(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪が円錐ころ軸受により車軸に回転自在に支持され、前記円錐ころ軸受が、外輪の内径側に複列の軌道面が形成され、これらの各軌道面に対向して、一対の内輪の外径側にそれぞれ一列ずつ軌道面が形成され、これらの対向する各軌道面の間に複数の円錐ころが複列に配列された複列円錐ころ軸受とされて、その軸受内部にグリースが封入され、前記外輪に車輪取り付け用のフランジが一体に形成された車輪用軸受装置において、前記一対の内輪は端面を付き合わせた状態で両端部に大鍔が設けられるように対称配置され、前記外輪を構造用炭素鋼を高周波焼入れしたものとし、前記内輪と円錐ころに肌焼き鋼を用いて、これらの内輪と円錐ころの表面に、炭素含有量０．８０重量％以上で、かつロックウェル硬さＨＲＣ５８以上の浸炭窒化層を形成し、この浸炭窒化層の残留オーステナイト量を２５〜３５体積％としたことを特徴とする車輪用軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、車輪を円錐ころ軸受で車軸に支持する車輪用軸受装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
円錐ころ軸受は、ラジアル荷重とアキシャル荷重、およびそれらの合成荷重を負荷するのに適した軸受で、負荷容量も大きいため、自動車等の車輪支持用に多く用いられている。
【０００３】
図３は、トラックの従動輪用軸受装置の例を示す。この車輪用軸受装置は、車軸２１に複列円錐ころ軸受２２の内輪２３が嵌合され、外輪２４の一端に設けられた外向きのフランジ２５に、ハブ２６とブレーキロータ２７がボルト２８で固定されている。内輪２３はナット２９で抜け留めされ、ハブ２６にはホイール取り付け用のボルト３０が装着されている。
【０００４】
前記外輪２４の内径側には２列の軌道面３１が形成され、これらの各軌道面３１に対向して、対称配置された一対の内輪２３に、それぞれ１列ずつの軌道面３２が形成されている。これらの対向する各軌道面３１、３２の間に複数の円錐ころ３３が２列に配列され、各円錐ころ３３は、その大端面３４を一対の内輪２３の両端部に設けられた大鍔３５に当接させて転動する。したがって、外輪２４に固定されたハブ２６とブレーキロータ２７は、車軸２１に対して回転自在に支持される。
【０００５】
前記円錐ころ３３が２列に配列された環状空間の、車軸２１中央側のインナ側端部には接触式のゴム製シール３６が装着され、車軸２１端のアウタ側は、前記ナット２９が取り付けられた車軸２１端とともにキャップ３７で覆われており、軸受内の潤滑用グリースの飛散と、外部からのダストや水の侵入が防止されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような車輪用軸受装置の軸受部は、定期的にグリースアップされてメインテナンスされている。近年、自動車等の車両の馬力や積載能力が大きくなり、これに伴って、車輪用軸受装置も高荷重と、高速走行での温度上昇に耐えられることが要求されている。さらに、長期間メインテナンスフリーであることへの要求も高まりつつある。車輪用軸受装置の軸受部は、高荷重、高温下では封入グリースの劣化が早いため、耐熱性に優れた長寿命グリースの開発が望まれる一方、軸受部材の高荷重、高温下での長寿命確保が求められている。
【０００７】
前述したように、円錐ころ軸受では、円錐ころの大端面が内輪の大鍔面に当接されて転動するので、この大端面と大鍔面の摺動部で発熱し、負荷荷重が高いほど大端面と大鍔面間の接触圧力が高くなるため、この発熱量は大きくなる。
【０００８】
そこで、この発明の課題は、高荷重、高温下でも長寿命を確保できる車輪用軸受装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、この発明は、車輪が円錐ころ軸受により車軸に回転自在に支持された車輪用軸受装置であって、前記円錐ころ軸受が、内径側に軌道面が形成された外輪と、この軌道面に対向して外径側に軌道面が形成された内輪と、これらの対向する軌道面の間に配列された複数の円錐ころとを備えたものにおいて、少なくとも前記内輪と円錐ころの表面に、炭素含有量０．８０重量％以上で、かつロックウェル硬さＨＲＣ５８以上の浸炭窒化層を形成し、この浸炭窒化層の残留オーステナイト量を２５〜３５体積％とした構成を採用したのである。
【００１０】
前記内輪および円錐ころの表面に浸炭窒化層を形成したのは次の理由による。通常の浸炭焼入れにより得られる浸炭層の残留オーステナイトは、高い靱性と加工硬化特性を有し、これを適度に含ませることにより、浸炭層の硬度を確保した上で、亀裂の発生や進展を抑える働きをするが、熱に対して不安定な難点がある。これに対して、適切な条件で浸窒処理を施すと、窒素原子が残留オーステナイト中に固溶し、残留オーステナイトを熱に対して安定化する役割をする。この浸窒処理で得られた浸炭窒化層には、通常の浸炭層よりも大きな圧縮の残留応力が形成されるため、疲労強度をさらに高めることもできる。
【００１１】
前記浸炭窒化層を炭素含有量０．８０重量％以上で、かつロックウェル硬さＨＲＣ５８以上としたのは、前記円錐ころの大端面と内輪の大鍔面の摺動部での摩耗を低減するためであり、残留オーステナイト量を２５〜３５体積％としたのは、浸炭窒化層に適度の靱性を付与し、前記摺動部等から生じてグリースに介在する摩耗粉の噛み込みによる過大な応力増加を緩和するためである。すなわち、残留オーステナイト量が２５体積％未満では靱性が不足し、残留オーステナイト量が３５体積％を越えると、硬度が低下し過ぎて塑性変形による表面粗さの劣化を招く。
【００１２】
上記のような浸炭窒化層の組織は、次のような処理工程で形成することができる。すなわち、浸炭雰囲気中の炭素ポテンシャルを０．８％以上にして所定時間加熱保持した後、油中で冷却して浸炭焼入れを行い、この後、アンモニアガス中で所定時間加熱保持して窒化処理を行う。浸炭工程中に同時に窒化処理も行う方法を採用することもできる。なお、残留オーステナイト量を調整するために、サブゼロ処理や焼戻し処理を行ってもよい。
【００１３】
前記円錐ころ軸受としては、前記外輪の内径側に複列の軌道面が形成され、これらの各軌道面に対向して前記内輪の外径側に複列の軌道面が形成され、これらの対向する各軌道面の間に複数の円錐ころが複列に配列された複列円錐ころ軸受を採用することができる。
【００１４】
前記外輪は、車輪取り付け用のフランジを一体に形成したものとすることもできる。
【００１５】
前記円錐ころが複列に配列された外輪と内輪の間の環状空間の両側端部に、この環状空間をシールするシール部材を設けることにより、環状空間で形成される軸受内部をコンパクトにシールし、封入されたグリースの流出を防止して、グリースの封入量を安定して確保することができる。車軸中央側に設けられるインナ側シール部材としては接触式ゴム製シールを、車軸端側に設けられるアウタ側シール部材としては非接触式鋼板製シールドを採用することができる。
【００１６】
上述した車輪を円錐ころ軸受で支持する車輪用軸受装置は、従動輪用車軸に適用すると好適である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき、この発明の実施形態を説明する。図１は、トラックの従動輪用車軸１に装着した車輪用軸受装置の実施形態を示す。この車輪用軸受装置は、車軸１に複列円錐ころ軸受２の内輪３が嵌合され、外輪４の一端に設けられた外向きのフランジ５に、ハブ６とブレーキロータ７がボルト８で固定されている。内輪３はナット９で抜け留めされ、ハブ６にはホイール取り付け用のボルト１０が装着されている。
【００１８】
図２（ａ）に示すように、前記外輪４の内径側には２列の軌道面１１が形成され、これらの各軌道面１１に対向して、対称配置された一対の内輪３に、それぞれ１列ずつの軌道面１２が形成されている。これらの対向する各軌道面１１、１２の間に複数の円錐ころ１３が２列に配列され、各円錐ころ１３は、その大端面１４を一対の内輪３の両端部に設けられた大鍔１５に当接させて転動する。
【００１９】
前記円錐ころ１３が２列に配列された環状空間の、車軸１中央側のインナ側端部には接触式のゴム製シール１６が、車軸１端側のアウタ側端部には非接触式の鋼板製シールド１７が装着されており、環状空間で形成される軸受内部をコンパクトにシールし、封入されたグリースの流出を防止して、グリースの封入量を安定して確保できるようになっている。
【００２０】
また、前記内輪３と円錐ころ１３は肌焼き鋼ＳＣｒ４３５を用いて製造され、図２（ｂ）に拡大して示すように、これらの表面には、炭素含有量０．８０重量％以上、ロックウェル硬さＨＲＣ５８以上で、かつ残留オーステナイト量が２５〜３５体積％の浸炭窒化層３ａ、１３ａが形成されている。なお、外輪４には構造用炭素鋼Ｓ５３Ｃを高周波焼入れしたものを用いた。
【００２１】
この実施形態では、前記内輪と円錐ころの素材としてＳＣｒ４３５を用いたが、この他にＳＣＭ４２０、ＳＣＭ４３０、ＳＣＭ４３５、ＳＣｒ４２０、ＳＣｒ４３０、ＳＡＥ５１３０、ＳＡＥ８６２０等の軸受用鋼を用いることもできる。また、本発明は単列の円錐ころ軸受や２列よりも多い複列の円錐ころ軸受を用いた車輪用軸受装置にも適用可能である。
【００２２】
以下に実施例および比較例を挙げる。
【００２３】
【実施例】
図２（ａ）に示した、内輪と円錐ころが肌焼き鋼ＳＣｒ４３５製で、その表面に炭素含有量０．８０重量％以上、ロックウェル硬さＨＲＣ５８以上で、残留オーステナイト量が２５〜３５体積％の範囲にある浸炭窒化層が形成された複列円錐ころ軸受（表１中の実施例１〜３）を用意した。軸受の寸法は、いずれも内径６５ｍｍ、幅１３０ｍｍである。
【００２４】
【比較例】
実施例と同様に、内輪と円錐ころが肌焼き鋼ＳＣｒ４３５製で、その表面に炭素含有量０．８０重量％以上、ロックウェル硬さＨＲＣ５８以上の浸炭窒化層が形成され、残留オーステナイト量のみが本発明の範囲を外れる複列円錐ころ軸受（表１中の比較例１〜２）、残留オーステナイト量は本願の範囲に入るが、内輪と円錐ころの表面に浸炭層のみが形成された複列円錐ころ軸受（表１中の比較例３）、および浸炭層のみで残留オーステナイト量も本願の範囲を外れる複列円錐ころ軸受（表１中の比較例４）を用意した。各軸受の寸法は実施例と同じである。
【００２５】
上記実施例および比較例の複列円錐ころ軸受を、耐久試験器の軸に取り付け、耐久寿命試験を実施した。
試験条件は以下の通りである。
（耐久寿命試験）
ラジアル荷重：６３ｋＮ
スラスト荷重：２５ｋＮ
回転数  ：４００ｒｐｍ
【００２６】
【表１】
0004063985.tif 000002
【００２７】
試験結果を表１に示す。表中の耐久寿命は、Ｌ１０寿命（９０％の軸受が破損しないで使える時間）までの回転回数で評価した。また、寿命比は比較例４の耐久寿命を基準値とした。
【００２８】
実施例の複列円錐ころ軸受は、いずれも優れた耐久寿命を示し、比較例４に対する寿命比が３倍以上になっている。一方、浸炭窒化層は形成されているが、その残留オーステナイト量が本願の範囲を外れる比較例１〜２は、寿命比が３０〜４０％増に止まっている。残留オーステナイト量は本願の範囲に入るが、浸炭層のみの比較例３は、殆ど改善効果が認められない。
【００２９】
【発明の効果】
以上のように、この発明の車輪用軸受装置は、車輪を支持する円錐ころ軸受の内輪と円錐ころの表面に、炭素含有量０．８０重量％以上で、かつロックウェル硬さＨＲＣ５８以上の浸炭窒化層を形成し、この浸炭窒化層の残留オーステナイト量を２５〜３５体積％としたので、これらの部品の機械的性質と疲労特性を高めるとともに、部品表面層を適度な靱性を有する材質に安定して保ち、高荷重、高温下での耐久寿命を著しく改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態の車輪用軸受装置を示す一部省略縦断面図
【図２】ａは図１の円錐ころ軸受を示す縦断面図、ｂはａの要部拡大断面図
【図３】従来の車輪用軸受装置を示す一部省略縦断面図
【符号の説明】
１  車軸
２  円錐ころ軸受
３  内輪
３ａ  浸炭窒化層
４  外輪
５  フランジ
６  ハブ
７  ブレーキロータ
８  ボルト
９  ナット
１０  ボルト
１１、１２  軌道面
１３  円錐ころ
１３ａ  浸炭窒化層
１４  大端面
１５  大鍔
１６  ゴム製シール
１７  鋼板製シールド
２１  車軸
２２  円錐ころ軸受
２３  内輪
２４  外輪
２５  フランジ
２６  ハブ
２７  ブレーキロータ
２８  ボルト
２９  ナット
３０  ボルト
３１、３２  軌道面
３３  円錐ころ
３４  大端面
３５  大鍔
３６  ゴム製シール
３７  キャップ
【図１】
0004063985.tif 000003
【図２】
0004063985.tif 000004
【図３】
0004063985.tif 000005