(57)【要約】【課題】複列の外輪軌道１１ａ、１１ｂと複列の内輪軌道１７ａ、１７ｂとの間に設けた各玉２０、２０の性状を改良し、これら各玉２０、２０がこれら各軌道１１ａ、１１ｂ、１７ａ、１７ｂの肩部に乗り上げて、これら各玉２０、２０の転動面に過大面圧が作用した場合でも、これら各玉２０、２０の転動面に傷や圧痕が付きにくくする。そして、使用条件が厳しい場合でも、十分な耐久性を確保する。【解決手段】上記各玉２０、２０を、浸炭窒化処理又は窒化処理が施されたものとする。そして、これら各玉２０、２０の表面層の窒素濃度を０．２質量％以上とし、且つ、これら各玉２０、２０の表面に存在するＳｉ−Ｍｎ系窒化物の面積率を、１％以上、１０％未満とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内周面に、それぞれの断面形状が円弧形である複列の外輪軌道を有する外輪相当部材と、外周面に、それぞれの断面形状が円弧形である複列の内輪軌道を有する内輪相当部材と、これら両内輪軌道と上記両外輪軌道との間に、両列毎に複数個ずつ、これら両列同士の間で逆方向の接触角を付与された状態で転動自在に設けられた玉とを備え、上記外輪相当部材と上記内輪相当部材とのうちの少なくとも一方の部材が中炭素鋼製であって、当該部材の周面に形成された複列の軌道部分が高周波熱処理により焼き入れ硬化されており、上記外輪相当部材と上記内輪相当部材とのうちの何れかの部材を、車輪を結合固定した状態でこの車輪と共に回転するハブとし、他方の部材を、懸架装置に対し支持固定する静止側軌道輪とする車輪支持用転がり軸受ユニットに於いて、上記各玉が、浸炭窒化処理又は窒化処理が施されたものであり、これら各玉の表面層の窒素濃度が０．２質量％以上であり、且つ、これら各玉の表面に存在する、Ｓｉ及びＭｎを含有した窒化物であるＳｉ−Ｍｎ系窒化物の面積率が、１％以上、１０％未満である事を特徴とする車輪支持用転がり軸受ユニット。
【請求項２】
中炭素鋼が、Ｃを０．４８質量％以上、０．６０質量％以下、Ｓｉを０．１５質量％以上、０．３５質量％以下、Ｍｎを０．６０質量％以上、０．９０質量％以下、Ｃｒを０．１０質量％以上、０．５０質量％以下含むものである、請求項１に記載した車輪支持用転がり軸受ユニット。
【請求項３】
各玉が、Ｓｉを０．３質量％以上、２．２質量％以下、Ｍｎを０．３質量％以上、２．０質量％以下含有し、Ｓｉの含有量とＭｎの含有量との比Ｓｉ／Ｍｎが５以下である鋼に、浸炭窒化焼き入れ及び焼き戻しを含む熱処理を施す事により造られたものである、請求項１〜２のうちの何れか１項に記載した車輪支持用転がり軸受ユニット。
【請求項４】
各玉の表面の残留オーステナイト量が０〜１５容量％で、表面硬度がＨｖ７８０以上である、請求項１〜３のうちの何れか１項に記載した車輪支持用転がり軸受ユニット。
【請求項５】
各玉の表面に、平均粒径が０．０５〜１μｍのＳｉ−Ｍｎ系窒化物が、３７５μｍ2 中に１００個以上存在する、請求項１〜４のうちの何れか１項に記載した車輪支持用転がり軸受ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、自動車の車輪を独立式の懸架装置に対して回転自在に支持する為の車輪支持用転がり軸受ユニットの改良に関する。具体的には、玉の転動面が外輪軌道或いは内輪軌道の肩部に乗り上げてこの転動面にエッジロードに基づく過大な面圧が作用した場合でも、この転動面を含む転がり接触部に、早期剥離等の損傷が発生しにくい、車輪支持用転がり軸受ユニットの実現を意図したものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車の車輪を構成するホイール１、及び、制動用回転部材であって制動装置であるディスクブレーキを構成するロータ２は、例えば図１に示す様な構造により、独立懸架式の懸架装置を構成するナックル３に回転自在に支持している。上記図１及び後述する図２は、例えば特許文献１に記載された構造を示している。上記図１に示した構造では、上記ナックル３に形成した円形の支持孔４部分に、車輪支持用転がり軸受ユニット５を構成する、特許請求の範囲に記載した外輪相当部材である外輪６を、複数本のボルト７により固定している。一方、上記車輪支持用転がり軸受ユニット５を構成する、特許請求の範囲に記載した内輪相当部材であるハブ８に、上記ホイール１及びロータ２を、複数本のスタッド９とナット１０とにより結合固定している。又、上記外輪６の内周面には複列の外輪軌道１１ａ、１１ｂを、外周面には結合フランジ１２を、それぞれ形成している。この様な外輪６は、この結合フランジ１２を上記ナックル３に、上記各ボルト７で結合する事により、このナックル３に対し固定している。
【０００３】
又、上記ハブ８は、ハブ本体１３と内輪１４とから成る。このうちのハブ本体１３の外周面の一部で、上記外輪６の外端開口から突出した部分に、取付フランジ１５を形成している。尚、軸方向に関して「外」とは、自動車への組み付け状態で車両の幅方向外側となる、図１、２の左側を言う。反対に、自動車への組み付け状態で車両の幅方向中央側となる、図１、２の右側を、軸方向に関して「内」と言う。又、上記ハブ本体１３の外端部には、パイロット部と呼ばれる位置決め筒部１６を、このハブ本体１３と同心に設けている。上記ホイール１及びロータ２は、この位置決め筒部１６に外嵌する事により径方向の位置決めを図った状態で、上記取付フランジ１５の外側面に、上記各スタッド９とナット１０とにより結合固定している。
【０００４】
又、上記ハブ本体１３の外周面の中間部に、上記複列の外輪軌道１１ａ、１１ｂのうちの外側の外輪軌道１１ａに対向する内輪軌道１７ａを、同じく内端部に小径段部１８を、それぞれ形成している。そして、この小径段部１８に、上記内輪１４を外嵌している。この内輪１４の外周面には、上記複列の外輪軌道１１ａ、１１ｂのうちの内側の外輪軌道１１ｂに対向する、内輪軌道１７ｂを形成している。この様な内輪１４は、上記ハブ本体１３の内端部を径方向外方に塑性変形させて形成したかしめ部１９により、このハブ本体１３に対し固定している。そして、上記両外輪軌道１１ａ、１１ｂと上記両内輪軌道１７ａ、１７ｂとの間に玉２０、２０を、それぞれ複数個ずつ転動自在に設けている。この状態でこれら各玉２０、２０は、上記両外輪軌道１１ａ、１１ｂと上記両内輪軌道１７ａ、１７ｂとに、両列同士の間で互いに逆方向で背面組み合わせ型の接触角を付与された状態で、転がり接触する。又、この状態で、上記各玉２０、２０に所定の予圧を付与している。この構成により前記ハブ８を前記外輪６の内径側に、がたつきなく、且つ、ラジアル荷重及びアキシアル荷重を支承しつつ回転可能に支持している。又、上記各玉２０、２０を設置した円筒状の空間の両端開口部は、それぞれシールリング２１ａ、２１ｂにより密閉している。
【０００５】
更に、図示の例は、駆動輪（ＦＦ車の前輪、ＦＲ車及びＲＲ車の後輪、４ＷＤ車の全車輪）用の車輪支持用転がり軸受ユニット５である為、上記ハブ８の中心部に、スプライン孔２２を形成している。そして、このスプライン孔２２に、等速ジョイント用外輪２３の外端面に固設したスプライン軸２４を挿入している。これと共に、このスプライン軸２４の先端部にナット２５を螺合し、更に締め付ける事により、上記ハブ本体１３を、このナット２５と上記等速ジョイント用外輪２３との間に挟持している。
【０００６】
次に、図２は、従来から知られている車輪支持用転がり軸受ユニットの第２例として、従動輪（ＦＦ車の後輪、ＦＲ車及びＲＲ車の前輪）用のものを示している。この第２例の車輪支持用転がり軸受ユニット５ａは、従動輪用である為、ハブ８ａを構成するハブ本体１３ａの中心部にスプライン孔を設けていない。尚、図示の例では、内輪１４の内端面を、このハブ本体１３ａの内端部に設けたかしめ部１９により抑えているが、この内輪１４の内端面は、このハブ本体１３ａの内端部に螺合したナットにより抑える事もできる。この場合には、このハブ本体１３ａの内端部に、このナットを螺合する為の雄ねじ部を設ける。その他の部分の構造及び作用は、上述した第１例の車輪支持用転がり軸受ユニット５の場合と同様である。
尚、図示は省略するが、外輪相当部材を車輪と共に回転するハブとし、内輪相当部材を懸架装置に対し支持固定する静止側軌道輪とする車輪支持用転がり軸受ユニットも、例えば特許文献２に記載される等により、従来から広く知られている。
【０００７】
何れの構造の車輪支持用転がり軸受ユニット５、５ａにしても、各玉２０、２０に付与した予圧は、長期間に亙る使用に伴って次第に低下する。又、この予圧低下は、上記車輪支持用転がり軸受ユニット５、５ａを組み立てる際、或いはこの車輪支持用転がり軸受ユニット５、５ａを懸架装置に組み付ける際にミスアライメントがあった場合には、より著しくなる。何れにしても、上記車輪支持用転がり軸受ユニット５、５ａの剛性は、上記各玉２０、２０に付与されている予圧の低下に伴って低下する。そして、剛性が低下した上記車輪支持用転がり軸受ユニット５、５ａを組み付けた自動車が急旋回する等して、取付フランジ１５からハブ８、８ａに大きなモーメントが加わると、このモーメントを支承する側の列の玉２０、２０が、外輪軌道１１ａ（１１ｂ）及び内輪軌道１７ａ（１７ｂ）の正規位置から、これら両軌道１１ａ、１７ａ（１１ｂ、１７ｂ）の幅方向端部に存在する肩部に向けて変位する。
【０００８】
そして、極端な場合には、上記各玉２０、２０がこの肩部に乗り上げる。この様にして、これら各玉２０、２０が上記両軌道１１ａ、１７ａ（１１ｂ、１７ｂ）の肩部に乗り上げると、これら各玉２０、２０の転動面に、エッジロードに基づく過大な面圧が作用して、これら各玉２０、２０の転動面に傷（玉乗り上げ傷）や圧痕が付く。そして、転動面に傷や圧痕が付いた玉２０、２０を組み込んだ、上記車輪支持用転がり軸受ユニット５、５ａをそのまま運転すると、これら各玉２０、２０の転動面の傷が拡がるだけでなく、上記両軌道１１ａ、１７ａ（１１ｂ、１７ｂ）迄もが傷付く。この結果、これら両軌道１１ａ、１７ａ（１１ｂ、１７ｂ）や上記各玉２０、２０の転動面に表面疲労型の剥離が発生する可能性が大きくなる等、上記車輪支持用転がり軸受ユニット５、５ａの耐久性が著しく損なわれる可能性がある。
【０００９】
上述の様な原因で発生する、車輪支持用転がり軸受ユニットの耐久性低下を防止する為に、前記特許文献２には、各軌道の断面形状（曲率半径）を工夫する事で、過大モーメントの作用時にも、各玉の転動面に作用する面圧の上昇を抑える構造が記載されている。但し、上記特許文献２に記載された様な、各軌道の断面形状を工夫するだけでは、未だ十分な耐久性向上効果を得られない。即ち、上記特許文献２に記載された構造によれば、過大モーメント作用時に於ける各玉の転動面の面圧上昇を抑えられるにしても、面圧上昇を完全になくす事は難しいので、これら各玉の転動面に玉乗り上げ傷や圧痕が付く可能性は残る。そこで、上記車輪支持用転がり軸受ユニットの耐久性をより向上させる為には、この車輪支持用転がり軸受ユニットの構成各部材の材料組成の工夫により、上記各玉の転動面に玉乗り上げ傷や圧痕が付いてしまった場合でも、上記表面疲労型の剥離を防止できる技術の実現が望まれる。
【００１０】
ところで、図１〜２に示す様な車輪支持用転がり軸受ユニット５、５ａを構成する外輪６及びハブ本体１３、１３ａは、複雑な形状を鍛造により造る為の加工性や、各部の形状を仕上げる際の切削性を確保する為に、ＪＩＳ  Ｇ  ４０５１に規定されている機械構造用炭素鋼のうち、Ｓ５３Ｃ等の所謂中炭素鋼により造っている。そして、この中炭素鋼製の素材に鍛造加工を施して所定の形状とし、更に必要個所に旋削等の削り加工を施した後に、高周波焼き入れにより軌道面（外輪軌道１１ａ、１１ｂ、内輪軌道１７ａ、１７ｂ）部分の硬度を、各玉２０、２０の転動面との転がり接触により損傷しない程度に高くしている。尚、上記ハブ本体１３、１３ａの小径段部１８に外嵌固定する内輪１４は、ＪＩＳ  Ｇ  ４８０５に規定された高炭素クロム軸受鋼のうち、例えばＳＵＪ２により造り、全体を加熱した部材を焼き入れ油中に浸漬する、所謂ズブ焼き等の、一般的な焼き入れ・焼き戻し処理を施して、全体を硬化させている。
【００１１】
上記外輪６及びハブ本体１３、１３ａを造る、上記Ｓ５３Ｃ等の中炭素鋼は、上記内輪１４を構成するＳＵＪ２等の軸受鋼に比べて、硬度が低く、残留オーステナイト量が少ない。硬度及び残留オーステナイト量は、表面の傷や圧痕による表面疲労に影響を及ぼす材料因子である。硬度に関しては、高い程表面に傷や圧痕が付きにくくなる。又、残留オーステナイトは、軟質な組織である為、表面に付いた傷や圧痕の周辺に発生する応力集中を緩和する。この為、残留オーステナイト量が多い程、剥離を抑制する事ができる。但し、残留オーステナイト量が多過ぎると、部材表面の硬度が低下する為、この残留オーステナイト量を多くする事に関しては、注意が必要である。
【００１２】
上述の様な事情により、上記外輪６及びハブ本体１３、１３ａを造る、上記Ｓ５３Ｃ等の中炭素鋼は、上記一般的な焼き入れ・焼き戻し処理を施した、ＳＵＪ２等の軸受鋼に比べて、各玉２０、２０の転動面に付いた玉乗り上げ傷や圧痕を押し当てられる事による、表面疲労に対して不利である。これらの事を考慮すれば、前述の様な構造を有する車輪支持用転がり軸受ユニット５、５ａで、上記外輪６の内周面に形成した外輪軌道１１ａ、１１ｂ、及び、上記ハブ本体１３、１３ａの外周面に形成した内輪軌道１７ａの疲労寿命を確保する為には、玉２０、２０の転動面に、玉乗り上げ傷や圧痕が形成されない様にする事が重要になる。これら各玉２０、２０の転動面に玉乗り上げ傷や圧痕が形成されなければ、これら各玉２０、２０の転動面と転がり接触する、上記各軌道１１ａ、１１ｂ、１７ａ、１７ｂにも傷が付きにくくなり、これら各軌道１１ａ、１１ｂ、１７ａ、１７ｂや上記各玉２０、２０の転動面に表面疲労型の剥離が発生する可能性を低くできる。
【００１３】
【特許文献１】特開２００７−１５２４１３号公報
【特許文献２】特開平７−１６７１３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、上述の様な事情に鑑みて、複列の外輪軌道と複列の内輪軌道との間に設けた各玉の性状を改良し、これら各玉がこれら各軌道の肩部に乗り上げて、これら各玉の転動面に過大面圧が作用した場合でも、これら各玉の転動面に傷や圧痕が付きにくい車輪支持用転がり軸受ユニットを実現すべく発明したものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の車輪支持用転がり軸受ユニットは、外輪相当部材と、内輪相当部材と、複数個の玉とを備える。
このうちの外輪相当部材は、内周面に、それぞれの断面形状が円弧形である複列の外輪軌道を有する。
又、上記内輪相当部材は、外周面に、それぞれの断面形状が円弧形である複列の内輪軌道を有する。
又、上記各玉は、上記両外輪軌道と上記両内輪軌道との間に、両列毎に複数個ずつ、これら両列同士の間で逆方向の接触角を付与された状態で、転動自在に設けられている。
更に、上記外輪相当部材と上記内輪相当部材とのうちの少なくとも一方の部材が中炭素鋼製であって、当該部材の周面に形成された複列の軌道部分が高周波熱処理により焼き入れ硬化されている。
そして、上記外輪相当部材と上記内輪相当部材とのうちの何れかの部材を、車輪を結合固定した状態でこの車輪と共に回転するハブとし、他方の部材を、懸架装置に対し支持固定する静止側軌道輪とする。
【００１６】
特に、本発明の車輪支持用転がり軸受ユニットに於いては、上記各玉に、浸炭窒化処理又は窒化処理を施している。そして、これら各玉の表面層の窒素濃度を０．２質量％以上とし、且つ、これら各玉の表面に存在する、Ｓｉ及びＭｎを含有した窒化物であるＳｉ−Ｍｎ系窒化物の面積率を、１％以上、１０％未満としている。
尚、上記中炭素鋼の組成として、具体的には、請求項２に記載した発明の様に、Ｃを０．４８質量％以上、０．６０質量％以下、Ｓｉを０．１５質量％以上、０．３５質量％以下、Ｍｎを０．６０質量％以上、０．９０質量％以下、Ｃｒを０．１０質量％以上、０．５０質量％以下含むものが、好ましく使用できる。
【００１７】
又、上述の様な本発明を実施する場合に好ましくは、請求項３に記載した発明の様に、上記各玉として、Ｓｉを０．３質量％以上、２．２質量％以下、Ｍｎを０．３質量％以上、２．０質量％以下含有し、Ｓｉの含有量とＭｎの含有量との比Ｓｉ／Ｍｎが５以下である鋼に、浸炭窒化焼き入れ及び焼き戻しを含む熱処理を施す事により造られたものを使用する。
又、上述の様な本発明を実施する場合に好ましくは、請求項４に記載した発明の様に、上記各玉の表面の残留オーステナイト量を０〜１５容量％とし、表面（転動面）の硬度をＨｖ７８０以上とする。
更に、上述の様な本発明を実施する場合に好ましくは、請求項５に記載した発明の様に、上記各玉として、表面に、平均粒径｛（長径＋短径）／２｝が０．０５〜１μｍのＳｉ−Ｍｎ系窒化物が、３７５μｍ2 中に１００個以上存在するものを使用する。
【発明の効果】
【００１８】
上述の様に構成する本発明の車輪支持用転がり軸受ユニットによれば、各玉の圧砕強度が高くなるので、これら各玉が外輪軌道或いは内輪軌道の肩部に乗り上げて、これら各玉の転動面に過大面圧が作用した場合でも、これら各玉の転動面に傷や圧痕が付きにくくなる。そして、玉の乗り上げ傷や圧痕に起因する、上記外輪軌道及び上記内輪軌道の表面疲労による寿命低下を抑制できる。
以下に、各部の性状を前述の様に規制した理由に就いて説明する。
【００１９】
［各玉の表面層の窒素濃度及びＳｉ−Ｍｎ系窒化物の面積率］
Ｓｉ（けい素）及びＭｎ（マンガン）を含有する鋼の窒素濃度を増加させると、微細で高硬度なＳｉ−Ｍｎ系窒化物が析出し、表層部が強化される。上記各玉の転動面に傷や圧痕が付きにくく（圧砕強度を確保）すべく、これら各玉の転動面に十分な量の、微細で高硬度なＳｉ−Ｍｎ系窒化物を析出させる為には、窒素濃度を０．２質量％以上確保する必要がある。
【００２０】
又、上記圧砕強度を十分に向上させる為には、上記各玉の転動面に析出しているＳｉ−Ｍｎ系窒化物の量を、面積率で１％以上確保する必要がある。但し、上記各玉の転動面に析出しているＳｉ−Ｍｎ系窒化物の量が多過ぎると、これら各玉の転動面の硬度が高くなり過ぎて、これら各玉の、熱処理後に於ける研削性が低下する可能性があるだけでなく、靭性が低下して割れが生じる可能性がある。これら研削性及び靱性の低下を、実用上問題ない程度に抑える為には、上記各玉の転動面に析出しているＳｉ−Ｍｎ系窒化物の量を、面積率で１０％以下に抑える必要がある。
【００２１】
［各玉を構成する鋼中のＳｉの含有量］
Ｓｉは、製鋼時に脱酸剤として作用すると共に、鋼の焼き戻し軟化抵抗性を高める作用も有する為、上記各玉の硬度を確保する為に必要である。この様な作用を十分に得る為には、Ｓｉの含有量を、０．１５質量％以上確保する必要がある。更に、Ｓｉの含有量が多い程、軟窒化処理や浸炭処理に伴って、上記各玉の表層部（転動面）の窒素濃度や炭素濃度が高くなる。そして、前述した様に、これら各玉の表層部を強化する為に十分な量のＳｉ−Ｍｎ系窒化物を析出させる為には、Ｓｉの含有量を、０．３質量％以上確保する必要がある。
但し、Ｓｉの含有量が多過ぎると、得られた玉の靭性が低下したり、芯部への窒素の拡散が阻害されて、玉全体としての硬度を確保しにくくなるで、Ｓｉの含有量の上限値を２．２質量％とする事が好ましい。
【００２２】
［各玉を構成する鋼中のＭｎの含有量］
Ｍｎは、製鋼時に脱酸剤として作用すると共に、鋼の焼き入れ性を高める作用を有する。この様な作用を十分に得る為には、Ｍｎの含有量を０．１質量％以上確保する必要がある。更に、前述した様に、上記各玉の表層部を強化する為に十分な量のＳｉ−Ｍｎ系窒化物を析出させる為には、Ｍｎの含有量を０．３質量％以上確保する必要がある。
但し、Ｍｎの含有量が多過ぎると、鋼の鍛造性や切削性が低下したり、鋼中の不純物であるＳ（硫黄）やＰ（燐）と介在物を形成し、得られた玉の強度を低下させる可能性がある事から、Ｍｎの含有量の上限値を２．０質量％とする事が好ましい。
【００２３】
［各玉を構成する鋼中のＳｉの含有量とＭｎの含有量との比Ｓｉ／Ｍｎ］
Ｓｉ−Ｍｎ系窒化物は、焼き戻しによる窒化物とは異なり、Ｍｎを取り込みながらＮ（窒素）がＳｉと反応して形成される。従って、鋼中のＳｉの含有量に対してＭｎの含有量が少ないと、Ｎを十分に拡散させても、Ｓｉ−Ｍｎ系窒化物の析出が促進されない。この為、Ｓｉの含有量が０．３質量％以上、２．２質量％以下、Ｍｎの含有量が０．３質量％以上、２．０質量％以下である鋼に、圧砕強度、耐摩耗性、耐焼付き性を何れも向上させる事に関して効果を有する量（面積率が１％以上１０％未満）のＳｉ−Ｍｎ系窒化物を析出させる為には、上記比Ｓｉ／Ｍｎを、５以下に抑える（Ｍｎに対するＳｉの量を確保する）事が好ましい。
【００２４】
［各玉の表面の残留オーステナイト量及び表面硬度］
これら各玉の表面硬度が低いと、これら各玉が何れかの軌道の肩部に乗り上げた場合に、これら各玉の転動面（表面）に、傷や圧痕が付き易くなる。そこで、これら各玉の表面の硬度をＨｖ７８０以上確保して、上記乗り上げが発生した場合にも、これら傷や圧痕が形成されにくくする事が好ましい。
一方、残留オーステナイトは、軟質な組織である為、表面に付いた傷や圧痕の周辺に発生する応力集中を緩和する。この為、残留オーステナイト量が多い方が、これら傷や圧痕が転動面の剥離に繋がる事を抑制できる。但し、この残留オーステナイト量が多過ぎると、上記各玉の転動面の硬度が低下したり、これら各玉の形状安定性が損なわれる為、残留オーステナイト量を１５容量％以下に抑える事が好ましい。
【００２５】
［各玉の表面のＳｉ−Ｍｎ系窒化物の大きさと個数］
各玉の転動面に存在する窒化物は、前述の通り、これら各玉の転動面を強化するが、平均粒径が１μｍを超える程に大きな窒化物は、材料の強化にあまり寄与しない。細かい窒化物が分散して均等に存在している方が、上記各玉の転動面を強化する面からは効果がある。この理由は、析出強化の理論上、析出物粒子間の距離が小さい（短い）程、強化能が優れる事による。従って、上記各玉の転動面に析出しているＳｉ−Ｍｎ系窒化物の面積率が同じであっても、析出粒子数が多ければ、相対的に粒子間距離が短くなり、上記各玉の転動面が強化される。これらの事を、製造工程と合わせて考慮すれば、Ｓｉ−Ｍｎ系窒化物の面積率を前述した理由で１〜１０％の範囲に規制する事を前提とし、このＳｉ−Ｍｎ系窒化物の平均粒径を、０．０５〜１μｍの範囲に規制して、個々のＳｉ−Ｍｎ系窒化物を微細にして個数を増やす事が好ましい。具体的には、面積３７５μｍ2 の範囲で、平均粒径｛（長径＋短径）／２｝が０．０５〜１μｍであるＳｉ−Ｍｎ系窒化物が１００個以上存在する事が好ましい。
【００２６】
［上述した条件を満たすＳｉ−Ｍｎ系窒化物を得る為の熱処理プロセス］
上述した条件を満たすＳｉ−Ｍｎ系窒化物を得る為の熱処理プロセスは、特に限定しないが、例えば、前述した組成を有する鋼に次の様な手順で熱処理を施す事により、上記条件を満たすＳｉ−Ｍｎ系窒化物を得られる。
先ず、浸炭窒化処理を、８００〜８７０℃で２〜８時間施す。必要な浸炭窒化処理を施す為には、８００℃以上の処理温度が必要な反面、処理温度が８７０℃を越えると、窒化物が粗大化して、微細な（平均粒径が１μｍ以下の）Ｓｉ−Ｍｎ系窒化物の個数が減少する。又、窒素の固溶限も大きくなる為、窒化物の量が少なくなり、所望の面積率を得られなくなる。
又、浸炭窒化処理工程の初期から、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雰囲気とし、ＣＰ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以上にする。更に、浸炭窒化後の焼き入れは、油温６０〜１２０℃の範囲で行う。焼き入れ時の熱衝撃を抑えて、歩留りを確保する為には、６０℃以上での焼き入れが必要であるが、焼き入れ温度が１２０℃よりも高いと、十分な硬度を得られない。又、焼き戻しは１６０〜２７０℃の範囲で行う。この温度は、必要な硬度を確保し、且つ、転動面の残留オーステナイト量を前述した適正範囲に収める為に規制する。
【００２７】
［内輪相当部材及び外輪相当部材を構成する中炭素鋼中のＣの含有量］
Ｃ（炭素）は、鋼自体の硬度及び強度を高める作用を有する事に加えて、鋼の焼き入れ性を高める作用も有する。これらの作用により、上記内輪相当部材或いは上記外輪相当部材として、必要な硬度及び強度を確保する為には、上記中炭素鋼中のＣの含有量を、０．４８質量％以上確保する事が好ましい。但し、Ｃの含有量が多過ぎると、鍛造性や切削性を低下させるので、この含有量の上限を０．６０質量％とする事が好ましい。
【００２８】
［内輪相当部材及び外輪相当部材を構成する中炭素鋼中のＳｉ、Ｍｎの含有量］
これらＳｉ及びＭｎは、前述した、各玉を構成する鋼中にこれらＳｉ及びＭｎを含有させるのとほぼ同様の理由で添加する。但し、各玉の場合とは異なり、表面にＳｉ−Ｍｎ系窒化物を析出させる事は意図していない。又、上記内輪相当部材及び上記外輪相当部材は、上記各玉に比べて、靱性の低下に伴う弊害が表れ易い。この為、Ｓｉ及びＭｎの何れに関しても、含有量の上限値を、上記各玉の場合よりも低く抑えている。
即ち、Ｓｉは、製鋼時に於ける脱酸剤として作用させると共に、焼き戻し時の軟化抵抗性を高める作用も発揮させる為に０．１５質量％以上含有させるが、鋼の靭性の低下を抑える為に、含有量の上限値を０．３５質量％とする事が好ましい。
又、Ｍｎは、製鋼時に於ける脱酸剤として作用させると共に、鋼の焼き入れ性を高める作用も発揮させる為に、０．６質量％以上含有させるが、鋼の鍛造性や切削性の低下を抑えると共に、ＳやＰと介在物を形成する事を抑える為に、含有量の上限値を０．９質量％とする事が好ましい。
【００２９】
［内輪相当部材及び外輪相当部材を構成する中炭素鋼中のＣｒの含有量］
Ｃｒ（クロム）は、鋼の焼き入れ性を高める作用を有する為、内輪軌道或いは外輪軌道の表面硬度を高くする為に含有させるが、この作用を十分に得る為には、Ｃｒの含有量を０．１０質量％以上確保する必要がある。但し、Ｃｒの含有量が多過ぎると、鍛造性や切削性を低下させるので、Ｃｒの含有量の上限値を０．５０質量％とする事が好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
本発明の特徴は、車輪支持用転がり軸受ユニットを構成する、外輪相当部材と、内輪相当部材と、複数個の玉との性状を適正に規制して、これら外輪相当部材と内輪相当部材との間に大きなモーメントが作用し、上記各玉が外輪軌道或いは内輪軌道の肩部に乗り上げた場合にも、これら各玉の転動面に傷が付きにくくする事により、厳しい使用条件下でも優れた耐久性を確保できる車輪支持用転がり軸受ユニットを実現する点にある。
図面に表れる車輪支持用転がり軸受ユニットの構造に就いては、前述の図１〜２に示した構造を含め、従来から知られている各種車輪支持用転がり軸受ユニットと同様である。就いては、具体的構造に就いての図示並びに説明は省略する。尚、外輪相当部材を車輪と共に回転するハブとし、内輪相当部材を懸架装置に対し支持固定する静止側軌道輪とする車輪支持用転がり軸受ユニットも、本発明の対象となる。
【実施例１】
【００３１】
本発明の効果を確認する為に行った実験に就いて説明する。この実験は、前述の図２に示した構造を有する車輪支持用転がり軸受ユニット５ａを使用した、転がり疲労試験として行った。使用した車輪支持用転がり軸受ユニット５ａを構成する各玉２０、２０のピッチ円直径（ＰＣＤ）は４６．６mm、両列同士の間のピッチは３２mm、両列の玉２０、２０の数はそれぞれ１３個ずつ、これら各玉２０、２０の直径は１０．３１９mmとした。又、ハブ本体１３ａと共にハブ８ａを構成する内輪１４は、下記の表１に示す組成を有する、高炭素クロム軸受鋼２種（ＳＵＪ２）を使用し、焼き入れ（ずぶ焼き）・焼き戻しの後に周知の研削加工を施して造った。尚、各表中には、鋼を構成する元素のうち、Ｆｅ以外の重要なものを記載してある。各鋼に関して、上記各表に記載されていないものは、Ｆｅ及び不可避不純物、乃至は、本発明の作用・効果に影響を及ぼさない、微量元素である。
【表１】
2009299759.tif 000003
【００３２】
外輪６及び上記ハブ本体１３ａは、下記の表２又は表３に示した組成を有する中炭素鋼により造り、各軌道面（外輪軌道１１ａ、１１ｂ、内輪軌道１７ａ、１７ｂ）を含む周面部分に高周波焼き入れ・焼き戻しを施す事により、上記各軌道面を含む周面部分に表面硬化層を形成した。焼き入れにより硬化させた表面部分の硬度はＨｖ６８０〜７５０であり、焼き入れされていない（生のままである）内部の硬度は、Ｈｖ２００〜２５０である。
【表２】
2009299759.tif 000004
【表３】
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【００３３】
一方、前記各玉２０、２０は、下記の表４、５に示した組成を有する鋼製の素材に鍛造加工を施してから、周知の切削加工及び研削加工に加えて、前述した条件で浸炭窒化処理を施す事により造った。
【表４】
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【表５】
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【００３４】
転がり疲労試験の試験条件は、下記の通り、２種類の試験（試験１、試験２）を行った。
(1) 試験１：玉２０、２０のみを変化させた転がり疲労試験
この試験では、外輪６及びハブ本体１３ａは、本発明の技術的範囲に属する、前記表２に示す組成を有する鋼により造ったものを使用した。
(2) 試験２：外輪６及びハブ本体１３ａを変化させた転がり疲労試験
この試験では、各玉２０、２０は、本発明の技術的範囲に属する、前記表５に示す組成を有する鋼により造ったものを使用した。
【００３５】
試験１、試験２共に、予め車輪支持用転がり軸受ユニット５ａを組み立てた状態で、各玉２０、２０の転動面（表面）に玉乗り上げ傷を形成しておき、これら各玉２０、２０を使用して、以下に示す試験条件で寿命試験を行った。この玉乗り上げ傷を付ける作業は、上記車輪支持用転がり軸受ユニット５ａを単体で水平面に（回転中心軸を鉛直方向に向け）固定して、上記ハブ本体１３ａに、５ｋＮの荷重（一方向荷重）を１０秒間負荷し、その後この荷重を除く行程を１サイクルとし、上記各玉２０、２０の転動面を各軌道の肩部へ乗り上げさせてから、再び正規の位置に戻した。この様な作業を２０サイクル繰り返す事により、上記各玉２０、２０に乗り上げ傷を形成した。
【００３６】
次いで、上記各玉２０、２０に乗り上げ傷を形成した、上記車輪支持用転がり軸受ユニット５ａに、次の条件で、上記(1)(2)に記載した転がり疲労試験を施した。
ラジアル荷重          ：    ６５００Ｎ
アキシアル荷重        ：    ３９００Ｎ
ハブ８ａの回転速度    ：    １０００min-1 
この条件で、回転試験機に振動計を取り付け、振動値が初期振動値の３倍になった時点を寿命とした。尚、上記両荷重は、乗り上げが発生しない様に、それぞれの方向等を規制した。
この様な条件で行った、前述した試験１の転がり疲労試験の結果を、各試料の組成、性状等と共に、前記表４に示した。試験結果を表す寿命は、それぞれ５個ずつの試料（車輪支持用転がり軸受ユニット５ａ）に就いての試験結果から、累積破損確率５０％に対応する寿命（以下、Ｌ５０寿命と呼ぶ）を求めた。そして、一般的に用いられているＳＵＪ２製の玉２０、２０を組み込んだ、比較例ＯのＬ５０寿命を１．０として、それとの比で表している。
【００３７】
上記表４に記載した、本発明の技術的範囲に属する８種類の試料（実施例Ａ〜Ｈ）と、本発明の技術的範囲からは外れる７種類の試料（比較例Ｉ〜Ｏ）のうち、実施例Ａ〜Ｈに就いては、鋼の組成、Ｓｉ／Ｍｎ比、窒素濃度、窒化物（Ｓｉ−Ｍｎ系窒化物）面積率、窒化物（Ｓｉ−Ｍｎ系窒化物）の個数、残留オーステナイト量、硬度が、総て前述した本発明（好ましいとした範囲を含む）の技術的範囲内にある。この為、上記各玉２０、２０の圧砕強度が高く、玉乗り上げが起こった場合でも、これら各玉２０、２０に傷や圧痕が付きにくく、寿命が長い。又、これら各玉２０、２０にサブゼロ処理を施す事により、更に寿命が延長する事が分かる。
【００３８】
これに対して、比較例Ｉ、Ｊは、焼き戻し温度が低い為、残留オーステナイト量が本発明の技術的範囲よりも多く、その為に、玉乗り上げ傷が付き易く、寿命が短い。
又、比較例Ｋは、ＳＵＪ２に浸炭窒化処理を施したもので、Ｓｉの含有量が本発明の技術的範囲よりも少ない。この為、窒化物面積率が低く、しかも窒化物の個数が少ない事からも分かる様に、上記各玉２０、２０の転動面に十分な量のＳｉ−Ｍｎ系窒化物が析出せず、寿命が短い。
又、比較例Ｌは、ＳＵＪ２に浸炭窒化処理を施した場合で、Ｍｎの含有量が本発明の技術的範囲よりも少ない。この為、上記比較例Ｋの場合と同様に、上記各玉２０、２０の表面に、十分な量のＳｉ−Ｍｎ系窒化物を析出していない。しかも、焼き戻し温度が低い為、硬度も低くなっている。この結果、寿命が短い。
又、比較例Ｍは、上記各玉２０、２０の組成に関しては、本発明の技術的範囲内にあるが、比Ｓｉ／Ｍｎが高く、窒化物面積率が低い事と窒化物の個数が少ない事とから分かる様に、上記各玉２０、２０の転動面に十分な量のＳｉ−Ｍｎ系窒化物を析出させられず、寿命が短い。
又、比較例Ｎは、上記各玉２０、２０の組成及び比Ｓｉ／Ｍｎは本発明の技術的範囲内にあるが、窒素濃度が低い為、窒化物面積率が低い事と窒化物の個数が少ない事とから分かる様に、十分な量のＳｉ−Ｍｎ系窒化物を析出させる事ができず、寿命が短い。
【００３９】
更に、前記表３に、前記外輪６及び前記ハブ本体１３ａを構成する鋼の組成及び焼き入れ方法と共に、前述した試験２の転がり疲労試験の結果を示した。
上記表３の記載から分かる様に、本発明の技術的範囲に属する実施例ａ〜ｉに就いては、上記外輪６及び上記ハブ本体１３ａを構成する鋼の組成が本発明の技術的範囲内にある為、寿命が長い。
これに対して、上記外輪６及び上記ハブ本体１３ａを構成する鋼の組成が本発明の技術的範囲からは外れる、比較例ｊ〜ｍに就いては、上記外輪６及び上記ハブ本体１３ａの強度を十分に得られず、寿命が短い。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の対象となる車輪支持用転がり軸受ユニットの第１例を、懸架装置に組み付けた状態で示す断面図。
【図２】同第２例を単体で示す断面図。
【符号の説明】
【００４１】
１    ホイール
２    ロータ
３    ナックル
４    支持孔
５、５ａ  車輪支持用ハブユニット
６    外輪
７    ボルト
８、８ａ  ハブ
９    スタッド
１０    ナット
１１ａ、１１ｂ  外輪軌道
１２    結合フランジ
１３、１３ａ  ハブ本体
１４    内輪
１５    取付フランジ
１６    位置決め筒部
１７ａ、１７ｂ  内輪軌道
１８    小径段部
１９    かしめ部
２０    玉
２１ａ、２１ｂ  シールリング
２２    スプライン孔
２３    等速ジョイント用外輪
２４    スプライン軸
２５    ナット
【図１】
2009299759.tif 000008
【図２】
2009299759.tif 000009