WO2004007219A1

WO2004007219A1 - 車輪支持用転がり軸受ユニット

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Publication number: WO2004007219A1
Application number: PCT/JP2003/008977
Authority: WO
Inventors: Hideyuki Uyama; Yuuji Miyamoto; Shigeru Okita
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2002-07-15
Filing date: 2003-07-15
Publication date: 2004-01-22
Anticipated expiration: 2005-01-15
Also published as: EP1541377A1; CN100347459C; US7004637B1; CN1678469A; US20050141799A1; EP1541377A4

Abstract

車輪支持用転がり軸受ユニットにおいて、フランジ６を、鍛造後の疲労強度、切削性・加工性も損なわずに、薄肉化して装置の軽量化を図るため、フランジ付き部材（ハブ輪２）を構成する合金鋼の組成、フランジ６の軸方向外側面側付け根部分１４の表面硬さ、表面粗さなどを規制することにより、フランジ６の耐久比（疲労限強度／引張り強度）を向上させる。一態様では、当該部材が、Ｃ：０．５～０．６５重量％、Ｍｎ：０．３～１．５重量％、Ｓｉ：０．１～１．０重量％、Ｃｒ：０．０１～０．５重量％のＣｒ、Ｓ：０．０３５重量％以下、および、０．０１～０．２重量％のＶ、０．０１～０．１５重量％のＮｂ、０．０１～０．１５重量％のＴｉから選択される１種以上、残りをＦｅと不可避不純物とし、酸素濃度を１５ｐｐｍ以下とした合金鋼から構成し、硬化層を形成した内輪軌道７ａの表面硬さがＨv６５０～７８０であり、硬化層を形成していない部分の表面硬さがＨv２３０～３００とする。

Description

明細書車輪支持用転がり軸受ュニット技術分野

本発明は、自動車の車輪を懸架装置に対し回転自在に支持するための車輪用転がり軸受ユニットの改良に関し、特に、周面に車輪又は懸架装置の一部を結合固定するためのフランジを有し、少なくとも軌道部（内輪軌道又は外輪軌道）に高周波焼入れにより硬化層を形成した内方部材（内輪ともいう）又は外方部材（外輪ともいう）を備えた車輪用転がり軸受ュニットの改良に関する。背景技術

自動車の車輪を懸架装置に対し回転自在に支持するための車輪支持用転がり軸受ュニットは、外周面に内輪軌道を有する内方部材（例えば、回転輪、八ブ輪）と、内周面に外輪軌道を有する外方部材（例えば、静止輪）と、これら内輪軌道と外輪軌道との間に転動自在に設けられた複数個の転動体とを備える。また、上記内方部材ゃ外方部材の周面に、車輪又は懸架装置の一部を結合固定するためのフランジを設けた、複雑な形状を有する車輪支持用転がり軸受ユニットも、従来から多く使用されている。また、上記フランジの円周方向複数個所には、車輪や懸架装置の一部を結合固定するためのス夕ッドゃポルトを挿通する通孔を形成している。

一方、転がり軸受の場合、使用時に、外輪軌道と内輪軌道とに、各転動体から高面圧が繰り返し負荷される。このため、転がり軸受の転がり疲れ寿命を確保するためには、上記外輪軌道及び内輪軌道の表面硬さと耐摩耗性とを高くする必要がある。このような事情に鑑みて、従来から、一般的な転がり軸受として、 S U J 2等の高炭素クロム鋼からなる素材に焼入れ ·焼き戻しを施すことにより、この素材の表面全体を硬化させたものを使用することが行なわれている。

但し、上記車輪支持用転がり軸受ュニットを構成する内方部材と外方部材とのうち、フランジを設けた部材は、一般的な転がり軸受を構成する内方部材及び外方部材と比較して、複雑な形状を有する。このため、熱間鍛造性や、切削性や、穴あけ加工性を確保することを考慮して、上記フランジを設けた部材を、 S 5 3 C等の中炭素鋼により造ると共に、内輪軌道又は外輪軌道と当該軌道部の周辺部とに高周波焼入れにより硬化層を形成したものを使用する場合が多くなつている。例えば、自動車の車輪を懸架装置に対し回転自在に支持するために、図 1〜2 に示すような車輪支持用転がり軸受ュニット 1が、広く使用されている。

図 1に示した車輪支持用転がり軸受ユニット 1は、回転輪（内方部材）を構成する Λブ輪 2及び内輪 3と、静止輪（外方部材）である外輪 4と、複数個の転動体 5とを備える。このうちのハブ輪 2の外周面の外端部（軸方向に関して外とは、自動車への組み付け状態で幅方向外寄りとなる側をいい、図 1〜2の左側である。反対に幅方向中央寄りとなる側を、軸方向に関する内といい、図 1〜2の右側である。）には、車輪を支持するためのフランジ 6を形成している。また、このハブ輪 2の中間部外周面には第一の内輪軌道 7 aを、同じく内端部には外径寸法が小さくなつた段部 8を、それぞれ形成している。そして、この段部 8に、外周面に第二の内輪軌道 7 bを形成した、上記内輪 3を外嵌して、上記回転輪を構成している。また、この内輪 3の内端面は、上記ハブ輪 2の内端部に形成した円筒部を直径方向外方にかしめ広げることで形成したかしめ部 9により抑え付けて、上記内輪 3を上記ハブ輪 2の所定位置に固定している。また、上記外輪 4には懸架装置用フランジ 1 1を設け、さらに外輪 4の内周面には複列の外輪軌道 1 0 a、 1 0 bを形成し、これら両外輪軌道 1 0 a、 1 0 bと上記両内輪軌道 7 a、 7 b との間に上記各転動体 5を、それぞれ複数個ずつ設けている。

次に、図 2に示した車輪支持用転がり軸受ユニット 1は、図示しない支持軸に外嵌された状態で回転しない静止輪である 1対の内輪 3の周囲に、外周面に車輪を支持するためのフランジ 6を形成した回転輪であるハブ輪 2を配置している。そして、このハブ輪 2の内周面に形成した各外輪軌道 1 0 a、 1 0 bと上記各内輪 3の外周面に形成した内輪軌道 7 a、 7 bとの間に、それぞれ複数個ずつの転動体 5を設けている。

なお、図 1〜2に示した例は何れも、転動体 5として玉を使用しているが、重量の嵩む自動車用の転がり軸受ュニットの場合には、これら転動体としてテーパころを使用する場合もある。

上述のような車輪支持用転がり軸受ュニット 1を自動車に組み付けるには、図 1の構造の場合には、外輪 4の外周面に形成した外向フランジ状の取付部 1 1をナックル等の懸架装置の構成部品にねじ止め固定し、静止輪である上記外輪 4を懸架装置に支持する。また、図 2の構造の場合には、 1対の内輪 3を支持軸に外嵌固定し、静止輪である各内輪 3を懸架装置に支持する。いずれの場合も、ハブ輪 2 (図 1の場合は内方部材、図 2の場合は外方部材）の外周面に形成したフランジ 6に車輪を固定する。この結果、この車輪を懸架装置に対し回転自在に支持することができる。

上述のような車輪支持用転がり軸受ユニット 1を構成するハブ輪 2は、熱間鍛造性や切削性を確保することを考慮して、 S 5 3 Cのような機械構造用炭素鋼等の中炭素鋼で造っている。製造時には、まず、所定長さに切断した棒状の素材を、高周波誘導加熱により 1 1 0 0〜1 2 0 0 程度のオーステナイト域まで加熱してから、熱間鍛造により所定の形状とした後、放冷する。この加工作業の際、ォ —ステナイト粒界から初析フェライトが析出した後、室温程度に冷却されるまでの間に起こるパーライト変態によって、初析フェライトとパ一ライトとが複合した組織が得られる。このような組織の大部分は、焼き入れ、焼き戻し等の熱処理を施すことなく、そのまま使用される。

これに対して、図 1に示す構造の場合、同図に斜格子で示すように、フランジ 6の軸方向内側面側の付け根部分及び前記第一の内輪軌道 7 aから段部 8までの領域に、転がり疲れ寿命確保、及び、嵌合部のフレツチング防止のために、高周波焼き入れによる硬化層を形成することが行なわれている。

このような構造の場合、上記フランジ 6を有する部材のうち、高周波焼入れが施されていない部分は、熱間鍛造したままの（硬化処理が施されない）状態で使用される。なお、以下の説明では、高周波焼入れが施されず、熱間鍛造したままの状態で使用される部分を非調質部とする。

一方、近年、自動車の燃費向上並びに走行性能の向上のため、車輪支持用転がり軸受ュニット 1の軽量化に関する要求が高くなつており、車輪を支持するためのフランジ 6の薄肉化についても考慮されている。伹し、このフランジ 6を薄肉化すると、このフランジ 6の付け根部分の強度が弱くなるため、薄肉化するについては、強度確保のために十分な配慮を行なう必要がある。

特に、上記フランジ 6の外側面側の付け根部分には、旋回走行時等に、懸架装置と車輪との間で上記車輪支持用転がり軸受ュニット 1に加わるモーメント荷重によって、曲げ応力が集中する。このため、何らの対策も施さない場合には、金属疲労に基づいて、亀裂等の損傷が生じる可能性がある。一方、上記フランジ 6 の内側面側の付け根部分は、前述した通り、高周波焼き入れによる硬化層が形成されて高強度になっているため、上記外側面側の付け根部分よりも、疲労強度が高くなつており、亀裂等の損傷が生じる可能性は低い。

また、上記フランジ 6には、車輪の回転に伴って捩り応力が加わるため、このフランジが非調質部となっている場合には、やはりこのフランジ 6に亀裂等の損傷が生じ易くなる。従って、このフランジ 6の薄肉化を図るためには、このフランジ及びこのフランジの根元部分に存在する非調質部の回転曲げ疲労強度及び捩り疲労強度を向上させる必要がある。

これに対して、特開 2002— 87008号公報には、フランジの外側面側の付け根部分にも、内側面側の付け根部分と同様に、高周波焼き入れによる表面硬化層を形成することによって、このフランジの外側面側の付け根部分の強度向上を図った構造が記載されている。

また、特開 2001— 200314号公報には、使用時に車輪と共に回転する部材（回転部材）の加工性を確保すると共に、硬化層を有する軌道部の転がり疲労寿命を向上させることを目的として、この回転部材を、 Cの含有量が S 53 C よりも多く、且つ、 SU J 2よりも少なく、さらに、 S i、 C r等の合金成分を添加した合金鋼により造ることが記載されている。

しかしながら、特開 2002-80778号公報に記載の車輪用軸受装置においては、外側付け根部 14での高周波焼入れ部が 1箇所増加することによるコストアツプが生じ、また、車輪取付用フランジ 6の内側付け根部 12と外側付け根部 14の両側が焼き入れ硬化することによる耐衝撃性の低下などが懸念される。また、特開 2001— 200314号公報に記載された従来構造の場合には、上記非調質部の回転曲げ疲労強度や捩り疲労強度の向上を図ることは考慮されていない。

従って、車輪取付用フランジ 6の外側付け根部 1 4を焼入硬化させることなく該車輪取付用フランジ 6の薄肉化を進めるためには、鍛造後の疲労強度、切削性も考慮すると、耐久比（疲労限強度/引張り強度）の向上が必要となる。

また、近年、車輪支持用のフランジ付軸受装置において、走行時の振動ゃブレ一キの偏摩耗を抑制するという目的から、フランジ 6のブレ一キロー夕固定面などは、より高精度な加工が要求されてきている。前記フランジ 6の加工は、旋削加工及びドリル穴あけ加工によってなされるため、材料の切削性及び穴あけ加工性への要求がさらに強くなつてきているが、上述した特開 2 0 0 2 - 2 0 0 3 1 4号公報に記載のフランジ付軸受装置では、材料の切削性及び穴あけ加工性の問題の解決はなされていない。切削性や穴あけ加工性が悪いと、生産性の低下および工具寿命の低下が生じ、コストアップの要因になる。

さらに、材料の切削性及び穴あけ加工性を向上させる方法としては、鋼に含まれる C量を下げることが有効であるが、 C量を下げると、高周波焼入れした軌道部 1 3の転がり疲労寿命が低下するという問題がある。

加えて、回転輪（車輪）側は、荷重を受けながら回転するため、フランジ 6の付け根部分には、繰り返しの回転曲げ応力が生じる。フランジ 6の付け根部分は、高周波焼入れをしていない非調質部を含むため、該非調質部の疲労強度も必要とされている。

本発明は、このような事情に鑑みて、高周波焼入れ部を増加させることなく、フランジの疲労強度を向上させることにより、フランジの薄肉化による軽量化を可能にしたフランジ付軸受装置及び該装置の製造方法を提供することを目的とする。

また、上述したように、車輪支持用転がり軸受ユニット 1を構成するハブ輪 2 は、熱間鎵造性や切削性を確保することを考慮して、 S 5 3 C等の中炭素鋼で造つているが、製造に際して、所定長さに切断した棒材を高周波誘導により加熱して、 1 1 0 0〜1 2 0 0 °C程度のォ一ステナイト域で熱間鍛造することにより成形して製造される。そのうち大部分は焼入れ、焼戻しが施されることなく使用されるが、車輪取り付け用フランジ 6の内端側付け根部 1 2から内輪軌道面 7 aを経て小径段部 8までの領域には、転がり疲労寿命の確保及び内輪嵌め合い部のフレツチング防止を目的として、高周波焼入れによる硬化層 1 3 (図 1において格子状に斜線を付した部分）が形成されている。高周波焼入れが施されていない部分は、熱間鍛造したままの熱処理状態で使用される（非調質部）。

このとき、熱間鍛造後の放冷によって、まずフェライト組織が生成し、残りがパーライト組織となる。このように 2つの相は変態温度が異なるため、変態点近傍での冷却速度や加熱時に成長したオーステナイト結晶（フェライトパ一ライトとの関係で、旧オーステナイト結晶ということもある）の粒径の影響によって変態挙動が変化し、最終的なフェライトパーライト分率が異なった組織が得られる。車輪支持用転がり軸受ュニット 1の組立て時には、内輪 3をハブ輪 2の小径段部 8に嵌め込んだ後に、内輪 3とハブ輪 2とを固定するために、ハブ輪 2の円筒部 9を図 1のように径方向外方に押し広げる工程がある。この工程では、車輪支持用転がり軸受ュニット 1の全体を回転させながら、径方向外方に向いた大きな荷重を円筒部 9にかけるという、大きな歪速度で高い加工率の冷間加工を行っている。

ところが、このような揺動かしめを行うと、表面に径方向にひび割れが発生するとういう問題があった。そこで、特開 2 0 0 2— 1 3 9 0 6 0号公報には、円筒部の端面の角に丸みをつけることにより亀裂の発生を抑制する技術が提案されており、特開平 1 2— 0 8 7 9 7 8号公報には、円筒からかしめて最終的な表面の曲面形状を改良することにより、抜け抗カを向上させる技術が提案されている。しかしながら、かしめの際の変形荷重や変形速度が大きくなると、上記公報に記載の技術では、上述の問題点を解決できない場合があった。そこで、本発明は、上記の問題点を解決し、かしめ時にひび割れが発生しにくい車輪支持用転がり軸受ュニットを提供することを目的とする。発明の開示

本発明の車輪支持用転がり軸受ュニットは、前述した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、外周面に内輪軌道を有する内方部材と、内周面に外輪軌道を有する外方部材と、これら内輪軌道と外輪軌道との間に転動自在に設けられた複数個の転動体と、これら内方部材と外方部材とのうちの少なくとも一方の部材の周面に設けられた、懸架装置の一部又は車輪を結合固定するためのフランジとを備える。また、上記内方部材と外方部材とのうちの少なくとも上記一方の部材（回転部材）の一部で、上記内輪軌道又は外輪軌道を含む部分に高周波焼入れにより硬化層が形成されている。

特に、本発明の車輪支持用転がり軸受ユニットの第 1の態様では、上記内方部材と外方部材とのうちの少なくとも上記フランジを設けた上記一方の部材を構成する合金鋼中の合金成分の最適化を行なっている。

すなわち、上記内方部材と外方部材とのうちの少なくとも上記一方の部材が、 0. 5〜0. 65重量％の( と、 0. 3〜1. 5重量％の?^1 と、 0. 1〜： 1. 0重量％の S iと、 0. 01〜0. 5重量％の< rとを含むと共に、 Sの含有量を 0. 035重量％以下に抑ぇ、さらに、 0. 01〜0. 2重量％のと、 0. 01〜0. 15重量％の1^13と、 0. 01〜0. 15重量％の T iとのうちから選択される 1種以上を含み、残りを F eと不可避不純物とし、酸素濃度を 15 p pm以下とした合金鋼から構成されている。

また、上記内方部材と外方部材とのうちの少なくとも上記一方の部材のうちで、上記硬化層を形成した内輪軌道又は外輪軌道の表面硬さが Hv 650〜780であり、上記内方部材と外方部材とのうちの少なくとも上記一方の部材のうちで、この硬化層を形成していない部分の表面硬さが Hv 230〜300である。

また、好ましくは、上記内方部材と外方部材とのうちの少なくとも上記一方の部材を構成する合金鋼中の Cの含有量を重量％とし、 Vの含有量を χ₂ 重量 %とし、 Nbの含有量を χ₃ 重量％とし、 T iの含有量を χ₄ 重量％とした場合に、 0. S O iXi — l. 5 ( X 2 + X 3 + 4 ) } ≤0. 55を満たすように、 C、 V、 Nb、 T iの含有量を規制する。

上述のように構成する本発明の車輪支持用転がり軸受ユニットの場合、内方部材と外方部材とのうちの少なくともフランジを設けた一方の部材を、次のような工程により造れる。まず、この一方の部材を構成する合金鋼に熱間鍛造を施すことにより大まかな形状に形成した素材に、表面の寸法並びに形状を整えるための旋削加工等の切削加工、上記フランジにスタツドゃポルトを揷通する孔をあけるための穿孔加工を行なう。次いで、この素材の所定部分に高周波焼入れを施すことにより硬化層を形成した後、この硬化層の一部で軌道部となるべき部分に研削加工を施すことによりこの軌道部を仕上げて、上記一方の部材とする。また、この一方の部材のうち、高周波焼入れを施さない部分は、熱間鍛造後の金属組織の状態のままとなる。

一方、上記フランジ、特に車輪を結合固定するためのフランジ及びこのフランジの周辺部には、車輪が回転した状態でこの車輪が地面から受ける力等に基づく回転曲げ応力や捩り応力が加わる。中炭素鋼からなる、上記一方の部材の熱間鍛造後の金属組織は、初析フェライトが旧オーステナイト結晶粒界に沿って網目状に析出したフェライト Zパーライト組織になる。フェライト組織は、パーライト組織と比較して、強度が低いため、初析フェライトが粗大に析出した金属組織は、疲労強度が低くなる可能性がある。これに対して、本発明者らは、網目状に析出する初析フェライトを微細に分散析出させることが、上記一方の部材のうち、上記フェライト/パ一ライト組織からなる部分の疲労強度を向上させるために有効であるとの知見を得た。

本発明において、上記一方の部材を構成する合金鋼中にそれぞれのうちの 1種以上を含有させる、 Vと、 N bと、 T iとは、この合金鋼中で微細な炭化物あるいは炭窒化物を生成し、熱間鍛造時に鋼材を加熱した際に生じるオーステナイト結晶粒の粗大化を抑制する効果がある。フェライト/パーライト組織中の初析フエライトは、旧ォ一ステナイト結晶粒界に沿って析出するため、オーステナイト結晶粒が小さくなると、粒界面積が増大し、初析フェライトの析出サイト（析出個所）が多くなる。また、 Vや、 N bや、 T iの微細な炭化物又は炭窒化物は、熱間鍛造後の冷却時に、初析フェライトの析出サイ卜になるといった効果もある。従って、 Vと、 N bと、 T iとのうちから選択される 1種以上を上記一方の部材を構成する合金鋼中に添加させた本発明の車輪支持用転がり軸受ュニットの場合には、初析フェライトの析出サイトが飛躍的に増加するため、フェライトが微細に分散析出した金属組織を得ることができ、フランジ及びこのフランジの周辺部に存在する非調質部の疲労強度を向上させることができる。

さらに、本発明によれば、高周波焼入れにより硬化層を形成した内輪軌道又は外輪軌道の転がり疲れ寿命を向上させることもできる。すなわち、高周波焼入れが施された金属組織は、主にマルテンサイト組織になるが、本発明で使用される合金鋼中には、 Vと、 N bと、 T iとのうちから選択される 1種以上が添加されている。このため、上記マルテンサイト組織中に微細な炭化物あるいは炭窒化物を分散させることができる。従って、上記内輪軌道又は外輪軌道の耐摩耗性及び硬度を向上させることができ、この内輪軌道又は外輪軌道の転がり疲れ寿命を向上させることができる。

次に、上記一方の部材を構成する合金鋼中に各合金成分を添加する理由、並びにこれら各合金成分の含有量を規制する理由、並びにこの一方の部材の表面硬さを規制する理由について、詳しく説明する。

上記各合金成分のうち、 Cは、熱間鍛造後の硬さと、焼入れ、焼き戻し後の硬さとを確保するために添加する。なお、この合金鋼中の Cの含有量が 0 . 5重量 %未満であると、焼入れ時の硬さが不足するため、内輪軌道又は外輪軌道の転がり疲れ寿命が低下する。また、熱間鍛造後の硬さも不足するため、非調質部の疲労強度が低下する。反対に、 Cの含有量が 0 . 6 5重量％を超えると、熱間鍛造後の硬さが過度になり、切削性及び穴あけ性が低下する。そこで、本発明では、上記合金鋼中の Cの含有量を、 0 . 5重量％以上、 0 . 6 5重量％以下に規制した。

また、 M nは、上記合金鋼の焼入れ性を向上させるために添加する。なお、この合金鋼中の M nの含有量が 0 . 3重量％未満であると、高周波焼入れにより形成する硬化層が薄くなるため、内輪軌道又は外輪軌道の転がり疲れが悪化する。反対に、 M nの含有量が 1 . 5重量％を超えると、上記合金鋼の加工性が低下する。そこで、本発明では、この合金鋼中の M nの含有量を、 0 . 3重量％以上、 1 . 5重量％以下に規制した。好ましくは、焼入れ時の生産性と切削性および穴あけ加工性を考慮し、 0 . 5〜1 . 0重量％とする。

また、 S iは、上記合金鋼の焼入れ性を向上させると共に、マルテンサイト組織を強化し、さらに、転がり疲れ寿命を向上させるために添加する。また、 S i を添加することにより、非調質部のフェライトに S iを固溶させ、フェライト組織の強度を向上させることにより、この非調質部の疲労強度を向上させることもできる。なお、上記合金鋼中の S iの含有量が 0 . 1重量％未満の場合には、上述した効果を十分に発揮させることができない。反対に、 S iの含有量が 1 . 0 重量％を超えると、上記合金鋼の熱間鍛造性が低下する。また、鍛造後の脱炭が大きくなるため、熱間鍛造後に切削加工を行なわず、熱間鍛造した状態のままで使用する表面部分の疲労強度が低下する。そこで、本発明では、上記合金鋼中の S iの含有量を、 0 . 1重量％以上、 1 . 0重量％以下に規制した。

C rも、 S iと同様に、上記合金鋼の焼入れ性を向上させると共に、焼入れ後のマルテンサイト組織を強化し、転がり疲れ寿命を向上させるために添加する。なお、上記合金鋼中の C rの含有量が 0 . 0 1重量％未満の場合には、高周波焼入れにより形成する硬化層が薄くなるだけでなく、マルテンサイト組織の強度も低下して、転がり疲れ寿命が低下する。反対に、 C rの含有量が 0 . 5重量％を超えると、上記合金鋼の熱間鍛造性及び切削性が低下する。そこで、本発明では、この合金鋼中の C rの含有量を、 0 . 0 1重量％以上、 0 . 5重量％以下に規制した。

なお、 Sは、上記合金鋼中に添加した場合に、この合金鋼中に M n S等の非金属介在物を形成する。高周波焼入れされた内輪軌道又は外輪軌道に Mn Sが存在する場合、この M n Sが軌道面の剥離の起点となり、転がり疲れ寿命を低下させる原因となる。また、従来から、車輪支持用転がり軸受ユニットを構成する内方部材として、互いに別体であるハブ輪と内輪とを組み合わせ、このハブ輪の端部をかしめ広げることにより、これらハブ輪と内輪とを結合固定してなるものを使用することが多く行なわれている。このような内方部材で、ハブ輪の端部の非調質部に M n Sが存在すると、この M n Sが当該かしめ部での割れの起点となる可能性がある。このような 2つの理由から、上記合金鋼中に Sを添加しないか、添加する場合でも Sの含有量を少なくすることが好ましい。 Sの含有量が 0 . 0 3 5重量％を超えると、転がり疲れ寿命が低下したり、かしめ部に割れを生じる可能性がある。そこで、本発明では、上記合金鋼中に Sを含有させないか、含有させた場合でもその含有量を、 0 . 0 3 5重量％以下に抑えるとした。また、好ましくは、転がり疲れ寿命を安定して確保すると共に、かしめ部での割れをより有効に防止することを考慮して、上記合金鋼中の Sの含有量を、 0 . 0 2 0重量％以下に抑える。

また、上記合金鋼中の酸素濃度が多くなつた場合には、高周波焼入れされた内輪軌道又は外輪軌道で軌道面に剥離の起点となる A 1 ₂ 〇₃ 等の非金属介在物が形成されるため、転がり疲れ寿命が低下する。このため、転がり疲れ寿命の向上を図るために、上記合金鋼中の酸素濃度を低くすることが好ましい。この酸素濃度が 1 5 p p mを超えると、転がり疲れ寿命が低下する可能性がある。そこで、本発明では、上記合金鋼中の酸素濃度を、 1 5 p p m以下に規制した。

また、 Vと、 N bと、 T iとは、本発明の車輪支持用転がり軸受ユニットで、非調質部の曲げ疲労強度と、高周波焼入れによる硬化層を形成した内輪軌道又は外輪軌道の転がり疲れ寿命を向上させる重要な成分である。このうちの Vは、合金鋼中で炭化物又は炭窒化物を形成し、熱間鍛造時に、オーステナイト粒が成長するのを抑制し、旧オーステナイト粒を小さくする。旧オーステナイト粒界は、熱間鍛造後の冷却時に、オーステナイト粒界に析出する初析フェライ卜の析出サイトになる。このため、旧ォ一ステナイト粒が小さくなり、旧オーステナイト粒界の面積が増大すると、初析フェライトの析出サイトが増加するため、フェライトが微細に分散する。また、 Vの炭化物や炭窒化物自体も初析フェライトの析出サイ卜になるため、微細に分散された炭化物や炭窒化物から初析フェライトが析出し、フェライトが微細に分散した組織になる。特に、旧ォ一ステナイト粒界に存在する Vの炭化物又は炭窒化物は、それぞれの炭化物粒子又は炭窒化物粒子から初析フェライトを析出する。このため、上記合金鋼中に Vを添加した場合には、旧オーステナイト粒界に網目状に析出するフェライトを分断し、疲労亀裂がフエライト組織中を伝播するのを防ぐことができ、フェライト Zパーライト組織を有する非調質部の疲労強度を向上させることができる。また、 Vの炭化物又は炭窒化物は非常に硬度が高いため、高周波焼入れされた内輪軌道又は外輪軌道のマルテンサイト組織内に微細に分散させると、耐摩耗性を向上させ、転がり疲れ寿命を向上させることができる。なお、上記合金鋼中の Vの含有量が 0 . 0 1重量％未満の場合には、上述した効果が発揮されない。反対に、 Vの含有量が 0 . 2重量％を超えると、熱間鍛造性や、切削性や、研削性が低下する。そこで、本発明では、上記合金鋼中に Vを添加する場合に、 Vの含有量を、 0 . 0 1重量％以上 0 . 2重量％以下に規制する。

また、 N b及び T iの場合も、 Vと同様に、上記合金鋼中に炭化物又は炭窒化物を形成し、旧オーステナイト粒の成長を抑制する重要な成分である。このため、上記合金鋼中に N b又は T iを添加した場合には、旧ォ一ステナイト粒界の面積を増大させて、初析フェライトの析出サイトを増加させることができる。従って、フェライト Zパーライト組織を有する非調質部で初析フェライトを微細に分散させ、疲労強度を向上させることができる。特に、 N b及び T iは、旧オーステナイト粒の成長を抑制する効果が大きい。なお、上記合金鋼中の N b又は T iの含有量が 0 . 0 1重量％未満の場合には、上述した効果が発揮されない。反対に、 N b又は T iの含有量が 0 . 1 5重量％を超えると、熱間鍛造性や、切削性や、研削性が低下する。そこで、本発明では、上記合金鋼中に N b又は T iを添加する場合に、 N b又は T iの含有量を 0 . 0 1重量％以上、 0 . 1 5重量％以下に規制する。'

また、上記内輪軌道又は外輪軌道は、使用時に各転動体から高面圧を受けるため、この高面圧に耐え得る高い硬度を確保することが、転がり疲れ寿命の確保のために必要である。これに対して、上記内輪軌道又は外輪軌道の表面硬さが Hv 6 5 0未満の場合には、硬度が不足するため、転がり疲れ寿命が低下する。反対に、上記表面硬さが Hv 7 8 0を超えると、靭性が低下するため、耐衝撃性が低下する。そこで、本発明では、高周波焼入れにより硬化層を形成した上記内輪軌道又は外輪軌道の表面硬さを、 Hv 6 5 0以上、 Hv 7 8 0以下に規制する。また、前記フランジ及びこのフランジの周辺部に存在する非調質部においては、疲労強度を確保することが必要である。前述したように、本発明の場合には、前記一方の部材を構成する合金鋼中の合金成分の含有量を規制しているため、金属組織中のフェライトを微細に分散析出させて、上記非調質部の疲労強度を向上させることができる。しかも、本発明の場合には、上記一方の部材のうちで、この非調質部の表面硬さを、 Hv 2 3 0以上、 Hv 3 0 0以下に規制しているため、この非調質部の疲労強度をより向上させることができる。これに対して、この表面硬さが Hv 2 3 0未満の場合には、この非調質部の疲労強度が低くなる。反対に、この表面硬さが Hv 3 0 0を超えると、この非調質部の切削性及び穴あけ性 TJP2003/008977

13 が低下する。本発明の場合には、上記一方の部材のうち、高周波焼入れによる硬化層を形成していない上記穽調質部の硬さを、 Hv 230以上、 Hv 300以下に規制しているため、この非調質部の切削性及び穴あけ性を低下させることなぐ熱間鍛造後のこの非調質部の表面硬さを確保することができ、この非調質部の疲労強度を確保することができる。また、好ましくは、この非調質部の疲労強度をより安定して向上させることと、切削加工時及び穿孔加工時での生産性を向上させることとを考慮して、この非調質部の表面硬さを、 Hv 250以上、 Hv 28 0以下に規制する。

また、 {_Xl - 1. 5 (χ₂ + X 3 + X 4 ) } は、フェライトの析出量に影響を与える値である。この {Xi — 1. 5 (χ₂ + X 3 + X 4 ) } の値が 0. 55 を超える、すなわち、合金鋼中の Cの含有量が多過ぎ、 Vと、 Nbと、 T iとの含有量が少な過ぎる場合には、パ一ライトが増加したり、フェライトの析出サイ卜が不足するため、このフェライトの析出量が減少する。この結果、合金鋼の切削性が著しく低下する。反対に、 {χ: — 1. 5 (χ₂ + Χ 3 +χ₄ ) } の値が 0. 30未満である、すなわち、合金鋼中の Cの含有量が少な過ぎ、 Vと、 Nb と、 T iとのうちの少なくとも何れかの含有量が多過ぎる場合には、パーライトが生成されにくくなつたり、フェライトの析出サイトが多くなるため、このフエライトの析出量が多くなり過ぎる。この結果、上記合金鋼の硬さが低下するため、上記一方の部材の疲労強度が低下する。また、 Vと、 Nbと、 T iとのうちの少なくとも何れかの含有量が多過ぎる場合には、これらの成分の炭化物又は炭窒化物が多くなり過ぎるため、切削性が低下する。そこで、本発明の場合には、好ましくは、 {X i — 1. 5 ( X 2 + X 3 + X 4 ) } を、 0. 30以上、 0. 55以下に規制する。このように規制した、好ましい構成によれば、上記一方の部材の切削性を良好に維持しつつ、疲労強度をより向上させることができる。

また、本発明は、高周波焼き入れ部を増加させることなく、すなわち、フランジの軸方向外側面側の付け根部分を焼き入れすることなく、この付け根部分の疲労強度を向上させることにより、上記フランジの薄肉化を可能にし、車輪支持用転がり軸受ュニットの軽量化を可能とする。本発明の車輪支持用転がり軸受ュニットの別の態様では、上記回転輪のうちで少なくとも上記フランジを設けた部分が、 Cを 0 . 5〜0 . 8重量％含む炭素鋼製である。そして、この回転輪のうちで、少なくとも上記フランジの軸方向外側面側の付け根部分の表面の硬度が、ロックウェル硬さ Cスケール（1 5 0 k g荷重、ダイヤモンド角すい）で 2 4〜3 5、ピツカ一ス硬さで 2 6 0〜3 4 5である。

また、上記回転輪のうちで、少なくとも上記フランジの軸方向外側面側の付け根部分の表面粗さが、算術平均粗さ R aで 0 . 1〜1 . である。

さらに、上記回転輪のうちで、少なくとも上記フランジの軸方向外側面側の付け根部分の表面粗さが、最大高さ R yで 1 0 i m以下（より好ましくは 1〜6 mR y ) である。

上述のように構成する本発明の車輪支持用転がり軸受ュニットによれば、回転輪の外周面に形成したフランジの軸方向外側面側の付け根部分の疲労強度を、この付け根部分を焼き入れ硬化することなく向上させることができる。以下、この理由について詳細に説明する。

走行時に車輪と共に回転輪が回転している状態で、路面に接した車輪と車体に支持された懸架装置との間に設けた車輪支持用転がり軸受ュニットには、ラジアル荷重が加わる。そして、このラジアル荷重と回転モーメントとにより上記フランジの付け根部分に、回転曲げ応力が発生する。

上記フランジをその外周面に設けた回転輪は、 S 5 3 C等の中炭素鋼に熱間鍛造加工を施すことにより造っている。中炭素鋼を使用した理由は、熱間鍛造性や切削性を考慮したためである。本発明の発明者が、このような中炭素鋼により回転輪を熱間鍛造により造った後、上記フランジの軸方向外側面側の付け根部分の硬度を詳細に調べたところ、ロックウェル硬さ Cスケール（HR C ) で 1 8〜2 3程度であった。回転曲げ応力に対する疲労強度は、材料表面近傍の硬度が高い (硬い）程高くなる（強くなる）傾向にある。従って、上記フランジの軸方向外側面側の付け根部分の表面近傍は、硬い方が好ましい。

本発明では、この付け根部分の表面硬度を H_R C 2 4 (H v 2 6 0 ) 以上としているため、上記回転曲げ応力に対する疲労強度を十分に高くして、上記フランジの薄肉化が容易になる。逆に言えば、上記付け根部分の表面硬度が H_R C 2 4 未満であると、疲労強度が低いため、フランジを十分に薄肉化することが難しい。一方、車輪支持用転がり軸受ユニットは、悪路走行時等に車輪から加わる衝撃荷重を受けるため、上記フランジの付け根部分には耐衝撃性（靱性）も要求される。耐衝撃性は、疲労強度に相反し、材料の硬さが高い程低下する傾向にある。上記フランジの内側面側の付け根部分は、内輪軌道 7 aに近く、シールリング 1 2のシールリップの先端縁が摺接する部分でもある。このため、この内輪軌道 7 aの硬度確保と上記付け根部分の摩耗防止とのために、高周波焼き入れによって硬化層を形成する必要がある。従って、上記フランジの付け根部分は、内側面側に関しては硬度が高くなることが避けられない。

これに伴つて、上記フランジの付け根部分の外側面側の硬度が高くなり過ぎると、このフランジの付け根部分の内外両側面側の硬度が高くなつてしまい、この付け根部分の耐衝撃性が過度に低下する可能性がある。また、上記フランジの付け根部分の外側面側の切削加工性も低下する。本発明では、この付け根部分の疲労強度を向上させつつ、耐衝撃性の低下の抑制と切削加工性の確保とを考慮して、上記フランジの軸方向外側面側の付け根部分の表面硬さを、 H_R C 3 5 (H v 3

4 5 ) 以下に抑えている。

要するに、本発明では、上記フランジの軸方向外側面側の付け根部分の表面硬さを H_R C 2 4以上 3 5以下として、耐衝撃性と切削加工性とを確保しつつ、上記付け根部分の疲労強度向上を図っている。なお、このような作用 '効果をより高次元で得るためには、上記フランジの軸方向外側面側の付け根部分の表面硬さを H_R C 2 6以上 3 3以下とすることが好ましい。

次に、本発明が、回転曲げ応力に対する疲労強度を向上させる理由について説明する。本発明の発明者が、この回転曲げ応力によってフランジ付け根部分に生じた、疲労に基づく亀裂を観察した結果、この亀裂は、表面起点によるものであることが分かった。このような表面起点による亀裂の発生は、表面粗さを向上させ、表面の微小な凹凸に生じる局所的な応力集中を緩和することで抑えることができ、結果として当該部分の疲労強度が向上する。

本発明では、上記フランジの軸方向外側面側の付け根部分の表面粗さを、算術 2003/008977

16 平均粗さ Raで 1. O^m以下、又は最大高さ R yで 10 m以下と低く抑え、この部分の表面を平滑にしているため、上記局所的な応力集中を緩和することができる。そして、応力集中に基づく亀裂の発生を抑えることができ、上記付け根部分の疲労強度を向上させることができる。この部分の疲労強度を向上させる面からは、上記付け根部分の表面粗さは低い程好ましいが、この部分の表面粗さが、算術平均粗さ Raで 0. l m未満、最大高さ Ryで 1. O ^m未満になっても、それ以上疲労強度が向上することは殆どなくなる（効果が飽和する）。そして、何れの場合でも、上記部分の表面粗さを向上させるための表面処理に要するコストが徒に嵩むことになる。すなわち、この表面粗さを 0. l mRa未満、 1. 0 jtimRy未満にするためには、粗さの異なる 2種以上の砥石又はバイトを順次交換しつつ使用して上記付け根部分を研磨又は切削する必要があり、加工コストが徒に嵩む原因となる。このため、上記付け根部分の表面粗さを、算術平均粗さ 1 &で0. 1 z/m以上、あるいは最大高さ Ryで 1. O ^m以上とすることが、加工コストを抑える面からは好ましい。

また、上記の車輪支持用転がり軸受ユニットを造る場合、上記回転輪のうちで少なくとも上記フランジを設けた部分（八ブ輪 2) を構成する金属材料は、 Cを 0. 5〜0. 8重量％含む炭素鋼を用いる。

上記炭素鋼中に含まれる Cの量が 0. 5重量％未満の場合には、高周波焼き入れ後の硬度が不十分となり、炭化物の析出も少なくなるため、軌道面部分（図 1 の構造で内輪軌道 7 a、図 2の構造で外輪軌道 10 a、 10 b) の転がり疲れ寿命が不十分となる。また、上記フランジの軸方向外側面側の付け根部分の硬さを安定的に確保することが難しくなる。すなわち、この付け根部分の硬さを、ロックウエル硬さ Cスケ一ルで 24〜35、ビッカース硬さで 260〜345とすることが難しくなる。以上の理由から、上記炭素鋼中に含まれる Cの量を 0. 5重量％以上とした。なお、上記軌道面部分の転がり疲れ寿命をより十分に確保し、且つ、上記付け根部分の硬さをより安定して確保することを考慮した場合、上記炭素鋼中の Cの含有量を 0. 55重量％以上とすることが好ましい。すなわち、炭素鋼中に含まれる Cは、熱間鍛造後の硬さに大きな影響を与える合金元素であり、含有量を 0. 55重量％以上にすれば、上記回転輪のうちで上記フランジを設けた部分を熱間鍛造により加工した後の硬さを高くして、上記付け根部分の硬さを上記範囲に安定して収めることができる。

一方、この炭素鋼中の Cの含有量が 0. 8重量％を超えると、上記回転輪のうちで少なくとも上記フランジを設けた部分の熱間鍛造性、切削性を含む加工性が低下し、生産性が低下してコスト上昇の原因となる。これらの理由から、回転輪のうちで上記フランジを設けた部分を構成する炭素鋼中に含まれる Cの含有量を 0. 5重量％ (好ましくは 0. 55重量％) 以上、 0. 8重量％以下とする。また、本発明の別の態様では、高周波焼入れ部を増加させることなくフランジの疲労強度を向上させることにより、フランジの薄肉化による軽量化を可能にしたフランジ付軸受装置及び該装置の製造方法を提供するために、外面に軌道面を有する内方部材と、該内方部材の軌道面に対向する軌道面を内面に有して前記内方部材の外側に配置された外方部材と、前記両軌道面間に転動自在に配置された転動体と、前記内方部材及び前記外方部材の少なくとも一方に設けられたフランジとを備えたフランジ付軸受装置において、少なくとも前記フランジが設けられた部材を、炭素の含有量が 0. 45重量％以上 0. 65重量％以下の炭素鋼製とし、且つ、少なくとも前記フランジの初析フェライトの面積率を 3〜15%とする。

前記炭素鋼の S含有量が 0. 003重量％以上0. 020重量％以下でぁり、且つ、該 S含有量と前記初析フェライト組織の面積率との関係が、 10≤ (S含有量（重量％) X 1000+初析フェライト組織の面積率 (%) ) ≤ 30であることが好ましい。

また、前記 S含有量に対して前記初析フェライト組織の面積率が、 1≤ (S含有量（重量％) X I 000) /初析フェライト組織の面積率（％) ≤2の関係にあること力好ましい。

前記フランジの厚さ方向外側の付け根部の単位面積（10mm² ) あたりの初析フェライトの面積率を 3〜15%とすると共に、該初析フェライ卜の最大長さを 200 m以下とし、さらに、 180 m以上の長さの初析フェライトを 5個以下としたことが好ましい。前記フランジが設けられた部材が V (バナジウム）を 0. 05〜0. 3重量％含有することが好ましい。

このような本発明は、高周波焼入れがなされていない非調質部の回転曲げ疲労強度を向上させるためには、熱間鍛造後の金属組織を均一微細化することが有効であり、熱間鍛造方法を最適化することにより、前記目的を達成できるという知見に基づいてなされたものであり、内方部材と外方部材との間に複数の転動体が配設され、前記内方部材及び前記外方部材の少なくとも一方の部材に固定側又は回転側に取り付けるためのフランジを有すると共に、少なくとも軌道部周辺に高周波焼入れによる硬化層を有するフランジ付軸受装置の製造方法において、少なくとも前記フランジが設けられた部材を、 C : 0. 45〜0. 65重量％、 Mn : 0. 3〜1. 5重量％、 S i ： 0. 1〜1. 0重量％、 C r ： 0. 01〜0. 5重量％、 S≤0. 025重量％、 0≤ 15 ppm、残部が Fe及び不可避不純物からなる合金鋼を使用して熱間鍛造により成形し、前記熱間鍛造時の材料加熱温度が 900〜1050°Cで、鍛造打ち終わり時の温度が 800°C以上とする。上記鍛造打ち終わり時の温度から 600°Cになるまでの平均冷却速度を 0. 5 〜 5で Z秒とすることが好ましい。

また、内方部材と外方部材との間に複数の転動体が配設され、前記内方部材及び前記外方部材の少なくとも一方の部材に固定側又は回転側に取り付けるためのフランジを有すると共に、少なくとも軌道部周辺に高周波焼入れによる硬化層を有するフランジ付軸受装置の製造方法において、少なくとも前記フランジが設けられた部材を、 C： 0. 45〜0. 65重量％、 Mn : 0. 3〜1. 5重量％、 S i ： 0. 1〜1. 0重量％、 C r ： 0. 01〜0. 5重量％、 S≤0. 025 重量％、〇≤15 ppm、残部が F e及び不可避不純物からなる合金鋼を使用して熱間鍛造により成形し、前記熱間鍛造時の材料加熱温度が 900〜1050°C で、鍛造打ち終わり時の温度から 600°Cになるまでの平均冷却温度を 0. 5〜 5°C/秒とする。

これらの製造方法において、 V： 0. 01〜0. 2重量％、 Nb : 0. 01〜 0. 15重量％及び丁 1 : 0. 01〜0. 15重量％のうちの少なくとも 1種を含む合金鋼を使用することが好ましい。前記製造方法で作成されたフランジ付き軸受装置は、内方部材と外方部材との間に複数の転動体が配設され、前記内方部材及び前記外方部材の少なくとも一方の部材に固定側又は回転側に取り付けるためのフランジを有すると共に、少なくとも軌道部周辺に高周波焼入れによる硬化層を有し、前記フランジの付け根部の金属組織が、フェライト ·パーライト組織を含み、且つ、該フェライト ·パ一ラィト組織の旧オーステナイト結晶粒度が 4以上である。

このような発明は、合金元素の最適化、すなわち、鋼に含まれる Cを低減し、 S iおよび Vを所定の割合で添加することによって、高周波焼入れがなされた軌道部の転がり疲労寿命を保持すると同時に、生産性を低下させることなく高精度な加工を可能にするために、切削性及び穴あけ加工性を向上させ、さらに、高周波焼入れがされていない非調質部の疲労強度も向上できるという知見に基づいてなされたものであり、内方部材と外方部材との間に複数の転動体が配設され、前記内方部材及び前記外方部材の少なくとも一方の部材に車体側又は車輪側に取り付けるためのフランジを有すると共に、少なくとも軌道部周辺に高周波焼入れによる硬化層を有する車輪支持用のフランジ付軸受装置において、少なくとも前記フランジが設けられた部材を、 C : 0. 45〜0. 50重量％、 S i ： 0. 3〜 1. 5重量％、 V： 0. 03〜0. 3重量％、 Mn≤ 1. 5重量％、 C r≤ 1. 0重量％、 S≤0. 035重量％、 0≤ 15 p pmを含み、残部が F e及び不可避不純物からなる合金鋼により形成し、且つ、 C+0. 2 S i + 0. 5Vの値が 0. 55 - 0. 75を満たすと共に、前記高周波焼入れによる硬化層の軌道部表面硬さが Hv 630〜Ην750、該高周波焼入れによる硬化処理がされていない部分の硬さが Hv 220〜Hv 300である。

少なくとも車輪側に取り付けられるフランジの付け根部の非調質部における初析フェライト面積率が、 5%以上 1 5%以下であることが好ましい。

また、上記フランジ付き軸受装置を用いる車輪支持用転がり軸受ユニットでは、前記内方部材をハブ輪として、該ハブ輪の一端部に前記フランジとしての車輪取付用フランジを配設すると共に、前記ハブ輪の他端部に形成した小径段部に内輪を嵌め込んで該内輪の外周面及び該ハブ輪の軸方向の中間部外周面にそれぞれ軌道面を形成して複列の内輪軌道面とし、また、前記外方部材を外輪として、該外輪の内周面に前記複列の内輪軌道面に対応する複列の外輪軌道面を形成すると共に、該外輪の前記車輪取付用フランジから離間する側の端部に懸架装置取付用フランジを形成し、前記複列の内輪軌道面と前記複列の外輪軌道面との間に複数の前記転動体を転動自在に配設する。また、本発明の別態様による車輪支持用転がり軸受ユニットは、上記内方部材と外方部材とのうちの少なくとも一方の部材で外周面にフランジを備えた部材 (軌道輪）が、 Cを 0 . 4 5〜0 . 6 0重量％含む鋼製である。そして、周面に設けた軌道部分に、高周波焼き入れによって形成された硬化層を有し、この硬化層の表面から深さ 0 . 1 mm位置部分の硬さが H v 6 7 0以上で、且つ、この硬化層の金属組織の旧オーステナイ卜の結晶の粒径が、 J I S G 0 5 5 1による粒度番号で、 8以上である。

上述のように構成する本発明の車輪支持用転がり軸受ュニットの場合、外周面にフランジを備えた部材の性状を適正にしているため、このフランジからこの部材に加わる曲げ応力に起因する引っ張り応力に基づく、この部材の耐久性低下を抑えられる。

すなわち、前述したように車輪支持用転がり軸受の使用時には、フランジを備えた部材の軌道面に、各転動体からの圧縮応力に起因する剪断応力に加えて、上記フランジからの曲げ応力に基づく引っ張り応力が加わる。このため、車輪支持用転がり軸受ユニットを構成する、上記フランジを備えた部材の寿命を確保するためには、上記剪断応力と引っ張り応力に対する対策が必要である。

上述のような構成を有する本発明の車輪支持用転がり軸受の場合には、軌道部分に硬化層を、高周波焼き入れによって形成し、この硬化層の表面から深さ 0 . l mm位置部分の硬さを Hv 6 7 0以上としているため、上記剪断応力に基づく軌道部分の耐久性低下を図れる。すなわち、上記部分を十分に（Hv 6 7 0以上に）硬くすることで、上記各転動体から加わる圧縮応力に基づく、上記軌道部分の弾性変形量を少なく抑えられ、この軌道部分に加わる剪断応力を小さく抑えられる。上記深さ 0 . l mm位置部分の硬さが Hv 6 7 0未満の場合には、上記剪断応力を十分に小さくできず、必ずしも十分な耐久性を得られない。なお、硬化 08977

21 層の硬さの規定を、表面から深さ 0 . 1 mm位置部分の硬さとした理由は、上記圧縮応力に基づいて、軌道輪を構成する金属材料に作用する剪断応力は、表面よりも、この表面から僅かに内部に入った部分の方が高くなるためである。

上記表面から深さ 0 . 1 mm位置部分の硬さを Hv 6 7 0以上とするために、上記フランジを備えた部材は、 Cを 0 . 4 5〜0 . 6 0重量％含む鋼製とする。この鋼中の Cの含有量が 0 . 4 5重量％未満の場合には、上記部材の軌道部分に高周波焼き入れを施しても、この軌道部分の硬さを十分に高く（Hv 6 7 0以上に）できず、上記剪断応力に基づく耐久性低下を十分に抑えることができない。これに対して、上記鋼中の Cの含有量が 0 . 6 0重量％を超えると、上記フランジを備えた部材の熱間鍛造性及び切削加工性が低下する。このフランジを備えた部材を造る際には、熱間鍛造時の加工量が大きく、切削加工による加工箇所も多い。従って、上記熱間鍛造性及び切削加工性が低下すると、車輪支持用転がり軸受ユニットの製造コストが嵩むため、好ましくない。このため、本発明の車輪支持用転がり軸受ュニッ卜の場合には、フランジを備える部材を構成する鋼材中の Cの含有量は、 0 . 4 5〜0 . 6 0重量％とした。なお、上記車輪支持用転がり軸受ュニッ卜に組み込まれる部材のうちで、フランジを備えない部材を構成する鋼中の Cの含有量は、 0 . 6重量％を超えても良い。例えば、このフランジを備えない部材を、 S U J 2等の高炭素クロム軸受鋼により造っても良い。

また、本発明の車輪支持用転がり軸受ユニットの場合には、前記フランジを備えた部材の軌道部分の硬化層の旧オーステナイトの結晶の粒径を、 J I S G 0 5 5 1による粒度番号で 8以上としているため、上記フランジから加わる曲げ応力に起因する引っ張り応力に基づく耐久性の低下を抑えられる。

一般に、上記軌道部分は、高周波焼き入れ及び焼き戻しからなる熱処理を施すことでマルテンサイト組織になっているが、金属材料に引っ張り応力が作用すると、旧ォ一ステナイト粒界に応力集中が生じる。上記軌道部分に、前記各転動体から繰り返し加わる前記剪断応力に加えて、上記引っ張り応力の応力集中が生じると、転がり疲労の進行に際して、疲労亀裂が開口し易くなり、上記軌道部分の転がり疲れ寿命が低下する。

これに対して、本発明の車輪支持用転がり軸受ユニットの場合には、上記軌道部分の硬化層の旧ォ一ステナイトの結晶の粒径を、 J I S G 0 5 5 1による粒度番号で 8以上と細分化している。このため、この旧オーステナイトの結晶の粒界に生じる応力集中が緩和され、上記転がり疲労の進行に際して、疲労亀裂が開口しにくくなつて、上記軌道部分の転がり疲れ寿命の向上を図れる。なお、上記旧オーステナィトの結晶の粒径が大きく、 J I S G 0 5 5 1による粒度番号が 8未満の場合には、この旧オーステナイトの結晶粒界への応力集中を緩和する効果が小さく、上記軌道部分の転がり疲れ寿命の低下を抑える効果を十分には得られない。

なお、上記旧オーステナイトの結晶の粒径を小さくするためには、次の①〜③ の方法の 1〜2以上を採用できる。

① 熱間鍛造の加熱保持温度を所定温度範囲内にする。

② 高周波焼き入れ時に、加熱保持温度を下げるか、又は、加熱保持時間を短くする。

③ 結晶粒を微細化させる合金元素を添加する。

このうちの①の方法は、オーステナイト粒の成長を抑えて、旧オーステナイトの結晶の粒径を小さくするものである。

すなわち、本発明の車輪支持用転がり軸受ュニットに組み込まれるフランジを備える部材は、熱間鍛造によって成形し、切削加工を施した後、軌道部分を含む必要個所に高周波焼き入れを施す。このような加工を施す場合に、熱間鍛造後の旧オーステナイトの結晶の粒径が大きいと、高周波焼き入れ後の旧オーステナイトの結晶の粒径も大きくなり易い。従って、高周波焼き入れ後の旧ォ一ステナイトの結晶の粒径を小さく抑えるためには、熱間鍛造後の旧オーステナイトの結晶の粒径を小さく抑えることが効果的である。

熱間鍛造のために、金属材料（鋼）を加熱すると、金属組織はオーステナイト組織になる。この際、熱間鍛造の加熱温度を高くする程、原子の拡散が活発になり、結晶粒が成長し易くなるため、旧オーステナイトの結晶の粒径は大きくなる。具体的には、鍛造時の加熱温度が 1 1 0 o °cを越えると、旧オーステナイトの結晶の粒径が粗大化し、前記軌道部分の転がり疲れ寿命を向上させる効果が小さくなる。これに対して、上記鍛造時の加熱温度が 9 0 0 °C未満の場合には、上記金属材料が十分に軟化せず、この金属材料の変形抵抗が大きくなつて、熱間鍛造のためのプレス加工機及び金型の寿命を低下させる。これらのことを考慮した場合に、本発明を実施する場合に好ましくは、熱間鍛造の際の上記金属材料の加熱温度は、 9 0 0〜1 1 0 0 °Cとする。

また、前記②の方法は、高周波焼き入れ時に旧オーステナイトの結晶の粒径が大きくなることを抑えるものである。すなわち、この高周波焼き入れ時に加熱保持した際に、金属組織はオーステナイト組織になる。この場合に、加熱温度を高くする程、原子の拡散が活発になって結晶粒が成長し易くなり、旧ォ一ステナイトの結晶の粒径は大きくなる。また、加熱時間が長い程、結晶粒の成長が進行するため、やはり旧オーステナイトの結晶の粒径が大きくなる。従って、旧オーステナイ卜の結晶の粒径を小さくするためには、前記軌道部分を硬化させるための高周波焼き入れ時に、加熱保持温度を下げたり、加熱保持時間を短くすることが効果的である。

さらに、前記③の方法は、熱間鍛造時及び高周波焼き入れ時に旧ォ一ステナイトの結晶粒が成長することを抑制することで、この旧オーステナイトの結晶の粒径が大きくなることを抑えるものである。このため、前記フランジを備えた部材を構成する金属材料中に、 V、 T i、 N bのうちから選択される、 1種又は 2種以上を添加する。

このうちの Vは、鋼中で炭化物あるいは炭窒化物を形成し、熱間鍛造時及び高周波焼き入れ時に、旧オーステナイトの結晶粒が成長するのを抑制し、旧オーステナイトの結晶の粒径を小さくして、結晶粒界に生じる応力集中を緩和し、上記軌道部分の転がり疲れ寿命の向上に寄与する。また、 Vの炭化物あるいは炭窒化物は非常に硬度が高いため、高周波焼き入れされた軌道部分のマルテンサイト組織内に微細に分散させると、耐摩耗性が向上し、転がり疲れ寿命を向上させる効果がある。但し、 Vの含有量が 0 . 0 1重量％未満の場合には、これらの効果を十分には得られない。これに対して、 Vの含有量が 0 . 2重量％を超えると、熱間鍛造性、切削性、及び研削性が低下する。従って、上記金属材料中に Vを含有させる場合に好ましくは、その含有量を 0 . 0 1〜0 . 2重量％とする。

また、 N b fcVと同様、鋼中で炭化物あるいは炭窒化物を形成し、旧オーステナイト粒の結晶の成長を抑制し、旧オーステナイトの結晶の粒径を小さくして、結晶粒界に生じる応力集中を緩和し、上記軌道部分の転がり疲れ寿命の向上に寄与する。但し、 Nbの含有量が 0. 01重量％未満の場合には、このような効果を十分には得られない。これに対して、 Nbの含有量が 0. 15重量％を超えると、熱間鍛造性、切削性、及び研削性が低下する。従って、上記金属材料中に N bを含有させる場合に好ましくは、その含有量を 0. 01〜0. 15重量％とする。

さらに、 T iも、 V及び Nbと同様、鋼中で炭化物あるいは炭窒化物を形成し、旧ォ一ステナイトの結晶の成長を抑制し、結晶粒界に生じる応力集中を緩和し、上記軌道部分の転がり疲れ寿命の向上に寄与する。但し、 T iの含有量が 0. 0 1重量％未満の場合には、このような効果を十分には得られない。これに対して、 T iの含有量が 0. 15重量％を超えると、熱間鍛造性、切削性、及び研削性が低下する。従って、上記金属材料中に T iを含有させる場合に好ましくは、その含有量を 0. 01〜0. 15重量％とする。

また、本発明を実施する場合に、前記フランジを備える部材を構成する鋼中には、下記に示すような元素を適宜含有させることもできる。

まず、 Mnは、鋼の焼き入れ性を向上させるために含有させることが好ましい。但し、含有量が 0. 3重量％未満の場合には、高周波焼き入れに伴って軌道部分に形成される硬化層の厚さを十分に確保できず（硬化層が浅くなり）、この軌道部分の転がり疲れ寿命確保を十分に図れない。これに対して、含有量が 1. 5重量％を超えると、上記部材の加工性が低下する。このため、好ましくは上記鋼中に含有させる Mnの量は、 0. 3〜1. 5重量％とする。

また、 S iは、含有させることにより焼き入れ性を向上させると共にマルテンサイトを強化し、上記軌道部分の転がり疲れ寿命を向上させるだけでなく、非調質部のフェライトに固溶し、フェライト組織の強度を向上させることにより、この非調質部の疲労強度を向上させるため、含有させることが好ましい。但し、含有量が 0. 1重量％未満の場合には、これらの効果を十分には得られない。これに対して、含有量が 1. 0重量％を超えると、熱間鍛造性が低下するだけでな鍛造後の脱炭が大きくなつて、熱間鍛造後に切削加工を行なわず、鍛造したままの表面で使用する部位の疲労強度が低下する。このため、好ましくは上記鋼中に含有させる S iの量は、 0. 1〜1. 0重量％とする。

さらに、 C rは、焼き入れ性を向上させると共に、焼き入れ後のマルテンサイト組織を強化し、上記軌道部分の転がり疲れ寿命を向上させるため、含有させることが好ましい。伹し、含有量が 0. 01重量％未満の場合には、高周波焼き入れに伴って軌道部分に形成される硬化層の厚さを十分に確保できず（硬化層が浅くなり）、また、マルテンサイト組織の強度も低下するので、上記軌道部分の転がり疲れ寿命確保を十分に図れない。これに対して、含有量が 0. 5重量％を超えると、熱問鍛造性及び切削性が低下する。このため、好ましくは上記鋼中に含有させる C rの量は、 0. 01〜0. 5重量％とする。

なお、 Sは、鋼中で MnS等の非金属介在部を形成する。高周波焼き入れされた軌道部分に存在する MnSは、転がり疲労による剥離の起点になり、この軌道部分の転がり疲れ寿命を低下させる。従って、上記鋼中の Sの含有量は少ない方が好ましい（可能な限り 0に近付ける）。この鋼中への Sの含有量が 0. 035 重量％を超えると、上記軌道部分の転がり疲れ寿命の低下が著しくなる場合がある。このため、好ましくは上記鋼中への Sの含有量は、 0. 035重量％以下とする。さらに、安定的な転がり疲れ寿命確保とかしめ部 9の割れ防止とを考慮して、より好ましくは、 Sの含有量を、 0. 020重量％以下とする。

また、 Oは、高周波焼き入れされた軌道部分の転がり疲労に大きな影響を与える元素である。すなわち、〇は、鋼中で A 1₂ Oa 等の非金属介在部を形成し、転がり疲労による剥離の起点になり、上記軌道部分の転がり疲れ寿命を低下させる。このため、この軌道部分の転がり疲れ寿命を確保するためには、〇の含有量は少ない方が好ましい（可能な限り 0に近付ける）。 Oの含有量が 15 ppmを超えると、上記転がり疲れ寿命を低下させる場合があるため、〇の含有量は、 1 5 p pm以下とすることが好ましい。また、本発明の別の態様による車輪支持用転がり軸受ユニットでは、該転がり軸受ユニットを構成する回転輪が、 C (炭素）を 0. 45〜0. 65重量％含む炭素鋼製である。そして、この回転輪のうちで、少なくとも上記フランジの軸方向外側面側の付け根部分が、旧オーステナイト結晶粒度が 4以上で、且つ、面積率が 3〜1 5 %の初析フェライトからなる。

なお、上記旧オーステナイト結晶粒度とは、 J I S G 0 5 5 1に規定されたもので、 1 mm² の面積中に、 2 ^{3 + n} の結晶粒が存在する場合に、当該部分の結晶粒度を nとする。従って、上記旧オーステナイト結晶粒度が 4以上であるとは、 1 mm² の面積中に、旧オーステナイトの結晶粒が 2 ⁷ (= 1 2 8 ) 以上存在する状態をいう。

上述のような回転輪を得るために、好ましくは、この回転輪を、炭素鋼製の素材に熱間鍛造あるいは切削加工を施すことにより所定の形状に形成した中間素材に、少なくとも 1回、 7 5 0〜1 0 0 0 Cの温度で加熱してから臨界冷却速度以下の速度で冷却する熱処理（烧き慣らし）を施した後、仕上加工を施したものとする。

上述のように構成する本発明の車輪支持用転がり軸受ュニッ卜によれば、回転輪の外周面に形成したフランジの軸方向外側面側の付け根部分の疲労強度を、この付け根部分を焼き入れ硬化することなく向上させることができる。以下、この理由について説明する。

走行時に車輪と共に回転輪が回転している状態で、路面に接した車輪と車体に支持された懸架装置との間に設けた車輪支持用転がり軸受ユニットには、ラジアル荷重が加わる。そして、このラジアル荷重と回転モーメントとにより上記フランジの付け根部分に、回転曲げ応力が発生する。中炭素鋼の初析フェライ卜とパ一ライトとが複合した組織を有する非調質鋼の場合、このような回転曲げ応力に基づいて、上記フランジの付け根部分の表面の初析フェライトで発生した応力集中で疲労亀裂が発生し、主に初析フェライト粒内及び初析フェライト Zパーライト境界を進展する。

このような機構で上記フランジの付け根部分で発生する疲労亀裂に対し、本発明の車輪支持用転がり軸受ユニットの場合には、この付け根部分を、 J I S G 0 5 5 1による旧オーステナイト結晶粒度が 4以上で、且つ、面積率が 3〜1 5 %以上の初析フェライトにより構成することで、上記付け根部分の疲労強度の向上を図れる。すなわち、この付け根部分のミクロ組織を制御することで、以下のような機構により、この付け根部分の疲労強度を向上させることができる。まず、旧オーステナイト粒を微細化する（粒径を小さくする）と、粒界での応力集中を抑制する効果、並びに、オーステナイト Zフェライト変態時の核生成のサイトを増やし、初析フェライト粒を微細に析出させる効果がある。また、初析フヱライトを微細に分断すると、亀裂発生の最小単位が小さくなるので、疲労破壊を効果的に抑制することができる。具体的には、 J I S G 0 5 5 1による旧オーステナイト粒度を 4以上とすれば上記効果を十分に得られる。

なお、本発明の車輪支持用転がり軸受ユニットにおいて、外周面にフランジを形成した回転輪は、前述したように、 S 5 3 C等の中炭素鋼製で所定長さに切断された棒状の素材に鍛造加工を施すことにより所定の形状とした後、放冷することにより造る。このようにして造られる上記回転輪の旧オーステナイト粒を、鍛造後に微細にする（粒径を小さくする）方法として、次の①〜③のような方法が採用可能である。

① 鍛造時の温度を低く抑える。

オーステナイトの粒は、原子の拡散が活発な高温程成長し易く（粒径が大きくなり易く）、加工度が大きい程、粒は微細に（粒径が小さく）なる。一方、鍛造加工時の変形抵抗を少なくして複雑な形状の加工を行ない易くするため、複雑な形状の鍛造を行なう際に従来は、鍛造加工時の温度を高くする傾向がある。これに対して、本発明の車輪支持用転がり軸受ユニットを得るべく、旧オーステナィト結晶粒径を微細にするために、上記回転輪を鍛造加工する際の温度を低く抑える。

② 合金（炭素鋼）中に適切な元素を添加する。

鋼中に炭化物を微細に分散させると、それらのピン止め効果によって、結晶粒の成長を効果的に抑制することができて、上記①のように、鍛造温度を低下させるのと同様の効果を得ることができる。このため、合金中に添加する元素としては、後述のように、 N bが好ましい。

③ 鍛造後に所定の熱処理（焼き慣らし）を施す。

上記①のように、鍛造時の温度を低く抑えれば、鍛造後における旧オーステナイト粒を微細にできるが、鍛造時の変形抵抗が大きくなる。従って、回転輪の形状が複雑である場合には、完成品に近い中間素材を得るための鍛造加工は、比較的高温で行なうことが好ましい。伹し、この場合にそのまま放置すると、鍛造後における旧オーステナイト粒の粒径が大きくなる。そこで、高温で鍛造加工を行なって中間素材を得たならば、この中間素材を 7 5 0〜 1 0 0 0 °Cの温度で加熱してから臨界冷却速度以下の速度で冷却する熱処理を施す。このような熱処理により、上記中間素材中のオーステナイト粒の粒径を微細化できる。

すなわち、熱間鍛造により得た上記中間素材を一旦冷却することで、この中間素材中の組織が、初析フェライトとパ一ライトの複合組織となる。その後、この中間素材に上記熱処理を施すことにより、この中間素材中のミクロ組織が、全体的に均一で、且つ、微細な、初析フェライトとパーライトの複合組織となる。なお、上記中間素材を得るために、熱間鍛造に代えて切削加工を施す場合があるが、この場合にも、上記熱処理を施すことは有効である。要は、熱間鍛造あるいは切削加工を施した中間素材に上述のような熱処理を施せば、ミクロ組織の制御を行なうことができる。

また、上記熱処理における再加熱の温度を 7 5 0〜1 0 0 0 °Cとしたのは、次の理由による。まず、 7 5 0 °C未満の場合には、完全にオーステナイト化することができないため、ミクロ組織を均一にできない。これに対して、 1 0 0 0 °Cを超えた場合には、オーステナイト域で保持する間に、オーステナイト結晶粒の成長が起こってしまい、十分な初析フェライトが得られず、上述したような均一で微細な初析フェライトとパーライトの複合組織が得られない。なお、仕上加工時の切削性を良好にするためには、後述するように、上記初析フェライトの面積率を高く（例えば、 1 0 %以上に）することが好ましい。そして、この面積率を 1 0 %以上とするためには、上記熱処理の温度を 7 5 0〜9 0 0 °Cの範囲に規制することが好ましい。

また、このような熱処理は、中間素材の結晶粒度を均一化するためにも有効である。すなわち、熱間鍛造時の加熱温度が素材全体で均一であったとしても、この素材の部位によって加工量が大きく異なる。このため、上記素材に上記熱間鍛造を施して得た中間素材の結晶粒度のばらつきは、上記熱処理を施さない状態のままでは、ある程度大きくなることが避けられない。例えば、回転輪を構成する ⁵部分は全体的に加工量が多いが、このフランジ部分から外れた部分の加ェ量は比較的少なくなる。このため、上記中間素材中のミクロ組織は、オーステナイ卜の粒径及び初析フェライトの分布状態が均一になりにくい。このように、ォ一ステナイトの粒径及び初析フェライトの分布状態が不均一な状態では、硬さにばらつきを生じ、組織中の最弱部からクラックが発生し易くなるため、疲労強度が低くなる。

これに対して、上述のような熱処理を施せば、前記再加熱によって、ミクロ組織が一度オーステナイトに変態して、比較的均一な結晶粒度分布となる。そして、臨界冷却速度以下の速度で冷却することにより、冷却後に微細で、且つ、均一な初析フェライト Zパ一ライトの複合組織が得られる。この結果、硬さのばらつきを極力抑えて、疲労強度を向上させることができる。また、このように、初析フェライ卜/パーライトの複合組織を均一にすることは、切削性及び疲労強度の上昇のみならず、軌道面及びフランジ付け根部分の内側面側の高周波焼き入れ性を向上させる面からも効果的である。

次に、フランジの付け根部分を構成する初析フェライトの面積率（3〜1 5 %) は、切削性と疲労強度の確保との両立を図る面から規制する。ォ一ステナイトの粒界上に存在する初析フェライトは、亀裂の発生起点となるので、疲労強度を向上させる面からは、上記面積率は低い方が好ましい。これに対して、鍛造加ェ後に表面の寸法、形状を仕上げるための切削加工の容易性（切削性）を考慮した場合には、ある程度の初析フェライトも必要である。これらのことを考慮した場合、上記面積率を 3〜1 5 %の範囲に規制することが、切削性と疲労強度の確保との両立を図る面から必要になる。初析フェライト面積率が 3 %以下の場合には切削性が悪化し、 1 5 %を超えた場合には、上記付け根部分の疲労強度を十分に確保できなくなる。なお、上記初析フェライ卜の面積率は、鍛造後のォ一ステナイトの結晶粒径が小さく、冷却速度が遅いほど高くなる。前記熱処理（焼き慣らし）の温度を 7 5 0〜9 0 0 °Cとし、上記面積率を 1 0 %以上（但し 1 5 %以下）とすることは、上記切削性を良好にする面からは好ましい。

また、本発明の車輪支持用転がり軸受ユニットを構成する回転輪は、前述のように、 Cを 0 . 4 5〜0 . 6 5重量％ (好ましくは 0 . 5 0〜0 . 6 5重量％) 含む炭素鋼製とし、好ましくは Nbを 0. 02〜0. 30重量％含有させるが、これら各元素を添加する理由、並びにその含有量をこのような範囲に規制する理由は、次の通りである。

まず、 Cは、回転輪の周面に形成した軌道面並びにフランジの付け根部分の硬度を確保し、この軌道面の転がり疲れ寿命及び付け根部分の疲労強度を確保するために添加する。 Cの含有量が 0. 50%未満の場合には、軌道面及び付け根部分に高周波焼き入れ等の熱処理を施しても、当該部分の硬度が十分に高くならない。この結果、転動体と繰り返し転がり接触する、上記軌道面部分の転がり疲れ寿命が短くなる。また、回転曲げ応力に対する、上記付け根部分の疲労強度も確保しにくくなる。

但し、上記 Cの含有量が 0. 50%未満の場合でも、 0. 45重量％以上であれば、車輪支持用転がり軸受ユニットの仕様によっては、実用上必要とされる耐久性を確保できる。例えば、上記軌道面部分の転がり疲れ寿命に関しては、この軌道面の断面形状の曲率半径を小さくし（玉の転動面の曲率半径に近づけ）たり、あるいは転動体として円すいころを使用する場合が考えられる。このような場合には、転がり接触部に作用する面圧が比較的低くなるので、上記 Cの含有量が 0. 45〜0. 50%程度の場合でも、上記転がり疲れ寿命を確保できる。また、上記付け根部分の疲労強度に関しても、比較的小型の車輪支持用転がり軸受ュニットでこの付け根部分に加わる荷重が限られている場合には、上記 Cの含有量が 0. 45〜. 0. 50%程度の場合でも、必要とする疲労強度を確保できる。これに対して、 Cを 0. 65重量％を超えて添加した場合でも、転がり疲れ寿命及び疲労強度をそれ以上に改善できないだけでなく、初析フェライ卜の面積率が低下し、切削性が悪化する等の問題を生じる。このような理由により、 Cの含有量を、 0. 45〜0. 65重量％ (好ましくは 0. 50〜0. 65重量％) の範囲に規制する。

次に、 Nbは、鋼中に炭化物として析出して、鍛造時における旧オーステナイト粒の成長を抑制し、旧オーステナイト結晶粒を微細にする働きを有する。すなわち、このオーステナイト結晶粒の微細化により、フランジの付け根部分の疲労強度を向上させるために添加する。 Nbの含有量が 0. 02重量％未満の場合には、上述のようなオーステナイト結晶粒の微細化を十分に図れない。これに対して、 Nbを 0. 3重量％を超えて添加しても、それ以上の微細化を得にくいだけでなく、コスト上昇の原因となり、しかも鍛造後の切削性が低下する。従って、 Nbを添加する場合には、その含有量を 0. 02〜0. 3重量％の範囲に規制する。

以上のように本発明の車輪支持用転がり軸受ユニットによれば、回転輪の外周面に形成したフランジの軸方向外側面側の付け根部分のミクロ組織を制御するのみで、この付け根部分の疲労強度の向上を図れる。この場合に、現状の素材を使用する場合に比ペコス卜上昇を抑えつつ、しかも回転輪の形状及び寸法を変える等の設計仕様の変更を必要とせずに上記疲労強度の向上を図れる。また、本発明の別の態様による車輪支持用転がり軸受ユニットは、内輪と、外輪と、前記内輪と前記外輪との間に転動自在に配設された複数の転動体と、前記内輪がかしめにより一体的に固定された鋼製のハブ輪とを備え、前記鋼は、マンガンと 0. 45〜0. 65質量％の炭素とを含有することに加えて、下記式で定義されるマンガン偏析度が、マンガンの含有量 [MnO] が 0. 5質量％以上の場合は 0. 6以下であり、マンガンの含有量 [MnO] が 0. 5質量％未満の場合は（2. 8 - 2 X [MnO] ) Z 3以下であることを特徴とする。

マンガン偏析度 = ( [Mn] — [MnO] ) / [MnO]

ここで、 [Mn] は前記鋼の最大マンガン濃度であり、その単位は質量％である。

このような構成であれば、内輪をハブ輪に一体的に固定するため、かしめを行つても、ひび割れが発生しにくい。以下に、その理由を説明する。

内輪とハブ輪とを一体的に固定するために、非調質部において揺動かしめを行つているが、本発明者らは、前述の従来技術におけるかしめ部に発生する径方向のひび割れの発生要因について鋭意研究を行った。その結果、まず、かしめ性の良し悪しには素材の伸びや絞り値が大きく関与しており、組織要因によつて伸び、絞り値が劣化した場合に、前述のひび割れが発生することを見出した。

日本金属学会編「鉄鋼材料」の第 78頁に記載されているように、リン（P) やマンガン（Mn) の偏析によってフェライト/パーライト組織は変化し、特に鍛伸方向に平行にフェライト Zパーライトの縞状組織が現れる。そして、このような不均一な縞状組織は、引張り方向によつて伸びや絞り値が大きく異なるとされている。

かしめ部分であるハブ輪の円筒部には、熱間鍛造によって、縦方向に素材のフ口一及び縞状組織が発達している。また、円筒部をかしめて広げる際には縦方向と円周方向との両方向に押し広げられるため、縞状組織に対して垂直方向の力が作用する。よって、パーライト組織が連結した部分とフェライト組織が連結した部分との材料特性が異なり、材料の均一な延性が得られず、局部的に極端に変形能が低下し、かしめ部表面にひび割れが発生しやすくなるのである。

さらに、鋼中の Mn Sは軟質な介在物であるため切削性を向上させる効果を有する一方で、垂直方向に引張り応力が作用すると MnSを起点として割れが発生しゃすい。また、 MnSの析出量は通常は S濃度によって決定されるが、鍛鍊比及び M nの偏析状態によつてその分布が大きく異なってくるので、単に S濃度を制御するだけでは、かしめによる割れの問題は解決できず、析出した MnSのサィズ及び分布状態を決定する Mnの偏析を制御することが重要であるとの結論に達した。

また、 MnSとオーステナイトとの界面は、オーステナイト粒界と同様に、鍛造後の冷却時に初析フェライトの核生成サイトとなる。その結果、フェライト中に MnSが存在する組織が形成されやすい。このような組織では、冷間変形時に界面でポイドが形成され、伸び及び絞り値の劣化が大きくなる。よって、かしめ性を向上させるためには、フェライ卜と Mn Sとの界面を極力少なくする必要があ。

MnS上のフェライ卜析出挙動は鍛造後の冷却速度と関係があり、冷却速度が遅い場合は、 MnSを核として成長した初析フェライトの量が多くなる傾向にある。一方、冷却速度が速い場合は、 MnSを起点としたフェライトの成長、さらに Mnの偏析によって生じる不均一組織の形成が抑制される傾向にある。つまり、切削性を劣化させない範囲内で冷却速度を速くするか、粗大な MnSの析出そのものを抑えることが好ましい。次に、前述したマンガン偏析度（Mn偏析度）について詳述する。

合金元素の偏析は、錶造後に凝固する際の冷却速度に大きく依存する。高炭素クロム軸受鋼のように熱間加工後に高温での均熱拡散処理（ソ一キング）が行われると縞状偏析が低減される。これに対して、 C rの含有量が比較的低い中炭素鋼は、巨大な共晶炭化物が形成されることがないことからソーキングが行なわれないため、合金元素の濃度偏祈が顕著である。

特に、 Mnが濃化した部分では変態点が低下するので、初析フェライトの成長が少なく、全面的にパ一ライト量が増加する。そして、その周囲では変態点が低下しないので、優先的にフェライトが成長した領域が存在する。このような偏析は、鍛伸方向に伸びたバンド状であり、これに沿ってバンド状のフェライト Zパ —ライト組織が形成される。

M nの含有量が 0. 5質量％以上のときに前述の式で定義される M n偏析度が 0. 6超過であると、かしめ部に生じるバンド状の不均一組織が顕著にあわられる。さらに、 Mnが濃化した部分では MnS量の増加を招くので、結果的に伸びや絞り値が悪化し、かしめ時のひび割れが発生しやすくなる。このような問題点がより生じにくくするためには、 Mnの含有量が 0. 5質量％以上のときの Mn 偏析度は 0. 4以下であることがより好ましい。これは、縞状組織の発達がさらに抑えられ、伸びや絞り値が改善されるからである。

一方、 Mnの含有量が 0. 5質量％未満の場合は、 Mn偏析度が大きくても変態点の差が生じにくく、 Mn偏析度が（2. 8 -2 X [Mn 0] ) / 3以下であれば縞状組織が形成されない。なお、本発明における最大マンガン濃度とは、 M nが偏析した鋼において Mnが最も濃化した部分の Mn濃度を意味する。

以上のように、素材の Mn偏析を極力低減させて、 ①フェライト Zパーライトの縞状組織の形成を回避すること、 ©MnSの析出量を低減すること及びそれを核として成長する不均一組織を回避することによって、素材の伸び、絞り値を向上させることができる。そうすれば、かしめによって大きな冷間変形を受けても、割れが発生しにくいかしめ性に優れた車輪支持用転がり軸受ュニットを得ることができる。

なお、前記鋼中の炭素の含有量は、 0. 45〜0. 65質量％である必要がある。 0 . 4 5質量％未満であると、転動部分に十分な硬さが付与されにくいという問題があり、 0 . 6 5質量％超過であると、鋼の切削性が著しく悪化するという問題がある。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の対象となる車輪支持用転がり軸受ュニットの 1例を示す半部断面図である。

図 2は、本発明の対象となる車輪支持用転がり軸受ュニットの別の 1例を示す半部断面図である。

図 3は、フランジの軸方向外側面側の付け根部分の表面形状の 2例を示す線図である。

図 4は、本発明の実施例における実験により求められた、フランジの軸方向外側面側の付け根部分の表面粗さと耐久寿命との関係を示すグラフである。

図 5は、結晶粒界の交点の説明図である。

図 6は、 S量（重量％) X I 0 0 0 + ひ面積率 (%) と工具寿命との関係を示すグラフである。

図 7は、 S量（重量％) Ζ α面積率 (%) と疲労限強度との関係を示すグラフ図である。

図 8は、視野内のミク口組織を 2値化して初析フェライト粒のみを抽出した顕微鏡写真である。

図 9は、実施例に用いた試験器としての車輪支持用転がり軸受ュニットの断面図である。

図 1 0は、鍛造時の材料加熱温度（加熱保持温度）と回転試験の耐久荷重との関係を示すグラフである。

図 1 1は、鍛造打ち終わり時から 6 0 0 °Cまでの平均冷却速度と回転試験の耐久荷重との関係を示すグラフ図である。

図 1 2は、 C + 0 . 2 S i + 0 . 5 Vと試験寿命との関係を示すグラフ図である。

図 1 3は、旧オーステナィトの結晶の粒径と軌道部分の転がり疲れ寿命との関係を示すグラフである。

図 1 4は、実施例における耐久試験の試験結果を示すグラフである。

図 1 5は、鋼中の M nの含有量と M n偏析度との相関を示すグラフである。発明を実施するための最良の形態

以下に、本発明に係る複数の態様について説明するが、実施例、実験例の番号は、各態様ごとに付しており、全体を通して連番としていない。

図 1は、本発明の対象となる車輪支持用転がり軸受ュニッ卜の 1例を示している。本例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、複数個の転動体 5とを備える。このうちのハブ輪 2の外周面の外端部（軸方向に関して外とは、自動車への組み付け状態で幅方向外寄りとなる側をいい、図 1の左側。反対に幅方向中央寄りとなる側を、軸方向に関して内といい、図 1の右側。）には、車輪を支持するためのフランジ 6を形成している。また、上記ハブ輪 2の中間部外周面には第一の内輪軌道 7 aを、同じく内端部には外径寸法が小さくなつた段部 8を、それぞれ形成している。この段部 8には、外周面に第二の内輪軌道 7 bを形成した、上記内輪.3を外嵌している。また、上記ハブ輪 2の内端部に設けた円筒部のうち、この内輪 3の内端面から突出した部分を、直径方向外方にかしめ広げることにより、かしめ部 9を形成し、このかしめ部 9によりこの内輪 3の内端面を抑え付けている。また、上記外輪 4の外周面に、懸架装置を構成するナックル（図示せず）に結合固定するための取付部 1 1を設けると共に、内周面に、上記第一の内輪軌道 7 aと対向する第一の外輪軌道 1 0 aと、上記第二の内輪軌道 7 b対向する第二の外輪軌道 1 0 bとを、それぞれ形成している。そして、これら第一、第二の各内輪軌道 7 a、 7 bと第一、第二の各外輪軌道 1 0 a、 1 0 bとの間に上記転動体 5を、それぞれ複数個ずつ転動自在に設けている。本例の場合には、上記ハブ輪 2と内輪 3とが内方部材に相当し、上記外輪 4が外方部材に相当する。また、このハブ輪 2のうち、上記第一の内輪軌道 7 aを含む、上記フランジ 6の内側面の根元部分から上記段部 8の中間部にわたる、図 1に斜格子で示す部分に高周波焼入れを施すことにより、当該部分に硬化層を形成している。特に、本発明の車輪支持用転がり軸受ユニットの一態様では、上記ハブ輪 2が、 0. 5〜0. 65重量％の〇と、 0. 3〜1. 5重量％の1^11と、 0. 1〜1. 0重量％の S iと、 0. 01〜0. 5重量％の(： rとを含むと共に、 Sの含有量を 0. 035重量％以下に抑ぇ、さらに、 0. 01〜0. 2重量％のと、 0. 01〜0. 15重量％の1^13と、 0. 01〜0. 15重量％の T iとのうちから選択される 1種以上を含み、残りを F eと不可避不純物とした合金鋼から構成している。また、この合金鋼の酸素濃度を 15 p pm以下としている。また、上記ハブ輪 2のうちで、上記硬化層を形成した第一の内輪軌道 7 aの表面硬さを Hv 650〜780とすると共に、この硬化層を除く非調質部の表面硬さを Hv 23 0〜300としている。

さらに、本例の場合には、上記ハブ輪 2を構成する合金鋼中の Cの含有量を X I 重量％とし、 Vの含有量を χ₂ 重量％とし、 Nbの含有量を χ₃ 重量％とし、 T iの含有量を χ₄ 重量％とした場合に、 0. S O ix^ — l. 5 ( X 2 +x 3 + X 4 ) } ≤0. 55を満たすように、（：、 V、 Nb、 T iの含有量を規制している。

上述のように構成する本発明の車輪支持用転がり軸受ユニットによれば、ハブ輪 2のうち、第一の内輪軌道 7 aの転がり疲れ寿命を向上させると共に、フランジ 6及びこのフランジ 6の周辺部に存在する非調質部の疲労強度を向上させることができる。さらに、本例の場合には、 {X i — 1. 5 ( X 2 + X 3 + X 4 ) } の値を 0. 30以上、 0. 55以下としているため、上記ハブ輪 2の切削性を良好に維持しつつ、このハブ輪 2の疲労強度を、より向上させることができる。次に、本発明者が本発明の効果を確認するために行なった実験について説明する。実験は、それぞれが上述の図 1に示した構造と同様の構造を有する、本発明に属する 10種類の試料（実施例 1〜10) と、本発明の範囲から外れる 6種類の試料（比較例 1〜6) とを使用した。また、ハブ輪 2を、次の表 1に示す合金成分を有する鋼で造り、第一の内輪軌道 7 aを含む図 1の斜格子に相当する部分に高周波焼入れを施すことにより硬化層を形成した。なお、表 1で各合金成分の欄に示した数値は、合金鋼中の含有量を重量％で表している。また、「酸素濃度」の欄に示した数値は、合金鋼中の酸素濃度を p pmで表している。また、この表 1には、上記ハブ輪 2のうちで、上記硬化層を形成した第一の内輪軌道 7 a (軌道部）の表面硬さ（Hv ) と、この硬化層を形成していない非調質部の表面硬さ（Hv ) とを、合わせて示している。表

差替え用紙（規則 2S》また、外輪 4は、 S 53Cを用いて造り、第一、第二の各外輪軌道 10 a、 1 0 bの周辺部に高周波焼入れを施すことにより、この周辺部に表面硬化層を形成している。また、内輪 3及び各転動体 5は、 SUJ 2製とし、一般的な焼入れ処理（ズブ焼き）により、表面から芯部まで全体的に硬化させている。

また、製造した車輪支持用転がり軸受ユニット 1で、各転動体 5のピッチ円直径を 49mmとし、各列の転動体 5の数を 12個ずっとした。このような車輪支持用転がり軸受ュニット 1を使用して、次の条件で回転試験を行った。ラジアル荷重： 760 ON

アキシアル荷重： 680 ON

回転速度： l O Omiir¹ そして、第一の内輪軌道 7 aに剥離が発生するか、フランジ 6の周辺部にクラックを確認した時点で、実験を終了し、その時点を試験寿命とした。このような回転試験から得られた実験結果を、上記表 1の「試験寿命」と「切削性」との欄に示している。なお、この表 1に示した「試験寿命」の欄の数値は、比較例 1での試験寿命を 1. 0として、この比較例 1に対する比として表している。また、切削加工に要する時間がこの比較例 1の 1. 5倍未満であったものを、切削性が良好であるとして、「切削性」の欄に〇を付し、同じく 1. 5倍以上 2倍以下であったものを、切削性がやや良好であるとして、「切削性」の欄に△を付し、同じく 2倍を越えたものを、切削性が不良であるとして、「切削性」の欄に Xを付した。

表 1に示した実験結果から明らかなように、本発明に属する、実施例 1〜10 の場合には、ハブ輪 2のうち、非調質部の疲労強度と、硬化層を形成した第一の内輪軌道 7 aの転がり疲れ寿命とが優れているため、良好な試験寿命を得られた。特に、実施例 1〜8の場合には、 0. 30≤ {xi — 1. 5 (χ ₂ + Χ 3 + χ 4 ) } ≤0. 55を満たしている。このため、これら各実施例 1〜8の場合には、ハブ輪 2の切削性を良好に維持しつつ、このハブ輪 2の疲労強度をより向上させることができ、試験寿命を長くできた。これに対して、比較例 1の場合には、ハブ輪 2を構成する合金鋼中に、 Vと N bと T iとの何れもが添加されていない。また、比較例 2の場合には、この合金鋼中の Cの含有量が少なく、しかも、第一の内輪軌道 7 aと非調質部との表面硬さが何れも低い。このため、比較例 1、 2の場合には、非調質部の疲労強度又は第一の内輪軌道 7 aの転がり疲れ寿命が劣り、試験寿命が短くなつた。また、比較例 3、 4、 6の場合には、（：、 V、 N b、 T iのうちの何れかの含有量が過剰であるため、切削性が不良となった。また、比較例 5の場合には、ハブ輪 2を構成する合金鋼中の N bの含有量が本発明の上限である 0 . 1 5重量％よりも多くなっているため、切削性が不良となった。

なお、本発明で使用する各転動体は、 S U J 2等の高炭素クロム軸受鋼、あるいは、この高炭素クロム軸受鋼に浸炭窒化処理をしたもの等により造ることが、車輪支持用転がり軸受ュニットの転がり疲れ寿命の向上を図る面から好ましい。また、前述の図 1に示した構造では、各転動体として玉を使用しているが、本発明では、各転動体としてころ等を使用することもできる。

また、本発明の車輪支持用転がり軸受ユニットを構成する内方部材として、外周面に 1対の内輪軌道のうちの片側の内輪軌道とフランジとを設けたハブ輪と、外周面にこれら 1対の内輪軌道のうちの他側の内輪軌道を設け、 (フランジを形成しない）単なる円筒状とした内輪とを組み合わせたものを使用する場合には、この内輪を S U J 2等の高炭素クロム軸受鋼により構成することが、転がり疲れ寿命の更なる向上を図る面からより好ましい。

なお、前述の図 1に示した構造では、ハブ輪 2を、所定の組成を有する合金鋼により構成すると共に、このハブ輪 2の外周面で、第一の内輪軌道 7 aを含む部分に高周波焼き入れによる硬化層を形成しており、外輪 4を構成する材料を特に規制していないが、本発明は、このような構造に限定するものではない。例えば、本発明は、上記外輪 4を、上記ハブ輪 2と共に、上記所定の組成を有する合金鋼により造ると共に、この外輪 4の内周面で第一、第二の各外輪軌道 1 0 a、 1 0 bを含む部分に高周波焼き入れによる硬化層を形成した構造や、ハブ輪 2を、単なる軸受鋼により造ると共に、外輪 4を、上記所定の合金鋼により造り、この外輪 4の内周面に上記硬化層を形成した構造も含むものである。本発明は、以上に述べた通り構成され作用するので、各軌道部の転がり疲れ寿命を確保しつつ、フランジ及びこのフランジの周辺部に存在する非調質部の疲労強度を向上させることができる。この結果、このフランジの薄肉化が可能となり、車輪支持用転がり軸受ュニットの軽量化を実現できる。また、本発明の別の態様では、ハブの外周面に形成するフランジの外側面側の付け根部分の疲労強度を、この付け根部分を焼き入れすることなく向上させる。図面に現れる構造については、例えば前述の図 1〜 2に示した従来構造と同様であるから、重複する説明は省略する。

なお、図 1に示した車輪支持用転がり軸受ユニット 1の場合には、ハブ輪 2の外周面に形成したフランジ 6の内側面側の付け根部分の疲労強度は、前述したように、焼き入れに基づいて確保される。

これに対して、図 2に示した車輪支持用転がり軸受ユニット 1の場合には、ハブ輪 2の外周面に形成したフランジ 6の内側面側の付け根部分の疲労強度は、別途焼き入れにより確保する。上記フランジ 6の内側面側の付け根部分から上記ハブ輪 2の内周面までの距離は、同じく外側面側の付け根部分から内周面までの距離よりも長いため、焼き入れ効果に伴う靱性（耐衝撃性）の低下は、問題となりにくい。

本発明において、上記各フランジ 6の軸方向外側面側の付け根部分の硬さを、ロックウェル硬さ Cスケールで 2 4〜3 5、ピツカ一ス硬さで 2 6 0〜3 4 5の範囲にするための方法は特に限定しない。但し、次述するような方法を、単独で、あるいは適宜組み合わせて用いることが好ましい。

まず、基本的には、上記フランジ 6をその外周面に設けたハブ輪 2を、熱間鍛造により造ってから冷却する。熱間鍛造後の冷却は、一般的には空気中に放置する放冷により行なう場合が多いが、好ましくは、冷却ファン等を用いて冷却速度を速くする。

熱間鍛造直後の上記ハブ輪 2は高温であるため、この八ブ輪 2を構成する炭素鋼の金属組織がオーステナイトとなっているが、冷却過程で、フェライト及びパ —ライトに変態する。この変態は 6 5 0 °C程度で完了するが、この時、冷却速度が遅いと、フェライトが粗大化して上記ハブ輪 2の硬度が低下する。従って、このフェライトの粗大化を防止して硬度を確保するために、熱間鍛造後の上記ハブ輪 2の冷却速度は速い方が好ましく、上記変態が完了する 6 5 0 °C程度まで、フアン冷却を行なうことが好ましい。この際、上記ハブ輪 2の芯部の温度が 6 5 0 以下になるまでの冷却速度を速くするためには、表面温度が 6 0 0 °C以下になるまで、ファン冷却を継続することが好ましい。

また、上記ハブ輪 2を構成する炭素鋼として、 Vを 0 . 0 3〜0 . 3重量％含むものを使用することは、上記ハブ輪 2の強度を確保する面から好ましい。 Vは、初析フェライト及びパーライト中に層状に析出している、フェライトを強化する性質がある。従って、適正量添加することで、上記ハブ輪 2の強度をより向上させることができる。但し、 Vの添加量が 0 . 0 3重量％未満の場合には、フェライトを強化する効果が小さい。これに対して、 0 . 3重量％を超えて添加すると、熱間鍛造性、切削性等の加工性が低下する。従って、上記ハブ輪 2を形成する炭素鋼中に Vを添加する場合には、その添加量を 0 . 0 3〜0 . 3重量％の範囲に規制することが好ましい。

また、前記フランジ 6の軸方向外側面側の付け根部分の表面粗さを所定範囲 (算術平均粗さ R aで 0 . 1〜1 . 0 m、最大高さ R yで 1 . 0〜： L O m) にするための方法は特に限定しない。但し、次述するような手段を、単独で、あるいは適宜組み合わせて用いることが好ましい。

一般的な車輪支持用転がり軸受ユニットの場合、上記付け根部分は、熱間鍛造後に切削加工を施すことにより所定の形状に加工したままとしており、この状態での表面粗さは、上記範囲よりも遥かに大きい。そこで、上記付け根部分を切削加工した後、この付け根部分に研削加工を施すことによって、この付け根部分の表面粗さを 0 . 5 mR a以下とする。また、この付け根部分に関して、切削加ェ後にパニツシング加工を施すことで、この付け根部分の表面粗さを 0 . 5 / m R a以下とすることができる。特に、パニツシング加工を施した場合には、上記付け根部分を含む加工部分の表面近傍が加工硬化して、この加工部分の疲労強度が向上する。

また、最大高さ R yの値は、加工部分の周速、送り速度、及び切り込み深さ等の旋盤加工の加工条件によって変えることができる。上記最大高さ R yを小さくするためには、上記送り速度及び切り込み深さの値を、生産性を考慮した範囲で、できるだけ小さくする。具体的には、仕上旋削加工時の送り速度を 0. 3mmZ r e v以下、切り込み深さを lmm以下とすることが好ましい。また、周速の値は、構成刃先の発生を防止する面から、ある程度大きくすることが好ましい。具体的には、 10 OmZmi n以上とすることが好ましい。

上記最大高さ Ryの値が 1 O / mを超えると、前述のように凹凸の最深部に生じる応力集中が高くなつて、回転曲げに対する疲労強度が低下するだけでなく、加工面にむしれが生じて、凹凸の形状が鋭くなり、応力集中が著しく高くなる場合がある。しかも、旋盤の刃先に構成刃先が生じて、発熱が大きくなり、表面に熱影響層が生じ、疲労強度が低下する場合がある。

このような理由から、前記軸方向外側面側の付け根部分の表面粗さの値を、最大高さ Ryで 10 m以下にする。この付け根部分の疲労強度をより向上させるために好ましくは、この最大高さ Ryの値を 6 m以下にする。伹し、上記付け根部分の表面粗さを、最大高さ Ryで 1 m未満にすると、疲労強度向上の効果がほぼ飽和してそれ以上疲労強度が向上しないのに対して、加工に要する時間が著しく長くなつて生産性が低下する。従って、上記付け根部分の表面粗さの値は、好ましくは 1 mRy以上とする。

また、上記の場合、フランジを備える回転輪は、 Cを 0. 45〜1. 1重量％含む鋼で形成することが好ましい。 Cが 0. 45重量％未満の場合には、熱間鍛造後の金属組織中のフェライト分率が著しく増加するだけでなく、硬度が低くなることに起因して、旋盤加工によるむしれが生じ易くなり、表面粗さの最大高さ Ryの値が大きくなり易くなり、しかも、硬度低下による疲労強度の低下も生じる。これに対して、 Cの含有量が 1. 1重量％を超えると、金属組織中のセメンタイトが増加し、加工性が著しく低下する。従って、上記回転輪を構成する鋼中の Cの含有量は 0. 45〜1. 1重量％、より好ましくは、 0. 45〜0. 65 重量％とする。 Cの含有量をこの範囲に規制することによって、熱間鍛造後の硬さ及び金属組織が好適になり、熱間鍛造後の焼鈍工程を要しないで、良好な加工性を得られる。また、外輪軌道及び内輪軌道は、各転動体から高面圧を受けるため、転がり疲労寿命向上のためには、この高面圧に耐え得る高い硬度が必要になる。上記外輪軌道及び内輪軌道の表面の硬さが H v 6 6 0未満の場合には、硬度が不足することにより、転がり疲れ寿命が低下する。これに対して、上記各軌道の表面の硬さ 5 が H v 7 6 0を超えると、靱性が低下する。従って、好ましくは、上記外輪軌道及び内輪軌道の表面硬さを、 H v 6 6 0以上 H v 7 6 0以下とする。なお、転がり疲れ寿命向上のためにより好ましくは、上記外輪軌道及び内輪軌道の表面硬さを、 H v 7 0 0以上とする。

なお、本発明を実施する場合に、ハブ輪 2と共に回転輪を構成する内輪 3 (図

10 1 ) 並びに静止輪である内輪 3 (図 2 ) の材質は特に限定しない。但し、これら各内輪 3の周面に形成した内輪軌道 7 b (図 2の場合、 7 a、 7 b ) の転がり疲れ寿命を充分に確保するためには、 Cを 0 . 9〜1 . 1重量％程度含む炭素鋼を用いることが好ましい。この場合に使用可能な炭素鋼としては、 S U J 2等の高炭素クロム軸受鋼を例示できる。また、本発明を図 1に記載した構造で実施する

】5場合に、静止輪である外輪 4を構成する金属材料としては、 Cを 0 . 4 5〜0 .

8重量％程度含有する炭素鋼を用いることが好ましい。この理由は、上記外輪 4 には、ハブ輪 2の場合と同様に、熱間鍛造性、切削性等の加工性が求められるためである。また、転動体 5として玉を使用する場合、 S U J 2等の高炭素クロム軸受鋼製のもの、あるいは高炭素クロム軸受鋼製で表面に浸炭窒化処理を施した

20 ものが、それぞれ好ましく使用できる。

本発明の効果を確認するために行なった実験について説明する。なお、実験は、何れも、図 1に示した構造で背面組み合わせ型の接触角を有する、複列玉軸受型式の車輪支持用転がり軸受ュニットについて行なった。

[第一の実験]

5 第一の実験では、ハブ輪 2の外端部外周面に形成したフランジ 6の、軸方向外側面側の付け根部分の硬さの影響を調べた。このために、まず、転動体 5のピッチ円直径が 5 6 mm、この転動体 5の数が 1 2個である、図 1に示すような車輪支持用転がり軸受ュニットのハブ輪 2を、次の表 2に示すような材料により造つた。表 2

この表 2に示した A〜 Jの 1 0種類の炭素鋼のうちから選択した何れかの炭素鋼によりハブ輪 2を、熱間鍛造により造った。この際、鍛造後の冷却工程を変える、すなわち、放冷にするか冷却ファンを使用した空冷にするかにより、上記ハブ輪 2の性状を変えた。そして、熱間鍛造及び冷却後、切削加工及び孔あけ加工を施して、所定の形状を有する上記ハブ輪 2とした。その後、図 1に斜格子で示した、フランジ 6の軸方向内側面側の付け根部分及び前記第一の内輪軌道 7 aから段部 8までの領域に、高周波焼き入れによる硬化層を形成した後、仕上のための研削加工を施した。一方、外輪 4は機械構造用炭素鋼（中炭素鋼）である S 5 3 Cにより、内輪 3及び各転動体 5は S U J 2により、それぞれ造った。

このようにして造った車輪支持用転がり軸受ユニット（試料）を、 6 0 0 0 N のアキシアル荷重と、 5 0 0 0〜9 6 0 O Nのラジアル荷重（試験毎に変更）とを加えた状態で、 4 0 O m i n ¹の回転速度で 5 0時間回転させ続ける回転試験. を、同一の試料について複数個ずつ、ラジアル荷重を変えて行なった。このような、試験を行なった後に、上記フランジ 6の外側面の付け根分にクラックが発生した試料に付与したラジアル荷重の最小値を、当該試料についての耐久荷重と判定した。このような条件で行なった実験の結果を、次の表 3に示す。表 3

この表 3には、本発明に属する 9種類の試料（実施例 1〜 9 ) と、本発明から外れる 4種類の試料（比較例 1〜4 ) との、合計 1 3種類の試料について、ハブ輪 2に用いた材料、熱間鍛造後の冷却方法、フランジ 6の外側付け根部分の硬さ (H v ) 、及び耐久荷重を示している。なお、表中の耐久荷重は、比較例 3の耐久荷重を 1 . 0として、それに対する比で表している。また、上記付け根部分の硬さは、ハブ輪 2を切断してその切断面を鏡面状にし、表面から 0 . 1 mmの位置をビッカース硬さ試験機で測定して求めた。

このようにして行なった第一の実験の結果を示す表 3から明らかな通り、実施例 1〜 9は、上記フランジ 6の付け根部分の硬さを本発明で規定する範囲（H v 2 6 0〜 3 4 5 ) 内にしているため、回転曲げ応力に対する疲労強度が高く、耐久荷重が高い。また、切削加工性が低下することもない。なお、実施例 1〜 3は、主に熱間鍛造後の冷却速度を速くすることによって材料強度を高めたものである。また、実施例 4、 5は、主に材料中の Cの含有量を増やすことによって材料強度を高めたものである。また、実施例 6、 7は、主に材料に Vを添加すると共に冷却速度を速くすることによって材料強度を高めたものである。さらに、実施例 8、 9は、バニッシング加工による加工硬化によつて材料表面の強度を高めたものである。

これに対して、比較例 1〜 3は、フランジ 6の付け根部分の硬さが、上記本発差替え用紙（規則 23》明で規定する範囲より小さいため、回転曲げに対する疲労強度が低く、耐久荷重が低い結果となった。逆に、比較例 4は、フランジ 6の付け根部分の硬さが、上記本発明で規定する範囲より大きいため、耐久荷重は高いが切削加工性が低下した。

[第二の実験]

第二の実験では、ハブ輪 2の外端部外周面に形成したフランジ 6の、軸方向外側面側の付け根部分の表面粗さの影響を調べた。このような第二の実験に使用した車輪支持用転がり軸受ュニッ卜の構造及び大きさは、焼き入れ部分を含めて、上述した第一の実験の場合と同じである。但し、ハブ輪 2は、何れも機械構造用炭素鋼である S 5 3 Cにより造った。また、このハブ輪 2を造る場合に、熱間鍛造後の冷却は、冷却ファンを使用した空冷で行った。外輪 4、内輪 3、転動体 5 の材質に関しても、上記第一の実験の場合と同様である。このような車輪支持用転がり軸受ュニッ卜に関して、フランジ 6の軸方向外側面側の付け根部分の表面粗さを、通常行なう切削加工の切削速度を変えたり、研削加工を加えたり、バニッシング加工を加えたりすることで、種々変化させた。

このようにして造った車輪支持用転がり軸受ユニット（試料）を、 6 0 0 0 N のアキシアル荷重と、 8 0 0 O Nのラジアル荷重とを加えた状態で、 4 0 0 m i n一¹の回転速度で 5 0時間回転させ続ける回転試験を行った。このような、試験を行なった後に、上記フランジ 6の外側面の付け根部分にクラック（亀裂）が発生したか否かを検査した。このような条件で行なった実験の結果を、次の表 4に示す。

表 4

この表 4には、本発明の範囲に属する 5種類の試料（実施例 11 15) と、本発明の範囲から外れる 2種類の試料（比較例 11 12) との、合計 7種類の試料について、フランジ 6の外側面の付け根部分の表面粗さ、フランジ 6の外側付け根部分の硬さ（Hv) 、試験後に於ける亀裂の有無を記載している。上記表 4中の符号のうち、「〇」はクラックを生じなかったことを、「X」はクラックが生じたことを、それぞれ表している。上記付け根部分の硬さに関しては、前述した第一の実験の場合と同様にして求めた。

このようにして行なった第二の実験を結果を示す表 4から明らかな通り、実施例 11 15は、上記フランジ 6の軸方向外側面側の付け根部分の表面粗さが本発明で規定する範囲である、算術平均粗さで 0. 1 1. 0 mRaの範囲内に収まっているため、回転曲げ応力に対する疲労強度が高く、試験後、上記付け根部分にクラックを生じなかつた。

これに対して、比較例 11 12は、表面粗さが本発明で規定する範囲より悪いため、試験後クラックが生じた。

[第三の実験]

第 Ξの実験では、ハブ輪 2の外端部外周面に形成したフランジ 6の、軸方向外側面側の付け根部分の表面粗さの影響を調べた。このような第三の実験に使用した車輪支持用転がり軸受ユニットの構造及び大きさは、焼き入れ部分を含めて、前述した第一の実験及び上述した第二の実験の場合と同じである。

但し、上記第三の実験では、ハブ輪 2を、次の表 5に示す合金成分を含有した鋼により造った。差替え用紙（規則 28》表 5

この表 5に示した組成を有する鋼製の素材に、 1 0 0 0〜 1 2 0 0 °Cで熱問鍛造を施して得た中間素材に、切削加工及び孔あけ加工を施し、所定の形状及び表面粗さを有するハブ輪 2を得た。特に、フランジ 6の外側面側の付け根部分を切削加工する際には、旋盤の周速、送り速度、切り込み深さを変えることによって、表面粗さ R y (最大高さ）が異なる試験片を製作した。その後、内輪軌道 7 bの周辺部から段部 8の周辺部まで高周波焼き入れ及び焼き戻しを施すことにより、表面に硬度が H v 6 6 0〜H v 7 6 0の硬化層を形成した。次いで、上記内輪軌道 7 b部分に、研削により仕上加工を施した。なお、上記フランジ 6の外側面側の付け根部分には、研削加工は施さず、切削加工を施したままとした。

下記の表 6に、高周波焼き入れを施した上記内輪軌道 7 a部分の表面硬度と、高周波焼き入れを施していない非調質部の表面硬度と、フランジ 6の外側面側の付け根部分の表面粗さ R y (最大高さ）との測定値を記載した。また、図 3に、上記フランジ 6の外側面側の付け根部分の表面粗さを測定した際の形状の 2例を記載した。この図 3のうちの（A) は最大高さ R yが 9 mの場合の、（B ) は同じく 5 mである場合の、それぞれの表面形状を表している。

差替え用紙（規則 28》表 6

なお、外輪 4は S 53 Cにより造り、 1対の外輪軌道 10 a、 10bの周辺に高周波焼き入れ及び焼き戻し処理を施し、これら各外輪軌道 10 a、 10 bの表面に、硬度が Hv 660〜Hv 760の硬化層を形成した。また、内輪 3及び転動体 5は、 SUJ 2製で、通常の焼き入れ処理により、表面から芯部まで硬化したものを使用した。このような内輪 3及び転動体 5と、上述のようなハブ輪 2とにより、図 1に示すような構造の車輪支持用転がり軸受ユニットを造った。各列の転動体 5の数は 12個、これら各転動体 5のピッチ円直径は 49 mmとした。そして、このような車輪支持用転がり軸受ユニットに、下記の条件で回転試験を施した。ラジアル荷重： 880 ON

アキシアル荷重： 590 ON

回転速度： 300m i n そして、内輪軌道 7 a、 7 b、外輪軌道 10 a、 10 bの何れかに剥離が生じ、その結果車輪支持用転がり軸受ュニットの回転に伴って異常な振動が発生した時点、あるいは、前記フランジ 6の周辺部にクラックが発生したことを確認した時点を、当該車輪支持用転がり軸受ユニット寿命と判定することとした。伹し、比差替え用紙（規則 28》較例 13〜14に関しては、—何れもクラック発生により寿命に達した。このような条件で行なった回転試験の結果を、前記表 6に記載した。なお、この表 6に記載した寿命は、比較例 13の寿命を 1. 0として、これに対する比で表している。この表 6の記載から明らかな通り、実施例 16〜 25は、フランジ 6の外側面側の付け根部分の表面粗さ（最大高さ） Ryが何れも 1 Ο μπι以下であるため、回転曲げに対する疲労強度が高く、優れた耐久性を得られた。特に、実施例 16 〜 18、 21、 23及び 25は、 R yの値が小さいため、著しく優れた耐久性を有する。

これに対して、比較例 13〜15は、何れも、上記フランジ 6の外側面側の付け根部分の表面粗さ（最大高さ） Ryが 10 mを超えて大きいため、回転曲げに対する疲労強度が劣る。

図 4は、上記表 6に記載した、上記フランジ 6の外側面側の付け根部分の表面粗さ（最大高さ） Ryと、上記回転試験での寿命との関係を表している。図 4から明らかなように、上記付け根部分の表面粗さ Ryの値を 1 O im以下に規制すると、この値が 10 mを超える場合に比べて、疲労寿命が向上する。特に、上記表面粗さの最大高さ Ryの値が 6 m以下の範囲で、疲労寿命向上の効果が著しい。

なお、前述の図 2に示すように、外輪（ハブ輪） 2の外周面にフランジ 6を設けた構造で実施した場合にも、同様の作用 ·効果を得られることは勿論である。以上に述べた、第一〜第三の実験の結果から明らかな通り、車輪を固定するためにハブ輪 2の外周面に形成した、フランジ 6の軸方向外側面側の付け根部分の硬さを Hv 260以上 Hv 345以下とすることにより、あるいは、この付け根部分の表面粗さを算術平均粗さ R aで 1. 0 /im以下、最大高さ Ryで 10/ m 以下とすることにより、この付け根部分の疲労強度が向上する。このため、車輪支持用転がり軸受ユニットの薄肉化（軽量化）が可能になる。なお、上記付け根部分の硬さを Hv 260以上 Hv 345以下とすると同時に、この付け根部分の表面粗さを算術平均粗さ R aで 1. O /^m以下、最大高さ R yで 10 m以下とすれば、上記疲労強度をより向上させて、上記車輪支持用転がり軸受ユニットの薄肉化（軽量化）をより図れることは勿論である。以上に述べた通り、車輪を取り付けるために回転輪の外周面に形成したフランジの外側面側の付け根部分の性状を適正にすることにより、このフランジの形状及び寸法を変えることなく、且つ、製造コストを高くすることなく、回転曲げモ一メントによる疲労に関する最弱部である、上記付け根部分の強度を高くすることが可能になる。この結果、上記フランジの薄肉化が可能となり、車輪支持用転がり軸受ュニットの軽量化を実現できる。次に、本発明の別の態様を説明する。なお、この態様のフランジ付軸受装置は、その基本的構成が図 1で説明したものと同一であるため、図 1を流用して説明する。

(第 1の実施の形態）

フランジ付軸受装置 1では、ハブ輪 2が回転している状態で路面から軸受にラジアル荷重が生じるため、前記車輪取付用フランジ 6の付け根部に回転曲げ応力が発生する。特に、車輪取付用フランジ 6の外側付け根部 1 4は焼入硬化等の熱処理が施されることはなく、回転曲げ応力が集中するため、使用条件や設計条件によっては破損が生じてしまうおそれがある。

一方、上述した通りハブ輪 2は軽量化が要求されているため、車輪取付用フランジ 6の薄肉化が望まれている。しかし、車輪取付用フランジ 6の薄肉化を進めるためには、車輪取付用フランジ 6の外側付け根部 1 4の疲労強度向上が必要である。

中炭素鋼を熱間鍛造加工後に焼入硬化等の熱処理が施されていない車輪取付用フランジ 6の外側付け根部（非調質鋼） 1 4では、一般に、硬さの増加により疲労強度が向上する（「金属疲労微小欠陥と介在物の影響」村上敬宜、養賢堂、 1 9 9 3年、 P 8参照）。しかし、ハブ輪 2の車輪取付用フランジ 6は熱間鍛造加工後に旋削加工及びドリル加工が施されるため、必要以上に硬さを増加させると、加工性が著しく低下してしまう。

そこで、本発明者らは必要以上に硬さを増加させず、また、加工性を低下させずに疲労強度を向上させる方法を、鋭意研究した結果、次の知見が得られた。

( 1 ) 疲労強度の向上は硬さだけではない。硬さの増加に従い疲労強度が向上する傾向にあるが、同一の硬さでも疲労強度にばらつきが見られた。この両者を比較した結果、材料の組織に違いが見られた。中炭素鋼は非調質では回転曲げ応力に対して最弱組織である初析フェライト組織に亀裂が発生し、主に初析フェライト粒内および初析フェライトとパ一ライト境界を進展する。

つまり、疲労強度のばらつきは初析フェライト組織の析出量及び形態に起因していることが解った。

( 2 ) 旋削加工性の低下は硬さだけではない。

硬さの増加に従い旋削加工性が低下する傾向にあるが、同一の硬さでも加工性にばらつきが見られた。この両者を比較した結果、材料の組織中に存在する介在物、特に M n S (マンガンサルファイド）の量や形状に違いが見られた。

中炭素鋼の非調質鋼の硬さは初析フェライト組織の析出量で決まってくる。初析フェライト組織は硬さが低く、塑性変形し易いため、初析フェライト組織の析出量が多いと硬さが低下し、加工性が向上する。同様に微量では有るが M n Sも塑性変形し易いため、旋削加工性は向上するが、硬さにはほとんど影響しない。つまり、旋削加工性のばらつきは M n S等の介在物量や形状に起因していることが解った。

本発明者らは、以上の知見を基に中炭素鋼を非調質で、必要以上に硬さを増加させず、加工性を低下させずに疲労強度を向上させる方法を見出した。

疲労強度の向上の方法として、初析フェライト組織の析出量及び形態の最適化が有効である。また、加工性向上には初析フェライト組織の析出量と Mn Sの分散量が多いほうが良好となる。

初析フェライト組織は結晶粒界や炭化物等の微細析出物を核にして析出、成長する。さらに、鋼中の非金属介在物である M n Sを起点に析出、成長する場合もある。初析フェライト組織は上述した通り塑性変形し易く、弱い組織なので、. 大きく成長した初析フェライト組織は応力が集中しやすく、破損しやすくなる。また、初析フェライト組織は結晶粒界に沿って析出、成長するため、大きく成長すると、初析フェライト組織が結晶粒界に網目状に成長（以下、単にネットという）し、結晶を囲むような状態になると、構造上、回転曲げ応力に対して極度に弱い状態となってしまう。

そこで、本発明では初析フェライト組織を微細に分散させて析出させることで、初析フェライト組織の成長を抑制し、ネット状態に析出することも防ぐことができる。また、初析フェライト組織が分散することにより応力集中も分散するため、 5回転曲げ応力に対して強い組織となる。分散析出した初析フェライト組織は疲労強度を上げると共に、加工性にも有効となる。従って、初析フェライト組織を微細分散させることで疲労強度と加工性の両方を同時に向上させることが可能となる。

初析フェライト組織を微細分散させる具体的な製造方法としては、 ①素材に合0金元素を添加することや、 ②熱間鍛造条件の最適化による結晶組織の微細化、 ③ M n Sの適量分散等がある。以下、 ①、 ②及び③の順に説明する。

① 鋼中に炭化物等の析出物を微細に分散させると、結晶粒の成長を抑制し結晶組織を微細化することができる。初析フェライト組織は、上述した通り、結晶粒界や炭化物等の微細析出物を核にして析出、成長する。特に図 5に示すようなδ結晶粒界の交点（3重点）は初析フェライト組織が析出しやすいので、結晶組織を微細化すると粒界の交点が増加し、結果的に初析フェライト組織を微細分散させることができる。鋼中に炭化物等の析出物を微細に分散させるためには、適量のじ（重量％) の添加が必要であり、炭化物形成元素である C r添加や Vの微量添加も有効である。

0 ② 上述した通り、結晶組織を微細化すると結果的に初析フェライト組織を微細分散させることができる。熱間鍛造の加熱は金属組織の原子拡散を活発にし、結晶粒を成長させる。従って、結晶粒径を微細にするためには熱間鍛造温度を低くしたほうが好ましい。また、鍛造加工度が大きいほど結晶粒径は微細になる。しかし、熱間鍛造温度を低くしすぎると素材の変形抵抗が大きくなり、加工荷重5が上昇し、低温で複雑な形状の鍛造を行う際には、形状不良や割れが発生する場合もある。

一方、鍛造後の冷却に関しては、冷却速度を速めたほうが初析フェライト組織の成長が抑制される。しかし、必要以上に速い冷却速度では、焼入硬化（マルテンサイト変態）が起こり、鍛造後の旋削加工性に著しく悪影響を及ぼすか、場合によっては割れが発生する。加熱、冷却を含めた鍛造条件を最適にすることで、結晶粒径を微細にし、結果的に初析フヱライト組織を微細分散させることができる。

③ M n Sは初析フェライト組織の析出の核となり易く、初析フェライト組織の微細分散を促進する傾向があると共に、旋削加工性を向上させる効果がある。ただし、例えばハブ輪では製造工程で、図 1の符号 9部に示す冷間加工部があるため、 M n Sが必要以上に多く分散した場合、冷間加工時に割れの起点となるおそれがある。 M n Sを適量分散させることで、初析フェライト組織の微細分散を促進させることができる。

本発明では、炭化物となる炭素量の限定、及び初析フェライト組織の析出量を面積率で限定し、 M n Sの析出状態を制御する S添加量を限定、さらに、旋削加ェ性を左右する初析フヱライト組織の析出量と M n Sの分散量の和を限定することにより、中炭素鋼を非調質で、必要以上に硬さを増加させず、加工性を低下させずに疲労強度を向上させることを可能とした。

また、文献（「機械構造用非調質鋼の疲労強度に及ぼす加工熱処理の影響」熱処理 3 9卷 6号：野村一衛著、日本熱処理技術協会編）によれば、「中炭素のフェライト +パーライト型の非調質鋼の回転曲げ応力に対しては表面の初析フェライトで発生した応力集中によって、疲労亀裂が発生し、主に初析フェライト粒内および初析フェライト Zパーライト境界進展する。疲労強度改善のためには、亀裂発生単位のフェライト粒を微細化することが有効である」と述べられている。従来のフランジ付軸受装置 1の車輪取付用フランジ 6の付け根部では結晶粒界に沿って長くて大きな初析フェライトが析出しており、変態時のフェライト核生成の頻度が少なかったか、あるいはフェライトの成長によって同じ結晶方位を持つもの同士が合体したためである。

このようなオーステナイト粒界にフィルム状に析出したフェライト組織を有していては、回転曲げ応力による疲労亀裂が発生しやすい。フェライト粒を微細化するためには、フェライト核生成数を決定するオーステナイト粒径の微細化、ある ^は炭化物や窒化物の微細分散が効果的である。

しかしながら、オーステナイトの平均粒径を微細化するだけでは、初析フェラィトの分布を完全に制御できず、車輪取付用フランジ 6の付け根部のクラックを完全に抑制することができなかった。

そこで、フランジ付軸受装置 1の車輪取付用フランジ 6の付け根部の疲労強度を更に向上させることを目的として、本発明者等が鋭意研究を重ねた結果、以下の内容の知見を得た。

まず、後述する画像解析法によって車輪取付用フランジ 6の外側付け根部 1 4 の初析フェライ卜の分布状態調査し、該外側付け根部 1 4の疲労強度との関係を調べた。その結果、初析フェライトの長さおよび初析フェライトの面積率が疲労強度を支配していることを見出した。

具体的には、車輪取付用フランジ 6の外側付け根部 1 4表面の単位面積（1 0 mm²) あたりの初析フェライトの面積率を 3〜1 5 %とすると共に、該初析フェライト最大長さを 2 0 0 m以下とし、更に、 1 8 0 m以上の長さの初析フエライトを 5個以下とした。また、初析フェライトの最大長さは好ましくは 1 5 0 m以下、さらに好ましくは 1 0 0 mあるいは 5 0 m以下とする。

次に、本発明の数値限定理由を述べる。

[初析フェライ卜組織の面積率を 3 %以上 1 5 %以下]

初析フェライトは、上記文献に記載されているように亀裂の発生起点となることや、高周波焼入性の観点からは可能な範囲で少ないほうが好ましいが、後述のドリル穿孔試験によると加工性を付与する効果もあるため初析フェライトの面積率は 3 %以上必要となる。但し、初析フェライトの面積率が 1 5 %以上になると軟質のフェライ卜の増加によって疲労強度が低下してしまうので、初析フェライトの面積率は 3〜 1 5 %とした。

上記のような初析フェライトの分布を得るためには、ハブ輪 2の熱処理工程でオーステナィ卜 Zフェライ卜変態時に多くの核をランダムに生成させることが必要で、その手段として、例えば鍛造時の加工性を妨げない程度の鍛造温度の低下によるオーステナイト粒径の微細化および V (バナジウム）等の合金炭化物によるオーステナイト粒径の微細化、あるいは合金炭化物上でのフェライトの核生成が有効である。

更に、鍛造後の冷却制御によっても初析フェライトの分布をコントロールすることができる。例えば、鍛造後の冷却速度を速くすると、フェライトの成長を抑えることができ、フェライトがネット状につながりにくくすることができる。以上のように、ハブ輪 2の車輪取付用フランジ 6の外側付け根部 14で応力集中の原因となる方向に大きなフェライト粒の分布を制御すると結果的に亀裂発生の最小単位が小さくなるので、外側付け根部 14での疲労破壊を効果的に抑制することができる。

[C ： 0. 45重量％以上 0. 65重量％以下]

また、ハブ輪 2の素材の鋼中の Cが 0. 45重量％未満であると、転動部の高周波焼入硬さが低く、転動疲労寿命を与えるのに必要な強度 HRC 58以上とすることができない。さらに、車輪取付用フランジ 6の付け根部の硬さが十分に得られなくなり、特に、外側付け根部 14の回転曲げ応力に対する疲労強度が低くなる。一方、 Cが 0. 65重量％を超えると、初析フェライト組織の面積率の低下と硬さの上昇により旋削加工性が低下するだけでなく、転動疲労寿命および疲労強度を大きく改善できないため、ハブ輪 2の素材の炭素鋼中の Cは 0. 45重量％以上、 0. 65重量％以下とした。

[S ： 0. 003重量％以上0. 020重量％以下]

Sは Mn S等の硫化物系非金属介在物生成の原因となる元素で、添加量に比例して非金属介在物が増加する傾向にある。 Mn S等の硫化物系非金属介在物は上述の通り、塑性変形し易い為、旋削加工性が向上する。また、初析フェライト組織の微細分散を推進する傾向にあるが、必要以上に多く添加した場合、 MnSが多くなりすぎて、冷間加工時に割れの起点となるおそれがある。

また、加工性の向上ゃ初析フェライト組織の微細分散の効果を出すには、添加量が 0. 003重量％以上必要であり、一方、 0. 020重量％を超えて添加すると Mn Sが多くなりすぎて、冷間加工時に割れの起点となるおそれがあるので 0. 020重量％以下とする。

[ 1 0≤ (S含有量（重量％) X 1 0 0 0 +初析フェライト組織の面積率 (%) ) ≤30]

旋削加工性は初析フェライト組織の析出量と MnS量で決まってくるが、初析フェライト組織の析出量は同一炭素量であっても、熱間鍛造条件や析出物によつて変化する。さらに、 M n Sは初析フェライト組織の析出起点となり、分散析出を推進する働きも兼ね備えているため、単純に炭素量や S添加量を規定するだけでは、旋削加工性の指針にはならない。

そこで、本発明者らは、初析フェライト組織の析出量を面積率で測定し、また、 M n Sの効果を考慮して S添加量に定数を積して初析フェライト組織面積率を加えた、旋削加工性係数を導き出した。旋削加工性係数が 1 0未満になると初析フエライト組織の析出量及び M n S量が不足して、十分な加工性が得られない。また、旋削加工性係数が 3 0を超えると初析フェライト組織の析出量が多くなりすぎるため、疲労限が低下してしまう。

従って、旋削加工性係数は 1 0以上 3 0以下とする。

[V： 0 . 0 5〜0 . 3重量％]

更に、 V (バナジウム）の合金炭化物によるオーステナイト粒径の微細化を行う場合は、 V添加量を 0 . 0 5〜0 . 3重量％とすることが好ましく、また、ハブ輪 2の素材の酸素濃度は転動部の転がり疲労寿命を考慮すると、 1 2 p p m以下であることが好ましい。

このように、この実施の形態では、ハブ輪 2の少なくとも車輪取付用フランジ 6のミクロ組織を微細化することにより、車輪取付用フランジ 6の形状 ·寸法を変更することなく、且つ、高周波焼入れ部の増加によるコストアップを招くことなく、回転曲げ疲労の最弱部である車輪取付用フランジ 6の外側付け根部 1 4を高強度化することが可能になる。この結果、車輪取付用フランジ 6の薄肉化が可能となり、フランジ付軸受装置の軽量化を実現できる。

以上のように炭化物となる炭素量の限定、及び、初析フェライト組織の析出量を面積率で限定し、 M n S量を制御する S添加量を限定、さらに、旋削加工性を左右する初析フェライト組織の析出量と M n S量の和を限定することにより中炭素鋼を非調質で、必要以上に硬さを増加させず、且つ、加工性を低下させずに疲労強度を向上させることを可能とした。

ここで、本発明者らは車輪取付用フランジ 6の外側付け根部 1 4の疲労強度に関して初析フェライト組織の析出量と M n S量との割合と相関があることをつきとめた。初析フェライト組織の析出量と M n S量の和が旋削加工性を示しているが、初析フェライト組織の析出量と M n S量のバランスが崩れると、旋削加工性は維持しているが、車輪取付用フランジ 6の外側付け根部 1 4の疲労強度が下がつてしまう場合がある。

M n S量に対して初析フェライト組織の析出量が多すぎる場合は、初析フェライト組織の析出起点が減少していても析出量が多くなる。つまり、初析フェライト組織が大きく成長して面積率を高めてしまっていることが解かる。 M n S量に対して初析フェライト組織の析出量が多すぎる場合は、初析フェライト組織の微細分散が不十分となり、車輪取付用フランジ 6の外側付け根部 1 4の疲労強度が低下する傾向にある。

一方、 M n S量に対して初析フェライト組織の析出量が少なすぎる場合は、 M n Sを起点に析出した初析フェライト組織以外の粒界の交点や析出物から析出した初析フェライト組織の量が異常に少ないことを示している。初析フェライト組織の析出する場所が少ない。つまり、初析フヱライト組織の微細分散化が不十分で、析出物も不足した組織であり、疲労強度が低下する傾向にある。

従って、旋削加工性に加えて十分な車輪取付用フランジ 6の外側付け根部 1 4 の疲労強度を得るためには初析フェライト組織の析出量と M n S量のバランス (フランジ疲労限係数）が重要となる。 M n S量は S添加量に比例するため、フランジ疲労限係数は S添加量と初析フェライト組織の面積率の比で次の式で表される。

フランジ疲労限係数 = ( S含有量（重量％) X 1 0 0 0 ) Z初析フェライト組織の面積率 (%)

ここで、フランジ疲労限係数が 2を超えてしまうと、 M n S量に対して初析フエライト組織の析出量が多すぎるため、疲労強度が低下傾向を示し、 1未満では M n S量に対して初析フェライト組織の析出量が少なすぎるため、疲労強度が低下する傾向を示した。

従つて、旋削加工性に加えて十分な車輪取付用フランジ 6の外側付け根部 1 4 の疲労限強度を得るためには、フランジ疲労限係数 = ( S含有量（重量％) X I 0 0 0 ) Z初析フェライト組織の面積率（％) が 1以上 2以下であることが望ましい„ 実施例 A

(第 1実施例）

本発明の効果を確認するために、表 7に示す素材を用いて、種々の熱間鍛造条件で加工したあと、ミクロ組織を確認し、初析フェライト組織の量を画像解析で測定した。

表 7

熱間鍛造は棒鋼を切断後、 9 5 0〜1 2 0 0 °Cの間で各種温度まで高周波誘導加熱し、組織の微細レベルを変化させ、据えこみ加工を主体とした熱間鍛造を施し、さらに、種々の冷却速度で冷却し、多様の初析フェライト組織の析出状態を作り出している。

ミクロ組織はピラクール腐食液でエッチングを行い、組織を電子顕微鏡で撮影し、画像解折装置によって、その電子顕微鏡画像の素地から初析フェライト組織だけを取り出してその面積率を算出した。

電子顕微鏡：日本電子社製、 J S M— T 2 2 0 A

画像解析装置：カールツァイス社製、 I B A S 2 0 0 0

熱間鍛造冷却後にショットブラストによる酸化膜除去をした後、旋削加工により各種試験片を作成し、切削工具寿命試験、回転曲げ疲労試験、冷間加工試験、異物混入潤滑下寿命試験を行い、各種評価を行った。各試験条件は次の通りである。〈切削工具寿命試験〉

切削機械：高速旋盤

工具： P 10 J I S B 4053)

切り込み速度： 180〜 220m/ s e c

送り量： 0. 2〜0. 3 mm/ r e v

切り込み深さ： 0. 6〜1. 0mm

J I S B 401 1のバイト切削試験法に従って、上記条件で各試料を研削し、バイトの逃げ面摩耗量が 0. 2mmに達するまの時間を工具寿命とした。〈回転曲げ疲労試験〉

試験機：小野式回転曲げ疲労試験機

試験片： J I S 1— 8号試験片（J I S Z 2274)

回転速度： 3700m i n一¹

停止回転数は 10⁷ 回とし、試験荷重を変えて破損しなくなった条件を疲労限強度とした。

〈冷間加工試験〉

Φ 20 X 3 Ommの円柱試験片を旋削加工で作成し、据込率 80 %で円柱試験片の上下から冷間圧縮（鍛造）加工を行い、円周上に割れが発生したかどうかの確認を行った。試験は各々 10個加工し、割れの発生した確率を調査した。〈異物混入潤滑下寿命試験〉

「特殊鋼便覧」第一版（電気製鋼研究所編、理工学社、 1969年 5月 25日発行）第 10〜21頁に記載のスラスト型軸受鋼寿命試験機を用いて、転動体には SU J 2のポールを用い、各サンプル 20個試験を行い、フレーキングが発生した時点までの累積応力繰り返し回数（寿命）を調査してワイブルプロットを作成し、各ワイブル分布の結果から各々の。寿命を求めた。また、応力繰り近し回数が 10⁷ を超えたものは中断とし、全数 10⁷ を超えた場合には 1^。寿命を 10⁷ とした。

試験面圧：最大 490 OMP a

回転速度： 1000 m i n一¹

潤滑油： # 68夕一ビン油寿命試験片の軌道部は高周波加熱による焼入、焼戻を施している。

各試験結果を表 8に纏めて示す。また、図 6に S量（重量％) X 1 0 0 0 + α 面積率（％) と工具寿命との関係を、図 7に S量（重量％) / α面積率（％) と疲労限強度との関係をそれぞれ示す。なお、表 8及び図 6、図 7においては、便宜上、初析フェライト組織の面積率を α面積率として表示している。

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抛 wi u AO 上 U. U 夫腿 U»J Δ 1 AC 971. 1 Π Q

0

比較例 1 Bl 0.022 3.5 25.5 6.3 233 340 画嚷 8.5 比較例 2 B2 0.013 7.2 20.2 1.8 198 薩 240纖 0

比較例 3 B3 0.013 顯 2.1纖 15.1 6.2 讓纖 340 0 10.0

比較例 4 S53CG 0.017 14.8 謹 31.8 β 1.1 246 騰 220騰 30 10.0

比較例 5 A2 0.005 3.5 画 8.5 1.4 議 55讓 340 0 10.0

比較例 6 A3 0.013 隱 6. 29.8 0.8 243 総 200誦 0 8.8

表 8、図 6、図 7から明らかなように、実施例 1〜2 1では S添加量と初析フェライト組織の面積率及び旋削加工性係数（S含有量（重量％) X 1 0 0 0 +初析フェライト組織の面積率（％) ) が本発明範囲内にあるため、旋削加工性（ェ具寿命）や疲労限強度、冷間割れ発生率及び焼入硬化後の転がり寿命すべてに優れた良好なフランジ付軸受装置用の材料を得ることができ、特に、フランジ疲労限係数- ( S含有量（重量％) X I 0 0 0 ) /初析フェライト組織の面積率 (%) が 1以上 2以下の実施例 5、 6、 8、 9、 1 7〜 1 9は疲労限強度が優れているのがわかる。

一方、材料成分で S添加量が高すぎる比較例 1は、冷間圧縮加工で M n Sを起点とした割れが多発している。材料成分で C添加量が低すぎる比較例 2では、高周波焼入による硬さが低下したため、転がり寿命が著しく低下している。材料成分で C添加量が高すぎる比較例 3は初析フエライト組織の面積率が低くなりすぎるため、また、旋削加工性係数（S含有量（重量％) X 1 0 0 0 +初析フェライト組織の面積率（％) ) が低すぎる比較例 5は旋削加工性が著しく低下してしまう。逆に初析フェライト組織の面積率が高めのため旋削加工性係数（S含有量 (重量％) X 1 0 0 0 +初析フェライト組織の面積率（％) ) が高すぎる比較例 4ゃ初析フェライト組織の面積率自体が高すぎる比較例 6は初析フェライト組織の微細分散が不十分のため、疲労限強度が低下してしまう。

(第 2実施例）

本発明の効果を確認するために、以下の実験を行った。

まず、表 9の A〜Dの成分の棒状素材を用い、各棒状素材を切断後、それぞれについて 9 5 0〜1 2 0 0での温度にまで高周波誘導加熱、熱間鍛造により所定の形状に仕上げた。その後、強制空冷または放冷し、ショットブラストによる酸化膜除去をした後、旋削、軌道面の高周波焼入 ·研磨を行って図 9に示す八ブ輪 2を製作した。

なお、ハプ輪 2は表 1 0の実施例 2 2〜3 0、比較例？〜 1 1のものを用意した。また、実施例 2 2〜3 0のハブ輪 2については、上述した初析フェライトの分布制御を行ったものを用いた。啉嶙 £ ¾

CO

次いで、各ハブ輪 2について、車輪取付用フランジ 6の外側付け根部 1 4を研磨した後にピクラールで表面を腐食してミクロ組織を観察した。

この観察は、まず、顕微鏡倍率 2 0 0〜5 0 0倍で視野内のミクロ組織を 2値化して、初析フェライト粒のみを抽出し、図 8に示すように、連続したフェライト粒の絶対最大長（輪郭線上の任意の 2点間の距離の最大値で与えられ、これをフェライト長さとする）の分布およびフェライト面積率を画像解析によって求めた。

次に、各八ブ輪 2を用いて図 9に示す試験用のフランジ付軸受装置（駆動輪支持用）を作成した。なお、この軸受装置は、図 1で説明したものと基本的構成が同一であるため、図 1と同一符号を付して説明を省略する。また、この軸受装置の複列の転動体 5の軸方向ピッチは 5 9 mm、玉数は 1 2個とし、外輪 4の素材は S 5 3 C、内輪 3及び転動体 5の素材は S U J 2を用いた。図 9において符号

1 5はアキシアル荷重を受け止めるべく外輪 4の懸架装置取付用フランジ 1 1側の端部に嵌め込まれた受け部材である。

そして、実施例 2 2〜3 0及び比較例 7〜1 1の各ハブ輪 2を組み込んだ図 9 のフランジ付軸受装置を用いて、それぞれ車輪取付用フランジ 6の外側付け根部

1 4の耐久荷重試験を行った。

試験は、上記フランジ付軸受装置を、アキシアル荷重 F a = 5 0 0 0 N、ラジアル荷重 F r = 6 0 0 0〜9 0 0 0 N、回転速度 1 0 0 m i n—¹で 5 0時間回転試験を行い、試験後にハブ輪 2の車輪取付用フランジ 6の外側付け根部 1 4にクラックが発生したラジアル荷重 F rを耐久荷重と判定した。試験結果は、比較例

7に対する比で表した。

次に、ドリル穿孔試験によってハブ輪 2の車輪取付用フランジ 6の加工性を評価した。

試験条件は次の通りである。試験部位車輪取付用フランジ 6

ドリル工具 Φ 8 mm、 S KH 5 1

穿孔方式乾式穿孔深さ 10 mm

切削速度 2 lm/m i n (840m i n- 推力 686 N (70 k g f ) 試験結果は、従来品レベルの工具寿命となる比較例 7に対して、同等以上のものを「〇」、それ以下のものを「X」とした。

以上の各試験結果を表 10にまとめて示す。

表 10から明らかなように、ハブ輪 2の素材である炭素鋼の炭素の含有量が 0. 45重量％以上 0. 65重量％以下とされ、且つ、車輪取付用フランジ 6の外側付け根部 14の単位面積（1 Omm² ) あたりの初析フェライトの面積率が 3〜 15%とされると共に、該初析フェライトの最大長さが 200 m以下とされ、更に、 180 m以上の長さの初析フェライトが 5個以下とされた実施例 22〜 30は、比較例 7〜 1 1に比べて、車輪取付用フランジ 6の外側付け根部 14の耐久荷重および車輪取付用フランジ 6の加工性において良好な結果が得られた。また、八ブ輪 2の素材に Vを添加した実施例 22、 24は車輪取付用フランジ 6 の外側付け根部 14の耐久荷重性能が他の実施例 23、 25〜 30より増加しているのがわかる。

一方、初析フェライトの最大長さが 200 mを超えている比較例 10は、長さ 180 m以上のフェライト粒が 5個以上存在した比較例 7、フェライト面積率が本発明の上限を越えている比較例 8、ハブ輪 2の素材の炭素鋼の C含有量が高く、初析フェライトの最大長さは、本発明範囲内であつたが、鍛造放冷ままでは、加工性が悪く焼鈍を行わざるを得なかった比較例 11はいずれも車輪取付用フランジ 6の外側付け根部 14の耐久荷重が非常に低くなつた。さらに、比較例 9は車輪取付用フランジ 6の外側付け根部 14の耐久荷重が増加しているが、車輪取付用フランジ 6の加工性の低下が問題となった。

(第 2の実施の形態）

また、図 1を参照して、 0. 45〜0. 65重量％のじを含む中炭素鋼で構成されるフランジを有する、内方部材（ハブ輪 2) あるいは外方部材（外輪 4) の、熱間鍛造後の金属組織は、初析フェライ卜が旧オーステナイ結晶粒界に沿って網目状に析出したフェライト ·パーライト組織になる。フェライト組織は、パーライト組織と比較して、強度が低いため、初析フェライトが粗大に析出した金属組織は、疲労強度が低くなる可能性がある。本発明者らは、フランジ付軸受装置の内方部材（ハブ輪 2 ) あるいは外方部材（外輪 4 ) の、前記フェライト ·パーライト組織からなる部位の疲労強度を向上させるためには、網目状に析出する初析フェライトを微細に分散析出させることが有効であるという知見を得た。

旧オーステナイト粒径を微細化すると、結晶粒界での応力集中を抑制する効果や、オーステナイト Zフェライト変態時の核生成のサイトを増やし、初析フェラィト粒を微細に析出させる効果がある。初祈フェライトが微細に分断すると亀裂発生の最小単位が小さくなるので、疲労破壊を効果的に抑制することができる。網目状に析出する初祈フェライトを微細に分散析出させるためには、熱間鍛造条件が大きな影響を与える。

熱間鍛造のために、材料を加熱すると、金属組織はオーステナイト組織になる。この際、オーステナイト粒径は、熱間鍛造の加熱温度を高温にするほど、原子の拡散が活発になり粒成長しやすい。また、熱間鍛造時の塑性加工量が大きくなるほど、再結晶の際の核生成エネルギーおよび核生成サイト数が大きくなるため、ォ一ステナイト粒径は小さくなる。

本発明によれば、フランジを有する、内方部材あるいは外方部材においては、フランジにおける熱間鍛造時の塑性変形量が大きいため、熱間鍛造時の加熱温度を、従来温度より低くすることにより、効果的にォ一ステナイト粒の成長が抑制され、疲労強度が向上することができる。鍛造時の加熱温度が 1 0 5 0 °C以上になると、オーステナイト粒径が粗大化し、疲労強度向上の効果が小さい。また、 9 0 0 °C未満になると、変形抵抗が大きくなり、プレス成形機および金型の寿命を低下させる。よって、本発明の熱間鍛造の加熱温度は、 9 0 0〜1 0 5 0 °Cとする。

しかしながら、熱間鍛造温度を従来温度より低くすると、鍛造割れが生じやすくなる。これは、温度が低下した際に、金属組織の一部がオーステナイト状態からフェライト ·パーライト組織に変態し、その状態で鍛造すると、金属組織が不均一に塑性変形し、鍛造割れが生じる。本発明は、鍛造割れを防止するために、鍛造が打ち終わる際に、金属組織を均一なオーステナイト状態にするように、鍛造打ち終わり時の温度を規定している。鍛造時の打ち終わり温度が 800°C未満になると、金属組織の塑性変形が不均一になり鍛造割れを生じやすくなる。よつて、本発明の鍛造打ち終わり時の温度は、 800°C以上とする。

以下に、本発明で使用する鋼の合金成分の規定理由を述べる。

[C ： 0. 45重量％以上 0. 65重量％以下]

ハブ輪 2の素材の鋼中の Cが 0. 45重量％未満であると、転動部の高周波焼入硬さが低く、転動疲労寿命を与えるのに必要な強度 H RC58以上とすることができない。さらに、車輪取付用フランジ 6の付け根部の硬さが十分に得られなくなり、特に、外側付け根部 14の回転曲げ応力に対する疲労強度が低くなる。一方、 Cが 0. 65重量％を超えると、初析フェライト組織の面積率の低下と硬さの上昇により旋削加工性が低下するだけでなく、転動疲労寿命および疲労強度を大きく改善できないため、ハブ輪 2の素材の炭素鋼中の Cは 0. 45重量％以上、 0. 65重量％以下とした。

[ Mn： 0. 3〜 1. 5重量％]

Mnは、鋼の焼入れ性を向上させる元素であり、 0. 3重量％未満であると、高周波焼入れ時の硬化層が浅くなるため、軌道部の転がり疲労が低下する。しかしながら、 1. 5重量％を超えると、加工性が低下する。よって、本発明の Mn 量は、 0. 3重量％以上 1. 5重量％以下とする。好ましくは、焼入れ時の生産性と切削性および穴あけ加工性を考慮し、 0. 5〜1. 0重量％とする。

[ S i ： 0. 1〜1. 0重量％]

S iは、焼入れ性を向上させ、しかもマルテンサイトを強化し、転がり疲労寿命を向上させる元素である。また、非調質部のフェライトに固溶し、フェライト組織の強度を向上させることにより、非調質部の疲労強度を向上させる。 0. 1 重量％未満では前記の効果が不足する。しかしながら、 1. 0重量％を超えると、熱間鍛造性が低下する。更に、鍛造後の脱炭が大きくなるため、熱間鍛造後切削加工を行わなわず、鍛造したままの表面で使用する部位の疲労強度を低下させるよって、本発明の S i量は、 0. 1重量％以上 1. 0重量％以下とする。

[ C r ： 0. 01〜0. 5重量％] C rは、焼入れ性を向上させる効果があり、さらに焼入れ後のマルテンサイト組織を強化し、転がり疲労寿命を向上させる。 0. 01重量％未満では高周波焼入れ時の硬化層が浅くなり、また、マルテンサイト組織の強度も低下するので転がり疲労寿命が低下する。しかしながら、 0. 5重量％を超えると、熱間鍛造性および切削性が低下する。よって、本発明の C r量は、 0. 01重量％以上 0. 5重量％以下とする。

[ S≤ 0. 025重量％]

Sは、鋼中で MnSなどの非金属介在物を形成し、鋼中の MnSが鍛造割れの起点になる場合がある。また、ハブ輪 2に内輪 3をかしめ（図 1の符号 9参照）により固定するタイプのフランジ付軸受装置において、非調質部の MnSはかしめ部 9の割れの起点になる場合がある。

以上 2つの理由から S量は少ないほうが好ましく、 S量が 0. 025重量％を超えると、鍛造割れあるいはかしめ部 9の割れなどが増加する場合があるため、本発明の S量は、 0. 025重量％以下とする。好ましくは、安定的な鍛造割れ防止とかしめ部 9の割れ防止を考慮して、 S量は 0. 015重量％以下とする。

[0≤ 15 p pm]

Oは、高周波焼入れされた軌道部の転がり疲労に大きな影響を与える元素である。〇は鋼中で A 1₂ 〇₃ などの非金属介在物を形成し、転がり疲労によるはくりの起点になり転がり疲労寿命を低下させる。よって、転がり疲労寿命を向上させるためには、〇量は少ないほうが好ましい。〇量は、 15 ppmを超えると、転がり疲労寿命を低下させる場合があるため、本発明の O量は、 15 ppm以下とする。

更に、非調質部の疲労強度と、高周波焼入れをした軌道部の転がり寿命を向上させるためには、熱間鍛造後の冷却速度を、所定の範囲に規定することが効果的である。

熱間鍛造が打ち終わった際の金属組織は、ォ一ステナイト状態であるが、冷却すると変態が生じ、初析フェライトとパ一ライト組織が生成する。この変態は、約 60 でほぼ終了し、冷却後の組織はフェライト ·パーライト組織になる。この際、冷却速度が遅いと、初析フェライトの成長が促進され、初析フェライトの粗大な塊が生成する。この場合、フェライトはパーライトと比較して、強度が低いため、粗大な初析フェライトの塊は、疲労きれつの起点および伝播経路になりやすく、非調質部の疲労強度が低下する。また、軌道部周辺に高周波焼入れをする際、粗大な初析フェライトの塊が存在すると、焼入れ性の低下、あるいは硬さの不均一が生じる場合がある。

そこで、平均冷却速度は以下の式で規定する。

平均冷却速度（°CZ秒） = (鍛造打ち終わり時の温度（°C) 一 6 0 0 ( :) ) / (鍛造打ち終わり時から 6 0 0 になるまでの冷却時間（秒））

鍛造打ち終わり時の温度から、 6 0 0 °Cになるまでの平均冷却速度が 0 . 5 °C ノ秒未満であると、前述した疲労強度の低下、高周波焼入れ性の低下あるいは高周波焼入れ後の硬さの不均一などが生じる場合がある。

一方、冷却速度が速すぎると、初析フェライト量が少なくなるため、硬さが高くなり、切削加工性が低下する。また、一部に不完全焼入れ組織が生じた場合には、著しく加工性が低下する。前記平均冷却速度が 5で/秒を超えると加工性が低下する。よって、本発明の平均冷却速度は 0 . ^：ノ秒以上秒以下が好ましい。さらに好ましくは、安定的な疲労強度向上と、切削加工時の生産性を考慮して、平均冷却速度は 1 °CZ秒以上 3 ノ秒以下とする。

また、鋼中に炭化物あるいは窒化物を微細に分散させるとそれらのピン止め効果によって、結晶粒の成長を効果的に抑制することができ、鍛造温度の低下と同様の効果を得ることができる。添加する合金元素としては、後述のように V、 T iあるいは N bが好ましい。

本発明で使用される V、 N bあるいは T iは、鋼中で微細な炭化物あるいは窒化物を生成し、熱間鍛造時に鋼材を加熱した際に生ずるオーステナイト結晶粒の粗大化を抑制する効果がある。また、 V、 N b、あるいは T iの微細な炭化物あるいは炭窒化物は、熱間鍛造後の冷却時に、初析フェライトの析出サイトになるという効果もあり、フェライトの微細分散析出を促進する。よって、 V、 N b、あるいは T iの添加によって、フェライトが微細に分散した金属組織を得ることができ、フランジ周辺部の非調質部の疲労強度を向上させる。

また、高周波焼入れによって形成した硬化層を有する軌道部は、転がり疲労寿命が要求される。高周波焼入れがされた金属組織は、主にマルテンサイト組織になるが、本発明で使用される鋼には、 V、 N bあるいは T iが添加されているため、マルテンサイト中にも微細な炭化物あるいは炭窒化物が分散している。前記炭化物あるいは炭窒化物が微細分散すると、耐摩耗性および硬度が向上するため、転がり疲労寿命が向上する。

以下に、上記合金成分の限定理由を示す。

Vは、鋼中で炭化物あるいは窒化物を形成し、熱間鍛造時に、オーステナイト粒が成長するのを抑制し、旧オーステナイト粒を小さくする。また、 Vの炭化物、窒化物自体も初析フェライトの析出サイ卜になるため、微細に分散された炭化物、窒化物から初析フェライトが析出し、フェライトの微細分散析出を促進する。特に、旧オーステナイト粒界に存在する Vの炭化物あるいは窒化物は、それぞれの炭化物粒子あるいは窒化物粒子から、初析フェライトを析出するため、旧オーステナイト粒界に網目状に析出するフェライトを分断し、疲労き裂がフェライト組織中を伝播するのを防ぎ、フェライト ·パーライト組織を有する非調質部の疲労強度を向上させる効果が大きい。

また、 Vの炭化物あるいは炭窒化物は非常に硬度が高いため、高周波焼入れされた軌道部のマルテンサイト組織内に微細に分散させると、耐摩耗性が向上し、転がり疲労寿命が向上する効果がある。 Vが 0 . 0 1重量％未満であると、上記の効果が発揮されない。 Vが 0 . 2重量％を超えると、熱間鍛造性、切削性、および研削性が低下する。よって、本発明の V量は 0 . 0 1重量％以上 0 . 2重量 %以下が好ましい。さらに好ましくは、疲労強度の安定的な向上と生産性を考慮して、 0 . 0 2重量％以上 0 . 1 0重量％以下とする。

N bも Vと同様、鋼中で炭化物あるいは窒化物を形成し、旧オーステナイト粒の成長を抑制させる効果および初祈フェライトの析出サイ卜になる効果を有するため、フェライト ·パ一ライト組織を有する非調質部の初析フェライトを微細分散させ、疲労強度を向上させる効果がある。特に N bは、旧ォ一ステナイト粒の成長を抑制させる効果が大きい。 N bが 0 . 0 1重量％未満であると、上記の効果が発揮されない。 N bが 0 . 1 5重量％を超えると、熱間鍛造性、切削性、および研削性が低下する。よって、本発明の N b量は 0 . 0 1重量％以上 0 . 1 5 重量％以下が好ましい。

T iも Vと同様、鋼中で炭化物あるいは窒化物を形成し、旧ォ一ステナイト粒の成長を抑制させる効果および初析フェライトの析出サイトになる効果を有するため、フェライト ·パ一ライト組織を有する非調質部の初析フェライトを微細分散させ、疲労強度を向上させる効果がある。特に T iは、旧オーステナイト粒の成長を抑制させる効果が大きい。 7^が0 . 0 1重量％未満であると、上記の効果が発揮されない。丁 1が0 . 1 5重量％を超えると、熱間鍛造性、切削性、および研削性が低下する。よって、本発明の T i量は 0 . 0 1重量％以上 0 . 1 5 重量％以下が好ましい。

前述したように、旧オーステナイト粒径の大きさを小さく抑制することは、非調質部の疲労強度向上に効果が大きい。結晶粒度が 4未満であると、疲労強度向上の効果が小さい。

よって、本発明では、フランジ付軸受装置の応力集中が高くなるフランジ付け根部の旧オーステナイト結晶粒度を 4以上とすることが好ましい。

本発明のフランジ付軸受装置に用いられる転動体には、 S U J 2などの高炭素クロム軸受鋼、あるいは前記高炭素クロム軸受鋼に浸炭窒化処理をしたもののなどを使用することが好ましい。また、本発明で用いられる転動体の形状は、用途に応じて、玉あるいはころを使用することができる。

更に、ハブ輪 2に内輪 3をかしめ（図 1の符号 9参照）により固定するタイプのフランジ付軸受装置では、内輪 3は、 S U J 2などの高炭素クロム軸受鋼を用いることが好ましい。

実施例 B

図 9に示す前述のフランジ付軸受装置を製作した。

上記ハブ輪 2は表 1 1の A〜Hに示す合金成分を有する鋼を用いて、表 1 2 および表 1 3に示す各条件で熱間鍛造し、強制空冷又は放冷を行った。その後、切削加工で所定の形状に加工し、内輪軌道面 7 bの周辺部から小径段部 8の周辺部まで高周波焼入れを行い、表面に硬化層を形成し、その後、研削加工を行って仕上げ形状にした。表 1 2に、高周波焼入れをした軌道部表面硬さ及び高周波焼入れをしていない非調質部の硬さを併記する。結晶粒度は J I S G O 5 5 1により測定した c 表 1

表 1 2

差替え用紙（規則 28》表 13

外輪 4は従来材 S 53 Cを用いて、 1100〜1150 °Cで熱間鍛造を行った。その後、切削加工を行い、外輪軌道面 10 a周辺と外輪軌道面 10 bの周辺は高周波焼入れを行った。その後、研削加工を行い最終形状にした。内輪 3および転動体 5は SU J 2製であり、通常の焼入れ処理により、表面から芯部まで硬化している。

製作したフランジ付軸受装置の軸受形式は、転動体ピッチ径 49mmの複列玉軸受であり、各列の玉数 12個である。この軸受装置を用いて、外輪 4側のフランジ 11を固定側に、ハブ輪 2側のフランジ 6を回転側に取り付け、下記の条件で回転試験を行った。よって、この条件で回転試験を行った場合には、ハブ輪 2 のフランジ 6の付け根部に繰り返し曲げ応力が負荷される。ラジアル荷重 F r ： 5000〜： L 5000N

アキシアル荷重 F a ： 500 ON

回転速度： 40 Om i n— ¹ 上記範囲内の所定のラジアル荷重で、 45 h回転試験を行い、軸受振動の増加の有無、あるいは、フランジ周辺部の疲労クラックの有無を確認した。振動の増差替え用紙（規則 28》加およびフランジ周辺部のクラックが無かった場合には、段階的にラジアル荷重を増加させて 4 0 h回転試験を行い、軸受の振動の増加あるいはフランジ周辺部の疲労クラックが発生した時の、ラジアル荷重を耐久荷重とした。回転試験結果を表 6に併記する。なお、表 1 2に記載した耐久荷重は、比較例 1—9の回転試験結果を 1 . 0として、比で表したものである。

表 1 2に示す実施例 1 _ 1〜 1一 8は、合金成分および熱間鍛造条件が、本発明で規定する範囲内であるため、良好な金属組織が得られており、非調質部の回転曲げ疲労強度および高周波焼入れをした軌道部の転がり疲労寿命が優れており、良好な回転試験結果になっている。

一方、比較例 1— 9および 1一 1 0は、熱間鍛造時の材料加熱温度（加熱保持温度）が本発明で規定する範囲より高いため、非調質部の疲労強度が劣り、回転試験の耐久荷重は低い結果となった。また、比較例 1一 1 1は、熱間鍛造時の材料加熱温度が本発明で規定する範囲より低いため、変形抵抗が大きく、プレス成形機および金型への負荷が大きいため、加工を中止した。比較例 1— 1 2は、鍛造後の平均冷却速度が、本発明で規定する範囲より遅いため、粗大な初析フェラィトが生成したため、回転試験の耐久荷重は低い結果となった。比較例 1一 1 3 は、鍛造後の平均冷却速度が、本発明で規定する範囲より速いため、非調質部の硬さが大きくなり、切削性が著しく低下したため、加工を中止した。

図 1 0は、鍛造時の材料加熱温度（加熱保持温度）と回転試験の耐久荷重との関係を示したものである。なお、図 1 0では、平均冷却速度は同程度のもので比較を行ってる。

図 1 1は、鍛造打ち終わり時から 6 0 0 °Cまでの平均冷却速度と回転試験の耐久荷重との関係を示したものである。なお、図 1 1では、材料加熱温度を 1 0 0 o °cと一定にしたもので比較を行っている。

以上より、熱間鍛造条件を最適化することにより、フランジ周辺の非調質部の回転曲げ疲労強度および高周波焼入れした軌道部の転がり疲労強度が優れたフランジ付軸受装置を得ることができる。

次に、鋼種を変えて、同様にハブ輪 2を製作してフランジ付軸受装置を組立て、以下の条件で回転試験を行つた。ラジアル荷重： 5 0 0 0〜 1 5 0 0 0 N

アキシアル荷重： 7 0 0 O N

回転速度： 4 0 O m i n— ¹ 表 1 3に回転試験結果を併記する。なお、表 1 3に記載した耐久荷重は、比較例 2— 8の回転試験結果を 1 . 0として、比で表したものである。

表 1 3に示す実施例 2— 1〜 2— 7は、合金成分および熱間鍛造条件が、本発明で規定する範囲内であるため、良好な金属組織が得られており、非調質部の回転曲げ疲労強度および高周波焼入れをした軌道部の転がり疲労寿命が優れており、良好な回転試験結果になっている。特に、実施例 2— 4〜 2— 7は、 V、 N bあるいは T iを添加しているため、非調質部の組織が微細化して該非調質部の疲労強度が一段と高く、また、炭化物および窒化物の析出により、高周波焼入れされた軌道部の転がり疲労も良好である。

一方、比較例 2— 8は、合金成分は本発明で規定する範囲であるが、熱間鍛造時の材料加熱温度が、本発明で規定する範囲より高いため、非調質部の疲労強度が劣り、回転試験の耐久荷重は低い結果となった。また、比較例 2— 9は、合金元素中に含まれる S量が、本発明で規定する範囲より高いため、鍛造割れが生じやすく、鍛造後にクラックが生じていたものがあつたため加工を中止した。

以上より、本発明で規定する合金成分の鋼を用いて、本発明で規定する熱間鍛造条件で鍛造することにより、フランジ周辺の非調質部の回転曲げ疲労強度および高周波焼入れした軌道部の転がり疲労強度が優れたフランジ付軸受装置を得ることができる。さらに V、 N bあるいは T iを添加することによって、一段と前記疲労強度向上の効果が高くなる。

(第 3の実施の形態）

フランジを有する内方部材あるいは外方部材は、熱間鍛造により成形された後、切削加工、穴あけ加工により所定の形状にする。その後、所定の部位に高周波焼入れを行い、硬化層を形成し、軌道部などは研削加工によって仕上げ加工を行う。中炭素鋼からなるフランジを有する内方部材あるいは外方部材の熱間鍛造後の金属組織は、初析フェライトが旧オーステナイ結晶粒界に沿って網目状に析出したフェライト ·パーライト組織になる。前記金属組織において、切削性および穴あけ加工性を向上させるためには、初析フェライトの面積率を増加させ、かつ、初析フェライトを微細に分散析出させることが有効である。

本発明は、鋼の C量を、従来よりも低減させることによって、初析フェライトの面積率を増加させている。また、 Vを添加すると、 Vの炭化物あるいは窒化物のピン止め効果により、ォ一ステナイト結晶粒が微細化するため、旧オーステナィト結晶粒に沿って析出する初析フェライトの析出単位が微細になる。さらに、 Vの炭化物あるいは窒化物自身が初析フェライトの析出核になるため、旧オーステナイト粒界に沿って析出する初析フェライトを分断し、より一層、初析フェラィトを微細分散させる効果がある。

以上の効果により、初析フェライ卜の面積率の増加および初析フェライトの微細分散により、良好な切削性および穴あけ加工性を得ることができる。好ましくは、初析フェライトの面積率を 5 %以上 1 5 %以下とする。なお、初析フェライトの面積率は、 C量、熱間鍛造時の鍛造温度、あるいは、熱間鍛造後の冷却速度を制御することによって、所望の面積率に制御することができる。

また、高周波焼入れがされていない非調質部は、熱間鍛造後の金属組織のまま使用されるが、前述した V添加によるフェライトの微細分散効果は、非調質部の疲労強度の向上にも寄与する。理由を以下に述べる。

旧オーステナイト粒径を微細化すると、結晶粒界での応力集中を抑制する効果がある。また、フェライトは、パーライトと比較して強度が小さいため、疲労き裂の起点あるいは伝播経路になる可能性が高い。よって、初析フェライトが微細に分断することによって、疲労き裂の最小単位が小さくなる。以上より、疲労破壊を効果的に抑制することができる。

また、もう一つの効果として、 Vはフェライトの析出硬化にも寄与し、さらに、本発明で添加する S iは、フェライトの固溶強化に寄与する。よって、フェライト ·パーライト組織の中で、強度が小さい部位である初析フェライト相を強化するため、最弱部の強度が向上し、疲労強度が向上する。

以上の効果により、旧オーステナイト結晶粒の微細化、初析フェライトの微細分散、およびフェライトの強化によって、非調質部の疲労強度が向上する。高周波焼入れによって形成した硬化層を有する軌道部の金属組織は、主にマルテンサイト組織になり、転がり疲労寿命が要求される。一般に C量を低減すると、炭化物が減少したり、素地のマルテンサイトの強度が低下したりするため、 · 転がり疲労寿命は低下する。しかしながら、本発明で使用される鋼には、 Vが添加されているため、マルテンサイト中に、微細な Vの炭化物あるいは窒化物が分散している。前記 Vの炭化物あるいは窒化物は非常に硬度が高く、微細分散すると、耐摩耗性および硬度が向上するため、転がり疲労寿命が向上する。

また、 S iはマルテンサイトに固溶して、マルテンサイトの素地を強化するため、転がり疲労寿命を向上させる効果がある。さらに、焼戻し抵抗性を著しく向上させるため、 C量を低減した鋼を焼入れ後に、焼戻しを行っても、硬さの低下が少ないため、良好な硬さを保持でき、転がり疲労寿命を良好に保つ。

以上の効果により、 C量を低減しても、 Vおよび S iを所定の量添加することにより、転がり疲労寿命を良好に保持できる。

以下に、本発明で使用する鋼の合金成分と硬さの限定理由を示す。

Cは、熱間鍛造後の硬さおよび、焼入れ焼き戻し後の硬さに大きな影響を与える元素であり、 0 . 4 5重量％未満では、焼入れ時の硬さが不足し、軌道部の転がり疲労寿命が低下する。さらに、熱間鍛造後の硬さも不足するため、非調質部の曲げ疲労強度も低下する。しかしながら、 Cが 0 . 5重量％を超えると、熱間鍛造後の硬さが大きくなり、切削性および穴あけ加工性が低下し、加工精度を向上させるには、加工時間を要する。よって、 1が0 . 3〜1 . 5重量％、 Vが 0 . 0 3〜0 . 3重量％の場合は、本発明の C量は、 0 . 4 5重量％以上 0 . 5 0重量％以下とする。

S iは、前述したように、マルテンサイトを強化し、さらに焼き戻し抵抗性を高めるため、転がり疲労寿命を向上させる元素である。また、非調質部のフェライトに固溶し、フェライト組織の強度を向上させることにより、非調質部の疲労強度も向上させる。 Cが 0 . 4 5〜0 . 5 0重量％の場合、 1が0 . 3重量％未満では前記の効果が不足する。しかしながら、 5 1が1 . 5重量％を超えると、熱間鍛造性が低下する。よって、本発明の S i量は、 0 . 3重量％以上 1 . 5重量％以下とする。好ましくは、転がり疲労寿命および非調質部の疲労強度の安定的な向上と、熱間鍛造時の生産性を考慮して、 3 1量は0. 65重量％以上 1. 0重量％以下とする。

Vは、前述したように、非調質部の疲労強度と高周波焼入れ部の転がり疲労寿叩を向上させる重要な元素である。 Vは、旧オーステナイト粒を小さくし、さらに、初析フェライトの微細分散に寄与するため、非調質部の疲労強度を向上させる。また、 Vの炭化物あるいは窒化物は非常に硬度が高いため、高周波焼入れされた軌道部のマルテンサイト組織内に微細に分散させると、耐摩耗性が向上し、転がり疲労寿命が向上する効果がある。 Vが 0. 03重量％未満であると、上記の効果が発揮されない。 Vが 0. 3重量％を超えると、熱間鍛造性、切削性、および研削性が低下する。よって、本発明の V量は 0. 03重量％以上 0. 3重量 %以下とする。好ましくは、前記効果とコストを考慮して、 V量は 0. 03重量 %以上 0. 1重量％以下とし、より好ましくは、 0. 05重量％以上 0. 1重量 %以下とする。

Mnは、鋼の焼入れ性を向上させる元素であるが、 1. 5重量％を超えると、切削性および穴あけ加工性が低下する。よって、本発明の Mn量は 1. 5重量％以下とする。好ましくは、焼入れ時の生産性と切削性および穴あけ加工性を考慮して、 Mn量は 0. 5重量％以上 1. 0重量％以下とする。

C rは、鋼の焼入れ性を向上させ、さらに焼入れ後のマルテンサイト組織を強化し、転がり疲労寿命を向上させる元素であるが、 1. 0重量％を超えると、熱間鍛造性および切削性が低下する。よって、本発明の C r量は、 1. 0重量％以下とする。好ましくは、焼入れ時の生産性および転がり疲労寿命の向上と、加工性を考慮して、（： 1"量は0. 1重量％以上 0. 5重量％以下とする。

Sは、鋼中で MnSなどの非金属介在物を形成する。高周波焼入れされた軌道部に存在する Mn Sは、転がり疲労によるはくりの起点になり転がり疲労寿命を低下させる。また、ハブ輪 2に内輪 3をかしめ（図 1の符号 9参照）により固定するタイプのフランジ付軸受装置において、非調質部の Mn Sはかしめ部 9の割れの起点になる場合がある。

以上 2つの理由から S量は少ないほうが好ましく、 S量が 0. 035重量％を超えると、転がり疲労寿命の低下あるいはかしめ部 9の割れなどが増加する場合があるため、本発明の S量は、 0. 035重量％以下とする。好ましくは、安定的な転がり疲労寿命確保とかしめ部の割れ防止を考慮して、 S量は 0. 020重量％以下とする。

0は、高周波焼入れされた軌道部の転がり疲労に大きな影響を与える元素である。〇は鋼中で A 1₂ 〇₃ などの非金属介在物を形成し、転がり疲労による剥離の起点になり転がり疲労寿命を低下させる。よって、転がり疲労寿命を向上させるためには、〇量は少ないほうが好ましい。 O量は、 15 p pmを超えると、転がり疲労寿命を低下させる場合があるため、本発明の O量は、 15 ppm以下とする。

C+ 0. 2 S i + 0. 5Vの値は、 Cを低減した場合の、 S iおよび Vの転がり疲労寿命への寄与を表したものである。 Cを低減すると、転がり疲労寿命は低下するが、 S iおよび Vを添加することによって、転がり疲労寿命の低下を抑制することができる。ただし、 C+0. 2 S i + 0. 5Vの値が 0. 55未満であると、転がり疲労寿命が低下する。一方、 0. 75を超えると、切削性および穴あけ加工性が低下する。よって、本発明における C+0. 2 S i +0. 5Vの値は、 0. 55以上 0. 75以下とする。好ましくは、転がり寿命の安定的な向上と生産性を考慮して、 C+0. 2 S i + 0. 5Vの値は、 0. 60以上 0. 70 以下とする。

また、内方部材あるいは外方部材の軌道部は、転動体から高面圧を受けるため、転がり疲労寿命向上のためには、高面圧に耐え得る高い硬度が必要になる。よつて、高周波焼入れによって形成された硬化層の軌道部表面硬さは Hv 630〜H v 750とするのが好ましい。軌道部表面の硬さが Hv 630未満であると、硬度が不足することにより、転がり疲労寿命が低下する。一方、本発明で規定する合金成分で Hv 750を超えると、靭性が低下するため、耐衝撃性が低下する。よって、本発明の高周波焼入れによって形成された硬化層の軌道部表面硬さは、 Hv 630以上 Hv 750以下とする。より好ましくは、転がり寿命向上のため、 Hv 700以上とする。

フランジ周辺部の非調質部は、回転曲げ疲労強度が必要である。本発明のフランジ付軸受装置に用いられる部材は、金属組織中のフェライトが微細に分散析出しているため、疲労強度が向上している。しかしながら、 H v 2 2 0未満であると、非調質部の疲労強度が低下する。一方、 H v 3 0 0を超えると切削性および穴あけ加工性が低下する。よって、本発明の高周波焼入れによる硬化処理がされていない非調質部の硬さは H v 2 2 0以上 H v 3 0 0以下とする。より好ましくは、非調質部の安定的な疲労強度向上と、切削加工時および穴あけ加工時における生産性を考慮して、 H v 2 4 0以上 H v 2 8 0以下とする。

本発明で用いられる転動体には、 S U J 2等の高炭素クロム軸受鋼、あるいは前記高炭素クロム軸受鋼に浸炭窒化処理をしたものなどを使用することが好ましレ^ また、本発明で用いられる転動体の形状は、用途に応じて、玉あるいはころを使用することができる。

【実施例 (：】

図 9に示す前述のフランジ付軸受装置を製作した。

上記ハブ輪 2は、表 1 4に示す合金成分を有する鋼を用い、 1 0 0 0〜 1 1 5 0 °Cで熱間鍛造後、切削加工および穴あけ加工を行い、所定の形状にした。その後、内輪軌道面 7 bの周辺部から小径段部 8の周辺部まで高周波焼入れおよび焼き戻しを行うことにより、表面に硬化層を形成し、研削により仕上げ加工を行つた。表 1 4に、高周波焼入れをした軌道部表面硬さ、および、高周波焼入れをしていない非調質部の硬さを併記する。

啉嶙 £ ¾

合金成分 (wt ) C+0.2Si+ フェラ仆非調質部軌道部表面試験寿命工具

C Mn S i C r S 0 (ppffl) V 0.5V

面積率％硬さ Hv 硬さ Hv 磨耗量実施例 3-1 0.45 1.00 0.40 0.50 0.035 15 0.03 0.55 15 220 651 1.1 0.3

3-2 0.45 0.80 0.65 0.20 0.015 12 0.03 0.60 10 240 700 1.5 0.4

3-3 0.45 0.80 1.00 0.20 0.025 15 0.03 0.67 7 253 718 1.8 0.5

3-4 0.45 0.90 0.50 0.30 0.013 12 0.08 0.59 11 236 694 1.3 0.5

3-5 0.48 0.80 0.35 0.30 0.017 12 0.03 0.57 7 238 679 1.1 0.4

3-6 0.48 0.80 1.20 0.10 0.017 13 0.05 0.75 5 285 723 1.8 0.7

3-7 0.48 0.50 0.40 0.50 0.026 13 0.3 0.71 5 300 746 2 0.8

3-8 0.50 0.60 0.65 0.20 0.015 11 0.03 0.65 7 265 731 1.7 0.5

3-9 0.50 1.00 0.30 0.20 0.015 11 0.1 0.61 10 245 723 1.6 0.4

3-10 0.50 0.50 0.75 0.10 0.028 9 0.1 0.70 7 280 750 1.7 0.5 比較例 3-1 0.53 0.80 0.20 0.20 0.028 11 0 0.57 3 245 723 1.0 1

3-2 0.42 0.80 0.45 0.20 0.013 15 0.04 0.53 17 213 628 0.4 0.7

3-3 0.45 0.80 0.20 0.30 0.023 15 0.05 0.52 6 223 645 0.5 0.8

3-4 0.48 0.50 0.50 0.20 0.031 12 0 0.58 3 246 686 0.8 1.2

3-5 0.48 0.80 1,50 0.30 0.025 13 0.1 . 0.83 5 312 736 2.2 2.0

3-6 0.48 0.50 0.50 0.20 0.019 12 0.5 0.83 6 322 756 2.1 1.7

外輪 4は S 53 Cを用いて製作し、外輪軌道面 10 aの周辺と外輪軌道面 10 bの周辺は高周波焼入れを行い、表面硬化層を有している。内輪 3および転動体 5は SUJ 2製であり、通常の焼入れ処理により、表面から芯部まで硬化している。

[回転試験]

製作したフランジ付軸受装置の軸受形式は、転動体ピッチ径 49mmの複列玉軸受であり、各列の玉数 12個である。このフランジ付軸受装置を試験軸受装置として、下記の条件で回転試験を行った。ラジアル荷重 F r ： 980 ON

アキシアル荷重 F a ： 490 ON

回転速度： 300mi n— ¹ 軌道部に剥離が生じた時点、あるいは、フランジ周辺部のクラックを確認した時点を寿命と判定した。回転試験から得られた寿命試験結果を表 14に併記する。なお、表 14に記載した試験寿命は、比較例 3― 1に示す従来品の試験寿命を 1. 0として、比で表したものである。図 12は C+ 0. 2 S i + 0. 5Vと試験寿命との関係を示したものである。

[加工試験]

製作したフランジ付軸受装置のハブ輪 2を用いて、ドリル穴あけ試験を行った。下記の条件で、フランジ 6に Φ 8πιπι、深さ 13mmの穴あけ加工を行った。ドリル材質： SKH 51

切削速度： 18 mm/m i n

送り速度： 0. 15 mm/r e v 試験後、ドリル刃先の逃げ面摩耗量を測定した。表 14に結果を併記する。なお、表 14の摩耗量は、比較例 3— 1に示す従来品の寿命を 1. 0として、比で表したものである。なお、表 1 4に併記するフェライト面積率（％) は、ハブ輪 2が備えるフランジ 6の外側付け根部 1 4の非調質部の断面を、鏡面研磨およびエッチングすることによって金属ミクロ組織を現出させ、金属顕微鏡の観察写真 0 . 1〜0 . 3 m m² を画像解析することによって測定した。

同じく表 1 4に併記する非調質部硬さ（H v ) は、ハブ輪 2が備えるフランジ 6の外側付け根部 1 4の非調質部の断面を、ビッカース硬さ測定機で測定して求め、表 1 4に併記する軌道部硬さ（H v) は、ハブ輪 2が備える軌道部の断面を切り出し、軌道溝表面から深さ 0 . 2 mmの部位をピツカ一ス硬さ測定機で測定して求めた。

表 1 4に示す実施例 3— 1〜 3— 1 0は、合金成分が、本発明で規定する範囲内であるため、回転試験結果が従来品と同等以上であり、かつ、ドリル穴あけ試験の加工性が向上している。特に、実施例 3 — 2、 3— 3、 3— 8、 3— 9および 3— 1 0は、従来品よりも回転試験結果が優れており、かつ、加工性が特段に向上している。

一方、比較例 3 — 2および 3— 3は、鋼に含まれる Cあるいは S i量が、本発明で規定する範囲より少なく、 C + 0 . 2 S i + 0 . 5 Vも本発明で規定する範囲より少ないため、回転試験結果が著しく劣る。

比較例 3— 4は、 Vの添加量が少ないため、回転試験結果が従来品よりやや劣り、さらにフェライトの析出量が少ないため、加工性が劣る。 .

比較例 3— 5および 3 _ 6は、鋼に含まれる S iあるいは Vの添加量が、本発明で規定する範囲より多いため、回転試験の結果は良好であるが、加工性が著しく低下している。

以上より、合金成分を本発明で規定する範囲にし、フェライ卜面積率、非調質部の硬さ、および高周波焼入れした軌道部の硬さを所定の範囲に規定することによって、非調質部の疲労強度、高周波焼入れした軌道部の転がり寿命を良好に保持しながら、加工性に優れたフランジ付軸受装置を得ることができる。

なお、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。 '

例えば、上記各実施の形態では、内方部材をハブ輪 2とした場合を例に採ったが、外方部材をハブ輪として該ハブ輪のフランジに本発明を適用してもよい。また、上記各実施の形態では、ハブ輪 2のみに本発明を適用した場合を例に採つたが、これに限定されず、ハブ輪 2に加えて、内輪 3や外輪 4にも本発明を適用してもよい。

上記の説明から明らかなように、本発明によれば、少なくともフランジのミク口組織を微細化することにより、フランジの形状 ·寸法を変更することなく、且つ高周波焼入れ部の増加によるコストアツプを招くことなく、回転曲げ疲労の最弱部であるフランジを高強度化することが可能になる。この結果、フランジの薄肉化が可能となり、フランジ付軸受装置の軽量化を実現できる。

また、鋼の成分と熱間鍛造条件を最適化することによって、フランジ周辺の非調質部の回転曲げ疲労強度および高周波焼入れした軌道部の転がり疲労強度が優れたフランジ付軸受装置を得ることができ、該フランジ付軸受装置の軽量化が可能になる。

更に、合金成分を所定範囲に規定し、フェライト面積率、非調質部の硬さ、および高周波焼入れした軌道部の硬さを所定の範囲に規定することによって、非調質部の疲労強度、高周波焼入れした軌道部の転がり寿命を良好に保持しながら、加工性に優れたフランジ付軸受装置を得ることができる本発明の車輪支持用転がり軸受ュニッ卜の別の態様では、ハブ輪 2と外輪 4とを、何れも、 Cを 0. 45〜0. 60重量％、 Mnを 0. 3〜1. 5重量％、 S iを 0. 1〜1. 0重量％、 C rを 0. 01〜0. 5重量％、 Vを 0. 01〜0. 2重量％、 Nbを 0. 01〜0. 15重量％、 T iを 0. 01〜0. 15重量％、それぞれ含有させ、 Sの含有量を 0. 035重量％以下に、 Oの含有量を 15 p pm以下に、それぞれ抑えた鋼製としている。そして、上記斜格子で示した部分に加え、上記外輪 4の内周面で上記第一、第二の各外輪軌道 10 a、 10 bを形成した部分にも、高周波焼き入れにより硬化層を形成している。また、少なくとも上記第一の内輪軌道 7 a部分、及び、上記第一、第二の各外輪軌道 10 a、 1 0 b部分に形成した硬化層に関しては、この硬化層の表面から深さ 0. 1mm位置部分の硬さを Hv 670以上としている。更に、この硬化層の金属組織の旧ォーステナイトの結晶の粒径を、 J I S G 0 5 5 1による粒度番号で、 8以上としている。

なお、上記内輪 3に関しては、 S U J 2製とし、全体を（芯まで）焼き入れ硬化させている。この内輪 3の外周面に形成した第二の内輪軌道 7 bに関しては、運転時に上記回転側フランジ 6に加わるモーメント荷重に基づく引っ張り応力が加わる事はない。言い換えれば、上記第二の内輪軌道 7 bに加わる応力は、前記各転動体 5から加わる圧縮応力に起因する剪断応力のみとなる。従って、上記第二の内輪軌道 7 bに関しては、特に上述したような硬さや粒径の仕様を満たす必要はない。但し、硬さに関しては、上記第二の内輪軌道 7 bの転がり疲れ寿命を考慮すれば、 H v 6 7 0以上とする事が常識的である。

本発明の効果を確認するために行なった実験について説明する。この実験では、上述した図 1に示すような、車輪支持用転がり軸受ユニットを造った。この車輪支持用転がり軸受ュニットのピッチ円直径は 4 9 mm、転動体の数は各列毎に 1 2個ずつ、合計 2 4個とした。そして、この車輪支持用転がり軸受ユニットうちのハブ輪 2の仕様を変えることにより、その仕様の変更が第一の内輪軌道 7 aの耐久性（転がり疲れ寿命）に及ぼす影響を観察した。

まず、上記ハブ輪 2を、下記の表 1 5に A〜Dとして示した 4種類の鋼材により造った。表 1 5

この表 1 5に示した 4種類の鋼材製の素材に熱間鍛造を施して、おおよその形状を有する中間素材を造った後、この中間素材に切削加工を施して所定の形状を有する上記ハブ輪 2とした。そして、このハブ輪 2の外周面で上記第一の内輪軌道 7 aから段部 8にかけての部分（図 1の斜格子部分）に高周波焼き入れを施し

差替え用紙（規則 28》て、この部分の表面に硬化層を形成した。なお、この硬化層の表面には研削加工を施して、この表面を平滑面とした。そして、上記鋼材の種類と、熱間鍛造時の温度と、高周波焼き入れの条件（保持温度及び保持時間）とを種々変えることにより、次の表 1 6に示す、本発明の範囲に属する 8種類の試料（実施例 1〜8 ) と、本発明の範囲から外れる 4種類の試料（比較例 1〜4 ) との、合計 1 2種類の試料を用意した。表 1 6

この表 1 6中の、軌道部分表面硬さとは、この軌道部分に形成した硬化層の表面から深さ 0 . 1 mm位置部分の硬さである。また、旧オーステナイト粒度とは、上記硬化層の金属組織の旧オーステナイトの結晶の粒径を、 J I S G 0 5 5 1による粒度番号で表している。更に、転がり疲れ寿命とは、比較例 4の転がり疲れ寿命を 1として、これに対する比で表している。なお、外輪 4は、表 1 5中の鋼材 Aにより造り、ハブ輪 2と同様の工程で製作し、第一、第二の外輪軌道 1 0 a、 1 0 b及びその周辺部分に、高周波焼き入れにより硬化層を形成している。この外輪 4に関する硬化層については、熱間鍛造時の加熱温度、高周波焼き入れ時の保持温度及び保持時間を調整し、硬化層の旧オーステナイトの結晶の粒度を 1 0とした。更に、内輪 3及び転動体 5は S U J 2製とし、通常の焼き入れ処理 (所謂ズブ焼き）により、表面から芯部まで硬化した。差替え用紙（規則 28》このようにして得た、 1 2種類の試料（車輪支持用転がり軸受ユニット）について、それぞれ下記の条件で耐久試験を行なった。この際、外輪 4の外周面に設けた固定側フランジ 1 1を固定し、ハブ輪 2の外周面に設けた回転側フランジ 6 を、下記の荷重を加えつつ回転駆動した。ラジアル荷重 7 0 0 O N

アキシアル荷重 5 0 0 O N

回転速度 3 0 O min" 試験中は、上記各試料部分で生じる振動を測定し、その測定値が初期振動値の 3倍に達した時点を、当該試料の寿命と判定した。

このような条件で行なった回転試験の結果を記載した前記表 1 6及び図 1 3の記載から明らかな通り、実施例 1〜8は、高周波焼き入れをした軌道部部分の転がり疲れ寿命が優れている。

これに対して、比較例 1〜4のうちの比較例 1〜3は、旧オーステナイトの結晶の粒径が大きい（旧オーステナイト粒度の値が小さい）ため、転がり疲れ寿命が短い。この原因は、上記回転側フランジ 6から上記ハブ輪 2に加わる曲げ応力に起因して、材料内部に作用する引っ張り応力に基づき、前記第一の内輪軌道 7 aの転がり寿命が短くなるためである。

一方、比較例 4は、旧オーステナイトの結晶の粒径は小さいが、素材中のじの含有量が少なく、高周波焼き入れ後に於ける上記第一の内輪軌道 7 a表面の硬化層の硬さが低い。このため、転動体からの圧縮応力に基づいて材料内部に作用する剪断応力により、上記第一の内輪軌道 7 aの転がり疲れ寿命が短くなつた。本発明は、以上に述べた通り構成され作用するので、フランジを設けた部材の軌道部分の転がり疲れ寿命を確保しつっこの部材の薄肉化が可能となり、車輪支持用転がり軸受ュニットの軽量化を実現できる。本発明の別の態様では、ハブの外周面に形成するフランジの外側面側の付け根部分の疲労強度を、この付け根部分を焼き入れすることなく向上させる点にある。図面に現れる構造については、例えば前述の図 1〜 2に示した従来構造と同様であるから、重複する説明は省略する。

なお、図 1に示した車輪支持用転がり軸受ュニット 1の場合には、ハブ輪 2の外周面に形成したフランジ 6の内側面側の付け根部分の疲労強度は、前述したように、焼き入れに基づいて確保される。

これに対して、図 2に示した車輪支持用転がり軸受ユニット 1の場合には、ハブ輪 2の外周面に形成したフランジ 6の内側面側の付け根部分の疲労強度は、外側面側の付け根部分と同様に、所定の初析フェライトにより、あるいは別途焼き入れにより、確保する。上記フランジ 6の内側面側の付け根部分から上記八プ輪 2の内周面までの距離は、同じく外側面側の付け根部分から内周面までの距離よりも長いため、焼き入れ効果に伴う靱性の低下は、問題となりにくい。

本発明の効果を確認するために行なつた実験について説明する。

まず、第一の実験では、次の表 1 7に示すような元素を含み、残りを F eと不可避不純物とした A〜(：の 3種類の原材料を切断して得た、酸素濃度が 1 2 p p m以下である棒状の素材を、高周波誘導加熱により、 9 5 0 ° (：〜 1 2 0 0 °Cにまで加熱して、ォ一ステナイト粒度を変化させ、熱間鍛造により、駆動輪用のハブ輪を得た。表 1 7

次いで、冷却後、ショットブラストにより表面の酸化膜を除去した。なお、この冷却行程は、強制空冷又は放冷の何れかを採用することにより、冷却後の初析フェライトの面積率を調整した。更に、上記酸化膜の除去後に、表面の寸法並びに形状を整えるための旋削加工、車輪を支持するためのフランジにスタツドを固定するための孔をあける穿孔作業、軌道面、フランジの内側面側の付け根部分、内輪を外嵌するための段部の硬度を高めるための高周波焼き入れ作業、軌道面並びにミク口組織を観察するために必要となる、上記外側面側付け根部分を平滑にするための研磨作業を行なった。そして、上記フランジの外側面側の付け根部分の旧オーステナイト結晶粒度（ァ粒度）並びに初析フェライトの面積率が、後述する表 1 8に示すように互いに異なる、本発明に属する 1 2種類の試料（実施例 1 - 1 2 ) 及び本発明から外れる 8種類の試料（比較例 1〜8 ) の、合計 2 0種類の試料を作成した。なお、これら各試料は、駆動輪用の複列玉軸受型で、転動体の軸方向ピッチが 5 9 mm、玉数 1 2個の車輪支持用転がり軸受ユニットとした。また、外輪、内輪各軌道の表面硬度は、高周波焼き入れにより H_R C 5 8以上とした。これにより、酸素濃度を抑えることと相まって、上記各軌道の転がり疲れ寿命を確保した。

ミクロ組織、すなわち、上記旧オーステナイト結晶粒度及び初析フェライトの面積率は、上記外側面側付け根部分を研磨した後に、エッチング液（ピクリン酸アルコール溶液）であるピクラ一ルで表面を腐食して観察した。また、旧オーステナイト結晶粒度は、粒界に沿って網状に析出した初析フェライ卜に囲まれた領域を、 J I S G 0 5 5 1に規定された方法により求めた。更に、初析フェライトの面積率は、フランジの外側面側の付け根部分の 1 0 mm² の範囲を画像解折し、その平均値を求めた。

このような各試料（車輪支持用転がり軸受ユニット）を、図 9に示すような試験装置に組み付けた。すなわち、外輪 4を治具 1 2に保持固定した状態で、この外輪 4の内径側に回転自在に支持したハブ輪 2を回転させつつ、このハブ輪 2に、以下の試験条件で、ラジアル荷重 F r及びアキシアル荷重 F aを負荷した。そして、このハブ輪 2 bの外周面に形成したフランジ 6の外側面側の付け根部分の破損の有無を観察した。

試験条件

ハブ輪 2 bの回転速度： 3 0 O min"

ラジアル荷重 F r ： 4 0 0 O N

アキシアル荷重 F a 3 5 0 0 N

試験時間 0 0時間 (hr) .のような条件で行なった試験の結果を、次の表 1 8及び図 1 4に示す。表 1 8

なお、上記表 1 8及び図 1 4に示した、試験結果を表す符号のうち、「X」は、前記フランジ 6の外側面側の付け根部分から破損したものを、「△」はこの付け根部分以外の部分から破損したものを、「〇」は何れの部分も破損しなかったものを、それぞれ表している。また、上記図 1 4は、横軸に初析フェライトの面積率を、縦軸にオーステナイト結晶粒度を、それぞれ表している。このような表 1 8及び図 1 4にその結果を表した実験の結果から明らかな通り、上記フランジ 6 の外側面側の付け根部分のオーステナイト結晶粒度が 4以上、且つ、初析フェライトの面積率が 3〜1 5 %の範囲内にある実施例 1〜1 2は、ミクロ組織を制御して、上記フランジ 6の外側面側の付け根部分に割れが生じることを防止できる更に、オーステナイト結晶粒度を 5以上とし、且つ、初析フェライトの面積率を 3〜9 %とした場合には、ハブ輪 2全体に関して、割れの発生を防止できる。こ差替え用紙（規則 28》のように、上記表 1 8及び図 1 4から、 Cを 0 . 5 0〜0 . 6 5重量％含む炭素鋼製の回転輪の外周面に形成したフランジ 6の軸方向外側面側の付け根部分のミクロ組織を、オーステナイト結晶粒度が 4以上で、且つ、面積率が 3〜1 5 %の初析フェライトとした車輪支持用転がり軸受ュニットが、優れた耐久性を有することが分かる。

一方、比較例 1は、オーステナイト結晶粒度が小さく（結晶粒径が大きく）、フランジ 6の外側面側の付け根部分の割れを防止できなかっただけでなく、加工性が非常に悪いものであった。また、比較例 2 (従来品）、比較例 3、比較例 4 は、何れもオーステナイト結晶粒度が小さく（結晶粒径が大きく）、上記付け根部分の疲労強度が悪化していた。また、比較例 5〜7は、何れも初析フェライトの面積率が 1 5 %を超えているため、上記付け根部分に関して、十分な疲労強度が得られなかった。更に、比較例 8は、素材の炭素含有量が多く、切削性を改善するために焼鈍処理を行なって硬さを下げたため、上記付け根部分の疲労強度を確保することができなかった。

次に、第二の実験では、次の表 1 9に示すような元素を含み、残りを F eと不可避不純物とした a〜 eの 5種類の原材料を切断して得た棒状の素材を、高周波誘導加熱により 1 2 0 0 °Cにまで加熱して、 3段階の熱間鍛造により所定の形状を有する中間素材とした。表 1 9

次いで、上記中間素材に、冷却後、後述する表 2 0に示す条件で熱処理（焼き慣らし処理）を施した。すなわち、各中間素材を表 2 0に示す温度にそれぞれ加熱し、 3 0分保持してから、臨界冷却速度未満の速度で冷却した後、ショットブ差替え用紙（規則 28》ラストにより表面の酸化膜を除去した。さらに、上記酸化膜の除去後に、表面の寸法並びに形状を整えるための旋削加工、車輪を支持するためのフランジにス夕ッドを固定するための孔をあける穿孔作業、軌道面、フランジの内側面側の付け根部分、内輪を外嵌するための段部の硬度を高めるための高周波焼き入れ作業、軌道面並びに上記外側面側付け根部分を平滑にするための研磨作業を、順次行なつた。そして、上記フランジの外側面側の付け根部分の旧オーステナイト結晶粒度（ァ粒度）並びに初析フェライトの面積率が、後述する表 2 0に示すように互いに異なる、本発明に属する 1 0種類の試料 (実施例 1 3〜 2 2 ) 及び本発明から外れる 4種類の試料（比較例 9〜 1 2 ) の、合計 1 4種類の試料を作成した。なお、これら各試料は、駆動輪用の複列玉軸受型で、転動体の軸方向ピッチが 5 9 mm、玉数 1 2個の車輪支持用転がり軸受ュニッ卜とした。

ミクロ組織、すなわち、上記オーステナイト結晶粒度及ぴ初析フェライトの面積率は、上記外側面側付け根部分を研磨した後に、エッチング液（ピクリン酸ァルコール溶液）であるピクラールで表面を腐食して観察した。また、オーステナィト結晶粒度は、粒界に沿って網状に析出した初析フェライ卜に囲まれた領域を、 J I S G 0 5 5 1に規定された方法により求めた。更に、初析フェライトの面積率は、フランジの外側面側の付け根部分の 1 0 mm² の範囲を画像解析し、その平均値を求めた。また、上記各試料（車輪支持用転がり軸受ユニット）について、次述するように、それぞれ工具寿命試験、衝撃試験、疲労強度試験を行なつた。

まず、工具寿命試験では、上述のような各試料のフランジ部分にスタッド用の孔をあける際に使用する工具の寿命について調べた。この試験では、工具の刃先に摩耗あるいはチッビングが発生するまでに加工できる孔の数をカウントした。

試験条件

工具： S KH 5 6 (高速度工具鋼鋼材）相当、直径 6 . 0腿、 Ti Nコ一テイングツイストドリル

切削速度： 2 0 mZmin

送り速度： 0 . 1腿/ rev

潤滑油：不水溶性切削油このような条件で行なった試験の結果を、次の表 2 0に示す。

なお、試験結果は実施例 2 2の孔あけ数を 1とした場合の比で示した c 表 2 0

次に、衝撃試験では、上記各試料のハブ輪のフランジ部分から採取した、シャルピー衝撃試験片（J I S Z 2 2 0 2 4号）を用いて、 J Tト一シ株式会社製、シャルピー衝撃試験機 C A 1 - 3 0 0 Mにより、各試験片の衝撃値を求めた。この試験結果を上記表 2 0に示した。なお、この試験結果についても実施例用紙 (規則 28》 2 2の値を 1とした場合の比で示した。

更に、疲労強度試験では、上記各試料を、図 9に示すような試験装置に組み付けた。すなわち、外輪 4を治具 1 2に保持固定した状態で、この外輪 4の内径側に回転自在に支持した八ブ輪 2を回転させつつ、このハブ輪 2に、以下の試験条件で、ラジアル荷重 F r及びアキシアル荷重 F aを負荷した。そして、このハブ輪 2の外周面に形成したフランジ 6の外側面側の付け根部分の破損の有無を観察した。

試験条件

ハブ輪 2 bの回転速度： 3 0 0 m i n一¹

ラジアル荷重 F r ： 4 0 0 O N

アキシアル荷重 F a : 3 5 0 O N このような条件で、破損までの試験時間（耐久時間）により、フランジの疲労強度を評価した。この試験の結果を前記表 2 0に示した。なお、この試験結果についても、実施例 2 2の耐久時間を 1とした場合の比で示した。

上記表 2 0にその結果を表した実験の結果から明らかな通り、上記フランジ 6 の外側面側の付け根部分のォ一ステナイト結晶粒度が 4以上、且つ、初析フェライトの面積率が 3〜1 5 %の範囲内にある実施例 1 3〜2 2は、適切な金属材料製の素材に適切な熱処理（焼き慣らし処理）を施しているため、ミクロ組織が均 —、且つ微細で、工具寿命（切削性）、衝撃値、疲労強度が何れも良好である。このような実験結果を表した表 2 0から明らかな通り、 Cを 0 . 4 5〜0 . 6 5 重量％含む炭素鋼製の素材に熱間鍛造を施して得た中間素材に 7 5 0〜1 0 0 0 °C (好ましくは 7 5 0〜9 0 O t:) で熱処理（焼き慣らし処理）を施して得た、オーステナイト結晶粒度が 4以上で、且つ、面積率が 3〜1 5 %の初析フェライトとした車輪支持用転がり軸受ユニットは、高強度で、優れた切削性を有する。これに対して、比較例 9は、熱処理（焼き慣らし処理）温度が高過ぎたため、オーステナイト結晶粒が成長した。この結果、オーステナイト結晶粒度が小さく (結晶粒径が大きく）なり、フランジ 6の外側面側の付け根部分の割れを防止できなかっただけでなく、初析フェライトの面積率が 3 %未満と小さくなり、切削性が悪く、工具寿命が非常に短かった。また、比較例 1 0は、やはり熱処理（焼き慣らし処理）温度が高過ぎたため、オーステナイト結晶粒が成長し、初析フエライトの面積率が小さかった。このため、工具寿命、衝撃値、疲労強度が何れも低かった。また、比較例 1 1は、 Cの含有量が少なく、初析フェライトの面積率が大きかったため、工具寿命及び衝撃値に関しては良好な結果が得られたが、疲労強度が低かった。更に、比較例 1 2は、 Cの含有量が高過ぎたため、熱処理 (焼き慣らし処理）条件が本発明の範囲であるにも拘らず、初析フェライトの面積率が 3 %を越えなかった。このため、硬度が高く、工具寿命、衝撃値、疲労強度が何れも低かった。

なお、以上に述べた各実験は、駆動輪用の車輪支持用転がり軸受ユニットについて行なったが、本発明は、前述した図 1〜2に示したような、従動輪用の車輪支持用転がり軸受ユニットについても適用可能である。

以上に述べた通り、車輪を取り付けるために回転輪の外周面に形成したフランジの外側面側の付け根部分のミクロ組織を微細化する事により、このフランジの形状及び寸法を変える事なく、且つ、製造コストを高くする事なく、回転曲げモ —メン卜による疲労に関する最弱部である、上記付け根部分の強度を高くする事が可能になる。この結果、上記フランジの薄肉化が可能となり、車輪支持用転がり軸受ユニットの軽量化を実現できる。更に、適切な熱処理を施す事で、切削性を良好にし、工具の寿命を確保する事もできる。また、本発明にの別の態様に係る車輪支持用転がり軸受ュニット 1のハブ輪 2 は、表 2 1に示すような合金成分を有する鋼で形成されており、熱間鍛造により製造され手いることを特徴とする。なお、 M n偏析度を変化させるため、凝固時の冷却速度や鍛鍊比を変化させた鋼、及び鍛造前に 1 2 0 0 での拡散処理をおこなった鋼を一部使用した。また、ハブ輪 2は切削加工で所定の形状に加工され、内輪軌道面 7 aの周辺部から小径段部 8の周辺部までの領域に高周波焼入れが施され、表面に硬化層 1 3 (図 1において格子状に斜線を付した部分）が形成されている。そして、その後に研削加工により仕上げ形状とされている。表 21

表 21に、鋼の Mn偏析度とかしめ部の硬さ（ビッカース硬さ）とを併せて示す。また、図 15のグラフに、鋼の Mnの含有量と Mn偏析度との相関を示す。この硬さは、円筒部 9の破断面を荷重 98 Nで 5点測定し、その平均値を示したものである。また、 Mn偏析度は、電子プローブ微量分析装置（EPMA) で測定した円筒部 9の破断面の Mn濃度分布と、最大マンガン濃度 [M n ] (固溶した M nを含む部分のマンガン濃度）とから、前述の式により算出した。

なお、内輪 3は S 5 3 Cで形成されている。また、外輪 4は S 5 3 Cで形成されており、 1 1 0 0 °Cで熱間鍛造により製造されたものである。そして、熱間鍛造の後に切削加工が施され、外輪軌道面 1 0 aの周辺と外輪軌道面 1 0 bの周辺には高周波焼入れが施されている。さらに、その後に研削加工が施され最終形状とされている。さらに、転動体 5は S U J 2で形成されている。

これらの車輪支持用転がり軸受ュニット 1は、以下のような条件で揺動かしめが行われ、組み立てられたものである。すなわち、ハブ輪 2を回転速度 2 0 O m i n—¹で回転させながら、'径方向外方に向いた荷重（2 0 0 0 0 O N) を円筒部 9の端部に負荷して押し広げて、内輪 3をハブ輪 2にかしめにより取り付けた。このとき、アキシアルすきまを一 1 5 mに設定した。

かしめ性の評価基準は、かしめ部の表面にひび割れが確認できなかったものを良品、ひび割れが確認されたもの及び適切なアキシアルすきまが得られなかったものを不良品とした。そして、揺動かしめ 1 0 0 0回当たりの不良率（％) を算出して、表 2 1に示した。

その結果、実施例 1〜1 7の車輪支持用転がり軸受ユニットは、鋼の M n偏析度が好適であるため、いずれも不良率が低く抑えられていた。これに対して、鋼の M n偏析度が好適な範囲を超えている比較例 2〜 7の車輪支持用転がり軸受ュニットは、前記各実施例に比べて著しく不良率が高かった。また、 C含有量の少ない比較例 1の車輪支持用転がり軸受ュニットは不良率が低いが、これは C含有量が少ないことにより伸び及び絞り値が向上したことに起因したものである。比較例 1は、 C含有量が少ないことにより鋼の強度が不足しており問題である。さらに、 C含有量の多い比較例 2は、冷間加工性が特に悪化したことも問題であつた。

なお、本実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態においては、車輪支持用転がり軸受ュニットの軸受形式は複列玉軸受であったが、単列玉軸受等の他の軸受形式でも差し支えない。また、玉軸受に限らずころ軸受でも差し支えない。以上のように、本発明の車輪支持用転がり軸受ユニットは、ハブ輪を構成する鋼の M n偏析度を所定の値に制御したので、非金属介在物 M n Sの析出量の低減及びフェライトノパーライト組織の均一化が達成され、鋼の伸び及び絞り値が改善された。よって、内輪をハブ輪に一体的に固定するためかしめを行っても、ひび割れが発生しにくい。

Claims

繪求の範囲

1. 外周面に内輪軌道を有する内方部材と、内周面に外輪軌道を有する外方部材と、これら内輪軌道と外輪軌道との間に転動自在に設けられた複数個の転動体と、これら内方部材と外方部材とのうちの少なくとも一方の部材の周面に設けられた、懸架装置の一部又は車輪を結合固定するためのフランジとを備え、これら内方部材と外方部材とのうちの少なくとも上記一方の部材の一部で、上記内輪軌道又は外輪軌道を含む部分に高周波焼入れにより硬化層が形成された車輪支持用転がり軸受ュニッ卜において、

上記内方部材と外方部材とのうちの少なくとも上記一方の部材が、 0. 5〜0. 65重量％の（：と、 0. 3〜1. 5重量％の]^11と、 0. 1〜1. 0重量％の3 iと、 0. 01〜0. 5重量％の（： rとを含むと共に、 Sの含有量を 0. 035 重量％以下に抑え、さらに、 0. 01〜0. 2重量％のと、 0. 01〜0. 1 5重量％の Nbと、 0. 01〜0. 15重量％の T iとのうちから選択される 1 種以上を含み、残りを Feと不可避不純物とし、酸素濃度を 15 ppm以下とした合金鋼から構成され、

上記内方部材と外方部材との少なくとも上記一方の部材のうちで、上記硬化層を形成した内輪軌道又は外輪軌道の表面硬さが Hv 650〜780であり、上記内方部材と外方部材とのうちの少なくとも上記一方の部材のうちで、この硬化層を形成していない部分の表面硬さが Hv 230〜300であることを特徴とする車輪支持用転がり軸受ュニット。

2. 内方部材と外方部材とのうちの少なくとも一方の部材を構成する合金鋼中の Cの含有量を X 重量％とし、 Vの含有量を X 2 重量％とし、 Nbの含有量を X ₃ 重量％とし、 T iの含有量を X ₄ 重量％とした場合に、 0. 30≤ {X i 一 1.5 (X2 + X 3 + X 4 ) } ≤0. 55を満たす、請求項 1に記載した車輪支持用転がり軸受ュニット。

3. 使用時に懸架装置に支持されて回転しない静止輪と、この静止輪と同心に配置されて、使用時に車輪を結合固定してこの車輪と共に回転する回転輪と、この回転輪と上記静止輪とのうちの一方で径方向外方に存在する外径側軌道輪の内周面に設けられた外輪軌道と、上記回転輪と上記静止輪とのうちの他方で径方向内方に存在する内径側軌道輪の外周面に設けられた内輪軌道と、この内輪軌道と上記外輪軌道との間に設けられた複数個の転動体と、上記回転輪の外周面に設けられた、上記車輪を結合固定するためのフランジとを備えた車輪支持用転がり軸受ユニットにおいて、上記回転輪のうちで少なくとも上記フランジを設けた部分が、 Cを 0 . 5〜0 . 8重量％含む炭素鋼製であり、上記回転輪のうちで、少なくとも上記フランジの軸方向外側面側の付け根部分の表面の硬度が、ロックゥエル硬さ Cスケールで 2 4〜 3 5、ビッカース硬さで 2 6 0 - 3 4 5である事を特徴とする車輪支持用転がり軸受ュニット。

4 . 炭素鋼が Vを 0 . 0 3〜0 . 3重量％含むものである、請求項 3に記載した車輪支持用転がり軸受ュニット。

5 . 使用時に懸架装置に支持されて回転しない静止輪と、この静止輪と同心に配置されて、使用時に車輪を結合固定してこの車輪と共に回転する回転輪と、この回転輪と上記静止輪とのうちの一方で径方向外方に存在する外径側軌道輪の内周面に設けられた外輪軌道と、上記回転輪と上記静止輪とのうちの他方で径方向内方に存在する内径側軌道輪の外周面に設けられた内輪軌道と、この内輪軌道と上記外輪軌道との間に設けられた複数個の転動体と、上記回転輪の外周面に設けられた、上記車輪を結合固定するためのフランジとを備えた車輪支持用転がり軸受ユニットにおいて、上記回転輪のうちで、少なくとも上記フランジの軸方向外側面側の付け根部分の表面粗さが、算術平均粗さ R aで 0 . 1〜1 . 0 /x mであることを特徴とする車輪支持用転がり軸受ュニット。

6 . 使用時に懸架装置に支持されて回転しない静止輪と、この静止輪と同心に配置されて、使用時に車輪を結合固定してこの車輪と共に回転する回転輪と、この回転輪と上記静止輪とのうちの一方で径方向外方に存在する外径側軌道輪の内周面に設けられた外輪軌道と、上記回転輪と上記静止輪とのうちの他方で径方向内方に存在する内径側軌道輪の外周面に設けられた内輪軌道と、この内輪軌道と上記外輪軌道との間に設けられた複数個の転動体と、上記回転輪の外周面に設けられた、上記車輪を結合固定するためのフランジとを備えた車輪支持用転がり軸受ユニットにおいて、上記回転輪のうちで、少なくとも上記フランジの軸方向外側面側の付け根部分の表面粗さが、最大高さ R yで 10 m以下であることを特徴とする車輪支持用転がり軸受ュニット。

7. 外面に軌道面を有する内方部材と、該内方部材の軌道面に対向する軌道面を内面に有して前記内方部材の外側に配置された外方部材と、前記両軌道面間に転動自在に配置された転動体と、前記内方部材及び前記外方部材の少なくとも一方に設けられたフランジとを備えたフランジ付軸受装置において、少なくとも前記フランジが設けられた部材を、炭素の含有量が 0. 45重量％以上 0. 65 重量％以下の炭素鋼製とし、且つ、少なくとも前記フランジの初析フェライトの面積率を 3〜 15%としたことを特徴とするフランジ付軸受装置。

8. 前記炭素鋼の S含有量が 0. 003重量％以上0. 020重量％以下であり、且つ該 S含有量と前記初析フヱライト組織の面積率との関係が、 10≤ (S含有量（重量％) X 1000 +初析フェライト組織の面積率（％) ) ≤30 であることを特徴とする請求項 7記載のフランジ付軸受装置。

9. 前記 S含有量に対して前記初析フェライト組織の面積率が、 1≤ (S含有量（重量％) X 1000) Z初析フェライト組織の面積率（％) ≤ 2の関係にあることを特徴とする請求項 7又は 8記載のフランジ付軸受装置。

10. 前記フランジの厚さ方向外側の付け根部の単位面積（10mm²) あたりの初析フェライトの面積率を 3〜15%とすると共に、該初析フェライトの最大長さを 200 m以下とし、更に、 180 以上の長さの初析フェライトを 5個以下としたことを特徴とする請求項 7〜 9のいずれか一項に記載のフランジ付軸受装置。

11. 前記フランジが設けられた部材が V (バナジウム）を 0. 05〜0. 3 重量％含有することを特徴とする請求項 7〜 10のいずれか一項に記載のフランジ付軸受装置。

12. 内方部材と外方部材との間に複数の転動体が配設され、前記内方部材及び前記外方部材の少なくとも一方の部材に固定側又は回転側に取り付けるためのフランジを有すると共に、少なくとも軌道部周辺に高周波焼入れによる硬化層を有するフランジ付軸受装置の製造方法において、少なくとも前記フランジが設けられた部材を、 C： 0. 45〜0. 65重量％、 Mn ： 0. 3〜1. 5重量％、 S i ： 0. 1〜1. 0重量％、 C r : 0. 01〜0. 5重量％、 S≤0. 025 重量％、〇≤ 15 ppm、残部が F e及び不可避不純物からなる合金鋼を使用して熱間鍛造により成形し、前記熱間鍛造時の材料加熱温度が 900〜1050° Cで、鍛造打ち終わり時の温度が 800° C以上としたことを特徴とするフランジ付軸受装置の製造方法。

13. 鍛造打ち終わり時の温度から 600 ° Cになるまでの平均冷却速度を 0. 5〜5° C/秒としたことを特徴とする請求項 12記載のフランジ付軸受装置の製造方法。

14. 内方部材と外方部材との間に複数の転動体が配設され、前記内方部材及び前記外方部材の少なくとも一方の部材に固定側又は回転側に取り付けるためのフランジを有すると共に、少なくとも軌道部周辺に高周波焼入れによる硬化層を有するフランジ付軸受装置の製造方法において、少なくとも前記フランジが設けられた部材を、 C： 0. 45〜0. 65重量％、 Mn ： 0. 3〜1. 5重量％、 S i ： 0. 1〜1. 0重量％、 C r ： 0. 01〜0. 5重量％、 S≤0. 025 重量％、 0≤ 15 p pm、残部が F e及び不可避不純物からなる合金鋼を使用して熱間鍛造により成形し、前記熱間鍛造時の材料加熱温度が 900〜1050° で、鍛造打ち終わり時の温度から 600 ° Cになるまでの平均冷却速度を 0. 5〜5° CZ秒としたことを特徴とするフランジ付軸受装置の製造方法。

15. V： 0. 01〜0. 2重量％、 Nb ： 0. 01〜0. 15重量％及び T i ： 0. 01〜0. 15重量％の内の少なくとも 1種を含む合金鋼を使用したことを特徴とする請求項 12〜14のいずれか一項に記載のフランジ付軸受装置の製造方法。

16. 内方部材と外方部材との間に複数の転動体が配設され、前記内方部材及び前記外方部材の少なくとも一方の部材に固定側又は回転側に取り付けるためのフランジを有すると共に、少なくとも軌道部周辺に高周波焼入れによる硬化層を有するフランジ付軸受装置において、請求項 12〜15のいずれか一項に記載の製造方法を用いて製造され、前記フランジの付け根部の金属組織が、フェライト •パーライト組織を含み、且つ該フェライト ·パーライト組織の旧オーステナイト結晶粒度が J I S GO 551において 4以上であることを特徴とするフランジ付軸受装置。

17. 内方部材と外方部材との間に複数の転動体が配設され、前記内方部材及び前記外方部材の少なくとも一方の部材に車体側又は車輪側に取り付けるためのフランジを有すると共に、少なくとも軌道部周辺に高周波焼入れによる硬化層を有する車輪支持用のフランジ付軸受装置において、少なくとも前記フランジが設けられた部材を、 C： 0. 45〜0. 50重量％、 S i ： 0. 3〜 1. 5重量 %、 V： 0. 03〜0. 3重量％、 Mn≤ 1. 5重量％、 C r≤ 1. 0重量％、 S≤ 0. 035重量％、 0≤ 1 5 p pmを含み、残部が F e及び不可避不純物からなる合金鋼により形成し、且つ C+0. 2 S i + 0. 5Vの値が 0. 55〜0. 75を満たすと共に、前記高周波焼入れによる硬化層の軌道部表面硬さが Hv 6

30〜Hv 750、該高周波焼入れによる硬化処理がされていない部分の硬さが Hv 220〜Hv 300であることを特徴とするフランジ付軸受装置。

1 8. 少なくとも車輪側に取り付けられるフランジの付け根部の非調質部における初析フェライト面積率が、 5%以上 1 5%以下であることを特徴とする請求項 1 7記載のフランジ付軸受装置。

1 9. 前記内方部材をハブ輪として、該八ブ輪の一端部に前記フランジとしての車輪取付用フランジを配設すると共に、前記ハブ輪の他端部に形成した小径段部に内輪を嵌め込んで該内輪の外周面及び該ハブ輪の軸方向の中間部外周面にそれぞれ軌道面を形成して複列の内輪軌道面とし、また、前記外方部材を外輪として、該外輪の内周面に前記複列の内輪軌道面に対応する複列の外輪軌道面を形成すると共に、該外輪の前記車輪取付用フランジから離間する側の端部に懸架装置取付用フランジを形成し、前記複列の内輪軌道面と前記複列の外輪軌道面との間に複数の前記転動体を転動自在に配設したことを特徴とする請求項 7〜1 1、 1 6〜 18のいずれか一項に記載のフランジ付軸受装置。

20. 外周面に内輪軌道を有する内方部材と、内周面に外輪軌道を有する外方部材と、これら内輪軌道と外輪軌道との間に転動自在に設けられた複数個の転動体とを備えた車輪支持用転がり軸受ユニットにおいて、上記内方部材と外方部材とのうちの少なくとも一方の部材で外周面にフランジを備えた部材が、 Cを 0.

45〜0. 60重量％含む鋼製で、周面に設けた軌道部分に、高周波焼き入れによって形成された硬化層を有し、この硬化層の表面から深さ 0. 1mm位置部分の硬さが Hv 670以上で、且つ、この硬化層の金属組織の旧オーステナイトの結晶の粒径が、 J I S GO 551による粒度番号で、 8以上であることを特徴とする車輪支持用転がり軸受ュニット。

21. フランジを備えた部材を構成する鋼中に、 0. 3〜1. 5重量％の Mn と、 0. 1〜1. 0重量％の S iと、 0. 01〜0. 5重量％の Crとをそれぞれ含有させ、 Sの含有量を 0. 035重量％以下に、〇の含有量を 15 ppm以下に、それぞれ抑えた、請求項 20に記載した車輪支持用転がり軸受ユニット。

22. フランジを備えた部材を構成する鋼中に、 0. 01〜0. 2重量％のと、 0. 01〜0. 15重量％の Nbと、 0. 01〜0. 15重量％の T iとのうちから選択される 1種又は 2種以上を含有させた、請求項 20〜21の何れかに記載した車輪支持用転がり軸受ュニッ卜。

23. 使用時に懸架装置に支持されて回転しない静止輪と、この静止輪と同心に配置されて、使用時に車輪を結合固定してこの車輪と共に回転する回転輪と、この回転輪と上記静止輪とのうちの一方で径方向外方に存在する外径側軌道輪の内周面に設けられた外輪軌道と、上記回転輪と上記静止輪とのうちの他方で径方向内方に存在する内径側軌道輪の外周面に設けられた内輪軌道と、この内輪軌道と上記外輪軌道との間に設けられた複数個の転動体と、上記回転輪の外周面に設けられた、上記車輪を結合固定するためのフランジとを備えた車輪支持用転がり軸受ユニットにおいて、上記回転輪が、 Cを 0. 45〜 65重量％含む炭素鋼製であり、この回転輪のうちで、少なくとも上記フランジの軸方向外側面側の付け根部分が、旧オーステナイト結晶粒度が J I S GO 551において 4以上で、且つ、面積率が 3〜15%の初析フェライトからなることを特徴とする車輪支持用転がり軸受ュニット。

24. 回転輪を構成する炭素鋼中の Cの含有量が 0. 50重量％以上でぁる、請求項 23に記載した車輪支持用転がり軸受ュニッ卜。

25. オーステナイト結晶粒度が J I S GO 551において 5以上で、且つ、初析フェライ卜の面積率が 3〜 9%である、請求項 23〜24の何れかに記載した車輪支持用転がり軸受ュニット。

26. 静止輪が、内周面に複列の外輪軌道を有する外輪であり、回転輪が、軸方向外端部外周面に車輪を支持するためのフランジを、中間部外周面に第一の内輪軌道を、それぞれ形成した八ブ輪と、外周面に第二の内輪軌道を備えた内輪とからなり、この内輪をこのハブ輪の内端部外周面に設けられた、上記第一の内輪軌道を形成した部分よりも外径寸法が小さくなった段部に外嵌固定したものである、請求項 23〜25の何れかに記載した車輪支持用転がり軸受ュニット。

27. 静止輪が、それぞれの外周面に内輪軌道を有する 1対の内輪であり、回転輪が、外周面に車輪を支持するためのフランジを、内周面に複列の外輪軌道を、それぞれ形成したハブ輪である、請求項 23〜25の何れかに記載した車輪支持用転がり軸受ユニット。

28. 回転輪を構成する炭素鋼が、 Nbを 0. 02〜0. 30重量％含有するものである、請求項 23〜27の何れかに記載した車輪支持用転がり軸受ュニット。

29. 回転輪が、炭素鋼製の素材に熱間鍛造あるいは切削加工を施すことにより所定の形状に形成した中間素材に、少なくとも 1回、 750〜1000°Cの温度に加熱してから臨界冷却速度以下の速度で冷却する熱処理を施した後、仕上加ェを施したものである、請求項 23〜28の何れかに記載した車輪支持用転がり軸受ュニット。

30. 内輪と、外輪と、前記内輪と前記外輪との間に転動自在に配設された複数の転動体と、前記内輪がかしめにより一体的に固定された鋼製のハブ輪と、を備える車輪支持用転がり軸受ュニットにおいて、

前記鋼は、マンガンと 0. 45〜0. 65質量％の炭素とを含有することに加えて、下記式で定義されるマンガン偏析度が、マンガンの含有量 [MnO] が 0. 5質量％以上の場合は 0. 6以下であり、マンガンの含有量 [Mn O] が 0. 5 質量％未満の場合は（2. 8- 2X [Mn O] ) Z 3以下であることを特徴とする車輪支持用転がり軸受ュニット。

マンガン偏析度 = ( [Mn] - [Mn O] ) / [MnO]