JP2002276680A

JP2002276680A - 転がり支持装置

Info

Publication number: JP2002276680A
Application number: JP2001080384A
Authority: JP
Inventors: Susumu Tanaka; 進田中; Hiromitsu Muraki; 宏光村木
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2001-03-21
Filing date: 2001-03-21
Publication date: 2002-09-25

Abstract

(57)【要約】【課題】転がり支持装置の情報機器への組付け及び当該
転がり支持装置自体の組み立て等の容易化を図ることが
可能な転がり支持装置を提供する。【解決手段】軸４の外側面４ａとハウジング３の内側面
３ａとの間に１又は２以上の転がり軸受が介装されて、
相対的にハウジング３に対し軸４が回転自在に支持され
る転がり支持装置である。上記ハウジング３及び軸４の
少なくとも一方は、オーステナイト系快削ステンレス鋼
からなり、且つ、その表面層に、実質、炭化物を有しな
いＨｖ４００以上の硬度を有する浸炭硬化層が形成され
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ハードディスク
ドライブ装置等の情報機器で使用される転がり支持装置
に係り、特にトルク変動を抑制し、高精度の動作を確保
することが要求されるスイングアーム用として好適な転
がり支持装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のスイングアーム用の転がり支持装
置は、例えば、ハウジングの内側面と軸の外側面との間
に２個の玉軸受が介挿されることで、相対的にハウジン
グに対し軸が回転自在に支持される。そして、転がり支
持装置は情報機器本体にネジで組み付けられ、かつ上記
軸又はハウジングに対しスイングアームが取り付けられ
る。

【０００３】上記各玉軸受内には潤滑剤としてグリース
が封入されている。その各玉軸受は、上記ハウジングの
内側面と軸の外側面との間に軽圧入して予圧をかけた状
態で、接着剤で固定されているのが一般的である。ま
た、玉軸受の玉及び内外輪の材質には、静粛性、耐摩耗
性等の良好な、軸受鋼またはマルテンサイト系ステンレ
ス鋼が用いられる。

【０００４】また、軸とハウジングの材質には、被削性
の良好なフェライト系またはオーステナイト系の快削ス
テンレス鋼が用いられる。ここで、近年、磁気ディスク
装置は、小型・軽量化し、ますます高密度化が要求され
てきている。このため、従来に比べ磁気ヘッドと磁気デ
ィスクとのスペーシングが小さくなり、ディスクに信号
を記録するトラックの幅がますます小さくなってきてい
る。そのような状況にあって、信号を記録再生するヘッ
ドを搭載したスイングアームには、今まで以上に目標ト
ラックヘのアクセスの高速度化と位置決め性能の高精度
化が要求されている。

【０００５】すなわち、スイングアームを支持する転が
り支持装置に対して、低消費電力化の要求による低トル
ク化に加えて、トルクスパイク（急激なトルク変動）が
生じないことや高いラジアル剛性等が求められるように
なってきた。しかし、上述のような従来の転がり支持装
置おいては、軸受作動の初期の段階におけるグリースの
飛散や蒸発も多く、また、当該グリースは軸受の作動に
よって経時的に劣化し易いため、大きなトルク変動を生
じる場合がある。また、転がり軸受のハウジング及び軸
への固定が接着方式であるので、軸受の予圧管理が難し
い。適正な予圧が得られない場合には装置の剛性が低下
することになり、スイングアームの動作の高速化、目標
トラツクヘの位置決め性能の高精度化が図り難いという
問題がある。

【０００６】また、上記転がり軸受に封入されているグ
リースや転がり軸受の固定の際に使用される接着剤によ
るアウトガスが、磁気ディスクの表面に付着するおそれ
もある。このような問題点に対処すべく、従来、特開平
１１−１９０３５３号公報に記載される技術が提示され
ている。この技術は、転がり軸受の潤滑剤として、グリ
ースに比べて油膜の形成が容易で、かつ酸化安定性の良
い潤滑油を使用して、当該潤滑油を必要量だけ軸受内部
に注入すると共に、接着剤を使用することなく、圧入方
式により適正な与圧を与えつつ転がり軸受をハウジング
と軸との間に固定したものである。この圧入方式により
組み立てられた転がり支持装置の場合には、磁気ディス
クヘ与えるアウトガス（接着剤等から出るガス）の影響
を無視できる。さらに軸受に付与される与圧が接着方式
の場合に比べて精密に管理できるため、より剛性が高く
品質に優れた転がり支持装置とすることができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ここで、上記圧入方式
の場合、圧入時のしめ代が小さすぎると、軸の一端部に
取り付けられたスイングアームが作動する際に、転がり
軸受が所定位置からずれる可能性がある。一方、しめ代
が大きすぎると、軸とハウジングの軸受を挟む力が強く
なって転がり軸受の外輪及び内輪が変形する結果、トル
ク変動により円滑に作動しなくなるおそれがある。

【０００８】そのため、圧入時のしめ代（嵌合代）を、
適正な値となるように管理する必要があるが、上記従来
の転がり支持装置では、軸やハウジングとして軟質なオ
ーステナイト系ステンレス鋼またはフェライト系ステン
レス鋼を用いているため、圧入時にかじり等が発生しや
すいという課題があった。さらに、圧入方式に限らず接
着方式の場合であっても、転がり支持装置をハードディ
スクドライブ装置などの情報機器に組み付けるとき、軸
端のねじ部が高速でねじ込まれる際に、焼付きや変形が
生じる場合がある等、組立て上の課題もあった。

【０００９】ここで、上記転がり支持装置で使用される
ハウジングや軸は、特に量産性が求められる部品である
が、高い被削性が求められるのに加え、耐食性も必要と
される。このため、上述のように、一般に、オーステナ
イト系ステンレス鋼であればＳＵＳ３０３系、フェライ
ト系ステンレス鋼であればＳＵＳ４３０Ｆ系の快削ステ
ンレス鋼が使用される。

【００１０】しかし、これらのステンレス鋼は非常に軟
質なものであって、上述の課題を有している。一方、こ
れらの部品を、マルテンサイト系の快削ステンレス鋼、
例えば、ＳＵＳ４２０Ｆ等にすれば、その表面硬さが大
きくなるため、焼付きやかじり等に対して有利である
が、焼入れ時の歪が大きく、その後に仕上げ加工が必要
となってコストアップは避けられない。また、耐食性の
観点からも、前述のオーステナイト系やフェライト系よ
りも耐食性が低下する。

【００１１】本発明は、上述のような問題点に着目して
なされたもので、軸やハウジングの量産性などを確保し
つつ、転がり支持装置の情報機器への組付け及び当該転
がり支持装置自体の組み立て等の容易化を図ることが可
能な転がり支持装置を提供することを課題としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明のうち請求項１に記載した発明は、軸の外側
面とハウジングの内側面との間に１又は２以上の転がり
軸受が介装されて、相対的にハウジングに対し軸が回転
自在に支持される転がり支持装置において、上記ハウジ
ング及び軸の少なくとも一方は、オーステナイト系快削
ステンレス鋼からなり、且つ、その表面層に、実質、炭
化物を有しないＨｖ４００以上の硬度を有する浸炭硬化
層が形成されていることを特徴とするものである。

【００１３】ここで、上記「実質、炭化物を有しない」
とは、明らかに浸炭処理で生成したと考えられる炭化物
が光学顕微鏡で観察できない程度の状態をいう。なお、
溶体化処理がなされている場合であっても、微量の炭化
物がもともと含まれていることがある。このような浸炭
処理前に微量に残存している炭化物を除いて、上述のよ
うに、明らかに浸炭処理で生成したと考えられる炭化物
が光学顕微鏡で観察できない程度のものであれば、本発
明でいう「実質、炭化物を有しない」状態である。

【００１４】次に、請求項２に記載した発明は、請求項
１に記載した構成に対し、上記浸炭硬化層は、表面層に
対し、フッ化膜を形成した後に、４００℃以上６００℃
以下で浸炭処理を施すことで形成されたものであること
を特徴とするものである。本願発明者らは、被削性、耐
食性に優れる上述のステンレス鋼を比較的歪を伴わない
表面硬化処理を施すことにより、上述の課題を解決でき
ないか鋭意検討した。

【００１５】表面硬化処理方法であって、比較的歪が小
さいものとして、４００〜６００℃程度で実施される窒
化処理や軟窒化処理等があり、これらの表面硬化処理は
自動車や機械構造部品の歯車等に好適に使用されてい
る。前述のステンレス鋼の表面に窒化処理した場合に
は、その表面硬さはＨｖ１０００以上となって焼付きや
かじり等において格段の効果を発揮できるものと考えら
れる。

【００１６】しかし、情報機器用の転がり支持装置用部
品において求められる精度は、極めて高いものである。
窒化処理の場合には、焼入れの場合と異なり変形は極め
て小さいが、窒化層形成に見合った膨張を起こすため、
例えば上述のしめ代を適正値に設定することが非常に困
難となることが分かった。その理由としては、窒化処理
の場合、母材とは結晶構造の異なる窒素化合物が表面に
生成するためと考えられるが、しめ代を管理するために
は、窒化処理後に再度仕上げ加工を行なう必要が生じ、
大幅なコストアップは避けられない。

【００１７】そこで、本願発明者らは、上述の窒化処理
と同様、４００〜６００℃程度の低温で浸炭処理を行な
うことを試みた。その結果、オーステナイト系ステンレ
ス鋼を母材とした場合にあっては、実質、炭化物の存在
しない浸炭硬化層が形成されるため、その寸法変化は無
視できるほど小さく、さらにその表面硬度がＨｖ４００
以上に高められることにより、焼き付きやかじり等に対
して格段の効果のあることがわかった。

【００１８】本発明は、上述のような検討に基づいてな
されたものである。「作用」すなわち、低温の浸炭処理
で形成される浸炭硬化層は、炭素がオーステナイトの面
心立方構造の空隙に侵入して格子歪により硬化するもの
であるため、結晶構造の変化は伴わず、実質、寸法変化
がほぼ無視できる程度に抑えられる。したがって、その
後の追加工の必要性もなくコスト面でも有利である。

【００１９】また、硬度をＨｖ４００以上と規定してい
るのは、後述のように、Ｈｖ４００以上の場合に、軸及
びハウジングへの軸受を圧入する際の圧入力が安定し、
且つ、当該転がり支持装置を情報機器にねじで固定する
際の締付けトルクの上昇が小さく抑えらることから、Ｈ
ｖ４００以上と規定している（図７，図８参照）。ま
た、上限は特に限定されないが、Ｈｖ９００を越える硬
さは浸炭処理で得にくいため、加工上の観点からは、Ｈ
ｖ９００が上限と考えられる。

【００２０】また、本願発明にあっては、浸炭処理の際
にＣｒ炭化物の析出を伴わない、つまり、実質、炭化物
を合有しない浸炭硬化層であるので、耐食性が低下しな
い。また、オーステナイト系ステンレス鋼は表面にＣｒ
酸化被膜（不動態被膜）を有しているため、難浸炭性で
あり、その表面層を浸炭あるいは窒化することは容易で
はないが、請求項２に記載の発明にあっては、浸炭処理
の前処理としてフッ化処理を行なうことで、その表面層
にいったん活性なフッ化物膜が生成され、その表面層に
低温による浸炭処理によって、硬質な浸炭層を形成させ
ることが容易となる。

【００２１】ここで、加熱温度が６００℃を越えると、
浸炭処理の際にＣｒ炭化物の析出が起こるため、浸炭処
理の際の温度の上限を６００℃としている。好ましく
は、５４０℃以下、より好ましくは５２０℃以下であ
る。この５４０℃以下にすることで、より安定してＣｒ
炭化物の析出が抑制される。また、浸炭処理の際の温度
を４００℃以上とすることで、浸炭硬化層の硬度がＨｖ
４００以上となるので、下限値を４００℃と規定してい
る。浸炭の加熱保持時間などを考慮すると、好ましく
は、４６０℃である。

【００２２】ここで、Ｃｒ酸化被膜（不動態被膜）を有
するオーステナイト系ステンレス鋼の表面に対する表面
改質方法としては、例えば、イオン窒化あるいはプラズ
マ浸炭処理などが考えられる。しかし、放電現象を利用
するこれらの処理の場合、量産性に欠けるのに加え、複
雑な形状をもつ製品に対して均一な処理層を形成させる
ことが難しいといった問題がある。また、ガス反応によ
る表面改質方法の場合には、上述の酸化皮膜がガス反応
を阻害するために、つまり、安定かつ緻密な酸化膜が存
在するから、従来のガス窒化やガス浸炭方法では均一な
処理層を形成することができない。

【００２３】一方、浸炭処理の前処理としてフッ化処理
を行なった後であれば、上述のように、その表面層にい
ったん活性なフッ化物膜が生成され、その表面層に窒化
処理あるいは浸炭処理により硬質な窒化層あるいは浸炭
層を形成させることが可能となる。また、フェライト系
ステンレス鋼またはオーステナイト系ステンレス鋼を窒
化した場合には、その表面層には、Ｈｖ１０００以上の
窒素化合物層が形成されるが、窒素化合物の厚さに見合
った膨張を起こし、安定した厚さとなるように窒化処理
を行うと、膨張量が部品の精度面で許容できなくなって
しまい、後加工の必要性が生じて著しいコストアップと
なる。

【００２４】これに対して、本発明のように、炭素がオ
ーステナイトの面心立方構造の空隙に侵入して格子歪に
より硬化した浸炭硬化層の場合には、実質、寸法変化が
ほぼ無視できる程度に抑えられる。したがって、その後
の追加工の必要性もなくコスト面でも有利である。ま
た、その耐食性について考察すると、窒化処理の場合に
は、Ｃｒが窒化物となって析出するため耐食性の低下は
免れない。一方、本発明のように、浸炭処理の際にＣｒ
炭化物の析出を伴わないと、実質、炭化物を含有しない
浸炭硬化層が形成され耐食性はまったく低下しない。

【００２５】また、転がり支持装置のハウジング及び軸
の材料として、前述のとおり、高い量産性、高い被削
性、及び耐食性の観点から、オーステナイト系またはフ
ェライト系の快削ステンレス鋼が使用されるのが一般的
であるが、フェライト系の場合には、溶解度が低いため
に炭素をほとんど固溶させることができない。したがっ
て、事実上、本発明の浸炭処理で表面硬化させることは
困難であり、仮に、浸炭処理が可能であっても、炭素は
Ｃｒ等と結合して炭化物となって析出してくることが予
想されるために、寸法変化、耐食性の低下を伴うことに
なって本願発明の目的を達成することができない。この
観点から、本発明では、表面層に浸炭硬化層を形成する
素材としてオーステナイト系の快削ステンレス鋼と規定
している。

【００２６】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態について
図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、スイング
アーム用の転がり支持装置を例にして説明する。図１
は、本実施形態の転がり支持装置を、ハードディスクド
ライブ装置に組み付けた状態での断面図を示したもので
ある。

【００２７】まず構成について説明すると、ハウジング
３の内側面３ａと軸４の外側面４ａとの間に、２個の玉
軸受１、２が、接着または圧入によりに装着されて転が
り支持装置が構成されている。上記玉軸受１，２には、
内外輪１ａ、１ｂ、２ａ、２ｂの軌道面に潤滑油が塗布
されている。なお、潤滑剤は、グリースであっても良
い。

【００２８】上記ハウジング３及び軸４は、オーステナ
イト系快削ステンレス鋼からなり、その表面層には、実
質、炭化物を有しないＨｖ４００以上の硬度を有する浸
炭硬化層が形成されている。その転がり支持装置は、ハ
ードディスクドライブ装置のベースプレート６及びカバ
ー７にねじ８で固定される。場合によっては、転がり支
持装置の軸４の先端部に雄ねじが形成されて、直接、ハ
ードディスクドライブ装置に装着される場合もある。ま
た、ハウジング３の外側面には、スイングアーム（Ｅブ
ロック）９が取り付けられている。符号、１０はボイス
コイルモータを表す。

【００２９】上記構成の転がり支持装置では、軸４及び
ハウジング３は、高い被削性及び耐食性を有すると共
に、耐かじり性も備える。この結果、軸４及びハウジン
グ３に軸受を圧入する際のかじり等の発生が防止出来る
と共に、転がり支持装置をハードディスクドライブ装置
に組み付ける際のかじり等の発生が防止される。このた
め、転がり支持装置の組立や当該転がり支持装置のハー
ドディスク装置への組付けが容易となる。

【００３０】しかも、被削性に優れると共に、表面層の
硬化層を設けても寸法安定性が良く圧入代を一定にする
ことができることから、量産性に優れると共に、上記の
ような効果を持ってもコストの上昇が抑えられる。ここ
で、本実施形態のスイングアーム用転がり支持装置の組
立方法は、特に限定されるものではない。ただし、前述
の通り、軸４及びハウジング３への玉軸受１，２の装着
は、圧入による方法が好ましい。但し、本発明は、圧入
方式に限定されるものではない。

【００３１】以下に、転がり軸受の装着として圧入方式
を採用した場合の組立てについて、図２を参照しつつ、
より具体的に説明する。なお、図２は、上側の軸受１の
圧入時の状態を示している。はじめに、軸４及びハウジ
ング３を所定の位置に配置して位置を規制する。次に、
下側の玉軸受２を、下方から軸４とハウジング３との間
に圧入する。これにより、ハウジング３の内側面３ａに
玉軸受２の外輪２ａが固定され、軸４の外側面４ａに玉
軸受２の内輪２ｂが固定される。このとき、玉軸受２の
外輪２ａの上端面がハウジング３の肩部３ｂに当接する
ことで、下側の玉軸受２が位置決めされる。

【００３２】続いて、上側の玉軸受１を上方から輪４と
ハウジング３の間に圧入する。これにより、ハウジング
３の内側面３ａに玉軸受１の外輪１ａが固定され、軸４
の外側面４ａに玉輪受１の内輪１ｂが固定される。この
とき、玉軸受１の外輪１ａの下端面はハウジング３の肩
部３ｃに当接することで上側の玉軸受１が位置決めされ
る。

【００３３】そして、上記各肩部３ｂ、３ｃの位置を規
定することで、確実に玉軸受１、２はハウジング３と軸
４の端面近傍に位置決めされ、結果的に、図２に示すよ
うに、ハウジング３と軸４の間に対し、軸４方向に対向
した状態で２個の玉軸受１、２が圧入固定される。ここ
で、玉軸受１、２の圧入時のしめ代としては、内径５m
m、外径９mm、幅３．０mmの転がり軸受を想定した場合
に、直径で１μｍ以上１２μｍ以下が望ましい。しめ代
が１μｍより小さいと、スイングアーム９の作動時に玉
軸受１、２が圧入された軸４の外側面４ａとハウジング
３の内側面３ａの所定位置からずれる可能性がある。ま
た、しめ代が１２μｍを超えると、軸４とハウジング３
の軸受１、２を挟む力が強くなり内輪１ｂ、２ｂの内径
面及び外輪１ａ、２ａの外径面に大きな力が加わる。そ
れにより、輪受１、２の外輪１ａ、２ａ、内輪１ｂ、２
ｂの変形が大きくなり、トルク変動が発生しスイングア
ームが円滑に作動しなくなる。

【００３４】本実施形態の軸４やハウジング３は、その
表面層に浸炭硬化層が形成されるので、上記圧入の際の
かじり等の発生が防止できる。しかも、浸炭硬化層を形
成しても、寸法変化がほぼ無視される程度であるので、
寸法安定性が良く、後加工をすることなく圧入代を一定
とすることができる。つまり、軸４やハウジング３の量
産性に優れる。

【００３５】予圧付与の方式として、玉軸受１、２の内
輪１ｂ、２ｂを加振しながら圧入し、外輪１ａ、２ａ側
でトルクを測定しながら予圧制御する、いわゆるトルク
圧入方式（トルク管理）か、または、内輪１ｂ、２ｂを
加振しながら圧入し、外輪１ａ、２ａ側で共振周波数を
測定しながら予圧制御する、いわゆる共振圧入方式（共
振管理）のいずれかを採用することができる。

【００３６】それぞれの特徴として、トルク圧入方式
は、トルクを一定にすることができる一方、共振周波数
（剛性）はばらつきやすい。これに対して、共振圧入方
式は、共振周波数を一定にする、すなわち剛性を一定に
することができる一方、トルクがばらつきやすい。これ
らの圧入方式の選択にあたってはそれぞれの特徴を考慮
するのが妥当である。なお、共振圧入方式は、予圧が同
じ方向に増減するので、予め予圧に対する共振周波数を
決めておくことで、軸受の圧入による予圧力を定めるこ
とができる。

【００３７】ここで、図２は、共振圧入方式を示してお
り、符号１１は圧入治具を構成する圧電素子であり、符
号１２は、圧入力を測定するロードセルである。ここ
で、上記実施形態では、軸４及びハウジング３を共にオ
ーステナイト系ステンレス鋼で構成する場合で説明して
いるが、一方をフェライト系ステンレス鋼で構成しても
良い。なお、玉軸受１、２の予圧変化を防止するため
に、軸４とハウジング３との熱膨張係数はなるべく等し
くするか、あるいは温度変化によるすきま変化が小さく
なるような構成とすることが望ましい。

【００３８】また、軸４の外径面及びハウジング３の内
径面を研削加工して、面粗度を良くし、摩擦係数を小さ
くすることが望ましい。次に、オーステナイト系ステン
レス鋼で構成される軸４及びハウジング３の少なくとも
一方の被処理物に対し、その表面層に、実質、炭化物を
有しないＨｖ４００以上の硬度を有する浸炭硬化層を形
成する浸炭浸炭プロセスについて説明する。

【００３９】まず、被処理物に対し前洗浄を行って、そ
の表面の油分、異物等を除去した後に、当該被処理物
を、フッ素系ガスを導入した雰囲気において、２００〜
４００℃の温度で加熱保持し、表面にフッ化物膜の形成
を行なう。上記保持時間は、１０分〜１時間程度とす
る。ここで生成するフッ化物膜は、ナノメータオーダー
の極薄い膜で良く、この程度では、寸法変化等は伴わな
い。

【００４０】上記フッ素系ガスとしては、ＮＦ₃、ＢＦ
₃、ＣＦ₄、ＨＦ、ＳＦ₆、Ｃ₂Ｆ ₆、ＷＦ₆、ＣＨＦ
₃、ＳｉＦ₄、ＣｌＦ₃等からなるフッ素化合物ガスを
例示することができ、単独もしくは２種以上併せて使用
される。また、これらのフッ素系ガスを熱分解装置で熱
分解させて生成させたＦ₂ガスや、あらかじめ作られた
Ｆ₂ガスも上記フッ素系ガスとして用いることができ
る。このようなフッ素系ガスは、それのみで用いること
もできるが、通常はＮ₂ガス等の不活性ガスで１〜１０
％程度に希釈されて使用される。なお、上記フッ素系ガ
スとして最も実用性を備えているのはＮＦ₃である。Ｎ
Ｆ₃は、常温でガス状であり、化学的安定性が高く、取
扱いが容易であるためである。

【００４１】次に、フッ化処理された被処理物について
浸炭処理を行う。ここで、一般に、鋼材への浸炭処理は
８００℃以上の高温で行われるのが一般的であるが、本
実施形態においては、例えば、５００℃程度の低温で浸
炭処理を行う。浸炭処理温度が６００℃を越えると、炭
素が鋼中のＣｒと結合してＣｒ炭化物となって耐食性が
低下するばかりか、熱処理後の寸法変化が極めて大きく
なるため、例えば圧入の際のしめ代や取り付け寸法にお
いて許容できなくなる。好ましくは、５４０℃以下とす
るのが良い。この温度より低い場合には、浸炭により浸
透する炭素は、Ｃｒと結合しにくくて、オーステナイト
の面心立方格子のすきまに単に固溶浸透して硬化するた
め、実質、炭化物の存在しない靭性の高い表面硬化層が
得られ、寸法変化も極めて小さくほとんど無視できる。

【００４２】なお、浸炭処理が不適切で、十分な表面硬
さが得られない場合には、軸受をハウジング３と軸４と
の間に圧入する際のかじりや、転がり支持装置を例えば
ハードディスクドライブ装置に固定する際のねじの焼付
き等に対して、十分な効果が得られない。また、一般
に、浸炭性ガスには、ＣＯ、ＣＯ₂、Ｈ₂等の混合ガス
が使用されるが、本処理を行なった後は、最表面層はＣ
Ｏ₂ガスによるＦｅの酸化が起こり、Ｆｅ₃Ｏ₄からな
る黒色の酸化層を形成し、耐食性が低下する。したがっ
て、浸炭処理後には、酸洗処理もしくはソフトブラス
ト、バレル仕上げ等を行ない、これを除去することが好
ましい。酸洗処理に用いる処理液としては、特に限定さ
れるものではなく、フッ酸、硝酸、塩酸、硫酸あるいは
これらの混合液などを用いることができる。

【００４３】一方、浸炭性ガスに、アセチレンあるいは
エチレン等の不飽和炭化水素ガスを用いて、１．３３×
１０²Ｐａ以下の真空あるいは減圧下で浸炭処理を行な
うと、上記耐食性に有害な黒色酸化層の形成が抑制でき
て、且つ、浸炭時に特に問題となるスーティングによる
浸炭むら等も防止でき、同一処理時間に対して浸炭層厚
さも安定して得られやすい等のメリットがあるため、よ
り好ましい。

【００４４】また、上記オーステナイト系快削ステンレ
ス鋼としては、ＳＵＳ３０３等が例示できる。なお、Ｓ
ＵＳ３０３には、快削元素として硫黄を含んでいるが、
硫黄は幾分浸炭性を阻害し、ＳＵＳ３０４またはＳＵＳ
３１６等の非快削性ステンレス鋼がＨｖ５００〜９００
程度の硬さが安定して得られるのに対して、ＳＵＳ３０
３の場合にはＨｖ４００〜Ｈｖ８００程度と幾分表面硬
さが低下する傾向にある。このような観点からは、オー
ステナイト系快削ステンレス鋼としては、ＳＵＳ３０３
系に限定されるものではなく、硫黄の代替として、また
は硫黄とともに、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｐｂ等の快削元素を合む
ものとすることができる。

【００４５】

【実施例】上記実施形態で説明した転がり軸受につい
て、軸４とハウジング３の材質として耐食性と切削性が
良いオーステナイト系快削ステンレス鋼ＳＵＳ３０３を
選定して評価した。また、玉軸受１，２には、１３Ｃｒ
マルテンサイト系ステンレス鋼製の内径φ５ｍｍ、外径
φ９ｍｍ、幅３ｍｍのものを使用した。なお、軸４の外
径面及びハウジング３の内径面には研削加工を施してあ
る。

【００４６】ハウジング３、軸４の表面処理において
は、所望の形状に加工した後、以下の条件で種々の熱処
理を施した。本実施例１（熱処理条件Ａ：）２６０〜３５０℃の温度で２０〜３０分、窒素に１０％
の三フッ化窒素を混合させたガス中に加熱保持した後、
４６０〜５２０℃の温度で３〜３０時間、浸炭ガス中
（ＲＸ＋ＣＯ₂混合ガス雰囲気）で加熱保持して、本願
発明の浸炭硬化層を形成する。

【００４７】本実施例２（熱処理条件Ｂ：）２６０〜３５０℃の温度で２０〜３０分、窒素に１０％
の三フッ化窒素を混合させたガス中に加熱保持した後、
４６０〜５２０℃の温度で３〜３０時間、真空減圧下
（４０Ｐａとした）でアセチレンガスを導入しつつ加熱
保持して、本願発明の浸炭硬化層を形成する。

【００４８】比較例１（熱処理条件Ｃ：）２６０〜３５０℃の温度で２０〜３０分、窒素に１０％
の三フッ化窒素を混合させたガス中に加熱保持した後、
６５０〜７１０℃の温度で３〜３０時間、真空減圧下
（４０Ｐａとした）でアセチレンガスを導入しつつ加熱
保持して、浸炭硬化層を形成する。

【００４９】比較例２（熱処理条件Ｄ：）３００〜３８０℃の温度で２０〜３０分、窒素に１０％
の三フッ化窒素を混合させたガス中に加熱保持した後、
４００〜４５０℃の温度で３〜３０時間、アンモニア＋
窒素の混合ガス中に加熱保持して窒化層を形成する。な
お、上記熱処理条件Ａ及びＢ、Ｃについて、予め表面層
の酸化皮膜を除去あるいは表面を清浄にするために、フ
ッ酸と硝酸の混合溶液に１０〜２０分浸漬した後洗浄
し、ソフトブラスト処理を施した。なお、熱処理条件Ｄ
の場合には、著しい母材の溶出が起こるため、ソフトブ
ラスト処理のみ行なった。

【００５０】そして、上記各熱処理条件で、種々の浸炭
層厚さまたは窒化層厚さのものを形成し、そのときの各
軸４の膨張量を測定した。なお、被処理物は軸４であ
る。図３に、その結果である、浸炭層厚さまたは窒化層
厚さと、軸４の膨張量の測定結果との関係を示す。ここ
で、浸炭層厚さ、窒化層厚さは、軸４の断面を鏡面仕上
げしたものをマーブル試薬でエッチングし、光学顕微鏡
観察により明確に観察される表面処理層の厚さと定義し
た。また、膨張量は、軸４の直径をマイクロメータで測
定し、種々の熱処理後の軸４の直径を再測定し、その差
（膨張量）をとったものである。

【００５１】図３から、本発明に基づく実施例では、ほ
ぼ寸法変化を無視できるものであることが分かる。これ
に対して、比較例１（熱処理条件Ｃ）は、本実施例より
も処理温度が高く、炭素がＣｒ等と結合して炭化物とな
って積極的に析出するため、浸炭層形成に伴う膨張量が
本願発明例よりも大きい。したがって、均一かつ安定し
た浸炭層を形成させると、寸法変化が大きくなって、部
品自体の精度が要求品質を満足できなかったり、あるい
は圧入時のしめ代等が正確に設定できず、不具合を生じ
る。

【００５２】また、比較例２（熱処理条件Ｄ）は、窒化
処理した場合の例であるが、表面層には、窒素化合物層
が形成されるため、寸法変化が大きくなって比較例１と
同様の問題が生じる。これらの場合、熱処理後に後加工
を行なえば、許容できるのは勿論であるが、寸法を揃え
るために後加工が要求されてコストアップが免れないこ
ととなる。

【００５３】これに対して、本実施例は、炭素がオース
テナイトの格子のすきまに単に固溶されるのであるか
ら、著しい寸法変化を伴わない。また、本実施例の場
合、耐食性の点でも大きなメリットがある。つまり耐食
性に寄与するＣｒが窒化物または炭化物となって析出し
ないため、比較例１、２のような耐食性の低下がない。

【００５４】耐食性の評価は、ＪＩＳＺ２３７１に
準拠して、２４時間塩水噴霧試験を行なった。なお、そ
れぞれの評価に用いたものは、１９〜３０μｍ程度の硬
化層を形成したものであり、比較として、何も処理され
ていないＳＵＳ３０３材も使用した。試験結果を表１に
示す。

【００５５】

【表１】

【００５６】また、実施例２と比較例１、２の表面層の
顕微鏡組織の図を図４〜図６に示す。図４に示されるよ
うに、本実施例２の浸炭硬化層には、浸炭処理による炭
化物は一切認められない。表１から分かるように、実施
例２は、耐食性が良好であることが分かる。次に、圧入
試験を行なった。

【００５７】圧入試験は、実施例２及び未処理のＳＵＳ
３０３材（比較例３）について行なった。圧入試験は、
図２に例示したように圧入治具１１により内輪１ｂを加
振させてロードセル１２により圧入力を測定することで
行なった。なお、しめ代は５〜８μｍとした。また、各
試験品としてそれぞれ２０個ずつ用意して試験を行った
ものである。また、試験軸受は上側の軸受１とした。そ
の試験結果を表２に示す。

【００５８】

【表２】

【００５９】表２に示すとおり、実施例の圧入力は、未
処理の比較例の圧入力と比較して、ばらつきが少なく、
格段に組立て性が向上することが確認できた。浸炭処理
時間を変えて、表面硬さを変化させた場合の圧入力の違
いを測定した結果、図７に示す結果を得た。この図７か
ら分かるように、その表面硬さがＨｖ４００を超える場
合に効果の大きいことが分かった。

【００６０】また、転がり支持装置をハードディスクド
ライブに取り付ける際のねじ部の焼付きについても、軸
力５０ＭＰａ、無潤滑で１０回繰り返し締め付けを行
い、トルクを測定を行なうことで評価した。図８に、そ
の試験結果を示す。なお、図８中には、未処理の比較例
３の初期トルクを１とし、１０回繰り返し締め付けを行
なった後のトルク測定値の比と表面硬さの関係で示し
た。この図８からも明らかなように、表面硬さがＨｖ４
００以上の本実施例においては締め付けによるトルク上
昇が小さく抑えられるのに対して、未処理の比較例３で
は、初期トルクの２倍程度まで増加した。

【００６１】

【発明の効果】以上のように、本発明の転がり支持装置
を採用すると、軸及びハウジングの量産性や被削性を良
好に保持しつつ、転がり軸受を軸及びハウジングに圧入
する際のかじりや当該装置のハードディスクドライブ装
置への取り付けの際のねじの焼付き、変形等を防止でき
るという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づく実施形態に係る転がり軸受を説
明するための断面図である。

【図２】本発明に基づく実施形態に係る転がり軸受の圧
入を示す模式図である。

【図３】処理層の厚さと膨張量との関係を示す図であ
る。

【図４】実施例２の断面図である。

【図５】比較例１の断面図である。

【図６】比較例２の断面図である。

【図７】表面硬さと平均圧入力との関係を示す図であ
る。

【図８】表面硬さと締付けトルクとの関係を示す図であ
る。

【符号の説明】

１玉軸受（転がり軸受）２玉軸受（転がり軸受）３ハウジング４軸

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】軸の外側面とハウジングの内側面との間
に１又は２以上の転がり軸受が介装されて、相対的にハ
ウジングに対し軸が回転自在に支持される転がり支持装
置において、上記ハウジング及び軸の少なくとも一方は、オーステナ
イト系快削ステンレス鋼からなり、且つ、その表面層
に、実質、炭化物を有しないＨｖ４００以上の硬度を有
する浸炭硬化層が形成されていることを特徴とする転が
り支持装置。
【請求項２】上記浸炭硬化層は、表面層に対し、フッ
化膜を形成した後に、４００℃以上６００℃以下で浸炭
処理を施すことで形成されたものであることを特徴とす
る請求項１に記載した転がり支持装置。