(57)【要約】      （修正有）【課題】優れた制振性と、玉軸受にも好適に使用できる高い表面硬さに伴う優れた耐摩耗性、および良好な耐久性および耐食性を兼ね備えた材料からなる制振材およびその製造方法を提供する。またこれらを用いた軸受および摺動部材を提供する。【解決手段】Ｍｎ−Ｃｕ基合金にホウ化処理を施し、表面に金属ホウ化物としてＭｎ２Ｂを含む５０〜１００μｍの厚さを有しかつ、表面難さが９００Ｈｖ以上である硬化層を形成した制振材および制振材の製造方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｍｎ−Ｃｕ基合金からなり、ホウ化処理によって、表面に金属ホウ化物としてＭｎ２Ｂを含む硬化層が形成されていることを特徴とする制振材。
【請求項２】
前記硬化層が、５０〜１００μｍの厚さを有していることを特徴とする請求項１に記載の制振材。
【請求項３】
表面硬さが９００Ｈｖ以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の制振材。
【請求項４】
Ｍｎ−Ｃｕ基合金を、６５０℃以上かつ８５０℃未満の温度範囲で加熱しながらホウ化処理を施し、表面に金属ホウ化物としてＭｎ２Ｂを含む硬化層を形成することを特徴とする制振材の製造方法。
【請求項５】
転がり軸受を構成するいずれかの部品に請求項１〜３のいずれかに記載の制振材を用いたことを特徴とする転がり軸受。
【請求項６】
外輪、内輪およびこれら内輪と外輪との間に介装され、保持器によって保持される複数の転動体を備える転がり軸受であって、外輪、内輪、保持器および転動体のうちの少なくとも１つが、請求項１〜３のいずれかに記載の制振材からなることを特徴とする転がり軸受。
【請求項７】
摺動部位に用いられる摺動部材において、少なくとも摺動面に請求項１〜３のいずれかに記載の制振材を用いたことを特徴とする摺動部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動抑制が効果的になされる制振材およびその製造方法に関する。また、制振材からなる玉軸受、ころ軸受等の転がり軸受および滑り軸受等の摺動部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記の転がり軸受の材料としては高炭素クロム軸受鋼が多く使用されているが、製品の用途や大きさに応じてＣｒ，Ｍｎ，Ｓｉ等の量を調整したり、Ｍｏ等の他の成分を添加したりして、必要な硬さや耐摩耗性等を得るようにしている。また、高い耐食性が求められる場合には、ＳＵＳ４４０Ｃ等のステンレス鋼が使用されている。一方、軸受には、騒音を抑制するなどのために制振性を備えて振動を吸収できるものが要求される場合があり、その場合の材料には、制振合金が好適とされている（特許文献１、２、３等参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平５−１２５４８７公報
【特許文献２】特開平１０−１４０２３６公報
【特許文献３】特開２００３−２５３３６９公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
制振合金は、組成の種類から、主に転位型、強磁性型、双晶型に分けられ、この中では双晶型合金であるＭｎ−Ｃｕ基合金（ＭｎＣｕ，ＭｎＣｕＮｉＦｅ，ＭｎＣｕＡｌ等）が最も高い振動吸収能力を有している。ところが、双晶型合金の硬さは１２０〜１４０Ｈｖ程度であるため、７００Ｈｖ程度を求められる玉軸受等の転がり軸受の材料としては不向きである。硬質クロムメッキを施すことにより表面を７００Ｈｖ程度に硬化させる手段はあるが、メッキ層は剥がれやすく耐久性に問題があった。そこで双晶型のＭｎ−Ｃｕ基合金を転がり軸受に適用する事例としては、軸受を収容するハウジングと外輪との間にインサート材として挟んで用いている程度に限定されているのが現状である。また、Ｍｎ−Ｃｕ基合金の耐食性はステンレス鋼に劣るという不利な面がある。
【０００５】
よって本発明は、優れた制振性と高い表面硬さに伴う優れた耐摩耗性とを兼ね備え、さらに耐食性と耐久性にも優れ、転がり軸受等の材料として好適な制振材と、その製造方法、ならびにそれを用いた転がり軸受および摺動部材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】
【０００６】
本発明の制振材は、Ｍｎ−Ｃｕ基合金からなり、ホウ化処理が施されることによって、表面に金属ホウ化物としてＭｎ２Ｂを含む硬化層が形成されていることを特徴としている。本発明の制振材として好適なＭｎ−Ｃｕ基合金の組成は、例えば、Ｃｕ：１７〜２８質量％、Ｎｉ：２〜８質量％、Ｆｅ：１〜３質量％で、残部がＭｎといった組成が挙げられる。
【０００７】
本発明の制振材は、硬化層の厚さが５０〜１００μｍであること、また、硬化層の表面硬さが９００Ｈｖ以上であることを含む。さらに、本発明は、転がり軸受を構成するいずれかの部品に本発明の制振材を用いたことを特徴とする転がり軸受を含む。特に、外輪、内輪およびこれら内輪と外輪との間に介装され、保持器によって保持される複数の転動体を備える転がり軸受において、これら外輪、内輪、保持器および転動体のうちの少なくとも１つが、本発明の制振材からなるものを含む。また、摺動部位に用いられる摺動部材において、少なくとも摺動面に本発明の制振材を用いたことを特徴とする摺動部材をも含む。代表的な摺動部材としては、回転、揺動または往復運動を行う軸部材、軸部材を支持するスリーブ軸受や球面滑り軸受、ガイドプレートなどが挙げられるが、振動を吸収することが求められる摺動部位に用いられる摺動部材全般に適用可能である。
【０００８】
また、本発明の制振材の製造方法は、Ｍｎ−Ｃｕ基合金を、６５０℃以上かつ８５０℃未満の温度範囲で加熱しながらホウ化処理を施して、表面に金属ホウ化物としてＭｎ２Ｂを含む硬化層を形成することを特徴としている。
【０００９】
次に、表面に硬化層を形成するホウ化処理は、以下の方法から適宜選択される。
［ホウ化処理］
（ａ）粉末ボロン法
粉末状のホウ化処理剤（ボロン剤）とワークを耐熱製ケースに詰めて大気中または雰囲気ガス中で加熱処理する。ホウ化処理剤としては、ボロン粉末、炭化ボロン（フェロボロン）、フッ化ボロン酸カリ、アルミナが挙げられる。
【００１０】
（ｂ）塩浴ボロン法
ホウ砂やホウ酸等の塩浴に炭化ボロン等のホウ化処理剤を混合した塩浴中にワークを浸漬して加熱処理する。
【００１１】
（ｃ）塩浴電解法
ホウ砂を主成分とした塩浴中でワークを陰極、容器または黒鉛棒を陽極として電解処理する。
【００１２】
（ｄ）ガスボロン法
水素ガスまたはアルゴンガス中に塩化ボロンやジボランを添加し、その雰囲気中でワークを加熱処理する。
【００１３】
（ｅ）流動床ボロン法
Ａｌ２Ｏ３，Ｂ４Ｃ，ＫＢＦ４の混合粉末からなるホウ化処理剤をアルゴンガスで流動させ、その中に混入させたワークを加熱処理する。この流動床ボロン法は、流動粒子とワークが連続的に接触して反応し、温度分布が良好であるとともに、次の焼き入れ工程への連続処理が可能であるなど、利点が多い。
【００１４】
［硬化層の厚さ］
上記のように形成された硬化層の厚さは５０〜１００μｍであることが好ましい。上記のように処理された制振材の断面を金属顕微鏡で観察すると、表面から一定の深さまで母材と明らかに異なる層（硬化層）が形成されていることが確認できる。この硬化層と母材との境界線は完全な直線ではないが、平均値が意味を成さないほど大きく変動する訳でもないので、境界線の平均厚さを求めることが可能である。本発明ではこの平均厚さを硬化層の厚さとみなしている。硬化層において、表面から母材に近づくにつれて硬化層の硬さは徐々に低下し、ある程度の深さ以降は急激に硬さが低下する。しかし、境界線を越えた直後の位置においては、母材本来の硬さをまだ若干上回っており、境界線から母材側に向かって遠ざかるにつれて徐々に母材本来の硬さになっていく。従って、軸受等に十分な硬さを有している部分は硬化層の全体厚さの一部に相当する部分である。硬化層の厚さが５０μｍを下回ると軸受等に十分な硬さを有している部分の厚さが少なすぎて、軸受等の荷重性能や寿命が低下する。また、１００μｍを超えると振動吸収能力が十分に発揮されなくなる。したがって硬化層の厚さは５０〜１００μｍが好ましい。しかし、比較的低い面圧下で使われる部材においては、硬化層が５０μｍ以下の厚さでも適用可能であり、その場合はより優れた制振効果が得られる。
【００１５】
［表面硬さ］
本発明の制振材は、上記硬化層の形成によって表面硬さが向上し、その表面硬さは９００Ｈｖ以上であることが好ましい。表面硬さが９００Ｈｖ以上であれば、転がり軸受、特に玉軸受用として十分な表面硬さを有することになる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の制振材は、ホウ化処理を施して表面にＭｎ２Ｂを金属ホウ化物として含む硬化層が形成された双晶型のＭｎ−Ｃｕ基合金からなるものであり、この特徴によって、優れた制振性と高い硬さに伴う優れた耐摩耗性とを兼ね備え、さらに耐食性と耐久性にも優れ、転がり軸受等の材料として、きわめて有望であるといった効果を奏する。
【実施例】
【００１７】
以下、本発明の実施例を説明する。
［１］熱処理温度
本発明の制振材の製造方法は、Ｍｎ−Ｃｕ基合金をホウ化処理する際の加熱温度を、６５０℃以上かつ８５０℃未満の温度範囲内に含まれる温度に規定している。以下、この根拠を示す試験結果を説明する。
【００１８】
Ｃｕ：２２．３質量％、Ｎｉ：５．１質量％、Ｆｅ：２．０質量％、残部がＭｎという組成を有する市販のＭｎ−Ｃｕ基合金（大同特殊鋼株式会社の制振合金：Ｄ２０５２）から、２×１０×５０（ｍｍ）の試験片を必要数作製し、加熱保持時間を１時間としたホウ化処理を、６５０℃、７５０℃、８００℃、８５０℃、９５０℃と加熱温度を変えて行った。なお、ホウ化処理は、ＳＵＳ３０４製の処理容器に試験片を入れ、さらにこの容器に、ホウ化処理剤としてエカボ♯３（ワッカーケミカル社製）を充填して密閉し、容器ごとマッフル炉に装入して加熱した後、炉冷する工程で行った。その結果を表１に示す。
【００１９】
【表１】
2009215606.tif 000002
【００２０】
ホウ化処理の加熱温度を異ならせて得た５種類の試料１〜５のうち、比較的高温の８５０℃と９５０℃でホウ化処理したものは、いずれも表面の化合物層（硬化層となる層）がぽろぽろと崩れて母材から剥離し、安定した表面硬化層を形成し得なかった。したがって、８５０℃以上でホウ化処理したものは使用不可能であることが判った。また、硬化層の剥離が生じなかった６５０℃、７５０℃および８００℃加熱の試料１〜３と硬化層の剥離が生じた８５０℃および９５０℃加熱の試料４および５とをＸ線回折装置を用いて、母材表面の硬化層に生成されている化合物を同定したところ、試料１〜３の硬化層にはＭｎ２Ｂが生成されていたが、試料４および５の硬化層にはＭｎ２Ｂが含まれず、ＭｎＢが生成されていた。つまり、母材から剥離しなかった硬化層には金属ホウ化物としてＭｎ２Ｂが含まれていたが、母材から剥離した硬化層にはＭｎ２Ｂは含まれていなかった。
【００２１】
次に、硬化層が剥離しなかった試料、すなわち硬化層にＭｎ２Ｂが含まれる６５０℃、７５０℃および８００℃でホウ化処理した試料１〜３につき、表面硬化層の厚さを調べた。厚さ測定は各試料を樹脂に埋め込んで切断することにより断面を露出させ、金属顕微鏡を用いて行った。図１は厚さ測定結果を示しており、硬化層の厚さは、加熱保持時間を一定とした場合、ホウ化処理時の加熱温度が高ければ高いほど厚く形成されることが確かめられた。転がり軸受において、軌道面における剥離等に強く影響する接触応力による最大せん断応力は表面から１０〜数十μｍ程度の深さにあるので、硬化層の厚さは５０μｍ以上であることが望ましい。しかしながら、後述するように、硬化層が厚すぎると振動吸収能力が悪化するという問題があり、むやみに厚くはできない。
【００２２】
これらの試験の結果から、まず、安定した硬化層としては母材から剥離しないＭｎ２Ｂが有効であることが明らかとなった。また、ホウ化処理時の処理温度は、硬化層にＭｎ２Ｂが生成される６５０℃以上かつ８５０℃未満が好適であり、この温度範囲の中では、１時間程度の加熱保持時間で硬化層の厚さを５０μｍ以上に確保できるという量産性の観点から、７８０℃以上がより好ましいことが判った。
【００２３】
［２］表面硬さ
８００℃でホウ化処理した本発明品に該当する上記試料３（実施例）と、熱処理して作製した比較例の試料（ステンレス鋼：ＳＵＳ４４０Ｃ）につき、表面硬さおよび表面から内部に入り込んだ部分の硬さを、表面からの距離（深さ）を変えて測定した。
【００２４】
図２は試料３を実施例とし、熱処理済みＳＵＳ４４０Ｃを比較例とした硬さ測定の結果を示している。金属顕微鏡による測定結果では、試料３の硬化層の厚さは約５２μｍであった。同図で明らかなように、実施例の試料３は、表面より０．１ｍｍの部分から内部側は１２０Ｈｖ程度の硬さであり、そこから表面に近づくにつれて徐々に硬さが増し、表面より０．０５ｍｍの部分からは表面に向かうにつれて急激に硬さが増大し、表面からの距離が４０μｍ付近で５００Ｈｖの硬さを示し、表面からの距離が１０μｍ付近で１０００Ｈｖを超える硬さを示した。また、表面の硬さは１０２０Ｈｖであった。すなわち、表面から３０μｍ程度の距離まで９００Ｈｖ以上の比較的一定な硬さを示しそこから深さ５０μｍ程度までは硬さが大きく変化する硬化層が形成されていた。この硬化層は、ホウ化処理によってＭｎ２Ｂが含まれている層であった。また、硬化層よりも内部側の硬さは１２０Ｈｖと比較的低いものとなっていた。
【００２５】
実施例は、表層の４０μｍ程度までは５００〜１１００Ｈｖの硬化層が形成され、硬化層の内部は１２０Ｈｖであるため、表面が硬く、かつ振動吸収能力に優れた特性が求められる玉軸受等の転がり軸受の材料としてきわめて好適であると言える。中でも、最大せん断応力の深さが３０μｍ以下の外径約２６ｍｍ以下から数ｍｍまでの小径玉軸受は、振動や騒音を特に嫌うＯＡ機器、電子機器、電化製品、各種モータなどに多く用いられるので、本発明の制振材はそのような小径玉軸受に非常に適している。また、振動や騒音を嫌う滑り軸受等の摺動部材にも好適である。一方、比較例の硬さは表面からの距離が変わっても変化はなく、表面および内部の硬さは７００Ｈｖで一定であった。比較例は、硬さの点では玉軸受に適用可能ではあるが、振動吸収能力（対数減衰率：約２０×１０−４）の点で劣る。
【００２６】
［３］ホウ化処理の時間と硬化層の厚さ
ホウ化処理の適切な加熱時間と適切な硬化層の厚さを調べた。試験の試料は、８００℃をホウ化処理の加熱温度とし、加熱時間を１時間〜５時間の１時間おきとして新たに５種類得た。そして、これら試料につき、振動吸収能力を適確に示す対数減衰率と硬化層の厚さの関係を調べた。対数減衰率は、１×８×６０（ｍｍ）の試験片を細い白金線の上に置き、この試料と空間を隔てた電極の間に電圧を印加して電圧を振動させ、試料を共振させた後、試料の振動の減衰状況を測定する横振動法によって求めた。図３は、硬化層の厚さと対数減衰率の測定結果を示している。同図によれば、玉軸受等の転がり軸受において振動吸収能力として有効とされる対数減衰率：０．８以上を得るためには、硬化層の厚さは５０〜１００μｍ程度が必要であることが判った。また、そのような厚さの硬化層を形成するためには、ホウ化処理における加熱時間は加熱温度８００℃で１〜３時間必要であることが判った。
【００２７】
［４］耐食性
上記硬さ測定の実施例の試料３と比較例の試料（熱処理済みＳＵＳ４４０Ｃ）を用いて、塩水噴霧試験を行い、耐食性を調べた。塩水噴霧試験は「ＪＩＳ  Ｚ２３７１」に基づき、試験時間：９６時間で行った。その結果は、実施例の試料が錆の発生は認められなかったのに対し、比較例の試料は表面全面に錆が発生していた。これにより、ホウ化処理による表面の耐食性の向上が図られたことが判った。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】実施例で行った硬化層の厚さ測定の結果を示す線図である。
【図２】実施例で行った硬さ試験の結果を示す線図である。
【図３】実施例で行った硬化層の厚さおよび対数減衰率の測定結果を示す線図である。
【図１】
2009215606.tif 000003
【図２】
2009215606.tif 000004
【図３】
2009215606.tif 000005