(57)【要約】【課題】車輪支持用軸受装置のハブ輪および外輪の少なくとも一方の部材を製造するに際し、冷間鍛造を用いる場合に、冷間鍛造時に発生する割れを抑制する。【解決手段】軟化焼鈍を施して、球状セメンタイト、針状セメンタイトおよびフェライトを有する組織を備えてなるビレットを冷間鍛造して成形し、更に、その表面硬さがＨＶ１８０以下の範囲で且つ鋼材中の硫黄の含有量を適正に調節する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面に形成された内輪軌道面に高周波焼入れが施されたハブ輪と、そのハブ輪を複数の転動体を介して回転自在に支持する外輪と、を備える車輪支持用軸受装置であって、
前記ハブ輪および外輪の少なくとも一方の部材は、冷間鍛造をする前に軟化焼鈍を施して、球状セメンタイト、針状セメンタイトおよびフェライトを有する組織を備えてなるビレットを冷間鍛造して成形されており、更に、その表面硬さがＨＶ１８０以下の範囲で且つ下記（１）式の範囲に調整されていることを特徴とする車輪支持用軸受装置。
表面硬さ（ＨＶ）＋２×１０３×Ｓ≦２２０，且つＳ≦０．０３５・・・・・（１）
但し（１）式において、Ｓは硫黄の質量％である。
【請求項２】
請求項１に記載の車輪支持用軸受装置において、
前記ハブ輪および外輪の少なくとも一方の部材を形成する鋼材の鋼種は、炭素含有量が０．４５質量％〜０．７５質量％であるＪＩＳ規格Ｓ４５Ｃ〜Ｓ７５Ｃ、およびＳＡＥ規格１０４５〜１０７５から選択される一の鋼種であることを特徴とする車両用軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車の車輪等を懸架装置に対して回転自在に支持する車輪支持用軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の車輪支持用軸受装置は、一般に、車輪と一体に回転するハブ輪と、このハブ輪の外周面に形成された内輪軌道面をハブ輪の回転に伴って転動する複数の転動体と、この転動体を介してハブ輪を回転自在に支持する外輪と、を備えた構成となっている。
しかし、このような車輪支持用軸受装置では、従来、ハブ輪や外輪が、高炭素鋼材（例えばＳ５０〜Ｓ５５Ｃ相当材、ＳＡＥ１０７０等）を熱間鍛造した後、所定の形状に切削加工して形成されている。そのため、ハブ輪や外輪の製造に多くの手間と時間がかかるという難点がある。
【０００３】
そこで、車輪支持用軸受装置のハブ輪や外輪の素材として炭素鋼板を用い、この炭素鋼板を所定の形状にプレス成形することによってハブ輪や外輪を製造する技術が提案されている（例えば特許文献１〜５参照）。
【特許文献１】特開２００３−２５８０３号公報
【特許文献２】特許第３３５２２２６号公報
【特許文献３】特開平９−１５１９５０号公報
【特許文献４】特開平７−３１７７７７号公報
【特許文献５】特開２００６−６４０３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、一般的に０．４５％以上の炭素を有する鋼は難加工材であり、このような鋼を冷間鍛造する場合、鍛造時の割れが問題となる。そこで、この問題点に対して本発明者らが研究を進めたところ、鋼中の硫化マンガンが冷間鍛造時の割れに影響することがわかった。そして、使用する鋼材中の硫黄の含有量を制御することで、鋼材中に生成された非金属介在物である硫化マンガンの生成を抑え、結果として冷間鍛造時の割れを抑制し得る硫黄の含有量を解明するに至った。
本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、鋼材中の硫黄の含有量を適正に調節して、冷間鍛造時に発生する割れを抑制し得る車両用軸受装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明者らは、ハブ輪と、そのハブ輪を複数の転動体を介して回転自在に支持する外輪と、を備える車輪支持用軸受装置において、冷間鍛造でハブ輪および外輪の少なくとも一方の部材を製造する場合に、硫黄含有量および硬さについて鋭意研究を行い、良好な成形性が得られる素材の状態に関する知見を得、かかる知見に基づいて本発明を完成するに至った。
【０００６】
即ち、上記目的を達成するために、本発明は、外周面に形成された内輪軌道面に高周波焼入れが施されたハブ輪と、そのハブ輪を複数の転動体を介して回転自在に支持する外輪と、を備える車輪支持用軸受装置であって、前記ハブ輪および外輪の少なくとも一方は、冷間鍛造をする前に軟化焼鈍を施して、球状セメンタイト、針状セメンタイトおよびフェライトを有する組織を備えてなるビレットを冷間鍛造して成形されており、更に、その表面硬さがＨＶ１８０以下の範囲で且つ下記（１）式の範囲に調整されていることを特徴とする。
表面硬さ（ＨＶ）＋２×１０３×Ｓ≦２２０，且つＳ≦０．０３５・・・・・（１）
但し（１）式において、Ｓは、硫黄の質量％である。
ここで、上記本発明に係る車輪支持用軸受装置において、前記ハブ輪および外輪の少なくとも一方を形成する鋼材の鋼種は、炭素含有量が０．４５質量％〜０．７５質量％であるＪＩＳ規格Ｓ４５Ｃ〜Ｓ７５Ｃ、およびＳＡＥ規格１０４５〜１０７５から選択される一の鋼種であることは好ましい。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、ハブ輪および外輪の少なくとも一方の部材を製造するに際し、冷間鍛造を用いる場合に、鋼材中の硫黄の含有量を適正に調節して、冷間鍛造時に発生する割れを抑制することができる。したがって、ハブ輪および外輪の少なくとも一方の部材の製造が容易である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る車輪支持用軸受装置を説明する図であり、同図では、車輪支持用軸受装置をその軸線を含む断面で図示している。
同図に示すように、この車輪支持用軸受装置１は、ハブ輪２、内輪３、外輪４及び複数の転動体５を備えて構成されており、ハブ輪２の外周面の外端部（自動車への組み付け状態で車幅方向外側の端部：同図の左端部）には、車輪を支持するための車輪取付用のフランジ部６が設けられている。
【０００９】
また、ハブ輪２の内端部（同図の右端部）には小径段部８が形成されており、この小径段部８に嵌め込まれた内輪３の外周面及びハブ輪２の軸方向の中間部外周面には、それぞれ軌道面が形成されて複列の内輪軌道面７ａ，７ｂとされている。そして、このハブ輪２の内端部は中実の円筒状に形成されており、この円筒状の部分を径方向外方にかしめ広げることにより、かしめ部９が形成され、これにより、内輪３をハブ輪２に固定している。
【００１０】
また、外輪４には、その内周面に、上記複列の内輪軌道面７ａ，７ｂに対応する複列の外輪軌道面１０ａ，１０ｂが形成されており、また、ハブ輪２のフランジ部６から離間する側の端部には、懸架装置取付用フランジ１１が設けられている。そして、複列の内輪軌道面７ａ，７ｂと複列の外輪軌道面１０ａ，１０ｂとの間には、複数の転動体５が転動可能にそれぞれ配設されている。なお、同図に示す例では、転動体５として玉を使用しているが、重量の嵩む車輪支持用軸受装置の場合には、転動体５としてテーパころを使用する場合もある。
そして、この車輪支持用軸受装置１を自動車に組み付けるには、外輪４の懸架装置取付用フランジ１１を懸架装置に固定し、ハブ輪２の車輪取付用のフランジ部６に車輪を固定する。これにより、車輪を懸架装置に対して回転自在に支持するようになっている。
【００１１】
ここで、この車輪支持用軸受装置１のハブ輪２は、高炭素（炭素含有量：０．４５〜０．７５重量％）のビレットを用いている。そして、そのビレットに塑性加工による成形前に、軟化焼鈍を施している。この軟化焼鈍条件は、Ａ１変態点以上の７４０〜８６０℃を０．１ｈｒ以上保持した後、７２０〜６８０℃まで２０〜７０℃／ｈｒで冷却後、１〜５ｈｒ程度保持し、６２０〜６８０℃まで１０〜１００℃／ｈｒで冷却を行い、さらに、５００〜５６０℃まで１０〜１５０℃／ｈｒで冷却を行う。この条件で処理を実施することで、球状化セメンタイト、針状セメンタイト、フェライトの組織となる。
【００１２】
そして、この車輪支持用軸受装置１のハブ輪２は、上記軟化焼鈍を施したビレットを塑性加工して成形されている。
図２は、上記軟化焼鈍を施したビレットを用いて、ハブ輪２を冷間鍛造によって成形する工程の一例を示す概略図（ａ）〜（ｄ）、および同図（ｄ）でのＥ矢視図（ｅ）である。
【００１３】
同図（ａ）〜（ｄ）に示すように、このハブ輪２の成形工程は、上記軟化焼鈍後のビレット２Ｓを素材として用い（同図（ａ）参照）、このビレット２Ｓに第一の前方押出し、第二の前方押出しを順に行い（同図（ｂ）参照）、次いで、必要な段付け加工を施し（同図（ｃ）参照）、最後に、側方押出し（同図（ｄ）および（ｅ）参照）を行って成形される。なお、このハブ輪２は、その大部分が焼入れ焼戻しをすることなく使用されるが、上記図１に示すように、車輪取付用フランジ６の車幅方向内側の付け根部（以下、内側付け根部という）１２から内輪軌道面７ｂを経て小径段部８までの領域は、転がり疲労寿命を確保するためと、内輪３の嵌合部でのフレッチングを防止するために、高周波焼入れによる硬化層１３が形成されている。
【００１４】
ここで、本実施の形態では、軟化焼鈍を施した焼鈍材をビレット２Ｓの素材に用いることにより、高炭素ビレットの硬さを低下させ、これにより素材の加工性の向上を図ると共に、冷間鍛造による塑性加工での素材の割れを防止している。なお、素材の硬さとしては、その表面硬さがＨＶ１８０以下であれば、十分な塑性変形能が得られるが、変形抵抗は、その硬さが低い方が小さくなって塑性加工を行い易くなるので、素材の硬さは望ましくはＨＶ１７０以下とする。
【００１５】
すなわち、上述したように、このハブ輪２は、軟化焼鈍を施した炭素含有量：０．４５〜０．７５重量％の高炭素ビレットを用いており、このビレットに塑性加工による成形として冷間鍛造をする前に軟化焼鈍を施し、球状セメンタイト、針状セメンタイトおよびフェライトを有する組織を備えてなるビレットにして、この軟化焼鈍後のビレットを冷間鍛造して成形されており、更に、その表面硬さがＨＶ１８０以下の範囲で且つ下記（１）式の範囲に調整されている。
表面硬さ（ＨＶ）＋２×１０３×Ｓ≦２２０，且つＳ≦０．０３５・・・・・（１）
但し（１）式において、Ｓは硫黄の質量％である。
【００１６】
以下、上述した数値の臨界的意義について述べる。
[ＨＶ１８０以下]
上記条件で軟化焼鈍を実施した場合、ビレット２Ｓの良好な成形性が得られるが、焼鈍不十分であった場合、変形抵抗が大きくなるので割れが発生してしまうことが考えられる。そこで、良好な成形性を十分に得る為の硬さとしては、表面硬さがＨＶ１８０以下であることが必要である。
【００１７】
[（ＨＶ）＋２×１０３×Ｓ（質量％）≦２２０]
Ｓ（硫黄）に関しては、Ｓ（硫黄）の質量％が増えていくにつれて、ＭｎＳ（硫化マンガン）が増加する。そのため、本実施形態の例のような強烈な冷間鍛造をビレット２Ｓに施した場合、ＭｎＳが割れの起点となってしまう。しかしながら、Ｓ（硫黄）の量を制御するだけでは、冷間鍛造の際の割れを十分に防止または抑制することが困難である。鍛造割れの原因として、硫化マンガンのような介在物だけではなく、組織的な因子も影響するからである。そのため、両者の最適値を満足しなければならいない。具体的には、素材の組織状態によっても影響を受けるため、硬さとＳ（硫黄）の量との最適値で規定する必要がある。そのため、「（ＨＶ）＋２×１０３×Ｓ（質量％）≦２２０，且つＳ（質量％）≦０．Ｏ３５」と規定した（数値根拠は以下の実施例参照）。
【実施例】
【００１８】
本発明の効果を確認するために、以下の実験を行った。
[冷間鍛造実験]
ＪＩＳ規格、Ｓ４５Ｃ、Ｓ５５Ｃ、Ｓ７５Ｃ相当のφ６０ｍｍのビレット（２Ｓ）を、図２に示した上述の製造工程で冷間鍛造を施し、これにより成形されたハブ輪２のフランジ部６の外周部にマイクロクラック（割れ）が発生しているか否かを顕微鏡観察にて確認を行った。各条件１００個実験を実施し、割れの発生率で整理した。実験結果を表１に示す。また、図３に「（ＨＶ）＋２×１０３×Ｓ（質量％）」と割れ発生率の関係を示す。
【００１９】
尚、本実施例のビレットの焼鈍条件は、Ａ１変態点以上の７４０〜８６０℃を０．１ｈｒ以上保持した後、７２０〜６８０℃まで２０〜７０℃／ｈｒで冷却後１〜５ｈｒ程度保持、６２０〜６８０℃まで１０〜１００℃／ｈｒで冷却を行い、さらに５００〜５６０℃まで１０〜１５０℃／ｈｒで冷却を行った。この条件で処理を実施することで、球状化セメンタイト、針状セメンタイト、フェライトの組織となる。
【００２０】
【表１】
2010018229.tif 000002
【００２１】
表１および図３に示す結果からわかるように、「（ＨＶ）＋２×１０３×Ｓ（質量％）」の値が２２０以下（実施例１〜１８）では、割れが生じておらず、これに対し、「（ＨＶ）＋２×１０３×Ｓ（質量％）」の値が２２０を超える（比較例１〜１８）と割れが生じ、２２０を境にして、フランジ部６の外周部に割れの発生率が高くなっていることがわかる。これは、Ｓ（硫黄）の量の増加にともなって、ＭｎＳの量が著しく増加したためであることが考えられる。この結果から考えると冷間鍛造の際の割れをより好適に防止または抑制する上では、「（ＨＶ）＋２×１０３×Ｓ（質量％）」の値を２２０以下にしなければならないことがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態に係る車輪支持用軸受装置を示す断面図である。
【図２】図１に示す車輪支持用軸受装置のハブ輪のビレット塑性加工による成形工程の一例を示す概略図である。
【図３】「（ＨＶ）＋２×１０３×Ｓ（質量％）」と割れ発生率の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２３】
１    車輪支持用軸受装置
２    ハブ輪
３    転動体
４    外輪
５    転動体
６    フランジ部
２Ｓ    ビレット
【図１】
2010018229.tif 000003
【図２】
2010018229.tif 000004
【図３】
2010018229.tif 000005