JP4334064B2

JP4334064B2 - 軸端かしめ用工具および軸受装置の製造方法

Info

Publication number: JP4334064B2
Application number: JP17398899A
Authority: JP
Inventors: 一寿戸田; 知博石井; 信一郎柏木; 匡御手洗
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 1999-06-21
Filing date: 1999-06-21
Publication date: 2009-09-16
Anticipated expiration: 2019-06-21
Also published as: JP2001001708A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸体と、この軸体の軸部の外周に配設された斜接形式の転がり軸受とを少なくとも有する軸受装置、例えば自動車などの車両に取り付けられる車両用ハブユニット等の軸受装置、における軸端かしめ用工具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の軸受装置として、車両用ハブユニットの構造の例を図１および図２に示す。図例の車両用ハブユニットは、ハブホイール１および複列外向きのアンギュラ玉軸受２を有する。ハブホイール１は、環状板部１１と、軸部１２とを有する。環状板部１１に不図示の車輪が取り付けられる。軸部１２の軸端は、軸端かしめ用工具（以下、単に工具という）１０によるパンチングかしめで形成されたかしめ部３の構造となっている。なお、３ａはかしめ前の軸端である。
【０００３】
この軸部１２の外周に転がり軸受としてアンギュラ玉軸受２が固定される。アンギュラ玉軸受２は、内輪２１、外輪２２、複数の玉２３および２つの冠型保持器２４を有し、かしめ部３から内輪２１の鍔部２１ａの端面が押し付けられていることにより、所要の予圧（圧縮応力）が付与され、かつ抜け止めされている。
【０００４】
このようなアンギュラ玉軸受２に対する抜け止めと予圧付与は、軽量化および部品点数削減による低コスト化のため、それまでのナットによる軸部１２の軸端の締め付けに代えて行われるようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述の軸受２においては、内輪２１と外輪２２との間で玉２３を圧縮して予圧を付与した状態とするために、内輪２１の鍔部２１ａの端面にかしめ部３をあてがうので、内輪２１から軸方向に抜け出そうとする力がかしめ部３に働く。その結果、かしめ部３からはこれに抗する軸方向内方の反力（軸力）が発生する。したがって、軸受２の性能の維持には、かしめ部３により、内輪２１が抜け出そうとする力に抗する軸力が確保されている必要がある。
【０００６】
ところで、このようなかしめ部３の形成に際しては、工具１０を軸端にあてがった状態で、その工具１０を軸方向内方に加圧することで、軸端を変形させるのであるが、その加圧力は、所要とする軸力に対応して設定されている。
【０００７】
従来の工具１０では、所要とする軸力と、この軸力を得るのに必要な加圧力とを比較した場合、加圧力を大きくしても、これに比例して軸力が増大していない傾向にあり、そのため、大きな軸力を得る場合では、工具１０に対しては相当に大きな加圧力をかける必要があって軸端かしめ作業が困難となったり、あるいは、そのように大きな加圧力をかけるために高価なプレス機械が必要となったりしていた。
【０００８】
そこで、この原因について本発明者らは鋭意研究した。その結果、従来の工具１０に使用される材料に着目したところ、その材料が一般によく使用されている高速度工具鋼であった。この高速度工具鋼は、表面硬度が７８０Ｈｖ（ビッカース硬度）と非常に大きいので加圧力を大きくしても容易に撓み変形しないと予想していたが、所要の軸力を得るために、加圧力をかけていくと予想外に、軸端からの反力を受けて容易に撓み変形を起こし、加圧力の減衰を引き起していることを見いだした結果、前記原因の究明が可能となった。
【０００９】
なお、この原因の究明に際して、本発明者らは、このような工具１０を用いて軸端かしめ作業を行った際に、軸端と工具９２との接触により摩耗粉が多量に発生しており、その摩耗粉が軸受内に侵入して軸受の寿命低下の原因ともなっていることも見いだした。
【００１０】
したがって、本発明は、所要の軸力を得るのに加圧力をかけても、軸端からの反力でも容易に撓み変形せず、容易に加圧力の減衰を引き起こさない工具を提供することを共通の解決すべき課題としている。
【００１１】
また、本発明は、軸端かしめ作業を行った際に発生する摩耗粉の量を低減し、結果、軸受の寿命を伸ばすことができる工具を提供することを他の解決すべき課題としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の軸端かしめ用工具は、軸体と、この軸体の軸部の外周に配設された斜接形式の転がり軸受とを少なくとも有する軸受装置に対し、前記転がり軸受に対する抜け止めと予圧付与とを行うために、前記軸体の円筒形の軸端に対して所要角度θ傾けた姿勢であてがわれて回転され、前記軸端を径方向外向きに塑性変形させて前記転がり軸受の内輪の鍔部の端面にかしめるのに使用される軸端かしめ用工具であって、前記工具は、平坦な底面の周縁に前記軸体の円筒形の軸端に接触し前記軸端をかしめ部のかしめ形状に形成する環状の凹部を有し、前記工具のベースが高速度工具鋼で成形され、かつ、少なくとも、そのベースの表面において、前記軸体と接触する環状の凹部に、窒化チタンよりなる硬質膜をＰＶＤ法にて形成し、かしめ加工時における前記工具の撓み変形を抑制し、かしめ部から内輪に加えられる軸力を大きくしたことを特徴としている。
【００１５】
本発明の軸受装置の製造方法は、軸体と、この軸体の軸部の外周に配設された斜接形式の転がり軸受とを少なくとも有する軸受装置に対し、前記転がり軸受に対する抜け止めと予圧付与とを行うために、軸端かしめ用工具を前記軸体の円筒形の軸端に対して所要角度θ傾けた姿勢であてがい回転し、前記軸端を径方向外向きに塑性変形させて前記転がり軸受の内輪の鍔部の端面にかしめる軸受装置の製造方法であって、前記軸端かしめ用工具は、平坦な底面の周縁に前記軸体の円筒形の軸端に接触し前記軸端をかしめ部のかしめ形状に形成する環状の凹部を有し、ベースが高速度工具鋼で成形され、かつ、少なくとも、そのベースの表面において、前記軸体と接触する環状の凹部に、窒化チタンよりなる硬質膜をＰＶＤ法にて形成し、かしめ加工時における前記工具の撓み変形を抑制し、かしめ部から内輪に加えられる軸力を大きくしたことを特徴としている。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を図面に示す実施形態に基づいて説明する。この実施の形態の説明は、図１および図２を用いる。
【００１９】
この実施の形態の軸受装置は、軸体の一例としてのハブホイール１と、このハブホイール１の軸部１２の外周に配設された斜接形式の転がり軸受としての複列外向きアンギュラ玉軸受（単に軸受という）２とを少なくとも有する車両用ハブユニットに適用している。この構造は、軸端かしめ用工具１０を除いて、図１および図２に示されているものと同様である。
【００２０】
この実施の形態は、軸端かしめ用工具（以下、工具という）１０の構造に特徴を有している。
【００２１】
以下、説明する。工具１０は、上述したように、軸受２に対する抜け止めと予圧付与とを行うために軸部１２の軸端を軸受２の内輪２１の鍔部の端面にかしめるのに使用される。
【００２２】
工具１０は、平坦な底面の周縁にかしめ部３のかしめ形状に合う環状の凹部１０ａを有している。この凹部１０ａは、軸体と接触する部分に含まれる。凹部１０ａの形状は、実施の形態に限定されず、かしめ状態に応じて種々に変更しても構わない。この工具１０は、プレス機により加圧力Ｐ１をかけられて所定の速度で下降させられる。これによって、軸部１２の直立状態にある軸端が、前記凹部１０ａ内面に沿って、径方向外向きに変形される結果、かしめ部３が形成され、内輪２１の鍔部２１ａ端面がかしめらる。
【００２３】
次に本実施の形態の特徴について説明する。
【００２４】
工具１０は、少なくとも、かしめ用凹部１０ａの表面硬度が８３０Ｈｖ（ビッカース硬度）以上とされる。この場合、工具１０全体が８３０Ｈｖ以上の硬度を有していても構わない。凹部１０ａ表面のみが８３０Ｈｖ以上の硬度を有しても構わない。工具１０の表面硬度の下限値を８３０Ｈｖとした臨界的意義は、８３０Ｈｖ以下では、剛性と耐摩耗性が低いという点で好ましくなく、８３０Ｈｖ以上では剛性と耐摩耗性が高いという点で好ましいからである。なお、８３０Ｈｖ以上の硬度においても、より好ましくは、この表面硬度は、９００Ｈｖ以上であり、最も好ましくは、１０００Ｈｖ以上である。
【００２５】
硬度として８３０Ｈｖ以上を得るための一例の工具１０の構成材料として、超硬質工具材料が選定される。超硬質工具材料としては、超硬合金、サーメット、被覆超硬合金、超微粒子超硬合金がある。
【００２６】
これら超硬質工具材料において、超硬合金は、金属と硬質の金属化合物からなり、その硬質組成中の主成分が、炭化タングステンである。サーメットは、金属および硬質の金属化合物からなり、その硬質組成中の主成分がチタン、タンタル（ニオブ）の炭化物、炭窒化物および窒化物であって、炭化タングステンの成分が少ないものである。被覆超硬合金は、超硬質合金の表面に、炭化物、窒化物（炭化チタン、窒化チタン、炭窒化チタンなど）を、１層または多層に化学的または物理的に密着させたものである。超微粒子超硬合金は、金属および硬質の金属化合物からなり、その硬質組成中の主成分が炭化タングステンであり、硬質粗粒の平均粒径が１μｍ以下のものである。これら各超硬質工具材料の中から８３０Ｈｖ以上の硬度を得るのに適した超硬質工具材料を適宜選定して構わない。
【００２７】
以上のような構造とした実施の形態の工具１０による場合と、従来の工具１０との構造上の相違を比較すると、従来の工具１０は高速度工具鋼を材料としたものであり、その凹部１０ａの表面硬度は、従来では、７８０Ｈｖであるのに対し、実施の形態の工具１０は超硬質工具材料を材料としたものであり、その凹部１０ａの表面硬度は８３０Ｈｖ以上である。したがって、両者の凹部１０ａの表面硬度の差異は、実施の形態の方が５０Ｈｖ以上硬いことになり、かしめによる工具１０の撓み変形を抑制できる。
【００２８】
従来の工具１０と実施の形態の工具１０それぞれに、同一の加圧力Ｐ１をかけてかしめ部３を形成した場合に得られる軸力を測定したところ、従来の工具１０によれば、軸力が３９００ｋｇｆであるのに対し、実施の形態の工具１０によれば、軸力が５５００ｋｇｆとなる。両者の軸力の差異は、実施の形態の工具１０の方が１６００ｋｇｆ大きい軸力が得られた。したがって、実施の形態では同一の加圧力Ｐ１もかかわらず、従来よりもより大きい軸力が得られる結果、撓み変形が抑制されていることとなり、しかも、この場合、同一の軸力を得るとすると、実施の形態の工具１０の場合、加圧力Ｐ１はより少なくて済むこととなり、かしめ作業が容易であり、また、プレス機も高価でサイズが大きなものが必要でなくなり、好ましい。
【００２９】
また、従来の工具１０と実施の形態の工具１０それぞれによるかしめ部３の径は、従来の工具１０の場合では３７．５ｍｍであるが、実施の形態の工具１０の場合では３８．５ｍｍとなった。実施の形態の工具１０による方が、かしめ部３の径は大きい、つまり、実施の形態の工具１０によれば、軸部の軸端が径方向外向きにより延ばされることになり、よりかしめ形態としては好ましい結果となっている。
【００３０】
さらに、従来の工具１０と実施の形態の工具１０それぞれによる摩耗粉の発生量について、従来の場合では多量に発生したのに対して、実施の形態の場合では少量発生したにとどまった。これは、実施の形態の工具１０によるかしめでは、軸受の寿命延長に有効であることとなり、好ましい結果となる。
【００３１】
なお、上述の実施の形態では、工具１０全体を超硬質工具材料で製作していたが、そうではなく、軸体と接触する部分として凹部１０ａの表面にのみ超硬質工具材料よりなる硬質膜（図示省略）を形成しても構わない。この硬質膜とするには、工具１０の基本形状を超硬質工具材料より硬度が小さい金属材料、例えば高速度工具鋼をベースにして構成し、凹部１０ａを構成するベースの表面にのみ超硬質工具材料をＣＶＤ法とかＰＶＤ法とかイオンプレーティング法等により形成しても構わない。
【００３２】
なお、この場合、ベース材料は高速度工具鋼とか、あるいはそれ以下の硬度を有する工具材料とし、硬質膜を形成する超硬質工具材料は、１０００Ｈｖ以上の硬度を有する材料とよい。これはベースの硬質度が７８０Ｈｖと低いので、表面膜を少なくとも１０００Ｈｖ以上とすることで、かしめによる工具１０の撓み変形を十分に抑制できるからである。この表面膜材料としては、上述した超硬質工具材料のうち、１０００Ｈｖ以上を有するものを選定しても構わないが、例えば窒化チタン（ＴｉＮ、ＴｉＣ、ＣｒＮなど）とかダイヤモンドライクカーボン（ＤｉａｍｏｎｄＬｉｋｅＣａｒｂｏｎ：ＤＬＣ）を選定すると、３０００Ｈｖの表面硬度となり、ベース材料の硬度が小さい場合では、特に好ましい。
【００３３】
このように表面にのみ硬質膜を形成した実施の形態の工具１０の場合も、従来のそれよりもかしめによる工具１０の撓み変形を抑制でき、また、従来よりもより大きい軸力が得られるとともに、摩耗粉の発生量も、少量で済むから軸受の寿命延長に有効であることとなり、好ましいものとなる。
【００３４】
なお、上述の実施の形態では、軸受としては複列外向きアンギュラ玉軸受であったが、これに限定されるものではなく、要するに、斜接形式の転がり軸受であって構わない。
【００３５】
なお、上述の実施の形態は、ハブホイールとアンギュラ玉軸受との組み合わせからなる車両用ハブユニットに限定されるものではなく、ハブホイール等を軸体とし、アンギュラ玉軸受等の斜接形式の転がり軸受をこの軸体の軸部の外周に配設した軸受装置にも適用することができる。
【００３６】
なお、前述のかしめを行う工具１０は、パンチングかしめであったが、図３で示すようなローリングかしめでも構わない。つまり、例えばハブホイールの軸部１２の軸端を円筒形に形成し、この円筒形軸端に対して工具３０を所要角度θ傾けた姿勢であてがい、回転軸３１を回転させることで工具９０をローリングさせることにより、軸部１２の円筒形軸端を径方向外向きに塑性変形させ、この塑性変形した部分を内輪２１の外端面に押し付けてかしめ部３を形成するものに適用しても構わない。つまり図３の工具３０についても上述の工具１０と同様の構成とし、同様の作用効果を有するものとしても構わない。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように本発明の軸端かしめ用工具の場合、ベースが高速度工具鋼で成形され、かつ、少なくとも、そのベースの表面において、前記軸体と接触する環状凹部（軸体の軸端をかしめ部のかしめ形状に形成する部分）に、窒化チタンよりなる硬質膜がＰＶＤ法にて形成されているので、所要の軸力を得るために、従来の工具のように加圧力を大きくしても容易に撓み変形しなくなり、所要の軸力を得るのに、過大な加圧力をかける必要がなくなるうえ、所要の軸力を得るための加圧力の設定が容易となるなど、かしめ作業が容易となる軸端かしめ用工具となるとともに、全体を超硬質工具材料で製作する場合と比較して、製作が容易となるうえ、硬質膜材料使用量も低減できてコスト低減に寄与できる。
【００３８】
また、この場合、軸端かしめ作業を行った際に、軸端と工具との接触に伴う摩耗粉の発生量も少なくても済むから、軸受の寿命向上にも好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の車両用ハブユニットの縦断側面図
【図２】図１の要部の拡大図
【図３】本発明の他の実施形態の車両用ハブユニットの縦断側面図
【符号の説明】
１ハブホイール
１２ハブホイールの軸部
３ａ軸端
２複列外向きアンギュラ玉軸受
２１内輪
２１ａ内輪の鍔部
３かしめ部
１０軸端かしめ用工具

Claims

軸体と、この軸体の軸部の外周に配設された斜接形式の転がり軸受とを少なくとも有する軸受装置に対し、前記転がり軸受に対する抜け止めと予圧付与とを行うために、前記軸体の円筒形の軸端に対して所要角度θ傾けた姿勢であてがわれて回転され、前記軸端を径方向外向きに塑性変形させて前記転がり軸受の内輪の鍔部の端面にかしめるのに使用される軸端かしめ用工具であって、
前記工具は、平坦な底面の周縁に前記軸体の円筒形の軸端に接触し前記軸端をかしめ部のかしめ形状に形成する環状の凹部を有し、
前記工具のベースが高速度工具鋼で成形され、かつ、少なくとも、そのベースの表面において、前記軸体と接触する環状の凹部に、窒化チタンよりなる硬質膜をＰＶＤ法にて形成し、かしめ加工時における前記工具の撓み変形を抑制し、かしめ部から内輪に加えられる軸力を大きくした、
ことを特徴とする軸端かしめ用工具。
軸体と、この軸体の軸部の外周に配設された斜接形式の転がり軸受とを少なくとも有する軸受装置に対し、前記転がり軸受に対する抜け止めと予圧付与とを行うために、軸端かしめ用工具を前記軸体の円筒形の軸端に対して所要角度θ傾けた姿勢であてがい回転し、前記軸端を径方向外向きに塑性変形させて前記転がり軸受の内輪の鍔部の端面にかしめる軸受装置の製造方法であって、
前記軸端かしめ用工具は、平坦な底面の周縁に前記軸体の円筒形の軸端に接触し前記軸端をかしめ部のかしめ形状に形成する環状の凹部を有し、ベースが高速度工具鋼で成形され、かつ、少なくとも、そのベースの表面において、前記軸体と接触する環状の凹部に、窒化チタンよりなる硬質膜をＰＶＤ法にて形成し、かしめ加工時における前記工具の撓み変形を抑制し、かしめ部から内輪に加えられる軸力を大きくした、
ことを特徴とする軸受装置の製造方法。