(57)【要約】      （修正有）【課題】スプラインの高精度化と共に、金型、加工設備の簡素化を図った車輪用軸受のスプライン加工方法を提供すること。【解決手段】外方部材と内方部材と、外方部材と内方部材との間に介装された複列の転動体と、内方部材の内周に締め代付スプライン３９が形成され、締め代付スプライン３９のインボード側端部にガイドスプライン４４が形成され、内方部材の中間部品１’に、締め代付スプラインとガイドスプラインが形成されるスプライン形成内周面と、このスプライン形成内周面よりアウトボード側にスプライン形成内周面より直径の大きい逃げ部５２を形成し、スプライン加工に用いるパンチを締め代付スプラインを成形する一体型スプラインパンチにより構成し、スプライン形成内周面を一体型スプラインパンチでプレス加工することにより、締め代付スプライン３９とガイドスプライン４４を形成する。【選択図】図１０
2018079498.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内周面に複列の外側軌道面が形成された外方部材と、外周面に前記外側軌道面と対向する複列の内側軌道面が形成された内方部材と、前記外方部材の外側軌道面と前記内方部材の内側軌道面との間に介装された複列の転動体と、この転動体を保持する保持器とからなり、前記内方部材の内周に締め代付スプラインが形成され、この締め代付スプラインのインボード側端部にガイドスプラインが形成された車輪用軸受のスプライン加工方法において、
前記内方部材の中間部品に、前記締め代付スプラインと前記ガイドスプラインが形成されるスプライン形成内周面と、このスプライン形成内周面よりアウトボード側に前記スプライン形成内周面より直径の大きい逃げ部を形成し、
前記スプライン加工に用いるパンチを、前記締め代付スプラインを成形する締め代付スプライン成形面と前記ガイドスプラインを成形するガイドスプライン成形面を有する一体型スプラインパンチにより構成し、
前記スプライン形成内周面を前記一体型スプラインパンチでプレス加工することにより、前記締め代付スプラインと前記ガイドスプラインを形成することを特徴とする車輪用軸受のスプライン加工方法。
【請求項２】
前記一体型パンチの前記締め代付スプライン成形面と前記ガイドスプライン成形面との接続部に面取り部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の車輪用軸受のスプライン加工方法。
【請求項３】
前記内方部材の中間部品の外径面に熱処理硬化層が形成されている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のスプライン加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車輪用軸受のスプライン加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、自動車の懸架装置に対して駆動車輪（ＦＦ車の前輪、ＦＲ車の後輪、４ＷＤ車の全輪）を回転自在に支持する車輪用軸受装置として、車輪用軸受のハブ輪と等速自在継手の外側継手部材との分離を可能としてメンテナンス性に優れた車輪用軸受装置が提案されている（特許文献１）。
【０００３】
特許文献１に記載された車輪用軸受装置は、内周に複列の外側軌道面が形成された外方部材と、外周に外側軌道面と対向する複列の内側軌道面を有し、ハブ輪および内輪からなる内方部材と、外方部材の外側軌道面と内方部材の内側軌道面との間に介装された複列の転動体とからなる車輪用軸受を備え、車輪用軸受のハブ輪の内径に等速自在継手の外側継手部材のステム部を嵌合することにより車輪用軸受に等速自在継手をねじ締め付け構造により分離可能に結合させた車輪用軸受装置であり、外側継手部材のステム部に形成された軸方向に延びる複数の凸部（雄スプライン）を、凸部に対して締め代を有する複数の凹部（雌スプライン）が形成されたハブ輪に圧入し、ハブ輪に凸部の形状を転写することにより、凸部と凹部との嵌合接触部位全域が密着する凹凸嵌合構造を構成している。
【０００４】
上記の車輪用軸受装置では、外側継手部材のステム部の軸端に形成された雌ねじ部と、この雌ねじ部に螺合した状態でハブ輪の内壁の座面に係止されるボルトとにより、ねじ締め付け構造が構成されている。
【０００５】
上記の車輪用軸受装置では、外側継手部材のステム部に形成された雄スプラインに対して締め代を有する雌スプラインをハブ輪に予め形成しているので、雄スプラインと雌スプラインとの嵌合接触部位全域で密着させるための圧入荷重を下げることができ、自動車メーカでの車両組み立ての際に、ボルトの締め付けにより発生する軸力以下でハブ輪に対して外側継手部材を圧入可能にできる優れた利点を有する。
【０００６】
ハブ輪の雌スプラインの成形は、従来、切削加工としてのブローチ加工により実施していた。また、プレス加工よる軸内径への高精度な雌スプライン成形技術が提案されている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１３−２３３８４２号公報
【特許文献２】特開２００９−１７２６６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが、特許文献１の車輪用軸受の場合、等速自在継手の外側継手部材をハブ輪に引き込むためのボルトの座面がハブ輪の内壁に設けられている。このため、ブローチ工具が抜ききれず、従来から実施されてきたブローチ加工が採用できない。
【０００９】
また、上記の車輪用軸受では、ハブ輪の内周面に、外側継手部材のステム部が圧入される雌スプラインと、この雌スプラインの一端に形成されたステム部を圧入する際の挿入ガイドとしてのガイドスプラインとからなる２段階のスプラインが形成される。このような２段階のスプラインは、特許文献２のようなスプラインマンドレルを引き抜く方式では成形が困難である。
【００１０】
さらに、雌スプラインはガイドスプラインと位相を合わせる必要があるが、スプラインのモジュール（基準円直径／歯数）が小さいため、雌スプライン成形後にガイドスプライン成形を別に行う２工程の成形では、両スプラインの位相を合わせることが困難であることが判明した。
【００１１】
加えて、ハブ輪と外側継手部材のステム部の嵌合接触部位全域で雌スプラインの締め代（圧入代）を満たすためには、雌スプラインの高精度化が必要であることが判明した。
【００１２】
本発明は、上記の問題に鑑み、スプラインの高精度化と共に、金型、加工設備の簡素化を図った車輪用軸受のスプライン加工方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者らは、上記の目的を達成するために種々検討した結果、雌スプライン（締め代付スプライン）成形面とガイドスプライン成形面を有する一体型スプラインパンチを用いると共に、内方部材としてのハブ輪の中間部品の形状を工夫するという着想により、本発明に至った。
【００１４】
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、内周面に複列の外側軌道面が形成された外方部材と、外周面に前記外側軌道面と対向する複列の内側軌道面が形成された内方部材と、前記外方部材の外側軌道面と前記内方部材の内側軌道面との間に介装された複列の転動体と、この転動体を保持する保持器とからなり、前記内方部材の内周に締め代付スプラインが形成され、この締め代付スプラインのインボード側端部にガイドスプラインが形成された車輪用軸受のスプライン加工方法において、前記内方部材の中間部品に、前記締め代付スプラインと前記ガイドスプラインが形成されるスプライン形成内周面と、このスプライン形成内周面よりアウトボード側に前記スプライン形成内周面より直径の大きい逃げ部を形成し、前記スプライン加工に用いるパンチを、前記締め代付スプラインを成形する締め代付スプライン成形面と前記ガイドスプラインを成形するガイドスプライン成形面を有する一体型スプラインパンチにより構成し、前記スプライン形成内周面を前記一体型スプラインパンチでプレス加工することにより、前記締め代付スプラインと前記ガイドスプラインを形成することを特徴とする。
【００１５】
上記の構成により、スプラインの高精度化と共に、金型、加工設備の簡素化を図った車輪用軸受のスプライン加工方法を実現することができる。また、締め代付スプラインとガイドスプラインの高精度な位相合わせが実現できる。
【００１６】
上記の一体型スプラインパンチの締め代付スプライン成形面とガイドスプライン成形面との接続部に面取り部が形成されていることにより、締め代付スプラインとガイドスプラインの軸方向精度が一層向上し、金型寿命も向上する。
【００１７】
上記の内方部材の中間部品の外径面に熱処理硬化層が形成されていることにより、スプラインの品質、精度がさらに向上する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、スプラインの高精度化と共に、金型、加工設備の簡素化を図った車輪用軸受のスプライン加工方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態に係る車輪用軸受のスプライン加工方法に基づく車輪用軸受と等速自在継手を組み付けた状態を示す縦断面図である。
【図２】図１の車輪用軸受と等速自在継手を組み付ける前の状態を示す縦断面図である。
【図３】（ａ）図は車輪用軸受のハブ輪に外側継手部材のステム部を圧入する前の状態を示す要部拡大縦断面図で、（ｂ）図は、（ａ）図のＡ−Ａ線に沿う横断面図である。
【図４】（ａ）図は車輪用軸受のハブ輪に外側継手部材のステム部を圧入する途中の状態を示す要部拡大縦断面図で、（ｂ）図は、（ａ）図のＢ−Ｂ線に沿う横断面図である。
【図５】（ａ）図は車輪用軸受のハブ輪に外側継手部材のステム部を圧入した後の状態を示す要部拡大縦断面図で、（ｂ）図は、（ａ）図のＣ−Ｃ線に沿う横断面図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る車輪用軸受のスプライン加工方法におけるハブ輪の中間部品を示す縦断面図である。
【図７】一体型スプラインパンチを示す側面図である。
【図８】図７の一体型スプラインパンチの成形面の詳細を示し、（ａ）図は一体型スプラインパンチの成形面のスプライン歯の横断面で、（ｂ）図は一体型スプラインパンチのスプライン成形面の正面図で、（ｃ）図は一体型スプラインパンチの部分側面図である。
【図９】本発明の第１の実施形態に係る車輪用軸受のスプライン加工方法を示し、（ａ）図はハブ輪の中間部品をダイスにセットした状態を示す概要図で、（ｂ）図は上側パンチがハブ輪の中間部品に当接した状態を示す概要図で、（ｃ）図はスプライン加工が終了した状態を示す概要図で、（ｄ）図はハブ輪を排出する状態を示す概要図である。
【図１０】スプライン加工後のハブ輪を示す縦断面図である。
【図１１】ハブ輪の加工工程を示し、（ａ）図は素材、（ｂ）図は一次旋削加工、（ｃ）図はスプライン加工、（ｄ）は二次旋削加工、（ｅ）図は熱処理、（ｆ）図は研削加工、のそれぞれの概要図である。
【図１２】スプラインの加工状態を示し、（ａ）図は加工前の横断面図で、（ｂ）図は加工後の横断面図で、（ｃ）図はガイドスプライン部分の横断面図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態に係る車輪用軸受のスプライン加工方法におけるハブ輪の中間部品示す縦断面図である。
【図１４】ハブ輪の加工工程を示し、（ａ）図は素材、（ｂ）図は旋削加工、（ｃ）図は熱処理、（ｄ）図はスプライン加工、（ｅ）は研削加工、のそれぞれの概要図である。
【図１５】材料流れに関する開発過程の知見を示す模式図である。
【図１６】（ａ）図は、スプラインの加工状態に関する開発過程の知見を示し、締め代付スプラインの軸方向の３部位における横断面図で、（ｂ）図は一体型スプラインパンチのスプライン成形面の正面図で、（ｃ）図は一体型スプラインパンチの部分側面図である。
【図１７】（ａ）図はスプラインの成形状態に関する開発過程の知見を示し、ハブ輪の中間部品の縦断面図で、（ｂ）図は、（ａ）図のＤ−Ｄ線で矢視した締め代付スプラインおよびガイドスプラインの断面図である。
【図１８】開発過程における知見を集約した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の第１の実施形態に係る車輪用軸受のスプライン加工方法を説明する前に、当該スプライン加工方法により得られた車輪用軸受と、この車輪用軸受に組付けられる等速自在継手を図１〜図５に基づいて説明する。図１は、車輪用軸受と等速自在継手を組み付けた状態を示す縦断面図で、図２は、車輪用軸受と等速自在継手を組み付ける前の状態を示す縦断面図である。
【００２１】
図１および図２に示すように、車輪用軸受２０は、内方部材であるハブ輪１および内輪２、複列の転動体３、４、外方部材５および保持器１５、１６を主な構成とする。車輪用軸受２０と等速自在継手６を組み付けて車輪用軸受装置となる。以下の説明では、車体の外側寄りとなる側をアウトボード側（図面左側）と呼び、中央寄りとなる側をインボード側（図面右側）と呼ぶ。
【００２２】
ハブ輪１は、その外周面にアウトボード側の内側軌道面７が形成されると共に、車輪（図示省略）を取り付けるための車輪取付フランジ９を備えている。この車輪取付フランジ９の円周方向等間隔に、ホイール、ディスクを固定するためのハブボルト１０が植設されている。このハブ輪１のインボード側外周面に形成された小径段部１２に内輪２を嵌合させ、この内輪２の外周面にインボード側の内側軌道面８が形成されている。
【００２３】
内輪２は、クリープを防ぐために適当な締め代をもって圧入されている。ハブ輪１の外周面に形成されたアウトボード側の内側軌道面７と、内輪２の外周面に形成されたインボード側の内側軌道面８とで複列の軌道面を構成する。この内輪２をハブ輪１の小径段部１２に圧入し、その小径段部１２の端部を外側に加締めることにより、加締め部１１でもって内輪２を抜け止めしてハブ輪１と一体化し、車輪用軸受２０に予圧を付与している。
【００２４】
外方部材５は、内周面にハブ輪１および内輪２の内側軌道面７、８と対向する複列の外側軌道面１３、１４が形成されている。この外方部材５の車体取付フランジ１９を車体の懸架装置（図示省略）から延びるナックルに固定することにより、車輪用軸受２０を車体に取り付けるようにしている。
【００２５】
車輪用軸受２０は、複列のアンギュラ玉軸受構造で、ハブ輪１および内輪２の外周面に形成された内側軌道面７、８と外方部材５の内周面に形成された外側軌道面１３、１４との間に転動体３、４を介在させ、各列の転動体３、４を保持器１５、１６により円周方向等間隔に支持した構造を有する。
【００２６】
車輪用軸受２０の両端開口部には、ハブ輪１と内輪２の外周面に摺接するように、外方部材５とハブ輪１および内輪２との環状空間を密封する一対のシール１７、１８が外方部材５の両端部内径面に嵌合され、内部に充填されたグリースの漏洩ならびに外部からの水や異物の侵入を防止するようになっている。
【００２７】
等速自在継手６は、ドライブシャフト２１を構成する中間シャフト２２の一端に設けられ、内周面にトラック溝２３が形成された外側継手部材２４と、その外側継手部材２４のトラック溝２３と対向するトラック溝２５が外周面に形成された内側継手部材２６と、外側継手部材２４のトラック溝２３と内側継手部材２６のトラック溝２５との間に組み込まれたトルク伝達ボール（単に、ボールともいう）２７と、外側継手部材２４の内周面と内側継手部材２６の外周面との間に介在してボール２７を保持するケージ２８とで構成されている。
【００２８】
外側継手部材２４は、内側継手部材２６、ボール２７およびケージ２８からなる内部部品を収容したマウス部２９と、マウス部２９から軸方向に一体的に延びるステム部３０とで構成されている。内側継手部材２６は、中間シャフト２２の軸端が圧入されてスプライン嵌合によりトルク伝達可能に結合されている。
【００２９】
等速自在継手６の外側継手部材２４と中間シャフト２２との間に、継手内部に封入されたグリース等の潤滑剤の漏洩を防ぐと共に継手外部からの異物侵入を防止するための樹脂製の蛇腹状ブーツ３１を装着して、外側継手部材２４の開口部を閉塞した構造としている。
【００３０】
図２に示すように、外側継手部材２４のステム部３０のアウトボード側外周面に雄スプライン３７が形成され、ハブ輪１の軸孔３８のアウトボード側内周面に雌スプライン３９が形成されている。雌スプライン３９に外側継手部材２４のステム部３０の雄スプライン３７が圧入される。雌スプライン３９が締め代付スプラインであり、雄スプライン３７の周方向側壁部４７に対して締め代ｎを有する〔図４（ｂ）参照〕。この締め代付スプライン３９が本明細書および特許請求の範囲における締め代付スプラインを意味する。以降の説明では、締め代付スプライン３９と称する。締め代付スプライン３９のインボード側端部にガイドスプライン４４が形成されている。ガイドスプライン４４は、ステム３０の圧入開始時に雄スプライン３７をガイドするものである。ガイドスプライン４４は、締め代付スプライン３９と同位相で、ステム部３０の雄スプライン３７より大きめのスプライン形状に形成されている。
【００３１】
ハブ輪１の軸孔３８のアウトボード側に内壁４３が設けられ、ボルト３２の座面３６と挿通孔３５が形成されている。一方、外側継手部材２４のステム部３０の軸端に雌ねじ部３３が形成されている。外側継手部材２４のステム部３０をハブ輪１の軸孔３８に嵌挿した状態で、ボルト３２の雄ねじ部３４を内壁４３の挿通孔３５に挿通し、雄ねじ部３４を外側継手部材２４のステム部３０の雌ねじ部３３に螺合させ、ボルト３２の頭部５１が座面３６に係止させた状態で締め付けることにより、外側継手部材２４をハブ輪１に圧入し、最終的に、車輪用軸受２０と等速自在継手６とを固定する。外側継手部材２４およびハブ輪１の材質としては、Ｓ５３Ｃ等に代表される機械構造用の中炭素鋼が好適である。
【００３２】
外側継手部材２４のステム部３０をハブ輪１の軸孔３８に嵌挿した際、ステム部３０の雄スプライン３７がハブ輪１のガイドスプライン４４に嵌り込むので、ステム部３０の雄スプライン３７はハブ輪１の締め代付スプライン３９に確実に圧入するように誘導することができ、安定した圧入が可能になって圧入時の芯ずれや芯傾きを防止することができる。
【００３３】
車輪用軸受のハブ輪へ外側継手部材のステム部を圧入する過程の詳細を図３〜図５に基づいて説明する。図３（ａ）は車輪用軸受のハブ輪に外側継手部材のステム部を圧入する前の状態を示す要部拡大縦断面図で、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ線に沿う横断面図である。図４（ａ）は車輪用軸受のハブ輪に外側継手部材のステム部を圧入する途中の状態を示す要部拡大縦断面図で、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う横断面図である。図５（ａ）は車輪用軸受のハブ輪に外側継手部材のステム部を圧入した後の状態を示す要部拡大縦断面図で、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＣ−Ｃ線に沿う横断面図である。
【００３４】
図３（ａ）に示すように、ステム部３０の雄スプライン３７の先端がガイドスプライン４４に嵌り込んだ状態では、図３（ｂ）に示すように雄スプライン３７とガイドスプライン４４との間に隙間ｍが形成される。この隙間ｍの存在により、雄スプライン３７のガイドスプライン４４への嵌合が容易であり、かつ、確実に圧入するように誘導することができる。
【００３５】
続いて、図４（ａ）に示すように、雄スプライン３７が締め代付スプライン３９に圧入される。図４（ｂ）に示すように、締め代付スプライン３９の周方向寸法は雄スプライン３７より小さく設定されている。このため、締め代付スプライン３９は雄スプライン３７の周方向側壁部４７のみに対して締め代ｎを有する。スプラインの歯面の両側の締め代ｎを合計した２ｎは１０〜５０μｍ程度である。また、締め代付スプライン３９の径方向寸法を雄スプライン３７よりも大きく設定している。このため、雄スプライン３７の周方向側壁部４７を除く部位、つまり、雄スプライン３７の径方向先端部４８と締め代付スプライン３９との間に隙間ｐを有する。なお、雄スプライン３７は断面台形の歯形状としているが、インボリュート歯形状であってもよい。雄スプライン３７のモジュールは、０．３〜０．７５の範囲で、従来スプラインのモジュール１．０以上に比べて、小さく設定されている。
【００３６】
図５（ａ）、図５（ｂ）に示すように、ステム部３０をハブ輪１の軸孔３８に圧入するに際して、雄スプライン３７の周方向側壁部４７により締め代付スプライン３９の表面を極僅かに切削加工し、また極僅かな塑性変形や弾性変形を付随的に伴いながら、締め代付スプライン３９に雄スプライン３７の周方向側壁部４７の形状が転写され凹表面４０が形成されることになる。図５（ａ）に示すように、上記の転写によって生じる食み出し部４５は収容部４６に保持されるので、食み出し部４５の除去処理が不要となり、作業工数の削減、作業性の向上およびコスト低減を図ることができる。雄スプライン３７の表面硬度は、締め代付スプライン３９の表面硬度よりも高くすることが好ましく、例えば、雄スプライン３７の表面硬度と締め代付スプライン３９の表面硬度との差をＨＲＣで２０以上とし、雄スプライン３７の表面硬度は、ＨＲＣ５０〜６５、締め代付スプライン３９の表面硬度は、ＨＲＣ１０〜３０が好適である。
【００３７】
圧入の際、雄スプライン３７の周方向側壁部４７が締め代付スプライン３９に食い込んでいくことによってハブ輪１の内径が僅かに拡径した状態となって、雄スプライン３７の軸方向の相対的移動が許容される。雄スプライン３７の軸方向相対移動が停止すれば、ハブ輪１の軸孔３８が元の径に戻ろうとして縮径することになる。これによって、雄スプライン３７と締め代付スプライン３９の凹表面４０との嵌合接触部位全域Ｘで密着し、外側継手部材２４とハブ輪１を強固に結合一体化することができる。
【００３８】
上記のような圧入状態であるので、大きな圧入荷重を必要としない。このことから、自動車メーカでの車両組立時、車輪用軸受２０を車体の懸架装置から延びるナックルに取付けた後、締め付け固定用のボルト３２による引き込み力でもって、ハブ輪１の軸孔３８に外側継手部材２４のステム部３０を圧入することができ、車輪用軸受２０に等速自在継手６を簡易に組み付けることが可能となる、その結果、車体への組付けにおける作業が向上し、組付け時の部品の損傷を未然に防止することができる。
【００３９】
車輪用軸受および等速自在継手の全体構成は以上に述べたとおりである。次に、本発明の第１の実施形態にかかる車輪用軸受のスプライン加工方法を図６〜図１２に基づいて説明する。本実施形態の車輪用軸受のスプライン加工方法は、要約すると、締め代付スプライン成形面とガイドスプライン成形面を有する一体型スプラインパンチを用いると共に、ハブ輪の中間部品の締め代付スプラインを形成する内周面のアウトボード側に逃げ部を形成したことにより、締め代付スプラインの高精度化と共に、金型、加工設備の簡素化を図ったことを特徴とする。
【００４０】
まず、ハブ輪１の中間部品１’を図６に基づいて説明する。図６はハブ輪１の中間部品１’を示す縦断面図である。ハブ輪１の中間部品１’は、鍛造加工した素形材を旋削加工や穴あけ加工により、車輪取付フランジ９、アウトボード側内側軌道面７’、小径段部１２’、軸孔３８、スプライン形成内周面５０、逃げ部５２、挿通孔３５、ハブボルト孔（図示省略）等が機械加工される。逃げ部５２は、スプライン形成内周面５０の内径よりも適宜の寸法で大きな内径を有する。逃げ部５２の作用の詳細は後述する。
【００４１】
次に、スプライン加工に用いる一体型スプラインパンチを図７、図８に基づいて説明する。図７は、一体型スプラインパンチを示す側面図で、図８（ａ）は一体型スプラインパンチの成形面のスプライン歯の横断面で、図８（ｂ）は一体型スプラインパンチのスプライン成形面の正面図で、図８（ｃ）は一体型スプラインパンチの部分側面図である。図７に示すように、一体型スプラインパンチ８０には、先端に形成された円筒状ガイド面８１、締め代付スプライン成形面８２およびガイドスプライン成形面８３が形成されている。
【００４２】
図８（ｂ）、図８（ｃ）に示すように、一体型スプラインパンチ８０には、円筒状ガイド面８１と締め代付スプライン成形面８２との接続部に面取り部８４が形成され、締め代付スプライン成形面８２とガイドスプライン成形面８３との接続部に面取り部８５が形成されている。締め代付スプライン成形面８２とガイドスプライン成形面８３は位相が一致している。面取り部８４、８５の傾斜角は材料流れや軸方向寸法の抑制等を考慮して適宜設定される。面取り部８４の傾斜角は２０〜３０°程度、面取り部８５の傾斜角は２〜８°程度が好ましい。
【００４３】
図８（ａ）に示すように、締め代付スプライン成形面８２のスプライン歯形状に対してガイドスプライン成形面８３のスプライン歯形状は大きめに形成されている。ガイドスプライン成形面８３のスプライン歯形状の内側の破線が締め代付スプライン成形面８２のスプライン歯形状を示す。これにより、図３（ｂ）で前述した隙間ｍが確保される。図８（ａ）では、図を見やすくするために断面のハッチングを省略している。
【００４４】
次に、スプラインの加工工程を図９に基づいて説明する。図９（ａ）はハブ輪の中間部品をダイスにセットした状態を示す概要図で、図９（ｂ）は上側パンチがハブ輪の中間部品に当接した状態を示す概要図で、図９（ｃ）はスプライン加工が終了した状態を示す概要図で、図９（ｄ）はハブ輪を排出する状態を示す概要図である。図９（ａ）〜図９（ｄ）に示すように、スプライン加工方法に用いる主な金型は、上側パンチ９０、ダイス９１、ベース９２、一体型スプラインパンチ８０およびワークノックアウト９３とからなり、ダイス９１とベース９２との間に圧縮ばね９４が組み込まれている。このように、本実施形態のスプライン加工方法は、簡素な金型構造、設備構造を実現することができる。
【００４５】
図９（ａ）に示すように、上側パンチ９０が上方に後退し、ダイス９１が圧縮ばね９４の押圧力により上方端に位置する。一体型スプラインパンチ８０はベース９２に固定されている。ワークノックアウト９３は下方に後退している。この状態で、ハブ輪１の中間部品１’がダイス９１内にセットされる。中間部品１’の外周面はダイス９１により拘束される。
【００４６】
図９（ｂ）に示すように、上側パンチ９０が下方へ前進し、中間部品１’の車輪取付フランジ９に当接する。そして、上側パンチ９０がさらに前進すると、図９（ｃ）に示すように、ダイス９１に拘束された中間部品１’が下降し、中間部品１’のスプライン形成内周面５０に締め代付スプライン３９およびガイドスプライン４４が成形され、スプライン成形完了品１”となる。このように、プレス１ストロークで締め代付スプライン３９とガイドスプライン４４を成形することができる。
【００４７】
締め代付スプライン３９およびガイドスプライン４４の成形が終了した後、図９（ｄ）に示すように、上側パンチ９０が上方端まで後退し、ワークノックアウト９３が上方に前進して、スプライン成形完了品１”がダイス９１から排出される。
【００４８】
図１０にハブ輪１のスプライン成形完了品１”を示す。本実施形態では、一体型スプラインパンチ８０を用いると共に、後述する開発過程の知見に基づいて得られた中間部品１’にスプライン形成内周面５０の内径よりも大きな内径を有する逃げ部５２を設けたことにより、スプライン完了品１”は、その内周に高精度の締め代付スプライン３９、ガイドスプライン４４が形成されている。加えて、一体型スプラインパンチ８０を用いたことにより、締め代付スプライン３９、ガイドスプライン４４の高精度な位相合わせが実現できる。
【００４９】
本実施形態の車輪用軸受の加工方法が適用されたハブ輪の加工工程の概要を図１１に示す。まず、図１１（ａ）に示す鍛造加工工程で素形材を製作する。その後、図１１（ｂ）に示す一次旋削加工工程で、素形材の外周面、内周面、挿通孔等を旋削加工し、中間部品１’を製作する。続いて、図１１（ｃ）に示すスプライン加工工程で、中間部品１’に前述したスプライン加工を施し、スプライン成形完了品１”が得られる。このスプライン加工工程が本実施形態のスプライン加工方法に基づくものである。図１１（ｄ）に示す二次旋削加工工程で、スプライン成形完了品１”の円筒状外周面、小径段部等を旋削加工する。その後、図１１（ｅ）に示す熱処理工程で、車輪取付フランジの付根、内側軌道面、円筒状外周面、小径段部の一部に熱処理硬化層を形成する。最後に、図１１（ｆ）に示す研削加工工程で、車輪取付フランジの付根、内側軌道面、小径段部を研削加工し、ハブ輪が完成する。
【００５０】
前述したスプライン加工では、スプラインの成形に伴う断面減少率の関係でスプライン成形完了品の外周面の直径が全体的に僅かに拡径する。その状態を図１２に示す。図１２（ａ）図は加工前の横断面図で、図１２（ｂ）は加工後の横断面図で、図１２（ｃ）はガイドスプライン部分の横断面図である。図１２（ａ）に示す中間部品１’に破線で示す締め代付スプライン３９を成形すると、断面減少率に基づいて図１２（ｂ）に示すように、スプライン成形完了品１”の外径が、二点鎖線で示す中間部品１’の外径よりも僅かに拡径することになる。このようなスプライン成形完了品１”の外径の全体的な僅かな拡径は、前述した図１１（ｄ）の二次旋削加工により対処することができる。
【００５１】
次に、本発明の第２の実施形態に係る車輪用軸受のスプライン加工方法を図１３、図１４に基づいて説明する。本実施形態は、第１の実施形態に対して、さらに、ハブ輪１の中間部品１’のスプライン形成内周面の外径側に熱処理硬化層を形成する特徴を加えたものである。一体型スプラインパンチを用いると共に、スプライン形成内周面より大きい内径を有する逃げ部を設けることに加えて、後述する開発過程の知見に基づいて得られたハブ輪の中間部品のスプライン形成内周面の外径側に熱処理硬化層を形成することにより、双方が相俟って、スプラインの品質、精度がさらに向上する。
【００５２】
本実施形態の車輪用軸受のスプライン加工方法に用いるハブ輪１の中間部品１’を図１３に基づいて説明する。中間部品１’のスプライン形成内周面５０の外径側に熱処理硬化層Ｈが事前に形成されている。熱処理硬化層Ｈは、車輪取付フランジの付根９ａから、内側軌道面７’、円筒状外周面４１、小径段部１２’の一部にまで延びている。熱処理硬化層Ｈは全硬化層深さの範囲で示している。全硬化層深さは、熱処理前の素材硬度以上に熱処理により硬化した範囲であり、熱処理前の素材硬度としては、ＨＲＣ１０〜３０程度である。中間部品１’のその他の構成は、第１の実施形態における中間部品１’と同様であるので、同じ機能を有する部位には、同一の符号を付して、説明を省略する。また、本実施形態におけるスプライン加工工程は、第１の実施形態と同様であるので、その内容を準用し、説明を省略する。
【００５３】
本実施形態の車輪用軸受の加工方法が適用されたハブ輪の加工工程の概要を図１４に示す。第１の実施形態と同様、図１４（ａ）に示す鍛造加工工程で素形材を製作する。次に、図１４（ｂ）に示す旋削加工工程で、素形材の外周面、内周面、挿通孔等を旋削加工する。その後、図１４（ｃ）に示す熱処理工程で、車輪取付フランジの付根、内側軌道面、円筒状外周面、小径段部に熱処理硬化層が形成された中間部品１’を製作する。図１４（ｄ）に示すスプライン加工工程で、熱処理硬化層が形成された中間部品１’にスプライン加工を施し、スプライン成形完了品１”が得られる。このスプライン加工工程が本実施形態のスプライン加工方法に基づくものである。最後に、図１４（ｅ）に示す研削加工工程で、スプライン成形完了品１”の車輪取付フランジの付根、内側軌道面、小径段部を研削加工し、ハブ輪が完成する。スプライン加工工程の前に熱処理工程が組み込まれるので、第１の実施形態に比べて、加工工程も短縮される。
【００５４】
最後に、本発明の第１および第２の実施形態に至った開発過程における知見を図１５〜図１８に基づいてまとめて説明する。図１５は材料流れに関する開発過程の知見を示す模式図で、図１６（ａ）はスプラインの加工状態に関する開発過程の知見を示し、締め代付スプラインの軸方向の３部位における横断面図で、図１６（ｂ）は一体型スプラインパンチのスプライン成形面の正面図で、図１６（ｃ）は一体型スプラインパンチの部分側面図である。図１７（ａ）はハブ輪の中間部品の縦断面図で、図１７（ｂ）は、図１７（ａ）のＤ−Ｄ線で矢視した締め代付スプラインおよびガイドスプラインの断面図である。図１８は、開発過程における知見を集約したもので、中心線から左半分は逃げ部を設けない中間部品の縦断面図で、中心線から右半分は逃げ部、熱処理硬化層を形成した中間部品の縦断面図である。
【００５５】
まず、図１８の左半分に示す逃げ部のないストレートな内周面からなる中間部品１’1を作成し、締め代付スプライン成形面８２とガイドスプライン成形面８３とからなる一体型スプラインパンチ８０によりスプラインのプレス加工を実験した。
【００５６】
しかし、一体型スプラインパンチ８０を使用した場合、図１５に矢印で示す材料流れにより、ガイドスプライン４４1部分の成形時に、すでに成形されている締め代付スプライン３９1側へ材料を押し込むことになるため、締め代付スプライン３９1の形状が軸方向で崩れ、図１５に示すように、締め代付スプライン３９1が樽型形状になり、図４（ｂ）に示す締め代ｎにばらつきが生じる。これにより、ハブ輪１にステム部３０との嵌合の際に、嵌合接触部位全域Ｘで締め代をつけた場合、圧入荷重がボルト３２（図２参照）の引き込み力より大きくなり、製品機能を満足しないことが判明した。
【００５７】
締め代付スプライン３９1の樽型形状の状態を図１６、図１７に基づいて説明する。図１６に示すように、締め代付スプライン３９1の軸方向の両端は、一体型スプラインパンチ８０の締め代付スプライン成形面８２に接触しているが、締め代付スプライン３９1の軸方向の中央部分は締め代付スプライン成形面８２との間に歯隙間ｓだけ離れた状態に成形される。
【００５８】
さらに、締め代付スプライン３９1とガイドスプライン４４1のスプライン歯の歯筋方向の状態を図１７（ａ）、図１７（ｂ）に示す。図１７（ｂ）に示すように、締め代付スプライン３９1の軸方向の中央部分のスプライン歯幅ｔが二点鎖線で示す締め代付スプライン成形面８２のスプライン歯幅より小さく成形され、締め代付スプライン３９1の軸方向で締め代ｎがばらつくことになる。図１７（ｂ）ではスプライン歯の断面のハッチングは省略している。
【００５９】
以上の知見を基に種々検討した結果、図１８の右半分に示すように、ハブ輪１の中間部品１’のスプライン形成内周面５０のアウトボード側にスプライン形成内周面５０より大きい内径を有する逃げ部５２を形成するという着想に至った。図１８の左半分に示す逃げ部のない中間部品１’1では、一体型スプラインパンチ８０でプレス加工を行うと、図１８の左半分に示す矢印のように、スプライン成形時の材料の流動が一体型スプラインパンチ８０の後方側のみとなり締め代付スプライン３９の軸方向の変形が大きくなる。これに対して、中間部品１’に逃げ部５２を設け、一体型スプラインパンチ８０でプレス加工を行うことにより、図１８の右半分に示す矢印のように、スプライン成形時の材料の流動が、一体型スプラインパンチ８０の後方側だけでなく、パンチ先端方向への流れも発生し、ガイドスプライン４４成形時の締め代付スプライン３９の軸方向の変形が抑えられることが判明した。その結果、締め代付スプライン３９の成形精度が向上し、締め代付スプライン３９の歯隙間ｓ、ひいては締め代ｎのばらつきを抑制できることが検証できた。
【００６０】
さらに、ハブ輪１の中間部品１’のスプライン形成内周面５０の外径側に熱処理硬化層Ｈを形成し中間部品１’の剛性が高めるという着想に至った。中間部品１’の外径側に熱処理硬化層Ｈを形成した段階で、一体型スプラインパンチ８０を中間部品１’のスプライン形成内周面５０に押し込むことにより、締め代付スプライン３９の樽型形状の軸方向変形が緩和され、精度良く加工することができることが検証できた。
【００６１】
一方で、熱処理硬化層を形成した中間部品１’に一体型スプラインパンチ８０を押し込み、スプラインを成形することで、材料がインボード側へ軸方向に流動し、中間部品１’の外径側の割れが発生しやすくなる。割れ対策として、材料の流動を抑えるために、素材の内径を大きくして断面減少率を下げると、外径側の割れは起こりにくくなるものの、スプライン部は切削加工のようにバリ、切粉が発生し、スプラインの成形品質が悪化しやすい。そのため、外径側の割れを起こさず、スプラインの品質、精度が良い加工条件（断面減少率）の範囲は非常に狭いことが判明した。
ここで、上記の断面減少率は、次の式で表される。
断面減少率（％）＝〔（成形前の断面積−成形後の断面積）／成形前の断面積〕×１００
【００６２】
しかし、前述したハブ輪１の中間部品１’のスプライン形成内周面５０のアウトボード側に逃げ部５０を形成することが、熱処理硬化層Ｈを形成した中間部品１’の外径側の割れの防止に効果があることが判明した。中間部品１’のスプライン形成内周面５０のアウトボード側にスプライン形成内周面５０より大きい内径を有する逃げ部５２を事前に形成し、一体型スプラインパンチ８０でプレス加工を行うことにより、前述したように、スプライン成形時の材料の流動が一体型スプラインパンチ８０の後方側だけでなく、パンチ先端方向への流れも発生し、中間部品１’の熱処理硬化層が形成された外径側への軸方向の引張応力が大幅に緩和され、外径側の割れが防止できることが判明した。
【００６３】
以上より、一体型スプラインパンチ８０でプレス加工する場合、中間部品１’のスプライン形成内周面５０のアウトボード側にスプライン形成内周面５０より大きい内径を有する逃げ部５２を事前に形成することにより、スプライン精度が向上することが締め代付スプライン３９の成形精度が向上することが検証でき、第１の実施形態に至った。さらに、スプライン形成内周面５０より大きい内径を有する逃げ部を設けることに加えて、ハブ輪１の中間部品１’のスプライン形成内周面５０の外径側に熱処理硬化層を形成することにより、双方が相俟って、スプラインの品質、精度がさらに向上することが検証でき、第２の実施形態に至った。
【００６４】
以上の実施形態に係る車輪用軸受のスプライン加工方法では、ハブ輪１の中間部品１’の逃げ部５２を旋削加工工程で形成したものを例示したが、これに限定されることはなく、ハブ輪１の素形材の鍛造加工工程で形成してもよく、また、第２の実施形態の場合では、熱処理工程後に逃げ部５２を形成してもよい。
【００６５】
また、以上の実施形態に係る車輪用軸受のスプライン加工方法では、ハブ輪１および内輪からなる内方部材に形成された複列の内側軌道面７、８の一方、つまり、アウトボード側の内側軌道面７をハブ輪１の外周に形成した（第三世代と称される）タイプの車両用軸受に適用した場合を例示したが、本発明はこれに限定されることはなく、ハブ輪の外周に一対の内輪を圧入し、アウトボード側の軌道輪７を一方の内輪の外周に形成すると共に、インボード側の軌道面８を他方の内輪の外周に形成した（第一、第二世代と称される）タイプの車輪用軸受にも適用可能である。
【００６６】
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、特許請求の範囲によって示され、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。
【符号の説明】
【００６７】
１            ハブ輪
１’          中間部品
２            内輪
３            転動体
４            転動体
５            外方部材
６            等速自在継手
７            内側軌道面
８            内側軌道面
１２          小径段部
１３          外側軌道面
１４          外側軌道面
１５          保持器
１６          保持器
２０          車輪用軸受
２４          外側継手部材
３０          ステム部
３２          ボルト
３７          雄スプライン
３８          軸孔
３９          締め代付スプライン
４４          ガイドスプライン
５０          スプライン形成内周面
５２          逃げ部
８０          一体型スプラインパンチ
８２          締め代付スプライン成形面
８３          ガイドスプライン成形面
８５          面取り部
９０          上側パンチ
９１          ダイス
９２          ベース
Ｈ            熱処理硬化層
ｍ            隙間
ｎ            締め代
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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