特許 6294618 ハブベアリング

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6294618

(24)【登録日】2018年2月23日

(45)【発行日】2018年3月14日

(54)【発明の名称】ハブベアリング

(51)【国際特許分類】

   F16C 33/62 20060101AFI20180305BHJP

   F16C 19/18 20060101ALI20180305BHJP

   F16C 19/38 20060101ALI20180305BHJP

   F16C 33/32 20060101ALI20180305BHJP

   F16C 33/34 20060101ALI20180305BHJP

   C22C 38/00 20060101ALI20180305BHJP

   C22C 38/18 20060101ALI20180305BHJP

   C21D 1/06 20060101ALI20180305BHJP

   C21D 9/40 20060101ALI20180305BHJP

   C23C 8/26 20060101ALI20180305BHJP

   F16C 35/063 20060101ALI20180305BHJP

   C22C 38/50 20060101ALN20180305BHJP

【ＦＩ】

   F16C33/62

   F16C19/18

   F16C19/38

   F16C33/32

   F16C33/34

   C22C38/00 301Z

   C22C38/18

   C21D1/06 A

   C21D9/40 A

   C23C8/26

   F16C35/063

   !C22C38/50

【請求項の数】4

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2013-197730(P2013-197730)

(22)【出願日】2013年9月25日

(65)【公開番号】特開2015-64037(P2015-64037A)

(43)【公開日】2015年4月9日

【審査請求日】2016年8月29日

(73)【特許権者】

【識別番号】000102692

【氏名又は名称】ＮＴＮ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100100251

【弁理士】

【氏名又は名称】和気 操

(74)【代理人】

【識別番号】100174090

【弁理士】

【氏名又は名称】和気 光

(72)【発明者】

【氏名】三輪 則暁

(72)【発明者】

【氏名】松原 幸生

【審査官】 日下部 由泰

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−１４６４７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０４６４０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特公昭６１−０５８５４９（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】 特開平０１−１６８８４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−００１９３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−００１９３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０４７８３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１０８３５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０２４２１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１２１０３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０６３４０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１８７８８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０７６６７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１１９９３０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｃ １９／００−１９／５６

Ｆ１６Ｃ ３３／３０−３３／６６

Ｃ２２Ｃ ５／００−２５／００

Ｃ２２Ｃ ２７／００−２８／００

Ｃ２２Ｃ ３０／００−３０／０６

Ｃ２２Ｃ ３５／００−４５／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

自動車の車輪を回転支持するハブベアリングであって、
前記ハブベアリングの、少なくとも一つの、転がり接触部を有する構成部材は、鋼材からなっていて該鋼材の成分組成は、Ｃ：０．９５質量％以上１．１質量％以下、Ｓｉ：０．３５質量％未満、Ｍｎ：０．５質量％未満、Ｓ：０．０２５質量％未満、Ｃｒ：１．４質量％以上１．６質量％未満、残部が鉄および不純物であり、
該鋼材中に含まれる酸化物系介在物の少なくとも一部がＭｎＳで覆われており、かつ、該鋼材中の最大径が３μｍ以上の前記酸化物系介在物において、その全個数に対するＭｎＳで覆われたものの個数の割合が４０％をこえることを特徴とするハブベアリング。

【請求項2】

前記構成部材は、その表層に窒化処理が施されてなり、表面窒素濃度が０．０５〜０．６重量％であることを特徴とする請求項１記載のハブベアリング。

【請求項3】

前記構成部材の表面から０．０５ｍｍ深さの箇所と前記窒素が含まれていない深さの箇所とのビッカース硬度差ΔＨＶが６０以上であることを特徴とする請求項２記載のハブベアリング。

【請求項4】

前記ハブベアリングは、内周に複列の外側転走面が形成された外方部材と、外周に前記複列の外側転走面に対向する複列の内側転走面が形成された内方部材と、前記両転走面間に収容された複列の転動体とを備えてなり、
前記内方部材はハブ輪と内輪とを有し、
前記ハブ輪は、一端部に車輪取付フランジを一体に有して、外周に前記複列の外側転走面の一方に対向する内側転走面と、この内側転走面から軸方向に延びる小径段部とが形成されており、
前記内輪は、外周に前記複列の外側転走面の他方に対向する内側転走面が形成されていて、前記ハブ輪の小径段部に圧入されており、
前記小径段部の端部を径方向外方に塑性変形させて形成した加締部により、前記内輪は前記ハブ輪に対して固定されており、
前記内輪は、前記構成部材であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項記載のハブベアリング。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、自動車の車輪を回転自在に支持するためのハブベアリングに関する。

【背景技術】

【0002】

自動車用のハブベアリングはその用途から晴天での走行のみならず雨天、悪路、海岸での走行など使用環境が非常に悪い条件で使用される。ハブベアリング内への水分や異物の侵入はシールにより抑えられてはいるものの完全なものではない。したがって、ハブベアリング内に水分や異物が侵入し、そこに封入されているグリース等の潤滑剤に混入することは免れない。さらに、省エネの観点からハブベアリングの低トルク化が求められ、その方法の一つとしてシールの軽接触化が考えられる。したがって水が浸入する可能性がより高まることとなる。

【0003】

自動車用のハブベアリングは、このような水が潤滑剤等に混入する条件下や、急加減速などの過酷な使用条件下、すべりを伴う条件下などで使用されると、ハブベアリングの転走面に白色組織変化を伴った特異的な剥離が早期に生じ、長時間使用することが困難となる。この特異的な剥離は、通常の金属疲労により生じる転走面内部からの剥離と異なり、転走面表面の比較的浅いところから生じる破壊現象であり、水あるいは潤滑剤が分解して水素が発生し、それが鋼中に侵入することで、水素脆性を起因とする早期剥離が起こっていると考えられる。

【0004】

軸受におけるこのような早期に発生する白色組織変化を伴った特異な剥離現象を防ぐ方法として、鋼材にＣｒを多く添加することで鋼表面に不動態膜を形成し、鋼中への水素の侵入を抑制するものが提案されている（特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０００−２８２１７８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献１の鋼材では、Ｃｒを多く添加することで炭化物が粗大化し、それが応力集中源となって早期剥離が起きることがある。また、不動態膜は水素の拡散を遅くする効果はあるが、発生した水素が鋼表面に吸着するのを促進する効果も併せ持つ。ハブベアリングが間欠的に使われる場合は、停止時に水素が散逸しうるため、鋼中への水素の侵入を遅らせることは、早期剥離の防止に有効であることがある。しかしながら、連続して使われる場合は、不動態膜が多くの水素を吸着する分、鋼中に侵入する水素量が増すため、早期剥離が生じることになる。また、特殊鋼材はコスト高になり、また海外調達が困難である。これらの理由により、特許文献１の鋼材では、自動車用のハブべアリングにおける早期剥離を十分に抑制できず、その適用は困難である。

【0007】

本発明はこのような問題に対処するためになされたものであり、ハブベアリング運転時に内部に水が混入するような過酷な使用条件下でも、転走面等の転がり接触部における水素脆性による剥離を効果的に防止できる、長時間使用可能なハブベアリングの提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明のハブベアリングは、自動車の車輪を回転支持するハブベアリングであって、該ハブベアリングの、少なくとも一つの、転がり接触部を有する構成部材は、鋼材からなっていて該鋼材中に含まれる酸化物系介在物の少なくとも一部がＭｎＳで覆われており、かつ、該鋼材中の最大径が３μｍ以上の上記酸化物系介在物において、その全個数に対するＭｎＳで覆われたものの個数の割合が４０％をこえることを特徴とする。

【0009】

ここで、「転がり接触部を有する構成部材」とは、ハブベアリングの他の構成部材と転がり接触をする部位を有する構成部材を意味し、例えば後述の図１に示すようなハブベアリングにおいて、転動体４と転がり接触する内輪２、転動体４と転がり接触するハブ輪１、転動体４と転がり接触する外方部材３、および、転動体４等をいう。内輪２、ハブ輪１、外方部材３が有する転走面は、転がり接触部である。

【0010】

上記鋼材の成分組成は、Ｃ：０．９５質量％以上１．１質量％以下、Ｓｉ：０．３５質量％未満、Ｍｎ：０．５質量％未満、Ｓ：０．０２５質量％未満、Ｃｒ：１．４質量％以上１．６質量％未満、残部が鉄および不純物であることを特徴とする。

【0011】

上記構成部材は、その表層に窒化処理が施されてなり、表面窒素濃度が０．０５〜０．６重量％であることを特徴とする。

【0012】

上記構成部材の表面から０．０５ｍｍ深さの箇所と上記窒素が含まれていない深さの箇所とのビッカース硬度差ΔＨＶが６０以上であることを特徴とする。

【0013】

また、上記ハブベアリングは、内周に複列の外側転走面が形成された外方部材と、外周に該複列の外側転走面に対向する複列の内側転走面が形成された内方部材と、該両転走面間に収容された複列の転動体とを備えてなり、上記内方部材はハブ輪と内輪とを有し、上記ハブ輪は、一端部に車輪取付フランジを一体に有して、外周に上記複列の外側転走面の一方に対向する内側転走面と、この内側転走面から軸方向に延びる小径段部とが形成されており、上記内輪は、外周に上記複列の外側転走面の他方に対向する内側転走面が形成されていて、上記ハブ輪の小径段部に圧入されており、上記小径段部の端部を径方向外方に塑性変形させて形成した加締部により、上記内輪は上記ハブ輪に対して固定されており、上記内輪は、上記構成部材であることを特徴とする。

【発明の効果】

【0014】

本発明のハブベアリングは、自動車の車輪を回転支持するハブベアリングであって、該ハブベアリングの、少なくとも一つの、転がり接触部を有する構成部材が、鋼材からなっていて該鋼材中に含まれる酸化物系介在物の少なくとも一部がＭｎＳで覆われており、かつ、該鋼材中の最大径が３μｍ以上の該酸化物系介在物において、その全個数に対するＭｎＳで覆われたものの個数の割合が４０％をこえる。このように、構成部材の鋼材中に不可避に含まれる酸化物系介在物の多くが軟らかいＭｎＳで覆われていることにより、酸化物系介在物の周りに形成される引張応力場が緩和される。このため、鋼材内部に水素が集積しにくく、水素脆性を起因とする早期剥離を防止することができる。この結果、ハブベアリング運転時に内部（例えば、グリース中）に水が混入するような過酷な使用条件下でも、長寿命を持つハブベアリングとして好適に使用できる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】ハブベアリングの断面図である。

【図2】介在物検査結果の代表例（比較例１および実施例１）を示す写真である。

【図3】介在物検査結果の代表例（実施例２および実施例３）を示す写真である。

【図4】超音波軸荷重疲労試験片の形状を示す図である。

【図5】超音波軸荷重疲労試験結果を示す図である。

【図6】急加減速運転パターンを示す図である。

【図7】転走面からの深さ方向の断面硬度分布を示す図である。

【図8】転走面からの深さ方向の断面窒素濃度分布を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

自動車の車輪を回転支持するハブベアリングにおける耐水素脆性を向上させるため、内輪、ハブ輪、外方部材、転動体等の転がり接触部の材料である鋼材に不可避に含まれる酸化物系介在物に着目した。転がり接触部にすべりなどで摩耗が生じれば、新生面が形成され、混入した水や潤滑剤が分解し、水素が発生する。発生した水素の一部は、鋼中に侵入する。酸化物系介在物の周りには、引張応力場が形成される。水素は、引張応力場に集積する性質がある。これに対して、酸化物系介在物の多くを（４０％をこえる）軟らかいＭｎＳ（約１５０ＨＶ）で覆うことで、上記引張応力場を緩和し、水素を集積しにくくした。その結果、耐水素脆性が向上することを見出した。本発明はこのような知見に基づくものである。

【0017】

特に、鋼材中に侵入する水素の中でも、拡散性水素が水素脆性の原因と考えられている。拡散性水素は、結晶粒界などにトラップされていない比較的自由に動き得る水素のことをいう。この拡散性水素は、室温で時間と共に鋼材中から外に放出されるものである。例えば、拡散性水素は、２００℃までの加熱で放出される水素と定義でき、非拡散性水素は、２００℃をこえる加熱温度ではじめて鋼材中から放出される水素と定義でき、拡散性水素と非拡散性水素との合計量が、鋼材中に侵入した水素の総量である。

【0018】

ハブベアリングの構成部材の材料である鋼材中において、酸化物系介在物は不可避的に含まれる。本発明のハブベアリングでは、少なくとも一つの、転がり接触部を有する構成部材の、鋼材中の最大径が３μｍ以上の酸化物系介在物において、その全個数に対するＭｎＳで覆われたものの個数の割合（被覆率）が４０％をこえることを必須としている。被覆率を式で表すと以下のとおりとなる。

被覆率（％）＝（最大径が３μｍ以上の酸化物系介在物の中でＭｎＳで覆われた酸化物系介在物の個数）／（最大径が３μｍ以上の酸化物系介在物の全個数）×１００

また、被覆率は高い方が好ましく、５０％以上がより好ましく、９０％以上がさらに好ましい。ここで、ＭｎＳで覆われているとは、ＭｎＳが酸化物系介在物を核として析出し、この酸化物系介在物の周りに巻き付いたような状態をいい、酸化物系介在物の周囲が完全に覆われている場合のみならず一部が覆われている場合を含む。また、ＭｎＳは圧延方向に引き伸ばされた線形状である。

【0019】

被覆率の算出において、対象とする酸化物系介在物を、その最大径が３μｍ以上のものとしている。最大径が３μｍ未満の微細な酸化物系介在物の存在状態（ＭｎＳの被覆状態）は水素脆性を起因とする早期剥離にほぼ寄与しない。また、最大径が３μｍ以上の酸化物系介在物は、光学顕微鏡によりその存在状態を容易に測定可能である。

【0020】

また、対象とする酸化物系介在物の最大径の下限値をより大きくしてもよく、例えば、５μｍ以上、１０μｍ以上としてもよい。最大径が３μｍ以上の酸化物系介在物であれば、その最大径の下限値を大きくしても、上記被覆率は略同一となる。

【0021】

酸化物系介在物のＭｎＳによる被覆率を上記範囲とする製造方法等は特に限定されない。一般的に、鋼材を連続鋳造する際のように冷却速度が速い場合には、酸化物系介在物と軟質介在物であるＭｎＳとが別々に析出し、被覆率は低くなりやすい。一方、鋼材をインゴット鋳造する際のように冷却速度が遅い場合には、酸化物系介在物が軟質介在物であるＭｎＳの析出の核となり、被覆率が高くなりやすい。

【0022】

本発明において、上述の転がり接触部を有する構成部材に用いる鋼材の成分組成は、Ｃ：０．９５質量％以上１．１質量％以下、Ｓｉ：０．３５質量％未満、Ｍｎ：０．５質量％未満、Ｓ：０．０２５質量％未満、Ｃｒ：１．４質量％以上１．６質量％未満、残部が鉄および不純物であることが好ましい。上記成分組成の詳細を以下に説明する。

【0023】

Ｃ：０．９５質量％以上１．１質量％以下
Ｃ（炭素）は、鋼材の強度確保に必要な元素である。また、焼入性への影響も大きく、焼入硬化層の硬さおよび深さを高めて疲労強度の向上にも寄与する。上記範囲では、これらの効果を十分に得られる。

【0024】

Ｓｉ：０．３５質量％未満
Ｓｉ（珪素）は、焼入加熱時にオーステナイト粒成長を抑制するため、本来は積極的に添加したいが、Ｓｉの添加により鍛造性、被削性が著しく劣化する。これらの観点より、０．３５質量％未満とする。

【0025】

Ｍｎ：０．５質量％未満
Ｍｎ（マンガン）は、強度および焼き入れ性の向上に有効に寄与する元素である。また、Ｍｎが過剰であると、粒界に偏析して粒界割れを引き起こすと考えられるため、０．５質量％未満が適当である。

【0026】

Ｓ：０．０２５質量％未満
Ｓ（硫黄）は、鋼材中でＭｎＳを形成する元素である。一方でオーステナイトの粒界に偏析し、粒界強度を低下させ、疲労強度を低下させるおそれもある。これらの観点より、０．０２５質量％未満とする。

【0027】

Ｃｒ：１．４質量％以上１．６質量％未満
Ｃｒ（クロム）は、安定した炭化物を形成し、また焼入性を向上させて、強度、耐摩耗性、疲労強度の向上に寄与する元素である。一方、Ｃｒが過剰に含有されれば、鍛造性および被削性が低下する。これらの効果を十分に得るためには、上記範囲が適当である。

【0028】

上記成分組成を有する鋼材としては、例えば、高炭素クロム軸受鋼ＳＵＪ２（ＪＩＳ規格）、ＳＵＪ２相当材である５２１００（ＡＩＳＩまたはＳＡＥ規格）、１００Ｃｒ６（ＤＩＮ規格）、ＧＣｒ１５（ＧＳＢ規格）等に準じたもの挙げられる。上記成分組成を満たす各鋼材であっても、上述の所定の被覆率（％）を満たさないものは本発明のハブベアリングには使用できない。本発明のハブベアリングでは、上述の所定の被覆率（％）を満たし、かつ、上記成分組成を満たす鋼材を用いることが好ましい。

【0029】

本発明において、ハブベアリングの、少なくとも一つの、転がり接触部を有する構成部材に用いる鋼材は、表層に窒化処理を施すことが好ましい。内輪、ハブ輪、外方部材（軌道輪）については、該軌道輪の転走面に窒化処理を施す。窒化処理は、例えば、８５０℃の温度でＲＸガスにアンモニアガスを添加した雰囲気中で行われる。転走面に窒化処理を施して焼入することで、軌道輪が塑性変形しにくくなり、耐水素脆性が向上する。転走面の表面窒素濃度は、０．０５〜０．６重量％であることが好ましい。０．０５重量％未満では窒化による寿命向上の効果は得られない場合がある。一方、表面窒素濃度が０．６重量％をこえると、Ｃｒ炭窒化物が多く生成されるため、焼入性に寄与するＣｒ量が欠乏し、十分な焼入性が確保できないおそれがある。

【0030】

窒化処理を施して焼入し、その後焼戻する。熱処理（焼入・焼戻条件）は、特に限定されず公知の条件を採用できる。例えば、まず、鋼材をＡ１点以上の所定の温度に加熱し、所定時間保持する。このとき、鋼材は、ＲＸガスにアンモニアガスを添加した雰囲気中等において加熱し、これにより鋼材表層に窒化処理を施す。その後、鋼材を油中等に浸漬することで、Ａ１点以上の温度からＭＳ点以下の温度に冷却し、焼入硬化工程が完了する。さらに、焼入硬化された鋼材をＡ１点以下の温度である所定温度に加熱し、所定時間保持した後、例えば室温まで空冷することにより焼戻工程が完了する。以上の工程により、熱処理が完了する。

【0031】

本発明のハブベアリングは、その潤滑に用いる潤滑油中や、使用雰囲気中に水分が混入・侵入する環境下で用いられる場合が多い。また、ハブベアリングは、その運動形態から、接触要素間で金属接触が起こり、すべりを伴う条件などで使用されるため、鋼材部材表面における金属新生面の露出により水素が鋼材中に侵入しやすい等、水素の影響を受けやすい部品である。

【0032】

本発明のハブベアリングの一例（従動輪用第三世代ハブベアリング）を図１に示す。図１は、ハブベアリングの断面図である。ハブベアリング６は、ハブ輪１および内輪２を有する内方部材５と、外輪である外方部材３と、複列の転動体４、４とを備えている。ハブ輪１はその一端部に車輪（図示せず）を取付けるための車輪取付けフランジ１ｄを一体に有し、外周に内側転走面１ａと、この内側転走面１ａから軸方向に延びる小径段部１ｂとが形成されている。本明細書においては、軸方向に関して「外」とは、車両への組付け状態で幅方向外側をいい、「内」とは、幅方向中央側をいう。上記の小径段部１ｂは、内側転走面１ａから軸方向内側に位置する。

【0033】

ハブ輪１の小径段部１ｂには、外周に内側転走面２ａが形成された内輪２が圧入されている。そして、ハブ輪１の小径段部１ｂの端部を径方向外方に塑性変形させて形成した加締部１ｃにより、ハブ輪１に対して内輪２が軸方向へ抜けるのを防止している。外方部材３は、外周に車体取付けフランジ３ｂを一体に有し、内周に外側転走面３ａ、３ａと、これら複列の外側転走面３ａ、３ａに対向する内側転走面１ａ、２ａとの間には複列の転動体４、４が転動自在に収容されている。

【0034】

グリースを、シール部材７と、外方部材３と、シール部材８と、内方部材５と、ハブ輪１とに囲まれた空間に封入でき、外方部材３と、内方部材５とに挟まれた複列の転動体４、４の周囲を被覆し、転動体４、４の転動面と、内側転走面１ａ、２ａおよび外側転走面３ａ、３ａとの転がり接触の潤滑に供される。

【0035】

本発明のハブベアリングにおいて、上述の所定の鋼材からなる構成部材以外の構成部材に使用する材質としては、軸受鋼、浸炭鋼、または機械構造用炭素鋼を挙げることができる。これらの中で鍛造性が良く安価なＳ５３Ｃなどの機械構造用炭素鋼を用いることが好ましい。該炭素鋼は一般に高周波熱処理を施すことで、転がり疲労強度を確保した上で用いられる。

【0036】

例えば、（１）内輪２は酸化物系介在物をＭｎＳで覆った上述の所定の鋼材から形成され、（２）ハブ輪１はＳ５３Ｃなどの機械構造用炭素鋼で形成されて、内側転走面１ａをはじめ、シール部材７が摺接するシールランド部、および小径段部１ｂが高周波焼入れによって表面硬さが５８〜６４ＨＲＣの範囲にあり、（３）外方部材３はＳ５３Ｃなどの機械構造用炭素鋼で形成されて、複列の外側転走面３ａ、３ａをはじめ、シール部材７、８が嵌合する端部内径面が高周波焼入れによって表面硬さが５８〜６４ＨＲＣの範囲にある、という構成が考えられる。

【実施例】

【0037】

本発明のハブベアリングを、転がり接触部を有する構成部材に用いる鋼材の点から、実施例により具体的に説明するが、これらの例によって何ら限定されるものではない。

【0038】

＜化学成分分析＞
表１に、実施例および比較例の鋼材について、それぞれの化学成分を示す。比較例１の鋼材は連続鋳造により、実施例１〜３の鋼材はインゴット鋳造により、それぞれ製造したものである。表中の被覆率は、後述の介在物検査結果における、酸化系介在物がＭｎＳによって覆われていた割合（％）である。比較例１（従来鋼）と実施例１〜３（開発鋼）とで化学成分自体に大きな違いはないが、被覆率は異なる。

【表1】

【0039】

＜介在物検査＞
介在物検査は、鋼材断面の３０ｍｍ×３０ｍｍの面積（被検面積９００ｍｍ²）を観察して検出された酸化物系介在物（最大径が３μｍ以上のもの）のうち、それぞれがＭｎＳで覆われているかを判断した。ここで、鋼材断面（表面）を観察して検出された酸化物系介在物とは、該断面（表面）に露出している酸化物系介在物である。比較例１（上図）および実施例１（下図）の代表例の写真を図２に、実施例２（上図）および実施例３（下図）の代表例の写真を図３に、それぞれ示す。各図において、各サンプル略中央の黒点またはこれが引き伸ばされたものが酸化物系介在物であり、その周囲を覆う薄い線状物がＭｎＳである。

【0040】

比較例１は４０７１個中９８８個（被覆率２４％）、実施例１は３９８５個中１６２０個（被覆率４１％）、実施例２は４１０３個中２１３７個（被覆率５２％）、実施例３は４２６７個中４００５個（被覆率９４％）が、ＭｎＳで覆われていた。

【0041】

＜超音波軸荷重疲労試験＞
超音波軸荷重疲労試験は、超音波振動により試験片を共振状態にして、繰返し応力を発生させ、試験片の疲労強度を短時間で求めることができる疲労試験である。このため、鋼材中に侵入した水素が散逸する前に疲労させることが可能であり、水素の影響を合理的に評価できる。比較例１および実施例１〜３の鋼材を用いて、図４に示す形状の超音波軸荷重疲労試験片を製作した。なお、図４中の数値単位はｍｍである。熱処理は、いずれについても、８５０℃のＲＸガス雰囲気中で５０分加熱して、８０℃の油中でずぶ焼入を施した後、１８０℃で１２０分の焼戻を施した。

【0042】

超音波軸荷重疲労試験を開始する前に、鋼中水素量が５ｍａｓｓ−ｐｐｍとなる電流密度で２０時間の陰極電解水素チャージを施し、その後、１０分後に試験した（チャージあり）。また、水素チャージなしでの試験も行った（チャージなし）。図５に超音波軸荷重疲労試験結果を示す。図５において、横軸は負荷回数であり、縦軸は応力振幅（ＭＰａ）である。比較例１（従来鋼）はチャージすることで、疲労強度が明らかに低下したのに対し、実施例１〜３（開発鋼）は、水素チャージなしよりも若干低下する程度であった。この結果より、実施例１〜３（開発鋼）は比較例１（従来鋼）と比較して、破壊の起点になる酸化物系介在物のまわりに水素が集積しにくい特性を有するといえる。

【0043】

＜スラスト型寿命試験（転がり疲労試験）＞
ハブベアリングが自動車に用いられる際には、水が混入する転がり接触条件下では水が分解して水素が発生し、それが鋼中に侵入して早期剥離が起きる。そこで、水混入油中での転がり疲労試験を行った。比較例１および実施例１の鋼材を用いて、スラスト軸受５１１０６の内外輪を製作した。それぞれ試験片１（比較例１）と試験片２（実施例１）とする。熱処理は、いずれも８５０℃のＲＸガス雰囲気中で５０分加熱し、８０℃の油でずぶ焼入を施した後、１８０℃で１２０分の焼戻を施した。また、実施例１の鋼材については、８５０℃のＲＸガス雰囲気中にアンモニアガスを添加したものも製作した。これを試験片３（実施例１＋窒化処理）とする。

【0044】

ＶＧ１５０のポリグリコール系合成油（密度１．０７３ｇ／ｃｍ³、４０℃における動粘度１５０ｍｍ²／ｓ、１００℃における動粘度２３．６ｍｍ²／ｓ）に４０±０．０１重量％の純水を混入した。水混入油作製後、水が蒸発しないように食品包装用の薄いフィルムで封をし、３０分以上スターラーで攪拌した後、２００ｍＬの水混入油浴中で、上記試験片の内外輪を用いたスラスト軸受５１１０６を回転させる試験を行なった。ここで、ボールは、ＳＵＳ４４０Ｃ製のものを１２個用いた。保持器は１２個のボールを等間隔で保持する樹脂製のものを用いた。アキシャル荷重Ｆａ＝５．１０ｋＮのみを作用させ、０〜２５００ｍｉｎ^-1で内輪を急加減速させた。図６に運転パターンを示す。この荷重条件での弾性ヘルツ接触計算でのレース面と鋼球間の最大接触面圧は２．３ＧＰａである。なお、弾性ヘルツ接触計算では、５１１０６、およびＳＵＳ４４０Ｃ製鋼球のヤング率とポアソン比はそれぞれＥ＝２０４ＧＰａ、ν＝０．２９とした。剥離の検出は振動計で行なった。

【0045】

試験は、試験片２（実施例１）、試験片３（実施例１＋窒化処理）、試験片１（比較例１）のいずれも５個ずつ用意して行なった。剥離は、すべて５１１０６内輪あるいは外輪のレース面に生じ、すべて水素起因の特徴を有する剥離であった。

【0046】

表２に、各試験片の剥離寿命を２母数ワイブル分布に当てはめて求めたＬ_１０、Ｌ_５０、およびワイブルスロープ（形状母数）ｅを示す。試験片１（比較例１）は、Ｌ_１０＝３８．５時間であった。それに対し、試験片２（実施例１）はＬ_１０＝１１８．８時間であり、試験片１（比較例１）に対して約３倍の長寿命を示した。このことから、本発明のハブベアリングは、水素脆性起因の早期剥離を起きにくくする効果を有するといえる。また、試験片３（実施例１＋窒化処理）は、Ｌ_１０＝１８３．４時間であり、試験片１（比較例１）に対して約５倍の長寿命を示した。このことから、試験片２（実施例１）に窒化処理を加えることで、より水素脆性起因の早期剥離を起きにくくする効果を有するといえる。

【0047】

【表2】

【0048】

試験片３（実施例１＋窒化処理）を５００℃で１時間焼戻した。図７に試験片３の転走面からの深さ方向の断面硬度分布（ビッカース硬度ＨＶ）を示す。測定は、ビッカース硬度計を用い５０μｍ間隔で行なった。図７に示すように、転走表面から０．０５ｍｍ深さと窒化されていない深さ（０．２ｍｍ以上）の箇所との硬度差ΔＨＶは６０であった。

【0049】

また、図８に同試験片における転走面からの深さ方向の断面窒素濃度分布を示す。測定にはＥｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏ Ａｎａｌｙｚｅｒ（ＥＰＭＡ）を用いて、加速電圧１５ｋＶ、スポット径２μｍ、測定間隔２μｍ、測定時間１ｓｅｃ（秒）で測定した。試験片の転走面側から内部に向かう方向にＥＰＭＡによって鋼材中の窒素濃度分布を測定した。図８に示すように、表面窒素濃度は０．０５重量％であった。なお、表面窒素濃度における「表面」とは、表面からの深さが０〜０．０１ｍｍまでの範囲である。表層の窒素濃度が高くなるほどΔＨＶは大きくなる。

【産業上の利用可能性】

【0050】

本発明のハブベアリングは、転がり接触部を有する構成部材が所定の鋼材からなっているので、鋼材内部に水素が集積しにくく、水素脆性を起因とする早期剥離を防止することができる。このため、ハブベアリング運転時に内部に水が混入するような過酷な使用条件下でも、長寿命を持つハブベアリングとして好適に使用できる。

【符号の説明】

【0051】

１ ハブ輪
１ａ 内側転走面
１ｂ 小径段部
１ｃ 加締部
１ｄ 車輪取付けフランジ
２ 内輪
２ａ 内側転走面
３ 外方部材
３ａ 外側転走面
３ｂ 車体取付けフランジ
４ 転動体
５ 内方部材
６ ハブベアリング
７ シール部材
８ シール部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】