JP2002013538A

JP2002013538A - 転がり軸受

Info

Publication number: JP2002013538A
Application number: JP2001077832A
Authority: JP
Inventors: Osamu Shinoda; 治篠田; Kenji Yamamura; 賢二山村; Keizo Hori; 惠造堀
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2000-04-25
Filing date: 2001-03-19
Publication date: 2002-01-18

Abstract

(57)【要約】【課題】衝撃荷重等により軌道輪の軌道に有害な永久
変形が生じにくい、音響特性に優れた転がり軸受を提供
する。【解決手段】内輪軌道を有する内輪と、外輪軌道を有
する外輪と、前記内輪軌道と前記外輪軌道との間に転動
自在に配設された複数の転動体と、を備えた転がり軸受
において、前記内輪軌道及び前記外輪軌道のうち少なく
とも一方を、残留オーステナイトが０ｖｏｌ％であると
ともに下記式で定義される耐圧痕性指数が３以上である
鋼で構成した。［耐圧痕性指数］＝［弾性限界面圧（ＧＰａ）］／［弾
性率（ＧＰａ）］×１００

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、音響特性に優れた
転がり軸受に係り、特に、ハードディスクドライブ装置
（以下、ＨＤＤと記す）、ビデオテープレコーダ（ＶＴ
Ｒ）、デジタルオーディオテープレコーダ（ＤＡＴ）等
に組み込まれていて高速で回転するスピンドルモータ等
における回転支持部分に好適に用いられる転がり軸受に
関する。

【０００２】

【従来の技術】ＨＤＤ等の情報機器においては厳しい静
粛性が求められているため、該情報機器に組み込まれる
スピンドルモータ等の回転支持部分に使用される転がり
軸受においても、厳しい音響特性が要求されている。従
来、このような転がり軸受を構成する軌道輪は、高炭素
クロム軸受鋼２種であるＳＵＪ２（ＪＩＳＧ４８０
５）により製造されることが多く、焼入れ，焼戻しによ
り硬さ及び残留オーステナイト量が適切な値に調整され
ていた。

【０００３】転がり軸受は過大な荷重を受けたり瞬間的
に大きな衝撃荷重を受けると、軌道輪の軌道に局部的な
永久変形が生じる。その変形量は受ける荷重が大きくな
るにしたがって大きくなり、ある限度を超えると転がり
軸受の円滑な回転が妨げられるようになる。このような
軌道の永久変形（塑性変形）については基本静定格荷重
Ｃ₀で定義されており、この基本静定格荷重Ｃ₀では、
軌道輪の軌道と転動体との最大接触面圧が４０００ＭＰ
ａを超えると、前記軌道輪の軌道に有害な永久変形が生
じるとされている。

【０００４】しかしながら、基本静定格荷重Ｃ₀により
規定された荷重（最大接触面圧）よりも遙かに小さな荷
重によっても、前記軌道輪の軌道に極小の永久変形が生
じることがあり、この永久変形によって音響劣化（騒音
上昇）が生じるおそれがある。このことは、厳しい音響
特性が要求される高精度の転がり軸受においては、大き
な問題であった。

【０００５】このような問題に対しては、軌道輪等を構
成する鋼の硬さを上昇させたり、前記鋼中の残留オース
テナイト量を低減させたりすることによって、耐圧痕性
を向上させる試みが従来からなされてきた。例えば、特
開平７−１０３２４１号公報においては、焼入れ後のサ
ブゼロ処理又は４９３〜５１３Ｋ（２２０〜２４０℃）
程度の比較的高い温度での焼戻し等により、残留オース
テナイトを可能な限り低減もしくは完全に消失させて、
衝撃荷重による音響劣化を防止する試みがなされてい
る。

【０００６】また、本願発明者らは、残留オーステナイ
トを完全に消失させた鋼の耐衝撃性を向上させるために
は、硬さを上昇させることが有効であることを見出し、
特願平１１−２７９８５４号公報において、１１５３〜
１１９３Ｋ（８８０〜９２０℃）での焼入れ、８３〜２
０３Ｋ（−１９０〜−７０℃）でのサブゼロ処理、さら
に４８３〜５７３Ｋ（２１０〜３００℃）での焼戻しを
施したＳＵＪ２を用いることにより、耐衝撃性に優れた
転がり軸受が得られることを開示している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のよう
なずぶ焼き鋼の場合は硬さの向上には限界があるため、
浸炭窒化処理などの表面硬化処理によって、鋼の耐衝撃
性を向上させる試みが多数なされている。しかしなが
ら、耐圧痕性が十分に高い音響特性に優れた転がり軸受
が得られていないのが現状である。

【０００８】また、表面硬化処理を施した鋼とずぶ焼き
鋼とを比較すると、その硬さが同程度であっても耐衝撃
性が異なる場合があり、硬さと耐衝撃性とが単純には相
関しないことがわかってきた。本発明は、上記のような
従来の転がり軸受が有する問題点を解決するためになさ
れたものであり、耐圧痕性を向上させる指標を示し、こ
れを向上させることにより、衝撃荷重等により軌道輪の
軌道に有害な永久変形が生じにくい、音響特性に優れた
転がり軸受を提供することを課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】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
の転がり軸受は、内輪軌道を有する内輪と、外輪軌道を
有する外輪と、前記内輪軌道と前記外輪軌道との間に転
動自在に配設された複数の転動体と、を備えた転がり軸
受において、前記内輪軌道及び前記外輪軌道のうち少な
くとも一方を、残留オーステナイトが０ｖｏｌ％である
とともに下記式で定義される耐圧痕性指数が３以上であ
る鋼で構成したことを特徴とする。

【００１０】［耐圧痕性指数］＝［弾性限界面圧（ＧＰ
ａ）］／［弾性率（ＧＰａ）］×１００このような構成であれば、前記鋼の耐圧痕性が優れてい
るので、前記両輪の軌道に前述の荷重や衝撃荷重による
有害な永久変形が生じにくく、したがって音響特性に優
れている。

【００１１】オーステナイトはマルテンサイトに比べて
降伏応力が低いため、残留オーステナイトが鋼中に残存
する転がり軸受では、小さな荷重などによって有害な永
久変形を生じやすい。鋼中の残留オーステナイトを０ｖ
ｏｌ％に抑えることは、該鋼の降伏応力を上昇させる作
用があると言い換えることができる。また、残留オース
テナイトが０ｖｏｌ％であると、前記軌道の耐圧痕性が
向上することに加えて、該軌道の表面精度が経時的に劣
化することが防止される（寸法安定性）。すなわち、軌
道面部分に残留オーステナイトが存在すると、転がり軸
受の使用に伴ってこの軌道面に繰り返し加わる転がり応
力により、残留オーステナイトが分解する。そして、こ
の残留オーステナイトの分解に伴って、前記軌道面の表
面精度が劣化する。これに対して、本発明の場合には、
鋼中に残留オーステナイトが存在しないので、残留オー
ステナイトの分解に伴う音響特性の劣化（残留オーステ
ナイトの分解により体積膨張が生じて、例えばウェービ
ネスが悪くなるため）が生じることがない。

【００１２】また、本願発明者らが研究を重ねた結果、
耐圧痕性を向上するためには、外力の分散（弾性率を下
げる）、永久変形抵抗の上昇（弾性限界を上げる）とい
う２点を両立させる必要があることがわかった。つま
り、鋼の弾性率を下げて軌道面と転動体との接触面圧を
低下させ、さらに弾性限界を上げると、上記小さな荷重
等による有害な永久変形が生じにくくなるのである。

【００１３】本発明では、内外輪の軌道の表面層の弾性
率を下げ、弾性限界を上げる手段として、侵入型元素を
固溶させる方法を採用した。なお、前記表面層の厚さ
は、「転がり軸受工学」（表覧堂、昭和５７年７月１０
日発行）の１６８〜１７１頁に記載されるように、例え
ば、使用条件，材料条件，軸受設計等の諸元で求まる。
鉄中に侵入型で固溶する元素としては、炭素，窒素があ
げられる。これらの元素は鉄の結晶格子間に侵入するこ
とで、鉄原子同士の格子間隔を広げて、それらの結合力
を弱める作用がある。すなわち、弾性変形に対する材料
の抵抗（＝弾性率）を低下させることとなる（日本機械
学会，「金属材料の弾性係数」，１１頁，昭和５５年１
０月）。これによって、軌道面と転動体との接触楕円は
従来と比較して大きくなり、接触面圧は低下することと
なる。

【００１４】また、侵入型元素を固溶すると塑性変形に
対する抵抗力が増大することは、固溶強化として一般的
に知られている。これは、塑性変形を支配する転位の運
動を固溶原子が阻害するために生じる現象である。すな
わち、塑性変形の開始を遅らせる作用があるとも言い換
えられ、弾性限界を上昇させる作用があると言えるもの
である。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明に係る転がり軸受の実施の
形態を、図面を参照して詳細に説明する。表１に示すよ
うな組成の鋼（記号Ａ〜Ｆの６種）から構成され、表２
に示すような焼入れ（浸炭窒化又は窒化焼入れ），サブ
ゼロ処理，及び焼戻しからなる熱処理を施された軌道輪
（内輪軌道を有する内輪及び外輪軌道を有する外輪）を
用いて、玉軸受（日本精工株式会社製、内径５ｍｍ、外
径１３ｍｍ、幅４ｍｍ、玉の直径２ｍｍ）を作製した
（実施例１〜１０）。なお、浸炭窒化又は窒化焼入れに
より、鋼の炭素濃度及び窒素濃度が調整されている。

【００１６】

【表１】

【００１７】

【表２】

【００１８】また、表１の記号Ａ〜Ｅの鋼から構成さ
れ、表２に示すような焼入れ（ずぶ焼き），サブゼロ処
理，及び焼戻しからなる熱処理を施された軌道輪（内輪
軌道を有する内輪及び外輪軌道を有する外輪）を用い
て、上記実施例と同様の寸法の玉軸受を作製した（比較
例１〜８）。なお、焼入れ温度によって硬さが調整され
ている。ただし、比較例１は、上記実施例と同様の浸炭
窒化処理を施した後に比較的高い温度で焼戻しを施して
軟化させたものであり、また、比較例８（ＳＣｒ４２
０）については、焼入れはずぶ焼きではなく浸炭処理を
施した。

【００１９】これらの玉軸受（実施例１〜１０及び比較
例１〜８）の軌道輪（軌道）について、残留オーステナ
イト量、表面層の炭素濃度及び窒素濃度、弾性限界面
圧、弾性率、表面硬さ（ビッカース硬さＨｖ）を測定し
た結果を表２に示す。すなわち、前記玉軸受の内輪軌道
及び外輪軌道は、表２に示すような性質を有する鋼から
構成されているものである。

【００２０】残留オーステナイト量はＸ線を用いて測定
し、その結果はすべて０ｖｏｌ％であった。また、炭素
濃度及び窒素濃度は、軌道輪の表面をＥＰＭＡ（電子プ
ローブ微量分析）により測定した。次に、弾性限界面圧
は下記のような静圧耐圧痕性試験により測定した。実施
例１〜１０及び比較例１〜８と同様の鋼に同様の熱処理
を施した円盤状の試験片（直径２７ｍｍ、厚さ５ｍｍ）
を用意し、その表面を鏡面状に研磨する。そして、該表
面に、直径４．７６ｍｍの窒化珪素ボールを介して面圧
を静圧にて負荷し、生じた圧痕の深さと面圧との関係を
調べた。なお、ここでは深さ５０ｎｍの圧痕（例えば、
形状測定器で計測する）を生じるときの面圧を弾性限界
面圧と規定した。この弾性限界面圧は、材料の降伏強度
と近しい関係にある。

【００２１】また、弾性率については超微小硬度計（株
式会社フィッシャーインストルメンツ製、フィッシャー
スコープＨ１００）を用いて測定した（圧子が負荷する
荷重と圧子の移動距離とから弾性率を算出する）。な
お、表２の測定値は、弾性率が既知の材料について弾性
率を測定して得た誤差補正式にて補正した値である。そ
して、玉軸受の耐衝撃性を下記のような落下衝撃試験に
より評価した。すなわち、与圧を加えた状態の玉軸受３
を図１に示すＨＤＤスピンドルモーターユニット１に組
み込んで、このＨＤＤスピンドルモーターユニット１を
落下させて玉軸受３に衝撃荷重を加えるという方法であ
る。

【００２２】まず、ＨＤＤスピンドルモーターユニット
１の構成について説明する。ＨＤＤスピンドルモーター
ユニット１は、円柱状の軸２と、２つの玉軸受３を介し
て該軸２を回転可能に支持するハウジング４と、から構
成されている。これらの二つの玉軸受３は上記の玉軸受
（実施例１〜１０及び比較例１〜８）であり、同種の物
２個が軸方向に間隔をおいて軸２とハウジング４との間
に介装されている。また、軸２の上端には逆カップ状の
ハブ５が一体的に取り付けられていて、軸受部分をカバ
ーしている。さらに、軸２の下端にはカップ状のブラケ
ット６が取り付けられていて、ブラケット６の内周面に
はロータ磁石７が固定されている。そして、このロータ
磁石７とハウジング４の下部の外周面に固定されている
ステータ８とが、ギャップを介して周面対向して駆動モ
ータＭを形成しており、軸２とハブ５とブラケット６と
が一体的に回転駆動される。なお、軸２は上方に延長さ
れ、その上端に図示しない磁気ディスクが取り付けられ
る。

【００２３】このようなＨＤＤスピンドルモーターユニ
ット１を種々の落下距離にて落下させることにより、玉
軸受３に種々の大きさの衝撃荷重を加えて、その際の衝
撃加速度を加速度ピックアップにて測定した。そして、
この衝撃加速度と音響特性の劣化度合いとの関係を調べ
た。音響特性の劣化度合いは、具体的には、落下直後に
このＨＤＤスピンドルモーターユニット１のアキシアル
振動加速度（Ｇ値）を測定し、落下後のＧ値が落下前の
Ｇ値より５以上高くなった場合に、音響特性が劣化した
ものとし、その時の衝撃加速度を音響劣化加速度と定義
した。

【００２４】これらの各種試験の結果を、表２にまとめ
て示す。まず、比較例２〜４に着目すると、これらは弾
性率はほぼ同じで、硬さに応じて弾性限界面圧に差が生
じていることが分かる。硬さの大小によって、音響特性
に多少の善し悪しはあるものの、音響劣化加速度は全て
８００Ｇ以下であり、硬さが増大することで耐圧痕性が
大幅に改善されるとは言い難い。

【００２５】また、比較例５〜８についても、弾性率に
大きな差異はなく、添加元素によって硬さ及び弾性限界
面圧に多少の向上は見られるものの、音響劣化加速度は
やはり８００Ｇ以下となっている。一般に、同一種の鋼
においては、硬さと引張強度及び降伏強度とはみかけ上
相関関係があると言える。つまり、従来の硬さのみに着
目して耐圧痕性を向上させようという試みは、材料の弾
性限界面圧（降伏強度）のみを論じており、不十分なも
のであったと言える。

【００２６】次に、実施例１〜１０に着目すると、窒素
の添加に伴って硬さが増大しているだけでなく、弾性率
が低下していることがわかる。前述の通り、弾性率が低
下することで転動体と軌道との接触面圧が低下するの
で、実施例１〜１０においては窒素量の増加に応じて音
響特性（音響劣化加速度）が大幅に向上している。実施
例１と比較例１とを比べると、含有窒素量が同じである
にもかかわらず音響特性に大きな差異があることがわか
る。これは、比較例１の方が高い温度で焼戻しされてい
るので、マルテンサイト基地の歪みが緩和され、同時
に、固溶していた窒素が窒化物となり、鉄原子同士の格
子の結合力が回復したためと考えられる。

【００２７】本願発明者らは、弾性限界と弾性率との影
響を同時に知るための指標として、下記に示す耐圧痕性
指数を導入した。［耐圧痕性指数］＝［弾性限界面圧（ＧＰａ）］／［弾
性率（ＧＰａ）］×１００上式の耐圧痕性指数が大きくなるほど、耐圧痕性は大き
くなる。つまり、耐圧痕性を向上するためには、弾性限
界面圧を大きくするか、弾性率を小さくすればよい。

【００２８】図２に、音響劣化加速度を耐圧痕性指数に
て整理した結果（グラフ）を示す。鋼の種類にかかわら
ず、音響劣化加速度と耐圧痕性指数とには良好な相関関
係が認められる。音響劣化加速度が８００Ｇ以下である
比較例２〜８は、耐圧痕性指数が２．０前後となってお
り、図２は、硬さのみに着目した従来の音響特性向上方
法の限界を表していると言えよう。これに対して実施例
１〜１０は全て、音響劣化加速度が９００Ｇ以上となっ
ており、飛躍的な音響特性向上がなされたことが示され
ている。

【００２９】このような耐圧痕性指数という観点から見
た場合、音響特性を向上するためには、前述の通り、弾
性限界面圧を大きくするか弾性率を小さくする必要があ
る。すなわち、これらを同時になしうる浸炭窒化処理
は、転がり軸受の音響特性を向上させるにあたって非常
に有効な手段であることがわかる。なお、図３に示すよ
うに弾性限界面圧と音響劣化加速度とは相関関係があ
り、音響劣化加速度（音響特性）を比較例より優れた８
５０Ｇ以上とするためには、弾性限界面圧を４．５ＧＰ
ａ以上とする必要がある。音響劣化加速度を好ましい範
囲である９００Ｇ以上とするためには、弾性限界面圧を
５．０ＧＰａ以上とする必要がある。

【００３０】本発明においては、転動体から荷重を受け
てこの荷重を支える軌道の表面層に、侵入型元素（窒
素，炭素）を固溶することによって、弾性限界面圧を高
めることができる。このことにより、耐落下衝撃性等の
耐衝撃性を向上できる。軌道の表面層の窒素濃度と弾性
限界面圧との相関を示すグラフを図４に示す（初めから
窒素を含む鋼は除く）。図４から、弾性限界面圧を４．
５ＧＰａ以上とするためには、表面層の窒素濃度は０．
１５ｗｔ％以上であればよいことが分かり、表面層の窒
素濃度は０．１５〜０．５０ｗｔ％、表面層の炭素濃度
は０．４５〜１．１０ｗｔ％が好ましい。

【００３１】以上のように、残留オーステナイト量が０
ｖｏｌ％で、且つ音響劣化加速度が９００Ｇ以上となる
耐圧痕性指数が３以上の鋼から、その軌道が構成されて
いる玉軸受は、上記のように音響特性を始めとする諸特
性が優れている。なお、本実施形態は本発明の一例を示
したものであって、本発明は本実施形態に限定されるも
のではない。例えば、鋼の種類や焼入れ方法（浸炭窒化
処理又は窒化焼入）については、上記の各実施例の条件
に限定されるものではなく、弾性限界面圧を大きくする
か又は弾性率を小さくして鋼の耐圧痕性指数を３以上と
すれば、鋼の種類や焼入れ方法に係わらず、耐圧痕性に
優れた転がり軸受を作製することができる。

【００３２】また、本実施形態においては、転がり軸受
として玉軸受を例示して説明したが、本発明の転がり軸
受は、他の種類の様々な転がり軸受に対して適用するこ
とができる。例えば、アンギュラ玉軸受，円筒ころ軸
受，円すいころ軸受，針状ころ軸受，自動調心ころ軸受
等のラジアル形の転がり軸受や、スラスト玉軸受，スラ
ストころ軸受等のスラスト形の転がり軸受である。

【００３３】次に、転動体の表面に窒化物層を備えてい
て、高速回転下においても転動体と軌道輪との間に凝着
が生じにくい転がり軸受（以降は耐凝着性軸受と記す）
について説明する。この耐凝着性軸受は、高速回転下で
使用される磁気ディスクドライブ装置（以降はＨＤＤと
記す）のスピンドル用のミニアチュア軸受，小径軸受等
として好適な転がり軸受である。

【００３４】転がり軸受を構成する転動部品である外
輪，内輪，及び転動体は、使用状態においては、高い面
圧下で繰り返しせん断応力を受ける。このような厳しい
使用状態に耐え且つ必要とされる転がり疲労寿命を得る
ためには、従来は、上記転動部品の鉄鋼材料としてＳＵ
Ｊ２等の高炭素クロム軸受鋼を用い、所定の形状（リン
グ形状など）に成形した後に焼入れ，焼戻し処理を行う
ことによって、外輪，内輪，及び転動体の表面硬さをＨ
ＲＣ５８〜６４としていた。

【００３５】一方、コンピュータの記憶装置として使用
するＨＤＤに対して、小型化，高速化，及び低コスト化
の要求が近年益々高まっており、ＨＤＤを小型化するた
めに、磁気ディスクの小型化及び高密度化が求められて
いる。しかしながら、磁気ディスク用スピンドル軸受は
高速で回転されるので、その際に発生する転動体と軌道
輪との凝着に起因する音響不良が問題となっている。

【００３６】この問題を解決する方法としては、転動体
をセラミックス材料で構成する方法（特開２０００−７
４０６９号公報）や、ステンレス鋼で構成された転動体
に窒化処理を施したものを用いる方法（特開平１１−１
３７４９３号公報）等が知られている。しかしながら、
前記公報に開示されている方法はいずれも高価な材料を
用いているため、軸受全体が高コストとなるという問題
があった。

【００３７】前記耐凝着性軸受は、上記のような従来の
転がり軸受が有する問題点を解決するものであり、高速
回転下で使用されても転動体と軌道輪との間に凝着が生
じにくく且つ安価な転がり軸受である。すなわち、前記
耐凝着性軸受は、外輪と、内輪と、前記外輪と前記内輪
との間に転動自在に配設された転動体と、を備えた転が
り軸受において、前記転動体をＣｒを０．９０ｗｔ％以
上含有する鋼で構成し、前記転動体の転動面に窒化物層
を設けたことを特徴としている。

【００３８】ただし、前記窒化物層は、窒素を０．１６
ｗｔ％以上含有していることが好ましい。また、前記転
動体は、前記窒化物層を設ける窒化処理の後に焼入れを
施されたものであることが好ましい。前記転動体は、軸
受鋼等を成形加工して窒化処理した後に焼入れ，焼戻し
を施したものであるので、通常の焼入れ，焼戻しを施し
た場合と同等の十分な心部硬さを有している。なおか
つ、鋼とは凝着を起こしにくい窒化物層が、鋼中に含ま
れるＣｒと窒化によって供給された窒素とによって転動
体の表面に形成されているので、転動体と軌道輪との間
に凝着が生じにくい。したがって、このような転がり軸
受は、前記凝着に起因する転動面のキズが発生しにく
く、音響不良が生じにくい。

【００３９】また、従来から軸受に広く使用されていて
安価な軸受鋼（ＪＩＳＧ４０８５）で転動体を構成す
ることができるので、前記耐凝着性軸受は低コストで製
造することができる。なお、前記鋼中のＣｒの含有量が
０．９０ｗｔ％未満であると、前記窒化物層を構成する
窒化物の量が不十分となって、凝着が生じやすくなる。
また、前記窒化物層における窒素の含有量が０．１６ｗ
ｔ％未満であると、凝着が生じやすくなる。

【００４０】次に、このような耐凝着性軸受について、
玉軸受を具体例として図面及び表を参照しながら詳細に
説明する。この玉軸受は、外輪と、内輪と、前記外輪と
前記内輪との間に転動自在に配設された玉と、を備えて
いて、その外径は１３ｍｍ、内径は５ｍｍ、幅は４ｍｍ
であり、前記玉の直径は２ｍｍである。

【００４１】前記外輪と前記内輪とは、前述の実施例４
の玉軸受を構成する軌道輪と全く同様のものを用いた。
ただし、実施例４のものに限らず、実施例１〜３及び実
施例５〜１０の玉軸受を構成する軌道輪と同様のものを
用いても何ら差し支えない。また、前述の実施例１〜１
０の玉軸受のような耐圧痕性に優れた玉軸受に用いられ
る軌道輪に限らず、通常の玉軸受に用いられる軌道輪を
用いても問題ない。

【００４２】前記外輪と前記内輪の製造条件を詳細に示
すと、ＳＵＪ２鋼を機械加工によって軌道輪の形状に成
形し、８４０℃で２０分保持して窒化焼入れを施し、そ
して−８０℃でサブゼロ処理を行い、さらに１８０℃で
９０分保持して焼戻した。そして、その後に研削超仕上
げ加工を施した。前記外輪と前記内輪の表面硬さはＨｖ
７６０〜７８０で、その軌道面の表面粗さＲａは０．０
１〜０．０４μｍである。

【００４３】また、前記玉は、表３に示すような各材質
で構成されている。すなわち、実施例１１の玉軸受は、
ＳＵＪ２で構成され、窒化処理及び焼入れ，焼戻しが施
された玉を備えている。また、実施例１２の玉軸受は、
ＳＵＪ２の組成のうちＣｒを３．０ｗｔ％に変更した鋼
（表３中ではＳＵＪ２改と記してる）で構成され、窒化
処理及び焼入れ，焼戻しが施された玉を備えている。

【００４４】さらに、比較例９の玉軸受は、マルテンサ
イト系ステンレス鋼ＳＵＳ４４０Ｃ（ＪＩＳＧ４３０
３）で構成され、窒化処理及び焼入れ，焼戻しが施され
た玉を備えている。さらに、比較例１０の玉軸受は、セ
ラミックス材料であるジルコニアで構成された玉を備え
ている。もちろん、セラミックス材料で構成されている
から、熱処理は施されていない。さらに、比較例１１の
玉軸受は、ＳＵＪ２で構成され、焼入れ，焼戻しが施さ
れた玉を備えている。

【００４５】

【表３】

【００４６】ここで、玉に施す上記の熱処理の条件につ
いて説明する。まず、実施例１１及び実施例１２の玉軸
受の玉に施した熱処理の条件について説明する。機械加
工によって所望の形状に加工された玉をアンモニア雰囲
気下５７０℃で５時間保持することによって窒化処理を
施す。炉から取り出して一旦室温に戻した後に、８４０
℃で２０分間保持し、６０℃の油に浸漬して焼入れを施
す。そして、オーブン中で１８０℃に９０分間保持し
て、焼戻しを施した。

【００４７】次に、比較例９の場合について説明する。
玉をＮＦ₃雰囲気下４００〜５００℃で１時間保持する
ことによってフッ化処理を施す。その後に、アンモニア
雰囲気下５７０℃で５時間保持することによって窒化処
理を施し、さらに、１０５０℃で２０分間保持し、６０
℃の油に浸漬して焼入れを行す。そして、オーブン中で
１８０℃に９０分間保持して、焼戻しを施した。

【００４８】比較例１１の場合は、従来から慣用のＳＵ
Ｊ２に対する焼入れ，焼戻し条件と同様である。なお、
これらの玉にはいずれも、熱処理を施した後にラップ仕
上げを１０時間施した。そして、表面粗さＲａを０．０
００３〜０．０１０μｍとしてから、玉軸受に組み込ん
だ。

【００４９】このような実施例及び比較例の玉軸受につ
いて回転試験を行い、玉の転動面における凝着の発生の
有無を調査した結果について説明する。まず、回転試験
の方法及び条件について説明する。上記のような玉軸受
２個を図１のＨＤＤスピンドルモーターユニット１に組
み込み、予圧７．８４Ｎ，温度７０℃，無潤滑の条件下
において、回転速度４２００ｒｐｍ（内輪回転）で５０
０時間回転させた。

【００５０】回転が終了したら軸受を分解し、玉の表面
を観察して転動面での凝着の有無を判断した。このよう
な試験を１種の玉軸受について１０回行い（すなわち、
１０個のＨＤＤスピンドルモーターユニット１を用意し
て回転試験を行った）、１回でも凝着があった場合は
「凝着有り」と評価した。なお、ＨＤＤスピンドルモー
ターユニット１には２個の玉軸受を組み込むが、そのう
ち一方だけに凝着が生じていた場合であっても「凝着有
り」と評価した。評価結果を表３に示す。

【００５１】比較例１１の玉軸受は、全ての軸受におい
て凝着を起こしていた。これに対して、実施例１１，実
施例１２，比較例９，比較例１０の玉軸受は、まったく
凝着が生じなかった。すなわち、実施例１１及び実施例
１２の玉軸受は、凝着を生じにくい軸受として従来知ら
れている比較例９及び比較例１０の玉軸受と比較して、
同等の品質を有していることが示された。

【００５２】このように、窒化層を備えて凝着を起こし
にくい玉を、前述の優れた耐圧痕性を転がり軸受に付与
する軌道輪（実施例４の軌道輪）に組み合わせて玉軸受
を構成すれば、優れた品質を有する玉軸受とすることが
できるので、好ましい。また、表３に示した軸受全体の
製造コスト（トータルコスト）から分かるように、実施
例１１及び実施例１２の玉軸受は、玉がジルコニアで構
成されているため高価な比較例１０の玉軸受と比較して
大変安価であり、また、玉がステンレス鋼で構成されて
比較的安価な比較例９よりもさらに安価である。さら
に、実施例１１の玉軸受においては、玉が通常のＳＵＪ
２で構成され通常の熱処理を施された比較例１１の玉軸
受とほぼ同レベルである。

【００５３】すなわち、実施例１１及び実施例１２の玉
軸受は、転動面において凝着を生じにくいことに加え
て、従来とほぼ同等のコストである。なお、表３のトー
タルコストの値は、比較例１０のトータルコストを１．
０とした場合の相対値である。次に、転動体を構成する
鋼のＣｒ含有量と軸受が凝着を起こす頻度との関係を図
５のグラフに示す。図５のグラフにおいては、縦軸は軸
受回転試験後に凝着が確認された割合（凝着発生率）を
示し、横軸は転動体を構成する鋼のＣｒ含有量を示して
いる。

【００５４】転動体を構成する鋼は、Ｃｒを除く全ての
合金元素の含有量はＳＵＪ２と同様であり、熱処理方法
は前述の実施例１１の場合と同様である。また、軸受回
転試験は前述の試験とまったく同様である。なお、転動
体の表面におけるＮ濃度は０．２ｗｔ％である。図５か
ら分かるように、Ｃｒ含有量が０．９ｗｔ％以上の場合
には凝着発生率が０％となっている。Ｃｒ含有量が０．
９ｗｔ％未満であると凝着発生率が高くなるのは、窒化
処理によって転動体の表面に形成される窒化物層がＣｒ
とＮとの化合物によって構成されていることから、転動
体を構成する鋼のＣｒ含有量が少ないと、窒化物層を構
成する窒化物の量が不十分となって、凝着の防止効果が
十分に得られないことが原因であると考えられる。

【００５５】十分な凝着防止効果を得るためには、窒化
物層の厚さは５μｍ以上であることが好ましい。５μｍ
未満では、加工後において窒化物層の厚さにバラツキが
生じるため、凝着が生じるまでの時間にバラツキが生じ
る。なお、窒化物層の厚さの上限は、軸受の性能上は特
に限定されるものではないが、１５μｍを超えると窒化
処理に長時間を要するため高コストとなる。したがっ
て、窒化物層の厚さは５〜１５μｍが好ましい。

【００５６】次に、転動体の表面のＮ濃度と軸受が凝着
を起こす頻度との関係を図６のグラフに示す。図６のグ
ラフにおいては、縦軸は軸受回転試験後に凝着が確認さ
れた割合（凝着発生率）を示し、横軸は転動体の表面の
Ｎ濃度を示している。転動体はＳＵＪ２で構成されてお
り、Ｃｒ含有量は１．５ｗｔ％である。また、熱処理方
法は前述の実施例１１の場合に準ずるものであるが、表
面のＮ濃度を種々変化させるために、窒化処理の条件を
変化させている。また、軸受回転試験は前述の試験とま
ったく同様である。

【００５７】図６から分かるように、Ｎ含有量が０．１
６ｗｔ％以上の場合には凝着発生率が０％となってい
る。これは、Ｎ濃度が０．１６ｗｔ％以上の場合に、転
動体と軌道輪との間の凝着を防止するに十分な窒化物層
が形成されるためであると考えられる。なお、Ｎ含有量
が０．５ｗｔ％を超えると、転動体表面のラップ仕上げ
に要する時間が長時間となるおそれがあるため、Ｎ含有
量は０．５ｗｔ％以下とすることが好ましい。

【００５８】以上説明したように、耐凝着性軸受は、軸
受鋼等のような安価な鋼に窒化処理を施し、さらに焼入
れ，焼戻しを施して製造した転動体を備えているので、
セラミックス材料やステンレス鋼で転動体を構成した場
合と同等の耐凝着性を有している。したがって、凝着に
起因する転動面のキズが発生しにくく、音響不良が生じ
にくい。さらに、軸受鋼等のような安価な鋼を用いるこ
とができるので、転がり軸受を低コストで製造すること
ができる。

【００５９】なお、上記耐凝着性軸受の説明においては
玉軸受を例示して説明したが、他の種類の様々な転がり
軸受とすることができる。例えば、アンギュラ玉軸受，
円筒ころ軸受，円すいころ軸受，針状ころ軸受，自動調
心ころ軸受等のラジアル形の転がり軸受や、スラスト玉
軸受，スラストころ軸受等のスラスト形の転がり軸受で
ある。

【００６０】また、転がり軸受に限らず、ボールねじ，
リニアガイド装置，直動ベアリング等の他の様々な転動
装置に対して適用することができる。

【００６１】

【発明の効果】以上のように、本発明の転がり軸受は耐
圧痕性に優れていて、衝撃荷重等により軌道輪の軌道に
有害な永久変形が生じにくい、音響特性に優れた転がり
軸受である。

【図面の簡単な説明】

【図１】転がり軸受を組み込んで落下衝撃試験を行うＨ
ＤＤスピンドルモーターユニットの模式的な断面図であ
る。

【図２】音響劣化加速度と耐圧痕性指数との相関を示す
グラフである。

【図３】弾性限界面圧と音響劣化加速度との相関を示す
グラフである。

【図４】表面層の窒素濃度と弾性限界面圧との相関を示
すグラフである。

【図５】転動体を構成する鋼のＣｒ含有量と凝着を起こ
す頻度との相関を示すグラフである。

【図６】転動体の表面のＮ濃度と凝着を起こす頻度との
相関を示すグラフである。

【符号の説明】

３玉軸受

フロントページの続き (72)発明者堀惠造神奈川県藤沢市鵠沼神明一丁目５番50号日本精工株式会社内Ｆターム(参考） 3J101 AA02 AA62 BA53 BA54 DA02 EA03 FA01 FA15 GA53

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内輪軌道を有する内輪と、外輪軌道を有
する外輪と、前記内輪軌道と前記外輪軌道との間に転動
自在に配設された複数の転動体と、を備えた転がり軸受
において、前記内輪軌道及び前記外輪軌道のうち少なく
とも一方を、残留オーステナイトが０ｖｏｌ％であると
ともに下記式で定義される耐圧痕性指数が３以上である
鋼で構成したことを特徴とする転がり軸受。［耐圧痕性指数］＝［弾性限界面圧（ＧＰａ）］／［弾
性率（ＧＰａ）］×１００