(57)【要約】【課題】音響特性に優れた低騒音・低振動で且つ低コストな軸受装置を提供する。【解決手段】転がり軸受の内輪と外輪との少なくとも一方は、重量％で、Ｃ；０．６％以上０．９％以下、Ｓｉ；０．１％以上０．５％以下、Ｍｎ；０．５％以上１．１％以下、Ｃｒ；０．１％以上０．６％以下を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物元素である鋼で構成されている。また、転動体は、重量％で、Ｃ；０．９５％以上１．１％以下、Ｓｉ；０．１５％以上０．３５％以下、Ｍｎ；０．１％以上０．５％以下、Ｃｒ；１．３％以上１．６％以下を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物元素である鋼で構成さている。さらに、内輪及び外輪の表面の残留オーステナイト量は６容積％以下であり、内輪及び外輪の炭化物面積率と転動体の炭化物面積率との比（炭化物面積率比）は、０．９以下である。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪と外輪とこれらに接する転動体とを備える転動装置において、
前記内輪及び前記外輪の少なくとも一方は、重量％で、Ｃ；０．６％以上０．９％以下、Ｓｉ；０．１％以上０．５％以下、Ｍｎ；０．５％以上１．１％以下、Ｃｒ；０．１％以上０．６％以下を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物元素である鋼で構成され、前記転動体は、重量％で、Ｃ；０．９５％以上１．１％以下、Ｓｉ；０．１５％以上０．３５％以下、Ｍｎ；０．１％以上０．５％以下、Ｃｒ；１．３％以上１．６％以下を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物元素である鋼で構成されるとともに、
前記内輪及び前記外輪の表面の残留オーステナイト量が６容積％を越えず、前記内輪及び前記外輪の炭化物面積率と前記転動体の炭化物面積率との比（炭化物面積率比）が０．９を越えないことを特徴とする転動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は転動装置に係り、特に、ハードディスクドライブ装置（ＨＤＤ），ビデオテープレコーダ（ＶＴＲ）等のスピンドル支承用軸受や冷却ファンモーター等の軸受などのように、比較的小形の精密軸受として用いられる転動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、また本願発明においても同様に、代表的な転動装置として例えば転がり軸受，ボールネジ，リニアガイド，ボールブッシュ，ボールスプラインなどが挙げられる。また、その構成部材としての転動部材として、転がり軸受では軌道輪（内輪，外輪），転動体（玉，各種転がり軸受用ころ）、ボールネジにあってはナット，ネジ軸，転動体（ボール）、リニアガイドにあってはスライダ（ナット），案内レール，転動体（ボール）、ボールブッシュにあってはベアリング，案内輪，転動体（ボール）、ボールスプラインにあってはボールブッシュ，スプライン軸，転動体（ボール）などが挙げられる。
【０００３】
そしてこれら転動装置において、転動部材は転動装置を構成する一つ一つの部品をいい、また転動体と、転動体を案内して相対的に転動する転動部材とが相互に相手部材と定義することができる。
軸受の軌道輪及び転動体は、転動装置の一つである転がり軸受の構成部品として用いられ、それぞれ転動面と転動面との間で転がり運動をして接触応力を繰り返し受ける。また、保持器や転動装置であるころ軸受の転動体と軌道輪にあるつばとの間では、滑り運動を行う。
【０００４】
そこでこれらの材料には、硬くて負荷に耐え、転がり疲れ寿命が長く、滑りに対する耐摩耗性の良いこと等が要求される。また、軸受は寸法的に高精度な機械部品であることから、十分な寸法安定性が必要である。そこで、それらの部材の材料としては、一般的に軸受鋼であればＳＵＪ２が、肌焼鋼であればＳＣＲ４２０相当の鋼材が使用されている。
これら両材料を転がり軸受に用いる場合の得失を以下に述べる。ＳＵＪ２は合金組成中にＣとＣｒが多く含有されているために、製鋼時に巨大炭化物や偏析を生じやすく、これをなくすためにソーキング処理などが行われる結果、ＳＣＲ４２０に比べて材料費は高くなる。
【０００５】
小型軸受用の内外輪の場合、製造コストに関しては、一般に熱間（温間）鍛造により成形された後、引き続いて軟化焼鈍が行われるのであるが、素材の炭素量の関係でＳＵＪ２の方がＳＣＲ４２０に比べて焼鈍後の硬さが大きく、切削困難であり加工コストが高くなる傾向にある。しかし、ＳＵＪ２は焼き入れして焼き戻すだけで軸受に必要な硬さが得られるのに対して、ＳＣＲ４２０の方は表面層に必要な硬さを得るために浸炭または浸炭窒化処理を行った後焼入れ焼戻しされるので、ＳＵＪ２に比べて熱処理費が大幅に高くなる。その結果、軸受のトータルの製造コストとしては、ＳＵＪ２の方がＳＣＲ４２０より低くなる。
【０００６】
しかして、転がり軸受の機能に関しては、転がり寿命ではＳＣＲ４２０を浸炭又は浸炭窒化したものは表面層のγR （残留オーステナイト）が多く、圧縮残留応力も発生するため、特に異物混入潤滑下において長寿命の傾向にあり、疲労強度や衝撃強度に関しても良くなる傾向にある。また、軸受として重要な機能である寸法安定性なども、ＳＣＲ４２０の方がＳＵＪ２より優れている。
【０００７】
一方、転動体の場合は、素材はほとんど冷間線引材（以下、コイル材という）を使用し、冷間鍛造（以下、ヘッダ加工という）により転動体の形に成形され、旋削加工は行われない。その冷間加工性を比べると、ＳＵＪ２は合金成分中のＣとＣｒの含有量が高いので焼鈍後の硬さが大きくて冷間加工性がＳＣＲ４２０に劣っている。しかして、熱処理費は、内外輪の場合と同様にＳＣＲ４２０は浸炭または浸炭窒化処理が必要となるため、コスト高となる。その結果、製造コストとしては、ＳＣＲ４２０はＳＵＪ２に比べて大幅に高くなる。
【０００８】
転動体の機能に関しては、ＳＣＲ４２０を浸炭または浸炭窒化処理したものはやはり表面層のγR （残留オーステナイト）が多く、圧縮残留応力も発生するために特に異物混入潤滑下において長寿命の傾向にある。
これに対して、ＨＤＤやＶＴＲのスピンドル支承用の軸受やエアコンファンモータ用の軸受等の転動部材は、比較的軽荷重で使用されているが、軸受自体から発生する振動や音響が低いことが要求されていて、場合によっては使用中の音響劣化が使用限界となる。つまり、これらの用途に使用される比較的小形の精密な玉軸受には、転がり疲労寿命よりもむしろ、良好な音響特性が要求されている。
【０００９】
玉軸受で発生する振動や音響にはいろいろな原因があるが、ＨＤＤ等の用途に使用される比較的小形の精密な玉軸受では、軸受軌道面から発生する振動や音響が高くなることに原因がある。すなわち、軸受の内外輪の材料中の残留オーステナイト量が多いと軸受完成品の軌道面に圧痕ができ易くなり、そのため荷重や衝撃荷重によって軸受軌道面に永久変形ができやすい。このような永久変形が、軸受軌道面から発生する振動や音響を高くして音響特性を劣化させる。そのため、残留オーステナイト（γR ）量を低減またはゼロにしてしまうことが、音響劣化対策として有効である。
【００１０】
そこで、素材中の残留オーステナイト量を低減させるかまたはゼロにして音響特性の劣化を防止するようにした軸受（特許文献１を参照）や、素材に浸炭窒化処理を施すかまたは素材成分中にＳｉを高く含有させることにより、残留オーステナト量をゼロにして、しかも硬さを高く保つようにした音響劣化抵抗性が高い軸受（特許文献２を参照）等が開示されている。
【特許文献１】特開平７−１０３２４１号公報
【特許文献２】特開平８−３１２６５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従来の軸受部材にあっては、前述したように、軸受の機能の点では軸受鋼よりも肌焼鋼を浸炭または浸炭窒化処理したものの方が高機能であるが、クリーン油浴潤滑下またはグリース潤滑下においては、コストを優先して軸受鋼製の転がり軸受が採用されることが多い。
しかしながら、従来の軸受鋼製の転動部材は、上述の如くに材料費が高いうえに、冷間加工性も悪いため、近年の厳しいコストダウン要求に応えることは難しいという問題点があった。
【００１２】
また、加重や衝撃によって軸受軌道面に永久変形ができやすい残留オーステナイト量を低減させたりゼロにすることは、音響劣化対策として有効であるが、従来のその低減方法は、サブゼロ処理や高温での焼戻し処理であるため、現状と同等かそれ以上のコストとなってしまうという問題点があった。また、もともと軸受軌道面から発生する振動や音響を低減する対策は行なっておらず、つまりは、音響特性の改善に対しては更なる改良の余地があった。
そこで、本発明は、ＨＤＤやＶＴＲあるいはエアコンファンモータ等の用途に使用される比較的小形の精密な転動装置において、軸受軌道面から発生する振動や音響を改善し、しかも従来より安価な転動装置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】
【００１３】
本発明者らは、従来用いられている軸受鋼を低コスト化，長寿命化するための検討を重ねた。その結果、（１）Ｃ，Ｃｒ量を低減化することにより、巨大炭化物や偏析が減少してソーキング処理が省略でき、材料費の削減が行えること、（２）Ｍｎ，Ｓｉ添加量も或るしきい値内に抑えることによって、良好な冷間加工性及び切削性が得られて加工費の削減も可能となり、大幅なコストダウンが達成できること、（３）最適な熱処理を行うことにより、転がり寿命において軸受鋼と同等以上の寿命が得られること、が判明した。
【００１４】
また、本発明者らは、量産的に問題がないかを確認するために、実際の転がり軸受において鍛造，切削，熱処理，研削等の項目を検討し、軸受での機能評価も併せて実施した。その結果、（ａ）Ｃ，Ｃｒ含有量を低減化して材料費，加工費の面でコストダウンを図り、不足する焼入性を補うためにＭｎを多量に添加した場合には、結晶粒粗大化が助長されて機械的強度が低下したり、多量の残留オーステナイトが生成して寸法安定性，強度が低下する場合もあることがわかった。さらに、（ｂ）Ｍｎ添加等により必要以上に焼入性を高めると、Ｃ，Ｃｒ含有量が低い場合（特にＣ；０．８％以下、Ｃｒ；０．１％以下）には、結晶粒粗大化抑制効果が小さくなること及びＭｓ点が低下することにより焼入時に伴う変態応力型の表面張力が増加すること等に起因して、転動体（特にころ）ではヘッダー加工時の押し出し穴部やチャンファー部等、あるいは小さな表面きず或いは鋼中に内在する非金属介在物等が起点となって割れ感受性が高まり、ある大きさの転動体（特にころ）や軌道輪（特にころ軸受の）で割損したり、十分な疲労寿命特性が得られない傾向にあることがわかった。
【００１５】
一般に、このような割れは、冷却過程で生じる表面と心部との温度差に起因して発生する。すなわち、冷却過程で先にＭｓ点に到達した表面近傍部においてはマルテンサイト変態が進行するが心部は未変態であり、一時的に表面近傍では熱応力型の圧縮応力を受ける。心部がその後マルテンサイト変態して膨張すると、表面近傍は変態応力型の表面引張応力（残留応力）を受け、その影響が大きい場合には表面近傍では組成変形するか引張応力に材料の強度が耐えられなくなって、最も影響を受けやすい複雑な形状部や表面傷あるいは非金属介在物を起点に微少クラックが発生し、それが成長して割損に至るのである。
【００１６】
さらに、熱処理時の過熱等により結晶粒が粗大化するような場合でも、割れ感受性は大きくなる傾向にある。また、前記残留応力の大きさは、その合金成分及び形状や体積等に依存して変化する。すなわち、合金成分が多くなるとＭｓ点を下げる効果があるため、この傾向が強くなり（図１参照）、その体積が大きくなっても絶対膨張量が増加する。さらに、形状が複雑になっても応力バランスが崩れて、変形を伴って局部的に大きな引張応力が発生するのである。
【００１７】
もっとも、体積の影響については、熱応力が変態応力よりも大きくなるか、又は心部に不完全焼入相が生成するようになると、割れに対する感受性は逆に低下する場合もあり、体積の影響を見極めるのは非常に困難である。また、軸受の形状も、設計上複雑な形状になるのは止むを得ない場合が多い。
このような焼入れに伴う変態応力型の表面引張応力に起因する割れの問題に関しては、様々な対策が取られている。先ず第１に、熱処理面での次のような割れに対する種々の防止対策が挙げられる。
【００１８】
（ア）焼入油の種類や油温制御によるマイルドクエンチ処理
（イ）焼入れ後の適温保持
（ウ）焼入れ後直ちに焼戻しを行う
（エ）さらには、繰り返し焼戻し処理
（オ）また、焼入れ時の雰囲気をやや浸炭雰囲気にして加炭により表面に圧縮残留応力を付与する
（カ）軌道輪については、変形を防止するためにプレスクエンチ処理する
【００１９】
しかし、量産する場合には、ロットや設備上の問題から、焼入油を変えたり、または適時油温を制御したり、焼入れ後に適温に保持したり、さらには直ちに焼戻しを行うことがコスト的に困難な場合もある。さらに、その発生頻度は冬季において比較的高いなど、生産上の管理は非常に困難である。
【００２０】
次に第２として、材料面での対策が挙げられる。これは、鋼の高清浄度化である。すなわち、マイクロクラックの発生起点となる非金属介在物の低減化による素材面での改良である。鉄鋼メーカーの高清浄度化技術は近年目ざましい発展を遂げ、鋼中酸素濃度が５〜７ｐｐｍ程度まで達成できるようになり、クリーン潤滑下での転がり寿命が飛躍的に向上している。また、鋼中の非金属介在物を低減化することにより、割れに対する感受性も低下し、熱処理生産性が向上する傾向にある。しかし、著しい鋼中酸素レベルの低減化は素材コストの上昇を招き、本発明の目的にそぐわない。したがって、本発明者らは、素材コスト，寿命の他に合金成分からみた材料そのものの割れ感受性についても検討し、生産性も良好な転動部材を開発するに至った。
【００２１】
また、本発明者らは、さらに、ＨＤＤ，ＶＴＲ，エアコンファンモータ等に使用される比較的小形の精密な転動装置である玉軸受に関して、その音響特性の検討を行った。
これらの用途の玉軸受の場合に、振動や騒音の発生源となる保持器やシール等の付属部品の不良を、現在の優れた加工技術によって仕上加工することにより除き、且つ優れた潤滑剤を使用してもなお発生する振動・騒音は、その軌道面から発生する「レース音」である。「レース音」は軌道面のミクロ的なうねりによって発生し、軌道輪の持つ固有振動数付近の加振力成分を選択して振動し騒音となる（「転がり軸受の振動・音響」野田：ＮＳＫ TechnicalJournal Ｎｏ．６６１、１９９６，ｐ１５）。
【００２２】
また、玉軸受の軌道輪の軌道面及び玉の表面には、連続した山数に対して連続な山の高さの円周方向のうねりを持ち、玉軸受が回転すると振動が発生し、軌道輪の固有振動が強調され音となる（「玉軸受の騒音」五十嵐：日本機械学会論文集３０巻２２０号、１９６４，ｐ１１８）。つまり、振動の元となる「うねり」を減らせば、軸受軌道面から発生する音響特性が改善できる。しかして、現状は既に、高いレベルの加工技術による精密加工で、限界まで「レース音」を低減しており、これ以上の低減は加工技術以外の面からの検討が必要と考えられる。
【００２３】
これらの玉軸受は、耐食性や長寿命などの特別な要求が無い限りＳＵＪ２材が使用され、完成品の軸受軌道面にはＳＵＪ２特有の１μｍ前後の炭化物が分布している。本発明者らは軌道輪の「うねり」の原因の一つとして、このＳＵＪ２材特有の炭化物分布が影響していると考え、炭化物の分布を種々変化させて音響特性を調査し、その結果以下のことが判明した。
内外輪および転動体がＳＵＪ２である玉軸受に対して、
１）内外輪の炭化物面積率だけをＳＵＪ２より高くすると、振動が大きくなった。
２）内外輪の炭化物面積率だけをＳＵＪ２より低くすると、振動が小さくなった。
３）内外輪および転動体の炭化物面積率を共にＳＵＪ２より低くすると、振動が小さくなるが、内外輪だけを低くした場合と同等か若干悪い程度であった。
【００２４】
「レース音」の発生に関与する内外輪と転動体の「うねり」は不規則な性質を持ち、回転時に内外輪と転動体の接触ばね力に微小な交番変化を生じ、内外輪に強制振動が加わって固有振動が発生し、その振動が空気を伝わり音となる（「転がり軸受の音響」五十嵐：潤滑，第２２巻，第１２号、１９７７，ｐ１５）。
そこで、本発明者らは、内外輪と転動体の「うねり」特性には、表面の仕上加工精度による単純な凹凸や粗さの大きさではなく、炭化物量による加工仕上面の微妙な凹凸形状、特に凸部となる炭化物の配置が関与していると考えて検討した結果、内外輪と転動体の組合わせによっては接触ばね力に加わる振動が減衰する場合があること、つまり、内外輪と転動体における炭化物面積率の組み合わせ如何によって、振動低減効果があることを見出した。
【００２５】
ここで、軸受自体から発生する振動や音響が低いことが要求されている、例えばＨＤＤ用のスピンドル用やエアコンファンモーター用等の比較的小形の転動装置である精密な玉軸受の振動や音響を改善すると共に低コスト化を図るという本発明の目的に鑑み、当該玉軸受の製造状況を概観してみると、玉軸受の転動体であるボールは、一部の特殊環境用途を除くと、そのほとんどがＳＵＪ２材を使用している。また、ボールはコイル材から冷間型加工により連続的に大量生産されており、その生産コストは現在、極限まで低減されている。更に、ボールの一個一個に刻印やマーキングを施すことはできないので、生産は全てロット管理で行なっている。つまり、ボールの場合、低コストの素材を使い加工性を含めてコストダウンを計っても、工程のセット替えや特に異材管理の点で、コストダウンは殆ど不可能である。そのため、玉軸受でのコストダウンを考慮すると、音響特性を重要視する場合であっても転動体の材料はＳＵＪ２にならざるを得ない。
【００２６】
したがって、上述したように振動低減効果のある内外輪と転動体との炭化物面積率の組合せを考えるとき、内外輪は転動体に対して炭化物面積率を下げる必要があるため、ＳＵＪ２の主成分から炭化物面積率に影響するＣとＣｒを低下させることが必要である。そこで、前記目的を達成するするべく、内外輪のＣとＣｒとを低下させ、同時にその他の成分については、軸受として必要な焼入後の硬さ，焼入性，加工性等を考慮した最適成分を設定して、ＳＵＪ２材からなるボールと組合わせることにより、軸受軌道面から発生する振動や音響を改善するとともに、従来の玉軸受よりも安価な軸受装置の実現を図るものである。
【００２７】
すなわち、上記目的を達成する本発明に係る転動装置は、内輪と外輪とこれらに接する転動体とを備える転動装置において、前記内輪及び前記外輪の少なくとも一方は、重量％で、Ｃ；０．６％以上０．９％以下、Ｓｉ；０．１％以上０．５％以下、Ｍｎ；０．５％以上１．１％以下、Ｃｒ；０．１％以上０．６％以下を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物元素である鋼で構成され、前記転動体は、重量％で、Ｃ；０．９５％以上１．１％以下、Ｓｉ；０．１５％以上０．３５％以下、Ｍｎ；０．１％以上０．５％以下、Ｃｒ；１．３％以上１．６％以下を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物元素である鋼で構成されるとともに、前記内輪及び前記外輪の表面の残留オーステナイト量が６容積％を越えず、前記内輪及び前記外輪の炭化物面積率と前記転動体の炭化物面積率との比（炭化物面積率比）が０．９を越えないことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、他部材の炭化物面積率を転動体の炭化物面積率より適量低下させることで、軸受の振動・騒音の元となる他部材とこれに接触して転動する転動体の「うねり」特性をかえて、音響特性に優れた低騒音・低振動で且つ低コストな軸受装置を提供できるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下に、本発明における数値限定等の臨界的意義について述べる。先ず、本発明に用いられる合金成分の組成範囲を限定する理由を、説明する。
［Ｃ；含有量０．８〜０．９％］
軸受の内外輪は棒鋼や管材を使用して、熱間，温間鍛造や切削加工を行ない作られるので、その加工性は軸受コストに大きく影響する。一般に素材の炭素量を低減していくとその加工性は向上していく。しかし、炭素量を下げすぎると焼入後に軸受に必要な硬さが得られなくなるので、その下限は０．６％前後と考えられていた。しかし、本発明者らが行なった玉軸受の市場での使用状況の詳細な調査の結果は、一部の「純枠なクリーン環境（この場合は、最大せん断応力深さ位置にある非金属介在物のまわりが剥離の起点になる）」以外は、一般的にクリーンな環境と考えられていたシール付のグリース封入タイプの玉軸受であっても、水の浸入等により錆などの腐食が発生する場合を含めて、そのほとんどが表面損傷タイプの疲労状況を示していた。従って、耐久寿命が優れた軸受であるためには、水の浸入等により錆などの腐食が発生する環境で十分な寿命であると同時に、表面起点タイプの損傷に対しても十分な寿命でなければならない。
【００３０】
そこで、本発明者らは、表面起点タイプの損傷を再現するべく異物混入潤滑下の軸受寿命を調査した。その調査結果を図２に示す。この結果から、表面起点タイプの損傷で寿命を維持するためには、０．８％以上（さらに好ましくは０．８３％以上）のＣ％が必要であることが明確になった。従ってＣ％の下限を０．８％とする。しかし、０．９％を越えると、製鋼時に巨大炭化物や偏析をなくすためのソーキングが必要となるだけでなく、変形抵抗が増加して冷間加工性をも低下させ、コストの上昇を招く。以上の理由から、素材の炭素量は０．８％以上０．９％以下とする。
【００３１】
［Ｃｒ；含有量０．１％〜０．６％］
Ｃｒは基地に固溶して焼入性，焼戻軟化抵抗性などを高め、さらに焼鈍後においては、微細な炭化物を形成して熱処理時の結晶粒粗大化を防止して割れ感受性を低下させると共に疲労寿命特性や圧砕強度も高める作用がある。その効果を出すためには最低０．１％以上必要である。しかし、０．６％を越えると製鋼過程で巨大炭化物や偏析の生成を改良するためにソーキングを行う必要があり、Ｃｒ添加コストと共に素材コストが上昇してしまう。また、含有量の増加に伴い、炭素と同じように変形抵抗が増加して冷間加工性が低下する傾向にある。
以上の理由から、素材のＣｒ量は０．１％以上０．６％以下とする。
【００３２】
［Ｍｎ；含有量０．５％〜１．１％］
一般に焼入性を向上させるには、ＭｎまたはＣｒを添加するが、Ｃｒは炭化物生成元素であるために添加したＣｒの全てが基地の焼入性向上に寄与することにはならず、さらにその含有量が多すぎてもソーキングが必要となるため、焼入性の観点ではあまり期待できない。コストもＭｎの方が安い。そこで、少ないＣｒ量で十分な焼入性を与えるため、また異物混入潤滑下での転がり寿命に有効な残留オーステナイト生成元素でもあることに着目して、Ｍｎを最低０．５％以上添加する。しかし、Ｍｎは素材のフェライトを強化する元素でもあり、特に素材の炭素量が０．７％以上と多い場合には、Ｍｎの含有量が１．１％を越えると冷間加工性を著しく低下させる。さらに、その含有量が多すぎると、結晶粒を粗大化したり、残留オーステナイト量が必要以上に増加したりして割れ感受性を高めたり、圧砕強度を低下させる場合もある。以上の理由から、素材のＭｎ量は０．５％以上１．１％以下とする。
【００３３】
［Ｓｉ；含有量０．１％〜０．７％］
Ｓｉは素材の製鋼時に脱酸剤として作用し、ＣｒやＭｎと同じように焼入性を向上させると共に基地マルテンサイトを強化し、軸受の寿命を延長するのに有効な元素であるため、０．１％以上好ましくは０．２％以上添加される。しかし、Ｓｉの含有量が多すぎると、被削性，鍛造性，冷間加工性を低下させるので、上限は０．７％以下、好ましくは０．５％以下がよい。
【００３４】
以上説明したように、本願発明の転動部材は、用いる材料が一般的には軸受用の材料としては考えにくい機械構造用炭素鋼を基本成分としており、最適な合金成分設計により材料費あるいは加工費を最低限に抑え且つ製造コストを大幅に低減せしめる。さらに、熱処理時の割れといった生産上の問題も考慮し、機能的に見て軸受鋼製のものより長寿命かつ安価な転動部材を提供するものである。
以上の説明において「異物」とは、金属片などのように転動部材間に噛みこまれた場合に圧痕を生ぜしめ、それがき裂の起点となることにより転がり寿命に有害なものをさしている。
【００３５】
次に、本発明の目的を達成するための軸受装置として、ＨＤＤ，ＶＴＲ，エアコンファンモータ等に使用され良好な音響特性が要求されている玉軸受に適用する場合の、各構成部材の材料組成その他の特性について説明する。
［内外輪］
Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｃｒ量についての数値限定及びその臨界的意義については、前述の通りである。しかし、Ｃについては、音響特性向上の目的で残留オーステナイト量を６％以下にするときは、下限を０．６％まで選択しうる。このようにすると、異物混入下で長寿命となることをある程度低下させるが、音響特性と異物混入潤滑下長寿命との双方をバランスよく達成することができる。また、より加工性を良くするため、Ｓｉは上限を０．５重量％に限定した。
本発明の目的を達成する本発明の軸受装置における内外輪の材料組成は、その軌道面の炭化物面積率を適度に低下させるために従来の軸受鋼に対してＣ量とＣｒ量を低減し、焼入性を確保するためにＭｎを増量添加したものであり、軸受内外輪の素材コストや加工コストを大幅に低減するものである。
【００３６】
［転動体のＣ；含有量０．９５％〜１．１％］
転動体は、先に述べたように、ボールの製造工程の関係から基本的にＳＵＪ２材を使用する。それゆえ、その成分範囲はＪＩＳＧ４８０５規格の通り０．９５％以上１．１％以下とする。
［転動体のＣｒ；含有量１．３％〜１．６％］
転動体のＣｒに関しては、先にも述べたように、総合的に考えるとＳＵＪ２の方が低コスト（ソーキングが必要なことを考慮しても）であることから、基本的にＳＵＪ２材を使用する。そこでＣｒ量の範囲はＪＩＳＧ４８０５規格の通り１．３％以上１．６％以下とする。
【００３７】
［転動体のＭｎ；含有量０．１％〜０．５％］
転動体は、上述のように基木的にＳＵＪ２材を使用するため、そのＭｎ量の範囲はＪＩＳＧ４８０５規格通りの０．５％以下とするが、添加量が少なすぎると軸受材料として適当な焼入性が不足するので下限を０．１％以上とする。
［転動体のＳｉ；含有量０．１５％〜０．３５％］
転動体は上述のように基本的にＳＵＪ２材を使用するため、そのＳｉ量の範囲はＪＩＳＧ４８０５規格の通り０．１５％以上０．３５％以下とする。
【００３８】
［内外輪の完成品表面の残留オーステナイト量；６％を越えない］
転動装置または転動部材が音響特性向上の用途に用いられる場合の残留オーステナイト量について以下に述べる。
玉軸受の音響問題には新品時の初期音響が悪い場合と、使用中に音響が劣化してしまう場合とがある。新品時の音響は軸受すき間や加工精度，表面粗さなどによって左右されるが、これらの軸受の製造に関する因子を統一した場合（例えば、ＪＩＳＧ１５１４の５級以上とする）には、軸受を組み込むときに転動体が内外輪に押し付けられて内外輪に微小な圧痕が生じることが、初期音響の悪化の主原因となる。微小な圧痕の生じやすさは軸受の硬さや組織に左右される。
【００３９】
軸受の音響評価法として、本発明ではアンデロン値で評価を行なっている。アンデロン値は、アンデロンメーターで軸受の音響ノイズを振動成分としてとらえるものである。
図３に、軸受の新品時のアンデロン値と完成品軸受の内外輪の残留オーステナイト量との関係を試験した結果を示す。残留オーステナイトが６％を越えて高くなると、微小な圧痕が生じやすくなり、その結果初期音響が悪化している。また、本発明の軸受（○）に対して、従来のＳＵＪ２軸受（●）は同一オーステナイト量でも初期音響が高くなっている。
【００４０】
一方、使用中の音響劣化については、予圧がある状態で長時間保持された場合、特に保持されているときの温度が高いほど、転動体と内外輪の接触部分に微小な圧痕が生じやすくなって音響が劣化する。また、軸受に衝撃荷重がかかった場合なども、転動体と内外輪の接触部分に微小な圧痕が生じて、音響が著しく劣化する。
図４には、図３で初期音響を測定した軸受に一定荷重をかけて微小な圧痕を生じさせた後に、再び音響測定を行なった結果を示す。残留オーステナイトが６％を越えて高くなると、やはり微小な圧痕が生じやすくなり音響が著しく劣化する。
【００４１】
以上の結果より、前記目的を達成する本発明に係る軸受の完成品表面の残留オーステナイト量は６％を越えないものとする。さらに、初期音響及び音響劣化レベルを厳しく要求する場合には、残留オーステナイト量は２％を越えないものとすることが望ましい。ただし、玉軸受の音響特性には転動体の硬さや組織も影響するので、玉の粗さは３μｍＲｍｓ以下であり、さらに熱処理後に表面硬化処理を行ない、さらに再焼戻を行なうことが望ましい。
【００４２】
［転動体の炭化物面積率と内外輪の炭化物面積率との比が０．９を越えない］
上述したように、新品時の軸受の音響は軸受すき間や加工精度、表面粗さなどによって左右されるが、このような軸受の製造に関する状態を統一した場合（例えば、ＪＩＳＧ１５１４の５級以上）は、軸受を組み込むときに転動体が内外輪に押し付けられて内外輪に微小な圧痕が生じることが音響を悪化させることになる。しかし、完成品表面の残留オーステナイト量が６％を越えないものとすることで、これらの初期音響の低減が可能である。また、使用中の音響劣化に対しても、残留オーステナイト量が６％を越えないものとするこにより防止できる。
【００４３】
ここで、本発明者らは、初期音響のさらなる低減に関して研究を進めた結果、内外輪と転動体の「うねり」の組合せによる音響特性の微妙な変化を捕らえた。つまり、軸受完成軌道面の炭化物量の調整によって、加工仕上面の微妙な凹凸形状において特に凸部となる炭化物の配置を、内外輪のみ下げれば、「うねり」による振動が減衰することを発見した。
図５に、転動体の炭化物面積率に対する内外輪の炭化物面積率の比と、音響特性との関係を示した。図中の（○）は本発明の軸受、（●）は従来のＳＵＪ２軸受である。炭化物面積率比の値（＝内外輪の炭化物面積率／転動体の炭化物面積率）が０．９を越えない領域で、組合せよる音響低下効果が現れている。
【００４４】
以上のように、音響に配慮した軸受仕様で、現在の高い加工精度の技術レベルで加工を施した場合に、同一の残留オーステナイト量で初期音響特性をさらに低減させるためには、転動体の炭化物面積率に対する内外輪の炭化物面積率の比を０．９を越えない範囲に設定することが必要である。さらに、初期音響及び音響劣化レベルを厳しく要求する場合は、当該炭化物面積率比を０．５以上０．９以下とすることが望ましい。
【００４５】
以下に、本発明の実施例を説明する。この実施例は、特に低振動，低騒音が要求される用途の玉軸受などを想定したものである。
転動体の材料にはＳＵＪ２を用いた。内外輪には、表１に示す材料成分の鋼種Ｅ１〜Ｅ１５（実施例）と比較のための鋼種Ｅ１６〜Ｅ２３及び，ＳＵＪ２（比較例）を用いた。  （１）合金成分とソーキング処理の必要性及び加工性の評価：
初めに、これらの各試料素材についてソーキング処理の必要性の有無を評価し、また内外輪の一般的な製造工程に基づき高速旋盤による切削試験を行って加工性の評価を行った。
【００４６】
［評価条件］
ソーキング処理及び切削加工性の各評価条件は、以下の通りである。すなわち、ソーキング処理の必要性については、試料素材のビレット断面のマクロ及びミクロ組織を調査して、寿命に有害な巨大炭化物や濃厚な縞状偏析の有無を確認して判断した。切削加工性については、ＪＩＳＢ４０１１のバイト切削試験法に従い、下記の条件で各試料を切削してバイト逃げ面摩耗量が０．２ｍｍに達するまでの時間（分）を工具寿命とし、これをもって加工性を評価した。
切削機械：高速旋盤
工具    ：Ｐ１０（ＪＩＳ  Ｂ  ４０５３）
切込速度：１８０〜２２０ｍ／ｓｅｃ
送り量  ：０．２〜０．３ｍｍ／ｒｅｖ
切込深さ：０．６〜１．０ｍｍ
表１に結果を示す。
【００４７】
【表１】
2006037235.tif 000002
【００４８】
実施例の内外輪試料に用いた素材鋼種Ｅ１〜Ｅ１５はソーキング処理が不要であり、切削性も良好であり、従来のＳＵＪ２に比べ素材コストと加工コストの低減が可能である。一方、比較例の内外輪試料に用いた素材鋼種では、Ｃ量やＣｒ量が高いＥ１６やＥ２２はソーキングが必要と判断され、加工性も良好ではない。また、Ｓｉ量やＭｎ量が高いＥ１８やＥ２０も加工性が低い。
【００４９】
（２）熱処理条件の評価：
前記目的を達成する本発明では、音響特性が良好で且つ低コストなものを得るため、一般的な転がり軸受で最も多く使用され且つコストが最も低い焼入，焼戻処理を施して評価試験を行なっており、浸炭や浸炭窒化等の特別な処理は行なわない。ただし、音響対策として残留オーステナイト量を低減する必要があるため、望ましい熱処理条件の評価を行った。
素材の鋼種Ｅ１及びＳＵＪ２を用いて作成した内外輪と転動体について、焼戻処理温度を変えた次の三種類の熱処理Ａ〜Ｃを施し、得られた完成品試料の表面の残留オーステナイト（γR ）の量を比較した。
【００５０】
［熱処理条件］
温度８１０℃以上〜８５０℃以下で０．５〜１時間保持した後、焼入れを行う。続いて、次の熱処理条件で焼戻しを行う。
熱処理条件：Ａ
１６０〜２００℃で２時間の焼戻しを行う。
熱処理条件：Ｂ
２００〜２４０℃で２時間の焼戻しを行う。
熱処理条件：Ｃ
サブゼロ処理を施した直後に、２２０〜２６０℃で２時間の焼戻しを行う。
得られた完成品試料について残留オーステナイト量を測定した結果を表１に示す。この結果、内外輪の残留オーステナイト量が１２容量％を越えている熱処理Ａは、音響対策の観点から不適当といえる。残留オーステナイト量のより少ない熱処理Ｂと熱処理Ｃが適当な熱処理となるが、コストを重要視するとサブゼロ処理を施さない熱処理Ｂの方が望ましいといえる。
【００５１】
（３）異物混入潤滑下での寿命評価：
一般的な玉軸受の市場での使用状況の詳細な調査を行ない、市場での表面起点タイプの損傷状態を再現させるため、異物混入潤滑下で被試験体玉軸受の寿命試験を行なった。転動体にはＳＵＪ２を素材とするボールを用いた。実施例の内外輪は、表１の実施例の鋼種Ｅ１〜Ｅ１５の中から選定した幾つかの鋼種を素材とした。また、比較例の内外輪の素材は、表１の比較例の鋼種Ｅ１６〜Ｅ２３の中から選定したものを用いた。各被試験体玉軸受の内外輪にフレーキングが発生した時点までの累積応力繰り返し時間（寿命）を調査してワイブルプロットを作成し、そのワイブル分布の結果から各内外輪試料のＬ10寿命を求めた。一方、ＳＵＪ２素材とした内外輪についても同様に寿命試験を行い、Ｌ10寿命を求めた。そして、前記実施例の内外輪試料および比較例の内外輪試料の各Ｌ10寿命をＳＵＪ２製内外輪のＬ10寿命で割って寿命比を求めて評価した。
［異物混入潤滑下寿命試験の条件］
試験軸受：６０８
試験面圧：最大１５００Ｍｐａ
回転数：５０００ｒｐｍ
潤滑油：６８番タービン油
混人異物：
組成：ステンレス系粉
硬さ：ＨR Ｃ５０
粒径：６５〜１２０μｍ
混入量：潤滑油中に２００ｐｐｍ
寿命評価結果を表２に示す。
【００５２】
【表２】
2006037235.tif 000003
【００５３】
実施例の内外輪の材料は、焼入焼戻後の硬さはＨｖ７００以上であり、従来のＳＵＪ２に対して同等以上の寿命を示した。一方、比較例については、鋼種Ｅ１６の場合は寿命は同等以上であるが、加工性が劣っている（表１参照）。また、加工性だけを上げるためＣ量を０．６％未満とした鋼種Ｅ１７の場合は、表面硬さが低下する傾向にあるために従来のＳＵＪ２製内外輪に対して寿命が低下してしまう。さらに、Ｓｉ，Ｍｎ，Ｃｒが下限より低い鋼種Ｅ１９，Ｅ２１，Ｅ２３の場合は、Ｃ量を０．８％以上としても硬さがＨｖ７００以下となり寿命が低下してしまう。
【００５４】
（４）音響評価試験：
次に、被試験体軸受の音響評価試験について述べる。音響評価は初期の音響の評価と、音響劣化の評価とを行なった。ここで、軸受の音響評価法であるが、この場合はアンデロン値で評価を行なっている。アンデロン値はアンデロンメーターで軸受の音響ノイズを振動成分としてとらえるものである。アンデロンメーターは株式会社菅原研究所製ＡＤ−０２００を使用した。
【００５５】
（４の１）初期音響評価試験：
試験軸受：６０８
回転数：１８００ｒｐｍ
軸受予圧：２ｋｇｆ（スラスト荷重）
測定範囲：Ｈバンド（１８００〜１００００Ｈｚ）
新品の軸受をアンデロンメーターにセットして上記条件でアンデロン値を測定する。同一条件の軸受を３０個測定して求めたアンデロン値の平均値を、その軸受の音響レベルとして評価した。内外輪の完成品表面の残留オーステナイト量とアンデロン値とについての測定結果を表３及び図３に示す。
【００５６】
【表３】
2006037235.tif 000004
【００５７】
実施例の軸受Ｎｏ．１〜５は初期音響が良好である。これに対して、内外輪の残留オーステナイトが６容量％を越える比較例の軸受Ｎｏ．６，７，８，１０は、軸受組立時に微小な圧痕が生じやすくなり初期音響が悪い。また、内外輪に従来の素材であるＳＵＪ２を用いた軸受に熱処理Ａを施して残留オーステナイト量をゼロとした比較例の軸受Ｎｏ．９は、同一オーステナイト量の実施例Ｎｏ．１よりも初期音響が高くなってしまう。
【００５８】
（４の２）音響劣化試験：
測定条件は（４の１）初期音響評価試験と同一である。その初期音響測定後の軸受に、５０〜６０ｋｇｆのアキシャル荷重を５〜１０秒負荷した後に再び音響測定を行ない、荷重負荷による耐圧痕性を評価した。同一条件の軸受を３０個測定して得られたアンデロン値の平均値をその軸受の音響レベルとした。
【００５９】
内外輪の完成品表面の残留オーステナイト量とアンデロン値とについての測定結果を前記表３及び図４に示す。実施例の軸受Ｎｏ．１〜５は初期音響に対して音響劣化が少なくて良好である。これに対して、内外輪の残留オーステナイトが６容量％を越える比較例の軸受Ｎｏ．６，７，８，１０は、荷重負荷により微小な圧痕が生じて音響が劣化している。また、従来のＳＵＪ２製の内外輪に対しサブゼロ処理を含む熱処理Ｃを施して残留オーステナイト量をゼロとした比較例の軸受Ｎｏ．９は、音響劣化量は少ないが、同じく熱処理Ｃを施した実施例Ｎｏ．１よりも音響が高くなってしまう。
つまり、完成品内外輪の表面の残留オーステナイト量が６容量％を越えると、初期音響も音響劣化も共に大きくなる。また、当該残留オーステナイト量が６容量％以下の場合には、初期音響が低ければ荷重負荷後の音響も低くすることが可能となる。
【００６０】
（５）内外輪と転動体との炭化物面積率の組合せによる初期音響評価試験：
炭化物面積率がそれぞれ異なる内外輪と転動体とを組合せて、初期音響の評価を行なった。測定条件は前記（４の１）初期音響評価試験の場合と同一である。
なお、評価基準として内外輪の炭化物面積率と転動体の炭化物面積率との比（炭化物面積率比＝内外輪の炭化物面積率／転動体の炭化物面積率）を用いている。当該炭化物面積率を直接測定するため、内外輪，転動体の各完成品表面の組織を電子顕微鏡で撮影し、画像解析装置を用いてその電子顕微鏡画像の素地から炭化物だけを取り出し、炭化物面積，個数等を測定して面積率を算出した。
電子顕微鏡：日本電子社製、ＪＳＭ−Ｔ２２０Ａ
画像解析装置：カールツアイス社製、ＩＢＡＳ２０００
測定結果を表４及び図５に示す。
【００６１】
【表４】
2006037235.tif 000005
【００６２】
また、表５に、表４におけるＳＵＪ２，Ｅ１鋼，Ｊ１鋼の元素の一例を示す。
【００６３】
【表５】
2006037235.tif 000006
【００６４】
炭化物面積率比が０．９％を越えない実施例の試料Ｎｏ．１１〜２５は、初期音響が低く良好である。ただし、内外輪の炭化物面積率が低くて炭化物面積率比が０．５％未満になった実施例Ｎｏ．２４，２５は、内外輪の硬さの低下から耐圧痕性が若干低下するため、初期音響が少し高くなってきている。したがって、炭化物面積率比は０．５％以上０．９％以下が望ましい。
【００６５】
一方、炭化物面積率比が０．９％を越える比較例のＮｏ．２６，２７，２８，は、内外輪の炭化物低減による組合わせ効果が現れず、内外輪のうねりによる振動が大きくなって初期音響が低くならない。
また、たとえ炭化物面積率比が０．９％以下であっても、本発明の成分範囲を越えるＣ量を含有して炭化物面積率が高い鋼種Ｊ１を素材に用いた転動体を組合わせてなる比較例Ｎｏ．２９，３０の場合は、転動体のうねりによる振動が大きくなり初期音響が低くならない。
【００６６】
比較例Ｎｏ．３１については、Ｃ量が本発明の成分範囲を下回り炭化物面積率が低い鋼種Ｅ１を素材に用いた転動体を組合わせており、内外輪と転動体とも鋼種Ｅ１を組合わせてなる比較例Ｎｏ．２８に対しては組合わせ効果により若干音響が低減している。しかし、このように炭化物面積率が低いもの同士を組合わせても大きな効果は得られなかった。さらに、転動体がボールの場合、低コストな素材を使い加工性を含めてコスダウンを図っても、工程のセット替えや特に異材管理の面で逆にコストアップしてしまうため、本発明では転動体には鋼種ＳＵＪ２を用いることが最適となる。
【００６７】
以上のように、前記目的を達成する本発明にあっては、内外輪の炭化物面積率を転動体の炭化物面積率より適量だけ低下させることにより、軸受の振動・騒音の元となる内外輪と転動体の「うねり」特性をかえて、音響特性に優れると共に低コストな軸受を提供する。従来の「うねり」特性は、内外輪や転動体の表面の仕上加工精度に対応した単純な凹凸や粗さの大きさによるものであった。しかし本発明では、内外輪や転動体の材料組成中の炭化物量による加工仕上面の微妙な凹凸形状、特に凸部となる炭化物の配置に着目して、炭化物量の異なる材料からなる内外輪と転動体とを組合わせることによって接触ばね力に加わる振動を減衰させて、音響特性を改善することが可能になった。
【００６８】
なお、本発明は軸受部品に限らず、玉軸受と同様にボールとシャフトやピン等で転がり接触や回転あるいは摺動する他の部品、特に水の浸入等により錆などの腐食が発生する環境で使用される他の機械部品等に対しても、また特に初期音響や音響劣化に対して厳しい対応が求められる機械部品等に対しても有効に適用することが可能である。この場合、負荷条件のより厳しい部材を上記内外輪と同等の素材とし、相手部材をＳＵＪ２とする。例えば、スライダを上記内外輪と同等の素材とし、転動体はＳＵＪ２を用いて構成したリニアガイド装置とか、ナットを上記内外輪と同等の素材とし、転動体はＳＵＪ２を用いて構成したボールねじ装置等の直動軸受装置を例示することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】鋼材の変態膨張量に及ぼすＭｓ点の影響を表したグラフである。
【図２】異物混入潤滑下の寿命試験（素材炭素含有量と寿命）結果を示す図である。
【図３】初期音響評価試験（内外輪の完成品表面の残留オーステナイト量とアンデロン値）の測定結果を示す図である。
【図４】音響劣化試験（内外輪の完成品表面の残留オーステナイト量とアンデロン値）の測定結果を示す図である。
【図５】初期音響評価試験（内外輪と転動体との炭化物面積率比とアンデロン値）の測定結果を示す図である。
【図１】
2006037235.tif 000007
【図２】
2006037235.tif 000008
【図３】
2006037235.tif 000009
【図４】
2006037235.tif 000010
【図５】
2006037235.tif 000011