(57)【要約】      （修正有）【課題】軸受寿命を延ばすことができて、しかも転動体の安定した転動が可能な外輪製造方法、複列アンギュラ玉軸受用外輪、及び車輪用軸受装置を提供する。【解決手段】外輪は、内径面の内径側に突出する周方向凸隆部３５、３６を有するブランク３４に対して、冷間ローリング加工を施して成形する。ブランク３４は、内径面に複列の転走面間の肩部を構成する周方向凸隆部３５やカウンタボアを構成する周方向凸隆部３６を備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪用軸受装置に用いられる複列アンギュラ玉軸受の外輪製造方法であって、
内径面の内径側に突出する周方向凸隆部を有するブランクに対して、冷間ローリング加工を施して成形することを特徴とする外輪製造方法。
【請求項２】
前記ブランクは、内径面に複列の転走面間の肩部を構成する周方向凸隆部を備えたことを特徴とする請求項１に記載の外輪製造方法。
【請求項３】
前記ブランクは、内径面にカウンタボアを構成する周方向凸隆部を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の外輪製造方法。
【請求項４】
前記請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の外輪製造方法にて製造された複列アンギュラ玉軸受用外輪であって、
表面のうち、幅面以外の表面が冷間ローリング加工面又は研削加工面であることを特徴とする複列アンギュラ玉軸受用外輪。
【請求項５】
前記ブランクに球状化焼鈍され硬度が８０〜９４ＨＲＢである高炭素クロム軸受鋼を使用して成形され、かつ、熱処理後の硬度が５８〜６４ＨＲＣであることを特徴とする請求項４に記載の複列アンギュラ玉軸受用外輪。
【請求項６】
前記ブランクに、球状化焼鈍され硬度が８０〜８８ＨＲＢである、炭素：０．４５〜０．８０ｗｔ％、クロム：１．０ｗｔ％未満である炭素鋼を使用して成形され、かつ、熱処理後の硬度が５８〜６４ＨＲＣであることを特徴とする請求項４に記載の複列アンギュラ玉軸受用外輪。
【請求項７】
前記請求項４〜請求項６のいずれか１項に記載の外輪を、複列アンギュラ玉軸受に用いたことを特徴とする車輪用軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等の車両において車輪を車体に対して回転自在に支持するための車輪用軸受装置、車輪用軸受装置の軸受に用いることができる複列アンギュラ玉軸受の外輪、及びこのような外輪の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
車輪用軸受装置には、第１世代と称される複列の転がり軸受を単独に使用する構造から、外方部材に車体取付フランジを一体に有する第２世代に進化し、さらに、車輪取付フランジを一体に有するハブ輪の外周に複列の転がり軸受の一方の内側転走面が一体に形成された第３世代、さらには、ハブ輪に等速自在継手が一体化され、この等速自在継手を構成する外側継手部材の外周に複列の転がり軸受の他方の内側転走面が一体に形成された第４世代のものまで開発されている。
【０００３】
第１世代の車輪用軸受装置では、車体側のナックルに圧入する必要があり、組立や交換に工数が必要となる。しかしながら、第１世代の車輪用軸受装置は、第２世代や第３世代の車輪用軸受装置よりも安価に製造できるため、主に軽自動車や小型車用に使用される場合が多い。
【０００４】
第１世代と呼ばれる車輪用軸受装置（例えば、特許文献１）は、図６に示すように、外径方向に延びるフランジ１０１を有するハブ輪１０２と、このハブ輪１０２に外側継手部材１０３が係合する等速自在継手１０４と、ハブ輪１０２の外周側に配設される軸受１００とを備える。
【０００５】
等速自在継手１０４は、前記外側継手部材１０３と、外側継手部材１０３に配設される内側継手部材（図示省略）と、この内側継手部材と外側継手部材１０３との間に配設されるボール（図示省略）と、このボールを保持する保持器（図示省略）とを備える。外側継手部材１０３は、内側継手部材が収納される椀形のマウス部１０７と、このマウス部１０７から突設される軸部（ステム部）１２３とからなる。
【０００６】
また、ハブ輪１０２は、筒部１１３と前記フランジ１０１とを有し、フランジ１０１の外端面１１４（反継手側の端面）には、大径の第１部１１５ａと小径の第２部１１５ｂとが形成され、第１部１１５ａにブレーキロータ１４０が外嵌され、第２部１１５ｂにホイール（図示省略）が外嵌される。
【０００７】
軸受１００は、図７に示すように、内周に複列の外側転走面１２０、１２１が形成された外輪１０５と、外周に外側転走面に対向する内側転走面１１８、１１９が形成された一対の内輪１０８、１０９と、外輪１０５の外側転走面１２０、１２１と内輪１０８、１０９の内側転走面１１８、１１９との間に転動自在に収容された複列の転動体１２２とを備える。図６に示すように、ハブ輪１０２の筒部１１３の外周面に切欠部１１６が設けられ、この切欠部１１６に内輪１０８、１０９が嵌合されている。また、ハブ輪１０２のフランジ１０１にはボルト装着孔１１２が設けられて、ホイールおよびブレーキロータ１４０をこのフランジ１０１に固定するためのハブボルト１４１がこのボルト装着孔１１２に装着される。
【０００８】
ハブ輪１０２の筒部１１３に外側継手部材１０３の軸部１２３が挿入される。軸部１２３は、その反マウス部の端部にねじ部１２４が形成され、このねじ部１２４とマウス部１０７との間にスプライン部１２５が形成されている。また、ハブ輪１０２の筒部１１３の内周面（内径面）にスプライン部１２６が形成され、この軸部１２３がハブ輪１０２の筒部１１３に挿入された際には、軸部１２３側のスプライン部１２５とハブ輪１０２側のスプライン部１２６とが係合する。
【０００９】
そして、筒部１１３から突出した軸部１２３のねじ部１２４にナット部材１２７が螺着され、ハブ輪１０２と外側継手部材１０３とが連結される。この際、ナット部材１２７の内端面（裏面）１２８と筒部１１３の外端面１２９とが当接するとともに、マウス部１０７の軸部側の端面１３０と内輪１０９の端面１３１とが当接する。すなわち、ナット部材１２７を締付けることによって、ハブ輪１０２が内輪１０８、１０９を介してナット部材１２７とマウス部１０７とで挟持される。この際、ハブ輪１０２の切欠端面１３２と、内輪１０８の端面１３３とが当接するとともに、マウス部１０７の端面１３０と内輪１０９の端面１３１とが当接した状態で、内輪１０８、１０９の突合面１３５、１３６が突き合される。この場合、外輪１０５の外径面が嵌合面１０５ａとなって、車体側のナックル１４５の内径面１４５ａに圧入される。
【００１０】
軸受の内輪、外輪、及び転動体（鋼球）には、一般的にはＳＵＪ２等の高炭素クロム軸受鋼やこれに相当する材質のものが使用される。また、ズブ焼入れ等にて全体が５８〜６４ＨＲＣに硬化される。なお、ＨＲＣはロックウェルＣスケール硬さである。
【００１１】
ところで、外輪１０５は、短円筒体の素材を削り出して成形することになる。しかしながら、外輪の形状として内径面に転走面やシール嵌合部（シール部材装着面）等を成形する必要があり、除去される重量（マテリアルロス＝投入重量−製品重量）が多くなり、その分材料コストが増加する。
【００１２】
そこで、近年では、材料コストの低減を図ることが可能なローリング加工にて成形されるものが提案されている。この場合、まず、熱間鍛造等によってブランクを成形する。このブランクは、完成状態の外輪よりも小径の粗い形状のものである。次に、冷間ローリング又は熱間ローリング等で拡径させる。その後、旋削加工により製品に研削取代をつけた形状に加工する。そして、熱硬化処理を芯まで行って、研削により完成させていた。
【００１３】
ブランクを成形する場合、外輪単体で熱間鍛造される場合と、外輪と１個の内輪と同時に鍛造され、鍛造工程の最終工程において切り離すいわゆる「親子取り」と呼ばれる方法もある（特許文献１）。また、冷間ローリングにて成形する方法としても種々のものがある（特許文献２、特許文献３、特許文献４、及び特許文献５等）。
【００１４】
一般的に冷間ローリング加工は、図９に示すような冷間ローリング加工機にて行われる。内径用のマンドレル１５０と、外径用の成形ロール１５１とを備える。マンドレル１５０の外周面に、外輪１０５の内径面を成形する外輪内径面成形部１５２が形成され、成形ロール１５１の外径面に、外輪１０５の外径面を成形する外輪外径面成形部１５３が形成されている。
【００１５】
外輪内径面成形部１５２は、転走面成形部１５２ａ、１５２ａと、シール嵌合部成形部１５２ｂ、１５２ｂとを備える。また、外輪外径面成形部１５３は、環状凹部成形部１５３ａと、嵌合面成形部１５３ｂ、１５３ｂとを備える。
【００１６】
この場合、ブランク１６０は図８に示すような基本的に内外径ストレートな短円筒体からなり、図９に示すように、マンドレル１５０にこのブランク１６０を外嵌し、マンドレル１５０と成形ロール１５３とでブランク１６０を挟んだ状態で、成形ロール１５３をその軸心廻りに回転させる。これによって、図１０に示すような形状の外輪１０５を成形することができる。
【００１７】
図１０に示す外輪１０５では、その外径面（ナックル圧入面）１０５ａの軸方向中央部に環状凹部１５５が設けられている。この環状凹部１５５が形成されることによって、その内径面１０５ｂに内径側へ膨出する凸部１５６が設けられる。そして、この凸部１５６の両側に転走面１２０、１２１が形成される。
【特許文献１】特開平５−６６２１５号公報
【特許文献２】実開昭６２−６３４１９号公報
【特許文献３】特開平３−９０２３９号公報
【特許文献４】特許第２５３９７５１号公報
【特許文献５】特開２００６−１８１６３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかしながら、図９に示すような冷間ローリング加工では、塑性変形量が多く、複列の転走面の間にある肩部の転走面とつながる部分、転走面と端部のシール嵌合部の間にあるカウンタボア部のシール嵌合部側寄りの部位等に微小クラックが発生するおそれがあった。
【００１９】
ところで、軸受として必要な硬さとするために、外輪ブランクには冷間ローリング加工（以下ＣＲＦと略す、ＣＲＦ：ＣＯＬＤ ＲＯＬＬ ＦＯＲＭＩＮＧ）・幅旋削後に焼入焼戻しがなされる。このため、微小クラックがある外輪を熱処理すると亀裂が進展することがあり、熱処理前の深さより深くまで亀裂が進み、熱処理後の研磨工程でも除去できない可能性がある。また、亀裂の進展で外輪自体が割れる可能性もある。
【００２０】
車両の旋回走行時には遠心力によるタイヤからのモーメント荷重により軸受が傾くことで、転動体が列間肩部の転走面の肩部付近を転がることになる。特に旋回外側の軸受には、モーメント荷重が大きく掛かり転走面の肩部付近を転がるときに転走面に掛かる面圧が高くなる。急旋回等により旋回の横方向加速度が大きいときには、転動体と転走面の接触楕円が転走面内に収まらずはみ出して（肩乗上げ）、転走面の肩付近の端部に掛かる面圧は更に高くなる。その面圧の高い部分に研磨工程で除去できなかった微小クラックがあると、旋回走行時に転動体が微小クラックの上を走ることになり、転走面の早期損傷につながり軸受短寿命となってしまう。
【００２１】
クラックがない場合でも、軌道溝の肩部付近がＣＲＦ時にマンドレルとローラの間で圧延されるときに角部（肩部等）が不充足であると、肩部の形状にバラツキが生じ、転動体が肩乗上げしやすくなることがある。このような場合、寿命ばらつきが大きくなることで、短寿命のものも発生してしまう。そのため、微小クラックや不充足部分を旋削で除去しようとすると、ＣＲＦ後の形状に取代をつけることになり、材料を無駄に使用することで材料コストが増加し、工程が増加し非効率になり、加工コストも上昇する。
【００２２】
また、ロールとマンドレルの間に充足させるためにブランクの端部は若干バリが出る形状としている。そのためにロールとマンドレルの空間は軸方向についてはブランクよりも若干長めになっている。したがって、圧延初期にブランクが偏った場合にブランクの挙動が安定せず、偏った場所から圧延初期にロールとマンドレルに倣いやすい場所に急激に移動する。しかも、マンドレルとロールの形状が正確に転写されないため不充足となる場合があり、軸受となったときに肩乗上げが発生しやすくなり、軸受短寿命につながる。
【００２３】
本発明は、上記課題に鑑みて、軸受寿命を延ばすことができて、しかも転動体の安定した転動が可能な外輪製造方法、複列アンギュラ玉軸受用外輪、及び車輪用軸受装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明の外輪製造方法は、車輪用軸受装置に用いられる複列アンギュラ玉軸受の外輪を製造する外輪製造方法であって、内径面の内径側に突出する周方向凸隆部を有するブランクに対して、冷間ローリング加工を施して成形するものである。ここで、冷間ローリング加工（冷間転造）とは、熱を加えずに冷たいまま（常温）でブランク（成形素材）を回転させながら圧延していく加工方法である。すなわち、内外径がワーク（加工後の完成品）より小さなブランクを、加工したい形状に設計された２つの治具（内径用と外径用）にはさんで回転させながら圧延、転造し、ワークを形成する加工方法である。
【００２５】
車輪用軸受装置に用いられる複列アンギュラ玉軸受の外輪は、その形状として内径面に転走面やシール嵌合部等を備えているので、外輪の内径面には凹凸部が形成される。このため、本発明の外輪製造方法のように、内径面の内径側に突出する周方向凸隆部が設けられたブランクを使用することによって、肩部等の角部が不充足となることを防止できて転走面やシール嵌合部等を成形することが可能となる。すなわち、内径面に凸部を形成したブランクにて、冷間ローリングを行えば、クラックが発生し易い場所を充足させることができる。このため、「微小クラックや不充足部分を除去するために、ブランクの肉厚を大として取代を設けた形状にＣＲＦ成形し、ＣＲＦ成形後に取代部分を除去する」ということがなくなる。
【００２６】
ブランクは、内径面に複列の転走面間の肩部を構成する周方向凸隆部を備えたものであったり、内径面にカウンタボアを構成する周方向凸隆部を備えたものであったりするのが好ましい。
【００２７】
冷間ローリングは、素材の余計な部分を削り落としていく切削加工とは異なり、製品外径より細いブランクを盛り上げて成形することができ、材料の無駄が生じない。また、加工時間が短いことと、工具が長寿命であることなどから、切削加工と比べて生産性が高くなる。さらに、使用する工具（成形ロールおよびマンドレル）は加工品に応じて取り替える必要があるが、安定した加工精度を得ることができる。さらには、切削加工とは異なり、ファイバーフロー（繊維状金属組織）が切断されない。そのため、加工製品は長寿命、高強度を得ることができる。
【００２８】
本発明の複列アンギュラ玉軸受用外輪は、前記した外輪製造方法にて製造された複列アンギュラ玉軸受用外輪であって、外輪の表面のうち、幅面以外の表面が冷間ローリング加工面又は研削加工面であるものである。
【００２９】
幅面以外の表面が冷間ローリング加工面又は研削加工面でよいので、この外輪は加工性に優れるとともに、材料コストおよび加工コストの低減を図ることができる。
【００３０】
外輪は、球状化焼鈍されて硬度が８０〜９４ＨＲＢであるＳＵＪ２等の高炭素クロム軸受鋼をブランクとして成形されたものが好ましい。または、炭素：０．４５〜０．８０ｗｔ％、クロム：１．０ｗｔ％未満であって、球状化焼鈍されて硬度が８０〜８８ＨＲＢである炭素鋼をブランクとして成形されたものであってもよい。なお、ＨＲＢはロックウェルＢスケール硬さである。
【００３１】
ここで、球状化焼鈍とは、鋼中の炭化物を球状にし、均一に分散させる熱処理である。このため、球状化焼鈍を行うことによって、塑性加工や機械加工を容易にし、あるいは機械的性質を改善することができる。
【００３２】
本発明の車輪用軸受装置は、前記外輪を、複列アンギュラ玉軸受に用いたものである。
【発明の効果】
【００３３】
本発明の外輪製造方法では、冷間ローリング成形にて外輪が成形されるので、製品の歩留まり及び生産性の向上を図ることができて、コスト低減を達成できる。しかも、外輪は安定した加工精度及び長寿命、高強度を得ることができ、軸受の品質向上を達成できる。また、外輪の軽量化を図ることができて、低燃費化を達成できる。
【００３４】
また、微小クラックが発生し易い場所を充足させることができる。このため、成形された製品は高品質となる。すななち、ブランクが内径面に複列の転走面間の肩部を構成する周方向凸隆部を備えたものであれば、外輪肩部（軌道面肩部）の充足具合がよくなり、微小クラックの発生がなくなる。これにより、車両の旋回走行時にタイヤからのモーメント荷重により軸受が傾き転動体が肩部の近くを通る場合にも、微小クラックがないため、転動寿命に悪影響を与えることがない。肩部の不充足状態とならず、肩部の形状にバラツキが生じないため、乗上げ状況に個体差が発生することもない。
【００３５】
ブランクが内径面にカウンタボアを構成する周方向凸隆部を備えたものでは、カウンタボアを構成する周方向凸隆部の段が圧延（ローリング）開始時にマンドレルの凹部に入ることで、ブランクがロールとマンドレルの空間の幅方向の中央に位置することができ、圧延初期の挙動が安定する。これにより、圧延が左右均等にされることになり、充足具合も左右均等となる。
【００３６】
しかも、「微小クラックや不充足部分を除去するために、ブランクの肉厚を大として取代を設けた形状にＣＲＦ成形し、ＣＲＦ成形後に取代部分を除去する」という作業を行うことがなくなって、生産性の向上及びコスト低減化を図ることができる。
【００３７】
幅面以外の表面が冷間ローリング加工面又は研削加工面でよいので、この外輪は加工性に優れるとともに、材料コストおよび加工コストの低減を図ることができる。
【００３８】
球状化焼鈍を行うことによって、塑性加工や機械加工を容易にし、あるいは機械的性質を改善することができる。このため、この車輪用軸受装置の生産性の向上を一層図ることができ、しかも製品として安定する。
【００３９】
本発明の車輪用軸受装置は、前記外輪を、複列アンギュラ玉軸受に用いたものであるので、高品質の軸受が使用されることになって、長期にわたって安定した機能を発揮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下本発明の実施の形態を図１〜図５に基づいて説明する。図１に第１実施形態の複列アンギュラ軸受を用いた車輪用軸受装置（駆動輪用軸受装置）を示し、この車輪用軸受装置は、ハブ輪１と、本発明に係る複列アンギュラ軸受２と、等速自在継手３とが一体化されてなる。
【００４１】
等速自在継手３は、外側継手部材としての外輪５と、外輪５の内側に配された内側継手部材としての内輪６と、外輪５と内輪６との間に介在してトルクを伝達する複数のボール７と、外輪５と内輪６との間に介在してボール７を保持するケージ８とを主要な部材として構成される。内輪６はその軸孔内径６ａに図示省略のシャフトの端部を圧入することによりスプライン嵌合してシャフトとトルク伝達可能に結合されている。
【００４２】
外輪５はマウス部１１とステム部（軸部）１２とからなり、マウス部１１は一端にて開口した椀状で、その内球面１３に、軸方向に延びた複数のトラック溝１４が円周方向等間隔に形成されている。そのトラック溝１４はマウス部１１の開口端まで延びている。内輪６は、その外球面１５に、軸方向に延びた複数のトラック溝１６が円周方向等間隔に形成されている。
【００４３】
外輪５のトラック溝１４と内輪６のトラック溝１６とは対をなし、各対のトラック溝１４、１６で構成されるボールトラックに１個ずつ、トルク伝達要素としてのボール７が転動可能に組み込んである。ボール７は外輪５のトラック溝１４と内輪６のトラック溝１６との間に介在してトルクを伝達する。この場合の等速自在継手は、ツェパー型を示しているが、各トラック溝の溝底に直線状のストレート部を有するアンダーカットフリー型等の他の等速自在継手であってもよい。
【００４４】
等速自在継手３の外輪５及び内輪６は、例えば、Ｓ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０ｗｔ％を含む中炭素鋼からなり、トラック溝１４、１６及び外輪５のマウス部１１の肩部（底壁外面１１ａ）から軸部１２の外周面（外径面）にわたって高周波焼入れ等によって表面硬度が５８〜６４ＨＲＣ程度となる硬化処理が施されている。
【００４５】
ハブ輪１は、筒部２０と、筒部２０の反継手側の端部に設けられるフランジ部２１とを有する。また、ハブ輪１の筒部２０の孔部２２に外輪５の軸部１２が挿入される。軸部１２は、その反マウス部の端部にねじ部４０が形成され、このねじ部４０とマウス部１１との間にスプライン部４１が形成されている。また、ハブ輪１の筒部２０の内周面（内径面）にスプライン部４２が形成され、この軸部１２がハブ輪１の筒部２０に挿入された際には、軸部１２側のスプライン部４１とハブ輪１側のスプライン部４２とが係合する。
【００４６】
そして、筒部２０から突出した軸部１２のねじ部４０にナット部材４３が螺着され、ハブ輪１と外輪５とが連結される。この際、ハブ輪１のフランジ部２１にはボルト装着孔３２が設けられて、ハブボルト３３がボルト装着孔３２に装着される。なお、ハブ輪１は、例えば、Ｓ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０ｗｔ％を含む中炭素鋼からなり、また、切欠部の底面乃至端面７０にわたって高周波焼入れ等によって表面硬度が５８〜６４ＨＲＣ程度となる硬化処理が施されていてもよい。
【００４７】
転がり軸受２は、図２に示すように、内周に複列の外側転走面２６、２７が形成された外輪２５と、外周に外輪２５の外側転走面２６、２７に対向する内側転走面２８、２９が形成された一対の内輪２４Ａ、２４Ｂと、外輪２５の外側転走面２６、２７と内輪２４Ａ、２４Ｂの内側転走面２８、２９との間に転動自在に収容された複列の転動体３０とを備える。転動体３０は外輪２５と内輪２４Ａ、２４Ｂとの間に介在される保持器３１に保持される。転がり軸受２の両開口部（外輪２５と内輪２４Ａ、２４Ｂとの間の開口部）にはシール部材Ｓが装着されている。
【００４８】
外輪２５は、外径面５０の軸方向中央部に環状凹部５１が形成され、これに対応して内径面５２の軸方向中央部に周方向凸部(膨出部)５３が設けられている。そして、この周方向凸部５３の両側に外側転走面２６、２７が形成され、さらに、外側転走面２６、２７の外側にシール嵌合部５４、５５が形成されている。
【００４９】
アウトボード側の内輪２４Ａと、インボード側の内輪２４Ｂとは共通の部品にて構成できる。なお、車両に組み付けた状態で車両の外側寄りとなる側をアウトボード側（図１左側）と呼び、中央寄りをインボード側（図１右側）と呼ぶ。図２に示すように、内輪２４（２４Ａ、２４Ｂ）は、厚肉部８５と薄肉部８６とを有する短円筒体からなり、厚肉部８５と薄肉部８６との間の外径面に転走面２８（２９）が形成される。厚肉部８５の外径面がシール嵌合部６３となる。また、内径面がハブ輪嵌合面６４となる。
【００５０】
次にこの転がり軸受２の外輪２５の製造方法を説明する。この外輪製造方法は、図３に示すように、長尺状のパイプ材Ｐを所定寸に切断して、短寸のブランク３４を成形する。その後、このブランク３４に対して冷間ローリング加工を行うことになる。冷間ローリングとは、熱を加えずに常温でブランク（成形素材）を回転させながら圧延していく加工方法である。すなわち、内外径がワーク（加工後の完成品）より小さなブランクを、加工したい形状に設計された２つの治具（内径用と外径用）にはさんで回転させながら圧延（転造）し、ワークを形成する加工方法である。
【００５１】
ブランク３４としては、図４に示すように、内径面３４ｂは、軸方向中央部の小径部３７と、この小径部３７の軸方向両側の中径部３８ａ、３８ｂと、開口部側の大径部３９ａ、３９ｂとを備えるのが好ましい。
【００５２】
外輪ブランク３４は、球状化焼鈍されて硬度が８０〜９４ＨＲＢであるＳＵＪ２等の高炭素クロム軸受鋼を使用したもの、または、球状化焼鈍されて硬度が８０〜８８ＨＲＢである炭素量が０．４５〜０．８０ｗｔ％、クロム量が１．０ｗｔ％未満である成分の炭素鋼を使用したものである。ここで、球状化焼鈍とは、鋼中の炭化物を球状にし、均一に分散させる熱処理である。このため、球状化焼鈍を行うことによって、塑性加工や機械加工を容易にし、あるいは機械的性質を改善することができる。
【００５３】
冷間ローリング工程では、図５に示すようなローリング装置にて冷間ローリング加工を行う。ローリング装置は、内径用のマンドレル４７と、外径用の成形ロール４８とを備える。マンドレル４７の外周面に、外輪２５の内径面を成形する外輪内径面成形部６７が形成され、成形ロール４８の外径面に、外輪２５の外径面を成形する外輪外径面成形部６８が形成されている。
【００５４】
外輪内径面成形部６７は、転走面成形部６７ａ、６７ａと、シール嵌合部成形部６７ｂ、６７ｂとを備える。転走面成形部６７ａ、６７ａには、カウンタボアを形成するためのカウンタボア成形部７５、７５がシール嵌合部成形部側に設けられている。また、外輪外径面成形部６８は、環状凹部成形部６８ａと、圧入面成形部６８ｂ、６８ｂとを備える。
【００５５】
この場合、マンドレル４７にブランク３４を外嵌し、マンドレル４７と成形ロール４８とでブランク３４を挟んだ状態で、成形ロール４８をその軸心廻りに回転させる。これによって、外輪２５を成形することができる。すなわち、中径部３８ａ、３８ｂが転走面２６、２７を構成し、大径部３９ａ、３９ｂがシール嵌合部５４、５５を構成する。
【００５６】
ブランク３４は、その内径部３７にて第１の周方向凸隆部３５が形成され、中径部３８ａ、３８ｂにて第２の周方向凸隆部３６が形成される。そして、この第１の周方向凸隆部３５が転走面２６、２７間の肩部７１を構成することになり、第２の周方向凸隆部３６にてカウンタボア７２、７２を構成することになる。
【００５７】
その後は、幅面５６を旋削加工により整形し、加熱炉等で焼入焼戻しして硬化させた後、研削加工（研磨加工）を行う。この場合、幅面５６以外の表面を冷間ローリング加工面又は研削加工面としている。焼入れは、ＳＵＪ２等の高炭素クロム軸受鋼であれば、ズブ焼入れであっても、高周波焼入れであっても良い。また、炭素量が０．４５〜０．８０ｗｔ％、クロム量が１．０ｗｔ％未満である成分の炭素鋼であれば、転走面として必要な表面硬度を確保するために、高周波焼入れが良い。ここで、ズブ焼入れとは、ワーク全体（深部まで）を電気炉などで必要な温度まで高めた後、急冷してワーク全体を堅い組織にする方法である。高周波焼入れとは、高周波電流の通じているコイルの間にワークを入れ、その表面に生じる渦電流に伴うジュール熱によって表面を加熱した後、急冷して表面のみ高硬度の組織にする方法である。また、幅面５６の整形は、焼入れ焼戻し後の旋削加工（焼入鋼切削）もしくは研削加工であっても良い。
【００５８】
球状化焼鈍された硬度が９４ＨＲＢの高炭素クロム軸受鋼ＳＵＪ２を使用した外輪ブランク３４を冷間ローリング加工した場合には、微小クラックは発生しなかった。しかし、球状化焼鈍された硬度が８９〜９４ＨＲＢの炭素鋼Ｓ５３Ｃを使用した外輪ブランク３４を冷間ローリング加工した場合には、転走面２６、２７の肩部７１寄りの部分、カウンタボア７２、および環状凹部５１の底部に微小クラックが発生した。一方、硬度８８ＨＲＢ以下では微小クラックは発生しなかった。
【００５９】
次に、前記のように構成される車輪用軸受装置の組立方法を説明する。まず、図１に示すように、ナックルＮに軸受２を圧入する。ナックル内径面８０には、内径側に突出する膨出部８１が設けられ、アウトボード側から軸受２を圧入することによって、外輪２５のインボード側の端面が膨出部８１に当接している。ナックル内径面８０のアウトボード側に止め輪８２が装着され、外輪２５は止め輪８２と膨出部８１とで挟持された状態で維持される。この場合、転がり軸受２の外輪２５のナックルとの嵌合面５０ａの外径寸法Ｄ１１を、ナックルＮの内径面８０の内径寸法Ｄ１０よりも僅かに大きく設定する。すなわち、ナックル嵌合面５０ａとナックル内径面８０との締代によって、ナックルＮと外輪２５との相対的な軸方向及び周方向のずれを規制するように設定する。
【００６０】
この場合、例えば、外輪２５とナックルＮとの間の嵌合い面圧×嵌合い面積を嵌合い荷重としたときに、このハメアイ荷重をこの転がり軸受の等価ラジアル荷重で割った値をクリープ発生限界係数とし、このクリープ発生限界係数を予め考慮して、外輪２５の設計仕様、すなわち外輪２５とナックルＮの嵌合締代が設定される。  
【００６１】
このため、外輪２５のナックル嵌合面５０ａとナックルＮのナックル内径面８０との締代によって、外輪２５の軸方向の抜け及び周方向のクリープを防止できる。ここで、クリープとは、嵌合締代の不足や嵌合面の加工精度不良等により軸受が周方向に微動して嵌合面が鏡面化し、場合によってはかじりを伴い潤滑不良や溶着することをいう。
【００６２】
次に、ナックルＮに圧入された軸受２にハブ輪１を圧入し、ユニット体を構成する。すなわち、組立てられた状態の軸受２の内輪２４Ａ、２４Ｂの嵌合面６４、６４に、ハブ輪１の筒部２０の外径面２０ａを圧入する。この際、内輪２４Ａの端面８５ａがハブ輪１の切欠部端面７０に当接する。
【００６３】
このように組立てられたユニット体と、等速自在継手３の外輪５とを連結する。この際、外輪５のステム軸部１２をハブ輪１の孔部２２に挿入し、孔部２２からアウトボード側に突出したねじ部４０にナット部材４３を螺着する。これによって、マウス部１１の底壁外面１１ａがインボード側の内輪２４Ｂの端面８５ａに当接する。この際、ナット部材４３の座面がハブ輪１のアウトボード側の端面４５の凹窪面４６に当接する。
【００６４】
このため、一対の内輪２４Ａ、２４Ｂが、その端面（突合面）８６ａ、８６ａが突合わされた状態で、切欠部端面７０とマウス部１１の底壁外面１１ａとの間に挟まれ、内輪２４Ａ、２４Ｂに予圧を付与することができる。
【００６５】
図１に示すように、ハブ輪１にはブレーキロータ９０が装着される。ブレーキロータ９０は、軸心孔９１を有する中心装着部９２を備え、この中心装着部９２がハブ輪１のフランジ部２１に嵌合する。中心装着部９２は、貫孔を有する円盤部９２ａと、この円盤部９２ａの外径部からインボード側へ延びる短円筒状部９２ｂとを有する。
【００６６】
この場合、ハブ輪１のアウトボード側の端面（筒部２０のアウトボード側の端面４５と、これに連続して同一平面上に配設されるフランジ部２１のアウトボード側の端面とで構成されるハブ輪端面）に円盤部９２ａが当接するとともに、ハブ輪１のフランジ部２１の外径部２１ａに短円筒状部９２ｂの円盤部９２ａ側の内径面が当接する。すなわち、ハブ輪１のフランジ部２１の外径部２１ａが、このブレーキロータ９０を案内するブレーキパイロット部９５を構成する。また、ハブ輪１のアウトボード側の端面４５から突出した円筒部４９の外径部４９ａを、ブレーキロータ９０の軸心孔９１部の内径面を案内するブレーキパイロット部としてもよい。
【００６７】
本発明の外輪製造方法では、冷間ローリング加工にて外輪２５が成形されるので、製品の歩留まり及び生産性の向上を図ることができて、コスト低減を達成できる。しかも、外輪２５は安定した加工精度及び長寿命、高強度を得ることができ、軸受２の品質向上を達成できる。また、外輪２５の軽量化を図ることができて、低燃費化を達成できる。
【００６８】
また、ブランク３４に転走面２６、２７間の肩部７１となる周方向凸隆部３５（小径部３７）を備えているので、外輪軌道面肩部の充足具合がよくなり、微小クラックの発生がなくなる。これにより、車両の旋回走行時にタイヤからのモーメント荷重により軸受が傾き、転動体３０が肩部７１の近くを通る場合にも、微小クラックがないため、転動寿命に悪影響を与えることがない。肩部７１が不充足状態とならず、肩部の形状にバラツキが生じないため、乗上げ状況に個体差が発生することもない。内径面にカウンタボア７２を構成する周方向凸隆部３６（中径部３８ａ、３８ｂ）を備えているので、周方向凸隆部３６が圧延（冷間ローリング）開始時にマンドレル４７の凹部（カウンタボア成形部７５、７５）に入ることで、ブランク３４が成形ロール４８とマンドレル４７の空間の幅方向の丁度中央に位置することができ、圧延初期の挙動が安定する。これにより、圧延が左右均等にされることになり、充足具合も左右均等となる。すなわち、微小クラックが発生し易い場所を充足させることができ、成形された製品は高品質となる。
【００６９】
しかも、「微小クラックや不充足部分を除去するために、ブランクの肉厚を大として取代を設けた形状にＣＲＦ成形し、ＣＲＦ成形後に取代部分を除去する」という作業を行うことがなくなって、生産性の向上及びコスト低減化を図ることができる。
【００７０】
また、球状化焼鈍を行うことによって、塑性加工や機械加工を容易にし、あるいは機械的性質を改善することができる。このため、この車輪用軸受装置の生産性の向上を一層図ることができ、しかも製品として安定する。
【００７１】
幅面５６以外の外輪表面は冷間ローリング加工面又は研削加工面でよいので、この外輪は加工性に優れるとともに、材料コストおよび加工コストの低減を図ることができる。
【００７２】
本発明の車輪用軸受装置は、前記外輪２５を、複列アンギュラ玉軸受に用いたものであるので、高品質の軸受２が使用されることになって、長期にわたって安定した機能を発揮することができる。
【００７３】
以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、例えば、前記実施形態では、外輪２５を成形するためのブランク３４を、パイプ材より成形していたが、丸棒状の鋼材バーを所定寸に切断し、この切断片を熱間鍛造等にて粗成形し旋削加工したものを使用してもよい。また、前記実施形態では、突合面が突合わされた状態で一対の内輪が装着されるものであったが、ハブ輪の外径面に外輪の外側転走面に対向する内側転走面が一体で形成されるとともに、ハブ輪筒部の外径面のインボード側に段付部が形成されて、この段付部に、外周に外側転走面に対向する内側転走面が形成された１つの内輪を嵌合させたものであってもよい。さらに、ハブ輪と複列の転がり軸受と等速自在継手とがユニット化された車輪用軸受装置であって、ハブ輪の外径面に、外輪のアウトボード側外側転走面が対向するアウトボード側内側転走面が形成されるとともに、等速自在継手の外側継手部材の外径面に、外輪のアウトボード側外側転走面が対向するアウトボード側内側転走面が形成されたものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の実施形態を示す車輪用軸受装置の断面図である。
【図２】前記車輪用軸受装置の転がり軸受の拡大断面図である。
【図３】前記転がり軸受の外輪加工工程を示す簡略図である。
【図４】前記転がり軸受の外輪の素材となるブランクの断面図である。
【図５】冷間ローリング加工機による外輪成形状態を示す簡略図である。
【図６】従来の車輪用軸受装置の縦断面図である。
【図７】従来の軸受の縦断面図である。
【図８】従来の軸受の外輪を冷間ローリングで成形するためのブランクの断面図である。
【図９】冷間ローリング加工機による従来の外輪成形状態を示す簡略図である。
【図１０】従来の軸受の外輪の断面図である。
【符号の説明】
【００７５】
２      複列アンギュラ軸受
２５    外輪
２６、２７  外側転走面
３４    ブランク（成形素材）
３５    周方向凸隆部
３６    周方向凸隆部
７１    肩部
７２    カウンタボア
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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