JP6261847B2

JP6261847B2 - 車輪用軸受装置および車輪用軸受装置の製造方法

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Publication number: JP6261847B2
Application number: JP2012106691A
Authority: JP
Inventors: 修二持永; 乗松　孝幸; 孝幸乗松
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2012-05-08
Filing date: 2012-05-08
Publication date: 2018-01-17
Anticipated expiration: 2032-05-08
Also published as: JP2013233843A

Description

本発明は、例えば自動車の懸架装置に対して駆動車輪（ＦＦ車の前輪、ＦＲ車の後輪、４ＷＤ車の全輪）を回転自在に支持する車輪用軸受装置および車輪用軸受装置の製造方法に関する。

例えば、車輪用軸受のハブ輪と等速自在継手の外側継手部材との分離を可能としてメンテナンス性に優れた車輪用軸受装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に開示された車輪用軸受装置は、図１１に示すように、ハブ輪１０１、内輪１０２、複列の転動体１０３，１０４および外輪１０５からなる車輪用軸受１２０と固定式等速自在継手１０６とで主要部が構成されている。

ハブ輪１０１は、その外周面にアウトボード側の内側軌道面１０７が形成されると共に、車輪（図示せず）を取り付けるための車輪取付フランジ１０９を備えている。この車輪取付フランジ１０９の円周方向等間隔に、ホイールディスクを固定するためのハブボルト１１０が植設されている。このハブ輪１０１のインボード側外周面に形成された小径段部１１２に内輪１０２を嵌合させ、この内輪１０２の外周面にインボード側の内側軌道面１０８が形成されている。

内輪１０２は、クリープを防ぐために適当な締め代をもって圧入されている。ハブ輪１０１の外周面に形成されたアウトボード側の内側軌道面１０７と、内輪１０２の外周面に形成されたインボード側の内側軌道面１０８とで複列の軌道面を構成する。この内輪１０２をハブ輪１０１の小径段部１１２に圧入し、その小径段部１１２の端部を外側に加締めることにより、加締め部１１１でもって内輪１０２を抜け止めしてハブ輪１０１と一体化し、車輪用軸受１２０に予圧を付与している。

外輪１０５は、内周面にハブ輪１０１および内輪１０２の内側軌道面１０７，１０８と対向する複列の外側軌道面１１３，１１４が形成されている。この外輪１０５の外周面を車体の懸架装置（図示せず）から延びるナックルに嵌合させて固定することにより、車輪用軸受装置を車体に取り付けるようにしている。

車輪用軸受１２０は、複列のアンギュラ玉軸受構造で、ハブ輪１０１および内輪１０２の外周面に形成された内側軌道面１０７，１０８と外輪１０５の内周面に形成された外側軌道面１１３，１１４との間に転動体１０３，１０４を介在させ、各列の転動体１０３，１０４を保持器１１５，１１６により円周方向等間隔に支持した構造を有する。

車輪用軸受１２０の両端開口部には、ハブ輪１０１と内輪１０２の外周面に摺接するように、外輪１０５とハブ輪１０１および内輪１０２との環状空間を密封する一対のシール１１７，１１８が外輪１０５の両端部内径に嵌合され、内部に充填されたグリースの漏洩ならびに外部からの水や異物の侵入を防止するようになっている。

等速自在継手１０６は、ドライブシャフト１２１を構成する中間シャフト１２２の一端に設けられ、内周面にトラック溝１２３が形成された外側継手部材１２４と、その外側継手部材１２４のトラック溝１２３と対向するトラック溝１２５が外周面に形成された内側継手部材１２６と、外側継手部材１２４のトラック溝１２３と内側継手部材１２６のトラック溝１２５との間に組み込まれたボール１２７と、外側継手部材１２４の内周面と内側継手部材１２６の外周面との間に介在してボール１２７を保持するケージ１２８とで構成されている。

外側継手部材１２４は、内側継手部材１２６、ボール１２７およびケージ１２８からなる内部部品を収容したマウス部１２９と、マウス部１２９から軸方向に一体的に延びるステム部１３０とで構成されている。内側継手部材１２６は、中間シャフト１２２の軸端が圧入されてスプライン嵌合によりトルク伝達可能に結合されている。

等速自在継手１０６の外側継手部材１２４と中間シャフト１２２との間に、継手内部に封入されたグリース等の潤滑剤の漏洩を防ぐと共に継手外部からの異物侵入を防止するための樹脂製の蛇腹状ブーツ１３１を装着して、外側継手部材１２４の開口部を閉塞した構造としている。

このブーツ１３１は、外側継手部材１２４の外周面にブーツバンド１３２により締め付け固定された大径端部１３３と、中間シャフト１２２の外周面にブーツバンド１３４により締め付け固定された小径端部１３５と、大径端部１３３と小径端部１３５とを繋ぎ、その大径端部１３３から小径端部１３５へ向けて縮径した可撓性の蛇腹部１３６とで構成されている。

図１２は、外側継手部材１２４のステム部１３０をハブ輪１０１の軸孔１３８に圧入する前の状態を示す。同図に示すように、外側継手部材１２４のステム部１３０は、その外周面に軸方向に延びる複数の凸部１３７からなる雄スプラインが形成されている。これに対して、ハブ輪１０１の軸孔１３８は、その内周面に雌スプラインが形成されていない単純な円筒部１３９をなす。

図１３は、外側継手部材１２４のステム部１３０をハブ輪１０１の軸孔１３８に圧入した後の状態を示す。この外側継手部材１２４のステム部１３０をハブ輪１０１の軸孔１３８に圧入し、そのステム部１３０の凸部１３７をハブ輪１０１の軸孔１３８の円筒部１３９の内周面に転写することにより、同図に示すように、ハブ輪１０１の軸孔１３８の内周面に凸部１３７と締め代をもって密着する凹部１４０を形成し、この凸部１３７と凹部１４０との嵌合接触部位全域で密着する凹凸嵌合構造を構成することで、外側継手部材１２４とハブ輪１０１とをトルク伝達可能に結合させている。

このようにして、外側継手部材１２４のステム部１３０をハブ輪１０１の軸孔１３８に圧入した上で、図１１に示すように、外側継手部材１２４のステム部１３０の軸端に形成された雌ねじ１４１にボルト１４２を螺合させることにより、そのボルト１４２をハブ輪１０１の端面に係止させた状態で締め付けることで、等速自在継手１０６をハブ輪１０１に固定している。

特開２００９−９７５５７号公報

ところで、前述した車輪用軸受装置において、ハブ輪１０１、内輪１０２、複列の転動体１０３，１０４および外輪１０５からなる車輪用軸受１２０と結合される固定式等速自在継手１０６がドライブシャフト１２１の一部を構成している。自動車のエンジンから車輪に動力を伝達するドライブシャフト１２１は、図１４に示すように、エンジンと車輪との相対的位置関係の変化による角度変位と軸方向変位に対応する必要があるため、一般的にエンジン側（インボード側）に摺動式等速自在継手１５１を、車輪側（アウトボード側）に固定式等速自在継手１０６をそれぞれ装備し、両者の等速自在継手１０６，１５１を中間シャフト１２２で連結した構造を具備する。

ここで、従来の車輪用軸受装置では、図１２に示すように、ハブ輪１０１の軸孔１３８の内周面は雌スプラインが形成されていない単純な円筒部１３９をなすことから、外側継手部材１２４のステム部１３０をハブ輪１０１の軸孔１３８に圧入するに際して、そのステム部１３０の凸部１３７を軸孔１３８の内周面に転写するために大きな圧入荷重が必要なため作業性が悪く、プレス機などを用いる必要があった。そのため、車輪用軸受１２０にドライブシャフト１２１の等速自在継手１０６を組み付けた状態で車輪用軸受装置を車体に組み付けなければならないというのが現状であった。

その結果、自動車メーカでの車両組み立て時には、車輪用軸受１２０とドライブシャフト１２１の等速自在継手１０６とを結合させた状態、つまり、車輪用軸受１２０とドライブシャフト１２１の二つの等速自在継手１０６，１５１とが一体化した状態で取り扱われる。車体の懸架装置から延びるナックル１５２（図１４参照）の最小内径寸法を等速自在継手１０６，１５１の最大外径寸法よりも大きくしていることから、この車体への組み付けは、図１４および図１５に示すように、ドライブシャフト１２１の摺動式等速自在継手１５１と固定式等速自在継手１０６とを、車体の懸架装置から延びるナックル１５２に順次通した上で、車輪用軸受１２０の外輪１０５をナックル１５２に嵌合させて固定するようにしていた。

このドライブシャフト１２１は車輪側とエンジン側とを繋ぐ長尺なアッセンブリ体であることから、前述したようにドライブシャフト１２１の摺動式等速自在継手１５１と固定式等速自在継手１０６とをナックル１５２に順次通す車体への組み付け方法では作業性が悪く、その組み付け時にドライブシャフト１２１を構成する部品を損傷させたりする可能性がある。

そこで、本発明は前述の問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、車体への組み付けにおける作業性を向上させ、その組み付け時の部品の損傷を未然に防止し得る車輪用軸受装置を提供することにある。

本発明に係る車輪用軸受装置は、内周に複列の外側軌道面が形成された外方部材と、外周に外側軌道面と対向する複列の内側軌道面を有し、ハブ輪および内輪からなる内方部材と、外方部材の外側軌道面と内方部材の内側軌道面との間に介装された複列の転動体とからなる車輪用軸受を備え、ハブ輪の内径に等速自在継手の外側継手部材のステム部を嵌合することにより車輪用軸受に等速自在継手をねじ締め付け構造により分離可能に結合させた構造を具備する。以上のように、車輪用軸受装置は、車輪用軸受と等速自在継手とで構成されている。

前者の車輪用軸受は、内周に複列の外側軌道面が形成された外方部材と、外周に外側軌道面と対向する複列の内側軌道面を有し、ハブ輪および内輪からなる内方部材と、外方部材の外側軌道面と内方部材の内側軌道面との間に介装された複列の転動体とを備え、ハブ輪の内径に等速自在継手の外側継手部材のステム部を嵌合することにより等速自在継手がねじ締め付け構造により分離可能に結合される。

後者の等速自在継手は、ステム部を有する外側継手部材と、外側継手部材との間でトルク伝達部材を介して角度変位を許容しながらトルクを伝達する内側継手部材とを備え、外側継手部材のステム部を車輪用軸受のハブ輪の内径に嵌合することにより車輪用軸受がねじ締め付け構造により分離可能に結合される。

前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明に係る車輪用軸受装置は、前記ハブ輪１と前記外側継手部材２４のステム部３０のうちのいずれか一方の部材に軸方向に延びる複数の凸部３７が形成され、他方の部材に、前記凸部３７の形状が転写された凹部４０が形成され、前記凹部４０に前記凸部３７が圧入されており、前記凸部３７の径方向先端部４４と前記凹部４０との間に隙間ｐがあり、前記他方の部材が、圧入した前記凸部３７による切削で形成された切粉６６を備え、前記切粉６６が、前記凸部３７の周方向側壁部４３に対応する位置のみに形成され、前記凸部３７と前記凹部４０との嵌合接触部位全域Ｘが密着した凹凸嵌合構造Ｍを有し、前記凹凸嵌合構造Ｍにおける嵌合長さに対するピッチ円径の比を２．０〜３．０の範囲で規定したことを特徴とする。

本発明では、ハブ輪と外側継手部材のステム部のうちのいずれか一方に軸方向に延びる複数の凸部を形成すると共に他方に凸部に対して締め代を有する凹部を予め形成しておく。ハブ輪と外側継手部材のステム部のうちのいずれか一方を他方に圧入することにより、凸部と凹部との嵌合接触部位全域が密着する凹凸嵌合構造を構成する。ここで、本発明における凸部は外側継手部材のステム部に設けられ、凹部はハブ輪に設けられた構造が望ましい。このようにすれば、外側継手部材のステム部をハブ輪に圧入することにより、凸部と凹部との嵌合接触部位全域が密着する凹凸嵌合構造を容易に構成することができる。

前述の圧入時、凸部が極僅かな塑性変形および切削加工を伴いながら、相手側の凹部形成面に凸部の形状を転写する。この時、凸部が相手側の凹部形成面に食い込んでいくことによってハブ輪の内径が僅かに拡径した状態となって、凸部の軸方向の相対的移動が許容される。凸部の軸方向相対移動が停止すれば、ハブ輪の内径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で密着し、外側継手部材とハブ輪を強固に結合一体化することができる。

ここで、凸部に対して凹部を予め形成していることから、従来のように凸部を単純な円筒部に転写する場合よりも、凸部と凹部との嵌合接触部位全域で密着させるための圧入荷重を下げることができるので、車輪用軸受を車体に取り付けた後にその車輪用軸受のハブ輪に外側継手部材を圧入して等速自在継手を車輪用軸受に結合させることが容易となって作業性の向上が図れる。

また、凹凸嵌合構造における嵌合長さに対するピッチ円径の比を２．０〜３．０の範囲で規定したことにより、ハブ輪と外側継手部材のステム部のうちのいずれか一方を他方に圧入する際の圧入荷重を確実に下げることができ、等速自在継手を車輪用軸受に結合させることが容易となって作業性の向上が図れる。また、凸部の剪断強度を高くすることができて凹凸嵌合構造において十分な強度を確保することができる。

本発明における凹部は、凸部の周方向側壁部のみに対して締め代を有する構造が望ましい。ここで、「凸部の周方向側壁部のみ」とは、凸部の径方向先端部を除いた部位を意味する。この凸部の径方向先端部は、凹部と締め代を有さないことから、相手側の凹部形成面に凸部の径方向先端部の形状が転写されることはない。このように、凸部の周方向側壁部のみに対して締め代を有するように設定されていることから、凸部の全体に亘って凹部と締め代を有するように設定した場合よりも、さらに、圧入荷重を下げることができるので、等速自在継手を車輪用軸受に結合させる圧入作業がより一層容易になる。

本発明では、凸部の表面硬度を凹部の表面硬度よりも大きくすることが望ましい。このようにすれば、ハブ輪と外側継手部材のステム部のうちのいずれか一方を他方に圧入するに際して、塑性変形および切削加工により、相手側の凹部形成面に凸部の形状を容易に転写することができる。

本発明では、ねじ締め付け構造により発生する軸力以下でハブ輪に対して外側継手部材を圧入可能とすることが望ましい。このようにすれば、車輪用軸受を車体に取り付けた後にその車輪用軸受のハブ輪に外側継手部材を圧入するに際して、専用の治具を別に用意する必要がなく、車輪用軸受装置を構成する部品であるねじ締め付け構造でもって等速自在継手を簡易に車輪用軸受に結合させることができる。

本発明におけるねじ締め付け構造は、外側継手部材のステム部の軸端に形成された雌ねじ部と、その雌ねじ部に螺合した状態でハブ輪に係止される雄ねじ部とで構成された構造が可能である。この構造では、ステム部の雌ねじ部に雄ねじ部を螺合させることによりその雄ねじ部をハブ輪に係止させた状態で締め付けることで、等速自在継手をハブ輪に固定することになる。

本発明におけるねじ締め付け構造は、外側継手部材のステム部の軸端に形成された雄ねじ部と、その雄ねじ部に螺合した状態でハブ輪に係止される雌ねじ部とで構成された構造が可能である。この構造では、ステム部の雄ねじ部に雌ねじ部を螺合させることによりその雌ねじ部をハブ輪に係止させた状態で締め付けることで、等速自在継手をハブ輪に固定することになる。

本発明によれば、ハブ輪と外側継手部材のステム部のうちのいずれか一方に形成されて軸方向に延びる複数の凸部を、その凸部に対して締め代を有する複数の凹部が形成された他方に圧入し、その他方に凸部の形状を転写することで凸部と凹部との嵌合接触部位全域が密着する凹凸嵌合構造を構成したことにより、凸部に対して締め代を有する凹部を予め形成していることから、凸部と凹部との嵌合接触部位全域で密着させるための圧入荷重を下げることができるので、車輪用軸受を車体に取り付けた後にその車輪用軸受のハブ輪に外側継手部材を圧入して等速自在継手を車輪用軸受に結合させることが容易となり、車体への組み付けにおける作業性を向上させ、その組み付け時の部品の損傷を未然に防止することができる。

本発明に係る車輪用軸受装置の実施形態で、車輪用軸受に等速自在継手を組み付ける前の状態を示す縦断面図である。図１の車輪用軸受に等速自在継手を組み付けた後の状態を示す縦断面図である。ナックルに装着された車輪用軸受に、ドライブシャフトの等速自在継手を組み付ける前の状態を示す断面図である。ナックルに装着された車輪用軸受に、ドライブシャフトの等速自在継手を組み付ける途中の状態を示す断面図である。ナックルに装着された車輪用軸受に、ドライブシャフトの等速自在継手を組み付けた後の状態を示す断面図である。（Ａ）は車輪用軸受のハブ輪に外側継手部材のステム部を圧入する前の状態を示す要部拡大断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図である。（Ａ）は車輪用軸受のハブ輪に外側継手部材のステム部を圧入する途中の状態を示す要部拡大断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。（Ａ）は車輪用軸受のハブ輪に外側継手部材のステム部を圧入した後の状態を示す要部拡大断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。図１の車輪用軸受に等速自在継手を組み付けた後のハブ輪とステム部を示す横断面図である。本発明に係る車輪用軸受装置の他の実施形態で、ナックルに装着された車輪用軸受に、ドライブシャフトの等速自在継手を組み付けた後の状態を示す断面図である。従来の車輪用軸受装置の全体構成を示す縦断面図である。図１１の車輪用軸受装置において、外側継手部材のステム部をハブ輪の軸孔に圧入する前の状態を示す要部拡大縦断面図である。図１１の車輪用軸受装置において、外側継手部材のステム部をハブ輪の軸孔に圧入した後の状態を示す要部拡大横断面図である。ドライブシャフトが組み付けられた車輪用軸受装置をナックルに装着する前の状態を示す断面図である。ドライブシャフトが組み付けられた車輪用軸受装置をナックルに装着した後の状態を示す断面図である。

本発明に係る車輪用軸受装置の実施形態を以下に詳述する。図１および図２に示す車輪用軸受装置は、内方部材であるハブ輪１および内輪２、複列の転動体３，４、外輪５からなる車輪用軸受２０と等速自在継手６とで主要部が構成されている。図１は車輪用軸受２０に等速自在継手６を組み付ける前の状態を示し、図２は車輪用軸受２０に等速自在継手６を組み付けた後の状態を示す。なお、以下の説明では、車体に組み付けた状態で、車体の外側寄りとなる側をアウトボード側（図面左側）と呼び、中央寄りとなる側をインボード側（図面右側）と呼ぶ。

ハブ輪１は、その外周面にアウトボード側の内側軌道面７が形成されると共に、車輪（図示せず）を取り付けるための車輪取付フランジ９を備えている。この車輪取付フランジ９の円周方向等間隔に、ホイールディスクを固定するためのハブボルト１０が植設されている。このハブ輪１のインボード側外周面に形成された小径段部１２に内輪２を嵌合させ、この内輪２の外周面にインボード側の内側軌道面８が形成されている。

内輪２は、クリープを防ぐために適当な締め代をもって圧入されている。ハブ輪１の外周面に形成されたアウトボード側の内側軌道面７と、内輪２の外周面に形成されたインボード側の内側軌道面８とで複列の軌道面を構成する。この内輪２をハブ輪１の小径段部１２に圧入し、その小径段部１２の端部を揺動加締めにより外側に加締めることにより、加締め部１１でもって内輪２を抜け止めしてハブ輪１と一体化し、車輪用軸受２０に予圧を付与している。

外輪５は、内周面にハブ輪１および内輪２の軌道面７，８と対向する複列の外側軌道面１３，１４が形成され、車体（図示せず）の懸架装置から延びるナックルに取り付けるための車体取付フランジ１９を備えている。後述するように、この車体取付フランジ１９は、前述のナックル５２に嵌合されてボルト６３により固定される（図３参照）。

車輪用軸受２０は、複列のアンギュラ玉軸受構造で、ハブ輪１および内輪２の外周面に形成された内側軌道面７，８と外輪５の内周面に形成された外側軌道面１３，１４との間に転動体３，４を介在させ、各列の転動体３，４を保持器１５，１６により円周方向等間隔に支持した構造を有する。

車輪用軸受２０の両端開口部には、ハブ輪１と内輪２の外周面に摺接するように、外輪５とハブ輪１および内輪２との環状空間を密封する一対のシール１７，１８が外輪５の両端部内径に嵌合され、内部に充填されたグリースの漏洩ならびに外部からの水や異物の侵入を防止するようになっている。

等速自在継手６は、ドライブシャフト２１を構成する中間シャフト２２の一端に設けられ、内周面にトラック溝２３が形成された外側継手部材２４と、その外側継手部材２４のトラック溝２３と対向するトラック溝２５が外周面に形成された内側継手部材２６と、外側継手部材２４のトラック溝２３と内側継手部材２６のトラック溝２５との間に組み込まれたボール２７と、外側継手部材２４の内周面と内側継手部材２６の外周面との間に介在してボール２７を保持するケージ２８とで構成されている。

外側継手部材２４は、内側継手部材２６、ボール２７およびケージ２８からなる内部部品を収容したマウス部２９と、マウス部２９から軸方向に一体的に延びるステム部３０とで構成されている。内側継手部材２６は、中間シャフト２２の軸端が圧入されてスプライン嵌合によりトルク伝達可能に結合されている。

等速自在継手６の外側継手部材２４と中間シャフト２２との間に、継手内部に封入されたグリース等の潤滑剤の漏洩を防ぐと共に継手外部からの異物侵入を防止するための樹脂製の蛇腹状ブーツ３１を装着して、外側継手部材２４の開口部を閉塞した構造としている。

このブーツ３１は、外側継手部材２４の外周面にブーツバンド３２により締め付け固定された大径端部３３と、中間シャフト２２の外周面にブーツバンド３４により締め付け固定された小径端部３５と、大径端部３３と小径端部３５とを繋ぎ、その大径端部３３から小径端部３５へ向けて縮径した可撓性の蛇腹部３６とで構成されている。

この車輪用軸受装置は、外側継手部材２４のステム部３０のインボード側外周面に円柱形状の嵌合面６１を形成すると共に、ステム部３０のアウトボード側外周面に軸方向に延びる複数の凸部３７からなる雄スプラインを形成する。これに対して、ハブ輪１の軸孔３８のインボード側内周面に円筒形状の嵌合面６２を形成すると共に、その軸孔３８のアウトボード側内周面に前述の凸部３７の周方向側壁部４３のみに対して締め代ｎを有する複数の凹部３９（小凹部）を形成する〔図７（Ｂ）参照〕。なお、前述の凸部３７は断面台形の歯形状としているが、インボリュート歯形状であってもよい。

この車輪用軸受装置では、外側継手部材２４のステム部３０をハブ輪１の軸孔３８に圧入し、相手側の凹部形成面であるハブ輪１の軸孔３８に凸部３７の周方向側壁部４３のみの形状を転写することにより凹部４０を形成し〔図８（Ｂ）参照〕、凸部３７と凹部４０との嵌合接触部位全域Ｘが密着する凹凸嵌合構造Ｍを構成する（図２参照）。なお、外側継手部材２４およびハブ輪１の材質としては、Ｓ５３Ｃ等に代表される機械構造用の中炭素鋼が好適である。

この車輪用軸受装置は、以下のようなねじ締め付け構造Ｎ（図２参照）を具備する。このねじ締め付け構造Ｎは、外側継手部材２４のステム部３０の軸端に形成された雌ねじ部４１と、その雌ねじ部４１に螺合した状態でハブ輪１に係止される雄ねじ部であるボルト４２とで構成されている。この構造では、ステム部３０の雌ねじ部４１にボルト４２を螺合させることによりそのボルト４２をハブ輪１に係止させた状態で締め付けることで、等速自在継手６をハブ輪１に固定する。なお、車輪用軸受２０は、加締め部１１でもって内輪２を抜け止めしてハブ輪１と一体化した構造となっていることから、等速自在継手６の外側継手部材２４と分離可能となっている。

ところで、この車輪用軸受装置では、車輪用軸受２０のハブ輪１の加締め部１１と外側継手部材２４の肩部４５とが突き合わされた接触状態にあることから、例えば、車両発進時、ハブ輪１の加締め部１１と外側継手部材２４の肩部４５との間で、カッキン音と通称されるスティックスリップ音が発生するおそれがある。このスティックスリップ音は、車両発進時、静止状態にある車輪用軸受２０のハブ輪１に対して等速自在継手６の外側継手部材２４から回転トルクが負荷されると、外側継手部材２４からハブ輪１へ回転トルクを伝達しようとするが、外側継手部材２４と車輪用軸受２０との間の伝達トルク変動と外側継手部材２４のねじれにより、ハブ輪１の加締め部１１と外側継手部材２４の肩部４５との当接面で急激な滑りが発生する。この急激な滑りが原因となってスティックスリップ音が発生する。

このスティックスリップ音を未然に防止する手段として、以上で説明したねじ締め付け構造Ｎでは、ハブ輪１に対する外側継手部材２４の圧入時の締め付けトルクよりも低い締め付けトルクに設定されている。つまり、ハブ輪１に対する外側継手部材２４の圧入後、ねじ締め状態を一端緩めて、再度、その圧入時の締め付けトルクよりも低い締め付けトルクに設定する。これにより、ハブ輪１の加締め部１１と外側継手部材２４の肩部４５との当接面に発生する面圧を最適に管理することができ、その当接面で急激な滑りによるスティックスリップ音の発生を未然に防止することができる。

この車輪用軸受装置において、ハブ輪１、内輪２、複列の転動体３，４および外輪５からなる車輪用軸受２０と結合される固定式等速自在継手６はドライブシャフト２１の一部を構成している。自動車のエンジンから車輪に動力を伝達するドライブシャフト２１は、図３に示すように、エンジンと車輪との相対的位置関係の変化による角度変位と軸方向変位に対応する必要があるため、一般的にエンジン側（インボード側）に摺動式等速自在継手５１を、車輪側（アウトボード側）に固定式等速自在継手６をそれぞれ装備し、両者の等速自在継手６，５１を中間シャフト２２で連結した構造を具備する。

図４に示すように、外側継手部材２４のステム部３０をハブ輪１の軸孔３８に圧入するに先立って、ステム部３０のインボード側外周面に円柱形状の嵌合面６１を形成すると共に、ハブ輪１の軸孔３８のインボード側内周面に円筒形状の嵌合面６２を形成していることから、ハブ輪１の軸孔３８の嵌合面６２にステム部３０の嵌合面６１を嵌合させることで、ハブ輪１に対するステム部３０の軸芯合わせを容易に行うことができる。

また、図６（Ａ）（Ｂ）に示すように、ハブ輪１のインボード側に位置する嵌合面６２とアウトボード側に位置する凹部３９との間に、圧入の開始をガイドするガイド部６４を設けている。このガイド部６４はステム部３０の凸部３７よりも大きめの凹部６５が前述の凹部３９と連続するように形成されている（図１の拡大部分参照）。つまり、凸部３７と凹部６５との間に隙間ｍが形成されている〔図７（Ｂ）参照〕。ガイド部６４により、外側継手部材２４のステム部３０をハブ輪１に圧入するに際して、ステム部３０の凸部３７がハブ輪１の凹部３９に確実に圧入するように誘導することができるので、凸部３７と凹部３９との位相合わせが容易で安定した圧入が可能となって圧入時の芯ずれや芯傾きなどを防止することができる。

ステム部３０のハブ輪１への圧入時、図７（Ａ）（Ｂ）および図８（Ａ）（Ｂ）に示すように、ハブ輪１の軸孔３８に凸部３７の周方向側壁部４３のみの形状を転写することにより凹部４０を形成する。この時、凸部３７に対して凹部３９を予め形成していることから、従来のように凸部１３７を円筒部１３９に転写する場合（図１２参照）よりも、凸部３７と凹部４０との嵌合接触部位全域Ｘ（図２参照）で密着させるための圧入荷重を下げることができる。

この凹凸嵌合構造Ｍでは、凸部３７の周方向側壁部４３のみに対して締め代ｎを有するように、その凹部３９の周方向寸法を凸部３７よりも小さく設定している。この凸部３７の周方向側壁部４３を除く部位、つまり、凸部３７の径方向先端部４４は、凹部３９と締め代を有さないことから、その形状が凹部３９に転写されることなく、また、凹部３９の径方向寸法を凸部３７よりも大きく設定することから、凹部３９との間に隙間ｐを有する。このように、凸部３７の周方向側壁部４３のみに対して締め代ｎを有するように設定されていることから、凸部３７の全体に亘って凹部３９と締め代を有するように設定した場合よりも、圧入荷重をより一層下げることができる。

その結果、図５に示すように、ボルト４２の締め付けにより発生する軸力以下でハブ輪１に対して外側継手部材２４を圧入可能とすることができる。つまり、自動車メーカでの車両組み立て時、車輪用軸受２０を車体の懸架装置から延びるナックル５２にボルト６３で取り付けた後、ねじ締め付け構造Ｎのボルト４２による引き込み力でもって、車輪用軸受２０のハブ輪１の軸孔３８に等速自在継手６の外側継手部材２４のステム部３０を容易に圧入することができ、車輪用軸受２０にドライブシャフト２１の等速自在継手６を簡易に組み付けることが可能となって車体への組み付け時の作業性を向上させ、その組み付け時の部品の損傷を未然に防止することができる。

このように、車輪用軸受２０を車体のナックル５２に取り付けた後にその車輪用軸受２０のハブ輪１に外側継手部材２４を圧入するに際して、専用の治具を別に用意する必要がなく、車輪用軸受装置を構成する部品であるボルト４２でもって等速自在継手６を簡易に車輪用軸受２０に結合させることができる。また、ボルト４２の締め付けにより発生する軸力以下という比較的小さな引き込み力の付与で圧入することができるので、ボルト４２による引き込み作業性の向上が図れる。さらに、大きな圧入荷重を付与しないので済むことから、凹凸嵌合構造Ｍでの凹凸が損傷する（むしれる）ことを防止でき、高品質で長寿命の凹凸嵌合構造Ｍを実現できる。

この外側継手部材２４のステム部３０をハブ輪１の軸孔３８に圧入するに際して、凸部３７の周方向側壁部４３による凹部形成面の極僅かな塑性変形および切削加工を伴いながら、その凹部形成面に凸部３７の周方向側壁部４３の形状を転写することになる。この時、凸部３７の周方向側壁部４３が凹部形成面に食い込んでいくことによってハブ輪１の内径が僅かに拡径した状態となって、凸部３７の軸方向の相対的移動が許容される。この凸部３７の軸方向相対移動が停止すれば、ハブ輪１の内径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３７と凹部４０との嵌合接触部位全域Ｘで密着し、外側継手部材２４とハブ輪１を強固に結合一体化することができる。

このような低コストで信頼性の高い結合により、ステム部３０とハブ輪１の嵌合部分の径方向および周方向においてガタが生じる隙間が形成されないので、嵌合接触部位全域Ｘが回転トルク伝達に寄与して安定したトルク伝達が可能であり、耳障りな歯打ち音を長期に亘り防止できる。このように嵌合接触部位全域Ｘで密着していることから、トルク伝達部位の強度が向上するため、車両用軸受装置の軽量コンパクト化が図れる。

外側継手部材２４のステム部３０をハブ輪１の軸孔３８に圧入するに際して、凸部３７の表面硬度を凹部３９の表面硬度よりも大きくする。その場合、凸部３７の表面硬度と凹部３９の表面硬度との差をＨＲＣで２０以上とする。これにより、圧入時における塑性変形および切削加工により、相手側の凹部形成面に凸部３７の周方向側壁部４３の形状を容易に転写することができる。なお、凸部３７の表面硬度としてはＨＲＣで５０〜６５、また、凹部３９の表面硬度としてはＨＲＣで１０〜３０が好適である。

ハブ輪１の軸孔３８と外側継手部材２４のステム部３０との間に、圧入による凸部形状の転写によって生じる食み出し部６６（切粉）を収容する収容部６７を設けている〔図７（Ａ）および図８（Ａ）参照〕。これにより、圧入による凸部形状の転写によって生じる食み出し部６６を収容部６７に保持することができ、その食み出し部６６が装置外の車両内などへ入り込んだりすることを阻止できる。その食み出し部６６を収容部６７に保持することで、食み出し部６６の除去処理が不要となり、作業工数の削減を図ることができ、作業性の向上およびコスト低減を図ることができる。

以上で説明した凹凸嵌合構造Ｍでは、図８（Ａ）および図９に示すように、嵌合接触部位全域Ｘの軸方向長さ（以下、単に嵌合長さと称す）に対するピッチ円径（ＰＣＤ）の比を２．０〜３．０の範囲で規定している。ここで、嵌合長さに対するピッチ円径の比は、ピッチ円径を嵌合長さで除算した値（ＰＣＤ／Ｘ）を意味する。凸部１３７を円筒部１３９に転写する従来の凹凸嵌合構造（図１２参照）では、嵌合長さに対するピッチ円径の比を１．０より小さく設定していたのに対して、この実施形態における凹凸嵌合構造Ｍでは、嵌合長さに対するピッチ円径の比を２．０〜３．０の範囲で規定する。

このように、嵌合長さに対するピッチ円径の比を２．０〜３．０の範囲で規定することにより、ハブ輪１の軸孔３８に外側継手部材２４のステム部３０を圧入する際の圧入荷重を確実に下げることができ、ねじ締め付け構造Ｎのボルト４２による引き込み力でもって、ハブ輪１の軸孔３８に外側継手部材２４のステム部３０を容易に圧入することができる。また、外側継手部材２４のステム部３０の破損強度よりも凸部３７の剪断強度を高くすることができ、凹凸嵌合構造Ｍにおいて十分な強度を確保することができる。

なお、嵌合長さに対するピッチ円径の比が２．０よりも小さいと、ピッチ円径に対して嵌合長さが大きくなり過ぎることから、ねじ締め付け構造Ｎのボルト４２による引き込み力でもって、ハブ輪１の軸孔３８に外側継手部材２４のステム部３０を圧入する際の圧入荷重を下げることが難しくなり、ハブ輪１の軸孔３８に外側継手部材２４のステム部３０を圧入することが困難となる。また、装置のコンパクト化および軽量化が困難となる。逆に、嵌合長さに対するピッチ円径の比が３．０よりも大きいと、ピッチ円径に対して嵌合長さが小さくなり過ぎることから、外側継手部材２４のステム部３０の破損強度よりも凸部３７の剪断強度が低くなり、凹凸嵌合構造Ｍにおいて十分な強度を確保することが困難となる。

また、この凹凸嵌合構造Ｍでは、モジュールを０．３〜０．７５の範囲で規定している。ここで、モジュールとは、図８（Ｂ）および図９に示すように、外側継手部材２４のステム部３０の外周面に形成された凸部３７とハブ輪１の軸孔３８の内周面に形成された凹部４０との嵌合構造におけるピッチ円径（ＰＣＤ）を凸部３７の数Ｚ（歯数）で除した値（ＰＣＤ／Ｚ）を意味する。凸部１３７を円筒部１３９に転写する従来の凹凸嵌合構造（図１２参照）では、その凹凸嵌合構造におけるモジュールを１．０程度に設定していたのに対して、この実施形態における凹凸嵌合構造Ｍでは、モジュールを０．３〜０．７５の範囲で規定する。

このように、凹凸嵌合構造Ｍにおけるモジュールを０．３〜０．７５の範囲で規定することにより、外側継手部材２４のステム部３０の凸部３７とハブ輪１の軸孔３８の凹部４０とが確実に噛み合うことから、車輪用軸受２０と等速自在継手６との間でのトルク伝達容量を十分に確保することができる。また、ハブ輪１の軸孔３８に外側継手部材２４のステム部３０を圧入する際の圧入荷重を確実に下げることができ、ねじ締め付け構造Ｎのボルト４２による引き込み力でもって、ハブ輪１の軸孔３８に外側継手部材２４のステム部３０を容易に圧入することができる。

なお、凹凸嵌合構造Ｍにおけるモジュールが０．３よりも小さいと、凸部３７に対する凹部３９の嵌合代が小さくなり過ぎることから、車輪用軸受２０と等速自在継手６との間で十分なトルク伝達容量を確保することが困難となる。逆に、凹凸嵌合構造Ｍにおけるモジュールが０．７５よりも大きいと、凸部３７に対する凹部３９の嵌合代が大きくなり過ぎることから、ハブ輪１の軸孔３８に外側継手部材２４のステム部３０を圧入する際の圧入荷重を下げることが難しくなり、ねじ締め付け構造Ｎのボルト４２による引き込み力でもって、ハブ輪１の軸孔３８に外側継手部材２４のステム部３０を圧入することが困難となる。

以上の実施形態では、ステム部３０の雌ねじ部４１にボルト４２を螺合させることによりボルト４２をハブ輪１の端面に係止させた状態で締め付ける構造を例示したが、他のねじ締め付け構造として、図１０に示すように、外側継手部材２４のステム部３０の軸端に形成された雄ねじ部６８と、その雄ねじ部６８に螺合した状態でハブ輪１の端面に係止される雌ねじ部であるナット６９とで構成することも可能である。この構造では、ステム部３０の雄ねじ部６８にナット６９を螺合させることによりナット６９をハブ輪１に係止させた状態で締め付けることで、等速自在継手６をハブ輪１に固定することになる。

また、以上の実施形態では、ハブ輪１および内輪２からなる内方部材に形成された複列の内側軌道面７，８の一方、つまり、アウトボード側の内側軌道面７をハブ輪１の外周に形成した（第三世代と称される）タイプの駆動車輪用軸受装置に適用した場合を例示したが、本発明はこれに限定されることなく、ハブ輪の外周に一対の内輪を圧入し、アウトボード側の軌道面７を一方の内輪の外周に形成すると共にインボード側の軌道面８を他方の内輪の外周に形成した（第一、第二世代と称される）タイプの駆動車輪用軸受装置にも適用可能である。

本発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、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。

１内方部材（ハブ輪）
２内方部材（内輪）
３，４転動体
５外方部材（外輪）
６等速自在継手
７，８内側軌道面
１３，１４外側軌道面
２０車輪用軸受
２４外側継手部材
３０ステム部
３７凸部（雄スプライン）
３９，４０凹部
４１雌ねじ部
４２雄ねじ部（ボルト）
４３凸部の周方向側壁部
６８雄ねじ部
６９雌ねじ部（ナット）
ｎ締め代
Ｍ凹凸嵌合構造
Ｎねじ締め付け構造
Ｘ嵌合接触部位全域

Claims

内周に複列の外側軌道面１３，１４が形成された外方部材５と、外周に前記外側軌道面１３，１４と対向する複列の内側軌道面７，８を有し、ハブ輪１および内輪２からなる内方部材と、前記外方部材５の外側軌道面１３，１４と内方部材１，２の内側軌道面７，８との間に介装された複列の転動体３，４とからなる車輪用軸受２０を備え、前記車輪用軸受２０のハブ輪１の内径に等速自在継手６の外側継手部材２４のステム部３０を嵌合させ、前記車輪用軸受２０に等速自在継手６をねじ締め付け構造Ｎにより分離可能に結合させた車輪用軸受装置において、
前記ハブ輪１と前記外側継手部材２４のステム部３０のうちのいずれか一方の部材に軸方向に延びる複数の凸部３７が形成され、
他方の部材に、前記凸部３７の形状が転写された凹部４０が形成され、
前記凹部４０に前記凸部３７が圧入されており、
前記凸部３７の径方向先端部４４と前記凹部４０との間に隙間ｐがあり、
前記他方の部材が、圧入した前記凸部３７による切削で形成された切粉６６を備え、
前記切粉６６が、前記凸部３７の周方向側壁部４３に対応する位置のみに形成され、
前記凸部３７と前記凹部４０との嵌合接触部位全域Ｘが密着した凹凸嵌合構造Ｍを有し、
前記凹凸嵌合構造Ｍにおける嵌合長さに対するピッチ円径の比を２．０〜３．０の範囲で規定したことを特徴とする車輪用軸受装置。
前記凸部３７は前記外側継手部材２４のステム部３０に設けられ、前記凹部４０は前記ハブ輪１に設けられている請求項１に記載の車輪用軸受装置。
前記凸部３７の表面硬度を前記凹部４０の表面硬度よりも大きくした請求項１または２に記載の車輪用軸受装置。
前記ねじ締め付け構造Ｎは、前記外側継手部材２４のステム部３０の軸端に形成された雌ねじ部４１と、前記雌ねじ部４１に螺合した状態で前記ハブ輪１に係止される雄ねじ部４２とで構成されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の車輪用軸受装置。
前記ねじ締め付け構造Ｎは、前記外側継手部材２４のステム部３０の軸端に形成された雄ねじ部４２と、前記雄ねじ部４２に螺合した状態で前記ハブ輪１に係止される雌ねじ部４１とで構成されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の車輪用軸受装置。
内周に複列の外側軌道面１３，１４が形成された外方部材５と、外周に前記外側軌道面１３，１４と対向する複列の内側軌道面７，８を有し、ハブ輪１および内輪２からなる内方部材と、前記外方部材５の外側軌道面１３，１４と内方部材１，２の内側軌道面７，８との間に介装された複列の転動体３，４とからなる車輪用軸受２０を備え、前記車輪用軸受２０のハブ輪１の内径に等速自在継手６の外側継手部材２４のステム部３０を嵌合することにより前記車輪用軸受２０に等速自在継手６をねじ締め付け構造Ｎを介して分離可能に結合させた車輪用軸受装置の製造方法であって、
前記ハブ輪１と前記外側継手部材２４のステム部３０のうちのいずれか一方の部材に軸方向に延びる複数の凸部３７を形成すると共に、他方の部材に前記凸部３７の周方向側壁部４３のみに対して締め代ｎを有する複数の小凹部３９を形成し、
前記ねじ締め付け構造Ｎの軸力で前記凸部３７を前記小凹部３９に圧入して前記凸部３７の周方向側壁部４３のみで前記締め代ｎを切削し、
これによって、他方の部材に凹部４０を形成して前記凸部３７と前記凹部４０の嵌合接触部位全域Ｘが密着する凹凸嵌合構造Ｍを構成すると共に、凸部３７の径方向先端部４４と前記凹部４０との間に隙間ｐを設け、かつ前記凹部４０の嵌合長さに対する前記凸部３７のピッチ円径の比を２．０〜３．０の範囲としたことを特徴とする車輪用軸受装置の製造方法。