JP2021001639A - Double-row thrust needle roller bearing - Google Patents

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雅樹 中西
Masaki Nakanishi
雅樹 中西
智久 大矢
Tomohisa Oya
智久 大矢
三上 英信
Hidenobu Mikami
英信 三上
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Abstract

To provide a double-row thrust needle roller bearing capable of achieving a long service life even under a severe lubrication condition.SOLUTION: A double-row thrust needle roller bearing 1 includes a pair of raceway rings 2, 3, a plurality of needle rollers 5, and a retainer 4 for retaining the needle rollers 5. The plurality of needle rollers 5 is arranged in a radial direction of the bearing in a plurality of rows, the needle rollers 5 are made from an iron-based material, and a hard film 8 is a film having a structure comprising: a base layer directly formed on rolling surfaces of the needle rollers 5 and made of mainly Cr and WC; a mixture layer of a gradient composition formed thereon and made from mainly WC and DLC; and a surface layer formed thereon and made from mainly DLC. A surface formed with the base layer has arithmetic average roughness Ra of a roughness curve is 0.3 μm or less, and root-mean-square gradient RΔq is 0.05 or less.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、複列スラスト針状ころ軸受に関し、特に、自動車のエアーコンディショナー用コンプレッサ、オートマチックトランスミッション、電動ブレーキ等に使用される複列スラスト針状ころ軸受に関する。 The present invention relates to a double-row thrust needle roller bearing, and more particularly to a double-row thrust needle roller bearing used in a compressor for an automobile air conditioner, an automatic transmission, an electric brake, and the like.

スラスト針状ころ軸受は、一般的に、軌道輪と、複数の針状ころと、保持器とから構成され、単純な構造でありながら、高負荷容量と高剛性を実現できる軸受として知られている。また、スラスト針状ころ軸受は、軸方向厚さが小さいなどの利点を有するため、コンプレッサなどの省スペース化が要求される用途に広く使用されている。 Thrust needle roller bearings are generally composed of a raceway ring, a plurality of needle rollers, and a cage, and are known as bearings capable of achieving high load capacity and high rigidity while having a simple structure. There is. Further, the thrust needle roller bearing has advantages such as a small axial thickness, and is therefore widely used in applications such as compressors where space saving is required.

スラスト針状ころ軸受では、その基本構造に由来して、ころと軌道輪との間に差動すべりが生ずる。具体的には、スラスト針状ころ軸受では、平面の軌道面を有する軌道輪の上に、円柱形状のころが配置され、ころと軌道輪が線接触する構造になっており、軸受の回転中心と、ころの公転運動の中心は一致する。ころは軸受の径方向に所定の長さを有しているが、ころの転動面上における周速度は、同じ速度である。一方、ころに転がり接触する軌道輪は、軸受の回転中心から外径方向に向かうほど周速度は大きくなる。そのため、ころと軌道輪の周速度の差は、ころの両端部で最大となる。理論上では、軸受のピッチ円上のみで純転がり運動を行い、ピッチ円上の点からころの両端部に向けて、ころと軌道輪の周速度差が大きくなり、差動すべりが増大する。この差動すべりは、ころの長さに比例して大きくなる。 Due to the basic structure of thrust needle roller bearings, differential slip occurs between the rollers and the raceway wheels. Specifically, in a thrust needle roller bearing, a cylindrical roller is arranged on a raceway ring having a flat raceway surface, and the roller and the raceway ring are in line contact with each other. And the center of the revolving movement of the time coincides. The rollers have a predetermined length in the radial direction of the bearing, but the peripheral speeds on the rolling surface of the rollers are the same. On the other hand, the peripheral speed of the raceway ring that rolls and comes into contact with the roller increases from the center of rotation of the bearing toward the outer diameter. Therefore, the difference in peripheral speed between the roller and the raceway ring is maximum at both ends of the roller. Theoretically, the pure rolling motion is performed only on the pitch circle of the bearing, and the difference in peripheral speed between the roller and the raceway ring increases from the point on the pitch circle toward both ends of the roller, and the differential slip increases. This differential slip increases in proportion to the length of the rollers.

スラスト針状ころ軸受における差動すべりは、他の形式の軸受と比較して大きい。そのため、差動すべりが原因となって、ころのエッジ部と軌道輪との間でエッジ応力が発生しやすく、軌道輪のころ転走部のエッジ部に表面起点型の剥離が発生しやすくなる。ころと、軌道輪の軌道面との間の差動すべりの影響を緩和する対処として、ころの長さを短くすることが考えられるが、ころの長さを単純に短くすれば、ころの接触面積が小さくなるので、ころの接触面圧が増大し、ころ外面に早期剥離などの問題が生じるおそれがある。 The differential slip in thrust needle roller bearings is large compared to other types of bearings. Therefore, due to the differential slip, edge stress is likely to occur between the edge portion of the roller and the raceway ring, and surface-origin type peeling is likely to occur at the edge portion of the roller rolling portion of the raceway ring. .. As a measure to mitigate the influence of differential slip between the roller and the raceway surface of the raceway ring, it is conceivable to shorten the roller length, but if the roller length is simply shortened, the roller contact Since the area becomes smaller, the contact surface pressure of the rollers increases, which may cause problems such as premature peeling on the outer surface of the rollers.

この問題を改善するものとして、複列スラスト針状ころ軸受が提案されている(特許文献1〜3参照)。複列スラスト針状ころ軸受では、ころの長さを短くしながら、軸受の径方向に複数のころを配置することにより、差動すべりの影響を緩和しつつ、ころに作用する接触面圧を低く保つことができる。 As a solution to this problem, double-row thrust needle roller bearings have been proposed (see Patent Documents 1 to 3). In double-row thrust needle roller bearings, the contact surface pressure acting on the rollers is reduced while reducing the effect of differential slip by arranging multiple rollers in the radial direction of the bearing while shortening the roller length. Can be kept low.

特許文献1では、複数のころ列の少なくとも1列のころの転動面にクラウニングを形成することで、差動すべりを減少させ、さらに負荷容量低下と転がり接触面圧の増加との抑制を図っている。また、特許文献2では、複列スラスト針状ころ軸受が、単列のクラウニング付きのころと、表層に所定の高密度炭化物分布を有する軌道輪とを備えることで、差動すべりを低減させ、転がり接触面圧の増加を抑えるとともに、軌道輪の摩耗を小さくして耐表面損傷特性の向上を図っている。また、特許文献3では、ころの端面をF端面にするとともに、端面精度を所定以下とすることで、ドリリング摩耗を生じにくくし、かつ軸受音響の低減を図っている。 In Patent Document 1, by forming crowning on the rolling surface of at least one roller of a plurality of roller rows, differential slip is reduced, and further reduction of load capacitance and increase of rolling contact surface pressure are suppressed. ing. Further, in Patent Document 2, the double-row thrust needle roller bearing is provided with a single-row crowned roller and a raceway ring having a predetermined high-density carbide distribution on the surface layer to reduce differential slip. While suppressing the increase in rolling contact surface pressure, the wear of the raceway ring is reduced to improve the surface damage resistance. Further, in Patent Document 3, the end face of the roller is set to the F end face and the end face accuracy is set to a predetermined value or less, so that drilling wear is less likely to occur and the bearing sound is reduced.

特開2003−97562号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2003-97562 特開2003−156050号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2003-156050 特開2004−156744号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-156744

近年、自動車のエアーコンディショナー用コンプレッサ、オートマチックトランスミッション、電動ブレーキなどについては、小型化および高出力化が進んでいる。それに伴い、潤滑油の低粘度化など、使用環境が高荷重・高温化する傾向にある。軸受にとっては今まで以上に厳しい潤滑環境へと変化している。 In recent years, compressors for automobile air conditioners, automatic transmissions, electric brakes, and the like have been miniaturized and increased in output. Along with this, the usage environment tends to have a high load and a high temperature, such as a decrease in the viscosity of the lubricating oil. The lubrication environment is becoming more severe than ever for bearings.

潤滑条件が厳しい場合、転動疲労による剥離(内部を起点とした剥離)はせず、表層(表面)を起点とした剥離が発生する。スラスト軸受は、ラジアル軸受と異なり、すべりを伴いながら回転するので、滑り摩擦による発熱などの影響で油膜がきれやすい。近年では、省燃費化に対応するため、潤滑油は低粘度化され、軸受に対する潤滑条件がますます厳しくなり、さらに油膜がきれやすい状態になっている。 When the lubrication conditions are severe, peeling due to rolling fatigue (peeling starting from the inside) does not occur, but peeling occurs starting from the surface layer (surface). Unlike radial bearings, thrust bearings rotate with slippage, so the oil film tends to break off due to the effects of heat generated by sliding friction. In recent years, in order to reduce fuel consumption, the viscosity of lubricating oil has been reduced, the lubrication conditions for bearings have become stricter, and the oil film has become more likely to break.

スラスト針状ころ軸受は滑りが大きく、油膜形成能力が低いので、表面起点型剥離による軸受の短寿命化が多く見受けられる。複列スラスト針状ころ軸受では、ころの複列化により滑りが低減されるものの、近年のより厳しい潤滑環境に対応するため、更なる長寿命化が求められる。 Thrust needle roller bearings have a large slip and a low oil film forming ability, so the life of the bearing is often shortened due to surface-origin peeling. In double-row thrust needle roller bearings, although slippage is reduced by double-rowing the rollers, further extension of life is required in order to cope with the harsher lubrication environment in recent years.

本発明はこのような問題に対処するためになされたものであり、厳しい潤滑条件下でも長寿命を得ることができる複列スラスト針状ころ軸受の提供を目的とする。 The present invention has been made to address such a problem, and an object of the present invention is to provide a double-row thrust needle roller bearing capable of obtaining a long life even under severe lubrication conditions.

本発明の複列スラスト針状ころ軸受は、一対の軌道輪と、該一対の軌道輪間に転動自在に配置された複数の針状ころと、上記針状ころを保持する保持器とを備え、上記複数の針状ころが軸受の径方向に複数列で配列された複列スラスト針状ころ軸受であって、上記針状ころは鉄系材料からなり、硬質膜は、上記針状ころの転動面の上に直接成膜されるクロム(以下、Crと記す)とタングステンカーバイト(以下、WCと記す)とを主体とする下地層と、該下地層の上に成膜されるWCとダイヤモンドライクカーボン(以下、DLCと記す)とを主体とする混合層と、該混合層の上に成膜されるDLCを主体とする表面層とからなる構造の膜であり、上記混合層は、上記下地層側から上記表面層側へ向けて連続的または段階的に、該混合層中の上記WCの含有率が小さくなり、該混合層中の上記DLCの含有率が高くなる層であり、上記下地層が成膜される面における粗さ曲線の算術平均粗さRaが0.3μm以下であり、二乗平均平方根傾斜RΔqが0.05以下であることを特徴とする。 The double-row thrust needle roller bearing of the present invention comprises a pair of race wheels, a plurality of needle rollers rotatably arranged between the pair of race wheels, and a cage for holding the needle rollers. A double-row thrust needle roller bearing in which the plurality of needle rollers are arranged in a plurality of rows in the radial direction of the bearing, the needle rollers are made of an iron-based material, and the hard film is the needle rollers. A base layer mainly composed of chromium (hereinafter referred to as Cr) and tungsten carbide (hereinafter referred to as WC) formed directly on the rolling surface of the bearing, and a base layer formed on the base layer. A film having a structure composed of a mixed layer mainly composed of WC and diamond-like carbon (hereinafter referred to as DLC) and a surface layer mainly composed of DLC formed on the mixed layer, and the above-mentioned mixed layer. Is a layer in which the content of the WC in the mixed layer decreases and the content of the DLC in the mixed layer increases continuously or stepwise from the base layer side to the surface layer side. It is characterized in that the arithmetic average roughness Ra of the roughness curve on the surface on which the base layer is formed is 0.3 μm or less, and the squared average square root inclination RΔq is 0.05 or less.

上記下地層が成膜される面における粗さ曲線から求められるスキューネスRskが−0.2以下であることを特徴とする。 The skewness Rsk obtained from the roughness curve on the surface on which the base layer is formed is −0.2 or less.

上記下地層が成膜される面における粗さ曲線から求められる最大山高さRpが0.4μm以下であることを特徴とする。 The maximum mountain height Rp obtained from the roughness curve on the surface on which the base layer is formed is 0.4 μm or less.

上記複数の針状ころは、径方向外側に位置する外側ころと、径方向内側に位置する内側ころとを有し、上記保持器は、周方向に間隔をあけて設けられた複数のポケットを有し、上記複数のポケットの各々に上記外側ころおよび上記内側ころが収容されていることを特徴とする。 The plurality of needle-shaped rollers have an outer roller located on the outer side in the radial direction and an inner roller located on the inner side in the radial direction, and the cage has a plurality of pockets provided at intervals in the circumferential direction. It is characterized in that the outer roller and the inner roller are housed in each of the plurality of pockets.

上記複数の針状ころは、径方向外側に位置する外側ころと、径方向内側に位置する内側ころとを有し、上記保持器は、径方向外側の位置で周方向に間隔をあけて設けられた複数の外側ポケットと、径方向内側の位置で周方向に間隔をあけて設けられた複数の内側ポケットとを有し、上記複数の外側ポケットの各々に上記外側ころが収容され、上記複数の内側ポケットの各々に上記内側ころが収容されていることを特徴とする。 The plurality of needle-shaped rollers have an outer roller located on the outer side in the radial direction and an inner roller located on the inner side in the radial direction, and the cages are provided at positions on the outer side in the radial direction at intervals in the circumferential direction. It has a plurality of outer pockets provided and a plurality of inner pockets provided at radial inner positions at intervals in the circumferential direction, and the outer rollers are housed in each of the plurality of outer pockets. It is characterized in that the inner roller is housed in each of the inner pockets of the.

本発明の複列スラスト針状ころ軸受は、針状ころの転動面に、DLCを含む所定の膜構造を有する硬質膜が成膜されてなる。混合層に用いるWCは、CrとDLCとの中間的な硬さや弾性率を有し、成膜後の残留応力の集中も発生し難い。さらに、WCとDLCとの混合層を傾斜組成とすることで、WCとDLCとが物理的に結合する構造となっている。 The double-row thrust needle roller bearing of the present invention is formed by forming a hard film having a predetermined film structure including DLC on the rolling surface of the needle roller. The WC used for the mixed layer has an intermediate hardness and elastic modulus between Cr and DLC, and the concentration of residual stress after film formation is unlikely to occur. Further, by forming the mixed layer of WC and DLC into an inclined composition, the structure is such that WC and DLC are physically bonded.

また、針状ころの転動面の上に直接成膜される下地層は、Crを含むので鉄系材料と相性がよく、WやSiと比較して密着性に優れる。さらに、該下地層が成膜される面(ころ表面)の表面粗さを示す粗さ曲線の算術平均粗さRaが0.3μm以下であり、二乗平均平方根傾斜RΔqが0.05以下であるので、粗さが十分に小さく、また粗さ突起が先鋭にならず、突起接触による応力集中が軽減される。結果として、硬質膜自体の耐剥離性に優れ、相手材に対する攻撃性を抑制できる。差動すべりを抑制して長寿命化を図っている複列スラスト針状ころ軸受において、硬質膜を成膜した針状ころを使用することによって、より厳しい潤滑条件下でも長寿命化を実現できる。 Further, since the base layer formed directly on the rolling surface of the needle-shaped roller contains Cr, it is compatible with iron-based materials and has excellent adhesion as compared with W and Si. Further, the arithmetic average roughness Ra of the roughness curve indicating the surface roughness of the surface (roller surface) on which the base layer is formed is 0.3 μm or less, and the root mean square slope RΔq is 0.05 or less. Therefore, the roughness is sufficiently small, the roughness protrusions are not sharpened, and the stress concentration due to the protrusion contact is reduced. As a result, the peel resistance of the hard film itself is excellent, and the aggression against the mating material can be suppressed. In double-row thrust needle roller bearings that suppress differential slip and extend the service life, the service life can be extended even under stricter lubrication conditions by using needle rollers with a hard film formed. ..

本発明の複列スラスト針状ころ軸受の一例を示す断面図などである。It is sectional drawing which shows an example of the double-row thrust needle roller bearing of this invention. 複数の針状ころの配置形態の他の例を示す平面図である。It is a top view which shows another example of the arrangement form of a plurality of needle-shaped rollers. 複数の針状ころの配置形態の他の例を示す平面図である。It is a top view which shows another example of the arrangement form of a plurality of needle-shaped rollers. 図1の保持器の拡大図である。It is an enlarged view of the cage of FIG. 保持器の他の例を示す図である。It is a figure which shows another example of a cage. 保持器の他の例を示す図である。It is a figure which shows another example of a cage. 硬質膜の構造を示す模式断面図である。It is a schematic cross-sectional view which shows the structure of a hard film. UBMS法の成膜原理を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the film formation principle of the UBMS method. UBMS装置の模式図である。It is a schematic diagram of a UBMS apparatus. 2円筒試験機の模試図である。2 It is a mock drawing of a cylindrical tester.

本発明の複列スラスト針状ころ軸受について、図1〜図6に基づいて説明する。これらの図において、同一の参照番号は、同一または相当の要素を示すものである。図1(a)は複列スラスト針状ころ軸受の軸方向断面図であり、図1(b)は、針状ころが保持された保持器の一部平面図である。 The double-row thrust needle roller bearing of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 6. In these figures, the same reference numbers indicate the same or equivalent elements. FIG. 1 (a) is an axial sectional view of a double-row thrust needle roller bearing, and FIG. 1 (b) is a partial plan view of a cage in which the needle rollers are held.

図1(a)に示すように、複列スラスト針状ころ軸受1は、互いに軸方向に対向する一対の軌道輪2、3と、両軌道輪間に転動自在に配置された針状ころ(転動体)5と、針状ころ5を保持する保持器4とを備えている。針状ころ5は、軸受の径方向に複数例(図1では2列)で配置されており、径方向内側に位置する内側ころ5aと、径方向外側に位置する外側ころ5bとを有する。図1において、一対の軌道輪2、3は、それぞれ円環状の軌道面を有しており、一方が固定側軌道輪であり、他方が回転側軌道輪である。なお、スラスト針状ころ軸受1は、必ずしも固定側軌道輪と回転側軌道輪を有さず、組み込まれる部材の相手側に直接転走面を有する場合もある。 As shown in FIG. 1A, the double-row thrust needle roller bearing 1 has a pair of raceway wheels 2 and 3 facing each other in the axial direction and needle rollers rotatably arranged between the raceway wheels. It includes a (rolling element) 5 and a cage 4 for holding the needle roller 5. The needle-shaped rollers 5 are arranged in a plurality of examples (two rows in FIG. 1) in the radial direction of the bearing, and have an inner roller 5a located on the inner side in the radial direction and an outer roller 5b located on the outer side in the radial direction. In FIG. 1, each of the pair of raceway rings 2 and 3 has an annular raceway surface, one of which is a fixed side raceway ring and the other of which is a rotation side raceway ring. The thrust needle roller bearing 1 does not necessarily have a fixed side raceway ring and a rotation side raceway ring, and may have a rolling surface directly on the mating side of the member to be incorporated.

図1(b)には、内側ころ5aおよび外側ころ5bの配置形態の一例を示す。図1(b)に示すように、保持器4は、周方向に間隔をあけて設けられた複数のポケット6を有する。各ポケット6内に内側ころ5aおよび外側ころ5bが収容されている。図1の形態では、内側ころ5aの数と外側ころ5bの数が同じであり、1つのポケットに対して、内側ころ5aと外側ころ5bが1個ずつ収容される。複数のポケット6は、周方向に等間隔に設けられている。この間隔は、各ポケットの周方向略中央を通る線同士がなす角度の間隔である。なお、内側ころ5aおよび外側ころ5bの配置形態は、図1の形態に限らず、例えば、図2や図3の形態を採用できる。 FIG. 1B shows an example of the arrangement form of the inner roller 5a and the outer roller 5b. As shown in FIG. 1 (b), the cage 4 has a plurality of pockets 6 provided at intervals in the circumferential direction. The inner roller 5a and the outer roller 5b are housed in each pocket 6. In the form of FIG. 1, the number of inner rollers 5a and the number of outer rollers 5b are the same, and one inner roller 5a and one outer roller 5b are accommodated in one pocket. The plurality of pockets 6 are provided at equal intervals in the circumferential direction. This interval is the interval between the lines passing through the substantially center of the circumferential direction of each pocket. The arrangement of the inner rollers 5a and the outer rollers 5b is not limited to the form shown in FIG. 1, and for example, the forms shown in FIGS. 2 and 3 can be adopted.

図2の保持器4は、径方向内側の位置で周方向に間隔をあけて設けられた複数の内側ポケット7aと、径方向外側の位置で周方向に間隔をあけて設けられた複数の外側ポケット7bとを有する。複数の内側ポケット7aの各々に内側ころ5aが収容され、複数の外側ポケット7bの各々に外側ころ5bが収容される。図2の形態では、内側ころ5aの数と外側ころ5bの数が同じである。複数の内側ポケット7aおよび複数の外側ポケット7bは、それぞれ周方向に等間隔に設けられている。 The cage 4 of FIG. 2 has a plurality of inner pockets 7a provided at radial inner positions at circumferential intervals, and a plurality of outer pockets 7a provided at radial outer positions at circumferential intervals. It has a pocket 7b. The inner roller 5a is housed in each of the plurality of inner pockets 7a, and the outer roller 5b is housed in each of the plurality of outer pockets 7b. In the form of FIG. 2, the number of inner rollers 5a and the number of outer rollers 5b are the same. The plurality of inner pockets 7a and the plurality of outer pockets 7b are provided at equal intervals in the circumferential direction.

図3の保持器4は、図2の保持器と同様に、内側ころ5aを収容する内側ポケット7aと、外側ころ5bを収容する外側ポケット7bとをそれぞれ複数有する。図3に示す形態では、内側ころ5aの数と、外側ころ5bの数が異なっており、外側ころ5bの数が内側ころ5aよりも多くなっている。なお、内側ころ5aの数を外側ころ5bよりも多くしてもよい。 Similar to the cage of FIG. 2, the cage 4 of FIG. 3 has a plurality of inner pockets 7a for accommodating the inner rollers 5a and a plurality of outer pockets 7b for accommodating the outer rollers 5b. In the form shown in FIG. 3, the number of the inner rollers 5a and the number of the outer rollers 5b are different, and the number of the outer rollers 5b is larger than that of the inner rollers 5a. The number of inner rollers 5a may be larger than that of outer rollers 5b.

上記図1〜図3に示す形態では、径方向に2個の針状ころを配置しているが、径方向に3個以上の針状ころを配置してもよい。その場合、各列のころの数は、互いに同じ数でもよく、互いに異なる数でもよい。 In the embodiment shown in FIGS. 1 to 3, two needle-shaped rollers are arranged in the radial direction, but three or more needle-shaped rollers may be arranged in the radial direction. In that case, the number of rollers in each column may be the same as each other or different from each other.

図4には、図1の保持器の拡大図を示す。図4において、保持器4は、上下に重ね合わせて接合される板状の第1部材4aと第2部材4bとからなる。図4の形態の保持器4では、第1部材4aの外周部分を折り曲げて第2部材4bの外周部にかしめて挟持するようにし、第2部材4bの内周部分を折り曲げて第1部材4aの内周部にかしめて挟持するようにしている。 FIG. 4 shows an enlarged view of the cage of FIG. In FIG. 4, the cage 4 is composed of a plate-shaped first member 4a and a second member 4b which are vertically overlapped and joined. In the cage 4 of the form of FIG. 4, the outer peripheral portion of the first member 4a is bent so as to be crimped and sandwiched by the outer peripheral portion of the second member 4b, and the inner peripheral portion of the second member 4b is bent to hold the first member 4a. I try to hold it by caulking it on the inner circumference of the.

本発明の複列スラスト針状ころ軸受に用いる保持器は、図4の形態に限らず、図5や図6に示す保持器を用いることができる。例えば、図5の保持器4は、リング状の第1部材4aの外周部および内周部を第2部材4b側に向かって折り曲げ、第2部材4bの外周部および内周部を第1部材4a側に向かって折り曲げている。第1部材4aの折り曲げ外周部および内周部は、第2部材4bの折り曲げ外周部および内周部内に嵌め入れられている。一方、図6の保持器4は、合成樹脂などによって単一部品として形成されている。 The cage used for the double-row thrust needle roller bearing of the present invention is not limited to the form shown in FIG. 4, and the cage shown in FIGS. 5 and 6 can be used. For example, in the cage 4 of FIG. 5, the outer peripheral portion and the inner peripheral portion of the ring-shaped first member 4a are bent toward the second member 4b side, and the outer peripheral portion and the inner peripheral portion of the second member 4b are the first member. It is bent toward the 4a side. The bent outer peripheral portion and inner peripheral portion of the first member 4a are fitted into the bent outer peripheral portion and inner peripheral portion of the second member 4b. On the other hand, the cage 4 of FIG. 6 is formed as a single component by a synthetic resin or the like.

本発明では、複列スラスト針状ころ軸受の針状ころに所定構造の硬質膜が形成されていることを特徴としている。具体的には、図1〜図6に示すように、針状ころ5(内側ころ5aおよび外側ころ5bを含む)の転動面に硬質膜8が形成されている。内側および外側のころに硬質膜を成膜することにより、スラスト針状ころ軸受は、厳しい潤滑条件下でも長寿命を得ることができるようになる。本発明の複列スラスト針状ころ軸受では、少なくとも針状ころの転動面に硬質膜が形成されていればよく、該硬質膜が針状ころのころ表面全体(軸方向端面を含む)に形成されていてもよい。また、図1〜図6の形態では、すべての針状ころに硬質膜が形成されているが、少なくとも1以上の針状ころに硬質膜が形成されていればよい。例えば、内側ころおよび外側ころで各1個ずつのころに硬質膜が形成されていてもよい。また、針状ころと転がり接触およびすべり接触する軌道輪の転動面にも、硬質膜が形成されていてもよい。 The present invention is characterized in that a hard film having a predetermined structure is formed on the needle rollers of a double-row thrust needle roller bearing. Specifically, as shown in FIGS. 1 to 6, a hard film 8 is formed on the rolling surface of the needle-shaped rollers 5 (including the inner rollers 5a and the outer rollers 5b). By forming a hard film on the inner and outer rollers, the thrust needle roller bearing can have a long life even under severe lubrication conditions. In the double-row thrust needle roller bearing of the present invention, it is sufficient that a hard film is formed at least on the rolling surface of the needle roller, and the hard film is applied to the entire roller surface (including the axial end face) of the needle roller. It may be formed. Further, in the form of FIGS. 1 to 6, the hard film is formed on all the needle-shaped rollers, but it is sufficient that the hard film is formed on at least one or more needle-shaped rollers. For example, a hard film may be formed on each of the inner and outer rollers. Further, a hard film may be formed on the rolling surface of the raceway ring that makes rolling contact and sliding contact with the needle-shaped roller.

上記複列スラスト針状ころ軸受において、硬質膜の成膜対象となるころは、鉄系材料からなる。鉄系材料としては、軸受部材として一般的に用いられる任意の鋼材などを使用でき、例えば、高炭素クロム軸受鋼、炭素鋼、工具鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼などが挙げられる。また、一対の軌道輪も、同様の鉄系材料からなることが好ましい。 In the double-row thrust needle roller bearing, the roller to be formed of a hard film is made of an iron-based material. As the iron-based material, any steel material generally used as a bearing member can be used, and examples thereof include high carbon chrome bearing steel, carbon steel, tool steel, and martensitic stainless steel. Further, it is preferable that the pair of raceway rings are also made of the same iron-based material.

硬質膜が形成される転動面の硬さが、ビッカーズ硬さでHv650以上であることが好ましい。Hv650以上とすることで、硬質膜(下地層)との硬度差を少なくし、密着性を向上させることができる。 The hardness of the rolling surface on which the hard film is formed is preferably Vickers hardness of Hv650 or more. By setting the Hv to 650 or higher, the difference in hardness with the hard film (underlayer) can be reduced and the adhesion can be improved.

硬質膜が形成される転動面において、硬質膜形成前に、窒化処理により窒化層が形成されていることが好ましい。窒化処理としては、ころ表面に密着性を妨げる酸化層が生じ難いプラズマ窒化処理を施すことが好ましい。また、窒化処理後の表面の硬さがビッカーズ硬さでHv1000以上であることが、硬質膜(下地層)との密着性をさらに向上させるために好ましい。 On the rolling surface on which the hard film is formed, it is preferable that the nitrided layer is formed by nitriding treatment before forming the hard film. As the nitriding treatment, it is preferable to perform a plasma nitriding treatment on the roller surface, which does not easily form an oxide layer that hinders adhesion. Further, it is preferable that the hardness of the surface after the nitriding treatment is Hv1000 or more in terms of Vickers hardness in order to further improve the adhesion to the hard film (underlayer).

本発明において、硬質膜が形成される転動面、つまり下地層が成膜される面は、算術平均粗さRaが0.3μm以下であり、かつ、二乗平均平方根傾斜RΔqが0.05以下である。Raは、好ましくは0.2μm以下である。また、硬質膜が形成される転動面は鏡面加工された面であってもよい。Raの下限は、特に限定されず、例えば0.005μm以上である。なお、鏡面加工は生産性や製造コストにおいて不利となるため、製造上の観点からは、Raが0.05μm以上であることが好ましく、0.1μm以上であることがより好ましい。RΔqは、好ましくは0.03以下であり、より好ましくは0.02以下である。算術平均粗さRaおよび二乗平均平方根傾斜RΔqは、JIS B 0601に準拠して算出される数値であり、接触式または非接触式の表面粗さ計などを用いて測定される。具体的な測定条件としては、測定長さ4mm、カットオフ0.8mmである。転動面の二乗平均平方根傾斜RΔqを0.05以下とすることで、粗さ曲線におけるピークが緩やかになり、突起の曲率半径が大きくなり局所面圧が低減できる。また、成膜時においては粗さによるミクロなレベルの電界集中も抑制でき、局所的な膜厚および硬度の変化を防ぐことができ、ひいては硬質膜の耐剥離性を向上できる。 In the present invention, the rolling surface on which the hard film is formed, that is, the surface on which the underlying layer is formed, has an arithmetic average roughness Ra of 0.3 μm or less and a root mean square inclination RΔq of 0.05 or less. Is. Ra is preferably 0.2 μm or less. Further, the rolling surface on which the hard film is formed may be a mirror-finished surface. The lower limit of Ra is not particularly limited, and is, for example, 0.005 μm or more. Since mirror surface processing is disadvantageous in terms of productivity and manufacturing cost, Ra is preferably 0.05 μm or more, and more preferably 0.1 μm or more, from the viewpoint of manufacturing. RΔq is preferably 0.03 or less, more preferably 0.02 or less. The arithmetic mean roughness Ra and the root mean square slope RΔq are numerical values calculated in accordance with JIS B 0601, and are measured using a contact type or non-contact type surface roughness meter or the like. Specific measurement conditions are a measurement length of 4 mm and a cutoff of 0.8 mm. By setting the root mean square slope RΔq of the rolling surface to 0.05 or less, the peak in the roughness curve becomes gentle, the radius of curvature of the protrusion becomes large, and the local surface pressure can be reduced. Further, at the time of film formation, it is possible to suppress the concentration of electric fields at a micro level due to roughness, prevent local changes in film thickness and hardness, and improve the peeling resistance of the hard film.

下地層が成膜される転動面の粗さ曲線から求められる最大山高さRpは0.4μm以下であることが好ましい。最大山高さRpは、JIS B 0601に準拠して算出される。粗さ曲線から求められる最大山高さRpと算術平均粗さRaの関係は、1≦Rp/Ra≦2となることが好ましく、1.2≦Rp/Ra≦2となることがより好ましい。 The maximum mountain height Rp obtained from the roughness curve of the rolling surface on which the base layer is formed is preferably 0.4 μm or less. The maximum mountain height Rp is calculated in accordance with JIS B 0601. The relationship between the maximum mountain height Rp obtained from the roughness curve and the arithmetic mean roughness Ra is preferably 1 ≦ Rp / Ra ≦ 2, and more preferably 1.2 ≦ Rp / Ra ≦ 2.

また、下地層が成膜される転動面の粗さ曲線から求められるスキューネスRskは負であることが好ましい。Rskは、歪み度の指標であり、−0.2以下であることがより好ましい。スキューネスRskは、平均線を中心にして振幅分布曲線の上下対称性を定量的に表したもの、つまり表面粗さの平均線に対する偏りを示す指標である。スキューネスRskは、JIS B 0601に準拠して算出される。スキューネスRskが負であることは、粗さ形状が下に凸(谷)ということを意味し、表面に平坦部が多くある状態となる。結果として凸部が少なく突起部による応力集中を起こしにくい表面であると言える。また粗さを軽減する手法にバレル研磨など研磨メディアとの衝突により表面突起を除去する方法があるが、加工条件によっては新たに突起を形成してしまいRskが正に転じる可能性があり注意が必要である。 Further, the skewness Rsk obtained from the roughness curve of the rolling surface on which the base layer is formed is preferably negative. Rsk is an index of the degree of distortion, and is more preferably −0.2 or less. Skewness Rsk is a quantitative expression of the vertical symmetry of the amplitude distribution curve centered on the average line, that is, an index showing the bias of the surface roughness with respect to the average line. Skewness Rsk is calculated according to JIS B 0601. When the skewness Rsk is negative, it means that the roughness shape is convex downward (valley), and there are many flat portions on the surface. As a result, it can be said that the surface has few protrusions and stress concentration due to the protrusions is unlikely to occur. In addition, there is a method to reduce the roughness by removing the surface protrusions by collision with the polishing media such as barrel polishing, but be careful because new protrusions may be formed depending on the processing conditions and the Rsk may turn positive. is necessary.

本発明における硬質膜の構造を図7に基づいて説明する。図7に示すように、該硬質膜8は、(1)ころ5の転動面5c上に直接成膜されるCrとWCとを主体とする下地層8aと、(2)下地層8aの上に成膜されるWCとDLCとを主体とする混合層8bと、(3)混合層8bの上に成膜されるDLCを主体とする表面層8cとからなる3層構造を有する。ここで、混合層8bは、下地層8a側から表面層8c側へ向けて連続的または段階的に、該混合層中のWCの含有率が小さくなり、かつ、該混合層中のDLCの含有率が高くなる層である。本発明では、硬質膜の膜構造を上記のような3層構造とすることで、急激な物性(硬度・弾性率等)変化を避けるようにしている。 The structure of the hard film in the present invention will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 7, the hard film 8 is formed of (1) a base layer 8a mainly composed of Cr and WC formed directly on the rolling surface 5c of the roller 5, and (2) a base layer 8a. It has a three-layer structure including a mixed layer 8b mainly composed of WC and DLC formed on the film, and (3) a surface layer 8c mainly composed of DLC formed on the mixed layer 8b. Here, in the mixed layer 8b, the content of WC in the mixed layer decreases continuously or stepwise from the base layer 8a side to the surface layer 8c side, and the content of DLC in the mixed layer is reduced. This is the layer where the rate is high. In the present invention, the film structure of the hard film has a three-layer structure as described above, so that sudden changes in physical properties (hardness, elastic modulus, etc.) are avoided.

下地層8aは、Crを含むので超硬合金材料や鉄系材料からなる針状ころとの相性がよく、W、Ti、Si、Alなどを用いる場合と比較して針状ころとの密着性に優れる。また、下地層8aに用いるWCは、CrとDLCとの中間的な硬さや弾性率を有し、成膜後の残留応力の集中も発生し難い。また、下地層8aは、ころ5側から混合層8b側に向けてCrの含有率が小さく、かつ、WCの含有率が高くなる傾斜組成とすることが好ましい。これにより、針状ころ5と混合層8bとの両面での密着性に優れる。 Since the base layer 8a contains Cr, it has good compatibility with needle-shaped rollers made of cemented carbide materials and iron-based materials, and has better adhesion to needle-shaped rollers than when W, Ti, Si, Al, etc. are used. Excellent for. Further, the WC used for the base layer 8a has an intermediate hardness and elastic modulus between Cr and DLC, and concentration of residual stress after film formation is unlikely to occur. Further, it is preferable that the base layer 8a has an inclined composition in which the Cr content is small and the WC content is high from the roller 5 side to the mixed layer 8b side. As a result, the adhesion between the needle roller 5 and the mixed layer 8b on both sides is excellent.

混合層8bは、下地層と表面層との間に介在する中間層となる。混合層8bに用いるWCは、上述のように、CrとDLCとの中間的な硬さや弾性率を有し、成膜後の残留応力の集中も発生し難い。混合層8bが、下地層8a側から表面層8c側に向けてWCの含有率が小さく、かつ、DLCの含有率が高くなる傾斜組成であるので、下地層8aと表面層8cとの両面での密着性に優れる。また、該混合層内において、WCとDLCとが物理的に結合する構造となっており、該混合層内での破損などを防止できる。さらに、表面層8c側ではDLC含有率が高められているので、表面層8cと混合層8bとの密着性に優れる。混合層8bは、非粘着性の高いDLCをWCによって下地層8a側にアンカー効果で結合させる層である。 The mixed layer 8b is an intermediate layer interposed between the base layer and the surface layer. As described above, the WC used for the mixed layer 8b has an intermediate hardness and elastic modulus between Cr and DLC, and the concentration of residual stress after film formation is unlikely to occur. Since the mixed layer 8b has an inclined composition in which the WC content is small and the DLC content is high from the base layer 8a side to the surface layer 8c side, both sides of the base layer 8a and the surface layer 8c Has excellent adhesion. Further, the structure is such that the WC and the DLC are physically bonded in the mixed layer, and damage in the mixed layer can be prevented. Further, since the DLC content is increased on the surface layer 8c side, the adhesion between the surface layer 8c and the mixed layer 8b is excellent. The mixed layer 8b is a layer in which a highly non-adhesive DLC is bonded to the base layer 8a side by WC by an anchor effect.

表面層8cは、DLCを主体とする膜である。表面層8cにおいて、混合層8bとの隣接側に、混合層8b側から硬度が連続的または段階的に高くなる傾斜層部分8dを有することが好ましい。これは、混合層8bと表面層8cとでバイアス電圧が異なる場合、バイアス電圧の急激な変化を避けるためにバイアス電圧を連続的または段階的に変化させる(上げる)ことで得られる部分である。傾斜層部分8dは、このようにバイアス電圧を変化させることで、結果として上記のように硬度が傾斜する。硬度が連続的または段階的に上昇するのは、DLC構造におけるグラファイト構造(sp)とダイヤモンド構造(sp)との構成比率が、バイアス電圧の上昇により後者に偏っていくためである。これにより、混合層と表面層との急激な硬度差がなくなり、混合層8bと表面層8cとの密着性がさらに優れる。 The surface layer 8c is a film mainly composed of DLC. In the surface layer 8c, it is preferable to have an inclined layer portion 8d whose hardness increases continuously or stepwise from the mixed layer 8b side on the side adjacent to the mixed layer 8b. This is a part obtained by continuously or stepwise changing (increasing) the bias voltage in order to avoid a sudden change in the bias voltage when the bias voltage is different between the mixed layer 8b and the surface layer 8c. By changing the bias voltage in this way, the hardness of the inclined layer portion 8d is inclined as described above. The hardness increases continuously or stepwise because the composition ratio of the graphite structure (sp 2 ) and the diamond structure (sp 3 ) in the DLC structure is biased toward the latter as the bias voltage increases. As a result, the sudden difference in hardness between the mixed layer and the surface layer is eliminated, and the adhesion between the mixed layer 8b and the surface layer 8c is further excellent.

硬質膜8の膜厚(3層の合計)は0.5〜5.0μmとすることが好ましい。膜厚が0.5μm未満であれば、耐摩耗性および機械的強度に劣るおそれがあり、5.0μmをこえると剥離しやすくなるおそれがある。さらに、該硬質膜8の膜厚に占める表面層8cの厚さの割合が0.8以下であることが好ましい。この割合が0.8をこえると、混合層8bにおけるWCとDLCの物理結合するための傾斜組織が不連続な組織となりやすく、密着性が劣化するおそれがある。 The film thickness of the hard film 8 (total of the three layers) is preferably 0.5 to 5.0 μm. If the film thickness is less than 0.5 μm, the wear resistance and mechanical strength may be inferior, and if it exceeds 5.0 μm, it may be easily peeled off. Further, the ratio of the thickness of the surface layer 8c to the film thickness of the hard film 8 is preferably 0.8 or less. If this ratio exceeds 0.8, the inclined structure for physical bonding of WC and DLC in the mixed layer 8b tends to be a discontinuous structure, and the adhesion may be deteriorated.

硬質膜8を以上のような組成の下地層8a、混合層8b、表面層8cとの3層構造とすることで、耐剥離性に優れる。 By forming the hard film 8 into a three-layer structure including a base layer 8a, a mixed layer 8b, and a surface layer 8c having the above composition, peeling resistance is excellent.

スラスト針状ころ軸受では、軌道輪と針状ころとの間に差動すべりが発生する。この差動すべりにより、接触面に発熱が生じ、油膜形成性が低下する。油膜がきれ境界潤滑となった場合、ころおよび軌道輪の摩耗やせん断応力による表面剥離などの表面損傷が生じやすい。また、境界潤滑下では、ころおよび軌道盤の粗面化が進み油膜形成性がより悪化する。本発明のスラスト針状ころ軸受において、針状ころの転動面に以上のような構造・物性の硬質膜を形成することで、DLCの低摩擦特性による発熱の抑制、ころ側の摩耗および粗面化の防止、DLCの相手材研摩効果による軌道盤粗さの平坦化などの効果が期待できる。その結果、苛酷な潤滑状態でも軌道面や転動面の損傷が少なく長寿命となる。また、グリース潤滑下では、軌道輪などの損傷により金属新生面が露出すると、触媒作用によりグリース劣化を促進させるが、本発明の複列スラスト針状ころ軸受では、硬質膜により金属接触による軌道面や転動面の損傷を防止できるので、このグリース劣化も防止できる。 In thrust needle roller bearings, differential slip occurs between the raceway ring and the needle roller. Due to this differential slip, heat is generated on the contact surface, and the oil film forming property is lowered. When the oil film breaks and becomes boundary lubrication, surface damage such as wear of rollers and raceway rings and surface peeling due to shear stress is likely to occur. Further, under boundary lubrication, the surface of the rollers and the raceway is roughened, and the oil film forming property is further deteriorated. In the thrust needle roller bearing of the present invention, by forming a hard film having the above structure and physical properties on the rolling surface of the needle roller, heat generation is suppressed due to the low friction characteristics of the DLC, and wear and roughness on the roller side are achieved. It can be expected to have effects such as prevention of surface formation and flattening of track surface roughness due to the polishing effect of the mating material of DLC. As a result, even in a harsh lubrication state, there is little damage to the raceway surface and rolling surface, and the service life is long. Further, under grease lubrication, when the metal new surface is exposed due to damage to the raceway ring or the like, grease deterioration is promoted by catalytic action, but in the double-row thrust needle roller bearing of the present invention, the raceway surface due to metal contact due to the hard film Since damage to the rolling surface can be prevented, this grease deterioration can also be prevented.

さらに、本発明に係る硬質膜は、所定の粗さパラメータの転動面に形成されるので、硬質膜自体の耐剥離性に優れ、相手材に対する攻撃性を抑制できる。そのため、DLC本来の特性を発揮でき、本発明の複列スラスト針状ころ軸受は、耐焼き付き性、耐摩耗性、および耐腐食性に優れ、苛酷な潤滑状態でも軌道面などの損傷が少なく長寿命となる。 Further, since the hard film according to the present invention is formed on the rolling surface having a predetermined roughness parameter, the hard film itself has excellent peel resistance and can suppress aggression against the mating material. Therefore, the original characteristics of DLC can be exhibited, and the double-row thrust needle roller bearing of the present invention has excellent seizure resistance, wear resistance, and corrosion resistance, and is long with little damage to the raceway surface even in a harsh lubrication state. It will reach the end of its life.

以下、本発明の硬質膜の成膜工程について説明する。この成膜工程は、下地層8aが成膜される面に対して、表面仕上げ加工をする工程と、下地層8aと混合層8bとを成膜する工程と、表面層8cを、スパッタリングガスとしてArガスを用いたUBMS装置を使用して成膜する工程とを含む。硬質膜は、表面仕上げ加工した軸受部材の成膜面に対して、下地層8a、混合層8b、表面層8cをこの順に成膜して得られる。 Hereinafter, the film forming process of the hard film of the present invention will be described. In this film forming step, a surface finishing process is performed on the surface on which the base layer 8a is formed, a step of forming a film of the base layer 8a and the mixed layer 8b, and the surface layer 8c is used as a sputtering gas. It includes a step of forming a film using a UBMS apparatus using Ar gas. The hard film is obtained by forming a base layer 8a, a mixed layer 8b, and a surface layer 8c in this order on the film-forming surface of the bearing member that has been surface-finished.

下地層8aと混合層8bを成膜する工程は、スパッタリングガスとしてArガスを用いたUBMS装置を使用することが好ましい。UBMS装置を用いたUBMS法の成膜原理を図8に示す模式図を用いて説明する。図中において、基材12は、成膜対象の転動体(ころ)であるが、模式的に平板で示してある。図8に示すように、丸形ターゲット15の中心部と周辺部で異なる磁気特性を有する内側磁石14a、外側磁石14bが配置され、ターゲット15付近で高密度プラズマ19を形成しつつ、磁石14a、14bにより発生する磁力線16の一部16aがバイアス電源11に接続された基材12近傍まで達するようにしたものである。この磁力線16aに沿ってスパッタリング時に発生したArプラズマが基材12付近まで拡散する効果が得られる。このようなUBMS法では、基材12付近まで達する磁力線16aに沿って、Arイオン17および電子が、通常のスパッタリングに比べてイオン化されたターゲット18をより多く基材12に到達させるイオンアシスト効果によって、緻密な膜(層)13を成膜できる。 In the step of forming the film of the base layer 8a and the mixed layer 8b, it is preferable to use a UBMS apparatus using Ar gas as the sputtering gas. The film forming principle of the UBMS method using the UBMS apparatus will be described with reference to the schematic diagram shown in FIG. In the figure, the base material 12 is a rolling element (roller) to be formed, but is schematically shown as a flat plate. As shown in FIG. 8, inner magnets 14a and outer magnets 14b having different magnetic characteristics are arranged in the central portion and the peripheral portion of the round target 15, and the magnets 14a, while forming a high-density plasma 19 in the vicinity of the target 15. A part 16a of the magnetic field lines 16 generated by 14b reaches the vicinity of the base material 12 connected to the bias power supply 11. The effect of diffusing Ar plasma generated during sputtering along the magnetic field lines 16a to the vicinity of the base material 12 can be obtained. In such a UBMS method, along the magnetic field lines 16a reaching the vicinity of the base material 12, Ar ions 17 and electrons are caused by the ion assist effect of causing more ionized targets 18 to reach the base material 12 as compared with ordinary sputtering. , A dense film (layer) 13 can be formed.

下地層8aを成膜する工程では、ターゲット15としてCrターゲットおよびWCターゲットを併用し、混合層8bを成膜する工程では、ターゲット15としてWCターゲットおよび黒鉛ターゲットを併用する。下地層8aを成膜する工程では、連続的または段階的に、WCターゲットに印加するスパッタ電力を上げながら、かつ、Crターゲットに印加する電力を下げながら成膜する。これにより混合層8b側に向けてCrの含有率が小さく、かつ、WCの含有率が高くなる構造の層とできる。 In the step of forming the base layer 8a, the Cr target and the WC target are used together as the target 15, and in the step of forming the mixed layer 8b, the WC target and the graphite target are used together as the target 15. In the step of forming the base layer 8a, the film is formed while continuously or stepwise increasing the sputtering power applied to the WC target and decreasing the power applied to the Cr target. As a result, a layer having a structure in which the Cr content is low and the WC content is high toward the mixed layer 8b side can be obtained.

混合層8bを成膜する工程では、連続的または段階的に、炭素供給源となる黒鉛ターゲットに印加するスパッタ電力を上げながら、かつ、WCターゲットに印加する電力を下げながら成膜する。これにより表面層8c側に向けてWCの含有率が小さく、かつ、DLCの含有率が高くなる傾斜組成の層とできる。 In the step of forming the mixed layer 8b, the sputtering power applied to the graphite target as the carbon supply source is increased continuously or stepwise, and the electric power applied to the WC target is decreased. As a result, a layer having a gradient composition in which the WC content is low and the DLC content is high toward the surface layer 8c side can be obtained.

表面層8cを成膜する工程は、スパッタリングガスとしてArガスを用いたUBMS装置を使用することが好ましい。より詳細には、該工程は、この装置を利用して、炭素供給源として黒鉛ターゲットと炭化水素系ガスとを併用し、Arガスの上記装置内への導入量100に対する上記炭化水素系ガスの導入量の割合を1〜10とし、上記装置内の真空度を0.2〜0.8Paとし、炭素供給源から生じる炭素原子を、混合層8b上に堆積させて成膜する工程であることが好ましい。 In the step of forming the surface layer 8c, it is preferable to use a UBMS apparatus using Ar gas as the sputtering gas. More specifically, in this step, using this apparatus, a graphite target and a hydrocarbon-based gas are used in combination as a carbon supply source, and the amount of the hydrocarbon-based gas introduced into the apparatus is 100. It is a step in which the ratio of the introduced amount is 1 to 10, the degree of vacuum in the apparatus is 0.2 to 0.8 Pa, and carbon atoms generated from the carbon supply source are deposited on the mixed layer 8b to form a film. Is preferable.

本発明の複列スラスト針状ころ軸受のころに使用する硬質膜として、所定の基材(試験片)に対して硬質膜を形成し、該硬質膜の物性に関する評価した。また、2円筒試験機を用いた転がり滑り試験にて相手材摩耗の評価を行った。これらを実施例、比較例として以下に説明する。 As a hard film used for the rollers of the double-row thrust needle roller bearing of the present invention, a hard film was formed on a predetermined base material (test piece), and the physical characteristics of the hard film were evaluated. In addition, the wear of the mating material was evaluated by a rolling slip test using a two-cylindrical tester. These will be described below as examples and comparative examples.

硬質膜の評価用に用いた試験片、UBMS装置、スパッタリングガスなどは以下のとおりである。
(1)試験片物性:SUJ2 焼き入れ焼き戻し品 750Hv
(2)試験片:研磨された(算術平均粗さRa、二乗平均平方根傾斜RΔq、最大山高さRp、スキューネスRskは表1記載)SUJ2リング(φ40×L12副曲率60)の摺動表面に対して各条件にて硬質膜を成膜したもの
(3)UBMS装置:神戸製鋼所製;UBMS202
(4)スパッタリングガス:Arガス
The test pieces, UBMS equipment, sputtering gas, etc. used for the evaluation of the hard film are as follows.
(1) Test piece physical characteristics: SUJ2 quenching and tempering product 750Hv
(2) Test piece: With respect to the sliding surface of the SUJ2 ring (φ40 × L12 subcurvature 60) polished (arithmetic mean roughness Ra, root mean square slope RΔq, maximum peak height Rp, skewness Rsk are shown in Table 1). (3) UBMS equipment: manufactured by Kobe Steel Co., Ltd .; UBMS202
(4) Sputtering gas: Ar gas

下地層の形成条件を以下に説明する。成膜チャンバー内を5×10−3Pa程度まで真空引きし、ヒータで基材をベーキングして、Arプラズマにて基材表面をエッチング後、UBMS法にてCrターゲットとWCターゲットに印加するスパッタ電力を調整し、CrとWCの組成比を傾斜させ、基材側でCrが多く表面側でWCが多いCr/WC傾斜層を形成した。 The conditions for forming the base layer will be described below. Vacuum the inside of the film formation chamber to about 5 × 10 -3 Pa, bake the base material with a heater, etch the base material surface with Ar plasma, and then apply it to the Cr target and WC target by the UBMS method. The electric power was adjusted and the composition ratio of Cr and WC was inclined to form a Cr / WC inclined layer having a large amount of Cr on the base material side and a large amount of WC on the surface side.

混合層の形成条件を以下に説明する。下地層と同様にUBMS法にて成膜した。ここで、該混合層については、炭化水素系ガスであるメタンガスを供給しながら、WCターゲットと黒鉛ターゲットに印加するスパッタ電力を調整し、WCとDLCの組成比を傾斜させ、基材側でWCが多く表面側でDLCが多いWC/DLC傾斜層を形成した。 The conditions for forming the mixed layer will be described below. A film was formed by the UBMS method in the same manner as the base layer. Here, for the mixed layer, while supplying methane gas, which is a hydrocarbon gas, the sputter power applied to the WC target and the graphite target is adjusted, the composition ratio of WC and DLC is inclined, and the WC on the base material side. A WC / DLC inclined layer with a large amount of DLC was formed on the surface side.

各試験片では、表面仕上げ加工の条件を変更する等して、算術平均粗さRaや二乗平均平方根傾斜RΔqを変えている。なお、試験片の表面の各種粗さパラメータは表面粗さ測定器(テーラーホブソン社製:フォーム・タリサーフPGI830)で測定した。JIS B 0601に従い、基準長さ0.8mm、区間数5で5回測定した値の平均値を表1に示す。 In each test piece, the arithmetic mean roughness Ra and the root mean square slope RΔq are changed by changing the surface finishing conditions. Various roughness parameters on the surface of the test piece were measured with a surface roughness measuring instrument (Taylor Hobson: Foam Talisurf PGI830). Table 1 shows the average value of the values measured 5 times with a reference length of 0.8 mm and a number of sections of 5 according to JIS B 0601.

図9はUBMS装置の模式図である。図9に示すように、円盤20上に配置された基材21に対し、スパッタ蒸発源材料(ターゲット)22を非平衡な磁場により、基材21近傍のプラズマ密度を上げてイオンアシスト効果を増大すること(図8参照)によって、基材上に堆積する被膜の特性を制御できるUBMS機能を備える装置である。この装置により、基材上に、複数のUBMS被膜(組成傾斜を含む)を任意に組合せた複合被膜を成膜することができる。この実施例では、基材とするリングに、下地層、混合層、表面層をUBMS被膜として成膜している。 FIG. 9 is a schematic view of the UBMS apparatus. As shown in FIG. 9, the sputter evaporation source material (target) 22 is applied to the base material 21 arranged on the disk 20 by a non-equilibrium magnetic field to increase the plasma density in the vicinity of the base material 21 and increase the ion assist effect. It is a device having a UBMS function capable of controlling the characteristics of the coating film deposited on the base material by doing so (see FIG. 8). With this device, a composite coating film in which a plurality of UBMS coating films (including composition gradients) are arbitrarily combined can be formed on the base material. In this embodiment, the base layer, the mixed layer, and the surface layer are formed as a UBMS film on the ring as the base material.

実施例1〜7、比較例1〜3
表1に示す基材をアセトンで超音波洗浄した後、乾燥した。乾燥後、基材をUBMS装置に取り付け、上述の形成条件にて下地層および混合層を形成した。その上に、表面層であるDLC膜を成膜し、硬質膜を有する試験片を得た。表面層の形成条件は、上記装置における成膜チャンバー内の真空度が0.8Pa、基材に対するバイアス電圧が50V、上記装置内へのメタンガス導入量の割合がArガスの導入量100(体積部)に対して1(体積部)である。結果を表1に併記する。表中の膜厚は、3層(下地層、混合層、表面層)の合計膜厚である。
Examples 1-7, Comparative Examples 1-3
The substrates shown in Table 1 were ultrasonically cleaned with acetone and then dried. After drying, the base material was attached to the UBMS apparatus, and the base layer and the mixed layer were formed under the above-mentioned formation conditions. A DLC film, which is a surface layer, was formed on the film to obtain a test piece having a hard film. The conditions for forming the surface layer are that the degree of vacuum in the film forming chamber in the above device is 0.8 Pa, the bias voltage with respect to the substrate is 50 V, and the ratio of the amount of methane gas introduced into the above device is the amount of Ar gas introduced 100 (volume part). ) Is 1 (volume part). The results are also shown in Table 1. The film thickness in the table is the total film thickness of the three layers (underlayer, mixed layer, and surface layer).

<2円筒試験機による転がり滑り試験>
得られた試験片について図10に示す2円筒試験機を用いて転がり滑りによる相手材摩耗の試験を行った。この2円筒試験機は、駆動側試験片23と転がり滑り接触する従動側試験片24とを備え、それぞれの試験片(リング)は支持軸受26で支持されており、負荷用バネ27により荷重が負荷されている。また、図中の25は駆動用プーリ、28は非接触回転計である。回転差をつけて滑りを発生させ、相手材側円筒の摩耗深さから相手攻撃性を評価した。具体的な試験条件は以下のとおりである。なお、相手材側円筒の摩耗深さは、表面粗さ測定器(テーラーホブソン社製:フォーム・タリサーフPGI830)を用い、基準面に対する摩耗深さを求めた。
(試験条件)
相手材:研削仕上げ(0.02μmRa)SUJ2リング(φ40×L12副曲率60)
潤滑油:VG320相当油(添加剤含有) フェルトパット給油
最大接触面圧:1.5GPa
回転数:(試験片側)127min−1
(相手材側)126min−1
相対滑り率:0.8%
打ち切り時間:72h
<Rolling and slip test using a 2 cylindrical tester>
The obtained test piece was tested for wear of the mating material due to rolling and slipping using the two-cylindrical tester shown in FIG. This two-cylindrical tester includes a drive-side test piece 23 and a driven-side test piece 24 that rolls and slides into contact with each other. Each test piece (ring) is supported by a support bearing 26, and a load is applied by a load spring 27. It is loaded. In the figure, 25 is a drive pulley and 28 is a non-contact tachometer. Slip was generated with a difference in rotation, and the aggression of the opponent was evaluated from the wear depth of the cylinder on the mating material side. The specific test conditions are as follows. The wear depth of the mating material-side cylinder was determined using a surface roughness measuring instrument (Taylor Hobson: Foam Talisurf PGI830) with respect to the reference surface.
(Test condition)
Mating material: Grinded finish (0.02 μmRa) SUJ2 ring (φ40 × L12 subcurvature 60)
Lubricating oil: VG320 equivalent oil (containing additives) Felt pad refueling Maximum contact surface pressure: 1.5 GPa
Rotation speed: (test piece side) 127min -1
(Mating material side) 126min -1
Relative slip rate: 0.8%
Cutoff time: 72h

表1に2円筒転がり滑り試験の結果を示す。使用する基材および表面層の成膜条件は同一であり、表面層の硬度は平均値で約23GPaである。硬質膜を成膜する表面の表面粗さを示す粗さ曲線の算術平均粗さRaが0.3μm以下であり、二乗平均平方根傾斜RΔqが0.05以下である場合(実施例1〜7)は、2円筒転がり滑り試験における相手材摩耗が小さい傾向があり、相手攻撃性が低下している。特に、実施例3は、比較例3と、Ra、Rsk、Rpが同程度であるにもかかわらず、RΔqの違いにより、相手攻撃性が顕著に異なる結果となった。これは、突起の先端半径が鈍化し応力集中が緩和されたためと考えられる。 Table 1 shows the results of the two-cylinder rolling slip test. The film forming conditions of the base material and the surface layer used are the same, and the hardness of the surface layer is about 23 GPa on average. When the arithmetic average roughness Ra of the roughness curve indicating the surface roughness of the surface on which the hard film is formed is 0.3 μm or less and the root mean square slope RΔq is 0.05 or less (Examples 1 to 7). In the two-cylinder rolling slip test, the mating material wear tends to be small, and the mating aggression is reduced. In particular, in Example 3, although Ra, Rsk, and Rp were similar to those in Comparative Example 3, the result was that the opponent's aggression was significantly different due to the difference in RΔq. It is considered that this is because the tip radius of the protrusion is blunted and the stress concentration is relaxed.

実施例6は実施例3とRa、RΔqは同程度だが、相手攻撃性が異なる。これはRskが正の値となり上向きの突起が増えたことによると考えられる。また実施例5の結果からRskが小さいほど相手材摩耗が大きいわけではなく、Rskが0以上とならないことが相手攻撃性の抑制に重要であると考えられる。 In Example 6, Ra and RΔq are similar to those in Example 3, but the opponent's aggression is different. It is considered that this is because Rsk became a positive value and the number of upward protrusions increased. Further, from the result of Example 5, it is considered that the smaller the Rsk, the larger the wear of the mating material is not, and it is important to suppress the aggression of the mating material that the Rsk does not become 0 or more.

以上より、本発明では、硬質膜と相手材の接触時における突起部の応力集中を緩和し、相手材摩耗を抑制するため、粗さ曲線の算術平均粗さRaおよび二乗平均平方根傾斜RΔqを用いて基材表面の状態を規定している。 From the above, in the present invention, in order to alleviate the stress concentration of the protrusions at the time of contact between the hard film and the mating material and suppress the wear of the mating material, the arithmetic mean roughness Ra of the roughness curve and the root mean square slope RΔq are used. The condition of the surface of the base material is specified.

以上、図面を参照して本発明の実施形態を説明したが、本発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、本発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変更を加えることが可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described above with reference to the drawings, the present invention is not limited to the illustrated embodiments. Various modifications and changes can be made to the illustrated embodiment within the same range as the present invention or within the same range.

本発明の複列スラスト針状ころ軸受は、針状ころの転動面にDLC膜が形成され、苛酷な潤滑状態で運転した場合においてもこのDLC膜の耐剥離性に優れ、DLC本体の特性を発揮できるので、耐焼き付き性、耐摩耗性、および耐腐食性に優れる。また、相手材に対する攻撃性が抑制されている。このため、本発明の複列スラスト針状ころ軸受は、過酷な潤滑状態での用途を含め、各種用途に適用可能であり、特に、自動車のエアーコンディショナー用コンプレッサ、オートマチックトランスミッション、電動ブレーキ等に使用される複列スラスト針状ころ軸受に有利に適用され得る。 In the double-row thrust needle roller bearing of the present invention, a DLC film is formed on the rolling surface of the needle roller, and the DLC film is excellent in peeling resistance even when operated under severe lubrication, and the characteristics of the DLC main body are excellent. It is excellent in seizure resistance, abrasion resistance, and corrosion resistance. In addition, the aggression against the partner material is suppressed. Therefore, the double-row thrust needle roller bearing of the present invention can be applied to various applications including applications under harsh lubrication conditions, and is particularly used for compressors for automobile air conditioners, automatic transmissions, electric brakes, and the like. Can be advantageously applied to double row thrust needle roller bearings.

1 複列スラスト針状ころ軸受
2 軌道輪
3 軌道輪
4 保持器
5 針状ころ
5a 内側ころ
5b 外側ころ
6 ポケット
7 ポケット
7a 内側ポケット
7b 外側ポケット
8 硬質膜
11 バイアス電源
12 基材
13 膜(層)
14 磁石
15 ターゲット
16 磁力線
17 Arイオン
18 イオン化されたターゲット
19 高密度プラズマ
20 円盤
21 基材
22 スパッタ蒸発源材料(ターゲット)
23 駆動側試験片
24 従動側試験片
25 駆動用プーリ
26 支持軸受
27 負荷用バネ
28 非接触回転計
1 Double row thrust needle roller bearing 2 Track ring 3 Track ring 4 Cage 5 Needle roller 5a Inner roller 5b Outer roller 6 Pocket 7 Pocket 7a Inner pocket 7b Outer pocket 8 Hard film 11 Bias power supply 12 Base material 13 film (layer) )
14 Magnet 15 Target 16 Magnetic line 17 Ar ion 18 Ionized target 19 High-density plasma 20 Disk 21 Base material 22 Spatter evaporation source material (target)
23 Drive side test piece 24 Driven side test piece 25 Drive pulley 26 Support bearing 27 Load spring 28 Non-contact tachometer

Claims (5)

一対の軌道輪と、該一対の軌道輪間に転動自在に配置された複数の針状ころと、前記針状ころを保持する保持器とを備え、前記複数の針状ころが軸受の径方向に複数列で配列された複列スラスト針状ころ軸受であって、
前記針状ころは鉄系材料からなり、硬質膜は、前記針状ころの転動面の上に直接成膜されるクロムとタングステンカーバイトとを主体とする下地層と、該下地層の上に成膜されるタングステンカーバイトとダイヤモンドライクカーボンとを主体とする混合層と、該混合層の上に成膜されるダイヤモンドライクカーボンを主体とする表面層とからなる構造の膜であり、
前記混合層は、前記下地層側から前記表面層側へ向けて連続的または段階的に、該混合層中の前記タングステンカーバイトの含有率が小さくなり、該混合層中の前記ダイヤモンドライクカーボンの含有率が高くなる層であり、
前記下地層が成膜される面における粗さ曲線の算術平均粗さRaが0.3μm以下であり、二乗平均平方根傾斜RΔqが0.05以下であることを特徴とする複列スラスト針状ころ軸受。
A pair of raceway wheels, a plurality of needle-shaped rollers rotatably arranged between the pair of raceway rings, and a cage for holding the needle-shaped rollers are provided, and the plurality of needle-shaped rollers have a bearing diameter. Double-row thrust needle roller bearings arranged in multiple rows in the direction.
The needle-shaped roller is made of an iron-based material, and the hard film is formed on a base layer mainly composed of chromium and tungsten carbide, which is directly formed on the rolling surface of the needle-shaped roller, and on the base layer. It is a film having a structure composed of a mixed layer mainly composed of tungsten carbide and diamond-like carbon formed on the film, and a surface layer mainly composed of diamond-like carbon formed on the mixed layer.
In the mixed layer, the content of the tungsten carbide in the mixed layer decreases continuously or stepwise from the base layer side to the surface layer side, and the diamond-like carbon in the mixed layer becomes smaller. It is a layer with a high content rate,
A double-row thrust needle roller characterized in that the arithmetic average roughness Ra of the roughness curve on the surface on which the base layer is formed is 0.3 μm or less, and the root mean square slope RΔq is 0.05 or less. bearing.
前記下地層が成膜される面における粗さ曲線から求められるスキューネスRskが−0.2以下であることを特徴とする請求項1記載の複列スラスト針状ころ軸受。 The double-row thrust needle roller bearing according to claim 1, wherein the skewness Rsk obtained from the roughness curve on the surface on which the base layer is formed is −0.2 or less. 前記下地層が成膜される面における粗さ曲線から求められる最大山高さRpが0.4μm以下であることを特徴とする請求項1または請求項2記載の複列スラスト針状ころ軸受。 The double-row thrust needle roller bearing according to claim 1 or 2, wherein the maximum mountain height Rp obtained from the roughness curve on the surface on which the base layer is formed is 0.4 μm or less. 前記複数の針状ころは、径方向外側に位置する外側ころと、径方向内側に位置する内側ころとを有し、
前記保持器は、周方向に間隔をあけて設けられた複数のポケットを有し、前記複数のポケットの各々に前記外側ころおよび前記内側ころが収容されていることを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか1項記載の複列スラスト針状ころ軸受。
The plurality of needle-shaped rollers have an outer roller located on the outer side in the radial direction and an inner roller located on the inner side in the radial direction.
The cage has a plurality of pockets provided at intervals in the circumferential direction, and the outer roller and the inner roller are housed in each of the plurality of pockets, according to claim 1. The double row thrust needle roller bearing according to any one of claims up to 3.
前記複数の針状ころは、径方向外側に位置する外側ころと、径方向内側に位置する内側ころとを有し、
前記保持器は、径方向外側の位置で周方向に間隔をあけて設けられた複数の外側ポケットと、径方向内側の位置で周方向に間隔をあけて設けられた複数の内側ポケットとを有し、前記複数の外側ポケットの各々に前記外側ころが収容され、前記複数の内側ポケットの各々に前記内側ころが収容されていることを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか1項記載の複列スラスト針状ころ軸受。
The plurality of needle-shaped rollers have an outer roller located on the outer side in the radial direction and an inner roller located on the inner side in the radial direction.
The cage has a plurality of outer pockets provided at radial outer positions at circumferential intervals and a plurality of inner pockets provided at radial inner positions at circumferential intervals. However, any one of claims 1 to 3, wherein the outer roller is housed in each of the plurality of outer pockets, and the inner roller is housed in each of the plurality of inner pockets. Double row thrust needle roller bearings as described in the section.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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