JP6213528B2

JP6213528B2 - 転がり軸受ユニットの製造方法及び車両の製造方法

Info

Publication number: JP6213528B2
Application number: JP2015134992A
Authority: JP
Inventors: 信行萩原; 小林　一登; 一登小林; 功新藤; 寛小山; 中村　敏男; 敏男中村
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2015-07-06
Filing date: 2015-07-06
Publication date: 2017-10-18
Anticipated expiration: 2035-07-06
Also published as: JP2017013109A; EP3320998A4; WO2017006901A1; US20180169735A1; US10391542B2; EP3320998A1; CN107735193A; EP3320998B1; CN107735193B

Description

本発明は、例えば、等速ジョイントと組み合わせる事で、車輪駆動用軸受ユニットを構成する車輪支持用転がり軸受ユニットとして使用される、転がり軸受ユニットの製造方法に関する。

図５は、本発明の対象となる転がり軸受ユニットの１種である、車輪支持用転がり軸受ユニットを組み込んだ車輪駆動用軸受ユニットの従来構造の１例として、特許文献１に記載されたものを示している。この図５に示した車輪駆動用軸受ユニットは、車輪支持用転がり軸受ユニット１と、等速ジョイント用外輪２とを組み合わせて成る。このうちの車輪支持用転がり軸受ユニット１は、外輪３と、ハブ４と、複数個の転動体（図示の例では玉）５、５とを備える。

このうちの外輪３は、外周面に静止側フランジ６を、内周面に複列の外輪軌道７ａ、７ｂを、それぞれ有する。又、前記ハブ４は、ハブ本体８と内輪９とを組み合わせて成る。このうちのハブ本体８は、外周面の軸方向片端寄り部分に回転側フランジ１０を、同じく軸方向中間部に軸方向片側の内輪軌道１１ａを、同じく軸方向他端部に小径段部１２を、中心部に中心孔１３を、それぞれ有する。尚、本明細書及び特許請求の範囲で、軸方向に関して「片側」とは、自動車への組み付け状態で車両の幅方向外側を言い、図５の左側、図６の下側を言い、反対に、自動車への組み付け状態で車両の中央側となる、図５の右側、図６の上側を、軸方向に関して「他側」と言う。前記中心孔１３の軸方向片端部には、結合部材であるボルト１５の杆部１６を所定の案内隙間を介して挿通可能な小径部１４が存在する。又、前記内輪９は、外周面に軸方向他側の内輪軌道１１ｂを有するもので、前記ハブ本体８の小径段部１２に締り嵌めで外嵌されている。又、前記各転動体５、５は、前記両外輪軌道７ａ、７ｂと前記両内輪軌道１１ａ、１１ｂとの間に、両列毎に複数個ずつ転動自在に設けられている。又、この状態で、前記ハブ本体８の軸方向他端部に設けた円筒部１９のうち、前記内輪９の軸方向他端開口から突出した部分を径方向外方に塑性変形させる事によりかしめ部２０を形成している。そして、このかしめ部２０により前記内輪９の軸方向他端面を抑え付ける事で、前記各転動体５、５に適正な予圧を付与している。又、前記かしめ部２０の軸方向他端面には、円周方向に関する凹凸部であるハブ側フェイススプライン２１を、全周に亙り形成している。尚、図示の例の場合、このハブ側フェイススプライン２１の歯先面を、前記ハブ本体８の中心軸に対して直角な平面としている。

又、前記等速ジョイント用外輪２は、カップ状のマウス部２２と、このマウス部２２の底部である端壁部２３と、この端壁部２３の中心部から軸方向片方に延出する円筒状の軸部２４とを有すると共に、この軸部２４の中心孔がねじ孔２５である。又、前記端壁部２３の軸方向片端面の外周寄り部分には、円周方向に関する凹凸部であるジョイント側フェイススプライン２６を、全周に亙り形成している。尚、図示の例の場合、このジョイント側フェイススプライン２６の歯先面を、前記等速ジョイント用外輪２の中心軸に対して直角な平面としている。又、前記ジョイント側フェイススプライン２６の歯数を、前記ハブ側フェイススプライン２１の歯数と同じとしている。

そして、前記ハブ本体８と前記等速ジョイント用外輪２との中心軸同士を一致させた状態で、前記ハブ側、ジョイント側両フェイススプライン２１、２６同士を噛み合わせる事により、前記ハブ本体８と前記等速ジョイント用外輪２との間での回転力の伝達を可能としている。又、この状態で、前記ハブ本体８の中心孔１３の小径部１４に、軸方向片側からボルト１５の杆部１６を挿通すると共に、この杆部１６の先端部に設けた雄ねじ部１７を前記ねじ孔２５に螺合し、更に締め付けている。これにより、前記ボルト１５の頭部１８と前記等速ジョイント用外輪２との間に前記ハブ本体８を挟持した状態で、これらハブ本体８と等速ジョイント用外輪２とを結合固定している。

上述の様に構成する車輪駆動用軸受ユニットを車両に組み付ける際には、前記外輪３の静止側フランジ６を懸架装置に結合固定すると共に、前記ハブ本体８の回転側フランジ１０に車輪（駆動輪）及びディスク等の制動用回転部材を支持固定する。又、エンジンによりトランスミッションを介して回転駆動される、図示しない駆動軸の先端部を、前記等速ジョイント用外輪２の内側に設けた等速ジョイント用内輪２７の内側にスプライン係合させる。自動車の走行時には、この等速ジョイント用内輪２７の回転を、複数のボール２８を介して、前記等速ジョイント用外輪２及びハブ本体８に伝達し、前記車輪を回転駆動する。

上述の様に構成する車輪駆動用軸受ユニットを構成する車輪支持用転がり軸受ユニット１を組み立てる際には、先ず、前記ハブ本体８の周囲に前記外輪３を配置すると共に、前記両外輪軌道７ａ、７ｂのうち、軸方向片側の外輪軌道７ａと、前記軸方向片側の内輪軌道１１ａとの間に前記各転動体５、５を、軸方向片側の保持器２９ａにより保持した状態で設ける。次に、前記内輪９の外周面に形成した軸方向他側の内輪軌道１１ｂの周囲に前記各転動体５、５を、軸方向他側の保持器２９ｂにより保持した状態で設置し、この状態で前記内輪９を、前記ハブ本体８の軸方向他端部に形成した小径段部１２に締り嵌めで外嵌する。そして、この外嵌作業に伴い、前記軸方向他側の保持器２９ｂにより保持した（軸方向他側列の）前記各転動体５、５の転動面を、前記外輪３の軸方向他端寄り部分の内周面に形成した軸方向他側の外輪軌道７ｂに当接させる。次いで、前記ハブ本体８の軸方向他端部に形成した円筒部１９を径方向外方に塑性変形させ、前記かしめ部２０を形成する。そして、このかしめ部２０により前記内輪９の軸方向他端面を軸方向に抑え付ける事で、この内輪９を前記ハブ本体８に固定する。

更に、図６に示す様に、前記かしめ部２０の軸方向他端面に、前記ハブ本体８の中心軸（前記車輪支持用転がり軸受ユニット１の中心軸）αに対し所定角度θだけ傾斜した中心軸βを有するロール３０を用いて揺動鍛造を施す事により、前記ハブ側フェイススプライン２１を形成する。尚、前記図６は、前記車輪支持用転がり軸受ユニット１を構成する各部材のうち、ハブ本体８以外の部材（外輪３、転動体５、５及び内輪９等）を省略して示している。前記ロール３０の先端面（図６の下端面）は、凹部３４と凸部３３、３３（図９参照）とを全周に亙って交互に配置して成る加工面３１としている。この様なロール３０の加工面３１を前記かしめ部２０の軸方向他端面に向けて押し付けた状態で、このロール３０を、前記ハブ本体８の中心軸αを中心として回転させる。ここで、このロール３０は、自身の中心軸βを中心として回転可能に支持されている。従って、前記かしめ部２０の軸方向他端面に前記ハブ側フェイススプライン２１（となるべき円周方向に関する凹凸部）が形成される以前の状態では、前記ロール３０を、前記ハブ本体８の中心軸αを中心として回転させると、前記加工面３１に設けた凸部３３、３３の先端面と前記かしめ部２０の軸方向他端面との摩擦係合に基づいて、前記ロール３０が自身の中心軸βを中心として回転（自転）する。一方、前記ハブ側フェイススプライン２１がある程度形成された（このハブ側フェイススプライン２１の歯丈がある程度大きくなった）後は、前記ロール３０を、前記ハブ本体８の中心軸αを中心として回転させると、前記加工面３１を構成する凹部３４及び凸部３３、３３と前記ハブ側フェイススプライン２１との係合（噛合）に基づいて、前記ロール３０が自転する。この様な構成により、前記ロール３０の加工面３１を前記かしめ部２０の軸方向他端面に向けて押し付けて、このかしめ部２０を塑性変形させる事により、このかしめ部２０の軸方向他端面に前記ハブ側フェイススプライン２１を形成し、更に、このハブ側フェイススプライン２１の歯丈を大きくして、加工を完了する。

上述の様な車輪支持用転がり軸受ユニット１の製造方法は、この車輪支持用転がり軸受ユニット１の耐久性を確保しつつ、製造コストを抑える面からは改良の余地がある。即ち、前記ハブ側フェイススプライン２１を形成する作業（揺動鍛造）は、前記ロール３０の加工面３１を前記かしめ部２０の軸方向他端面に大きな力（押付力）Ｆで押し付けた状態で、前記ロール３０を、前記ハブ本体８の中心軸αを中心に回転させる事により行う。この様な揺動鍛造の際に、このハブ本体８の中心軸αに対する前記ロール３０の中心軸βの傾斜角度θが小さいと、このロール３０の加工面３１と、前記かしめ部２０の軸方向他端面との当接面積、即ち、この加工面３１を構成する凸部３３、３３の先端面と、前記かしめ部２０の軸方向他端面の当接面積が大きくなる。この結果、前記各凸部３３、３３の先端面から前記かしめ部２０の軸方向他端面（のうち、前記ハブ側フェイススプライン２１の歯底となるべき部分）に加わる荷重（前記各凸部３３、３３の先端面と前記かしめ部２０の軸方向他端面との当接面圧）が小さくなる。従って、前記傾斜角度θが小さい場合には、前記押付力Ｆを大きくして、前記各凸部３３、３３の先端面から前記かしめ部２０の軸方向他端面に加わる荷重を確保する必要がある。図７は、この傾斜角度θと、前記押付力Ｆの最大値との関係を示している。この様な図７から明らかな様に、この傾斜角度θが５度である場合には、この傾斜角度θが１５度である場合の２倍程度の押付力Ｆが必要となる。この押付力Ｆを大きくすると、前記揺動鍛造に用いる加工装置が大型化し、これによって製造コストが増大する。

一方、前記傾斜角度θが大きいと、前記ハブ側フェイススプライン２１を構成する歯３２の歯面（歯の側面）の断面形状の真直度が低下する。この理由について、次に説明する。ロール３０の加工面３１を構成する凸部３３、３３の数と、ハブ側フェイススプライン２１を構成する歯３２の歯数とを同じとし、かしめ部２０の軸方向他端面に揺動鍛造を施す際に、前記加工面３１とこのかしめ部２０の軸方向他端面との係合部で円周方向の滑りが発生してないと仮定すると、前記ロール３０の加工面３１上の任意の点Ｐは、閉ループ状の軌跡を描く。前記揺動鍛造の際に、この点Ｐが描く軌跡について、図６を参照しつつ説明する。

先ず、前記点Ｐが、前記かしめ部２０の軸方向他端面との係合部上（図６の点Ｐ_０）にあると仮定する。原点をハブ本体８の中心軸αと前記ロール３０の中心軸βとの交点とし、互いに直交するｘ_１軸、ｙ_１軸、ｚ_１軸のうちのｙ_１軸を図６の表裏方向に、ｚ_１軸を前記ロール３０の中心軸βに、それぞれ一致させた自転座標系（ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）で、前記点Ｐ_０の座標Ｐ_０（ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）は、次の（１）式で表される。

尚、（１）式中のθは、前記ハブ本体８の中心軸αに対する前記ロール３０の中心軸βの傾斜角度（これら中心軸αと中心軸βとのなす角度）を、ｄは、これら中心軸αと中心軸βとの交点と、この中心軸βと前記かしめ部２０の軸方向他端面との交点との間の距離（この中心軸βの軸方向に関する距離）を、Ｌは、前記点Ｐ_０と、この中心軸βと前記かしめ部２０の軸方向他端面との交点との間の距離（径方向に関する距離）を、それぞれ表している。

前記揺動鍛造の際、前記ロール３０は、自身の中心軸β（ｚ_１軸）を中心に回転（自転）する。前記点Ｐ_０を、ｚ_１軸回りに角度λだけ回転させた点Ｐ_Ａの前記自転座標系に於ける座標Ｐ_Ａ（ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）は、次の（２）式で表される。

この様な点Ｐ_Ａの前記自転座標系に於ける座標Ｐ_Ａ（ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）を、原点をこの中心軸αと前記中心軸βとの交点とし、互いに直交するｘ軸、ｙ軸、ｚ軸のうちのｙ軸を図８の表裏方向に、ｚ軸を前記ハブ本体８の中心軸αに、それぞれ一致させた回転座標系（ｘ，ｙ，ｚ）で表す（変換する）と、次の（３）式となる。

ここで、この（３）式の右辺を（Ｘ，Ｙ，Ｚ）と置き換える。

一方、前記揺動鍛造の際には、前記ロール３０は、前記ハブ本体８の中心軸αを中心に回転する。このロール３０が自身の中心軸β（ｚ_１軸）を中心に角度λだけ回転する際の、前記中心軸α（ｚ軸）を中心とする前記ロール３０の回転角度をφと仮定する。前記点Ｐ_Ａを、ｚ軸回りに角度φだけ回転させた点Ｐ_Ｂの前記回転座標系に於ける座標Ｐ_Ｂ（ｘ，ｙ，ｚ）は、次の（４）式で表される。

ここで、前記加工面３１と前記かしめ部２０の軸方向他端面との係合部で円周方向の滑りが発生してないと仮定すると、前記ハブ本体８の中心軸αを中心とする前記ロール３０の回転角度φと、自身の中心軸βを中心とするこのロール３０の回転角度λとの関係は、次の（５）式で表される。

尚、（５）式中のＲは、前記点Ｐ_０と前記中心軸αとの間の距離（径方向に関する距離）を表す。

上述の様な（５）式を（４）式に代入し、前記中心軸αを中心とする前記ロール３０の回転角度φを０度から３６０度まで変化させれば、前記揺動鍛造の際に、このロール３０ａの加工面３１上の点Ｐが描く軌跡Ｔを求める事ができる。具体的には、この点Ｐがｙ−ｚ平面内で描く（ｘ軸の方向から見た）軌跡Ｔは、例えば図８に示す様な、逆涙滴形となる。図８中の軌跡Ｔ_５は、前記傾斜角度θを５度とし、前記距離Ｒを２１．３１［ｍｍ］とし、前記距離Ｌを２１．３９［ｍｍ］とし、前記距離ｄを０．９３［ｍｍ］とした場合に前記点Ｐが描く軌跡を表している。これに対し、図８中の軌跡Ｔ_１５は、前記傾斜角度θを１５度とし、前記距離Ｒを２１．３１［ｍｍ］とし、前記距離Ｌを２２．０６［ｍｍ］とし、前記距離ｄを２．９［ｍｍ］とした場合に前記点Ｐが描く軌跡を表している。この様な図８から明らかな様に、前記傾斜角度θを大きくすると、前記点Ｐの描く軌跡Ｔ（この軌跡Ｔに囲まれた部分の面積）が大きくなる（特に、ｙ方向幅が大きくなる）。ここで、この軌跡Ｔのｙ方向幅が大きくなると、前記中心軸αを中心とする前記ロール３０の回転に伴う前記点Ｐのｙ方向に関する変位量が大きくなって、前記ハブ側フェイススプライン２１を構成する歯３２の歯面の断面形状の真直度が低下する。

即ち、上述の様な従来の車輪支持用転がり軸受ユニット１の製造方法の場合には、前記ロール３０の加工面３１を構成する複数の凹部３４のうち、１個の凹部３４の中央位置（このロール３０の円周方向に関する中央位置）を前記かしめ部２０の軸方向他端面に向けて押し付けた状態（前記１個の凹部３４の中央位置を通り、前記ロール３０の中心軸βと平行な仮想線γが、前記ハブ本体８の中心軸αとこの中心軸βとを含む仮想平面内に存在する状態）で、前記１個の凹部３４により成形される歯３２の歯面（当該歯３２となるべき凸部の円周方向側面）が、図９の（Ｃ）に示す様に、この歯３２の歯面と当接する、前記１個の凹部３４の円周方向側面と平行になる。この状態から、前記中心軸αを中心として前記ロール３０を回転（公転）させると、前記１個の凹部３４の円周方向側面が、この１個の凹部３４により成形される歯３２の歯面（当該歯３２となるべき凸部の円周方向側面）に対し傾斜する。この歯３２の歯面に対するこの１個の凹部３４の円周方向側面の傾斜角度は、前記ロール３０の加工面３１を構成する複数の凸部３３、３３のうち、１個の凸部３３の中央位置を前記かしめ部２０の軸方向他端面に向けて押し付けた状態｛図９の（Ｂ）又は（Ｄ）に示す状態｝で最も大きくなる。この傾斜角度が大きくなると、前記１個の凹部３４の円周方向側面と前記歯３２の歯面とが局所的に当接して、この歯３２の歯面が局所的に塑性変形させられる。そして、図１０の（Ｂ）の鎖線δで囲んだ部分の様に、この歯３２の歯面の断面形状の曲率半径が小さくなったり、同じく鎖線εで囲んだ部分の様に、段部３５が形成され、前記歯３２の歯面の断面形状の真直度が低下する。この真直度が低下すると、前記ハブ側フェイススプライン２１と、等速ジョイント用外輪２に形成したジョイント側フェイススプライン２６（図５参照）とを噛合させた状態で、前記ハブ側フェイススプライン２１を構成する歯３２と、前記ジョイント側フェイススプライン２６を構成する歯との歯面同士の当接面積が小さくなって、前記ハブ側フェイススプライン２１と前記ジョイント側フェイススプライン２６との噛合部、延いては、車輪支持用転がり軸受ユニット１全体の耐久性を確保し難くなる可能性がある。

特開２００９−２９２４２２号公報

本発明は、上述の様な事情に鑑みて、転がり軸受ユニットの耐久性を確保しつつ、製造コストを抑える事ができる、転がり軸受ユニットの製造方法を実現すべく発明したものである。

本発明の製造方法の対象となる転がり軸受ユニットは、ハブ本体と、内輪とを備える。
このうちのハブ本体は、軸方向中間部外周面に軸方向片側の内輪軌道を有する。
又、前記内輪は、外周面に軸方向他側の内輪軌道を有し、このハブ本体の軸方向他端寄り部分に外嵌している。
そして、前記ハブ本体の軸方向他端部に設けた円筒部を径方向外方に塑性変形させる事で形成したかしめ部により、前記内輪の軸方向他端面を抑え付けてこの内輪を前記ハブ本体に支持固定している。又、前記かしめ部の軸方向他端面に、円周方向に関する凹凸部であるハブ側フェイススプラインを形成している。
上述の様な本発明の製造方法の対象となる転がり軸受ユニットは、より具体的には、内周面に複列の外輪軌道を有する外輪と、これら両外輪軌道と前記両内輪軌道との間に、それぞれ複数個ずつ転動自在に設けられた転動体とを更に備える。
又、本発明の転がり軸受ユニットの製造方法は、前記ハブ本体の中心軸に対し傾斜した、自身の中心軸を中心とする回転（自転）を可能に支持されて、先端面を、凹部と凸部とを全周に亙って交互に配置して成る加工面としたロールの加工面を、前記かしめ部の軸方向他端面に向けて押し付けた状態で、このロールを、前記ハブ本体の中心軸を中心として回転させる揺動鍛造を施す事により、円周方向に関する凹凸部であるハブ側フェイススプラインを形成する。

特に、請求項１に記載した本発明の転がり軸受ユニットの製造方法に於いては、前記揺動鍛造の際に、少なくともこの揺動鍛造に伴って、前記ハブ側フェイススプラインの歯丈が、前記ロールの加工面に形成された前記各凹部及び前記各凸部と係合できる程度まで大きくなった段階で、前記ロールを支持したロール支持部と、前記ハブ本体を支持（載置）したステージとの間隔を周期的に変化させつつ、前記ロールの加工面を、前記かしめ部の軸方向他端面に押し付けた状態で、このロールを、このハブ本体の中心軸を中心として回転させる事により、前記かしめ部の軸方向他端面に前記揺動鍛造を施す。具体的には、前記間隔を、このロールの加工面を構成する凹部と凸部とのうちの一方の中央位置（このロールの円周方向に関する中央位置）を前記かしめ部の軸方向他端面に向けて押し付けた状態で最も小さく、同じく他方の中央位置を前記かしめ部の軸方向他端面に向けて押し付けた状態で最も大きくなる様に周期的に変化させる。
換言すれば、前記間隔を、前記凹部と凸部とのうちの一方の中央位置を通り、前記ロールの中心軸と平行な仮想線が、前記ハブ本体の中心軸とこのロールの中心軸とを含む仮想平面内に存在する状態で最も小さく、同じく他方の中央位置を通り、前記ロールの中心軸と平行な仮想線が、前記ハブ本体の中心軸とこのロールの中心軸とを含む仮想平面内に存在する状態で最も大きくなる様に周期的に変化させる。
上述の様な本発明の転がり軸受ユニットを実施する場合に、具体的には、例えば、前記ステージを、前記ハブ本体の軸方向に関して周期的に往復運動させる。

上述の様な本発明の転がり軸受ユニット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、前記ハブ本体の中心軸に対する前記ロールの中心軸の傾斜角度を１５度以上とする。
この場合に好ましくは、前記ハブ本体の中心軸に対する前記ロールの中心軸の傾斜角度を３０度以下とする。

又、上述の様な本発明の転がり軸受ユニットの製造方法を実施する場合に、具体的には請求項３に記載した発明の様に、前記加工面を構成する凸部の数を、前記ハブ側フェイススプラインを構成する歯の歯数と同じにする。

上述の様に構成する本発明の転がり軸受ユニットの製造方法の場合、かしめ部の軸方向端面にハブ側フェイススプラインを形成する為の揺動鍛造の少なくとも仕上段階で、ロールを、このかしめ部の軸方向端面に向けて押し付けた状態で、このロールを支持したロール支持部と、ハブ本体を支持した支持ステージとの間隔を周期的に変化させつつ、前記ロールを、このハブ本体の中心軸を中心として回転させる事により行う。これにより、前記ハブ本体の中心軸に対する前記ロールの中心軸の傾斜角度を大きくしても、前記ハブ側フェイススプラインを構成する歯の歯面が局所的に塑性変形させられる様な前記ロールの加工面と前記かしめ部の軸方向端面との局所的な当接を防止できる。従って、これら各歯の真直度を良好にでき、転がり軸受ユニットの耐久性を十分に確保する事ができる。又、前記ロールの加工面を前記かしめ部の軸方向端面に向けて押し付ける力が徒に大きくなるのを抑え、前記揺動鍛造に用いる加工装置の大型化を防止でき、製造コストの増大を抑えられる。

本発明の実施の形態の１例の製造方法を実施可能な揺動プレス装置の１例を示す斜視図。図１のＸ部拡大図。ロール取付部にロールを取り付けた状態で、これらロール取付部及びロールと、ハブ本体とを取り出して示す略断面図。ハブ本体の中心軸を中心とするロールの回転位置と、このハブ本体の軸方向に関するステージの位置との関係を示す線図。本発明の対象となる転がり軸受の１種である車輪支持用軸受ユニットを組み込んだ、車輪駆動用軸受ユニットの従来構造の１例を示す断面図。従来の車輪駆動用軸受ユニットの製造方法の１例を示す断面図。ハブ本体の中心軸に対するロールの中心軸の傾斜角度と、押付力Ｆの最大値との関係を示す線図。ロールの加工面上の任意の点Ｐが描く軌跡を示す図。揺動鍛造によりハブ側フェイススプラインを形成する状態を示す模式図。揺動鍛造により形成されるフェイススプライン歯を示す、ハブ本体の中心軸に対するロールの中心軸の傾斜角度を５度とした場合の模式図（Ａ）と、同じく傾斜角度を１５度とした場合の模式図（Ｂ）。

本発明の実施の形態の１例について、前述の図５〜６に加えて、図１〜４を参照しつつ説明する。尚、本例を含めて本発明の特徴は、車輪支持用転がり軸受ユニット１の耐久性を確保しつつ、製造コストを抑える為に、転がり軸受ユニットを構成するハブ本体のかしめ部の軸方向他端面に、ハブ側フェイススプラインを形成する方法を工夫した点にある。金属材料に、鍛造加工等の塑性加工、旋削等の削り加工、研磨等の仕上加工を施して、車輪支持用転がり軸受ユニット１を構成する各部材を製造する手順等については、従来から広く知られている転がり軸受ユニットの製造方法と同様であるから、説明を省略する。

本例の場合も、前述した従来の製造方法と同様に、ハブ本体８の周囲に外輪３を配置すると共に、軸方向片側の外輪軌道７ａと、軸方向片側の内輪軌道１１ａとの間に複数の転動体５、５を、軸方向片側の保持器２９ａ（図５参照）により保持した状態で設ける。次に、内輪９の外周面に形成した軸方向他側の内輪軌道１１ｂの周囲に転動体５、５を、軸方向他側の保持器２９ｂにより保持した状態で設置し、この状態で前記内輪９を、前記ハブ本体８の軸方向他端部に形成した小径段部１２に締り嵌めで外嵌する。そして、この外嵌作業に伴い、軸方向他側列の転動体５、５の転動面を、前記外輪３の軸方向他端寄り部分の内周面に形成した軸方向他側の外輪軌道７ｂに当接させる。次いで、前記ハブ本体８の軸方向他端部に形成した円筒部１９を径方向外方に塑性変形させて、前記かしめ部２０を形成する。そして、このかしめ部２０により前記内輪９の軸方向他端面を軸方向に抑え付け、この内輪９を前記ハブ本体８に固定する。更に、前記かしめ部２０の軸方向他端面に揺動鍛造を施して、前記ハブ側フェイススプライン２１を形成する。

このハブ側フェイススプライン２１を形成する為の揺動鍛造は、図１〜２に示す様な揺動プレス装置３６を使用して行う。この揺動プレス装置３６は、全体を略コ字形（略Ｃ字形又は略Ｕ字形）としたボディ本体３７と、前記ハブ本体８を支持（載置）する為のステージ３８と、ロール取付部５４と、オシレーション機構３９とを備える。このうちのステージ３８は、前記ボディ本体３７の上端部に設けられた上側腕部４０と、下端部に設けられた基台４１とを連結するブリッジ部４２に対し、鉛直方向の変位を可能に支持されている。尚、前記揺動鍛造の際には、前記ハブ本体８の中心軸α（図６参照）の軸方向を鉛直方向に一致させた状態で、このハブ本体８を前記ステージ３８に対しがたつきなく支持する。

前記ロール取付部５４は、前記上側腕部４０の上面に取り付けられたロール駆動用モータ４３により回転駆動可能に支持されたスピンドル軸５５の先端部（図１の下端部）に支持されている。そして、図３に示す様に、この様なロール取付部５４の先端部にロール３０を、複数の転がり軸受（図示省略）を介して、前記ロール駆動用モータ４３の中心軸（前記スピンドル軸５５の中心軸）を中心とする回転駆動を可能に、且つ、前記ステージ３８に支持された（前記ロール駆動用モータ４３の中心軸と同軸の）前記ハブ本体８の中心軸αに対して（鉛直方向に対して）所定角度θだけ傾斜した自身の回転軸βを中心とする回転を可能に支持している。尚、この所定角度θは、１５度以上、３０度以下（１５≦θ≦３０）としている。前記ロール３０の先端面には、凹部３４と凸部３３、３３とを全周に亙って交互に配置して成る加工面３１を設けている。これら各凸部３３、３３の数は、前記かしめ部２０の軸方向他端面に形成するハブ側フェイススプライン２１を構成する歯３２の歯数と同じとしている。

前記オシレーション機構３９は、前記ステージ３８を鉛直方向に周期的に往復運動させる為のもので、前記ボディ本体３７とこのステージ３８との間に設けられている。本例の場合、前記オシレーション機構３９は、サーボモータ４４と、このサーボモータ４４の出力軸の回転運動を往復運動に変換する為の変換機構４５と、ねじ軸４６とを備える。このうちの変換機構４５は、前記サーボモータ４４の出力軸に支持固定された駆動側歯車４７と、この駆動側歯車４７と噛合する中間歯車４８と、リンク腕４９と、ラック５０とを備える。このうちのリンク腕４９の一端部を、この中間歯車４８の端面の一部でこの中間歯車４８の回転中心から径方向に外れた部分に揺動を可能に連結すると共に、前記リンク腕４９の他端部を、前記ラック５０の一端部に揺動を可能に連結している。このラック５０は、前記ステージ３８の側面に、直動軸受（リニアガイド）５１により水平方向（図１、２の表裏方向）の変位を可能に支持されている。従って、前記サーボモータ４４により前記駆動側歯車４７が回転駆動され、前記中間歯車４８が回転すると、前記リンク腕４９が押し引きされて、前記ラック５０が水平方向に往復運動する。

前記ねじ軸４６は、鉛直方向に配設された状態で、下端寄り部分を、前記基台４１の上面に設けられたナット部５２に螺合すると共に、中間部に前記ラック５０と噛合した従動側歯車５３を支持固定している。この様なねじ軸４６の上端部を、前記ステージ３８に連結している。従って、前記サーボモータ４４の駆動に伴い前記ラック５０が水平方向に往復運動すると、このラック５０と前記従動側歯車５３との噛合に基づいて前記ねじ軸４６が往復回転する。そして、このねじ軸４６と前記ナット部５２との螺合に基づいて、このねじ軸４６を鉛直方向に周期的に往復運動させる事により、前記ステージ３８を鉛直方向に周期的に往復運動させる。尚、前記ねじ軸４６を、例えば外周面に雄ボールねじ溝を有するボールねじ軸とし、このボールねじ軸を、内周面に雌ボールねじ溝を有するナット部と、複数個のボールを介して螺合させる事もできる。

上述の様な揺動プレス装置３６を使用して前記揺動鍛造を行う際には、前記ハブ本体８の中心軸αを鉛直方向に一致させた状態（このハブ本体８の軸方向片端を下方に、同じく軸方向他端を上方に向けた状態）で、このハブ本体８を前記ステージ３８に支持（載置）する。そして、前記スピンドル軸５５を下降させ、このスピンドル軸５５の先端部に設けたロール取付部５４に取り付けた前記ロール３０の加工面３１を前記かしめ部２０の軸方向他端面に大きな力（押付力）Ｆで押し付ける。この状態で、前記ロール駆動用モータ４３により前記ロール３０を、前記ハブ本体８の中心軸αを中心に回転させると共に、前記サーボモータ４４を回転駆動させる事で前記ステージ３８を鉛直方向に周期的に往復運動させる。但し、前記ステージ３８を（鉛直方向に往復運動させる事なく、）固定した状態で前記ロール３０を、前記中心軸αを中心に回転させ、前記かしめ部２０の軸方向他端面に前記ハブ側フェイススプライン２１（となるべき円周方向に関する凹凸部）をある程度（このハブ側フェイススプライン２１の歯丈が、前記ロール３０の加工面３１に形成された凹部３４及び凸部３３、３３と係合できる程度まで）形成し、その後、前記サーボモータ４４を回転駆動させる事で前記ステージ３８を鉛直方向に周期的に往復運動させる様にしても良い。何れにしても、前記ロール３０は、自身の中心軸βを中心として回転可能に支持されている。従って、前記かしめ部２０の軸方向他端面に前記ハブ側フェイススプライン２１（となるべき円周方向に関する凹凸部）が形成される以前の状態では、前記ロール３０を、前記ハブ本体８の中心軸αを中心として回転させると、前記加工面３１に設けた歯の歯先と前記かしめ部２０の軸方向他端面との摩擦係合に基づいて、前記ロール３０が自身の中心軸βを中心として回転（自転）する。一方、前記ハブ側フェイススプライン２１がある程度形成された（このハブ側フェイススプライン２１の歯丈がある程度大きくなった）後は、前記ロール３０を、前記ハブ本体８の中心軸αを中心として回転させると、前記加工面３１を構成する凹部３４及び凸部３３、３３と前記ハブ側フェイススプライン２１との係合（噛合）に基づいて、前記ロール３０が自転する。そして、このハブ側フェイススプライン２１を構成する歯３２の歯丈を更に大きくして、加工を完了する。

特に本例の場合には、前記往復運動の周期を、次の様に規制している。即ち、図９の（Ｃ）に示す様に、前記ロール３０の加工面３１を構成する複数の凹部３４のうち、１個の凹部３４の中央位置（このロール３０の円周方向に関する中央位置）を前記かしめ部２０の軸方向他端面に向けて押し付けた状態で、図４に点ａで示す様に、前記ステージ３８を最も上方に位置させる。一方、図９の（Ｂ）又は（Ｄ）に示す様に、前記加工面３１を構成する複数の凸部３３のうち、１個の凸部３３の中央位置を前記かしめ部２０の軸方向他端面に向けて押し付けた状態で、図４に点ｂで示す様に、前記ステージ３８を最も下方に位置させる。換言すれば、前記１個の凹部３４の中央位置を通り、前記ロール３０の中心軸βと平行な仮想線γが、前記ハブ本体８の中心軸αとこのロール３０の中心軸βとを含む仮想平面内に存在する状態で、前記ステージ３８を最も上方に位置させる。一方、前記１個の凸部３３の中央位置を通り、前記ロール３０の中心軸βと平行な仮想線が、前記ハブ本体８の中心軸αとこのロール３０の中心軸βとを含む仮想平面内に存在する状態で、前記ステージ３８を最も下方に位置させる。これにより、図９の（Ｂ）及び（Ｄ）に示す状態で、前記ロール３０の加工面３１と前記かしめ部２０の軸方向他端面とが互いに離れるか、或いは、このロール３０の加工面３１がこのかしめ部２０の軸方向他端面に強く押し付けられない様にしている。尚、本例の場合、前記１個の凹部３４の中央位置を前記かしめ部２０の軸方向他端面に向けて押し付けた状態で、この１個の凹部３４により成形される歯３２の歯面（当該歯３２となるべき凸部の円周方向側面）が、図９の（Ｃ）に示す様に、この歯３２の歯面と当接する、前記１個の凹部３４の円周方向側面と平行になる。

尚、前記図９の（Ｄ）に示す状態から、更に前記ロール３０を、前記ハブ本体８の中心軸αを中心として回転させると、前記１個の凸部３３のこのロール３０の公転方向前側隣りに存在する凹部３４が、前記かしめ部２０の軸方向他端面に向けて押し付けられる｛図９の（Ｅ）に示す状態｝。この状態では、前記ステージ３８を最も上方に位置させる。即ち、このステージ３８は、前記ロール３０を、前記ハブ本体８の中心軸αを中心に、前記ハブ側フェイススプライン２１を構成する１個の歯３２に対応する角度（３６０度をこのハブ側フェイススプライン２１を構成する歯３２の歯数で除した角度）分だけ回転させる毎に、鉛直方向に往復運動する。尚、図４の横軸は、前記１個の凹部３４の円周方向中央位置を前記かしめ部２０の軸方向他端面に向けて押し付けた状態を０とした、前記ロール３０の回転（公転）角度を示している。同じく縦軸は、前記ステージ３８が最も下方に位置した状態を０とした、このステージ３８の鉛直方向位置を示している。このステージ３８の鉛直方向に関する往復運動の周期（振動数）は、例えば、前記ハブ側フェイススプライン２１を構成する歯３２の歯数が３１個であり、前記ハブ本体８の中心軸αを中心とする前記ロール３０の回転数（回転速度）が２００〜３００［ｒｐｍ］である場合には、１０３〜１５５［Ｈｚ］とする。この様な往復運動の振動数は、前記オシレーション機構３９を構成する前記サーボモータ４４の回転数（回転速度）を調整する事により規制する。即ち、前記中間歯車４８と前記駆動側歯車４７との間の歯車比が５〜１０である場合には、前記サーボモータ４４の回転速度を１０００〜２０００［ｒｐｍ］とする。

尚、前記ステージ３８の鉛直方向に関する往復運動の移動量（振幅）は、形成すべきハブ側フェイススプライン２１を構成する歯３２の歯丈等によって異なるが、一般的な自動車用の車輪支持用転がり軸受ユニットを製造する場合で、例えば０．１〜１．０［ｍｍ］程度とする。

上述の様な本例の場合、前記かしめ部２０の軸方向他端面に前記ハブ側フェイススプライン２１を形成する為の揺動鍛造を、前記ロール３０の加工面３１を前記かしめ部２０の軸方向他端面に向けて押し付けた状態で、前記ハブ本体８を支持したステージ３８を鉛直方向に周期的に往復運動させつつ、前記ロール３０を、このハブ本体８の中心軸αを中心として回転させる事により行う。即ち、前記歯３２の歯面に対する前記凹部３４の円周方向側面の傾斜角度が大きくなる状態で、前記ステージ３８を鉛直方向下方に位置させる様にしている。これにより、前記ハブ本体８の中心軸αに対する前記ロール３０の中心軸βの傾斜角度θを大きくしても（この傾斜角度θを１５度以上にしても）、前記歯３２の歯面が局所的に塑性変形させられる（押圧される）様な前記ロール３０の加工面３１と前記かしめ部２０の軸方向他端面との局所的な当接を防止している。従って、この歯３２の断面形状の真直度を良好にでき、前記ハブ側フェイススプライン２１と、等速ジョイント用外輪２に形成したジョイント側フェイススプライン２６（図５参照）とを噛合させた状態で、前記ハブ側フェイススプライン２１を構成する歯３２と、前記ジョイント側フェイススプライン２６を構成する歯との歯面同士の当接面積を十分に大きくする事ができる。この結果、前記ハブ側フェイススプライン２１と前記ジョイント側フェイススプライン２６との噛合部、延いては、車輪支持用転がり軸受ユニット１全体の耐久性を十分に確保する事ができる。又、前記傾斜角度θを大きくできる（この傾斜角度θを１５度以上にできる）為、前記ロール３０の加工面３１を前記かしめ部２０の軸方向他端面に向けて押し付ける力（押付力）Ｆが過度に大きくなる事を防止できる。この結果、前記揺動プレス装置３６が徒に大型化するのを防止でき、前記車輪支持用転がり軸受ユニット１の製造コストの増大を抑えられる。

尚、前述の図７から明らかな通り、前記ハブ本体８の中心軸αに対する前記ロール３０の中心軸βの傾斜角度θが、３０度を超えると、このロール３０の加工面３１と、前記かしめ部２０の軸方向他端面との当接面積が過度に小さくなる。この結果、前記揺動鍛造の際に、前記加工面３１を構成する凸部３３、３３の先端面と、前記かしめ部２０の軸方向他端面との当接面圧が過度に大きくなって、前記ロール３０の加工面３１の耐久性を確保し難くなる可能性がある。そこで、本例の場合には、前記傾斜角度θを３０度以下としている。

又、本発明を実施する場合には、前記加工面３１と前記かしめ部２０の軸方向他端面との係合部（摩擦係合部若しくは噛合部）で発生する円周方向の滑りにかかわらず、前記ハブ本体８の中心軸αを中心とする前記ロール３０の回転と、前記ステージ３８の往復運動とを同期させる為の同期機構を設ける事が好ましい。即ち、前記円周方向の滑りをセンサにより検出し、この検出結果に基づいて、前記サーボモータ４４を制御する。具体的には、前記円周方向の滑りが発生した場合に、このサーボモータ４４の回転速度を小さくしたり、このサーボモータ４４の回転を停止する。

或いは、前記揺動鍛造の際に、前記ロール３０を、前記ハブ本体８の中心軸αを中心に回転させる事に伴い、このロール３０を、自身の中心軸βを中心として、前記ハブ本体８の中心軸αを中心とする回転方向と逆方向に強制的に回転させる為の自転強制手段を設けても良い。この自転強制手段は、例えば、前記ハブ本体８を前記ステージ３８に支持した状態で、前記かしめ部２０の軸方向他端面の周囲を囲む部分に、円周方向に関する凹凸部であるガイド歯を設け、このガイド歯と、前記ロール３０の加工面３１を構成する凸部３３、３３の一部とを噛合させる事で、このロール３０を、前記ハブ本体８の中心軸αを中心に回転させる事に伴い、このロール３０を、自身の中心軸βを中心に回転させるものとする事ができる。

又、本発明を実施する場合、上述した実施の形態の１例とは逆に、ロール３０の加工面３１を構成する複数の凸部３３、３３のうち、１個の凸部３３の中央位置をかしめ部２０の軸方向他端面に向けて押し付けた状態で、ステージ３８を最も上方に位置させ、前記加工面３１を構成する複数の凹部３４のうち、１個の凹部３４の中央位置を前記かしめ部２０の軸方向他端面に向けて押し付けた状態で、前記ステージ３８を最も上方に位置させる様にする事もできる。この場合には、前記１個の凸部３３の中央位置を前記かしめ部２０の軸方向他端面に向けて押し付けた状態で、凹部３４により成形される歯３２の歯面（当該歯３２となるべき凸部の円周方向側面）が、この歯３２の歯面と当接する、前記凹部３４の円周方向側面と平行になる。

１車輪支持用転がり軸受ユニット
２等速ジョイント用外輪
３外輪
４ハブ
５転動体
６静止側フランジ
７ａ、７ｂ外輪軌道
８ハブ本体
９内輪
１０回転側フランジ
１１ａ、１１ｂ内輪軌道
１２小径段部
１３中心孔
１４小径部
１５ボルト
１６杆部
１７雄ねじ部
１８頭部
１９円筒部
２０かしめ部
２１ハブ側フェイススプライン
２２マウス部
２３端壁部
２４軸部
２５ねじ孔
２６ジョイント側フェイススプライン
２７等速ジョイント用内輪
２８ボール
２９ａ、２９ｂ保持器
３０ロール
３１加工面
３２歯
３３凸部
３４凹部
３５段部
３６揺動プレス装置
３７ボディ本体
３８ステージ
３９オシレーション機構
４０上側腕部
４１基台
４２ブリッジ部
４３ロール駆動用モータ
４４サーボモータ
４５変換機構
４６ねじ軸
４７駆動側歯車
４８中間歯車
４９リンク腕
５０ラック
５１直動軸受
５２ナット部
５３従動側歯車
５４ロール取付部
５５スピンドル軸

Claims

軸方向中間部外周面に軸方向片側の内輪軌道を有するハブ本体と、
外周面に軸方向他側の内輪軌道を有し、このハブ本体の軸方向他端寄り部分に外嵌された内輪とを備え、
前記ハブ本体の軸方向他端部に設けた円筒部を径方向外方に塑性変形させる事で形成したかしめ部により、前記内輪の軸方向他端面を抑え付けてこの内輪を前記ハブ本体に固定し、このかしめ部の軸方向他端面に、円周方向に関する凹凸部であるハブ側フェイススプラインを形成した転がり軸受ユニットを造る為、
前記ハブ本体の中心軸に対し傾斜した、自身の中心軸を中心とする回転を可能に支持されて、先端面を、凹部と凸部とを全周に亙って交互に配置して成る加工面としたロールの加工面を、前記かしめ部の軸方向他端面に押し付けた状態で、このロールを、前記ハブ本体の中心軸を中心として回転させる揺動鍛造を施す事により、このかしめ部の軸方向他端面に前記ハブ側フェイススプラインを形成する、転がり軸受ユニットの製造方法であって、
前記揺動鍛造の際に、少なくともこの揺動鍛造に伴って、前記ハブ側フェイススプラインの歯丈が、前記ロールの加工面に形成された前記各凹部及び前記各凸部と係合できる程度まで大きくなった段階で、前記ロールを支持したロール支持部と、前記ハブ本体を支持したステージとの間隔を、このロールの加工面を構成する凹部と凸部とのうちの一方の中央位置を前記かしめ部の軸方向他端面に向けて押し付けた状態で最も小さく、同じく他方の中央位置を前記かしめ部の軸方向他端面に向けて押し付けた状態で最も大きくなる様に周期的に変化させつつ、前記ロールの加工面を、前記かしめ部の軸方向他端面に押し付けた状態で、このロールを、前記ハブ本体の中心軸を中心として回転させる事により、前記かしめ部の軸方向他端面に前記揺動鍛造を施す、
事を特徴とする転がり軸受ユニットの製造方法。
前記ロールの中心軸の前記ハブ本体の中心軸に対する傾斜角度が１５度以上である、請求項１に記載した転がり軸受ユニットの製造方法。
前記加工面を構成する凸部の数を、前記ハブ側フェイススプラインを構成する歯の歯数と同じにしている、請求項１〜２のうちの何れか１項に記載した転がり軸受ユニットの製造方法。
転がり軸受ユニットを備える車両の製造方法であって、
前記転がり軸受ユニットを、請求項１〜３のうちの何れか１項に記載した転がり軸受ユニットの製造方法により製造する、
車両の製造方法。