JP4317521B2 - 転がり軸受、転がり軸受用材料およびその転がり軸受を用いた回転部を有する機器 - Google Patents
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Description
本発明は、転がり軸受、転がり軸受用材料およびその転がり軸受けを用いた回転部を有する機器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およびその転がり軸受けを用いた回転部を有する機器に関するものである。
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。
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後、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。
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。
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）などの高温焼きもどしタイプの高炭素高合金鋼が使われている。
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。
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。
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。
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。
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。
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が提案されている（例えば、特許文献１と特許文献２参照）。
上記特許文献１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。
また、特許文献２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。
特開平６−１１７４３９号公報 特公平５−２７３４号公報
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後、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。
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。
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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。
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。
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。
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。
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。
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が提案されている（例えば、特許文献１と特許文献２参照）。
上記特許文献１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。
また、特許文献２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。
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。
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、転がり軸受用材料およびその転がり軸受けを用いた回転部を有する機器を提供することにある。
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、転がり軸受用材料およびその転がり軸受けを用いた回転部を有する機器を提供することにある。
本発明は、鋼中の化学成分、耐食軸受鋼中の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および共晶炭化物の面積率ならびに耐食軸受鋼の硬度と、耐食軸受鋼中の残留オーステナイト量と、平均結晶粒径に着目し、それらの数値と被削性（加工性）、転がり軸受や回転部を有する機器としての静粛性、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。
すなわち、耐寿命性や耐食性を高めるために添加されるＣやＣｒの含有量を比較的少なくすることにより、共晶炭化物の生成を抑えることができるのである。そして、ＣやＣｒの含有量を少なくすることによる不都合な点を回避するために、ＣｕやＭｏを比較的多く添加するのである。
また、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、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、共晶炭化物の円相当直径の平均値、共晶炭化物の平均面積および共晶炭化物の面積率を一定範囲におさめることで、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。
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、０．２〜１．６μｍ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。
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、０．０３〜２．０μｍ２とすることが好ましい。
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。
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靭性を確保するために、耐食軸受鋼の硬度は、ロックウエル硬さＣスケール（ＨＲＣ）で、５８〜６２とすることが好ましい。
また、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％以下とすることが好ましい。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。
さらに、加工性や硬度を安定させるためには、平均結晶粒径は６〜９．５μｍの範囲が好ましい。
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重量比で、Ｃが０．５〜０．５６％、Ｓｉが１％以下、Ｍｎが１％以下、Ｐが０．０３％以下、Ｓが０．０１％以下、Ｃｒが８．００〜９．５０％、Ｍｏが０．１５〜０．５０％、Ｃｕが０．３０〜０．７０％、Ｔｉが１５ｐｐｍ以下、Ｖが０．１５％以下、Ｏが１５ｐｐｍ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耐食軸受鋼とし、この耐食軸受鋼の含有する共晶炭化物の円相当直径の平均値は０．２〜１．６μｍであり、共晶炭化物の平均面積は０．０３〜２μｍ２であり、共晶炭化物の面積率は２〜７％であり、耐食軸受鋼の硬度はＨＲＣ５８〜６２であり、耐食軸受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、
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、外輪および転動体のすべてを重量比で、Ｃが０．５〜０．５６％、Ｓｉが１％以下、Ｍｎが１％以下、Ｐが０．０３％以下、Ｓが０．０１％以下、Ｃｒが８．００〜９．５０％、Ｍｏが０．１５〜０．５０％、Ｃｕが０．３０〜０．７０％、Ｔｉが１５ｐｐｍ以下、Ｖが０．１５％以下、Ｏが１５ｐｐｍ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耐食軸受鋼とし、この耐食軸受鋼の含有する共晶炭化物の円相当直径の平均値は０．２〜１．６μｍであり、共晶炭化物の平均面積は０．０３〜２μｍ２であり、共晶炭化物の面積率は２〜７％であり、耐食軸受鋼の硬度はＨＲＣ５８〜６２であり、耐食軸受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、
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、上記軸および外輪の少なくとも一方を重量比で、Ｃが０．５〜０．５６％、Ｓｉが１％以下、Ｍｎが１％以下、Ｐが０．０３％以下、Ｓが０．０１％以下、Ｃｒが８．００〜９．５０％、Ｍｏが０．１５〜０．５０％、Ｃｕが０．３０〜０．７０％、Ｔｉが１５ｐｐｍ以下、Ｖが０．１５％以下、Ｏが１５ｐｐｍ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耐食軸受鋼とし、この耐食軸受鋼の含有する共晶炭化物の円相当直径の平均値は０．２〜１．６μｍであり、共晶炭化物の平均面積は０．０３〜２μｍ２であり、共晶炭化物の面積率は２〜７％であり、耐食軸受鋼の硬度はＨＲＣ５８〜６２であり、耐食軸受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三の発明とし、
上記第一、第二または第三の発明において、平均結晶粒径が６〜９．５μｍである転がり軸受を第四の発明とし、
重量比で、Ｃが０．５〜０．５６％、Ｓｉが１％以下、Ｍｎが１％以下、Ｐが０．０３％以下、Ｓが０．０１％以下、Ｃｒが８．００〜９．５０％、Ｍｏが０．１５〜０．５０％、Ｃｕが０．３０〜０．７０％、Ｔｉが１５ｐｐｍ以下、Ｖが０．１５％以下、Ｏが１５ｐｐｍ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耐食軸受鋼で、この耐食軸受鋼の含有する共晶炭化物の円相当直径の平均値は０．２〜１．６μｍであり、共晶炭化物の平均面積は０．０３〜２μｍ２であり、共晶炭化物の面積率は２〜７％であることを特徴とする転がり軸受用材料を第五の発明とし、
上記第一または第四の発明の転がり軸受を用いた回転部を有する機器を第六の発明とし、
上記第二または第四の発明の転がり軸受を用いた回転部を有する機器を第七の発明とし、
上記第三または第四の発明の転がり軸受を用いた回転部を有する機器を第八の発明とし、
上記第六ないし第八の発明の中のいずれかに記載の回転部を有する機器がハードディスクドライブである発明を第九の発明とし、
上記第六ないし第八の発明の中のいずれかに記載の回転部を有する機器が精密機器である発明を第十の発明とする。
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、その軸受をハードディスクドライブなどの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。ハードディスクドライブなどの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。
そこで、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の内輪および外輪の少なくとも一方を本発明の耐食軸受鋼とするか、外周に転動溝を形成した軸と外輪の間に複数個の転動体を備えてなる転がり軸受の上記軸および外輪の少なくとも一方を本発明の耐食軸受鋼とすることで、高炭素クロム軸受鋼に比べて錆が発生しにくく、耐食性の向上と耐寿命性の向上を図ることができる。
そして、耐食軸受鋼の含有するＣを０．５〜０．５６％、Ｓｉを１％以下、Ｍｎを１％以下、Ｐを０．０３％以下、Ｓを０．０１％以下、Ｃｒを８．００〜９．５０％、Ｍｏを０．１５〜０．５０％、Ｃｕを０．３０〜０．７０％、Ｔｉを１５ｐｐｍ以下、Ｖを０．１５％以下、Ｏを１５ｐｐｍ以下で、残部をＦｅおよび不可避的に混入する不純物とし、共晶炭化物の占める部分（面積）を一定範囲におさめることにより、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。
すなわち、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。
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０．２μｍ以上で、共晶炭化物の平均面積が０．０３μｍ２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。
さらに、内輪と外輪と転動体のすべてに本発明の耐食軸受鋼を用いると、使用中に高温となったときでも、内輪、外輪および転動体のすべてが同一材料であるため、相互で熱膨張係数の差による歪みが全くなくなり、高温時でも静粛性と耐寿命性に優れた効果を発揮することができる。
また、耐食軸受鋼の硬度を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。
そして、耐食軸受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。
さらに、平均結晶粒径を６〜９．５μｍにすることにより、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。
本発明の耐食軸受鋼を転がり軸受用材料として用いる場合、内輪、外輪および転動体のいずれか一つに用いても、もちろん上記した効果を発揮する。例えば、請求の範囲第５項記載の転がり軸受用材料の実施形態として転動体のみに本発明の耐食軸受鋼を用い、内輪と外輪は、後記する表３に示す従来の組成のステンレス鋼を用いることもできる。
本発明の耐食軸受鋼の成分（重量％）の限定理由は、以下の通りである。
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、先に示した特許文献２では、Ｃは０．６〜０．７５％添加されているが、本発明では、炭化物の生成を抑制するため、Ｃの含有量は０．５〜０．５６％とした。所定の高温強度と耐摩耗性を確保するためには、０．５％以上のＣ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、０．５６％以下とするのが好ましい。
Ｓｉを１％以下、Ｍｎを１％以下、Ｐを０．０３％以下、Ｓを０．０１％以下、Ｖを０．１５％以下、Ｔｉを１５ｐｐｍ以下、Ｏを１５ｐｐｍ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。
Ｃｒ、ＣｕおよびＭｏの数値限定理由は、以下のとおりである。
ＣｒはＣと結合して炭化物を形成し、耐摩耗性を高めるとともに基地に固溶したＣｒは耐食性を増す。本発明は炭化物の生成を抑制するためにＣを従来より少し低減したので、Ｃｒも特許文献２に記載された含有量（１０．５〜１３．５％）に比べて少なくなるように、８．００〜９．５０％とした。ＣとＣｒの含有量を少なくすることによる不都合な点を回避するために、ＣｕとＭｏの添加量を比較的多くしている。
すなわち、Ｃｕは耐食性と耐候性を発揮するという効果がある。しかし、多すぎると、割れやすくなるため、０．３０〜０．７０％とするのが好ましい。
Ｍｏは焼き入れ性を向上させ、結晶粒の粗大化を防止し、さらに耐食性をも向上させるという効果がある。Ｍｏが０．１５％より少ないと、これらの効果が少なく、０．５０％より多くなると公知の焼き入れ条件で焼き入れできず、またＭｏは非常に高価な金属であるため、Ｍｏ量が多いとコストが増大するからである。
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、転がり軸受用材料及びその転がり軸受を用いた回転部を有する機器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、中でもとりわけスイングアーム用軸受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。
すなわち、耐寿命性や耐食性を高めるために添加されるＣやＣｒの含有量を比較的少なくすることにより、共晶炭化物の生成を抑えることができるのである。そして、ＣやＣｒの含有量を少なくすることによる不都合な点を回避するために、ＣｕやＭｏを比較的多く添加するのである。
また、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、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、共晶炭化物の円相当直径の平均値、共晶炭化物の平均面積および共晶炭化物の面積率を一定範囲におさめることで、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。
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、０．２〜１．６μｍ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。
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、０．０３〜２．０μｍ２とすることが好ましい。
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。
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靭性を確保するために、耐食軸受鋼の硬度は、ロックウエル硬さＣスケール（ＨＲＣ）で、５８〜６２とすることが好ましい。
また、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％以下とすることが好ましい。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。
さらに、加工性や硬度を安定させるためには、平均結晶粒径は６〜９．５μｍの範囲が好ましい。
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重量比で、Ｃが０．５〜０．５６％、Ｓｉが１％以下、Ｍｎが１％以下、Ｐが０．０３％以下、Ｓが０．０１％以下、Ｃｒが８．００〜９．５０％、Ｍｏが０．１５〜０．５０％、Ｃｕが０．３０〜０．７０％、Ｔｉが１５ｐｐｍ以下、Ｖが０．１５％以下、Ｏが１５ｐｐｍ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耐食軸受鋼とし、この耐食軸受鋼の含有する共晶炭化物の円相当直径の平均値は０．２〜１．６μｍであり、共晶炭化物の平均面積は０．０３〜２μｍ２であり、共晶炭化物の面積率は２〜７％であり、耐食軸受鋼の硬度はＨＲＣ５８〜６２であり、耐食軸受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、
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、外輪および転動体のすべてを重量比で、Ｃが０．５〜０．５６％、Ｓｉが１％以下、Ｍｎが１％以下、Ｐが０．０３％以下、Ｓが０．０１％以下、Ｃｒが８．００〜９．５０％、Ｍｏが０．１５〜０．５０％、Ｃｕが０．３０〜０．７０％、Ｔｉが１５ｐｐｍ以下、Ｖが０．１５％以下、Ｏが１５ｐｐｍ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耐食軸受鋼とし、この耐食軸受鋼の含有する共晶炭化物の円相当直径の平均値は０．２〜１．６μｍであり、共晶炭化物の平均面積は０．０３〜２μｍ２であり、共晶炭化物の面積率は２〜７％であり、耐食軸受鋼の硬度はＨＲＣ５８〜６２であり、耐食軸受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、
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、上記軸および外輪の少なくとも一方を重量比で、Ｃが０．５〜０．５６％、Ｓｉが１％以下、Ｍｎが１％以下、Ｐが０．０３％以下、Ｓが０．０１％以下、Ｃｒが８．００〜９．５０％、Ｍｏが０．１５〜０．５０％、Ｃｕが０．３０〜０．７０％、Ｔｉが１５ｐｐｍ以下、Ｖが０．１５％以下、Ｏが１５ｐｐｍ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耐食軸受鋼とし、この耐食軸受鋼の含有する共晶炭化物の円相当直径の平均値は０．２〜１．６μｍであり、共晶炭化物の平均面積は０．０３〜２μｍ２であり、共晶炭化物の面積率は２〜７％であり、耐食軸受鋼の硬度はＨＲＣ５８〜６２であり、耐食軸受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三の発明とし、
上記第一、第二または第三の発明において、平均結晶粒径が６〜９．５μｍである転がり軸受を第四の発明とし、
重量比で、Ｃが０．５〜０．５６％、Ｓｉが１％以下、Ｍｎが１％以下、Ｐが０．０３％以下、Ｓが０．０１％以下、Ｃｒが８．００〜９．５０％、Ｍｏが０．１５〜０．５０％、Ｃｕが０．３０〜０．７０％、Ｔｉが１５ｐｐｍ以下、Ｖが０．１５％以下、Ｏが１５ｐｐｍ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耐食軸受鋼で、この耐食軸受鋼の含有する共晶炭化物の円相当直径の平均値は０．２〜１．６μｍであり、共晶炭化物の平均面積は０．０３〜２μｍ２であり、共晶炭化物の面積率は２〜７％であることを特徴とする転がり軸受用材料を第五の発明とし、
上記第一または第四の発明の転がり軸受を用いた回転部を有する機器を第六の発明とし、
上記第二または第四の発明の転がり軸受を用いた回転部を有する機器を第七の発明とし、
上記第三または第四の発明の転がり軸受を用いた回転部を有する機器を第八の発明とし、
上記第六ないし第八の発明の中のいずれかに記載の回転部を有する機器がハードディスクドライブである発明を第九の発明とし、
上記第六ないし第八の発明の中のいずれかに記載の回転部を有する機器が精密機器である発明を第十の発明とする。
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、その軸受をハードディスクドライブなどの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。ハードディスクドライブなどの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。
そこで、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の内輪および外輪の少なくとも一方を本発明の耐食軸受鋼とするか、外周に転動溝を形成した軸と外輪の間に複数個の転動体を備えてなる転がり軸受の上記軸および外輪の少なくとも一方を本発明の耐食軸受鋼とすることで、高炭素クロム軸受鋼に比べて錆が発生しにくく、耐食性の向上と耐寿命性の向上を図ることができる。
そして、耐食軸受鋼の含有するＣを０．５〜０．５６％、Ｓｉを１％以下、Ｍｎを１％以下、Ｐを０．０３％以下、Ｓを０．０１％以下、Ｃｒを８．００〜９．５０％、Ｍｏを０．１５〜０．５０％、Ｃｕを０．３０〜０．７０％、Ｔｉを１５ｐｐｍ以下、Ｖを０．１５％以下、Ｏを１５ｐｐｍ以下で、残部をＦｅおよび不可避的に混入する不純物とし、共晶炭化物の占める部分（面積）を一定範囲におさめることにより、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。
すなわち、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。
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０．２μｍ以上で、共晶炭化物の平均面積が０．０３μｍ２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。
さらに、内輪と外輪と転動体のすべてに本発明の耐食軸受鋼を用いると、使用中に高温となったときでも、内輪、外輪および転動体のすべてが同一材料であるため、相互で熱膨張係数の差による歪みが全くなくなり、高温時でも静粛性と耐寿命性に優れた効果を発揮することができる。
また、耐食軸受鋼の硬度を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。
そして、耐食軸受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。
さらに、平均結晶粒径を６〜９．５μｍにすることにより、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。
本発明の耐食軸受鋼を転がり軸受用材料として用いる場合、内輪、外輪および転動体のいずれか一つに用いても、もちろん上記した効果を発揮する。例えば、請求の範囲第５項記載の転がり軸受用材料の実施形態として転動体のみに本発明の耐食軸受鋼を用い、内輪と外輪は、後記する表３に示す従来の組成のステンレス鋼を用いることもできる。
本発明の耐食軸受鋼の成分（重量％）の限定理由は、以下の通りである。
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、先に示した特許文献２では、Ｃは０．６〜０．７５％添加されているが、本発明では、炭化物の生成を抑制するため、Ｃの含有量は０．５〜０．５６％とした。所定の高温強度と耐摩耗性を確保するためには、０．５％以上のＣ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、０．５６％以下とするのが好ましい。
Ｓｉを１％以下、Ｍｎを１％以下、Ｐを０．０３％以下、Ｓを０．０１％以下、Ｖを０．１５％以下、Ｔｉを１５ｐｐｍ以下、Ｏを１５ｐｐｍ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。
Ｃｒ、ＣｕおよびＭｏの数値限定理由は、以下のとおりである。
ＣｒはＣと結合して炭化物を形成し、耐摩耗性を高めるとともに基地に固溶したＣｒは耐食性を増す。本発明は炭化物の生成を抑制するためにＣを従来より少し低減したので、Ｃｒも特許文献２に記載された含有量（１０．５〜１３．５％）に比べて少なくなるように、８．００〜９．５０％とした。ＣとＣｒの含有量を少なくすることによる不都合な点を回避するために、ＣｕとＭｏの添加量を比較的多くしている。
すなわち、Ｃｕは耐食性と耐候性を発揮するという効果がある。しかし、多すぎると、割れやすくなるため、０．３０〜０．７０％とするのが好ましい。
Ｍｏは焼き入れ性を向上させ、結晶粒の粗大化を防止し、さらに耐食性をも向上させるという効果がある。Ｍｏが０．１５％より少ないと、これらの効果が少なく、０．５０％より多くなると公知の焼き入れ条件で焼き入れできず、またＭｏは非常に高価な金属であるため、Ｍｏ量が多いとコストが増大するからである。
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、転がり軸受用材料及びその転がり軸受を用いた回転部を有する機器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、中でもとりわけスイングアーム用軸受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。
第１図は、本発明の転がり軸受の実施例の縦断面図である。
第２図は、本発明の転がり軸受の別の実施例の縦断面図である。
第３図は、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。
第４図は、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。
第５図は、耐食軸受鋼またはステンレス鋼に析出した炭化物のＳＥＭ像を示す図である。
第６図は、ハードディスクドライブの外観を示す斜視図である。
第２図は、本発明の転がり軸受の別の実施例の縦断面図である。
第３図は、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。
第４図は、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。
第５図は、耐食軸受鋼またはステンレス鋼に析出した炭化物のＳＥＭ像を示す図である。
第６図は、ハードディスクドライブの外観を示す斜視図である。
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。
第１図において、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、複数個の転動体３が充填してある。
外輪１と内輪２の材料には下記の表１に示すような組成（重量％）の本発明の耐食軸受鋼を用い、転動体３の材料に高炭素クロム軸受鋼（ＳＵＪ２）を用い、平均結晶粒径を本発明の範囲内に限定した場合（実施例１）と、外輪１のみに表１に示すような組成の耐食軸受鋼を用い、内輪２と転動体３の材料は高炭素クロム軸受鋼（ＳＵＪ２）とし、平均結晶粒径を本発明の範囲内に限定した場合（実施例２）と、外輪１、内輪２および転動体３のすべてに表１に示すような組成の耐食軸受鋼を用いた場合（実施例３）の耐食軸受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、耐食軸受鋼のロックウエル硬さＣスケール（ＨＲＣ）と耐食軸受鋼中の残留オーステナイト量（容量％）および平均結晶粒径は下記の表４に示す通りである。
第２図において、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、複数個の転動体３が充填してある（実施例４）。本実施例４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耐食軸受鋼を用い、転動体３には高炭素クロム軸受鋼（ＳＵＪ２）を使用した。この場合の耐食軸受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、耐食軸受鋼のロックウエル硬さＣスケール（ＨＲＣ）と耐食軸受鋼中の残留オーステナイト量（容量％）および平均結晶粒径は表４に示す通りである。
本実施例４では、外輪１と軸６の両方を本発明の耐食軸受鋼としているが、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耐食軸受鋼とすることもでき、さらに、外輪１と軸６と転動体３のすべてを耐食軸受鋼とすることもできる。
さらに、実施例５では、外輪１と内輪２の材料に、下記の表２に示すように、表１とは異なる組成（重量％）の本発明の耐食軸受鋼を用い、転動体３の材料には高炭素クロム軸受鋼（ＳＵＪ２）を用い、平均結晶粒径を本発明の範囲内に限定した。
そして、実施例６では、外輪１、内輪２および転動体３のすべてに表２に示すような組成の耐食軸受鋼を用い、平均結晶粒径を本発明の範囲内に限定した。
これら実施例５と実施例６の場合の耐食軸受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、耐食軸受鋼のロックウエル硬さＣスケール（ＨＲＣ）と耐食軸受鋼中の残留オーステナイト量（容量％）および平均結晶粒径は表４に示す通りである。
上記耐食軸受鋼を得るに際して、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。
耐食軸受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および平均面積は、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、特に表３にその組成（重量％）を示すような従来のステンレス鋼では、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。
耐食軸受鋼の平均結晶粒径と硬度および耐食軸受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。
本実施例１〜６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４に記載する。
表４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、これらに用いられるステンレス鋼は表３に示す従来の組成のものであり、本発明の耐食軸受鋼の表１と表２に示す組成とは大きく異なるものである。しかも、比較例１〜３は、転動体３が高炭素クロム軸受鋼（ＳＵＪ２）であって、外輪１と内輪２の材料には表３に示す組成の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、円相当直径の平均値、平均面積および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３に示す組成の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、平均面積および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。
表４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。
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、加工性と耐寿命性については数値の大きい方が優れていることを示し、コストについては数値の小さい方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４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、外輪と内輪の材料に従来のステンレス鋼を用いた比較例２では、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。
（２）比較例１と従来例１、２は、炭化物の最大長径は実施例１〜６と同等か又は短いが、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１〜６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１〜６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、円相当直径の平均値、平均面積および残留オーステナイト量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１〜６は、炭化物に関して本発明の範囲内の適正な面積率、円相当直径の平均値および平均面積を有しており、その他性質の耐食軸受鋼の硬度や耐食軸受鋼中の残留オーステナイト量（容量％）や平均結晶粒径に関しても、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。
これら円相当直径の平均値とアンデロン値（Ｍ）の関係を第３図に示し、最大長径とコスト指数の関係を第４図に示す。第３図および第４図において、「◎」は実施例、「▲」は比較例、「●」は従来例を示す。第３図と第４図は、アンデロン値が低く、低コストであるという本発明の特徴を如実に示していると言える。
第４図において、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、第３図に示すように、アンデロン値が極めて高い。また、第３図において、比較例２のアンデロン値は低いが、この比較例２は、第４図に示すように、コストが極めて高くなる。
表２の炭化物の面積率、最大長径、円相当直径の平均値、平均面積および平均結晶粒径は、耐食軸受鋼（またはステンレス鋼）の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。
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）を示すのが第５図である。第５図において、白色の塊部分が炭化物を示す。
耐食軸受鋼（またはステンレス鋼）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。
なお、Ｘ線回折装置は、理学電機社製のＲＩＮＴ１５００／２０００型を用いた。
第６図は、本発明の転がり軸受を用いることができる回転部を有する機器の一例を示すものであり、ハードディスクドライブの外観を示す斜視図である。第６図において、１１はディスク、１２はスピンドルモーター、１３はヘッド、１４はサスペンション、１５はスイングアーム、１６はプリアンプ、１７はフレクシャー、１８はスイングアーム用軸受、１９はボイスコイルモーター、２０はフレーム、２１は電気回路である。
このハードディスクドライブは、例えば、ＶＴＲやコンピュータ周辺機器等の精密機器に用いられる。また、この他、本発明の転がり軸受は、スピンドルモータやファンモータ等の回転部にも用いることができる。
第１図において、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、複数個の転動体３が充填してある。
外輪１と内輪２の材料には下記の表１に示すような組成（重量％）の本発明の耐食軸受鋼を用い、転動体３の材料に高炭素クロム軸受鋼（ＳＵＪ２）を用い、平均結晶粒径を本発明の範囲内に限定した場合（実施例１）と、外輪１のみに表１に示すような組成の耐食軸受鋼を用い、内輪２と転動体３の材料は高炭素クロム軸受鋼（ＳＵＪ２）とし、平均結晶粒径を本発明の範囲内に限定した場合（実施例２）と、外輪１、内輪２および転動体３のすべてに表１に示すような組成の耐食軸受鋼を用いた場合（実施例３）の耐食軸受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、耐食軸受鋼のロックウエル硬さＣスケール（ＨＲＣ）と耐食軸受鋼中の残留オーステナイト量（容量％）および平均結晶粒径は下記の表４に示す通りである。
第２図において、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、複数個の転動体３が充填してある（実施例４）。本実施例４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耐食軸受鋼を用い、転動体３には高炭素クロム軸受鋼（ＳＵＪ２）を使用した。この場合の耐食軸受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、耐食軸受鋼のロックウエル硬さＣスケール（ＨＲＣ）と耐食軸受鋼中の残留オーステナイト量（容量％）および平均結晶粒径は表４に示す通りである。
本実施例４では、外輪１と軸６の両方を本発明の耐食軸受鋼としているが、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耐食軸受鋼とすることもでき、さらに、外輪１と軸６と転動体３のすべてを耐食軸受鋼とすることもできる。
さらに、実施例５では、外輪１と内輪２の材料に、下記の表２に示すように、表１とは異なる組成（重量％）の本発明の耐食軸受鋼を用い、転動体３の材料には高炭素クロム軸受鋼（ＳＵＪ２）を用い、平均結晶粒径を本発明の範囲内に限定した。
そして、実施例６では、外輪１、内輪２および転動体３のすべてに表２に示すような組成の耐食軸受鋼を用い、平均結晶粒径を本発明の範囲内に限定した。
これら実施例５と実施例６の場合の耐食軸受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、耐食軸受鋼のロックウエル硬さＣスケール（ＨＲＣ）と耐食軸受鋼中の残留オーステナイト量（容量％）および平均結晶粒径は表４に示す通りである。
上記耐食軸受鋼を得るに際して、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。
耐食軸受鋼の平均結晶粒径と硬度および耐食軸受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。
本実施例１〜６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４に記載する。
表４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、これらに用いられるステンレス鋼は表３に示す従来の組成のものであり、本発明の耐食軸受鋼の表１と表２に示す組成とは大きく異なるものである。しかも、比較例１〜３は、転動体３が高炭素クロム軸受鋼（ＳＵＪ２）であって、外輪１と内輪２の材料には表３に示す組成の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、円相当直径の平均値、平均面積および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３に示す組成の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、平均面積および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。
表４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。
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、加工性と耐寿命性については数値の大きい方が優れていることを示し、コストについては数値の小さい方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４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、外輪と内輪の材料に従来のステンレス鋼を用いた比較例２では、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。
（２）比較例１と従来例１、２は、炭化物の最大長径は実施例１〜６と同等か又は短いが、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１〜６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１〜６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、円相当直径の平均値、平均面積および残留オーステナイト量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１〜６は、炭化物に関して本発明の範囲内の適正な面積率、円相当直径の平均値および平均面積を有しており、その他性質の耐食軸受鋼の硬度や耐食軸受鋼中の残留オーステナイト量（容量％）や平均結晶粒径に関しても、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。
これら円相当直径の平均値とアンデロン値（Ｍ）の関係を第３図に示し、最大長径とコスト指数の関係を第４図に示す。第３図および第４図において、「◎」は実施例、「▲」は比較例、「●」は従来例を示す。第３図と第４図は、アンデロン値が低く、低コストであるという本発明の特徴を如実に示していると言える。
第４図において、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、第３図に示すように、アンデロン値が極めて高い。また、第３図において、比較例２のアンデロン値は低いが、この比較例２は、第４図に示すように、コストが極めて高くなる。
表２の炭化物の面積率、最大長径、円相当直径の平均値、平均面積および平均結晶粒径は、耐食軸受鋼（またはステンレス鋼）の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。
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）を示すのが第５図である。第５図において、白色の塊部分が炭化物を示す。
耐食軸受鋼（またはステンレス鋼）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。
なお、Ｘ線回折装置は、理学電機社製のＲＩＮＴ１５００／２０００型を用いた。
第６図は、本発明の転がり軸受を用いることができる回転部を有する機器の一例を示すものであり、ハードディスクドライブの外観を示す斜視図である。第６図において、１１はディスク、１２はスピンドルモーター、１３はヘッド、１４はサスペンション、１５はスイングアーム、１６はプリアンプ、１７はフレクシャー、１８はスイングアーム用軸受、１９はボイスコイルモーター、２０はフレーム、２１は電気回路である。
このハードディスクドライブは、例えば、ＶＴＲやコンピュータ周辺機器等の精密機器に用いられる。また、この他、本発明の転がり軸受は、スピンドルモータやファンモータ等の回転部にも用いることができる。
本発明は以上説明したように構成されているので、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およびその転がり軸受けを用いた回転部を有する機器として適している。
１…外輪、２…内輪、３…転動体、４、５、７…転動溝、６…軸
１…外輪、２…内輪、３…転動体、４、５、７…転動溝、６…軸
Claims (10)
- 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重量比で、Ｃが０．５〜０．５６％、Ｓｉが１％以下、Ｍｎが１％以下、Ｐが０．０３％以下、Ｓが０．０１％以下、Ｃｒが８．００〜９．５０％、Ｍｏが０．１５〜０．５０％、Ｃｕが０．３０〜０．７０％、Ｔｉが１５ｐｐｍ以下、Ｖが０．１５％以下、Ｏが１５ｐｐｍ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耐食軸受鋼とし、この耐食軸受鋼の含有する共晶炭化物の円相当直径の平均値は０．２〜１．６μｍであり、共晶炭化物の平均面積は０．０３〜２μｍ２であり、共晶炭化物の面積率は２〜７％であり、耐食軸受鋼の硬度はＨＲＣ５８〜６２であり、耐食軸受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。
- 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、外輪および転動体のすべてを重量比で、Ｃが０．５〜０．５６％、Ｓｉが１％以下、Ｍｎが１％以下、Ｐが０．０３％以下、Ｓが０．０１％以下、Ｃｒが８．００〜９．５０％、Ｍｏが０．１５〜０．５０％、Ｃｕが０．３０〜０．７０％、Ｔｉが１５ｐｐｍ以下、Ｖが０．１５％以下、Ｏが１５ｐｐｍ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耐食軸受鋼とし、この耐食軸受鋼の含有する共晶炭化物の円相当直径の平均値は０．２〜１．６μｍであり、共晶炭化物の平均面積は０．０３〜２μｍ２であり、共晶炭化物の面積率は２〜７％であり、耐食軸受鋼の硬度はＨＲＣ５８〜６２であり、耐食軸受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、上記軸および外輪の少なくとも一方を重量比で、Ｃが０．５〜０．５６％、Ｓｉが１％以下、Ｍｎが１％以下、Ｐが０．０３％以下、Ｓが０．０１％以下、Ｃｒが８．００〜９．５０％、Ｍｏが０．１５〜０．５０％、Ｃｕが０．３０〜０．７０％、Ｔｉが１５ｐｐｍ以下、Ｖが０．１５％以下、Ｏが１５ｐｐｍ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耐食軸受鋼とし、この耐食軸受鋼の含有する共晶炭化物の円相当直径の平均値は０．２〜１．６μｍであり、共晶炭化物の平均面積は０．０３〜２μｍ２であり、共晶炭化物の面積率は２〜７％であり、耐食軸受鋼の硬度はＨＲＣ５８〜６２であり、耐食軸受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。
- 平均結晶粒径が６〜９．５μｍである請求の範囲第１項、第２項または第３項記載の転がり軸受。
- 重量比で、Ｃが０．５〜０．５６％、Ｓｉが１％以下、Ｍｎが１％以下、Ｐが０．０３％以下、Ｓが０．０１％以下、Ｃｒが８．００〜９．５０％、Ｍｏが０．１５〜０．５０％、Ｃｕが０．３０〜０．７０％、Ｔｉが１５ｐｐｍ以下、Ｖが０．１５％以下、Ｏが１５ｐｐｍ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耐食軸受鋼で、この耐食軸受鋼の含有する共晶炭化物の円相当直径の平均値は０．２〜１．６μｍであり、共晶炭化物の平均面積は０．０３〜２μｍ２であり、共晶炭化物の面積率は２〜７％であることを特徴とする転がり軸受用材料。
- 請求の範囲第１項または第４項記載の転がり軸受を用いた回転部を有する機器。
- 請求の範囲第２項または第４項記載の転がり軸受を用いた回転部を有する機器。
- 請求の範囲第３項または第４項記載の転がり軸受を用いた回転部を有する機器。
- 請求の範囲第６項ないし第８項のいずれか１項に記載の回転部を有する機器がハードディスクドライブである。
- 請求の範囲第６項ないし第８項のいずれか１項に記載の回転部を有する機器が精密機器である。
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