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JP2008174208A - 車輪用軸受装置のハブ輪およびその製造方法 - Google Patents

車輪用軸受装置のハブ輪およびその製造方法 Download PDF

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功 平井
Takayasu Takubo
孝康 田窪
Kiyotake Shibata
清武 柴田
Shogo Suzuki
昭吾 鈴木
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Abstract

【課題】材料投入量の削減を図ると共に、強度を向上させた車輪用軸受装置のハブ輪およびその製造方法を提供する。
【解決手段】ハブ輪２の鍛造工程における内径抜き工程で、この内径抜き部（隔壁）Ａのアウター側壁面２４の位置が、肩部２２の位置よりもインナー側に入り込んで成形されているので、ハブ輪２のファイバーフローが、肩部２２から内径抜き部（隔壁）Ａに向ってなだらかに傾斜した状態で、内径部２３に対して軸方向に沿って形成される。したがって、内径抜き後のハブ輪２のセレーションが形成される内周面２７のファイバーフローが、略軸方向に沿った状態となり、肩部２２における回転曲げ疲労や衝撃曲げ強さ等の強度が高くなると共に、セレーションの強度・耐久性を向上させることができる。また、小径段部２ｂの肉厚を最小限に薄く設定することができ、材料投入量の削減を図ることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、自動車等の車輪を支持する車輪用軸受装置のハブ輪、詳しくは、車輪取付フランジを有し、外周に内側転走面が直接形成された車輪用軸受装置のハブ輪およびその製造方法に関するものである。
自動車の低燃費化と高性能化に伴い、軸受装置も軽量・コンパクト・高耐久性が求められているのが、現状である。自動車の車輪用軸受装置には従動輪用のものと、駆動輪用のものがあり、従動輪用の軸受装置も軽量化が進みハブ輪の車輪取り付けフランジ部を薄肉にし、内周を貫通孔にするものがある。一方、駆動輪用の軸受装置はハブ輪の車輪取り付けフランジ部を薄肉にするとともに継手部材と結合してエンジンから駆動力を伝えるため、ハブ輪内周にセレーションを形成した貫通孔を設けているものが一般的である。従動輪用軸受装置は固定輪を車体に固定し、回転輪は車輪から回転力および荷重を支持するよう連結されている。一方、駆動輪軸受装置は固定輪を車体に固定し、回転輪は車両のエンジン動力を車輪に伝達する共に車輪から回転力および荷重を支持するよう連結されている。
また、車輪用軸受装置には、懸架装置を構成するナックルとハブ輪との間に複列アンギュラ玉軸受等からなる車輪用軸受を嵌合させた第１世代と称される構造から、外方部材の外周に直接車体取付フランジまたは車輪取付フランジが形成された第２世代構造、また、ハブ輪の外周に一方の内側転走面が直接形成された第３世代構造、あるいは、ハブ輪と等速自在継手の外側継手部材の外周にそれぞれ内側転走面が直接形成された第４世代構造とに大別されている。
これらの車輪用軸受装置の中でも、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、車輪取付フランジの基部からインナー側に突き出た軸部の外周に内側転走面が直接形成されたハブ輪を備えた第３世代と称される車輪用軸受装置は、例えば、ハブ輪は一般的に鍛造加工により成形された後、ショットブラスト等で表面スケールを除去し、専用の旋削ラインによって内側転走面等の機能部位が切削加工され、高周波焼入れ工程、研削工程に移行される。この鍛造加工により成形されたハブ輪は、主としてＳ５３Ｃ等の鋼材が使用され、内側転走面等の部位が高周波焼入れにより硬化処理が施されている。
車輪用軸受装置の中でも、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、車輪取付フランジの基部からインナー側に突き出た軸部の外周に内側転走面が直接形成されたハブ輪を備えた第３世代と称される車輪用軸受装置ではハブ輪の車輪を回転自在に支承する構造物としての耐久性が問題となることが多く、この耐久性を高める方法として、ハブ輪の軸部外径部（内側転走面を含む）に硬化層を設けると共にアウター側の車輪取付フランジとブレーキパイロットの付け根部に硬化層を設ける技術（例えば特許文献１参照）、ハブ輪の軸部外径部（内側転走面を含む）に硬化層を設けると共に非硬化部に調質を行う技術（例えば特許文献２参照）が開示されている。また、転がり軸受の軌道輪としての機能が必要であり、疲労寿命向上のため、ハブ輪の内側転走面におけるファイバーフローの角度を１５°以下とすると共に、内側転走面の加工取代を削減し、材料投入量の削減および切削加工時間の短縮を図った車輪用軸受装置が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
特開２００２−８７００８号公報 特開２００５−３０６１号公報 特開２００５−８３５１３号公報
然しながら、こうした従来の車輪用軸受装置のハブ輪は、車輪取付フランジとブレーキパイロットの付け根部を硬化、調質することにより耐久性を高めるものや、内側転走面におけるファイバーフローの角度を１５°以下にすることにより転がり疲労寿命の向上を図ることができるものである。一方、図９の二点鎖線にて示すように、内輪（図示せず）の突当部となる肩部５１が段付き形状となり、この肩部５１から小径段部５０ｂが形成されている。そのため、車輪取付フランジ５４からモーメント荷重が負荷されハブ輪５０の車輪取付フランジ５４の基部からインナー側へ突き出た軸部５６が円弧上に弾性変形を繰り返し、ハブ輪５０の肩部５１に繰り返し曲げ応力が発生する。その対策として、ハブ輪５０は、車輪取付フランジのインナー側基部隅Ｒ部５７（シールランド部）を一端として内側転走面５０ａから肩部５１を介して小径段部５０ｂに連なる軸部の外表面を高周波焼入れにより硬化処理され、所望の強度を確保するようにしている。
ところが、従動輪用ハブ輪５０の軸部５６の内周に貫通孔を設けて軽量化したもの、および駆動輪用の車輪用軸受装置にあっては、ハブ輪５０の軸部５６の内周面５９にトルク伝達用のセレーションを設ける必要があるため軸部５６の内径に貫通孔が形成されている。いずれの軸受装置も内輪が嵌合される小径段部５０ｂは内周面５９との肉厚が薄くなっている。この小径段部５０ｂの表面には車輪取付フランジ５４のインナー側基部隅Ｒ部５７（シールランド部）を一端にして内側転走面５０ａから連なる硬化層５８を設け、必要な強度を確保しているが、軸部５６が円弧上に弾性変形を繰り返し、内径の貫通孔にも高い繰り返し応力が発生するので、軸部５６の変形が一番大きくなる肩部５１の内周面５９よりクラックが発生して破損する可能性がある。
実際には、鍛造工程において、ハブ輪５０は、車輪取付フランジ５４の基部からインナー側に突き出た軸部５６の外周に内側転走面５０ａとなる部分と、この内側転走面５０ａから肩部５１を介して小径段部５０ｂとなる部分が形成されると共に、内周に内径抜き部（隔壁）５２を残して仕上げ打ちされる。この工程で、図１０（ａ）に示すように、内径抜き部（隔壁）５２のアウター側壁面５３が、肩部５１よりもアウター側に形成されているので、ハブ輪５０のファイバーフローは、肩部５１から内径抜き部（隔壁）５２に沿って傾斜して形成される。さらに、この内径抜き部（隔壁）５２は、（ｂ）に示す内径抜き工程において除去され、内径部５５は貫通孔となり、肩部５１に対向する部分のファイバーフローが略５０°〜８０°の角度にて切断された状態となる。また、車輪取付フランジ５４の外径のバリ（図示せず）を除去するトリム工程も、内径抜き工程の直前、直後、または内径抜き工程と同時に行われる。
一般的に、曲げ応力の方向に対してファイバーフローが平行に通っている場合は、垂直な場合よりも回転曲げ疲労や衝撃曲げ強さ等の強度が高くなることが知られているが、このような内径部５５では所定の強度を期待することは難しい。したがって、軸部５６の内周面５９の貫通孔を旋削加工後に高周波焼入れによって硬化処理することも考えられるが、コスト高騰を招くだけでなく、熱処理による歪みの発生や、焼き抜け等で耐衝撃性が低下する恐れがあるため、現実的には小径段部５０ｂの内周面５９との肉厚を厚くせざるを得なかった。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、材料投入量の削減を図ると共に、強度を向上させた車輪用軸受装置のハブ輪およびその製造方法を提供することを目的としている。
係る目的を達成すべく、本発明は、内周に複列の外側転走面が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、車輪取付フランジの基部からインナー側に突き出た軸部の外周に前記複列の外側転走面の一方に対向する内側転走面と、この内側転走面から肩部を介して軸方向に延びる円筒状の小径段部が形成され、内周に貫通孔、またはトルク伝達用のセレーションが形成された貫通孔を形成したハブ輪、およびこのハブ輪の肩部に突合せ状態で前記小径段部に圧入され、外周に前記複列の外側転走面の他方に対向する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転動自在に収容された複列の転動体とを備えた車輪用軸受装置のハブ輪において、前記ハブ輪の肩部からアウター側開口端面に至るハブ輪の内周面のファイバーフローが略軸方向に沿った状態である。
このように、車輪取付フランジを一体に有し、車輪取付フランジの基部からインナー側に突き出た軸部の外周に一方の内側転走面と、この内側転走面から肩部を介して軸方向に延びる円筒状の小径段部が形成され、内周に軽量化のための貫通孔、またはトルク伝達用のセレーションを設けた貫通孔が形成されたハブ輪、およびこのハブ輪の肩部に突合せ状態で小径段部に圧入され、外周に他方の内側転走面が形成された内輪を備えた第３世代構造の車輪用軸受装置のハブ輪において、ハブ輪の肩部からアウター側開口端面に至る部分の内周面のファイバーフローが略軸方向に沿った状態であるので、貫通孔の回転曲げ疲労や衝撃曲げ強さ等の強度が高めることができ、小径段部の肉厚を最小限に薄く設定できて材料投入量の削減を図ることができる。また、駆動輪用では貫通孔に形成したセレーションの強度・耐久性も向上させることができる。
また、本発明は、前記ハブ輪の車輪取付フランジの基部からインナー側に突き出た軸部外周における肩部の側断面のファイバーフローが略軸方向に沿った状態であるので、肩部における回転曲げ疲労や衝撃曲げ強さ等の強度が高くなると共に、駆動輪用ではセレーションの強度・耐久性を向上させることができ、小径段部の肉厚を最小限に薄く設定できて材料投入量の削減を図ることができる。
また、本発明の、前記ハブ輪において小径段部の端部の外周および内周のファイバーフローが略軸方向に沿った状態で形成することにより、小径段部の端部を塑性変形させて形成した加締部によって前記内輪が軸方向に固定されていると共に、前記加締部は前記内輪の内径面から面取り、端面を密着した状態で充足しており、そのファイバーフローが途切れずに外郭形状に沿った状態であれば、繰り返し応力に対して亀裂等の損傷を防止して加締部の強度を向上させることができる。
また、本発明は、一端部に車輪取付フランジを一体に有し、車輪取付フランジの基部からインナー側に突き出た軸部の外周に一方の内側転走面と、この内側転走面から肩部を介して軸方向に延びる円筒状の小径段部が形成され、内周に貫通孔が形成された前記ハブ輪の製造方法において、軸方向に圧延され軸方向にファイバーフローが形成されたバー材をファイバーフローの流れる方向に対して垂直に切断成形したビレットを加熱した後、そのビレットの切断面を押圧して中央部を拡径して太鼓形に成形される据え込み工程と、インナー側が縮径される押出し工程と、型鍛造によって前記車輪取付フランジをはじめ、車輪取付フランジの基部からインナー側に突き出た軸部の前記肩部と小径段部に対応する外郭部分と内径などの外郭部分が成形される仕上げ打ち工程と、前記仕上げ打ち工程後において、当該ハブ輪の内径抜き部（隔壁）のアウター側壁面の位置が、前記肩部の位置よりもインナー側に入り込んで成形されているとともに内径抜き部（隔壁）のインナー側壁面の位置がアウター側に入り込んで成形されている。
鍛造工程における仕上げ打ち工程で、この内径抜き部（隔壁）のアウター側壁面の位置が、肩部の位置よりもインナー側に入り込んで成形されているので、ハブ輪のファイバーフローが、肩部から内径抜き部（隔壁）のアウター側壁に向ってなだらかに傾斜した状態で、内径部に対して軸方向に沿って形成されると共に内径抜き部（隔壁）のインナー側壁面の位置がアウター側に深く入り込んで成形されているのでハブ輪のファイバーフローが、小径段部の端部の内径から内径抜き部（隔壁）に向ってなだらかに傾斜した状態で、内径部に対して軸方向に沿って形成される。その後、内径抜き工程において内径抜き部（隔壁）をポンチにより除去して貫通孔を成形した後、旋削により貫通孔を仕上げる。したがって、ハブ輪の肩部からアウター開口端面にかけてのファイバーフローが内周面に略軸方向に沿った状態となり、肩部に対向する内周面の回転曲げ疲労や衝撃曲げ強さ等の強度が高くなると共に、強度・耐久性を向上させることができる。また、小径段部の肉厚を最小限に薄く設定することができること、および小径段部の端部に鍛造で開口部を設けるため材料投入量の削減を図ることができる。
また、本発明は、前記内径抜き部（隔壁）のインナー側壁面の位置が、前記ハブ輪の加締部の内周面にわたってアウター側に深く入り込んで成形されているので、加締部のファイバーフローを軸方向に沿った形状とすることができるので、ファイバーフローが途切れずに内輪の内径面から面取り、端面を密着した状態で充足するように塑性変形させるので外郭形状に沿って略平行に形成させることができ、繰り返し応力に対して亀裂等の損傷を防止して加締部の強度を向上させることができる。
本発明に係る車輪用軸受装置のハブ輪は、内周に複列の外側転走面が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、車輪取付フランジの基部からインナー側に突き出た軸部の外周に前記複列の外側転走面の一方に対向する内側転走面と、この内側転走面から肩部を介して軸方向に延びる円筒状の小径段部が形成され、内周に貫通孔およびトルク伝達用のセレーションが形成された貫通孔を設けたハブ輪、およびこのハブ輪の肩部に突合せ状態で前記小径段部に圧入され、外周に前記複列の外側転走面の他方に対向する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転動自在に収容された複列の転動体とを備えた車輪用軸受装置のハブ輪において、前記ハブ輪の肩部からアウター側開口端面に至るハブ輪の内周面のファイバーフローが略軸方向に沿った状態であるので、貫通孔の回転曲げ疲労や衝撃曲げ強さ等の強度が高くなり、耐久性を向上させることができ、小径段部の肉厚を最小限に薄く設定できて材料投入量の削減を図ることができる。
また、本発明に係るハブ輪の製造方法は、一端部に車輪取付フランジを一体に有し、車輪取付フランジの基部からインナー側に突き出た軸部の外周に一方の内側転走面と、この内側転走面から肩部を介して軸方向に延びる円筒状の小径段部が形成され、内周に貫通孔が形成されたハブ輪の製造方法において、軸方向に圧延され軸方向にファイバーフローが形成されたバー材をファイバーフローの流れる方向に対して垂直に切断成形されたビレットを加熱した後、その切断面を押圧して中央部を拡径して太鼓形に成形される据え込み工程と、インナー側が縮径される押出し工程と、型鍛造によって前記車輪取付フランジをはじめ車輪取付フランジの基部からインナー側に突き出た軸部の前記肩部と小径段部に対応する外郭部分および内径などの外郭部分が成形される仕上げ打ち工程と、前記仕上げ打ち工程後において、当該ハブ輪の内径抜き部（隔壁）のアウター側壁面の位置が、前記肩部の位置よりも軸方向のインナー側に入り込んで成形されているので、ハブ輪のファイバーフローが、肩部から内径抜き部（隔壁）のアウター側壁面に向ってなだらかに傾斜した状態で内径部に対して軸方向に沿って形成される。また内径抜き部（隔壁）のインナー側壁面がアウター側に深く入り込んで成形されているのでハブ輪のファイバーフローが、小径段部の端部の内径から内径抜き部（隔壁）に向ってなだらかに傾斜した状態で、内径部に対して軸方向に沿って形成される。したがって、内径抜き後における貫通孔のファイバーフローが肩部からアウター開口端面にかけてのファイバーフローが内周面に略軸方向に沿った状態となり、肩部に対向する内周面の回転曲げ疲労や衝撃曲げ強さ等の強度が高くなる。駆動輪用はセレーションの強度・耐久性を向上させることができる。また、小径段部の肉厚を最小限に薄く設定することができ、材料投入量の削減を図ることができる。
一端部に車輪取付フランジを一体に有し、車輪取付フランジの基部からインナー側に突き出た軸部の外周に一方の内側転走面と、この内側転走面から肩部を介して軸方向に延びる円筒状の小径段部が形成され、内周に貫通孔またはトルク伝達用のセレーションが形成された貫通孔を設けたハブ輪の製造方法において、軸方向に圧延され軸方向にファイバーフローが形成されたバー材をファイバーフローの流れる方向に対して垂直に切断成形されたビレットを加熱した後、ビレットの切断面を押圧して中央部を拡径して太鼓形に成形される据え込み工程と、インナー側が縮径される押出し工程と、型鍛造によって前記車輪取付フランジをはじめ車輪取付フランジの基部からインナー側に突き出た軸部の前記肩部と小径段部に対応する外郭部分と内径などの外郭部分が成形される仕上げ打ち工程と、ポンチによって内径抜き部（隔壁）が除去される内径抜き工程とを備え、前記仕上げ打ち工程後において、当該ハブ輪の内径抜き部のアウター側壁面の位置が、前記肩部の位置よりも軸方向のインナー側に入り込んで成形されている。
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第１の実施形態を示す縦断面図である。図２は、図１のハブ輪単体を示す説明図である。図３（ａ）は、ハブ輪の鍛造工程におけるファイバーフローを示す断面図、（ｂ）は、同上、鍛造完了後のハブ輪のファイバーフローを示す断面図である。図４は、ハブ輪の加締部のファイバーフローを示す断面図である。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（図面左側）、中央寄り側をインナー側（図面右側）という。
この車輪用軸受装置は、内方部材１と外方部材１０、および両部材１、１０間に転動自在に収容された複列の転動体（ボール）８、８とを備えている。内方部材１は、ハブ輪２と、このハブ輪２に圧入された内輪３とからなる。
ハブ輪２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、車輪取付フランジ４の基部からインナー側に突き出た軸部２６の外周に一方（アウター側）の内側転走面２ａと、この内側転走面２ａから軸方向に延びる円筒状の小径段部２ｂが形成され、内周面にトルク伝達用のセレーション５（またはスプライン）を設けた貫通孔が形成されている。車輪取付フランジ４の円周等配位置には車輪を取り付けるハブボルト６が植設されている。
ハブ輪２はＳ５３Ｃ等の炭素０．４０重量％以上０．８０重量％以下を含む中高炭素鋼で形成され、車輪取付フランジ４の基部からインナー側に突き出た軸部２６の外周に内側転走面２ａをはじめ、シール１１が摺接するシールランド部４ａ、および小径段部２ｂに亙り高周波焼入れによって表面硬さを５８ＨＲＣ以上６４ＨＲＣ以下の範囲に０．５ｍｍ以上４ｍｍ以下の硬化層２８が形成されている。そして、ハブ輪２の小径段部２ｂに内輪３が所定のシメシロを介して圧入され、小径段部２ｂの端部を径方向外方に塑性変形させて形成した加締部７によって、内輪３は軸方向に固定されている。なお、加締部７は鍛造後の素材硬さが２０ＨＲＣ以上２５ＨＲＣ以下の未焼入れ部とされている。また、内輪３はＳＵＪ２等の高炭素クロム鋼で形成され、外周に他方（インナー側）の内側転走面３ａが形成されてズブ焼入れにより芯部まで５８ＨＲＣ以上６４ＨＲＣ以下の範囲に硬化処理されている。
外方部材１０は、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１０ｂを一体に有し、内周には前記内方部材１の内側転走面２ａ、３ａに対向する複列の外側転走面１０ａ、１０ａが形成されている。この外方部材１０はＳ５３Ｃ等の炭素０．４０重量％以上０．８０重量％以下を含む中高炭素鋼で形成され、複列の外側転走面１０ａ、１０ａが高周波焼入れによって表面硬さを５８ＨＲＣ以上６４ＨＲＣ以下の範囲に１ｍｍ以上４ｍｍ以下の硬化層が形成されている。そして、それぞれの転走面１０ａ、２ａと１０ａ、３ａ間に複列の転動体８、８が保持器９、９を介して転動自在に収容されている。なお、転動体８、８はＳＵＪ２等の高炭素クロム鋼で形成され、ズブ焼入れによって芯部まで６０ＨＲＣ以上６８ＨＲＣ以下の範囲に硬化処理されている。
また、外方部材１０の端部にはシール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を防止すると共に、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。なお、本実施形態では、転動体８にボールを使用した複列アンギュラ玉軸受を例示したが、これに限らず、例えば、転動体８に円すいころを用いた複列の円すいころ軸受であっても良い。
等速自在継手１３は、外側継手部材１４と継手内輪１５とケージ１６およびトルク伝達ボール１７を備えている。外側継手部材１４は、カップ状のマウス部１８と、このマウス部１８の底部をなす肩部１９と、この肩部１９から軸方向に延びるステム部２０を一体に有している。また、マウス部１８の内周および継手内輪１５の外周には軸方向に延びる曲線状のトラック溝１８ａ、１５ａがそれぞれ形成され、固定型の等速自在継手１３を構成している。
外側継手部材１４はＳ５３Ｃ等の炭素０．４０重量％以上０．８０重量％以下を含む中高炭素鋼で形成され、トラック溝１８ａをはじめ、肩部１９からステム部２０の基部に亙る外周面が高周波焼入れによって表面硬さを５８ＨＲＣ以上６４ＨＲＣ以下の範囲に硬化処理されている。
ステム部２０は、外周にハブ輪２のセレーション５に係合するセレーション（またはスプライン）２０ａと、このセレーション２０ａの端部に雄ねじ２０ｂが形成されている。組立は、加締部７に外側継手部材１４の肩部１９が衝合するまで、内方部材１にこのステム部２０が嵌挿されると共に、加締部７と前記肩部１９とが突き合わせ状態で雄ねじ２０ｂに固定ナット２１が螺合され、内方部材１と外側継手部材１４が軸方向に分離可能に締結されている。
本実施形態では、図２に示すように、ハブ輪２は、鍛造加工後に旋削加工されて製造される。すなわち、鍛造工程における仕上げ打ちによって、ハブ輪２は、アウター側の端部に車輪取付フランジ４と、この車輪取付フランジ４の基部からインナー側に突き出た軸部２６のシールランド部４ａ、内側転走面２ａ、肩部２２を介して小径段部２ｂが所定の旋削取代を残して成形されている。
ここで、内径部２３は、ブローチ加工により形成されるセレーション部（図示せず）を形成する加工取りしろ０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下を残し、予め型鍛造による仕上げ打ち加工によって、アウター側開口端面から所定の深さまで凹所に成形されている。すなわち、内径抜き部（隔壁）Ａのアウター側壁面２４の位置が、内輪（図示せず）の突当て面となる肩部２２の位置よりもインナー側に深く入り込んで内径部２３が成形されている。また、内径抜き部（隔壁）Ａのインナー側壁面２５の位置が、ハブ輪２の加締部７の内周面にわたってアウター側に深く入り込んで成形されている。
これにより、本実施形態では、図３（ａ）に示すように、ハブ輪２のファイバーフローが、肩部２２から内径抜き部（隔壁）Ａに向かってなだらかに傾斜した状態、特に、肩部２２から内径のアウター側開口端面２９に亙る内周面のファイバーフローが内径部２３に対して軸方向に沿った状態で形成されている。したがって、（ｂ）に示すように、内径抜き後のハブ輪２の貫通孔の内径部２３´、特に、肩部２２から内径のアウター側開口端面２９に亙る内径面のファイバーフローが、（ａ）と同様に内径部２３´が軸方向に沿った状態で形成されているので、内径を二点鎖線で示す様に仕上げても肩部２２から内径のアウター側開口端面２９に亙る内周面２７のファイバーフローは略軸方向（最大５度：抜き勾配）に沿った状態で形成される。また、ハブ輪の肩部での側断面のファイバーフローが略軸方向に沿った状態で形成されている。このようなファイバーフローが形成されることにより、内周面２７の回転曲げ疲労や衝撃曲げ強さ等の強度が高くなると共に、セレーションの強度・耐久性を向上させることができる。したがって、小径段部２ｂの内周面２７との肉厚を最小限に薄く設定することができ、材料投入量の削減を図ることができる（図中、完成後のハブ輪２の形状を二点鎖線にて示す）。
また、内径抜き部（隔壁）Ａのインナー側壁面２５の位置が、ハブ輪２の加締部７の内周面にわたってアウター側に深く入り込んで成形されているので、加締部７となる小径段部２ｂの端部においてもファイバーフローが軸方向に沿って流れている。これにより、図４に示すように、小径段部２ｂの端部を径方向外方に塑性変形させた時、塑性変形部は内輪３の内径部３ｂから面取り部３ｃ、幅面３ｄに密着した状態で充足しており、ファイバーフローが途切れずに内輪の外郭形状に沿って形成され、繰り返し応力に対して亀裂等の損傷を防止して加締部７の強度を向上させることができる。
次に、ハブ輪２の製造工程を説明する。
図５は、ハブ輪の製造方法の全体工程を示す流れ図である。図６は、鍛造工程を示す図である。図７は、加締工程を示す図である。
１．熱間鍛造
図５、図６に示すように、ハブ輪の製造方法においては、まず、軸方向に圧延され、軸方向にファイバーフローを有する炭素量０．４Ｗｔ％以上、０．８Ｗｔ％以下の中炭素鋼（例えばＳ５３Ｃ等）であって、直径がφ３０ｍｍ以上、φ６０ｍｍ以下のバー材をファイバーフローの流れに対して垂直方向に切断成形したビレットを１２００℃前後に加熱した後、ビレットの切断面を押圧して中央部を拡径して太鼓形に広げ成形される据え込み工程と、インナー側が縮径される押出し工程と、型鍛造によって車輪取付フランジをはじめ車輪取付フランジの基部からインナー側に突き出た軸部の外周部分と内周部分の内径抜き部（隔壁）が成形される仕上げ打ち工程と、ポンチによって内径抜き部（隔壁）が除去される内径抜き工程とを備え、仕上げ打ち工程後において、ハブ輪の内径抜き部（隔壁）のアウター側壁面が肩部の位置よりもインナー側に入り込んで成形されているのでハブ輪内径のファイバーフローが、内径のアウター側開口部から内径抜き部（隔壁）のアウター側壁面に向ってなだらかに傾斜した状態で、内径部に対して軸方向に沿って形成される。また、内径抜き部（隔壁）のインナー側壁面が加締め部の加締め長さより、アウトボード側に位置して成形されファイバーフローがほぼ内径面に平行に形成され、内径抜き工程で、内径抜き部（隔壁）がポンチで打ち抜かれ貫通孔が成形される。この貫通後の内径抜き部（隔壁）の抜き跡部のファイバーフローは内径面に対して垂直方向に角度が大きくなるが、肩部よりもインナー側に入り込んだ位置にあるので内径のアウター側開口端面から前記肩部の位置までは内径部に対して軸方向に沿ってファイバーフロー形成される。更に熱間鍛造によるハブ輪表層の酸化スケールをショットブラスト、またはショットピーニングで除去している。鍛造工程の後、全面調質を行っても良く、ハブ輪の機械的性質を更に高めることが可能である。
２．旋削
ハブ輪の車輪取付フランジ、ブレーキ・ホイールパイロット、アウトボード転走面を含む軸部外径および貫通孔を０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下の切削代で旋削加工する。この状態において肩部からアウター側内径開口端面に亙る内周面のファイバーフローが略軸方向（最大５度：抜き勾配）に沿った状態が形成され、軸部先端の加締め部の外周および内周面のファイバーフローが略軸方向に沿った状態に仕上がる。
３．穴あけ
車輪取付フランジ部に車輪取付用ハブボルトの挿入孔を円周上４等配〜６等配にボーリング加工またはドリル・リーマ加工を行う。
４．高周波熱処理
車輪取付フランジの基部からインナー側に突き出た軸部の基部隅Ｒ部（シールランド部）を一端して内側転走面、肩部、小径段部（先端加締め部除く）に亙り、高周波熱処理により表面硬さ５８ＨＲＣ以上、６４ＨＲＣ以下で、硬化層深さ０．５ｍｍ以上、４ｍｍ以下に硬化させることにより、転走面の転がり疲労寿命を確保すると共に軸部外径部の耐久性を確保している。
５．ブローチ
軸部内径の貫通孔に等速自在継手部材のステムに設けたセレーションと嵌合するセレーション（又はスプライン）をブローチ加工により成形する。
６．研削
車輪取付フランジの基部からインナー側に突き出た軸部の基部隅Ｒ部（シールランド部）、内側転走面、肩部および肩部、隅Ｒ部、小径段部を総型砥石によって同時研削を行う。肩部と小径段部を繋ぐ隅Ｒ部は単一の曲率半径または複合の曲率半径で形成され、それぞれに滑らかに繋がっており応力集中の緩和を図っている。
転走面は表面粗さ０．０８Ｒａ以下となる超仕上げを行う。
７．組立
外方部材に、転動体・保持器アッセンブリーを組み込み、外方部材にインナー側シールを組み込んだ後、ハブ輪を挿入して、インナー側内輪をハブ輪肩部に当接するまで圧入した後、インナー側シールを組み込む。所定の予圧（２ｋＮ以上、８ｋＮ以下、好ましくは３ｋＮ以上、６ｋＮ以下）に設定し、加締め前の車輪用軸受装置のサブアッセンブリーが完了する。
８．加締め
図５、図７に示すように、加締め治具をハブ輪の小径段部円筒部の端部に押し当て、揺動回転することにより小径段部円筒部の端部を径方向外方に塑性変形させて、内輪内径面から面取り部、幅面に密着した状態で充足し，加締め部を成形して、クランプ力１０ｋＮ以上４０ｋＮ以下で内輪をハブ輪に一体化する、所謂揺動加締方法を図示してある。
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
図８は、本発明に係る車輪用軸受装置の第２の実施形態を示す縦断面図である。この車輪用軸受装置は、従動輪用である。なお、前述した実施形態と同一部品同一部位には同じ符号を付してその詳細な説明を省略する。
この実施形態では、図１と同様に、内径抜き部（隔壁）Ａが打ち抜かれているが、ハブ輪２の内周面２７には、セレーション部を設けず、貫通孔のみを形成したものである。
この実施形態においても、ハブ輪の肩部２２からアウター側内径開口端面２９に至るハブ輪の内周のファイバーフローが内径部２３に対して軸方向に沿った状態である。したがって、旋削仕上げ完了後においてハブ輪２の内周面２７のファイバーフローが、略軸方向（最大５度：抜き勾配）に沿った状態であり、また、加締部７となる小径段部２ｂの端部においてもファイバーフローが軸方向に沿って流れている。
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のハブ輪は、一端部に車輪取付フランジを一体に有し、車輪取付フランジの基部からインナー側に突き出た軸部の外周に一方の内側転走面と、この内側転走面から肩部を介して軸方向に延びる円筒状の小径段部が形成された第３世代構造の車輪用軸受装置のハブ輪に適用できる。
本発明に係る車輪用軸受装置の第１の実施形態を示す縦断面図である。 図１のハブ輪単体を示す説明図である。 （ａ）は、ハブ輪の鍛造工程におけるファイバーフローを示す断面図である。 （ｂ）は、同上、鍛造完了後のハブ輪のファイバーフローを示す断面図である。 ハブ輪の加締部のファイバーフローを示す断面図である。 ハブ輪の製造方法の全体工程を示す図である。 鍛造工程を示す図である。 加締工程を示す図である。 本発明に係る車輪用軸受装置の第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の鍛造工程におけるハブ輪を示す縦断面図である。 （ａ）は、同上、ハブ輪のファイバーフローを示す断面図である。 （ｂ）は、（ａ）のハブ輪の鍛造完了後のファイバーフローを示す断面図である。
符号の説明
１・・・・・・・・・・・・・内方部材
２・・・・・・・・・・・・・ハブ輪
２ａ、３ａ・・・・・・・・・内側転走面
２ｂ・・・・・・・・・・・・小径段部
３・・・・・・・・・・・・・内輪
３ｂ・・・・・・・・・・・・内径部
３ｃ・・・・・・・・・・・・面取り部
３ｄ・・・・・・・・・・・・幅面
４・・・・・・・・・・・・・車輪取付フランジ
４ａ・・・・・・・・・・・・シールランド部
５、２０ａ・・・・・・・・・セレーション
６・・・・・・・・・・・・・ハブボルト
７・・・・・・・・・・・・・加締部
８・・・・・・・・・・・・・転動体
９・・・・・・・・・・・・・保持器
１０・・・・・・・・・・・・外方部材
１０ａ・・・・・・・・・・・外側転走面
１０ｂ・・・・・・・・・・・車体取付フランジ
１１、１２・・・・・・・・・シール
１３・・・・・・・・・・・・等速自在継手
１４・・・・・・・・・・・・外側継手部材
１５・・・・・・・・・・・・継手内輪
１５ａ、１８ａ・・・・・・・トラック溝
１６・・・・・・・・・・・・ケージ
１７・・・・・・・・・・・・トルク伝達ボール
１８・・・・・・・・・・・・マウス部
１９・・・・・・・・・・・・肩部
２０・・・・・・・・・・・・ステム部
２０ｂ・・・・・・・・・・・雄ねじ
２１・・・・・・・・・・・・固定ナット
２２・・・・・・・・・・・・肩部
２３・・・・・・・・・・・・内径部
２４・・・・・・・・・・・・内径抜き部のアウター側壁面
２５・・・・・・・・・・・・内径抜き部のインナー側壁面
２６・・・・・・・・・・・・軸部
２７・・・・・・・・・・・・内周面
２８・・・・・・・・・・・・硬化層
２９・・・・・・・・・・・・アウター側開口端面
５０・・・・・・・・・・・・ハブ輪
５０ａ・・・・・・・・・・・内側転走面
５０ｂ・・・・・・・・・・・小径段部
５１・・・・・・・・・・・・肩部
５２・・・・・・・・・・・・内径抜き部
５３・・・・・・・・・・・・内径抜き部の端面
５４・・・・・・・・・・・・車輪取付フランジ
５５・・・・・・・・・・・・内径部
５６・・・・・・・・・・・・軸部
５７・・・・・・・・・・・・シールランド部
５８・・・・・・・・・・・・硬化層
５９・・・・・・・・・・・・内周面
Ａ・・・・・・・・・・・・・内径抜き部
係る目的を達成すべく、本発明は、内周に複列の外側転走面が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、車輪取付フランジの基部からインナー側に突き出た軸部の外周に前記複列の外側転走面の一方に対向する内側転走面と、この内側転走面から肩部を介して軸方向に延びる円筒状の小径段部が形成され、内周に貫通孔、またはトルク伝達用のセレーションが形成された貫通孔を形成したハブ輪、およびこのハブ輪の肩部に突合せ状態で前記小径段部に圧入され、外周に前記複列の外側転走面の他方に対向する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転動自在に収容された複列の転動体とを備えた車輪用軸受装置のハブ輪において、前記ハブ輪の肩部からアウター側開口端面に至るハブ輪の内周面のファイバーフローが当該ハブ輪の内径部に対して略軸方向に沿った状態である。
このように、車輪取付フランジを一体に有し、車輪取付フランジの基部からインナー側に突き出た軸部の外周に一方の内側転走面と、この内側転走面から肩部を介して軸方向に延びる円筒状の小径段部が形成され、内周に軽量化のための貫通孔、またはトルク伝達用のセレーションを設けた貫通孔が形成されたハブ輪、およびこのハブ輪の肩部に突合せ状態で小径段部に圧入され、外周に他方の内側転走面が形成された内輪を備えた第３世代構造の車輪用軸受装置のハブ輪において、ハブ輪の肩部からアウター側開口端面に至る部分の内周面のファイバーフローが当該ハブ輪の内径部に対して略軸方向に沿った状態であるので、貫通孔の回転曲げ疲労や衝撃曲げ強さ等の強度が高めることができ、小径段部の肉厚を最小限に薄く設定できて材料投入量の削減を図ることができる。また、駆動輪用では貫通孔に形成したセレーションの強度・耐久性も向上させることができる。
また、本発明の、前記ハブ輪の小径段部の端部を塑性変形させて形成した加締部によって前記内輪が軸方向に固定されていると共に、前記小径段部の端部のファイバーフローがほぼ内周面に平行に形成され、前記加締部のファイバーフローが途切れずに前記内輪の内径面から面取り、幅面を密着した状態で充足し、その外郭形状に沿った状態であれば、繰り返し応力に対して亀裂等の損傷を防止して加締部の強度を向上させることができる。
また、本発明は、前記内径抜き部（隔壁）のインナー側壁面の位置が、前記ハブ輪の加締部の加締め長さよりアウター側に位置し、内周面にわたってアウター側に深く入り込んで成形され、前記小径段部の端部のファイバーフローがほぼ内周面に平行に形成されているので、加締部のファイバーフローを軸方向に沿った形状とすることができ、ファイバーフローが途切れずに内輪の内径面から面取り、端面を密着した状態で充足するように塑性変形させて外郭形状に沿って略平行に形成させることができる。したがって、繰り返し応力に対して亀裂等の損傷を防止して加締部の強度を向上させることができる。
本発明に係る車輪用軸受装置のハブ輪は、内周に複列の外側転走面が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、車輪取付フランジの基部からインナー側に突き出た軸部の外周に前記複列の外側転走面の一方に対向する内側転走面と、この内側転走面から肩部を介して軸方向に延びる円筒状の小径段部が形成され、内周に貫通孔およびトルク伝達用のセレーションが形成された貫通孔を設けたハブ輪、およびこのハブ輪の肩部に突合せ状態で前記小径段部に圧入され、外周に前記複列の外側転走面の他方に対向する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転動自在に収容された複列の転動体とを備えた車輪用軸受装置のハブ輪において、前記ハブ輪の肩部からアウター側開口端面に至るハブ輪の内周面のファイバーフローが当該ハブ輪の内径部に対して略軸方向に沿った状態であるので、貫通孔の回転曲げ疲労や衝撃曲げ強さ等の強度が高くなり、耐久性を向上させることができ、小径段部の肉厚を最小限に薄く設定できて材料投入量の削減を図ることができる。
係る目的を達成すべく、本発明は、内周に複列の外側転走面が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、車輪取付フランジの基部からインナー側に突き出た軸部の外周に前記複列の外側転走面の一方に対向する内側転走面と、この内側転走面から肩部を介して軸方向に延びる円筒状の小径段部が形成され、内周に貫通孔、またはトルク伝達用のセレーションが形成された貫通孔を形成したハブ輪、およびこのハブ輪の肩部に突合せ状態で前記小径段部に圧入され、外周に前記複列の外側転走面の他方に対向する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転動自在に収容された複列の転動体とを備えた車輪用軸受装置のハブ輪において、前記ハブ輪の外周の前記車輪取付フランジの基部から前記小径段部に亙り高周波焼入れによって硬化層が形成され、内周が未焼入れ部とされると共に、前記ハブ輪の肩部からアウター側開口端面に至るハブ輪の内周面のファイバーフローが当該ハブ輪の内径部に対して略軸方向に沿った状態である。
このように、車輪取付フランジを一体に有し、車輪取付フランジの基部からインナー側に突き出た軸部の外周に一方の内側転走面と、この内側転走面から肩部を介して軸方向に延びる円筒状の小径段部が形成され、内周に軽量化のための貫通孔、またはトルク伝達用のセレーションを設けた貫通孔が形成されたハブ輪、およびこのハブ輪の肩部に突合せ状態で小径段部に圧入され、外周に他方の内側転走面が形成された内輪を備えた第３世代構造の車輪用軸受装置のハブ輪において、ハブ輪の外周の車輪取付フランジの基部から小径段部に亙り高周波焼入れによって硬化層が形成され、内周が未焼入れ部とされると共に、ハブ輪の肩部からアウター側開口端面に至る部分の内径面のファイバーフローが当該ハブ輪の内径部に対して略軸方向に沿った状態であるので、貫通孔の回転曲げ疲労や衝撃曲げ強さ等の強度が高めることができ、小径段部の肉厚を最小限に薄く設定できて材料投入量の削減を図ることができる。また、駆動輪用では貫通孔に形成したセレーションの強度・耐久性も向上させることができる。
本発明に係る車輪用軸受装置のハブ輪は、内周に複列の外側転走面が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、車輪取付フランジの基部からインナー側に突き出た軸部の外周に前記複列の外側転走面の一方に対向する内側転走面と、この内側転走面から肩部を介して軸方向に延びる円筒状の小径段部が形成され、内周に貫通孔およびトルク伝達用のセレーションが形成された貫通孔を設けたハブ輪、およびこのハブ輪の肩部に突合せ状態で前記小径段部に圧入され、外周に前記複列の外側転走面の他方に対向する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転動自在に収容された複列の転動体とを備えた車輪用軸受装置のハブ輪において、前記ハブ輪の外周の前記車輪取付フランジの基部から前記小径段部に亙り高周波焼入れによって硬化層が形成され、内周が未焼入れ部とされると共に、前記ハブ輪の肩部からアウター側開口端面に至るハブ輪の内周面のファイバーフローが当該ハブ輪の内径部に対して略軸方向に沿った状態であるので、貫通孔の回転曲げ疲労や衝撃曲げ強さ等の強度が高くなり、耐久性を向上させることができ、小径段部の肉厚を最小限に薄く設定できて材料投入量の削減を図ることができる。

Claims (6)

  1. 内周に複列の外側転走面が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、車輪取付フランジの基部からインナー側に突き出た軸部の外周に前記複列の外側転走面の一方に対向する内側転走面と、この内側転走面から肩部を介して軸方向に延びる円筒状の小径段部が形成され、内周にトルク伝達用のセレーションを設けた貫通孔が形成されたハブ輪、およびこのハブ輪の肩部に突合せ状態で前記小径段部に圧入され、外周に前記複列の外側転走面の他方に対向する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転動自在に収容された複列の転動体とを備えた車輪用軸受装置のハブ輪において、
    前記ハブ輪の肩部からアウター側開口端面に至るハブ輪の内周面のファイバーフローが略軸方向に沿った状態であることを特徴とする車輪用軸受装置のハブ輪。
  2. 内周に複列の外側転走面が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、車輪取付フランジの基部からインナー側に突き出た軸部の外周に前記複列の外側転走面の一方に対向する内側転走面と、この内側転走面から肩部を介して軸方向に延びる円筒状の小径段部が形成され、内周に貫通孔が形成されたハブ輪、およびこのハブ輪の肩部に突合せ状態で前記小径段部に圧入され、外周に前記複列の外側転走面の他方に対向する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転動自在に収容された複列の転動体とを備えた車輪用軸受装置のハブ輪において、
    前記ハブ輪の肩部からアウター側開口端面に至るハブ輪の内周面のファイバーフローが略軸方向に沿った状態であることを特徴とする車輪用軸受装置のハブ輪。
  3. 前記ハブ輪の肩部での側断面のファイバーフローが略軸方向に沿った状態である請求項１又は２に記載の車輪用軸受装置のハブ輪。
  4. 前記ハブ輪の小径段部の端部を塑性変形させて形成した加締部によって前記内輪が軸方向に固定されていると共に、前記加締部のファイバーフローが途切れずに前記内輪の内径面から面取り、幅面を密着した状態で充足し、その外郭形状に沿った状態である請求項１乃至３いずれか１項に記載の車輪用軸受装置のハブ輪。
  5. 一端部に車輪取付フランジを一体に有し、車輪取付フランジの基部からインナー側に突き出た軸部の外周に一方の内側転走面と、この内側転走面から肩部を介して軸方向に延びる円筒状の小径段部が形成され、内周に貫通孔およびトルク伝達用のセレーションを設けた貫通孔が形成された前記ハブ輪の製造方法において、ビレットの切断面を押圧して、その中央部を拡径して太鼓形に成形される据え込み工程と、インナー側が縮径される押出し工程と、型鍛造によって前記車輪取付フランジをはじめ車輪取付フランジの基部からインナー側に突き出た軸部の外径の前記肩部と小径段部に対応する外郭部分および内径の外郭部分が成形される仕上げ打ち工程と、前記仕上げ打ち工程後において、当該ハブ輪の内径抜き部（隔壁）のアウター側壁面の位置が、前記肩部の位置よりもインナー側に入り込んで成形され、その後、ポンチによって内径部が除去される内径抜き工程を備えたハブ輪の製造方法。
  6. 前記内径抜き部（隔壁）のインナー側壁面の位置が、前記ハブ輪の加締部の内周面にわたってアウター側に深く入り込んで成形されている請求項５に記載のハブ輪の製造方法。
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