CN117441066A - 滚子轴承 - Google Patents

滚子轴承 Download PDF

Info

Publication number
CN117441066A
CN117441066A CN202280023246.3A CN202280023246A CN117441066A CN 117441066 A CN117441066 A CN 117441066A CN 202280023246 A CN202280023246 A CN 202280023246A CN 117441066 A CN117441066 A CN 117441066A
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
dlc
metal
film
roller bearing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202280023246.3A
Other languages
English (en)
Inventor
木场勇策
濑古一将
堀径生
三宅浩二
田中祥和
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NTN Corp
Original Assignee
NTN Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NTN Corp filed Critical NTN Corp
Publication of CN117441066A publication Critical patent/CN117441066A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/30—Parts of ball or roller bearings
    • F16C33/58—Raceways; Race rings
    • F16C33/583—Details of specific parts of races
    • F16C33/585—Details of specific parts of races of raceways, e.g. ribs to guide the rollers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/26—Deposition of carbon only
    • C23C16/27—Diamond only
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D80/00—Details, components or accessories not provided for in groups F03D1/00 - F03D17/00
    • F03D80/70—Bearing or lubricating arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/30—Parts of ball or roller bearings
    • F16C33/34—Rollers; Needles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/30—Parts of ball or roller bearings
    • F16C33/58—Raceways; Race rings
    • F16C33/62—Selection of substances
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C19/00—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/22—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings
    • F16C19/34—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings for both radial and axial load
    • F16C19/38—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings for both radial and axial load with two or more rows of rollers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2204/00—Metallic materials; Alloys
    • F16C2204/40—Alloys based on refractory metals
    • F16C2204/44—Alloys based on chromium
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2206/00—Materials with ceramics, cermets, hard carbon or similar non-metallic hard materials as main constituents
    • F16C2206/02—Carbon based material
    • F16C2206/04—Diamond like carbon [DLC]
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2206/00—Materials with ceramics, cermets, hard carbon or similar non-metallic hard materials as main constituents
    • F16C2206/80—Cermets, i.e. composites of ceramics and metal
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2240/00—Specified values or numerical ranges of parameters; Relations between them
    • F16C2240/40—Linear dimensions, e.g. length, radius, thickness, gap
    • F16C2240/60—Thickness, e.g. thickness of coatings
    • F16C2240/64—Thickness, e.g. thickness of coatings in the nanometer range
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C23/00—Bearings for exclusively rotary movement adjustable for aligning or positioning
    • F16C23/06—Ball or roller bearings
    • F16C23/08—Ball or roller bearings self-adjusting
    • F16C23/082—Ball or roller bearings self-adjusting by means of at least one substantially spherical surface
    • F16C23/086—Ball or roller bearings self-adjusting by means of at least one substantially spherical surface forming a track for rolling elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2360/00—Engines or pumps
    • F16C2360/31—Wind motors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Rolling Contact Bearings (AREA)

Abstract

滚子轴承包括内圈和外圈(2、3)、介于内圈和外圈(2、3)的轨道面之间的滚子(4、5)、以及保持滚子(4、5)的保持器(10L、10R)。在滚子(4、5)的外周面上具有DLC膜，此DLC膜从滚子(4、5)的基材侧起依次具有金属层、包含金属和DLC的中间层、以及包含DLC的表面层。中间层是具有上部层和下部层的双层结构，上部层是DLC比下部层多的富含DLC层，且下部层是金属比上述上部层多的富含金属层。富含金属层的膜厚为100nm以上且300nm以下。此外，上述中间层为梯度组成，在该梯度组成中，从金属层侧朝向表面层侧，金属的含量减少并且DLC的含量增加。

Description

滚子轴承
相关申请
本申请要求2021年3月22日申请的JP特愿2021-047040的优先权，通过参照将其整体作为构成本申请的一部分的内容而进行引用。
技术领域
本发明涉及滚子轴承，例如，涉及适用于支承风力发电装置的主轴的自动调心滚子轴承、锥形滚子轴承、圆柱形滚子轴承等的技术。
背景技术
在过去，导入了对轴承内的部件的一部分施加DLC(Diamond-like Carbon：类金刚石碳)膜等的金属覆膜来抑制表面的磨损等的方法。另一方面，DLC膜需要选择与使用条件、环境相对应的规格，在无法得到理想的膜结构的情况下，与基材的密合性变弱，膜有可能剥离。
作为现有技术，人们公开了通过在自动调心滚子轴承的滚子上施加DLC膜，自动调心滚子轴承的耐磨损性提高(专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：JP特开2020-169713号公报
发明内容
发明要解决的课题
DLC膜在膜形成时由于与对象基材的结构不同而产生极大的内部应力，具有由于DLC膜的密合性降低从而膜容易剥离的缺点。作为改善膜的密合性的方法，大多采用如下方法：在膜结构中设置中间层，成膜出具有适当的浓度梯度的金属和碳的梯度层，进而关于硬度，也在膜结构内阶段性地产生梯度，使应力缓和。另外，不仅是膜结构，包括元素的结合状态和组成状态在内的膜质也是影响密合性的重要因素，要求通过确保适当的膜质状态来保证密合性。
本发明的目的在于提供一种滚子轴承，其能够抑制DLC膜的剥离并提高耐磨损性。
用于解决课题的技术方案
本发明的滚子轴承包括内侧部件、外侧部件、介于这些内侧部件、外侧部件的轨道面之间的滚子、以及保持上述滚子的保持器，至少在上述滚子的外周面或内侧部件、外侧部件的轨道面上具有DLC膜，此DLC膜从基材侧起依次具有金属层(Cr)、包含金属和DLC的中间层、以及包含DLC的表面层，上述中间层是具有上部层和下部层的双层结构，上述上部层是DLC比上述下部层多的富含DLC层，且上述下部层是金属比上述上部层多的富含金属层，上述富含金属层的膜厚为100nm以上且300nm以下。
按照该构成，中间层是具有上部层和下部层的双层结构，上部层是DLC比下部层多的富含DLC层，且下部层是金属比上部层多的富含金属层。进而，通过将富含金属层的膜厚设为100nm以上且300nm以下的适当的膜厚，DLC膜的密合性提高，能够抑制DLC膜的剥离。因此，能够提高滚子轴承的耐磨损性，谋求轴承寿命的提高。
上述中间层也可以是梯度组成，在该梯度组成中，从上述金属层侧朝向上述表面层侧，金属的含量减少且DLC的含量增加。在该情况下，中间层在金属层和表面层这两面的密合性优异。由此，能够更可靠地抑制DLC膜的剥离。
DLC膜也可以在上述中间层和金属层中含有Cr。
上述金属层的膜厚还可以为400nm以上且800nm以下。
在DLC膜成膜时各层的膜厚过薄的情况下，在膜生长时各层彼此的结合力降低，密合性降低。另一方面，在层的膜厚过厚的情况下，膜内的应力增大，有可能在负载载荷时在膜内发生剪切剥离。
按照该结构，通过将金属层的膜厚设为400nm以上且800nm以下，能够提高DLC膜相对于基材的密合性，更可靠地抑制DLC膜的剥离。
上述包含DLC的表面层的膜厚也可以为500nm以上且2500nm以下。通过这样规定表面层的膜厚，能够进一步提高DLC膜的密合性。
包含上述富含DLC层和上述包含DLC的表面层的DLC层的纳米压痕硬度可以为16GPa以上且小于25GPa。在DLC层的纳米压痕硬度为16GPa以上且小于25GPa的情况下，能够得到耐磨损性优异的DLC层。DLC层的纳米压痕硬度为25GPa以上的情况，在制法上难以实现。
也可以是，包含上述富含DLC层和上述表面层的DLC层、以及上述中间层中的上述富含金属层在拉曼光谱中的G峰的峰位置为1540cm-1以上，上述DLC层和上述富含金属层在拉曼光谱中的ID/IG比为0.8以上且2.0以下。包含结合状态和组合物的含有状态在内进行评价的DLC膜的“膜质”也是对膜特性产生较大影响的因素。作为评价本膜特性的方法之一，利用拉曼光谱法进行评价，根据DLC的结构，在特定的位置、强度出现规定的峰。关于ID/IG比，在0.5左右时结构容易变成类似聚合物，强度比过大时，则有容易石墨化的倾向。利用进行了剥离试验的试验片进行了基于拉曼光谱法的解析，从其结果可知，从抑制DLC膜的剥离的观点出发，根据光谱的形态优选具有上述位置、强度的膜。
[表1]
G峰值位置 1530cm-1 1540cm-1以上 1540cm-1以上 1540cm-1以上 1540cm-1以上
ID/IG比 0.5 0.8 1.0 2.0 3.0
①耐剥离(密合)性 × ○ ○ ○ △
①×：剥离△：微小剥离○：无剥离
也可以是，在上述内侧部件的轨道面和上述外侧部件的轨道面中的任意一者或两者上具有DLC膜，此DLC膜从基材侧起依次具有金属层、包含金属和DLC的中间层、以及包含DLC的表面层，
上述中间层是具有上部层和下部层的双层构造，
上述上部层是DLC比上述下部层多的富含DLC层，且上述下部层是金属比上述上部层多的富含金属层，上述富含金属层的膜厚为100nm以上且300nm以下。
通过这样将富含金属层的膜厚设为100nm以上且300nm以下的适当的膜厚，DLC膜相对于轨道面的密合性提高，能够抑制DLC膜的剥离。因此，与滚子的DLC膜的密合性提高相配合，能够进一步提高滚子轴承的耐磨损性，进一步谋求轴承寿命的提高。
也可以是支承风力发电装置的主轴的滚子轴承。在该情况下，谋求用于风力发电装置的滚子轴承的长寿命化，维护性优异。
权利要求书和/或说明书和/或附图所公开的至少两个结构的任意组合也包含在本发明中。特别是，权利要求书中的各项权利要求的两个以上的任意组合也包含在本发明中。
附图说明
根据参考附图的以下的优选的实施方式的说明，能够更加清楚地理解本发明。然而，实施方式和附图仅用于图示和说明，不应该用于限制本发明的范围。本发明的范围由权利要求书确定。在附图中，多个附图中的相同的附图标记表示相同或相当的部分。
图1为本发明的第1实施方式的自动调心滚子轴承的纵向剖视图；
图2为该自动调心滚子轴承的非对称滚子的说明图；
图3A为示意地表示成膜于该自动调心滚子轴承的滚子的外周面上的DLC膜的结构的剖视图；
图3B为示意地表示该DLC膜的结构的图。
图4为示意地表示在本发明的第2实施方式的自动调心滚子轴承的轨道面上设置DLC膜的状态的剖视图；
图5为本发明的第3实施方式的自动调心滚子轴承的纵向剖视图；
图6为表示风力发电装置的主轴支承装置的一个例子的主要部分的透视图；
图7为表示该主轴支承装置的主要部分的剖面侧视图；
图8为试验机的示意图；
图9A为表示成膜于本发明的第4实施方式的自动调心滚子轴承的滚子的外周面上的DLC膜的膜结构的剖视图；
图9B为表示使用该自动调心滚子轴承的耐剥离性确认试验的结果的图；
图10为表示G峰位置与耐剥离性的关系的图。
具体实施方式
[第1实施方式]
根据图1至图3B，对将本发明的滚子轴承适用于自动调心滚子轴承的例子进行说明。以下说明还包括对制造DLC膜的方法的说明。
像图1所示的那样，该自动调心滚子轴承1包括作为内侧部件的内圈2、作为外侧部件的外圈3、介于这些内圈和外圈2、3的轨道面之间的左右两排的滚子4、5、以及保持滚子4、5的保持器10L、10R。上述左右两排的滚子4、5在内圈2和外圈3之间沿轴承宽度方向，即轴心方向并列。外圈3的轨道面3a为凹球面状。
左右各排的滚子4、5为外周面沿外圈3的轨道面3a的截面形状。换言之，滚子4、5的外周面为使沿着外圈3的轨道面3a的圆弧围绕中心线C1、C2而旋转的旋转体形状的曲面。在内圈2上，形成沿着左右各排的滚子4、5的外周面的截面形状的多排轨道面2a、2b。在内圈2的外周面的两端处，分别设置小凸缘6、7。在作为内圈2的外周面的中间部的左右的滚子4、5之间，设置中凸缘8。
各排的滚子4、5、内圈2和外圈3由铁系材料构成。作为上述铁系材料，可以使用通常使用的任意钢材等，例如，可以举出高碳铬轴承钢、碳钢、工具钢、马氏体系不锈钢、渗碳钢等。
本实施方式为适用于左右排对称的自动调心滚子轴承1的例子，左右排的接触角θ1、θ2相互相同。本说明书中的用语“左”、“右”仅是为了便于表示轴承在轴向方向上的相对位置关系的用语。在本说明书中，为了容易理解，“左”、“右”与各图中的左右一致。
左右各排的滚子4、5分别由保持器10L、10R保持。在左列用的保持器10L中，多个柱部12从圆环部11向轴向一侧(左侧)延伸，在这些柱部12之间的兜孔中保持左列的滚子4。在右排用的保持器10R中，多个柱部12从圆环部11向轴向另一侧(右侧)延伸，在这些柱部12之间的兜孔中保持右排的滚子5。
如图2所示的那样，左右各排的滚子4、5均为最大直径D1max、D2max的位置M1、M2从滚子长度的中间A1、A2脱离的非对称滚子。左列的滚子4的最大直径D1max的位置位于滚子长度的中间A1的右侧，右列的滚子5的最大直径D2max的位置位于滚子长度的中间A2的左侧。由这样的非对称滚子构成的左右各排的滚子4、5产生感应推力荷载。为了承受该感应推力荷载，设置内圈2的上述中凸缘8。由于非对称滚子4、5和中凸缘8的组合在内圈2、外圈3与中凸缘8的三个部位引导滚子4、5，故引导精度良好。
<关于DLC膜>
图1所示的各排的滚子4、5在外周面上具有多层结构的DLC(类金刚石碳)膜。如图3A所示的那样，DLC膜9为三层结构，该三层结构从滚子4、5的基材侧起依次具有作为金属基底层的金属层9a、作为包含金属和DLC的混合层的中间层9b、以及包含DLC的表面层9c。如图3B所示的那样，中间层9b具有上部层和下部层，上部层是DLC比下部层多的富含DLC层9ba，且下部层是金属比上部层多的富含金属层9bb。该图3B的向下黑三角标记为C(碳)浓度梯度Cg。
中间层9b为梯度组成，在该梯度组成中，从金属层9a侧朝向表面层9c侧，金属的含量减少且DLC的含量增加。具体而言，中间层9b是具有根据浓度的梯度而倾斜分割为C(碳)浓度50质量％以上的富含DLC层9ba和金属浓度50质量％以上的富含金属层9bb的双层结构的膜。进而，为了形成适当的梯度层和抑制膜内部的应力，将中间层9b中的富含金属层9bb的膜厚设为100nm以上且300nm以下。
作为DLC膜9的制造方法，优选具有以下所示的DLC膜的成膜过程。
<DLC膜的成膜过程>
在滚子4、5的外周面上成膜DLC膜9。作为DLC膜9的成膜方法，例如，能够适用热CVD、等离子体CVD等的CVD法、真空蒸镀法、离子镀、溅射法、激光烧蚀法、离子束沉积、离子注入法等的PVD法等。
通过上述成膜过程，在滚子4、5的外周面上直接成膜以铬Cr为主体的金属层9a、在该金属层9a上以金属为主体的中间层9b、在该中间层9b上以DLC为主体的表面层9c。
对于中间层9b而言，从金属层9a侧朝向表面层9c侧，中间层9b中的Cr的含量连续地或阶段性地减少，且上述中间层9b中的DLC的含量增加。例如，在等离子体CVD等中，通过使原料气体的填充浓度等逐渐变化，能够形成上述中间层9b。在本实施方式中，通过将DLC膜9的膜结构设为上述那样的三层结构，从而避免急剧的物性(硬度、弹性模量等)变化。
金属层(金属基底层)9a包含Cr，因此与由超硬合金材料或铁系材料构成的基材的相容性良好，与使用W、Ti、Si、Al等的情况相比，与基材的密合性优异。金属层9a优选从滚子表面侧朝向中间层9b侧Cr的含有率小。由此，滚子表面与中间层9b这两面的密合性优异。
＜试验及试验结果＞
准备多个圆筒形状的试验片(测试片)，针对在外周面上将富含金属层设为表2所示的膜厚(超过50nm、80nm、…、300nm)的DLC膜的试验片，分别进行基于2圆筒试验的耐剥离性确认试验。
试验条件如下。
·试验片：内径20mm×外径40mm×宽度12mm的圆筒形状，由高碳铬轴承钢制。
·2圆筒试验机的概略结构如图8所示。试验机具有两根相互平行的旋转轴S1、S2，构成为在一个旋转轴S1上具有施加了DLC膜的试验片D2，在另一个旋转轴S2上具有作为对象材料的未处理的试验片F2。各旋转轴S1、S2分别能够由马达M旋转驱动。在此，对试验片D2和F2施加的载荷和转速假定为与风力发电机主轴承的实机使用条件相当的数值而进行了试验。润滑机构作为毡垫供油，将含浸有润滑油的毡垫FP设置在各试验片D2、F2的正下方。需要说明的是，所使用的润滑剂假定为油枯竭状态，使用无添加低粘度油。
·在膜厚的测定中，用扫描型电子显微镜(Scanning Electron Microscope，简称SEM)将与2圆筒试验片分开准备的试验片的DLC膜截面放大至30000倍，测量富含DLC层的膜厚。
·在试验后，DLC膜的表面层的一部分剥离，在俯视下观察到50μm以下的膜的背离的情况下，定义为微小剥离(表2中记为△)。将表面层的一部分在俯视时超过50μm而剥离的情况、或中间层、金属层中的任一者露出的情况定义为剥离(表2中为×)。将无剥离在表2中定义为○。
上述各俯视是指例如，使用光学显微镜的摄像单元以俯视观察DLC膜的表面层时。另外，在中间层膜厚较厚的情况下，膜容易产生剪切应力，担心在膜内产生剥离。
[表2]
富含金属层[nm] 50 90 100 150 220 300 超过300
①耐剥离(密合)性 × △ ○ ○ ○ ○ ○
②膜内剪切剥离 ○ ○ ○ ○ ○ ○ △
①×：剥离△：微小剥离○：无剥离
②△：微小剥离○：无剥离
＜作用效果＞
根据以上说明的自动调心滚子轴承1，中间层9b为具有上部层和下部层的双层结构，上部层为DLC多于下部层的富含DLC层9ba，且下部层为金属多于上部层的富含金属层9bb。进而，通过将富含金属层9bb的膜厚设为100nm以上且300nm以下的适当的膜厚，能够提高DLC膜相对于滚子4、5的外周面的密合性，抑制DLC膜的剥离。因此，能够提高自动调心滚子轴承1的耐磨损性，谋求轴承寿命的提高。
中间层9b为梯度组成，在该梯度组成中，从金属层侧朝向表面层侧，金属的含量减少且DLC的含量增加。在该情况下，中间层9b在金属层9a和表面层9c这两面的密合性优异。由此，能够更可靠地抑制DLC膜9的剥离。
<关于其他实施方式>
接着，对其他实施方式进行说明。在以下的说明中，对与在各实施方式中在先说明的事项相对应的部分标注相同的附图标记，省略重复的说明。在仅对结构的一部分进行说明的情况下，结构的其他部分只要没有特别记载，则与在先说明的方式相同。由相同的结构起到相同的作用效果。不仅是在各实施方式中具体说明的部分的组合，只要不特别对组合产生障碍，也能够将实施方式彼此部分地组合。
[第2实施方式]
除了在滚子的外周面上设置上述DLC膜的结构之外，如图4所示的那样，还可形成在内圈2的轨道面2a、2b和外圈3的轨道面3a中的任一者或两者上具有DLC膜9的结构。上述DLC膜9从基材侧起依次具有金属层9a、包含金属和DLC的中间层9b、以及包含DLC的表面层9c。上述中间层9b是具有上部层和下部层的双层构造，上述上部层是DLC比上述下部层多的富含DLC层9ba，且上述下部层是金属比上述上部层多的富含金属层9bb，富含金属层9bb的膜厚为100nm以上且300nm以下。
通过这样将富含金属层9bb的膜厚设为100nm以上且300nm以下的适当的膜厚，DLC膜9相对于轨道面的密合性提高，能够抑制DLC膜9的剥离。因此，与滚子的DLC膜的密合性提高相配合，能够进一步提高滚子轴承的耐磨损性，进一步谋求轴承寿命的提高。
[第3实施方式]
上述各实施方式为适用于左右对称的自动调心滚子轴承的例子，但是，也可适用于左右非对称的自动调心滚子轴承，例如，如图5所示的那样，左右排的接触角θ1、θ2相互不同的自动调心滚子轴承1。也可在左右非对称的自动调心滚子轴承1的滚子4、5的外周面上设置DLC膜，还可在内圈和外圈2、3的轨道面2a、2b、3a中的任意一者或两者上设置DLC膜。
[第4实施方式]
第4实施方式的滚子轴承中的DLC膜如图9A所示的那样，在由从滚子4、5的基材侧起依次具有作为金属基底层的金属层9a、作为包含金属和DLC的混合层的中间层9b、以及包含DLC的表面层9c的3层结构形成的DLC膜中，中间层9b具有根据浓度的梯度而倾斜分割为C(碳)浓度50质量％以上的富含DLC层9ba和金属浓度50质量％以上的富含金属层9bb的双层结构。进而，以形成适当的梯度层、缓和膜内部的应力及提高膜质为目的，具有以下结构。
＜DLC各层的膜厚＞
在DLC膜的成膜时各层的膜厚过薄的情况下，在膜生长时各层彼此的结合力降低，密合性降低。另一方面，在层的膜厚过厚的情况下，膜内的应力增大，有可能在负载载荷时在膜内发生剪切剥离。
因此，基于下述实施例对能够保证密合性的适当的膜厚进行了研究，从其结果可知，通过将DLC各层的膜厚设为以下的范围，能够保证理想的密合性能。
·中间层9b中的富含金属层9bb的膜厚为100nm以上且300nm以下；
·作为金属基底层的金属层9a的膜厚为400nm以上且800nm以下；
·包含DLC的表面层9c的膜厚为500nm以上且2500nm以下。
实施例
[实施例1]
图9B为针对轴承系列记号“240”、内圈内径尺寸600mm的自动调心滚子轴承，准备多个在滚子上形成膜了DLC膜的样品，实施了耐剥离性确认试验的例子。在各样品中，比较样品例1的DLC各层的膜厚不满足上述的范围中的任一个，与此相对，本样品例的DLC各层的膜厚满足上述的全部范围。
上述耐剥离性确认试验的试验条件如下所述。
＜试验条件＞
·试验轴承：在滚子上涂覆有DLC的内径600mm×外径870mm×宽度272mm的轴承。
·试验条件是假定与风力发电机主轴承的实机使用条件相当的转速、载荷条件来进行试验。运转时的润滑状态假定为油枯竭状态，在使用无添加低粘度油的严酷条件下实施1个月运转后，利用光学显微镜观察滚子表面，确认DLC的剥离状态。
·各样品中的DLC层的厚度、富含金属层的膜厚以及金属层的膜厚是例如用扫描型电子显微镜(Scanning Electron Microscope，简称SEM)将与进行上述耐剥离性确认试验的样品分开准备的相当于比较样品例1以及本样品例的膜结构的测试片的DLC膜截面放大至30000倍测量的。各样品的设定总膜厚是DLC膜的总膜厚的目标值。
·试验后，取出各样品例的滚子，判定以俯视观察DLC膜时的剥离的有无。在大范围地剥离的情况下，或者在中间层、金属层中的任一者露出的情况下，在图9B的判定中标记为“×”。在无剥离的情况下，在图9B的判定中标记为“○”。上述各俯视是指例如使用光学显微镜等摄像单元以俯视观察DLC膜的表面层时。
根据本样品例，通过将富含金属层9bb设为100nm以上且300nm以下的膜厚，并且将金属层的膜厚设为400nm以上且800nm以下，能够提高DLC膜相对于基材的密合性，更可靠地抑制DLC膜的剥离。此外，通过将表面层的膜厚规定为500nm以上且2500nm以下，能够进一步提高DLC膜的密合性。
＜DLC层的膜硬度＞
图9A所示的上述DLC层9d的纳米压痕硬度为16GPa以上且小于25GPa。通过对DLC层9d的表面层9c按压在图中未示出的纳米压痕硬度计的压头，能够测定纳米压痕硬度。在DLC层9d的纳米压痕硬度为16GPa以上且小于25GPa的情况下，能够得到耐磨损性优异的DLC层9d。在DLC层9d的纳米压痕硬度小于16GPa的情况下，膜的结构以及性质容易发生变异，25GPa以上的情况在制法上难以实现，另外，韧性降低，耐剥离性可能会降低。
<DLC膜的膜质>
包含膜的结合状态和组合物的含有状态在内进行评价的DLC膜的“膜质”也是对膜特性产生较大影响的因素。作为评价本膜特性的方法之一，利用拉曼光谱法进行评价，根据DLC的结构，在特定的位置、强度出现规定的峰。最近，发现了即使在控制了DLC膜的各层的膜厚以及DLC层的硬度的情况下也由于膜质的不同而生成剥离的事例。因此，进行了基于拉曼光谱法的分析，从其结果可知，根据光谱的形态，优选具有下述所示的范围的位置、强度的峰的膜。
·DLC膜的DLC层以及中间层的富含金属层在拉曼光谱中的G峰的峰位置为1540cm-1以上，上述DLC层及上述富含金属层在拉曼光谱中的ID/IG比显示0.8以上且2.0以下。
在拉曼光谱法中，分析通过用具有预定波长的激光照射DLC膜的试样而获得的拉曼光谱。拉曼光谱分离为D峰、G峰这两个波形进行分析。所述ID是对拉曼光谱的D峰的面积进行定量化而得到的值，上述IG是对拉曼光谱的G峰的面积进行定量化而得到的值。
[实施例2]
准备多个圆筒形状的试样，针对在外周面设为图10所示的膜厚的DLC膜的各试样，实施了基于2圆筒试验的耐剥离性确认试验。各试样中的比较试样1、2不满足DLC各层的膜厚或峰值位置、强度中的任一个条件，与此相对，本试样满足DLC各层的膜厚、峰值位置以及强度的全部条件。
试验条件如下。
·试验片：内径20mm×外径40mm×宽度12mm的圆筒形状，由高碳铬轴承钢制。
·2圆筒试验机、施加于各试样的载荷、转速等的条件、膜厚的测定、以及剥离的有无的判定与上述的与图8一起说明的内容相同。
根据本试样，通过将DLC膜的各层的膜厚控制在规定的范围内，并且设为具有规定的拉曼光谱的位置、强度的膜质的DLC膜，能够更可靠地抑制DLC膜的剥离。
也可以将图9A的DLC膜设置于内圈和外圈的轨道面的任意一者或两者。
也可以将DLC膜的各层的膜厚控制在上述规定的范围内，并且将具有规定的拉曼光谱的位置、强度的膜质的DLC膜设置于内圈和外圈的轨道面中的任意一者或两者。
虽在图中未示出，但作为参考提案例，也可以在圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承上设置DLC膜，还可以在内侧部件的轨道面和外侧部件的轨道面中的任意一者或两者上设置DLC膜。
图6、图7是表示风力发电装置的主轴支承装置的一个例子。在支承台21上经由旋转座轴承22(图7)水平旋转自如地设置有机舱23的外壳23a。在机舱23的壳体23a内，经由设置于轴承壳体24的主轴支承轴承25旋转自如地设置有主轴26，在主轴26的向壳体23a外突出的部分上安装有作为回旋叶片的叶片27。主轴支承轴承25适用任意实施方式的自动调心滚子轴承1。
主轴26的另一端与增速器28连接，增速器28的输出轴与发电机29的转子轴结合。机舱23通过旋转用马达30，经由减速机31以任意的角度而进行旋转。主轴支承轴承25在图示的例子中并列设置2个，但也可为1个。
还能够将任一实施方式的自动调心滚子轴承、圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承、参考提案例的滚子轴承以及球轴承用于风力发电装置以外的用途，例如，工业机械、机床、机器人等。
如上所述，参照附图而对优选的实施方式进行了说明，但在不脱离本发明的主旨的范围内，可进行各种追加、变更、删除。因此，这样的技术方案也包含在本发明的范围内。
标号的说明：
标号1表示自动调心滚子轴承；
标号2表示内圈(内侧部件)；
标号2a、2b表示轨道面；
标号3表示外圈(外侧部件)；
标号3a表示轨道面；
标号4、5表示滚子；
标号9表示DLC膜；
标号9a表示金属层(金属基底层)；
标号9b表示中间层；
标号9ba表示富含DLC层；
标号9bb表示富含金属层；
标号9c表示表面层；
标号10L、10R表示保持器；
标号26表示主轴。

Claims (9)

1.一种滚子轴承，该滚子轴承包括内侧部件、外侧部件、介于这些内侧部件、外侧部件的轨道面之间的滚子、以及保持上述滚子的保持器，至少在上述滚子的外周面或内侧部件、外侧部件的轨道面上具有DLC膜，此DLC膜从基材侧起依次具有金属层、包含金属和DLC的中间层、以及包含DLC的表面层，
上述中间层是具有上部层和下部层的双层构造，上述上部层是DLC比上述下部层多的富含DLC层，且上述下部层是金属比上述上部层多的富含金属层，上述富含金属层的膜厚为100nm以上且300nm以下。
2.根据权利要求1所述的滚子轴承，其中，上述中间层为梯度组成，在该梯度组成中，从上述金属层侧朝向上述表面层侧，金属的含量减少且DLC的含量增加。
3.根据权利要求1所述的滚子轴承，其中，上述DLC膜在上述中间层和上述金属层中含有Cr。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的滚子轴承，其中，上述金属层的膜厚为400nm以上且800nm以下。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的滚子轴承，其中，上述包含DLC的表面层的膜厚为500nm以上且2500nm以下。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的滚子轴承，其中，包含上述富含DLC层和上述包含DLC的表面层的DLC层的纳米压痕硬度为16GPa以上且小于25GPa。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的滚子轴承，其中，包含上述富含DLC层和上述表面层的DLC层、以及上述中间层中的上述富含金属层在拉曼光谱中的G峰的峰位置为1540cm-1以上，上述DLC层和上述富含金属层在拉曼光谱中的ID/IG比为0.8以上且2.0以下。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的滚子轴承，其中，在上述内侧部件的轨道面和上述外侧部件的轨道面中的任意一者或两者上具有DLC膜，此DLC膜从基材侧起依次具有金属层、包含金属和DLC的中间层、以及包含DLC的表面层，
上述中间层是具有上部层和下部层的双层构造，上述上部层是DLC比上述下部层多的富含DLC层，且上述下部层是金属比上述上部层多的富含金属层，上述富含金属层的膜厚为100nm以上且300nm以下。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的滚子轴承，其中，上述滚子轴承支承风力发电装置的主轴。
CN202280023246.3A 2021-03-22 2022-03-17 滚子轴承 Pending CN117441066A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021047040 2021-03-22
JP2021-047040 2021-03-22
PCT/JP2022/012430 WO2022202630A1 (ja) 2021-03-22 2022-03-17 ころ軸受

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN117441066A true CN117441066A (zh) 2024-01-23

Family

ID=83395733

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202280023246.3A Pending CN117441066A (zh) 2021-03-22 2022-03-17 滚子轴承

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20240003386A1 (zh)
JP (1) JPWO2022202630A1 (zh)
CN (1) CN117441066A (zh)
WO (1) WO2022202630A1 (zh)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6912966B2 (ja) * 2017-01-13 2021-08-04 Ntn株式会社 複列自動調心ころ軸受
JP7029249B2 (ja) * 2017-01-13 2022-03-03 Ntn株式会社 複列自動調心ころ軸受および飛出し止め治具
JP7252042B2 (ja) * 2019-04-05 2023-04-04 Ntn株式会社 自動調心ころ軸受
JP2021001639A (ja) * 2019-06-20 2021-01-07 Ntn株式会社 複列スラスト針状ころ軸受

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2022202630A1 (zh) 2022-09-29
WO2022202630A1 (ja) 2022-09-29
US20240003386A1 (en) 2024-01-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7172343B2 (en) Rolling sliding member and rolling apparatus
CN108884867B (zh) 双排自调心滚子轴承
US6530695B2 (en) Rolling bearing and method of making the same
US20050047694A1 (en) Rolling bearing
JP2018159126A (ja) チタン管成形ロール、チタン管成形装置およびチタン管の製造方法
JP2007291466A (ja) 金属の表面処理方法、転がり摺動部材および転動装置
CN117441066A (zh) 滚子轴承
US11542985B2 (en) Rolling bearing and wind power generation rotor shaft support device
CN112639312B (zh) 多列自动调心滚子轴承及风力发电用主轴支承装置
JP2007155022A (ja) 転動装置
WO2023176615A1 (ja) ころ軸受
JP2007327632A (ja) 転がり摺動部材及び転動装置
WO2022230979A1 (ja) 転がり軸受
JP2007127263A (ja) 転がり部材及び転動装置
JP2003013960A (ja) 高速回転用転がり軸受
US20240003338A1 (en) Roller bearing
Dascălu et al. Morphological and tribological studies of thermal plasma jet deposited coatings used in cardan joints
JP2007170614A (ja) 転がり軸受
JP2008111462A (ja) 転がり部材及び転動装置
JP2007146889A (ja) 転がり支持装置
JP2024014629A (ja) 転がり軸受
JP2022171393A (ja) 転がり軸受
JP2010112341A (ja) ロッカアームアッシー
JP2010112340A (ja) ロッカアームアッシー
JP2008151264A (ja) 転がり軸受用保持器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination