(57)【要約】【課題】  優れた音響性能、回転性能を有し、且つ優れた耐フレッチング性能を兼ね備える転がり軸受を安価に提供する。【解決手段】  外輪２と、内輪３と、外輪２および内輪３間に転動自在に配設された複数の転動体である玉４と、を備える深溝玉軸受１であって、外輪２および内輪３が高炭素クロム軸受鋼からなり、玉４が、共晶炭化物の大きさが１０μｍ以下であるマルテンサイト系ステンレス鋼からなり、真球度２５ｎｍ以下で且つ面粗さ４ｎｍＲａ以下とされている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外輪と、内輪と、前記外輪および前記内輪間に転動自在に配設された複数の転動体と、を備える転がり軸受であって、
前記外輪および前記内輪が高炭素クロム軸受鋼からなり、
前記転動体が、共晶炭化物の大きさが１０μｍ以下であるマルテンサイト系ステンレス鋼からなり、真球度２５ｎｍ以下で且つ面粗さ４ｎｍＲａ以下であることを特徴とする転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばハードディスクドライブ（ＨＤＤ）装置等の情報機器などに用いられる小型モータ用軸受に最適な転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、転がり軸受の材料としては、ＳＵＪ２などの軸受鋼、ＳＵＳ４４０Ｃあるいは１３Ｃｒ系のマルテンサイト系ステンレス鋼、ＳＣｒ４２０あるいはＳＣＭ４２０などの肌焼鋼、等が使用されているが、例えばＨＤＤ装置、ビデオテープレコーダ、ファンモータなどの情報機器、音響・映像機器に用いられる小型モータ用軸受には、静粛性（音響性能）、回転非同期成分の振れ（ＮＲＲＯ：Non-Repeatable Run Out）などの回転性能、耐フレッチング性能、等多くの項目において高い性能が求められ、特にフレッチング磨耗によるトルク変動やトルクスパイクの発生を防止するために耐フレッチング性能に優れるマルテンサイト系ステンレス鋼が使用されている。
【０００３】
しかしながら、近年、ＨＤＤ装置の高密度化に伴いディスク厚さを増してディスク剛性の強化が図られており、これによりディスク慣性が大きくなることに起因して、あるいは、低コスト化のためのヘッド数の削減に伴いディスク回転の振れが大きくなることに起因して、小型モータ用軸受の耐フレッチング性能のさらなる向上が望まれている。
【０００４】
そして、耐フレッチング性能を向上させる方法として、（１）封入するグリースに硫化モリブデン、硫化亜鉛などのイオウ化合物を極圧添加剤として混入する、（２）保持器に載せていたグリースを溝に封入する、（３）転動体の材料をセラミックに変更する、（４）転動体の表面を窒化処理する、等の方法が提案されている。（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平１１−３０３８７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、グリースに硫化モリブデン、硫化亜鉛などの硫黄化合物を極圧添加剤として混合した場合には転がり軸受の音響性能が低下する虞があり、また、グリースを溝に封入した場合には転がり軸受の動トルクが増大し且つ保持器の回転非同期成分の振れ（ＮＲＲＯｆｃ成分）が不安定となり、転がり軸受の回転性能が低下する虞があり、また、転動体をセラミックで製作し、もしくは転動体の表面に窒化処理を施すことは、転がり軸受のコスト高を招く虞があった。
【０００６】
また、従来のステンレス鋼は、含有するＣｒが濃化した粗大な共晶炭化物が多数内在しているため加工精度が低下する傾向にあり、内外輪および転動体の形状精度に依存する転がり軸受の音響性能・回転性能の面で、ステンレス鋼製のものは、例えば軸受鋼製のものに比べて劣るものであった。
これに対し、特許文献１は、粗大な共晶炭化物の形成を抑制することができるＣ、Ｃｒ濃度の関係を見出し、さらにＳｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ等の含有量を所定のしきい値内に抑えることにより加工性の向上を図ったステンレス鋼を開示しているが、転がり軸受の音響性能・回転性能に直接に関与する内外輪や転動体の加工精度についての定量的な記載がなされていない。
【０００７】
本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、優れた音響性能、回転性能を有し、且つ優れた耐フレッチング性能を兼ね備える転がり軸受を安価に提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前述した目的を達成するために、本発明に係る転がり軸受は、外輪と、内輪と、前記外輪および前記内輪間に転動自在に配設された複数の転動体と、を備える転がり軸受であって、前記外輪および前記内輪が高炭素クロム軸受鋼からなり、前記転動体が、共晶炭化物の大きさが１０μｍ以下であるマルテンサイト系ステンレス鋼からなり、真球度２５ｎｍ以下で且つ面粗さ４ｎｍＲａ以下であることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の転がり軸受によれば、内外輪を高炭素クロム軸受鋼により形成すると共に、転動体を共晶炭化物の大きさが１０μｍ以下とされたマルテンサイト系ステンレス鋼から形成するようにしたので、内外輪および転動体を共に高い精度で加工することができる。特に、従来は高精度加工が困難であったステンレス鋼の加工精度を軸受鋼と同等の加工精度に向上させることができ、転動体（玉）の真球度を２５ｎｍ以下、面粗さを４ｎｍＲａ以下の高精度に加工することが可能となる。これにより、内外輪および転動体を高炭素クロム軸受鋼で形成した転がり軸受と同等の音響性能、回転性能を有し、且つ優れた耐フレッチング性能を兼ね備える転がり軸受を提供することができる。
さらに、比較的価格の高いマルテンサイト系ステンレス鋼を単純な形状の転動体に用い、転動体に比べ複雑な形状で且つ体積の大きな内外輪に高炭素クロム軸受鋼を用いているので、内外輪および転動体に共にマルテンサイト系ステンレス鋼を用いる場合に比べて転がり軸受を安価に提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明に係る好適な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１１】
図１は本発明の一実施形態である深溝玉軸受の縦断面図である。
図１に示されるように、本発明の一実施形態である深溝玉軸受１は、外輪２および内輪３を有し、外輪２の内周面に形成された外輪軌道面２ａと内輪３の外周面に形成された内輪軌道面３ａとの間に転動体である複数の玉４が保持器５により転動自在に保持されている。外輪２および内輪３間の軸方向両端部には、シール６が配設されている。
【００１２】
外輪２および内輪３は、例えばＳＵＪ２などの高炭素クロム軸受鋼から形成されている。また、転動体である玉４は、共晶炭化物の大きさが１０μｍ以下とされたマルテンサイト系ステンレス鋼から形成され、真球度２５ｎｍ以下で且つ面粗さ４ｎｍＲａ以下に加工されている。
共晶炭化物の大きさが１０μｍ以下となるマルテンサイト系ステンレス鋼としては、例えば、重量％で、Ｃ；１．５％以下、Ｃｒ；１０％以上２０％以下、Ｍｎ；０．１％以上０．８％以下、Ｓｉ；０．１％以上１．０％以下、Ｎ；０．２％未満を含有する合金鋼を例示することができる。
【００１３】
本実施形態によれば、外輪２および内輪３を高炭素クロム軸受鋼により形成すると共に、転動体である玉４を共晶炭化物の大きさが１０μｍ以下とされたマルテンサイト系ステンレス鋼から形成するようにしたので、外輪２、内輪３および玉４を共に高い精度で加工することができる。特に、従来は高精度加工が困難であったステンレス鋼の加工精度を軸受鋼と同等の加工精度に向上させることができ、玉４の真球度を２５ｎｍ以下、面粗さを４ｎｍＲａ以下の高精度に加工することが可能となる。これにより、内外輪および転動体を高炭素クロム軸受鋼で形成した軸受と同等の音響性能、回転性能を有し、且つ優れた耐フレッチング性能を兼ね備える深溝玉軸受１を提供することができる。
さらに、比較的価格の高いマルテンサイト系ステンレス鋼を単純な形状の玉４に用い、玉４に比べ複雑な形状で且つ体積の大きな外輪２および内輪３に高炭素クロム軸受鋼を用いているので、内外輪および転動体に共にマルテンサイト系ステンレス鋼を用いる場合に比べて深溝玉軸受１を安価に提供することができる。
【実施例】
【００１４】
本発明の効果を確認するため、外輪および内輪をＳＵＪ２から形成し、また転動体である玉を共晶炭化物の大きさが１０μｍ以下であるマルテンサイト系ステンレス鋼から形成した本発明に係る実施例、および当該実施例と比較するため外輪、内輪および転動体の全てをＳＵＪ２から形成した比較例に対して行った各試験について説明する。尚、実施例および比較例の転がり軸受は、外径１３ｍｍ、内径５ｍｍ、幅５ｍｍ、の深溝玉軸受である。
【００１５】
図２は軸受初期Ｇ値（振動加速度）の測定結果を示すグラフ、図３はＮＲＲＯの測定結果を示すグラフ、図４はＮＲＲＯｆｃ（保持器のＮＲＲＯ）の測定結果を示すグラフ、図５はＮＲＲＯｂａｌｌ−（玉のＮＲＲＯ）の測定結果を示すグラフ、図６はＮＲＲＯｂａｌｌ＋（玉のＮＲＲＯ）の測定結果を示すグラフである。
また、図７から図８は、実施例および比較例の深溝玉軸受に１．５ｋｇｆの予圧を与えて７０℃の環境下にて回転数５４００ｒｐｍで回転させた耐久試験において、試験時間と共に変化するＧ値の測定結果を示し、図７は実施例の共晶炭化物１０μｍ以下としたマルテンサイト系ステンレス鋼ボールを使用した深溝玉軸受を炭酸エステル系グリース（ＨＦ３グリース）で潤滑した場合のグラフ、図８は比較例のＳＵＪ２ボールを使用した深溝玉軸受を炭酸エステル系グリース（ＨＦ３グリース）で潤滑した場合のグラフである。
そして、図９はＧ値上昇量を指標として耐フレッチング性能を示すグラフである。
【００１６】
図２に示されるように、軸受初期Ｇ値に関して、実施例の深溝玉軸受は、比較例の深溝玉軸受と同等の値を示し、振動が少なく音響性能に優れていることが分かる。
【００１７】
図３から図６に示されるように、各ＮＲＲＯに関して、実施例の深溝玉軸受は、比較例の深溝玉軸受と同等の値を示し、回転非同期成分の振れが小さく、安定しており、回転性能に優れていることが分かる。
【００１８】
図７および図８に示されるように、実施例および比較例の深溝玉軸受のいずれも試験時間の経過に伴いＧ値が上昇する傾向にあるが、実施例の深溝玉軸受は、比較例の深溝玉軸受に比べてＧ値の変化が少なく、優れた耐久性能を有していることが分かる。
【００１９】
図９に示されるように、Ｇ値上昇量を指標とした耐フレッチング性能に関して、実施例の深溝玉軸受は、比較例の深溝玉軸受に比べてＧ値の上昇量が格段に小さく、耐フレッチング性能に優れていることが分かる。
【００２０】
以上の結果より、総合的に見て本発明に係る転がり軸受が優れた音響性能、回転性能を有し、且つ優れた耐フレッチング性能を兼ね備えていることが実証された。
【００２１】
尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、前述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数値、形態、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。
【００２２】
例えば、上述した実施形態において転がり軸受は深溝玉軸受として説明したが、これに限定されるものではなく、円筒ころ軸受、針状ころ軸受、円錐軸受、など他の形式の転がり軸受においても適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の転がり軸受の一実施形態を示す縦断面図である。
【図２】実施例および比較例の軸受初期Ｇ値（振動加速度）の測定結果を示すグラフ図である。
【図３】実施例および比較例の深溝玉軸受のＮＲＲＯの測定結果を示すグラフである。
【図４】実施例および比較例の深溝玉軸受のＮＲＲＯｆｃ（保持器のＮＲＲＯ）の測定結果を示すグラフである。
【図５】実施例および比較例の深溝玉軸受のＮＲＲＯｂａｌｌ−（玉のＮＲＲＯ）の測定結果を示すグラフである。
【図６】実施例および比較例の深溝玉軸受のＮＲＲＯｂａｌｌ＋（玉のＮＲＲＯ）の測定結果を示すグラフである。
【図７】実施例の深溝玉軸受の耐久試験において試験時間と共に変化するＧ値の測定結果を示し、実施例の深溝玉軸受を炭酸エステル系グリース（ＨＦ３グリース）で潤滑した場合のグラフである。
【図８】比較例の深溝玉軸受の耐久試験において試験時間と共に変化するＧ値の測定結果を示し、比較例の深溝玉軸受を炭酸エステル系グリース（ＨＦ３グリース）で潤滑した場合のグラフである。
【図９】実施例および比較例の深溝玉軸受のＧ値上昇量を指標とした耐フレッチング性能を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２４】
１        深溝玉軸受（転がり軸受）
２        外輪
３        内輪
４        玉（転動体）
５        保持器
【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】
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【図７】
2006194414.tif 000009
【図８】
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【図９】
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