JP2008303943A - 車輪用軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ハブ輪と等速自在継手との接合部やナックルとの間のガタに起因するＮＶＨ特性の低下を防止できて高精度の回転伝達が可能な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。外側継手部材の軸部１２の外径面とハブ輪１の孔部２２の内径面３７とのどちらか一方に設けられて軸方向に延びる凸部３５を、軸方向に沿って他方に圧入する。他方に凸部３５にて凸部３５に密着嵌合する凹部３６を形成して、凸部３５と凹部３６との嵌合接触部位３８全域が密着する凹凸嵌合構造Ｍを構成する。転がり軸受２は内径面に転動面２６、２７を有する外方部材２５を備える。外方部材２５に懸架装置を構成するナックルＮを、非分離型の一体化連結構造７１を介して連結する。
【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９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１１３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。

前記したように、ハブ輪と等速自在継手との接合部や等速自在継手の内部において生じるいわゆる「ガタ」が大きいと、車のＮＶＨ（車の快適性を表す三大要素「ノイズ」「バイブレーション」「ハーシュネス」）特性が低下する。そこで、近年では、ＮＶＨ特性を向上させるために、このようなガタを無くすことが一層求められている。

また、この車輪用軸受装置には、車両組立時にナックルに転がり軸受の外方部材が内嵌される。この際、通常は、外方部材とナックルとはボルト・ナット結合にて一体化される。このため、このボルト・ナット結合部位においてガタが生じやすい。

本発明は、上記課題に鑑みて、ハブ輪と等速自在継手との接合部やナックルとの間のガタに起因するＮＶＨ特性の低下を防止できて高精度の回転伝達が可能な車輪用軸受装置を提供する。

本発明の車輪用軸受装置は、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、外側継手部材の軸部の外径面とハブ輪の孔部の内径面とのどちらか一方に設けられて軸方向に延びる凸部を、軸方向に沿って他方に圧入し、この他方に凸部にて凸部に密着嵌合する凹部を形成して、凸部と凹部との嵌合接触部位全域が密着する前記凹凸嵌合構造を構成し、かつ、前記転がり軸受は内径面の転動面を有する外方部材を備え、この外方部材に懸架装置を構成するナックルを、非分離型の一体化連結構造をこの外方部材に懸架装置を構成するナックルを、非分離型の一体化連結構造を介して連結したものである。

本発明の車輪用軸受装置によれば、凹凸嵌合構造は、凸部と凹部との嵌合接触部位の全体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。この外方部材に懸架装置を構成するナックルを、非分離型の一体化連結構造を介して連結したので、この外方部材とナックルとの間にガタが生じない。

一体化連結構造は、ナックル及び／又は外方部材の加締にて構成しても、ナックルと外方部材との間に介装される被加締部材の加締にて構成しても、ナックルと外方部材との間の溶接にて構成してもよい。

外側継手部材の軸部の外径面とハブ輪の孔部の内径面とのどちらか一方に設けられて軸方向に延びる凸部を、軸方向に沿って他方に圧入し、この他方に凸部にて凸部に密着嵌合する凹部を形成して、前記凹凸嵌合構造を構成する。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。

等速自在継手の外側継手部材の軸部に前記凹凸嵌合構造の凸部を設けるとともに、少なくともこの凸部の軸方向端部の硬度をハブ輪の孔部内径部よりも高くして、前記軸部をハブ輪の孔部に凸部の軸方向端部側から圧入することによって、こ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して、前記凹凸嵌合構造を構成してもよい。この際、凸部が相手側の凹部形成面（ハブ輪の孔部内径面）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、凸部の凹部嵌合部位の全体がその対応する凹部に対して密着する。

また、ハブ輪の孔部の内径面に前記凹凸嵌合構造の凸部を設けるとともに、少なくともこの凸部の軸方向端部の硬度を等速自在継手の外側継手部材の軸部の外径部よりも高くして、前記ハブ輪側の凸部をその軸方向端部側から外側継手部材の軸部に圧入することによって、この凸部にて外側継手部材の軸部の外径面に凸部に密着嵌合する凹部を形成して、前記凹凸嵌合構造を構成してもよい。凸部が軸部の外径面に食い込んでいくことによって、ハブ輪の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、凸部とその凸部に嵌合する相手部材の凹部（シャフトの外径面）との嵌合接触部位全域が密着する。

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。この際、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軸部に設けたり、ハブ輪の孔部の内径面に設けたりすることができる。ここで、はみ出し部は、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。

また、はみ出し部を収納するポケット部を、軸部の凸部の圧入始端側に設けるとともに、このポケット部の軸方向反凸部側にハブ輪の孔部との調芯用の軸延長部を設けるのが好ましい。

また、凸部の突出方向中間部位が、ハブ輪の孔部凹部形成前の凹部形成面の位置に対応する。この際、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に凹部の最大直径寸法よりも大きく設定する場合がある。また、軸孔の複数の凸部の頂点を結ぶ円弧の直径寸法を外側継手部材の軸部の外径寸法よりも小さくするとともに、凸部間の孔部内径面の内径寸法を外側継手部材の軸部の外径寸法よりも大きくする場合がある。

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するのが好ましい。このように設定することによって、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なる。

本発明の車輪用軸受装置では、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、駆動車輪用軸受ユニットを軽量、コンパクトにすることができる。また、ナックルを、非分離型の一体化連結構造を介して連結したので、この外方部材とナックルとの間にガタが生じない。しかも、外方部材とナックルとが一体されているので、車両組立工場での組立作業の簡素化（容易化）を図ることができる。

このように、ハブ輪と等速自在継手との接合部のガタを小さくできるとともに、外方部材とナックルとの間のガタを無くすことができ、この車輪用軸受装置を使用した車のＮＶＨ特性の向上を図ることができる。

一体化連結構造は、加締であっても溶接であってもよく、その連結作業性に優れ、しかも、外方部材とナックルとを強固に一体できる。

外側継手部材の軸部の外径面とハブ輪の孔部の内径面とのどちらか一方に設けられる凸
部を、軸方向に沿って他方に圧入することによって、この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、凹部が形成される部材には、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、等速自在継手の外側継手部材の軸部に前記凹凸嵌合構造の凸部を設けるとともに、この凸部の軸方向端部の硬度をハブ輪の孔部内径部よりも高くして、前記軸部をハブ輪の孔部に凸部の軸方向端部側から圧入するものであれば、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。また、ハブ輪の孔部の内径面に前記凹凸嵌合構造の凸部を設けるとともに、この凸部の軸方向端部の硬度を等速自在継手の外側継手部材の軸部の外径部よりも高くして、前記ハブ輪側の凸部をその軸方向端部側から外側継手部材の軸部に圧入するものでは、軸部側の硬度処理（熱処理）を行う必要がないので、等速自在継手の外側継手部材の生産性に優れる。

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、組立作業工数の減少を図ることができて、組立作業性の向上及びコスト低減を図ることができる。

また、ポケット部の軸方向反凸部側にハブ輪の孔部との調芯用の軸延長部を設けることによって、ポケット部内のはみ出し部の軸延長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、軸延長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、凸部の突出方向中間部位が、凹部形成前の凹部形成面上に配置されるようにすることによって、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寸法よりも小さくすることによって、凹部が形成される側の凸部（形成される凹部間の凸部）の突出方向中間部位の周方向厚さを大きくすることができる。このため、相手側の凸部（凹部が形成されることによる凹部間の硬度が低い凸部）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。

以下本発明の実施の形態を図１〜図８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、ツェパー型を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の筒部２０の継手側に設けられた段差部２３に嵌合する内輪２４と、ハブ輪１の筒部２０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にて内方部材（内輪）２４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、前記したように、ハブ輪１の継手側の端部を加締めて、その加締部３１にて内方部材（内輪）２４に予圧を付与するものであるので、外輪５のマウス部１１にて内輪２４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。つまり、マウス部１１の底壁外面１１ａと加締部３１の外面との間に隙間ｔ１が設けている。

外輪５の軸部１２には、図５に示すように、周方向溝５１を介して反マウス側に突設される軸延長部７０が設けられる。軸延長部７０は短円柱状体からなり、図４に示すように、軸延長部７０の外径寸法Ｄ３が孔部２２の嵌合孔２２ａの孔径Ｄよりも僅かに小さく設定される。この実施形態では、軸延長部７０の外径面７０ａ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。この周方向溝５１が後述するはみ出し部４５を収納するポケット部５０となる。

周方向溝５１は、図５に示すように、その凸部３５側の側面５１ａが、軸方向に対して直交する平面であり、反凸部側の側面５１ｂは、溝底５１ｃから反凸部側に向かって拡径するテーパ面である。

図１と図３に示すように、転がり軸受２の外方部材２５にナックルＮが非分離型の一体化連結構造７１を介して連結されている。この場合の一体化連結構造７１は外方部材２５の外径面に固着される被加締部材である固定部材７２を備え、この固定部材７２にナックルＮが外嵌される。固定部材７２は、外方部材２５に外嵌される短円筒状の本体部７３と、この本体部７３の軸方向端部に設けられた外鍔部７４ａ、７４ｂとを備える。

この場合、外方部材２５の外径面の軸方向中間位置に凹周方向溝７５が設けられ、固定部材７２の本体部７３の内径面の軸方向中間位置に内径突出部８１が設けられている。そして、この内径突出部８１が凹周方向溝７５に嵌合した状態で、外方部材２５と固定部材７２とが一体化され、本体部７３にナックルＮが外嵌された状態で、外鍔部７４、７４がナックルＮの嵌合孔８０を有するボス部７６の端面７６ａ、７６ｂに係止している。

すなわち、ナックル装着前においては、固定部材７２はその軸方向端部７２ａ、７２ｂが外方部材２５の軸方向端縁部から軸方向外方へ突出している。そして、ナックル装着時に、固定部材７２の軸方向端部７２ａ、７２ｂを外径方向へ突出するように塑性変形加工（加締加工）を行う。この際、加締加工は円周全周または部分的でも良い。これによって、外方部材２５に固定部材７２を介してナックルＮが固定される。

次に、凹凸嵌合構造Ｍの嵌合方法を説明する。この場合、図４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に軸方向に沿う凸部４１ａと凹部４１ｂとからなるスプライン４１を形成する。このため、スプライン４１の凸部４１ａが硬化処理されて、この凸部４１ａ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の嵌合孔２２ａ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が、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）の位置に対応する。すなわち、嵌合孔２２ａの内径面３７の内径寸法Ｄを、凸部３５の最大外径、つまりスプライン４１の凸部４１ａである前記凸部３５の頂点を結ぶ円の最大直径寸法（外接円直径）Ｄ１よりも小さく、凸部間の軸部外径面に外径寸法、つまりスプライン４１の凹部４１ｂの底を結ぶ円の最大直径寸法Ｄ２よりも大きく設定される。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４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とする。この状態で、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の凹部の最小外径寸法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。

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、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、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、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。

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。

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、駆動車輪用軸受ユニットを軽量、コンパクトにすることができる。また、ナックルＮを、非分離型の一体化連結構造７１を介して連結したので、この外方部材２５とナックルＮとの間にガタが生じない。しかも、外方部材２５とナックルＮとが一体されているので、車両組立工場での組立作業の簡素化（容易化）を図ることができる。

このように、ハブ輪１と等速自在継手３との接合部のガタを小さくできるとともに、外方部材２５とナックルＮとの間のガタを無くすことができ、この車輪用軸受装置を使用した車のＮＶＨ特性の向上を図ることができる。

マウス部１１がハブ輪１と非接触状、つまり、マウス部１１の底壁外面１１ａと加締部３１の外面との間に隙間ｔ１が設けられるので、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の内輪２４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によって内輪２４に予圧を付与する必要がなくなる。このため、内輪２４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。

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、組立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の軸方向反凸部側にハブ輪１の孔部２２との軸延長部７０を設けることによって、ポケット部５０内のはみ出し部４５の軸延長部７０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、軸延長部７０の外径面７０ａ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。

なお、軸延長部７０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、軸延長部７０の外径寸法が嵌合孔２２ａの孔径と同一や嵌合孔２２ａの孔径よりも大きければ、軸延長部７０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、軸延長部７０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、軸延長部７０の外径面７０ａ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。

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に圧入していくとによって、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。

軸部１２に前記凹凸嵌合構造Ｍの凸部３５を設けるとともに、この凸部３５の軸方向端部の硬度をハブ輪１の孔部内径部よりも高くしているので、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。

ところで、前記図２に示すスプライン４１では、凸部４１ａのピッチと凹部４１ｂ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の周方向厚さＬと、周方向に隣り合う凸部３５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Ｌ０とがほぼ同一となっている。

これに対して、図６に示すように、凸部３５の突出方向中間部位の周方向厚さＬ２を、周方向に隣り合う凸部４３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厚さ（歯厚）Ｌ２を、凸部３５間に嵌合するハブ輪１側の凸部４３の突出方向中間部位の周方向厚さ（歯厚）Ｌ１よりも小さくしている。

このため、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側の凸部４３（凸歯）の歯厚の総和Σ（Ａ１＋Ａ２＋Ａ３＋・・・）よりも小さく設定している。これによって、ハブ輪１側の凸部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の周方向厚さの総和を、相手側の凸部４３における周方向厚さの総和よりも小さくする場合、全凸部３５の周方向厚さＬ２を、周方向に隣り合う凸部３５間における周方向の寸法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の周方向厚さが周方向に隣り合う凸部間における周方向の寸法と同一であっても、この周方向の寸法よりも大きくても、総和で小さければよい。なお、図６における凸部３５は、断面台形（富士山形状）としている。

次に、図７は一体化連結構造７１の変形例を示し、（ａ）では溶接にて構成し、（ｂ）では固定部材７２を省略した外方部材２５の加締にて構成している。すなわち、図７（ａ）の固定部材７２の軸方向端部７２ｃ、７２ｄを塑性変形加工することなく、この軸方向端部７２ｃ、７２ｄと、ナックルＮの端面７６ａ、７６ｂとを溶接にて接合している。この際、溶接部は円周全周または部分的でも良い。図７（ａ）において、７７は溶接部を示している。

図７（ｂ）においては、外方部材２５の外径寸法をナックルＮのボス部７６の嵌合孔８０の孔径と略同一とする。そして、ボス部７６に外方部材２５を嵌入して、外方部材２５の軸方向端部を加締めて、その加締部７８，７８をナックルＮのボス部７６の端面７６ａ、７６ｂに係合させる。

このように、一体化連結構造７１は、加締であっても溶接であってもよく、その連結作業性に優れ、しかも、外方部材２５とナックルＮとを強固に一体できる。

ところで、前記各実施形態では、軸部１２側に凸部３５を構成するスプライン４１を形成するとともに、この軸部１２のスプライン４１に対して硬化処理を施し、ハブ輪１の内径面を未硬化（生材）としている。これに対して、第２実施形態の図８に示すように、ハブ輪１の孔部２２の内径面に硬化処理を施されたスプライン６１（凸条６１ａ及び凹条６１ｂとからなる）を形成するとともに、軸部１２には硬化処理を施さないものであってもよい。なお、このスプライン６１も公知公用の手段であるブローチ加工、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、熱硬化処理としても、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。

この場合、凸部３５の突出方向中間部位が、凹部形成前の凹部形成面（軸部１２の外径面）の位置に対応する。すなわち、スプライン６１の凸部６１ａである凸部３５の頂点を結ぶ円の径寸法（凸部３５の最小径寸法）Ｄ４を、軸部１２の外径寸法Ｄ６よりも小さく、スプライン６１の凹部６１ｂの底を結ぶ円の径寸法（凸部間の嵌合用孔内径面の内径寸法）Ｄ５を軸部１２の外径寸法Ｄ６よりも大きく設定する。すなわち、Ｄ４＜Ｄ６＜Ｄ５とされる。

軸部１２をハブ輪１の孔部２２に圧入すれば、ハブ輪１側の凸部３５によって、軸部１２の外周面にこの凸部３５が嵌合する凹部３６を形成することができる。これによって、凸部３５とこれに嵌合する凹部との嵌合接触部位３８の全体が密着している。

すなわち、ハブ輪１の孔部２２の内径面３７に凹凸嵌合構造Ｍの凸部３５を設けた場合、ハブ輪１側の凸部３５が軸部１２の外径面に食い込んでいくことによって、ハブ輪１の孔部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。これによって、凸部３５とその凸部３５に嵌合する相手部材の凹部３６（シャフトの外径面）との嵌合接触部位全域が密着する。

ここで、嵌合接触部位３８とは、図８（ｂ）に示す範囲Ｂであり、凸部３５の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、軸部１２の外周面よりも外径側に隙間６２が形成される。

このように、ハブ輪１の孔部２２の内径面３７に凹凸嵌合構造Ｍの凸部３５を設ける場合、軸部１２側の硬度処理（熱処理）を行う必要がないので、等速自在継手３の外輪５の生産性に優れる。

この場合であっても、圧入によってはみ出し部４５が形成されるので、このはみ出し部４５を収納するポケット部５０を設けるのが好ましい。はみ出し部４５は軸部１２のマウス側に形成されることになるので、ポケット部をハブ輪１側に設けることになる。

なお、このようにハブ輪１側に凹凸嵌合構造Ｍの凸部３５を形成したものであっても、軸部１２の反マウス側の端部に、その外径寸法がハブ輪１に圧入する際の調芯となる軸延長部を設けてもよい。

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６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、６１を形成し、このスプライン４１、６１の凸部（凸歯）４１ａ、６１ａ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。

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。

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を設けてもよい。小凹部としては、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、三角形状、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。

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。

一体化連結構造７１を加締にて構成する場合、ナックルＮ側のみを加締ても、ナックルＮ及び外方部材２５を加締めてもよい。

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一体化連結構造を示し、（ａ）は固定部材の加締前の拡大断面図であり、（ｂ）は固定部材の加締後の拡大断面図である。 前記車輪用軸受装置の分解状態を示す断面図である。 前記車輪用軸受装置の要部拡大断面図である。 凹凸嵌合構造の変形例を示す要部拡大断面図である。 前記車輪用軸受装置の一体化連結構造の変形例を示し、（ａ）は溶接を用いた場合の断面図であり、（ｂ）は固定部材を用いない場合の断面図である。 本発明の第２実施形態の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Ｙ部拡大図である。 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 軸受
３ 等速自在継手
１２ 軸部
２５ 外方部材
２６ 外側軌道面
２７ 外側軌道面
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
５１ 周方向溝
７１ 一体化連結構造
Ｍ 凹凸嵌合構造
Ｎ ナックル

Claims (14)

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、外側継手部材の軸部の外径面とハブ輪の孔部の内径面とのどちらか一方に設けられて軸方向に延びる凸部を、軸方向に沿って他方に圧入し、この他方に凸部にて凸部に密着嵌合する凹部を形成して、凸部と凹部との嵌合接触部位全域が密着する前記凹凸嵌合構造を構成し、かつ、前記転がり軸受は内径面に転動面を有する外方部材を備え、この外方部材に懸架装置を構成するナックルを、非分離型の一体化連結構造を介して連結したことを特徴とする車輪用軸受装置。
2. 一体化連結構造は、ナックル及び／又は外方部材の加締にて構成したことを特徴とする請求項１に記載の車輪用軸受装置。
3. 一体化連結構造は、ナックルと外方部材との間に介装される被加締部材の加締にて構成したことを特徴とする請求項１に記載の車輪用軸受装置。
4. 一体化連結構造は、ナックルと外方部材との間の溶接にて構成したことを特徴とする請求項１に記載の車輪用軸受装置。
5. 等速自在継手の外側継手部材の軸部に前記凹凸嵌合構造の凸部を設けるとともに、少なくともこの凸部の軸方向端部の硬度をハブ輪の孔部内径部よりも高くして、前記軸部をハブ輪の孔部に凸部の軸方向端部側から圧入することによって、こ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して、前記凹凸嵌合構造を構成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に前記凹凸嵌合構造の凸部を設けるとともに、少なくともこの凸部の軸方向端部の硬度を等速自在継手の外側継手部材の軸部の外径部よりも高くして、前記ハブ輪側の凸部をその軸方向端部側から外側継手部材の軸部に圧入することによって、この凸部にて外側継手部材の軸部の外径面に凸部に密着嵌合する凹部を形成して、前記凹凸嵌合構造を構成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。
7. 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軸部に設けたことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の車輪用軸受装置。
8. 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ハブ輪の孔部の内径面に設けたことを特徴とする請求項１〜請求項４、又は請求項６に記載の車輪用軸受装置。
9. 前記はみ出し部を収納するポケット部を、軸部の凸部の圧入始端側に設けるとともに、このポケット部の軸方向反凸部側にハブ輪の孔部との調芯用の軸延長部を設けたことを特徴とする請求項７に記載の車輪用軸受装置。
10. 凸部の突出方向中間部位が、ハブ輪の孔部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９のいずれかに記載の車輪用軸受装置。
11. 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に凹部の最大直径寸法よりも大きく設定したことを特徴とする請求項１〜請求項５、請求項７、請求項９、又は請求項１０に記載の車輪用軸受装置。
12. 軸孔の複数の凸部の頂点を結ぶ円弧の直径寸法を外側継手部材の軸部の外径寸法よりも小さくするとともに、凸部間の孔部内径面の内径寸法を外側継手部材の軸部の外径寸法よりも大きくしたことを特徴とする請求項１〜請求項４、請求項６、請求項８、又は請求項１０のいずれかに記載の車輪用軸受装置。
13. 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１２のいずれかに記載の車輪用軸受装置。
14. 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１３に記載の車輪用軸受装置。

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