JP2007210014A - 突出部を備えた筒状部材の製造方法及び製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷間鍛造により、外周面に結合フランジ１２を備えた外輪を、内周面に凹部が形成されずに、安定して加工できる製造方法及び製造装置を実現する。
【解決手段】上側、下側両マンドレル素子５４、５５を、上記結合フランジ１２となる部分の内径側部分で突き合わせる。上側マンドレル素子５４を下方に押圧しつつ、上側、下側両パンチ４３、３０同士の間で中間素材４０を軸方向に圧縮する。そして、上記結合フランジ１２を形成すると同時に、この中間素材４０の一部を、上記両マンドレル素子５４、５５の突き合わせ部に存在する環状隙間５７進入させ、バリ状余肉部５３を有する第二中間素材４６ａとする。その後、上記両マンドレル素子５４、５５を離隔させた状態でこの第二中間素材４６ａを取り出してから、バリ状余肉部５３を除去する。この構成により、上記結合フランジ１２の内径側部分に凹部が形成される事を防止する。
【選択図】図２

Description

この発明の対象となる突出部を備えた筒状部材は、例えば、車輪支持用ハブユニットを構成する外輪の如く、全体が筒状（一般的には円筒状）で、外周面に、円周方向に連続した外向フランジ状、或いは円周方向に間欠的に設けられた突片状の突出部を設けた金属製部材である。本発明は、この様な突出部を備えた筒状部材を、低コストで精度良く加工できる製造方法及び製造装置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１、及び、制動用回転部材であって制動装置であるディスクブレーキを構成するロータ２は、例えば図４に示す様な構造により、懸架装置を構成するナックル３に回転自在に支持している。即ち、このナックル３に形成した円形の支持孔４部分に、車輪支持用ハブユニット５を構成する外輪６を、複数本のボルト７により固定している。一方、この車輪支持用ハブユニット５を構成するハブ８に上記ホイール１及びロータ２を、複数本のスタッド９とナット１０とにより結合固定している。又、上記外輪６の内周面には複列の外輪軌道１１ａ、１１ｂを、外周面には結合フランジ１２を、それぞれ形成している。この様な外輪６は、この結合フランジ１２を上記ナックル３に、上記各ボルト７で結合する事により、このナックル３に対し固定している。

又、上記ハブ８は、ハブ本体１３と内輪１４とから成る。このうち、ハブ本体１３の外周面の一部で、上記外輪６の外端開口から突出した部分に、取付フランジ１５を形成している。尚、軸方向に関して「外」とは、自動車への組み付け状態で車両の幅方向外側となる、図４、５の左側を言う。反対に、自動車への組み付け状態で車両の幅方向中央側となる、図４、５の右側を、軸方向に関して「内」と言う。上記ホイール１及びロータ２は、上記取付フランジ１５の外側面に、上記各スタッド９とナット１０とにより結合固定している。

又、上記ハブ本体１３の外周面の中間部に、上記複列の外輪軌道１１ａ、１１ｂのうちの外側の外輪軌道１１ａに対向する、内輪軌道１６ａを形成している。又、同じく内端部に形成した小径段部１７に、上記内輪１４を外嵌している。この内輪１４の外周面には、上記複列の外輪軌道１１ａ、１１ｂのうちの内側の外輪軌道１１ｂに対向する、内輪軌道１６ｂを形成している。この様な内輪１４は、上記ハブ本体１３の内端部を径方向外方に塑性変形させて形成したかしめ部１８により、このハブ本体１３に対し固定している。そして、上記各外輪軌道１１ａ、１１ｂと上記各内輪軌道１６ａ、１６ｂとの間に転動体１９、１９を、それぞれ複数個ずつ転動自在に設けている。尚、図示の例では、上記各転動体１９、１９として玉を使用しているが、重量の嵩む自動車用のハブユニットの場合には、円すいころを使用する場合もある。又、上記各転動体１９、１９を設置した円筒状の空間の両端開口部は、それぞれシールリング２０ａ、２０ｂにより密閉している。

更に、図示の例は、駆動輪（ＦＦ車の前輪、ＦＲ車及びＲＲ車の後輪、４ＷＤ車の全車輪）用の車輪支持用ハブユニット５である為、上記ハブ８の中心部に、スプライン孔２１を形成している。そして、このスプライン孔２１に、等速ジョイント用外輪２２の外端面に固設したスプライン軸２３を挿入している。これと共に、このスプライン軸２３の先端部にナット２４を螺合し、更に緊締する事により、上記ハブ本体１３を、このナット２４と上記等速ジョイント用外輪２２との間に挟持している。

次に、図５は、従来から知られている車輪支持用ハブユニットの第２例として、従動輪（ＦＦ車の後輪、ＦＲ車及びＲＲ車の前輪）用のものを示している。この第２例の車輪支持用ハブユニット５ａは、従動輪用である為、ハブ８ａを構成するハブ本体１３ａの中心部にスプライン孔を設けていない。尚、図示の例では、内輪１４の内端面を、上記ハブ本体１３ａの内端部に設けたかしめ部１８により抑えているが、上記内輪１４の内端面は、上記ハブ本体１３ａの内端部に螺合したナットにより抑える事もできる。この場合には、上記ハブ本体１３ａの内端部に、上記ナットを螺合する為の雄ねじ部を設ける。その他の部分の構造及び作用は、上述した第１例の車輪支持用ハブユニット５の場合と同様である。

ところで、上述した様な各車輪支持用ハブユニット５、５ａの場合、何れの構造の場合も、外輪６の外周面中間部に結合フランジ１２を、内周面に複列の外輪軌道１１ａ、１１ｂを、それぞれ形成している。この様な各部を加工する為の方法としては、熱間鍛造或いは冷間鍛造等の塑性加工の他、切削加工等が考えられる。但し、加工能率を良好にし、材料の歩留を確保して、コスト低減を図る為には、塑性加工で行なう事が好ましい。又、塑性加工のうちで熱間鍛造は、被加工物を軟らかい状態で加工できる為、成形荷重を小さく抑えられる反面、熱膨張量差等を考慮して、受型と押型との嵌合部の公差を大きくする必要がある等、加工品の形状精度及び寸法精度を確保しにくい。又、熱間鍛造の場合には、表面に脱炭層が生じる為、熱処理により表面を硬化させる必要がある部分の場合には、熱間鍛造の後、上記脱炭層を除去する為の切削加工が必要になる。この切削加工による取り代は或る程度嵩む為、この切削加工により、加工能率が低下するだけでなく材料の歩留も悪化し、上記外輪６の加工コストが嵩む原因になる。

これらの事を考慮して、上記外周面に結合フランジ１２を有する外輪６の加工を、冷間鍛造の１種である側方押し出し加工により造る事が考えられている（特願２００４−２９８５８５号）。図６は、この側方押し出し加工により、上記外輪６を造る状況を示している。本発明は、この図６に示した様な製造装置により実施される、先発明の側方押し出し加工の改良に関するものであり、本発明と先発明とは共通する部分が多い。そこで、先ず、上記図６により、上記側方押し出し加工を利用して上記外輪６を造る状況に就いて、詳しく説明する。尚、上記図６中、右半部は加工開始直前の状態を、左半部は加工終了直後の状態を、それぞれ示している。先ず、製造装置に就いて説明する。

プレス加工機のテーブル（図示省略）の上面に載置固定する下板２５の上面に、下側保持筒２６を固定している。又、この下側保持筒２６の下端部内側に抑え板２７を固定し、この抑え板２７の中心孔２８の内側に、円柱状のマンドレル２９の基端部（下端部）を支持固定し、この抑え板２７の上面でこのマンドレル２９の下半部の周囲に、円筒状の下側パンチ３０を外嵌している。この下側パンチ３０は、加工後の中間素材（第二中間素材）を上記マンドレル２９の周囲から抜き出す為のカウンターパンチとしての機能も備えたもので、このマンドレル２９の外周面と、上記下側保持筒２６の内側に保持された、厚肉円筒状の下側支持ブロック３１の内周面との間に、所定量分だけ、昇降自在に設けられている。上記中間素材の取り出し時には、上記下側パンチ３０の下側に圧油等の圧力流体を導入して、この下側パンチ３０を所定量だけ上昇させ、上記中間素材を押し上げる。

又、上記下側保持筒２６の上部内側に、厚肉円筒状の下型３２を内嵌固定している。上記下側パンチ３０の上部はこの下型３２の中心孔３３に、密に、且つ、軸方向の変位（昇降）を可能な状態で挿入している。又、この下型３２の上面で上記中心孔３３の周囲部分に、前記外輪６の外周面に形成すべき結合フランジ１２（図４〜５参照）の片半部（前記外輪６となった状態での軸方向外半部）の形状に見合う、下側凹部３４を形成している。一方、上記マンドレル２９の上部外周面には、上記外輪６の内周面の１対の外輪軌道１１ａ、１１ｂ（図４〜５参照）のうちの一方（図示の例では軸方向外側）の外輪軌道１１ａを形成する為の、面押し部３５を設けている。

一方、上記下板２５の上方に上板３６を、この下板２５と平行に設けている。この上板３６は、プレス加工機のラム（図示省略）の下面に取り付け固定するもので、この上板３６の下面に上型３７を、若干の昇降を可能に支持している。即ち、この上板３６の下面に固定した上側保持筒３８の内側に上記上型３７を、所定量の昇降を可能に保持している。そして、この上型３７の上面と上記上板３６の下面との間に、圧縮コイルばね、ゴムの如きエラストマー等の弾性部材３９を挟持して、上記上型３７に、下方に向かう弾力を付与している。尚、この上型３７に下方に向く弾力を付与する為には、上記弾性部材３９による他、ガス圧或いは油圧を利用しても良い。

上記上型３７には、中間素材４０の上半部（上記外輪６となった状態での軸方向内半部）を密に内嵌できる中心孔４１を形成している。又、上記上型３７の下面のうち、この中心孔４１の周囲部分で、上記下側凹部３４に整合する部分には、上記結合フランジ１２の他半部（上記外輪６となった状態での軸方向内半部）の形状に見合う、上側凹部４２を形成している。更に、上記上型３７の内側に、上側パンチ４３を固定している。図示の例では、この上側パンチ４３は、それぞれが円筒状の外径側パンチ４４と内径側パンチ４５とから成る。そして、この上側パンチ４３の先端面（下端面）により上記中間素材４０を下方に押圧する様にしている。尚、この上側パンチ４３の先端面は、上記外径側、内径側両パンチ４４、４５の先端面位置をずらせる事により段付形状として、上記上側パンチ４３の先端面により上記中間素材４０を下方に押圧すると同時に、この中間素材４０の上端部を段付形状に塑性加工する様にしている。

次に、上述の様な構成を有する製造装置により、上記中間素材４０を、より上記外輪６の形状に近い、第二中間素材４６に加工する工程に就いて説明する。先ず、上記中間素材４０を、図６の右半部に示す様に、上記下型３２と上記上型３７との間に装着する。上記中間素材４０は、予め外周面中間部に段付部４７を、温間鍛造加工或いは冷間鍛造加工により形成したもので、下半部（上記外輪６となった状態での軸方向外半部）の外径が上半部（上記外輪６となった状態での軸方向内半部）の外径よりも小さくなっている。内径は、全長に亙り同じである。この様な中間素材４０を、上記下型３２の上半部内周面と前記マンドレル２９の上部外周面との間に装着する。この装着作業は、プレス加工機のラムと共に上記上型３７及び上記上側パンチ４３を上昇させた状態で行なう。

次いで、それ迄上昇していた上記ラムを下降させ、先ず、図６の右半部に示す様に、上記下型３２の上面外径寄り部分と、上記上型３７の下面外径寄り部分とを突き合わせる。次いで、上記ラムを更に下降させ、上記上側パンチ４３により上記中間素材４０を、上記下側パンチ３０に向け、強く押圧する。この際、前記弾性部材３９が弾性的に圧縮される。この状態では、上記下型３２の上面外径寄り部分と上記上型３７の下面外径寄り部分とが密に突き合わされた状態のまま、上記上側パンチ４３のみが下降する。この結果、上記中間素材４０の下半部が、塑性変形しつつ、上記下型３２の中間部下半寄り部分の内周面と、上記マンドレル２９の外周面のうちで前記面押し部３５よりも下側部分との間の、円筒状空間４８内に押し込まれる。そして、上記中間素材４０の下半部が、この円筒状空間４８に倣った形状に塑性加工される。この状態で、一方（軸方向外側）の外輪軌道１１ａが形成される。

上記上側パンチ４３の下降は、上記中間素材４０の下半部を上記円筒状空間４８に完全に押し込んだ後迄継続する。この結果、この中間素材４０の一部が、前記下側凹部３４と前記上側凹部４２とにより構成される放射状空間４９内に流れ込み（フローし）、前記結合フランジ１２が形成される。この状態で、上記中間素材４０が、より上記外輪６の形状に近い、前記第二中間素材４６に加工される。その後、上記ラムを再び上昇させて、上記結合フランジ１２を形成された上記第二中間素材４６を取り出す。この取り出し作業は、前記下側パンチ３０を上昇させる事で行なう。そして、取り出した上記第二中間素材４６に、内周面に他方（軸方向内側）の外輪軌道１１ｂを形成したり、内周面の必要個所を焼き入れ硬化する等の必要な後加工（必要とする切削加工、熱処理加工、研削加工等の後加工）を施してから、他の部材と組み合わせ、前述の図４〜５に示す様な、車輪支持用転がり軸受ユニットとする。

上述の様にして、上記結合フランジ１２を有する上記第二中間素材４６を造れば、上記外輪６を、必要とする精度を確保しつつ、低コストで造れる。即ち、この第二中間素材４６の外形を、完成状態での外輪６の外形に近く（精度良く）できる為、後工程の切削工程での取り代を低減し、切削工程に要する時間の短縮と材料の歩留り向上とを図れる。上記中間素材４０から上記第二中間素材４６への加工は、冷間鍛造の１種である側方押し出し加工により行なうが、比較的低荷重で行なう事ができて、設備投資並びに運転経費を安く抑えられる。そして、得られた外輪６の強度を十分に大きくできる。
但し、より良質の外輪６を得る為には、側方押し出し工程に改良を加える必要がある事が、本発明者等の研究により分かった。この点に就いて、以下に説明する。

図６に示す様な側方押し出し加工により、突出部を備えた筒状部材を加工した場合、この筒状部材の内周面の一部でこの突出部の内径側に存在する部分に凹部が形成される場合がある。例えば、上記中間素材４０から、上記第二中間素材４６を加工した場合、図７に示す様に、この第二中間素材４６の内周面の一部で結合フランジ１２の内径側に整合する部分に、凹部５０、５０が形成される場合がある。この様な凹部５０、５０は、常に形成されるとは限らないが、素材の肉厚や、上記結合フランジ１２を加工すべき放射状空間４９への金属材料の流動のし易さ等、加工時に於ける各種条件のバランスによって、次の様な機構により形成される。

即ち、上記側方押し出し加工により上記結合フランジ１２を形成する際には、図８に矢印で示す様に、上記第二中間素材４６の本体部分（円筒状部分）から、放射方向外側に延出する上記結合フランジ１２に向けて金属材料が流動する。この流動に伴って、この結合フランジ１２の内径側に存在する、上記本体部分を構成すべき金属材料までもが径方向外方に引っ張られる。その結果、上記第二中間素材４６の内周面の一部で結合フランジ１２の内径側に整合する部分に、上記凹部５０、５０が生じてしまう。

この様な凹部５０、５０を放置した場合、応力集中により、得られた外輪６の強度確保が難しくなるので、これを除去する必要がある。ところが、上記凹部５０、５０を除去する為には、その分だけ、後工程に於ける切削加工での取り代を多くする必要があり、切削工程に要する時間の増大と材料の歩留り低下とにより、上記外輪６の製造コストを上昇させてしまう。しかも、上記凹部５０、５０は、上記第二中間素材４６の内周面に、全周に亙り不均一に形成される為、この凹部５０、５０を切削加工により除去する際の切削状況は、断続的になり、バイト等の切削工具の寿命確保が難しい。従って、この面からも、上記外輪６の製造コストを高くする。

単に、上記凹部５０、５０が生じる事を防止するだけであれば、前記中間素材４０の径方向に関する肉厚を大きくすれば良い。肉厚を大きくすれば、上記結合フランジ１２部分への材料供給が良好に行なわれる事に加えて、前記放射状空間４９と上記中間素材４０の内周面との距離が長くなる為、上記凹部５０、５０が生じにくくなる。但し、肉厚を大きくすると、前記側方押し出し加工時にラムを下降させる為に要する力（加工荷重）が大きくなる。しかも、上記外輪６の重量が徒に増大する事を防止する為には、後工程で行なう切削加工時の取り代が大きくなる等により、製造コストが高くなってしまう。

尚、特許文献１〜３には、位置決め筒部と、取付フランジと、中間部と、小径段部とを備えたハブの構造に関する発明が記載されている。但し、上記特許文献１〜３に記載された発明は、何れも、位置決め筒部や取付フランジを容易に加工若しくは設置できる様にする為の構造に関するものであり、外輪の外周面に結合フランジを、冷間鍛造により精度良く加工できる様にする技術を示唆するものではない。

特開２００３−２５８０３号公報 特開２００３−２９１６０４号公報 特開２００４−７４８１５号公報

本発明は、上述の様な事情に鑑みて、例えば外周面に結合フランジを備えた外輪を、冷間鍛造により精度良く、しかも内周面に凹部等が形成されずに、安定して加工できる製造方法及び製造装置を実現すべく発明したものである。

本発明の突出部を備えた筒状部材の製造方法及び製造装置のうち、請求項１に記載した製造方法の発明は、図６により先に説明した、先発明に係る製造方法と同様に、筒状で金属製の素材の内側にマンドレルを挿入して、この素材が内径側に変形するのを抑えると共に、この素材の周囲に配置された、軸方向に２分割される１対の外径側金型の内周面によりこの素材の外周面の一部を抑えた状態で、この素材を軸方向に圧縮する。そして、この素材の外周面の残部で上記両外径側金型の内周面により抑えられていない部分を径方向外方に塑性変形させる側方押出加工により、外周面の一部に径方向外方に突出した突出部を形成する。

特に、請求項１に記載した、突出部を備えた筒状部材の製造方法では、上記マンドレルとして、軸方向に２分割された１対のマンドレル素子を、上記突出部となる部分の内径側部分で突き合わせて成るものを使用する。そして、これら両マンドレル素子を互いに近づく方向に弾性的に押圧しつつ、上記素材を軸方向に圧縮する事により、上記突出部を形成すると同時に、この素材の一部を上記両マンドレル素子の突き合わせ部に進入させ、この突き合わせ部に対応する部分に径方向内方に突出するバリ状余肉部を形成して中間素材とする。その後、上記両マンドレル素子を離隔させた状態でこの中間素材をこれら両マンドレル素子同士の間から抜き出してから、上記バリ状余肉部を除去する。

上述の請求項１に記載した製造方法の発明を実施する場合に、例えば請求項２に記載した発明の様に、突出部を備えた筒状部材を、車輪支持用転がり軸受ユニットを構成する為の外輪とする。そして、外周面に形成された突出部を、この外輪を懸架装置に結合固定する為のフランジ部とする。
この様な請求項２に記載した発明を実施する場合に、例えば請求項３に記載した発明の様に、外輪を、この外輪の内径側に複列に配置された転動体に背面組み合わせ型の接触角を付与する為の複列の外輪軌道を内周面に有するものとする。そして、少なくとも一方のマンドレル素子の外周面により、フランジ部の加工と同時に、上記両外輪軌道のうちの一方の外輪軌道を形成する。

一方、請求項４に記載した製造装置の発明は、マンドレルと、１対の外径側金型と、１対のパンチとを備える。
このうちのマンドレルは、筒状で金属製の素材の内側に挿入自在で、その外周面により、この素材が内径側に変形する事を抑える。
又、上記両外径側金型は、上記素材の周囲に配置自在で、それぞれの内周面により、この素材の外周面の一部が径方向外方に変形する事を抑える。
更に、上記両パンチは、上記両外径側金型の内周面と上記マンドレルの外周面との間に保持された上記素材を、軸方向両側から圧縮する。
そして、本発明の製造装置は、図６により先に説明した、先発明に係る製造装置と同様に、上記素材の外周面の残部で上記両外径側金型の内周面により抑えられていない部分を径方向外方に塑性変形させる側方押出加工により、外周面の一部に径方向外方に突出した突出部を形成する。

特に、請求項４に記載した、突出部を備えた筒状部材の製造装置では、上記マンドレルを、軸方向に２分割された１対のマンドレル素子を、上記突出部となる部分の内径側部分で突き合わせて成るものとする。
更に、押圧手段を備える。この押圧手段は、上記両パンチにより上記素材を軸方向に圧縮する状態で、上記両マンドレル素子を互いに近づく方向に弾性的に押圧する。

上述の請求項４に記載した製造装置の発明を実施する場合に、例えば請求項５に記載した様に、１対の外径側金型を、上下方向に２分割される上型及び下型とする。又、１対のマンドレル素子を、上下方向に２分割される上側マンドレル素子及び下側マンドレル素子とする。そして、このうちの下側マンドレル素子と上記下型とを、固定の下板の上面に、互いに同心に固定する。一方、上記上側マンドレル素子と上記上型とを、プレス加工機のラムに支持された状態で昇降する上板の下方に、この上板に対し互いに独立した昇降を可能として、互いに同心に、且つ、それぞれの上端部とこの上板との間に互いに別個の押圧手段を設けた状態で支持する。又、１対のパンチを、上記下型の内周面と上記下側マンドレル素子の外周面との間に配置されて、上記下板により下方への変位を抑えられた下側パンチと、上記上型の内周面と上記上側マンドレル素子の外周面との間に配置されて、上記上板の下降に伴って下方に押圧される上側パンチとする。

上述の様な請求項５に記載した発明を実施する場合に、例えば請求項６に記載した様に、突出部を備えた筒状部材を、車輪支持用転がり軸受ユニットを構成する外輪であって、この外輪の内径側に複列に配置された転動体に背面組み合わせ型の接触角を付与する為の複列の外輪軌道を内周面に有するものとする。又、外周面に形成された突出部を、上記外輪を懸架装置に結合固定する為の結合フランジとする。そして、少なくとも下側マンドレル素子の外周面に、上記両外輪軌道のうちの一方の外輪軌道を形成する為の面押し部を設ける。
この様な請求項６に記載した発明を実施する場合に、例えば請求項７に記載した様に、上側パンチの下端部に、他方の外輪軌道を形成する為の第二の面押し部を設ける。

上述の様に構成する本発明の突出部を備えた筒状部材の製造方法及び製造装置によれば、例えば外周面に結合フランジを備えた外輪を、冷間鍛造により精度良く、しかも内周面に凹部等が形成されない様にしつつ、安定して加工できる。即ち、本発明の製造方法及び製造装置は、前述の図６に示した先発明の製造方法及び製造装置の場合と同様の理由により、車輪支持用転がり軸受ユニットを構成する外輪の如き、突出部を備えた筒状部材を、必要とする精度を確保しつつ、低コストで造れる。

更に、本発明の製造方法及び製造装置によれば、結合フランジの如き突出部を形成すべき部分の内径側に、１対のマンドレル素子の先端面同士の突き合わせ部に対応して、隙間が存在する。そして、上記突出部を形成する為の側方押し出し加工の際に、上記筒状部材を構成する金属材料の一部が上記隙間に進入し、径方向内方に突出するバリ状余肉部を形成する。要するに、この隙間の存在により、上記金属材料の一部で軸方向位置が上記突出部に対応する部分に、径方向内方に向かう流れが惹起される。即ち、側方押し出し加工時に於ける、上記突出部に対応する部分での金属材料の流れを見た場合に、上記先発明では、外周面から内周面に至る迄（厚さ全体に亙り）径方向外方に向かう流れが支配的であった。これに対して本発明の場合には、少なくとも内周面近傍部分で、径方向内方に向かう流れが支配的となる。

この結果、中間素材の内周面のうちで上記突出部の内径側に対応する部分に、凹部が生じる事がない。上記バリ状余肉部は、打ち抜き加工、旋削加工等の後加工により除去する必要があるが、このバリ状余肉部は、薄肉で容積が小さく、しかもほぼ全周に亙り連続した形状である為、除去に要する手間は簡単で済み、しかもスクラップとなる部分の容積も極く僅かで済む（材料の歩留り低下は極く僅かで済む）。又、上記バリ状余肉部を、１対のマンドレル素子の突き合わせ部に形成する為、上記側方押し出し加工により上記突出部及びバリ状余肉部を形成した上記中間素材は、上記両マンドレル素子を離隔させる事により、これら両マンドレル素子の間から抜き出せる。これに対して、上記凹部が生じるのを防止する事のみを考慮すれば、一体型のマンドレルの外周面で上記突出部の内径側に対応する部分に凹溝を形成すれば良い。但し、この場合には、側方押し出し加工に伴って内径側に流動した金属材料と上記凹溝とが噛み合って、上記突出部を形成した中間素材を取り出せなくなる。

図１〜３は、請求項１〜６に対応する、本発明の実施の形態の１例を示している。先ず、図１は、円筒状の素材５１を、外輪６に近い形状の第三中間素材５２に加工する為の全工程を示している。図１の（Ａ）に示した素材５１は、先ず、冷間鍛造の１種である前方押し出し加工により、図１の（Ｂ）に示す様な、外周面を段付形状とした中間素材４０（特許請求の範囲に記載した素材）に加工する。この前方押し出し加工は、上記素材５１を円柱状のマンドレルに外嵌した状態でこの素材５１を、内周面を段付形状とした外型内に押し込む事により行なう。前方押し出し加工に就いては、前述の特願２００４−２９８５８５号に開示されており、本発明の要旨とも関係しないので、図示並びに詳しい説明は省略する。

上記中間素材４０は、本発明の特徴である側方押し出し加工により塑性変形させて、図１の（Ｃ）に示す様な第二中間素材４６ａ（特許請求の範囲に記載した中間素材）とする。この側方押し出し加工に就いては、基本的には、前述の図６で示した先発明の場合と同様にして行なうが、この先発明と異なる点に就いては、図２により、後で詳しく説明する。更に、本発明を実施する事により得られる、上記第二中間素材４６ａの内周面には、上記先発明を実施する事により得られる第二中間素材４６（図６の左半部）とは異なり、内周面の中間部で、突出部である結合フランジ１２の内径側部分に、内向鍔状のバリ状余肉部５３が存在する。そこで、プレスによる打ち抜き加工、或いは旋削加工等により、上記バリ状余肉部５３を除去し、図１の（Ｄ）に示す様な第三中間素材５２とする。この第三中間素材５２は、内周面に他方（軸方向内側）の外輪軌道１１ｂ（図４〜５参照）を形成したり、内周面の必要個所を焼き入れ硬化する等の必要な後加工（必要とする切削加工、熱処理加工、研削加工等の後加工）を施してから、他の部材と組み合わせ、前述の図４〜５に示す様な、車輪支持用転がり軸受ユニットとする。

次いで、本発明の要点である、上記中間素材４０を塑性変形させて上記第二中間素材４６ａとする、側方押し出し加工に就いて、図２に示した製造装置を参照しつつ説明する。この図２に示した製造装置は、基本的には、前述の図６に示した、先発明に係る製造装置と同様であり、右半部は加工開始直前の状態を、左半部は加工終了直後の状態を、それぞれ示している。就いては、上記先発明に係る製造装置と構成が同じ部分には同一符号を付して重複する説明を省略し、以下、この先発明に係る製造装置と構成が異なる部分を中心に説明する。本発明の製造装置の場合には、マンドレル２９ａを、上下方向に２分割された、上側マンドレル素子５４と下側マンドレル素子５５とにより構成している。これら上側、下側両マンドレル素子５４、５５は、突き合わせ端部同士が互いに同じ外径を有する円柱状で、互いに同心に配置されている。

このうちの下側マンドレル素子５５は下板２５の中央部上面に、下型３２と同心に固定されている。この下側マンドレル素子５５を下板２５の上面に固定する点に関しては、上記先発明に係る製造装置が、マンドレル２９を下板２５の上面に固定するのと同じである。これに対して上記上側マンドレル素子５４は上板３６の下方に、この上板３６に対する若干の昇降を可能に、上型３７と同心に、支持し（吊り下げ）ている。即ち、上記上側マンドレル素子５４の上部を、上記上板３６の下面に固定された上側パンチ４３の内側に、所定量の昇降を可能に内嵌保持している。更に、上記上側マンドレル素子５４の上端面と上記上板３６の下面中央部との間に第二弾性部材５６を設けて、この上側マンドレル素子５４に対し、下方に向く方向の弾力を付与している。尚、上記第二弾性部材５６に就いても、上記上型３７の上面と上記上板３６の下面との間に設ける弾性部材３９と同様に、圧縮コイルばね、ゴムの如きエラストマーを使用できる他、ガス圧或いは油圧を利用して、上記上側マンドレル素子５４に、下方に向く弾力を付与しても良い。

更に、上記上側マンドレル素子５４の下面中央部と、上記下側マンドレル素子５５の上面中央部とは、それぞれの面の外径寄り部分に比べて、少しだけ（例えば０．２〜１mm程度）軸方向に突出させている。従って、上記上側マンドレル素子５４の下面と上記下側マンドレル素子５５の上面とを突き合わせた状態では、これら両面の外径寄り部分同士の間に、薄い（軸方向厚さが０．４〜２mm程度の）環状隙間５７が、全周に亙って形成される。尚、この環状隙間５７の、径方向に関する幅寸法は特に問わない。１〜２mm程度あれば十分である。又、上記上側マンドレル素子５４の下面と上記下側マンドレル素子５５の上面との外周縁部に面取りを形成して、これら両面の面取りが合わさって形成される環状溝を、上記環状隙間５７の代わりとする事もできる。

上述の様に構成する本例の製造装置により、前記中間素材４０を塑性変形させて前記第二中間素材４６ａとする、側方押し出し加工の際には、先ず、上記中間素材４０を、図２の右半部に示す様に、下型３２と上型３７との間に装着する。この装着作業は、プレス加工機のラムと共に上型３７及び上側パンチ４３を上昇させた状態で行なう。
次いで、それ迄上昇していた上記ラムを下降させ、先ず、図２の右半部に示す様に、上記下型３２の上面外径寄り部分と、上記上型３７の下面外径寄り部分とを突き合わせると共に、上記上側マンドレル素子５４の下面と上記下側マンドレル素子５５の上面とを突き合わせる。これら各面同士の突き合わせは、同時であっても、多少前後しても良い。

次いで、上記ラムを更に下降させ、上記上側パンチ４３により上記中間素材４０を、下側パンチ３０に向け、強く押圧する。この際、前記弾性部材３９及び前記第二弾性部材５６が弾性的に圧縮される。この状態では、上記下型３２の上面外径寄り部分と上記上型３７の下面外径寄り部分とが、上記上側マンドレル素子５４の下面中央部と上記下側マンドレル素子５５の上面中央部とが、それぞれ密に突き合わされた状態のまま、上記上側パンチ４３のみが下降する。
この結果、上記中間素材４０の下半部が、塑性変形しつつ、上記下型３２の中間部下半寄り部分の内周面と、上記下側マンドレル素子５５の外周面のうちで前記面押し部３５よりも下側部分との間の円筒状空間４８内に押し込まれる。そして、上記中間素材４０の下半部が、この円筒状空間４８に倣った形状に塑性加工される。この状態で、一方（軸方向外側）の外輪軌道１１ａが形成される。

上記上側パンチ４３の下降は、上記中間素材４０の下半部を上記円筒状空間４８に完全に押し込んだ後迄継続する。この結果、この中間素材４０を構成する金属材料の一部が、前記下側凹部３４と前記上側凹部４２とにより構成される放射状空間４９内に流れ込み（フローし）、前記結合フランジ１２が形成される。この状態で、上記中間素材４０が、より上記外輪６の形状に近い、前記第二中間素材４６ａに加工される。
本発明を実施する場合には、上記金属材料の一部が上記放射状空間４９内に流れ込むと同時に、前記環状隙間５７内にも流れ込む。そして、この環状隙間５７に対応して、前記バリ状余肉部５３を形成する。
その後、上記ラムを再び上昇させて、上記第二中間素材４６ａの周囲から前記上型３７を、同じく内側から上記上側マンドレル素子５４を、それぞれ抜き取る。次いで、上記結合フランジ１２を形成された上記第二中間素材４６ａを、前記下型３２の内側から取り出す。この取り出し作業は、前記下側パンチ３０を上昇させる事で行なう。取り出した第二中間素材４６ａに後加工を施して前記外輪６とする事は、前述した通りである。

上述の様に本例の製造方法及び製造装置によれば、外周面に結合フランジ１２を備えた外輪６を、冷間鍛造により精度良く、しかも内周面に前述の図７に示した様な凹部５０、５０の如き欠陥を生じさせる事なく、安定して加工できる。即ち、本例の製造方法及び製造装置によれば、上記結合フランジ１２を形成すべき部分の内径側に、上側、下側両マンドレル素子５４、５５の先端面同士の突き合わせ部に対応して、上記環状隙間５７が存在する。そして、上記結合フランジ１２を形成する為の側方押し出し加工の際に、上記中間素材４０乃至上記第二中間素材４６ａを構成する金属材料の一部が上記環状隙間５７に進入して、径方向内方に突出する、上記バリ状余肉部５３を形成する。要するに、この環状隙間５７の存在により、上記金属材料の一部で軸方向位置が上記結合フランジ１２に対応する部分に、図３に矢印で示す様に、径方向内方に向かう流れが惹起される。即ち、側方押し出し加工時に於ける、上記結合フランジ１２に対応する部分での金属材料の流れを見た場合に、前述の図６に示した先発明では、外周面から内周面に至る迄（厚さ全体に亙り）径方向外方に向かう流れが支配的であった。これに対して本例の場合には、少なくとも内周面近傍部分で、上記環状隙間５７に流れ込むべく、径方向内方に向かう流れが支配的になる。

この結果、上記第二中間素材４６ａの内周面のうちで、上記結合フランジ１２の内径側に対応する部分に、前述の図７に示す様な凹部５０、５０が生じる事がない。上記バリ状余肉部５３は、打ち抜き加工、旋削加工等の後加工により除去する必要があるが、このバリ状余肉部５３は、薄肉で容積が小さく、しかもほぼ全周に亙り連続した形状である為、除去に要する手間は簡単で済み、しかもスクラップとなる部分の容積も極く僅かで済む（材料の歩留り低下は極く僅かで済む）。又、上記バリ状余肉部５３を、上側、下側両マンドレル素子５４、５５の突き合わせ部に形成する為、上記側方押し出し加工により上記結合フランジ１２及び上記バリ状余肉部５３を形成した上記第二中間素材４６ａは、上記上側マンドレル素子５４を上昇させて、上記両マンドレル素子５４、５５を離隔させる事により、これら両マンドレル素子５４、５５の間から抜き出せる。

尚、図示の例とは異なり、上記上側マンドレル素子５４の下面と上記下側マンドレル素子５５の上面との外周縁部に面取りを形成して、これら両面の面取りが合わさって形成される環状溝を設けた場合でも、前記中間素材４０乃至上記第二中間素材４６ａの内周面近傍部分に、径方向内方に向かう流れを惹起できる。この場合に、上記環状溝の容積が小さくても、金属材料がこの環状溝に流れ込むと、上記上側マンドレル素子５４が前記第二弾性部材５６の弾力に抗して上昇する傾向になるので、上記径方向内方に向かう流れを、上記凹部５０、５０が生じる事を十分に防止できる程度に惹起できる。

本発明の製造方法及び製造装置は、外周面の一部に径方向外方に突出した突出部を形成した筒状部材であれば、図示の様な車輪支持用転がり軸受ユニットを構成する外輪に限らず実施できる。
又、図示は省略するが、図２に示した構造で、上側パンチ４３の下端面内径寄り分から更に下方に延出する突出部を設け、この突出部の下端面部分に、軸方向内側の外輪軌道１１ｂを形成する為の第二の面押し部を設ければ、第二中間素材の内周面に、複列の内輪軌道、若しくはこの複列の内輪軌道に近い形状を有する部分を加工できる。そして、後加工をより簡略にして、車輪支持用転がり軸受ユニットを構成する外輪の製造コストをより一層低減できる。

本発明の実施の形態の１例を、加工工程順に示す、断面図及び端面図。 側方押し出し加工の実施状況の１例を、加工開始直前の状態と加工終了直後の状態とで示す断面図。 本発明により側方押し出し加工を実施する状態での、金属材料の移動状況を示す、端面図及び断面図。 本発明の製造方法の対象となる、突出部を備えた筒状部材の１例である外輪を備えた、車輪支持用転がり軸受ユニットの第１例を、ナックルに組み付けた状態で示す断面図。 同第２例を示す断面図。 先に考えた、車輪支持用転がり軸受ユニットを構成する外輪を側方押し出し加工により造る状態を、加工開始直前の状態と加工終了直後の状態とで示す断面図。 先に考えた製造方法で生じる欠陥を誇張した状態で示す、車輪支持用転がり軸受ユニットを構成する外輪の端面図及び断面図。 上記欠陥が生じる理由を説明する為、金属材料の移動状況を示す、端面図及び断面図。

符号の説明

１ ホイール
２ ロータ
３ ナックル
４ 支持孔
５、５ａ 車輪支持用ハブユニット
６ 外輪
７ ボルト
８、８ａ ハブ
９ スタッド
１０ ナット
１１ａ、１１ｂ 外輪軌道
１２ 結合フランジ
１３、１３ａ ハブ本体
１４ 内輪
１５ 取付フランジ
１６ａ、１６ｂ 内輪軌道
１７ 小径段部
１８ かしめ部
１９ 転動体
２０ａ、２０ｂ シールリング
２１ スプライン孔
２２ 等速ジョイント用外輪
２３ スプライン軸
２４ ナット
２５ 下板
２６ 下側保持筒
２７ 抑え板
２８ 中心孔
２９、２９ａ マンドレル
３０ 下側パンチ
３１ 下側支持ブロック
３２ 下型
３３ 中心孔
３４ 下側凹部
３５ 面押し部
３６ 上板
３７ 上型
３８ 上側保持筒
３９ 弾性部材
４０ 中間素材
４１ 中心孔
４２ 上側凹部
４３ 上側パンチ
４４ 外径側パンチ
４５ 内径側パンチ
４６、４６ａ 第二中間素材
４７ 段付部
４８ 円筒状空間
４９ 放射状空間
５０ 凹部
５１ 素材
５２ 第三中間素材
５３ バリ状余肉部
５４ 上側マンドレル素子
５５ 下側マンドレル素子
５６ 第二弾性部材
５７ 環状隙間

Claims (7)

1. 筒状で金属製の素材の内側にマンドレルを挿入して、この素材が内径側に変形する事を抑えると共に、この素材の周囲に配置された、軸方向に２分割される１対の外径側金型の内周面によりこの素材の外周面の一部を抑えた状態で、この素材を軸方向に圧縮する事により、この素材の外周面の残部で上記両外径側金型の内周面により抑えられていない部分を径方向外方に塑性変形させる側方押出加工により、外周面の一部に径方向外方に突出した突出部を形成する、突出部を備えた筒状部材の製造方法であって、上記マンドレルとして、軸方向に２分割された１対のマンドレル素子を、上記突出部となる部分の内径側部分で突き合わせて成るものを使用し、これら両マンドレル素子を互いに近づく方向に弾性的に押圧しつつ、上記素材を軸方向に圧縮する事により、上記突出部を形成すると同時に、この素材の一部を上記両マンドレル素子の突き合わせ部に進入させ、この突き合わせ部に対応する部分に径方向内方に突出するバリ状余肉部を形成して中間素材とした後、上記両マンドレル素子を離隔させた状態でこの中間素材をこれら両マンドレル素子同士の間から抜き出してから、上記バリ状余肉部を除去する、突出部を備えた筒状部材の製造方法。
2. 突出部を備えた筒状部材が、車輪支持用転がり軸受ユニットを構成する為の外輪であり、外周面に形成された突出部が、この外輪を懸架装置に結合固定する為のフランジ部である、請求項１に記載した突出部を備えた筒状部材の製造方法。
3. 外輪が、この外輪の内径側に複列に配置された転動体に背面組み合わせ型の接触角を付与する為の複列の外輪軌道を内周面に有するものであり、少なくとも一方のマンドレル素子の外周面により、フランジ部の加工と同時に、上記両外輪軌道のうちの一方の外輪軌道を形成する、請求項２に記載した突出部を備えた筒状部材の製造方法。
4. 筒状で金属製の素材の内側に挿入自在で、その外周面によりこの素材が内径側に変形する事を抑えるマンドレルと、この素材の周囲に配置自在で、それぞれの内周面により、この素材の外周面の一部が径方向外方に変形する事を抑える１対の外径側金型と、これら両外径側金型の内周面と上記マンドレルの外周面との間に保持された上記素材を軸方向両側から圧縮する１対のパンチとを備え、この素材の外周面の残部で上記両外径側金型の内周面により抑えられていない部分を径方向外方に塑性変形させる側方押出加工により、外周面の一部に径方向外方に突出した突出部を形成する、突出部を備えた筒状部材の製造装置であって、上記マンドレルが、軸方向に２分割された１対のマンドレル素子を、上記突出部となる部分の内径側部分で突き合わせて成るものであり、上記両パンチにより上記素材を軸方向に圧縮する状態で、上記両マンドレル素子を互いに近づく方向に弾性的に押圧する押圧手段を備えた、突出部を備えた筒状部材の製造装置。
5. １対の外径側金型が、上下方向に２分割される上型と下型とであり、１対のマンドレル素子が、上下方向に２分割される上側マンドレル素子と下側マンドレル素子とであり、このうちの下側マンドレル素子と上記下型とが、固定の下板の上面に互いに同心に固定されており、上記上側マンドレル素子と上記上型とが、プレス加工機のラムに支持された状態で昇降する上板の下方に、この上板に対し互いに独立した昇降を可能として、互いに同心に、且つ、それぞれの上端部とこの上板との間に互いに別個の押圧手段を設けた状態で支持されており、１対のパンチが、上記下型の内周面と上記下側マンドレル素子の外周面との間に配置されて、上記下板により下方への変位を抑えられた下側パンチと、上記上型の内周面と上記上側マンドレル素子の外周面との間に配置されて、上記上板の下降に伴って下方に押圧される上側パンチとである、請求項４に記載した突出部を備えた筒状部材の製造装置。
6. 突出部を備えた筒状部材が、車輪支持用転がり軸受ユニットを構成する外輪であって、この外輪の内径側に複列に配置された転動体に背面組み合わせ型の接触角を付与する為の複列の外輪軌道を内周面に有するものであり、外周面に形成された突出部が、上記外輪を懸架装置に結合固定する為の結合フランジであり、少なくとも下側マンドレル素子の外周面に、上記両外輪軌道のうちの一方の外輪軌道を形成する為の面押し部を設けている、請求項５に記載した突出部を備えた筒状部材の製造装置。
7. 上側パンチの下端部に、他方の外輪軌道を形成する為の第二の面押し部を設けている、請求項６に記載した突出部を備えた筒状部材の製造装置。
   

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