JP2012062013A - 車輪用軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車輪用軸受装置の組立性を向上すると共に、所定のトルク伝達性能を長期間に亘って安定的に維持可能とする。
【解決手段】軸方向に延びる凸部３５が設けられた継手外輪５の軸部１２をハブ輪１の孔部２２に圧入し、ハブ輪１の軸部嵌合孔２２ａの内径面３７に凸部３５により凹部を形成することで、凸部３５と凹部の嵌合部位全域が密着する凹凸嵌合構造が構成される。また、継手外輪５の軸部１２に設けたボルト孔１３には、凹凸嵌合構造の構成後にボルト部材５０が締結され、これによりハブ輪１と継手外輪５の分離が規制される。ボルト部材５０としては、その座面５０ａ１の外径をｄ１、その軸径をｄ２としたときに、２．３≦（ｄ１／ｄ２）²≦４．９の関係式を満たすものを用いる。
【選択図】図４

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、一方を車輪取付フランジを有する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世代まで開発されている。

例えば、特許文献１には、第３世代と称される車輪用軸受装置の一例が記載されている。この車輪用軸受装置は、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、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、この中心孔に図示しない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の雌スプライン１６１とシャフト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。

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、図示しない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にブレーキロータが外嵌され、小径部１６５ｂにホイールが外嵌される。

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に転がり軸受の内輪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、その内周に複列の外側軌道面１７０，１７１を有すると共に、その外周にフランジ（車体取付フランジ）１８２を有する。外方部材１５５の第１外側軌道面１７０および第２外側軌道面１７１は、ハブ輪１５２の第１内側軌道面１６８および内輪１６７の第２内側軌道面１６９とそれぞれ対向し、これら軌道面間に転動体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と転がり軸受の内輪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 特開２００９−５６８６９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易い。円周方向のガタがあると、回転トルクの伝達性に劣ると共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ってハブ輪１５２と軸部１７３とを結合する場合、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、車輪用軸受装置の補修等を行う場合に、ハブ輪と外側継手部材とが結合されたままの状態では補修困難となるおそれがある。そのため、軸受部分と継手部分とを個別に補修可能とするには、ハブ輪と外側継手部材とを分離可能とすることが望まれ、また、両者の分離後には、両者を再結合（再組立）可能とする必要がある。

以上に鑑み、本願の出願人は、特許文献２に開示された車輪用軸受装置を提案している。詳しくは、外側継手部材の軸部又はハブ輪の孔部の何れか一方に設けられた軸方向に延びる凸部を他方に圧入することで他方に凹部を形成し、凸部と凹部の嵌合部位全域が密着する凹凸嵌合構造を構成したものである。この凹凸嵌合構造の構成時には、上記他方に予めスプライン部を形成しておく必要がないことから、生産性を向上することができる。また、圧入時の歯面の損傷を回避することができるので、安定した嵌合状態を維持することができる。また、上記の凹凸嵌合構造では、径方向および円周方向でガタが生じる隙間が形成されないので、安定したトルク伝達が可能であると共に異音の発生が防止される。しかも軸部が孔部に対して隙間無く密着し、トルク伝達部位の強度が向上するので、嵌合部長さを短くして軸受装置を軸方向にコンパクト化することができる。

さらに、上記の凹凸嵌合構造は、軸部に設けたボルト孔からボルト部材を取り外した状態で軸方向の引き抜き力を付与することによって分離可能とされているため、良好な補修作業性（メンテナンス性）が担保されている。また、補修後には、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上記の凹凸嵌合構造を再構成することができる。凹凸嵌合構造の再構成（ハブ輪と外側継手部材の再結合）は、軸部に設けたボルト孔にボルト部材をねじ込むことで行うことができる。そのため、凹凸嵌合構造の再構成時には、圧入用のプレス機等、大掛かりな設備を使用する必要がなくなる。従って、自動車整備工場等の現場においても、車輪用軸受装置の点検、補修等を容易に行うことが可能となる。

しかしながら、特許文献２に記載された車輪用軸受装置にも改良の余地がある。一例を挙げると、ハブ輪と外側継手部材の締結および再結合に用いるボルト部材は、これを構成する各部のサイズが不適切であると、当該軸受装置の組立性が低下する、当該軸受装置の各部に不当な応力集中が生じてトルク伝達性能や耐久寿命に悪影響を及ぼす等の不具合を招来する。それにも関わらず、特許文献２では、ハブ輪に対するボルト部材の挿通性を担保すべく、ハブ輪の孔部の孔径とボルト部材の軸径との寸法関係について言及されているに過ぎない。

本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであり、この種の車輪用軸受装置で用いるボルト部材の最適化を図り、これにより、組立性の向上を図ると共に、所定のトルク伝達性能を長期間に亘って安定的に維持可能とすることを目的とする。

上記の目的を達成するために創案された本発明に係る車輪車軸受装置は、内周に複列の軌道面を有する外方部材と、車輪に取り付けられるハブ輪を含み、外周に前記軌道面に対向する複列の軌道面を有する内方部材と、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有する車輪用軸受と、外側継手部材を有する等速自在継手とを備えるものであって、外側継手部材の軸部とハブ輪の孔部のうち、何れか一方に設けられた軸方向に延びる凸部を他方に圧入し、他方に凸部により凹部を形成することで凸部と凹部との嵌合部位全域が密着する凹凸嵌合構造を構成すると共に、外側継手部材の軸部にボルト孔を設け、このボルト孔にねじ込んだボルト部材でハブ輪と外側継手部材とを締結し、ボルト部材を取り外した状態での軸方向の引き抜き力付与により凹凸嵌合構造の分離が許容されるものにおいて、ボルト部材として、その座面外径をｄ１、その軸径をｄ２としたときに、２．３≦（ｄ１／ｄ２）²≦４．９の関係式を満たすものを用いることを特徴とする。

なお、本発明で言う凹凸嵌合構造は、上記のとおり凸部と凹部の嵌合部位全域が密着するものであるが、嵌合部位のごく一部領域に隙間が存在する場合がある。このような隙間は、凸部による凹部の形成過程で不可避的に生じるものであるから、このような隙間があったとしても「凸部と凹部の嵌合部位全域が密着する」という概念に含まれる。

上記のように、本発明に係る車輪用軸受装置では、ボルト部材として、その座面外径をｄ１、その軸径をｄ２としたときに、２．３≦（ｄ１／ｄ２）²≦４．９の関係式を満たすものが用いられる。（ｄ１／ｄ２）²の値を小さくするには、座面外径ｄ１を小さくする、あるいは軸径ｄ２を大きくすれば良いが、座面外径ｄ１をあまりに小さくすると、ハブ輪端面のうち、ボルト部材の座面と軸方向で対峙する領域で摩耗や圧痕が生じ易くなり、軸径ｄ２を大きくするとボルト軸力が過大となる可能性がある。例えば、互いに対向するハブ輪の端面と外側継手部材の端面とを接触させる構造を採る場合にボルト軸力が過大となると、両者間の接触面圧が高くなり、両者が相対回転した場合等に異音（スティックスリップ音）が発生し易くなる。これらの問題は、（ｄ１／ｄ２）²の値を大きくすることで解消可能であると考えられるが、（ｄ１／ｄ２）²の値を大きくするには、座面外径ｄ１を大きくする、あるいは軸径ｄ２を小さくする必要がある。しかし、座面外径ｄ１をあまりに大きくすると、頭部を受けるハブ輪の形状に制約が生じてハブ輪の設計自由度が低下する、組立性が悪化する、ボルト部材の締結トルク管理が難しくなる、等の不具合が生じ、また、軸径ｄ２を小さくするとボルト軸力が低下する。従って、以上の諸事情を鑑みると、ボルト部材としては、２．３≦（ｄ１／ｄ２）²≦４．９の関係式を満たすものを用いるのが望ましい。これにより、上記の各種問題を解消することができることに加え、ボルト緩みによる締結力の低下、またこれに起因した凹凸嵌合構造への泥水等の侵入を可及的に防止することができる。

外側継手部材の軸部に凸部を設けた場合には、この凸部の少なくとも圧入開始側の端部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。

この場合、外側継手部材の軸部には、凸部の圧入によって凹部を形成することで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、凸部を圧入すること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。ポケット部を設けることによって、はみ出し部を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むような事態を防止することができる。またこの場合、はみ出し部をポケット部内に収納したままにすることができ、はみ出し部の除去処理を別途行う必要がなくなる。そのため、組立作業工数の減少を図ることができ、組立作業性の向上およびコスト低減を図ることができる。

ハブ輪の孔部の内径面に凸部を設けた場合には、凸部の少なくとも圧入開始側の端部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を高めることができる。またこの場合、上記のポケット部はハブ輪の孔部に形成する。

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望ましい。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、捩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、圧入荷重を小さくすることができ、圧入性（凹凸嵌合の成形性）を向上することができる。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小さくすることによっても同様の効果が得られる。

内方部材は、ハブ輪と、ハブ輪のインボード側の端部外周に圧入される内輪とで構成することができ、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。さらに、ハブ輪の端部を加締めることによって軸受に予圧を付与すれば、外側継手部材によって軸受に予圧を付与する必要がなくなる。そのため、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。

互いに対向するハブ輪の端面と外側継手部材の端面とを接触させれば、軸方向の曲げ剛性が向上して耐久性に富む高品質な製品となる。また、凸部を圧入する際（凹凸嵌合構造を形成する際）には、ハブ輪と外側継手部材の相対的な軸方向の位置決めを図ることができる。これにより、車輪用軸受装置の寸法精度が安定すると共に、凹凸嵌合構造の軸方向長さの安定化を図ることができ、トルク伝達性能の向上を図ることができる。加えて、別途のシール構造を設けずとも凹凸嵌合構造への異物の侵入を防止することができ、長期に亘って安定した嵌合状態を低コストに維持することができる。但し、両者の接触面圧が高過ぎると、予圧が付与された接触面でもトルク伝達が行われてしまい、更に大きなトルクが負荷され、接触面がトルク伝達に耐えられなくなった時に接触面が急激に滑ることに起因して異音が発生するおそれがある。そのため、両者は、１００ＭＰａ以下の面圧で接触させるのが望ましい。なお、異音の発生を確実に防止する観点から言えば、互いに対向するハブ輪の端面と外側継手部材の端面とを非接触にするのが有効である。この場合には、両者間に形成される隙間にシール部材を介在させ、凹凸嵌合構造への異物侵入を防止するのが望ましい。

以上の構成において、凹部が形成される部材の圧入開始側の端部に、凸部の圧入をガイドする（凸部と凸部により形成された凹部の位相を合わせる）ガイド部を設けておけば、当該ガイド部に沿って凸部を圧入することができるので、凸部の圧入精度を向上することができる。これにより、芯ずれや、傾いた状態で凸部が圧入されるような事態を極力防止して、高精度な凹凸嵌合構造を構成および再構成することが可能となる。

ボルト部材の座面とハブ輪との間にはシール材を介在させることができる。このようにすれば、ボルト締結部を介しての凹凸嵌合構造への雨水や異物の侵入防止効果を高めることができる。そのため、嵌合状態のより一層の安定化が図られ、更なる品質向上を図ることができる。

以上に示すように、本発明によれば、この種の車輪用軸受装置において、ボルト部材の各部のサイズが不適切であることに起因して生じ得る各種不具合を可及的に防止することができ、組立性の向上が図られると共に、所定のトルク伝達性能を長期間に亘って安定的に維持することが可能となる。

本発明の第１実施形態に係る車輪用軸受装置を示す断面図である。 （ａ）図は図１に示す車輪用軸受装置に形成した凹凸嵌合構造部位における軸直交断面図であり、（ｂ）図は（ａ）図のＸ部拡大図である。 （ａ）図は図２（ｂ）に示す凸部の正面図であり、（ｂ）および（ｃ）図は凸部の他例を示す正面図である。 図１に示す車輪用軸受装置の組立前の状態を示す断面図である。 （ａ）図は継手外輪の軸部をハブ輪の孔部内径に配置した状態を概念的に示す断面図、（ｂ）および（ｃ）図は（ａ）図の変形例である。 凹凸嵌合構造の軸直交断面図における拡大図である。 凹凸嵌合構造の周辺を拡大して示す図である。 （ａ）図はボルト部材の頭部近傍を拡大して示す図であり、（ｂ）図は（ａ）図の変形例である。 図１に示す車輪用軸受装置の分離工程を示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係る車輪用軸受装置を示す断面図である。 （ａ）図は図１０の要部拡大断面図であり、（ｂ）図は（ａ）図の変形例を示す断面図である。 （ａ）図および（ｂ）図の何れも凹凸嵌合構造の凸部の他例を示す軸直交断面図である。 （ａ）図は凹凸嵌合構造の他例を示す軸直交断面図であり、（ｂ）図は（ａ）図のＹ部拡大図である。 図１３（ａ）に示す凹凸嵌合構造の拡大図である。 従来の車輪用軸受装置の断面図である。

以下、本発明の実施形態を図１〜１４に基づいて説明する。

図１は、本発明の第１実施形態に係る車輪用軸受装置を示す断面図である。同図に示す車輪用軸受装置は、ハブ輪１を含む複列の車輪用軸受２と、等速自在継手３とが一体化されて主要部が構成される。なお、以下の説明において、インボード側およびアウトボード側とは、それぞれ、車輪用軸受装置を車両に取り付けた状態で車両の車幅方向内側および外側となる側を意味する。図１においては右側がインボード側、左側がアウトボード側である。

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の内径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の孔部内径には、シャフト１０の端部１０ａが圧入されており、これによって継手内輪６とシャフト１０がスプライン嵌合して両者の間でトルク伝達が可能となる。シャフト１０の端部１０ａには止め輪９が嵌合され、これにより継手内輪６からのシャフト１０の抜けが防止される。

継手外輪５は、マウス部１１と軸部１２とを備える。マウス部１１は一端を開口させた椀状で、その内球面５ａに軸方向に延びた複数のトラック溝１５が円周方向等間隔に形成されている。トラック溝１５は、マウス部１１の開口端まで延びている。マウス部１１の開口部はブーツ１８によって閉塞されている。ブーツ１８は、大径部１８ａ、小径部１８ｂ、および大径部１８ａと小径部１８ｂを連結する蛇腹部１８ｃからなる。大径部１８ａは、マウス部１１の開口部に外嵌された状態でブーツバンド１９ａによって継手外輪５に締結される。一方、小径部１８ｂは、シャフト１０のブーツ装着部１０ｂに外嵌された状態でブーツバンド１９ｂによってシャフト１０に締結される。

軸部１２の先端部（アウトボード側の端部）には、他所に比べて外径寸法を小径とした小径部１２ａが設けられ、当該軸部１２の先端部の軸心上には、先端面に開口したボルト孔１３が設けられている。ボルト孔１３にはボルト部材５０が螺着され、これにより継手外輪５の軸部１２がハブ輪１に対してボルト固定されている。ボルト部材５０は、フランジを有する頭部５０ａと、ねじ軸部５０ｂとからなる。ねじ軸部５０ｂは、円筒面状の基部５０ｂ１と、ボルト孔１３に螺着されたねじ部５０ｂ２とを有する。

継手内輪６は、その外球面６ａ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１５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１５，１６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まれる。ボール７は継手外輪５のトラック溝１５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、その外球面８ａにて継手外輪５の内球面５ａと嵌合し、その内球面８ｂにて継手内輪６の外球面６ａと嵌合する。なお、この実施形態で用いている等速自在継手３は、各トラック溝１５，１６が曲面状をなすいわゆるツェッパ型であるが、マウス部１１の開口側で外輪トラック溝１５を直線状とし、マウス部１１の奥部側で内輪トラック溝１６を直線状にしたいわゆるアンダーカットフリー型等、公知のその他の等速自在継手を用いることもできる。

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たフランジ２１とを有する。フランジ２１は、ハブ輪１を車輪に取り付けるための取付部として機能するものであり、ボルト装着孔３２を有する。ボルト装着孔３２にはハブボルト３３が装着され、当該ハブボルト３３でホイールおよびブレーキロータがフランジ２１に固定される。本実施形態のハブ輪１には、従来の車輪用軸受装置のハブ輪に設けられていたパイロット部１６５（図１５参照）が設けられていない。

ハブ輪１の筒部２０には孔部２２が設けられる。孔部２２は、ハブ輪１（筒部２０）の軸方向略中間部に位置する軸部嵌合孔２２ａと、軸部嵌合孔２２ａよりもインボード側に位置する大径孔２２ｂとを備える。軸部嵌合孔２２ａと大径孔２２ｂとの間には、アウトボード側に向かって徐々に縮径したテーパ部（テーパ孔）２２ｃが設けられている。テーパ部２２ｃのテーパ角度（軸線に対する傾斜角）は、例えば１５°〜７５°とされる。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と当該ハブ輪１とが結合される。

筒部２０のうち、軸部嵌合孔２２ａよりもアウトボード側には、内径方向に突出する円筒状の内壁２２ｄが設けられている。この内壁２２ｄは、ボルト部材５０の頭部５０ａを受ける受け部として機能するものであり、内壁２２ｄの内周には、ボルト部材５０のねじ軸部５０ｂが挿通される。そして、ねじ軸部５０ｂのねじ部５０ｂ２が軸部１２に設けたボルト孔１３に螺着されると、内壁２２ｄの内周面は、ねじ軸部５０ｂの基部５０ｂ１の円筒状外周面と対向する。内壁２２ｄの内径寸法ｄ３は、ボルト部材５０（ねじ軸部５０ｂ）の軸径ｄ２よりも僅かに大きく設定される（図８参照）。具体的には、０．０５ｍｍ＜ｄ３−ｄ２＜０．５ｍｍ程度である。なお、ハブ輪１のアウトボード側端面の中心部には凹窪部２２ｅが設けられており、この凹窪部２２ｅの底面にボルト部材５０の座面５０ａ１が当接している。

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、この段差部２３に内輪２４を嵌合することにより複列の内側軌道面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２６，２７を有する円筒状の外方部材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主要部が構成される。外方部材２５は、図示しない車体の懸架装置から延びるナックル３４に取り付けられる。この車輪用軸受２（外方部材２５）の両端開口部にはシール部材Ｓ１，Ｓ２がそれぞれ設けられており、これにより軸受２内部に封入されるグリース等の潤滑剤の外部漏洩や、軸受内部への異物侵入が防止される。このように、ハブ輪１と、ハブ輪１の段差部２３に嵌合された内輪２４とで内側軌道面２８，２９を有する内方部材を構成していることから、車輪用軸受装置の軽量・コンパクト化が図られる。

この車輪用軸受２は、ハブ輪１の筒部２０のインボード側端部を加締めることによって形成した加締部３１で内輪２４をアウトボード側に押圧することにより、内輪２４をハブ輪１に固定すると共に、軸受内部に予圧を付与する構造である。このように、ハブ輪１の端部に形成した加締部３１で車輪用軸受２に予圧を付与した場合、継手外輪５のマウス部１１で車輪用軸受２に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をハブ輪１に組み付けることができ、ハブ輪１と継手外輪５の組み付け性を向上することができる。

ハブ輪１のインボード側端部は、継手外輪５のマウス部１１のアウトボード側端部に当接している。すなわち、ハブ輪１の加締部３１の端面３１ａと、継手外輪５のマウス部１１のバック面１１ａとは互いに対向し、かつ接触状態にある。

凹凸嵌合構造Ｍは、図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、例えば、軸部１２のアウトボード側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のうち、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、凸部３５に嵌合するハブ輪１の凹部３６との嵌合部位３８全域は密着状態にある。軸部１２のアウトボード側端部の外周面に雄スプライン４１を形成することにより、軸方向に延びる複数の凸部３５が周方向に沿って所定間隔で配設され、ハブ輪１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、周方向全域に亘ってタイトフィットしている。

本実施形態において、凸部３５は、断面が凸アール状の頂部を有する三角形状（山形状）を呈し、凹部３６との嵌合領域は、図２（ｂ）に示す範囲Ａである。具体的に述べると、断面における凸部３５の円周方向両側の中腹部から頂部（歯先）３５ａに至る範囲で各凸部３５と各凹部３６が嵌合している。周方向で隣り合う凸部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。そのため各凸部３５の側面３５ｂは、凹部３６と嵌合しない領域Ｂを有する。

凹凸嵌合構造Ｍでは、図３（ａ）にも示すように、凸部３５のピッチ円上において、径方向線（半径線）Ｒと凸部３５の側面３５ｂとがなす角度をθ１としたときに、０°≦θ１≦４５°に設定する（同図において、θ１は３０°程度である）。ここで、凸部３５のピッチ円とは、凸部３５の側面３５ｂのうち、凹部３６に嵌合する領域と凹部３６に嵌合しない領域との境界部を通る円Ｃ１から、凸部３５の歯先３５ａにいたるまでの距離の中間点を通る円Ｃ２である。凸部３５のピッチ円Ｃ２の直径をＰＣＤとし、凸部３５の数をＺとしたとき、ＰＣＤに対するＺの比Ｐ（Ｐ＝ＰＣＤ／Ｚ）は、０．３≦Ｐ≦１．０とする。

なお、図２および図３（ａ）では、歯先３５ａをアール状にした断面三角形状の凸部３５を示しているが、図３（ｂ）および図３（ｃ）に示すような他の形状の凸部３５を採用することもできる。図３（ｂ）は、θ１を約０°とした断面矩形状の凸部３５を、また、図３（ｃ）は、歯先が約９０°をなし、θ１を約４５°とした断面三角形状の凸部３５をそれぞれ示すものである。

上記の凹凸嵌合構造Ｍは、以下の手順を経て得ることができる。

先ず、図１および図２に示すように、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４２を通る円、歯先（頂部）３５ａ、および歯先３５ａにつながる両側面３５ｂ，３５ｂで囲まれた領域が凸部３５となる。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を形成することができる。

次いで、軸部１２の外径面のうち、図１および図４にクロスハッチングで示す領域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４２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、軸部１２の基端部（マウス部１１と軸部１２の境界部分）に至るまでの連続領域を含む範囲とする。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焼入れ方法を採用することができる。ちなみに、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、電磁誘導作用によってジュール熱を発生させ、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侵入・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の内径部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。なお、ハブ輪１は、孔部２２の内径面３７のうち、軸部嵌合孔２２ａの形成領域が未硬化部であれば足り、その他の領域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構わない。

凸部３５の高さ方向の中間部は、凹部３６の形成前におけるハブ輪１の軸部嵌合孔２２ａの内径面３７の位置に対応している。具体的には、図４および図６に示すように、軸部嵌合孔２２ａの内径寸法Ｄを、雄スプライン４１の最大外径寸法（凸部３５の歯先３５ａを通る外接円の直径寸法）Ｄ１よりも小さく、雄スプライン４１の最小外径寸法（歯底４２を結ぶ円軌道の直径寸法）Ｄ２よりも大きくなるように設定する（Ｄ２＜Ｄ＜Ｄ１）。

ハブ輪１の孔部２２のうち、軸部嵌合孔２２ａのインボード側端部、すなわち凸部３５（軸部１２）の圧入開始側の端部には、凸部３５圧入時のガイドを行うガイド部Ｍ１が設けられる。ガイド部Ｍ１は、軸部嵌合孔２２ａのインボード側端部に周方向所定間隔（ここでは凸部３５の形成ピッチと同一間隔）で複数設けたガイド溝４４で構成される。ガイド溝４４の底部径寸法Ｄ３は、雄スプライン４１の最大外径寸法Ｄ１よりも若干量大きくなるように設定する（Ｄ３＞Ｄ１）。これにより、図５（ａ）に示すように、軸部１２（凸部３５）の先端部をハブ輪１の軸部嵌合孔２２ａのインボード側端部に配置した状態においては、凸部３５の歯先３５ａとガイド溝４４の底部との間に径方向隙間Ｅ１が形成される。

そして、図４に示すように、ハブ輪１の孔部２２のインボード側端部に継手外輪５の軸部１２の先端を配置した後、軸部１２をハブ輪１の軸部嵌合孔２２ａに対して圧入する。軸部１２の圧入に際しては、軸部嵌合孔２２ａのインボード側端部に設けたガイド溝４４に、軸部１２の各凸部３５を嵌合させる。これにより、ハブ輪１の軸心と継手外輪５の軸心とが一致した状態となる。このとき、上記のように、凸部３５とガイド溝４４との間に径方向隙間Ｅ１を形成するようにしたことから、凸部３５のガイド溝４４への嵌合を容易に行うことができ、しかも、ガイド溝４４が凸部３５の圧入の妨げにならない。なお、軸部１２の先端をハブ輪１の孔部２２のインボード側端部に配置する際には、軸部１２のうち、雄スプライン４１を含む先端側の外径面に予めシール材を塗布しておく。使用可能なシール材に特段の限定はないが、例えば種々の樹脂からなるシール材を選択使用することができる。

ハブ輪１の孔部２２には、軸部１２の圧入方向に沿って縮径するテーパ部２２ｃを形成しているので、圧入を開始すると、孔部２２の軸部嵌合孔２２ａに対する軸部１２の芯出しが行われる。そして、軸部１２の圧入を進行させると、軸部嵌合孔２２ａの内径寸法Ｄ、雄スプライン４１の最大外径寸法Ｄ１、および雄スプライン４１の最小外径寸法Ｄ２とが上記のような関係であることから、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、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を押し進めるのに伴って、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、又は押し出されて、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。この際、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の軸部嵌合孔２２ａの内径面３７に凹部３６が容易に形成される。またこのように軸部１２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もできる。

この圧入工程を経ることにより、図２（ａ）（ｂ）に示すように、軸部１２の凸部３５に嵌合する凹部３６がハブ輪１の軸部嵌合孔２２ａの内径面３７に形成される。凸部３５がハブ輪１の軸部嵌合孔２２ａ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を設けた軸部１２の軸方向移動を許容する。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。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。そのため、凹部３６は、その軸方向全体に亘って凸部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。軸部１２の先端側の外径面には、上記のとおり予めシール材を塗布したことから、軸部１２を圧入するのに伴って凸部３５と凹部３６の嵌合部３８にはシール材が行き渡る。従って、嵌合部３８への異物の侵入は効果的に防止される。

また、軸部１２の圧入に伴い、ハブ輪１の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。そのため、凹部３６側のハブ輪１の内径面３７が硬化して、回転トルクの伝達性が向上する。

なお、凹凸嵌合構造Ｍを形成する際には、凹部３６が形成される側（ここではハブ輪１）を固定する一方、凸部３５を形成している側（ここでは軸部１２）を移動させても良いし、これとは逆に、凸部３５を形成している側を固定する一方、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。

テーパ部２２ｃは、上記のとおり、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ので、軸部１２の圧入精度を向上することができる。加えて、テーパ部２２ｃよりも軸部１２の圧入方向前方側である軸部嵌合孔２２ａのインボード側端部にガイド溝４４（ガイド部Ｍ１）を設けたことから、このガイド溝４４に沿って凸部３５を圧入することができる。これによって圧入精度が一層向上するので、芯ずれや、傾いた状態で凸部３５が圧入されるような事態を一層効果的に防止することができ、高精度な凹凸嵌合構造Ｍを得ることができる。また、軸部１２を圧入する際には、軸部１２の外径面に塗布したシール材が潤滑剤として機能するので、軸部１２を円滑に圧入することができる。

本実施形態では、上述のように、凸部３５の歯先３５ａとの間に径方向隙間Ｅ１が形成されるようにして、軸部嵌合孔２２ａのインボード側端部にガイド溝４４を形成したが、ガイド溝４４の形成態様はこれに限定されない。例えば、図５（ｂ）に示すように、凸部３５の側面３５ｂとの間に周方向隙間Ｅ２が形成されるようにガイド溝４４を形成しても良い。また、図５（ｃ）に示すように、凸部３５の歯先３５ａとの間に径方向隙間Ｅ１、および凸部３５の側面３５ｂとの間に周方向隙間Ｅ２が形成されるようにガイド溝４４を形成しても良い。

軸部１２の圧入は、図１に示すように、マウス部１１のバック面１１ａがハブ輪１の加締部３１の端面３１ａに当接するまで行われる。このように、ハブ輪１の加締部３１の端面３１ａと継手外輪５のマウス部１１のバック面１１ａとを当接（接触）させれば、当該車輪用軸受装置の軸方向の曲げ剛性が向上して耐久性に富む高品質な製品となる。また、ハブ輪１に対する継手外輪５の軸部１２の相対的な位置決めを行うことができるので、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。さらに、この接触によってハブ輪１とマウス部１１との間にシール構造を構成することができるので、加締部３１からの凹凸嵌合構造Ｍへの異物侵入を防止することができる。これにより、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。

但し、このようにハブ輪１の端面３１ａとマウス部１１のバック面１１ａとを接触させる場合、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、予圧が付与された接触面でもトルク伝達が行われてしまい、更に大きなトルクが負荷され、接触面がトルク伝達に耐えられなくなった時に接触面が急激に滑ることに起因して異音が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、異音が極力発生しない静粛な車輪用軸受装置を提供することができる。

軸部１２の圧入が完了、すなわちマウス部１１のバック面１１ａとハブ輪１の加締部３１の端面３１ａとが接触した時点において、軸部１２の小径部１２ａは、ハブ輪１の孔部２２（軸部嵌合孔２２ａ）の内径面３７、および内壁２２ｄのインボード側端面に対して非接触とされる。これにより、軸部１２の小径部１２ａの外径側に、凹部３６を形成するのに伴って形成されるはみ出し部４５を収納するポケット部４６が形成される。

ハブ輪１の孔部２２に対して継手外輪５の軸部１２を圧入すると、図７にも示すように、凸部３５による切り出し又は押し出し作用によって凹部３６から材料（ハブ輪１の肉）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。これに対して、上記のようなポケット部４６を形成すれば、はみ出し部４５は、カールしながらポケット部４６内に収納、保持される。そのため、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。またこの場合、はみ出し部４５をポケット部４６内に収納したままにすることができ、はみ出し部４５の除去処理を別途行う必要がなくなる。従って、組立作業工数の減少を図ることができ、組立作業性の向上およびコスト低減を図ることができる。

なお、ポケット部４６の形状は、生じるはみ出し部４５を収納できるものであれば足り、その形状は適宜変更可能である。また、上記のような作用効果を奏する上で、ポケット部４６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のが肝要である。

以上のようにして構成される凹凸嵌合構造Ｍは、車輪用軸受２の軌道面２６，２７，２８，２９の内径側を避けて配置するのが望ましい。特に、内側軌道面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構造Ｍを形成するのが一層望ましい。軸受軌道面のフープ応力（ハブ輪１外径部や内輪２４外径部の引張応力）が増大するのを効果的に抑制あるいは防止することができるからである。フープ応力の増大を抑制あるいは防止することができれば、転がり疲労寿命の低下、クラック発生、および応力腐食割れ等の不具合発生を防止することができ、高品質の軸受２を提供することができる。

また、図６に示すように、上記の凹凸嵌合構造Ｍを構成する際には、ハブ輪１に対する凸部３５の圧入代をΔｄ、凸部３５の高さをｈとしたときに、Δｄ／２ｈを、０．３＜Δｄ／２ｈ＜０．８６の範囲に設定するのが望ましい。ここで圧入代Δｄは、軸部１２に設けた雄スプライン４１の最大外径寸法Ｄ１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以上の場合には、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んで圧入荷重が急激に増大し、凹凸嵌合構造Ｍの成形性が悪化するおそれがある。凹凸嵌合構造Ｍの成形性が悪化すると、捩り強度が低下するだけでなく、ハブ輪１外径の膨張量も増大するため、ハブ輪１を構成部品とする車輪用軸受２の機能に悪影響が及び、回転寿命が低下する等の問題が生じる。これに対して、Δｄ／２ｈを上記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、安定した捩り強度を得ることができる。

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けるガタを抑制することができる。そのため、ハブ輪１と継手外輪５の結合部（凹凸嵌合構造Ｍ）をコンパクト化しても高い負荷容量を確保することができ、車輪用軸受装置の小型・軽量化を図ることができる。また、凹凸嵌合構造Ｍでのガタを抑制することができることから、トルク伝達時の異音発生も効果的に防止することができる。

また、凹部３６が形成される部材（本実施形態ではハブ輪１）に、雌スプライン等を予め形成しておく必要がないことから、加工コストを低廉化すると共に生産性を高めることができる。また、ハブ輪１と継手外輪５の軸部１２との組み付けに際して、スプライン同士の位相合わせを省略することができるから、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することができる。また、上記のとおり、ハブ輪１の内径側は低硬度であることから、ハブ輪１に形成した凹部３６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、径方向および円周方向におけるガタ防止により一層有効となる。

また、図３に示すように、各凸部３５のピッチ円Ｃ上において、径方向線（半径線）と凸部側面３５ｂとが成す角度θ１を０°≦θ１≦４５°の範囲に設定しているので、圧入後のハブ輪１の拡径量を小さくし、圧入性の向上を図ることができる。これは、軸部１２を圧入することによってハブ輪１の孔部２２が拡径するが、θ１が大きすぎると圧入時の拡径力が働き易くなるため、圧入終了時におけるハブ輪１外径の拡径量が大きくなり、ハブ輪１外径部や軸受２の内輪２４外径部の引張応力（フープ応力）が高くなること、およびトルク伝達時に径方向への分力が大きくなるため、ハブ輪１の外径が拡径し、ハブ輪１外径部や内輪２４外径部の引張応力が高くなること、等による。これら引張応力の増加は、軸受寿命の低下を招く。

また、凸部３５のピッチ円径をＰＣＤとし、凸部３５の数をＺとして、０．３０≦ＰＣＤ／Ｚ≦１．０にしている。ＰＣＤ／Ｚが小さすぎる場合（ＰＣＤ／Ｚが０．３０よりも小さいような場合）、凹部３６を形成すべき部材（ここではハブ輪１）に対する凸部３５の圧入代の適用範囲が非常に狭く、寸法公差も狭くなるため、圧入が困難となる。

特に、２０°≦θ１≦３５°とすると共に、０．３３≦ＰＣＤ／Ｚ≦０．７とすることによって、軸部１２（継手外輪５）の形成材料に特殊鋼を用いる、凸部３５に表面処理を施す、あるいは凸部３５を鋭利な形状にする等の対策を講じずとも、一般的な機械構造用鋼で形成した軸部１２を圧入することにより凸部３５で凹部３６を成形することが可能となる。しかも、軸部１２圧入後におけるハブ輪１の外径の拡径量を小さく抑えることができる。また、θ１≧２０°とすることにより、軸部１２側に凸部３５を設ける場合には、上述した加工法のうち、最もコストや加工精度のバランスに富む転造加工によって凸部３５を成形することができる。

軸部１２の圧入が完了すると、アウトボード側から軸部１２のボルト孔１３にボルト部材５０を螺着し、継手外輪５の軸部１２をハブ輪１に対してボルト固定する。ボルト部材５０のボルト孔１３に対する螺着は、ボルト部材５０の頭部５０ａの座面５０ａ１を、ハブ輪１のアウトボード側の端面、ここでは、内壁２２ｄに形成した凹窪部２２ｅの底面に当接させることにより行う。これにより、ボルト部材５０の頭部５０ａと継手外輪５のマウス部１１（のバック面１１ａ）とでハブ輪１が軸方向で挟持される。このように、ボルト部材５０で継手外輪５の軸部１２をハブ輪１に対してボルト固定することにより、ハブ輪１からの継手外輪５の抜けが規制されるので、信頼性に富む装置構造となる。また、ハブ輪１をボルト部材５０とマウス部１１とで挟持したことにより、装置の軸方向の曲げ剛性が一層向上し、更なる耐久性の向上を図ることができる。

但し、選択するボルト部材５０によっては、当該軸受装置の組立性の他、トルク伝達性能や耐久寿命に悪影響を及ぼす可能性がある。そこで、本願発明者らが検証を重ねた結果、図８（ａ）に示すように、ボルト部材５０の座面外径をｄ１、ボルト部材５０（ねじ軸部５０ｂ）の軸径をｄ２としたときに、（ｄ１／ｄ２）²の値が所定範囲内に納まったボルト部材５０を用いることにより、上記の各種不具合を解消し得ることを見出した。具体的には、２．３≦（ｄ１／ｄ２）²≦４．９の関係式を満たすボルト部材５０を用いる。その理由としては以下のとおりである。

（ｄ１／ｄ２）²の値を小さくするには、座面外径ｄ１を小さくする、あるいは軸径ｄ２を大きくすれば良いが、座面外径ｄ１をあまりに小さくすると、ハブ輪１に形成した凹窪部２２ｅの底面で摩耗や圧痕が生じ易くなり、軸径ｄ２を大きくするとボルト軸力が大きくなり易い。本実施形態では、互いに対向するハブ輪１の端面３１ａと継手外輪５のマウス部１１のバック面１１ａとを接触させているので、ボルト軸力が過大となると、両者間の接触面圧が高くなり、両者が相対回転した場合等に異音（スティックスリップ音）が発生し易くなる。これらの問題は、（ｄ１／ｄ２）²の値を大きくすることで解消可能であると考えられるが、（ｄ１／ｄ２）²の値を大きくするには、座面外径ｄ１を大きくする、あるいは軸径ｄ２を小さくする必要がある。しかし、座面外径ｄ１をあまりに大きくすると、ボルト部材５０の頭部５０ａを受けるハブ輪１の形状に制約が生じてハブ輪１の設計自由度が低下する他、組立性が悪化する、ボルト部材５０の締結トルク管理が難しくなる、等の不具合が生じ、また、軸径ｄ２を小さくするとボルト軸力が低下する。従って、以上の諸事情を鑑みると、ボルト部材５０としては、２．３≦（ｄ１／ｄ２）²≦４．９の関係式を満たすものを用いるのが望ましく、これにより上記の各種問題を解消することができる。また、このようなボルト部材５０を用いれば、ボルト緩みによる締結力の低下、またこれに起因した凹凸嵌合構造Ｍへの泥水等の侵入を可及的に防止することができる。

なお、上記（ｄ１／ｄ２）²の関係式になるのは、座面５０ａ１の面積（図８（ａ）の右図のハッチング部）とボルト部材５０のねじ軸部５０ｂの断面積とが関係していると考えられる。そして、座面５０ａ１の内径は、ボルト部材５０の軸径ｄ２に近似した寸法であることから（ｄ１／ｄ２）²の関係式になるものと考えられる。

図８（ｂ）に示すように、ボルト部材５０の座面５０ａ１と内壁２２ｄに設けた凹窪部２２ｅの底面との間にはシール材Ｓを介在させても良い。このようにすれば、両者間の密封性を確保することができるので、アウトボード側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。密封性を確保し得る限り使用可能なシール材Ｓに特段の限定はないが、例えば、軸部１２の外径面に塗布したものと同様に、種々の樹脂からなるものを選択使用することができる。もちろん、ボルト部材５０の座面５０ａ１と凹窪部２２ｅの底面との間に介在させるシール材Ｓは、軸部１２の外径面に塗布したシール材とは異なる種類のものであっても良い。

なお、ボルト部材５０の座面５０ａ１と内壁２２ｄに形成した凹窪部２２ｅの底面とが隙間無く密着するのであれば、必ずしも両面間にシール材Ｓを介在させる必要はない。例えば、凹窪部２２ｅの底面を研削すれば、ボルト部材５０の座面５０ａ１との密着性が向上するので、図８（ａ）に示すようにシール材Ｓを省略することができる。密着性が確保される限り、凹窪部２２ｅ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。

シール材Ｓをボルト部材５０の座面５０ａ１と凹窪部２２ｅの底面との間に介在させた場合においても、上記同様の理由から、ボルト部材５０としては、２．３≦（ｄ１／ｄ２）²≦４．９の関係式を満たすものを用いるのが望ましい。

以上に示す車輪用軸受装置は、これに補修等を施す必要が生じた場合に、軸受部分（車輪用軸受２）と継手部分（等速自在継手３）とを個別に補修可能とするため、継手外輪５とハブ輪１との分離が許容される。継手外輪５とハブ輪１との分離は、図１に示す完成品の状態からボルト部材５０を取り外した状態とし、その後、ハブ輪１と継手外輪５の軸部１２との間に凹凸嵌合構造Ｍの嵌合力以上の引き抜き力を与えてハブ輪１から継手外輪５の軸部１２を引き抜くことにより行われる。ここでは、ハブ輪１と継手外輪５を分離した後、分離したハブ輪１と継手外輪５をそのまま再結合する場合を例にとり、以下、両者の分離および再結合の方法について詳述する。

ハブ輪１からの軸部１２の引き抜きは、例えば図９に示すような治具７０を用いて行うことができる。治具７０は、基盤７１と、この基盤７１のねじ孔７２に螺合する押圧用ボルト部材７３と、軸部１２のボルト孔１３に螺合されるねじ軸７６とを備える。基盤７１には貫孔７４が設けられ、この貫孔７４に挿通されたハブ輪１のボルト３３にナット部材７５が螺合される。これにより、基盤７１とハブ輪１のフランジ２１とが重ね合わされた状態となり、基盤７１がハブ輪１に取り付けられる。このようにして基盤７１をハブ輪１に取り付けた後、基部７６ａが内壁２２ｄからアウトボード側に突出するようにして、軸部１２のボルト孔１３にねじ軸７６を螺合させる。基部７６ａ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。

ねじ軸７６と同一軸心上に押圧用ボルト部材７３を配設すると共に、押圧用ボルト部材７３をアウトボード側から基盤７１のねじ孔７２に螺着し、この状態で、図９中の白抜き矢印方向に押圧用ボルト部材７３を螺進させる。ねじ軸７６と押圧用ボルト部材７３とが同一軸心上に配設されていることから、押圧用ボルト部材７３を螺進させると、ねじ軸７６がインボード側に押圧される。これに伴い、継手外輪５がハブ輪１に対してインボード側に移動し、押圧用ボルト部材７３の螺進がある程度進行すると、ハブ輪１から継手外輪５が取り外される。

ハブ輪１から継手外輪５が外れた状態からは、ボルト部材５０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７１を、また、軸部１２からねじ軸７６を取り外した状態として、ボルト部材５０を軸部１２のボルト孔１３に螺合させる。このとき、軸部１２側の凸部３５と、前回の軸部１２の圧入によって形成されたハブ輪１の凹部３６の位相を合わせる。ハブ輪１の孔部２２に形成された凹部３６のインボード側にはガイド溝４４が設けられているので、凸部３５とガイド溝４４の円周方向の位相を合わせれば、凸部３５と凹部３６の位相合わせは完了する。

この状態にてボルト部材５０を回転させ、ボルト孔１３へボルト部材５０をねじ込ませると、このねじ込みにより生じる推力で、軸部１２がハブ輪１の軸部嵌合孔２２ａに圧入される。これにより、前回の圧入と同様に、凸部３５の凹部３６に対する嵌合部位の全体が、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とが再結合される。

このように、ボルト部材５０をボルト孔１３に再度ねじ込むことで凹凸嵌合構造Ｍを再構成可能とすれば、圧入用のプレス機等、大掛かりな設備を用いることなく凹凸嵌合構造Ｍを再構成することができる。ボルト部材５０のねじ込みによる推力を利用しての凹凸嵌合構造Ｍの再構成（継手外輪５とハブ輪１の再結合）が可能となるのは、再度の圧入が、凹部３６が形成された軸部嵌合孔２２ａの内径面３７に軸部１２（凸部３５）を圧入することにより行われるので、圧入荷重が１回目よりも小さくなることによる。以上から、自動車整備工場等の現場においても、ハブ輪１と継手外輪５の分離および再結合、すなわち車輪用軸受装置の点検、整備、補修等を容易に行うことが可能となり、高いメンテナンス性が得られる。

なお、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９に示すように、軸受２の外方部材２５を車両のナックル３４に取り付けたままの状態で行うことができる。そのため、現場でのメンテナンス性は特に良好なものとなる。

図８に示すように、ハブ輪１の内壁２２ｄの内径寸法ｄ３は、ボルト部材５０（ねじ軸部５０ｂ）の軸径ｄ２よりも僅かに大きく設定される（具体的には、０．０５ｍｍ＜ｄ３−ｄ２＜０．５ｍｍ程度とされる）ので、ボルト部材５０のねじ軸部５０ｂの外径と内壁２２ｄの内径とで、ボルト部材５０がボルト孔１３を螺進する際のガイドを構成することができる。そのため、ボルト部材５０の芯ずれを防止して、継手外輪５の軸部１２をハブ輪１の孔部２２に精度良く圧入することができる。なお、内壁２２ｄの軸方向寸法が小さ過ぎると安定したガイド機能を発揮することができない可能性がある。一方、内壁２２ｄの軸方向寸法を大きくすると、凹凸嵌合構造Ｍの軸方向長さを確保することができず、しかもハブ輪１の重量増大を招く。従って、ハブ輪１に設けるべき内壁２２ｄの軸方向寸法は、以上の事情を勘案して決定する。

図１０は、本発明の第２実施形態に係る車輪用軸受装置を示す断面図である。同図に示す軸受装置が、図１に示す軸受装置と異なる主な点は、ハブ輪１の加締部３１の端面３１ａとマウス部１１のバック面１１ａとを非接触にする一方、軸部１２の小径部１２ａを長大化し、軸部１２の端面（アウトボード側の端面）１２ｂをハブ輪１の内壁２２ｄのインボード側端面に当接させた点にある。この場合、ボルト部材５０の頭部５０ａと軸部１２のアウトボード側の端面１２ｂとでハブ輪１の内壁２２ｄが軸方向で挟持されることにより、ハブ輪１と継手外輪５の軸方向の位置決めが行われる。

また、この場合、図１１（ａ）にも示すように、加締部３１の端面３１ａとマウス部１１のバック面１１ａとの間には隙間８０が設けられる。隙間８０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２２ｂと軸部１２との間に至るまで形成される。このように、マウス部１１とハブ輪１とを非接触とすることにより、両者の接触に起因した異音の発生をより効果的に防止することができる。

このような構成を採用する場合、凹凸嵌合構造Ｍへの異物侵入防止手段が、凹凸嵌合構造Ｍよりもインボード側に設けられる。具体的には、図１１（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８０に嵌着したシール部材８１で異物侵入防止手段が構成される。このように、シール部材８１で、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８０を塞ぐことにより、この隙間８０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８１としては、図１１（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他、例えば図１１（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。

この実施形態において、軸部１２のボルト孔１３に螺着されるボルト部材５０は、ねじ軸部５０ｂを構成する基部５０ｂ１とねじ部５０ｂ２との間に小径部を有するものであり、ねじ軸部５０ｂの軸径ｄ２が、ねじ軸部５０ｂの全長に亘って一定ではない。このようなボルト部材５０を用いて軸部１２をハブ輪１に対してボルト固定する場合において、ボルト緩み等の不具合を防止するには、基部５０ｂ１とねじ部５０ｂ２の軸径を概ね同一とし、これらの軸径をｄ２としたときに、２．３≦（ｄ１／ｄ２）²≦４．９の関係式を満たすボルト部材５０を用いれば良い。

また、第２実施形態に係る車輪用軸受装置では、軸部１２のボルト孔１３の開口部に、開口側（アウトボード側）に向かって拡径するテーパ部１２ｃを設けている。かかるテーパ部１２ｃを形成しておけば、ハブ輪１と継手外輪５の軸部１２とを締結する際に用いるボルト部材５０や、ハブ輪１と継手外輪５を分離させる際に用いるねじ軸７６をボルト孔１３に螺合させ易くなる。かかる構成は、図１等に示す第１実施形態に係る軸受装置にも適用可能である。

なお、上述した以外の構成は、図１に示す軸受装置と実質的に同一であるから、共通の参照番号を付して重複説明を省略する。

以上で説明を行った実施形態では、図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、凸部３５のピッチと、凹部３６のピッチとを同一値に設定している。そのため、図２（ｂ）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とがほぼ同値となっている。これに対して、図１２（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よりも小さくすることもできる。換言すると、凸部３５の高さ方向の中間部において、軸部１２の凸部３５の周方向厚さＬ２を、ハブ輪１の突出部４３の周方向厚さＬ１よりも小さくする（Ｌ２＜Ｌ１）。

各凸部３５において上記関係を満たすことにより、軸部１２の凸部３５の周方向厚さＬ２の総和Σを、ハブ輪１の突出部４３の周方向厚さＬ１の総和Σ１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の突出部４３のせん断面積を大きくすることができ、捩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、圧入荷重を小さくして圧入性の向上を図ることができる。

このとき、全ての凸部３５および突出部４３について、Ｌ２＜Ｌ１の関係を満足させる必要はなく、軸部１２の凸部３５の周方向厚さの総和Σが、ハブ輪１の突出部４３の周方向厚さの総和Σ１よりも小さくなる限り、一部の凸部３５および突出部４３については、Ｌ２＝Ｌ１とし、あるいはＬ２＞Ｌ１とすることもできる。

なお、図１２（ａ）では、凸部３５を断面台形に形成しているが、凸部３５の断面形状はこれに限定されない。例えば、図１２（ｂ）に示すように、凸部３５を、インボリュート形状の断面に形成することもできる。

また、以上で説明を行った実施形態では、軸部１２側に雄スプライン４１（凸部３５）を形成しているが、これとは逆に、図１３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を形成することによってハブ輪１側に凸部３５を形成することもできる。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の雌スプライン６１に熱硬化処理を施す一方、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１２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１３（ｂ）に示す範囲Ａである。凸部３５のうち、その他の領域は凹部３６と嵌合しない領域Ｂとなる。軸部１２の外周面よりも外径側で、かつ周方向に隣り合う凸部３５間には隙間６２が形成される。

図１４に示すように、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６１ｂを結ぶ円軌道の直径寸法）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３５の高さをｈとしたときに、０．３＜Δｄ／２ｈ＜０．８６の範囲に設定する。このときの圧入代Δｄは、軸部１２の外径寸法Ｄ１０と、凸部３５の最小内径寸法Ｄ８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。

この凹凸嵌合構造Ｍでも、図１３（ｂ）に示すように、凸部３５のうち、凹部３６に嵌合する領域と凹部３６に嵌合しない領域との境界部を通る円Ｃ１から凸部３５の歯先６１ａに至るまでの距離の中間点を通る円Ｃ２をピッチ円とし、このピッチ円上において、径方向線と凸部の側面とがなす角度θ１が０°≦θ１≦４５°に設定される。また、凸部３５のピッチ円Ｃ２の直径をＰＣＤとし、凸部３５の数をＺとして、０．３０≦ＰＣＤ／Ｚ≦１．０に設定される。

この構成でも、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４６を設けるのが好ましい。この構成では、はみ出し部４５が軸部１２のインボード側に形成されるので、ポケット部４６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（図示は省略する）。

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、本発明は上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る。例えば、凹凸嵌合構造Ｍの凸部３５の断面形状として、図２、図３（ａ）〜（ｃ）、図１２（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１３（ｂ）では、凸部３５を有する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および６２がそれぞれ形成されているが、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。

また、図示は省略するが、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４６の容積を小さくでき、ポケット部４６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。

また、車輪用軸受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。さらには、等速自在継手３において、継手内輪６とシャフト１０とを上述した凹凸嵌合構造Ｍを介して一体化してもよい。

また、以上の実施形態は、本発明を第３世代の車輪用軸受装置に適用したものであるが、本発明は、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。

１ ハブ輪
２ 車輪用軸受
３ 等速自在継手
５ 継手外輪
１１ マウス部
１２ 軸部
１３ ボルト孔
２２ 孔部
２２ａ 軸部嵌合孔
２２ｄ 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）
３１ 加締部
３５ 凸部
３６ 凹部
３８ 嵌合部位
４４ ガイド溝
４５ はみ出し部
４６ ポケット部
５０ ボルト部材
５０ａ 頭部
５０ｂ ねじ軸部
５０ｂ１ 基部
５０ｂ２ ねじ部
ｄ１ 座面外径
ｄ２ 軸径
Ｍ 凹凸嵌合構造
Ｍ１ ガイド部
Ｓ シール材

Claims (11)

1. 内周に複列の軌道面を有する外方部材と、車輪に取り付けられるハブ輪を含み、外周に前記軌道面に対向する複列の軌道面を有する内方部材と、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有する車輪用軸受と、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、何れか一方に設けられた軸方向に延びる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すると共に、外側継手部材の軸部にボルト孔を設け、このボルト孔にねじ込んだボルト部材でハブ輪と外側継手部材とを締結し、ボルト部材を取り外した状態での軸方向の引き抜き力付与により凹凸嵌合構造の分離が許容されるものにおいて、
   前記ボルト部材として、その座面外径をｄ１、その軸径をｄ２としたときに、２．３≦（ｄ１／ｄ２）²≦４．９の関係式を満たすものを使用する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圧入開始側の端部の硬度を、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. 外側継手部材の軸部に、前記凸部を設けると共に、前記凸部の圧入による前記凹部の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。
4. ハブ輪の孔部に前記凸部を設け、この凸部の少なくとも圧入開始側の端部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。
5. ハブ輪の孔部に、前記凸部を設けると共に、前記凸部の圧入による前記凹部の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たことを特徴とする請求項１又は４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の何れか一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ことを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の車輪用軸受装置。
8. 前記内方部材は、ハブ輪のインボード側端部の外周に圧入される内輪をさらに備え、ハブ輪および内輪の外周に前記軌道面がそれぞれ設けられたものであり、
   ハブ輪の端部を加締めることで前記車輪用軸受に予圧が付与されていることを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の車輪用軸受装置。
9. 互いに対向するハブ輪の端面と外側継手部材の端面とを１００ＭＰａ以下の面圧で接触させたことを特徴とする請求項１〜８の何れか一項に記載の車輪用軸受装置。
10. 凹部が形成される部材の圧入開始側の端部に、凸部の圧入をガイドするためのガイド部を設けたことを特徴とする請求項１〜９の何れか一項に記載の車輪用軸受装置。
11. ボルト部材の座面とハブ輪との間にシール材を介在させたことを特徴とする請求項１〜１０の何れか一項に記載の車輪用軸受装置。

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