JP2004263835A - 車輪用軸受装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】軽量化を図った軽合金製ナックルに装着され、軸受クリープおよびスティックスリップ音の発生がない車輪用軸受装置を車輪用軸受装置を提供すること。
【解決手段】一端部に車輪取付フランジ４を一体に有し、円筒状の小径段部５を形成したハブ輪３と、小径段部５に配設した複列の転がり軸受１と、軽合金からなるナックル２とを備え、ナックル２に複列の転がり軸受１を内嵌してハブ輪３を回転自在に支承してなる車輪用軸受装置において、外輪７の外周とナックル２の内周にセレーション２２、１９を形成し、ナックル２のセレーション１９の両端部に所定の角度傾斜した傾斜部２１を設けると共に、外輪７のセレーション２２の両端部に環状溝２３を形成し、この環状溝２３に装着した止め輪２５を傾斜部２１に係止させることにより、ナックル２に対し複列の転がり軸受１を軸方向に位置決め固定した。
【選択図】 図１
【解決手段】一端部に車輪取付フランジ４を一体に有し、円筒状の小径段部５を形成したハブ輪３と、小径段部５に配設した複列の転がり軸受１と、軽合金からなるナックル２とを備え、ナックル２に複列の転がり軸受１を内嵌してハブ輪３を回転自在に支承してなる車輪用軸受装置において、外輪７の外周とナックル２の内周にセレーション２２、１９を形成し、ナックル２のセレーション１９の両端部に所定の角度傾斜した傾斜部２１を設けると共に、外輪７のセレーション２２の両端部に環状溝２３を形成し、この環状溝２３に装着した止め輪２５を傾斜部２１に係止させることにより、ナックル２に対し複列の転がり軸受１を軸方向に位置決め固定した。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車等の車両の車輪用軸受装置、特に車輪用軸受の取付構造の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の車輪用軸受装置８０は、図９に示すように、ブレーキロータ８７と共に車輪（図示せず）を固定するハブ輪８１と、そのハブ輪８１を回転自在に支持し、外輪８２および一対の内輪８３を有する車輪用軸受８４と、この車輪用軸受８４を車体に支持するナックル８５と、ハブ輪８１と連結してドライブシャフト（図示せず）の動力をこのハブ輪８１に伝達する等速自在継手８６を主要部として構成している。
【０００３】
この車輪用軸受装置８０を構成する部品、特にナックル８５には、線膨張係数が車輪用軸受８４と同一の可鍛鋳鉄等の鉄系金属が採用されてきたが、近年、装置の軽量化を狙ってアルミ合金等の軽合金製のものを採用する傾向がある。しかしながら、ナックル８５をこうした軽合金で形成した場合、ナックル８５と外輪８２の線膨張係数の違いにより、例えば、走行時の温度上昇によってナックル８５と外輪８２との嵌合シメシロが少なくなったり、あるいは解放される恐れがあった。その結果、組立時の軸受予圧が維持できなくなる、所謂予圧抜けといった不具合が発生した。
【０００４】
さらに、外輪８２がクリープを起こし、焼付いたり、短寿命を誘発する恐れがあった。ここで、クリープとは、嵌合シメシロ不足や嵌合面の加工精度不良等により軸受が周方向に微動し、嵌合面が鏡面化し、場合によっては、かじりを伴い焼付きや溶着する現象をいう。
【０００５】
また、外輪８２を軸方向に位置決め固定している止め輪８８部のすきまに加え、ナックル８５と外輪８２の線膨張係数の違いにより、ナックル８５と外輪８２の間に軸方向のすきまが発生した場合、旋回走行時に、車輪からの大きなスラスト荷重と曲げモーメントにより、ナックル８５に対して車輪用軸受８４が軸方向へ移動する恐れがあった。これにより、ナックル８５と外輪５２の嵌合面間で急激なスリップによりスティックスリップ音が発生したり、また、ブレーキロータ８７がブレーキパッド（図示せず）に接触し、偏摩耗や異音、振動等が発生することがあった。
【０００６】
こうした問題を解決するものとして、図１０に示すような車輪用軸受の取付構造が知られている。この車輪用軸受装置は、外輪１０１と一対の内輪１０２と、これら外輪１０１と内輪１０２間に収容され、保持器１０５で回転自在に保持された複列のボール１０３を備えている。複数の爪１０７が設けられた止め輪１０６を外輪１０１の外径端部に装着し、爪１０７を弾性変形させながらこの外輪１０１をナックル１０４に嵌合していくことにより、爪１０７はナックル１０４に形成されたテーパ状の止め輪溝１０８の位置で弾性復元し、止め輪溝１０８の壁面に弾性接触することにより軸方向のすきまを詰めるというものである（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
【特許文献１】
独国特許出願公開第１９７１３３３３号公報（第２頁、第１図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この車輪用軸受装置は、ナックル１０４と外輪１０１との軸方向すきまを抑制することができるが、ナックル１０４を軽合金で形成した場合、ナックル１０４と外輪１０１の線膨張係数の違いによる嵌合シメシロの減少、さらにはそれに伴う軸受クリープの発生を防止することはできない。したがって、軽合金製のナックル１０４にこの種の止め輪１０６はほとんど採用されていないのが現状である。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、軽量化を図った軽合金製ナックルに装着され、軸受クリープおよびスティックスリップ音の発生がない車輪用軸受装置を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
係る目的を達成すべく、本発明のうち請求項１に記載の発明は、一端部に車輪取付フランジを一体に有し、この車輪取付フランジから軸方向に延びる円筒状の小径段部を形成したハブ輪と、このハブ輪の小径段部に配設した複列の転がり軸受と、車体に固定した軽合金からなるナックルとを備え、このナックルに前記複列の転がり軸受を内嵌し、当該ナックルに対して前記ハブ輪を回転自在に支承してなる車輪用軸受装置において、前記複列の転がり軸受の外輪の外周と前記ナックルの内周にセレーションを形成し、これら両セレーションのうち、一方のセレーションの両端部に所定の角度傾斜した傾斜部を設けると共に、他方のセレーションの両端部に環状溝を形成し、この環状溝に装着した止め輪を前記傾斜部に係止することにより、前記ナックルに対し、前記複列の転がり軸受を軸方向に位置決め固定した構成を採用した。
【００１１】
このように、セレーションを介してナックルに複列の転がり軸受を周方向に固定すると共に、止め輪を介してナックルに複列の転がり軸受を軸方向に位置決め固定したので、温度上昇によって、ナックルと複列の転がり軸受の線膨張係数の違いにより、ナックルが複列の転がり軸受以上に膨張しても、初期に設定した軸受予圧が変化することはなく、軸受クリープの発生を防止すると共に、複列の転がり軸受の軸方向の移動によるスティックスリップ音の発生を防止することができる。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明のように、前記外輪の外周に形成したセレーションに、その軸線に対して所定の角度傾斜した捩れ角を設けたので、セレーションの嵌合部に予圧を付与し周方向のガタを殺すことができる。
【００１３】
また、請求項３に記載の発明のように、前記外輪の外周に形成したセレーションの略中央部に、このセレーション底径よりも僅かに小径の研削外径面を形成すれば、外側転走面を研削加工する際の研削シューの摺接面となり、精度良く外側転走面を加工することができる。
【００１４】
また、請求項４に記載の発明は、前記ハブ輪の外周に前記複列の転がり軸受の一方の内側転走面と、この内側転走面から軸方向に延びる小径段部を形成し、この小径段部に嵌合する内輪部材の外周に前記複列の転がり軸受の他方の内側転走面を形成すると共に、等速自在継手と前記ハブ輪を分離可能に軸方向に固定した、所謂第３世代構造により、従来、ナックルに位置決め固定していた取付フランジや固定用ボルトを廃止することができ、一層のコストダウンと軽量コンパクト化が達成できる。
【００１５】
好ましくは、請求項５に記載の発明のように、前記ハブ輪の内周に硬化させた凹凸部を形成し、この凹凸部に前記内輪部材の嵌合部を拡径させて食い込ませることにより、前記ハブ輪と内輪部材を一体に塑性結合した、所謂セルフリテイン構造にすることにより、固定用ナット等でトルク管理をすることなく、初期の軸受部の負すきまを維持することができ、組立性向上を図ることができる。したがって、一層低コストで軽量コンパクトな車輪用軸受装置を提供することができる。
【００１６】
さらに好ましくは、請求項６に記載の発明のように、等速自在継手を構成する外側継手部材のステム部を、前記内輪部材に所定の径方向すきまを介して内嵌し、前記内輪部材の大径端部の外周と、前記外側継手部材の肩部外周にセレーションを形成すると共に、これら両セレーションに係合するセレーションを内周に形成した連結環により、前記等速自在継手からのトルクを前記ハブ輪に伝達するようにすれば、外側継手部材のステム部に形成する従来のセレーションに比べ、軸方向長さを短くでき、さらに、外輪の取付フランジやそれを固定するボルトを廃止することができ、組立性向上と共に、一層低コストで軽量コンパクトな車輪用軸受装置を提供することができる。
【００１７】
また、請求項７に記載の発明は、前記ハブ輪の外周に前記複列の転がり軸受の一方の内側転走面と、この内側転走面から軸方向に延びる小径段部と、内周に硬化させた凹凸部をそれぞれ形成し、等速自在継手を構成する外側継手部材の肩部外周に前記複列の転がり軸受の他方の内側転走面と、この内側転走面から軸方向に延びるステム部をそれぞれ形成すると共に、前記凹凸部にこのステム部を嵌合し、この嵌合部を拡径させて食い込ませることにより、前記ハブ輪と外側継手部材を一体に塑性結合した、所謂第４世代構造により、外輪の取付フランジやそれを固定するボルトの廃止と相俟って、組立性向上と共に、一層低コストで軽量コンパクトな車輪用軸受装置を提供することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
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、図２はその車輪用軸受装置の要部拡大図である。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トボード側（図面左側）、中央寄り側をインボード側（図面右側）という。
【００１９】
図１に示す車輪用軸受装置は、複列の転がり軸受からなる車輪用軸受１と、この車輪用軸受１をナックル２に対して回転自在に支承するハブ輪３とを主たる構成としている。ハブ輪３には、アウトボード側の端部に車輪（図示せず）を取り付けるための車輪取付フランジ４と、この車輪取付フランジ４から軸方向に延びる円筒状の小径段部５を形成している。車輪取付フランジ４には車輪を締結するハブボルト４ａを周方向等配に植設している。また、小径段部５の外周面には後述する車輪用軸受１を圧入している。さらに、ハブ輪３の内周面にはセレーション（またはスプライン）６を形成している。
【００２０】
車輪用軸受１は、外輪７と一対の内輪８、８と複列の転動体９、９とを備え、外輪７の内周面には複列の外側転走面７ａ、７ａを一体に形成している。内輪８の外周面には、外側転走面７ａ、７ａに対向する内側転走面８ａを形成している。複列の転動体９、９をこれら転走面７ａ、８ａ間にそれぞれ収容し、保持器１０、１０で転動自在に保持している。車輪用軸受１の端部にはシール１１、１１を装着し、軸受内部に封入した潤滑グリースの漏洩と、外部からの雨水やダスト等の侵入を防止している。ここでは、車輪用軸受１は転動体９、９をボールとした複列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円すいころ軸受であっても良い。
【００２１】
ハブ輪３の小径段部５に圧入された車輪用軸受１は、等速自在継手１２を構成する外側継手部材１３の肩部１４とハブ輪３とで挟持された状態で固定している。外側継手部材１３は、肩部１４から軸方向に延びるステム部１５を一体に形成している。このステム部１５の外周面には、ハブ輪３のセレーション６に係合するセレーション（またはスプライン）１６とねじ部１７を形成し、エンジンからのトルクを図示しないドライブシャフトおよび等速自在継手１２、そしてこのセレーション６、１６を介してハブ輪３に伝達している。ここで、セレーション１６には、軸線に対して所定の角度傾斜した捩れ角を設け、外側継手部材１３の肩部１４が内輪８の大径端面に当接するまでステム部１５をハブ輪３に内嵌し、ハブ輪３のセレーション６に圧入嵌合している。これにより、セレーション６、１６の嵌合部に予圧を付与し周方向のガタを殺している。また、ステム部１５の端部に形成したねじ部１７に固定ナット１８を所定の締付トルクで締結することにより、所望の軸受予圧を得ることができるように設定している。すなわち、車輪用軸受１を、ハブ輪３に対して軸受クリープを防止し、かつ所望の予圧量になるように、所定のシメシロで圧入している。
【００２２】
ナックル２は、アルミ合金等の軽合金で形成している。これにより、従来の鋳鉄等に比べ、剛性不足を補うため肉厚に設計したとしてもその重量は半減する。車輪用軸受１をナックル２に対してセレーション（またはスプライン）１９、２２を介して嵌合することにより、外輪７はナックル２に対して周方向に固定される。したがって、ナックル２と車輪用軸受１の線膨張係数の違いにより、例えば、走行時の温度上昇によってナックル２が車輪用軸受１以上に膨張しても、初期に設定した軸受予圧が変化することはなく、また軸受クリープの発生を防止することができる。
【００２３】
図２において、ナックル２の内周にはセレーション（またはスプライン）１９を形成している。このセレーション１９の両端部には、このセレーション１９の底径１９ａよりも僅かに大径に形成した開口部２０を設けている。セレーション１９の内径１９ｂとこの開口部２０とを所定の角度θに設定した傾斜部２１で繋いでいる。一方、外輪７の外周にもセレーション１９に係合するセレーション（またはスプライン）２２を形成している。このセレーション２２の両端部には環状溝２３を形成し、端面に亙ってセレーション２２の底径２２ａよりも大径に、かつ外径２２ｂより小径に形成した係止部２４を設けている。ここで、セレーション２２には、軸線に対して所定の角度傾斜した捩れ角を設け、ナックル２のセレーション１９に圧入嵌合している。これにより、セレーション１９、２２の嵌合部に予圧を付与し周方向のガタを殺すことができる。
【００２４】
外輪７の環状溝２３に断面円形の止め輪２５を装着し、この止め輪２５が外輪７の係止部２４とナックル２の傾斜部２１とに係止している。止め輪２５は有端のリング状で、自然状態では外径が係止部２４から膨出するように設定されており、常時ナックル２の傾斜部２１に弾性接触しているため、外輪７とナックル２との軸方向のすきまは実質的にゼロとなる。したがって、旋回走行時に車輪からの大きなスラスト荷重と曲げモーメントが負荷されても、ナックル２に対して車輪用軸受１が軸方向へ移動することはない。これにより、ナックル２と外輪７の嵌合面間で急激なスリップによりスティックスリップ音が発生したり、また、図示しないブレーキロータがブレーキパッドに接触し、偏摩耗や異音、振動等が発生することはない。なお、外輪７の係止部２４とナックル２の傾斜部２１との間隔は、止め輪２５の線径よりも小さく設定しているため、環状溝２３からこの止め輪２５が脱落することはない。
【００２５】
次に、図３を用いて、ナックル２に車輪用軸受１を組立てる手順について説明する。（ａ）に示すように、車輪用軸受１をハブ輪３の小径段部５に圧入した状態で、外輪７の環状溝２３に止め輪２５を装着する。その後、ナックル２のアウトボード側の開口部２０から外輪７を嵌挿する。（ｂ）のように、外輪７を嵌挿していくことにより、止め輪２５はナックル２の傾斜部２１に当接して縮径し、さらにセレーション１９の内径１９ｂによって環状溝２３内に埋没する。（ｃ）では、ナックル２内に外輪７をさらに嵌挿し、２つの止め輪２５がナックル２の開口部２０に位置した時、その弾性復元によって傾斜部２１に当接するまで拡径する。このように、ボルト締結等の組立作業をすることなく、ワンタッチでナックル２に車輪用軸受１を取付けることができる。
【００２６】
本実施形態では、外輪７の外周にセレーション２２を形成し、その両端部に環状溝２３を形成して止め輪２５を装着したものを例示したが、これに限らず、図４に示すように、ナックル２６の内周にセレーション（またはスプライン）１９を形成し、このセレーション１９の両端部に環状溝２７を形成して止め輪２８を装着しても良い。この構造では、環状溝２７から端面に亙ってセレーション１９の底径１９ａよりも小径に、かつ内径１９ｂより大径に形成した係止部２９を設けている。一方、外輪３０の外周にもセレーション１９に係合するセレーション（またはスプライン）２２を形成している。このセレーション２２の両端部には、このセレーション２２の底径２２ａよりも僅かに小径に形成した開口部３１を設けている。また、セレーション２２の外径２２ｂとこの開口部３１とを所定の角度θに設定した傾斜部３２で繋いでいる。
【００２７】
ナックル２６の環状溝２７に予め止め輪２８を装着しておき、車輪用軸受１をハブ輪３の小径段部５に圧入した状態で、ナックル２６のアウトボード側から外輪３０を嵌挿していく。止め輪２８は外輪３０のインボード側の傾斜部３２に当接して拡径し、さらにセレーション２２の外径２２ｂによって環状溝２７内に埋没する。ナックル２６内に外輪３０をさらに嵌挿し、２つの止め輪２８が外輪３０の開口部３１に位置した時、その弾性復元によって傾斜部３２に当接するまで縮径する。本実施形態における止め輪２８は有端のリング状で、自然状態では内径が係止部２９から膨出するように設定されており、常時外輪３０の傾斜部３２に弾性接触しているため、外輪３０とナックル２６との軸方向のすきまは、前述したものと同様、実質的にゼロとなる。
【００２８】
図５は本発明に係る車輪用軸受装置を構成する外輪の他の実施形態を示している。なお、前述した実施形態と同一部位には同じ符号を付け、重複説明を避ける。外輪３３の外周には、中央部３４を残してセレーション（またはスプライン）３５を形成している。外輪３３の両端部には環状溝２３を形成し、端面に亙ってセレーション３５の底径３５ａよりも大径に、かつ外径３５ｂより小径に形成した係止部２４を設けている。この外輪３３は中央部３４を残してセレーション３５を形成し、この中央部３４をセレーション３５の底径３５ａよりも僅かに小径になるよう研削仕上げしている。中央部３４は外側転走面７ａを研削加工する際の研削シューの摺接面となり、精度良く外側転走面７ａを加工することができる。
【００２９】
図６は、本発明に係る車輪用軸受装置の第３の実施形態を示す縦断面図である。この実施形態は第３世代構造の車輪用軸受装置を示し、前述した第１の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。
【００３０】
車輪用軸受３６は、ハブ輪３７と、このハブ輪３７に圧入した内輪３８と、外輪３０および複列の転動体９、９とを備えている。ハブ輪３７の外周にはアウトボード側の内側転走面３７ａを直接形成し、この内側転走面３７ａから軸方向に延びる円筒状の小径段部３７ｂを形成している。この小径段部３７ｂは、外周に別体の内輪３８を圧入すると共に、内周に所定の径方向すきまを介して外側継手部材１３のステム部１５を嵌合している。さらに、ハブ輪３６の外周面には、シールランド部、内側転走面３７ａおよび小径段部３７ｂに亙って高周波誘導加熱による焼入れにより、表面硬さを５４〜６４ＨＲＣの範囲に硬化層を形成している。これにより、旋回走行時に、大きな曲げモーメントが負荷されてもこの嵌合部で支持することができ、繰り返し曲げ応力に対するハブ輪３７の耐久性を向上させることができる。また、従来、ナックル２に位置決め固定していた取付フランジやそれを固定するボルトを廃止することができるため、コストダウンと軽量コンパクト化が達成できる。
【００３１】
図７は、本発明に係る車輪用軸受装置の第４の実施形態を示す縦断面図である。この実施形態は前述した第３の実施形態と同様第３世代構造であるが、固定ナットの締付トルク等で軸受すきまを管理する必要のない、セルフリテイン構造の車輪用軸受装置を示している。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。
【００３２】
車輪用軸受３９は、ハブ輪４０と内輪部材４２と外輪３０および複列の転動体９、９とを備えている。ハブ輪４０の外周にはアウトボード側の内側転走面４０ａを直接形成し、この内側転走面４０ａから軸方向に延びる円筒状の小径段部４０ｂを形成している。また、ハブ輪４０の内周には、硬化させた凹凸部４１を形成し、熱処理によって表面硬さを５４〜６４ＨＲＣの範囲に硬化層を形成している。熱処理としては、局部加熱ができ、硬化層深さの設定が比較的容易にできる高周波誘導加熱による焼入れが好適である。なお、凹凸部４１は、旋削等により独立して形成した複数の環状溝と、ブローチ加工等により形成した複数の軸方向溝とを略直交させて構成した交叉溝、あるいは互いに傾斜した螺旋溝で構成した交叉溝でアヤメローレット状に形成している。また、凹凸部４１の凸部は良好な食い込み性を確保するために、三角形状等の尖塔形状に形成している。ハブ輪４０の外周面には、シールランド部、内側転走面４０ａおよび小径段部４０ｂに亙って高周波誘導加熱による焼入れにより、表面硬さを５４〜６４ＨＲＣの範囲に硬化層を形成している。
【００３３】
内輪部材４２の外周にはインボード側の内側転走面４２ａを形成し、この内側転走面４２ａから軸方向に延びる円筒状の小径段部４２ｂを形成している。この小径段部４２ｂをハブ輪４０の小径段部４０ｂに所定の径方向すきまを介して内嵌している。小径段部４２ｂの端部にはハブ輪４０の凹凸部４１に嵌合する嵌合部４２ｃを形成し、ハブ輪４０の小径段部４０ｂと内輪部材４２とを突き合せ状態にし、嵌合部４２ｃの内径にマンドレルを挿入・抜脱させる等、嵌合部４２ｃを適宜な手段で拡径してハブ輪４０の凹凸部４１に食い込ませ、ハブ輪４０と内輪部材４２とを塑性結合している。この嵌合部４２ｃは、鍛造後の素材表面硬さ２４ＨＲＣ以下の未焼入れ部とし、前記したハブ輪４０の凹凸部４１の表面硬さ５４〜６４ＨＲＣとの硬度差を３０ＨＲＣ以上に設定するのが好ましい。これにより、嵌合部４２ｃが凹凸部４１に容易に、かつ深く食い込み、凹凸部４１の先端が潰れることなく強固に両者を塑性結合することができる。
【００３４】
等速自在継手４３は、外側継手部材４４と、図示しない継手内輪部材とケージおよびトルク伝達ボールとを備えている。外側継手部材４４は、カップ状のマウス部４５と、このマウス部４５の底部をなす肩部４６と、この肩部４６から軸方向に延び、内輪部材４２に所定の径方向すきまを介して内嵌するステム部４７とを備えている。このステム部４７は中空に形成され、この内周には雌ねじ４７ａを形成している。この雌ねじ４７ａに固定ボルト４８の雄ねじ４８ａを締結することによって、車輪用軸受３９と等速自在継手４３とをユニット化している。
【００３５】
内輪部材４２の大径側端部の外周と外側継手部材４４の肩部４６の外周にはそれぞれセレーション（またはスプライン）４９、５０を形成し、この両セレーション４９、５０に跨って連結環５１を外嵌している。この連結環５１の内周には両セレーション４９、５０に係合するセレーション（またはスプライン）５２を形成し、等速自在継手４３からのトルクを、内輪部材４２を介してハブ輪４０に伝達する。これにより、ステム部に形成した従来のセレーションより歯数を増大させることができる。したがって、セレーション４９、５０、５２の軸方向長さを短く設定することができ、装置の軸方向寸法が短くなって軽量コンパクト化を図ることができる。
【００３６】
内輪部材４２の外周面には、セレーション４９、シールランド部、内側転走面４２ａおよび小径段部４２ｂに亙って高周波誘導加熱による焼入れにより、表面硬さを５４〜６４ＨＲＣの範囲に硬化層を形成している。また、外側継手部材４４の外周には、セレーション５０を含む肩部４６およびステム部４７に亙って高周波誘導加熱による焼入れにより、表面硬さを５４〜６４ＨＲＣの範囲に硬化層を形成している。一方、連結環５１のセレーション５２にも高周波誘導加熱等による焼入れにより、表面硬さを５４〜６４ＨＲＣの範囲に硬化層を形成している。これにより、歯面の耐摩耗性を向上させると共に、セレーション４９、５０、５２の軸方向長さを短く設定することができ、装置の軸方向寸法が短くなって軽量コンパクト化を図ることができる。
【００３７】
ここで、内輪部材４２のセレーション４９と肩部４６のセレーション５０に、その軸線に対して所定の角度傾斜した捩れ角を設け、連結環５１のセレーション５２との嵌合部に予圧を付与するようにしている。捩れ角は０’〜５０’、好ましくは１０’〜３０’の範囲に設定している。これにより、両セレーション４９、５０と連結環５１のセレーション５２の嵌合部における周方向のガタを殺し、装置の信頼性を高めると共に、操縦安定性を向上させることができる。
【００３８】
本実施形態では、前述した塑性結合により、軸受部の負すきまを維持することができる、所謂セルフリテイン構造を得ることができ、低コストで軽量コンパクトな分離型第３世代構造の車輪用軸受装置を提供することができる。
【００３９】
図８は、本発明に係る車輪用軸受装置の第５の実施形態を示す縦断面図である。この実施形態は第４世代構造の車輪用軸受装置を示している。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。
【００４０】
この車輪用軸受装置は、ハブ輪４０と外輪７と等速自在継手５３を構成する外側継手部材５４を備えている。等速自在継手５３は、外側継手部材５４と、図示しない継手内輪部材とケージおよびトルク伝達ボールとを備えている。外側継手部材５４は、カップ状のマウス部５５と、このマウス部５５の底部をなす肩部５６と、この肩部５６から軸方向に延び、ハブ輪４０の小径段部４０ｂに所定の径方向すきまを介して内嵌するステム部５７とを備えている。
【００４１】
ステム部５７には、小径段部５７ａと嵌合部５７ｂを形成し、ハブ輪４０の小径段部４０ｂと肩部５６とを突き合せ状態にし、嵌合部５７ｂの内径にマンドレルを挿入・抜脱させる等、嵌合部５７ｂを適宜な手段で拡径してハブ輪４０の凹凸部４１に食い込ませ、ハブ輪４０と外側継手部材５４とを塑性結合させる。この嵌合部５７ｂは、鍛造後の素材表面硬さ２４ＨＲＣ以下の未焼入れ部とし、前記したハブ輪４０の凹凸部４１の表面硬さ５４〜６４ＨＲＣとの硬度差を３０ＨＲＣ以上に設定するのが好ましい。これにより、嵌合部５７ｂが凹凸部４１に容易に、かつ深く食い込み、凹凸部４１の先端が潰れることなく強固に両者を塑性結合することができる。外側継手部材５４の外周面には、シールランド部、内側転走面５４ａおよびステム部５７の小径段部５７ａに亙って高周波誘導加熱による焼入れにより、表面硬さを５４〜６４ＨＲＣの範囲に硬化層を形成している。
【００４２】
前述した塑性結合部はトルク伝達手段と、ハブ輪４０と外側継手部材５４の結合手段とを併せ持つため、従来のセレーション等のトルク伝達手段をハブ輪４０や外側継手部材５４に形成する必要はなく、また、締結ナット等の固定手段も不要となるため、装置の一層の軽量・コンパクト化を実現することができる。なお、マウス部５５の底部、およびハブ輪４０のアウトボード側端部にはエンドプレート５８、５９を装着し、マウス部５５に充填した潤滑グリースの漏洩と、外部からの雨水やダストの侵入を防止している。
【００４３】
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。
【００４４】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明に係る車輪用軸受装置は、一端部に車輪取付フランジを一体に有し、この車輪取付フランジから軸方向に延びる円筒状の小径段部を形成したハブ輪と、このハブ輪の小径段部に配設した複列の転がり軸受と、車体に固定した軽合金からなるナックルとを備え、このナックルに前記複列の転がり軸受を内嵌し、当該ナックルに対して前記ハブ輪を回転自在に支承してなる車輪用軸受装置において、前記複列の転がり軸受の外輪の外周と前記ナックルの内周にセレーションを形成し、これら両セレーションのうち、一方のセレーションの両端部に所定の角度傾斜した傾斜部を設けると共に、他方のセレーションの両端部に環状溝を形成し、この環状溝に装着した止め輪を前記傾斜部に係止することにより、前記ナックルに対し、前記複列の転がり軸受を軸方向に位置決め固定したので、温度上昇によって、ナックルと複列の転がり軸受の線膨張係数の違いにより、ナックルが複列の転がり軸受以上に膨張しても、初期に設定した軸受予圧が変化することはなく、軸受クリープの発生を防止すると共に、複列の転がり軸受の軸方向の移動によるスティックスリップ音の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】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】同上、要部拡大図である。
【図３】ナックルに車輪用軸受を組立てる手順を示した説明図である。
【図４】本発明に係る車輪用軸受装置の第２の実施形態を示す要部拡大断面図である。
【図５】本発明に係る外輪の他の実施形態を示す断面図である。
【図６】本発明に係る車輪用軸受装置の第３の実施形態を示す縦断面図である。
【図７】本発明に係る車輪用軸受装置の第４の実施形態を示す縦断面図である。
【図８】本発明に係る車輪用軸受装置の第５の実施形態を示す縦断面図である。
【図９】従来の車輪用軸受装置を示す縦断面図である。
【図１０】従来の車輪用軸受装置を示す要部断面図である。
【符号の説明】
１、２４、３６、３８、３９・・・・・・・車輪用軸受
２、２６・・・・・・・・・・・・・・・・ナックル
３、３７、４０・・・・・・・・・・・・・ハブ輪
４・・・・・・・・・・・・・・・・・・・車輪取付フランジ
４ａ・・・・・・・・・・・・・・・・・・ハブボルト
５、３７ｂ、４０ｂ、４２ｂ・・・・・・・小径段部
６、１６・・・・・・・・・・・・・・・・セレーション
７、３０、３３・・・・・・・・・・・・・外輪
７ａ・・・・・・・・・・・・・・・・・・外側転走面
８、３８・・・・・・・・・・・・・・・・内輪
８ａ、３７ａ、４０ａ、４２ａ、５４ａ・・内側転走面
９・・・・・・・・・・・・・・・・・・・転動体
１０・・・・・・・・・・・・・・・・・・保持器
１１・・・・・・・・・・・・・・・・・・シール
１２、４３、５３・・・・・・・・・・・・等速自在継手
１３、４４、５４・・・・・・・・・・・・外側継手部材
１４、４６、５６・・・・・・・・・・・・肩部
１５、４７、５７・・・・・・・・・・・・ステム部
１７・・・・・・・・・・・・・・・・・・ねじ部
１８・・・・・・・・・・・・・・・・・・固定ナット
１９、２２、３５、４９、５０、５２・・・セレーション
１９ａ、２２ａ、３５ａ・・・・・・・・・セレーション底径
１９ｂ・・・・・・・・・・・・・・・・・セレーション内径
２０、３１・・・・・・・・・・・・・・・開口部
２１、３２・・・・・・・・・・・・・・・傾斜部
２２ｂ、３５ｂ・・・・・・・・・・・・・セレーション外径
２３、２７・・・・・・・・・・・・・・・環状溝
２４、２９・・・・・・・・・・・・・・・係止部
２５、２８・・・・・・・・・・・・・・・止め輪
３４・・・・・・・・・・・・・・・・・・中央部
４１・・・・・・・・・・・・・・・・・・凹凸部
４２・・・・・・・・・・・・・・・・・・内輪部材
４２ｃ、５７ｂ・・・・・・・・・・・・・嵌合部
４５、５５・・・・・・・・・・・・・・・マウス部
４７ａ・・・・・・・・・・・・・・・・・雌ねじ
４８・・・・・・・・・・・・・・・・・・固定ボルト
４８ａ・・・・・・・・・・・・・・・・・雄ねじ
５１・・・・・・・・・・・・・・・・・・連結環
５７ａ・・・・・・・・・・・・・・・・・小径段部
５８、５９・・・・・・・・・・・・・・・エンドキャップ
８０・・・・・・・・・・・・・・・・・・車輪用軸受装置
８１・・・・・・・・・・・・・・・・・・ハブ輪
８２・・・・・・・・・・・・・・・・・・外輪
８３・・・・・・・・・・・・・・・・・・内輪
８４・・・・・・・・・・・・・・・・・・車輪用軸受
８５・・・・・・・・・・・・・・・・・・ナックル
８６・・・・・・・・・・・・・・・・・・等速自在継手
８７・・・・・・・・・・・・・・・・・・ブレーキロータ
８８・・・・・・・・・・・・・・・・・・止め輪
１０１・・・・・・・・・・・・・・・・・外輪
１０２・・・・・・・・・・・・・・・・・内輪
１０３・・・・・・・・・・・・・・・・・ボール
１０４・・・・・・・・・・・・・・・・・ナックル
１０５・・・・・・・・・・・・・・・・・保持器
１０６・・・・・・・・・・・・・・・・・止め輪
１０７・・・・・・・・・・・・・・・・・爪
θ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・傾斜角
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車等の車両の車輪用軸受装置、特に車輪用軸受の取付構造の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の車輪用軸受装置８０は、図９に示すように、ブレーキロータ８７と共に車輪（図示せず）を固定するハブ輪８１と、そのハブ輪８１を回転自在に支持し、外輪８２および一対の内輪８３を有する車輪用軸受８４と、この車輪用軸受８４を車体に支持するナックル８５と、ハブ輪８１と連結してドライブシャフト（図示せず）の動力をこのハブ輪８１に伝達する等速自在継手８６を主要部として構成している。
【０００３】
この車輪用軸受装置８０を構成する部品、特にナックル８５には、線膨張係数が車輪用軸受８４と同一の可鍛鋳鉄等の鉄系金属が採用されてきたが、近年、装置の軽量化を狙ってアルミ合金等の軽合金製のものを採用する傾向がある。しかしながら、ナックル８５をこうした軽合金で形成した場合、ナックル８５と外輪８２の線膨張係数の違いにより、例えば、走行時の温度上昇によってナックル８５と外輪８２との嵌合シメシロが少なくなったり、あるいは解放される恐れがあった。その結果、組立時の軸受予圧が維持できなくなる、所謂予圧抜けといった不具合が発生した。
【０００４】
さらに、外輪８２がクリープを起こし、焼付いたり、短寿命を誘発する恐れがあった。ここで、クリープとは、嵌合シメシロ不足や嵌合面の加工精度不良等により軸受が周方向に微動し、嵌合面が鏡面化し、場合によっては、かじりを伴い焼付きや溶着する現象をいう。
【０００５】
また、外輪８２を軸方向に位置決め固定している止め輪８８部のすきまに加え、ナックル８５と外輪８２の線膨張係数の違いにより、ナックル８５と外輪８２の間に軸方向のすきまが発生した場合、旋回走行時に、車輪からの大きなスラスト荷重と曲げモーメントにより、ナックル８５に対して車輪用軸受８４が軸方向へ移動する恐れがあった。これにより、ナックル８５と外輪５２の嵌合面間で急激なスリップによりスティックスリップ音が発生したり、また、ブレーキロータ８７がブレーキパッド（図示せず）に接触し、偏摩耗や異音、振動等が発生することがあった。
【０００６】
こうした問題を解決するものとして、図１０に示すような車輪用軸受の取付構造が知られている。この車輪用軸受装置は、外輪１０１と一対の内輪１０２と、これら外輪１０１と内輪１０２間に収容され、保持器１０５で回転自在に保持された複列のボール１０３を備えている。複数の爪１０７が設けられた止め輪１０６を外輪１０１の外径端部に装着し、爪１０７を弾性変形させながらこの外輪１０１をナックル１０４に嵌合していくことにより、爪１０７はナックル１０４に形成されたテーパ状の止め輪溝１０８の位置で弾性復元し、止め輪溝１０８の壁面に弾性接触することにより軸方向のすきまを詰めるというものである（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
【特許文献１】
独国特許出願公開第１９７１３３３３号公報（第２頁、第１図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この車輪用軸受装置は、ナックル１０４と外輪１０１との軸方向すきまを抑制することができるが、ナックル１０４を軽合金で形成した場合、ナックル１０４と外輪１０１の線膨張係数の違いによる嵌合シメシロの減少、さらにはそれに伴う軸受クリープの発生を防止することはできない。したがって、軽合金製のナックル１０４にこの種の止め輪１０６はほとんど採用されていないのが現状である。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、軽量化を図った軽合金製ナックルに装着され、軸受クリープおよびスティックスリップ音の発生がない車輪用軸受装置を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
係る目的を達成すべく、本発明のうち請求項１に記載の発明は、一端部に車輪取付フランジを一体に有し、この車輪取付フランジから軸方向に延びる円筒状の小径段部を形成したハブ輪と、このハブ輪の小径段部に配設した複列の転がり軸受と、車体に固定した軽合金からなるナックルとを備え、このナックルに前記複列の転がり軸受を内嵌し、当該ナックルに対して前記ハブ輪を回転自在に支承してなる車輪用軸受装置において、前記複列の転がり軸受の外輪の外周と前記ナックルの内周にセレーションを形成し、これら両セレーションのうち、一方のセレーションの両端部に所定の角度傾斜した傾斜部を設けると共に、他方のセレーションの両端部に環状溝を形成し、この環状溝に装着した止め輪を前記傾斜部に係止することにより、前記ナックルに対し、前記複列の転がり軸受を軸方向に位置決め固定した構成を採用した。
【００１１】
このように、セレーションを介してナックルに複列の転がり軸受を周方向に固定すると共に、止め輪を介してナックルに複列の転がり軸受を軸方向に位置決め固定したので、温度上昇によって、ナックルと複列の転がり軸受の線膨張係数の違いにより、ナックルが複列の転がり軸受以上に膨張しても、初期に設定した軸受予圧が変化することはなく、軸受クリープの発生を防止すると共に、複列の転がり軸受の軸方向の移動によるスティックスリップ音の発生を防止することができる。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明のように、前記外輪の外周に形成したセレーションに、その軸線に対して所定の角度傾斜した捩れ角を設けたので、セレーションの嵌合部に予圧を付与し周方向のガタを殺すことができる。
【００１３】
また、請求項３に記載の発明のように、前記外輪の外周に形成したセレーションの略中央部に、このセレーション底径よりも僅かに小径の研削外径面を形成すれば、外側転走面を研削加工する際の研削シューの摺接面となり、精度良く外側転走面を加工することができる。
【００１４】
また、請求項４に記載の発明は、前記ハブ輪の外周に前記複列の転がり軸受の一方の内側転走面と、この内側転走面から軸方向に延びる小径段部を形成し、この小径段部に嵌合する内輪部材の外周に前記複列の転がり軸受の他方の内側転走面を形成すると共に、等速自在継手と前記ハブ輪を分離可能に軸方向に固定した、所謂第３世代構造により、従来、ナックルに位置決め固定していた取付フランジや固定用ボルトを廃止することができ、一層のコストダウンと軽量コンパクト化が達成できる。
【００１５】
好ましくは、請求項５に記載の発明のように、前記ハブ輪の内周に硬化させた凹凸部を形成し、この凹凸部に前記内輪部材の嵌合部を拡径させて食い込ませることにより、前記ハブ輪と内輪部材を一体に塑性結合した、所謂セルフリテイン構造にすることにより、固定用ナット等でトルク管理をすることなく、初期の軸受部の負すきまを維持することができ、組立性向上を図ることができる。したがって、一層低コストで軽量コンパクトな車輪用軸受装置を提供することができる。
【００１６】
さらに好ましくは、請求項６に記載の発明のように、等速自在継手を構成する外側継手部材のステム部を、前記内輪部材に所定の径方向すきまを介して内嵌し、前記内輪部材の大径端部の外周と、前記外側継手部材の肩部外周にセレーションを形成すると共に、これら両セレーションに係合するセレーションを内周に形成した連結環により、前記等速自在継手からのトルクを前記ハブ輪に伝達するようにすれば、外側継手部材のステム部に形成する従来のセレーションに比べ、軸方向長さを短くでき、さらに、外輪の取付フランジやそれを固定するボルトを廃止することができ、組立性向上と共に、一層低コストで軽量コンパクトな車輪用軸受装置を提供することができる。
【００１７】
また、請求項７に記載の発明は、前記ハブ輪の外周に前記複列の転がり軸受の一方の内側転走面と、この内側転走面から軸方向に延びる小径段部と、内周に硬化させた凹凸部をそれぞれ形成し、等速自在継手を構成する外側継手部材の肩部外周に前記複列の転がり軸受の他方の内側転走面と、この内側転走面から軸方向に延びるステム部をそれぞれ形成すると共に、前記凹凸部にこのステム部を嵌合し、この嵌合部を拡径させて食い込ませることにより、前記ハブ輪と外側継手部材を一体に塑性結合した、所謂第４世代構造により、外輪の取付フランジやそれを固定するボルトの廃止と相俟って、組立性向上と共に、一層低コストで軽量コンパクトな車輪用軸受装置を提供することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
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、図２はその車輪用軸受装置の要部拡大図である。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トボード側（図面左側）、中央寄り側をインボード側（図面右側）という。
【００１９】
図１に示す車輪用軸受装置は、複列の転がり軸受からなる車輪用軸受１と、この車輪用軸受１をナックル２に対して回転自在に支承するハブ輪３とを主たる構成としている。ハブ輪３には、アウトボード側の端部に車輪（図示せず）を取り付けるための車輪取付フランジ４と、この車輪取付フランジ４から軸方向に延びる円筒状の小径段部５を形成している。車輪取付フランジ４には車輪を締結するハブボルト４ａを周方向等配に植設している。また、小径段部５の外周面には後述する車輪用軸受１を圧入している。さらに、ハブ輪３の内周面にはセレーション（またはスプライン）６を形成している。
【００２０】
車輪用軸受１は、外輪７と一対の内輪８、８と複列の転動体９、９とを備え、外輪７の内周面には複列の外側転走面７ａ、７ａを一体に形成している。内輪８の外周面には、外側転走面７ａ、７ａに対向する内側転走面８ａを形成している。複列の転動体９、９をこれら転走面７ａ、８ａ間にそれぞれ収容し、保持器１０、１０で転動自在に保持している。車輪用軸受１の端部にはシール１１、１１を装着し、軸受内部に封入した潤滑グリースの漏洩と、外部からの雨水やダスト等の侵入を防止している。ここでは、車輪用軸受１は転動体９、９をボールとした複列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円すいころ軸受であっても良い。
【００２１】
ハブ輪３の小径段部５に圧入された車輪用軸受１は、等速自在継手１２を構成する外側継手部材１３の肩部１４とハブ輪３とで挟持された状態で固定している。外側継手部材１３は、肩部１４から軸方向に延びるステム部１５を一体に形成している。このステム部１５の外周面には、ハブ輪３のセレーション６に係合するセレーション（またはスプライン）１６とねじ部１７を形成し、エンジンからのトルクを図示しないドライブシャフトおよび等速自在継手１２、そしてこのセレーション６、１６を介してハブ輪３に伝達している。ここで、セレーション１６には、軸線に対して所定の角度傾斜した捩れ角を設け、外側継手部材１３の肩部１４が内輪８の大径端面に当接するまでステム部１５をハブ輪３に内嵌し、ハブ輪３のセレーション６に圧入嵌合している。これにより、セレーション６、１６の嵌合部に予圧を付与し周方向のガタを殺している。また、ステム部１５の端部に形成したねじ部１７に固定ナット１８を所定の締付トルクで締結することにより、所望の軸受予圧を得ることができるように設定している。すなわち、車輪用軸受１を、ハブ輪３に対して軸受クリープを防止し、かつ所望の予圧量になるように、所定のシメシロで圧入している。
【００２２】
ナックル２は、アルミ合金等の軽合金で形成している。これにより、従来の鋳鉄等に比べ、剛性不足を補うため肉厚に設計したとしてもその重量は半減する。車輪用軸受１をナックル２に対してセレーション（またはスプライン）１９、２２を介して嵌合することにより、外輪７はナックル２に対して周方向に固定される。したがって、ナックル２と車輪用軸受１の線膨張係数の違いにより、例えば、走行時の温度上昇によってナックル２が車輪用軸受１以上に膨張しても、初期に設定した軸受予圧が変化することはなく、また軸受クリープの発生を防止することができる。
【００２３】
図２において、ナックル２の内周にはセレーション（またはスプライン）１９を形成している。このセレーション１９の両端部には、このセレーション１９の底径１９ａよりも僅かに大径に形成した開口部２０を設けている。セレーション１９の内径１９ｂとこの開口部２０とを所定の角度θに設定した傾斜部２１で繋いでいる。一方、外輪７の外周にもセレーション１９に係合するセレーション（またはスプライン）２２を形成している。このセレーション２２の両端部には環状溝２３を形成し、端面に亙ってセレーション２２の底径２２ａよりも大径に、かつ外径２２ｂより小径に形成した係止部２４を設けている。ここで、セレーション２２には、軸線に対して所定の角度傾斜した捩れ角を設け、ナックル２のセレーション１９に圧入嵌合している。これにより、セレーション１９、２２の嵌合部に予圧を付与し周方向のガタを殺すことができる。
【００２４】
外輪７の環状溝２３に断面円形の止め輪２５を装着し、この止め輪２５が外輪７の係止部２４とナックル２の傾斜部２１とに係止している。止め輪２５は有端のリング状で、自然状態では外径が係止部２４から膨出するように設定されており、常時ナックル２の傾斜部２１に弾性接触しているため、外輪７とナックル２との軸方向のすきまは実質的にゼロとなる。したがって、旋回走行時に車輪からの大きなスラスト荷重と曲げモーメントが負荷されても、ナックル２に対して車輪用軸受１が軸方向へ移動することはない。これにより、ナックル２と外輪７の嵌合面間で急激なスリップによりスティックスリップ音が発生したり、また、図示しないブレーキロータがブレーキパッドに接触し、偏摩耗や異音、振動等が発生することはない。なお、外輪７の係止部２４とナックル２の傾斜部２１との間隔は、止め輪２５の線径よりも小さく設定しているため、環状溝２３からこの止め輪２５が脱落することはない。
【００２５】
次に、図３を用いて、ナックル２に車輪用軸受１を組立てる手順について説明する。（ａ）に示すように、車輪用軸受１をハブ輪３の小径段部５に圧入した状態で、外輪７の環状溝２３に止め輪２５を装着する。その後、ナックル２のアウトボード側の開口部２０から外輪７を嵌挿する。（ｂ）のように、外輪７を嵌挿していくことにより、止め輪２５はナックル２の傾斜部２１に当接して縮径し、さらにセレーション１９の内径１９ｂによって環状溝２３内に埋没する。（ｃ）では、ナックル２内に外輪７をさらに嵌挿し、２つの止め輪２５がナックル２の開口部２０に位置した時、その弾性復元によって傾斜部２１に当接するまで拡径する。このように、ボルト締結等の組立作業をすることなく、ワンタッチでナックル２に車輪用軸受１を取付けることができる。
【００２６】
本実施形態では、外輪７の外周にセレーション２２を形成し、その両端部に環状溝２３を形成して止め輪２５を装着したものを例示したが、これに限らず、図４に示すように、ナックル２６の内周にセレーション（またはスプライン）１９を形成し、このセレーション１９の両端部に環状溝２７を形成して止め輪２８を装着しても良い。この構造では、環状溝２７から端面に亙ってセレーション１９の底径１９ａよりも小径に、かつ内径１９ｂより大径に形成した係止部２９を設けている。一方、外輪３０の外周にもセレーション１９に係合するセレーション（またはスプライン）２２を形成している。このセレーション２２の両端部には、このセレーション２２の底径２２ａよりも僅かに小径に形成した開口部３１を設けている。また、セレーション２２の外径２２ｂとこの開口部３１とを所定の角度θに設定した傾斜部３２で繋いでいる。
【００２７】
ナックル２６の環状溝２７に予め止め輪２８を装着しておき、車輪用軸受１をハブ輪３の小径段部５に圧入した状態で、ナックル２６のアウトボード側から外輪３０を嵌挿していく。止め輪２８は外輪３０のインボード側の傾斜部３２に当接して拡径し、さらにセレーション２２の外径２２ｂによって環状溝２７内に埋没する。ナックル２６内に外輪３０をさらに嵌挿し、２つの止め輪２８が外輪３０の開口部３１に位置した時、その弾性復元によって傾斜部３２に当接するまで縮径する。本実施形態における止め輪２８は有端のリング状で、自然状態では内径が係止部２９から膨出するように設定されており、常時外輪３０の傾斜部３２に弾性接触しているため、外輪３０とナックル２６との軸方向のすきまは、前述したものと同様、実質的にゼロとなる。
【００２８】
図５は本発明に係る車輪用軸受装置を構成する外輪の他の実施形態を示している。なお、前述した実施形態と同一部位には同じ符号を付け、重複説明を避ける。外輪３３の外周には、中央部３４を残してセレーション（またはスプライン）３５を形成している。外輪３３の両端部には環状溝２３を形成し、端面に亙ってセレーション３５の底径３５ａよりも大径に、かつ外径３５ｂより小径に形成した係止部２４を設けている。この外輪３３は中央部３４を残してセレーション３５を形成し、この中央部３４をセレーション３５の底径３５ａよりも僅かに小径になるよう研削仕上げしている。中央部３４は外側転走面７ａを研削加工する際の研削シューの摺接面となり、精度良く外側転走面７ａを加工することができる。
【００２９】
図６は、本発明に係る車輪用軸受装置の第３の実施形態を示す縦断面図である。この実施形態は第３世代構造の車輪用軸受装置を示し、前述した第１の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。
【００３０】
車輪用軸受３６は、ハブ輪３７と、このハブ輪３７に圧入した内輪３８と、外輪３０および複列の転動体９、９とを備えている。ハブ輪３７の外周にはアウトボード側の内側転走面３７ａを直接形成し、この内側転走面３７ａから軸方向に延びる円筒状の小径段部３７ｂを形成している。この小径段部３７ｂは、外周に別体の内輪３８を圧入すると共に、内周に所定の径方向すきまを介して外側継手部材１３のステム部１５を嵌合している。さらに、ハブ輪３６の外周面には、シールランド部、内側転走面３７ａおよび小径段部３７ｂに亙って高周波誘導加熱による焼入れにより、表面硬さを５４〜６４ＨＲＣの範囲に硬化層を形成している。これにより、旋回走行時に、大きな曲げモーメントが負荷されてもこの嵌合部で支持することができ、繰り返し曲げ応力に対するハブ輪３７の耐久性を向上させることができる。また、従来、ナックル２に位置決め固定していた取付フランジやそれを固定するボルトを廃止することができるため、コストダウンと軽量コンパクト化が達成できる。
【００３１】
図７は、本発明に係る車輪用軸受装置の第４の実施形態を示す縦断面図である。この実施形態は前述した第３の実施形態と同様第３世代構造であるが、固定ナットの締付トルク等で軸受すきまを管理する必要のない、セルフリテイン構造の車輪用軸受装置を示している。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。
【００３２】
車輪用軸受３９は、ハブ輪４０と内輪部材４２と外輪３０および複列の転動体９、９とを備えている。ハブ輪４０の外周にはアウトボード側の内側転走面４０ａを直接形成し、この内側転走面４０ａから軸方向に延びる円筒状の小径段部４０ｂを形成している。また、ハブ輪４０の内周には、硬化させた凹凸部４１を形成し、熱処理によって表面硬さを５４〜６４ＨＲＣの範囲に硬化層を形成している。熱処理としては、局部加熱ができ、硬化層深さの設定が比較的容易にできる高周波誘導加熱による焼入れが好適である。なお、凹凸部４１は、旋削等により独立して形成した複数の環状溝と、ブローチ加工等により形成した複数の軸方向溝とを略直交させて構成した交叉溝、あるいは互いに傾斜した螺旋溝で構成した交叉溝でアヤメローレット状に形成している。また、凹凸部４１の凸部は良好な食い込み性を確保するために、三角形状等の尖塔形状に形成している。ハブ輪４０の外周面には、シールランド部、内側転走面４０ａおよび小径段部４０ｂに亙って高周波誘導加熱による焼入れにより、表面硬さを５４〜６４ＨＲＣの範囲に硬化層を形成している。
【００３３】
内輪部材４２の外周にはインボード側の内側転走面４２ａを形成し、この内側転走面４２ａから軸方向に延びる円筒状の小径段部４２ｂを形成している。この小径段部４２ｂをハブ輪４０の小径段部４０ｂに所定の径方向すきまを介して内嵌している。小径段部４２ｂの端部にはハブ輪４０の凹凸部４１に嵌合する嵌合部４２ｃを形成し、ハブ輪４０の小径段部４０ｂと内輪部材４２とを突き合せ状態にし、嵌合部４２ｃの内径にマンドレルを挿入・抜脱させる等、嵌合部４２ｃを適宜な手段で拡径してハブ輪４０の凹凸部４１に食い込ませ、ハブ輪４０と内輪部材４２とを塑性結合している。この嵌合部４２ｃは、鍛造後の素材表面硬さ２４ＨＲＣ以下の未焼入れ部とし、前記したハブ輪４０の凹凸部４１の表面硬さ５４〜６４ＨＲＣとの硬度差を３０ＨＲＣ以上に設定するのが好ましい。これにより、嵌合部４２ｃが凹凸部４１に容易に、かつ深く食い込み、凹凸部４１の先端が潰れることなく強固に両者を塑性結合することができる。
【００３４】
等速自在継手４３は、外側継手部材４４と、図示しない継手内輪部材とケージおよびトルク伝達ボールとを備えている。外側継手部材４４は、カップ状のマウス部４５と、このマウス部４５の底部をなす肩部４６と、この肩部４６から軸方向に延び、内輪部材４２に所定の径方向すきまを介して内嵌するステム部４７とを備えている。このステム部４７は中空に形成され、この内周には雌ねじ４７ａを形成している。この雌ねじ４７ａに固定ボルト４８の雄ねじ４８ａを締結することによって、車輪用軸受３９と等速自在継手４３とをユニット化している。
【００３５】
内輪部材４２の大径側端部の外周と外側継手部材４４の肩部４６の外周にはそれぞれセレーション（またはスプライン）４９、５０を形成し、この両セレーション４９、５０に跨って連結環５１を外嵌している。この連結環５１の内周には両セレーション４９、５０に係合するセレーション（またはスプライン）５２を形成し、等速自在継手４３からのトルクを、内輪部材４２を介してハブ輪４０に伝達する。これにより、ステム部に形成した従来のセレーションより歯数を増大させることができる。したがって、セレーション４９、５０、５２の軸方向長さを短く設定することができ、装置の軸方向寸法が短くなって軽量コンパクト化を図ることができる。
【００３６】
内輪部材４２の外周面には、セレーション４９、シールランド部、内側転走面４２ａおよび小径段部４２ｂに亙って高周波誘導加熱による焼入れにより、表面硬さを５４〜６４ＨＲＣの範囲に硬化層を形成している。また、外側継手部材４４の外周には、セレーション５０を含む肩部４６およびステム部４７に亙って高周波誘導加熱による焼入れにより、表面硬さを５４〜６４ＨＲＣの範囲に硬化層を形成している。一方、連結環５１のセレーション５２にも高周波誘導加熱等による焼入れにより、表面硬さを５４〜６４ＨＲＣの範囲に硬化層を形成している。これにより、歯面の耐摩耗性を向上させると共に、セレーション４９、５０、５２の軸方向長さを短く設定することができ、装置の軸方向寸法が短くなって軽量コンパクト化を図ることができる。
【００３７】
ここで、内輪部材４２のセレーション４９と肩部４６のセレーション５０に、その軸線に対して所定の角度傾斜した捩れ角を設け、連結環５１のセレーション５２との嵌合部に予圧を付与するようにしている。捩れ角は０’〜５０’、好ましくは１０’〜３０’の範囲に設定している。これにより、両セレーション４９、５０と連結環５１のセレーション５２の嵌合部における周方向のガタを殺し、装置の信頼性を高めると共に、操縦安定性を向上させることができる。
【００３８】
本実施形態では、前述した塑性結合により、軸受部の負すきまを維持することができる、所謂セルフリテイン構造を得ることができ、低コストで軽量コンパクトな分離型第３世代構造の車輪用軸受装置を提供することができる。
【００３９】
図８は、本発明に係る車輪用軸受装置の第５の実施形態を示す縦断面図である。この実施形態は第４世代構造の車輪用軸受装置を示している。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。
【００４０】
この車輪用軸受装置は、ハブ輪４０と外輪７と等速自在継手５３を構成する外側継手部材５４を備えている。等速自在継手５３は、外側継手部材５４と、図示しない継手内輪部材とケージおよびトルク伝達ボールとを備えている。外側継手部材５４は、カップ状のマウス部５５と、このマウス部５５の底部をなす肩部５６と、この肩部５６から軸方向に延び、ハブ輪４０の小径段部４０ｂに所定の径方向すきまを介して内嵌するステム部５７とを備えている。
【００４１】
ステム部５７には、小径段部５７ａと嵌合部５７ｂを形成し、ハブ輪４０の小径段部４０ｂと肩部５６とを突き合せ状態にし、嵌合部５７ｂの内径にマンドレルを挿入・抜脱させる等、嵌合部５７ｂを適宜な手段で拡径してハブ輪４０の凹凸部４１に食い込ませ、ハブ輪４０と外側継手部材５４とを塑性結合させる。この嵌合部５７ｂは、鍛造後の素材表面硬さ２４ＨＲＣ以下の未焼入れ部とし、前記したハブ輪４０の凹凸部４１の表面硬さ５４〜６４ＨＲＣとの硬度差を３０ＨＲＣ以上に設定するのが好ましい。これにより、嵌合部５７ｂが凹凸部４１に容易に、かつ深く食い込み、凹凸部４１の先端が潰れることなく強固に両者を塑性結合することができる。外側継手部材５４の外周面には、シールランド部、内側転走面５４ａおよびステム部５７の小径段部５７ａに亙って高周波誘導加熱による焼入れにより、表面硬さを５４〜６４ＨＲＣの範囲に硬化層を形成している。
【００４２】
前述した塑性結合部はトルク伝達手段と、ハブ輪４０と外側継手部材５４の結合手段とを併せ持つため、従来のセレーション等のトルク伝達手段をハブ輪４０や外側継手部材５４に形成する必要はなく、また、締結ナット等の固定手段も不要となるため、装置の一層の軽量・コンパクト化を実現することができる。なお、マウス部５５の底部、およびハブ輪４０のアウトボード側端部にはエンドプレート５８、５９を装着し、マウス部５５に充填した潤滑グリースの漏洩と、外部からの雨水やダストの侵入を防止している。
【００４３】
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。
【００４４】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明に係る車輪用軸受装置は、一端部に車輪取付フランジを一体に有し、この車輪取付フランジから軸方向に延びる円筒状の小径段部を形成したハブ輪と、このハブ輪の小径段部に配設した複列の転がり軸受と、車体に固定した軽合金からなるナックルとを備え、このナックルに前記複列の転がり軸受を内嵌し、当該ナックルに対して前記ハブ輪を回転自在に支承してなる車輪用軸受装置において、前記複列の転がり軸受の外輪の外周と前記ナックルの内周にセレーションを形成し、これら両セレーションのうち、一方のセレーションの両端部に所定の角度傾斜した傾斜部を設けると共に、他方のセレーションの両端部に環状溝を形成し、この環状溝に装着した止め輪を前記傾斜部に係止することにより、前記ナックルに対し、前記複列の転がり軸受を軸方向に位置決め固定したので、温度上昇によって、ナックルと複列の転がり軸受の線膨張係数の違いにより、ナックルが複列の転がり軸受以上に膨張しても、初期に設定した軸受予圧が変化することはなく、軸受クリープの発生を防止すると共に、複列の転がり軸受の軸方向の移動によるスティックスリップ音の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】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】同上、要部拡大図である。
【図３】ナックルに車輪用軸受を組立てる手順を示した説明図である。
【図４】本発明に係る車輪用軸受装置の第２の実施形態を示す要部拡大断面図である。
【図５】本発明に係る外輪の他の実施形態を示す断面図である。
【図６】本発明に係る車輪用軸受装置の第３の実施形態を示す縦断面図である。
【図７】本発明に係る車輪用軸受装置の第４の実施形態を示す縦断面図である。
【図８】本発明に係る車輪用軸受装置の第５の実施形態を示す縦断面図である。
【図９】従来の車輪用軸受装置を示す縦断面図である。
【図１０】従来の車輪用軸受装置を示す要部断面図である。
【符号の説明】
１、２４、３６、３８、３９・・・・・・・車輪用軸受
２、２６・・・・・・・・・・・・・・・・ナックル
３、３７、４０・・・・・・・・・・・・・ハブ輪
４・・・・・・・・・・・・・・・・・・・車輪取付フランジ
４ａ・・・・・・・・・・・・・・・・・・ハブボルト
５、３７ｂ、４０ｂ、４２ｂ・・・・・・・小径段部
６、１６・・・・・・・・・・・・・・・・セレーション
７、３０、３３・・・・・・・・・・・・・外輪
７ａ・・・・・・・・・・・・・・・・・・外側転走面
８、３８・・・・・・・・・・・・・・・・内輪
８ａ、３７ａ、４０ａ、４２ａ、５４ａ・・内側転走面
９・・・・・・・・・・・・・・・・・・・転動体
１０・・・・・・・・・・・・・・・・・・保持器
１１・・・・・・・・・・・・・・・・・・シール
１２、４３、５３・・・・・・・・・・・・等速自在継手
１３、４４、５４・・・・・・・・・・・・外側継手部材
１４、４６、５６・・・・・・・・・・・・肩部
１５、４７、５７・・・・・・・・・・・・ステム部
１７・・・・・・・・・・・・・・・・・・ねじ部
１８・・・・・・・・・・・・・・・・・・固定ナット
１９、２２、３５、４９、５０、５２・・・セレーション
１９ａ、２２ａ、３５ａ・・・・・・・・・セレーション底径
１９ｂ・・・・・・・・・・・・・・・・・セレーション内径
２０、３１・・・・・・・・・・・・・・・開口部
２１、３２・・・・・・・・・・・・・・・傾斜部
２２ｂ、３５ｂ・・・・・・・・・・・・・セレーション外径
２３、２７・・・・・・・・・・・・・・・環状溝
２４、２９・・・・・・・・・・・・・・・係止部
２５、２８・・・・・・・・・・・・・・・止め輪
３４・・・・・・・・・・・・・・・・・・中央部
４１・・・・・・・・・・・・・・・・・・凹凸部
４２・・・・・・・・・・・・・・・・・・内輪部材
４２ｃ、５７ｂ・・・・・・・・・・・・・嵌合部
４５、５５・・・・・・・・・・・・・・・マウス部
４７ａ・・・・・・・・・・・・・・・・・雌ねじ
４８・・・・・・・・・・・・・・・・・・固定ボルト
４８ａ・・・・・・・・・・・・・・・・・雄ねじ
５１・・・・・・・・・・・・・・・・・・連結環
５７ａ・・・・・・・・・・・・・・・・・小径段部
５８、５９・・・・・・・・・・・・・・・エンドキャップ
８０・・・・・・・・・・・・・・・・・・車輪用軸受装置
８１・・・・・・・・・・・・・・・・・・ハブ輪
８２・・・・・・・・・・・・・・・・・・外輪
８３・・・・・・・・・・・・・・・・・・内輪
８４・・・・・・・・・・・・・・・・・・車輪用軸受
８５・・・・・・・・・・・・・・・・・・ナックル
８６・・・・・・・・・・・・・・・・・・等速自在継手
８７・・・・・・・・・・・・・・・・・・ブレーキロータ
８８・・・・・・・・・・・・・・・・・・止め輪
１０１・・・・・・・・・・・・・・・・・外輪
１０２・・・・・・・・・・・・・・・・・内輪
１０３・・・・・・・・・・・・・・・・・ボール
１０４・・・・・・・・・・・・・・・・・ナックル
１０５・・・・・・・・・・・・・・・・・保持器
１０６・・・・・・・・・・・・・・・・・止め輪
１０７・・・・・・・・・・・・・・・・・爪
θ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・傾斜角
Claims (7)
- 一端部に車輪取付フランジを一体に有し、この車輪取付フランジから軸方向に延びる円筒状の小径段部を形成したハブ輪と、このハブ輪の小径段部に配設した複列の転がり軸受と、車体に固定した軽合金からなるナックルとを備え、このナックルに前記複列の転がり軸受を内嵌し、当該ナックルに対して前記ハブ輪を回転自在に支承してなる車輪用軸受装置において、
前記複列の転がり軸受の外輪の外周と前記ナックルの内周にセレーションを形成し、これら両セレーションのうち、一方のセレーションの両端部に所定の角度傾斜した傾斜部を設けると共に、他方のセレーションの両端部に環状溝を形成し、この環状溝に装着した止め輪を前記傾斜部に係止することにより、前記ナックルに対し、前記複列の転がり軸受を軸方向に位置決め固定したことを特徴とする車輪用軸受装置。 - 前記外輪の外周に形成したセレーションに、その軸線に対して所定の角度傾斜した捩れ角を設けた請求項１に記載の車輪用軸受装置。
- 前記外輪の外周に形成したセレーションの略中央部に、このセレーション底径よりも僅かに小径の研削外径面を形成した請求項１または２に記載の車輪用軸受装置。
- 前記ハブ輪の外周に前記複列の転がり軸受の一方の内側転走面と、この内側転走面から軸方向に延びる小径段部を形成し、この小径段部に嵌合する内輪部材の外周に前記複列の転がり軸受の他方の内側転走面を形成すると共に、等速自在継手と前記ハブ輪を分離可能に軸方向に固定した請求項１乃至３いずれかに記載の車輪用軸受装置。
- 前記ハブ輪の内周に硬化させた凹凸部を形成し、この凹凸部に前記内輪部材の嵌合部を拡径させて食い込ませることにより、前記ハブ輪と内輪部材を一体に塑性結合した請求項４に記載の車輪用軸受装置。
- 等速自在継手を構成する外側継手部材のステム部を、前記内輪部材に所定の径方向すきまを介して内嵌し、前記内輪部材の大径端部の外周と、前記外側継手部材の肩部外周にセレーションを形成すると共に、これら両セレーションに係合するセレーションを内周に形成した連結環により、前記等速自在継手からのトルクを前記ハブ輪に伝達するようにした請求項５に記載の車輪用軸受装置。
- 前記ハブ輪の外周に前記複列の転がり軸受の一方の内側転走面と、この内側転走面から軸方向に延びる小径段部と、内周に硬化させた凹凸部をそれぞれ形成し、等速自在継手を構成する外側継手部材の肩部外周に前記複列の転がり軸受の他方の内側転走面と、この内側転走面から軸方向に延びるステム部をそれぞれ形成すると共に、前記凹凸部にこのステム部を嵌合し、この嵌合部を拡径させて食い込ませることにより、前記ハブ輪と外側継手部材を一体に塑性結合した請求項１乃至３いずれかに記載の車輪用軸受装置。
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