JP2008284999A - 車輪用軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】円周方向のガタの抑制を図ることができ、しかも、ハブ輪と等速自在継手の外側継手部材との連結作業性に優れた車輪用軸受装置を提供する。
【解決手段】ハブ輪１と複列の転がり軸受２と等速自在継手３とがユニット化された車輪用軸受装置である。ハブ輪１と、ハブ輪１の孔部２２に嵌挿される等速自在継手３の外側継手部材の軸部１２とが一体化される凹凸嵌合構造Ｍを備える。凹凸嵌合構造Ｍは、外側継手部材の軸部１２の外径面の凸部３５とその凸部３５に嵌合するハブ輪１の内径面３７の凹部３６との嵌合接触部位３８全域が密着する。ハブ輪１の外径側に高周波焼入れによる硬化層Ｈを形成するとともに、ハブ輪１の内径側を未焼き状態とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車等の車両において車輪を車体に対して回転自在に支持するための車輪用軸受装置に関する。

車輪用軸受装置には、第１世代と称される複列の転がり軸受を単独に使用する構造から、外方部材に車体取付フランジを一体に有する第２世代に進化し、さらに、車輪取付フランジを一体に有するハブ輪の外周に複列の転がり軸受の一方に内側転走面が一体に形成された第３世代、さらには、ハブ輪に等速自在継手が一体化され、この等速自在継手を構成する外側継手部材の外周に複列の転がり軸受の他方の内側転走面が一体に形成された第４世代のものまで開発されている。

例えば、特許文献１には、第３世代と呼ばれるものが記載されている。第３世代と呼ばれる車輪用軸受装置は、図１２に示すように、外径方向に延びるフランジ１０１を有するハブ輪１０２と、このハブ輪１０２に外側継手部材１０３が固定される等速自在継手１０４と、ハブ輪１０２の外周側に配設される外方部材１０５とを備える。

等速自在継手１０４は、前記外側継手部材１０３と、この外側継手部材１０３の椀形部１０７内に配設される内側継手部材１０８と、この内側継手部材１０８と外側継手部材１０３との間に配設されるボール１０９と、このボール１０９を保持する保持器１１０とを備える。また、内側継手部材１０８の中心孔の内周面にはスプライン部１１１が形成され、この中心孔に図示省略のシャフトの端部スプライン部が挿入されて、内側継手部材１０８側のスプライン部１１１とシャフト側のスプライン部とが係合される。

また、ハブ輪１０２は、筒部１１３と前記フランジ１０１とを有し、フランジ１０１の外端面１１４（反継手側の端面）には、図示省略のホイールおよびブレーキロータが装着される短筒状のパイロット部１１５が突設されている。なお、パイロット部１１５は、大径の第１部１１５ａと小径の第２部１１５ｂとからなり、第１部１１５ａにブレーキロータが外嵌され、第２部１１５ｂにホイールが外嵌される。

そして、筒部１１３の椀形部１０７側端部の外周面に切欠部１１６が設けられ、この切欠部１１６に内輪１１７が嵌合されている。ハブ輪１０２の筒部１１３の外周面のフランジ近傍には第１内側軌道面１１８が設けられ、内輪１１７の外周面に第２内側軌道面１１９が設けられている。また、ハブ輪１０２のフランジ１０１にはボルト装着孔１１２が設けられて、ホイールおよびブレーキロータをこのフランジ１０１に固定するためのハブボルトがこのボルト装着孔１１２に装着される。

外方部材１０５は、その内周に２列の外側軌道面１２０、１２１が設けられると共に、その外周にフランジ（車体取付フランジ）１３２が設けられている。そして、外方部材１０５の第１外側軌道面１２０とハブ輪１０２の第１内側軌道面１１８とが対向し、外方部材１０５の第２外側軌道面１２１と、内輪１１７の軌道面１１９とが対向し、これらの間に転動体１２２が介装される。

ハブ輪１０２の筒部１１３に外側継手部材１０３の軸部１２３が挿入される。軸部１２３は、その反椀形部の端部にねじ部１２４が形成され、このねじ部１２４と椀形部１０７との間にスプライン部１２５が形成されている。また、ハブ輪１０２の筒部１１３の内周面（内径面）にスプライン部１２６が形成され、この軸部１２３がハブ輪１０２の筒部１
１３に挿入された際には、軸部１２３側のスプライン部１２５とハブ輪１０２側のスプライン部１２６とが係合する。

そして、筒部１１３から突出した軸部１２３のねじ部１２４にナット部材１２７が螺着され、ハブ輪１０２と外側継手部材１０３とが連結される。この際、ナット部材１２７の内端面（裏面）１２８と筒部１１３の外端面１２９とが当接するとともに、椀形部１０７の軸部側の端面１３０と内輪１１７の外端面１３１とが当接する。すなわち、ナット部材１２７を締付けることによって、ハブ輪１０２が内輪１１７を介してナット部材１２７と椀形部１０７とで挟持される。
特開２００４−３４０３１１号公報

従来では、前記したように、軸部１２３側のスプライン部１２５とハブ輪１０２側のスプライン部１２６とが係合するものである。このため、軸部１２３側及びハブ輪１０２側の両者にスプライン加工を施す必要があって、コスト高となるとともに、圧入時には、軸部１２３側のスプライン部１２５とハブ輪１０２側のスプライン部１２６との凹凸を合わせる必要があり、この際、歯面を合わせることによって、圧入すれば、この凹凸歯が損傷（むしれる）おそれがある。また、歯面を合わせることなく、凹凸歯の大径合わせにて圧入すれば、円周方向のガタが生じやすい。このように、円周方向のガタがあると、回転トルクの伝達性に劣るとともに、異音が発生するおそれもあった。このため、従来のように、スプライン嵌合による場合、凹凸歯の損傷及び円周方向のガタの両者を成立させることは困難であった。

また、筒部１１３から突出した軸部１２３のねじ部１２４にナット部材１２７を螺着する必要がある。このため、組み立て時にはねじ締結作業を有し、作業性に劣るとともに、部品点数も多く、部品管理性も劣ることになっていた。

本発明は、上記課題に鑑みて、円周方向のガタの抑制を図ることができ、しかも、ハブ輪と等速自在継手の外側継手部材との連結作業性に優れた車輪用軸受装置を提供する。

本発明の車輪用軸受装置は、内周に複列の外側軌道面を有する外方部材と、ホイールに固定するためのフランジが設けられたハブ輪を有し、外周に前記外側軌道面に対向する複列の内側軌道面が形成された内方部材と、外側継手部材を有する等速自在継手とを備え、前記ハブ輪の孔部に嵌挿される前記外側継手部材の軸部がハブ輪と結合された車輪用軸受装置であって、外側継手部材の軸部の外径面に設けた軸方向に延びる凸部をハブ輪の孔部に圧入し、ハブ輪に前記凸部により凹部を形成することで、前記凸部と前記凹部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、前記ハブ輪と外側継手部材とを連結し、かつハブ輪の外径側に高周波焼入れによる硬化層を形成するとともに、ハブ輪の内径側を未焼き状態としたものである。

本発明の車輪用軸受装置によれば、凹凸嵌合構造は、外側継手部材の軸部の外径面の凸部とその凸部に嵌合するハブ輪の内径面の凹部との嵌合接触部位全域が密着しているので、この嵌合構造において、径方向及び円周方向においてガタが生じる隙間が形成されない。また、ハブ輪の内径側を未焼き状態としているので、ハブ輪の内径側は比較的柔らかい。このため、外側継手部材の軸部の凸部をハブ輪の孔部内径面の凹部に嵌合させる際の嵌合性の向上を図ることができる。

ハブ輪の外径面の硬化層は、高周波焼入れにて形成される。ここで、高周波焼入れとは、高周波電流の流れているコイル中に焼入れに必要な部分を入れ、電磁誘導作用により、ジュール熱を発生させて、伝導性物体を加熱する原理を応用した焼入れ方法である。すなわち、この高周波焼入れを行えば、表面は硬く、内部は素材の硬さのままとすることができ、ハブ輪の内径側を未焼き状態に維持できる。これに対して、等速自在継手の各部位の硬化処理に多く用いられる浸炭焼入れを使用すれば、内径側も硬化するおそれがある。すなわち、浸炭焼入れとは、低炭素材料の表面から炭素を浸入／拡散させ、その後に焼入れを行うものであるので、防炭したとしても、内径側にもある程度炭素が含まれ、ＨＶ４００程度に硬化する。

外側継手部材の軸部の外径面の凸部に熱処理による硬化層を形成し、外側継手部材の軸部をハブ輪の孔部に圧入することによって、この凸部にて孔部内径面に凸部に密着嵌合する凹部を形成して、凹凸嵌合構造を構成している。すなわち、相手側の凹部形成面に凸部の形状の転写を行うことになる。この際、凸部がハブ輪の凹部形成面に食い込んでいくことによって、孔部が僅かに拡径した状態となって、凸部の軸方向の移動を許容し、軸方向の移動が停止すれば、孔部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、凸部と凹部との嵌合接触部位全域が密着する。

前記外側継手部材の軸部に、前記圧入による凹部形成によって生じるはみ出し部を収納するポケット部を設けるのが好ましい。ここで、はみ出し部とは、凸部の凹部嵌合部位が嵌入（嵌合）する凹部の容量の材料分であって、形成される凹部から押し出されたもの、凹部を形成するために切削されたもの、又は押し出されたものと切削されたものの両者等から構成される。

ハブ輪の孔部の凹部形成面の内径寸法は、前記凸部の最大径部を結ぶ円の直径寸法よりも小さく、凸部間の最小径部を結ぶ円の直径寸法よりも大きく設定する。

凸部の突出方向中間部位において、前記凸部の周方向寸法を、周方向に隣り合う前記凸部間の溝幅よりも小さくするのが好ましい。また、凸部の突出方向中間部位において、前記凸部の周方向寸法の総和を、周方向に隣り合う前記凸部間の溝幅の総和よりも小さくするのが望ましい。

前記凸部の軸方向の少なくとも一部領域に、軸方向に沿う凹凸部を設けるのが望ましい。この凹凸部は鋸歯状に形成することができる。

前記内方部材は、一方の内側軌道面を有する前記ハブ輪と、ハブ輪に外嵌され、他方の内側軌道面を有する内輪とで構成し、ハブ輪の端部を加締めることで軸受に予圧を付与することができる。前記等速自在継手の外側継手部材は、内側継手部材が内装されるマウス部と、このマウス部の底部から突設される前記軸部とを備えるものとする。マウス部は、ハブ輪の加締め部と非接触状態とすることができる。

本発明では、凹凸嵌合構造において、径方向及び円周方向においてガタが生じる隙間が形成されないので、嵌合部位の全てが回転トルク伝達に寄与し、安定したトルク伝達が可能であり、しかも、異音の発生も生じさせない。さらには、隙間無く密着しているので、トルク伝達部位の強度が向上する。このため、車輪用軸受装置を軽量、コンパクトにすることができる。

また、ハブ輪の内径側は比較的柔らかい。このため、外側継手部材の軸部の外径面の凸部をハブ輪の孔部内径面の凹部に嵌合させる際の嵌合性（密着性）の向上を図ることができ、径方向及び円周方向においてガタが生じるのを精度良く抑えることができる。さらに、ハブ輪はその外径側に硬化層を形成しているので、ハブ輪の強度や耐久性の向上を図ることができる。特に、硬化層を高周波焼入れによって形成することによって、内径側の硬化が防止され、内径側の未焼入れ状態の確保が安定する。

外側継手部材の軸部をハブ輪の孔部に圧入することによって、軸部の凸部にてハブ輪の孔部内径面に凸部に密着嵌合する凹部を形成することができる。このため、凹凸嵌合構造を確実に形成することができる。しかも、ハブ輪の孔部には、スプライン部等を形成しておく必要がなく、生産性に優れ、かつスプライン同士の位相合わせを必要とせず、組立性の向上を図るとともに、圧入時の歯面の損傷を回避することができて、安定した嵌合状態を維持できる。

また、外側継手部材の軸部の外径面の凸部に熱処理による硬化層を形成することにより、軸部側の硬度を高くでき、軸部の剛性を向上させることができる。

前記外側継手部材の軸部に、前記圧入による凹部形成によって生じるはみ出し部を収納するポケット部を設けることによって、はみ出し部をこのポケット内に保持（維持）することができ、はみ出し部が装置外の車両内等へ入り込んだりすることがない。すなわち、はみ出し部をポケット部に収納したままにしておくことができ、はみ出し部の除去処理を行う必要がなく、組み立て作業工数の減少を図ることができて、組み立て作業性の向上及びコスト低減を図ることができる。

また、ポケット部よりも軸端側の前記軸部に、軸部とハブ輪との間で調心を行う鍔部を設けることによって、ポケット部内のはみ出し部の鍔部側への飛び出しがなくなって、はみ出し部の収納がより安定したものとなる。しかも、鍔部は調芯用であるので、芯ずれを防止しつつ軸部をハブ輪に圧入することができる。このため、外側継手部材とハブ輪とを高精度に連結でき、安定したトルク伝達が可能となる。

また、ハブ輪の孔部の前記凹部形成面の内径寸法を、前記凸部の最大径部を結ぶ円の直径寸法よりも小さく、前記凸部間の最小径部を結ぶ円の直径寸法よりも大きく設定することにより、凸部が、凹部形成前の凹部形成面上に配置されるので、凸部が圧入時に凹部形成面に食い込んでいき、凹部を確実に形成することができる。

凸部の突出方向中間部位において、前記凸部の周方向寸法の総和を、周方向に隣り合う前記凸部間の溝幅よりも小さくすることによって、ハブ輪側の突出部分（ハブ輪に凹部が形成されることにより生じる凹部間の硬度が低い突出部分）のせん断面積を大きくすることができ、ねじり強度を確保することができる。しかも、硬度が高い軸部側の凸部の歯厚が小であるので、圧入荷重を小さくでき、圧入性の向上を図ることができる。

軸部の凸部に凹凸部を設けたことによって、圧入した際に、硬度が小であるハブ輪側に凹凸部が軸方向に沿って食い込むことになる。この食い込みによって、ハブ輪に対する外側継手部材の軸方向の抜け止めを構成することができる。このため、安定した連結状態を維持でき、車輪用軸受装置の高品質化を図ることができる。しかも、凹凸部にて抜け止めを構成することができるので、従来のようなねじ締結を省略できる。このため、軸部にハブ輪の孔部から突出するねじ部を形成する必要がなくなって、軽量化を図ることができるとともに、ねじ締結作業を省略でき、組み立て作業性の向上を図ることができる。前記凹凸部は鋸歯状に形成することができる。

内方部材を、一方の内側軌道面を有する前記ハブ輪と、ハブ輪に外嵌され、他方の内側軌道面を有する内輪とで構成し、ハブ輪の端部を加締めることで軸受に予圧を付与することにより、外側継手部材のマウス部によって軸受に予圧を付与する必要がなくなる。このため、軸受への予圧を考慮することなく、外側継手部材の軸部を圧入することができ、ハブ輪と外側継手部材との連結性（組み付け性）の向上を図ることができる。外側継手部材のマウス部をハブ輪の加締め部と非接触状態にすれば、マウス部とハブ輪との接触による異音の発生を防止できる。

以下本発明の実施の形態を図１〜図１１に基づいて説明する。図１に第１実施形態の車輪用軸受装置を示し、この車輪用軸受装置は、ハブ輪１と、複列の転がり軸受２と、等速自在継手３とが一体化されてなる。

等速自在継手３は、外側継手部材としての外輪５と、外輪５の内側に配された内側継手部材としての内輪６と、外輪５と内輪６との間に介在してトルクを伝達する複数のボール７と、外輪５と内輪６との間に介在してボール７を保持するケージ８とを主要な部材として構成される。内輪６はその軸孔内径６ａにシャフト１０の端部１０ａを圧入することによりスプライン嵌合してシャフト１０とトルク伝達可能に結合されている。なお、シャフト１０の端部１０ａには、シャフト抜け止め用の止め輪９が嵌合されている。

外輪５はマウス部１１とステム部（軸部）１２とからなり、マウス部１１は一端にて開口した椀状で、その内球面１３に、軸方向に延びた複数のトラック溝１４が円周方向等間隔に形成されている。そのトラック溝１４はマウス部１１の開口端まで延びている。内輪６は、その外球面１５に、軸方向に延びた複数のトラック溝１６が円周方向等間隔に形成されている。

外輪５のトラック溝１４と内輪６のトラック溝１６とは対をなし、各対のトラック溝１４，１６で構成されるボールトラックに１個ずつ、トルク伝達要素としてのボール７が転動可能に組み込んである。ボール７は外輪５のトラック溝１４と内輪６のトラック溝１６との間に介在してトルクを伝達する。ケージ８は外輪５と内輪６との間に摺動可能に介在し、外球面８ａにて外輪５の内球面１３と接し、内球面８ｂにて内輪６の外球面１５と接する。なお、この場合の等速自在継手は、各トラック溝１４、１６の溝底に直線状のストレート部を有するアンダーカットフリー型を示しているが、ツェパー型等の他の等速自在継手であってもよい。

ハブ輪１は、筒部２０と、筒部２０の反継手側の端部に設けられるフランジ２１とを有する。筒部２０の孔部２２は、軸方向中間部の軸部嵌合孔２２ａと、反継手側のテーパ孔２２ｂと、継手側の大径孔２２ｃとを備える。すなわち、軸部嵌合孔２２ａにおいて、後述する凹凸嵌合構造Ｍを介して等速自在継手３の外輪５の軸部１２とハブ輪１とが結合される。

転がり軸受２は、ハブ輪１、およびハブ輪１の軸部１２の継手側に設けられた段差部２３に嵌合する内輪２４からなる内方部材と、ハブ輪１の軸部１２に外嵌される外方部材２５とを備える。外方部材２５は、その内周に２列の外側軌道面（アウターレース）２６、２７が設けられ、第１外側軌道面２６とハブ輪１の軸部外周に設けられる第１内側軌道面（インナーレース）２８とが対向し、第２外側軌道面２７と、内輪２４の外周面に設けられる第２内側軌道面（インナーレース）２９とが対向し、これらの間に転動体３０としてのボールが介装される。なお、外方部材２５の両開口部にはシール部材Ｓが装着されている。

この場合、ハブ輪１の継手側の端部を加締めて、その加締部３１にて転がり軸受２に予圧を付与するものである。これによって、内輪２４をハブ輪１に締結することができる。またハブ輪１のフランジ２１にはボルト装着孔３２が設けられて、ホイールおよびブレーキロータをこのフランジ２１に固定するためのハブボルト３３がこのボルト装着孔３２に装着される。

凹凸嵌合構造Ｍは、図２に示すように、例えば、軸部１２の端部に設けられて軸方向に延びる凸部３５と、ハブ輪１の孔部２２の内径面（この場合、軸部嵌合孔２２ａの内径面３７）に形成される凹部３６とからなり、凸部３５とその凸部３５に嵌合するハブ輪１の凹部３６との嵌合接触部位３８全域が密着している。すなわち、軸部１２の反マウス部側の外周面に、複数の凸部３５が周方向に沿って所定ピッチで配設され、ハブ輪１の孔部２２の軸部嵌合孔２２ａの内径面３７に凸部３５が嵌合する複数の凹部３６が周方向に沿って形成されている。つまり、周方向全周にわたって、凸部３５とこれに嵌合する凹部３６とがタイトフィットしている。

この場合、各凸部３５は、その断面が凸アール状の頂点を有する三角形状（山形状）であり、各凸部３５の凹部嵌合部位とは、図２（ｂ）に示す範囲Ａであり、断面における山形の中腹部から山頂にいたる範囲である。また、周方向の隣合う凸部３５間において、ハブ輪１の内径面３７よりも内径側に隙間４０が形成されている。

このように、ハブ輪１と等速自在継手３の外輪５の軸部１２とを凹凸嵌合構造Ｍを介して連結できる。この際、ハブ輪１の継手側の端部を加締めて、その加締部３１にて軸受２に予圧を付与するものであるので、外輪５のマウス部１１にて軸受２に予圧を付与する必要がなく、ハブ輪１の端部（この場合、加締部３１）に対してマウス部１１を接触させない非接触状態としている。

本発明では、凹凸嵌合構造Ｍは、凸部３５と凹部３６との嵌合接触部位３８の全体が密着しているので、この嵌合構造Ｍにおいて、径方向及び円周方向においてガタが生じる隙間が形成されない。このため、嵌合部位の全てが回転トルク伝達に寄与し、安定したトルク伝達が可能であり、しかも、異音の発生も生じさせない。

マウス部１１がハブ輪１の加締部３１と非接触状であるので、マウス部１１とハブ輪１との接触による異音の発生を防止できる。また、ハブ輪１の端部が加締られて転がり軸受２に対して予圧が付与されるので、外側継手部材のマウス部１１によって転がり軸受２に予圧を付与する必要がなくなる。このため、転がり軸受２への予圧を考慮することなく、外側継手部材の軸部１２を圧入することができ、ハブ輪１と外側継手部材との連結性（組み付け性）の向上を図ることができる。

次に、凹凸嵌合構造Ｍの嵌合方法を説明する。この場合、図３に示すように、軸部１２の外径部には熱硬化処理を施し、この硬化層Ｈにスプライン４１を形成する。このため、スプライン４１の山部が硬化処理されて、この山部が凹凸嵌合構造Ｍの凸部３５となる。なお、この実施形態での硬化層Ｈの範囲は、クロスハッチング部で示すように、スプライン４１の外端縁から外輪５のマウス部１１の底壁の一部までである。この熱硬化処理としては、高周波焼入れや浸炭焼入れ等の種々の熱処理を採用することができる。ここで、高周波焼入れとは、高周波電流の流れているコイル中に焼入れに必要な部分を入れ、電磁誘導作用により、ジュール熱を発生させて、伝導性物体を加熱する原理を応用した焼入れ方法である。また、浸炭焼入れとは、低炭素材料の表面から炭素を浸入／拡散させ、その後に焼入れを行う方法である。軸部１２のスプライン４１のモジュールを０．５以下の小さい歯とする。ここで、モジュールとは、ピッチ円直径を歯数で割ったものである。

また、ハブ輪１の外径側に高周波焼入れによる硬化層Ｈ１を形成するとともに、ハブ輪の内径側を未焼き状態としたものである。この実施形態での硬化層Ｈ１の範囲は、クロスハッチング部で示すように、フランジ２１の付け根部から内輪２４が嵌合する段差部２３の加締部近傍までである。高周波焼入れを行えば、表面は硬く、内部は素材の硬さそのままとすることができ、ハブ輪１の内径側を未焼き状態に維持できる。このため、ハブ輪１の孔部２２の内径面３７側においては熱硬化処理を行わない未硬化部（未焼き状態）とする。外輪５の軸部１２の硬化層Ｈとハブ輪１の未硬化部との硬度差は、ＨＲＣで３０ポイント以上とする。

この際、凸部３５の突出方向中間部位を、凹部形成前の凹部形成面（この場合、ハブ輪１の孔部２２の内径面３７）の位置に対応させる。孔部２２の軸嵌合孔２２ａの内径面３７の内径寸法Ｄを、凸部３５の最大外径部を結ぶ円の直径寸法（外接円直径）Ｄ１よりも小さく、凸部間の最小径部を結ぶ円の直径寸法Ｄ２よりも大きく設定する。すなわち、Ｄ２＜Ｄ＜Ｄ１とされる。

スプライン４１は、従来からの公知公用の手段である転造加工、切削加工、プレス加工、引き抜き加工等の種々の加工方法によって、形成することがきる。また、熱硬化処理としては、高周波焼入れ、浸炭焼入れ等の種々の熱処理を採用することができる。

そして、図３に示すように、ハブ輪１の軸心と等速自在継手３の外輪５の軸心とを合わせた状態で、ハブ輪１に対して、外輪５の軸部１２を挿入（圧入）していく。この際、孔部２２の内径面３７の径寸法Ｄと、凸部３５の最大外径寸法Ｄ１と、スプライン４１の最小外径寸法Ｄ２とが前記のような関係であり、しかも、凸部３５の硬度が孔部２２の内径面３７の硬度よりも３０ポイント以上大きいので、軸部１２をハブ輪１の孔部２２に圧入していけば、この凸部３５が内径面３７に食い込んでいき、凸部３５が、この凸部３５が嵌合する凹部３６を、軸方向に沿って形成していくことになる。

これによって、図２に示すように、軸部１２の端部の凸部３５と、これに嵌合する凹部３６との嵌合接触部位３８の全体が密着している。すなわち、相手側の凹部形成面（この場合、孔部２２に内径面３７）に凸部３５の形状の転写を行うことになる。この際、凸部３５が孔部２２の内径面３７に食い込んでいくことによって、孔部２２が僅かに拡径した状態となって、凸部３５の軸方向の移動を許容し、軸方向の移動が停止すれば、孔部２２が元の径に戻ろうとして縮径することになる。言い換えれば、凸部３５の圧入時にハブ輪１が径方向に弾性変形し、この弾性変形分の予圧が凸部３５の歯面（凹部嵌合部位の表面）に付与される。このため、凸部３５の凹部嵌合部位の全体がその対応する凹部３６に対して密着する凹凸嵌合構造Ｍを確実に形成することができる。しかも、凹部３６が形成される部材（この場合、ハブ輪１）には、スプライン部等を形成しておく必要がなく、生産性に優れ、かつスプライン同士の位相合わせを必要とせず、組立性の向上を図るとともに、圧入時の歯面の損傷を回避することができ、安定した嵌合状態を維持できる。

前記実施形態のように、軸部１２に形成するスプライン４１は、モジュールが０．５以下の小さい歯を用いたので、このスプライン４１の成形性の向上を図ることができるとともに、圧入荷重の低減を図ることができる。なお、凸部３５を、この種のシャフトに通常形成されるスプラインをもって構成することができるので、低コストにて簡単にこの凸部３５を形成することができる。

また、軸部１２をハブ輪１に圧入していくことによって、ハブ輪１に凹部３６を形成していくと、この凹部３６側に加工硬化が生じる。ここで、加工硬化とは、物体に塑性変形（塑性加工）を与えると、変形の度合が増すにつれて変形に対する抵抗が増大し，変形を受けていない材料よりも硬くなることをいう。このため、圧入時に塑性変形することによって、凹部３６側のハブ輪１の内径面３７が硬化して、回転トルク伝達性の向上を図ることができる。

ハブ輪１の内径側は比較的柔らかい。このため、外輪５の軸部１２の外径面の凸部３５をハブ輪１の孔部内径面の凹部３６に嵌合させる際の嵌合性（密着性）の向上を図ることができ、径方向及び円周方向においてガタが生じるのを精度良く抑えることができる。さらに、ハブ輪１はその外径側に硬化層Ｈ１を形成しているので、ハブ輪１の強度や耐久性の向上を図ることができる。特に、硬化層Ｈ１を高周波焼入れによって形成することによって、内径側の硬化が防止され、内径側の未焼入れ状態の確保が安定する。

ところで、前記図３に示すスプライン４１では、軸部１２の凸部３５のピッチとハブ輪１の凹部３６のピッチとが同一設定される。このため、前記実施形態では、図２（ｂ）に示すように、凸部３５の突出方向中間部位において、凸部３５の周方向寸法Ｌと、周方向に隣り合う凸部３５間の溝幅Ｌ０とがほぼ同一となっている。

これに対して、図４に示すように、凸部３５の突出方向中間部位において、凸部３５の周方向寸法（歯厚）Ｌ２は、周方向に隣り合う凸部３５間の溝幅Ｌ１よりも小さいものであってもよい。すなわち、軸部１２に形成されるスプライン４１において、凸部３５の突出方向中間部位の周方向寸法（歯厚）を、凸部３５間に嵌合するハブ輪１側の突出部分４３の突出方向中間部位の周方向寸法（歯厚）Ｌ１よりも小さくしている。

また、凸部３５の突出方向中間部位において、軸部１２側の全周における凸部３５の歯厚の総和Σ（Ｂ１＋Ｂ２＋Ｂ３＋・・・）を、ハブ輪１側の突出部分４３（凸歯）の歯厚の総和Σ（Ａ１＋Ａ２＋Ａ３＋・・・）よりも小さく設定するのが望ましい。これによって、ハブ輪１側の突出部分４３のせん断面積を大きくすることができ、ねじり強度を確保することができる。しかも、凸部３５の歯厚が小であるので、圧入荷重を小さくでき、圧入性の向上を図ることができる。凸部３５の周方向寸法の総和を、相手側の突出部分４３における周方向寸法の総和よりも小さくする場合、全ての凸部３５の周方向寸法Ｌ２を、周方向に隣り合う凸部３５間の溝幅Ｌ１よりも小さくする必要がない。すなわち、複数の凸部３５のうち、任意の凸部３５の周方向寸法Ｌ２が周方向に隣り合う凸部間の溝幅Ｌ１と同一であっても、この溝幅Ｌ１よりも大きくても、総和で小さければよい。なお、図４における凸部３５は、断面台形（富士山形状）としている。

ところで、ハブ輪１に対して外輪５の軸部１２を圧入していけば、凸部３５にて形成される凹部３６から材料がはみ出して第２実施形態の図５に示すようなはみ出し部４５が形成される。はみ出し部４５は、凸部３５の凹部嵌合部位が嵌入（嵌合）する凹部３６の容量の材料分であって、形成される凹部３６から押し出されたもの、凹部３６を形成するために切削されたもの、又は押し出されたものと切削されたものの両者等から構成される。

このため、前記図１に示す車輪用軸受装置では、ハブ輪１に等速自在継手を組み付けた後、このはみ出し部４５の除去作業を必要としていた。そこで、この実施形態では、前記したように、はみ出し部４５を収納するポケット部５０を軸部１２に設けている。

軸部１２のスプライン４１の軸端縁に周方向溝５１を設けることによって、ポケット部５０を形成している。図６に示すように、周方向溝５１は、そのスプライン４１側の側壁５１ａが、軸方向に対して直交する平面であり、反スプライン側の側面５１ｂは、溝底５１ｃから反スプライン側に向かって拡径するテーパ面である。

また、この側面５１ｂよりも反スプライン側（軸端側）には、調芯用の円盤状の鍔部５２が設けられている。鍔部５２の外径寸法Ｄ４が孔部２２の嵌合孔２２ａの孔径と同一乃至嵌合孔２２ａの孔径よりも僅かに小さく設定される。この場合、鍔部５２の外径面５２ａと孔部２２の嵌合孔２２ａの内径面との間に微小隙間ｔが設けられている。

軸部１２をハブ輪１の孔部２２に圧入していけば、形成されるはみ出し部４５は、図６に示すように、カールしつつポケット部５０内に収納されて行く。すなわち、孔部２２の内径面から削り取られたり、押し出されたりした材料の一部がポケット部５０内に入り込んでいく。

このように、前記圧入による凹部形成によって生じるはみ出し部４５を収納するポケット部５０を設けることによって、はみ出し部４５をこのポケット部５０内に保持（維持）することができ、はみ出し部４５が装置外の車両内等へ入り込んだりすることがない。すなわち、はみ出し部４５をポケット部５０に収納したままにしておくことができ、はみ出し部４５の除去処理を行う必要がなく、組み立て作業工数の減少を図ることができて、組み立て作業性の向上及びコスト低減を図ることができる。

また、ポケット部５０の軸方向反スプライン部側（軸端側）にハブ輪１の孔部２２との調芯用の鍔部５２を設けることによって、ポケット部５０内のはみ出し部４５の鍔部５２側への飛び出しがなくなって、はみ出し部４５の収納がより安定したものとなる。しかも、鍔部５２は調芯用であるので、芯ずれを防止しつつ軸部１２をハブ輪１に圧入することができる。このため、外側継手部材５とハブ輪１とを高精度に連結でき、安定したトルク伝達が可能となる。

鍔部５２は圧入時の調芯用であるので、その外径寸法は、ハブ輪１の孔部２２の嵌合孔２２ａの孔径よりも僅かに小さい程度に設定するのが好ましい。すなわち、嵌合孔２２ａの孔径よりも大きければ、鍔部５２自体を嵌合孔２２ａに圧入することになる。この際、芯ずれしていれば、このまま凹凸嵌合構造Ｍの凸部３５が圧入され、軸部１２の軸心とハブ輪１の軸心とが合っていない状態で軸部１２とハブ輪１とが連結されることになる。また、鍔部５２の外径寸法が嵌合孔２２ａの孔径よりも小さすぎると、調芯用として機能しない。このため、鍔部５２の外径面５２ａと孔部２２の嵌合孔２２ａの内径面との間の微小隙間ｔとしては、0.01ｍｍ〜0.2ｍｍ程度に設定するのが好ましい。

次に、図７は第３実施形態を示し、この凹凸嵌合構造Ｍは、軸部１２の凸部３５、つまりスプライン４１の凸部３５に鋸歯状の凹凸部５５が形成される。凹凸部５５とは、凸部４１ａの頂部の長手方向に沿って形成される小凹凸部である。この場合、凸部（凸歯）５５ａはその断面がポケット側を傾斜面とした直角三角形状とされるものである。この図例の凹凸部５５はポケット部５０側に設けている。

図７に示すように凹凸部５５を備えた軸部１２をハブ輪１の孔部２２に圧入すれば、鍔部５２にて調芯しつつ、図８に示すように、軸部１２側の凸部３５によってハブ輪１側に凹部３６を形成してはみ出し部４５が形成されていく。そして、このはみ出し部４５がカールしつつポケット部５０内に収納されて行く。

また、この圧入の際に、凹凸部５５がハブ輪１側に形成される凹部３６の底部に食い込む。すなわち、圧入の際に拡径していたハブ輪１の孔部２２が拡径しているが、圧入完了時には元の状態に戻るように縮径する。このため、ハブ輪１の孔部２２の内径面側から図９の矢印のように凹凸部５５に対して押圧力（縮径力）が作用して、ハブ輪１の孔部２２の内径面に凹凸部５５の凸部５５ａが食い込む。

このように、凸部３５側に凹凸部（鋸歯部）５５を設けたことによって、圧入した際に、鋸歯部５５の凸部５５ａ）が軸方向に沿って食い込むことになる。この食い込みによって、ハブ輪１に対する等速自在継手の外側継手部材５の軸方向の抜け止めを構成することができる。これにより、安定した連結状態を維持でき、車輪用軸受装置の高品質化を図ることができる。しかも、鋸歯部５５にて抜け止めを構成することができるので、従来のようなねじ締結を省略できる。このため、軸部１２にハブ輪１の孔部２２から突出するねじ部を形成する必要がなくなって、軽量化を図ることができるとともに、ねじ締結作業を省略でき、組み立て作業性の向上を図ることができる。

また、図１０に示すように、ハブ輪１の孔部２２の内径面３７に、周方向に沿って所定ピッチで配設される小凹部７０を設けてもよい。小凹部７０としては、凹部３６の容積よりも小さくする必要がある。このように小凹部７０を設けることによって、凸部３５の圧入性の向上を図ることができる。すなわち、小凹部７０を設けることによって、凸部３５の圧入時に形成されるはみ出し部４５の容量を減少させることができて、圧入抵抗の低減を図ることができる。また、はみ出し部４５を少なくできるので、ポケット部５０の容積を小さくでき、ポケット部５０の加工性及び軸部１２の強度の向上を図ることができる。なお、小凹部の形状は、図１０では、その頂部が鋭角な三角形状であったが、図１１に示すように、その頂部がアール状とされた三角形であってもよく、さらには、半楕円状、矩形等の種々のものを採用でき、数も任意に設定できる。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、例えば、凹凸嵌合構造Ｍの凸部３５の形状として、前記図２に示す実施形態では断面三角形状であり、図４に示す実施形態では断面台形（富士山形状）であるが、これら以外の半円形状、半楕円形状、矩形形状等の種々の形状のものを採用でき、凸部３５の面積、数、周方向配設ピッチ等も任意に変更できる。すなわち、スプライン４１を形成し、このスプライン４１の山部をもって凹凸嵌合構造Ｍの凸部３５とする必要はなく、キーのようなものであってもよく、曲線状の波型の合わせ面を形成するものであってもよい。要は、軸方向に沿って配設される凸部３５を相手側に圧入し、この凸部３５にて凸部３５に密着嵌合する凹部３６を相手側に形成することができて、凸部３５とこれに嵌合する凹部との嵌合接触部位３８の全体が密着し、しかも、ハブ輪１と等速自在継手３との間で回転トルクの伝達ができればよい。

また、ハブ輪１の孔部２２としては円孔以外の多角形孔等の異形孔であってよく、この孔部２２に嵌挿する軸部１２の端部の断面形状も円形断面以外の多角形等の異形断面であってもよい。さらに、ハブ輪１に軸部１２を圧入する際に凸部３５の圧入始端部のみが、凹部３６が形成される部位より硬度が高ければよいので、凸部３５の全体の硬度を高くする必要がない。図２等では隙間４０が形成されるが、凸部３５間の凹部まで、ハブ輪１の内径面３７に食い込むようなものであってもよい。なお、凸部３５側と、凸部３５にて形成される凹部形成面側との硬度差としては、前記したようにＨＲＣで３０ポイント以上とするのが好ましいが、凸部３５が圧入可能であれば３０ポイント未満であってもよい。

凸部３５の端面（圧入始端）は前記実施形態では軸方向に対して直交する面であったが、軸方向に対して、所定角度で傾斜するものであってもよい。この場合、内径側から外径側に向かって反凸部側に傾斜しても凸部側に傾斜してもよい。

また、ポケット部５０の形状としては、前記実施形態では、その周方向溝５１は反スプライン側の側面５１ｂを、溝底５１ｃから反スプライン側に向かって拡径するテーパ面としたが、このようなテーパ面としないものであってもよく、要は、生じるはみ出し部４５を収納（収容）できるものであればよく、そのため、ポケット部５０の容量として、生じるはみ出し部４５に対応できるものであればよい。

鋸歯部５５を設ける場合、図７では、スプライン４１の軸方向端部（ポケット部側）に設けたが、反対側のマウス部１１側に設けても、スプライン４１の軸方向中間部に設けても、さらには、スプライン４１の軸方向全長に設けてもよい。また、各鋸歯部５５の凸部（凸歯）５５ａの数及び形状等も任意に変更でき、鋸歯部５５としては、周方向全周の凸部３５に設けたものであっても、周方向全周の凸部３５のうち任意の凸部３５に設けるようにしてもよい。なお、実施形態では、凸部３５を構成するスプライン４１の凸部４１ａに鋸歯部５５を設けていたが、スプライン４１の凹部４１ｂに鋸歯部５５を設けてもよい。

また、軸受２の転動体３０として、ローラを使用したものであってもよい。さらに、前記実施形態では、第３世代の車輪用軸受装置を示したが、第１世代や第２世代さらには第４世代であってもよい。なお、凸部３５を圧入する場合、凹部３６が形成される側を固定して、凸部３５を形成している側を移動させても、逆に、凸部３５を形成している側を固定して、凹部３６が形成される側を移動させても、両者を移動させてもよい。なお、等速自在継手３において、内輪６とシャフト１０とを前記各実施形態に記載した凹凸嵌合構造Ｍを介して一体化してもよい。

本発明の第１実施形態を示す車輪用軸受装置の縦断面図である。 前記車輪用軸受装置の凹凸嵌合構造を示し、（ａ）は拡大断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＸ部拡大図である。 前記車輪用軸受装置の分解状態を示す断面図である。 凹凸嵌合構造の変形例を示す要部拡大断面図である。 本発明の第２実施形態を示す車輪用軸受装置の縦断面図である。 前記図５の要部拡大断面図である。 本発明の第３実施形態を示す車輪用軸受装置の外側継手部材の要部側面図である。 前記図７の車輪用軸受装置の要部断面図である。 前記図７の車輪用軸受装置の要部拡大断面図である。 ハブ輪の変形例を示す断面図である。 ハブ輪の他の変形例を示す拡大断面図である。 従来の車輪用軸受装置の断面図である。

符号の説明

１ ハブ輪
２ 転がり軸受
３ 等速自在継手
１１ マウス部
１２ 軸部
２２ 孔部
２２ａ 軸部嵌合孔
２４ 内輪
３１ 加締部
３５ 凸部
３６ 凹部
３８ 嵌合接触部位
４５ はみ出し部
５０ ポケット部
５５ 凹凸部（鋸歯部）
Ｈ 硬化層
Ｈ１ 硬化層
Ｍ 凹凸嵌合構造

Claims (11)

1. ハブ輪と複列の転がり軸受と等速自在継手とがユニット化された車輪用軸受装置であって、
   ハブ輪と、ハブ輪の孔部に嵌挿される等速自在継手の外側継手部材の軸部とが一体化される凹凸嵌合構造を備え、前記凹凸嵌合構造は、外側継手部材の軸部の外径面の凸部とその凸部に嵌合するハブ輪の内径面の凹部との嵌合接触部位全域が密着し、かつハブ輪の外径側に高周波焼入れによる硬化層を形成するとともに、ハブ輪の内径側を未焼き状態としたことを特徴とする車輪用軸受装置。
2. 外側継手部材の軸部の外径面の凸部に熱処理による硬化層を形成し、外側継手部材の軸部をハブ輪の孔部に圧入することによって、この凸部にて孔部内径面に凸部に密着嵌合する凹部を形成することを特徴とする請求項１の車輪用軸受装置。
3. 前記圧入による凹部形成によって生じるはみ出し部を収納するポケット部を外側継手部材の軸部に設けたことを特徴とする請求項２に記載の車輪用軸受装置。
4. 前記はみ出し部を収納するポケット部を、外側継手部材の軸部の凸部の圧入始端側に設けるとともに、このポケット部の反凸部側にハブ輪の孔部との調芯用の鍔部を設けたことを特徴とする請求項３に記載の車輪用軸受装置。
5. 凸部の突出方向のいずれかの部位が、ハブ輪の孔部の凹部形成前の凹部形成面の位置に対応することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の車輪用軸受装置。
6. ハブ輪の孔部の内径面の内径寸法を、凸部の頂点を結ぶ円の最大直径寸法よりも小さく、凸部間の軸部外径面の凹部の最大直径寸法よりも大きく設定したことを請求項５に記載の車輪用軸受装置。
7. 凸部の突出方向中間部位の周方向厚さを、周方向に隣り合う凸部間における前記中間部位に対応する位置での周方向寸法よりも小さくしたことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の車輪用軸受装置。
8. 凸部の突出方向中間部位の周方向厚さの総和を、周方向に隣り合う凸部間に嵌合する相手側の凸部における前記中間部位に対応する位置での周方向厚さの総和よりも小さくしたことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載の車輪用軸受装置。
9. 前記凸部側の軸方向の少なくとも一部に軸方向に沿う凹凸部を設けたことを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれかに記載の車輪用軸受装置。
10. 前記凸部側の軸方向に沿う凹凸部を鋸歯状に形成したことを特徴とする請求項９に記載の車輪用軸受装置。
11. 前記等速自在継手の外側継手部材は、内側継手部材が内装されるマウス部と、このマウス部の底部から突設される前記軸部とを備え、ハブ輪の端部が加締られてハブ輪に外嵌される転がり軸受の内輪に対して予圧が付与されて、前記マウス部がハブ輪端部と非接触状とされることを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれかの車輪用軸受装置。

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