転がり軸受および軸受材料
【課題】低コストで、耐食性に優れ、しかも高精度で静粛性に優れ、量産に適した転がり軸受を提供する。
【解決手段】転動体３を高炭素クロム軸受鋼（ＳＵＪ２）とし、外輪１、内輪２の少なくとも一方を、組成が重量比で、Ｃ：０．６〜０．７５％、Ｓｉ：１％以下、Ｍｎ：１％以下、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０２％以下、Ｃｒ：１１．５〜１３．５％、Ｍｏ：０．３％以下、Ｖ：０．１５％以下、Ｔｉ：１５ＰＰＭ以下、Ｏ：１５ＰＰＭ以下、残部がＦｅおよび不可避的に混入する不純物で、硬度がＨＲＣ９〜ＨＲＣ２９で、共晶炭化物の径が２０μｍ以下としたマルテンサイト系ステンレス鋼を加工し、転動溝１ａ，２ａを切削加工した後、焼き入れ熱処理によって硬度をＨＲＣ５８以上とし、転動溝１ａ，２ａを研磨加工して仕上げたものとする。
【解決手段】転動体３を高炭素クロム軸受鋼（ＳＵＪ２）とし、外輪１、内輪２の少なくとも一方を、組成が重量比で、Ｃ：０．６〜０．７５％、Ｓｉ：１％以下、Ｍｎ：１％以下、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０２％以下、Ｃｒ：１１．５〜１３．５％、Ｍｏ：０．３％以下、Ｖ：０．１５％以下、Ｔｉ：１５ＰＰＭ以下、Ｏ：１５ＰＰＭ以下、残部がＦｅおよび不可避的に混入する不純物で、硬度がＨＲＣ９〜ＨＲＣ２９で、共晶炭化物の径が２０μｍ以下としたマルテンサイト系ステンレス鋼を加工し、転動溝１ａ，２ａを切削加工した後、焼き入れ熱処理によって硬度をＨＲＣ５８以上とし、転動溝１ａ，２ａを研磨加工して仕上げたものとする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転がり軸受に関するものであり、特にＶＴＲ、コンピュータ周辺機器などの精密機器の回転部に用いられる転がり軸受に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、耐食性や耐磨耗性が要求される転がり軸受用の鋼材には、ＳＵＳ４４０Ｃ級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、このステンレス鋼は、鋼材中に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、その影響で表面の硬度が非常に高いことと、鋼材を切削加工する際に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るために、高精度な切削加工を施すことができず、特に転がり軸受用としては、内外輪の転動溝を高精度に加工することができないために回転精度を向上させることができず、回転時の振動により発生する騒音も大であって、精密測定機器やコンピュータ周辺機器などの精密機器の回転部の転がり軸受には用いることができなかった。
【０００３】
これに対し、高精度な加工が行えるようにステンレス鋼の組成成分を限定し、硬度を特定し、含有する共晶炭化物の径を制限し、鋼材中の酸素およびチタンの量を制限した転がり軸受用ステンレス鋼（例えば、特許文献１参照。）や、これを使用した転がり軸受（例えば、特許文献２参照。）なども提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１３７２５７号公報
【特許文献１】特開平９−１３７２５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、これらの提案は、転がり軸受け用のステンレス鋼材、これを使用した転がり軸受としての最近の一層の高精度、高生産性の要求に対しては充分満足できるものではない。特に上記提案によるステンレス鋼は、切削加工前の硬度がＨＲＣ５８以上と非常に高いため、転動溝の切削は非常にコスト高となり、精度的にも満足なものは得られず、実用的ではない。転がり軸受用材料および転がり軸受としての課題は未だ十分には達成されていない。
【０００６】
本発明はこうした問題に鑑みてなされたものであって、低コストで、耐食性に優れ、しかも高精度で静粛性に優れ、量産に適した転がり軸受を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、発明者らは、鋭意研究を重ね、ステンレス鋼中の組成成分と共晶炭化物の大きさを限定するとともに、転動溝の加工を転動溝の切削加工と転動溝の研削（研磨）加工の２つに分けて、そのステンレス鋼の硬度を、転動溝の切削加工の時点と研削（研磨）加工の時点においてそれぞれ異ならしめることにより加工の容易性と精度の大幅な向上を可能にした。
【０００８】
すなわち、本発明の転がり軸受は、外周に転動溝を有する内輪と内周に転動溝を有する外輪を備え、内輪外周の転動溝と外輪内周の転動溝との間に複数個の転動体が保持されてなる転がり軸受であり、転動体が高炭素クロム軸受鋼で構成され、内輪および前記外輪のうちの少なくとも一方が、組成が重量比で、Ｃ：０．６〜０．７５％、Ｓｉ：１％以下、Ｍｎ：１％以下、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０２％以下、Ｃｒ：１１．５〜１３．５％、Ｍｏ：０．３％以下、Ｖ：０．１５％以下、Ｔｉ：１５ＰＰＭ以下、Ｏ：１５ＰＰＭ以下、残部がＦｅおよび不可避的に混入する不純物で、硬度がＨＲＣ９〜ＨＲＣ２９で、かつ共晶炭化物の径を２０μｍ以下としたマルテンサイト系ステンレス鋼で構成され、該ステンレス鋼から加工されると共に転動溝が切削加工され、次に焼入れ熱処理が行われて表面硬度がＨＲＣ５８〜６２とされ、その後に、切削加工された転動溝の研磨加工が行われてなることを特徴とする転がり軸受であって、耐食性に優れ、しかも内輪および外輪のうちの少なくとも一方の鋼材組織が均一かつ緻密で加工性に優れ、転動溝を低コストで高精度に加工できて、静粛性で優れ、低コストで量産に適した転がり軸受とすることが可能である。
【０００９】
なお、内輪および外輪のうちの一方のみを上記特定のマルテンサイト系ステンレス鋼で構成する場合は、内輪および外輪のうちの他方は例えばＳＵＳ４４０Ｃ級のマルテンサイト系ステンレス鋼で構成する。
【００１０】
この転がり軸受は、転動体の材料が高炭素クロム軸受鋼であるので、冷間加工により転動体を製造するのに、ステンレス鋼が材料である場合よりも容易に高精度の加工を行うことができ、転がり軸受の静粛性を改善できる。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外輪もしくは内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外輪、内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る比較的小型の転がり軸受では、他の用途では問題とならないような騒音が問題となるのであり、静粛性の改善が重要である。
【００１１】
また、この転がり軸受は、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ているので、耐食性、耐磨耗性に優れている。そして、そのステンレス鋼から内輪および外輪の少なくとも一方を切削加工等で加工すると共に転動溝を切削加工するときの硬度をＨＲＣ９〜ＨＲＣ２９とし、その後、切削加工された転動溝を研削（研磨）加工するときの硬度をＨＲＣ５８〜６２としたことにより、切削バイトで切り込んで転動溝を加工するときの材料は少し軟らかくて、切削加工を容易とし、最終仕上げで転動溝表面を少しだけ研削（研磨）して仕上げ精度を出すときは硬度を高くし最終的に必要な表面硬度で仕上げ精度を出すようにして、生産性と仕上げ精度を大幅に向上させることができる。切削加工するときの硬度をＨＲＣ９より低くすると切削表面が荒れ、ＨＲＣ２９より硬くなると高速切削するとバイトの寿命が短くなるという問題が発生する。また、研削（研磨）加工するときにＨＲＣ５８〜６２とした理由は、転がり軸受として最終的にはＨＲＣ５８以上の硬度がないと耐摩耗性、耐寿命性を満たすことができず、ＨＲＣ６２を超えると、硬すぎて、衝撃が加わったときに割れが発生することがあるためである。そのため、ＨＲＣ５８〜６２となるよう焼き入れ熱処理した後、転動溝を最終仕上げのため研削（研磨）加工する。
【００１２】
また、この転がり軸受は、ステンレス鋼の含有する共晶炭化物の径を２０μm以下としたことにより、被削性（加工性）、耐磨耗性を向上させ、転がり軸受として精密機器に組み込んで運転したときの振動により発生する騒音の減少（静粛性の改善）が達成が可能となる。
【００１３】
また、この転がり軸受において、ステンレス鋼の組成の各成分の限定理由は以下のとおりである。
【００１４】
Ｃ：０．６〜０．７５％としたのは、Ｃは耐磨耗性と高温強度を付与するために必須の元素であり、０．６％以上は必要であるが、０．７５％より多いと大きな共晶炭化物が発生し、静粛性を低下させ、被削性、耐食性も悪くなるためである。
【００１５】
Ｓｉ：１％以下、Ｍｎ：１％以下、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０２％以下、Ｍｏ：０．３％以下、Ｖ：０．１５％以下、Ｔｉ：１５ＰＰＭ以下、Ｏ：１５ＰＰＭ以下としたのは、これらの元素が上記数値より多いと加工硬化を助長し被削性が低下するためであり、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。また、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もある。
【００１６】
Ｃｒは、Ｃと結合して炭化物を形成し、耐磨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。
【００１７】
そして、この転がり軸受において、転動溝が切削加工される前のステンレス鋼は、横断面の中心から外周に至る硬度のバラツキが１０％以内のマルテンサイト系ステンレス棒鋼であるのがよい。
【００１８】
このように、転動溝が切削加工される前のステンレス鋼が棒鋼であって、その横断面の中心から外周に至る硬度のバラツキが１０％以内であることにより、転動溝の切削加工が安定し、面粗度が向上し、真円度の精度が上がり、切削加工における加工変質層の生成が少なくなり、後工程である焼入れ熱処理後の歪（変形）が小さくなり、転動溝の研磨加工の取りしろを、従来の２０〜２５μｍから、その１／２以下である７〜１０μｍに減少させることが可能になる。その結果、大幅な加工時間の短縮、作業性の大幅な向上が可能となって、生産性が向上し、転動溝の加工精度が向上し、転動溝表面の硬度を低下させることなく均一に保持することが可能になり、それらの相乗効果により、静粛性、加工性、耐磨耗性、コストに大きな効果が現れる。
【００１９】
この転がり軸受は、上記のように、焼入れ熱処理後の転動溝の研磨加工の取りしろを７〜１０μｍとすることができる、このように焼入れ熱処理後の転動溝の研磨加工の取りしろを７〜１０μｍとすることで、転動溝の研磨加工の取りしろが２０〜２５μｍである従来のものに比べて、加工時間が大幅に短くなり、作業性が大幅に向上し、また、転動溝表面の硬度を均一に保つことが容易となる。
【００２０】
また、この転がり軸受は、転動体の表面硬度が、上記特定のマルテンサイト系ステンレス鋼で構成された、内輪および前記の内の少なくとも一方の表面硬度の１．０８〜１．１０倍であるのがよい。
【００２１】
このように、転動体の表面硬度が、上記特定マルテンサイト系ステンレス鋼で構成された、内輪および前記の内の少なくとも一方の表面硬度の１．０８〜１．１０倍であることにより、硬度差によって一方のみが磨耗し、初期磨耗が安定して、耐磨耗性が向上し、噛み込み疵が減少し、また、ブラックス（金属粉）の発生が少なくなる。
【００２２】
また、この転がり軸受は、転動体の線膨張係数が、上記特定のマルテンサイト系ステンレス鋼で構成された、内輪および外輪の内の少なくとも一方の線膨張係数の１．２８〜１．３０倍であるのがよい。
【００２３】
このように、転動体の線膨張係数が、上記特定のマルテンサイト系ステンレス鋼で構成された、内輪および外輪の内の少なくとも一方の線膨張係数の１．２８〜１．３０倍であることにより、高温時に内輪と外輪との間で転動体が相対的に大きく膨張して間隙が小さくなり、高温品質が向上し、高温寿命が向上する
【００２４】
本発明の転がり軸受は、特に、ハードディスクドライブのピボット用ミニチュア転がり軸受として好適である。
【００２５】
ハードディスクドライブの基本構造は、音楽レコードプレーヤーに類似していて、レコード盤に当たる円板（ディスク）と、針に当たる磁気ヘッド、および磁気ヘッドを搭載するアームから成り立っている。アームは、回転軸（ピボット）を支点として円板上を１秒間に最高１００回程度の速度で往復移動でき、円板上のどの位置にも瞬時にヘッドを移動してデータの読み取り、書き込みを可能にする必要がある。このようなアームの働きを可能にするために、アーム支点の回転軸（ピボット）を支持する転がり軸受（ピボット用ミニチュア転がり軸受）に、特に優れた静粛性、耐久性、耐高温性ならびに即動性（初期トルクが小さくなくてはならない）が要求される。本発明の転がり軸受は、こうした要求を満たすものである。
【００２６】
また、本発明の軸受材料は、ハードディスクドライブのピボット用ミニチュア転がり軸受の軸受材料であって、組成が重量比で、Ｃ：０．６〜０．７５％、Ｓｉ：１％以下、Ｍｎ：１％以下、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０２％以下、Ｃｒ：１１．５〜１３．５％、Ｍｏ：０．３％以下、Ｖ：０．１５％以下、Ｔｉ：１５ＰＰＭ以下、Ｏ：１５ＰＰＭ以下、残部がＦｅおよび不可避的に混入する不純物で、硬度がＨＲＣ９〜ＨＲＣ２９で、かつ共晶炭化物の径が２０μｍ以下で、横断面の中心から外周に至る硬度のバラツキが１０％以内のマルテンサイト系ステンレス棒鋼よりなることを特徴とする。
【００２７】
この軸受材料は、マルテンサイト系ステンレス棒鋼であるので、耐食性、耐磨耗性に優れている。そして、硬度がＨＲＣ９〜ＨＲＣ２９であるため、切削加工が容易である。硬度がＨＲＣ９より低いと切削表面が荒れ、ＨＲＣ２９より硬くなると高速切削するとバイトの寿命が短くなるという問題が発生する。
【００２８】
また、この軸受材料は、ステンレス鋼の含有する共晶炭化物の径が２０μm以下であることが、被削性（加工性）および耐磨耗性の向上に寄与し、転がり軸受として精密機器に組み込んで運転したときの振動により発生する騒音の減少（静粛性の改善）の達成に寄与する。
【００２９】
この軸受材料において、ステンレス鋼の組成の各成分の限定理由は、転がり軸受に関する上記説明と同じである。
【００３０】
この軸受材料を、ハードディスクドライブのピボット用ミニチュア転がり軸受の軸受材料として用いることにより、前述した磁気ヘッドを搭載するアームの支点に位置する軸受として、特に優れた静粛性、耐久性、耐高温性ならびに即動性（初期トルクが小さくなくてはならない）を実現でき、円板上のどの位置にも瞬時にヘッドを移動して精度の良いデータの読み取り、書き込みを可能にすることができる。
【００３１】
この軸受材料であるステンレス棒鋼は、冷間引抜き加工されたもので、最終冷間加工度が２５〜３０％、表面キズの深さが０．１ｍｍ以下、長手方向の曲がりが０．５ｍｍ／ｍ以下であるのがよい。
【００３２】
このステンレス棒鋼は、最終冷間加工度が２５〜３０％であることにより、ＨＲＣが９〜２９となり、横断面の中心から外周に至る硬度のバラツキが１０％以内になる。そして、そのように横断面の中心から外周に至る硬度のバラツキが１０％以内になることにより、転動溝の切削加工を安定させ、面粗度を向上させ、真円度の精度を上げ、切削加工における加工変質層の生成を少なくし、後工程である焼入れ熱処理後の歪（変形）を小さくし、転動溝の研磨加工の取りしろを減少させることが可能になる。その結果、大幅な加工時間の短縮、作業性の大幅な向上が可能となって、生産性を向上させ、転動溝の加工精度を向上させ、転動溝表面の硬度を低下させることなく均一に保持することが可能になり、それらの相乗効果により、静粛性、加工性、耐磨耗性、コストに大きな効果を得ることが可能となる。
【００３３】
冷間加工材は、横断面において硬度が均一でなく、中心から外周にかけて、冷間加工度によって値は異なるが、硬度にバラツキが生ずる。軸受材料として冷間引き抜き加工した従来のステンレス棒鋼の場合、最終冷間加工度は３０〜４０％程度で、横断面の中心から外周にかけて、１０〜１５％の硬度のバラツキがあり、外周から直径値の９〜１２％の辺りに最大歪が生る。そして、従来の軸受材料であるステンレス棒鋼の場合、外周から直径値の９〜１２％の辺りに生じる最大歪が大きく、その近辺で硬度が高くなるため、転動溝を切削加工する時に切削抵抗が局部的に高くなって、切削工具の寿命、切削加工時間、面粗度、真円度等に悪影響が出る。本発明によれば、最終冷間加工度を２５〜３０％としたことにより、ＨＲＣが９〜２９になるとともに、横断面の中心から外周に至る硬度のバラツキが１０％以内になり、引張応力と圧縮応力のバランスが良好となって、最大歪値が低くなり、切削工具の寿命、切削加工時間、面粗度、真円度等への悪影響が生じなくなる。
【００３４】
また、このステンレス棒鋼は、表面キズの深さが０．１ｍｍ以下であることにより、転がり軸受のアンデロン値を極めて良いものとすることができる。
【００３５】
また、このステンレス棒鋼は、長手方向の曲がりが０．５ｍｍ／ｍ以下であることにより、転がり軸受の加工において、焼入れ後の歪を小さくし、作業性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００３６】
以上述べたように、本発明によれば、低コストで、耐食性並びに耐摩耗性に優れ、しかも鋼材組織が均一かつ緻密で、転動溝の加工性が極めて良好で、高精度に加工できて静粛性に優れ、生産性が高く、量産に適した転がり軸受を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施形態の一例の転がり軸受の縦断面図である。
【図２】本発明の実施形態の一例の転がり軸受の外輪に用いるステンレス棒鋼の斜視図である。
【図３】本発明の実施形態の一例の転がり軸受の内輪に用いるステンレス棒鋼の斜視図である。
【図４】本発明の実施形態の一例の転がり軸受の転動溝の切削加工を施した外輪と内輪の写真である。
【図５】本発明の実施形態の一例の転がり軸受の組み立てられた状態の写真である。
【図６】本発明の実施形態の一例の転がり軸受の外輪および内輪の材料であるステンレス棒鋼の横断面の中心から外周に至る硬度のバラツキを従来例と比較して示すもので、（ａ）は硬度測定位置を示すステンレス棒鋼拡大横断面図、（ｂ）は測定結果を示すグラフである。
【図７】本発明の実施形態の一例の転がり軸受の転動溝の研磨加工を従来例と比較して示す模式説明図である。
【図８】本発明の実施形態の一例の転がり軸受の製造工程を従来と比較して示すもので、（ａ）は本発明の実施形態の製造工程の説明図、（ｂ）は従来の製造工程の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００３９】
図1は本発明の実施形態の一例であるハードディスクドライブのピボット用ミニチュア転がり軸受を示すもので、図中、符号１は外輪、２は内輪、３は転動体を示している。外輪１の内周と、内輪２の外周には転動溝１ａ，２ａが設けられている。そして、それら外輪１内周の転動溝1ａと内輪２外周の転動溝２ａとの間には、複数個の転動体３が保持されている。
【００４０】
転動体３の材料は高炭素クロム軸受鋼（ＳＵＪ２）である。また、固定体である外輪１および内輪２の材料は、組成が重量比で、Ｃ：０．６〜０．７５％、Ｓｉ：１％以下、Ｍｎ：１％以下、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０２％以下、Ｃｒ：１１．５〜１３．５％、Ｍｏ：０．３％以下、Ｖ：０．１５％以下、Ｔｉ：１５ＰＰＭ以下、Ｏ：１５ＰＰＭ以下、残部がＦｅおよび不可避的に混入する不純物で、硬度がＨＲＣ９〜ＨＲＣ２９で、かつ共晶炭化物の径が２０μｍ以下とされたマルテンサイト系ステンレス鋼の棒鋼である。
【００４１】
外輪１および内輪２の材料（軸受材料）であるマルテンサイト系ステンレス棒鋼は、最終冷間加工度２５〜３０％で冷間引抜き加工されたもので、横断面の中心から外周に至る硬度のバラツキが１０％以内、表面硬度がＨＲＣ９〜２９、共晶炭化物の径が２０μｍ以下、表面キズの深さが０．１ｍｍ以下、長手方向の曲がりが０．５ｍｍ／ｍ以下である。
【００４２】
表面硬度がＨＲＣ９〜２９、硬度のバラツキが１０％以内というは、最終冷間加工度を２５〜３０％とし、引抜きダイスの形状、潤滑剤、引抜き速度の管理などの最適条件を組み合わせることにより達成できる。
【００４３】
共晶炭化物の径が２０μｍ以下というのは、溶解、精錬、造塊、分解圧延、棒鋼圧延の各工程における湿度、加工速度、圧下率の管理などの最適条件を組み合わせることにより達成できる。
【００４４】
表面キズの深さが０．１ｍｍ以下というのは、引抜きダイスの穴の形状、引抜きダイスの取替え頻度、引抜き速度、逆張力の管理などの最適条件を組み合わせることにより達成できる。
【００４５】
長手方向の曲がりが０．５ｍｍ／ｍ以下というのは、棒鋼を引抜く機械の芯だし精度、引抜きダイスの穴のエントランス部、ベアリング部、バックリリーフ部の形状、加工度、引抜き速度、逆張力の管理などの最適条件を組み合わせることにより達成できる。
【００４６】
外輪１の材料であるステンレス棒鋼は、図２に示すとおりで、外径が外輪１の外径とほぼ同じである。また、内輪２の材料であるステンレス棒鋼は図３に示すとおりで、外径が内輪１の外径とほぼ同じである。
【００４７】
これら図２および図３に示すステンレス棒鋼から、切削加工などにより、図１に断面で示し図４に写真で示す外輪１および内輪２が製作される。これら外輪１の内周と内輪２の外周の転動溝１ａ，２ａは、それぞれ切削加工により形成されたものである。外輪１と内輪２は、転動溝１ａ，２ａが加工された後、バレル加工が行われ、焼入れ熱処理が施されて硬度がＨＲＣ５８〜６２とされる。そして、さらに転動溝１ａ，２ａが研磨加工される。こうして外輪１と内輪２が作製され、最後に複数個の転動体３とともに組み立てられ、図１に断面で示し図５に写真で示す転がり軸受となる。
【００４８】
焼入れ熱処理後の転動溝１ａ，２ａの研磨加工の取りしろは、７〜１０μｍであって、研磨取りしろが２０〜２５μである従来のものに比べて、研磨加工の取りしろが少ない。
【００４９】
また、外輪１と内輪２は、表面キズの深さが０．１ｍｍ未満であって、表面キズの深さが０．１〜０，２ｍｍのものもある従来のものに比べて、表面キズの深さが小さい。
【００５０】
そして、この転がり軸受は、外輪１および内輪２の表面硬度がＨＲＣ５８〜６２、転動体３の表面硬度がＨＲＣ６３〜６７で、転動体３の表面硬度が、外輪１および内輪２の表面硬度の１．０８〜１．１０倍であって、外輪１および内輪２の焼入れ後の表面硬度がＨＲＣ５８〜６２、転動体の表面硬度がＨＲＣ６１〜６５で、転動動体３の表面硬度が外輪１および内２輪の表面硬度の１．０３〜１．０６倍である従来のものより硬度比が大きい。
【００５１】
また、外輪１および内輪２の線膨張係数は例えば９．７（１０-6／℃）、転動体３の線膨張係数は例えば１２．５（１０-6／℃）で、転動体３の線膨張係数が、外輪１および内輪２の線膨張係数の１．２８〜１．３０倍であって、外輪１および内輪２の線膨張係数が９．８（１０-6／℃）、転動体３の線膨張係数が１２．３（１０-6／℃）で、転動体３体３の線膨張係数が外輪１および内２輪の線膨張係数の１．２３〜１．２６倍である従来のものに比べて、線膨張係数比が大きい。
【００５２】
この転がり軸受は、転動体３の材料が高炭素クロム軸受鋼であって、容易に高精度の冷間加工を行うことができ、転がり軸受の静粛性を改善できる。
【００５３】
また、外輪１および内輪２は、材料がマルテンサイト系ステンレス棒鋼であるので、耐食性、耐磨耗性に優れている。そして、そのステンレス鋼から外輪１および内輪２を切削加工等で加工すると共に転動溝３を切削加工するときの硬度は、ＨＲＣ９〜ＨＲＣ２９で、その後、切削加工された転動溝３を研削（研磨）加工するときの硬度はＨＲＣ５８〜６２であるので、切削加工が容易であり、最終仕上げで転動溝３の表面を少しだけ研削（研磨）して仕上げ精度を出すことができ、硬度を高く維持して最終的に必要な表面硬度で仕上げ精度を出すことができ、生産性および仕上げ精度を大幅に向上させることができる。
【００５４】
そして、その外輪１および内輪２の材料であるマルテンサイト系ステンレス棒鋼は、最終冷間加工度を２５〜３０％にしたことにより、横断面の中心から外周に至る硬度のバラツキが１０％以内で、その状態で切削加工されることのより、転動溝３の切削加工が安定し、面粗度が向上し、真円度の精度を上がり、切削加工における加工変質層の生成が少なくなり、後工程である焼入れ熱処理後の歪（変形）が小さくなる。そのため、転動溝３の研磨加工の取りしろを７〜１０μｍまで減少させることが可能になり、その結果、大幅な加工時間の短縮、作業性の大幅な向上が可能となって、生産性を向上させ、転動溝３の加工精度を向上させ、転動溝表面の硬度を低下させることなく均一に保持することが可能になり、それらの相乗効果により、静粛性、加工性、耐磨耗性、コストに大きな効果を得ることが可能となる。
【００５５】
そして、焼入れ熱処理後の転動溝の研磨加工の取りしろが７〜１０μｍであることにより、転動溝の研磨加工の取りしろが２０〜２５μｍである従来のものに比べて、加工時間が大幅に短くなり、作業性が大幅に向上し、また、転動溝表面の硬度を均一に保つことが容易である。
【００５６】
また、このステンレス棒鋼は、長手方向の曲がりが０．５ｍｍ／ｍ以下であることにより、転がり軸受の加工において、焼入れ後の歪を小さくし、作業性を向上させることができる。
【００５７】
また、このステンレス棒鋼は、含有する共晶炭化物の径を２０μm以下としたことにより、被削性（加工性）、耐磨耗性を向上させ、騒音を減少させることができる。
【００５８】
そして、この転がり軸受は、外輪１および内輪の表面キズの深さが０．１ｍｍ未満であることにより、アンデロン値（後述する）が極めて良いものとすることができる。
【００５９】
また、この転がり軸受は、焼入れ熱処理後の転動溝の研磨加工の取りしろが７〜１０μｍであることにより、転動溝の研磨加工の取りしろが２０〜２５μｍである従来のものに比べて、加工時間が大幅に短くなり、作業性が大幅に向上し、また、転動溝表面の硬度を均一に保つことが容易である。
【００６０】
また、この転がり軸受は、転動体３の表面硬度が、外輪１および内輪２の表面硬度が転動体３の硬度より低くて、転動体３の表面硬度が外輪１および内輪の表面硬度の１．０８〜１．１０倍であり、１．０３〜１．０６倍である従来のものに比べて硬度差が大きいことにより、初期磨耗が安定して、耐磨耗性が向上し、噛み込み疵が減少し、また、ブラックス（金属粉）の発生が少なくなる。
【００６１】
また、この転がり軸受は、転動体の線膨張係数が、外輪１および内輪２の線膨張係数の１．２８〜１．３０倍であって、１．２３〜１．２６倍である従来のものに比べて線膨張係数比が大きいことにより、高温時に内輪と外輪との間で転動体が相対的に大きく膨張して間隙が小さくなり、高温品質が向上し、高温寿命が向上する
【００６２】
図６は、外輪１および内輪２の材料であるステンレス棒鋼の横断面の中心から外周に至る硬度のバラツキを従来例と比較して示すもので、（ａ）は硬度測定位置を示し、（ｂ）は測定値（Ｈｖ）を示している。
【００６３】
また、図７は、転動溝３の研磨加工を従来例と比較して模式的に示している。
【００６４】
また、図８は、本発明の転がり軸受の製造工程を従来と比較して示すもので、（ａ）は本発明の製造工程を示し、（ｂ）は従来の製造工程を示している。
【００６５】
表１は、上記実施形態の転がり軸受（実施例）、転動溝の切削加工前の硬度がＨＲＣ５８以上である硬度が非常に高いステンレス鋼を外輪内輪ともに用いた転がり軸受の先行技術引用例の転がり軸受（比較例）、従来のＳＵＳ４４０Ｃのマルテンサイト系ステンレス鋼を外輪内輪ともに用いた転がり軸受（従来例）、以上の３つの例について、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）およびそれらの転がり軸受を製造する際の加工性、転がり軸受としての耐寿命性に関係する磨耗性さらにそれらのコストを比較して示したものである。なお、転動体については、いずれも高炭素クロム軸受鋼（ＳＵＪ２）を用いた。
【００６６】
【表１】
【００６７】
表１中、アンデロン値のＭ，Ｈの欄はそれぞれ測定周波数帯域の区分で、Ｍは中周波数帯域（３００〜１,８００Ｈｚ）、Ｈは高周波数帯域（１，８００〜１０，０００Ｈｚ）を示している。加工性、磨耗性、コストについてはテストの結果を指数表示したもので、比較例を基準（１００）として表した。値が小さいほうが優れていることを表している。
【００６８】
この結果から、転動溝の加工性および加工精度が、静粛性、加工性、磨耗性およびコストに非常に大きな影響を及ぼしていることが明らかである。
【００６９】
なお、上記実施形態のものは、外輪と内輪を両方とも本発明による特定のマルテンサイト系ステンレス鋼で構成しているが、使用条件によっては、耐食性、耐摩耗性が特に必要な一方だけを上記特定のマルテンサイト系ステンレス鋼とし、他方は従来の例えばＳＵＳ４４０Ｃ級のマルテンサイト系ステンレス鋼としてもよい。
【００７０】
本発明は、上記実施形態に示すハードディスクドライブのピボット用ミニチュア転がり軸受以外にも、ＶＴＲ、コンピュータ周辺機器その他の精密機器の回転部に用いられる転がり軸受に広く適用することができる。
【符号の説明】
【００７１】
１ 外輪
２ 内輪
３ 転動体
１ａ、２ａ 転動溝
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転がり軸受に関するものであり、特にＶＴＲ、コンピュータ周辺機器などの精密機器の回転部に用いられる転がり軸受に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、耐食性や耐磨耗性が要求される転がり軸受用の鋼材には、ＳＵＳ４４０Ｃ級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、このステンレス鋼は、鋼材中に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、その影響で表面の硬度が非常に高いことと、鋼材を切削加工する際に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るために、高精度な切削加工を施すことができず、特に転がり軸受用としては、内外輪の転動溝を高精度に加工することができないために回転精度を向上させることができず、回転時の振動により発生する騒音も大であって、精密測定機器やコンピュータ周辺機器などの精密機器の回転部の転がり軸受には用いることができなかった。
【０００３】
これに対し、高精度な加工が行えるようにステンレス鋼の組成成分を限定し、硬度を特定し、含有する共晶炭化物の径を制限し、鋼材中の酸素およびチタンの量を制限した転がり軸受用ステンレス鋼（例えば、特許文献１参照。）や、これを使用した転がり軸受（例えば、特許文献２参照。）なども提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１３７２５７号公報
【特許文献１】特開平９−１３７２５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、これらの提案は、転がり軸受け用のステンレス鋼材、これを使用した転がり軸受としての最近の一層の高精度、高生産性の要求に対しては充分満足できるものではない。特に上記提案によるステンレス鋼は、切削加工前の硬度がＨＲＣ５８以上と非常に高いため、転動溝の切削は非常にコスト高となり、精度的にも満足なものは得られず、実用的ではない。転がり軸受用材料および転がり軸受としての課題は未だ十分には達成されていない。
【０００６】
本発明はこうした問題に鑑みてなされたものであって、低コストで、耐食性に優れ、しかも高精度で静粛性に優れ、量産に適した転がり軸受を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、発明者らは、鋭意研究を重ね、ステンレス鋼中の組成成分と共晶炭化物の大きさを限定するとともに、転動溝の加工を転動溝の切削加工と転動溝の研削（研磨）加工の２つに分けて、そのステンレス鋼の硬度を、転動溝の切削加工の時点と研削（研磨）加工の時点においてそれぞれ異ならしめることにより加工の容易性と精度の大幅な向上を可能にした。
【０００８】
すなわち、本発明の転がり軸受は、外周に転動溝を有する内輪と内周に転動溝を有する外輪を備え、内輪外周の転動溝と外輪内周の転動溝との間に複数個の転動体が保持されてなる転がり軸受であり、転動体が高炭素クロム軸受鋼で構成され、内輪および前記外輪のうちの少なくとも一方が、組成が重量比で、Ｃ：０．６〜０．７５％、Ｓｉ：１％以下、Ｍｎ：１％以下、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０２％以下、Ｃｒ：１１．５〜１３．５％、Ｍｏ：０．３％以下、Ｖ：０．１５％以下、Ｔｉ：１５ＰＰＭ以下、Ｏ：１５ＰＰＭ以下、残部がＦｅおよび不可避的に混入する不純物で、硬度がＨＲＣ９〜ＨＲＣ２９で、かつ共晶炭化物の径を２０μｍ以下としたマルテンサイト系ステンレス鋼で構成され、該ステンレス鋼から加工されると共に転動溝が切削加工され、次に焼入れ熱処理が行われて表面硬度がＨＲＣ５８〜６２とされ、その後に、切削加工された転動溝の研磨加工が行われてなることを特徴とする転がり軸受であって、耐食性に優れ、しかも内輪および外輪のうちの少なくとも一方の鋼材組織が均一かつ緻密で加工性に優れ、転動溝を低コストで高精度に加工できて、静粛性で優れ、低コストで量産に適した転がり軸受とすることが可能である。
【０００９】
なお、内輪および外輪のうちの一方のみを上記特定のマルテンサイト系ステンレス鋼で構成する場合は、内輪および外輪のうちの他方は例えばＳＵＳ４４０Ｃ級のマルテンサイト系ステンレス鋼で構成する。
【００１０】
この転がり軸受は、転動体の材料が高炭素クロム軸受鋼であるので、冷間加工により転動体を製造するのに、ステンレス鋼が材料である場合よりも容易に高精度の加工を行うことができ、転がり軸受の静粛性を改善できる。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外輪もしくは内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外輪、内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る比較的小型の転がり軸受では、他の用途では問題とならないような騒音が問題となるのであり、静粛性の改善が重要である。
【００１１】
また、この転がり軸受は、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ているので、耐食性、耐磨耗性に優れている。そして、そのステンレス鋼から内輪および外輪の少なくとも一方を切削加工等で加工すると共に転動溝を切削加工するときの硬度をＨＲＣ９〜ＨＲＣ２９とし、その後、切削加工された転動溝を研削（研磨）加工するときの硬度をＨＲＣ５８〜６２としたことにより、切削バイトで切り込んで転動溝を加工するときの材料は少し軟らかくて、切削加工を容易とし、最終仕上げで転動溝表面を少しだけ研削（研磨）して仕上げ精度を出すときは硬度を高くし最終的に必要な表面硬度で仕上げ精度を出すようにして、生産性と仕上げ精度を大幅に向上させることができる。切削加工するときの硬度をＨＲＣ９より低くすると切削表面が荒れ、ＨＲＣ２９より硬くなると高速切削するとバイトの寿命が短くなるという問題が発生する。また、研削（研磨）加工するときにＨＲＣ５８〜６２とした理由は、転がり軸受として最終的にはＨＲＣ５８以上の硬度がないと耐摩耗性、耐寿命性を満たすことができず、ＨＲＣ６２を超えると、硬すぎて、衝撃が加わったときに割れが発生することがあるためである。そのため、ＨＲＣ５８〜６２となるよう焼き入れ熱処理した後、転動溝を最終仕上げのため研削（研磨）加工する。
【００１２】
また、この転がり軸受は、ステンレス鋼の含有する共晶炭化物の径を２０μm以下としたことにより、被削性（加工性）、耐磨耗性を向上させ、転がり軸受として精密機器に組み込んで運転したときの振動により発生する騒音の減少（静粛性の改善）が達成が可能となる。
【００１３】
また、この転がり軸受において、ステンレス鋼の組成の各成分の限定理由は以下のとおりである。
【００１４】
Ｃ：０．６〜０．７５％としたのは、Ｃは耐磨耗性と高温強度を付与するために必須の元素であり、０．６％以上は必要であるが、０．７５％より多いと大きな共晶炭化物が発生し、静粛性を低下させ、被削性、耐食性も悪くなるためである。
【００１５】
Ｓｉ：１％以下、Ｍｎ：１％以下、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０２％以下、Ｍｏ：０．３％以下、Ｖ：０．１５％以下、Ｔｉ：１５ＰＰＭ以下、Ｏ：１５ＰＰＭ以下としたのは、これらの元素が上記数値より多いと加工硬化を助長し被削性が低下するためであり、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。また、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もある。
【００１６】
Ｃｒは、Ｃと結合して炭化物を形成し、耐磨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。
【００１７】
そして、この転がり軸受において、転動溝が切削加工される前のステンレス鋼は、横断面の中心から外周に至る硬度のバラツキが１０％以内のマルテンサイト系ステンレス棒鋼であるのがよい。
【００１８】
このように、転動溝が切削加工される前のステンレス鋼が棒鋼であって、その横断面の中心から外周に至る硬度のバラツキが１０％以内であることにより、転動溝の切削加工が安定し、面粗度が向上し、真円度の精度が上がり、切削加工における加工変質層の生成が少なくなり、後工程である焼入れ熱処理後の歪（変形）が小さくなり、転動溝の研磨加工の取りしろを、従来の２０〜２５μｍから、その１／２以下である７〜１０μｍに減少させることが可能になる。その結果、大幅な加工時間の短縮、作業性の大幅な向上が可能となって、生産性が向上し、転動溝の加工精度が向上し、転動溝表面の硬度を低下させることなく均一に保持することが可能になり、それらの相乗効果により、静粛性、加工性、耐磨耗性、コストに大きな効果が現れる。
【００１９】
この転がり軸受は、上記のように、焼入れ熱処理後の転動溝の研磨加工の取りしろを７〜１０μｍとすることができる、このように焼入れ熱処理後の転動溝の研磨加工の取りしろを７〜１０μｍとすることで、転動溝の研磨加工の取りしろが２０〜２５μｍである従来のものに比べて、加工時間が大幅に短くなり、作業性が大幅に向上し、また、転動溝表面の硬度を均一に保つことが容易となる。
【００２０】
また、この転がり軸受は、転動体の表面硬度が、上記特定のマルテンサイト系ステンレス鋼で構成された、内輪および前記の内の少なくとも一方の表面硬度の１．０８〜１．１０倍であるのがよい。
【００２１】
このように、転動体の表面硬度が、上記特定マルテンサイト系ステンレス鋼で構成された、内輪および前記の内の少なくとも一方の表面硬度の１．０８〜１．１０倍であることにより、硬度差によって一方のみが磨耗し、初期磨耗が安定して、耐磨耗性が向上し、噛み込み疵が減少し、また、ブラックス（金属粉）の発生が少なくなる。
【００２２】
また、この転がり軸受は、転動体の線膨張係数が、上記特定のマルテンサイト系ステンレス鋼で構成された、内輪および外輪の内の少なくとも一方の線膨張係数の１．２８〜１．３０倍であるのがよい。
【００２３】
このように、転動体の線膨張係数が、上記特定のマルテンサイト系ステンレス鋼で構成された、内輪および外輪の内の少なくとも一方の線膨張係数の１．２８〜１．３０倍であることにより、高温時に内輪と外輪との間で転動体が相対的に大きく膨張して間隙が小さくなり、高温品質が向上し、高温寿命が向上する
【００２４】
本発明の転がり軸受は、特に、ハードディスクドライブのピボット用ミニチュア転がり軸受として好適である。
【００２５】
ハードディスクドライブの基本構造は、音楽レコードプレーヤーに類似していて、レコード盤に当たる円板（ディスク）と、針に当たる磁気ヘッド、および磁気ヘッドを搭載するアームから成り立っている。アームは、回転軸（ピボット）を支点として円板上を１秒間に最高１００回程度の速度で往復移動でき、円板上のどの位置にも瞬時にヘッドを移動してデータの読み取り、書き込みを可能にする必要がある。このようなアームの働きを可能にするために、アーム支点の回転軸（ピボット）を支持する転がり軸受（ピボット用ミニチュア転がり軸受）に、特に優れた静粛性、耐久性、耐高温性ならびに即動性（初期トルクが小さくなくてはならない）が要求される。本発明の転がり軸受は、こうした要求を満たすものである。
【００２６】
また、本発明の軸受材料は、ハードディスクドライブのピボット用ミニチュア転がり軸受の軸受材料であって、組成が重量比で、Ｃ：０．６〜０．７５％、Ｓｉ：１％以下、Ｍｎ：１％以下、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０２％以下、Ｃｒ：１１．５〜１３．５％、Ｍｏ：０．３％以下、Ｖ：０．１５％以下、Ｔｉ：１５ＰＰＭ以下、Ｏ：１５ＰＰＭ以下、残部がＦｅおよび不可避的に混入する不純物で、硬度がＨＲＣ９〜ＨＲＣ２９で、かつ共晶炭化物の径が２０μｍ以下で、横断面の中心から外周に至る硬度のバラツキが１０％以内のマルテンサイト系ステンレス棒鋼よりなることを特徴とする。
【００２７】
この軸受材料は、マルテンサイト系ステンレス棒鋼であるので、耐食性、耐磨耗性に優れている。そして、硬度がＨＲＣ９〜ＨＲＣ２９であるため、切削加工が容易である。硬度がＨＲＣ９より低いと切削表面が荒れ、ＨＲＣ２９より硬くなると高速切削するとバイトの寿命が短くなるという問題が発生する。
【００２８】
また、この軸受材料は、ステンレス鋼の含有する共晶炭化物の径が２０μm以下であることが、被削性（加工性）および耐磨耗性の向上に寄与し、転がり軸受として精密機器に組み込んで運転したときの振動により発生する騒音の減少（静粛性の改善）の達成に寄与する。
【００２９】
この軸受材料において、ステンレス鋼の組成の各成分の限定理由は、転がり軸受に関する上記説明と同じである。
【００３０】
この軸受材料を、ハードディスクドライブのピボット用ミニチュア転がり軸受の軸受材料として用いることにより、前述した磁気ヘッドを搭載するアームの支点に位置する軸受として、特に優れた静粛性、耐久性、耐高温性ならびに即動性（初期トルクが小さくなくてはならない）を実現でき、円板上のどの位置にも瞬時にヘッドを移動して精度の良いデータの読み取り、書き込みを可能にすることができる。
【００３１】
この軸受材料であるステンレス棒鋼は、冷間引抜き加工されたもので、最終冷間加工度が２５〜３０％、表面キズの深さが０．１ｍｍ以下、長手方向の曲がりが０．５ｍｍ／ｍ以下であるのがよい。
【００３２】
このステンレス棒鋼は、最終冷間加工度が２５〜３０％であることにより、ＨＲＣが９〜２９となり、横断面の中心から外周に至る硬度のバラツキが１０％以内になる。そして、そのように横断面の中心から外周に至る硬度のバラツキが１０％以内になることにより、転動溝の切削加工を安定させ、面粗度を向上させ、真円度の精度を上げ、切削加工における加工変質層の生成を少なくし、後工程である焼入れ熱処理後の歪（変形）を小さくし、転動溝の研磨加工の取りしろを減少させることが可能になる。その結果、大幅な加工時間の短縮、作業性の大幅な向上が可能となって、生産性を向上させ、転動溝の加工精度を向上させ、転動溝表面の硬度を低下させることなく均一に保持することが可能になり、それらの相乗効果により、静粛性、加工性、耐磨耗性、コストに大きな効果を得ることが可能となる。
【００３３】
冷間加工材は、横断面において硬度が均一でなく、中心から外周にかけて、冷間加工度によって値は異なるが、硬度にバラツキが生ずる。軸受材料として冷間引き抜き加工した従来のステンレス棒鋼の場合、最終冷間加工度は３０〜４０％程度で、横断面の中心から外周にかけて、１０〜１５％の硬度のバラツキがあり、外周から直径値の９〜１２％の辺りに最大歪が生る。そして、従来の軸受材料であるステンレス棒鋼の場合、外周から直径値の９〜１２％の辺りに生じる最大歪が大きく、その近辺で硬度が高くなるため、転動溝を切削加工する時に切削抵抗が局部的に高くなって、切削工具の寿命、切削加工時間、面粗度、真円度等に悪影響が出る。本発明によれば、最終冷間加工度を２５〜３０％としたことにより、ＨＲＣが９〜２９になるとともに、横断面の中心から外周に至る硬度のバラツキが１０％以内になり、引張応力と圧縮応力のバランスが良好となって、最大歪値が低くなり、切削工具の寿命、切削加工時間、面粗度、真円度等への悪影響が生じなくなる。
【００３４】
また、このステンレス棒鋼は、表面キズの深さが０．１ｍｍ以下であることにより、転がり軸受のアンデロン値を極めて良いものとすることができる。
【００３５】
また、このステンレス棒鋼は、長手方向の曲がりが０．５ｍｍ／ｍ以下であることにより、転がり軸受の加工において、焼入れ後の歪を小さくし、作業性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００３６】
以上述べたように、本発明によれば、低コストで、耐食性並びに耐摩耗性に優れ、しかも鋼材組織が均一かつ緻密で、転動溝の加工性が極めて良好で、高精度に加工できて静粛性に優れ、生産性が高く、量産に適した転がり軸受を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施形態の一例の転がり軸受の縦断面図である。
【図２】本発明の実施形態の一例の転がり軸受の外輪に用いるステンレス棒鋼の斜視図である。
【図３】本発明の実施形態の一例の転がり軸受の内輪に用いるステンレス棒鋼の斜視図である。
【図４】本発明の実施形態の一例の転がり軸受の転動溝の切削加工を施した外輪と内輪の写真である。
【図５】本発明の実施形態の一例の転がり軸受の組み立てられた状態の写真である。
【図６】本発明の実施形態の一例の転がり軸受の外輪および内輪の材料であるステンレス棒鋼の横断面の中心から外周に至る硬度のバラツキを従来例と比較して示すもので、（ａ）は硬度測定位置を示すステンレス棒鋼拡大横断面図、（ｂ）は測定結果を示すグラフである。
【図７】本発明の実施形態の一例の転がり軸受の転動溝の研磨加工を従来例と比較して示す模式説明図である。
【図８】本発明の実施形態の一例の転がり軸受の製造工程を従来と比較して示すもので、（ａ）は本発明の実施形態の製造工程の説明図、（ｂ）は従来の製造工程の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００３９】
図1は本発明の実施形態の一例であるハードディスクドライブのピボット用ミニチュア転がり軸受を示すもので、図中、符号１は外輪、２は内輪、３は転動体を示している。外輪１の内周と、内輪２の外周には転動溝１ａ，２ａが設けられている。そして、それら外輪１内周の転動溝1ａと内輪２外周の転動溝２ａとの間には、複数個の転動体３が保持されている。
【００４０】
転動体３の材料は高炭素クロム軸受鋼（ＳＵＪ２）である。また、固定体である外輪１および内輪２の材料は、組成が重量比で、Ｃ：０．６〜０．７５％、Ｓｉ：１％以下、Ｍｎ：１％以下、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０２％以下、Ｃｒ：１１．５〜１３．５％、Ｍｏ：０．３％以下、Ｖ：０．１５％以下、Ｔｉ：１５ＰＰＭ以下、Ｏ：１５ＰＰＭ以下、残部がＦｅおよび不可避的に混入する不純物で、硬度がＨＲＣ９〜ＨＲＣ２９で、かつ共晶炭化物の径が２０μｍ以下とされたマルテンサイト系ステンレス鋼の棒鋼である。
【００４１】
外輪１および内輪２の材料（軸受材料）であるマルテンサイト系ステンレス棒鋼は、最終冷間加工度２５〜３０％で冷間引抜き加工されたもので、横断面の中心から外周に至る硬度のバラツキが１０％以内、表面硬度がＨＲＣ９〜２９、共晶炭化物の径が２０μｍ以下、表面キズの深さが０．１ｍｍ以下、長手方向の曲がりが０．５ｍｍ／ｍ以下である。
【００４２】
表面硬度がＨＲＣ９〜２９、硬度のバラツキが１０％以内というは、最終冷間加工度を２５〜３０％とし、引抜きダイスの形状、潤滑剤、引抜き速度の管理などの最適条件を組み合わせることにより達成できる。
【００４３】
共晶炭化物の径が２０μｍ以下というのは、溶解、精錬、造塊、分解圧延、棒鋼圧延の各工程における湿度、加工速度、圧下率の管理などの最適条件を組み合わせることにより達成できる。
【００４４】
表面キズの深さが０．１ｍｍ以下というのは、引抜きダイスの穴の形状、引抜きダイスの取替え頻度、引抜き速度、逆張力の管理などの最適条件を組み合わせることにより達成できる。
【００４５】
長手方向の曲がりが０．５ｍｍ／ｍ以下というのは、棒鋼を引抜く機械の芯だし精度、引抜きダイスの穴のエントランス部、ベアリング部、バックリリーフ部の形状、加工度、引抜き速度、逆張力の管理などの最適条件を組み合わせることにより達成できる。
【００４６】
外輪１の材料であるステンレス棒鋼は、図２に示すとおりで、外径が外輪１の外径とほぼ同じである。また、内輪２の材料であるステンレス棒鋼は図３に示すとおりで、外径が内輪１の外径とほぼ同じである。
【００４７】
これら図２および図３に示すステンレス棒鋼から、切削加工などにより、図１に断面で示し図４に写真で示す外輪１および内輪２が製作される。これら外輪１の内周と内輪２の外周の転動溝１ａ，２ａは、それぞれ切削加工により形成されたものである。外輪１と内輪２は、転動溝１ａ，２ａが加工された後、バレル加工が行われ、焼入れ熱処理が施されて硬度がＨＲＣ５８〜６２とされる。そして、さらに転動溝１ａ，２ａが研磨加工される。こうして外輪１と内輪２が作製され、最後に複数個の転動体３とともに組み立てられ、図１に断面で示し図５に写真で示す転がり軸受となる。
【００４８】
焼入れ熱処理後の転動溝１ａ，２ａの研磨加工の取りしろは、７〜１０μｍであって、研磨取りしろが２０〜２５μである従来のものに比べて、研磨加工の取りしろが少ない。
【００４９】
また、外輪１と内輪２は、表面キズの深さが０．１ｍｍ未満であって、表面キズの深さが０．１〜０，２ｍｍのものもある従来のものに比べて、表面キズの深さが小さい。
【００５０】
そして、この転がり軸受は、外輪１および内輪２の表面硬度がＨＲＣ５８〜６２、転動体３の表面硬度がＨＲＣ６３〜６７で、転動体３の表面硬度が、外輪１および内輪２の表面硬度の１．０８〜１．１０倍であって、外輪１および内輪２の焼入れ後の表面硬度がＨＲＣ５８〜６２、転動体の表面硬度がＨＲＣ６１〜６５で、転動動体３の表面硬度が外輪１および内２輪の表面硬度の１．０３〜１．０６倍である従来のものより硬度比が大きい。
【００５１】
また、外輪１および内輪２の線膨張係数は例えば９．７（１０-6／℃）、転動体３の線膨張係数は例えば１２．５（１０-6／℃）で、転動体３の線膨張係数が、外輪１および内輪２の線膨張係数の１．２８〜１．３０倍であって、外輪１および内輪２の線膨張係数が９．８（１０-6／℃）、転動体３の線膨張係数が１２．３（１０-6／℃）で、転動体３体３の線膨張係数が外輪１および内２輪の線膨張係数の１．２３〜１．２６倍である従来のものに比べて、線膨張係数比が大きい。
【００５２】
この転がり軸受は、転動体３の材料が高炭素クロム軸受鋼であって、容易に高精度の冷間加工を行うことができ、転がり軸受の静粛性を改善できる。
【００５３】
また、外輪１および内輪２は、材料がマルテンサイト系ステンレス棒鋼であるので、耐食性、耐磨耗性に優れている。そして、そのステンレス鋼から外輪１および内輪２を切削加工等で加工すると共に転動溝３を切削加工するときの硬度は、ＨＲＣ９〜ＨＲＣ２９で、その後、切削加工された転動溝３を研削（研磨）加工するときの硬度はＨＲＣ５８〜６２であるので、切削加工が容易であり、最終仕上げで転動溝３の表面を少しだけ研削（研磨）して仕上げ精度を出すことができ、硬度を高く維持して最終的に必要な表面硬度で仕上げ精度を出すことができ、生産性および仕上げ精度を大幅に向上させることができる。
【００５４】
そして、その外輪１および内輪２の材料であるマルテンサイト系ステンレス棒鋼は、最終冷間加工度を２５〜３０％にしたことにより、横断面の中心から外周に至る硬度のバラツキが１０％以内で、その状態で切削加工されることのより、転動溝３の切削加工が安定し、面粗度が向上し、真円度の精度を上がり、切削加工における加工変質層の生成が少なくなり、後工程である焼入れ熱処理後の歪（変形）が小さくなる。そのため、転動溝３の研磨加工の取りしろを７〜１０μｍまで減少させることが可能になり、その結果、大幅な加工時間の短縮、作業性の大幅な向上が可能となって、生産性を向上させ、転動溝３の加工精度を向上させ、転動溝表面の硬度を低下させることなく均一に保持することが可能になり、それらの相乗効果により、静粛性、加工性、耐磨耗性、コストに大きな効果を得ることが可能となる。
【００５５】
そして、焼入れ熱処理後の転動溝の研磨加工の取りしろが７〜１０μｍであることにより、転動溝の研磨加工の取りしろが２０〜２５μｍである従来のものに比べて、加工時間が大幅に短くなり、作業性が大幅に向上し、また、転動溝表面の硬度を均一に保つことが容易である。
【００５６】
また、このステンレス棒鋼は、長手方向の曲がりが０．５ｍｍ／ｍ以下であることにより、転がり軸受の加工において、焼入れ後の歪を小さくし、作業性を向上させることができる。
【００５７】
また、このステンレス棒鋼は、含有する共晶炭化物の径を２０μm以下としたことにより、被削性（加工性）、耐磨耗性を向上させ、騒音を減少させることができる。
【００５８】
そして、この転がり軸受は、外輪１および内輪の表面キズの深さが０．１ｍｍ未満であることにより、アンデロン値（後述する）が極めて良いものとすることができる。
【００５９】
また、この転がり軸受は、焼入れ熱処理後の転動溝の研磨加工の取りしろが７〜１０μｍであることにより、転動溝の研磨加工の取りしろが２０〜２５μｍである従来のものに比べて、加工時間が大幅に短くなり、作業性が大幅に向上し、また、転動溝表面の硬度を均一に保つことが容易である。
【００６０】
また、この転がり軸受は、転動体３の表面硬度が、外輪１および内輪２の表面硬度が転動体３の硬度より低くて、転動体３の表面硬度が外輪１および内輪の表面硬度の１．０８〜１．１０倍であり、１．０３〜１．０６倍である従来のものに比べて硬度差が大きいことにより、初期磨耗が安定して、耐磨耗性が向上し、噛み込み疵が減少し、また、ブラックス（金属粉）の発生が少なくなる。
【００６１】
また、この転がり軸受は、転動体の線膨張係数が、外輪１および内輪２の線膨張係数の１．２８〜１．３０倍であって、１．２３〜１．２６倍である従来のものに比べて線膨張係数比が大きいことにより、高温時に内輪と外輪との間で転動体が相対的に大きく膨張して間隙が小さくなり、高温品質が向上し、高温寿命が向上する
【００６２】
図６は、外輪１および内輪２の材料であるステンレス棒鋼の横断面の中心から外周に至る硬度のバラツキを従来例と比較して示すもので、（ａ）は硬度測定位置を示し、（ｂ）は測定値（Ｈｖ）を示している。
【００６３】
また、図７は、転動溝３の研磨加工を従来例と比較して模式的に示している。
【００６４】
また、図８は、本発明の転がり軸受の製造工程を従来と比較して示すもので、（ａ）は本発明の製造工程を示し、（ｂ）は従来の製造工程を示している。
【００６５】
表１は、上記実施形態の転がり軸受（実施例）、転動溝の切削加工前の硬度がＨＲＣ５８以上である硬度が非常に高いステンレス鋼を外輪内輪ともに用いた転がり軸受の先行技術引用例の転がり軸受（比較例）、従来のＳＵＳ４４０Ｃのマルテンサイト系ステンレス鋼を外輪内輪ともに用いた転がり軸受（従来例）、以上の３つの例について、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）およびそれらの転がり軸受を製造する際の加工性、転がり軸受としての耐寿命性に関係する磨耗性さらにそれらのコストを比較して示したものである。なお、転動体については、いずれも高炭素クロム軸受鋼（ＳＵＪ２）を用いた。
【００６６】
【表１】
【００６７】
表１中、アンデロン値のＭ，Ｈの欄はそれぞれ測定周波数帯域の区分で、Ｍは中周波数帯域（３００〜１,８００Ｈｚ）、Ｈは高周波数帯域（１，８００〜１０，０００Ｈｚ）を示している。加工性、磨耗性、コストについてはテストの結果を指数表示したもので、比較例を基準（１００）として表した。値が小さいほうが優れていることを表している。
【００６８】
この結果から、転動溝の加工性および加工精度が、静粛性、加工性、磨耗性およびコストに非常に大きな影響を及ぼしていることが明らかである。
【００６９】
なお、上記実施形態のものは、外輪と内輪を両方とも本発明による特定のマルテンサイト系ステンレス鋼で構成しているが、使用条件によっては、耐食性、耐摩耗性が特に必要な一方だけを上記特定のマルテンサイト系ステンレス鋼とし、他方は従来の例えばＳＵＳ４４０Ｃ級のマルテンサイト系ステンレス鋼としてもよい。
【００７０】
本発明は、上記実施形態に示すハードディスクドライブのピボット用ミニチュア転がり軸受以外にも、ＶＴＲ、コンピュータ周辺機器その他の精密機器の回転部に用いられる転がり軸受に広く適用することができる。
【符号の説明】
【００７１】
１ 外輪
２ 内輪
３ 転動体
１ａ、２ａ 転動溝
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周に転動溝を有する内輪と内周に転動溝を有する外輪を備え、内輪外周の転動溝と外輪内周の転動溝との間に複数個の転動体が保持されてなる転がり軸受であって、
前記転動体が高炭素クロム軸受鋼で構成され、
前記内輪および前記外輪の内の少なくとも一方が、組成が重量比で、Ｃ：０．６〜０．７５％、Ｓｉ：１％以下、Ｍｎ：１％以下、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０２％以下、Ｃｒ：１１．５〜１３．５％、Ｍｏ：０．３％以下、Ｖ：０．１５％以下、Ｔｉ：１５ＰＰＭ以下、Ｏ：１５ＰＰＭ以下、残部がＦｅおよび不可避的に混入する不純物で、硬度がＨＲＣ９〜ＨＲＣ２９で、かつ共晶炭化物の径を２０μｍ以下としたマルテンサイト系ステンレス鋼で構成され、該ステンレス鋼から加工されると共に前記転動溝が切削加工され、次に焼入れ熱処理が行われて表面硬度がＨＲＣ５８〜６２とされ、その後に、前記切削加工された転動溝の研磨加工が行われてなることを特徴とする転がり軸受。
【請求項２】
請求項１記載の転がり軸受であって、前記転動溝が切削加工される前のステンレス鋼は、横断面の中心から外周に至る硬度のバラツキが１０％以内のマルテンサイト系ステンレス棒鋼であることを特徴とする転がり軸受。
【請求項３】
前記転動溝の研磨加工の取りしろが７〜１０μｍであることを特徴とする請求項２記載の転がり軸受。
【請求項４】
前記転動体の表面硬度が、前記マルテンサイト系ステンレス鋼で構成された、前記内輪および前記外輪の内の少なくとも一方の表面硬度の１．０８〜１．１０倍であることを特徴とする請求項１、２または３記載の転がり軸受。
【請求項５】
前記転動体の線膨張係数が、前記マルテンサイト系ステンレス鋼で構成された、前記内輪および前記外輪の内の少なくとも一方の線膨張係数の１．２８〜１．３０倍であることを特徴とする請求項１、２、３または４記載の転がり軸受。
【請求項６】
当該転がり軸受は、ハードディスクドライブのピボット用ミニチュア転がり軸受である請求項１、２、３、４または５記載の転がり軸受け。
【請求項７】
ハードディスクドライブのピボット用ミニチュア転がり軸受の軸受材料であって、組成が重量比で、Ｃ：０．６〜０．７５％、Ｓｉ：１％以下、Ｍｎ：１％以下、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０２％以下、Ｃｒ：１１．５〜１３．５％、Ｍｏ：０．３％以下、Ｖ：０．１５％以下、Ｔｉ：１５ＰＰＭ以下、Ｏ：１５ＰＰＭ以下、残部がＦｅおよび不可避的に混入する不純物で、硬度がＨＲＣ９〜ＨＲＣ２９で、かつ共晶炭化物の径が２０μｍ以下で、横断面の中心から外周に至る硬度のバラツキが１０％以内のマルテンサイト系ステンレス棒鋼よりなることを特徴とする軸受材料。
【請求項８】
前記ステンレス棒鋼は、冷間引抜き加工されたもので、最終冷間加工度が２５〜３０％、表面キズの深さが０．１ｍｍ以下、長手方向の曲がりが０．５ｍｍ／ｍ以下であることを特徴とする請求項７記載の軸受材料。
【請求項１】
外周に転動溝を有する内輪と内周に転動溝を有する外輪を備え、内輪外周の転動溝と外輪内周の転動溝との間に複数個の転動体が保持されてなる転がり軸受であって、
前記転動体が高炭素クロム軸受鋼で構成され、
前記内輪および前記外輪の内の少なくとも一方が、組成が重量比で、Ｃ：０．６〜０．７５％、Ｓｉ：１％以下、Ｍｎ：１％以下、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０２％以下、Ｃｒ：１１．５〜１３．５％、Ｍｏ：０．３％以下、Ｖ：０．１５％以下、Ｔｉ：１５ＰＰＭ以下、Ｏ：１５ＰＰＭ以下、残部がＦｅおよび不可避的に混入する不純物で、硬度がＨＲＣ９〜ＨＲＣ２９で、かつ共晶炭化物の径を２０μｍ以下としたマルテンサイト系ステンレス鋼で構成され、該ステンレス鋼から加工されると共に前記転動溝が切削加工され、次に焼入れ熱処理が行われて表面硬度がＨＲＣ５８〜６２とされ、その後に、前記切削加工された転動溝の研磨加工が行われてなることを特徴とする転がり軸受。
【請求項２】
請求項１記載の転がり軸受であって、前記転動溝が切削加工される前のステンレス鋼は、横断面の中心から外周に至る硬度のバラツキが１０％以内のマルテンサイト系ステンレス棒鋼であることを特徴とする転がり軸受。
【請求項３】
前記転動溝の研磨加工の取りしろが７〜１０μｍであることを特徴とする請求項２記載の転がり軸受。
【請求項４】
前記転動体の表面硬度が、前記マルテンサイト系ステンレス鋼で構成された、前記内輪および前記外輪の内の少なくとも一方の表面硬度の１．０８〜１．１０倍であることを特徴とする請求項１、２または３記載の転がり軸受。
【請求項５】
前記転動体の線膨張係数が、前記マルテンサイト系ステンレス鋼で構成された、前記内輪および前記外輪の内の少なくとも一方の線膨張係数の１．２８〜１．３０倍であることを特徴とする請求項１、２、３または４記載の転がり軸受。
【請求項６】
当該転がり軸受は、ハードディスクドライブのピボット用ミニチュア転がり軸受である請求項１、２、３、４または５記載の転がり軸受け。
【請求項７】
ハードディスクドライブのピボット用ミニチュア転がり軸受の軸受材料であって、組成が重量比で、Ｃ：０．６〜０．７５％、Ｓｉ：１％以下、Ｍｎ：１％以下、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０２％以下、Ｃｒ：１１．５〜１３．５％、Ｍｏ：０．３％以下、Ｖ：０．１５％以下、Ｔｉ：１５ＰＰＭ以下、Ｏ：１５ＰＰＭ以下、残部がＦｅおよび不可避的に混入する不純物で、硬度がＨＲＣ９〜ＨＲＣ２９で、かつ共晶炭化物の径が２０μｍ以下で、横断面の中心から外周に至る硬度のバラツキが１０％以内のマルテンサイト系ステンレス棒鋼よりなることを特徴とする軸受材料。
【請求項８】
前記ステンレス棒鋼は、冷間引抜き加工されたもので、最終冷間加工度が２５〜３０％、表面キズの深さが０．１ｍｍ以下、長手方向の曲がりが０．５ｍｍ／ｍ以下であることを特徴とする請求項７記載の軸受材料。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−３１９９２（Ｐ２０１２−３１９９２Ａ）
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０３６８０（Ｐ２０１１−１０３６８０）
【出願日】平成２３年５月６日（２０１１．５．６）
【出願人】（５１１１１２６８５）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月６日（２０１１．５．６）
【出願人】（５１１１１２６８５）
【Ｆターム（参考）】
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