JP2004092742A - 転がり軸受及び転がり軸受用材料 - Google Patents
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Abstract
【課題】静粛性に優れていると共に耐食性と耐寿命性を備えた低コストの転がり軸受及び転がり軸受用材料を提供すること。
【解決手段】内輪２と外輪１の間に複数個の転動体３を備えている。内輪２および外輪１の少なくとも一方をマルテンサイト系ステンレス鋼とし、このステンレス鋼の含有する共晶炭化物の長径は３０μｍ以下であり、共晶炭化物の円相当直径の平均値は０．３〜１．６μｍであり、共晶炭化物の平均面積は０．１〜２μｍ２であり、共晶炭化物の面積率は２〜７％であり、共晶炭化物の形態はＣｒ ２３Ｃ６ が９８％以上であり、ステンレス鋼の硬度はＨＲＣ５８〜６２であり、ステンレス鋼中の残留オーステナイト量が６容量％以下である。
【選択図】 図１
【解決手段】内輪２と外輪１の間に複数個の転動体３を備えている。内輪２および外輪１の少なくとも一方をマルテンサイト系ステンレス鋼とし、このステンレス鋼の含有する共晶炭化物の長径は３０μｍ以下であり、共晶炭化物の円相当直径の平均値は０．３〜１．６μｍであり、共晶炭化物の平均面積は０．１〜２μｍ２であり、共晶炭化物の面積率は２〜７％であり、共晶炭化物の形態はＣｒ ２３Ｃ６ が９８％以上であり、ステンレス鋼の硬度はＨＲＣ５８〜６２であり、ステンレス鋼中の残留オーステナイト量が６容量％以下である。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、転がり軸受及び転がり軸受用材料に関するものであり、特に、ＶＴＲ、コンピュータ周辺機器等の精密機器の回転部に好適な転がり軸受及び転がり軸受用材料に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より使用されている軸受鋼としては、以下に説明するようなものが使用されている。
【０００３】
玉軸受、ころ軸受のような転がり軸受において接触面圧が１０００〜１３００ＭＰａ、場合によっては３０００〜４０００ＭＰａにも達する軸受には、炭素含有量が多い高炭素クロム軸受鋼や表面を浸炭するはだ焼鋼が用いられている。高炭素クロム軸受鋼は、１．１％Ｃ−１〜１．５％Ｃｒを主成分とし、ＭｎとＭｏの添加量によって焼入性に変化を持たせている。この鋼種は、１０５０〜１１２０Ｋの温度から焼入れしたのち、４２０〜４７０Ｋで焼もどし、７〜８％の球状セメンタイトがマルテンサイト中に分散した組織として使用されるもので、焼もどし後の硬さがＨＲＣ５８〜６４と高いため、地きず、非金属介在物の少ない清浄な鋼が望まれ、現在ではほとんど真空脱ガスによる炭素脱酸を利用して製造され、さらに、必要に応じてエレクトロスラグ再溶解や真空アーク再溶解などの特殊溶解法を組み合わせて非金属介在物の低減、微細化を図った材料が使われている。
【０００４】
また、浸炭軸受は、はだ焼鋼を浸炭して作られるので、高い表層硬さと柔軟な心部を有しており、特に衝撃荷重を受ける用途に適している。
【０００５】
また、３９０Ｋを超える環境下で用いられる軸受では、低温焼きもどしタイプの鋼は組織変化を起こし、軟化や寸法変化が生じるので使用できない。そこで、Ｍ５０（０．８Ｃ−４Ｃｒ−４．３Ｍｏ−１Ｖ）やＴ１（０．７Ｃ−４Ｃｒ−１８Ｗ−１Ｖ）などの高温焼もどしタイプの高炭素高合金鋼が使われている。
【０００６】
ところが、従来の軸受鋼には、それぞれ次に説明するような欠点がある。
【０００７】
すなわち、はだ焼鋼は、高炭素クロム軸受鋼に比べて溶解精錬上、酸素含有量を下げにくく、酸化物系非金属介在物を生じやすく、転動寿命を低下させる要因となる。
【０００８】
また、高炭素高合金鋼も、転動寿命を低下させる巨大炭化物が生成しやすい。
【０００９】
この点で高炭素クロム軸受鋼にはこのような欠点がなく、また高い加工精度を得ることができるので、回転時の静粛性を特に要求される精密機器の回転部に使用するのに適している。ところが、高炭素クロム軸受鋼には錆がつきやすく、外表面に防錆油を塗布する必要があり、この防錆油がガス化することにより精密機器の作動障害を引き起こすことがある。
【００１０】
そこで、腐食性雰囲気で使用される軸受けには、耐食性と耐摩耗性に優れたＳＵＳ４４０Ｃ鋼相当のマルテンサイト系ステンレス鋼が使用されている。しかし、このステンレス鋼には、溶鋼が凝固する際に共晶反応により生じる共晶炭化物や溶鋼中の原材料の不純物が化学変化して発生するアルミナ等の非金属介在物が存在し、鋼材を切削加工する際、共晶炭化物や非金属介在物と鋼材の組織との間に被削性の差が生じて高精度の切削加工を施すことができず、特に転がり軸受においては、内外輪の転動溝を高精度に加工することができないので、回転時の振動により発生する騒音が大きく、精密機器の回転部に用いることができない。
【００１１】
そこで、静粛性に優れ、且つ耐摩耗性と耐食性に優れた転がり軸受として、特開平６−１１７４３９号公報には、「内外輪間に高炭素クロム軸受鋼からなる複数個のボールを設け、内輪、外輪の少なくとも一方を、硬度がＨＲＣ５８以上であり、かつ共晶炭化物の径が１０μｍ以下のマルテンサイト系ステンレス鋼で構成してなる玉軸受」が提案されている。
【００１２】
また、特公平５−２７３４号公報には、「アウターレースとインナーレースとの間に複数個の転動体を介装したステンレス鋼製の転がり軸受において、上記ステンレス鋼は、重量比でＣ：０．６〜０．７５％、Ｓｉ：０．１〜０．８％、Ｍｎ：０．３〜０．８％、Ｃｒ：１０．５〜１３．５％、残部Ｆｅおよび不可避的に混入する不純物からなり、その含有する共晶炭化物を長径で２０μｍ以下、面積率１０％以下としたことを特徴とする転がり軸受」が提案されている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
共晶炭化物が巨大化すると、巨大な炭化物が軸受の表面に現れた場合、上記したように、この炭化物と周囲の基地との被削性の差により、正しい仕上げ面形状にするのが困難で、回転時の静粛性に問題がある。また、巨大炭化物は、軸受として使用中に周囲の基地との間に耐摩耗性の差を生じ、割れて表面から脱落することにより表面形状を乱して静粛性を著しく低下させる。そこで、炭化物の大きさを極力小さくすることは、軸受表面に炭化物が現れにくくなるので好ましく、上記特許公報に記載されているように、炭化物の径を２０μｍ以下または１０μｍ以下にすることは、静粛性の改善に効果がある。ところが、炭化物のサイズを抑えるだけでは満足する静粛性のレベルを得ることはできない。一方、炭化物径をそのように小さくするためには製造技術上の付加工程が必要であり、大幅な製造コストの上昇を招くので、現実的な手段ではない。
【００１４】
本発明は従来の技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、静粛性に優れていると共に耐食性と耐寿命性（耐摩耗性に相当するもの）を備えた低コストの転がり軸受及び転がり軸受用材料を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、ステンレス鋼中の共晶炭化物の最大長径、共晶炭化物の円相当直径の平均値、共晶炭化物の平均面積、共晶炭化物の面積率および共晶炭化物の形態ならびにステンレス鋼の硬度、ステンレス鋼中の残留オーステナイト量に着目し、それらの数値と被削性（加工性）、転がり軸受としての静粛性、耐寿命性および製造コストなどとの関係について鋭意研究した結果成し得たものである。
【００１６】
すなわち、共晶炭化物の最大長径を小さくすることは転がり軸受の静粛性改善に効果があることは明らかであるが、現実的には、最大長径が２０μｍより大きい共晶炭化物の数は極めて少なく、しかも、その大きな共晶炭化物が転動体と接触する面に出現する確率は極めて低い。その上、最大長径が２０μｍより大きい共晶炭化物の発生をゼロにすることは、量産工程のための一般的な製造技術では困難で、余分な付加工程を必要とするために製造コストを大幅に上昇させる。この点で、製造コストを考慮した場合、共晶炭化物の長径を３０μｍ以下にすることで、被削性の改善に一定の効果が得られ、しかも、製造コストの上昇を招かないので、好ましい。
【００１７】
また、共晶炭化物の円相当直径の平均値は、一般的に約２．０〜２．８μｍであるが、この円相当直径の平均値を小さくすることは、被削性の改善に効果があり、０．３〜１．６μｍとすることが好ましい。なお、円相当直径の平均値とは、共晶炭化物各々の面積を画像解析装置で求め、その面積を円に換算したときの直径の平均値をいう。
【００１８】
さらに、共晶炭化物の平均面積は、一般的に約３．０〜６．０μｍ２ であるが、この平均面積を小さくすることは、被削性の改善に効果があり、０．１〜２μｍ２ とすることが好ましい。
【００１９】
また、被削性の改善のためには、共晶炭化物の絶対量を制限することが好ましく、そのため、共晶炭化物の面積率は、２〜７％とすることが好ましい。なお、面積率とは、視野の全測定面積に占める共晶炭化物の総面積の割合（百分率）をいう。
【００２０】
さらに、通常の共晶炭化物の形態には、Ｃｒ２３Ｃ６、Ｃｒ３Ｃ２、Ｃｒ７Ｃ３、Ｆｅ３Ｃ、（Ｃｒ、Ｆｅ）２３Ｃ６等があり、従来の転がり軸受に用いられているマルテンサイト系ステンレス鋼では、Ｃｒ２３Ｃ６ の形態を持つ共晶炭化物が９０〜９５％であり、残りは、Ｃｒ３Ｃ２、Ｃｒ７Ｃ３、Ｆｅ３Ｃ、（Ｃｒ、Ｆｅ）２３ Ｃ６ 等である。被削性、静粛性、耐寿命性などの点より、脆いＦｅ炭化物より粘いＣｒ炭化物の方が好ましく、さらに、Ｃｒ炭化物の中でも硬度の低いＣｒ２３Ｃ６ の形態を持つ共晶炭化物が多い方が被削性、静粛性および耐寿命性改善に効果があり、この点で、共晶炭化物の形態はＣｒ２３Ｃ６ が９８％以上であることが好ましい。 また、軌道面あるいは転動面の転がり寿命ならびに耐摩耗性と靱性を確保するために、ステンレス鋼の硬度は、ロックウエル硬さＣスケール（ＨＲＣ）で、５８〜６２であるのが好ましい。
【００２１】
荷重や衝撃によって軌道面あるいは転動面に有害な永久変形を生じさせないようにするためには、残留オーステナイト量を少なく抑えることが必要で、６容量％以下であることが好ましい。残留オーステナイト量を少なく抑えることで、軌道面あるいは転動面の耐圧痕性を向上させる効果のほか、この軌道面あるいは転動面の表面精度が経時的に劣化することを防止することもできる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
すなわち、本発明は、内輪と外輪の間に複数個の転動体を備えてなる転がり軸受において、上記内輪および外輪の少なくとも一方をマルテンサイト系ステンレス鋼とし、このステンレス鋼の含有する共晶炭化物の長径は３０μｍ以下であり、共晶炭化物の円相当直径の平均値は０．３〜１．６μｍであり、共晶炭化物の平均面積は０．１〜２μｍ２ であり、共晶炭化物の面積率は２〜７％であり、共晶炭化物の形態はＣｒ２３Ｃ６ が９８％以上であり、ステンレス鋼の硬度はＨＲＣ５８〜６２であり、ステンレス鋼中の残留オーステナイト量が６容量％以下であることを特徴とする転がり軸受を第一の発明とし、
軸の外周に転動溝を形成し、この転動溝と外輪内周の転動溝との間に複数個の転動体を備えてなる転がり軸受において、上記内輪および外輪の少なくとも一方をマルテンサイト系ステンレス鋼とし、このステンレス鋼の含有する共晶炭化物の長径は３０μｍ以下であり、共晶炭化物の円相当直径の平均値は０．３〜１．６μｍであり、共晶炭化物の平均面積は０．１〜２μｍ２ であり、共晶炭化物の面積率は２〜７％であり、共晶炭化物の形態はＣｒ２３Ｃ６ が９８％以上であり、ステンレス鋼の硬度はＨＲＣ５８〜６２であり、ステンレス鋼中の残留オーステナイト量が６容量％以下であることを特徴とする転がり軸受を第二の発明とし、 重量比で、Ｃが０．６〜０．７５％、Ｓｉが１％以下、Ｍｎが１％以下、Ｐが０．０３％以下、Ｓが０．０２％以下、Ｃｒが１１．５〜１３．５％、Ｍｏが０．３％以下、Ｖが０．１５％以下、Ｔｉが１５ｐｐｍ以下、 Ｏが３５ｐｐｍ以下で、 残部がＦｅおよび不可避的に混入する不純物からなるマルテンサイト系ステンレス鋼で、このステンレス鋼の含有する共晶炭化物の長径は３０μｍ以下であり、共晶炭化物の円相当直径の平均値は０．３〜１．６μｍであり、共晶炭化物の平均面積は０．１〜２μｍ２ であり、共晶炭化物の面積率は２〜７％であり、共晶炭化物の形態はＣｒ２３Ｃ６ が９８％以上であり、ステンレス鋼の硬度はＨＲＣ５８〜６２であり、ステンレス鋼中の残留オーステナイト量が６容量％以下であることを特徴とする転がり軸受用材料を第三の発明とする。
【００２３】
本発明において、「静粛性」とは、「ある金属材料を転動体または内輪もしくは外輪に加工して転がり軸受に組み立て、その軸受を精密機器に組み込んで運転したとき、その精密機器が発する騒音のうち、金属材料に起因する騒音の少なさ」をいう。その騒音は、転がり軸受が回転作動中に発生する振動によるものであり、この振動発生は上記したように転動体や内輪、外輪の形状精度に大きく依存する。精密機器分野で用いられている比較的小型の転がり軸受は、他の用途では問題とならないような静粛性が重要な問題である。
【００２４】
そこで、内輪および外輪の少なくとも一方をマルテンサイト系ステンレス鋼とすることで、錆が発生しにくく、耐食性の向上と耐寿命性の向上を図ることができる。
【００２５】
そして、ステンレス鋼の含有する共晶炭化物の長径を３０μｍ以下とすることで、製造コストを上昇することなく被削性の改善を図ることができる。
【００２６】
また、その共晶炭化物の円相当直径の平均値を１．６μｍ以下とし、共晶炭化物の平均面積を２μｍ２ 以下とし、共晶炭化物の面積率を７％以下とすることで、被削性を一層改善し、静粛性を大幅に向上することができる。
【００２７】
しかし、共晶炭化物の円相当直径の平均値、平均面積および面積率を過度に低下させるには、そのための特別の製造工程が必要で、製造コストの大幅な上昇を招くことにつながる。そこで、共晶炭化物の円相当直径の平均値が０．３μｍ以上で、共晶炭化物の平均面積が０．１μｍ２ 以上で、共晶炭化物の面積率が２％以上の範囲であれば、ほぼ通常の製造工程に従って製造できるので、製造コストをほとんど上昇させることなく、経済的な製造システムを達成できる。
【００２８】
さらに、共晶炭化物の形態は、Ｃｒ２３Ｃ６ を９８％以上とすることで、被削性、静粛性および耐寿命性などを改善することができる。
【００２９】
また、ステンレス鋼の硬度をＨＲＣ５８〜６２とすることにより、軌道面あるいは転動面の転がり寿命ならびに耐摩耗性および靱性を確保することができる。
【００３０】
そして、ステンレス鋼中の残留オーステナイト量を６容量％以下とすることにより、耐圧痕性を向上させ、軌道面あるいは転動面の表面精度の経時的劣化を防止することができる。
【００３１】
本発明のステンレス鋼の成分（重量％）の限定理由は、以下の通りである。
【００３２】
Ｃは、高温強度と耐摩耗性を付与するために必須の構成元素であり、０．６％以上は必要であるが、多すぎると大きな共晶炭化物が生成し、被削性を低下させ、耐食性も悪くなるので、０．７５％以下とするのが好ましい。
【００３３】
Ｓｉを１％以下、Ｍｎを１％以下、Ｐを０．０３％以下、Ｓを０．０２％以下、Ｍｏを０．３％以下、Ｖを０．１５％以下、Ｔｉを１５ｐｐｍ以下、 Ｏを３５ｐｐｍ 以下とするのは、これらの元素が多すぎると加工硬化を助長し被削性が低下するので、被削性を低下させず、また、非金属介在物の生成を抑制するためにそれらの元素を上記数値以下に抑えるのである。さらに、それらの元素が多すぎると、焼き入れ性を低下させ、マルテンサイト化率が低下するという不都合な点もある。
【００３４】
ＣｒはＣと結合して炭化物を形成し、耐寿命性を高めるとともに基地に固溶したＣｒは耐食性を増すので、１１．５％以上必要である。しかし、多すぎると、焼き入れ硬さが低下するので、Ｃ含有量との関係でＣｒは１３．５％以下にするのが好ましい。
【００３５】
【実施例】
以下に本発明の実施例を図面を参照しながら説明するが、本発明は下記実施例に限定されるものではない。
【００３６】
図１において、１は外輪、２は内輪、３は転動体を示す。外輪１内周の転動溝４と内輪２外周の転動溝５との間には、高炭素クロム軸受鋼（ＳＵＪ２）からなる複数個の転動体３が充填してある。外輪１と内輪２の材料に、表１に示すような組成（重量％）のマルテンサイト系ステンレス鋼を用いた場合（実施例１）と、外輪１の材料のみに表１に示すような組成のマルテンサイト系ステンレス鋼を用い、内輪２は高炭素クロム軸受鋼（ＳＵＪ２）とした場合（実施例２）のステンレス鋼の含有する共晶炭化物の面積率、最大長径、円相当直径の平均値、平均面積および共晶炭化物の形態の中のＣｒ２３Ｃ６ の比率（％）ならびにステンレス鋼のロックウエル硬さＣスケール（ＨＲＣ）とステンレス鋼中の残留オーステナイト量（容量％）は表２に示す通りである。
【００３７】
図２において、軸６の外周に刻まれた転動溝７と外輪１内周の転動溝４との間には、高炭素クロム軸受鋼（ＳＵＪ２）からなる複数個の転動体３が充填してある（実施例３）。本実施例３においては、外輪１および軸６の材料には、表１に示すような組成のマルテンサイト系ステンレス鋼を用い、転動体３には高炭素クロム軸受鋼（ＳＵＪ２）を使用した。この場合のステンレス鋼の含有する共晶炭化物の面積率、最大長径、円相当直径の平均値、平均面積および共晶炭化物の形態の中のＣｒ２３Ｃ６ の比率（％）ならびにステンレス鋼のロックウエル硬さＣスケール（ＨＲＣ）とステンレス鋼中の残留オーステナイト量（容量％）は表２に示す通りである。実施例３では、外輪１と軸６の両方をマルテンサイト系ステンレス鋼としているが、使用条件によっては、耐食性と高温強度が必要な一方だけをマルテンサイト系ステンレス鋼とすることができる。
【００３８】
上記マルテンサイト系ステンレス鋼を得るに際して、１０２５℃から水焼き入れを行った後、サブゼロ処理（−８０℃）を行い、１７０℃に焼き戻した。
【００３９】
【表１】
【００４０】
【表２】
【００４１】
ステンレス鋼中の共晶炭化物の面積率、最大長径、円相当直径の平均値、平均面積ならびに共晶炭化物の形態は、不純物元素の管理、原料の調製や精錬、造塊などの製造工程での製造条件（例えば、精錬時間、脱ガス条件、拡散熱処理工程の挿入など）により制御することができる。しかし、共晶炭化物の最大長径を２０μｍ以下にするためには、特別の原料を用いて製造工程も増えるため、大幅な製造コストの上昇を招くことになる。
【００４２】
ステンレス鋼の硬度とステンレス鋼中の残留オーステナイト量は、焼き入れに際しての加熱温度と加熱時間、冷却速度、冷却媒体、冷却温度と時間、焼き戻し温度と焼き戻し時間などにより制御することができる。
【００４３】
本実施例１〜３の転がり軸受に関する振動および騒音の評価試験をＡＦＢＭＡ（Ｔｈｅ Ａｎｔｉ−Ｆｒｉｃｔｉｏｎ Ｂｅａｒｉｎｇ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｒｓ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ，Ｉｎｃ．） の規格に準拠して行った成績（アンデロン値）と、それら転がり軸受の加工性（被削性）、耐寿命性およびコストを指数表示したものを表２に記載する。
【００４４】
表２には、比較例１〜３と従来例１、２の評価結果も同時に示されているが、比較例１〜３は、実施例１と同様に、転動体３が高炭素クロム軸受鋼であって、外輪１と内輪２の材料に表１に示す組成のマルテンサイト系ステンレス鋼を用い、ステンレス鋼の含有する共晶炭化物の面積率、最大長径、円相当直径の平均値、平均面積ならびに共晶炭化物の形態の中のＣｒ２３Ｃ６ の比率（％）とステンレス鋼中の残留オーステナイト量（容量％）の中の少なくとも１つの特性値が、本発明の範囲を外れるものである。また、従来例１、２は、外輪１、内輪２および転動体３の材料すべてが表１に示す組成のマルテンサイト系ステンレス鋼であり、ステンレス鋼の含有する共晶炭化物の円相当直径の平均値、平均面積ならびに共晶炭化物の形態の中のＣｒ２３Ｃ６ の比率（％）とステンレス鋼中の残留オーステナイト量（容量％）の中の少なくとも１つの特性値が、本発明の範囲を外れるものである。
【００４５】
表２において、アンデロン値のＭ、Ｈは、それぞれ測定周波数帯域の区分で、Ｍは中周波数帯域（３００−１８００Ｈｚ）、Ｈは高周波数帯域（１８００−１００００Ｈｚ）を示している。同一周波数帯域では、アンデロン値が低いほど静粛性が優れていることを示す。
【００４６】
加工性、耐寿命性およびコストについては、従来例１を１００とした指数で表示し、数値の小さい方がこれらの特性が優れていることを示す。なお、加工性の評価は、精密旋盤により外周切削、突切切削を行って付加電流増分の比較測定により行い、耐寿命性の評価は、使用箇所により決まる仕様に基づいて、２０℃、８０℃、１００℃などの温度で一定時間加熱し、合計約１０００時間回転させ、その後の回転調子（音響、振動など）やグリス状態を比較することにより行った。
表２より、以下のことが指摘できる。
（１）比較例２の炭化物の面積率、最大長径、円相当直径の平均値および平均面積が最も小さいので、アンデロン値は低い。しかし、これらの数値を低くするために特別の製造工程が必要であり、そのための製造コストが極めて高くつき、経済的な材料とは言えない。また、炭化物の形態もＣｒ２３Ｃ６ が９５％と少なく、Ｆｅ３Ｃ、Ｃｒ７Ｃ３、Ｃｒ３Ｃ２ などが存在するため、耐寿命性がそれほど優れているとは言えない。
（２）比較例１と従来例１、２は、炭化物の最大長径は実施例１〜３より短いが、円相当直径の平均値および平均面積が本発明の範囲を外れており、実施例１〜３よりアンデロン値が大きい。さらに、これら比較例１と従来例１、２は、炭化物の最大長径を小さくするために、実施例１〜３よりコストが高くなり、特に、従来例２と比較例１の炭化物の最大長径はそれぞれ８μｍ、１２μｍと小さく、これらは円相当直径の平均値も比較的小さいので、そのための製造コストが極めて高い。
（３）比較例３は、炭化物の面積率、最大長径、円相当直径の平均値および平均面積のすべてが本発明の範囲を外れており、アンデロン値が極めて大きい。
（４）以上の比較例や従来例に比して、実施例１〜３は、炭化物に関して本発明の範囲内の適正な面積率、最大長径、円相当直径の平均値、平均面積を有しており、炭化物の形態のＣｒ２３Ｃ６ の比率（％）やステンレス鋼の硬度やステンレス鋼中の残留オーステナイト量（容量％）に関しても、本発明の範囲内の適正な数値を有しているので、アンデロン値は比較例２と遜色ないレベルであり、加工性、耐寿命性およびコスト面のすべてが従来例より良好なレベルである。
【００４７】
これら円相当直径の平均値とアンデロン値（Ｍ）の関係を図３に示し、最大長径とコスト指数の関係を図４に示し、炭化物の形態の中のＣｒ２３Ｃ６ の比率（％）と耐寿命性指数の関係を図５に示す。図３、４、５において、「◎」は実施例、「▲」は比較例、「●」は従来例を示す。図３と図４と図５は、アンデロン値が低く、低コストで、しかも高い耐寿命性を有するという本発明の特徴を如実に示していると言える。
【００４８】
図４において、コストが最も低いのは比較例３であるが、この比較例３は、図３に示すように、アンデロン値が極めて高い。また、図３において、比較例２のアンデロン値が極めて低いが、この比較例２は、図４に示すように、コストが極めて高くなる。さらに、図５において、炭化物の形態の中のＣｒ２３Ｃ６ の比率（％）＝９８％付近を臨界点として耐寿命性が急激に変化し、Ｃｒ２３Ｃ６ の比率を９８％以上とすることで、耐寿命性が大きく改善されることが分かる。
【００４９】
表２の炭化物の面積率、最大長径、円相当直径の平均値および平均面積は、 ステンレス鋼測定試片を樹脂に埋め込み、研磨仕上げし、金属顕微鏡で観察し、代表視野を４００倍で写真にとり、画像解析装置により測定した結果である。
【００５０】
最大長径の共晶炭化物が研磨仕上げした面に出現することは稀にしか期待できないので、転がり軸受を酸の溶液中で定電流電解により溶解し、炭化物をフィルターにて濾過し、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で組織観察を行った結果（２０００倍）を示すのが図６である。図６において、白色の塊部分が炭化物を示す。
【００５１】
ステンレス鋼の共晶炭化物の形態分析は、試料を電解抽出法で処理し、Ｘ線回折定性分析により行った。分析条件は、ターゲットがＣｕで、加速電圧が４０ｋＶで、試料電流が２００ｍＡで、測定角度（２θ）が５〜１００°である。解析方法は、Ｘ線回折波形を測定し、化合物形態をライブラリー検索する方法により行った。
【００５２】
その結果、炭化物であると同定された化合物のスペクトル強度比を比較し、Ｃｒ２３Ｃ６ が一定のスペクトル強度比Ｓ１を示し、他の炭化物が全く同定されなかった場合、ステンレス鋼中の共晶炭化物の形態は、Ｃｒ２３Ｃ６ が１００％である。
【００５３】
一方、Ｃｒ２３Ｃ６ 以外の形態の炭化物があるスペクトル強度比Ｓ２を示した場合、ステンレス鋼中の共晶炭化物は、Ｃｒ２３Ｃ６ と他の形態の炭化物から構成されており、このときのＣｒ２３Ｃ６ の比率＝（Ｓ１／（Ｓ１＋Ｓ２））×１００（％）である。
【００５４】
ステンレス鋼中の残留オーステナイトの容量（％）の測定は、試料を電解抽出法で処理し、表面Ｘ線回折法により行った。分析条件は、ターゲットがＣｕで、加速電圧が４０ｋＶで、試料電流が１８０ｍＡで、走査範囲は、４１．２〜４６．７０５°である。解析方法は、ミラー指数ｈ、ｋ、ｌの回折線の積分強度より結晶構造を同定し、残留オーステナイト量の相対的な容量比を決定する方法により行った。
【００５５】
なお、Ｘ線回折装置は、理学電機社製のＲＩＮＴ１５００／２０００ 型を用いた。
【００５６】
【発明の効果】
本発明は上記のとおり構成されており、静粛性に優れていると共に耐食性と耐寿命性を備えた低コストの転がり軸受及び転がり軸受用材料を提供することができる。特に、本発明は、ＶＴＲ、コンピューター周辺機器等の精密機器のコストダウンおよび静粛性向上に寄与する産業上の効果の大きな発明である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の転がり軸受の実施例の縦断面図である。
【図２】本発明の転がり軸受の別の実施例の縦断面図である。
【図３】共晶炭化物の円相当直径の平均値（μｍ）とアンデロン値（Ｍ）の関係を示す図である。
【図４】共晶炭化物の最大長径（μｍ）とコスト指数の関係を示す図である。
【図５】共晶炭化物の形態がＣｒ２３Ｃ６ である化合物の比率（％）と耐寿命性指数の関係を示す図である。
【図６】ステンレス鋼に析出した炭化物のＳＥＭ像を示す図である。
【符号の説明】
１…外輪
２…内輪
３…転動体
４、５、７…転動溝
６…軸
【発明の属する技術分野】
本発明は、転がり軸受及び転がり軸受用材料に関するものであり、特に、ＶＴＲ、コンピュータ周辺機器等の精密機器の回転部に好適な転がり軸受及び転がり軸受用材料に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より使用されている軸受鋼としては、以下に説明するようなものが使用されている。
【０００３】
玉軸受、ころ軸受のような転がり軸受において接触面圧が１０００〜１３００ＭＰａ、場合によっては３０００〜４０００ＭＰａにも達する軸受には、炭素含有量が多い高炭素クロム軸受鋼や表面を浸炭するはだ焼鋼が用いられている。高炭素クロム軸受鋼は、１．１％Ｃ−１〜１．５％Ｃｒを主成分とし、ＭｎとＭｏの添加量によって焼入性に変化を持たせている。この鋼種は、１０５０〜１１２０Ｋの温度から焼入れしたのち、４２０〜４７０Ｋで焼もどし、７〜８％の球状セメンタイトがマルテンサイト中に分散した組織として使用されるもので、焼もどし後の硬さがＨＲＣ５８〜６４と高いため、地きず、非金属介在物の少ない清浄な鋼が望まれ、現在ではほとんど真空脱ガスによる炭素脱酸を利用して製造され、さらに、必要に応じてエレクトロスラグ再溶解や真空アーク再溶解などの特殊溶解法を組み合わせて非金属介在物の低減、微細化を図った材料が使われている。
【０００４】
また、浸炭軸受は、はだ焼鋼を浸炭して作られるので、高い表層硬さと柔軟な心部を有しており、特に衝撃荷重を受ける用途に適している。
【０００５】
また、３９０Ｋを超える環境下で用いられる軸受では、低温焼きもどしタイプの鋼は組織変化を起こし、軟化や寸法変化が生じるので使用できない。そこで、Ｍ５０（０．８Ｃ−４Ｃｒ−４．３Ｍｏ−１Ｖ）やＴ１（０．７Ｃ−４Ｃｒ−１８Ｗ−１Ｖ）などの高温焼もどしタイプの高炭素高合金鋼が使われている。
【０００６】
ところが、従来の軸受鋼には、それぞれ次に説明するような欠点がある。
【０００７】
すなわち、はだ焼鋼は、高炭素クロム軸受鋼に比べて溶解精錬上、酸素含有量を下げにくく、酸化物系非金属介在物を生じやすく、転動寿命を低下させる要因となる。
【０００８】
また、高炭素高合金鋼も、転動寿命を低下させる巨大炭化物が生成しやすい。
【０００９】
この点で高炭素クロム軸受鋼にはこのような欠点がなく、また高い加工精度を得ることができるので、回転時の静粛性を特に要求される精密機器の回転部に使用するのに適している。ところが、高炭素クロム軸受鋼には錆がつきやすく、外表面に防錆油を塗布する必要があり、この防錆油がガス化することにより精密機器の作動障害を引き起こすことがある。
【００１０】
そこで、腐食性雰囲気で使用される軸受けには、耐食性と耐摩耗性に優れたＳＵＳ４４０Ｃ鋼相当のマルテンサイト系ステンレス鋼が使用されている。しかし、このステンレス鋼には、溶鋼が凝固する際に共晶反応により生じる共晶炭化物や溶鋼中の原材料の不純物が化学変化して発生するアルミナ等の非金属介在物が存在し、鋼材を切削加工する際、共晶炭化物や非金属介在物と鋼材の組織との間に被削性の差が生じて高精度の切削加工を施すことができず、特に転がり軸受においては、内外輪の転動溝を高精度に加工することができないので、回転時の振動により発生する騒音が大きく、精密機器の回転部に用いることができない。
【００１１】
そこで、静粛性に優れ、且つ耐摩耗性と耐食性に優れた転がり軸受として、特開平６−１１７４３９号公報には、「内外輪間に高炭素クロム軸受鋼からなる複数個のボールを設け、内輪、外輪の少なくとも一方を、硬度がＨＲＣ５８以上であり、かつ共晶炭化物の径が１０μｍ以下のマルテンサイト系ステンレス鋼で構成してなる玉軸受」が提案されている。
【００１２】
また、特公平５−２７３４号公報には、「アウターレースとインナーレースとの間に複数個の転動体を介装したステンレス鋼製の転がり軸受において、上記ステンレス鋼は、重量比でＣ：０．６〜０．７５％、Ｓｉ：０．１〜０．８％、Ｍｎ：０．３〜０．８％、Ｃｒ：１０．５〜１３．５％、残部Ｆｅおよび不可避的に混入する不純物からなり、その含有する共晶炭化物を長径で２０μｍ以下、面積率１０％以下としたことを特徴とする転がり軸受」が提案されている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
共晶炭化物が巨大化すると、巨大な炭化物が軸受の表面に現れた場合、上記したように、この炭化物と周囲の基地との被削性の差により、正しい仕上げ面形状にするのが困難で、回転時の静粛性に問題がある。また、巨大炭化物は、軸受として使用中に周囲の基地との間に耐摩耗性の差を生じ、割れて表面から脱落することにより表面形状を乱して静粛性を著しく低下させる。そこで、炭化物の大きさを極力小さくすることは、軸受表面に炭化物が現れにくくなるので好ましく、上記特許公報に記載されているように、炭化物の径を２０μｍ以下または１０μｍ以下にすることは、静粛性の改善に効果がある。ところが、炭化物のサイズを抑えるだけでは満足する静粛性のレベルを得ることはできない。一方、炭化物径をそのように小さくするためには製造技術上の付加工程が必要であり、大幅な製造コストの上昇を招くので、現実的な手段ではない。
【００１４】
本発明は従来の技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、静粛性に優れていると共に耐食性と耐寿命性（耐摩耗性に相当するもの）を備えた低コストの転がり軸受及び転がり軸受用材料を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、ステンレス鋼中の共晶炭化物の最大長径、共晶炭化物の円相当直径の平均値、共晶炭化物の平均面積、共晶炭化物の面積率および共晶炭化物の形態ならびにステンレス鋼の硬度、ステンレス鋼中の残留オーステナイト量に着目し、それらの数値と被削性（加工性）、転がり軸受としての静粛性、耐寿命性および製造コストなどとの関係について鋭意研究した結果成し得たものである。
【００１６】
すなわち、共晶炭化物の最大長径を小さくすることは転がり軸受の静粛性改善に効果があることは明らかであるが、現実的には、最大長径が２０μｍより大きい共晶炭化物の数は極めて少なく、しかも、その大きな共晶炭化物が転動体と接触する面に出現する確率は極めて低い。その上、最大長径が２０μｍより大きい共晶炭化物の発生をゼロにすることは、量産工程のための一般的な製造技術では困難で、余分な付加工程を必要とするために製造コストを大幅に上昇させる。この点で、製造コストを考慮した場合、共晶炭化物の長径を３０μｍ以下にすることで、被削性の改善に一定の効果が得られ、しかも、製造コストの上昇を招かないので、好ましい。
【００１７】
また、共晶炭化物の円相当直径の平均値は、一般的に約２．０〜２．８μｍであるが、この円相当直径の平均値を小さくすることは、被削性の改善に効果があり、０．３〜１．６μｍとすることが好ましい。なお、円相当直径の平均値とは、共晶炭化物各々の面積を画像解析装置で求め、その面積を円に換算したときの直径の平均値をいう。
【００１８】
さらに、共晶炭化物の平均面積は、一般的に約３．０〜６．０μｍ２ であるが、この平均面積を小さくすることは、被削性の改善に効果があり、０．１〜２μｍ２ とすることが好ましい。
【００１９】
また、被削性の改善のためには、共晶炭化物の絶対量を制限することが好ましく、そのため、共晶炭化物の面積率は、２〜７％とすることが好ましい。なお、面積率とは、視野の全測定面積に占める共晶炭化物の総面積の割合（百分率）をいう。
【００２０】
さらに、通常の共晶炭化物の形態には、Ｃｒ２３Ｃ６、Ｃｒ３Ｃ２、Ｃｒ７Ｃ３、Ｆｅ３Ｃ、（Ｃｒ、Ｆｅ）２３Ｃ６等があり、従来の転がり軸受に用いられているマルテンサイト系ステンレス鋼では、Ｃｒ２３Ｃ６ の形態を持つ共晶炭化物が９０〜９５％であり、残りは、Ｃｒ３Ｃ２、Ｃｒ７Ｃ３、Ｆｅ３Ｃ、（Ｃｒ、Ｆｅ）２３ Ｃ６ 等である。被削性、静粛性、耐寿命性などの点より、脆いＦｅ炭化物より粘いＣｒ炭化物の方が好ましく、さらに、Ｃｒ炭化物の中でも硬度の低いＣｒ２３Ｃ６ の形態を持つ共晶炭化物が多い方が被削性、静粛性および耐寿命性改善に効果があり、この点で、共晶炭化物の形態はＣｒ２３Ｃ６ が９８％以上であることが好ましい。 また、軌道面あるいは転動面の転がり寿命ならびに耐摩耗性と靱性を確保するために、ステンレス鋼の硬度は、ロックウエル硬さＣスケール（ＨＲＣ）で、５８〜６２であるのが好ましい。
【００２１】
荷重や衝撃によって軌道面あるいは転動面に有害な永久変形を生じさせないようにするためには、残留オーステナイト量を少なく抑えることが必要で、６容量％以下であることが好ましい。残留オーステナイト量を少なく抑えることで、軌道面あるいは転動面の耐圧痕性を向上させる効果のほか、この軌道面あるいは転動面の表面精度が経時的に劣化することを防止することもできる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
すなわち、本発明は、内輪と外輪の間に複数個の転動体を備えてなる転がり軸受において、上記内輪および外輪の少なくとも一方をマルテンサイト系ステンレス鋼とし、このステンレス鋼の含有する共晶炭化物の長径は３０μｍ以下であり、共晶炭化物の円相当直径の平均値は０．３〜１．６μｍであり、共晶炭化物の平均面積は０．１〜２μｍ２ であり、共晶炭化物の面積率は２〜７％であり、共晶炭化物の形態はＣｒ２３Ｃ６ が９８％以上であり、ステンレス鋼の硬度はＨＲＣ５８〜６２であり、ステンレス鋼中の残留オーステナイト量が６容量％以下であることを特徴とする転がり軸受を第一の発明とし、
軸の外周に転動溝を形成し、この転動溝と外輪内周の転動溝との間に複数個の転動体を備えてなる転がり軸受において、上記内輪および外輪の少なくとも一方をマルテンサイト系ステンレス鋼とし、このステンレス鋼の含有する共晶炭化物の長径は３０μｍ以下であり、共晶炭化物の円相当直径の平均値は０．３〜１．６μｍであり、共晶炭化物の平均面積は０．１〜２μｍ２ であり、共晶炭化物の面積率は２〜７％であり、共晶炭化物の形態はＣｒ２３Ｃ６ が９８％以上であり、ステンレス鋼の硬度はＨＲＣ５８〜６２であり、ステンレス鋼中の残留オーステナイト量が６容量％以下であることを特徴とする転がり軸受を第二の発明とし、 重量比で、Ｃが０．６〜０．７５％、Ｓｉが１％以下、Ｍｎが１％以下、Ｐが０．０３％以下、Ｓが０．０２％以下、Ｃｒが１１．５〜１３．５％、Ｍｏが０．３％以下、Ｖが０．１５％以下、Ｔｉが１５ｐｐｍ以下、 Ｏが３５ｐｐｍ以下で、 残部がＦｅおよび不可避的に混入する不純物からなるマルテンサイト系ステンレス鋼で、このステンレス鋼の含有する共晶炭化物の長径は３０μｍ以下であり、共晶炭化物の円相当直径の平均値は０．３〜１．６μｍであり、共晶炭化物の平均面積は０．１〜２μｍ２ であり、共晶炭化物の面積率は２〜７％であり、共晶炭化物の形態はＣｒ２３Ｃ６ が９８％以上であり、ステンレス鋼の硬度はＨＲＣ５８〜６２であり、ステンレス鋼中の残留オーステナイト量が６容量％以下であることを特徴とする転がり軸受用材料を第三の発明とする。
【００２３】
本発明において、「静粛性」とは、「ある金属材料を転動体または内輪もしくは外輪に加工して転がり軸受に組み立て、その軸受を精密機器に組み込んで運転したとき、その精密機器が発する騒音のうち、金属材料に起因する騒音の少なさ」をいう。その騒音は、転がり軸受が回転作動中に発生する振動によるものであり、この振動発生は上記したように転動体や内輪、外輪の形状精度に大きく依存する。精密機器分野で用いられている比較的小型の転がり軸受は、他の用途では問題とならないような静粛性が重要な問題である。
【００２４】
そこで、内輪および外輪の少なくとも一方をマルテンサイト系ステンレス鋼とすることで、錆が発生しにくく、耐食性の向上と耐寿命性の向上を図ることができる。
【００２５】
そして、ステンレス鋼の含有する共晶炭化物の長径を３０μｍ以下とすることで、製造コストを上昇することなく被削性の改善を図ることができる。
【００２６】
また、その共晶炭化物の円相当直径の平均値を１．６μｍ以下とし、共晶炭化物の平均面積を２μｍ２ 以下とし、共晶炭化物の面積率を７％以下とすることで、被削性を一層改善し、静粛性を大幅に向上することができる。
【００２７】
しかし、共晶炭化物の円相当直径の平均値、平均面積および面積率を過度に低下させるには、そのための特別の製造工程が必要で、製造コストの大幅な上昇を招くことにつながる。そこで、共晶炭化物の円相当直径の平均値が０．３μｍ以上で、共晶炭化物の平均面積が０．１μｍ２ 以上で、共晶炭化物の面積率が２％以上の範囲であれば、ほぼ通常の製造工程に従って製造できるので、製造コストをほとんど上昇させることなく、経済的な製造システムを達成できる。
【００２８】
さらに、共晶炭化物の形態は、Ｃｒ２３Ｃ６ を９８％以上とすることで、被削性、静粛性および耐寿命性などを改善することができる。
【００２９】
また、ステンレス鋼の硬度をＨＲＣ５８〜６２とすることにより、軌道面あるいは転動面の転がり寿命ならびに耐摩耗性および靱性を確保することができる。
【００３０】
そして、ステンレス鋼中の残留オーステナイト量を６容量％以下とすることにより、耐圧痕性を向上させ、軌道面あるいは転動面の表面精度の経時的劣化を防止することができる。
【００３１】
本発明のステンレス鋼の成分（重量％）の限定理由は、以下の通りである。
【００３２】
Ｃは、高温強度と耐摩耗性を付与するために必須の構成元素であり、０．６％以上は必要であるが、多すぎると大きな共晶炭化物が生成し、被削性を低下させ、耐食性も悪くなるので、０．７５％以下とするのが好ましい。
【００３３】
Ｓｉを１％以下、Ｍｎを１％以下、Ｐを０．０３％以下、Ｓを０．０２％以下、Ｍｏを０．３％以下、Ｖを０．１５％以下、Ｔｉを１５ｐｐｍ以下、 Ｏを３５ｐｐｍ 以下とするのは、これらの元素が多すぎると加工硬化を助長し被削性が低下するので、被削性を低下させず、また、非金属介在物の生成を抑制するためにそれらの元素を上記数値以下に抑えるのである。さらに、それらの元素が多すぎると、焼き入れ性を低下させ、マルテンサイト化率が低下するという不都合な点もある。
【００３４】
ＣｒはＣと結合して炭化物を形成し、耐寿命性を高めるとともに基地に固溶したＣｒは耐食性を増すので、１１．５％以上必要である。しかし、多すぎると、焼き入れ硬さが低下するので、Ｃ含有量との関係でＣｒは１３．５％以下にするのが好ましい。
【００３５】
【実施例】
以下に本発明の実施例を図面を参照しながら説明するが、本発明は下記実施例に限定されるものではない。
【００３６】
図１において、１は外輪、２は内輪、３は転動体を示す。外輪１内周の転動溝４と内輪２外周の転動溝５との間には、高炭素クロム軸受鋼（ＳＵＪ２）からなる複数個の転動体３が充填してある。外輪１と内輪２の材料に、表１に示すような組成（重量％）のマルテンサイト系ステンレス鋼を用いた場合（実施例１）と、外輪１の材料のみに表１に示すような組成のマルテンサイト系ステンレス鋼を用い、内輪２は高炭素クロム軸受鋼（ＳＵＪ２）とした場合（実施例２）のステンレス鋼の含有する共晶炭化物の面積率、最大長径、円相当直径の平均値、平均面積および共晶炭化物の形態の中のＣｒ２３Ｃ６ の比率（％）ならびにステンレス鋼のロックウエル硬さＣスケール（ＨＲＣ）とステンレス鋼中の残留オーステナイト量（容量％）は表２に示す通りである。
【００３７】
図２において、軸６の外周に刻まれた転動溝７と外輪１内周の転動溝４との間には、高炭素クロム軸受鋼（ＳＵＪ２）からなる複数個の転動体３が充填してある（実施例３）。本実施例３においては、外輪１および軸６の材料には、表１に示すような組成のマルテンサイト系ステンレス鋼を用い、転動体３には高炭素クロム軸受鋼（ＳＵＪ２）を使用した。この場合のステンレス鋼の含有する共晶炭化物の面積率、最大長径、円相当直径の平均値、平均面積および共晶炭化物の形態の中のＣｒ２３Ｃ６ の比率（％）ならびにステンレス鋼のロックウエル硬さＣスケール（ＨＲＣ）とステンレス鋼中の残留オーステナイト量（容量％）は表２に示す通りである。実施例３では、外輪１と軸６の両方をマルテンサイト系ステンレス鋼としているが、使用条件によっては、耐食性と高温強度が必要な一方だけをマルテンサイト系ステンレス鋼とすることができる。
【００３８】
上記マルテンサイト系ステンレス鋼を得るに際して、１０２５℃から水焼き入れを行った後、サブゼロ処理（−８０℃）を行い、１７０℃に焼き戻した。
【００３９】
【表１】
【表２】
ステンレス鋼中の共晶炭化物の面積率、最大長径、円相当直径の平均値、平均面積ならびに共晶炭化物の形態は、不純物元素の管理、原料の調製や精錬、造塊などの製造工程での製造条件（例えば、精錬時間、脱ガス条件、拡散熱処理工程の挿入など）により制御することができる。しかし、共晶炭化物の最大長径を２０μｍ以下にするためには、特別の原料を用いて製造工程も増えるため、大幅な製造コストの上昇を招くことになる。
【００４２】
ステンレス鋼の硬度とステンレス鋼中の残留オーステナイト量は、焼き入れに際しての加熱温度と加熱時間、冷却速度、冷却媒体、冷却温度と時間、焼き戻し温度と焼き戻し時間などにより制御することができる。
【００４３】
本実施例１〜３の転がり軸受に関する振動および騒音の評価試験をＡＦＢＭＡ（Ｔｈｅ Ａｎｔｉ−Ｆｒｉｃｔｉｏｎ Ｂｅａｒｉｎｇ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｒｓ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ，Ｉｎｃ．） の規格に準拠して行った成績（アンデロン値）と、それら転がり軸受の加工性（被削性）、耐寿命性およびコストを指数表示したものを表２に記載する。
【００４４】
表２には、比較例１〜３と従来例１、２の評価結果も同時に示されているが、比較例１〜３は、実施例１と同様に、転動体３が高炭素クロム軸受鋼であって、外輪１と内輪２の材料に表１に示す組成のマルテンサイト系ステンレス鋼を用い、ステンレス鋼の含有する共晶炭化物の面積率、最大長径、円相当直径の平均値、平均面積ならびに共晶炭化物の形態の中のＣｒ２３Ｃ６ の比率（％）とステンレス鋼中の残留オーステナイト量（容量％）の中の少なくとも１つの特性値が、本発明の範囲を外れるものである。また、従来例１、２は、外輪１、内輪２および転動体３の材料すべてが表１に示す組成のマルテンサイト系ステンレス鋼であり、ステンレス鋼の含有する共晶炭化物の円相当直径の平均値、平均面積ならびに共晶炭化物の形態の中のＣｒ２３Ｃ６ の比率（％）とステンレス鋼中の残留オーステナイト量（容量％）の中の少なくとも１つの特性値が、本発明の範囲を外れるものである。
【００４５】
表２において、アンデロン値のＭ、Ｈは、それぞれ測定周波数帯域の区分で、Ｍは中周波数帯域（３００−１８００Ｈｚ）、Ｈは高周波数帯域（１８００−１００００Ｈｚ）を示している。同一周波数帯域では、アンデロン値が低いほど静粛性が優れていることを示す。
【００４６】
加工性、耐寿命性およびコストについては、従来例１を１００とした指数で表示し、数値の小さい方がこれらの特性が優れていることを示す。なお、加工性の評価は、精密旋盤により外周切削、突切切削を行って付加電流増分の比較測定により行い、耐寿命性の評価は、使用箇所により決まる仕様に基づいて、２０℃、８０℃、１００℃などの温度で一定時間加熱し、合計約１０００時間回転させ、その後の回転調子（音響、振動など）やグリス状態を比較することにより行った。
表２より、以下のことが指摘できる。
（１）比較例２の炭化物の面積率、最大長径、円相当直径の平均値および平均面積が最も小さいので、アンデロン値は低い。しかし、これらの数値を低くするために特別の製造工程が必要であり、そのための製造コストが極めて高くつき、経済的な材料とは言えない。また、炭化物の形態もＣｒ２３Ｃ６ が９５％と少なく、Ｆｅ３Ｃ、Ｃｒ７Ｃ３、Ｃｒ３Ｃ２ などが存在するため、耐寿命性がそれほど優れているとは言えない。
（２）比較例１と従来例１、２は、炭化物の最大長径は実施例１〜３より短いが、円相当直径の平均値および平均面積が本発明の範囲を外れており、実施例１〜３よりアンデロン値が大きい。さらに、これら比較例１と従来例１、２は、炭化物の最大長径を小さくするために、実施例１〜３よりコストが高くなり、特に、従来例２と比較例１の炭化物の最大長径はそれぞれ８μｍ、１２μｍと小さく、これらは円相当直径の平均値も比較的小さいので、そのための製造コストが極めて高い。
（３）比較例３は、炭化物の面積率、最大長径、円相当直径の平均値および平均面積のすべてが本発明の範囲を外れており、アンデロン値が極めて大きい。
（４）以上の比較例や従来例に比して、実施例１〜３は、炭化物に関して本発明の範囲内の適正な面積率、最大長径、円相当直径の平均値、平均面積を有しており、炭化物の形態のＣｒ２３Ｃ６ の比率（％）やステンレス鋼の硬度やステンレス鋼中の残留オーステナイト量（容量％）に関しても、本発明の範囲内の適正な数値を有しているので、アンデロン値は比較例２と遜色ないレベルであり、加工性、耐寿命性およびコスト面のすべてが従来例より良好なレベルである。
【００４７】
これら円相当直径の平均値とアンデロン値（Ｍ）の関係を図３に示し、最大長径とコスト指数の関係を図４に示し、炭化物の形態の中のＣｒ２３Ｃ６ の比率（％）と耐寿命性指数の関係を図５に示す。図３、４、５において、「◎」は実施例、「▲」は比較例、「●」は従来例を示す。図３と図４と図５は、アンデロン値が低く、低コストで、しかも高い耐寿命性を有するという本発明の特徴を如実に示していると言える。
【００４８】
図４において、コストが最も低いのは比較例３であるが、この比較例３は、図３に示すように、アンデロン値が極めて高い。また、図３において、比較例２のアンデロン値が極めて低いが、この比較例２は、図４に示すように、コストが極めて高くなる。さらに、図５において、炭化物の形態の中のＣｒ２３Ｃ６ の比率（％）＝９８％付近を臨界点として耐寿命性が急激に変化し、Ｃｒ２３Ｃ６ の比率を９８％以上とすることで、耐寿命性が大きく改善されることが分かる。
【００４９】
表２の炭化物の面積率、最大長径、円相当直径の平均値および平均面積は、 ステンレス鋼測定試片を樹脂に埋め込み、研磨仕上げし、金属顕微鏡で観察し、代表視野を４００倍で写真にとり、画像解析装置により測定した結果である。
【００５０】
最大長径の共晶炭化物が研磨仕上げした面に出現することは稀にしか期待できないので、転がり軸受を酸の溶液中で定電流電解により溶解し、炭化物をフィルターにて濾過し、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で組織観察を行った結果（２０００倍）を示すのが図６である。図６において、白色の塊部分が炭化物を示す。
【００５１】
ステンレス鋼の共晶炭化物の形態分析は、試料を電解抽出法で処理し、Ｘ線回折定性分析により行った。分析条件は、ターゲットがＣｕで、加速電圧が４０ｋＶで、試料電流が２００ｍＡで、測定角度（２θ）が５〜１００°である。解析方法は、Ｘ線回折波形を測定し、化合物形態をライブラリー検索する方法により行った。
【００５２】
その結果、炭化物であると同定された化合物のスペクトル強度比を比較し、Ｃｒ２３Ｃ６ が一定のスペクトル強度比Ｓ１を示し、他の炭化物が全く同定されなかった場合、ステンレス鋼中の共晶炭化物の形態は、Ｃｒ２３Ｃ６ が１００％である。
【００５３】
一方、Ｃｒ２３Ｃ６ 以外の形態の炭化物があるスペクトル強度比Ｓ２を示した場合、ステンレス鋼中の共晶炭化物は、Ｃｒ２３Ｃ６ と他の形態の炭化物から構成されており、このときのＣｒ２３Ｃ６ の比率＝（Ｓ１／（Ｓ１＋Ｓ２））×１００（％）である。
【００５４】
ステンレス鋼中の残留オーステナイトの容量（％）の測定は、試料を電解抽出法で処理し、表面Ｘ線回折法により行った。分析条件は、ターゲットがＣｕで、加速電圧が４０ｋＶで、試料電流が１８０ｍＡで、走査範囲は、４１．２〜４６．７０５°である。解析方法は、ミラー指数ｈ、ｋ、ｌの回折線の積分強度より結晶構造を同定し、残留オーステナイト量の相対的な容量比を決定する方法により行った。
【００５５】
なお、Ｘ線回折装置は、理学電機社製のＲＩＮＴ１５００／２０００ 型を用いた。
【００５６】
【発明の効果】
本発明は上記のとおり構成されており、静粛性に優れていると共に耐食性と耐寿命性を備えた低コストの転がり軸受及び転がり軸受用材料を提供することができる。特に、本発明は、ＶＴＲ、コンピューター周辺機器等の精密機器のコストダウンおよび静粛性向上に寄与する産業上の効果の大きな発明である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の転がり軸受の実施例の縦断面図である。
【図２】本発明の転がり軸受の別の実施例の縦断面図である。
【図３】共晶炭化物の円相当直径の平均値（μｍ）とアンデロン値（Ｍ）の関係を示す図である。
【図４】共晶炭化物の最大長径（μｍ）とコスト指数の関係を示す図である。
【図５】共晶炭化物の形態がＣｒ２３Ｃ６ である化合物の比率（％）と耐寿命性指数の関係を示す図である。
【図６】ステンレス鋼に析出した炭化物のＳＥＭ像を示す図である。
【符号の説明】
１…外輪
２…内輪
３…転動体
４、５、７…転動溝
６…軸
Claims (3)
- 内輪と外輪の間に複数個の転動体を備えてなる転がり軸受において、上記内輪および外輪の少なくとも一方をマルテンサイト系ステンレス鋼とし、このステンレス鋼の含有する共晶炭化物の長径は３０μｍ以下であり、共晶炭化物の円相当直径の平均値は０．３〜１．６μｍであり、共晶炭化物の平均面積は０．１〜２μｍ２ であり、共晶炭化物の面積率は２〜７％であり、共晶炭化物の形態はＣｒ２３Ｃ６ が９８％以上であり、ステンレス鋼の硬度はＨＲＣ５８〜６２であり、ステンレス鋼中の残留オーステナイト量が６容量％以下であることを特徴とする転がり軸受。
- 軸の外周に転動溝を形成し、この転動溝と外輪内周の転動溝との間に複数個の転動体を備えてなる転がり軸受において、上記内輪および外輪の少なくとも一方をマルテンサイト系ステンレス鋼とし、このステンレス鋼の含有する共晶炭化物の長径は３０μｍ以下であり、共晶炭化物の円相当直径の平均値は０．３〜１．６μｍであり、共晶炭化物の平均面積は０．１〜２μｍ２ であり、共晶炭化物の面積率は２〜７％であり、共晶炭化物の形態はＣｒ２３Ｃ６ が９８％以上であり、ステンレス鋼の硬度はＨＲＣ５８〜６２であり、ステンレス鋼中の残留オーステナイト量が６容量％以下であることを特徴とする転がり軸受。
- 重量比で、Ｃが０．６〜０．７５％、Ｓｉが１％以下、Ｍｎが１％以下、Ｐが０．０３％以下、Ｓが０．０２％以下、Ｃｒが１１．５〜１３．５％、Ｍｏが０．３％以下、Ｖが０．１５％以下、Ｔｉが１５ｐｐｍ以下、 Ｏが３５ｐｐｍ以下で、 残部がＦｅおよび不可避的に混入する不純物からなるマルテンサイト系ステンレス鋼で、このステンレス鋼の含有する共晶炭化物の長径は３０μｍ以下であり、共晶炭化物の円相当直径の平均値は０．３〜１．６μｍであり、共晶炭化物の平均面積は０．１〜２μｍ２ であり、共晶炭化物の面積率は２〜７％であり、共晶炭化物の形態はＣｒ２３Ｃ６ が９８％以上であり、ステンレス鋼の硬度はＨＲＣ５８〜６２であり、ステンレス鋼中の残留オーステナイト量が６容量％以下であることを特徴とする転がり軸受用材料。
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