JP2003239994A

JP2003239994A - 転がり摺動部材および転動装置

Info

Publication number: JP2003239994A
Application number: JP2002042282A
Authority: JP
Inventors: Masaru Konno; 大金野
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2002-02-19
Filing date: 2002-02-19
Publication date: 2003-08-27

Abstract

(57)【要約】【課題】大きな接触応力が作用するような条件下や無
潤滑下においても好適に使用可能な転動装置を提供す
る。【解決手段】相手部材との間で相対的な転がり接触又
はすべり接触が生じる鋼製の転がり摺動部材において、
前記相手部材との接触面に、潤滑性を有するダイヤモン
ドライクカーボン層５を設け、該ダイヤモンドライクカ
ーボン層を、少なくとも１種類の金属を有する金属層Ａ
と、前記金属及び炭素を有する第１の複合層Ｂと、炭素
を有するカーボン層Ｃと、フッ素化合物及び炭素を有す
る第２の複合層Ｄと、最表面のフッ素化合物層Ｅとの５
層で構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、潤滑性に優れた転
がり摺動部材及び該転がり摺動部材で構成された転動装
置に係り、特に、潤滑油やグリースを使用できない無潤
滑条件下においても好適に使用可能な転がり摺動部材及
び転動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）
は、その表面がダイヤモンドに準ずる硬さを有し、摺動
抵抗も摩擦係数が０．２以下と二硫化モリブデンやフッ
素樹脂と同様に小さいことから、従来から潤滑性材料と
して使用されている。例えば、磁気ディスク装置におい
ては、磁気素子又は磁気ディスクの表面に数１０オング
ストロームのＤＬＣ層を形成することにより、磁気素子
と磁気ディスクとの潤滑性を高めて磁気ディスクの表面
を保護している。

【０００３】一方、上記のような特異な表面の性質か
ら、ＤＬＣは転がり摺動部材の新たな潤滑性材料として
注目されており、近年、軸受への潤滑性の付与に利用さ
れている。例えば、ＷＯ９９／１４５１２号公報には、
軌道輪の軌道面や転動体の表面に金属を含有するＤＬＣ
層を形成して接触応力を緩和するようにした転がり軸受
が開示されている。

【０００４】また、ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、イオ
ンビーム形成法、イオン化蒸着法等によって、軌道輪の
軌道面や転動体の表面にＤＬＣ層を形成した転がり軸受
等の転動装置が知られている（例えば、特開平９−１４
４７６４号公報、特開２０００−１３６８２８号公報、
特開２０００−２０５２７７号公報、特開２０００−２
０５２７９号公報、特開２０００−２０５２８０号公報
など）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の転がり軸受等の転動装置においては、接触面が
面積の小さい点接触や線接触となり、軌道輪の軌道面や
転動体の表面に大きな接触応力が作用するので、繰り返
し応力やせん断抵抗によって軌道輪の軌道面やＤＬＣ層
が破壊してしまうおそれがあった。

【０００６】このような破壊が起きる原因としては、以
下の２点が考えられる。まず、１点目は、ＤＬＣ層は、
応力が作用しても非常に変形しにくい性質を有している
という問題である。ＤＬＣは硬く高弾性であるので、ス
テンレス鋼や軸受鋼等のような弾性定数の小さい金属材
料に被覆されていると、両者の弾性定数の違いから、母
材の変形にＤＬＣが追従することができずに、ＤＬＣ層
が破損する場合がある。

【０００７】二点目は、ＤＬＣの潤滑性能が期待されて
いるが、グリースや潤滑油等に比べて潤滑性能が劣り、
せん断抵抗に弱いという問題である。そこで、本発明
は、上記のような従来技術の有する問題点を解決し、大
きな接触応力が作用するような条件下や無潤滑下におい
ても好適に使用可能な転がり摺動部材および転動装置を
提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に係る発明は、相手部材との間で相対的な
転がり接触又はすべり接触が生じる鋼製の転がり摺動部
材において、前記相手部材との接触面に、潤滑性を有す
るダイヤモンドライクカーボン層を設け、該ダイヤモン
ドライクカーボン層を、少なくとも１種類の金属を有す
る金属層と、前記金属及び炭素を有する第１の複合層
と、炭素を有するカーボン層と、フッ素化合物及び炭素
を有する第２の複合層と、最表面のフッ素化合物層との
５層で構成したことを特徴とする。

【０００９】ここで、金属層の金属成分としては、Ｃ
ｒ，Ｗ，Ｔｉ，Ｓｉ，Ｎｉ及びＦｅ等が挙げられ、これ
らのうちから母材の種類に応じて一種類若しくは二種類
以上を適宜選択して用いることができ、特に好ましくは
Ｃｒ，Ｗの二種類の金属を用いるとよい。また、ダイヤ
モンドライクカーボン層（ＤＬＣ層）を構成する層の配
置は、請求項２のように表面側から母材側に向けて前記
フッ素化合物層、前記第２の複合層、前記カーボン層、
前記第１の複合層及び前記金属層の順に配するのが好ま
しい。

【００１０】上記構成によれば、ＤＬＣ層の最表面にフ
ッ素化合物層を設けることによって、せん断抵抗に強い
優れたＤＬＣ層を形成することができると共に、潤滑性
能が大幅に向上する。また、母材である鋼とカーボン層
との間に第１の複合層及び金属層が介在しているので、
潤滑性に優れたＤＬＣ層と母材である鋼との密着性が優
れたものとなる。

【００１１】これにより、大きな接触応力が作用しても
破壊しにくい潤滑膜と最表面の潤滑層を備えたＤＬＣ層
を形成できるため、大きな接触応力が作用する装置（例
えば、転動装置等）を構成する部材等に好適に適用する
ことが可能になる。また、優れた潤滑性を有しているの
で、無潤滑下においても好適に使用することが可能であ
る。そして、摩耗や発熱が少ない上、繰り返し応力に対
して強く、長寿命である。

【００１２】特に、請求項３のように、前記第１の複合
層中の炭素の割合が、前記金属層側から前記カーボン層
側に向かって徐々に増加するように構成すれば、ＤＬＣ
層と母材である鋼との密着性がより優れたものとするこ
とができ、また、前記第２の複合層中の炭素の割合が、
前記カーボン層から前記フッ素化合物層側に向かって徐
々に減少するように構成すれば、フッ素化合物層の密着
性をより優れたものとすることができる。

【００１３】また、請求項４のように、ＤＬＣ層の等価
弾性定数は、８０ＧＰａ以上、２４０ＧＰａ以下とする
ことが好ましい。このようにすると、母材である鋼より
もＤＬＣの方が小さい等価弾性定数を有することになる
ので、繰り返し応力が作用した際にＤＬＣ層が変形する
ことが可能となる。その結果、母材の変形にＤＬＣ層が
追従することになるので、ＤＬＣ層の破壊を生じにくく
することができる。

【００１４】ここで、ＤＬＣ層の等価弾性定数が２４０
ＧＰａを超えると、母材の鋼よりもＤＬＣ層の方が大き
い等価弾性定数を有することとなるので、繰り返し応力
が作用した際の母材の変形にＤＬＣ層が追従しにくくな
る。一方、８０ＧＰａ未満であると、ＤＬＣ層の硬さが
低くなって、摩耗が生じやすくなる。なお、ＤＬＣ層の
ような薄膜については、通常の方法では弾性定数を測定
することはできないため、本発明においては以下の方法
により測定された、弾性定数に準拠する等価弾性定数を
用いる。

【００１５】即ち、押し込み深さを少なくともＤＬＣ層
の厚さ内として微小硬度計による測定を行い、得られた
荷重一除荷曲線により等価弾性定数を求める。例えば、
ＤＬＣ層の厚さが２μｍである場合は、押し込み荷重を
０．４〜５０ｍＮの間で適宜設定して測定を行う。本発
明においては、エリオニクス社製の微小硬度計を使用
し、押し込み荷重を５０ｍＮとして測定した等価弾性定
数を用いる。

【００１６】その他の等価弾性定数の測定方法として
は、フィッシャー社製の微小硬度測定装置を用いる方法
がある。この方法においては、（マイクロ）ビッカース
硬度計は使用せず、静電容量で制御できる微小硬度計又
はナノインデンテータを用いることが望ましく、且つ、
押し込み深さはＤＬＣ層の厚さ内とする必要がある。そ
して、前記微小硬度計又はナノインデンテータにより得
られた荷重一除荷曲線の弾性変形量から等価弾性定数を
求める。

【００１７】さらに、前記ＤＬＣ層は、請求項５のよう
に、非平衡型マグネトロンを用いたスパッタリング（Ｕ
ＢＭＳ）により形成されたものであることが好ましい。
ＵＢＭＳ装置は、スパッタリングに用いるターゲットを
複数装着でき、各ターゲットのスパッタ電流を独立に制
御することにより、各成分のスパッタ効率を任意に制御
することができるので、上記のような成膜に好適であ
る。

【００１８】例えば、第１の複合層及びカーボン層を成
膜する工程においては、金属ターゲットのスパッタ電源
（ＤＣ電源）の電力を低減させながら、同時にカーボン
ターゲットのスパッタ電源（ＤＣ電源）の電力を増加さ
せればよい（このとき、転がり摺動部材には負のバイア
ス電圧を印加する）。また、フッ素化合物層及び第２の
複合層を成膜する工程においては、カーボンターゲット
の電源（ＤＣ電源）の電力を低下させながら、例えば導
電性を付与した４弗化エチレン樹脂をターゲットに用
い、そのスパッタ電源（ＤＣ電源）の電力を増加させれ
ばよい（このとき、転がり摺動部材には適宜負のバイア
ス電圧を印加する）。

【００１９】このような物理的成膜法は、ＣＶＤ法、プ
ラズマＣＶＤ法、イオンビーム形成法、イオン化蒸着法
等と比較して、転動装置のような大きな接触応力が作用
する装置を構成する部品に対して好適であり、多層膜を
傾斜組成で変化させながら作成するのに最も好適な手法
である。被処理体のバイアス電圧を制御することで、イ
オンアシスト効果によって被膜の厚さをコントロールす
ることが可能であり、弾性定数も制御することができる
ため、低弾性体で且つ表面硬さの大きい被膜物性を得る
ことができる。

【００２０】また、ターゲットの種類によって金属、カ
ーボン、潤滑性樹脂等の機能的な複合膜を任意の厚み、
硬さおよび弾性で作成することが可能である。さらに、
請求項６に係る転動装置は、外面に軌道面を有する内方
部材と、該内方部材の軌道面に対向する軌道面を内面に
有して前記内方部材の外側に配置された外方部材と、前
記両軌道面間に転動自在に配置された転動体とを備える
転動装置において、前記内方部材、前記外方部材および
前記転動体の内の少なくとも一つを請求項１〜５のいず
れか一項に記載の転がり摺動部材としたことを特徴とす
る。

【００２１】このような構成であれば、転動装置を構成
する転がり摺動部材のＤＬＣ層は大きな接触応力が作用
しても破壊しにくいので、大きな接触応力が作用するよ
うな条件下や無潤滑下において使用されても長寿命であ
る。なお、本発明の転動装置としては、転がり軸受、直
動案内軸受装置（リニアガイド装置）、ボールねじ装
置、直動ベアリング等があげられる。

【００２２】そして、前記内方部材とは、転動装置が転
がり軸受の場合は内輪、同じく直動案内軸受装置の場合
は案内レール、同じくボールねじ装置の場合はねじ軸、
同じく直動ベアリングの場合は軸を、それぞれ意味す
る。また、前記外方部材とは、転動装置が転がり軸受の
場合は外輪、同じく直動案内軸受装置の場合はスライ
ダ、同じくボールねじ装置の場合はナット、同じく直動
ベアリングの場合は外筒を、それぞれ意味する。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の一例
を図を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態の
一例である転動装置としての深溝玉軸受を説明するため
の縦断面図、図２は図１のＸ部の部分拡大断面図、図３
はＤＬＣ層の深さと炭素、鉄、タングステンおよびクロ
ムの含有量との関係を示すグラフ図、図４は揺動耐久試
験機の概略断面図、図５はスラスト軸受耐久試験機の概
略断面図、図６はＤＬＣ層の等価弾性定数と軸受の総回
転数（耐久性）との関係を示すグラフ図である。

【００２４】図１に示すように、この深溝玉軸受（転動
装置）は、外周面に軌道面１a を有する内輪（内方部
材：転がり摺動部材）１と、軌道面１a に対向する軌道
面２aを内周面に有する外輪（外方部材：転がり摺動部
材）２と、両軌道面１a 、２a間に転動自在に配置され
た複数の玉３（転動体：転がり摺動部材）と、複数の玉
３を円周方向に等配に保持する保持器４とを備えてい
る。

【００２５】内輪１、外輪２及び玉３はＳＵＪ２等の鋼
製で、軸受寸法は内径７．９４ｍｍ、外径１２．７ｍ
ｍ、幅３．９７ｍｍのものである。また、図示は省略す
るが軸受外輪の両端部には非接触スチールシール（Ｚ
形）が装着されている。さらに、内輪１の軌道面１a 及
び外輪２の軌道面２a には、潤滑性を有し且つ等価弾性
定数が８０ＧＰａ以上、２４０ＧＰａ以下であるダイヤ
モンドライクカーボン（ＤＬＣ）層５が設けられてい
る。

【００２６】このＤＬＣ層５は、図２に示すように、Ｃ
ｒ，Ｗ，Ｔｉ，Ｓｉ，ＮｉおよびＦｅ等の内のＣｒとＷ
の２種類の金属を有する金属層Ａと、前記金属及び炭素
を有する第１の複合層Ｂと、炭素を有するカーボン層Ｃ
と、炭素とフッ素化合物を有する第２の複合層Ｄと、フ
ッ素化合物層Ｅの５層で構成されており、該５層は表面
側から母材側（軌道面側）に向けてフッ素化合物層Ｅ、
第２の複合層Ｄ、カーボン層Ｃ、複合層Ｆ、金属層Ｍの
順に配置されている。

【００２７】この実施の形態では、第１の複合層Ｂが、
Ｃｒ，Ｗ，Ｔｉ，Ｓｉ，Ｎｉ及びＦｅ等の内のＣｒとＷ
の２種類の金属と炭素とで構成されるため、１種類の金
属と炭素とで構成した場合に比べて、金属と炭素との結
合により生成した金属カーバイドの脆さを小さくするこ
とができ、この結果、第１の複合層Ｂの脆さが小さくな
る。なお、勿論、第１の複合層ＢをＣｒ，Ｗ，Ｔｉ，Ｓ
ｉ，Ｎｉ及びＦｅ等の内の１種類の金属と炭素とで構成
することもでき、本発明に含まれるのは言うまでもな
い。

【００２８】次に、ＤＬＣ層を形成する方法を、第１の
複合層ＢがＣｒ（クロム）の１種類の金属と炭素とで構
成される場合とＣｒ（クロム）とＷ（タングステン）の
２種類の金属と炭素とで構成される場合について、外輪
２を例に説明する。まず、第１の複合層ＢがＣｒの１種
類の金属と炭素とで構成される場合は、油分を脱脂した
外輪２を株式会社神戸製鋼所社製のアンバランスドマグ
ネトロンスパッタリング装置５０４（以下、ＵＢＭＳ装
置と記す）に設置し、アルゴンプラズマによるスパッタ
リングを用いて、軌道面２a にボンバード処理を１５分
間施した。

【００２９】そして、クロムをターゲットとして、軌道
面２a にスパッタリングで金属層Ａを成膜した。次に、
クロムのスパッタリングを続けながら、カーボンをター
ゲットとした炭素のスパッタリングを開始した。このよ
うなスパッタリングによって、一種類の金属と炭素とが
結合した第１の複合層Ｂが、金属層Ａの上に形成され
た。

【００３０】さらに、前記の金属のスパッタ効率を徐々
に減少させながら、炭素のスパッタ効率を徐々に増加さ
せた。次に、前記の金属のスパッタリングを終了し、炭
素のスパッタリングのみとして第１の複合層Ｂの上にカ
ーボン層Ｃを形成した。これに連続して、炭素のスパッ
タリングのスパッタ効率を徐々に減少させながら、４弗
化エチレン樹脂のスパッタ効率を徐々に増加させて炭素
とフッ素化合物の第２の複合層Ｄを形成した。次に、前
記炭素のスパッタリングを終了し、４弗化エチレン樹脂
のスパッタリングのみとして、第２の複合層Ｄの上にフ
ッ素化合物層Ｅを形成した（ＤＬＣ層全体の厚さは２．
３μｍ）。

【００３１】これにより、前記１種類の金属で構成され
た層（金属層Ａ）から炭素で構成された層（カーボン層
Ｃ）に向かって、層の組成が連続的に徐々に変化してい
く傾斜層（第１の複合層Ｂ）、さらにこれに連続したカ
ーボン層Ｃ、炭素とフッ素化合物の第２の複合層Ｄおよ
びフッ素化合物層Ｅを形成することができる。このよう
な構成のＤＬＣ層５は、各層（金属層Ａ、第１の複合層
Ｂ、カーボン層Ｃ、第２の複合層Ｄおよびフッ素化合物
層Ｅ）の間の密着性が非常に優れ、且つ、潤滑性に優れ
たものとなる。

【００３２】次に、第１の複合層ＢがＣｒ（クロム）と
Ｗ（タングステン）の２種類の金属と炭素とで構成され
る場合についても、同様に、油分を脱脂した外輪２を株
式会社神戸製鋼所社製のアンバランスドマグネトロンス
パッタリング装置５０４（以下、ＵＢＭＳ装置と記す）
に設置し、アルゴンプラズマによるスパッタリングを用
いて、軌道面２a にボンバード処理を１５分間施した。

【００３３】そして、タングステン及びクロムをターゲ
ットとして、軌道面２a に前記２種類の金属をスパッタ
リングして成膜し、金属層Ａを形成した。次に、前記２
種類の金属のスパッタリングを続けながら、カーボンを
ターゲットとした炭素のスパッタリングを開始した。こ
のようなスパッタリングによって、前記２種類の金属と
炭素とが結合した金属カーバイドからなる第１の複合層
Ｂが、金属層Ａの上に形成された。

【００３４】さらに、前記２種類の金属のスパッタ効率
を徐々に減少させながら、炭素のスパッタ効率を徐々に
増加させた。次に、前記２種類の金属のスパッタリング
を終了し、炭素のスパッタリングのみとして、第１の複
合層Ｂの上にカーボン層Ｃを形成した。なお、第２の複
合層Ｄおよびフッ素化合物層Ｅの成膜方法は上記と同様
であり、ＤＬＣ層全体の厚さは２．２μｍであった。

【００３５】これにより、前記２種類の金属で構成され
た層（金属層Ａ）から炭素で構成された層（カーボン層
Ｃ）に向かって、層の組成が連続的に徐々に変化してい
く傾斜層（第１の複合層Ｂ）、さらにこれに連続したカ
ーボン層Ｃ、炭素とフッ素化合物の第２の複合層Ｄおよ
びフッ素化合物層Ｅを形成することができる。このよう
な構成のＤＬＣ層５は、上記同様に、各層（金属層Ａ、
第１の複合層Ｂ、カーボン層Ｃ、第２の複合層Ｄおよび
フッ素化合物層Ｅ）の間の密着性が非常に優れ、且つ、
潤滑性に優れたものとなる。

【００３６】図３に、グロー放電発光分析装置（島津製
作所株式会社製のＧＤＬＳ−９９５０）を使用して、第
１の複合層ＢがＣｒ（クロム）とＷ（タングステン）の
２種類の金属と炭素とで構成される場合のＤＬＣ層５を
形成する元素を分析した結果を示す。図３の横軸はＤＬ
Ｃ層５の表面からの深さを示し、０ｎｍがＤＬＣ層５の
表面である。また、縦軸は、その深さ位置における各元
素の含有量を示す。

【００３７】なお、アルゴンガスを使用した放電によっ
て深さ方向の情報を得ているため、母材である鋼とＤＬ
Ｃ層５との界面において、各元素の含有量を示す曲線が
ブロードとなっている。また、鋼とＤＬＣ層５との界面
が８０００ｎｍ付近に位置していることから、この図か
らはＤＬＣ層５の厚さは約８μｍであることが読み取れ
るが、この分析法は直径２ｍｍの円形部分について放電
発光により分析するため、深さ方向の精度上約８μｍと
なって現れるものであって、実際のＤＬＣ層５の厚さは
２．２μｍである。

【００３８】ＵＢＭＳ装置は、スパッタリングに用いる
ターゲットを複数装着でき、各ターゲットのスパッタ電
流を独立に制御することにより、各成分のスパッタ効率
を任意に制御することができるので、上記のような傾斜
層を構成する複合層の成膜に好適である。例えば、上記
の場合の第１の複合層Ｂ及び第２の複合層Ｄを成膜する
工程においては、各ターゲットのスパッタ電源（ＤＣ電
源）の電力を低減させながら、同時に他の成分のスパッ
タ電源（ＤＣ電源）の電力を増加させればよい（このと
き、外輪２には負のバイアス電圧を印加する）。

【００３９】次に、図４に示す揺動耐久試験機を用いて
実施例１、比較例１，２の試験軸受の耐久試験を行っ
た。揺動耐久試験機は、ワッシャと予圧バネからなる軸
方向付勢手段１０が軸１１に固定されており、軸１１は
回転止め１２で固定されている。下部をサポート軸受１
４で支持したハウジング１６はＡＣサーボモータ１７に
連結されており、設定した角度および回数で揺動回転駆
動される。２０は４個の試験軸受で、２０Ａは転動体で
ある。

【００４０】各試験軸受２０は、その外輪２０−１をハ
ウジング１６の内径に嵌合するとともに内輪２０−２を
軸１１に通し、軸１１とは別体のスリーブ２１Ａ，２１
Ｂを交互に重ねて装着され、軸１１、内輪２０−２は回
転せず、ハウジング１６、外輪２０−１が回転可能に支
持される。軸方向付勢手段１０の皿バネ２２でスリーブ
２１Ａ，２１Ｂが軸方向に押圧されており、試験軸受２
０の内輪２０−２，外輪２０−１，転動体２０Ａに予圧
（Ｆａ）が加えられる。

【００４１】そして、以下の条件で揺動耐久試験を行っ
た後、試験軸受の回転トルクを計測した。トルク性能は
回転初期に要するトルク及びトルク変動を測定した。試験軸受：内径７．９４ｍｍ、外径１２．７ｍｍ、幅
３．９７ｍｍ揺動周波数：３０Ｈｚ外輪揺動角度：８° アキシャル荷重：２９．４Ｎ揺動繰り返し回数：５００万回そして、揺動試験前後でトルク変動を確認した。なお、
内輪の回転に要する試験前のトルクは約１９．６ｍＮ・
ｃｍであった。

【００４２】また、比較例１の試験軸受は内外輪の軌道
面にホロカソード型のイオンプレーティング法によって
チタン金属層を成膜してその上にプラズマＣＶＤ法によ
ってカーボン層を成膜したものを用い、比較例２の試験
軸受は内外輪の軌道面にＵＢＭＳで成膜した最表面が炭
素のＤＬＣ層（フッ素化合物なし）を形成したものを用
い、実施例１の試験軸受は内外輪の軌道面に図２のＤＬ
Ｃ層５と同様のＤＬＣ層（最表面にフッ素化合物層有）
を形成したものを用いた（第１の複合層ＢをＣｒ（クロ
ム）の１種類の金属と炭素とで構成）。

【００４３】試験結果を表１に示す。

【００４４】

【表１】

【００４５】上記試験条件での揺動耐久試験によって、
比較例１，２の試験軸受には軌道面に表面損傷が発生し
ていることが確認された。即ち、比較例１，２の試験軸
受は、試験前と比べて軌道面に面荒れと摩耗が発生して
試験後のトルクが異常に上昇していた。このような揺動
を伴う使用条件は、情報機器の磁気読取装置やワイヤー
ボンダー等を支持する転がり軸受で多く、初期のトルク
に比べそのトルク変化が問題になる。

【００４６】表１の結果より、比較例１の試験軸受は中
間層のチタンと炭素層が界面を構成しているため、ＤＬ
Ｃの膜強度が弱く、揺動耐久試験によって軌道面の表面
が摩耗して試験後のトルク異常上昇（１８０％）の要因
となった。また、比較例２の試験軸受では、ＵＢＭＳで
ＤＬＣ層を作成することで、ＤＬＣ層の膜強度は向上す
るが、ＤＬＣ層表面の潤滑性が乏しいため、軌道面表面
が摩耗して試験後のトルク異常上昇（１５０％）の要因
となった。

【００４７】これに対し、本発明例である実施例１はＤ
ＬＣ層の最表面（４弗化エチレン樹脂のフッ素化合物層
Ｅ）までＵＢＭＳで作成した例であり、金属層Ａからカ
ーボン層Ｃの移行部分（第１の複合層Ｂ）、およびカー
ボン層Ｃからフッ素化合物層Ｅの移行部分（第２の複合
層Ｄ）が傾斜層を形成しているため、ＤＬＣ層の膜強度
は向上する。

【００４８】また、ＤＬＣ層の最表面のフッ素化合物層
Ｅが潤滑性に優れ、フレッチング等の揺動に強い耐摩耗
表面を構成するため、試験後のトルク上昇は僅かであっ
た（１０３％）。次に、図１の深溝玉軸受とほぼ同様の
ＤＬＣ層を備えたスラスト軸受において、ＤＬＣ層の等
価弾性定数を種々変更した試験軸受を用意して、図５の
スラスト軸受耐久試験機を用い、等価弾性定数とＤＬＣ
層の耐久性との相関を評価する回転試験を行った。

【００４９】但し、この試験においては、外輪は軌道溝
を有していない平板状の部材とし、玉の接触する軌道部
分にＤＬＣ層を形成した。また、内外輪の軌道面間に配
設した玉の数は１１個とした。ＤＬＣ層の形成は前述と
同様にＵＢＭＳ装置により行い、金属層及び第１の複合
層に用いる金属はＣｒとＷ等、軸受母材と原子半径が近
いものなら特に限定されない。

【００５０】また、ＤＬＣ層の等価弾性定数は、外輪に
印加するバイアス電圧を制御するか、又は導入するガス
の分圧を制御することにより、変化させることができ
る。この導入するガス（アルゴン、水素、メタン等の炭
化水素系ガス）の種類や分圧比を制御すれば、ＤＬＣ層
の等価弾性定数とともに、表面の摺動抵抗を自在にコン
トロールすることが可能であるので、前記ガスを単独又
は混合することにより、目的に合ったＤＬＣ層を形成す
ることができる。

【００５１】さらに、ＤＬＣ層の厚さ（膜厚）は、スパ
ッタ時間により精度よく制御することができる。回転試
験はスラスト荷重３．５ｋＮ、回転速度６０００ｒｐｍ
で、潤滑油はパープロロポリエーテル油を用いた。そし
て、軸受支持部に装着したエンデプコ社製の加速度セン
サーにより振動を測定し、この振動値の増加によりＤＬ
Ｃ層の破壊を検知した。また、ＤＬＣ層が破壊するまで
の軸受の総回転数によって、ＤＬＣ層の耐久性を評価し
た。

【００５２】等価弾性係数と総回転数（耐久性）との関
係を図６に示す。図６から明らかなように、ＤＬＣ層の
等価弾性定数が８０ＧＰａ以上、２４０ＧＰａ以下であ
ると、ＤＬＣ層の耐久性が優れていることが判る。等価
弾性定数が８０ＧＰａ未満だと、ＤＬＣの表面硬さが低
下して接触応力に対して摩耗が生じやすい。

【００５３】一方、２４０ＧＰａを超えると、軸受鋼等
のような母材の等価弾性定数が小さい表面では、軸受鋼
の等価弾性定数より大きくなり母材がＤＬＣより先に変
形するため、繰り返し応力に対して膜が破壊されやすく
なる。なお、本発明は上記実施の形態に限定されるもの
ではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜
変更可能である。

【００５４】例えば、上記実施の形態では、転動装置と
して深溝玉軸受を例に採って説明したが、これに限定さ
れず、例えば、アンギュラ玉軸受、円筒ころ軸受、円す
いころ軸受、針状ころ軸受、自動調心ころ軸受等のラジ
アル型の転がり軸受や、スラスト玉軸受、スラストころ
軸受等のスラスト型の転がり軸受に本発明を適用しても
よい。

【００５５】また、上記実施の形態では、転動装置とし
て転がり軸受を例示して説明したが、これに限定され
ず、例えば、直動案内軸受装置、ボールねじ装置、直動
ベアリング等の他の転動装置にも本発明を適用してもよ
いのは勿論である。さらに、上記実施の形態では、非平
衡型マグネトロンを用いたスパッタリングによりＤＬＣ
層を成膜した場合を例に採ったが、これに代えて、パス
ルレーザーアーク蒸着法やプラズマＣＶＤ法等を用いて
ＤＬＣ層を成膜することもできる。ただし、ＤＬＣ層の
等価弾性定数及び塑性変形硬さ等を独立に制御すること
が容易な非平衡型マグネトロンを用いたスパッタリング
が最も好適である。

【００５６】

【発明の効果】上記の説明から明らかなように、請求項
１又は２の発明によれば、大きな接触応力が作用しても
破壊しにくい潤滑膜と最表面の潤滑層を備えたＤＬＣ層
を形成できるため、大きな接触応力が作用する装置（例
えば、転動装置等）を構成する部材等に好適に適用する
ことができる。

【００５７】また、優れた潤滑性を有しているので、無
潤滑下においても好適に使用することが可能であり、更
に、摩耗や発熱が少ない上、繰り返し応力に対して強
く、長寿命である。請求項３の発明では、請求項１又は
２の発明に加えて、ＤＬＣ層と母材である鋼との密着性
をより優れたものとすることができると共に、フッ素化
合物層の密着性をより優れたものとすることができる。

【００５８】請求項４の発明では、請求項１〜３のいず
れか一項の発明に加えて、母材の変形にＤＬＣ層が追従
しやすくなるので、ＤＬＣ層の破壊を生じにくくするこ
とができる。請求項５の発明では、請求項１〜４のいず
れか一項の発明に加えて、容易にＤＬＣ層の等価弾性定
数及び塑性変形硬さ等を独立に制御することができる。
請求項６の発明では、大きな接触応力が作用するような
条件下や無潤滑下において使用されても長寿命な転動装
置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例である転動装置とし
ての深溝玉軸受を説明するための縦断面図である。

【図２】図１のＸ部の部分拡大断面図

【図３】ＤＬＣ層の深さと炭素、鉄、タングステンおよ
びクロムの含有量との関係を示すグラフ図である。

【図４】揺動耐久試験機の概略断面図である。

【図５】スラスト軸受耐久試験機の概略断面図である。

【図６】ＤＬＣ層の等価弾性定数と軸受の総回転数（耐
久性）との関係を示すグラフ図である。

【符号の説明】

１…内輪（内方部材）１a …軌道面２…外輪（外方部材）２a …軌道面３…玉（転動体）３ａ…転動面４…保持器５…ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）層Ａ…金属層Ｂ…第１の複合層Ｃ…カーボン層Ｄ…第２の複合層Ｅ…フッ素化合物層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 3J062 AB22 AC07 BA27 CD27 CD45 CD75 3J101 AA02 AA32 AA42 AA52 AA62 BA53 BA54 BA55 DA05 EA53 FA15 FA32 GA53 3J104 AA23 BA03 CA20 DA06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】相手部材との間で相対的な転がり接触又
はすべり接触が生じる鋼製の転がり摺動部材において、前記相手部材との接触面に、潤滑性を有するダイヤモン
ドライクカーボン層を設け、該ダイヤモンドライクカー
ボン層を、少なくとも１種類の金属を有する金属層と、
前記金属及び炭素を有する第１の複合層と、炭素を有す
るカーボン層と、フッ素化合物及び炭素を有する第２の
複合層と、最表面のフッ素化合物層との５層で構成した
ことを特徴とする転がり摺動部材。
【請求項２】表面側から母材側に向けて前記フッ素化
合物層、前記第２の複合層、前記カーボン層、前記第１
の複合層及び前記金属層の順に配したことを特徴とする
請求項１記載の転がり摺動部材。
【請求項３】前記第１の複合層中の炭素の割合が、前
記金属層側から前記カーボン層側に向かって徐々に増加
し、前記第２の複合層中の炭素の割合が、前記カーボン
層から前記フッ素化合物層側に向かって徐々に減少して
いることを特徴とする請求項１又は２に記載の転がり摺
動部材。
【請求項４】前記ダイヤモンドライクカーボン層の等
価弾性定数を８０ＧＰａ以上、２４０ＧＰａ以下とした
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の
転がり摺動部材。
【請求項５】前記ダイヤモンドライクカーボン層は、
非平衡型マグネトロンを用いたスパッタリングにより形
成されたものであることを特徴とする請求項１〜４のい
ずれか一項に記載の転がり摺動部材。
【請求項６】外面に軌道面を有する内方部材と、該内
方部材の軌道面に対向する軌道面を内面に有して前記内
方部材の外側に配置された外方部材と、前記両軌道面間
に転動自在に配置された転動体とを備える転動装置にお
いて、前記内方部材、前記外方部材および前記転動体の
内の少なくとも一つを請求項１〜５のいずれか一項に記
載の転がり摺動部材としたことを特徴とする転動装置。