JP2017013079A

JP2017013079A - 車輪用軸受装置の加工方法

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Publication number: JP2017013079A
Application number: JP2015129434A
Authority: JP
Inventors: 福島　茂明; Shigeaki Fukushima; 茂明福島
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2015-06-29
Filing date: 2015-06-29
Publication date: 2017-01-19

Abstract

【課題】歯部の機械的強度を向上させてクラックの発生を防止すると共に、耐摩耗を向上させて係合部のガタを防止して信頼性と寿命を向上させた車輪用軸受装置の加工方法を提供する。【解決手段】小径段部１ｂが予め塑性加工前に円筒部が形成され、加締部１０を形成後、加締工具２９が、加締部１０に対して傾斜角βをもって衝合する鼻部２６が突設され、この鼻部２６の周縁から外周部に亙ってフェイススプライン１９を塑性加工するための歯形３２が形成されたパンチ３３と、このパンチ３３が回転不可に嵌着され、中心軸Ａがハブ輪１の軸心Ｌに対して傾斜角αが付与された揺動軸とを備え、加締工具２９をハブ輪１に進入させ、パンチ３３を加締部１０の端部に所定の加工力で押し当てると共に、ハブ輪１の軸心Ｌに一致した主軸を回転させることにより加締工具２９を揺動運動させてフェイススプライン１９が形成される。【選択図】図５

Description

本発明は、自動車等の車両の車輪を回転自在に支承する車輪用軸受装置の加工方法に関し、特に、軸受部と等速自在継手とを着脱自在にユニット化した車輪用軸受装置の加工方法に関する。

自動車等の車両のエンジン動力を車輪に伝達する動力伝達装置は、エンジンから車輪へ動力を伝達すると共に、悪路走行時における車両のバウンドや車両の旋回時に生じる車輪からの径方向や軸方向変位、およびモーメント変位を許容する必要があるため、エンジン側と駆動車輪側との間に介装されるドライブシャフトの一端を摺動型の等速自在継手を介してディファレンシャルに連結し、他端を固定型の等速自在継手を含む車輪用軸受装置を介して車輪に連結している。

近年、省資源あるいは公害等の面から燃費向上に対する要求は厳しいものがある。自動車部品において、中でも車輪用軸受装置の軽量化はこうした要求に応える要因として注目され、強く望まれて久しい。従来から軽量化を図った車輪用軸受装置に関する提案は種々のものがあるが、それと共に自動車等の組立現場あるいは補修市場において、組立・分解作業を簡略化して低コスト化を図ることも重要な要因となっている。

図６に示す車輪用軸受装置は、こうした要求を満たした代表的な一例である。この車輪用軸受装置は、ハブ輪５１と複列の転がり軸受５２と等速自在継手（図示せず）を着脱自在にユニット化した、所謂第３世代と称される構成を備えている。複列の転がり軸受５２は、外方部材５４と内方部材５５と複列のボール５６、５６とを備えている。

外方部材５４は、外周に車体（図示せず）に取り付けるための車体取付フランジ５４ｂを一体に有し、内周には複列の外側転走面５４ａ、５４ａが一体に形成されている。一方、内方部材５５は、前記した外方部材５４の複列の外側転走面５４ａ、５４ａに対向する複列の内側転走面５１ａ、５７ａが形成されている。これら複列の内側転走面５１ａ、５７ａのうち一方の内側転走面５１ａがハブ輪５１の外周に、他方の内側転走面５７ａが内輪５７の外周にそれぞれ一体に形成されている。複列のボール５６、５６がこれら両転走面間にそれぞれ収容され、保持器５８、５８によって転動自在に保持されている。また、外方部材５４と内方部材５５との間に形成される環状空間の開口部にはシール６１、６２が装着され、軸受内部に封入された潤滑グリースの漏洩と、外部から軸受内部に雨水やダスト等が侵入するのを防止している。

ハブ輪５１は、一端部に車輪（図示せず）を取り付けるための車輪取付フランジ５９を一体に有し、外周に内側転走面５１ａと、この内側転走面５１ａから軸方向に延びる円筒状の小径段部５１ｂが形成されている。この小径段部５１ｂに内輪５７が所定のシメシロを介して圧入されている。内輪５７は、ハブ輪５１の小径段部５１ｂの端部を径方向外方に塑性変形させて形成した加締部６０により、所定の軸受予圧が付与された状態でハブ輪５１に対して軸方向に固定されている。

ここで、加締部６０の端面にフェイススプライン５３が形成されると共に、図示しない外側継手部材の肩部の端面に加締部６０のフェイススプライン５３に噛合するフェイススプラインが塑性加工によって形成されている。そして、肩部の雌ねじに螺合される固定ボルトによって対向する両フェイススプラインが圧接支持され、ハブ輪５１と外側継手部材とが軸方向に分離可能に結合されている。

ハブ輪５１は、複数のノックピン６３が立設された基台６４上に、車輪取付フランジ５９の車両外側の側面５９ｂが当接した状態で縦型に載置され、車輪取付フランジ５９に圧入されるハブボルト（図示せず）の挿入孔６５にノックピン６３が嵌挿されることにより支持固定されている。これにより、新たに固定手段を設けることなく基台上にハブ輪５１を支持固定することができる。

また、塑性加工によって形成される小径段部５１ｂの加締部６０は、予め塑性加工前に円筒部６６に形成されている。加締工具６７は、一端面の中央部に鼻部６８が突設され、この鼻部６８の周縁から外周部に亙ってフェイススプライン５３を塑性加工するための歯形６９が形成されたパンチ７０と、中心軸Ａがハブ輪５１の軸心Ｌに対して所定の傾斜角αが付与された揺動軸７１とを備えている。パンチ７０は、加締加工時にその位相がハブ輪５１に対してずれないように、例えば、キー等の手段によって回転不可に揺動軸７１に嵌着されている。ここでは、傾斜角αは４〜６°の範囲に設定されている。

パンチ７０の鼻部６８は、この円筒部６６の内径６６ａに対して所定の傾斜角βをもって円筒部６６の端部に衝合するように形成されている。ここでは、傾斜角βは１５〜３５°の範囲に設定されている。

そして、加締工具６７をハブ輪５１の円筒部６６に進入させ、パンチ７０を円筒部６６の端部に所定の加工力で押し当てると共に、ハブ輪５１の軸心Ｌに一致した主軸（図示せず）を回転させることにより、加締工具６７に揺動運動を発生させて塑性加工によって加締部６０が形成され、同時に加締部６０の端面にフェイススプライン５３が形成される。

こうした加締工具６７を採用し、一体型のパンチ７０によって、加締部６０と、この加締部６０の端面にフェイススプライン５３とを同時に塑性加工によって形成するようにしたので、金型の構造が簡素化でき、金型加工やその組立および管理工数を削減して低コスト化を図ると共に、従来の加締加工のように、金型間に素材が噛み込み、バリの発生やこのバリの脱落片が滞留して作動性が低下するといった不具合を回避でき、加締部６０やフェイススプライン５３にバリが発生するのを防止して製品品質を向上させることができる（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００９−２７４５１５号公報

こうした車輪用軸受装置では、加締部６０と同時にフェイススプライン５３が揺動加締により形成されているので、作業性が向上すると共に、加工工数を削減させて低コスト化を図ることができる。然しながら、ハブ輪５１は、例えば、Ｓ５３Ｃ等の機械構造用炭素鋼を熱間鍛造後の状態、すなわち、未熱処理、所謂生の状態でフェイススプライン５３を加工し、その歯部も熱処理しない状態で使用されるため、過大トルクが負荷された場合や、等速自在継手側のフェイススプラインとの噛合い精度が充分でない場合等、フェイススプライン５３の歯部の変形や摩耗による係合部のガタが生じるといった問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、加締とフェイススプラインの形成工程を、歯型を形成した加締パンチで、加締加工とフェイススプラインの形成を同時に行う場合より、歯型を形成しない加締パンチで、加締部の粗成形を行った後、改めて歯型を形成した加締パンチでフェイススプラインを形成した方が、フェイススプライン歯部の加工硬化が大きいことに着目し、フェイススプライン加工を、所謂２段加締工程により形成することにより、歯部の機械的強度を向上させてクラックの発生を防止すると共に、耐摩耗を向上させて係合部のガタを防止して信頼性と寿命を向上させた車輪用軸受装置の加工方法を提供することを目的としている。

係る目的を達成すべく、本発明のうち請求項１記載の発明は、内周に複列の外側転走面が一体に形成された外方部材と、一端部に車輪を取り付けるための車輪取付フランジを一体に有し、外周に軸方向に延びる円筒状の小径段部が形成されたハブ輪、およびこのハブ輪の小径段部に圧入された少なくとも一つの内輪からなり、前記複列の外側転走面に対向する複列の内側転走面が形成された内方部材と、この内方部材と前記外方部材の転走面間に転動自在に収容された複列の転動体とを備え、前記ハブ輪の小径段部を径方向外方に塑性変形させて形成した加締部により前記内輪が軸方向に固定されると共に、当該加締部の端面にトルク伝達用のフェイススプラインが形成された車輪用軸受装置の加工方法において、前記小径段部の端部が予め塑性加工前に円筒部に形成され、加締工具が、一端面の中央部に、前記円筒部の内径に対して所定の傾斜角をもって当該円筒部の端部に衝合する鼻部が突設され、この鼻部の周縁から外周部に亙って前記加締部を塑性加工するための形状に形成されたパンチと、このパンチが、加締加工時にその位相が前記ハブ輪に対してずれないように回転不可に嵌着され、中心軸が前記ハブ輪の軸心に対して所定の傾斜角が付与される揺動軸を備え、前記加締工具を前記ハブ輪に進入させ、前記パンチを前記円筒部の端部に所定の加工力で押し当てると共に、前記ハブ輪の軸心に一致した主軸を回転させることにより前記加締工具に揺動運動を発生させ、前記加締部が塑性変形により形成される第１工程と、加締工具が、前記鼻部の周縁から外周部に亙って前記フェイススプラインを塑性加工するための歯形が形成されたパンチと、このパンチが嵌着される前記揺動軸を備え、前記加締工具を前記ハブ輪に進入させ、前記パンチを前記加締部の端部に所定の加工力で押し当てると共に、前記主軸を回転させることにより前記加締工具に揺動運動を発生させ、前記フェイススプラインが塑性変形により形成される第２工程を備えている。

このように、ハブ輪の小径段部を径方向外方に塑性変形させて形成した加締部により内輪が軸方向に固定されると共に、当該加締部の端面にトルク伝達用のフェイススプラインが形成された車輪用軸受装置の加工方法において、小径段部の端部が予め塑性加工前に円筒部に形成され、加締工具が、一端面の中央部に、円筒部の内径に対して所定の傾斜角をもって当該円筒部の端部に衝合する鼻部が突設され、この鼻部の周縁から外周部に亙って加締部を塑性加工するための形状に形成されたパンチと、このパンチが、加締加工時にその位相がハブ輪に対してずれないように回転不可に嵌着され、中心軸がハブ輪の軸心に対して所定の傾斜角が付与された揺動軸を備え、加締工具をハブ輪に進入させ、パンチを円筒部の端部に所定の加工力で押し当てると共に、ハブ輪の軸心に一致した主軸を回転させることにより加締工具に揺動運動を発生させ、加締部が塑性変形により形成される第１工程と、加締工具が、鼻部の周縁から外周部に亙ってフェイススプラインを塑性加工するための歯形が形成されたパンチと、このパンチが嵌着された揺動軸を備え、加締工具をハブ輪に進入させ、パンチを加締部の端部に所定の加工力で押し当てると共に、主軸を回転させることにより加締工具に揺動運動を発生させ、フェイススプラインが塑性変形により形成される第２工程を備えているので、フェイススプラインの歯部の硬度を高めることができ、歯部の機械的強度を向上させてクラックの発生を防止すると共に、耐摩耗を向上させて係合部のガタを防止して信頼性と寿命を向上させた車輪用軸受装置の加工方法を提供することができる。また、２段階で加締部とフェイススプラインをそれぞれ形成するため、塑性変形の加工度が上がらず、歯部の成形性を高めることができるので精度を向上させることができる。

好ましくは、請求項２に記載の発明は、前記フェイススプラインを成形する際、予め前記加締部が高周波誘導加熱によって１５０℃以下で加熱された後に加締加工されていれば、加工時に微小クラック等の発生を防止すると共に、フェイススプラインの成形性を向上させることができる。

また、請求項３に記載の発明は、前記フェイススプラインの歯部の硬度が素材硬度よりＨＲＣで１０ポイント以上高くなるように設定されていれば、歯部の機械的強度と耐摩耗を向上させることができる。

また、請求項４に記載の発明は、前記フェイススプラインの歯部の硬度が３２ＨＲＣ以上に設定されていれば、歯部の機械的強度と耐摩耗を向上させることができ、長寿命化を図ることができる。

また、請求項５に記載の発明のように、前記ハブ輪が、複数のノックピンが立設された基台上に、前記車輪取付フランジのアウター側の側面が当接した状態で縦型に載置され、前記車輪取付フランジに圧入されるハブボルトの挿入孔に前記ノックピンが嵌挿されることにより支持固定されていれば、新たに固定手段を設けることなく基台上にハブ輪を支持固定することができる。

また、請求項６に記載の発明のように、前記小径段部の円筒部の外周面に０．５〜１．０ｍｍの深さで、両側に所定の曲率半径Ｒｉ、Ｒｏからなる円弧面を有する環状溝が形成され、これら円弧面のうちインナー側の円弧面の曲率半径Ｒｉがアウター側の円弧面の曲率半径Ｒｏよりも小さく、Ｒｉ≦Ｒｏに設定されると共に、当該環状溝が、前記内輪における内側転走面の大径端に対応する位置よりもインナー側から面取り部にかかり、大端面から所定の寸法だけ越えた範囲に形成されていれば、加締加工時に円筒部が変形し易くなり、加締加工による内輪の変形を抑制することができる。

好ましくは、請求項７に記載の発明のように、前記内輪の面取り部が所定の曲率半径ｒ１からなる円弧面を有し、この曲率半径ｒ１よりも、前記環状溝におけるインナー側の円弧面の曲率半径Ｒｉが大きく、ｒ１≦Ｒｉとなるように設定されていれば、加締加工による亀裂等の損傷を防止すると共に、内輪の変形を抑制することができる。

本発明に係る車輪用軸受装置の加工方法は、内周に複列の外側転走面が一体に形成された外方部材と、一端部に車輪を取り付けるための車輪取付フランジを一体に有し、外周に軸方向に延びる円筒状の小径段部が形成されたハブ輪、およびこのハブ輪の小径段部に圧入された少なくとも一つの内輪からなり、前記複列の外側転走面に対向する複列の内側転走面が形成された内方部材と、この内方部材と前記外方部材の転走面間に転動自在に収容された複列の転動体とを備え、前記ハブ輪の小径段部を径方向外方に塑性変形させて形成した加締部により前記内輪が軸方向に固定されると共に、当該加締部の端面にトルク伝達用のフェイススプラインが形成された車輪用軸受装置の加工方法において、前記小径段部の端部が予め塑性加工前に円筒部に形成され、加締工具が、一端面の中央部に、前記円筒部の内径に対して所定の傾斜角をもって当該円筒部の端部に衝合する鼻部が突設され、この鼻部の周縁から外周部に亙って前記加締部を塑性加工するための形状に形成されたパンチと、このパンチが、加締加工時にその位相が前記ハブ輪に対してずれないように回転不可に嵌着され、中心軸が前記ハブ輪の軸心に対して所定の傾斜角が付与される揺動軸を備え、前記加締工具を前記ハブ輪に進入させ、前記パンチを前記円筒部の端部に所定の加工力で押し当てると共に、前記ハブ輪の軸心に一致した主軸を回転させることにより前記加締工具に揺動運動を発生させ、前記加締部が塑性変形により形成される第１工程と、加締工具が、前記鼻部の周縁から外周部に亙って前記フェイススプラインを塑性加工するための歯形が形成されたパンチと、このパンチが嵌着される前記揺動軸を備え、前記加締工具を前記ハブ輪に進入させ、前記パンチを前記加締部の端部に所定の加工力で押し当てると共に、前記主軸を回転させることにより前記加締工具に揺動運動を発生させ、前記フェイススプラインが塑性変形により形成される第２工程を備えているので、フェイススプラインの歯部の硬度を高めることができ、歯部の機械的強度を向上させてクラックの発生を防止すると共に、耐摩耗を向上させて係合部のガタを防止して信頼性と寿命を向上させた車輪用軸受装置の加工方法を提供することができる。また、２段階で加締部とフェイススプラインをそれぞれ形成するため、塑性変形の加工度が上がらず、歯部の成形性を高めることができるので精度を向上させることができる。

本発明に係る車輪用軸受装置の一実施形態を示す縦断面図である。図１の加締部の加工工程を示す説明図である。（ａ）は、図２の要部拡大図、（ｂ）は、（ａ）の要部拡大図である。揺動加締の状態を示す説明図である。図１のフェイススプラインの加工工程を示す説明図である。従来の車輪用軸受装置の加締部の加工工程を示す説明図である。

外周に懸架装置に取り付けられるための車体取付フランジを一体に有し、内周に複列の外側転走面が一体に形成された外方部材と、一端部に車輪を取り付けるための車輪取付フランジを一体に有し、外周に前記複列の外側転走面に対向する一方の内側転走面と、この内側転走面から軸方向に延びる円筒状の小径段部が形成されたハブ輪、およびこのハブ輪の小径段部に圧入され、外周に前記複列の外側転走面に対向する他方の内側転走面が形成された内輪からなる内方部材と、この内方部材と前記外方部材の転走面間に転動自在に収容された複列の転動体とを備え、前記ハブ輪の小径段部を径方向外方に塑性変形させて形成した加締部により前記内輪が軸方向に固定されると共に、当該加締部の端面にトルク伝達用のフェイススプラインが形成された車輪用軸受装置の加工方法において、前記小径段部の端部が予め塑性加工前に円筒部に形成され、加締工具が、一端面の中央部に、前記円筒部の内径に対して所定の傾斜角をもって当該円筒部の端部に衝合する鼻部が突設され、この鼻部の周縁から外周部に亙って前記加締部を塑性加工するための形状に形成されたパンチと、このパンチが、加締加工時にその位相が前記ハブ輪に対してずれないように回転不可に嵌着され、中心軸が前記ハブ輪の軸心に対して所定の傾斜角が付与される揺動軸を備え、前記加締工具を前記ハブ輪に進入させ、前記パンチを前記円筒部の端部に所定の加工力で押し当てると共に、前記ハブ輪の軸心に一致した主軸を回転させることにより前記加締工具に揺動運動を発生させ、前記加締部が塑性変形により形成される第１工程と、加締工具が、前記鼻部の周縁から外周部に亙って前記フェイススプラインを塑性加工するための歯形が形成されたパンチと、このパンチが嵌着される前記揺動軸を備え、前記加締工具を前記ハブ輪に進入させ、前記パンチを前記加締部の端部に所定の加工力で押し当てると共に、前記主軸を回転させることにより前記加締工具に揺動運動を発生させ、前記フェイススプラインが塑性変形により形成される第２工程を備え、前記フェイススプラインを成形する際、予め前記加締部が高周波誘導加熱によって１５０℃以下で加熱された後に加締加工されている。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明に係る車輪用軸受装置の一実施形態を示す縦断面図、図２は、図１の加締部の加工工程を示す説明図、図３（ａ）は、図２の要部拡大図、（ｂ）は、（ａ）の要部拡大図、図４は、揺動加締の状態を示す説明図、図５は、図１のフェイススプラインの加工工程を示す説明図である。なお、以下の説明では、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ター側（図１の左側）、中央寄り側をインナー側（図１の右側）という。

図１に示す車輪用軸受装置は、ハブ輪１と複列の転がり軸受２と等速自在継手３を着脱自在にユニット化した、所謂第３世代と称される構成を備えている。複列の転がり軸受２は、外方部材４と内方部材５と複列の転動体（ボール）６、６とを備えている。

外方部材４はＳ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０ｗｔ％を含む中高炭素鋼からなり、外周に車体（図示せず）に取り付けるための車体取付フランジ４ｂを一体に有し、内周には複列の外側転走面４ａ、４ａが一体に形成されている。そして、少なくともこの複列の外側転走面４ａ、４ａには、高周波焼入れによって表面硬さを５８〜６４ＨＲＣの範囲に硬化処理が施されている。

一方、内方部材５は、前記した外方部材４の外側転走面４ａ、４ａに対向する複列の内側転走面１ａ、７ａが形成されている。これら複列の内側転走面１ａ、７ａのうち一方（アウター側）の内側転走面１ａがハブ輪１の外周に、他方（インナー側）の内側転走面７ａが内輪７の外周にそれぞれ一体に形成されている。この場合、内方部材５はハブ輪１と内輪７を指す。そして、複列の転動体６、６がこれら両転走面間にそれぞれ収容され、保持器８、８によって転動自在に保持されている。また、外方部材４と内方部材５との間に形成される環状空間の開口部にはシール１１、１２が装着され、軸受内部に封入された潤滑グリースの漏洩と、外部から軸受内部に雨水やダスト等が侵入するのを防止している。

ハブ輪１は、アウター側の端部に車輪（図示せず）を取り付けるための車輪取付フランジ９を一体に有し、外周に内側転走面１ａと、この内側転走面１ａから軸方向に延びる円筒状の小径段部１ｂが形成されている。この小径段部１ｂに内輪７が所定のシメシロを介して圧入されている。車輪取付フランジ９の周方向等配位置には車輪を固定するハブボルト９ａが植設されている。そして、内輪７は、ハブ輪１の小径段部１ｂの端部を径方向外方に塑性変形させて形成した加締部１０により、所定の軸受予圧が付与された状態でハブ輪１に対して軸方向に固定されている。

ハブ輪１はＳ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０ｗｔ％を含む中高炭素鋼からなり、内側転走面１ａをはじめ、アウター側のシール１１が摺接するシールランド部から小径段部１ｂに亙る範囲に高周波焼入れによって表面硬さを５８〜６４ＨＲＣの範囲に所定の硬化処理が施されている。

内輪７はＳＵＪ２等の高炭素クロム軸受鋼からなり、ズブ焼入れにより芯部まで５８〜６４ＨＲＣの範囲で硬化処理されている。また、転動体６はＳＵＪ２等の高炭素クロム軸受鋼からなり、ズブ焼入れにより芯部まで６２〜６７ＨＲＣの範囲で硬化処理されている。これにより、車輪取付フランジ９の基部となるシールランド部は耐摩耗性が向上するばかりでなく、車輪取付フランジ９に負荷される回転曲げ荷重に対して充分な機械的強度を有し、ハブ輪１の耐久性が向上する。また、内輪７の嵌合面となる小径段部１ｂに発生するフレッティング摩耗を最小限に抑えることができる。

なお、ここでは、ハブ輪１の外周に内側転走面１ａが直接形成された第３世代構造からなる車輪用軸受装置を例示したが、これに限らず、例えば、ハブ輪に一対の内輪が圧入された第２世代構造からなる車輪用軸受装置であっても良い。また、転動体６にボールを使用した複列のアンギュラ玉軸受を例示したが、転動体６に円錐ころを使用した複列の円錐ころ軸受であっても良い。

等速自在継手３は、外側継手部材１３と継手内輪１４とケージ１５およびトルク伝達ボール１６からなる。外側継手部材１３は、カップ状のマウス部１７と、このマウス部１７の底部をなす肩部１８とを有し、この肩部１８の径方向中心部に雌ねじ１８ａが形成されている。また、マウス部１７の内周および継手内輪１４の外周には軸方向に延びる曲線状のトラック溝１７ａ、１４ａがそれぞれ形成されている。また、外側継手部材１３はＳ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０ｗｔ％を含む中高炭素鋼からなり、継手内輪１４はＳＣｒ４２０等の肌焼き鋼からなり、トラック溝１７ａ、１４ａをはじめ、肩部１８の外周面に高周波焼入れ、あるいは、浸炭焼入れによって表面硬さを５８〜６４ＨＲＣの範囲に硬化処理が施されている。

本実施形態では、加締部１０の端面にフェイススプライン１９が形成されると共に、外側継手部材１３の肩部１８の端面に加締部１０のフェイススプライン１９に噛合するフェイススプライン２０が塑性加工によって形成されている。そして、肩部１８の雌ねじ１８ａに螺合される固定ボルト２１によって対向する両フェイススプライン１９、２０が圧接支持され、ハブ輪１と外側継手部材１３とが軸方向に分離可能に結合されている。

次に、図２乃至図４を用いて、図１の加締部１０の加工方法を説明する。
図２に示すように、複数のノックピン２２が立設された基台２３上に、ハブ輪１は、車輪取付フランジ９のアウター側の側面９ｂが当接した状態で縦型に載置され、車輪取付フランジ９に圧入されるハブボルト９ａの挿入孔２４にノックピン２２が嵌挿されることにより支持固定されている。これにより、新たに固定手段を設けることなく基台２３上にハブ輪１を支持固定することができる。

また、塑性加工によって形成される加締部１０は、その加締部１０となる部位が予め塑性加工前に円筒部３０に形成されている。そして、図３に拡大して示すように、この円筒部３０の外周面に深さδで、両側に曲率半径Ｒｉ、Ｒｏからなる円弧面を有する環状溝３１が形成されている。これにより、加締加工時に円筒部３０が変形し易くなって、内輪７に過大な応力が発生して変形するのを防止することができる。ただし、環状溝３１は、内輪７における内側転走面７ａの大径端に対応する位置よりもインナー側から内輪７の面取り部７ｃにかかり、大端面７ｂから寸法ｃだけ越えた範囲に形成されている。この環状溝３１の幅は、大きくなるほどフープ応力が低下するが、余り大きくなると内輪押込み量が不足して所定の内輪固定力が得られないだけでなく、ハブ輪１の強度・剛性の低下に繋がり好ましくない。

なお、環状溝３１の深さδは０．５〜１．０ｍｍの範囲に設定されている。この深さδが０．５ｍｍよりも小さいとその効果が薄れ、また、深さδが１．０ｍｍを超えると、加締部１０の強度不足が懸念されるからである。また、インナー側の円弧面３１ａの曲率半径Ｒｉは、内輪７の面取り部７ｃの曲率半径ｒ１よりも大きく、アウター側の円弧面３１ｂの曲率半径Ｒｏよりも小さく設定され（ｒ１≦Ｒｉ≦Ｒｏ）、Ｒｉが１〜１０ｍｍの範囲に設定されている。これにより、加締加工時に円筒部３０が変形し易くなり、加締加工による内輪７の変形を抑制することができる。

なお、内輪７の面取り部７ｃの曲率半径ｒ１を１．０ｍｍよりも小さく設定すると、車両の運転中に曲げモーメント荷重が装置に負荷された時、加締部１０の根元部分に応力集中が起こり、微小クラック等の損傷が発生する恐れがある。逆に、曲率半径ｒ１が２．５ｍｍを超えると、円筒部３０を塑性変形する際、内輪７を径方向外方に押し広げることになり、内輪７の外径に過大なフープ応力が発生して好ましくない。

第１工程における加締工具２５は、図２に示すように、一端面の中央部に鼻部２６が突設されたパンチ２７と、中心軸Ａがハブ輪１の軸心Ｌに対して所定の傾斜角αが付与された揺動軸２８とを備えている。パンチ２７は、加締加工時にその位相がハブ輪１に対してずれないように、例えば、キー等の手段によって揺動軸２８に対して回転不可に嵌着されている。ここでは、傾斜角αは４〜６°の範囲に設定されている。

パンチ２７の鼻部２６は、円筒部３０の内径３０ａに対して所定の傾斜角βをもって円筒部３０の端部に衝合するように形成されている。ここでは、傾斜角βは１５〜３５°の範囲に設定されている。

ここで、図４に示すように、加締工具２５をハブ輪１の円筒部３０に進入させ、パンチ２７を円筒部３０の端部に所定の加工力で押し当てると共に、ハブ輪１の軸心Ｌに一致した主軸（図示せず）を回転させることにより、加締工具２５に揺動運動を発生させて塑性加工によって加締部１０が形成される。

加締部１０となる円筒部３０の素材硬度は１９〜２２ＨＲＣの範囲にあるのに対し、塑性加工によって形成される加締部１０の表面硬度は、その加工硬化によって３０〜３２ＨＲＣに上昇している。

本実施形態では、この加締加工の後、第２工程となるフェイススプライン１９を形成するための２段加締が行われる。具体的には、図５に示すように、加締工具２９は、一端面の中央部に鼻部２６が突設され、この鼻部２６の周縁から外周部に亙ってフェイススプライン１９を塑性加工するための歯形３２が形成されたパンチ３３と、中心軸Ａがハブ輪１の軸心Ｌに対して所定の傾斜角αが付与された揺動軸２８とを備えている。

そして、加締工具２９をハブ輪１の加締部１０に進入させ、パンチ３３を加締部１０の端部に所定の加工力で押し当てると共に、ハブ輪１の軸心Ｌに一致した主軸（図示せず）を回転させることにより、加締工具２９に揺動運動を発生させて塑性加工によって加締部１０の端面にフェイススプライン１９が形成される。

このフェイススプライン１９を成形する際、予め加締部１０を高周波誘導加熱によって
常温〜再結晶温度の範囲、具体的には、常温〜１５０℃の範囲に加熱した後、加締加工されている。これにより、加工時に微小クラック等の発生を防止すると共に、フェイススプライン１９の成形性を向上させることができる。なお、ここでいう、「再結晶」とは、冷間加工等で塑性ひずみを受けた結晶が加熱されるとき、内部応力が減少する過程に続いて、ひずみが残っている元の結晶粒から内部ひずみのない新しい結晶の核が発生し、その数を増すと共に、各々の核は次第に成長して、元の結晶粒と置き換わっていく現象をいう。また、再結晶温度は、再結晶を起こす温度をいい、金属および合金の純度または組成、結晶内の塑性ひずみの程度、加熱の時間などによって著しい影響を受ける。したがって、加熱温度が１５０℃を超えると、さらに成形性を向上させることができる反面、加熱時間が長くなって作業効率が低下するだけでなく、グリースおよびシールのゴム材への熱影響や内輪の焼き戻し軟化があるため好ましくない。

第１工程での塑性加工によって形成される加締部１０の表面硬度が３０〜３２ＨＲＣに対して、第２工程の２段加締によるフェイススプライン１９の表面硬度が３２〜４０ＨＲＣに上昇している。従来のように、加締部とフェイススプラインを同時に加締加工した場合、その表面硬度は２９〜３７ＨＲＣであるのに対し、本発明のようにフェイススプラインを２段加締によって形成した場合、ＨＲＣ３ポイントの硬度上昇が得られる。

こうした第１工程と第２工程からなる２段加締、すなわち、第１工程で加締部１０を形成すると共に、第２工程で、この加締部１０の端面にフェイススプライン１９を塑性加工によって形成するようにしたので、フェイススプライン１９の歯部の硬度を高めることができ、歯部の機械的強度を向上させてクラックの発生を防止すると共に、耐摩耗を向上させて係合部のガタを防止して信頼性と寿命を向上させた車輪用軸受装置の加工方法を提供することができる。また、２段階で加締部１０とフェイススプライン１９を形成するため、塑性変形の加工度が上がらず、歯部の成形性を高めることができるので精度を向上させることができる。

以上、本発明の実施の形態について説明を行ったが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、あくまで例示であって、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。

本発明に係る駆動車輪用軸受装置は、ハブ輪を有する軸受部と等速自在継手とをフェイススプラインを介してトルク伝達可能に連結し、ねじ手段により両者を着脱自在にユニット化した車輪用軸受装置に適用することができる。

１ハブ輪
１ａ、７ａ内側転走面
１ｂ小径段部
２複列の転がり軸受
３等速自在継手
４外方部材
４ａ外側転走面
４ｂ車体取付フランジ
５内方部材
６転動体
７内輪
７ｂ大端面
７ｃ面取り部
８保持器
９車輪取付フランジ
９ａハブボルト
９ｂアウター側の側面
１０加締部
１１、１２シール
１３外側継手部材
１４継手内輪
１４ａ、１７ａトラック溝
１５ケージ
１６トルク伝達ボール
１７カップ部
１８肩部
１８ａ雌ねじ
１９、２０フェイススプライン
２１固定ボルト
２２ノックピン
２３基台
２４挿入孔
２５、２９加締工具
２６鼻部
２７、３３パンチ
２８揺動軸
３０円筒部
３０ａ円筒部の内径
３１環状溝
３２歯形
５１ハブ輪
５１ａ、５７ａ内側転走面
５１ｂ小径段部
５２複列の転がり軸受
５３フェイススプライン
５４外方部材
５４ａ外側転走面
５４ｂ車体取付フランジ
５５内方部材
５６ボール
５７内輪
５８保持器
５９車輪取付フランジ
５９ｂ車輪取付フランジの側面
６０加締部
６１、６２シール
６３ノックピン
６４基台
６５挿入孔
６６円筒部
６６ａ円筒部の内径
６７加締工具
６８鼻部
６９歯形
７０パンチ
７１揺動軸
Ａ揺動軸の中心軸
ｃ環状溝の内輪の大端面からの寸法
Ｌハブ輪の軸心
ｒ１内輪の面取り部の曲率半径
ｒ２環状溝の円弧面の曲率半径
Ｒｉ環状溝におけるインナー側の円弧面の曲率半径
Ｒｏ環状溝におけるアウター側の円弧面の曲率半径
α 揺動軸の傾斜角
β 鼻部の傾斜角
δ 環状溝の深さ

Claims

内周に複列の外側転走面が一体に形成された外方部材と、
一端部に車輪を取り付けるための車輪取付フランジを一体に有し、外周に軸方向に延びる円筒状の小径段部が形成されたハブ輪、およびこのハブ輪の小径段部に圧入された少なくとも一つの内輪からなり、前記複列の外側転走面に対向する複列の内側転走面が形成された内方部材と、
この内方部材と前記外方部材の転走面間に転動自在に収容された複列の転動体とを備え、
前記ハブ輪の小径段部を径方向外方に塑性変形させて形成した加締部により前記内輪が軸方向に固定されると共に、
当該加締部の端面にトルク伝達用のフェイススプラインが形成された車輪用軸受装置の加工方法において、
前記小径段部の端部が予め塑性加工前に円筒部に形成され、
加締工具が、一端面の中央部に、前記円筒部の内径に対して所定の傾斜角をもって当該円筒部の端部に衝合する鼻部が突設され、この鼻部の周縁から外周部に亙って前記加締部を塑性加工するための形状が形成されたパンチと、
このパンチが、加締加工時にその位相が前記ハブ輪に対してずれないように回転不可に嵌着され、中心軸が前記ハブ輪の軸心に対して所定の傾斜角が付与される揺動軸を備え、
前記加締工具を前記ハブ輪に進入させ、前記パンチを前記円筒部の端部に所定の加工力で押し当てると共に、
前記ハブ輪の軸心に一致した主軸を回転させることにより前記加締工具に揺動運動を発生させ、前記加締部が塑性変形により形成される第１工程と、
加締工具が、前記鼻部の周縁から外周部に亙って前記フェイススプラインを塑性加工するための歯形が形成されたパンチと、
このパンチが嵌着される前記揺動軸を備え、
前記加締工具を前記ハブ輪に進入させ、前記パンチを前記加締部の端部に所定の加工力で押し当てると共に、
前記主軸を回転させることにより前記加締工具に揺動運動を発生させ、前記フェイススプラインが塑性変形により形成される第２工程を備えていることを特徴とする車輪用軸受装置の加工方法。
前記フェイススプラインを成形する際、予め前記加締部が高周波誘導加熱によって１５０℃以下で加熱された後に加締加工されている請求項１に記載の車輪用軸受装置の加工方法。
前記フェイススプラインの歯部の硬度が素材硬度よりＨＲＣで１０ポイント以上高くなるように設定されている請求項１または２に記載の車輪用軸受装置の加工方法。
前記フェイススプラインの歯部の硬度が３２ＨＲＣ以上に設定されている請求項１乃至３いずれかに記載の車輪用軸受装置の加工方法。
前記ハブ輪が、複数のノックピンが立設された基台上に、前記車輪取付フランジのアウター側の側面が当接した状態で縦型に載置され、前記車輪取付フランジに圧入されるハブボルトの挿入孔に前記ノックピンが嵌挿されることにより支持固定されている請求項１に記載の車輪用軸受装置の加工方法。
前記小径段部の円筒部の外周面に０．５〜１．０ｍｍの深さで、両側に所定の曲率半径Ｒｉ、Ｒｏからなる円弧面を有する環状溝が形成され、これら円弧面のうちインナー側の円弧面の曲率半径Ｒｉがアウター側の円弧面の曲率半径Ｒｏよりも小さく、Ｒｉ≦Ｒｏに設定されると共に、当該環状溝が、前記内輪における内側転走面の大径端に対応する位置よりもインナー側から面取り部にかかり、大端面から所定の寸法だけ越えた範囲に形成されている請求項１に記載の車輪用軸受装置の加工方法。
前記内輪の面取り部が所定の曲率半径ｒ１からなる円弧面を有し、この曲率半径ｒ１よりも、前記環状溝におけるインナー側の円弧面の曲率半径Ｒｉが大きく、ｒ１≦Ｒｉとなるように設定されている請求項６に記載の車輪用軸受装置の加工方法。