(57)【要約】【課題】  車輪支持用軸受装置のハブ輪を炭素鋼板に塑性加工による成形を施して製造する際に良好な成形性を得る。【解決手段】  車輪支持用軸受装置のハブ輪２ａを、軟化焼鈍を施した炭素含有量：０．４５〜０．７５重量％、板厚：５ｍｍ以上の鋼板を塑性加工して成形し、且つ成形前の素材を球状化焼鈍を施したフェライト及び球状セメンタイトで構成すると共に、硬さ：Ｈｖ２００以下、セメンタイト平均粒子径：０．８〜３μｍとする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内方部材と外方部材との間に複数の転動体が転動可能に配設され、前記内方部材及び前記外方部材のいずれか一方の部材が回転側とされ、他方の部材が固定側とされた車輪支持用軸受装置において、
前記内方部材及び前記外方部材の内の少なくとも一方の部材を、軟化焼鈍を施した炭素含有量：０．４５〜０．７５重量％、板厚：５ｍｍ以上の鋼板を塑性加工して成形し、且つ成形前の素材を球状化焼鈍を施したフェライト及び球状セメンタイトで構成すると共に、硬さ：Ｈｖ２００以下、セメンタイト平均粒子径：０．８〜３μｍとしたことを特徴とする車輪支持用軸受装置。
【請求項２】
前記球状化焼鈍処理が、Ａ１変態点〜１０００°Ｃの温度で加熱保持した後、急冷し、その後、６００°Ｃ〜Ａ１変態点の温度で５〜１００時間保持する工程を備えることを特徴とする請求項１に記載した車輪支持用軸受装置。
【請求項３】
前記内方部材をハブ輪として、前記ハブ輪の端部に形成した小径段部に内輪を嵌め込むと共に、該内輪の外周面及び該ハブ輪の軸方向の中間部外周面にそれぞれ軌道面を形成して複列の内輪軌道面とし、また、前記外方部材を外輪として、該外輪の内周面に前記複列の内輪軌道面に対応する複列の外輪軌道面を形成し、前記複列の内輪軌道面と前記複列の外輪軌道面との間に複数の前記転動体を転動自在に配設したことを特徴とする請求項１又は２に記載した車輪支持用軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば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ための車輸支持用軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の車輪支持用軸受装置としては、例えば図５に示すものが知られている。  この車輪支持用軸受装置１は、ハブ輪（内方部材）２、内輪３、外輪（外方部材）４及び複数の転動体５を備えている。ハブ輪２の外周面のアウトボード側端部（自動車への組み付け状態で車幅方向外側の端部：図５の左端部）には車輪取付用フランジ６が設けられ、該車輪取付用フランジ６には該フランジ６のアウトボード側の側面に車輪及びブレーキロータ等を取り付けるためのハブボルト１０が周方向に略等間隔で複数植設されている。
【０００３】
また、ハブ輪２のインボード側端部（自動車への組み付け状態で車幅方向内側の端部：図５の右端部）には小径段部８が形成されており、該小径段部８に嵌め込まれた内輪３の外周面には内輪軌道面９が形成され、ハブ輪２の軸方向の中間部外周面には内輪軌道面７が形成されている。ハブ輪２のインボード側の先端は円筒状に形成されており、該円筒部（加締め部）１２を径方向外方に加締め広げることにより、内輪３がハブ輪２に加締め固定されている。なお、内輪３は、加締めの他、ナットでの締結によって必要な与圧を与えることもある。
【０００４】
外輪４の内周面にはハブ輪２の内輪軌道面７に対応する外輪軌道面１５及び内輪３の内輪軌道面９に対応する外輪軌道面１６が形成されており、また、外輪４の前記車輪取付用フランジ６から離間する側の端部には懸架装置取付用フランジ１７が設けられている。そして、複列の内輪軌道面７，９と複列の外輪軌道面１５，１６との間にそれぞれ複数の転動体５が保持器１４を介して周方向に転動可能に配設されている。
【０００５】
尚、図示の例では、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。
また、ハブ輪２の前記車輪取付用フランジ６のインボード側の付け根部から内輪軌道面７を経て小径段部８までの領域は、転がり疲労寿命確保のためと、内輪嵌合部のフレッチング防止のため、高周波焼入れによる硬化層Ｔが形成されている。
【０００６】
上述の様な車輪支持用軸受装置１を自動車に組み付けるには、固定輪側の外輪４の懸架装置取付用フランジ１７を懸架装置に固定し、回転輪側のハブ輪２の車輪取付用フランジ６にハブボルト１０又はハブボルト１０とナット（図示せず）を介してブレーキロータ及び車輪を固定する。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ことができる。
【０００７】
ところで、車輪支持用軸受装置のハブ輪２や外輪４の材料は、転動疲労強度が必要であり、また、上述した高周波焼入れによる硬化層Ｔも形成されるため、通常、ハブ輪２及び外輪４の材料はいずれも中炭素鋼のＳ５０〜Ｓ５５Ｃ相当材やＳＡＥ１０７０のような高炭素鋼を用い、熱間鍛造で所定の形状を得た後、切削加工が施されるが、近年、製造コストを低減させることを目的として、板材を用いて冷間での塑性加工によってハブ輪２及び外輪４を成形することが試みられている。
【０００８】
順送プレス工程を経てハブ輪２及び外輪４を成形することによって、熱間鍛造、切削、研磨で製造した場合よりもコストを低減することが可能となり、また、冷間成形であるので、フランジ６等の加工精度が向上して、切削加工が不要になるほか、軽量化の利点もあり、注目されている製造技術である（例えば特許文献１、特許文献２、特許文献３及び特許文献４参照）。
【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
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
車輪支持用転動装置は、通常、転がり軸受としての機能を備えており、転送面には高周波焼入れによる硬化層Ｔを形成してＨＲＣ５８以上の硬さが必要となるため、炭素量０．５重量％以上の炭素鋼板が用いられる。一般に、塑性加工性は素材の炭素含有量に大きく依存するので、炭素鋼板は、ＳＰＣＣやＳＰＨＣ等の一般鋼板と比較して成形性が大きく低下する。
【００１０】
しかしながら、上記特許文献１〜４の開示例では、塑性加工の方法が言及されているのみであり、いずれも塑性加工前の素材の硬さや金属組織に関する開示や示唆がなされていない。塑性加工性は、用いる板の前組織の状態に大きく依存するため、素材の状態が硬ければ、塑性加工量が大きくなる部位に関しては、塑性加工時に割れが発生してしまう可能性がある。
【００１１】
塑性加工性は、一般に、焼鈍後の硬さが低いほど良好になるが、ハブ輪のような絞りが加わる加工では、深絞り性や伸びフランジ性のような加工性が要求され、これらの特性は、素材硬さだけでなく、炭化物組織の状態、大きさ、分布が寄与するため、これらの組織を制御した素材を用いる必要がある、
本発明はこのような技術的背景に鑑みてされたものであり、内方部材及び外方部材の内の少なくとも一方の部材を炭素鋼板に塑性加工による成形を施して製造する際に良好な成形性を得ることができる車輪支持用軸受装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らは、高炭素鋼板から塑性加工で内方部材及び外方部材の内の少なくとも一方の部材を製造する場合において、硬さだけではなく、素材の前組織と成形性の関係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組織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。
即ち、上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、内方部材と外方部材との間に複数の転動体が転動可能に配設され、前記内方部材及び前記外方部材のいずれか一方の部材が回転側とされ、他方の部材が固定側とされた車輪支持用軸受装置において、
前記内方部材及び前記外方部材の内の少なくとも一方の部材を、軟化焼鈍を施した炭素含有量：０．４５〜０．７５重量％、板厚：５ｍｍ以上の鋼板を塑性加工して成形し、且つ成形前の素材を球状化焼鈍を施したフェライト及び球状セメンタイトで構成すると共に、硬さ：Ｈｖ２００以下、セメンタイト平均粒子径：０．８〜３μｍとしたことを特徴とする。
【００１３】
請求項２に係る発明は、請求項１において、前記球状化焼鈍処理が、Ａ１変態点〜１０００°Ｃの温度で加熱保持した後、急冷し、その後、６００°Ｃ〜Ａ１変態点の温度で５〜１００時間保持する工程を備えることを特徴とする。
請求項３に係る発明は、請求項１又は２において、前記内方部材をハブ輪として、前記ハブ輪の端部に形成した小径段部に内輪を嵌め込むと共に、該内輪の外周面及び該ハブ輪の軸方向の中間部外周面にそれぞれ軌道面を形成して複列の内輪軌道面とし、また、前記外方部材を外輪として、該外輪の内周面に前記複列の内輪軌道面に対応する複列の外輪軌道面を形成し、前記複列の内輪軌道面と前記複列の外輪軌道面との間に複数の前記転動体を転動自在に配設したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、内方部材及び前記外方部材の内の少なくとも一方の部材を、軟化焼鈍を施した炭素含有量：０．４５〜０．７５重量％、板厚：５ｍｍ以上の鋼板を塑性加工して成形し、且つ成形前の素材を球状化焼鈍を施したフェライト及び球状セメンタイトで構成すると共に、硬さ：Ｈｖ２００以下、セメンタイト平均粒子径：０．８〜３μｍとしているので、炭素鋼板に塑性加工による成形を施して製造する際に良好な成形性を得ることができる。
また、板厚が５ｍｍ以上の鋼板を用いることによって、車輪等が取り付けられるフランジに十分な剛性を与えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態の一例を図を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態である車輪支持用軸受装置のハブ輪の塑性加工による成形工程の一例を示す概略図、図２は本発明例である実施例５の焼鈍後のミクロ組織を示す写真、図３は比較例５の焼鈍後のミクロ組織を示す写真、図４は球状化セメンタイト粒子径と加工率５０％の冷間加工による硬さ上昇量との関係を示すグラフ図である。
【００１６】
本発明の実施の形態の一例である車輪支持用軸受装置は、既に図５で説明した従来の車輪支持用軸受装置１のハブ輪２に略相当する内方部材としてのハブ輪２ａを、図１に示すように、高炭素鋼板に塑性加工による成形を施して製造する場合を例に採る。
即ち、このハブ輪２ａは、軟化焼鈍を施した炭素含有量：０．４５〜０．７５重量％、板厚：５ｍｍ以上の高炭素鋼板を塑性加工して成形し、且つ成形前の素材を球状化焼鈍を施したフェライト及び球状セメンタイトで構成すると共に、硬さ：Ｈｖ２００以下、セメンタイト平均粒子径：０．８〜３μｍとし、更に、前記球状化焼鈍処理が、Ａ１変態点〜１０００°Ｃの温度で加熱保持した後、急冷し、その後、６００°Ｃ〜Ａ１変態点の温度で５〜１００時間保持する工程を備えたもので、これにより、高炭素鋼板に塑性加工による成形を施してハブ輪２ａを製造する際に良好な成形性を得ることができ、また、板厚が５ｍｍ以上の高炭素鋼板を用いることによって、車輪等が取り付けられるフランジ６ａに十分な剛性を与えることができる。
【００１７】
以下、詳述する。
図１はハブ輪２ａの塑性加工による成形工程の一例を示したものであり、まず、圧延鋼板を打ち抜いて素材（ａ）とし、その後、深絞り工程（ｂ）が施され、ピアス工程（ｃ）を経た後、最終形状に成形（ｄ）され、フランジ６ａのトリム工程及びピアッシングによりボルト穴の打ち抜き工程（ｅ）を経て完成される。
本工程のように、深絞り工程（ｂ）で形状を出す場合には、素材の成形性、とくに深絞り性が必要となる。また、フランジ６ａの付け根など、強度が要求される部位は、肉厚を増すための増肉工程も入り、加工度が高くなるので、素材には、良好な塑性加工性が要求される。
【００１８】
通常、高炭素鋼板は、板材の製造過程において熱間圧延が施され、所定の板厚に仕上げられる。熱間圧延ままの状態では、素材製造工程における冷却速度にも依存するが、組織はフェライトとパーライトの混合相となり、おおよその硬さとしてはＨｖ２００〜Ｈｖ３００程度となり、プレス成形を行なうには、硬すぎる状態になる。このような硬質な熱間圧延ままの状態の鋼板では、変形抵抗が著しく大きくなり、成形時の加工応力が著しく大きくなるため、所定の製品形状が得られなかったり、最悪の場合は、割れが発生する可能性がある。
【００１９】
そこで、この実施の形態では、熱間圧延のままの素材を用いずに、軟化焼鈍を施した焼鈍材を素材に用いることにより、硬さを熱間圧延ままの状態よりも低下させ、これにより素材の加工性の向上を図ると共に、塑性加工による素材の割れを防止している。
素材の硬さとしては、Ｈｖ２００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、硬さが低い方が、小さくなって塑性加工がし易くなるので、素材の硬さは望ましくはＨｖ１８０以下とする。
【００２０】
素材の硬さを上げて、塑性加工性を低下させる組織因子としては、パーライトが挙げられ、パーライトの板状のセメンタイトが塑性変形性を低下させる要因となっている。
したがって、この実施の形態では、素材に球状化焼鈍処理を施すことによって、熱間圧延ままで存在しているパーライトを構成している板状のセメンタイトを球状化させ、これにより、素材の硬さを低下させると同時に、深絞り性等の塑性加工特性を向上させ、ハブ輪の加工に際して、割れなどが発生するのを抑制している。
【００２１】
セメンタイトを完全に球状化をするための軟化焼鈍条件としては、Ａ３変態点以上の８００〜９５０°Ｃで焼入れ後、Ａ１変態点以下の６８０〜７００°Ｃで５〜４０時間焼戻しする、所謂調質処理が例示できる。
亜共析鋼は、焼入れた段階では、炭素はすべて固溶し、マルテンサイトおよび残留オーステナイトの２相組織となり、この状態で変態点直下の高温で焼戻すことによって、セメンタイトが析出し、また、変態点直下の高温であるために、セメンタイトが効果的に球状化する。
【００２２】
球状化焼鈍の場合、炭化物のサイズも塑性加工性に関係し、焼鈍時に炭化物粒径が大きくなるほど、基地組織であるフェライト中の炭素が低減されて成形性が向上する。従って、球状化セメンタイトの粒子径は、大きいほど冷間加工性が向上する。後述するが、望ましい球状化セメンタイト平均粒子径は０．８μｍ以上である。０．８μｍ未満の場合は、炭化物同士の間隔が小さくなりすぎ、転位の運動を阻害して、変形抵抗が大きくなるので不適である。
【００２３】
一方、セメンタイト粒子径が著しく大きくなると、冷間加工時に、セメンタイト自身で破損が発生したり、粗大なセメンタイトとフェライトの界面が歪の集中源となってボイドが形成されて、破断しやすくなる。更に、成形加工後、転送面には、高周波焼入れによる硬化層が形成されるが、球状化セメンタイト粒径が大きすぎると、高周波焼入れのような短時間加熱では、セメンタイトが基地組織に溶け込みにくくなり、所望の硬さが得られにくくなる。このような理由から、球状化セメンタイトの平均粒子径の上限は３μｍとしている。
【００２４】
また、セメンタイトが球状化しても、焼鈍の加熱、冷却過程で初析フェライトが形成されてしまう場合がある。この初析フェライト中には、球状化セメンタイトが析出しないので、初析セメンタイトとオ―ステナイトの粒界に球状化セメンタイトが析出して、球状化セメンタイトの分散が不均一となり、初析フェライト界面において、加工の応力が集中し、この界面でボイドが発生しやすくなるので、構成相としては、球状化セメンタイトとフェライトの２相組織とする。
以上のように、本発明に係る球状化焼鈍を施した素材は、非常に軟質で成形加工性に優れる上に、ハブ輪成形時に加工硬化して、強度を向上することができる。
【実施例】
【００２５】
本発明の効果を確認するために、次の実験を行った。
ＪＩＳ  Ｓ５５Ｃ相当（炭素量０．５４重量％）の板材（板厚９．０ｍｍ）を用いて、ハブ輪を想定した深絞り実験および加工硬化実験を行った。深絞り実験での形状は、図１の（ｂ）に示した絞りの工程に相当する。深絞り実験は、成形加工時に発生した最大荷重を測定した。
加工硬化実験は、Ｓ５５Ｃ（１００×１００×９ｍｍ）の鋼板に後述する焼鈍処理を施した。
【００２６】
各鋼板に加工率５０％の冷間圧延を施した後、硬さを測定して、焼鈍後の初期硬さからの硬さの変化量（上昇量）を測定した。また、各焼鈍材の断面を、研磨後、ナイタール腐食液でエッチングし、倍率１０００倍以上の光学顕微鏡および走査型電子顕微鏡写真から、セメンタイト平均粒径を測定した。
深絞り実験の結果は、表１の比較例４の軟化焼鈍材の数値を１とした場合の加工応力比として示した。
素材の球状化焼鈍条件は次の通りである。出発素材は、いずれも熱間圧延まま材（Ｈｖ２３２）である。
【００２７】
（焼鈍条件１〜９）
８４０〜１０００°Ｃで３０分保持後、油冷し、その後６８０〜７００°Ｃで１．５〜３００時間焼戻し後、放冷。
（焼鈍条件１０）
７７０°Ｃで１〜２時間保持後、７００°Ｃまで３０°Ｃ／時間で冷却、その後、７００°Ｃで２時間保持後、放冷。
（焼鈍条件１１）
７６０°Ｃで３０分保持後、７２０°Ｃまで１０°Ｃ／時間で冷却、その後、７２０°Ｃで３０分保持、これを１サイクルとして、３回繰り返した後、放冷。
（焼鈍条件１２）
７６０°Ｃで２〜５時間保持後、７２０°Ｃまで２０°Ｃ／時間で冷却、その後、７２０°Ｃで４時間保持し、６８０°Ｃまで１０°Ｃ／時間で冷却後、５７０°Ｃまで２０°Ｃ／時間で冷却し、放冷。
（焼鈍条件１３）
７００°Ｃで１０時間保持後、放冷。
【００２８】
また、比較例８として熱間圧延ままの素材も実験に供した。
焼鈍後の硬さ、焼鈍後の構成組織、加工硬化実験および絞り加工実験の結果を表１に示す。また、図２に、一例として本発明の実施例５の焼鈍後のミクロ組織、図３に比較例５の焼鈍後のミクロ組織を示す。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
表１から、焼鈍条件１０〜１３、および熱延ままに相当する比較例４〜８は、焼鈍処理によって、一部セメンタイトの球状化が進行しているが、構成組織中に塑性加工性を低下させるパーライトや板状セメンタイトが残存しており、加工による硬さ上昇率が高く、またハブ輪を想定した深絞り実験においても、加工応力が高くなっており、ハブ輪の成形に用いる素材としては適さないのが判る。
【００３１】
―方、本発明の実施例１〜６（焼鈍条件１〜６）については、硬さがＨｖ２００以下で、組織がフェライトおよび球状化セメンタイトから構成されており、板状セメンタイトが存在していないので、いずれも冷間圧延加工後の硬さの上昇率が小さい。また、深絞り成形後の加工応力も小さくなっており、ハブ輪の成形に用いる素材に適していることが判る。
【００３２】
また、セメンタイト粒径と加工性の関係を明らかにするために、調質処理によってセメンタイトを球状化させた実施例１〜６（焼鈍条件１〜６）および比較例１〜３（焼鈍条件７〜９）について、セメンタイト平均粒径と加工硬化による硬さの上昇量で整理し、図４に示した。
図４から、セメンタイト粒子径が小さい場合、セメンタイト粒子径が０．８μｍ以上になると、冷間加工後の硬さ上昇量が小さくなり、同じ加工率で比較すると、加工硬化の程度が小さく、大きな加工率の塑性加工に耐えられることを示している。
【００３３】
一方、セメンタイトの平均粒子径が０．８μｍ未満になると、硬さの上昇量が大きくなっており、ハブ輪の成形に用いる素材には適していない。これは、各セメンタイト粒子間の距離が短くなり、強化析出物として作用してしまうため、変形抵抗が増し、加工がし難くなるためである。
また、セメンタイト粒子径が３μｍまでは、加工硬化の程度は小さく好適であるが、３μｍを越えると硬さの上昇率が飽和する。また、上述したように球状化セメンタイトの粒子径が更に大きくなるとフェライトと球状化セメンタイトの界面でボイドが発生しやすくなり、セメンタイト粒子自体が破壊される可能性もあるので、球状化セメンタイトの平均粒子径の上限は３μｍとする。
【００３４】
更に、本発明に用いる焼鈍方法でセメンタイト粒子径を３μｍ近くまで成長させる場合には、処理時間を長くとる必要がある。従って、実際の製造を考慮すると、平均セメンタイト粒子径を１．５〜２．５μｍ程度として、処理時間を上限６０時間以内とするのが好ましい。
なお、本発明は上記実施の形態及び実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
例えば上記実施の形態及び実施例では、車輪支持用軸受装置の内方部材（ハブ輪）に本発明を適用した場合を例に採ったが、外方部材（外輪）に本発明を適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施の形態の一例である車輪支持用軸受装置のハブ輪の塑性加工による成形工程の一例を示す概略図である。
【図２】本発明例である実施例５の焼鈍後のミクロ組織を示す写真である。
【図３】比較例５の焼鈍後のミクロ組織を示す写真である。
【図４】球状化セメンタイト粒子径と加工率５０％の冷間加工による硬さ上昇量との関係を示すグラフ図である。
【図５】従来の車輪支持用軸受装置の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  車輪支持用軸受装置
２ａ  ハブ輪（内方部材）
３  内輪
４  外輪（外方部材）
５  転動体
６ａ  フランジ
【図１】
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【図４】
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【図５】
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【図２】
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【図３】
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