JP2012024842A

JP2012024842A - 段付円柱状部材の製造方法

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Publication number: JP2012024842A
Application number: JP2011139055A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Maeda; 俊秋前田; Kazuto Kobayashi; 一登小林; Yutaka Yasuda; 裕安田
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2010-06-25
Filing date: 2011-06-23
Publication date: 2012-02-09
Anticipated expiration: 2031-06-23
Also published as: JP5776365B2

Abstract

【課題】使用する金属材料や形状が限られる場合にも、シェブロンクラックの発生を防止でき、しかも、材料の歩留が悪化したり、加工の手間が煩雑化するのを防止できる製造方法を実現する。
【解決手段】素材１３の先端面の中央部を、ダイスの内径側に配置した、小径側の円筒面部３３の外径よりも小径のカウンターパンチの先端面に押し付けつつ、前記素材１３の先端部を前記ダイス内に押し込む。そして、この素材１３の先端部の外径を縮めて、前記小径側の円筒面部３３及び段部を形成すると同時に、この小径側の円筒面部３３の中心部の先端寄り部分に、前記先端面の中央部に開口する有底の凹孔３５を形成する。この様にして、金属材料の流れを整流すると共に、内部に圧縮応力を発生させ、前記シェブロンクラックの発生を防止する。
【選択図】図１

Description

この発明は、例えば、車輪支持用転がり軸受ユニットを構成する軌道輪部材、即ち、内輪と組み合わされてハブを構成するハブ本体の如く、外周面に互いに同心で径が互いに異なる、複数の円筒面部を設け、隣り合う円筒面部同士を段部により連続させた段付円柱状部材の製造方法の改良に関する。具体的には、この様な段付円柱状部材を、冷間での塑性加工である冷間鍛造加工により造る場合に、内部にシェブロンクラックと呼ばれる損傷が発生せず、良質の段付円柱状部材を安定して得られる（歩留の向上を図れる）製造方法の実現を図るものである。

自動車の車輪を構成するホイール、及び、制動用回転部材であるディスク或いはドラムを、懸架装置を構成するナックルに回転自在に支持する為に、車輪支持用転がり軸受ユニットが広く使用されている。図８は、従来から広く知られている、従動輪（ＦＲ車及びＭＲ車の前輪、ＦＦ車の後輪）用の車輪支持用転がり軸受ユニット１の１例を示している。この車輪支持用転がり軸受ユニット１は、外輪２の内径側にハブ３を、複数の転動体４、４を介して、回転自在に支持している。使用状態では、前記外輪２を前記ナックルに結合固定し、前記ハブ３に車輪及び制動用回転部材を支持固定する。そして、これら車輪及び制動用回転部材を前記ナックルに対し、回転自在に支持する。

この為に、前記外輪２の内周面の２個所位置に複列の外輪軌道５、５を、外周面の一部で、軸方向中央部よりも少し軸方向内寄り部分（軸方向に関して内とは、使用状態で車体の幅方向中央側となる側を言い、図８の右側。反対に、使用状態で車体の幅方向外側となる、図８の左側を、軸方向に関して外と言う。本明細書全体で同じ。）に静止側フランジ６を、それぞれ形成している。一方、前記ハブ３の外周面には、前記外輪２よりも軸方向外方に突出した外端寄り部分に、車輪及び制動用回転部材を支持固定する為の回転側フランジ７を、軸方向中間部乃至内端寄り部分に複列の内輪軌道８、８を、それぞれ形成している。そして、これら両列の内輪軌道８、８と前記両列の外輪軌道５、５との間に前記各転動体４、４を、両列毎に複数個ずつ配置して、前記外輪２の内径側での前記ハブ３の回転を自在としている。

尚、前記ハブ３は、ハブ本体９と、内輪１０と、ナット１１とから成り、前記内輪軌道８、８は、このハブ本体９の中間部及びこの内輪１０の外周面に形成されている。又、この内輪１０は、このハブ本体９の軸方向内端寄り部分に形成した小径段部１２に外嵌した状態で、前記ナット１１により、前記ハブ本体９に対し固定している。尚、このハブ本体９の軸方向内端部に形成したかしめ部により、前記内輪１０をこのハブ本体９に対し固定する構造も、広く知られている。

上述の様な車輪支持用転がり軸受ユニット１を構成する前記ハブ本体９は、炭素鋼等の金属材料に塑性加工を施す事により造る。この様な塑性加工により造られるハブ本体の構造、並びにこの様な塑性加工の方法に就いては、例えば特許文献１〜４に記載される等により、従来から広く知られている。このうちの特許文献４に記載されたハブ本体の構造及びその製造方法に就いて、図９〜１２により説明する。

このうちの図９に示したハブ本体９ａは、外周面の軸方向外端寄り部分に放射状の回転側フランジ７ａを、同じく中間部に内輪軌道８を、同じく内端部に小径段部１２を、それぞれ形成している。
この様なハブ本体９ａは、図１０〜１２に示した工程により造る。先ず、押し出し成形、圧延成形等により造られた長尺な原材料を所定長さに切断する事により、各図の（Ａ）に示す様な、円柱状の素材１３を得る。次いで、この素材１３に、冷間鍛造加工の一種である、第一段階の前方押し出し加工を施す事により、各図の（Ｂ）に示した第一中間素材１４を造る。次に、この第一中間素材１４に、やはり冷間鍛造加工の一種である、第二段階の前方押し出し加工を施す事により、各図の（Ｃ）に示した第二中間素材１５を得る。次に、この第二中間素材１５を、前記特許文献４に記載されている様に、所定の内周面形状を有する分割型のダイス内にセットした状態で、前記第二中間素材１５の軸方向端面｛各図の（Ｃ）の上端面｝にパンチを押し付ける。そして、この軸方向外端面を凹ませると共に、この第二中間素材１５を構成する金属材料を径方向外方に流動させる、冷間鍛造の一種である側方押出加工を施す事により、各図の（Ｄ）に示す様な、回転側フランジ７ａを有する、第三中間素材１６とする。次に、この第三中間素材１６に、スタッド１７の頭部１８（図８参照）の軸方向側面を当接させる座面１９、１９を形成する為のサイジング加工を施して、各図の（Ｅ）に示した第四中間素材２０とする。

この第四中間素材２０の軸方向内端部｛各図の（Ｅ）の下端部｝には、外周面に雄ねじ部を形成するか（図８に示す様に、前記小径段部１２に外嵌した内輪１０の抜け止めをナット１１により図る構造の場合）、或いは、図１１の（Ｆ）に示す様に、軸方向内端面に開口する、有底で円形の凹孔２１を形成し、この凹孔２１の周囲部分を円筒部２２として、第五中間素材２３とする。この様な円筒部２２は、前記小径段部１２に前記内輪１０を外嵌した状態で、径方向外方に塑性変形させて（かしめ拡げて）、この内輪１０の軸方向内端面を抑え付け、この内輪１０が前記小径段部１２から抜け出る事を防止する。更に、前記第四中間素材２０乃至前記第五中間素材２３に、前記スタッド１７を挿通する為の円孔を形成する為の穿孔、バリ取り、内輪軌道８の加工等の、所定の切削加工及び研削加工を施して、前記ハブ本体９ａとする。

上述の様に、冷間鍛造を主とし、切削加工及び研削加工を最小限に止めて、前記ハブ本体９ａを造れば、材料の歩留まりを向上させると共に、これら切削加工及び研削加工に要する加工時間を短縮して、前記ハブ本体９ａを含む、車輪支持用転がり軸受ユニット１（図８参照）のコスト低減を図れる。但し、上述の図１０〜１２に示す様に、冷間での前方押し出し加工を利用して前記ハブ本体９ａを造ると、このハブ本体９ａを構成する軸部２４のうちの軸方向中間部乃至内端寄り部分に、非特許文献１に記載される等により冷間鍛造の技術分野で広く知られている、シェブロンクラックと呼ばれる亀裂が発生し、前記軸部２４の強度が低下する可能性がある。特に、上述の図１０〜１２に示す様にして前記ハブ本体９ａを造る場合、これら各図の（Ｂ）→（Ｃ）に示す様に、前記第一中間素材１４を前記第二中間素材１５に加工する過程で、次述する段部２５から軸方向内端面に掛けての領域で、前記シェブロンクラックが発生し易い。

この様にシェブロンクラックが発生し易い理由の第一は、前記各図の（Ａ）→（Ｂ）に示した、前記素材１３に前方押し出し加工を施して前記第一中間素材１４とする過程で金属材料（一般的には、炭素濃度が０．３〜０．７重量％程度の中炭素鋼）が加工硬化しているものに、更に前方押し出し加工を施して前記第二中間素材１５とする為である。又、理由の第二は、この前方押し出し加工時に於ける、前記金属材料が前記段部２５を通過する際の移動速度の差が、径方向外寄り部分と同じく中央寄り部分との間で大きくなる為である。特に、前記段部２５の傾斜角度や径方向に関する幅寸法（段差の大きさ）によっては、前記前方押し出し加工時に於ける金属材料の移動速度が、径方向外寄り部分で遅く、中央寄り部分で速くなる傾向が著しくなり（これら両部分の速度の差が大きくなり）、前記軸部２４の内部に発生する引っ張り応力が大きくなって、前記シェブロンクラックが発生し易くなる。

この様なシェブロンクラックの発生を防止する為には、前記第一中間素材１４を得た後、この第一中間素材１４に焼鈍処理を施してから、前記第二中間素材１５を得る為の、第二段階の前方押し出し加工を施す事が効果がある。但し、この場合には、前記ハブ本体９ａの軸方向中間部で前記内輪軌道８を形成すべき部分を含め、各部に必要な硬度を確保する事が難しくなる。又、前記各図の（Ｂ）→（Ｃ）に示した、第二段階の前方押し出し加工時に、前記第一中間素材１４乃至第二中間素材１５を、例えば軸方向両側から強く押圧し（高い静水圧を加え）、この第一中間素材１４乃至第二中間素材１５の内部を圧縮応力場にすれば、前記シェブロンクラックの発生を防止できる。但し、この様な方法では、前記前方押し出し加工に使用する金型（パンチ及びダイス）として十分な強度及び剛性を有するものを使用する必要があり、この金型の制作費が嵩む。更には、プレス装置として、容量の大きな大型のものを使用する必要があり、この面からも設備費が嵩む。これに対して、前記第一中間素材１４乃至第二中間素材１５を中空構造とすれば（前記軸部２４を中空円筒状とすれば）、前方押し出し加工時に於ける金属材料の移動速度の差を小さく抑えて、前記シェブロンクラックの発生を抑えられる。この様な方法は、駆動輪用の車輪支持用転がり軸受ユニットに組み込まれる、中心部にスプライン孔を有するハブを造る場合には有効であるが、従動輪用で中実のハブ本体９ａを造る場合には、必ずしも好ましくない。即ち、ハブ本体を中空にする事で、軽量化を図れる反面、本来不要な中心孔（貫通孔）を形成する事で、この中心孔内に泥水等の異物が入り込むのを防止する為の密封構造が必要になり、コスト低減の面からは不利になる。

上述の様なシェブロンクラックの発生防止の為の他の方法として従来から、特許文献５〜７に記載された技術が知られている。このうちの特許文献５に記載された従来技術は、変形抵抗比を抑えられる材料を使用するもの、特許文献６に記載された従来技術は、材料の加工硬化指数と各段階での減面率とを規制するもの、特許文献７に記載された従来技術は、マンガン当量と減面率とを規制するものである。これら特許文献５〜７に記載された従来技術の場合、条件さえ満たす事ができれば、前記シェブロンクラックの発生を防止できると考えられる。但し、何れの場合も、金属材料（鋼材）の種類や減面率が制限される。本発明の製造方法の対象となるハブ本体９ａの場合、使用可能な金属材料の種類が限られる（多くの場合中炭素鋼を使用する）し、減面率に関しても、前記ハブ本体９ａの軸方向中間部の外径と小径段部１２の外径との比をあまり小さくはできない為、条件を満たす事は難しい。従って、前記ハブ本体９ａに関して、前記特許文献５〜７に記載された様な従来技術により、シェブロンクラックの発生を防止する事は難しい。

前記ハブ本体９ａの軸部２４の内部に前記シェブロンクラックの発生を防止する為には、前記各図の（Ｂ）→（Ｃ）に示した工程を廃止し、前記第一中間素材１４に直接、前記回転側フランジ７ａを形成する為の側方押し出し加工を施す事が考えられる。この様な製造方法を採用すれば、加工硬化後の前記第一中間素材１４に、更に前方押し出し加工を施す必要がなくなる為、前記シェブロンクラックの発生を防止できる。但し、この様な方法では、前記ハブ本体９ａの軸方向内端部の小径段部１２全体を、削り加工により形成する必要がある。この為、材料の歩留が悪化するだけでなく、加工時間を要する削り加工の作業量の増大により、前記ハブ本体９ａの製造コストが、金型のコストが１工程分減る以上に嵩む事が避けられない。

特開２００６−１１１０７０号公報特開２００６−１４２９８３号公報特開２００８−２９６６９４号公報特開２００９−２５５７５１号公報特開２０００−０４２６７６号公報特開２０００−３１２９４７号公報特開２００７−１３０６６１号公報

木下修司、井上毅、秋田章二著、「鐵と鋼：日本鐵鋼協▲会▼々誌、６２（４）」、社団法人日本鉄鋼協会、１９７６年３月１０日、ｐ．１６５

本発明は、上述の様な事情に鑑みて、使用する金属材料や形状が限られる場合にも、シェブロンクラックの発生を防止でき、しかも、材料の歩留が悪化したり、加工の手間が煩雑化するのを防止できる、段付円柱状部材の製造方法を実現すべく発明したものである。

本発明の段付円柱状部材の製造方法は、外周面に外径が互いに異なる、複数の円筒面部を設け、隣り合う円筒面部同士を段部により連続させた段付円柱状部材を冷間鍛造加工により造るべく、素材乃至は前段階の（前の工程により得られた）中間素材の先端部をダイスに押し込む、前方押し出し加工を施す事により、この素材乃至は前段階の中間素材の先端部の外径を縮める。そして、この先端部に小径側の円筒面部を、この小径側の円筒面部の基端部に段部を、それぞれ形成する。
特に、本発明の段付円柱状部材の製造方法の場合には、前記小径側の円筒面部及び段部を形成する際に、前記素材乃至は前段階の中間素材の先端面の中央部を、前記ダイスの内径側に配置した、前記小径側の円筒面部の外径よりも小径のカウンターパンチの先端面に押し付けつつ、前記素材乃至は前段階の中間素材の先端部を前記ダイス内に押し込む。そして、この押し込みにより、この素材乃至は前段階の中間素材の先端部の外径を縮めて、前記小径側の円筒面部及び前記段部を形成すると同時に、この小径側の円筒面部の中心部の少なくとも先端寄り部分に、前記先端面の中央部に開口する有底の凹孔を形成する。

上述の様な本発明の段付円柱状部材の製造方法を実施する場合に、例えば請求項２〜３に記載した発明の様に、先ず、円柱状の素材に第一段階の前方押し出し加工を施す事により、先端寄り部分を基端寄り部分よりも小径とした第一中間素材とした後、この第一中間素材の先端寄り部分に第二段階の前方押し出し加工を施して、この先端寄り部分に前記小径側の円筒面部よりも更に小径の第二円筒面部を、この先端寄り部分の軸方向中間部に第二段部を、それぞれ有する第二中間素材とする。
そして、請求項２に記載した発明の場合には、前記素材の先端面の中央部に前記カウンターパンチの先端面を押し付けつつ、この素材を、この先端面の中央部に前記凹孔を有する前記第一中間素材とする。次いで、この凹孔内にスペーサを内嵌した状態で、この第一中間素材を前記第二中間素材に加工する。
これに対して、請求項３に記載した発明の場合には、前記素材を前記第一中間素材とする際には、前記凹孔を形成しない。その代わりに、前記第一中間素材の先端面の中央部に前記カウンターパンチの先端面を押し付けて前記凹孔を形成しつつ、この第一中間素材を前記第二中間素材とする。

上述の様に構成する本発明の段付円柱状部材の製造方法によれば、使用する金属材料や、段付円柱状部材の外面形状が限られる場合にも、シェブロンクラックの発生を防止でき、しかも、材料の歩留が悪化したり、加工の手間が煩雑化するのを防止できる。又、設備コストが嵩んだり、或いは、完成後の製品にシール板等、余分な部材を組み込む必要もなくなって、車輪支持用転がり軸受ユニットを構成するハブ本体の如き段付円柱状部材の製造コストの上昇を抑えられる。

即ち、本発明の段付円柱状部材の製造方法の場合には、素材乃至中間素材の先端部の外径を縮める際に、カウンターパンチにより小径側の円筒面部の中心部に有底の凹孔を形成する。この為、前記素材乃至中間素材の先端部をこの小径側の円筒面部とする過程で、この素材乃至中間素材の内部での金属材料の流れを整えられる。言い換えれば、前記シェブロンクラック発生の原因となる、前記素材乃至中間素材の外径寄り部分と中心寄り部分との間での金属材料の移動速度の差を小さくできる。この差を小さくできる事は、前記素材乃至中間素材の内部に生じる引っ張り応力の低減に結び付いて、前記シェブロンクラックの発生を抑えられる。更に、前記素材乃至中間素材の先端部の中心部を押し潰しつつ、前記凹孔を形成する事により、この素材乃至中間素材の内部に、圧縮応力が生じる。金属加工の分野で周知の様に、圧縮応力は亀裂の発生を抑える作用がある為、前記凹孔の形成に基づき、前記シェブロンクラック等の亀裂の発生を抑えられる。

又、前記素材乃至中間素材の内部での金属材料の流れを整えると共に、この内部を、圧縮応力場乃至はそれに近い状態にする為に、前記カウンターパンチをこの素材乃至中間素材の先端面からこの素材乃至中間素材の先端部内側に押し込んで前記凹孔を形成するが、この押し込みに要する力は小さくて済む。この為、前記素材乃至中間素材の先端部に小径側の円筒面部を形成する為に要する力が、前記凹孔を形成しない（従来方法の）場合に比べて、著しく大きくなる事はない。従って、前記小径側の円筒面部を形成する為に使用する金型として、特に大きな強度及び剛性を有するものを使用したり、プレス装置として、容量の大きな大型のものを使用する必要がない。この為、製造装置の為の費用を抑えて、この製造装置により造られる、前記ハブ本体等の段付円柱状部材の加工コストが嵩む事を防止できる。

本発明の実施の形態の第１例に関して、中心軸を含む仮想平面に関する断面形状の変化を工程順に示すと共に、一部に就いて端面形状を示した図。金型装置により、素材を第一中間素材に加工した直後の状態を示す断面図。カウンターパンチの先端部の形状の３例を示す部分側面図。同じく、金型装置により、第一中間素材を第二中間素材に加工した直後の状態を示す断面図。同じく、金型装置により、第二中間素材を第三中間素材に加工した直後の状態を示す断面図。本発明の実施の形態の第２例を示す、図１と同様の図。同第３例を示す、図１と同様の図。本発明の製造方法の対象となるハブ本体を組み込んだ、車輪支持用転がり軸受ユニットの１例を示す断面図。冷間での鍛造加工により造られる、従来から知られたハブ本体の１例を示す、端面図（ａ）及び側面図（ｂ）。従来から知られているハブ本体の製造方法の１例に関して、側面形状の変化を工程順に示すと共に、一部に関して端面形状を示した図。同じく側面形状乃至断面形状の変化を示す図。同じく表面形状の変化を示す斜視図。

［実施の形態の第１例］
請求項１、２に対応する、本発明の実施の形態の第１例に就いて、図１〜５を参照しつつ説明する。本例の場合、先ず、第一工程で、図１の（Ａ）に示した、中炭素鋼等の金属材製の素材１３に、冷間で前方押し出し加工を施す事により、図１の（Ｂ）及び図２に示した第一中間素材１４ａとする。この様な第一工程では、先ず、前記素材１３を、図２に示す様な、複数のブロックを重ね合わせて成るダイス２６のキャビティ２７内に挿入する。その後、図示しないプレス装置のラムで押圧される押圧パンチ２８により、前記素材１３をこのキャビティ２７内に押し込む。この押し込み作業によりこの素材１３が塑性変形し、この素材１３が、このキャビティ２７の内周面形状に見合う（母線形状が同じで凹凸が逆である）外周面形状を有する、前記第一中間素材１４ａとなる。

特に、本例の製造方法の場合には、前記キャビティ２７の下端部中央部に、カウンターパンチ２９の上端部を突出させている。このカウンターパンチ２９の下端部は、前記ダイス２６を構成する複数個のブロックのうち、最下段のブロックの上面と、次段のブロックとの間で挟持固定している。又、前記カウンターパンチ２９の周囲には、円筒状のスリーブ３０を、昇降可能に外嵌している。前記キャビティ２７の下端は、このスリーブ３０の上端面と前記カウンターパンチ２９の上端部外面とにより画成されている。又、このスリーブ３０の下端面にそれぞれの上端面を突き当てたノックアウトピン３１、３１の下端面を、前記最下段のブロックに内嵌した、昇降駒３２の上面に突き当てている。

上述の様な、図２に示した金型装置を使用し、前記素材１３を前記キャビティ２７内に押し込むと、この素材１３の先端部（下端部）外周面がこのキャビティ２７の内周面に沿って塑性変形し、前記第一中間素材１４ａとなる。即ち、この第一中間素材１４ａの先端部に小径側の円筒面部３３と、この小径側の円筒面部３３の基端側から連続して、より大径の部分とを連続させる傾斜段部３４とを形成する。これと同時に、前記第一中間素材１４ａのうちで前記小径側の円筒面部３３の中心部に前記カウンターパンチ２９の上端部が押し込まれ、この小径側の円筒面部３３の中心部に、前記第一中間素材１４ａの先端面に開口する、断面形状が円形である、有底の凹孔３５が形成される。尚、上記傾斜段部３４が特許請求の範囲の請求項１に記載した段部に相当する。

この凹孔３５を形成する為の、前記カウンターパンチ２９の外径及び軸方向長さは、前記素材１３の炭素量により変わる、この素材１３乃至前記第一中間素材１４ａを構成する金属材料の流動性や、前記カウンターパンチ２９の耐久性を考慮して、設計的配慮により決定する。このカウンターパンチ２９の外径に関しては、大きい程、その耐久性が向上する代わりに、前記第一中間素材１４ａの先端部で前記凹孔３５の周囲部分が加工硬化する程度が著しくなる。そして、完成後のハブ本体の先端部（軸方向内端部）を径方向外方に塑性変形させる（かしめ拡げる）事が難しくなる。これらの点を考慮すれば、前記カウンターパンチ２９の外径は、前記小径側の円筒面部３３の外径の１／３〜２／３程度、最も好ましくは１／２程度に規制する。又、前記カウンターパンチ２９の軸方向長さにより定まる、前記凹孔３５の深さに関しても、前記耐久性及び加工硬化の程度を考慮して定める。本例の場合、前記押圧パンチ２８を下死点にまで下降させ、前記第一中間素材１４ａの加工を完了した状態で、前記凹孔３５の深さが、完成後のハブ本体の軸方向内端部に存在する小径段部１２ａの軸方向長さに一致するか、この軸方向長さよりも少しだけ大きくなる様にしている。又、前記カウンターパンチ２９の先端面（上端面）の形状に関しても、前記耐久性及び加工硬化の程度を考慮して定める。例えば、図３の（ａ）に示す様な単なる平坦面、同じく（ｂ）に示す様な円すい台形、同じく（ｃ）に示す様な半球状を採用できる。

何れの場合でも、前記押圧パンチ２８を下死点まで下降させ、前記第一中間素材１４ａを形成したならば、この押圧パンチ２８を上昇させるのに続いて、それまで下降していた前記昇降駒３２を上昇させ、前記各ノックアウトピン３１、３１を介して前記スリーブ３０を上昇させる。この結果、前記第一中間素材１４ａが前記キャビティ２７から押し出される為、この第一中間素材１４ａを前記ダイス２６から取り出し、次の第二工程を施す為、図４に示した金型装置の、フローティングダイス３６の第二キャビティ３７内に挿入する。このフローティングダイス３６は、複数のばね３８、３８により固定ブロック３９の上方に、下方に向いた大きな力が加わった場合に下降する様に、昇降可能に支持されている。又、前記固定ブロック３９の上面に載置固定した第二スリーブ４０の上端部を、前記フローティングダイス３６の下端部に軸方向の変位（上下方向の摺動）を可能に内嵌している。更に、前記第二スリーブ４０の下端部に、前記固定ブロック３９の内径側に昇降可能に設置した、スリーブ３０ａの上端部を、軸方向の変位（上下方向の摺動）を可能に内嵌している。

又、前記スリーブ３０ａの内側に、前記カウンターパンチ２９とほぼ同じ外面形状を有するスペーサ４１を、このスリーブ３０ａとは独立した昇降を可能に設置している。本例の場合、このスペーサ４１の下端面と、前記固定ブロック３９を構成する固定板との間にばね４２を設けて、このスペーサ４１に、上方に向いた弾力を付与している。前記第一中間素材１４ａ｛図１の（Ｂ）及び図２参照｝を前記第二キャビティ３７内に挿入した状態で、前記スペーサ４１の上端面は、前記凹孔３５の奥端面に当接する。そして、前記第一中間素材１４ａを第二中間素材１５ａに加工する為の、前記第二工程の進行中、前記スペーサ４１の上端面が前記凹孔３５の奥端面に当接し続ける。前記第二キャビティ３７の下部の内面形状は、前記第二スリーブ４０の内周面及び先端面（上端面）と、前記スリーブ３０ａの上端面と、前記スペーサ４１の外周面及び先端面とにより画成される。更に、前記フローティングダイス３６には、押圧パンチ２８ａの下端部を押し込む事により、前記第一中間素材１４ａの外面形状を、前記第二のキャビティ３７の内面形状に合わせて塑性変形（前方押し出し成形）可能としている。

上述の様な、図４に示した金型装置を使用し、前記第一中間素材１４ａを前記第二キャビティ３７内に大きな力で押し込むと、この第一中間素材１４ａの下部が、この第二キャビティ３７の内面に沿って塑性変形し、前記第二中間素材１５ａとなる。即ち、前記第一中間素材１４ａの先端部の小径側の円筒部３３の先端部乃至軸方向中間部が、前記第二スリーブ４０の内周面と前記スペーサ４１の外周面との間に存在する円筒状の空間内に押し込まれる。そして、この押し込まれた部分の外周面が、前記小径側の円筒部３３よりも更に小径の、小径段部１２ａとなる。この小径段部１２ａが、特許請求の範囲のうちの請求項２に記載した、第二円筒面部に相当する。又、前記押圧パンチ２８ａが下死点にまで下降した状態で、前記第二スリーブ４０の先端面（上端面）により押圧された部分が、ハブ３を組み立てた状態で内輪１０の軸方向外端面を突き当てる（図８参照）為の、段部２５ａとなる。尚、前記スペーサ４１は、上述の様な第二工程の進行に伴って、前記ばね４２を圧縮しつつ、その下端面が前記固定ブロック３９を構成する一部のブロックの上面に当接するまで下降する。従って、この第二工程が進行する間中、前記スペーサ４１の先端面が前記凹孔３５の奥端面に押し付けられたままの状態となる。又、前記第二工程の進行に伴って、前記小径段部１２ａの軸方向長さが、元の小径側の円筒面部３３の一部でこの小径段部１２ａとなるべき部分の軸方向長さよりも伸張し、これに伴って前記凹孔３５の深さも深くなる。尚、上記段部２５ａが、特許請求の範囲の請求項２に記載した第二段部に相当する。

上述の様にして、前記第二中間素材１５ａを形成したならば、前記押圧パンチ２８ａを上昇させる。すると、前記フローティングダイス３６が前記各ばね３８、３８の弾力により、前記スペーサ４１が前記ばね４２の弾力により、それぞれ少し上昇する。そこで、これら各部材３６、４１の上昇に続いて、それまで下降していた昇降駒３２ａを上昇させ、各ノックアウトピン３１ａ、３１ａを介して前記スリーブ３０ａを上昇させる。この結果、前記第二中間素材１５ａが前記第二キャビティ３７から押し出される為、この第二中間素材１５ａを前記フローティングダイス３６から取り出し、次の第三工程を施す為、図５に示した金型装置の、ダイス４３の第三キャビティ４４内に挿入する。又、前期凹部孔３５に、ばね４２ａにより上方に付勢されているスペーサ４１ａの先端部（上端部側）を、隙間なく内嵌する。そして、押圧パンチ２８ｂの周囲に配置したフローティングダイス４５により前記第二中間素材１５ａを抑えつつ、前記押圧パンチ２８ｂによりこの第二中間素材１５ａを軸方向に押し潰す。そして、外周面に放射状の回転側フランジ７ａを設けた、図１の（Ｄ）及び図５に示す様な、第三中間素材１６ａとする。この様な第三工程の進行中、前記フローティングダイス４５の下面は、ばね４６、４６の弾力により、前記ダイス４３の上面に押し付けられたままとなる。

上述の様にして、前記第三中間素材１６ａを形成したならば、前記押圧パンチ２８ｂを上昇させてから、それまで下降していた昇降駒３２ｂを上昇させ、各ノックアウトピン３１ｂ、３１ｂを介してスリーブ３０ｂを上昇させる。この結果、前記第三中間素材１６ａが前記第三キャビティ４４から押し出される為、この第三中間素材１６ａを前記ダイス４３から取り出し、次の工程に送る。
この次の工程では、前記第三中間素材１６ａのうちで、前記凹孔３５の開口寄り部分の内径を、旋削加工等の削り加工により拡げ、当該部分を、別の凹孔２１ａとして、図１の（Ｅ）に示す様な、第四中間素材４７とする。この別の凹孔２１ａの周囲部分は、前記小径段部１２ａに外嵌した内輪の軸方向内端面を抑え付ける為のかしめ部を形成する為に利用する。
前記第四中間素材４７は、更に次の工程に送り、面押し加工や切削加工、研削加工等、必要な加工を施して、ハブ本体として完成する。これらの加工に就いては、従来の製造方法と同様であり、又、当業者にとって周知であるから、図示並びに説明は省略する。

上述の様に本例のハブ本体の製造方法の場合には、前記素材１３の先端部（図１の下端部）の外径を縮めて前記第一中間素材１４ａとする際に、前記カウンターパンチ２９により、前記小径側の円筒面部３３の中心部に有底の凹孔３５を形成する。この為、前記素材１３の先端部をこの小径側の円筒面部３３とする過程で、この素材１３の内部での金属材料の流れを整流できて、前記シェブロンクラック発生の原因となる、この素材１３の外径寄り部分と中心寄り部分との間での金属材料の移動速度の差を小さくできる。この結果、前記素材１３乃至前記第一中間素材１４ａの内部に生じる引っ張り応力を低減して、前記シェブロンクラックの発生を抑えられる。更に、前記素材１３の先端部の中心部を押し潰しつつ、前記凹孔３５を形成する事により、この素材１３を塑性変形させる事により得られる、前記第一中間素材１４ａの内部に、圧縮応力が生じる。金属加工の分野で周知の様に、圧縮応力は亀裂の発生を抑える作用がある為、前記凹孔３５の形成に基づき、前記シェブロンクラック等の亀裂の発生を抑える事ができる。そして、前記第一工程で前記第一中間素材１４ａの内部に生じた、前記圧縮応力は、前記第二工程でも亀裂の発生防止に寄与して、この第二工程で前記第二中間素材１５ａの内部に、シェブロンクラックが発生する事を防止する。

又、前記カウンターパンチ２９を前記素材１３の先端面からこの素材１３の先端部内側に押し込んで、前記凹孔３５を形成する為に要する力は小さくて済む。従って、前記素材１３の先端部に小径側の円筒面部３３を形成する為に要する力が、前記凹孔３５を形成しない（従来方法の）場合に比べて、著しく大きくなる事はない。従って、前記小径側の円筒面部３３を形成する為に使用する金型として、特に大きな強度及び剛性を有するものを使用したり、プレス装置として、容量の大きな大型のものを使用する必要がない。この為、製造装置の為の費用を抑えて、この製造装置により造られる、前記ハブ本体等の段付円柱状部材の加工コストが嵩む事を防止できる。

［実施の形態の第２例］
図６も、請求項１、２に対応する、本発明の実施の形態の第２例を示している。本例の場合には、素材１３を第一中間素材１４ａに加工する第一工程｛図６の（Ａ）→（Ｂ）｝で、この第一中間素材１４ａの先端部に形成する凹孔３５ａの深さを、上述した実施の形態の第１例の場合よりも浅くしている。そして、前記第一中間素材１４ａを第二中間素材１５ａとする、第二工程｛図６の（Ｂ）→（Ｃ）｝を終了した状態で、前記凹孔３５ａの奥端面の軸方向位置が、小径段部１２ａの基端部に存在する段部２５ａの軸方向位置とほぼ一致する様にしている。
その他の部分の構成及び作用は、上述した実施の形態の第１例と同様であるから、同等部分に関する説明は省略する。

［実施の形態の第３例］
図７は、請求項１、３に対応する、本発明の実施の形態の第３例を示している。本例の場合には、素材１３を第一中間素材１４に加工する第一工程｛図７の（Ａ）→（Ｂ）｝は、前述の図１０〜１２に示した従来方法と同様に行う。そして、次に行う、前記第一中間素材１４を第二中間素材１５ａとする第二工程｛図７の（Ｂ）→（Ｃ）｝で、カウンターパンチ２９（図２参照）により、この第二中間素材１５ａの先端中心部に、凹孔３５を形成している。又、この第二中間素材１５ａの先端寄り部分に、特許請求の範囲の請求項１に記載した小径側の円筒面部に相当する小径段部１２ａを、この先端寄り部分の軸方向中間部（小径段部１２ａの基端部）に、やはり特許請求の範囲の請求項１に記載した段部に相当する段部３５ａを、それぞれ形成している。

前記第一工程時には、前記素材１３が未だ加工硬化されていない為、得られる第一中間素材１４の内部にシェブロンクラックが発生する事はない。これに対して、前記第二中間素材１５ａを得る第二工程時には、既に加工硬化している前記第一中間素材１４の先端部の外径を前方押し出し加工により縮める為、シェブロンクラックが発生し易い。そこで、本例の場合には、この様な第二工程時に、前記第一中間素材１４の先端面に前記凹孔３５を形成して、前記シェブロンクラックの発生を防止する様にしている。
その他の部分の構成及び作用は、前述した実施の形態の第１例と同様であるから、同等部分に関する説明は省略する。

本発明の段付円柱状部材の製造方法は、従動輪用の車輪支持用転がり軸受ユニットを構成するハブ本体を造る場合に、顕著な効果を得られる。但し、複数段階で重複する部分に前方押し出し加工を施し、当該部分を段付形状とする物品であれば、前記ハブ本体に限らず、当該物品の製造に適用できる。

１車輪支持用転がり軸受ユニット
２外輪
３ハブ
４転動体
５外輪軌道
６静止側フランジ
７、７ａ回転側フランジ
８内輪軌道
９、９ａハブ本体
１０内輪
１１ナット
１２、１２ａ小径段部
１３素材
１４、１４ａ第一中間素材
１５、１５ａ第二中間素材
１６、１６ａ第三中間素材
１７スタッド
１８頭部
１９座面
２０第四中間素材
２１、２１ａ凹孔
２２円筒部
２３第五中間素材
２４軸部
２５、２５ａ段部
２６ダイス
２７キャビティ
２８、２８ａ押圧パンチ
２９カウンターパンチ
３０、３０ａ、３０ｂスリーブ
３１、３１ａ、３１ｂノックアウトピン
３２、３２ａ、３２ｂ昇降駒
３３小径側の円筒面部
３４傾斜段部
３５凹孔
３６フローティングダイス
３７第二キャビティ
３８ばね
３９固定ブロック
４０第二スリーブ
４１、４１ａスペーサ
４２ばね
４３ダイス
４４第三キャビティ
４５フローティングダイス
４６ばね
４７第四中間素材

Claims

外周面に、外径が互いに異なる複数の円筒面部を設け、隣り合う円筒面部同士を段部により連続させた段付円柱状部材を冷間鍛造加工により造るべく、素材乃至は前段階の中間素材の先端部をダイスに押し込む事により、この素材乃至は前段階の中間素材の先端部の外径を縮めて、この先端部に小径側の円筒面部を、この小径側の円筒面部の基端部に段部を、それぞれ形成する際に、前記素材乃至は前段階の中間素材の先端面の中央部を、前記ダイスの内径側に配置した、前記小径側の円筒面部の外径よりも小径のカウンターパンチの先端面に押し付けつつ、前記素材乃至は前段階の中間素材の先端部を前記ダイス内に押し込む事により、この素材乃至は前段階の中間素材の先端部の外径を縮めて、前記小径側の円筒面部及び前記段部を形成すると同時に、この小径側の円筒面部の中心部の少なくとも先端寄り部分に、前記先端面の中央部に開口する有底の凹孔を形成する段付円柱状部材の製造方法。
円柱状の素材に第一段階の前方押し出し加工を施す事により、先端寄り部分を基端寄り部分よりも小径とした第一中間素材とした後、この第一中間素材の先端寄り部分に第二段階の前方押し出し加工を施して、この先端寄り部分に前記小径側の円筒面部よりも更に小径の第二円筒面部を、この先端寄り部分の軸方向中間部に第二段部を、それぞれ有する第二中間素材とする過程で、前記素材の先端面の中央部に前記カウンターパンチの先端面を押し付けつつ、この素材を、この先端面の中央部に前記凹孔を有する前記第一中間素材とし、次いで、この凹孔内にスペーサを内嵌した状態で、この第一中間素材を前記第二中間素材に加工する、請求項１に記載した段付円柱状部材の製造方法。
円柱状の素材に第一段階の前方押し出し加工を施す事により、先端寄り部分を基端寄り部分よりも小径とした第一中間素材とした後、この第一中間素材の先端寄り部分に第二段階の前方押し出し加工を施して、この先端寄り部分に前記小径側の円筒面部を、この先端寄り部分の軸方向中間部に前記段部を、それぞれ有する第二中間素材とする過程で、前記第一中間素材の先端面に前記カウンターパンチの先端面を押し付けつつ、この第一中間素材を前記第二中間素材とする、請求項１に記載した段付円柱状部材の製造方法。