(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
予圧された状態で５５℃以上の温度雰囲気中に、静止状態で放置される、玉径が３ｍｍ以下の軸受鋼製の玉軸受に於いて、これら各玉は、焼き入れ後に予備の焼き戻し処理を施してから荒研削を施した後、更に表面硬化処理してから焼き戻し処理されたものである事を特徴とする玉軸受。
【請求項２】
予圧された状態で５５℃以上の温度雰囲気中に、静止状態で放置される、玉径が３ｍｍ以下の軸受鋼製の玉軸受に組み込まれる玉軸受用玉の製造方法に於いて、玉に焼き入れ後に予備の焼き戻し処理を施してから荒研削を施した後、更に表面硬化処理を施してから、この玉に焼き戻し処理を施す事を特徴とする玉軸受用玉の製造方法。
【請求項３】
表面効果処理後の焼き戻し処理の焼き戻し温度の上限並びに下限を、下記の（ａ）〜（ｆ）で規制する、請求項２に記載の玉軸受用玉の製造方法。
（ａ）焼き戻し時間が１０〜１２０分の場合、焼き戻し温度の上限を２００℃とする。
（ｂ）焼き戻し時間が１２０分を越える場合には焼き戻し温度の上限を、直交座標の一方の軸に焼き戻し温度を摂氏温度で表わし、他方の軸に分単位の焼き戻し時間を対数目盛で表わした片対数座標に描かれる滑らかな曲線により、当該焼き戻し時間に対応して求める。
（ｃ）上記（ｂ）の曲線は、２００℃で１２０分の点から始まり、１７５℃で１０００分の点、１６０℃で４０００分の点を通過する。
（ｄ）焼き戻し時間が１０〜１２０分の場合、焼き戻し温度の下限を１５０℃とする。
（ｅ）焼き戻し時間が１２０分を越える場合には焼き戻し温度の下限を、直交座標の一方の軸に焼き戻し温度を摂氏温度で表わし、他方の軸に分単位の焼き戻し時間を対数目盛で表わした片対数座標に描かれる、変曲点を持たない滑らかな曲線により、当該焼き戻し時間に対応して求める。
（ｆ）上記（ｅ）の曲線は、１５０℃で１２０分の点から始まり、１４０℃で３００分の点、１３０℃で１０００分の点、１２０℃で６０００分の点を通過する。
【請求項４】
予圧された状態で５５℃以上の温度雰囲気中に、静止状態で放置される、玉径が３ｍｍ以下の軸受鋼製の玉軸受に組み込まれる玉軸受用玉の製造方法に於いて、玉の焼き入れ後この玉に、下記の（ｇ）〜（ｉ）を満たす条件で行なう予備の焼き戻し処理を施した後、この玉に荒研削を施してから表面硬化処理を施し、次いでこの玉に、焼き戻し温度の上限並びに下限を、下記の（ａ）〜（ｆ）で規制する焼き戻し処理を施してから、この玉の表面に仕上げ研削を施す事を特徴とする玉軸受用玉の製造方法。
（ａ）焼き戻し時間が１０〜１２０分の場合、焼き戻し温度の上限を２００℃とする。
（ｂ）焼き戻し時間が１２０分を越える場合には焼き戻し温度の上限を、直交座標の一方の軸に焼き戻し温度を摂氏温度で表わし、他方の軸に分単位の焼き戻し時間を対数目盛で表わした片対数座標に描かれる、変曲点を持たない滑らかな曲線により、当該焼き戻し時間に対応して求める。
（ｃ）上記（ｂ）の曲線は、２００℃で１２０分の点から始まり、１７５℃で１０００分の点、１６０℃で４０００分の点を通過する。
（ｄ）焼き戻し時間が１０〜１２０分の場合、焼き戻し温度の下限を１５０℃とする。
（ｅ）焼き戻し時間が１２０分を越える場合には焼き戻し温度の下限を、直交座標の一方の軸に焼き戻し温度を摂氏温度で表わし、他方の軸に分単位の焼き戻し時間を対数目盛で表わした片対数座標に描かれる、変曲点を持たない滑らかな曲線により、当該焼き戻し時間に対応して求める。
（ｆ）上記（ｅ）の曲線は、１５０℃で１２０分の点から始まり、１４０℃で３００分の点、１３０℃で１０００分の点、１２０℃で６０００分の点を通過する。
（ｇ）焼き戻し時間が１０〜１２０分の場合、焼き戻し温度の上限を１４０℃とする。
（ｈ）焼き戻し時間が１２０分を越える場合には焼き戻し温度の上限を、直交座標の一方の軸に焼き戻し温度を摂氏温度で表わし、他方の軸に分単位の焼き戻し時間を対数目盛で表わした片対数座標に描かれる、変曲点を持たない滑らかな曲線により、当該焼き戻し時間に対応して求める。
（ｉ）上記（ｈ）の曲線は、１４０℃で１２０分の点から始まり、１３０℃で３００分の点、１２０℃で１０００分の点、１１０℃で６０００分の点を通過する。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明に係る玉軸受は、例えばハードディスクドライブ装置（ＨＤＤ）やビデオテープレコーダ（ＶＴＲ）、ディジタルオーディオテープレコーダ（ＤＡＴ）等に組み込まれ、高速で回転するスピンドルを支承する。
【０００２】
【従来の技術】
例えばコンピュータに組み込まれるＨＤＤには、図１に示す様な駆動モータを組み込んで、ハードディスク駆動用のスピンドル１を高速で回転駆動する。このスピンドル１の外周面とハウジング２の内周面との間には、１対の玉軸受３、３を設けて、上記スピンドル１をハウジング２の内側に、回転自在に支承している。各玉軸受３、３は、それぞれ外周面に内輪軌道４、４を有する軸受鋼製の内輪５、５と、内周面に外輪軌道６、６を有する軸受鋼製の外輪７、７と、上記内輪軌道４、４と外輪軌道６、６との間にそれぞれ複数個ずつ、転動自在に設けられた軸受鋼製の玉８、８とから構成される。各玉８、８には予圧を付与して、上記スピンドル１の回転時に、がたつきが生じない様にしている。但し、上記内輪軌道４、４をスピンドル１の外周面に直接形成して、内輪５、５を省略する事もある。
【０００３】
この様な玉軸受３、３を構成する玉８、８を従来は、次の様な工程で造っていた。即ち、先ず、所定の形状に加工した玉の表面に通常の焼き入れ処理を施し、次いでこの玉に所定の焼き戻し処理を施す。次いでこの玉に荒研削を施してから、例えば特公平１−１２８１２号公報に記載された様な方法で表面硬化処理を施す。そして、この表面硬化処理後に仕上げ研削を施して、玉軸受用玉８、８として完成する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述の様にして造られる、従来から知られた玉８、８を組み込んだ玉軸受３、３により、ＨＤＤ等のスピンドル１の支承を行なうと、経時的に音響特性が劣化する場合がある。即ち、ＨＤＤ等は、玉軸受３、３も含めて組み立てた状態で、例えばプレッシャークッカーと呼ばれる耐環境試験器中に入れ、バーインと呼ばれる一種の性能試験を、全数に就いて行なう。
【０００５】
この性能試験の際、上記玉軸受３、３は予圧を付与されて静止状態のまま、例えば５５〜８０℃程度と比較的高い温度に、１０時間若しくはそれ以上の長時間（或は８０℃で５時間程度）に亙って曝らされ続ける。そして、しばしばこの性能試験の後の玉軸受３、３の音響特性が、性能試験の前に比べて劣化する事が観察される。この様な音響特性の劣化は、ＨＤＤやＶＴＲの性能を悪化させる為、好ましくない。
【０００６】
上述の様に、性能試験の結果玉軸受３、３の音響特性が劣化する原因に就いて本発明者が研究した所、上記性能試験の結果、玉８、８の転動面の一部で内輪軌道４又は外輪軌道６と当接する部分に、上記予圧に基づいて圧痕が形成される為である事が解った。
【０００７】
この圧痕の存在を確認する以前に本発明者は、図２に示す様な装置を使用して、上記音響の絶対値検波信号の周波数分析を行なった。即ち、糸９、９により吊り下げる事で、外部との間で振動の伝達が行なわれない様にしたテーブル１０に、上記玉軸受３、３を組み込んだＨＤＤ用のモータ１１を載置し、このモータ１１に通電する事で、スピンドル１（図１）を回転駆動した。このスピンドル１が回転する際に発生する音響を、マイクロフォン１２で検出し、この検出信号を、騒音計１３、信号変換器１４、ベアリングモニター１５を通じて、周波数分析器１６に送り、上記音響の周波数を分析した。尚、上記信号変換器１４は、音響信号を加速度ピックアップと同等の信号に変換するものである。又、ベアリングモニター１５としては、出願人会社が、同名で市販しているものを使用した。そして、これら信号変換器１４とベアリングモニター１５とにより、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を使用するエンペローブ解析による、周波数分析を行なった。
【０００８】
この様にして行なった周波数分析の結果を、図３（Ａ）（Ｂ）に示す。この内図３（Ａ）は、性能試験前の音響を周波数分析した結果を、同図（Ｂ）は、性能試験（７０℃で４８時間放置）後の音響を周波数分析した結果を、それぞれ表わしている。この様な絶対値検波信号の周波数分析の結果、性能試験後に、特定周期及びその高次成分のピーク値が表われる事が確認された。そして、この特定周期が、玉８、８の自転周期と一致する事が解った。この様な玉８、８の自転周期と一致する音響のピーク値は、同図（Ａ）から明らかな通り、性能試験前には表われない。
【０００９】
次いで、本発明者は、上記性能試験後に於ける従来玉の表面粗さを、軌道輪との当接位置を含む円周方向に亙り、精密表面粗さ計で測定した。この結果を図５に示す。図５に於いて、丸で囲った部分が、耐久試験の際、内輪軌道４又は外輪軌道６と当接する事で形成された圧痕部分である。各圧痕部分は、他の部分に比べて明らかに凹んでいる。
【００１０】
本発明の玉軸受用玉とその製造方法は、上述の様な事情に鑑みて発明されたもので、玉の表面処理工程を工夫する事により、前述の様な性能試験を施した後にも、上記圧痕が形成されにくくし、性能試験後に於ける音響特性の劣化度合の軽減を図るべく発明されたものである。
【００１１】
尚、玉軸受の構成部品の表面処理に関する発明としては、前記特公平１−１２８１２号公報に記載されている様に、玉を板に打ち付ける事によりこの玉の表面を硬化させる発明、或は特開平４−３３３５２１号公報に記載されている様に、機械加工後の軌道輪に、焼き入れ硬化処理、粗研磨、ショット・ピーニング、焼き戻し、仕上げ研磨を順次施す発明が、従来から知られている。
【００１２】
しかしながら、特公平１−１２８１２号公報に記載された発明の場合、玉の転がり寿命の延長と転動面の傷付防止とを目的としたもので、前述の様な性能試験による音響特性の劣化防止を図る事を意図してはおらず、条件によっては十分な劣化防止を図れない場合も考えられる。又、特開平４−３３３５２１号公報に記載された発明の場合、軌道輪の耐摩耗性及び疲労寿命を向上させる事を目的としており、上記性能試験により玉の表面に圧痕が形成される事を意図しているものではない。従って、上記性能試験に基づいて玉に圧痕が形成される事を防止出来ず、前述した様な性能試験により玉に形成される圧痕に基づく音響特性の劣化を防止出来るものではない。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の対象となる玉軸受は、予圧された状態で５５℃以上の温度雰囲気中に、静止状態で放置される、玉径が３ｍｍ以下の軸受鋼製の玉軸受である。特に本発明の場合、玉軸受に組み込む玉を、焼き入れ後に予備の焼き戻し処理を施してから荒研削を施した後、更に表面硬化処理してから焼き戻し処理を施した事を特徴としている。
【００１４】
【作用】
上述の様に、表面硬化処理の後に焼き戻し処理を行なった玉を組み込んだ玉軸受の場合、圧痕による音響特性のピーク値上昇を防止して、性能試験後に於ける音響特性を改善出来る。
又、焼き入れ後に予備の焼き戻し処理を施してから荒研削を施している為、この荒研削や上記表面硬化処理の際に、玉の表面に亀裂等の欠損が発生するのを防止して、歩留を良好にできる。
【００１５】
【実施例】
本発明の効果を確認する為に本発明者は、次の様な工程で、本発明の実施例となる玉を造った。先ず、所定の形状に加工した玉の表面に通常の焼き入れ処理を施し、次いでこの玉に、１２５℃で１２０分の、予備の焼き戻し処理を施した。次いでこの玉に荒研削を施してから、前記特公平１−１２８１２号公報に記載された方法で表面硬化処理を施した。そして、この表面硬化処理後、１６０℃で１２０分の焼き戻し処理を施してから仕上げ研削を施して、玉軸受用玉として完成した。
【００１６】
この様にして造られた本発明の玉を、前記図１に示す様なＨＤＤ用の玉軸受３、３に組み付け、前述の様な性能試験に供した。この性能試験の前後に於ける玉軸受３、３の音響特性の内、性能試験前の音響特性を図４（Ａ）に、性能試験後の音響特性を同図（Ｂ）に、それぞれ示す。各図に丸印を付した部分が、音響特性のピーク値部分である。この図４（Ａ）（Ｂ）の記載と、従来品の音響特性を示した、前記図３（Ａ）（Ｂ）の記載とを比較すると、本発明が性能試験による音響特性の劣化防止に効果がある事が解る。
【００１７】
更に、上記性能試験後に於ける本発明の玉の表面粗さを、軌道輪との当接位置を含む円周方向に亙り、精密表面粗さ計で測定した。この結果を図６に示す。図６に於いて、丸で囲った部分が、耐久試験の際、内輪軌道４又は外輪軌道６と当接する事で形成された圧痕部分である。この図６と前記従来玉の測定結果を表わす図５とを比較すれば、各圧痕部分が、従来品に比べて浅くなっている事が解る。
【００１８】
次に、図７は、本発明を実施する場合に於いて、焼き入れ後、荒研削前に行なう、予備の焼き戻し処理を行なう場合に於ける、焼き戻し条件の内、焼き戻し時間ｔと、焼き戻し温度Ｔの上限値との関係を表わしている。この図７は、縦軸に焼き戻し温度Ｔを摂氏温度で表わし、横軸に分単位の焼き戻し時間ｔを、対数目盛により表わしている。
【００１９】
この図７に記載した、焼き戻し温度の上限値を表わす実線ａは、焼き戻し時間が１０〜１２０分の場合、１４０℃の一定値を表わす直線部ａ１  となり、焼き戻し時間が１２０分を越える部分に於いては、焼き戻し時間ｔが増大するのに伴なって焼き戻し温度Ｔの上限値が次第に低下する事を表わす、変曲点を持たない滑らかな曲線部ａ２  となっている。そしてこの曲線部ａ２  は、１４０℃で１２０分の点から始まり、１３０℃で３００分の点、１２０℃で１０００分の点、１１０℃で６０００分の点を通過する。
【００２０】
従って、上記予備の焼き戻し処理は、図７の斜線範囲で行なう。予備の焼き戻し温度が、図７に示した上限値を越えた場合、表面硬化処理並びに焼き戻し処理を行なった後に於ける玉の表面固さが低くなり過ぎる。玉の表面固さが低くなり過ぎた場合、この玉の表面に傷が付き易くなり、好ましくない。
【００２１】
尚、この予備の焼き戻し処理は、続いて行なう荒研削及び表面硬化処理の際に、玉の表面に亀裂等の欠損が発生するのを防止する為に行なう。
【００２２】
次に、図８は、本発明を実施する場合に於いて、表面硬化処理後、仕上研削前の焼き戻し処理を行なう場合に於ける、焼き戻し条件の内、焼き戻し時間ｔと、焼き戻し温度Ｔの上限値並びに下限値との関係を表わしている。この図８は、縦軸に焼き戻し温度Ｔを摂氏温度で表わし、横軸に分単位の焼き戻し時間ｔを、対数目盛により表わしている。
【００２３】
上記図８の実線ｂは、焼き戻し温度Ｔの上限値と焼き戻し時間ｔとの関係を表わしている。この実線ｂは、焼き戻し時間ｔが１０〜１２０分の間では、２００℃の一定値を表わす直線部ｂ１  となり、焼き戻し時間ｔが１２０分を越える部分に於いては、焼き戻し時間ｔが増大するのに伴なって焼き戻し温度Ｔの上限値が次第に低下する事を表わす、変曲点を持たない滑らかな曲線部ｂ２  となっている。そしてこの曲線部ｂ２  は、２００℃で１２０分の点から始まり、１７５℃で１０００分の点、１６０℃で４０００分の点を通過する。
【００２４】
又、図８の実線ｃは、焼き戻し温度Ｔの下限値と焼き戻し時間ｔとの関係を表わしている。この実線ｃは、焼き戻し時間ｔが１０〜１２０分の間では、１５０℃の一定値を表わす直線部ｃ１  となり、焼き戻し時間ｔが１２０分を越える部分に於いては、焼き戻し時間ｔが増大するのに伴なって焼き戻し温度Ｔの下限値が次第に低下する事を表わす、変曲点を持たない滑らかな曲線部ｃ２  となっている。そしてこの曲線部ｃ２  は、１５０℃で１２０分の点から始まり、１４０℃で３００分の点、１３０℃で１０００分の点、１２０℃で６０００分の点を通過する。
【００２５】
従って、上記表面硬化処理後の焼き戻し処理は、図８の斜線範囲で行なう。焼き戻し温度が、図８に示した上限値を越えた場合、玉の表面固さが低くなり過ぎて、この玉の表面に傷が付き易くなり、好ましくない。又、焼き戻し温度が下限値に達しなかった場合には、前記性能試験による圧痕の発生防止効果が不十分になる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明の玉軸受と玉軸受用玉の製造方法は、以上に述べた様に、性能試験によって音響特性が劣化する事が殆どないか、あっても程度が軽く済む為、玉軸受を組み込んだＨＤＤやＶＴＲの性能向上を図れる。又、玉の歩留を良好にして、性能向上に伴うコスト上昇を抑える事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の対象となる玉軸受を組み込んだＨＤＤ用モータの断面図。
【図２】玉軸受の音響特性を測定する装置のブロック図。
【図３】従来の玉を組み込んだ玉軸受の音響特性を性能試験の前後で示す線図。
【図４】本発明の玉を組み込んだ玉軸受の音響特性を性能試験の前後で示す線図。
【図５】性能試験後に於ける従来の玉の表面形状を示す線図。
【図６】性能試験後に於ける本発明の玉の表面形状を示す線図。
【図７】予備の焼き戻し処理の温度と時間との条件を示す線図。
【図８】表面硬化処理後、仕上研削前の焼き戻し処理の温度と時間との関係を示す線図。
【符号の説明】
１  スピンドル
２  ハウジング
３  玉軸受
４  内輪軌道
５  内輪
６  外輪軌道
７  外輪
８  玉
９  糸
１０  テーブル
１１  モータ
１２  マイクロフォン
１３  騒音計
１４  信号変換器
１５  ベアリングモニター
１６  周波数分析器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0003552731.tif 000007
【図７】
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【図８】
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