(57)【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、を備える車輪支持用転がり軸受ユニットを製造するに際して、
鋼製素材に複数工程の熱間鍛造を順次施して所定の形状に段階的に成形することにより、前記内方部材及び前記外方部材の少なくとも一方を得るとともに、
前記複数工程の熱間鍛造のうち最終工程の熱間鍛造を、下記の条件Ａ，条件Ｂ，及び条件Ｃを満足するように行い、前記複数工程の熱間鍛造の後の冷却工程を、下記の条件Ｄを満足するように行うことを特徴とする車輪支持用転がり軸受ユニットの製造方法。
条件Ａ）前記内方部材又は前記外方部材のうち車輪支持用転がり軸受ユニットの駆動時に高応力が負荷される高負荷部位は、９００℃以上１１００℃以下の加工温度で熱間鍛造される。
条件Ｂ）前記最終工程の熱間鍛造によって、前記高負荷部位には０．３以上１．５以下のｖｏｎ  Ｍｉｓｅｓ歪が導入される。
条件Ｃ）［前記加工温度］−１５０×［前記ｖｏｎ  Ｍｉｓｅｓ歪］なる式で定義される熱間鍛造パラメータＰF が１０００以下である。
条件Ｄ）前記熱間鍛造パラメータＰF が８５０超過１０００以下である場合は、前記冷却工程の冷却速度は０．２５℃／ｓ以上３℃／ｓ以下であり、前記熱間鍛造パラメータＰF が８５０以下である場合は、前記冷却工程の冷却速度は０．５℃／ｓ以上３℃／ｓ以下である。
【請求項２】
前記高負荷部位においては、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６以上９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転がり軸受ユニットの製造方法。
【請求項３】
前記内方部材及び前記外方部材の少なくとも一方には、車輪又は懸架装置が取り付けられるフランジが設けられており、前記高負荷部位が該フランジの付け根部分であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車輪支持用転がり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転がり軸受ユニットの製造方法に関する。
【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転がり軸受ユニットは、一般的には、以下のような構造を有している。すなわち、外周面に複列の軌道面を有する内方部材と、内周面に複列の軌道面を有する外方部材と、内方部材の軌道面と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、を備えており、内方部材が回転輪、外方部材が固定輪（非回転輪）とされている。
【０００３】
また、内方部材の外周面には、車輪を取り付けるためのフランジが設けられ、外方部材の外周面には、懸架装置を取り付けるためのフランジが設けられている。そして、このような車輪支持用転がり軸受ユニットは、前述のフランジが内方部材や外方部材に一体化された構造となっている。
車輪支持用転がり軸受ユニットを構成する内方部材，外方部材は、例えばＳ５３Ｃのような機械構造用炭素鋼の中炭素鋼を材料とし、以下のようにして製造される。すなわち、鋼製素材に複数工程の熱間鍛造を順次施して所定の形状に段階的に成形した後に冷却し、さらに必要により旋削，研削，削孔等を施して、初析フェライトとパーライトとが複合したフェライト・パーライト組織を有する内方部材，外方部材を得る。
【０００４】
車輪支持用転がり軸受ユニットの駆動時には、内方部材，外方部材に応力が負荷されるので、内方部材，外方部材には高い疲労強度が要求される。特に、車輪や懸架装置が取り付けられるフランジの付け根部分には、高い曲げ応力や捩り応力が負荷されるため、特に高い疲労強度が要求される。
そこで、複数工程の熱間鍛造のうち最終工程の熱間鍛造を、Ａ1 点以上Ａ3 点よりも１００℃高い温度以下の温度域（Ｓ５３Ｃの場合はおよそ７５０〜８５０℃）で所定の歪を加えるように行うことにより、結晶粒径を微細（１０μｍ以下）にして疲労強度を高める方法が、特許文献１に提案されている。
【特許文献１】特開２００７−２３３２１号公報
【特許文献２】特開２００７−２４２７３号公報
【特許文献３】特開２００４−１００９４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、炭素の含有量が０．４〜０．６質量％である鋼材においては、結晶粒径を微細にすると軟質な初析フェライトが増加するため硬さの低下を招き、かえって疲労強度が低下する場合があった。これを防止するためには、熱間鍛造後の冷却速度を速くする必要があるが、前述のように結晶粒径が過度に微細になった場合は、生産工程上実現できる冷却速度（放冷やファン等による送風冷却での冷却速度）では初析フェライトの増加を十分に抑制することができず、硬さが低下してしまうおそれがあった。
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、高い疲労強度を有し長寿命な車輪支持用転がり軸受ユニットの製造方法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】
【０００６】
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の車輪支持用転がり軸受ユニットの製造方法は、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、を備える車輪支持用転がり軸受ユニットを製造するに際して、鋼製素材に複数工程の熱間鍛造を順次施して所定の形状に段階的に成形することにより、前記内方部材及び前記外方部材の少なくとも一方を得るとともに、前記複数工程の熱間鍛造のうち最終工程の熱間鍛造を、下記の条件Ａ，条件Ｂ，及び条件Ｃを満足するように行い、前記複数工程の熱間鍛造の後の冷却工程を、下記の条件Ｄを満足するように行うことを特徴とする。
【０００７】
条件Ａ）前記内方部材又は前記外方部材のうち車輪支持用転がり軸受ユニットの駆動時に高応力が負荷される高負荷部位は、９００℃以上１１００℃以下の加工温度で熱間鍛造される。
条件Ｂ）前記最終工程の熱間鍛造によって、前記高負荷部位には０．３以上１．５以下のｖｏｎ  Ｍｉｓｅｓ歪が導入される。
【０００８】
条件Ｃ）［前記加工温度］−１５０×［前記ｖｏｎ  Ｍｉｓｅｓ歪］なる式で定義される熱間鍛造パラメータＰF が１０００以下である。
条件Ｄ）前記熱間鍛造パラメータＰF が８５０超過１０００以下である場合は、前記冷却工程の冷却速度は０．２５℃／ｓ以上３℃／ｓ以下であり、前記熱間鍛造パラメータＰF が８５０以下である場合は、前記冷却工程の冷却速度は０．５℃／ｓ以上３℃／ｓ以下である。
【０００９】
また、本発明に係る請求項２の車輪支持用転がり軸受ユニットの製造方法は、請求項１に記載の車輪支持用転がり軸受ユニットの製造方法において、前記高負荷部位においては、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６以上９以下であることを特徴とする。
さらに、本発明に係る請求項３の車輪支持用転がり軸受ユニットの製造方法は、請求項１又は請求項２に記載の車輪支持用転がり軸受ユニットの製造方法において、前記内方部材及び前記外方部材の少なくとも一方には、車輪又は懸架装置が取り付けられるフランジが設けられており、前記高負荷部位が該フランジの付け根部分であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の車輪支持用転がり軸受ユニットの製造方法は、高い疲労強度を有し長寿命な車輪支持用転がり軸受ユニットを製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明に係る車輪支持用転がり軸受ユニットの製造方法の実施の形態を、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転がり軸受ユニットの一実施形態の構造を示す断面図である。なお、本実施形態においては、車輪支持用転がり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１においては、左側が外端側となり、右側が内端側となる。
【００１２】
図１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、二列の転動体５，５と、転動体５を保持する保持器６，６と、を備えている。ハブ輪２の内端側部分には外径の小さい円筒部１１が形成されており、該円筒部１１に内輪３が圧入されている。そして、内輪３よりも内端側に突出している円筒部１１の先端部分が径方向外方に加締め広げられて、内輪３とハブ輪２とが一体的に固定されている。ただし、内輪３とハブ輪２とを、ナットにより一体的に固定してもよい。この場合には、ナットによって内輪３に必要な予圧を付与することができる。そして、ハブ輪２及び内輪３の外方には、略円筒形状の外輪４が同心に配されている。なお、内輪３とハブ輪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。
【００１３】
ハブ輪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ており、ハブ輪２の軌道面は第一内側軌道面２０ａ、内輪３の軌道面は第二内側軌道面２０ｂとされている。また、外輪４の内周面には、前記両内側軌道面２０ａ，２０ｂに対向する軌道面が形成されており、第一内側軌道面２０ａに対向する軌道面は第一外側軌道面２１ａ、第二内側軌道面２０ｂに対向する軌道面は第二外側軌道面２１ｂとされている。さらに、第一内側軌道面２０ａと第一外側軌道面２１ａとの間、及び、第二内側軌道面２０ｂと第二外側軌道面２１ｂとの間には、それぞれ複数の転動体５が転動自在に配されている。なお、図示の例では、転動体として玉を使用しているが、車輪支持用転がり軸受ユニット１の用途等に応じて、ころを使用してもよい。
【００１４】
さらに、外輪４の内端側部分の内周面と内輪３の内端側部分の外周面との間、並びに、外輪４の外端側部分の内周面とハブ輪２の中間部の外周面との間には、それぞれシール装置７ａ，７ｂが設けられている。
さらに、ハブ輪２の外周面の外端側部分には、図示しない車輪を固定するための車輪取り付け用フランジ１０が設けられている。そして、外輪４の外周面には、車輪取り付け用フランジ１０から離間する側の端部に、懸架装置取り付け用フランジ１３が設けられている。
【００１５】
このような車輪支持用転がり軸受ユニット１を自動車等の車両に組み付けるには、懸架装置取り付け用フランジ１３を懸架装置に固定し、車輪を車輪取り付け用フランジ１０に固定する。その結果、車輪支持用転がり軸受ユニット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。すなわち、内輪３とハブ輪２とが一体的に固定されたものが回転輪となり、外輪４が固定輪（非回転輪）となる。
【００１６】
このような車輪支持用転がり軸受ユニット１において、ハブ輪２，内輪３，及び外輪４は、鋼製素材に熱間鍛造を施して所定の形状に成形してなる熱間鍛造品である。熱間鍛造品の製造方法を、ハブ輪２を例にして説明する。ハブ輪２は複雑な形状で、１工程の熱間鍛造で成形することは困難なので、円柱形状の鋼製素材に複数工程の熱間鍛造を順次施して段階的に形状を変化させていくことにより成形する。
熱間鍛造の工程数は特に限定されるものではないが、通常は３〜４工程である。例えば３工程の場合は、第一工程で据え込みを行い、第二工程で荒成形を行い、第三工程で仕上げ成形を行う。そして、前記複数工程の熱間鍛造のうち最終工程（上記の例では第三工程）の熱間鍛造を、下記の条件Ａ，条件Ｂ，及び条件Ｃを満足するように行う。
【００１７】
条件Ａ）ハブ輪２の各部位には、車輪支持用転がり軸受ユニット１の駆動時に応力が負荷されることとなるが、高応力が負荷される高負荷部位（例えば、車輪取り付け用フランジ１０の付け根部分Ｓ（特に外端側））については、９００℃以上１１００℃以下の加工温度で熱間鍛造される。
条件Ｂ）前記高負荷部位には０．３以上１．５以下のｖｏｎ  Ｍｉｓｅｓ歪が導入される（ただし、より好ましくは０．５以上１．５以下である）。
条件Ｃ）［加工温度］−１５０×［ｖｏｎ  Ｍｉｓｅｓ歪］なる式で定義される熱間鍛造パラメータＰF が１０００以下である。
【００１８】
次に、このような熱間鍛造の後に熱間鍛造品の冷却を行うが、この冷却工程を、下記の条件Ｄを満足するように行う。
条件Ｄ）熱間鍛造パラメータＰF が８５０超過１０００以下である場合は、冷却工程の冷却速度は０．２５℃／ｓ以上３℃／ｓ以下であり、熱間鍛造パラメータＰF が８５０以下である場合は、冷却工程の冷却速度は０．５℃／ｓ以上３℃／ｓ以下である。
【００１９】
このようにして製造されたハブ輪２は、高負荷部位において軟質な初析フェライトの増加が抑制されており、適正なフェライト・パーライト組織を有するため、疲労強度が優れていて長寿命である。さらに、高負荷部位においては、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６以上９以下であることがより好ましい。
【００２０】
なお、これら加工温度，ｖｏｎ  Ｍｉｓｅｓ歪，旧オーステナイト結晶粒度の条件は、高負荷部位についての条件であるが、高負荷部位に限らず全部位について同条件を満たしていることがより好ましい。そうすれば、全部位において軟質な初析フェライトの増加が抑制されており、適正なフェライト・パーライト組織を有するため、疲労強度が大変優れていてより長寿命となる。
【００２１】
また、本発明は、種々の車輪支持用転がり軸受ユニットに適用することが可能である。例えば、車輪取り付け用フランジがハブ輪や外輪と別体に設けられた、所謂第一世代の車輪支持用転がり軸受ユニット、車輪取り付け用フランジ又は懸架装置取り付け用フランジが外輪と一体に設けられた、所謂第二世代の車輪支持用転がり軸受ユニット、車輪取り付け用フランジ及び懸架装置取り付け用フランジがそれぞれ内輪及び外輪のいずれかと一体に設けられた、所謂第三世代の車輪支持用転がり軸受ユニットに適用することが可能である。
【００２２】
〔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。円柱形状のＳ５３Ｃ製素材に３工程の熱間鍛造を施してハブ輪の形状に成形し、その後に冷却した。最終工程である第三工程の熱間鍛造の条件（高応力が負荷される車輪取り付け用フランジの付け根部分における加工温度，ｖｏｎ  Ｍｉｓｅｓ歪，及び熱間鍛造パラメータＰF ）及び冷却工程の冷却速度は、表１に示す通りである。
なお、加工温度は、放射温度計を用いてワーク表面の温度を測定することにより求めた。また、ｖｏｎ  Ｍｉｓｅｓ歪は熱間鍛造時の形状寸法を変更することにより調整し、有限要素法を用いて求めた。さらに、冷却速度は、空冷ファンの風量と風速によって調整した。
【００２３】
【表１】
0004893585.tif 000002
【００２４】
得られた熱間鍛造品に、旋削加工，高周波焼入れ，焼戻し，研削加工，超仕上げ加工を施して、ハブ輪を得た。そして、このハブ輪を用いて、前述の車輪支持用転がり軸受ユニット１とほぼ同様の構成の車輪支持用転がり軸受ユニットを製造した。この車輪支持用転がり軸受ユニットの複列の軌道面間の距離は２５ｍｍ、車輪取り付け用フランジの厚さ（軸方向幅）は１０ｍｍ、ハブボルトのボルト径は１４ｍｍである。
【００２５】
この車輪支持用転がり軸受ユニットの車輪取り付け用フランジに、ハブボルトを介してアキシアル荷重３０００Ｎ及びラジアル荷重２０００Ｎを入力し、車輪支持用転がり軸受ユニットを回転速度１００ｍｉｎ-1で回転させて、繰り返し応力を付与した。そして、１０6 回付与されてもハブ輪に疲労破壊が生じない繰り返し応力を求め、それを疲労強度とした。結果を表１に示す。なお、表１の疲労強度の数値は、比較例１の疲労強度を１とした場合の相対値で示してある。また、旧オーステナイト結晶粒度（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）の欄に記載の数値は、粒度番号である。
【００２６】
非焼入れ部の疲労強度を高めるためには、結晶粒を微細にすることが効果的であることが知られている。非焼入れ部の結晶粒（フェライト−パーライト組織における旧オーステナイト結晶粒）は、熱間鍛造時に再結晶が生じて形成されるが、加工温度を低くするほど、導入される歪量を大きくするほど、結晶粒を微細にすることができる。
本発明者は、さらに鋭意検討を行った結果、複数工程の熱間鍛造のうち最終工程の熱間鍛造を、前述の条件Ａ，条件Ｂ，及び条件Ｃを満足するように行うことによって（実施例１〜１０であり、図２のグラフの斜線部である）、適正なフェライト−パーライト組織を有し且つ旧オーステナイト結晶粒度を粒度番号で６以上９以下とすることができ、高い疲労強度が得られることを見出した。
【００２７】
比較例４のように加工温度が９００℃未満であると、結晶粒が過度に微細となるため、初析フェライトが増加して硬さが低下し、高い疲労強度が得られない。また、比較例１，２のように加工温度が１１００℃超過であると、十分なｖｏｎ  Ｍｉｓｅｓ歪を加えても結晶粒が微細にならないため、高い疲労強度が得られない。
さらに、比較例５のようにｖｏｎ  Ｍｉｓｅｓ歪が０．３未満であると、十分に再結晶できないため、加工温度が適切であっても結晶粒が微細にならず、高い疲労強度が得られない。さらに、ｖｏｎ  Ｍｉｓｅｓ歪が１．５超過であると、加工発熱が生じて、かえって結晶粒が大きくなってしまう場合がある。加工温度が低い場合でも、金型への負担が大きくなるおそれがあるため、好ましくない。
【００２８】
さらに、比較例３のように、加工温度及びｖｏｎ  Ｍｉｓｅｓ歪が適正であっても、熱間鍛造パラメータＰF が１０００超過であると、結晶粒が微細にならず高い疲労強度が得られない。
ただし、結晶粒が過度に微細であると、軟質な初析フェライトが増加してしまうため、硬さが低下して、かえって疲労強度が低下するおそれがある。初析フェライトは、結晶粒が大きいほど、熱間鍛造後の冷却工程における冷却速度が速いほど少量となる。
【００２９】
熱間鍛造パラメータＰF が８５０以上１０００以下である場合には、旧オーステナイト結晶粒度が粒度番号で８未満であり、冷却速度を０．２５℃／ｓ以上とすれば硬さの低下を抑制することができる。熱間鍛造パラメータＰF が８５０以下である場合には、冷却速度を０．５℃／ｓ以上とすれば硬さの低下を抑制することができる。
冷却速度が３℃／ｓよりも大きいと、局部的にマルテンサイト変態を生じるため、割れ等が発生するおそれがある。
【００３０】
比較例６は、熱間鍛造パラメータＰF は９００であるが冷却速度が遅いため、疲労強度が向上していない。また、比較例７は、熱間鍛造パラメータＰF は８００であるが冷却速度が遅いため、疲労強度が向上していない。
なお、非焼入れ部の疲労強度を向上させるためには、少なくとも高負荷部位であるフランジの付け根部分に、本発明を適用する必要がある。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係る車輪支持用転がり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】実施例，比較例のハブ輪の製造において行った熱間鍛造の条件（加工温度及びｖｏｎ  Ｍｉｓｅｓ歪）を示すグラフである。
【図３】旧オーステナイト結晶粒度（粒度番号）と疲労強度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３２】
１      車輪支持用転がり軸受ユニット
２      ハブ輪
３      内輪
４      外輪
５      転動体
１０      車輪取り付け用フランジ
１３      懸架装置取り付け用フランジ
２０ａ    第一内側軌道面
２０ｂ    第二内側軌道面
２１ａ    第一外側軌道面
２１ｂ    第二外側軌道面
Ｓ      付け根部分
【図１】
0004893585.tif 000003
【図２】
0004893585.tif 000004
【図３】
0004893585.tif 000005