JP2007263298A - 車輪用軸受装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】装置の軽量・コンパクト化を図ると共に、軸受剛性を高め、加工工程を削減した第４世代構造の車輪用軸受装置の製造方法を提供する。
【解決手段】外方部材４の複列の外側転走面４ａ、４ｂに保持器９ａ、９ｂを介して複列のボール６ａ、６ｂが仮組みされる。その後、外方部材４の両端部にシール１０、１０が装着される。次に、外方部材４の両側からハブ輪１と外側継手部材１４とがそれぞれ内挿され、ハブ輪１に外側継手部材１４の軸部２０が圧入される。そして、複列の転がり軸受２に所定の予圧が付与された状態で、ハブ輪１と軸部２０との突合せ部に予熱が実施され、ハブ輪１と軸部２０とが接合による接合部１１で一体に結合され、その後、後熱が実施される。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車等の車輪を懸架装置に対して回転自在に支承する車輪用軸受装置の製造方法、特に、装置の軽量・コンパクト化を図ると共に、軸受剛性を高め、加工工程を削減した第４世代構造の車輪用軸受装置の製造方法に関するものである。

自動車等の車輪を回転自在に支承する車輪用軸受装置は、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、さらにはこの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。

以下、図を参照しつつ、従来技術の説明をする。
図７は、従来の車輪用軸受装置を示す断面図である。図７に示す車輪用軸受装置は第３世代構造の代表的な一例である。図７に示す車輪用軸受装置は、内方部材５０と、外方部材６０と、等速自在継手７０とをユニット化して構成している。

内方部材５０は、ハブ輪５１と、このハブ輪５１に圧入した別体の内輪５２とからなる。ハブ輪５１は、車輪（図示せず）を取り付けるための車輪取付フランジ５３を一体に有し、この車輪取付フランジ５３の円周等配位置には車輪を固定するためのハブボルト５４を植設している。ハブ輪５２に形成した小径段部５５に内輪５２を圧入し、さらに、小径段部５５の端部を径方向外方に塑性変形させた加締部５６により、内輪５２が軸方向へ抜けるのを防止している。

外方部材６０は外周に車体（図示せず）に取り付けるための車体取付フランジ６１を一体に有し、内周には複列の転走面６０ａ、６０ａを形成している。一方、内方部材５０は、これら外方部材６０の転走面６０ａ、６０ａに対向する複列の転走面５１ａ、５２ａをそれぞれハブ輪５１と内輪５２に一体形成し、それぞれの転走面６０ａ、５１ａと６０ａ、５２ａ間には複列の転動体（ボール）６２、６２を収容している。保持器６３、６３は、これら複列の転動体６２、６２を転動可能に保持する。また、外方部材６０の端部にはシール６４、６５を装着し、軸受内部に封入した潤滑グリースの漏洩を防止すると共に、外部からの雨水やダスト等の侵入を防止している。

等速自在継手７０は外側継手部材７１と継手内輪７２、ケージ７３、およびトルク伝達ボール７４とからなる。外側継手部材７１はカップ状のマウス部７５と、このマウス部７５から軸方向に延びる軸部７６を有し、マウス部７５の内周には軸方向に延びる曲線状のトラック溝７１ａを形成している。一方、トラック溝７１ａに対向し、継手内輪７２の外周には曲線状のトラック溝７２ａを形成している。これらトラック溝７１ａ、７２ａの曲率中心は、継手中心に対して互いに軸方向に等距離だけオフセットしている。したがって、両トラック溝７１ａ、７２ａ間に収容したトルク伝達ボール７４を、如何なる作動角においても常にその作動角の二等分面上に保持して等速性を有している。

外側継手部材７１の軸部７６をハブ輪５１にセレーション７６ａを介してトルク伝達可能に内嵌すると共に、固定ボルト７７により加締部５６と外側継手部材７１の肩部７８とが当接した状態で、内方部材５０と外側継手部材７１とを着脱自在に締結している。
特開２００４−７６８７２号公報 特開２００３−７４５６９号公報

然しながら、こうした従来の車輪用軸受装置において、固定ボルト、ナット等による締結や端面加締固定を採用した場合、ねじ部や加締部を余分に設ける必要があるため、軽量・コンパクト化の妨げとなっていた。また、近年、車両の燃費向上やばね下重量軽量化による運動性能の向上のために軽量・コンパクト化を図りつつ、さらに耐久性と軸受剛性を高めることが望まれている。さらに、従来の車輪用軸受装置において、外側継手部分の軸部とハブ輪の内部にセレーションを設けたり、固定ボルト、ナット等による締結方法を採用すると加工工程も多くなる傾向がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、装置の軽量・コンパクト化を図ると共に、軸受剛性を高め、加工工程を削減した第４世代構造の車輪用軸受装置の製造方法を提供することを目的としている。

係る目的を達成すべく、本発明のうち請求項１に記載の発明は、ハブ輪と複列の転がり軸受と等速自在継手とがユニット化された車輪用軸受装置の製造方法であって、前記複列の転がり軸受が、内周に複列の外側転走面が形成され、外周に車体取付フランジが形成された外方部材と、一端部に車輪取付フランジを一体に有し、外周に前記複列の外側転走面に対向する一方の内側転走面と、この内側転走面から軸方向に延びる円筒状の小径段部が形成されたハブ輪、および、外周に前記複列の外側転走面に対向する他方の内側転走面と、この内側転走面から軸方向に延びる軸部が一体に形成された前記等速自在継手の外側継手部材からなる内方部材と、この内方部材と前記外方部材の両転走面間に転動自在に収容された複列のボール群とを備えた車輪用軸受装置の製造方法において、前記軸部が前記ハブ輪に所定のシメシロを介して圧入される工程と、この嵌合部の突合せ部が接合による接合部で一体に結合される工程と、を有することを特徴とする。

等速自在継手の軸部をハブ輪に圧入しただけではトルクを十分に伝えられないので、さらに溶接を行い、軸受剛性を高めることができる。このように、圧入と溶接で軸部をハブ輪に固定する方法を採用することで、固定ボルト、ナット等による締結や端面加締固定等と比べると、ねじ部や加締部を余分に設ける必要がなく、軽量・コンパクト化を実現できる。また、所謂アウトボード側の溶接を行った場合には、溶接の後の洗浄をする必要がない。

また、本発明のうち請求項２に記載の発明は、ハブ輪と複列の転がり軸受と等速自在継手とがユニット化された車輪用軸受装置の製造方法であって、前記複列の転がり軸受が、内周に複列の外側転走面が形成され、外周に車体取付フランジが形成された外方部材と、外周に前記複列の外側転走面に対向する一方の内側転走面と、この内側転走面から軸方向に延びる円筒状の小径段部が一体に形成された前記等速自在継手、および、一端部に車輪取付フランジを一体に有し、外周に前記複列の外側転走面に対向する他方の内側転走面と、この内側転走面から軸方向に延びる軸部が形成されたハブ輪からなる内方部材と、この内方部材と前記外方部材の両転走面間に転動自在に収容された複列のボール群とを備えた車輪用軸受装置の製造方法において、前記軸部が前記等速自在継手に所定のシメシロを介して圧入される工程と、この嵌合部の突合せ部が接合による接合部で一体に結合される工程と、を有することを特徴とする。

ところで、自動車等の車両のエンジン動力を車輪に伝達する動力伝達装置は、エンジンから車輪へ動力を伝達すると共に、悪路走行時における車両のバウンドや車両の旋回時に生じる車輪からの径方向や軸方向変位、およびモーメント変位を許容する必要があるため、エンジン側と車輪側との間に介装されるドライブシャフトの一端を摺動型の等速自在継手を介してディファレンシャルに連結し、他端を固定型の等速自在継手を含む車輪用軸受装置を介して車輪に連結している。

こうした車両の車輪には、エンジン低速回転時、例えば車両発進時に、エンジンから摺動型等速自在継手を介して大きなトルクが負荷され、ドライブシャフトに捩じれを生じることが知られている。その結果、このドライブシャフトを支持する複列の転がり軸受にも捩じれが生じることになる。ドライブシャフトの捩じれ量が大きいと、固定型等速自在継手を構成する外側継手部材とハブ輪との当接面で急激なスリップによるスティックスリップ音が発生する。

しかし上述の方法によれば、等速自在継手を構成する外側継手部材とハブ輪の軸部との突合せ部を接合で固定してあるので、スティックスリップ音を抑制できる。また、所謂インボード側の接合では、接合部が外部に露出してないので錆びを抑制することができる。

また、請求項３に記載の発明のように、前記接合をレーザ溶接、アーク溶接、又は電子ビーム溶接で行うことが好ましい。
本発明によれば、等速自在継手の軸部をハブ輪に圧入、もしくは、ハブ輪の軸部を等速自在継手に圧入してトルクを伝達することができるため、溶接部にかかる負荷は比較的小さく、熱影響の少ない溶接法を採用することができる。したがって、高剛性化と耐久性の向上を図ると共に、等速自在継手とハブ輪との結合部の信頼性を向上させることができる。

また、請求項４に記載の発明のように、前記接合部を摩擦攪拌接合で行うこともできる。
接合部が摩擦攪拌接合により接合されていれば、接合による熱影響を抑えて軸受部の変形や硬度低下の防止を図ることができる。

また、請求項５に記載の発明のように、前記接合部の径を前記等速自在継手に嵌合される中間シャフトの径よりも大きくすることが好ましい。
接合部の径を中間シャフト径よりも太くすることで、接合部に掛かるトルク伝達による負荷が中間シャフトに掛かる負荷よりも相対的に小さくなるので、接合部での破壊を抑制することができる。

また、請求項６に記載の発明のように、前記接合をする際に、予熱を実施することが好ましい。
予熱を施すことにより、接合後の接合部の冷却速度が遅くなり、マルテンサイト化を防ぐことができ、低温割れの発生も抑制できる。また、予熱を行うと、接合部付近の温度勾配が緩やかになるので、変形や残留応力の発生も低減できる。

また、請求項６に記載の発明のように、前記接合をした後に、後熱を実施することが好ましい。
７２３〜７２６度以上に加熱したものを５秒以内に５５０度を切る速さで温度を下げてしまうと、マルテンサイト化してしまうので、それよりも緩やかな温度勾配になるように後熱を行う。それにより、接合の信頼度を上げることができる。

また、請求項７に記載の発明のように、前記溶接を金属製のワイヤーを供給しながら実施することが好ましい。
レーザ溶接等において、金属製のワイヤーを入れながら溶接することにより、溶接部でワイヤーが溶け、溶接部の材質が改善し、溶接部の欠陥が抑制される。例えばステンレス鋼ワイヤーを供給することにより、炭素量が緩和され、材料組成のオーステナイトを残存するため、マルテンサイト化しにくく、溶接欠陥を防止することができる。さらに錆びにくくなる等、の利点がある。

本発明に係る車輪用軸受装置の製造方法は、等速自在継手の軸部をハブ輪に圧入しただけではトルクを十分に伝えられないので、さらに接合を行い、軸受剛性を高めることができる。このように、圧入と溶接で軸部をハブ輪に固定する方法を採用することで、固定ボルト、ナット等による締結や端面加締固定等と比べると、ねじ部や加締部を余分に設ける必要がなく、軽量・コンパクト化を図ると共に、加工工程を削減できる。

本発明に係る車輪用軸受装置の製造方法は、ハブ輪と複列の転がり軸受と等速自在継手とがユニット化された車輪用軸受装置の製造方法であって、前記複列の転がり軸受が、内周に複列の外側転走面が形成され、外周に車体取付フランジが形成された外方部材と、一端部に車輪取付フランジを一体に有し、外周に前記複列の外側転走面に対向する一方の内側転走面と、この内側転走面から軸方向に延びる円筒状の小径段部が形成されたハブ輪、および、外周に前記複列の外側転走面に対向する他方の内側転走面と、この内側転走面から軸方向に延びる軸部が一体に形成された前記等速自在継手の外側継手部材からなる内方部材と、この内方部材と前記外方部材の両転走面間に転動自在に収容された複列のボール群とを備えた車輪用軸受装置の製造方法において、前記軸部が前記ハブ輪に所定のシメシロを介して圧入される工程と、この嵌合部の突合せ部が接合による接合部で一体に結合される工程と、を有することを特徴とする。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の車輪用軸受装置の製造方法の第１の実施の形態を説明するための車軸用軸受装置の縦断面図である。なお、以下の説明では、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ター側（図面左側）、中央寄り側をインナー側（図面右側）という。

この車輪用軸受装置は、ハブ輪１と複列の転がり軸受２および等速自在継手３とがユニット化して構成されている。複列の転がり軸受２は、外方部材４と内方部材５と、これら両部材間に収容された複列のボール６ａ、６ｂとを備えている。内方部材５は、ハブ輪１と、このハブ輪１に内嵌された後述する外側継手部材１４とからなる。

外方部材４は、Ｓ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０ｗｔ％を含む中炭素鋼からなり、外周に車体（図示せず）に取り付けるための車体取付フランジ４ｃを一体に有し、内周に円弧状の複列の外側転走面４ａ、４ｂが形成されている。この複列の外側転走面４ａ、４ｂは、高周波熱処理によって表面硬さを５８〜６４ＨＲＣの範囲に硬化されている。

一方、ハブ輪１はＳ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０ｗｔ％を含む中炭素鋼からなり、アウター側の端部に車輪を取り付けるための車輪取付フランジ７を有し、この車輪取付フランジ７の周方向等配に複数のハブボルト８が植設されている。また、ハブ輪１の外周には、前記複列の外側転走面４ａ、４ｂに対向する一方（アウター側）の円弧状の内側転走面１ａと、この内側転走面１ａから軸方向に延びる円筒状の小径段部１ｂが形成されている。そして、アウター側のシール１０が摺接するシールランド部７ａから内側転走面１ａおよび小径段部１ｂに亙って高周波焼入れによって表面硬さを５８〜６４ＨＲＣの範囲に硬化処理されている。これにより、車輪取付フランジ７の基部となるシールランド部７ａの耐摩耗性が向上するばかりでなく、車輪取付フランジ７に負荷される回転曲げ荷重に対して充分な機械的強度を有し、ハブ輪１の耐久性が向上する。

等速自在継手３は、外側継手部材１４と継手内輪１５、ケージ１６、およびトルク伝達ボール１７とからなる。外側継手部材１４はＳ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０ｗｔ％を含む中炭素鋼からなり、カップ状のマウス部１８と、このマウス部１８の底部をなす肩部１９、およびこの肩部１９から軸方向に延びる軸部２０が一体に形成されている。軸部２０の内側は、軸方向に円筒状に刳り貫かれた中空部２１が形成されている。なお、この例では、軸部２０の内側の全てを中空にしたが、中実または軸部２０の端部の一部だけを中空にすることもできる。

肩部１９の外周には、前記複列の外側転走面４ａ、４ｂに対向する他方（インナー側）の円弧状の内側転走面１４ａが形成されると共に、軸部２０は、ハブ輪１に所定のシメシロ、ここでは、１０〜１５０μｍの範囲に設定されたシメシロを介して圧入されている。

マウス部１８の内周には曲線部を有する軸方向に延びるトラック溝１８ａが形成されると共に、継手内輪１５の外周にこのトラック溝１８ａに対応するトラック溝１５ａが形成され、これら両トラック溝１８ａ、１５ａ間にケージ１６を介してトルク伝達ボール１７が収容されている。そして、トラック溝１８ａと、インナー側のシール１０が嵌合する外周面から内側転走面１４ａおよび軸部２０に亙って高周波熱処理によって表面硬さを５８〜６４ＨＲＣの範囲に硬化されている。

外方部材４の複列の外側転走面４ａ、４ｂと、これらに対向する複列の内側転走面１ａ、１４ａ間には複列のボール６ａ、６ｂが収容され、保持器９ａ、９ｂによって転動自在に保持されている。また、外方部材４の端部にはシール１０、１０が装着され、軸受内部に封入された潤滑グリースの漏洩と、外部から軸受内部に雨水やダスト等が侵入するのを防止している。これらの複列の転がり軸受２は、両転走面４ａ、１ａおよび４ｂ、１４ａに加わる力の作用方向の作用線が軸心に向うほど軸方向に離反する、所謂背面合せタイプの複列アンギュラ玉軸受を構成している。

本実施形態では、インナー側のボール６ｂのピッチ円直径ＰＣＤｉがアウター側のボール６ａのピッチ円直径ＰＣＤｏよりも大径に設定されている。これら複列のボール６ａ、６ｂの外径は同じであるが、このピッチ円直径ＰＣＤｏ、ＰＣＤｉの違いにより、インナー側のボール６ｂの個数がアウター側のボール６ａの個数よりも多く設定されている。本実施形態の場合、複列のボール６ａ、６ｂの外径を同じにすることにより、組立工程における誤組みの問題を解消することができ、製造コストが低減できると共に、品質の信頼性が向上する。

このように、左右のボール６ａ、６ｂのピッチ円直径ＰＣＤｏ、ＰＣＤｉの違いに伴い、内方部材５において、外側継手部材１４の内側転走面１４ａの溝底径は、ハブ輪１の内側転走面１ａの溝底径よりも拡径して形成されている。一方、外方部材４において、左右のボール６ａ、６ｂのピッチ円直径ＰＣＤｏ、ＰＣＤｉの違いに伴い、インナー側の外側転走面４ｂの溝底径がアウター側の外側転走面４ａの溝底径よりも拡径して形成されている。

こうした構成の車輪用軸受装置では、インナー側の内側転走面１４ａを外側継手部材１４の肩部１９の外周に直接形成するようにしたので、インナー側のボール６ｂのピッチ円直径ＰＣＤｉをアウター側のボール６ａのピッチ円直径ＰＣＤｏよりも大径に設定することができると共に、ボール６ｂの個数もインナー側の個数をアウター側よりも多く設定することができるため、軽量・コンパクト化を図ることができると共に、軸受剛性の増大と、軸受の長寿命化を図ることができる。

次に、ハブ輪１と複列の転がり軸受２および等速自在継手３のユニット化の方法について説明する。
まず、外方部材４の複列の外側転走面４ａ、４ｂに保持器９ａ、９ｂを介して複列のボール６ａ、６ｂが仮組みされる。その後、外方部材４の両端部にシール１０、１０が装着される。次に、外方部材４の両側からハブ輪１と外側継手部材１４とがそれぞれ内挿され、ハブ輪１に外側継手部材１４の軸部２０が圧入される。そして、複列の転がり軸受２に所定の予圧が付与された状態で、ハブ輪１と軸部２０との突合せ部に予熱が実施され、ハブ輪１と軸部２０とが接合による接合部１１で一体に結合され、その後、後熱が実施される。なお、接合をする際、予熱と後熱を実施するようにしたが、予熱あるいは後熱をいずれかを実施するようにしても良い。

次に、本発明の車軸用軸受装置の製造方法における接合法について説明する。
図２は、本発明の接合法を説明するための図である。図２においては、ハブ輪１と複列の転がり軸受２および等速自在継手３とがユニット化して構成されている。等速自在継手３は、外側継手部材１４等からなり、軸部２０の端面の内側は、軸方向に円筒状に刳り貫かれた中空部２１が形成されている。また、等速自在継手３に内設された継手内輪１５には、中間シャフト２６が嵌合されている。

ハブ輪１と軸部２０との突合せ部２２には、レーザ溶接機２３から出力されたレーザ光２４が当てられている。また、突合せ部２２のレーザ光２４の先には、棒状のニッケルワイヤー２５が供給されている。このニッケルワイヤー２５を供給し、レーザ光２４を突合せ部２２に当てながら、レーザ溶接機２３のレーザ光２４の集光部をハブ輪１と軸部２０との突合せ部２２に沿って円環状に動かすことにより、溶接を実施していく。このようにして、ハブ輪１と軸部２０との突合せ部２２は、溶接による溶接部１１で一体に結合される。なお、レーザ光２４の集光部を動かして溶接するだけでなく、レーザ光２４を当てた状態で、装置の方を軸周りに回転させて溶接することもできる。なお、溶接をする際、ワイヤーを供給しているが、ワイヤー供給しなくても溶接することはできる。

ここで、溶接部１１の施された部分の径は、等速自在継手３に嵌合される中間シャフト２６の径よりも大きくする。こうすることにより、溶接部に掛かるトルク伝達による負荷が中間シャフトに掛かる負荷よりも相対的に小さくなるので、溶接部での破壊を抑制することができる。

なお、溶接は、ハブ輪１と軸部２０との突合せ部２２の全周にわたって行うこともできるし、断続溶接やスポット溶接のように円周上の複数箇所に実施することもできる。また、レーザ溶接の寸法としては、幅１〜３mm、深さ７〜８mm程の範囲に溶接を行う。

ワイヤー２５としては、ニッケルワイヤーの他にクロムワイヤーなど、ステンレス鋼ワイヤーの種々のものを利用することができる。レーザ照射により溶接中にできたキーホールにワイヤーを供給することにより、溶接部の材料組成の改善を図り、溶接部に発生する欠陥を防止することが出来る。

溶接法としては、レーザ溶接の他に、アーク溶接、電子ビーム溶接、等を例示することができる。レーザ溶接とは、レーザ光を熱源に、放物線面鏡やレンズ等によりレーザを集光し、高エネルギー密度熱源にした状態で金属に照射し、金属を局部的に溶融・凝固させることによって接合する溶接法で、単色性・指向性・干渉性に優れており、放物線面鏡やレンズ等で集光することにより、溶接に高出力・高エネルギー密度を得ることができるという特徴がある。

アーク溶接とは、母材と溶接棒あるいはワイヤー間にアーク（火花）を発生させ、その時に発生する熱により接合部と溶接棒あるいはワイヤーを溶融して溶接する方法であり、電気エネルギーから熱エネルギーへの変換効率７０％以上と高く、エネルギー密度が低い。

電子ビーム溶接とは、真空中で発生させた電子を高電圧により光速の２／３のスピードにまで加速させて材料に照射することにより、その衝撃発熱を利用して行う溶接方法で、高エネルギー密度の熱源を擁し、高速度溶接・深溶け込み溶接が可能である。また、真空中で溶接するため溶接部の酸化が無い。さらに、溶接部の幅が狭く、溶接ひずみが極めて小さいという特徴がある。

また、ハブ輪１と外側継手部材１４の軸部２０が圧入嵌合面を介してトルクを伝達することができるため、溶接部１１にかかる負荷は小さく、熱影響の少ない溶接法を採用することができる。したがって、高剛性化と耐久性の向上を図ると共に、等速自在継手の外側継手部材とハブ輪との結合部の信頼性を向上させることができる。

なお、ここでは、ハブ輪１と外側継手部材１４に中炭素鋼を使用し、高周波熱処理によって表面を硬化するようにしたが、これに限らず、例えば、ＳＣｒ４１５等の肌焼鋼を使用し、浸炭焼入れを施しても良い。この場合、ハブ輪と外側継手部材の軸部との嵌合部の端部は、予め浸炭防止剤を塗布し、熱処理後に溶接を施す。これにより、鍛造加工性が向上すると共に、溶接による焼割れの問題を確実に解消することができる。

次に、他の製造方法について説明する。
図３は、他の製造方法を示す説明図である。ハブ輪１と外側継手部材１４の結合部における所謂フェールセーフ機構は、こうしたレーザ溶接による接合部１１に限らず、図３に示すように、摩擦攪拌接合、所謂ＦＳＷ（Ｆｒｉｃｔｉｏｎ Ｓｔｉｒ Ｗｅｌｄｉｎｇ）により接合しても良い。なお、前述した実施形態と同一部品同一部位あるいは同一機能を有する部位には同じ符号を付してその詳細な説明を省略する。

このＦＳＷは固相接合法の一つで、先端にプローブ２７ａのある回転子２７を回転させながら突合せ接合部に押込み、摩擦熱によって軟化した部材を攪拌（塑性流動化）して接合するものである。ＦＳＷは固相接合であるので、一般的なアーク溶接等と比較して残留応力や接合による変形を抑えることができると共に、その接合部１１の金属組織が微細結晶組織となって接合部１１の強度を高めることができる。また、接合される部材は、プローブ２７ａよりも軟らかい材質であれば良く、接合される部材が異種金属同士の接合も可能といった特徴を有している。

次に、ハブ輪１と外側継手部材１４の接合方法について説明する。
まず、ハブ輪１と外側継手部材１４の突合せ部２２における開口部にピン状のプローブ２７ａを所定の接触圧で当接させる。プローブ２７ａは、接合部材、ここでは、ハブ輪１および外側継手部材１４よりも硬質で、かつ接合時に発生する摩擦熱に耐える耐熱材料からなり、円柱状の回転子２７の端部軸線上に突出して一体に形成されている。そして、この回転子２７を高速回転させることによりこのプローブ２７ａも高速回転され、接触による摩擦熱により接触部分が軟化可塑化する。さらに、プローブ２７ａを押付けて突合せ部２２の内部に挿入していく。

その後、突合せ部２２に沿って周方向にプローブ２７ａを移動させる。すると、プローブ２７ａの回転により、プローブ２７ａとの接触部近傍が摩擦熱によって軟化し、かつ攪拌されると共に、プローブ２７ａの移動によって、軟化攪拌部分がプローブ２７ａの進行圧力を受けてプローブ２７ａの通過した凹所を埋めるようにプローブ２７ａの進行方向後方へと回り込むように塑性流動する。そして、摩擦熱を急速に失って接合部１１が冷却固化される。この状態が順次プローブ２７ａの移動に伴って繰り返され、ハブ輪１と外側継手部材１４の突合せ部２２が全周に亙って接合される。

ここで、プローブ２７ａが挿入された状態で、回転子２７の肩部２７ｂを突合せ部２２の開口部に接触させるのが好ましい。これにより、肩部２７ｂの接触によって軟化を促進させることができので、接合中の軟化部分における素材の飛散を抑え、均一な接合部表面１１が得られる。

次に、本発明の車軸用軸受装置の製造方法における突合せ部の加工形状について説明する。
図４は、本発明の突合せ部の形状を示す図である。図４（ａ）は、突合せ部の加工を行わない例を示し、図４（ｂ）は突合せ部を溝形状に加工した例で、図４（ｃ）は、突合せ部を開先形状に加工した例を示している。

図４（ａ）の突合せ部２２の加工を行わない例は、ビードの盛り上がりの少ないレーザ溶接が適している。この例では、加工をしなくて済むので加工工程を簡略化できる。

図４（ｂ）の突合せ部２２を溝形状に加工した例は、ワイヤーを供給しながら溶接する場合に適している。これは、ワイヤーをこの突合せ部２２の溝部に供給しながら溶接を行うことで、ビードの盛り上がりを抑制することができるからである。

図４（ｃ）の突合せ部２２を開先形状に加工した例も、ワイヤーを供給しながら溶接する場合に適している。また、アーク溶接で接合する部材には、開先を設ける必要があるので、開先形状に加工する場合には、アーク溶接に適している。

次に、本発明の車軸用軸受装置の製造方法における予熱・後熱の方法について説明する。
図５は、予熱・後熱の熱変化を示す図である。図５（ａ）は、溶接部のヒートパターンを示す図であり、図５（ｂ）は、溶接箇所から深さ２０ｍｍの位置におけるヒートパターンを示す図である。

図５（ａ）には、レーザ溶接のみを実施したときのヒートパターンＰ１と、予熱を施したときのレーザ溶接によるヒートパターンＰ２が示されている。この例では、ヒートパターンＰ２においては、レーザ溶接を実施する前に１０秒間の予熱が施されており、その時の温度は３００℃に達している。その後、レーザ溶接を実施したことにより、温度は２２００℃程にまで上がり、溶接を終えるとゆっくりと温度は下がっている。

予熱の方法としては、例えば、図２の突合せ部２２に円環状の高周波発生装置を対向して配置し、高周波加熱を１０〜１５秒間実施することにより、突合せ部２２から１０mm程の範囲に予熱を加えることができる。なお、予熱方法としては、高周波の他にガスバーナー等の方法がある。

一方、レーザ溶接のみを実施したときのヒートパターンＰ１は、図の１０秒の時点にレーザ溶接を開始し、一気に２０００℃程にまで温度が上がっている。その後、溶接を終えると、温度は下がっていく。

ここで、予熱を施したときのヒートパターンＰ２と予熱を施さないときのヒートパターンＰ１を比べると、溶接を開始してから温度が上昇するまでの勾配はほぼ同じであるが、溶接を終えてからの下降勾配が異なる。つまり、予熱を施したときの方が溶接後の温度がゆっくりと下降していることがわかる。ヒートパターンＰ２のように、ゆっくりと温度を下げることにより、マルテンサイト化を防止することが出来る。このように、レーザ溶接が終わったら放置するかエアでの冷却を行い、ゆっくりと後熱を行うことが好ましい。

図５（ｂ）には、アーク溶接を施したときのヒートパターンＰ３、レーザ溶接を施したときのヒートパターンＰ４、電子ビーム溶接を施したときのヒートパターンＰ５が示されている。レーザ溶接によるヒートパターンＰ４と電子ビーム溶接によるヒートパターンＰ５は、アーク溶接によるヒートパターンＰ３に比べ、溶接による温度影響が小さい。

本発明によれば、等速自在継手の軸部をハブ輪に圧入してトルクを伝達することができるため、溶接部にかかる負荷は比較的小さく、上述のように熱影響の少ない溶接法を採用することができる。したがって、高剛性化と耐久性の向上を図ると共に、等速自在継手とハブ輪との結合部の信頼性を向上させることができる。

図６は、本発明の車輪用軸受装置の製造方法の第２の実施の形態を説明するための車輪用軸受装置の縦断面図である。この車輪用軸受装置は、ハブ輪３１と複列の転がり軸受３２および等速自在継手３３とがユニット化して構成されている。複列の転がり軸受３２は、外方部材３４と内方部材３５と、これら両部材間に収容された複列のボール６ａ、６ｂとを備えている。内方部材３５は、ハブ輪３１と、このハブ輪３１に内嵌された後述する外側継手部材４４とからなる。

外方部材３４は、外周に車体（図示せず）に取り付けるための車体取付フランジ３４ｃを一体に有し、内周に円弧状の複列の外側転走面３４ａ、３４ｂが形成されている。

一方、ハブ輪３１は、アウター側の端部に車輪を取り付けるための車輪取付フランジ３７を有し、この車輪取付フランジ３７の周方向等配に複数のハブボルト８が植設されている。また、ハブ輪３１の外周には、前記複列の外側転走面３４ａ、３４ｂに対向する一方（アウター側）の円弧状の内側転走面３１ａと、内側転走面３１ａから軸方向に延びる軸部３６が形成されている。車輪取付フランジ３７の基部には、シールランド部３７ａが形成されている。

等速自在継手３３は、外側継手部材４４と継手内輪１５、ケージ１６、およびトルク伝達ボール１７とからなる。外側継手部材４４は、カップ状のマウス部１８と、このマウス部１８の底部をなす肩部４９とからなる。肩部４９の外周には、複列の外側転走面３４ａ、３４ｂに対向する他方（インナー側）の円弧状の内側転走面４４ａと、この内側転走面４４ａから軸方向に延びる円筒状の小径段部４４ｂが形成されている。等速自在継手３３の小径段部４４ｂには、ハブ輪の軸部３６が所定のシメシロ、ここでは、１０〜１５０μｍの範囲に設定されたシメシロを介して圧入されている。

外方部材３４の複列の外側転走面３４ａ、３４ｂと、これらに対向する複列の内側転走面３１ａ、４４ａ間には複列のボール６ａ、６ｂが収容され、保持器９ａ、９ｂによって転動自在に保持されている。また、外方部材３４の端部にはシール１０、１０が装着されている。なお、本実施の形態では、インナー側のボール６ｂのピッチ円直径とアウター側のボール６ａのピッチ円直径が同一に設定されている。

次に、ハブ輪３１と複列の転がり軸受３２および等速自在継手３３のユニット化の方法について詳細に説明する。
まず、外方部材３４の複列の外側転走面３４ａ、３４ｂに保持器９ａ、９ｂを介して複列のボール６ａ、６ｂが仮組みされる。その後、外方部材３４の両端部にシール１０、１０が装着される。次に、外方部材３４の両側からハブ輪３１と外側継手部材４４とがそれぞれ内挿され、外側継手部材４４の小径段部４４ｂにハブ輪３１の軸部３６が圧入される。そして、複列の転がり軸受３２に所定の予圧が付与された状態で、小径段部４４ｂと軸部３６との突合せ部に予熱が実施され、小径段部４４ｂと軸部３６とが溶接による溶接部４１で一体に結合されて、その後、後熱が実施される。なお、溶接をする際、予熱と後熱を実施するようにしたが、予熱あるいは後熱をいずれかを実施するようにしても良い。

以上、本発明の実施の形態について説明を行ったが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、あくまで例示であって、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、特許請求の範囲の記載によって示され、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。

本発明に係る車輪用軸受装置は、ハブ輪と複列の転がり軸受と等速自在継手とがユニット化された第４世代構造の車輪用軸受装置に適用することができる。

本発明の車輪用軸受装置の製造方法の第１の実施の形態を説明するための車軸用軸受装置の縦断面図である。 本発明の接合法を説明するための図である。 他の製造方法を示す説明図である。 本発明の突合せ部の形状を示す図である。図４（ａ）は、突合せ部の加工を行わない例を示し、図４（ｂ）は突合せ部を溝形状に加工した例で、図４（ｃ）は、突合せ部を開先形状に加工した例を示している。 予熱・後熱の熱変化を示す図である。図５（ａ）は、溶接部のヒートパターンを示す図であり、図５（ｂ）は、溶接箇所から深さ２０ｍｍの位置におけるヒートパターンを示す図である。 本発明の車輪用軸受装置の製造方法の第２の実施の形態を説明するための車輪用軸受装置の縦断面図である。 従来の車輪用軸受装置を示す断面図である。

符号の説明

１・・・・・・・・・・・・・・・・ハブ輪
１ａ、１４ａ・・・・・・・・・・・内側転走面
１ｂ・・・・・・・・・・・・・・・小径段部
２・・・・・・・・・・・・・・・・複列の転がり軸受
３・・・・・・・・・・・・・・・・等速自在継手
４・・・・・・・・・・・・・・・・外方部材
４ａ、４ｂ・・・・・・・・・・・・外側転走面
４ｃ・・・・・・・・・・・・・・・車体取付フランジ
５・・・・・・・・・・・・・・・・内方部材
６ａ、６ｂ・・・・・・・・・・・・ボール
７・・・・・・・・・・・・・・・・車輪取付フランジ
７ａ・・・・・・・・・・・・・・・シールランド部
８・・・・・・・・・・・・・・・・ハブボルト
９ａ、９ｂ・・・・・・・・・・・・保持器
１０・・・・・・・・・・・・・・・シール
１１・・・・・・・・・・・・・・・接合部
１４・・・・・・・・・・・・・・・外側継手部材
１５・・・・・・・・・・・・・・・継手内輪
１５ａ、１８ａ・・・・・・・・・・トラック溝
１６・・・・・・・・・・・・・・・ケージ
１７・・・・・・・・・・・・・・・トルク伝達ボール
１８・・・・・・・・・・・・・・・マウス部
１９・・・・・・・・・・・・・・・肩部
２０・・・・・・・・・・・・・・・軸部
２１・・・・・・・・・・・・・・・中空部
２２・・・・・・・・・・・・・・・突合せ部
２３・・・・・・・・・・・・・・・レーザ溶接機
２４・・・・・・・・・・・・・・・レーザ光
２５・・・・・・・・・・・・・・・ニッケルワイヤー
２６・・・・・・・・・・・・・・・中間シャフト
２７・・・・・・・・・・・・・・・回転子
２７ａ・・・・・・・・・・・・・・プローブ
２７ｂ・・・・・・・・・・・・・・回転子の肩部
３１・・・・・・・・・・・・・・・ハブ輪
３１ａ、４４ａ・・・・・・・・・・内側転走面
３２・・・・・・・・・・・・・・・複列の転がり軸受
３３・・・・・・・・・・・・・・・等速自在継手
３４・・・・・・・・・・・・・・・外方部材
３４ａ、３４ｂ・・・・・・・・・・外側転走面
３４ｃ・・・・・・・・・・・・・・車体取付フランジ
３５・・・・・・・・・・・・・・・内方部材
３６・・・・・・・・・・・・・・・軸部
３７・・・・・・・・・・・・・・・車輪取付フランジ
３７ａ・・・・・・・・・・・・・・シールランド部
４１・・・・・・・・・・・・・・・溶接部
４４・・・・・・・・・・・・・・・外側継手部材
４４ｂ・・・・・・・・・・・・・・小径段部
４９・・・・・・・・・・・・・・・肩部
５０・・・・・・・・・・・・・・・内方部材
５１・・・・・・・・・・・・・・・ハブ輪
５１ａ・・・・・・・・・・・・・・転走面
５２・・・・・・・・・・・・・・・内輪
５２ａ・・・・・・・・・・・・・・転走面
５３・・・・・・・・・・・・・・・車輪取付フランジ
５４・・・・・・・・・・・・・・・ハブボルト
５５・・・・・・・・・・・・・・・小径段部
５６・・・・・・・・・・・・・・・加締部
６０・・・・・・・・・・・・・・・外方部材
６０ａ・・・・・・・・・・・・・・転走面
６１・・・・・・・・・・・・・・・車体取付フランジ
６２・・・・・・・・・・・・・・・転動体
６３・・・・・・・・・・・・・・・保持器
６４・・・・・・・・・・・・・・・シール
６５・・・・・・・・・・・・・・・シール
７０・・・・・・・・・・・・・・・等速自在継手
７１・・・・・・・・・・・・・・・外側継手部材
７１ａ・・・・・・・・・・・・・・トラック溝
７２・・・・・・・・・・・・・・・継手内輪
７２ａ・・・・・・・・・・・・・・トラック溝
７３・・・・・・・・・・・・・・・ケージ
７４・・・・・・・・・・・・・・・トルク伝達ボール
７５・・・・・・・・・・・・・・・マウス部
７６・・・・・・・・・・・・・・・軸部
７６ａ・・・・・・・・・・・・・・セレーション
７７・・・・・・・・・・・・・・・固定ボルト
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５・・・ヒートパターン
ＰＣＤｉ・・・・・・・・・・・・・インナー側のボールのピッチ円直径
ＰＣＤｏ・・・・・・・・・・・・・アウター側のボールのピッチ円直径

Claims (7)

1. ハブ輪と複列の転がり軸受と等速自在継手とがユニット化された車輪用軸受装置の製造方法であって、
   前記複列の転がり軸受が、内周に複列の外側転走面が形成され、外周に車体取付フランジが形成された外方部材と、
   一端部に車輪取付フランジを一体に有し、外周に前記複列の外側転走面に対向する一方の内側転走面と、この内側転走面から軸方向に延びる円筒状の小径段部が形成されたハブ輪、および、外周に前記複列の外側転走面に対向する他方の内側転走面と、この内側転走面から軸方向に延びる軸部が一体に形成された前記等速自在継手の外側継手部材からなる内方部材と、
   この内方部材と前記外方部材の両転走面間に転動自在に収容された複列のボール群とを備えた車輪用軸受装置の製造方法において、
   前記軸部が前記ハブ輪に所定のシメシロを介して圧入される工程と、この嵌合部の突合せ部が接合による接合部で一体に結合される工程と、を有することを特徴とする車輪用軸受装置の製造方法。
2. ハブ輪と複列の転がり軸受と等速自在継手とがユニット化された車輪用軸受装置の製造方法であって、
   前記複列の転がり軸受が、内周に複列の外側転走面が形成され、外周に車体取付フランジが形成された外方部材と、
   外周に前記複列の外側転走面に対向する一方の内側転走面と、この内側転走面から軸方向に延びる円筒状の小径段部が一体に形成された前記等速自在継手、および、一端部に車輪取付フランジを一体に有し、外周に前記複列の外側転走面に対向する他方の内側転走面と、この内側転走面から軸方向に延びる軸部が形成されたハブ輪からなる内方部材と、
   この内方部材と前記外方部材の両転走面間に転動自在に収容された複列のボール群とを備えた車輪用軸受装置の製造方法において、
   前記軸部が前記等速自在継手に所定のシメシロを介して圧入される工程と、この嵌合部の突合せ部が接合による接合部で一体に結合される工程と、を有することを特徴とする車輪用軸受装置の製造方法。
3. 前記接合をレーザ溶接、アーク溶接、又は電子ビーム溶接で行う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の製造方法。
4. 前記接合部を摩擦攪拌接合で行う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の製造法
5. 前記接合部の径を前記等速自在継手に嵌合される中間シャフトの径よりも大きくすることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の車輪用軸受装置の製造方法。
6. 前記接合をする際に、予熱、後熱を実施することを特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載の車輪用軸受装置の製造方法。
7. 前記溶接を金属製のワイヤーを供給しながら実施することを特徴とする請求項１乃至３、５乃至６、いずれかに記載の車輪用軸受装置の製造方法。

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