JP4581615B2 - 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 - Google Patents

Description

本発明は、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ため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に関する。

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では、軌道面を有する内方部材と外方部材との間に複列の転動体が転動自在に介装されており、内方部材や外方部材には、車輪又は車体の懸架装置に取り付けるための取り付けフランジが形成されると共に、取り付けフランジの側方には、車輪を位置決めするための位置決め部が設けられている。

ところで、軌道輪部材としての内方部材と外方部材を製造するに際しては、取り付けフランジの面積が大きく、冷間鍛造では膨大な成形荷重が必要となるため、熱間鍛造による成形が一般に行われている。しかし、熱間鍛造では寸法精度が粗く、熱処理部は脱炭層除去を必要とすることもあり、後工程での大きな切削代を必要とするため、製造コストが高くなるという問題がある。

そこで、従来においては、軌道輪部材の製造方法として、円筒管を母材として冷間鍛造により成形された中間素材から取り付けフランジを切りおこして形成し、また、切りおこしで残った部分を位置決め部としたものや（例えば、特許文献１参照。）、位置決め部を軌道輪部材とは別体に成形して、軌道輪部材に取り付けたもの（例えば、特許文献２及び３参照。）が提案されている。
特開２００３−２５８０３号公報 特開２００３−２９１６０４号公報 特開２００４−７４８１５号公報

しかしながら、上記特許文献１においては、最も強度の必要な取り付けフランジと軌道輪部材の外周部とのつなぎ部分に切りおこしの際に曲げ加工を施すため、割れクラック等の欠陥が生じやすく強度的に不安定となり、しかもつなぎ部分を曲げ易くする必要があることから、つなぎ部分の厚みを厚くする等の補強ができない。また、位置決め部が周方向に連続した円筒形状とならないため、位置決めが不安定となると共に、強度的にも十分でない。

一方、上記特許文献２及び特許文献３では、位置決め部が軌道輪部材と別体とされているので位置決め部と軌道輪部材側の軌道面との位置精度や直角度が低下しやすく、また、部品点数が増えてコストが増加する。また、取り付けフランジを含んだ形状での冷間成形はできないため、後工程の切削代が多く製造コストが増加する。

本発明はこのような不都合を解消するためになされたものであり、その目的は、位置決め部を周方向に連続する円筒状に一体で成形することができると共に、取り付けフランジに曲げ等の加工を行なわずに冷間鍛造にて低荷重で成形することができる安価な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を提供することにある。

本発明の上記目的は、下記構成によって達成される。
（１） 中実又は中空状の軸部から径方向外方に延びる車輪又は車体を取り付ける取り付け部と、前記軸部と同心に配置された車輪又は車体の位置決めをする位置決め用筒部とを有する車輪支持用ハブユニットの軌道輪部材であって、
前記取り付け部は、軸方向の成形荷重を作用させて中実状又は中空状の軸部素材を圧縮する冷間での側方押し出し成形によって、前記軸方向の成形荷重が作用せずに前記軸部と直交する方向に放射状に延びて前記軸部と一体に形成されることを特徴とする車輪支持用ハブユニットの軌道輪部材。
（２） 前記位置決め用筒部は前記側方押出成形の押し残り部によって前記取り付け部を挟んで前記軸部と反対側に、前記軸部と一体に形成されることを特徴とする（１）に記載の車輪支持用ハブユニットの軌道輪部材。
（３） 前記取り付け部は放射状に延びる複数のフランジ部から構成され、前記フランジ部にはそれぞれ取り付け孔が設けられ、前記各フランジ部は前記取り付け孔のピッチ円位置で繋がらないことを特徴とする（１）又は（２）に記載の車輪支持用ハブユニットの軌道輪部材。
（４） 内方部材と、外方部材と、該内方部材と該外方部材との間に少なくとも転動体を有する軸受部が配設された車輪支持用ハブユニットであって、
前記内方部材と前記外方部材の少なくとも一方の部材が、（１）〜（３）のいずれかに記載の前記軌道輪部材であることを特徴とする車輪支持用ハブユニット。
（５） 中実又は中空状の軸部から径方向外方に延びる車輪又は車体を取り付ける取り付け部と、前記軸部と同心に配置された車輪又は車体の位置決めをする位置決め用筒部とを有する車輪支持用ハブユニットの軌道輪部材の製造方法であって、
予め中実状又は中空状の軸部素材を所定の形状に成形し、径方向外方に向かって放射状に延びる溝を有する金型に配置する工程と、
前記軸部素材を冷間で軸方向に押し潰して圧縮し、前記金型の放射状の溝に前記軸部素材を流動させることにより、前記取り付け部を前記軸部と一体に側方押し出しにて成形する工程と、を備え、
前記取り付け部に軸方向の成形荷重を作用させずに形成することを特徴とする車輪支持用ハブユニットの軌道輪部材の製造方法。

本発明によれば、取り付け部は冷間での側方押し出し成形によって軸部と一体に成形されるので、押し出し成形の特徴から押し出し長さ、すなわち取り付け部の面積が大きくなっても成形荷重は変化せず、取り付け部を圧縮成形する場合と比較して低荷重で成形できる。これにより、冷間鍛造で比較的小さな設備を用いて成形することができ、後工程での切削加工代が削減され、安価な軌道輪部材及び車輪支持用ハブユニットを得ることができる。また、取り付け部と軌道輪部材の外周部とのつなぎ部に曲げ加工を行なわないため、該つなぎ部分に十分な肉厚を確保することができ、十分な強度を持った軌道輪部材及び車輪支持用ハブユニットを得ることができる。

更に、取り付け部を側方押し出しにて成形しているので、押し残り部を位置決め用筒部として用いることができる。このため、周方向に連続する円筒状の位置決め用筒部を軸部と一体に高精度で容易に成形することができ、また、位置決め用筒部を別体にした場合に必要な取り付けのための余肉等が不要となるので、必要な部分の肉厚を確保した状態で材料歩留まりを良くすることができ、これにより、製造コストを低くすることができる。

以下、本発明の車輪支持用ハブユニットの実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１〜図３に示されるように、車輪支持用ハブユニット１は、従動輪用とされており、ハブ（内方部材）２及び軌道輪部材としての外輪（外方部材）３と、複数の転動体４とを有する軸受部を備えている。

ハブ２は、軌道輪部材としての中実の軸部５を含むハブ輪６を備える。ハブ輪６は、その外周面のアウトボード側端部（自動車への組み付け状態で車幅方向外側の端部：図１の左端部）に径方向外方で軸部５と直交する方向に延びる取り付け部である車輪取り付けフランジ７を備えており、車輪取り付けフランジ７には、そのアウトボード側の側面に車輪を構成する図示しないホイール及びブレーキロータ等を取り付けるためのスタッド８が周方向に略等間隔で複数植設されている。各車輪取り付けフランジ７には、取り付け孔７ａが形成され、各車輪取り付けフランジ７は、これら取り付け孔７ａのピッチ円位置で繋がらない構成となっている。また、ハブ輪６の車輪取り付けフランジ７のアウトボード側、即ち、車輪取り付けフランジ７をはさんで軸部５と反対側には、車輪の位置決めをなす位置決め用筒部９が軸部５と同心に突設されている。

ハブ輪６のインボード側端部（自動車への組み付け状態で車幅方向内側の端部：図１の右端部）には小径段部１０が形成されており、該小径段部１０には内輪１１が嵌め込まれている。内輪１１の外周面には内輪軌道面１２が形成され、また、ハブ輪６の軸方向の中間部外周面には内輪軌道面１３が形成されている。ハブ輪６のインボード側の先端は円筒状に形成されており、円筒部（加締め部）１４を径方向外方に加締め広げることにより、内輪１１がハブ輪６に加締め固定される。なお、内輪１１は、加締め固定の他、ハブ輪６のインボード側の端面に締結されるナット（図示せず）によって必要な予圧を与えることもできる。

外輪３は、中空の軸部１５を含んで構成され、外輪３の内周面にはハブ輪６の内輪軌道面１３に対応する外輪軌道面１６及び内輪１１の内輪軌道面１２に対応する外輪軌道面１７が形成されており、また、車輪取り付けフランジ７から離間する側の外輪３の端部には径方向外方で軸部１５と直交する方向に延びる取り付け部である懸架装置取り付けフランジ１８が複数植設されている。各懸架装置取り付けフランジ１８には、取り付け孔１８ａが形成され、各懸架装置取り付けフランジ１８は、これら取り付け孔１８ａのピッチ円位置で繋がらない構成となっている。更に、外輪３の懸架装置取り付けフランジ１８のインボード側、即ち、懸架装置取り付けフランジ１８をはさんで軸部１５と反対側には、車体の位置決めをなす位置決め用筒部１９が軸部１５と同心に形成されている。
そして、複列の内輪軌道面１２，１３と複列の外輪軌道面１６，１７との間にそれぞれ複数の転動体４が保持器２０を介して周方向に転動可能に配設されている。

尚、図示の例では、転動体４として玉を使用しているが、重量の嵩む車輪支持用ハブユニットの場合には、転動体４としてテーパころを使用する場合もある。

上述の様な車輪支持用ハブユニット１を自動車に組み付けるには、外輪３の懸架装置取り付けフランジ１８を懸架装置に固定し、回転輪側のハブ輪６の車輪取り付けフランジ７にスタッド８やナット（図示せず）等を介してブレーキロータ及びホイールを固定する。 これにより、車輪を懸架装置に対して回転自在に支持することができる。

ここで、ハブ輪６では、軸部５と直交する方向に放射状に延びる車輪取り付けフランジ７が、冷間での側方押し出し成形によって軸部５と一体に形成され、また、成形の際の押し残り部によって構成される位置決め用筒部９も軸部５と同心に一体に形成される。一方、外輪３では、軸部１５と直交する方向に放射状に延びる懸架装置取り付けフランジ１８が、冷間での側方押し出し成形によって軸部１５と一体に形成され、成形の際の押し残り部によって構成される位置決め用筒部１９も軸部１５と同心に一体に形成される。以下、ハブ輪６と外輪３の冷間鍛造について説明する。

図４〜図６は、ハブ輪６の冷間鍛造工程の一例を示す。まず、図４（ａ）の中実状の丸棒素材３０に前方押し出し成形を施すことにより、図４（ｂ）の軸状部材３０ａが成形される。次いで、軸状部材３０ａの頭部をヘディングして位置決め用筒部９の外径φＤとほぼ同径まで漬すことで、図４（ｃ）に示す軸部素材３０ｂが成形される。さらに、この軸部素材３０ｂに対して図６に示す成形型５０を用いて押し込み方向と直交する側方押し出し成形を施すことにより、図４（ｄ）及び図５に示すように、車輪取り付けフランジ７と位置決め用筒部９が一体のハブ輪６が成形される。なお、この実施形態では、中実の軸部素材としたが、中空状の軸部素材を用いれば、駆動輪用のハブ輪も同様にして成形することができる。

図６は、ハブ輪６の側方押し出し成形工程に用いる成形型５０を示したものであり、（ａ）は素材投入時の状態を示し、（ｂ）は成形時の状態を示す。この成形型５０は、軸部素材３０ｂのインボード側の端部が投入される下金型５２と、弾性体５６によって下金型５２側に付勢される上金型５１とを備える。上金型５１には、位置決め用筒部９の外径φＤと略同径の孔５７が形成され、孔５７には軸部素材３０ｂのアウトボード側の端部（頭部）が配置される。また、該頭部の上方で孔５７内には、リングパンチ５５とパンチ５４が摺動自在に配置されており、これらは、弾性体５６を介して上金型５１が取り付けられた上型５８に固定される。また、上金型５１及び下金型５２の端面間には径方向外方に向かって延びる放射状溝５３が形成されている。なお、放射状溝５３は、上金型５１又は下金型５２のみに形成されてもよい。

そして、上型５８を降下させると、まず、パンチ５４が軸部素材３０ｂの頭部上面に窪みを成形し、更にリングパンチ５５が軸部素材３０ｂの頭部端面に接して軸方向に圧縮することにより、軸部素材３０ｂの頭部外周部が放射状溝５３にパンチの進行方向とは直交する方向（側方）に押し出される。これにより、車輪取り付けフランジ７が軸部５と一体に成形され、該成形でのφＤの頭部の押し残り部が位置決め用筒部９となる。

このとき、成形荷重は頭部の内側面積のみに作用し、車輪取り付けフランジ７の長さ（面積）には影響されないので、車輪取り付けフランジ７の長さ（面積）が大きい場合は、車輪取り付けフランジ７を圧縮成形する場合と比較して極めて小さな成形荷重で成形できることになる。

次に、図７〜図９を参照して、外輪３の冷間鍛造工程の一例を示す。この例では、図７（ａ）の中空円筒状の軸部素材４０（この軸部素材は電縫管を切断する以外にも絞り成形して底抜き、あるいは後方押し出し成形して底抜き等でも得ることができる）に対して図９に示す成形型７０を用いて押し込み方向と直交する側方押し出し成形を施すことにより、図７（ｂ）及び図８に示すように、懸架装置取り付けフランジ１８と位置決め用筒部１９を一体に成形し、次いで、図７（ｃ）に示すように、アウトボード側の端部内径面に外輪軌道面１６に対応する段部４１を成形して外輪３を得る。

図９は、外輪３の側方押し出し成形工程に用いる成形型７０を示したものであり、（ａ）は素材投入時の状態を示し、（ｂ）は成形時の状態を示す。この成形型７０は、軸部素材４０のアウトボード側の端部が投入される下金型７２と、弾性体７６によって下金型７２側に付勢される上金型７１とを備える。上金型７１には、位置決め用筒部１９の外径φＤ0 と略同径の孔７７が設けられ、孔７７には軸部素材４０のインボード側の端部が配置される。また、該端部の上方で孔７７内には、リングパンチ７５とパンチ７４が摺動自在に配置されており、これらは、弾性体７６を介して上金型７１が取り付けられた上型７８に固定される。なお、パンチ７４の先端部には、円筒形状の軸部素材４０を拘束するために該軸部素材４０の内径φＤ1 と略同径のマンドレル７４ａが設けられている。また、上金型７１及び下金型７２の端面間には径方向外方に向かって延びる放射状溝７３が形成される。なお、放射状溝７３は、上金型７１又は下金型７２のみに形成されてもよい。

そして、上型７８を降下させると、まず、パンチ７４が軸部素材４０のインボード側端部内径に外輪軌道面１７に対応する段部４２を成形し、更にリングパンチ７５が軸部素材４０のインボード側端面に接して軸方向に圧縮することにより、軸部素材４０の外周部が放射状溝７３にパンチの進行方向とは直交する方向（側方）に押し出されて懸架装置取り付けフランジ１８が軸部１５と一体に成形され、該成形でのφＤ0 の押し残り部が位置決め用筒部１９となる。

このとき、成形荷重は軸部素材３０のφＤ0 〜φＤ1 のリング状部のみに作用し、懸架装置取り付けフランジ１８の長さ（面積）には影響されないので、懸架装置取り付けフランジ１８の長さ（面積）が大きい場合は、懸架装置取り付けフランジ１８を圧縮成形する場合と比較して極めて小さな成形荷重で成形できることになる。なお、放射状溝７３での素材の流動をバランスよく行なうために、下金型７２を上金型７１と同様に上下移動可能として弾性体で上金型７１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）。

従って、本実施形態では、ハブ輪６の車輪取り付けフランジ７が冷間での側方押し出し成形によって中実状の軸部５と一体に成形されると共に、外輪３の懸架装置取り付けフランジ１８が冷間での側方押し出し成形によって中空状の軸部１５と一体に成形される。このため、押し出し成形の特徴から車輪取り付けフランジ７や懸架装置取り付けフランジ１８の押し出し長さ（面積）が大きくなっても成形荷重は変化せず、車輪取り付けフランジ７や懸架装置取り付けフランジ１８を圧縮成形する場合と比較して、冷間鍛造で比較的小さな設備を用いて低荷重で成形することができる。これにより、後工程での切削加工代が削減されて安価なハブ輪６及び外輪３を得ることができる。

また、車輪取り付けフランジ７とハブ輪６の外周部とのつなぎ部、及び懸架装置取り付けフランジ１８と外輪３の外周部とのつなぎ部分に曲げ加工を行なわないため、これらのつなぎ部分に十分な肉厚を確保することができ、強度的に十分なハブ輪６及び外輪３を得ることができる。

更に、車輪取り付けフランジ７及び懸架装置取り付けフランジ１８を側方押し出しにて成形しているので、押し残り部を車輪の位置決め用筒部９や車体の位置決め用筒部１９として用いることができ、これにより、周方向に連続する円筒状の位置決め用筒部９，１９を軸部５，１５と一体に高精度で容易に冷間成形することができ、また、これらの位置決め用筒部９，１９を別体にした場合に必要な取り付けのための余肉等が不要となるので、必要な部分の肉厚を確保した状態で材料歩留まりを良くすることができ、これにより、製造コストを低くすることができる。

なお、本発明は上記実施形態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。
本実施形態では、内輪回転の従動輪用の車輪支持用ハブユニットの軌道輪部材を例示したが、内輪回転の駆動輪用、外輪回転の従動輪用或いは外輪回転の駆動輪用の車輪支持用ハブユニットの軌道輪部材に本発明を適用してもよいのは勿論である。

また、本実施形態では、軸受部としてハブ輪６の端部に外輪３が外嵌された複列の転がり軸受を例示したが、これに代えて、軸受部として２列の単列アンギュラ玉軸受や２列の単列円すいころ軸受の他、内輪が軸方向の略中央部で分割された複列の転がり軸受を採用した車輪支持用ハブユニットの軌道輪部材に本発明を適用してもよい。

本発明の車輪支持用ハブユニットの一例を説明するための断面図である。 車輪支持用ハブユニットの軌道輪部材としてのハブ輪を説明するための図で、（ａ）はその側面図であり、（ｂ）は（ａ）のII−II線に沿った断面図である。 車輪支持用ハブユニットの軌道輪部材としての外輪を説明するための図で、（ａ）はその側面図であり、（ｂ）は（ａ）のIII-III線に沿った断面図である。 ハブ輪の製造工程を説明するための図である。 図４（ｄ）の矢印V方向から見た図である。 ハブ輪の側方押し出し成形型を説明するための断面図である。 外輪の製造工程を説明するための図である。 図７（ｂ）の矢印VIII方向から見た図である。 外輪の側方押し出し成形型を説明するための断面図である。

符号の説明

１ 車輪支持用ハブユニット
２ ハブ
３ 外輪（軌道輪部材）
４ 転動体
６ ハブ輪（軌道輪部材）
７ 車輪取り付けフランジ（取り付け部）
９，１９ 位置決め用筒部
１８ 懸架装置取り付けフランジ（取り付け部）
３０ｂ，４０ 軸部素材
５０，７０ 成形型
５１，７１ 下金型（金型）
５２，７２ 上金型（金型）
５３，７３ 放射状溝

Claims (5)

1. 中実又は中空状の軸部から径方向外方に延びる車輪又は車体を取り付ける取り付け部と、前記軸部と同心に配置された車輪又は車体の位置決めをする位置決め用筒部とを有する車輪支持用ハブユニットの軌道輪部材であって、
   前記取り付け部は、軸方向の成形荷重を作用させて中実状又は中空状の軸部素材を圧縮する冷間での側方押し出し成形によって、前記軸方向の成形荷重が作用せずに前記軸部と直交する方向に放射状に延びて前記軸部と一体に形成されることを特徴とする車輪支持用ハブユニットの軌道輪部材。
2. 前記位置決め用筒部は前記側方押出成形の押し残り部によって前記取り付け部を挟んで前記軸部と反対側に、前記軸部と一体に形成されることを特徴とする請求項１に記載の車輪支持用ハブユニットの軌道輪部材。
3. 前記取り付け部は放射状に延びる複数のフランジ部から構成され、前記フランジ部にはそれぞれ取り付け孔が設けられ、前記各フランジ部は前記取り付け孔のピッチ円位置で繋がらないことを特徴とする請求項１又は２に記載の車輪支持用ハブユニットの軌道輪部材。
4. 内方部材と、外方部材と、該内方部材と該外方部材との間に少なくとも転動体を有する軸受部が配設された車輪支持用ハブユニットであって、
   前記内方部材と前記外方部材の少なくとも一方の部材が、請求項１〜３のいずれか１項に記載の前記軌道輪部材であることを特徴とする車輪支持用ハブユニット。
5. 中実又は中空状の軸部から径方向外方に延びる車輪又は車体を取り付ける取り付け部と、前記軸部と同心に配置された車輪又は車体の位置決めをする位置決め用筒部とを有する車輪支持用ハブユニットの軌道輪部材の製造方法であって、
   予め中実状又は中空状の軸部素材を所定の形状に成形し、径方向外方に向かって放射状に延びる溝を有する金型に配置する工程と、
   前記軸部素材を冷間で軸方向に押し潰して圧縮し、前記金型の放射状の溝に前記軸部素材を流動させることにより、前記取り付け部を前記軸部と一体に側方押し出しにて成形する工程と、を備え、
   前記取り付け部に軸方向の成形荷重を作用させずに形成することを特徴とする車輪支持用ハブユニットの軌道輪部材の製造方法。

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