JP2016060267A

JP2016060267A - ハブユニット製造装置

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Publication number: JP2016060267A
Application number: JP2014187166A
Authority: JP
Inventors: 高晃鬼塚; Takaaki Onizuka
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2014-09-15
Filing date: 2014-09-15
Publication date: 2016-04-25
Anticipated expiration: 2034-09-15
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Abstract

【課題】ハブシャフトに内輪部材を装着した後、軸端部を塑性変形させながら押し広げて、前記内輪部材を前記ハブシャフトに拘束するハブユニット製造装置において、主軸の早期破損を回避して、ハブユニット製造装置の耐久性を向上させることである。
【解決手段】パンチを装着する主軸３８の、軸部の外周面４４とパンチホルダーの外周面４９とが連続する連続部の軸方向断面の形状が、前記軸部の外周面４４とつながる第１の円弧５６と、前記パンチホルダーの外周面４９とつながる第２の円弧５７とで形成されていて、前記第１の円弧５６と前記第２の円弧５７とが互いに接しており、前記第２の円弧５７の曲率半径は、前記第１の円弧５６の曲率半径より小さい。
【選択図】図１

Description

本発明は、ハブユニットを製造する製造装置であって、内軸の軸端に内輪部材を圧入した後、その軸端をかしめる工程で使用される製造装置に関する。特に、かしめのパンチを支持する主軸の強度を向上した製造装置に関する。

車両の車輪を回転支持する軸受装置として、ハブユニットが使用されている。ハブユニットの内軸は、ハブシャフトの軸端に内輪部材が組み込まれている。ハブユニットを製造する工程では、組み付けた内輪部材の抜けを防止するために、ハブシャフトの軸端をかしめている。このかしめ加工には、例えば、特許文献１の揺動かしめ装置が使用される。

図８に、揺動かしめ装置１００を用いたかしめ方法の概要を示す。ハブシャフト１０１は、軸端に円筒形状の軸端部１０６を有している。軸端部１０６には内輪部材１０２が圧入されている。このとき軸端部１０６の一部が、内輪部材１０２の端面から突出している。揺動かしめ装置１００では、この突出した部分にパンチ１０４を押し付けて、径方向外方に押し広げている。図８では、塑性変形する前の軸端部１０６の形状を二点鎖線で示している。

パンチ１０４は、主軸１０５の先端に装着されている。主軸１０５は、揺動かしめ装置１００の軸線に対して所定の角度θだけ傾斜している。このため、パンチ１０４と軸端部１０６とは、軸端部１０６の周上の一点で接触する。
パンチ１０４を軸端部１０６に押し付けることにより、その接触する部分が径方向外方に塑性変形する。主軸１０５をハブシャフト１０１の軸線の周りに旋回させながら、ハブシャフトの側に降下させることによって、軸端部１０６が全周にわたって径方向外方に塑性変形する。
このように、揺動かしめ装置１００では、軸端部１０６を部分的に塑性変形させているので、全周を同時に塑性変形させる工法と比べて、比較的小さいかしめ荷重で軸端部１０６を加工することが出来る。

こうして、ハブシャフト１０１の軸端に、かしめ部１０３が形成されている。このかしめ部１０３によって、内輪部材１０２が軸方向に拘束されるので、内輪部材１０２の抜けが防止されている。

特開２０００−３８００５号公報

パンチ１０４は、ハブユニット１０７の大きさに応じて適宜取り替えて使用される。そのため、主軸１０５の軸端には、パンチ１０４を取り付けるパンチホルダー１０８が形成されている。パンチホルダー１０８の外形寸法は、パンチ１０４の外形寸法と同等で、比較的大径である。
一方、主軸１０５においてパンチホルダー１０８以外の軸部１０９は、比較的小さいかしめ荷重を支持するだけであるので、その直径寸法は小さくてよい。直径寸法を小さくした軸部１０９の形状の例を、図８に破線で示した。軸部１０９の直径寸法を小さくすることによって、揺動かしめ装置１００をコンパクトにすることが出来る。
こうして、揺動かしめ装置１００の主軸１０５は、軸部１０９を小径の円筒形状にして、その軸端に大径のパンチホルダー１０８を設けた構成としている。

しかし、上記の形状とすることによって、主軸１０５には、パンチホルダー１０８と軸部１０９とのつながる部分に「つなぎ部」Ｋが形成される。この主軸１０５を組み込んだ揺動かしめ装置１００を量産設備として使用して大量のハブユニットを製造すると、「つなぎ部」Ｋが比較的早期に破損するという問題があった。

本発明の目的は、ハブシャフトの軸端をかしめる工程で使用されるハブユニット製造装置において、軸部を小径にした主軸の軸端に拡径したパンチホルダーを形成したときに、主軸の早期破損を回避して、ハブユニット製造装置の耐久性を向上させることである。

本発明のハブユニット製造装置は、ハブユニットのハブシャフトに内輪部材を装着した後、前記ハブシャフトの軸端部にパンチを当接させて、前記軸端部を塑性変形させながら押し広げて、前記内輪部材を前記ハブシャフトに拘束するハブユニット製造装置であって、前記パンチを装着する主軸が、円筒形状の軸部と、前記軸部と一体に形成されて前記軸部より大径のパンチホルダーとを有しており、前記軸部の外周面と、前記パンチホルダーの外周面とがつながる連続部の軸方向断面の形状が、前記軸部の外周面とつながる第１の円弧と、前記パンチホルダーの外周面とつながる第２の円弧と、で形成されていて、前記第１の円弧と前記第２の円弧とが互いに接しており、前記第２の円弧の曲率半径は、前記第１の円弧の曲率半径より小さい。

本発明によると、ハブシャフトの軸端をかしめる工程で使用されるハブユニット製造装置において、軸部を小径にした主軸の軸端に、拡径したパンチホルダーを形成したときに、主軸の早期破損を回避して、ハブユニット製造装置の耐久性を向上させることができる。

本発明の第１実施形態における主軸の要部拡大図である。本発明のハブユニット製造装置を用いてかしめ加工をするときの、ハブユニットと揺動かしめ装置の配置を説明する図である。本発明の第１実施形態における連続部に生じる応力分布を説明する図である。かしめ加工時の荷重の発生状況を説明する図である。比較例１における連続部に生じる応力分布を説明する図である。比較例２における連続部に生じる応力分布を説明する図である。本発明の第２実施形態における連続部に生じる応力分布を説明する図である。従来のハブユニット製造装置を説明する断面図である。

図２を用いて、本発明にかかるハブユニット製造装置の一実施形態である揺動かしめ装置３４の構造と、その揺動かしめ装置３４を用いたかしめ加工方法を説明する。図２は、図の上下方向が鉛直方向である。ハブユニット１０の鉛直方向上方に揺動かしめ装置３４を配置して、ハブシャフトの軸端にかしめ加工をする状態を示している。
なお、かしめ加工状態を理解しやすくするために、図２では、揺動かしめ装置３４のヘッド部３５のみを表示している。また、実際に加工するときは、ヘッド部３５の下方端部とハブユニット１０の上方端部とが接触している。しかし、図が煩雑になるので、ヘッド部３５とハブユニット１０とが、上下に離れて表示されている。

まず、ハブユニット１０について説明する。
ハブユニット１０は、車両に取り付けたときに図２の下側が車両の外側になるので、以下の説明において、下側をアウター側、上側をインナー側として説明する。また、以下のハブユニット１０に関する説明において、「軸方向」とは、ハブユニット１０の軸線３７の方向をいい、これに直交する方向を「径方向」という。

ハブユニット１０は、外輪１１と、内軸１２と、玉１３，１３と、保持器１４，１４とを有している。

外輪１１は、Ｓ５５Ｃ等の炭素鋼で製作されている。外輪１１の外周にフランジ部１５が一体に形成されている。外輪１１の内周には、２列の外側軌道面１６ａ，１６ｂが形成されている。外側軌道面１６ａ，１６ｂの軸方向の断面は、円弧形状である。

内軸１２は、ハブシャフト１７と、そのインナー側の軸端に圧入された内輪部材１８とで構成されている。
ハブシャフト１７は、Ｓ５５Ｃ等の炭素鋼で製作されている。ハブシャフト１７には、シャフト部１９とフランジ部２０とが一体として形成されている。

シャフト部１９の外周には、アンギュラ型の内側軌道面２１ｂが全周に形成されている。内側軌道面２１ｂは、軸方向の断面が円弧形状である。
内側軌道面２１ｂのインナー側に、円筒面２２が設けられている。円筒面２２は、内側軌道面２１ｂと同軸の円筒形状であって、その外径寸法は内側軌道面２１ｂの最小径とほぼ等しい。内側軌道面２１ｂのアウター側に、肩２８が形成されている。肩２８は、内側軌道面２１ｂと同軸に形成された円筒形状である。

シャフト部１９のインナー側軸端部の外周には、内輪篏合面２３が形成されている。内輪篏合面２３は、円筒面２２と同軸の円筒形状で、外径寸法は円筒面２２より小径である。円筒面２２と内輪篏合面２３とは、径方向の平面である側面２４でつながっている。内輪篏合面２３の軸方向長さは、内輪部材１８の軸方向長さより長い。このため、内輪篏合面２３に内輪部材１８を嵌め合わせたときには、内輪篏合面２３の一部が、内輪部材１８の端面より突出する。

内輪篏合面２３のインナー側には、径方向の平面である端面２５が形成されている。端面２５には、内輪篏合面２３と同軸の穴２６が設けられている。穴２６の、端面２５からの深さは、内輪部材１８が内輪篏合面２３に嵌め合わされたときに、内輪部材１８のインナー側端面より深い。こうして、シャフト部１９のインナー側軸端には、内輪部材より軸方向に突出する円筒部４３が形成されている。円筒部４３は、かしめ加工後は塑性変形してかしめ部２７になる。図２では、かしめ加工前における円筒部４３の形状を二点鎖線で示している。

フランジ部２０は、円盤状で、シャフト部１９のアウター側に連続して形成されている。フランジ部２０には、ホイール（図示省略）を取付けるために、軸方向に貫通するボルト２９が複数個設けられている。フランジ部２０のアウター側側面には、円筒形状のホイール用インロー３０が同軸に設けられている。

内輪部材１８は、軸受鋼で製作されている。内輪部材１８の外周には、内側軌道面２１ａが形成されていて、その軸方向の両側に、肩３１ａと肩３１ｂが形成されている。内側軌道面２１ａの軸方向の断面は、円弧形状である。肩３１ａ，３１ｂは、それぞれ内側軌道面２１ａと同軸の円筒面で、軸方向インナー側の肩３１ａの直径寸法は、アウター側の肩３１ｂの直径寸法より大きい。内輪部材１８の内周は、内側軌道面２１ａと同軸の円筒面である。内輪部材１８の軸方向両端には、それぞれ小端面３２と大端面３３が形成されている。小端面３２と大端面３３は径方向の平面で、互いに平行である。

内輪部材１８は、小端面３２をアウター側に向けて内輪篏合面２３に嵌め合わされていて、小端面３２が側面２４と接触するまで圧入されている。内輪部材１８を内輪篏合面２３に嵌め合わせるときに、互いに径方向に対向する外側軌道面１６ａと内側軌道面２１ａとの間、および、外側軌道面１６ｂと内側軌道面２１ｂとの間に、それぞれ複数個の玉１３が組み込まれる。玉１３は、保持器１４によって、各軌道面に沿って所定の間隔で保持されている。こうしてハブシャフト１７と外輪１１とが、同軸に組み立てられる。

その後、後述する揺動かしめ装置３４によって、円筒部４３を径方向外方に塑性変形させて、かしめ部２７を形成する。かしめ部２７によって、内輪部材１８の抜け止めがされて、ハブユニット１０が組み立てられている。

次に、同じく図２によって、揺動かしめ装置３４のヘッド部３５の構造を説明する。ヘッド部３５は、その軸線（以下「ヘッド軸線」という）３６がハブユニットの軸線（以下「ハブ軸線」という）３７と同軸に配置されている。
図示を省略したが、ヘッド部３５は、転がり軸受で回転自在に支持されていて、軸線３６の周りに回転することが出来る。軸線３６周りの回転力は、図示しない電動モータ等によって付与されている。ヘッド部３５は、鉛直方向に移動できるように、図示しない直動軸受などで支持されている。そして、鉛直方向の移動は、図示しないボールねじや油圧シリンダ等によって行われる。

ヘッド部３５には、主軸３８が組み込まれている。
主軸３８は、ヘッド軸線３６に対して所定角度θだけ傾斜した軸線４２（以下「主軸軸線４２」という）の周りに、回転自在に支持されている。主軸軸線４２は、主軸３８の軸端部のかしめ形成部５２とほぼ同じ位置で、ヘッド軸線３６と交わっている。

主軸３８の構造を詳細に説明する。
主軸３８は、炭素鋼で製作されていて、軸部３９と、パンチホルダー４０とが一体として形成されている。なお、以下の、主軸３８およびパンチ４１に関する説明においては、「軸方向」とは主軸軸線４２の方向をいい、「径方向」とは主軸軸線４２に直交する方向をいう。

軸部３９は、円筒形状である。その外周面４４は、主軸軸線４２と同軸の円筒面で、研削加工が施されている。外周面４４と、ヘッド部３５のハウジング内周面４６との間には、複列の針状ころ軸受が組み込まれている。パンチホルダーに近い側に針状ころ軸受４５ｂが組み込まれていて、軸方向に離れて針状ころ軸受４５ａが組み込まれている。針状ころ軸受４５ａ，４５ｂは、それぞれ、ころと保持器が組み合わされたケージ＆ローラタイプの軸受である。外周面４４とハウジング内周面４６とは、それぞれ針状ころ軸受４５ａ，４５ｂの転走面である。
主軸３８の鉛直方向上側の軸端には、スラスト台座４７が組み込まれている。スラスト台座４７とハウジング４８との間には、スラスト玉軸受５３が組み込まれている。
こうして、主軸３８は、ハウジング４８に対して、回転自在に支持されるとともに軸方向に動くことがないように支持されている。

パンチホルダー４０は、円筒形状である。その外周面は、円筒面５４と、側面４９と、パンチ装着面５０とで形成されている。円筒面５４は、主軸軸線４２と同軸の円筒形状であって、その直径寸法は軸部３９の直径寸法より大きい。
側面４９は、主軸軸線４２と直交する平面で形成されていて、円筒面５４の軸部３９側の軸方向の一端と、軸部３９の外周面４４とをつないでいる。パンチ装着面５０は、パンチ４１を取り付ける面である。パンチ装着面５０は、主軸軸線４２と直交する平面で形成されていて、円筒面５４の軸方向の他端とつながっている。

パンチ４１は、略円筒形状で、主軸軸線４２と同軸に設置したボルト（図示を省略）によって、パンチ装着面５０に固定されている。
パンチ４１は、高速度工具鋼等の材料で製作されている。パンチ４１の外周には、主軸軸線４２と同軸の円筒面６６が形成されている。パンチ４１の軸方向の一方の側には、主軸軸線４２と直交する平面５５が形成されている。パンチ４１の軸方向の他方の側には、主軸軸線４２と同軸に軸方向に突出した凸部５８が形成されている。凸部５８は、主軸軸線４２と直交する平面で形成された端面５９と、端面５９の外周縁から軸方向に向かうに従って拡径するテーパ面６０とで形成されている。凸部５８の径方向の外方に、円環状のかしめ形成部５２が同軸に形成されている。かしめ形成部５２は、軸方向断面が軸方向に凹となった略円弧形状であって、その円弧の内周側がテーパ面６０とつながっている。

次に、図１によって、主軸３８について、軸部３９の外周面４４とパンチホルダー４０の側面４９とがつながる部分の形状を詳細に説明する。図１は、主軸３８の軸方向断面の要部拡大図である。

外周面４４と、側面４９とがつながる部分では、軸方向断面の形状は、外周面４４とつながる第１の円弧５６と、側面４９とつながる第２の円弧５７とで形成されている。以下の説明において、外周面４４と側面４９とをつなぐ領域を「連続部」という。第１実施形態では、第１の円弧５６と第２の円弧５７とで形成された領域を、連続部Ｘ１とする。

第１の円弧５６は、径方向内方に凸となる形状である。その曲率中心Ｃ１は、外周面４４より径方向外方で、かつ、側面４９より外周面４４の側にある。第１の円弧５６は、外周面４４と交差し、または接していて、その延長線上で側面４９と交差している。すなわち、第１の円弧５６の曲率半径をＲ１とすると、第１の円弧５６の曲率中心Ｃ１の位置は、外周面４４からの径方向寸法Ｌ１１がＲ１より小さく、または同等（Ｌ１１≦Ｒ１）で、側面４９からの軸方向寸法Ｌ１２がＲ１より小さい（Ｌ１２＜Ｒ１）。第１の円弧５６と外周面４４とが交わる点を、点Ｐ１とする。

第２の円弧５７は、径方向内方に凸となる形状である。その曲率中心Ｃ２は、第１の円弧５６より径方向外方で、かつ、側面４９より外周面４４の側にある。第２の円弧５７の曲率半径Ｒ２は、第１の円弧５６の曲率半径Ｒ１より小さい。第２の円弧５７は、側面４９と交差し、または接していて、第１の円弧５６と第２の円弧５７は、互いに接している。第２の円弧５７と側面４９とが交わる点を、点Ｔとし、第１の円弧５６と第２の円弧５７とが交わる点を、点Ｑとする。第２の円弧５７の曲率中心Ｃ２の位置は、第１の円弧５６の曲率中心Ｃ１と点Ｑを結ぶ直線上にあって、側面４９からの軸方向寸法Ｌ２２がＲ２より小さく、または同等（Ｌ２２≦Ｒ２）である。

点Ｐ１の軸方向の位置は、針状ころ軸受４５ｂと重ならない。仮に、点Ｐ１の軸方向の位置が針状ころ軸受４５ｂと重なるように設定した場合には、点Ｐ１より点Ｑの側では直径寸法が徐々に拡大するので、針状ころ軸受４５ｂの内軸側の転走面が、円筒形状にならない。このため、この仮の事例においては、ころがスキューしたり、ころと転走面との間に局所的に強い当たりを生じたりして、転走面が損傷するという不具合を生じる。
このため、第１実施形態では、点Ｐ１と側面４９との軸方向の寸法Ｌ３２は、針状ころ軸受４５ｂの転走面と側面４９との軸方向の寸法Ｌ４２より小さい。第１の円弧５６の曲率半径Ｒ１と曲率中心Ｃ１とを適宜選択することによって、点Ｐ１の軸方向位置が、針状ころ軸受４５ｂの転走面と重ならないように設定することが出来る。

図４によって、揺動かしめ装置３４を用いて、ハブシャフト１７の円筒部４３をかしめる加工方法について説明する。適宜、図２を参照する。
ヘッド部３５は、ハブシャフト１７より鉛直方向上側に配置される（図２参照）。ヘッド軸線３６と、ハブ軸線３７とが同軸となるように配置されている。かしめ加工をするときは、ヘッド部３５を降下させて、パンチ４１を円筒部４３に押し付ける。
このとき、ヘッド部３５はヘッド軸線３６の周りに回転しているので、主軸３８は、ヘッド軸線３６の周りを旋回している。

主軸３８は、ヘッド軸線３６に対して所定角度θだけ傾いている。このため、円筒部４３とパンチ４１とは、円筒部４３の円周上の一点で接触する。この状態でヘッド部３５を降下させると、この接触する点において、円筒部４３が、かしめ形成部５２の円弧面に沿って径方向外方に押し広げられる。

主軸３８の旋回に伴って、円筒部４３とパンチ４１とが接触する点は、円筒部４３の周に沿って位置が変化する。この結果、円筒部４３が全周にわたって順次径方向外方に押し広げられる。主軸３８を、ヘッド軸線３６の周りに旋回させながら鉛直方向下方に変位させることによって、円筒部４３が径方向外方に塑性変形して、かしめ部２７が形成される。かしめ部２７の形状を、図４に破線で示した。
かしめ部２７は、内輪部材１８の大端面３３に押し付けられているので、内輪部材１８がハブシャフト１７から抜け出ることが防止されている。

図４によって、かしめ加工をするときに、主軸３８に作用する荷重について説明する。図４では、主軸３８の鉛直方向上端が図の右側に傾斜しているので、パンチ４１のかしめ形成部５２と円筒部４３とが、ハブ軸線３７より図の右側において、互いに接近する様子を示している。

かしめ形成部５２と円筒部４３とが接触する点に、図４に示すような荷重Ｆが作用する。荷重Ｆは、概ね鉛直方向上向きの荷重であって、パンチ４１に対して、主軸軸線４２から径方向に離れた点に作用している。このため、パンチ４１を支持するパンチホルダー４０に対して、反時計回りの向きの曲げモーメントＭが作用する。
曲げモーメントＭが作用すると、主軸３８の各部が弾性変形して、軸部３９とパンチホルダー４０の外周面に応力が発生する。
図４において、パンチ４１と円筒部４３とが接触する点に近いＡの位置にある連続部Ｘ１には圧縮応力が発生し，この接触する点から最も離れたＢの位置にある連続部Ｘ１には引張応力が発生する。

主軸３８がヘッド軸線の周りに１８０°旋回したときは、主軸軸線４２は、ヘッド軸線３６に対して対称の位置に変位する。すなわち、主軸３８は、ヘッド軸線３６に対して左側に角度θだけ傾いた主軸軸線４２ａの周りで回転する。この場合には、パンチ４１と円筒部４３とは、図４においてハブ軸線３７より左側で接触する（図示を省略した）。このときには、Ａの位置にある連続部Ｘ１には引張応力が発生し，Ｂの位置にある連続部Ｘ１には圧縮応力が発生する。
こうして、主軸３８の旋回に伴って、連続部Ｘ１には、圧縮応力と引張応力が繰り返し作用している。この結果、連続部Ｘ１において主軸が疲労破損する。

図３を用いて、かしめ加工をするときに、連続部Ｘ１に発生する応力について説明する。図３は、主軸３８の軸方向断面図で、連続部Ｘ１近傍の要部拡大図である。あわせて、主軸３８の表面に発生する応力分布を示している。主軸３８の外周の各点から法線方向に伸びる線の長さは、その各点における応力の大きさを表している。応力分布は、有限要素法（ＦＥＭ）によって計算した結果を示している。
材料の疲労強度においては、引張応力の影響が大きいので、図４ではＢの位置における連続部Ｘ１に発生する応力を示している。

応力値を計算するにあたり、第１の円弧５６の曲率半径Ｒ１を５０ｍｍ、第２の円弧５７の曲率半径Ｒ２を５ｍｍとして計算した。このとき、点Ｐ１と側面４９との軸方向寸法Ｌ３２は、２０ｍｍ程度である。なお、応力の計算にあたって使用した各部の寸法は下記のとおりである。軸部３９の直径寸法：５０ｍｍ、パンチホルダー４０の外径寸法：８０ｍｍ、パンチホルダー４０の軸方向厚さ：２０ｍｍ、円筒部４３の外径寸法：６０ｍｍ、円筒部４３の内径寸法：４７ｍｍ。また、主軸３８と円筒部４３のヤング率は、２０８ＧＰａである。

第１実施形態では、連続部Ｘ１に発生する引張応力のレベルは軸方向にほぼ均一であって、特定の部位に応力が集中することがない。したがって、連続部Ｘ１に発生する応力の最大値を、材料の疲労強度と対比して問題のないレベルに低減することが出来る。
以下に、連続部Ｘ１を構成する第１の円弧５６と第２の円弧５７とのそれぞれに発生する応力について、詳細に説明する。

第１の円弧５６の部分に発生する応力について説明する。
第１実施形態の主軸３８には、軸端のパンチホルダー４０に曲げモーメントＭが作用する。この曲げモーメントＭは、針状ころ軸受４５ａ，４５ｂで支持されている。この支持形態では、連続部Ｘ１に作用する軸部３９の曲げモーメントは、側面４９に近づくに従って大きくなる。
第１実施形態では、第１の円弧５６を設けたので、軸部３９の直径寸法は側面４９に近づくに従って拡大し、軸部３９の断面係数が側面４９に近づくに従って大きくなる。このため、第１の円弧５６の部分では、側面４９に近づくに従って、曲げモーメントが上昇するのにあわせて軸部３９の断面係数を大きくできるので、第１の円弧５６に発生する応力の上昇を抑制することが出来る。

一方、第１の円弧５６を設けることによって、軸部３９の表面形状が軸方向に変化している。このため、軸部３９の形状係数が増加する。形状係数とは、応力集中による最大応力を公称応力で除した値である。その値が大きいほど応力集中の度合いが大きい。
しかし、第１実施形態では、第１の円弧５６の曲率半径Ｒ１を大きくして表面形状の変化を緩やかにしているので、形状係数の増加を抑制できる。この結果、第１の円弧５６に発生する応力集中を小さくすることが出来る。
第１の円弧５６の表面形状の変化を緩やかにして形状係数の上昇を抑制するためには、第１の円弧５６の曲率半径Ｒ１は、軸部３９の直径寸法の５０％から２００％の値とするのが最適である。

次に、第２の円弧５７の部分に発生する応力について説明する。
第１実施形態では、第２の円弧５７の曲率半径Ｒ２は、第１の円弧５６の曲率半径Ｒ１より小さい。このため、第２の円弧５７には応力が集中し、比較的大きい応力が発生する（図３に示す応力領域Ｇ）。この第２の円弧５７に高い応力が生じることによって、第１の円弧５６に生じる応力が分散する。この結果、第１の円弧５６に発生している応力が全体的に低下する。

一方、第１の円弧５６の応力が分散することによって、第２の円弧５７では応力が上昇する。しかし、軸部３９の外径寸法は、側面４９に近づくに従って大きくなっている。このため、側面４９とつながる第２の円弧５７の部分では、軸部３９の直径寸法が大きいために、曲げモーメントＭによって生じる応力は小さい。そのため、第２の円弧５７では、応力の上昇があったとしても、その応力は材料強度に対して特に問題になる大きさではない。

第２の円弧５７に高い応力が発生することは、第１の円弧５６に発生する応力を分散させることにより、連続部Ｘ１に発生する応力の最大値を低減させることに意義がある。このため、第２の円弧５７の曲率半径Ｒ２は、第１の円弧５６の曲率半径より小さくする必要があり、好ましくは第１の円弧５６の曲率半径Ｒ１の５％から５０％の値とするのが最適である。

第１の円弧５６と第２の円弧５７とは互いに接している。点Ｑにおいて、第１の円弧５６の接線の勾配と、第２の円弧５７の接線の勾配とは互いに等しい。したがって、点Ｑにおいて連続部Ｘ１の形状は、第１の円弧５６から第２の円弧５７にかけて滑らかに変化している。このため、点Ｑにおいて、連続部Ｘ１の形状係数の増加を抑制できるので、応力の上昇を抑えることが出来る。

以上説明したように、第１実施形態では、第２の円弧５７に発生する応力を高くすることによって、第１の円弧５６の部分に生じる応力を分散させることが出来る。この結果、第１の円弧５６に生じる応力を低減することができる。こうして、連続部Ｘ１に発生する応力の最大値を、材料の疲労強度と対比して問題のないレベルに低減することが出来るので、主軸３８の早期破損を回避することが出来る。

図５と図６に、本発明の効果を説明するために、他の形状の「連続部」を使用したと仮定したときの、その「連続部」に発生する応力分布を示す。図５には、比較例１における「連続部」（以下、連続部Ｚ１とする）の応力分布を示す。図６には、比較例２における「連続部」（以下、連続部Ｚ２とする）の応力分布を示す。図５と図６は、それぞれ連続部Ｚ１と連続部Ｚ２の軸方向断面図である。
なお、比較例１、比較例２における軸部３９およびパンチホルダー４０の形状は、それぞれ連続部Ｚ１、連続部Ｚ２を除いて、第１実施形態の軸部３９およびパンチホルダー４０の形状と同一である。このため、以下の説明では、連続部Ｚ１と連続部Ｚ２についてのみ新たな番号を付与し、軸部３９とパンチホルダー４０に関しては、第１実施形態と同一の番号を付与した。

図５に示す比較例１では、連続部Ｚ１は単一の曲率半径Ｒ３の円弧６１で形成されている。円弧６１は、外周面４４と側面４９とをつないでいる。円弧６１の曲率半径Ｒ３は２０ｍｍで、軸部３９の直径寸法に対して４０％の大きさである。
連続部Ｚ１に発生する応力を、第１実施形態の連続部Ｘ１に発生する応力と比較するため、それぞれの「連続部」を形成する領域の大きさを同等にした。具体的には、点Ｐ２と側面４９との軸方向の寸法Ｌ５２を、第１実施形態の点Ｐ１と側面４９との軸方向の寸法Ｌ３２と、同一とした。なお、点Ｐ２は、円弧６１と外周面４４とが交わる点である。

比較例１では、点Ｐ２から側面４９に向けて、軸方向にＬ５２の１／３程度寄ったところで応力が高くなっていて（図５に示す応力領域Ｇ１）、連続部Ｚ１に発生する応力の最大値が材料の疲労強度を超える恐れがある。これは、比較例１では、円弧６１の曲率半径Ｒ３（２０ｍｍ）が第１実施形態の第１の円弧５６の曲率半径Ｒ１（５０ｍｍ）に比べて小さいので、軸方向の形状の変化が大きく、軸部３９の形状係数が大きくなっているためと考えられる。

この比較例１と対比して、第１実施形態では連続部Ｘ１に発生する応力分布は軸方向にほぼ均一であって、特定の部位に応力が集中することがない。このため、第１実施形態では、連続部Ｘ１に発生する応力の最大値を、材料の疲労強度と対比して問題のないレベルに低減することが出来るので、主軸３８の早期破損を回避することが出来る。

図６に示す比較例２では、連続部Ｚ２は単一の円弧６２で形成されている。円弧６２の曲率半径Ｒ４は、第１実施形態における第１の円弧５６の曲率半径Ｒ１と同じ大きさ（５０ｍｍ）である。円弧６２と外周面４４とが交わる点を、点Ｐ３とし、円弧６２と側面４９とが交わる点を、点Ｔ３とする。
連続部Ｚ２に発生する応力を、第１実施形態の連続部Ｘ１に発生する応力と比較するため、それぞれの「連続部」を形成する領域の大きさを同等にした。具体的には、点Ｐ３と側面４９との軸方向の寸法Ｌ６２を、第１実施形態の点Ｐ１と側面４９との軸方向の寸法Ｌ３２と、同一とした。

比較例２では、円弧６２に発生する応力分布は軸方向にほぼ均一である。比較例２では、第１実施形態の場合と同様に、外周面４４とつながる円弧６２の曲率半径Ｒ４を大きくして表面形状の変化を緩やかにしている。このため、形状係数の増加を抑制できるので、第１の円弧５６に発生する応力集中が小さくなったと考えられる。
しかし、円弧６２と側面４９とをつなぐ部分の曲率が極めて大きいため、点Ｔ３の近傍には大きな応力が生じている（図６に示す応力領域Ｇ２）。このため、連続部Ｚ２に発生する応力の最大値が材料の疲労強度をこえるため、主軸３８の早期破損を回避できない。

この比較例２と対比して、第１実施形態では第２の円弧５７には大きな応力集中が生じていない。この結果、連続部Ｘ１に発生する応力は、軸方向にほぼ均一であって、連続部Ｘ１に発生する応力の最大値を、材料の疲労強度と対比して問題のないレベルに低減することが出来る。なお、第１実施形態では、第２の円弧５７の曲率半径を第１の円弧５６の５％以上としている。

図７は、本発明の第２実施形態の連続部Ｘ２の応力分布を示す。図７は、第２実施形態における連続部Ｘ２の軸方向断面図である。
第２実施形態の連続部Ｘ２は、第１実施形態の連続部Ｘ１と比べて、第２の円弧の曲率半径の大きさのみが異なる。第２実施形態における第２の円弧６４の曲率半径Ｒ６は、２０ｍｍである。第２実施形態における第１の円弧６３の曲率半径Ｒ５は、５０ｍｍであり、曲率半径Ｒ６の大きさは曲率半径Ｒ５の大きさの４０％である。

第２実施形態においては、第２の円弧６４の部分に高い応力が生じている。この結果、第１の円弧６３の部分に生じる応力が分散して、連続部Ｘ２に発生する応力の最大値を、材料の疲労強度と対比して問題のないレベルに低減することが出来る。

しかし、第１の円弧６３の部分に生じる応力は、第１実施形態の場合に比べてわずかに上昇している。これは、第２の円弧６４の曲率半径が、第１実施形態における第２の円弧５７の曲率半径に比べて大きいために、第２の円弧６４の部分に生じる応力が小さいので、第１の円弧６３に生じる応力を分散させる効果が減少したためと考えられる。
したがって、第１の円弧６３の応力を分散させるために、第２の円弧６４の曲率半径Ｒ６を、第１の円弧５６の曲率半径Ｒ１の４０％以下とすることが適当である。

以上説明したように、本発明を使用したハブユニット製造装置では、第２の円弧に高い応力を発生させることによって第１の円弧に発生する応力を分散させることが出来る。この結果、「連続部」に発生する応力の最大値を、材料の疲労強度と対比して問題のないレベルに低減することが出来て、主軸の早期破損を回避することが出来る。
したがって、本発明を使用することによって、ハブシャフトの軸端をかしめる工程で使用されるハブユニット製造装置において、軸部を小径にした主軸の軸端に、拡径したパンチホルダーを形成したときに、主軸の早期破損を回避して、ハブユニット製造装置の耐久性を向上させることができる。

１０：ハブユニット、１１：外輪、１２：内軸、１３：玉、１４：保持器、１５：フランジ部、１６ａ，１６ｂ：外側軌道面、１７：ハブシャフト、１８：内輪部材、１９：シャフト部、２０：フランジ部、２１ａ，２１ｂ：内側軌道面、２２：円筒面、２３：内輪篏合面、２４：側面、２５：端面、２７：かしめ部、３２：小端面、３４：揺動かしめ装置、３５：ヘッド部、３６：ヘッド軸線、３７：ハブ軸線、３８：主軸、３９：軸部、４０：パンチホルダー、４１：パンチ、４２：主軸軸線、４３：円筒部、４４：外周面、４５ａ，４５ｂ：針状ころ軸受、４６：ハウジング内周面、４７：スラスト台座、４８：ハウジング、４９：側面、５０：パンチ装着面、５２：かしめ形成部、５３：スラスト玉軸受、５８：凸部、５６，６３：第１の円弧、５７，64：第２の円弧、６１，６２：円弧

Claims

ハブユニットのハブシャフトに内輪部材を装着した後、前記ハブシャフトの軸端部にパンチを当接させて、前記軸端部を塑性変形させながら押し広げて、前記内輪部材を前記ハブシャフトに拘束するハブユニット製造装置であって、
前記パンチを装着する主軸が、
円筒形状の軸部と、
前記軸部と一体に形成されて前記軸部より大径のパンチホルダーとを有しており、
前記軸部の外周面と、前記パンチホルダーの外周面とがつながる連続部の軸方向断面の形状が、前記軸部の外周面とつながる第１の円弧と、前記パンチホルダーの外周面とつながる第２の円弧と、で形成されていて、
前記第１の円弧と前記第２の円弧とが互いに接しており、
前記第２の円弧の曲率半径は、前記第１の円弧の曲率半径より小さい、
ハブユニット製造装置。
前記第１の円弧の曲率半径は、前記軸部の直径の５０％以上であり、かつ、２００％以下である、請求項１に記載するハブユニット製造装置。
前記第２の円弧の曲率半径は、前記第１の円弧の曲率半径の５％以上であり、かつ、４０％以下である、請求項２に記載するハブユニット製造装置。