JP2009255751A - 外向フランジ部付金属製部材及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】曲げ剛性等に関して必要とする性能を確保しつつ、ハブ本体９ｂや外輪等の軌道輪部材の如く、外周面に支持フランジ７ｂ等の外向フランジ部を備えた金属製部材の軽量化を図る。
【解決手段】前記支持フランジ７ｂは、複数の放射腕部１９ｂ、１９ｂにより構成される。これら各放射腕部１９ｂ、１９ｂの片面を相手部材と突き合わせる接合面とし、同じく他面を、これら各放射腕部１９ｂ、１９ｂと相手部材とを結合する為のボルトの頭部内面を当接させる反接合面とする。これら各放射腕部１９ｂ、１９ｂの円周方向に関する幅Ｗ、ｗを、この反接合面側で狭く、前記接合面側で広くする。反接合面側の幅寸法ｗの過剰分をなくす分、重量を増大させずに前記各放射腕部１９ｂ、１９ｂの厚さ寸法Ｔを確保できて、上記課題を解決できる。
【選択図】図１

Description

この発明は、例えば、車輪支持用転がり軸受ユニットを構成する軌道輪部材、即ち、外輪やハブの如く、外周面に外向フランジ部を設けた、外向フランジ付金属製部材及びその製造方法の改良に関する。具体的には、曲げ剛性等に関して必要とする性能を確保しつつ、軽量な前記軌道輪部材の実現を図るものである。

自動車の車輪を構成するホイール、及び、制動用回転部材であるディスク或いはドラムを懸架装置を構成するナックルに回転自在に支持する為に、車輪支持用転がり軸受ユニットが広く使用されている。図７は、従来から広く知られている、従動輪（ＦＲ車及びＭＲ車の前輪、ＦＦ車の後輪）用の車輪支持用転がり軸受ユニット１の１例を示している。この車輪支持用転がり軸受ユニット１は、外輪２の内径側にハブ３を、複数の転動体４、４を介して、回転自在に支持している。使用状態では、前記外輪２を前記ナックルに結合固定し、前記ハブ３に車輪及び制動用回転部材を支持固定する。そして、これら車輪及び制動用回転部材を前記ナックルに対し、回転自在に支持する。

この為に、前記外輪２の内周面の２個所位置に複列の外輪軌道５、５を、外周面の一部で、軸方向中央部よりも少し軸方向内寄り部分（軸方向に関して内とは、使用状態で車体の幅方向中央側となる側を言い、図７の右側。反対に、使用状態で車体の幅方向外側となる、図７の左側を、軸方向に関して外と言う。本明細書全体で同じ。）に、特許請求の範囲に記載した外向フランジ部である取付部６を、それぞれ形成している。一方、前記ハブ３の外周面には、前記外輪２よりも軸方向外方に突出した外端寄り部分に、やはり特許請求の範囲に記載した外向フランジ部であって、車輪及び制動用回転部材を支持固定する為の支持フランジ７を、軸方向中間部乃至内端寄り部分に複列の内輪軌道８、８を、それぞれ形成している。そして、これら両列の内輪軌道８、８と前記両列の外輪軌道５、５との間に、両列毎に複数個ずつの転動体４、４を配置して、前記外輪２の内径側での前記ハブ３の回転を自在としている。

尚、前記ハブ３は、ハブ本体９と、内輪１０と、ナット１１とから成り、前記内輪軌道８、８は、このハブ本体９の中間部及びこの内輪１０の外周面に形成されている。又、この内輪１０は、このハブ本体９の軸方向内端寄り部分に形成した小径段部１２に外嵌した状態で、前記ナット１１により、前記ハブ本体９に対し固定している。尚、このハブ本体９の内端部に形成したかしめ部により、前記内輪１０をこのハブ本体９に対し固定する構造も、広く知られている。

上述の様な車輪支持用転がり軸受ユニット１を構成する、前記外輪２や前記ハブ本体９等の、外向フランジ部付金属製部材の一種である外向フランジ付の軌道輪部材は、炭素鋼等の金属材料に塑性加工を施す事により造る。この様な塑性加工の方法に就いては、例えば特許文献１に記載される等により、従来から広く知られている。図８は、前記ハブ本体９を塑性加工（冷間鍛造）により造る状態を示している。先ず、圧延成形等により造られた長尺な原材料を所定長さに切断する事により、（Ａ）に示す様な、円柱状の素材１３を得る。次いで、この素材１３に、軸方向に押し潰す据え込み加工を施す事により、（Ｂ）に示す様な、ビヤ樽型の第一中間素材１４とする。次に、この第一中間素材１４に、軸方向片半部（図８の下半部、完成後のハブ本体９の軸方向内半部）を所定の内周面形状を有する金型（ダイス）内に押し込んで前記軸方向片半部の内径を縮める荒成形加工を施す事により、（Ｃ）に示す様な第二中間素材１５とする。次に、この第二中間素材１５を所定の内周面形状を有するダイス内にセットした状態で、この第二中間素材１５の軸方向他端面（図８の上端面、完成後のハブ本体９の軸方向外端面）にパンチを押し付けて、この軸方向他端面を凹ませると共に、前記第二中間素材１５を構成する金属材料を径方向外方に流動させる仕上成形加工を施す事により、（Ｄ）に示す様な第三中間素材１６とする。この第三中間素材１６には、ダイスの突き合わせ面にバリ１７が形成されるので、トリミングによりこのバリ１７を除去して、（Ｅ）に示す様な第四中間素材１８とする。そして、この第四中間素材１８に、所定の切削加工及び研削加工を施して、前記ハブ本体９とする。

この様にして造られるハブ本体９の外周面に設ける、車輪や制動用回転部材を固定する為の支持フランジ７として従来一般的には、図９の（Ａ）に示す様な円板状のものが使用されていた。
一方、近年、バネ下荷重の低減により、乗り心地や走行安定性を初めとする走行性能向上や、材料費の低減によるコスト削減等の為、図９の（Ｂ）に示す様に、外周面に放射状の支持フランジ７ａを設けたハブ本体９ａを使用する事が考えられている。即ち、この支持フランジ７ａを、このハブ本体９ａの中間部外周面の軸方向外端寄り｛図９の（Ｂ）の右下寄り｝部分の円周方向複数個所からそれぞれ径方向外方に突出する状態で形成された、複数の放射腕部１９、１９により構成する事で、前記支持フランジ７ａの容積を低減し、前記ハブ本体９ａを含む車輪支持用転がり軸受ユニットの軽量化を図るものである。

但し、従来から考えられていた、前記支持フランジ７ａの場合、前記各放射腕部１９、１９の断面形状に就いて特に考慮していなかった為、曲げ剛性等に関して必要とする性能を確保しつつ、より一層の軽量化を図る上で、改良の余地があった。この点に就いて、図１０、１１を参照しつつ説明する。図１０は、前記特許文献１に記載された製造方法（冷間での側方押出加工）により造られたハブ本体９ａであり、中間部外周面の軸方向外端寄り｛図１０の（Ｂ）の上寄り｝部分に、複数（図示の例では４枚）の放射腕部１９、１９から成る支持フランジ７ａを形成している。従来構造の場合、これら各放射腕部１９、１９の断面形状（＝径方向から見た端面形状）は、図１１に示す様に長矩形であった。そして、前記ハブ本体９ａの円周方向に関する幅寸法は、このハブ本体９ａの軸方向両側面同士の間で、（小さな面取り分を除き）実質的に互いに同じであった。

一方、前記支持フランジ７ａとしての機能から前記各放射腕部１９、１９を見た場合、前記ハブ本体９ａの軸方向に関して、これら各放射腕部１９、１９両側面同士の間では、必要とされる幅寸法が異なる。先ず、軸方向外側面に関しては、ディスクブレーキ用のロータを支持する為の接合面であり、この接合面とロータの取付面との当接部に作用する面圧を低く抑え、フレッチング等の損傷を防止する面から、できるだけ広い事が好ましい。これに対して、軸方向内側面、即ち反接合面に関しては、前記支持フランジ７ａと前記ロータとを結合する為のボルト２０の頭部２１（図７参照）の内面（ねじ杆部を設けた側で、締め付け時に相手面に押し付けられる面）を当接させる為に必要とされる面であり、前記頭部２１の内面を安定して当接させられるだけの幅があれば良い。これらの事を考慮して、前記各放射腕部１９、１９の両面の幅を最適にしつつ、前記ハブ本体９ａの軸方向に関するこれら各放射腕部１９、１９の厚さ寸法を設定すれば、曲げ剛性等に関して必要とする性能を確保しつつ、より一層の軽量化を図れる余地がある。
尚、この様な問題は、図１２に示す様な、中間部外周面に複数の放射腕部１９ａ、１９ａから成る取付部６ａを設けた外輪２に関しても同様である。

特開２００６−１１１０７０号公報

本発明は、上述の様な事情に鑑みて、曲げ剛性等に関して必要とする性能を確保しつつ、ハブ本体や外輪等の軌道輪部材の如く、外周面に外向フランジ部を備えた金属製部材の、より一層の軽量化を実現すべく発明したものである。

本発明の対象となる外向フランジ部付金属製部材は、金属製の素材に塑性加工を施す事により造られたもので、外周面の軸方向一部に外向フランジ部を設けて成る。又、この外向フランジ部は、円周方向複数個所からそれぞれ径方向外方に突出する状態で形成された、複数の放射腕部により構成される。又、前記外周面の軸方向に関して、これら各放射腕部の片面を相手部材と突き合わせる接合面とし、同じく他面を、これら各放射腕部と相手部材とを結合する為のボルトの頭部内面を当接させる反接合面としている。
特に、本発明の外向フランジ部付金属製部材に於いては、前記各放射腕部の前記円周方向に関する幅を、この反接合面側で狭く、前記接合面側で広くしている。

又、請求項２に記載した外向フランジ部付金属製部材の製造方法は、上述の様な外向フランジ付金属製部材の各放射腕部を形成する為に、前記素材の周囲を、これら各放射腕部を加工する為の放射腕部成形用キャビティを備えたダイスにより囲んだ状態で、前記素材の軸方向端面をパンチにより押圧する。そして、この素材を塑性変形させ、前記放射腕部成形用キャビティに見合う形状を有する前記各放射腕部から成る外向フランジ部を外周面に形成する。
特に、本発明の外向フランジ部付金属製部材の製造方法に於いては、前記ダイスとして、前記円周方向に関する前記放射腕部成形用キャビティの幅寸法が、前記各放射腕部の前記反接合面側で前記接合面側よりも狭いものを使用する。

上述の様な、請求項２に記載した外向フランジ部付金属製部材の製造方法を実施する場合に、例えば請求項３に記載した発明の様に、前記放射腕部成形用キャビティ内に素材の金属材料を送り込んで、各放射腕部を形成する塑性加工を、冷間鍛造（前述の特許文献１に記載された側方押出加工）により行う。
或いは、請求項４に記載した発明の如く、特願２００８−１７１６６に開示された発明の場合と同様に、前記ダイスとして、固定ダイスと、前記パンチの周囲に、この固定ダイスに向かう方向の弾力を付与された状態で設けられた可動ダイスとから成るものを使用する。そして、この可動ダイスの先端面と前記固定ダイスの先端面とを突き合わせた状態で、温間又は熱間で、前記パンチにより前記素材を軸方向に押し潰す。更に、この素材を構成する金属材料の一部を前記両ダイスと前記パンチとにより囲まれた部分に存在する前記放射腕部成形用キャビティ内に充満させる事により、前記複数の放射腕部から成る前記外向フランジ部とする。

上述の様な請求項４に記載した発明を実施する場合に、例えば請求項５に記載した発明の様に、前記外向フランジ部付金属製部材を、車輪支持用転がり軸受ユニットを構成するハブ本体で、外周面のうちで外向フランジ部から軸方向に外れた部分に、内輪軌道、及び、別体の内輪を外嵌する為の小径段部が設けられたものとする。そして、前記固定ダイスとして、これら内輪軌道及び小径段部を形成する為のキャビティが設けられているものを使用する。
或いは、請求項６に記載した発明の様に、前記外向フランジ部付金属製部材を、車輪支持用転がり軸受ユニットを構成する外輪で、内周面に複列の外輪軌道を備えたものとする。そして、素材を１対のパンチにより軸方向両側から押圧して塑性変形させ、軸方向両端部をこれら両パンチの外周面形状に見合う内周面形状を有する円筒部とすると同時に、外周面に複数の放射腕部により構成される外向フランジ部を形成する。

又、上述の請求項４〜６に記載した発明を実施する場合に好ましくは、請求項７に記載した発明の様に、前記素材として、外周面に前記複数の放射腕部により構成される外向フランジ部を形成する為に必要とされる以上の容積を有するものを使用する。そして、前記素材を構成する金属材料の一部を、固定、可動両ダイスとパンチとにより囲まれる前記放射腕部成形用キャビティ内に充満させて、前記外向フランジ部を形成する。その後、更に前記パンチで前記素材を押圧する事により、前記可動ダイスを前記固定ダイスから、余剰容積分に見合う分だけ浮き上がらせて、前記各放射腕部の外周縁部にバリを形成する。

上述の様に構成する本発明の外向フランジ部付金属製部材及びその製造方法によれば、外向フランジの曲げ剛性等に関して必要とする性能を確保しつつ、ハブ本体や外輪等の軌道輪部材の如く、外周面の外向フランジ部を備えた金属製部材の、より一層の軽量化を図れる。
即ち、前記外向フランジ部を構成する各放射腕部の接合面側の幅寸法を大きくしている分、この接合面とロータ等の相手部材の取付面との当接部に作用する面圧を低く抑え、フレッチング等の損傷を防止できる。これに対して前記各放射腕部の反接合面の幅寸法は、ボルトの頭部の内面を当接させられるだけの幅寸法を確保して小さくできる。そして、前記反接合面の幅寸法を小さくできる分、前記各放射腕部の断面積（∝容積）を同じと仮定した場合には、これら各放射腕部の厚さ寸法を大きくできる。前記外向フランジ部を構成するこれら各放射腕部に作用する力のうちで、作用する頻度が高く、しかも最大値が大きくなる力に、外向フランジ付金属製部材の中心軸を含む仮想平面上で、前記各放射腕部を曲げる方向に加わるモーメントがある。そして、このモーメントに対する強度及び剛性を向上させる為には、前記外向フランジ付金属製部材の中心軸方向の寸法である、前記各放射腕部の厚さ寸法を大きくする事が効果がある。この事から明らかな通り、本発明の構造によれば、前記各放射腕部の断面積（∝容積）を同じと仮定した場合には、これら各放射腕部の強度及び剛性の向上を図れる。又、必要とする強度及び剛性を同じとした場合には、前記各放射腕部の断面積（∝容積）を小さくして、軽量化を図れる。

又、請求項２に記載した製造方法の発明によれば、上述した様な優れた作用・効果を奏する構造を低コストで造れる。
更に、請求項３に記載した発明の様に、各放射腕部を冷間鍛造により塑性加工すれば、熱膨張に基づく塑性加工時の金型の寸法変化を抑え、塑性加工のみで寸法精度を或る程度確保できて、後加工を不要乃至は容易にして、コスト低減を図れる。
これに対して、請求項４〜７に記載した発明の様に、固定、可動両ダイスを使用して、温間又は熱間で加工すれば、複数の放射腕部から成る、複雑な外向フランジ部を設けた金属製部材を、低荷重で加工できる。しかも、円周方向の複数個所をそれぞれ径方向外方に突出させて外周縁形状を非円形とした外向フランジ部を形成する際に発生するバリの量を低減できる。即ち、このフランジ部を構成する複数の放射腕部同士の間にバリを形成しないか、外向フランジ部の形状が複雑である等により、仮にバリを形成せざるを得ない場合でも、小さな（幅の狭い）バリを形成するのみで足りる。この為、トリミングによりスクラップとして廃棄しなければならない金属材料の量を少なく抑えて、外向フランジ部付金属製部材の製造コストの低減を図れる。

［実施の形態の第１例］
図１、２は、請求項１〜３に対応する、本発明の実施の形態の第１例を示している。本例は、本発明を、車輪支持用転がり軸受ユニット１（図７参照）を構成するハブ本体９ｂに適用した場合に就いて示している。このハブ本体９ｂの基本的な構造に就いては、前述の図９の（Ｂ）に示したハブ本体９ａの場合と同様である。特に、本例のハブ本体９ｂの場合には、特許請求の範囲に記載した外向フランジ部である支持フランジ７ｂを構成する、複数（図示の例では４本）の放射腕部１９ｂ、１９ｂの形状を工夫している。

即ち、前記ハブ本体９ｂの円周方向に関するこれら各放射腕部１９ｂ、１９ｂの幅寸法Ｗ、ｗを、ディスクブレーキ用のロータの側面を突き合わせる接合面である軸方向外側面｛図１の（Ｂ）の下面｝側で広く（Ｗと）し、前記ロータと前記支持フランジ７ｂとを結合する為のボルト２０の頭部２１（図７参照）の内面を当接させる反接合面である軸方向内側面｛図１の（Ｂ）の上面｝側で狭く（ｗと）している（Ｗ＞ｗ）。この軸方向内側面側の幅ｗは、前記頭部２１の一部がこの軸方向内側面からはみ出さない範囲で、できるだけ狭く（この頭部２１の外接円の直径と同程度若しくは少しだけ大きい程度に）規制している。本例の場合には、前記各放射腕部１９ｂ、１９ｂのうちで、前記ハブ本体９ｂの軸方向に関して外半部の幅寸法を一定（Ｗのまま）とし、内半部の幅寸法を、Ｗからｗ迄漸減させている。従って、前記各放射腕部１９ｂ、１９ｂの断面形状（端面形状）は、長矩形に等脚台形を重ね合わせた如き形状である。尚、各角の断面形状は円弧形として、これら各角が尖らない様にしている。

本例の場合、前記各放射腕部１９ｂ、１９ｂの軸方向外側面の幅寸法Ｗを大きくしている分、接合面であるこの軸方向外側面と前記ロータの取付面との当接面積を確保して、この当接部に作用する面圧を低く抑え、フレッチング等の損傷を防止できる。これに対して前記各放射腕部１９ｂ、１９ｂの軸方向内側面の幅寸法ｗを小さくした分、これら各放射腕部１９ｂ、１９ｂの断面積（∝容積）を同じと仮定した場合には、これら各放射腕部１９ｂ、１９ｂの厚さ寸法Ｔを大きくできる。尚、前記軸方向外側面の幅寸法Ｗに比べて軸方向内側面の幅寸法ｗを小さくする程度は、著しい程本発明の効果を得られるので、前記各放射腕部１９ｂ、１９ｂに装着する前記ボルト２０の頭部２１の外径との関係で定める。本発明の効果を十分に得る為に好ましくは、ｗ／Ｗ≦０．７とし、更に好ましくは、ｗ／Ｗ≦０．５とする。

前記支持フランジ７ｂを構成する前記各放射腕部１９ｂ、１９ｂに作用する力のうちで、作用する頻度が高く、しかも最大値が大きくなる力に、前記支持フランジ７ｂに固定した車輪（タイヤ）と路面との摩擦に伴って、前記車輪支持用転がり軸受ユニットに加わるモーメントがある。このモーメントは、前記タイヤと路面との当接部（接地面）を入力点として、前記ハブ本体９ｂの中心軸を含む仮想平面上で、前記各放射腕部１９ｂ、１９ｂを曲げる方向に加わる。そして、このモーメントに対する強度及び剛性を向上させる為には、前記各放射腕部１９ｂ、１９ｂの厚さ寸法Ｔを大きくする事が効果がある。この事から明らかな通り、本例の構造によれば、前記各放射腕部１９ｂ、１９ｂの断面積（∝容積）を同じと仮定した場合には、これら各放射腕部１９ｂ、１９ｂの強度及び剛性の向上を図れる。又、必要とする強度及び剛性を同じとした場合には、前記各放射腕部１９ｂ、１９ｂの断面積（∝容積）を小さくして、軽量化を図れる。

上述した様な本例のハブ本体９ｂは、基本的には、前述の特許文献１に記載された様な、冷間鍛造の一種である、側方押出加工により造る。
先ず、圧延成形等により造られた長尺な原材料を所定長さに切断する事により、図２の（Ａ）に示す様な、円柱状の素材１３を得る。次いで、この素材１３に、２段階の前方押出加工を施す事により、（Ｂ）に示した第一中間素材２２を経て、（Ｃ）に示した第二中間素材２３を得る。次に、この第二中間素材２３を所定の内周面形状を有する分割型のダイス（例えば、実施の形態の第２例を示す図４参照）内にセットした状態で、この第二中間素材２３の軸方向端面にパンチを押し付けて、この軸方向端面を凹ませると共に、この第二中間素材２３を構成する金属材料を径方向外方に流動させる、冷間鍛造の一種である、前記側方押出加工を施す事により、（Ｄ）に示す様な第三中間素材２４とする。

本例の場合、前記側方押出加工を施す分割型のダイスの合わせ面に、前記各放射腕部１９ｂ、１９ｂを成形する為の放射腕部成形用キャビティを設ける。この放射腕部成形用キャビティは、形成すべき前記各放射腕部１９ｂ、１９ｂの断面形状に合わせて、幅寸法を異ならせている。尚、前記放射腕部成形用キャビティを構成する為、前記分割型のダイスを構成する１対のダイス素子のうちの一方のダイス素子の一部で、他方のダイス素子との突き合わせ面に成形用凹部を形成する。この成形用凹部は、開口部の幅に比べて底部の幅が狭くなる形状として、加工後の前記各放射腕部１９ｂ、１９ｂの取り出しを可能にする。前記第三中間素材２４には、ボルト２０の頭部２１の内面を当接させる座面２５、２５を形成する為のサイジング加工を施して、図２の（Ｅ）に示した第四中間素材２６とする。尚、前記座面２５、２５に要求される精度が低い場合には、前記サイジング加工を省略する事もできる。本例の場合には、このサイジング加工を施した前記第四中間素材２６に、ボルト２０を挿通する為の円孔を形成する為の穿孔、バリ取り等の所定の切削加工及び研削加工を施して、前記ハブ本体９ｂとする。

［実施の形態の第２例］
図３、４は、請求項１、２、４、５に対応する、本発明の実施の形態の第２例を示している。本例は、前述の特願２００８−１７１６６に開示された製造方法を本発明に適用したものである。この様な本例の場合、先ず、中炭素鋼の如き鉄系合金等の、塑性加工後に焼き入れ硬化可能な、金属材料を圧延成形する等により造られた、長尺な原材料を所定長さに切断する事により、（Ａ）に示す様な、円柱状の素材１３を得る。次いで、この素材１３に、軸方向に押し潰す据え込み加工を施す事により、（Ｂ）に示す様な、ビヤ樽型の第一中間素材１４とする。次に、この第一中間素材１４に、軸方向片半部（図３の下半部、完成後のハブ本体９ｂの軸方向内半部）を所定の内周面形状を有する金型（ダイス）内に押し込んで前記軸方向片半部の内径を縮める荒成形加工を施す事により、（Ｃ）に示す様な第二中間素材１５とする。この様な、図３の（Ａ）→（Ｃ）に示した工程は、前述の図８に示した従来の製造方法の場合と同様である。

本例の製造方法の特徴は、以下に述べる、図３の（Ｃ）→（Ｄ）の仕上成形工程（第二の据え込み加工）にある。この仕上成形工程では、図３の（Ｃ）に示した前記第二中間素材１５を、図４に示す様に、固定ダイス２７と可動ダイス２８とで囲んだ状態で、パンチ２９によりこの第二中間素材１５を軸方向に押し潰し、図３の（Ｄ）に示した最終中間素材３０とする。前記固定ダイス２７の中心部には、得るべき前記ハブ本体９ｂの軸方向内半部に見合う内周面形状を有する、成形孔３１を設けている。この成形孔３１の内周面形状は、前記第二中間素材１５の軸方向内半部を塑性加工する（この第二中間素材１５を構成する金属材料を充満させる）事により、完成後のハブ本体９ｂの軸方向内半部に比べて、必要となる削り代分大きな外形を有する、前記最終中間素材３０の軸方向内半部を加工できるだけの形状及び大きさとしている。

又、前記固定ダイス２７の上面には、成形用凹部３２を、前記成形孔３１の上端開口から径方向外方に連続する状態で形成している。この成形用凹部３２は、前記ハブ本体９ｂの外周面の軸方向外端寄り部分に、特許請求の範囲に記載した外向フランジ部である、放射状の支持フランジ７ｂを形成する為のもので、前述の図１に示す様な支持フランジ部７ｂに見合う（所定の削り代分だけ大きな）形状及び大きさを有する。即ち、前記成形用凹部３２は、前述の実施の形態の第１例に使用する分割型のダイスの一方のダイス素子に形成した成形用凹部と同様に、開口部の幅に比べて底部の幅が（上から下に向かう程）狭くなる形状として、加工後の各放射腕部１９ｂ、１９ｂの取り出しを可能にしている。この様な前記固定ダイス２７は、熱間鍛造を行う為の、プレス加工機の基台の上面等に固定されている。

一方、前記可動ダイス２８及び前記パンチ２９は、前記プレス加工機のラムの下面等に支持固定される取付板３３の下面に設置されている。このうちのパンチ２９はこの取付板３３の下面中央部に、鉛直方向に配置された状態で結合固定されている。このパンチ２９の断面形状は円形で、下端部は、得るべき前記最終中間素材３０の軸方向外端面の形状に見合う形状としている。即ち、前記パンチ２９の下端部に、この最終中間素材３０の軸方向外端面の中央部に円形凹部３４を形成する為の円形凸部３５と、この円形凸部３５の基端部の周囲に設けられた環状段差面３６とを形成している。更に、前記可動ダイス２８は、この様なパンチ２９の周囲に、昇降可能に外嵌されている。又、この可動ダイス２８と前記取付板３３との間に、圧縮コイルばね等の弾性部材３７、３７を設けて、この可動ダイス２８に下方に向く弾力を付与している。これら各弾性部材３７、３７の弾力は相当に大きく、具体的には、前記ラムが前記パンチ２９を下方に押圧する力よりは小さいが、前記第二中間素材１５の塑性変形に伴って前記成形用凹部３２内に流入した金属材料が前記可動ダイス２８を（上方に）押圧する力よりは大きい。前記ラムに対する前記可動ダイス２８の下降量は、これらラムと可動ダイス２８との間に設けたストッパ機構により規制している。

前述した様な固定ダイス２７と上述の様な可動ダイス２８及びパンチ２９とを備えた鍛造加工装置により、図３の（Ｃ）に示した前記第二中間素材１５を同（Ｄ）に示した最終中間素材３０とするには、先ず、図４の（Ａ）に示す様に、前記可動ダイス２８及びパンチ２９を上昇させた状態で、前記第二中間素材１５の軸方向内半部を前記固定ダイス２７の成形孔３１内にセットする。次いで、プレス加工機のラムにより前記可動ダイス２８及びパンチ２９を下降させると、先ず図４の（Ｂ）に示す様に、この可動ダイス２８の下面が前記固定ダイス２７の上面に突き当てられる。この状態で、この可動ダイス２８と前記成形用凹部３２との間に、前記支持フランジ７ｂを構成する前記各放射腕１９ｂ、１９ｂを形成する為の、放射腕成形用キャビティ３８が画成される。

そこで、この状態から、更に前記ラムを下降させると、図４の（Ｃ）→（Ｄ）→（Ｅ）に示す様に、前記可動ダイス２８をそのままの位置に止めたまま前記パンチ２９が、前記各弾性部材３７、３７を弾性変形（圧縮）しつつ下降する。そして、このパンチ２９の下端面により、前記第二中間素材１５を軸方向に強く押圧する。この押圧の初期乃至中間段階では、図４の（Ｂ）→（Ｃ）→（Ｄ）に示す様に、前記第二中間素材１５の軸方向外端面の中央部を凹ませつつ、この第二中間素材１５の軸方向内半部を前記成形孔３１の凹部に押し込む。この様な、図４の（Ｄ）に示した状態で、前記第二中間素材１５の軸方向内半部の外面形状は、得るべき最終中間素材３０の軸方向内半部の外面形状に加工される。

この状態から、前記ラムにより前記パンチ２９を更に下降させると、前記第二中間素材１５の軸方向内半部が軸方向に押し潰され、その結果、この第二中間素材１５を構成する金属材料が、図４の（Ｃ）→（Ｄ）→（Ｅ）に示す様に、前記放射腕成形用キャビティ３８に送り込まれる。この結果、外周面の外端寄り部分に、前述の実施の形態の第１例を表した図１に示す様な、放射状で両側面の幅寸法Ｗ、ｗが異なる複数の放射腕部１９ｂ、１９ｂから成る支持フランジ７ｂを形成した、前記最終中間素材３０を得られる。そこで、前記ラムにより前記固定ダイス２７及び前記パンチ２９を上昇させ、図示しないノックアウトピン等により、前記最終中間素材３０を前記固定ダイス２７の成形孔３１から取り出す。この様にして、この固定ダイス２７から取り出した前記最終中間素材３０は、次の工程に送って、必要とする切削加工及び研削加工を施し、前記図１に示す様なハブ本体９ｂとする。

前記最終中間素材３０に設けた支持フランジ７ｂを構成する各放射腕部１９ｂ、１９ｂ同士の間には、バリが形成されていない（フラッシュレス）か、仮に形成されていても極く小さいバリに止まる。この為、前記切削加工時に除去する金属材料は少なくて済み、材料の歩留り向上によるコスト低減を図れる。更には、不要なバリを形成せずに済む分だけ、鍛造の為のプレス荷重を低減できて、小型のプレス加工機の使用が可能になったり、運転経費を節減できる等の面からも、コスト低減を図れる。
勿論、本例の場合も、前記各放射腕部１９ｂ、１９ｂの軸方向外側面の幅寸法Ｗを大きく、軸方向内側面の幅寸法ｗを小さくしている分、前記支持フランジ７ｂの曲げ剛性等に関して必要とする性能を確保しつつ、前記ハブ本体９ｂの軽量化を図れる。

［実施の形態の第３例］
図５、６は、請求項１、２、４、６、７に対応する、本発明の実施の形態の第３例を示している。本例は、本発明の製造方法により、前述の図７に示した様な車輪支持用転がり軸受ユニット１を構成する外輪２を、熱間鍛造により造る場合に就いて示している。この様な本例の場合、図５の（Ａ）に示した、中炭素鋼、軸受鋼、浸炭鋼の如き鉄系合金等の、塑性加工後に焼き入れ硬化可能な、金属製で円柱状の素材１３ａに、順次、塑性加工或いは打ち抜き加工を施す。そして、（Ｂ）に示した第一中間素材１４ａ、（Ｃ）に示した第二中間素材３９、（Ｄ）に示した第三中間素材４０、（Ｅ）に示した第四中間素材４１を経て、（Ｆ）に示した最終中間素材４２を得る。更に、この最終中間素材４２に、必要とする切削加工及び研削加工を施して、前記外輪２とする。前記素材１３ａの容積は、前記第四中間素材４１本来の容積よりも少しだけ（この第四中間素材４１に比べて後述するバリ４３の容積分だけ）大きくしている。以下、前記素材１３ａを前記最終中間素材４２に加工する工程に就いて、順番に説明する。尚、以下の加工は、基本的には総て熱間若しくは温間で行うが、小型のハブを形成する場合等、可能であれば、冷間で行っても良い。

先ず、第一の据え込み工程で、図５の（Ａ）→（Ｂ）に示す様に、前記素材１３ａを軸方向に押し潰しつつ外径を拡げ、この素材１３ａを、径方向中間部が膨らんだビヤ樽型の、前記第一中間素材１４ａとする。
次の前後方押し出し工程（荒成形加工）で、図５の（Ｂ）→（Ｃ）に示す様に、前記第一中間素材１４ａを前記第二中間素材３９に塑性加工する。この様な前後方押し出し工程では、鍛造加工の分野で広く知られている方法により、前記第一中間素材１４ａの径方向中央寄り部分を軸方向に押し潰し、この径方向中央寄り部分の金属材料を、径方向外方に移動させつつ、軸方向両側（前後両方向）に移動させる。

次に行う、前記第一中間素材１４ａの径方向中央寄り部分を軸方向に圧縮する加工（仕上成形工程）は、前記第一中間素材１４ａを、前記第二中間素材３９の外周面形状に対応した（凹凸が逆になった）ダイス内にセットした状態で、互いに同心に配置した押圧パンチとカウンターパンチとの間で、前記第一中間素材１４ａの軸方向両端面中央部を押圧する事により行う。一般的には、図５で下側に配置する前記カウンターパンチを固定した状態のまま、図５で上側に配置する前記押圧パンチを、このカウンターパンチに押し付ける。そして、前記第一中間素材１４ａを構成する金属材料を移動させて、前記ダイスの内周面と前記押圧パンチ及び前記カウンターパンチの外面（外周面及び先端面）とにより囲まれたキャビティ内に充満させ、前記第二中間素材３９とする。

この第二中間素材３９は、軸方向一端面（図５〜６の上端面）側に開口する第一円形凹部４４及び軸方向他端面（図５〜６の下端面）側に開口する第二円形凹部４５と、これら両円形凹部４４、４５の底面同士の間に存在する隔壁部４６とを備える。本例の場合には、前記第一円形凹部４４の形状を、内径が小さい奥半部と内径が大きい開口側半部とを段差部で連続させた、段付形状とする。この為に、前記押圧パンチとして、先半部の外径が小さく、基半部の外径が大きい、段付のものを使用する。

上述の様にして造った、前記第二中間素材３９は、本例の特徴である、次の第二の据え込み工程で、前記第三中間素材４０とする。この第二の据え込み工程は、図６に示した据え込み装置を使用して行う。この据え込み装置は、それぞれが１対のパンチに相当する、押圧パンチ４７及びカウンターパンチ４８と、同じく可動ダイスに相当する上側ダイス４９と、同じく固定ダイスに相当する下側ダイス５０と、押し出しパンチ５１とを備える。

これら各構成部材４７〜５１のうち、上側ダイス４９はプレス加工機のラムの下面に、このラムに対する昇降可能に支持されており、圧縮コイルばね等の大きな弾力を有する弾性部材３７、３７により、下方に向いた大きな弾力を付与されている。前記ラムに対する前記上側ダイス４９の下降量は、これらラムと上側ダイス４９との間に設けたストッパ機構により規制している。又、上昇量は、例えば、前記ラムの下面と前記上側ダイス４９の上面とが突き当たる事で制限される。従って前記上側ダイス４９は、通常状態では前記ラムと共に昇降するが、上向きの大きな力が加わった場合には、前記各弾性部材３７、３７の弾力に抗し、前記ラムに対して上昇する。又、前記押圧パンチ４７は、前記上側ダイス４９の内径側に配置した状態で、前記ラムに対し固定している。従ってこの上側ダイス４９は前記押圧パンチ４７の周囲に、この押圧パンチ４７に対する所定量の軸方向変位（昇降）を可能に支持されている。そして、前記ラムの下降時に前記上側ダイス４９の下端面は、前記押圧パンチ４７の下端面と前記カウンターパンチ４８の上端面との間で前記第二中間素材３９の隔壁部４６を強く挟持する以前に、前記下側ダイス５０の上端面に突き当たる。この状態から前記ラムが更に下降すると、前記上側ダイス４９はそのままの位置に止まり、前記押圧パンチ４７のみが前記ラムと共に下降する。この際、前記各弾性部材３７、３７が弾性変形する。

一方、前記カウンターパンチ４８と前記下側ダイス５０とは、前記プレス加工機の支持台の上面に、互いに同心に固定されており、互いの間に、前記第三中間素材４０の軸方向外半部の外面形状に見合う（凹凸が逆である）内面形状を有する、下側キャビティ５２を設けている。前記カウンターパンチ４８と前記下側ダイス５０とは、前記第二の据え込み工程の進行に伴って変位する事はない。更に、前記押し出しパンチ５１は、円筒状であり、その上端面により、前記下側キャビティ５２の下端部を仕切っている。この様な前記押し出しパンチ５１は、前記プレス加工機の支持台に対し、昇降可能に支持されている。そして、この押し出しパンチ５１が下降し切った状態で、前記下側キャビティ５２の内面形状が、前記第三中間素材４０（前記第四中間素材４１）の軸方向外半部の外面形状に見合う形状になる。尚、本例の場合には、前記押圧パンチ４７の先端部及び前記カウンターパンチ４８の先端部は、何れも、先端面寄りの小径部と基端寄りの大径部とを段部で連続させた、段付形状としている。

又、前記下側キャビティ５２の上端部の円周方向複数個所（例えば４個所）に、それぞれ径方向外方に突出する成形用凹部３２ａを、前記下側ダイス５０の上面から凹む状態で形成している。この成形用凹部３２ａは、前記外輪２の外周面の軸方向中間部に、特許請求の範囲に記載した外向フランジ部である、放射状の取付部６ｂを形成する為のもので、この取付部６ｂに見合う（凹凸が逆で所定の削り代分だけ大きな）形状及び大きさを有する。即ち、前記成形用凹部３２ａは、前述の実施の形態の第１例に使用する分割型のダイスの一方のダイス素子に形成した成形用凹部と同様に、開口部の幅に比べて底部の幅が（上から下に向かう程）狭くなる形状として、加工後の各放射腕部の取り出しを可能にしている。

上述の様な構成を有する、前記据え込み装置を使用し、前記第二中間素材３９に前記第二の据え込み工程を施して、前記第三中間素材４０とする場合には、先ず、この第二中間素材３９の軸方向外端寄り部分を前記下側ダイス５０内に挿入する。そして、前記カウンターパンチ４８の上端部を、前記第二中間素材３９の軸方向外端面に形成した、前記第二円形凹部４５内に嵌合させる。その後、前記ラムを下降させて、図６の（Ａ）に示す様に、前記押圧パンチ４７を、前記第二中間素材３９の軸方向内端面に形成した、前記第一円形凹部４４内に嵌合させると共に、前記下側ダイス５０の上端面と前記上側ダイス４９の下端面とを突き合わせる。この状態で、前記成形用凹部３２ａに対応し、これら両ダイス５０、４９の突き合わせ面同士の間に、放射腕成形用キャビティ３８ａが画成される。

この状態から前記ラムを、図６の（Ｂ）（Ｃ）の矢印ａ、ａで示す様に、更に下降させると、図６の（Ａ）→（Ｂ）に示す様に、前記上側ダイス４９はそのままの位置に止まって、前記押圧パンチ４７のみが下方に移動する。この移動に伴ってこの押圧パンチ４７が、前記第二中間素材３９の径方向中央部分を軸方向に押圧して、この部分を押し潰し、前記隔壁部４６を、厚さ寸法の小さい隔壁部４６ａとする。この様に径方向中央部分を押し潰す事で押し出された金属材料は、前記下側キャビティ５２内に入り込んで当該部分を円筒形に形成すると共に、一部は、前記放射腕成形用キャビティ３８ａに向け、径方向外方に送られて、この放射腕成形用キャビティ３８ａ内に、外向フランジ部である取付部６ｂを形成する。本例の場合には、前記第二中間素材３９を得る為の前記素材１３ａの容積が、前記第四中間素材４１本来の容積よりも少しだけ多い為、前記放射腕成形用キャビティ３８ａの隅部まで、十分に金属材料が入り込む。この為、加工すべき取付部６ｂの形状が複雑であっても、この取付部６ｂの加工を確実に（形状精度及び寸法精度を十分に確保した状態で）行える。

前記押圧パンチ４７が、図６（Ｃ）に示す様に、十分に下降し、前記放射腕成形用キャビティ３８ａ内に十分量の金属材料が押し込まれると、上述の様に、第二中間素材３９の金属材料が余分である分、前記放射腕成形用キャビティ３８ａ内の圧力が上昇し、前記上側ダイス４９を上方に押圧する力が大きくなる。そして、この力が、前記各弾性部材３７、３７の弾力よりも大きくなると、前記上側ダイス４９がこれら各弾性部材３７、３７の弾力に抗して、図６（Ｃ）に矢印ｂ、ｂで示す様に上昇し、この上側ダイス４９の下端面が前記下側ダイス５０の上端面から離隔して、これら両端面同士の間に、図６の（Ｃ）に誇張して示す様に、隙間５３が生じる。すると、前記放射腕成形用キャビティ３８ａ内に入り込んでいた金属材料の一部が前記隙間５３内に入り込み、前記取付部６ｂとなるべき放射腕部の外周縁にバリ４３を形成する。この結果、図５の（Ｄ）に示す様な前記第三中間素材４０を得られる。この第三中間素材４０に形成した、第一、第二両円形凹部４４、４５の内周面は、内径が小さい奥半部と内径が大きい開口側半部とを段差部で連続させた段付円筒面状である。

上述の様に本例の場合には、前記第三中間素材４０の加工完了の状態で、前記両ダイス４９、５０の先端面同士が互いに当接せず、これら両先端面同士の間に隙間５３が介在する状態となる。そして、この隙間５３には、金属材料の余剰分が入り込んで、前記バリ４３を形成する。この様にして造られた、前記取付部６ｂの外周面からバリ４３を突出させた、前記第三中間素材４０は、前記押圧パンチ４７及び前記上側ダイス４９を上昇させてから、前記押し出しパンチ５１を上昇させる事で、前記据え込み装置から取り出す。そして、図５の（Ｄ）→（Ｅ）に示す様に、前記バリ４３を打ち抜き除去して、前記第四中間素材４１とする。

そして、最後に、図５の（Ｅ）→（Ｆ）に示す様に、１対の円形凹部４４ａ、４５ａ同士の間に存在する隔壁部４６ａを、プレス加工等により打ち抜き除去し、前記最終中間素材４２とする。この最終中間素材４２は、完成後の外輪２｛図５の（Ｄ）〜（Ｆ）の鎖線参照｝よりも厚肉である。そこで、この最終中間素材４２に、所定の切削（旋削）加工及び研削加工を施して、前記外輪２として完成する。
この様な本例の場合には、外向フランジ部である取付部６ｂの加工に伴ってバリ４３を生じるが、このバリ４３は、この取付部６ｂの形状精度を向上させる為に必要な、小さなもので済む。この為、材料の歩留りをあまり悪化させる事はなく、前記バリ４３を除去する作業も容易に行える。
勿論、本例の場合も、前記取付部６ｂを構成する各放射腕部の軸方向両側面のうち、この取付部６ｂをナックル等の懸架装置に突き当てる為の接合面の幅寸法を大きく、反接合面の幅寸法を小さくしている分、前記取付部６ｂの曲げ剛性等に関して必要とする性能を確保しつつ、前記外輪２の軽量化を図れる。

本発明の実施の形態の第１例を示す、ハブ本体を軸方向内方から見た正面図（Ａ）及び（Ａ）の下方から見た底面図（Ｂ）。 第１例の構造を造る為の製造方法を工程順に示す、素材乃至最終中間素材の平面図及び正面図。 本発明の実施の形態の第２例を工程順に示す、素材乃至最終中間素材の断面図。 第二中間素材を最終中間素材に加工する為の仕上成形工程を工程順に示す断面図。 本発明の実施の形態の第３例を工程順に示す、素材乃至最終中間素材の断面図。 第二中間素材の軸方向両端部に第一、第二両円形凹部を、外周面に取付部を、ぞれぞれ形成する為の第二の据え込み加工の実施状況を工程順に示す断面図。 本発明の製造方法の対象となる外向フランジ部付金属製部材であるハブ本体及び外輪を備えた車輪支持用転がり軸受ユニットの１例を示す断面図。 従来から知られているハブ本体の製造方法の１例を工程順に示す断面図。 外周面に支持フランジを形成したハブ本体の２例を示す斜視図。 従来から知られている形状を有するハブ本体を軸方向外方から見た正面図（Ａ）及び（Ａ）のイ−イ断面図（Ｂ）。 従来から知られている形状を有するハブ本体の支持フランジの形状を説明する為の、図１と同様の図。 従来から知られている形状を有する外輪を軸方向から見た正面図（Ａ）及び（Ａ）のロ−ロ断面図（Ｂ）。

符号の説明

１ 車輪支持用転がり軸受ユニット
２ 外輪
３ ハブ
４ 転動体
５ 外輪軌道
６、６ａ、６ｂ 取付部
７、７ａ、７ｂ 支持フランジ
８ 内輪軌道
９、９ａ、９ｂ ハブ本体
１０ 内輪
１１ ナット
１２ 小径段部
１３、１３ａ 素材
１４、１４ａ 第一中間素材
１５ 第二中間素材
１６ 第三中間素材
１７、１７ａ バリ
１８ 第四中間素材
１９、１９ａ、１９ｂ 放射腕部
２０ ボルト
２１ 頭部
２２ 第一中間素材
２３ 第二中間素材
２４ 第三中間素材
２５ 座面
２６ 第四中間素材
２７ 固定ダイス
２８ 可動ダイス
２９ パンチ
３０ 最終中間素材
３１ 成形孔
３２、３２ａ 成形用凹部
３３ 取付板
３４ 円形凹部
３５ 円形凸部
３６ 環状段差面
３７ 弾性部材
３８、３８ａ 放射腕成形用キャビティ
３９ 第二中間素材
４０ 第三中間素材
４１ 第四中間素材
４２ 最終中間素材
４３ バリ
４４、４４ａ 第一円形凹部
４５、４５ａ 第二円形凹部
４６、４６ａ 隔壁部
４７ 押圧パンチ
４８ カウンターパンチ
４９ 上側ダイス
５０ 下側ダイス
５１ 押し出しパンチ
５２ 下側キャビティ
５３ 隙間

Claims (7)

1. 金属製の素材に塑性加工を施す事により外周面の軸方向一部に、円周方向複数個所からそれぞれ径方向外方に突出する状態で形成された複数の放射腕部により構成される外向フランジ部を設けて成り、前記外周面の軸方向に関して、これら各放射腕部の片面を相手部材と突き合わせる接合面とし、同じく他面を、これら各放射腕部と相手部材とを結合する為のボルトの頭部内面を当接させる反接合面とした、外向フランジ部付金属製部材に於いて、前記各放射腕部の前記円周方向に関する幅を、この反接合面側で狭く、前記接合面側で広くした事を特徴とする外向フランジ部付金属製部材。
2. 金属製の素材に塑性加工を施す事により外周面の軸方向一部に、円周方向の複数個所をそれぞれ径方向外方に突出する状態で設けられ、前記外周面の軸方向に関して片面を相手部材と突き合わせる接合面とし、同じく他面を、この相手部材と結合する為のボルトの頭部内面を当接させる反接合面とした複数の放射腕部により構成される外向フランジ部を構成するこれら各放射腕部を形成する為、前記素材の周囲を、これら各放射腕部を加工する為の放射腕部成形用キャビティを備えたダイスにより囲んだ状態で、前記素材の軸方向端面をパンチで押圧する事によりこの素材を塑性変形させ、前記放射腕部成形用キャビティに見合う形状を有する前記各放射腕部から成る外向フランジ部を外周面に形成する、外向フランジ部付金属製部材の製造方法に於いて、前記ダイスとして、前記円周方向に関する前記放射腕部成形用キャビティの幅寸法が、前記各放射腕部の前記反接合面側で前記接合面側よりも狭いものを使用する事を特徴とする外向フランジ部付金属製部材の製造方法。
3. 放射腕部成形用キャビティ内に素材の金属材料を送り込んで、各放射腕部を形成する塑性加工を、冷間鍛造により行う、請求項２に記載した外向フランジ部付金属製部材の製造方法。
4. ダイスとして、固定ダイスと、パンチの周囲に、この固定ダイスに向かう方向の弾力を付与された状態で設けられた可動ダイスとから成るものを使用し、この可動ダイスの先端面と前記固定ダイスの先端面とを突き合わせた状態で、温間又は熱間で、前記パンチにより前記素材を軸方向に押し潰し、この素材を構成する金属材料の一部を前記両ダイスと前記パンチとにより囲まれた部分に存在する放射腕部成形用キャビティ内に充満させる事により、複数の放射腕部から成る外向フランジ部とする、請求項２に記載した外向フランジ部付金属製部材の製造方法。
5. 外向フランジ部付金属製部材が、車輪支持用転がり軸受ユニットを構成するハブ本体であって、外周面のうちで外向フランジ部から軸方向に外れた部分に、内輪軌道、及び、別体の内輪を外嵌する為の小径段部が設けられており、固定ダイスとして、これら内輪軌道及び小径段部を形成する為のキャビティが設けられているものを使用する、請求項４に記載した外向フランジ部付金属製部材の製造方法。
6. 外向フランジ部付金属製部材が、車輪支持用転がり軸受ユニットを構成する外輪で、内周面に複列の外輪軌道を備えたものであり、素材を１対のパンチにより軸方向両側から押圧して塑性変形させ、軸方向両端部をこれら両パンチの外周面形状に見合う内周面形状を有する円筒部とすると同時に、外周面に複数の放射腕部により構成される外向フランジ部を形成する工程を有する、請求項４に記載した外向フランジ部付金属製部材の製造方法。
7. 素材として、外周面に複数の放射腕部により構成される外向フランジ部を形成する為に必要とされる以上の容積を有するものを使用し、前記素材を構成する金属材料の一部を固定、可動両ダイスとパンチとにより囲まれる放射腕部成形用キャビティ内に充満させて、前記外向フランジ部を形成した後、更にこのパンチで前記素材を押圧する事により、可動ダイスを固定ダイスから、余剰容積分に見合う分だけ浮き上がらせて、前記各放射腕部の外周縁部にバリを形成する、請求項４〜６のうちの何れか１項に記載した外向フランジ部付金属製部材の製造方法。

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