JP2007291466A - Surface-treating method of metal, rolling-sliding member and rolling device - Google Patents

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努 佐藤
Shinji Fujita
慎治 藤田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a surface treating method of a metal with which the wear resistance can be improved by forming a high quality and toughness film on metal surfaces contacted with each other while receiving the surface pressures. <P>SOLUTION: On the metal surfaces contacted under state of mutually receiving the surface pressures in hypoid gears, a hardened layer having 0.1-200 μm thickness and ≥Hv600 hardness, is formed, respectively. In this hardened layer, a shot-peening treatment is performed by using a projection material having average grain diameter in the range of 3-150 μm and hardness of ≤0.8 times of the hardened layer. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は金属の表面処理方法、転がり摺動部材および転動装置に関し、特に、硬化層が形成された金属の表面をショットピーニング処理する方法に適用して好適なものである。   The present invention relates to a metal surface treatment method, a rolling sliding member, and a rolling device, and is particularly suitable for application to a method of performing shot peening treatment on a metal surface on which a hardened layer is formed.

一般に、転がり軸受、歯車、リニアガイド、ボールねじ等の転がり支持装置においては、その接触面に高い応力が繰り返しかかることから、これらの部材の構成材料には、硬い、負荷に対する耐性がある、疲労寿命が長い、滑りに対する耐摩耗性が良好である等の性質が要求される。
例えば、転がり軸受では、この部材の構成材料には、軸受鋼としては日本工業規格のSUJ2、ステンレス鋼としては日本工業規格のSUS440Cまたは13Cr系のマルテンサイト系ステンレス鋼、肌焼鋼としては日本工業規格のSCR420相当の鋼を焼入れあるいは浸炭または浸炭窒化処理したものが一般的に使用されている。そして、これらの材料は、疲労寿命等の必要な物性を確保するために、焼入れや焼戻しが施されて、硬さをHRC58〜64としたものが使用されている。
In general, in rolling support devices such as rolling bearings, gears, linear guides, and ball screws, high stress is repeatedly applied to the contact surfaces. Therefore, the constituent materials of these members are hard, resistant to loads, and fatigue. Properties such as long life and good wear resistance against sliding are required.
For example, in rolling bearings, the constituent materials of this member include Japanese Industrial Standard SUJ2 as bearing steel, Japanese Industrial Standard SUS440C or 13Cr martensitic stainless steel as stainless steel, and Japanese Industrial as case hardening steel. A steel obtained by quenching, carburizing or carbonitriding a standard SCR 420 equivalent steel is generally used. These materials are hardened or tempered to ensure necessary physical properties such as fatigue life, and have a hardness of HRC 58 to 64.

また、CO2の排出規制に伴うエンジンの燃費向上の観点から、高速回転時の回転効率を高めるための潤滑油の低粘度化とあいまって、高速回転時または希薄潤滑下における耐久性の向上が益々求められている。このため、転がり軸受、歯車、リニアガイド、ボールねじ等の転がり支持装置においては、耐摩耗性のより一層の向上が要求されている。
また、自動車用を始めとする各種エンジンには数多くのすべり軸受材が用いられるが、省エネルギー対策への社会的要請の高まりにつれ、すべり軸受のより一層の摩擦低減によるエネルギー効率の向上が求められている。
In addition, from the viewpoint of improving the fuel efficiency of the engine due to CO 2 emission regulations, combined with lowering the viscosity of the lubricating oil to increase the rotational efficiency at high speed rotation, it improves the durability at high speed rotation or under lean lubrication. It is increasingly demanded. For this reason, in rolling support devices such as rolling bearings, gears, linear guides, and ball screws, further improvement in wear resistance is required.
In addition, many types of sliding bearing materials are used in various engines including automobiles. As the social demand for energy saving measures increases, the improvement of energy efficiency by further reducing friction of sliding bearings is required. Yes.

すべり軸受では、一般的には軸が面で支持され、その面と軸とが相対的にすべり運動するため、すべり摩擦だけが生じる。このため、転がり軸受や歯車等とは異なり、潤滑性を有する軟質なSn等の金属、あるいはSn−Zn合金等が使用されている。従って、すべり軸受においても同様に、耐摩耗性のより一層の向上が要求されている。   In a slide bearing, generally, a shaft is supported by a surface, and the surface and the shaft make a relative sliding motion, so that only sliding friction occurs. For this reason, unlike rolling bearings and gears, soft metals such as Sn having lubricity, Sn—Zn alloys, and the like are used. Therefore, the sliding bearing is required to further improve the wear resistance.

耐摩耗性を向上させる方法として、例えば、転がり軸受であれば、ころ端面や案内つばの表面粗さを制御することで、両者の直接的な金属接触をできるだけ避けるようにする方法(特許文献1)、潤滑膜が破れ表面の直接的な接触が生じる場合には、耐焼付性や耐摩耗性を向上させる極圧添加剤として、モリブデンジアルキルジチオカーバメイト等を潤滑油に添加する方法(特許文献2)、あるいは電解放電加工にて規則的に配列された微小ピットを転動面または軌道面に形成することで、接触部に潤滑油を確保できるようにして潤滑特性を向上させ、耐摩耗性を向上させる方法(特許文献3)が開示されている。   As a method for improving the wear resistance, for example, in the case of a rolling bearing, by controlling the surface roughness of the roller end face and the guide collar, a direct metal contact between the two is avoided as much as possible (Patent Document 1). ) When the lubricating film is broken and direct contact with the surface occurs, a method of adding molybdenum dialkyldithiocarbamate or the like to the lubricating oil as an extreme pressure additive for improving seizure resistance and wear resistance (Patent Document 2) ), Or by forming minute pits regularly arranged on the rolling contact surface or raceway surface by electrolytic discharge machining, it is possible to secure lubricating oil at the contact portion and improve the lubrication characteristics, thereby improving the wear resistance. A method of improving (Patent Document 3) is disclosed.

一方、ダイヤモンドライクカーボンは、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、磁気ヘッドと磁気ディスクの表面に数十オングストロームのダイヤモンドライクカーボン膜を形成することにより、磁気ヘッドと磁気ディスクとの間の潤滑性を高め、磁気ディスクの表面を保護している。
On the other hand, diamond-like carbon 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, so that it has been conventionally used as a lubricating material. in use.
For example, in a magnetic disk unit, a diamond-like carbon film of several tens of angstroms is formed on the surface of the magnetic head and the magnetic disk, thereby improving the lubricity between the magnetic head and the magnetic disk and protecting the surface of the magnetic disk. is doing.

その一方で、上記のような特異な表面の性質から、ダイヤモンドライクカーボンは転がり摺動部材の新たな潤滑性材料として注目され、近年では軸受に潤滑性を付与するために利用されている。例えば、特許文献4には、転がり軸受において、軌道輪の軌道面や転動体の表面に金属を含有するダイヤモンドライクカーボン膜を形成することにより、接触応力を緩和する方法が開示されている。   On the other hand, diamond-like carbon has attracted attention as a new lubrication material for rolling and sliding members due to the unique surface properties as described above, and has recently been used to impart lubricity to bearings. For example, Patent Document 4 discloses a method for reducing contact stress by forming a diamond-like carbon film containing metal on the raceway surface of a raceway or the surface of a rolling element in a rolling bearing.

また、転がり軸受等の転動装置において、CVD法、プラズマCVD法、イオンビーム形成法、イオン化蒸着法、非平衡型マグネトロンスパッタリング法等によって、軌道輪の軌道面や転動体の表面にダイヤモンドライクカーボン膜を形成する方法が開示されている(特許文献5〜10)。
ここで、特許文献10に開示された方法では、繰り返し応力によるダイヤモンドライクカーボン膜の破損や母材からのダイヤモンドライクカーボン膜の剥離を生じにくくすることができ、転がり軸受等の転動装置において、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使用することができる。
In rolling devices such as rolling bearings, diamond-like carbon is applied to the raceway surface of the raceway and the surface of the rolling element by CVD, plasma CVD, ion beam forming, ionization deposition, non-equilibrium magnetron sputtering, etc. A method for forming a film is disclosed (Patent Documents 5 to 10).
Here, in the method disclosed in Patent Document 10, it is possible to make it difficult to cause breakage of the diamond-like carbon film due to repeated stress and peeling of the diamond-like carbon film from the base material, and in a rolling device such as a rolling bearing, It can also be used under conditions where a large contact stress acts and under no lubrication.

特開平10−196660号公報JP-A-10-196660 特公平5−79280号公報Japanese Patent Publication No. 5-79280 特開平5−240254号公報Japanese Patent Laid-Open No. 5-240254 国際公開WO99/14512号公報International Publication No. WO99 / 14512 特開平9−144764号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-147464 特開2000−136828号公報JP 2000-136828 A 特開2000−205277号公報JP 2000-205277 A 特開2000−205279号公報JP 2000-205279 A 特開2000−205280号公報JP 2000-205280 A 特開2003−56575号公報JP 2003-56575 A

しかしながら、特許文献1に開示された方法では、摺接面の中心線平均粗さσ1と、この摺接面が摺接する鍔部内側面の中心線平均粗さσ2との合成粗さ(σ1+σ21/2が0.09μmRa以下に設定される。このため、耐摩耗性に優れる可能性はあるが、摺接面を粗くすることによって、油膜パラメータΛの減少による軸受の短寿命化を招くという問題があった。 However, in the method disclosed in Patent Document 1, the center line average roughness σ 1 of the sliding contact surface and the combined roughness (σ of the center line average roughness σ 2 of the inner surface of the buttock where the sliding contact surface is in sliding contact (σ 1 + σ 2 ) 1/2 is set to 0.09 μmRa or less. For this reason, there is a possibility that the wear resistance is excellent, but there is a problem that the life of the bearing is shortened by reducing the oil film parameter Λ by roughening the sliding contact surface.

また、特許文献2に開示された方法では、潤滑が枯渇するような環境化においては、耐焼付性や耐摩耗性を向上させる極圧添加剤を潤滑油に添加した場合においても、金属接触が起きやすくなるため、極圧添加剤の効力が発揮されないという問題があった。
また、特許文献3に開示された方法では、ピット径は、電解液がジェット噴射されるノズル径に依存し、直径100μm程度に限定される上、ピット縁起点破壊が懸念されるとともに、加工に多大な時間を要し、大幅なコストアップが避けられないという問題があった。
Further, in the method disclosed in Patent Document 2, in an environment where lubrication is exhausted, even when an extreme pressure additive that improves seizure resistance and wear resistance is added to the lubricating oil, metal contact is not caused. Since it becomes easy to occur, there existed a problem that the effect of an extreme pressure additive was not exhibited.
In the method disclosed in Patent Document 3, the pit diameter depends on the nozzle diameter from which the electrolytic solution is jetted, and is limited to a diameter of about 100 μm. There was a problem that a great deal of time was required and a significant increase in cost was inevitable.

さらに、転がり軸受等の転動装置の軌道輪の軌道面や転動体の表面にダイヤモンドライクカーボン膜を形成する方法(特許文献5〜10)において、さらに大きな接触応力が作用するような条件下での使用を考えると、さらなる改良が望まれる。ここで、繰り返し応力によるダイヤモンドライクカーボン膜の破損や母材からのダイヤモンドライクカーボン膜の剥離の原因としては、以下の2点が考えられる。   Furthermore, in a method (Patent Documents 5 to 10) in which a diamond-like carbon film is formed on the raceway surface of a raceway of a rolling device such as a rolling bearing or the surface of a rolling element (Patent Documents 5 to 10), the conditions are such that a larger contact stress acts. Considering the use of, further improvements are desired. Here, the following two points can be considered as the causes of the damage of the diamond-like carbon film due to repeated stress and the peeling of the diamond-like carbon film from the base material.

1点目は、鋼とダイヤモンドライクカーボン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ダイヤモンドライクカーボン膜を構成する炭素とが結合して脆い金属カーバイドが生成されるため、金属中間層が脆性化し、ダイヤモンドライクカーボン膜が破損しやすくなる。特に、金属中間層が1種類の金属で構成される場合には、金属カーバイドの脆さが大きいため、ダイヤモンドライクカーボン膜の破損の要因になりやすい。   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 diamond-like carbon film. That is, since the metal constituting the metal intermediate layer and the carbon constituting the diamond-like carbon film are combined to produce brittle metal carbide, the metal intermediate layer becomes brittle and the diamond-like carbon film is easily damaged. In particular, when the metal intermediate layer is made of one kind of metal, the brittleness of the metal carbide is large, and therefore, the diamond-like carbon film is likely to be damaged.

2点目は、ダイヤモンドライクカーボン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。ダイヤモンドライクカーボン膜は硬く高弾性であるので、ステンレス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ると、両者の等価弾性定数の違いから、ダイヤモンドライクカーボン膜が母材の変形に追従することができず、ダイヤモンドライクカーボン膜が破損する場合がある。   The second problem is that the diamond-like carbon film has a property of being hardly deformed even when stress is applied. Since the diamond-like carbon film is hard and highly elastic, if it is coated with a metal material with a small equivalent elastic constant such as stainless steel or bearing steel, the diamond-like carbon film becomes The diamond-like carbon film may not be able to follow the deformation and may be damaged.

また、母材とダイヤモンドライクカーボン膜との界面における密着力が不十分であると、ダイヤモンドライクカーボン膜全体が母材から剥離する恐れもある。
そこで、本発明の第1の目的は、面圧を受けて相互に接触する金属表面に高質で強靭な被膜を形成し、耐磨耗性を向上させることが可能な金属の表面処理方法を提供することである。
また、本発明の第2の目的は、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な転がり摺動部材および転動装置を提供することである。
Further, if the adhesion at the interface between the base material and the diamond-like carbon film is insufficient, the entire diamond-like carbon film may be peeled off from the base material.
Therefore, a first object of the present invention is to provide a metal surface treatment method capable of forming a high-quality and tough film on metal surfaces that are in contact with each other under surface pressure and improving wear resistance. Is to provide.
A second object of the present invention is to provide a rolling sliding member and a rolling device that can be suitably used under conditions where a large contact stress acts or under no lubrication.

上述した課題を解決するために、請求項1記載の金属の表面処理方法によれば、相互に面圧を受けた状態で接触する金属表面に、厚さが0.1μm以上200μm以下で、硬さがHv600以上の硬化層を形成する工程と、平均粒径が3〜150μmの範囲内で、硬さが前記硬化層の0.8倍以下の投射材を前記硬化層の表面に投射する工程とを備えることを特徴とする。   In order to solve the above-described problem, according to the metal surface treatment method of claim 1, the metal surfaces that are in contact with each other in a state of being subjected to surface pressure have a thickness of 0.1 μm or more and 200 μm or less, and are hard. A step of forming a hardened layer having a thickness of Hv600 or more, and a step of projecting a projection material having an average particle diameter of 3 to 150 μm and a hardness of 0.8 times or less that of the hardened layer onto the surface of the hardened layer It is characterized by providing.

これにより、金属表面に形成された硬化層に圧縮残留応力を付与することができる。このため、面圧を受けて相互に接触する金属表面に高質で密着性に優れた強靭な被膜を形成することができ、転がり軸受、歯車、リニアガイド、ボールねじ等の耐磨耗性を向上させることが可能となる。
ここで、投射材の平均粒径は、硬化層に付与される圧縮残留応力の深さおよび大きさに大きな影響を及ぼし、投射材の平均粒径が3μmより小さいと、硬化層の極表層部にしか圧縮残留応力が発生しない上に、圧縮残留応力の大きさも小さくなり、硬化層の強靭化を図ることができなくなる。
Thereby, compressive residual stress can be provided to the hardened layer formed on the metal surface. For this reason, it is possible to form a high-quality, strong adhesive film on the metal surfaces that are in contact with each other under surface pressure, and to improve the wear resistance of rolling bearings, gears, linear guides, ball screws, etc. It becomes possible to improve.
Here, the average particle diameter of the projection material greatly affects the depth and magnitude of the compressive residual stress applied to the hardened layer. If the average particle diameter of the projection material is smaller than 3 μm, the extreme surface layer portion of the hardened layer. In addition to the fact that compressive residual stress is generated, the magnitude of the compressive residual stress is reduced, and the hardened layer cannot be strengthened.

一方、投射材の平均粒径が150μmを超えると、圧縮残留応力が深さ方向に深く入りすぎ、硬化層を超えて母材に発生することから、母材の脆性化を引き起こし、疲労寿命が短くなる。
また、投射材の硬さが硬化層の0.8倍を越えると、投射材を硬化層に投射させた時に硬化層が削られて脱落する恐れがある。なお、短時間で確実に硬化層を強靭化させるためには、投射材の硬さは硬化層の硬さの1/5以上とすることが好ましい。
On the other hand, if the average particle size of the projection material exceeds 150 μm, the compressive residual stress enters the depth direction too deep and occurs in the base material beyond the hardened layer, causing brittleness of the base material and fatigue life. Shorter.
If the hardness of the projection material exceeds 0.8 times that of the cured layer, the cured layer may be scraped off when the projection material is projected onto the cured layer. In addition, in order to ensure toughening of a hardened layer in a short time, it is preferable that the hardness of a projection material shall be 1/5 or more of the hardness of a hardened layer.

また、請求項2記載の金属の表面処理方法によれば、前記投射材の投射速度は50m/sec以上であることを特徴とする。
これにより、十分な衝突エネルギーを発生させながら、投射材を硬化層の表面に投射することができ、硬化層の奥深くまで圧縮残留応力を付与することが可能となるとともに、硬化層と母材との拡散を促進することができる。このため、面圧を受けて相互に接触する金属表面に強固な被膜を形成することができ、耐磨耗性に優れた金属の表面処理方法を提供することができる。
なお、硬化層と母材との拡散を促進するためには、ショットピーニング処理を室温温度以上、硬化層および母材が焼きなまされない温度以下で行うのが好ましい。例えば、鋼鉄材料ならば、焼き戻し温度以下とするのがよい。
The metal surface treatment method according to claim 2 is characterized in that the projection speed of the projection material is 50 m / sec or more.
Thereby, while generating sufficient collision energy, the projection material can be projected onto the surface of the cured layer, and it is possible to apply compressive residual stress to the depth of the cured layer, and the cured layer and the base material. Can be promoted. For this reason, a strong coating can be formed on the metal surfaces that are in contact with each other under surface pressure, and a metal surface treatment method having excellent wear resistance can be provided.
In order to promote diffusion between the hardened layer and the base material, it is preferable to perform the shot peening process at a room temperature or higher and a temperature at which the hardened layer and the base material are not annealed. For example, in the case of a steel material, the tempering temperature is preferably set below.

また、請求項3記載の金属の表面処理方法によれば、前記投射材の投射圧力は0.1MPa以上であることを特徴とする。
これにより、硬化層と母材との界面に拡散結合を起させることができ、密着性および耐磨耗性に優れた金属の表面処理方法を提供することができる。
According to the metal surface treatment method of the third aspect, the projection pressure of the projection material is 0.1 MPa or more.
Thereby, diffusion bonding can be caused at the interface between the hardened layer and the base material, and a metal surface treatment method having excellent adhesion and wear resistance can be provided.

また、請求項4記載の金属の表面処理方法によれば、前記投射材は、亜鉛、錫、銅、アルミニウム、ニッケルまたはチタンからなる軟質材料、亜鉛合金、錫合金または銅合金からなる軟質合金、PTFE、ナイロン、ポリカーボネートまたはポリプラスからなる樹脂系材料、ウォルナッツ(クルミ殻)、アプリコット(杏の種)、ピーチ(桃の種)樹脂系材料、ガラスビーズ、SiC、ジルコニアまたは鋼からなる硬質材料から選択されることを特徴とする。
これにより、投射速度や投射圧力に応じて最適な投射材を選択することができ、密着性および耐磨耗性に優れた金属の表面処理方法を提供することができる。
According to the metal surface treatment method of claim 4, the projecting material is a soft material made of zinc, tin, copper, aluminum, nickel or titanium, a soft alloy made of zinc alloy, tin alloy or copper alloy, Resin material made of PTFE, nylon, polycarbonate or polyplus, walnut (walnut shell), apricot (apricot seed), peach (peach seed) resin material, glass beads, SiC, zirconia or hard material made of steel It is selected.
Thereby, the optimal projection material can be selected according to a projection speed and a projection pressure, and the metal surface treatment method excellent in adhesiveness and abrasion resistance can be provided.

また、請求項5記載の転がり摺動部材によれば、相手部材との間で相対的な転がり接触またはすべり接触が生じる接触面にダイヤモンドライクカーボン層が被覆された鋼製の母材からなる転がり摺動部材において、前記ダイヤモンドライクカーボン層は、表面側から炭素からなるカーボン層、タングステンあるいはシリコンおよび炭素からなる複合層、タングステンあるいはシリコンからなる単層、タングステンあるいはシリコンおよびクロムからなる複合金属層、クロムからなる金属層の5層構造を備え、前記ダイヤモンドライクカーボン層の等価弾性定数は100GPa以上240GPa以下であり、前記ダイヤモンドライクカーボン層が被覆された接触面には、0.05MPa以上0.6MPa以下の投射圧力でショットピーニング処理が施され、前記ダイヤモンドライクカーボン層が被覆された接触面の表面粗さRaは0.03μm以上0.2μm以下であることを特徴とする。   Further, according to the rolling sliding member of claim 5, the rolling is made of a steel base material in which a diamond-like carbon layer is coated on a contact surface where relative rolling contact or sliding contact occurs with the counterpart member. In the sliding member, the diamond-like carbon layer includes a carbon layer made of carbon from the surface side, a composite layer made of tungsten or silicon and carbon, a single layer made of tungsten or silicon, a composite metal layer made of tungsten, silicon and chromium, It has a five-layer structure of a metal layer made of chromium, the equivalent elastic constant of the diamond-like carbon layer is 100 GPa or more and 240 GPa or less, and the contact surface coated with the diamond-like carbon layer is 0.05 MPa or more and 0.6 MPa Shot peening at the following projection pressures Is applied, the surface roughness Ra of the contact surface on which the diamond-like carbon layer is coated is characterized by at 0.2μm or less than 0.03 .mu.m.

これにより、鋼製の母材とダイヤモンドライクカーボン層との間に介在された中間金属層を複数の金属で構成することができ、ダイヤモンドライクカーボン膜を構成する炭素と金属とが結合して金属カーバイドが生成された場合においても、金属カーバイドの脆性化を抑制することが可能となるとともに、ダイヤモンドライクカーボン層の表層部に圧縮残留応力を付与した上で、ダイヤモンドライクカーボン層の等価弾性定数を母材よりも小さくすることができる。   As a result, the intermediate metal layer interposed between the steel base material and the diamond-like carbon layer can be composed of a plurality of metals, and the carbon and metal constituting the diamond-like carbon film are combined to form a metal. Even when carbide is generated, it becomes possible to suppress the brittleness of the metal carbide, and after applying compressive residual stress to the surface layer portion of the diamond-like carbon layer, the equivalent elastic constant of the diamond-like carbon layer is set. It can be made smaller than the base material.

このため、密着性に優れた高質で強靭なダイヤモンドライクカーボン層を鋼製の母材の表面に形成することが可能となるとともに、ダイヤモンドライクカーボン層が母材の変形に追従することが可能となり、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、ダイヤモンドライクカーボン層の破損や剥離を防止することが可能になることから、転がり軸受、歯車、リニアガイド、ボールねじ等にダイヤモンドライクカーボン層を好適に使用することが可能となる。   For this reason, it is possible to form a high-quality and tough diamond-like carbon layer with excellent adhesion on the surface of a steel base material, and the diamond-like carbon layer can follow the deformation of the base material. Therefore, it is possible to prevent the diamond-like carbon layer from being damaged or peeled off even under conditions where large contact stress is applied or under non-lubricated conditions, so it can be used for rolling bearings, gears, linear guides, ball screws, etc. A diamond-like carbon layer can be suitably used.

ここで、接触面の粗さが粗すぎると、相手部材との間で相対的な転がり接触またはすべり接触が生じた時に音響面で問題となることから、表面粗さRaは0.2μm以下とするとともに、ダイヤモンドライクカーボン層の成膜能力を考慮して表面粗さRaは0.03μm以上とした。
また、ダイヤモンドライクカーボン層にて被覆された接触面のショットピーニング処理を施すことにより、ダイヤモンドライクカーボン層の表層部に圧縮残留応力を付与することができ、ダイヤモンドライクカーボン層の剥離を抑制することができる。ここで、ショットピーニング処理の投射圧力を0.05MPa以上0.6MPa以下とすることにより、ショットピーニング処理時にダイヤモンドライクカーボン層が剥離することを防止しつつ、ダイヤモンドライクカーボン層の表層部に有効に圧縮残留応力を付与することができる。
Here, if the roughness of the contact surface is too rough, there will be a problem with the acoustic surface when relative rolling contact or sliding contact with the counterpart member occurs, so the surface roughness Ra is 0.2 μm or less. In addition, the surface roughness Ra was set to 0.03 μm or more in consideration of the film-forming ability of the diamond-like carbon layer.
In addition, by applying shot peening treatment on the contact surface covered with the diamond-like carbon layer, compressive residual stress can be applied to the surface portion of the diamond-like carbon layer, and peeling of the diamond-like carbon layer can be suppressed. Can do. Here, by setting the projection pressure of the shot peening treatment to 0.05 MPa or more and 0.6 MPa or less, it is effective for the surface layer portion of the diamond-like carbon layer while preventing the diamond-like carbon layer from peeling off during the shot peening treatment. Compressive residual stress can be applied.

また、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以下に設定することにより、ダイヤモンドライクカーボン層の等価弾性定数を母材よりも小さくすることができ、繰り返し応力が作用した際にダイヤモンドライクカーボン層が変形することが可能となる。このため、ダイヤモンドライクカーボン層が母材の変形に追従することが可能となり、ダイヤモンドライクカーボン層の破損を抑制することが可能となる。   In addition, by setting the equivalent elastic constant of the diamond-like carbon layer to 100 GPa or more and 240 GPa or less, the equivalent elastic constant of the diamond-like carbon layer can be made smaller than that of the base material, and diamond-like carbon when repeated stress is applied. The layer can be deformed. For this reason, the diamond-like carbon layer can follow the deformation of the base material, and damage to the diamond-like carbon layer can be suppressed.

ここで、ダイヤモンドライクカーボン層の等価弾性定数が240GPaを超えると、ダイヤモンドライクカーボン層の等価弾性定数が母材よりも大きくなることから、繰り返し応力が作用した際にダイヤモンドライクカーボン層が母材の変形に追従することが困難となり、ダイヤモンドライクカーボン層が破損しやすくなる。一方、ダイヤモンドライクカーボン層の等価弾性定数が100Pa未満になると、ダイヤモンドライクカーボン層の硬さが低くなることから、ダイヤモンドライクカーボン層の耐磨耗性が劣化する。   Here, when the equivalent elastic constant of the diamond-like carbon layer exceeds 240 GPa, the equivalent elastic constant of the diamond-like carbon layer becomes larger than that of the base material. It becomes difficult to follow the deformation, and the diamond-like carbon layer is easily damaged. On the other hand, when the equivalent elastic constant of the diamond-like carbon layer is less than 100 Pa, the hardness of the diamond-like carbon layer is lowered, so that the wear resistance of the diamond-like carbon layer is deteriorated.

また、請求項6記載の転がり摺動部材によれば、前記ショットピーニング処理に用いられる投射材の硬さはHv450以下であることを特徴とする。
これにより、ダイヤモンドライクカーボン層を母材の変形に追従させることを可能としつつ、ダイヤモンドライクカーボン層の表層部に圧縮残留応力を有意に付与することができる。ここで、投射材の硬さがHv450を越えると、金属層および複合金属層の加工硬化が進み、繰り返し応力が作用した際にダイヤモンドライクカーボン層が母材の変形に追従することが困難となることから、ダイヤモンドライクカーボン層が破損しやすくなる。
Moreover, according to the rolling sliding member of Claim 6, the hardness of the projection material used for the said shot peening process is Hv450 or less, It is characterized by the above-mentioned.
Thereby, compressive residual stress can be significantly given to the surface layer portion of the diamond-like carbon layer while allowing the diamond-like carbon layer to follow the deformation of the base material. Here, when the hardness of the projection material exceeds Hv450, the work hardening of the metal layer and the composite metal layer proceeds, and it becomes difficult for the diamond-like carbon layer to follow the deformation of the base material when repeated stress is applied. For this reason, the diamond-like carbon layer is easily damaged.

また、請求項7記載の転がり摺動部材によれば、前記複合層中の炭素の割合が表面側に向かって徐々に増加していることを特徴とする。
これにより、母材側の炭素の割合を低くすることができ、ダイヤモンドライクカーボン層と鋼製の母材との密着性を向上させることができる。
また、請求項8記載の転がり摺動部材によれば、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スパッタリング法にて形成されていることを特徴とする。
これにより、皮膜形成中に母材に照射されるイオン量を増大させることができ、高質で強靭なダイヤモンドライクカーボン層を母材の表面に形成することができる。
Moreover, according to the rolling sliding member of Claim 7, the ratio of the carbon in the said composite layer is increasing gradually toward the surface side.
Thereby, the ratio of carbon on the base material side can be reduced, and the adhesion between the diamond-like carbon layer and the steel base material can be improved.
In the rolling sliding member according to claim 8, the diamond-like carbon layer is formed by a nonequilibrium magnetron sputtering method.
Thereby, the amount of ions irradiated to the base material during film formation can be increased, and a high-quality and tough diamond-like carbon layer can be formed on the surface of the base material.

また、請求項9記載の転動装置によれば、第1軌道面を有する第1部材と、前記第1軌道面に対向配置された第2軌道面を有する第2部材と、前記第1軌道面と前記第2軌道面との間に転動自在に配置された転動体とを備え、前記第1部材、前記第2部材および前記転動体のうちのいずれか少なくとも1つが請求項5から8のいずれか1項記載の転がり摺動部材にて形成されていることを特徴とする。   According to the rolling device of claim 9, the first member having the first raceway surface, the second member having the second raceway surface disposed opposite to the first raceway surface, and the first raceway. A rolling element that is freely rollable between a surface and the second raceway surface, and at least one of the first member, the second member, and the rolling element is at least one of claims 5 to 8. It is formed with the rolling sliding member of any one of these.

これにより、密着性に優れた高質で強靭なダイヤモンドライクカーボン層にて、転動装置を構成する転がり摺動部材を被覆することができ、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、ダイヤモンドライクカーボン層の破損や剥離を防止することが可能になることから、転がり軸受、歯車、リニアガイド、ボールねじ等の長寿命化を図ることができる。   This makes it possible to cover a rolling sliding member that constitutes a rolling device with a high-quality and tough diamond-like carbon layer having excellent adhesion, and under conditions where no large contact stress acts or no lubrication. Even underneath, the diamond-like carbon layer can be prevented from being damaged or peeled off, so that the life of rolling bearings, gears, linear guides, ball screws, etc. can be extended.

以下、本発明の実施形態に係る金属の表面処理方法について図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係るハイポイド歯車の概略構成を示す斜視図である。
図1において、ハイポイド歯車には、ハイポイドピニオン歯車11およびハイポイドリング歯車12が設けられている。そして、ハイポイドピニオン歯車11には駆動側回転軸10が設けられるとともに、ハイポイドリング歯車12には不図示の被駆動側回転軸が設けられ、ハイポイドピニオン歯車11とハイポイドリング歯車12とは噛み合って歯車対が構成されている。
Hereinafter, a metal surface treatment method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a hypoid gear according to an embodiment of the present invention.
In FIG. 1, the hypoid gear is provided with a hypoid pinion gear 11 and a hypoid ring gear 12. The hypoid pinion gear 11 is provided with a drive side rotary shaft 10, and the hypoid ring gear 12 is provided with a driven side rotary shaft (not shown). The hypoid pinion gear 11 and the hypoid ring gear 12 mesh with each other. Pairs are configured.

ここで、ハイポイドピニオン歯車11の回転中心軸O1と、ハイポイドリング歯車12回転中心軸O2とは、偏心量Eだけずれて互いに直角となっており、回転中心軸O1、O2sが相互に交わることなくかつ平行になることもなく、動力伝達時の歯面の滑り量が、平歯車や傘歯車の歯面に比べて大きくなっている。
そして、例えば、ハイポイド歯車が車両の動力伝達装置に使用される場合、駆動側回転軸10は変速機出力軸に連結され、ハイポイドリング歯車12はデファレンシャルのケース取り付けられる。
Here, the rotation center axis O1 of the hypoid pinion gear 11 and the hypoid ring gear 12 rotation center axis O2 are shifted by an eccentric amount E and are perpendicular to each other, so that the rotation center axes O1 and O2s do not intersect each other. In addition, the amount of slippage of the tooth surface during power transmission is larger than that of the spur gear or the bevel gear.
For example, when a hypoid gear is used in a vehicle power transmission device, the drive-side rotary shaft 10 is connected to a transmission output shaft, and the hypoid ring gear 12 is attached to a differential case.

ここで、ハイポイド歯車の相互に面圧を受けた状態で接触する金属表面には、厚さが0.1μm以上200μm以下で、硬さがHv600以上の硬化層を形成することができる。そして、この硬化層には、平均粒径が3〜150μmの範囲内で、硬さが硬化層の0.8倍以下の投射材を用いてショットピーニング処理を行うことができる。
これにより、金属表面に形成された硬化層に圧縮残留応力を付与することが可能となるとともに、硬化層に付与される圧縮残留応力の深さおよび大きさを適正化することが可能となることから、面圧を受けて相互に接触する金属表面に高質で密着性に優れた強靭な被膜を形成することが可能となり、ハイポイド歯車の耐磨耗性を向上させることが可能となる。
Here, a hardened layer having a thickness of 0.1 μm or more and 200 μm or less and a hardness of Hv600 or more can be formed on the metal surfaces that are in contact with each other in the state where the hypoid gears are subjected to surface pressure. The hardened layer can be subjected to shot peening using a projection material having an average particle diameter of 3 to 150 μm and a hardness of 0.8 times or less that of the hardened layer.
As a result, compressive residual stress can be applied to the hardened layer formed on the metal surface, and the depth and size of the compressive residual stress applied to the hardened layer can be optimized. Therefore, it is possible to form a high-quality and tough coating with excellent adhesion on the metal surfaces that are in contact with each other by receiving the surface pressure, and it is possible to improve the wear resistance of the hypoid gear.

図2は、本発明の一実施形態に係る金属の表面処理工程を示す断面図である。
図2(a)において、金属素地21を用意する。ここで、表面処理工程を歯車に行う場合、歯切り工程において金属素地21となる鋼に歯車を形成してもよい。なお、歯切り工程では、ホブ盤を用いたホブ切り、あるいはピニオンカッタとラックカッタを用いた歯切りにて切削加工することができる。ホブ切りは、ホブと歯車素材との相対運動によって歯車を削り出すようにした創生歯切り法である。ホブは、円筒面上にラックの歯形をした切れ刃がねじ状に形成された工具で、このホブの回転とともに一定の比率で歯車素材を回転させながら、ホブを歯車軸方向に送ることにより、歯車の創生歯切りを行うことができる。
なお、歯車のうち歯筋がねじれた曲線となっているハイポイド歯車は、環状カッタを用いた創生歯切りや、円錐ホブを用いた創生歯切りにて創生歯切り加工をすることができる。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a metal surface treatment process according to an embodiment of the present invention.
In FIG. 2A, a metal substrate 21 is prepared. Here, when performing a surface treatment process to a gear, you may form a gear in steel used as the metal base 21 in a gear cutting process. In the gear cutting step, cutting can be performed by hobbing using a hobbing machine or gear cutting using a pinion cutter and a rack cutter. Hobbing is a wound cutting method in which gears are cut out by relative movement between the hob and the gear material. The hob is a tool in which a cutting blade with a rack tooth shape is formed in a screw shape on the cylindrical surface, and by rotating the gear material at a constant ratio with the rotation of the hob, by sending the hob in the gear axis direction, It is possible to perform gear generation.
Of the gears, hypoid gears with curved tooth traces can be created by cutting teeth using a circular cutter or by cutting teeth using a conical hob. it can.

次に、図2(b)に示すように、金属素地21の表面に硬化層22を形成する。金属素地21の表面に硬化層22を形成する方法としては、浸炭処理などの熱処理を行うことができ、歯車素材に浸炭処理を行った場合には、歯車素材の鋼の炭素含有率が増加し、歯車の表面に硬化層を形成することができる。
なお、浸炭処理以外の硬化処理としては、例えば、浸炭窒化や窒化などの熱処理、硬質Crメッキ、CrN、TiN、TiCNなどが施された表面処理、溶射、ダイヤモンドライクカーボンなどが施された表面処理を挙げることができるが、優れた低摩擦性および低磨耗性が得られることから、硬化層22としてはダイヤモンドライクカーボンが最も好ましい。また、必要に応じて、研磨加工であるラッピングやホーニングまたは切削加工であるシービングなどの表面仕上げを行うことにより、歯面を平坦に仕上げ加工してもよい。また、硬化層22を形成した後に研磨加工を行う場合には、必要に応じて硬化層22の形成前の研磨加工を省略するようにしてもよい。
Next, as shown in FIG. 2B, a hardened layer 22 is formed on the surface of the metal substrate 21. As a method of forming the hardened layer 22 on the surface of the metal substrate 21, a heat treatment such as a carburizing process can be performed. When the gear material is carburized, the carbon content of the steel of the gear material increases. A hardened layer can be formed on the surface of the gear.
As the hardening treatment other than the carburizing treatment, for example, heat treatment such as carbonitriding and nitriding, surface treatment with hard Cr plating, CrN, TiN, TiCN, etc., thermal treatment, surface treatment with diamond-like carbon, etc. However, diamond-like carbon is most preferable as the hardened layer 22 because excellent low friction and low wear can be obtained. Further, if necessary, the tooth surface may be finished flat by performing a surface finish such as lapping or honing that is a polishing process or a sheaving that is a cutting process. In addition, when the polishing process is performed after the hardened layer 22 is formed, the polishing process before the formation of the hardened layer 22 may be omitted as necessary.

ここで、金属素地21の表面に硬化層22を形成する場合、硬化層22の硬さがHv600以上であることが好ましい。また、硬化層22の厚さWが0.1μm以上200μm以下であることが好ましく、特に、表層から深さ方向に均一に硬さが減少するように勾配を持つ硬化層22では、Hv600以下となるのが深さ方向で200μmを超えてはならない。   Here, when the hardened layer 22 is formed on the surface of the metal substrate 21, the hardness of the hardened layer 22 is preferably Hv600 or more. Further, the thickness W of the cured layer 22 is preferably 0.1 μm or more and 200 μm or less. In particular, in the cured layer 22 having a gradient so that the hardness decreases uniformly in the depth direction from the surface layer, the Hv is 600 or less. It must not exceed 200 μm in the depth direction.

次に、図2(c)に示すように、投射材23を硬化層22の表面に投射することにより、硬化層22のショットピーニング処理を行う。ここで、投射材23の平均粒径Rは3〜150μmの範囲内で、投射材23の硬さは硬化層22の0.8倍以下とするのが好ましい。また、投射材23の投射速度は50m/sec以上、投射材23の投射圧力は0.1MPa以上であることが好ましい。   Next, as shown in FIG. 2C, the shot peening process of the hardened layer 22 is performed by projecting the projection material 23 onto the surface of the hardened layer 22. Here, the average particle diameter R of the projection material 23 is preferably within a range of 3 to 150 μm, and the hardness of the projection material 23 is preferably 0.8 times or less that of the hardened layer 22. Moreover, it is preferable that the projection speed of the projection material 23 is 50 m / sec or more, and the projection pressure of the projection material 23 is 0.1 MPa or more.

これにより、金属素地21の表面に形成された硬化層22に圧縮残留応力を付与することができ、面圧を受けて相互に接触する金属表面に高質で密着性に優れた強靭な被膜を形成することが可能となることから、転がり軸受、歯車、リニアガイド、ボールねじ等の耐磨耗性を向上させることが可能となる。
実施例として、SCM435製のギアの表面に浸炭窒化(930℃で5時間処理を行った後、焼入れ焼戻しを行うことで、HRC60以上となるように調整した。)を施し、研磨加工を行った後、ダイヤモンドライクカーボンを形成した。
As a result, compressive residual stress can be applied to the hardened layer 22 formed on the surface of the metal substrate 21, and a high-quality and strong adhesive film can be applied to the metal surfaces that are in contact with each other under surface pressure. Since it becomes possible to form, it becomes possible to improve abrasion resistance, such as a rolling bearing, a gearwheel, a linear guide, a ball screw.
As an example, carbonitriding (adjusted to be HRC60 or higher by performing quenching and tempering after performing treatment at 930 ° C. for 5 hours) was performed on the surface of the gear made of SCM435, and polishing was performed. Later, diamond-like carbon was formed.

ここで、ダイヤモンドライクカーボンは、表面側から炭素からなるカーボン層、タングステンあるいはシリコンおよび炭素からなる複合層、タングステン、シリコン、チタニウムあるいはモリブデンのうちの一つからなる中間層、ングステン、シリコン、チタニウムあるいはモリブデンのうちの一つとクロムからなる複合金属層、クロムからなる金属層の5層構造を備えていることが好ましい。   Here, the diamond-like carbon is a carbon layer made of carbon from the surface side, a composite layer made of tungsten or silicon and carbon, an intermediate layer made of tungsten, silicon, titanium, or molybdenum, tungsten, silicon, titanium or It is preferable to have a five-layer structure of a composite metal layer made of chromium and one of molybdenum and a metal layer made of chromium.

そして、ダイヤモンドライクカーボンにて被覆されている部分は、摩擦係数が0.3以下であることが好ましく、ダイヤモンドライクカーボン層の等価弾性定数は100GPa以上240GPa以下であることが好ましい。
なお、ダイヤモンドライクカーボン層のような薄膜では、通常の方法では弾性定数を測定することができないため、弾性定数に準拠する等価弾性定数を求めた。すなわち、押し込み深さを少なくともダイヤモンドライクカーボン層の厚さ内として微小硬度計による測定を行い、その結果得られた荷重−除荷曲線から等価弾性定数を求めた。
The portion coated with diamond-like carbon preferably has a friction coefficient of 0.3 or less, and the equivalent elastic constant of the diamond-like carbon layer is preferably 100 GPa or more and 240 GPa or less.
For thin films such as diamond-like carbon layers, the elastic constants cannot be measured by ordinary methods, and therefore equivalent elastic constants based on the elastic constants were obtained. That is, the indentation depth was measured with a microhardness meter at least within the thickness of the diamond-like carbon layer, and the equivalent elastic constant was determined from the resulting load-unloading curve.

例えば、ダイヤモンドライクカーボン層の厚さが2μmである場合には、押し込み荷重を0.4〜50mNの間に適宜設定してから測定を行った。本実施例においては、エオリニクス社製の微小硬度計を使用し、押し込み荷重を50mNとして測定した等価弾性定数を用いた。
この他の等価弾性定数の測定方法としては、フィッシャー製の微小硬度測定装置を用いる方法がある。この方法では、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またはナノインデンテータを用いることが好ましい。そして、押し込み深さをダイヤモンドライクカーボン層の厚さ内として、微小硬度計またはナノインデンテータから得られた荷重−除荷曲線の弾性変形量から等価弾性定数を求めることができる。
For example, when the thickness of the diamond-like carbon layer was 2 μm, the indentation load was appropriately set between 0.4 and 50 mN, and the measurement was performed. In this example, an equivalent elastic constant measured using a micro hardness tester manufactured by Eolinix Co., Ltd. and an indentation load of 50 mN was used.
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 preferable not to use a micro Vickers hardness meter but to use a micro hardness meter or a nano indentator that can be controlled by electrostatic capacity. And an equivalent elastic constant can be calculated | required from the amount of elastic deformation of the load-unloading curve obtained from the micro hardness tester or the nano indentator by making the indentation depth within the thickness of the diamond-like carbon layer.

なお、HRC60の鋼炭素クロム鋼(SUJ2)の表面の等価弾性定数を上記の方法にて求めると250GPaとなり、通常のカタログなどに記載されている210GPaという値よりも大きくなる。これは、上記の方法では、微小な押し込み領域を対象とした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。
また、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スパッタリング法にて形成することが好ましい。
このような物理的成膜方法は、CVD法、プラズマCVD法、イオンピーム形成法、イオン化学蒸着法等と比較して、好適な等価弾性定数および強度を有するダイヤモンドライクカーボン層が得られやすいので、大きな接触応力が作用する転動装置を構成する部品に適している。
In addition, when the equivalent elastic constant of the surface of HRC60 steel carbon chromium steel (SUJ2) is calculated | required by said method, it will be 250 GPa, and will become larger than the value of 210 GPa described in the normal catalog etc. This is because in the above method, since measurement is performed on a small indentation region, it is influenced by the work hardened layer on the surface of SUJ2.
The diamond-like carbon layer is preferably formed by a nonequilibrium magnetron sputtering method.
Such a physical film formation method is easy to obtain a diamond-like carbon layer having a suitable equivalent elastic constant and strength as compared with CVD method, plasma CVD method, ion beam formation method, ion chemical vapor deposition method, etc. It is suitable for parts that make up a rolling device with large contact stress.

以上説明した実施例では、大きな接触応力が作用しても破損しにくいダイヤモンドライクカーボン層を潤滑膜として転がり摺動部材に形成することができ、大きな接触応力が作用する転がり軸受などの転動装置の構成部品などに好適に使用することができる。また、優れた潤滑性を備えていることから、無潤滑下においても転がり摺動部材を好適に使用することが可能となるとともに、磨耗や発熱が少ない上、繰り返し応力に対しても強く長寿命化を図ることができる。   In the embodiment described above, a rolling device such as a rolling bearing that can be formed on a rolling sliding member using a diamond-like carbon layer that is not easily damaged even when a large contact stress is applied as a lubricating film, and that is subjected to a large contact stress. It can use suitably for the component of these. In addition, since it has excellent lubricity, it is possible to use the rolling sliding member suitably even under non-lubricated conditions, and there is little wear and heat generation, and it is strong against repeated stress and has a long service life. Can be achieved.

また、金属と炭素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、密着性に優れる上に脆さが小さいため、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、ダイヤモンドライクカーボン層の破損や剥離を防止することが可能になることから、転がり摺動部材や転動装置に好適に使用することができる。そして、相手部材との接触面のうちダイヤモンドライクカーボン層が被覆されている部分の摩擦係数を0.3以下に設定することにより、例えば、潤滑状態が激しい場合においても、ダイヤモンドライクカーボン層が容易に剥がれたり、焼付きを起したりするのを防止することができる。   A diamond-like carbon layer having a composite layer composed of a metal and carbon is excellent in adhesion and small in brittleness, so that the diamond-like carbon layer is used even under conditions where a large contact stress acts or under no lubrication. Therefore, it can be suitably used for rolling sliding members and rolling devices. And, by setting the coefficient of friction of the part of the contact surface with the mating member that is covered with the diamond-like carbon layer to 0.3 or less, the diamond-like carbon layer is easy even when the lubrication condition is severe, for example. It is possible to prevent the film from peeling off or causing seizure.

さらに、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以下に設定することにより、繰り返し応力が作用した場合においても、ダイヤモンドライクカーボン層の破損が生じるのを防止することができる。
上述した金属の表面処理方法の評価を行うために、図1のハイポイド歯車を用いて、下記に示すような条件にて耐久試験を行い、磨耗量を測定した。なお、磨耗量の測定に関しては、試験前後での重量の差を求め、比較例1を基準とした磨耗量の比で示した。また、試験数に関しては、各条件について10個ずつ行い、試験時間は100時間とした。
面圧 :0.8GPa
回転数 :3000回転
すべり速度:なし
温度 :80℃
潤滑 :オイル(VG68相当)
Furthermore, by setting the equivalent elastic constant of the diamond-like carbon layer to 100 GPa or more and 240 GPa or less, it is possible to prevent the diamond-like carbon layer from being damaged even when repeated stress is applied.
In order to evaluate the metal surface treatment method described above, a durability test was performed under the conditions shown below using the hypoid gear of FIG. In addition, regarding the measurement of the amount of wear, the difference in weight before and after the test was obtained and represented by the ratio of the amount of wear based on Comparative Example 1. Regarding the number of tests, 10 tests were performed for each condition, and the test time was 100 hours.
Surface pressure: 0.8 GPa
Number of revolutions: 3000 revolutions Sliding speed: None Temperature: 80 ° C
Lubrication: Oil (equivalent to VG68)

また、図3に示すようなボールオンディスク試験装置を用い、下記に示すような条件にて試験を行い、磨耗量を測定した。なお、磨耗量の測定に関しては、試験前後での重量の差を求め、比較例1を基準とした磨耗量の比で示した。
面圧 :1.5GPa
すべり速度:0.96m/sec
温度 :25℃
潤滑 :無潤滑
ここで、ボールオンディスク試験装置には、回転プレート31が設けられている。そして、ホルダー32にボール33を装着し、荷重をかけながらボール33を回転プレート31に押し付けることで、ボール33の磨耗を起させることができる。
Further, using a ball-on-disk test apparatus as shown in FIG. 3, the test was performed under the conditions shown below, and the amount of wear was measured. In addition, regarding the measurement of the amount of wear, the difference in weight before and after the test was obtained and represented by the ratio of the amount of wear based on Comparative Example 1.
Surface pressure: 1.5 GPa
Sliding speed: 0.96m / sec
Temperature: 25 ° C
Lubrication: No lubrication Here, the ball-on-disk test apparatus is provided with a rotating plate 31. Then, the ball 33 is mounted on the holder 32, and the ball 33 can be worn by pressing the ball 33 against the rotating plate 31 while applying a load.

図4は、本発明の一実施例に係る表面処理されたギアの耐久試験結果を比較例とともに示す図である。
図4において、硬化層の厚さが0.1μmに満たない場合または200μmを超える場合、あるいは、投射材の平均粒径が3〜150μmの範囲内にない場合、あるいは、投射材の硬さが記硬化層の0.8倍を超える場合には、耐磨耗性の改善効果はあまり期待でないことが判る。
これに対して、硬化層の厚さが0.1μm以上200μm以下、投射材の平均粒径が3〜150μmの範囲内で、硬さが硬化層の0.8倍以下とすることにより、大きな耐磨耗性の改善効果を得ることができた。
FIG. 4 is a view showing a durability test result of a surface-treated gear according to an embodiment of the present invention together with a comparative example.
In FIG. 4, when the thickness of the cured layer is less than 0.1 μm or exceeds 200 μm, or when the average particle size of the projection material is not within the range of 3 to 150 μm, or the hardness of the projection material is It can be seen that when it exceeds 0.8 times that of the hardened layer, the effect of improving the wear resistance is not so expected.
On the other hand, when the thickness of the cured layer is 0.1 μm or more and 200 μm or less, the average particle diameter of the projection material is 3 to 150 μm, and the hardness is 0.8 times or less of the cured layer, The effect of improving wear resistance could be obtained.

図5は、本発明の一実施例に係る表面処理されたギアの硬化効果厚さと摩擦量比との関係を比較例とともに示す図、図6は、本発明の一実施例に係る表面処理されたボールオンディスクの硬化効果厚さと摩擦量比との関係を比較例とともに示す図である。
図5および図6において、優れた耐磨耗性を得るためには、硬化層の厚さは0.1μm以上50μm以下とするのが好ましいことが判る。また、この場合、投射材の投射速度は50m/sec以上、投射材の投射圧力は0.1MPa以上するのがよい。
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the thickness of the cured effect of the surface-treated gear according to an embodiment of the present invention and the friction amount ratio together with a comparative example, and FIG. 6 is the surface treated according to the embodiment of the present invention. It is a figure which shows the relationship between the hardening effect thickness of a ball-on-disk, and friction amount ratio with a comparative example.
5 and 6, it can be seen that the thickness of the cured layer is preferably 0.1 μm or more and 50 μm or less in order to obtain excellent wear resistance. In this case, the projection speed of the projection material is preferably 50 m / sec or more, and the projection pressure of the projection material is preferably 0.1 MPa or more.

図7は、本発明の一実施形態に係るスラスト玉軸受の概略構成を示す縦断面図、図8は、図7のAの部分を拡大して示す断面図である。
図7において、スラスト玉軸受には、内輪41および外輪42が設けられている。そして、内輪41の外面には軌道面41aが設けられるとともに、外輪42の内面には軌道面42aが設けられ、軌道面41a、42aは対抗配置されている。そして、軌道面41a、42a間には、転動自在に配置された複数の玉43が配置され、玉43は、保持器44にて軸受の円周方向に沿って等間隔に保持されている。
FIG. 7 is a longitudinal sectional view showing a schematic configuration of a thrust ball bearing according to one embodiment of the present invention, and FIG. 8 is an enlarged sectional view showing a portion A in FIG.
In FIG. 7, an inner ring 41 and an outer ring 42 are provided in the thrust ball bearing. A raceway surface 41a is provided on the outer surface of the inner ring 41, and a raceway surface 42a is provided on the inner surface of the outer ring 42. The raceway surfaces 41a and 42a are arranged to face each other. Between the raceway surfaces 41a and 42a, a plurality of balls 43 are arranged so as to be freely rollable, and the balls 43 are held by the cage 44 at equal intervals along the circumferential direction of the bearing. .

なお、内輪41、外輪42および玉43は、例えば、SUJ2等の鋼製とすることができる。また、内輪41および外輪42の寸法は、例えば、内径25mm、外径52mm、厚さ18mmとすることができ、軌道面41a、42aの横断面形状は、玉43の直径の54%の曲率半径を有する円弧状とすることができる。
そして、内輪41、外輪42および玉43は、相互に転がり接触またはすべり接触することができ、内輪41の軌道面41a、外輪42の軌道面42a、玉43の転動面43aがその接触面に相当する。そして、これらの接触面においては、潤滑性を有し、等価弾性定数が100GPa以上240GPa以下のダイヤモンドライクカーボン層Dが、内輪41、外輪42および玉43の鋼製の母材に被覆されている。そして、内輪41、外輪42および玉43の鋼製の母材のうち、ダイヤモンドライクカーボン層Dが被覆された部分の表面粗さRaは0.03μm以上0.2μm以下とすることができる。
The inner ring 41, the outer ring 42, and the ball 43 can be made of steel such as SUJ2. The dimensions of the inner ring 41 and the outer ring 42 can be, for example, an inner diameter of 25 mm, an outer diameter of 52 mm, and a thickness of 18 mm. The cross-sectional shape of the raceway surfaces 41 a and 42 a is a curvature radius of 54% of the diameter of the ball 43. It can be made into the circular arc shape which has.
The inner ring 41, the outer ring 42, and the ball 43 can be brought into rolling contact or sliding contact with each other, and the raceway surface 41a of the inner ring 41, the raceway surface 42a of the outer ring 42, and the rolling surface 43a of the ball 43 are the contact surfaces. Equivalent to. On these contact surfaces, a diamond-like carbon layer D having lubricity and having an equivalent elastic constant of 100 GPa or more and 240 GPa or less is covered with the steel base material of the inner ring 41, the outer ring 42 and the ball 43. . Of the steel base materials of the inner ring 41, the outer ring 42, and the balls 43, the surface roughness Ra of the portion covered with the diamond-like carbon layer D can be set to 0.03 μm or more and 0.2 μm or less.

さらに、図8に示すように、ダイヤモンドライクカーボン層Dは、表面側から炭素からなるカーボン単層D5、タングステンあるいはシリコンおよび炭素からなる複合層D4、タングステンあるいはシリコンからなる単層D3、タングステンあるいはシリコンおよびクロムからなる複合金属層D2、クロムからなる金属層D1の5層構造を備えている。
また、ダイヤモンドライクカーボン層Dが被覆された接触面には、0.05MPa以上0.6MPa以下の投射圧力でショットピーニング処理を施すことができる。
Further, as shown in FIG. 8, the diamond-like carbon layer D is composed of a carbon single layer D5 made of carbon from the surface side, a composite layer D4 made of tungsten or silicon and carbon, a single layer D3 made of tungsten or silicon, tungsten or silicon. And a five-layer structure of a composite metal layer D2 made of chromium and a metal layer D1 made of chromium.
Further, the contact surface coated with the diamond-like carbon layer D can be subjected to shot peening treatment at a projection pressure of 0.05 MPa or more and 0.6 MPa or less.

これにより、鋼製の母材とダイヤモンドライクカーボン層との間に介在された中間金属層を複数の金属で構成することができ、ダイヤモンドライクカーボン層Dを構成する炭素と金属とが結合して金属カーバイドが生成された場合においても、金属カーバイドの脆性化を抑制することが可能となるとともに、ダイヤモンドライクカーボン層Dの表層部に圧縮残留応力を付与した上で、ダイヤモンドライクカーボン層Dの等価弾性定数を母材よりも小さくすることができる。   Thereby, the intermediate metal layer interposed between the steel base material and the diamond-like carbon layer can be composed of a plurality of metals, and the carbon and metal constituting the diamond-like carbon layer D are bonded together. Even when metal carbide is generated, it becomes possible to suppress the brittleness of the metal carbide, and after applying compressive residual stress to the surface portion of the diamond-like carbon layer D, the equivalent of the diamond-like carbon layer D The elastic constant can be made smaller than that of the base material.

このため、密着性に優れた高質で強靭なダイヤモンドライクカーボン層Dを鋼製の母材の表面に形成することが可能となるとともに、ダイヤモンドライクカーボン層Dが母材の変形に追従することが可能となる。このため、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、ダイヤモンドライクカーボン層Dの破損や剥離を防止することが可能になることから、スラスト玉軸受にダイヤモンドライクカーボン層を好適に使用することが可能となる。   For this reason, it becomes possible to form a high-quality and tough diamond-like carbon layer D with excellent adhesion on the surface of the steel base material, and the diamond-like carbon layer D follows the deformation of the base material. Is possible. For this reason, it is possible to prevent the diamond-like carbon layer D from being damaged or peeled off even under conditions in which a large contact stress acts or under non-lubrication, so a diamond-like carbon layer is suitable for a thrust ball bearing. Can be used.

以下、ダイヤモンドライクカーボン層Dを形成する方法について、外輪42を例にとって説明する。
油分が脱脂された外輪42を株式会社神戸製鋼所社製のアドバンスドマグネトロンスパッタリング装置に設置し、アルゴンプラズマによるスパッタリングを行うことにより、母材の表面のうちの軌道面42aにボンバート処理を15分間だけ施した。
Hereinafter, a method for forming the diamond-like carbon layer D will be described by taking the outer ring 42 as an example.
The outer ring 42 from which the oil has been degreased is installed in an advanced magnetron sputtering device manufactured by Kobe Steel, Ltd., and sputtering is performed with argon plasma, so that the track surface 42a of the surface of the base material is bombarded only for 15 minutes. gave.

そして、クロムをターゲットとしてスパッタリングを行うことにより、母材の表面のうちの軌道面42aとなる部分にクロムからなる金属層D1を形成した後、タングステンあるいはシリコンおよびクロムをターゲットとしてスパッタリングを行うことにより、母材の表面のうちの軌道面42aとなる部分にこれら2種類の材料を成膜し、タングステンあるいはシリコンおよびクロムからなる複合金属層D2を金属層D1上に形成した。   Then, by performing sputtering using chromium as a target, after forming a metal layer D1 made of chromium on the portion of the surface of the base material that becomes the raceway surface 42a, sputtering is performed using tungsten or silicon and chromium as a target. These two kinds of materials were deposited on the portion of the surface of the base material that would become the raceway surface 42a, and a composite metal layer D2 made of tungsten, silicon, and chromium was formed on the metal layer D1.

さらに、タングステンあるいはシリコンをターゲットとしてスパッタリングを行うことにより、タングステンあるいはシリコンからなる単層D3を複合金属層D2上に成膜し、タングステンあるいはシリコン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行うことにより、タングステンあるいはシリコンおよび炭素からなる複合層D4を単層D3上に成膜した。ここで、タングステンあるいはシリコンおよび炭素からなる複合層D4を成膜する場合、タングステンあるいはシリコン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るようにしてもよい。そして、炭素のスパッタリングを続けながら、タングステンあるいはシリコンのスパッタリングを終了させ、炭素からなるカーボン層D5を複合層D4上に成膜した。なお、ダイヤモンドライクカーボン層D全体の膜厚は、2.2μmとした。   Further, by sputtering using tungsten or silicon as a target, a single layer D3 made of tungsten or silicon is formed on the composite metal layer D2, and sputtering of carbon using carbon as a target while continuing sputtering of tungsten or silicon. As a result, a composite layer D4 made of tungsten or silicon and carbon was formed on the single layer D3. Here, when the composite layer D4 made of tungsten or silicon and carbon is formed, the sputtering efficiency of carbon may be gradually increased while the sputtering efficiency of tungsten or silicon is gradually decreased. Then, while continuing the sputtering of carbon, the sputtering of tungsten or silicon was terminated, and a carbon layer D5 made of carbon was formed on the composite layer D4. The film thickness of the entire diamond-like carbon layer D was 2.2 μm.

このようなスパッタリングにて成膜を行うことにより、2種類の金属で構成された層から炭素で構成された層(カーボン層D5)に向かって層の組成が徐々に変化するダイヤモンドライクカーボン層Dを形成することができる。このような構成のダイヤモンドライクカーボン層Dでは、各層(金属層D1、複合金属層D2、単層D3、複合層D4およびカーボン層D5)の間の密着性を向上させることができるとともに、潤滑性に優れたカーボン層D5とである母材である鋼との密着性を向上させることができる。   By performing film formation by such sputtering, a diamond-like carbon layer D in which the composition of the layer gradually changes from a layer composed of two kinds of metals toward a layer composed of carbon (carbon layer D5). Can be formed. The diamond-like carbon layer D having such a structure can improve the adhesion between each layer (metal layer D1, composite metal layer D2, single layer D3, composite layer D4 and carbon layer D5) and lubricity. It is possible to improve the adhesion with the steel which is the base material which is the carbon layer D5 which is excellent.

また、アドバンスドマグネトロンスパッタリング装置は、スパッタリングに用いられるターゲットを複数装着することができ、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可能なことから、ダイヤモンドライクカーボン層Dの層の組成を徐々に変化させることができる。例えば、複合層D4およびカーボン層D5を成膜する工程では、外輪42に負のバイアス電圧を印加しながら、金属ターゲットのスパッタ電源(DC電源)の電力を低減させると同時に、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。   In addition, the advanced magnetron sputtering apparatus can be equipped with a plurality of targets used for sputtering, and the sputtering efficiency of each component can be arbitrarily controlled by independently controlling the sputtering power source of each target. The composition of the carbon layer D can be gradually changed. For example, in the step of forming the composite layer D4 and the carbon layer D5, while applying a negative bias voltage to the outer ring 42, the power of the sputtering power source (DC power source) of the metal target is reduced, and at the same time, the sputtering power source of the carbon target. What is necessary is just to increase the electric power of (DC power supply).

図9は、本発明の一実施形態に係るダイヤモンドライクカーボン層を形成する構成元素の分析結果を示す測定チャートである。なお、図9の例では、ダイヤモンドライクカーボン層Dを形成する構成元素を分析するために、グロー放電発光分析装置(島津製作所株式会社製のGDLS−9950)を使用した。また、横軸は、表面からの深さを示し、0nmがダイヤモンドライクカーボン層Dの表面を表している。一方、縦軸は、その深さ位置における各元素の含有量を示す。   FIG. 9 is a measurement chart showing the analysis results of the constituent elements forming the diamond-like carbon layer according to one embodiment of the present invention. In addition, in the example of FIG. 9, in order to analyze the structural element which forms the diamond-like carbon layer D, the glow discharge emission spectrometer (GDLS-9950 made by Shimadzu Corporation) was used. The horizontal axis represents the depth from the surface, and 0 nm represents the surface of the diamond-like carbon layer D. On the other hand, the vertical axis indicates the content of each element at the depth position.

図9において、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、母材である鋼とダイヤモンドライクカーボン層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になっている。また、母材である鋼とダイヤモンドライクカーボン層Dとの界面が8000nm付近に位置していることから、図9の測定チャートからはダイヤモンドライクカーボン層Dの厚さが約8μmであることが読み取れるが、この分析法では、直径2mmの円形部分についての放電発光により分析が行われるため、深さ方向の精度上ダイヤモンドライクカーボン層Dの厚さが約8μmとなって現れるものであって、ダイヤモンドライクカーボン層Dの実際の厚さは2.2μmである。   In FIG. 9, since information in the depth direction is obtained by discharge using argon gas, the curves indicating the content of each element are broad at the interface between the base material steel and the diamond-like carbon layer D. ing. Further, since the interface between the base material steel and the diamond-like carbon layer D is located near 8000 nm, it can be read from the measurement chart of FIG. 9 that the thickness of the diamond-like carbon layer D is about 8 μm. However, in this analysis method, the analysis is performed by discharge light emission for a circular portion having a diameter of 2 mm, so that the diamond-like carbon layer D appears to have a thickness of about 8 μm with accuracy in the depth direction. The actual thickness of the like carbon layer D is 2.2 μm.

また、ダイヤモンドライクカーボン層Dのショットピーニング処理には、株式会社不二製作所製のFD−4LD−501型の装置を使用した。ここで、投射材は粒径が30〜60μmの鉄であり、熱処理にて投射材の硬さがHv450以下となるように調整した。また、ショット条件は、投射距離が150mm、処理時間が5分である。また、0.05MPa以上0.6MPa以下の範囲内で投射圧力を適宜設定することにより、ダイヤモンドライクカーボン層Dの表面に付与される圧縮残留応力を調整した。なお、本実施例では、投射材として鉄を用いたが、Hv450以下の硬さならば、何ら鉄に限定されるものではない。   For the shot peening treatment of the diamond-like carbon layer D, an FD-4LD-501 type apparatus manufactured by Fuji Seisakusho Co., Ltd. was used. Here, the projection material was iron having a particle size of 30 to 60 μm, and the hardness of the projection material was adjusted to be Hv450 or less by heat treatment. The shot conditions are a projection distance of 150 mm and a processing time of 5 minutes. Moreover, the compressive residual stress given to the surface of the diamond-like carbon layer D was adjusted by appropriately setting the projection pressure within the range of 0.05 MPa to 0.6 MPa. In this embodiment, iron is used as the projection material. However, it is not limited to iron as long as it has a hardness of Hv450 or less.

なお、上述したダイヤモンドライクカーボン層Dの成膜方法では、非平衡型マグネトロンスパッタリング法にてダイヤモンドライクカーボン層Dを形成する方法について説明したが、パルスレーザーアーク蒸着法やプラズマCVD法等を用いるようにしてもよい。ただし、等価弾性定数や塑性変形硬さ等を独立に制御することが容易なできる非平衡型マグネトロンスパッタリング法を使用するのが最もよい。   In the above-described method for forming the diamond-like carbon layer D, the method for forming the diamond-like carbon layer D by the nonequilibrium magnetron sputtering method has been described. However, a pulse laser arc deposition method, a plasma CVD method, or the like is used. It may be. However, it is best to use a non-equilibrium magnetron sputtering method that can easily control the equivalent elastic constant, plastic deformation hardness, and the like independently.

図10は、本発明の一実施例に係るスラスト玉軸受の軌道面中心線平均粗さとはくり寿命比との関係を比較例とともに示す図である。
図10において、ダイヤモンドライクカーボン層Dが被覆された接触面の表面粗さRaが0.2μmを超えると、はくり寿命が低下することが判る。このため、ダイヤモンドライクカーボン層が被覆された接触面の表面粗さRaは0.03μm以上0.2μm以下の範囲内とすることが好ましい。また、ダイヤモンドライクカーボン層が被覆された接触面の表面粗さRaは滑らかであればあるほど好ましく、表面粗さRaは0.08μm以下とするのがさらに好ましい。
FIG. 10 is a diagram showing a relationship between the average roughness of the raceway center line and the peel life ratio of the thrust ball bearing according to one embodiment of the present invention, together with a comparative example.
In FIG. 10, when the surface roughness Ra of the contact surface coated with the diamond-like carbon layer D exceeds 0.2 μm, it can be seen that the peeling life is reduced. For this reason, the surface roughness Ra of the contact surface coated with the diamond-like carbon layer is preferably in the range of 0.03 μm to 0.2 μm. In addition, the surface roughness Ra of the contact surface coated with the diamond-like carbon layer is preferably as smooth as possible, and the surface roughness Ra is more preferably 0.08 μm or less.

図11は、本発明の一実施例に係るショットピーニング処理時の投射圧力とはくり寿命比との関係を比較例とともに示す図である。
図11において、ショットピーニング処理時の投射圧力が0.05MPaに満たない場合または0.6MPaを超えると、はくり寿命が低下することが判る。このため、ショットピーニング処理時の投射圧力は0.05MPa以上0.6MPa以下の範囲内とすることが好ましい。
FIG. 11 is a diagram showing a relationship between a projection pressure and a peeling life ratio at the time of shot peening processing according to an embodiment of the present invention, together with a comparative example.
In FIG. 11, it can be seen that when the projection pressure during the shot peening process is less than 0.05 MPa or exceeds 0.6 MPa, the peeling life is reduced. For this reason, it is preferable that the projection pressure at the time of shot peening is in the range of 0.05 MPa to 0.6 MPa.

図12は、本発明の一実施例に係るショットピーニング処理時の投射材の硬さとはくり寿命比との関係を比較例とともに示す図である。
図12において、投射材の硬さがHv450を超えると、はくり寿命が低下することが判る。このため、投射材の硬さはHv450以下とすることが好ましい。
上述したダイヤモンドライクカーボン層Dの評価を行うために、図7のスラスト玉軸受を用いて、下記に示すような条件にて寿命試験を行い、はくり寿命を測定した。
軸受寸法 :φ25×φ52
回転速度 :1500min-1
荷重 :900kg
潤滑油 :VG68タービン油
FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the hardness of the projection material and the peel life ratio in the shot peening process according to one embodiment of the present invention, together with a comparative example.
In FIG. 12, when the hardness of a projection material exceeds Hv450, it turns out that the peeling lifetime falls. For this reason, it is preferable that the hardness of a projection material shall be Hv450 or less.
In order to evaluate the diamond-like carbon layer D described above, a life test was performed under the conditions shown below using the thrust ball bearing of FIG.
Bearing dimensions: φ25 × φ52
Rotational speed: 1500min -1
Load: 900kg
Lubricating oil: VG68 turbine oil

図13は、本発明の一実施例に係るダイヤモンドライクカーボン層が形成されたスラスト玉軸受の寿命試験結果を比較例とともに示す図である。
図13おいて、ダイヤモンドライクカーボン層Dが被覆された接触面の表面粗さRaが0.2μmを超える場合、あるいは、投射圧力が0.05MPaに満たない場合または0.6MPaを超える場合、あるいは、投射材の硬さがHv450を超える場合には、はくり寿命の改善効果はあまり期待でないことが判る。
これに対して、ダイヤモンドライクカーボン層Dが被覆された接触面の表面粗さRaが0.03μm以上0.2μm以下、投射圧力が0.05MPa以上0.6MPa以下、投射材の硬さがHv450以下とすることにより、大きなはくり寿命の改善効果を得ることができた。
FIG. 13 is a view showing a life test result of a thrust ball bearing formed with a diamond-like carbon layer according to an embodiment of the present invention together with a comparative example.
In FIG. 13, when the surface roughness Ra of the contact surface coated with the diamond-like carbon layer D exceeds 0.2 μm, or when the projection pressure is less than 0.05 MPa, or exceeds 0.6 MPa, or When the hardness of the projection material exceeds Hv450, it can be seen that the effect of improving the peeling life is not expected.
In contrast, the surface roughness Ra of the contact surface coated with the diamond-like carbon layer D is 0.03 μm or more and 0.2 μm or less, the projection pressure is 0.05 MPa or more and 0.6 MPa or less, and the hardness of the projection material is Hv450. By making the following, a large peeling life improvement effect could be obtained.

なお、上述したダイヤモンドライクカーボン層Dの成膜方法では、スラスト玉軸受を例にとって説明したが、例えば、深い溝玉軸受、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などに適用するようにしてもよい。
また、上述したダイヤモンドライクカーボン層Dの成膜方法では、転動装置として転がり軸受を例にとって説明したが、例えば、直動案内軸受、ボールねじ、直動ベアリングなどの他の様々の転動装置に適用するようにしてもよい。
In the above-described method for forming the diamond-like carbon layer D, a thrust ball bearing has been described as an example. For example, deep groove ball bearings, angular ball bearings, cylindrical roller bearings, tapered roller bearings, needle roller bearings, automatic You may make it apply to radial type rolling bearings, such as a spherical roller bearing, and thrust type rolling bearings, such as a thrust roller bearing.
Moreover, in the film-forming method of the diamond-like carbon layer D described above, a rolling bearing has been described as an example of the rolling device. However, for example, various other rolling devices such as a linear motion guide bearing, a ball screw, and a linear motion bearing. You may make it apply to.

本発明の一実施形態に係るハイポイド歯車の概略構成を示す斜視図である。It is a perspective view showing a schematic structure of a hypoid gear according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る金属の表面処理工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the surface treatment process of the metal which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る金属の表面処理の評価に用いられるボールオンディスク試験装置の概略構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows schematic structure of the ball-on-disk test apparatus used for evaluation of the surface treatment of the metal which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施例に係る表面処理されたギアの耐久試験結果を比較例とともに示す図である。It is a figure which shows the endurance test result of the surface-treated gear which concerns on one Example of this invention with a comparative example. 本発明の一実施例に係る表面処理されたギアの硬化効果厚さと摩擦量比との関係を比較例とともに示す図である。It is a figure which shows the relationship between the hardening effect thickness and friction amount ratio of the surface-treated gear which concerns on one Example of this invention with a comparative example. 本発明の一実施例に係る表面処理されたボールオンディスクの硬化効果厚さと摩擦量比との関係を比較例とともに示す図である。It is a figure which shows the relationship between the hardening effect thickness of the surface-treated ball-on-disk which concerns on one Example of this invention, and friction amount ratio with a comparative example. 本発明の一実施形態に係るスラスト玉軸受の概略構成を示す縦断面図である。It is a longitudinal section showing a schematic structure of a thrust ball bearing concerning one embodiment of the present invention. 図7のAの部分を拡大して示す断面図である。It is sectional drawing which expands and shows the part of A of FIG. 本発明の一実施形態に係るダイヤモンドライクカーボン層を形成する構成元素の分析結果を示す測定チャートである。It is a measurement chart which shows the analysis result of the constituent element which forms the diamond-like carbon layer concerning one embodiment of the present invention. 本発明の一実施例に係るショットピーニング処理時の投射材の硬さとはくり寿命比との関係を比較例とともに示す図である。It is a figure which shows the relationship between the hardness of the projection material at the time of the shot peening process which concerns on one Example of this invention, and the peeling life ratio with a comparative example. 本発明の一実施例に係るダイヤモンドライクカーボン層が形成されたスラスト玉軸受の寿命試験結果を比較例とともに示す図である。It is a figure which shows the lifetime test result of the thrust ball bearing in which the diamond-like carbon layer based on one Example of this invention was formed with a comparative example. 本発明の一実施例に係るスラスト玉軸受の軌道面中心線平均粗さとはくり寿命比との関係を比較例とともに示す図である。It is a figure which shows the relationship between the raceway centerline average roughness of the thrust ball bearing which concerns on one Example of this invention, and a peeling life ratio with a comparative example. 本発明の一実施例に係るショットピーニング処理時の投射圧力とはくり寿命比との関係を比較例とともに示す図である。It is a figure which shows the relationship between the projection pressure at the time of the shot peening process which concerns on one Example of this invention, and a peeling life ratio with a comparative example.

符号の説明Explanation of symbols

10 駆動側回転軸
11 ハイポイドピニオン歯車
12 ハイポイドリング歯車
21 金属素地
22 硬化層
23 投射材
31 回転プレート
32 ホルダー
33 ボール
41 内輪
41a、42a 軌道面
42 外輪
43 玉
43a 転動面
44 保持器
D ダイヤモンドライクカーボン層
D1 Cr単層
D2 Cr/WあるいはSi複合層
D3 WあるいはSi単層
D4 WあるいはSi/カーボン複合層
D5 カーボン単層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Drive side rotating shaft 11 Hypoid pinion gear 12 Hypoid ring gear 21 Metal substrate 22 Hardened layer 23 Projection material 31 Rotating plate 32 Holder 33 Ball 41 Inner ring 41a, 42a Track surface 42 Outer ring 43 Ball 43a Rolling surface 44 Cage D Diamond like Carbon layer D1 Cr single layer D2 Cr / W or Si composite layer D3 W or Si single layer D4 W or Si / carbon composite layer D5 Carbon single layer

Claims (9)

相互に面圧を受けた状態で接触する金属表面に、厚さが0.1μm以上200μm以下で、硬さがHv600以上の硬化層を形成する工程と、
平均粒径が3〜150μmの範囲内で、硬さが前記硬化層の0.8倍以下の投射材を前記硬化層の表面に投射する工程とを備えることを特徴とする金属の表面処理方法。
Forming a hardened layer having a thickness of 0.1 μm or more and 200 μm or less and a hardness of Hv600 or more on metal surfaces that are in contact with each other in a state of receiving a surface pressure;
And a step of projecting a projection material having a mean particle size of 3 to 150 μm and a hardness of 0.8 times or less of the hardened layer onto the surface of the hardened layer. .
前記投射材の投射速度は50m/sec以上であることを特徴とする請求項1記載の金属の表面処理方法。   The metal surface treatment method according to claim 1, wherein a projection speed of the projection material is 50 m / sec or more. 前記投射材の投射圧力は0.1MPa以上であることを特徴とする請求項1または2記載の金属の表面処理方法。   The metal surface treatment method according to claim 1, wherein a projection pressure of the projection material is 0.1 MPa or more. 前記投射材は、亜鉛、錫、銅、アルミニウム、ニッケルまたはチタンからなる軟質材料、亜鉛合金、錫合金または銅合金からなる軟質合金、PTFE、ナイロン、ポリカーボネートまたはポリプラスからなる樹脂系材料、ウォルナッツ(クルミ殻)、アプリコット(杏の種)、ピーチ(桃の種)樹脂系材料、ガラスビーズ、SiC、ジルコニアまたは鋼からなる硬質材料から選択されることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項記載の金属の表面処理方法。   The projection material is made of a soft material made of zinc, tin, copper, aluminum, nickel or titanium, a soft alloy made of zinc alloy, tin alloy or copper alloy, a resin material made of PTFE, nylon, polycarbonate or polyplus, walnut ( 4. A walnut shell), apricot (apricot seed), peach (peach seed) resin-based material, glass beads, SiC, zirconia, or a hard material made of steel. The metal surface treatment method according to claim 1. 相手部材との間で相対的な転がり接触またはすべり接触が生じる接触面にダイヤモンドライクカーボン層が被覆された鋼製の母材からなる転がり摺動部材において、
前記ダイヤモンドライクカーボン層は、表面側から炭素からなるカーボン層、タングステンあるいはシリコンおよび炭素からなる複合層、タングステンあるいはシリコンからなる単層、タングステンあるいはシリコンおよびクロムからなる複合金属層、クロムからなる金属層の5層構造を備え、
前記ダイヤモンドライクカーボン層の等価弾性定数は100GPa以上240GPa以下であり、
前記ダイヤモンドライクカーボン層が被覆された接触面には、0.05MPa以上0.6MPa以下の投射圧力でショットピーニング処理が施され、
前記ダイヤモンドライクカーボン層が被覆された接触面の表面粗さRaは0.03μm以上0.2μm以下であることを特徴とする転がり摺動部材。
In a rolling sliding member composed of a steel base material in which a diamond-like carbon layer is coated on a contact surface where relative rolling contact or sliding contact occurs with a mating member,
The diamond-like carbon layer is a carbon layer made of carbon from the surface side, a composite layer made of tungsten or silicon and carbon, a single layer made of tungsten or silicon, a composite metal layer made of tungsten, silicon and chromium, or a metal layer made of chromium. The five-layer structure
The equivalent elastic constant of the diamond-like carbon layer is 100 GPa or more and 240 GPa or less,
The contact surface coated with the diamond-like carbon layer is subjected to shot peening treatment at a projection pressure of 0.05 MPa or more and 0.6 MPa or less,
A rolling sliding member characterized in that the surface roughness Ra of the contact surface coated with the diamond-like carbon layer is 0.03 μm or more and 0.2 μm or less.
前記ショットピーニング処理に用いられる投射材の硬さはHv450以下であることを特徴とする請求項5記載の転がり摺動部材。   The rolling sliding member according to claim 5, wherein the shot material used in the shot peening treatment has a hardness of Hv450 or less. 前記複合層中の炭素の割合が表面側に向かって徐々に増加していることを特徴とする請求項5または6記載の転がり摺動部材。   The rolling sliding member according to claim 5 or 6, wherein a ratio of carbon in the composite layer gradually increases toward the surface side. 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スパッタリング法にて形成されていることを特徴とする請求項5から7のいずれか1項記載の転がり摺動部材。   The rolling sliding member according to any one of claims 5 to 7, wherein the diamond-like carbon layer is formed by a non-equilibrium magnetron sputtering method. 第1軌道面を有する第1部材と、
前記第1軌道面に対向配置された第2軌道面を有する第2部材と、
前記第1軌道面と前記第2軌道面との間に転動自在に配置された転動体とを備え、
前記第1部材、前記第2部材および前記転動体のうちのいずれか少なくとも1つが請求項5から8のいずれか1項記載の転がり摺動部材にて形成されていることを特徴とする転動装置。
A first member having a first raceway surface;
A second member having a second raceway surface disposed opposite the first raceway surface;
A rolling element disposed so as to roll freely between the first raceway surface and the second raceway surface;
9. The rolling device according to claim 5, wherein at least one of the first member, the second member, and the rolling element is formed by the rolling sliding member according to claim 5. apparatus.
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