WO2014057770A1 - 車輪用軸受装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

　内周に複列の外側軌道面７、７が形成された外方部材２と、車輪取付フランジ８が設けられたハブ輪３およびこのハブ輪３の外周に形成された小径段部１０に嵌合する少なくとも一つの内輪４とからなり、前記外側軌道面７、７に対向する複列の内側軌道面９、９が形成された内方部材１１と、前記外側軌道面７、７と内側軌道面９、９との間に組み込まれた複数の転動体５、５とを備え、前記ハブ輪３の小径段部１０の端部２６を径方向外方に塑性変形させて成形した加締め部１７により前記内輪４が軸方向に固定されると共に、前記加締め部１７の端面にフェイススプライン１８が塑性加工により成形された車輪用軸受装置１において、前記ハブ輪３の加締め部１７成形前の小径段部１０の端部２６の外径Ｂと内径Ｃの平均径をＭとし、前記フェイススプライン１８の外径をＳとし、前記ハブ輪３の材料が有する延性伸びを比率で表した値をαとし、加工形態による補正係数をβとしたとき、Ｓ／Ｍ≦α×βの関係を満たすことを特徴とする。

Description

車輪用軸受装置およびその製造方法

　この発明は、自動車等の車両の駆動車輪を回転自在に支持する車輪用軸受装置およびその製造方法に関する。

　自動車等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、走行時における車両のバウンドによる角度変位や軸方向変位に加えて、車両の旋回のための角度変位を許容する必要がある。そのため、一般的に、自動車等のドライブシャフトは、デフ側（インボード側）に角度変位と軸方向変位に対応できる摺動式等速自在継手を、駆動車輪側（アウトボード側）に大きな作動角が取れる固定式等速自在継手をそれぞれ装着し、両等速自在継手をシャフトで連結した構造を有する。そして、上記の固定式等速自在継手は、駆動車輪を回転自在に支持する車輪用軸受装置に連結される。

　近年、自動車の燃費向上に対する要求が強く、自動車部品の１つである車輪用軸受装置の軽量化が強く望まれている。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９に示す車輪用軸受装置は、このような要求を満たした代表的な例である。この車輪用軸受装置５１は、等速自在継手８１と着脱自在にユニット化されるように構成されている。車輪用軸受装置５１は、外方部材５２、ハブ輪５３、内輪５４、転動体としてのボール５５および保持器５６を主な構成とする。外方部材５２は、その内周に複列の外側軌道面５７、５７が形成され、外周には車体のナックル（図示省略）に取り付けるための車体取付フランジ５２ａが一体に形成されている。ハブ輪５３には、一端部に車輪（図示省略）を取り付けるための車輪取付フランジ５８が一体に形成され、外周に外方部材５２の複列の外側軌道面５７、５７の一方に対向する内側軌道面５９と、この内側軌道面５９から軸方向に延びる円筒状の小径段部６０が形成されている。この小径段部６０に内輪５４が圧入され、内輪５４の外周に外方部材５２の複列の外側軌道面５７、５７の他方に対向する内側軌道面５９が形成されている。そして、ハブ輪５３と内輪５４とにより内方部材６１が構成される。外方部材５２の複列の外側軌道面５７、５７と内方部材６１の複列の内側軌道面５９、５９との間に複数のボール５５、５５が転動自在に組み込まれ、ボール５５は保持器５６に周方向所定間隔で収容されている。内輪５４は、ハブ輪５３の小径段部６０の端部を径方向外方に塑性変形させて形成した加締め部６２によって軸方向に固定されている。そして、加締め部６２の端面にフェイススプライン６３が形成されている。

　車輪用軸受装置５１の外方部材５２と内方部材６１との間に形成される環状空間の開口部にはシール６５、６６が装着され、軸受内部に封入された潤滑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。

　一方、等速自在継手８１は、ツェッパ型等速自在継手と称されるもので、外側継手部材８２、内側継手部材８３、保持器８４およびトルク伝達ボール８５を主な構成とする。外側継手部材８２は、カップ部８６と、このカップ部８６と一体に形成された底部８７とからなり、底部８７に雌ねじ８８が形成されている。底部８７の肩部８９にはフェイススプライン９０が形成され、ハブ輪５３の加締め部６２の端面に形成されたフェイススプライン６３に噛み合い、ドライブシャフト（図示省略）からの回転トルクが等速自在継手８１およびハブ輪５３を介して車輪取付フランジ５８に伝達される。

　等速自在継手８１の外側継手部材８２と車輪用軸受装置５１のハブ輪５３との対向する両フェイススプライン９０、６３を噛み合わせ、外側継手部材８２の底部８７の雌ねじ８８に締結ボルト６４を螺合させ、この締結ボルト６４によって、車輪用軸受装置５１と等速自在継手８１とが締付け固定される。このような着脱自在なユニットの構成により、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。このような車輪用軸受装置のフェイススプラインの成形方法が特許文献１に記載されている。

特開２０１１－３１６８２号公報

　特許文献１に記載のフェイススプラインの成形方法では、かしめパンチを押し当てることにより成形されるが、ハブ輪の端部の加工硬化による成形の難しさを避けるために、ハブ輪の端部に加締め部を成形する工程と、加締め部の端面にフェイススプラインを成形する工程とを分離し、２工程で成形している。このため、生産性が悪く、製造コストが高騰するという問題がある。

　加締め部とフェイススプラインの１工程での成形のために、加工負荷を下げるために揺動回転１回当たりの加工量を減らすことも考えられる。そのために、金型の軸方向の移動速度を落とすことや、揺動回転の速度を上げることを試みるにしても、生産性の向上や安定した品質、あるいは加締め前の製品形状の設定方法などの問題に対する抜本的な解決にはならないことが判明した。

　上記のような問題に鑑み、本発明は、製品形状の確実かつ容易な設定が可能であり、安定した品質で、かつ低コストに成形可能なフェイススプラインを備えた車輪用軸受装置およびその製造方法を提供することを目的とする。

　本発明者らは、上記の目的を達成するために種々の検討および実験を行った結果、製品形状の確実かつ容易な設定が可能であり、安定した品質で、かつ低コストに成形可能なフェイススプラインを実現するために、ハブ輪の小径段部の内外径や成形後のフェイススプライン外径という寸法的な要因、材料的な要因および加工形態による要因といった複合的な要因の関係を規定するという新たな着想により、本発明に至った。

　前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明は、内周に複列の外側軌道面が形成された外方部材と、車輪取付フランジが設けられたハブ輪およびこのハブ輪の外周に形成された小径段部に嵌合する少なくとも一つの内輪とからなり、前記外側軌道面に対向する複列の内側軌道面が形成された内方部材と、前記外側軌道面と内側軌道面との間に組み込まれた複数の転動体とを備え、前記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成形した加締め部により前記内輪が軸方向に固定されると共に、前記加締め部の端面にフェイススプラインが塑性加工により成形された車輪用軸受装置において、前記ハブ輪の加締め部成形前の小径段部の端部の外径と内径の平均径をＭとし、前記フェイススプラインの外径をＳとし、前記ハブ輪の材料が有する延性伸びを比率で表した値をαとし、加工形態による補正係数をβとしたとき、Ｓ／Ｍ≦α×βの関係を満たすことを特徴とする。

　また、本発明に係る製造方法では、内周に複列の外側軌道面が形成された外方部材と、車輪取付フランジが設けられたハブ輪およびこのハブ輪の外周に形成された小径段部に嵌合する少なくとも一つの内輪とからなり、前記外側軌道面に対向する複列の内側軌道面が形成された内方部材と、前記外側軌道面と内側軌道面との間に組み込まれた複数の転動体とを備え、前記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成形した加締め部により前記内輪が軸方向に固定されると共に、前記加締め部の端面にフェイススプラインが塑性加工により成形された車輪用軸受装置の製造方法において、前記加締め部の成形前の小径段部の端部の外径と内径の平均径をＭとし、前記成形後のフェイススプラインの外径をＳとし、前記ハブ輪の材料が有する延性伸びを比率で表した値をαとし、加工形態による補正係数をβとしたとき、Ｓ／Ｍ≦α×βの関係を満たすと共に、前記ハブ輪の中間製品に前記加締め部の成形とフェイススプラインの成形とを一工程で行うことを特徴とする。

　上記の構成により、塑性加工条件に左右されることなく、製品形状の確実かつ容易な設定が可能であり、安定した品質で、かつ低コストに成形可能なフェイススプラインを備えた車輪用軸受装置を実現することができる。また、車輪用軸受装置のフェイススプラインを安定した品質で、かつ低コストに成形することができる。

　具体的には、フェイススプラインがロータリーモードの揺動成形の場合、加工形態による補正係数βを１．１５とすることにより、ハブ輪の製品形状が確実かつ容易に設定することができ、かつ、安定した品質でフェイススプラインが得られる。ここで、ロータリーモードの揺動成形とは、被成形品（ハブ輪）の軸心のまわりを一定の傾斜角のままで公転方向に揺動運動して成形する方法を意味する。

　上記のハブ輪を、炭素量０．４～０．６質量％の中炭素鋼を熱間鍛造した素形材を使用して製作した場合、延性伸びを比率で表した値αを１．２４とすることにより、ハブ輪の製品形状が確実かつ容易に設定することができ、かつ、安定した品質でフェイススプラインが得られる。

　また、延性限界の向上の観点から、ハブ輪の素形材に焼鈍を施すことにより、又は、ハブ輪の素形材に調質を施し結晶粒度を７以上にすることにより、延性伸びを比率で表した値αを、１．２４を越え１．５以下とすることができる。この場合には、安定した品質のフェイススプラインが得られるハブ輪の製品形状の設計自由度を増加させることができる。

　本発明によれば、塑性加工条件に左右されることなく、製品形状の確実かつ容易な設定が可能であり、安定した品質で、かつ低コストに成形可能なフェイススプラインを備えた車輪用軸受装置を実現することができる。また、車輪用軸受装置のフェイススプラインを安定した品質で、かつ低コストに成形することができる。

本発明に係る車輪用軸受装置についての第１の実施形態を示す縦断面図である。 上記の車輪用軸受装置を拡大して示す縦断面図である。 上記の車輪用軸受装置に成形されたフェイススプラインを示す図である。 上記の車輪用軸受装置の中間製品を示す縦断面図である。 本発明に係る車輪用軸受装置の製造方法についての実施形態を示す縦断面図である。 本発明に係る車輪用軸受装置の製造方法についての実施形態を示す縦断面図である。 加締め前のハブ輪の製品形状を示す縦断面図である。 フェイススプライン成形後のハブ輪の製品形状を示す縦断面図である。 本発明に係る車輪用軸受装置についての第２の実施形態を示す縦断面図である。 従来の車輪用軸受装置を示す縦断面図である。

　以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

　本発明に係る車輪用軸受装置についての第１の実施形態を図１～図３に基づいて説明する。図１は、第１の実施形態の車輪用軸受装置と等速自在継手を締結した状態を示す縦断面図である。車輪用軸受装置１は、等速自在継手３１と着脱自在にユニット化されるように構成されている。車輪用軸受装置１は、外方部材２、ハブ輪３、内輪４、転動体としてのボール５および保持器６を主な構成とし、所謂、第３世代と称される構成を備えている。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）、中央寄りとなる側をインナー側（図１の右側）という。

　外方部材２は、内周に複列の外側軌道面７、７が一体に形成され、外周に車体のナックル（図示省略）に取り付けるための車体取付フランジ２ａが一体に形成されている。内方部材１１は、ハブ輪３と内輪４とから構成されている。ハブ輪３は、その外周に外方部材２の複列の外側軌道面７、７の一方（アウター側）に対向する内側軌道面９が直接形成され、アウター側の端部に車輪（図示省略）を取り付けるための車輪取付フランジ８が一体に形成されている。ハブ輪３の外周には内側軌道面９から軸方向にインナー側に延びる円筒状の小径段部１０が形成され、この小径段部１０に内輪４が所定の締め代で圧入されている。内輪４の外周には、外方部材２の複列の外側軌道面７、７の他方（インナー側）に対向する内側軌道面９が形成されている。外方部材２の外側軌道面７、７と内方部材１１の内側軌道面９、９との間に複数のボール５、５が組み込まれ、ボール５は保持器６に周方向所定間隔で収容されている。

　外方部材２と内方部材１１との間に形成される環状空間の開口部にはシール１５、１６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３の小径段部１０に圧入された内輪４は、小径段部１０の端部を径方向外方に塑性変形させて形成した加締め部１７により、所定の軸受予圧が付与された状態でハブ輪３に対して軸方向に固定されている。加締め部１７の端面にはフェイススプライン１８が塑性加工によって形成されている。

　図１に示すように、等速自在継手３１は、外側継手部材３２、内側継手部材３３、保持器３４およびトルク伝達ボール３５を主な構成とするツェッパ型等速自在継手と称されるものである。外側継手部材３２は、カップ部３６と底部３７からなり、カップ部３６は、球状内周面３８に軸方向に沿って延びる複数のトラック溝３９が形成されている。内側継手部材３３は、球状外周面４２に軸方向に沿って延びる複数のトラック溝４３が形成されている。外側継手部材３２のトラック溝３９とこれに対向する内側継手部材３３のトラック溝４３との間にボール３５が組み込まれている。保持器３４は、外側継手部材３２の球状内周面３８と内側継手部材３３の球状外周面４２にそれぞれ嵌合する球状外周面５４および球状内周面４４を有し、ボール３５を収容している。

　外側継手部材３２の底部３７の肩部４５には、車輪用軸受装置１のフェイススプライン１８と噛み合うフェイススプライン４０が形成され、継手の軸心位置に雌ねじ４１が形成されている。車輪用軸受装置１のハブ輪３の内周孔に締結ボルト４５を挿入し、雌ねじ４１に螺合させ、両フェイススプライン１８、４０を噛み合わせた状態で締付け固定される。これにより、車輪用軸受装置１と等速自在継手３１が着脱可能なユニットとなる。

　外側継手部材３２は、Ｓ５３Ｃ等の０．４０～０．６０重量％の炭素を含む中炭素鋼からなり、図示は省略するが、トラック溝３９や球状内周面３８等に高周波焼入れによって表面硬さがＨＲＣ５８～６２程度の所定の硬化層が形成されている。また、内側継手部材３３および保持器３４は、ＳＣＭ材、ＳＣｒ材などの浸炭用鋼で形成され、内側継手部材３３のトラック溝４３、球状外周面４２や保持器３４の表面は、浸炭焼入れによってＨＲＣ５８～６２程度の硬さに硬化処理されている。

　図２に車輪用軸受装置１を拡大した縦断面を示す。外方部材２およびハブ輪３は、いずれもＳ５３Ｃ等の０．４０～０．６０重量％の炭素を含む中炭素鋼からなる。外方部材２の複列の外側軌道面７、７は、高周波焼入れによって表面硬さをＨＲＣ５８～６２程度の所定の硬化層（クロスハッチングで図示）が形成されている。ハブ輪３は、アウター側のシール１５のシールランド部となる車輪取付フランジ８の基部１２から小径段部１０にわたる外周面に高周波焼入れによって表面硬さがＨＲＣ５８～６２程度の硬化層（クロスハッチングで図示）が形成されている。これにより、ハブ輪３は、シールランド部の耐摩耗性が向上すると共に、車輪取付フランジ８に負荷される回転曲げ荷重に対して十分な機械的強度および耐久性を有する。加締め部１７は、硬化層は形成されてないが、成形時の加工硬化によりＨＲＣ１５～２５程度の硬さである。

　内輪４およびボール５は、ＳＵＪ２等の高炭素クロム軸受鋼で形成され、ズブ焼入れにより芯部までＨＲＣ５８～６２程度の硬さで硬化処理されている。

　図３に車輪用軸受装置１に形成されるフェイススプライン１８の詳細を示す。等速自在継手３１に形成されるフェイススプライン４０も基本的に同じであるので、説明は省略する。フェイススプライン１８は、多数の歯１８ａが放射状に形成され、歯１８ａの断面は半径方向の外方に行くにつれて大きくなる。４輪駆動車を含む乗用車に使用される車輪用軸受装置１のフェイススプライン１８は、そのスプライン外径Ｓ〔図７（ｂ）参照〕がφ４５～７０ｍｍ程度で、歯１８ａのモジュールは１～３ｍｍ程度、圧力角は２０°～３０°程度の範囲である。本実施形態の車輪用軸受装置１のフェイススプラインの具体的な特徴については、後述する本発明の製造方法についての実施形態の中で詳細に説明する。

　次に、本発明に係る車輪用軸受装置の製造方法についての実施形態を図４～図６に基づいて説明する。図４は、ハブ輪３の小径段部１０の端部を加締める前の状態を示す縦断面図である。ハブ輪３の外側に外方部材２、ボール５、保持器６、内輪４およびシール１５、１６が組み込まれている。小径段部１０のインナー側端部２６は円筒状に形成され、端部には円弧状の面取り部２６ａ、２６ｂが形成されている。小径段部２０のインナー側端部２６には硬化層は形成されてなく、ＨＲＣ１３～２０程度の硬さである。

　図４の状態の車輪用軸受装置の中間製品１’をロータリーモードの揺動成形機によって、ハブ輪３の小径段部１０のインナー側端部２６の加締め部１７およびフェイススプライン１８を成形する。加締め部１７およびフェイススプライン１８の揺動成形を図５および図６に基づいて説明する。図５に示すように、ハブ輪３は、複数のノックピン１９が設けられた基台２０上に、車輪取付フランジ８のアウター側の側面８ａが当接した状態で縦型に載置され、車輪取付フランジ８に圧入されるハブボルトの挿入孔８ｂにノックピン１９が嵌挿されることにより支持固定される。

　揺動成形機の加締め工具２１は、一端面の中央部に凸部２２が突設され、この凸部２２の周縁から外周部にわたってフェイススプライン１８を塑性加工するための歯形２３が形成されたパンチ２４と、中心軸Ａがハブ輪３の軸心Ｌに対して所定の傾斜角γが付与された揺動軸２５とを備えている。揺動軸２５は、ハブ輪３の軸心Ｌのまわりを一定の傾斜角γのままで公転方向に揺動運動を行うが、フェイススプライン１８の成形時に位相がハブ輪３に対してずれないように回り止め（図示省略）が設けられている。また、パンチ２４も、その位相がハブ輪３に対してずれないように揺動軸２５に回転不能に固定されている。傾斜角γは４°～６°の範囲に設定されている。

　パンチ２４の凸部２２は、小径段部１０のインナー側端部２６の円筒状内径２６ｃに対して所定の傾斜角θをもってインナー側端部２６に当接するように形成されている。傾斜角θは１５°～３５°の範囲に設定されている。

　上記の構成において、ハブ輪３が支持固定された基台２０を上昇させることにより、加締め工具２１をハブ輪３のインナー側端部２６の円筒状内径２６ｃに進入させ、パンチ２４をインナー側端部２６に所定の加工力で押し当てると共に、ハブ輪３の軸心Ｌのまわりを一定の傾斜角γで公転方向に揺動運動する。この揺動運動により、図６に示すように、インナー側端部２６が半径方向外方に塑性変形されて加締め部１７が形成され、同時に加締め部１７の端面にフェイススプライン１８が形成される。また、加締め部１７の下側面が内輪４の端面４ａに当接することにより、内輪４が所定の軸受予圧が付与された状態でハブ輪３に対して軸方向に固定される。ロータリーモードの揺動成形とは、前述したように、ハブ輪３の軸心Ｌのまわりを一定の傾斜角γのままで公転方向に揺動運動して成形する方法である。

　ここで、本発明の特徴的な構成である安定した品質で、かつ低コストに成形可能なフェイススプライン１８について詳細に説明する。本発明では、フェイススプライン１８の成形が塑性加工であることに鑑み、延性面において限界があることに着目して、検討を進めた。

　具体的な内容を図７に基づいて説明する。図７（ａ）は、加締め前のハブ輪３の小径段部１０のインナー側端部２６を示す縦断面図であり、図７（ｂ）は、フェイススプライン成形後のハブ輪３の小径段部１０のインナー側端部２６を示す縦断面図である。図７では、インナー側端部２６の状態を見やすくするため、ハブ輪３上に組み込まれた車輪用軸受装置の外方部材、内輪、ボール、保持器やシールは破線で示している。

　一般に、塑性変形を利用した成形の場合、安定して製造するためには、加工硬化を考慮すると、被加工物の延性限界以下の加工度とする必要がある。ただし、一般に材料の延性限界は単軸引張試験により得られるが、揺動成形の場合、延性限界が向上するため補正係数を加味する必要がある。また、延性限界を向上させるための熱処理を施すことも当然に可能である。

　上記の要因を考慮に入れて、種々の条件で実験した結果、図７（ａ）に示すハブ輪３の加締め前の小径段部１０のインボード側端部１８の外径Ｂと内径Ｃの平均径Ｍ〔Ｍ＝（Ｂ＋Ｃ）／２〕、図７（ｂ）に示すフェイススプラインの外径Ｓ、ハブ輪３の材料が有する延性伸びを比率で表した値αおよび加工形態による補正係数βとがＳ／Ｍ≦α×βの関係を満たす製品形状とすることにより、安定した品質のフェイススプラインを成形することができることを見出した。ここで、フェイススプラインの外径Ｓとインボード側端部２６の平均径Ｍとの比Ｓ／Ｍを拡径比という。また、材料が有する延性伸びを比率で表した値αに成形方法による補正係数βを乗じたα×βを実延性限界という。

　例えば、本実施形態の０．４～０．６重量％の炭素を含む中炭素鋼を熱間鍛造したハブ輪素形材の延性伸びは２４％であり、この延性伸びを比率で表すと１．２４となる。この１．２４が延性伸びを比率で表した値αであり、ハブ輪３の材料が有する延性伸びによる延性限界とする。また、実際にロータリーモードの揺動成形でフェイススプラインを成形した場合の拡径比Ｓ／Ｍの延性限界を実験結果から求めると１．４３であった。これから、ロータリーモードの揺動成形における加工形態による補正係数βを、β＝１．４３／１．２４≒１．１５と決定した。

　以上より、０．４～０．６重量％の炭素を含む中炭素鋼を熱間鍛造したハブ輪素形材から製作した中間製品１’を用いたロータリーモードの揺動成形における実延性限界α×βは１．４３となり、拡径比Ｓ／Ｍの製品形状として、実延性限界α×βが１．４３以下であれば支障なくフェイススプライン１８の成形が可能であることを見出した。この場合、インボード側端部２６の加締めとフェイススプライン１８の成形を１工程で行うことができる。

　上記のように、加工条件に左右されることなく、拡径比Ｓ／Ｍの製品形状として、実延性限界α×βが１．４３以下であれば成形に支障なく、安定した品質のフェイススプライン１８が可能であるので、ハブ輪の小径段部のインボード側端部の製品形状を確実かつ容易に設定することができる。

　また、延性限界の向上の観点から実験した結果、ハブ輪の素形材に焼鈍を施すことにより、又は、ハブ輪の素形材に調質を施し結晶粒度を７以上にすることにより、延性伸びを比率で表した値αを、１．２４を越え１．５以下とすることができることを確認した。この場合には、安定した品質のフェイススプラインが得られるハブ輪の製品形状の設計自由度を増加させることができる。

　４輪駆動車を含む乗用車に使用される車輪用軸受装置のフェイススプラインは、そのスプライン外径Ｓがφ４５～７０ｍｍ程度で、歯のモジュールは１～３ｍｍ程度、圧力角は２０°～３０°程度の範囲に集約されるので、製品形状として拡径比Ｓ／Ｍを１．４３以下にするという基準は種々の車種に汎用することができる。

　本実施形態では、ロータリーモードの揺動成形でフェイススプラインを成形した場合の拡径比Ｓ／Ｍの延性限界を実験結果から求めたが、これに限られず、他の塑性加工によりフェイススプラインを成形する場合にも、同様の実験により、拡径比Ｓ／Ｍの延性限界を求めることができ、加工形態による補正係数βも決定することができる。これにより、他の塑性加工においても、ハブ輪の小径段部のインボード側端部の製品形状を確実かつ容易に設定することができる。

　次に、本発明に係る車輪用軸受装置についての第２の実施形態を図８に基づいて説明する。図８は本実施形態の車輪用軸受装置の縦断面図である。この実施形態は前述した第１の実施形態とは基本的には内方部材の構成が異なるだけであるので、同一の機能を有する部位には同一の符号を付与する。

　この車輪用軸受装置１は、外方部材２、ハブ輪３’、一対の内輪４、４’、ボール５および保持器６を主な構成とし、所謂、第２世代と称される構成を備えている。外方部材２は、内周に複列の外側軌道面７、７が一体に形成され、外周に車体のナックル（図示省略）に取り付けるための車体取付フランジ２ａが一体に形成されている。内方部材１１は、ハブ輪３’と一対の内輪４、４’とから構成されている。内輪４、４’の外周には、外方部材２の複列の外側軌道面７、７に対向する内側軌道面９、９が形成されている。ハブ輪３’は、アウター側の端部に車輪（図示省略）を取り付けるための車輪取付フランジ８が一体に形成され、この車輪取付フランジ８から肩部８ｃを介して軸方向に延びる円筒状の小径段部１０が形成されている。ハブ輪３’の小径段部１０に一対の内輪４、４’が所定の締め代を介して肩部８ｃに当接するまで圧入され、小径段部１０のインナー側端部２６を半径方向外方に塑性変形させて形成した加締め部１７によって、所定の軸方向予圧が付与された状態で軸方向に固定されている。加締め部１７の端面には、フェイススプライン１８が塑性加工により形成されている。外方部材２の外側軌道面７、７と内方部材１１の内側軌道面９、９との間に複数のボール５、５が組み込まれ、ボール５は保持器６に周方向所定間隔で収容されている。

　外方部材２と内方部材１１との間に形成される環状空間の開口部にはシール１５、１６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。

　図示は省略するが、本実施形態の車輪用軸受装置１も等速自在継手と着脱自在にユニット化されるように構成されている。第１の実施形態と同様に、外側継手部材の底部の肩部には、車輪用軸受装置１のフェイススプライン１８と噛み合うフェイススプラインが形成され、車輪用軸受装置１のハブ輪３’の内周孔に締結ボルトを挿入し、両フェイススプラインを噛み合わせた状態で締付け固定される。

　外方部材２およびハブ輪３’は、いずれもＳ５３Ｃ等の０．４０～０．６０重量％の炭素を含む中炭素鋼からなる。外方部材２の複列の外側軌道面７、７は、高周波焼入れによって表面硬さをＨＲＣ５８～６２程度の所定の硬化層（クロスハッチングで図示）が形成されている。ハブ輪３’は、アウター側の車輪取付フランジ８の肩部８ｃから小径段部１０にわたる外周面に高周波焼入れによって表面硬さがＨＲＣ５８～６２程度の硬化層（クロスハッチングで図示）が形成されている。これにより、車輪取付フランジ８に負荷される回転曲げ荷重に対して十分な機械的強度および耐久性を有する。加締部１７は、硬化層は形成されてないが、成形時の加工硬化によりＨＲＣ１５～２５程度の硬さである。

　内輪４、４’およびボール５は、ＳＵＪ２等の高炭素クロム軸受鋼で形成され、ズブ焼入れにより芯部までＨＲＣ５８～６２程度の硬さで硬化処理されている。

　本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、ハブ輪３’の加締め前の小径段部１０のインボード側端部２６の平均径Ｍ、フェイススプライン１８の外径Ｓ、ハブ輪３’の材料が有する延性伸びを比率で表した値αおよび加工形態による補正係数βとがＳ／Ｍ≦α×βの関係を満たす製品形状となっており、安定した品質のフェイススプラインが成形されている。フェイススプライン１８の諸元や揺動成形等については第１の実施形態および製造方法についての実施形態と同様であるので、重複説明を省略する。

　本発明の実施例を以下に説明する。各実施例は、炭素量が０．５３重量％の中炭素鋼であるＳ５３Ｃ材からなり、熱間鍛造されたハブ輪素形材を用いて第１の実施形態の車輪用軸受装置１のハブ輪を製作した。このハブ輪の延性限界を調査するため、ＪＩＳ　Ｚ２２４１に規定された金属材料引張試験方法に基づいて、引張試験を実施した。試料数ｎ＝３の測定結果の平均として破断伸び２４．０％を得た。この値を比率として換算するとα＝１．２４となる。また、フェイススプラインの諸元は、異なる３の諸元で実施した。

　〔実施例１〕
フェイススプラインの諸元を歯数３１、圧力角２７．５°、歯底Ｒ０．８ｍｍとした。成形前の被成形部の形状として、ハブ輪の小径段部のインボード側端部２６の外径Ｂをφ４２ｍｍ、内径Ｃをφ２９．６ｍｍ、すなわち平均径Ｍをφ３５．８ｍｍとした。成形後のフェイススプラインの外径Ｓとしてφ５０～５５ｍｍの範囲で水準をとって成形させた後、被成形部を観察し、発生したクラック長さを観察した。実施例１の拡径比Ｓ／Ｍの異なる各試料についての結果を表１に示す。

　表１より、試料Ａ－１～Ａ－５まではクラックが発生しなかった。試料Ａ－５の拡径比Ｓ／Ｍは１．４３であり、製品形状として拡径比Ｓ／Ｍが１．４３以下であれば、支障なく成形できることが分かった。

　〔実施例２〕
フェイススプラインの諸元は、実施例１と同じ歯数３１、圧力角２７．５°、歯底Ｒ０．８ｍｍとした。成形前の被成形部の形状として、ハブ輪の小径段部のインボード側端部２６の外径Ｂをφ４６ｍｍ、内径Ｃをφ３３．６ｍｍ、すなわち平均径Ｍをφ３９．８ｍｍとした。成形後のフェイススプラインの外径Ｓとしてφ５０～５８ｍｍの範囲で水準をとって成形させた後、被成形部を観察し、発生したクラック長さを観察した。実施例２の拡径比Ｓ／Ｍの異なる各試料についての結果を表２に示す。

　表２より、試料Ｂ－１～Ｂ－７まではクラックが発生しなかった。試料Ｂ－７の拡径比Ｓ／Ｍは１．４３であり、実施例１と同様、製品形状として拡径比Ｓ／Ｍが１．４３以下であれば、支障なく成形することができることが分かった。

　〔実施例３〕
フェイススプラインの諸元を歯数３７、圧力角２７．５°、歯底Ｒ０．８ｍｍとした。成形前の被成形部の形状として、ハブ輪の小径段部のインボード側端部２６の外径Ｂをφ５３ｍｍ、内径Ｃをφ３８．６ｍｍ、すなわち平均径Ｍをφ４５．８ｍｍとした。成形後のフェイススプラインの外径Ｓとしてφ５９～６７ｍｍの範囲で水準をとって成形させた後、被成形部を観察し、発生したクラック長さを観察した。実施例３の拡径比Ｓ／Ｍの異なる各試料についての結果を表３に示す。

　表３より、試料Ｃ－１～Ｃ－８まではクラックが発生しなかった。試料Ｃ－８の拡径比Ｓ／Ｍは１．４３であり、実施例１、実施例２と同様、製品形状として拡径比Ｓ／Ｍが１．４３以下であれば、支障なく成形できることが分かった。

　４輪駆動車を含む乗用車に使用される車輪用軸受装置のフェイススプラインは、そのスプライン外径Ｓがφ４５～７０ｍｍ程度で、歯のモジュールは１～３ｍｍ程度、圧力角は２０°～３０°程度の範囲に集約されるので、実施例１～３の結果より、支障なく成形することができる製品形状として拡径比Ｓ／Ｍを１．４３以下にするという基準は種々の車種に汎用できることが分かった。

　また、実施例１～３では、ロータリーモードの揺動成形でフェイススプラインを成形した場合の拡径比Ｓ／Ｍの延性限界の実験結果を示したが、他の塑性加工によりフェイススプラインを成形する場合にも、同様の実験により、拡径比Ｓ／Ｍの延性限界を求めることができ、加工形態による補正係数βも決定することができる。これにより、他の塑性加工においても、ハブ輪の小径段部のインボード側端部の製品形状を確実かつ容易に設定することができる。

　各実施形態の車輪用軸受装置では、転動体にボールを使用した複列のアンギュラ玉軸受を例示したが、これに限らず、転動体に円すいころを使用した複列の円すいころ軸受であっても良い。

　各実施形態の車輪用軸受装置は、エンジン動力を車輪に伝達する動力伝達装置を有する自動車等の車両に限らず、モーター動力、あるいはモーター動力とエンジン動力の両方を車輪に伝達する動力伝達装置を有する自動車等の車両、すなわち電気自動車やハイブリット車等にも使用できることはいうまでもない。

　各実施形態の車輪用軸受装置は、外方部材、ハブ輪、一列の内輪、ボールおよび保持器を主な構成とした第３世代と、外方部材、ハブ輪、一対の内輪、ボールおよび保持器を主な構成とした第２世代のものを示したが、これに限られず、車体取付フランジを有しない第１世代の軸受とすることも可能である。

　各実施形態の車輪用軸受装置と着脱自在にユニット化される等速自在継手として、ツェッパ型固定式等速自在継手を例示したが、これに限られず、アンダーカットフリー型固定式等速自在継手や、摺動式としてのダブルオフセット型等速自在継手、クロスグルーブ型等速自在継手、トリポード型等速自在継手等も適宜使用することができる。

　本発明は前述した実施形態に何ら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内において、さらに種々の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、請求の範囲によって示され、さらに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。

１　　　　車輪用軸受装置
２　　　　外方部材
２ａ　　　車体取付フランジ
３　　　　ハブ輪
４　　　　内輪
５　　　　ボール
６　　　　保持器
７　　　　外側軌道面
８　　　　車輪取付フランジ
９　　　　内側軌道面
１０　　　小径段部
１１　　　内方部材
１７　　　加締め部
１８　　　フェイススプライン
２６　　　インナー側端部
３１　　　等速自在継手
３２　　　外側継手部材
３３　　　内側継手部材
３４　　　保持器
３５　　　トルク伝達ボール
４０　　　フェイススプライン
Ａ　　　　揺動軸
Ｂ　　　　インボード側端部の外径
Ｃ　　　　インボード側端部の内径
Ｌ　　　　ハブ輪の軸心
Ｍ　　　　インボード側端部の平均径
Ｓ　　　　フェイススプラインの外径
α　　　　材料が有する延性伸びを比率で表した値
β　　　　加工形態による補正係数

Claims (10)

1. 　内周に複列の外側軌道面が形成された外方部材と、車輪取付フランジが設けられたハブ輪およびこのハブ輪の外周に形成された小径段部に嵌合する少なくとも一つの内輪とからなり、前記外側軌道面に対向する複列の内側軌道面が形成された内方部材と、前記外側軌道面と内側軌道面との間に組み込まれた複数の転動体とを備え、前記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成形した加締め部により前記内輪が軸方向に固定されると共に、前記加締め部の端面にフェイススプラインが塑性加工により成形された車輪用軸受装置において、
   　前記ハブ輪の加締め部成形前の小径段部の端部の外径と内径の平均径をＭとし、前記フェイススプラインの外径をＳとし、前記ハブ輪の材料が有する延性伸びを比率で表した値をαとし、加工形態による補正係数をβとしたとき、Ｓ／Ｍ≦α×βの関係を満たすことを特徴とする車輪用軸受装置。
2. 　前記フェイススプラインが揺動成形により形成されており、成形方法による補正係数βを１．１５としたことを特徴とする請求項１に記載の車輪用軸受装置。
3. 　前記ハブ輪が、炭素量０．４～０．６質量％の中炭素鋼を熱間鍛造した素形材を使用したもので、前記延性伸びを比率で表した値αを１．２４としたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車輪用軸受装置。
4. 　前記ハブ輪に焼鈍が施されており、前記延性伸びを比率で表した値αを、１．２４を越え１．５以下としたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車輪用軸受装置。
5. 　前記ハブ輪に調質が施され、結晶粒度が７以上であり、前記延性伸びを比率で表した値αを、１．２４を越え１．５以下としたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車輪用軸受装置。
6. 　内周に複列の外側軌道面が形成された外方部材と、車輪取付フランジが設けられたハブ輪およびこのハブ輪の外周に形成された小径段部に嵌合する少なくとも一つの内輪とからなり、前記外側軌道面に対向する複列の内側軌道面が形成された内方部材と、前記外側軌道面と内側軌道面との間に組み込まれた複数の転動体とを備え、前記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成形した加締め部により前記内輪が軸方向に固定されると共に、前記加締め部の端面にフェイススプラインが塑性加工により成形された車輪用軸受装置の製造方法において、
   　前記加締め部の成形前の小径段部の端部の外径と内径の平均径をＭとし、前記成形後のフェイススプラインの外径をＳとし、前記ハブ輪の材料が有する延性伸びを比率で表した値をαとし、加工形態による補正係数をβとしたとき、Ｓ／Ｍ≦α×βの関係を満たすと共に、前記加締め部の成形とフェイススプラインの成形とを一工程で行うことを特徴とする車輪用軸受装置の製造方法。
7. 　前記加締め部とフェイススプラインの成形を揺動成形により行い、前記加工形態による補正係数βを１．１５としたことを特徴とする請求項６に記載の車輪用軸受装置の製造方法。
8. 　前記ハブ輪を、０．４～０．６質量％の炭素を含む中炭素鋼を熱間鍛造した素形材を使用して製作し、前記延性伸びを比率で表した値αを１．２４としたことを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の車輪用軸受装置の製造方法。
9. 　前記ハブ輪の素形材に焼鈍を施し、前記延性伸びを比率で表した値αを、１．２４を越え１．５以下としたことを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の車輪用軸受装置の製造方法。
10. 　前記ハブ輪の素形材に調質を施して結晶粒度を７以上とし、前記延性伸びを比率で表した値αを、１．２４を越え１．５以下としたことを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の車輪用軸受装置の製造方法。

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