JP3383850B2 - ころがり軸受 - Google Patents

ころがり軸受

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、軸受鋼で作られ、
内輪と、該内輪に対して同心に配される外輪と、そして
内外輪の間の環状空間に配されて内外輪ところがり接触
する一組の転動体とを有するころがり軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】多くの
軸受の応用分野では摩擦が好ましくない状況にあり、こ
れは軸受の摩耗を来たす。この問題に対応する初歩的解
決策は適切な潤滑を施すことであるが、高速度、高荷重
そして高温での運転を行う多くの応用分野では、得られ
る潤滑剤では十分な結果とならない。
【０００３】かかる状況に対処するために、以前から、
ころがり軸受の部材に硬度の高い、例えばＴｉＮ，Ｔｉ
Ｃ，ＣｒＮのような炭化物そして窒化物の表面コーティ
ングを施すことが行なわれてきた。窒化物や炭化物は高
硬度で良好な耐摩耗性をもたらすが、摩擦係数が比較的
高いという問題をも有しており、この高摩擦係数と高硬
度とが相俟って、このコーティングが施された軸受の部
材と転動あるいは滑動する部材に過大な摩耗をもたらす
こととなる。
【０００４】この種のコーティングと基材との間の十分
な結合力は、コーティングを施すときの温度が非常に高
い（４００℃以上）ものでないと得ることができず、比
較的低合金鋼は過度の軟化や寸法変化が生じていた。
【０００５】したがって、かかるコーティングでは十分
な結果を得られていなかった。滑り軸受の分野ではダイ
ヤモンド状炭素（ＤＬＣ：diamond-like carbon）のコ
ーティングが早くから用いられていた。基材である軸受
鋼材料に対するこの材料の結合は滑り軸受の分野では十
分であるが、ころがり軸受では、より高い接触圧の結
果、そしてＤＬＣが熱的に安定でなく弾性特性に劣ると
いうことと相俟って、殆んどの分野で結合力が不十分で
あってＤＬＣが剥離してしまうということが証明されて
いる。しかしＤＬＣの限定された特性がかかる応用分野
の有用性を限定してしまうけれども、特殊な内層をころ
がり軸受に形成するという解決策もあった。
【０００６】本発明の目的は、軸受鋼で作られ、内輪
と、該内輪に対して同心に配される外輪と、そして内外
輪の間の環状空間に配されて内外輪ところがり接触する
一組の転動体とを有するころがり軸受を、良好に機能せ
しめ、過酷な状況で潤滑が十分でなくとも延命化せしめ
ることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】本発明に
よるころがり軸受は、軸受鋼で作られており、内輪と、
該内輪に対して同心に配される外輪と、そして内外輪の
間の環状空間に配されて内外輪ところがり接触する一組
の転動体とを有していて、内輪、外輪そして一組の転動
体のうちの少なくとも一つは表面コーティングを有し、
この表面コーティングは窒化炭素の外層と、コーティン
グを受ける部材の鋼材の面と窒化炭素の層との間に設け
られた中間層とを有し、該中間層は六方晶系の窒化硼素
炭素（hexagonal boroncarbon nitride）（Ｂ−Ｎ−
Ｃ）となっている。
【０００８】かかる本発明によると、関連軸受部品、例
えば、保持器、シール、ガイドリング等の少なくとも一
つに対応せるコーティング層を形成することも可能であ
る。
【０００９】フラーレン状（Fulleren-like）窒化炭素
が適用され、この窒化炭素自体と軸受鋼との間の結合は
あまり良好ではないが、窒化炭素は非常に良い摩擦特
性、改善された表面硬度と耐摩耗性を呈した。しかしな
がら、窒化硼素炭素、好ましくは、六方晶系の窒化硼素
炭素の非常に薄い層（１０〜１００nm）が軸受鋼に対し
て極めて良好な結合特性をもっていることも判明した。
【００１０】ついには、窒化硼素炭素の優秀な結合特性
と窒化炭素の非常に良好な摩擦特性そして耐摩耗性と
を、蒸着技術によって得ることが可能であり、又、一つ
の工程で、約１０〜１００nmの薄い窒化硼素炭素層とそ
の上に約０．１〜５μmの窒化炭素層とを、窒化硼素炭
素と窒化炭素との間に次第に拡がり変化する移行域をな
す干渉層をもって形成することが可能であるということ
が判明した。
【００１１】混合された窒化硼素炭素と窒化炭素層との
間の凝集域は窒化炭素層の非常に強い保持力をもたら
し、これは、高温かつ悪い潤滑環境のもとでも、剥離現
象等をもたらすことなく、高速かつ高荷重のもとでの運
転に耐える能力をもたらす。
【００１２】使用された窒化炭素は重量にて１０〜２５
％のＮを有し、残りは炭素であった。窒化炭素のフラー
レン状態は５０〜６００℃の間で形成され、置換型のＮ
をもつ曲ったグラファイト片の形態で得られた。
【００１３】
【発明の実施の形態】添付図面の図１には、内輪２と、
外輪３と、内外輪２，３間に配された二列の球面ころ
（転動体）４を有し、この球面ころ４が内外輪２，３と
接触して転動するころがり軸受１の断面図が示されてい
る。図においては、周方向で隣接せるころ４同士を間隔
づける保持器５，二列のころの対向面の接触を防止する
ガイドリング６も図示されている。
【００１４】図２には、図１に見られるころがり軸受の
ための内外輪２，３、ころ４、保持器５、ガイドリング
６そしてシールもしくはシールド側板のうちのいずれか
の部分（軸受部材）７についての拡大概要断面が示され
ている。
【００１５】部分７は断片的に描かれているが普通の等
級の軸受鋼で成っている。この軸受部材７の上表面には
蒸着技術によって六方の晶系窒化硼素炭素の良結合層８
が施され、この上には、好ましくは同様な方法で、窒化
炭素の層９が設けられている。この窒化炭素は、蒸着の
過程において、窒化硼素炭素と凝集して拡散干渉層１０
を形成する。ここで、窒化硼素炭素と窒化炭素は、いわ
ゆるアマルガム化、すなわち均一混合されており、良好
な結合性を有する窒化硼素炭素と非常に良い摩擦特性を
有する窒化炭素との間に、強い結合力をもたらす。
【００１６】本発明は添付図面に図示され説明された実
施形態に限定されず本発明の範囲において種々変形が可
能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用可能なころがり軸受の一例を示す
断面図である。
【図２】本発明の一実施形態を示し、図１のころがり軸
受の一部の拡大断面図である。
【符号の説明】
１ ころがり軸受 ２ 内輪 ３ 外輪 ４ 球面ころ（転動体） ５ 保持器 ６ ガイドリング ７ 鋼材 ８ 中間層（窒化硼素炭素） ９ 外層（窒化炭素） １０ 干渉層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｃ０１Ｂ 31/02 １０１ Ｃ０１Ｂ 31/02 １０１Ｆ Ｃ２３Ｃ 16/30 Ｃ２３Ｃ 16/30 (56)参考文献 特開 昭53−131285（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−133138（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−101000（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−222066（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F16C 19/00 - 19/54 F16C 33/30 - 33/66 C23C 16/00 - 16/56 C23C 24/00 - 30/00 C01B 31/00 - 31/36

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 軸受鋼で作られ、内輪と、該内輪に対し
    て同心に配される外輪と、そして内外輪の間の環状空間
    に配されて内外輪ところがり接触する一組の転動体とを
    有しているころがり軸受において、内輪、外輪そして一
    組の転動体のうちの少なくとも一つは表面コーティング
    を有し、この表面コーティングは窒化炭素の外層（９）
    と、コーティングを受ける部材の鋼材の面（７）と窒化
    炭素の層との間に設けられた中間層（８）とを有し、該
    中間層は六方晶系の窒化硼素炭素となっていることを特
    徴とするころがり軸受。
  2. 【請求項２】 軸受が、運転中に内外輪と転動体のうち
    の少なくとも一つに接触する関連軸受部品として、保持
    器（５）、シールそしてガイドリング（６）のうちの少
    なくとも一つを有し、これらの関連軸受部品のうちの少
    なくとも一つは表面コーティングが施されており、この
    表面コーティングは窒化炭素の外層（９）と、コーティ
    ングを受ける部材の鋼材の面（７）と窒化炭素の層との
    間に設けられた中間層（８）を有し、該中間層は六方晶
    系の窒化硼素炭素となっていることとする請求項１に記
    載のころがり軸受。
  3. 【請求項３】 中間層をなす窒化硼素炭素層（８）と窒
    化炭素層（９）との間の干渉層（１０）が、両層からの
    材料が拡散して互に均一混合されている拡散移行域を形
    成していることとする請求項１又は請求項２に記載のこ
    ろがり軸受。
  4. 【請求項４】 窒化硼素炭素層（８）と窒化炭素層
    （９）が蒸着技術によって軸受部材に施されていること
    とする請求項１ないし請求項３のうちの一つに記載のこ
    ろがり軸受。
  5. 【請求項５】 窒化硼素炭素（８）の層厚は１０〜１０
    ０nmであり、コーティング層（８，１０，９）の全体の
    層厚が０．１〜５μmであることとする請求項１ないし
    請求項４のうちの一つに記載のころがり軸受。
  6. 【請求項６】 窒化炭素のＮ含有量は重量にて１０〜２
    ５％で、他はＣであることとする請求項１ないし請求項
    ５のうちの一つに記載のころがり軸受。
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