JP3974115B2 - 車輪用軸受装置 - Google Patents

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Description

本発明は車輪用軸受装置に関し、より具体的には、車輪用軸受装置におけるハブ輪など、加締め加工を行なう部品を含む車輪用軸受装置に関するものである。
ハブベアリング（ＨＵＢ）は、車体に対してタイヤ（車輪）を回転自在に支持する車輪用軸受装置である。また、等速自在継手（CVJ: Constant Velocity Joint）は、エンジンからの回転を車輪に伝達するトルク伝達装置である。これらのＨＵＢおよびＣＶＪは、製造において次の問題を有する。
（１）段付形状となっており加工率が高い。
（２）転走面を有するため高周波焼入れ後に高い硬度を必要とする部分がある。このため炭素含有率が高い鋼、たとえばＳ５３Ｃ、ＳＡＥ１０５０を用いるので、加工における変形抵抗が高くなる。
上記の事情より、冷間鍛造および温間鍛造が困難なので熱間鍛造が広く用いられる。熱間鍛造の場合、１０００℃以上の高温で鍛造されるため鍛造後のミクロ組織が粗大化する。
一般に、上記車輪用軸受装置においては大きな荷重が繰り返し負荷されるため、上記熱間鍛造後に、焼入れ処理を施すことにより十分な強度を車輪用軸受装置の部品に付与している。これら車輪用軸受装置では、転動体を両側から挟む外方部材（外輪）と内方部材（内輪）とを有するが、内方部材が、第１および第２の２つの内方部材、たとえばハブ輪および内輪によって構成される。部品点数の削減等を推進するため、上記２つの内方部材を結合する結合手段として、加締め加工が用いられている。
熱間鍛造後に上記のように焼入れ処理を施すと著しく硬化するため、加締め加工に支障をきたす。このため、加締め加工によって塑性変形する部分については、上記焼入れ処理において焼入れが行なわれないようにする車輪支持用転がり軸受ユニットが提案されている（特許文献１）。上記の方法によれば、加締め加工により塑性変形する部分には焼入れ処理を行なわないので、その部分の硬度は低くなる。
しかしながら、上記の加締め加工が行われ塑性変形する部分の組織は熱間鍛造まま（生のまま）であり、組織は粗大である。
図１６は、従動輪用の車輪用軸受装置１１０を示す図である。ハブ輪１０４および内輪１０２と、外輪１０３との間にボール１０１が配置されている。外輪１０３にはフランジ１０３ａが設けられ、このフランジ１０３ａには図示していない車体（ナックル）に固定されるためのボルトが貫孔するようにボルト孔１１２ａが設けられている。ハブ輪１０４の車輪取付けフランジ１０４ａの先に配置したハブボルト１１１によりハブ輪１０４と、図示していないタイヤとを連結する。
ハブ輪１０４のインボード側（車輪取付けフランジ１０４ａとは反対側）の端部は、内輪１０２と結合されるように加締め加工され、その結果、ハブ輪１０４と内輪１０２とは加締め部１０４ｂによって結合される。上記のように粗大化したミクロ組織では延性が低いため加締め加工の際に割れが生じやすく、加締め加工には細心の注意を払い加工条件などを決める必要があり、品質保証上、全品検査を行う必要があった。
タイヤから伝達される繰り返し変位は、タイヤとの接続部分である車輪取付けフランジ１０４ａの根元部１０４ｎに大きな繰り返し応力を発生させる。このため、車輪用軸受装置を軽量化するため車輪取付けフランジ１０４ａをアーム形状などにすると、焼入れされていない熱間鍛造ままの粗大化したミクロ組織では耐久性が低下して亀裂を発生する。この結果、破断にいたることが生じ、軽量化が困難となる。
本発明は、熱間鍛造のままで加締め加工しても割れを生じ難く、加工条件等を容易に決めることができ、品質管理上の管理も容易である車輪用軸受装置を提供することを第１の目的とする。また、車輪取付けフランジをアーム形状としても耐久性が低下せず、軽量化が容易である車輪用軸受装置の提供を第２の目的とする。
本発明の車輪用軸受装置は、内周に複列の転走面を有する外方部材と、転走面に対向する転走面を有する内方部材と、対向する複列の転走面間に介在する転動体とを有し、上記の内方部材は、第１内方部材と第２内方部材とからなる。この車輪用軸受装置は、第１内方部材を加締め部にて加締めることによって第１内方部材と第２内方部材とを結合させ、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受装置である。そして、少なくとも加締め部のオーステナイト粒の粒度番号が６番以上である。さらに、第１内方部材のフェライト面積率が１０〜３０％であり、フェライトパーライト組織のオーステナイト粒内に粒状フェライトが分散している。
この構成により、組織が微細化されるため延性が向上するので、加締め加工を行なっても割れを生じる恐れがなく品質上も管理が容易となる。
また、上記のオーステナイト粒の粒度番号は、加締め加工などの塑性加工がなされていると、塑性変形により組織の流動が生じるので、塑性変形される前の粒度番号をいい、加締め後の粒度測定は塑性変形された部分を除いた加締め部の根元部分であって組織の流動が生じていない箇所で行う。
なお、上記のオーステナイト粒は、焼入れされた鋼におけるオーステナイト粒と異なり、オーステナイト粒界からフェライトを生成したミクロ組織を対象としている。この場合において、網目状フェライトがオーステナイト粒界に沿って生成するのでオーステナイト粒界はその網目状フェライトからその配置が推測され、容易に測定することができる。測定は、ミクロ組織をＪＩＳ標準図と比較して行なってもよいし、直線をランダムに引き、その推測したオーステナイト粒界との交点の間の平均距離を求めてもよい。
次に図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明の実施の形態である車輪用軸受装置１０であり、従動輪用のものを示している。ハブ輪４と内輪２との結合は、内輪２を締め付けるように行なうハブ輪４に対する加締め加工によってなされる。またハブ輪に非切削部を有する。図１において、外輪３はボルト１２を雌ねじ部１２ａに螺合され、ナックル１５と連結される。２列の複数のボール１は、外輪３の複列の転走面３ａ、内輪２の転走面２ａおよびハブ輪４の転走面４ａによって配置される。転走面にはボールから高荷重が印加されるので高周波焼入れ等によって表面硬化層を形成する。図１において、ハブ輪４の転走面を含む表層に高周波焼入して形成した表面硬化層４ｈのみを表示するが、ハブ輪４だけでなく外輪３や内輪２にも、図示していないが表面硬化層は形成される。
ハブ輪４には、ハブボルト１１が配置され、図示していないタイヤに連結され回転自在に支持する。図１に示す構造では、ハブボルト１１の孔は車輪取付けフランジ４ｄに設けられる。軽量化のため、車輪取付けフランジ４ｄを、各ハブボルトごとのアームとする構造を採用する場合もある。
図１において、ハブ輪４は、車輪取付けフランジのインボード側の表面４ｃおよび中央部外側の面４ｃは、非切削加工の面である。これらの面では表面性状や寸法精度はそれほど重要ではないので、非切削仕上げにより製造コストを低減している。
上述のように、内輪２はハブ輪４の加締め部４ｂにより加締められ、ハブ輪４の段差壁４ｓに押し付けられた状態でハブ輪４に結合される。本実施の形態では、ハブ輪４が第１内方部材であり、内輪２が第２内方部材である。加締め加工には揺動加締め法が用いられる。この揺動加締めにおいて、高周波焼入れされていない部分、特に加締め部４ｂにおいては、ミクロ組織におけるオーステナイト粒の粒度番号は６番以上と微細にされている。このことによって熱間鍛造のままで加締め加工しても割れを生じ難くすることができる。
図１において、ハブ輪４および外輪３が、粒状フェライト生成鋼材を用いて形成される。このため、ハブ輪４および外輪３は、焼準の有無によらず延性および靭性に富む。この結果、後の図４に示す粗大なミクロ組織ではクラックを発生しやすいのに対して、やはり後の図３に示す粒状フェライトを含むフェライトパーライト組織ではクラックの発生を抑制することができる。加締め加工においてクラックなどを生じることなく加締めることができる。また、車輪取付けフランジの根元部４ｎにおいて、使用中に繰り返し荷重で亀裂を発生することはない。
図２は、本発明の実施の形態の車輪用軸受装置の部品を製造する方法を示す図である。炭素Ｃ：０.４５〜０.７０重量％、ならびにＶ、ＮｂおよびＴｉのうちの少なくとも１種を合計で０.３重量％以下含む鋼素材（以下、「粒状フェライト生成鋼材」と記す）を熱間鍛造のための加熱温度、たとえば１０８０℃程度に加熱して熱間鍛造し、放冷する。この段階で、上記部品のおよその形状は形成される。この後、切削加工により、寸法精度や仕上がり表面精度（粗度など）を要する部分を精密に仕上げる。この後、上記切削加工された表面の所定部に高周波焼入れを行ない表面硬化させる。
上述したように、Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉの少なくとも１種からなる元素の合計は、０.３重量％を超えると必要な靭性、延性を確保しにくくなるので０.３重量％以下とする。しかし、上記合計が０.０１重量％未満では、十分な分散密度でフェライト核生成サイトを形成することができないので０.０１重量％以上とすることができる。より確実な効果を得るためには０.０２重量％以上としてもよい。
なお、上記の鋼は、上記の炭素、Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉ以外に焼入性を保証した構造用鋼鋼材（Ｈ鋼：ＪＩＳＧ４０５２）に示される代表鋼種と同等のＳｉ、Ｍｎを含み、さらにＮｉ：０.２５重量％以下、Ｃｒ：１.２５重量％以下、Ｍｏ：０.４５重量％以下を含んでもよい。とくにＣｒ：０.１０〜０.４０重量％含むことができる。Ｃｒは焼入性向上、焼戻軟化抵抗向上などに有効であるが、その効果を明確にするためには０.１重量％以上必要である。しかし、０.４０重量％を超えると熱間鍛造性が低下し、熱間鍛造において高コストとなるので０.４０重量以下とするのがよい。
上記の切削加工する工程では、非切削加工部分を残して切削加工することができる。この方法により切削加工する部分を、仕上げ精度上必要な部分に限定して、他の部分は非切削加工部分とすることができる。この結果、切削工程のコストを低減することができる。
図３は、上記鋼を熱間鍛造し、放冷したときに得られるミクロ組織の模式図である。Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉの少なくとも１種を含む鋼では、熱間鍛造前の加熱において１０００℃以上で未固溶の炭窒化物があり、これらがオーステナイト粒界の移動に対してピン止め作用を及ぼし、オーステナイト粒の粗大化に歯止めをかける。また、温度降下しながら熱間加工組織が再結晶する際にも微細な炭窒化物が析出し、オーステナイト粒の成長の抵抗となる。そして、熱間鍛造後、放冷中、オーステナイトから、温度低下につれまずフェライト変態が生じ、次いでパーライト変態が生じる。このとき上記粒状フェライト生成鋼材に特有なことは、フェライト変態が促進され、フェライトの面積率が増大するとともに、粒状フェライトが高い比率で生成することである。このため、パーライト粒は実質的にフェライトに分断され、微細化される。上記のように粒状フェライトが促進されるのは、熱間鍛造の再結晶中、またはその後の放冷の際、Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉの炭窒化物が生成し、その炭窒化物などを核サイトとしてフェライト変態が生じるからである。これら炭窒化物等はオーステナイト粒界にもオーステナイト粒内にも析出するので、粒状フェライトは粒内にも粒界にも生じる。図３において、オーステナイト粒界において上記炭窒化物等を核とすることなく粒界に沿って生成するフェライトもある。
粒状フェライトは、その形状から判断できる。粒内に位置するフェライトは粒状フェライトである。粒界に粒状フェライトが生成してもよい。網目状フェライトは粒界に沿って生成し、粒状というよりバンド状に生成する。フェライトの面積率は、ミクロ組織におけるフェライトとパーライトとの識別の容易さから市販の面積率自動測定装置などを用いて測定できる。また、光学顕微鏡視野内の任意直線のフェライト内にある部分の比率を求めて平均をとっても測定することができる。
上記Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉを含まない炭素鋼の熱間鍛造-放冷後のミクロ組織の模式図を図４に示す。図４によれば、放冷中、フェライトはまずオーステナイト粒界に網目状に生成し、その後、オーステナイトがパーライトに変態する。このためパーライトは、図３のパーライトに比べて粗大な大きさとなる。また、フェライト変態が促進されないためにフェライト面積率は図３のミクロ組織より小さくなる。
図１におけるハブ輪４および外輪３は、上記フェライト生成鋼材を用いるので、焼準することなく鍛造のままでオーステナイト結晶粒度番号が６番以上である。焼準することなく熱間鍛造ままであることは、非切削部の酸化表面のスケールの複合構成を解析することによって特定することができる。また、鋼中にはＡｌが通常含まれ、Ａｌは窒素と結合してＡｌＮを形成する。ＡｌＮは熱間鍛造温度で鋼中に固溶し、焼準温度で比較的速く析出する。熱間鍛造後に焼準を行なわない場合、ＡｌＮを形成しないで鋼中に固溶状態で存在するＡｌの量が増大するのでＡｌの態別分析を行なうことにより特定することができる。
アルミは、アルミキルド鋼の場合、溶製時に脱酸剤として添加して作用させ、酸化物など非金属介在物となり排出される。非金属介在物として排出されないアルミは鋼中において、固溶アルミおよび窒化アルミＡｌＮの形態で存在する。すなわち酸可溶アルミ（sol Ａｌ: soluble Aluminum)の形態で存在する。このsol Ａｌは０.０１５ｗｔ％以上含有するのが好ましいが、過剰になるとＡｌＮも含めて非金属介在物の増加を招き、延性の低下を引き起こすため、０.０５ｗｔ％以下が好ましい。
上記sol Ａｌのうちの固溶Ａｌの状態のＡｌと、ＡｌＮの状態のＡｌとを区別する態別分析を、熱間鍛造のままの製品と、その後焼準した製品とで行なう。そして、両者の結果を比較して、固溶Ａｌの比率が高いほうを熱間鍛造のままの製品と特定することができる。熱間鍛造のままの製品と、その後焼準した製品とについて、一度そのような標準測定をしておけばそのデータに基づいて、両者を特定することができる。
図５は、本発明の他の実施の形態である、転動体にローラ２１を用いた駆動輪用の車輪用軸受装置１０を示す図である。この車輪用軸受装置１０では、ハブ輪４には転走面は設けられず、外輪３と２つの内輪２とに転走面２ａ，３ａが設けられる。外輪３およびハブ輪４は、上記粒状フェライト生成鋼材により製造され、内輪２およびローラ２１はＪＩＳＳＵＪ２を用いて製造される。なお、本実施の形態では、ハブ輪４が第１内方部材であり、２つの内輪２が第２内方部材である。
ハブ輪４に転走面は設けられないが、内輪２を介在してかかる荷重に対応するために２つの内輪２と当接する表面には高周波焼入れにより表面硬化層４ｈが形成される。
２つの内輪２は、ハブ輪４を加締め加工することによって得られる加締め部４ｂによってハブ輪４の段差壁４ｓに押し付けられ固定される。
ハブ輪４の加締め部４ｂの加締め前のオーステナイト粒の粒度番号は６番以上である。また、ハブ輪４は粒状フェライト生成鋼材により製造される。
図６は本発明の他の実施の形態である車輪用軸受装置１０を示す、駆動用の車輪用軸受装置であり、等速自在継手５０が組み合わされ、等速自在継手５０が車輪用軸受装置の内輪２を兼ねる構造を示す図である。等速自在継手５０は、内輪３２と、外輪に相当する外側継手部３３と、上記外側継手部３３と内輪３２との間にケージ３４によって保持されるトルク伝達ボール３１とを備える。等速自在継手５０から回転力がハブ輪４に伝達され、さらにハブ輪４からハブボルト１１によって連結されるタイヤに伝達される。等速自在継手５０の外側継手部３３の軸部３３ａの端部が拡径加締めによりハブ輪４に固定される。本実施の形態では等速自在継手５０の外側継手部材３３が第１内方部材であり、ハブ輪４が第２内方部材である。外側継手部材３３の軸部３３ａのオーステナイト粒の粒度番号は６番以上である。この組み合わせにおいて、ハブ輪４、外輪３および車輪用軸受装置１０の内輪２を兼ねる等速自在継手５０の上記外側継手部３３は、上記粒状フェライト生成鋼材により製造される。
次に実際に機械的性質およびミクロ組織を調査した結果について説明する。表１に本発明の実施例１に用いた鋼材の組成を示す。本発明例の各鋼は、Ｓ５３Ｃをベースにして改良を加えている、組成上の特徴は次の通りである。本発明例３、４では低Ｍｎとした上で、Ｖなどを含有させる点に特徴がある。
（本発明例１） Ｓ５３Ｃ相当＋Ｖ：０.０８重量％
（本発明例２） Ｓ５３Ｃ相当＋Ｔｉ：０.０７重量％
（本発明例３） 低Ｍｎ（０.２５重量％）＋Ｖ：０.０９重量％
（本発明例４） 低Ｍｎ（０.２４重量％）＋Ｖ：０.０４重量％＋Ｔｉ：０.０６重量％
（比較例１、本発明例５，６） Ｓ５３Ｃ
Figure 0003974115
また、製造方法は次の通りである。
（本発明例１〜４）：１０２０℃加熱熱間鍛造まま
（比較例１）：１０２０℃加熱熱間鍛造まま
（本発明例５）：１０２０℃加熱熱間鍛造＋焼準
（本発明例６）：９５０℃加熱熱間鍛造まま
本発明例６は、Ｖ、Ｔｉ、Ｎｂを含まず熱間鍛造温度を極端に低下させた点に特徴がある。熱間鍛造温度を９５０℃程度まで低下させると変形抵抗が増大し、鍛造型の寿命が短命化するので製造現場では採用が難しいが、熱間鍛造された鋼の性能を調査する目的で行なった。
上記本発明例および比較例のミクロ組織を、図７〜図１３に示す。まず、図１１に示す比較例１のミクロ組織では、熱間鍛造ままであることを反映して、組織は粗大であり（縮尺度に注意）、フェライトはほとんど全てがオーステナイト粒界沿って生成した網目状フェライトといってよい。これに比して図１２に示す焼準を加えた本発明例５のミクロ組織では、組織は粒界に沿うひも状フェライトだけでなく粒状（塊状）のフェライトが認められ、ミクロ組織も非常に微細である。また、図１３に示す９５０℃加熱鍛造した本発明例６では、熱間鍛造ままであるにも拘わらず焼準を行なった本発明例５と同等のミクロ組織が得られている。
図７〜図１０に示すように、Ｖ、Ｔｉなどを含有させた鋼材である本発明例１〜４では、熱間鍛造ままであるにも拘わらずミクロ組織は非常に微細であり、粒状フェライトの数が多く、したがって粒状フェライトの分散密度が高い。また、フェライトの面積率が増大している。とくに本発明例４のミクロ組織が微細化されている。
上記の試験体の試験結果を表２に示す。引張試験は、ＨＵＢの製品から切り出した引張試験片を用い、試験を行った。
Figure 0003974115
表２によれば、比較例１のフェライト面積率は１２％であるのに比して、本発明例１〜４では同じ熱間鍛造ままであるにも拘わらず１５％以上を満たしている。焼準を加えた本発明例５および９５０℃熱間鍛造のままの本発明例６においても、やはりフェライト面積率１５％以上を満たす。表２に示す「粒径」は、網目状フェライトでおよその輪郭が描かれるオーステナイト粒の粒径であるが、比較例１が粒度番号３.０であるのに比して本発明例１〜６では６.５以上が得られ、ミクロ組織が微細化されることを示している。
オーステナイト粒の測定は、たとえば、ミクロ組織の網目状フェライトの中にオーステナイト粒界があったとして、そのようなオーステナイト粒界を記入したミクロ組織写真とＪＩＳに規定する粒径の標準図とを比べて、求めることができる。すなわち、網目状フェライトが非常に細い幅でオーステナイト粒界に沿って生成する場合、その網目状フェライトをオーステナイト粒界とみなして測定することができる。また、網目状フェライトのオーステナイト粒界に沿うフェライトの幅が比較的広い場合には、オーステナイト粒界をそのフェライトに沿ってその幅内に想定して、またはミクロ写真に実際に記入して測定することができる。ミクロ写真中の網目状フェライトに沿ってその幅内にオーステナイト粒界を書き込むことは容易である。
硬さの変化率は、比較例１を基準に硬化するか（＋）または軟化するか（−）を示す指標である。本発明例１、２において、基準に比してフェライト面積率が増えるにも拘わらず硬さの変化率がプラスになるのは、ミクロ組織が実質的に非常に微細化されること、ＶまたはＴｉ析出物が分散し分散強化されることなどが考えられる。本発明例３、４では、これらＶおよび／またはＴｉが含まれるにも拘わらず軟化するのはＭｎが低くされるためである。とくに本発明例３の軟化が大きい。これを反映して本発明例３の絞りの上昇は顕著である。他の本発明例１、２、４〜６についても比較例１に比べ１０％以上の絞り向上率が得られる。
引張強さの向上分は、本発明例１〜６はいずれも比較例１に比べ９％以上の向上が得られるが、とくに本発明例３、４の向上が目立つ。
引張試験により得られる絞りは、加締め加工における変形能および割れ性と相関があり、絞りが大きいほうが望ましい。また、引張強さおよび絞りは、製品の曲げ強度特性と対応する。
上記実施例１より、本発明例１〜６は比較例１に比べフェライト面積率を多くしオーステナイト粒度番号を６以上としてミクロ組織は非常に微細であるため、強度、加工性、曲げ強度の向上を得ることができることが確認された。さらに本発明例３、４は焼準を加えたものと比べても優れた強度、加工性を備えることが判明した。
次に上記車輪用軸受装置のハブ輪や外輪の製造に用いられる鋼を用いて耐久性試験を行なった。本試験は、ハブ輪のハブボルト孔から中心に寄った位置の、フランジまたはアームの根元部における繰り返し応力に対する寿命を検証する試験ということができる。本発明例として用いた鋼は、Ｃ：０.６重量％、Ｓｉ：０.５７重量％、Ｍｎ：０.８重量％、Ｐ：０.０１５重量％、Ｓ：０.０１７重量％、Ｃｒ：０.２５重量％、Ｖ：０.１５重量％を含む鋼である。比較例として用いた鋼は、市販のＪＩＳＧ４０５１に規定する機械構造用炭素鋼Ｓ５３Ｃを用いた。
上記本発明例の鋼材および比較例の鋼材を、図２に示すように熱間鍛造し、放冷した後試験片を作製した。焼準はどちらも行わなかった。
試験は、ＪＩＳＺ２２４１に規定する引張試験における絞りにより加締めの加工性を評価し、またＪＩＳＺ２２７４に規定する回転曲げ疲れ試験に拠り、ハブ輪にかかる繰り返し応力に対する耐久性を評価した。引張試験における試験片は、平行部長さ１５ｍｍ×直径５ｍｍの丸棒試験片を用い、回転曲げ疲れ試験における試験片は１号試験片（ＪＩＳＺ２２７４）を用いた。
引張試験における絞りの結果を図１４に、また回転曲げ疲れ試験の結果を図１５に示す。比較例の絞りが３９％であるのに対して、本発明例の絞りは４４％に大きく向上している。絞りと加締め加工性とは強い相関があり、図１４に示す程度の絞りの向上により、加締め加工性は大幅に向上する。
また、図１５に示す回転曲げ疲れ試験結果によれば、本発明例の回転曲げ疲れ強さが比較例に比べて３割程度向上することが検証された。
上記の結果によれば、焼準を行うことなく熱間鍛造ままの鋼を用いて軸受の部品を製造することにより、耐久性に優れた部品を製造し、それらを組み上げて優れた性能の軸受を安価に製造することが可能である。また、とくにハブ輪などを加締め加工を行う場合には、クラックなどを生じることなく加締め加工を行うことが可能である。
次に上に述べた記実施の形態および実施例も含めて、本発明の実施の形態例を羅列的に以下に説明する。
上記の加締められる、第１内方部材のフェライト面積率が１０〜３０％であり、粒状フェライトを含むことができる。
この構成により、上記第１内方部材は軟化され、さらに延性を向上することができる。このため、より強加工の加締め加工を行なっても割れを生じることがなくなる。
上記の第１内方部材がハブ輪であり、第２内方部材が内輪であり、そのハブ輪の端部を加締めて内輪と結合することができる。また、第２内方部材がハブ輪であり、第１内方部材が等速自在継手の外側継手部材であり、外側継手部材の軸部はハブ輪の内径孔に挿通し、該軸部を拡径加締めすることによりハブ輪と結合することができる。
上記の構成により、車輪用軸受装置の軽量化を確保した上で、車輪用軸受としての高信頼性を達成することができる。
また、上記の第１または第２内方部材であるハブ輪が、車輪取付け用フランジを有し、ハブ輪の焼入れされていない部分のオーステナイト粒の粒度番号を６番以上とすることができる。
上記の構成により、車輪取付けフランジの耐久性を向上させることができ、たとえば車輪取付けフランジをアーム形状としても耐久性が低下せず、軽量化を容易に達成することが可能になる。
上記の鋼（粒状フェライト生成鋼材）は、Ｓｉ：０.１５〜０.７重量％、Ｍｎ：０.１〜０.５重量％およびＶ：０.０４〜０.１５重量％を含むことができる。
この構成によれば、熱間鍛造において脱炭深さを抑制し、Ｖ炭窒化物による作用によりフェライトの生成を促進されて粒状フェライトを含む組織を得ることができる。このためミクロ組織を実質的に微細化できる。
Ｓｉ：０.１５〜０.７重量％
Ｓｉが０.１５重量％未満では焼入性が低く、強度を十分確保することができない。また、Ｓｉが０.７重量％を超えると熱間鍛造の際に脱炭を促進して深い脱炭層を形成するため、Ｓｉは０.７重量％以下とする。脱炭層をより一層抑制するためには、Ｓｉは０.５重量％以下とすることができ、さらに脱炭層を避けるためには０.４重量％以下とするのがよい。
Ｍｎ：０.１〜０.５重量％
Ｍｎが０.１重量％未満では鋼中の硫黄（Ｓ）をＭｎＳとして固定できないために熱間鍛造の際にひび割れ等を生じやすいの０.１重量％以上とする。Ｍｎは焼入性を向上させ、鋼中に固溶して鋼を強靭化するとともに、転動寿命に有益な残留オーステナイトを増やす。しかし、Ｍｎは炭化物中にも固溶して炭化物の硬度を高める作用があり鋼の硬度上昇に有効である。したがって、強靭化を重視する場合、０.２５重量％以上含むのがよい。しかし、０.５重量％を超えると、熱間鍛造後の放冷時にフェライト生成を抑制し硬化組織となりやすく、切削加工や加締め加工性などに支障をきたすので０.５重量％以下とすることができる。
Ｖ：０.０４〜０.１５重量％
Ｖ炭化物、Ｖ窒化物またはＶ炭窒化物は、熱間鍛造前の加熱によりオーステナイト中にほとんど固溶するが、熱間鍛造後放冷中に析出し、フェライト核発生サイトとして機能する。これらＶ析出物はオーステナイト粒内の介在物等の上に析出し、さらにこのＶ析出物を核にフェライトが生成する。すなわち粒状フェライトの生成を促進し、その結果、フェライト面積率を増加させる。上記作用はＶ０.０４重量％以上により得ることができる。さらに確実の上記作用を得るためには０.０６重量％含むことが望ましい。また、Ｖが０.１５重量％を超えると上記の効果が飽和するので、０.１５重量％以下とする。
なお、不純物元素は、Ｐ：０.０３０重量％以下、Ｓ：０.０３５重量％以下とするのがよい。不純物元素であるＰおよびＳは、鋼の機械的性質を劣化させるので、軸受用鋼としては低いほどよい。しかし、ＰおよびＳを非常に低下させるには高度の精錬設備と十分な精錬時間が必要であり、その精錬設備の操業に伴う電力費や精錬反応用原料費が増大し、大きなコストアップ要因となる。したがって、ＰおよびＳの上限値は軸受材料としての機械的性質の劣化を許容しうる清浄度規制（ＪＩＳＧ４０５１）を満たす水準とすることができる。
上記の軸受を構成する少なくとも１つの部品が、切削加工されていない非切削加工部分を有することができる。
切削加工が精度上不要な個所は切削加工を省略し、製造費用を抑制することができる。この場合、黒皮部分では脱炭層が抑制されていることが重要であり、疲労亀裂の発生等を抑制することができる。このためにはＳｉ含有率を低目にするのがよい。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
本発明の車輪用軸受装置を用いることにより、高信頼性の部品を安価に製造し、その部品を加締め加工して軸受に組み上げるので高信頼性の車輪用軸受装置を安価に提供することができる。このため、自動車を含め輸送機械装置の車輪用軸受装置などに用途が拡大することが期待される。
本発明の実施の形態における車輪用軸受装置を示す図である。 本発明の実施の形態における車輪用軸受装置の部品の製造方法を示す図である。 本発明の実施の形態における鋼を熱間鍛造し、放冷して得られる鋼のミクロ組織を示す模式図である。 機械構造用炭素鋼Ｓ５３Ｃを熱間鍛造し、放冷して得られるミクロ組織の模式図である。 本発明の実施の形態におけるさらに別の車輪用軸受装置を示す図である。 本発明の実施の形態において等速自在継手を組み合わせて形成した車輪用軸受装置を示す図である。 本発明の実施例１における本発明例１のミクロ組織を示す図である。 本発明の実施例１における本発明例２のミクロ組織を示す図である。 本発明の実施例１における本発明例３のミクロ組織を示す図である。 本発明の実施例１における本発明例４のミクロ組織を示す図である。 本発明の実施例１における比較例１のミクロ組織を示す図である。 本発明の実施例１における本発明例５のミクロ組織を示す図である。 本発明の実施例１における本発明例６のミクロ組織を示す図である。 本発明の実施例３における引張試験の絞りを示す図である。 本発明の実施例３における回転曲げ疲れ試験の結果を示す図である。 従来の車輪用軸受装置における問題点の１つを示す図である。
符号の説明
１ ボール（転動体）、２ 内輪、２ａ 転走面、３ 外輪、３ａ 転走面、４ ハブ輪、４ａ 転走面、４ｂ 加締め部、４ｃ 非切削部、４ｄ 車輪取付けフランジ、４ｈ 表面硬化層、４ｎ 車輪取付けフランジの根元部、４ｓ ハブ輪段差壁、１０ 車輪用軸受装置、１１ ハブボルト、１２ ボルト、１２ａ 雌ねじ、１５ ナックル、２１ ローラ（転動体）、３１ 等速自在継手のボール、３２ 等速自在継手の内輪、３３ 等速自在継手の外側継手部、３３ａ 等速自在継手部の軸部、３４ 等速自在継手のケージ、３５ シャフト、５０ 等速自在継手。

Claims (3)

  1. 内周に複列の転走面を有する外方部材と、前記転走面に対向する転走面を有する内方部材と、前記対向する複列の転走面間に介在する転動体とを有し、
    前記内方部材は、第１内方部材と第２内方部材とからなり、
    前記第１内方部材を加締め部にて加締めることによって前記第１内方部材と第２内方部材とを結合させ、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受装置において、
    少なくとも前記加締め部のオーステナイト粒の粒度番号が６番以上であり、
    前記第１内方部材のフェライト面積率が１０〜３０％であり、フェライトパーライト組織のオーステナイト粒内に粒状フェライトが分散している、車輪用軸受装置。
  2. 前記第１内方部材がハブ輪であり、前記第２内方部材が内輪であり、そのハブ輪の端部を加締めて内輪と結合する、請求項１に記載の車輪用軸受装置。
  3. 前記第２内方部材がハブ輪であり、前記第１内方部材が等速ジョイントの外側継手部材であり、前記外側継手部材の軸部はハブ輪の内径孔に挿通し、該軸部を拡径加締めすることによりハブ輪と結合する、請求項１に記載の車輪用軸受装置。
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