(57)【要約】【課題】寿命を確保するとともに、優れた音響特性を保証できる転動装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】内輪１、外輪２、及び転動体３の少なくとも一つを、Ｃ：０．９〜１．１質量％、Ｓｉ：０．１〜０．５質量％、Ｍｎ：０．２〜０．８質量％、Ｃｒ：１．０〜１．８質量％、残部：Ｆｅ及び不可避不純物からなる鋼材で構成し、この鋼材の２００ｍｍ２  中に存在する平均粒子径１μｍ以上のＴｉ系非金属介在物粒子が５０個以下となるように、発光分光分析装置１００を用いて限定する。【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも転動部材の一つが、Ｃ：０．９〜１．１質量％、Ｓｉ：０．１〜０．５質量％、Ｍｎ：０．２〜０．８質量％、Ｃｒ：１．０〜１．８質量％、残部：Ｆｅ及び不可避不純物からなる鋼材で構成されているとともに、
前記鋼材の２００ｍｍ２  中に存在する平均粒子径１μｍ以上のＴｉ系非金属介在物粒子数は、５０個以下となっていることを特徴とする転動装置。
【請求項２】
前記鋼材中に存在するＴｉ系非金属介在物粒子数は、発光分光分析装置によって限定されていることを特徴とする請求項１に記載の転動装置。
【請求項３】
少なくとも転動部材の一つを、Ｃ：０．９〜１．１質量％、Ｓｉ：０．１〜０．５質量％、Ｍｎ：０．２〜０．８質量％、Ｃｒ：１．０〜１．８質量％、残部：Ｆｅ及び不可避不純物からなる鋼材で構成するとともに、
前記鋼材の２００ｍｍ２  中に存在する平均粒子径１μｍ以上のＴｉ系非金属介在物粒子数を５０個以下となるように限定することを特徴とする転動装置の製造方法。
【請求項４】
前記鋼材中に存在するＴｉ系非金属介在物の粒子数を、発光分光分析装置を用いて限定することを特徴とする請求項３に記載の転動装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エアコン用ファンモータや、各種機器の冷却用ファンモータや、ハードディスクドライブ（以下、ＨＤＤと称す）、或いはビデオテープレコーダ（以下、ＶＴＲと称す）などの回転スピンドル支持用として適用される転動装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の転動装置として比較的小型の深溝玉軸受が公知となっており、その使用用途より、軸受自体から発生する震動や音響の低いことが要請されている。このため、このような深溝玉軸受は、比較的軽荷重で使用されるものの、転がり疲労寿命に達する前に音響劣化が原因で使用限界となる場合があった。よって、このような深溝玉軸受を始めとする転動装置においては、より優れた音響特性の付与が切望されている。
【０００３】
ここで、音響劣化は、転動部材を構成する鋼材中に、Ｔｉ系非金属介在物などが存在していることが原因として挙げられており、このＴｉ系非金属介在物の含有量を限定することで、音響劣化を抑制する手段が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、鋼材中に存在するＴｉ系非金属介在物を限定する方法として、画像検査装置を適用した画像処理法（例えば、特許文献２参照）や、エレクトロンビーム法（例えば、非特許文献１参照）などが提案されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００ー６０８８７号公報
【特許文献２】
特許第１８６１０１８号公報
【非特許文献１】
斉藤晟ら著、「エレクトロンビーム法による介在物の評価法の開発」、学振１９委−Ｎｏ．１０７９９、昭和６２年５月１９日、５−１〜５−１４
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の特許文献１に記載の手段においては、Ｔｉ系非金属介在物（Ｔｉ炭窒化物）を生成するＴｉやＮの含有量は規定しているものの、そのＴｉ系非金属介在物自体の含有量や大きさについては言及されておらず、優れた音響特性を確保するためには、未だ改善の余地があった。
【０００６】
また、上述した特許文献２及び非特許文献１に記載の手段は、アルミナ（Ａｌ２  Ｏ３  ）などの酸化物系非金属介在物を定量化するためには有効である。しかし、Ｔｉ系非金属介在物の色相は薄いピンク色或いはオレンジ色であって、母相とのコントラストが弱いために、上述した特許文献２に記載の手段ではＴｉ系非金属介在物を認識し難い。一方、上述した非特許文献１に記載の手段では、Ｔｉ系非金属介在物が圧倒的多数の酸化物系介在物に隠れてしまうため、Ｔｉ系非金属介在物のみを検出して定量化することは事実上困難であった。
【０００７】
そこで、本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、転動部材を構成する鋼材中のＴｉ系非金属介在物の大きさ及び含有量を確実に定量化することによって、優れた音響特性を保証することを可能とした転動装置及びその製造方法を提供することを課題としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するために、本発明の転動装置は、少なくとも転動部材の一つが、Ｃ：０．９〜１．１質量％、Ｓｉ：０．１〜０．５質量％、Ｍｎ：０．２〜０．８質量％、Ｃｒ：１．０〜１．８質量％、残部：Ｆｅ及び不可避不純物からなる鋼材で構成されているとともに、前記鋼材の２００ｍｍ２  中に存在する平均粒子径１μｍ以上のＴｉ系非金属介在物粒子数は、５０個以下となっていることを特徴とするものである。
ここで、本発明の転動装置において、前記鋼材中に存在するＴｉ系非金属介在物粒子数は、発光分光分析装置によって限定されていることが好ましい。
【０００９】
本発明の転動装置の製造方法は、少なくとも転動部材の一つを、Ｃ：０．９〜１．１質量％、Ｓｉ：０．１〜０．５質量％、Ｍｎ：０．２〜０．８質量％、Ｃｒ：１．０〜１．８質量％、残部：Ｆｅ及び不可避不純物からなる鋼材で構成するとともに、前記鋼材の２００ｍｍ２  中に存在する平均粒子径１μｍ以上のＴｉ系非金属介在物粒子数を、５０個以下となるように限定することを特徴とするものである。
ここで、本発明の転動装置の製造方法において、前記鋼材中に存在するＴｉ系非金属介在物の粒子数を、発光分光分析装置によって限定されていることが好ましい。
【００１０】
次に、本発明の転動装置における各数値限定の臨界的意義について説明する。
〔Ｃ：０．９〜１．１質量％〕
Ｃ（炭素）は、転動装置として必要とされる硬さと炭化物を得るために必要な元素である。ここで、転動寿命に十分必要な硬さと炭化物の面積率を得るために、Ｃは０．９質量％以上含有させる必要がある。しかし、Ｃの含有量が１．１質量％を超えると、製鋼時に巨大炭化物が発生したり、偏析が強くなったりするため、ＳＵＪ２鋼材で行う通常のソーキング処理では、巨大炭化物や偏析を十分調整できなくなるおそれがあり、その結果、その後の温間精密圧延加工での炭化物の微細化が不十分となってしまう。なお、温間圧延での炭化物の微細化をさらに厳密に制御する場合には、Ｃの含有量を０．９５〜１．０５質量％とすることが好ましい。
【００１１】
〔Ｓｉ：０．１〜０．５質量％〕
Ｓｉ（珪素）は、素材の製鋼時に脱酸材として使用され、焼き入れ性を向上させるとともに、基地であるマルテンサイトを強化し、転動寿命を向上させるために有効な元素である。このような効果を得るために、Ｓｉは０．１質量％以上含有させる必要がある。しかし、Ｓｉの含有量が多すぎると、被削性や鍛造性を含む加工性が劣化するため、その上限を０．５質量％とする必要がある。特に、上述の効果を得るために、Ｓｉの含有量を０．１５〜０．３５質量％とすることが好ましい。
【００１２】
〔Ｍｎ：０．２〜０．８質量％〕
Ｍｎ（マンガン）は、焼き入れ性を向上させるために必要な元素である。このような効果を得るために、Ｍｎは０．２質量％以上含有させる必要がある。しかし、Ｍｎは素材のフェライトを強化する元素であるため、その含有量が多すぎると、加工性を低下させてしまうため、その上限を０．８質量％とする必要がある。なお、Ｍｎは、熱処理時に結晶粒を粗大化させ、転動装置として重要な清浄度も低下させてしまう傾向があるため、Ｍｎの含有量を、０．２５〜０．５０質量％とすることが好ましい。
【００１３】
〔Ｃｒ：１．０〜１．８質量％〕
Ｃｒ（クロム）は、Ｃと同様に、転動装置に必要な硬さを炭化物を得るために重要な元素であるとともに、焼き入れ性及び焼き戻し軟化抵抗性を向上させるなど、基地であるマルテンサイトを強化する元素でもある。このような効果を得るために、Ｃｒは１．０質量％以上含有させる必要がある。しかし、Ｃｒの含有量が１．８質量％を超えると、製鋼時に巨大炭化物が発生したり、偏析が強くなったりしてしまい、ＳＵＪ２鋼材で通常行っているソーキング処理では、巨大炭化物の発生や偏析を十分に調整できなくなるおそれがあり、その結果、その後の温間精密圧延加工での炭化物の微細化が不十分となってしまう。なお、温間精密圧延加工での炭化物の微細化をさらに厳密に制御する場合には、Ｃｒの含有量は、１．３０〜１．６０質量％とすることが好ましい。
【００１４】
〔残部：Ｆｅ及び不可避不純物〕
鋼材中には、上述したＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、及びＣｒ以外にも不可避的に不純物が含まれる。このような不純物元素として重要なものに、転動部材を構成する鋼材の清浄度を低下させるＯ（酸素）やＴｉ（チタン）がある。
Ｏは、転動寿命に有害な酸化物系非金属介在物を生成してしまうため、その含有量は１５ｐｐｍ以下とする必要があり、好ましくは１０ｐｐｍ以下とするのがよい。
【００１５】
Ｔｉは、鋼材中のＮ（窒素）と反応してＴｉＮとなり、酸化物系非金属介在物と同様に、転動寿命に有害であるとともに、その存在形状（粒状）や硬さ（母相に比べて著しく高い）により音響特性を悪化させる傾向がある。このため、Ｔｉの含有量は、６０ｐｐｍ以下とする必要がある。特に、音響特性を重視する場合には、Ｎの含有量は、４０ｐｐｍ以下とすることが好ましく、さらに、Ｔｉに起因する音響劣化を完全になくすためには、Ｎの含有量は、２０ｐｐｍ以下とすることが好ましい。
【００１６】
〔平均粒子径１μｍ以上のＴｉ系非金属介在物：単位面積（２００ｍｍ２  ）あたりに５０個以下〕
上述したように、ＴｉＮは、転動装置の音響特性を低下させる傾向にあり、同様に、ＴｉＣも音響特性を低下させる傾向にある。また、音響特性は、存在するＴｉ系非金属介在物の粒子系が大きければ大きい程低下する傾向にあるため、音響劣化が発生しやすい平均粒子径１μｍ以上のＴｉ系非金属介在物数を測定する必要がある。また、単位面積２００ｍｍ２  あたりに存在するＴｉ系非金属介在物が５０個を超えると、音響特性が著しく劣化し始める。特に、音響特性を重視する場合には、単位面積２００ｍｍ２  あたりに存在するＴｉ系非金属介在物を４０個以下にすることが好ましい。さらに、単位面積を２００ｍｍ２  とすることによって、確実に音響特性効果を確保することが可能となる。
【００１７】
このように、本発明の転動装置によれば、少なくとも転動部材の一つが、転動装置の寿命を確保可能な鋼材で構成するとともに、この鋼材中に存在するＴｉ系非金属介在物の大きさ及び含有量を限定したことによって、転動装置の寿命を確保するとともに、優れた音響特性を確保することが可能となる。
このとき、転動装置の寿命及び優れた音響特性を確実に実現するためには、転動部材の全てを上述した鋼材で構成するとともに、この鋼材中に存在するＴｉ系非金属介在物の大きさ及び含有量を限定することが好ましい。
【００１８】
また、Ｔｉ系非金属介在物の大きさ及び含有量を、発光分光分析法によって測定するようにしたことによって、鋼材中に存在するＴｉ系非金属介在物を容易且つ確実に限定することが可能となる。
本発明の転動装置の製造方法によれば、本発明の転動装置を容易且つ確実に実現することが可能となる。
【００１９】
なお、本発明における転動装置とは、例えば、転がり軸受やボールねじ装置、及びリニアガイド等を指し、転動部品の相対運動によって、回転或いは揺動運動をする軸を支持するものを指す。
また、転動部材とは、転動装置を構成する部材であり、例えば、転がり軸受であれば内輪、外輪、及び転動体を指し、同様に、ボールねじ装置であれば、ボールねじ軸、ボールナット及びボールを、リニアガイドであれば、案内レール、スライダ及びボールをそれぞれ指す。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の転動装置の一例として、深溝玉軸受の一構成例を示す断面図である。
本実施形態における深溝玉軸受（転動装置）１０は、図１に示すように、内輪１と、外輪２と、内輪１及び外輪２の間に転動自在に配設される転動体３と、この転動体３を転動自在に保持する保持器４と、から構成されている。なお、図１の符号５は、内輪１と外輪２との間に形成され、転動体３が内設された空隙部内にグリース組成物Ｇを封入するためのグリース組成物封入部材である。
【００２１】
内輪１、外輪２、及び転動体３は、Ｃが０．９〜１．１質量％、Ｓｉが０．１〜０．５質量％、Ｍｎが０．２〜０．８質量％、Ｃｒが１．０〜１．８重量％、残部がＦｅ及び不可避不純物からなる鋼材で構成されている。
この鋼材で構成された内輪１、外輪２、及び転動体３のそれぞれは、その単位面積２００ｎｍ２  あたりに存在する平均粒径１μｍ以下のＴｉ系非金属介在物が５０個以下に限定されている。
【００２２】
保持器４は、特に限定されないが、例えば、プラスチックや金属材料などから構成されている。
グリース組成物封入部材５は、特に限定されないが、例えば、合成ゴムを接着させた薄鋼板などからなるシールや、薄鋼板などからなるシールドなどから構成されている。
次に、本実施形態における深溝玉軸受１０の一製造方法について説明する。
まず、深溝玉軸受１０を構成する内輪１、外輪２、転動体３の転動部材を、Ｃ：０．９〜１．１重量％、Ｓｉ：０．１〜０．５重量％、Ｍｎ：０．２〜０．８重量％、Ｃｒ：１．０〜１．８重量％、残部：Ｆｅおよび不可避不純物からなる鋼材で形成する。
【００２３】
次いで、鋼材に、焼き入れ処理及び焼き戻し処理を施した後、図２に示す発光分光分析装置を用いて、この鋼材中に存在する平均粒子径１μｍ以上のＴｉ系非金属介在物を単位面積２００ｎｍ２  あたりに５０個以下となるように限定する。
発光分光分析装置１００は、図２に示すように、発光部１０１と、発光スタンド１０２と、分光部１０３と、測光部１０４と、インタフェイス１０５と、データ処理部１０６と、端末機１０７と、から構成されている。
【００２４】
ここで、発光部１０１は、対電極（図示せず）を備え、発光スタンド１０２は、電極の役割を果たす測定試料又はマスタ（基準試料）を内包しており、この発光部１０１と発光スタンド１０２との間の空間には、アルゴンガスなどの希ガスが充填されて不活性ガス雰囲気が形成されている。また、分光部１０３は、集光レンズ１０８と、入口スリット１０９及び複数の出口スリット１１０を有する遮光いた１１１と、凹面回折格子１１２と、複数の光電子倍増管（フォトマルチプライア）１１３と、油回転ポンプ１１４と、を備えている。さらに、端末機１０７は、ＣＲＴ、プリンタ、及びキーボード（いずれも図示せず）を備えている。
【００２５】
このような構成を有する発光分光分析装置１００において、発光部１０１の対電極から発光スタンド１０２に保持された測定試料又はマスタへスパーク放電が発生すると、このスパーク放電を受けた測定試料又はマスタは、複数の元素情報を含んだ発光スペクトルとＴｉ系非金属介在物の発光スペクトルとを発光する。これらの発光スペクトルは、集光レンズ１０８で集光されて凹面回折格子１１２へ照射され、照射された発光スペクトルは各元素に固有の発光スペクトルに分光された後、各光電子倍増管１１３へ入射される。次いで、光電子倍増管１１３において、検知された発光スペクトルの強度が電流値に変換された後、測光部１０４、インタフェイス１０５を経て、データ処理部１０６に伝達される。そして、データ処理部１０６では、伝達された情報に基づいて、Ｔｉ系非金属介在物の組成の同定を行い、このＴｉ系非金属介在物の粒子径（大きさ）及び粒径分布（数）が端末機１０７に表示されるようになっている。なお、データ処理部１０６には、予め発光スペクトルの強度と、粒子径との関係を示す検量線を記憶させておくことで、得られた発光スペクトルの強度から平均粒子径が算出可能となっている。
【００２６】
次いで、発光分光分析装置１００において、本発明の範囲内にＴｉ系非金属介在物が規定された鋼材に切削加工を施し、深溝玉軸受１０を構成する内輪１、外輪、転動体３をそれぞれ製造した後、深溝玉軸受１０を完成させる。
このように、本実施形態における深溝玉軸受１０によれば、内輪１、外輪２、及び転動体３が、軸受寿命を確保可能な鋼材で構成されているとともに、この鋼材中に存在するＴｉ系非金属介在物の大きさ及び含有量を限定したことによって、深溝玉軸受１０の寿命を確保するとともに、優れた音響特性を確保することが可能となる。
【００２７】
また、Ｔｉ系非金属介在物の大きさ及び含有量を、発光分光分析器１００を用いた発光分光分析法によって限定するようにしたことによって、鋼材中に存在するＴｉ系非金属介在物を容易且つ確実に限定することが可能となる。
なお、本実施形態においては、深溝玉軸受１０を構成する内輪１、外輪２、及び転動体３の全ての転動部材を本発明の鋼材で構成したが、少なくとも転動部材の一つを本発明の鋼材で構成するのであればこれに限らない。
また、本実施形態においては、転動装置として、深溝玉軸受１０について説明したが、これに限らず、例えば、ボールねじやリニアガイドなどに適用することも可能である。
【００２８】
【実施例】
次に、本発明の効果を以下の実施例に基づいて検証する。
まず、内輪及び外輪を、球状化焼鈍処理が施された軸受鋼ＳＵＪ２からなる丸棒（外径６５ｍｍ）に切削加工を施すことにより形成するとともに、転動体を、同様の軸受鋼ＳＵＪ２で形成する。そして、それぞれに焼き入れ処理及び焼き戻し処理、並びに研削加工を施した後、内輪、外輪、及び転動体を組み立てて、上述したような深溝単列玉軸受（♯６２０６）を製造した。
この深溝単列玉軸受に対して、以下の条件下、音響特性評価を行った。なお、この結果は、軸受の騒音を振動成分としてとらえたアンデロン値によって示した。
【００２９】
＜音響特性評価＞
・測定装置：アンデロメータ（ベンディクス社製）
・測定条件：Ｈｉバンド（１８００〜１００００Ｈｚ）
そして、上述した音響特性評価が終了した後、この深溝単列玉軸受の内輪軌道面近傍でのＴｉ系非金属介在物の大きさ及び個数を、発光分光分析装置（株式会社島津製作所製）によって評価した。なお、この発光分光分析装置の測定下限は、平均粒径１μｍ以上のＴｉ系非金属介在物である。
【００３０】
図３に、Ｔｉ系非金属介在物数と音響特性評価との関係を示す。
図３に示すように、平均粒径１μｍ以上のＴｉ系非金属介在物数が４０個を超えると、アンデロン値が徐々に上昇しはじめ、Ｔｉ系非金属介在物数が５０個を超えると、アンデロン値が大幅に上昇していることが分かる。
以上の結果より、鋼材中の単位面積２００ｍｍ２  あたりに存在する平均粒径１μｍ以上のＴｉ系非金属介在物を５０個以下、より好ましくは４０個以下に限定することで、優れた音響特性を確保できることが確認できた。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の転動装置によれば、少なくとも転動部材の一つを、転動装置の寿命を確保可能な鋼材で構成するとともに、この鋼材中に存在するＴｉ系非金属介在物の大きさ及び含有量を限定したことによって、転動装置の寿命を確保するとともに、優れた音響特性を確保することが可能となる。
また、Ｔｉ系非金属介在物の大きさ及び含有量を、発光分光分析法によって測定するようにしたことによって、鋼材中に存在するＴｉ系非金属介在物を容易且つ確実に限定することが可能となる。
本発明の転動装置の製造方法によれば、本発明の転動装置を容易且つ確実に実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の転動装置の一例として、深溝玉軸受の一構成例を示す断面図である。
【図２】発光分光分析装置の一構成例を示す模式図である。
【図３】Ｔｉ系非金属介在物数と、音響特性との関係を示す図である。
【符号の説明】
１      内輪
２      外輪
３      転動体
４      保持器
５      グリース組成物封入部材
１０      深溝玉軸受（転動装置）
１００      発光分光分析装置
１０１      発光部
１０２      発光スタンド
１０３      分光部
１０４      測光部
１０５      インタフェイス
１０６      データ処理部
１０７      端末機
１０８      集光レンズ
１０９      入口スリット
１１０      出口スリット
１１１      遮光板
１１２      凹面回折格子
１１３      光電子倍増管
１１４      油回転ポンプ
【図１】
2005023352.tif 000002
【図２】
2005023352.tif 000003
【図３】
2005023352.tif 000004