WO2003074891A1 - Bearing device and method of manufacturing the bearing device - Google Patents

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WO2003074891A1
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bearing device
cementite
cooling
pearlite
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Kazutoshi Toda
Shinichirou Kashiwagi
Daisaku Tomita
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Koyo Seiko Co., Ltd.
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    • Y10T29/49636—Process for making bearing or component thereof

Definitions

  • the present invention relates to a rolling bearing device suitably used for, for example, an axle of a vehicle, and a method of manufacturing the same.
  • a rolling bearing device for an axle generally has an outer ring member mounted on the vehicle body side, and an inner ring member rotatably supported on the outer ring member around an axis via double-row rolling elements.
  • the inner ring member includes a hap shaft to which wheels are attached, and an annular inner raceway member fitted to an end of the hap shaft.
  • the hub axle is enlarged in diameter in the radially outward direction and is caulked to the end face of the inner raceway body, whereby the hub shaft is integrally rotatably attached to the inner raceway body.
  • Such a hap shaft is generally made of a steel material such as carbon steel. Such a steel material has a mixed structure of perlite and proeutectoid ferrite.
  • An object of the present invention is to provide a bearing device using a steel material having the above-described mixed structure, in which a microcrack does not occur during the caulking, and a method for manufacturing the same. Disclosure of the invention
  • a bearing device of the present invention includes: a bearing ring; and a shaft body made of carbon steel having a pearlite having a layered structure of cementite and having an end portion caulked to the bearing ring.
  • a bearing ring made of carbon steel having a pearlite having a layered structure of cementite and having an end portion caulked to the bearing ring.
  • Edition in the perlite at the end This is a device with a large space between tiles.
  • At least the end of the shaft has an average force of the cementite layer interval of 0.15 ⁇ or more and 0.4 ⁇ m or less.
  • the present inventors have found that the cause of the generation of the minute cracks is affected by the presence of cementite in the pearlite, and based on this, set the average value of the cementite layer spacing as described above. did. According to such a configuration, when the end of the shaft body is swaged with respect to the race, the rate of occurrence of microcracks at the end can be reduced to zero. As a result, the supply of the bearing device as a product can be improved.
  • the average value of the cementite layer interval is in the range of 0.15 to 0.35 im and the end of the shaft has a hardness of 15 HRC or more. Good.
  • the shaft body is preferable because it has sufficient hardness as a bearing device.
  • the bearing device of the present invention can be applied to various vehicles, for example, axles of automobiles, railway vehicles, aircrafts, and the like.
  • the bearing ring includes not only the inner ring or the outer ring of the bearing device but also a hap wheel in a case where the outer ring end of the constant velocity joint is swaged against the end surface of the hap wheel in a bearing device having a constant velocity joint.
  • the shaft body also includes a hub shaft of a rolling bearing for an axle, or a shaft formed on an outer ring of a constant velocity joint rotatably integrated with a hub wheel.
  • the steel material used for the shaft body is a carbon steel having a carbon content of 0.37% to 0.65%.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a rolling bearing device according to a preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the main part.
  • FIG. 3 is a sectional view of a hub shaft for each lot.
  • FIG. 4 is an enlarged sectional view of the same pearlite.
  • FIG. 5 is a diagram showing cooling characteristics in hot forging of a hub axle.
  • FIG. 6 is a sectional view showing a schematic configuration of a rolling bearing device according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a rolling bearing device according to still another embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing the overall configuration of the rolling bearing device
  • FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a caulked portion
  • FIGS. 3 (a) to (f) are schematic cross-sectional views showing the composition of the caulked portion
  • FIG. FIG. 1 the right side in the axial direction shows the vehicle inner side, and the left side in the axial direction shows the vehicle outer side.
  • the rolling bearing device 1 shown in the figure includes two inner ring members 2 and 3 each having one row of inner ring raceways as race rings arranged radially in and out of a double-row outward-facing anguilla ball bearing. And one outer ring member 4 having two rows of outer ring raceways.
  • the rolling bearing device 1 also holds ball groups 5 and 6 interposed in two rows in the axial direction between the raceways of the inner ring members 2 and 3 and the outer ring member 4 and the ball groups 5 and 6 in each row. Crown retainers 7, 8 and a seal member 9 at an axial end.
  • the inner ring member 2 is composed of a hub axle that functions as a shaft to which a brake disk, wheels, and the like are attached.
  • the other inner ring member 3 is constituted by the inner ring itself fitted on the outer periphery of the hub shaft 2.
  • One inner ring member 2 is referred to as a hap shaft 2
  • the other inner ring member 3 is referred to as an inner ring 3.
  • the hap shaft 2 and the inner ring 3 constitute a raceway arranged radially inward in a double-row outward-facing angular bearing.
  • Outer ring member 4 is used for double row outward angular bearings.
  • Orbital transfer arranged radially outside the vehicle.
  • the hap shaft 2 when the end of the hap shaft 2 is swaged to the end face of the inner ring 3, the hap shaft 2 can be called a shaft body, and the inner ring 3 can be called a raceway ring.
  • the hub shaft 2 has a radially outward hap flange 11.
  • a brake disc (not shown) is attached to the hub flange 11 by a hub port 12.
  • the outer ring member 4 has a radially outward mounting flange 13 and is non-rotatably supported by the vehicle body (not shown) via the mounting flange 13.
  • a caulking recess 14 is formed at the inner end of the hub axle 2 on the vehicle inner side, and is formed in a cylindrical shape.
  • the cylindrical portion at the vehicle inner side end is expanded radially outward and caulked against the outer end surface of the inner race 3.
  • the end of the hap shaft 2 caulked in this manner is called a caulked portion 15.
  • the rolling bearing device 1 constitutes a bearing device in which the hub shaft 2 and this bearing are integrated. I do.
  • Hub shaft 2 is formed of carbon steel.
  • the carbon steel a carbon steel material for a mechanical structure having a carbon content of 0.37% to 0.65% is selected, and among them, S55C in the JIS standard is selected. This S55C has a carbon content of 0.52 to 0.58%.
  • the metallographic structure is composed of a mixed structure of perlite 16 and proeutectoid ferrite.
  • the perlite 16 has a cementite 18 in a layered form.
  • the average value of the layer spacing that is, the lamella spacing of the cementite 18 is set to be 0.15 or more and 0.35 / m or less. The reason why the average value of the layer spacing of the cementite 18 is specified in the above range will be described below.
  • FIGS. 3 (a) to 3 (f) each schematically show a state of a cross section corresponding to the vehicle inner side of the hap shaft 2.
  • These hap axes 2 have different types of conditions Below, it is manufactured by multiple lot production.
  • Figs. 3 (a) to 3 (f) show a state in which the hub shaft 2 cut in the radial direction is etched by boiling it with an alkaline solution of sodium picrate to enable observation of the metal structure. You.
  • a portion A cross-hatched portion in FIG. 3 that is black-etched
  • a portion B white hatched portion in FIG. 3 that is etched white The part without cross hatching
  • the plurality of different conditions refer to differences in the length of time required for cooling the hap shaft 2 to a predetermined temperature (for example, room temperature) after forging. That is, assuming that the slow cooling time of the hap shaft 2 shown in FIG. 3 (a) is 1, the slow cooling time of FIG. 3 (b) is 1.2, the slow cooling time of FIG. 3 (c) is 1.3, The slow cooling time in Fig. 3 (d) is 1.5. The slow cooling time in FIGS. 3 (e) and 3 (f) is 0.5 for each.
  • portion A to be etched black under a microscope Observation of the portion A to be etched black under a microscope reveals that many pearlites 16 having cementites 18 having an average lamella spacing of less than 0.15 ⁇ m are present. Further, when the portion B to be etched white is observed with a microscope, many pearlites 16 having an average lamella spacing force of 0.15 Mm to 0.4 / m are present.
  • Such a difference is necessary for cooling the hub axle 2 to a predetermined temperature after forging. This is probably due to the difference in the length of time spent. That is, if the time for cooling the forged hap shaft 2 to a predetermined temperature (for example, room temperature) is short, the pearlite 16 having a narrow lamella interval, that is, the portion A that is black-etched, is likely to be generated, and the length after forging is longer. When cooled to a predetermined temperature over a long period of time, many pearlites 16 having a wide lamella spacing, that is, a large portion B to be etched white are generated. In addition, since the portion corresponding to the caulked portion 15 is located at the tip, it is easy to be cooled even in a short time, so that the portion A that is black-etched easily occurs.
  • a predetermined temperature for example, room temperature
  • FIG. 4 is a schematic diagram when perlite 16 is observed at a high magnification using a microscope. In this figure, it can be seen that perlite 16 has a lamellar structure in which ferrite 19 and cementite 18 are alternately present in layers.
  • the intervals a1, a2, a3, 10 When the average value (al + a2 + a3 + ... ten al0) / 10 is smaller than 0.15 zm, it is found that a crack is generated in the caulked portion 15 did.
  • This average value is the average value of the 10 layer intervals al, a2, a3, ..., a10 on one straight line crossing the 11 cementitious 18 layers. .
  • the lower limit of the average layer spacing of cementite 18 was set to 0.15 ⁇ m in order to prevent the occurrence of cracks in caulked portion 15.
  • the layer spacing is the substantial layer spacing of the cementite 18 layers
  • the cracking rate is the cracking rate when the end of the hub axle 2 is caulked
  • the hardness is the hap axis.
  • the Rockwell C hardness (HR C) at the end of No. 2 is shown.
  • Layer spacing (; zm) 0.1 0. 1 5 0. 2 0. 3 5 0. 4 Crack generation rate (%) 0.5 0 0 0 0 0 Hardness (HRC) 28 25 20 1 5 1 2
  • HRC Hardness
  • Table 1 shows that the hardness of the hap axis 2 is 12 HRC when the layer spacing (lamella spacing) of cementite 18 in perlite 16 is 0.4 / zm.
  • the hardness required for the hub shaft 2 of this type of rolling bearing device 1 is preferably 15 HRC or more.
  • the upper limit of the average of the gap between cementite 18 layers must be 0.35 m.
  • the average value of the layer spacing of cementite 18 was set in the range of 0.15 m or more and 0.35 / m or less.
  • the hub axle 2 is formed from a base material by hot forging into a shape substantially similar to the final shape, and is turned into a final shape by turning a necessary portion such as a raceway surface.
  • the hap shaft 2 is heated to about 1,200 at the time of hot forging, and cooled after completion of forging. See cooling curve b in Figure 5. During this cooling, only the shaft end of the hub axle 2 is cooled more slowly than the other portions of the hub axle 2, so that the lamella spacing of the pearlite at the end of the hap axle 2 is reduced by the other Can be larger than the part.
  • hap shaft 2 A method for reducing the cooling rate of the shaft end by heating only the shaft end at a high frequency will be described. As shown in Fig.
  • the lamella spacing of the pearlite can be greater than the other parts of the hap axis 2.
  • the temperature at which the shaft end is heated is adjusted within a range of about 750 ° C or about 800 ° C depending on the material of the hub shaft 2.
  • the method of reducing the cooling speed of the shaft end in the present invention is not limited to the above-described high-frequency heating and heat insulating material, but may be another method.
  • the lamella spacing between the pearlites is increased by slowing down the cooling speed of only the shaft end of the hub shaft 2.
  • the present invention is not limited to this, and the cooling speed of the entire hap shaft 2 May be adjusted to increase the lamella spacing of the perlite on the entire hap axis 2.
  • the following method can be considered.
  • the entire hap shaft 2 is temporarily heated at a high frequency or the like.
  • a cooling furnace where the cooling rate can be adjusted in the cooling process, cool gradually. Cover the entire hub axle 2 with a heat insulating material and gradually cool it.
  • both inner ring members of the rolling bearing device 1 may be constituted by the inner rings 3 and 3a themselves as shown in FIG.
  • the shaft body is constituted by the hub axle 2 and the race is constituted by the inner ring 3.
  • portions corresponding to FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
  • a part of the roller bearing is also used as the hub shaft 2 so that the hap shaft and the roller bearing are integrated.
  • the average value of layer spacing of Sementai sheet 1 8 constituting the pearlite 1 6 of the caulking portion 1 5 becomes zero. 1 5 ⁇ or 0. 3 5 m below It is set as follows. Thereby, when the end of the hub axle 2 is swaged with respect to the inner ring 3, it is possible to prevent the occurrence of cracks in the swaged portion 15. Further, the hap shaft 2 of the rolling bearing device 1 has sufficient hardness. Therefore, destroy the product. Waste can be eliminated, and product supply can be improved.
  • the present invention is also applicable to the rolling bearing device 1 on the driving wheel side.
  • an inner ring member is rotatably supported via balls 5 and 6 on an outer ring member 4 supported non-rotatably on the vehicle body side.
  • One inner ring member is a bowl-shaped outer ring member 20 of a constant velocity joint
  • the other inner ring member is a hap shaft (in this case, a hub wheel) 2.
  • the end of the shaft 21 integral with the bowl-shaped outer ring member 20 of the constant velocity joint is caulked to the end face of the hap shaft 2.
  • FIG. 7 other parts corresponding to FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
  • the average value of the layer spacing of the cementite 18 forming the pearlite 16 of the caulked portion 15 is 0.15 or more and 0.35 ⁇ or less. It is set as follows. Thereby, when the end of the hap shaft 2 is swaged with respect to the inner ring 3, the occurrence of cracks in the swaged portion 15 can be prevented. Further, the hap shaft 2 of the rolling bearing device 1 has sufficient hardness. Therefore, waste such as discarding the product is eliminated, and the supply of the product can be improved.
  • the present invention can be similarly applied to rolling bearings other than the double-row outward-facing angular bearing.
  • the rolling bearing may be a single-row rolling bearing other than a double-row, for example.
  • the present invention relates to a case where the shaft of the rolling bearing device is a cylindrical body disposed radially outside the outer ring member, and the end of the cylindrical body is swaged to the end of the outer ring member which is a raceway ring.
  • the cylindrical body may be, for example, a housing or the like.
  • the average value of the 10 intervals in the cementite 18 layers is calculated, and the average value (a 1 + a 2 + a 3 + + al 0) 10 was set to be 0.35 ⁇ m or less when it was 0.15 m or more.
  • the present invention is not limited to this.
  • the average value of the II intervals in the cementite 18 layer is defined as the value of (al + a2 + a3 +-+ an-1 + an) Zn is 0.4 when the value of Zn is 0.15 / zm or more. It may be less than / zm, or more than 0 and less than 0.35 ⁇ m.
  • hap axis 2 It is possible to prevent the occurrence of cracks in the swaged portion 15 when the end of the inner ring 3 is swaged against the inner ring 3. Further, the hub bearing 2 of the rolling bearing device 1 has sufficient hardness. Alternatively, discarding the product eliminates waste and can improve product supply.
  • ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it can be applied as a bearing device for axles of various vehicles such as automobiles, railway vehicles, and aircraft.

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Description

明細書 軸受装置およびその製造方法 技術分野
本発明は、 例えば車両の車軸等に好適に用いられる転がり軸受装置おょぴそ の製造方法に関する。 背景技術
車軸用の転がり軸受装置は、 一般に、 車体側に取付けられる外輪部材と、 こ の外輪部材に複列の転動体を介して軸心回りに回転自在に支持される内輪部材 とを有する。 この内輪部材は、 車輪が取付けられるハプ軸と、 このハプ軸の端 部に嵌着される環状の内輪軌道体とから構成される。 ハブ軸は、 その端部を径 方向外向きに拡径されて内輪軌道体の端面にかしめつけられ、 これによつて、 内輪軌道体に一体回転可能に取付けられる。 このようなハプ軸は、 一般に、 炭 素鋼などの鋼材から作られる。 このような鋼材は、 パーライ トと初析フェライ トとの混合組織からなる。
ハプ軸の端部を内輪軌道体の端面にかしめる際に、 そのかしめ部分に微小な 亀裂が発生していることがある。
本発明は、 上記混合組織からなる鋼材を用いる軸受装置において、 前記かし めに際して微小亀裂が発生しない軸受装置およびその製造方法を提供すること を目的とする。 発明の開示
本発明の軸受装置は、 軌道輪と、 セメンタイ トの層状組織を有するパーライ トを有する炭素鋼からなりかつ前記軌道輪にかしめられた端部を有する軸体と を含み、 前記軸体の少なく とも前記端部における前記パーライ ト中のセメ ンタイ トの層間隔を大きく した装置である。
好ましくは、 前記軸体の少なく とも端部は、 セメンタイ トの層間隔の平均値 力 0 . 1 5 μ πι以上 0 . 4 μ m以下の範囲を有している。 本発明者は、 前記 微小な亀裂の発生原因は、 そのパーライ ト中のセメンタイ トの存在が影響して いることを知見し、 これに基づいてセメンタイ トの層間隔の平均値を上記に設 定した。 このような構成によれば、 軸体の端部を軌道輪に対してかしめた際に 、 その端部に対する微小亀裂の発生率をゼロにすることができる。 これによつ て、 製品としての軸受装置の供給性を向上させることができるようになつた。 前記セメンタイ トの層間隔の平均値は、 好ましくは、 0 . 1 5 以上0 . 3 5 i m以下の範囲でかつ前記軸体の端部が 1 5 H R C以上の硬さを有するも のと してよい。 こうした場合、 軸体は、 軸受装置として充分な硬さを有するこ ととなって好ましい。
本発明の軸受装置は、 各種車両例えば自動車や鉄道車両や航空機などの車軸 に適用することができる。 前記軌道輪は、 単に軸受装置の内輪あるいは外輪の みでなく、 等速ジョイントを有する軸受装置において等速ジョイントの外輪端 部をハプホイールの端面に対してかしめる場合の、 ハプホイールも含む。 前記 軸体は、 車軸用転がり軸受のハブ軸、 あるいはハブホイールに回転一体とされ る等速ジョイントの、 その外輪に形成される軸も含む。 前記軸体に用いられる 鋼材としては、 炭素含有量が 0 . 3 7 %〜 0 . 6 5 %に規定される炭素鋼であ る。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の最良の実施形態に従う転がり軸受装置の概略構成を示す断 面図である。
図 2は、 同じく要部拡大断面図である。
図 3は、 同じくロット毎のハブ軸の断面図である。
図 4は、 同じくパーライ トの拡大断面図である。 図 5は、 ハブ軸の熱間鍛造における冷却特性を示す図である。
図 6は、 本発明の他の実施形態に従う転がり軸受装置の概略構成を示す断面 図である。
図 7は、 本発明のさらに他の実施形態に従う転がり軸受装置の概略構成を示 す断面図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明を実施するための最良の実施形態に従う転がり軸受装置を、 図 面を参照して詳細に説明する。 この転がり軸受装置は、 車両用車軸の軸受用に 適用して説明する。 またこの転がり軸受装置は、 従動輪側を例にとっている。 図 1は転がり軸受装置の全体構成を示す断面図、 図 2はかしめ部の拡大断面図 、 図 3 ( a ) ないし（f ) はかしめ部の組成を表す概略断面図、 図 4はパ一ライ トの組成を表す拡大図である。 図 1で軸心方向右側は車両インナー側を、 軸心 方向左側は車両ァウタ側を示す。
図例の転がり軸受装置 1は、 複列外向きアンギユラ玉軸受における径方向内 外に配置される軌道輪として、 それぞれ軸方向 1列の内輪軌道を有する 2つの 内輪部材 2、 3と、 軸方向 2列の外輪軌道を有する 1つの外輪部材 4とを有す る。
転がり軸受装置 1はまた、 両内輪部材 2、 3と外輪部材 4それぞれの軌道間 に軸方向 2列で介装される玉群 5、 6と、 各列の玉群 5、 6それぞれを保持す る冠型保持器 7、 8と、 軸方向端のシール部材 9とを含む。 一方の内輪部材 2 は、 ブレーキディスクや車輪などが取り付けられる軸体として機能するハブ軸 で構成されている。 他方の内輪部材 3は、 このハブ軸 2の外周に嵌着された内 輪そのもので構成されている。 一方の内輪部材 2をハプ軸 2と言い、 他方の内 輪部材 3を内輪 3と言うことにする。
ハプ軸 2と内輪 3は、 複列外向きアンギユラ玉軸受における径方向内側に配 置される軌道輪を構成する。 外輪部材 4は、 複列外向きアンギユラ玉軸受にお ける径方向外側に配置される軌道輸を構成する。 この場合、 ハプ軸 2の端部を 内輪 3の端面にかしめるとき、 ハプ軸 2は、 軸体として、 内輪 3は、 軌道輪と 言うことができる。
ハブ軸 2は、 径方向外向きのハプフランジ 1 1を有する。 このハブフランジ 1 1にはハブポルト 1 2により図示しないプレーキディスクなどが取付けられ る。 外輪部材 4は、 径方向外向きの取付フランジ 1 3を有し、 この取付フラン ジ 1 3を介して不図示の車体側に非回転に支持される。
ハブ軸 2の車両インナ側端部に、 かしめ用凹部 1 4が形成され円筒状に形成 されている。 この車両ィンナ側端部の円筒状の部分は径方向外方に拡径されて 、 内輪 3の外端面に対してかしめられている。 このようにかしめられたハプ軸 2の端部は、 かしめ部 1 5と言う。 このかしめにより、 ハプ軸 2と内輪 3は、 互いに一体回転可能になり、 内輪 3に所要の予圧が付与される。
以上のようにハプ軸 2が複列外向きアンギユラ玉軸受の一方の内輪部材を兼 用することで、 転がり軸受装置 1は、 ハブ軸 2 とこの軸受とが一体化された軸 受装置を構成する。
次に、 本実施形態の特徴を以下に詳しく説明する。 ハブ軸 2は、 炭素鋼で形 成されている。 炭素鋼として、 炭素含有率が 0 . 3 7 % ~ 0 . 6 5 %の機械構 造用炭素鋼鋼材が選択され、 その中で J I S規格における S 5 5 Cが選定され る。 この S 5 5 Cは、 炭素の含有率が 0 . 5 2〜0 . 5 8 %である。
上記炭素鋼の場合、 その金属組織は、 パーライ ト 1 6と初析フェライ トとの 混合組織から成っている。 さらに、 パーライ ト 1 6は、 図 4に示すように、 セ メンタイ ト 1 8を層状に有する。 本発明の実施形態では、 このセメンタイ ト 1 8の層間隔すなわちラメラ間隔の平均値は、 0 . 1 5 以上で0 . 3 5 / m 以下となるように設定している。 以下に、 セメンタイ ト 1 8の層間隔の平均値 を上記範囲に規定する理由を説明する。
図 3 ( a ) 〜図 3 ( f ) は、 それぞれハプ軸 2の車両インナ側部に相当する 断面の状態を模式的に表している。 これらハプ軸 2は、 異なった複数種の条件 下で、 複数組のロット生産で製造されたものである。 図 3 ( a ) 〜図 3 ( f ) では、 径方向で切断したハブ軸 2を、 ピクリン酸ソーダのアルカリ溶液で煮沸 することでエッチング処理を行い、 金属組織を観察可能とした状態を示してい る。 このように、 ハプ軸 2の断面に、 前述のエッチング処理を施すと、 黒くェ ツチングされる部分 A (図 3においてクロスハッチングを施した部分） と、 白 くエッチングされる部分 B (図 3においてクロスハッチングを施していない部 分） とが現れる。 そして、 これら各ハブ軸 2について、 かしめを行った際の、 かしめ部分での亀裂の発生の有無を検査した。 その結果、 かしめ部 1 5に微小 な亀裂が、 発生したハプ軸 2と発生しなかったハプ軸 2とがあった。 ここで、 前記異なった複数種の条件下とは、 ハプ軸 2を鍛造後に所定の温度 （例えば室 温） にまで冷却するのに要した時間の長短の相違のことである。 すなわち、 図 3 ( a ) に示したハプ軸 2の徐冷時間を 1 とすると、 図 3 ( b ) の徐冷時間は 1 . 2、 図 3 ( c ) の徐冷時間は 1 . 3、 図 3 ( d ) の徐冷時間は 1 . 5であ る。 図 3 ( e ) およぴ図 3 ( f ) の徐冷時間はそれぞれ 0 . 5である。
図 3 ( a ) 〜図 3 ( d ) に示されるそれぞれのハブ軸 2は、 かしめ部 1 5に 亀裂が発生しなかった。 かしめ部 1 5に微小な亀裂が発生したハプ軸 2は、 図 3 ( e ) ( f ) に示したハプ軸 2であった。 この図 3 ( e ) ( f ) では、 ハプ軸 2の端部は黒く、 （クロスハッチングを施した部分 Aが） 目視される。 これは、 ハブ軸 2の端部に平均ラメラ間隔の小さいセメンタイ ト 1 8を有するパーライ ト 1 6が多く存在することによる。
ここで、 図 3のハブ軸 2の断面に示される、 黒くエッチングされる部分 Aと白 くエッチングされる部分 Bとの金属組織の相違について説明する。
黒くエッチングされる部分 Aを顕微鏡で観察すると、 平均ラメラ間隔が 0 . 1 5 ^ m未満であるセメンタイ ト 1 8を有するパーライ ト 1 6が多く存在する 。 また、 白くエッチングされる部分 Bを顕微鏡で観察すると、 平均ラメラ間隔 力 0 . 1 5 M m ~ 0 . 4 / mのパーライ ト 1 6が多く存在する。
このような相違は、 ハブ軸 2を鍛造後に、 所定の温度にまで冷却するのに要 した時間の長短の相違によると考えられる。 すなわち、 鍛造後のハプ軸 2を所 定の温度 （例えば室温） まで冷却する時間が短いとラメラ間隔の狭いパーライ ト 1 6、 すなわち黒くエッチングされる部分 Aが生じ易くなり、 鍛造後、 より 長い時間をかけて所定の温度まで冷却するとラメラ間隔の広いパーライ ト 1 6 、 すなわち白くエッチングされる部分 Bが多く発生する。 また、 かしめ部 1 5 相当部分は先端にあるため、 短い時間でも冷却され易く、 これによつて黒くェ ツチングされる部分 Aが生じ易くなる。
このような詳細な検査結果により、 パーライ ト 1 6中に層状に存在するセメ ンタイ ト 1 8の層間隔が、 かしめ部 1 5の亀裂の発生の有無に関係しているこ とが判明し、 特に、 パーライ ト 1 6中のセメンタイ ト 1 8の層間隔が狭い場合 に、 かしめ部 1 5に亀裂が発生する可能性が高くなることが判明した。
図 4は、 パーライ ト 1 6を、 顕微鏡を用いて高い倍率で観察した場合の模式 図を示す。 この図において、 パーライ ト 1 6は、 フェライ ト 1 9とセメンタイ ト 1 8とが交互に層状に存在するラメラ組織となっていることがわかる。
亀裂発生の臨界値の調査結果によれば、 図 4に示すように、 セメンタイ ト 1 8の各層の間隔 a 1 , a 2 , a 3 , ■■·, a l Oの 1 0個を例にとつた場合、 そ れらの平均値 （a l + a 2 + a 3 +…十 a l 0) / 1 0が、 0. 1 5 z mより 小さい場合に、 かしめ部 1 5に亀裂が発生することが判明した。 この平均値は 、 1 1個のセメンタイ ト 1 8の層に交叉する 1本の直線上における 1 0個の層 間隔 a l， a 2, a 3 , ···, a 1 0の平均値である。
上記調査結果から、 かしめ部 1 5に亀裂が発生するのを防止するために、 セ メンタイ ト 1 8の層間隔の平均の下限値を、 0. 1 5 μ mに設定することとし た。
ここで、 上記検査結果を下記 （表 1 ) にまとめる。 この （表 1 ) で層間隔と は、 セメンタイ ト 1 8層の実質的層間隔、 亀裂発生率とは、 ハブ軸 2の端部を かしめた際の亀裂の発生率、 硬さとは、 ハプ軸 2の端部のロックウェル C硬さ (HR C) を示している。 層間隔 （； z m) 0. 1 0. 1 5 0. 2 0. 3 5 0. 4 亀裂発生率 （％) 0. 5 0 0 0 0 硬さ （HRC) 28 25 20 1 5 1 2 上記 （表 1 ) から、 パーライ ト 1 6におけるセメンタイ ト 1 8の層間隔 （ラ メラ間隔） が、 0. 4 /z mの場合のハプ軸 2の硬さは 1 2 HR Cとなることが わかる。 しかしこの種の転がり軸受装置 1のハブ軸 2に必要な硬さは、 1 5 H RC以上が望ましい。 そのためには、 セメンタイ ト 1 8の層間隔の平均の上限 値を 0. 3 5 mにする必要がある。
以上の理由から、 セメンタイ ト 1 8の層間隔の平均値を、 0. 1 5 m以上 で 0. 35 / m以下の範囲に設定した。
以上述ぺたように、 パーライ ト 1 6を構成するセメンタイ ト 1 8の層間隔の 平均値を、 0. 1 5 μ m以上で0. 3 5 m以下となるように設定することで 、 ハブ軸 2の端部を内輪 3に対してかしめた際に亀裂が発生するのを防止でき る。 また転がり軸受装置 1のハプ軸 2として充分な硬さを有することとなる。 このため、 製品を破棄するといつた無駄がなくなり、 製品の供給性を向上させ ることができる。
本発明は、 上述の実施形態に限定されず、 種々な応用や変形が考えられる。
(1)本発明のように、 ハブ軸 2の端部におけるパーライ トのラメラ間隔をハ ブ軸 2の他の部分よりも大きくするための方法を説明する。
ハブ軸 2は、 熱間鍛造により母材からおおむね最終形状に近い形に成形され 、 軌道面等の必要な部分を旋削加工して最終形状になる。 ハプ軸 2は熱間鍛造 時に 1 200 程度に熱せられ、 鍛造完了後冷却される。 図 5の冷却曲線 b参 照。 この冷却時に、 ハブ軸 2の軸端部のみをハブ軸 2の他の部分よりも時間を かけて冷却することにより、 ハプ軸 2の端部におけるパーライ トのラメラ間隔 をハプ軸 2の他の部分よりも大きくできる。 具体例として、 冷却時にハプ軸 2 の軸端部のみを高周波加熱することで軸端部の冷却速度を遅くする方法を説明 する。 図 5で示すように、 冷却開始後、 7 5 0 まで下がった時点で軸端部の みを高周波加熱し、 軸端部の冷却速度を遅くすることにより （冷却曲線 a )、 軸 端部のパーライ トのラメラ間隔をハプ軸 2の他の部分よりも大きくすることが できる。 なお、 軸端部を加熱する温度はハブ軸 2の材質により約 7 5 0 °Cない し約 8 0 0 °Cの範囲で調整する。
なお、 他に軸端部の冷却速度を遅くする方法としては、 冷却時に軸端部のみ を保温材で覆うことが考えられる。 なお、 本発明における軸端部の冷却速度を 遅くする方法については、 上記高周波加熱や保温材に限るものではなく他の方 法でもよい。 なお、 上記実施形態では、 ハブ軸 2の軸端部のみを冷却速度を遅 くすることによりパーライ トのラメラ間隔を大きく したが、 本発明はこれに限 らず、 ハプ軸 2全体の冷却速度を調整し、 ハプ軸 2全体のパーライ トのラメラ 間隔を大きく してもよい。 ハブ軸 2全体のパーライ トのラメラ間隔を大きくす る方法としては例えば以下のものが考えられる。 冷却工程でハプ軸 2全体を高 周波等で一時的に加熱する。 冷却工程で冷却速度を調整できる加熱炉に入れて 徐々に冷却する。 ハブ軸 2全体を保温材で覆って徐々に冷却する。
( 2 )本発明は、 転がり軸受装置 1の両内輪部材を、 図 6で示すように、 共に 、 内輪 3、 3 aそのもので構成するものと してもよい。 この場合、 ハブ軸 2の 端部が内輪 3の端面にかしめられるから、 軸体は、 ハブ軸 2で、 軌道輪は、 内 輪 3で構成される。 図 6で図 1と対応する部分には同一の符号を付している。 この実施形態では、 ころ軸受の一部がハブ軸 2に兼用されることでハプ軸とこ ろ軸受とが一体化された構成を有する。
この場合も、 図 4に示すように、 かしめ部 1 5のパーライ ト 1 6を構成する セメンタイ ト 1 8の層間隔の平均値が、 0 . 1 5 ∞以上で0 . 3 5 m以下 となるように設定される。 これにより、 ハブ軸 2の端部を内輪 3に対してかし めた際にかしめ部 1 5に亀裂が発生するのを防止できる。 また転がり軸受装置 1のハプ軸 2として充分な硬さを有することとなる。 このため、 製品を破棄す るといった無駄がなくなり、 製品の供給性を向上させることができる。
(3 )本発明は、 図 7で示すように、 駆動輪側の転がり軸受装置 1にも適用可 能である。 この転がり軸受装置 1は、 車体側に非回転に支持される外輪部材 4 に玉 5、 6を介して内輪部材が回転自在に支持されている。 一方の内輪部材は 等速ジョイントの椀形外輪部材 2 0で、 他方の内輪部材は、 ハプ軸 （この場合 ハブホイール） 2である。 等速ジョイントの椀形外輪部材 2 0に一体の軸体 2 1の端部が、 ハプ軸 2の端面にかしめられる。 図 7で図 1と対応する他の部分 には同一の符号を付している。
この場合も、 図 4に示すように、 かしめ部 1 5のパーライ ト 1 6を構成する セメンタイ ト 1 8の層間隔の平均値が、 0. 1 5 以上で0. 3 5 μ πι以下 となるように設定される。 これにより、 ハプ軸 2の端部を内輪 3に対してかし めた際にかしめ部 1 5に亀裂が発生するのを防止できる。 また転がり軸受装置 1のハプ軸 2として充分な硬さを有することとなる。 このため、 製品を破棄す るといった無駄がなくなり、 製品の供給性を向上させることができる。
(4)本発明は、 複列外向きアンギユラ玉軸受以外の転がり軸受にも同様に適 用することができる。 転がり軸受としては、 複列以外の例えば単列の転がり軸 受でもよい。
(5)本発明は、 転がり軸受装置の軸体を、 外輪部材の径方向外側に配置され る円筒体とし、 その円筒体の端部を軌道輪である外輪部材の端部にかしめる場 合も含む。 円筒体は、 例えばハウジング等が考えられる。
( 6 ) 上記実施形態では、 セメンタイ ト 1 8の層間隔の平均値を演算する際、 セメンタイ ト 1 8層における 1 0個の間隔の平均値とし、 この平均値 （ a 1 + a 2 + a 3 + + a l 0 ) 1 0が 0. 1 5 m以上で 0. 3 5 μ m以下とな るよう設定した。 しかし本発明はこれに限定されるものではない。 すなわちセ メンタイ ト 1 8層における II個の間隔の平均値とし、 （a l + a 2 + a 3 +— + a n— 1 + a n) Znの値が、 0. 1 5 /z m以上で 0. 4 /z m以下、 あるい は 0. 以上で 0. 3 5 μ m以下としてもよい。 この場合も、 ハプ軸 2 の端部を内輪 3に対してかしめた際にかしめ部 1 5に亀裂が発生するのを防止 できる。 また転がり軸受装置 1のハブ軸 2として充分な硬さを有することとな る。 あるいは、 製品を破棄するといつた無駄がなくなり、 製品の供給性を向上 させることができる。
以上の説明から明らかな通り、 本発明によれば、 軸体の端部を軌道輪に対し てかしめた際に、 そのかしめ部に亀裂が発生するのを防止でき、 製品の供給性 を向上させることができる。
産業上の利用可能性
本発明によれば、 各種車両例えば自動車や鉄道車両や航空機などの車軸用の 軸受装置として適用することができる。

Claims

請求の範囲
1. 軌道輪と、
セメンタイ トの層状組織を有するパーライ トを有する炭素鋼からなりかつ前 記軌道輪にかしめられた端部を有する軸体と、
を含み、
前記軸体の少なく とも前記端部における前記パーライ ト中のセメンタイ トの 層間隔を大きく した軸受装置。
2.前記軸体の少なく とも前記端部は、 セメンタイ トの層間隔の平均値が、 0. 1 5；/m以上 0. 4 /z m以下の範囲を有する請求項 1に記載の軸受装置。
3. 前記セメンタイ トの層間隔の平均値が、 0. 1 5 ιη以上 0. 35 μπι以 下の範囲でかつ前記軸体の端部が 1 5 HR C以上の硬さを有する請求項 2に記 載の軸受装置。
4. 前記炭素鋼として、 炭素含有率が 0. 3 7%以上 0. 6 5%以下の機械構 造用炭素鋼鋼材が選択されている請求項 1に記載の軸受装置。
5. 前記炭素鋼が、 J I S規格における S 5 5 Cである請求項 4に記載の軸受
6. 軌道輪にかしめられる端部を有する軸体を熱間鍛造により形成する鍛造ェ 程と、
前記軸体を冷却する冷却工程と、
を含み、
前記冷却工程において少なく とも前記端部の冷却速度を調整することにより 前記パーライ ト中に層状に存在するセメンタイ トの層間隔を調整する軸受装置 の製造方法。
7. 前記冷却工程において少なく とも前記端部は高周波加熱されることにより 冷却速度が調整され前記パーライ ト中に層状に存在するセメンタイ トの層間隔 が調整される請求項 6に記載の軸受装置の製造方法。
8 . 前記冷却工程において少なく とも前記端部は高周波加熱され一時的に 7 5 0で以上に保たれることにより冷却速度を調整される請求項 6に記載の軸受装 置の製造方法。
9 . 軌道輪にかしめられる端部を有する軸体を熱間鍛造により形成する鍛造ェ 程と、
前記軸体を冷却する冷却工程と、
を含み、
前記冷却工程において少なくとも前記端部の冷却速度を調整することにより 前記軸体の前記パーライ ト中に層状に存在するセメンタイ トの層間隔を調整し 前記端部を前記軌道輪にかしめるときに前記端部に亀裂が生じることを抑制す る軸受装置の製造方法。
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