JP2001516857A - コーティングされているころがり軸受 - Google Patents

コーティングされているころがり軸受

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Abstract

(57)【要約】 内軌道輪、外軌道輪、そして内軌道輪と外軌道輪の軌道面にころがり接触する転動要素とを有するころがり軸受。軌道要素そして／又は両軌道輪（２）の少なくとも一方の軌道面が金属混合ダイアモンド状炭素（１）、コーティング層（８）でコーティングされている。

Description

【発明の詳細な説明】
本発明はころがり軸受の分野に関する。ころがり軸受は、様々な環境で使用さ
れる。潤滑が保証される限り、通常、何の問題もなく正規の設計寿命が得られる
。
【０００１】 しかしながら、不十分もしくは限界ぎりぎりの潤滑状態では、ころがり軸受は
好ましくない挙動を示すようになる。かかる場合、潤滑剤膜を形成することが不
可能となり、その結果、転動要素と軌道輪とが互に直接金属接触して、フレッッ
ティング等の摩耗そして早期損傷を引き起こすこととなる。
【０００２】 又、軸受が回転せずに静荷重のもとに振動あるいは揺動を周期的に受けると、
「擬似圧痕（False-Brinelling）として知られる現象をしばしば示し、この現象
は軸受寿命をさらに限定する。
【０００３】 これらの現象の結果として、寿命は不十分な潤滑状態で大幅に短くなる。この
問題を緩和するために、軸受部品に硬質コーティング、例えばカーバイドそして
窒化コーティング（例：ＴｉＮ，ＴｉＣ，ＣｒＮ）や、二硫化モリブデンなどの
固体潤滑剤を施す等の試みがなされてきた。
【０００４】 しかし、これらの試みはいずれも大きな改善をもたらさなかった。窒化そして
カーバイドのコーティングは高硬度レベルを有しているが、良好な耐摩耗性と高
硬度を呈することなく、摩擦係数が大きい。これらの高摩耗係数は、高硬度と組
み合せられると、対向面、すなわち軌道面あるいは転動要素の面を摩耗すること
となる。
【０００５】 さらに、ＴｉＣ，ＴｉＮそしてＣｒＮコーティングの高接合力は、４００℃オ
ーダーの比較的高いコーティング温度のもとでのみ得られる。このようなコーテ
ィングは、５００〜５４０℃の温度で二次硬化現象のもとで硬度を維持する高合
金高速度鋼から基質材料が作られる切削工具に広く用いられている。このような
コーティング温度は、ころがり軸受に通常用いられている低合金鋼には、過度の
軟化と寸法変化をもたらしてしまう。
【０００６】 ＵＳ−Ａ−５１０８８１３によると、通常のダイアモンド状炭素コーティング
はすべり軸受に適用可能である。ダイアモンド状炭素コーティングは、ｓｐ３と
ｓｐ２の両方の混成炭素結合をもつアモルファス水素添加炭素の層として定義さ
れる。すべり軸受では基質に対するダイアモンド状炭素コーティングの接合で十
分であるが、ころがり軸受では、ころがり軸受でのより高い接触応力の結果とし
てこのようなコーティングは剥離を起す。
【０００７】 本発明は、それ故、潤滑剤が不十分あるいは不存在という条件下でも使用寿命
が延ばせるころがり軸受を提供することを目的としている。この目的は、転動要
素そして／又は両軌道輪の少なくとも一方の軌道面が金属混合ダイアモンド状炭
素コーティングでコーティングされていることにより達成される。
【０００８】 本発明による金属混合ダイアモンド炭素コーティングは、ころがり軸受が遭遇
するような高接触応力レベル（３あるいは４ＧＰａにまで達する応力）において
さえも、低摩擦係数と高耐摩耗性をもたらす。金属元素を形成するカーバイドと
混合された、本発明によるダイアモンド状炭素コーティングは、コーティング組
織か高接合力を呈するように最適化されたときには、コーティング自体内あるい
は基質からの剥離ということがなく、上記の高接触応力レベルを支持する能力を
有している。
【０００９】 このように、当該コーティングは、乾燥状態あるいは潤滑剤が不十分そして不
存在という状態下でのころがり軸受へ適用するのに向いている。
【００１０】 好ましい形態によると、金属混合ダイアモンド状炭素コーティングは、基質の
表面に予め溶着されたＣｒ，Ｗ，Ｍｏ，又はＡｌの金属中間層の上に形成される
。そこには、上記金属混合コーティングから金属中間層へ次第に移行する移行部
分が存在することが好ましい。金属中間層に施されたダイアモンド状炭素コーテ
ィングは、Ｗ，ＭｏあるいはＴｉのような元素を形成する一つもしくは複数の金
属カーバイドを含有する。
【００１１】 コーティングの金属混合ダイアモンド状炭素の部分は、幾分かの金属カーバイ
ドを含んでいるが主としてダイアモンド状炭素の層と、幾分かのダイアモンド状
炭素を含んでいるが主として金属カーバイドの層とを、交互にもつ平行層であっ
てもよく、その場合、各層は１〜５０ナノメータ（ｎｍ）のオーダーの厚さであ
る。
【００１２】 又、金属カーバイドは、ダイアモンド状炭素の層全体に分散するクラスターの
形態をなしていてもよい。かかる層は金属カーバイドの粒子の分散をもつ主とし
てダイアモンド状炭素の基質を有している。このような粒子は、寸法が１００ｎ
ｍまでの金属カーバイドの領域（クラスター）を与えるクラスター組織をもつこ
とができる。クラスターは、一つもしくは複数の金属のカーバイドから成ってい
てもよい。
【００１３】 金属混合ダイアモンド状炭素コーティングの厚さは１０μｍまでとすることが
できる。コーティングの多層構成はコーティング内での残留応力の低下をもたら
し、したがって、金属中間層を有しあるいは有しない従来の単層ダイアモンド状
炭素コーティングに比し、改善された接合力をもたらす。
【００１４】 このコーティングのさらに重要な特徴は、コーティング工程において、金属カ
ーバイド形成要素の量が表面に向って減って行くことであり、これによりコーテ
ィングの外層でのダイアモンド状特性が増長する。これは依然として下層に対す
る高接合力を保つし、同時にコーティングの外層が純ダイアモンド状炭素に近づ
くので、表面硬度に著しい増大が見られる。この場合、低摩耗と増大された硬度
は、ころがり軸受への適用に必要な高接合力を維持するにも拘らず、増大された
耐摩耗性という利点をもたらす。
【００１５】 又、コーティング層に向けてグラファイトの含有量が次第に増大するようにな
る。これは、摩耗係数をさらに低下させるという利点をもたらす。勿論、元素を
形成する金属カーバイドの低下と、コーティング表面に向けてのグラファイトの
含有量の増大とは達成される。
【００１６】 金属混合ダイアモンド状炭素コーティングは、ころがり軸受に必要な高接合力
レベルを保ったまま、２４０℃以下のコーティング温度で施すことができる。こ
の点で、焼入れ焼戻し条件で温度に敏感な低合金軸受鋼は、コーティングされた
軸受部品の永久的不可逆寸法変化がないという結果をもって、下層に微視組織又
は相における変化が生じないように、コーティングされることができる。これは
、軌道輪そして／又は転動体が標準部品と組み立てられることを許容し、所定の
軸受精度そして内部すきまを得るためのマッチングの必要性を回避させる。
【００１７】 これに加えて、低コーティング温度は、下層の硬度と温度に敏感な低合金軸受
鋼の疲労特性を害さず、又軸受のための標準的な静的そして動的負荷容量が維持
できることを確実にする。それにもかかわらず、コーティングは、マルテンサイ
トステンレス鋼や高速度鋼のような高合金鋼にも適用可能である。
【００１８】 以下、図示した例を参照しつつ本発明をさらに説明する。
【００１９】 図１は本発明の第一実施形態を示す。
【００２０】 図２は本発明の第二実施形態を示す。
【００２１】 図１はころがり軸受の転動体の外層、又は軌道輪の軌道面での断面図を示して
いる。外層部全体をまとめて符号１で示し、これは下層２、例えば軸受鋼に対し
て施されている。
【００２２】 上記外層部１は、下層へ直接施された金属中間層３、該金属中間層３に続く移
行帯４、そして金属混合ダイアモンド状炭素コーティング８を有している。移行
帯４は、金属カーバイド層５と金属層６とを交互に形成した多層移行域を有して
いる。これに続いて、滑らかに移行する移行域７が設けられ、多層構造８へ至っ
ている。移行域７は金属カーバイドからカーバイドとダイアモンド状炭素との混
合への滑らかな移行をもたらしている。上記多層構造部８は、金属カーバイド層
９とダイアモンド状炭素層１０とを交互に配して形成されている。
【００２３】 図２は、他の実施形態についての断面図であり、これも又、ころがり軸受の転
動体の外層又は軌道輪の軌道面を示している。
【００２４】 コーティング１１全体は、主としてダイアモンド状炭素の基質１２を有し、こ
れに金属カーバイド粒子１３が分散されている。かかる金属カーバイドの粒子又
はクラスター１３は最大で１００ｎｍの直径を有することができる。
【００２５】 下層２、中間層３そして移行帯４は図１に示したものに対応して類似している
。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１２年３月７日（２０００．３．７）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【請求項２】 内軌道輪、外軌道輪、そして内軌道輪と外軌道輪の軌道面 にころがり接触する転動要素とを有するころがり軸受において、軌道要素そして ／又は両軌道輪の少なくとも一方の軌道面が金属混合ダイアモンド状炭素コーテ ィング（８〜１０，１１〜１３）でコーティングされており、上記金属は、ダイ アモンド状炭素の基質（１２）全体に分散されたクラスター（１３）の形態をな していることを特徴とする ころがり軸受。
【手続補正書】
【提出日】平成１３年５月１７日（２００１．５．１７）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 フィーゲン，レニア，オルガ，エルンスト オランダ国、エヌエル 3451 ジィージェ イ フロイテン ファルケニールスラーン ５ (72)発明者 クンディル，ロビン，トーマス オランダ国、エヌエル 3436 エーアール ニュベガイン カロスドリフト 14 (72)発明者 シェルストレム，ハンス スウェーデン国、エス 41125 ゴーテン バーグ、カールグスタフスガータン 21 エイ Ｆターム(参考） 3J101 BA10 BA50 BA70 BA73 BA77 DA05 EA01 EA47 EA78 FA31

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 内軌道輪、外軌道輪、そして内軌道輪と外軌道輪の軌道面に
    ころがり接触する転動要素とを有するころがり軸受において、軌道要素そして／
    又は両軌道輪の少なくとも一方の軌道面が金属混合ダイアモンド状炭素（１）、
    コーティング（８〜１０，１１〜１３）でコーティングされていることを特徴と
    するころがり軸受。
  2. 【請求項２】 軌道輪、転動要素そして／又はこれらの要素以外と接触する
    保持器、シール、シールドそして／又はガイドリングのような付属部品を有し、
    上記付属部品の少なくとも一つが金属混合ダイアモンド状炭素コーティング（８
    〜１０，１１〜１３）でコーティングされていることとする請求項１に記載のこ
    ろがり軸受。
  3. 【請求項３】 金属混合ダイアモンド状炭素コーティング（８〜１０，１１
    〜１３）の厚さが１０μｍまでであることとする請求項１又は請求項２に記載の
    ころがり軸受。
  4. 【請求項４】 金属混合ダイアモンド状炭素コーティング（８〜１０，１１
    〜１３）が金属中間層（３）の上にコーティングされていることとする請求項１
    、請求項２そして請求項３のうちの一つに記載のころがり軸受。
  5. 【請求項５】 金属混合ダイアモンド状炭素コーティング（８〜１０，１１
    〜１３）がＣｒ，Ｗ，Ｍｏ又はＡｌの金属中間層（３）の上にコーティングされ
    ていることとする請求項４に記載のころがり軸受。
  6. 【請求項６】 金属混合ダイアモンド状炭素コーティング（８〜１０，１１
    〜１３）と中間金属層（３）との間に、移行帯（４）が形成されていることとす
    る請求項４又は請求項５に記載のころがり軸受。
  7. 【請求項７】 金属含有ダイアモンド状炭素コーティング（８〜１０，１１
    〜１３）は２４０℃以下の温度でコーティングされていることとする請求項１な
    いし請求項６のうちの一つに記載のころがり軸受。
  8. 【請求項８】 コーティングの外側域が天然のダイアモンド状炭素に近づく
    ようにコーティング表面に向けての金属カーバイド元素（好ましくはＷ，Ｍｏ又
    はＴｉ）含有量が漸次減少していることとする請求項１、請求項２そして請求項
    ３のうちの一つに記載のころがり軸受。
  9. 【請求項９】 グラファイト含有量においてコーティング表面に向け漸次増
    加が見られることとする請求項１ないし請求項８に記載のころがり軸受。
  10. 【請求項１０】 金属混合ダイアモンド状炭素コーティング（８〜１０、１
    １〜１３）がＮｉを含有していることとする請求項１ないし請求項９に記載のこ
    ろがり軸受。
  11. 【請求項１１】 金属混合ダイアモンド状炭素コーティング（８）は、主と
    してダイアモンド状炭素の層（１０）と主としてカーバイドの層（９）とを交互
    に有していることとする請求項１ないし請求項１０のうちの一つに記載のころが
    り軸受。
  12. 【請求項１２】 金属混合ダイアモンド状炭素コーティング（８）は、若干
    の金属カーバイドを含んでいるが主としてダイアモンド状炭素の層（１０）と、
    若干のダイアモンド状炭素を含んでいるが主として金属カーバイドの層（９）と
    を交互に有していることとする請求項１ないし請求項１１のうちの一つに記載の
    ころがり軸受。
  13. 【請求項１３】 金属は、ダイアモンド状炭素の基質（１２）全体に分散さ
    れたクラスター（１３）の形態をなしていることとする請求項１ないし請求項１
    ０のうちの一つに記載のころがり軸受。
  14. 【請求項１４】 クラスターの大きさは最大で１００ｎｍであることとする
    請求項１３に記載のころがり軸受。
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