車輪用軸受装置
【課題】ハブ輪と等速自在継手とのセレーション嵌合における適切な嵌合予圧の設定維持が可能で、セレーション部の耐摩耗性と強度向上を達成でき、セレーション嵌合の嵌合有効長さの短縮を図ることできる車輪用軸受装置を提供する。
【解決手段】内周に外側転走面を有する外方部材２５と、外側転走面に対向する内側転走面を有する内方部材と、対向する各転走面間に介装される転動体３０とを備え、前記内方部材は、車輪に取り付けられるハブ輪１と、ハブ輪の切欠部２３に嵌合する少なくとも１つの内輪２４からなり、ハブ輪の端部が加締められて内輪を固定する車輪用軸受装置である。ハブ輪の孔部２２の内周面に雌セレーショ４２ンが形成される。雌セレーションの形成範囲に硬化層が設けられており、この雌セレーションは、硬化層Ｈ形成後および加締め後の超硬製ブローチ加工にて形成されている。
【解決手段】内周に外側転走面を有する外方部材２５と、外側転走面に対向する内側転走面を有する内方部材と、対向する各転走面間に介装される転動体３０とを備え、前記内方部材は、車輪に取り付けられるハブ輪１と、ハブ輪の切欠部２３に嵌合する少なくとも１つの内輪２４からなり、ハブ輪の端部が加締められて内輪を固定する車輪用軸受装置である。ハブ輪の孔部２２の内周面に雌セレーショ４２ンが形成される。雌セレーションの形成範囲に硬化層が設けられており、この雌セレーションは、硬化層Ｈ形成後および加締め後の超硬製ブローチ加工にて形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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の内側転走面が一体に形成された第３世代、さらには、ハブ輪に等速自在継手が一体化され、この等速自在継手を構成する外側継手部材の外周に複列の転がり軸受の他方の内側転走面が一体に形成された第４世代のものまで開発されている。
【０００３】
第３世代と呼ばれる車輪用軸受装置（例えば、特許文献１）は、図６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軸受構造１００とを備える。
【０００４】
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（図示省略）と、この内側継手部材と外側継手部材１０３との間に配設されるボール（図示省略）と、このボールを保持する保持器（図示省略）とを備える。また、内側継手部材の中心孔の内周面にはスプライン部が形成され、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、内側継手部材側のスプライン部とシャフト側のスプライン部とが嵌合される。
【０００５】
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、ホイール（図示省略）およびブレーキロータ１４０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、第１部１１５ａと第２部１１５ｂとからなり、第２部１１５ｂにホイールが外嵌され、第１部１１５ａにブレーキロータ１４０が外嵌される。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１４０をこのフランジ１０１に固定するためのハブボルト１４１がこのボルト装着孔１１２に装着される。
【０００６】
軸受構造１００は、外輪１０５と、筒部１１３の椀形部側端部の外周面に設けられた切欠部１１６に圧入される内輪１１７とを備える。そして、ハブ輪１０２の筒部１１３の外周面のフランジ近傍には第１内側転走面１１８が設けられ、内輪１１７の外周面に第２内側転走面１１９が設けられている。
【０００７】
外輪１０５は、その内周に２列の外側転走面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）１４２が設けられている。そして、外輪１０５の第１外側転走面１２０とハブ輪１０２の第１内側転走面１１８とが対向し、外方部材１０５の第２外側転走面１２１と、内輪１１７の転走面１１９とが対向し、これらの間に転動体１２２が介装される。
【０００８】
外輪１０５には前記したように車体取付用フランジ１４２が設けられ、この車体取付用フランジ１４２よりもインボード側の外径面が嵌合面１０５ａとなって、車体側のナックル１４５の内径面１４５ａに内嵌される。また、外輪１０５の軸方向両開口部にシール部材Ｓ、Ｓが装着されている。
【０００９】
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とが嵌合する。
【００１０】
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、椀形部１０７の軸部側の端面１３１と内輪１１７の外端面１３０とが当接するとともに、内輪１１７の小径側の端面１３５が切欠端面１３６に当接する。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。
【００１１】
この場合、図７に示すように、フランジ（車輪取付フランジ）１０１のアウトボード側付け根部、つまり、ブレーキロータ取付面１０１ａから円筒状のパイロット部１１５の大径部１１５ａに延びる隅部１４５にクロスハッチングで示すように表面硬化層１４６を形成している。車両に組み付けた状態で車両の外側寄りとなる側をアウトボード側と呼び、中央寄りをインボード側と呼ぶ。
【００１２】
また、外輪５のアウトボード側端部に装着されたシール部材Ｓのシールリップが摺接するハブ輪１の外周面、つまり、シールランド部１４７から転走面１１８を経て小径段部（切欠部）１１６に及ぶ領域にクロスハッチングで示すように表面硬化層１４８を形成している。
【００１３】
表面硬化層１４６を形成したことにより、回転曲げ疲労の最弱部であるアウトボード側付け根部を高強度化することが容易となる。
【００１４】
表面硬化層１４８を形成するのは、シール部材Ｓのシールリップが摺接するシールランド部１４７は耐摩耗性が要求されるためであり、このシールランド部１４７に表面硬化層１４８を形成すれば、車輪取付フランジ１４２の強度アップがより一層実現できるからである。また、転動体１２２が転動する転走面１１８は所定の転がり疲労寿命が要求されるためである。さらに、小径段部１１６の端面１１６ａは内輪１１７の端面と当接する部分であり、小径段部１１６は内輪１１７と嵌合する部分であるため、耐クリープ性、耐フレッティング性が要求されるためである。
【００１５】
また、ハブ輪１０２の筒部１１３の内周面に形成されたセレーション部（雌セレーション部）１５０にクロスハッチングで示すように表面硬化層１５１を設けている。このようにセレーション部１５０に表面硬化層１５１を形成すれば、耐摩耗性が向上し、その強度アップが図れ、さらに、この強度アップによるセレーション部１５０の有効長さを短くすることができる。
【００１６】
なお、各硬化層１４６、１４８、１５１は例えば高周波焼入れ等にて形成される。高周波加熱による焼き入れとは、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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開２００２−８７００８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかしながら、前記特許文献１に記載のものでは、ハブ輪１０２の筒部１１３の内周面にセレーション部１５０を形成した後、高周波焼入等の加熱処理を行って、このセレーション部１５０に表面硬化層１５１を形成するものである。
【００１９】
このため、加熱処理によって、収縮、径方向の楕円変形、軸方向のテーパ変形等の熱処理変形が生じることになる。このような熱変形が生じれば、外側継手部材１０３の軸部１２３に形成されたセレーション（雄セレーション部）１２５との嵌合性に劣り、嵌合できても、嵌合する歯同士間に隙間が形成されいわゆる「ガタ」が生じたり、嵌合時に歯が欠けたりする。
【００２０】
したがって、熱収縮量を考慮してセレーション部１５０を形成する必要があり、この寸法管理を精度よく行う必要があった。このため、生産性に劣るものとなっていた。
【００２１】
本発明は、上記課題に鑑みて、ハブ輪と等速自在継手とのセレーション嵌合における適切な嵌合予圧の設定維持が可能で、セレーション部の耐摩耗性と強度向上を達成でき、セレーション嵌合の嵌合有効長さの短縮を図ることできる車輪用軸受装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明の車輪用軸受装置は、内周に２列の外側転走面を有する外方部材と、この２列の外側転走面に対向する内側転走面を有する内方部材と、対向する各転走面間に介装される転動体とを備え、前記内方部材は、車輪に取り付けられるハブ輪と、ハブ輪の切欠部に嵌合する少なくとも１つの内輪からなり、ハブ輪の端部が加締められて内輪を固定する車輪用軸受装置であって、前記ハブ輪の孔部の内周面に雌セレーションが形成され、雌セレーションの形成範囲に硬化層が設けられており、この雌セレーションは、硬化層形成後および加締め後の超硬製ブローチ加工にて形成されているものである。セレーションというときはセレーションまたはスプラインを意味するものとする。ブローチ加工とは、ブローチと呼ばれる総形工具を用いて、断面形状の複雑な穴などを一度に仕上げてしまう加工方法をいう。すなわち、下穴（ガイド穴）に挿入されたブローチが下方向に引き抜かれ、ブローチ下方の荒刃から上方の仕上げ刃へと工作物を少しずつ切削しながら、所定寸法に仕上げるものである。
【００２３】
本発明の車輪用軸受装置によれば、ブローチ加工は硬化層が設けられた後に行うので、硬化層形成時において熱変形があっても、この変形状態をブローチ加工により除去した上で、セレーションが成形される。このため、その後において熱変形の影響を受けない。また、ハブ輪のインボード側端部を加締る際に、雌セレーションのインボード側が変形するおそれがあるので、加締め後の軸受を組み付けた状態で雌セレーションを形成することで、雌セレーションが加締めによるインボード側の変形の影響を受けることがない。
【００２４】
ところで、過大トルクが発生した場合、ハブ輪の孔部に形成されるセレーションにおいてインボード側に最も大きな荷重がかかる。このため、セレーションにおいて少なくともインボード側に硬化層を設けていれば、このような過大トルク発生時において、該部の塑性変形や破損を防止することができるとともに、ブローチ加工の際、高硬度の切削長が相対的に短くなるため、工具寿命の延長効果も奏する。
【００２５】
雌セレーションは、超硬製ブローチによるブローチ加工であるのが好ましい。ここで、超硬とは、硬質の金属炭化物の粉末を焼結して作られる合金で、単に超硬とも呼ばれ、これを利用した工具を超硬工具という。一般的には炭化タングステン（WC、タングステン・カーバイド）と結合剤（バインダ）であるコバルト（Co）を混合して焼結したものを指す。主に切削加工や金型などの耐磨耗性を要求される分野で使用される。また、材料特性を向上させるために炭化チタン（TiC）や炭化タンタル（TaC）などを加えてもよい。超硬合金は高温時の硬度低下が少なく、非常に摩耗しにくい。更に摩耗に強いアルミナ（Al2O3）や炭窒化チタン（TiCN）などの硬質物質自体を超硬工具表面にコーティング（化学気相成長（ＣＶＤ）や物理気相成長（ＰＶＤ））したものであってもよい。
【００２６】
硬化層が設けられた後のブローチ加工は、ハブ輪の孔部（単純円筒内径部）に一から雌セレーションを形成するものであっても良いが、硬化層形成前に、予め、雌セレーションを形成しておき、硬化層形成後に仕上げ加工として、ブローチ加工を行なえば、ブローチ刃の寿命も長くなり、より経済的である。
【００２７】
前記硬化層は高周波焼入れにて形成されたり、レーザー焼入れにて形成されていてもよい。前記雌セレーションが等速自在継手の軸部に形成された雄セレーションと嵌合するこができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明では、セレーションが成形された後において熱処理の熱変形を生じない。このため、形成したセレーションが変形（熱変形）することがなく、適正な嵌合予圧（セレーション嵌合予圧）の設定・維持を行うことができる。しかも、硬化層によって、過大トルク発生時においても、セレーションの破損等を防止できる高品質の製品となる。また、本発明では、加締め後にセレーションを形成するため、雌セレーションが加締めによるインボード側の変形の影響を受けることがなく、精度よくセレーションを形成することができる。
【００２９】
セレーションはブローチ加工にて成形されるので、「高能率で、作業が簡易、加工精度のばらつきが少ない」等のブローチ加工特有の利点を生かせることができる。
【００３０】
超硬製ブローチによるブローチ加工を行えば、硬化層に対しても安定してセレーションを形成することができる。また、超硬製ブローチは耐摩耗性、耐熱性に優れ長期にわたって安定したブローチ加工を行うことができ、高精度のセレーションを形成することができる。
【００３１】
前記硬化層は、高周波加熱によっても、レーザー光による加熱処理によっても形成することができ、硬化層形成のための装置としては既存のものを使用でき、コスト低減を図ることができる。高周波加熱（高周波焼入れ）では、次の効果を奏する。直接加熱であるから熱効率が良く、作業時間が短い。局所焼入れが可能で、硬化層深さの選定も比較的容易である。短時間加熱、急冷処理のため酸化、脱炭、変形が少ない。作業の標準化、自動化が容易である。急熱、急冷のため表面に大きな圧縮残留応力が生じ、耐摩耗性のみならず耐疲労性も向上する。また、レーザー焼入れは、短時間に小さい面積で局所焼入れができ、ひずみの発生も少ない利点がある。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下本発明の実施の形態を図１〜図４に基づいて説明する。図２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。
【００３３】
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にシャフト（図示省略）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。
【００３４】
外輪５はマウス部１１とステム部（軸部）１２とからなり、マウス部１１は一端にて開口した椀状で、その内球面１３に、軸方向に延びた複数のトラック溝１４が円周方向等間隔に形成されている。そのトラック溝１４はマウス部１１の開口端まで延びている。内輪６は、その外球面１５に、軸方向に延びた複数のトラック溝１６が円周方向等間隔に形成されている。
【００３５】
外輪５のトラック溝１４と内輪６のトラック溝１６とは対をなし、各対のトラック溝１４，１６で構成されるボールトラックに１個ずつ、トルク伝達要素としてのボール７が転動可能に組み込んである。ボール７は外輪５のトラック溝１４と内輪６のトラック溝１６との間に介在してトルクを伝達する。ケージ８は外輪５と内輪６との間に摺動可能に介在し、外球面８ａにて外輪５の内球面１３と接し、内球面８ｂにて内輪６の外球面１５と接する。なお、この場合の等速自在継手は、ツェパー型を示しているが、各トラック溝の溝底に直線状のストレート部を有するアンダーカットフリー型等の他の等速自在継手であってもよい。
【００３６】
等速自在継手３の外輪５及び内輪６は、例えば、Ｓ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０ｗｔ％を含む中炭素鋼からなり、トラック溝１４、１６及び外輪５のマウス部１１の肩部（底壁外面１１ａ）から軸部１２の外周面（外径面）に高周波焼入れ等によって硬さが５８〜６４ＨＲＣ程度となる硬化処理が施されている。
【００３７】
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。ハブ輪１のアウトボード側の端面に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４５が突設されている。なお、パイロット部４５は、大径の第１部４５ａと小径の第２部４５ｂとからなり、第２部４５ｂにホイールが外嵌され、第１部４５ａにブレーキロータが外嵌される。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がボルト装着孔３２に装着される。車両に組み付けた状態で車両の外側寄りとなる側をアウトボード側（図面左側）と呼び、中央寄りをインボード側（図面右側）と呼ぶ。
【００３８】
また、ハブ輪１の筒部２０の孔部２２に外輪５の軸部１２が挿入される。軸部１２は、その反マウス部の端部にねじ部４０が形成され、このねじ部４０とマウス部１１との間に雄セレーション４１が形成されている。また、ハブ輪１の筒部２０の内周面（内径面）に雌セレーション４２が形成され、この軸部１２がハブ輪１の筒部２０に挿入された際には、軸部１２側の雄セレーション４１とハブ輪１側の雌セレーション４２とが嵌合する。なお、ハブ輪１は、例えば、Ｓ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０ｗｔ％を含む中炭素鋼からなる。
【００３９】
転がり軸受２は、ハブ輪１の筒部２０の継手側に設けられた切欠部（段差部）２３に嵌合する内輪２４と、ハブ輪１の筒部２０に外嵌される外方部材としての外輪２５とを備える。外輪２５は、その内周に２列の外側転走面（アウタレース）２６、２７が設けられ、第１外側転走面２６とハブ輪１の軸部外周に設けられる第１内側転走面（インナレース）２８とが対向し、第２外側転走面２７と、内輪２４の外周面に設けられる第２内側転走面（インナレース）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。すなわち、ハブ輪１の一部（筒部２０の外径面）と、ハブ輪１のインボード側の端部の外周に圧入される内輪２４とで、インナレース２８，２９を有する転がり軸受２の内方部材を構成している。なお、転動体３０は、アウタレース２６、２７とインナレース２８、２９との間に介在される保持器３４に回転自在に保持されている。また、外輪２５の両開口部にはシール部材Ｓが装着されている。
【００４０】
外輪２５の外径面にはねじ孔３５を有する車体取付用フランジ３６が形成されている。この車体取付用フランジ３５よりインボード側の外径面が、図示省略のナックルに嵌入される嵌合面３７とされる。
【００４１】
この場合、ハブ輪１の継手側の端部を加締めて、その加締部３１にて内方部材（内輪）２４に予圧を付与するものである。これによって、内輪２４をハブ輪１に締結することができる。この際、切欠部２３の切欠端面２３ａに内輪２４の端面２４ａが当接している。
【００４２】
そして、等速自在継手３の外輪５の軸部１２が、ハブ輪１の孔部２２に嵌入されて、軸部１２の雄セレーション４１とハブ輪１の孔部２２の雌セレーション４２とを嵌合させる。孔部２２からアウトボード側へ突出したねじ部４０にナット部材４３を螺着することによって、ハブ輪１の継手側の端部の加締部３１に、等速自在継手３の外輪５のマウス部１１の底壁外面１１ａを当接させている。これによって、ハブ輪１と等速自在継手３とは一体化される。
【００４３】
ところで、ハブ輪１には図１に示すように、硬化層Ｈ（Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３）（クロスハッチングで示している）が設けられている。すなわち、フランジ（車輪取付フランジ）２１のアウトボード側付け根部、つまり、ブレーキロータ取付面２１ａから円筒状のパイロット部４５の第１部４５ａに延びる隅部５０に硬化層Ｈ１が形成され、シールランド部５１（アウトボード側のシール部材Ｓが装着されるシール装着部位）から転走面２８を経て切欠部（小径段部）２３に及ぶ領域に表面硬化層Ｈ２が形成されている。
【００４４】
また、ハブ輪１の孔部２２の内径面に形成された雌セレーション４２の表面に硬化層Ｈ３が形成されている。この場合、ハブ輪１の孔部２２は、インボード側の開口部に、軸部１２の付け根部１２ａ（図２参照）に対応した大径部２２ａが形成され、この大径部２２ａ以外に雌セレーション４２が形成されている。なお、大径部２２ａは軸部１２の付け根部１２ａよりも大径とされ、付け根部１２ａと大径部２２ａの内径面とが接触しないように設定している。
【００４５】
外輪２５の転走面２６、２７の表面に硬化層Ｈ４、Ｈ５（クロスハッチングで示している）が形成されている。また、各硬化層Ｈ（Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ４、Ｈ５）の硬度をＨＲＣで５８〜６４程度としている。なお、図２においては、図示の簡略化を図るために、
各硬化層Ｈ（Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ４、Ｈ５）の図示を省略している。
【００４６】
本発明においては、ハブ輪１の孔部２２の内径面に形成される雌セレーション４２は、ハブ輪１の孔部２２の内径面に、硬化層Ｈ３を形成した後、ブローチ加工によって形成する。ブローチ加工とは、ブローチと呼ばれる総形工具を用いて、断面形状の複雑な穴などを一度に仕上げてしまう加工方法をいう。すなわち、下穴（ガイド穴）に挿入されたブローチが下方向に引き抜かれ、ブローチ下方の荒刃から上方の仕上げ刃へと工作物を少しずつ切削しながら、所定寸法に仕上げるものである。ここで、硬化層が設けられた後のブローチ加工は、ハブ輪の孔部（単純円筒内径部）に一から雌セレーションを形成するものであっても良いが、硬化層形成前に、予め、雌セレーションを形成しておき、硬化層形成後に仕上げ加工として、ブローチ加工を行なえば、ブローチ刃の寿命も長くなり、より経済的である。
【００４７】
図３に示すように、例えば、ブローチ６０は、前つかみ部６１と、後ろつかみ部６２と、前つかみ部６１と後ろつかみ部６２との間に配設される刃部６３とを備える。刃部６３は、前つかみ部６１側の荒刃６３ａと、後ろつかみ部６２側の仕上刃６３ｃと、荒刃６３ａと仕上刃６３ｃとの間の中仕上刃６３ｂとからなる。
【００４８】
そして、ブローチ６０は刃部６３が超硬からなる超硬製ブローチとする。ここで、超硬とは、硬質の金属炭化物の粉末を焼結して作られる合金で、単に超硬とも呼ばれ、これを利用した工具を超硬工具という。一般的には炭化タングステン（WC、タングステン・カーバイド）と結合剤（バインダ）であるコバルト（Co）を混合して焼結したものを指す。主に切削加工や金型などの耐磨耗性を要求される分野で使用される。また、材料特性を向上させるために炭化チタン（TiC）や炭化タンタル（TaC）などを加えてもよい。超硬合金は高温時の硬度低下が少なく、非常に摩耗しにくい。更に摩耗に強いアルミナ（Al2O3）や炭窒化チタン（TiCN）などの硬質物質自体を超硬工具表面にコーティング（化学気相成長（ＣＶＤ）や物理気相成長（ＰＶＤ））したものであってもよい。
【００４９】
ハブ輪１を成形する場合、まず、孔部２２を構成する下孔（ガイド孔）が形成されたハブ輪形成体を構成する。この際、下孔（ガイド孔）に、後述する加熱処理（高周波焼入れ）前に、予め、雌セレーションを形成しておけば、熱処理後の超硬製ブローチによる仕上げ工程が容易となる。これは、硬化層形成前の雌セレーション形成の仕上げ加工となる。次に、ガイド孔の内径面に硬化層Ｈを形成する。この硬化層としては、例えば、高周波加熱による焼入れ・焼戻し処理にて形成できる。ここで、高周波加熱による焼入れとは、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。
【００５０】
そして、ガイド孔の内径面に硬化層が形成されたハブ輪形成体に、前記ブローチ６０を挿入する。ブローチ盤においてこの前つかみ部６１を保持してこのハブ輪形成体のガイド孔から引き抜くことになる。これによって、一気に粗加工から仕上げ加工までが完成して、孔部２２の内径面に雌セレーション４２を備えたハブ輪１を成形することができる。なお、本発明における超硬製ブローチとしては、例えば、株式会社不二越社製のハードブローチを用いることができる。
【００５１】
本発明では、最終のブローチ加工は硬化層Ｈ（Ｈ３）が設けられた後に行うので、硬化層形成時において熱変形があっても、この変形状態においてブローチ加工にてセレーションが成形され、その後において熱処理の熱変形を生じない。このため、形成したセレーションが変形（熱変形）することがなく、適正な嵌合予圧（セレーション嵌合予圧）の設定・維持を行うことができる。しかも、硬化層Ｈ（Ｈ３）によって、過大トルク発生時においても、セレーション４２の嵌合部のガタの増大に繋がる塑性変形や破損等を防止できる高品質の製品となる。
【００５２】
また、セレーション４２のセレーション形成範囲の略全長にわたって硬化層Ｈ３が設けられていれば、ハブ輪側のセレーション全体に対して強度及び剛性を向上させることができる。このため、トルク伝達機能を損なうことなく、セレーションの嵌合有効長さの短縮を図ることができ、装置全体の軸方向長さを短くして、装置全体のコンパクト化を図ることができる。
【００５３】
セレーション４２をブローチ加工にて成形するので、「高能率で、作業が簡易、加工精度のばらつきが少ない」等のブローチ加工特有の利点を生かせることができる。
【００５４】
超硬製ブローチ６０によるブローチ加工を行えば、硬化層Ｈ３に対しても安定してセレーション４２を形成することができる。また、超硬製ブローチ６０は耐摩耗性、耐熱性に優れ長期にわたって安定したブローチ加工を行うことができ、高精度のセレーション４２を形成することができる。
【００５５】
ハブ輪１の端部が加締められてハブ輪１に外嵌される転がり軸受２の内輪２４に対して予圧が付与されることによって、外側継手部材のマウス部１１によって内輪２４に予圧を付与する必要がなくなる。このため、内輪２４への予圧を考慮することなく、外側継手部材の軸部１２を圧入することができ、ハブ輪１と外側継手部材との連結性（組み付け性）の向上を図ることができる。
【００５６】
高周波熱処置で硬化層Ｈを形成するので、高周波焼き入れの特有の次のような効果を奏する。直接加熱であるから熱効率が良く、作業時間が短い。局所焼入れが可能で、硬化層深さの選定も比較的容易である。短時間加熱、急冷処理のため酸化、脱炭、変形が少ない。作業の標準化、自動化が容易である。急熱、急冷のため表面に大きな圧縮残留応力が生じ、耐摩耗性のみならず転がり疲労寿命も向上する。
【００５７】
なお、表面硬化層Ｈ１を形成したことにより、回転曲げ疲労の最弱部であるアウトボード側付け根部を高強度化することができる。表面硬化層Ｈ２を形成することによって、シール部材Ｓのシールリップが摺接するシールランド部５１の耐摩耗性の向上を図ることができ、耐クリープ性、耐フレッティング性の向上を達成できる。
【００５８】
次に図４は参考例を示し、この場合、ハブ輪１のインボード側の端部に加締部を有さないタイプである。このため、ハブ輪１のインボード側の端部を内輪２４のインボード側の端面２４ｂよりもアウトボード側へ後退させた状態として、マウス部１１の底壁外面１１ａを内輪２４のインボード側の端面２４ｂに当接させることによって、軸受２に予圧を付与するようにしている。
【００５９】
この場合も、ハブ輪１の孔部２２の内径面には雌セレーション４２が形成され、この雌セレーション４２に硬化層Ｈ（Ｈ３）が形成されている。すなわち、雌セレーション４２は、硬化層Ｈが設けられた後のブローチ加工にて形成されているものである。
【００６０】
また、ハブ輪１の外径側においては、図示省略しているが、図１に示すような硬化層Ｈ１、Ｈ２を形成するのが好ましい。さらに、外輪２５側においても、図１に示すような硬化層Ｈ４、Ｈ５を形成するのが好ましい。
【００６１】
図４に示す車輪用軸受装置の他の構成は図１に示す車輪用軸受装置と同様であるので、図１と同一の部材については図１と同一の符号を附してそれらの説明を省略する。このため、図４に示す車輪用軸受装置は、図１に示す車輪用軸受装置と同様の作用効果を奏する。
【００６２】
次に図５は他の参考例を示し、この場合、軸受２の内方部材が一対の内輪２４Ａ，２４Ｂからなる。すなわち、アウトボード側の内輪２４Ａは、アウトボード側が大径部７０ａとされ、インボード側が小径部７１ｂとされ、インボード側の内輪２４Ｂは、アウトボード側が小径部７１ｂとされ、インボード側が大径部７０ｂとされる。各内輪２４Ａ,２４Ｂは、大径部７０ａ，７０ｂと小径部７１ａ，７１ｂとの間の外径面に転走面２８，２９が形成されている。
【００６３】
内輪２４Ａ、２４Ｂがハブ輪１の切欠部７２に嵌合され、図２に示すように、等速自在継手３の外輪５がハブ輪１に連結された状態（軸部１２のねじ部４０にナット部材４３が締め付けられた状態）で、インボード側の内輪２４Ｂの端面２４ｂに外輪５の底壁外面１１ａが当接する。この際、内輪２４Ａの内輪２４Ｂの端面（突合面）２４ａ，２４ａが突合わされた状態で、アウトボード側の内輪２４Ａの端面２４ｂが切欠端面７５に当接する。これによって、内輪２４Ａ、２４Ｂに予圧を付与できる。
【００６４】
この場合も、ハブ輪１の孔部２２の内径面には雌セレーション４２が成形され、この雌セレーション４２に硬化層Ｈ（Ｈ３）が形成されている。すなわち、雌セレーション４２は、硬化層Ｈが設けられた後のブローチ加工にて成形されているものである。
【００６５】
また、ハブ輪１の外径側においては、図示省略しているが、図１に示すような硬化層Ｈ１、Ｈ２を形成するのが好ましい。さらに、外輪２５側においても、図１に示すような硬化層Ｈ４、Ｈ５を形成するのが好ましい。
【００６６】
図５に示す車輪用軸受装置の他の構成は図１に示す車輪用軸受装置と同様であるので、図１と同一の部材については図１と同一の符号を附してそれらの説明を省略する。このため、図５に示す車輪用軸受装置は、図１に示す車輪用軸受装置と同様の作用効果を奏する。
【００６７】
ところで、硬化層Ｈを形成する場合、前記実施形態では、高周波熱処理であったが、レーザー熱処理で行ってもよい。レーザー焼入れは、高エネルギー密度のレーザービームを鋼部品の表面に照射して加熱し、自己冷却作用によって焼入硬化させる方法である。レーザー発振装置には炭酸ガスレーザー、ＹＧレーザー、プラズマレーザー、エキシマレーザーなど種々あるが、この場合、例えば、炭酸ガスレーザーを用いることができる。レーザービームによる加熱は超急速であり、また、焼入れも冷却剤は用いず自己冷却である。このため、レーザー焼入れは、短時間に小さい面積で局所焼入れができ、ひずみの発生も少ない利点がある。また、通常、焼入れ後は焼戻しを行う必要がない。
【００６８】
ところで、前記各実施形態では、ハブ輪１の内径面側に設けられる硬化層Ｈ３は、雌セレーション４２のセレーション形成範囲、つまりハブ輪１の内径面の略全長にわたって形成したが、インボード側のみにこのような硬化層Ｈを設けてもよい。これは、過大トルクが発生した場合、ハブ輪２の孔部２２に形成されるセレーション４２においてインボード側に大きな荷重がかかるためであり、セレーション４２において少なくともインボード側に硬化層Ｈを設けていれば、このような過大トルク発生時において、該部の塑性変形や破損を防止することができるとともに、ブローチ加工の際、高硬度の切削長が相対的に短くなるため、工具寿命の延長効果も奏する。
【００６９】
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、車輪用軸受装置として、ハブ輪の外径面に、外方部材の第１外側転走面が対向する第１内側転走面が形成されるとともに、等速自在継手の外側継手部材の外径面に、外方部材の第２外側転走面が対向する第２内側転走面が形成されたいわゆる第４世代であってもよい。また、軸受２の外輪２５として、前記実施形態では車体取付用フランジ３６を有するものであったが、このような車体取付用フランジを有さず、外輪２５の外径面の略全体がナックルに圧入される嵌合面としたものであってもよい。また、図２では、外輪５の底壁外面１１ａを加締部３１に当接させているが、当接させずに、底壁外面１１ａと加締部３１との間に隙間が設けられるものであってもよい。このように隙間を設けることによって、マウス部１１とハブ輪１との接触による異音の発生を防止できる。
【００７０】
ブローチ加工にて、ハブ輪１の孔部２２の内径面に雌セレーション４２を形成する場合、ハブ輪１単体の状態で形成しても、図１に示すように、軸受２を組み付けた状態で形成してもよい。図１に示すように、ハブ輪１のインボード端部を加締める場合、この加締めの際に、雌セレーション４２のインボード側が変形するおそれがあるので、図１に示すように軸受２を組み付けた状態で雌セレーション４２を形成するようにするのが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の第１実施形態を示す車輪用軸受装置の等速自在継手連結前の縦断面図である。
【図２】前記車輪用軸受装置の断面図である。
【図３】ブローチ加工に用いるブローチを示す正面図である。
【図４】参考例を示す車輪用軸受装置の等速自在継手連結前の縦断面図である。
【図５】他の参考例を示す車輪用軸受装置の等速自在継手連結前の縦断面図である。
【図６】従来の車輪用軸受装置の断面図である。
【図７】前記図６のハブ輪の拡大断面図である。
【符号の説明】
【００７２】
１ ハブ輪
２ 軸受
３ 等速自在継手
１２ 軸部
２２ 孔部
２４ 内輪
２６，２７ アウタレース（外側転走面）
２８，２９ インナレース（内側転走面）
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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の内側転走面が一体に形成された第３世代、さらには、ハブ輪に等速自在継手が一体化され、この等速自在継手を構成する外側継手部材の外周に複列の転がり軸受の他方の内側転走面が一体に形成された第４世代のものまで開発されている。
【０００３】
第３世代と呼ばれる車輪用軸受装置（例えば、特許文献１）は、図６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軸受構造１００とを備える。
【０００４】
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（図示省略）と、この内側継手部材と外側継手部材１０３との間に配設されるボール（図示省略）と、このボールを保持する保持器（図示省略）とを備える。また、内側継手部材の中心孔の内周面にはスプライン部が形成され、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、内側継手部材側のスプライン部とシャフト側のスプライン部とが嵌合される。
【０００５】
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、ホイール（図示省略）およびブレーキロータ１４０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、第１部１１５ａと第２部１１５ｂとからなり、第２部１１５ｂにホイールが外嵌され、第１部１１５ａにブレーキロータ１４０が外嵌される。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１４０をこのフランジ１０１に固定するためのハブボルト１４１がこのボルト装着孔１１２に装着される。
【０００６】
軸受構造１００は、外輪１０５と、筒部１１３の椀形部側端部の外周面に設けられた切欠部１１６に圧入される内輪１１７とを備える。そして、ハブ輪１０２の筒部１１３の外周面のフランジ近傍には第１内側転走面１１８が設けられ、内輪１１７の外周面に第２内側転走面１１９が設けられている。
【０００７】
外輪１０５は、その内周に２列の外側転走面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）１４２が設けられている。そして、外輪１０５の第１外側転走面１２０とハブ輪１０２の第１内側転走面１１８とが対向し、外方部材１０５の第２外側転走面１２１と、内輪１１７の転走面１１９とが対向し、これらの間に転動体１２２が介装される。
【０００８】
外輪１０５には前記したように車体取付用フランジ１４２が設けられ、この車体取付用フランジ１４２よりもインボード側の外径面が嵌合面１０５ａとなって、車体側のナックル１４５の内径面１４５ａに内嵌される。また、外輪１０５の軸方向両開口部にシール部材Ｓ、Ｓが装着されている。
【０００９】
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とが嵌合する。
【００１０】
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、椀形部１０７の軸部側の端面１３１と内輪１１７の外端面１３０とが当接するとともに、内輪１１７の小径側の端面１３５が切欠端面１３６に当接する。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。
【００１１】
この場合、図７に示すように、フランジ（車輪取付フランジ）１０１のアウトボード側付け根部、つまり、ブレーキロータ取付面１０１ａから円筒状のパイロット部１１５の大径部１１５ａに延びる隅部１４５にクロスハッチングで示すように表面硬化層１４６を形成している。車両に組み付けた状態で車両の外側寄りとなる側をアウトボード側と呼び、中央寄りをインボード側と呼ぶ。
【００１２】
また、外輪５のアウトボード側端部に装着されたシール部材Ｓのシールリップが摺接するハブ輪１の外周面、つまり、シールランド部１４７から転走面１１８を経て小径段部（切欠部）１１６に及ぶ領域にクロスハッチングで示すように表面硬化層１４８を形成している。
【００１３】
表面硬化層１４６を形成したことにより、回転曲げ疲労の最弱部であるアウトボード側付け根部を高強度化することが容易となる。
【００１４】
表面硬化層１４８を形成するのは、シール部材Ｓのシールリップが摺接するシールランド部１４７は耐摩耗性が要求されるためであり、このシールランド部１４７に表面硬化層１４８を形成すれば、車輪取付フランジ１４２の強度アップがより一層実現できるからである。また、転動体１２２が転動する転走面１１８は所定の転がり疲労寿命が要求されるためである。さらに、小径段部１１６の端面１１６ａは内輪１１７の端面と当接する部分であり、小径段部１１６は内輪１１７と嵌合する部分であるため、耐クリープ性、耐フレッティング性が要求されるためである。
【００１５】
また、ハブ輪１０２の筒部１１３の内周面に形成されたセレーション部（雌セレーション部）１５０にクロスハッチングで示すように表面硬化層１５１を設けている。このようにセレーション部１５０に表面硬化層１５１を形成すれば、耐摩耗性が向上し、その強度アップが図れ、さらに、この強度アップによるセレーション部１５０の有効長さを短くすることができる。
【００１６】
なお、各硬化層１４６、１４８、１５１は例えば高周波焼入れ等にて形成される。高周波加熱による焼き入れとは、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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開２００２−８７００８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかしながら、前記特許文献１に記載のものでは、ハブ輪１０２の筒部１１３の内周面にセレーション部１５０を形成した後、高周波焼入等の加熱処理を行って、このセレーション部１５０に表面硬化層１５１を形成するものである。
【００１９】
このため、加熱処理によって、収縮、径方向の楕円変形、軸方向のテーパ変形等の熱処理変形が生じることになる。このような熱変形が生じれば、外側継手部材１０３の軸部１２３に形成されたセレーション（雄セレーション部）１２５との嵌合性に劣り、嵌合できても、嵌合する歯同士間に隙間が形成されいわゆる「ガタ」が生じたり、嵌合時に歯が欠けたりする。
【００２０】
したがって、熱収縮量を考慮してセレーション部１５０を形成する必要があり、この寸法管理を精度よく行う必要があった。このため、生産性に劣るものとなっていた。
【００２１】
本発明は、上記課題に鑑みて、ハブ輪と等速自在継手とのセレーション嵌合における適切な嵌合予圧の設定維持が可能で、セレーション部の耐摩耗性と強度向上を達成でき、セレーション嵌合の嵌合有効長さの短縮を図ることできる車輪用軸受装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明の車輪用軸受装置は、内周に２列の外側転走面を有する外方部材と、この２列の外側転走面に対向する内側転走面を有する内方部材と、対向する各転走面間に介装される転動体とを備え、前記内方部材は、車輪に取り付けられるハブ輪と、ハブ輪の切欠部に嵌合する少なくとも１つの内輪からなり、ハブ輪の端部が加締められて内輪を固定する車輪用軸受装置であって、前記ハブ輪の孔部の内周面に雌セレーションが形成され、雌セレーションの形成範囲に硬化層が設けられており、この雌セレーションは、硬化層形成後および加締め後の超硬製ブローチ加工にて形成されているものである。セレーションというときはセレーションまたはスプラインを意味するものとする。ブローチ加工とは、ブローチと呼ばれる総形工具を用いて、断面形状の複雑な穴などを一度に仕上げてしまう加工方法をいう。すなわち、下穴（ガイド穴）に挿入されたブローチが下方向に引き抜かれ、ブローチ下方の荒刃から上方の仕上げ刃へと工作物を少しずつ切削しながら、所定寸法に仕上げるものである。
【００２３】
本発明の車輪用軸受装置によれば、ブローチ加工は硬化層が設けられた後に行うので、硬化層形成時において熱変形があっても、この変形状態をブローチ加工により除去した上で、セレーションが成形される。このため、その後において熱変形の影響を受けない。また、ハブ輪のインボード側端部を加締る際に、雌セレーションのインボード側が変形するおそれがあるので、加締め後の軸受を組み付けた状態で雌セレーションを形成することで、雌セレーションが加締めによるインボード側の変形の影響を受けることがない。
【００２４】
ところで、過大トルクが発生した場合、ハブ輪の孔部に形成されるセレーションにおいてインボード側に最も大きな荷重がかかる。このため、セレーションにおいて少なくともインボード側に硬化層を設けていれば、このような過大トルク発生時において、該部の塑性変形や破損を防止することができるとともに、ブローチ加工の際、高硬度の切削長が相対的に短くなるため、工具寿命の延長効果も奏する。
【００２５】
雌セレーションは、超硬製ブローチによるブローチ加工であるのが好ましい。ここで、超硬とは、硬質の金属炭化物の粉末を焼結して作られる合金で、単に超硬とも呼ばれ、これを利用した工具を超硬工具という。一般的には炭化タングステン（WC、タングステン・カーバイド）と結合剤（バインダ）であるコバルト（Co）を混合して焼結したものを指す。主に切削加工や金型などの耐磨耗性を要求される分野で使用される。また、材料特性を向上させるために炭化チタン（TiC）や炭化タンタル（TaC）などを加えてもよい。超硬合金は高温時の硬度低下が少なく、非常に摩耗しにくい。更に摩耗に強いアルミナ（Al2O3）や炭窒化チタン（TiCN）などの硬質物質自体を超硬工具表面にコーティング（化学気相成長（ＣＶＤ）や物理気相成長（ＰＶＤ））したものであってもよい。
【００２６】
硬化層が設けられた後のブローチ加工は、ハブ輪の孔部（単純円筒内径部）に一から雌セレーションを形成するものであっても良いが、硬化層形成前に、予め、雌セレーションを形成しておき、硬化層形成後に仕上げ加工として、ブローチ加工を行なえば、ブローチ刃の寿命も長くなり、より経済的である。
【００２７】
前記硬化層は高周波焼入れにて形成されたり、レーザー焼入れにて形成されていてもよい。前記雌セレーションが等速自在継手の軸部に形成された雄セレーションと嵌合するこができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明では、セレーションが成形された後において熱処理の熱変形を生じない。このため、形成したセレーションが変形（熱変形）することがなく、適正な嵌合予圧（セレーション嵌合予圧）の設定・維持を行うことができる。しかも、硬化層によって、過大トルク発生時においても、セレーションの破損等を防止できる高品質の製品となる。また、本発明では、加締め後にセレーションを形成するため、雌セレーションが加締めによるインボード側の変形の影響を受けることがなく、精度よくセレーションを形成することができる。
【００２９】
セレーションはブローチ加工にて成形されるので、「高能率で、作業が簡易、加工精度のばらつきが少ない」等のブローチ加工特有の利点を生かせることができる。
【００３０】
超硬製ブローチによるブローチ加工を行えば、硬化層に対しても安定してセレーションを形成することができる。また、超硬製ブローチは耐摩耗性、耐熱性に優れ長期にわたって安定したブローチ加工を行うことができ、高精度のセレーションを形成することができる。
【００３１】
前記硬化層は、高周波加熱によっても、レーザー光による加熱処理によっても形成することができ、硬化層形成のための装置としては既存のものを使用でき、コスト低減を図ることができる。高周波加熱（高周波焼入れ）では、次の効果を奏する。直接加熱であるから熱効率が良く、作業時間が短い。局所焼入れが可能で、硬化層深さの選定も比較的容易である。短時間加熱、急冷処理のため酸化、脱炭、変形が少ない。作業の標準化、自動化が容易である。急熱、急冷のため表面に大きな圧縮残留応力が生じ、耐摩耗性のみならず耐疲労性も向上する。また、レーザー焼入れは、短時間に小さい面積で局所焼入れができ、ひずみの発生も少ない利点がある。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下本発明の実施の形態を図１〜図４に基づいて説明する。図２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。
【００３３】
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にシャフト（図示省略）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。
【００３４】
外輪５はマウス部１１とステム部（軸部）１２とからなり、マウス部１１は一端にて開口した椀状で、その内球面１３に、軸方向に延びた複数のトラック溝１４が円周方向等間隔に形成されている。そのトラック溝１４はマウス部１１の開口端まで延びている。内輪６は、その外球面１５に、軸方向に延びた複数のトラック溝１６が円周方向等間隔に形成されている。
【００３５】
外輪５のトラック溝１４と内輪６のトラック溝１６とは対をなし、各対のトラック溝１４，１６で構成されるボールトラックに１個ずつ、トルク伝達要素としてのボール７が転動可能に組み込んである。ボール７は外輪５のトラック溝１４と内輪６のトラック溝１６との間に介在してトルクを伝達する。ケージ８は外輪５と内輪６との間に摺動可能に介在し、外球面８ａにて外輪５の内球面１３と接し、内球面８ｂにて内輪６の外球面１５と接する。なお、この場合の等速自在継手は、ツェパー型を示しているが、各トラック溝の溝底に直線状のストレート部を有するアンダーカットフリー型等の他の等速自在継手であってもよい。
【００３６】
等速自在継手３の外輪５及び内輪６は、例えば、Ｓ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０ｗｔ％を含む中炭素鋼からなり、トラック溝１４、１６及び外輪５のマウス部１１の肩部（底壁外面１１ａ）から軸部１２の外周面（外径面）に高周波焼入れ等によって硬さが５８〜６４ＨＲＣ程度となる硬化処理が施されている。
【００３７】
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。ハブ輪１のアウトボード側の端面に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４５が突設されている。なお、パイロット部４５は、大径の第１部４５ａと小径の第２部４５ｂとからなり、第２部４５ｂにホイールが外嵌され、第１部４５ａにブレーキロータが外嵌される。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がボルト装着孔３２に装着される。車両に組み付けた状態で車両の外側寄りとなる側をアウトボード側（図面左側）と呼び、中央寄りをインボード側（図面右側）と呼ぶ。
【００３８】
また、ハブ輪１の筒部２０の孔部２２に外輪５の軸部１２が挿入される。軸部１２は、その反マウス部の端部にねじ部４０が形成され、このねじ部４０とマウス部１１との間に雄セレーション４１が形成されている。また、ハブ輪１の筒部２０の内周面（内径面）に雌セレーション４２が形成され、この軸部１２がハブ輪１の筒部２０に挿入された際には、軸部１２側の雄セレーション４１とハブ輪１側の雌セレーション４２とが嵌合する。なお、ハブ輪１は、例えば、Ｓ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０ｗｔ％を含む中炭素鋼からなる。
【００３９】
転がり軸受２は、ハブ輪１の筒部２０の継手側に設けられた切欠部（段差部）２３に嵌合する内輪２４と、ハブ輪１の筒部２０に外嵌される外方部材としての外輪２５とを備える。外輪２５は、その内周に２列の外側転走面（アウタレース）２６、２７が設けられ、第１外側転走面２６とハブ輪１の軸部外周に設けられる第１内側転走面（インナレース）２８とが対向し、第２外側転走面２７と、内輪２４の外周面に設けられる第２内側転走面（インナレース）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。すなわち、ハブ輪１の一部（筒部２０の外径面）と、ハブ輪１のインボード側の端部の外周に圧入される内輪２４とで、インナレース２８，２９を有する転がり軸受２の内方部材を構成している。なお、転動体３０は、アウタレース２６、２７とインナレース２８、２９との間に介在される保持器３４に回転自在に保持されている。また、外輪２５の両開口部にはシール部材Ｓが装着されている。
【００４０】
外輪２５の外径面にはねじ孔３５を有する車体取付用フランジ３６が形成されている。この車体取付用フランジ３５よりインボード側の外径面が、図示省略のナックルに嵌入される嵌合面３７とされる。
【００４１】
この場合、ハブ輪１の継手側の端部を加締めて、その加締部３１にて内方部材（内輪）２４に予圧を付与するものである。これによって、内輪２４をハブ輪１に締結することができる。この際、切欠部２３の切欠端面２３ａに内輪２４の端面２４ａが当接している。
【００４２】
そして、等速自在継手３の外輪５の軸部１２が、ハブ輪１の孔部２２に嵌入されて、軸部１２の雄セレーション４１とハブ輪１の孔部２２の雌セレーション４２とを嵌合させる。孔部２２からアウトボード側へ突出したねじ部４０にナット部材４３を螺着することによって、ハブ輪１の継手側の端部の加締部３１に、等速自在継手３の外輪５のマウス部１１の底壁外面１１ａを当接させている。これによって、ハブ輪１と等速自在継手３とは一体化される。
【００４３】
ところで、ハブ輪１には図１に示すように、硬化層Ｈ（Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３）（クロスハッチングで示している）が設けられている。すなわち、フランジ（車輪取付フランジ）２１のアウトボード側付け根部、つまり、ブレーキロータ取付面２１ａから円筒状のパイロット部４５の第１部４５ａに延びる隅部５０に硬化層Ｈ１が形成され、シールランド部５１（アウトボード側のシール部材Ｓが装着されるシール装着部位）から転走面２８を経て切欠部（小径段部）２３に及ぶ領域に表面硬化層Ｈ２が形成されている。
【００４４】
また、ハブ輪１の孔部２２の内径面に形成された雌セレーション４２の表面に硬化層Ｈ３が形成されている。この場合、ハブ輪１の孔部２２は、インボード側の開口部に、軸部１２の付け根部１２ａ（図２参照）に対応した大径部２２ａが形成され、この大径部２２ａ以外に雌セレーション４２が形成されている。なお、大径部２２ａは軸部１２の付け根部１２ａよりも大径とされ、付け根部１２ａと大径部２２ａの内径面とが接触しないように設定している。
【００４５】
外輪２５の転走面２６、２７の表面に硬化層Ｈ４、Ｈ５（クロスハッチングで示している）が形成されている。また、各硬化層Ｈ（Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ４、Ｈ５）の硬度をＨＲＣで５８〜６４程度としている。なお、図２においては、図示の簡略化を図るために、
各硬化層Ｈ（Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ４、Ｈ５）の図示を省略している。
【００４６】
本発明においては、ハブ輪１の孔部２２の内径面に形成される雌セレーション４２は、ハブ輪１の孔部２２の内径面に、硬化層Ｈ３を形成した後、ブローチ加工によって形成する。ブローチ加工とは、ブローチと呼ばれる総形工具を用いて、断面形状の複雑な穴などを一度に仕上げてしまう加工方法をいう。すなわち、下穴（ガイド穴）に挿入されたブローチが下方向に引き抜かれ、ブローチ下方の荒刃から上方の仕上げ刃へと工作物を少しずつ切削しながら、所定寸法に仕上げるものである。ここで、硬化層が設けられた後のブローチ加工は、ハブ輪の孔部（単純円筒内径部）に一から雌セレーションを形成するものであっても良いが、硬化層形成前に、予め、雌セレーションを形成しておき、硬化層形成後に仕上げ加工として、ブローチ加工を行なえば、ブローチ刃の寿命も長くなり、より経済的である。
【００４７】
図３に示すように、例えば、ブローチ６０は、前つかみ部６１と、後ろつかみ部６２と、前つかみ部６１と後ろつかみ部６２との間に配設される刃部６３とを備える。刃部６３は、前つかみ部６１側の荒刃６３ａと、後ろつかみ部６２側の仕上刃６３ｃと、荒刃６３ａと仕上刃６３ｃとの間の中仕上刃６３ｂとからなる。
【００４８】
そして、ブローチ６０は刃部６３が超硬からなる超硬製ブローチとする。ここで、超硬とは、硬質の金属炭化物の粉末を焼結して作られる合金で、単に超硬とも呼ばれ、これを利用した工具を超硬工具という。一般的には炭化タングステン（WC、タングステン・カーバイド）と結合剤（バインダ）であるコバルト（Co）を混合して焼結したものを指す。主に切削加工や金型などの耐磨耗性を要求される分野で使用される。また、材料特性を向上させるために炭化チタン（TiC）や炭化タンタル（TaC）などを加えてもよい。超硬合金は高温時の硬度低下が少なく、非常に摩耗しにくい。更に摩耗に強いアルミナ（Al2O3）や炭窒化チタン（TiCN）などの硬質物質自体を超硬工具表面にコーティング（化学気相成長（ＣＶＤ）や物理気相成長（ＰＶＤ））したものであってもよい。
【００４９】
ハブ輪１を成形する場合、まず、孔部２２を構成する下孔（ガイド孔）が形成されたハブ輪形成体を構成する。この際、下孔（ガイド孔）に、後述する加熱処理（高周波焼入れ）前に、予め、雌セレーションを形成しておけば、熱処理後の超硬製ブローチによる仕上げ工程が容易となる。これは、硬化層形成前の雌セレーション形成の仕上げ加工となる。次に、ガイド孔の内径面に硬化層Ｈを形成する。この硬化層としては、例えば、高周波加熱による焼入れ・焼戻し処理にて形成できる。ここで、高周波加熱による焼入れとは、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。
【００５０】
そして、ガイド孔の内径面に硬化層が形成されたハブ輪形成体に、前記ブローチ６０を挿入する。ブローチ盤においてこの前つかみ部６１を保持してこのハブ輪形成体のガイド孔から引き抜くことになる。これによって、一気に粗加工から仕上げ加工までが完成して、孔部２２の内径面に雌セレーション４２を備えたハブ輪１を成形することができる。なお、本発明における超硬製ブローチとしては、例えば、株式会社不二越社製のハードブローチを用いることができる。
【００５１】
本発明では、最終のブローチ加工は硬化層Ｈ（Ｈ３）が設けられた後に行うので、硬化層形成時において熱変形があっても、この変形状態においてブローチ加工にてセレーションが成形され、その後において熱処理の熱変形を生じない。このため、形成したセレーションが変形（熱変形）することがなく、適正な嵌合予圧（セレーション嵌合予圧）の設定・維持を行うことができる。しかも、硬化層Ｈ（Ｈ３）によって、過大トルク発生時においても、セレーション４２の嵌合部のガタの増大に繋がる塑性変形や破損等を防止できる高品質の製品となる。
【００５２】
また、セレーション４２のセレーション形成範囲の略全長にわたって硬化層Ｈ３が設けられていれば、ハブ輪側のセレーション全体に対して強度及び剛性を向上させることができる。このため、トルク伝達機能を損なうことなく、セレーションの嵌合有効長さの短縮を図ることができ、装置全体の軸方向長さを短くして、装置全体のコンパクト化を図ることができる。
【００５３】
セレーション４２をブローチ加工にて成形するので、「高能率で、作業が簡易、加工精度のばらつきが少ない」等のブローチ加工特有の利点を生かせることができる。
【００５４】
超硬製ブローチ６０によるブローチ加工を行えば、硬化層Ｈ３に対しても安定してセレーション４２を形成することができる。また、超硬製ブローチ６０は耐摩耗性、耐熱性に優れ長期にわたって安定したブローチ加工を行うことができ、高精度のセレーション４２を形成することができる。
【００５５】
ハブ輪１の端部が加締められてハブ輪１に外嵌される転がり軸受２の内輪２４に対して予圧が付与されることによって、外側継手部材のマウス部１１によって内輪２４に予圧を付与する必要がなくなる。このため、内輪２４への予圧を考慮することなく、外側継手部材の軸部１２を圧入することができ、ハブ輪１と外側継手部材との連結性（組み付け性）の向上を図ることができる。
【００５６】
高周波熱処置で硬化層Ｈを形成するので、高周波焼き入れの特有の次のような効果を奏する。直接加熱であるから熱効率が良く、作業時間が短い。局所焼入れが可能で、硬化層深さの選定も比較的容易である。短時間加熱、急冷処理のため酸化、脱炭、変形が少ない。作業の標準化、自動化が容易である。急熱、急冷のため表面に大きな圧縮残留応力が生じ、耐摩耗性のみならず転がり疲労寿命も向上する。
【００５７】
なお、表面硬化層Ｈ１を形成したことにより、回転曲げ疲労の最弱部であるアウトボード側付け根部を高強度化することができる。表面硬化層Ｈ２を形成することによって、シール部材Ｓのシールリップが摺接するシールランド部５１の耐摩耗性の向上を図ることができ、耐クリープ性、耐フレッティング性の向上を達成できる。
【００５８】
次に図４は参考例を示し、この場合、ハブ輪１のインボード側の端部に加締部を有さないタイプである。このため、ハブ輪１のインボード側の端部を内輪２４のインボード側の端面２４ｂよりもアウトボード側へ後退させた状態として、マウス部１１の底壁外面１１ａを内輪２４のインボード側の端面２４ｂに当接させることによって、軸受２に予圧を付与するようにしている。
【００５９】
この場合も、ハブ輪１の孔部２２の内径面には雌セレーション４２が形成され、この雌セレーション４２に硬化層Ｈ（Ｈ３）が形成されている。すなわち、雌セレーション４２は、硬化層Ｈが設けられた後のブローチ加工にて形成されているものである。
【００６０】
また、ハブ輪１の外径側においては、図示省略しているが、図１に示すような硬化層Ｈ１、Ｈ２を形成するのが好ましい。さらに、外輪２５側においても、図１に示すような硬化層Ｈ４、Ｈ５を形成するのが好ましい。
【００６１】
図４に示す車輪用軸受装置の他の構成は図１に示す車輪用軸受装置と同様であるので、図１と同一の部材については図１と同一の符号を附してそれらの説明を省略する。このため、図４に示す車輪用軸受装置は、図１に示す車輪用軸受装置と同様の作用効果を奏する。
【００６２】
次に図５は他の参考例を示し、この場合、軸受２の内方部材が一対の内輪２４Ａ，２４Ｂからなる。すなわち、アウトボード側の内輪２４Ａは、アウトボード側が大径部７０ａとされ、インボード側が小径部７１ｂとされ、インボード側の内輪２４Ｂは、アウトボード側が小径部７１ｂとされ、インボード側が大径部７０ｂとされる。各内輪２４Ａ,２４Ｂは、大径部７０ａ，７０ｂと小径部７１ａ，７１ｂとの間の外径面に転走面２８，２９が形成されている。
【００６３】
内輪２４Ａ、２４Ｂがハブ輪１の切欠部７２に嵌合され、図２に示すように、等速自在継手３の外輪５がハブ輪１に連結された状態（軸部１２のねじ部４０にナット部材４３が締め付けられた状態）で、インボード側の内輪２４Ｂの端面２４ｂに外輪５の底壁外面１１ａが当接する。この際、内輪２４Ａの内輪２４Ｂの端面（突合面）２４ａ，２４ａが突合わされた状態で、アウトボード側の内輪２４Ａの端面２４ｂが切欠端面７５に当接する。これによって、内輪２４Ａ、２４Ｂに予圧を付与できる。
【００６４】
この場合も、ハブ輪１の孔部２２の内径面には雌セレーション４２が成形され、この雌セレーション４２に硬化層Ｈ（Ｈ３）が形成されている。すなわち、雌セレーション４２は、硬化層Ｈが設けられた後のブローチ加工にて成形されているものである。
【００６５】
また、ハブ輪１の外径側においては、図示省略しているが、図１に示すような硬化層Ｈ１、Ｈ２を形成するのが好ましい。さらに、外輪２５側においても、図１に示すような硬化層Ｈ４、Ｈ５を形成するのが好ましい。
【００６６】
図５に示す車輪用軸受装置の他の構成は図１に示す車輪用軸受装置と同様であるので、図１と同一の部材については図１と同一の符号を附してそれらの説明を省略する。このため、図５に示す車輪用軸受装置は、図１に示す車輪用軸受装置と同様の作用効果を奏する。
【００６７】
ところで、硬化層Ｈを形成する場合、前記実施形態では、高周波熱処理であったが、レーザー熱処理で行ってもよい。レーザー焼入れは、高エネルギー密度のレーザービームを鋼部品の表面に照射して加熱し、自己冷却作用によって焼入硬化させる方法である。レーザー発振装置には炭酸ガスレーザー、ＹＧレーザー、プラズマレーザー、エキシマレーザーなど種々あるが、この場合、例えば、炭酸ガスレーザーを用いることができる。レーザービームによる加熱は超急速であり、また、焼入れも冷却剤は用いず自己冷却である。このため、レーザー焼入れは、短時間に小さい面積で局所焼入れができ、ひずみの発生も少ない利点がある。また、通常、焼入れ後は焼戻しを行う必要がない。
【００６８】
ところで、前記各実施形態では、ハブ輪１の内径面側に設けられる硬化層Ｈ３は、雌セレーション４２のセレーション形成範囲、つまりハブ輪１の内径面の略全長にわたって形成したが、インボード側のみにこのような硬化層Ｈを設けてもよい。これは、過大トルクが発生した場合、ハブ輪２の孔部２２に形成されるセレーション４２においてインボード側に大きな荷重がかかるためであり、セレーション４２において少なくともインボード側に硬化層Ｈを設けていれば、このような過大トルク発生時において、該部の塑性変形や破損を防止することができるとともに、ブローチ加工の際、高硬度の切削長が相対的に短くなるため、工具寿命の延長効果も奏する。
【００６９】
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、車輪用軸受装置として、ハブ輪の外径面に、外方部材の第１外側転走面が対向する第１内側転走面が形成されるとともに、等速自在継手の外側継手部材の外径面に、外方部材の第２外側転走面が対向する第２内側転走面が形成されたいわゆる第４世代であってもよい。また、軸受２の外輪２５として、前記実施形態では車体取付用フランジ３６を有するものであったが、このような車体取付用フランジを有さず、外輪２５の外径面の略全体がナックルに圧入される嵌合面としたものであってもよい。また、図２では、外輪５の底壁外面１１ａを加締部３１に当接させているが、当接させずに、底壁外面１１ａと加締部３１との間に隙間が設けられるものであってもよい。このように隙間を設けることによって、マウス部１１とハブ輪１との接触による異音の発生を防止できる。
【００７０】
ブローチ加工にて、ハブ輪１の孔部２２の内径面に雌セレーション４２を形成する場合、ハブ輪１単体の状態で形成しても、図１に示すように、軸受２を組み付けた状態で形成してもよい。図１に示すように、ハブ輪１のインボード端部を加締める場合、この加締めの際に、雌セレーション４２のインボード側が変形するおそれがあるので、図１に示すように軸受２を組み付けた状態で雌セレーション４２を形成するようにするのが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の第１実施形態を示す車輪用軸受装置の等速自在継手連結前の縦断面図である。
【図２】前記車輪用軸受装置の断面図である。
【図３】ブローチ加工に用いるブローチを示す正面図である。
【図４】参考例を示す車輪用軸受装置の等速自在継手連結前の縦断面図である。
【図５】他の参考例を示す車輪用軸受装置の等速自在継手連結前の縦断面図である。
【図６】従来の車輪用軸受装置の断面図である。
【図７】前記図６のハブ輪の拡大断面図である。
【符号の説明】
【００７２】
１ ハブ輪
２ 軸受
３ 等速自在継手
１２ 軸部
２２ 孔部
２４ 内輪
２６，２７ アウタレース（外側転走面）
２８，２９ インナレース（内側転走面）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内周に２列の外側転走面を有する外方部材と、この２列の外側転走面に対向する内側転走面を有する内方部材と、対向する各転走面間に介装される転動体とを備え、前記内方部材は、車輪に取り付けられるハブ輪と、ハブ輪の切欠部に嵌合する少なくとも１つの内輪からなり、ハブ輪の端部が加締められて内輪を固定する車輪用軸受装置であって、
前記ハブ輪の孔部の内周面に雌セレーションが形成され、雌セレーションの形成範囲に硬化層が設けられており、この雌セレーションは、硬化層形成後および加締め後の超硬製ブローチ加工にて形成されていることを特徴とする車輪用軸受装置。
【請求項２】
前記ブローチ加工は、硬化層形成前の雌セレーション形成の仕上げ加工であることを特徴とする請求項１に記載の車輪用軸受装置。
【請求項３】
前記硬化層は高周波焼入れにて形成されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車輪用軸受装置。
【請求項４】
前記硬化層はレーザー焼入れにて形成され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。
【請求項５】
前記雌セレーションが等速自在継手の軸部に形成された雄セレーションと嵌合することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の車輪用軸受装置。
【請求項１】
内周に２列の外側転走面を有する外方部材と、この２列の外側転走面に対向する内側転走面を有する内方部材と、対向する各転走面間に介装される転動体とを備え、前記内方部材は、車輪に取り付けられるハブ輪と、ハブ輪の切欠部に嵌合する少なくとも１つの内輪からなり、ハブ輪の端部が加締められて内輪を固定する車輪用軸受装置であって、
前記ハブ輪の孔部の内周面に雌セレーションが形成され、雌セレーションの形成範囲に硬化層が設けられており、この雌セレーションは、硬化層形成後および加締め後の超硬製ブローチ加工にて形成されていることを特徴とする車輪用軸受装置。
【請求項２】
前記ブローチ加工は、硬化層形成前の雌セレーション形成の仕上げ加工であることを特徴とする請求項１に記載の車輪用軸受装置。
【請求項３】
前記硬化層は高周波焼入れにて形成されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車輪用軸受装置。
【請求項４】
前記硬化層はレーザー焼入れにて形成され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。
【請求項５】
前記雌セレーションが等速自在継手の軸部に形成された雄セレーションと嵌合することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の車輪用軸受装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−１０００９１（Ｐ２０１３−１０００９１Ａ）
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２５６１５８（Ｐ２０１２−２５６１５８）
【出願日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【分割の表示】特願２００８−６８６５（Ｐ２００８−６８６５）の分割
【原出願日】平成２０年１月１６日（２００８．１．１６）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【分割の表示】特願２００８−６８６５（Ｐ２００８−６８６５）の分割
【原出願日】平成２０年１月１６日（２００８．１．１６）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
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