(57)【要約】【課題】転動体に乗り上げ傷が生じにくい車輪支持用転がり軸受装置を提供する。【解決手段】車輪支持用転がり軸受装置１は、ハブ輪２と、ハブ輪２に一体的に固定された内輪３と、外輪４と、二列の転動体５，５と、を備えている。ハブ輪２の外周面及び内輪３の外周面に形成された軌道面と、外輪４の内周面に形成された軌道面とは対向しており、対向する両軌道面間に複数の転動体５が転動自在に配されている。転動体５は、０．３質量％以上２．２質量％以下のケイ素と０．３質量％以上２質量％以下のマンガンとを含有し、且つ、ケイ素とマンガンとの質量比Ｓｉ／Ｍｎが５以下である鋼で構成されている。そして、浸炭窒化処理又は窒化処理が施されて、その表面の窒素濃度が０．２質量％以上、窒化物の量が面積率で１％以上２０％以下、表面硬さがＨｖ７８０以上とされているとともに、表面の残留オーステナイト量が１５体積％以下とされている。【選択図】図１
2008150687.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面に軌道面を有する内方部材と、前記内方部材の軌道面に対向する軌道面を有し前記内方部材の外方に配された外方部材と、前記両軌道面間に転動自在に配された複数の転動体と、を備える車輪支持用転がり軸受装置において、前記転動体には浸炭窒化処理又は窒化処理が施されており、その表面の窒素濃度が０．２質量％以上、窒化物の量が面積率で１％以上２０％以下とされているとともに、前記転動体の表面の残留オーステナイト量が１５体積％以下であることを特徴とする車輪支持用転がり軸受装置。
【請求項２】
前記転動体は、０．３質量％以上２．２質量％以下のケイ素と０．３質量％以上２質量％以下のマンガンとを含有し、且つ、ケイ素とマンガンとの質量比Ｓｉ／Ｍｎが５以下である鋼で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の車輪支持用転がり軸受装置。
【請求項３】
前記転動体の表面硬さがＨｖ７８０以上であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車輪支持用転がり軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等の車輪を懸架装置に対して回転自在に支持する車輪支持用転がり軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の車輪を懸架装置に対して回転自在に支持する車輪支持用転がり軸受装置は、一般的には、以下のような構造を有している。すなわち、外周面に複列の軌道面を有する内方部材と、内周面に複列の軌道面を有する外方部材と、内方部材の軌道面と外方部材の軌道面との間に転動自在に配された複数の転動体と、を備えており、内方部材が回転輪、外方部材が固定輪（非回転輪）とされている。また、内方部材の外周面には、車輪を取り付けるためのフランジが設けられ、外方部材の外周面には、懸架装置を取り付けるためのフランジが設けられている。
【０００３】
車輪支持用転がり軸受装置の基本構造は複列のアンギュラ玉軸受であり、剛性を確保するために軸方向から大きな予圧が負荷されて使用されることが多い。転動体である玉は内外の軌道面の間に所定の接触角を持って挟持されているので、車輪支持用転がり軸受装置はラジアル方向の荷重だけでなくアキシアル方向の荷重も支承可能である。このような車輪支持用転がり軸受装置においては、内方部材と外方部材との相対回転が円滑にガタツキなく行われるように、内外の軌道面の間で玉を押圧する初期予圧が付与される。
【０００４】
ところが、組み付け時のミスアライメントや経年変化によって予圧が低下する場合があり、この場合に大きな加速度を受けるような回転を行うと、モーメント荷重によって玉が内外の軌道溝の肩部に移動し、場合によっては玉が肩部に乗り上げるおそれがある。従来のＳＵＪ２製の玉が用いられている場合には、乗り上げにより玉の表面に傷が付き（以降は「乗り上げ傷」と記す）、傷の付いた玉が転動することによって軌道面にも傷が付くことになる。その結果、最悪の場合には、ピーリングに代表される表面疲労型の剥離が軌道面に発生することがある。
【特許文献１】特開平７−１６７１３８号公報
【特許文献２】特開２００３−１７６８２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような剥離の対策として、軌道溝の肩部を面取りして乗り上げ傷が生じにくくする方法や、玉の直径に対して溝の曲率半径を小さくして接触楕円径を小さくするような内部諸元にする方法などの設計面での対策が提案されているが（特許文献１，２を参照）、より高い効果が得られる対策が求められている。
一方、材料面からの剥離対策としては、浸炭窒化処理及び焼入れ焼戻しを施した軸受鋼ＳＵＪ２製の転動体を用いる方法がある。この従来技術によれば、窒素の固溶と少量の窒化物の析出とにより表面が強化されること、及び、表面の残留応力が圧縮応力となることにより、乗り上げ傷に対して若干強くなる。
【０００６】
しかしながら、上記のような転動体でも乗り上げ傷に対して硬さがやや低いため、十分な対策とはならない場合があった。また、転動体の表面の残留オーステナイト量が少ないほど乗り上げ傷が生じにくいが、上記のような転動体は残留オーステナイト量が２０体積％以上と高いため、高温焼戻しを施して残留オーステナイト量を減少させる必要がある。しかしながら、そうすると硬さが低下してしまうため、乗り上げ傷を十分に抑制することは困難である。
そこで、本発明は上記のような従来技術が有する問題点を解決し、転動体に乗り上げ傷が生じにくい車輪支持用転がり軸受装置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】
【０００７】
前記課題を解決するため、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発明に係る請求項１の車輪支持用転がり軸受装置は、外周面に軌道面を有する内方部材と、前記内方部材の軌道面に対向する軌道面を有し前記内方部材の外方に配された外方部材と、前記両軌道面間に転動自在に配された複数の転動体と、を備える車輪支持用転がり軸受装置において、前記転動体には浸炭窒化処理又は窒化処理が施されており、その表面の窒素濃度が０．２質量％以上、窒化物の量が面積率で１％以上２０％以下とされているとともに、前記転動体の表面の残留オーステナイト量が１５体積％以下であることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る請求項２の車輪支持用転がり軸受装置は、請求項１に記載の車輪支持用転がり軸受装置において、前記転動体は、０．３質量％以上２．２質量％以下のケイ素と０．３質量％以上２質量％以下のマンガンとを含有し、且つ、ケイ素とマンガンとの質量比Ｓｉ／Ｍｎが５以下である鋼で構成されていることを特徴とする。
さらに、本発明に係る請求項３の車輪支持用転がり軸受装置は、請求項１又は請求項２に記載の車輪支持用転がり軸受装置において、前記転動体の表面硬さがＨｖ７８０以上であることを特徴とする。
【０００９】
本発明においては、内部諸元ではなく転動体の表面の性状を適正化することによって、転動体に乗り上げ傷が生じることを抑制している。その結果、転動体の乗り上げ傷に起因する軌道面の剥離が抑制される。
乗り上げ傷のできやすさを決める因子としては、転動体の表面硬さと転動体の表面の残留オーステナイト量とがある。転動体の表面硬さが高い方が、表面に乗り上げ傷が生じにくく軌道面の剥離を抑制することができ、表面硬さはＨｖ７８０以上であることが好ましい。また、残留オーステナイトは軟質な組織であるため、転動体の表面の残留オーステナイト量が少ない方が、表面に乗り上げ傷が生じにくく軌道面の剥離を抑制することができる。転動体の表面の残留オーステナイト量は１５体積％以下である必要があり、１０体積％以下であることがより好ましい。
【００１０】
転動体の表面硬さを十分に高くするためには、浸炭窒化処理又は窒化処理を施して、転動体の表面の窒素濃度を０．２質量％以上とするとともに、表面の窒化物の量を面積率で１％以上２０％以下とする必要がある。このような構成であれば、転動体の表面が強化されるので乗り上げ傷が生じにくい。転動体の表面の窒素濃度は、０．３３質量％以上とすることがより好ましく、０．４５質量％以上とすることがさらに好ましい。また、転動体の表面の窒化物の量は、面積率で１％以上１０％以下とすることがより好ましい。
【００１１】
転動体の表面に適正に窒化物を析出させるためには、０．３質量％以上２．２質量％以下のケイ素と０．３質量％以上２質量％以下のマンガンとを含有し、且つ、ケイ素とマンガンとの質量比Ｓｉ／Ｍｎが５以下である鋼で、転動体を構成することが好ましい。そうすれば、浸炭窒化処理又は窒化処理を施すことにより、好適な量のケイ素窒化物やマンガン窒化物（以降はＳｉ・Ｍｎ系窒化物と記すこともある）が析出する。
【００１２】
また、これらの条件を満たす転動体は、乗り上げ傷が生じにくいことに加えて、耐焼付き性や耐フレッチング性も優れている。
なお、熱処理の内容については、浸炭窒化処理又は窒化処理を含む熱処理であれば特に限定されるものではないが、例えば、浸炭窒化焼入れ後に焼戻しを施すという熱処理でもよいし、浸炭窒化焼入れ後にサブゼロ処理及び焼戻しを施すという熱処理でもよい。あるいは、窒化焼入れ後に焼戻しを施すという熱処理でもよいし、焼入れ焼戻し後に窒化処理を施すという熱処理でもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の車輪支持用転がり軸受装置は、転動体の表面が強化されているので、転動体に乗り上げ傷が生じにくい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明に係る車輪支持用転がり軸受装置の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明に係る車輪支持用転がり軸受装置の一実施形態の構造を示す断面図である。なお、本実施形態においては、車輪支持用転がり軸受装置を自動車等の車両に取り付けた状態において、車両の幅方向外側を向いた部分を外端側部分と称し、幅方向中央側を向いた部分を内端側部分と称する。すなわち、図１においては、左側が外端側となり、右側が内端側となる。
【００１５】
図１の車輪支持用転がり軸受装置１は、ハブ輪２と、内輪３と、外輪４と、二列の転動体５，５と、転動体５を保持する保持器６，６と、を備えている。ハブ輪２の内端側部分には外径の小さい円筒部１１が形成されており、該円筒部１１に内輪３が圧入されている。そして、内輪３よりも内端側に突出している円筒部１１の先端部分が径方向外方に加締め広げられて、内輪３とハブ輪２とが一体的に固定されている。ただし、内輪３とハブ輪２とを、ナットにより一体的に固定してもよい。この場合には、ナットによって内輪３に必要な予圧を付与することができる。そして、ハブ輪２及び内輪３の外方には、略円筒形状の外輪４が配されている。なお、内輪３とハブ輪２とが一体的に固定されたものが、本発明の構成要件である内方部材に相当し、外輪４が本発明の構成要件である外方部材に相当する。
【００１６】
ハブ輪２の外周面の軸方向中間部及び内輪３の外周面には、それぞれ軌道面が形成されており、ハブ輪２の軌道面は第一内側軌道面２０ａ、内輪３の軌道面は第二内側軌道面２０ｂとされている。また、外輪４の内周面には、前記両内側軌道面２０ａ，２０ｂに対向する軌道面が形成されており、第一内側軌道面２０ａに対向する軌道面は第一外側軌道面２１ａ、第二内側軌道面２０ｂに対向する軌道面は第二外側軌道面２１ｂとされている。さらに、第一内側軌道面２０ａと第一外側軌道面２１ａとの間、及び、第二内側軌道面２０ｂと第二外側軌道面２１ｂとの間には、それぞれ複数の転動体５が転動自在に配置されている。なお、図示の例では、転動体として玉を使用しているが、車輪支持用転がり軸受装置１の用途等に応じて、ころを使用してもよい。
【００１７】
さらに、外輪４の内端側部分の内周面と内輪３の内端側部分の外周面との間、並びに、外輪４の外端側部分の内周面とハブ輪２の中間部の外周面との間には、それぞれシール装置７ａ，７ｂが設けられている。
さらに、ハブ輪２の外周面の外端側部分には、図示しない車輪を固定するための車輪取り付け用フランジ１０が設けられている。そして、外輪４の外周面には、車輪取り付け用フランジ１０から離間する側の端部に、懸架装置取り付け用フランジ１３が設けられている。
【００１８】
このような車輪支持用転がり軸受装置１を自動車等の車両に組み付けるには、懸架装置取り付け用フランジ１３を懸架装置に固定し、車輪を車輪取り付け用フランジ１０に固定する。その結果、車輪支持用転がり軸受装置１によって車輪が懸架装置に対し回転自在に支持される。すなわち、内輪３とハブ輪２とが一体的に固定されたものが回転輪となり、外輪４が固定輪（非回転輪）となる。
【００１９】
このような車輪支持用転がり軸受装置１において、転動体５は、０．３質量％以上２．２質量％以下のケイ素と０．３質量％以上２質量％以下のマンガンとを含有し、且つ、ケイ素とマンガンとの質量比Ｓｉ／Ｍｎが５以下である鋼で構成されている。そして、転動体５には浸炭窒化処理又は窒化処理が施されており、その表面の窒素濃度が０．２質量％以上、表面の窒化物の量が面積率で１％以上２０％以下とされているとともに、転動体５の表面の残留オーステナイト量が１５体積％以下とされている。さらに、転動体５の表面硬さはＨｖ７８０以上である。
【００２０】
また、ハブ輪２，内輪３，及び外輪４の少なくとも一つは、炭素の含有量が０．４５質量％以上０．５質量％以下の鋼（例えば機械構造用鋼）で構成することが好ましい。このような鋼は加工性に優れ、熱処理時の変形が生じにくいため、製造時の歩留まりが良く加工コストが抑制される。ハブ輪２，内輪３，及び外輪４を製造する際には、鋼を鍛造により成形し、軌道面に高周波焼入れを施すことが好ましい。
【００２１】
このような車輪支持用転がり軸受装置１は、転動体５の表面が強化されているので、予圧が低下した場合等に転動体５が軌道溝の肩部に乗り上げたとしても、転動体５に乗り上げ傷が生じにくい。よって、乗り上げ傷に起因する表面疲労型の剥離が、ハブ輪２，内輪３，及び外輪４の軌道面に生じることが抑制される。
転動体５を構成する鋼には、ケイ素（Ｓｉ）とマンガン（Ｍｎ）の他に、炭素（Ｃ），クロム（Ｃｒ）を合金元素としてさらに添加することが好ましい。
【００２２】
〔炭素の含有量について〕
炭素は、焼入れにより鋼をマルテンサイト組織に変化させ、基地組織を硬化させる作用を有している。転動体の芯部の硬さを転動部材として必要な程度に向上させるためには、炭素の含有量は０．３質量％以上とすることが好ましい。浸炭窒化処理，窒化処理の処理時間を短縮するためには、炭素の含有量は０．５質量％以上とすることがより好ましく、０．８質量％以上とすることがさらに好ましく、０．９５質量％以上とすることが特に好ましい。
一方、過剰に添加するとセメンタイトの析出が過剰となり、浸炭窒化処理，窒化処理によって粗大化して靱性が低下するおそれがあるため、１．２質量％以下とすることが好ましい。
【００２３】
〔クロムの含有量について〕
クロムは、焼入れ性を向上させるとともに炭化物形成元素であり、鋼を強化する炭化物の析出を促進し、さらに微細化させる作用を有している。このような作用を十分に得るためには、クロムの含有量は０．５質量％以上とすることが好ましい。ただし、クロムの含有量が多すぎると、浸炭窒化処理，窒化処理の際に表面にクロム酸化膜が形成されて、炭素や窒素の拡散が阻害されるおそれがあるので、２質量％以下とすることが好ましい。
また、転動体を構成する鋼には、必要に応じて、モリブデン（Ｍｏ），ニッケル（Ｎｉ），バナジウム（Ｖ）のうち少なくとも１種をさらに添加してもよい。
【００２４】
〔モリブデンの含有量について〕
モリブデンは、焼入れ性を向上させるとともに炭化物形成元素であり、鋼を強化する炭化物，炭窒化物，及び窒化物の析出を促進し、さらに微細化させる作用を有している。このような作用を十分に得るためには、モリブデンの含有量は０．２質量％以上とすることが好ましい。ただし、モリブデンを多量に添加しても前記作用が飽和するとともに高コストとなるので、１．２質量％以下とすることが好ましい。
【００２５】
〔ニッケルの含有量について〕
ニッケルは、焼入れ性を向上させるとともに靱性を向上させる作用を有している。このような作用を十分に得るためには、ニッケルの含有量は０．５質量％以上とすることが好ましい。ただし、ニッケルはオーステナイト安定化元素であり、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転動体の芯部の硬さが不十分となるおそれがあるため、ニッケルの含有量は３質量％以下とすることが好ましい。
【００２６】
〔バナジウムの含有量について〕
バナジウムは、浸炭窒化処理によって硬質な炭化物や炭窒化物を形成して、鋼の耐摩耗性を向上させる作用を有している。このような作用を十分に得るためには、バナジウムの含有量は０．５質量％以上とすることが好ましい。ただし、バナジウムを多量に添加すると固溶炭素と結びついて炭化物を形成し硬さが低下するので、１．５質量％以下とすることが好ましい。
【００２７】
〔Ｓｉ・Ｍｎ系窒化物について〕
最大径が１μｍを超える窒化物は鋼の強化にあまり寄与せず、微細な窒化物が鋼中に分散していることが強化に対して有効である。この理由としては、析出強化の理論において析出粒子間の距離が小さい方が強化性能に優れることが考えられる。窒化物の量（面積率）が同じであっても、析出粒子の数が多い方が析出粒子間の距離が小さくなるため、強化の度合いが大きい。
【００２８】
すなわち、鋼中のＳｉ・Ｍｎ系窒化物の量を多く（面積率で１％以上２０％以下）するとともに、平均粒径が０．０５μｍ以上１μｍ以下の微細なＳｉ・Ｍｎ系窒化物の個数を増やす（面積３７５μｍ2 中に１００個以上）ことが好ましい。特に、平均粒径が０．０５μｍ以上０．５μｍ以下のＳｉ・Ｍｎ系窒化物の個数を、Ｓｉ・Ｍｎ系窒化物全体の２０％以上とすると、強化の度合いをさらに大きくすることができる。
【００２９】
このような窒化物を得るための熱処理（浸炭窒化処理を用いた場合）の一例を、以下に示す。まず、転動体に浸炭窒化処理を施す。雰囲気は、ＲＸガスとエンリッチガスとアンモニアガスとの混合ガスであり、カーボンポテンシャル値は１．２以上、アンモニアガスの流量はＲＸガスの流量の１／５以上である。また、処理温度は８００℃以上８７０℃以下で、処理時間は２時間以上８時間以下である。処理温度が８７０℃超過であると、窒化物が粗大化して微細なＳｉ・Ｍｎ系窒化物の個数が少なくなる。また、窒素の固溶源が大きくなるため窒化物の量が少なくなり、所望の量が得られなくなるおそれがある。
【００３０】
次に、焼入れ及び焼戻しを行う。焼入れの際の油温は６０℃以上１２０℃以下が好ましく、油温が１２０℃超過であると、十分な硬さが得られないおそれがある。また、焼戻しの際の加熱温度は、１６０℃以上２７０℃以下が好ましい。焼入れと焼戻しの間にサブゼロ処理を行えば、残留オーステナイト量を減少させて、表面硬さを向上させることができるので、サブゼロ処理を行うことがより好ましい。
【００３１】
なお、本発明は、種々の車輪支持用転がり軸受装置に適用することが可能である。例えば、車輪取り付け用フランジがハブ輪や外輪と別体に設けられた、所謂第一世代の車輪支持用転がり軸受装置、車輪取り付け用フランジ又は懸架装置取り付け用フランジが外輪と一体に設けられた、所謂第二世代の車輪支持用転がり軸受装置、車輪取り付け用フランジ及び懸架装置取り付け用フランジがそれぞれ内輪及び外輪のいずれかと一体に設けられた、所謂第三世代の車輪支持用転がり軸受装置に適用することが可能である。
【００３２】
〔実施例〕
以下に、実施例を示して、本発明をさらに具体的に説明する。
〔Ｓｉ・Ｍｎ系窒化物に関する試験について〕
表１，２に示すような組成の鋼で構成された試験片に、浸炭窒化処理，焼入れ，及び焼戻しを施して、Ｓｉ・Ｍｎ系窒化物の分析及び表面硬さの測定を行った。表１，２に、鋼中のケイ素とマンガンとの質量比Ｓｉ／Ｍｎ、表面の窒素濃度、Ｓｉ・Ｍｎ系窒化物の量（面積率）、及び表面硬さＨｖを示す。また、Ｓｉ・Ｍｎ系窒化物の量と表面硬さＨｖとの関係を図２のグラフに示し、質量比Ｓｉ／ＭｎとＳｉ・Ｍｎ系窒化物の量との関係を図２のグラフに示す。
【００３３】
浸炭窒化処理の条件は８４０℃、３時間である。また、焼入れの際の油温は８０℃であり、焼戻しの際の加熱温度は、１６０〜２３０℃である。なお、比較例５のみについては、浸炭窒化処理は施さずズブ焼入れとした。
【００３４】
【表１】
2008150687.tif 000003
【００３５】
【表２】
2008150687.tif 000004
【００３６】
〔乗り上げ傷に関する試験について〕
表３，４に示すような熱処理を施して製造した転動体を組み込んだ種々の転がり軸受を用意して、回転試験を行った。この転がり軸受は、日本精工株式会社製の呼び番号４８ＢＷＤ０２の車輪支持用転がり軸受装置（内径：４８ｍｍ，外径：８６ｍｍ，幅：４０ｍｍ）である。
【００３７】
【表３】
2008150687.tif 000005
【００３８】
【表４】
2008150687.tif 000006
【００３９】
転動体は、直径１／２インチの鋼球であり、実施例２１〜２９及び比較例２１〜２５については前述の実施例１の場合と同一の鋼（ＳＵＪ３相当）、比較例２６〜３０については前述の実施例１４の場合と同一の鋼（ＳＵＪ２相当）で構成されている。そして、浸炭窒化処理，焼入れ，及び焼戻しが施してあり、一部の実施例及び比較例については焼入れと焼戻しの間にサブゼロ処理が施してある（表３，４を参照）。なお、比較例２９，３０については、浸炭窒化処理は施さずズブ焼入れとした。
【００４０】
また、  浸炭窒化処理の雰囲気は、ＲＸガスとエンリッチガスとアンモニアガスとの混合ガスであり、カーボンポテンシャル値は１．２以上、アンモニアガスの流量はＲＸガスの流量の１／５以上である。浸炭窒化処理の処理温度は８００〜８７０℃で、処理時間は２〜８時間である。また、焼入れの際の油温は６０〜１２０℃であり、焼戻しの際の加熱温度は、表３，４に示す通りである。
【００４１】
上記のようにして得られた転動体について、表面の残留オーステナイト量，窒化物の量（面積率），及び表面硬さＨｖを表３，４に示す。
内輪及び外輪はＳＵＪ２製であり、油焼入れ，焼戻しを施したものである。焼入れ時の加熱温度は８３０〜８５０℃で、油温は６０〜１００℃である。また、焼戻しの条件は１６０〜２００℃で２時間である。
【００４２】
次に、内輪，外輪，及び転動体を組み立てて車輪支持用転がり軸受装置とし、ＩＳＯ粘度グレードがＩＳＯ  ＶＧ６８であるタービン油を強制循環することにより潤滑を行いながら、回転試験を行った。そして、回転時の振動値が回転初期の３倍になった時点を寿命とした。回転試験の条件は下記の通りである。
ラジアル荷重  ：６５００Ｎ
アキシアル荷重：３９００Ｎ
回転速度      ：１０００ｍｉｎ-1
【００４３】
ただし、回転試験を行う前に、転動体の表面に乗り上げ傷を付けた。乗り上げ傷を付ける方法は、以下の通りである。車輪支持用転がり軸受装置を固定し、内輪のみに５ｋＮの荷重を負荷して転動体を軌道溝の肩部に乗り上げさせ、１０秒後に除荷した。このような操作を１０回繰り返し行うことにより、転動体の表面に乗り上げ傷を付けた。
回転試験の結果を表３，４に示し、転動体の表面の残留オーステナイト量と寿命との関係を図４のグラフに示す。なお、表３，４及び図４のグラフの寿命の数値はＬ10寿命であり、比較例２９のＬ10寿命を１とした場合の相対値で示してある。
【００４４】
表３，４及び図４のグラフから、実施例２１〜２９は比較例２１〜３０と比べて長寿命であり、乗り上げ傷に起因する軌道面の表面疲労型の剥離が生じにくいことが分かる。そして、サブゼロ処理を施した方が、より長寿命であることが分かる。
これに対して、比較例２１〜２５は、Ｓｉ・Ｍｎ系窒化物の量は好適であるが残留オーステナイト量が多すぎるので、乗り上げ傷が生じやすく短寿命であった。また、比較例２６〜２８は、Ｓｉ・Ｍｎ系窒化物の量が少なく且つ残留オーステナイト量が多すぎるので、転動体の表面がほとんど強化されていない。さらに、比較例２９，３０は、ズブ焼入れであるため残留オーステナイト量は少ないが、Ｓｉ・Ｍｎ系窒化物の量が少なく転動体の表面がほとんど強化されていない。よって、表面硬さが低く乗り上げ傷が生じやすいので、短寿命であった。、
【００４５】
〔耐摩耗性に関する試験について〕
耐摩耗性は、二円筒摩耗試験により評価した。すなわち、図５に示すように、上下に並んだ２つの円筒状の軸５１，５１にそれぞれリング状の試験片５０，５０を装着し、上方から荷重を負荷しながら２つの試験片５０，５０を互いに接触状態で逆方向に低速で回転させて、両試験片５０，５０の摩耗量を求めた。
【００４６】
下側の試験片５０はモーターにより直接回転駆動される駆動側試験片であり、上側の試験片５０はモーターからの回転がギアにより減速され駆動側試験片よりも低速で回転する従動側試験片である。また、従動側試験片の接触面（リングの外周面）は円筒面であるのに対し、駆動側試験片の接触面（リングの外周面）は略球面状であり、両試験片は略楕円接触している。
【００４７】
試験条件は以下の通りである。
面圧    ：２８００ＭＰａ
回転速度：駆動側試験片は１０ｍｉｎ-1、従動側試験片は７ｍｉｎ-1
潤滑剤  ：ＩＳＯ粘度グレードがＩＳＯ  ＶＧ６８であるタービン油
試験時間：６０時間
試験温度：室温
【００４８】
両試験片５０，５０は、後述するような組成を有する鋼を所定の寸法に加工した後に、前述のＳｉ・Ｍｎ系窒化物に関する試験の場合と同様にして浸炭窒化処理，焼入れ，及び焼戻しを施すことにより製造した。鋼の組成は、実施例３１〜３３及び比較例３１，３２が、炭素１．００質量％、ケイ素０．５７質量％、マンガン１．２０質量％、クロム１．１０質量％である。また、従来例である比較例３３が、炭素１．００質量％、ケイ素０．３０質量％、マンガン０．３８質量％、クロム１．５０質量％である。
【００４９】
得られた試験片５０，５０の表面の窒素濃度、表面のＳｉ・Ｍｎ系窒化物の量（面積率）、表面硬さＨｖ、及び表面の残留オーステナイト量を表５に示す。表５に記載の摩耗量の数値から分かるように、実施例３１〜３３は、比較例３１，３２や従来例である比較例３３と比べて耐摩耗性が優れていた。
【００５０】
【表５】
2008150687.tif 000007
【００５１】
〔耐焼付き性に関する試験について〕
前述の耐摩耗性に関する試験の試験片５０と同様にして、鋼を所定の寸法に加工した後に浸炭窒化処理，焼入れ，及び焼戻しを施すことにより、円すいころを製造した。この円すいころの表面の窒素濃度、表面のＳｉ・Ｍｎ系窒化物の量（面積率）、表面硬さＨｖ、及び表面の残留オーステナイト量は、試験片５０の場合と同一の数値である。
【００５２】
この円すいころを用いて、内径３５ｍｍ，外径７８ｍｍの車輪支持用転がり軸受装置を組み立てた。この車輪支持用転がり軸受装置の構造は、転動体が円すいころであることを除いては、図１の車輪支持用転がり軸受装置とほぼ同様である。なお、ハブ輪，内輪，外輪としては、Ｓ５３Ｃで構成され、それらの軌道面が高周波焼入れにより硬化されたものを用いた。この軌道面の表面の残留オーステナイト量は、いずれも８体積％である。
【００５３】
このような車輪支持用転がり軸受装置を、ＩＳＯ粘度グレードがＩＳＯ  ＶＧ６８であるタービン油で潤滑しつつ、室温下でアキシアル荷重８ｋＮ，回転速度３０００ｍｉｎ-1の条件で回転させた。そして、回転トルクが回転初期の３倍を超えたら焼付きが生じたと判定し、それまでの回転時間を寿命とした。
試験結果を表５に併せて示す。なお、表５の寿命は、比較例３３の寿命を１とした場合の相対値で示してある。表５の寿命の数値から分かるように、実施例３１〜３３は、比較例３１，３２や従来例である比較例３３と比べて耐焼付き性が優れていた。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明に係る車輪支持用転がり軸受装置の一実施形態の構造を示す断面図である。
【図２】Ｓｉ・Ｍｎ系窒化物の量と表面硬さとの関係を示すグラフである。
【図３】鋼中のケイ素とマンガンとの質量比Ｓｉ／ＭｎとＳｉ・Ｍｎ系窒化物の量との関係を示すグラフである。
【図４】表面の残留オーステナイト量と寿命との関係を示すグラフである。
【図５】二円筒摩耗試験の試験方法を説明する概略図である。
【符号の説明】
【００５５】
１      車輪支持用転がり軸受装置
２      ハブ輪
３      内輪
４      外輪
５      転動体
２０ａ    第一内側軌道面
２０ｂ    第二内側軌道面
２１ａ    第一外側軌道面
２１ｂ    第二外側軌道面
【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】
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