(57)【要約】【課題】  多数回の実験を行なう必要なく、ハブ１の端部に形成したかしめ部１２及びその周辺部分を適切に形成できる諸元を求められる様にする。そして、車輪支持用転がり軸受ユニットの設計を短期間且つ低コストで行なえる設計方法を実現する。【解決手段】  上記ハブ１のうちで上記かしめ部１２を形成する部分の形状及び寸法等の諸元を含む加工条件を仮定した後、選定した形状、寸法、加工条件でコンピュータシミュレーションを行なう。そして、上記ハブ１の内部に互いに直角の３方向に生じる応力σxx、σyy、σzzを求める。次いで、これら各応力σxx、σyy、σzzが、上記ハブ１を構成する材料に関して亀裂発生に結び付かない値となる形状、寸法、加工条件を求める。更に、求めた形状、寸法、加工条件により、上記車輪支持用転がり軸受ユニットの諸元を決定する。【選択図】  図１
2006118606.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸部材の一端部に設けた小径段部に内輪を外嵌し、更にこの内輪を、この軸部材の一端部に設けた円筒状部分のうちでこの内輪の一端面から突出した先端寄り部分を径方向外方に塑性変形させて形成したかしめ部により、上記小径段部の基端部に存在する段差面に向け抑え付けて成る車輪支持用転がり軸受ユニットの設計方法であって、上記軸部材のうちで上記かしめ部を形成する部分と、上記内輪のうちでこのかしめ部が当接する部分との形状及び寸法、並びに上記円筒状部分の先端寄り部分を径方向外方に塑性変形させる為のかしめ治具の諸元を含む加工条件を仮定した後、この仮定した形状、寸法、加工条件でコンピュータシミュレーションを行なう事により、上記軸部材と上記内輪とのうちの少なくとも一方の部材の内部に互いに直角の３方向に生じる応力σxx、σyy、σzzを求め、これら各応力σxx、σyy、σzzから、上記軸部材と上記内輪とのうちの少なくとも一方を構成する材料に関して亀裂発生に結び付かない値となる、形状、寸法、加工条件を求め、求めた形状、寸法、加工条件により上記車輪支持用転がり軸受ユニットの諸元を決定する車輪支持用転がり軸受ユニットの設計方法。
【請求項２】
各応力σxx、σyy、σzzの平均値である、引っ張りの静水圧ｐ＝（σxx＋σyy＋σzz）／３の最大値ｐmax を、予め実験により求めた、軸部材を構成する材料に関して亀裂発生に結び付く値の下限値未満とする、請求項１に記載した車輪支持用転がり軸受ユニットの設計方法。
【請求項３】
各応力σxx、σyy、σzzと剪断応力τxy、τyz、τzxとから主応力σ1 、σ2 、σ3 を求め、これら各主応力σ1 、σ2 、σ3 のうちの最大値をσmax とし、相当塑性歪み増分をｄεとした場合に、Ｃ＝∫σmax ・ｄεで表されるエネルギ密度Ｃのうちの最大値Ｃmax を、軸部材を構成する材料に関して亀裂発生に結び付く値の下限値未満とする、請求項１〜２の何れかに記載した車輪支持用転がり軸受ユニットの設計方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、自動車の車輪を懸架装置に対して回転自在に支持する為に使用する車輪支持用転がり軸受ユニットの設計方法に関し、軸部材の一端部に形成したかしめ部及びその周辺部分を適切に形成できる諸元を短期間で求められる様にするものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車の車輪を懸架装置に対して回転自在に支持する為に従来から、車輪支持用転がり軸受ユニットが使用されている。図１〜２は、駆動輪（ＦＦ車の前輪、ＦＲ車及びＲＲ車の後輪、４ＷＤ車の全車輪）を支持する為に使用する車輪支持用転がり軸受ユニットの１例を示している。この車輪支持用転がり軸受ユニットは、軸部材であるハブ１と、内輪２と、外輪３と、複数個の転動体４、４とを備える。
【０００３】
このうちのハブ１は、外周面の外端（軸方向に関して外とは、自動車への組み付け状態で車両の幅方向外側を言い、図１〜５の左側、図６〜１０の下側。反対に、自動車への組み付け状態で車両の幅方向中央側となる、図１〜５の右側、図６〜１０の上側を内と言う。本明細書全体で同じ。）寄り部分に車輪を支持固定する為の取付フランジ５を、同じく中間部に第一の内輪軌道６ａを、同じく内端部に小径段部７を、それぞれ設けると共に、中心部にスプライン孔８を設けている。尚、上記第一の内輪軌道６ａは、図示の様に上記ハブ１の中間部外周面に直接形成する他、このハブ１の中間部に外嵌した別体の内輪の外周面に形成する場合もある。又、上記内輪２は、外周面に第二の内輪軌道６ｂを設けており、上記小径段部７に外嵌している。尚、上記第一の内輪軌道６ａを別体の内輪の外周面に形成した場合には、ハブの内端部でこの別体の内輪よりも突出した部分が小径段部であり、この別体の内輪の内端面が、下述する段差面となる。
【０００４】
又、上記外輪３は、外周面に結合フランジ９を、内周面に１対の外輪軌道１０ａ、１０ｂを、それぞれ設けている。そして、これら各外輪軌道１０ａ、１０ｂと上記各内輪軌道６ａ、６ｂとの間に上記各転動体４、４を、それぞれ複数個ずつ、転動自在に設けている。尚、図示の例では、これら各転動体４、４として玉を使用しているが、重量の嵩む自動車用の軸受ユニットの場合には、各転動体としてテーパころを使用する場合もある。又、上記小径段部７に外嵌した内輪２は、上記ハブ１の内端部に設けた円筒状（外周面が円筒面であり、内周面は円筒面若しくは円すい状凹面）である円筒状部分１１のうちで、この小径段部７に外嵌した内輪２よりも軸方向内方に突出した先端寄り部分を径方向外方にかしめ広げて形成したかしめ部１２により、上記小径段部７の段差面１３に向け抑え付けている。そして、このかしめ部１２による抑え付け力により、上記各転動体４、４に予圧を付与している。
【０００５】
上述の様に構成する車輪支持用転がり軸受ユニットの使用時には、図１に示す様に、等速ジョイント用外輪１４の外端面に固設したスプライン軸１５を、上記ハブ１の中心部に設けたスプライン孔８の内側に、軸方向内方から軸方向外方に向けて挿入する。そして、上記等速ジョイント用外輪１４の外端面を上記かしめ部１２の内端面に、上記スプライン軸１５の先端部に設けた雄ねじ部に螺合したナット１６の内側面を上記ハブ１の外端面に、それぞれ当接させた状態で、このナット１６を緊締する。これにより、上記ハブ１と上記スプライン軸１５及び等速ジョイント用外輪１４とを、トルクの伝達を可能とした状態で結合する。又、上記外輪３の結合フランジ９を図示しない懸架装置を構成するナックルに結合固定すると共に、上記ハブ１の取付フランジ５に図示しない車輪を支持固定する。そして、自動車の走行時には、デファレンシャル側から上記スプライン軸１５に伝達された回転駆動力により、上記ハブ１及び車輪を回転駆動する。
【０００６】
又、上述の図１〜２に示した車輪支持用転がり軸受ユニットの場合、かしめ部１２の内端面は、凸曲面状に形成している。この為、この凸曲面状に形成したかしめ部１２の内端面と、平面である等速ジョイント用外輪１４の外端面との当接部は、線接触に近い状態となる。これに対し、特許文献１及び特許文献２には、図３に示す様に、かしめ部１２ａの内端面に平面部１７を設け、この平面部１７と等速ジョイント用外輪１４の外端面とを面接触させる発明が記載されている。この発明の場合には、上記かしめ部１２ａの内端面と上記等速ジョイント用外輪１４の外端面との接触面積を、上述の図１〜２に示した構造に比べて十分に広くする事ができる。従って、スプライン軸１５の先端部に螺合したナット１６（図１参照）の緊締力を大きくしつつ、上記かしめ部１２ａの内端面と上記等速ジョイント用外輪１４の外端面との当接部の面圧を低く抑える事ができる。
【０００７】
次に、図４は、従動輪（ＦＦ車の後輪、ＦＲ車及びＲＲ車の前輪）を支持する為に使用する車輪支持用転がり軸受ユニットの第１例を示している。この従動輪用の車輪支持用転がり軸受ユニットの場合には、ハブ１ａをスプライン軸１５（図１参照）により回転駆動する必要がない為、このハブ１ａの中心部にこのスプライン軸１５を係合させる為のスプライン孔を設けていない。その他の部分の構造及び作用は、前述の図１に示した駆動輪用の車輪支持用転がり軸受ユニットと同様である。
【０００８】
次に、図５は、従動輪用の車輪支持用転がり軸受ユニットの第２例を示している。この図５に示した構造の場合には、外輪３ａの外端寄り部外周面に車輪を支持固定する為の取付フランジ５を設けると共に、この外輪３ａの内径側に設けた軸部材１８の内端部に、懸架装置を構成するナックルに結合固定する為の結合フランジ９を設けている。又、第二の内輪軌道６ｂを上記軸部材１８の中間部外周面に直接形成すると共に、第一の内輪軌道６ａをこの軸部材１８の外端部に設けた小径段部７に外嵌した内輪２の外周面に形成している。又、この小径段部７に外嵌した内輪２は、上記軸部材１８の外端部に設けた円筒状部分１１のうち、この小径段部７に外嵌した内輪２よりも軸方向外方に突出した部分を径方向外方に塑性変形させて形成したかしめ部１２により、上記小径段部７の段差面１３に向け抑え付けている。そして、このかしめ部１２による抑え付け力により、複数個の転動体４、４に予圧を付与している。
【０００９】
上述の様な各車輪支持用転がり軸受ユニットの信頼性及び耐久性を確保する為には、上記かしめ部１２、１２ａを形成する際に、このかしめ部１２、１２ａに亀裂等の損傷が発生しない様にする事が重要である。上記ハブ１、１ａ或は上記軸部材１８を構成する材料である炭素鋼は、或る程度の延性を有する為、上記円筒状部分１１及び上記かしめ部１２、１２ａの形状及び寸法を適切に選定し、適切な条件で加工すれば、十分な耐久性及び信頼性を有するかしめ部１２、１２ａを得られる。但し、上記円筒状部分１１の先端寄り部分を径方向外方に塑性変形する際には、上記ハブ１、１ａ或は上記軸部材１８を構成する材料中に引っ張り応力が加わる事が避けられず、この引っ張り応力が過大になると、上記亀裂等の損傷が発生し易くなる。
【００１０】
単にこの損傷防止のみを考慮した場合には、上記円筒状部分１１から上記かしめ部１２、１２ａを加工する際の加工量（塑性変形量）を少なくすれば良いが、単にこの加工量を少なくすると、このかしめ部１２、１２ａが内輪２を抑え付ける力が弱くなる。この様な場合には、この内輪２の支持強度が不足し、他の面から、上記各車輪支持用転がり軸受ユニットの信頼性及び耐久性を確保する事が難しくなる。これらの事を考慮すれば、図１〜５に示す様な車輪支持用転がり軸受ユニットを設計する場合に、上記かしめ部１２、１２ａ部分の諸元を適切に設定する事が重要である事が分かる。
【００１１】
この為従来は、多数回の実験を繰り返してその結果を確認する試行錯誤により、上記かしめ部１２、１２ａ部分に関する適切な諸元を得る様にしていた。この為に、造るべき車輪支持用転がり軸受ユニットの凡その仕様（各部の径方向及び軸方向の寸法、転動体数等）が決まったならば、上記円筒状部分１１の寸法及び形状を互いに異ならせた複数種類の試料をそれぞれ複数個ずつ用意する。そして、これら各種類の試料毎に、それぞれ複数種類ずつの、互いに異なる加工条件で、上記円筒状部分１１を上記かしめ部１２、１２ａに塑性変形させる加工作業を行なう。
【００１２】
この加工作業は、図６に示す様に、その中心軸αを、ハブ１、１ａの中心軸βに対し角度θ（一般的には１〜５度程度）だけ傾斜したかしめ治具１９を上記円筒状部分１１に押し付ける、所謂揺動かしめ（ローリングかしめ）により行なう。揺動かしめにより円筒状部分をかしめ部に加工する方法に就いては、特許文献３〜５等に記載されて従来から周知である為、簡単に説明すると、上記かしめ治具１９は、その先端面に環状凹部２０を形成している。この環状凹部２０は、完成後のかしめ部１２、１２ａの外面の母線形状に見合う母線形状を有する。この様な環状凹部２０を有する、上記かしめ治具１９は、上記角度θ分傾斜させた状態で、歳差運動の如き揺動運動を行なわせつつ、上記円筒状部分１１に押し付け、この円筒状部分１１を径方向外方に塑性変形させて、上記かしめ部１２、１２ａとする。
【００１３】
従来の車輪支持用転がり軸受ユニットの設計方法の場合には、上述の様な方法により上記かしめ部１２、１２ａを形成した後、加工後のかしめ部１２、１２ａの表面を、目視或は顕微鏡で観察して亀裂の有無を確認する実験を繰り返す。そして、亀裂が確認されなかった加工条件、即ち、上記円筒状部分１１及び内輪２の形状、寸法、上記かしめ治具１９の角度θ及び押し付け力を、車輪支持用転がり軸受ユニットを量産する為の諸元として決定する。
【００１４】
この様にして車輪支持用転がり軸受ユニットに関する量産の為の諸元を決定する場合、多数回の実験を繰り返し、その結果を考察する必要があり、この諸元を決定する為に要する手間、時間、コストが、何れも嵩む事が避けられない。車輪支持用転がり軸受ユニットの種類は、これを組み込む自動車の種類を上回り、しかも、モデルチェンジの際は勿論、マイナーチェンジの際にもその諸元を変える場合がある。従って、上記諸元を決定する為に要する手間、時間、コストを低減する事が、上記車輪支持用転がり軸受ユニットの開発コストの低減並びに開発期間の短縮を図る為に重要である。
【００１５】
前記特許文献３〜５には、円筒状部分をかしめ部に加工する事に伴って、このかしめ部に亀裂が発生しにくくする為の発明が記載されている。但し、上記特許文献３〜５に記載された発明は、あくまでも、与えられた条件の下で亀裂が発生しにくくする為の発明であって、亀裂が発生しない条件を求めるものではない。従って、上記特許文献３〜５に記載された発明を実施する場合にしても、車輪支持用転がり軸受ユニットを設計する際には、かしめ部に亀裂が発生しない諸元を求める為に、多数回の実験を行なう必要が生じる。
【００１６】
【特許文献１】特開２００２−１０６５５７号公報
【特許文献２】特開平１１−５４０４号公報
【特許文献３】特開２００２−２１３４６９号公報
【特許文献４】特開２００３−１３６１６０号公報
【特許文献５】特開２００３−１４８４９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明は、上述の様な事情に鑑みて、多数回の実験を行なう必要なく、軸部材の一端部に形成したかしめ部及びその周辺部分を適切に形成できる諸元を求められる様にして、車輪支持用転がり軸受ユニットの設計を短期間且つ低コストで行なえる設計方法を実現すべく発明したものである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、軸部材の一端部に設けた小径段部に内輪を外嵌し、更にこの内輪を、この軸部材の一端部に設けた円筒状部分のうちでこの内輪の一端面から突出した先端寄り部分を径方向外方に塑性変形させて形成したかしめ部により、上記小径段部の基端部に存在する段差面に向け抑え付けて成る、車輪支持用転がり軸受ユニットの設計方法である。
この様な本発明の車輪支持用転がり軸受ユニットの設計方法では、先ず、上記軸部材のうちで上記かしめ部を形成する部分と、上記内輪のうちでこのかしめ部が当接する部分との形状及び寸法、並びに上記円筒状部分の先端寄り部分を径方向外方に塑性変形させる為のかしめ治具の諸元を含む加工条件を仮定する。
その後、仮定した形状、寸法、加工条件でコンピュータシミュレーションを行なう事により、上記軸部材と上記内輪とのうちの少なくとも一方の部材の内部に互いに直角の３方向に生じる応力σxx、σyy、σzzを求める。  そして、これら各応力σxx、σyy、σzzが、上記軸部材を構成する材料（例えば炭素鋼）と上記内輪を構成する材料とのうち少なくとも一方に関して亀裂発生に結び付かない値となる形状、寸法、加工条件を求め、求めた形状、寸法、加工条件により、上記車輪支持用転がり軸受ユニットの諸元を決定する。
尚、上記各応力σxx、σyy、σzzは、上述した様に、上記軸部材と上記内輪とのうちの少なくとも一方の内部に互いに直角の３方向に生じるものであるが、コンピュータシミュレーションを行なう際には、このうちの何れかの応力（例えばσxx）に就いての方向を任意に設定する。残りの２方向の応力（例えばσyy、σzz）に就いては、この任意方向に対し直角方向の応力として、自動的に決定される。
【発明の効果】
【００１９】
上述の様に構成する本発明の車輪支持用転がり軸受ユニットの設計方法によれば、多数回の実験を行なう必要なく、軸部材の一端部に形成したかしめ部及びその周辺部分を適切に形成できる諸元を求められる。
即ち、上記軸部材を構成する炭素鋼等の材料に関して予め複数回の実験を行なって、この材料に関して、亀裂発生に結び付かない、各応力σxx、σyy、σzzに関する（これら各応力σxx、σyy、σzzに基づいて求められる）閾値を求めておく。この閾値を求める為の実験は、同一種類の材料に就いて１回だけ行なっておけば良い。即ち、上記軸部材を構成する材料の種類が同じであれば、上記かしめ部を形成する部分の形状及び寸法、並びにかしめ治具の諸元を含む加工条件が変わっても、上記閾値が変わる事はない。
そして、上記各応力σxx、σyy、σzzは、上記かしめ部を形成する部分と、内輪のうちでこのかしめ部が当接する部分との形状及び寸法、並びにかしめ治具の諸元を含む加工条件が分かれば、コンピュータシミュレーションにより容易に求められる。実際に上記かしめ部を加工する様な、手間、時間、コストが嵩む作業を行なう必要はない。
この結果、車輪支持用転がり軸受ユニットの開発コストの低減並びに開発期間の短縮を図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明を実施する場合に好ましくは、請求項２に記載した様に、各応力σxx、σyy、σzzの平均値である、引っ張りの静水圧ｐ＝（σxx＋σyy＋σzz）／３の最大値ｐmax を、予め実験により求めた、軸部材を構成する材料に関して亀裂発生に結び付く値の下限値未満とする。
尚、上記引っ張りの静水圧ｐの最大値ｐmax とは、円筒状部分を塑性変形させてかしめ部に加工する過程で、この円筒状部分或はかしめ部の各部に、連続的に変化しつつ加わる引っ張りの静水圧ｐのうちの最大値を言う。即ち、上記加工の過程では、上記円筒状部分或はかしめ部の各部に、各部毎に異なる大きさの引っ張りの静水圧ｐが加わるし、同じ部分に加わる引っ張りの静水圧ｐの大きさにしても、上記加工の過程の進行に伴って連続的に変化する。上記最大値ｐmax とは、この様に、各部毎に、或は時間を前後して互いに異なる、上記引っ張りの静水圧ｐのうちの最大値を言う。
この様な引っ張りの静水圧ｐの最大値ｐmax を、上記亀裂発生に結び付く値の下限値未満とすれば、上記かしめ部の内径側（図６のａ部）に亀裂が発生しない条件を求めて、この内径側に亀裂が発生しない車輪支持用転がり軸受ユニットの諸元を容易に決定できる。即ち、この内径側部分には、上記円筒状部分をかしめ部に加工する際に引っ張り方向に大きな応力が加わる為、この引っ張り方向の応力に基づく亀裂発生を防止できる条件を求める事が重要である。上述の様な請求項２に記載した発明によれば、この様な条件を容易に求められる。
【００２１】
或は、本発明を実施する場合に好ましくは、請求項３に記載した様に、各応力σxx、σyy、σzzと剪断応力τxy、τyz、τzxとから、例えば下記の式により主応力σ1 、σ2 、σ3 を求める。先ず、不変量Ｊ1 、Ｊ2 、Ｊ3 は、それぞれ次の（１）〜（３）式で表せる。
Ｊ1 ＝σxx＋σyy＋σzz  −−−  （１）
Ｊ2 ＝σxx・σyy＋σyy・σzz＋σzz・σxx−τxy2 −τyz2 −τzx2 
−−−  （２）
Ｊ3 ＝σxx・σyy・σzz＋２τxy・τyz・τzx−σxx・τyz2 −σyy・τzx2 −σzz・τxy2   −−−  （３）
又、ｐ、ｑ、ｕを次の（４）〜（６）式の様に置く。
ｐ＝−（Ｊ1 ／３）2 ＋Ｊ2 ／３  −−−  （４）
ｑ＝（−Ｊ1 ／３）3 −（−Ｊ1 ／３）・（Ｊ2 ／２）−Ｊ3 ／２
−−−  （５）
ｃｏｓ（ｕ）＝ｑ／｛ｐ（−ｐ）1/2 ｝  （０゜＜ｕ＜１８０゜）
−−−  （６）
そして、上記主応力σ1 、σ2 、σ3 は、それぞれ次の（７）〜（９）式により求められる。
σ1 ＝２（−ｐ）1/2 ・ｃｏｓ（ｕ／３）  −−−  （７）
σ2 ＝２（−ｐ）1/2 ・ｃｏｓ（ｕ／３＋１２０゜）  −−−  （８）
σ3 ＝２（−ｐ）1/2 ・ｃｏｓ（ｕ／３＋２４０゜）  −−−  （９）
【００２２】
そして、これら（７）〜（９）式により求めた上記各主応力σ1 、σ2 、σ3 のうちの最大値をσmax とし、相当塑性歪み増分をｄεとした場合に、Ｃ＝∫σmax ・ｄεで表されるエネルギ密度Ｃのうちの最大値Ｃmax を、軸部材を構成する材料に関して亀裂発生に結び付く値の下限値未満とする。
尚、上記最大となる主応力σmax は、円筒状部分を塑性変形させてかしめ部を加工する事に伴ってこのかしめ部の各部に加わる主応力のうちの最大値を言う。又、上記エネルギ密度Ｃのうちの最大値Ｃmax は、上記最大となる主応力σmax と相当塑性歪み増分ｄεとの積を上記かしめ部の加工経過全体に亙って積分し、各部毎に求められる上記エネルギ密度Ｃのうちの最大の値を言う。
この様なエネルギ密度Ｃのうちの最大値Ｃmax を、上記亀裂発生に結び付く値の下限値未満とすれば、上記かしめ部の外径側（図６のｂ部）に亀裂が発生しない車輪支持用転がり軸受ユニットの諸元を容易に決定できる。即ち、この外径側部分には、上記円筒状部分を上記かしめ部に加工する際に、各種方向の力が繰り返し加わり、比較的複雑に塑性変形する為、上述の様に定義されるエネルギ密度Ｃに関して、亀裂発生を防止できる条件を求める事が重要である。上述の様な請求項３に記載した発明によれば、この様な条件を容易に求められる。
【実施例１】
【００２３】
請求項１、２に対応する実施例に就いて、図７〜８を参照しつつ説明する。本実施例の場合には、先ず、軸部材（図１、４に示したハブ１、１ａ或は図５に示した軸部材１８）を構成する材料に関して亀裂発生に結び付く値の下限値を、実験により求める。この実験は、例えば図１に示す様な車輪支持用転がり軸受ユニットとして、少しずつ諸元を異ならせたものを複数種類用意する。この諸元を異ならせる理由は、円筒状部分１１からかしめ部１２を形成する際に、これら円筒状部分１１或はかしめ部１２に生じる応力σxx、σyy、σzzを種々異ならせる為である。即ち、この応力σxx、σyy、σzzより成る引っ張りの静水圧が小さくなるものから大きくなるものまで、複数種類の車輪支持用転がり軸受ユニットを用意する。上記応力σxx、σyy、σzzより成る引っ張りの静水圧を異ならせる為、上記諸元をどの様に異ならせるかは任意であるが、一般的には、上記円筒状部分１１の内周面の、軸部材の中心軸に対する傾斜角度を変える。即ち、この円筒状部分１１の内周面は、この円筒状部分１１の先端縁に向かう程内径が大きくなる方向に傾斜した部分円すい状凹面であるが、一般的には上記傾斜角度を大きくする程上記応力σxx、σyy、σzzより成る引っ張りの静水圧が大きくなって、得られたかしめ部１２に亀裂が発生し易くなる。そこで、上記傾斜角度を少しずつ異ならせた、複数種類の試料を用意する。
【００２４】
この様な複数種類の試料のそれぞれに就いて、前述の図６に示す様な揺動かしめにより、上記円筒状部分１１を径方向外方に塑性変形させて上記かしめ部１２を形成する。そして、それぞれの試料に就いて、上記各応力σxx、σyy、σzzの平均値である、引っ張りの静水圧ｐ＝（σxx＋σyy＋σzz）／３の最大値ｐmax を求める。この最大値ｐmax を求める作業は、コンピュータシミュレーションにより行なうが、具体的には、次の様な手順により行なう。
【００２５】
先ず、上記図６に示す様な揺動かしめにより上記かしめ部１２を形成する工程をＮ段階に分割する。このＮ（自然数）の数は、多い程、車輪支持用転がり軸受ユニットの設計に関する信頼性を高くできるが、多くする程データ処理が面倒になる。従って、信頼性確保とデータ処理の容易化とのバランスを考慮して、上記Ｎの具体的数値を適切に（例えば数十乃至数百段階に）設定する。尚、揺動かしめにより上記かしめ部１２を形成する際に、上記円筒状部分１１或はかしめ部１２の各部には、引っ張り方向の応力だけでなく、圧縮方向の応力が加わる場合もある。例えば、上記円筒状部分１１或は上記かしめ部１２の先端部でかしめ治具１９により押圧される部分、及び、この円筒状部分１１の外周面で内輪２の内周面により抑え付けられている部分には、圧縮の静水圧が加わる。但し、圧縮の静水圧は、亀裂等の損傷に結び付かないし、揺動かしめを実施する際に出現しない様な、極端に高い値にならない限り、車輪支持用転がり軸受ユニットの性能確保の面からは問題にならない。従って、本発明を実施する場合に、上記圧縮の静水圧を考慮する必要はない。
【００２６】
従って、上記工程をＮ段階に分割したならば、各段階毎に、引っ張りの静水圧ｐを、コンピュータシミュレーションにより求める。この引っ張りの静水圧ｐが加わる部分は、上記円筒状部分１１或は上記かしめ部１２のうちで、上記かしめ治具１９の押圧力に基づく負荷（力）の影響を受ける部分で、このかしめ治具１９の先端面にも、上記内輪２の表面にも当接していない部分である。例えば、上記円筒状部分１１の内径寄り部分のうちで、上記かしめ治具１９の先端面により押される部分よりも少しこの円筒状部分１１の基端寄り部分には、大きな引っ張りの静水圧ｐが加わる。この引っ張りの静水圧ｐの分布の１例を図７〜８に示した。このうちの図７は、かしめ部の形成作業の初期段階で、図８は同じく途中段階で、それぞれ円筒状部分の各部に加わる引っ張りの静水圧の大きさを示している。各図で、ハッチングの間隔が狭い部分は上記引っ張りの静水圧ｐが大きい部分を、同じく間隔が広い部分はこの引っ張りの静水圧ｐが小さい部分を、斜格子部分は圧縮の静水圧が加わる部分を、それぞれ示している。
【００２７】
上記図７〜８にその結果を示す様なコンピュータシミュレーションを、上記Ｎ段階の総てに就いて行ない、各段階での上記引っ張りの静水圧ｐの最大値（各段階毎の最大値）ｐi を求めて記録（メモリに記憶）する。揺動かしめに基づく亀裂は、この引っ張りの静水圧ｐの最大値ｐi を発生する部分から発生するので、この最大値ｐi 以外の値を記録する必要はない。この様な、各部に生じる上記引っ張りの静水圧ｐの最大値ｐi を、上記Ｎ段階毎に求めれば、各段階（１、２・・・ｉ・・・Ｎ）での静水圧ｐの最大値ｐi の集合｛ｐ１、ｐ２・・・ｐｉ・・・ｐＮ｝を得られる。そして、この集合｛ｐ１、ｐ２・・・ｐｉ・・・ｐＮ｝のうちから、上記引っ張りの静水圧ｐの、各部毎の最大値ｐi の最大値のうちの最大値を、かしめ全工程中での（上記Ｎ段階中での）最大値ｐmax として求める。この様にして求めたかしめ全工程中での最大値ｐmax を、前記複数種類の試料毎に記録しておく（各試料の全工程での最大値ｐmax が分かる様にしておく）。
【００２８】
この様にして、上記複数種類の試料毎に、引っ張りの静水圧ｐの全工程での最大値ｐmax を求めたならば、これら各試料毎に、得られたかしめ部１２に亀裂が発生していないか否かを判定する。この判定作業は、このかしめ部１２を目視により観察する事に加えて、１０〜４０倍程度の実体顕微鏡により観察する事により行なう。そして、亀裂発生の有無を、上記引っ張りの静水圧ｐの全工程での最大値ｐmax との関係で、例えば次の表１に示す様に整理する。
【００２９】
【表１】
2006118606.tif 000003
【００３０】
この表１は、ハブ１を、Ｃ（炭素）を０．５〜０．５５％含む炭素鋼製とした場合における、上記引っ張りの静水圧ｐの全工程での最大値ｐmax と、上記かしめ部１２部分の亀裂発生の有無との関係を示している。この最大値ｐmax が６５５［ＭＰａ］の場合には上記かしめ部１２に微小なクラック（亀裂）が発生したのに対し、上記最大値ｐmax が６２０［ＭＰａ］以下の場合には上記かしめ部１２に亀裂は発生しなかった。この事から、上記ハブ１を構成する炭素鋼に関して亀裂発生に結び付く値の下限値は、６２０［ＭＰａ］以上、６５５［ＭＰａ］未満である事が分かる。この下限値に就いて、更に正確な値を求める為には、この間部分に対応する実験を行なう必要があるが、実際に車輪支持用転がり軸受ユニットの設計を行なう場合には、過度な実験の繰り返しを避けると共に、安全率を確保する事を考慮して、上記下限値を６２０［ＭＰａ］とする。
【００３１】
この様にして、上記ハブ１を構成する炭素鋼に関して亀裂発生に結び付く値の下限値を求めたならば、造ろうとする車輪支持用転がり軸受ユニットの諸元に関してコンピュータシミュレーションを行なう。即ち、当該車輪支持用転がり軸受ユニットを構成するハブ１に形成した円筒状部分１１の形状及び寸法、この円筒状部分１１を塑性変形する為のかしめ治具１９の形状及び押圧力等の諸元をコンピュータに入力してシミュレーションし、上記円筒状部分１１或はかしめ部１２に加わる、上記引っ張りの静水圧ｐを求め、この静水圧ｐから、更に全工程での最大値ｐmax を求める。この様にして、全工程での最大値ｐmax を求める作業は、上記下限値（６２０［ＭＰａ］）を求める場合と同様にして行なう。
【００３２】
この結果求められた、造ろうとする車輪支持用転がり軸受ユニットの諸元に基づいて求められた全工程での引っ張りの静水圧の最大値ｐmax が、上述の様な実験により予め求めておいた下限値よりも低ければ（ｐmax ＜６２０［ＭＰａ］の場合には）、当該車輪支持用転がり軸受ユニットは、上記かしめ部１２に亀裂を生じる事なく造れる事になる。そこで、他の条件が満たされる限り、上記諸元による車輪支持用転がり軸受ユニットの設計を完了する。これに対して、上記造ろうとする車輪支持用転がり軸受ユニットに関する引っ張りの静水圧の最大値ｐmax が上記下限値よりも高ければ（ｐmax ＞６２０［ＭＰａ］の場合には）、当該車輪支持用転がり軸受ユニットは、上記かしめ部１２に亀裂を生じる事になる。そこで、この様な車輪支持用転がり軸受ユニットに就いては、上記最大値ｐmax が上記下限値よりも低くなるまで、設計をやり直す。
尚、前記ハブ１を構成する材料が変わった場合には、上記下限値を求める為の実験を行なう。
【実施例２】
【００３３】
請求項１、３に対応する実施例に就いて、図９〜１０を参照しつつ説明する。本実施例の場合も、先ず、軸部材（図１、４に示したハブ１、１ａ或は図５に示した軸部材１８）を構成する材料に関して亀裂発生に結び付く値の下限値を、実験により求める。この実験も、例えば図１に示す様な、車輪支持用転がり軸受ユニットを、少しずつ諸元を異ならせたものを複数種類用意する。この諸元を異ならせる理由は、円筒状部分１１からかしめ部１２を形成する際に、これら円筒状部分１１或はかしめ部１２に生じるエネルギ密度Ｃを種々異ならせる為である。即ち、このエネルギ密度Ｃが小さく収まるものから大きくなるものまで、複数種類の車輪支持用転がり軸受ユニットを用意する。
【００３４】
上記エネルギ密度Ｃを異ならせる為、上記諸元をどの様に異ならせるかは任意であるが、一般的には、上記円筒状部分１１の先端部外周縁に形成する面取り（後述する図１０の符号☆部分）の傾斜角度を変える。即ち、この部分には、亀裂が発生し易いシャープエッジをなくす為に面取りを施すが、その場合でも、図９に示す様に、この面取り部分のエネルギ密度Ｃの分布が高くなり、この部分で亀裂が発生し易くなる。上記図９で、ハッチングの間隔が狭い部分は上記エネルギ密度Ｃが高い部分を、同じく間隔が広い部分はこのエネルギ密度Ｃが低い部分を、それぞれ示している。このエネルギ密度Ｃは、上記面取りの傾斜角度が軸方向に対し内径側に傾斜する（軸方向に対する傾斜角度が大きくなる）程高くなり、得られたかしめ部１２に亀裂が発生し易くなる。そこで、上記面取りの傾斜角度を少しずつ異ならせた、複数種類の試料を用意する。
【００３５】
この様な複数種類の試料のそれぞれに就いて、前述の図６に示す様な揺動かしめにより、上記円筒状部分１１を径方向外方に塑性変形させて上記かしめ部１２を形成する。そして、それぞれの試料に就いて、上記エネルギ密度Ｃを求める。このエネルギ密度Ｃを求める作業は、M.G.Cockcroft and D.J.Latham,Inst.Metals,1968,96,33-39に記載された方法により、コンピュータシミュレーションにより、Ｃ＝∫σmax ・ｄεなる式を用いて行なう。尚、この式中のσmax は、上記円筒状部分１１或は上記かしめ部１２の内部に互いに直角の３方向に生じる主応力σ1 、σ2 、σ3 のうちの最大の応力であり、ｄεは相当塑性歪み増分で、ｄε＝｛（２／３）・ ｄεij・ｄεij｝1/2 で表される。具体的には、上記作業は、次の様な手順により行なう。
【００３６】
先ず、上記図６に示す様な揺動かしめにより上記円筒状部分１１を上記かしめ部１２に加工する場合に、かしめ治具１９の先端面に当接せず（この先端面により押圧される事がなく）、このかしめ治具１９による押圧作業の終了直前に、このかしめ治具１９にも内輪２の表面にも当接しない部分の表面を複数に分割し、各部分に番号ｉ（１、２・・・）を付す。この表面を分割する数は、多い程、車輪支持用転がり軸受ユニットの設計に関する信頼性を高くできるが、多くする程データ処理が面倒になる。従って、信頼性確保とデータ処理の容易化とのバランスを考慮して、上記ｉの具体的数値を適切に（例えば十数個所乃至数十個所に）設定する。尚、分割する個所は、断面の母線方向とする。円周方向に関しては同じ力が加わるので、円周方向に関して分割して各部毎に考慮する必要はない。又、上記揺動かしめによる工程をＮ段階に分割する。このＮ（自然数）の数に就いても、多い程、車輪支持用転がり軸受ユニットの設計に関する信頼性を高くできるが、多くする程データ処理が面倒になる。従って、信頼性確保とデータ処理の容易化とのバランスを考慮して、上記Ｎの具体的数値を適切に（例えば数十乃至数百段階に）設定する。
【００３７】
上述の様に、かしめ加工作業に伴って塑性変形する個所並びに工程を複数に分割したならば、各個所及び各段階毎に、エネルギ密度Ｃの増加分を求める。例えば、加工工程のｋ段階で場所がｉである部分の最大応力（互いに直角の３方向に生じる主応力σ1 、σ2 、σ3 のうちの最大の応力）がσｋ（ｉ）で、ｋ−１段階からｋ段階までの間に、このｉ部分の相当塑性歪み増分がｄεである場合には、上記ｋ段階で部分ｉのエネルギ密度増加分は、σｋ（ｉ）・ｄεとなる。但し、最大応力（を含む総ての主応力σ1 、σ2 、σ3 ）σｋ（ｉ）が負である｛σｋ（ｉ）＜０、圧縮応力が加わる｝場合には、σｋ（ｉ）＝０とし、エネルギ密度増加分は０と仮定する。安全率を考慮して、圧縮応力が作用した場合でも、エネルギ密度増加分から減ずる事は行なわない。
【００３８】
上記かしめ加工を開始する以前に於ける、前記円筒状部分１１の各部のエネルギ密度は０であるから、各段階での（Ｎ段階総ての）エネルギ密度の増加分を足し合わせれば、各部分のエネルギ密度Ｃ（ｉ）を、次式により求められる。
Ｃ（ｉ）＝σ１（ｉ）・ｄε＋σ２（ｉ）・ｄε＋・・・＋σＮ（ｉ）・ｄε
この様にして求めた各部分のエネルギ密度Ｃ（ｉ）のうちの最大値が、エネルギ密度Ｃのうちの最大値Ｃmax となる。
【００３９】
図１０は、この様にして行なう、各段階毎に上記エネルギ密度Ｃの増加分を求める手順に就いて、上記段階数Ｎを３として、簡便に示したものである。先ず、図１０の（Ａ）に示した第１段階で、符号☆で示した円筒状部分１１（かしめ部１２）の先端部外周縁部分の主応力σ1 、σ2 、σ3 のうちのσ2 （＞０）が最大である場合に、上記第１段階で部分ｉでのエネルギ密度増加分は、σ2 １・ｄεとなる。次に、図１０の（Ｂ）に示した第２段階で、上記先端部外周縁部分の主応力σ1 、σ2 、σ3 のうちのσ1 （＞０）が最大である場合に、上記第２段階で部分ｉでのエネルギ密度増加分は、σ1 ２・ｄεとなる。更に、図１０の（Ｃ）に示した第３段階で、上記先端部外周縁部分の主応力σ1 、σ2 、σ3 のうちのσ1 （＞０）が最大である場合に、上記第３段階で部分ｉでのエネルギ密度増加分は、σ1 ３・ｄεとなる。そして、上記部分ｉでのエネルギ密度Ｃ（ｉ）は、σ2 １・ｄε＋σ1 ２・ｄε＋σ1 ３・ｄεとなる。上記最大値Ｃmax は、この様にして求めた各部分毎のエネルギ密度Ｃ（ｉ）のうちの最大値である。
【００４０】
この様にして、上記複数種類の試料毎に、エネルギ密度Ｃの最大値Ｃmax を求めたならば、これら各試料毎に、得られたかしめ部１２に亀裂が発生していないか否かを判定する。この判定作業に就いても、このかしめ部１２を目視により観察する事に加えて、１０〜４０倍程度の実体顕微鏡により観察する事により行なう。そして、亀裂発生の有無を、上記エネルギ密度Ｃの最大値Ｃmax との関係で、例えば次の表２に示す様に整理する。
【００４１】
【表２】
2006118606.tif 000004
【００４２】
この表２は、ハブ１を、Ｃ（炭素）を０．５〜０．５５％含む炭素鋼製とした場合における、上記エネルギ密度Ｃの最大値Ｃmax と、上記かしめ部１２部分の亀裂発生の有無との関係を示している。このエネルギ密度Ｃの最大値Ｃmax が３１５［Ｊ／ｍ3 ］の場合には上記かしめ部１２にクラック（亀裂）が発生したのに対し、上記エネルギ密度Ｃの最大値Ｃmax が２７２［Ｊ／ｍ3 ］以下の場合には上記かしめ部１２に亀裂は発生しなかった。この事から、上記ハブ１を構成する炭素鋼に関して亀裂発生に結び付く値の下限値は、２７２［Ｊ／ｍ3 ］以上、３１５［Ｊ／ｍ3 ］未満である事が分かる。この下限値に就いて、更に正確な値を求める為には、この間部分に対応する実験を行なう必要があるが、実際に車輪支持用転がり軸受ユニットの設計を行なう場合には、過度な実験の繰り返しを避けると共に、安全率を確保する事を考慮して、上記下限値を２７２［Ｊ／ｍ3 ］とする。
【００４３】
この様にして、上記ハブ１を構成する炭素鋼に関して亀裂発生に結び付くエネルギ密度Ｃに関する値の下限値を求めたならば、造ろうとする車輪支持用転がり軸受ユニットの諸元に関してコンピュータシミュレーションを行なう。即ち、当該車輪支持用転がり軸受ユニットを構成するハブ１に形成した円筒状部分１１の形状及び寸法、この円筒状部分１１を塑性変形する為のかしめ治具１９の形状及び押圧力等の諸元をコンピュータに入力してシミュレーションし、上記円筒状部分１１或はかしめ部１２に関する、上記エネルギ密度Ｃの最大値Ｃmax を求める。この様にして、このエネルギ密度Ｃの最大値Ｃmax を求める作業は、上記下限値を求める場合と同様にして行なう。
【００４４】
この結果求められた、造ろうとする車輪支持用転がり軸受ユニットの諸元に基づいて求められた上記エネルギ密度Ｃの最大値Ｃmax が、上述の様な実験により予め求めておいた下限値よりも低ければ（Ｃmax ＜２７２［Ｊ／ｍ3 ］の場合には）、当該車輪支持用転がり軸受ユニットは、上記かしめ部１２の外周縁部に亀裂を生じる事なく造れる事になる。そこで、他の条件が満たされる限り、上記諸元による車輪支持用転がり軸受ユニットの設計を完了する。これに対して、上記造ろうとする車輪支持用転がり軸受ユニットに関する上記エネルギ密度Ｃの最大値Ｃmax が上記下限値よりも高ければ（Ｃmax ＞２７２［Ｊ／ｍ3 ］の場合には）、当該車輪支持用転がり軸受ユニットは、上記かしめ部１２の外周縁部に亀裂を生じる事になる。そこで、この様な車輪支持用転がり軸受ユニットに就いては、上記エネルギ密度Ｃの最大値Ｃmax が上記下限値よりも低くなるまで、設計をやり直す。
尚、本実施例の場合も、前記ハブ１を構成する材料が変わった場合には、上記下限値を求める為の実験を行なう。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
以上に説明した通り、本件の各発明のうち、請求項１に記載した発明は、コンピュータシミュレーションを行なう事により部材の内部に互いに直角の３方向に生じる応力σxx、σyy、σzzを求め、かしめ部の形状を初めとする車輪支持用転がり軸受ユニットの諸元を決定する事が要旨となっている。そして、請求項２に記載した発明ではその下位概念として静水圧を、請求項３に記載した発明ではエネルギ密度を、それぞれ求めるとしている。但し、上記諸元を決定する為には、上記各応力σxx、σyy、σzzと剪断応力τxy、τyz、τzxとに代えて、或はこれら各応力σxx、σyy、σzzと剪断応力τxy、τyz、τzxとに加えて、次に示す各パラメータを閾値として利用する事も考えられる。
∫σeq・ｄεeq  （但し、σeqは相当応力、ｄεeqは相当塑性歪み増分）
∫σm ・ｄεeq  （但し、σm は平均応力）
最大剪断応力τmax 
最大主応力σmax 
最大主歪みεmax （上記最大主応力σmax と同様にして求める）
【００４６】
又、本発明を実施する場合、最適なかしめ条件を求める為のコンピュータシミュレーションは３次元解析で行なう事が基本であるが、金型の条件等を考慮した、特定のかしめ条件の下では、２次元解析でも、最適なかしめ条件を求められる可能性がある。即ち、
揺動角度を０．５〜５゜の範囲に、
揺動回転速度を５００min-1 以下に、
揺動かしめ時間を１０秒以下に、
加工力を４９〜２４５ｋＮ（５〜２５ｔｆ）の範囲に規制する。
この様な条件の場合には、軸対称モデルによる２次元解析でかしめ条件を決定した場合でも、前記かしめ治具１９の動きを再現したモデルによる３次元解析で決定した場合と得られる諸元がほぼ一致する事が、本発明者の実験により確認された。又、上記かしめ条件に加え、金型を鋼等の適切な材料により造り、更にかしめ部を無潤滑とすると、２次元解析により得られる諸元が更に良く一致する。尚、上記揺動角度が上記範囲よりも小さい場合にはかしめ荷重が高過ぎてかしめ部の加工を行なえず、反対に上記範囲よりも大きい場合には前記円筒状部分１１の塑性変形が複雑になり、２次元では計算できなくなる（この場合、３次元解析が必要になる）。
上記した範囲内で上記かしめ条件を２次元解析で決定すれば、３次元解析を行なう場合に比べて計算速度が格段に速くなり、開発時間をより短縮化できる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】従来から知られている駆動輪用の車輪支持用転がり軸受ユニットの第１例を示す断面図。
【図２】図１のＡ部拡大図。
【図３】従来から知られている駆動輪用の車輪支持用転がり軸受ユニットの第２例を示す、図２と同様の図。
【図４】従来から知られている従動輪用の車輪支持用転がり軸受ユニットの第１例を示す断面図。
【図５】同第２例を示す断面図。
【図６】円筒状部分を径方向外方に塑性変形させてかしめ部とする為の揺動かしめの実施状態を示す断面図。
【図７】かしめ部の形成作業の初期段階で円筒状部分の各部に加わる引っ張りの静水圧の大きさを示す部分断面図。
【図８】同じく途中段階で円筒状部分の各部に加わる引っ張りの静水圧の大きさを示す部分断面図。
【図９】かしめ部の形成作業の進行に伴い、終期段階での円筒状部分の各部のエネルギ密度の大きさの分布を示す部分断面図。
【図１０】同じく円筒状部分各部のエネルギ密度を求める方法を説明する為の部分断面図。
【符号の説明】
【００４８】
１、１ａ  ハブ
２    内輪
３、３ａ  外輪
４    転動体
５    取付フランジ
６ａ、６ｂ  内輪軌道
７    小径段部
８    スプライン孔
９    結合フランジ
１０ａ、１０ｂ  外輪軌道
１１    円筒状部分
１２、１２ａ  かしめ部
１３    段差面
１４    等速ジョイント用外輪
１５    スプライン軸
１６    ナット
１７    平面部
１８    軸部材
１９    かしめ治具
２０    環状凹部
【図１】
2006118606.tif 000005
【図２】
2006118606.tif 000006
【図３】
2006118606.tif 000007
【図４】
2006118606.tif 000008
【図５】
2006118606.tif 000009
【図６】
2006118606.tif 000010
【図７】
2006118606.tif 000011
【図８】
2006118606.tif 000012
【図９】
2006118606.tif 000013
【図１０】
2006118606.tif 000014