JP2007127263A - Rolling member and rolling device - Google Patents

Rolling member and rolling device Download PDF

Info

Publication number
JP2007127263A
JP2007127263A JP2005351986A JP2005351986A JP2007127263A JP 2007127263 A JP2007127263 A JP 2007127263A JP 2005351986 A JP2005351986 A JP 2005351986A JP 2005351986 A JP2005351986 A JP 2005351986A JP 2007127263 A JP2007127263 A JP 2007127263A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
rolling
layer
carbon
mass
dlc
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
JP2005351986A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shinji Fujita
慎治 藤田
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.)
NSK Ltd
Original Assignee
NSK Ltd
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 NSK Ltd filed Critical NSK Ltd
Priority to JP2005351986A priority Critical patent/JP2007127263A/en
Publication of JP2007127263A publication Critical patent/JP2007127263A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/30Parts of ball or roller bearings
    • F16C33/58Raceways; Race rings
    • F16C33/62Selection of substances
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/30Parts of ball or roller bearings
    • F16C33/58Raceways; Race rings
    • F16C33/583Details of specific parts of races
    • F16C33/585Details of specific parts of races of raceways, e.g. ribs to guide the rollers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C19/00Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/02Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows
    • F16C19/10Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for axial load mainly
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2206/00Materials with ceramics, cermets, hard carbon or similar non-metallic hard materials as main constituents
    • F16C2206/02Carbon based material
    • F16C2206/04Diamond like carbon [DLC]

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a rolling member and a rolling device functioning under such conditions that a large contacting stress is applied or even without lubrication. <P>SOLUTION: A thrust ball bearing is equipped with an inner ring 1, an outer ring 2, and a plurality of balls 3. They 1, 2, 3 are formed from a steel material containing 0.5-1.2 mass% carbon, 0.5-1.5 mass% silicon, 0.1-2 mass% manganese, and 1-2.5 mass% chromium, the remainder being iron and inevitable impurities, and DLC layers D having lubricity are provided on the raceway surfaces 1a and 2a of the inner 1 and outer rings 2 and the rolling surfaces 3a of the balls 3. Each DLC layer D is composed of a metal layer M consisting of two or more elements selected among Cr, W, Ti, Si, Ni, and Fe, a composite layer F consisting of the named metals and carbon, and a carbon layer C consisting of carbon, in such an arrangement as C, F, and M from the obverse surface. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、潤滑性に優れる転がり部材及び該転がり部材で構成された転動装置に係り、特に、大きな接触応力が作用するような条件下や無潤滑下においても好適に使用可能な転がり部材及び転動装置に関する。   The present invention relates to a rolling member excellent in lubricity and a rolling device constituted by the rolling member, and in particular, a rolling member that can be suitably used under conditions where a large contact stress acts and under no lubrication, and The present invention relates to a rolling device.

ダイヤモンドライクカーボン(以降はDLCと記すこともある)は、その表面がダイヤモンドに準ずる硬さを有し、摺動抵抗も摩擦係数が0.2以下と二硫化モリブデンやフッ素樹脂と同様に小さいことから、従来から潤滑性材料として使用されている。
例えば、磁気ディスク装置においては、磁気素子又は磁気ディスクの表面に数十オングストロームのDLC膜を形成することにより、磁気素子と磁気ディスクとの間の潤滑性を高めて磁気ディスクの表面を保護している。
Diamond-like carbon (hereinafter sometimes referred to as DLC) has a hardness similar to that of diamond, and its sliding resistance is as low as 0.2 or less, like molybdenum disulfide and fluororesin. Therefore, it has been conventionally used as a lubricating material.
For example, in a magnetic disk device, by forming a DLC film of several tens of angstroms on the surface of the magnetic element or the magnetic disk, the lubricity between the magnetic element and the magnetic disk is improved to protect the surface of the magnetic disk. Yes.

一方、上記のような特異な表面の性質から、DLCは転がり部材の新たな潤滑性材料として注目されており、近年、軸受への潤滑性の付与に利用されている。
例えば、特許文献1には、軌道輪の軌道面や転動体の表面に金属を含有するDLC膜を備えた転がり軸受が開示されている。この転がり軸受においては、前記DLC膜により接触応力が緩和される。
On the other hand, DLC has attracted attention as a new lubrication material for rolling members because of its unique surface properties as described above, and has recently been used to impart lubricity to bearings.
For example, Patent Document 1 discloses a rolling bearing including a DLC film containing metal on the raceway surface of a raceway or the surface of a rolling element. In this rolling bearing, the contact stress is relieved by the DLC film.

また、CVD法,プラズマCVD法,イオンビーム形成法,イオン化蒸着法等によって、軌道輪の軌道面や転動体の表面にDLC膜を形成した転がり軸受等の転動装置が知られている(例えば、特許文献2〜6)。
国際公開WO99/14512号公報 特開平9−144764号公報 特開2000−136828号公報 特開2000−205277号公報 特開2000−205279号公報 特開2000−205280号公報
In addition, rolling devices such as rolling bearings in which a DLC film is formed on the raceway surface of the raceway or the surface of the rolling element by a CVD method, a plasma CVD method, an ion beam forming method, an ionized vapor deposition method, or the like are known (for example, And Patent Documents 2 to 6).
International Publication No. WO99 / 14512 Japanese Patent Laid-Open No. 9-147464 JP 2000-136828 A JP 2000-205277 A JP 2000-205279 A JP 2000-205280 A

しかしながら、転がり軸受等の転動装置においては、軌道輪の軌道面や転動体の表面に大きな接触応力が作用するので、繰り返し応力によってDLC膜が破損してしまうおそれがあった。
このような破損が起きる原因としては、以下の2点が考えられる。
まず、1点目は、鋼とDLC膜との密着性を向上させるために介在された金属中間層の脆性化の問題である。すなわち、金属中間層を構成する金属とDLC膜を構成する炭素とが結合して脆さを有する金属カーバイドが生成するため、金属中間層が脆性化して、DLC膜が破損しやすくなるのである。そして、金属中間層が1種の金属で構成されている場合は金属カーバイドの脆さが大きいため、破損の要因となりやすい。
However, in a rolling device such as a rolling bearing, since a large contact stress acts on the raceway surface of the raceway and the surface of the rolling element, the DLC film may be damaged by repeated stress.
The following two points can be considered as causes of such damage.
First, the first point is a problem of embrittlement of the metal intermediate layer interposed in order to improve the adhesion between the steel and the DLC film. That is, since the metal constituting the metal intermediate layer and the carbon constituting the DLC film are combined to produce brittle metal carbide, the metal intermediate layer becomes brittle and the DLC film is easily damaged. And when a metal intermediate layer is comprised with 1 type of metal, since the brittleness of a metal carbide is large, it is easy to become a factor of a failure | damage.

2点目は、DLC膜は、応力が作用しても非常に変形しにくい性質を有しているという問題である。DLCは硬く高弾性であるので、ステンレス鋼や軸受鋼等のような等価弾性定数の小さい金属材料に被覆されていると、両者の等価弾性定数の違いから、母材の変形にDLCが追従することができずに、DLC膜が破損する場合がある。
そこで、本発明は、上記のような従来技術が有する問題点を解決し、大きな接触応力が作用するような条件下や無潤滑下においても好適に使用可能な転がり部材を提供することを課題とする。また、このような転がり部材を備える、潤滑性に優れた転動装置を提供することを併せて課題とする。
The second problem is that the DLC film has a property of being hardly deformed even when stress is applied. Since DLC is hard and highly elastic, if it is covered with a metal material having a small equivalent elastic constant such as stainless steel or bearing steel, the DLC follows the deformation of the base material due to the difference in the equivalent elastic constant between the two. In some cases, the DLC film may be damaged.
Therefore, the present invention has an object to solve the above-mentioned problems of the prior art and to provide a rolling member that can be suitably used even under conditions where a large contact stress acts or under no lubrication. To do. It is another object of the present invention to provide a rolling device having such a rolling member and having excellent lubricity.

前記課題を解決するため、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発明に係る請求項1の転がり部材は、炭素を0.5質量%以上1.2質量%以下、ケイ素を0.5質量%以上1.5質量%以下、マンガンを0.1質量%以上2質量%以下、クロムを1質量%以上2.5質量%以下含有し、残部が鉄及び不可避の不純物である鋼で構成されるとともに、相手部材との間で相対的な転がり接触又はすべり接触が生じる転がり部材において、前記相手部材との接触面に、潤滑性を有するダイヤモンドライクカーボン層を設け、該ダイヤモンドライクカーボン層を、クロム,タングステン,チタン,ケイ素,ニッケル,及び鉄のうちの2種以上の金属からなる金属層と、前記金属及び炭素からなる複合層と、炭素からなるカーボン層と、の3層で構成し、表面側から前記カーボン層,前記複合層,前記金属層の順に配したことを特徴とする。   In order to solve the above problems, the present invention has the following configuration. That is, the rolling member according to claim 1 according to the present invention has carbon of 0.5 mass% to 1.2 mass%, silicon of 0.5 mass% to 1.5 mass%, and manganese of 0.1 mass. % To 2% by mass, chromium containing 1% to 2.5% by mass, the balance being made of steel and steel that is an inevitable impurity, and relative rolling contact with the mating member or In a rolling member in which sliding contact occurs, a diamond-like carbon layer having lubricity is provided on a contact surface with the counterpart member, and the diamond-like carbon layer is made of chromium, tungsten, titanium, silicon, nickel, and iron. It is composed of three layers of a metal layer made of two or more metals, a composite layer made of the metal and carbon, and a carbon layer made of carbon, and the carbon layer, the composite layer, Characterized in that arranged in the order of the genus layer.

このような転がり部材は、母材である鋼と前記カーボン層との間に前記複合層及び前記金属層が介在しているので、潤滑性に優れた前記ダイヤモンドライクカーボン層(以降においてはDLC層と記すこともある)と母材である鋼との密着性が優れている。
また、複合層を、クロム(Cr),タングステン(W),チタン(Ti),ケイ素(Si),ニッケル(Ni),及び鉄(Fe)のうちの2種以上の金属と炭素とで構成したので、1種の金属と炭素とで構成した場合と比べて、金属と炭素との結合により生成した金属カーバイドの脆さが小さい。よって、複合層の脆さが小さいので、繰り返し応力やせん断力が負荷されてもDLC層が破損しにくい。なお、使用する金属は、炭素との化学量論比が異なるものを組み合わせることが好ましい。
In such a rolling member, since the composite layer and the metal layer are interposed between steel as a base material and the carbon layer, the diamond-like carbon layer (hereinafter referred to as a DLC layer) having excellent lubricity. The adhesion between the base material and steel is excellent.
The composite layer is composed of two or more metals and carbon of chromium (Cr), tungsten (W), titanium (Ti), silicon (Si), nickel (Ni), and iron (Fe). Therefore, the brittleness of the metal carbide generated by the bond between the metal and carbon is small as compared with the case where it is composed of one kind of metal and carbon. Therefore, since the composite layer is small in brittleness, the DLC layer is not easily damaged even when repeated stress or shearing force is applied. In addition, it is preferable to combine the metals to be used have different stoichiometric ratios with carbon.

また、本発明に係る請求項2の転がり部材は、請求項1に記載の転がり部材において、前記複合層中の炭素の割合が、前記金属層側から前記カーボン層側に向かって増加していることを特徴とする。このような構成であれば、DLC層と母材である鋼との密着性がより優れたものとなる。
さらに、本発明に係る請求項3の転がり部材は、請求項1又は請求項2に記載の転がり部材において、前記ダイヤモンドライクカーボン層の等価弾性定数を100GPa以上240GPa以下としたことを特徴とする。
Moreover, the rolling member of Claim 2 which concerns on this invention is a rolling member of Claim 1, The ratio of the carbon in the said composite layer is increasing toward the said carbon layer side from the said metal layer side. It is characterized by that. With such a configuration, the adhesion between the DLC layer and the base steel is more excellent.
Furthermore, a rolling member according to a third aspect of the present invention is characterized in that, in the rolling member according to the first or second aspect, the equivalent elastic constant of the diamond-like carbon layer is 100 GPa or more and 240 GPa or less.

このような構成であれば、母材である前記鋼よりもDLCの方が小さい等価弾性定数を有することとなるので、繰り返し応力が作用した際にDLC層が変形することが可能となる。その結果、母材の変形にDLC層が追従することが可能となるので、DLC層の破損が生じにくい。
前記DLC層の等価弾性定数が240GPa超過であると、前記鋼よりもDLC層の方が大きい等価弾性定数を有することとなるので、繰り返し応力が作用した際の母材の変形にDLC層が追従することが困難となって、DLC層の破損が生じやすくなる。一方、100GPa未満であると、DLC層の硬さが低くなって、摩耗が生じやすくなる。
With such a configuration, since the DLC has a smaller equivalent elastic constant than the steel as the base material, the DLC layer can be deformed when a repeated stress is applied. As a result, since the DLC layer can follow the deformation of the base material, the DLC layer is hardly damaged.
If the equivalent elastic constant of the DLC layer exceeds 240 GPa, the DLC layer has a larger equivalent elastic constant than the steel, so the DLC layer follows the deformation of the base material when repeated stress is applied. This makes it difficult to damage the DLC layer. On the other hand, if it is less than 100 GPa, the hardness of the DLC layer becomes low and wear tends to occur.

なお、DLC層のような薄膜については、通常の方法では弾性定数を測定することはできないため、本発明においては以下の方法により測定された、弾性定数に準拠する等価弾性定数を用いる。すなわち、押し込み深さを少なくともDLC層の厚さ内として微小硬度計による測定を行い、得られた荷重−除荷曲線により等価弾性定数を求める。
例えば、DLC層の厚さが1μm以下である場合は、押し込み荷重を0.4〜20mNの間で適宜設定して測定を行う。本発明においては、エリオニクス社製の微小硬度計を使用し、押し込み荷重を20mNとして測定した等価弾性定数を用いる。
For a thin film such as a DLC layer, the elastic constant cannot be measured by a normal method. Therefore, in the present invention, an equivalent elastic constant based on the elastic constant measured by the following method is used. That is, the indentation depth is at least within the thickness of the DLC layer, measurement is performed with a microhardness meter, and the equivalent elastic constant is obtained from the obtained load-unloading curve.
For example, when the thickness of the DLC layer is 1 μm or less, the indentation load is appropriately set between 0.4 to 20 mN and the measurement is performed. In the present invention, an equivalent elastic constant measured using a microhardness meter manufactured by Elionix Co., Ltd. and an indentation load of 20 mN is used.

この他の等価弾性定数の測定方法としては、フィッシャー社製の微小硬度測定装置を用いる方法がある。この方法においては、(マイクロ)ビッカース硬度計は使用せず、静電容量で制御できる微小硬度計又はナノインデンテータを用いることが望ましい。なおかつ、押し込み深さはDLC層の厚さ内とする必要がある。そして、前記微小硬度計又はナノインデンテータにより得られた荷重−除荷曲線の弾性変形量から、等価弾性定数を求める。
なお、HRC60の高炭素クロム鋼(SUJ2)の表面の等価弾性定数を上記の方法により求めると250GPaとなり、通常カタログ等に記載されている210GPaよりも大きい結果となる。これは、上記の方法が微小な押し込み領域における測定であることから、SUJ2の表面の加工硬化層の影響を受けるためである。
As another method for measuring the equivalent elastic constant, there is a method using a micro hardness measuring device manufactured by Fischer. In this method, it is desirable not to use a (micro) Vickers hardness tester but to use a micro hardness tester or a nano indentator that can be controlled by capacitance. In addition, the indentation depth needs to be within the thickness of the DLC layer. And an equivalent elastic constant is calculated | required from the amount of elastic deformation of the load-unloading curve obtained by the said micro hardness meter or the nano indentator.
In addition, when the equivalent elastic constant of the surface of the high carbon chromium steel (SUJ2) of HRC60 is calculated | required by said method, it will be 250 GPa and will be a result larger than 210 GPa normally described in the catalog etc. This is because the above method is a measurement in a minute indentation region, and is therefore influenced by the work hardening layer on the surface of SUJ2.

さらに、本発明に係る請求項4の転がり部材は、請求項1〜3のいずれか一項に記載の転がり部材において、前記ダイヤモンドライクカーボン層は、非平衡型マグネトロンを用いたスパッタリングにより形成されたものであることを特徴とする。
このような物理的成膜法は、CVD法,プラズマCVD法,イオンビーム形成法,イオン化蒸着法等と比較して、好適な等価弾性定数及び強度を有するDLC層が得られやすいので、転動装置のような大きな接触応力が作用する装置を構成する部品に対して好適である。
Furthermore, the rolling member according to claim 4 according to the present invention is the rolling member according to any one of claims 1 to 3, wherein the diamond-like carbon layer is formed by sputtering using a non-equilibrium magnetron. It is characterized by being.
Such a physical film forming method is easy to obtain a DLC layer having a suitable equivalent elastic constant and strength as compared with CVD method, plasma CVD method, ion beam forming method, ionized vapor deposition method, etc. It is suitable for a part constituting a device such as a device on which large contact stress acts.

以上のように、本発明の転がり部材は、大きな接触応力が作用しても破損しにくい潤滑膜(DLC層)を備えているので、大きな接触応力が作用する装置(例えば、工作機械主軸用転がり軸受等のような転動装置)を構成する部材等に好適に適用することが可能である。また、優れた潤滑性を有しているので、無潤滑下においても好適に使用することが可能である。例えば、真空下で使用される無潤滑軸受を構成する部材等に好適に適用することが可能である。そして、摩耗や発熱が少ない上、繰り返し応力に対して強く長寿命である。   As described above, since the rolling member of the present invention includes a lubricating film (DLC layer) that is not easily damaged even when a large contact stress is applied, a device (for example, a rolling tool for a machine tool spindle) that is subjected to a large contact stress. The present invention can be suitably applied to members constituting a rolling device such as a bearing. In addition, since it has excellent lubricity, it can be suitably used even without lubrication. For example, the present invention can be suitably applied to members constituting non-lubricated bearings used under vacuum. In addition, there is little wear and heat generation, and it is strong against repeated stress and has a long life.

さらに、本発明に係る請求項5の転動装置は、外面に軌道面を有する内方部材と、該内方部材の軌道面に対向する軌道面を内面に有して前記内方部材の外側に配置された外方部材と、前記両軌道面間に転動自在に配置された転動体と、を備える転動装置において、前記内方部材,前記外方部材,及び前記転動体のうち少なくとも1つを、請求項1〜4のいずれか一項に記載の転がり部材としたことを特徴とする。   Furthermore, the rolling device according to claim 5 of the present invention has an inner member having a raceway surface on the outer surface and a raceway surface facing the raceway surface of the inner member on the inner surface, and the outer side of the inner member. In the rolling device comprising an outer member disposed on the rolling surface and a rolling element disposed so as to be able to roll between the both raceway surfaces, at least one of the inner member, the outer member, and the rolling element. One is a rolling member according to any one of claims 1 to 4.

このような構成であれば、転動装置を構成する転がり部材のDLC層は大きな接触応力が作用しても破損しにくいので、大きな接触応力が作用するような条件下や無潤滑下において使用されても長寿命である。
なお、本発明の転動装置としては、転がり軸受,直動案内軸受(リニアガイド装置),ボールねじ,直動ベアリング等があげられる。
With such a configuration, the DLC layer of the rolling member constituting the rolling device is not easily damaged even when a large contact stress is applied, and is therefore used under conditions where a large contact stress is applied or under no lubrication. Even long life.
Examples of the rolling device of the present invention include a rolling bearing, a linear motion guide bearing (linear guide device), a ball screw, and a linear motion bearing.

そして、前記内方部材とは、転動装置が転がり軸受の場合は内輪、同じく直動案内軸受の場合は案内レール、同じくボールねじの場合はねじ軸、同じく直動ベアリングの場合は軸を、それぞれ意味する。また、前記外方部材とは、転動装置が転がり軸受の場合は外輪、同じく直動案内軸受の場合はスライダ、同じくボールねじの場合はナット、同じく直動ベアリングの場合は外筒を、それぞれ意味する。   The inner member is an inner ring in the case where the rolling device is a rolling bearing, a guide rail in the case of a linear guide bearing, a screw shaft in the case of a ball screw, and a shaft in the case of a linear bearing. Each means. In addition, the outer member is an outer ring when the rolling device is a rolling bearing, a slider when the same is a linear guide bearing, a nut when it is a ball screw, and an outer cylinder when it is also a linear bearing. means.

ここで、母材である鋼について説明する。
〔ケイ素の含有量について〕
転がり軸受等の転動装置には高面圧に耐える性能が求められるため、転動装置を構成する軌道輪等の転がり部材はSUJ2,SCR420等の鋼で構成され、さらに浸炭処理,浸炭窒化処理等の硬化処理が施されている。ところが、このような鋼に対して非平衡型マグネトロンを用いたスパッタリングを行うと、処理が高温であるため、金属層を形成中に残留オーステナイトが分解してしまい、母材である鋼とDLC層との間に強い密着が生じにくいという不都合がある。
Here, steel as a base material will be described.
[About silicon content]
Since rolling devices such as rolling bearings are required to withstand high surface pressure, rolling members such as bearing rings constituting the rolling device are made of steel such as SUJ2 and SCR420, and further carburized and carbonitrided. Etc. are subjected to curing treatment. However, when sputtering using such a non-equilibrium type magnetron is performed on such steel, the processing is high temperature, so that the retained austenite decomposes during the formation of the metal layer, and the steel and DLC layer that are the base materials There is an inconvenience that strong adhesion does not easily occur.

残留オーステナイト量を確保して上記のような不都合を解消するためには、鋼中のケイ素の含有量は0.5質量%以上とする必要がある。また、ケイ素は、製鋼時に脱酸剤として作用し、焼入れ性や焼戻し軟化抵抗性を向上させるとともに、基地のマルテンサイトを強化して寿命を向上させるという効果も有している。
ただし、ケイ素の含有量が多すぎると、金属層の形成時に金属層の金属とケイ素とが反応して金属間化合物が生成する。この金属間化合物は脆いため、母材である鋼とDLC層との密着性が低下してDLC層の強度が低下してしまう。また、ケイ素の含有量が多すぎると、鋼の被削性,鍛造性,及び冷間加工性が著しく低下するおそれがある。これらの不都合が生じにくくするためには、鋼中のケイ素の含有量は1.5質量%以下とする必要がある。
In order to secure the amount of retained austenite and eliminate the inconveniences as described above, the silicon content in the steel needs to be 0.5% by mass or more. In addition, silicon acts as a deoxidizer during steelmaking, and improves the hardenability and temper softening resistance, and has the effect of strengthening the base martensite and improving the life.
However, when there is too much content of silicon, the metal of a metal layer and silicon react at the time of formation of a metal layer, and an intermetallic compound produces | generates. Since this intermetallic compound is brittle, the adhesion between the base material steel and the DLC layer is lowered, and the strength of the DLC layer is lowered. Moreover, when there is too much content of silicon, there exists a possibility that the machinability, forgeability, and cold workability of steel may fall remarkably. In order to make these inconveniences difficult to occur, the silicon content in the steel needs to be 1.5% by mass or less.

なお、SUJ2,SCR420等の鋼に高温での焼戻し処理を施すことにより、残留オーステナイト量を低下させて、その後の高温処理(DLC層を形成する処理)における残留オーステナイトの分解を防ぐ方法も考えられるが、高温での焼戻し処理は鋼の硬さの低下を引き起こすので好ましくない。また、サブゼロ処理により残留オーステナイト量を低下させる方法も考えられるが、その後の高温処理において鋼の硬さの低下が生じるおそれがある。さらに、ステンレス鋼,M50等の高合金鋼を母材として用いる方法も考えられるが、これらの高合金鋼は高価であるという問題がある。よって、ケイ素の含有量を0.5質量%以上1.5質量%以下とした鋼を母材として用いることが好ましい。   It is also possible to reduce the amount of retained austenite by subjecting steel such as SUJ2 and SCR420 to a high temperature, thereby preventing decomposition of the retained austenite in the subsequent high temperature treatment (treatment for forming a DLC layer). However, tempering at a high temperature is not preferable because it causes a decrease in the hardness of the steel. Moreover, although the method of reducing a retained austenite amount by subzero treatment is also considered, there exists a possibility that the fall of the hardness of steel may arise in subsequent high temperature processing. Furthermore, although a method using high alloy steel such as stainless steel and M50 as a base material is also conceivable, there is a problem that these high alloy steels are expensive. Therefore, it is preferable to use steel having a silicon content of 0.5 mass% or more and 1.5 mass% or less as a base material.

〔炭素の含有量について〕
転がり軸受として要求される鋼の清浄度を得るためには、炭素の含有量は0.5質量%以上とする必要がある。ただし、1.2質量%超過であると、残留オーステナイトが増加して、転がり軸受の寸法安定性が低下したり、共晶炭化物が生成して短寿命となったりするおそれがある。鋼の清浄度を向上させ、残留オーステナイトの過多や共晶炭化物の生成を防止するためには、炭素の含有量は0.75質量%以上1.1質量%以下とすることが好ましい。
[Carbon content]
In order to obtain steel cleanliness required as a rolling bearing, the carbon content needs to be 0.5 mass% or more. However, if it exceeds 1.2% by mass, the retained austenite may increase, and the dimensional stability of the rolling bearing may be reduced, or eutectic carbide may be generated and the life may be shortened. In order to improve the cleanliness of steel and prevent the generation of excessive retained austenite and eutectic carbide, the carbon content is preferably 0.75 mass% or more and 1.1 mass% or less.

〔マンガンの含有量について〕
マンガンは、ケイ素と同様に製鋼時に脱酸剤として作用するため、マンガンの含有量は0.1質量%以上とする必要がある。また、マンガンは、鋼の焼入れ性を高め、熱処理後の強度や転動疲労強度の向上にも寄与する。ただし、2質量%超過であると、寸法安定性に有害な残留オーステナイトが生成したり、加工性が低下したりするおそれがある。
[About manganese content]
Like manganese, manganese acts as a deoxidizer during steelmaking, so the manganese content must be 0.1% by mass or more. Manganese also enhances the hardenability of steel and contributes to the improvement of strength after heat treatment and rolling fatigue strength. However, if it exceeds 2% by mass, residual austenite that is harmful to dimensional stability may be generated or processability may be deteriorated.

〔クロムの含有量について〕
クロムは、鋼の焼入れ性を高め、熱処理後の強度や転動疲労強度の向上に寄与する元素であるため、クロムの含有量は1質量%以上とする必要がある。ただし、2.5質量%超過であると、加工性が低下したり、共晶炭化物が生成するという問題が生じるおそれがある。
[Chromium content]
Chromium is an element that enhances the hardenability of steel and contributes to the improvement of strength after heat treatment and rolling fatigue strength, so the chromium content needs to be 1% by mass or more. However, when it exceeds 2.5% by mass, there is a possibility that the processability may be deteriorated or a problem that eutectic carbide is generated may occur.

2種以上の金属と炭素とからなる複合層を有するダイヤモンドライクカーボン層は、密着性に優れており且つ脆さが小さい。そのため、本発明の転がり部材及び転動装置は、大きな接触応力が作用するような条件下や無潤滑下においても好適に使用可能である。また、ダイヤモンドライクカーボン層の等価弾性定数が、100GPa以上240GPa以下であるので、繰り返し応力が作用してもダイヤモンドライクカーボン層の破損が生じにくい。   A diamond-like carbon layer having a composite layer composed of two or more metals and carbon has excellent adhesion and small brittleness. Therefore, the rolling member and the rolling device of the present invention can be suitably used under conditions where a large contact stress acts or under no lubrication. In addition, since the equivalent elastic constant of the diamond-like carbon layer is 100 GPa or more and 240 GPa or less, the diamond-like carbon layer is not easily damaged even when repeated stress is applied.

本発明に係る転がり部材及び転動装置の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図1は、本発明に係る転動装置の一実施形態であるスラスト玉軸受の構成を示す縦断面図であり、図2は、図1のA部分を拡大して示した部分拡大断面図である。
図1のスラスト玉軸受は、軌道面1aを有する内輪1と、軌道面1aに対向する軌道面2aを有する外輪2と、両軌道面1a,2a間に転動自在に配設された複数の玉3と、両軌道面1a,2a間に複数の玉3を軸受の円周方向にわたって等配に保持する保持器4と、を備えている。
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Embodiments of a rolling member and a rolling device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a thrust ball bearing which is an embodiment of a rolling device according to the present invention, and FIG. 2 is a partially enlarged sectional view showing an enlarged portion A of FIG. is there.
1 includes an inner ring 1 having a raceway surface 1a, an outer ring 2 having a raceway surface 2a opposite to the raceway surface 1a, and a plurality of rolls disposed between both raceway surfaces 1a and 2a. A ball 3 and a cage 4 that holds a plurality of balls 3 between the raceway surfaces 1a and 2a evenly over the circumferential direction of the bearing are provided.

内輪1,外輪2,及び玉3は、炭素を0.5質量%以上1.2質量%以下、ケイ素を0.5質量%以上1.5質量%以下、マンガンを0.1質量%以上2質量%以下、クロムを1質量%以上2.5質量%以下含有し、残部が鉄及び不可避の不純物である鋼で構成されている。
さらに、内輪1の軌道面1a,外輪2の軌道面2a,及び玉3の転動面3aには、潤滑性を有し且つ等価弾性定数が100GPa以上240GPa以下であるダイヤモンドライクカーボン(DLC)層Dが設けられている。そして、このDLC層Dは、図2に示すように、Cr,W,Ti,Si,Ni,及びFeのうちの2種以上の金属からなる金属層Mと、前記金属及び炭素からなる複合層Fと、炭素からなるカーボン層Cと、の3層で構成されていて、該3層は表面側からカーボン層C,複合層F,金属層Mの順に形成されている。
Inner ring 1, outer ring 2, and ball 3 are carbon 0.5 mass% to 1.2 mass%, silicon 0.5 mass% to 1.5 mass%, manganese 0.1 mass% to 2 mass% It is made of steel containing 1% by mass or more and 2.5% by mass or less of chromium with the balance being iron and inevitable impurities.
Furthermore, a diamond-like carbon (DLC) layer having lubricity and an equivalent elastic constant of 100 GPa or more and 240 GPa or less is provided on the raceway surface 1a of the inner ring 1, the raceway surface 2a of the outer ring 2, and the rolling surface 3a of the ball 3. D is provided. As shown in FIG. 2, the DLC layer D includes a metal layer M made of two or more metals of Cr, W, Ti, Si, Ni, and Fe, and a composite layer made of the metal and carbon. F and a carbon layer C made of carbon are formed. The three layers are formed in the order of the carbon layer C, the composite layer F, and the metal layer M from the surface side.

次に、DLC層Dを形成する方法について、外輪2を例に説明する。
油分を脱脂した外輪2をアンバランスドマグネトロンスパッタリング装置(以降はUBMS装置と記す)に設置し、アルゴンプラズマによるスパッタリングを用いて、軌道面2aにボンバード処理を15分間施した。
そして、タングステン及びクロムをターゲットとして、軌道面2aにこの2種類の金属をスパッタリングして成膜し、金属層Mを形成した。次に、この2種類の金属のスパッタリングを続けながら、カーボンをターゲットとした炭素のスパッタリングを開始した。このようなスパッタリングによって、前記2種類の金属と炭素とが結合した金属カーバイドからなる複合層Fが、金属層Mの上に形成された。
Next, a method for forming the DLC layer D will be described using the outer ring 2 as an example.
The outer ring 2 from which the oil was degreased was placed in an unbalanced magnetron sputtering apparatus (hereinafter referred to as a UBMS apparatus), and bombarding was applied to the raceway surface 2a for 15 minutes using sputtering by argon plasma.
Then, using tungsten and chromium as targets, the two kinds of metals were sputtered onto the raceway surface 2a to form a metal layer M. Next, while continuing the sputtering of these two kinds of metals, the sputtering of carbon using carbon as a target was started. A composite layer F made of metal carbide in which the two kinds of metals and carbon were bonded was formed on the metal layer M by such sputtering.

さらに、前記2種類の金属のスパッタ効率を徐々に減少させながら、炭素のスパッタ効率を徐々に増加させた。そして、前記2種類の金属のスパッタリングを終了し、炭素のスパッタリングのみとして、複合層Fの上にカーボン層Cを形成した(DLC層D全体の厚さは2.2μm)。
このようなスパッタリングにより成膜を行えば、2種類の金属で構成された層(金属層M)から炭素で構成された層(カーボン層C)に向かって、層の組成が連続的に徐々に変化していくDLC層Dを形成することができる。このような構成のDLC層Dは、各層(金属層M,複合層F,及びカーボン層C)の間の密着性が非常に優れているとともに、潤滑性に優れたカーボン層Cと母材である鋼との密着性が非常に優れている。
Furthermore, the sputtering efficiency of carbon was gradually increased while gradually decreasing the sputtering efficiency of the two kinds of metals. Then, the sputtering of the two kinds of metals was finished, and the carbon layer C was formed on the composite layer F only for carbon sputtering (the thickness of the entire DLC layer D was 2.2 μm).
When film formation is performed by such sputtering, the composition of the layer gradually gradually increases from the layer composed of two kinds of metals (metal layer M) toward the layer composed of carbon (carbon layer C). A changing DLC layer D can be formed. The DLC layer D having such a structure is composed of a carbon layer C and a base material having excellent lubricity as well as excellent adhesion between each layer (metal layer M, composite layer F, and carbon layer C). Adhesion with certain steel is very good.

UBMS装置は、スパッタリングに用いるターゲットを複数装着でき、各ターゲットのスパッタ電源を独立に制御することにより、各成分のスパッタ効率を任意に制御することができるので、上記のような成膜に好適である。例えば、上記の場合の複合層F及びカーボン層Cを成膜する工程においては、金属ターゲットのスパッタ電源(DC電源)の電力を低減させながら、同時にカーボンターゲットのスパッタ電源(DC電源)の電力を増加させればよい(このとき、外輪2には負のバイアス電圧を印加する)。   The UBMS apparatus can be equipped with a plurality of targets used for sputtering, and can control the sputtering efficiency of each component arbitrarily by independently controlling the sputtering power source of each target. is there. For example, in the process of forming the composite layer F and the carbon layer C in the above case, the power of the sputtering power source (DC power source) of the carbon target is simultaneously reduced while the power of the sputtering power source (DC power source) of the metal target is reduced. (At this time, a negative bias voltage is applied to the outer ring 2).

DLC層の等価弾性定数は、外輪に印加するバイアス電圧を制御するか、又は導入するガスの分圧を制御することにより、変化させることができる。この導入するガス(アルゴン,水素,メタン等の炭化水素系ガス)の種類や分圧比を制御すれば、DLC層の等価弾性定数とともに表面の摺動抵抗を自在にコントロールすることが可能であるので、前記ガスを単独又は混合して導入することにより、目的にあった所望のDLC層を形成することができる。さらに、DLC層の厚さは、スパッタ時間により精度よく制御することができる。
ここで、グロー放電発光分析装置を使用して、DLC層Dを形成する元素を分析した結果を、図3の測定チャートに示す。チャートの横軸は表面からの深さを示し、0μmがDLC層の表面を意味している。また、縦軸は、その深さ位置における各元素の含有量を示している。
The equivalent elastic constant of the DLC layer can be changed by controlling the bias voltage applied to the outer ring or by controlling the partial pressure of the introduced gas. By controlling the type and partial pressure ratio of the introduced gas (hydrocarbon gas such as argon, hydrogen, methane, etc.), it is possible to freely control the sliding resistance of the surface as well as the equivalent elastic constant of the DLC layer. A desired DLC layer suitable for the purpose can be formed by introducing the gas alone or in combination. Furthermore, the thickness of the DLC layer can be accurately controlled by the sputtering time.
Here, the result of analyzing the elements forming the DLC layer D using a glow discharge emission spectrometer is shown in the measurement chart of FIG. The horizontal axis of the chart indicates the depth from the surface, and 0 μm means the surface of the DLC layer. Moreover, the vertical axis | shaft has shown content of each element in the depth position.

なお、アルゴンガスを使用した放電によって深さ方向の情報を得ているため、母材である鋼とDLC層Dとの界面において、各元素の含有量を示す曲線がブロードとなっている。また、鋼とDLC層Dとの界面が8000nm付近に位置していることから、このチャートからはDLC層Dの厚さは約8μmであることが読み取れるが、この分析法は直径2mmの円形部分について放電発光により分析するため、深さ方向の精度上約8μmとなって現れるものであって、実際のDLC層Dの厚さは2.2μmである。   In addition, since the information of the depth direction is obtained by the discharge using argon gas, the curve which shows content of each element is broad in the interface of steel and DLC layer D which are base materials. In addition, since the interface between the steel and the DLC layer D is located near 8000 nm, it can be seen from this chart that the thickness of the DLC layer D is about 8 μm. Therefore, the thickness of the actual DLC layer D is 2.2 μm.

なお、本実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。
例えば、本実施形態においては、非平衡型マグネトロンを用いたスパッタリングによりDLC層を成膜したが、パルスレーザーアーク蒸着法やプラズマCVD法等を用いることもできる。ただし、等価弾性定数及び塑性変形硬さ等を独立に制御することが容易な非平衡型マグネトロンを用いたスパッタリングが最も好適である。
In addition, this embodiment shows an example of this invention and this invention is not limited to this embodiment.
For example, in the present embodiment, the DLC layer is formed by sputtering using a non-equilibrium magnetron, but a pulsed laser arc deposition method, a plasma CVD method, or the like can also be used. However, sputtering using a non-equilibrium magnetron that can easily control the equivalent elastic constant, plastic deformation hardness, and the like is most preferable.

また、本実施形態においては、スラスト玉軸受を例示して説明したが、本発明の転動装置は様々な転がり軸受に対して適用することができる。例えば、深みぞ玉軸受,アンギュラ玉軸受,円筒ころ軸受,円すいころ軸受,針状ころ軸受,自動調心ころ軸受等のラジアル形の転がり軸受や、スラストころ軸受等のスラスト形の転がり軸受である。
さらに、本実施形態においては、転動装置として転がり軸受を例示して説明したが、本発明の転動装置は、他の様々な種類の転動装置に対して適用することができる。例えば、直動案内軸受,ボールねじ,直動ベアリング等の他の転動装置にも好適に適用可能である。
In the present embodiment, the thrust ball bearing has been described as an example, but the rolling device of the present invention can be applied to various rolling bearings. For example, radial type rolling bearings such as deep groove ball bearings, angular contact ball bearings, cylindrical roller bearings, tapered roller bearings, needle roller bearings, and self-aligning roller bearings, and thrust type rolling bearings such as thrust roller bearings .
Further, in the present embodiment, the rolling bearing is exemplified as the rolling device, but the rolling device of the present invention can be applied to various other types of rolling devices. For example, the present invention can be suitably applied to other rolling devices such as a linear motion guide bearing, a ball screw, and a linear motion bearing.

〔実施例〕
以下に、実施例を示して、本発明をさらに具体的に説明する。上記した図1のスラスト玉軸受とほぼ同様の構成の軸受において、母材である鋼の組成を種々変更した試験軸受を用意して(表1を参照)、軸受の寿命を評価する耐久試験を行った。
〔Example〕
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. In the bearing having the same configuration as the thrust ball bearing of FIG. 1 described above, a test bearing with various changes in the composition of steel as a base material is prepared (see Table 1), and a durability test for evaluating the life of the bearing is performed. went.

Figure 2007127263
Figure 2007127263

なお、鋼を各部材の形状に成形した後に、820〜860℃での焼入れ(加熱はRXガス中で行い、冷却は油冷である)と160〜320℃での焼戻しが施してある。このようなずぶ焼入れに限らず、浸炭処理や浸炭窒化処理を施してもよい。
また、DLC層は内輪及び外輪の軌道面のみに形成し、玉の転動面には形成しなかった。さらに、DLC層の厚さは2.2μmである。さらに、スラスト玉軸受の内輪及び外輪の寸法は内径25mm、外径52mm、厚さ18mmで、内輪及び外輪の軌道面の横断面形状は、玉の直径の54%の曲率半径を有する円弧状である。さらに、内外輪の軌道面間に配置した玉の数は6個であり、保持器は黄銅製である。
耐久試験の条件は、以下の通りである。
回転速度:3000min-1
荷重 :動定格荷重の45%(P/C=0.45)
周辺温度:室温(約28℃)
軸受温度:外輪(下側の軌道輪)の外径部分で100〜110℃
潤滑油 :40℃における動粘度が32mm2 /sのもの
In addition, after shaping | molding steel in the shape of each member, quenching (heating is performed in RX gas and cooling is oil cooling) and tempering at 160-320 degreeC are performed. It is not limited to such quenching, and carburizing or carbonitriding may be performed.
Further, the DLC layer was formed only on the raceway surfaces of the inner ring and the outer ring, and was not formed on the rolling surface of the balls. Furthermore, the thickness of the DLC layer is 2.2 μm. Furthermore, the inner and outer rings of the thrust ball bearing have an inner diameter of 25 mm, an outer diameter of 52 mm, and a thickness of 18 mm. is there. Furthermore, the number of balls arranged between the raceway surfaces of the inner and outer rings is six, and the cage is made of brass.
The conditions of the durability test are as follows.
Rotational speed: 3000min -1
Load: 45% of dynamic load rating (P / C = 0.45)
Ambient temperature: Room temperature (about 28 ° C)
Bearing temperature: 100 to 110 ° C. at the outer diameter of the outer ring (lower race)
Lubricating oil: Kinematic viscosity at 40 ° C. of 32 mm 2 / s

上記のような条件で試験軸受を回転させ、DLC層が損傷するか又は焼付きが生じるまでの時間を測定した。なお、DLC層の損傷は、以下のようにして判定した。振動数が初期の2倍になったら回転を中断し、DLC層の走行跡に金属光沢が見られるか実体顕微鏡で確認した。金属光沢が見られ、なおかつ電子線マイクロアナライザー(EPMA)を用いた分析により母材の成分(鉄)が検出された場合には、DLC層に損傷があると判定した。また、前記軸受温度が150℃になった場合に、焼付きが生じたと判定した。   The test bearing was rotated under the above conditions, and the time until the DLC layer was damaged or seizure occurred was measured. The damage of the DLC layer was determined as follows. When the frequency reached twice the initial value, the rotation was interrupted, and it was confirmed with a stereomicroscope whether a metallic luster was observed on the running trace of the DLC layer. When the metallic luster was observed and the component (iron) of the base material was detected by analysis using an electron beam microanalyzer (EPMA), it was determined that the DLC layer was damaged. Further, it was determined that seizure occurred when the bearing temperature reached 150 ° C.

1種の試験軸受につき10個ずつ耐久試験を行って、その平均値を寿命とした。結果を表1及び図4のグラフに示す。なお、表1及び図4のグラフに記載した寿命の数値は、比較例1の試験軸受の寿命を1とした場合の相対値で示してある。グラフから分かるように、実施例の軸受は、母材である鋼が0.5質量%以上1.5質量%以下のケイ素を含有しているので、鋼中のケイ素の含有量が前記範囲を外れている比較例の軸受よりも寿命が優れていた。
次に、別の実施例について説明する。前述した図1のスラスト玉軸受とほぼ同様の構成の軸受において、母材である鋼の組成を種々変更した試験軸受を用意して(表2を参照)、異物混入潤滑下での軸受の寿命を評価する耐久試験を行った。
Ten durability tests were performed for each type of test bearing, and the average value was defined as the life. The results are shown in Table 1 and the graph of FIG. In addition, the numerical value of the lifetime described in the graph of Table 1 and FIG. 4 is shown by the relative value when the lifetime of the test bearing of the comparative example 1 is set to 1. As can be seen from the graph, in the bearings of the examples, the steel as the base material contains silicon in an amount of 0.5% by mass or more and 1.5% by mass or less, and therefore the silicon content in the steel falls within the above range. The service life was superior to the bearing of the comparative example, which was off.
Next, another embodiment will be described. Test bearings with various changes in the composition of the base steel are prepared (see Table 2) for the bearings having the same structure as the thrust ball bearing shown in FIG. An endurance test was conducted to evaluate

Figure 2007127263
Figure 2007127263

なお、DLC層は玉の転動面のみに形成し、内輪及び外輪の軌道面には形成しなかった。また、DLC層の厚さは2.2μmである。さらに、スラスト玉軸受の内輪及び外輪の寸法は内径25mm、外径52mm、厚さ18mmで、内輪及び外輪の軌道面の横断面形状は、玉の直径の54%の曲率半径を有する円弧状である。さらに、内外輪の軌道面間に配置した玉の数は3個であり、保持器は黄銅製である。   The DLC layer was formed only on the rolling surface of the ball, and not on the raceway surfaces of the inner ring and the outer ring. The thickness of the DLC layer is 2.2 μm. Furthermore, the inner and outer rings of the thrust ball bearing have an inner diameter of 25 mm, an outer diameter of 52 mm, and a thickness of 18 mm, and the raceways of the inner and outer rings have an arc shape having a curvature radius of 54% of the ball diameter. is there. Further, the number of balls arranged between the raceway surfaces of the inner and outer rings is three, and the cage is made of brass.

ここで、DLC層を有する玉の製造方法について説明する。まず、ヘッダー加工,フラッシング加工,粗旋削加工により、鋼製の線材から素球を製造し、以下に示すような熱処理を施した。すなわち、RXガス,エンリッチガス,及びアンモニアガスの混合ガス雰囲気下で830℃で3時間浸炭窒化焼入れを施した後、160〜270℃で焼戻しを施した。このような浸炭窒化焼入れが施されているため、玉の表層部には5体積%以上20体積%以下の残留オーステナイトが存在する。   Here, the manufacturing method of the ball | bowl which has a DLC layer is demonstrated. First, an element ball was manufactured from a steel wire by header processing, flushing processing, and rough turning processing, and the following heat treatment was performed. That is, after carbonitriding and quenching at 830 ° C. for 3 hours in a mixed gas atmosphere of RX gas, enriched gas, and ammonia gas, tempering was performed at 160 to 270 ° C. Since such carbonitriding and quenching is performed, 5% by volume or more and 20% by volume or less of retained austenite exists in the surface layer portion of the ball.

なお、このような浸炭窒化焼入れに限らず、浸炭焼入れやずぶ焼入れを施してもよい。浸炭焼入れの一例としては、RXガス及びエンリッチガスの混合ガス雰囲気下で840℃で3時間浸炭焼入れを施した後、160〜320℃で焼戻しを施すという処理があげられる。また、ずぶ焼入れの一例としては、RXガス雰囲気下で840℃で0.5時間焼入れを施した後、160〜320℃で焼戻しを施すという処理があげられる。   In addition, it is not limited to such carbonitriding and quenching, and carburizing and quenching may be performed. As an example of carburizing and quenching, there is a process in which carburizing and quenching is performed at 840 ° C. for 3 hours in a mixed gas atmosphere of RX gas and enriched gas, and then tempering is performed at 160 to 320 ° C. Further, as an example of the so-called quenching, there is a process of quenching at 840 ° C. for 0.5 hours in an RX gas atmosphere and then tempering at 160 to 320 ° C.

上記のような熱処理を施したら、タンブラー処理(バレル処理)を施し、さらに150〜170℃で焼戻しを施した。そして、表面粗さRaが0.01μm以下となるまでラップ仕上げを施し、さらに前述と同様の処理を施して表面にDLC層を形成して完成球とした。
耐久試験の条件は、以下の通りである。
回転速度:1000min-1
荷重 :動定格荷重の45%(P/C=0.45)
周辺温度:室温
潤滑油 :ISO粘度グレードがISO VG68であるタービン油
ただし、潤滑油には、異物としてFe3 C系粉を300ppm混入してある。Fe3 C系粉の硬さはHRC52であり、粒径は74〜147μmである。
After the heat treatment as described above, tumbler treatment (barrel treatment) was performed, and tempering was further performed at 150 to 170 ° C. Then, lapping was performed until the surface roughness Ra became 0.01 μm or less, and the same treatment as described above was further performed to form a DLC layer on the surface to obtain a completed sphere.
The conditions of the durability test are as follows.
Rotational speed: 1000min -1
Load: 45% of dynamic load rating (P / C = 0.45)
Ambient temperature: Room temperature Lubricating oil: Turbine oil whose ISO viscosity grade is ISO VG68 However, the lubricating oil contains 300 ppm of Fe 3 C-based powder as foreign matter. The hardness of the Fe 3 C-based powder is HRC52, and the particle size is 74 to 147 μm.

上記のような条件で試験軸受を回転させ、DLC層が損傷するか又は焼付きが生じるまでの時間を測定した。なお、振動数が初期の5倍になったら、DLC層に損傷が生じたと判定した。また、軸受温度が150℃になった場合は、焼付きが生じたと判定した。
1種の試験軸受につき10個ずつ耐久試験を行って、その平均値を寿命とした。結果を表2及び図5のグラフに示す。なお、表2及び図5のグラフに記載した寿命の数値は、比較例11の試験軸受の寿命を1とした場合の相対値で示してある。
The test bearing was rotated under the above conditions, and the time until the DLC layer was damaged or seizure occurred was measured. In addition, when the frequency became 5 times the initial value, it was determined that the DLC layer was damaged. When the bearing temperature reached 150 ° C., it was determined that seizure occurred.
Ten durability tests were performed for each type of test bearing, and the average value was defined as the life. The results are shown in Table 2 and the graph of FIG. In addition, the numerical value of the lifetime described in the graph of Table 2 and FIG. 5 is shown by the relative value when the lifetime of the test bearing of the comparative example 11 is set to 1.

グラフから分かるように、実施例11〜22の軸受は、母材である鋼が0.5質量%以上1.5質量%以下のケイ素を含有しているので、鋼中のケイ素の含有量が前記範囲を外れている比較例13〜15の軸受よりも寿命が優れていた。
また、表2の実施例14〜19から分かるように、玉の転動面の残留オーステナイト量が5体積%以上20体積%以下である軸受は、異物混入潤滑下においても優れた耐久性を有しており、残留オーステナイト量が前記範囲外のものに比べて長寿命であった。
As can be seen from the graph, in the bearings of Examples 11 to 22, the steel as the base material contains 0.5 mass% or more and 1.5 mass% or less of silicon, so that the silicon content in the steel is high. The service life was superior to the bearings of Comparative Examples 13 to 15 outside the above range.
Further, as can be seen from Examples 14 to 19 in Table 2, bearings having a retained austenite amount on the rolling surface of the ball of 5% by volume or more and 20% by volume or less have excellent durability even under lubrication mixed with foreign matter. The amount of retained austenite was longer than that of the above range.

本発明に係る転動装置の一実施形態であるスラスト玉軸受の構成を示す縦断面図である。It is a longitudinal section showing the composition of the thrust ball bearing which is one embodiment of the rolling device concerning the present invention. 図1のA部分を拡大して示した部分拡大断面図である。It is the elements on larger scale which expanded and showed the A section of FIG. DLC層を形成する元素を分析した測定チャートである。It is the measurement chart which analyzed the element which forms a DLC layer. 鋼中のケイ素の含有量と軸受の寿命との相関を示すグラフである。It is a graph which shows the correlation with content of the silicon in steel, and the lifetime of a bearing. 鋼中のケイ素の含有量と異物混入潤滑下における軸受の寿命との相関を示すグラフである。It is a graph which shows the correlation with content of the silicon in steel, and the lifetime of the bearing under foreign material mixing lubrication.

符号の説明Explanation of symbols

1 内輪
1a 軌道面
2 外輪
2a 軌道面
3 玉
3a 転動面
D ダイヤモンドライクカーボン層
M 金属層
F 複合層
C カーボン層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Inner ring 1a Raceway surface 2 Outer ring 2a Raceway surface 3 Ball 3a Rolling surface D Diamond-like carbon layer M Metal layer F Composite layer C Carbon layer

Claims (5)

炭素を0.5質量%以上1.2質量%以下、ケイ素を0.5質量%以上1.5質量%以下、マンガンを0.1質量%以上2質量%以下、クロムを1質量%以上2.5質量%以下含有し、残部が鉄及び不可避の不純物である鋼で構成されるとともに、相手部材との間で相対的な転がり接触又はすべり接触が生じる転がり部材において、
前記相手部材との接触面に、潤滑性を有するダイヤモンドライクカーボン層を設け、
該ダイヤモンドライクカーボン層を、クロム,タングステン,チタン,ケイ素,ニッケル,及び鉄のうちの2種以上の金属からなる金属層と、前記金属及び炭素からなる複合層と、炭素からなるカーボン層と、の3層で構成し、
表面側から前記カーボン層,前記複合層,前記金属層の順に配したことを特徴とする転がり部材。
0.5% to 1.5% by mass of carbon, 0.5% to 1.5% by mass of silicon, 0.1% to 2% by mass of manganese, 1% to 2% of chromium In a rolling member containing 5% by mass or less, the balance being made of iron and steel, which is an inevitable impurity, and causing relative rolling contact or sliding contact with the counterpart member,
Provide a diamond-like carbon layer having lubricity on the contact surface with the counterpart member,
The diamond-like carbon layer includes a metal layer composed of two or more metals of chromium, tungsten, titanium, silicon, nickel, and iron, a composite layer composed of the metal and carbon, a carbon layer composed of carbon, It consists of three layers
A rolling member, wherein the carbon layer, the composite layer, and the metal layer are arranged in this order from the surface side.
前記複合層中の炭素の割合が、前記金属層側から前記カーボン層側に向かって増加していることを特徴とする請求項1に記載の転がり部材。   The rolling member according to claim 1, wherein a ratio of carbon in the composite layer increases from the metal layer side toward the carbon layer side. 前記ダイヤモンドライクカーボン層の等価弾性定数を100GPa以上240GPa以下としたことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の転がり部材。   The rolling member according to claim 1 or 2, wherein an equivalent elastic constant of the diamond-like carbon layer is 100 GPa or more and 240 GPa or less. 前記ダイヤモンドライクカーボン層は、非平衡型マグネトロンを用いたスパッタリングにより形成されたものであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の転がり部材。   The rolling member according to any one of claims 1 to 3, wherein the diamond-like carbon layer is formed by sputtering using a non-equilibrium magnetron. 外面に軌道面を有する内方部材と、該内方部材の軌道面に対向する軌道面を内面に有して前記内方部材の外側に配置された外方部材と、前記両軌道面間に転動自在に配置された転動体と、を備える転動装置において、前記内方部材,前記外方部材,及び前記転動体のうち少なくとも1つを、請求項1〜4のいずれか一項に記載の転がり部材としたことを特徴とする転動装置。   An inner member having a raceway surface on the outer surface, an outer member having a raceway surface facing the raceway surface of the inner member on the inner surface and disposed outside the inner member, and the two raceway surfaces In a rolling device provided with rolling elements arranged so that rolling is possible, at least one of the inner member, the outer member, and the rolling elements is given in any 1 paragraph of Claims 1-4. A rolling device characterized by being a rolling member as described.
JP2005351986A 2005-10-05 2005-12-06 Rolling member and rolling device Pending JP2007127263A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005351986A JP2007127263A (en) 2005-10-05 2005-12-06 Rolling member and rolling device

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005292716 2005-10-05
JP2005351986A JP2007127263A (en) 2005-10-05 2005-12-06 Rolling member and rolling device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2007127263A true JP2007127263A (en) 2007-05-24

Family

ID=38150074

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005351986A Pending JP2007127263A (en) 2005-10-05 2005-12-06 Rolling member and rolling device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2007127263A (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011068940A (en) * 2009-09-25 2011-04-07 Ntn Corp Method for depositing hard film, and hard film
JP2011068943A (en) * 2009-09-25 2011-04-07 Ntn Corp Method for depositing hard film, and hard film
JP2011068941A (en) * 2009-09-25 2011-04-07 Ntn Corp Method for depositing hard film, and hard film
JP2017179544A (en) * 2016-03-31 2017-10-05 Jfeスチール株式会社 Bearing steel

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011068940A (en) * 2009-09-25 2011-04-07 Ntn Corp Method for depositing hard film, and hard film
JP2011068943A (en) * 2009-09-25 2011-04-07 Ntn Corp Method for depositing hard film, and hard film
JP2011068941A (en) * 2009-09-25 2011-04-07 Ntn Corp Method for depositing hard film, and hard film
JP2017179544A (en) * 2016-03-31 2017-10-05 Jfeスチール株式会社 Bearing steel

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7172343B2 (en) Rolling sliding member and rolling apparatus
US9347491B2 (en) Hard film, hard film formed body, and rolling bearing
EP2554866A1 (en) Anti-friction bearing
JP2006322017A (en) Rolling bearing
JP2006348342A (en) Rolling supporter
US6530695B2 (en) Rolling bearing and method of making the same
JP5176378B2 (en) Rolling sliding member and rolling device using the same
JP2007155022A (en) Rolling device
JP2009133408A (en) Rolling slide member, and rolling device and pulley device using this member
US20100027933A1 (en) Needle bearing
JP2007127263A (en) Rolling member and rolling device
JP2008255399A (en) Rolling bearing
JP2004052997A (en) Rolling device and manufacturing method
JP2008151236A (en) Rolling bearing
JP2007120613A (en) Rolling sliding member and rolling device
JP2007327632A (en) Rolling sliding member and rolling device
JP4838455B2 (en) Rolling sliding member and rolling device
JP2008111462A (en) Rolling element and rolling device
JP2003013960A (en) High speed rolling bearing
JP2007327631A (en) Rolling sliding member and rolling device
JP2005337361A (en) Roller bearing
JP2005337362A (en) Full type roller bearing
JP2007056940A (en) Thrust needle roller bearing
JP2008151264A (en) Cage for roller bearing
WO2022230771A1 (en) Rolling bearing