JP5157957B2 - 突出部付き軸状部材の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、突出部付き軸状部材の製造方法に関し、より詳細には、例えば、自動車等の車輪を懸架装置に対して回転自在に支持する車輪支持用ハブユニットの軌道輪部材などのように、周方向に不等間隔で配置される突出部を有する突出部付き軸状部材の製造方法に関する。

例えば、自動車等の車輪は、車体の懸架装置に取り付けた車輪支持用ハブユニットにより回転自在に支持される。車輪支持用ハブユニットの軌道輪部材は、軸部と、軸部から径方向外方に延びる突出部とが一体成形されている。従来、このような突出部を備える軸状部材を、冷間での側方押出しによって成形する製造方法が開示されている（例えば、特許文献１、２参照）。

上記特許文献１に記載の車輪支持用ハブユニット、及び車輪支持用ハブユニットの軌道輪部材、並びにその製造方法では、軸部から径方向外方に延びる取付け部を、冷間での側方押出しによって軸部と一体に成形することにより、十分な強度を持った軌道輪部材を、比較的低荷重で、且つ安価に成形可能としている。

また、上記特許文献２に記載の突出部を備えた筒状部材の製造方法及び製造装置では、結合フランジのような突出部を形成すべき部分の内径側に、側方押出しによってバリ状余肉部を突出・形成した後、バリ状余肉部を除去することによって、例えば、外周面に結合フランジを備えた外輪などのように突出部を有する筒状部材を、冷間鍛造によって精度良く、しかも筒状部材の内周面に凹部等が形成されないようにしつつ、安定して加工するようにしている。

特開２００６−１１１０７０号公報 特開２００７−２１００１４号公報

車輪支持用ハブユニットの軌道輪部材などのように、突出部が周方向に不等間隔で形成される軸状部材を冷間での側方押出しによって成形すると、成形時の応力バランスが不均等となるため、製品精度（主に真円度）が低下する可能性があった。また、後加工の切削加工などにおいても、真円度不良に起因してチャツキングが不安定となり、加工精度が低下する可能性があった。また、成形時の応力バランスの不均衡によって、局部的に応力の高い部分が生じ、この高い応力によって金型（上下金型）間に発生した隙間にバリが形成されたり、極端な場合は金型が破損したりする可能性があった。

上記特許文献１に記載の製造方法は、軸部から径方向外方に延びる取付け部を有する軸状部材を、冷間での側方押出しによって軸部と一体成形するようにした基本的な製造方法である。また、上記特許文献２に記載の製造方法は、冷間での側方押出し成形時に、金属材料の流動に伴って、径方向外方への突出部に対応する位置の内径側に凹部が形成されるのを防止するようにした製造方法である。

しかしながら、上記特許文献１、２に記載の製造方法は、突出部が周方向に不等間隔に形成される軸状部材に対する考慮がされておらず、このような形状の軸状部材の鍛造精度を向上させるために改善の余地があった。

本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、突出部が周方向に不等間隔で形成される軸状部材であっても、応力バランスよく側方押出し成形可能として、精度のよい軸状部材を形成することができる突出部付き軸状部材の製造方法を提供することにある。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１）中実状又は中空状の軸部と、軸部から周方向に不等間隔で径方向外方に延びて軸部と一体成形される突出部と、を有する突出部付き軸状部材の製造方法であって、軸部から径方向外方に延び、製品として軸状部材の一部を構成する突出部と、軸部から径方向外方に延び、製品完成時には不要となるダミー突出部と、を冷間での側方押出しによって軸部と一体成形する冷間側方押出し工程を備えることを特徴とする突出部付き軸状部材の製造方法。
（２）ダミー突出部を軸部から切断して分離する分離工程を、更に備えることを特徴とする（１）に記載の突出部付き軸状部材の製造方法。
（３）冷間側方押出し工程は、軸部と、軸部から径方向外方に延び、製品として軸状部材の一部を構成する突出部と、軸部から径方向外方に延び、製品完成時には不要となるダミー突出部と、軸部の内径側に形成される内径肉部と、を一体成形する工程であり、ダミー突出部と内径肉部を軸部から同時に切断して分離する分離工程を、更に備えることを特徴とする（１）に記載の突出部付き軸状部材の製造方法。
（４）冷間側方押出し工程は、中空状の軸部と、軸部から径方向外方に延び、製品として軸状部材の一部を構成する突出部と、軸部から径方向外方に延び、製品完成時には不要となるダミー突出部と、突出部及びダミー突出部に対応する位置の軸部の内径側に形成される余肉部と、を一体成形する工程であり、ダミー突出部と余肉部を軸部から同時に切断して分離する分離工程を、更に備えることを特徴とする（１）に記載の突出部付き軸状部材の製造方法。
（５）突出部付き軸状部材は、車輪支持用ハブユニットの軌道輪部材であることを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載の突出部付き軸状部材の製造方法。

本発明の突出部付き軸状部材の製造方法によれば、軸部から径方向外方に延び、製品として軸状部材の一部を構成する突出部と、軸部から径方向外方に延び、製品完成時には不要となるダミー突出部と、を冷間での側方押出しによって軸部と一体成形するため、成形時に素材に作用する応力バランスを全周に亘って略均等な状態にすることができ、真円度などの製品精度を大幅に向上することができる。また、局部的に発生する高い応力によるバリ発生や、金型の破損を防止することができ、突出部付き軸状部材の生産安定性を向上することができる。

また、本発明の突出部付き軸状部材の製造方法によれば、冷間での側方押出し成形後に、ダミー突出部を軸部から切断して分離するため、形状精度の高い製品を容易に製作することができる。

また、本発明の突出部付き軸状部材の製造方法によれば、ダミー突出部と内径肉部を軸部から同時に切断して分離するため、１回の分離工程により突出部付き軸状部材を成形することができる。これにより、突出部付き軸状部材の生産効率を向上することができる。

また、本発明の突出部付き軸状部材の製造方法によれば、中空状の軸部と、製品として軸状部材の一部を構成する突出部と、製品完成時には不要となるダミー突出部と、突出部及びダミー突出部に対応する位置の軸部の内径側に形成される余肉部と、を冷間側方押出しによって一体成形するため、成形時に素材に作用する応力バランスを全周に亘って略均等な状態にすることができると共に、突出部及びダミー突出部に対応する位置の軸部の内径側に形成される可能性のある凹部（ヒケ）の発生を防止することができる。これにより、精度の高い突出部付き軸状部材を安定して成形することができる。また、上記冷間側方押出し成形後に、ダミー突出部と余肉部を軸部から同時に切断して分離するため、１回の分離工程により突出部付き軸状部材を成形することができる。これにより、突出部付き軸状部材の生産効率を向上することができる。

本発明に係る突出部付き軸状部材の製造方法により成形される中空状の軸状部材を説明するための平面図である。 図１に示す中空状の軸状部材が成形時の不均等な応力バランスによって変形する状態の説明図である。 本発明に係る突出部付き軸状部材の製造方法に使用される鍛造加工装置を説明するための断面図である。 本発明に係る突出部付き軸状部材の製造方法の説明図である。 本発明に係る突出部付き軸状部材の製造方法の第１変形例の説明図である。 本発明に係る突出部付き軸状部材の製造方法の第２変形例の説明図である。

以下、本発明に係る突出部付き軸状部材の製造方法の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態では、突出部付き軸状部材である車輪支持用ハブユニットの外輪部材を冷間鍛造により製造する場合を例にして説明する。

まず、本実施形態の製造方法により成形される外輪部材（突出部付き軸状部材）１０は、図１に示すように、中空状の軸部１１と、軸部１１の外周面から径方向外方に延び、軸部１１と冷間側方押出し成形によって一体成形される複数（本実施形態では４個）の突出部１２と、を有する。

また、本実施形態では、４個の突出部１２は、軸部１１の外周面に周方向に不等間隔で配置される。即ち、突出部１２Ａの中心線ＬＡと突出部１２Ｂの中心線ＬＢとの間の周方向間隔をＡ、突出部１２Ｃの中心線ＬＣと突出部１２Ｄの中心線ＬＤとの間の周方向間隔をＢ、突出部１２Ａの中心線ＬＡと突出部１２Ｄの中心線ＬＤとの間の周方向間隔をＣ、及び突出部１２Ｂの中心線ＬＢと突出部１２Ｃの中心線ＬＣとの間の周方向間隔をＣ、とすると、周方向間隔Ａ，Ｂ，Ｃがそれぞれ異なる長さに設定されている。

ところで、このように突出部１２の周方向間隔がアンバランスな外輪部材１０を、単純に冷間で側方押出しすると、図２（ａ）に示すように、突出部１２の周方向間隔が広い領域ＷＡには高い応力が発生し、突出部１２の周方向間隔が狭い領域ＮＡには低い応力が発生する。具体的には、突出部１２Ａと突出部１２Ｂとの間、及び突出部１２Ｃと突出部１２Ｄとの間には高い応力が発生し、突出部１２Ａと突出部１２Ｄとの間、及び突出部１２Ｂと突出部１２Ｃとの間には低い応力が発生する。

そして、高い応力が発生する領域ＷＡは、広がり易い傾向があるため、この応力のアンバランスによって、図２（ｂ）に示すように、全体形状が高い応力が発生する領域ＷＡ方向に長い略楕円形となって、成形品の真円度が悪くなる可能性がある。

本実施形態の外輪部材１０の製造方法は、応力バランスを全周に亘って略均等な状態として成形時の応力のアンバランスを解消し、真円度などの製品精度の大幅な向上を図った方法であり、図３に示す鍛造加工装置２０により成形される。

鍛造加工装置２０は、固定金型である下金型２１と、可動金型である上金型２２と、上金型２２に設けられる孔２２ａに摺動自在に嵌合されるリングパンチ２３及び押圧パンチ２４と、押圧パンチ２４の先端部に設けられるマンドレル２４ａと、下金型２１に設けられる孔２１ａに摺動自在に嵌合される押し出しパンチ２５と、押圧パンチ２４の取付板２６の下面と上金型２２の上面との間に配置される弾性部材２７と、を備える。そして、下金型２１、上金型２２、リングパンチ２３、押圧パンチ２４、マンドレル２４ａ、及び押し出しパンチ２５によって、中空状の軸部１１を成形するための軸部成形用キャビティ３１と、突出部１２を成形するための突出部成形用キャビティ３２と、が画成される。なお、突出部成形用キャビティ３２での素材の流動をバランスよく行うために、下金型２１を上金型２２と同様に上下移動可能として弾性部材で上金型２２側に付勢させてもよい（上下両側金型フローティング構造）。

突出部成形用キャビティ３２は、図４（ｃ）に示す４個の突出部１２（１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄ）と、突出部１２Ａ，１２Ｂ間に配置されるダミー突出部１２Ｅと、を成形するため、合計５個のキャビティからなり、軸部成形用キャビティ３１から径方向外方に向かって放射状に延設される。ダミー突出部１２Ｅは、製品完成時には不要となる突出部であり、成形時の応力バランスを略均等に保つために設けられる。

また、ダミー突出部１２Ｅは、外輪部材１０を成形する際、応力バランスを略均等に保つことができる位置に適宜配置される。具体的には、ダミー突出部１２Ｅを含む５個の突出部１２の位置が、周方向に略等間隔となるように配置するのが好ましい。また、ダミー突出部１２Ｅは、１つに限定されるものではなく、応力バランスを略均等に保つために複数設けるようにしてもよい。また、ダミー突出部を複数設ける場合は、設ける箇所の周方向間隔の大きさに応じて、個々のダミー突出部の大きさを、応力バランスを考慮して適宜異なる大きさにしてもよい。また、ダミー突出部１２Ｅの形状は、製品の一部を構成する突出部１２と同じ形状である必要はなく、幅や厚みなどが突出部１２と異なるものであってもよい。

次に、図４を参照して、本実施形態の突出部付き軸状部材である外輪部材１０の製造方法について説明する。

本実施形態の製造方法では、まず、図４の（ａ）→（ｂ）に示すように、中空円筒状の素材４０に、不図示の荒成形装置で塑性加工を施すことによって、第１中間素材４１が成形される。次いで、図４の（ｂ）→（ｃ）に示すように、第１中間素材４１に、図３に示す鍛造加工装置２０で側方押出し成形を施すことによって、突出部１２Ａ〜１２Ｄ及びダミー突出部１２Ｅが軸部１１と一体成形された第２中間素材４２が成形される。次いで、図４の（ｃ）→（ｄ）に示すように、第２中間素材４２に、不図示のプレス装置で打ち抜き加工を施すことによって、軸部１１からダミー突出部１２Ｅが切断・分離された最終中間素材４３が形成される。そして、この最終中間素材４３に、所定の切削加工や研削加工などの機械加工を施すことによって、本実施形態の外輪部材１０が得られる。また、本実施形態では、第１中間素材４１が本発明の素材に相当する。

上記した鍛造加工装置２０による側方押出し成形は、図４（ｂ）の第１中間素材４１を、鍛造加工装置２０の軸部成形用キャビティ３１内に配置した後、下金型２１及び上金型２２を閉じた状態において、第１中間素材４１の軸方向上端部をリングパンチ２３及び押圧パンチ２４で上方から押し潰すことにより、第１中間素材４１を軸部成形用キャビティ３１及び突出部成形用キャビティ３２に流動させる。即ち、第１中間素材４１は、軸部成形用キャビティ３１内に充填され、その一部が軸部成形用キャビティ３１から突出部成形用キャビティ３２に押し出される。この結果、全周に亘って応力バランスが略均等に保たれた状態で軸部１１の外周面に突出部１２Ａ〜１２Ｄ及びダミー突出部１２Ｅが一体に成形される。

以上説明したように、本実施形態の突出部付き軸状部材の製造方法によれば、軸部１１から径方向外方に延び、製品として外輪部材１０の一部を構成する突出部１２Ａ〜１２Ｄと、軸部１１から径方向外方に延び、製品完成時には不要となるダミー突出部１２Ｅと、を冷間での側方押出しによって軸部１１と一体成形するため、成形時に第１中間素材４１に作用する応力バランスを全周に亘って略均等な状態にすることができ、真円度などの製品精度を大幅に向上することができる。また、局部的に発生する高い応力によるバリ発生や、金型の破損を防止することができ、外輪部材１０の生産安定性を向上することができる。

また、本実施形態の突出部付き軸状部材の製造方法によれば、冷間での側方押出し成形後に、ダミー突出部１２Ｅを軸部１１から切断して分離するため、形状精度の高い製品を容易に製作することができる。

次に、図５を参照して、本実施形態の突出部付き軸状部材である外輪部材１０の製造方法の第１変形例について説明する。

本変形例の製造方法では、まず、図５の（ａ）→（ｂ）に示すように、中実状の素材５０に、不図示の荒成形装置で塑性加工を施すことによって、第１中間素材５１が成形される。次いで、図５の（ｂ）→（ｃ）に示すように、第１中間素材５１に、不図示の鍛造加工装置で側方押出し成形を施すことによって、突出部１２Ａ〜１２Ｄ、ダミー突出部１２Ｅ、及び軸部１１の内径側に形成される内径肉部１３が軸部１１と一体成形された第２中間素材５２が成形される。次いで、図５の（ｃ）→（ｄ）に示すように、第２中間素材５２に、不図示のプレス装置で打ち抜き加工を施すことによって、軸部１１からダミー突出部１２Ｅ及び内径肉部１３が同時に切断・分離された最終中間素材４３が形成される。そして、この最終中間素材４３に、所定の切削加工や研削加工などの機械加工を施すことによって、本実施形態の外輪部材１０が得られる。また、本変形例では、第１中間素材５１が本発明の素材に相当する。

以上説明したように、本変形例によれば、ダミー突出部１２Ｅと内径肉部１３を軸部１１から同時に切断して分離するため、１回の分離工程により外輪部材１０を成形することができる。これにより、外輪部材１０の生産効率を向上することができる。

次に、図６を参照して、本実施形態の突出部付き軸状部材である外輪部材１０の製造方法の第２変形例について説明する。

本変形例の製造方法では、まず、図６の（ａ）→（ｂ）に示すように、中空円筒状の素材４０に、不図示の荒成形装置で塑性加工を施すことによって、第１中間素材４１が成形される。次いで、図６の（ｂ）→（ｃ）に示すように、第１中間素材４１に、不図示の鍛造加工装置で側方押出し成形を施すことによって、突出部１２Ａ〜１２Ｄ、ダミー突出部１２Ｅ、及び突出部１２Ａ〜１２Ｄとダミー突出部１２Ｅに対応する位置の軸部１１の内径側に形成される余肉部１４が軸部１１と一体成形された第２中間素材６２が成形される。次いで、図６の（ｃ）→（ｄ）に示すように、第２中間素材６２に、不図示のプレス装置で打ち抜き加工を施すことによって、軸部１１からダミー突出部１２Ｅ及び余肉部１４が同時に切断・分離された最終中間素材４３が形成される。そして、この最終中間素材４３に、所定の切削加工や研削加工などの機械加工を施すことによって、本実施形態の外輪部材１０が得られる。また、本変形例では、第１中間素材４１が本発明の素材に相当する。

以上説明したように、本変形例によれば、中空状の軸部１１と、製品として外輪部材１０の一部を構成する突出部１２Ａ〜１２Ｄと、製品完成時には不要となるダミー突出部１２Ｅと、突出部１２Ａ〜１２Ｄ及びダミー突出部１２Ｅに対応する位置の軸部１１の内径側に形成される余肉部１４と、を冷間側方押出しによって一体成形するため、成形時に第１中間素材４１に作用する応力バランスを全周に亘って略均等な状態にすることができると共に、突出部１２Ａ〜１２Ｄ及びダミー突出部１２Ｅに対応する位置の軸部１１の内径側に形成される可能性のある凹部（ヒケ）の発生を防止することができる。これにより、精度の高い外輪部材１０を安定して成形することができる。また、ダミー突出部１２Ｅと余肉部１４を軸部１１から同時に切断して分離するため、１回の分離工程により外輪部材１０を成形することができる。これにより、外輪部材１０の生産効率を向上することができる。

なお、本発明は上記実施形態に例示したものに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
例えば、上記実施形態では、車輪支持用ハブユニットの突出部付き軸状部材である中空状の外輪部材に本発明を適用した場合を例示したが、これに限定されず、車輪支持用ハブユニットの突出部付き軸状部材である中実状の内輪部材に本発明を適用してもよい。
また、車輪支持用ハブユニットに限らず、不等間隔で突出部が設けられる突出部付き軸状部材であれば、本発明を適用することができる。
さらに、完成品の突出部の数は４個に限られず、２個、３個、あるいは５個等であってもよい。

１０ 外輪部材（突出部付き軸状部材）
１１ 軸部
１２ 突出部
１２Ａ 突出部
１２Ｂ 突出部
１２Ｃ 突出部
１２Ｄ 突出部
１２Ｅ ダミー突出部
１３ 内径肉部
１４ 余肉部
４１ 第１中間素材（素材）
５１ 第１中間素材（素材）

Claims (5)

1. 中実状又は中空状の軸部と、前記軸部から周方向に不等間隔で径方向外方に延びて前記軸部と一体成形される突出部と、を有する突出部付き軸状部材の製造方法であって、
   前記軸部から径方向外方に延び、製品として前記軸状部材の一部を構成する前記突出部と、前記軸部から径方向外方に延び、製品完成時には不要となるダミー突出部と、を冷間での側方押出しによって前記軸部と一体成形する冷間側方押出し工程を備えることを特徴とする突出部付き軸状部材の製造方法。
2. 前記ダミー突出部を前記軸部から切断して分離する分離工程を、更に備えることを特徴とする請求項１に記載の突出部付き軸状部材の製造方法。
3. 前記冷間側方押出し工程は、前記軸部と、前記軸部から径方向外方に延び、製品として前記軸状部材の一部を構成する前記突出部と、前記軸部から径方向外方に延び、製品完成時には不要となるダミー突出部と、前記軸部の内径側に形成される内径肉部と、を一体成形する工程であり、
   前記ダミー突出部と前記内径肉部を前記軸部から同時に切断して分離する分離工程を、更に備えることを特徴とする請求項１に記載の突出部付き軸状部材の製造方法。
4. 前記冷間側方押出し工程は、中空状の前記軸部と、前記軸部から径方向外方に延び、製品として前記軸状部材の一部を構成する前記突出部と、前記軸部から径方向外方に延び、製品完成時には不要となるダミー突出部と、前記突出部及び前記ダミー突出部に対応する位置の前記軸部の内径側に形成される余肉部と、を一体成形する工程であり、
   前記ダミー突出部と前記余肉部を前記軸部から同時に切断して分離する分離工程を、更に備えることを特徴とする請求項１に記載の突出部付き軸状部材の製造方法。
5. 前記突出部付き軸状部材は、車輪支持用ハブユニットの軌道輪部材であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の突出部付き軸状部材の製造方法。

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