(57)【要約】【課題】焼き入れ硬化していない非調質部の品質を適正にする事により、特に肉厚を大きくしなくても、優れた強度を有する車輪支持用転がり軸受ユニットを実現する。【解決手段】ハブ８ａを構成する中炭素鋼製のハブ本体１３ａのうち、焼き入れ硬化した調質部を除く部分の金属組織であるフェライト−パーライト組織のＪＩＳ規格によるオーステナイト粒度番号をＮとし、同じくフェライトの面積比をＲとした場合に、Ｎ≧６．０、及び、０．０３Ｎ−Ｒ＞０．０５を満たす。この要件を満たす事により、降伏強度を高くして、大きな応力が加わった場合にも変形しにくくでき、しかも、延性を確保して、冷間鍛造によるかしめ部１９の加工を容易にする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内周面に外輪軌道を有する外輪相当部材と、外周面に内輪軌道を有する内輪相当部材と、これら外輪軌道と内輪軌道との間に転動自在に設けられた複数個の玉とを備え、上記外輪相当部材と上記内輪相当部材とのうちの何れかの部材を、外周面に設けた取付フランジに車輪を結合固定した状態でこの車輪と共に回転する炭素鋼製のハブとし、他方の部材を、懸架装置に対し支持固定する静止側軌道輪とする車輪支持用転がり軸受ユニットに於いて、上記ハブのうち、焼き入れ硬化した調質部を除く部分の金属組織であるフェライト−パーライト組織のＪＩＳ規格によるオーステナイト粒度番号をＮとし、同じくフェライトの面積比をＲとした場合に、０．０３Ｎ−Ｒ＞０．０５を満たす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】
Ｎ≧６．０を満たす、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】
内周面に外輪軌道を有する外輪相当部材と、外周面に内輪軌道を有する内輪相当部材と、これら外輪軌道と内輪軌道との間に転動自在に設けられた複数個の玉とを備え、上記外輪相当部材と上記内輪相当部材とのうちの何れかの部材を、外周面に設けた取付フランジに車輪を結合固定した状態でこの車輪と共に回転する炭素鋼製のハブとし、他方の部材を、懸架装置に対し支持固定する静止側軌道輪とする車輪支持用転がり軸受ユニットを構成する上記ハブを造る際に、炭素鋼製の素材を熱間鍛造して所定の形状に加工してから一旦冷却した後、再度９００〜１０５０℃に加熱し、次いで、０．２５〜３．０℃／ｓの冷却速度で冷却する事により、上記ハブのうちで焼き入れ硬化した調質部を除く部分の金属組織であるフェライト−パーライト組織を、ＪＩＳ規格によるオーステナイト粒度番号をＮとし、フェライトの面積比をＲとした場合に、Ｎ≧６．０及び０．０３Ｎ−Ｒ＞０．０５を満たす状態とする事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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、自動車の車輪を懸架装置に対して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及びその製造方法の改良に関する。具体的には、小型・軽量化の為に薄肉化を図っても、必要個所の強度を十分に確保できる車輪支持用転がり軸受ユニット及びその製造方法を実現する事を意図したものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車の車輪を構成するホイール１、及び、制動用回転部材であって制動装置であるディスクブレーキを構成するロータ２は、例えば図１に示す様な構造により、懸架装置を構成するナックル３に回転自在に支持している。上記図１及び後述する図２は、例えば特許文献１に記載された構造を示している。このうちの図１に示した構造では、上記ナックル３に形成した円形の支持孔４部分に、車輪支持用転がり軸受ユニット５を構成する、特許請求の範囲に記載した外輪相当部材である外輪６を、複数本のボルト７により固定している。一方、上記車輪支持用転がり軸受ユニット５を構成する、特許請求の範囲に記載した内輪相当部材であるハブ８に、上記ホイール１及びロータ２を、複数本のスタッド９とナット１０とにより結合固定している。又、上記外輪６の内周面には複列の外輪軌道１１ａ、１１ｂを、外周面には結合フランジ１２を、それぞれ形成している。この様な外輪６は、この結合フランジ１２を上記ナックル３に、上記各ボルト７で結合する事により、このナックル３に対し固定する。
【０００３】
又、上記ハブ８は、ハブ本体１３と内輪１４とから成る。このうちのハブ本体１３の外周面の一部で、上記外輪６の外端開口から突出した部分に、取付フランジ１５を形成している。尚、軸方向に関して「外」とは、自動車への組み付け状態で車両の幅方向外側となる、図１、２の左側を言う。反対に、自動車への組み付け状態で車両の幅方向中央側となる、図１、２の右側を、軸方向に関して「内」と言う。又、上記ハブ本体１３の外端部には、パイロット部と呼ばれる位置決め筒部１６を、このハブ本体１３と同心に設けている。上記ホイール１及びロータ２は、この位置決め筒部１６に外嵌する事により径方向の位置決めを図った状態で、上記取付フランジ１５の外側面に、上記各スタッド９とナット１０とにより結合固定している。
【０００４】
又、上記ハブ本体１３の外周面の中間部に、上記複列の外輪軌道１１ａ、１１ｂのうちの外側の外輪軌道１１ａに対向する内輪軌道１７ａを、同じく内端部に小径段部１８を、それぞれ形成している。そして、この小径段部１８に、上記内輪１４を外嵌している。この内輪１４の外周面には、上記複列の外輪軌道１１ａ、１１ｂのうちの内側の外輪軌道１１ｂに対向する、内輪軌道１７ｂを形成している。この様な内輪１４は、上記ハブ本体１３の内端部を径方向外方に塑性変形させて形成したかしめ部１９により、このハブ本体１３に対し固定している。そして、上記両外輪軌道１１ａ、１１ｂと上記両内輪軌道１７ａ、１７ｂとの間に玉２０、２０等の転動体を、それぞれ複数個ずつ転動自在に設けている。この状態でこれら各玉２０、２０は、上記両外輪軌道１１ａ、１１ｂと上記両内輪軌道１７ａ、１７ｂとに、両列同士の間で互いに逆方向で背面組み合わせ型の接触角を付与された状態で、転がり接触する。又、この状態で、上記各玉２０、２０に所定の予圧を付与している。この構成により前記ハブ８を前記外輪６の内径側に、がたつきなく、且つ、ラジアル荷重及びアキシアル荷重を支承しつつ回転可能に支持している。又、上記各玉２０、２０を設置した円筒状の空間の両端開口部は、それぞれシールリング２１ａ、２１ｂにより密閉している。
【０００５】
更に、図示の例は、駆動輪（ＦＦ車の前輪、ＦＲ車及びＲＲ車の後輪、４ＷＤ車の全車輪）用の車輪支持用転がり軸受ユニット５である為、上記ハブ８の中心部に、スプライン孔２２を形成している。そして、このスプライン孔２２に、等速ジョイント用外輪２３の外端面に固設したスプライン軸２４を挿入している。これと共に、このスプライン軸２４の先端部にナット２５を螺合し、更に締め付ける事により、上記ハブ本体１３を、このナット２５と上記等速ジョイント用外輪２３との間に挟持している。尚、重量が嵩む車両用の車輪支持用転がり軸受ユニットの場合には、転動体として、上記各玉２０、２０に代えて、円すいころを使用する場合もある。
【０００６】
次に、図２は、従来から知られている車輪支持用転がり軸受ユニットの第２例として、従動輪（ＦＦ車の後輪、ＦＲ車及びＲＲ車の前輪）用のものを示している。この第２例の車輪支持用転がり軸受ユニット５ａは、従動輪用である為、ハブ８ａを構成するハブ本体１３ａの中心部にスプライン孔を設けていない。尚、図示の例では、内輪１４の内端面を、このハブ本体１３ａの内端部に設けたかしめ部１９により抑えているが、この内輪１４の内端面は、このハブ本体１３ａの内端部に螺合したナットにより抑える事もできる。この場合には、このハブ本体１３ａの内端部に、このナットを螺合する為の雄ねじ部を設ける。その他の部分の構造及び作用は、上述した第１例の車輪支持用転がり軸受ユニット５の場合と同様である。
尚、図示は省略するが、外輪相当部材を車輪と共に回転するハブとし、内輪相当部材を懸架装置に対し支持固定する静止側軌道輪とする車輪支持用転がり軸受ユニットも、例えば特許文献２に記載される等により、従来から広く知られている。
【０００７】
何れの構造の車輪支持用転がり軸受ユニット５、５ａにしても、ハブ（及び外輪６）は、Ｃ（炭素）を、０．５質量％程度含有する機械構造用炭素鋼（所謂中炭素鋼）により造る。例えば、図１、２に示した車輪支持用転がり軸受ユニット５、５ａのハブ本体１３、１３ａを造る場合には、先ず、ＪＩＳ  Ｇ  ４０５１に規定されているＳ４８Ｃ〜Ｓ５５Ｃの如き炭素鋼製の素材に熱間で鍛造加工を施す事により、所望の形状（形状精度及び寸法精度を確保する為、鍛造後に行う切削加工及び研削加工による取り代分だけ、完成後の形状よりも大きな形状）を有する中間素材とする。その後、この中間素材に旋削等の切削加工を施して、外形をほぼ完成後の形状に整える。次いで、例えば特許文献３に記載されている様に、取付フランジ１５の根元部分の一部でシールリング２１ａのシールリップの先端縁を摺接する部分、内輪軌道１７ａ部分、小径段部１８部分等、硬度が必要な部分に、高周波焼き入れ、焼き戻し、研削、超仕上加工を施して、これら各部分の硬度を高めると共に、表面を平滑にする。この様にして造られる、上記ハブ本体１３、１３ａのうち、高周波焼き入れによる硬化層を形成した調質部を除く部分（非調質部）の金属組織は、フェライト−パーライト組織となる。
【０００８】
一方、上記車輪支持用転がり軸受ユニット５、５ａの場合、外輪６の外周面に形成した結合フランジ１２や、ハブ本体１３、１３ａの外周面に形成した取付フランジ１５の根元部分（内径寄り部分）は、車両の旋回運動等に伴って上記外輪６とハブ８、８ａとの間に加わるモーメントにより、比較的大きな応力が負荷される。この為、上記結合フランジ１２や上記取付フランジ１５は、或る程度肉厚を確保して、上記応力により変形するのを抑える必要がある。これに対して、上記ハブ本体１３、１３ａを含む上記車輪支持用転がり軸受ユニット５、５ａは、懸架装置を構成するばねよりも路面側に存在する、所謂ばね下荷重になる為、少しの軽量化も、乗り心地や走行安定性を中心とする走行性能の向上に寄与する。特に、近年、地球環境保護の面から燃費性能の向上を図るべく、車両全体の軽量化を図る事が進められている。この様な場合に、車体等、上記ばねに対して路面と反対側に存在する、所謂ばね上荷重を低減し、しかも上記走行性能を確保する為には、このばね上荷重の低減に応じて、上記ばね下荷重を低減する必要がある。
【０００９】
この様な事情から、上記ハブ本体１３、１３ａ等、上記車輪支持用転がり軸受ユニット５、５ａの構成各部材の薄肉化に対する要求が厳しくなっている。この様な厳しい要求に対して、従来技術のままでは、必ずしも十分な強度を確保できない可能性がある。例えば、上記取付フランジ１５の根元部分の強度が不足し、上記モーメントによりこの取付フランジ１５が塑性変形すると、この取付フランジ１５に支持固定されているロータ２の幾何中心軸と上記ハブ８、８ａの回転中心軸とが不一致になり、このハブ８、８ａの回転に伴って上記ロータ２の摩擦面部分が、軸方向に変位する。この様な軸方向変位は、制動時にジャダーと呼ばれる騒音や振動が発生する原因となる為、好ましくない。この様な不都合の発生防止のみを考慮すれば、上記ハブ本体１３、１３ａを構成する金属材料（中炭素鋼）の強度を大きくすれば良い事になる。但し、このハブ本体１３、１３ａを構成する金属材料に関しては、図１、２に示す様に、小径段部１８に外嵌して内輪１４を抑え付けるかしめ部１９を、冷間鍛造により形成する必要上、高い延性が要求される。要するに、上記ハブ本体１３、１３ａを構成する金属材料には、高強度と高延性と言った、相反する性能が要求される。
【００１０】
【特許文献１】特開２００７−１５２４１３号公報
【特許文献２】特開平７−１６７１３８号公報
【特許文献３】特開平１１−１２９７０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上述の様な事情に鑑みて、非調質部の品質を適正にする事により、特に肉厚を大きくしなくても、優れた強度を有する車輪支持用転がり軸受ユニットを実現すべく発明したものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の対象となる車輪支持用転がり軸受ユニットは、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、内周面に外輪軌道を有する外輪相当部材と、外周面に内輪軌道を有する内輪相当部材と、これら外輪軌道と内輪軌道との間に転動自在に設けられた複数個の玉とを備える。そして、上記外輪相当部材と上記内輪相当部材とのうちの何れかの部材を、外周面に設けた取付フランジに車輪を結合固定した状態でこの車輪と共に回転する炭素鋼製のハブとし、他方の部材を、懸架装置に対し支持固定する静止側軌道輪とする。
【００１３】
特に、本発明のうちの請求項１に記載した車輪支持用転がり軸受ユニットの発明に於いては、上記ハブのうち、焼き入れ硬化した調質部を除く部分の金属組織であるフェライト−パーライト組織の性状を、次の様に規制している。即ち、ＪＩＳ規格（ＪＩＳ  Ｇ  ０５５１）によるオーステナイト粒度番号をＮとし、同じくフェライトの面積比をＲとした場合に、０．０３Ｎ−Ｒ＞０．０５を満たす。
好ましくは、請求項２に記載した発明の様に、Ｎ≧６．０を満たす。
【００１４】
又、請求項３に記載した車輪支持用転がり軸受ユニットの製造方法の発明の場合には、上記車輪支持用転がり軸受ユニットを構成する上記ハブを造る際に、炭素鋼製の素材を熱間鍛造して所定の形状に加工してから一旦冷却した後、再度９００〜１０５０℃に加熱する。次いで、０．２５〜３．０℃／ｓの冷却速度で冷却する事により、上記ハブのうちで焼き入れ硬化した調質部を除く部分（非調質部）の金属組織であるフェライト−パーライト組織を、上述の様にする。即ち、ＪＩＳ規格によるオーステナイト粒度番号をＮとし、フェライトの面積比をＲとした場合に、Ｎ≧６．０及び０．０３Ｎ−Ｒ＞０．０５を満たす状態とする。
【発明の効果】
【００１５】
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及びその製造方法によれば、特に肉厚を大きくしなくても、優れた強度を有する車輪支持用転がり軸受ユニットを実現できる。即ち、車輪支持用転がり軸受ユニットを構成するハブのうち、焼き入れ硬化した調質部に比べて強度が低く、変形し易い非調質部に関しても、降伏強度を高くして、大きな応力が加わった場合にも変形しにくくできる。
【００１６】
上記降伏強度は材料強度の中でも特に重要な強度であって、この降伏強度を高くすれば、前述したジャダーの発生等に結び付く塑性変形を防止できる。上記非調質部を構成するフェライト−パーライト組織で、塑性変形に結び付く降伏現象は、強度的に弱いフェライトから生じる。この為、フェライトの面積比が小さい（亜共析鋼中のパーライトの割合が多く、初析フェライトの割合が少ない）方が、降伏強度が高くなる。フェライトの面積比を小さくする手法としては、旧オーステナイト粒径を大きくする事が容易な手法である。但し、旧オーステナイト粒径が大きくなる程、単独のフェライトとしてのサイズ（粒径）は大きくなり、局所的なフェライトの降伏を促進する。この為、旧オーステナイト粒径を大きくすると、降伏強度を低下させるだけでなく、延性も低下してしまう。
【００１７】
これに対して本発明の場合には、オーステナイト粒度番号Ｎと、フェライトの面積比Ｒとを、０．０３Ｎ−Ｒ＞０．０５を満たすべく規制して、旧オーステナイト粒径を小さく保ちつつ、フェライトの面積比を小さくしている。この為、降伏強度が大きいハブを得られる。更に、Ｎ≧６．０を満たすべく、旧オーステナイト粒径を小さく（１mm2 中の旧オーステナイト結晶粒の数ｎを多く）すれば、高い延性を確保して、冷間鍛造によるかしめ部の加工が可能になる。
【００１８】
又、請求項３に記載した車輪支持用転がり軸受ユニットの製造方法によれば、降伏強度が高く、しかも高い延性を有するハブを安定して得られる。即ち、熱間鍛造によって形成されるフェライト−パーライト組織の旧オーステナイト粒径は、加工温度や歪量、歪速度によって変化する為、部位によってばらつきが生じる。これに対して上記請求項３に記載した製造方法の場合には、熱間鍛造後に一旦冷却し、再度９００〜１０５０℃に加熱した後、０．２５〜３．０℃／s の冷却速度で冷却する為、上記旧オーステナイト粒径を、安定して小さくできる。
【００１９】
尚、上記熱間鍛造後の冷却温度は、５５０℃以下とする事が好ましい。この理由は、この冷却温度が５５０℃よりも高いと、未変態のオーステナイトが残留し、その後の再加熱で異常粒成長（オーステナイト粒径が局部的に粗大化する現象）を生じさせる可能性がある為である。要するに、未変態のオーステナイトを残留させない為である。又、再加熱温度が９００℃未満の場合には、旧オーステナイト粒が過度に微細化され、フェライトの面積比が大きくなってしまう。これに対して、上記再加熱温度が１０５０℃よりも高いと、異常粒成長が生じる可能性がある。これに対して請求項３に記載した製造方法の場合には、再加熱温度を９００〜１０５０℃としているので、異常粒成長を防止して、上記旧オーステナイト粒径を、安定して小さくできる。
【００２０】
又、上記フェライトの面積比は、この旧オーステナイト粒を微細化すると増大するが、上記再加熱後の冷却速度を制御すれば、上記面積比の増大を抑えられる。この冷却速度が０．２５℃／ｓ未満の場合（冷却速度が遅過ぎる場合）には、変態時に初析フェライトの成長が大きくなる為、フェライトの面積比が大きくなってしまう。これに対して、上記冷却速度が３．０℃／ｓよりも大きい場合（冷却速度が速過ぎる場合）には、局部的にマルテンサイト変態を生じ、前記ハブに、割れ等の損傷が発生する可能性を生じる。これに対して前記請求項３に記載した発明の場合には、上記冷却速度を０．２５〜３．０℃／ｓに規制しているので、上記損傷を防止しつつ、上記フェライトの面積比を小さく抑えて、降伏強度が大きく、しかも、必要な延性を有するハブを安定して得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の特徴は、車輪支持用転がり軸受ユニットを構成するハブの性状を適正に規制して、このハブの外周面に設けた取付フランジの肉厚を特に大きくしなくても、この取付フランジに大きな応力が加わった場合にも、この取付フランジが塑性変形しにくくする事で、車輪支持用転がり軸受ユニットの小型・軽量化を可能にする点にある。
図面に表れる車輪支持用転がり軸受ユニットの構造に就いては、前述の図１〜２に示した構造を含め、従来から知られている各種車輪支持用転がり軸受ユニットと同様である。就いては、具体的構造に就いての図示並びに説明は省略する。尚、外輪相当部材を車輪と共に回転するハブとし、内輪相当部材を懸架装置に対し支持固定する静止側軌道輪とする車輪支持用転がり軸受ユニットも、本発明の対象となる。
【実施例１】
【００２２】
本発明の効果を確認する為に行った実験に就いて説明する。この実験では、ＪＩＳ  Ｇ  ４０５１に規定されている機械構造用炭素鋼のうちから３種類のもの（Ｓ４８Ｃ、Ｓ５３Ｃ、Ｓ５５Ｃ）を選び、熱間鍛造によりハブを造った。この際、図３に示した２種類の鍛造パターンのうちの何れかを施した。このうち、図３の（Ａ）に示したパターン１は、熱間鍛造を施した後、そのまま冷却するもの、（Ｂ）に示したパターン２は、熱間鍛造を施してから冷却した後、再加熱してから再び冷却するものである。材料と、鍛造パターンと、再加熱温度と、冷却速度とを種々異ならせて、これらが、オーステナイト粒度番号Ｎと、フェライトの面積比Ｒと、強度（降伏比＝降伏強度／引張強度）及び延性（絞り）とに及ぼす影響を求めた。
【００２３】
試験は、本発明の技術的範囲に属するもの１８種類（実施例１〜１８）と、本発明の技術的範囲から外れるもの１１種類（比較例１〜１１）との、合計２９種類に就いて行った。尚、上記降伏比を求める為の試験は、上記ハブを造った後、このハブの複数個所から、直径が４mmで円柱状の試験片を切り出し、この試験片を引張試験に供して、降伏強度及び引張強度を求める事により行った。又、引張試験を実施した後に、各試験片に関して、オーステナイトの結晶粒度（比較法）、及び、フェライトの面積比を求めた。その結果を、次の表１及び図４〜５に示す。このうちの図４は、０．０３Ｎ−Ｒの値と降伏比との関係を、図５は、ＪＩＳ規格によるオーステナイト粒度番号Ｎと延性（絞り）との関係を、それぞれ示している。尚、上記パターン１に関しては、熱間鍛造時の温度を変える事で、得られたハブのオーステナイト粒度番号Ｎとフェライトの面積比Ｒとを異ならせた。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
試験結果を示す表１及び図４〜５から明らかな通り、非調質部の金属組織であるフェライト−パーライト組織のＪＩＳ規格によるオーステナイト粒度番号Ｎと、同じくフェライトの面積比Ｒとの関係を０．０３Ｎ−Ｒ＞０．０５とする事により、降伏比０．６以上の高降伏強度を安定して得られる。更に、Ｎ≧６．０とする事により、高い延性を得られる。又、請求項３に記載した製造方法によれば、高降伏強度及び高延性を兼ね備えたハブを、安定して得られる。
【００２６】
これに対して、比較例１の場合には、再加熱温度が高過ぎた為に、異常粒が成長し、「０．０３Ｎ−Ｒ」の値を大きくできず、十分な強度（降伏比）を得られなかった。又、延性も不十分であった。
又、比較例２〜１０の場合には、オーステナイト粒度番号Ｎが小さいか、又は（或いは小さいと共に）フェライトの面積比Ｒが大きい為、「０．０３Ｎ−Ｒ」の値が０．０５を上回らず（０．０３Ｎ−Ｒ≦０．０５であり）、降伏強度が不十分で、降伏比が０．６０未満に止まった。
又、比較例１１の場合には、再加熱温度が低過ぎた為に、フェライトの面積比Ｒが大きくなってしまい、降伏強度が不十分であった。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【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、懸架装置に組み付けた状態で示す断面図。
【図２】同第２例を単体で示す断面図。
【図３】２種類の鍛造パターンを示す線図。
【図４】０．０３Ｎ−Ｒの値と降伏比との関係を示すグラフ。
【図５】ＪＩＳ規格によるオーステナイト粒度番号Ｎと延性（絞り）との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
【００２８】
１    ホイール
２    ロータ
３    ナックル
４    支持孔
５、５ａ  車輪支持用ハブユニット
６    外輪
７    ボルト
８、８ａ  ハブ
９    スタッド
１０    ナット
１１ａ、１１ｂ  外輪軌道
１２    結合フランジ
１３、１３ａ  ハブ本体
１４    内輪
１５    取付フランジ
１６    位置決め筒部
１７ａ、１７ｂ  内輪軌道
１８    小径段部
１９    かしめ部
２０    玉
２１ａ、２１ｂ  シールリング
２２    スプライン孔
２３    等速ジョイント用外輪
２４    スプライン軸
２５    ナット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2009220795.tif 000007
【図５】
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