JP3288166B2

JP3288166B2 - マイクロシャフト

Info

Publication number: JP3288166B2
Application number: JP35313293A
Authority: JP
Inventors: 正昭田原; 憲三北野; 忠司林田; 輝男湊
Original assignee: Air Water Inc
Current assignee: Air Water Inc
Priority date: 1993-12-29
Filing date: 1993-12-29
Publication date: 2002-06-04
Anticipated expiration: 2017-06-04
Also published as: JPH07197232A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、各種精密機器に組み
込まれるマイクロモーター等のマイクロシャフトに関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】テープレコーダー，チューナー内部の回
転駆動手段としてマイクロモーターが汎用されている。
このマイクロモーターは超小型で精密な直流電動機で、
高品質の永久磁石を界磁として用いたマグネットモータ
ーである。出力は０．５Ｗ前後のものが多く、各種精密
機器に組み込まれるため、その出力軸であるマイクロシ
ャフトは、回転のむらや振動、電気的な雑音がほとんど
ないことが必要とされている。

【０００３】上記マイクロシャフトの材料としては、従
来から、オーステナイト系ステンレスが汎用されてい
る。しかしながら、上記オーステナイト系ステンレス
は、優れた耐食性を備え、錆びないという特性を有して
いるものの、焼入硬化性を備えていないため、表面が比
較的柔らかく、傷つきやすいという欠点を有する。例え
ば、準安定型のオーステナイト系ステンレスを加工硬化
によってある程度硬度を向上させても、ビッカース硬度
Ｈｖ＝５００程度が限界であり、マイクロシャフトとし
て長時間使用すると、磨耗により微妙な回転むらや振動
を生じるという問題がある。

【０００４】そこで、表面硬度をより向上させるため
に、例えば、化学蒸着方法（ＣＶＤ）によるＴｉＮコー
ティングや硬質クロムめっきを施す方法も行われている
が、めっき層やコーティング層と母材との密着性が悪い
ため、これらをマイクロシャフトに用いると、上記めっ
き層やコーティング層が母材から剥離して精密部品の密
集するマイクロシャフト周辺を汚染し、その機能に支障
を来すという問題を有している。また、これらの方法は
製造コストが高いため廉価な民生用テープレコーダー等
には採用しにくいという問題も有している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】一方、めっき層やコー
ティング層を形成するのではなく、オーステナイト系ス
テンレスに窒化処理を施してステンレス表面に窒化硬化
層を形成することによって、上記マイクロシャフトの表
面硬度を高めることが考えられ試みられている。この種
の窒化処理方法としては、塩浴窒化，イオン窒化および
ガス窒化等の各種の方法があるが、これらの窒化方法で
は、窒化温度が通常５５０〜５７０℃程度に設定され、
低温でも４８０℃に設定されている。このような窒化方
法によって、上記オーステナイト系ステンレスからなる
マイクロシャフトを窒化処理すると、表面硬度は向上す
るものの、オーステナイト系ステンレス本来の耐食性が
損なわれることがわかった。また、これら従来の窒化処
理を施すと窒化硬化層が磁性を帯びるため界磁とする永
久磁石に影響を与え、マイクロシャフトの回転むらを生
じるという問題を有する。

【０００６】この発明は、このような事情に鑑みなされ
たもので、高い耐食性と高い表面硬度の双方を兼ね備え
たマイクロシャフトの提供をその目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、この発明のマイクロシャフトは、母材が、オーステ
ナイト系ステンレスからなり、表層部の少なくとも一部
が、下記の（Ａ），（Ｂ）を備えた窒化硬化層で構成さ
れているという構成をとる。（Ａ）結晶質のクロム窒化物を実質的に含有していな
い。（Ｂ）窒化硬化層最表層部の組織中に１．８〜１１．
８重量％（以下「％」と略す）のＮ原子が含有されてい
る。

【０００８】

【作用】すなわち、本発明者らは、先に述べた窒化処理
によって耐食性の劣化が生ずる原因を突き止めるため一
連の研究を行った。その結果、上記耐食性の劣化は、形
成された窒化層中に結晶クロム窒化物（ＣｒＮ）が析出
生成することにより、母相（オーステナイト相）中の固
溶クロム（Ｃｒ）濃度が大幅に低下し、オーステナイト
系ステンレス本来の耐食性保持機能を果たすべき不働態
皮膜の形成に必要不可欠な活性Ｃｒが、母層において殆
ど無くなってしまうことに起因することを突き止めた。
そして、さらに研究を重ねた結果、上記オーステナイト
系ステンレスに対する窒化処理をかなりの低温（３７０
℃以上４５０℃以下の温度領域）で行うと、結晶クロム
窒化物（ＣｒＮ）や、鉄窒化物を析出生成させることな
く、窒素原子がオーステナイト系ステンレスの母相（γ
相）中に浸透し、その浸透量（含有量）を１．８〜１
１．８％の範囲内に規制すると、耐食性の劣化も生じ
ず、しかも上記窒素原子の浸透によって、表面硬度の高
い窒化硬化層が形成されることを見出し、この発明に到
達した。この場合、上記窒素原子は、γ相中に単に浸透
するだけの状態であり、それによって格子歪は形成する
が、結晶クロム窒化物の析出生成までには至らないもの
と考えられる。そして、上記窒素原子の含有量が上限を
超えると、浸透窒素原子とクロムとによって、結晶クロ
ム窒化物が生成してしまい、耐食性の低下が生起する。
また、上記範囲を下回ると、表面硬度の高い窒化硬化層
の生成が不充分となる。

【０００９】なお、この発明のマイクロシャフトが、結
晶質のクロム窒化物を実質的に含有していないことは、
Ｘ線回折法によって確認することができ、また、オース
テナイト層中に含有されている窒素原子の量は、エスカ
（ＥｌｅｃｔｒｏｎＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙｆｏ
ｒＣｈｅｍｉｃａｌＡｎａｌｙｓｉｓ）またはＥＰ
ＭＡ（ＥｌｅｃｔｒｏｎＰｒｏｂｅＭｉｃｒｏＡ
ｎａｌｙｚｅｒ）によって確認することができる。ここ
で、この発明において、「結晶質のクロム窒化物を実質
的に含有していない」とは、結晶質のクロム窒化物の含
有量が微量（数％）以下であることをいう。

【００１０】つぎに、この発明を詳しく説明する。

【００１１】この発明のマイクロシャフトは、オーステ
ナイト系ステンレス材を母料とするもので、一般に、こ
のオーステナイト系ステンレスを、所定の方法で適宜の
形状に加工して研磨工程等を経由することによって得ら
れる。

【００１２】上記オーステナイト系ステンレスとして
は、略クロム１８％，ニッケル８％の１８−８系オース
テナイト系ステンレスのみならず、これを基本とし、耐
食性，加工硬化性，耐熱性，切削性，非磁性等の要求特
性に応じ、元素，成分量を適宜変更させたオーステナイ
ト系ステンレスがあげられる。また、クロムを２２％以
上含有するＣｒ−Ｎｉ−Ｍｏ系、あるいは一部のニッケ
ルをマンガンで代用したようなオーステナイト系ステン
レスや、クロムが２２％未満でモリブデンを１．５％以
上含有するオーステナイト系ステンレス等も、この発明
の対象となる。

【００１３】この発明の、マイクロシャフトは、上記マ
イクロシャフト材料となるオーステナイト系ステンレ
ス、もしくはこれをマイクロシャフト形状に成型した成
形品（以下、これらを「ステンレス品」という）に対
し、まず、フッ化処理を行い、ついで窒化処理を行うこ
とによって得られる。

【００１４】上記フッ化処理は、あとで行う窒化の際に
Ｎ原子がステンレス品に浸透しやすくなるようにするた
めのもので、上記ステンレス品を、フッ素系ガス雰囲気
下において加熱状態で保持することによって得られる。

【００１５】上記フッ素系ガスとしては、ＮＦ₃，ＢＦ
₃，ＣＦ₄，ＨＦ，ＳＦ₆，Ｃ₂Ｆ_{6 ,}ＷＦ₆，ＣＨＦ
₃，ＳｉＦ₄等からなるフッ素化合物ガスがあげられ、
単独でもしくは併せて使用される。また、これら以外
に、分子内にフッ素を含む他のフッ素化合物ガスもフッ
素系ガスとして用いることができる。このようなフッ素
化合物ガスは、それのみで用いることもできるが、通常
は、Ｎ₂ガスとの不活性ガスで希釈されて使用される。
このような希釈されたガスにおけるフッ素系ガス自身の
濃度は、例えば１００００〜１０００００ｐｐｍであ
り、好ましくは２００００〜７００００ｐｐｍ、より好
ましくは３００００〜５００００ｐｐｍである。この種
のフッ素系ガスとして最も実用性を備えているのはＮＦ
₃である。ＮＦ₃は常温でガス状であり化学的安定性が
高く、取り扱いが容易である。

【００１６】上記フッ化処理における加熱温度は、上記
ステンレス品自体を３００〜５５０℃の温度に昇温させ
ることによって行われる。このようなフッ素系ガス雰囲
気中でのステンレス品の保持時間は、その形状寸法等に
よって適当な時間が選択される。通常は、十数分〜数十
分の範囲内に設定される。このフッ化処理により、Ｎ原
子がステンレス品の表面層に浸透しやすくなる。この理
由については、現段階では充分に明らかではないが、お
よそつぎのように考えられる。すなわち、上記ステンレ
ス品の表面には、窒化作用を奏するＮ原子の浸透拡散を
阻害する不働態皮膜が形成されている。このため、従来
は不働態皮膜（酸化皮膜）の存在により、窒化処理の際
の温度をかなり高くしないと窒素原子が浸透しなかった
のであり、その結果、表面硬化層中に結晶クロム窒化物
が析出生成することとなった。ところが、この発明で
は、窒化処理に先立って、フッ素系ガス雰囲気下でフッ
素処理をする。このように表面に不働態皮膜が形成され
たステンレス品を上記のようなフッ素系ガス雰囲気下に
おいて加熱状態で保持すると、上記不働態皮膜がフッ化
膜に変換する。このフッ化膜は不働態皮膜に比べてＮ原
子の浸透が容易であることから、上記ステンレス品の表
面は、フッ化処理によってＮ原子の浸透の容易になると
考えられる。

【００１７】上記フッ化処理がなされたステンレス品に
対する窒化処理は、窒化雰囲気下において加熱状態で保
持することによって行われる。

【００１８】上記窒化雰囲気をつくる窒化ガスとして
は、ＮＨ₃のみからなる単体ガス、または炭素源を有す
るガス（例えばＲＸガス）とＮＨ₃との混合ガス（例え
ばＮＨ₃とＣＯとＣＯ₂との混合ガス）が用いられる。
通常は、上記単体ガスまたは混合ガスにＮ₂等の不活性
ガスを混合して使用される。場合によっては、これらの
ガスにＨ₂ガスを混合して使用することも行われる。こ
のような窒化雰囲気下に、フッ素処理によってＮ原子の
浸透しやすい表面状態になったステンレス品が加熱状態
で保持されると、窒化ガス中のＮ原子が、ステンレス品
の表面から一定の深さで均一に浸透するため、深く均一
な窒化硬化層が形成される。

【００１９】上記窒化処理における加熱温度は、従来の
窒化処理のそれよりも大幅に低い温度の４５０℃以下の
温度に設定される。特に好ましいのは３７０℃以上４２
０℃以下の範囲内である。すなわち、上記温度が４５０
℃を超えると、結晶ＣｒＮが窒化硬化層中に生成して母
相中の活性Ｃｒ濃度が低下し、ステンレス自体の有する
耐食性が損なわれるからである。特に、４２０℃以下の
温度で窒化処理することにより、母材となるオーステナ
イト系ステンレス自身の有する耐食性と同程度の耐食性
を保持でき、しかも硬度の大な窒化硬化層がステンレス
品の表面に形成されることとなるため、このような温度
域に設定することが好ましい。なお、３７０℃未満の窒
化処理温度では、２４時間窒化処理しても窒化硬化層が
深さ１０μｍ以下に生成するに過ぎず、工業的価値に乏
しいことから余り実用的ではない。そして、上記窒化処
理時間は、通常１０〜２０時間に設定される。このよう
に、窒化処理時の加熱温度と処理時間とを制限すること
により、Ｎ原子を、単にγ相中に浸透するだけの状態に
規制し、その浸透によってγ相の格子歪が形成されるも
のの、結晶ＣｒＮ等が析出生成されるまでには至らない
ようにすることができる。

【００２０】このような窒化処理により、上記ステンレ
ス品の表面層が緻密で均一な、厚み２０〜４０μｍ程度
の窒化硬化層（全体が一層からなる）に形成される。上
記窒化処理によれば、オーステナイト系ステンレス品
に、処理後の寸法変形や面荒れが殆ど生じない。すなわ
ち、従来の窒化処理では、結晶クロム窒化物が析出生成
すること等によって、ステンレス品の外形が膨張して寸
法変化が生じたり、面粗度が悪くなるという欠点が生
じ、最終加工仕上げに多大のコストを有する、これに対
し、この発明の窒化硬化層は、結晶クロム窒化物を実質
的に含有せず、緻密な組織からなっていることから、寸
法変化や面粗度の悪化が生じず、最終仕上げ加工をする
必要がない。

【００２１】また、この窒化硬化層には、結晶クロム窒
化物が実質的に含有されていず、その最表層部の組織中
に２〜１２％のＮ原子が含有されているため、処理済の
ステンレス品は、窒化硬化前のオーステナイト系ステン
レスとほぼ同程度の耐食性を備え、しかも、上記窒化硬
化層の存在により、表面硬度が大幅に向上している。こ
のような窒化処理済のステンレス品の耐食性は、窒化前
の表面状態が精密研磨状態であるほど高い。また、材質
的には、ＳＵＳ３１０（クロム２５％，ニッケル２０
％）のようにクロム含有量が高いほど耐食性が良い。ま
た、１８−８系オーステナイト系ステンレスについて
は、モリブデンを含むほど良好となる。なお、従来の窒
化処理によれば、結晶クロム窒化物が析出生成すること
によって、オーステナイト系ステンレス自体の有する非
磁性が損なわれ、窒化硬化層が磁性を帯びるようになる
のであるが、この発明では、上記窒化硬化層に結晶クロ
ム窒化物を実質的に含有していないことから、非磁性を
保ったままになる。

【００２２】このようにして得られた窒化処理済のマイ
クロシャフトは、窒化前のオーステナイト系ステンレス
と同程度の優れた耐食性を有しているうえ表面硬度も大
幅に向上しているため、マイクロシャフトとして長時間
使用しても磨耗や腐食による振動や回転むらをおこすこ
とがなく、また、マイクロシャフトは非磁性を保ったま
まであるため、永久磁石に影響を与えることがなく、回
転むらを生じることがない。

【００２３】なお、この発明のマイクロシャフトは、窒
化処理後に、ＨＮＯ₃を含む強混酸処理を施して得るよ
うにしてもよい。この処理によって、窒化を終えたステ
ンレス品の表面に付着している酸化スケールが除去され
ると同時に、硝酸の作用によって、ステンレス窒化品の
表面に、固溶クロムに起因する不働態皮膜（酸化皮膜）
が早期に厚めに形成されるようになり、酸化皮膜の強化
が可能となる。より詳しく述べると、前記窒化処理によ
って、場合によって、ステンレス窒化品の表面部分に酸
化スケールが生ずることがあり、この酸化スケールは発
錆しやすいため、窒化硬化層の耐食性は、酸化スケール
の存在によって低下する。したがって、上記のような強
混酸処理を施すことによって酸化スケールが除去でき、
耐食性の低下が防止される。また、オーステナイト系ス
テンレス素材の耐食性は、母相中の固溶クロムに基づく
不働態皮膜（酸化皮膜）の生成に起因するものである
が、上記のような強混酸処理によって不働態皮膜の早期
生成および強化が行われ、耐食性の向上が見られるよう
になる。このような強混酸としては、ＨＮＯ₃−ＨＦか
らなる混酸，ＨＮＯ₃−ＨＣｌからなる混酸等のＨＮＯ
₃を含む酸が用いられる。これら強混酸におけるＨＮＯ
₃の濃度は、１０〜２０％、ＨＦは１〜１０％、ＨＣｌ
は５〜２５％の範囲に設定される。強混酸の残部は水と
なる。そして、上記処理は、強混酸の液温を、２０〜５
０℃に制御し、２０〜６０分間、上記強混酸液にステン
レス窒化品を浸漬することによって行われる。このよう
な強混酸処理を行うと、全窒化硬化層の２０〜３０％を
しめる最表面層が除去されることとなるが、残された部
分の表面硬度は高いことから、充分な剛性が維持され
る。この場合、残存する窒化硬化層は、最表面相の上記
除去により完全な非磁性となる。すなわち、窒化硬化層
の最表面層は、場合によって、多少磁性を帯びることも
あるが、そのような場合でも、上記強混酸処理によって
磁性を帯びた最表面層が除去されるようになることか
ら、強混酸処理済のステンレス窒化品は、オーステナイ
ト系ステンレス（母材）と同等の透磁率を示すようにな
る。また、上記最表面層部分には窒素原子の浸透量が多
く、この窒素原子の浸透量の多さに基づき、上記最表面
層部分は、他の部分より多少錆びやすくなっているの
で、最表面層部分の除去により、その下側の、比較的窒
素原子の浸透量の少ない層（Ｎ原子２〜５％）が表面層
を形成するようになる。この層は、上記最表面層部分よ
りは、硬度が多少低いもののなお充分な硬度を有してお
り、しかも、より錆びにくいという特性を有する。した
がって、このようにして処理されたものは、高い防錆性
が要求されるマイクロシャフトとして最適である。

【００２４】

【発明の効果】以上のように、この発明のマイクロシャ
フトは、表面層を構成する窒化硬化層に、結晶クロム窒
化物を実質的に含有していないため、窒化硬化層に結晶
クロム窒化物を含むステンレス窒化品にくらべ、γ相中
の固溶クロムが結晶クロム窒化物の析出生成によって消
費されていない。したがって、母相の結晶クロムの作用
によって生ずる不働態皮膜（酸化皮膜）が充分に生成
し、それによって上記母相と同等の優れた耐食性を有す
るようになる。また、窒化硬化層に結晶クロム窒化物が
析出生成していないことから、上記結晶クロム窒化物の
析出生成に基づく、ステンレス窒化品の寸法変化や面粗
度の悪化が生じない。その結果、窒化処理後に、最終仕
上げ加工を行う必要がない。そして、この発明のマイク
ロシャフトは、表面層の母相中に１．８〜１１．８％の
Ｎ原子が浸透含有されていることによって、表面硬度が
高くなり、結晶クロム窒化物からなる窒化硬化層によっ
て形成されるものとほぼ同等の高い表面硬度を備えるよ
うになる。したがって、窒化前のオーステナイト系ステ
ンレスと同程度の優れた耐食性を有しているうえ表面硬
度も大幅に向上しており、マイクロシャフトとして長時
間使用しても磨耗や腐食による振動や回転むらをおこす
ことがなく、また、この発明では、上記窒化硬化層に結
晶クロム窒化物を実質的に含有していないことから、マ
イクロシャフトは非磁性を保ったままであるため、永久
磁石に影響を与えることがなく、回転むらを生じること
がない。

【００２５】つぎに、実施例について比較例と併せて説
明する。

【００２６】

【実施例１】ＳＵＳ３０４丸棒（クロム１８％，ニッケ
ル８％）を用いてマイクロシャフトを作製した。また、
同様にして、ＳＵＳ３１６丸棒（クロム１８％，ニッケ
ル１２％，モリブデン２％，芯部硬度Ｈｖ＝３１０）か
らなるマイクロシャフトと、ＳＵＳ３１０丸棒（クロム
２５％，ニッケル２０％，芯部硬度Ｈｖ＝３７０）から
なるマイクロシャフトを作製した。ついで、これらをマ
ッフル炉に入れて炉内を充分に真空パージした後、４１
０℃に昇温させた。そして、その状態でフッ素系ガス
（ＮＦ₃１０ｖｏｌ％＋Ｎ₂９０ｖｏｌ％）を入れて炉
内を大気圧の状態にし、その状態で１５分間保持しフッ
化処理した。つぎに、上記フッ素系ガスを炉から排出し
た後、窒化ガス（ＮＨ₃２５ｖｏｌ％＋Ｎ₂６０ｖｏｌ
％＋ＣＯ５ｖｏｌ％＋ＣＯ₂５ｖｏｌ％）を導入し、炉
内を４１０℃に保ったまま２４時間保持し窒化処理して
取り出した。

【００２７】このようにして、窒化処理された上記各試
験品（ＳＵＳ３０４製マイクロシャフト，ＳＵＳ３１６
製マイクロシャフト，ＳＵＳ３１０製マイクロシャフ
ト）について表面硬度を測定したところ、ＳＵＳ３０４
製マイクロシャフトでＨｖ＝８８０，ＳＵＳ３１６製マ
イクロシャフトでＨｖ＝１０５０，ＳＵＳ３１０製マイ
クロシャフトでＨｖ＝１１２０であった。また、硬化層
深さはそれぞれ、ＳＵＳ３０４製マイクロシャフトで１
８μｍ，ＳＵＳ３１６製マイクロシャフトで２０μｍ，
ＳＵＳ３１０製マイクロシャフトで１８μｍであった。

【００２８】

【実施例２】実施例１において、窒化処理の温度を４４
０℃に変えるとともに、処理時間を１２時間に変更し
た。それ以外は実施例１と同様に行った。得られた３種
類の窒化処理済のマイクロシャフトについて、同様の測
定を行ったところ、表面硬度は３者ともＨｖ＝１１００
以上で窒化硬化層の厚みはそれぞれ、ＳＵＳ３０４製マ
イクロシャフトが２３μｍ、ＳＵＳ３１６製マイクロシ
ャフトが２５μｍ、ＳＵＳ３１０製マイクロシャフトが
２０μｍであった。

【００２９】

【実施例３】実施例１において、窒化処理の温度を３８
０℃に変えるとともに、処理時間を１５時間に変更し
た。それ以外は実施例１と同様に行った。得られた３種
類の窒化処理済みマイクロシャフトについて、同様の測
定を行ったところ、表面硬度は３者ともＨｖ＝９５０以
上で窒化硬化層の厚みはそれぞれ、ＳＵＳ３０４製マイ
クロシャフトが１５μｍ、ＳＵＳ３１６製マイクロシャ
フトが１５μｍ、ＳＵＳ３１０製マイクロシャフトが１
２μｍであった。

【００３０】

【比較例１】実施例１で用いた３種類のマイクロシャフ
トを対象とし、いずれも４００℃でフッ化処理をしたの
ち、実施例１で用いたと同様の窒化ガスを用い、実施例
１で用いたと同様の炉に入れ、５５０℃で５時間窒化処
理して取り出した。得られた３種類の窒化処理済みマイ
クロシャフトの表面硬度はそれぞれ、順に、Ｈｖ＝１２
８０，Ｈｖ＝１２８０，Ｈｖ＝１３００であり、硬化層
深さは３０〜３５μｍであった。

【００３１】つぎに、上記実施例１〜３で得られた試験
品を４０℃の５％ＨＦ−１８％ＨＮＯ₃の強混酸溶液に
６０分間浸漬したのち、取出して調べたところ、各試験
品の窒化硬化層の最表面層（３〜６μｍ）が除去されて
いた。また、比較例１についても、同様に処理したとこ
ろ、窒化硬化層の全体が消失除去されていた。

【００３２】つぎに、以上の実施例１〜３および比較例
１で得られた試験品およびそれを強混酸溶液で処理した
ものの表面硬度および窒化硬化層の最表面のＮ原子の含
有量を求め、下記の表１〜表３にまとめて示した。表１
〜表３中、酸処理有は、強混酸処理を施したものを示
し、酸処理無は、窒化を終えた段階のものを示す。ま
た、Ｎ原子の含有量は、上記各試料をＥＰＭＡ線分析に
供し、得られたチャートから求めた。耐食性は、ＪＩＳ
２３７１に基づく塩水噴霧試験（ＳＳＴ試験）に供し、
発錆までの時間を求めた。また、結晶質クロムの存在の
有無は、各試料をＸ線回折試験に供し、得られたチャー
トから判断した。

【００３３】

【表１】

【００３４】

【表２】

【００３５】

【表３】

【００３６】上記の表１〜表３から下記のことがわか
る。実施例２のＳＵＳ３１０製マイクロシャフト
（酸処理無）と、比較例１のＳＵＳ３１６製マイクロシ
ャフト（酸処理無）との対比から明らかなように、窒化
硬化層中に結晶クロム窒化物がなく、かつＮ原子濃度
が、１１．８％以内であれば耐食性は実用化できる程度
に得られるが、１１．８％を超えると、結晶クロム窒化
物の析出がみられるようになり耐食性が大幅に低下す
る。逆に、実施例３のＳＵＳ３１６製マイクロシャフト
（酸処理有）から明らかなように、Ｎ原子濃度が、２％
を下回ると、表面硬度が通常、Ｈｖ７００以下となり、
表面剛性が不充分となる。実施例１〜３と比較例１
との対比から明らかなように、窒化温度が高くなる程、
窒化硬化層中のＮ原子の濃度（含有量）が多くなる。
強混酸処理すると、窒化硬化層中の最表面層部（Ｎ原
子の濃度最大）が溶解除去され、その下の層が現れるた
め、Ｎ原子濃度および表面硬度が下がる。窒化硬化
層中のＮ原子濃度は、ＳＵＳ３１６製マイクロシャフト
よりもＳＵＳ３１０製マイクロシャフトの方が高いこと
から、窒化に際しては、母材中のＣｒ濃度に比例して、
Ｎ原子の濃度が高くなる。比較例は、窒化硬化層の
全体にわたって結晶クロム窒化物が析出していて耐食性
に欠けることから、強混酸処理によって、耐食性に欠け
る窒化硬化層の全体が消失し、母材が露呈している。

【００３７】なお、上記ＥＰＭＡ線分析の結果を、実施
例１（ＳＵＳ３１６製マイクロシャフト、酸処理無）と
比較例１（ＳＵＳ３１６製マイクロシャフト、酸処理
無）とを代表させて図１（実施例１）および図２（比較
例１）に示した。この図１と図２のＮ原子の濃度曲線か
ら明らかなように、実施例１では、窒化硬化層の最表面
層のＮ原子の濃度（含有量）は、７．６％であるのに対
し、比較例１では、１２．８％と著しく高くなってい
る。なお、上記ＥＰＭＡのＮ原子濃度は、基準検量線を
用いて測定したものである。

【００３８】また、Ｘ線回折試験の結果を、上記実施例
１および比較例１（いずれもＳＵＳ３１６、酸処理な
し）とを代表させて図３（実施例１）および図４（比較
例１）に示した。これらの図において、曲線（イ）が実
施例１のＸ線回折曲線、曲線（ロ）が窒化処理をしてい
ないＳＵＳ３１６（ＳＵＳ３１６生材）のＸ線回折曲
線、曲線（ハ）が比較例１のＸ線回折曲線である。図３
において、γｎは、窒化によって窒素原子が含有された
γ相（母相）を示す。曲線（イ）と曲線（ロ）との対比
から、曲線（イ）のγｎ（母相）が、それに対応する曲
線（ロ）のγ−Ｆｅ相（母相）よりも左（低角度側）に
ずれ、格子常数が大きくなっていて、格子歪の発生がみ
られ、これが実施例品の表面硬度の向上原因であること
がうかがえる。他方、比較例の曲線（ハ）では、ＣｒＮ
のような結晶クロム窒化物のピークが多数みられ、これ
が、窒化硬化層の耐食性を低減させていることがうかが
える。

【００３９】また、上記のようにして得られた実施例１
および比較例１のマイクロシャフト（いずれもＳＵＳ３
１６、酸処理なし）について、電気化学的腐食性を調べ
るために、アノード分極試験（ＪＩＳＧ０５７９に
準ずる）に供した。その結果を図５に示す。図５から、
不働態領域近傍（破線Ｘ）での不働態保持電流密度レベ
ルのオーダーを比較すると、実施例１（曲線Ａ）は窒化
処理していないＳＵＳ３１６母材（曲線Ｂ）と比べてあ
まり劣化していないことがわかる。これに対して比較例
１（曲線Ｃ）は、ＳＵＳ３１６母材（曲線Ｂ）と比べて
３桁以上の差を有し、窒化処理によって耐食性が著しく
劣化していることがわかる。

【００４０】

【実施例４】さらに、上記実施例１で得られた３種類の
窒化処理済みマイクロシャフトをショットブラストに供
し、表面に付着していた酸化スケールを除去してＳＳＴ
試験に供した。発錆は、いずれも７２時間以内で生じ
た。

【００４１】つぎに、これらの試験品を、２０％ＨＣｌ
−１３％ＨＮＯ₃の強混酸溶液に、液温４５℃で６０分
浸漬し、その後、硬度を測定したところ、いずれも、表
面硬度Ｈｖ＝８５０〜９００であり、窒化硬化層の厚み
は、強混酸によって浸され５〜８μｍ減少し１２〜１５
μｍとなっていた。ついで、上記酸処理済の試験品をＳ
ＳＴ試験に供した結果、耐腐食性が向上しており、１８
００時間を超えても全く発錆しなかった。

【００４２】

【実施例５】Ｎ原子を製鋼プロセスで微量添加した非磁
性ステンレス丸棒（Ｃｒ１８％，Ｎｉ１２％，Ｍｎ１．
５％）およびＳＵＳ３１６丸棒を対象とし、実施例１と
同様の手順，条件でフッ化処理，窒化処理した。つぎ
に、得られた３種類の窒化処理済みマイクロシャフト
を、１０％ＨＦ−１５％ＨＮＯ₃の強混酸液に、液温４
０℃で３０分間浸漬して取り出した。

【００４３】つぎに、これらについて、それぞれ透磁率
（μ）を測定したところ、下記の表４に示すとおりであ
り、いずれも窒化によって磁性を帯びていないことがわ
かる。

【００４４】

【表４】

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例品に対するＥＰＭＡ線分析曲線図であ
る。

【図２】比較例品に対するＥＰＭＡ線分析曲線図であ
る。

【図３】実施例品に対するＸ線回折曲線図である。

【図４】比較例品に対するＸ線回折曲線図である。

【図５】実施例品および比較例品に対する電流密度−電
圧曲線図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C23C 8/26 F16C 3/02

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】母材がオーステナイト系ステンレスから
なり、表層部の少なくとも一部が、下記の（Ａ），
（Ｂ）を備えた窒化硬化層で構成されていることを特徴
とするマイクロシャフト。（Ａ）結晶質のクロム窒化物を実質的に含有していな
い。（Ｂ）窒化硬化層最表層部の組織中に１．８〜１１．
８重量％のＮ原子が含有されている。
【請求項２】オーステナイト系ステンレスが、クロム
を２２重量％以上含有している請求項１記載のマイクロ
シャフト。
【請求項３】オーステナイト系ステンレスが、モリブ
デンを１．５重量％以上含有している請求項１または２
記載のマイクロシャフト。
【請求項４】窒化硬化層が１２〜２５μｍの厚みで形
成されている請求項１記載のマイクロシャフト。