(57)【要約】【課題】僅かな水分が内部に浸入した場合の耐食性に優れた車輪支持用複列軸受およびハブユニット軸受を提供する。【解決手段】内側部材１および外側部材２は、Ｓ５３Ｃをベースとし、クロム含有率が３．０質量％以上１５．０質量％以下の合金鋼からなる素材を所定形状に加工した後に、軌道面１１ａ，２１，２１ｂに対して高周波焼入れを行うことで得る。内輪１０は、ＳＵＪ２をベースとし、クロム含有率が３．０質量％以上１５．０質量％以下の合金鋼からなる素材を所定形状に加工した後に、ずぶ焼きおよび焼戻しを行うことにより得る。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二列の軌道を有する外輪と、
外輪の各軌道に対応させた軌道を有し、並列に配置される第１の内輪および第２の内輪と、
車輪側部材に固定されるフランジおよび車体側部材に固定されるフランジの少なくともいずれかと、
転動体と、を備え、
前記第１の内輪および外輪の少なくともいずれかは、前記フランジが一体化された内側部材または外側部材とされている車輪支持用複列軸受であって、
前記内側部材および外側部材は、
炭素含有率〔Ｃ〕が０．４０質量％以上０．８０質量％以下、クロム含有率〔Ｃｒ〕が３．０質量％以上１５．０質量％以下、珪素含有率〔Ｓｉ〕が０．１質量％以上１．５質量％以下、マンガン含有率〔Ｍｎ〕が０．１質量％以上１．５質量％以下、残部鉄および不可避的不純物である合金鋼からなる素材を所定形状に加工した後に、軌道面に対して高周波焼入れを行うことにより得られたものであり、
フランジが一体化されていない第２の内輪および外輪は、炭素含有率〔Ｃ〕が０．８２質量％以上１．１０質量％以下、クロム含有率〔Ｃｒ〕が３．０質量％以上１５．０質量％以下、珪素含有率〔Ｓｉ〕が０．１質量％以上１．５質量％以下、マンガン含有率〔Ｍｎ〕が０．１質量％以上１．５質量％以下、残部鉄および不可避的不純物である合金鋼からなる素材を所定形状に加工した後に、ずぶ焼きおよび焼戻しを行うことにより得られたものであることを特徴とする車輪支持用複列軸受。
【請求項２】
二列の軌道を有する外輪と、
外輪の各軌道に対応させた軌道を有し、並列に配置される第１の内輪および第２の内輪と、
転動体と、を備えた車輪支持用複列軸受であって、
前記内輪および外輪は、炭素含有率〔Ｃ〕が０．８２質量％以上１．１０質量％以下、クロム含有率〔Ｃｒ〕が３．０質量％以上１５．０質量％以下、珪素含有率〔Ｓｉ〕が０．１質量％以上１．５質量％以下、マンガン含有率〔Ｍｎ〕が０．１質量％以上１．５質量％以下、残部鉄および不可避的不純物である合金鋼からなる素材を所定形状に加工した後に、ずぶ焼きおよび焼戻しを行うことにより得られたものであることを特徴とする車輪支持用複列軸受。
【請求項３】
車輪側部材を固定するフランジが、車軸を内嵌するハブに一体化され、前記ハブの外周面のフランジ側の端部に内輪軌道が形成され、前記外周面のフランジとは反対側の端部に凹周部が形成された内側部材と、
車体側部材を固定するフランジが複列軌道の外輪に一体に形成された外側部材と、
内輪軌道を有し、内周面が前記凹周部に外嵌されることで、前記内側部材に固定されている内輪と、
転動体と、
を備えたハブユニット軸受であって、
前記内側部材および外側部材は、
炭素含有率〔Ｃ〕が０．４０質量％以上０．８０質量％以下、クロム含有率〔Ｃｒ〕が３．０質量％以上１５．０質量％以下、珪素含有率〔Ｓｉ〕が０．１質量％以上１．５質量％以下、マンガン含有率〔Ｍｎ〕が０．１質量％以上１．５質量％以下、残部鉄および不可避的不純物である合金鋼からなる素材を所定形状に加工した後に、軌道面に対して高周波焼入れを行うことにより得られたものであり、
前記内輪は、炭素含有率〔Ｃ〕が０．８２質量％以上１．１０質量％以下、クロム含有率〔Ｃｒ〕が３．０質量％以上１５．０質量％以下、珪素含有率〔Ｓｉ〕が０．１質量％以上１．５質量％以下、マンガン含有率〔Ｍｎ〕が０．１質量％以上１．５質量％以下、残部鉄および不可避的不純物である合金鋼からなる素材を所定形状に加工した後に、ずぶ焼きおよび焼戻しを行うことにより得られたものであることを特徴とするハブユニット軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車輪支持用複列軸受と、ハブユニット軸受（ハブと一方の内輪とフランジが一体化された内側部材を備えた車輪支持用複列軸受）に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の燃費を向上するために、軽量化を目的とした車輪支持用軸受のユニット化が進んでいる。
図１は、ユニット化された車輪支持用軸受（ハブユニット軸受）の一例を示す断面図である。このユニットは、内側部材１と、内輪１０と、外側部材２と、玉（転動体）３と、保持器４とで構成され、玉３が転動する軌道を二列備えている。
【０００３】
内側部材１は、軌道１１ａを有する内輪１１、車軸を内嵌するハブ１２、および車輪側部材８を固定するフランジ１３が一体化されたものである。内輪１０は、軌道１０ａを有し、内側部材１のフランジ１３とは反対側の端部に設けた凹周部１４に外嵌され、ハブ１２の先端部１２ａをかしめることで固定されている。これらの軌道１１ａ，１０ａが二列の内輪軌道を成している。
【０００４】
外側部材２は、二列の軌道２１ａ，２１ｂを有する外輪２１と、車体の懸架装置（車体側部材）を固定するボルト穴２２ａが形成されたフランジ２２とが一体に形成されたものである。
このような複雑な形状を有する内側部材（フランジおよびハブ付き内輪）１および外側部材（フランジ付き外輪）２は、従来、０．５質量％程度の炭素を含有する中炭素鋼（Ｓ５３Ｃ等）からなる素材を用い、熱間鍛造で所定形状に加工した後、軌道面の表層部を高周波焼入れにより硬化させ、次いで旋削、穿孔、研削等を行うことで製造されている。
【０００５】
一方、内輪１０は、ＳＵＪ２等の高炭素クロム軸受鋼からなる素材を用い、旋削により所定形状に加工した後、ずぶ焼きおよび焼戻しを行うことで製造され、硬さは表面から芯部までＨＲＣ５４〜６４とされている。
このようなハブユニット軸受は、シール５を設けることで泥水などが内部に浸入することを防いでいる。しかし、シール５による密封性能が低下して僅かな水分が内部に浸入した場合には、一般的な異物混入潤滑下の剥離とは異なる様相の剥離（軌道面の表層部に存在する非金属介在物周りの応力集中が加速されることに起因する剥離）が生じることが分かった。
【０００６】
下記の特許文献１には、腐食環境で使用してもハブユニット軸受の寿命を長くするために、図１の内輪１０に相当する第２の内輪を、炭素含有率が０．４質量％以上０．８質量％以下であり、クロム含有率が３質量％以上１５質量％以下である合金鋼で構成するとともに、第２の内輪の外周面の軸方向端部に作用するフープ応力を、１５０ＭＰａ以上３００ＭＰａ以下にすることが記載されている。
【０００７】
なお、車輪支持用複列軸受には、図１に示すようなハブユニット軸受以外に、外輪はフランジと一体化され、両方の内輪はフランジおよびハブと一体化されていないものや、内輪および外輪ともにフランジが一体化されていないものがある。
【特許文献１】特開２００５−１３３７６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１のハブユニット軸受では、内側部材１および外側部材２をＳ５３Ｃで構成しているため、ハブユニット軸受全体としての耐食性の向上に改善の余地がある。
本発明は、僅かな水分が内部に浸入した場合の耐食性に優れた車輪支持用複列軸受およびハブユニット軸受を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明は、二列の軌道を有する外輪と、外輪の各軌道に対応させた軌道を有し、並列に配置される第１の内輪および第２の内輪と、車輪側部材に固定されるフランジおよび車体側部材に固定されるフランジの少なくともいずれかと、転動体と、を備え、前記第１の内輪および外輪の少なくともいずれかは、前記フランジが一体化された内側部材または外側部材とされている車輪支持用複列軸受であって、前記内側部材および外側部材は、下記の構成(1) を満たし、フランジが一体化されていない第２の内輪および外輪は、下記の構成(2) を満たすことを特徴とする車輪支持用複列軸受を提供する。
【００１０】
（１）炭素含有率〔Ｃ〕が０．４０質量％以上０．８０質量％以下、クロム含有率〔Ｃｒ〕が３．０質量％以上１５．０質量％以下、珪素含有率〔Ｓｉ〕が０．１質量％以上１．５質量％以下、マンガン含有率〔Ｍｎ〕が０．１質量％以上１．５質量％以下、残部鉄および不可避的不純物である合金鋼からなる素材を所定形状に加工した後に、軌道面に対して高周波焼入れを行うことにより得られたものである。
【００１１】
（２）炭素含有率〔Ｃ〕が０．８２質量％以上１．１０質量％以下、クロム含有率〔Ｃｒ〕が３．０質量％以上１５．０質量％以下、珪素含有率〔Ｓｉ〕が０．１質量％以上１．５質量％以下、マンガン含有率〔Ｍｎ〕が０．１質量％以上１．５質量％以下、残部鉄および不可避的不純物である合金鋼からなる素材を所定形状に加工した後に、ずぶ焼きおよび焼戻しを行うことにより得られたものである。
【００１２】
本発明はまた、二列の軌道を有する外輪と、外輪の各軌道に対応させた軌道を有し、並列に配置される第１の内輪および第２の内輪と、転動体と、を備えた車輪支持用複列軸受であって、前記内輪および外輪は、前記構成（２）を満たすことを特徴とする車輪支持用複列軸受を提供する。
【００１３】
本発明はまた、車輪側部材を固定するフランジが、車軸を内嵌するハブに一体化され、前記ハブの外周面のフランジ側の端部に内輪軌道が形成され、前記外周面のフランジとは反対側の端部に凹周部が形成された内側部材と、車体側部材を固定するフランジが複列軌道の外輪に一体に形成された外側部材と、内輪軌道を有し、内周面が前記凹周部に外嵌されることで、前記内側部材に固定されている内輪と、転動体と、を備えたハブユニット軸受であって、前記内側部材および外側部材は前記構成（１）を満たし、前記内輪は前記構成（２）を満たすことを特徴とするハブユニット軸受を提供する。
【００１４】
本発明の車輪支持用複列軸受およびハブユニット軸受では、フランジが一体化されている内側部材および外側部材用の合金鋼と、フランジが一体化されていない内輪および外輪用の合金鋼の両方について、クロム含有率〔Ｃｒ〕を３．０質量％以上１５．０質量％以下とすることで、僅かな水分が内部に浸入した場合の耐食性が良好となる。
これらの合金鋼のクロム含有率が３．０質量％未満であると、表面に十分な酸化被膜が形成されないため、前記内側部材、外側部材、およびフランジが一体化されていない内輪と外輪の耐食性が不十分となる。クロム含有率が多いほど耐食性は高くなるが、１５．０質量％を超えると、冷間加工性や旋削加工性が低下するとともに、熱処理時に粗大な炭化物が形成され易くなって、転がり疲れ寿命や機械的強度が低下する。
【００１５】
また、クロム含有率が多いほど合金鋼のコストが高くなるため、コストの点から好ましいクロム含有率の範囲は３．０質量％以上７．０質量％以下、より好ましい範囲は３．０質量％以上５．０質量％以下である。また、より高い耐食性を得るために好ましいクロム含有率の範囲は７．０質量％以上１２．０質量％以下である。
【００１６】
本発明の車輪支持用複列軸受およびハブユニット軸受において、フランジが一体化されている内側部材および外側部材用の合金鋼は、炭素含有率を０．４０質量％以上０．８０質量％以下とする。この合金鋼の炭素含有率が０．４０質量％未満であると、高周波焼入れ後の軌道面の硬さが不十分となって、優れた転がり疲れ寿命が得られない。一方、炭素含有率が０．８０質量％を超えると、加工性が低下して、フランジやボルト穴等を形成することが難しくなる。
【００１７】
本発明の車輪支持用複列軸受およびハブユニット軸受において、フランジが一体化されていない内輪および外輪用の合金鋼は、炭素含有率を０．８２質量％以上１．１０質量％以下とする。この合金鋼の炭素含有率が０．８２質量％未満であると、ずぶ焼きおよび焼戻し後の軌道面の硬さが不十分となって、優れた転がり疲れ寿命が得られない。一方、炭素含有率が１．１０質量％を超えると、粗大な炭化物が生成され易くなる。
【００１８】
本発明の車輪支持用複列軸受およびハブユニット軸受では、フランジが一体化されている内側部材および外側部材用の合金鋼と、フランジが一体化されていない内輪および外輪用の合金鋼の両方について、珪素含有率を０．１質量％以上１．５質量％以下とし、マンガン含有率が０．１質量％以上１．５質量％以下とする。
珪素は、製鋼時において脱酸剤として必要な元素であるとともに、合金鋼の焼入れ性を向上させる効果がある。珪素の含有量が０．１質量％未満であると、上記効果が実質的に得られず、転がり疲れ寿命や機械的強度が低下する。一方、珪素の含有量が１．５質量％を超えると、冷間加工性および旋削加工性が低下する。
【００１９】
マンガンは、製鋼時に脱酸剤及び脱硫剤として作用するとともに、合金鋼の焼入れ性を向上させる効果がある。マンガンの含有量が０．１質量％未満であると、上記効果が実質的に得られず、転がり疲れ寿命や機械的強度が低下する。一方、マンガンの含有量が１．５質量％を超えると、非金属介在物が多量に生成されるとともに、熱処理後の硬さが低下する。そのため、冷間加工性および旋削加工性が低下するとともに、転がり疲れ寿命や機械的強度が低下する。
【００２０】
なお、フランジが一体化されている内側部材および外側部材用の合金鋼としては、(a) 炭素含有率が０．５０〜０．５６質量％、珪素含有率が０．１５〜０．３５質量％、マンガン含有率が０．６０〜０．９０質量％であるＳ５３Ｃをベースとし、クロム含有率が３．０〜１５．０質量％になるようにクロムを添加した合金鋼、(b) 炭素含有率が０．５２〜０．５８質量％、珪素含有率が０．１５〜０．３５質量％、マンガン含有率が０．６０〜０．９０質量％であるＳ５５Ｃをベースとし、クロム含有率が３．０〜１５．０質量％になるようにクロムを添加した合金鋼、(c) 炭素含有率が０．５５〜０．６１質量％、珪素含有率が０．１５〜０．３５質量％、マンガン含有率が０．６０〜０．９０質量％であるＳ５８Ｃをベースとし、クロム含有率が３．０〜１５．０質量％になるようにクロムを添加した合金鋼、(d) 炭素含有率が０．６７〜０．７３質量％、珪素含有率が０．１５〜０．３５質量％、マンガン含有率が０．６０〜０．９０質量％であるＳ７０Ｃをベースとし、クロム含有率が３．０〜１５．０質量％になるようにクロムを添加した合金鋼が挙げられる。
【００２１】
また、フランジが一体化されていない内輪および外輪用の合金鋼としては、(e) 炭素含有率が０．９５〜１．１０質量％、珪素含有率が０．１５〜０．３５質量％、マンガン含有率が０．５０質量％以下であるＳＵＪ２をベースとし、クロム含有率が３．０〜１５．０質量％になるようにクロムを添加した合金鋼が挙げられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１のハブユニット軸受（ＮＳＫ呼び番号４４ＢＷＫＨ１０）を以下のようにして作製した。
内輪１０は、Ｓ５３Ｃをベースにして、クロム含有率を３．０質量％とした合金鋼からなる素材を、所定形状に加工した後に、ずぶ焼きおよび焼戻しを行うことにより得た。ずぶ焼き条件は、保持温度：８５０〜９５０℃、保持時間：６０分、焼入れ方法：油焼入れであり、焼戻し条件は、保持温度：１７０〜１８０℃、保持時間：１２０分である。これにより、内輪軌道面１０ａの表層部の硬さをＨＲＣ６０〜６２とした。
【００２３】
内側部材１と外側部材２は、ＳＵＪ２をベースにして、クロム含有率を１．０質量％（No. １）、２．５質量％（No. ２）、３．０質量％（No. ３）、４．５質量％（No. ４）、６．５質量％（No. ５）、８．０質量％（No. ６）、１０．５質量％（No. ７）、１２．０質量％（No. ８）、１３．５質量％（No. ９）、１５．０質量％（No. １０）、１６．５質量％（No. １１）、１８．０質量％（No. １２）とした合金鋼からなる素材を、所定形状に加工した後に、内側部材１の内輪軌道面１１ａおよび外側部材２の外輪軌道面２１ａ，２１ｂに、高周波焼入れを行うことにより得た。
【００２４】
高周波焼入れ条件は、周波数４０ｋＨｚ、電流１０Ａ、電圧１０ｋＶ、加熱温度９００〜９５０℃とした。なお、No. １１とNo. １２では、高周波焼入れで十分な硬さを得られないため、高温焼入れ（保持温度：１０３０℃、保持時間：６０分、焼入れ方法：油焼入れ）を行った。
これにより、内輪軌道面１１ａおよび外輪軌道面２１ａ，２１ｂの硬さをＨＲＣ５８〜６２とした。
【００２５】
このようにして得られたNo. １〜１２の内側部材１と外側部材２、内輪１０、およびＳＵＪ２製の玉３を用い、図１のハブユニット軸受を組み立てた。なお、内側部材１を構成するハブ１２の先端部１２ａの硬さをＨＲＣ２５以下とし、この先端部１２ａを径方向外側に塑性変形させることにより、内輪１０をハブ１２の凹周部１４にかしめ固定した。
【００２６】
得られた各ハブユニット軸受を、５質量％の塩水を噴霧する腐食環境下で、実車の諸元から計算した旋回外側加速度０．６Ｇに相当する荷重を付加しながら、実車で１２０Ｋｍ／ｈの速度に相当する回転速度１０００ｍｉｎ-1で回転させた。試験室内の温度は３５℃とし、塩水噴霧条件は「ＪＩＳ  Ｚ２３７１」に準拠した条件とした。回転開始時点から振動を測定し、初期値の３倍になった時点までの回転時間を寿命とした。そして、No. １の寿命を「１」とした相対値を、寿命比として算出した。
【００２７】
その結果を図２に示す。図２は、内側部材１と外側部材２を形成した合金鋼のクロム含有率を横軸とし、寿命比を縦軸としたグラフである。
このグラフから、本発明の実施例に相当するNo. ３〜１０のハブユニット軸受の腐食環境下での回転寿命は、比較例に相当するNo. １の４倍以上であることが分かる。なお、No. １１およびNo. １２のハブユニット軸受は、内側部材１および外側部材２の加工性が悪かった。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】実施形態で作製したハブユニット軸受を示す断面図である。
【図２】実施形態で行った回転試験の結果を、内側部材１と外側部材２を形成した合金鋼のクロム含有率を横軸とし、寿命比を縦軸として表したグラフである。
【符号の説明】
【００２９】
１  内側部材
１０  フランジが一体化されていない内輪（第２の内輪）
１０ａ  内輪軌道
１１  ハブと一体の内輪（第１の内輪）
１１ａ  内輪軌道
１２  ハブ
１２ａ  ハブの先端部
１２ｂ  ハブの基端部
１３  フランジ
１３ａ  フランジのボルト穴
１３ｂ  フランジの薄肉部
１４  内輪を嵌める凹周部
２  外側部材
２１  外輪
２１ａ  軌道溝
２１ｂ  軌道溝
２２ａ  懸架装置（車体側部材）を固定するボルト穴
２２  フランジ
３  玉（転動体）
４  保持器
５  シール
８  車輪側部材
【図１】
2008150686.tif 000003
【図２】
2008150686.tif 000004