JP2004142733A

JP2004142733A - 車輪支持用転がり軸受ユニット

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Publication number: JP2004142733A
Application number: JP2003294088A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Uyama; 宇山　英幸; Yuji Miyamoto; 宮本　祐司; Shigeru Okita; 沖田　滋
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2002-09-30
Filing date: 2003-08-18
Publication date: 2004-05-20

Abstract

　
【課題】　ハブ輪２に設けた第一の内輪軌道７ａの転がり疲れ寿命を確保しつつ、このハブ輪２に設けたフランジ６及びこのフランジ６の周辺部の疲労強度を向上させ、車輪支持用転がり軸受ユニット１の軽量化を可能にする。
【解決手段】　上記ハブ輪２を、０．５〜０．６５重量％のＣと、それぞれ所定量ずつのMnとSiとCrとを含有すると共に、Ｓの含有量を０．０３５重量％以下に抑え、更に、ＶとNbとTiとのうちから選択される１種以上を含み、残りをFeと不可避不純物とし、酸素濃度を１５ｐｐｍ以下とした合金鋼製とする。上記ハブ輪２のうち、上記第一の内輪軌道７ａを含む部分に高周波焼き入れにより硬化層を形成する。このハブ輪２のうち、この第一の内輪軌道７ａの表面硬さをＨv ６５０〜７８０とし、上記硬化層を形成していない部分の表面硬さをＨv ２３０〜３００とする。
【選択図】　　図１

Description

　本発明は、自動車の車輪を懸架装置に対し回転自在に支持する為の車輪用転がり軸受ユニットの改良に関し、特に、周面に車輪又は懸架装置の一部を結合固定する為のフランジを有し、少なくとも軌道部（内輪軌道又は外輪軌道）に高周波焼入れにより硬化層を形成した内方部材又は外方部材を備えた車輪用転がり軸受ユニットの改良に関する。

　自動車の車輪を懸架装置に対し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は、外周面に内輪軌道を有する内方部材と、内周面に外輪軌道を有する外方部材と、これら内輪軌道と外輪軌道との間に転動自在に設けられた複数個の転動体とを備える。又、上記内方部材と外方部材とのうちの少なくとも一方の部材の周面に、車輪又は懸架装置の一部を結合固定する為のフランジを設けた、複雑な形状を有する車輪支持用転がり軸受ユニットも、従来から多く使用されている。又、上記フランジの円周方向複数個所には、車輪や懸架装置の一部を結合固定する為のスタッドやボルトを挿通する通孔を形成している。　　　

　一方、転がり軸受では、使用時に、外輪軌道と内輪軌道とに、各転動体から高面圧が繰り返し負荷される。この為、転がり軸受の転がり疲れ寿命を確保する為には、上記外輪軌道及び内輪軌道の表面硬さと耐摩耗性とを高くする必要がある。この様な事情に鑑みて、従来から、一般的な転がり軸受として、ＳＵＪ２等の高炭素クロム鋼から成る素材に焼入れ、焼き戻しを施す事により、この素材の表面全体を硬化させたものを使用する事が行なわれている。

　但し、上記車輪支持用転がり軸受ユニットを構成する内方部材と外方部材とのうち、フランジを設けた部材は、一般的な転がり軸受を構成する内方部材及び外方部材と比較して、複雑な形状を有する。この為、熱間鍛造性や、切削性や、穴あけ加工性を確保する事を考慮して、上記フランジを設けた部材を、Ｓ５３Ｃ等の中炭素鋼により造ると共に、内輪軌道又は外輪軌道と当該軌道部の周辺部とに高周波焼入れにより硬化層を形成したものを使用する場合が多くなっている。この様な構造の場合、上記フランジを有する部材のうち、高周波焼入れが施されていない部分は、熱間鍛造したままの（硬化処理が施されない）状態で使用される。尚、以下の説明では、高周波焼入れが施されず、熱間鍛造したままの状態で使用される部分を非調質部とする。

　又、特許文献１には、内方部材と外方部材とのうち、使用時に車輪と共に回転する部材（回転部材）の加工性を確保すると共に、内輪軌道又は外輪軌道の転がり疲れ寿命の向上を図る事を目的として、この回転部材を、Ｃの含有量がＳ５３Ｃよりも多く、且つ、ＳＵＪ２よりも少なく、更に、Si、Cr等の合金成分を添加した合金鋼により造る事が記載されている。

　一方、近年、自動車の燃費向上並びに走行性能の向上の為、車輪支持用転がり軸受ユニットの軽量化に関する要求が高くなっており、車輪や懸架装置の一部を結合固定する為のフランジの薄肉化も考慮されている。但し、このフランジを薄肉化した場合、このフランジに加わる応力が大きくなる為、このフランジの強度が不足し易くなる。

　特に、内方部材と外方部材とのうち、車輪が結合固定される一方の部材に設けたフランジの根元部分には、回転しながら曲げ応力が集中する。そして、このフランジの根元部分が、硬化層を形成していない非調質部となっている場合には、金属疲労に基づいて、亀裂等の損傷が生じ易くなる。又、上記フランジには、車輪の回転に伴って捩り応力が加わる為、このフランジが非調質部となっている場合には、やはりこのフランジに亀裂等の損傷が生じ易くなる。従って、このフランジの薄肉化を図る為には、このフランジ及びこのフランジの根元部分に存在する非調質部の回転曲げ疲労強度及び捩り疲労強度を向上させる必要がある。上記特許文献１に記載された従来構造の場合には、上記非調質部の回転曲げ疲労強度や捩り疲労強度の向上を図る事は考慮されていない。この為、フランジを薄肉化して、車輪支持用転がり軸受ユニットの軽量化を図る事は難しい。

特開２００１−２００３１４号公報

　本発明の車輪支持用転がり軸受ユニットは、上述の様な事情に鑑みて、高周波焼入れが施された軌道部の転がり疲れ寿命を確保しつつ、高周波焼入れが施されていない非調質部の回転曲げ疲労強度及び捩り疲労強度等の疲労強度を向上させる事により、フランジの薄肉化を可能にし、車輪支持用転がり軸受ユニットの軽量化を可能にすべく発明したものである。

　本発明の車輪支持用転がり軸受ユニットは、前述した従来から知られている車輪支持用転がり軸受ユニットと同様に、外周面に内輪軌道を有する内方部材と、内周面に外輪軌道を有する外方部材と、これら内輪軌道と外輪軌道との間に転動自在に設けられた複数個の転動体と、これら内方部材と外方部材とのうちの少なくとも一方の部材の周面に設けられた、懸架装置の一部又は車輪を結合固定する為のフランジとを備える。又、上記内方部材と外方部材とのうちの少なくとも上記一方の部材の一部で、上記内輪軌道又は外輪軌道を含む部分に高周波焼入れにより硬化層が形成されている。

　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、上記内方部材と外方部材とのうちの少なくとも上記フランジを設けた上記一方の部材を構成する合金鋼中の合金成分の最適化を行なっている。
　即ち、上記内方部材と外方部材とのうちの少なくともこの一方の部材が、０．５〜０．６５重量％のＣと、０．３〜１．０重量％のMnと、０．１〜１．０重量％のSiと、０．０１〜０．５重量％のCrとを含むと共に、Ｓの含有量を０．０３５重量％以下に抑え、更に、０．０１〜０．２重量％のＶと、０．０１〜０．１５重量％のNbと、０．０１〜０．１５重量％のTiとのうちから選択される１種以上を含み、残りをFeと不可避不純物とし、酸素濃度を１５ｐｐｍ以下とした合金鋼から構成されている。又、上記内方部材と外方部材とのうちの少なくとも上記一方の部材のうちで、上記硬化層を形成した内輪軌道又は外輪軌道の表面硬さがＨv ６５０〜７８０であり、上記内方部材と外方部材とのうちの少なくとも上記一方の部材のうちで、この硬化層を形成していない部分の表面硬さがＨv ２３０〜３００である。

　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の場合、内方部材と外方部材とのうちの少なくともフランジを設けた一方の部材を、次の様な工程により造れる。先ず、この一方の部材を構成する合金鋼に熱間鍛造を施す事により大まかな形状に形成した素材に、表面の寸法並びに形状を整える為の旋削加工等の切削加工、上記フランジにスタッドやボルトを挿通する孔をあける為の穿孔加工を行なう。次いで、この素材の所定部分に高周波焼入れを施す事により硬化層を形成した後、この硬化層の一部で軌道部となるべき部分に研削加工を施す事によりこの軌道部を仕上げて、上記一方の部材とする。又、この一方の部材のうち、高周波焼入れを施さない部分は、熱間鍛造後の金属組織の状態のままとなる。

　一方、上記フランジ、特に車輪を結合固定する為のフランジ及びこのフランジの周辺部には、車輪が回転した状態でこの車輪が地面から受ける力等に基づく回転曲げ応力や捩り応力が加わる。中炭素鋼から成る、上記一方の部材の熱間鍛造後の金属組織は、初析フェライトが旧オーステナイト結晶粒界に沿って網目状に析出したフェライト／パーライト組織になる。フェライト組織は、パーライト組織と比較して、強度が低い為、初析フェライトが粗大に析出した金属組織は、疲労強度が低くなる可能性がある。これに対して、本発明者らは、網目状に析出する初析フェライトを微細に分散析出させる事が、上記一方の部材のうち、上記フェライト／パーライト組織から成る部分の疲労強度を向上させる為に有効であるとの知見を得た。

　本発明に於いて、上記一方の部材を構成する合金鋼中にそれぞれのうちの１種以上を含有させる、Ｖと、Nbと、Tiとは、この合金鋼中で微細な炭化物或は炭窒化物を生成し、熱間鍛造時に鋼材を加熱した際に生じるオーステナイト結晶粒の粗大化を抑制する効果がある。フェライト／パーライト組織中の初析フェライトは、旧オーステナイト結晶粒界に沿って析出する為、オーステナイト結晶粒が小さくなると、粒界面積が増大し、初析フェライトの析出サイト（析出個所）が多くなる。又、Ｖや、Nbや、Tiの微細な炭化物又は炭窒化物は、熱間鍛造後の冷却時に、初析フェライトの析出サイトになると言った効果もある。従って、Ｖと、Nbと、Tiとのうちから選択される１種以上を上記一方の部材を構成する合金鋼中に添加させた本発明の車輪支持用転がり軸受ユニットの場合には、初析フェライトの析出サイトが飛躍的に増加する為、フェライトが微細に分散析出した金属組織を得る事ができ、フランジ及びこのフランジの周辺部に存在する非調質部の疲労強度を向上させる事ができる。

　更に、本発明によれば、高周波焼入れにより硬化層を形成した内輪軌道又は外輪軌道の転がり疲れ寿命を向上させる事もできる。即ち、高周波焼入れが施された金属組織は、主にマルテンサイト組織になるが、本発明で使用される合金鋼中には、Ｖと、Nbと、Tiとのうちから選択される１種以上が添加されている。この為、上記マルテンサイト組織中に微細な炭化物或は炭窒化物を分散させる事ができる。従って、上記内輪軌道又は外輪軌道の耐摩耗性及び硬度を向上させる事ができ、この内輪軌道又は外輪軌道の転がり疲れ寿命を向上させる事ができる。

　次に、上記一方の部材を構成する合金鋼中に各合金成分を添加する理由、並びにこれら各合金成分の含有量を規制する理由、並びにこの一方の部材の表面硬さを規制する理由に就いて、詳しく説明する。
　上記各合金成分のうち、Ｃは、熱間鍛造後の硬さと、焼入れ・焼き戻し後の硬さとを確保する為に添加する。尚、この合金鋼中のＣの含有量が０．５重量％未満であると、焼入れ時の硬さが不足する為、内輪軌道又は外輪軌道の転がり疲れ寿命が低下する。又、熱間鍛造後の硬さも不足する為、非調質部の疲労強度が低下する。反対に、Ｃの含有量が０．６５重量％を超えると、熱間鍛造後の硬さが過度になり、切削性及び穴あけ性が低下する。そこで、本発明では、上記合金鋼中のＣの含有量を、０．５重量％以上、０．６５重量％以下に規制した。

　又、Mnは、上記合金鋼の焼入れ性を向上させる為に添加する。尚、この合金鋼中のMnの含有量が０．３重量％未満であると、高周波焼入れにより形成する硬化層が薄くなる為、内輪軌道又は外輪軌道の転がり疲れが悪化する。反対に、Mnの含有量が１．０重量％を越えると、上記合金鋼の加工性が低下する。そこで、本発明では、この合金鋼中のMnの含有量を、０．３重量％以上、１．０重量％以下に規制した。

　又、Siは、上記合金鋼の焼入れ性を向上させると共に、マルテンサイト組織を強化し、更に、転がり疲れ寿命を向上させる為に添加する。又、Siを添加する事により、非調質部のフェライトにSiを固溶させ、フェライト組織の強度を向上させる事により、この非調質部の疲労強度を向上させる事もできる。尚、上記合金鋼中のSiの含有量が０．１重量％未満の場合には、上述した効果を十分に発揮させる事ができない。反対に、Siの含有量が１．０重量％を超えると、上記合金鋼の熱間鍛造性が低下する。又、鍛造後の脱炭が大きくなる為、熱間鍛造後に切削加工を行なわず、熱間鍛造した状態のままで使用する表面部分の疲労強度が低下する。そこで、本発明では、上記合金鋼中のSiの含有量を、０．１重量％以上、１．０重量％以下に規制した。

　Crも、Siと同様に、上記合金鋼の焼入れ性を向上させると共に、焼入れ後のマルテンサイト組織を強化し、転がり疲れ寿命を向上させる為に添加する。尚、上記合金鋼中のCrの含有量が０．０１重量％未満の場合には、高周波焼入れにより形成する硬化層が薄くなるだけでなく、マルテンサイト組織の強度も低下して、転がり疲れ寿命が低下する。反対に、Crの含有量が０．５重量％を超えると、上記合金鋼の熱間鍛造性及び切削性が低下する。そこで、本発明では、この合金鋼中のCrの含有量を、０．０１重量％以上、０．５重量％以下に規制した。

　尚、Ｓは、上記合金鋼中に添加した場合に、この合金鋼中にMnＳ等の非金属介在部を形成する。高周波焼入れされた内輪軌道又は外輪軌道にMnＳが存在する場合、このMnＳが軌道面の剥離の起点となり、転がり疲れ寿命を低下させる原因となる。又、従来から、車輪支持用転がり軸受ユニットを構成する内方部材として、互いに別体であるハブ輪と内輪とを組み合わせ、このハブ輪の端部をかしめ広げる事により、これらハブ輪と内輪とを結合固定して成るものを使用する事が多く行なわれている。この様な内方部材で、ハブ輪の端部の非調質部にMnＳが存在すると、このMnＳが当該かしめ部での割れの起点となる可能性がある。この様な２つの理由から、上記合金鋼中にＳを添加しないか、添加する場合でもＳの含有量を少なくする事が好ましい。Ｓの含有量が０．０３５重量％を超えると、転がり疲れ寿命が低下したり、かしめ部に割れを生じる可能性がある。そこで、本発明では、上記合金鋼中にＳを含有させないか、含有させた場合でもその含有量を、０．０３５重量％以下に抑えるとした。又、好ましくは、転がり疲れ寿命を安定して確保すると共に、かしめ部での割れをより有効に防止する事を考慮して、上記合金鋼中のＳの含有量を、０．０２０重量％以下に抑える。

　又、上記合金鋼中の酸素濃度が多くなった場合には、高周波焼入れされた内輪軌道又は外輪軌道で軌道面に剥離の起点となるAl₂ Ｏ₃ 等の非金属介在部が形成される為、転がり疲れ寿命が低下する。この為、転がり疲れ寿命の向上を図る為に、上記合金鋼中の酸素濃度を低くする事が好ましい。この酸素濃度が１５ｐｐｍを超えると、転がり疲れ寿命が低下する可能性がある。そこで、本発明では、上記合金鋼中の酸素濃度を、１５ｐｐｍ以下に規制した。

　又、Ｖと、Nbと、Tiとは、本発明の車輪支持用転がり軸受ユニットで、非調質部の曲げ疲労強度と、高周波焼入れによる硬化層を形成した内輪軌道又は外輪軌道の転がり疲れ寿命を向上させる重要な成分である。このうちのＶは、合金鋼中で炭化物又は炭窒化物を形成し、熱間鍛造時に、オーステナイト粒が成長するのを抑制し、旧オーステナイト粒を小さくする。旧オーステナイト粒界は、熱間鍛造後の冷却時に、オーステナイト粒界に析出する初析フェライトの析出サイトになる。この為、旧オーステナイト粒が小さくなり、旧オーステナイト粒界の面積が増大すると、初析フェライトの析出サイトが増加する為、フェライトが微細に分散する。又、Ｖの炭化物や炭窒化物自体も初析フェライトの析出サイトになる為、微細に分散された炭化物や炭窒化物から初析フェライトが析出し、フェライトが微細に分散した組織になる。特に、旧オーステナイト粒界に存在するＶの炭化物又は炭窒化物は、それぞれの炭化物粒子又は炭窒化物粒子から初析フェライトを析出する。この為、上記合金鋼中にＶを添加した場合には、旧オーステナイト粒界に網目状に析出するフェライトを分断し、疲労亀裂がフェライト組織中を伝播するのを防ぐ事ができ、フェライト／パーライト組織を有する非調質部の疲労強度を向上させる事ができる。又、Ｖの炭化物又は炭窒化物は非常に硬度が高い為、高周波焼入れされた内輪軌道又は外輪軌道のマルテンサイト組織内に微細に分散させると、耐摩耗性を向上させ、転がり疲れ寿命を向上させる事ができる。尚、上記合金鋼中のＶの含有量が０．０１重量％未満の場合には、上述した効果が発揮されない。反対に、Ｖの含有量が０．２重量％を超えると、熱間鍛造性や、切削性や、研削性が低下する。そこで、本発明では、上記合金鋼中にＶを添加する場合に、Ｖの含有量を、０．０１重量％以上０．２重量％以下に規制した。

　又、Nb及びTiの場合も、Ｖと同様に、上記合金鋼中に炭化物又は炭窒化物を形成し、旧オーステナイト粒の成長を抑制する重要な成分である。この為、上記合金鋼中にNb又はTiを添加した場合には、旧オーステナイト粒界の面積を増大させて、初析フェライトの析出サイトを増加させる事ができる。従って、フェライト／パーライト組織を有する非調質部で初析フェライトを微細に分散させ、疲労強度を向上させる事ができる。特に、Nb及びTiは、旧オーステナイト粒の成長を抑制する効果が大きい。尚、上記合金鋼中のNb又はTiの含有量が０．０１重量％未満の場合には、上述した効果が発揮されない。反対に、Nb又はTiの含有量が０．１５重量％を超えると、熱間鍛造性や、切削性や、研削性が低下する。そこで、本発明では、上記合金鋼中にNb又はTiを添加する場合に、Nb又はTiの含有量を０．０１重量％以上、０．１５重量％以下に規制した。

　又、上記内輪軌道又は外輪軌道は、使用時に各転動体から高面圧を受ける為、この高面圧に耐え得る高い硬度を確保する事が、転がり疲れ寿命の確保の為に必要である。これに対して、上記内輪軌道又は外輪軌道の表面硬さがＨv ６５０未満の場合には、硬度が不足する為、転がり疲れ寿命が低下する。反対に、上記表面硬さがＨv ７８０を超えると、靭性が低下する為、耐衝撃性が低下する。そこで、本発明では、高周波焼入れにより硬化層を形成した上記内輪軌道又は外輪軌道の表面硬さを、Ｈv ６５０以上、Ｈv ７８０以下に規制した。

　又、前記フランジ及びこのフランジの周辺部に存在する非調質部に於いては、疲労強度を確保する事が必要である。前述した様に、本発明の場合には、前記一方の部材を構成する合金鋼中の合金成分の含有量を規制している為、金属組織中のフェライトを微細に分散析出させて、上記非調質部の疲労強度を向上させる事ができる。しかも、本発明の場合には、上記一方の部材のうちで、この非調質部の表面硬さを、Ｈv ２３０以上、Ｈv ３００以下に規制している為、この非調質部の疲労強度をより向上させる事ができる。これに対して、この表面硬さがＨv ２３０未満の場合には、この非調質部の疲労強度が低くなる。反対に、この表面硬さがＨv ３００を越えると、この非調質部の切削性及び穴あけ性が低下する。本発明の場合には、上記一方の部材のうち、高周波焼入れによる硬化層を形成していない上記非調質部の硬さを、Ｈv ２３０以上、Ｈv ３００以下に規制している為、この非調質部の切削性及び穴あけ性を低下させる事なく、熱間鍛造後のこの非調質部の表面硬さを確保する事ができ、この非調質部の疲労強度を確保する事ができる。又、好ましくは、この非調質部の疲労強度をより安定して向上させる事と、切削加工時及び穿孔加工時での生産性を向上させる事とを考慮して、この非調質部の表面硬さを、Ｈv ２５０以上、Ｈv ２８０以下に規制する。

　本発明は、以上に述べた通り構成され作用するので、各軌道部の転がり疲れ寿命を確保しつつ、フランジ及びこのフランジの周辺部に存在する非調質部の疲労強度を向上させる事ができる。この結果、このフランジの薄肉化が可能となり、車輪支持用転がり軸受ユニットの軽量化を実現できる。

　本発明の車輪支持用転がり軸受ユニットを実施する場合に好ましくは、請求項２に記載した様に、内方部材と外方部材とのうちの少なくとも一方の部材を構成する合金鋼中のＣの含有量をｘ₁ 重量％とし、Ｖの含有量をｘ₂ 重量％とし、Nbの含有量をｘ₃ 重量％とし、Tiの含有量をｘ₄ 重量％とした場合に、０．３０≦｛ｘ₁ −１．５（ｘ₂ ＋ｘ₃ ＋ｘ₄ ）｝≦０．５５を満たす様に、Ｃ、Ｖ、Nb、Tiの含有量を規制する。

　この様に規制した、好ましい構成によれば、上記一方の部材の切削性を良好に維持しつつ、疲労強度をより向上させる事ができる。即ち、｛ｘ₁ −１．５（ｘ₂ ＋ｘ₃ ＋ｘ₄ ）｝は、フェライトの析出量に影響を与える値である。この｛ｘ₁ −１．５（ｘ₂ ＋ｘ₃ ＋ｘ₄ ）｝の値が０．５５を超える、即ち、合金鋼中のＣの含有量が多過ぎ、Ｖと、Nbと、Tiとの含有量が少な過ぎる場合には、パーライトが増加したり、フェライトの析出サイトが不足する為、このフェライトの析出量が減少する。この結果、合金鋼の切削性が著しく低下する。反対に、｛ｘ₁ −１．５（ｘ₂ ＋ｘ₃ ＋ｘ₄ ）｝の値が０．３０未満である、即ち、合金鋼中のＣの含有量が少な過ぎ、Ｖと、Nbと、Tiとのうちの少なくとも何れかの含有量が多過ぎる場合には、パーライトが生成されにくくなったり、フェライトの析出サイトが多くなる為、このフェライトの析出量が多くなり過ぎる。この結果、上記合金鋼の硬さが低下する為、上記一方の部材の疲労強度が低下する。又、Ｖと、Nbと、Tiとのうちの少なくとも何れかの含有量が多過ぎる場合には、これらの成分の炭化物又は炭窒化物が多くなり過ぎる為、切削性が低下する。そこで、本発明の場合には、好ましくは、｛ｘ₁ −１．５（ｘ₂ ＋ｘ₃ ＋ｘ₄ ）｝を、０．３０以上、０．５５以下に規制する。この様に規制した、好ましい構成によれば、上記一方の部材の切削性を良好に維持しつつ、疲労強度をより向上させる事ができる。

　図１は、本発明の実施例１を示している。本例の車輪支持用転がり軸受ユニット１は、ハブ輪２と、内輪３と、外輪４と、複数個の転動体５、５とを備える。このうちのハブ輪２の外周面の外端部（軸方向に関して外とは、自動車への組み付け状態で幅方向外寄りとなる側を言い、図１の左側。反対に幅方向中央寄りとなる側を、軸方向に関して内と言い、図１の右側。）には、車輪を支持する為のフランジ６を形成している。又、上記ハブ輪２の中間部外周面には第一の内輪軌道７ａを、同じく内端部には外径寸法が小さくなった段部８を、それぞれ形成している。この段部８には、外周面に第二の内輪軌道７ｂを形成した、上記内輪３を外嵌している。又、上記ハブ輪２の内端部に設けた円筒部のうち、この内輪３の内端面から突出した部分を、直径方向外方にかしめ広げる事により、かしめ部９を形成し、このかしめ部９によりこの内輪３の内端面を抑え付けている。又、上記外輪４の外周面に、懸架装置を構成するナックル（図示せず）に結合固定する為の取付部１１を設けると共に、内周面に、上記第一の内輪軌道７ａと対向する第一の外輪軌道１０ａと、上記第二の内輪軌道７ｂ対向する第二の外輪軌道１０ｂとを、それぞれ形成している。そして、これら第一、第二の各内輪軌道７ａ、７ｂと第一、第二の各外輪軌道１０ａ、１０ｂとの間に上記転動体５、５を、それぞれ複数個ずつ転動自在に設けている。本例の場合には、上記ハブ輪２と内輪３とが内方部材に相当し、上記外輪４が外方部材に相当する。又、このハブ輪２のうち、上記第一の内輪軌道７ａを含む、上記フランジ６の内側面の根元部分から上記段部８の中間部に亙る、図１に斜格子で示す部分に高周波焼入れを施す事により、当該部分に硬化層を形成している。

　特に、本発明の車輪支持用転がり軸受ユニットの場合には、上記ハブ輪２が、０．５〜０．６５重量％のＣと、０．３〜１．０重量％のMnと、０．１〜１．０重量％のSiと、０．０１〜０．５重量％のCrとを含むと共に、Ｓの含有量を０．０３５重量％以下に抑え、更に、０．０１〜０．２重量％のＶと、０．０１〜０．１５重量％のNbと、０．０１〜０．１５重量％のTiとのうちから選択される１種以上を含み、残りをFeと不可避不純物とした合金鋼から構成している。又、この合金鋼の酸素濃度を１５ｐｐｍ以下としている。又、上記ハブ輪２のうちで、上記硬化層を形成した第一の内輪軌道７ａの表面硬さをＨv ６５０〜７８０とすると共に、この硬化層を除く非調質部の表面硬さをＨv ２３０〜３００としている。

　更に、本例の場合には、上記ハブ輪２を構成する合金鋼中のＣの含有量をｘ₁ 重量％とし、Ｖの含有量をｘ₂ 重量％とし、Nbの含有量をｘ₃ 重量％とし、Tiの含有量をｘ₄ 重量％とした場合に、０．３０≦｛ｘ₁ −１．５（ｘ₂ ＋ｘ₃ ＋ｘ₄ ）｝≦０．５５を満たす様に、Ｃ、Ｖ、Nb、Tiの含有量を規制している。

　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、ハブ輪２のうち、第一の内輪軌道７ａの転がり疲れ寿命を向上させると共に、フランジ６及びこのフランジ６の周辺部に存在する非調質部の疲労強度を向上させる事ができる。更に、本例の場合には、｛ｘ₁ −１．５（ｘ₂ ＋ｘ₃ ＋ｘ₄ ）｝の値を０．３０以上、０．５５以下としている為、上記ハブ輪２の切削性を良好に維持しつつ、このハブ輪２の疲労強度を、より向上させる事ができる。

　次に、本発明者が本発明の効果を確認する為に行なった実験に就いて説明する。実験は、それぞれが上述の図１に示した構造と同様の構造を有する、本発明に属する１０種類の試料（実施例１〜１０）と、本発明の範囲から外れる６種類の試料（比較例１〜６）とを使用した。又、ハブ輪２を、次の表１に示す合金成分を有する鋼で造り、第一の内輪軌道７ａを含む図１の斜格子に相当する部分に高周波焼入れを施す事により硬化層を形成した。尚、表１で各合金成分の欄に示した数値は、合金鋼中の含有量を重量％で表している。又、「酸素濃度」の欄に示した数値は、合金鋼中の酸素濃度をｐｐｍで表している。又、この表１には、上記ハブ輪２のうちで、上記硬化層を形成した第一の内輪軌道７ａ（軌道部）の表面硬さ（Ｈv ）と、この硬化層を形成していない非調質部の表面硬さ（Ｈv ）とを、合わせて示している。

　又、外輪４は、Ｓ５３Ｃを用いて造り、第一、第二の各外輪軌道１０ａ、１０ｂの周辺部に高周波焼入れを施す事により、この周辺部に表面硬化層を形成している。又、内輪３及び各転動体５、５は、ＳＵＪ２製とし、一般的な焼入れ処理（ズブ焼き）により、表面から芯部まで全体的に硬化させている。

　又、製造した車輪支持用転がり軸受ユニット１で、各転動体５、５のピッチ円直径を４９ｍｍとし、各列の転動体５、５の数を１２個ずつとした。この様な車輪支持用転がり軸受ユニット１を使用して、次の条件で回転試験を行った。
　ラジアル荷重：７６００Ｎ
　アキシアル荷重：６８００Ｎ
　回転速度：１００min^-1

　そして、第一の内輪軌道７ａに剥離が発生するか、フランジ６の周辺部にクラックを確認した時点で、実験を終了し、その時点を試験寿命とした。この様な回転試験から得られた実験結果を、上記表１の「試験寿命」と「切削性」との欄に示している。尚、この表１に示した「試験寿命」の欄の数値は、比較例１での試験寿命を１．０として、この比較例１に対する比として表している。又、切削加工に要する時間がこの比較例１の１．５倍未満であったものを、切削性が良好であるとして、「切削性」の欄に○を付し、同じく１．５倍以上２倍以下であったものを、切削性がやや良好であるとして、「切削性」の欄に△を付し、同じく２倍を越えたものを、切削性が不良であるとして、「切削性」の欄に×を付した。

　表１に示した実験結果から明らかな様に、本発明に属する、実施例１〜１０の場合には、ハブ輪２のうち、非調質部の疲労強度と、硬化層を形成した第一の内輪軌道７ａの転がり疲れ寿命とが優れている為、良好な試験寿命を得られた。

　特に、実施例１〜８の場合には、０．３０≦｛ｘ₁ −１．５（ｘ₂ ＋ｘ₃ ＋ｘ₄ ）｝≦０．５５を満たしている。この為、これら各実施例１〜８の場合には、ハブ輪２の切削性を良好に維持しつつ、このハブ輪２の疲労強度をより向上させる事ができ、試験寿命を長くできた。

　これに対して、比較例１の場合には、ハブ輪２を構成する合金鋼中に、ＶとNbとTiとの何れもが添加されていない。又、比較例２の場合には、この合金鋼中のＣの含有量が少なく、しかも、第一の内輪軌道７ａと非調質部との表面硬さが何れも低い。この為、比較例１、２の場合には、非調質部の疲労強度又は第一の内輪軌道７ａの転がり疲れ寿命が劣り、試験寿命が短くなった。又、比較例３、４、６の場合には、Ｃ、Ｖ、Nb、Tiのうちの何れかの含有量が過剰である為、切削性が不良となった。又、比較例５の場合には、ハブ輪２を構成する合金鋼中のNbの含有量が本発明の上限である０．１５重量％よりも多くなっている為、切削性が不良となった。

　尚、本発明で使用する各転動体は、ＳＵＪ２等の高炭素クロム軸受鋼、或はこの高炭素クロム軸受鋼に浸炭窒化処理をしたもの等により造る事が、車輪支持用転がり軸受ユニットの転がり疲れ寿命の向上を図る面から好ましい。又、前述の図１に示した構造では、各転動体として玉を使用しているが、本発明では、各転動体としてころ等を使用する事もできる。

　又、本発明の車輪支持用転がり軸受ユニットを構成する内方部材として、外周面に１対の内輪軌道のうちの片側の内輪軌道とフランジとを設けたハブ輪と、外周面にこれら１対の内輪軌道のうちの他側の内輪軌道を設け、（フランジを形成しない）単なる円筒状とした内輪とを組み合わせたものを使用する場合には、この内輪をＳＵＪ２等の高炭素クロム軸受鋼により構成する事が、転がり疲れ寿命の更なる向上を図る面からより好ましい。

　尚、前述の図１に示した構造では、ハブ輪２を、所定の組成を有する合金鋼により構成すると共に、このハブ輪２の外周面で、第一の内輪軌道７ａを含む部分に高周波焼き入れによる硬化層を形成しており、外輪４を構成する材料を特に規制していないが、本発明は、この様な構造に限定するものではない。例えば、本発明は、上記外輪４を、上記ハブ輪２と共に、上記所定の組成を有する合金鋼により造ると共に、この外輪４の内周面で第一、第二の各外輪軌道１０ａ、１０ｂを含む部分に高周波焼き入れによる硬化層を形成した構造や、ハブ輪２を、単なる軸受鋼により造ると共に、外輪４を、上記所定の合金鋼により造り、この外輪４の内周面に上記硬化層を形成した構造も含むものである。

本発明の実施例１を示す半部断面図。

符号の説明

　　１　　車輪支持用転がり軸受ユニット
　　２　　ハブ輪
　　３　　内輪
　　４　　外輪
　　５　　転動体
　　６　　フランジ
　　７ａ　　第一の内輪軌道
　　７ｂ　　第二の内輪軌道
　　８　　段部
　　９　　かしめ部
　１０ａ　　第一の外輪軌道
　１０ｂ　　第二の外輪軌道
　１１　　取付部

Claims

　外周面に内輪軌道を有する内方部材と、内周面に外輪軌道を有する外方部材と、これら内輪軌道と外輪軌道との間に転動自在に設けられた複数個の転動体と、これら内方部材と外方部材とのうちの少なくとも一方の部材の周面に設けられた、懸架装置の一部又は車輪を結合固定する為のフランジとを備え、これら内方部材と外方部材とのうちの少なくとも上記一方の部材の一部で、上記内輪軌道又は外輪軌道を含む部分に高周波焼入れにより硬化層が形成された車輪支持用転がり軸受ユニットに於いて、
　上記内方部材と外方部材とのうちの少なくとも上記一方の部材が、０．５〜０．６５重量％のＣと、０．３〜１．０重量％のMnと、０．１〜１．０重量％のSiと、０．０１〜０．５重量％のCrとを含むと共に、Ｓの含有量を０．０３５重量％以下に抑え、更に、０．０１〜０．２重量％のＶと、０．０１〜０．１５重量％のNbと、０．０１〜０．１５重量％のTiとのうちから選択される１種以上を含み、残りをFeと不可避不純物とし、酸素濃度を１５ｐｐｍ以下とした合金鋼から構成され、
　上記内方部材と外方部材との少なくとも上記一方の部材のうちで、上記硬化層を形成した内輪軌道又は外輪軌道の表面硬さがＨv ６５０〜７８０であり、上記内方部材と外方部材とのうちの少なくとも上記一方の部材のうちで、この硬化層を形成していない部分の表面硬さがＨv ２３０〜３００である事を特徴とする車輪支持用転がり軸受ユニット。
　内方部材と外方部材とのうちの少なくとも一方の部材を構成する合金鋼中のＣの含有量をｘ₁ 重量％とし、Ｖの含有量をｘ₂ 重量％とし、Nbの含有量をｘ₃ 重量％とし、Tiの含有量をｘ₄ 重量％とした場合に、０．３０≦｛ｘ₁ −1.５（ｘ₂ ＋ｘ₃ ＋ｘ₄ ）｝≦０．５５を満たす、請求項１に記載した車輪支持用転がり軸受ユニット。