JP5103828B2 - 車輪用軸受ユニット及びその車輪用軸受ユニットにおけるフランジ付きの内方部材あるいは外方部材の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、各種車両の車輪支持用軸受ユニット、詳しくは、車輪支持用軸受ユニット(ハブユニットともいう。)の車体あるいは車輪取付用フランジを備えた内方部材あるいは外方部材の改良に関する。なお、本明細書において車輪とは、自動車の車輪にかかわらず鉄道車両の車輪などの全てを総称するものとする。
例えば自動車の車輪に用いられているこの種の車輪支持用軸受ユニットは、アウトボード側の外周から径方向に車輪取付用のフランジを突設するとともに、そのフランジよりもインボード側の外周に軌道面(第一の軌道面)を有したハブと、該軌道面(第一の軌道面)と隣接する軌道面(第二の軌道面)を有し、前記ハブのインボード側外周に嵌め込まれ、かつ前記ハブのインボード側端部にてかしめ固定される内輪(別体内輪)とで構成される内方部材(内方側の軌道輪部材ともいう。)と、インボード側の外周から径方向に車体(懸架装置)取付用フランジを突設するとともに、前記内方部材の複数列の軌道面(第一の軌道面と第二の軌道面)と対向する複数列の軌道面を有して外装される外方部材(外方側の軌道輪部材ともいう。)と、前記内方部材の軌道面と外方部材の軌道面との間に組み込まれる複数個の転動体とで構成されている。
そして、前記車輪取付用フランジの車輪側、車体取付用フランジの車体側には、それぞれボルトを突出させ、それぞれ車輪、車体と締結させる構造のものが知られている。
このような車輪支持用軸受ユニットにおいて、前記内方部材や外方部材は、いわゆる熱間鍛造による成形が一般的である。しかし、熱間鍛造では、寸法精度が粗く、熱処理部は脱炭層除去を必要とすることもあり、後工程での大きな切削代を必要とするため製造コストが高くなるという課題を抱えていた。
そこで昨今、低コスト化の目的を達成する種々の先行技術の一例として、例えば特許文献1などに開示のように、冷間鍛造により安価に製造可能な製造方法を提供している。
この種の軸受ユニットの場合、フランジの車体取付面側あるいは車輪取付面側は、振れ精度を確保するためにも平面精度を良く仕上げる必要がある。
特許文献1などに開示の先行技術では、取付面の平面精度を良く仕上げるための加工を切削により行うものとしている。
しかし、取付面を切削により仕上げ加工するとなると、従来では、フランジの取付面全領域が車輪側あるいは車体側と当接するものであったため、取付面の全領域を切削加工する必要があった。よって、このフランジ付きの内方部材や外方部材の製造コスト(製造時間的なコストや製造手間によるコスト等)の面で解決する課題が残されていた。
特開2006−111070号公報
本発明は、このような課題を解決するためになされており、その目的は、フランジの車輪あるいは車体取付面領域の平面仕上げ精度を維持しつつ、その仕上げ加工に係るコストを低減し得る車輪用軸受ユニット及びその軸受ユニットのフランジ付き内方部材あるいは外方部材の製造方法を提供することにある。
このような目的を達成するために、本発明の第1の発明は、相対回転可能に配される内方部材及び外方部材と、内方部材と外方部材の間に組み込まれる転動体を含み、前記内方部材と外方部材の少なくともいずれか一方には、車体あるいは車輪取付用のフランジが突設され、該フランジには、車体あるいは車輪に締結可能なボルトが円周方向で複数個備えられている車輪用軸受ユニットであって、車体取付用のフランジには、ボルトが突出するボルト孔の周辺領域を、車体取付側へと突設させた突出部が備えられているとともに、突出部は、車体側が当接する取付面部を構成し、車輪取付用のフランジには、ボルトが突出するボルト孔の周辺領域を、車輪取付側へと突設させた突出部が備えられているとともに、突出部は、車輪側が当接する取付面部を構成し、取付面部は、平面仕上げ加工がされていることを特徴とする車輪用軸受ユニットとしたことである。
第2の発明は、第1の発明に係る車輪用軸受ユニットにおけるフランジ付きの内方部材あるいは外方部材を製造する方法であって、フランジを備えた中間素材を加工する工程と、前記フランジのボルト取付用孔を形成する領域であって、車体取付側あるいは車輪取付側へと、ボルト径よりも大径に突出させる領域を、冷間で半抜き加工する工程と、その半抜き加工工程後、車体取付側あるいは車輪取付側に突出する領域を据え込み加工する工程とを含むことを特徴とする車輪用軸受ユニットにおけるフランジ付きの内方部材あるいは外方部材の製造方法としたことである。
本発明によれば、内方部材あるいは外方部材に備えられるフランジの車輪あるいは車体取付面領域の平面仕上げ精度を維持しつつ、その仕上げ加工に係るコストを低減し得る車輪用軸受ユニットを提供できた。
以下、本発明の一実施形態に係る車輪用軸受ユニットについて、添付図面を参照して説明する。なお、本実施形態は、本発明の一実施形態にすぎずなんらこれに限定解釈されるものではなく、車輪用軸受ユニットの全てが適用対象で、本発明の範囲内で設計変更可能である。
すなわち本実施形態の車輪用軸受ユニットは、例えば自動車や鉄道車両などの各種車両に用いることができるが、ここでは一例として自動車の従動輪に組込まれる車輪用軸受ユニットを想定して説明する。なお、自動車の駆動輪の場合も同様である。
また、本実施形態の車輪用軸受ユニットは、内方部材と外方部材にそれぞれフランジが備えられているいわゆる第三世代(HUBIIIともいう。)として区別される形式であるが、以下に示す第三世代形式の他、その他の第三世代形式及び、背面組合せ軸受の外輪のアウトボード側外周にフランジを備えた複列アンギュラ玉軸受などを、ハブの外周に嵌め込んでなる形式(第二世代)においても適用可能である。
本実施形態では転動体として玉を例示するが、本発明の範囲内において、ころを適用することも可能である。
図1は実施例1を示す。
本実施例の車輪用軸受ユニットは、図1に示すように、回転輪となる内方部材(内方側の軌道輪部材)1と、静止輪となる外方部材(外方側の軌道輪部材)4と、前記内方部材1と外方部材4との間で、保持器Cを介して転動可能に組み込まれる複数個の転動体(玉)B1…,B2…と、アウトボード側OBにおいて内方部材1と外方部材4との間で軸受ユニット内部を密封するシール部材S1とで構成されている。シール部材S1は、軸受内に封入した潤滑剤(例えば、グリース、油)が軸受外部に漏洩したり、異物(例えば、水、塵埃)が軸受内部に侵入したりすることを防止可能な周知形態のシール構造が適宜仕様に応じて選択される。
なお、本実施例では、外方部材4を静止輪、内方部材1を回転輪とした実施の一例について説明するが、外方部材を回転輪、内方部材を静止輪とする形態であってもよく本発明の範囲内である。
内方部材1は、ハブ2と、該ハブ2に外嵌されて備えられる内輪(以下、別体内輪という)3とで構成されている。
ハブ2は、中実円柱状の軸部2aと、該軸部2aのアウトボード側OBから垂設された環状の立上り壁2bを介して軸方向に直交して突設される4本の同一形状(正面視略矩形状)のハブフランジ(取付フランジ)2cと、前記立上り壁2b寄りの外周に環状に設けられる軌道面(第一の軌道面)2sと、インボード側IBの外周所定領域を、前記軌道面2sを設けた外周所定領域よりも一段下がった形態に凹設される段差部2eとで構成されている。
前記ハブフランジ2cには、制動部材(ブレーキロータ)BR及び車輪(ホイール)Hが、ボルト(ハブボルト)2gを介して取り付けられる。
そして、ハブ2には、ハブフランジ2cを挟んでアウトボード側OB、すなわち、ハブフランジ2cを挟んで軸部2aと反対側に、車輪の位置決めをなす位置決め用筒部2hが、軸部2aと同軸で、かつ軸部2aよりも大径に突設されている。
本実施例では、位置決め用筒部2hの外周2kを、軸方向に同一平面(ストレートな面)としているが、アウトボード側OBから小径外周部・大径外周部となるように軸方向に段差状に構成する形態であってもよい。
ハブフランジ2cは、本実施例では、軸部2aの中心軸G1を中心としてそれぞれ90度ずつの位置に放射状に突設されており、それぞれのハブフランジ2cの所定位置に、ボルト2gを車輪取付面側SRに突出して備えるボルト孔2nを設けている。本実施例では、4本のハブフランジ2cのそれぞれの所定位置、すなわち、軸部2aの中心軸G1を中心とした同一円周上にそれぞれ設けている。
前記ハブフランジ2cには、ボルト2gが突出するボルト孔2nの周辺領域を、車輪取付面側SRへと円筒状に突設させた突出部30を備えている。
そして、この車輪取付面側SRへと突設している突出部30の頂面、すなわちボルト孔2nの周辺領域は、車輪側が当接する取付面部40を構成しており、車輪側をボルト2gで締結する際に、車輪側がその突出部30のボルト孔2nの周辺領域(取付面部40)に当接して取り付けられる。
従って、本実施例によれば、車輪(本実施例では、ブレーキロータBR)が当接するハブフランジ2cの車輪取付面は、ハブフランジ2cの車輪取付面側SRの全領域ではなく、前記突出部30のボルト孔2nの周辺領域(取付面部40)のみとなる。
なお、突出部30の突出高さは、突出部30以外の車輪取付面側領域SR1より突出しているものであればよく、本発明の範囲内で設計変更可能である。
また、突出部30の突出形状は、本実施例のように円筒状に限定解釈されるものではなく、例えば楕円状や角筒状など本発明の範囲内で設計変更可能である。
この突出部30に備えられる取付面部40は、振れ精度を確保するために平面仕上げ加工が精度良くなされている。
また、本実施例では、車輪取付面側SRと反対側の面(反車輪取付面側ST)に、ボルト2gの頭部2gtが収まるボルト座面部2dが凹設されている。なお、このボルト座面部2dの凹設深さは、本実施例の範囲内で設計変更可能である。
別体内輪3は、前記ハブ2の軸部2aのインボード側IB外周に凹設されている段差部2eに外嵌可能な内径を有するとともに、前記ハブ2に外嵌した際に、そのハブ2の外周と同一平面上に位置する外径を有し、かつハブ2側の第一の軌道面2sと同一平面上で隣接する軌道面(第二の軌道面)3sを外周に環状に備えて中空円筒状に構成されている。
また、別体内輪3のインボード側端部3aは、所定の軸方向厚みを有するとともに、前記第二の軌道面3sを備えた外周領域よりも大径に形成されている。
そして、前記別体内輪3のインボード側IBの軸方向端面3bは、ハブ2のインボード側端部3aを揺動加締めた際に、該ハブ2のインボード側端部が、塑性変形して前記別体内輪3のインボード側端部3aの軸方向端面3bを加締め固定する。
外方部材(本実施例では、外方部材の一例として外輪を示すため、以下外輪として説明する。)4は、図1に示すように、内方部材1の軸部2aと略同一の筒長さを有する中空円筒状に形成されて前記軸部2aの外周を覆うように配置されている。
外輪4の内径は、前記軸部2aの外径との間で所定の軸受内空間を形成するように、前記軸部2a内径と比して大径に形成されているとともに、その内径には軸方向に所定間隔(前記内方部材1側の第一の軌道面2sと第二の軌道面3sに対応する間隔)をあけて2つの第一の軌道面4s,第二の軌道面4sが環状に形成されている。
そして、外輪4の外径には、外輪4側のフランジ(取付フランジ)4cが突設されており、図示しないボルトなどを差し込んで車体(例えば図示しない懸架装置等)側に固定することにより外輪4が車体に固定される。
外輪4側のフランジ4cは、本実施例では、外輪4の中心軸G2を中心としてそれぞれ90度ずつの位置に放射状に突設されており、それぞれのフランジ4cの所定位置に、図示しないボルトを車体取付面側SU(インボード側IB)に突出して備えるボルト孔4nを設けている。本実施例では、4本のハブフランジ4cのそれぞれの所定位置、すなわち、外輪4の中心軸G2を中心とした同一円周上にそれぞれ設けている。
前記フランジ4cには、ボルトが突出するボルト孔4nの周辺領域を、車体取付面側SUへと円筒状に突設させた突出部30を備えている。
そして、この車体取付面側SUへと突設している突出部30は、車体側が当接する取付面部40を構成しており、車体側をボルトで締結する際に、車体側がその突出部30のボルト孔4n周辺領域に当接して取り付けられる。
従って、本実施例によれば、車体(例えば懸架装置)が当接するフランジ4cの車体取付面は、フランジ4cの車体取付面側SUの全領域ではなく、前記突出部30のボルト孔4nの周辺領域(取付面部40)のみとなる。
なお、突出部30の突出高さは、突出部30以外の車体取付面側領域SU1より突出しているものであればよく、本発明の範囲内で設計変更可能である。
また、突出部30の突出形状は、本実施例のように円筒状に限定解釈されるものではなく、例えば楕円状や角筒状など本発明の範囲内で設計変更可能である。
この突出部30に備えられる取付面部40は、振れ精度を確保するために平面仕上げ加工が精度良くなされている。
また、本実施例では、車体取付面側SUと反対側の面(反車体取付面側SW)に、ボルトの頭部が収まるボルト座面部4dが凹設されている。なお、このボルト座面部4dの凹設深さは、本実施例の範囲内で設計変更可能である。
本実施例のハブ2のハブフランジ2cや、外輪4のフランジ4cは、それぞれ独立して突設された4本のフランジとしているが、それぞれのフランジ本数は本発明の範囲内で適宜増減可能であり、また、その突設形状・突出高さなども任意に設計変更可能である。また、本実施例では、それぞれのフランジ2c,4cが基端側以外では隣同士で分離独立しているが、隣り合うフランジ同士が円周方向で連結されている形態であってもよく本発明の範囲内である。
ここで、本実施例のハブ2のハブフランジ2cや、外輪4のフランジ4cにそれぞれ設けられている突出部30は、冷間鍛造により成形されている。
以下に、本実施例の車輪用軸受ユニットの内方部材を製造する方法、特にハブ2のハブフランジ2cに突出部30を形成する工程を一例として挙げて説明する。
なお、本実施例では、内方部材1を一例として説明するが、外方部材4のフランジ4cに突出部30を形成する工程も同様の工程が採用可能である。
図2は、本実施例の車輪用軸受ユニットの内方部材1を構成するハブ2のフランジ2cに、突出部30を形成する金型装置の一例を示す。図3は、突出部成形工程の一例(工程例1)を示す概略図、図4は突出部成形工程の他の一例(工程例2)を示す概略図、図5は図1の要部を示す拡大断面図を示す。
まず、図示しない中実の丸棒素材から、例えば、冷間により、前方押出し成形→ヘディング→側方押出し成形の各工程を経て、軸部2aとハブフランジ2cと位置決め用筒部2hが一体の中間素材CSが形成される。なお、中間素材CSの製造工程については、特に限定解釈されるものではなく、周知の冷間鍛造工程や本発明の範囲内で考えられ得る製造方法が採用可能であるため、ここでの詳細は省略する。
次に、突出部成形工程の一例を示す。まず、工程例1について説明する。
本工程例1では、図3に示すように、冷間で半抜き工程→据込み工程の手順で突出部30を成形・仕上げする。
本工程で使用される金型は、図2に示すように、下型SKと上型UKとで構成されている。図2は、中間素材CSのフランジ2cに半抜きして車輪取付面側SRに突出部30を形成した状態を示す。
下型SKは、中間素材CSの軸部2aを保持する円筒状の保持空間A1と、該保持空間A1と連通し、それぞれのフランジ2cを独立して保持する平面視矩形状の複数の保持空間A2を金型内に備え、該それぞれの保持空間A2内に向けて所定高さ領域をもって突出する下パンチPが備えられている。
上型UKは、前記下型SKのそれぞれの下パンチPと同位相に、突出部30を突設するための高さ方向に延びた円筒状の孔A3がそれぞれ備えられている。
(半抜き工程)
図3(a)(b)は、中間素材CSを示し、この中間素材CSを、図2に示す下型SKに配設する。この時、中間素材CSの各フランジ2cの反車輪取付面側STは、それぞれ各下パンチPの上端面P1上に乗っている状態となる。そして、この状態でプレスを降下させて上型UKを降下させると、上型UKが中間素材CSの各フランジ2cの車輪取付面側SRを押圧する(図2及び図3(c)(d)の状態。)。
これにより、図2及び図3(c)(d)に示すように、上型UKに備えた孔A3と下パンチPとの間で半抜きが起こり、孔A3形状にそって車輪取付面側にフランジ2cの材料が突き出され、据込み前の突出部(突出領域)30aが形成される。
そこで、この場合において、上型UKに備えられている孔A3は、次の関係にあることが好ましい(図5参照。)。
孔A3の直径をφD1、下パンチPの外径をφD2とした場合、φD1≦φD2の関係が成立するように、孔A3を調整するとよい。
φD1>φD2の関係にあると、半抜きではなく打ち抜きとなってしまうため、半抜き工程を途中で停止する必要があり、また欠陥(割れ)が生じる可能性がある。
すなわち、このような関係を有することにより、打ち抜かれたり、途中で半抜き工程を停止する必要も無く、欠陥(割れ)が生じないようにすることができる。
また、下パンチPの上端面は、上端縁P1を曲面Rに形成している(従って、下パンチPの直径φD2は、上端縁P1のRと平坦面P10の直径φD3を足したものとなる。)。
また本実施例では、例えば、上端縁P1の曲面Rを除いた平坦面P10は、ボルト2gの頭部2gtの直径以上の直径とする。
また、据込み前の突出部30aを大きく形成し過ぎると、据込み工程後の平面仕上げ精度が出難いので、平坦面P10は、ボルト2gの頭部2gtの直径の1.5倍以下とするのが好ましい。
(据込み工程)
上述の半抜き工程を行った後、図3(e)(f)に示すように、下パンチPをそのまま反車輪取付面側STに押し当てた状態で、半抜き工程により得られた据込み前の突出部(突出領域)30a上から、所定の据込み用の型(ダイ)K1でプレスして据込む。
このように半抜き工程後に据込み工程を行うことで、頂面が平面精度良く仕上げされた突出部30が形成される。なお、言うまでも無いが、据込み前の突出部30aの突出高さT31と比して、据込みされた後の突出部30の突出高さT32は低くなる(T31>T32)。
本実施例では、半抜き工程の後に、据込み工程を行って、突出部30の取付面部40を同時に平面仕上げして形成することにより、取付面部40を平面精度高く仕上げているため、切削などによる別途の仕上げ工程を省略できる。よって、従来行っていた製造コストの高い取付面部の切削工程をなくすことができるため、製造コストが大きく低減される。
なお、本実施例の工程(半抜き工程・据込み工程)を採用することなく、車輪取付面側の全領域を冷間で据込むことで平面精度良く仕上げすることも可能であるが、本実施例のように、冷間で突出部30のみを据込むものとすれば、据込む面積を小さくすることができる。そのため、全領域を冷間で据込む場合と比して、比較的小さな荷重でより精度良く仕上げることができる。
また、本実施例によれば、反車輪取付面側STに必要とされるボルト座面部2dを、突出部30の半抜き・据込み工程と同時に成形されるため、突出部30及び位置決め用筒部2hの外周2kとともに精度良く成形できる。従って、反車輪取付面側STの切削加工も削減でき、さらなる製造コストの低減が可能となる。
なお、特に図示は省略するが、上述の工程を経て成形された突出部30に、所定工程を経てボルト孔2nを貫通状に設ける。このようにボルト孔2nを設けるにあたり、上述のφD1とφD2の関係をφD1+(0.02〜0.13)T(フランジの厚さ)=φD2とするとよい。
次に、工程例2について図4を加えて説明する。
本工程では、据込み工程と、位置決め用筒部の外周を仕上げるしごき工程を同時に行う実施の一例である。なお、本工程で、据込み工程としごき工程を同時に行うとしているが、「同時」とは、時間的な同時を意味するのではなく、製造工程中に双方の工程を行うという意味であり、時間的にずれている場合も含む。
従来、取付面側の切削工程では、取付面部に加えて、位置決め部の仕上げ加工も切削により行っている。すなわち、切削以外の加工による取付面部の平面精度確保とともに、位置決め部の精度(径寸法、真円度、取付面との直角度など)も確保できれば、取付面側の切削工程を全て無くすことができ、製造コストの大幅な削減が可能となる。この点に鑑みなされているのが本工程例2である。
なお、半抜き工程にあっては、先に説明した工程例1の半抜き工程と同じであるためここでの説明は省略する。
本工程例では、半抜き後、据込み前の突出部30を据込む領域(型下面領域)を有する据込み用の型(ダイ)K1と、位置決め用筒部2hの外周2k全領域を段状にしごく周知のしごき工具K2を使用する(図4(e)(f)参照。)。
しごき前の位置決め用筒部2hの外周2kの外径をφD41(図4(c)(d))とし、しごき工程後の位置決め用筒部2hの外周2kは、アウトボード側OBから小径部50、大径部60と形成され、それぞれの外径をφD43(小径部50の外径)、φD42(大径部60の外径)とする(図4(e)(f))。すなわち、φD41>φD42、φD42>φD43となる。
従って、本工程例によれば、所定の据込み用の型K1としごき工具K2を用いて、突出部30を据込み形成すると同時に、位置決め用筒部2hの外周2kを所定形状および精度を得るようにしごくことができるため、突出部30の取付面部40を平面精度良く仕上げ加工すると同時に、位置決め部用筒部2hの外周2kを精度良く仕上げることができる。また、本工程によれば取付面との直角度を確保することもできる。よって、フランジ2cの車輪取付面側SRの切削工程を完全に無くすことができ、製造コストを大幅に削減することが可能となる。
なお、半抜き工程・据込み工程による突出部30の形成工程などについての作用効果にあっては、先に説明した工程例1と同じであるため省略する。
「変形例1」
なお、上述した本製造工程の据込み工程を省略することも可能である(図2及び図3(c)(d)工程のみで終了。)。なお、半抜き工程の説明などは工程例1と同じであるため省略する。
すなわち本実施例では、フランジ2cの車輪取付面側SRに突出部30を突設し、その突設した突出部30を車輪取付用の取付面部40として機能させるものとするため、半抜き工程後に、据込み工程に代えて、取付面部40の平面精度を得るために切削による仕上げ加工を採用するものとしても、仕上げ加工する面は、その取付面部40として機能する突出部30の頂面だけでよい。
従って、切削仕上げする必要のある面積を大きく減らすことができ、製造コストの低減が図れる。
本発明車輪用軸受ユニットの実施の一例を示す概略断面図である。 半抜き工程に使用される金型の概略断面図で、半抜き工程状態を図示しているものである。 工程例1の概略を示す図である。 工程例2の概略を示す図である。 半抜き工程状態を示す拡大断面図である。
符号の説明
1 内方部材
2 ハブ
2c ハブフランジ
2g ボルト
4 外方部材
4c フランジ
30 突出部

Claims (2)

  1. 相対回転可能に配される内方部材及び外方部材と、
    内方部材と外方部材の間に組み込まれる転動体を含み、
    前記内方部材と外方部材の少なくともいずれか一方には、車体あるいは車輪取付用のフランジが突設され、該フランジには、車体あるいは車輪に締結可能なボルトが円周方向で複数個備えられている車輪用軸受ユニットであって、
    車体取付用のフランジには、ボルトが突出するボルト孔の周辺領域を、車体取付側へと突設させた突出部が備えられているとともに、突出部は、車体側が当接する取付面部を構成し、
    車輪取付用のフランジには、ボルトが突出するボルト孔の周辺領域を、車輪取付側へと突設させた突出部が備えられているとともに、突出部は、車輪側が当接する取付面部を構成し、
    取付面部は、平面仕上げ加工がされていることを特徴とする車輪用軸受ユニット。
  2. 請求項1に記載の車輪用軸受ユニットにおけるフランジ付きの内方部材あるいは外方部材を製造する方法であって、
    フランジを備えた中間素材を加工する工程と、
    前記フランジのボルト取付用孔を形成する領域であって、車体取付側あるいは車輪取付側へと、ボルト径よりも大径に突出させる領域を、冷間で半抜き加工する工程と、
    その半抜き加工工程後、車体取付側あるいは車輪取付側に突出する領域を据え込み加工する工程とを含むことを特徴とする車輪用軸受ユニットにおけるフランジ付きの内方部材あるいは外方部材の製造方法。
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