JP2013136068A - 段付金属部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】例えば車輪支持用転がり軸受ユニットのハブ本体として使用する、段付金属部材を、シェブロンクラックの発生を防止しつつ、重量の増大を抑えて造る事ができる製造方法を実現する。
【解決手段】低融点金属製の芯材２７を、鉄系合金製で有底円筒状の辺材２６に締り嵌めで内嵌して成る、素材２８とする。この素材２８をダイスのキャビティ内に挿入し、押圧パンチによりこのキャビティ内に押し込む、冷間鍛造を行う。必要な加工を施して、第四中間素材５９とした後、この第四中間素材５９を加熱して、前記芯材２７を構成する低融点金属を融解して除去し、第五中間素材６０とする。
【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、内輪と組み合わされてハブを構成するハブ本体の如く、外周面に互いに同心で径が互いに異なる、複数の円筒面部を設け、隣り合う円筒面部同士を段部により連続させた段付金属部材の製造方法の改良に関する。

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１０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箇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１０の右側。反対に、使用状態で車体の幅方向外側となる、図１０の左側を、軸方向に関して外と言う。本明細書全体で同じ。）に静止側フランジ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、車輪及び制動用回転部材を支持固定する為の回転側フランジ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との間に前記各転動体４、４を、両列毎に複数個ずつ配置して、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の軸方向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を構成する前記ハブ本体９は、炭素鋼等の金属材料に塑性加工を施す事により造る。この様な塑性加工により造られるハブ本体の構造、並びにこの様な塑性加工の方法に就いては、例えば特許文献１〜４に記載される等により、従来から広く知られている。このうちの特許文献４に記載されたハブ本体の構造及びその製造方法に就いて、図１１〜１４により説明する。

このうちの図１１に示したハブ本体９ａは、外周面の軸方向外端寄り部分に放射状の回転側フランジ７ａを、同じく中間部に内輪軌道８を、同じく内端部に小径段部１２を、それぞれ形成している。
この様なハブ本体９ａは、図１２〜１４に示した工程により造る。先ず、押し出し成形、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、各図の（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、冷間鍛造加工の一種である、第一段階の前方押し出し加工を施す事により、各図の（Ｂ）に示した第一中間素材１４を造る。次に、この第一中間素材１４に、やはり冷間鍛造加工の一種である、第二段階の前方押し出し加工を施す事により、各図の（Ｃ）に示した第二中間素材１５を得る。次に、この第二中間素材１５を、前記特許文献４に記載されている様に、所定の内周面形状を有する分割型のダイス内にセットした状態で、前記第二中間素材１５の軸方向端面｛各図の（Ｃ）の上端面｝にパンチを押し付ける。そして、この軸方向外端面を凹ませると共に、この第二中間素材１５を構成する金属材料を径方向外方に流動させる、冷間鍛造の一種である側方押し出し加工を施す事により、各図の（Ｄ）に示す様な、回転側フランジ７ａを有する、第三中間素材１６とする。次に、この第三中間素材１６に、スタッド１７の頭部１８（図１０参照）の軸方向側面を当接させる座面１９、１９を形成する為のサイジング加工を施して、各図の（Ｅ）に示した第四中間素材２０とする。

この第四中間素材２０の軸方向内端部｛各図の（Ｅ）の下端部｝には、外周面に雄ねじ部を形成するか（図１０に示す様に、前記小径段部１２に外嵌した内輪１０の抜け止めをナット１１により図る構造の場合）、或いは、図１３の（Ｆ）に示す様に、軸方向内端面に開口する、有底で円形の凹孔２１を形成し、この凹孔２１の周囲部分を円筒部２２として、第五中間素材２３とする。この様な円筒部２２は、前記小径段部１２に前記内輪１０を外嵌した状態で、径方向外方に塑性変形させて（かしめ拡げて）、この内輪１０の軸方向内端面を抑え付け、この内輪１０が前記小径段部１２から抜け出る事を防止する。更に、前記第四中間素材２０乃至前記第五中間素材２３に、前記スタッド１７を挿通する為の円孔を形成する為の穿孔、バリ取り、内輪軌道８の加工等の、所定の切削加工及び研削加工を施して、前記ハブ本体９ａとする。

上述の様にして造られるハブ本体９ａは、軽量化する事が望まれる。即ち、このハブ本体９ａが組み込まれる車輪支持用転がり軸受ユニット１（図１０参照）は、懸架装置を構成するばねよりも路面側に設けられる、所謂ばね下荷重であるから、乗り心地や走行安定性を中心とする走行性能を向上させる為には、少しでも軽量化する事が望まれる。前記特許文献４に記載の製造方法の場合、一般的には、中炭素鋼の如き鉄系合金に冷間鍛造等を施す事で前記ハブ本体９ａとしている為、このハブ本体９ａの重量が嵩み、前記車輪支持用転がり軸受ユニット１全体の重量も増大してしまう。

尚、前記特許文献４に記載の製造方法の場合、冷間鍛造を主とし、切削加工及び研削加工を最小限に止めて、前記ハブ本体９ａを造る。この為、材料の歩留まりを向上させると共に、これら切削加工及び研削加工に要する加工時間を短縮して、前記ハブ本体９ａを含む、車輪支持用転がり軸受ユニット１（図１０参照）のコスト低減を図れる。但し、上述の図１１〜１４に示す様に、冷間での前方押し出し加工を利用して前記ハブ本体９ａを造ると、このハブ本体９ａを構成する軸部２４のうちの軸方向中間部乃至内端寄り部分に、非特許文献１に記載される等により冷間鍛造の技術分野で広く知られている、シェブロンクラックと呼ばれる亀裂が発生し、前記軸部２４の強度が低下する可能性がある。特に、上述の図１２〜１４に示す様にして前記ハブ本体９ａを造る場合、これら各図の（Ｂ）→（Ｃ）に示す様に、前記第一中間素材１４を前記第二中間素材１５に加工する過程で、次述する段部２５から軸方向内端面に掛けての領域で、前記シェブロンクラックが発生し易い。

この様にシェブロンクラックが発生し易い理由の第一は、前記各図の（Ａ）→（Ｂ）に示した、前記素材１３に前方押し出し加工を施して前記第一中間素材１４とする過程で金属材料（一般的には、炭素濃度が０．３〜０．７重量％程度の中炭素鋼）が加工硬化しているものに、更に前方押し出し加工を施して前記第二中間素材１５とする為である。又、理由の第二は、この前方押し出し加工時に於ける、前記金属材料が前記段部２５を通過する際の移動速度の差が、径方向外寄り部分と同じく中央寄り部分との間で大きくなる為である。特に、前記段部２５の傾斜角度や径方向に関する幅寸法（段差の大きさ）によっては、前記前方押し出し加工時に於ける金属材料の移動速度が、径方向外寄り部分で遅く、中央寄り部分で速くなる傾向が著しくなり（これら両部分の速度の差が大きくなり）、前記軸部２４の内部に発生する引っ張り応力が大きくなって、前記シェブロンクラックが発生し易くなる。

この様なシェブロンクラックの発生を防止する為には、前記第一中間素材１４を得た後、この第一中間素材１４に焼鈍処理を施してから、前記第二中間素材１５を得る為の、第二段階の前方押し出し加工を施す事が効果がある。但し、この場合には、前記ハブ本体９ａの軸方向中間部で前記内輪軌道８を形成すべき部分を含め、各部に必要な硬度を確保する事が難しくなる。又、前記各図の（Ｂ）→（Ｃ）に示した、第二段階の前方押し出し加工時に、前記第一中間素材１４乃至第二中間素材１５を、例えば軸方向両側から強く押圧し（高い静水圧を加え）、この第一中間素材１４乃至第二中間素材１５の内部を圧縮応力場にすれば、前記シェブロンクラックの発生を防止できる。但し、この様な方法では、前記前方押し出し加工に使用する金型（パンチ及びダイス）として十分な強度及び剛性を有するものを使用する必要があり、この金型の制作費が嵩む。更には、プレス装置として、容量の大きな大型のものを使用する必要があり、この面からも設備費が嵩む。これに対して、前記第一中間素材１４乃至第二中間素材１５を中空構造とすれば（前記軸部２４を中空円筒状とすれば）、前方押し出し加工時に於ける金属材料の移動速度の差を小さく抑えて、前記シェブロンクラックの発生を抑えられる。この様な方法は、駆動輪用の車輪支持用転がり軸受ユニットに組み込まれる、中心部にスプライン孔を有するハブを造る場合には有効であるが、従動輪用のハブ本体９ａを造る場合には、必ずしも好ましくない。即ち、ハブ本体を中空にする事で、軽量化を図れる反面、本来不要な中心孔（貫通孔）を形成する事で、この中心孔内に泥水等の異物が（特に軸方向外端側開口から）入り込むのを防止する為の密封構造が必要になり、コスト低減の面からは不利になる。

前記ハブ本体９ａの軸部２４の内部に前記シェブロンクラックの発生を防止する為には、前記各図の（Ｂ）→（Ｃ）に示した工程を廃止し、前記第一中間素材１４に直接、前記回転側フランジ７ａを形成する為の側方押し出し加工を施す事が考えられる。この様な製造方法を採用すれば、加工硬化後の前記第一中間素材１４に、更に前方押し出し加工を施す必要がなくなる為、前記シェブロンクラックの発生を防止できる。但し、この様な方法では、前記ハブ本体９ａの軸方向内端部の小径段部１２全体を、削り加工により形成する必要がある。この為、材料の歩留が悪化するだけでなく、加工時間を要する削り加工の作業量の増大により、前記ハブ本体９ａの製造コストが、金型のコストが１工程分減る以上に嵩む事が避けられない。

特開２００６−１１１０７０号公報 特開２００６−１４２９８３号公報 特開２００８−２９６６９４号公報 特開２００９−２５５７５１号公報

木下修司、井上毅、秋田章二著、「鐵と鋼：日本鐵鋼協▲会▼々誌、６２（４）」、社団法人日本鉄鋼協会、１９７６年３月１０日、ｐ．１６５

本発明は、上述の様な事情に鑑みて、シェブロンクラックの発生を防止しつつ、軽量な段付金属部材を得られ、しかも、材料の歩留が悪化したり、加工の手間が煩雑化するのを防止できる製造方法を実現すべく発明したものである。

本発明の対象となる段付金属部材は、外周面に、外径が互いに異なる複数の円筒面部を備える。そして、これら各円筒面部のうち、隣り合う円筒面部同士を段部により連続させている。
そして、本発明の段付金属部材の製造方法は、上述の様な段付金属部材を造る為に、（次述する表層材を構成する、鉄系合金の焼鈍温度よりも低い融点を有する）低融点金属製で円柱状の芯材と、中炭素鋼の如き鉄系合金製で、この芯材の端部を除いた外側部分を覆う有底円筒状の表層材とから成る素材に、冷間鍛造を施す事で中間素材とする。その後、この中間素材を加熱し、前記芯材のみを融解して除去する事により中空とする。

上述の様な本発明の段付金属部材の製造方法を実施する場合に、好ましくは請求項２に記載した発明の様に、前記素材を、前記芯材を前記表層材の内径側部分に締り嵌めする事により造る。
又、この様な請求項２に記載した発明を実施する場合に、好ましくは請求項３に記載した発明の様に、前記芯材の高さ寸法を、前記表層材の中心孔の深さ寸法よりも小さくする。

又、請求項４に記載した発明は、前記表層材の中心孔の奥端面に凹孔を、前記芯材の基端部にこの凹孔と隙間なく係合する小径部を、それぞれ設ける。そして、前記表層材の内径側部分に前記芯材を締り嵌めする事で前記素材とし、この素材に冷間鍛造加工により前記各円筒面部と前記各段部とを形成して中間素材とする。その後、この中間素材に側方押し出し加工を施す事により、この中間素材の基端寄り部分の外周面に放射状のフランジを設ける。

又、請求項５に記載した発明は、前記素材（この素材に前の工程を施す事により得られた前段階の中間素材を含む）の先端部をダイスに押し込む、前方押し出し加工を施す事により、前記素材の先端部の外径を縮める。そして、この先端部に小径側の円筒面部を、この小径側の円筒面部の基端部に段部を、それぞれ形成する。特に、請求項５に記載した段付金属部材の製造方法に於いては、前記小径側の円筒面部及び段部を形成する際に、前記素材の先端面の中央部を、前記ダイスの内径側に配置した、前記小径側の円筒面部の外径よりも小径のカウンターパンチの先端面に押し付けつつ、前記素材の先端部を前記ダイス内に押し込む。そして、この押し込みにより、この素材の先端部の外径を縮めて、前記小径側の円筒面部及び前記段部を形成すると同時に、この小径側の円筒面部の中心部の少なくとも先端寄り部分に、前記先端面の中央部に開口する有底の凹孔を形成する。

上述の様な請求項５に記載した段付金属部材の製造方法を実施する場合に、例えば請求項６〜７に記載した発明の様に、先ず、円柱状の素材に第一段階の前方押し出し加工を施す事により、先端寄り部分を基端寄り部分よりも小径とした第一中間素材とした後、この第一中間素材の先端寄り部分に第二段階の前方押し出し加工を施して、この先端寄り部分に前記小径側の円筒面部よりも更に小径の第二円筒面部を、この先端寄り部分の軸方向中間部に第二段部を、それぞれ有する第二中間素材とする。
そして、請求項６に記載した発明の場合には、前記素材の先端面の中央部に前記カウンターパンチの先端面を押し付けつつ、この素材を、この先端面の中央部に前記凹孔を有する前記第一中間素材とする。次いで、この凹孔内にスペーサを内嵌した状態で、この第一中間素材を前記第二中間素材に加工する。
これに対して、請求項７に記載した発明の場合には、前記素材を前記第一中間素材とする際には、前記凹孔を形成しない。その代わりに、前記第一中間素材の先端面の中央部に前記カウンターパンチの先端面を押し付けて前記凹孔を形成しつつ、この第一中間素材を前記第二中間素材とする。

上述の様に構成する本発明によれば、シェブロンクラックの発生を防止しつつ、軽量な段付金属部材を製造して、例えば、この段付金属部材をハブ本体として使用した、車輪支持用転がり軸受ユニットを軽量化する事ができる。即ち、前記段付金属部材を、鉄系合金製の表層材と、低融点金属製の芯材とから成る素材を冷間鍛造して中間素材とした後に、この中間素材を加熱し、この芯材を構成する低融点金属を除去する事により前記ハブ本体を中空にする。この為、この芯材と前記表層材との間の滑り性を良好にでき、この表層材の内部での金属材料の移動速度の差を小さく抑えて、シェブロンクラックの発生を防止できる。又、前述した従来構造の様な、中実のものと比較して、前記段付金属部材を軽量にする事ができる。

更に、請求項５〜７に記載した発明によれば、段付金属部材の外面形状が限られる場合にも、シェブロンクラックの発生をより効果的に防止でき、しかも、材料の歩留が悪化したり、加工の手間が煩雑化するのを防止できる。
即ち、請求項５〜７に記載した発明の場合には、前記素材の先端部の外径を縮める際に、カウンターパンチにより小径側の円筒面部の中心部に有底の凹孔を形成する。この為、前記素材の先端部をこの小径側の円筒面部とする過程で、この素材の内部での金属材料の流れを整えられる。言い換えれば、前記シェブロンクラック発生の原因となる、前記素材の外径寄り部分と中心寄り部分との間での金属材料の移動速度の差を小さくできる。特に、強度確保上の面からの重要部分である、鉄系合金製の表層材部分で、金属材料の移動速度の差を小さくできる。この差を小さくできる事は、前記素材、特に表層材の内部に生じる引っ張り応力の低減に結び付いて、前記シェブロンクラックの発生を抑えられる。更に、前記素材の先端部の中心部を押し潰しつつ、前記凹孔を形成する事により、この素材の内部に、圧縮応力が生じる。この圧縮応力により、前記芯材と前記表層材との間に隙間が生じるのを防ぐ。又、金属加工の分野で周知の様に、圧縮応力は亀裂の発生を抑える作用がある為、前記凹孔の形成に基づき、前記シェブロンクラック等の亀裂の発生を抑えられる。

又、前記素材の内部での金属材料の流れを整えると共に、この内部を、圧縮応力場乃至はそれに近い状態にする為に、前記カウンターパンチをこの素材の先端面からこの素材の先端部内側に押し込んで前記凹孔を形成するが、この押し込みに要する力は小さくて済む。この為、前記素材の先端部に小径側の円筒面部を形成する為に要する力が、前記凹孔を形成しない（従来方法の）場合に比べて、著しく大きくなる事はない。従って、前記小径側の円筒面部を形成する為に使用する金型として、特に大きな強度及び剛性を有するものを使用したり、プレス装置として、容量の大きな大型のものを使用する必要がない。この為、製造装置の為の費用を抑えて、この製造装置により造られる、前記ハブ本体等の段付金属部材の加工コストが嵩む事を防止できる。

本発明の実施の形態の第１例に関して、中心軸を含む仮想平面に関する断面形状の変化を工程順に示すと共に、一部に就いて端面形状を示した図。 金型装置により、素材を第一中間素材に加工した直後の状態を示す断面図。 カウンターパンチの先端部の形状の３例を示す部分側面図。 同じく、別例を示す部分断面図。 金型装置により、第一中間素材を第二中間素材に加工した直後の状態を示す断面図。 金型装置により、第二中間素材を第三中間素材に加工した直後の状態を示す断面図。 同じく、図１０と同様の図。 本発明の実施の形態の第２例を示す、図１と同様の図。 同第３例を示す、図１と同様の図。 本発明の製造方法の対象となるハブ本体を組み込んだ、車輪支持用転がり軸受ユニットの１例を示す断面図。 冷間での鍛造加工により造られる、従来から知られたハブ本体の１例を示す、端面図（ａ）及び側面図（ｂ）。 従来から知られているハブ本体の製造方法の１例に関して、側面形状の変化を工程順に示すと共に、一部に関して端面形状を示した図。 同じく側面形状乃至断面形状の変化を示す図。 同じく表面形状の変化を示す斜視図。

［実施の形態の第１例］
図１〜７は、請求項１〜６に対応する、本発明の実施の形態の第１例を示している。本例の場合、先ず、第一工程で、図１の（Ａ）に示した、中炭素鋼等の鉄系合金製で有底円筒状の表層材２６と、低融点金属製で円柱状の芯材２７とから成る素材２８に、冷間で前方押し出し加工を施す。この芯材２７を構成する低融点金属とは、表層材２６を構成する鉄系合金の焼鈍温度（４５０℃〜６５０℃）よりも低い（４５０℃未満の）融点を有する、鉛（融点３２７℃）、亜鉛（同４２７℃）、錫（同２３２℃）、若しくはインジウム（同１５６℃）、又はこれらの合金｛例えば、はんだ（同２００℃程度）、ピュータ（同２５０℃程度）等｝である。この様な素材２８を造る為に、先ず、前記表層材２６の中心孔２９の奥端面（図１の上端面）に凹孔３０を、前記芯材２７の基端部（図１の上端部）にこの凹孔３０と隙間なく係合する小径部３１を、それぞれ設ける。そして、前記表層材２６の中心孔２９に、前記芯材２７を締り嵌めで内嵌する事で造り、これら表層材２６と芯材２７との間の滑り性を良好にしている。本例の場合、この芯材２７の高さＨを、前記表層材２６の深さＤよりも小さくして、前記素材２８の先端部（図１の下端部）に段差部３２を設けている。この段差部３２の深さ（Ｄ−Ｈ）は、表層材２６を構成する鉄系合金及び芯材２７を構成する低融点金属の流動性、及び、後述する第一、第二両中間素材３６、５４の形状や絞り率等を考慮して設定的に定める。前記素材２８に冷間鍛造を施す第一工程では、先ず、この素材２８を、図２に示す様な、複数のブロックを重ね合わせて成るダイス３３のキャビティ３４内に挿入する。その後、図示しないプレス装置のラムで押圧される押圧パンチ３５により、前記素材２８を前記キャビティ３４内に押し込む。この押し込み作業によりこの素材２８が塑性変形し、この素材２８が、このキャビティ３４の内周面形状に見合う（母線形状が同じで凹凸が逆である）外周面形状を有する、第一中間素材３６となる。

特に、本例の製造方法の場合には、前記キャビティ３４の下端中央部に、カウンターパンチ３７の上端部を突出させている。このカウンターパンチ３７の下端部は、前記ダイス３３を構成する複数個のブロックのうち、最下段のブロックの上面と、次段のブロックとの間で挟持固定している。又、前記カウンターパンチ３７の周囲には、円筒状のスリーブ３８を、昇降可能に外嵌している。前記キャビティ３４の下端部は、このスリーブ３８の上端面と前記カウンターパンチ３７の上端部外面と最上段のブロックの内周面とにより画成されている。又、このスリーブ３８の下端面にそれぞれの上端面を突き当てたノックアウトピン３９、３９の下端面を、前記最下段のブロックに内嵌した、昇降駒４０の上面に突き当てている。

上述の様な、図２に示した金型装置を使用し、前記素材２８を前記キャビティ３４内に押し込むと、この素材２８の先端部（下端部）外周面がこのキャビティ３４の内周面に沿って塑性変形し、前記第一中間素材３６となる。即ち、この第一中間素材３６の先端部に、小径側の円筒面部４１と、この小径側の円筒面部４１の基端側から連続してより大径の部分に連続する、傾斜段部４２とを形成する。これと同時に、前記第一中間素材３６のうちで前記小径側の円筒面部４１の中心部（前記芯材２７の中心部）に前記カウンターパンチ３７の上端部が押し込まれ、この小径側の円筒面部４１の中心部に、前記第一中間素材３６の先端面に開口する、断面形状が円形である、有底の凹孔４３が形成される。

この凹孔４３を形成する為の、前記カウンターパンチ３７の外径及び軸方向長さは、前記素材２８乃至前記第一中間素材３６の、表層材２６を構成する鉄系合金及び芯材２７を構成する低融点金属の流動性や、前記カウンターパンチ３７の耐久性を考慮して、設計的配慮により決定する。このカウンターパンチ３７の外径に関しては、大きい程、その耐久性が向上し、前記芯材２７の前記凹孔４３の内周面への突出量を抑えられる代わりに、前記第一中間素材３６の先端部で前記凹孔４３の周囲部分が加工硬化する程度が著しくなる。そして、完成後のハブ本体９ｂの先端部（軸方向内端部）を径方向外方に塑性変形させる（かしめ拡げる）事が難しくなる。これらの点を考慮すれば、前記カウンターパンチ３７の外径は、前記小径側の円筒面部４１の外径の１／３〜２／３程度、最も好ましくは１／２程度に規制する。又、前記カウンターパンチ３７の軸方向長さにより定まる、前記凹孔４３の深さに関しても、前記耐久性及び加工硬化の程度や前記芯材２７の突出量を考慮して定める。本例の場合、前記押圧パンチ３５を下死点にまで下降させ、前記第一中間素材３６の加工を完了した状態で、前記凹孔４３の深さが、完成後のハブ本体９ｂの軸方向内端部に存在する小径段部１２ａの軸方向長さに一致するか、この軸方向長さよりも少しだけ大きくなる様にしている。又、前記カウンターパンチ３７の先端面（上端面）の形状に関しても、前記耐久性及び加工硬化の程度や前記芯材２７の突出量を考慮して定める。例えば、図３の（ａ）に示す様な単なる平坦面、同じく（ｂ）に示す様な円すい台形、同じく（ｃ）に示す様な半球状を採用できる。或いは、図４に示す様に、先端部に傾斜面部４４を設け、この傾斜面部４４に真鍮等の銅系合金製のリング４５をボルト４６で支持固定した、カウンターパンチ３７を採用し、前記芯材２７の突出量を抑えつつ、このカウンターパンチ３７の外径を小さく抑える事もできる。この様なカウンターパンチ３７の先端部が前記小径側の円筒面部４１の中心部に押し込まれると、図４に誇張して示す様に、前記芯材２７の静水圧により前記傾斜面部４４に沿って前記カウンターパンチ３７の直径が、前記リング４５の径方向外方に、弾性的に拡げられる。この結果、前記カウンターパンチ３７を押し込む際に、前記リング４５の外周面と、前記第一中間素材３６の中心部に存在する、前記芯材２７或いは前記表層材２６とを隙間なく摺接させて、この芯材２７の一部が前記凹孔４３の内周面で突出するのを防止できる（この内周面を滑らかにできる）。このリング４５は、前記芯材２７を構成する低融点金属、前記表層材２６や前記カウンターパンチ３７を構成する鉄系合金とは異なる、銅系金属である為、このリング４５と前記第一中間素材３６との接触部の滑り性を良好にできる。

何れの場合でも、前記押圧パンチ３５を下死点まで下降させ、前記第一中間素材３６を形成したならば、この押圧パンチ３５を上昇させるのに続いて、それまで下降していた前記昇降駒４０を上昇させ、前記各ノックアウトピン３９、３９を介して前記スリーブ３８を上昇させる。この結果、前記第一中間素材３６が前記キャビティ３４から押し出されるので、この第一中間素材３６を前記ダイス３３から取り出し、次の第二工程を施す為、図５に示した金型装置の、フローティングダイス４７の第二キャビティ４８内に挿入する。このフローティングダイス４７は、複数のばね４９、４９により固定ブロック５０の上方に、下方に向いた大きな力が加わった場合に下降する様に、昇降可能に支持されている。又、前記固定ブロック５０の上面に載置固定した第二スリーブ５１の上端部を、前記フローティングダイス４７の下端部に軸方向の変位（上下方向の摺動）を可能に内嵌している。更に、前記第二スリーブ５１の下端部に、前記固定ブロック５０の内径側に昇降可能に設置した、スリーブ３８ａの上端部を、軸方向の変位（上下方向の摺動）を可能に内嵌している。

又、前記スリーブ３８ａの内側に、前記カウンターパンチ３７とほぼ同じ外面形状を有するスペーサ５２を、このスリーブ３８ａとは独立した昇降を可能に設置している。本例の場合、このスペーサ５２の下端面と、前記固定ブロック５０を構成する固定板との間にばね５３を設けて、このスペーサ５２に、上方に向いた弾力を付与している。前記第一中間素材３６｛図１の（Ｂ）及び図２参照｝を前記第二キャビティ４８内に挿入した状態で、前記スペーサ５２の上端面は、前記凹孔４３の奥端面に当接する。そして、前記第一中間素材３６を第二中間素材５４に加工する為の、前記第二工程の進行中、前記スペーサ５２の上端面が前記凹孔４３の奥端面に当接し続ける。前記第二キャビティ４８の下部の内面形状は、前記第二スリーブ５１の内周面及び先端面（上端面）と、前記スリーブ３８ａの上端面と、前記スペーサ５２の外周面及び先端面とにより画成される。更に、前記フローティングダイス４７には、押圧パンチ３５ａの下端部を押し込む事により、前記第一中間素材３６の外面形状を、前記第二キャビティ４８の内面形状に合わせて塑性変形（前方押し出し成形）可能としている。

上述の様な、図５に示した金型装置を使用し、前記第一中間素材３６を前記第二キャビティ４８内に大きな力で押し込むと、この第一中間素材３６の下部が、この第二キャビティ４８の内面に沿って塑性変形し、前記第二中間素材５４となる。即ち、前記第一中間素材３６の先端部の小径側の円筒面部４１の先端部乃至軸方向中間部が、前記第二スリーブ５１の内周面と前記スペーサ５２の外周面との間に存在する円筒状の空間内に押し込まれる。そして、この押し込まれた部分の外周面が、前記小径側の円筒面部４１よりも更に小径の、小径段部１２ａとなる。又、前記押圧パンチ３５ａが下死点にまで下降した状態で、前記第二スリーブ５１の先端面（上端面）により押圧された部分が、ハブ３ａを組み立てた状態で内輪１０ａ（図７参照）の軸方向外端面を突き当てる為の、段部２５ａとなる。尚、前記スペーサ５２は、上述の様な第二工程の進行に伴って、前記ばね５３を圧縮しつつ、その下端面が前記固定ブロック５０を構成する一部のブロックの上面に当接するまで下降する。従って、この第二工程が進行する間中、前記スペーサ５２の先端面が前記凹孔４３の奥端面に押し付けられたままの状態となる。又、前記第二工程の進行に伴って、前記小径段部１２ａの軸方向長さが、元の小径側の円筒面部４１の一部でこの小径段部１２ａとなるべき部分の軸方向長さよりも伸張し、これに伴って前記凹孔４３の深さも深くなる。

上述の様にして、前記第二中間素材５４を形成したならば、前記押圧パンチ３５ａを上昇させる。すると、前記フローティングダイス４７が前記各ばね４９、４９の弾力により、前記スペーサ５２が前記ばね５３の弾力により、それぞれ少し上昇する。そこで、これら各部材４７、５２の上昇に続いて、それまで下降していた昇降駒４０ａを上昇させ、各ノックアウトピン３９ａ、３９ａを介して前記スリーブ３８を上昇させる。この結果、前記第二中間素材５４が前記第二キャビティ４８から押し出される為、この第二中間素材５４を前記フローティングダイス４７から取り出し、次の第三工程を施す為、図６に示した金型装置の、ダイス５５の第三キャビティ５６内に挿入する。又、前記凹孔４３に、ばね５３ａにより上方に付勢されているスペーサ５２ａの先端部（上端部側）を、隙間なく内嵌する。そして、押圧パンチ３５ｂの周囲に配置したフローティングダイス４７ａにより前記第二中間素材５４を抑えつつ、前記押圧パンチ３５ｂによりこの第二中間素材５４を軸方向に押し潰す。そして、外周面に放射状の回転側フランジ７ａを設けた、図１の（Ｄ）及び図６に示す様な、第三中間素材５７とする。この様な第三工程の進行中、前記フローティングダイス４７ａの下面は、ばね４９ａ、４９ａの弾力により、前記ダイス５５の上面に押し付けられたままとなる。

上述の様にして、前記第三中間素材５７を形成したならば、前記押圧パンチ３５ｂを上昇させてから、それまで下降していた昇降駒４０ｂを上昇させ、各ノックアウトピン３９ｂ、３９ｂを介してスリーブ３８ｂを上昇させる。この結果、前記第三中間素材５７が前記第三キャビティ５６から押し出されるので、この第三中間素材５７を前記ダイス５５から取り出し、次の工程に送る。
この次の工程では、前記第三中間素材５７のうちで、前記凹孔４３の開口寄り部分の内径を、旋削加工等の削り加工により拡げ、当該部分を、別の凹孔４３ａとする。又、前記回転側フランジ７ａにスタッド１７の頭部１８の軸方向側面を当接させる座面１９、１９を形成する為のサイジング加工やこのスタッド１７を挿通する円孔５８、５８を形成する為の切削加工を施して、図１の（Ｅ）に示す様な、第四中間素材５９とする。

上述の様にして、前記第四中間素材５９を形成したならば、この第四中間素材５９を、前記芯材２７を構成する低融点金属の融点以上で、前記表層材２６を構成する鉄系合金の焼鈍温度よりも低い温度（４５０℃未満）に加熱する。そして、前記芯材２７を構成する低融点金属のみを融解し、この第四中間素材５９の開口部（前記凹孔４３ａ側）を下にして振動を与え、前記低融点金属を除去する事で、図１の（Ｆ）に示す様な、第五中間素材６０とする。
この様な第五中間素材６０は、更に次の工程に送り、研削加工等、必要な加工を施して、ハブ本体９ｂとして完成する。

そして、この様にして造られたハブ本体９ｂを外輪２の内径側に、複数個の転動体４、４を介して配置した状態で、このハブ本体９ｂの小径段部１２ａに内輪１０ａを外嵌する。そして、前記別の凹孔４３ａに治具を挿入し、この小径段部１２ａの軸方向内端部を径方向外方にかしめ拡げる事でかしめ部６１を形成する。これにより、前記ハブ本体９ｂの軸方向内端部に、前記内輪１０ａを支持固定する事でハブ３ａとする。同時にこのハブ３ａを、転動体４、４を介して外輪２の内径側に、回転自在に支持する事により、車輪支持用転がり軸受ユニット１ａを構成する。尚、この外輪２の内端開口部を、有底円筒状のカバー（図示せず）で塞ぐ事により、この外輪２の内径側空間への塵芥や雨水等の浸入防止、及びこの内径側空間に充填したグリースの外部への漏洩防止を図る。

上述の様な本例のハブ本体の製造方法によれば、造られるハブ本体９ｂの重量の増大を抑えて、このハブ本体９ｂを組み込んだ車輪支持用転がり軸受ユニット１ａ全体を軽量化できる。即ち、前記第四中間素材５９を加熱して前記芯材２７を構成する低融点金属を融解し除去する事で、完成後のハブ本体９ｂを中空としている為、前述した従来構造の様にハブ本体を鉄系合金のみで形成する場合と比較して、前記ハブ本体９ｂを軽量化する事ができる。前記低融点金属は一般的に比重が大きい為、前記第四中間素材５９を加熱して、この第四中間素材５９の開口を下にした状態で振動を与える事により、前記低融点金属は容易に除去できる。尚、この低融点金属として、無鉛はんだ等の無害の金属を使用すれば、必ずしもこの低融点金属を完全に除去する必要はない。

又、有底円筒状の表層材２６の中心孔２９に、円柱状の芯材２７を締り嵌めで内嵌して成る素材２８に冷間鍛造を施す為、各素材２８、３６、５４を前記各キャビティ３４、４８、５６の内面形状に合わせて塑性変形させ、前記各中間素材３６、５４、５７とする作業を、効率良く行える。即ち、前記各素材２８、３６、５４に前方押し出し加工を施す際に、押圧パンチ３５、３５ａ、３５ｂから加わる圧力を、前記芯材２７が支承する（内径側部分でこの芯材２７が突っ張る）。この為、この圧力を、前記各素材２８、３６、５４の塑性変形に効率良く利用できる。
又、前記素材２８の芯材２７に小径部３１を設けている為、前記第二中間素材５４を第三中間素材５７に加工する第三工程｛図１の（Ｃ）→（Ｄ）｝で、外周面に放射状の回転側フランジ７ａを設ける際に、前記スタッド１７を挿通する為の円孔５８、５８を形成する部分に、前記芯材２７を構成する低融点金属が進入しない様にできる。この結果、前記円孔５８、５８を形成し、この低融点金属を除去した後に、この円孔５８、５８の内周面に、前記ハブ本体９ｂの内径側部分に貫通する、通孔が開口するのを防止できる。

又、本例の場合、前記素材２８の先端部（図１の下端部）の外径を縮めて前記第一中間素材３６とする際に、前記カウンターパンチ３７により、前記小径側の円筒面部４１の中心部に有底の凹孔４３を形成する。この時、前記芯材２７の高さＨを前記表層材２６の深さＤよりも小さくし段差部３２を設けている為、この表層材２６を構成する鉄系合金よりも流動性が高い、前記芯材２７を構成する低融点金属が、前記第一中間素材３６の先端面（図１、２の下端面）から突出するのを防止できる。又、前記芯材２７を低融点金属製とし、前記表層材２６を鉄系合金製としている為、これら芯材２７と表層材２６との間の滑り性を良好にでき、この表層材２６内部での金属材料の移動速度の差を小さく抑えて、前述したシェブロンクラックの発生を防止できる。更に、前記素材２８の先端部をこの小径側の円筒面部４１とする過程で、この素材２８の内部での金属材料の流れを整流できて、前記シェブロンクラック発生の原因となる、この素材２８の外径寄り部分と中心寄り部分との間での金属材料の移動速度の差を小さくできる。この結果、前記素材２８乃至前記第一中間素材３６の内部に生じる引っ張り応力を低減して、前記シェブロンクラックの発生を抑えられる。更に、前記素材２８の先端部の中心部を押し潰しつつ、前記凹孔４３を形成する事により、この素材２８を塑性変形させて得られる、前記第一中間素材３６の内部に、圧縮応力が生じる。この圧縮応力により、前記芯材２７と前記表層材２６との間に隙間が生じるのを防止できる。又、金属加工の分野で周知の様に、圧縮応力は亀裂の発生を抑える作用がある為、前記凹孔４３の形成に基づき、前記シェブロンクラック等の亀裂の発生を抑える事ができる。そして、前記第一工程で前記第一中間素材３６の内部に生じた、前記圧縮応力は、前記第二工程でも亀裂の発生防止に寄与して、この第二工程で前記第二中間素材５４の内部に、シェブロンクラックが発生する事を防止する。

又、本例の場合、前記芯材２７が鉄系合金よりも軟らかい、低融点合金製である為、前記素材２８を冷間鍛造するのに要する力は、前述した従来構造の様に素材を鉄系合金のみで造る場合と比較して小さくて済む。又、前記カウンターパンチ３７を前記素材２８の先端面からこの素材２８の先端部内側に押し込んで、前記凹孔４３を形成する為に要する力は小さくて済む。従って、前記素材２８の先端部に小径側の円筒面部４１を形成する為に要する力が、前記凹孔４３を形成しない（従来方法の）場合に比べて、著しく大きくなる事はない。従って、前記小径側の円筒面部４１を形成する為に使用する金型として、特に大きな強度及び剛性を有するものを使用したり、プレス装置として、容量の大きな大型のものを使用する必要がない。この為、製造装置の為の費用を抑えて、この製造装置により造られる、前記ハブ本体９ｂ等の段付金属部材の加工コストが嵩む事を防止できる。

［実施の形態の第２例］
図８も、請求項１〜６に対応する、本発明の実施の形態の第２例を示している。本例の場合には、素材２８を第一中間素材３６ａに加工する第一工程｛図８の（Ａ）→（Ｂ）｝で、この第一中間素材３６ａの先端部に形成する凹孔４３ｂの深さを、上述した実施の形態の第１例の場合よりも浅くしている。そして、前記第一中間素材３６ａを第二中間素材５４ａとする、第二工程｛図８の（Ｂ）→（Ｃ）｝を終了した状態で、前記凹孔４３ｂの奥端面の軸方向位置が、小径段部１２ａの基端部に存在する段部２５ａの軸方向位置とほぼ一致する様にしている。本例の場合、前記第一中間素材３６ａの表層材２６のうち、前記凹孔４３ｂを形成する部分の外径側に存在する部分（前記段部２５ａを形成する部分よりも軸方向外側に位置する部分まで）の内周面を、円筒面状としている。この結果、芯材２７が前記凹孔４３ｂの内周面に突出し難くできる。特に、カウンターパンチ３７の先端部の形状を、前述した図４に示す様なものとする事で、前記芯材２７の突出量を更に抑える事ができる。
その他の部分の構成及び作用は、上述した実施の形態の第１例と同様であるから、同等部分に関する説明は省略する。

［実施の形態の第３例］
図９は、請求項１〜５、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。本例の場合には、素材２８を第一中間素材３６ｂに加工する第一工程｛図９の（Ａ）→（Ｂ）｝は、前述の図１２〜１４に示した従来方法と同様に行う。そして、次に行う、前記第一中間素材３６ｂを第二中間素材５４ｂとする第二工程｛図９の（Ｂ）→（Ｃ）｝で、カウンターパンチ３７（図２参照）により、前記第二中間素材５４ｂの先端中心部に、凹孔４３を形成する。又、この第二中間素材５４ｂの先端寄り部分に小径段部１２ａを、この先端寄り部分の軸方向中間部（小径段部１２ａの基端部）に段部２５ａを、それぞれ形成する。

前記第一工程時には、前記素材２８が未だ加工硬化されていない為、得られる第一中間素材３６ｂの内部にシェブロンクラックが発生する事はない。これに対して、前記第二中間素材５４ｂを得る第二工程時には、既に加工硬化している前記第一中間素材３６ｂの先端部の外径を前方押し出し加工により縮める為、シェブロンクラックが発生し易い。そこで、本例の場合には、この様な第二工程時に、前記第一中間素材３６ｂの先端面に前記凹孔４３を形成して、前記シェブロンクラックの発生を防止する様にしている。
その他の部分の構成及び作用は、前述した実施の形態の第１例と同様であるから、同等部分に関する説明は省略する。

上述した本発明の実施の形態の各例は何れも、外径が異なる複数の円筒面部を設ける為の前方押し出し加工を、第一工程と第二工程との二段階で実施している。但し、加工後の円筒面部のうち、最も小径の円筒面部の外径を、加工前の素材の外径で除した値（絞り率）が１／２以上の場合、これら各円筒面部を設ける前方押し出し加工を一工程で実施する事もできる。
又、本発明の段付金属部材の製造方法を適用する、車輪支持用転がり軸受ユニットを構成するハブ本体の製造方法は、上述した本発明の実施の形態の各例の製造方法に限られない。即ち、シェブロンクラックの発生が問題にならない程度であったり、或いは、別の方法によりシェブロンクラックの発生を防止できるのであれば、前述した従来のハブ本体の製造方法に、本発明の段付金属部材の製造方法を適用する事もできる。

又、本発明の段付金属部材の製造方法は、従動輪用の車輪支持用転がり軸受ユニットを構成するハブ本体を造る場合に、顕著な効果を得られる。但し、複数段階で重複する部分に前方押し出し加工を施し、当該部分を段付形状とする物品であれば、前記ハブ本体に限らず、当該物品の製造に適用できる。

１、１ａ 車輪支持用転がり軸受ユニット
２ 外輪
３、３ａ ハブ
４ 転動体
５ 外輪軌道
６ 静止側フランジ
７、７ａ 回転側フランジ
８ 内輪軌道
９、９ａ ハブ本体
１０、１０ａ 内輪
１１ ナット
１２、１２ａ 小径段部
１３ 素材
１４ 第一中間素材
１５ 第二中間素材
１６ 第三中間素材
１７ スタッド
１８ 頭部
１９ 座面
２０ 第四中間素材
２１、２１ａ 凹孔
２２ 円筒部
２３ 第五中間素材
２４ 軸部
２５、２５ａ 段部
２６ 表層材
２７ 芯材
２８ 素材
２９ 中心孔
３０ 凹孔
３１ 小径部
３２ 段差部
３３ ダイス
３４ キャビティ
３５、３５ａ、３５ｂ 押圧パンチ
３６、３６ａ、３６ｂ 第一中間素材
３７ カウンターパンチ
３８、３８ａ、３８ｂ スリーブ
３９、３９ａ、３９ｂ ノックアウトピン
４０、４０ａ、４０ｂ 昇降駒
４１ 小径側の円筒面部
４２ 傾斜段部
４３、４３ａ 凹孔
４４ 傾斜面部
４５ リング
４６ ボルト
４７、４７ａ フローティングダイス
４８ 第二キャビティ
４９、４９ａ ばね
５０ 固定ブロック
５１ 第二スリーブ
５２、５２ａ スペーサ
５３、５３ａ ばね
５４、５４ａ、５４ｂ 第二中間素材
５５ ダイス
５６ 第三キャビティ
５７ 第三中間素材
５８ 円孔
５９ 第四中間素材
６０ 第五中間素材
６１ かしめ部

Claims (7)

1. 外周面に、外径が互いに異なる複数の円筒面部を設け、隣り合う円筒面部同士を段部により連続させた段付金属部材を冷間鍛造により造る、段付金属部材の製造方法であって、低融点金属製で円柱状の芯材と、鉄系合金製で、この芯材の端部を除いた外側部分覆う有底円筒状の表層材とから成る素材に、冷間鍛造を施す事で中間素材とした後、この中間素材を加熱し、この芯材を構成する低融点金属のみを融解して除去する事で中空とする事を特徴とする段付金属部材の製造方法。
2. 前記素材を、前記芯材を前記表層材の内径側部分に締り嵌めする事により造る、請求項１に記載した段付金属部材の製造方法。
3. 前記芯材の高さ寸法を、前記表層材の中心孔の深さ寸法よりも小さくする、請求項２に記載した段付金属部材の製造方法。
4. 前記表層材の中心孔の奥端面に凹孔を、前記芯材の基端部にこの凹孔と隙間なく係合する小径部を、それぞれ設け、前記表層材の内径側部分に前記芯材を締り嵌めする事で前記素材とし、この素材に冷間鍛造加工により前記各円筒面部と前記各段部とを形成して中間素材とした後に、この中間素材に側方押し出し加工を施す事により、この中間素材の基端寄り部分の外周面に放射状のフランジを設ける、請求項２〜３のうちの何れか１項に記載した段付金属部材の製造方法。
5. 前記素材の先端部をダイスに押し込む事により、この素材の先端部の外径を縮めて、この先端部に小径側の円筒面部を、この小径側の円筒面部の基端部に段部を、それぞれ形成する際に、前記素材の先端面の中央部を、前記ダイスの内径側に配置した、前記小径側の円筒面部の外径よりも小径のカウンターパンチの先端面に押し付けつつ、前記素材の中間素材の先端部を前記ダイス内に押し込む事により、この素材の先端部の外径を縮めて、前記小径側の円筒面部及び前記段部を形成すると同時に、この小径側の円筒面部の中心部の少なくとも先端寄り部分に、前記先端面の中央部に開口する有底の凹孔を形成する、請求項２〜４のうちの何れか１項に記載した段付金属部材の製造方法。
6. 前記素材に第一段階の前方押し出し加工を施す事により、先端寄り部分を基端寄り部分よりも小径とした第一中間素材とした後、この第一中間素材の先端寄り部分に第二段階の前方押し出し加工を施して、この先端寄り部分に前記小径側の円筒面部よりも更に小径の第二円筒面部を、この先端寄り部分の軸方向中間部に第二段部を、それぞれ有する第二中間素材とする過程で、前記素材の先端面の中央部に前記カウンターパンチの先端面を押し付けつつ、この素材を、この先端面の中央部に前記凹孔を有する前記第一中間素材とし、次いで、この凹孔内にスペーサを内嵌した状態で、この第一中間素材を前記第二中間素材に加工する、請求項５に記載した段付金属部材の製造方法。
7. 前記素材に第一段階の前方押し出し加工を施す事により、先端寄り部分を基端寄り部分よりも小径とした第一中間素材とした後、この第一中間素材の先端寄り部分に第二段階の前方押し出し加工を施して、この先端寄り部分に前記小径側の円筒面部を、この先端寄り部分の軸方向中間部に前記段部を、それぞれ有する第二中間素材とする過程で、前記第一中間素材の先端面に前記カウンターパンチの先端面を押し付けつつ、この第一中間素材を前記第二中間素材とする、請求項５に記載した段付金属部材の製造方法。

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