JP2002339976A - Roller bearing - Google Patents

Roller bearing

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JP2002339976A
JP2002339976A JP2001146163A JP2001146163A JP2002339976A JP 2002339976 A JP2002339976 A JP 2002339976A JP 2001146163 A JP2001146163 A JP 2001146163A JP 2001146163 A JP2001146163 A JP 2001146163A JP 2002339976 A JP2002339976 A JP 2002339976A
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rolling
rolling element
bearing
ball
layer
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JP2001146163A
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Japanese (ja)
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Kazuhisa Kitamura
和久 北村
Tetsuo Ikeda
哲雄 池田
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Koyo Seiko Co Ltd
Original Assignee
Koyo Seiko Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a roller bearing having metal components and capable of ensuring the performance as high as that of a ceramic roller bearing. SOLUTION: This roller bearing 10 comprises metal races 11 and 12, and a metal rolling body 13, and a layer 20 having the hardness >=1,200 in terms of Vickers hardness(Hv) by the gas nitrosulphurizing treatment is provided at least on a surface of the rolling body 13. By setting the surface hardness of at least the rolling body 13 as high as possible compared to that of general metal members, the wear resistance of the rolling body 13 is improved, and the fretting durability of the bearing is improved.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、転がり軸受に関す
る。
[0001] The present invention relates to a rolling bearing.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から、例えばハードディスクドライ
ブ装置(HDD)やフロッピィディスクドライブ装置
(FDD)のスピンドル軸、ビデオテープレコーダ(V
TR)のシリンダヘッドモータ軸、あるいはポリゴンス
キャナのモータ軸などの支持軸受では、回転性能、音響
性能、フレッチング耐久性能などについて極めて高いレ
ベルとする必要がある。
2. Description of the Related Art Conventionally, for example, a spindle shaft of a hard disk drive (HDD) or a floppy disk drive (FDD), a video tape recorder (V
In the case of a support bearing such as a cylinder head motor shaft of TR) or a motor shaft of a polygon scanner, it is necessary that the rotational performance, the acoustic performance, the fretting durability performance, and the like be extremely high.

【0003】このような用途に使用される転がり軸受で
は、少なくとも転動体をセラミックス製とすることで、
通常の鋼球を使用した玉軸受よりも優れた高速回転性
能、フレッチング耐久性能が得られる。
In a rolling bearing used for such an application, at least the rolling element is made of ceramics.
High-speed rotation performance and fretting durability superior to ball bearings using ordinary steel balls are obtained.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上記従来例の転がり軸
受は、優れた性能を発揮するものの、高価である。これ
に代えて、高性能でありながら安価な転がり軸受が要求
されている。
The above-mentioned conventional rolling bearings exhibit excellent performance but are expensive. Instead, there is a demand for a high-performance yet inexpensive rolling bearing.

【0005】このような転がり軸受として、金属部品で
構成しながら、軌道輪や転動体に対して種々な硬化処理
を施すことが数多く提案されている。
[0005] As such a rolling bearing, various methods have been proposed in which various hardening treatments are applied to a raceway and a rolling element while being composed of metal parts.

【0006】上記硬化処理として、硬質皮膜を形成する
方法と、表面を改質する方法とがある。
As the hardening treatment, there are a method of forming a hard film and a method of modifying the surface.

【0007】前者の皮膜形成方法では、金属母材との界
面強度が不足し、剥離などが発生しやすいなどの欠点が
ある。
The former method of forming a film has disadvantages such as insufficient interfacial strength with a metal base material and easy occurrence of peeling and the like.

【0008】後者の表面改質方法では、高周波焼入れ処
理や種々の窒化処理を施すのであるが、いずれの処理で
も、金属母材の表面をビッカース硬さ(Hv)で900
以上にするものが考えられている。しかも、高周波焼入
れ処理では、その処理後に金属表面に歪みが発生するの
で、研磨処理を施さなければならず、加工コストが嵩む
とともに表層部分を厚く削る必要があって硬化処理層が
残存しにくくなることが指摘される。窒化処理において
も同じ理由で窒化処理温度が高いと処理後の変形が大き
く、精度および諸機能に不具合が生じる。
In the latter method of surface modification, induction hardening treatment or various nitriding treatments are performed. In any of the treatments, the surface of the metal base material has a Vickers hardness (Hv) of 900.
The above is considered. Moreover, in the induction quenching treatment, a distortion occurs on the metal surface after the treatment, so that it is necessary to perform a polishing treatment, which increases the processing cost and requires a thicker surface layer portion, so that the hardened treatment layer hardly remains. It is pointed out. For the same reason, when the nitriding temperature is high in the nitriding process, the deformation after the process is large, and the accuracy and various functions are disadvantageous.

【0009】このような事情に鑑み、本発明は、転がり
軸受において、構成要素を金属製としながら、セラミッ
クス並みの性能を確保することを目的としている。
In view of such circumstances, an object of the present invention is to ensure the performance of a rolling bearing on a par with ceramics while using metal components.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明の転がり軸受は、
請求項1に示すように、軌道輪および転動体を金属製と
した構成であり、少なくとも転動体の表面に、ガス浸硫
窒化処理によりビッカース硬さ(Hv)で1200以上
の硬度を有する層が設けられていることを特徴としてい
る。
According to the present invention, there is provided a rolling bearing comprising:
As described in claim 1, the bearing ring and the rolling element are made of metal, and a layer having a hardness of 1200 or more in Vickers hardness (Hv) is formed on at least the surface of the rolling element by gas sulfide nitriding treatment. It is characterized by being provided.

【0011】上記ガス浸硫窒化処理は、他の窒化処理、
例えば塩浴窒化処理と比較して緻密で十分な厚みを有す
る硬化層を比較的低温で形成できる。また、少なくとも
転動体の硬度を所定値以上に設定しているから、セラミ
ックス製の転動体を用いる転がり軸受と遜色ないレベル
で、転動体の耐摩耗性が向上するとともに、軸受のフレ
ッチング耐久性が向上する。しかも、セラミックス製の
転動体を用いる転がり軸受よりも製造コストを低くでき
る。
[0011] The above-mentioned gas sulphating and nitriding is performed by other nitriding,
For example, a hardened layer that is dense and has a sufficient thickness can be formed at a relatively low temperature as compared with a salt bath nitriding treatment. In addition, since the hardness of the rolling elements is set to a predetermined value or more, the wear resistance of the rolling elements is improved at a level comparable to that of a rolling bearing using a ceramic rolling element, and the fretting durability of the bearing is improved. improves. In addition, the manufacturing cost can be lower than that of a rolling bearing using a ceramic rolling element.

【0012】本発明の転がり軸受は、請求項2に示すよ
うに、軌道輪および転動体を金属製とした構成であり、
少なくとも転動体の表面に、ビッカース硬さ(Hv)で
1200以上の硬化層を有し、転動体の表面粗さが、中
心線平均粗さ(Ra)で0.001μm以下であること
を特徴としている。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a rolling bearing wherein the race and the rolling element are made of metal.
At least on the surface of the rolling element, a hardened layer having a Vickers hardness (Hv) of 1200 or more is provided, and the surface roughness of the rolling element is 0.001 μm or less in center line average roughness (Ra). I have.

【0013】この構成では、少なくとも転動体の表層の
粗さを所定値以下に設定しているので、転動体の転がり
が円滑となり、振動を抑制するうえで有利となる。
In this configuration, since at least the roughness of the surface layer of the rolling element is set to a predetermined value or less, rolling of the rolling element becomes smooth, which is advantageous in suppressing vibration.

【0014】本発明の転がり軸受は、請求項3に示すよ
うに、上記請求項1または2において、前記転動体が、
0.05μm以下の真球度を有する玉であることを特徴
としている。
According to a third aspect of the present invention, in the rolling bearing according to the first or second aspect, the rolling element comprises:
It is a ball having a sphericity of 0.05 μm or less.

【0015】この構成では、転動体を形状精度の高い玉
としているので、転がりが円滑となり、振動を抑制する
うえで有利となる。
In this configuration, since the rolling element is a ball with high shape accuracy, the rolling becomes smooth, which is advantageous in suppressing vibration.

【0016】本発明の転がり軸受は、請求項4に示すよ
うに、上記請求項1から3のいずれかにおいて、前記硬
化層が、転動体の直径寸法の0.1%以上であることを
特徴としている。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a rolling bearing according to any one of the first to third aspects, wherein the hardened layer has a diameter of 0.1% or more of a rolling element. And

【0017】この構成では、少なくとも転動体の表層の
厚みを所定値以上に設定しているので、フレッチング耐
久性の低下の原因となる凝着摩耗の発生を防止できるよ
うになる。
In this configuration, since at least the thickness of the surface layer of the rolling element is set to a predetermined value or more, it is possible to prevent the occurrence of adhesive wear which causes a decrease in fretting durability.

【0018】本発明の転がり軸受は、請求項5に示すよ
うに、上記請求項1から4のいずれかにおいて、前記転
動体が、マルテンサイト系ステンレス鋼であることを特
徴としている。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a rolling bearing according to any one of the first to fourth aspects, wherein the rolling element is made of martensitic stainless steel.

【0019】この構成では、ガス浸硫窒化処理を実施し
ても、マルテンサイト系ステンレス鋼からなる母材の硬
度低下が抑制され、転がり軸受の寿命低下が抑制され
る。
With this configuration, even when the gas sulphidizing and nitriding treatment is performed, a decrease in the hardness of the base material made of martensitic stainless steel is suppressed, and a decrease in the life of the rolling bearing is suppressed.

【0020】本発明の転がり軸受は、請求項6に示すよ
うに、上記請求項1から5のいずれかにおいて、前記転
動体の表層が、ガス浸硫窒化処理を施してから研磨仕上
げすることにより得られる窒化層であることを特徴とし
ている。
According to a sixth aspect of the present invention, the rolling bearing according to any one of the first to fifth aspects is characterized in that the surface layer of the rolling element is subjected to a gas nitrocarburizing treatment and then polished. It is characterized by being a nitrided layer obtained.

【0021】この構成では、ガス浸硫窒化処理によって
発生する転動体表面の歪み、表面粗さの悪化が、転動体
表面の研磨仕上げにより矯正されるようになる。
According to this structure, the distortion of the rolling element surface and the deterioration of the surface roughness caused by the gas sulphating and nitriding treatment are corrected by the polishing finish of the rolling element surface.

【0022】本発明の転がり軸受は、請求項7に示すよ
うに、上記請求項6において、前記ガス浸硫窒化処理を
施した時点で、一旦、転動体の直径寸法の1%以上に設
定されていて、前記研磨仕上げ処理を施すことにより転
動体の直径寸法の0.1%以上に設定されることを特徴
としている。
According to a seventh aspect of the present invention, in the rolling bearing according to the sixth aspect, when the gas sulfide nitriding is performed, the rolling bearing is temporarily set to 1% or more of the diameter of the rolling element. In addition, the diameter is set to 0.1% or more of the diameter of the rolling element by performing the polishing and finishing treatment.

【0023】そもそも、上記ガス浸硫窒化処理において
は、処理温度を高く、処理時間を長くするほど、得られ
る硬化層の厚みが増加するが、処理による歪みや表面粗
さの悪化も進行するので、上記請求項6に示した矯正の
ための研磨仕上げによる取り代が増加する。そこで、上
記構成では、ガス浸硫窒化処理の硬化層と最終的な硬化
層の厚みを規定して、ガス浸硫窒化処理後の研磨仕上げ
による取り代を適正なものとすることができる。
In the first place, in the gas nitrosulphurizing treatment, the higher the treatment temperature and the longer the treatment time, the greater the thickness of the obtained hardened layer, but the distortion and the surface roughness deteriorate due to the treatment. In addition, the removal allowance due to the polishing finish for correction shown in claim 6 increases. Therefore, in the above configuration, the thickness of the hardened layer and the final hardened layer in the gas oxynitriding process are defined, and the allowance for the polishing finish after the gas oxynitriding process can be made appropriate.

【0024】[0024]

【発明の実施の形態】本発明の詳細を図面に示す実施形
態に基づいて説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The details of the present invention will be described based on embodiments shown in the drawings.

【0025】まず、本発明の玉軸受の使用対象としての
HDD装置について簡単に説明する。図1は、HDD装
置を示す断面図である。
First, an HDD device to which the ball bearing of the present invention is used will be briefly described. FIG. 1 is a sectional view showing the HDD device.

【0026】図中、1はスピンドル軸、2はスピンドル
軸1の軸方向中間に固定されるステータ、3はスピンド
ル軸1に一対の玉軸受10,10を介して回転自在に支
持されるロータハブ、4はロータハブ3の内周に固定さ
れるロータ、5はロータハブ3の外周に配設される磁気
ディスクや光ディスクなどの情報記録媒体である。
In the figure, reference numeral 1 denotes a spindle shaft, 2 denotes a stator fixed at an intermediate position in the axial direction of the spindle shaft 1, 3 denotes a rotor hub rotatably supported on the spindle shaft 1 via a pair of ball bearings 10, 10, Reference numeral 4 denotes a rotor fixed to the inner periphery of the rotor hub 3, and reference numeral 5 denotes an information recording medium such as a magnetic disk or an optical disk disposed on the outer periphery of the rotor hub 3.

【0027】次に、本発明の一実施形態に係る玉軸受に
ついて説明する。図2は、玉軸受の断面図である。
Next, a ball bearing according to an embodiment of the present invention will be described. FIG. 2 is a sectional view of the ball bearing.

【0028】図示する玉軸受10は、深溝玉軸受とされ
ており、内輪11、外輪12、複数の玉13ならびに保
持器14を備えている。なお、この玉軸受10は、シー
ル15,15により潤滑剤を封入する構成になってい
る。
The illustrated ball bearing 10 is a deep groove ball bearing and includes an inner ring 11, an outer ring 12, a plurality of balls 13 and a retainer 14. The ball bearing 10 has a configuration in which a lubricant is sealed by seals 15 and 15.

【0029】内・外輪11,12および玉13は、必要
に応じて、軸受鋼、ステンレス鋼などの金属材で形成さ
れる。
The inner / outer rings 11, 12 and the balls 13 are formed of a metal material such as bearing steel or stainless steel as required.

【0030】ここでは、玉13の品質については、「J
IS B 1501」におけるG3等級よりもさらに緻
密に規定するのが好ましい。ちなみに、「JIS B
1501」におけるG3等級とは、直径不同を0.08
μm、真球度を0.08μm、表面粗さを中心線平均粗
さRaで0.012μm、ロットの直径の相互差を0.
13μmにそれぞれ設定するものを言う。
Here, regarding the quality of the ball 13, "J
It is preferable to define the density more precisely than the G3 grade in "IS B 1501". By the way, "JIS B
The G3 rating in “1501” is defined as 0.08
μm, the sphericity is 0.08 μm, the surface roughness is 0.012 μm in center line average roughness Ra, and the difference between lot diameters is 0.1 μm.
This means that each is set to 13 μm.

【0031】具体的に、この実施形態では、玉13の品
質について、直径不同を0.05μm以下、真球度を
0.05μm以下、表面粗さを中心線平均粗さRaで
0.001μm以下、ロットの直径の相互差を0.01
μm以下にそれぞれ設定する。
Specifically, in this embodiment, regarding the quality of the ball 13, the diameter variation is 0.05 μm or less, the sphericity is 0.05 μm or less, and the surface roughness is 0.001 μm or less in center line average roughness Ra. , The difference between the lot diameters is 0.01
Set to μm or less.

【0032】そして、上記玉13について、母材を例え
ばJIS規格SUS440Cなどのマルテンサイト系ス
テンレス鋼とし、それの外形形状を整え、表面に対して
ガス浸硫窒化処理を施すことにより、ビッカース硬さ
(Hv)で1200以上の窒化層17を設けるようにし
ている。
The base material of the ball 13 is, for example, a martensitic stainless steel such as JIS SUS440C, the outer shape of which is adjusted, and the surface is subjected to gas sulfide nitriding to obtain a Vickers hardness. (Hv) 1200 or more nitrided layers 17 are provided.

【0033】以下、ガス浸硫窒化処理について説明す
る。
Hereinafter, the gas sulfide nitriding treatment will be described.

【0034】まず、外形を整えた玉13を気密構造のチ
ャンバ内にセットし、真空状態として、所要の反応ガス
を供給する。この反応ガスとしては、浸炭性ガスと、窒
化性ガスと、浸硫性ガスとを混合したもの、つまりCO
2+(NH3+N2)+H2Sを用いる。
First, the ball 13 having an outer shape is set in a chamber having an airtight structure, and a required reaction gas is supplied in a vacuum state. The reaction gas is a mixture of a carburizing gas, a nitriding gas, and a sulfurizing gas, that is, CO2.
2 + (NH 3 + N 2 ) + H 2 S is used.

【0035】ここで、チャンバ内を480℃〜600℃
例えば500℃とし、1時間〜10時間例えば5時間保
持する。この後、所要時間をかけて油冷または空冷によ
り冷却する。
Here, the temperature in the chamber is 480 ° C. to 600 ° C.
For example, the temperature is set to 500 ° C., and the temperature is maintained for 1 hour to 10 hours, for example, 5 hours. Thereafter, cooling is performed by oil cooling or air cooling over a required time.

【0036】これにより、まず、反応ガスの特にH2
が対象品である玉13の表面に不可避的に存在している
酸化膜などの不純物因子を除去して、玉13の母材の純
粋な表面を露出する。引き続き、Nが玉13の母材内部
に速やかに深く浸透、拡散して、上述したビッカース硬
さ(Hv)で1200以上、例えば30〜50μmの窒
化層17が形成されることになる。なお、窒化層17の
深さは、処理温度及び保持時間を適宜設定することによ
り制御できる。
Thus, first of all, the reaction gas, especially H 2 S
Removes an impurity factor such as an oxide film inevitably present on the surface of the ball 13 as the target product, thereby exposing the pure surface of the base material of the ball 13. Subsequently, N quickly and deeply penetrates and diffuses into the base material of the ball 13 to form the nitrided layer 17 having a Vickers hardness (Hv) of 1200 or more, for example, 30 to 50 μm. Note that the depth of the nitride layer 17 can be controlled by appropriately setting the processing temperature and the holding time.

【0037】以上のようにして形成される窒化層17
は、図3に示すように、玉13の最表面から内部へ向か
う順に、FeSを主成分とする比較的軟質な浸硫層17
a、Fe2-3Nを主成分とする超硬質で緻密な窒化化合
物層17b、玉13の母材にN原子が拡散されてなる比
較的硬質な窒化拡散層17cを含む階層構造になる。
The nitride layer 17 formed as described above
As shown in FIG. 3, in order from the outermost surface of the ball 13 toward the inside, the relatively soft sulfurized layer 17 mainly composed of FeS is used.
a, a layered structure including a super-hard and dense nitride compound layer 17b containing Fe 2-3 N as a main component and a relatively hard nitrided diffusion layer 17c in which N atoms are diffused into the base material of the ball 13;

【0038】また、上述したようなガス浸硫窒化処理を
行えば、玉13の表面に不可避的に存在している酸化膜
を除去して、窒化層17を形成することができるから、
処理温度を通常のガス軟窒化や塩浴窒化処理に比べてき
わめて低温にできるようになり、玉13の歪みが発生し
にくくなる。ちなみに、上記窒化層17の表面粗さは、
それを形成する前の対象品の表面粗さより悪化するが、
表面に1μm程度の厚みで形成される化合物層に起因す
るもので、処理後の研磨処理で容易に矯正することがで
きる。また、上記窒化層17の断面を金属顕微鏡(機
種:オリンパスPMG3、倍率400倍)で観察する
と、平均粒子径が1μm以下で、緻密にかつ平滑に形成
されていた。この窒化層17の硬さは、ビッカース硬さ
(Hv)で1200〜1500(試験荷重25gf)で
ある。
Further, by performing the above-described gas sulphidizing and nitriding treatment, the oxide film inevitably existing on the surface of the ball 13 can be removed and the nitrided layer 17 can be formed.
The processing temperature can be made extremely low as compared with ordinary gas soft nitriding or salt bath nitriding, and the balls 13 are less likely to be distorted. By the way, the surface roughness of the nitride layer 17 is as follows:
It is worse than the surface roughness of the target product before it is formed,
This is caused by the compound layer formed on the surface with a thickness of about 1 μm, and can be easily corrected by a polishing treatment after the treatment. Further, when the cross section of the nitride layer 17 was observed with a metallographic microscope (model: Olympus PMG3, magnification 400 times), the average particle diameter was 1 μm or less, and it was dense and smooth. The hardness of this nitrided layer 17 is 1200 to 1500 (test load 25 gf) in Vickers hardness (Hv).

【0039】この窒化層17の厚みは、上記浸硫窒化処
理を施した時点で、一旦、玉13の直径寸法の1%以
上、好ましくは1.5%以上に設定しておいて、上記研
磨仕上げ処理を施すことにより、玉13の直径寸法の
0.1%以上、好ましくは0.15%に設定するのがよ
い。
The thickness of the nitride layer 17 is set to 1% or more, preferably 1.5% or more of the diameter of the ball 13 at the time of performing the above-mentioned nitrosulphurizing treatment. By performing the finishing treatment, the diameter of the ball 13 is set to 0.1% or more, preferably 0.15%.

【0040】次に、上述したようにして製作される玉1
3についてフレッチング試験を行ったので、説明する。
Next, the ball 1 manufactured as described above is used.
No. 3 was subjected to a fretting test and will be described.

【0041】フレッチング試験は、以下の条件で軸受の
揺動耐久評価を実施し、試験前後での軸受の軸方向振動
値を測定し、その増加量を求める方法で実施した。条件
としては、揺動角を2度(外輪)、周期を6Hz、軸受
予圧を1.7kgf、揺動回数を10万回にしている。
試験に用いた玉軸受は、呼び番号695で、ここでは、
試料として、実施例1,2と比較例1,2の計4つを用
意した。それぞれの試料でサンプル数n=3の試験を行
い、試験前後での軸受の軸方向振動値の増加量を求め
た。
The fretting test was carried out in such a manner that the bearing was evaluated for swing durability under the following conditions, the axial vibration value of the bearing before and after the test was measured, and the amount of increase was determined. As conditions, the swing angle is 2 degrees (outer ring), the cycle is 6 Hz, the bearing preload is 1.7 kgf, and the number of swings is 100,000.
The ball bearing used in the test has a nominal number of 695.
Four samples of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 were prepared as samples. A test was performed for each sample with a sample number of n = 3, and the amount of increase in the axial vibration value of the bearing before and after the test was determined.

【0042】実施例1は、玉13をSUS440Cと
し、その表面に上記浸硫窒化処理によりHv1200の
窒化層17を設けている。ここでの窒化層17の厚み
は、3μmであり、これは転動体直径(Bd・2mm)
の0.15%になる。そして、玉13の品質は、直径不
同を0.05μm、真球度を0.05μm、表面粗さを
中心線平均粗さRaで0.001μm、ロットの直径の
相互差を0.01μmにそれぞれ設定している。
In the first embodiment, the ball 13 is made of SUS440C, and a nitriding layer 17 of Hv1200 is provided on the surface of the ball 13 by the above-mentioned sulphonitriding process. Here, the thickness of the nitrided layer 17 is 3 μm, which is the rolling element diameter (Bd · 2 mm).
0.15% of The quality of the ball 13 is as follows: the diameter variation is 0.05 μm, the sphericity is 0.05 μm, the surface roughness is 0.001 μm in center line average roughness Ra, and the difference between lot diameters is 0.01 μm. You have set.

【0043】実施例2は、玉13をSUS440Cと
し、その表面に上記浸硫窒化処理によりHv1200の
窒化層17を設けている。窒化層17の厚みは実施例1
と同じく3μmにした。そして、玉13の品質は、JI
S B 1501におけるG3等級に相当するもの、つ
まり、直径不同を0.08μm、真球度を0.08μ
m、表面粗さを中心線平均粗さRaで0.012μm、
ロットの直径の相互差を0.13μmにそれぞれ設定し
ている。
In the second embodiment, the ball 13 is made of SUS440C, and a nitriding layer 17 of Hv1200 is provided on the surface of the ball 13 by the above-mentioned sulphonitriding process. Example 1 shows the thickness of the nitrided layer 17.
3 μm. And the quality of ball 13 is JI
Equivalent to the G3 class in SB1501, that is, the diameter difference is 0.08 μm and the sphericity is 0.08 μm.
m, the surface roughness is 0.012 μm in center line average roughness Ra,
The difference between the lot diameters is set to 0.13 μm.

【0044】比較例1は、玉13をSUS440Cと
し、その表面に上記浸硫窒化処理によりHv1000の
窒化層17を設けている。窒化層17の厚みは実施例
1,2と同じく3μmにした。そして、玉13の品質
は、上記実施例2と同じに設定している。
In Comparative Example 1, the ball 13 was made of SUS440C, and a nitriding layer 17 of Hv1000 was provided on the surface of the ball 13 by the above-mentioned sulphonitriding treatment. The thickness of the nitride layer 17 was 3 μm as in Examples 1 and 2. The quality of the ball 13 is set to be the same as that of the second embodiment.

【0045】比較例2は、玉13を等方加圧焼結処理
(HIP)により形成した窒化けい素セラミックスとし
ている。そして、玉13の品質は、上記実施例2と同じ
に設定している。
In Comparative Example 2, the balls 13 were made of silicon nitride ceramics formed by isotropic pressure sintering (HIP). The quality of the ball 13 is set to be the same as that of the second embodiment.

【0046】フレッチング試験の結果は、以下の表のよ
うになり、実施例1,2では、比較例1よりも優れてい
て、しかも、比較例2と同等の優れたフレッチング耐久
性が得られることを確認できた。
The results of the fretting test are as shown in the following table. In Examples 1 and 2, excellent fretting durability was obtained which was superior to Comparative Example 1 and was equivalent to Comparative Example 2. Was confirmed.

【0047】試料 フレッチング試験結果 (試験前後の振動値の増加量、mG) 実施例13.1
実施例22.9 比較例1152.3 比較例23.
2 また、窒化層17の厚みが転動体直径の0.1%未
満(ここでは、Bd=2mmの0.1%、すなわち2μ
m)だと、上記フレッチング試験で優れた耐久性は得ら
れなかった。
Sample Fretting Test Results (Increase in Vibration Value Before and After Test, mG) Example 13.1.
Example 22.9 Comparative Example 1152.3 Comparative Example 23.
2 The thickness of the nitrided layer 17 is less than 0.1% of the rolling element diameter (here, 0.1% of Bd = 2 mm, ie, 2 μm).
m), excellent durability was not obtained in the fretting test.

【0048】さらに、玉軸受10の非同期回転振れ(No
n Repeatable Run Out:NRRO)や振動を調べたの
で、説明する。
Further, the asynchronous rotational runout (No.
n Repeatable Run Out (NRRO) and vibration were examined, and will be explained.

【0049】ここでの試料は、上述した実施例1,2
と、比較例1,2を用いるので、説明を省略する。
The samples used here are the same as those in Examples 1 and 2 described above.
, And Comparative Examples 1 and 2 will be used, and the description will be omitted.

【0050】NRRO試験装置は、図4に示すものを用
いる。図例のNRRO試験装置において、20は試料軸
受、21はスピンドル軸、22はサーボモータ、23は
ゴムカップリング、24はフレーム、25は防振ゴム、
26はエアベアリング、27は非接触変位センサ、28
は信号処理装置である。
The NRRO test apparatus shown in FIG. 4 is used. In the illustrated NRRO test apparatus, reference numeral 20 denotes a sample bearing, 21 denotes a spindle shaft, 22 denotes a servomotor, 23 denotes a rubber coupling, 24 denotes a frame, 25 denotes an anti-vibration rubber,
26 is an air bearing, 27 is a non-contact displacement sensor, 28
Is a signal processing device.

【0051】この装置では、スピンドル軸21の径方向
の振れを測定して、この各回転ごとの振れを重ねた状態
での重ね幅をNRRO量としている。
In this apparatus, the run-out in the radial direction of the spindle shaft 21 is measured, and the overlap width in a state where the run-out for each rotation is overlapped is defined as the NRRO amount.

【0052】このNRRO測定の結果としては、比較例
1を「1」とすると、比較例2および実施例1,2は
「約0.1」となる。つまり、比較例2および実施例
1,2は比較例1よりも約1/10にと大幅に減少し
た。
As a result of the NRRO measurement, when Comparative Example 1 is “1”, Comparative Example 2 and Examples 1 and 2 are “about 0.1”. That is, Comparative Example 2 and Examples 1 and 2 were significantly reduced to about 1/10 of Comparative Example 1.

【0053】また、玉軸受10の振動測定については、
図5に示すように、振動ピックアップ31を水平姿勢の
スピンドル軸32に取り付けた玉軸受10の外輪12に
対して接触させることにより径方向での変位物理量を測
定している。
The vibration of the ball bearing 10 is measured as follows.
As shown in FIG. 5, the displacement physical quantity in the radial direction is measured by bringing the vibration pickup 31 into contact with the outer ring 12 of the ball bearing 10 attached to the spindle shaft 32 in a horizontal posture.

【0054】この振動測定の結果としては、比較例1を
「1」とすると、比較例2はおよび実施例1,2は「約
0.03」となる。つまり、比較例2および実施例1,
2は比較例1よりも約1/30にと大幅に減少した。し
かも、実施例1,2は比較例2とほぼ同等になった。
As a result of the vibration measurement, when Comparative Example 1 is "1", Comparative Example 2 and Examples 1 and 2 are "about 0.03". That is, Comparative Example 2 and Example 1,
Sample No. 2 was significantly reduced to about 1/30 of Comparative Example 1. Moreover, Examples 1 and 2 were almost equivalent to Comparative Example 2.

【0055】以上説明したように、玉13の表面にHv
1200以上の硬度を有する窒化層17を設けていれ
ば、玉13の耐摩耗性が向上し、軸受のフレッチング耐
久性をセラミックス製の玉を使用した場合と同等の性能
にまで向上させることができる。
As described above, the surface of the ball 13 has Hv
If the nitrided layer 17 having a hardness of 1200 or more is provided, the wear resistance of the ball 13 is improved, and the fretting durability of the bearing can be improved to the same performance as when a ceramic ball is used. .

【0056】しかも、玉13の品質について、「JIS
B 1501」のG3等級よりもさらに緻密に規定す
ることにより、玉軸受10に組み込む全玉13の品質を
高いレベルで均一化して、個体差を激減させていれば、
非同期回転振れ(NRRO)や振動を格段に小さくでき
るようになる。このような玉軸受10であれば、特に高
精度な回転性能が要求されるような装置に好適に利用で
きる。
In addition, regarding the quality of the ball 13, "JIS"
If the quality of all the balls 13 to be incorporated in the ball bearing 10 is made uniform at a high level and the individual difference is drastically reduced by specifying the density more precisely than the G3 class of "B1501",
Asynchronous rotational runout (NRRO) and vibration can be significantly reduced. Such a ball bearing 10 can be suitably used for a device that requires particularly high-precision rotation performance.

【0057】なお、本発明は上記実施形態にのみ限定さ
れるものではなく、種々な応用や変形が考えられる。例
えば上記実施形態では、玉軸受を例示したが、ころ軸受
も本発明に含まれる。
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various applications and modifications are conceivable. For example, in the above embodiment, a ball bearing has been exemplified, but a roller bearing is also included in the present invention.

【0058】[0058]

【発明の効果】請求項1から7の発明では、転がり軸受
の軌道輪および転動体を金属製とし、少なくとも転動体
にガス浸硫窒化処理を行うことで、表面の硬度を所定値
以上に設定しているから、セラミックス製の転動体を用
いる転がり軸受と遜色ないレベルで、耐摩耗性およびフ
レッチング耐久性が向上し、セラミックス製の転動体を
用いる転がり軸受に比べて安価で提供できる。
According to the first to seventh aspects of the present invention, the race of the rolling bearing and the rolling element are made of metal, and at least the rolling element is subjected to a gas nitrocarburizing treatment to set the surface hardness to a predetermined value or more. Therefore, the abrasion resistance and fretting durability are improved at a level comparable to that of a rolling bearing using a ceramic rolling element, and the rolling bearing can be provided at a lower cost than a rolling bearing using a ceramic rolling element.

【0059】特に、請求項2の発明では、少なくとも転
動体の表層の粗さを所定値以下に設定しているので、転
動体の転がりが円滑となり、振動を抑制するうえで有利
となる。
In particular, in the second aspect of the invention, at least the roughness of the surface layer of the rolling element is set to a predetermined value or less, so that the rolling element can smoothly roll, which is advantageous in suppressing vibration.

【0060】また、請求項3の発明では、転動体を形状
精度の高い玉としているので、転がりが円滑となり、振
動を抑制するうえで有利となり、特に高精度な回転性能
が要求されるような装置に好適に利用できる。
According to the third aspect of the present invention, since the rolling element is a ball having a high shape accuracy, the rolling becomes smooth, which is advantageous in suppressing vibration, and particularly, a high-precision rotation performance is required. It can be suitably used for an apparatus.

【0061】また、請求項4の発明では、少なくとも転
動体の表層の厚みを所定値以上に設定しているので、フ
レッチング耐久性の低下の原因となる凝着摩耗の発生を
防止することができる。
According to the fourth aspect of the present invention, since at least the thickness of the surface layer of the rolling element is set to a predetermined value or more, it is possible to prevent the occurrence of adhesive wear which causes a decrease in fretting durability. .

【0062】また、請求項5の発明では、転動体の材質
をマルテンサイト系ステンレス鋼としているので、ガス
浸硫窒化処理を実施しても母材の硬度低下が抑制でき、
軸受の寿命低下を抑制できるようになる。
According to the fifth aspect of the present invention, since the material of the rolling elements is martensitic stainless steel, a decrease in the hardness of the base material can be suppressed even when the gas sulfide nitriding treatment is performed.
The reduction in bearing life can be suppressed.

【0063】また、請求項6の発明では、ガス浸硫窒化
処理によって発生する転動体表面の歪みや、表面粗さの
悪化を、研磨仕上げで矯正できるので、非同期回転振れ
(NRRO)や振動を格段に小さくできるようになる。
According to the sixth aspect of the present invention, since the deformation of the rolling element surface and the deterioration of the surface roughness caused by the gas sulphonitriding can be corrected by polishing, the asynchronous rotational runout (NRRO) and vibration can be reduced. It will be much smaller.

【0064】また、請求項7の発明では、ガス浸硫窒化
処理時の硬化層と最終的に必要な硬化層の厚みを規定し
ているので、ガス浸硫窒化処理後の研磨仕上げによる取
り代を適正なものとすることができる。このことは、研
磨仕上げにおける取り代を小さくすることにつながるの
で、製造コストの低減に貢献できるようになる。
Further, in the invention of claim 7, since the thickness of the hardened layer at the time of the gas oxynitriding treatment and the finally required thickness of the hardened layer are specified, the allowance for the polishing finish after the gas oxynitriding is provided. Can be made appropriate. This leads to a reduction in the allowance in the polishing finish, which can contribute to a reduction in manufacturing cost.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の玉軸受の使用例としてのHDD装置を
示す断面図
FIG. 1 is a sectional view showing an HDD device as an example of using a ball bearing of the present invention.

【図2】本発明の一実施形態に係る玉軸受の上半分を示
す断面図
FIG. 2 is a sectional view showing an upper half of a ball bearing according to an embodiment of the present invention.

【図3】浸硫窒化処理により窒化層を設けた玉の表面を
拡大した断面図
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the surface of a ball provided with a nitrided layer by a nitrosulphurizing process.

【図4】NRRO試験装置の概略構成FIG. 4 is a schematic configuration of an NRRO test apparatus.

【図5】振動測定の形態を示す説明図FIG. 5 is an explanatory diagram showing a form of vibration measurement.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 玉軸受 11 内輪 12 外輪 13 玉 14 保持器 20 玉の窒化層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Ball bearing 11 Inner ring 12 Outer ring 13 Ball 14 Cage 20 Nitride layer of ball

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 3J101 AA03 AA32 AA42 AA62 BA02 BA10 DA02 DA11 EA03 EA06 FA44 GA53  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 3J101 AA03 AA32 AA42 AA62 BA02 BA10 DA02 DA11 EA03 EA06 FA44 GA53

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】軌道輪および転動体を金属製とした転がり
軸受であって、 少なくとも転動体の表面に、ガス浸硫窒化処理によりビ
ッカース硬さ(Hv)で1200以上の硬度を有する層
が設けられていることを特徴とする転がり軸受。
1. A rolling bearing in which a bearing ring and a rolling element are made of metal, wherein a layer having a hardness of 1200 or more in Vickers hardness (Hv) is provided on at least the surface of the rolling element by gas sulphonitriding. A rolling bearing characterized by being made.
【請求項2】軌道輪および転動体を金属製とした転がり
軸受であって、 少なくとも転動体の表面に、ビッカース硬さ(Hv)で
1200以上の硬化層を有し、転動体の表面粗さが、中
心線平均粗さ(Ra)で0.001μm以下であること
を特徴とする転がり軸受。
2. A rolling bearing in which a bearing ring and a rolling element are made of metal, wherein at least a surface of the rolling element has a hardened layer having a Vickers hardness (Hv) of 1200 or more, and a surface roughness of the rolling element. However, the rolling bearing has a center line average roughness (Ra) of 0.001 μm or less.
【請求項3】請求項1または2の転がり軸受において、 前記転動体が、0.05μm以下の真球度を有する玉で
あることを特徴とする転がり軸受。
3. The rolling bearing according to claim 1, wherein the rolling element is a ball having a sphericity of 0.05 μm or less.
【請求項4】請求項1から3のいずれかの転がり軸受に
おいて、 前記硬化層が、転動体の直径寸法の0.1%以上である
ことを特徴とする転がり軸受。
4. The rolling bearing according to claim 1, wherein the hardened layer has a diameter of 0.1% or more of a rolling element.
【請求項5】請求項1から4のいずれかの転がり軸受に
おいて、 前記転動体が、マルテンサイト系ステンレス鋼であるこ
とを特徴とする転がり軸受。
5. The rolling bearing according to claim 1, wherein the rolling element is made of martensitic stainless steel.
【請求項6】請求項1から5のいずれかの転がり軸受に
おいて、 前記転動体の表層が、ガス浸硫窒化処理を施してから研
磨仕上げすることにより得られる窒化層であることを特
徴とする転がり軸受。
6. The rolling bearing according to claim 1, wherein a surface layer of said rolling element is a nitrided layer obtained by subjecting to a gas sulphonitriding process and then polishing and finishing. Rolling bearing.
【請求項7】請求項6の転がり軸受において、 前記窒化層の厚みが、前記ガス浸硫窒化処理を施した時
点で、一旦、転動体の直径寸法の1%以上に設定されて
いて、前記研磨仕上げ処理を施すことにより転動体の直
径寸法の0.1%以上に設定されることを特徴とする転
がり軸受。
7. The rolling bearing according to claim 6, wherein the thickness of said nitrided layer is once set to 1% or more of a diameter of a rolling element at the time of performing said gas sulfide nitriding treatment. A rolling bearing characterized in that the diameter is set to 0.1% or more of a rolling element by performing a polishing finish treatment.
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