JP5179101B2

JP5179101B2 - 車輪用軸受装置

Info

Publication number: JP5179101B2
Application number: JP2007170357A
Authority: JP
Inventors: 浩志河村; 茂明福島; 光梅木田
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2007-06-28
Filing date: 2007-06-28
Publication date: 2013-04-10
Anticipated expiration: 2027-06-28
Also published as: JP2009008173A

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道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道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１５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

このように、従来の車輪用軸受装置において、固定式の等速自在継手に例えば前記したように、ツェパー型（ＢＪタイプ）のものが使用され、また、摺動式の等速自在継手に例えば、ダブルオフセット（ＤＯＪタイプ）のもの等が使用される。

近年、車輪用軸受装置においては、軽量化・コンパクト化が求められる。このため、ＢＪタイプやＤＯＪタイプのように、トルク伝達部材にボールを使用したものでは、各ボールの径を小さくすることによって、軽量化・コンパクト化を図ることを提案できる。しかしながら、各ボールの径を小さくすれば、伝達トルク容量が低下して、安定したトルク伝達が行えないおそれがある。

本発明は、上記課題に鑑みて、等速自在継手の軽量・コンパクト化を図ることができ、しかも伝達トルク容量を確保できる車輪用軸受装置を提供する。

本発明の車輪用軸受装置は、軸部嵌合孔を有する中空状をなし、ホイールに結合されるフランジを外周に有するハブ輪と、２つの外側軌道面、外側軌道面に対向する２つの内側軌道面、および対向する外側軌道面と内側軌道面との間に配置された転動体を有する複列の転がり軸受と、外側継手部材を有する等速自在継手とを備え、外側継手部材がマウス部と軸部とを有し、ハブ輪と、ハブ輪の軸部嵌合孔に挿入された外側継手部材の軸部とがトルク伝達可能に連結され、ハブ輪、転がり軸受、および外側継手部材がユニット化された車輪用軸受装置であって、外側継手部材のマウス部の内周に、第１外側トラック溝と第２外側トラック溝とが周方向に沿って交互に所定ピッチで配設されており、前記等速自在継手は、さらに、第１内側トラック溝と第２内側トラック溝とが周方向に沿って交互に所定ピッチで配設される内側継手部材と、外側継手部材の第１外側トラック溝とこれに対応する内側継手部材の第１内側トラック溝とで構成される第１ボールトラック内を転動する第１ボールと、外側継手部材の第２外側トラック溝とこれに対応する内側継手部材の第２内側トラック溝とで構成される第２ボールトラックを転動する第２ボールと、外側継手部材と内側継手部材との間に介在されて前記第１ボール及び第２ボールを保持するケージとを備え、トルク伝達ボールを第１ボールの４個と第２ボールの４個の合計８個とし、かつ、第１ボールトラックと第２ボールトラックの各トラック溝の曲率半径を、継手中心平面に対して軸方向に反対方向に等距離だけずらせて、前記第１ボールトラックでは第１ボールを開口側へ押圧し、前記第２ボールトラックでは第２ボールを反開口側へ押圧するように構成し、前記外側継手部材の軸部の外径面および前記ハブ輪の内径面のうち、何れか一方に設けられた軸方向に延びる凸部を軸方向に沿って他方に圧入し、他方に、凸部の圧入により凹部を形成することで、凹部が凸部で削り取られた部分を有し、かつ凸部と凹部の嵌合接触部位全体が密着する凹凸嵌合構造を構成して、ハブ輪と外側継手部材とを連結したものである。

本発明の車輪用軸受装置によれば、トルク伝達ボールの数が８個であるので、各ボールのボール径を小さくすることができる。すなわち、トルク伝達部材にボールを使用するタイプは、従来では通常６個である。このため、ボール数を増加させた分、各ボールのボール径を小さくすることができる。また、凸部と凹部の嵌合接触部位全体が密着する凹凸嵌合構造を構成して、ハブ輪と外側継手部材とを連結しているので、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。そのため、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、しかも異音も生じない。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共に、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。ハブ輪と外側継手部材を、軸方向の引き抜き力の付与で分離可能にしてもよい。

第１ボールトラックはこの第１ボールを開口側へ押圧し、第２ボールトラックはこの第２ボールを反開口側へ押圧するものであるので、ケージは、第１ボールにて開口側へ押圧され、第２ボールにて反開口側へ押圧される。このため、ケージは、駆動力伝達時においても、中立位置を保持することができる。

ハブ輪および等速自在継手の外側継手部材のうち一方に設けた凸部を熱処理により硬化させ、他方の凹部形成面を未硬化状態とすれば、凸部を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。凸部の突出方向中間部位の周方向厚さを、周方向に隣り合う前記凸部間の溝幅よりも小さくし、あるいは凸部の突出方向中間部位の周方向厚さの総和を、周方向に隣り合う前記凸部間の溝幅の総和よりも小さくしておけば、凸部間の溝を満たす肉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。また、凸部の厚さ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。

この車輪用軸受装置は、凸部にて形成される凹部からの材料のはみ出しで形成されたはみ出し部を有する。外側継手部材の軸部に凸部を形成した場合、軸部に、はみ出し部を収納するためのポケット部を形成すれば、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。

本発明では、車輪用軸受装置の軽量・コンパクト化を図ることができ、さらに、トルク伝達に必要な十分なトルク容量を確保できる。また、ケージは、駆動力伝達時においても、中立位置を保持することができるので、ケージの球面力（外側継手部材の内球面とケージ外球面とに接触する力、内側継手部材の外球面とケージ内球面に接触する力）を低減することができる。これによって、効率のよいトルク伝達が可能となる。また、摩擦による発熱(運転中の昇温)を抑えることができ、等速自在継手の内部に封入されたグリースの劣化を防止できて長寿命化を図ることができる。

以下本発明の実施の形態を図１〜図１４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はその孔部内径６ａに図示省略のシャフトの端部を圧入することによりスプライン嵌合してシャフトとトルク伝達可能に結合されている。

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、周方向に沿って所定ピッチに第１外側トラック溝１４ａと第２外側トラック溝１４ｂとが、図３に示すように、交互にそれぞれ４個ずつ配設されている。内輪６は、その外球面１５に、周方向に沿って所定ピッチに第１内側トラック溝１６ａと第２内側トラック溝１６ｂとが交互に配設されている。

外輪５の第１外側トラック溝１４ａと第２外側トラック溝１４ｂの曲率中心Ｏ１、Ｏ２は、継手中心Ｏを含む平面に対して軸方向に等距離ｅだけオフセットしている。また、内輪６の第１内側トラック溝１６ａと第２内側トラック溝１６ｂの曲率中心Ｏ３、Ｏ４は、図３に示すように、継手中心Ｏを含む平面に対して軸方向に等距離ｅ１だけオフセットしている。この場合、ｅ＝ｅ１である。

外輪５の第１外側トラック溝１４ａと内輪６の第１内側トラック溝１６ａとは対をなし、外輪５の第２外側トラック溝１４ｂと内輪６の第２内側トラック溝１６ｂとは対をなし各対のトラック溝１４ａ、１４ｂ、１６ａ、１６ｂ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７ａ、７ｂがそれぞれ転動可能に組み込んである。

ケージ８は、第１外側トラック溝１４ａと第１内側トラック溝１６ａとで構成される第１ボールトラックの第１ボール７ａが保持される第１ポケット９ａと、第２外側トラック溝１４ｂと第２内側トラック溝１６ｂとで構成される第２ボールトラックの第２ボール７ｂが保持される第２ポケット９ｂとは形成されている。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。

このため、図１と図２に示すように、第１ボールトラックの第１ボール７ａは開口側に向かって矢印Ｒ１方向へ押圧され、第２ボールトラックの第２ボール７ｂは反開口側（マウス底壁側）に向かって矢印Ｒ２方向へ押圧される。

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（非分離型の連結手段）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。なお、軸部嵌合孔２２ａと大径孔２２ｃとの間に、ハブ輪１の孔部２２に圧入方向に沿って縮径するテーパ部２２ｄを形成している。

転がり軸受２は、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４（ａ）（ｂ）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４（ｂ）に示す範囲ＸＡ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。

ところで、等速自在継手３の外輪５の軸部１２には、後述するはみ出し部４５を収納するポケット部５０を設けている。軸部１２の凸部３５の端縁近傍に周方向溝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、その凸部３５側の側面５１ａは、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。

また、この側面５１ｂよりも反スプライン側には、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Ｄと同一乃至嵌合孔２２ａの孔径Ｄ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。

次に、凹凸嵌合構造Ｍの嵌合方法を説明する。この場合、図５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の内径側を未焼き状態に維持できる。すなわち、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、孔部２２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５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、ハブ輪１の孔部２２に圧入方向に沿って縮径するテーパ部２２ｄを形成しているので、このテーパ部２２ｄが圧入開始時のガイドを構成することができる。また、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の凹部の最大外径寸法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、シャフト１０を内輪６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４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。

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。

本発明では、トルク伝達ボール８の数が８個であるので、各ボール８のボール径を小さくすることができる。すなわち、トルク伝達部材にボールを使用するタイプは、従来では通常６個である。このため、ボール数を増加させた分、各ボールのボール径を小さくすることができ、等速自在継手の軽量・コンパクト化を図ることができる。しかも、各ボール径を小さくしても、ボール数が増減しているので、トルク伝達に必要な十分なトルク容量を確保できる。

第１ボールトラックでは第１ボール７ａを開口側へ押圧し、第２ボールトラックでは第２ボール７ｂを反開口側へ押圧するものであるので、ケージ８は、第１ボール７ａにて開口側へ押圧され、第２ボール７ｂにて反開口側へ押圧される。このため、ケージ８は、駆動力伝達時においても、中立位置を保持することができ、ケージ８の球面力（外側継手部材の内球面とケージ外球面とに接触する力、内側継手部材の外球面とケージ内球面に接触する力）を低減することができる。これによって、効率のよいトルク伝達が可能となる。また、摩擦による発熱を抑えることができ、等速自在継手の内部に封入されたグリースの劣化を防止できて長寿命化を図ることができる。

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。

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、回転トルク伝達能力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。

ところで、前記図４（ａ）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４（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７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４２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３５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。

図８〜図１０に、ハブ輪と等速自在継手とを連結一体化するための結合構造を、参考例として示す。

図８はハブ輪１と外輪５とを拡径加締めにより塑性結合したものである。すなわち、この場合の外輪５の軸部１２が中空軸とされ、外輪肩部５９（マウス部１１と軸部１２との間の段差部）に転がり軸受２の第２内側軌道面（インナーレース）２９が形成されている。また、軸部１２は、ハブ輪１のインロウ部１ｂが圧入される小径段部６０と、内径面に凹凸部６１が形成されたハブ輪１の嵌合孔部６２に嵌合する嵌合部６３とを備える。

肩部５９をハブ輪１のインロウ部１ｂに突合せた状態で、嵌合部６３をハブ輪１の嵌合孔部６２に内嵌して、この嵌合部６３にマンドレルを嵌挿して、このマンドレルにて嵌合部６３を拡径する。これによって、ハブ輪１の凹凸部６１に嵌合部６３を食い込ませることによりハブ輪１と外輪５に軸部１２とを塑性結合する。なお、この場合、外輪５内（マウス部１１と軸部１２との間の空間）にはキャップ部材６５が装着されている。このキャップ部材６５は、マウス部１１に封入された潤滑グリースの外部への漏洩を防止している。

図９は、ハブ輪１と外輪５とを揺動加締めで塑性結合したものである。すなわち、外輪５の軸部１２を中実とするとともに、外輪肩部５９（マウス部１１と軸部１２との間の段差部）に転がり軸受２の第２内側軌道面（インナーレース）２９を形成する。また、ハブ輪１の孔部２２の嵌合孔２２ａに雌スプライン６６を形成し、軸部１２の外径面に雌スプライン６６に嵌合する雄スプライン６７を形成する。また、軸部１２の端部に円筒部を形成する。

ハブ輪１の孔部２２の雌スプライン６６に軸部１２の雄スプライン６７を嵌合させた状態で、加締め具の揺動により軸部１２の端部の円筒部を外径側に塑性変形させてフランジ６８を形成する。すなわち、フランジ６８をハブ輪１の端面６９に当接させることにより、ハブ輪１の抜け止めを行い、かつハブ輪１の内周面と軸部１２の外周面との間にスプライン嵌合部を形成することで、ハブ輪１１と外輪５の回り止めがなされる。

図１０は、外輪５に軸部１２を溶接によって、ハブ輪１に非分離に結合したものである（溶接部分を符号７０で示す）。

このように、図１、図８、図９、図１０等に示すように、ハブ輪と等速自在継手とを基本的に非分離にする連結手段にて連結したものであれば、安定したトルク伝達が可能となる。また、図８から図１０においては、転がり軸受２の一方の内側転道面２９をハブ輪１の外径面に形成するとともに、転がり軸受２の他方の内側転道面２８を等速自在継手の外側継手部材の外径面に形成したもの、いわゆる４世代の車輪用軸受装置である。このため、装置全体の軽量化及びコンパクト化を図ることができる。しかも、本発明では、等速自在継手内での摩擦による発熱を抑えることができるので、等速自在継手３の外輪５の外径面に形成される内側転道面２９への熱影響を抑えることができ、転がり軸受２の長寿命化を図ることができる。

次に図１１から図１４に、ハブ輪１と等速自在継手３とをスプライン嵌合させることで両者を分離可能とした車輪用軸受装置を参考例として示す。

図１１に示す構成では、軸部１２の端部にねじ部７１を設け、ねじ部７１にナット部材７５を螺着している。すなわち、ハブ輪１の孔部２２に雌スプライン７２を形成するととともに、軸部１２に雌スプライン７２に嵌合する雄スプライン７３を形成する。ハブ輪１の孔部２２の雌スプライン７２に軸部１２の雄スプライン７３を嵌合させた状態で、このハブ輪１の孔部２２から突出した軸部１２のねじ部７１にナット部材７５を螺着する。これによって、ナット部材７５をハブ輪１の端面６９に当接させて、ハブ輪１の抜け止めを行い、かつハブ輪１の内周面と軸部１２の外周面との間にスプライン嵌合部が形成されて、ハブ輪１と外輪５の回り止めを行う。

図１２に示す構成では、ハブ輪１の孔部２２を、継手側から反継手側に向かって縮径するテーパ孔とされ、これに対応して、外輪５の軸部１２をテーパ軸としている。このため、母線がテーパ状をなすスプライン（セレーション）同士の嵌合のため、周方向のガタを殺すことができる共に、省スペースで効果的に嵌合長さを長くできる。すなわち、軽量化・コンパクト化を図ることができるとともに、ガタのない強固な結合が可能となる。

図１１と図１２に示す構成では、ナット部材７５を螺退させることによって、ナット部材７５を軸部１２から取外すことができる。このように、ナット部材７５を取外せば、軸部１２をハブ輪１から引き抜くことができる。つまり、ハブ輪１と等速自在継手３とを分離することができる。

図１３に示す構成では、軸部１２にねじ孔８０を設け、このねじ孔８０にボルト部材８１を螺着する。この場合、ボルト部材８１の頭部８１ａとハブ輪１の端面６９との間にスペーサ（プレート）８２を介在させる。ハブ輪１の孔部２２の雌スプライン７２に軸部１２の雄スプライン７３を嵌合させた状態で、ボルト部材８１のねじ軸部８１ｂを軸部１２のねじ孔８０に螺合する。これによって、プレート８２がハブ輪１の端面６９に圧接（当接）して、ハブ輪１の抜け止めを行い、かつハブ輪１の内周面と軸部１２の外周面との間にスプライン嵌合部が形成されて、ハブ輪１と外輪５の回り止めを行う。

図１４に示す構成では、外輪５のマウス部１１の底壁外面に、径方向に延びる凹凸部からなるフェーススプライン９０を形成するとともに、ハブ輪１の端面（継手側の端面）に、径方向に延びる凹凸部からなるフェーススプライン９１を形成する。また、ハブ輪１の孔部２２に内鍔部８５を設け、この内鍔部８５に、ボルト部材８６が挿通される貫通孔８７を設けるとともに、外輪５のマウス部１１の底壁にねじ孔８８を設ける。

外輪５のマウス部１１のフェーススプライン９０とハブ輪１の継手側端面のフェーススプライン９１とを嵌合させた状態で、ボルト部材８６のねじ軸部８６ｂを外輪５のマウス部１１の底壁のねじ孔８８に螺着する。ボルト部材８６の頭部８６ａがハブ輪１の端面６９(反継手側の端面)の凹部に圧接（当接）して、ハブ輪１の抜け止めを行い、外輪５のマウス部１１のフェーススプライン９０とハブ輪１の端面のフェーススプライン９１とが嵌合されて、ハブ輪１１と外輪５の回り止めを行う。

図１３と図１４に示す構成においては、ボルト部材８１を螺退させることによって、ボルト部材８１を取外すことができる。このように、ボルト部材８１を取外せば、ハブ輪１と等速自在継手３とを分離することができる。

図１１〜図１４に示すように、ハブ輪１と等速自在継手３とを分離可能型の連結手段にて連結したものでは、長期の使用によって、部品の一部に不具合が生じたり、劣化したりした場合に、ハブ輪と等速自在継手とを分離することによって、修理や点検、さらには部品の交換等を行うことができる。すなわち、修理や点検、さらには部品の交換等を短時間に簡単に行うことができ、装置全体の寿命を延ばすことができる。

ところで、前記図１に示す車輪用軸受装置においては、軸部１２をハブ輪１の孔部２２に圧入するものである。このため、この圧入方向と相反する方向に、引き抜き力を付与すれば、軸部１２をハブ輪１の孔部２２から引き抜くことができる。すなわち、このような凹凸嵌合構造Ｍを備えたものであっても、ハブ輪１と等速自在継手３とを分離することができ、分離可能型と呼ぶことも可能である。また、分離した後は、新たなハブ輪１に、この等速自在継手３に外輪５の軸部１２を孔部２２に圧入すれば、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、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を形成することができて、再度、車輪用軸受装置を構成することができる。

なお、ハブ輪１と等速自在継手３とを分離する場合、前記したように、圧入方向と相反する方向に引き抜き力を付与する必要がある。しかしながら、通常の使用状態では、車輪用軸受装置においては、このような引き抜き力が作用せず、使用状態においてハブ輪１と等速自在継手３とが分離することがない。

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、断面三角形状以外に、断面台形（富士山形状）であっても、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の凸部（凸歯）４１ａ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４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。

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。

ところで、前記図１の車輪用軸受装置では、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、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。つまり、ハブ輪１側に凸部３５を設け、軸部１２側に凹部３６を設ける。

この場合も、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。

本発明の実施形態にかかる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等速自在継手の要部断面図である。前記車輪用軸受装置の等速自在継手の横断面図である。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。前記車輪用軸受装置の要部拡大断面図である。前記車輪用軸受装置の凹凸嵌合構造の変形例を示す断面図である。車輪用軸受装置の縦断面図である。車輪用軸受装置の縦断面図である。車輪用軸受装置の縦断面図である。車輪用軸受装置の要部断面図である。車輪用軸受装置の要部断面図である。車輪用軸受装置の要部断面図である。車輪用軸受装置の要部断面図である。従来の車輪用軸受装置の断面図である。

１ハブ輪
２軸受
３等速自在継手
７ａボール
７ｂボール
８ケージ
１４ａ外側トラック溝
１４ｂ外側トラック溝
１６ａ内側トラック溝
１６ｂ内側トラック溝

Claims

軸部嵌合孔を有する中空状をなし、ホイールに結合されるフランジを外周に有するハブ輪と、２つの外側軌道面、外側軌道面に対向する２つの内側軌道面、および対向する外側軌道面と内側軌道面との間に配置された転動体を有する複列の転がり軸受と、外側継手部材を有する等速自在継手とを備え、外側継手部材がマウス部と軸部とを有し、ハブ輪と、ハブ輪の軸部嵌合孔に挿入された外側継手部材の軸部とがトルク伝達可能に連結され、ハブ輪、転がり軸受、および外側継手部材がユニット化された車輪用軸受装置であって、
外側継手部材のマウス部の内周に、第１外側トラック溝と第２外側トラック溝とが周方向に沿って交互に所定ピッチで配設されており、
前記等速自在継手は、さらに、第１内側トラック溝と第２内側トラック溝とが周方向に沿って交互に所定ピッチで配設される内側継手部材と、外側継手部材の第１外側トラック溝とこれに対応する内側継手部材の第１内側トラック溝とで構成される第１ボールトラック内を転動する第１ボールと、外側継手部材の第２外側トラック溝とこれに対応する内側継手部材の第２内側トラック溝とで構成される第２ボールトラックを転動する第２ボールと、外側継手部材と内側継手部材との間に介在されて前記第１ボール及び第２ボールを保持するケージとを備え、
トルク伝達ボールを第１ボールの４個と第２ボールの４個の合計８個とし、かつ、第１ボールトラックと第２ボールトラックの各トラック溝の曲率半径を、継手中心平面に対して軸方向に反対方向に等距離だけずらせて、前記第１ボールトラックでは第１ボールを開口側へ押圧し、前記第２ボールトラックでは第２ボールを反開口側へ押圧するように構成し、
前記外側継手部材の軸部の外径面および前記ハブ輪の内径面のうち、何れか一方に設けられた軸方向に延びる凸部を軸方向に沿って他方に圧入し、他方に、凸部の圧入により凹部を形成することで、凹部が凸部で削り取られた部分を有し、かつ凸部と凹部の嵌合接触部位全体が密着する凹凸嵌合構造を構成して、ハブ輪と外側継手部材とを連結したことを特徴とする車輪用軸受装置。
前記ハブ輪と外側継手部材を、軸方向の引き抜き力の付与で分離可能にした請求項１記載の車輪用軸受装置。
前記ハブ輪および等速自在継手の外側継手部材のうち一方に設けた凸部を熱処理により硬化させ、他方の凹部形成面を未硬化状態とした請求項１または２に記載の車輪用軸受装置。
前記外側継手部材の軸部に凸部を形成し、凸部にて形成される凹部からの材料のはみ出しで形成されたはみ出し部を収納するためのポケット部を軸部に形成した請求項１〜３何れか１項に記載の車輪用軸受装置。
前記凸部の突出方向中間部位の周方向厚さを、周方向に隣り合う前記凸部間の溝幅よりも小さくした請求項１〜４何れか１項に記載の車輪用軸受装置。
前記凸部の突出方向中間部位の周方向厚さの総和を、周方向に隣り合う前記凸部間の溝幅の総和よりも小さくした請求項１〜５何れか１項に記載の車輪用軸受装置。