JP2001304275A - 転がり軸受 - Google Patents
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- 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
- F16C33/32—Balls
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- 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
- C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
- C23C28/04—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material
- C23C28/044—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material coatings specially adapted for cutting tools or wear applications
-
- 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
Abstract
(57)【要約】
【課題】 軌道面に形成されたＤＬＣ膜の密着性が高
く、早期剥離が起こらない転がり軸受を提供する。 【解決手段】 この転がり軸受１は、外輪３,内輪２,玉
４を被覆する硬質膜５,７,６を、硬質非晶質炭素−水素
−珪素膜であって珪素含有量が３０ａｔ％以下としたか
ら、特に耐摩耗性が優れる。また、硬質膜５,７,６を、
１０〜１００ｎｍの高さで平均幅３００ｎｍ以下の凹凸
を有している窒化層１１,１２,１３上に形成したこと
で、密着性が高く、早期剥離が起こらないことが実験で
確かめられた。
く、早期剥離が起こらない転がり軸受を提供する。 【解決手段】 この転がり軸受１は、外輪３,内輪２,玉
４を被覆する硬質膜５,７,６を、硬質非晶質炭素−水素
−珪素膜であって珪素含有量が３０ａｔ％以下としたか
ら、特に耐摩耗性が優れる。また、硬質膜５,７,６を、
１０〜１００ｎｍの高さで平均幅３００ｎｍ以下の凹凸
を有している窒化層１１,１２,１３上に形成したこと
で、密着性が高く、早期剥離が起こらないことが実験で
確かめられた。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、真空中やクリー
ン環境および貧潤滑状態等で使用される転がり軸受に関
する。
ン環境および貧潤滑状態等で使用される転がり軸受に関
する。
【０００２】
【従来の技術】軸受を真空中やクリーン環境および貧潤
滑状態等で使用する場合、潤滑方法が問題となる。
滑状態等で使用する場合、潤滑方法が問題となる。
【０００３】従来、真空中やクリーン環境では潤滑のた
め、Ａｇ,ＭoＳ2,およびＰＴＦＥ(ポリテトラフルオロ
エチレン)などの固体潤滑剤が使用される。また、貧潤
滑下では、耐摩耗性および耐焼付き性の向上のため、Ｃ
ｒＮ,ＴｉＮ等の硬質膜が用いられることが多かった。
め、Ａｇ,ＭoＳ2,およびＰＴＦＥ(ポリテトラフルオロ
エチレン)などの固体潤滑剤が使用される。また、貧潤
滑下では、耐摩耗性および耐焼付き性の向上のため、Ｃ
ｒＮ,ＴｉＮ等の硬質膜が用いられることが多かった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、固体潤
滑剤を用いる場合には、固体潤滑剤自身の摩耗が大き
く、硬質膜を用いる場合には、潤滑性に問題があるため
に寿命が短くなるケースが多かった。
滑剤を用いる場合には、固体潤滑剤自身の摩耗が大き
く、硬質膜を用いる場合には、潤滑性に問題があるため
に寿命が短くなるケースが多かった。
【０００５】この問題を解決するためには、低摩擦(潤
滑性あり)で耐摩耗性および耐焼付き性に優れるＤＬＣ
(ダイヤモンドライクカーボン)膜を金属上に形成する手
法が有効であるが、転がり軸受に使用するには、従来の
成膜方法では、基板−膜間の密着性が低いため、早期に
剥離するという問題があった。
滑性あり)で耐摩耗性および耐焼付き性に優れるＤＬＣ
(ダイヤモンドライクカーボン)膜を金属上に形成する手
法が有効であるが、転がり軸受に使用するには、従来の
成膜方法では、基板−膜間の密着性が低いため、早期に
剥離するという問題があった。
【０００６】そこで、この発明の目的は、軌道面に形成
されたＤＬＣ膜の密着性が高く、早期剥離が起こらない
転がり軸受を提供することにある。
されたＤＬＣ膜の密着性が高く、早期剥離が起こらない
転がり軸受を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の発明の転がり軸受は、内,外輪、転動体
および保持器を有し、この内,外輪、転動体および保持
器のうちの少なくともいずれかの軌道部にダイヤモンド
ライクカーボン膜が形成された転がり軸受において、上
記ダイヤモンドライクカーボン膜が、硬質非晶質炭素−
水素−珪素膜で、珪素含有量が３０ａｔ％以下であるこ
とを特徴としている。
め、請求項１の発明の転がり軸受は、内,外輪、転動体
および保持器を有し、この内,外輪、転動体および保持
器のうちの少なくともいずれかの軌道部にダイヤモンド
ライクカーボン膜が形成された転がり軸受において、上
記ダイヤモンドライクカーボン膜が、硬質非晶質炭素−
水素−珪素膜で、珪素含有量が３０ａｔ％以下であるこ
とを特徴としている。
【０００８】この発明では、潤滑性,耐摩耗性,耐焼付き
性に優れたダイヤモンドライクカーボン膜(ＤＬＣ膜)
を、硬質非晶質炭素−水素−珪素膜であって、珪素含有
量が３０ａｔ％以下としたから、特に耐摩耗性が優れ
る。
性に優れたダイヤモンドライクカーボン膜(ＤＬＣ膜)
を、硬質非晶質炭素−水素−珪素膜であって、珪素含有
量が３０ａｔ％以下としたから、特に耐摩耗性が優れ
る。
【０００９】また、請求項２の発明の転がり軸受は、請
求項１項記載の転がり軸受において、上記ダイヤモンド
ライクカーボン膜が、上記軌道部に対する３０Ｎ以上の
密着力を有する。
求項１項記載の転がり軸受において、上記ダイヤモンド
ライクカーボン膜が、上記軌道部に対する３０Ｎ以上の
密着力を有する。
【００１０】また、上記ＤＬＣ膜を、１０〜１００ｎｍ
の高さで平均幅３００ｎｍ以下の凹凸を有している窒化
層上に形成したことで、密着性が高く、早期剥離が起こ
らないことが実験で確かめられた。
の高さで平均幅３００ｎｍ以下の凹凸を有している窒化
層上に形成したことで、密着性が高く、早期剥離が起こ
らないことが実験で確かめられた。
【００１１】上記窒化層は、イオン衝撃による凸部の形
成が容易であり、凸部がより微細でかつ単位面積当たり
の凸部の占有面積率が大きくなり、ＤＬＣ膜との接触面
積が非常に増大し、密着性が向上する。なお、窒化層の
凹凸が１００ｎｍを越えると、ＤＬＣ膜表面に凹凸が現
れて平滑性が損なわれる一方、凹凸が１０ｎｍを下回る
と接触面積の増大が不足する。また、上記凹凸の平均幅
が３００ｎｍ以下であることにより、この凹凸による機
械的な投錨(アンカー)効果により、窒化層とＤＬＣ膜と
の一層強固な結合が得られる。
成が容易であり、凸部がより微細でかつ単位面積当たり
の凸部の占有面積率が大きくなり、ＤＬＣ膜との接触面
積が非常に増大し、密着性が向上する。なお、窒化層の
凹凸が１００ｎｍを越えると、ＤＬＣ膜表面に凹凸が現
れて平滑性が損なわれる一方、凹凸が１０ｎｍを下回る
と接触面積の増大が不足する。また、上記凹凸の平均幅
が３００ｎｍ以下であることにより、この凹凸による機
械的な投錨(アンカー)効果により、窒化層とＤＬＣ膜と
の一層強固な結合が得られる。
【００１２】ダイヤモンドライクカーボン膜としては、
１．０μｍ以上、好ましくは、１.５μｍ〜５μｍの厚
みのものが転がり軸受としては有効である。さらに、母
材の鋼としては、拡散層硬さがＨｖ５００以上であるこ
とが転がり軸受として望まれる。
１．０μｍ以上、好ましくは、１.５μｍ〜５μｍの厚
みのものが転がり軸受としては有効である。さらに、母
材の鋼としては、拡散層硬さがＨｖ５００以上であるこ
とが転がり軸受として望まれる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、この発明を図示の実施の形
態により詳細に説明する。
態により詳細に説明する。
【００１４】図１に、この発明の転がり軸受の実施形態
の断面を示す。この転がり軸受１は、内輪２と外輪３の
間に複数の玉４が円周方向に配列されている。この内輪
２と外輪３は、ステンレス鋼(ＳＵＳ４４０)等の耐熱,
耐食材料からなり、玉４は、窒化珪素(Ｓｉ3Ｎ4)を主体
とするセラミックスからなる。
の断面を示す。この転がり軸受１は、内輪２と外輪３の
間に複数の玉４が円周方向に配列されている。この内輪
２と外輪３は、ステンレス鋼(ＳＵＳ４４０)等の耐熱,
耐食材料からなり、玉４は、窒化珪素(Ｓｉ3Ｎ4)を主体
とするセラミックスからなる。
【００１５】上記外輪３の表面には、厚さ３０μｍの窒
化層１１が形成されている。この窒化層１１は、たとえ
ば、ガス窒化処理によって形成される。また、この窒化
層１１の表面には、１０〜１００ｎｍの高さで平均幅３
００ｎｍ以下の凹凸が形成されている。この窒化層１１
表面の凹凸は、たとえば、アルゴンガスを用いたイオン
衝撃処理によって形成される。なお、ここで、この凹凸
の高さとは、この凹凸の底から頂点までの距離をいう。
また、この凹凸の幅とは、凸部が半球状の場合には底の
最大径(凸部の底面形状が楕円の場合は長軸径)に相当す
る水平方向の距離をいう。また、ここで、上記凹凸の平
均高さの範囲を１０〜１００ｎｍとしたのは、１０ｎｍ
未満では機械的なアンカー効果が得られず密着性が不足
する一方、１００ｎｍを越えると平滑な膜が得られない
からである。さらに、上記凸部の大きさが所定のもので
あっても、凸部の面積が少なければ、膜の密着性には効
果が得られない。凹凸面に占める凸部の面積割合は、凹
凸面の面積を１００％とすると、凸部の占める面積は３
０％以上であるのが好ましい。また、上記イオン衝撃処
理では、密閉容器内の圧力を１０-3〜２０ｔｏｒｒ程度
とする。圧力が１０ -3ｔｏｒｒ未満では加熱が不十分に
なり、２０ｔｏｒｒを越えると微細な凹凸ができない。
なお、このイオン衝撃処理で使用する処理用ガスとして
は、アルゴンの他に、ヘリウム,ネオン,クリプトン,キ
セノン,ラドンの１種または２種以上からなる希ガスを
利用できる。さらに、鉄系母材の場合、水素を加えて行
うと被処理材表面の酸化を防ぐことができる。この状態
でイオン衝撃を与える。イオン衝撃を与える手段として
はグロー放電またはイオンビームを利用できる。放電電
圧２００〜１０００Ｖ，電流０.５〜３.０Ａで、処理時
間３０〜６０分でイオン衝撃を行うと、均一で微細なナ
ノオーダの凹凸ができる。イオン衝撃を与えている時に
被処理材を硬さが低下しない温度（２００℃以上は必
要）にまで加熱すると、さらに均一で微細なナノオーダ
の凹凸ができる。
化層１１が形成されている。この窒化層１１は、たとえ
ば、ガス窒化処理によって形成される。また、この窒化
層１１の表面には、１０〜１００ｎｍの高さで平均幅３
００ｎｍ以下の凹凸が形成されている。この窒化層１１
表面の凹凸は、たとえば、アルゴンガスを用いたイオン
衝撃処理によって形成される。なお、ここで、この凹凸
の高さとは、この凹凸の底から頂点までの距離をいう。
また、この凹凸の幅とは、凸部が半球状の場合には底の
最大径(凸部の底面形状が楕円の場合は長軸径)に相当す
る水平方向の距離をいう。また、ここで、上記凹凸の平
均高さの範囲を１０〜１００ｎｍとしたのは、１０ｎｍ
未満では機械的なアンカー効果が得られず密着性が不足
する一方、１００ｎｍを越えると平滑な膜が得られない
からである。さらに、上記凸部の大きさが所定のもので
あっても、凸部の面積が少なければ、膜の密着性には効
果が得られない。凹凸面に占める凸部の面積割合は、凹
凸面の面積を１００％とすると、凸部の占める面積は３
０％以上であるのが好ましい。また、上記イオン衝撃処
理では、密閉容器内の圧力を１０-3〜２０ｔｏｒｒ程度
とする。圧力が１０ -3ｔｏｒｒ未満では加熱が不十分に
なり、２０ｔｏｒｒを越えると微細な凹凸ができない。
なお、このイオン衝撃処理で使用する処理用ガスとして
は、アルゴンの他に、ヘリウム,ネオン,クリプトン,キ
セノン,ラドンの１種または２種以上からなる希ガスを
利用できる。さらに、鉄系母材の場合、水素を加えて行
うと被処理材表面の酸化を防ぐことができる。この状態
でイオン衝撃を与える。イオン衝撃を与える手段として
はグロー放電またはイオンビームを利用できる。放電電
圧２００〜１０００Ｖ，電流０.５〜３.０Ａで、処理時
間３０〜６０分でイオン衝撃を行うと、均一で微細なナ
ノオーダの凹凸ができる。イオン衝撃を与えている時に
被処理材を硬さが低下しない温度（２００℃以上は必
要）にまで加熱すると、さらに均一で微細なナノオーダ
の凹凸ができる。
【００１６】そして、この外輪３の窒化層１１上に、硬
質非晶質炭素−水素−珪素膜５が３μｍの厚さで形成さ
れている。この硬質膜５は、例えば、プラズマＣＶＤに
よって、形成できる。より詳しくは、この硬質膜５は、
珪素と水素および珪素と炭素を主要成分とした珪素化合
物ガス(Ｓｉ(ＣＨ3)4：テトラメチルシラン)を主体とし
たガス中、１００〜５５０℃の雰囲気で放電処理を行っ
て形成される。この雰囲気温度が、１００℃より低いと
放電が不安定となり、５５０℃より高くなると、窒化拡
散層を含めた母材の硬さの低下をもたらし、膜の密着力
を低下させる。なお、上記プラズマＣＶＤで使用する珪
素化合物ガスは、珪素と水素または珪素と炭素を主要成
分としたものでもよい。
質非晶質炭素−水素−珪素膜５が３μｍの厚さで形成さ
れている。この硬質膜５は、例えば、プラズマＣＶＤに
よって、形成できる。より詳しくは、この硬質膜５は、
珪素と水素および珪素と炭素を主要成分とした珪素化合
物ガス(Ｓｉ(ＣＨ3)4：テトラメチルシラン)を主体とし
たガス中、１００〜５５０℃の雰囲気で放電処理を行っ
て形成される。この雰囲気温度が、１００℃より低いと
放電が不安定となり、５５０℃より高くなると、窒化拡
散層を含めた母材の硬さの低下をもたらし、膜の密着力
を低下させる。なお、上記プラズマＣＶＤで使用する珪
素化合物ガスは、珪素と水素または珪素と炭素を主要成
分としたものでもよい。
【００１７】また、上記内輪２の表面にも、上記窒化層
１１と同様にして形成された厚さ３０μｍの窒化層１２
が形成され、この窒化層１２の表面にも、１０〜１００
ｎｍの高さで平均幅３００ｎｍ以下の凹凸が形成されて
いる。そして、この窒化層１２上に、硬質非晶質炭素−
水素−珪素膜７が３μｍの厚さで形成されている。この
硬質膜７は、前述の硬質膜５と同様の方法で形成されて
いる。
１１と同様にして形成された厚さ３０μｍの窒化層１２
が形成され、この窒化層１２の表面にも、１０〜１００
ｎｍの高さで平均幅３００ｎｍ以下の凹凸が形成されて
いる。そして、この窒化層１２上に、硬質非晶質炭素−
水素−珪素膜７が３μｍの厚さで形成されている。この
硬質膜７は、前述の硬質膜５と同様の方法で形成されて
いる。
【００１８】さらに、玉４の表面にも、同様に、厚さ３
０μｍの窒化層１３が形成され、この窒化層１３の表面
にも、１０〜１００ｎｍの高さで平均幅３００ｎｍ以下
の凹凸が形成されている。そして、この窒化層１３上
に、硬質非晶質炭素−水素−珪素膜６が３μｍの厚さで
形成されている。
０μｍの窒化層１３が形成され、この窒化層１３の表面
にも、１０〜１００ｎｍの高さで平均幅３００ｎｍ以下
の凹凸が形成されている。そして、この窒化層１３上
に、硬質非晶質炭素−水素−珪素膜６が３μｍの厚さで
形成されている。
【００１９】上記構成の転がり軸受１によれば、外輪
３,内輪２,玉４を被覆する硬質膜５,７,６を、潤滑性,
耐摩耗性,耐焼付き性に優れたダイヤモンドライクカー
ボン膜のうちでも、硬質非晶質炭素−水素−珪素膜であ
って、珪素含有量が３０ａｔ％以下としたから、特に耐
摩耗性が優れる。
３,内輪２,玉４を被覆する硬質膜５,７,６を、潤滑性,
耐摩耗性,耐焼付き性に優れたダイヤモンドライクカー
ボン膜のうちでも、硬質非晶質炭素−水素−珪素膜であ
って、珪素含有量が３０ａｔ％以下としたから、特に耐
摩耗性が優れる。
【００２０】より詳しくは、図４に示すように、油潤
滑,回転速度１２００ｒｐｍ,面圧３.４ＧＰａ,膜圧３μ
ｍという条件下で、転がり寿命試験を行った結果、Ｓｉ
含有量が１０〜３０ａｔ％の範囲内であれば、寿命に至
るまでの繰り返し回数が１×１０8に達した。これに対
し、Ｓｉ含有量が５ａｔ％,４０ａｔ％では、１×１０ 7
未満であった。
滑,回転速度１２００ｒｐｍ,面圧３.４ＧＰａ,膜圧３μ
ｍという条件下で、転がり寿命試験を行った結果、Ｓｉ
含有量が１０〜３０ａｔ％の範囲内であれば、寿命に至
るまでの繰り返し回数が１×１０8に達した。これに対
し、Ｓｉ含有量が５ａｔ％,４０ａｔ％では、１×１０ 7
未満であった。
【００２１】また、上記硬質膜５,７,６を、１０〜１０
０ｎｍの高さで平均幅３００ｎｍ以下の凹凸を有してい
る窒化層１１,１２,１３上に形成したことで、密着性が
高く、早期剥離が起こらないことが実験で確かめられ
た。
０ｎｍの高さで平均幅３００ｎｍ以下の凹凸を有してい
る窒化層１１,１２,１３上に形成したことで、密着性が
高く、早期剥離が起こらないことが実験で確かめられ
た。
【００２２】上記窒化層１１,１２,１３は、イオン衝撃
による凸部の形成が容易であり、凸部がより微細でかつ
単位面積当たりの凸部の占有面積率が大きくなり、硬質
膜５,７,６との接触面積が非常に増大し、密着性が向上
する。なお、窒化層１１,１２,１３の凹凸が１００ｎｍ
を越えると、硬質膜５,７,６の表面に凹凸が現れて平滑
性が損なわれる一方、凹凸が１０ｎｍを下回ると接触面
積の増大が不足する。また、上記凹凸の平均幅が３００
ｎｍ以下であることにより、この凹凸による機械的な投
錨(アンカー)効果により、窒化層１１,１２,１３と硬質
膜５,７,６との一層強固な結合が得られる。
による凸部の形成が容易であり、凸部がより微細でかつ
単位面積当たりの凸部の占有面積率が大きくなり、硬質
膜５,７,６との接触面積が非常に増大し、密着性が向上
する。なお、窒化層１１,１２,１３の凹凸が１００ｎｍ
を越えると、硬質膜５,７,６の表面に凹凸が現れて平滑
性が損なわれる一方、凹凸が１０ｎｍを下回ると接触面
積の増大が不足する。また、上記凹凸の平均幅が３００
ｎｍ以下であることにより、この凹凸による機械的な投
錨(アンカー)効果により、窒化層１１,１２,１３と硬質
膜５,７,６との一層強固な結合が得られる。
【００２３】この実施形態の転がり軸受によれば、(油
潤滑、回転数１２００ｒｐｍ、繰り返し回数:１０8打切
り)という試験条件下で、面圧３.４ＧＰａまで使用可能
であった。より詳しくは、図２における膜Ｃ,膜Ｄ(本発
明品)の実験結果を参照、なお、密着力が４Ｎ,１０Ｎで
ある膜Ａ,膜Ｂ(従来品)は、面圧３.４ＧＰａでは、それ
ぞれ、繰り返し回数１０6,１０7未満で剥離した。
潤滑、回転数１２００ｒｐｍ、繰り返し回数:１０8打切
り)という試験条件下で、面圧３.４ＧＰａまで使用可能
であった。より詳しくは、図２における膜Ｃ,膜Ｄ(本発
明品)の実験結果を参照、なお、密着力が４Ｎ,１０Ｎで
ある膜Ａ,膜Ｂ(従来品)は、面圧３.４ＧＰａでは、それ
ぞれ、繰り返し回数１０6,１０7未満で剥離した。
【００２４】また、従来のように、上記窒化膜を形成す
ること無しで、ダイヤモンドライクカーボン膜を形成し
た対比例では、面圧１.６ＧＰａ,２.１ＧＰａにおいて
ＤＬＣ膜の早期剥離が起こった。また、この実施形態の
転がり軸受によれば、ＤＬＣ膜無しの転がり軸受に比較
して、無潤滑下での軸受寿命が３倍以上であった。例え
ば、図３に示すように、本発明膜で内,外輪をコーティ
ングし、玉をセラミック製とした場合の本発明サンプル
１,２では、コーティング膜無しの場合のサンプル１に
比べて、トルク寿命比が３倍以上になった。ここで、軸
受のトルク値が上昇して初期の３倍に達した時点を、ト
ルク寿命が尽きた時点とした。なお、従来膜で内,外輪
をコーティングしたサンプル１,２では、本発明サンプ
ル１,２の寿命比が３分の２以下となった。
ること無しで、ダイヤモンドライクカーボン膜を形成し
た対比例では、面圧１.６ＧＰａ,２.１ＧＰａにおいて
ＤＬＣ膜の早期剥離が起こった。また、この実施形態の
転がり軸受によれば、ＤＬＣ膜無しの転がり軸受に比較
して、無潤滑下での軸受寿命が３倍以上であった。例え
ば、図３に示すように、本発明膜で内,外輪をコーティ
ングし、玉をセラミック製とした場合の本発明サンプル
１,２では、コーティング膜無しの場合のサンプル１に
比べて、トルク寿命比が３倍以上になった。ここで、軸
受のトルク値が上昇して初期の３倍に達した時点を、ト
ルク寿命が尽きた時点とした。なお、従来膜で内,外輪
をコーティングしたサンプル１,２では、本発明サンプ
ル１,２の寿命比が３分の２以下となった。
【００２５】尚、上記実施形態では、外輪３,内輪２の
全面に、硬質膜５,７を形成したが、軌道部分だけに硬
質膜５,７を形成してもよい。また、上記実施形態で
は、外輪３,玉４,内輪２のすべてに硬質膜５,６,７を形
成したが、すくなくともいずれか１つだけに形成した場
合であっても所定の耐摩耗性向上効果が得られる。ま
た、上記実施形態では、玉４をセラミック製としたが、
耐熱,耐食性のある金属材料(例えば、ＪＩＳ規格ＳＫＨ
４,ＳＫＨ５１,ＳＵＳ４４０Ｃ,ＳＵＳ６３０,ＳＵＳ３
０４あるいはＳＡＥ規格Ｍ５０等)を採用できる。内輪
２,外輪３においても、ＳＵＳ４４０Ｃを使用している
が、上記他の鋼材を使用してもよい。しかしながら、鋼
材としては、拡散層硬さがＨｖ５００以上であることが
望ましい。
全面に、硬質膜５,７を形成したが、軌道部分だけに硬
質膜５,７を形成してもよい。また、上記実施形態で
は、外輪３,玉４,内輪２のすべてに硬質膜５,６,７を形
成したが、すくなくともいずれか１つだけに形成した場
合であっても所定の耐摩耗性向上効果が得られる。ま
た、上記実施形態では、玉４をセラミック製としたが、
耐熱,耐食性のある金属材料(例えば、ＪＩＳ規格ＳＫＨ
４,ＳＫＨ５１,ＳＵＳ４４０Ｃ,ＳＵＳ６３０,ＳＵＳ３
０４あるいはＳＡＥ規格Ｍ５０等)を採用できる。内輪
２,外輪３においても、ＳＵＳ４４０Ｃを使用している
が、上記他の鋼材を使用してもよい。しかしながら、鋼
材としては、拡散層硬さがＨｖ５００以上であることが
望ましい。
【００２６】
【発明の効果】以上より明らかなように、請求項１の発
明の転がり軸受は、内、外輪、転動体および保持器を有
し、この内、外輪、転動体および保持器のうちの少なく
ともいずれかの軌道部にダイヤモンドライクカーボン膜
が形成された転がり軸受において、上記ダイヤモンドラ
イクカーボン膜が、硬質非晶質炭素−水素−珪素膜で、
珪素含有量が３０ａｔ％以下である。
明の転がり軸受は、内、外輪、転動体および保持器を有
し、この内、外輪、転動体および保持器のうちの少なく
ともいずれかの軌道部にダイヤモンドライクカーボン膜
が形成された転がり軸受において、上記ダイヤモンドラ
イクカーボン膜が、硬質非晶質炭素−水素−珪素膜で、
珪素含有量が３０ａｔ％以下である。
【００２７】この請求項１の発明では、潤滑性,耐摩耗
性,耐焼付き性に優れたダイヤモンドライクカーボン膜
(ＤＬＣ膜)を、硬質非晶質炭素−水素−珪素膜であっ
て、珪素含有量が３０ａｔ％以下としたから、特に耐摩
耗性が優れる。
性,耐焼付き性に優れたダイヤモンドライクカーボン膜
(ＤＬＣ膜)を、硬質非晶質炭素−水素−珪素膜であっ
て、珪素含有量が３０ａｔ％以下としたから、特に耐摩
耗性が優れる。
【００２８】また、請求項２の発明の転がり軸受は、請
求項１項記載の転がり軸受において、上記ダイヤモンド
ライクカーボン膜が、上記軌道部に対する３０Ｎ以上の
密着力を有する。
求項１項記載の転がり軸受において、上記ダイヤモンド
ライクカーボン膜が、上記軌道部に対する３０Ｎ以上の
密着力を有する。
【００２９】また、上記ＤＬＣ膜を、１０〜１００ｎｍ
の高さで平均幅３００ｎｍ以下の凹凸を有している窒化
層上に形成したことで、密着性が高く、早期剥離が起こ
らないことが実験で確かめられた。
の高さで平均幅３００ｎｍ以下の凹凸を有している窒化
層上に形成したことで、密着性が高く、早期剥離が起こ
らないことが実験で確かめられた。
【００３０】上記窒化層は、イオン衝撃による凸部の形
成が容易であり、凸部がより微細でかつ単位面積当たり
の凸部の占有面積率が大きくなり、ＤＬＣ膜との接触面
積が非常に増大し、密着性が向上する。なお、窒化層の
凹凸が１００ｎｍを越えると、ＤＬＣ膜表面に凹凸が現
れて平滑性が損なわれる一方、凹凸が１０ｎｍを下回る
と接触面積の増大が不足する。また、上記凹凸の平均幅
が３００ｎｍ以下であることにより、この凹凸による機
械的な投錨(アンカー)効果により、窒化層とＤＬＣ膜と
の一層強固な結合が得られる。
成が容易であり、凸部がより微細でかつ単位面積当たり
の凸部の占有面積率が大きくなり、ＤＬＣ膜との接触面
積が非常に増大し、密着性が向上する。なお、窒化層の
凹凸が１００ｎｍを越えると、ＤＬＣ膜表面に凹凸が現
れて平滑性が損なわれる一方、凹凸が１０ｎｍを下回る
と接触面積の増大が不足する。また、上記凹凸の平均幅
が３００ｎｍ以下であることにより、この凹凸による機
械的な投錨(アンカー)効果により、窒化層とＤＬＣ膜と
の一層強固な結合が得られる。
【００３１】ダイヤモンドライクカーボン膜としては、
１．０μｍ以上、好ましくは、１.５μｍ〜５μｍの厚
みのものが転がり軸受としては有効である。さらに、母
材の鋼としては、拡散層硬さがＨｖ５００以上であるこ
とが転がり軸受として望まれる。
１．０μｍ以上、好ましくは、１.５μｍ〜５μｍの厚
みのものが転がり軸受としては有効である。さらに、母
材の鋼としては、拡散層硬さがＨｖ５００以上であるこ
とが転がり軸受として望まれる。
【図１】 この発明の転がり軸受の実施の形態の断面図
である。
である。
【図２】 本発明(膜密着力３０Ｎ,４５Ｎ)と従来例(膜
密着力４Ｎ,１０Ｎ)との比較寿命試験結果を示す特性図
である。
密着力４Ｎ,１０Ｎ)との比較寿命試験結果を示す特性図
である。
【図３】 トルク寿命比試験結果を示す特性図である。
【図４】 コーティング膜のＳｉ含有量と軸受寿命との
関係を示す試験結果特性図である。
関係を示す試験結果特性図である。
１…転がり軸受、２…内輪、３…外輪、４…玉、５,６,
７…硬質膜、１１,１２,１３…窒化層。
７…硬質膜、１１,１２,１３…窒化層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ１６Ｃ 33/64 Ｆ１６Ｃ 33/64 (72)発明者 林田 一徳 大阪府大阪市中央区南船場三丁目５番８号 光洋精工株式会社内 (72)発明者 森 広行 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 太刀川 英男 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 Ｆターム(参考） 3J101 AA02 AA32 AA42 AA52 AA62 BA21 BA53 BA54 CA33 DA05 EA06 EA42 EA53 EA80 FA31 GA57 4K028 AA02 AB01 AB06 4K044 AA03 AA13 AB10 BA18 BB03 BB17 BC01 BC05 CA07 CA12 CA14
Claims (6)
- 【請求項１】 内,外輪、転動体および保持器を有し、
この内,外輪、転動体および保持器のうちの少なくとも
いずれかの軌道部にダイヤモンドライクカーボン膜が形
成された転がり軸受において、 上記ダイヤモンドライクカーボン膜が、硬質非晶質炭素
−水素−珪素膜で、珪素含有量が３０ａｔ％以下である
ことを特徴とする転がり軸受。 - 【請求項２】 上記ダイヤモンドライクカーボン膜が、
上記軌道部に対する３０Ｎ以上の密着力を有することを
特徴とする請求項１項記載の転がり軸受。 - 【請求項３】 上記ダイヤモンドライクカーボン膜が、
上記母材上に形成した厚さ３０μｍ以上の窒化層上に形
成されたことを特徴とする請求項２項記載の転がり軸
受。 - 【請求項４】 上記窒化層が、１０〜１００ｎｍの高さ
で平均幅３００ｎｍ以下の凹凸を有していることを特徴
とする請求項３記載の転がり軸受。 - 【請求項５】 上記ダイヤモンドライクカーボン膜が、
１.０μｍ以上の厚みを有することを特徴とする請求項
１項記載の転がり軸受。 - 【請求項６】 上記ダイヤモンドライクカーボン膜が形
成される母材が、拡散層硬さがＨｖ５００以上の鋼であ
ることを特徴とする請求項１項記載の転がり軸受。
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|---|---|
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- 2000-04-19 JP JP2000117912A patent/JP3961739B2/ja not_active Expired - Fee Related
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