(57)【要約】【課題】フランジ６の軸方向外側面側の付け根部分を焼き入れする事なく、この付け根部分の疲労強度を向上させる。そして、上記フランジ６の薄肉化を可能にし、車輪支持用転がり軸受ユニットの軽量化を可能にする。【解決手段】ハブ輪２を、Ｃを０．４５〜０．６５重量％含む炭素鋼製とする。そして、このハブ輪２のうちで、少なくとも上記フランジ６の軸方向外側面側の付け根部分のミクロ組織を、オーステナイト結晶粒度が４以上で、且つ、面積率が３〜１５％の初析フェライトにより構成する。【選択図】　図１
2004100946.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用時に懸架装置に支持されて回転しない静止輪と、この静止輪と同心に配置されて、使用時に車輪を結合固定してこの車輪と共に回転する回転輪と、この回転輪と上記静止輪とのうちの一方で径方向外方に存在する外径側軌道輪の内周面に設けられた外輪軌道と、上記回転輪と上記静止輪とのうちの他方で径方向内方に存在する内径側軌道輪の外周面に設けられた内輪軌道と、この内輪軌道と上記外輪軌道との間に設けられた複数個の転動体と、上記回転輪の外周面に設けられた、上記車輪を結合固定する為のフランジとを備えた車輪支持用転がり軸受ユニットに於いて、上記回転輪が、Ｃを０．４５〜０．６５重量％含む炭素鋼製であり、この回転輪のうちで、少なくとも上記フランジの軸方向外側面側の付け根部分が、オーステナイト結晶粒度が４以上で、且つ、面積率が３〜１５％の初析フェライトから成る事を特徴とする車輪支持用転がり軸受ユニット。
【請求項２】
回転輪を構成する炭素鋼中のＣの含有量が０．５０重量％以上である、請求項１に記載した車輪支持用転がり軸受ユニット。
【請求項３】
オーステナイト結晶粒度が５以上で、且つ、初析フェライトの面積率が３〜９％である、請求項１〜２の何れかに記載した車輪支持用転がり軸受ユニット。
【請求項４】
静止輪が、内周面に複列の外輪軌道を有する外輪であり、回転輪が、軸方向外端部外周面に車輪を支持する為のフランジを、中間部外周面に第一の内輪軌道を、それぞれ形成したハブ輪と、外周面に第二の内輪軌道を備えた内輪とから成り、この内輪をこのハブ輪の内端部外周面に設けられた、上記第一の内輪軌道を形成した部分よりも外径寸法が小さくなった段部に外嵌固定したものである、請求項１〜３の何れかに記載した車輪支持用転がり軸受ユニット。
【請求項５】
静止輪が、それぞれの外周面に内輪軌道を有する１対の内輪であり、回転輪が、外周面に車輪を支持する為のフランジを、内周面に複列の外輪軌道を、それぞれ形成したハブ輪である、請求項１〜３の何れかに記載した車輪支持用転がり軸受ユニット。
【請求項６】
回転輪を構成する炭素鋼が、Ｎｂを０．０２〜０．３０重量％含有するものである、請求項１〜５の何れかに記載した車輪支持用転がり軸受ユニット。
【請求項７】
回転輪が、炭素鋼製の素材に熱間鍛造或は切削加工を施す事により所定の形状に形成した中間素材に、少なくとも１回、７５０〜１０００℃の温度に加熱してから臨界冷却速度以下の速度で冷却する熱処理を施した後、仕上加工を施したものである、請求項１〜６の何れかに記載した車輪支持用転がり軸受ユニット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車の車輪を懸架装置に対し回転自在に支持する為の車輪支持用転がり軸受ユニットの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の車輪を懸架装置に対し回転自在に支持する為に、例えば図１〜２に示す様な車輪支持用転がり軸受ユニット１、１ａが、広く使用されている。このうちの図１に示した第１例の車輪支持用転がり軸受ユニット１は、ハブ輪２と、内輪３と、外輪４と、複数個の転動体５、５とを備える。このうちのハブ輪２の外周面の外端部（軸方向に関して外とは、自動車への組み付け状態で幅方向外寄りとなる側を言い、図１〜２の左側。反対に幅方向中央寄りとなる側を、軸方向に関する内と言い、図１〜２の右側。本明細書全体で同じ。）には、車輪を支持する為のフランジ６を形成している。又、このハブ輪２の中間部外周面には第一の内輪軌道７ａを、同じく内端部には外径寸法が小さくなった段部８を、それぞれ形成している。そして、この段部８に、外周面に第二の内輪軌道７ｂを形成した、上記内輪３を外嵌している。又、この内輪３の内端面は、上記ハブ輪２の内端部に形成した円筒部を直径方向外方にかしめ広げる事で形成したかしめ部９により抑え付けて、上記内輪３を上記ハブ輪２の所定位置に固定している。又、上記外輪４の内周面には複列の外輪軌道１０、１０を形成し、これら両外輪軌道１０、１０と上記両内輪軌道７ａ、７ｂとの間に上記各転動体５、５を、それぞれ複数個ずつ設けている。
【０００３】
次に、図２に示した第２例の車輪支持用転がり軸受ユニット１ａは、図示しない支持軸に外嵌された状態で回転しない１対の内輪３ａ、３ａの周囲に、外周面に車輪を支持する為のフランジ６ａを形成したハブ輪２ａを配置している。そして、このハブ輪２ａの内周面に形成した外輪軌道１０ａ、１０ａと上記各内輪３ａ、３ａの外周面に形成した各内輪軌道７、７との間に、それぞれ複数個ずつの転動体５、５を設けている。
尚、図１〜２に示した例は何れも、転動体５、５として玉を使用しているが、重量の嵩む自動車用の転がり軸受ユニットの場合には、これら転動体としてテーパころを使用する場合もある。
【０００４】
上述の様な車輪支持用転がり軸受ユニット１、１ａを自動車に組み付けるには、外輪４の外周面に形成した外向フランジ状の取付部１１をナックル等の懸架装置の構成備品にねじ止め固定する事により（図１の構造の場合）、或は１対の内輪３ａ、３ａを支持軸に外嵌固定する事により（図２の構造の場合）、静止輪である上記外輪４或は内輪３ａ、３ａを懸架装置に支持する。又、ハブ輪２、２ａの外周面に形成したフランジ６、６ａに車輪を固定する。この結果、この車輪を懸架装置に対し回転自在に支持する事ができる。
【０００５】
上述の様な車輪支持用転がり軸受ユニット１、１ａを構成するハブ輪２、２ａは、熱間鍛造性や切削性を確保する事を考慮して、Ｓ５３Ｃ等の中炭素鋼で造っている。製造時には、先ず、所定長さに切断した棒状の素材を、高周波誘導加熱により１１００〜１２００℃程度のオーステナイト域まで加熱してから、熱間鍛造により所定の形状とした後、放冷する。この加工作業の際、オーステナイト粒界から初析フェライトが析出した後、室温程度に冷却されるまでの間に起こるパーライト変態によって、初析フェライトとパーライトとが複合した組織が得られる。この様な組織の大部分は、焼き入れ、焼き戻し等の熱処理を施す事なく、そのまま使用される。これに対して、図１に示す構造の場合、同図に斜格子で示す様に、フランジ６の軸方向内側面側の付け根部分及び前記第一の内輪軌道７ａから段部８までの領域に、転がり疲労寿命確保、及び、嵌合部のフレッチング防止の為に、高周波焼き入れによる硬化層を形成する事が行なわれている。
【０００６】
又、近年、自動車の燃費向上並びに走行性能の向上の為、車輪支持用転がり軸受ユニット１、１ａの軽量化に関する要求が高くなっており、車輪を支持する為のフランジ６、６ａの薄肉化に就いても考慮されている。但し、このフランジ６、６ａを薄肉化すると、このフランジ６、６ａの付け根部分の強度が弱くなる為、薄肉化するに就いては、強度確保の為に十分な配慮を行なう必要がある。
【０００７】
特に、上記フランジ６、６ａの外側面側の付け根部分には、旋回走行時等に、懸架装置と車輪との間で上記車輪支持用転がり軸受ユニット１、１ａに加わるモーメント荷重によって、曲げ応力が集中する。この為、何らの対策も施さない場合には、金属疲労に基づいて、亀裂等の損傷が生じる可能性がある。一方、上記フランジ６、６ａの内側面側の付け根部分は、前述した通り、高周波焼き入れによる硬化層が形成されて高強度になっている為、上記外側面側の付け根部分よりも、疲労強度が高くなっており、亀裂等の損傷が生じる可能性は低い。
この様な事情に鑑みて、特許文献１には、フランジの外側面側の付け根部分にも、内側面側の付け根部分と同様に、高周波焼き入れによる表面硬化層を形成する事によって、このフランジの外側面側の付け根部分の強度向上を図った構造が記載されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−８７００８号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
但し、上述した特許文献１に記載された構造の場合には、高周波焼き入れ部が１個所増加する事により、車輪支持用転がり軸受ユニットの製造コストが上昇する。しかも、フランジの付け根部分を、内外両側面側から焼き入れ硬化する事に伴って、この付け根部分の靱性が低下し、この付け根部分の耐衝撃性が低下する事が懸念される。
【００１０】
この様な耐衝撃性の低下を防止すべく、上記付け根部分の外側面側を焼き入れ硬化させずに上記フランジの薄肉化を図る為には、素材を鍛造した後の疲労強度を向上させる事が必要になる。更に、切削性も考慮すると、耐久比（疲労限強度／引張り強度）を向上させる事も必要になる。
本発明は、この様な事情に鑑みて、高周波焼き入れ部を増加させる事なく、即ち、フランジの軸方向外側面側の付け根部分を焼き入れする事なく、この付け根部分の疲労強度を向上させる事により、上記フランジの薄肉化を可能にし、車輪支持用転がり軸受ユニットの軽量化を可能にすべく発明したものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の車輪支持用転がり軸受ユニットは、前述した従来から知られている車輪支持用転がり軸受ユニットと同様に、静止輪と、回転輪と、外輪軌道と、内輪軌道と、複数個の転動体と、フランジとを備える。
このうちの静止輪は、使用時に懸架装置に支持されて回転しない。
又、上記回転輪は、上記静止輪と同心に配置され、使用時に車輪を結合固定して、この車輪と共に回転する。
又、上記外輪軌道は、上記回転輪と上記静止輪とのうちの一方で、径方向外方に存在する外径側軌道輪の内周面に設けられている。
又、上記内輪軌道は、上記回転輪と上記静止輪とのうちの他方で、径方向内方に存在する内径側軌道輪の外周面に設けられている。
又、上記各転動体は、上記内輪軌道と上記外輪軌道との間に設けられている。又、上記フランジは、上記車輪を結合固定する為のもので、上記回転輪の外周面に設けられている。
【００１２】
特に、本発明の車輪支持用転がり軸受ユニットに於いては、上記回転輪が、Ｃ（炭素）を０．４５〜０．６５重量％含む炭素鋼製である。そして、この回転輪のうちで、少なくとも上記フランジの軸方向外側面側の付け根部分が、オーステナイト結晶粒度が４以上で、且つ、面積率が３〜１５％の初析フェライトから成る。
尚、上記オーステナイト結晶粒度とは、ＪＩＳ　Ｇ　１５５１に規定されたもので、１ｍｍ２　の面積中に、２３＋ｎ　の結晶粒が存在する場合に、当該部分の結晶粒度をｎとする。従って、上記オーステナイト結晶粒度が４以上であるとは、１ｍｍ２　の面積中に、オーステナイトの結晶粒が２７　（＝１２８）以上存在する状態を言う。
【００１３】
上述の様な回転輪を得る為に好ましくは、請求項７に記載した様に、この回転輪を、炭素鋼製の素材に熱間鍛造或は切削加工を施す事により所定の形状に形成した中間素材に、少なくとも１回、７５０〜１０００℃の温度で加熱してから臨界冷却速度以下の速度で冷却する熱処理（焼き慣らし）を施した後、仕上加工を施したものとする。
【００１４】
【作用】
上述の様に構成する本発明の車輪支持用転がり軸受ユニットによれば、回転輪の外周面に形成したフランジの軸方向外側面側の付け根部分の疲労強度を、この付け根部分を焼き入れ硬化する事なく向上させる事ができる。以下、この理由に就いて説明する。
【００１５】
走行時に車輪と共に回転輪が回転している状態で、路面に接した車輪と車体に支持された懸架装置との間に設けた車輪支持用転がり軸受ユニットには、ラジアル荷重が加わる。そして、このラジアル荷重と回転モーメントとにより上記フランジの付け根部分に、回転曲げ応力が発生する。中炭素鋼の初析フェライトとパーライトとが複合した組織を有する非調質鋼の場合、この様な回転曲げ応力に基づいて、上記フランジの付け根部分の表面の初析フェライトで発生した応力集中で疲労亀裂が発生し、主に初析フェライト粒内及び初析フェライト／パーライト境界を進展する。
【００１６】
この様な機構で上記フランジの付け根部分で発生する疲労亀裂に対し、本発明の車輪支持用転がり軸受ユニットの場合には、この付け根部分を、オーステナイト結晶粒度が４以上で、且つ、面積率が３〜１５％以上の初析フェライトにより構成する事で、上記付け根部分の疲労強度の向上を図れる。即ち、この付け根部分のミクロ組織を制御する事で、以下の様な機構により、この付け根部分の疲労強度を向上させる事ができる。
【００１７】
先ず、オーステナイト粒を微細化する（粒径を小さくする）と、粒界での応力集中を抑制する効果、並びに、オーステナイト／フェライト変態時の核生成のサイトを増やし、初析フェライト粒を微細に析出させる効果がある。又、初析フェライトを微細に分断すると、亀裂発生の最小単位が小さくなるので、疲労破壊を効果的に抑制する事ができる。具体的には、オーステナイト粒度を４以上とすれば上記効果を十分に得られる。
【００１８】
尚、本発明の車輪支持用転がり軸受ユニットを構成する、その外周面にフランジを形成した回転輪は、前述した様に、Ｓ５３Ｃ等の中炭素鋼製で所定長さに切断された棒状の素材に鍛造加工を施す事により所定の形状とした後、放冷する事により造る。この様にして造られる上記回転輪のオーステナイト粒を、鍛造後に微細にする（粒径を小さくする）方法として、次の▲１▼〜▲３▼の様な方法が採用可能である。
【００１９】
▲１▼　鍛造時の温度を低く抑える。
オーステナイトの粒は、原子の拡散が活発な高温程成長し易く（粒径が大きくなり易く）、加工度が大きい程、粒は微細に（粒径が小さく）なる。一方、鍛造加工時の変形抵抗を少なくして複雑な形状の加工を行ない易くする為、複雑な形状の鍛造を行なう際に従来は、鍛造加工時の温度を高くする傾向がある。これに対して、本発明の車輪支持用転がり軸受ユニットを得るべく、オーステナイト結晶粒径を微細にする為に、上記回転輪を鍛造加工する際の温度を低く抑える。
【００２０】
▲２▼　合金（炭素鋼）中に適切な元素を添加する。
鋼中に炭化物を微細に分散させると、それらのピン止め効果によって、結晶粒の成長を効果的に抑制する事ができて、上記▲１▼の様に、鍛造温度を低下させるのと同様の効果を得る事ができる。この為に合金中に添加する元素としては、後述の様に、Ｎｂ（ニオブ）が好ましい。
【００２１】
▲３▼　鍛造後に所定の熱処理（焼き慣らし）を施す。
上記▲１▼の様に、鍛造時の温度を低く抑えれば、鍛造後に於けるオーステナイト粒を微細にできるが、鍛造時の変形抵抗が大きくなる。従って、回転輪の形状が複雑である場合には、完成品に近い中間素材を得る為の鍛造加工は、比較的高温で行なう事が好ましい。但し、この場合にそのまま放置すると、鍛造後に於けるオーステナイト粒の粒径が大きくなる。そこで、高温で鍛造加工を行なって中間素材を得たならば、この中間素材を７５０〜１０００℃の温度で加熱してから臨界冷却速度以下の速度で冷却する熱処理を施す。この様な熱処理により、上記中間素材中のオーステナイト粒の粒径を微細化できる。
【００２２】
即ち、熱間鍛造により得た上記中間素材を一旦冷却する事で、この中間素材中の組織が、初析フェライトとパーライトの複合組織となる。その後、この中間素材に上記熱処理を施す事により、この中間素材中のミクロ組織が、全体的に均一で且つ微細な、初析フェライトとパーライトの複合組織となる。尚、上記中間素材を得る為に、熱間鍛造に代えて切削加工を施す場合があるが、この場合にも、上記熱処理を施す事は有効である。要は、熱間鍛造或は切削加工を施した中間素材に上述の様な熱処理を施せば、ミクロ組織の制御を行なう事ができる。
【００２３】
又、上記熱処理に於ける再加熱の温度を７５０〜１０００℃としたのは、次の理由による。先ず、７５０℃未満の場合には、完全にオーステナイト化する事ができない為、ミクロ組織を均一にできない。これに対して、１０００℃を超えた場合には、オーステナイト域で保持する間に、オーステナイト結晶粒の成長が起こってしまい、十分な初析フェライトが得られず、上述した様な均一で微細な初析フェライトとパーライトの複合組織が得られない。尚、仕上加工時の切削性を良好にする為には、後述する様に、上記初析フェライトの面積率を高く（例えば１０％以上に）する事が好ましい。そして、この面積率を１０％以上とする為には、上記熱処理の温度を７５０〜９００℃の範囲に規制する事が好ましい。
【００２４】
又、この様な熱処理は、中間素材の結晶粒度を均一化する為にも有効である。即ち、熱間鍛造時の加熱温度が素材全体で均一であったとしても、この素材の部位によって加工量が大きく異なる。この為、上記素材に上記熱間鍛造を施して得た中間素材の結晶粒度のばらつきは、上記熱処理を施さない状態のままでは或る程度大きくなる事が避けられない。例えば、回転輪を構成するフランジ部分は全体的に加工量が多いが、このフランジ部分から外れた部分の加工量は比較的少なくなる。この為、上記中間素材中のミクロ組織は、オーステナイトの粒径及び初析フェライトの分布状態が均一になりにくい。この様に、オーステナイトの粒径及び初析フェライトの分布状態が不均一な状態では、硬さにばらつきを生じ、組織中の最弱部からクラックが発生し易くなる為、疲労強度が低くなる。
【００２５】
これに対して、上述の様な熱処理を施せば、前記再加熱によって、ミクロ組織が一度オーステナイトに変態して、比較的均一な結晶粒度分布となる。そして、臨界冷却速度以下の速度で冷却する事により、冷却後に微細で且つ均一な初析フェライト／パーライトの複合組織が得られる。この結果、硬さのばらつきを極力抑えて、疲労強度を向上させる事ができる。又、この様に、初析フェライト／パーライトの複合組織を均一にする事は、切削性及び疲労強度の上昇のみならず、軌道面及びフランジ付け根部分の内側面側の高周波焼き入れ性を向上させる面からも効果的である。
【００２６】
次に、フランジの付け根部分を構成する初析フェライトの面積率（３〜１５％）は、切削性と疲労強度の確保との両立を図る面から規制する。オーステナイトの粒界上に存在する初析フェライトは、亀裂の発生起点となるので、疲労強度を向上させる面からは、上記面積率は低い方が好ましい。これに対して、鍛造加工後に表面の寸法、形状を仕上げる為の切削加工の容易性（切削性）を考慮した場合には、或る程度の初析フェライトも必要である。これらの事を考慮した場合、上記面積率を３〜１５％の範囲に規制する事が、切削性と疲労強度の確保との両立を図る面から必要になる。初析フェライト面積率が３％以下の場合には切削性が悪化し、１５％を超えた場合には、上記付け根部分の疲労強度を十分に確保できなくなる。尚、上記初析フェライトの面積率は、鍛造後のオーステナイトの結晶粒径が小さく、冷却速度が遅いほど高くなる。前記熱処理（焼き慣らし）の温度を７５０〜９００℃とし、上記面積率を１０％以上（但し１５％以下）とする事は、上記切削性を良好にする面からは好ましい。
【００２７】
又、本発明の車輪支持用転がり軸受ユニットを構成する回転輪は、Ｃを０．４５〜０．６５重量％（好ましくは０．５０〜０．６５重量％）含む炭素鋼製とし、好ましくはＮｂを０．０２〜０．３０重量％含有させるが、これら各元素を添加する理由、並びにその含有量をこの様な範囲に規制する理由は、次の通りである。
【００２８】
先ず、Ｃは、回転輪の周面に形成した軌道面並びにフランジの付け根部分の硬度を確保し、この軌道面の転がり疲れ寿命及び付け根部分の疲労強度を確保する為に添加する。Ｃの含有量が０．５０％未満の場合には、軌道面及び付け根部分に高周波焼き入れ等の熱処理を施しても、当該部分の硬度が十分に高くならない。この結果、転動体と繰り返し転がり接触する、上記軌道面部分の転がり疲れ寿命が短くなる。又、回転曲げ応力に対する、上記付け根部分の疲労強度も確保しにくくなる。
【００２９】
但し、上記Ｃの含有量が０．５０％未満の場合でも、０．４５重量％以上であれば、車輪支持用転がり軸受ユニットの仕様によっては、実用上必要とされる耐久性を確保できる。例えば、上記軌道面部分の転がり疲れ寿命に関しては、この軌道面の断面形状の曲率半径を小さくし（玉の転動面の曲率半径に近づけ）たり、或は転動体として円すいころを使用する場合が考えられる。この様な場合には、転がり接触部に作用する面圧が比較的低くなるので、上記Ｃの含有量が０．４５〜０．５０％程度の場合でも、上記転がり疲れ寿命を確保できる。又、上記付け根部分の疲労強度に関しても、比較的小型の車輪支持用転がり軸受ユニットでこの付け根部分に加わる荷重が限られている場合には、上記Ｃの含有量が０．４５〜．０．５０％程度の場合でも、必要とする疲労強度を確保できる。これに対して、Ｃを０．６５重量％を超えて添加した場合でも、転がり疲れ寿命及び疲労強度をそれ以上に改善できないだけでなく、初析フェライトの面積率が低下し、切削性が悪化する等の問題を生じる。この様な理由により、Ｃの含有量を、０．４５〜０．６５重量％（好ましくは０．５０〜０．６５重量％）の範囲に規制した。
【００３０】
次に、Ｎｂは、鋼中に炭化物として析出して、鍛造時に於けるオーステナイト粒の成長を抑制し、オーステナイト結晶粒を微細にする働きを有する。この為、このオーステナイト結晶粒の微細化により、フランジの付け根部分の疲労強度を向上させる為に添加する。
Ｎｂの含有量が０．０２重量％未満の場合には、上述の様なオーステナイト結晶粒の微細化を十分に図れない。これに対して、Ｎｂを０．３重量％を越えて添加しても、それ以上の微細化を得にくいだけでなく、コスト上昇の原因となり、しかも鍛造後の切削性が低下する。従って、Ｎｂを添加する場合には、その含有量を０．０２〜０．３重量％の範囲に規制する。
【００３１】
以上の様に本発明の車輪支持用転がり軸受ユニットによれば、回転輪の外周面に形成したフランジの軸方向外側面側の付け根部分のミクロ組織を制御するのみで、この付け根部分の疲労強度の向上を図れる。この場合に、現状の素材を使用する場合に比べコスト上昇を抑えつつ、しかも回転輪の形状及び寸法を変える等の設計仕様の変更を必要とせずに上記疲労強度の向上を図れる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
本発明の特徴は、ハブの外周面に形成するフランジの外側面側の付け根部分の疲労強度を、この付け根部分を焼き入れする事なく向上させる点にある。図面に現れる構造に就いては、例えば前述の図１〜２に示した従来構造と同様であるから、重複する説明は省略する。
尚、図１に示した車輪支持用転がり軸受ユニット１ａの場合には、ハブ輪２の外周面に形成したフランジ６の内側面側の付け根部分の疲労強度は、前述した様に、焼き入れに基づいて確保される。
これに対して、図２に示した車輪支持用転がり軸受ユニット１ａの場合には、ハブ輪２ａの外周面に形成したフランジ６ａの内側面側の付け根部分の疲労強度は、外側面側の付け根部分と同様に、所定の初析フェライトにより、或は別途焼き入れにより、確保する。上記フランジ６ａの内側面側の付け根部分から上記ハブ輪２ａの内周面までの距離は、同じく外側面側の付け根部分から内周面までの距離よりも長い為、焼き入れ効果に伴う靱性の低下は、問題となりにくい。
【００３３】
【実施例】
本発明の効果を確認する為に行なった実験に就いて説明する。
先ず、第一の実験では、次の表１に示す様な元素を含み、残りをＦｅと不可避不純物としたＡ〜Ｃの３種類の原材料を切断して得た、酸素濃度が１２ｐｐｍ　以下である棒状の素材を、高周波誘導加熱により、９５０℃〜１２００℃にまで加熱して、オーステナイト粒度を変化させ、熱間鍛造により、駆動輪用のハブ輪を得た。
【表１】
2004100946.tif 000003
【００３４】
次いで、冷却後、ショットブラストにより表面の酸化膜を除去した。尚、この冷却行程は、強制空冷又は放冷の何れかを採用する事により、冷却後の初析フェライトの面積率を調整した。更に、上記酸化膜の除去後に、表面の寸法並びに形状を整える為の旋削加工、車輪を支持する為のフランジにスタッドを固定する為の孔をあける穿孔作業、軌道面、フランジの内側面側の付け根部分、内輪を外嵌する為の段部の硬度を高める為の高周波焼き入れ作業、軌道面並びにミクロ組織を観察する為に必要となる、上記外側面側付け根部分を平滑にする為の研磨作業を行なった。そして、上記フランジの外側面側の付け根部分のオーステナイト結晶粒度（γ粒度）並びに初析フェライトの面積率が、後述する表２に示す様に互いに異なる、本発明に属する１２種類の試料（実施例１〜１２）及び本発明から外れる８種類の試料（比較例１〜８）の、合計２０種類の試料を作成した。尚、これら各試料は、駆動輪用の複列玉軸受型で、転動体の軸方向ピッチが５９ｍｍ、玉数１２個の車輪支持用転がり軸受ユニットとした。又、外輪、内輪各軌道の表面硬度は、高周波焼き入れにより　ＨＲＣ５８以上とした。これにより、酸素濃度を抑える事と相まって、上記各軌道の転がり疲れ寿命を確保した。
【００３５】
ミクロ組織、即ち、上記オーステナイト結晶粒度及び初析フェライトの面積率は、上記外側面側付け根部分を研磨した後に、エッチング液（ピクリン酸アルコール溶液）であるピクラールで表面を腐食して観察した。又、オーステナイト結晶粒度は、粒界に沿って網状に析出した初析フェライトに囲まれた領域を、ＪＩＳ　Ｇ　０５５１に規定された方法により求めた。更に、初析フェライトの面積率は、フランジの外側面側の付け根部分の１０ｍｍ２　の範囲を画像解析し、その平均値を求めた。
【００３６】
この様な各試料（車輪支持用転がり軸受ユニット）を、図３に示す様な試験装置に組み付けた。即ち、外輪４を治具１２に保持固定した状態で、この外輪４の内径側に回転自在に支持したハブ輪２ｂを回転させつつ、このハブ輪２ｂに、以下の試験条件で、ラジアル荷重Ｆｒ及びアキシアル荷重Ｆａを負荷した。そして、このハブ輪２ｂの外周面に形成したフランジ６の外側面側の付け根部分の破損の有無を観察した。
試験条件
ハブ輪２ｂの回転速度　：　３００ｍｉｎ−１
ラジアル荷重Ｆｒ　：　４０００Ｎ
アキシアル荷重Ｆａ　：　３５００Ｎ
試験時間　：　１００時間（ｈｒ）
この様な条件で行なった試験の結果を、次の表２及び図４に示す。
【００３７】
【表２】
2004100946.tif 000004
【００３８】
尚、上記表２及び図４に示した、試験結果を表す符号のうち、「×」は、前記フランジ６の外側面側の付け根部分から破損したものを、「△」はこの付け根部分以外の部分から破損したものを、「○」は何れの部分も破損しなかったものを、それぞれ表している。又、上記図４は、横軸に初析フェライトの面積率を、縦軸にオーステナイト結晶粒度を、それぞれ表している。この様な表２及び図４にその結果を表した実験の結果から明らかな通り、上記フランジ６の外側面側の付け根部分のオーステナイト結晶粒度が４以上、且つ、初析フェライトの面積率が３〜１５％の範囲内にある実施例１〜１２は、ミクロ組織を制御して、上記フランジ６の外側面側の付け根部分に割れが生じる事を防止できる。更に、オーステナイト結晶粒度を５以上とし、且つ、初析フェライトの面積率を３〜９％とした場合には、ハブ輪２ｂ全体に関して、割れの発生を防止できる。この様に、上記表２及び図４から、Ｃを０．５０〜０．６５重量％含む炭素鋼製の回転輪の外周面に形成したフランジ６の軸方向外側面側の付け根部分のミクロ組織を、オーステナイト結晶粒度が４以上で、且つ、面積率が３〜１５％の初析フェライトとした車輪支持用転がり軸受ユニットが、優れた耐久性を有する事が分かる。
【００３９】
一方、比較例１は、オーステナイト結晶粒度が小さく（結晶粒径が大きく）、フランジ６の外側面側の付け根部分の割れを防止できなかっただけでなく、加工性が非常に悪いものであった。又、比較例２（従来品）、比較例３、比較例４は、何れもオーステナイト結晶粒度が小さく（結晶粒径が大きく）、上記付け根部分の疲労強度が悪化していた。又、比較例５〜７は、何れも初析フェライトの面積率が１５％を超えている為、上記付け根部分に関して、十分な疲労強度が得られなかった。更に、比較例８は、素材の炭素含有量が多く、切削性を改善する為に焼鈍処理を行なって硬さを下げた為、上記付け根部分の疲労強度を確保する事ができなかった。
【００４０】
次に、第二の実験では、次の表３に示す様な元素を含み、残りをＦｅと不可避不純物としたａ〜ｅの５種類の原材料を切断して得た棒状の素材を、高周波誘導加熱により１２００℃にまで加熱して、３段階の熱間鍛造により所定の形状を有する中間素材とした。
【表３】
2004100946.tif 000005
【００４１】
次いで、上記中間素材に、冷却後、後述する表４に示す条件で熱処理（焼き慣らし処理）を施した。即ち、各中間素材を表４に示す温度にそれぞれ加熱し、３０分保持してから、臨界冷却速度未満の速度で冷却した後、ショットブラストにより表面の酸化膜を除去した。更に、上記酸化膜の除去後に、表面の寸法並びに形状を整える為の旋削加工、車輪を支持する為のフランジにスタッドを固定する為の孔をあける穿孔作業、軌道面、フランジの内側面側の付け根部分、内輪を外嵌する為の段部の硬度を高める為の高周波焼き入れ作業、軌道面並びに上記外側面側付け根部分を平滑にする為の研磨作業を、順次行なった。そして、上記フランジの外側面側の付け根部分のオーステナイト結晶粒度（γ粒度）並びに初析フェライトの面積率が、後述する表４に示す様に互いに異なる、本発明に属する１０種類の試料（実施例１３〜２２）及び本発明から外れる４種類の試料（比較例９〜１２）の、合計１４種類の試料を作成した。尚、これら各試料は、駆動輪用の複列玉軸受型で、転動体の軸方向ピッチが５９ｍｍ、玉数１２個の車輪支持用転がり軸受ユニットとした。
【００４２】
ミクロ組織、即ち、上記オーステナイト結晶粒度及び初析フェライトの面積率は、上記外側面側付け根部分を研磨した後に、エッチング液（ピクリン酸アルコール溶液）であるピクラールで表面を腐食して観察した。又、オーステナイト結晶粒度は、粒界に沿って網状に析出した初析フェライトに囲まれた領域を、ＪＩＳ　Ｇ　０５５１に規定された方法により求めた。更に、初析フェライトの面積率は、フランジの外側面側の付け根部分の１０ｍｍ２　の範囲を画像解析し、その平均値を求めた。又、上記各試料（車輪支持用転がり軸受ユニット）に就いて、次述する様に、それぞれ工具寿命試験、衝撃試験、疲労強度試験を行なった。
【００４３】
先ず、工具寿命試験では、上述の様な各試料のフランジ部分にスタッド用の孔をあける際に使用する工具の寿命に就いて調べた。この試験では、工具の刃先に摩耗或はチッピングが発生するまでに加工できる孔の数をカウントした。
試験条件
工具　：　ＳＫＨ５６（高速度工具鋼鋼材）相当、直径６．０ｍｍ、ＴｉＮコーティングツイストドリル
切削速度　：　２０ｍ／ｍｉｎ
送り速度　：　０．１ｍｍ／ｒｅｖ
潤滑油　：　不水溶性切削油
この様な条件で行なった試験の結果を、次の表４に示す。
尚、試験結果は実施例２２の孔あけ数を１とした場合の比で示した。
【００４４】
【表４】
2004100946.tif 000006
【００４５】
次に、衝撃試験では、上記各試料のハブ輪のフランジ部分から採取した、シャルピー衝撃試験片（ＪＩＳ　Ｚ　２２０２　４号）を用いて、ＪＴトーシ株式会社製、シャルピー衝撃試験機ＣＡＩ−３００Ｍにより、各試験片の衝撃値を求めた。この試験結果を上記表４に示した。尚、この試験結果に就いても実施例２２の値を１とした場合の比で示した。
【００４６】
更に、疲労強度試験では、上記各試料を、図３に示す様な試験装置に組み付けた。即ち、外輪４を治具１２に保持固定した状態で、この外輪４の内径側に回転自在に支持したハブ輪２ｂを回転させつつ、このハブ輪２ｂに、以下の試験条件で、ラジアル荷重Ｆｒ及びアキシアル荷重Ｆａを負荷した。そして、このハブ輪２ｂの外周面に形成したフランジ６の外側面側の付け根部分の破損の有無を観察した。
試験条件
ハブ輪２ｂの回転速度　：　３００ｍｉｎ−１
ラジアル荷重Ｆｒ　：　４０００Ｎ
アキシアル荷重Ｆａ　：　３５００Ｎ
この様な条件で、破損までの試験時間（耐久時間）により、フランジの疲労強度を評価した。この試験の結果を前記表４に示した。尚、この試験結果に就いても、実施例２２の耐久時間を１とした場合の比で示した。
【００４７】
上記表４にその結果を表した実験の結果から明らかな通り、上記フランジ６の外側面側の付け根部分のオーステナイト結晶粒度が４以上、且つ、初析フェライトの面積率が３〜１５％の範囲内にある実施例１３〜２２は、適切な金属材料製の素材に適切な熱処理（焼き慣らし処理）を施している為、ミクロ組織が均一且つ微細で、工具寿命（切削性）、衝撃値、疲労強度が何れも良好である。この様な実験結果を表した表４から明らかな通り、Ｃを０．４５〜０．６５重量％含む炭素鋼製の素材に熱間鍛造を施して得た中間素材に７５０〜１０００℃（好ましくは７５０〜９００℃）で熱処理（焼き慣らし処理）を施して得た、オーステナイト結晶粒度が４以上で、且つ、面積率が３〜１５％の初析フェライトとした車輪支持用転がり軸受ユニットは、高強度で、優れた切削性を有する。
【００４８】
これに対して、比較例９は、熱処理（焼き慣らし処理）温度が高過ぎた為、オーステナイト結晶粒が成長した。この結果、オーステナイト結晶粒度が小さく（結晶粒径が大きく）なり、フランジ６の外側面側の付け根部分の割れを防止できなかっただけでなく、初析フェライトの面積率が３％未満と小さくなり、切削性が悪く、工具寿命が非常に短かった。又、比較例１０は、やはり熱処理（焼き慣らし処理）温度が高過ぎた為、オーステナイト結晶粒が成長し、初析フェライトの面積率が小さかった。この為、工具寿命、衝撃値、疲労強度が何れも低かった。又、比較例１１は、Ｃの含有量が少なく、初析フェライトの面積率が大きかった為、工具寿命及び衝撃値に関しては良好な結果が得られたが、疲労強度が低かった。更に、比較例１２は、Ｃの含有量が高過ぎた為、熱処理（焼き慣らし処理）条件が本発明の範囲であるにも拘らず、初析フェライトの面積率が３％を越えなかった。この為、硬度が高く、工具寿命、衝撃値、疲労強度が何れも低かった。
【００４９】
尚、以上に述べた各実験は、駆動輪用の車輪支持用転がり軸受ユニットに就いて行なったが、本発明は、前述した図１〜２に示した様な、従動輪用の車輪支持用転がり軸受ユニットに就いても適用可能である。
【００５０】
【発明の効果】
本発明は、以上に述べた通り、車輪を取り付ける為に回転輪の外周面に形成したフランジの外側面側の付け根部分のミクロ組織を微細化する事により、このフランジの形状及び寸法を変える事なく、且つ、製造コストを高くする事なく、回転曲げモーメントによる疲労に関する最弱部である、上記付け根部分の強度を高くする事が可能になる。この結果、上記フランジの薄肉化が可能となり、車輪支持用転がり軸受ユニットの軽量化を実現できる。更に、適切な熱処理を施す事で、切削性を良好にし、工具の寿命を確保する事もできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の対象となる車輪支持用転がり軸受ユニットの第１例を示す半部断面図。
【図２】同第２例を示す半部断面図。
【図３】同第３例を、耐久試験を行なう為に治具に装着した状態で示す断面図。
【図４】実験結果を示すグラフ。
【符号の説明】
１、１ａ　車輪支持用転がり軸受ユニット
２、２ａ、２ｂ　ハブ輪
３、３ａ　内輪
４　　外輪
５　　転動体
６、６ａ　フランジ
７、７ａ、７ｂ　内輪軌道
８　　段部
９　　かしめ部
１０、１０ａ　外輪軌道
１１　　取付部
１２　　治具
【図１】
2004100946.tif 000007
【図２】
2004100946.tif 000008
【図３】
2004100946.tif 000009
【図４】
2004100946.tif 000010