(57)【要約】【課題】ハブユニット軸受の内側部材および外側部材や、フランジが一体化されている外輪および内輪を、フランジの強度や転がり軸受としての性能を確保しながら、冷間加工で容易に製造できるようにする。【解決手段】炭素（Ｃ）の含有率が０．２０質量％以上０．４５質量％以下、クロム（Ｃｒ）の含有率が０．１０質量％以上１．２０質量％以下、珪素（Ｓｉ）の含有率が０．５０質量％以下、マンガン（Ｍｎ）の含有率が１．５０質量％以下で、残部が鉄（Ｆｅ）および不可避不純物元素である鉄鋼材料からなり、焼鈍処理が施された後の素材を用いる。この素材を、冷間加工により略最終形状とした後に、窒化処理を施して、表層部の炭素と窒素の合計含有率を０．５０質量％以上にし、表層部の硬さをＨｖ２６０以上とする。次いで、軌道面を焼き入れ硬化した後に、研削等の仕上げ工程を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外輪にフランジが一体に形成されたフランジ付き外輪、または内輪にフランジが一体に形成されたフランジ付き内輪を、備えた転がり軸受の製造方法であって、
前記フランジ付き外輪またはフランジ付き内輪を、
炭素（Ｃ）の含有率が０．２０質量％以上０．４５質量％以下、クロム（Ｃｒ）の含有率が０．１０質量％以上１．２０質量％以下、珪素（Ｓｉ）の含有率が０．５０質量％以下、マンガン（Ｍｎ）の含有率が１．５０質量％以下で、残部が鉄（Ｆｅ）および不可避不純物元素である鉄鋼材料からなり、焼鈍処理が施された後の素材を、冷間加工により略最終形状とした後に、窒化処理を施して、表層部の炭素と窒素の合計含有率を０．５０質量％以上にするとともに、表層部の硬さをＨｖ（ビッカース硬さ）２６０以上とし、次いで、軌道面を焼き入れ硬化した後に、研削等の仕上げ工程を行うことで得ることを特徴とする転がり軸受の製造方法。
【請求項２】
車軸を内嵌するハブの外周面に内輪軌道が形成され、車輪側部材を固定するフランジが前記ハブに一体化された内側部材と、
車体側部材を固定するフランジが外輪に一体に形成された外側部材と、転動体と、を備えたハブユニット軸受の製造方法であって、
前記内側部材および外側部材の少なくともいずれかを、
炭素（Ｃ）の含有率が０．２０質量％以上０．４５質量％以下、クロム（Ｃｒ）の含有率が０．１０質量％以上１．２０質量％以下、珪素（Ｓｉ）の含有率が０．５０質量％以下、マンガン（Ｍｎ）の含有率が１．５０質量％以下で、残部が鉄（Ｆｅ）および不可避不純物元素である鉄鋼材料からなり、焼鈍処理が施された後の素材を、冷間加工により略最終形状とした後に、窒化処理を施して、表層部の炭素と窒素の合計含有率を０．５０質量％以上とするとともに、表層部の硬さをＨｖ２６０以上とし、次いで軌道面を焼き入れ硬化した後に、研削等の仕上げ工程を行うことで得ることを特徴とするハブユニット軸受の製造方法。
【請求項３】
外輪にフランジが一体に形成されたフランジ付き外輪、または内輪にフランジが一体に形成されたフランジ付き内輪を備えた転がり軸受であって、
前記フランジ付き外輪またはフランジ付き内輪は、
炭素（Ｃ）の含有率が０．２０質量％以上０．４５質量％以下、クロム（Ｃｒ）の含有率が０．１０質量％以上１．２０質量％以下、珪素（Ｓｉ）の含有率が０．５０質量％以下、マンガン（Ｍｎ）の含有率が１．５０質量％以下で、残部が鉄（Ｆｅ）および不可避不純物元素である鉄鋼材料からなり、焼鈍処理が施された後の素材を、冷間加工により略最終形状とした後に、窒化処理を施して、表層部の炭素と窒素の合計含有率を０．５０質量％以上とするとともに、表層部の硬さをＨｖ２６０以上とし、次いで軌道面を焼き入れ硬化した後に、研削等の仕上げ工程を行うことで得られたものであることを特徴とする転がり軸受。
【請求項４】
車軸を内嵌するハブの外周面に内輪軌道が形成され、車輪側部材を固定するフランジが前記ハブに一体化された内側部材と、
車体側部材を固定するフランジが外輪に一体に形成された外側部材と、転動体と、を備えたハブユニット軸受であって、
前記内側部材および外側部材の少なくともいずれかは、
炭素（Ｃ）の含有率が０．２０質量％以上０．４５質量％以下、クロム（Ｃｒ）の含有率が０．１０質量％以上１．２０質量％以下、珪素（Ｓｉ）の含有率が０．５０質量％以下、マンガン（Ｍｎ）の含有率が１．５０質量％以下で、残部が鉄（Ｆｅ）および不可避不純物元素である鉄鋼材料からなり、焼鈍処理が施された後の素材を、冷間加工により略最終形状とした後に、窒化処理を施して、表層部の炭素と窒素の合計含有率を０．５０質量％以上とするとともに、表層部の硬さをＨｖ２６０以上とし、次いで軌道面を焼き入れ硬化した後に、研削等の仕上げ工程を行うことで得られたものであることを特徴とするハブユニット軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、外輪または内輪にフランジが一体成形されている転がり軸受、およびハブユニット軸受（車軸を内嵌するハブの外周面に内輪軌道が形成され、車輪側部材を固定するフランジが前記ハブに一体化された内側部材と、車体側部材を固定するフランジが外輪に一体に形成された外側部材と、転動体を備えた軸受）に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の燃費を向上するために、軽量化を目的とした車輪支持用軸受のユニット化が進んでいる。図１は、ユニット化された車輪支持用軸受（ハブユニット軸受）の一例を示す断面図である。このユニットは、内側部材１と、内輪１０と、外側部材２と、玉（転動体）３と、保持器４とで構成され、玉３が転動する軌道を二列備えている。
内側部材１は、軌道１１ａを有する内輪１１、車軸を内嵌するハブ１２、および車輪側部材８を固定するフランジ１３が一体化されたものである。内輪１０は軌道１０ａを有し、内側部材１のフランジ１３とは反対側の端部に設けた凹部１４に外嵌されている。これらの軌道１１ａ，１１ｂが二列の内輪軌道を成している。
【０００３】
外側部材２は、二列の軌道２１ａ，２１ｂを有する外輪２１と、車体の懸架装置（車体側部材）を固定するボルト穴２２ａが形成されたフランジ２２とが一体に形成されたものである。
このような複雑な形状を有する内側部材（フランジおよびハブ付き内輪）１および外側部材（フランジ付き外輪）２は、従来、０．５質量％程度の炭素を含有する中炭素鋼（Ｓ３５Ｃ等）からなる素材を用い、熱間鍛造で所定形状に加工した後、軌道面の表層部を高周波焼入れにより硬化させ、次いで旋削、穿孔、研削等を行うことで製造されている。
【０００４】
近年、製造コストを低減させることを目的として、これらの部材を鋼管または鋼板を用いた冷間加工により、略最終形状にすることが提案されている（下記の特許文献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】
【０００５】
ハブユニット軸受の内側部材および外側部材を製造する際に、冷間加工で略最終形状にするためには、炭素含有率が０．５０〜０．５５質量％の中炭素鋼からなる素材では加工性が悪い。これに対して、炭素含有率が０．２０〜０．４５質量％の低炭素鋼からなる素材を用いると、冷間加工性は良くなるが、フランジの強度や転がり軸受としての性能が低下する。
【０００６】
本発明は、このようなハブユニット軸受の内側部材および外側部材や、フランジが一体化されている外輪および内輪を、フランジの強度や転がり軸受としての性能を確保しながら、冷間加工で容易に製造できるようにすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明では、ハブユニット軸受の内側部材（車軸を内嵌するハブの外周面に内輪軌道が形成され、車輪側部材を固定するフランジが前記ハブに一体化された部材）、ハブユニット軸受の外側部材（車体側部材を固定するフランジが外輪に一体に形成された部材）、外輪にフランジが一体に形成されたフランジ付き外輪、内輪にフランジが一体に形成されたフランジ付き内輪を、以下の方法で作製する。
【０００８】
先ず、炭素（Ｃ）の含有率が０．２０質量％以上０．４５質量％以下、クロム（Ｃｒ）の含有率が０．１０質量％以上１．２０質量％以下、珪素（Ｓｉ）の含有率が０．５０質量％以下、マンガン（Ｍｎ）の含有率が１．５０質量％以下で、残部が鉄（Ｆｅ）および不可避不純物元素である鉄鋼材料からなり、焼鈍処理が施された後の素材を用いる。この素材を、冷間加工により略最終形状とした後に、窒化処理を施して、表層部の炭素と窒素の合計含有率を０．５０質量％以上にするとともに、表層部の硬さをＨｖ２６０以上とする。次いで、軌道面を焼き入れ硬化した後に、研削等の仕上げ工程を行う。
【０００９】
この方法によれば、ハブユニット軸受の内側部材および外側部材、フランジが一体化されている外輪および内輪を、フランジの強度や転がり軸受としての性能を確保しながら、冷間加工で容易に製造することができる。よって、この方法で得られた内側部材および／または外側部材を備えたハブユニット軸受と、フランジが一体化されている外輪および／または内輪を備えた転がり軸受は、低コストで得られ、フランジの耐久性が優れ、転がり軸受としての性能に優れたものとなる。
【００１０】
以下に、各数値限定の理由について説明する。
〔素材をなす鉄鋼材料の炭素含有率：０．２０質量％以上０．４５質量％以下〕
炭素含有率が０．４５質量％を超えると、素材の冷間加工性が低下する。また、フランジに割れが発生し易くなる。好ましくは０．４０質量％以下とする。これについては、下記の［発明の実施の形態］に詳述している。
一方、炭素含有率が０．２０質量％未満であると、表層部の炭素と窒素の合計含有率を０．５０質量％以上とするための窒化処理にかかる時間が長くなって、製造コストが高くなる。
【００１１】
〔素材をなす鉄鋼材料のクロム含有率：０．１０質量％以上１．２０質量％以下〕
クロム（Ｃｒ）は、炭化物形成元素であり、鋼の硬さを向上させる。また、焼き入れ性を向上させる作用も有する。クロムの含有率が０．１０質量％未満であるとこれらの作用が実質的に得られない。
一方、クロムはフェライトを強化する作用があり、クロムの含有率が１．２０質量％を超えると、冷間加工性が低下する。
【００１２】
〔素材をなす鉄鋼材料の珪素含有率：０．５０質量％以下〕
珪素（Ｓｉ）の含有率が０．５０質量％を超えると、フェライトに固溶して変形抵抗が増大し、冷間加工性が低下する。好ましくは０．４０質量％以下、より好ましくは０．３５質量％以下とする。
なお、珪素の存在により転がり疲労寿命の向上作用が得られるため、０．１質量％以上含有していることが好ましい。
【００１３】
〔素材をなす鉄鋼材料のマンガン含有率：１．５０質量％以下〕
マンガン（Ｍｎ）の含有率が１．５０質量％を超えると、フェライトに固溶して変形抵抗が増大し、冷間加工性が低下する。好ましくは０．９０質量％以下とする。
なお、マンガンは製鋼時に脱酸剤として添加され、焼き入れ性を向上する作用を有するため、０．３０質量％以上含有していることが好ましい。
なお、モリブデン（Ｍｏ）も、焼き入れ性を向上させる作用を有するが、過剰に添加すると冷間加工性が低下するため、モリブデンを０．２０質量％以下の範囲で含有していることが好ましい。
【００１４】
〔表層部の炭素と窒素の合計含有率〔Ｃ＋Ｎ〕：０．５０質量％以上〕
これについては、下記の［発明の実施の形態］に詳述している。また、初期析出物であるフェライトの発生を抑制し、窒化処理にかかる時間を短縮するためには、表層部の〔Ｃ＋Ｎ〕を１．２０質量％以下とすることが好ましく、０．８０質量％以下とすることがより好ましく、０．６０質量％以下とすることが更に好ましい。
【００１５】
〔焼き入れしない表層部の硬さ：Ｈｖ２６０以上〕
表層部の硬さをＨｖ２６０以上とすることによりフランジ強度が十分なものとなる。ただし、ハブユニット軸受の内側部材（フランジおよびハブ付き内輪）の場合、別部材の内輪（図１の符号１０）をハブ（図１の符号１２）の先端に「かしめ」で固定するため、良好な「かしめ」性能を得るためにはＨｖ５００以下とすることが好ましい。
【００１６】
なお、本発明の方法では、冷間加工により略最終形状とした後に、窒化処理、軌道面の焼き入れ硬化、仕上げ加工を行うため、従来品のＳ５３Ｃを用いた熱間鍛造品のように、窒化処理後にボルト穴をドリルで穿孔する必要がない。よって、焼き入れしない表層部をＨｖ２６０以上の硬さにすることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の方法によれば、ハブユニット軸受の内側部材および外側部材、フランジが一体化されている外輪および内輪を、フランジの強度や転がり軸受としての性能を確保しながら、冷間加工で容易に製造できるため、耐久性に優れ、転がり軸受としての性能に優れたハブユニット軸受および転がり軸受が低コストで得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について説明する。
下記の表１に示すNo. Ａ〜Ｒの鋼からなる板材（板厚９ｍｍの鋼板）に対して球状化焼鈍を行った。また、焼鈍後の鋼板を試験片の形状に切り出して、硬さ（ＨＲＢ：ロックウエルＢ硬度）を測定した。また、焼鈍後の鋼板を直径１５０ｍｍの円板状に切り出して、図２に示す（ａ）〜（ｅ）の各工程を経て、図１の内側部材１の略最終形状の成形品５０を１００個ずつ作製し、フランジ１３に割れが発生していた数を調べた。また、図２（ｄ）に示す状態とするためのプレス成形時に、変形抵抗を測定した。
【００１９】
これらの試験結果を表１に併せて示す。また、これらの結果をまとめたグラフを、図３および４に示す。図３は、鋼の炭素含有率と変形抵抗との関係を示すグラフである。図４は、鋼の炭素含有率とフランジの割れ発生率との関係を示すグラフである。
【００２０】
〔成形品５０の作製方法〕
図２（ａ）の符号５は、焼鈍後の鋼板を切り出して得られた円板状の素材を示す。この素材５を深絞り加工することにより、図２（ｂ）に示すように、丸い底が付いた円筒容器で開口部にフランジを有する形状の中間成形品５１を得る。
【００２１】
次に、図２（ｃ）に示すように、中間成形品５１の底をピアス加工により丸く打ち抜いて、穴５２を開ける。符号５３は、ピアス工程で除去された部分である。
次に、略最終形状とするためのオス型とメス型を用いてプレス成形を行う。これにより、図２（ｄ）に示すように、外周面にフランジ１３と内輪軌道１１ａと別部材の内輪を嵌める凹部１４が形成され、内周面がハブ１２の内側形状１２ａにされる。
【００２２】
次に、図２（ｅ）に示すように、ピアス工程とトリム工程を行って、フランジ１３にボルト穴１３ａと薄肉部１３ｂを形成する。符号５４は、ピアス工程で除去された部分であり、符号５５はトリム工程で除去された部分である。これにより、内側部材１の略最終形状となった成形品５０が得られる。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
図３のグラフから分かるように、使用する鋼の炭素含有率が高いほど変形抵抗が高くなるため、冷間加工性に優れている。特に、炭素含有率が０．４０質量％以下であると、変形抵抗を７５０ＭＰａ以下にすることができる。一方、図４のグラフから分かるように、炭素含有率が０．４５質量％を超えると、フランジに割れが発生する。
【００２５】
次に、前述の方法で得られた図２（ｅ）に示す成形品５０であって、鋼Ａ〜Ｇ，Ｌからなる素材で形成されたサンプル（下記の表２に示すNo. １〜９）を用意した。そして、No. １〜６のサンプルについては、下記の方法で窒化処理を行った後に、下記の方法で軌道面に対する高周波焼き入れを行った。No. ７〜９のサンプルについては、窒化処理を行わないで軌道面に対する高周波焼き入れを行った。
【００２６】
次に、研削等の仕上げ加工を行って、図１の内側部材１の形状に仕上げた。このようにして得られたNo. １〜９の内側部材１と、No. １の内側部材１と同じ鋼を用い同じ方法で作製した外側部材２および内輪１０、ＳＵＪ２製で通常の熱処理が施された玉３、合成樹脂製の保持器４を用いて、図１のハブユニット軸受を組み立て、下記の方法で転がり寿命試験とフランジ強度試験を行った。また、これらの試験の前に、内側部材１のフランジの硬さ（Ｈｖ）と表層部の炭素と窒素の合計含有率〔Ｃ＋Ｎ〕を測定した。
【００２７】
これらの結果も下記の表２に併せて示す。また、これらの結果をまとめたグラフを、図５および６に示す。図５は、表層部の炭素と窒素の合計含有率〔Ｃ＋Ｎ〕と転がり寿命（相対値）との関係を示すグラフである。図６は、素材をなす鋼の炭素含有率とフランジ強度（相対値）との関係を示すグラフである。
【００２８】
〔窒化処理〕
アンモニアガスを主成分としたガス中に５７０℃で３〜１０時間保持した後に、５０℃／分以上の冷却速度で冷却する。
〔転がり寿命試験〕
No. １〜９のハブユニット軸受を回転試験機に取り付けて、内側部材１のフランジ１３にラジアル荷重７０００Ｎとアキシアル荷重５０００Ｎを付与して、回転速度３００ｍｉｎ-1で内側部材１のハブ１２に嵌めた軸を回転させた。回転中に内側部材１および外側部材２に生じる振動を測定し、この振動測定値からフレーキングの発生を検出した。そして、フレーキングの発生を検出するまでの回転回数を調べてこれを転がり寿命とし、No. ７の値を「１」とした相対値を算出した。
【００２９】
〔フランジ強度試験〕
No. １〜９のハブユニット軸受をそれぞれ５０体用意した。各ハブユニット軸受を回転試験機に取り付けて、内側部材１のフランジ１３にアキシアル荷重６０００Ｎと所定のラジアル荷重を付与して、回転速度４００ｍｉｎ-1で内側部材１のハブ１２に嵌めた軸を５０時間回転させた。その後に、フランジ１３のハブ１２に対する付け根の部分に、クラックが発生しているかどうかを調べた。
この試験を、サンプルNo. 毎に５０体用意したハブユニット軸受について、ラジアル荷重を５０００Ｎから９６００Ｎまで変化させて行った。そして、サンプルNo. 毎にクラックが発生するラジアル荷重の最小値を調べて、これをフランジ強度とし、No. ７の値を「１」とした相対値を算出した。
【００３０】
【表２】
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【００３１】
図５のグラフから分かるように、表層部の〔Ｃ＋Ｎ〕が高いほど転がり寿命が長くなり、表層部の〔Ｃ＋Ｎ〕が０．５０質量％以上であるNo. １〜６の内側部材１を備えたハブユニット軸受では、従来品であるNo. ７の内側部材１を備えたハブユニット軸受と同等以上の寿命が得られる。また、図６のグラフから分かるように、素材をなす鋼の炭素含有率が０．２０質量％以上０．４５質量％以下であるNo. １〜６の内側部材１は、従来品であるNo. ７の内側部材１よりもフランジ強度が高い。
【００３２】
なお、この実施形態では図１に示すハブユニット軸受について述べているが、このハブユニット軸受の内側部材１はフランジ付き内輪に含まれ、外側部材２はフランジ付き外輪であるため、この実施形態は、請求項１〜４に係る全ての発明の実施形態に相当する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】ハブユニット軸受の形状の一例を示す断面図である。
【図２】実施形態で採用したハブユニット軸受の内側部材の作製方法を説明する図である。
【図３】鋼の炭素含有率と変形抵抗との関係を示すグラフである。
【図４】鋼の炭素含有率とフランジの割れ発生率との関係を示すグラフである。
【図５】表層部の炭素と窒素の合計含有率〔Ｃ＋Ｎ〕と転がり寿命（相対値）との関係を示すグラフである。
【図６】素材をなす鋼の炭素含有率とフランジ強度（相対値）との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３４】
１  内側部材
１０  内輪
１０ａ  内輪軌道
１１ａ  内輪軌道
１１  内輪
１２  ハブ
１２ａ  ハブの内側形状
１３  フランジ
１３ａ  フランジのボルト穴
１３ｂ  フランジの薄肉部
１４  内輪を嵌める凹部
２  外側部材
２１  外輪
２１ａ  軌道溝
２１ｂ  軌道溝
２２ａ  懸架装置（車体側部材）を固定するボルト穴
２２  フランジ
３  玉（転動体）
４  保持器
５  素材
５０  内側部材の略最終形状となった成形品
５１  中間成形品
５２  穴
８  車輪側部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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