轴承单元滚道环部件、轴承单元以及用于制造轴承单元滚道环部件的方法和设备.pdf

本发明提供一种轴承单元，其包括安装在车身上的一个滚道环(2)，设置成面向所述一个滚道环(2)并且安装在车轮上的另一个滚道环(4)，以及沿着圆周方向可滚动地设置在分别形成在两个滚道环(2)、(4)的相向表面上的外圈滚道(2s)与内圈滚道(4s)之间的多个滚动元件(6)、(8)，滚道环(2)、(4)中的至少任何一个具有连接凸缘(12a)或安装凸缘(12a)，在该连接凸缘(12a)或安装凸缘(12a)处滚道环安装在车身或车轮上，其中两个滚道环(2)、(4)通过不对凸缘(12a)、(12a)的表面进行切削加工的冷锻而整体地形成，同时至少对外圈滚道(2s)和内圈滚道(4s)进行通过电磁感应的淬火和回火处理以及磨削加工。

1.  一种轴承单元，其包括：
一个滚道环，其安装在车身上；
另一个滚道环，其设置成面向所述一个滚道环并且安装在车轮上；以及
多个滚动元件，其可滚动地设置在分别形成在两个所述滚道环的相向表面上的滚道表面之间，其中
所述滚道环中的至少任何一个具有用于安装在车身或车轮上的凸缘，其中
通过对凸缘表面不施加切削加工的冷锻整体地形成所述滚道环，同时至少对所述滚道表面进行通过电磁感应的淬火和回火处理以及磨削加工。

2.  如权利要求1所述的轴承单元，其中
实现车轮的径向定位的定位的圆柱形部分沿着圆周方向整体地并且连续地设置在所述另一个滚道环上，并且
通过冷锻形成所述定位的圆柱形部分，而不对其表面进行切削加工。

3.  一种轴承单元，其包括：
一个滚道环，其安装在车身上；
另一个滚道环，其设置成面向所述一个滚道环并且安装在车轮上；以及
多个滚动元件，其可滚动地设置在分别形成在两个所述滚道环的相向表面上的滚道表面之间，其中
所述另一滚道环具有：
另一个滚道环部件，其具有径向伸出的凸缘，和
内圈，其被夹紧在所述滚道环部件的轴端部分，以便锁定在该滚道环部件上，
通过对由机械结构碳素钢构成的材料进行冷锻，所述凸缘与所述另一个滚道环部件整体地形成，而在锻造之后不进行退火，并且
所述凸缘根部的硬度设置成在夹紧之前高于所述另一个滚道环部件的轴端部分的硬度。

4.  如权利要求3所述的轴承单元，其中
所述凸缘的根部硬度设置成在夹紧之前比所述另一个滚道环部件的轴端部分的硬度高维氏硬度HV50或以上。

5.  如权利要求3或4所述的轴承单元，其中
所述另一个滚道环部件的轴端部分用封闭式冷锻通过沿着直径方向收缩或膨胀材料而整体地形成，并且
所述凸缘用封闭式冷锻通过侧向挤压材料而整体地形成。

6.  一种用于轴承单元的金属滚道环部件，其包括：
径向伸出的凸缘，其设置在外圆周表面上；
定位的圆柱形部分，其设置在外圆周表面上位于其轴端部分的部分中，并且其比凸缘的轴向侧伸出的更远；以及
在圆周表面中的任何一个上的滚道表面，其中
所述定位的圆柱形部分和凸缘通过冷锻由塑性成形来形成，并且
所述定位的圆柱形部分形成为阶梯结构，其具有：
位于在轴端侧处的小直径部分；
阶梯部分；以及
位于在面向凸缘一侧处的大直径部分，并且其被做成经由阶梯部分延续。

7.  一种轴承单元，其包括：
外径侧滚道环部件，其在内圆周表面上具有双排外圈滚道；
内径侧滚道环部件，其在外圆周表面上具有双排内圈滚道；以及
多个滚动元件，其可滚动地设置在所述外圈滚道和内圈滚道的各排之间，其中
所述外径侧滚道环部件和内径侧滚道环部件中的至少一个滚道环部件是用于权利要求6所述的轴承单元的滚道环部件。

8.  一种用于轴承单元的滚道环部件的制造方法，该滚道环部件包括：
径向伸出的凸缘，其设置在所述滚道环部件的外圆周表面上；
定位的圆柱形部分，其设置在所述外圆周表面上位于其轴端部分的部分中，并且其比凸缘的轴向侧伸出的更远；以及
滚道表面，其在所述滚道环部件的圆周表面中的任何一个上，
其中所述外圆周表面做成圆柱形表面，并且
所述滚道环部件通过使用将其外圆周表面做成圆柱形表面的金属材料来制造，
该制造方法包括：
制备模具，该模具包括：
在将要形成凸缘的部分中径向向外下凹的(depressed)凸缘形成空间；
其内径大于材料的外径的大直径圆柱形表面部分；
阶梯部分；以及
其内径小于大直径侧圆柱形表面部分的小直径圆柱形表面部分，
其中所述大直径圆柱形表面部分、阶梯部分、和小直径圆柱形表面部分，在相对于轴向临近所述凸缘形成空间的部分中，从该凸缘形成空间一侧关于轴向顺序地形成；
以构成所述定位的圆柱形部分的材料的部分的至少一部分设置在所述小直径圆柱形表面部分内侧的状态，将材料放进冲模(die)内；以及
从构成所述定位的圆柱形部分的该部分一侧朝着所述凸缘形成空间一侧进行轴向压制材料的侧向挤压加工，以便使得构成该材料的金属材料的一部分进入所述凸缘形成空间，
其中在进行所述侧向挤压加工中，
所述材料塑性变形，以便在外圆周表面的一部分上形成凸缘，
所述材料的一部分从所述小直径圆柱形表面部分的内侧向所述大直径圆柱形表面部分的内侧移动，以便扩张外径，因而使该材料的该部分加工硬化，并且
所述加工硬化的部分向构成所述凸缘的基部的部分移动，使得至少构成该基部的部分由所述加工硬化的部分构成。

9.  如权利要求8所述的一种轴承单元滚道环部件制造方法，其中，
在模具的内表面上，所述小直径侧圆柱形表面部分的内径形成为小于构成所述定位的圆柱形部分的材料的该部分的外径，所述大直径侧圆柱形表面部分的内径形成为大于构成所述定位的圆柱形部分的该部分的外径，并且
将构成所述定位的圆柱形部分的该部分的至少一部分压配合到小直径侧圆柱形表面部分中，因而将所述材料放置在所述模具中。

10.  一种用于制造轴承单元的滚道环部件的设备，该滚道环部件包括：
设置在所述滚道环部件的外圆周表面上的径向伸出的凸缘；
设置在外圆周表面上的位于其轴端部分的部分中的定位的圆柱形部分，其比凸缘的轴向侧伸出的更远；以及
在所述滚道环部件的任何一个圆周表面的上的滚道表面，并且
所述滚道环部件使用其外圆周表面被做成圆柱形表面的金属材料来制造，
其中所述模具包括：
设置在其内表面上的一部分中的凸缘形成空间，在其内表面上将形成所述凸缘以径向向外凹进；和
其内径大于所述材料的外径的大直径圆柱形表面部分；
阶梯部分；以及
其内径小于所述大直径侧圆柱形表面部分的小直径圆柱形表面部分，
其中，所述大直径圆柱形表面部分、阶梯部分、小直径圆柱形表面部分，在相对于轴向临近所述凸缘形成空间的部分中，从该凸缘形成空间一侧相对于轴向顺序地设置。

11.  一种轴承单元，其包括：
一个滚道环，其安装在车身上；
另一个滚道环，其设置成面向所述一个滚道环并且安装在车轮上；
多个滚动元件，其可滚动地设置在分别形成在所述两个滚道环的相向表面上的滚道表面之间；
所述滚道环中的至少任何一个具有凸缘，在该凸缘处该滚道环安装在车身或车轮上，其中
所述凸缘具有多个螺栓安装孔，其中用于紧固车身或车轮的螺栓适于安装在该螺栓安装孔中，
所述凸缘包括以朝着车身安装侧或车轮安装侧从其伸出的方式设置在所述螺栓安装孔的周边区域上的伸出部分。

12.  如权利要求11所述的一种轴承单元，其中
所述伸出部分构成安装表面部分，该安装表面部分与车身侧部件或车轮侧部件邻接。

13.  如权利要求11所述的一种轴承单元的至少一个滚道环的轴承单元滚道环部件制造方法，包括：
形成包括所述凸缘的中间材料；
对其直径大于螺栓直径的周边区域进行冷法半冲模切割加工，在该周边区域中所述多个螺栓安装孔以朝着车身安装侧或车轮安装侧伸出的方式形成在所述凸缘中，并且
在半冲模切割之后，镦锻朝着车身安装侧或车轮安装侧伸出的周边区域。

轴承单元滚道环部件、轴承单元以及用于制造轴承单元滚道环部件的方法和设备
技术领域
本发明涉及轴承单元滚道环部件、轴承单元、以及用于制造轴承单元滚道环部件的方法和设备，具体说，该轴承单元用于将车轮旋转地支撑在悬架系统上。应当指出，在本说明书中，车轮通常指所有的车轮，例如，不仅指汽车的车轮，而且指轨道车辆的车轮。
背景技术
常规上，已知用于将汽车的车轮旋转地支撑在车身(例如，悬架系统(悬架))上的各种类型的轴承单元(例如，参考专利文献1)。例如，用于驱动车轮的轴承单元示于图16(a)中，并且该轴承单元包括固定于车身侧并且在所有时间都保持在非旋转状态中的外圈(也称之为静止环，一个滚道环、外经侧滚道环部件)2，以面向外圈2的内侧的方式设置并且以与车轮一起旋转的方式连接于车轮侧的衬套(也称之为旋转环，和另一个滚道环)4，以及旋转地安装在外圈2与衬套4之间的双排滚动元件6、8。
在这种情况下，外圈2形成为空心的圆柱形形状，并且以覆盖衬套4的外圆周的方式设置，密封件(在车轮侧上的唇状密封件10a、在车身侧上的组合密封件10b)设置在外圈2与衬套4之间，用于气密地密封轴承单元的内部。此外，唇状密封件10a固定于外圈2的车轮侧固定表面2n-1，并且相对于衬套4的滑动表面4n-1可滑动地定位，而组合密封件10b固定于外圈的车身侧固定表面2n-2，并且相对于内圈(也称之为旋转环构成元件)16可滑动地定位，这将在后面描述。此外，虽然在图中将滚珠示作滚动元件6、8，但是根据轴承单元的结构和类型也有使用滚柱的情况。
连接凸缘2a(也称之为固定凸缘)以从其外圈2的外圆周一侧向外伸出的方式整体地模制在该外圈2上。固定螺栓(未示出)插入到在固定凸缘2a中的固定孔2b中，以固定于车身一侧，从而外圈2能够被固定于未示出的悬架系统(转向节)。此外，例如，支撑汽车的幅板式车轮(未示出)并且与该幅板式车轮一起旋转的基本上圆柱形的衬套主体12(也称之为另一个滚道环部件、内径侧滚道环部件和转轴)设置在衬套4上，并且幅板式车轮与其固定的安装凸缘12a(也称之为衬套凸缘)以从其伸出的方式设置在衬套主体12上。
安装凸缘12a向外(衬套主体12的径向外侧)延伸超过外圈2，并且多个衬套螺栓14(也称之为柱螺栓)以沿着圆周方向以预定间隔设置的方式设置在其延伸边缘的附近。在这种情况下，通过将多个衬套螺栓14插入到形成在幅板式车轮中的螺栓插入孔(未示出)中并且用螺母(未示出)紧固，该幅板式车轮能够定位并固定于安装凸缘12a。当这样做时，车轮的径向定位通过以从其伸出的方式设置在衬套主体12的车轮一侧上的定位的圆柱形部分(也称之为导杆部分)来实现。
此外，环形的内圈16(其与衬套主体12一起构成衬套4)安装在衬套主体12的车身侧安装表面4n-2上。在这种情况下，在内圈16以滚动元件6、8用保持架18保持的状态安装在形成在其上的阶梯部分12b的安装表面4n-2上之后，例如，在外圈2与衬套4之间，在衬套主体12的车身侧轴向端部分处的夹紧区塑性变形。于是，夹紧区(轴端部分)12c沿着其被夹紧于(紧密接触于)内圈16的圆周端部16s，从而，内圈能够被锁定在衬套主体12上。
当这个发生时，产生对轴承单元施加预定的预载荷的状态，并且在这种状态下，滚动元件6、8可旋转地安装在外圈2与衬套4之间，以便与外圈2和衬套4的滚道表面(外圈滚道2s、内圈滚道4s)接触，同时分别形成预定的接触角。在这种情况下，每个连接两个接触点的作用线(未示出)以直角与相应的滚道表面2s、4s相交，同时通过滚动元件6、8的中心，并且在轴承单元的中心线上的一点处(作用点)彼此相交，从而，构成背对背的双联(DB)轴承。
应当指出，在这样的结构中，在汽车运行时，作用在车轮上的力经由轴承单元全部从幅板式车轮传递给悬架系统。当这个发生时，引起各种类型的载荷(径向载荷、轴向载荷、转矩载荷等)作用在轴承单元上。然而，由于轴承单元形成为背对被的双联(DB)轴承，因而对于各种类型的载荷保持高刚度。
此外，未示出的等速万向节(CVJ)连接于轴承单元。具体说，通过使等速万向节的外环与轴承单元的衬套4(衬套主体12的夹紧区12c)邻接，该等速万向节与轴承单元相互连接，使等速万向节的转轴(未示出)安装在衬套主体12的转轴孔12h中，并且固定转轴的前端，以便用螺母(未示出)安装到定位圆柱形部分12d中。在这种结构中，例如，通过与驱动轴的角度变化相关联的等速万向节的自由角度变化，预定力矩的驱动力经由轴承单元平稳地传递给幅板式车轮。
另一方面，例如，用于从动车轮的轴承单元示于图16(b)。在该轴承单元中，在衬套主体12的中心部分不设置转轴孔。此外，作为用于气密地密封轴承单元内部的密封件，盖子10c在组合密封件的位置中设置在车身侧上。盖子10c形成为圆盘形状，以便从轴承单元的外侧气密地密封在车身侧上的轴承单元的内部，并且在其近端处固定于外圈2的固定表面2n-2。应当指出，由于这种轴承单元的其他结构与上面所述用于驱动车轮的轴承单元(图16(a))的结构相同，因此，在图16(b)中同样的附图标记给予同样的构成零部件，并且将省去其描述。
顺便说，如图17(a)和17(b)所示，在图16(a)和16(b)的轴承单元中，定位的圆柱形部分12d设置在构成衬套4的衬套主体12的车轮侧上，并且安装凸缘12a和唇状密封件10a的滑动表面4n-1、内圈滚道4s和阶梯部分12b，以及内圈16安装表面4n-2总合成衬套主体12的外圆周表面4m，从而，衬套主体12形成为复杂的结构。
另一方面，在外圈2上，连接凸缘2a总合成外圆周表面2m，并且唇状密封件10a的固定表面2n-1或唇状密封件10a固定于其上的固定表面2n-1和双排外圈滚道2s，以及密封件的固定表面2n-2(图16(a)中的组合密封件10b、图16(b)中的盖子10c)或密封件固定于其上的固定表面总合成其内圆周表面2n，从而，外圈2形成为复杂的结构。此外，具体说，在图16(a)中的用于驱动单元的轴承单元中，转轴孔12h总合成衬套主体12的内圆周表面4n。
因此，通常的做法是通过热锻形成常规的衬套主体12。此外，外圈2形成为空心结构，因此，为了冲出材料的中心部分以形成外圈2，单独的冲压加工是必需的。在这种情况下，由于加工成本增加，通过热锻形成常规的外圈2也是通常的做法。
通常，通过热锻形成滚道环2、4，以通过以镦锻材料开始到冲压(修整)该材料的若干个步骤而得到其最终的结构，并且在第一步骤之前将材料加热到约1100℃，以便保持A3转换点的温度(约800℃)或更高的温度直到最终步骤结束。此外，考虑到在最终步骤之后要对材料进行切削加工，在最终步骤完成之后，对材料进行缓慢冷却，以便防止材料硬度的增加。在这种情况下，由于在材料的表面上产生氧化物或脱碳，因此对需要高尺寸精度和强度的材料各部分进行机械切削加工。
然而，在对材料进行的切削加工中，因为使得由于氧化或脱碳的表面而变粗糙的材料表面进行装卡(或在用夹紧装置夹紧时材料被加工)，所以会发生被切削加工材料表面与热锻材料表面的中心不一致，并且可能引起，例如，失去其为旋转环的衬套4(衬套主体12)的旋转平衡。当这个发生时，可能引起长时间保持轴承单元的旋转性能将变的很难的担心。
另一方面，虽然已经提出对其为静止环的外圈2将材料的厚度增加到不一致的中心不会影响任何事情的程度，但是当采用该建议时，不仅增加材料成本，而且外圈2的重量也增加到材料的厚度如此增加的程度。因此，难以实现减少轴承单元的总的重量。在增加材料厚度的情况下，当材料被切削加工时材料的切削加工余量也增加，从而不仅增加加工时间，而且增加加工成本，结果增加外圈2的制造成本。
此外，在热锻之后的缓慢冷却中，虽然考虑到机械切削加工的效率将材料保持在相对软的状态，但是在这种情况下，外圈2的连接凸缘2a的根部和衬套主体的安装凸缘12a的根部(优选应当保持硬)也变软。当在这种状态下进行机械切削加工时，由于在对其进行机械切削加工时压力施加于其上，连接凸缘2a和安装凸缘12a有时候变形或者倾斜。当这个发生时，悬架系统(转向节)和幅板式车轮分别不能精确地和刚性地固定于连接凸缘2a和安装凸缘12a上，结果，引起将机动车辆的车轮稳定地支撑在悬架系统上变得很难的担心。
为了避免发生这种现象，虽然可以增加连接凸缘2a和安装凸缘12a的根部的厚度以增强根部，但是在如此增加厚度的情况下，轴承单元的总的重量也增加。由于轴承单元组成部分非悬挂载荷并且构成直接支撑车轮的轴承单元，因此引起一种担心，即上述轴承的旋转平衡的失去和重量的增加与运行稳定性和车轮的可控制性的减少相关联。
此外，例如，专利文献2提出一种技术，其中衬套主体12通过对板材进行冷锻加工而形成。根据这种技术，能够抑制在锻造产品表面上出现氧化层或脱碳，并且还能够提高精加工精度。在这种情况下，由于不需要对材料进行任何切削加工，所以很难产生失去衬套主体12的旋转平衡的问题。然而，当板材进行冷锻时，由于衬套主体12的轴端部分的硬度变成高于安装凸缘12a的根部的硬度，因此其中轴端部分塑性变形以便将内环锁定在衬套主体12上的夹紧作业有时候变得很困难。此外，当加工板材以生产衬套主体12时，加工板材以伸出成致动器定位的圆柱形部分或车轮定位的圆柱形部分变的很困难，因此，如专利文献2所见，需要在衬套主体上设置一种间歇的导杆，或者在衬套主体上安装单独的导杆。
于是，虽然轴承单元的研制是希望通过实现便于夹紧作业而以很好的效率使其能够将内圈16锁定在衬套主体12上，但是迄今为止尚未有这样的轴承单元。
此外，图18示出用于驱动车轮的另一种轴承单元(也称之为车轮支撑轴承单元)105。构成机动车辆轮子的车轮101、和其为制动旋转部件并且其形成构成制动系统的盘式致动器的转子102可旋转地支撑在构成悬架系统的转向节103上。也就是，用多个螺栓107将构成车轮支撑衬套单元105的外圈106固定于形成在转向节103的圆形支撑孔104部分。另一方面，用多个柱螺栓109和螺母110将车轮101和转子102连接并固定在构成车轮支撑衬套单元105的衬套108上。此外，双排外圈滚道111a、111b和连接凸缘112分别形成在外圈6的内圆周表面和外圆周表面上。通过用螺栓107将连接凸缘112连接于转向节103上，外圈106固定于转向节103。
此外，衬套108由衬套主体113和内圈114构成。其中，在从外圈106的外端开口伸出的一部分中，安装凸缘115形成在衬套主体113的外圆周表面的一部分上。应当指出，相对于轴向的“外”是指图18、图19的左侧，其是在车辆的横向上的轴承单元的外侧，同时该轴承单元安装在该机动车辆上。相反，相对于轴向的“内”是指图18、图19的右侧，其为沿在车辆的横向上的轴承单元的中心侧，同时该轴承单元安装在该机动车辆上。用柱螺栓109和螺母110将车轮101和转子102连接并固定于安装凸缘115的外表面。
此外，面向双排外圈滚道111a、111b的外侧外圈滚道111a的内圈滚道116a形成在衬套主体113的外圆周表面上的中间部分。此外，内圈114安装在类似地形成在内端部分上的小直径阶梯部分117上。面向双排外圈滚道111a、111b的内侧外圈滚道111b的内圈滚道116b形成在内圈114的外圆周表面上。通过夹紧部分118将这样构成的内圈114固定于衬套主体113，该夹紧部分118通过使衬套主体113的内端部分径向向外塑性变形而形成。此外，双排滚动元件119、119分别可滚动地设置在外圈滚道111a、111b与内圈滚道116a、116b之间。应当指出，虽然在所示的实例中，滚珠用作滚动元件119、119，但是在重型的汽车衬套单元的情况下，有时候使用锥形滚柱。此外，在滚动元件119、119安装在其中的圆柱形空间的端部处的开口分别用密封环120a、120a气密地密封。
而且，在所示的实例中，由于轴承单元是用于驱动轮(FF车辆的前轮、FR或RR车辆的后轮、4WD车辆的任何轮子)的车轮支撑衬套单元105，转轴孔121形成在衬套108的中心部分中。此外，固定地设置在等速万向节外环122的外端面处的转轴123插入到转轴孔121中。与此相关联，螺母124螺纹固定在转轴123的前端部分上，于是，通过紧固如此安装的螺母124，衬套主体113保持在螺母124与等速万向节外环122之间。
其次，作为常规上已知的车轮支撑衬套单元，图19示出了用于从动车轮(FF车辆的后轮、FR或RR车辆的前轮)的另一种衬套单元。由于用于从动车轮的车轮支撑衬套单元105a，没有转轴孔设置在构成衬套108a的衬套主体113a的中心部分中。应当指出，虽然在所示的实例中，内圈114的内端面通过设置在衬套主体113a的内端部分处的夹紧部分118保持，但是内圈114的内端面也能够通过螺纹安装在衬套主体113a的内端面上的螺母保持。在这种情况下，螺母将要安装在其上的外螺纹部分设置在衬套主体113a的内端部分处。其他部分的结构和功能与前面所述的车轮支撑衬套单元105的结构和功能相类似。
顺便说，在构造成如上所述的车轮支撑衬套单元105、105a的任何一种结构的情况下，连接凸缘112和安装凸缘115分别形成在外圈106的外圆周表面上和衬套主体113、113a的外圆周表面上。作为制造外圈106或衬套主体113、113a的方法，除了诸如热锻或冷锻的塑性成形之外，还考虑到切削加工，在该衬套主体113、113a的外圆周上连接凸缘112或安装凸缘115以从其径向伸出的方式形成。
然而，为了通过提高加工效率以及确保材料的利用率实现成本减少，优选利用塑性成形。此外，在塑性成形中，由于热锻能够使工件在软状态下被加工，所以成形载荷被抑制到很小的水平。相反，由于即便在完成加工后将金属材料冷却之后，在构成部件中的金属材料变硬的程度也受限制(不超过随着温度下降硬度增加的程度)，因此，不是总是能够得到足够的强度。此外，由于需要考虑锻模之间的热膨胀不同，因此，很难确保尺寸精度和形状精度。另一方面，为了在使用时无论动量是否作用在其上，都防止有害变形的发生，需要确保形成在外圈106的外圆周表面上的连接凸缘112的基部或形成在衬套主体113的外圆周表面上的安装凸缘115的基部的强度。当通过热锻形成外圈106或衬套主体113、113a时，在基部听其自然的情况下，很难给予连接凸缘12a的基部或安装凸缘115所要求的强度。因此，为了增加该基部的强度需要进行单独的操作，这将增加外圈106或衬套主体113、113a的制造成本。
此外，利用热锻，由于尺寸精度变差并且需要从热处理部分除去脱碳层，用于后续步骤的大切削余量变成必需的，因此，热锻方法具有增加制造成本的问题。
与此相反，正如在专利文献3中所描述的，考虑通过其为冷锻方法之一的侧面挤压，制造在其本身的外表面上有连接凸缘112或安装凸缘115的外圈106或衬套主体113、113a。图20和图21示出通过专利文献3中所描述的这种侧向挤压制造其为用于轴承单元的滚道环部件的外圈106或衬套主体113a的状态。应当指出，图20示出形成构成图18至图19所示的用于驱动车轮的车轮支撑滚动元件轴承105、105a外圈106的状态，而图21示出形成构成图19所示的用于从动车轮的车轮支撑滚动元件轴承105a的衬套主体113a的状态。
在任何一种情况下，其外圆周表面制造成圆柱形表面或阶梯状的圆柱形表面的材料125、125a设置在由上冲模126、126a和下冲模127、127a构成的模具128、128a内，模具128、128a具有与连接凸缘12或安装凸缘15的外表面结构匹配的内表面结构。在这种状态，保持不包括将要形成连接凸缘112或安装凸缘115的部分的材料125、125a的外圆周表面的部分。另一方面，环绕将要形成连接凸缘112或安装凸缘115的部分的周边，存在与凸缘112、115匹配的空间129、129a。在材料125、125a在这种状态被冲头130、130a轴向压制(轴向尺寸缩小)的情况下，在轴向尺寸变短时，无处可逃的材料被推进空间129、129a中，从而连接凸缘112或安装凸缘115最终形成在外圆周表面的部分上。
在通过上面描述的侧向挤压来制造包括连接凸缘112或安装凸缘115的外圈106或衬套主体113a的情况下，能够增加形成在外圈106或衬套主体113a的外圆周表面上的连接凸缘112或安装凸缘115的基部的强度。即，由于包括基部的连接凸缘112或安装凸缘115被加工硬化，因此免除了增加基部强度的后续处理的必要性，或者即便这种后续处理是必要的，简单的后续处理也将是足够的，因此，实现了减少外圈106或衬套主体113a的制造成本。此外，由于不必考虑锻模之间的热膨胀的差异，因此容易确保尺寸精度和形状精度，并且能够简化或省去或后续加工，因而使得能够从这方面实现减少制造成本。
然而，为了进一步增加连接凸缘112或安装凸缘115的基部的强度，以便实现减少重量等，即便用上面所述的专利文献3中所描述的制造方法，也仍然留有改进的余地。即，如在汽车技术领域中广为人知的，为了实现增加集中在乘坐舒适性、驾驶稳定性等的驱动性能或燃料经济性，减少所谓的非悬挂载荷是有效的，该悬挂载荷是位于比构成悬挂系统的弹簧更加靠近路面的部件的重量。不用说，包括连接凸缘112或安装凸缘115的外圈106或衬套主体113a构成该非悬挂载荷，并且从增加前述性能的观点出发，即便稍微减少外圈106或衬套主体113a(以及衬套主体113)的重量也变得非常有利。
为了能够减少连接凸缘112或安装凸缘115的厚度，以便减少外圈106或衬套主体113、113a的重量，增加连接凸缘112或安装凸缘115的强度是非常有利的，具体说，在车辆转弯时大动量施加在其上的基部的强度。从这种观点出发，上面专利文献3所描述的制造方法仍然有改进的余地。
此外，在这种类型的轴承单元的情况下，连接凸缘112的车轮安装表面或安装凸缘115的车身安装表面需要以很好的平面度精度静加工，以便确保跳动精度。在专利文献3中公开的相关技术中，将以很好的平面度精度精加工的安装表面设计成用切削加工实现。
然而，当试图用切削加工来精加工安装表面时，由于常规上，安装凸缘115或连接凸缘112的安装表面的整个区域是例如与车轮或车身邻接的，需要切削加工安装表面的整个区域。因此，关于凸缘的滚道环部件的加工成本(与制造相关的时间成本或与制造相关的劳动小时成本)仍然有问题需要解决。
专利文献1：日本待审查公开JP-A-2005-256897
专利文献2：日本待审查公开JP-A-2003-25803
专利文献3：日本待审查公开JP-A-2006-111070
发明内容
本发明要解决的问题
鉴于这种情况提出本发明，本发明的第一个目的是提供一种具有优良的运行稳定性和可控制性的低成本轴承单元，其通过将车轮稳定地支撑在汽车的悬架系统上而能够在长时间的运行中保持恒定的旋转性能。本发明的第二个目的是提供一种通过实现方便夹紧作业而能够以良好效率将内圈锁定在另一个滚道环上的轴承单元。还有，本发明的第三个目的是实现一种结构和制造方法以及设备，用于获得用于轴承单元的重量轻的轴承部件和低成本的轴承单元。此外，本发明的第四个目的是提供一种轴承单元，其能够减少与平面精加工相关的成本，同时保持平面精加工精度，用这种平面精加工来加工凸缘的车轮安装平面或车身安装平面。
解决问题的手段
根据实现第一目的本发明的第一方面，提供一种轴承单元，其包括：
安装在车身上的一个滚道环；
设置成面向该一个滚道环并且安装在车轮上的另一个滚道环；以及
可滚动地设置在分别形成在该两个滚道环的面向表面上的滚道表面之间的多个滚动元件，其中
至少滚道环中的任何一个具有用于安装在车身或车轮上的凸缘，其中
滚道环是通过对凸缘表面不施加切削加工的冷锻整体地形成，同时至少对滚道表面进行通过电磁感应的淬火和回火处理以及磨削加工。
此外，根据本发明的第二方面，提供一种如在第一方面中所述的轴承单元，
实现车轮的径向定位的定位的圆柱形部分沿着圆周方向整体地并且连续地设置在另一个滚道环上，并且
该定位的圆柱形部分通过冷锻形成，而对其表面不进行切削加工过程。
根据实现第二目的的本发明的第三方面，提供一种轴承单元，其包括：
安装在车身上的一个滚道环；
设置成面向该一个滚道环并且安装在车轮上的另一个滚道环；
可滚动地设置在分别形成在两个该滚道环的面向表面上的滚道表面之间的多个滚动元件；
该另一滚道环具有：
具有径向伸出的凸缘的另一个滚道环部件，和
被夹紧到该滚道环部件的轴端部分以便锁定在该滚道环部件上的内圈，
通过对机械结构碳素钢构成的材料进行冷锻，该凸缘与该另一个滚道环部件整体地形成，在锻造之后不进行退火，并且
将凸缘根部的硬度设置成在夹紧之前高于该另一个滚道环部件的轴端部分的硬度。
此外，根据本发明的第四方面，提供一种如在第三方面中所述的轴承单元，
将该凸缘的根部硬度设置成在夹紧之前比该另一个滚道环部件的轴端部分的硬度高维氏硬度HV50或以上，
而且根据本发明的第五方面，提供一种如第三或第四方面所述的轴承单元，
该另一个滚道环部件的轴端部分是通过用封闭式冷锻而沿着直径方向收缩或膨胀材料而整体地形成，并且
凸缘是通过用封闭式冷锻而侧向地挤压材料而整体地形成。
还有，根据实现第三个目的的第六方面，提供一种用于轴承单元的金属滚道环部件，其包括：
设置在外圆周表面上的径向伸出的凸缘；
设置在外圆周表面上位于其轴端部分的部分中的定位的圆柱形部分，其比凸缘的轴向侧伸出更远；以及
在圆周表面中的任何一个上的滚道，其中
该定位的圆柱形部分和凸缘通过冷压由塑性成形而形成，并且
该定位的圆柱形部分形成为阶梯结构，其具有：
位于在轴端侧的小直径部分；
阶梯部分；以及
位于在其面向凸缘一侧并且做成经由阶梯部分延续的大直径部分。
此外，根据实现第三个目的的本发明的第七方面，提供一种轴承单元，其包括：
在内圆周表面上具有双排外圈滚道的外径侧滚道环部件；
在外圆周表面上具有双排内圈滚道的内径侧滚道环部件；
可滚动地设置在外圈滚道和内圈滚道的每排之间的多个滚动元件，其中
外径侧滚道环部件和内径侧滚道环部件中的至少一个滚道环部件是用于在本发明的第六方面所述的轴承单元的滚道环部件。
还有，根据实现第三个目的的本发明的第八方面，提供一种用于轴承单元的滚道环部件的制造方法，该滚道环部件包括：
设置在该滚道环部件的外圆周表面上的径向伸出的凸缘；
设置在外圆周表面上位于其轴端部分的部分中的定位的圆柱形部分，其比凸缘的轴向侧伸出更远；以及
在滚道环部件的圆周表面中的任何一个上的滚道表面，
其中将该外圆周表面做成圆柱形表面，并且
该滚道环部件通过用其外圆周表面做成圆柱形表面的金属材料制造，
该制造方法包括：
制备模具，其包括：
在将要形成凸缘的部分中径向向外下凹的(depressed)凸缘形成空间；
其内径大于材料的外径的大直径圆柱形表面部分；
阶梯部分；以及
其内径小于大直径侧圆柱形表面部分的小直径圆柱形表面部分，
其中大直径圆柱形表面部分、阶梯部分、和小直径圆柱形表面部分在相对于轴向临近该凸缘形成空间的部分中从该凸缘形成空间一侧相对于轴向顺序地形成；
以构成该定位的圆柱形部分的材料的至少一部分设置在小直径圆柱形表面部分内侧的状态，将材料放进模具(die)内；以及
从构成定位的圆柱形部分的该部分一侧朝着凸缘形成空间一侧进行轴向压制材料的侧向挤压加工，以便使构成材料的金属材料的一部分进入凸缘形成空间，
其中在进行侧向挤压加工中，
该材料塑性变形，以便凸缘形成在外圆周表面的一部分上，
该材料的一部分从小直径圆柱形表面部分的内侧向大直径圆柱形表面部分的内侧移动，以便扩张外径，因而使材料的该部分加工硬化，并且
该加工硬化的部分向构成凸缘基部的部分移动，使得构成基部的至少该部分由加工硬化的部分构成。
此外，根据本发明的第九方面，提供一种如在第八方面中所述的轴承单元滚道环部件的制造方法，其中，
在模具的内表面上，小直径侧圆柱形表面部分的内径形成为小于构成定位的圆柱形部分的材料的部分的外径，而大直径侧圆柱形表面部分的内径形成为大于构成定位的圆柱形部分的该部分的外径，并且
至少构成定位的圆柱形部分的该部分的一部分被压配合到小直径侧圆柱形表面部分中，因而将材料放置在模具中。
而且，根据实现第三个目的的本发明的第十方面，提供一种用于制造用于轴承单元的滚道环部件的设备，该滚道环部件包括：
设置在该滚道环部件的外圆周表面上的径向伸出的凸缘；
设置在外圆周表面上位于其轴端部分的部分中的定位的圆柱形部分，其比凸缘的轴向侧伸出更远；以及
在滚道环部件的圆周表面中的任何一个上的滚道表面，并且
该滚道环部件通过其外圆周表面做成圆柱形表面的金属材料而制造，
其中该模具包括：
设置在其内表面上的一部分中的凸缘形成空间，其中凸缘以径向向外下凹的(depressed)方式形成；和
其内径大于材料外径的大直径圆柱形表面部分；
阶梯部分；以及
其内径小于大直径侧圆柱形表面部分的小直径圆柱形表面部分，
其中，大直径圆柱形表面部分、阶梯部分、小直径圆柱形表面部分在相对于轴向临近该凸缘形成空间的部分中从凸缘形成空间一侧相对于轴向顺序地设置。
此外，根据实现第四个目的的本发明第十一方面，提供一种轴承单元，包括：
安装在车身上的一个滚道环；
设置成面向该一个滚道环并且安装在车轮上的另一个滚道环；
可滚动地设置在分别形成在该两个滚道环的面向表面上的滚道表面之间的多个滚动元件；
至少滚道环中任何一个具有凸缘，在该凸缘处该滚道环安装在车身或车轮上，其中
该凸缘具有多个螺栓安装孔，其中用于紧固车身或车轮的螺栓适于安装在该螺栓安装孔中，
该凸缘包括以朝着车身安装侧或车轮安装侧从其伸出的方式设置在螺栓安装孔的周边区域上的伸出部分。
此外，根据本发明第十二方面，提供一种如在第十一方面中所述的轴承单元，
该伸出部分构成车身侧部件或车轮侧部件与其邻接的安装表面部分。
而且，根据实现第四个目的的本发明的第十三方面，提供一种在本发明的第十一方面中所述的轴承单元的至少一个滚道环的轴承单元滚道环部件制造方法，包括：
形成包括凸缘的中间材料；
对其直径大于螺栓直径的周边区域进行冷法半冲模切割加工，在该周边区域中多个螺栓安装孔以朝着车身安装侧或车轮安装侧伸出的方式形成在该凸缘中，并且
在半冲模切割工序之后，镦锻朝着车身安装侧或车轮安装侧伸出的该周边区域。
本发明的优点
根据本发明第一方面，能够实现具有优良稳定性和可控制性的低成本轴承单元，其通过将车轮稳定地支撑在悬架系统上能够在长时间内保持恒定的旋转性能。
根据本发明第三方面，通过实现方便夹紧作业，能够实现以良好效率使内圈锁定在另一个滚道环部件上的轴承单元。
按照根据本发明第六方面的轴承单元滚道环部件，根据本发明第七方面的轴承单元，根据本发明第八方面的轴承单元滚道环部件制造方法，以及根据本发明第十方面的制造设备，能够以低成本获得重量轻的轴承单元滚道环部件和轴承单元。即，由于凸缘通过其为冷塑性成形的侧向挤压而形成在轴承单元滚道环部件的外圆周表面上，提高了成形效率并且确保了材料的利用率，因而使得能够实现减少成本。此外，因为由于与冷塑性成形相关的加工硬化，凸缘的硬度提高为高于材料的硬度，因此容易确保凸缘的强度。而且，在本发明的情况下，由于使得通过改变材料的外径而形成的加工硬化层存在于至少该凸缘基部的表面层上，凸缘基部的强度能够进一步增加，从而，通过充分地增加凸缘的强度，凸缘的厚度减小，以便于方便实现减少轴承单元滚道环部件的重量，因而减少轴承单元的重量。
根据本发明的第十一和第十三方面，通过保持车轮或车身安装表面区域的平面度精加工精度，能够提供一种轴承单元，其能够减少成本，包括精加工设置在一个或两个滚道环部件上的凸缘的车轮或车身安装表面区域的成本。
附图说明
图1是示出用于冷锻从动车轮衬套的加工的视图，其中(a)是制备钢坯的步骤，(b)和(c)是拉延步骤，(d)式侧向挤压步骤，(e)是侧向挤压最终形成步骤。
图2是示出用于冷锻静止环(一个滚道环)的加工的视图，其中(a)是制备钢坯的步骤，(b)是前挤压步骤，(c)是后挤压步骤，(d)是压平步骤，(e)是侧向挤压步骤。
图3(a)是封闭模冷锻的驱动车轮的衬套主体(另一个滚道环部件)的剖视图，(b)是封闭模冷锻的从动车轮的衬套主体(另一个滚道环部件)的剖视图。
图4是示出用于封闭冷锻从动车轮衬套主体的加工的视图，其中(a)是制备钢坯的步骤，(b)和(c)是拉延步骤，(d)是侧向挤压步骤，(e)是侧向挤压最终形成步骤。
图5是示出2.5代轴承单元的结构的视图，其中(a)是用于驱动车轮的轴承单元的剖视图，(b)是用于从动车轮的轴承单元的剖视图。
图6是按照成形步骤的顺序示出根据本发明实施例的第一实例的剖视图和端视图。
图7是图6中的X部分的放大的视图。
图8是示出在第一实例中进行侧向挤压的状态的剖视图。
图9是图8中的Y部分的放大的视图。
图10是按照成形步骤的顺序示出根据本发明实施例的第二实例的剖视图和端视图。
图11是示出根据本发明的轴承单元的实施例的示意剖视图。
图12是用于半冲模切割步骤的模具的示意剖视图，其示出进行半冲模切割步骤的状态。
图13是示意地示出步骤(step)实例1的视图。
图14是示意地示出步骤实例2的视图。
图15是示出半冲模切割步骤的放大的剖视图。
图16(a)是示出用于驱动车轮的轴承单元的结构的剖视图，(b)是示出用于从动车轮的轴承单元的结构的剖视图
图17(a)是以分解方式示出用于驱动车轮的衬套和一个滚道环的剖视图，图17(b)是以分解方式示出用于从动车轮的衬套和一个滚道环的剖视图。
图18是示出用于具有装配在转向节上的衬套单元的驱动车轮的车轮支撑衬套单元的另一个实例的剖视图。
图19是示出用于具有装配在转向节上的衬套单元的从动车轮的车轮支撑衬套单元的另一个实例的剖视图。
图20是通过在马上开始加工之前的状态和刚刚完成加工之后的状态，示出用常规上已知的侧向挤压加工来制造构成车轮支撑轴承单元的外圈的状态的剖视图。
图21是通过在马上开始加工之前的状态和刚刚完成加工之后的状态，示出用常规上已知的侧向挤压加工来制造构成用于从动车轮的车轮支撑轴承单元的衬套主体的状态的剖视图。
附图标记的说明
2，106，204 外圈(一个滚道环，外径侧滚道环部件)；
2a，112，204c 连接凸缘；
2s，111a，111b 外圈滚道；
4，108，108a，201 衬套(另一个滚道环)；
4s，116a，116b 内圈滚道；
6，8，119 滚动元件；
12，113，113a，202 衬套主体(另一个滚道环部件，内径侧滚道环部件)；
12a，115，202c 安装凸缘；
12c 另一个滚道环部件的轴端部分(夹紧区域)；
101 车轮；
102 转子；
103 转向节；
104 支撑孔；
105，105a 车轮支撑衬套单元；
107 螺栓；
109，202g 柱螺栓(螺栓)；
110 螺母；
114 内圈；
117 小直径阶梯部分；
118 夹紧部分；
120a，120b 密封环；
121 转轴孔；
122 等速万向节外环；
123 转轴；
124 螺母；
125，125a 材料；
126，126a，126b 上冲模；
127，127a 下冲模；
128，128a 模具；
129，129a 空间；
130，130a 冲头；
131 第一中间材料；
132 小直径圆柱形部分；
133 大直径圆柱形部分；
134 倾斜部分；
135 第二中间材料；
136，136a 第三中间材料；
137 冲模；
138 上板；
139 弹性结构体；
140 下板；
141 凸缘成形空间；
142 下凹进部分；
143 上凹进部分；
144 大直径圆柱形表面部分；
147 凹部；
148 定位的圆柱形部分；
148a 小直径部分；
148b 阶梯部分；
148c 大直径部分；
149 推顶销；
150 材料；
230 伸出部分
具体实施方式
(第一实施例)
首先，将参考图1和图2描述根据本发明第一实施例的轴承单元。该实施例的轴承单元是对图16(a)、16(b)所示的轴承单元的改进，因此，仅仅描述不同的结构，而省去类似结构的描述。
在该实施例的轴承单元中，外圈(一个滚道环)2和衬套主体12(构成另一个滚道环的滚道环部件)通过冷锻形成。在这里，将参考图1描述用于通过冷锻形成衬套主体12的加工。
首先，如图1(a)所示，作为用于形成衬套主体12的材料，将由机械结构碳素钢(JISG4051)制成的圆柱形钢坯20制备成在其中材料被球化。应当指出，虽然在这里钢坯20是实心材料，因为考虑到用于从动车轮的衬套主体12(图17(b))，所以在用于驱动车轮的衬套主体12(图17(a))的情况下，可能仅仅必需制备空心钢坯(未示出)。
其次，如图1(b)和1(c)所示，构成衬套主体12的外圆周表面4m的部分20m和构成外圈16安装在其上的安装表面4n-2的部分2n-2，例如，用封闭式冷锻通过拉延钢坯20而形成。在拉延钢坯的同时，构成阶梯部分12b的部分20b可以整体地形成在部分20m、20n-2两者之间。此外，在拉延加工中，同时整体地形成构成衬套主体12(另一个滚道环部件)的夹紧区域12c(轴端部分)的部分20c。
之后，如图1(d)所示，构成内圈滚道4s(也称之为旋转滚道表面)的部分20s、构成唇状密封件10a的滑动表面4n-1的或唇状密封件10a在其上滑动的部分20n-1、以及构成安装凸缘12a的部分20a用封闭式冷锻通过侧向挤压钢坯20而整体地形成。在挤压钢坯时，在形成构成安装凸缘12a的部分20a的同时，构成定位的圆柱形部分(也称之为导杆部分)部分20d也以沿着圆周方向延续的方式而整体地形成。
此外，如图1(e)所示，当完成通过封闭式冷锻的侧向挤压时，能够以高精度完成形成为与图17(b)所示的衬套主体12相同结构的产品。在这种情况下，包括侧向挤压安装凸缘12a的衬套主体12的总的结构呈星形形状。
在这种情况下，安装凸缘12a的表面(包括衬套螺栓14安装在其上的螺栓安装表面14m)和定位的圆柱形部分12d不进行切削加工，并且事实上它们能够使用。因此，不产生安装凸缘和定位的圆柱形部分的中心不一致的常规的偏心，从而，例如，不失去其为旋转环的衬套4的旋转平衡。因此，能够在长时间内保持轴承单元的恒定的旋转性能。
此外，通过侧向挤压形成安装凸缘12a，沿着圆周方向连续的定位的圆柱形部分12d能够以简单和快速的方式整体地形成，从而由于能够提高衬套主体12的制造效率，因而能够实现减少制造成本。
而且，例如，由于用封闭式冷锻能够在材料中产生加工硬化，因而能够增加安装凸缘12a的根部的强度。在这种情况下，由于能够实现减少安装凸缘12a的根部的厚度，因此能够实现将衬套主体12的重量减少到厚度减少的程度，从而由于能够减少非悬挂载荷，因此能够提高车轮的运行稳定性和可控制性。
顺便说，在如图1(e)所示的已完成的工件(衬套主体12)中，对唇状密封件10a的滑动表面4n-1、内圈滚道4s和内圈16安装表面4n-2进行热处理和磨削。在这种情况下，将通过电磁感应的淬火和回火处理施加于经由内圈滚道4s和外圆周表面4m的阶梯部分12b从滑动表面4n-1向内圈16安装表面4n-2延伸的区域。
在这里，在通过电磁感应的热处理中，例如，在已完成的工件(衬套主体12)设置在线圈中的状态下，当通过该线圈施加高频电流以围绕线圈产生高频磁通量时，于是该已完成的工件(衬套主体12)能够通过感应作用加热。在这样做时，被如此加热的部分用冷却剂(例如，水)淬火，从而进行淬火。之后，该已完成的工件(衬套主体12)被加热并且其后被冷却，从而进行回火。
在利用电磁感应的淬火和回火处理中，已完成的工件(衬套主体12)能够均匀地淬火变硬。具体说，在用于由空心钢坯(未示出)形成的驱动车轮的衬套主体12(图17(a))中，由于衬套主体12各部分之间的厚度差异变得相对较小，因此各部分的热容量恒定(constant)。因此，淬火变硬得到的深度是稳定的，从而，使得能够确保在整个衬套主体12上的强度均匀。
在利用上面所述的电磁感应完成热处理之后，对已完成的工件(衬套主体12)进行磨削。例如，在安装凸缘12a的表面(冷锻表面)利用电磁吸盘(电磁吸引并保持)经由垫板保持、以及锻造后的热处理表面(在衬套主体12的内圈滚道4s侧上的外圆周表面4m的一部分，图17(b))由靴形物(接收部件)支撑的状态中，磨削至少施加于唇状密封件10a的滑动表面4n-1、内圈滚道4s、内圈16安装表面4n-2以及靴形物支撑表面(未示出)。
在这种情况下，在磨削加工中，使用由金刚石轮构成的磨轮。此外，在磁力吸盘中，由于产生了星形安装凸缘12a的表面(冷锻表面)部分卡住(用爪夹紧)的状态，因此使用圆周地延续的垫板作为垫板，其中其外径侧和内径侧在退磁材料中具有不同的磁极。
下面，将参考图2描述用于通过冷锻形成外圈2(该一个滚道环)的加工。应当指出，图2示出纵向半剖的外圈结构。
首先，如图2(a)所示，作为用于形成外圈2的材料，将由机械结构碳素钢形成的空心钢坯22制备成在该钢坯中材料被球化。在这种情况下，在这里钢坯22是空心材料，因为外圈2形成为空心环形形状。
其次，如图2(b)所示，通过封闭式冷锻对钢坯22施加向前的挤压，整体地形成构成外圈2的外圆周表面2m的部分22m。在这种情况下，该部分22m构成指向车轮的外圆周表面2m的部分。
其后，如图2(c)所示，通过封闭式冷锻对钢坯22进行向后的挤压，整体地形成构成组合密封件10b固定在其上的固定表面2n-2的环形部分22n-2。在此发生的同时，在部分22n-2的根部处，还整体地形成构成滚动元件8(图16)在其上滚动的外圈滚道(也称之为静止滚道环表面)2s的部分22s。
此后，如图22(d)所示，通过封闭式冷锻来压薄钢坯22，整体地形成构成滚动元件6(图16)在其上滚动的外圈滚道2s的部分22s。
此外，如图2(e)所示，通过封闭式冷锻对钢坯22施加侧向挤压，以整体地形成连接凸缘2a，能够以高精度完成产生与图17(b)中的外圈2有相同的结构的产品。
在这种情况下，对连接凸缘2a的表面以及外圈2的外圆周表面2m和内圆周表面2n不进行切削加工，并且事实上他们能够被使用。因此，不产生连接凸缘和外圈的中心不一致，从而，失去轴承的旋转平衡的常规偏心。因此，能够在长时间内保持轴承单元的恒定的旋转性能。
此外，由于通过侧向挤压形成连接凸缘2a能够在材料中产生加工硬化，因此，例如能够增加连接凸缘2a的根部的强度。在这种情况下，由于能够实现减小连接凸缘2a根部的厚度，因此能够实现将外圈2的重量减少到厚度减少的程度，从而由于能够减少非悬挂载荷，因此能够提高车轮的运行稳定性和可控制性。
顺便说，对图2(e)所示的已完成的工件(外圈2)进行热处理和磨削。在这种情况下，当磨削外圈滚道2s时，其为冷模形成表面的外圆周表面2m事实上被用作基准平面。因此，能够以高精度对外圈滚道2s进行磨削，从而能够将外圈2与外圈滚道2s之间的中心不一致抑制在最小水平。
此外，由于需要将外圈2的厚度增加到通过冷锻整体地形成外圈2仍旧能够防止影响中心不一致的程度，所以不仅能够实现减少外圈2的重量，而且还能够实现减少整个轴承单元的重量。当外圈2要求进一步的圆度时，可以在冷锻或加热之后用冲压机对外圈2进行修整加工，以便薄薄地刮去外圆周表面2m。
此外，在加热外圈2的过程中，可以仅仅将前述的电磁感应淬火和回火必需施加于经由内圆周表面2n的相应的外圈滚道2s，从唇状密封件10a(图16(a))固定在其上的固定表面2n-1延伸到盖子10c(图16)固定在其上的固定表面的区域。由于外圈2由空心钢坯22形成，其部分的厚度可以做成相对较薄。因为由于厚度如此薄而能够使得各部分的热容量恒定(constant)，所以所得到的淬火变硬的深度是稳定的，从而使得能够确保整个外圈2上均匀的强度。
此外，用于冷锻外圈2的和衬套主体12的材料，例如，除了机械结构碳素钢构成的钢坯材料之外，还可以用管材或板材。
此外，虽然在这个实施例中，凸缘(连接凸缘2a、安装凸缘12a)是通过侧向挤压整体地形成，但是本发明不限于此，因此，可以采用凸缘逐步地径向延伸的成形加工。例如，对构成凸缘的材料的一部分进行镦锻加工，并且在已经完成对如此镦锻的该部分进行向后挤压加工之后，可以再一次进行镦锻加工，以便使凸缘逐步地径向延伸。
(第二实施例)
下面，将参考图3和图5描述根据本发明第二实施例的轴承单元。应当指出，由于该实施例的轴承单元也是对图16(a)、16(b)所示的轴承单元的改进，因此，在下面仅仅描述不同的结构，而省去相同结构的描述。
在16(a)和16(b)所示的轴承单元中，为了将安装凸缘12a根部的强度增加到一定程度，将衬套主体12整体上设置成基本上相同的(constant)硬度，因此使得衬套主体12的夹紧区域(轴端部分)12c很难塑性变形。
于是，在这个实施例的轴承单元中，使得在衬套主体(该另一个滚道环部件)12的轴端部分上的夹紧区域12c(图3(a)和3(b))容易塑性变形，以便通过沿着内圈16的圆周端部16s夹紧(成紧密接触)该夹紧区域12c而能够以良好的效率将内圈16锁定在衬套主体12上。
为了实现这种结构，衬套主体12可以通过封闭式冷锻来加工，以便将需要较高的旋转弯曲强度的安装凸缘12a的根部保持为相对较硬，而在施加夹紧的衬套主体12的夹紧区域12c中保持为相对较软。
在这里，将参考图4描述用于通过封闭式冷锻形成衬套主体12的加工。
首先，如图4(a)所示，作为形成衬套主体12的材料，将由机械结构碳素钢制成的圆柱形钢坯20制备成在其中材料被球化。应当指出，虽然因为考虑到用于从动车轮的衬套主体12(图3(b))，在这里钢坯20是实心材料，但是在用于驱动车轮(图3(a))的衬套主体12的情况下，可以仅仅必需制造空心钢坯(未示出)。
下面，如图4(b)和4(c)所示，构成衬套主体12的外圆周表面4m的部分20m以及构成外圈16安装在其上的安装表面4n-2的部分20n-2，例如，用封闭式冷锻通过拉延钢坯20整体地形成。在拉延钢坯的同时，构成阶梯部分12b的部分2b可以整体地形成在该部分20m与20n-2两者之间。
此外，在拉延加工中，同时整体地形成构成衬套主体12的夹紧区域12c的部分20c。在这种情况下，通过在该部分20c中进行封闭式冷锻，钢坯径向地收缩或扩张。通过对相关部分进行这种径向收缩或扩张加工，能够将构成夹紧区域12c的该部分20c保持为相对较软。
为了具体地描述，在用于主动和从动车轮的衬套主体12(图3(a)和3(b))中，构成夹紧区域12c的部分20c径向地收缩或扩张，该部分能够变薄到这样的程度，从而在相关部分20c中的硬度能够降低。由于根据，例如，衬套主体12的结构和/或尺寸来设置该部分被径向收缩或径向地膨胀的程度，因此作用在相关部分20c等上的夹紧力的大小在这里不给出具体的数字限制值。
随后，如图4(d)所示，构成内圈滚道4s的部分20s、构成唇状密封件10a的滑动表面4n-1的或唇状密封件10a在其上滑动的部分20n-1、以及构成安装凸缘12a的部分20a，用封闭式冷锻通过侧向挤压而整体地形成。当此发生时，在构成安装凸缘12a的部分20a形成同时，构成定位的圆柱形部分12d的部分20d也以沿着圆周方向延续的方式整体地形成。
根据通过这种封闭式冷锻的侧向挤压，构成安装凸缘12a的部分(包括根部)20a的硬度变的比构成衬套主体12的夹紧部分12c的部分20c硬。这是由于在钢坯20中产生的变硬不同的结果。
在这里，将描述关于加工硬化不同进行的测试结果。
首先，例如，将含有0.50至0.56％的碳的机械结构碳素钢进行球化处理，以便制造其硬度被调整到维氏硬度HV160的钢坯(材料)。然后，对该材料进行封闭式冷锻以形成衬套主体。在这种情况下，夹紧区域的硬度是HV200，而安装凸缘(包括其根部)的硬度是HV250或更高，产生HV50至100的硬度差。
当基于材料的强度将硬度差(HV50-HV100)转换成拉伸强度差时，结果得到约17至33kgf/mm²的拉伸强度差，并且得到安装凸缘(包括其根部)的强度(硬度)增加为超过夹紧区域这样的结果。
此外，如图4(e)所示，当通过封闭式冷锻的侧向挤压完成时，能够以高精度完成形成为与图3(b)所示的衬套主体12有相同结构的产品。在这种情况下，包括侧向挤压的安装凸缘12a的衬套主体12的总的结构呈星形形状。
应当指出，虽然在正常的锻造加工中，在完成衬套主体12之后进行低温退火，低温退火是用于去掉残余应力(residouble row stress)，并通过改变材料的机械性能来减小硬度。然而，在这个实施例中，由于需要在夹紧区域2c与安装凸缘12a(包括其根部)之间保持HV50至100的硬度差，所以在封闭式冷锻之后不进行低温退火。
因此，需要考虑在封闭式冷锻之后希望保持的夹紧区域的剩余硬度来设置钢坯20的硬度。在这种情况下，由于能够相对于，例如，作用在夹紧区域12c上的夹紧力和安装凸缘12a(包括其根部)的硬度，来任意地设置夹紧区域12c的剩余硬度，因此在这里不给出具体的数字限制值。
因此，根据该实施例，安装凸缘12a(包括其根部)的硬度，能够设置成高于衬套主体12的夹紧区域12c的硬度。即，在夹紧之前，安装凸缘12a(包括其根部)的硬度能够设置成比衬套主体12的夹紧区域12c的硬度高维氏硬度HV50或以上。
此外，如图16(a)和16(b)所示，外圈2以面向衬套主体12的方式设置在已完工的衬套主体12上，并且将多个滚动元件6、8以及密封件安装在其上。在将内圈16安装在衬套主体12中之后，对夹紧区域12c进行夹紧。在这种情况下，在夹紧之前衬套主体12的夹紧区域12c的硬度保持为比安装凸缘12a(包括其根部)软。因此，能够沿着内圈16的圆周端部16s容易地夹紧(成密切接触)夹紧区域12c。该内环16能够以良好的性能(efficiency)锁定在衬套主体12上。
此外，根据该实施例的衬套主体12，安装凸缘12a的表面(包括螺栓14安装在其上的螺栓安装表面14m)和定位的圆柱形部分12d不进行切削加工，并且如它们本来的样子来使用他们。因此，不产生安装凸缘和定位的圆柱形部分的中心不一致，从而例如，失去衬套4(衬套主体12)的旋转平衡的常规的偏心。由此，能够在长时间内保持轴承单元的恒定的旋转性能。
此外，通过用侧向挤压形成安装凸缘12a，在圆周方向上构成的定位的圆柱形部分12d能够以简单并且快速的方式整体地形成，从而，由于能够增加衬套主体12的制造效率，因此实现减少制造成本。
而且，由于能够增加安装凸缘12a的根部的强度，因此能够实现根部厚度的减少，并且能够实现将衬套主体12的重量减少到其厚度减少的程度，从而由于能够减少非悬挂载荷，因此能够提高车轮的运行稳定性和可控制性。
此外，在图4(e)所示的以完成的工件(衬套主体12)中，优选对唇状密封件10a在其上滑动的滑动表面4n-1、内圈滚道4s以及内圈安装在其上的安装表面4n-2进行热处理和磨削加工。在这种情况下，通过电磁感应的淬火和和回火处理，可以施加于经由内圈滚道4s和外圆周表面4m的阶梯部分12b从滑动表面4n-1向内圈16安装表面4n-2延伸的区域。
在这里，在通过电磁感应的加热过程中，例如，在已完成的工件(衬套主体12)设置在线圈中的状态下，当使高频电流流经线圈以围绕线圈产生高频磁通量时，于是该已完成的工件(衬套主体12)能够由感应作用加热。在这样做时，被如此加热的部分通过冷却剂(例如，水)淬火，从而进行淬火。之后，将该已完成的工件(衬套主体12)加热并且随后冷却，从而进行回火。
在利用电磁感应的淬火和回火处理中，已完成的工件(衬套主体12)能够均匀地淬火变硬。具体说，在用于由空心钢坯(未示出)构成的驱动车轮的衬套主体12(图3(a))中，由于衬套主体12的各部分之间的厚度差变得相对较小，因此各部分的热容量恒定(constant)。因此，淬火变硬得到的深度是稳定的，从而，使得能够确保在整个衬套主体12上的均匀强度。
此外，正如第一实施例一样，用于冷锻外圈2和衬套主体12的材料，除了由机械结构碳素钢制成的钢坯材料之外，例如还可以用管材或板材。
此外，虽然在这个实施例中，关于在夹紧区域12c与安装凸缘12a(包括其根部)之间的衬套主体12上的区域的硬度没有提到任何事情，但是在夹紧之后在该两部分之间不需要保持HV50至100的硬度差，因此，对于相关的区域可以采用任何硬度。例如，可以采用等于或小于该硬度差的硬度差，或者硬度差为零。
此外，虽然在这个实施例中，考虑到第三代轴承单元，但是本发明不限于此，因此，例如，本发明能够应用于图5(a)和5(b)所示的2.5代的轴承单元。图5(a)示出用于驱动车轮的轴承单元，而图5(b)示出用于从动车轮的轴承单元。在这种情况下，虽然第2.5代轴承单元基本上构造成与上面所述的第三代轴承单元相同，但是双排内圈16安装在衬套主体12上。在这种情况下，通过塑性变形夹紧区域12c并且将该夹紧区域12c夹紧(成紧密接触)在位于在面向车轮侧处的内圈164上，能够以良好的性能将双排内圈16锁定在衬套主体12上。
(第三实施例)
下面，将参考图6至图9描述根据本发明第三实施例的轴承单元。这个实施例旨在通过本发明的制造方法，制造构成用于前述图9所示的从动车轮的车轮支撑单元的衬套主体(该另一个滚道环部件)113a。此外，虽然图8示出进行侧向挤压加工的状态，但是在图8中，右半部分示出在马上开始加工之前的状态，而左半部分示出在刚刚完成加工之后的状态。
为了用这个实施例的制造方法制造衬套主体113a，首先，对图6(a)所示的圆柱形材料150进行第一阶段的向前挤压，以便得到如图6(b)所示的阶梯状的第一中间材料131。其为冷塑性成形方法之一的向前挤压是通过用冲模将材料150推进接收模中来完成的，该接收模具有与第一中间材料131的外圆周结构相匹配的内圆周结构。该向前挤压也可以通过在金属加工领域中所熟知的一般方法来完成。此外，当第一中间材料131的小直径圆柱形部分132的外径与大圆直径部分133的外径之比很大，或这两个圆柱形部分132、133之间的倾斜部分134的倾斜角很陡时，利用在轴向上与材料150一起移动的浮动模具。即，在用浮动模(以不扩张外径的方式)保持材料150的外圆周表面的同时，将该材料150推进接收模。由于利用浮动模具的向前挤压加工详细地公开在日本专利申请No.2005-354469中，并且该加工与本发明的要点不相关，因此在这里将省去其图示和详细说明。
对第一中间材料131进行第二阶段的向前挤压，以便使材料131成为如图6(c)所示的第二中间材料。该第二阶段的向前挤压基本上以类似于进行第一阶段的向前挤压的方式进行。不用说，接受模具具有不同的内圆周结构，该内圆周结构与第二中间材料的外圆周结构相匹配。此外，根据需要使用浮动模具。
其次，对第二中间材料135进行用于形成阶梯部分以提供轴向外侧角度类型的内圈滚道116a(参考图19)的阶梯形成加工和镦锻加工，以便使该第二中间材料135成为图6(d)所示的第三中间材料136。这个第三中间材料136与前面描述的图21的右半部分所示的材料125a相对应。为了从第二中间材料135获得第三中间材料136所进行的阶梯形成加工和镦锻加工，是通过压制在接受模具与该冲模之间的第二中间材料，同时用冲模保持第二中间材料136的外圆柱表面来进行的。由于该阶梯形成加工和镦锻加工容易由金属加工工程师进行，并且与本发明的要点不相关，因此在这里将省去其图示和详细描述。
当得到第三中间材料136时，该第三中间材料136被用作本发明的“材料”。然后，对该第三中间材料136(该材料)进行侧向挤压加工和用于形成内圈滚道116a的加工，以便获得如图6(e)所示的衬套主体113a。该侧向挤压加工基本上通过前面所述的在专利文献3中描述的方法进行。即，如从图8的“右半部分”到“左半部分”所示，以使金属材料径向向外逃逸(引起所谓的流动)的方式在该材料136被保持在上冲模126b和下冲模127a中的状态中，用冲模137轴向地压制该第三中间材料136，因而形成安装凸缘115。然而，通过设计上冲模126的内圆周结构(不同于专利文献1中所描述的发明的情况的内圆周结构)的部分，在衬套主体113a上的安装凸缘115的近端部分的表面层部分通过加工硬化而变成足够硬。在下文将首先描述加工设备的结构。
上冲模126b经由诸如橡胶、弹簧、液压缸和气缸的弹性结构体139支撑在固定于冲压机的锤头的上板138的下面，而冲模137固定于上板138的下表面。此外，下冲模127a固定于下板140之上，该下板140固定于冲压机的基座上。于是，在上冲模126b的下表面和下冲模127a的上表面相互邻接的状态中，使得具有与安装凸缘115的外表面结构相匹配的内表面结构的凸缘形成空间141形成在该上下表面之间。即，具有对应于该安装凸缘115的轴向向内的半部分的结构的下凹腔142形成在下冲模127a的上表面上，而具有对应于该安装凸缘115的轴向向外半部分的结构的上凹腔143形成在上冲模126b的下表面上。于是，在位于更靠近其外径侧的下冲模127a的上表面上的一部分与位于更靠近其外径侧的上冲模126b的下表面上一部分相互邻接的状态中，形成凸缘形成空间141，其中使得两个凹腔142、143的相位彼此配合。
具体说，在这个实施例中所用的制造设备的情况下，通过上冲模126b的内圆周表面，将大直径圆柱形表面部分144、阶梯部分145和小直径圆柱形表面部分146形成在位于上凹腔143之上的一部分中。即，大直径圆柱形表面部分144设置在刚刚在上凹腔143之上的位置中，阶梯部分145形成在刚刚在大直径圆柱形表面部分144之上的位置中，而小直径圆柱形表面部分146形成在刚刚在阶梯部分145之上的位置中。此外，大直径圆柱形表面部分144的内径R₁₄₄大于第三中间材料136的具有最大外径的上半部分的外径D₁₃₆，其构成该材料(R₁₄₄>D₁₃₆)。此外，小直径圆柱形表面部分146的内径R₁₄₆等于或稍大于上半部分的外径D₁₃₆(R₁₄₆≥D₁₃₆)。而且，阶梯部分145形成为倾斜的阶梯部分，或以当它从小直径圆柱形表面部分146向大直径圆柱形表面部分144延伸时，该内径以逐渐增加的方式具有组合弧形截面，以便在圆柱形表面部分144与146之间实现平滑地延续。以这种方式，阶梯部分145成为平滑的原因在于使得阶梯部分的结构在与阶梯部分145相关的定位的圆柱形部分148的外圆周表面上是形成平滑的。
随后将进行如下的操作，其中，第三中间材料136塑性地变形，以形成安装凸缘115，并且然后形成为图6(e)所示的衬套主体113a(或具有接近衬套主体113a的结构的第四中间材料)。首先，在上冲模126b和下冲模127a与锤头一起上升的状态中，将第三中间材料136的前半部分(下半部分)插入到下冲模127a中的中心孔中，以便将其设置在下冲模127a中。接着，上冲模126b和下冲模127a与锤头一起下降，以便如图8的右半部分所示，将第三中间材料136保持在上冲模126b和下冲模127a内部。从这种状态，冲模137与锤头一起下降，并且使构成第三中间材料136的金属材料流进凸缘形成空间141中，以便形成安装凸缘115，同时在第三中间材料136的近端面上形成凹腔147。此外，使得该凹腔147的周边部分构成定位的圆柱形部分148，盘式制动器的制动盘中的中心孔形成在该定位的圆柱形部分148上，并且使用时用于负重轮的轮子安装在其上。
由此，如图9所示，衬套主体113a的定位的圆柱形部分148形成为阶梯结构，其中位于轴端侧的小直径部分148a和位于安装凸缘侧以便延续安装凸缘115的大直径部分148c通过阶梯部分148b而彼此连续地连接。
以这种方式，在第三中间材料136形成为衬套主体113a(或第四中间材料)同时塑性变形的加工中，构成该第三中间材料136的金属材料的部分从小直径圆柱形表面部分146向大直径圆柱形表面部分144移动。在这个移动过程中，通过阶梯部分145扩张外径，并且至少表面层部分被加工硬化。随后，加工硬化部分顺序地进入凸缘形成空间141。当它进入凸缘形成空间141内部时，金属材料的这部分也被加工硬化。因此，当它从小直径圆柱形表面部分146向大直径圆柱形表面部分144移动时，并且当它进入凸缘形成空间141时，进入凸缘形成空间141以形成安装凸缘115的金属材料二次塑性变形，以被加工硬化。然后，已经进行二次加工硬化的部分(图6(e)和图7中的成形的部分)驻留在构成安装凸缘115的基部的部分中，即，安装凸缘115的轴向外表面上的径向向内的部分、定位的圆柱形部分148的外圆周表面以及连续地连接于这些表面的弯曲部分。换句话说，至少构成基部的该部分的表面层部分由已经进行二次加工硬化的部分所构成。
因此，即便在将定位的圆柱形部分148和安装凸缘部分115的厚度尺寸抑制成小尺寸的情况下，也能够确保需要的强度，并且也能够获得前述的优点。也就是，制造高强度(重量轻而确保所需要的强度)衬套主体113a，同时确保安装凸缘115可以通过侧向挤压而容易地形成的功能和优点。此外，当以上面所示方式进行侧向挤压时，在根据通过阶梯部分145的金属材料的该部分的成形加工当中，成形载荷增加到加到在第三中间材料136的一部分中产生加工硬化层的这种程度(加工硬化部分被推进凸缘形成空间141中的程度)。然而，由于加工硬化层部分地存在，而且，加工硬化层的厚度受到限制，能够稍微地抑制成形载荷的增加。也就是，当第三材料136塑性变形成图6(e)所示衬套主体113a时，虽然需要使得第三中间材料136产生径向向外流动，同时弯曲该加工硬化层，但是仅仅需要在弯曲该材料并且产生流动时所需要的成形载荷的增加量是很小的。因此，能够将施加于诸如上冲模126b、下冲模127a的相应模具的载荷的增加抑制到很小的水平，从而，可以较少地减少模具的寿命。
将以上面所述方式得到的衬套主体113a(或具有接近衬套主体113a的结构的第四中间材料)从图8所示的侧向挤压模具取出，以转移到后面的步骤，并且然后与其他部件组合(在根据需要对其进行诸如磨削和热处理的精加工之后)以便制造成前面已经描述的图19所示的车轮支撑衬套单元105a。此外，通过在与锤头一起升高上冲模126b和冲模137之后，升高设置在下冲模127a中的推顶销149，并且从下冲模127a中的中心孔将衬套主体113a推出来完成从侧向挤压模具取出衬套主体113a的操作。
(第四实施例)
下面将参考图10描述根据本发明第四方面的轴承单元。如前面所述的图6一样，图10示出用于通过将圆柱形材料150塑性变形以便产生成形步骤来制造衬套主体113a(或具有接近衬套主体113a的结构的第四中间材料)的制造方法。该图中所示的构造和结构与图6所示的构造和结构相同。然而，在这个实施例的情况下，将具有最大外径并且将要形成为定位的圆柱形部分148的图10(d)所示第三中间材料136a的上半部分的外径D_136a做成大于第三实施例的外径D₁₃₆(D_136a>D₁₃₆)。具体说，上半部分的外径D136a做成大于构成制造设备的上冲模126b的内表面上的小直径侧圆柱形表面部分146的内径R₁₄₆，但是小于在相同上冲模上的相同内表面上的大直径侧圆柱形表面部分144的内径R₁₄₄(参考图3至图4)(R₁₄₄>D_136a>R₁₄₆)。
当进行侧向挤压以将上面所述的第三中间材料136a形成为衬套主体113a(或第四中间材料)时，该第三中间材料136a的上端部分压配合到上冲模126b的小直径侧圆柱形表面部分146中(参考图8至图9)。这种压配合操作是通过将第三中间材料的136a的下半部分插入到下冲模127a中(参考图8)并且随后降低该上冲模126b来完成。因此，在这个实施例的情况下，在图8的右半部分所示的状态中，在上冲模126b的小直径侧圆柱形表面部146处处理第三中间材料136a的上端部分，从而，加工硬化层形成在这个上端部分的表面层部分上。
在这个实施例的情况下，由于从这种状态进行类似于上面所述的第三实施例的加工，所以产生一种状态，其中已经进行三次加工硬化的部分(图10(e)所示的加工成形的部分)存在于构成安装凸缘115的基部的部分中，该安装凸缘115形成在衬套主体113a的外圆周上。因此，这部分的硬度进一步增加，以便实现进一步减小厚度和重量。由于其他部分的结构和功能类似于第三实施例，被省去重复前面所述的其图示和说明。
此外，在第三和第四实施例中，所用的圆柱状或圆柱形材料的体积必需大于已完成的滚道环部件的体积。然而，即便在使得材料的体积大于滚道环部件的体积的情况下，从增加材料的利用率和便于后面加工的观点(通过抑制切削余量来减少加工时间)出发，优选使得前者的体积大于后者的体积的程度尽可能小(优选为零，即，材料的体积等于滚道环的体积)。
此外，由于材料表面的性质事实上作为已完成的滚道环部件的表面的性质出现，诸如氧化层、锈斑或损坏等的缺点不应当出现在材料的表面上。另一方面，为了方便冷塑性成形(冷锻)，在进行塑性成形之前材料需要退火，并且氧化层形成在如此进行退火的表面上是不可避免的。当考虑到这些时，优选沿着从其获得圆柱形材料的长部分(杆材)进行退火，其后从获得其表面上没有氧化层的良好质量的材料的观点，通过抛光、滚磨、喷丸处理等去掉产生在该长部分的外圆周表面上的氧化层，并且然后将该长部分切割成预定的尺寸。
然而，在由于成本而使得除去在长部分的外圆周上的氧化层很困难的情况下，将抛光施加于通过切割其外圆周表面被氧化层覆盖的长部分而获得的短部分的外圆周表面，以便获得该材料。在这种情况下，用贯穿进给无心磨床通过抛光能够除去氧化层。此外，在金属材料形成为圆柱形形状的情况下，由于除去形成在长部分的内径侧上的氧化层很困难，所以需要将内圆周上表面上的氧化层从通过切割该长部分得到的短部分除去。在这种情况下，无论在切割之前是否进行退火都没有关系。在任何一种情况下，从确保精度的观点，优选用选用车床进行切割作为切割长部分的方法。然而，当在切割之后进行除去氧化层的操作时，只要通过滚磨喷丸处理的切割表面的性质能够正常，可以用锯进行切割该长部分。
此外，本发明第三和第四实施例不仅能够应用于该图所示的从动车轮的衬套主体，而且能够，例如，应用于图6所示的驱动车轮的衬套主体或图6至图8所示的外圈，只要形成的滚道环部件是具有以径向向外伸出的方式形成在其外圆周表面的一部分上的伸出部分(凸缘)的支承部件即可。
(第五实施例)
下面将参考图11至图15描述根据本发明第五方面的轴承单元。如图11所示，该实施例的轴承单元由构成旋转环的衬套(也称之为另一个滚道环)201、构成静止环的外圈(也称之为一个滚道环)204、以可滚动方式经由保持架C安装在衬套201与外圈204之间的多个滚动元件(滚珠)B1…，B2…、以及在外侧处密封在衬套201与外圈204之间的轴承单元的内部的密封件S1所组成。根据能够防止密封在轴承内的润滑剂(例如油脂)渗漏到轴承外面，或异物(例如水、尘土)进入轴承的内部的技术条件，适当地选择已知形式的用于密封件S1的密封结构。
此外，在这个实施例中，虽然将该实施例描述为其中外圈204构成静止环，而衬套201构成旋转环，但是在该实施例使得外圈构成旋转环而衬套构成静止环的情况下仍然属于本发明的范围内。
衬套201由衬套主体202和以安装在该衬套主体202上的方式设置的内圈(也称之为分开的内圈)203构成。
衬套主体202由实心圆柱形轴部分202a、四个共面(从前面观察基本上能够矩形)的安装凸缘202c、内圈滚道(第一内圈滚道)202s以及阶梯部分202e构成，该安装凸缘202c设置成从该轴部分202a的外侧OB，经由设置成竖直地直立的环形的上升壁202b以直角与轴向相交的方式伸出，该内圈滚道(第一内圈滚道)202s环形地设置在位于更靠近上升壁202b的外圆周上，该阶梯部分202e通过在内侧IB上降低预定的外圆周区域，低于滚道表面202s设置在其上的预定的外圆周区域一个阶梯而设置。
制动部件(制动转子)BR和车轮(车轮)H经由螺栓(柱螺栓)202g安装在安装凸缘202c上。
此外，定位车轮的定位的圆柱形部分(导杆部分)202h，用大于轴部分202a的直径，以与轴部分202a共轴地伸出的方式，设置在跨越安装凸缘202c的外侧OB上的衬套主体202上，或越过安装凸缘202c与轴部分202a相对侧。
在这个实施例中，虽然将定位的圆柱形部分202h的外圆周202k做成在轴向上的直平面，然而，可以采用将外圆周构成按照从外侧OB的顺序由小直径外圆周部分和大直径外圆周部分构成的阶梯结构的形式。
在这个实施例中，安装凸缘202c以围绕作为中心的轴部分202a的中心轴线G1径向延伸的方式，设置在其以90度的间隔设置的位置中，并且将包括从车轮安装侧表面SR伸出的螺栓202g的螺栓孔(螺栓安装孔)202n设置在每个安装凸缘202c上的预定的位置中。在这个实施例中，螺栓孔分别设置在安装凸缘202c上的预定的位置中，也就是，在以轴部分202a的中心轴线G1为中心的同一个圆周上。
安装凸缘202c包括伸出部分230，其中将螺栓202g从其中伸出的螺栓孔202n的周边区域，即，其直径大于螺栓直径的周边区域，做成朝着车轮安装表面侧SR伸出成圆柱形形状。
此外，以朝着车轮安装表面侧SR伸出的方式设置的伸出部分230的顶表面，即，螺栓孔202n的周边区域构成车轮侧部件与其邻接的安装表面部分240，并且当用螺栓202g紧固该车轮侧部件时，为了安装，该车轮侧与螺栓孔202n的周边区域(安装表面部分240)邻接。
因此，根据这个实施例，车轮侧部件(在这个实施例中为制动转子BR)与其邻接的安装凸缘202c的车轮安装表面不是安装凸缘202c的车轮安装侧SR的整个区域，而仅仅是伸出部分230的螺栓孔202n的周边区域(安装表面部分240)。
应当指出，伸出部分230的伸出高度可以使得从车轮安装侧SR而不是从伸出部分230伸出，并且关于其结构可以在本发明的范围内变化。
此外，不是将伸出部分的伸出形状解释成被限制于如实施例中的圆柱形形状，并且关于它的结构可以在本发明的范围内变化，以便能够将其形成为，例如，椭圆形形状、角度的圆柱形形状等。设置在伸出部分230上的安装表面部分240以良好的平面度精加工精度被精加工，以确保跳动精度。
此外，在该实施例中，螺栓安装表面部分202d以凹进的方式设置在与车轮安装表面SR相对的表面(非车轮安装侧表面ST)上，以便将螺栓202g的头部202gt容纳在其中。应当指出，关于凹进的螺栓安装表面部分202d的深度的结构可以在该实施例的范围内变化。
当分开的内圈203配合在衬套主体202上并且形成为包括滚道表面(第二内圈滚道)203s的空心圆柱形形状时，该分开的内圈203的内径允许其配合在阶梯部分202e，该阶梯部分202e在衬套主体202的轴部分202a的外圆周上的内侧IB处凹进，并且其外径允许它定位在与衬套主体202的外圆周相同的平面上，该滚道表面(第二内圈滚道)203s以在衬套主体202侧处的相同平面上临近第一内圈滚道202s的方式环形地设置在该外圆周上。此外，分开的内圈203的内侧端部分203a具有预定的轴向厚度，并且形成为大于包括第二滚道表面203s的外圆周区域的直径。
此外，通过当衬套主体202的内侧端部分203a摆动并被夹紧时的塑性变形，在分开的内圈203的内侧IB处的轴向端面203b夹紧并固定该分开的内圈203的内侧端部分203a的轴向端面203b。
如图11所示，外圈204形成为空心圆柱形形状，其具有与衬套201的轴部分202a相同的轴长度，并且以覆盖该轴部分202a的外圆周方式设置。
与轴部分202a的内径相比，外圈204的内径形成为更大的直径，以便在轴部分202a的外径与其自身之间形成预定的在轴承中的空间，并且两个外圈滚道，即第一外圈滚道204s和第二外圈滚道204s，以预定的间隔(与设置在衬套201侧上的第一内圈滚道202s和第二内圈滚道202s的间隔相对应的间隔)环形地形成在其内径上。
此外，外圈204侧凸缘(安装凸缘)204c以从其伸出的方式设置在外圈204的外径上，并且未示出的螺栓通过其而固定于汽车车身(例如，未示出的悬架系统)侧，从而外圈204固定于车身。
在这个实施例中，外圈204侧凸缘204c设置在这样的位置中，该位置以围绕作为中心线的外圈204的中心轴线G2径向伸出的方式设置在位于在90度的间隔的位置中，并且使得未示出的螺栓从其伸出的螺栓孔204n分别设置在凸缘204c的预定的位置中，也就是，在以外圈204的中心轴线G2为中心的同一个圆周上。
安装凸缘204c包括伸出部分230，其中将螺栓202g从其伸出的螺栓孔204b的周边区域做成从车身安装侧表面SU伸出为圆柱形的形状。
此外，以从车身安装侧表面SU伸出的方式设置的伸出部分230构成车身侧与其邻接的安装表面部分240，并且当为了安装而用螺栓紧固车身侧时，该车身侧与螺栓孔204n的周边邻接。
因此，根据该实施例，车身(例如悬架系统)与其邻接的车身安装表面不是凸缘204c的车身安装侧表面SU的整个区域，而仅仅是伸出部分230的螺栓孔204n的周边区域(安装表面部分240)。
应当指出，可以使得伸出部分230的伸出高度为从车身安装侧表面SU而不是伸出部分230伸出，并且关于其结构可以在本发明的范围内变化。
此外，不是将伸出部分230的伸出形状解释成限制于实施例中的圆柱形形状，并且关于它的结构可以在本发明的范围内变化，以便能够将其形成为，例如，椭圆形形状、角度的圆柱形形状等。设置在伸出部分230上的安装表面部分240以良好的平面度精加工精度被精加工，以确保跳动精度。
此外，在该实施例中，螺栓安装表面部分202d以凹进的方式设置在与车身安装侧表面SU相对的表面(非车身安装侧表面SW)上，以便将螺栓的头部容纳在其中。应当指出，关于凹进的螺栓安装表面部分204d的深度的结构可以在该实施例的范围内变化。
虽然分别将衬套主体202的安装凸缘202c和外圈204的凸缘204c做成四个独立的伸出凸缘，但是在衬套主体202和外圈204上的凸缘的数目可以在本发明的范围内根据需要增加或减少，并且伸出的形状和伸出高度也能够随意改变。在这个实施例中，在相应的凸缘202c、204c中，虽然邻近的凸缘除了在其近端侧之外是彼此分开和独立的，但是可以采用邻近的凸缘在圆周方向上彼此连接的形式，并且这种形式属于本发明的范围内。
在这里，通过冷锻形成分别设置在衬套主体202的安装凸缘202c和外圈204的凸缘分204c上的伸出部分230。
在下文中，将以成形步骤，具体地，在衬套主体的安装凸缘202c上的伸出部分230为例，描述制造本实施例的轴承单元的衬套主体202的方法。
此外，虽然在这个实施例中，衬套主体202当作描述的例子，但是可以采用类似的步骤用作为形成在外圈204的凸缘204c上的伸出部分230的形成步骤。
图12示出用于形成在衬套主体202的安装凸缘202c上的伸出部分230的模具的例子，该衬套主体202构成这个实施例的轴承单元的衬套201。图13是示出伸出部分形成步骤的例子(步骤例子1)的示意图，图14是示出伸出部分形成步骤的另一个例子(步骤例子2)的示意图，而图15是示出图11的主要部分的放大的剖视图。
首先，通过，例如，向前的冷锻、冷弯曲以及侧向冷挤压的步骤，从实心棒材料形成轴部分202a、安装凸缘202c以及定位的圆柱形部分202h结合成整体的中间材料CS。应当指出，没有将该中间材料CS的制造步骤解释为限制在具体的制造步骤，并且，由于可以采用已知的冷锻步骤或本发明的范围内能够设想的制造方法，因此在这里将省去其详细描述。
下面，将举例说明伸出部分形成步骤的例子。首先，将描述步骤例子1。
如图13所示，在步骤例子1中，根据冷半冲模切割步骤和冷镦锻步骤的过程形成并且完成伸出部分230。
如图12所示，在该步骤中所用的模具由下冲模SK和上冲模UK构成。图12示出中间材料CS的凸缘202c被半冲压并且伸出部分230形成在车轮安装表面侧SR上的状态。
下冲模SK在其内包括用于保持中间材料CS的轴部分202a的圆柱形保持空间A1，以及从顶部观察时其为矩形的多个保持空间A2，该多个保持空间A2与保持空间A1连通，并且分别独立地保持凸缘202c，并且还包括分别以预定高度区域(height area)朝着保持空间A2的内部伸出的多个下冲头P。
上冲模UK包括在与下冲模SK的下冲头P相同相位处并且以在高度方向上伸出的方式设置的多个圆柱形孔A3，以便将伸出部分230设置成伸出。
(半冲模切割步骤)
图13(a)和13(b)示出中间材料，并且将该中间材料CS放置在图12所示的下冲模SK中。当这样做时，中间材料CS的凸缘202c的非车轮安装表面侧ST分别安放在下冲模P的上端面P1上。于是，当冲压机下降以将上冲模UK下降到这种状态时，上冲模UK紧压在中间材料CS的凸缘202c的安装表面侧SR上(图12以及图13(c)和13(d)所示的状态)。
由此，如图12以及图13(c)和13(d)所示，半冲模切割发生在设置在上冲模UK中的孔A3与下冲头P之间，并且沿着孔A3的结构将凸缘2c的材料推出到车轮安装表面侧，从而在镦锻之前形成伸出部分(伸出区域)230。
然后，在这种情况下，设置在上冲模UK中的孔A3优选处于下面的关系(参考图15)。令孔A3的直径为ΦD1，下冲头P的外径为ΦD2，而应当将孔A3调节为以便建立这样的关系：ΦD1≤ΦD2。在孔A3处于ΦD1>ΦD2的关系的情况下，不是半冲模切割而是全冲压结果，并且因此，半冲模切割步骤需要停止在其中间，并且发生产生瑕疵(裂纹)的可能性。也就是，由于具有上述关系，能够防止全冲压，并且不需要将想要的半冲模切割停止在其中间，从而能够防止这种瑕疵(裂纹)的伸出。
此外，下冲头P的上端面沿着上端边缘形成为曲面(因此，下冲头P的直径ΦD2变成将在上端边缘P1处的R′s增加到平表面P10的直径ΦD3的结果)。此外，在这个实施例中，例如，将不包括上端边缘P1的曲面R的平表面P10的直径，做成等于或大于螺栓202g的头部202gt的直径。
此外，在伸出部分230a在镦锻之前形成为太大的情况下，由于在镦锻之后变成难以适当地获得平面度精加工精度，优选将平表面P10的直径做成螺栓202g的头部202gt的直径的1.5倍或以下。
(镦锻步骤)
如图13(e)和13(f)所示，在完成半冲模切割步骤之后，用预定的镦锻冲模(冲模)K1从上面进行镦锻在该半冲模切割步骤获得的尚未进行镦锻的伸出部分(伸出区域)230a。
通过在半冲模切割步骤之后进行镦锻步骤，获得其顶表面用良好的平面度精度精加工的伸出部分230。此外，不用说，在镦锻之后伸出部分230的伸出高度T32变成小于在镦锻之前的伸出部分230a的伸出高度T31(T31>T32)。
在这个实施例中，由于在半冲模切割步骤之后，通过在进行镦锻的同时精加工其平面而形成安装表面部分240，将伸出部分230的安装表面部分240以高平直度精度精加工，因而可以省去诸如切削的单独的精加工步骤。因此，由于能够省去常规上对安装表面部分进行的高成本切削步骤，因此能够大大地减少制造成本。虽然通过对其进行冷镦锻能够以良好的平面度精度来精加工车轮安装表面侧的整个区域，而不采用本实施例的步骤(半冲模切割步骤和镦锻步骤)，在只有伸出部分230如这个实施例一样被冷镦锻的情况下，能够将镦锻的区域做成很小。因此，与整个区域进行冷镦锻相比，能够用相对较小的载荷以良好的精度来精加工伸出部分230。
此外，根据该实施例，由于在非车轮安装表面侧ST上所必需的螺栓安装表面部分202d与伸出部分230的半冲模切割和镦锻步骤同时形成，所以该螺栓安装表面部分202d能够与伸出部分230以及定位的圆柱形部分202h的外周202k一起以良好的精度形成。因此，还能够省去对非车轮安装表面侧ST的切削，从而使得能够实现进一步减少制造成本。
此外，虽然省去了具体的举例说明，但是在对其进行预定的步骤之后，保持孔202n以贯通其的方式设置在通过上述步骤已经形成的伸出部分230中。在以这种方式设置螺栓孔202n时，可以将ΦD1和ΦD2之间的关系做成这样的关系：ΦD1+(0.02至0.13)T(凸缘厚度)＝ΦD2。
下面，将参考图14描述步骤例子2。
这个步骤例子是同时进行镦锻步骤和用于精加工定位的圆柱形部分的外圆周的压薄步骤的例子。应当指出，虽然在这个步骤例子中，同时进行镦锻步骤和压薄步骤，但是在这里“同时”不是指瞬间地相同的时间，而是指这两个步骤是在制造过程中进行的并且在其之间包括瞬间的延迟。
在安装表面侧的常规的切削步骤中，除了安装表面部分之外，定位的部分也被切削以被精加工。也就是，在可以通过不同于切削的精加工来确保定位部分的精度(直径尺寸、圆度、垂直性等)以及安装表面部分的平面度精度的情况下，能够完全地省去用于安装表面侧的切削步骤，因而使得能够大大地减少制造成本。步骤例子2鉴于这种观点而提出。
应当指出，半冲模切割步骤与前面描述的例子1中的半冲模切割步骤相同，在这里省去其描述将。
在这个步骤例子中，使用具有用于在半冲模切割步骤之后镦锻尚未被镦锻的伸出部分230的区域(冲模下表面区域)的镦锻冲模(冲模)K1、以及用于压薄阶梯形式的定位的圆柱形部分202h的外圆周K的整个区域的压薄工具K2(参考图14(e)和14(f))。
使定位的圆柱形部分202h的外圆周202k的外径在压薄之前为ΦD41(图14(c)和14(d))，并且在压薄步骤之后的该定位的圆柱形部分202h的外圆周的202k形成以为从外侧OB的顺序设置的由小直径部分250和大直径部分260构成的结构，使相应部分的外径为ΦD43(小直径部分的外径)和ΦD42(大直径部分260的外径)。即，ΦD41>ΦD42，ΦD42>ΦD43。
因此，根据这个步骤例子，由于定位的圆柱形部分202h的外圆周的202k能够被压薄，以便在用预定的镦锻冲模K1和压薄工具K2镦锻伸出部分230以使其成形的同时获得预定的结构和精度，在以良好的平面度精度精加工该伸出部分230的安装表面部分240的同时，能够以良好的精度精加工定位的圆柱形部分202h的外圆周的202k。此外，根据步骤例子，还能够确保与安装表面的垂直性。因此，能够完全省去用于凸缘202c的车轮安装表面SR的切削步骤，因而使得能够大大地减少制造成本。
应当指出，通过半冲模切割步骤和镦锻步骤的伸出部分230的成形步骤的功能和优点，与前面描述的步骤例子1的功能和优点相同，在这里将省去其描述。
此外，也能够省去在制造步骤中的镦锻步骤(当只有已经完成图12以及图13(c)和13(d)所示的步骤时，完成该制造过程)。此外，半冲模切割步骤与步骤例子1中的相同，因此在这里省去其描述。
也就是，在这个实施例中，由于伸出部分230以从其伸出的方式设置在凸缘202c的车轮安装表面侧上，并且将如此伸出的伸出部分230起到车轮安装在其上的安装表面部分240的作用，即便在采用切削代替镦锻步骤的情况下，作为在半冲模切割之后用于获得安装表面部分240的平面度精度的精加工，要精加工的表面仅仅是作用为其安装表面部分240的伸出部分230的顶表面。
因此，能够大大地减少需要被切削以被精加工的表面区域，因而使得能够实现减少制造成本。
应当指出，本发明不限于前面已经描述的实施例，而是能够根据需要进行修改。本发明能够通过组合各实施例来实施而不脱离本发明的范围。
各实施例的轴承单元不仅能够应用于安装在汽车的从动车轮或驱动车轮中的轴承单元，而且能够应用于包括轨道车辆的各种类型的车辆的轴承单元。此外，虽然各实施例的轴承单元是归类成所谓的第三代(称之为HUBIII)，即其中凸缘分别设置在一个滚道环部件和另一个滚道环部件上的类型，但各实施例的轴承单元也可以分别应用不同于该各实施例的第三代的轴承单元、其中凸缘设置在背对背的双联轴承的外圈的外圆周上的外侧处的双排成角度的滚珠轴承安装在衬套的外圆周上的类型(第二代)的轴承、或图5所示的第2.5代轴承。而且，虽然在该实施例中，将滚珠描述成起到滚动元件的作用，但是在不脱离本发明的范围的情况下也可以使用滚柱。
本专利申请基于2006年8月7日提交的日本专利申请No.2006-214774，2006年8月21日提交的日本专利申请No.2006-224553，2006年8月21日提交的日本专利申请No.2006-224554，2006年8月23日提交的日本专利申请No.2006-226849，并且其内容结合于此供参考。