JP4306645B2

JP4306645B2 - 車輪支持用ハブユニットの製造方法

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Publication number: JP4306645B2
Application number: JP2005172798A
Authority: JP
Inventors: 弘幸沢井; 孝史桑野; 典文平野
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2005-06-13
Filing date: 2005-06-13
Publication date: 2009-08-05
Anticipated expiration: 2017-03-31
Also published as: JP2005331109A

Description

この発明は、自動車の車輪を懸架装置に対して回転自在に支持する為に利用する車輪支持用ハブユニットの製造方法の改良に関する。

自動車の車輪は、車輪支持用ハブユニットにより懸架装置に支持する。図８は、特許文献１に記載されている車輪支持用ハブユニットの１例を示している。この車輪支持用ハブユニット１は、軸部材２と、１対の内輪３ａ、３ｂと、外輪４と、複数個の転動体５、５とを備える。このうちの軸部材２の外周面の外端部（外とは、自動車への組み付け状態で幅方向外寄りとなる側を言い、図８の左側となる。反対に幅方向中央寄りとなる側を内と言い、図８の右側となる。）には、車輪を支持する為のフランジ（第一のフランジ）６を形成している。又、このフランジ６の基端部で上記軸部材２の中央寄り部分には、段部７を形成している。

上記１対の内輪３ａ、３ｂは、上記軸部材２の中間部から内端部に亙って外嵌し、このうち外側の内輪３ａの外端面を上記段部７の段差面に、内側の内輪３ｂの外端面を上記外側の内輪３ａの内端面に、それぞれ突き当てている。上記軸部材２の内端部には円筒部８を形成し、この円筒部８の先半部で上記内側の内輪３ｂの内端面よりも内方に突出した部分を直径方向外方に折り曲げる事により、かしめ部９を形成している。そして、このかしめ部９と上記段部７の段差面との間で、上記１対の内輪３ａ、３ｂを挟持している。

又、上記外輪４の内周面に設けた１対の（第一、第二の）外輪軌道１０、１０と、上記各内輪３ａ、３ｂの外周面に設けた（第一、第二の）内輪軌道１１、１１との間には上記転動体５、５を、それぞれ複数個ずつ設けている。尚、図示の例では、転動体５、５として玉を使用しているが、重量の嵩む自動車用の車輪支持用ハブユニットの場合には、これら転動体としてテーパころを使用する場合もある。又、フランジ６寄りの（第一の）内輪軌道は、上記軸部材２の外周面に直接形成して、外側の内輪３ａを省略する場合もある。この場合に上記段部７は、図８に示した外側の内輪３ａの内方に相当する位置に形成する。

上述の様な車輪支持用ハブユニット１を自動車に組み付けるには、上記外輪４の外周面に形成した外向フランジ状の取付部（第二のフランジ）１２により、この外輪４を懸架装置に固定し、上記フランジ６に車輪を固定する。この結果、この車輪を懸架装置に対し回転自在に支持する事ができる。

米国特許第５４９０７３２号明細書

本発明は、自動車の車輪を懸架装置に対して回転自在に支持する為の車輪支持用ハブユニットの製造方法の改良に関する。

本発明の車輪支持用ハブユニットの製造方法は、前述した従来の車輪支持用ハブユニットと同様に、一端部外周面に第一のフランジを形成した軸部材と、この軸部材の中間部外周面に、直接又はこの軸部材とは別体の内輪を介して形成した第一の内輪軌道と、上記軸部材の他端部に形成された、この第一の内輪軌道を形成した部分よりも外径寸法が小さくなった段部と、外周面に第二の内輪軌道を形成して上記段部に外嵌された内輪と、内周面に上記第一の内輪軌道に対向する第一の外輪軌道及び上記第二の内輪軌道に対向する第二の外輪軌道を、外周面に第二のフランジを、それぞれ形成した外輪と、上記第一、第二の内輪軌道と上記第一、第二の外輪軌道との間に、それぞれ複数個ずつ設けられた転動体とを備え、上記軸部材の他端部で少なくとも上記段部に外嵌した内輪よりも突出した部分に形成した円筒部を直径方向外方にかしめ広げる事で形成したかしめ部により、上記段部に外嵌した内輪をこの段部の端面に向け抑え付けて、この段部に外嵌した内輪を上記軸部材に結合固定している車輪支持用ハブユニットの製造方法である。

特に、本発明の車輪支持用ハブユニットの製造方法に於いては、全体を環状に形成した凹部を有する押型のこの凹部の内面を上記円筒部に押し付け、この円筒部を直径方向外方にかしめ広げ、最終段階で上記凹部の内面により上記かしめ部の外周面となる部分に直径方向内方に向いた圧縮力を付与する事により、かしめ部を形成する。

上述の様に構成される本発明の車輪支持用ハブユニットの製造方法により得られる車輪支持用ハブユニットにより、懸架装置に対して車輪を回転自在に支持する作用自体は、従来の車輪支持用ハブユニットと同様である。

図１〜７は、本発明の実施例を示している。尚、本実施例の製造方法により得られる車輪支持用ハブユニットの特徴は、軸部材２に対して内輪３を固定する部分の構造にある。又、本実施例の場合は図８に示した従来構造の場合と異なり、内輪３を１個として、１対の内輪軌道１１、１１のうち外側の内輪軌道１１は、軸部材２の外周面に直接形成している。従って、段部７は上記軸部材２の内端部に形成している。車輪支持用ハブユニットに関するその他の部分の構造及び作用に就いては、前述の図８に示した従来構造と同様であるから、重複する説明を省略若しくは簡略にし、以下、本実施例の製造方法及びこれにより得られる車輪支持用ハブユニットの特徴部分を中心に説明する。

上記軸部材２の内端部に形成した、上記内輪３を固定する為のかしめ部９ａを構成する為の円筒部８ａの肉厚は、図６に示した、この円筒部８ａを直径方向外方にかしめ広げる以前の状態で、先端縁に向かう程小さくなっている。この為に図示の例の場合には、上記軸部材２の内端面に、奥部に向かう程次第に内径が小さくなるテーパ孔１３を形成している。

上記軸部材２の内端部に上記内輪３を固定すべく、上述の様な円筒部８ａの先端部をかしめ広げるには、上記軸部材２が軸方向にずれ動かない様に固定すると共に、図７に示す様に、抑え片１４により上記内輪３の外周面を抑え付け、この内輪３を外嵌した上記軸部材２が直径方向にぶれるのを防止した状態で、同図に示す様に、押型１５を上記円筒部８ａの先端部に強く押し付ける。この押型１５の先端面（図７の下端面）中央部には、上記円筒部８ａの内側に押し込み自在な円錐台状の凸部１６を形成し、この凸部１６の周囲に断面円弧状の凹部１７を、この凸部１６の全周を囲む状態で形成している。

尚、上記円筒部８ａの形状及び大きさ、並びに上記凹部１７の断面形状、並びに外径及び深さは、上記円筒部８ａを塑性変形させて上記かしめ部９ａを形成する際に、この円筒部８ａを構成する金属（鋼）に圧縮方向の力を付与しつつ、次述する様な所定の形状及び大きさを有する上記かしめ部９ａを形成する様に規制する。尚、上記かしめ部９ａにより上記軸部材２の内端（図１の右端、図２、４、５、６、７の上端）部に固定する為の内輪３の内端開口部周囲には、この内輪３の中心軸に対して直行する平坦面である内端面１８を設けている。そして、この内端面１８の内周縁と、円筒面である上記内輪３の内周面１９とを、断面円弧状の曲面である面取り部２０により連続させている。

内端部の形状を上述の様にした上記内輪３を、上記軸部材２の段部７に抑え付ける為の上記かしめ部９ａは、上記円筒部８ａを直径方向外方にかしめ広げる事により構成するものであり、その肉厚は、上記円筒部８ａの基端部の肉厚ａ₀ （図２）に対し、先端に向かうに従って漸減する。即ち、図４に示す様に、上記かしめ部９ａの基端部の肉厚をａ₀ とし、先端部に向かうに従ってこのかしめ部９ａの肉厚がａ₀ 、ａ₁ 、ａ₂ −−−ａ_n の順で変化するが、これら各部の厚さの関係がａ₀ ＞ａ₁ ＞ａ₂ ＞−−−＞ａ_n になる様に、且つ、上記かしめ部９ａの先端縁部の厚さａ_n も零とならない様に（ａ_n ＞０）、このかしめ部９ａを形成する為の、前記凸部１６及び凹部１７の断面形状を規制している。

尚、前記円筒部８ａを形成すべく、前記軸部材２の内端面に奥部に向かう程次第に内径が小さくなるテーパ孔１３を形成するのは、上述の様なかしめ部９ａを形成する為である。即ち、上記円筒部８ａを直径方向外方にかしめ広げる事により形成するかしめ部９ａの容積Ｖ_9aを一定とした場合に、上記円筒部８ａの高さＨ_8a（図６）と、上記円筒部８ａの内周面２１がこの円筒部８ａの中心軸に対して傾斜している角度θ₂₁（図６）との関係は、図３の曲線αで示す様になる。尚、上記円筒部８ａの高さＨ_8aとは、上記かしめ部９ａの形成に供する事ができる部分で、上記テーパ孔１３を形成する際に、このテーパ孔１３の奥端部に形成される摺鉢状部分２２を除いた部分の軸方向寸法を言う。

又、上記かしめ部９ａの容積Ｖ_9aは、上記内輪３を上記軸部材２に抑え付ける強度に大きく影響する。即ち、この容積Ｖ_9aが大きい程上記抑え付ける強度が大きくなる反面、上記かしめ部９ａの形成作業が面倒になるだけでなく、車輪支持用ハブユニットの重量が嵩む。従って、上記かしめ部９ａの容積Ｖ_9aを、必要強度を確保できる大きさにしつつ、かしめ部９ａに欠陥が生じない様にする必要がある。この面から上記曲線αを見た場合、上記高さＨ_8a及び角度θ₂₁が小さくなる程、言い換えれば、上記円筒部８ａの軸方向長さが小さく、この円筒部８ａの内周面２１が円筒面に近くなる程（図３のイ部分）、上記かしめ部９ａの外周縁部が上記内輪３の表面から離れる、所謂欠肉が発生し易くなる。この様に欠肉は、上記かしめ部９ａによる上記内輪３の抑え付け強度を低下させる為、好ましくない。

反対に、上記高さＨ_8a及び角度θ₂₁が大きくなる程（図３のロ部分）、言い換えれば、上記円筒部８ａの軸方向長さが大きく、この円筒部８ａの内周面２１が円筒面から円錐凹面になる程、上記かしめ部９ａの外周縁部分に、薄肉で上記内輪３を前記段部７に向け抑え付ける為にあまり役に立たないバリが発生したり、或はこの内輪３を上記段部７に向け抑え付ける部分の強度を低下させるクラック（亀裂）が発生し易くなる。従って、所定の容積Ｖ_9aで、最も内輪３を軸部材２に抑え付ける強度を確保する為には、上記高さＨ_8a及び角度θ₂₁を、図３のハ線とニ線との間の所定範囲にする事が好ましい。本発明者等の研究によると、上記角度θ₂₁を２０度程度にすれば、所定の容積Ｖ_9aで、最も内輪３を軸部材２に抑え付ける強度を確保できると考えられる。

又、上記かしめ部９ａの外周縁は、全周に亙って、前記内端面１８の内周縁よりも直径方向内方に存在する様にしている。言い換えれば、図２に示す様に、上記かしめ部９ａの外周縁を、全周に亙って、前記面取り部２０の外周縁と上記内端面１８の内周縁との交点Ｉよりも直径方向内方に位置させている。この様に、上記かしめ部９ａの外周縁を、全周に亙って上記交点Ｉよりも直径方向内方に位置させる理由も、上記かしめ部９ａの外周縁部分にバリやクラックが発生するのを防止する為である。

更に、上記かしめ部９ａを構成する為の円筒部８ａの内周面２１の奥端位置を、上記かしめ部９ａのかしめ幅Ｗ_9a（図５）と、上記内輪３の外周面に形成した内輪軌道１１（第二の内輪軌道）の内端面１８側端部との関係で規制している。この点に就いて、図５により説明する。先ず、上記かしめ部９ａの外径Ｄ_9aと上記内輪３の内径Ｒ₃ との差の二分の一であるかしめ幅Ｗ_9a｛＝（Ｄ_9a−Ｒ₃ ）／２｝の１．２６倍（１．２６Ｗ_9a＝Ｌ_9a）だけ、上記内輪３の内端面１８からこの内輪３の軸方向中央寄りに寄った点を第一の軸方向位置Ａとする。又、上記内周面２１の奥端位置を第二の軸方向位置Ｃとし、上記内輪３の外周面に設けた上記内輪軌道１１のうち、上記内輪３の内端面１８側端部を第三の軸方向位置Ｂとする。この場合に、上記かしめ部９ａを形成した状態で上記第二の軸方向位置Ｃが上記軸部材２の軸方向に関して、上記第一の軸方向位置Ａと上記第三の軸方向位置Ｂとの間で、第一の軸方向位置Ａの近傍に位置する様に、上記円筒部８ａの高さＨ_8aを規制している。

この様に、上記第二の軸方向位置Ｃを、第一、第三の軸方向位置Ａ、Ｂとの関係で規制する理由は、やはり、上記かしめ部９ａによる上記内輪３の抑え付け効果を最大限発揮させる為と、上記内輪軌道１１を変形させない為とである。先ず、上記第二の軸方向位置Ｃが、上記第一の軸方向位置Ａよりも上記円筒部８ａの先端寄り部分に存在すると、この円筒部８ａをかしめ広げる事により造られるかしめ部９ａの一部外周面と、上記内輪３の内端開口周縁部に形成した面取り部２０との間に隙間が発生し易くなる。そして、この様な隙間が発生した場合には、上記かしめ部９ａが上記内輪３を抑え付ける力が弱くなる。反対に、上記第二の軸方向位置Ｃが、上記第三の軸方向位置Ｂよりも上記内輪軌道１１側に存在すると、上記かしめ部９ａの形成に伴って上記内輪３の一部で上記内輪軌道１１を形成した部分に直径方向外方に向いた力が作用し、この内輪軌道１１の寸法が変化し易くなる。そこで、上記第二の軸方向位置Ｃを、上記第一、第三の軸方向位置Ａ、Ｂとの関係で、上述の様に規制する事が好ましい。

上述の様な寸法、形状を有する円筒部８ａを塑性変形させる事により、前述の様な形状を有するかしめ部９ａを形成する為には、上記円筒部８ａの内周面２１の傾斜角度θ₂₁は、好ましくは２０度程度とする。又、前記押型１５を構成する前記凹部１７の断面形状は、この凹部１７により上記円筒部８ａの先端部を塑性変形させる事により得られるかしめ部９ａの断面形状が、基端部から先端部に向かう程厚さ寸法が漸次小さくなる様に、特にこの厚さ寸法が先端部で急激に小さくなる様に、外径側に向かう程曲率半径が小さくなる複合曲面とする。又、上記凹部１７の外径Ｒ₁₇（図２、４）は、形成すべきかしめ部９ａの外径Ｄ_9aと同じか、このかしめ部９ａの外径Ｄ_9aよりも僅かに小さい程度（Ｒ₁₇≦Ｄ_9a）にしている。更に、上記凹部１７の深さＤ₁₇（図２、４）は、上記内輪３の内端部内周面及び内端面１８との間で上記円筒部８ａの先端部を挟持して上記かしめ部９ａを形成した状態で、上記押型１５の先端面と上記内輪３の内端面１８との間に隙間２３が残留する様に規制する。

上述の様な形状並びに寸法の凸部１６と凹部１７とを有する押型１５を上記円筒部８ａの先端部に押し付ければ、この円筒部８ａの先端部を直径方向外方にかしめ広げて、上記かしめ部９ａを形成する事ができる。そして、このかしめ部９ａと軸部材２の内端部に形成した段部７の段差面２４との間で上記内輪３を挟持して、この内輪３を上記軸部材２に固定できる。図示の例の場合には、上記円筒部８ａの内端面を塑性変形させる事により上記かしめ部９ａを形成する最終段階で、上記凹部１７の内面からこのかしめ部９ａの外周面に、直径方向内方に向く圧縮力が作用する。従って、このかしめ部９ａの外周縁に亀裂等の損傷が発生する事を、有効に防止できる。又、上記かしめ部９ａの基端部外周面が当接する、上記内輪３の内端開口周縁部には、断面円弧状の面取り部２０を形成している。従って、上記かしめ部９ａの基端部の曲率半径が小さくなる事はなく、この基端部にも無理な応力が加わりにくくなる。

上述の様に本実施例の製造方法により得られる車輪支持用ハブユニットの場合には、かしめ部９ａを形成する為の円筒部８ａの肉厚を先端縁に向かう程小さくしている為、この円筒部８ａの先端部を上述の様な押型１５により塑性変形させて上記かしめ部９ａを形成する為に要する力が、徒に大きくなる事がない。この為、かしめ作業に伴ってかしめ部９ａに亀裂等の損傷が発生したり、或はかしめ部９ａにより固定する内輪３に、この内輪３の直径を予圧や転がり疲れ寿命等の耐久性に影響を及ぼす程大きく変化させる様な力が作用する事がない。特に、図示の例では、かしめ部９ａの先端部に圧縮応力を作用させると共に、このかしめ部９ａの基端部の曲率半径を大きくしている為、このかしめ部９ａの損傷防止をより有効に図れる。

尚、複数の転動体５、５から上記内輪３に加わる荷重の作用線（転動体５の接触角を表す図１の鎖線βに一致する）は、この内輪３の内周面１９と軸部材２の先端部との嵌合面を通過し、上記かしめ部９ａを通過する事がない様にする事が好ましい。この様に規制する理由は、上記荷重が、かしめ部９ａを直径方向内方に直接変形させる力として働かない様にして、このかしめ部９ａの破損を防止する為である。

次に、上記内輪３のうち、上記内輪軌道１１よりも外側寄り部分（図２のＸ−Ｘ線部分）の断面積Ｓ₃ と、当該部分に於ける軸部材２の断面積Ｓ₂ との関係に就いては、Ｓ₃ ＜Ｓ₂ とし、更に好ましくはＳ₃ ≦０．９４Ｓ₂ とする。これら各部の断面積をこの様に規制する理由は、上記軸部材２に対する上記内輪３の支持強度を確保する為である。即ち、上記かしめ部９ａと前記段差面２４との間で上記内輪３を挟持した状態で、この内輪３を軸方向に押圧してこの内輪３の回転を防止する力（軸力）は、上記軸部材２及び内輪３の軸方向に亙る歪み量の差で定まる。即ち、かしめ加工中は、内輪３の弾性変形量が軸部材２の弾性変形量よりも大きい。そして、かしめ加工終了後は、これら内輪３及び軸部材２が弾性復帰して、この内輪３に軸方向の力（軸力）が付与される。内輪３を構成する材料と軸部材２を構成する材料とは、弾性係数がほぼ同じである為、上述の様にＳ₃ ＜Ｓ₂ とすれば、かしめ工程中の弾性変形量は軸部材２よりも内輪３の方が大きい。従って、各部の断面積をこの様に規制すれば、上記内輪３に十分な圧縮荷重を付与し続けて、上記内輪３が軸部材２に対して回転する、所謂クリープの発生を有効に防止できる。

次に、図１〜２に示す様な構造を実現する場合に於ける、各部の寸法の適正値の１例に就いて説明する。尚、軸部材２及び内輪３の材質は、炭素を０．４〜０．６重量％含む構造用炭素鋼（Ｓ５３Ｃ）とし、内輪軌道１１部分等、必要個所に高周波焼き入れを施す。先ず、軸部材２に固定すべき内輪３の内径Ｒ₃ （図５）を２６．０mmとする。又、かしめ部９ａの軸方向先端縁から、このかしめ部９ａを形成する為の円筒部８ａ（図６）の内周面２１の奥端位置である第二の軸方向位置Ｃまでの軸方向距離Ｌ_C を７．５mmとする。更に、上記内輪３の内端面１８から、この内輪３の外周面に設けた上記内輪軌道１１の内端面１８側端部である第三の軸方向位置Ｂまでの距離Ｌ₁₁を９．３６mmとする。又、上記第二の軸方向位置Ｃ部分に於ける、上記内周面２１の内径ｒ₂₁を１１．４mmとする。又、上記第二、第三の軸方向位置Ｂ、Ｃ間の軸方向距離Ｌ_BCを３．８６mmとする。この場合、前述した第一の軸方向位置Ａと上記第二の軸方向位置Ｃとの軸方向距離Ｌ_AC（図示せず）は０．５mmとする。又、上記第一の軸方向位置Ａに於ける、上記かしめ部９ａの厚さａ₀ は７．３mmとする。更に、前記内端面１８と面取り部２０との連続点Ｉと上記かしめ部９ａの外周縁との距離を０．９６mmとする。

軸部材２の内端部に形成した円筒部８ａを塑性変形させて、上述の様なかしめ部９ａとする作業は、図７に示す様な揺動プレス加工により行なう。この揺動プレス加工は、例えば容量が１００ｔ程度の、ロッキングプレス等と呼ばれる揺動プレス加工装置を使用し、押型１５の揺動角度θ₁₅を２度程度として、５秒程度の揺動加工時間で加工する。

本発明の実施例１の製造方法により得られる車輪支持用ハブユニットを示す断面図。製造時に内輪を固定する為、軸部材の内端部をかしめ広げる状態を示す部分断面図。かしめ部の容積を一定とした場合に、円筒部の高さと、この円筒部の内周面がこの円筒部の中心軸に対して傾斜している角度との関係を示す線図。かしめ部の厚さを説明する為の部分断面図。かしめ部と内輪との位置関係を説明する為の部分断面図。軸部材の内端部をかしめ広げる以前の状態で示す部分断面図。かしめ部を形成する状態を示す部分断面図。従来構造の１例を示す断面図。

符号の説明

１車輪支持用ハブユニット
２軸部材
３、３ａ、３ｂ内輪
４外輪
５転動体
６フランジ
７段部
８、８ａ円筒部
９、９ａかしめ部
１０外輪軌道
１１内輪軌道
１２取付部
１３テーパ孔
１４抑え片
１５押型
１６凸部
１７凹部
１８内端面
１９内周面
２０面取り部
２１内周面
２２摺鉢状部分
２３隙間
２４段差面

Claims

一端部外周面に第一のフランジを形成した軸部材と、この軸部材の中間部外周面に、直接又はこの軸部材とは別体の内輪を介して形成した第一の内輪軌道と、上記軸部材の他端部に形成された、この第一の内輪軌道を形成した部分よりも外径寸法が小さくなった段部と、外周面に第二の内輪軌道を形成して上記段部に外嵌された内輪と、内周面に上記第一の内輪軌道に対向する第一の外輪軌道及び上記第二の内輪軌道に対向する第二の外輪軌道を、外周面に第二のフランジを、それぞれ形成した外輪と、上記第一、第二の内輪軌道と上記第一、第二の外輪軌道との間に、それぞれ複数個ずつ設けられた転動体とを備え、上記軸部材の他端部で少なくとも上記段部に外嵌した内輪よりも突出した部分に形成した円筒部を直径方向外方にかしめ広げる事で形成したかしめ部により、上記段部に外嵌した内輪をこの段部の端面に向け抑え付けて、この段部に外嵌した内輪を上記軸部材に結合固定した車輪支持用ハブユニットの製造方法に於いて、全体を環状に形成した凹部を有する押型のこの凹部の内面を上記円筒部に押し付け、この円筒部を直径方向外方にかしめ広げ、最終段階で上記凹部の内面により上記かしめ部の外周面となる部分に直径方向内方に向いた圧縮力を付与する事により、かしめ部を形成する事を特徴とする車輪支持用ハブユニットの製造方法。