JP2010158957A - 車輪用軸受装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】円周方向のガタを抑制でき、ハブ輪と等速自在継手の外輪とを強固にかつ容易に結合可能とした車輪用軸受装置を提供する。
【解決手段】 継手外輪5の軸部12に軸方向に延びる凸部35を設け、軸部12をハブ輪1の孔22に圧入する。この圧入により、ハブ輪1の内径面に凸部35に密着嵌合する凹部36を凸部35で形成し、凸部35と凹部36との嵌合部位全域が密着する凹凸嵌合構造Mを構成する。また、外側継手部材の軸部12とハブ輪の孔部22のうち、少なくともどちらか一方に潤滑油を塗布して圧入を行なう。
【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、複列の転がり軸受を組み合わせて使用する第1世代と称される構造から、外方部材に車体取付フランジを一体に設けた第2世代に進化し、さらに、複列の転がり軸受の2つの内側軌道面のうち、一方をハブ輪の外周に形成した第3世代、さらには、複列の転がり軸受の2つの内側軌道面のうち、一方をハブ輪の外周に形成すると共に、他方を等速自在継手の外側継手部材の外周に形成した第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33に示すように、外径方向に延びるフランジ151を有するハブ輪152と、このハブ輪152に外側継手部材153が固定される等速自在継手154と、ハブ輪152の外周側に配設される外方部材155とを備える。
等速自在継手154は、外側継手部材153と、この外側継手部材153のマウス部157内に配設される内側継手部材158と、この内側継手部材158と外側継手部材153との間に配設されるボール159と、このボール159を保持する保持器160とを備える。また、内側継手部材158の中心孔の内周面には雌スプライン161が形成され、この中心孔に図示省略のシャフトの端部に形成した雄スプラインが挿入される。内側継手部材158側の雌スプライン161とシャフト側の雄スプラインとを嵌合することで、内側継手部材158とシャフトがトルク伝達可能に結合される。
また、ハブ輪152は、筒部163と前記フランジ151とを有し、フランジ151の外端面164(アウトボード側の端面)には、図示省略のホイールおよびブレーキロータを装着するための短筒状のパイロット部165が突設されている。パイロット部165は、大径部165aと小径部165bとからなり、大径部165aにホイールが外嵌され、小径部165bにブレーキロータが外嵌される。
筒部163のインボード側端部の外周面に嵌合部166が設けられ、この嵌合部166に内輪167が嵌合されている。筒部163の外周面のフランジ151近傍には第1内側軌道面168が設けられ、内輪167の外周面に第2内側軌道面169が設けられている。また、ハブ輪152のフランジ151にはボルト装着孔162が設けられており、フランジ151にホイールおよびブレーキロータを固定するためのハブボルトがボルト装着孔162に装着される。
転がり軸受の外方部材155は、その内周に2列の外側軌道面170、171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)182が設けられている。外方部材155の第1外側軌道面170とハブ輪152の第1内側軌道面168とが対向し、外方部材155の第2外側軌道面171と、内輪167の軌道面169とが対向し、これらの間に転動体172が介装される。
ハブ輪152の筒部163に外側継手部材153の軸部173が挿入される。軸部173の軸端部にはねじ部174が形成され、このねじ部174よりもインボード側の外径部に雄スプライン175が形成されている。また、ハブ輪152の筒部163の内径面に雌スプライン176が形成され、軸部173をハブ輪152の筒部163に圧入することで、軸部173側の雄スプライン175とハブ輪152側の雌スプライン176とが嵌合する。
そして、軸部173のねじ部174にナット部材177が螺着され、ハブ輪152と外側継手部材153とが固定される。この際、ナット部材177の座面178と筒部163の外端面179とが当接し、マウス部157のアウトボード側の端面180と内輪167の端面181とが当接する。これにより、ハブ輪152が内輪167を介してナット部材177とマウス部157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、外側継手部材153とハブ輪152は、軸部173に設けられた雄スプライン175を、ハブ輪152に設けられた雌スプライン176に圧入することで結合される。このため、軸部173及びハブ輪152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。また、圧入時には、軸部173の雄スプライン175とハブ輪152の雌スプライン176との凹凸を合わせる必要がある。この際、歯面合わせで圧入すれば、歯面がむしれ等によって損傷するおそれがある。また、大径合わせで圧入すれば、円周方向のガタが生じやすい。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がある。このように、スプライン嵌合による場合、圧入時の歯面の損傷、及び使用時のガタの発生という問題があり、両者を同時に回避することは困難であった。
また、筒部163から突出した軸部173のねじ部174にナット部材177を螺着する必要がある。このため、組立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るとともに、ハブ輪と等速自在継手の外側継手部材とが強固に結合された車輪用軸受装置を提供することを目的とする。
本発明の車輪用軸受装置は、内周に複列の軌道面を有する外方部材と、前記軌道面に対向する複列の軌道面を外周に有し、外周に車輪取り付け用のフランジを有する内方部材と、これら外方部材と内方部材の軌道面間に介在した複列の転動体とを備えた車輪用軸受と、外側継手部材を有する等速自在継手とを備え、ハブ輪の孔部に嵌挿される外側継手部材の軸部がハブ輪と凹部および凸部の嵌合により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とハブ輪の孔部のうち、どちらか一方に軸方向に延びる凸部を設け、かつ少なくともどちらか一方に潤滑油を塗布し、前記凸部を他方に圧入し、他方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との嵌合部位全域が密着する凹凸嵌合構造を構成したことを特徴とするものである。
本発明の車輪用軸受装置によれば、凸部を相手側に圧入した際に、凸部が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、凸部のうち、凹部との嵌合部位の全体(凸部の頂部からその両側の側面に至るまでの連続領域)が凹部に対して密着し、径方向及び円周方向の双方で、ガタを生じるような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。さらには、凸部と凹部が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、外側継手部材の軸部とハブ輪の孔部からなる嵌合部のうち、少なくともどちらか一方に潤滑油を塗布して、前記凸部の圧入を行なうので、凸部による凹部の成形が円滑となり、圧入荷重が減少する。その結果、凹部における成形面のむしれやばりの発生が防止され、凸部と凹部とが嵌合部位全域にわたって密着した凹凸嵌合構造が確実に得られる。
さらに、凸部による凹部の成形性が向上するため、嵌合構造の形成によるハブ輪の外径膨張量を低減でき、その結果、ハブ輪の筒部外周に発生するフープ応力が抑制される。従って、転がり疲労寿命の低下、クラック発生、及び応力腐食割れ等の軸受部の不具合発生を防止することができる。このようにして、高品質な軸受装置を提供することができる。
また、潤滑油により防錆機能が得られるので、万が一泥水等の異物が軸受装置内に浸入した際でも、凹凸嵌合部での錆の発生を防止することができる。凹凸嵌合部での錆の発生は、強度低下を引き起こすことがあるので、トルク伝達機能を奏する凹凸嵌合部において錆の発生を防止することは重要である。
さらに、潤滑油の存在下に凹凸嵌合構造が形成されるので、繰返しトルク負荷を受けた際に、凹凸嵌合部にフレッテイングによる摩耗を生じ難く、摩耗粉の発生によるフレッテイング・コロージョンの発生も防止される。
外側継手部材の軸部に前記凸部を設けた場合には、この凸部の少なくとも前記端面を含む端部領域の硬度をハブ輪の孔部内径部よりも高くするのが望ましい。これにより軸部の剛性を向上させることができ、また、凸部のハブ輪の孔部内径部への食い込み性が増す。
ハブ輪の孔部の内径面に前記凸部を設けた場合には、同様の理由から、凸部の少なくとも前記端面を含む端部領域の硬度を外側継手部材の軸部の外径部よりも高くするのが望ましい。この場合、軸部側の熱硬化処理を行う必要がないので、外側継手部材の生産性に優れる。
凸部を円周方向の複数箇所に設けた場合には、凸部の高さ方向の中間部において、凸部の周方向厚さを、隣接する凸部との間の溝幅よりも小さくするのが好ましい。この場合、隣接する凸部間の溝に入り込んだ相手側の肉が周方向で大きな厚さを有するため、前記肉のせん断面積を大きくすることができ、ねじり強度の向上を図ることができる。しかも、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。凸部の高さ方向の中間部において、各凸部の周方向厚さの総和を、隣接する凸部との間の溝幅の総和よりも小さくすることでも同様の効果が達成される。
外側継手部材の軸部とハブ輪の内径面との間に軸部の抜けを規制する抜け止め構造を設けてもよい。抜け止め構造を設けることによって、ハブ輪に対する外側継手部材の軸方向に抜けることを防止でき、安定した連結状態が維持される。
前記凹凸嵌合構造に軸方向の引き抜き力付与による分離を許容し、ハブ輪と外側継手部材の軸部とをボルト部材を介してボルト固定するものであってもよい。この場合、ボルト固定を解除して、外側継手部材の軸部に軸方向の引き抜き力を付与すれば、ハブ輪の孔部から外側継手部材を取外すことができるので、各部品の修理・点検の作業性(メンテナンス性)の向上を図ることができる。また、ボルト固定することによって、ハブ輪からの外側継手部材の軸方向の抜けが規制され、長期にわたって安定したトルク伝達が可能となる。
ハブ輪と外側継手部材の軸部とをボルト部材で固定した状態において、前記ボルト部材の頭部の座面となる内壁をハブ輪の孔部に設けることで、ボルト固定が安定する。
前記ボルト部材の座面と前記内壁との間にシール材を介在させれば、ボルト部材からの凹凸嵌合構造へ雨水や異物の侵入が防止され、品質向上を図ることができる。
外側継手部材の軸部あるいはハブ輪の孔部には、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ができる。ここで、はみ出し部は、凸部によって形成された凹部の容積に相当する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。その際、嵌合部の極く一部領域に凸部による凹部成形過程で不可避的に隙間が生じる場合がある。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部内に保持することができ、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。この場合、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、ポケット部よりも軸端側の軸部に、軸部とハブ輪の間で調心を行う鍔部を設ければ、ポケット部内に収容された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、鍔部を調芯用に用いることができ、芯ずれを防止しつつ軸部をハブ輪に確実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。
前記内方部材は、例えば、外周に前記車輪取り付け用のフランジを有するハブ輪と、前記ハブ輪のインボード側の端部の外周に圧入される内輪とで構成される。この場合、ハブ輪の外周および内輪の外周にそれぞれ前記軌道面を形成することができる。これにより、車輪用軸受装置の軽量・コンパクト化を図ることができる。
本発明によれば、車輪用軸受装置において、使用時のガタの発生を抑制を図ることができ、しかも、ハブ輪と外側継手部材との連結作業性に優れる。また、ハブ輪と等速自在継手の外側継手部材との嵌合が安定しており、強度的にも優れた車輪用軸受装置を提供することができる。
また、外側継手部材の軸部とハブ輪の孔部からなる嵌合部のうち、少なくともどちらか一方に潤滑油を塗布して前記凸部の圧入を行なうので、前記凸部による凹部の成形性が向上し、圧入荷重が低減する上、フープ応力の抑制、転がり疲労寿命低下の防止、潤滑油による防錆機能、フレッテイング・コロージョンの防止という優れた効果も得られる。
車輪用軸受装置の実施形態を示す断面図である。 前記車輪用軸受装置の凹凸嵌合構造の断面図(a図)、およびX部拡大図(b図)である。 前記車輪用軸受装置の組立前における軸受、ハブ輪、および継手外輪の断面図である。 前記車輪用軸受装置の組立方法を示す断面図である。 前記車輪用軸受装置の組立方法を示す断面図である。 前記車輪用軸受装置の凹凸嵌合構造の拡大断面図である。 シール部材としてOリングを用いたときの拡大断面図(a図)、およびガスケットを用いたときの拡大断面図(b図)である。 車輪用軸受装置の他の実施形態を示す断面図である。 図8の車輪用軸受装置の組立方法を示す断面図である。 図8の車輪用軸受装置の組立方法を示す断面図である。 車輪用軸受装置の他の実施形態を示す断面図である。 図11の車輪用軸受装置の組立方法を示す断面図である。 図11の車輪用軸受装置の組立方法を示す断面図である。 図11の車輪用軸受装置における継手外輪の軸部の端面を示す正面図で、(a)図は全周にわたって形成した外鍔状係止部を、(b)図は、周方向に沿って所定ピッチで配設した外鍔状係止部を示す。 車輪用軸受装置の他の実施形態を示す断面図である。 図15の車輪用軸受装置の要部拡大断面図である。 図15の車輪用軸受装置の組立前における継手外輪の断面図である。 車輪用軸受装置の他の実施形態を示す断面図である。 車輪用軸受装置の他の実施形態を示す断面図である。 車輪用軸受装置の他の実施形態を示す断面図である。 車輪用軸受装置の他の実施形態を示す断面図である。 図21の車輪用軸受装置の要部拡大断面図である。 車輪用軸受装置の他の実施形態を示す断面図である。 図23の車輪用軸受装置の組立前を示す断面図である。 図23の車輪用軸受装置の要部拡大断面図である。 図23の車輪用軸受装置における凹凸嵌合構造の分離工程を示す断面図である。 図23の車輪用軸受装置における再圧入工程を示す断面図である。 (a)(b)何れも凹凸嵌合構造の凸部の他例を示す断面図である。 凹凸嵌合構造の他例を示す断面図(a図)、およびa図中のY部の拡大図(b図)である。 図29(a)に示す凹凸嵌合構造の拡大断面図である。 Δd/2hを変化させた時の、圧入荷重の測定結果を示すグラフである。 Δd/2hを変化させた時の、捩り強度の測定結果を示すグラフである。 従来の車輪用軸受装置の断面図である。 Δd/2hを変化させた時の、凹凸嵌合構造の成形性の評価結果を示す表である。 車輪用軸受装置の他の実施形態を示す断面図である。
以下本発明の実施の形態を図1〜図35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す。この車輪用軸受装置は、ハブ輪1を含む複列の車輪用軸受2と、等速自在継手3とが一体化されてなる。なお、以下の説明において、インボード側とは、車両に取り付けた状態で、車両の車幅方向内側となる側を意味し、アウトボード側とは、車両に取り付けた状態で車両の車幅方向外側となる側を意味する。
等速自在継手3は、外側継手部材としての継手外輪5と、継手外輪5の内側に配された内側継手部材としての継手内輪6と、継手外輪5と継手内輪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、継手外輪5と継手内輪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。継手内輪6はその孔部内径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。
継手外輪5はマウス部11と軸部(ステム部とも呼ばれる)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。継手内輪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。
継手外輪5のトラック溝14と継手内輪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は継手外輪5のトラック溝14と継手内輪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は継手外輪5と継手内輪6との間に摺動可能に介在し、外球面8aにて継手外輪5の内球面13と嵌合し、内球面8bにて継手内輪6の外球面15と嵌合する。なお、この場合の等速自在継手3は、マウス部11の開口側で外輪トラック溝14を直線状とし、マウス部11の奥部側で継手内輪トラック溝16をストレートにした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。
また、マウス部11の開口部はブーツ60にて塞がれている。ブーツ60は、大径部60aと、小径部60bと、大径部60aと小径部60bとを連結する蛇腹部60cとからなる。大径部60aがマウス部11の開口部に外嵌され、この状態でブーツバンド61にて締結される。また、小径部60bがシャフト10のブーツ装着部10bに外嵌され、この状態でブーツバンド62にて締結されている。
ハブ輪1は、筒部20と、筒部20のアウトボード側の端部に設けられる車輪取り付け用のフランジ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、アウトボード側のテーパ孔22bと、インボード側の大径孔22cとを備える。軸部嵌合孔22aにおいて、後述する凹凸嵌合構造Mを介して継手外輪5の軸部12とハブ輪1とが結合される。また、軸部嵌合孔22aと大径孔22cとの間には、テーパ部(テーパ孔)22dが設けられている。このテーパ部22dは、継手外輪5の軸部12の軸端側に向けて縮径している。テーパ部22dのテーパ角度θ(図3参照)は、例えば15°〜75°とされる。
ハブ輪1のインボード側の外周面には、小径の段差部23が形成される。この段差部23に内輪24を嵌合することで複列の内側軌道面(インナレース)28,29を有する内方部材が構成される。複列の内側軌道面のうち、アウトボード側の内側軌道面28はハブ輪1の外周面に形成され、インボード側の内側軌道面29は、内輪24の外周面に形成されている。車輪用軸受2は、この内方部材と、内方部材の外径側に配置され、内周に複列の外側軌道面(アウタレース)26,27を有する外方部材25と、外方部材25のアウトボード側の外側軌道面26とハブ輪1の内側軌道面28との間、および外方部材25のインボード側の外側軌道面27と内輪24の内側軌道面29との間に配置された転動体30としてのボールとで構成される。ハブ輪1と、ハブ輪1の外周に圧入される内輪24とで、内側軌道面28,29を有する内方部材を構成するので、車輪用軸受装置の軽量・コンパクト化を図ることができる。なお、外方部材25の両開口部にはシール部材S1、S2が装着されている。
この車輪用軸受2は、ハブ輪1のインボード側の円筒状端部を加締め、加締めによって形成された加締部31で内輪24を押圧することによって軸受内部に予圧を付与する構造である。これによって、内輪24をハブ輪1に固定することができる。ハブ輪1の端部に形成した加締め部31で軸受2に予圧を付与した場合、継手外輪5のマウス部11で予圧を付与する必要がない。従って、予圧量を考慮せずに継手外輪5の軸部12を圧入することができ、ハブ輪1と継手外輪5との連結性(組み付け性)の向上を図ることができる。この場合、マウス部11をハブ輪1の端部(本実施形態では加締め部31)と非接触にすることができる。これに対応して、ハブ輪1の加締め部31とマウス部11のバック面11aとの間に隙間98が設けられる。マウス部11とハブ輪1を非接触とすることで、両者の接触による異音の発生を防止することができる。
図35に示すように、ハブ輪1の加締め部31とマウス部11のバック面11aとは当接させてもよい。この場合、継手外輪5の軸部12の位置決めが行われるので、車輪軸受装置の寸法精度が安定すると共に、凹凸嵌合構造Mの軸方向長さを安定化させて、トルク伝達性の向上を図ることができる。このようにハブ輪1の加締め部31とマウス部11のバック面11aとを当接させる場合、両者の接触面圧は100MPa以下とするのが望ましい。接触面圧が100MPaを超えると、大トルク負荷時に継手外輪5とハブ輪1との捩れ量に差が生じ、この差によって接触部に急激なスリップが生じて異音を発生するおそれがあるからである。従って、接触面圧を100MPa以下とすることで、異音の発生を防止して静粛な車輪用軸受装置を提供することができる。
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。ハブ輪1には、従来の車輪軸受装置のハブ輪に設けられていたパイロット部165が設けられていない(図33参照)。
凹凸嵌合構造Mは、図2(a)(b)に示すように、例えば、軸部12のアウトボード側の端部に設けられた軸方向に延びる凸部35と、ハブ輪1の孔部22の内径面(本実施形態では、軸部嵌合孔22aの内径面37)に形成される凹部36とで構成される。凸部35とその凸部35に嵌合するハブ輪1の凹部36との嵌合部位38全域が密着している。軸部12のアウトボード側の端部の外周面に、軸方向に延びる複数の凸部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が嵌合する軸方向の複数の凹部36が周方向に沿って形成されている。凸部35と凹部36とは、周方向全周にわたってタイトフィットしている。
この場合、各凸部35は、図2(b)に示すように、その断面が凸アール状の頂部を有する三角形状(山形状)であり、各凸部35の凹部との嵌合領域は、図2(b)に示す範囲Aである。断面における凸部35の円周方向両側の中腹部から頂部に至る範囲で各凸部35と凹部36が嵌合している。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。
図1に示すように、継手外輪5の軸部12の端部とハブ輪1の内径面37との間に軸部の抜けを規制するための抜け止め構造M1が設けられている。この抜け止め構造M1は、継手外輪5の軸部12の端部からアウトボード側に延びてテーパ孔22bと軸方向で係合するテーパ状係止片65で構成される。テーパ状係止片65は、インボード側からアウトボード側に向かって拡径するリング状体からなり、その外周面65aの少なくとも一部がテーパ孔22bに圧接もしくは接触している。
この車輪用軸受装置では、凹凸嵌合構造Mへの異物侵入防止手段Wを、凹凸嵌合構造Mよりもインボード側、及びアウトボード側にそれぞれ設けている。
インボード側では、図7(a)に示すように、ハブ輪1の加締部31とマウス部11のバック面11aとの間の隙間98にシール部材99が嵌着され、このシール部材99でインボード側の異物侵入防止手段W1が構成されている。隙間98は、ハブ輪1の加締部31とマウス部11のバック面11aとの間から、ハブ輪1の大径孔22cと軸部12との間に至るまで形成される。このように、隙間98のコーナ部、すなわちハブ輪1の加締部31と大径部12cとの境界部分にシール部材99を配置し、ハブ輪1の端部とマウス部11の底部との間の隙間98を塞ぐことで、この隙間98からの凹凸嵌合構造Mへの雨水や異物の侵入を防止することができる。シール部材99としては、例えば、図7(a)に示すような市販のOリング等を使用することができる。シール部材99は、ハブ輪1の端部とマウス部11の底部との間に介在可能である限り任意のものが使用可能であり、Oリング以外にも、例えば図7(b)に示すようなガスケット等のようなものも使用可能である。
アウトボード側の異物侵入防止手段W2は、係合部であるテーパ状係止片65と、テーパ孔22bの内径面との間に介在されるシール材(図示省略)とで構成することできる。この場合、テーパ状係止片65にシール材が塗布されることになる。すなわち、塗布後に硬化してテーパ状係止片65と、テーパ孔22bの内径面の間において密封性を発揮できる種々の樹脂からなるシール材をテーパ状係止片65に塗布すればよい。なお、このシール材としては、この車輪用軸受装置が使用される雰囲気中において劣化しないものが選択される。
凸部35と凹部36との間にシール材を介在させ、これによって、異物侵入防止手段W(W3)を構成してもよい。この場合、凸部35の表面に、塗布後に硬化して、嵌合接触部位38間において密封性を発揮できる種々の樹脂からなるシール材を塗布すればよい。
上記凹凸嵌合構造Mは、以下の手順で得ることができる。
先ず、継手外輪5の軸部12に、公知の加工方法(転造加工、切削加工、プレス加工、引き抜き加工等)を用いて、軸方向に延びた多数の歯を有する雄スプライン41を形成する。雄スプライン41のうち、歯底41bを通る円、歯先41a、および歯先41aにつながる両側面で囲まれた領域が凸部35となる。
雄スプライン41は、モジュールを0.5以下とし、通常使用されるスプラインのモジュールよりも小さい歯とするのが望ましい。これにより、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、雄スプライン41をハブ輪1の軸部嵌合孔22aに圧入する際の圧入荷重を小さくすることができる。軸部12の凸部35を雄スプライン41で形成することにより、この種のシャフトにスプラインを形成するための加工設備を活用することができ、低コストに凸部35を形成することが可能である。
次いで、図3にクロスハッチングで示すように、軸部12の外径面に熱硬化処理を施して硬化層Hを形成する。硬化層Hは、凸部35の全体および歯底41bも含めて円周方向に連続して形成される。なお、硬化層Hの軸方向の形成範囲は、少なくとも雄スプライン41のアウトボード側の端縁から、継手外輪5のマウス部11の底壁の内径部に至るまでの連続領域を含んだ範囲とする。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。
その一方、ハブ輪1の内径側は未焼き状態に維持される。すなわち、ハブ輪1の孔部22の内径面37は熱硬化処理を行わない未硬化部(未焼き状態)とする。継手外輪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20ポイント以上とする。例えば、硬化層Hの硬度を50HRCから65HRC程度とし、未硬化部の硬度を10HRCから30HRC程度とする。ハブ輪1の内径面37のうち、少なくとも軸部嵌合孔22aの内径面37が未硬化部であれば足り、その他の内径面には熱硬化処理を施しても構わない。また、上記硬度差が確保されるのであれば、「未硬化部」とすべき上記領域に熱硬化処理を施してもよい。
この際、凸部35の高さ方向の中間部を、凹部形成前のハブ輪1の軸部嵌合孔22の内径面37の位置に対応させる。すなわち、図3および6に示すように、軸部嵌合孔22aの内径面37の内径寸法Dを、雄スプライン41の凸部35の最大外径寸法(雄スプライン41の歯先41aをとおる外接円の直径寸法)D1よりも小さく、雄スプライン41の歯底を結ぶ円の直径寸法D2よりも大きくなるように設定する(D2<D<D1)。
図3に示すように、軸部12の端面12aには、その外周縁部から前記テーパ状係止片65を構成するための短円筒部66が軸方向に沿って突出して形成される。短円筒部66の外径D4は孔部22の嵌合孔22aの内径寸法Dよりも小さく設定されている。この短円筒部66は、後述するように、軸部12のハブ輪1の孔部22への圧入時の調芯部材となる。
上述の孔部22の嵌合孔22a及び軸部12における凹凸嵌合構造を形成する部分のうち、少なくともどちらか一方に金属加工用潤滑油を塗布し、軸部12をハブ輪1の孔部22へ圧入する。金属加工潤滑油としては、水溶性または不水溶性の種々の油を使用することができ、加工負荷により使い分けることができる。加工負荷が低い場合は、防錆油を使用することができ、軸部12の凸部35による凹部の成形時の加工負荷が高い場合は、切削油、プレス油を使用するのが望ましい。これにより、凸部による凹部の成形が円滑となり、圧入荷重が低減する。その結果、凹部における成形面のむしれやばりの発生が防止され、凸部と凹部とが嵌合部位全域にわたって密着した凹凸嵌合構造が確実に得られる。
さらに、凸部による凹部の成形性が向上するため、嵌合構造の形成によるハブ輪の外径膨張量を低減でき、その結果、ハブ輪の筒部外周に発生するフープ応力が抑制される。従って、転がり疲労寿命の低下、クラック発生、及び応力腐食割れ等の軸受部の不具合発生を防止することができる。このようにして、高品質な軸受装置を提供することができる。
また、潤滑油により防錆機能が得られるので、万が一泥水等の異物が軸受装置内に浸入した際でも、凹凸嵌合部での錆の発生を防止することができる。凹凸嵌合部での錆の発生は、強度低下を引き起こすことがあるので、トルク伝達機能を奏する凹凸嵌合部において錆の発生を防止することは重要である。
さらに、潤滑油の存在下に凹凸嵌合構造が形成されるので、繰返しトルク負荷を受けた際に、凹凸嵌合部にフレッテイングによる摩耗を生じ難く、摩耗粉の発生によるフレッテイング・コロージョンの発生も防止される。
潤滑油を塗布した後、図4に示すように、継手外輪5の軸部12の付け根部(マウス部側)にOリング等のシール部材99を外嵌し、ハブ輪1の軸心と等速自在継手3の継手外輪5の軸心とを合わせた状態で、ハブ輪1の孔22に継手外輪5の軸部12を圧入する。この際、軸部12のうち、雄スプライン部41および短円筒部66を含むアウトボード側領域の外径面に予めシール材を塗布しておく。上記のように、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を形成しているので、このテーパ部22dが圧入開始時のハブ輪孔部22と軸部12との芯出しを行なう。また、軸部嵌合孔22aの内径寸法D、凸部35の最大外径寸法D1、および雄スプライン41の歯底の最小外径寸法D2とが前記のような関係であるので、軸部12をハブ輪1の軸部嵌合孔22aに圧入することにより、この凸部35がハブ輪1のインボード側端面の内径部に食い込み、ハブ輪1の肉を切り込む。軸部12を押し進めることで、ハブ輪1の軸部嵌合孔22aの内径面37が凸部35で切り出され、又は押出されて、内径面37に軸部12の凸部35に対応した形状の凹部36が形成される。また、軸部12の凸部35の硬度をハブ輪1の軸部嵌合孔22aの内径面37よりも20ポイント以上高くしているので、ハブ輪1の内径面37への凹部形成が容易となる。また、軸部側の硬度を高くすることで、軸部12の捩り強度を向上させることができる。
この圧入工程を経ることによって、図2(a)(b)に示すように、軸部12の凸部35で、これに嵌合する凹部36が形成される。凸部35が、ハブ輪1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り、凸部35の軸方向の移動を許容する。その一方で、軸方向の移動が停止すれば、内径面37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が外径方向に弾性変形し、この弾性変形分の予圧が凸部35のうち、凹部36と嵌合する部分の表面に付与される。このため、凹部36は、その軸方向全体にわたって凸部35の表面と密着する。これによって凹凸嵌合構造Mが構成される。凸部35と凹部36の嵌合部38には、シール材が介在しているので、この嵌合部38への異物の侵入防止を図ることができる。
また、軸部12の圧入に伴い、ハブ輪1側で塑性変形が生じるため、凹部36の表面には加工硬化が生じる。このため、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。
テーパ部22dは、軸部12の圧入を開始する際のガイドとして機能させることができる。そのため、ハブ輪1の孔部22に対して継手外輪5の軸部12を、芯ずれを生じさせることなく圧入させることができる。また、短円筒部66の外径D4を、孔部22の嵌合孔22aの内径寸法Dよりも小さく設定しているので、短円筒部66を調芯部材として機能させることができ、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、より安定した圧入が可能となる。
凹凸嵌合構造Mは、極力、軸受2の軌道面26、27、28、29の内径側を避けて配置することが求められる。特にインナレース28、29上における接触角が通る線との交点の内径側を避け、これらの交点の間の軸方向一部領域に凹凸嵌合造Mを形成することが望まれる。これにより、軸受軌道面におけるフープ応力の発生を抑えることができる。従って、転がり疲労寿命の低下、クラック発生、及び応力腐食割れ等の軸受の不具合発生を防止することができ、高品質な軸受を提供することができる。
継手外輪5の軸部12をハブ輪1の孔部22に圧入する際には、継手外輪5のマウス部11の外径面に、図23等に示すように段差面Gを設け、仮想線で示す圧入用治具Kをこの段差面Gに係合させて、この圧入用治具Kから段差面Gに圧入荷重(軸方向荷重)を付与すればよい。なお、段差面Gとしては周方向全周に設けても、周方向に沿って所定ピッチで設けてもよい。使用する圧入用治具も、これらの段差面Gの形状に対応して軸方向荷重を付与できるものであればよい。
凹凸嵌合構造Mを介して継手外輪5の軸部12とハブ輪1とが一体化された状態では、図4に示すように、短円筒部66が嵌合孔22aからアウトボード側に突出する。
この短円筒部66は、治具67を使用して拡径方向に塑性変形される。治具67は、円柱状の本体部68と、この本体部68の先端部に連設される円錐台部69とを備える。治具67の円錐台部69は、その傾斜面69aの傾斜角度がテーパ孔22bの傾斜角度と略同一され、かつ、その先端の外径が短円筒部66の内径と同一乃至僅かに短円筒部66の内径よりも小さい寸法に設定されている。治具67の円錐台部69を、テーパ孔22bを介してアウトボード側から嵌入することによって矢印α方向の荷重を付加し、これによって、図5に示すように、短円筒部66に矢印β方向の拡径力を付与する。この際、治具67の円錐台部69によって、短円筒部66が外径側に塑性変形し、テーパ孔22bの内径面に押し付けされる。これに伴い、予め短円筒部66の外径面に塗布されたシール材がテーパ孔22bの内径面に密着し、異物侵入防止手段W2を構成する。また、塑性変形した短円筒部66がテーパ孔22bの内径面と係合するテーパ状係止片65となり、軸部12の抜け止め構造M1を構成する。なお、治具67により矢印α方向の荷重を付加する際には、ハブ輪1や等速自在継手3等の一部を図示しない固定部材で支持して荷重を受ければよい。短円筒部66の内径面は軸端側に拡径するテーパ形状でも良い。このような形状にしておけば、鍛造で軸部12の内径面を成形することが可能となり、コスト低減に繋がる。
また、治具67の矢印α方向の荷重を低減させるため、短円筒部66に切り欠きを入れても良いし、治具67の円錐台部69の円錐面を周方向で部分的に配置するものでも良い。短円筒部66に切り欠きを入れた場合、短円筒部66を拡径し易くなる。また、治具67の円錐台部69の円錐面を周方向で部分的に配置するものである場合、短円筒部66を拡径させる部位が円周上の一部になるため、治具67の押し込み荷重を低減させることができる。
この凹凸嵌合構造Mでは、ハブ輪1に対する凸部35の圧入代をΔdとし、凸部の高さをhとして、0.3<Δd/2h<0.86の範囲に設定する。ここで、圧入代Δdは、図6に示すように、軸部12の最大外径寸法D1(凸部35の歯先41aを通る外接円直径)と、ハブ輪1の軸部嵌合孔22aの内径寸法Dとの径差(D1−D)で表される。これにより、凸部35の高さ方向中間部付近がハブ輪1の内径面に食い込むことになるので、凸部35の圧入代を十分に確保することができ、凹部36を確実に形成することが可能となる。
Δd/2hが0.3以下である場合、捩り強度が低くなり、また、Δd/2hが0.86を越えれば、微小な圧入時の芯ずれや圧入傾きにより、凸部35の全体が相手側に食い込み、凹凸嵌合構造Mの成形性が悪化し、圧入荷重が急激に増大するおそれがある。凹凸嵌合構造Mの成形性が悪化した場合、捩り強度が低下するだけでなく、ハブ輪外径の膨張量も増大するため、ハブ輪1に装着される軸受2の機能に影響し、回転寿命が低下する等
の問題もある。これに対して、Δd/2hを0.3〜0.86の範囲に設定することにより、凹凸嵌合構造Mの成形性が安定し、圧入荷重のばらつきも無く、安定した捩り強度が得られる。
以上に述べた凹凸嵌合構造Mでは、凸部35と凹部36との嵌合部位38の全体が密着しているので、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。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、異音の発生もない。
また、凹部36が形成される部材(この場合、ハブ輪1)には、雌スプライン等を予め形成しておく必要がない。従って、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しないことから組立性の向上を図ることができる。さらに、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。また、ハブ輪1の内径側は比較的軟らかいため、ハブ輪1の凹部は、軸部12の凸部35と高い密着性をもって嵌合する。そのため、径方向及び円周方向におけるガタの防止により一層有効となる。
以上に述べた車輪用軸受装置では、継手外輪5の軸部12の端部からアウトボード側に延びるテーパ状係止片65をテーパ孔22bの内径面に圧接もしくは接触させることで、継手外輪5の軸部12の端部とハブ輪1の内径面37との間に軸部12の抜け止め構造M1を設けている。この抜け止め構造M1によって、ハブ輪1からの継手外輪5の軸部12のインボード側への抜けを防止し、安定した連結状態を維持することができる。また、抜け止め構造M1がテーパ状係止片65であるので、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、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、組立作業性の向上を図ることができる。しかも、テーパ状係止片65では、継手外輪5の軸部12の一部を拡径させればよく、抜け止め構造M1の形成を容易に行うことができる。なお、継手外輪5の軸部12のアウトボード側への移動は、軸部12をさらに圧入する方向への押圧力が必要であり、継手外輪5の軸部12のアウトボード側への位置ズレは極めて生じにくく、かつ、たとえこの方向に位置ズレしたとしても、継手外輪5のマウス部11の底部がハブ輪1の加締部31に当接するので、ハブ輪1から継手外輪5の軸部12が抜けることがない。
また、以上に述べた車輪用軸受装置では、凹凸嵌合構造Mのインボード側およびアウトボード側にそれぞれ異物侵入防止手段W1、W2を設けているので、凹凸嵌合構造Mへの軸方向両端側からの雨水や異物の侵入が防止され、凸部35と凹部36との密着性を長期間安定して維持することが可能となる。
図8に、抜け止め構造M1の他の構成例を示す。この車輪用軸受装置では、軸部12に図4に示す短円筒部66を形成せず、軸部12の中実状の一端部に外径方向へ突出するテーパ状係止片70を設けて軸部12の抜け止め構造M1を構成している。
このテーパ状係止片70は、図9に示す治具71を使用して形成することができる。治具71は、円柱状の本体部72と、この本体部72の先端部に連設される円筒部73とを備え、円筒部73の外周面の先端に切欠部74を設けることで、円筒部73の先端にくさび部75が形成されている。くさび部75を軸部12のアウトボード側の端部に打ち込めば(矢印α方向の荷重を付加すれば)、切欠部74によって、図10に示すように、軸部12の軸端の外径側領域が外径側に塑性変形する。これによって、テーパ状係止片70が形成され、テーパ状係止片70の少なくとも一部がテーパ孔22bの内径面に圧接もしくは接触することになる。このため、図1等に示すテーパ状係止片65と同様に、ハブ輪1からの軸部12の抜けを確実に防止することができる。図示例では、円筒部73の外径面に切欠部74を設けてくさび部75を形成しているが、内径面に切欠部を設けてくさび部7
5を形成してもよい。テーパ状係止片70の外径面とテーパ孔部22bの内径面との間にシール材を介在させて異物侵入防止手段W2を構成することもできる。。
図11に、抜け止め構造M1の他の構成例を示す。この抜け止め構造M1は、軸部12の一部を外径方向へ突出するように加締めることによって、外鍔状係止片76を構成したものであるハブ輪1の軸部嵌合孔22aとテーパ孔22bとの間に段付面22eを介在させ、この段付面22eに外鍔状係止片76を圧接もしくは接触させている。
この外鍔状係止片76は、図12に示す治具77を使用して形成することができる。この治具77は円筒体78を備える。円筒体78の外径D5を軸部12の端部の外径D7よりも大きく設定するとともに、円筒体78の内径D6を軸部12の端部の外径D7より小さく設定している。
このため、この治具77と継手外輪5の軸部12との軸心を合わせ、この状態で治具77の端面77aによって、軸部12の端面12aに矢印α方向に荷重を付加すれば、図13に示すように、軸部12の端面12aの外周側が圧潰して、外鍔状係止片76を形成することができる。
この外鍔状係止片76が段付面22eと軸方向で係合することにより、図1等に示すテーパ状係止片65と同様に、ハブ輪1からの軸部12の抜けを確実に防止することができる。外鍔状係止片76と段付面22eとの間にシール材を介在させて、異物侵入防止手段W2を構成してもよい。
外鍔状係止片76は、図14(a)に示すように、環状に連続して形成する他、図14(b)に示すように、複数の外鍔状係止片76を周方向に沿って所定ピッチで間欠配置してもよい。図14(b)に示す外鍔状係止片76は、押圧部が周方向に沿って所定ピッチ(例えば、90°ピッチ)で配設された治具を使用することによって形成することができる。
ハブ輪1に対して継手外輪5の軸部12を圧入する際には、図15および図16に示すように、凸部35の切り出しまたは押し出し作用で凹部36から材料がはみ出し、はみ出し部45が形成される。はみ出し部45は、凸部35のうち、凹部36と嵌合する部分の容積に相当する量が生じる。
このはみ出し部45を放置すれば、これが脱落して車両の内部に入り込むおそれがある。これに対し、図15および図16に示すように、軸部12の外径面に、はみ出し部45を収納するポケット部50を形成すれば、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、保持されるため、はみ出し部45の脱落を防止して、上記不具合を解消することができる。
ポケット部50は、例えば軸部12の雄スプライン41よりもアウトボード側の外径面に周方向溝51を設けることによって形成することができる。この場合、硬化層Hは、図17のクロスハッチングで示すように、ポケット部50には設けず、雄スプライン41のアウトボード側の端縁から継手外輪5のマウス部11の底壁の一部までの連続領域に形成する。図17では、硬化層Hをポケット部50まで到達させていないが、ポケット部にまで硬化層Hを到達させてもよい。この場合でも、外鍔状係止片76を形成する短円筒部66には硬化層を形成しない。
図18〜図20に、軸部12の抜け止め構造M1の他の構成例を示す。このうち、図18はボルトナット結合を用いた抜け止め構造M1を表す。詳細には、軸部12にねじ軸部
80を連設し、このねじ軸部80にナット部材81を螺着して、ナット部材81を孔部22の段付面22eに当接させたものである。図19は、止め輪85で軸部12の抜け止め構造M1を構成したものであり、雄スプライン41よりもアウトボード側に軸延長部83を設けるとともに、この軸延長部83に周方向溝84を設け、この周方向溝84に止め輪85を嵌着している。図20は、軸部の外径面とハブ輪の内径面との間を溶接して抜け止め構造M1を構成したものであり、軸部12のアウトボード側の外径面と、ハブ輪1の孔部22のうちアウトボード側の開口部端縁とを溶接にて接合している。
軸部12の抜け止め構造M1は、図21に示すように省略することもできる。この場合、図22に示すように、周方向溝51は、その雄スプライン41側の側面51aが、軸方向に対して直交する平面であり、その反対側の側面51bは、溝底51cからアウトボード側に向かって拡径するテーパ面である。周方向溝51の側面51bよりもアウトボード側には、調芯用の円盤状の鍔部52が設けられている。
鍔部52の外径寸法が嵌合孔22aの孔径よりも大きいと、鍔部52自体が嵌合孔22aに圧入されることになる。この際、芯ずれがあれば、このまま凸部35がハブ輪1に圧入され、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1とハブ輪1とが連結されることになる。かかる不具合を防止するため、鍔部52の外径寸法D4a(図22参照)は、孔部22の嵌合孔22aの孔径よりも僅かに小さく設定され、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。その一方で、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。従って、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は、0.01mm〜0.2mm程度に設定するのが好ましい。鍔部52の外径寸法D4aを嵌合孔22aの孔径と同一にしてもよい。
このように、ポケット部50のアウトボード側に、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り、はみ出し部45をより確実にポケット部50内に収納することができる。しかも、鍔部52は調芯機能を有するので、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、図21に示す抜け止め構造M1を有しない車輪用軸受装置において、軸部12に設けた調芯用の鍔部52を省略することもできる。
図23は継手外輪5の軸部12とハブ輪1との分離を許容した実施形態を示す。この実施形態では、図23と図24に示すように、ハブ輪1は、筒部20と、筒部20のアウトボード側の端部に設けられフランジ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、アウトボード側のテーパ孔22bとを有し、軸部嵌合孔22aとテーパ孔22bとの間に、内径方向へ突出する内壁22gが設けられている。継手外輪5の軸部12とハブ輪1は、凹凸嵌合構造Mを介して結合されている。内壁22gのアウトボード側の端面には凹窪部91が設けられている。
孔部22は、軸部嵌合孔22aよりもインボード側に大径部86を有し、軸部嵌合孔22aよりもアウトボード側に小径部88を有する。大径部86と軸部嵌合孔22aとの間には、テーパ部(テーパ孔)89aが設けられている。このテーパ部89aは、ハブ輪1と継手外輪5の軸部12を結合する際の圧入方向に沿って縮径している。テーパ部89aのテーパ角度θは、例えば15°〜75°とされる。なお、軸部嵌合孔22aと小径部88との間にもテーパ部89bが設けられている。
この実施形態では、上記と同様で凹凸嵌合部Mが構成される。すなわち、軸部12に凸部35を形成した上で、この軸部12をハブ輪1の軸部嵌合孔22aに圧入し、ハブ輪1の軸部嵌合孔22aの内径面37に、凸部35と密着嵌合する凹部36を形成する。
軸部12の圧入後には、アウトボード側から軸部12のねじ孔90にボルト部材94を螺着する。ボルト部材94は、フランジ付き頭部94aと、ねじ軸部94bとからなる。ねじ軸部94bは、大径の基部95aと、小径の本体部95bと、先端側のねじ部95cとを有する。この場合、内壁22gに貫通孔96が設けられ、この貫通孔96にボルト部材94の軸部94bが挿通されて、ねじ部95cが軸部12のねじ孔90に螺着される。図24に示すように、貫通孔96の孔径d1は、軸部94bの大径の基部95aの外径d2よりも僅かに大きく設定される。具体的には、0.05mm<d1−d2<0.5mm程度とされる。なお、ねじ部95cの最大外径は、大径の基部95aの外径と同じか基部95aの外径よりも僅かに小さい程度とする。
このように、ボルト部材94を軸部12のねじ孔90に螺着することによって、ボルト部材94の頭部94aのフランジ部100が内壁22gの凹窪部91に当接する。これによって、軸部12のアウトボード側の端面92とボルト部材94の頭部94aとで内壁22gが挟持され、ハブ輪1と継手外輪5の軸方向の位置決めが行われる。同時に軸部の小径部12dの外径面、内壁22gの端面、およびハブ輪1の内径面の小径部88とで囲まれた空間にポケット部97が形成される。
図23では、軸部12のアウトボード側の端面92とボルト部材94の頭部94aとで内壁22gを挟持しているが、必ずしも内壁22gを挾持する必要はなく、例えば、ボルト部材94の頭部94aと凹凸嵌合構造Mとでハブ輪1の位置決めを行うことができる。また、ハブ輪1の加締め部31とマウス部11のバック面11aとを当接させた場合(図35参照)には、ボルト部材94の頭部94aとマウス部11のバック面11aとでハブ輪1を挾持してもよい。これにより、軸方向の曲げ剛性が向上して曲げに強くなり、耐久性に優れた高品質な車輪用軸受装置を提供することができる。しかも、この接触によって、圧入時のハブ輪1の位置決めも行えるので、車輪用軸受装置の寸法精度の安定化を図ると共に、凹凸嵌合構造Mの軸方向長さを安定化させることができ、トルク伝達性の向上を図ることができる。さらに、この接触によってシール構造を構成できるので、加締め部31側からの異物の侵入を防止することができ、凹凸嵌合構造Mの嵌合状態を長期間安定して維持することができる。
ボルト部材94の座面100aと内壁22gとの間にシール材(図示省略)を介在させることにより、座面100aと内壁22gの凹窪部91の底面との間の密封性を確保することができる。これにより、アウトボード側からの凹凸嵌合構造Mへ雨水や異物の侵入が防止される。シール材としては、かかる密封性を確保できるように、種々の樹脂からなるシール材を選択して塗布すればよい。
軸部12をハブ輪1の孔部22に圧入していけば、凸部35で孔部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がはみ出し部45となり、図25に示すように、軸部12の小径部12dの外径側に設けられたポケット部97にカールした状態で収納される。このように、はみ出し部45を収納する収納部97を設けることによって、はみ出し部45をこの収納部97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。これにより、はみ出し部45を収納部97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通じて、組立作業性の向上及びコスト低減を図ることができる。
継手外輪5とハブ輪1を分離する際には、図23に示す状態から、ボルト部材94を取外した後、ハブ輪1と継手外輪5の間に凹凸嵌合構造Mの嵌合力以上の引抜き力を与えてハブ輪1から継手外輪5を引き抜く。この引き抜きは、図26に示すような治具120を用いて行うことができる。治具120は、基盤121と、この基盤121のねじ孔122に螺合する押圧用ボルト部材123と、軸部12のねじ孔90に螺合されるねじ軸126とを備える。基盤121には貫孔124が設けられ、この貫孔124にハブ輪1のボルト33が挿通され、ナット部材125がこのボルト33に螺合される。この際、基盤121とハブ輪1のフランジ21とが重ね合わされて、基盤121がハブ輪1に取り付けられる。
このように、基盤121をハブ輪1に取り付けた後、基部126aが内壁22gからアウトボード側へ突出するように、軸部12のねじ孔90にねじ軸126を螺合させる。この基部126aの突出量は、凹凸嵌合構造Mの軸方向長さよりも長く設定される。また、ねじ軸126と、押圧用ボルト部材123とは、同一軸心上に配設される。
その後は、押圧用ボルト部材123をアウトボード側から基盤121のねじ孔122に螺着し、この状態で、矢印方向にボルト部材123を螺進させる。この際、ねじ軸126と、押圧用ボルト部材123とは、同一軸心上に配設されているので、ボルト部材123がねじ軸126をインボード側に押圧する。これによって、継手外輪5がハブ輪1に対してインボード側へ移動して、図27に示すように、ハブ輪1から継手外輪5が外れる。
また、ハブ輪1から継手外輪5が外れた状態からは、例えば、図24に示すボルト部材94を使用して再度、ハブ輪1と継手外輪5とを連結することができる。すなわち、ハブ輪1から基盤121を取外すとともに、軸部12からねじ軸126を取外した状態として、ボルト部材94を貫通孔96を介して軸部12のねじ孔90に螺合させる。この状態では、軸部12側の雄スプライン41と、前回の圧入によって形成されたハブ輪1の雌スプライン42との位相を合わせる。
次いで、この状態にて、ボルト部材94をねじ孔90に対して螺進させる。これによって、軸部12がハブ輪1内へ嵌入していく。この際、孔部22が僅かに拡径した状態となって、軸部12の軸方向の進入を許容し、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、前回の圧入と同様、凸部35の凹部との嵌合部位の全体が対応する凹部36に対して密着する凹凸嵌合構造Mが再度構成され、継手外輪5とハブ輪1が再結合される。以上に述べたハブ輪1と継手外輪5の分離、および再結合は、図26および図27に示すように、軸受2の外方部材25を車両のナックルに取り付けたままの状態で行うことができる。
特に、ボルト部材94をねじ孔90に対して螺進させる際に、図27に示すように、ボルト部材94の基部95aが、貫通孔96に対応した状態となる。しかも、図24に示すように、貫通孔96の孔径d1は、軸部94bの大径の基部95aの外径d2よりも僅かに大きく設定される(具体的には、0.05mm<d1−d2<0.5mm程度とされる)ので、ボルト部材94の基部95aの外径と、貫通孔96の内径とが、ボルト部材94がねじ孔90を螺進する際のガイドを構成することができ、芯ずれすることなく、軸部12をハブ輪1の孔部22に圧入することができる。なお、貫通孔96の軸方向長さが短すぎると、安定したガイド機能を発揮できず、逆に長すぎると、内壁22gの厚さ寸法が大となって、凹凸嵌合構造Mの軸方向長さを確保できず、かつハブ輪1の重量が大となる。貫通孔96の長さは、以上の事情を勘案して決定する。
なお、図25に示すように、軸部12のねじ孔90の開口部に、開口側に向かって拡開するテーパ部90aを形成すれば、ねじ軸126やボルト部材94をねじ孔90に螺合させ易くなる。
1回目(孔部22の内径面37に凹部36を成形する圧入)の圧入では、圧入荷重が比較的大きいので、軸部12の圧入に際しては、プレス機等を使用する必要がある。これに対して、このような再度の圧入では、圧入荷重が1回目の圧入荷重よりも小さいため、プレス機等を使用することなく、安定して正確に軸部12をハブ輪1の孔部22に圧入することができる。このため、現場での継手外輪5とハブ輪1との分離・連結が可能となる。
図2に示す雄スプライン41では、一例として、凸部35のピッチと凹部36のピッチとが同一値に設定されている。このため、図2Bに示すように、凸部35の高さ方向の中間部において、凸部35の周方向厚さLと、隣接する凸部間の溝幅L0とがほぼ同一となっている。
これに対して、図28(a)に示すように、凸部35の高さ方向の中間部において、凸部35の周方向厚さL2を、隣接する凸部間の溝幅L1よりも小さくしてもよい。換言すれば、凸部35の高さ方向の中間部において、軸部12側の凸部35の周方向厚さ(歯厚)L2を、ハブ輪1側の凸部43の周方向厚さ(歯厚)L1よりも小さくする。
各凸部35において上記関係を満たすことにより、軸部12側の凸部35の周方向厚さL2の総和Σ(B1+B2+B3+・・・)を、ハブ輪1側の凸部43の周方向厚さの総和Σ(A1+A2+A3+・・・)よりも小さく設定することが可能となる。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。
この場合、全ての凸部35,43について、L2<L1の関係を満足させる必要はなく、周方向厚さの総和がハブ輪1側の凸部43における周方向厚さの総和よりも小さくなる限り、一部の凸部35、43については、L2=L1とし、あるいはL2>L1に設定することができる。
図28(a)では、凸部35を断面台形に形成しているが、図28(b)に示すように、インボリュート形状の断面に形成することもできる。
以上の各実施形態では、軸部12に雄スプライン41を形成することで、軸部側に凸部35を形成した場合を例示しているが、これとは逆に、図29(a)(b)に示すように、ハブ輪1の孔部22の内径面に雌スプライン61を形成することで、ハブ輪1側に凸部35を形成してもよい。この場合、軸部12に雄スプライン41を形成した場合と同様に、例えば、ハブ輪1に雌スプライン61に熱硬化処理を施し、軸部12の外径面は未焼き状態とする等の手段で、ハブ輪1の凸部35の硬度を軸部の外径面よりもHRCで20ポイント以上硬くする。雌スプライン61は、公知のブローチ加工、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、形成することができる。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。
その後、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で、軸部12の外周面に凸部35と嵌合する凹部36が形成され、これによって、凸部35と凹部36の嵌合部位全体を密着させた凹凸嵌合構造Mが構成される。凸部35と凹部36の嵌合部位38は、図28(b)に示す範囲Bである。軸部12の外周面よりも外径側で、かつ周方向に隣合う凸部35間には隙間62が形成される。
凸部35の高さ方向の中間部が、凹部形成前の軸部12の外径面の位置に対応する。すなわち、軸部12の外径寸法D10は、雌スプライン61の凸部35の最小内径寸法D8(雌スプライン61の歯先61aをとおる外接円の直径寸法)よりも大きく、雌スプライン61の最大内径寸法D9(雌スプライン61の歯底6aを結ぶ円の直径寸法)よりも小さく設定される(D8<D10<D9)。また、軸部12に対する凸部35の圧入代をΔdとし、凸部の高さをhとして、0.3<Δd/2h<0.86の範囲に設定する。ここで、圧入代Δdは、図29(a)および図30に示すように、軸部12の外径寸法D10と、ハブ輪の最小内径寸法D8(凸部35の歯先61aを通る円の直径)との径差(D10−D8)で表される。これにより、凸部35の高さ方向中間部付近が軸部12の外径面に食い込むことになるので、凸部35の圧入代を十分に確保することができ、凹部36を確実に形成することが可能となる。
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97を設けるのが好ましい。はみ出し部45は軸部12のインボード側に形成されるので、ポケット部は、凹凸嵌合構造Mよりもインボード側で、かつハブ輪1側に設ける。
このように、ハブ輪1の孔部22の内径面に凹凸嵌合構造Mの凸部35を設ける場合、軸部12側の熱硬化処理を行う必要がないので、等速自在継手3の継手外輪5の生産性に優れる、という利点が得られる。
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の断面形状として、図2(b)、および図28(a)(b)に示す形状以外にも、半円形状、半楕円形状、矩形形状等の種々の断面形状を有する凸部35を採用することができ、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。凸部35は、軸部12やハブ輪11とは別体のキーのようなもので形成することもできる。
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を圧入する際には、凸部35の少なくとも圧入開始側の端面を含む端部領域の硬度が、圧入される側の硬度よりも高ければよく、必ずしも凸部35の全体の硬度を高くする必要がない。図2(b)および図29(b)では、スプラインの歯底と凹部36が形成された部材との間に隙間40,62が形成されているが、凸部35間の溝の全体を相手側の部材で充足させてもよい。
凹部が形成される部材の凹部形成面には、予め、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るので、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。
図20に示す結合手段としては、溶接の結合手段を用いていたが、溶接に代えて接着剤を使用してもよい。また、軸受2の転動体30として、ボール以外にころを使用することもできる。さらに、前記実施形態では、本発明を第3世代の車輪用軸受装置に適用しているが、第1世代や第2世代、さらには第4世代の車輪軸受装置にも同様に適用することができる。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よい。あるいは、両者を移動させてもよい。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。
なお、軸部12の抜け止め構造M1において、例えば、図19に示すような止め輪85等を使用する場合、軸部12の端部に抜け止め構造M1を設けず、軸部12の付け根部側(マウス側)に設けることもできる。
図23に示す実施形態において、ハブ輪1と軸部12とのボルト固定を行うボルト部材94の座面100aと、内壁22gとの間に介在されるシール材は、ボルト部材94の座面100a側に樹脂を塗布して構成する他、逆に、内壁22g側に樹脂を塗布して構成してもよい。また、座面100a側および内壁22g側の双方に樹脂を塗布するようにしてもよい。なお、ボルト部材94を螺着する際において、ボルト部材94の座面100aと、内壁22gの凹窪部91の底面とが密着性に優れるものであれば、このようなシール材を省略することも可能である。例えば、凹窪部91の底面を研削すれば、ボルト部材94の座面100aとの密着性が向上するので、シール材の塗布を省略することが可能となる。密着性が確保される限り、凹窪部91への研削加工を省略し、鍛造肌や旋削仕上げ状態を、そのまま残すこともできる。
また、ポケット部50の形状は、生じるはみ出し部45を収納(収容)できるものであれば足り、その形状は問わない。また、ポケット部50の容量は、少なくとも予想されるはみ出し部45の発生量よりも、大きくする。
軸部12にモジュール0.48、歯数59の雄スプライン41を成形し、Δd/2hを変化させて圧入荷重を測定した。また、それぞれの凹凸嵌合構造について捩り強度試験を行うと共に、凹凸嵌合構造の成形性を評価した。圧入荷重の測定結果を図31に、捩り強度試験の結果を図32に、凹凸嵌合構造の成形性の評価結果を図34に示す。
図31と図32から明らかなように、Δd/2hが0.86を越えれば、圧入荷重が急激に増加するとともに、捩り強度が低下する。また、Δd/2hが0.3以下では捩り強度が低下する。このため、0.3<Δd/2h<0.86が好ましい。なお、圧入荷重のみを考慮すれば、0.3以下のほうがよいが、捩り強度が低下するので、0.3以下は避けるべきである。また、図34から明らかなように、凹凸嵌合構造Mの成形性についても、Δd/2hが0.28から0.86の範囲において良好であった。これに対して、0.86を越えた0.89や0.95では悪化していた。ここで、悪化とは、「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。」という作用効果が得られない嵌合構造であることを意味する。
1 ハブ輪
2 軸受
3 等速自在継手
5 継手外輪
11 マウス部
11a バック面
12 軸部
22 孔部
22g 内壁
26,27 外側軌道面(アウタレース)
28,29 内側軌道面(インナレース)
30 転動体
31 加締部
35 凸部
35a 凸部端面
35b 凸部側面
36 凹部
37 内径面
38 嵌合部位
45 はみ出し部
50 ポケット部
52 鍔部
53 切欠部
90 ねじ孔
94 ボルト部材
94a 頭部
98 隙間
99 シール部材
100a 座面
M 凹凸嵌合構造
M1 抜け止め構造

Claims (10)

  1. 内周に複列の軌道面を有する外方部材と、前記軌道面に対向する複列の軌道面を外周に有し、外周に車輪取り付け用のフランジを有する内方部材と、これら外方部材と内方部材の軌道面間に介在した複列の転動体とを備えた車輪用軸受と、外側継手部材を有する等速自在継手とを備え、ハブ輪の孔部に嵌挿される外側継手部材の軸部がハブ輪と凹部および凸部の嵌合により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とハブ輪の孔部のうち、どちらか一方に軸方向に延びる凸部を設け、かつ少なくともどちらか一方に潤滑油を塗布し、前記凸部を他方に圧入し、他方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との嵌合部位全域が密着する凹凸嵌合構造を構成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に前記凸部を設け、この凸部の少なくとも前記端面を含む端部領域の硬度を、ハブ輪の孔部内径部よりも高く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. ハブ輪の孔部の内径面に前記凸部を設け、この凸部の少なくとも前記端面を含む端部領域の硬度を外側継手部材の軸部の外径部よりも高く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. 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、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1又は2に記載の車輪用軸受装置。
  5. 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、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又は3に記載の車輪用軸受装置。
  6. 前記凸部を円周方向の複数箇所に設け、凸部の高さ方向の中間部において、凸部の周方向厚さを、隣接する凸部との間の溝幅よりも小さくしたことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の車輪用軸受装置。
  7. 前記凸部を円周方向の複数箇所に設け、凸部の高さ方向の中間部において、各凸部の周方向厚さの総和を、隣接する凸部との間の溝幅の総和よりも小さくした請求項1〜6のいずれか1項に記載の車輪用軸受装置。
  8. 外側継手部材の軸部とハブ輪の内径面との間に、軸部の抜けを規制する抜け止め構造を設けたことを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の車輪用軸受装置。
  9. 前記凹凸嵌合構造に軸方向の引き抜き力付与による分離を許容し、ハブ輪と外側継手部材の軸部とをボルト部材を介してボルト固定したことを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の車輪用軸受装置。
  10. 前記内方部材が、外周に前記車輪取り付け用のフランジを有するハブ輪と、前記ハブ輪のインボード側の端部の外周に圧入される内輪とで構成され、前記ハブ輪の外周および内輪の外周にそれぞれ前記軌道面が形成されていることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の車輪用軸受装置。
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