(57)【要約】【課題】水素が浸入することに伴う水素脆性の発生を抑制することができるトランスミッション用転がり軸受を提供する。【解決手段】トランスミッション用転がり軸受は、入力軸と、出力軸と、入力軸及び出力軸の回転に伴い回転する部材とを有し、入力軸の回転を変速して出力軸に伝達するトランスミッション内に配置され、入力軸、出力軸又は部材を回転自在に支持する。このトランスミッション用転がり軸受は、内輪と、外輪と、内輪と外輪の間に配置される転動体とを備える。内輪、外輪及び転動体は、鋼製である。内輪及び外輪の軌道面並びに転動体の転動面の少なくともいずれかには、焼入硬化層が設けられている。焼入硬化層における水素拡散係数は、２．６×１０−１１ｍ２／ｓより小さい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力軸と、出力軸と、前記入力軸及び前記出力軸の回転に伴い回転する部材とを有し、前記入力軸の回転を変速して前記出力軸に伝達するトランスミッション内に配置され、前記入力軸、前記出力軸又は前記部材を回転自在に支持するトランスミッション用転がり軸受であって、
内輪と、外輪と、前記内輪と前記外輪の間に配置される転動体とを備え、
前記内輪、前記外輪及び前記転動体は、鋼製であり、
前記内輪及び前記外輪の軌道面並びに前記転動体の転動面の少なくともいずれかには、焼入硬化層が設けられ、
前記焼入硬化層における水素拡散係数は、２．６×１０−１１ｍ２／ｓより小さい、トランスミッション用転がり軸受。
【請求項２】
前記焼入硬化層は、窒素を含有する、請求項１に記載のトランスミッション用転がり軸受。
【請求項３】
前記焼入硬化層中における窒素濃度は、０．０５重量パーセント以上０．６重量パーセント以下である、請求項２に記載のトランスミッション用転がり軸受。
【請求項４】
前記焼入硬化層中におけるオーステナイト相の体積比率は、１０パーセント以上４０パーセント以下である、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のトランスミッション用転がり軸受。
【請求項５】
前記焼入硬化層の硬度は、５８ＨＲＣ以上６４ＨＲＣ以下である、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のトランスミッション用転がり軸受。
【請求項６】
前記鋼は、ＳＵＪ２又はＳＵＪ３である、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のトランスミッション用転がり軸受。
【請求項７】
自動車の車輪を回転支持するハブベアリングであって、
内周面に第１転走面が形成された外方部材と、
外周面に前記第１転走面と対向する第２転走面が形成された内方部材と、
前記第１転走面と前記第２転走面との間に収容されているとともに、転動面が形成された転動体とを備え、
前記内方部材、前記外方部材及び前記転動体は、鋼製であり、
前記第１転走面、前記第２転走面及び前記転動面の少なくともいずれかには、焼入硬化層が設けられ、
前記焼入硬化層における水素拡散係数は、２．６×１０−１１ｍ２／ｓより小さい、ハブベアリング。
【請求項８】
前記焼入硬化層は、窒素を含有する、請求項７に記載のハブベアリング。
【請求項９】
前記焼入硬化層中における窒素濃度は、０．０５重量パーセント以上０．６重量パーセント以下である、請求項８に記載のハブベアリング。
【請求項１０】
前記焼入硬化層中におけるオーステナイト相の体積比率は、１０パーセント以上４０パーセント以下である、請求項７〜請求項９のいずれか１項に記載のハブベアリング。
【請求項１１】
前記焼入硬化層の硬度は、５８ＨＲＣ以上６４ＨＲＣ以下である、請求項７〜請求項１０のいずれか１項に記載のハブベアリング。
【請求項１２】
前記鋼は、ＳＵＪ２又はＳＵＪ３である、請求項７〜請求項１１のいずれか１項に記載のハブベアリング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トランスミッション用転がり軸受及びハブベアリングに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車のトランスミッションは、エンジンの動力を最適なトルク、回転数に変速して車軸に伝達する装置である。トランスミッションに使用される転がり軸受は、大きな負荷容量を有するように設計されている。トランスミッションに使用される転がり軸受は、高い回転性能を有するように設計されている。より具体的には、トランスミッションに使用される転がり軸受は、回転数の急激な変化等に追随できるように設計されている。
【０００３】
トランスミッションケース内の異物が転がり軸受に噛み込まれることを抑制するため、転がり軸受に密封シールを設けることがある。この密封シールは、異物の噛み込みを抑制することが主目的であり、流体の侵入を抑制する機能を有していない。そのため、トランスミッション内に充填されている潤滑油が、密封シールの隙間から転がり軸受の内部に侵入する。潤滑油が転がり軸受の内部に侵入してくるまでは、あらかじめ転がり軸受の内部に封入されているグリースにより潤滑が行われる。
【０００４】
近年、ＣＶＴ（Continuously  Variable  Transmission、無段変速機）のように粘度の低い潤滑油が使われる環境下において、転がり軸受の軌道輪に疲労や異物噛み込みによる剥離よりも早期に剥離が発生する事例が見られるようになってきている。軌道輪と転動体との間ですべりが発生することにより、転がり軸受内部のグリース、転がり軸受に侵入した潤滑油、潤滑油に混入している水等が分解され、水素が発生する。軌道輪と転動体とが接触する部分では、その接触により新生面が形成されやすいが、新生面が露出すると、水素の発生及び水素の鋼中への侵入が促進される。その結果、上記のような早期剥離が発生することがある。自動車用のハブベアリングに関しても、トランスミッション用の転がり軸受と同様に、上記のような早期剥離が発生することがある。
【０００５】
上記のような早期剥離の発生を抑制するためには、特許文献１（特開２０００−２８２１７８号公報）に記載されているように、転がり軸受を構成する鋼にクロム（Ｃｒ）が多く添加することが有効である。このＣｒより不動態膜が形成されることにより、転がり軸受を構成する鋼の内部に水素が浸入することを抑制され、その結果、上記のような早期剥離が抑制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−２８２１７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の転がり軸受においては、Ｃｒが多く添加されることにより炭化物が粗大化しやすい。粗大化した炭化物は、応力集中源となるおそれがある。また、不動態膜は、水素の拡散を遅らせる効果はあるが、水素の吸着量が増加するため、転がり軸受の使用状況によっては、かえって鋼中への水素の侵入量が増加するおそれがある。
【０００８】
本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものである。より具体的には、本発明は、水素が浸入することに伴う水素脆性の発生を抑制することができるトランスミッション用転がり軸受及びハブベアリングを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様に係るトランスミッション用転がり軸受は、入力軸と、出力軸と、入力軸及び出力軸の回転に伴い回転する部材とを有し、入力軸の回転を変速して出力軸に伝達するトランスミッション内に配置され、入力軸、出力軸又は部材を回転自在に支持する。このトランスミッション用転がり軸受は、内輪と、外輪と、内輪と外輪の間に配置される転動体とを備える。内輪、外輪及び転動体は、鋼製である。内輪及び外輪の軌道面並びに転動体の転動面の少なくともいずれかには、焼入硬化層が設けられている。焼入硬化層における水素拡散係数は、２．６×１０−１１ｍ２／ｓより小さい。
【００１０】
上記のトランスミッション用転がり軸受において、焼入硬化層は、窒素を含有していてもよい。
【００１１】
上記のトランスミッション用転がり軸受において、焼入硬化層中における窒素濃度は、０．０５重量パーセント以上０．６重量パーセント以下であってもよい。
【００１２】
上記のトランスミッション用転がり軸受において、焼入硬化層中におけるオーステナイト相の体積比率は、１０パーセント以上４０パーセント以下であってもよい。
【００１３】
上記のトランスミッション用転がり軸受において、焼入硬化層の硬度は、５８ＨＲＣ以上６４ＨＲＣ以下であってもよい。
【００１４】
上記のトランスミッション用転がり軸受において、鋼は、ＳＵＪ２又はＳＵＪ３であってもよい。
【００１５】
本発明の一態様に係るハブベアリングは、自動車の車輪を回転支持する。このハブベアリングは、内周面に第１転走面が形成された外方部材と、外周面に第１転走面と対向する第２転走面が形成された内方部材と、第１転走面と第２転走面との間に収容されているとともに、転動面が形成された転動体とを備える。内方部材、外方部材及び転動体は、鋼製である。第１転走面、第２転走面及び転動面の少なくともいずれかには、焼入硬化層が設けられている。焼入硬化層における水素拡散係数は、２．６×１０−１１ｍ２／ｓより小さい。
【００１６】
上記のハブベアリングにおいて、焼入硬化層は、窒素を含有していてもよい。上記のハブベアリングにおいて、焼入硬化層中における窒素濃度は、０．０５重量パーセント以上０．６重量パーセント以下であってもよい。上記のハブベアリングにおいて、焼入硬化層中におけるオーステナイト相の体積比率は、１０パーセント以上４０パーセント以下であってもよい。
【００１７】
上記のハブベアリングにおいて、焼入硬化層の硬度は、５８ＨＲＣ以上６４ＨＲＣ以下であってもよい。上記のハブベアリングにおいて、鋼は、ＳＵＪ２又はＳＵＪ３であってもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の一態様に係るトランスミッション用転がり軸受及びハブベアリングによると、水素が浸入することに伴う水素脆性の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】転がり軸受１０の断面図である。
【図２】転がり軸受１０を用いたトランスミッション１００の断面図である。
【図３】水素拡散係数の測定装置７０の模式図である。
【図４】転がり軸受１０の構成部品の製造工程を示す工程図である。
【図５】転動疲労試験における回転条件を示すグラフである。
【図６】ハブベアリング８０の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
実施形態の詳細を、図面を参照しながら説明する。以下の図面において、同一又は相当する部分に同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さないものとする。
【００２１】
（第１実施形態）
第１実施形態に係るトランスミッション用転がり軸受（以下においては「転がり軸受１０」という）の構成を説明する。図１は、転がり軸受１０の断面図である。図１に示されるように、転がり軸受１０は、深溝玉軸受である。
【００２２】
転がり軸受１０は、内輪１と、外輪２と、転動体３と、保持器４と、シール部材５とを有している。内輪１は、その外周面に、軌道面１１を有している。内輪１は、環状形状を有している。外輪２は、その内周面に、軌道面２１を有している。外輪２は、環状形状を有している。外輪２は、軌道面２１が軌道面１１と対向するように、内輪１の外周側に配置されている。
【００２３】
転動体３は、球状の形状を有している。転動体３は、転動面３１を有している。転動体３は、軌道面１１と軌道面２１との間に配置されており、転動面３１において、軌道面１１及び軌道面２１とに接触している。転動体３の数は、複数である。複数の転動体３は、保持器４により、周方向に沿って所定のピッチで等間隔に配置されている。シール部材５は、内輪１と外輪２とに挟まれている空間（軸受空間）を閉じるように配置されている。シール部材５は、軸受空間への異物の侵入を抑制している。
【００２４】
内輪１、外輪２及び転動体３は、鋼製である。内輪１、外輪２及び転動体３は、ＪＩＳ規格（ＪＩＳ  Ｇ  ４８０５：２００８）に定められた高炭素クロム軸受鋼であることが好ましい。内輪１、外輪２及び転動体３は、ＪＩＳ規格（ＪＩＳ  Ｇ  ４８０５：２００８）に定められたＳＵＪ２又はＳＵＪ３であることが好ましい。
【００２５】
図２は、転がり軸受１０を用いたトランスミッション１００の断面図である。図２に示されるように、トランスミッション１００は、転がり軸受１０と、入力軸２０と、出力軸３０と、カウンターシャフト４０と、ギア５０ａ〜ギア５０ｋと、ハウジング６０とを有している。
【００２６】
入力軸２０は、転がり軸受１０により、ハウジング６０に対して回転自在に支持されている。入力軸２０の外周にはギア５０ａが形成されており、入力軸２０の内周にはギア５０ｂが形成されている。
【００２７】
出力軸３０の一方側は、転がり軸受１０により、ハウジング６０に対して回転自在に支持されている。出力軸３０の他方側は、転がり軸受１０Ａにより、入力軸２０に対して回転自在に支持されている。出力軸３０には、ギア５０ｃ〜ギア５０ｇが取り付けられている。
【００２８】
ギア５０ｃ及びギア５０ｄは、それぞれ、同一部材の外周と内周とに形成されている。ギア５０ｃ及びギア５０ｄが形成されている部材は、転がり軸受１０Ｂにより、出力軸３０に対して回転自在に支持されている。ギア５０ｅは、出力軸３０と一体に回転するとともに、出力軸３０の軸方向にスライド可能なように出力軸３０に取り付けられている。
【００２９】
ギア５０ｆ及びギア５０ｇは、それぞれ、同一部材の外周に形成されている。ギア５０ｆ及びギア５０ｇが形成されている部材は、出力軸３０と一体に回転するとともに、出力軸３０の軸方向にスライド可能なように、出力軸３０に取り付けられている。ギア５０ｆ及びギア５０ｇが形成されている部材が第１方向に沿ってスライドした場合、ギア５０ｆがギア５０ｂと噛み合い、ギア５０ｆ及びギア５０ｇが形成されている部材が第１方向とは反対の第２方向に沿ってスライドした場合、ギア５０ｇがギア５０ｄとが噛み合う。
【００３０】
カウンターシャフト４０には、ギア５０ｈ〜ギア５０ｋが形成されている。カウンターシャフト４０とハウジング６０との間には、２つのスラストニードルころ軸受１０Ｃが配置され、これによってカウンターシャフト４０の軸方向の荷重（スラスト荷重）が支持されている。ギア５０ｈはギア５０ａと常時噛み合っており、ギア５０ｉはギア５０ｃと常時噛み合っている。ギア５０ｊは、ギア５０ｅが第１方向に沿ってスライドした場合にギア５０ｅに噛み合い、ギア５０ｋは、ギア５０ｅが第２方向に沿ってスライドした場合にギア５０ｅと噛み合う。
【００３１】
トランスミッション１００においては、入力軸２０に形成されたギア５０ａとカウンターシャフト４０に形成されたギア５０ｈとの噛み合わせによって、入力軸２０の回転がカウンターシャフト４０に伝達される。カウンターシャフト４０に形成されたギア５０ｉ〜ギア５０ｋと出力軸３０に取り付けられたギア５０ｃ及びギア５０ｅとの噛み合わせによって、カウンターシャフト４０の回転が出力軸３０に伝達される。
【００３２】
入力軸２０及びカウンターシャフト４０との間で噛み合うギア及びカウンターシャフト４０と出力軸３０との間で噛み合うギアを変えることによって、入力軸２０に対する出力軸３０の回転速度を段階的に変化させることができる。また、入力軸２０に形成されたギア５０ｂと出力軸３０に取り付けられたギア５０ｆとを直接噛み合わせることにより、入力軸２０の回転を出力軸３０に直接伝達することができる。
【００３３】
図１に示されるように、軌道面１１、軌道面２１及び転動面３１には、焼入硬化層６が形成されている。なお、焼入硬化層６は、軌道面１１、軌道面２１及び転動面３１の少なくともいずれかに形成されていればよい。
【００３４】
焼入硬化層６における水素拡散係数は、２．６×１０−１１ｍ２／ｓより小さい。焼入硬化層６における水素拡散係数は、２．１×１０−１１ｍ２／ｓ以下であってもよい。焼入硬化層６における水素拡散係数は、１．９×１０−１１ｍ２／ｓ以下であってもよい。焼入硬化層６における水素拡散係数は、１．６×１０−１１ｍ２／ｓ以下であってもよい。焼入硬化層６における水素拡散係数は、１．４×１０−１１ｍ２／ｓ以下であってもよい。焼入硬化層６における水素拡散係数は、０．１５×１０−１１ｍ２／ｓ以下であってもよい。
【００３５】
水素拡散係数は、電気化学的水素透過法により測定される。図３は、水素拡散係数の測定装置７０の模式図である。図３に示すように、測定装置７０は、アノード槽７１と、カソード槽７２と、アノード電極７３と、カソード電極７４と、ガルバノスタット７５と、ポテンショスタット７６とを有している。アノード槽７１とカソード槽７２は、試験片７７により分断されている。試験片７７は、厚さＬを有している。厚さＬは、例えば、１ｍｍである。アノード電極７３及びカソード電極７４は、白金（Ｐｔ）により形成されている。
【００３６】
アノード槽７１には、アノード液７８が入れられている。アノード液７８は、１ｍｏｌ／Ｌの水酸化ナトリウム水溶液である。カソード槽７２には、カソード液７９が入れられている。カソード液７９は、０．０５ｍｏｌ／Ｌの硫酸にチオ尿酸を混ぜたものである。アノード電極７３は、アノード液７８に浸漬されている。カソード電極７４は、カソード液７９に浸漬されている。
【００３７】
ガルバノスタット７５の端子の一方は、カソード電極７４に接続されている。ガルバノスタット７５の端子の他方は、試験片７７に接続されている。ポテンショスタット７６の端子の一方は、アノード電極７３に接続されている。ポテンショスタット７６の端子の他方は、試験片７７に接続されている。
【００３８】
水素拡散係数の測定においては、ガルバノスタット７５により、試験片７７に電流が供給される。これにより、試験片７７のカソード液７９側に、水素が発生する。この発生した水素は、カソード液７９側の表面から、試験片７７の内部に侵入する。
【００３９】
試験片７７の内部に侵入した水素は、試験片７７中を拡散しながら移動する。試験片７７のアノード液７８側の面に到達した水素は、イオン化する。これにより、イオン化電流が流れる。イオン化電流が流れ始めるまでの時間をｔｂ、試験片７７の厚さをＬとした場合に、水素拡散係数は、Ｌ２／（１５．３×ｔｂ）により求められる。なお、水素拡散係数の測定は、２０℃以上２５℃以下の範囲内において行われる。
【００４０】
焼入硬化層６は、マルテンサイト相と、オーステナイト相とを含んでいる。焼入硬化層６中におけるオーステナイト相の体積比率は、１０パーセント以上４０パーセント以下であることが好ましい。
【００４１】
焼入硬化層６中におけるオーステナイト相の体積比率の測定は、Ｘ線回折により行われる。すなわち、焼入硬化層６中におけるオーステナイト相の体積比率は、焼入硬化層６におけるオーステナイト相の回折ピークとマルテンサイト相の回折ピークとの強度比を測定することにより、決定される。
【００４２】
焼入硬化層６は窒素を含有していてもよい。焼入硬化層６中における窒素濃度は、０．０５重量パーセント以上０．６重量パーセント以下であることが好ましい。焼入硬化層６中における窒素濃度は、ＥＰＭＡ（Electron  Probe  Micro  Analyzer）により測定される。
【００４３】
焼入硬化層６の硬度は、５８ＨＲＣ以上６４ＨＲＣ以下であることが好ましい。焼入硬化層６の硬度は、ＪＩＳ  Ｚ２２４５：２０１６に定める方法にしたがって測定される。
【００４４】
転がり軸受１０の製造方法を説明する。図４は、転がり軸受１０の構成部品の製造工程を示す工程図である。図４に示すように、転がり軸受１０の構成部品は、準備工程Ｓ１、焼き入れ工程Ｓ２、焼き戻し工程Ｓ３及び後処理工程Ｓ４にしたがって製造される。焼き入れ工程Ｓ２は、準備工程Ｓ１の後に行われる。焼き戻し工程Ｓ３は、焼き入れ工程Ｓ２の後に行われる。後処理工程Ｓ４は、焼き戻し工程Ｓ３の後に行われる。
【００４５】
準備工程Ｓ１においては、加工対象物が準備される。この加工対象物は、内輪１及び外輪２の製造を行う場合には、鋼製のリング状部材である。この加工対象物は、転動体３の製造を行う場合には、鋼製の球状部材である。
【００４６】
加工対象物を構成する鋼は、例えば、軸受鋼である。好ましくは、加工対象物を構成する鋼は、ＪＩＳ規格（ＪＩＳ４８０５：２００８）に定められる高炭素クロム軸受鋼である。加工対象物を構成する鋼は、ＪＩＳ規格（ＪＩＳ４８０５：２００８）に定められるＳＵＪ２又はＳＵＪ３であってもよい。
【００４７】
焼き入れ工程Ｓ２においては、加工対象物を構成する鋼に対する焼き入れが行われる。焼き入れ工程Ｓ２は、加熱工程Ｓ２１と冷却工程Ｓ２２とを有している。加熱工程Ｓ２１においては、加工対象物の加熱が行われる。加熱工程Ｓ２１においては、加工対象物は、加工対象物を構成する鋼のＡ１点以上の温度（以下においては、加熱温度という）まで加熱される。加熱温度は、例えば８００℃以上９００℃以下である。
【００４８】
加熱工程Ｓ２１における加工対象物の加熱は、例えば加熱炉内で行われる。加熱炉内の雰囲気は、例えばＲＸガスである。加熱炉内の雰囲気には、窒素を含有するガスが添加されてもよい。窒素を含有するガスの具体例は、アンモニアガスである。加熱工程Ｓ２１においては、加工対象物が加熱温度まで昇温された後、当該加熱温度で所定時間（以下においては、保持時間という）保持される。
【００４９】
保持時間が長くなるほど、又は加熱温度が高くなるほど、加熱工程Ｓ２１において、加工対象物を構成する鋼材中の炭素がオーステナイト相に溶け出す。オーステナイト相中の炭素量が多いほど、残留オーステナイト相が多くなる傾向がある。そのため、保持時間及び加熱温度を制御することにより、焼入硬化層６中のオーステナイト相の体積比率を制御することができる。
【００５０】
加工対象物を構成する鋼材中のオーステナイト安定化元素の量が増加すると、残留オーステナイト相が多くなる傾向にある。そのため、加工対象物を構成する鋼材にオーステナイト安定化元素である合金元素を多く含む鋼種を用いる又は加熱工程Ｓ２１において加熱雰囲気に窒素を含有するガスを添加することにより、焼入硬化層６中のオーステナイト相の体積比率を制御することができる。
【００５１】
加工対象物を構成する鋼材中の窒素は、加工対象物を構成する鋼材中のＣｒ等との間で窒化物を形成する。この窒化物は、加工対象物を構成する鋼材中に微細に分散することにより、加工対象物を構成する鋼材を硬化させる。また、窒化物は水素のトラップサイトになるため、水素拡散係数が小さくなる。そのため、加熱工程Ｓ２１において、窒素を含有するガスの濃度、加熱温度及び保持時間を制御することにより、焼入硬化層６の硬度及び水素拡散係数を制御することができる。
【００５２】
冷却工程Ｓ２２においては、加工対象物の冷却が行われる。冷却工程Ｓ２２において、加工対象物は、加熱温度から加工対象物を構成する鋼のＭＳ点以下の温度（以下においては、冷却温度という）まで冷却される。冷却工程Ｓ２２における加工対象物の冷却は、従来周知の任意の冷媒を用いて行われる。加工対象物の冷却に用いられる冷媒は、例えば油又は水である。
【００５３】
なお、冷却工程Ｓ２２における冷却温度及び冷却速度は、冷却工程Ｓ２２において生じるマルテンサイト相の量（別の観点からいえば、冷却工程Ｓ２２後においてもオーステナイト相のまま残留する量）に影響する。そのため、冷却温度及び冷却速度を制御することによっても、焼入硬化層６中のオーステナイト相の体積比率を制御することができる。
【００５４】
焼き戻し工程Ｓ３においては、加工対象物を構成する鋼が焼き戻される。加工対象物の焼き戻しは、加工対象物をＡ１点未満の温度（以下においては、焼き戻し温度という）で所定時間（以下においては、焼き戻し時間という）保持することにより行われる。焼き戻し温度は、例えば１８０℃である。焼き戻し時間は、例えば２時間である。
【００５５】
焼き戻し工程Ｓ３においては、冷却工程Ｓ２２によってもマルテンサイト相とならなかったオーステナイト相が、フェライト相と炭化物相とに分解される。フェライト相及び炭化物相へと分解されるオーステナイト相の量は、焼き戻し温度及び焼き戻し時間を制御することにより、変化する。そのため、焼き戻し温度及び焼き戻し時間を制御することによっても、焼入硬化層６中のオーステナイト相の体積比率を制御することができる。
【００５６】
後処理工程Ｓ４においては、加工対象物に対する後処理が行われる。後処理工程Ｓ４においては、例えば、加工対象物の洗浄、加工対象物に対する研削、研磨等の機械加工等が行われる。以上により、転がり軸受１０の構成部品の製造が行われる。上記の方法で製造された転がり軸受１０の構成部品を保持器４及びシール部材５とともに組み立てることにより、転がり軸受１０が製造される。
【００５７】
転がり軸受１０の効果を説明する。上記のとおり、転がり軸受１０においては、焼入硬化層６における水素拡散係数が、２．６×１０−１１ｍ２／ｓより小さい。そのため、転がり軸受１０においては、表面から侵入した水素が焼入硬化層６の内部に拡散するためにより長時間を要する。そのため、転がり軸受１０によると、表面から水素が浸入することに伴う水素脆性の発生を抑制することができる。
【００５８】
窒素は、内輪１、外輪２及び転動体３を構成する鋼中の合金元素との間で、窒化物を形成する。そのため、焼入硬化層６が窒素を含有している場合には、焼入硬化層６中の窒化物の含有量が増加する結果、焼入硬化層６の水素拡散係数が低下するとともに、焼入硬化層６の硬度が上昇する。
【００５９】
焼入硬化層６中の窒素濃度が０．６重量パーセントを超えると、窒素と反応して窒化物となるＣｒが多くなる。窒素と反応して窒化物となったＣｒは、焼入硬化層６の焼入性の向上に寄与しない。他方で、焼入硬化層６中の窒素濃度が０．０５重量パーセント未満では、窒化物の形成量が少なく、焼入硬化層６の硬度上昇及び水素拡散係数低減に与える影響が少ない。そのため、焼入硬化層６中の窒素濃度が０．０５重量パーセント以上０．６重量パーセント以下の場合、窒素導入に伴う硬度上昇及び水素拡散係数低減を行いつつ、焼入硬化層６の焼入性を確保することができる。
【００６０】
オーステナイト相は、マルテンサイト相よりも水素拡散係数が小さい。そのため、焼入硬化層６中におけるオーステナイト相の体積比率が大きいほど、焼入硬化層６の水素拡散係数が低下する。一方で、焼入硬化層６中のオーステナイト相は、転がり軸受１０を使用している間にマルテンサイト相に変態する場合がある。そのため、焼入硬化層６中におけるオーステナイト相の体積比率が大きすぎると、寸法安定性が低下する。したがって、焼入硬化層６中におけるオーステナイト相の体積比率が１０パーセント以上４０パーセント以下である場合、寸法安定性を維持しつつ、水素拡散係数を低下させることができる。
【００６１】
軌道面１１、軌道面２１及び転動面３１は、接触応力を受けても変形しないことが求められる。そのため、焼入硬化層６には、硬度が要求される。一方で、焼入硬化層６の硬度が過度に高い場合、靱性が低下する。したがって、焼入硬化層６の硬度が５８ＨＲＣ以上６４ＨＲＣ以下である場合には、軌道面１１、軌道面２１及び転動面３１における靱性を確保しつつ、接触応力が印加されることによる軌道面１１、軌道面２１及び転動面３１の変形を抑制することができる。
【００６２】
以下に、焼入硬化層６の効果を確認するために行った転動疲労試験を説明する。
＜供試材＞
表１に、上記の転動疲労試験に供した供試材の作製条件、焼入硬化層６中における窒素濃度、焼入硬化層６中におけるオーステナイト相の体積比率及び焼入硬化層６における水素拡散係数を示す。表１に示すように、供試材１〜供試材３に用いられた鋼種は、ＳＵＪ２である。供試材４及び供試材５に用いられた鋼種は、ＳＵＪ３である。
【００６３】
供試材１及び供試材４に対する加熱工程Ｓ２１は、約８５０℃の加熱温度、ＲＸガス雰囲気中において行われた。供試材２、供試材３及び供試材５に対する加熱工程Ｓ２１は、８５０℃の加熱温度、アンモニアガスを添加したＲＸガス雰囲気中において行われた。供試材２及び供試材５においては焼入硬化層６中の窒素濃度が０．２重量パーセントとなるようにアンモニアガスの濃度が調整され、供試材３においては焼入硬化層６中の窒素濃度が０．４重量パーセントとなるようにアンモニアガスの濃度が調整された。供試材１〜供試材５に対しては、焼き戻し工程Ｓ３は１８０℃の焼き戻し温度、２時間（１２０分）の焼き戻し時間で行われた。
【００６４】
供試材１の焼入硬化層６中におけるオーステナイト相の体積比率は、８．９パーセントであった。供試材２の焼入硬化層６中におけるオーステナイト相の体積比率は、２１．７パーセントであった。
【００６５】
供試材３の焼入硬化層６中におけるオーステナイト相の体積比率は、２９．６パーセントであった。供試材４中の焼入硬化層６中におけるオーステナイト相の体積比率は、２０．３パーセントであった。供試材５の焼入硬化層６中におけるオーステナイト相の体積比率は、３１．８パーセントであった。
【００６６】
供試材１の焼入硬化層６の水素拡散係数は、２．６３×１０−１１ｍ２／ｓであった。供試材２の焼入硬化層６の水素拡散係数は、２．０９×１０−１１ｍ２／ｓであった。供試材３の焼入硬化層６の水素拡散係数は、１．６０×１０−１１ｍ２／ｓであった。供試材４の焼入硬化層６の水素拡散係数は、１．８８×１０−１１ｍ２／ｓであった。供試材５の焼入硬化層６の水素拡散係数は、１．４０×１０−１１ｍ２／ｓであった。
【００６７】
【表１】
2020122197.tif 000003
【００６８】
＜転動疲労試験方法＞
各供試材を用いてスラスト玉軸受を構成した。なお、このスラスト玉軸受の転動体は、ＳＵＳ４４０Ｃ製の鋼球とした。このスラスト玉軸受には、潤滑剤として、グリコール系潤滑油に純水を混合したもの用いた。これにより、このスラスト玉軸受は、水素が軌道面から侵入しうる状況とされた。
【００６９】
転動疲労試験は、このスラスト玉軸受に４．９ｋＮのアキシャル荷重を加えた状態（この状態において、軌道面と転動体との間における最大接触面圧は、弾性ヘルツ接触計算で２．３ＧＰａとなる）で、内輪を外輪に対して相対的に回転させることにより行われた。図５は、転動疲労試験における回転条件を示すグラフである。図５に示すように、内輪の外輪に対する相対的な回転は、０．５秒間を１サイクルとして行われた。
【００７０】
この０．５秒間のうち、最初の０．１秒間においては、回転速度が０回転／分から２５００回転／分まで直線的に増加した。次の０．３秒間においては、回転速度が２５００回転／分で保持された。次の０．１秒間においては、回転速度が２５００回転／分から０回転／分まで直線的に減少した。
【００７１】
＜転動疲労試験結果＞
表２に、転動疲労試験結果を示す。表２中において、Ｌ１０及びＬ５０は、各供試材を用いて構成したスラスト玉軸受の剥離寿命（軌道面にフレーキングが生じるまでの時間）を２母数ワイブル分布にあてはめて求めた１０パーセント寿命及び５０パーセント寿命であり、ｅは当該２母数ワイブル分布のワイブルスロープ（形状母数）である。
【００７２】
【表２】
2020122197.tif 000004
【００７３】
表２に示すように、供試材２〜供試材５を用いて構成したスラスト玉軸受は、供試材１を用いて構成したスラスト玉軸受よりも長い剥離寿命を示している。上記のとおり、供試材１においては、焼入硬化層６の水素拡散係数が２．６×１０−１１ｍ２／ｓ以上である一方で、供試材２〜供試材５においては、焼入硬化層６の水素拡散係数が２．６×１０−１１ｍ２／ｓ未満であった。この比較から、焼入硬化層６が２．６×１０−１１ｍ２／ｓ未満の水素拡散係数を有することにより、表面から水素が浸入することに伴う水素脆性の発生を抑制できることが実験的に明らかとされた。
【００７４】
上記のとおり、供試材１の焼入硬化層６は、オーステナイト相の体積比率が１０パーセント未満である一方、供試材２〜供試材５の焼入硬化層６は、オーステナイト相の体積比率が１０パーセント以上４０パーセント以下の範囲内にあった。この比較から、焼入硬化層６中のオーステナイト相の体積比率が１０パーセント以上４０パーセント以下の範囲内にあることにより、表面から水素が浸入することに伴う水素脆性の発生を抑制できることが実験的に明らかとされた。
【００７５】
供試材５を用いて構成したスラスト玉軸受は、供試材４を用いて構成したスラスト玉軸受よりも長い剥離寿命を示していた。上記のとおり、供試材４の焼入硬化層６は、窒素を含んでいない一方、供試材５の焼入硬化層６は、窒素を含んでいる。この比較から、焼入硬化層６が窒素を含むことにより、表面から水素が浸入することに伴う水素脆性の発生をさらに抑制できることが実験的に明らかとされた。
【００７６】
（第２実施形態）
第２実施形態に係るハブベアリング（以下においては「ハブベアリング８０」という）の構成を説明する。ハブベアリング８０は、自動車の車輪を回転支持する。図６は、ハブベアリング８０の断面図である。図６に示されるように、ハブベアリング８０は、内方部材８１と、外方部材８２（外輪）と、転動体８３及び転動体８４とを有している。
【００７７】
内方部材８１は、ハブ輪８１ａと、内輪８１ｂとを有している。ハブ輪８１ａは、その一方端に、フランジ部８１ａａを有している。フランジ部８１ａａには、車輪（図示されていない）が取り付けられる。ハブ輪８１ａの外周面には、転走面８１ａｂが形成されている。ハブ輪８１ａは、小径段部８１ａｃを有している。小径段部８１ａｃは、転走面８１ａｂから軸方向に沿って延びている。
【００７８】
内輪８１ｂの外周面には、転走面８１ｂａが形成されている。内輪８１ｂは、小径段部８１ａｃに圧入されている。ハブ輪８１ａは、加締部８１ａｄを有している。加締部８１ａｄは、小径端部８１ａｃの端部を径方向外方に塑性変形させることで形成されている。加締部８１ａｄにより、内輪８１ｂがハブ輪８１ａから軸方向に沿って抜け落ちることが抑制されている。
【００７９】
外方部材８２の内周面には、転走面８２ａ及び転走面８２ｂが形成されている。すなわち、外方部材８２の内周面には、複列をなすように転走面が形成されている。外方部材８２は、フランジ部８２ｃを有している。フランジ部８２ｃは、車体に取り付けられる。
【００８０】
転動体８３は転走面８１ａｂと転走面８２ａとの間に配置されており、転動体８４は転走面８１ｂａと転走面８２ｂとの間に配置されている。転動体８３及び転動体８４は、例えば球状の形状を有している。転動体８３の表面は、転走面８１ａｂと転走面８２ａとに接する転動面８３ａになっており、転動体８４の表面は、転走面８１ｂａと転走面８２ｂに接する転動面８４ａになっている。
【００８１】
内方部材８１、外方部材８２、転動体８３及び転動体８４は、鋼製である。内方部材８１、外方部材８２、転動体８３及び転動体８４は、ＪＩＳ規格（ＪＩＳ  Ｇ  ４８０５：２００８）に定められた高炭素クロム軸受鋼であることが好ましい。内方部材８１、外方部材８２、転動体８３及び転動体８４は、例えば、ＪＩＳ規格（ＪＩＳ  Ｇ  ４８０５：２００８）に定められたＳＵＪ２又はＳＵＪ３である。
【００８２】
転走面８１ａｂ、転走面８１ｂａ、転走面８２ａ、転走面８２ｂ、転動面８３ａ及び転動面８４ａには、図示されていないが、焼入硬化層６が形成されている。なお、焼入硬化層６は、転走面８１ａｂ、転走面８１ｂａ、転走面８２ａ、転走面８２ｂ、転動面８３ａ及び転動面８４ａの少なくともいずれかに形成されていればよい。
【００８３】
焼入硬化層６における水素拡散係数は、２．６×１０−１１ｍ２／ｓより小さい。焼入硬化層６は窒素を含有していてもよい。焼入硬化層６中における窒素濃度は、０．０５重量パーセント以上０．６重量パーセント以下であることが好ましい。焼入硬化層６中におけるオーステナイト相の体積比率は、好ましくは、１０パーセント以上４０パーセント以下である。焼入硬化層６の硬度は、５８ＨＲＣ以上６４ＨＲＣ以下であることが好ましい。
【００８４】
ハブベアリング８０の製造方法は、転がり軸受１０の製造方法と同様であるため、ここではその説明を省略する。
【００８５】
ハブベアリング８０の効果を説明する。ハブベアリング８０においては、焼入硬化層６における水素拡散係数が、２．６×１０−１１ｍ２／ｓより小さい。そのため、ハブベアリング８０においては、表面から侵入した水素が焼入硬化層６の内部に拡散するためにより長時間を要する。そのため、ハブベアリング８０によると、表面から水素が浸入することに伴う水素脆性の発生を抑制することができる。
【００８６】
ハブベアリング８０において、焼入硬化層６が窒素を含有している場合には、焼入硬化層６中の窒化物の含有量が増加する結果、焼入硬化層６の水素拡散係数が低下するとともに、焼入硬化層６の硬度が上昇する。
【００８７】
ハブベアリング８０において、焼入硬化層６中の窒素濃度が０．０５重量パーセント以上０．６重量パーセント以下の場合、窒素導入に伴う硬度上昇及び水素拡散係数低減を行いつつ、焼入硬化層６の焼入性を確保することができる。
【００８８】
ハブベアリング８０において、焼入硬化層６中におけるオーステナイト相の体積比率が１０パーセント以上４０パーセント以下である場合には、寸法安定性を維持しつつ、水素拡散係数を低下させることができる。
【００８９】
ハブベアリング８０において、焼入硬化層６の硬度が５８ＨＲＣ以上６４ＨＲＣ以下である場合には、転走面８１ａｂ、転走面８１ｂａ、転走面８２ａ、転走面８２ｂ、転動面８３ａ及び転動面８４ａにおける靱性を確保しつつ、接触応力が印加されることによる転走面８１ａｂ、転走面８１ｂａ、転走面８２ａ、転走面８２ｂ、転動面８３ａ及び転動面８４ａの変形を抑制することができる。
【００９０】
以上のように本発明の実施形態について説明を行ったが、上述の実施形態を様々に変形することも可能である。また、本発明の範囲は、上述の実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むことが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
上記の実施形態は、トランスミッション用転がり軸受及び車輪を回転支持するハブベアリングに特に有利に適用される。
【符号の説明】
【００９２】
１  内輪、１１  軌道面、２  外輪、２１  軌道面、３  転動体、３１  転動面、４  保持器、５  シール部材、６  焼入硬化層、１０，１０Ａ，１０Ｂ  転がり軸受、１０Ｃ  ニードルころ軸受、２０  入力軸、３０  出力軸、４０  カウンターシャフト、５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄ，５０ｅ，５０ｆ，５０ｇ，５０ｈ，５０ｉ，５０ｊ，５０ｋ  ギア、６０  ハウジング、７０  測定装置、７１  アノード槽、７２  カソード槽、７３  アノード電極、７４  カソード電極、７５  ガルバノスタット、７６  ポテンショスタット、７７  試験片、７８  アノード液、７９  カソード液、１００  トランスミッション、８０  ハブベアリング、８１  内方部材、８１ａ  ハブ輪、８１ａａ  フランジ部、８１ａｂ  転走面、８１ａｃ  小径段部、８１ａｄ  加締部、８１ｂ  内輪、８１ｂａ  転走面、８２  外方部材、８２ａ  転走面、８２ｂ  転走面、８２ｃ  フランジ部、８３  転動体、８３ａ  転動面、８４  転動体、８４ａ  転動面、Ｌ  厚さ、Ｓ１  準備工程、Ｓ２  焼き入れ工程、Ｓ３  焼き戻し工程、Ｓ４  後処理工程、Ｓ２１  加熱工程、Ｓ２２  冷却工程。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2020122197.tif 000009
【図６】
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