(57)【要約】【課題】弾性係数がほぼ同等の転動体を非常に短時間で抽出できるようにして、高精度でかつ長寿命でありながら安価に製造することができる転がり軸受を提供する。【解決手段】内輪３及び外輪２とこれらの間に転動自在に挟まれた複数個の転動体４とを備えている転がり軸受において、前記複数個の転動体４を、共振法に基づく非破壊検査装置５で計測された共振周波数が実質的に同等のものとして同一ロット６の多数の転動体４の中から抽出された転動体４で構成する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪及び外輪とこれらの間に転動自在に挟まれた複数個の転動体とを備えている転がり軸受において、
前記複数個の転動体は、共振法に基づく非破壊検査装置で計測された共振周波数が実質的に同等のものとして同一ロットの多数の転動体の中から抽出された転動体で構成されていることを特徴とする転がり軸受。
【請求項２】
共振周波数が実質的に同等であるか否かを、各転動体の０Ｓ１モードの共振周波数を同転動体の半径で除した値の相互差が８×１０５（Ｈｚ／ｍ）の範囲に収まっているか否かで判断する請求項１に記載の転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、深溝玉軸受又はスラスト玉軸受等に代表される転がり軸受に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、パソコンの記憶装置として使われるハードディスクドライブ（ＨＤＤ）の磁気ディスクを回転駆動するスピンドルモータには、高精度かつ小径の転がり軸受が用いられており、かかるスピンドルモータにおける高速化、軽量化及び低騒音化のニーズに応える転がり軸受として、内輪と外輪の間に窒化ケイ素等を主成分としたセラミックボールよりなる転動体を組み込んだものが知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１２４７４号公報（請求項１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記セラミックボールは、通常、粉末成形体を焼結させることによって形成されており、軸受鋼よりなるボールに比べて、同一ロット内における弾性係数のばらつきが比較的大きいという特質がある。
しかるに、従来のセラミックボールを使用した転がり軸受では、同一ロット内の多数のセラミックボールから無作為に抽出した複数のセラミックボールをそのまま内輪と外輪の間に組み込むようにしているので、一つの転がり軸受に組み込まれたセラミックボールの弾性係数（ヤング率）が大きく異なる場合がある。
【０００５】
そして、このように一つの軸受内のセラミックボールの弾性係数が大きく異なることになると、同じ荷重を受けた場合でも各ボールの弾性変形量がまちまちになって、回転精度に悪影響を及ぼすことになるとともに、他のボールより弾性係数の高いボールは他のボールよりも高い応力を長時間受けるために破損し易くなっているので、転がり軸受の寿命の点でも不利である。
一方、かかる不都合を解消するには、各セラミックボールの弾性係数を応力と歪みから個々に計測し、その計測値がほぼ同じものだけを使用するようにすればよいが、小さな球体よりなるセラミックボールの弾性係数を直接計測するのは非常に手間がかかるため、そのような手段では、量産工程に乗せられないために転がり軸受を安価に製造できなくなるという新たな課題が生じる。
【０００６】
本発明は、このような実情に鑑み、弾性係数がほぼ同等の転動体を非常に短時間で抽出できるようにして、高精度でかつ長寿命でありながら安価に製造することができる転がり軸受を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく、本発明は次の技術的手段を講じた。
すなわち、本発明は、内輪及び外輪とこれらの間に転動自在に挟まれた複数個の転動体とを備えている転がり軸受において、前記複数個の転動体は、共振法に基づく非破壊検査装置で計測された共振周波数が実質的に同等のものとして同一ロットの多数の転動体の中から抽出された転動体で構成されていることを特徴とするものである。
【０００８】
後述の実施形態でも述べるように、本願発明者らは、転動体の一例としてのボール径が揃っている同一ロットの多数のセラミックボールの密度と、その個々のボールについて共振法に基づく非破壊検査装置によって共振周波数を計測し、その密度と共振周波数の関係をプロットしたところ、両者の間に正の線形関数的な相関関係があることが判明した。一方、後述の式（２）から明らかなように、ボールの共振周波数は、半径が同じであれば密度と弾性係数のみから決まるので、結局、セラミックボールの共振周波数がほぼ同じであれば、その密度と弾性係数もほぼ同じであると判断できるという結論に至った。
【０００９】
このため、上記のように共振法に基づく非破壊検査装置で計測された共振周波数が実質的に同等のものとして同一ロットの多数の転動体の中から抽出された転動体は、その弾性係数も実質的にほぼ同等であると判断することができる。従って、本発明に係る転がり軸受によれば、同じ荷重を受けた場合の各ボールの弾性変形量がほぼ同じになるため、回転精度に悪影響が生じることがなくなるとともに、すべての転動体にほぼ均等に応力が作用するため、ある特定の転動体にだけ過大な応力が作用しなくなり、転がり軸受の寿命が向上する。
【００１０】
また、本発明では、転動体の弾性係数そのものを直接計測して転動体の弾性係数の同一性を評価するのではなく、共振法に基づく非破壊検査装置で計測された共振周波数が実質的に同等か否かで各転動体の弾性係数の同一性を評価するようにしたので、その評価を極めて短時間で行うことができ、弾性係数がほぼ同等の転動体を非常に短時間で抽出することができる。このため、弾性係数に実質的な差のない転動体を転がり軸受に簡単に組み込むことができ、回転精度が高くかつ長寿命の転がり軸受を安価に製造することができる。
【００１１】
ところで、本発明におけるセラミックボールのような均質弾性体のiＳｊモードの共振周波数ｆiｊは、次の式（１）で表される。
【００１２】
【数１】
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【００１３】
本発明では、他のモードに比べて最もピーク形状がきれいで共振周波数が測定しやすく、密度と共振周波数の相関が最も高い０Ｓ１モードの共振周波数ｆ１０を採用した。そして、このｆ１０は、上記式（１）より、次の式（２）で表される。
【００１４】
【数２】
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【００１５】
そして、同一ロット、同一径のセラミックボールを測定する場合、ａ（球半径）、σ（ポアソン比）及びηiｊは定数であるので、結局、０Ｓ１モードの共振周波数ｆ１０は縦弾性係数（ヤング率）と密度によって決定されることになる。
【００１６】
一方、上記の本発明において、共振周波数が実質的に同等であるか否かは、具体的には、各転動体の０Ｓ１モードの共振周波数を同転動体の半径で除した値の相互差が８×１０５（Ｈｚ／ｍ）の範囲に収まっているか否かで判断することが望ましい。
ここで、共振周波数を転動体の半径で除した値の相互差を８×１０５（Ｈｚ／ｍ）以内であることを規定したのは、その範囲外になると、軸受の転がり寿命や回転精度が著しく低下ないし悪化するためである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明に係る転がり軸受１とその転動体の抽出工程を概略的に示す説明図である。同図に示すように、本実施形態では、転がり軸受１の例として、深溝玉軸受１Ａとスラスト玉軸受１Ｂが採用されているが、本発明はこれらに限定されるものではなく、アンギュラ玉軸受や自動調心玉軸受等にも採用することができる。
【００１８】
図１に例示する転がり軸受１のうち、深溝玉軸受１Ａは、断面円弧形の深溝型の外輪軌道を内周面に有する外輪２と、断面円弧形の内輪軌道を外周面に有する内輪３と、これら内外軌道の間に保持器（図示せず。）を介して転動自在に組み込まれた複数個の転動体４とを備えている。他方、スラスト玉軸受１Ｂは、断面円弧形の外輪軌道を上面に有する外輪２と、断面円弧形の内輪軌道を下面に有する内輪３と、これら内外軌道の間に保持器（図示せず。）を介して転動自在に組み込まれた複数個の転動体４とを備えている。
【００１９】
なお、外輪２、内輪３及び保持器の材質や形状は特に限定されるものではなく、本発明の範囲内で適宜変更可能である。
本実施形態で使用された転動体３は、窒化ケイ素、ジルコニア、炭化ケイ素等のセラミック粉末よりなる粉末成形体を焼結させることによって製造されたセラミックボールにより構成されている。もっとも、ボール径やその個数は特に限定されるものではなく、本発明の範囲内で設定可能である。
【００２０】
図１に示すように、一つの転がり軸受１に組み込まれる複数のセラミックボール４は、共振法に基づく非破壊検査装置５で計測された共振周波数が実質的に同等のものとして同一ロット６の多数のセラミックボール４の中から抽出されたセラミックボール４で構成されている。
すなわち、同一ロット６の多数のセラミックボール４について、上記非破壊検査装置５を使用して０Ｓ１モードの共振周波数をすべて計測し、その値に実質的な差がないボール４がグループＡ〜Ｃに仕分けされており、一つの転がり軸受１に組み込むセラミックボール４はすべて同じグループＡ，Ｂ又はＣの中から抽出したものが選択されるようになっている。
【００２１】
なお、本実施形態では、共振周波数が実質的に同等であるか否かを、各セラミックボール４の共振周波数を同ボール４の半径で除した値の相互差が８×１０５（Ｈｚ／ｍ）の範囲に収まっているか否かで判断するようにしている。
図２は、上記セラミックボール４の密度と共振周波数との関係を示すグラフである。
【００２２】
すなわち、本願発明者らは、ボール径（ｄ＝３／８”）が揃っている同一ロット６の合計１３０個のセラミックボール４の密度と、その個々のボール４について共振法に基づく非破壊検査装置５によって共振周波数を計測し、その密度と共振周波数の関係をプロットしたところ、図２に示すように、両者間には正の線形関数的な相関関係があることを突き止めた。
なお、共振法に基づく非破壊検査装置５としては、東レテクノ株式会社製の「ＲＩ２０００」を使用した。また、均質弾性球体の共振周波数は、実験結果では、上記の通り密度と共振周波数は概ね線形関係になる。その理由は、密度と弾性係数との間に正の相関関係があるためであると解される。
【００２３】
一方、上記の通り、セラミックボール４の密度と共振周波数は概ね線形関係にあるため、測定された共振周波数がほぼ同じであれば、密度もほぼ同じであると解される。また、前記式（１）及び式（２）から、共振周波数は密度と縦弾性係数（ヤング率）によって決定されるため、測定された共振周波数がほぼ同じであれば、縦弾性係数もほぼ同じと判断される。
このため、上記のように共振法に基づく非破壊検査装置で計測された共振周波数が実質的に同等のものとして多数のセラミックボール４の中から抽出されたグループＡ〜Ｃに属するボール４は、その弾性係数も実質的にほぼ同等であると判断することができる。
【００２４】
従って、本実施形態の転がり軸受１では、同じ荷重を受けた場合の各ボール１の弾性変形量がほぼ同じになるため、回転精度に悪影響が生じることがなくなるとともに、すべてのボール４にほぼ均等に応力が作用するため、ある特定のボール４にだけ過大な応力が作用しなくなり、転がり軸受４の寿命が向上する。
また、本実施形態では、セラミックボール４の弾性係数そのものを直接計測しその弾性係数の同一性を評価するのではなく、共振法に基づく非破壊検査装置５で計測された共振周波数が実質的に同等か否かで各ボール４の弾性係数の同一性を評価しているので、その評価を極めて短時間で行うことができ（例えば、前記「ＲＩ２０００」の場合には２〜３秒で判別可能である。）、弾性係数がほぼ同等のボール４を非常に短時間で抽出することができる。
【００２５】
このため、弾性係数に実質的な差のないボール４を転がり軸受１に簡単に組み込むことができ、回転精度が高くかつ長寿命の転がり軸受を安価に製造することができる。
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、セラミックボール４以外の鋼球を使用した転がり軸受に対しても、本発明を採用することができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、弾性係数がほぼ同等の転動体を非常に短時間で抽出できるので、弾性係数に実質的な差のない転動体を転がり軸受に簡単に組み込むことができ、回転精度が高くかつ長寿命の転がり軸受を安価に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る転がり軸受とその転動体の抽出工程を概略的に示す説明図である。
【図２】セラミックボールの密度と共振周波数との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１      転がり軸受
２      外輪
３      内輪
４      転動体（セラミックボール）
５      非破壊検査装置
６      ロット
【図１】
2004204997.tif 000005
【図２】
2004204997.tif 000006