JP3391345B2

JP3391345B2 - 転がり軸受

Info

Publication number: JP3391345B2
Application number: JP2000552315A
Authority: JP
Inventors: 賢二山村; 進田中
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1998-06-04
Filing date: 1999-06-02
Publication date: 2003-03-31
Anticipated expiration: 2019-06-02
Also published as: WO1999063125A1

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】＜技術分野＞本発明は、転がり軸受に関し、特に、磁気ディスクドラ
イブ装置（ＨＤＤ）のスピンドル用等のように、大きさ
が非常に小さく、回転精度が要求されるような転がり軸
受として好適なものに関する。

【０００２】＜背景技術＞転がり軸受の内輪、外輪、および転動体は、使用状態に
おいて高い面圧下で繰り返し剪断応力を受ける。このよ
うな厳しい使用状態に耐えて必要とされる転がり疲労寿
命を得るために、従来は、鉄鋼材料としてＳＵＪ２等の
高炭素クロム軸受鋼を用い、成形後に焼入れ・焼き戻し
処理を行うことにより、内輪、外輪、および転動体の表
面硬さをＨＲＣ５８〜６４としている。一方、コンピュ
ータの記憶装置として使用するＨＤＤに対しては、小型
化、高速化、および低コスト化の要求が近年益々高まっ
ている。このうち、ＨＤＤを小型化するために、磁気デ
ィスクの小型化および高密度化が進められている。ま
た、磁気ディスクを高速で回転させるために、スピンド
ル用転がり軸受の回転精度の向上が求められている。こ
こで、転がり軸受の回転精度を向上させるためには、特
に内輪および外輪の軌道面において、精度特性に最も有
害な残留オーステナイトを極力少なくする必要がある。
そのため、従来は、ＳＵＪ２で成形した内輪および外輪
に焼入れを施した後にサブゼロ処理を施したり、焼き戻
し温度を高くしたりしている。しかしながら、焼入れ後
のサブゼロ処理によって残留オーステナイト量を減少さ
せることはできるが、その含有率を０体積％にすること
は難しい。また、高温焼き戻しにより残留オーステナイ
ト量を０体積％にすることは可能であるが、高温焼き戻
しを行うと表面硬さがＨＲＣ５７程度と低くなるため、
十分な転がり疲れ寿命が得られなくなる恐れがある。
したがって、鉄鋼材料としてＳＵＪ２を用いて内輪およ
び外輪を作製した場合には、転がり疲れ寿命と回転精度
の両方に優れた転がり軸受が得られないという問題があ
る。

【０００３】残留オーステナイト量が０体積％となるよ
うに高温で焼き戻しを行っても、表面硬度を高くできる
鉄鋼材料としては、航空機用等として使用されている高
速度鋼Ｍ５０等がある。この高速度鋼Ｍ５０は、Ｃｒ、
Ｍｏ、およびＶを多量に含んだ析出硬化型の合金鋼であ
って、焼き戻し後の成形体に１０μｍを超える巨大な炭
化物が存在するため音響特性の点で問題がある。また、
巨大な炭化物が素材の段階から存在するため加工性が悪
く、生産性の点でも問題がある。

【０００４】また、浸炭などの表面硬化処理を行うこと
により、残留オーステナイト量を０体積％としても表面
硬さを高くすることができる鉄鋼材料についての開発も
進められている。しかしながら、ＨＤＤスピンドル用転
がり軸受の内輪および外輪のように、厚さが１ｍｍ程度
である小さな成形体に対して表面硬化処理を行う場合に
は、処理条件や取り代の設定が困難である。また、加工
費が嵩むためコストが高くなる。

【０００５】本発明は、このような従来技術の問題点に
着目してなされたものであり、ＨＤＤスピンドル用とし
て好適な、転がり疲れ寿命と回転精度の両方に優れた転
がり軸受を安価に提供することを課題とする。一方、近
年、精密機器に使用する転がり軸受においては、軸受内
部から発生するガスを抑えるために、潤滑剤の使用量を
極力減らす傾向にあり、潤滑不良による摩耗の問題が生
じている。その対策として、内外輪と転動体の凝集力を
低くする、或いは接触面積を小さくするため、セラミッ
クス製の転動体を使用することが検討されている。しか
しながら、セラミックス製の転動体を使用すると、内外
輪と転動体との接触応力が高くなるため、軸受の耐衝撃
性が低下する恐れがある。本発明のもう一つの課題は、
セラミックス製の転動体を使用した転がり軸受の耐衝撃
性を高くすることである。

【０００６】＜発明の開示＞上記課題を達成するために、本発明は、内輪、外輪、お
よび転動体の少なくともいずれかは、合金成分として、
Ｃを０．８０〜１．２０重量％、Ｓｉを０．６０重量％
以下、Ｍｎを０．２５重量％以下、Ｃｒを１．００〜
１．５０重量％、Ｍｏを０．６０〜１．５０重量％の範
囲内で含み、残部Ｆｅ及び不可避的不純部からなる鉄鋼
材料（鋼材）で形成された後に、焼入れ・焼き戻しが
施されて、残留オーステナイト量が０体積％に、表面硬
さがＨＲＣ（スケールＣの場合のロックウェル硬さ）６
２以上になっていることを特徴とする転がり軸受を提供
する。

【０００７】この転がり軸受においては、内輪、外輪、
および転動体の少なくともいずれか一つを形成する鉄鋼
材料の組成について、前述のように、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、
Ｃｒ、およびＭｏの含有範囲を限定する。各数値限定の
臨界的意義について以下に述べる。〔Ｃ：０．８０〜１．２０重量％〕Ｃは、焼入れ・焼き戻し処理により素地をマルテンサイ
ト化して鋼に硬さを付与する元素であり、Ｃの含有量が
０．８０未満であるとＨＲＣ６２以上が確保できない場
合がある。Ｃの含有量が１．２０重量％を超えると、Ｃ
による硬さの向上硬化が飽和するばかりでなく、残留オ
ーステナイト量が生成し易くなる。〔Ｓｉ：０．６０重量％以下〕Ｓｉは製鋼時の脱酸剤として必要な元素であり、焼戻し
軟化抵抗を高めて、熱処理後の機械的強度や転がり疲労
寿命を向上させる効果もある。Ｓｉの含有率が０．６０
重量％を超えると、残留オーステナイトの分解を妨げる
作用が生じるとともに、被切削性が低下する。Ｓｉの含
有率が０．１０重量％未満であると、脱酸効果が十分で
なくなる恐れがあるため、Ｓｉの含有率は０．１０重量
％以上であることが好ましい。〔Ｍｎ：０．２５重量％以下〕Ｍｎは、Ｓｉと同様に、製鋼時の脱酸剤として必要な元
素であり、焼入れ性を向上させて、熱処理後の機械的強
度や転がり疲労寿命を向上させる効果もある。Ｍｎの含
有率が０．２５重量％を超えると、残留オーステナイト
が生成し易くなるとともに、被切削性が低下する。Ｍｎ
の含有率が０．１５重量％未満であると脱酸効果が十分
でなくなる恐れがあるため、Ｍｎの含有率は０．１５重
量％以上であることが好ましい。〔Ｃｒ：１．００〜１．５０重量％〕Ｃｒは焼入れ性を向上させて、熱処理後の機械的強度や
転がり疲労寿命を向上させる効果がある。また、Ｃと結
びついて炭化物を形成し、セメンタイトを球状化する作
用がある。Ｃｒの含有量が１．００重量％未満であると
これらの作用が実質的に発揮されない。Ｃｒの含有率が
１．５０重量％を超えると、これらの効果は飽和する。〔Ｍｏ：０．６０〜１．５０重量％〕Ｍｏは焼入れ性を向上させ、焼戻し軟化抵抗を高める元
素であり、熱処理後の機械的強度や転がり疲労寿命を向
上させる効果がある。焼き戻し温度を高くして残留オー
ステナイト量を０体積％としながら表面硬度をＨＲＣ６
２以上とするためには、Ｍｏの含有率を０．６０重量％
以上とする必要があり、０．８０重量％以上とすること
が好ましい。Ｍｏの含有率が１．５０重量％を超える
と、前記効果が飽和するばかりでなく被切削性が低下す
る。また、Ｍｏは高価であるため、多量に含有させると
コスト高となる。

【０００８】以上のような鉄鋼材料の特定により、残留
オーステナイト量が０体積％となるように高温で焼き戻
しを行っても、表面硬度をＨＲＣ６２以上と高くするこ
とができる。また、この鉄鋼材料を用いると、高速度鋼
Ｍ５０のような巨大な炭化物の存在がなく、浸炭などの
表面硬化処理を行う必要もないため、加工費を低く抑え
ることができる。

【０００９】また、表面硬さがＨＲＣ６２未満である
と、十分な転がり疲労寿命が得られないとともに、ＨＤ
Ｄスピンドル用の転がり軸受として十分な耐衝撃性が得
られない。本発明はまた、内輪および外輪の少なくとも
いずれかは、合金成分として、Ｃを０．８０〜１．２０
重量％、Ｓｉを０．６０重量％以下、Ｍｎを０．２５重
量％以下、Ｃｒを１．００〜１．５０重量％、Ｍｏを
０．６０〜１．５０重量％の範囲内で含み、残部Ｆｅ及
び不可避的不純部からなる鉄鋼材料（鋼材）で形成さ
れた後に、焼入れ・焼き戻しが施されて、残留オーステ
ナイト量が０体積％に、表面硬さがＨＲＣ６２以上にな
っており、転動体は、合金成分として、Ｃを０．３〜
０．６重量％、Ｓｉを０．３〜１．５重量％、Ｍｎを
０．３〜１．７重量％、Ｃｒを０．５〜２．５重量％、
Ｍｏを０．６〜３．０重量％の範囲内で含み、且つＯの
含有率が９ｐｐｍ以上であり、残部Ｆｅ及び不可避的不
純部からなる鉄鋼材料で形成され、浸炭窒化処理が施さ
れた後に焼入れ・焼き戻しが施されて、残留オーステナ
イト量が０体積％に、表面硬さがＨＲＣ６２以上になっ
ていることを特徴とする転がり軸受を提供する。

【００１０】この転がり軸受によれば、内輪および／ま
たは外輪が鋼材で形成されているため、上述のよう
に、表面硬化処理を行うことなく、残留オーステナイト
量０体積％および表面硬度ＨＲＣ６２以上が達成され
る。また、転動体も、残留オーステナイト量が０体積
％、表面硬さがＨＲＣ６２以上となっているため、この
転がり軸受は、転がり疲れ寿命と回転精度の両方に優れ
たものとなる。

【００１１】これに加えて、転動体を、鋼材よりも炭
素の含有率が少なく、Ｍｎの含有率が多く、酸素の含有
率が低い鉄鋼材料（鋼材）で形成され、且つ浸炭窒化
処理が施されたものとすることによって、例えば１００
００ｒｐｍ〜１５０００ｒｐｍ程度の高速回転であって
も振動の発生が抑えられるため、高速回転での音響寿命
が長くなる。なお、このような効果を得るためには、浸
炭窒化処理により、転動体の表面炭素濃度は０．８〜
１．２重量％、表面窒素濃度は０．２〜０．６重量％と
なっていることが好ましい。また、残留オーステナイト
量を０体積％にして表面硬さをＨＲＣ６２以上とするた
めには、鋼材中のＭｏ含有率を０．６重量％以上、好ま
しくは０．８重量％以上とする必要がある。

【００１２】また、転動体は熱処理に伴う変形量が少な
いため、内輪や外輪に対して浸炭窒化処理を行うより
も、転動体に対して浸炭窒化処理を行った方が、処理条
件の設定等が容易であるとともにコストも低く抑えるこ
とができる。本発明の転がり軸受の実施態様としては、
内輪および外輪の少なくともいずれかは、合金成分とし
て、Ｃを０．８０〜１．２０重量％、Ｓｉを０．６０重
量％以下、Ｍｎを０．２５重量％以下、Ｃｒを１．００
〜１．５０重量％、Ｍｏを０．６０〜１．５０重量％の
範囲内で含み、残部Ｆｅ及び不可避的不純部からなる鉄
鋼材料（鋼材）で形成された後に、焼入れ・焼き戻し
が施されて、残留オーステナイト量が０体積％に、表面
硬さがＨＲＣ６２以上になっており、転動体は、マルテ
ンサイト系ステンレス鋼で形成され、焼入れ・焼き戻し
が施され後に窒化処理が施されて表面に厚さ３μｍ以上
の窒化層が形成され、その後に仕上げ加工されて表面粗
さが０．１μｍＲａ以下になっているものが挙げられ
る。

【００１３】この転がり軸受によれば、内輪および／ま
たは外輪が鋼材で形成されているため、上述のよう
に、表面硬化処理を行うことなく、残留オーステナイト
量０体積％および表面硬度ＨＲＣ６２以上が達成され
る。その結果、十分な転がり疲労寿命と、ＨＤＤスピン
ドル用の転がり軸受として十分な耐衝撃性が得られる。
また、転動体が、マルテンサイト系ステンレス鋼で形成
され、焼入れ・焼き戻しが施され後に窒化処理が施され
て表面に厚さ３μｍ以上の窒化層が形成され、その後に
仕上げ加工されて表面粗さが０．１μｍＲａ以下になっ
ているため、耐熱性および耐摩耗性が高くなる。

【００１４】なお、転動体の母材としてマルテンサイト
系ステンレス鋼を使用することにより、窒化処理時の母
材の軟化が防止される。また、音響特性等の点から、１
３Ｃｒ系のマルテンサイト系ステンレス鋼を使用するこ
とが好ましい。仕上げ加工後に窒化層が転動体表面に均
一に存在するようにするためには、窒化層の厚さが３μ
ｍ以上となるように窒化処理を行う必要がある。

【００１５】本発明の転がり軸受の実施態様としては、
内輪および外輪の少なくともいずれかは、合金成分とし
て、Ｃを０．８０〜１．２０重量％、Ｓｉを０．６０重
量％以下、Ｍｎを０．２５重量％以下、Ｃｒを１．００
〜１．５０重量％、Ｍｏを０．６０〜１．５０重量％の
範囲内で含み、残部Ｆｅ及び不可避的不純部からなる鉄
鋼材料（鋼材）で形成された後に、焼入れ・焼き戻し
が施されて、残留オーステナイト量が０体積％に、表面
硬さがＨＲＣ６２以上になっており、転動体はセラミッ
クス（例えば、窒化珪素、炭化珪素、アルミナ、ジルコ
ニア、窒化アルミナ等）で形成されているものが挙げら
れる。

【００１６】この転がり軸受によれば、内輪および／ま
たは外輪が鋼材で形成されているため、上述のよう
に、表面硬化処理を行うことなく、残留オーステナイト
量０体積％および表面硬度ＨＲＣ６２以上が達成され
る。その結果、セラミックス製の転動体を備えているに
も関わらず、従来の転がり軸受（例えば内外輪および転
動体が全てＳＵＪ２製であるもの）と同等以上の耐衝撃
性が得られる。＜発明を実施するための最良の形態＞以下、本発明の実施形態を具体的な実験例により説明す
る。［第１実施形態］先ず、内径５ｍｍ外径１３ｍｍ幅４ｍｍであって、玉の
直径が２ｍｍである玉軸受を、以下のようにして作製し
た。内輪および外輪については、下記の表１に示す記号
Ａ〜Ｖの各組成の鉄鋼材料を用いて所定形状の成形体を
形成した後、各成形体に８６０℃で焼入れを行い、続い
て２４０℃で２時間の焼き戻しを施すことにより作製し
た。熱処理後の表面硬さ（ＨＲＣ）および残留オーステ
ナイト量（γ_R ）を表１に併せて示す。転動体として
は、全て、従来から用いられているＳＵＪ２製ボールを
用いた。

【００１７】内輪および外輪の熱処理条件は、次のよう
な熱処理実験を行って決定した。すなわち、表１の記号
Ａ〜Ｐの各鋼材からなる成形体に対して８６０℃で焼入
れを行った後に、焼き戻しを１８０℃〜２４０℃の各温
度で行い、各成形体の残留オーステナイト値を測定し
た。その結果を図２のグラフに示す。このグラフから分
かるように、焼入れを８６０℃で行った場合の焼き戻し
温度を２３０℃以下とすれば、記号Ａ〜Ｐの各鋼材から
なる成形体の全ての残留オーステナイト値が０となる。
ここでは、これら全ての成形体の残留オーステナイト値
が確実に０となるように、焼き戻し温度を２４０℃に設
定した。また、この熱処理条件によれば、表面硬さはＨ
ＲＣ６２以上となる。なお、この熱処理条件は一例を示
しているだけであり、本発明で行われる熱処理条件はこ
れに限定されない。

【００１８】次に、この玉軸受を、図１に示すＨＤＤス
ピンドルモータユニットに予圧を加えた状態で組み込ん
で、玉軸受の耐衝撃性を調べる試験を行った。図１のＨ
ＤＤスピンドルモータユニットは、磁気ディスクを搭載
して回転するハブ１と、このハブ１に上端が固定された
軸２と、軸方向に配置された二つの玉軸受３と、これら
の玉軸受３を介して軸２を回転可能に支持するハウジン
グ４とを備えている。この二つの玉軸受３として、前述
のようにして作製された各玉軸受を用い、同じものを二
つ組み合わせてハウジング４と軸２との間に組み込ん
だ。

【００１９】このモータユニットを所定の落下距離で落
下させることにより、玉軸受３に３０ｋｇｆの衝撃荷重
を加えて、落下前後における音響特性の劣化度合を測定
した。具体的には、落下前後にこのモータユニットのア
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は音響特性に
劣化が認められた（耐衝撃性が悪い：×）と判断し、そ
れ以外の場合には音響特性に劣化が認められなかった
（耐衝撃性が良い：○）と判断した。落下に伴う音響特
性の劣化は、落下により玉軸受の軌道面が変形するため
に生じるものであり、耐衝撃性が良いということは、軌
道面の変形抵抗が十分に高く、回転精度の低下が生じ難
いことを示す。これらの結果も表１に併せて示す。

【００２０】

【表１】

【００２１】この結果から分かるように、内輪および外
輪を形成する鉄鋼材料の組成が、Ｃ：０．８０〜１．２０重量％Ｓｉ：０．６０重量％以下Ｍｎ：０．２５重量％以下Ｃｒ：１．００〜１．５０重量％Ｍｏ：０．６０〜１．５０重量％を全て満たす記号Ａ〜Ｐの玉軸受は、内輪および外輪の
熱処理後の残留オーステナイト量が０体積％以下で、表
面硬さはＨＲＣ６２以上であるため、耐衝撃性に優れて
いた。

【００２２】これに対して記号Ｒの玉軸受は、内輪およ
び外輪を形成する鉄鋼材料のＣの含有率が本発明の範囲
より低いため、内輪および外輪の熱処理後の残留オース
テナイト量は０体積％であるが、表面硬さはＨＲＣ６
０．７と小さくなった。その結果、耐衝撃性が悪かっ
た。記号Ｓの玉軸受は、内輪および外輪を形成する鉄鋼
材料のＳｉの含有率が本発明の範囲より高いため、内輪
および外輪の熱処理後の表面硬さはＨＲＣ６２．７であ
ったが、２４０℃の高温焼き戻しによっても残留オース
テナイトが完全には分解されなかった。その結果、耐衝
撃性が悪かった。

【００２３】記号Ｔの玉軸受は、内輪および外輪を形成
する鉄鋼材料のＣｒの含有率が本発明の範囲より低いた
め、内輪および外輪の熱処理後の残留オーステナイト量
は０体積％であるが、表面硬さはＨＲＣ６０．５と小さ
くなった。その結果、耐衝撃性が悪かった。記号Ｕの玉
軸受は、内輪および外輪を形成する鉄鋼材料のＭｏの含
有率が本発明の範囲より低いため、内輪および外輪の熱
処理後の残留オーステナイト量は０体積％であるが、表
面硬さはＨＲＣ６０．２と小さくなった。その結果、耐
衝撃性が悪かった。

【００２４】記号Ｖの玉軸受は、内輪および外輪を形成
する鉄鋼材料としてＳＵＪ２鋼に相当する組成を使用し
ている。この鋼は、Ｍｏの含有率が本発明の範囲より低
く、Ｃｒの含有率が本発明の範囲より高いため、内輪お
よび外輪の熱処理後の残留オーステナイト量は０体積で
あるが、表面硬さはＨＲＣ５７．０と小さくなった。そ
の結果、記号Ｖの玉軸受は耐衝撃性が悪かった。

【００２５】このように、本発明の実施例に相当する記
号Ａ〜Ｐの玉軸受では、内輪および外輪を形成する鉄鋼
材料の組成が前記範囲内であるため、高温焼き戻しで内
輪および外輪の残留オーステナイト量を０体積％にしな
がら、浸炭等の表面硬化処理を行わなくても内輪および
外輪の表面硬さをＨＲＣ６２以上にすることができる。
その結果、回転精度と転がり疲れ寿命の両方に優れた転
がり軸受が安価に得られる。

【００２６】なお、この第１実施形態では、内輪および
外輪についてのみ、残留オーステナイト量０体積％且つ
表面硬さＨＲＣ６２以上としているが、本発明の転がり
軸受はこれに限定されない。すなわち、転がり疲れ寿命
と回転精度の両方に優れた転がり軸受を得るためには、
内輪、外輪、および転動体の少なくともいずれか一つ
が、前記範囲の組成の鉄鋼材料で形成されていて、焼入
れ・焼き戻しにより残留オーステナイト量０体積％且つ
表面硬さＨＲＣ６２以上となっていればよい。［第２実施形態］先ず、内径５ｍｍ外径１３ｍｍ幅４ｍｍであって、玉の
直径が２ｍｍである玉軸受を、以下のようにして作製し
た。内輪および外輪については、表１に示すＡ〜Ｐおよ
びＶの鉄鋼材料を用いて所定形状の成形体を形成した
後、各成形体に８６０℃で焼入れを行い、続いて２４０
℃で２時間の焼き戻しを施すことにより作製した。熱処
理後の表面硬さ（ＨＲＣ）および残留オーステナイト量
（γ_R ）も表１に示す通りである。

【００２７】転動体については、下記の表２に示すＸお
よびＹの鉄鋼材料と、表１に示すＡの鉄鋼材料を用い
て、直径が２ｍｍの玉を形成した。その後、材料Ｘで形
成した玉には、８７０℃〜９００℃で１〜５時間浸炭窒
化を行った後、８４０℃〜８６０℃で焼入れを行い、続
いて２７０℃〜３５０℃で１．５〜３．０時間焼き戻し
を施した。材料Ｙおよび材料Ａで形成した玉には、８６
０℃で焼入れを行い、続いて２４０℃で１．５〜３．０
時間焼き戻しを施した。なお、材料ＹはＪＩＳ鋼種ＳＵ
Ｊ２鋼に相当する。

【００２８】材料Ｘおよび材料Ｙで形成した玉の熱処理
後の表面硬さ（ＨＲＣ）および残留オーステナイト量
（γ_R ）を表２に示す。また、材料Ａで形成した玉の熱
処理後の表面硬さ（ＨＲＣ）および残留オーステナイト
量（γ_R ）は、表１に示す値と同じであった。また、材
料Ｘで形成した玉の熱処理後の表面炭素濃度は０．９重
量％であり、表面窒素濃度は０．３重量％であった。

【００２９】

【表２】

【００３０】これらの内輪、外輪、および転動体を下記
の表３に示す組合せで組み立てて、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１
９の玉軸受を得た。各軸受とも、内輪と外輪は同じ材料
で同じ熱処理をして作製されたものを使用した。これら
の玉軸受を下記の条件で回転させて、高速回転時の音響
寿命試験を行った。＜回転条件＞回転数：１００００ｒｐｍアキシャル荷重：２ｋｇｆ雰囲気温度：７０℃ 潤滑材：鉱油系グリース回転時間：３０００時間各玉軸受について、回転開始直前と回転終了直後にアン
デロメータによる振動測定を行う。すなわち、軸受をア
ンデロメータに取り付けて所定条件で内輪を回転させ、
外輪にスラスト荷重を加えて静止させた状態でコンバー
タの触針を外輪に接触させて、外輪に生じる半径方向の
振動速度の実効値に比例する値（アンデロン値）を測定
する。

【００３１】音響寿命の判定については、試験終了直後
のアンデロン値から試験開始直前のアンデロン値を引い
た値をアンデロン上昇値として算出し、その値が２．５
以下であれば音響寿命が長い（○）と判断し、２．６以
上５．０以下であれば音響寿命がやや短い（△）と判断
し、５．１以上であれば音響寿命が短い（×）と判断し
た。その結果を下記の表３に併せて示す。

【００３２】

【表３】

【００３３】この結果から分かるように、玉（転動体）
を形成する鉄鋼材料の組成が、Ｃ：０．３〜０．６重量％Ｓｉ：０．３〜１．５重量％Ｍｎ：０．３〜１．７重量％Ｃｒ：０．５〜２．５重量％Ｍｏ：０．６０〜３．０重量％Ｏの含有率：９ｐｐｍ以下を全て満たし、浸炭窒化により表面に窒素が存在する記
号Ｘの玉を使用した No.１〜 No.１６の玉軸受は、高速
回転時の音響寿命が長いものであった。

【００３４】これに対して No.１７および No.１８の玉
軸受は、Ｍｏを含有していない鉄鋼材料を用い浸炭窒化
をしないで得られた記号Ｙの玉（表面硬さＨＲＣ５７）
を使用しているため、高速回転時の音響寿命が短いもの
であった。また、 No.１９の玉軸受は、記号Ａの玉（Ｍ
ｏを１．０重量％含有する鉄鋼材料を用いたため表面硬
さはＨＲＣ６２．５となっているが、浸炭窒化をしない
で得られた玉）を使用しているため、高速回転時の音響
寿命がやや短いものであった。なお、 No.１９の玉軸受
は、回転速度が７０００ｒｐｍ以下である場合には十分
に長い音響寿命が得られる。［第３実施形態］先ず、内径５ｍｍ外径１３ｍｍ幅４ｍｍであって、玉の
直径が２ｍｍである玉軸受を、以下のようにして作製し
た。内輪および外輪については、表１に示すＡ〜Ｖの鉄
鋼材料を用いて所定形状の成形体を形成した後、各成形
体に８６０℃で焼入れを行い、続いて、２４０℃で２時
間の焼き戻しを施すことにより作製した。熱処理後の表
面硬さ（ＨＲＣ）および残留オーステナイト量（γ_R ）
も表１に示す通りである。

【００３５】転動体については、合金成分の含有率が表
４に示す値であるａおよびｂの鉄鋼材料を用いて、直径
が２ｍｍより大きい粗球を形成した後、これに対して１
０００℃〜１１００℃で焼入れを行い、続いて４３０℃
〜５５０℃で２〜４時間焼き戻しを施した。次に、所定
の寸法となるまでこの粗球を研磨した後、４１０〜４６
０℃で２４〜４８時間のガス窒化処理を施した。次に、
仕上げ加工を行うことにより、表面に厚さ１５μｍの窒
化層が形成されて、表面粗さが０．１μｍＲａ以下であ
る直径２ｍｍの玉を得た。

【００３６】

【表４】

【００３７】これらの内輪、外輪、および転動体を下記
の表５に示す組合せで組み立てて、 No.３−１〜 No.３
−２１の玉軸受を得た。各軸受とも、内輪と外輪は同じ
材料で同じ熱処理をして作製されたものを使用した。こ
れらの玉軸受を、図１に示すＨＤＤスピンドルモータユ
ニットに予圧を加えた状態で組み込んで、第１実施形態
と同じ方法で、玉軸受の耐衝撃性を調べる試験を行っ
た。その結果を表５に示す。

【００３８】

【表５】

【００３９】この表から分かるように、No. ３−１〜３
−１６の玉軸受は、内輪および外輪が第１実施形態の記
号Ａ〜Ｐの玉軸受と同じであるため耐衝撃性に優れてい
た。これに対して、No. ３−１７〜３−２１の玉軸受
は、内輪および外輪が第１実施形態の記号Ｒ〜Ｖの玉軸
受と同じであるため耐衝撃性が悪かった。すなわち、内
輪および外輪を第１実施形態の記号Ａ〜Ｐと同じ構成に
すれば、転動体として、マルテンサイト系ステンレス鋼
で形成され、焼入れ・焼き戻しが施され後に窒化処理が
施されて表面に厚さ３μｍ以上の窒化層が形成され、表
面粗さが０．１μｍＲａ以下になっているものを用いて
も、ＳＵＪ２製の転動体を用いた第１実施形態と同様
に、優れた耐衝撃性が得られる。［第４実施形態］先ず、内径５ｍｍ外径１３ｍｍ幅４ｍｍであって、玉の
直径が２ｍｍである玉軸受を、以下のようにして作製し
た。内輪および外輪については、表１に示すＡおよびＶ
（ＳＵＪ２）の鉄鋼材料を用いて所定形状の成形体を形
成した後、各成形体に８６０℃で焼入れを行い、続い
て、２４０℃で２時間の焼き戻しを施すことにより作製
した。熱処理後の表面硬さ（ＨＲＣ）および残留オース
テナイト量（γ_R ）も表１に示す通りである。転動体に
ついては、表６に示すように、セラミックス（窒化珪
素：Ｓｉ₃ Ｎ₄ ）またはＳＵＪ２で形成した。

【００４０】次に、各玉軸受の耐衝撃性を調べる試験を
行った。すなわち、各玉軸受に対して衝撃荷重を段階的
に増加させながら負荷した後に、各玉軸受の音響レベル
を測定することを繰り返し、音響レベルが急激に上昇し
た時の荷重を耐衝撃荷重とした。その結果から、従来例
であるNo. ４−３（内外輪、転動体ともにＳＵＪ２製）
の耐衝撃荷重を１とした相対値を算出した。その結果を
表６に示す。

【００４１】

【表６】

【００４２】この表から分かるように、転動体がセラミ
ックス製である場合には、内外輪がＳＵＪ２製である
（No. ４−２）と、耐衝撃性は従来例（No. ４−３）よ
り低下するが、内外輪を第１実施形態の記号Ａの玉軸受
と同じ構成（No. ４−１）にすれば、耐衝撃性を従来例
（No. ４−３）と同等以上にすることができる。＜産業上の利用可能性＞以上説明したように、本発明によれば、内輪、外輪、お
よび転動体の少なくともいずれかを、前記特定の鉄鋼材
料（鋼材）で形成することにより、転がり疲れ寿命と
回転精度の両方に優れた転がり軸受を安価に提供するこ
とができる。

【００４３】また、内輪および外輪の少なくともいずれ
かを前記特定の鉄鋼材料（鋼材）で形成し、転動体と
して、別の特定の鉄鋼材料（鋼材）で形成されて浸炭
窒化処理されたものを使用することにより、転がり疲れ
寿命と回転精度の両方に優れた転がり軸受を安価に提供
することができるとともに、高速回転時の音響寿命を長
くすることができる。

【００４４】また、内輪および外輪の少なくともいずれ
かを前記特定の鉄鋼材料（鋼材）で形成することによ
り、セラミックス製転動体またはマルテンサイト系ステ
ンレス鋼製で窒化処理された転動体を使用した場合で
も、転がり疲れ寿命と回転精度の両方に優れた転がり軸
受を安価に提供することができる。［図面の簡単な説明］図１は、本発明の実施形態で作製した転がり軸受を組み
込んで耐衝撃試験を行った、ＨＤＤスピンドルモータユ
ニットを示す断面図である。図２は、実施形態におい
て、内輪および外輪の熱処理条件を決定するために行っ
た、熱処理実験の結果を示すグラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C22C 38/00 301 C22C 38/22 F16C 33/32 F16C 33/62

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】内輪、外輪、および転動体の少なくとも
いずれか一つは、合金成分として、Ｃを０．８０〜１．
２０重量％、Ｓｉを０．６０重量％以下、Ｍｎを０．２
５重量％以下、Ｃｒを１．００〜１．５０重量％、Ｍｏ
を０．６０〜１．５０重量％の範囲内で含み、残部Ｆｅ
及び不可避的不純部からなる鉄鋼材料で形成された後
に、焼入れ・焼き戻しが施されて、残留オーステナイト
量が０体積％に、表面硬さがＨＲＣ６２以上になってい
ることを特徴とする転がり軸受。
【請求項２】内輪および外輪の少なくともいずれか
は、合金成分として、Ｃを０．８０〜１．２０重量％、
Ｓｉを０．６０重量％以下、Ｍｎを０．２５重量％以
下、Ｃｒを１．００〜１．５０重量％、Ｍｏを０．６０
〜１．５０重量％の範囲内で含み、残部Ｆｅ及び不可避
的不純部からなる鉄鋼材料で形成された後に、焼入れ・
焼き戻しが施されて、残留オーステナイト量が０体積％
に、表面硬さがＨＲＣ６２以上になっており、転動体
は、合金成分として、Ｃを０．３〜０．６重量％、Ｓｉ
を０．３〜１．５重量％、Ｍｏを０．３〜１．７重量
％、Ｃｒを０．５〜２．５重量％、Ｍｏを０．６〜３．
０重量％の範囲内で含み、且つＯの含有率が９ｐｐｍ以
下であり、残部Ｆｅ及び不可避的不純部からなる鉄鋼材
料で形成され、浸炭窒化処理が施された後に焼入れ・焼
き戻しが施されて、残留オーステナイト量が０体積％
に、表面硬さがＨＲＣ６２以上になっていることを特徴
とする転がり軸受。
【請求項３】内輪および外輪の少なくともいずれか
は、合金成分として、Ｃを０．８０〜１．２０重量％、
Ｓｉを０．６０重量％以下、Ｍｎを０．２５重量％以
下、Ｃｒを１．００〜１．５０重量％、Ｍｏを０．６０
〜１．５０重量％の範囲内で含み、残部Ｆｅ及び不可避
的不純部からなる鉄鋼材料で形成された後に、焼入れ・
焼き戻しが施されて、残留オーステナイト量が０体積％
に、表面硬さがＨＲＣ６２以上になっており、転動体
は、マルテンサイト系ステンレス鋼で形成され、焼入れ
・焼き戻しが施され後に窒化処理が施されて表面に厚さ
３μｍ以上の窒化層が形成され、その後に仕上げ加工さ
れて表面粗さが０．１μｍＲａ以下になっていることを
特徴とする転がり軸受。
【請求項４】内輪および外輪の少なくともいずれか
は、合金成分として、Ｃを０．８０〜１．２０重量％、
Ｓｉを０．６０重量％以下、Ｍｎを０．２５重量％以
下、Ｃｒを１．００〜１．５０重量％、Ｍｏを０．６０
〜１．５０重量％の範囲内で含み、残部Ｆｅ及び不可避
的不純部からなる鉄鋼材料で形成された後に、焼入れ・
焼き戻しが施されて、残留オーステナイト量が０体積％
に、表面硬さがＨＲＣ６２以上になっており、転動体は
セラミックスで形成されていることを特徴とする転がり
軸受。