(57)【要約】【課題】  生産性に優れることに加えて軽量で長寿命な車輪支持用ハブ軸受ユニットを提供する。【解決手段】  車輪支持用転がり軸受ユニット１は、車輪取り付け用フランジ６及び内輪軌道面２０ａを外周面に有するハブ２と、ハブ２に一体的に固定されるとともに内輪軌道面２０ｂを外周面に有する内輪３と、懸架装置取り付け用フランジ１７を外周面に有するとともに内輪軌道面２０ａ，２０ｂに対向する外輪軌道面２１ａ，２１ｂを内周面に有する外輪４と、転動自在に配された二列の転動体５と、を備えている。また、内輪軌道面２０ａ，２０ｂと外輪軌道面２１ａ，２１ｂとには、高周波焼入れによる硬化層が形成されている。そして、ハブ２，内輪３，外輪４は、炭素，ケイ素，マンガン，クロム，及びバナジウムを所定量含有する合金鋼で構成されている。【選択図】  図１
2006046353.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面に軌道面を有する内方部材と、前記内方部材の軌道面に対向する軌道面を有し前記内方部材の外方に配置された外方部材と、前記内方部材の軌道面と前記外方部材の軌道面との間に転動自在に配された複数の転動体と、前記内方部材及び前記外方部材の少なくとも一方に設けられ車輪又は懸架装置が取り付けられるフランジと、を備えるとともに、前記内方部材のうち前記軌道面を含む部分、及び、前記外方部材のうち前記軌道面を含む部分の少なくとも一方に、高周波焼入れによる硬化層が形成された車輪支持用ハブ軸受ユニットにおいて、
前記内方部材及び前記外方部材のうち前記硬化層が形成された部材は、下記の４つの条件を満足する合金鋼で構成されていることを特徴とする車輪支持用ハブ軸受ユニット。
（条件１）炭素の含有量Ｃ％が０．４５質量％以上０．６５質量％以下、ケイ素の含有量Ｓｉ％が０．５質量％以上１質量％以下、マンガンの含有量Ｍｎ％が０．２質量％以上０．６質量％以下、クロムの含有量Ｃｒ％が０．４質量％以上１質量％以下、バナジウムの含有量Ｖ％が０質量％又は０質量％超過０．２質量％以下である。
（条件２）クロムの含有量Ｃｒ％とマンガンの含有量Ｍｎ％との比Ｃｒ％／Ｍｎ％が０．８以上３以下である。
（条件３）炭素の含有量Ｃ％，ケイ素の含有量Ｓｉ％，マンガンの含有量Ｍｎ％，クロムの含有量Ｃｒ％，及びバナジウムの含有量Ｖ％が、下記の数式（Ｉ）を満足する。
０．７５≦Ｃ％＋Ｓｉ％／１０＋Ｍｎ％／５＋５×Ｃｒ％／２２＋１．６５×Ｖ％≦０．９５  ・・・（Ｉ）
（条件４）炭素の含有量Ｃ％，ケイ素の含有量Ｓｉ％，マンガンの含有量Ｍｎ％，及びクロムの含有量Ｃｒ％が、下記の数式（II）を満足する。
（０．２×Ｃ％＋０．１４）×（０．６４×Ｓｉ％＋１）×（４．１×Ｍｎ％＋１）×（２．３３×Ｃｒ％＋１）≧１．５  ・・・（II）
【請求項２】
前記硬化層は、表面硬さがビッカース硬さＨｖで６５０以上７８０以下であり、ビッカース硬さＨｖが５００以上である有効硬化層深さが１．５ｍｍ以上４ｍｍ以下であるとともに、前記硬化層が形成されていない部分である非調質部のビッカース硬さＨｖは２３０以上３００以下であることを特徴とする請求項１に記載の車輪支持用ハブ軸受ユニット。
【請求項３】
前記非調質部は、フェライトの含有量が面積率で８％以上２０％以下であり、日本工業規格ＪＩＳ  Ｇ０５５１に規定の方法で測定された旧オーステナイト結晶粒度が、粒度番号で６以上であることを特徴とする請求項２に記載の車輪支持用ハブ軸受ユニット。
【請求項４】
前記硬化層は、日本工業規格ＪＩＳ  Ｇ０５５１に規定の方法で測定された旧オーステナイト結晶粒度が、粒度番号で８以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の車輪支持用ハブ軸受ユニット。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の車輪支持用ハブ軸受ユニットを製造する方法であって、前記内方部材及び前記外方部材の少なくとも一方は、熱間鍛造により所定の形状に加工される際の、鍛造打ち終わり時の温度から６００℃に冷却するまでの冷却速度が０．５℃／ｓ以上５℃／ｓ以下であることを特徴とする車輪支持用ハブ軸受ユニットの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等の車輪を懸架装置に対して回転自在に支持する車輪支持用ハブ軸受ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の車輪を懸架装置に対して回転自在に支持する車輪支持用ハブ軸受ユニットは、外周面に軌道面を有する内方部材と、内周面に軌道面を有する外方部材と、これら両軌道面間に転動自在に配された複数の転動体と、を備える。また、内方部材の外周面及び外方部材の外周面のうち少なくとも一方に、車輪又は懸架装置を取り付けるためのフランジが設けられた、内方部材，外方部材が複雑な形状を有する車輪支持用ハブ軸受ユニットも、従来から多く用いられている。
【０００３】
図７は、従来から広く使用されている車輪支持用ハブ軸受ユニットの構造を示す断面図である。この車輪支持用ハブ軸受ユニット１０１は、ハブ１０２と、内輪１０３と、外輪１０４と、二列の転動体１０５，１０５と、を備えており、ハブ１０２の外周面の外端側部分には、図示しない車輪を支持するための車輪取り付け用フランジ１０６が設けられている。
なお、本明細書においては、車輪支持用ハブ軸受ユニットを自動車等の車両に取り付けた状態において、車両の幅方向外側を向いた部分を外端側部分と称し、幅方向中央側を向いた部分を内端側部分と称する。すなわち、図７においては、左側が外端側となり、右側が内端側となる。
【０００４】
また、ハブ輪１０２の内端側部分には外径の小さい段部１０８が形成されており、該段部１０８に内輪１０３が嵌め込まれている。ハブ１０２の内端側部分には、円筒部１１０が内輪１０３よりも内端側に突出して形成されており、該円筒部１１０の外周面には雄ねじが形成されている。そして、この雄ねじに螺合されたナット１１１と、段部１０８の段差面１１２とで、内輪１０３を狭持することにより、内輪１０３をハブ１０２に一体的に固定している。なお、円筒部１１０の先端には係止凹部１１４が設けてあり、ナット１１１のうち係止凹部１１４に対応する部分を径方向内方に加締めることによって、ナット１１１の緩み止めが図られている。
【０００５】
ハブ１０２の外周面の軸方向中間部及び内輪１０３の外周面には、それぞれ軌道面が形成され、内輪軌道面１２０ａ，１２０ｂとされている。また、外輪１０４の内周面には両内輪軌道面１２０ａ，１２０ｂに対応する外輪軌道面１２１ａ，１２１ｂが形成されている。さらに、内輪軌道面１２０ａ，１２０ｂと外輪軌道面１２１ａ，１２１ｂとの間には、それぞれ複数の転動体１０５が転動自在に配置されている。そして、外輪１０４の外周面には、車輪取り付け用フランジ１０６から離間する側の端部に、懸架装置取り付け用フランジ１１７が設けられている。
【０００６】
このような車輪支持用ハブ軸受ユニット１０１を自動車に組み付けるには、外輪１０４の外周面に形成した懸架装置取り付け用フランジ１１７により、外輪１０４を懸架装置に固定し、車輪を車輪取り付け用フランジ１０６に固定する。その結果、車輪支持用ハブ軸受ユニット１０１によって車輪が懸架装置に対し回転自在に支持される。
上記のような構造の車輪支持用ハブ軸受ユニット１０１の場合には、円筒部１１０の先端に係止凹部１１４を形成する作業や、ナット１１１の一部を径方向内方に加締める作業が必要になる。そこで、近年では、部品コスト及び組立てコストの低減による車輪支持用ハブ軸受ユニットの低廉化、並びに、部品の小型化による車輪支持用ハブ軸受ユニットの小型・軽量化等を目的として、従来のナット方式の他に、図８に示すような加締め方式の車輪支持用ハブ軸受ユニットも普及してきている。
【０００７】
図８の車輪支持用ハブ軸受ユニットにおいては、ハブ１０２の内端側部分で内輪１０３よりも内端側に突出している円筒部１１０を径方向外方に加締め広げることで形成した加締め部１１８により、内輪１０３を段部１０８の段差面１１２に向け押し付けて、内輪１０３をハブ１０２に一体的に固定している。この場合は、加締めによって内輪１０３をハブ１０２に固定しているので、部品コスト及び組立てコストの低減による低廉化や、軽量化，省スペース化が図れるというメリットがある。なお、図８においては、図７と同一又は相当する部分には、図７と同一の符号を付してある。
【０００８】
外輪１０４やハブ１０２を構成する材料としては、日本工業規格のＳ５３ＣやＳＡＥ１０５５等の構造用炭素鋼がよく用いられている。外輪軌道面１２１ａ，１２１ｂ及び内輪軌道面１２０ａ，１２０ｂには、転動体１０５から高面圧が繰り返し負荷されるため、十分な転がり疲労寿命と耐摩耗性とを兼ね備えるように、高周波焼入れによる硬化層が形成されている。また、外輪１０４の外輪軌道面１２１ａ，１２１ｂ以外の部分や、ハブ１０２の内輪軌道面１２０ａ以外の部分は、加工性等の観点から、熱間鍛造したままの状態で使用される（以降は、このような状態の部分を「非調質部」と記す）。
【特許文献１】特開平１０−３２４９５１号公報
【特許文献２】特開２００２−３３２５３５号公報
【特許文献３】特開２００２−３６３７００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
近年、自動車の燃費向上及び走行性能の向上のため、車輪支持用ハブ軸受ユニットの軽量化に関する要求が高くなっており、例えば、車輪や懸架装置を取り付けるためのフランジのさらなる薄肉化も考慮されている。しかしながら、フランジを単に薄肉化した場合には、フランジに加わる応力が大きくなるため、フランジの強度が不足して疲労破壊が生じやすくなることが懸念される。
【００１０】
特に、車輪が取り付けられる部材に設けられたフランジの付け根部分は、回転しながら曲げ応力が負荷される。また、前記フランジには、車輪の回転に伴なって捩り応力が加わるため、これに対する十分な強度が確保できない場合には疲労破壊が生じる。
また、前記フランジには、車輪及びディスクロータを取り付けるためのスタッドやボルトを挿通するための通孔が形成されるが、薄肉化されるとフランジの強度が低下するので、フランジに車輪を取り付けるためにスタッドとナットとを緊締する際や、通孔に挿通したボルトを緊締する際に、フランジのうちのスタッドの基端部を内嵌した通孔の周囲部分が変形しやすくなることも懸念される。
【００１１】
通孔の周囲部分が変形すると、フランジに取り付けられているディスクロータのハブの回転中心に対する直角度が悪化する。すなわち、被制動面であるディスクロータの両側面は、ハブの回転中心に対し直角をなすべきものであるが、上記変形によって回転中心に対する前記両側面の直角度が悪化する。その結果、ディスクロータの両側面が回転に伴なって軸方向に変位して、振れが発生する。このような原因で生じる振れの振幅が数十μｍ程度であっても、制動時にジャダーと呼ばれる振動が発生するおそれがあり、乗り心地性やハブ軸受ユニットの耐久性が低下することになる。したがって、フランジを薄肉化して軽量化を図る場合には、非調質部において十分な疲労強度，降伏強度等が必要不可欠となる。
【００１２】
しかしながら、前述したようにフランジを有する部材にあっては、車輪や懸架装置を取り付けるためのスタッドやボルトを挿通するための通孔を精度良く加工する必要があるので、強度向上を図るために単に硬さを増加させると、著しく加工性が低下して大幅に生産性が悪化する。
また、加締め方式の車輪支持用ハブ軸受ユニットにおいては、適正な予圧を付与することに加えて、ハブに外嵌した内輪の抜け出しを防止するための加締め部を塑性加工により形成する必要がある。この加締め部の硬さが増大して塑性加工性が低下すると、適正な予圧付与が困難となったり、冷間加工性が低下したりして、加締め部の健全性が損なわれることも懸念される。
【００１３】
以上のような観点から、車輪支持用ハブ軸受ユニットにおいては、転がり疲労を受ける内輪軌道面及び外輪軌道面だけでなく、その他の非調質部においても、熱間鍛造後において十分な強度と加工性とが求められる。
一般に、鋼の強度は素材硬さと良好な相関性があり、例えば、０．７質量％以上の炭素を含有する高炭素鋼を用いて熱間鍛造後の硬さを向上させれば、強度を向上させることが可能である。ただし、その反面、加工性が著しく低下して、大幅なコストアップを余儀なくされる。また、この場合には、加締め方式のハブ軸受ユニットにおいては、加締め部の塑性加工性が低下して、加締め加工自体が困難となる。
【００１４】
特許文献１には、主要な合金成分として、炭素を０．５〜０．７質量％、ケイ素を０〜０．６質量％、マンガンを０．４〜１．２質量％、バナジウムを０．０５〜０．２質量％含有する転がり軸受用合金鋼、及び、ハブ軸受ユニットが開示されている。ただし、転がり軸受用合金鋼の引張強度や降伏強度については開示されているが、その加工性や転がり疲労寿命等のハブ軸受ユニットに求められる機能や諸品質に関しては考慮されていない。
【００１５】
また、特許文献２には、主要な合金成分として、炭素を０．５〜０．７質量％、ケイ素を０．５〜０．９質量％、マンガンを０．５〜１．０質量％、クロムを０．４質量％以下、バナジウムを０．０１〜０．１５質量％含有し、Ｃ％＋１／７Ｓｉ％＋１／５Ｍｎ％＋１／９Ｃｒ％−５／７Ｓ％＋Ｖ％なる式で算出される炭素当量Ｃｅｑが０．７５以上０．９以下である被削性に優れる高強度高周波焼入用鋼が開示されている。
【００１６】
ただし、非調質部の硬さ等については言及されているが、降伏強度は硬さだけに依存せずミクロ組織等にも強く依存するため、特許文献２に開示のものでは、フランジの薄肉化による軽量化に必ずしも応えることができない場合がある。また、軌道面の硬さや硬化層深さ等に関しては考慮されていない。
さらに、特許文献３には、合金元素として、炭素を０．５〜０．７質量％、ケイ素を０．６〜１．２質量％、マンガンを０．６〜１．０質量％含有し、且つ、１１２７１Ｃ％＋５７９６Ｓｉ％＋２６６５Ｍｎ％−６９５５なる式で算出されるＬが５０００以上で、４８．０Ｃ％＋５．７Ｓｉ％＋１１．５Ｍｎ％−１６．２なる式で算出されるＨが２３〜２５である、加工性，疲労強度，及び転がり疲労寿命に優れる転動部品が開示されている。ただし、非調質部の硬さ及び硬化層の表面硬さについて言及されているのみである。
【００１７】
このように、特許文献１〜３に記載のものは、非調質部の強度と加工性との両方を十分に満足するものではない。また、ハブ軸受ユニットは、一般の転がり軸受と同様に、内輪軌道面及び外輪軌道面において転がり疲労を受けるため、軌道面の硬化層においては十分な転がり疲労寿命が求められるが、特許文献１〜３に記載のものは、軌道面の硬化層の転がり疲労寿命に関してほとんど考慮されていない。
【００１８】
さらに、ハブ軸受ユニットの場合は、鍛造時の加熱条件や冷却条件によっても硬さ，組織，強度が多様に変化するので、製品の品質を向上させるためには、鍛造で製作されたハブ軸受ユニットの硬さやミクロ組織なども考慮する必要がある。
そこで、本発明は上記のような従来技術が有する問題点を解決し、生産性に優れることに加えて軽量で長寿命な車輪支持用ハブ軸受ユニットを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
前記課題を解決するため、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発明に係る請求項１の車輪支持用ハブ軸受ユニットは、外周面に軌道面を有する内方部材と、前記内方部材の軌道面に対向する軌道面を有し前記内方部材の外方に配置された外方部材と、前記内方部材の軌道面と前記外方部材の軌道面との間に転動自在に配された複数の転動体と、を備えるとともに、前記内方部材のうち前記軌道面を含む部分、及び、前記外方部材のうち前記軌道面を含む部分の少なくとも一方に、高周波焼入れによる硬化層が形成された車輪支持用ハブ軸受ユニットにおいて、前記内方部材及び前記外方部材のうち前記硬化層が形成された部材は、下記の４つの条件を満足する合金鋼で構成されていることを特徴とする。
【００２０】
（条件１）炭素の含有量Ｃ％が０．４５質量％以上０．６５質量％以下、ケイ素の含有量Ｓｉ％が０．５質量％以上１質量％以下、マンガンの含有量Ｍｎ％が０．２質量％以上０．６質量％以下、クロムの含有量Ｃｒ％が０．４質量％以上１質量％以下、バナジウムの含有量Ｖ％が０質量％又は０質量％超過０．２質量％以下である。
（条件２）クロムの含有量Ｃｒ％とマンガンの含有量Ｍｎ％との比Ｃｒ％／Ｍｎ％が０．８以上３以下である。
【００２１】
（条件３）炭素の含有量Ｃ％，ケイ素の含有量Ｓｉ％，マンガンの含有量Ｍｎ％，クロムの含有量Ｃｒ％，及びバナジウムの含有量Ｖ％が、下記の数式（Ｉ）を満足する。
０．７５≦Ｃ％＋Ｓｉ％／１０＋Ｍｎ％／５＋５×Ｃｒ％／２２＋１．６５×Ｖ％≦０．９５  ・・・（Ｉ）
（条件４）炭素の含有量Ｃ％，ケイ素の含有量Ｓｉ％，マンガンの含有量Ｍｎ％，及びクロムの含有量Ｃｒ％が、下記の数式（II）を満足する。
（０．２×Ｃ％＋０．１４）×（０．６４×Ｓｉ％＋１）×（４．１×Ｍｎ％＋１）×（２．３３×Ｃｒ％＋１）≧１．５  ・・・（II）
【００２２】
また、本発明に係る請求項２の車輪支持用ハブ軸受ユニットは、請求項１に記載の車輪支持用ハブ軸受ユニットにおいて、前記硬化層は、表面硬さがビッカース硬さＨｖで６５０以上７８０以下であり、ビッカース硬さＨｖが５００以上である有効硬化層深さが１．５ｍｍ以上４ｍｍ以下であるとともに、前記硬化層が形成されていない部分である非調質部のビッカース硬さＨｖは２３０以上３００以下であることを特徴とする。
【００２３】
さらに、本発明に係る請求項３の車輪支持用ハブ軸受ユニットは、請求項２に記載の車輪支持用ハブ軸受ユニットにおいて、前記非調質部は、フェライトの含有量が面積率で８％以上２０％以下であり、日本工業規格ＪＩＳ  Ｇ０５５１に規定の方法で測定された旧オーステナイト結晶粒度が、粒度番号で６以上であることを特徴とする。
さらに、本発明に係る請求項４の車輪支持用ハブ軸受ユニットは、請求項１〜３のいずれか一項に記載の車輪支持用ハブ軸受ユニットにおいて、前記硬化層は、日本工業規格ＪＩＳ  Ｇ０５５１に規定の方法で測定された旧オーステナイト結晶粒度が、粒度番号で８以上であることを特徴とする。
【００２４】
さらに、本発明に係る請求項５の車輪支持用ハブ軸受ユニットの製造方法は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の車輪支持用ハブ軸受ユニットを製造する方法であって、前記内方部材及び前記外方部材の少なくとも一方は、熱間鍛造により所定の形状に加工される際の、鍛造打ち終わり時の温度から６００℃に冷却するまでの冷却速度が０．５℃／ｓ以上５℃／ｓ以下であることを特徴とする。
【００２５】
以下に、本発明の車輪支持用ハブ軸受ユニットについて、前述の各数値（合金鋼中の合金元素の含有量等）の臨界的意義を中心に詳細に説明する。
〔炭素の含有量について〕
炭素（Ｃ）は、熱間鍛造後の非調質部の硬さと、焼入れ，焼戻し後の硬化層の硬さとを確保するために、なくてはならない元素である。転がり疲労寿命の観点から０．４５質量％以上必要であるが、多すぎると熱間鍛造後の硬さが高くなりすぎるとともに、チップブレーカーとなる初析フェライトが少なくなって、切削性，穴あけ性が低下するおそれがある。また、加締め方式のハブ軸受ユニットにおいては、加締め部の塑性加工性が低下するおそれがある。よって、合金鋼中のＣ含有量は、０．４５質量％以上０．６５質量％以下とする必要がある。
【００２６】
〔ケイ素の含有量について〕
ケイ素（Ｓｉ）は、製鋼時に脱酸剤として作用するとともに、熱間鍛造後の硬さと焼入性を向上させる作用を有している。特に、焼入れ，焼戻し後においては、マルテンサイト組織を強化し、転がり疲労寿命を向上させるだけでなく、非調質部においては、フェライトに固溶し、フェライト組織の強度を向上させ、降伏強度や疲労強度を高める作用を有している。
ただし、Ｓｉが多すぎると、熱間鍛造後の硬さが高くなりすぎて、切削性，穴あけ性が低下するおそれがある。また、加締め方式のハブ軸受ユニットにおいては、加締め部の塑性加工性が低下するおそれがある。よって、合金鋼中のＳｉ含有量は、０．５質量％以上１質量％以下とする必要がある。
【００２７】
〔マンガンの含有量について〕
マンガン（Ｍｎ）は、Ｓｉと同様に脱酸剤として作用するとともに、熱間鍛造後の硬さと焼入性とを向上させる作用を有しているので、０．２質量％以上添加する必要があり、０．３質量％以上添加することがより好ましい。
ただし、Ｍｎが多すぎると、熱間鍛造後の硬さが高くなりすぎて、切削性，穴あけ性が低下するおそれがある。また、加締め方式のハブ軸受ユニットにおいては、加締め部の塑性加工性が低下するおそれがある。よって、合金鋼中のＭｎ含有量は、０．６質量％以下とする必要があり、０．５５質量％以下とすることがより好ましい。
【００２８】
〔クロムの含有量について〕
クロム（Ｃｒ）は、ＳｉやＭｎと同様に熱間鍛造後の硬さと焼入れ性を向上させるとともに、焼入れ後のマルテンサイト組織を強化し、転がり疲労寿命を向上させる作用を有している。また、熱間鍛造後においては、組織を微細化し、非調質部の強度と延性とのバランスを著しく改善する作用を有しているとともに、特に加締め方式のハブ軸受ユニットにおいては、加締め加工に伴なう加締め部の塑性加工性を向上させる作用を有している。また、旧オーステナイト結晶粒を微細化することにより、フェライトを分断化し、強度と加工性とのバランスを著しく改善する作用を有している。さらに、高周波焼入れ後においても、結晶粒の成長を抑制する作用を有し、転がり疲労寿命，疲労強度を共に向上させる作用を有しているため、０．４質量％以上添加する必要があり、０．４５質量％以上添加することがより好ましい。
ただし、Ｃｒが多すぎると、熱間鍛造後の硬さが高くなりすぎて、切削性，穴あけ性が低下するおそれがある。また、加締め方式のハブ軸受ユニットにおいては、加締め部の塑性加工性が低下するおそれがある。よって、合金鋼中のＣｒ含有量は、１質量％以下とする必要がある。
【００２９】
〔バナジウムの含有量について〕
バナジウム（Ｖ）は、合金鋼中で安定な炭化物又は炭窒化物を形成し、熱間鍛造時及び高周波焼入れ時に旧オーステナイト結晶粒が成長することを極少量で効果的に抑制する作用を有している。また、旧オーステナイト結晶粒を微細化することにより、フェライトを分断化し、強度と加工性とのバランスを著しく改善する作用を有している。
このようなことから、Ｖは必要に応じて添加してもよいが、その効果を十分に得るためには、０．０３質量％以上添加することが好ましい。ただし、Ｖが多すぎると、熱間鍛造後の硬さが高くなりすぎて、切削性，穴あけ性が低下するおそれがある。また、加締め方式のハブ軸受ユニットにおいては、加締め部の塑性加工性が低下するおそれがある。よって、合金鋼中のＶ含有量は、０．２質量％以下とすることが好ましい。
【００３０】
〔合金鋼の残部について〕
前述の合金成分以外の残部は実質的に鉄（Ｆｅ）であるが、前記以外の合金成分を含有していてもよい。また、不可避の不純物として、イオウ（Ｓ），リン（Ｐ），アルミニウム（Ａｌ），チタン（Ｔｉ），酸素（Ｏ）等を含有していても差し支えない。
合金鋼の清浄度は、特にクリーン潤滑条件下での車輪支持用ハブ軸受ユニットの転がり疲労寿命に大きく影響するため、不純物の含有量は低いことが好ましい。ただし、不純物量の極端な低減は材料コストを著しく引き上げる場合があるので、コストアップを招くような厳しい不純物量の規制は行なわず、軸受材料として使用できる程度の清浄度（ＪＩＳ  Ｇ  ４８０５に規定のもの）を満足する品質（ベアリング  クオリティー）レベルであれば差し支えない。                                                          
【００３１】
〔クロムの含有量Ｃｒ％とマンガンの含有量Ｍｎ％との比Ｃｒ％／Ｍｎ％について〕
比Ｃｒ％／Ｍｎ％が０．８以上であれば、旧オーステナイト結晶粒，初析フェライトがともに微細化して、組織が緻密化される。その結果、非調質部の降伏強度及び疲労強度だけでなく、衝撃強度や切削性，塑性加工性等の加工性も大幅に改善される。ただし、比Ｃｒ％／Ｍｎ％が大きすぎると、初析フェライト量が増大して強度面での改善効果が得られなくなる場合があるので、３以下とする必要がある。
【００３２】
〔数式（Ｉ）について〕
Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｖは、いずれも熱間鍛造後において合金鋼の硬さを高める元素であり、非調質部の強さや疲労強度を向上させる作用を有する。ただし、非調質部が必要以上に硬いと、熱間鍛造後の切削性，穴あけ性，塑性加工性が低下して、著しいコストアップを来たすという不都合がある。熱間鍛造後の合金鋼の硬さは、厳密に言えば熱間鍛造後の冷却速度にも依存するが、合金鋼の硬さを好適なものとするためには、合金成分の含有量が数式（Ｉ）を満足する必要がある。
【００３３】
〔数式（II）について〕
軌道面を含む部分に形成される硬化層においては、転がり疲労寿命の観点から、十分な表面硬さと硬化層深さとが要求されるが、合金鋼に十分な焼入れ性がないと、硬化層に不完全焼入れ組織が生成して、転がり疲労寿命を低下させる場合がある。合金成分の含有量が数式（II）を満足すれば、十分な表面硬さと有効硬化層深さを有する硬化層が得られ、不完全焼入れ組織のない健全な硬化層が形成される。
【００３４】
〔非調質部の硬さについて〕
「数式（Ｉ）について」の項で前述したように、非調質部が必要以上に硬いと、熱間鍛造後の切削性，穴あけ性，塑性加工性が低下して、著しいコストアップを来たすという不都合がある。よって、鍛造後の非調質部のビッカース硬さＨｖは２３０以上３００以下とすることが好ましい。
【００３５】
〔硬化層の表面硬さ及び有効硬化層深さについて〕
硬化層の諸品質は、非調質部の諸品質と同様に、高周波焼入れの条件等によって異なるが、十分な転がり疲労寿命を確保するためには、硬化層の表面硬さは、ビッカース硬さＨｖで６５０以上７８０以下とすることが好ましく、硬化層の有効硬化層深さ（ビッカース硬さＨｖが５００以上である部分の範囲）は１．５ｍｍ以上とすることが好ましい。
ただし、必要以上の有効硬化層深さを得ようとすると、合金鋼に高い焼入れ性が要求されることにより加工性が犠牲となったり、加熱条件等によっては硬化層の結晶粒の粗大化を招いて転がり疲労寿命が不十分となる場合があるため、有効硬化層深さは４ｍｍ以下とすることが好ましい。
【００３６】
〔硬化層の旧オーステナイト結晶粒度について〕
「硬化層の表面硬さ及び有効硬化層深さについて」の項で前述したように、硬化層の旧オーステナイト結晶粒が粗大であると、転がり疲労寿命が不十分となる場合があるため、日本工業規格ＪＩＳ  Ｇ０５５１に規定の方法で測定された旧オーステナイト結晶粒度が、粒度番号で８以上であることが好ましい。
【００３７】
〔非調質部のフェライトの含有量及び旧オーステナイト結晶粒度について〕
「クロムの含有量Ｃｒ％とマンガンの含有量Ｍｎ％との比Ｃｒ％／Ｍｎ％について」の項で前述したように、非調質部のフェライトの含有量が多いと強度面で問題が生じるおそれがあるため、面積率で８％以上２０％以下であることが好ましい。また、非調質部の旧オーステナイト結晶粒が微細であると組織が緻密化され、非調質部の降伏強度及び疲労強度だけでなく、衝撃強度や切削性，塑性加工性等の加工性も大幅に改善される。よって、日本工業規格ＪＩＳ  Ｇ０５５１に規定の方法で測定された旧オーステナイト結晶粒度が、粒度番号で６以上であることが好ましい。
【００３８】
〔車輪支持用ハブ軸受ユニットの製造方法について〕
上記のような品質を得るための最適な鍛造条件は、加工性の観点から、下記のようなものが好ましい。すなわち、９５０℃以上１２００℃以下の温度で熱間鍛造加工を行ない、鍛造打ち終わり時の温度から６００℃に冷却するまでの冷却速度を０．５℃／ｓ以上５℃／ｓ以下とする条件である。冷却速度が０．５℃／秒よりも遅いと、前述した非調質部の硬さが不十分となり、５℃／秒よりも速いと、必要以上に硬さが上昇して加工性が低下したり、割れに至る場合がある。
【発明の効果】
【００３９】
本発明の車輪支持用ハブ軸受ユニットは、生産性に優れることに加えて軽量で長寿命である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
本発明に係る車輪支持用ハブ軸受ユニットの実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明に係る車輪支持用ハブ軸受ユニットの一実施形態の構造を示す断面図である。
図１の車輪支持用ハブ軸受ユニット１は、ハブ２と、内輪３と、外輪４と、二列の転動体５，５と、を備えており、ハブ２の外周面の外端側部分には、図示しない車輪を支持するための車輪取り付け用フランジ６が設けられている。
【００４１】
また、ハブ輪２の内端側部分には外径の小さい段部８が形成されており、該段部８に内輪３が嵌め込まれている。ハブ２の内端側部分には、円筒部１０が内輪３よりも内端側に突出して形成されており、該円筒部１０の外周面には雄ねじが形成されている。そして、この雄ねじに螺合されたナット１１と、段部８の段差面１２とで、内輪３を狭持することにより、内輪３をハブ２に一体的に固定している。
【００４２】
なお、円筒部１０の先端には係止凹部１４が設けてあり、ナット１１のうち係止凹部１４に対応する部分を径方向内方に加締めることによって、ナット１１の緩み止めが図られている。また、内輪３とハブ２とが一体的に固定されたものが、本発明の構成要件である内方部材に相当し、外輪４が本発明の構成要件である外方部材に相当する。
【００４３】
ハブ２の外周面の軸方向中間部及び内輪３の外周面には、それぞれ軌道面が形成され、内輪軌道面２０ａ，２０ｂとされている。また、外輪４の内周面には両内輪軌道面２０ａ，２０ｂに対応する外輪軌道面２１ａ，２１ｂが形成されている。さらに、内輪軌道面２０ａ，２０ｂと外輪軌道面２１ａ，２１ｂとの間には、それぞれ複数の転動体５が転動自在に配置されている。そして、外輪４の外周面には、車輪取り付け用フランジ６から離間する側の端部に、懸架装置取り付け用フランジ１７が設けられている。
このような車輪支持用ハブ軸受ユニット１を自動車に組み付けるには、外輪４の外周面に形成した懸架装置取り付け用フランジ１７により、外輪４を懸架装置に固定し、車輪を車輪取り付け用フランジ６に固定する。その結果、車輪支持用ハブ軸受ユニット１によって車輪が懸架装置に対し回転自在に支持される。
【００４４】
この車輪支持用転がり軸受ユニット１においては、ハブ２，内輪３，及び外輪４は、下記の４つの条件を満足する合金鋼で構成されている。
（条件１）炭素の含有量Ｃ％が０．４５質量％以上０．６５質量％以下、ケイ素の含有量Ｓｉ％が０．５質量％以上１質量％以下、マンガンの含有量Ｍｎ％が０．２質量％以上０．６質量％以下、クロムの含有量Ｃｒ％が０．４質量％以上１質量％以下、バナジウムの含有量Ｖ％が０質量％又は０質量％超過０．２質量％以下である。
（条件２）クロムの含有量Ｃｒ％とマンガンの含有量Ｍｎ％との比Ｃｒ％／Ｍｎ％が０．８以上３以下である。
【００４５】
（条件３）炭素の含有量Ｃ％，ケイ素の含有量Ｓｉ％，マンガンの含有量Ｍｎ％，クロムの含有量Ｃｒ％，及びバナジウムの含有量Ｖ％が、下記の数式（Ｉ）を満足する。
０．７５≦Ｃ％＋Ｓｉ％／１０＋Ｍｎ％／５＋５×Ｃｒ％／２２＋１．６５×Ｖ％≦０．９５  ・・・（Ｉ）
（条件４）炭素の含有量Ｃ％，ケイ素の含有量Ｓｉ％，マンガンの含有量Ｍｎ％，及びクロムの含有量Ｃｒ％が、下記の数式（II）を満足する。
（０．２×Ｃ％＋０．１４）×（０．６４×Ｓｉ％＋１）×（４．１×Ｍｎ％＋１）×（２．３３×Ｃｒ％＋１）≧１．５  ・・・（II）
【００４６】
そして、ハブ２の内輪軌道面２０ａ，内輪３の内輪軌道面２０ｂ，及び外輪４の外輪軌道面２１ａ，２１ｂには、転動体５から高面圧が繰り返し負荷されるため、十分な転がり疲労寿命と耐摩耗性とを兼ね備えるように、高周波焼入れによる硬化層（図示せず）が形成されている。また、外輪４の内周面のうち外輪軌道面２１ａ，２１ｂ以外の部分や、ハブ２の外周面のうち内輪軌道面２０ａ以外の部分は、硬化層が形成されておらず、加工性等の観点から熱間鍛造したままの状態である非調質部とされている。ただし、外輪軌道面２１ａ，２１ｂの周辺部分や内輪軌道面２０ａの周辺部分にまで、硬化層を形成してもよい。
【００４７】
この硬化層は、表面硬さがビッカース硬さＨｖで６５０以上７８０以下であり、ビッカース硬さＨｖが５００以上である有効硬化層深さが１．５ｍｍ以上４ｍｍ以下である。そして、硬化層は、日本工業規格ＪＩＳ  Ｇ０５５１に規定の方法で測定された旧オーステナイト結晶粒度が、粒度番号で８以上である。
また、非調質部のビッカース硬さＨｖは２３０以上３００以下である。そして、フェライトの含有量が面積率で８％以上２０％以下であり、日本工業規格ＪＩＳ  Ｇ０５５１に規定の方法で測定された旧オーステナイト結晶粒度が、粒度番号で６以上である。
【００４８】
さらに、非調質部の降伏強度は５００ＭＰａ以上、１０7 サイクル疲労強度は４００ＭＰａ以上であり、日本工業規格のＳ５３ＣやＳＡＥ１０５５等の構造用炭素鋼よりも優れた加工性と高い耐久性を有している。
このような構成から、ハブ２，内輪３，及び外輪４は、優れた加工性，強度，転がり疲労寿命を兼ね備えている。強度が優れているため、両フランジ６，１７の薄肉化が可能である。よって、車輪支持用ハブ軸受ユニット１は、生産性に優れることに加えて軽量で長寿命である。
なお、本実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態においては車輪支持用ハブ軸受ユニットの例として、前述のようなナット方式のものを例示したが、図８に示すような加締め方式の車輪支持用ハブ軸受ユニットでも差し支えない。
【００４９】
〔実施例〕
以下に、実施例を示して、本発明をさらに具体的に説明する。ハブ，内輪，及び外輪が表１に示す合金鋼で構成されたことを除いては前述の車輪支持用ハブ軸受ユニット１と同様の構成を有する種々の車輪支持用ハブ軸受ユニット（呼び番号：４９ＢＷＫＨ）を用意して、各種性能の評価を行った。なお、表１に記載の式値（Ｉ）とは、前述の数式（Ｉ）から算出される値（Ｃ％＋Ｓｉ％／１０＋Ｍｎ％／５＋５×Ｃｒ％／２２＋１．６５×Ｖ％）を意味し、式値（II）とは、前述の数式（II）から算出される値（（０．２×Ｃ％＋０．１４）×（０．６４×Ｓｉ％＋１）×（４．１×Ｍｎ％＋１）×（２．３３×Ｃｒ％＋１））を意味する。
【００５０】
【表１】
2006046353.tif 000003
【００５１】
まず、ハブのフランジ部分から試験片を採取して、非調質部に関する各種物性及び各種性能の評価を行った。なお、ハブ，内輪，及び外輪は、棒鋼から切り出した素材を高周波誘導加熱により９５０〜１２００℃とし、据え込み加工を主体とした熱間鍛造を施し、さらに炉冷，空冷，ファン強制空冷等によって冷却することにより製造した。そして、冷却速度を種々変更することにより、非調質部の硬さを変化させた。鍛造打ち終わり時から６００℃に冷却されるまで赤外線放射温度計により部材の温度を測定して、その測定値と冷却時間から冷却速度を算出した（表２，３を参照）。
【００５２】
〔非調質部の硬さ，フェライトの含有量，及び旧オーステナイト結晶粒度の測定方法について〕
非調質部の硬さは、ハブのフランジの平滑部を切り出し、樹脂に包理して、切断面をエメリー紙で仕上げ研磨した後、ビッカース硬度計を用いて測定した。また、硬さを測定した面と同一面をピクラール腐食液でエッチングした後、ミクロ組織観察及び画像処理を行うことによって、初析フェライトの含有量（面積率）及び旧オーステナイト結晶粒度を測定した。
【００５３】
〔非調質部の降伏強度，疲労強度，及びシャルピー衝撃値の測定方法について〕
非調質部の降伏強度は、ハブのフランジから切り出して作製したＪＩＳ  １４Ａ号試験片（直径８．５ｍｍ）を用いて測定した。また、非調質部の疲労強度は、小野式回転曲げ疲労試験機を用いて測定した。試験条件は、回転速度３７００ｍｉｎ-1、回転数１０7 サイクルである。用いた試験片は、ＪＩＳ  Ｚ２２７１に規定された１−８号試験片であり、ハブのフランジから切り出して作製した。さらに、非調質部のシャルピー衝撃値は、ハブのフランジから切り出して作製したＵノッチ付き試験片を用いて測定した。なお、ノッチの深さは２ｍｍである。
【００５４】
〔非調質部の旋削性の評価方法について〕
ＪＩＳ  Ｂ  ４０１１に規定されたバイト試験法に従って、下記条件で研削を行った。そして、バイトの逃げ面の摩耗量が０．２ｍｍに達するまでの時間を工具寿命とし、この工具寿命の長さで旋削性を評価した。
工具の種類  ：ＪＩＳ  Ｂ  ４０５３に規定されたＰ１０
切り込み速度：１５０ｍ／ｓ
送り量      ：０．２ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み    ：０．５ｍｍ
【００５５】
〔非調質部の穴あけ性の評価方法について〕
下記条件で穴あけを実施し、穴あけ不能になるまでに形成した穴数によって穴あけ性を評価した。
工具の種類：ＳＫＨ５１
切削速度  ：３０ｍ／ｍｉｎ
送り量    ：０．２ｍｍ／ｒｅｖ
穿孔深度  ：１５ｍｍ
【００５６】
〔非調質部の冷間加工性の評価方法について〕
ハブのフランジから切り出して作製した円板状の試験片（直径は１０ｍｍ）に、据え込み率２０〜８０％の冷間圧縮（鍛造）を施し、円周上に割れが発生する限界据え込み率により冷間加工性を評価した。
非調質部に関する各種物性及び各種性能の評価結果を表２，３に示す。表２，３から分かるように、各実施例は、好適な合金成分により旧オーステナイト結晶粒や初析フェライトが微細化されているため、加工性（旋削性，穴あけ性，冷間加工性）と強度（降伏強度，疲労強度，シャルピー衝撃値）とのバランスが優れていた。
【００５７】
【表２】
2006046353.tif 000004
【００５８】
【表３】
2006046353.tif 000005
【００５９】
次に、車輪支持用転がり軸受ユニットについて回転試験を行い、その寿命を評価した。その際には、外輪の外周面に設けられた懸架装置取り付け用フランジを固定し、ハブの外周面に設けられた車輪取り付け用フランジに荷重を負荷して、下記の条件で回転試験を行った。そして、ハブ及び外輪の振動を測定することによりフレーキングの発生を検知し、内輪軌道面又は外輪軌道面にフレーキングが生じるまでの総回転数により寿命を評価した。結果を表４，５に示す。なお、表４，５に示した寿命の数値は、比較例３Ａの寿命を１とした場合の相対値で示してある。
ラジアル荷重  ：７０００Ｎ
アキシアル荷重：５０００Ｎ
回転速度      ：３００ｍｉｎ-1
なお、実施例３については、高周波焼入れの条件を変更することにより表面硬さ等の異なる硬化層を有するもの（実施例３Ａ，３Ｂ，３Ｃ）を用意して、それぞれ回転試験に供した。比較例３，４についても同様である。
【００６０】
【表４】
2006046353.tif 000006
【００６１】
【表５】
2006046353.tif 000007
【００６２】
表４，５から分かるように、実施例の車輪支持用転がり軸受ユニットは、比較例の車輪支持用転がり軸受ユニットと比べて寿命が優れていた。
次に、非調質部のビッカース硬さＨｖと降伏強度との相関を図２に、非調質部のビッカース硬さＨｖとフェライトの含有量との相関を図３に、非調質部のビッカース硬さＨｖと旋削性（工具寿命）との相関を図４に、非調質部のビッカース硬さＨｖと穴あけ性（穴あけ不能になるまでに形成した穴数）との相関を図５に、それぞれ示す。
【００６３】
各グラフから分かるように、同一の硬さにおいては、降伏強度，フェライトの含有量ともに、実施例が比較例よりも優れていた。そして、加工性（旋削性，穴あけ性）を著しく低下させることなく、降伏強度５００ＭＰａ、１０7 サイクル疲労強度４００ＭＰａを十分に達成することができるため、車輪支持用ハブ軸受ユニットの軽量化に有利である。
また、軌道面に形成された硬化層の旧オーステナイト結晶粒度と寿命との相関を、図６に示す。合金成分に加えて表面硬さ及び硬化層深さを最適化し、さらに旧オーステナイト結晶粒の粗大化を抑制したため、実施例の車輪支持用転がり軸受ユニットは比較例の車輪支持用転がり軸受ユニットよりも大幅に長寿命であった。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明に係る車輪支持用ハブ軸受ユニットの一実施形態の構造を示す断面図である。
【図２】非調質部のビッカース硬さＨｖと降伏強度との相関を示すグラフである。
【図３】非調質部のビッカース硬さＨｖとフェライトの含有量との相関を示すグラフである。
【図４】非調質部のビッカース硬さＨｖと旋削性との相関を示すグラフである。
【図５】非調質部のビッカース硬さＨｖと穴あけ性との相関を示すグラフである。
【図６】軌道面に形成された硬化層の旧オーステナイト結晶粒度と車輪支持用転がり軸受ユニットの寿命との相関を示すグラフである。
【図７】従来の車輪支持用ハブ軸受ユニットの構造を示す断面図である。
【図８】従来の車輪支持用ハブ軸受ユニットの構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６５】
１      車輪支持用ハブ軸受ユニット
２      ハブ
３      内輪
４      外輪
５      転動体
６      車輪取り付け用フランジ
１７      懸架装置取り付け用フランジ
２０ａ    内輪軌道面
２０ｂ    内輪軌道面
２１ａ    外輪軌道面
２１ｂ    外輪軌道面
【図１】
2006046353.tif 000008
【図２】
2006046353.tif 000009
【図３】
2006046353.tif 000010
【図４】
2006046353.tif 000011
【図５】
2006046353.tif 000012
【図６】
2006046353.tif 000013
【図７】
2006046353.tif 000014
【図８】
2006046353.tif 000015