JP5620860B2 - Rolling bearing - Google Patents

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Description

本発明は、内輪軌道面、外輪軌道面、転動体表面にダイヤモンドライクカーボンを含む硬質膜を成膜した転がり軸受に関する。   The present invention relates to a rolling bearing in which a hard film containing diamond-like carbon is formed on an inner ring raceway surface, an outer ring raceway surface, and a rolling element surface.

硬質カーボン膜は、一般にダイヤモンドライクカーボン(以下、DLCと記す。また、DLCを主体とする膜/層をDLC膜/層ともいう。)と呼ばれている硬質膜である。硬質カーボンはその他にも、硬質非晶質炭素、無定形炭素、硬質無定形型炭素、i−カーボン、ダイヤモンド状炭素など、様々な呼称があるが、これらの用語は明確に区別されていない。   The hard carbon film is a hard film generally called diamond-like carbon (hereinafter referred to as DLC. A film / layer mainly composed of DLC is also referred to as a DLC film / layer). In addition, hard carbon has various names such as hard amorphous carbon, amorphous carbon, hard amorphous carbon, i-carbon, diamond-like carbon, and these terms are not clearly distinguished.

このような用語が用いられるDLCの本質は、構造的にはダイヤモンドとグラファイトが混ざり合った両者の中間構造を有するものである。ダイヤモンドと同等に硬度が高く、耐摩耗性、固体潤滑性、熱伝導性、化学安定性、耐腐食性などに優れる。このため、例えば、金型・工具類、耐摩耗性機械部品、研磨材、摺動部材、磁気・光学部品などの保護膜として利用されつつある。こうしたDLC膜を形成する方法として、スパッタリング法やイオンプレーティング法などの物理的蒸着(以下、PVDと記す)法、化学的蒸着(以下、CVDと記す)法、アンバランスド・マグネトロン・スパッタリング(以下、UBMSと記す)法などが採用されている。   The essence of DLC in which such terms are used is structurally an intermediate structure of both diamond and graphite mixed. It is as hard as diamond and has excellent wear resistance, solid lubricity, thermal conductivity, chemical stability, and corrosion resistance. For this reason, for example, it is being used as a protective film for molds / tools, wear-resistant mechanical parts, abrasives, sliding members, magnetic / optical parts, and the like. As a method for forming such a DLC film, physical vapor deposition (hereinafter referred to as PVD) such as sputtering or ion plating, chemical vapor deposition (hereinafter referred to as CVD), unbalanced magnetron sputtering ( Hereinafter, a method such as UBMS) is employed.

従来より、転がり軸受の軌道輪の軌道面や転動体の転動面に対し、DLC膜を形成する試みがなされている。DLC膜は、膜形成時に極めて大きな内部応力が発生し、また高い硬度およびヤング率を持つ反面、変形能が極めて小さいことから、基材との密着性が弱く、剥離しやすいなどの欠点を持っている。このため、転がり軸受の軌道輪の軌道面や転動体の転動面にDLC膜を成膜する場合には、密着性を改善する必要性がある。   Conventionally, an attempt has been made to form a DLC film on a raceway surface of a bearing ring of a rolling bearing or a rolling surface of a rolling element. DLC films generate extremely large internal stress during film formation, and have high hardness and Young's modulus, but their deformability is extremely small, so they have the disadvantages of poor adhesion to the substrate and easy peeling. ing. For this reason, when a DLC film is formed on the raceway surface of the bearing ring of the rolling bearing or the rolling surface of the rolling element, it is necessary to improve the adhesion.

例えば、中間層を設けてDLC膜の密着性改善を図ったものとして、鉄鋼材料で形成された軌道溝や転動体の転動面に、クロム(以下、Crと記す)、タングステン(以下、Wと記す)、チタン(以下、Tiと記す)、珪素(以下、Siと記す)、ニッケル、および鉄の少なくともいずれかの元素を含む組成の下地層と、この下地層の構成元素と炭素とを含有し、炭素の含有率が下地層の反対側で下地層側より大きい中間層と、アルゴンと炭素とからなりアルゴンの含有率が0.02質量%以上5質量%以下であるダイヤモンドライクカーボン層とが、この順に形成されてなる転動装置が提案されている(特許文献1参照)。   For example, assuming that the adhesion of the DLC film is improved by providing an intermediate layer, chromium (hereinafter referred to as Cr), tungsten (hereinafter referred to as W) is formed on the raceway groove formed of a steel material or the rolling surface of the rolling element. ), Titanium (hereinafter referred to as Ti), silicon (hereinafter referred to as Si), nickel, and an underlayer having a composition containing at least one element of iron, and the constituent elements and carbon of the underlayer And a diamond-like carbon layer comprising an intermediate layer that is larger than the base layer side on the opposite side of the base layer, and has a carbon content of 0.02% by mass to 5% by mass with argon and carbon. However, a rolling device formed in this order has been proposed (see Patent Document 1).

また、アンカー効果によりDLC膜の密着性改善を図ったものとして、軌道面にイオン衝撃処理により10〜100nmの高さで平均幅300nm以下の凹凸を形成し、この軌道面上にDLC膜を形成した転がり軸受が提案されている(特許文献2参照)。   Also, assuming that the adhesion of the DLC film is improved by the anchor effect, irregularities with a height of 10 to 100 nm and an average width of 300 nm or less are formed on the orbital surface by ion bombardment, and a DLC film is formed on the orbital surface. A rolling bearing has been proposed (see Patent Document 2).

特許第4178826号Japanese Patent No. 4178826 特許第3961739号Patent No. 3961739

しかしながら、転がり軸受において転動体を案内する内・外輪の軌道面は、その形状が平面ではなく曲面であり、主曲率と副曲率が組み合わさった形状等のものもある。また、転動体の転動面は、円筒ころの場合は円周面、玉の場合は球面となる。このような形状の面にDLC膜を成膜すると、その膜構造や成膜条件によっては、膜内の残留応力が大きくなり、成膜直後に剥離するおそれがある。また、成膜直後には剥離しなくとも、軸受使用時に転がり接触などの負荷を受けると剥離するおそれがある。   However, the raceway surfaces of the inner and outer rings that guide the rolling elements in the rolling bearing have a curved surface instead of a flat surface, and some have a shape in which the main curvature and the sub curvature are combined. The rolling surface of the rolling element is a circumferential surface in the case of cylindrical rollers and a spherical surface in the case of balls. When a DLC film is formed on such a surface, the residual stress in the film increases depending on the film structure and film formation conditions, and there is a possibility of peeling immediately after the film formation. Even if the film does not peel off immediately after film formation, it may peel off when subjected to a load such as rolling contact during use of the bearing.

特許文献1や特許文献2の技術は、この問題の解決を図ったものであるが、得られた転がり軸受の実用性を向上させるべく、DLC膜を適用する際の膜構造や成膜条件には更なる改善の余地がある。   The techniques of Patent Document 1 and Patent Document 2 are intended to solve this problem, but in order to improve the practicality of the obtained rolling bearing, the film structure and film formation conditions when applying the DLC film are changed. There is room for further improvement.

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、転がり軸受の内・外輪軌道面などに形成されたDLC膜の耐剥離性を向上させ、DLC膜本来の特性を発揮することで、耐焼き付き性、耐摩耗性、および耐腐食性に優れる転がり軸受の提供を目的とする。   The present invention has been made to cope with such a problem, and improves the peel resistance of the DLC film formed on the inner and outer ring raceways of the rolling bearing and exhibits the original characteristics of the DLC film. Thus, an object of the present invention is to provide a rolling bearing having excellent seizure resistance, wear resistance, and corrosion resistance.

本発明の転がり軸受は、外周に内輪軌道面を有する内輪と、内周に外輪軌道面を有する外輪と、上記内輪軌道面と上記外輪軌道面との間を転動する複数の転動体とを備え、上記内輪、上記外輪、および上記複数の転動体が鉄系材料からなる転がり軸受であって、上記内輪軌道面および上記外輪軌道面が、上記転動体を案内する曲面であり、該内輪軌道面、該外輪軌道面、および上記転動体の転動面から選ばれる少なくとも一つの面に硬質膜が成膜されてなり、上記硬質膜は、上記面の上に直接成膜されるCr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(以下、WCと記す)とDLC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WCの含有率が小さくなり、該混合層中のDLCの含有率が高くなる層であることを特徴とする。   The rolling bearing of the present invention includes an inner ring having an inner ring raceway surface on the outer periphery, an outer ring having an outer ring raceway surface on the inner periphery, and a plurality of rolling elements that roll between the inner ring raceway surface and the outer ring raceway surface. A rolling bearing in which the inner ring, the outer ring, and the plurality of rolling elements are made of a ferrous material, and the inner ring raceway surface and the outer ring raceway surface are curved surfaces that guide the rolling element, the inner ring raceway A hard film is formed on at least one surface selected from the surface, the outer raceway surface, and the rolling surface of the rolling element, and the hard film is mainly composed of Cr formed directly on the surface. A mixed layer mainly composed of tungsten carbide (hereinafter referred to as WC) and DLC formed on the underlying layer, and mainly DLC formed on the mixed layer. And the mixed layer is a top layer. A layer in which the content of WC in the mixed layer decreases and the content of DLC in the mixed layer increases in a continuous or stepwise manner from the base layer side to the surface layer side. To do.

上記転動体が玉であり、上記内輪軌道面および上記外輪軌道面が、上記転動体を案内する円曲面であることを特徴とする。   The rolling element is a ball, and the inner ring raceway surface and the outer ring raceway surface are circular curved surfaces that guide the rolling element.

上記表面層は、上記混合層との隣接側に、上記混合層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を有することを特徴とする。   The surface layer has an inclined layer portion whose hardness increases continuously or stepwise from the mixed layer side on the side adjacent to the mixed layer.

上記表面層は、スパッタリングガスとしてアルゴン(以下、Arと記す)ガスを用いたUBMS装置を使用して成膜した層であり、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、上記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が1〜5であり、上記装置内の真空度が0.2〜0.8Paであり、基材となる軸受部材に印加するバイアス電圧が70〜150Vである条件下で、上記炭素供給源から生じる炭素原子を、上記混合層上に堆積させて成膜されたものであることを特徴とする。また、上記炭化水素系ガスが、メタンガスであることを特徴とする。   The surface layer is a layer formed using a UBMS apparatus using argon (hereinafter referred to as Ar) gas as a sputtering gas, and a graphite target and a hydrocarbon-based gas are used in combination as a carbon supply source. The ratio of the introduction amount of the hydrocarbon-based gas to the introduction amount 100 of Ar gas into the device is 1 to 5, the degree of vacuum in the device is 0.2 to 0.8 Pa, and becomes a substrate. The film is formed by depositing carbon atoms generated from the carbon supply source on the mixed layer under the condition that the bias voltage applied to the bearing member is 70 to 150V. Further, the hydrocarbon gas is methane gas.

なお、基材となる軸受部材に対するバイアスの電位は、アース電位に対してマイナスとなるように印加しており、例えば、バイアス電圧150Vとは、アース電位に対して基材のバイアス電位が−150Vであることを示す。   The bias potential for the bearing member serving as the base material is applied so as to be negative with respect to the ground potential. For example, the bias voltage of 150 V is that the bias potential of the base material is −150 V with respect to the ground potential. Indicates that

上記表面層の傾斜層部分は、基材となる軸受部材に印加するバイアス電圧を連続的または段階的に上げながら成膜されたものであることを特徴とする。   The inclined layer portion of the surface layer is formed by increasing a bias voltage applied to a bearing member serving as a base material continuously or stepwise.

上記下地層および上記混合層は、スパッタリングガスとしてArガスを用いたUBMS装置を使用して成膜した層であり、上記混合層は、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されたものであることを特徴とする。   The underlayer and the mixed layer are layers formed using a UBMS apparatus using Ar gas as a sputtering gas, and the mixed layer is formed on a graphite target serving as a carbon supply source continuously or stepwise. The film is formed while increasing the sputtering power applied and decreasing the power applied to the WC target.

上記硬質膜は、表面粗さRa:0.01μm以下、ビッカース硬度Hv:780であるSUJ2焼入れ鋼を相手材として、ヘルツの最大接触面圧0.5GPaの荷重を印加して接触させ、0.05m/sの回転速度で30分間、上記相手材を回転させたときの該硬質膜の比摩耗量が200×10−10mm/(N・m)未満であることを特徴とする。また、上記硬質膜は、押し込み硬さの平均値と標準偏差値との合計が25〜45GPaであることを特徴とする。また、上記硬質膜は、スクラッチテストにおける臨界剥離荷重が50N以上であることを特徴とする。 The hard film is brought into contact with SUJ2 hardened steel having a surface roughness Ra of 0.01 μm or less and a Vickers hardness Hv of 780 by applying a load with a maximum contact surface pressure of 0.5 GPa of Hertz. The specific wear amount of the hard film is less than 200 × 10 −10 mm 3 / (N · m) when the counterpart material is rotated for 30 minutes at a rotational speed of 05 m / s. The hard film is characterized in that the sum of the average value of the indentation hardness and the standard deviation value is 25 to 45 GPa. The hard film has a critical peel load in a scratch test of 50 N or more.

上記硬質膜の膜厚が0.5〜3μmであり、かつ該硬質膜の膜厚に占める上記表面層の厚さの割合が0.8以下であることを特徴とする。   The hard film has a thickness of 0.5 to 3 μm, and the ratio of the thickness of the surface layer to the thickness of the hard film is 0.8 or less.

上記鉄系材料が、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から選ばれることを特徴とする。また、上記硬質膜が形成される面の硬さが、ビッカース硬さでHv650以上であることを特徴とする。   The iron-based material is selected from high carbon chromium bearing steel, carbon steel, tool steel, and martensitic stainless steel. Further, the surface on which the hard film is formed has a Vickers hardness of Hv650 or more.

上記硬質膜が形成される面において、上記硬質膜形成前に、窒化処理により窒化層が形成されていることを特徴とする。特に、上記窒化処理が、プラズマ窒化処理であることを特徴とする。また、上記窒化処理後の表面の硬さが、ビッカース硬さでHv1000以上であることを特徴とする。   In the surface on which the hard film is formed, a nitride layer is formed by nitriding before the hard film is formed. In particular, the nitriding treatment is a plasma nitriding treatment. Further, the surface hardness after the nitriding treatment is characterized in that the Vickers hardness is Hv1000 or more.

上記硬質膜が形成される面の表面粗さRaが、0.05μm以下であることを特徴とする。   The surface roughness Ra of the surface on which the hard film is formed is 0.05 μm or less.

上記転がり軸受は、グリースが封入されていることを特徴とする。   The rolling bearing is characterized in that grease is enclosed.

本発明の転がり軸受は、鉄系材料製の内輪、外輪、転動体において、該内輪軌道面、該外輪軌道面、および上記転動体の転動面から選ばれる少なくとも一つの面に、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。各面上に直接成膜されるCrからなる下地層は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。また、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 rolling bearing of the present invention includes DLC on at least one surface selected from the inner ring raceway surface, the outer ring raceway surface, and the rolling surface of the rolling element in the inner ring, outer ring, and rolling element made of a ferrous material. A hard film having a predetermined film structure is formed. The underlayer made of Cr formed directly on each surface has good compatibility with the iron-based material, and has better adhesion than W or Si. In addition, WC used for the mixed layer has intermediate hardness and elastic modulus between Cr and DLC, and concentration of residual stress after film formation hardly occurs. Further, the mixed layer of WC and DLC has a gradient composition, so that WC and DLC are physically coupled.

上記構造により、該硬質膜は、曲面である内・外輪軌道面や転動体の転動面に形成されながら耐剥離性に優れ、DLC本来の特性を発揮できる。この結果、本発明の転がり軸受は、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。   With the above structure, the hard film has excellent peeling resistance while being formed on the curved inner and outer ring raceway surfaces and the rolling surface of the rolling element, and can exhibit the original characteristics of DLC. As a result, the rolling bearing of the present invention has excellent seizure resistance, wear resistance, and corrosion resistance, and has a long life with little damage to the raceway surface even under severe lubrication conditions.

本発明の転がり軸受の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the rolling bearing of this invention. 本発明の転がり軸受の他の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other example of the rolling bearing of this invention. 硬質膜の構造を示す模式断面図である。It is a schematic cross section 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-forming principle of UBMS method. AIP機能を備えたUBMS装置の模式図である。It is a schematic diagram of the UBMS apparatus provided with the AIP function. 摩擦試験機を示す図である。It is a figure which shows a friction tester. スラスト型転動疲労試験機を示す図である。It is a figure which shows a thrust type | mold rolling fatigue testing machine. 軸受寿命試験に用いた試験機を示す図である。It is a figure which shows the testing machine used for the bearing life test. 実施例1の硬質膜を形成した軸受内輪の写真である。2 is a photograph of a bearing inner ring on which a hard film of Example 1 is formed. 比較例1の硬質膜を形成した軸受内輪の写真である。3 is a photograph of a bearing inner ring on which a hard film of Comparative Example 1 is formed. 比較例4の硬質膜を形成した軸受内輪の写真である。6 is a photograph of a bearing inner ring on which a hard film of Comparative Example 4 is formed.

DLC膜などの硬質膜は膜内に残留応力があり、残留応力は膜構造や成膜条件、基材形状の影響を受け大きく異なる。実験を重ねた結果、予想外に基材形状の影響が大きいことが判明した。例えば、平面では成膜直後の剥離もなくスクラッチテストでの臨界剥離荷重も大きい硬質膜が、転がり軸受の内・外輪軌道面のような曲面では成膜直後に剥離する場合や、成膜直後には剥離しなくとも、使用時に剥離しやすいものである場合がある。本発明者らは、鋭意検討の結果、曲面である転がり軸受の内・外輪軌道面、転動体の転動面に形成する硬質膜を、下地層(Cr)と混合層(WC/DLCの傾斜)と表面層(DLC)とからなる所定の構造に限定することで、耐剥離性の大幅な向上が図れ、軸受の実使用条件においても、該硬質膜の剥離を防止できることを見出した。本発明はこのような知見に基づきなされたものである。   A hard film such as a DLC film has a residual stress in the film, and the residual stress varies greatly depending on the film structure, film forming conditions, and substrate shape. As a result of repeated experiments, it was found that the influence of the substrate shape was unexpectedly large. For example, on a flat surface, a hard film that has no delamination immediately after film formation and has a large critical delamination load in a scratch test may peel off immediately after film formation on a curved surface such as an inner / outer ring raceway surface of a rolling bearing, or immediately after film formation. Even if it does not peel off, it may be easily peeled off during use. As a result of intensive studies, the present inventors have made hard films formed on the inner and outer raceways of the rolling bearings and the rolling surfaces of the rolling elements, which are curved surfaces, a base layer (Cr) and a mixed layer (WC / DLC gradient). ) And the surface layer (DLC), it has been found that the peel resistance can be greatly improved and the hard film can be prevented from peeling even under actual use conditions of the bearing. The present invention has been made based on such findings.

本発明の転がり軸受を図1および図2に基づいて説明する。図1は、内・外輪軌道面に後述の硬質膜を形成した転がり軸受(深溝玉軸受)の断面図を、図2は転動体の転動面に硬質膜を形成した転がり軸受(深溝玉軸受)の断面図をそれぞれ示す。転がり軸受1は、外周に内輪軌道面2aを有する内輪2と、内周に外輪軌道面3aを有する外輪3と、内輪軌道面2aと外輪軌道面3aとの間を転動する複数の転動体4とを備える。転動体4は保持器5により一定間隔で保持されている。シール部材6により、内・外輪の軸方向両端開口部がシールされ、軸受空間にグリース7が封入されている。グリース7としては、転がり軸受用の公知のグリースを使用できる。   The rolling bearing of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a sectional view of a rolling bearing (deep groove ball bearing) in which a hard film described later is formed on the inner and outer ring raceway surfaces, and FIG. 2 is a rolling bearing (deep groove ball bearing) in which a hard film is formed on the rolling surface of the rolling element. ) Are cross-sectional views respectively. The rolling bearing 1 includes an inner ring 2 having an inner ring raceway surface 2a on the outer periphery, an outer ring 3 having an outer ring raceway surface 3a on the inner periphery, and a plurality of rolling elements that roll between the inner ring raceway surface 2a and the outer ring raceway surface 3a. 4. The rolling elements 4 are held at regular intervals by a cage 5. The opening portions in the axial direction of the inner and outer rings are sealed by the seal member 6, and grease 7 is sealed in the bearing space. As the grease 7, a known grease for a rolling bearing can be used.

図1(a)の転がり軸受では、内輪2の外周面(内輪軌道面2aを含む)に硬質膜8が形成されており、図1(b)の転がり軸受では、外輪3の内周面(外輪軌道面3aを含む)に硬質膜8が形成されている。該硬質膜8を内・外輪に形成する場合は、少なくともその軌道面に形成してあればよい。よって、各図に示すように内輪外周面全体、外輪外周面全体に形成する、または、内・外輪の全体に形成してもよい。   In the rolling bearing of FIG. 1 (a), a hard film 8 is formed on the outer peripheral surface (including the inner ring raceway surface 2a) of the inner ring 2, and in the rolling bearing of FIG. 1 (b), the inner peripheral surface ( A hard film 8 is formed on the outer ring raceway surface 3a). When the hard film 8 is formed on the inner / outer rings, it may be formed at least on the raceway surface. Therefore, it may be formed on the entire outer peripheral surface of the inner ring, the entire outer peripheral surface of the outer ring as shown in each drawing, or may be formed on the entire inner / outer ring.

また、図2の転がり軸受では、転動体4の転動面に硬質膜8が形成されている。図2の転がり軸受は深溝玉軸受であることから、転動体4は玉であり、その転動面は球面全体である。図に示した態様以外の転がり軸受として、円筒ころ軸受や円錐ころ軸受を用いる際に、該硬質膜8をその転動体に形成する場合は、少なくとも転動面(円筒外周など)に形成してあればよい。   In the rolling bearing shown in FIG. 2, a hard film 8 is formed on the rolling surface of the rolling element 4. Since the rolling bearing of FIG. 2 is a deep groove ball bearing, the rolling element 4 is a ball, and its rolling surface is the entire spherical surface. When a cylindrical roller bearing or a tapered roller bearing is used as a rolling bearing other than that shown in the figure, when the hard film 8 is formed on the rolling element, it is formed at least on the rolling surface (such as the outer circumference of the cylinder). I just need it.

図1および図2に示すように、深溝玉軸受の内輪軌道面2aは、転動体4である玉を案内するため、軸方向断面が円弧溝状である円曲面である。同様に、外輪軌道面3aも、軸方向断面が円弧溝状である円曲面である。この円弧溝の曲率半径は、一般的に鋼球径をdwとすると、0.51〜0.54dw程度である。また、図に示した態様以外の転がり軸受として、円筒ころ軸受や円錐ころ軸受を用いる場合では、これらの軸受のころを案内するため、内輪軌道面および外輪軌道面は、少なくとも円周方向で曲面となる。その他、自動調心ころ軸受などの場合、転動体としてたる型ころを用いるので、内輪軌道面および外輪軌道面は、円周方向に加えて、軸方向についても曲面となる。本発明の転がり軸受は、内輪軌道面および外輪軌道面が、以上のいずれの形状であってもよい。   As shown in FIGS. 1 and 2, the inner ring raceway surface 2 a of the deep groove ball bearing is a circular curved surface having an arc-shaped cross section in the axial direction in order to guide the balls as the rolling elements 4. Similarly, the outer ring raceway surface 3a is also a circular curved surface having an arc-shaped cross section in the axial direction. The radius of curvature of the arc groove is generally about 0.51 to 0.54 dw when the steel ball diameter is dw. In the case of using a cylindrical roller bearing or a tapered roller bearing as a rolling bearing other than the mode shown in the figure, the inner ring raceway surface and the outer ring raceway surface are curved at least in the circumferential direction in order to guide the rollers of these bearings. It becomes. In addition, in the case of a self-aligning roller bearing or the like, since a cylindrical roller is used as a rolling element, the inner ring raceway surface and the outer ring raceway surface are curved in the axial direction in addition to the circumferential direction. In the rolling bearing of the present invention, the inner ring raceway surface and the outer ring raceway surface may have any of the above shapes.

本発明の転がり軸受1において、硬質膜8の成膜対象となる軸受部材である内輪2、外輪3、および転動体4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。   In the rolling bearing 1 of the present invention, the inner ring 2, the outer ring 3, and the rolling element 4, which are bearing members for which the hard film 8 is formed, are 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 chromium bearing steel, carbon steel, tool steel, martensitic stainless steel, and the like.

これらの軸受部材において、硬質膜が形成される面の硬さが、ビッカース硬さで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。   In these bearing members, it is preferable that the surface on which the hard film is formed has a Vickers hardness of Hv650 or more. By setting it as Hv650 or more, a hardness difference with a hard film | membrane (underlayer) can be decreased and adhesiveness can be improved.

上記硬質膜が形成される面において、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、基材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ス硬さで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 surface on which the hard film is formed, it is preferable that a nitride layer is formed by nitriding before forming the hard film. As the nitriding treatment, it is preferable to perform a plasma nitriding treatment in which an oxide layer that hinders adhesion is hardly generated on the surface of the substrate. Further, the surface hardness after nitriding is preferably Vickers hardness of Hv1000 or more in order to further improve the adhesion to the hard film (underlayer).

上記硬質膜が形成される面の表面粗さRaは、0.05μm以下であることが好ましい。表面粗さRaが0.05μmをこえると、粗さの突起先端に硬質膜が形成され難くなり、局所的に膜厚が小さくなる。   The surface roughness Ra of the surface on which the hard film is formed is preferably 0.05 μm or less. When the surface roughness Ra exceeds 0.05 μm, it is difficult to form a hard film at the tip of the projection having the roughness, and the film thickness is locally reduced.

本発明における硬質膜の構造を図3に基づいて説明する。図3は、図1(a)の場合における硬質膜8の構造を示す模式断面図である。図3に示すように、該硬質膜8は、(1)内輪2の内輪軌道面2a上に直接成膜されるCr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。   The structure of the hard film in the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the hard film 8 in the case of FIG. As shown in FIG. 3, the hard film 8 includes (1) an underlayer 8a mainly composed of Cr directly formed on the inner ring raceway surface 2a of the inner ring 2, and (2) an underlayer 8a. It has a three-layer structure including a mixed layer 8b mainly composed of WC and DLC 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 DLC content in the mixed layer This is a layer with a higher rate.

下地層8aがCrを主体とする層であることから、基材となる鉄系材料製の軸受部材との相性がよく、W、Ti、Siなどを用いる場合と比較して基材との密着性に優れる。特に、軸受軌道輪材料として使用される高炭素クロム軸受鋼との密着性に優れる。   Since the base layer 8a is a layer mainly composed of Cr, it has good compatibility with a bearing member made of an iron-based material as a base material, and adheres more closely to the base material than when W, Ti, Si, or the like is used. Excellent in properties. In particular, it has excellent adhesion to high carbon chromium bearing steel used as a bearing race material.

混合層8b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。後述の比較例5に示すように、下地層に合わせて混合層をCrとDLCとを主体とする層とする場合では、軸受使用時における十分な密着性を得ることができない。このように、曲面である転がり軸受の内・外輪軌道面、転動体の転動面において、耐剥離性に優れたDLCを含む硬質膜を形成しようとする場合では、その中間層(混合層8b)における材料選定も重要な要素となる。   The WC used for the mixed layer 8b has intermediate hardness and elastic modulus between Cr and DLC, and concentration of residual stress after film formation hardly occurs. As shown in Comparative Example 5 to be described later, when the mixed layer is a layer mainly composed of Cr and DLC in accordance with the underlayer, sufficient adhesion cannot be obtained when the bearing is used. Thus, in the case where a hard film containing DLC having excellent peeling resistance is to be formed on the inner and outer ring raceway surfaces of the rolling bearing that is a curved surface and the rolling surface of the rolling element, the intermediate layer (mixed layer 8b) Material selection is also an important factor.

また、混合層8bが表面層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。特に、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り、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。   In addition, since the mixed layer 8b has a gradient composition in which the content of WC is small toward the surface layer 8c side and the content of DLC is high, adhesion between both the base layer 8a and the surface layer 8c is improved. Excellent. In particular, in the mixed layer, WC and DLC are physically bonded, and the DLC content is increased on the surface layer 8c side, so that the adhesion between the surface layer 8c and the mixed layer 8b is excellent.

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. The surface layer 8c preferably has 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 portion obtained by changing (raising) the bias voltage continuously or stepwise 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. The inclined layer portion 8d changes the bias voltage as described above, and as a result, the hardness is inclined as described above. The reason why the hardness increases continuously or stepwise is that the composition ratio between 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. Thereby, there is no sudden hardness difference between the mixed layer and the surface layer, and the adhesion between the mixed layer 8b and the surface layer 8c is further improved.

硬質膜8の膜厚(3層の合計)は0.5〜3.0μm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場合があり、3.0μmをこえると剥離し易くなる。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るため、密着性が劣化する可能性が高い。   The thickness of the hard film 8 (total of the three layers) is preferably 0.5 to 3.0 μm. If the film thickness is less than 0.5 μm, the abrasion resistance and mechanical strength may be inferior, and if it exceeds 3.0 μm, the film is easily peeled off. Furthermore, the ratio of the thickness of the surface layer 8c to the thickness of the hard film 8 is preferably 0.8 or less. If this ratio exceeds 0.8, the gradient structure for physical bonding of WC and DLC in the mixed layer 8b becomes a discontinuous structure, so that the adhesiveness is likely to deteriorate.

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 making the hard film 8 into a three-layer structure of the base layer 8a, the mixed layer 8b, and the surface layer 8c having the above composition, the peel resistance is excellent.

硬質膜8の物性としては、表面粗さRa:0.01μm以下、ビッカース硬度Hv:780であるSUJ2焼入れ鋼を相手材として、ヘルツの最大接触面圧0.5GPaの荷重を印加して接触させ、0.05m/sの回転速度で30分間、上記相手材を回転させたときの該硬質膜の比摩耗量が200×10−10mm/(N・m)未満であることが好ましい。この摩擦摩耗試験の形態は、相手材表面粗さが小さいため、軸受内の摩耗形態に近い凝着摩耗形態であり、該試験で比摩耗量が200×10−10mm/(N・m)未満であれば、軌道面で発生する局所的なすべりに対しても摩耗低減に効果がある。 The physical properties of the hard film 8 are SUJ2 hardened steel having a surface roughness Ra of 0.01 μm or less and a Vickers hardness Hv of 780, and a contact with a load of 0.5 GPa maximum contact surface pressure of Hertz. The specific wear amount of the hard film is preferably less than 200 × 10 −10 mm 3 / (N · m) when the counterpart material is rotated for 30 minutes at a rotational speed of 0.05 m / s. The form of this friction and wear test is an adhesive wear form close to the wear form in the bearing because the surface roughness of the counterpart material is small, and the specific wear amount is 200 × 10 −10 mm 3 / (N · m) in the test. If it is less than (), it is effective in reducing wear even for local slip occurring on the raceway surface.

また、押し込み硬さの平均値と標準偏差値との合計が25〜45GPaであることが好ましい。この範囲であると、軌道面内に硬質な異物が介入した場合に発生するアブレッシブ摩耗にも高い効果を発揮する。   Moreover, it is preferable that the sum total of the average value of indentation hardness and a standard deviation value is 25-45 GPa. Within this range, a high effect is exhibited even in the abrasive wear that occurs when a hard foreign object intervenes in the raceway surface.

また、スクラッチテストにおける臨界剥離荷重が50N以上であることが好ましい。スクラッチテストにおける臨界剥離荷重の測定方法は、後述の実施例に示すとおりである。臨界剥離荷重が50N未満である場合には、高荷重条件で軸受を使用した場合に硬質膜が剥離する可能性が高い。また、臨界剥離荷重が50N以上であっても、本発明のような膜構造でなければ場合によっては容易に剥離することもある。   Moreover, it is preferable that the critical peeling load in a scratch test is 50 N or more. The method for measuring the critical peel load in the scratch test is as shown in the examples described later. When the critical peel load is less than 50 N, the hard film is likely to peel when the bearing is used under high load conditions. Even if the critical peeling load is 50 N or more, the film may be easily peeled off depending on the case unless it is a film structure as in the present invention.

本発明の転がり軸受において、以上のような構造・物性の硬質膜を形成することで、軸受使用時に転がり接触などの負荷を受けた場合でも、該膜の摩耗や剥離を防止でき、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。また、グリースを封入した転がり軸受において、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、本発明の転がり軸受では、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 the rolling bearing of the present invention, by forming a hard film having the structure and physical properties as described above, even when subjected to a load such as rolling contact during use of the bearing, the film can be prevented from being worn or peeled off and severely lubricated. Even in the state, damage to the raceway surface is small and the service life is long. In addition, in rolling bearings filled with grease, if the new metal surface is exposed due to damage to the race or the like, grease degradation is promoted by catalytic action. However, in the rolling bearing of the present invention, the raceway surface and rolling due to metal contact are caused by a hard film. Since surface damage can be prevented, this grease deterioration can also be prevented.

以下、硬質膜の形成方法について説明する。硬質膜は、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, a method for forming the hard film will be described. The hard film is obtained by forming the base layer 8a, the mixed layer 8b, and the surface layer 8c in this order on the film formation surface of the bearing member.

下地層8aおよび混合層8bの形成は、スパッタリングガスとしてArガスを用いたUBMS装置を使用してなされることが好ましい。UBMS装置を用いたUBMS法の成膜原理を図4に示す模式図を用いて説明する。図中において、基材12は、成膜対象の軸受部材である内輪、外輪、または転動体であるが、模式的に平板で示してある。図4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、上記磁石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。   The underlayer 8a and the mixed layer 8b are preferably formed using a UBMS apparatus using Ar gas as a 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 drawing, the substrate 12 is an inner ring, an outer ring, or a rolling element that is a bearing member to be deposited, but is schematically shown as a flat plate. As shown in FIG. 4, an inner magnet 14 a and an outer magnet 14 b having different magnetic properties are arranged in the central portion and the peripheral portion of the round target 15, and the magnet 14 a is formed while forming a high-density plasma 19 near the target 15. , 14 b, a part 16 a of the magnetic force lines 16 reaches the vicinity of the base material 12 connected to the bias power source 11. The Ar plasma generated during the sputtering along the magnetic force lines 16a can be diffused to the vicinity of the base material 12. In such a UBMS method, an ion assist effect that causes Ar ions 17 and electrons to reach the base material 12 in a larger amount than the ordinary sputtering along the magnetic field lines 16a reaching the vicinity of the base material 12 due to the ion assist effect. A dense film (layer) 13 can be formed.

ターゲット15として、下地層8aを形成する際にはCrターゲットを用い、混合層8bを形成する際にはWCターゲットおよび黒鉛ターゲットを併用する。各層の形成毎に、それぞれに用いるターゲットを逐次取り替える。   As the target 15, a Cr target is used when forming the base layer 8a, and a WC target and a graphite target are used together when forming the mixed layer 8b. The target used for each layer is sequentially replaced every time the layers are formed.

混合層8b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。   The mixed layer 8b is formed in a continuous or stepwise manner while increasing the sputtering power applied to the graphite target serving as the carbon supply source and decreasing the power applied to the WC target. Thereby, it can be set as the layer of the gradient composition which the content rate of WC becomes small toward the surface layer 8c side, and the content rate of DLC becomes high.

表面層8cの形成も、上記のスパッタリングガスとしてArガスを用いたUBMS装置を使用してなされることが好ましい。より詳細には、表面層8c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、上記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1〜5とし、上記装置内の真空度を0.2〜0.8Paとし、基材となる軸受部材に印加するバイアス電圧を70〜150Vでとした条件下で、上記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されたものとすることが好ましい。この好適条件について以下に説明する。   The formation of the surface layer 8c is also preferably performed using a UBMS apparatus using Ar gas as the sputtering gas. More specifically, the surface layer 8c uses this apparatus, uses a graphite target and a hydrocarbon gas in combination as a carbon supply source, and the hydrocarbon system with respect to the introduction amount 100 of the Ar gas into the apparatus. Under the conditions where the ratio of the amount of gas introduced is 1 to 5, the degree of vacuum in the apparatus is 0.2 to 0.8 Pa, and the bias voltage applied to the bearing member as the base material is 70 to 150 V, The carbon atoms generated from the carbon supply source are preferably deposited on the mixed layer 8b. This preferable condition will be described below.

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することで、混合層8bとの密着性を向上させることができる。炭化水素系ガスとしては、メタンガス、アセチレンガス、ベンゼンなどが使用でき、特に限定されないが、コストおよび取り扱い性の点からメタンガスが好ましい。   Adhesiveness with the mixed layer 8b can be improved by using a graphite target and a hydrocarbon-based gas in combination as a carbon supply source. As the hydrocarbon-based gas, methane gas, acetylene gas, benzene and the like can be used, and are not particularly limited. However, methane gas is preferable from the viewpoint of cost and handleability.

上記炭化水素系ガスの導入量の割合を、ArガスのUBMS装置内(成膜チャンバー内)への導入量100(体積部)に対して1〜5(体積部)とすることで、表面層8cの耐摩耗性などを悪化させずに、混合層8bとの密着性の向上が図れる。   By setting the ratio of the introduction amount of the hydrocarbon-based gas to 1 to 5 (volume part) with respect to 100 introduction (volume part) of Ar gas into the UBMS apparatus (in the film formation chamber), the surface layer The adhesion with the mixed layer 8b can be improved without deteriorating the wear resistance of 8c.

UBMS装置内(成膜チャンバー内)の真空度は上記のとおり0.2〜0.8Paであることが好ましい。より好ましくは、0.25〜0.8Paである。真空度が0.2Pa未満であると、チャンバー内のArガス量が少ないため、Arプラズマが発生せず、成膜できない場合がある。また、真空度が0.8Paより高いと、逆スパッタ現象が起こり易くなり、耐摩耗性が悪化するおそれがある。   The degree of vacuum in the UBMS apparatus (inside the film forming chamber) is preferably 0.2 to 0.8 Pa as described above. More preferably, it is 0.25 to 0.8 Pa. If the degree of vacuum is less than 0.2 Pa, the amount of Ar gas in the chamber is small, so that Ar plasma is not generated and film formation may not be possible. On the other hand, if the degree of vacuum is higher than 0.8 Pa, the reverse sputtering phenomenon tends to occur and the wear resistance may be deteriorated.

基材である軸受部材に印加するバイアス電圧は上記のとおり70〜150Vであることが好ましい。より好ましくは、100〜150Vである。バイアス電圧が70V未満であると、緻密化が進行せず、耐摩耗性が極端に悪化するので好ましくない。また、バイアス電圧が150Vをこえると、逆スパッタ現象が起こり易くなり、耐摩耗性が悪化するおそれがある。また、バイアス電圧が高すぎると、表面層が硬くなりすぎ、軸受使用時に剥離しやすくなるおそれがある。   The bias voltage applied to the bearing member as the base material is preferably 70 to 150 V as described above. More preferably, it is 100-150V. When the bias voltage is less than 70V, densification does not proceed and the wear resistance is extremely deteriorated, which is not preferable. On the other hand, when the bias voltage exceeds 150 V, reverse sputtering tends to occur, and the wear resistance may be deteriorated. On the other hand, if the bias voltage is too high, the surface layer becomes too hard and may be easily peeled off when the bearing is used.

また、スパッタリングガスであるArガスの導入量は40〜150ml/minであることが好ましい。より好ましくは50〜150ml/minである。Arガス流量が40ml/min未満であると、Arプラズマが発生せず、成膜できない場合がある。また、Arガス流量が150ml/minよりも多いと、逆スパッタ現象が起こり易くなるため、耐摩耗性が悪化するおそれがある。Arガス導入量が多いと、成膜チャンバー内でAr原子と炭素原子の衝突確率が増す。その結果、膜表面に到達するAr原子数が減少し、Ar原子による膜の押し固め効果が低下し、膜の耐摩耗性が悪化する。   Moreover, it is preferable that the introduction amount of Ar gas which is sputtering gas is 40-150 ml / min. More preferably, it is 50-150 ml / min. When the Ar gas flow rate is less than 40 ml / min, Ar plasma is not generated and film formation may not be possible. On the other hand, if the Ar gas flow rate is higher than 150 ml / min, the reverse sputtering phenomenon tends to occur, so that the wear resistance may be deteriorated. When the amount of Ar gas introduced is large, the collision probability between Ar atoms and carbon atoms increases in the film forming chamber. As a result, the number of Ar atoms reaching the film surface is reduced, the effect of compacting the film by Ar atoms is reduced, and the wear resistance of the film is deteriorated.

表面層8cの傾斜層部分8dは、上記のように、基材である軸受部材に印加するバイアス電圧を連続的または段階的に上げながら成膜することで得られる。   As described above, the inclined layer portion 8d of the surface layer 8c is obtained by forming the film while continuously or stepwise increasing the bias voltage applied to the bearing member that is the base material.

本発明の転がり軸受に形成する硬質膜として、所定の基材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、同様の硬質膜を転がり軸受の内輪軌道面および外輪軌道面に実際に成膜し、該軸受の評価を行なった。これらを実施例、比較例、参考例として以下に説明する。   As a hard film formed on the rolling bearing of the present invention, a hard film was formed on a predetermined base material, and the physical properties of the hard film were evaluated. A similar hard film was actually formed on the inner ring raceway surface and the outer ring raceway surface of the rolling bearing, and the bearing was evaluated. These will be described below as examples, comparative examples, and reference examples.

硬質膜の評価用に用いた基材、UBMS装置、スパッタリングガス、下地層および混合層の形成条件は以下のとおりである。
(1)基材材質:各表に示す基材
(2)基材寸法:鏡面(Ra0.005μm程度)の円板(φ48mm×φ8mm×7mm)
(3)UBMS装置:神戸製鋼所製;UBMS202/AIP複合装置
(4)スパッタリングガス:Arガス
(5)下地層および混合層の形成条件
下地層: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ターゲットを用いCr層を形成した。なお、Cr以外の下地層とする場合は、対応するターゲットを用いる以外は、同条件で形成した。
混合層: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(または上記Cr層表面)をエッチング後、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た。なお、WC以外との混合層とする場合は、対応するターゲットを用いる以外は、同条件で形成した。
(6)表面層の形成条件は、各表に示す。
The formation conditions of the base material, UBMS apparatus, sputtering gas, underlayer and mixed layer used for evaluation of the hard film are as follows.
(1) Base material: Base material shown in each table (2) Base material dimension: Mirror surface (about Ra 0.005 μm) disc (φ48 mm × φ8 mm × 7 mm)
(3) UBMS device: manufactured by Kobe Steel; UBMS202 / AIP composite device (4) Sputtering gas: Ar gas (5) Formation conditions of underlayer and mixed layer Underlayer: about 5 × 10 −3 Pa in the film formation chamber The substrate was baked with a heater, the substrate was baked with a heater, the substrate surface was etched with Ar plasma, and a Cr layer was formed using a Cr target by the UBMS method. In addition, when using it as base layers other than Cr, it formed on the same conditions except using a corresponding target.
Mixed layer: The inside of the film forming chamber is evacuated to about 5 × 10 −3 Pa, the substrate is baked with a heater, the substrate surface (or the Cr layer surface) is etched with Ar plasma, and then the WC target and The sputtering power applied to the graphite target was adjusted to incline the composition ratio of WC and DLC. In addition, when it was set as the mixed layer other than WC, it formed on the same conditions except using a corresponding target.
(6) The conditions for forming the surface layer are shown in each table.

UBMS202/AIP複合装置の概要を図5に示す。図5はアークイオンプレーティング(以下、AIPと記す)機能を備えたUBMS装置の模式図である。図5に示すように、UBMS202/AIP複合装置は、円盤22上に配置された基材23に対し、真空アーク放電を利用して、AIP蒸発源材料21を瞬間的に蒸気化・イオン化し、これを基材23上に堆積させて被膜を成膜するAIP機能と、スパッタ蒸発源材料(ターゲット)24を非平衡な磁場により、基材23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4参照)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、AIP被膜および複数の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、基材とする軸受部材(内輪、外輪)に、下地層、混合層、表面層をUBMS被膜として成膜している。なお、外輪軌道面は、外輪の内周に位置するが、イオン化されたターゲットが回り込むことで成膜される。   An outline of the UBMS 202 / AIP combined apparatus is shown in FIG. FIG. 5 is a schematic diagram of a UBMS apparatus having an arc ion plating (hereinafter referred to as AIP) function. As shown in FIG. 5, the UBMS 202 / AIP composite apparatus instantaneously vaporizes and ionizes the AIP evaporation source material 21 to the base material 23 arranged on the disk 22 using vacuum arc discharge, This is deposited on the base material 23 to increase the plasma density in the vicinity of the base material 23 and increase the ion assist effect by the non-equilibrium magnetic field of the sputtering evaporation source material (target) 24. (See FIG. 4), the apparatus has a UBMS function capable of controlling the characteristics of the film deposited on the substrate. By this apparatus, a composite film in which an AIP film and a plurality of UBMS films (including a composition gradient) are arbitrarily combined can be formed on a substrate. In this embodiment, a base layer, a mixed layer, and a surface layer are formed as a UBMS film on a bearing member (inner ring, outer ring) as a base material. Although the outer ring raceway surface is located on the inner circumference of the outer ring, the film is formed by the ionized target turning around.

実施例1〜実施例8、実施例10、比較例1〜比較例5、参考例1〜参考例8
表1〜表3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/AIP複合装置に取り付け、上述の形成条件にて各表に示す材質の下地層および混合層を形成した。その上に、各表に示す成膜条件にて表面層であるDLC膜を成膜し、硬質膜を有する試験片を得た。なお、各表における「真空度」は上記装置における成膜チャンバー内の真空度である。得られた試験片を以下に示す摩耗試験、硬度試験、膜厚試験、スクラッチテスト、およびスラスト型転動疲労試験に供した。結果を各表に併記する。
Example 1 to Example 8, Example 10, Comparative Example 1 to Comparative Example 5, Reference Example 1 to Reference Example 8
The substrates shown in Tables 1 to 3 were ultrasonically cleaned with acetone and then dried. After drying, the substrate was attached to a UBMS / AIP composite apparatus, and an underlayer and a mixed layer of the materials shown in each table were formed under the above-described formation conditions. On top of that, a DLC film as a surface layer was formed under the film forming conditions shown in each table to obtain a test piece having a hard film. Note that “degree of vacuum” in each table is the degree of vacuum in the film forming chamber in the above apparatus. The obtained test piece was subjected to the following wear test, hardness test, film thickness test, scratch test, and thrust type rolling fatigue test. The results are shown in each table.

実施例9
日本電子工業社製:ラジカル窒化装置を用いてプラズマ窒素処理が施された基材(ビッカース硬さHv1000)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/AIP複合装置に取り付け、上述の形成条件にて表1に示す材質の下地層(Cr)および混合層(WC/DLC)を形成した。その上に、表1に示す成膜条件にて表面層であるDLC膜を成膜し、硬質膜を有する試験片を得た。得られた試験片について、実施例1と同様の試験に供し、その結果を表1に併記する。
Example 9
Manufactured by JEOL Ltd .: A substrate (Vickers hardness Hv1000) subjected to plasma nitrogen treatment using a radical nitriding apparatus was ultrasonically cleaned with acetone and then dried. After drying, the base material was attached to a UBMS / AIP composite apparatus, and an underlayer (Cr) and a mixed layer (WC / DLC) having the materials shown in Table 1 were formed under the above-described formation conditions. A DLC film, which is a surface layer, was formed on the film formation conditions shown in Table 1 to obtain a test piece having a hard film. About the obtained test piece, it uses for the test similar to Example 1, and the result is written together in Table 1. FIG.

<摩擦試験>
得られた試験片を、図6に示す摩擦試験機用いて摩擦試験を行なった。図6(a)は正面図を、図6(b)は側面図を、それぞれ表す。表面粗さRaが0.01μm以下であり、ビッカース硬度Hvが780であるSUJ2焼入れ鋼を相手材32として回転軸に取り付け、試験片31をアーム部33に固定して所定の荷重34を図面上方から印加して、ヘルツの最大接触面圧0.5GPa、室温(25℃)下、0.05m/sの回転速度で30分間、試験片31と相手材32との間に潤滑剤を介在させることなく、相手材32を回転させたときに、相手材32と試験片31との間に発生する摩擦力をロードセル35により検出した。これより、比摩耗量を算出した。
<Friction test>
The obtained test piece was subjected to a friction test using a friction tester shown in FIG. 6A shows a front view, and FIG. 6B shows a side view. SUJ2 hardened steel having a surface roughness Ra of 0.01 μm or less and a Vickers hardness Hv of 780 is attached to the rotating shaft as a mating member 32, the test piece 31 is fixed to the arm portion 33, and a predetermined load 34 is applied to the upper side of the drawing And a lubricant is interposed between the test piece 31 and the mating member 32 for 30 minutes at a rotation speed of 0.05 m / s under a maximum contact surface pressure of 0.5 GPa at room temperature (25 ° C.). Instead, the load cell 35 detected the frictional force generated between the counterpart material 32 and the test piece 31 when the counterpart material 32 was rotated. From this, the specific wear amount was calculated.

<硬度試験>
得られた試験片の押し込み硬さをアジレントテクノロジー社製:ナノインデンタ(G200)を用いて測定した。なお、測定値は表面粗さの影響を受けない深さ(硬さが安定している箇所)の平均値を示しており、各試験片10箇所ずつ測定している。
<Hardness test>
The indentation hardness of the obtained test piece was measured using a nanoindenter (G200) manufactured by Agilent Technologies. In addition, the measured value has shown the average value of the depth (location where hardness is stabilized) which is not influenced by surface roughness, and is measuring 10 each test piece.

<膜厚試験>
得られた試験片の硬質膜の膜厚を表面形状・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)を用いて測定した。膜厚は成膜部の一部にマスキングを施し、非成膜部と成膜部の段差から膜厚を求めた。
<Film thickness test>
The film thickness of the hard film of the obtained test piece was measured using a surface shape / surface roughness measuring instrument (Taylor Hobson Co., Ltd .: Foam Talisurf PGI830). The film thickness was obtained by masking a part of the film forming portion and determining the level difference between the non-film forming portion and the film forming portion.

<スクラッチテスト>
得られた試験片について、ナノテック社製:レベテストRSTを用いてスクラッチテストを行ない臨界剥離荷重を測定した。具体的には、得られた試験片について、先端半径200μmのダイヤモンド圧子で、スクラッチ速度10mm/min、荷重負荷速度10N/mm(連続的に荷重を増加)で試験し、試験機画面で判定し、画面上の摩擦痕(摩擦方向長さ375μm、幅約100μm)に対し露出した基材の面積が50%に達する荷重を臨界剥離荷重として測定した。
<Scratch test>
About the obtained test piece, the scratch test was done using the nanotech company make: level test RST, and the critical peeling load was measured. Specifically, the obtained test piece was tested with a diamond indenter with a tip radius of 200 μm at a scratch speed of 10 mm / min and a load load speed of 10 N / mm (continuously increasing the load), and judged on the testing machine screen. Then, the load at which the area of the exposed base material reached 50% with respect to the frictional trace on the screen (length in the friction direction 375 μm, width about 100 μm) was measured as the critical peel load.

<スラスト型転動疲労試験>
得られた試験片について、図7に示す試験機を用いて、スラスト型転動疲労試験として、軸受の潤滑状態が苛酷な場合を想定した「低ラムダ条件」と、潤滑状態が良好な場合を想定した「高ラムダ条件」との2条件の試験を行い、硬質膜の転動疲労特性を評価した。「低ラムダ条件」は境界潤滑となるため、純粋な繰り返し転動疲労に加え接触による損傷が影響する。よって、硬質膜の耐摩耗性と密着性が要求される。各条件を以下に示す。
<Thrust type rolling fatigue test>
About the obtained test piece, using the testing machine shown in FIG. 7, as a thrust type rolling fatigue test, a case where the lubrication state of the bearing is assumed to be “low lambda condition” and a case where the lubrication state is good Two conditions, the assumed “high lambda condition”, were tested to evaluate the rolling fatigue characteristics of the hard film. Since “low lambda condition” is boundary lubrication, damage due to contact is affected in addition to pure repeated rolling fatigue. Therefore, the wear resistance and adhesion of the hard film are required. Each condition is shown below.

[低ラムダ条件]
潤滑油:VG2
ラムダ:0.6
最大接触面圧:2GPa
回転数:1000r/min
軌道径:φ20mm
転動体:サイズ7/32”、個数3、材質SUJ2、硬さHv750、表面粗さ0.005μmRa
油温度:70℃
打ち切り時間:なし
(1111hで負荷回数8乗回)

[高ラムダ条件]
潤滑油:VG32
ラムダ:9.5
最大接触面圧:3GPa
回転数:4500r/min
軌道径:φ20mm
転動体:サイズ7/32”、個数3、材質SUJ2、硬さHv750、表面粗さ0.005μmRa
油温度:70℃
打ち切り時間:300h
(247hで負荷回数8乗回)
[Low lambda condition]
Lubricating oil: VG2
Lambda: 0.6
Maximum contact surface pressure: 2 GPa
Rotational speed: 1000r / min
Orbit diameter: φ20mm
Rolling element: size 7/32 ", number 3, material SUJ2, hardness Hv750, surface roughness 0.005μmRa
Oil temperature: 70 ° C
Censoring time: None (1111h at 8th load)

[High lambda condition]
Lubricating oil: VG32
Lambda: 9.5
Maximum contact surface pressure: 3GPa
Rotation speed: 4500r / min
Orbit diameter: φ20mm
Rolling element: size 7/32 ", number 3, material SUJ2, hardness Hv750, surface roughness 0.005μmRa
Oil temperature: 70 ° C
Abort time: 300h
(The load count is 8th power at 247h)

図7に示すように、試験機は、転動体42が円板状の試験片41と軌道盤45との間で転動する構成であり、試験片41は調芯用ボール43を介して支持されている。また、図中44は、予圧のためのロータリーボールスプライン、46はヒータ、47は熱電対である。本試験機は、試験片41を取り付け直しても転走跡がずれない構造である。評価方法は、試験時間20h毎に試験片を取り外し、光学顕微鏡観察によって試験片からの硬質膜の剥離有無を確認する。例えば、20h確認時に剥離していれば寿命は20hとなる。20h確認時に剥離していなければ、再度試験片を取り付けて試験を継続する。寿命時間を表1および表2に併記する。また、寿命判定として、低ラムダ条件では、寿命が1500h以上のものを「○」、1000h以上1500h未満のものを「△」、1000h未満のものを「×」として記録する。高ラムダ条件では、寿命が300h以上のものを「○」、300h未満のものを「×」として記録する。   As shown in FIG. 7, the testing machine has a configuration in which the rolling element 42 rolls between a disk-shaped test piece 41 and a bearing disc 45, and the test piece 41 is supported via an alignment ball 43. Has been. In the figure, 44 is a rotary ball spline for preloading, 46 is a heater, and 47 is a thermocouple. This testing machine has a structure in which the rolling trace does not shift even when the test piece 41 is reattached. In the evaluation method, the test piece is removed every 20 h of test time, and the presence or absence of peeling of the hard film from the test piece is confirmed by observation with an optical microscope. For example, if it peels at the time of 20h confirmation, a lifetime will be 20h. If it is not peeled off at the time of 20h confirmation, the test piece is attached again and the test is continued. The lifetime is shown in Table 1 and Table 2 together. Also, as a life judgment, under low lambda conditions, a life of 1500 h or more is recorded as “◯”, a life of 1000 h or more and less than 1500 h is recorded as “Δ”, and a life of less than 1000 h is recorded as “x”. Under the high lambda condition, “O” is recorded when the lifetime is 300 h or more, and “X” is recorded when the lifetime is less than 300 h.

<軸受内外輪への成膜試験>
実施例、比較例、参考例の各条件で、6206転がり軸受(深溝玉軸受)の以下の内輪軌道面および外輪軌道面に実際に成膜を行い、成膜直後の各部材からの硬質膜の剥離を確認した。成膜チャンバーから取り出したときに剥離していなかったものを「○」、剥離していたものを「×」として記録し、結果を各表に併記する。また、実施例1の試験後の写真を図9に、比較例1の試験後の写真を図10に、比較例4の試験後の写真を図11にそれぞれ示す。
内輪:軌道面に硬質膜を成膜、材質SUJ2、硬さHv750、表面粗さ0.03μmRa
外輪:軌道面に硬質膜を成膜、材質SUJ2、硬さHv750、表面粗さ0.03μmRa
<Film formation test on bearing inner and outer rings>
Under the conditions of Example, Comparative Example, and Reference Example, film formation was actually performed on the following inner ring raceway surface and outer ring raceway surface of 6206 rolling bearings (deep groove ball bearings). Peeling was confirmed. Those that were not peeled when removed from the film forming chamber were recorded as “◯”, and those that were peeled off were recorded as “X”, and the results are shown in each table. Moreover, the photograph after the test of Example 1 is shown in FIG. 9, the photograph after the test of Comparative Example 1 is shown in FIG. 10, and the photograph after the test of Comparative Example 4 is shown in FIG.
Inner ring: Hard film is formed on the raceway surface, material SUJ2, hardness Hv750, surface roughness 0.03μmRa
Outer ring: Hard film is formed on the raceway surface, material SUJ2, hardness Hv750, surface roughness 0.03μmRa

<軸受寿命試験>
上記成膜試験で硬質膜が成膜された実施例1〜10、比較例5の内外輪を用いて、試験用の6206転がり軸受(深溝玉軸受)を組み立て、この試験用軸受を用いて図8の試験機より寿命試験を行った。図8に示すように、試験機は、負荷用コイルバネ53から負荷用玉軸受52を介して荷重を負荷されつつ、駆動プーリ54により回転する軸55を、一対の試験用軸受51で回転支持するものである。潤滑状態は良好な場合を想定している。試験条件を以下に示す。
<Bearing life test>
A test 6206 rolling bearing (deep groove ball bearing) was assembled using the inner and outer rings of Examples 1 to 10 and Comparative Example 5 in which a hard film was formed in the above film formation test, and this test bearing was used for illustration. A life test was conducted from 8 testing machines. As shown in FIG. 8, the testing machine rotatably supports a shaft 55 that is rotated by a drive pulley 54 with a pair of test bearings 51 while being loaded with a load from a load coil spring 53 via a load ball bearing 52. Is. The lubrication state is assumed to be good. Test conditions are shown below.

内輪/外輪:上記成膜試験で硬質膜が成膜された内輪および外輪
転動体:サイズ3/8”、個数9、材質SUJ2、硬さHv750、表面粗さ0.005μmRa
潤滑油:VG56
ラムダ:3以上
最大接触面圧:3.3GPa
回転数:3000r/min(内輪回転)
計算寿命:L10寿命 127h
打ち切り時間:200h
Inner ring / outer ring: Inner ring and outer ring on which a hard film was formed in the above film formation test Rolling elements: Size 3/8 ", number 9, material SUJ2, hardness Hv750, surface roughness 0.005 μmRa
Lubricating oil: VG56
Lambda: 3 or more Maximum contact surface pressure: 3.3 GPa
Rotation speed: 3000r / min (inner ring rotation)
Calculated life: L 10 life 127h
Abort time: 200h

試験時間20hと試験時間200hの試験を行ない、試験後の軌道面を光学顕微鏡観察を用いて部材からの硬質膜の剥離の有無を確認した。例えば、20h試験後に剥離していれば寿命は20hとなり、200h試験後に剥離していれば寿命は200hとなる。よって、寿命水準としては、20h、200h、200h以上の3水準となる。寿命時間を表1および表2に併記する。また、寿命判定として、寿命が200h以上のものを「○」、200h未満のものを「×」として記録し、結果を表1および表2に併記する。   Tests were conducted for a test time of 20 h and a test time of 200 h, and the presence or absence of peeling of the hard film from the member was confirmed on the raceway surface after the test using an optical microscope. For example, if it peels after the 20h test, the life becomes 20h, and if it peels after the 200h test, the life becomes 200h. Therefore, the life level is three levels of 20h, 200h, 200h or more. The lifetime is shown in Table 1 and Table 2 together. Further, as the life judgment, those having a life of 200 h or more are recorded as “◯”, those having less than 200 h are recorded as “x”, and the results are shown in Tables 1 and 2.

表1に示すように各実施例の硬質膜は、耐摩耗性や密着性に優れ、軸受使用時においても硬質膜の剥離を防止できた。   As shown in Table 1, the hard film of each example was excellent in wear resistance and adhesion, and was able to prevent peeling of the hard film even when a bearing was used.

また、所定の膜構造とした各実施例では内外輪軌道面への成膜状態が良好であるのに対し、下地層、中間層が本発明と異なる比較例1〜4では成膜が困難であった。例えば、実施例1(図9)では硬質膜が良好に形成されているのに対し、下地層を設けなかった比較例1(図10)では大きく剥離し、下地層を設けたがCrではなくTiとした比較例4(図11)でも剥離が見られた。また、比較例5では成膜自体はできたが、軸受使用時に剥離しやすかった。   In each example having a predetermined film structure, the film formation state on the inner and outer ring raceway surfaces is good, whereas in Comparative Examples 1 to 4 in which the underlayer and the intermediate layer are different from the present invention, film formation is difficult. there were. For example, in Example 1 (FIG. 9), the hard film was well formed, but in Comparative Example 1 (FIG. 10) in which the underlayer was not provided, the film was largely peeled off and the underlayer was provided, but not Cr Peeling was also observed in Comparative Example 4 (FIG. 11) using Ti. In Comparative Example 5, the film itself was formed, but it was easy to peel off when using the bearing.

本発明の転がり軸受は、内・外輪軌道面や転動体の転動面に形成されたDLCを含む硬質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。このため、本発明の転がり軸受は、苛酷な潤滑状態での用途を含め、各種用途に適用可能である。   The rolling bearing of the present invention has excellent peeling resistance of hard films containing DLC formed on the inner and outer ring raceway surfaces and the rolling surfaces of the rolling elements, and can exhibit the characteristics of the DLC main body. Excellent in corrosion resistance and corrosion resistance. For this reason, the rolling bearing of this invention is applicable to various uses including the use in a severe lubrication state.

1 転がり軸受(深溝玉軸受)
2 内輪
3 外輪
4 転動体
5 保持器
6 シール部材
7 グリース
8 硬質膜
11 バイアス電源
12 基材
13 膜(層)
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
21 AIP蒸発源材料
22 円盤
23 基材
24 スパッタ蒸発源材料(ターゲット)
31 試験片
32 相手材
33 アーム部
34 荷重
35 ロードセル
41 試験片
42 転動体
43 調芯用ボール
44 ロータリーボールスプライン
45 軌道盤
46 ヒータ
47 熱電対
51 試験用軸受
52 負荷用玉軸受
53 負荷用コイルバネ
54 駆動プーリ
55 軸
1 Rolling bearing (deep groove ball bearing)
2 Inner ring 3 Outer ring 4 Rolling element 5 Cage 6 Seal member 7 Grease 8 Hard film 11 Bias power supply 12 Base material 13 Film (layer)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 15 Target 16 Magnetic field line 17 Ar ion 18 Ionized target 19 High density plasma 21 AIP evaporation source material 22 Disc 23 Base material 24 Sputter evaporation source material (target)
31 Test piece 32 Counter member 33 Arm part 34 Load 35 Load cell 41 Test piece 42 Rolling body 43 Alignment ball 44 Rotary ball spline 45 Bearing disc 46 Heater 47 Thermocouple 51 Test bearing 52 Load ball bearing 53 Load coil spring 54 Drive pulley 55 axes

Claims (18)

外周に内輪軌道面を有する内輪と、内周に外輪軌道面を有する外輪と、前記内輪軌道面と前記外輪軌道面との間を転動する複数の転動体とを備え、前記内輪、前記外輪、および前記複数の転動体が鉄系材料からなる転がり軸受であって、
前記内輪軌道面および前記外輪軌道面が、前記転動体を案内する曲面であり、該内輪軌道面、該外輪軌道面、および前記転動体の転動面から選ばれる少なくとも一つの面に硬質膜が成膜されてなり、
前記硬質膜は、前記面の上に直接成膜されるクロム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ることを特徴とする転がり軸受。
An inner ring having an inner ring raceway surface on the outer periphery; an outer ring having an outer ring raceway surface on the inner periphery; and a plurality of rolling elements that roll between the inner ring raceway surface and the outer ring raceway surface. And the rolling elements are rolling bearings made of an iron-based material,
The inner ring raceway surface and the outer ring raceway surface are curved surfaces that guide the rolling elements, and a hard film is formed on at least one surface selected from the inner ring raceway surface, the outer ring raceway surface, and the rolling surface of the rolling element. It was filmed,
The hard film is a base layer mainly composed of chromium directly formed on the surface, a mixed layer mainly composed of tungsten carbide and diamond-like carbon formed on the base layer, A film having a structure comprising 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 decreases. A rolling bearing characterized by being a layer having a high content rate.
前記転動体が玉であり、前記内輪軌道面および前記外輪軌道面が、前記転動体を案内する円曲面であることを特徴とする請求項1記載の転がり軸受。   The rolling bearing according to claim 1, wherein the rolling element is a ball, and the inner ring raceway surface and the outer ring raceway surface are circular curved surfaces that guide the rolling element. 前記表面層は、前記混合層との隣接側に、前記混合層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を有することを特徴とする請求項1または請求項2記載の転がり軸受。   The rolling bearing according to claim 1, wherein the surface layer has an inclined layer portion whose hardness increases continuously or stepwise from the mixed layer side on a side adjacent to the mixed layer. . 前記表面層は、スパッタリングガスとしてアルゴンガスを用いたアンバランスド・マグネトロン・スパッタリング装置を使用して成膜した層であり、
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、前記アルゴンガスの前記装置内への導入量100に対する前記炭化水素系ガスの導入量の割合が1〜5であり、前記装置内の真空度が0.2〜0.8Paであり、基材となる軸受部材に印加するバイアス電圧が70〜150Vである条件下で、前記炭素供給源から生じる炭素原子を、前記混合層上に堆積させて成膜されたものであることを特徴とする請求項1、請求項2または請求項3記載の転がり軸受。
The surface layer is a layer formed using an unbalanced magnetron sputtering apparatus using argon gas as a sputtering gas,
A graphite target and a hydrocarbon gas are used in combination as a carbon supply source, and the ratio of the introduction amount of the hydrocarbon gas to the introduction amount 100 of the argon gas into the device is 1 to 5, Under the condition that the degree of vacuum is 0.2 to 0.8 Pa and the bias voltage applied to the bearing member as the base material is 70 to 150 V, carbon atoms generated from the carbon supply source are deposited on the mixed layer. 4. The rolling bearing according to claim 1, wherein the rolling bearing is formed by forming a film.
前記炭化水素系ガスが、メタンガスであることを特徴とする請求項4記載の転がり軸受。   The rolling bearing according to claim 4, wherein the hydrocarbon-based gas is methane gas. 前記表面層の傾斜層部分は、基材となる軸受部材に印加するバイアス電圧を連続的または段階的に上げながら成膜されたものであることを特徴とする請求項3、請求項4または請求項5記載の転がり軸受。   The inclined layer portion of the surface layer is formed by increasing a bias voltage applied to a bearing member serving as a base material continuously or stepwise. Item 6. A rolling bearing according to Item 5. 前記下地層および前記混合層は、スパッタリングガスとしてアルゴンガスを用いたアンバランスド・マグネトロン・スパッタリング装置を使用して成膜した層であり、
前記混合層は、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、タングステンカーバイトターゲットに印加する電力を下げながら成膜されたものであることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか一項記載の転がり軸受。
The underlayer and the mixed layer are layers formed using an unbalanced magnetron sputtering apparatus using argon gas as a sputtering gas,
The mixed layer is formed in a continuous or stepwise manner while increasing the sputtering power applied to the graphite target serving as the carbon supply source and decreasing the power applied to the tungsten carbide target. The rolling bearing according to any one of claims 1 to 6, wherein the rolling bearing is characterized.
前記硬質膜は、表面粗さRa:0.01μm以下、ビッカース硬度Hv:780であるSUJ2焼入れ鋼を相手材として、ヘルツの最大接触面圧0.5GPaの荷重を印加して接触させ、0.05m/sの回転速度で30分間、前記相手材を回転させたときの該硬質膜の比摩耗量が200×10−10mm/(N・m)未満であることを特徴とする請求項1ないし請求項7のいずれか一項記載の転がり軸受。 The hard film is brought into contact with SUJ2 hardened steel having a surface roughness Ra of 0.01 μm or less and a Vickers hardness Hv of 780 by applying a load with a maximum contact surface pressure of 0.5 GPa of Hertz. The specific wear amount of the hard film when the counterpart material is rotated for 30 minutes at a rotational speed of 05 m / s is less than 200 × 10 −10 mm 3 / (N · m). The rolling bearing according to any one of claims 1 to 7. 前記硬質膜は、押し込み硬さの平均値と標準偏差値との合計が25〜45GPaであることを特徴とする請求項8記載の転がり軸受。   The rolling bearing according to claim 8, wherein the hard film has a total indentation hardness average value and standard deviation value of 25 to 45 GPa. 前記硬質膜は、スクラッチテストにおける臨界剥離荷重が50N以上であることを特徴とする請求項8または請求項9記載の転がり軸受。   The rolling bearing according to claim 8 or 9, wherein the hard film has a critical peel load in a scratch test of 50 N or more. 前記硬質膜の膜厚が0.5〜3μmであり、かつ該硬質膜の膜厚に占める前記表面層の厚さの割合が0.8以下であることを特徴とする請求項1ないし請求項10のいずれか一項記載の転がり軸受。   The film thickness of the hard film is 0.5 to 3 µm, and the ratio of the thickness of the surface layer to the film thickness of the hard film is 0.8 or less. The rolling bearing according to claim 10. 前記鉄系材料が、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から選ばれることを特徴とする請求項1ないし請求項11のいずれか一項記載の転がり軸受。   The rolling bearing according to any one of claims 1 to 11, wherein the ferrous material is selected from high carbon chromium bearing steel, carbon steel, tool steel, and martensitic stainless steel. 前記硬質膜が形成される面の硬さが、ビッカース硬さでHv650以上であることを特徴とする請求項12記載の転がり軸受。   The rolling bearing according to claim 12, wherein the surface on which the hard film is formed has a Vickers hardness of Hv650 or higher. 前記硬質膜が形成される面において、前記硬質膜形成前に、窒化処理により窒化層が形成されていることを特徴とする請求項1ないし請求項13のいずれか一項記載の転がり軸受。   The rolling bearing according to any one of claims 1 to 13, wherein a nitride layer is formed by nitriding treatment on the surface on which the hard film is formed before the hard film is formed. 前記窒化処理が、プラズマ窒化処理であることを特徴とする請求項14記載の転がり軸受。   The rolling bearing according to claim 14, wherein the nitriding treatment is a plasma nitriding treatment. 前記窒化処理後の表面の硬さが、ビッカース硬さでHv1000以上であることを特徴とする請求項14または請求項15記載の転がり軸受。   The rolling bearing according to claim 14 or 15, wherein a hardness of the surface after the nitriding treatment is Hv1000 or more in terms of Vickers hardness. 前記硬質膜が形成される面の表面粗さRaが、0.05μm以下であることを特徴とする請求項1ないし請求項16のいずれか一項記載の転がり軸受。   The rolling bearing according to any one of claims 1 to 16, wherein a surface roughness Ra of the surface on which the hard film is formed is 0.05 µm or less. 前記転がり軸受は、グリースが封入されていることを特徴とする請求項1ないし請求項17のいずれか一項記載の転がり軸受。   The rolling bearing according to claim 1, wherein the rolling bearing is filled with grease.
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