CN101249776A - 车轮用轴承装置 - Google Patents

Abstract

一种车轮用轴承装置(1)，具有外方构件(10)、内方构件(20)和滚子(50)。内方构件(20)由钢构成，含有形成了车轮安装凸缘(31)的轮毂圈(30)。轮毂圈(30)具有通过淬火硬化而被硬化成50HRC以上的硬化部(39)和硬化部(39)以外的部位即非硬化部(33)。在非硬化部(33)的表面残留有50MPa以上、500MPa以下的压缩应力。采用本发明，利用能使非硬化部的疲劳强度提高的零件来确保良好耐久性。

Description

车轮用轴承装置

技术领域

本发明涉及车轮用轴承装置，更特定地涉及将车轮旋转自如地支承在车体上用的车轮用轴承装置。

背景技术

近年来，对于汽车等车辆要求进一步降低燃油费和提高行驶稳定性。因此，将车轮旋转自如地支承在车体上的车轮用轴承装置的小型化、轻量化得以推进。其结果，构成车轮用轴承装置的零件有小型化、薄壁化的倾向。另一方面，随着汽车等车辆的高输出化、高性能化，对车轮用轴承装置的负荷也增大。在这种情况下，在车轮用轴承装置中难以进一步提高零件的小型化、薄壁化和耐久性。

对此，提出了如下的技术措施：在构成车轮用轴承装置的零件中，对于强度不充分的区域，采用高频淬火等的局部硬化处理而形成硬化部，以确保该区域的强度特别是旋转弯曲疲劳强度等(例如参照日本专利特开2002-87008号公报)。

但是，对于在强度不充分的区域形成硬化部的措施，有时硬化部以外的部位即非硬化部的强度成为问题，必须进一步形成硬化部。如此，对于形成多个硬化部的措施，车轮用轴承装置的制造工序尤其热处理工序变得繁杂，导致制造成本上升。另外，当对厚度小的薄壁部或与薄壁部邻接的区域实施高频淬火等硬化处理时，会产生薄壁部发生热处理变形的新问题。另一方面，构成车轮用轴承装置的零件中，对于强度有问题的零件，一般认为通过硬化该零件整体来消除非硬化部以确保强度的措施是有效的。但是，在将零件整体作成硬化部的场合，其后的加工变得困难，采用这种措施难说是一定有效的。

发明内容

因此，本发明的目的在于，提供一种利用能使非硬化部的疲劳强度提高的零件来确保良好耐久性的车轮用轴承装置。

本发明的一技术方案的车轮用轴承装置具有：在内周面形成有多列环状的外侧滚道面的外方构件；形成有多列与外侧滚道面相对的环状的内侧滚道面的内方构件；与外侧滚道面和内侧滚道面接触、转动自如地配置在环状的轨道上的转动体。外方构件或内方构件的任一方由钢构成，包含形成有安装车轮用的凸缘即车轮安装凸缘的带有车轮用凸缘的构件。此外，该带有车轮用凸缘的构件具有通过淬火硬化而被硬化成50HRC以上的硬化部和硬化部以外的部位即非硬化部。并且，在非硬化部的表面残留有50MPa以上、500MPa以下的压缩应力。

本发明的另一技术方案的车轮用轴承装置具有：在内周面形成有多列环状的外侧滚道面的外方构件；形成有多列与外侧滚道面相对的环状的内侧滚道面的内方构件；与外侧滚道面和内侧滚道面接触、转动自如地配置在环状的轨道上的转动体。外方构件或内方构件的任一方由钢构成，包含形成有安装车轮用的凸缘即车轮安装凸缘的带有车轮用凸缘的构件。此外，该带有车轮用凸缘的构件具有通过淬火硬化而被硬化成50HRC以上的硬化部和硬化部以外的部位即非硬化部。并且，构成非硬化部的钢的非扩散性氢含量是0.8ppm以下。

本发明的又一技术方案的车轮用轴承装置具有：在内周面形成有多列环状的外侧滚道面的外方构件；形成有多列与外侧滚道面相对的环状的内侧滚道面的内方构件；与外侧滚道面和内侧滚道面接触、转动自如地配置在环状的轨道上的转动体。外方构件或内方构件的任一方由钢构成，包含形成有安装车轮用的凸缘即车轮安装凸缘的带有车轮用凸缘的构件。此外，该带有车轮用凸缘的构件具有通过淬火硬化而被硬化成50HRC以上的硬化部和硬化部以外的部位即非硬化部。并且，构成非硬化部的钢的碳化物面积率是10％以下。

本发明的再一技术方案的车轮用轴承装置具有：在内周面形成有多列环状的外侧滚道面的外方构件；形成有多列与外侧滚道面相对的环状的内侧滚道面的内方构件；与外侧滚道面和内侧滚道面接触、转动自如地配置在环状的轨道上的转动体。外方构件或内方构件的任一方由钢构成，、包含形成有安装车轮用的凸缘即车轮安装凸缘的带有车轮用凸缘的构件。此外，该带有车轮用凸缘的构件具有通过淬火硬化而被硬化成50HRC以上的硬化部和硬化部以外的部位即非硬化部。并且，构成非硬化部的钢的奥氏体结晶粒度是8号以上。

一般，在构成车轮用轴承装置的带有车轮用凸缘的构件中，采用的是在强度不足的部位形成硬化部的措施。但是，在这种措施中，有时硬化部以外的部位即非硬化部的强度成为问题，必须进一步形成硬化部。另一方面如上所述，考虑到制造成本、热处理变形、加工性等问题，形成多个硬化部的措施或将带有车轮用凸缘的构件整体作成硬化部的措施不能说一定有效的。

对此，在本发明的一技术方案的车轮用轴承装置中，在该带有车轮用凸缘的构件的非硬化部的表面上残留有50MPa以上、500MPa以下的压缩应力。因此，可抑制非硬化部的表面发生龟裂及其之后的龟裂的扩展，非硬化部的疲劳强度得以提高，因此，即使扭矩载荷反复从车轮作用于车轮安装凸缘上也可抑制从非硬化部处产生的龟裂，并可抑制摩擦损伤的发生。其结果，本发明的一技术方案的车轮用轴承装置，利用能使非硬化部的疲劳强度提高的带有车轮用凸缘的构件来确保良好耐久性。

在本发明另一技术方案的车轮用轴承装置中，该带有车轮用凸缘的构件的构成非硬化部的钢的非扩散性氢含量被抑制在0.8ppm以下。因此，助长龟裂发生和扩展的氢的存在得以抑制，非硬化部的疲劳强度得以提高。其结果，本发明的另一技术方案的车轮用轴承装置，利用能使非硬化部的疲劳强度提高的带有车轮用凸缘的构件来确保良好耐久性。

在本发明的又一技术方案的车轮用轴承装置中，带有车轮用凸缘的构件的构成非硬化部的钢的碳化物面积率作成10％以下。因此，构成非硬化部的钢的组织是匀质的，非硬化部的疲劳强度得以提高。其结果，本发明的再一技术方案的车轮用轴承装置，利用能使非硬化部的疲劳强度提高的带有车轮用凸缘的构件来确保良好耐久性。

本发明的再一技术方案的车轮用轴承装置，带有该车轮用凸缘的构件的构成非硬化部的钢的奥氏体结晶粒度作成8号以上，由此，钢的微观组织被细微化，非硬化部的疲劳强度得以提高。其结果，本发明的又一技术方案的车轮用轴承装置，利用能使非硬化部的疲劳强度提高的带有车轮用凸缘的构件来确保良好耐久性。

在上述的本发明的一技术方案的车轮用轴承装置中，最好是，在带有车轮用凸缘的构件上，在包含转动体的轨道的中心轴的区域中形成有供其它构件插入用的插入孔，该插入孔的侧壁包含在所述的本发明一技术方案的非硬化部中。

在所述带有车轮用凸缘的构件上，有时可形成有通过插入轴等其它构件而将该其它构件与车轮用轴承装置连接起来的插入孔。在该场合，在该插入孔的侧壁的表面有可能反复作用较大的应力。因此，有时会因该应力大小的关系而使插入孔的侧壁的表面发生龟裂，随着该龟裂的扩展，带有车轮用凸缘的构件有发生破损之虞。对此，通过将插入孔的侧壁包含在表面残留有50MPa以上、500MPa以下的压缩应力的非硬化部中，从而提高插入孔的侧壁表面附近的疲劳强度，可抑制破损的发生。

在上述的本发明的另一技术方案的车轮用轴承装置中，最好是，在带有车轮用凸缘的构件上，在包含转动体的轨道中心轴的区域中形成有供其它构件插入用的插入孔，离该插入孔的侧壁表面1mm以内的区域是所述本发明另一技术方案中的非硬化部。

在所述带有车轮用凸缘的构件上，有时可形成有通过插入轴等其它构件而将该其它构件与车轮用轴承装置连接起来的插入孔。在该场合，在该插入孔的侧壁的表面有可能反复作用较大的应力。因此，有时会因该应力大小的关系而使插入孔的侧壁的表面发生龟裂，随着该龟裂的扩展，带有车轮用凸缘的构件有发生破损之虞。对此，由于离插入孔的侧壁表面1mm以内的区域是如上所述非扩散性氢含量为0.8ppm以下的非硬化部，因此，插入孔的侧壁表面附近的疲劳强度得以提高，可抑制破损的发生。

在上述的本发明的又一技术方案的车轮用轴承装置中，最好是，在带有车轮用凸缘的构件上，在包含转动体的轨道中心轴的区域中形成有供其它构件插入用的插入孔，离该插入孔的侧壁表面1mm以内的区域是所述本发明又一技术方案中的非硬化部。

在所述带有车轮用凸缘的构件上，有时可形成通过插入轴等其它构件而将该其它构件与车轮用轴承装置连接起来的插入孔。在该场合，在该插入孔的侧壁的表面有可能反复作用较大的应力。因此，有时会因该应力大小的关系而使插入孔的侧壁的表面发生龟裂，随着该龟裂的扩展，带有车轮用凸缘的构件有发生破损之虞。对此，由于离插入孔的侧壁表面1mm以内的区域是如上述那样碳化物面积率为10％以下的非硬化部，因此，插入孔的侧壁表面附近的疲劳强度得以提高，可抑制破损的发生。

在上述的本发明的又一技术方案的车轮用轴承装置中，最好是，在带有车轮用凸缘的构件上，在包含转动体的轨道中心轴的区域中形成有供其它构件插入用的插入孔，离该插入孔的侧壁表面1mm以内的区域是所述本发明的又一技术方案中的非硬化部。

在所述带有车轮用凸缘的构件上，有时可形成通过插入轴等其它构件而将该其它构件与车轮用轴承装置连接起来的插入孔。在该场合，在该插入孔的侧壁的表面有可能反复作用较大的应力。因此，有时会因该应力大小的关系而使插入孔的侧壁的表面发生龟裂，随着该龟裂扩展，带有车轮用凸缘的构件有发生破损之虞。对此，由于离插入孔的侧壁表面1mm以内的区域是如上所述那样奥氏体结晶粒度为8号以上的非硬化部，因此，插入孔的侧壁表面附近的疲劳强度得以提高，可抑制破损的发生。

在所述车轮用轴承装置中，最好是，车轮安装凸缘的、从车轮安装凸缘看安装车轮一侧的根部的表面硬度为35HRC以下。

由此，可提高切削加工等中的加工性，并可抑制热处理变形，可防止因热处理变形所造成的车轮安装凸缘的制动轮安装面的面振动精度的恶化。

在所述车轮用轴承装置中，最好是，内方构件具有作为车轮用凸缘的构件即轮毂圈和嵌入轮毂圈的内圈。由此形成内侧滚道面，可使用耐久性特别是转动疲劳寿命优异的内圈。其结果，可进一步提高车轮用轴承装置的耐久性。

在所述车轮用轴承装置中，最好是，从车轮安装凸缘看与安装车轮的一侧相反侧的轮毂圈端部即内侧端部通过朝径向外侧塑性变形而形成铆接部。并且，通过该铆接部将内圈沿轴向固定在轮毂圈上。

如此，通过作成所谓的自保持结构，不必像以往技术那样用螺母等牢固地进行紧固并控制加压量，可方便地装配到车辆上，且可长时间维持该加压量。

在所述车轮用轴承装置中，最好是，铆接部通过将表面硬度为25HRC以下的内侧端部进行塑性变形而形成。

由此，铆接部的硬度误差得以抑制。另外，可确保足够的加工性，可抑制因塑性加工而在铆接部表面上发生微小裂纹，车轮用轴承装置的可靠性得以提高。

在所述车轮用轴承装置中，最好是，轮毂圈上嵌入一对内圈。并且，该一对内圈中接近于车轮安装凸缘一侧的内圈即外侧内圈与轮毂圈的嵌合余量大于该一对内圈中远离车轮安装凸缘一侧的内圈即内侧内圈与轮毂圈的嵌合余量。

在车轮用轴承装置运转时，受到来自车轮的力，车轮用轴承装置产生弹性变形。该弹性变形的大小具有使安装车轮一侧即外侧变大的倾向性。因此，嵌入轮毂圈的内圈相对于轮毂圈作相对滑动的现象(蠕变)在外侧容易发生。对此，通过将外侧内圈与轮毂圈的嵌合余量做得大于内侧内圈与轮毂圈的嵌合余量，从而可抑制外侧蠕变的发生，可提高车轮用轴承装置的耐久性。这里，嵌合余量是指在内圈嵌入轮毂圈外周面的场合轮毂圈与内圈嵌合的嵌合区域中的轮毂圈外径比内圈的内径究竟大多少。例如，在嵌合区域中轮毂圈的外径比内圈的内径大10μm时，嵌合余量就是10μm。

这里，车轮用轴承装置的轮毂圈与内圈之间的嵌合余量例如可如下那样测定。首先，通过从轮毂圈拔出内圈而将轮毂圈与内圈分离。此时，在利用螺栓或铆接部将内圈固定在轮毂圈上的场合，在通过切断等方式将该区域去除后，从轮毂圈拔出内圈，然后对嵌合区域中轮毂圈的外径及内圈的内径测定至少三处以上。该测定可通过精密级测定的测定装置例如千分表进行实施。并且，在分别算出所测定的外径的平均值及内径的平均值后，可从两者之差获得嵌合余量。此时，通过从轮毂圈拔出内圈，算出的嵌合余量包含相对于原来的嵌合多少存在的误差。但是，由于该误差相对于嵌合余量非常小，可充分判断出至少一对内圈中哪一个内圈与轮毂圈间的嵌合余量大。

在所述车轮用轴承装置中，最好是车轮安装凸缘的、从车轮安装凸缘看与安装车轮一侧相反侧的根部的表面硬度是54HRC以上、64HRC以下。

由此，可将足够的机械强度赋予作用于车轮安装凸缘的旋转弯曲载荷，可进一步提高带有车轮用凸缘的构件的强度、耐久性。

在所述车轮用轴承装置中，最好是，构成带有车轮用凸缘的构件的钢是含有0.40质量％以上、0.80质量％以下碳的中碳钢。由此，可提高锻造的容易性、切削性、热处理性或经济性，尤其适于由高频淬火进行的局部的淬火硬化。

从如上说明中明白，采用本发明的车轮用轴承装置，由于利用了能使非硬化部的疲劳强度提高的零件，从而可提供确保良好耐久性的车轮用轴承装置。

本发明的上述及其它目的、特征、技术方案和优点，从与所附的附图相关来理解的涉及本发明的下面的详细说明中就可明白。

附图说明

图1是表示本发明一实施形态的车轮用轴承装置结构的大致剖视图。

图2是表示本发明一实施形态的车轮用轴承装置的大致制造方法的流程图。

图3是表示本发明一实施形态的车轮用轴承装置的制造方法中轮毂圈的制造工序大致的流程图。

图4是表示本发明一实施形态的调质工序中的加热图形(赋予钢制构件的温度经过)的一个例子的示图。

具体实施方式

下面，根据附图说明本发明的实施形态。在下面的附图中，对于相同或相当的部分标上相同的参照符号，不重复说明。

首先，参照图1说明本实施形态的车轮用轴承装置。

参照图1，本实施形态的车轮用轴承装置1具有：轨道构件即外圈10、轮毂圈30及内圈40、以及作为转动体的多个滚子50。外圈10构成外方构件，轮毂圈30及内圈40构成内方构件20。

作为外方构件的外圈10，是具有在内周面11上形成有2列环状的外侧滚道面10A的环状的滚道构件。外侧滚道面10A含有第1外侧滚道面12A和第2外侧滚道面13A。外圈10由例如钢即JIS标准S53C构成。并且，在外圈10中，将包含第1外侧滚道面12A的区域和包含第2外侧滚道面13A的区域通过高频淬火等而被淬火硬化，形成了具有50HRC以上、最好为58HRC以上硬度的硬化部19。

另一方面，作为内方构件的轮毂圈30，是配置成其一部分由外圈10围住的的滚道面。又，作为内方构件的内圈40，包含：圆环状的第1内圈41，其在轮毂圈30中嵌入在外径小于车轮安装凸缘31的小径部34的外侧；圆环状的第2内圈42，其中心轴与第1内圈41一致地相邻，嵌入小径部34的外侧。

第1内圈41是构成内圈40的第1内圈41及第2内圈42中接近于车轮安装凸缘31一侧的内圈40即外侧内圈。另外，第2内圈42是构成内圈40的第1内圈41及第2内圈42中远离车轮安装凸缘31一侧的内圈40即内侧内圈。并且，轮毂圈30的小径部34中内圈40嵌入区域的外径只比第1内圈41的内径大例如50μm以上、80μm以下，只比第2内圈42的内径大例如30μm以上、60μm以下。即，第1内圈41与轮毂圈30的嵌合余量是50μm以上、80μm以下，第2内圈42与轮毂圈30的嵌合余量是30μm以上、60μm以下。此外，第1内圈41与轮毂圈30的嵌合余量大于第2内圈42与轮毂圈30的嵌合余量。由此，外侧的内圈40与轮毂圈30间蠕变的发生得以抑制，车轮用轴承装置1的耐久性得以提高。

另外，轮毂圈30的小径部34具有圆筒状的形状，从第1内圈41及第2内圈42看与形成有凸缘31一侧相反侧的端部即内侧端部向径向外侧塑性变形而形成铆接部34A。并且，利用该铆接部34A将第1内圈41及第2内圈42沿轴向固定在轮毂圈30上。这里，所谓内侧端部是通过为了形成铆接部34A的铆接加工而可塑性变形的区域。

该第1内圈41及第2内圈42由例如钢的JIS标准高碳铬轴承钢(SUJ2等)构成，通过将其整体淬火硬化，从而具有58HRC以上、64HRC以下的硬度。此外，第1内圈41及第2内圈42的外周面，形成有分别构成内侧滚道面40A的第1内侧滚道面41A及第2内侧滚道面42A。该第1内侧滚道面41A及第2内侧滚道面42A分别与第1外侧滚道面12A及第2外侧滚道面13A相对。内圈40也可采用如下方法得到：由渗碳钢(例如JIS标准SCr420、SCM420等)构成，其表面尤其滚道面40A及内周面通过渗碳淬火或渗碳氮化淬火而硬化成58HRC以上、64HRC以下的硬度。

另外，轮毂圈30由例如钢的JIS标准S53C构成。并且，在轮毂圈30中，包含与内圈40接触的小径部34表面的区域通过高频淬火等被淬火硬化，形成了具有50HRC以上、以54HRC以上、64HRC以下为较好、以58HRC以上、64HRC以下为更好的硬度的硬化部39。

此外，对于带有车轮用凸缘的构件即轮毂圈30，在包含滚子40的轨道中心轴的区域中形成有轴向贯通的、供轴等其它构件插入用的插入孔38。并且，在该插入孔38的侧壁的表面(轮毂圈30的内周面)上形成有轴向延伸的多个槽。其结果，插入孔38的侧壁构成锯齿形部37。

多个滚子50转动自如地配置在多列(2列)圆环状的轨道上，该多列(2列)包括：滚子50与外圈10的第1外侧滚道面12A和第1内圈41的第1内侧滚道面41A接触，且利用圆环状的保持器60A以规定间距配置在周向上的列；滚子50与外圈10的第2外侧滚道面13A和第2内圈42的第2内侧滚道面42A接触，且利用圆环状的保持器60B以规定间距配置在周向上的列。

另外，外圈10的轴向两端部和与其相对的第1内圈41及第2内圈42的端部之间配置有密封构件70。由此，可防止外圈10与第1内圈41及第2内圈42之间的空间所封入的润滑脂的泄漏、以及赃物等从外部向该空间的进入。

利用以上结构，外圈10、轮毂圈30及内圈40可互相相对旋转。

此外，在轮毂圈30的车轮安装凸缘31上形成有轮毂圈螺栓孔31A。利用插入于轮毂圈螺栓孔31A内的螺栓71，将车轮安装凸缘31与构成车轮的轮子(未图示)互相固定。另一方面，外圈10具有外圈凸缘15，在外圈凸缘15上形成有外圈贯通孔15A。利用插入于外圈贯通孔15A内的未图示的螺栓，将外圈凸缘15与固定在车体上的悬架装置(未图示)互相固定。利用以上结构，车轮用轴承装置1夹装在车轮与车体之间，并将车轮相对于车体支承成旋转自如。

即，本实施形态的车轮用轴承装置1具有：在内周面11形成有多列环状的外侧滚道面10A的作为外方构件的外圈10；形成有多列与外侧滚道面10A相对的环状的内侧滚道面40A的内方构件20；与外侧滚道面10A和内侧滚道面40A接触并转动自如地配置在环状轨道上的作为转动体的滚子50。

内方构件20由钢构成，包含用于安装车轮(未图示)的凸缘、即形成了车轮安装凸缘31的带有车轮用凸缘的构件的轮毂圈30。该轮毂圈30具有：通过淬火硬化而硬化成50HRC以上的硬化部39；硬化部39以外的部位的非硬化部33。构成非硬化部33的钢的奥氏体结晶粒度是8号以上。

在本实施形态的车轮用轴承装置1中，通过将带有车轮用凸缘的构件即轮毂圈30的构成非硬化部33的钢的奥氏体结晶粒度作成8号以上，可使钢的微观组织细微化，非硬化部33的疲劳强度得以提高。其结果，本实施形态的车轮用轴承装置1利用可使非硬化部33的疲劳强度提高的带有凸缘的构件而确保良好耐久性。为了进一步确保良好耐久性，最好是，构成非硬化部33的钢的奥氏体结晶粒度为10号以上。

这里，所谓钢的奥氏体结晶粒度，是通过JIS标准G0551所规定的试验方法进行判定的结晶粒度的粒度号，即所谓的以往奥氏体结晶粒度的粒度号。

另外，在所述粒度号未达到8号的场合，若考虑一般作用于带有车轮用凸缘的构件上的应力，则疲劳强度不一定可说充分。因此，粒度号最好是8号以上。另一方面，若粒度号超过12号，则会发生淬火性下降的问题，因此，粒度号最好是12号以下。

此外，作为钢的奥氏体结晶粒度为8号以上的条件，例如可采用符合JISG0551的方法对非硬化部的三个部位进行调查，若所有的部位结晶粒度是8号以上，则可判定为满足条件。

本实施形态的车轮用轴承装置1具有：在内周面形成有多列环状的外侧滚道面10A的外圈10；形成有多列与外侧滚道面10A相对的环状的内侧滚道面40A的内方构件20；与外侧滚道面10A及内侧滚道面40A接触并转动自如地配置在环状轨道上的作为转动体的滚子50。

内方构件20由钢构成，包含形成有安装车轮(未图示)用的凸缘即车轮安装凸缘31的作为带有车轮用凸缘的构件的轮毂圈30。该轮毂圈30包含：通过淬火硬化而被硬化成50HRC以上的硬化部39；硬化部39以外的部位即非硬化部33。并且，构成非硬化部33的钢的铁素体面积率是3％以下。

在本实施形态的车轮用轴承装置1中，带有车轮用凸缘的构件即轮毂圈30的构成非硬化部33的钢的铁素体面积率为3％以下。因此，可使因强度低、受到重复应力而容易产生龟裂的发生起点或成为龟裂扩展路径的铁素体的存在得以抑制，非硬化部33的疲劳强度得以提高。其结果，本实施形态的车轮用轴承装置1利用可使非硬化部33的疲劳强度提高的带有凸缘的构件而确保良好耐久性。

这里，若铁素体面积率超过3％，则铁素体相与邻接的其它铁素体相连接，龟裂发生起点或成为龟裂扩展路径的倾向增强。因此，铁素体面积率最好是3％以下。

所谓铁素体面积率，是指将构成车轮用轴承装置的带有车轮用凸缘的构件的非硬化部切断，在该切断的表面中的铁素体相对于该表面整体的面积率。更具体地说，可如下那样进行测定。首先，从带有车轮用凸缘的构件的非硬化部上切出试验片，在研磨该试验片表面后，用腐蚀液例如苦味醇液(苦味酸酒精溶液)将该表面腐蚀，再对腐蚀后的表面例如利用光学显微镜观察三个1mm×1mm(＝1mm²)的视场，算出相对于整体的铁素体面积率的平均值。

此外，会产生龟裂的发生起点或成为龟裂扩展路径的铁素体的面积率以小为好，铁素体面积率最好是零。即，通过上述的测定方法，对三个视场进行观察后，希望结果没有观察到铁素体。

本实施形态的车轮用轴承装置1具有：在内周面11形成有多列环状的内侧滚道面的外圈10A；形成有多列与外侧滚道面10A相对的环状的内侧滚道面40A的内方构件20；与外侧滚道面10A和内侧滚道面40A接触并转动自如地配置在环状的轨道上的作为转动体的滚子50。

内方构件20由钢构成，包含形成有安装车轮(未图示)用的凸缘即车轮安装凸缘31的作为带有车轮用凸缘的构件的轮毂圈30。该轮毂圈30具有：通过淬火硬化而被硬化成50HRC以上的硬化部39；硬化部39以外的部位即非硬化部33。并且，构成非硬化部33的钢的碳化物面积率为10％以下。

在本实施形态的车轮用轴承装置1中，带有车轮用凸缘的构件即轮毂圈30的构成非硬化部33的钢的碳化物面积铝是10％以下。因此，构成非硬化部33的钢的组织为匀质，非硬化部33的疲劳强度得以提高。其结果，本实施形态的车轮用轴承装置1利用可使非硬化部33的疲劳强度提高的带有凸缘的构件而确保良好耐久性。

这里，若碳化物面积铝超过10％，则随着构成非硬化部33的钢的匀质性下降会使疲劳强度的下降倾向变大。因此，碳化物面积率最好为10％以下。

所谓碳化物面积率，是指一种将构成车轮用轴承装置的带有车轮用凸缘的构件的非硬化部切断，在该切断后的表面的碳化物(碳化三铁：Fe₃C)中使钢的组织不匀质化达到疲劳强度下降那样程度的大小的碳化物，可由一般的光学显微镜观察的大小、更具体地说是直径或宽度超过1μm的碳化物相对于该表面整体的面积率。该碳化物面积率例如可如下那样进行测定。首先，从带有车轮凸缘的构件的非硬化部切出试验片。在将该试验片的表面进行研磨后，用腐蚀液例如苦味醇液将该表面腐蚀。再对于腐蚀后的表面例如用光学显微镜观察三个1mm×1mm(＝1mm²)的视场，算出相对于整体的碳化物面积率的平均值。

此外，使疲劳强度下降的碳化物的面积率以小为好，碳化物面积率最好是零。即，通过上述测定方法，对三个视场进行观察后，希望结果没有观察到碳化物。

本实施形态的车轮用轴承装置1具有：在内周面11形成有多列环状的内侧滚道面的外圈10A；形成有多列与外侧滚道面10A相对的环状的内侧滚道面40A的内方构件20；与外侧滚道面10A和内侧滚道面40A接触并转动自如地配置在环状的轨道上的作为转动体的滚子50。

内方构件20由钢构成，包含形成有安装车轮(未图示)用的凸缘即车轮安装凸缘31的作为带有车轮用凸缘的构件的轮毂圈30。该轮毂圈30具有：通过淬火硬化而被硬化成50HRC以上的硬化部39；硬化部39以外的部位即非硬化部33。并且，构成非硬化部33的钢的非扩散性氢含有量是0.8ppm以下。

在本实施形态的车轮用轴承装置1中，带有车轮用凸缘的构件即轮毂圈30的构成非硬化部33的钢的非扩散性氢含有量被抑制在0.8ppm以下。因此，助长龟裂发生及扩展的氢的存在得以抑制，非硬化部33的疲劳强度得以提高。其结果，本实施形态的车轮用轴承装置1利用可使非硬化部33的疲劳强度提高的带有凸缘的构件而确保良好耐久性。

这里，若非扩散性氢含有量超过0.8ppm，则助长龟裂发生及扩展的倾向增强，故非扩散性氢含有量最好是0.8ppm以下。

构成非硬化部33的钢的非扩散性氢含有量例如可如下那样进行测定。即，氢含有量的测定例如可利用LECO公司制DH-103型氢分析装置进行。该LECO公司制DH-103型氢分析装置的规格表示如下。

分析范围：0.01～50.00ppm

分析精度：±0.1ppm或±3％H(任一较大的一方)

分析灵敏度：0.01ppm

检测方法：热传导度法

试料质量尺寸：10mg～35mg(最大：直径12mm×长度100mm)

加热炉温度范围：50℃～1100℃

试剂：非单体小分子Mg(CIO₄)₂、烧碱石棉剂NaOH

载气：氮气，伽斯德津气体(ガスド一ジングガス)：氢气，任一气体纯度都为99.99％以上、压力为40PSI(2.8kgf/cm²)。

测定顺序大致如下。将由专用的取样器取样的试料连取样器一起插入所述氢分析装置。内部的扩散性氢通过氮载气而被导入热传导度检测器。该扩散性氢在本实施形态中不测定。接着，从取样器取出试料在电阻加热炉内对其进行加热，通过氮载气将非扩散性氢导入热传导度检测器。并且，通过在热传导度检测器中测定热传导度，可知道非扩散性氢含有量。

为了进一步提高疲劳强度，非扩散性氢含有量最好是0.5ppm以下。

此外，上述本实施形态的离轮毂圈30的锯齿形部37表面1mm以内的区域，最好是满足上述的奥氏体结晶粒度的条件、铁素体面积率的条件、碳化物面积率的条件及非扩散性氢含有量的条件中的至少任一条件的非硬化部33。

由此，插入孔38的侧壁表面附近、即锯齿形部37的疲劳强度得以提高，可抑制从锯齿形部37处发生的破损。

考虑到从上述其它构件作用于带有车轮用凸缘的构件上的应力的一般大小、以及带有车轮用凸缘的构件内部的应力的分布，疲劳强度高的区域只要离开插入孔的侧壁表面1mm就足够。因此，离表面1mm以内的区域最好满足上述条件。

本实施形态的车轮用轴承装置1具有：在内周面11形成有多列环状的内侧滚道面的外圈10A；形成有多列与外侧滚道面10A相对的环状的内侧滚道面40A的内方构件20；与外侧滚道面10A和内侧滚道面40A接触并转动自如地配置在环状的轨道上的作为转动体的滚子50。

内方构件20由钢构成，包含形成有安装车轮(未图示)用的凸缘即车轮安装凸缘31的作为带有车轮用凸缘的构件的轮毂圈30。该轮毂圈30具有：通过淬火硬化而被硬化成50HRC以上的硬化部39；硬化部39以外的部位即非硬化部33。并且，在非硬化部33的表面，残留有50MPa以上、500MPa以下的压缩应力。

在本实施形态的车轮用轴承装置1中，在带有车轮用凸缘的构件即轮毂圈30的非硬化部33的表面上残留有50MPa以上、500MPa以下的压缩应力。因此，非硬化部33的表面中的龟裂的发生及其之后的龟裂扩展得以抑制，非硬化部33的疲劳强度得以提高，因此，即使扭矩负荷从轮胎反复作用于车轮用凸缘上，也可抑制来自非硬化部33的龟裂发生，同时可抑制摩擦损伤的发生。其结果，本实施形态的车轮用轴承装置1利用可使非硬化部33的疲劳强度提高的带有凸缘的构件而确保良好耐久性。

这里，残留于表面的压缩应力不足50Mpa时，提高疲劳强度的效果及抑制摩擦损伤的发生的效果较小，因此，压缩应力必须是50MPa以上。另外，为了进一步提高疲劳强度和进一步抑制摩擦损伤的发生，残留于表面的压缩应力最好是100MPa以上。另一方面，若残留于表面的压缩应力超过500MPa，则附加压缩应力时的其它因素例如加工硬化变得明显，容易发生龟裂，因此，压缩应力最好是500MPa以下。

压缩应力的测定通过利用X线应力测定装置，向作用在非硬化部33上的应力最大的方向例如轴向对非硬化部33的表面下50μm的区域进行测定而可确认。

上述本实施形态的轮毂圈30的锯齿形部37最好是满足上述的应力条件的非硬化部33。即，插入孔38的侧壁最好包含在满足上述的应力条件的非硬化部33中。由此，插入孔38的侧壁表面附近的疲劳强度得以提高，可抑制从锯齿形部37处发生的破损。

此外，在上述本实施形态的轮毂圈30中，车轮安装凸缘31的、从车轮安装凸缘31看安装车轮一侧(外侧)的根部31B的表面硬度是35HRC以下。由此，切削加工等的加工性得以提高，可抑制热处理变形，可抑制热处理变形所产生的车轮安装凸缘31的制动转子安装面31C的面振动精度的恶化。

此外在上述本实施形态的轮毂圈30中，从车轮凸缘31看与安装车轮一侧(外侧)相反侧(内侧)的轮毂圈30的端部即内侧端部，利用朝径向外侧塑性变形而形成铆接部34A。并且，利用该铆接部34A将内圈40沿轴向固定在轮毂圈30上。

如此，通过作成所谓的自保持结构，不必像以往技术那样用螺母等牢固地进行紧固并控制加压量，因此，可方便地装入到车辆上，同时可长时间维持该加压量。

此外，在上述本实施形态的轮毂圈30中，铆接部34A通过将表面硬度为25HRC以下的内侧端部进行塑性变形而形成。由此，可抑制铆接部34A的硬度误差。另外，可确保足够的加工性，可抑制因塑性加工而在铆接部34A表面上发生微小裂纹，提高车轮用轴承装置1的可靠性。

在上述本实施形态的轮毂圈30中，车轮安装凸缘31的、从车轮安装凸缘31看与安装车轮的一侧(外侧)相反侧(内侧)的根部31D上形成有圆弧R，其表面硬度为54HRC以上、64HRC以下。

由此，对作用于车轮安装凸缘31的旋转弯曲载荷可赋予足够的机械强度，轮毂圈30的强度和耐久性进一步提高。

这里，所谓车轮安装凸缘31的根部，是指在包含转动体即滚子50的轨道中心轴在内的截面中车轮安装凸缘31向与该中心轴交叉的方向突出的根基部分，是通常凸缘的表面形成曲线状的区域，形成所谓圆弧R的区域，或形成倒角部的区域。

构成上述本实施形态的轮毂圈30的钢是含有0.40质量％以上、0.80％质量以下碳的中碳钢。由此，锻造容易性、切削性、热处理性或经济性得以提高，尤其对于高频淬火的部分的淬火硬度是较佳的。

接着，说明本实施形态的车轮用轴承装置1的制造方法。

参照图2，本实施形态的车轮用轴承装置1的制造方法具有外方构件准备工序、内方构件准备工序、转动体准备工序和装配工序。外方构件准备工序中，参照图1，准备在内周面11形成有多列环状的外侧滚道面10A的外圈10。内方构件准备工序中，准备形成有多列环状的内侧滚道面40A的构成内方构件20的轮毂圈30和内圈40。转动体准备工序中，准备作为转动体的滚子50。

在装配工序中，首先，将外圈10、内圈40和滚子50组合成：内侧滚道面40A与外侧滚道面10A相对，滚子50与外侧滚道面10A和内侧滚道面40A接触地配置在圆环状的轨道上。然后，将润滑脂等的润滑剂嵌入外圈10和内圈40所夹的空间(轴承空间)中后，外圈10的内周面11的两端部和与该两端部相对的第1内圈41及第2内圈42的端部之间压入密封构件70，由此，将该润滑剂封入轴承空间。接着，向后述的轮毂圈制造工序(图3)中所制造的轮毂圈30中压入如上述那样装配好的装配体的内圈40。然后，轮毂圈30的端部即内侧端部利用朝径向外侧塑性变形而形成铆接部34A，利用该铆接部34A，将内圈40沿轴向固定在轮毂圈30上，从而车轮用轴承装置1的装配结束。

并且，所述外方构件准备工序或内方构件准备工序中的任一方准备工序中，包含制造由钢构成、形成有安装车轮用的凸缘即车轮安装凸缘的带有车轮用凸缘的构件的带有车轮用凸缘的构件制造工序。更具体地说，在本实施形态中，内方构件准备工序包含制造带有车轮用凸缘的构件的即轮毂圈30的作为内方构件准备工序的轮毂圈制造工序。

参照图3，作为该带有车轮用凸缘的构件制造工序的轮毂圈制造工序包含：钢材准备工序；作为热加工工序的热锻造工序；调质工序；车削加工工序；螺栓孔形成工序；作为局部淬火硬化工序的高频热处理工序；拉削加工工序和精加工工序。在钢材准备工序中，准备由带有车轮用凸缘的构件即应构成轮毂圈30的钢所构成的钢材，例如由包含0.40质量％以上、0.80质量％以下碳的中碳钢所构成的钢材。在热锻造工序中，通过将该钢材加热到例如1050℃以上、1300℃以下的温度区域进行热锻造，成形为具有图1所示的轮毂圈30大致形状的钢制构件。在调质工序中，对该钢制构件进行调质。在车削加工工序中，对钢制构件的车轮安装凸缘31及小径部34的表面的表面区域进行车削加工。在螺栓孔形成工序中，通过对车轮安装凸缘34用钻头等实施开孔加工而形成轮毂圈螺栓孔31A。

在高频热处理工序中，调质后的钢制构件的一部分被淬火硬化。具体地说，参照图1，插入孔38侧壁表面以外的区域、即包含与内圈40接触的小径部34表面的区域通过高频淬火而被淬火硬化，形成具有58HRC以上硬度的硬化部39，同时，车轮安装凸缘31的内侧根部31D的表面硬度被作成54HRC以上、64HRC以下。为了满足如此硬度条件，也可在例如高频热处理工序中，在进行了实施高频淬火的高频淬火工序后，再进行将轮毂圈30的整体回火的整体回火工序及/或通过感应加热将实施了高频淬火的区域中一部分加热回火的局部回火工序。

在拉削加工工序中，参照图1，通过在热加工工序中所形成的插入孔38的侧壁表面形成轴向延伸的多个槽而形成锯齿形部37。在精加工工序中，通过对该钢制构件实施研磨加工等的精加工处理(精加工)和螺栓7的压入，从而制成带有车轮用凸缘的构件的轮毂圈30。

接着详细说明所述调质工序。在图4中，横向表示时间，越向右表示经过时间越长。图4中，纵向表示温度，表示越向上温度越高。

参照图4，调质工序具有淬火工序和回火工序。在淬火工序中，在热锻造工序中所制作的钢制构件被加热成A₁点以上的温度，例如800℃以上、900℃以下的温度，在保持1小时以上、3小时以下时间后，通过从A₁点以上的温度区域冷却到Ms点以下的温度而被淬火硬化。该冷却可通过例如从A₁点以上的温度区域开始将钢制构件浸渍在淬火用的油中来实施(油冷)。

然后，在回火工序中，将淬火硬化后的钢制构件加热到A₁点不到的温度，例如400℃以上、700℃以下的温度，在保持1小时以上、3小时以下时间后，通过冷却到室温而被回火。可通过对该加热温度及保持时间、尤其是对加热温度的调整来实施调质工序，以使车轮安装凸缘31的外侧的根部31B的表面硬度成为35HRC以下，同时使轮毂圈30的内侧端部的表面硬度成为25HRC以下。为满足轮毂圈30的内侧端部硬度的条件，也可例如在实施了上述回火工序后，再通过利用高频电流的感应加热，实施将轮毂圈30的内侧端部局部加热并回火的局部回火工序。

回火工序中的所述冷却，既可通过将钢制构件放置在空气中来实施(空冷)，也可根据需要通过将冷却水散在钢制构件上来实施(喷淋冷却)。

调质工序通过如上那样实施，构成钢制构件的钢就成为回火马氏体(回火屈氏体或/及回火索氏体)组织。并且，参照图1，在之后的高频淬火工序中作为淬火硬化区域的硬化部39以外的区域即非硬化部33中，由于保持了该组织，故基本不存在铁素体或碳化物的(铁素体的面积率为3％以下、碳化物的面积率为10％以下)，最好是成为不存在铁素体或碳化物的匀质的组织。其结果，可制造非硬化部33的疲劳强度优异的作为本实施形态的带有车轮用凸缘的构件的轮毂圈30(内方构件)。

在所述调质工序中，当淬火工序中的加热温度不到800℃时，淬火冷却前的碳化物的固溶物就不充分，有可能残留铁素体或碳化物，因此，该加热温度最好是800℃以上。另外，若该加热温度超过900℃，则淬火冷却前的奥氏体结晶粒度变大，有可能淬火后的奥氏体结晶粒度的粒度号不到8号，因此，加热温度最好为900℃以下。

通过如上那样实施调质工序，在淬火工序中加热时有可能从含有氢原子的环境气体(例如一氧化碳、二氧化碳及氢的混合气体)进入钢制构件的氢通过在回火工序中将钢制构件加热到400℃以上而向外部放出，非扩散性氢含有量被减低到0.8ppm以下。其结果，可制造非硬化部33的疲劳强度优异的作为本实施形态的带有车轮用凸缘的构件的轮毂圈30(内方构件)。

通过如上那样实施调质工序，将淬火工序的加热温度作成900℃以下，所生成的奥氏体结晶粒度的粒度号被保持在8号以上。其结果，可制造非硬化部33的疲劳强度优异的作为本实施形态的带有车轮用凸缘的构件的轮毂圈30(内方构件)。

通过在调质工序后进行车削加工工序和拉削加工工序，从而可在非硬化部33的表面残留50MPa以上、500MPa以下的压缩应力。其结果，可制造非硬化部33的疲劳强度优异的作为本实施形态的带有车轮用凸缘的构件的轮毂圈30(内方构件)。

如上所述，利用上述本实施形态的车轮用轴承装置的制造方法，可制造本实施形态的车轮用轴承装置1。

在上述实施形态中，图示说明了采用圆锥滚子作为转动体的情况，但本发明的可用于车轮用轴承装置的转动体并不限于此，既可是圆筒滚子，也可是珠子。另外，在上述实施形态中，说明了通过铆接加工将内圈40固定在轮毂圈30上的情况，但也可通过螺栓等固定构件将内圈40固定在轮毂圈30上。另外，在上述实施形态中，说明了轮毂圈30是具有供轮毂圈30轴向贯通的贯通孔即插入孔38的驱动轮用的轮毂圈，但构成本发明的车轮用轴承装置的轮毂圈并不限于此，也可是无上述贯通孔的从动轮用的轮毂圈。

另外，作为轮毂圈30的原材料，可采用含有0.4质量％以上、0.8质量％以下碳的钢，除了JIS标准S53C外，例如可采用SAE1070等。此外，作为内圈40的原材料，除了JIS标准SUJ2外，例如可采用SUJ3、SCr420、SCM420等。作为外圈10的原材料，除了JIS标准S53C外，例如可采用SAE1070等。作为滚子50的原材料，除了JIS标准SUJ2外，例如可采用SUJ3、SCr420、SCM420等。

本发明的车轮用轴承装置，由于将车轮旋转自如地支承在汽车等车体上，故可特别有利于要求良好耐久性的车轮用轴承装置使用。

虽详细说明了本发明，但这仅是例示用的，并不作限定，可明显地理解为发明精神和范围只限定于所附的权利要求书。

Claims (9)

1. 一种车轮用轴承装置，其特征在于，具有：外方构件、内方构件、转动体，

所述外方构件在内周面上形成有多列环状的外侧滚道面；

所述内方构件形成有多列与所述外侧滚道面相对的环状的内侧滚道面；

所述转动体与所述外侧滚道面和所述内侧滚道面接触，转动自如地配置在环状的轨道上，

所述外方构件或所述内方构件的任一方由钢构成，包含带有车轮用凸缘的构件，该带有车轮用凸缘的构件形成有安装车轮用的凸缘、即车轮安装凸缘，

所述带有车轮用凸缘的构件具有：

通过淬火硬化而被硬化成50HRC以上的硬化部；

所述硬化部以外的部位即非硬化部，

在所述非硬化部的表面残留有50MPa以上、500MPa以下的压缩应力。

2. 如权利要求1所述的车轮用轴承装置，其特征在于，在所述带有车轮用凸缘的构件上，在包含所述转动体的所述轨道中心轴的区域中形成有供其它构件插入用的插入孔，

所述插入孔的侧壁包含于所述非硬化部中。

3. 如权利要求1所述的车轮用轴承装置，其特征在于，所述车轮安装凸缘的、从所述车轮安装凸缘看是安装所述车轮一侧的根部的表面硬度为35HRC以下。

4. 如权利要求1所述的车轮用轴承装置，其特征在于，所述内方构件包含：

作为所述带有车轮用凸缘的构件的轮毂圈；

嵌入所述轮毂圈的内圈。

5. 如权利要求4所述的车轮用轴承装置，其特征在于，从所述车轮安装凸缘看与安装所述车轮的一侧相反一侧的所述轮毂圈端部、即内侧端部，通过朝径向外侧塑性变形而形成铆接部，通过所述铆接部将所述内圈沿轴向固定在所述轮毂圈上。

6. 如权利要求5所述的车轮用轴承装置，其特征在于，所述铆接部通过将表面硬度为25HRC以下的所述内侧端部进行塑性变形而形成。

7. 如权利要求4所述的车轮用轴承装置，其特征在于，在所述轮毂圈上嵌入一对内圈，所述一对内圈中接近所述车轮安装凸缘的内圈、即外侧内圈与所述轮毂圈的嵌合余量大于所述一对内圈中远离所述车轮安装凸缘的内圈、即内侧内圈与所述轮毂圈的嵌合余量。

8. 如权利要求1所述的车轮用轴承装置，其特征在于，所述车轮安装凸缘的、从所述车轮安装凸缘看是与所述安装车轮一侧相反侧的根部的表面硬度是54HRC以上、64HRC以下。

9. 如权利要求1所述的车轮用轴承装置，其特征在于，所述钢是含有0.40质量％以上、0.80质量％以下的碳的中碳钢。

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