(57)【要約】【課題】車輪支持用軸受装置のハブホイールや外輪を鋼板のプレス成形によって製造する際に割れの発生を抑制する。【解決手段】車輪と一体に回転するハブホイール２と、ハブホイール２に形成された内輪軌道溝６をハブホイール２の回転に伴って転動する多数の転動体７と、転動体７を介してハブホイール２を回転自在に支持する外輪８とを備えた車輪支持用軸受装置において、ハブホイール２及び外輪８のうち少なくとも一つの軸受部材が０．４５質量％〜０．７５質量％の炭素を含有し且つ板厚が５ｍｍ以上の鋼板をプレス成形して形成され、かつ鋼板をプレス成形する前に軟化焼鈍が鋼板に施されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪と一体に回転するハブホイールと、このハブホイールに形成された内輪軌道溝を前記ハブホイールの回転に伴って転動する多数の転動体と、この転動体を介して前記ハブホイールを回転自在に支持する外輪とを備えた車輪支持用軸受装置であって、
前記ハブホイール及び前記外輪のうち少なくとも一つの軸受部材が０．４５質量％〜０．７５質量％の炭素を含有し且つ板厚が５ｍｍ以上の鋼板をプレス成形して形成され、かつ前記鋼板をプレス成形する前に軟化焼鈍が前記鋼板に施されていることを特徴とする車輪支持用軸受装置。
【請求項２】
請求項１記載の車輪支持用軸受装置において、前記鋼板のプレス成形時におけるパーライト組織の面積率が６０％以下となるように前記鋼板に軟化焼鈍を施すことを特徴とする車輪支持用軸受装置。
【請求項３】
請求項１又は２項記載の車輪支持用軸受装置において、前記鋼板のプレス成形時の硬さがＨｖ２００以下となるように前記鋼板に軟化焼鈍を施すことを特徴とする車輪支持用軸受装置。
【請求項４】
請求項１又は２項記載の車輪支持用軸受装置において、前記鋼板のプレス成形時の硬さがＨｖ１８０以下となるように前記鋼板に軟化焼鈍を施すことを特徴とする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、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】
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は、一般に、車輪と一体に回転するハブホイールと、このハブホイールの外周面に形成された内輪軌道溝をハブホイールの回転に伴って転動する多数の転動体と、この転動体を介してハブホイール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。
このような車輪支持用軸受装置は、従来、ハブホイール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ため、ハブホイール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、ハブホイールや外輪の素材として炭素鋼板を用い、この鋼板を所定の形状にプレス成形することによって車輪支持用軸受装置のハブホイールや外輪を製造する技術が知られている（特許文献１〜４参照）。
【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】
【０００４】
しかしながら、車輪支持用軸受装置のハブホイールや外輪を鋼板のプレス成形によって製造する場合、ハブホイールや外輪の素材として圧延鋼板から打抜かれたものをそのまま用いると、成形量が小さい部分は良いが、成形量が大きい部分については割れが発生する可能性があった。
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り、ハブホイールや外輪の素材として用いられる鋼板のプレス成形時に割れが発生することを抑制することの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ものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、車輪と一体に回転するハブホイールと、このハブホイールに形成された内輪軌道溝を前記ハブホイールの回転に伴って転動する多数の転動体と、この転動体を介して前記ハブホイールを回転自在に支持する外輪とを備えた車輪支持用軸受装置であって、前記ハブホイール及び前記外輪のうち少なくとも一つの軸受部材が０．４５質量％〜０．７５質量％の炭素を含有し且つ板厚が５ｍｍ以上の鋼板をプレス成形して形成され、かつ前記鋼板をプレス成形する前に軟化焼鈍が前記鋼板に施されていることを特徴とする。
【０００６】
請求項２の発明は、請求項１記載の車輪支持用軸受装置において、前記鋼板のプレス成形時におけるパーライト組織の面積率が６０％以下となるように前記鋼板に軟化焼鈍を施すことを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１又は２項記載の車輪支持用軸受装置において、前記鋼板のプレス成形時の硬さがＨｖ２００以下となるように前記鋼板に軟化焼鈍を施すことを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項１又は２項記載の車輪支持用軸受装置において、前記鋼板のプレス成形時の硬さがＨｖ１８０以下となるように前記鋼板に軟化焼鈍を施すことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、車輪支持用軸受装置のハブホイールや外輪の素材として用いられる鋼板に軟化焼鈍をプレス成形の前に施すことにより、軟化焼鈍を施さないものと比較して鋼板の硬さが低下する。したがって、ハブホイールや外輪の素材として用いられる鋼板の成形性が向上し、車輪支持用軸受装置のハブホイールや外輪を鋼板のプレス成形によって製造する際に割れの発生を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
本発明の一実施形態に係る車輪支持用軸受装置を図１に示す。同図に示すように、本発明の一実施形態に係る車輪支持用軸受装置１は車輪（図示せず）と一体に回転する円筒状のハブホイール２を備えており、このハブホイール２の一端部には、ボルト３によって車輪をハブホイール２に取り付けるための車輪取付け用フランジ４が形成されている。
【０００９】
また、車輪支持用軸受装置１はハブホイール２を介して車輪を回転自在に支持する軸受部５を備えており、この軸受部５はハブホイール２の外周面に形成された二列の内輪軌道溝６をハブホイール２の回転に伴って転動する多数の球状転動体７と、この転動体７を介してハブホイール２を回転自在に支持する外輪８とから構成されている。なお、外輪８の内周面には上記内輪軌道溝６と対向する外輪軌道溝９が形成されている。
ハブホイール２及び外輪８は板厚が５ｍｍ以上の鋼板（炭素含有量：０．４５〜０．７５質量％）をプレス成形して形成されており、ハブホイール２及び外輪８の素材として用いられる鋼板には、軟化焼鈍がプレス成形の前に施されている。
【００１０】
図２は車輪支持用軸受装置のハブホイールを鋼板から製造する場合の製造工程を示す図であり、以下、同図を参照して本発明の作用について説明する。
図２において、符号１０は圧延鋼板を打ち抜いて得られたハブホイール素材１０を示しており、このハブホイール素材１０から車輪支持用軸受装置のハブホイールを製造する場合は、先ず、ハブホイール素材１０を図２（ｂ）の深絞り工程で所定の形状にプレス成形し、次いで図２（ｃ）のピアス工程でハブホイール素材１０の中央部に貫通孔１１をピアッシングする。次に、図２（ｄ）の深絞り工程でハブホイール素材１０を完成品形状にプレス成形した後、図２（ｅ）のピアス工程でハブホイール素材１０にボルト孔１２をピアッシングすることによって車輪支持用軸受装置のハブホイールが製造される。
【００１１】
上述した工程は車輪支持用軸受装置のハブホイールや外輪を圧延鋼板から製造する場合に用いられる一般的な方法であり、圧延鋼板を打ち抜いて得られた素材から車輪支持用軸受装置のハブホイールや外輪をプレス成形によって製造する場合には、素材の成形性、特に深絞り性が重要となる。また、フランジの付け根等のように強度が要求される部分は肉厚を増す肉厚工程も入り、加工度が高くなるので、良好なプレス成形性が要求される。
【００１２】
しかし、圧延鋼板を打ち抜いて得られた素材をそのままの状態（熱間圧延されたままの状態）で使用すると、鋼板の製造工程における冷却速度にも依存するが、素材の金属組織がフェライト組織とパーライト組織の混合相となり、素材の硬さもＨｖ２２０〜Ｈｖ３００程度となる。このため、素材をプレス成形するには硬すぎる状態となり、このような状態で素材をプレス成形するとプレス成形時の変形抵抗や加工応力が著しく大きくなり、素材を所定の製品形状に成形できない場合や割れが発生する場合がある。
【００１３】
本発明においては、車輪支持用軸受装置のハブホイールや外輪をプレス成形によって製造する際に、圧延鋼板を打ち抜いて得られた素材をそのままの状態で使用せず、プレス成形の前に軟化焼鈍を素材に施すことにより、素材の硬さが熱間圧延時の状態よりも低下するので、素材のプレス成形性が向上し、プレス成形時における割れの発生を抑制することができる。
【００１４】
焼鈍によって得られる素材の硬さとしては、Ｈｖ２００以下であれば十分なプレス成形性を得ることができるが、素材の硬さが低いほどプレス成形時の変形抵抗は小さくなり、素材を成形し易くなるので、焼鈍によって得られる素材の硬さとしてはＨｖ１８０以下であることが望ましい。
車輪支持用軸受装置のハブホイールや外輪をプレス成形によって製造する場合、ハブホイール素材や外輪素材である鋼板の硬さを高くし、成形性を低下させる因子としては、鋼板のパーライト組織を構成する板状のセメンタイト（炭化物）が挙げられる。本発明においては、プレス成形の前に鋼板を焼鈍処理することによって、パーライト組織を構成している板状のセメンタイトが分断し、板状から球状に変化するので、鋼板の硬さを低くすることができる。
【００１５】
ここで、セメンタイトが完全に球状化（球状化率１００％）する球状化焼鈍を鋼板に施すことによって鋼板を最も軟化させることができるが、車輪支持用軸受装置のハブホイール素材や外輪素材として使用される鋼板は、炭素含有量が０．４５〜０．７５質量％の亜共析鋼である。このため、軸受鋼に代表される過共析鋼のように、パーライト組織を構成している全てのセメンタイトを焼鈍処理によって球状化することは難しく、パーライト組織が残存し易い。しかし、パーライト組織が残存した場合においても基本構成相をフェライト組織と球状化されたセメンタイトとし、残存するパーライト組織の面積率を６０％以下とすることによって鋼板の成形性、特に深絞り性を高めることができる。
【００１６】
セメンタイトを球状化させるための軟化焼鈍条件としては、下記に（ａ）〜（ｄ）で示すものが挙げられる。
（ａ）Ａc1変態点よりも２０〜３０℃高い温度で鋼板を１〜２時間程度加熱した後、２０℃／時間の冷却速度で鋼板を除冷し、その後、鋼板を５５０〜６００℃の温度で放冷する。
（ｂ）Ａc1変態点よりも２０〜３０℃高い温度で鋼板を加熱した後、Ａc1変態点よりも２０〜３０℃低い温度まで鋼板を冷却する。そして、これを三回以上繰り返した後、鋼板を冷却する。
（ｃ）Ａc1変態点直上の温度（７６０〜７８０℃）で鋼板を加熱した後、７００℃の温度まで鋼板を冷却し、その後、鋼板を７００℃の温度で２〜１０時間保持してから空冷する。
（ｄ）８００〜９００℃の温度で鋼板を焼入れした後、焼戻し温度：６８０〜７００℃、焼戻し時間：５〜４０時間の条件で鋼板を焼戻しする。
【００１７】
なお、Ａc1変態点は次式によって表され、鋼板に含まれるＭn，Ｎi，Ｃrの含有量によって変化する。
Ａc1＝７２３−１０．７×Ｍn％−１６．９×Ｎi％＋２９．１×Ｓi％＋１６．９×Ｃr％（℃）
また、Ｈｖ２００以下で且つパーライト組織の面積率が６０％以下の状態であれば、良好な成形性が得られるので、焼鈍条件は上述の条件に限定されない。
【００１８】
本発明の効果を確認するために、本発明者は車輪支持用軸受装置のハブホイール素材としてＳ５５Ｃ相当の鋼板（板厚：９ｍｍ、焼鈍前硬さ：Ｈｖ２３２、Ａc1変態点：７２５℃）を用い、下記の焼鈍条件１〜８でハブホイール素材を焼鈍処理した。そして、ハブホイール素材の焼鈍後の硬さとパーライト組織の面積率を測定した後、ハブホイール素材を製品形状に深絞り成形し、深絞り成形後にハブホイール素材の表面状態を目視にて観察して割れの発生率について調査した。なお、焼鈍後に残存するパーライト組織の面積率は、５００倍に拡大された顕微鏡写真から測定した。また、割れの発生率については、焼鈍条件１〜８の各条件でハブホイール素材の深絞り成形を１０回ずつ行って割れの発生率を求めた。
【００１９】
＜焼鈍条件１＞
７７０℃で１〜２時間保持後、７００℃まで３０℃／時間で冷却、その後、７００℃で２時間保持後、放冷。
＜焼鈍条件２＞
７７０℃で１〜２時間保持後、７００℃まで３０℃／時間で冷却、その後、７２０℃で４時間保持し、放冷。
＜焼鈍条件３＞
７６０℃で２〜５時間保持後、７２０℃まで２０℃／時間で冷却、その後、７２０℃で４時間保持し、６８０℃まで１０℃／時間で冷却後、放冷。
＜焼鈍条件４＞
７６０℃で３０分保持後、７２０℃まで１０℃／時間で冷却、その後、７２０℃で３０分保持、これを１サイクルとして３回繰り返したのち、放冷。
【００２０】
＜焼鈍条件５＞（条件４の保持温度を７００℃に下げた）
７６０℃で３０分保持後、７００℃まで１０℃／時間で冷却、その後、７２０℃で３０分保持、これを１サイクルとして３回繰り返したのち、放冷。
＜焼鈍条件６＞
７６０℃で２時間保持後、５８０℃まで２０℃／時間で冷却し、その後放冷。
＜焼鈍条件７＞
７００℃で１０時間保持後、放冷。
＜焼鈍条件８＞
８００〜９５０℃で３０分保持後、油冷、その後、７００℃で２０〜４０時間焼戻し後、放冷。
表１は、上記の焼鈍条件１〜８でハブホイール素材を焼鈍処理したときのハブホイール素材の焼鈍後の硬さ、パーライト組織面積率および割れの発生率を示している。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
表１において、実施例１〜５と比較例４とを比較すると、比較例４は熱間圧延されたままの状態でハブホイール素材を深絞り成形しているため、深絞り成形時に割れが発生していることがわかる。これに対し、実施例１〜５では、ハブホイール素材を深絞り成形する前に焼鈍処理を鋼板に施しているため、深絞り成形時に割れが発生しないことがわかる。
【００２３】
また、実施例１〜５と比較例１とを比較すると、比較例１は焼鈍条件４でハブホイール素材を焼鈍処理しているため、焼鈍処理後の硬さがＨｖ２０３と高く、残存するパーライト組織の面積率も６１％と高いことがわかる。これに対し、実施例１〜５では、焼鈍条件１，２，３，５，８のいずれかの条件でハブホイール素材を焼鈍処理しているため、比較例１と比較して焼鈍処理後の硬さがＨｖ２００以下と高く、残存するパーライト組織の面積率も６０％以下と低いことがわかる。
【００２４】
さらに、実施例１〜５と比較例２及び３とを比較すると、比較例２及び３は焼鈍条件６又は７でハブホイール素材を焼鈍処理しているため、焼鈍処理後の硬さはＨｖ２００以下であるが、残存するパーライト組織の面積率が６０％よりも高いことがわかる。これに対し、実施例１〜５では、焼鈍条件１，２，３，５，８のいずれかの条件でハブホイール素材を焼鈍処理しているため、比較例１と比較して焼鈍処理後の硬さがＨｖ２００以下と高く、残存するパーライト組織の面積率も６０％以下と低いことがわかる。
したがって、ハブホイール素材の焼鈍後における素材硬さをＨｖ２００以下とし、残存するパーライト組織の面積率を６０％以下とするためには、焼鈍条件１〜８のうち焼鈍条件１，２，３，５，８のいずれかの条件でハブホイール素材をプレス成形の前に焼鈍処理すればよい。
【００２５】
次に、車輪支持用軸受装置のハブホイール素材としてＳ５５Ｃ相当の鋼板（板厚：９ｍｍ、焼鈍前硬さ：Ｈｖ２３２、Ａc1変態点：７２５℃）を用い、プレス成形の前に焼鈍処理を施した場合の作用について図３を参照して説明する。なお、図３において、黒丸は深絞り成形時に割れが発生したものを示し、○は深絞り成形時に割れが発生しなかったものを示している。
【００２６】
図３から明らかなように、圧延鋼板を打ち抜いて得られたハブホイール素材をプレス成形の前に焼鈍処理することによって、熱間圧延時に存在していたパーライト組織が分断され、ハブホイール素材である鋼板が軟化する傾向にあることがわかる。また、ハブホイール素材の焼鈍後におけるパーライト組織の面積率が４０％程度まではハブホイール素材の硬さが焼鈍前とあまり変化しないことがわかるが、パーライト組織の面積率が４０％以上になるとハブホイール素材の硬さが直線的に上昇する傾向にあることがわかる。さらに、ハブホイール素材の焼鈍後におけるパーライト組織の面積率が６０％よりも多くなり、ハブホイール素材の硬さがＨｖ２００よりも大きくなると成形性が低下し、割れが発生し易くなることがわかる。なお、ハブホイール素材の焼鈍後の硬さがＨｖ２００以下でも、比較例２及び比較例３のように、残存するパーライト組織の面積率が６０％を越える場合には成形性が若干低下する。
【００２７】
したがって、プレス成形時における割れの発生を防止するためには、ハブホイール素材の焼鈍後の硬さがＨｖ２００以下、残存するパーライト組織の面積率が６０％以下となるように、ハブホイール素材をプレス成形の前に焼鈍処理すればよい。
なお、ハブホイール素材や外輪素材の成形性については、素材の初期硬さが小さいほうがプレス成形時の変形抵抗が小さくなり、プレス成形し易くなるので、素材の焼鈍後の硬さとしてはＨｖ１８０以下であることが望ましい。また、炭素含有量が０．４５〜０．７５質量％の素材を軟化焼鈍で軟化できる限界はＨｖ１３０程度であり、硬さの下限値についてはＨｖ１３０とすることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態に係る車輪支持用軸受装置の軸方向に沿う断面図である。
【図２】鋼板をプレス成形して車輪支持用軸受装置のハブホイールを製造する場合の製造工程を示す図である。
【図３】圧延鋼板を打ち抜いて得られたハブホイール素材をプレス成形の前に焼鈍処理した場合の作用を説明するための図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  車輪支持用軸受装置
２  ハブホイール
３  ボルト
４  車輪取付け用フランジ
５  軸受部
６  内輪軌道溝
７  転動体                                  
８  外輪
９  外輪軌道溝
１０  ハブホイール素材
【図１】
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【図２】
2006029543.tif 000005
【図３】
2006029543.tif 000006