JP6416466B2 - 車輪用軸受装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、自動車等の車両の駆動車輪を回転自在に支承する車輪用軸受装置の製造方法に関するもので、特に、軸受部と等速自在継手とをフェイススプラインを介して着脱自在にユニット化した車輪用軸受装置の製造方法に関する。

自動車等の車両のエンジン動力を車輪に伝達する動力伝達装置は、エンジンから車輪へ動力を伝達すると共に、悪路走行時における車両のバウンドや車両の旋回時に生じる車輪からの径方向や軸方向変位、およびモーメント変位を許容する必要があるため、エンジン側と駆動車輪側との間に介装されるドライブシャフトの一端を摺動型の等速自在継手を介してディファレンシャルに連結し、他端を固定型の等速自在継手を含む車輪用軸受装置を介して車輪に連結している。

近年、省資源あるいは公害等の面から燃費向上に対する要求は厳しいものがある。自動車部品において、中でも車輪用軸受装置の軽量化はこうした要求に応える要因として注目され、強く望まれて久しい。従来から軽量化を図った車輪用軸受装置に関する提案は種々のものがあるが、それと共に自動車等の組立現場あるいは補修市場において、組立・分解作業を簡略化して低コスト化を図ることも重要な要因となっている。

図１０（ａ）に示す車輪用軸受装置は、こうした要求を満たした代表的な一例である。この車輪用軸受装置は、複列の転がり軸受５１と等速自在継手５２とを着脱自在にユニット化して構成されている。複列の転がり軸受５１は、車体に取り付けるための車体取付フランジ５３ｂを一体に有し、内周に複列の外側転走面５３ａ、５３ａが形成された外方部材５３と、一端部に車輪（図示せず）を取り付けるための車輪取付フランジ５５を一体に有し、外周に前記複列の外側転走面５３ａ、５３ａの一方に対向する内側転走面５４ａと、この内側転走面５４ａから軸方向に延びる円筒状の小径段部５４ｂが形成されたハブ輪５４、およびこのハブ輪５４の小径段部５４ｂに圧入され、外周に前記複列の外側転走面５３ａ、５３ａの他方に対向する内側転走面５６ａが形成された内輪５６からなる内方部材５７と、両転走面間に保持器５８を介して転動自在に収容された複列のボール５９、５９とを備えている。そして、内輪５６は、小径段部５４ｂの端部を塑性変形させて形成した加締部６０によってハブ輪５４に対して軸方向に固定されている。さらに、この加締部６０の端面にフェイススプライン６０ａが形成されている。

また、外方部材５３と内方部材５７との間に形成される環状空間の開口部にはシール６１、６２が装着され、軸受内部に封入されたグリースの外部への漏洩と、外部から雨水やダスト等が軸受内部に侵入するのを防止している。

等速自在継手５２は、外側継手部材６３と図示しない継手内輪、ケージ、およびトルク伝達ボールとを備え、外側継手部材６３は、カップ状のマウス部６４と、このマウス部６４の底部をなす肩部６５と、この肩部６５から軸方向に延びる中空状の軸部６６を一体に有し、軸部６６の内周には雌ねじ６６ａが形成されている。また、肩部６５の端面にフェイススプライン６５ａが形成されている。このフェイススプライン６５ａは、加締部６０の端面に形成されたフェイススプライン６０ａに噛合し、ドライブシャフト（図示せず）からの回転トルクが等速自在継手５２および内方部材５７を介して車輪取付フランジ５５に伝達される。

軸部６６の雌ねじ６６ａには締結ボルト６７が螺着され、この締結ボルト６７によって外側継手部材６３と内方部材５７の対向する両フェイススプライン６５ａ、６０ａが圧接支持され、複列の転がり軸受５１と等速自在継手５２とが着脱自在にユニット化されている。これにより、軽量・コンパクト化を図ることができると共に、分解・組立作業が簡素化される（例えば、特許文献１参照。）。

特表２００９−５４３００９号公報

こうしたハブ輪５４における加締部６０のフェイススプライン６０ａは、小径段部５４ｂの端部を塑性変形させて形成されるが、図１０（ｂ）に示すように、加締部６０の最外径部Ｐ２は加締加工前の円筒部６０’の先端部Ｐ１、中央部Ｐ４は円筒部６０’の中央部Ｐ３から移動するような変形をすることになる。この場合、矢印の長さがその加工度（変形量）となるため、最外径部Ｐ２が最も変形量が大きくなり、加工度が最大となる。然しながら、この加工度が大きくなると、最外径部Ｐ２の歪みが大きくなり、特に、フェイススプライン６０ａの歯底の応力が過大となってクラックが発生する恐れがあり、耐久性に多大な影響を及ぼすことになる。

本発明は、このような従来の問題に鑑みてなされたもので、加締時における加工度（変形量）に着眼することにより、フェイススプライン部の加締加工時のクラックの発生を防止し、耐久性の向上を図った車輪用軸受装置の製造方法を提供することを目的とする。

係る目的を達成すべく、本発明のうち請求項１に記載の方法発明は、内周に複列の外側転走面が一体に形成された外方部材と、一端部に車輪を取り付けるための車輪取付フランジを一体に有し、外周に軸方向に延びる円筒状の小径段部が形成されたハブ輪、およびこのハブ輪の小径段部に所定のシメシロを介して圧入された少なくとも一つの内輪からなり、外周に前記複列の外側転走面に対向する複列の内側転走面が形成された内方部材と、この内方部材と前記外方部材の両転走面間に転動自在に収容された複列の転動体と、を備え、前記小径段部の端部を径方向外方に塑性変形させて揺動加締によって形成した加締部により前記内輪が前記ハブ輪に固定されると共に、前記加締部の端面にフェイススプラインが前記加締部の揺動加締時に塑性変形により同時に形成され、このフェイススプラインを介して等速自在継手からの回転トルクを伝達する車輪用軸受装置の製造方法において、前記加締部の加工前の前記小径段部の端部が円筒状に形成され、この端部の前記内輪の大端面からの突出量をＡ、前記端部の外径をＢ、加締加工後の加締部における前記フェイススプラインの歯底から前記内輪の大端面までの軸方向寸法をＤ、前記加締部の最外径部の外径をＥとした時、当該フェイススプラインの歯底の圧下率Ｙ＝（Ａ−Ｄ）／Ａが０．６０以下で、拡径率Ｚ＝（Ｅ−Ｂ）／Ｂが０．２２以下に設定され、前記フェイススプラインの加締加工時の歯底のクラックの発生を防止している。ここで、Ｄにおける歯底の位置としては、最も内輪の大端面からの寸法が小さくなる位置とする。Ａは、加締前の小径段部端部の内輪の大端面からの突出量であるので、軸方向の加工度（変形量）は、Ａ−Ｄにより得られる。従って、フェイススプラインの歯底の圧下率Ｙとして、（Ａ−Ｄ）／Ａと定義できる。同様に、径方向の加工度（変形量）として、Ｅ−Ｂが得られ、拡径率Ｚとして（Ｅ−Ｂ）／Ｂと定義する。

このように、ハブ輪の小径段部の端部を径方向外方に塑性変形させて揺動加締によって形成した加締部により内輪がハブ輪に固定されると共に、加締部の端面にフェイススプラインが加締部の揺動加締時に塑性変形により同時に形成され、このフェイススプラインを介して等速自在継手からの回転トルクを伝達する車輪用軸受装置の製造方法において、加締部の加工前の小径段部の端部が円筒状に形成され、この端部の内輪の大端面からの突出量をＡ、端部の外径をＢ、加締加工後の加締部における前記フェイススプラインの歯底から前記内輪の大端面までの軸方向寸法をＤ、加締部の最外径部の外径をＥとした時、当該フェイススプラインの歯底の圧下率Ｙ＝（Ａ−Ｄ）／Ａが０．６０以下で、拡径率Ｚ＝（Ｅ−Ｂ）／Ｂが０．２２以下に設定され、フェイススプラインの加締加工時の歯底のクラックの発生を防止しているので、最も加工度が高くなるフェイススプラインの歯底のクラック発生を防止することができ、耐久性の向上を図った車輪用軸受装置を提供することができる。

好ましくは、請求項２に記載の発明のように、前記フェイススプラインの歯底の圧下率Ｙと前記拡径率Ｚとの積Ｙ×Ｚが０．１３５以下に設定されていれば、歯底のクラックを防止することができる。

また、請求項３に記載の発明のように、前記加締部の前記内輪の大端面からの突出量をＣとした時、前記フェイススプラインの歯頂点の圧下率Ｘ＝（Ａ−Ｃ）／Ａが０．３４以下に設定されていれば、歯頂点のクラック発生を防止することができる。ここでも、前述と同様に、歯頂点における径方向の加工度（変形量）として、Ａ−Ｃが得られ、フェイススプラインの歯頂点の圧下率Ｘとして（Ａ−Ｃ）／Ａと定義する。

また、請求項４に記載の発明のように、前記フェイススプラインの歯頂点の圧下率Ｘと前記拡径率Ｚとの積Ｘ×Ｚが０．０８以下に設定されていれば、歯頂点のクラックを防止することができる。

また、請求項５に記載の発明のように、前記ハブ輪がＳ５３Ｃ等の炭素０．５０〜０．７０ｗｔ％を含む中高炭素鋼からなり、外周に前記内側転走面が直接形成され、この内側転走面をはじめ、前記車輪取付フランジのインナー側の基部から小径段部に亙る外周面に高周波焼入れによって表面硬さを５８〜６４ＨＲＣの範囲に硬化処理されると共に、前記加締部が鍛造加工後の硬さ１３〜３０ＨＲＣのままとされていれば、車輪取付フランジに負荷される回転曲げ荷重に対して充分な機械的強度を有し、ハブ輪の耐久性が向上すると共に、加締加工に伴う加締部のクラック発生を抑えることができる。

また、請求項６に記載の発明のように、前記ハブ輪の素材がフェライト結晶粒の粒度番号が３以上に設定されていれば、結晶粒の大きさが小さく、クラックの伝播経路となり得るそれぞれの結晶粒界の長さが短くなるため、加工時のクラック発生を抑えることにより強度を向上させることができる。

また、請求項７に記載の発明のように、前記ハブ輪に含有されるＳが０．０２ｗｔ％以下に規制されていれば、延性が低下するのを抑制でき、加締加工によって加締部にクラックが発生するのを防止することができる。

また、請求項８に記載の発明のように、前記ハブ輪に含有されるＳｉが０．２ｗｔ％以下に規制されていれば、延性が低下するのを抑制でき、加締加工によって加締部にクラックが発生するのを防止することができる。

本発明に係る車輪用軸受装置の製造方法は、内周に複列の外側転走面が一体に形成された外方部材と、一端部に車輪を取り付けるための車輪取付フランジを一体に有し、外周に軸方向に延びる円筒状の小径段部が形成されたハブ輪、およびこのハブ輪の小径段部に所定のシメシロを介して圧入された少なくとも一つの内輪からなり、外周に前記複列の外側転走面に対向する複列の内側転走面が形成された内方部材と、この内方部材と前記外方部材の両転走面間に転動自在に収容された複列の転動体と、を備え、前記小径段部の端部を径方向外方に塑性変形させて揺動加締によって形成した加締部により前記内輪が前記ハブ輪に固定されると共に、前記加締部の端面にフェイススプラインが前記加締部の揺動加締時に塑性変形により同時に形成され、このフェイススプラインを介して等速自在継手からの回転トルクを伝達する車輪用軸受装置の製造方法において、前記加締部の加工前の前記小径段部の端部が円筒状に形成され、この端部の前記内輪の大端面からの突出量をＡ、前記端部の外径をＢ、加締加工後の加締部における前記フェイススプラインの歯底から前記内輪の大端面までの軸方向寸法をＤ、前記加締部の最外径部の外径をＥとした時、当該フェイススプラインの歯底の圧下率Ｙ＝（Ａ−Ｄ）／Ａが０．６０以下で、拡径率Ｚ＝（Ｅ−Ｂ）／Ｂが０．２２以下に設定され、前記フェイススプラインの加締加工時の歯底のクラックの発生を防止しているので、最も加工度が高くなるフェイススプラインの歯底のクラック発生を防止することができ、耐久性の向上を図った車輪用軸受装置を提供することができる。

本発明に係る車輪用軸受装置の一実施形態を示す縦断面図である。 図１のフェイススプライン部を示す要部拡大図である。 （ａ）は、図１の加締部の加工前を示す説明図、（ｂ）は、（ａ）の加締加工後を示す説明図である。 図１のフェイススプライン部を示す正面図である。 本発明に係るフェイススプライン部の歯頂点の圧下率を示すグラフである。 本発明に係るフェイススプライン部の歯底の圧下率を示すグラフである。 本発明に係るフェイススプライン部の拡径率を示すグラフである。 本発明に係るフェイススプライン部の歯頂点の圧下率×拡径率を示すグラフである。 本発明に係るフェイススプライン部の歯底の圧下率×拡径率を示すグラフである。 （ａ）は、従来の車輪用軸受装置を示す縦断面図、（ｂ）は、（ａ）のフェイススプライン部を示す要部拡大図である。

外周に車体に取り付けられるための車体取付フランジを一体に有し、内周に複列の外側転走面が一体に形成された外方部材と、一端部に車輪取付フランジを一体に有し、外周に前記複列の外側転走面に対向する一方の内側転走面と、この内側転走面から軸方向に延びる小径段部が形成されたハブ輪、およびこのハブ輪の小径段部に所定のシメシロを介して圧入され、外周に前記複列の外側転走面に対向する他方の内側転走面が形成された内輪からなる内方部材と、この内方部材と前記外方部材の両転走面間に保持器を介して転動自在に収容された複列の転動体と、を備え、前記小径段部の端部を径方向外方に塑性変形させて形成した加締部により前記内輪が前記ハブ輪に固定されると共に、前記加締部の端面にフェイススプラインが塑性変形により形成された車輪用軸受装置の製造方法において、前記加締部の加工前の前記小径段部の端部が円筒状に形成され、この端部の前記内輪の大端面からの突出量をＡ、前記端部の外径をＢ、加締加工後の加締部における前記フェイススプラインの歯底から前記内輪の大端面までの軸方向寸法をＤ、前記加締部の最外径部の外径をＥとした時、当該フェイススプラインの歯底の圧下率Ｙ＝（Ａ−Ｄ）／Ａが０．６０以下で、拡径率Ｚ＝（Ｅ−Ｂ）／Ｂが０．２２以下に設定されていると共に、前記歯底の圧下率Ｙと前記拡径率Ｚとの積Ｙ×Ｚが０．１３５以下に設定されている。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明に係る車輪用軸受装置の一実施形態を示す縦断面図、図２は、図１のフェイススプライン部を示す要部拡大図、図３（ａ）は、図１の加締部の加工前を示す説明図、（ｂ）は、（ａ）の加締加工後を示す説明図、図４は、図１のフェイススプライン部を示す正面図、図５は、本発明に係るフェイススプライン部の歯頂点の圧下率を示すグラフ、図６は、本発明に係るフェイススプライン部の歯底の圧下率を示すグラフ、図７は、本発明に係るフェイススプライン部の拡径率を示すグラフ、図８は、本発明に係るフェイススプライン部の歯頂点の圧下率×拡径率を示すグラフ、図９は、本発明に係るフェイススプライン部の歯底の圧下率×拡径率を示すグラフである。なお、以下の説明では、車両に組み付けた状態で車両の外側寄りとなる側をアウター側（図１の左側）、中央寄り側をインナー側（図１の右側）という。

この車輪用軸受装置は、ハブ輪１と複列の転がり軸受２がユニット化された所謂第３世代と称される構成を備え、これに等速自在継手３が軸方向に着脱自在に連結されている。複列の転がり軸受２は、外方部材７と内方部材８と複列の転動体（ボール）９、９とを備えている。

外方部材７はＳ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０ｗｔ％を含む中高炭素鋼からなり、外周に車体（図示せず）に取り付けるための車体取付フランジ７ｂを一体に有し、内周には複列の外側転走面７ａ、７ａが一体に形成されている。そして、少なくとも複列の外側転走面７ａ、７ａが高周波焼入れによって表面硬さを５８〜６４ＨＲＣの範囲に所定の硬化層が形成されている。

一方、内方部材８は、ハブ輪１と、このハブ輪１に圧入固定された内輪５とからなり、前記した外方部材７の外側転走面７ａ、７ａに対向する複列の内側転走面１ａ、５ａが形成されている。これら複列の内側転走面１ａ、５ａのうち一方（アウター側）の内側転走面１ａがハブ輪１の外周に直接形成されると共に、他方（インナー側）の内側転走面５ａが内輪５の外周に形成されている。そして、複列の転動体９、９がこれら両転走面間にそれぞれ収容され、保持器１０、１０によって転動自在に保持されている。また、外方部材７と内方部材８との間に形成される環状空間の開口部にはシール１１、１２が装着され、軸受内部に封入された潤滑グリースの漏洩と、外部から軸受内部に雨水やダスト等が侵入するのを防止している。

ハブ輪１は、アウター側の端部に車輪（図示せず）を取り付けるための車輪取付フランジ４を一体に有し、外周に内側転走面１ａと、この内側転走面１ａから軸方向に延びる円筒状の小径段部１ｂが形成されている。このハブ輪１はＳ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０ｗｔ％を含む中高炭素鋼からなり、内側転走面１ａをはじめ、アウター側のシール１１のシールランド部となる車輪取付フランジ４のインナー側の基部４ａから小径段部１ｂに亙る外周面に高周波焼入れによって表面硬さを５８〜６４ＨＲＣの範囲に硬化処理されている。なお、後述する加締部１３は、鍛造加工後の硬さ（１３〜３０ＨＲＣ）のままとされている。これにより、シールランド部の耐摩耗性が向上するばかりでなく、車輪取付フランジ４に負荷される回転曲げ荷重に対して充分な機械的強度を有し、ハブ輪１の耐久性が一層向上すると共に、加締加工に伴う加締部１３のクラック発生を抑えることができる。

ハブ輪１は、前述したように、Ｃが０．４０〜０．８０ｗｔ％、好ましくは、０．５０〜０．７０ｗｔ％を含有しているが、その他、Ｍｎが０．１〜２．０ｗｔ％、Ｃｒが１．０ｗｔ％以下、Ｓｉが０．２ｗｔ％以下、Ｓが０．０２ｗｔ％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物を有する中高炭素鋼で形成されている。

また、Ｃ以外の合金元素としてＭｎ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｓが添加されるが、このうちＭｎは、鋼の焼入れ性を向上させ、前述したように、所定の硬化層を形成するために０．１〜２．０ｗｔ％添加されている。０．１ｗｔ％未満では、高周波焼入れによる硬化層の厚さが充分確保されず、また、２．０ｗｔ％を超えると加工性が低下して好ましくない。

Ｃｒは１．０ｗｔ％以下添加されている。１．０ｗｔ％を超えると加工性が低下するので好ましくない。

Ｓｉは、Ｍｎ、Ｃｒと同様、焼入れ性を向上させる作用があるが、一方、塑性加工時の延性が低下することになるため、ここでは０．２ｗｔ％以下に規制されている。

ハブ輪１の素材となる中高炭素鋼では、熱間鍛造時の高温状態ではオーステナイト組織となっており、このオーステナイト時の結晶粒の大きさは高温時の温度や保持時間等によって決まるが、この状態から温度が下降しても結晶粒の大きさは変わることなく、組織のみがオーステナイト組織からパーライト組織に変態する。この温度下降時の組織としては、フェライト組織＋パーライト組織となっており、フェライトがパーライト組織の粒界（外周）に析出した状態となっている。

本実施形態では、ハブ輪１のフェライト結晶粒度が３以上に規制されている。このフェライト結晶粒度とは、フェライト結晶粒に囲まれたパーライト組織の大きさを指し、硝酸エタノール溶液にてフェライトを腐食させて粒界を現出させ、そして結晶粒の大きさを観察する。また、フェライト結晶粒度とは、ＪＩＳ規格Ｇ０５５１に規定された試験方法により判定される結晶粒度の粒度番号であり、所謂旧フェライト結晶粒の粒度番号を意味する。

このように、ハブ輪１の素材のフェライト結晶粒度を３以上に規制することにより、小径段部１ｂの端部を塑性変形させて加締部１３を形成する際、クラックの伝播経路となり得るそれぞれの結晶粒界の長さが短くなるため、加工時のクラック発生を抑えることにより強度を向上させることができる。

さらに、塑性加工時の延性を阻害する恐れがあるＳｉとＳの添加量を規制すると共に、フェライト結晶粒度を３以上に規制することにより、加締加工に伴う加締部１３のクラック発生を抑えると共に、加締部１３の強度を高めてハブ輪１の耐久性を確保することができる。

一方、内輪５および転動体９はＳＵＪ２等の高炭素クロム鋼で形成され、ズブ焼入れにより芯部まで５８〜６４ＨＲＣの範囲に硬化処理されている。この内輪５はハブ輪１の小径段部１ｂに所定のシメシロを介して圧入され、小径段部１ｂの端部を塑性変形（揺動加締）させて形成した加締部１３によって所望の軸受予圧が付与された状態で軸方向に固定されている。そして、加締部１３の端面には、揺動加締時にフェイススプライン１４が塑性加工によって同時に形成されている。なお、ここでは、転動体９にボールを使用した複列のアンギュラ玉軸受で構成された車輪用軸受装置を例示したが、これに限らず、転動体９に円錐ころを使用した複列の円錐ころ軸受で構成されたものであっても良い。

等速自在継手３は、Ｓ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０ｗｔ％を含む中高炭素鋼からなる外側継手部材１５と、図示しない継手内輪とケージおよびトルク伝達ボールからなる。外側継手部材１５は、図示しないカップ状のマウス部の底部をなす肩部１６と、この肩部１６から軸方向に延びる円筒状の軸部１７を有し、この軸部１７の内周に雌ねじ１７ａが形成されている。肩部１６の端面には加締部１３のフェイススプライン１４に噛合するフェイススプライン１６ａが外側継手部材１５の冷間鍛造後に揺動加工等の冷間塑性加工、または切削加工等の機械加工によりにより形成されている。

これらの複列の転がり軸受２および等速自在継手３は、軸部１７の雌ねじ１７ａに締結ボルト１８が円錐コイルばね等の弾性部材１９を介して螺着されることによって、外側継手部材１５の肩部１６とハブ輪１の加締部１３との対向する両フェイススプライン１６ａ、１４が圧接支持され、着脱自在にユニット化されている。

本実施形態では、保護シール２０が内輪５の外径に圧入固定されている。この保護シール２０は、図２に拡大して示すように、芯金２１と、この芯金２１に加硫接着により一体に接合されたシール部材２２とからなる。芯金２１はオーステナイト系ステンレス鋼板（ＪＩＳ規格のＳＵＳ３０４系等）や防錆処理された冷間圧延鋼板（ＪＩＳ規格のＳＰＣＣ系等）、あるいは、亜鉛、アルミニウム、マグネシウムの緻密な三元共晶組織からなる高耐食性溶融めっき鋼板（ＺＡＭ鋼板と呼称されている）等の防錆能を有する鋼板からプレス加工にて断面略Ｌ字状に形成されている。なお、芯金２１は、防錆能を有する鋼板に限らず、例えば、冷間圧延鋼板にカチオン電着塗装等の塗装が施されたものであっても良い。

一方、シール部材２２はＮＢＲ（アクリロニトリル−ブタジエンゴム）等の合成ゴムからなり、加締部１３側に円弧状にカールされた弾性リップ２２ａを備えている。そして、この弾性リップ２２ａは、外側継手部材１５の肩部１６の外周に所定の径方向シメシロを介して弾性接触されている。このように、弾性リップ２２ａが加締部１３側に円弧状にカールされているので、組立時に弾性リップ２２ａが捲れ込んで反転するのを防止することができ、品質向上を図って信頼性を高めることができる。なお、シール部材２２の材質としては、例示したＮＢＲ以外にも、例えば、耐熱性に優れたＨＮＢＲ（水素化アクリロニトリル・ブタジエンゴム）、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンゴム）等をはじめ、耐熱性、耐薬品性に優れたＡＣＭ（ポリアクリルゴム）、ＦＫＭ（フッ素ゴム）、あるいはシリコンゴム等を例示することができる。

本実施形態では、図３（ａ）に示すように、加締加工前の小径段部１ｂの端部２３は円筒状に形成され、外周に環状溝２４が形成されている。この環状溝２４は、内輪５におけるインナー側の内径端部から大端面５ｂを越えて形成され、深さは０．５〜１．０ｍｍの範囲に形成されると共に、両端部に所定の曲率半径Ｒｉ、Ｒｏからなる円弧面２４ａ、２４ｂが形成されている。インナー側の円弧面２４ａの曲率半径Ｒｉは、内輪５の加締側の面取り部５ｃの曲率半径ｒ１よりも大きく、アウター側の円弧面２４ｂの曲率半径Ｒｏよりも小さく設定され（ｒ１≦Ｒｉ≦Ｒｏ）、曲率半径ＲｉがＲ１〜１０の範囲に設定されている。

このように、小径段部１ｂの端部外周に所定の環状溝２４を形成することにより、加締加工時に端部が変形し易くなり内輪５の変形を抑えることができる。ただし、環状溝２４の深さが０．５ｍｍよりも小さいとその効果が期待できず、逆に、深さが１．０ｍｍを超えると、内輪５の押込み量（加締力）が不足して所望の内輪５の固定力が得られない。

ここで、ハブ輪１のフェイススプライン１４は、加締部１３の揺動加締時に塑性加工によって同時に形成されるが、このフェイススプライン１４において、図４に示すように、加締部１３の最外径部１３ａの歯底１４ａが最も加工度が高くなり、クラックの発生が懸念される部位である。このフェイススプライン１４の塑性加工の条件は、本出願人が種々の試供品を用いて実施した加工試験の結果によって決定されている。

図３（ａ）において、この加締前の小径段部１ｂの端部２３の内輪５の大端面５ｂからの突出量Ａ、端部２３の外径Ｂを測定する。その後、加締を行う。そして、（ｂ）に示すように、加締後の加締部１３の内輪５の大端面５ｂからの突出量Ｃ、フェイススプライン１４の歯底１４ａの内輪５の大端面５ｂからの軸方向寸法Ｄ、加締部１３の最外径部１３ａの外径Ｅを測定する。この結果、歯頂点１４ｂの圧下率Ｘを（Ａ−Ｃ）／Ａ、歯底１４ａの圧下率Ｙを（Ａ−Ｄ）／Ａ、そして、拡径率Ｚを（Ｅ−Ｂ）／Ｂとし、これらの圧下率Ｘ、Ｙおよび拡径率Ｚ、さらに、Ｘ×Ｚ、Ｙ×Ｚをパラメータとして、本出願人は１４種類の試供品を製作し、フェイススプライン１４の加工試験を実施した。その試験結果を図５〜９に示す。

図５は、フェイススプライン１４の歯頂点１４ｂの圧下率Ｘ（＝（Ａ−Ｃ）／Ａ）を変更して加工後のクラック有無を検証したグラフである。この試験結果から判るように、歯頂点１４ｂの圧下率Ｘを０．３４以下に設定することによりクラックの発生を防止することができる。

図６は、フェイススプライン１４の歯底１４ａの圧下率Ｙ（＝（Ａ−Ｄ）／Ａ）を変更して加工後のクラック有無を検証したグラフである。この試験結果から判るように、歯底１４ａの圧下率Ｙを０．６０以下に設定することによりクラックの発生を防止することができる。

図７は、加締部１３の拡径率Ｚを変更して加工後のクラック有無を検証したグラフである。この試験結果から判るように、加締部１３の拡径率Ｚを０．２２以下に設定することによりクラックの発生を防止することができる。

また、図８は、フェイススプライン１４の歯頂点１４ｂの圧下率Ｘと加締部１３の拡径率Ｚの積、すなわち、Ｘ×Ｚと加工後のクラック有無との関係を示したグラフである。これによると、Ｘ×Ｚを０．０８以下に設定することによりクラックの発生を防止することができる。

さらに、図９は、フェイススプライン１４の歯底１４ａの圧下率Ｙと加締部１３の拡径率Ｚの積、すなわち、Ｙ×Ｚと加工後のクラック有無との関係を示したグラフである。これによると、Ｙ×Ｚを０．１３５以下に設定することによりクラックの発生を防止することができる。

前述したフェイススプライン１４の加工試験より、少なくとも歯底１４ａの圧下率Ｙが０．６０以下で、加締部１３の拡径率Ｚが０．２２以下を満たした上で、Ｙ×Ｚを０．１３５以下に設定することにより、最も加工度が高くなる歯底１４ａのクラック発生を防止することができる。

さらに、歯頂点１４ｂの圧下率Ｘが０．３４以下で、加締部１３の拡径率Ｚが０．２２以下を満たした上で、Ｘ×Ｚを０．０８以下に設定することにより、すなわち、このような関係を満たすよう、車輪用軸受寸法を適宜選択することで、歯頂点１４ｂのクラック発生を低減させることができる。

以上、本発明の実施の形態について説明を行ったが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、あくまで例示であって、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。

本発明に係る車輪用軸受装置は、ハブ輪と複列の転がり軸受とが加締部によってユニット化され、この加締部に形成されたフェイススプラインを介して等速自在継手が着脱自在に連結された車輪用軸受装置に適用することができる。

１ ハブ輪
１ａ、５ａ 内側転走面
１ｂ 小径段部
２ 複列の転がり軸受
３ 等速自在継手
４ 車輪取付フランジ
４ａ 車輪取付フランジのインナー側の基部
５ 内輪
５ｂ 内輪の大端面
５ｃ 内輪の加締側の面取り部
７ 外方部材
７ａ 外側転走面
７ｂ 車体取付フランジ
８ 内方部材
９ 転動体
１０ 保持器
１１ アウター側のシール
１２ インナー側のシール
１３ 加締部
１３ａ 加締部の最外径部
１４、１６ａ フェイススプライン
１４ａ フェイススプラインの歯底
１４ｂ フェイススプラインの歯頂点
１５ 外側継手部材
１６ 肩部
１７ 軸部
１７ａ 雌ねじ
１８ 締結ボルト
１９ 弾性部材
２０ 保護シール
２１ 芯金
２２ シール部材
２２ａ 弾性リップ
２３ 加締加工前の小径段部の端部
２４ 環状溝
２４ａ 環状溝のインナー側の円弧面
２４ｂ 環状溝のアウター側の円弧面
５１ 複列の転がり軸受
５２ 等速自在継手
５３ 外方部材
５３ａ 外側転走面
５３ｂ 車体取付フランジ
５４ ハブ輪
５４ａ、５６ａ 内側転走面
５４ｂ 小径段部
５５ 車輪取付フランジ
５６ 内輪
５７ 内方部材
５８ 保持器
５９ ボール
６０ 加締部
６０’ 加締部の加工前の円筒部
６０ａ、６５ａ フェイススプライン
６１、６２ シール
６３ 外側継手部材
６４ マウス部
６５ 肩部
６６ 軸部
６６ａ 雌ねじ
６７ 締結ボルト
Ａ 加締前の小径段部の端部の内輪の大端面からの突出量
Ｂ 加締前の小径段部の端部の外径
Ｃ 加締後の加締部の内輪の大端面からの突出量
Ｄ フェイススプラインの歯底の内輪の大端面からの寸法
Ｅ 加締部の最外径部の外径
Ｐ１ 円筒部の先端部
Ｐ２ 加締部の最外径部
Ｐ３ 円筒部の中央部
Ｐ４ 加締部の中央部
Ｒｉ 環状溝のインナー側の円弧面の曲率半径
Ｒｏ 環状溝のアウター側の円弧面の曲率半径
ｒ１ 内輪の面取り部の曲率半径
Ｘ 歯頂点の圧下率
Ｙ 歯底の圧下率
Ｚ 拡径率

Claims (8)

1. 内周に複列の外側転走面が一体に形成された外方部材と、
   一端部に車輪を取り付けるための車輪取付フランジを一体に有し、外周に軸方向に延びる円筒状の小径段部が形成されたハブ輪、およびこのハブ輪の小径段部に所定のシメシロを介して圧入された少なくとも一つの内輪からなり、外周に前記複列の外側転走面に対向する複列の内側転走面が形成された内方部材と、
   この内方部材と前記外方部材の両転走面間に転動自在に収容された複列の転動体と、を備え、
   前記小径段部の端部を径方向外方に塑性変形させて揺動加締によって形成した加締部により前記内輪が前記ハブ輪に固定されると共に、前記加締部の端面にフェイススプラインが前記加締部の揺動加締時に塑性変形により同時に形成され、このフェイススプラインを介して等速自在継手からの回転トルクを伝達する車輪用軸受装置の製造方法において、
   前記加締部の加工前の前記小径段部の端部が円筒状に形成され、この端部の前記内輪の大端面からの突出量をＡ、前記端部の外径をＢ、加締加工後の加締部における前記フェイススプラインの歯底から前記内輪の大端面までの軸方向寸法をＤ、前記加締部の最外径部の外径をＥとした時、当該フェイススプラインの歯底の圧下率Ｙ＝（Ａ−Ｄ）／Ａが０．６０以下で、拡径率Ｚ＝（Ｅ−Ｂ）／Ｂが０．２２以下に設定され、前記フェイススプラインの加締加工時の歯底のクラックの発生を防止していることを特徴とする車輪用軸受装置の製造方法。
2. 前記フェイススプラインの歯底の圧下率Ｙと前記拡径率Ｚとの積Ｙ×Ｚが０．１３５以下に設定されている請求項１に記載の車輪用軸受装置の製造方法。
3. 前記加締部の前記内輪の大端面からの突出量をＣとした時、前記フェイススプラインの歯頂点の圧下率Ｘ＝（Ａ−Ｃ）／Ａが０．３４以下に設定されている請求項１または２に記載の車輪用軸受装置の製造方法。
4. 前記フェイススプラインの歯頂点の圧下率Ｘと前記拡径率Ｚとの積Ｘ×Ｚが０．０８以下に設定されている請求項３に記載の車輪用軸受装置の製造方法。
5. 前記ハブ輪がＳ５３Ｃ等の炭素０．５０〜０．７０ｗｔ％を含む中高炭素鋼からなり、外周に前記内側転走面が直接形成され、この内側転走面をはじめ、前記車輪取付フランジのインナー側の基部から小径段部に亙る外周面に高周波焼入れによって表面硬さを５８〜６４ＨＲＣの範囲に硬化処理されると共に、前記加締部が鍛造加工後の硬さ１３〜３０ＨＲＣのままとされている請求項１に記載の車輪用軸受装置の製造方法。
6. 前記ハブ輪の素材がフェライト結晶粒の粒度番号が３以上に設定されている請求項５に記載の車輪用軸受装置の製造方法。
7. 前記ハブ輪に含有されるＳが０．０２ｗｔ％以下に規制されている請求項５または６に記載の車輪用軸受装置の製造方法。
8. 前記ハブ輪に含有されるＳｉが０．２ｗｔ％以下に規制されている請求項５乃至７いずれかに記載の車輪用軸受装置の製造方法。

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