(57)【要約】【課題】防錆に優れた内輪(回転輪構成体)を適用することで、軸受寿命の延命化を図ると共に剛性や耐荷重性能を一定に維持可能な低コストの軸受ユニットを提供する。【解決手段】ハブ(スピンドル)１２の軸端部を加締めることで内輪(回転輪構成体１６)をスピンドルに固定している軸受ユニットであって、内輪は、重量％でＣ；０.６％未満、Ｃｒ；１０.０％以上２２.０％以下、Ｍｎ；０.１％以上１.５％以下、Ｓｉ；０.１％以上２.０％以下、Ｎ；０.０５％以上０.２％未満、及び残部Ｆｅ並びに不可避成分を含有し、更に０.０４Ｃｒ％−０.８３Ｎ％−０.３９≦Ｃ％≦−０.０５Ｃｒ％＋１.４１、且つＣ％＋Ｎ％≧０.４５％であるステンレス鋼から成り、当該ステンレス鋼が含有する共晶炭化物及び炭窒化物を含む窒化物が長径で２０μｍ以下である。【選択図】図１
2008115980.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車体に対して車輪を回転自在に連結するためのスピンドルに嵌合可能な内輪と、当該内輪に対して相対回転可能に対向配置可能な外輪と、内外輪間に転動自在に組み込まれた複数の転動体とを備え、スピンドルに内輪を嵌合させた状態でスピンドルの軸端部を加締めることにより、内輪をスピンドルに固定している軸受ユニットであって、
内輪は、重量％でＣ；０.６％未満、Ｃｒ；１０.０％以上２２.０％以下、Ｍｎ；０.１％以上１.５％以下、Ｓｉ；０.１％以上２.０％以下、Ｎ；０.０５％以上０.２％未満、及び残部Ｆｅ並びに不可避成分を含有し、更に０.０４Ｃｒ％−０.８３Ｎ％−０.３９≦Ｃ％≦−０.０５Ｃｒ％＋１.４１、且つＣ％＋Ｎ％≧０.４５％であるステンレス鋼から成り、当該ステンレス鋼が含有する共晶炭化物及び炭窒化物を含む窒化物が長径で２０μｍ以下であることを特徴とする軸受ユニット。
【請求項２】
車体に対して車輪を回転自在に連結するためのスピンドルに嵌合可能な内輪と、当該内輪に対して相対回転可能に対向配置可能な外輪と、内外輪間に転動自在に組み込まれた複数の転動体とを備え、スピンドルに内輪を嵌合させた状態でスピンドルの軸端部を加締めることにより、内輪をスピンドルに固定している軸受ユニットであって、
内輪は、重量％でＣ；０.５％未満、Ｃｒ；１０.０％以上２２.０％以下、Ｍｎ；０.１％以上１.５％以下、Ｓｉ；０.１％以上２.０％以下、Ｎ；０.０５％以上０.２％未満、及び残部Ｆｅ並びに不可避成分を含有し、更に０.０４Ｃｒ％−０.８３Ｎ％−０.３９≦Ｃ％≦−０.０５Ｃｒ％＋１.４１、且つＣ％＋Ｎ％≧０.４５％であるステンレス鋼から成ることを特徴とする軸受ユニット。
【請求項３】
ステンレス鋼は、Ｍｏを３.０重量％以下の割合で含有することを特徴とする請求項１又は２に記載の軸受ユニット。
【請求項４】
ステンレス鋼は、Ｖを２.０重量％以下の割合で含有することを特徴とする請求項１又は２に記載の軸受ユニット。
【請求項５】
ステンレス鋼は、重量％でＣｒ；１０.０％以上１４.０％以下、Ｎ；０.０５％以上０.１４％以下、及び０.４５％≦(Ｃ＋Ｎ)％≦０.６５を更に満たすことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の軸受ユニット。
【請求項６】
ステンレス鋼は、重量％でＮｉ；０.０５％以上３.５％以下、Ｍｎ；０.１％以上０.８％以下、Ｃｕ；０.０５％以上３.０％以下、及びＮｉ％＋２.４Ｍｎ％＋０.３Ｃｕ％≦５.０を更に満たすことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の軸受ユニット。
【請求項７】
ステンレス鋼中に、焼入れ、サブゼロ処理、焼戻し後に内在する共晶炭化物及びその他未固溶炭化物が無いか、若しくは、その大きさが２μｍ以下、且つ面積率で５％以下であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の軸受ユニット。
【請求項８】
ステンレス鋼の焼入れ、サブゼロ処理、焼戻し後の残留オーステナイト量が６体積％以下であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の軸受ユニット。
【請求項９】
内輪は、セラミックス材料から成ることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の軸受ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、防錆に優れた内輪を適用することで、耐久性を向上させた軸受ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車の車輪(例えば、ディスクホイール)を車体(例えば、懸架装置(サスペンション))に対して回転自在に支持するための各種の軸受ユニットが知られている。その一例として図１(ａ)には、駆動輪用の軸受ユニットが示されており、当該軸受ユニットは、車体側に固定されて常時非回転状態に維持される静止輪(外輪)２と、静止輪２の内側に対向して設けられ且つ車輪側に接続されて車輪と共に回転する回転輪(内輪)４と、静止輪２と回転輪４との間に複列(例えば２列)で回転可能に組み込まれた複数の転動体6,8とを備えている。
【０００３】
この場合、静止輪２は中空円筒状を成しており、回転輪４の外周を覆うように配置されており、静止輪２と回転輪４との間には、軸受ユニット内部を密封するためのシール部材(車輪側のリップシール１０ａ、車体側のパックシール１０ｂ)が設けられている。なお、リップシール１０ａは、静止輪２の車輪側の固定面２ｎ-1に固定され、回転輪４の摺動面４ｎ-1に対して摺動自在に位置決めされており、一方、パックシール１０ｂは、静止輪２の車体側の固定面２ｎ-2に固定され、後述する回転輪構成体１６に対して摺動自在に位置決めされている。また、転動体6,8として図面では、玉を例示しているが、軸受ユニットの構成や種類に応じて、コロが適用される場合もある。
【０００４】
静止輪(外輪)２には、その外周側から外方に向って突出した固定フランジ２ａが一体成形されており、固定フランジ２ａの固定孔２ｂに固定用ボルト(図示しない)を挿入し、これを車体側に締結することで、静止輪２を図示しない懸架装置(ナックル)に固定することができる。また、回転輪(内輪)４には、例えば自動車のディスクホイール(図示しない)を支持しつつ共に回転する略円筒形状のハブ(スピンドル)１２が設けられており、ハブ１２には、ディスクホイールが固定されるハブフランジ１２ａが突設されている。
【０００５】
ハブフランジ１２ａは、静止輪(外輪)２を越えて外方(ハブ１２の半径方向外側)に向って延出しており、その延出縁付近には、周方向に沿って所定間隔で配置された複数のハブボルト１４が設けられている。この場合、複数のハブボルト１４をディスクホイールに形成されたボルト孔(図示しない)に差し込んでハブナット(図示しない)で締付けることにより、当該ディスクホイールをハブフランジ１２ａに対して位置決めして固定することができる。このとき、ハブ１２の車輪側に突設されたパイロット部１２ｄによって車輪の径方向の位置決めが成される。
【０００６】
また、ハブ１２(回転輪４)には、その車体側の嵌合面４ｎ-2に環状の回転輪構成体１６(ハブ１２と共に回転輪４を構成する内輪)が嵌合(外嵌)されるようになっている。この場合、例えば静止輪２と回転輪４との間に各転動体6,8を保持器１８で保持した状態で、回転輪構成体１６を嵌合面４ｎ-2に形成された段部１２ｂまで嵌合(外嵌)した後、ハブ１２の車体側端部の加締め領域１２ｃを塑性変形させて、当該加締め領域１２ｃを回転輪構成体１６の周端部１６ｓに沿って加締める(密着させる)ことで、当該回転輪構成体１６を回転輪４(ハブ１２)に固定することができる。
【０００７】
このとき、軸受ユニットには所定の予圧が付与された状態となり、この状態において、各転動体6,8は、互いに所定の接触角を成して静止輪２と回転輪４の軌道面(静止軌道面２ｓ、回転軌道面４ｓ)にそれぞれ接触して回転可能に組み込まれる。この場合、２つの接触点を結んだ作用線(図示しない)は、各軌道面2s,4sに直交し且つ各転動体6,8の中心を通り、軸受ユニットの中心線上の１点(作用点)で交わる。これにより背面組合せ形(ＤＢ)軸受が構成される。
【０００８】
なお、このような構成において、自動車走行中に車輪に作用した力は、全てディスクホイールから軸受ユニットを通じて懸架装置に伝達されることになり、その際、軸受ユニットには、各種の荷重(ラジアル荷重、アキシアル荷重、モーメント荷重など)が作用する。しかし、軸受ユニットは、上述したような背面組合せ形(ＤＢ)軸受となっているため、各種の荷重に対して高い剛性が維持される。
【０００９】
また、かかる軸受ユニットには、図示しない等速ジョイント(ＣＶＪ)が連結されるようになっている。具体的に説明すると、等速ジョイントと軸受ユニットとは、等速ジョイントの外輪(図示しない)を軸受ユニットの回転輪４(ハブ１２の加締め領域１２ｃ)に当接すると共に、等速ジョイントのスプライン軸(図示しない)を回転輪４(ハブ１２)のスプライン孔１２ｈに嵌入し、その嵌入先端をナット(図示しない)でパイロット部１２ｄに固定することで互いに連結されている。この構成において、例えばドライブシャフトの角度の変化に対応して当該等速ジョイントが自由に角度変化することで、所定トルクの駆動力が軸受ユニットを介してディスクホイールに円滑に伝達されることになる。
【００１０】
一方、図１(ｂ)には、従動輪用の軸受ユニットの一例が示されており、当該軸受ユニットにおいて、軸受ユニット内部を密封するためのシール部材として、車体側にはパックシールの代わりにカバー１０ｃが設けられている。カバー１０ｃは、車体側における軸受内部を軸受外部から密封するような円板形状を成しており、その基端は静止輪(外輪)２の固定面２ｎ-2に固定されている。なお、他の構成は上述した駆動輪用の軸受ユニット(図１(ａ))と同一であるため、図１(ｂ)上において同一符号を付して、その説明を省略する。
【００１１】
ところで、上述したような駆動輪用及び従動輪用の軸受ユニット(図１(ａ),(ｂ))は、風雨に晒された外部環境(腐食性環境)下に設置されるため、軸受寿命の延命化を図ると共に高剛性で且つ耐荷重性能に優れた材料が適用されている。例えば、静止輪(外輪)２の材料としては、炭素(Ｃ)含有率が５％以上の炭素鋼が適用されており、これに高周波熱処理が施されている。一方、回転輪(内輪４、回転輪構成体１６)の材料としては、軸受材料として一般的な軸受鋼が適用されており、焼入れ焼戻し処理が施されている。この場合、これら外内輪2,4の表面領域(静止軌道面２ｓ、回転軌道面４ｓを含む領域)は、ロックウェル硬さ５８ＨＲＣ(ビッカース硬さ６５３ＨＶ)以上の硬さに熱処理されている。
【００１２】
しかしながら、外内輪2,4の表面領域を５８ＨＲＣ(６５３ＨＶ)以上の硬さにしても、図１(ａ),(ｂ)に示すように加締め領域１２ｃ回転輪構成体１６の周端部１６ｓに沿って加締める際、その加締め荷重の大きさによっては、ハブ(スピンドル)１２が膨出する場合がある。そして、このときの膨出量の大きさによっては、特に回転輪構成体１６(ハブ１２と共に回転輪４を構成する内輪)に円周方向の引張応力が生ずることがある。
【００１３】
ここで、円周方向の引張応力がある程度以上大きくなると、その応力集中点を起点にして回転輪構成体１６に遅れ破壊が生ずる虞がある。なお、遅れ破壊とは、腐食性環境下で材料に一定の応力をかけると、所定時間経過後に破壊が生ずる現象を言う。この場合、腐食性環境下に晒される回転輪構成体１６には、錆が発生し易く、また、引張応力の作用を受けることで、孔食錆が生ずることがある。そうなると、その孔食錆が応力集中点となって遅れ破壊が発生し易くなる。なお、孔食錆とは、錆で材料に穴が開く現象を言う。
【００１４】
このような問題を解消するためには、回転輪構成体１６を錆難くすれば良い。そこで、例えば特許文献１には、回転輪構成体１６に保護被膜を設けることで、当該回転輪構成体１６を錆び難くする技術が提案されている。しかし、回転輪構成体１６に保護被膜を設ける場合、そのための被膜処理が別途必要となるだけで無く、耐久性や耐熱性に優れた被膜材料を選択する必要があり、その結果、軸受の製造コストが上昇してしまう。
【００１５】
更に、回転輪構成体１６をハブ(スピンドル)１２に加締め固定する際には、回転輪構成体１６とハブ(スピンドル)１２との間に高面圧の相対滑りが生ずるため、その際の高面圧の大きさによっては、回転輪構成体１６に設けた保護被膜が破損してしまう場合がある。そうなると、回転輪構成体１６には、錆が発生し易くなり、上述したような遅れ破壊が発生した場合、軸受寿命の延命化を図ると共に、当該軸受の剛性や耐荷重性能を一定に維持することが困難になってしまう。
【特許文献１】特開２００５−６１５５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は、このような問題を解決するためになされており、その目的は、防錆に優れた内輪(回転輪構成体)を適用することで、軸受寿命の延命化を図ると共に剛性や耐荷重性能を一定に維持することが可能な低コストの軸受ユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
このような目的を達成するために、本発明は、車体に対して車輪を回転自在に連結するためのスピンドルに嵌合可能な内輪と、当該内輪に対して相対回転可能に対向配置可能な外輪と、内外輪間に転動自在に組み込まれた複数の転動体とを備え、スピンドルに内輪を嵌合させた状態でスピンドルの軸端部を加締めることにより、内輪をスピンドルに固定している軸受ユニットであって、内輪は、重量％でＣ；０.６％未満、Ｃｒ；１０.０％以上２２.０％以下、Ｍｎ；０.１％以上１.５％以下、Ｓｉ；０.１％以上２.０％以下、Ｎ；０.０５％以上０.２％未満、及び残部Ｆｅ並びに不可避成分を含有し、更に０.０４Ｃｒ％−０.８３Ｎ％−０.３９≦Ｃ％≦−０.０５Ｃｒ％＋１.４１、且つＣ％＋Ｎ％≧０.４５％であるステンレス鋼から成り、当該ステンレス鋼が含有する共晶炭化物及び炭窒化物を含む窒化物が長径で２０μｍ以下である。
【００１８】
本発明において、内輪は、重量％でＣ；０.５％未満、Ｃｒ；１０.０％以上２２.０％以下、Ｍｎ；０.１％以上１.５％以下、Ｓｉ；０.１％以上２.０％以下、Ｎ；０.０５％以上０.２％未満、及び残部Ｆｅ並びに不可避成分を含有し、更に０.０４Ｃｒ％−０.８３Ｎ％−０.３９≦Ｃ％≦−０.０５Ｃｒ％＋１.４１、且つＣ％＋Ｎ％≧０.４５％であるステンレス鋼で構成しても良い。
【００１９】
この場合、ステンレス鋼は、Ｍｏを３.０重量％以下の割合で含有する。また、ステンレス鋼は、Ｖを２.０重量％以下の割合で含有する。ここで、ステンレス鋼は、重量％でＣｒ；１０.０％以上１４.０％以下、Ｎ；０.０５％以上０.１４％以下、及び０.４５％≦(Ｃ＋Ｎ)％≦０.６５を更に満たすことが好ましい。また、ステンレス鋼は、重量％でＮｉ；０.０５％以上３.５％以下、Ｍｎ；０.１％以上０.８％以下、Ｃｕ；０.０５％以上３.０％以下、及びＮｉ％＋２.４Ｍｎ％＋０.３Ｃｕ％≦５.０を更に満たすことが好ましい。なお、ステンレス鋼中に、焼入れ、サブゼロ処理、焼戻し後に内在する共晶炭化物及びその他未固溶炭化物が無いか、若しくは、その大きさが２μｍ以下、且つ面積率で５％以下である。また、ステンレス鋼の焼入れ、サブゼロ処理、焼戻し後の残留オーステナイト量が６体積％以下である。更に、内輪は、セラミックス材料で構成することが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、防錆に優れた内輪(回転輪構成体)を適用することで、軸受寿命の延命化を図ると共に剛性や耐荷重性能を一定に維持することが可能な低コストの軸受ユニットを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の一実施の形態に係る軸受ユニットについて、添付図面を参照して説明する。
本実施の形態は、上述した駆動輪用及び従動輪用の軸受ユニット(図１(ａ),(ｂ))と同様に、スピンドル(ハブ)１２に内輪(回転輪構成体１６)を嵌合させた状態でハブ１２の軸端部(車体側端部)を加締めることにより、回転輪構成体１６をハブ１２に固定する軸受ユニットを想定する。そして、図２(ａ)に示された内輪(回転輪構成体１６)の材質を炭素量及びクロム量を最適化したステンレス鋼としたことを特徴としている。なお、その他の構成は、上述した軸受ユニット(図１(ａ),(ｂ))と同様であるため、以下では、特徴部分の説明にとどめる。
【００２２】
ここで、内輪(回転輪構成体１６)の材質として最適なステンレス鋼の成分範囲について説明する。
［Ｃ］
内輪(回転輪構成体１６)の材質にＣを含有させる場合、当該Ｃは、基地をマルテンサイト化することにより焼入れ・焼戻し後の硬さを向上せしめて強度を増加させる元素であるが、耐食性の面からは少ないほど良い。多量に加えると製鋼時にＣｒが粗大な共晶炭化物を形成する。その結果、基地中のＣｒ濃度が不足して十分な耐食性が得られなくなるだけでなく、転動寿命，靭性を低下させる。従って、炭素含有量は０.６重量％未満とすることが好ましい。しかし、耐食性の観点からは０.５重量％未満、更に望ましくは０.４５重量％未満とする。
【００２３】
［Ｃｒ］
内輪(回転輪構成体１６)の材質にＣｒを含有させる場合、当該Ｃｒは鋼に耐食性を与える最も必要な元素であるが、１０.０重量％に満たないと良好な耐食性が得られない。また、Ｃｒ含有量が増加すると耐食性は向上するが、必要以上に添加されるとδフェライトが生成して脆化し靭性を劣化させるので、上限を２２.０重量％とすることが好ましい。この場合、基地中のＣｒ濃度が高くなりすぎてＭｓ(マルテンサイト変態開始温度)を下げたり、十分な焼入れ硬さが得られなくなることがあるので、望ましくは上限を１６重量％とし、耐食性の観点から下限を１２.０重量％以上とすることが好ましい。
【００２４】
更に、炭素濃度によっては共晶炭化物が形成しやすくなる場合があるので、より好ましくは上限を１４重量％とする。特に、Ｎ添加量及び未固溶炭化物量に起因して、サブゼロを行っても残留オーステナイトγＲが生じて焼入硬さが低下する場合には、耐食性を考慮して１１.５重量％以上、１３.５重量％以下とすることが好ましい。
【００２５】
また、Ｃｒは水中や湿潤等の一般腐食環境においてはその耐食性を著しく高めるのであるが、硫酸や塩酸などの還元性酸は不働態皮膜を侵す酸であり、場合によってはＣｒ含有量が多いものほど腐食されやすくなることがある。また、Ｃｒ含有量が多くなると素材の熱伝導率が小さくなり、研削性が低下する傾向にあり、素材のコストばかりか製造コストまでが上昇してしまう。これらの場合も上限を１３.５重量％とするのが好ましい。
以上の理由により、Ｃｒ含有量は１０.０重量％以上２２重量％以下、好ましくは１１.５重量％以上、１３.５重量％以下とする。
【００２６】
［Ｍｎ］
内輪(回転輪構成体１６)の材質にＭｎを含有させる場合、当該Ｍｎは製鋼時の脱酸剤として必要な元素で０.１重量％以上添加されるが、多量に添加すると鍛造性や被削性を低下させるだけでなく、Ｓ,Ｐなどの不純物と共存して耐食性を低下させるので上限を１.５重量％とした。なお、残留オーステナイト量が増加して十分な焼入れ硬さが得られなくなることがあるので、望ましい上限は０.８重量％である。また、窒素の添加量によっては残留オーステナイト量が著しく増加して十分な焼入れ硬さが得られなくなることがあり、その場合には、上限を０.５重量％とすることが好ましい。
【００２７】
［Ｓｉ］
内輪(回転輪構成体１６)の材質にＳｉを含有させる場合、当該ＳｉはＭｎと同じく製鋼時の脱酸剤として０.１重量％以上必要である。更に、焼戻し軟化抵抗性を高め、転動疲労寿命を向上させるのに有効な元素であるが、多量に添加すると靭性を低下させるので上限を２.０重量％、好ましくは１.０重量％以下とする。
【００２８】
［Ｓ］
内輪(回転輪構成体１６)の材質にＳを含有させる場合、当該ＳはＭｎ等と介在物を形成して疲労強度を低下させ、更には耐食性をも低下させるので、鋼中不純物としてなるべく少ないほうが良い。従って、製造コストとの関係で０.０３０重量％以下に制限することが好ましい。
【００２９】
［Ｐ］
内輪(回転輪構成体１６)の材質にＰを含有させる場合、当該Ｐは偏析しやすくＳと同様に疲労強度を低下させ、更に耐食性を低下させるので、鋼中不純物としてなるべく少ないほうが良い。従って、製造コストとの関係で０.０３０重量％以下に制限することが好ましい。
【００３０】
［Ｏ］
内輪(回転輪構成体１６)の材質にＯを含有させる場合、当該Ｏは酸化物系介在物を形成して著しく疲労寿命を低下させ、更に音響特性も低下させる傾向があるので、なるべく少ないほうが良い。従って、製造コストとの関係で１００ｐｐｍ以下、更に、より長寿命とするには、５０ｐｐｍ以下に制限することが好ましい。
【００３１】
［Ｍｏ］
内輪(回転輪構成体１６)の材質にＭｏを含有させる場合、当該Ｍｏは焼入れ性および焼戻し軟化抵抗を著しく増大させる作用がある。更に耐孔食性を改善する作用もある。しかし、過剰に添加すると靭性や加工性などを低下させるので、上限を３.０重量％とすることが好ましい。
【００３２】
［Ｖ］
内輪(回転輪構成体１６)の材質にＶを含有させる場合、当該Ｖは強力な炭化物・窒化物生成元素であり、Ｃｒ炭化物や窒化物の形成を抑制すると共に、焼戻し過程で２次硬化を起こし、著しく強度を高める作用がある。しかし、多量に添加すると靭性や加工性を低下させるので、上限を２.０重量％とすることが好ましい。
【００３３】
［Ｎ］
内輪(回転輪構成体１６)の材質にＮを含有させる場合、当該ＮはＣと同様にマルテンサイトを強化して耐孔食性を向上させる作用があり、更に粗大な１次共晶炭化物の形成を抑制するために０.０５重量％以上好ましくは０.０８重量％以上添加される。また、一般にＶ、Ｍｏ、ＣｒあるいはＭｎなどの元素は窒素の溶解度を高めるが、通常の大気圧下での製鋼法では溶鋼中の窒素溶解度が小さいため、ステンレス鋼の成分範囲においては０.２重量％以上の窒素を添加することは難しい。０.２重量％以上の窒素を添加するためには高圧窒素雰囲気下での生産設備が必要になり、製造コスト高となるため好ましくない。また、大気圧下で多量の窒素を添加しようとすると、凝固過程で気泡が生じてインゴットに多量の気孔が導入されたり、窒素量によっては(０.２重量％以上)多量の残留オーステナイトが生成して焼入硬さが低下したりして軸受寿命のバラツキを生ずることもあるため、Ｎ含有量の範囲は０.０５重量％以上好ましくは０.０８重量％以上、且つ０.２重量％未満望ましくは０.１４若しくは０.１５重量％以下とする。
【００３４】
［Ｎｉ］
内輪(回転輪構成体１６)の材質にＮｉを含有させる場合、当該Ｎｉは強力なオーステナイト安定化元素であり、δフェライトの生成を抑え、靭性を向上させ、更に耐食性や耐酸性を向上させる作用があるため、０.０５重量％以上、より好ましくは０.５重量％以上添加される。しかし、必要以上に添加すると多量の残留オーステナイトが生成して十分な焼入れ硬さが得られなくなることがあるので、上限を３.５重量％とした。特に、軸受ユニットが酸を含む環境下で使用される場合に添加すると有効である。
【００３５】
［Ｃｕ］
内輪(回転輪構成体１６)の材質にＣｕを含有させる場合、当該ＣｕはＮｉと同様に若干のオーステナイト安定化作用をもつ元素であり、δフェライトの生成を抑え、更に耐食性や耐酸性を向上させる作用があるため、０.０５重量％以上、より好ましくは０.５重量％以上添加される。しかし、多量に添加すると、製造工程で必要とされる熱間鍛造工程において熱間割れが生じる場合があるので上限を３.０重量％とすることが好ましい。特に、軸受ユニットが酸を含む環境下で使用される場合に添加すると有効である。
【００３６】
［Ｎｉ％＋２．４Ｍｎ％＋０．３Ｃｕ％≦５．０］
Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｕはいずれもオーステナイト安定化元素であり、オーステナイト領域を拡大したり、Ｍｓ点を下げてマルテンサイト変態を起こしにくくする作用があり、それらの含有量が多くなりすぎると残留オーステナイト量が増加して転動疲労に耐えるだけの十分な硬さが得られなくなる。そのため、総含有量をＮｉ％＋２.４Ｍｎ％＋０.３Ｃｕ％≦５.０を満足する範囲とすることが好ましい。
【００３７】
ここで、炭素量及びクロム量を最適化したステンレス鋼を用いる利点の一例について説明する。
通常、高温焼戻し(４００〜６００℃)して２次析出硬化する際に、炭化物のみのマルテンサイト系ステンレス鋼(例えば、Ｇ、Ｈ鋼)では、Ｍ２３Ｃ６なる微細な金属炭化物を例にとると、炭素１原子に対し金属Ｍ(例えば、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖなども同じ)の方は約４原子が基地から奪われる。これに対して、本実施の形態において、炭素量及びクロム量を最適化すると、(炭)窒化物がＣｒＮ、Ｃｒ２Ｎ(Ｖ、Ｍｏでも同じ)となり、窒素Ｎの１原子に対して金属のＣｒは１〜２原子となる。即ち、炭化物のみのマルテンサイト系ステンレス鋼からなる軸受の基地から奪われるＣｒの量が減少し、その分、軸受の耐食性が向上する。加えて、窒(炭)化物は耐食性が炭化物のみより大となる。
【００３８】
［Ｃ＋Ｎ］
マルテンサイト強化及び２次硬化によってＨＲＣ５８以上の表面硬度を得るためには、Ｃ＋Ｎが０.４５重量％以上必要である。また、炭素，窒素あるいはＣｒ濃度によっては多量の残留オ−ステナイトが生成して十分な焼入硬さが得られなくなることがある。従って、炭素＋窒素の総含有量は０.６５％以下に制限することが好ましい。この成分範囲内であれば、粗大な共晶炭化物が生成したり、フェライトが生成して靭性を低下させることもない。
【００３９】
［含有する共晶炭化物および窒化物(炭窒化物を含む)が長径で２０μｍ以下、焼入れ、サブゼロ処理、及び焼戻し後の硬さがＨＲＣ５８以上］
製鋼時の凝固過程で形成される共晶炭化物は長径２０μｍ以上であると、仕上げ加工する際に目標となる面粗さなどの精度達成が困難であること、及び回転作動中に炭化物と基地の間に摩耗差が生じることから、音響特性が低下する。また、その効果を発揮させるためには、望ましくは３μｍ未満とする。また、この粗大共晶炭化物などが応力集中源となることから、疲労寿命や靱性などを低下させ、更には基地中のＣｒ濃度が不足して耐食性が低下する。これに対して、本実施の形態の軸受ユニットの内輪(回転輪構成体１６)を構成するステンレス鋼は炭素含有量が低く、窒素を含有しているために、共晶炭化物が粗大化しないか、或いは全く生じないで、微細な２次炭化物或いは窒化物などが析出し、その結果、強度(剛性)を高めることができる。
【００４０】
ところで、共晶炭化物及び窒化物(炭窒化物を含む)が長径で２０μｍ以下であっても、焼入れ(サブゼロ処理)、焼戻し後の硬さがＨＲＣ５８以上でないと十分な疲労強度が得られない。この場合、上記の条件を満たして得られる音響特性、疲労寿命、耐食性、耐摩耗性などを兼備した軸受ユニットを、比較的高温な環境で使用する場合があり得る。そのような場合の条件とその臨界的意義は次の通りである。
【００４１】
［含有する共晶炭化物及び炭窒化物を含む窒化物が長径で２０μｍ以下、焼入れ及びサブゼロ処理後、４００℃以上６００℃以下の温度で焼戻されて、且つ焼戻し後の硬さがＨＲＣ５８以上］
含有する共晶炭化物及び炭窒化物を含む窒化物が長径で２０μｍ以下である理由は、前記内容と同様であるが、軸受が比較的高温で使用される場合は寸法安定性を考慮して使用温度よりも高い温度で焼戻される。従来のステンレス鋼であると焼戻し温度が高くなると次第に軟化して、疲労強度が低下し、耐磨耗性が劣化する。これに対して、本実施の形態の軸受ユニットに用いるステンレス鋼は、２次硬化に作用する元素としてＮ或いはＭｏ、Ｖなどを含有している。そのため、焼戻し温度が４００℃以上６００℃以下であれば、微細な窒化物(炭窒化物)が析出してＨＲＣ５８以上の硬度が維持され、高い耐摩耗性が得られる。この場合、より好ましい硬度ＨＲＣ６０以上とするには、焼戻し温度を４５０℃〜５２５℃とすれば良い。
【００４２】
［共晶炭化物及びその他未固溶炭化物が無いか、若しくは、その大きさが２μｍ以下、且つ面積率で５％以下］
基地中に粗大な炭化物が存在すると、その近傍ではＣｒが欠乏して局部腐食を受けやすくなる。特に、製鋼時の凝固過程で生成する共晶炭化物は粗大化しやすく、その後の熱処理では基地中に溶け難く、耐食性においては著しく有害である。また、その大きさが長径で５μｍを超えると疲労寿命にも悪影響を及ぼすようになるので、その存在は好ましくない。更に、共晶炭化物が存在しないような場合であっても、その他に２次的に析出した未固溶炭化物が存在するが、それら共晶炭化物及びその他未固溶炭化物の大きさが２μｍを超えると著しく耐局部腐食性が低下する。
【００４３】
この場合、それらの大きさを２μｍ以下、好ましくは１.５μｍ以下に限定することが好ましい。また、炭化物が微細であってもその量が面積率で５％を超えると不働態化特性が著しく低下するため、その量を面積率で５％以下、好ましくは３％以下に限定する。
【００４４】
［残留オ−ステナイトγＲ］
音響特性は一般に共晶炭化物の大きさ等に大きく影響されるが、一方で、γＲが多いと衝撃荷重或いはγＲ分解などによる精度低下に起因して音響特性が劣化する。特に音響特性が重視される用途で使用される軸受の場合では、γＲを６体積％以下とすることによって、耐衝撃性が著しく向上し、音響劣化を防止できる。従って、その効果を十分に発揮するためには、４体積％以下とすることが好ましい。
【００４５】
［セラミックス材料］
内輪(回転輪構成体１６)の材質として例えば窒化ケイ素、ジルコニア、炭化ケイ素などのセラミックス材料を用いることにより、潤滑不良における磨耗を低減でき、更に、高速化にも対応することができる。また、セラミックスは金属材料に比べて耐食性が著しく良好な上に絶縁体であるため、異種金属との接触によるガルバニ腐食を抑制することができる。
【００４６】
［Ｃ量とＣｒ、Ｎ量との関係］
Ｃｒ含有量が高く、炭素含有量が低い場合には、δフェライトが生成して靭性を著しく低下させるのであるが、窒素添加によってδフェライトが生成する炭素濃度は低くなる。炭素濃度の下限をＣ％≧０.０４Ｃｒ％−０.８３Ｎ％−０.３９とすることによってδフェライトの生成を抑制することができる。この場合、炭素濃度の上限をＣ％≦−０.０５Ｃｒ％＋１.４１に限定しないと、２０μｍ以上の粗大な１次共晶炭化物が生成して、音響特性や疲労寿命を低下させる。
【００４７】
なお、Ｃ％≦−０.０５Ｃｒ％＋１.４１であっても、製鋼時の凝固速度等の影響で１次共晶炭化物が５〜２０μｍ程度或いはそれ以上に粗大化する場合もあるが、本実施の形態の軸受ユニットに使用するステンレス鋼には、共晶炭化物の粗大化を抑制する窒素が含有されている。これにより、Ｃ％≦−０.０５Ｃｒ％＋１.４１を満足すれば２０μｍ以上には粗大化しないか、或いは全く共晶炭化物が生じないで、微細な２次炭化物若しくは窒化物が析出し、その結果、強度(剛性)を高めることができる。
【００４８】
以上、本実施の形態によれば、上述したような成分範囲のステンレス鋼は、従来の軸受用ステンレス鋼に比べて防錆能力が高く、且つ合金成分が少ないため加工が容易である。従って、かかるステンレス鋼で内輪(回転輪構成体１６)を構成することにより、保護被膜(特許文献１参照)を別途設けること無く、防錆に優れた低コストの内輪(回転輪構成体１６)を実現することが可能となり、その結果、軸受ユニットの製造コストを低減することができる。更に、かかるステンレス鋼を適用した軸受は、水浸入条件下での寿命試験結果において、例えば図２(ａ)に示すように、既存の軸受鋼製の軸受(比較品１)やＳＵＳ４４０製の軸受(比較品２)に比べて、転がり疲れ寿命を大幅に向上させることができる。これにより、軸受寿命の延命化を図ると共に、当該軸受の剛性や耐荷重性能を一定に維持することができる。
【００４９】
なお、上述した実施の形態では、静止輪(外輪)２と回転輪(内輪)４の双方にフランジ(固定フランジ２ａ、ハブフランジ１２ａ)を設けた軸受ユニット(図１(ａ),(ｂ))を例示したが、これに限定されることは無く、ハブ１２の軸端部(車体側端部)を加締めることで回転輪構成体１６をハブ１２に固定する軸受ユニットであれば、任意の軸受に適用することができる。例えば、外内輪2,4のいずれか一方のフランジを設けたタイプの軸受や、等速ジョイントのスプライン軸を止め輪により回転輪４(ハブ１２)のスプライン孔１２ｈに対して抜け止め固定するタイプの軸受にも適用することができる。この場合、複列の内輪が全てスピンドルとは別体で構成されたタイプの軸受であれば、加締め側の内輪の材質を上記実施の形態で説明したような成分範囲のステンレス鋼とすれば良い。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】(ａ)は、駆動輪用の軸受ユニットの構成を示す断面図、(ｂ)は、従動輪用の軸受ユニットの構成を示す断面図。
【図２】(ａ)は、炭素量及びクロム量を最適化したステンレス鋼製の内輪(回転輪構成体)の構成を示す断面図、(ｂ)は、軸受寿命の比較例を示す図。
【符号の説明】
【００５１】
２  静止輪(外輪)
４  回転輪(内輪)
6,8  転動体
１２  ハブ(スピンドル)
１６  内輪(回転輪構成体)
【図１】
2008115980.tif 000003
【図２】
2008115980.tif 000004