JP4064440B1 - 車輪軸受装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】軌道面の研削の精度を高めるとともに、砥石の寿命を延ばすことを課題とする。
【解決手段】内方部材２の外径面及び外輪１の内径面に、それぞれ複数列の対向する軌道面２ａ，１ａ；２ａ’，１ａ’が周方向全周に亘って形成されて、前記外輪１に形成された各軌道面１ａ，１ａ’の内径Ｒ_１，Ｒ_２が異なるように設定された車輪軸受装置の前記外輪１内に、相対的に大径の内径Ｒ_１を有する前記軌道面１ａ側から回転砥石１０を差し入れ、前記回転砥石１０を回転させながらその外径面を前記各軌道面１ａ，１ａ’に当てて研削する構成を採用した。この構成によれば、比較的大径の回転砥石１０を用いることができ、外周一周当たりの砥粒数が多くなり砥石寿命を延ばすことができる。また、回転砥石回転軸径を太くできるので剛性が増し、研削の精度を高めるとともに切り込み速度を速くでき外輪１の内径面までの近接距離短縮により加工時間を短縮できる。
【選択図】図２

Description

この発明は、車輪軸受装置を構成する外輪の内径面を研削する方法に関するものである。

自動車の車輪を懸架装置に対して回転自在に支持するために、車輪軸受装置が用いられる。この車輪軸受装置は、例えば、図１に示すように、内方部材２及び外輪１が同軸上に配置されており、その内方部材２の外径面及び外輪１の内径面に、それぞれ周方向に延びる２列の対向する軌道面（溝）２ａ，１ａ；２ａ’，１ａ’が形成されている。
その対向する対の溝２ａ，１ａ；２ａ’，１ａ’間に、それぞれ周方向に沿って複数のボール３が転動可能な状態で収納できるようになっており、このボール３を介して、内方部材２及び外輪１が軸周り相対回転可能に支持される。
なお、上記車輪軸受装置では、各溝２ａ，１ａ；２ａ’，１ａ’は断面弧状に形成されているので、全周に亘ってボール３が転動する軌道面として機能する。

その内方部材２のアウタ側端には、ハブボルト４ａを備えた車輪固定用のフランジ部４が設けられており、外輪１の外周に突出して設けた取付部５には、懸架装置（図示せず）が固定できるようになっている。

また、前記２列の溝２ａ，１ａ；２ａ’，１ａ’は、車輪軸受装置の軸方向に沿って一定の距離離れた箇所に設けられており、その各箇所における両溝２ａ，１ａ；２ａ’，１ａ’間にそれぞれボール３を収納した状態において、そのボール３の軸受中心線を挟んでアウタ側及びインナ側に、それぞれボール径の３０％以上５０％以下とした盛り上がった肩部６，７が形成されている。
図１では、外輪１において、図中左側のアウタ側列の溝１ａはインナ側に肩部６が、また、インナ側列の溝１ａ’はアウタ側に肩部６が形成されている。また、内方部材２においては、前記外輪１の肩部６に対向して、図中左側のアウタ側列の溝２ａはアウタ側に肩部７が、また、インナ側列の溝２ａ’はインナ側に肩部７が形成されている。

前記ボール３と前記両溝２ａ，１ａ；２ａ’，１ａ’の底面とが、それぞれ前記軸受中心線よりも肩部６，７に近い部分で接触することにより、車輪軸受装置に作用するラジアル荷重とアキシアル荷重とに対抗できるようになっている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−２３２３４３号公報

さらに、特に、自動車の旋回時における大きなアキシアル荷重に対応するため、図１に示すように、外輪１のアウタ側列の溝１ａの径Ｒ_１をインナ側列の溝１ａ’の径Ｒ_２よりも相対的に大きくし、そのアウタ側に収納されるボール３の数をインナ側よりも多数としたものもある（例えば、特許文献２参照）。
特開２００４−１０８４４９号公報

一般的に外輪の内径面を研削するときの軸方向基準面（バッキングプレート）は大径側端面とすることが好ましく、回転振れ精度が安定する。面積が大きくなるので軸方向基準面（バッキングプレート）と外輪端面のスリップが生じないため安定した寸法精度が得られる。上記のように、外輪１の軌道面（溝）１ａ，１ａ’の径Ｒ_１，Ｒ_２を、アウタ側列とインナ側列とで異ならせた構成において、そのアウタ側列とインナ側列の各軌道面１ａ，１ａ’を研削する際には、例えば図５に示すように、外輪１の一方の端面（大径側の開口端面）１１をバッキングプレート１５に押し当てるとともに、その外輪１の外周面１２をシュー８に押し付けてその外輪１を軸方向、径方向に保持する。その状態で外輪１の内径側に回転砥石１０を差し入れる。

駆動力によって、バッキングプレート１５を回転させ、バッキングプレート１５と外輪１の端面１１の押し付け抵抗により、その外輪１をその軸心周りに回転させるとともに、回転砥石１０の外径輪郭形状を外輪１の軌道面およびその他部位の研削仕上げ形状にロータリードレッサで成形しておき、他の駆動力によって回転砥石１０をその軸心周りに回転させ、その回転する回転砥石１０の外径面を外輪１の内径面に当てて、各軌道面１ａ，１ａ’をその全周に亘って研削加工していく。
このとき、外輪１と回転砥石１０の回転方向は同一方向であってもよいし、逆方向であっても良いが、同一方向である場合には両者の当接部における周方向速度が互いに異なるように設定する。

しかし、図５に示すように、小径の内径Ｒ_２を有する軌道面１ａ’側から回転砥石１０を差し入れると、大きな外径を有する回転砥石１０を用いることができず、比較的小さな外径の回転砥石１０を用いなければならない。回転砥石１０が小径となると、その砥石の外周一周当たりの砥粒数が少なくなり、砥石寿命が短くなる。
また、比較的小さな外径の回転砥石１０を用いるため回転軸径が細くなり、砥石軸の剛性が不足するため研削の精度が低下する。この影響で切り込み速度が遅くなること、及び小径の内径Ｒ_２を有する軌道面１ａ’側から回転砥石１０を差し入れるため、外輪１の内径面までの近接距離が長くなることから、加工時間が増加するという問題がある。

そこで、この発明は、外輪に設けた複列の軌道面の内径を異ならせた構成において、軌道面の研削の精度を高めるとともに、その研削に使用する砥石の寿命を延ばすこと及び加工時間の短縮を課題とする。

上記の課題を解決するために、この発明は、内方部材の外径面及び外輪の内径面に、それぞれ複列の対向する軌道面が周方向全周に亘って形成されて、前記外輪に形成された各軌道面の内径が異なるように設定された車輪軸受装置の前記外輪の各軌道面を、同時に研削可能な外径面を有する回転砥石を回転させながら、その回転砥石の外径面を前記外輪の内径面に当てることにより、前記外輪の各軌道面を同時に研削する車輪軸受装置における外輪の研削方法において、前記回転砥石を、前記外輪の相対的に大径の内径を有する前記軌道面側から差し入れて、その回転砥石により前記各軌道面を同時に研削する構成としたものである。

各軌道面の研削の際に、回転砥石を外輪の大径の軌道面側から差し入れる構成としたので、比較的大きな外径を有する回転砥石を用いることができる。このため、その砥石の外周一周当たりの砥粒数が多くなり、砥石寿命を延ばすことができる。また、回転砥石回転軸径が太くでき砥石軸の剛性が増し、研削の精度を高めることができるとともに、切り込み速度が速くでき外輪の内径面までの近接距離も短くなり研削加工時間の短縮が可能である。
なお、回転砥石は、前記外輪の内径の異なる各軌道面を同時に研削可能な外径面を有するものであれば、一体砥石であってもよいし、各軌道面に対応する複数の砥石が回転軸を介して連結されて一体に回転するようにした分離砥石であってもよい。

なお、前記研削の際、外輪をバッキングプレート及びシュー等のチャック装置で径方向及び軸方向へ位置決め、固定する場合には、上記のように、回転砥石を外輪の大径の軌道面側から差し入れる構成とすれば、外輪の大径の軌道面側の端面（大径側の開口端面）側にプッシャーロールを取り付け外輪をバッキングプレート側に押し付けることにより外輪の小径の軌道面側の端面（小径側の開口端面）がバッキングプレートに正確に当接して、スリップが生じないので加工の基準面となる。

また、上記の各構成において、前記各軌道面が断面弧状の溝である場合、前記回転砥石は前記各軌道面の研削の際に、前記各軌道面を構成する溝の少なくとも一方の縁の稜線部を同時に研削する構成を採用することができる。
このようにすれば、各軌道面を構成する溝の縁に位置する稜線部に、軌道面から滑らかに繋がる適度な弧状部（アール部）、あるいはフラットな面取り部等を形成することができ、その弧状部や面取り部等の表面の研削度合いを、隣り合う軌道面の研削度合いと同等とすることができる。

さらに、前記回転砥石は前記各軌道面の研削時に、前記各軌道面に対し軸方向に隣り合って形成されたフラットなカウンタ内径面又はシール圧入部を同時に研削する構成を採用することもできる。

このとき、前記溝の縁の稜線部、カウンタ内径面やシール圧入部の研削に係る加工の基準面が、同時加工する両軌道面の研削に係る加工の基準面（外輪の小径の軌道面側の端面）と同一となるので、その仕上がり精度をより高めることができる。

この発明は、軌道面を研削する回転砥石を、外輪の相対的に大径の内径を有する軌道面側から差し入れる構成としたので、軌道面の研削の精度を高めることができるとともに、その研削に使用する砥石の寿命を延ばすことおよび加工時間の短縮ができる。

一実施形態の車輪軸受装置における外輪の研削方法を、図面に基づいて説明する。この車輪軸受装置の構成は、図１に示すように従来例と同様であるので説明を省略し、以下は、外輪１の内径面を研削する方法について説明する。

外輪１は、図１に示すように、内径面に形成した２列の溝（軌道面）１ａ，１ａ’、すなわち、インナ側列（車輪軸受装置を車体に取付けた状態で車体の内側に位置する側）に位置する相対的に小径の溝１ａ’と、アウタ側列（車輪軸受装置を車体に取付けた状態で車体の外側に位置する側）に位置する相対的に大径の溝１ａとを備えている。

外輪１は、既に、旋削の工程を終えた後において高周波焼き入れが施されており、図３（ａ）の符号Ｈに示すように、溝１ａ，１ａ’に相当する部分において、５０ＨＲＣ以上の硬度を有しており、疲れ強さや耐摩耗性の向上が図られている。
この実施形態は、この高周波焼き入れ直後の状態で、図３（ｂ）に示すように、図中矢印Ａのごとく軸周り回転する外輪１の内径面に対し、同じく矢印Ｂのごとく軸周り回転する回転砥石１０の外径面を当てて、その外輪１の内径面を研削するものである。
なお、その回転砥石１０による研削後は、外輪１の各溝１ａ，１ａ’に対し、図３（ｃ）に示すように、図中矢印Ａのごとく軸周り回転する外輪１の内径面に対し、比較的低い圧力で砥石Ｗを押し付けるとともにその砥石Ｗを図中矢印Ｃのごとく揺動（往復運動）させ、所謂超仕上げを行い、外輪１を完成させている。

図２（ａ）に示す回転砥石１０は、外輪１の各溝１ａ，１ａ’を同時に研削可能な外径面を有しており、具体的には、外輪１の大径の溝１ａの底面（内面）に対応する弧状面１０ａを備えた突出部、及び小径の溝１ａ’の底面（内面）に対応する弧状面１０ａ’を備えた突出部をそれぞれ有している。

さらに、前記回転砥石１０は、同時に、その小径の溝１ａ’のインナ側に隣接するカウンタ内径面１７を研削加工するとともに、その大径の溝１ａのアウタ側に隣接するカウンタ内径面１７、さらにそのカウンタ内径面１７のアウタ側に隣接するシール圧入部１８を前記各溝１ａ，１ａ’と同時に研削加工する形状となっている（図２（ａ）参照）。

各カウンタ内径面１７，１７はフラットな円筒面であり、前記小径の溝１ａ’のインナ側の縁及び前記大径の溝１ａのアウタ側の縁は、それぞれ前記カウンタ内径面１７，１７との成す周方向の稜線部１６，１６となっている。
また、前記小径の溝１ａ’のアウタ側の縁及び前記大径の溝１ａのインナ側の縁は、それぞれ２列の溝１ａ，１ａ’間の内周円筒面１４との成す周方向の稜線部６となっている。
内周円筒面１４が各カウンタ内径面１７，１７よりも小径に形成されているため、小径の溝１ａ’のアウタ側の前記稜線部６及び大径の溝１ａのインナ側の前記稜線部６は、それぞれ反対側の前記稜線部１６よりも内径側に大きく盛り上がっており、以下、この盛り上がった側の稜線部６，６を、反対側の稜線部１６，１６と区別して「肩部６，６」と称する。

この外輪１の内径面を回転砥石１０によって研削する際の作用について説明する。
図２（ａ）に示すように、駆動力により軸心周り回転可能である回転砥石１０を、外輪１の内径面に宛がう。外輪１は、そのインナ側端面１３が、バッキングプレート１５に宛がわれ、磁気吸引力およびアウタ側端面１１をプッシャーロールＰで押し付ける等によってそのバッキングプレート１５と外輪１とを結合するとともに、外輪１の外周面１２に、複数のシュー８が押し当てられることによりその外輪１の径方向への動きが拘束されている。また、電動モータ等の駆動力によって、バッキングプレート１５と外輪１とが一体に回転するようになっている。

バッキングプレート１５が、前記駆動力によって、図３（ｂ）の矢印Ａのごとく軸周り回転し、そのバッキングプレート１５とともに軸周り回転する外輪１の内径面に対し、同じく矢印Ｂのごとく、定点に静止した状態において軸周り回転する回転砥石１０の外径面を所定の押圧力で当てる。
このように、回転砥石１０の外径面が外輪１の内径面に宛がわれて、所定の押圧力で押し付けられた状態において、その外輪１及び回転砥石１０をそれぞれ回転することにより、回転砥石１０は、外輪１の内径面を全周に亘って研削することができる。

このとき、前記大小各溝１ａ，１ａ’は、図２（ｂ）に示すようにボール３の球面が接する断面弧状であり、前記回転砥石１０の外径面は、図２（ａ）に示すように、各溝１ａ，１ａ’の底面に沿う弧状面１０ａ，１０ａ’を備えているので、各溝１ａ，１ａ’は、その弧状面に沿って全域が均一に研削される。

また、回転砥石１０は、図２（ａ）に示す外周円筒面１０ｂ，１０ｂにより、前記各溝１ａ，１ａ’に隣接するカウンタ内径面１７，１７を同時に研削することができるとともに、前記各溝１ａ，１ａ’とカウンタ内径面１７，１７との成す稜線部１６，１６も、それぞれ同時に研削することができる。この稜線部１６，１６は、前記研削により、適度な弧状部（アール部）、あるいはフラットな面取り部等として仕上げることもできる。

さらに、回転砥石１０に設けたアール面１０ｄ，１０ｄの作用により、前記肩部６を、適度な弧状部（アール部）r、あるいはフラットな面取り部等として仕上げることもできる。

この研削の際に、回転砥石１０は、大径の溝１ａ側、すなわち開口部の広いアウタ側から差し入れられるので、比較的大きな外径を有する回転砥石１０を用いることができる。このため、回転砥石１０の外周一周当たりの砥粒数が多くなり、砥石寿命を長くすることができる。また、回転砥石回転軸径が太くでき砥石軸の剛性が増し、研削の精度を高めることができるとともに切り込み速度が速くでき外輪の内径面までの近接距離も短くなり研削加工時間の短縮が可能である。

このように、外輪１の内径面を研削した後、図３（ｃ）に示す前記超仕上げの工程を経て、外輪１が完成品となり、その外輪１と内方部材２と複数のボール３、保持器等を組み合わせて、車輪用軸受ユニット（車輪軸受装置）が組み立てられる。
なお、本願の研削の対象となる軌道面の断面形状は、上記実施形態の断面弧状の溝としたものに限定されず、外輪１に複列の軌道面が形成されて、その軌道面の内径が各位置で異なる構成となった場合において適用可能である。
また、前記回転砥石１０として、前記各軌道面１ａ，１ａ’を含む外輪１の内径面の研削を目的とするものを採用してもよい。

また、この実施形態では、図３（ｂ）の矢印Ａのごとく、バッキングプレート１５とともに軸周り回転する外輪１の内径面に対し、同じく矢印Ｂのごとく、定点に静止した状態において軸周り回転する回転砥石１０の外径面を当てて、その外輪１の内径面を全周に亘って研削したが、この方法以外にも、例えば、図４に示すように、矢印Ｂのごとく軸周り回転する回転砥石１０を外輪１の内径面に当てて所定の押圧力を維持しながら、その回転砥石１０を、外輪１の内径面の周方向に沿って矢印Ｄのごとく全周に移動させるようにしてもよい。回転砥石１０が、外輪１の内径面に沿って移動するようにすれば、外輪１を軸周り回転させなくても内径面全周を研削できるので、外輪１を回転させる手段を省略することもできる。

車輪軸受装置の断面図 一実施形態を示す断面図 外輪の製造工程を示し、（ａ）は熱処理の工程、（ｂ）は研削の工程、（ｃ）は超仕上げの工程を示す断面図 他の実施形態を示す断面図 従来例を示す断面図

符号の説明

１ 外輪
１ａ 大径の溝（軌道面）
１ａ’ 小径の溝（軌道面）
２ 内方部材
３ ボール
４ フランジ部
５ 取付部
６，７ 肩部（稜線部）
１０ 回転砥石
１０ａ，１０ａ’ 弧状面
１０ｂ，１０ｃ 外周円筒面
１０ｄ アール面
１１，１３ 端面
１２ 外周面
１５ バッキングプレート
１６ 稜線部
１７ カウンタ内径面
１８ シール圧入部
Ｐ プッシャーロール

Claims (3)

1. 内方部材２の外径面及び外輪１の内径面に、それぞれ複列の対向する軌道面２ａ，１ａ；２ａ’，１ａ’が周方向全周に亘って形成されて、前記外輪１に形成された各軌道面１ａ，１ａ’の内径Ｒ_１，Ｒ_２が異なるように設定された車輪軸受装置の前記外輪１の各軌道面１ａ，１ａ’を、同時に研削可能な外径面を有する回転砥石１０を回転させながら、その回転砥石１０の外径面を前記外輪１の内径面に当てることにより、前記外輪１の各軌道面１ａ，１ａ’を研削する車輪軸受装置の製造方法において、
   前記外輪１の各軌道面１ａ，１ａ’はボール３が転動可能な断面弧状を成し、その各軌道面１ａ，１ａ’の軸方向内側にそれぞれその各軌道面１ａ，１ａ’の内径よりも小径の肩部６，６を備え、前記外輪１の相対的に小径の内径Ｒ_２を有する前記軌道面１ａ’側に位置するインナ側端面１３をバッキングプレート１５に宛がいその外輪１の外周面１２に複数のシュー８を押し当てることによりそのインナ側端面１３を基準面として前記外輪１を軸方向及び径方向に位置決めするとともに、相対的に大径の内径Ｒ_１を有する前記軌道面１ａ側に位置するアウタ側端面１１にプッシャーロールＰを押し付けることにより前記外輪１と前記バッキングプレート１５とを結合させ、駆動力によって前記バッキングプレート１５と外輪１とを一体に回転するとともに、前記回転砥石１０を前記外輪１の相対的に大径の内径Ｒ_１を有する前記軌道面１ａ側から差し入れて、その回転砥石１０により前記各軌道面１ａ，１ａ’を同時に研削し、
   前記回転砥石１０の外径面のうち、相対的に大径の内径Ｒ _１ を有する前記軌道面１a側の最大外径は、前記相対的に小径の内径Ｒ _２ を有する前記軌道面１ａ’の軸方向内側に設けられた前記肩部６の内径よりも大径に形成されていることを特徴とする車輪軸受装置の製造方法。
2. 前記回転砥石１０は前記各軌道面１ａ，１ａ’の研削の際に、前記各軌道面１ａ，１ａ’を構成する溝の少なくとも一方の縁の稜線部６，１６を円弧状に同時に研削することを特徴とする請求項１に記載の車輪軸受装置の製造方法。
3. 前記回転砥石１０は前記各軌道面１ａ，１ａ’の研削の際に、前記各軌道面１ａ，１ａ’に対し軸方向に隣り合って形成されたフラットなカウンタ内径面１７又はシール圧入部１８を同時に研削することを特徴とする請求項１又は２に記載の車輪軸受装置の製造方法。

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