JP2008062901A

JP2008062901A - 車輪用軸受装置

Info

Publication number: JP2008062901A
Application number: JP2006245912A
Authority: JP
Inventors: Tatsuo Kawase; 達夫川瀬
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2006-09-11
Filing date: 2006-09-11
Publication date: 2008-03-21

Abstract

【課題】ハブ輪の加締部と継手外輪の肩部とを突合せた接触部を有する車輪用軸受装置において、車両発進時でのスティックスリップ音の発生を確実に抑制する。
【解決手段】ハブ輪１０１の加締部１１１を未焼入れとし、継手外輪１１５の肩部１１６はハブ輪１０１の加締部１１１との突合せ面１１６ａを硬化処理する。この継手外輪１１５の肩部１１６の突合せ面１１６ａに、面粗さをなす突起１５０を等速自在継手１０６のステム部１２７の回転軸を中心として円環状に形成する。この円環状に形成した突起１５０の面粗さを周期と標準偏差で規定する。そして、ハブ輪１０１の加締部１１１、つまりハブ輪１０１の加締部１１１の突合せ面１１１ａを塑性変形させる臨界押込み量以上で突起１５０をハブ輪１０１の加締部１１１の突合せ面１１１ａに押し込む。この押し込みは、ハブ輪１０１の加締部１１１に継手外輪１１５の肩部１１６を突合せた状態で、ステム部１２７の端部に形成された雄ねじ部１２９にナット１３０を締め付けることにより行う。
【選択図】図２

Description

本発明は車輪用軸受装置に関し、詳しくは、自動車の懸架装置に対して駆動車輪（ＦＦ車の前輪、ＦＲ車の後輪、４ＷＤ車の全輪）を回転自在に支持する駆動車輪用軸受装置に関する。

自動車の車輪用軸受装置には、従動輪用と駆動輪用とがあり、それぞれの用途に応じて種々の形式のものが提案されている。例えば、図３は駆動輪用の軸受装置で、ハブ輪１および内輪２、複列の転動体３，４、外輪５、等速自在継手６を主要な構成要素としている。

ハブ輪１は、その外周面にアウトボード側（車両中央とは逆側）の軌道面７が形成されると共に、車輪（図示せず）を取り付けるための車輪取付フランジ９を備えている。この車輪取付フランジ９の円周方向等間隔に、ホイールディスクを固定するためのハブボルト１０が植設されている。このハブ輪１の外周面に形成された小径段部１２に内輪２を嵌合させ、この内輪２の外周面にインボード側（車両中央側）の軌道面８が形成されている。

内輪２は、クリープを防ぐために適当な締め代をもって圧入されている。ハブ輪１の外周面に形成されたアウトボード側の軌道面７と、内輪２の外周面に形成されたインボード側の軌道面８とで複列の軌道面を構成する。この内輪２をハブ輪１の小径段部１２に圧入し、ハブ輪１の小径段部１２の端部を外側に加締めることにより、その加締部１１でもって内輪２を抜け止めしてハブ輪１と一体化し、軸受部２０に予圧を付与している。

外輪５は、内周面にハブ輪１および内輪２の軌道面７，８と対向する複列の軌道面１３，１４が形成され、車体（図示せず）に取り付けるための車体取付フランジ１７を備えている。この車体取付フランジ１７は、車体の懸架装置（図示せず）から延びるナックルに取り付け孔１９を利用してボルト固定される。

軸受部２０は、複列のアンギュラ玉軸受構造で、ハブ輪１および内輪２の外周面に形成された軌道面７，８と外輪５の内周面に形成された軌道面１３，１４との間に転動体３，４を介在させ、各列の転動体３，４を保持器２１，２２により円周方向等間隔に支持した構造を有する。軸受部２０の両端開口部には、ハブ輪１と内輪２の外周面に摺接するように、外輪５とハブ輪１および内輪２との環状空間を密封する一対のシール２３，２４が外輪５の両端部内径に嵌合され、内部に充填されたグリースの漏洩ならびに外部からの水や異物の侵入を防止するようになっている。

等速自在継手６は、ドライブシャフトを構成する中間軸（図示せず）の一端に設けられ、内周面にトラック溝が形成された継手外輪１５と、その継手外輪１５のトラック溝と対向するトラック溝が外周面に形成された継手内輪（図示せず）と、継手外輪１５のトラック溝と継手内輪のトラック溝との間に組み込まれたボール（図示せず）とからなる。継手外輪１５は、継手内輪およびボールを収容したマウス部２５と、マウス部２５から軸方向に一体的に延び、外周面にセレーション部２６が形成されたステム部２７を有する。

このステム部２７をハブ輪１の貫通孔に挿入し、ハブ輪１の加締部１１に継手外輪１５の肩部１６を突合せた状態で、ステム部２７の端部に形成された雄ねじ部２９にナット３０を締め付けることによって、等速自在継手６をハブ輪１に固定している。このステム部２７の外周面および貫通孔の内周面に形成されたセレーション部２６，２８により両者を嵌合させることによりトルク伝達可能となっている。
特開２００３−９７５８８号公報特開２００３−１３６９０８号公報特開２００３−１１８３０９号公報

ところで、前述した駆動輪用の軸受装置では、例えば車両発進時、軸受部２０のハブ輪１の加締部１１と等速自在継手６の継手外輪１５の肩部１６との間で、カッキン音と通称されるスティックスリップ音が発生するおそれがある。

このスティックスリップ音であるが、車両発進時、静止状態にある軸受部２０のハブ輪１に対して等速自在継手６の継手外輪１５から回転トルクが負荷されると、セレーション部２６，２８を介してその継手外輪１５からハブ輪１へ回転トルクを伝達しようとするが、継手外輪１５の捩れによりハブ輪１の加締部１１と継手外輪１５の肩部１６との間で急激な滑りが発生する。この急激な滑りが原因となってスティックスリップ音が発生する。

前述したスティックスリップ音を未然に防止する手段として、継手外輪１５の肩部１６の端面に凹凸部またはショットピーニング部（遠心力や圧縮空気によって高速射出されたショット球を衝突させることにより、凹凸が形成され、高密度化と硬化がなされた部分）を形成することにより、ハブ輪１の加締部１１と継手外輪１５の肩部１６との接触部での摩擦抵抗を大きくしたり（例えば、特許文献１，３参照）、あるいは、ハブ輪１の加締部１１の平坦な端面に凹溝を形成すると共にその凹溝内にグリースを充填することにより、ハブ輪１の加締部１１と継手外輪１５の肩部１６との接触部での摩擦抵抗を小さくする手段が講じられている（例えば、特許文献２参照）。

しかしながら、現在主流となっているタイプの車輪用軸受装置、すなわち、ハブ輪１の加締部１１と継手外輪１５の肩部１６とを突合せた接触部を有する車輪用軸受装置では、スティックスリップ音を未然に防止する手段、つまり、前述のようにハブ輪１の加締部１１と継手外輪１５の肩部１６との接触部での摩擦抵抗を大きくしたり、逆に小さくしたりすると、スティックスリップ音防止対策として十分とはいえないことが、本出願人が実施した実験により明らかとなった。

そこで、本発明は前述の問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、ハブ輪の加締部と継手外輪の肩部とを突合せた車輪用軸受装置において、車両発進時におけるスティックスリップ音の発生を確実に防止することにある。

まず、本発明に係る車輪用軸受装置の主要な構造と、同じく本発明に係るスティックスリップ音について説明する。

まず、車輪用軸受装置の主要な構造であるが、内周に複列の軌道面が形成された外輪と、一端に車輪取付フランジを有すると共に外周に複列の軌道面を有し、ハブ輪と内輪からなる内方部材と、外輪と内方部材のそれぞれの軌道面間に介装された複列の転動体とを備え、ハブ輪の小径段部の端部を加締めることによりハブ輪と内輪を一体化し、ハブ輪の内径にトルク伝達手段を介して等速自在継手の継手外輪を嵌合させ、ハブ輪の加締部と継手外輪の肩部とを突合せている。

次に、スティックスリップ音について理論的に説明する。

等速自在継手のステム部の慣性モーメントをＩ_ｃ、ステム部の回転ばね係数をＫ_ｃ、ハブ輪の捩り部（ステム部からの回転トルクを受ける部分）の慣性モーメントをＩ_ｈ、ハブ輪の捩り部の回転ばね定数をＫ_ｈ、ハブ輪の捩り部の捩りトルクをＴ、ハブ輪の捩り部の捩り角をθ、ハブ輪の捩り部の角振動数をω、ハブ輪の加締部と継手外輪の肩部との接触部の動摩擦係数をμ_ｄ、等速自在継手のステム部とハブ輪の締付け力をＦ_ａ、ハブ輪の加締部と継手外輪の肩部とを突合せた接触部の等価的な接触回転半径をｒ_ｅとしハブ輪の加締部と継手外輪の肩部との接触部、即ち等速自在継手とハブ輪との接触部における静止摩擦トルクμ_ｓＦ_ａｒ_ｅがハブ輪の捩り剛性による復元力より大きい場合は、等速自在継手とハブ輪は一体に回転し、以下に示す式（１）が成り立つ。なお、μ_ｓは静止摩擦係数である。

ハブ輪の捩りトルクＴが増大して、ハブ輪の捩り剛性による復元力が静止摩擦トルクμ_ｓＦ_ａｒ_ｅを超えた場合は、等速自在継手とハブ輪とが分離して運動し、以下に示す式（２）および式（３）が導き出せる。

上記の式（１）〜式（３）を数値計算で解いた結果、静止摩擦係数μ_ｓと動摩擦係数μ_ｄの差が設計上重要となり、この差を小さくすることがスティックスリップ音を防止するための対策の一つであることが本出願人により判明した。より具体的な手法としては、静止摩擦係数μ_ｓの値を下げることがスティックスリップ音を防止する手段であることが判明した。

そこで、この静止摩擦係数μ_ｓの値を下げるための本発明の車輪用軸受装置、つまり前記のスティックスリップ音を防止するという課題を解決するための本発明の車輪用軸受装置は、内周に複列の軌道面が形成された外輪と、一端に車輪取付フランジを有すると共に外周に複列の軌道面を有し、ハブ輪と内輪からなる内方部材と、前記外輪と内方部材のそれぞれの軌道面間に介装された複列の転動体とを備え、前記ハブ輪の小径段部の端部を加締めることによりハブ輪と内輪を一体化し、前記ハブ輪の内径にトルク伝達手段を介して等速自在継手の継手外輪を嵌合させ、ハブ輪の加締部と継手外輪の肩部とを突合せた前記した構造の車輪用軸受装置において、前記ハブ輪の加締部は未焼入れとされ、前記継手外輪の肩部は前記ハブ輪の加締部との突合せ面が硬化処理され、かつ、前記継手外輪の肩部の突合せ面に、面粗さをなす突起が円環状に形成され、この円環状に形成した突起の面粗さを周期と標準偏差で規定し、前記ハブ輪の加締部を塑性変形させる臨界押込み量以上で前記突起を前記ハブ輪の加締部に押込んだことを特徴とするものである（請求項１）。

この車輪用軸受装置では、継手外輪の肩部の突合せ面がハブ輪の加締部に容易に食い込むよう、継手外輪の肩部の、ハブ輪の加締部との突合せ面は硬化処理し、ハブ輪の加締部は未焼入れとする。この構造により、継手外輪の捩れによりハブ輪の加締部と継手外輪の肩部との間で、スティックスリップ音の発生原因となる急激な滑りが発生しにくくなる。

また、この車輪用軸受装置では、継手外輪の肩部の突合せ面には、面粗さをなす突起を、等速自在継手のステム部の回転軸を中心として円環状に形成する。

上記のように継手外輪の肩部の突合せ面に突起を形成すると、継手外輪がトルク伝達時に回転しても、円環状、即ち回転方向に対して突起が形成されるため、継手外輪の肩部の突合せ面において、回転方向に対して、突起形成領域と突起非形成領域との両方が存在することがない。そのため、突起形成領域による、継手外輪が回転した際の、ハブ輪の加締部の突合せ面を掘り起こす作用が生じない。このため、掘り起こし作用時にかかる力（掘り起こし抵抗）による、ハブ輪の加締部と継手外輪の肩部との接触部での静止摩擦係数μ_ｓの増大が防止される。

さらに、この車輪用軸受装置では、継手外輪の肩部の突合せ面に、前記のように面粗さをなす突起を円環状に形成し、この円環状に形成した突起の面粗さを周期と標準偏差で規定する。そして、ハブ輪の加締部に継手外輪の肩部を突合せた状態で、等速自在継手のステム部の端部に形成される雄ねじ部にナットを締め付けることにより、ハブ輪の加締部を塑性変形させる臨界押込み量以上で、前記突起をハブ輪の加締部に押し込む。

上記のように、継手外輪の肩部の突合せ面に円環状に形成する突起の面粗さを周期と標準偏差で規定し、この突起を、ハブ輪の加締部を塑性変形させる臨界押込み量以上で、ハブ輪の加締部に押し込む。これにより、ハブ輪の加締部と継手外輪の肩部とを突合せた接触部での静止摩擦係数μ_ｓが低減する。

このように、ハブ輪の加締部と継手外輪の肩部とを突合せた接触部での静止摩擦係数μ_ｓが低減すると、車両発進時に静止状態にある軸受部のハブ輪に対して、等速自在継手の継手外輪から回転トルクが負荷された場合に、継手外輪の捩れによりハブ輪の加締部と継手外輪の肩部との間で滑りが発生しても、ハブ輪の加締部と等速自在継手の継手外輪の肩部との間で急激な滑りが発生することがなくなる。

なお、本発明は、外輪の外周に車体取付フランジを有し、ハブ輪の外周に、複列の軌道面のうち、一方の軌道面が形成されている車輪用軸受装置にも適用することもできる（請求項２）。

本発明の車輪用軸受装置では、ハブ輪の加締部は未焼き入れ状態とし、継手外輪の肩部はハブ輪の加締部との突合せ面を硬化処理し、この継手外輪の肩部の突合せ面に、面粗さをなす突起を円環状に形成する。そして、この円環状に形成した突起の面粗さを周期と標準偏差で規定し、ハブ輪の加締部を塑性変形させる臨界押込み量以上で、前記突起をハブ輪の加締部に押し込む。

これにより、ハブ輪の加締部と継手外輪の肩部との接触部における静止摩擦係数μ_ｓが低減する。そのため、車両発進時に静止状態にある軸受部のハブ輪に対して、等速自在継手の継手外輪から回転トルクが負荷された場合に、継手外輪の捩れによりハブ輪の加締部と継手外輪の肩部との間で滑りが発生しても、ハブ輪の加締部と等速自在継手の継手外輪の肩部との間で急激な滑りが発生することがなくなる。この結果、スティックスリップ音の発生が防止できる。

本発明に係る車輪用軸受装置の実施形態を以下に詳述する。

図１に示す実施形態は、駆動輪用の軸受装置で、ハブ輪１０１および内輪１０２、複列の転動体１０３，１０４、外輪１０５、等速自在継手１０６を主要な構成要素としている。

ハブ輪１０１は、その外周面にアウトボード側の軌道面１０７が形成されると共に、車輪（図示せず）を取り付けるための車輪取付フランジ１０９を備えている。この車輪取付フランジ１０９の円周方向等間隔に、ホイールディスクを固定するためのハブボルト１１０が植設されている。このハブ輪１０１の外周面に形成された小径段部１１２に内輪１０２を嵌合させ、この内輪１０２の外周面にインボード側の軌道面１０８が形成されている。

内輪１０２は、クリープを防ぐために適当な締め代をもって圧入されている。ハブ輪１０１の外周面に形成されたアウトボード側の軌道面１０７と、内輪１０２の外周面に形成されたインボード側の軌道面１０８とで複列の軌道面を構成する。この内輪１０２をハブ輪１０１の小径段部１１２に圧入し、ハブ輪１０１の小径段部１１２の端部を外側に加締めることにより、その加締部１１１でもって内輪１０２を抜け止めしてハブ輪１０１と一体化し、軸受部１２０に予圧を付与している。

外輪１０５は、内周面にハブ輪１０１および内輪１０２の軌道面１０７，１０８と対向する複列の軌道面１１３，１１４が形成され、車体（図示せず）に取り付けるための車体取付フランジ１１７を備えている。この車体取付フランジ１１７は、車体の懸架装置（図示せず）から延びるナックルに取り付け孔１１９を利用してボルト固定される。

軸受部１２０は、複列のアンギュラ玉軸受構造で、ハブ輪１０１および内輪１０２の外周面に形成された軌道面１０７，１０８と外輪１０５の内周面に形成された軌道面１１３，１１４との間に転動体１０３，１０４を介在させ、各列の転動体１０３，１０４を保持器１２１，１２２により円周方向等間隔に支持した構造を有する。軸受部１２０の両端開口部には、ハブ輪１０１と内輪１０２の外周面に摺接するように、外輪１０５とハブ輪１０１および内輪１０２との環状空間を密封する一対のシール１２３，１２４が外輪１０５の両端部内径に嵌合され、内部に充填されたグリースの漏洩ならびに外部からの水や異物の侵入を防止するようになっている。

等速自在継手１０６は、ドライブシャフトを構成する中間軸（図示せず）の一端に設けられ、内周面にトラック溝が形成された継手外輪１１５と、その継手外輪１１５のトラック溝と対向するトラック溝が外周面に形成された継手内輪（図示せず）と、継手外輪１１５のトラック溝と継手内輪のトラック溝との間に組み込まれたボール（図示せず）とからなる。継手外輪１１５は、継手内輪およびボールを収容したマウス部１２５と、マウス部１２５から軸方向に一体的に延び、外周面にセレーション部１２６が形成されたステム部１２７を有する。

このステム部１２７をハブ輪１０１の貫通孔に挿入し、ハブ輪１０１の加締部１１１に継手外輪１１５の肩部１１６を突合せた状態で、ステム部１２７の端部に形成された雄ねじ部１２９にナット１３０を締め付けることによって、等速自在継手１０６をハブ輪１０１に固定している。このステム部１２７の外周面および貫通孔の内周面に形成されたセレーション部１２６，１２８により両者を嵌合させることにより、トルク伝達可能となる。

上記のように、本実施形態では、ハブ輪１０１の加締部１１１に継手外輪１１５の肩部１１６を突合せるため、継手外輪１１５の肩部１１６の突合せ面１１６ａがハブ輪１０１の加締部１１１の突合せ面１１１ａに容易に食い込むよう、継手外輪１１５の肩部１１６は表面硬化処理され、ハブ輪１０１の加締部１１１は未焼入れとされる。

この点についてさらに説明すると、ハブ輪１０１の加締部１１１は未焼入れであるのは、ハブ輪１０１の加締部１１１の形成時に、ハブ輪１０１の小径段部１１２の端部を容易に加締めることができるように、この部分は未焼入れとされるからである。また、継手外輪１１５の肩部１１６が表面硬化処理されるのは、等速自在継手１０６は、ハブ輪１０１の加締部１１１に継手外輪１１５の肩部１１６を突合せた状態で、ステム部１２７の端部に形成された雄ねじ部１２９にナット１３０を締め付けることによって、ハブ輪１０１に固定されることにある。これは、継手外輪１１５の肩部１１６には、ハブ輪１０１の加締部１１１に食い込みやすい硬度が必要であり、また、高い強度が必要であることを意味するからである。なお、図２（ａ）に図１における継手外輪１１５の肩部１１６の要部拡大断面図を、図２（ｂ）に図１におけるハブ輪１０１の加締部１１１の要部拡大断面図を示した。

さて、本実施形態では、上記の構造に加え、継手外輪１１５の肩部１１６とハブ輪１０１の加締部１１１とを突合せた接触部でのスティックスリップ音の発生原因となる静止摩擦係数μ_ｓを低減させる構造を有する。

この構造は、継手外輪１１５の肩部１１６の突合せ面１１６ａには、図１の継手外輪１１５の肩部１１６の突合せ面１１６ａを軸受部１２０側から見た正面図である図２（ｃ）中に散点模様で示すように、面粗さをなす突起１５０を、等速自在継手１０６のステム部１２７の回転軸を中心として円環状に複数形成するものである。この突起１５０は、図２（ｂ）のＸ部分の要部拡大断面図である図２（ｄ）に示すように、径方向に対しては波状に複数形成される。また、この図２（ｄ）は、図２（ｃ）を用いて説明すると、図中Ｙで示した部分を図の右側から見た拡大図となる。

本発明を上記の構造とした理由について、以下に説明する。

従来より、前記した静止摩擦係数μ_ｓに関係する摩擦係数の重要性は認識されており、Transaction of the ASME,Journal of Tribology,JULY 2003,Vol.125,pp499〜506においてLior Kogut & Izhak Etsionが”A Semi-Analytical Solution for the Sliding Inception of a Spherical Contact”で研究されている。

この論文は、変形部が弾性域から弾塑性域、すなわち塑性領域が出現する（塑性変形する）まで静止摩擦係数μ_ｓは急激に減少し、塑性領域が出現した以降は静止摩擦係数μ_ｓの減少傾向はそれ程大きくないことを示している点を示唆するものである。

この内容を考慮して、本発明は、前記のように、スティックスリップ音の発生原因となる静止摩擦係数μ_ｓの値を下げることを、等速自在継手１０６の継手外輪１１５の肩部１１６とハブ輪１０１の加締部１１１とを突合せた接触部で実現した。

具体的手法としては、継手外輪１１５の肩部１１６の突合せ面１１６ａには、面粗さをなす突起１５０を形成し、この突起１５０を、ハブ輪１０１の加締部１１１の突合せ面１１１ａを塑性変形させる臨界押込み量以上で、ハブ輪１０１の加締部１１１に押し込むことが挙げられる。

上記のように、継手外輪１１５の肩部１１６の突合せ面１１６ａに形成する突起１５０を、ハブ輪１０１の加締部１１１、つまりハブ輪１０１の加締部１１１の突合せ面１１１ａに押し込んで、この突合せ面１１１ａを塑性変形させるには、継手外輪１１５の突合せ面１１６ａの粗さを大きくする必要がある。

しかし、この継手外輪１１５の突合せ面１１６ａの粗さを大きくするために、例えば、この突合せ面１１６ａに、突起１５０をステム部１２７の回転軸を中心として放射状に形成することは好ましくない。これは、継手外輪１１５がトルク伝達時に回転した際、継手外輪１１５の肩部１１６の突合せ面１１６ａにおいて、回転方向に対して、上記のような放射状など、突起形成領域と突起非形成領域とが存在する構造であると、突起形成領域が、継手外輪１１５がトルク伝達時に回転した際、ハブ輪１０１の加締部１１１の突合せ面１１１ａを掘り起こす作用を起こす。この時にかかる力（掘り起こし抵抗）により、継手外輪１１５の肩部１１６とハブ輪１０１の加締部１１１ａとを突合せた接触部での静止摩擦係数μ_ｓが増大する場合があるからである。このことは、例えば、久門輝正が日本機械学会論文集,第35巻,273号,1969年,pp1093〜1103に発表している。

従って、本発明は、前記したように、継手外輪１１５の突合せ面１１６ａに形成する面粗さを成す突起１５０を、回転方向に対して突起形成領域と突起非形成領域の両方が存在しないように、即ち回転方向に対して突起形成領域のみが存在するよう、等速自在継手１０６のステム部１２７の回転軸を中心として円環状に形成するのである。

さて、上記のように継手外輪１１５の肩部１１６の突合せ面１１６ａに突起１５０を円環状に形成すると、上記のLior Kogut & Izhak Etsionが展開した球体接触理論をそのまま使うことはできない。

そこで、新たに線接触問題として、継手外輪１１５の肩部１１６の突合せ面１１６ａに、等速自在継手１０６のステム部１２７の回転軸を中心として円環状に形成する突起１５０の面粗さを、周期と標準偏差で規定する。そして、この周期と粗さを規定した円環状に形成する突起１５０を、ハブ輪１０１の加締部１１１の突合せ面１１１ａが塑性変形するまで押し込んだ時の臨界押し込み量を求め、この臨界押し込み量以上で、突起１５０をハブ輪１０１の加締部１１１の突合せ面１１１ａに押し込む。以下にこの具体的方法について説明する。

前記した線接触における荷重と変位との関係は、例えば、TEDRIC A. HARRISが”ROLLING BEARING ANALYSIS”Forth edition,p.203において、Lundberg and Sjovallの”Stress and Deformation in Elastic Contacts”から引用している式が知られている。

この式において、ｂを接触半幅、βを継手外輪１１５の肩部１１６の突合せ面１１６ａに形成する突起１５０の先端半径、Ｗを円環状の突起一列分に作用する荷重、Ｅを等価縦弾性係数、Ｌを線接触の長さとすると、下記の式（４）が弾性接触理論から導ける。なお、線接触の長さＬに関しては、突起１５０をステム部１２７の回転軸を中心として円環状に形成することから、円環部の半径をＲとしてＬ＝２πＲで求められる。

上記の式（４）の各パラメータについてさらに説明する。継手外輪１１５の肩部１１６の突合せ面１１６ａに形成する突起１５０の先端半径βとは、継手外輪１１５の肩部１１６の突合せ面１１６ａに、図２（ｄ）に示すように、径方向に波状に形成した複数の突起１５０の一つの先端の半径を指す。現実は、円環状に形成する突起１５０の先端半径は全て同じではないが、平均値などで表した代表的な半径とする。円環部の半径Ｒとは、継手外輪１１５の突合せ面１１６ａに円環状に形成する突起１５０の円環部の外周と内周との間の中間部における周（突起先端部の周）とステム部１２７の回転軸との間の長さを指す。

次に、接触している両物体（ここではハブ輪１０１の加締部１１１と継手外輪１１５の肩部１１６）の双方が同じ材料であるため、Ｅは次の式（５）で表される。

ν_１は接触体のポアソン比、つまり接触している両物体の材料に軸方向荷重が作用した時に生じる横ひずみと縦ひずみとの比である。Ｅ_１は接触体の縦弾性係数である。

TEDRIC A. HARRIS記載の式と接触半幅ｂの関係を使うと、線接触の場合において、継手外輪１１５の肩部１１６の突合せ面１１６ａに形成する突起１５０を、ハブ輪１０１の加締部１１１の突合せ面１１１ａに押し込んだ時に、円環状に形成する突起１５０に作用する荷重Ｗと、この時の継手外輪１１５の肩部１１６の突合せ面１１６ａに形成する突起１５０の押込み量（変位）δの関係は、最大接触面圧ｐ_ｍを用いて、次の式（６）で表現できる。

最大接触面圧ｐ_ｍは次の式（７）で表現できる。

一方、継手外輪１１５の肩部１１６の突合せ面１１６ａに形成する突起１５０を、ハブ輪１０１の加締部１１１の突合せ面１１１ａに、この突合せ面１１１ａが塑性変形するまで押し込む場合、最大接触面圧ｐ_ｍと硬さＨ（この場合、未焼入れ状態のハブ輪１０１の加締部１１１の硬さ）との関係は、上記のLior Kogut & Izhak Etsionによって次の式（８）のように示される。

ここでＫは、例えば、W.R.Chang,I.Etsion,D.B.Bogyの”Adhesion Model For MetallicRought Surfaces”,Transaction of the ASME,Vol.110,JANUARY,1988,p.53でポアソン比νを使って次の式（９）で表される。

また、上記のように、継手外輪１１５の肩部１１６の突合せ面１１６ａに形成する突起１５０を、ハブ輪１０１の加締部１１１の突合せ面１１１ａに、この突合せ面１１１ａが塑性変形するまで押し込んだ場合、突起１５０の押込み量δを臨界押込み量δ_ｃとすれば、この臨界押込み量δ_ｃは式（６）の最大接触面圧ｐ_ｍに式（８）を代入することで次の式（１０）のように表現できる。

なお、式（４）,（６）,（１０）に含まれる継手外輪１１５の肩部１１６の突合せ面１１６ａに形成する突起１５０の先端半径βを実測するのは困難であるので、簡易的に次の式（１１）で算出する。

λは継手外輪１１５の肩部１１６の突合せ面１１６ａにおける粗さの周期である。また、σは継手外輪１１５の肩部１１６の突合せ面１１６ａにおける粗さの標準偏差である。これらのパラメータは、継手外輪１１５の肩部１１６の突合せ面１１６ａに円環状に形成する突起１５０について、径方向に測定した値である。

上記の式（１１）の各パラメータについてさらに説明する。継手外輪１１５の肩部１１６の突合せ面１１６ａにおける粗さの周期λとは、継手外輪１１５の肩部１１６の突合せ面１１６ａに円環状に形成する突起１５０の径方向におけるピッチ（幅）を指す。例えば、径方向長さ２０ｍｍの幅に突起１５０の数が１２個である場合は、周期は２０ｍｍ／１１＝１．８２ｍｍとなる。継手外輪１１５の肩部１１６の突合せ面１１６ａにおける粗さの標準偏差σとは、継手外輪１１５の肩部１１６の突合せ面１１６ａに円環状に形成する突起１５０の径方向における標準偏差を指す。つまり、これら粗さの周期λと粗さの標準偏差σとは、継手外輪１１５の肩部１１６の突合せ面１１６ａに円環状に形成する突起１５０の面粗さを規定する。

さて、ここで、継手外輪１１５の肩部１１６の突合せ面１１６ａに形成する突起１５０の、ハブ輪１０１の加締部１１１の突合せ面１１１ａへの押し込み量δが、その臨界押込み量δ_ｃよりも大きいかどうかの判定を行う。この判定は目視では困難であるため、既に導出した式（４）〜式（１１）を用いて、次に示す手順で行う。

〔１〕表面粗さ計で、継手外輪１１５の肩部１１６の突合せ面１１６ａに円環状に形成する突起１５０の粗さの周期λと標準偏差σを実測し、式（１１）で継手外輪１１５の肩部１１６の突合せ面１１６ａに形成する突起１５０の先端半径βを計算する。
〔２〕継手外輪１１５の肩部１１６の突合せ面１１６ａに形成する突起１５０をハブ輪１０１の加締部１１１の突合せ面１１１ａに押し込んだ時の、一つの突起に作用する荷重Ｗを求め、式（４）で接触半幅ｂを求める。この際、Ｅは式（５）から計算する。
一つの突起に作用する荷重Ｗを求める方法を述べる。円環状突起１５０の半径が異なるから周囲長さが異なり、これによりそれぞれの円環状に形成する突起１５０に作用する荷重が異なることになる。それには、突合せ面１１１ａの突起１５０の全長を算出しておき、突合せ面１１１ａにかかる荷重を除することで、単位長さ当たりの突起荷重を算出すれば、一つの突起に作用する荷重を容易に求めることができる。
〔３〕式（７）から最大接触面圧ｐ_ｍを求める。
〔４〕式（６）から、継手外輪１１５の肩部１１６の突合せ面１１６ａに形成する突起１５０の、ハブ輪１０１の加締部１１１の突合せ面１１１ａへの押込み量δを求める。
〔５〕式（１０）から、ハブ輪１０１の加締部１１１の突合せ面１１１ａが塑性変形するまで、継手外輪１１５の肩部１１６の突合せ面１１６ａに形成する突起１５０をハブ輪１０１の加締部１１１の突合せ面１１１ａへ押し込んだ時の臨界押込み量δ_ｃを求める。
〔６〕押込み量δ＞臨界押込み量δ_ｃならば、ハブ輪１０１の突合せ面１１１ａが塑性変形していると判断する。

なお、〔６〕でハブ輪１０１の加締部１１１の突合せ面１１１ａが塑性変形していないと判断されれば、ステム部１２７の端部に形成された雄ねじ部１２９に締め付けるナット１３０の締め付け力を大きくして、ハブ輪１０１の加締部１１１の突合せ面１１１ａにかかる全荷重を大きくして突起に作用する荷重Ｗを大きくする。これにより、〔４〕で求める押し込み量δを大きくして、〔６〕の条件を満たすようにする。

上記の判定法以外に、簡易的に式（７）＞式（８）、即ち下記の式（１２）が成り立つならば、ハブ輪１０１の加締部１１１の突合せ面１１１ａが塑性変形していると判断することができる。なお、接触幅ｂは、式（４）、Ｋは式（９）から求める。

本実施形態では、継手外輪１１５の肩部１１６の突合せ面１１６ａに、面粗さをなす突起１５０を、ステム部１２７の回転軸を中心として円環状に形成する。そして、この突起１５０を突合せ面１１１ａに、突合せ面１１１ａを塑性変形させる臨界押込み量δ_ｃ以上の押し込み量δで押し込む。つまり、ハブ輪１０１の加締部１１１の突合せ面１１１ａが塑性変形するまで、突起１５０をハブ輪１０１の加締部１１１の突合せ面１１１ａに押し込む。

これにより、ハブ輪１０１の加締部１１１と継手外輪１１５の肩部１１６とを突合せた接触部において、継手外輪１１５がトルク伝達時に回転した際、継手外輪１１５の肩部１１６に形成する突起１５０の掘り起こし抵抗による静止摩擦係数μ_ｓの増大を防いで、前記接触部における静止摩擦係数μ_ｓを低減することができる。この結果、スティックスリップ音を防止することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明を行ったが、これはあくまで例示であり、特許請求の範囲に記載の意味および内容の全ての事項を含む。

本発明に係る車輪用軸受装置の実施形態を示す断面図である。（ａ）は図１のハブ輪の加締部を示す要部拡大断面図、（ｂ）は図１の継手外輪の肩部を示す要部拡大断面図である。（ｃ）は図１において、継手外輪１１５の肩部１１６の突合せ面１１６ａを軸受部１２０側から見た正面図である。（ｄ）は（ｂ）のＸで示した部分の拡大断面図であり、かつ、（ｃ）のＹで示した部分を図の右側から見た拡大断面図である。車輪用軸受装置の従来例を示す断面図である。

符号の説明

１０１ハブ輪
１０２内輪
１０３、１０４転動体
１０５外輪
１０６等速自在継手
１０７、１０８軌道面
１１１加締部
１１１ａ、１１６ａ突合せ面
１１２小径段部
１１３、１１４軌道面
１１５継手外輪
１１６肩部

Claims

内周に複列の軌道面が形成された外輪と、一端に車輪取付フランジを有すると共に外周に複列の軌道面を有し、ハブ輪と内輪からなる内方部材と、前記外輪と内方部材のそれぞれの軌道面間に介装された複列の転動体とを備え、前記ハブ輪の小径段部の端部を加締めることによりハブ輪と内輪を一体化し、前記ハブ輪の内径にトルク伝達手段を介して等速自在継手の継手外輪を嵌合させ、ハブ輪の加締部と継手外輪の肩部とを突合せた車輪用軸受装置において、
前記ハブ輪の加締部は未焼入れとされ、前記継手外輪の肩部は前記ハブ輪の加締部との突合せ面が硬化処理され、かつ、前記継手外輪の肩部の突合せ面に、面粗さをなす突起が円環状に形成され、この円環状に形成した突起の面粗さを周期と標準偏差で規定し、前記ハブ輪の加締部を塑性変形させる臨界押込み量以上で前記突起を前記ハブ輪の加締部に押込んだことを特徴とする車輪用軸受装置。
前記外輪の外周に車体取付フランジを有し、ハブ輪の外周に、複列の軌道面のうち、一方の軌道面が形成されていることを特徴とする請求項１記載の車輪用軸受装置。