JP2008082427A - Rolling sliding member and rolling device - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a rolling sliding member and a rolling device suitably usable even under a condition such as large contact stress acts, without lubrication. <P>SOLUTION: In a contact surface of an inner race 1, an outer race 2 and a ball 3 of a thrust ball bearing, a DLC layer D is covered with a base material of the inner race 1, the outer race 2 and the ball 3. The DLC layer D is composed of a carbon layer C composed of carbon, a composite carbon layer FC composed of tungsten and carbon, a first metallic layer M1 composed of tungsten, a composite metallic layer FM composed of tungsten and chrome and a second metallic layer M2 composed of chrome. These five layers are arranged in the above order from the surface side of the DLC layer. A part covered with the DLC layer among the base material, is set within 0.03-0.2 μm in surface roughness Ra. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、潤滑性に優れる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、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及び転動装置に関する。   The present invention relates to a rolling sliding member having excellent lubricity and a rolling device constituted by the rolling sliding member, and can be suitably used particularly under conditions where a large contact stress acts or under no lubrication. The present invention relates to a rolling sliding member and a rolling device.

ダイヤモンドライクカーボン（以降はＤＬＣと記すこともある）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十オングストロームのＤＬＣ膜を形成することにより、磁気素子と磁気ディスクとの間の潤滑性を高めて磁気ディスクの表面を保護している。 Diamond-like carbon (hereinafter sometimes referred to as DLC) has a hardness similar to that of diamond, and its sliding resistance is as low as 0.2 or less, like molybdenum disulfide and fluororesin. Therefore, it has been conventionally used as a lubricating material.
For example, in a magnetic disk device, by forming a DLC film of several tens of angstroms on the surface of the magnetic element or the magnetic disk, the lubricity between the magnetic element and the magnetic disk is improved to protect the surface of the magnetic disk. Yes.

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、特許文献１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膜を備えた転がり軸受が開示されている。この転がり軸受においては、前記ＤＬＣ膜により接触応力が緩和される。 On the other hand, DLC has attracted attention as a new lubricating material for rolling and sliding members due to the unique surface properties as described above, and has recently been used to impart lubricity to bearings.
For example, Patent Document 1 discloses a rolling bearing including a DLC film containing metal on the raceway surface of a raceway or the surface of a rolling element. In this rolling bearing, the contact stress is relieved by the DLC film.

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，非平衡型マグネトロンを用いたスパッタリング法等によって、軌道輪の軌道面や転動体の表面にＤＬＣ膜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、特許文献２〜７を参照）。
国際公開ＷＯ９９／１４５１２号公報 特開平９−１４４７６４号公報 特開２０００−１３６８２８号公報 特開２０００−２０５２７７号公報 特開２０００−２０５２７９号公報 特開２０００−２０５２８０号公報 特開２００３−５６５７５号公報 In addition, a rolling bearing having a DLC film formed on the raceway surface of the raceway and the surface of the rolling element by CVD method, plasma CVD method, ion beam forming method, ionized vapor deposition method, sputtering method using non-equilibrium magnetron, etc. A rolling device is known (see, for example, Patent Documents 2 to 7).
International Publication No. WO99 / 14512 Japanese Patent Laid-Open No. 9-147464 JP 2000-136828 A JP 2000-205277 A JP 2000-205279 A JP 2000-205280 A JP 2003-56575 A

特許文献７に記載の技術によれば、繰り返し応力によるＤＬＣ膜の破損や母材からのＤＬＣ膜の剥離が生じにくいので、転がり軸受等の転動装置は、大きな接触応力が作用するような条件下や無潤滑下においても使用可能であるが、さらに大きな接触応力が作用するような条件下での使用を考えると、さらなる改良が望まれる。
上記のような破損が起きる原因としては、以下の２点が考えられる。 According to the technique described in Patent Document 7, damage to the DLC film due to repeated stress and peeling of the DLC film from the base material are unlikely to occur. Although it can be used under low or unlubricated conditions, further improvement is desired in consideration of use under conditions where a larger contact stress acts.
The following two points can be considered as causes of the above damage.

まず、１点目は、鋼とＤＬＣ膜との密着性を向上させるために介在された金属中間層の脆性化の問題である。すなわち、金属中間層を構成する金属とＤＬＣ膜を構成する炭素とが結合して脆さを有する金属カーバイドが生成するため、金属中間層が脆性化して、ＤＬＣ膜が破損しやすくなるのである。そして、金属中間層が１種の金属で構成されている場合は金属カーバイドの脆さが大きいため、破損の要因となりやすい。   First, the first point is a problem of embrittlement of the metal intermediate layer interposed in order to improve the adhesion between the steel and the DLC film. That is, since the metal constituting the metal intermediate layer and the carbon constituting the DLC film are combined to produce brittle metal carbide, the metal intermediate layer becomes brittle and the DLC film is easily damaged. And when a metal intermediate layer is comprised with 1 type of metal, since the brittleness of a metal carbide is large, it will become a factor of a failure | damage easily.

２点目は、ＤＬＣ膜は、応力が作用しても非常に変形しにくい性質を有しているという問題である。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等価弾性定数の小さい金属材料に被覆されていると、両者の等価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膜が破損する場合がある。
また、母材とＤＬＣ膜の界面における密着力が不十分であると、ＤＬＣ膜全体が母材から剥離するおそれもある。 The second problem is that the DLC film has a property of being hardly deformed even when stress is applied. Since DLC is hard and highly elastic, if it is covered with a metal material having a small equivalent elastic constant such as stainless steel or bearing steel, the DLC follows the deformation of the base material due to the difference in the equivalent elastic constant between the two. In some cases, the DLC film may be damaged.
Further, if the adhesion at the interface between the base material and the DLC film is insufficient, the entire DLC film may be peeled off from the base material.

そこで、本発明は、上記のような従来技術が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を提供することを課題とする。また、このような転がり摺動部材を備える、潤滑性に優れた転動装置を提供することを併せて課題とする。   Accordingly, the present invention provides a rolling sliding member that can solve the above-described problems of the prior art and that can be suitably used even under conditions in which a large contact stress acts or under no lubrication. Let it be an issue. Another object of the present invention is to provide a rolling device having such a rolling sliding member and having excellent lubricity.

前記課題を解決するため、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発明に係る請求項１の転がり摺動部材は、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転がり摺動部材において、下記の４つの条件を満足することを特徴とする。
条件１：前記相手部材との接触面においては、鋼製の母材に潤滑性を有するダイヤモンドライクカーボン層が被覆されている。 In order to solve the above problems, the present invention has the following configuration. That is, the rolling sliding member of claim 1 according to the present invention is characterized by satisfying the following four conditions in a rolling sliding member in which relative rolling contact or sliding contact occurs with a counterpart member. To do.
Condition 1: On the contact surface with the mating member, a steel base material is coated with a diamond-like carbon layer having lubricity.

条件２：前記母材のうち前記ダイヤモンドライクカーボン層が被覆されている部分は、表面粗さＲａが０．０３μｍ以上０．２μｍ以下である。
条件３：前記ダイヤモンドライクカーボン層は、炭素からなるカーボン層と、シリコン，チタン，タングステン，モリブデンのうちの１種の金属及び炭素からなる複合カーボン層と、シリコン，チタン，タングステン，モリブデンのうちの１種の金属からなる第一金属層と、シリコン，チタン，タングステン，モリブデンのうちの１種の金属及びクロムからなる複合金属層と、クロムからなる第二金属層と、の５層で構成されている。 Condition 2: A portion of the base material covered with the diamond-like carbon layer has a surface roughness Ra of 0.03 μm or more and 0.2 μm or less.
Condition 3: The diamond-like carbon layer includes a carbon layer made of carbon, a composite carbon layer made of one kind of metal of silicon, titanium, tungsten and molybdenum and carbon, and silicon, titanium, tungsten and molybdenum. It consists of five layers: a first metal layer made of one kind of metal, a composite metal layer made of one kind of silicon, titanium, tungsten, and molybdenum and chromium, and a second metal layer made of chromium. ing.

条件４：前記５層は、前記ダイヤモンドライクカーボン層の表面側から前記カーボン層，前記複合カーボン層，前記第一金属層，前記複合金属層，前記第二金属層の順に配されている。
このような転がり摺動部材は、鋼製の母材と前記カーボン層との間に前記複合カーボン層，前記第一金属層，前記複合金属層，及び前記第二金属層が介在しているので、潤滑性に優れた前記ダイヤモンドライクカーボン層（以降においてはＤＬＣ層と記すこともある）と鋼製の母材との密着性が優れている。また、ＤＬＣ層を構成する前記５層同士の密着性も優れている。 Condition 4: The five layers are arranged in the order of the carbon layer, the composite carbon layer, the first metal layer, the composite metal layer, and the second metal layer from the surface side of the diamond-like carbon layer.
In such a rolling sliding member, the composite carbon layer, the first metal layer, the composite metal layer, and the second metal layer are interposed between a steel base material and the carbon layer. Also, the adhesion between the diamond-like carbon layer (hereinafter sometimes referred to as a DLC layer) excellent in lubricity and the steel base material is excellent. Further, the adhesion between the five layers constituting the DLC layer is also excellent.

また、複合金属層が２種の金属（シリコン，チタン，タングステン，モリブデンのうちの１種の金属及びクロム）で構成されているので、該金属と炭素とが結合して金属カーバイドが生成されたとしても、金属カーバイドの脆さが小さい。よって、繰り返し応力やせん断力が負荷されてもＤＬＣ層が破損しにくい。   Further, since the composite metal layer is composed of two kinds of metals (one kind of silicon, titanium, tungsten, and molybdenum and chromium), the metal and carbon are combined to produce metal carbide. Even so, the brittleness of the metal carbide is small. Therefore, the DLC layer is not easily damaged even when repeated stress or shear force is applied.

さらに、母材のうちＤＬＣ層が被覆されている部分の表面粗さＲａが０．０３μｍ以上０．２μｍ以下であると、鋼製の母材と第二金属層とが十分な面積で接触できるので、ＤＬＣ層の剥離が生じにくくなる。表面粗さＲａが０．０３μｍ未満であると、母材と第二金属層との接触面積が小さくなるため、十分な密着力が確保できなくなるおそれがある。一方、表面粗さＲａが０．２μｍ超過であると、ＤＬＣ層の最表面の粗さが悪くなり相手部材との接触時にＤＬＣ層の表面に油膜が形成されにくくなるため、ＤＬＣ層の剥離や音響の増大が生じるおそれがある。このような不都合がより生じにくくするためには、母材のうちＤＬＣ層が被覆されている部分の表面粗さＲａは０．０５μｍ以上０．２μｍ以下であることが好ましい。   Further, when the surface roughness Ra of the portion of the base material covered with the DLC layer is 0.03 μm or more and 0.2 μm or less, the steel base material and the second metal layer can be contacted with a sufficient area. Therefore, peeling of the DLC layer is difficult to occur. If the surface roughness Ra is less than 0.03 μm, the contact area between the base material and the second metal layer becomes small, and there is a possibility that sufficient adhesion cannot be secured. On the other hand, if the surface roughness Ra is more than 0.2 μm, the outermost surface roughness of the DLC layer is deteriorated and an oil film is hardly formed on the surface of the DLC layer at the time of contact with the mating member. There is a risk of increased sound. In order to make such inconvenience less likely to occur, the surface roughness Ra of the base material covered with the DLC layer is preferably 0.05 μm or more and 0.2 μm or less.

また、本発明に係る請求項２の転がり摺動部材は、請求項１に記載の転がり摺動部材において、前記複合カーボン層中の炭素の割合が、前記第一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ていることを特徴とする。
このような構成であれば、ＤＬＣ層と鋼製の母材との密着性がより優れているので、ＤＬＣ層の剥離がより生じにくい。 The rolling sliding member according to claim 2 according to the present invention is the rolling sliding member according to claim 1, wherein the ratio of carbon in the composite carbon layer is from the first metal layer side to the carbon layer side. It is characterized by gradually increasing toward.
With such a configuration, since the adhesion between the DLC layer and the steel base material is more excellent, peeling of the DLC layer is less likely to occur.

さらに、本発明に係る請求項３の転がり摺動部材は、請求項１又は請求項２に記載の転がり摺動部材において、前記ダイヤモンドライクカーボン層の等価弾性定数が１００ＧＰａ以上２４０ＧＰａ以下であることを特徴とする。
このような構成であれば、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となるので、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層が追従することが可能となるので、ＤＬＣ層の破損が生じにくい。 Furthermore, the rolling sliding member according to claim 3 according to the present invention is the rolling sliding member according to claim 1 or 2, wherein the equivalent elastic constant of the diamond-like carbon layer is 100 GPa or more and 240 GPa or less. Features.
With such a configuration, the DLC layer has a smaller equivalent elastic constant than the base steel, so that the DLC layer can be deformed when a repeated stress is applied. As a result, since the DLC layer can follow the deformation of the base material, the DLC layer is hardly damaged.

ＤＬＣ層の等価弾性定数が２４０ＧＰａ超過であると、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層が追従することが困難となって、ＤＬＣ層の破損が生じやすくなる。一方、１００ＧＰａ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。すなわち、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−除荷曲線により等価弾性定数を求める。 If the equivalent elastic constant of the DLC layer exceeds 240 GPa, the DLC layer will have a larger equivalent elastic constant than steel, so that the DLC layer will follow the deformation of the base material when repeated stress is applied. This makes it difficult to damage the DLC layer. On the other hand, if it is less than 100 GPa, the hardness of the DLC layer becomes low and wear tends to occur.
For a thin film such as a DLC layer, the elastic constant cannot be measured by a normal method. Therefore, in the present invention, an equivalent elastic constant based on the elastic constant measured by the following method is used. That is, the indentation depth is at least within the thickness of the DLC layer, measurement is performed with a microhardness meter, and the equivalent elastic constant is obtained from the obtained load-unloading curve.

例えば、ＤＬＣ層の厚さが２μｍ以下である場合は、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。
この他の等価弾性定数の測定方法としては、フィッシャー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い。なおかつ、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−除荷曲線の弾性変形量から、等価弾性定数を求める。 For example, when the thickness of the DLC layer is 2 μm or less, the indentation load is appropriately set between 0.4 to 50 mN and measurement is performed. In the present invention, an equivalent elastic constant measured using a micro hardness tester manufactured by Elionix Co., Ltd. and an indentation load of 50 mN is used.
As another method for measuring the equivalent elastic constant, there is a method using a micro hardness measuring device manufactured by Fischer. In this method, it is desirable not to use a (micro) Vickers hardness tester but to use a micro hardness tester or a nano indentator that can be controlled by capacitance. In addition, the indentation depth needs to be within the thickness of the DLC layer. And an equivalent elastic constant is calculated | required from the amount of elastic deformation of the load-unloading curve obtained by the said micro hardness meter or the nano indentator.

なお、ＨＲＣ６０の高炭素クロム鋼（ＳＵＪ２）の表面の等価弾性定数を上記の方法により求めると２５０ＧＰａとなり、通常カタログ等に記載されている２１０ＧＰａよりも大きい結果となる。これは、上記の方法が微小な押し込み領域における測定であることから、ＳＵＪ２の表面の加工硬化層の影響を受けるためである。
さらに、本発明に係る請求項４の転がり摺動部材は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の転がり摺動部材において、前記ダイヤモンドライクカーボン層の表面粗さＲａが０．１μｍ以下であることを特徴とする。 In addition, when the equivalent elastic constant of the surface of the high carbon chromium steel (SUJ2) of HRC60 is calculated | required by said method, it will be 250 GPa and will be a result larger than 210 GPa normally described in the catalog etc. This is because the above method is a measurement in a minute indentation region, and is therefore influenced by the work hardening layer on the surface of SUJ2.
Furthermore, the rolling sliding member of Claim 4 which concerns on this invention is a rolling sliding member as described in any one of Claims 1-3, The surface roughness Ra of the said diamond-like carbon layer is 0.1 micrometer or less. It is characterized by being.

このような構成であれば、ＤＬＣ層の最表面の粗さが良好であるため、ＤＬＣ層の潤滑性及び音響性能が良好となる。ＤＬＣ層の表面粗さＲａが０．１μｍ超過であると、相手部材との接触時にＤＬＣ層の表面に油膜が形成されにくくなるため、転がり摺動部材の耐久性が不十分となるおそれがある。
さらに、本発明に係る請求項５の転がり摺動部材は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の転がり摺動部材において、前記ダイヤモンドライクカーボン層は、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。 With such a configuration, since the outermost surface roughness of the DLC layer is good, the lubricity and acoustic performance of the DLC layer are good. If the surface roughness Ra of the DLC layer is more than 0.1 μm, it is difficult to form an oil film on the surface of the DLC layer at the time of contact with the mating member, so that the durability of the rolling sliding member may be insufficient. .
Furthermore, the rolling sliding member according to claim 5 according to the present invention is the rolling sliding member according to any one of claims 1 to 4, wherein the diamond-like carbon layer is a sputtering using a non-equilibrium magnetron. It is formed by these.

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、好適な等価弾性定数及び強度を有するＤＬＣ層が得られやすいので、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る。
以上のように、本発明の転がり摺動部材は、大きな接触応力が作用しても破損しにくい潤滑膜（ＤＬＣ層）を備えているので、大きな接触応力が作用する装置（例えば、転がり軸受等のような転動装置）を構成する部材等に好適に適用することが可能である。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。 Such a physical film forming method is easy to obtain a DLC layer having a suitable equivalent elastic constant and strength as compared with CVD method, plasma CVD method, ion beam forming method, ionized vapor deposition method, etc. It is suitable for a part constituting a device such as a device on which large contact stress acts.
As described above, the rolling sliding member of the present invention includes a lubricating film (DLC layer) that is not easily damaged even when a large contact stress is applied, and thus a device (for example, a rolling bearing or the like) on which a large contact stress acts. It is possible to apply suitably to the member etc. which comprise a rolling device). In addition, since it has excellent lubricity, it can be suitably used even without lubrication. In addition, there is little wear and heat generation, and it is strong against repeated stress and has a long life.

さらに、本発明に係る請求項６の転動装置は、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，及び前記転動体のうち少なくとも１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。   Furthermore, the rolling device according to the sixth aspect of the present invention includes an inner member having a raceway surface on the outer surface and a raceway surface facing the raceway surface of the inner member on the inner surface, and the outer side of the inner member. In the rolling device comprising an outer member disposed on the rolling surface and a rolling element disposed so as to be able to roll between the both raceway surfaces, at least one of the inner member, the outer member, and the rolling element. One is the rolling sliding member according to any one of claims 1 to 5.

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損しにくいので、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（リニアガイド装置），ボールねじ，直動ベアリング等があげられる。 With such a configuration, the DLC layer of the rolling sliding member constituting the rolling device is not easily damaged even when a large contact stress is applied. Long life even when used.
Examples of the rolling device of the present invention include a rolling bearing, a linear motion guide bearing (linear guide device), a ball screw, and a linear motion bearing.

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の場合は案内レール、同じくボールねじの場合はねじ軸、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の場合はスライダ、同じくボールねじの場合はナット、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。   The inner member is an inner ring in the case where the rolling device is a rolling bearing, a guide rail in the case of a linear guide bearing, a screw shaft in the case of a ball screw, and a shaft in the case of a linear bearing. Each means. In addition, the outer member is an outer ring when the rolling device is a rolling bearing, a slider when the same is a linear guide bearing, a nut when it is a ball screw, and an outer cylinder when it is also a linear bearing. means.

本発明の転がり摺動部材及び転動装置は、大きな接触応力が作用するような条件下や無潤滑下においても好適に使用可能である。   The rolling sliding member and the rolling device of the present invention can be suitably used under conditions where a large contact stress acts or under no lubrication.

本発明に係る転がり摺動部材及び転動装置の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明に係る転動装置の一実施形態であるスラスト玉軸受の構成を示す縦断面図であり、図２は、図１のＡ部分を拡大して示した部分拡大断面図である。
図１のスラスト玉軸受は、軌道面１ａを有する内輪１と、軌道面１ａに対向する軌道面２ａを有する外輪２と、両軌道面１ａ，２ａ間に転動自在に配された複数の玉３と、両軌道面１ａ，２ａ間に複数の玉３を軸受の円周方向にわたって等配に保持する保持器４と、を備えている。内輪１，外輪２，及び玉３は、ＳＵＪ２等の鋼製である。 Embodiments of a rolling sliding member and a rolling device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a thrust ball bearing which is an embodiment of a rolling device according to the present invention, and FIG. 2 is a partially enlarged sectional view showing an enlarged portion A of FIG. is there.
The thrust ball bearing of FIG. 1 includes an inner ring 1 having a raceway surface 1a, an outer ring 2 having a raceway surface 2a opposite to the raceway surface 1a, and a plurality of balls arranged so as to roll between both raceway surfaces 1a and 2a. 3 and a cage 4 that holds a plurality of balls 3 equally between the raceway surfaces 1a and 2a in the circumferential direction of the bearing. The inner ring 1, the outer ring 2, and the ball 3 are made of steel such as SUJ2.

また、内輪１，外輪２と玉３とは相互に転がり接触又はすべり接触し、内輪１の軌道面１ａ，外輪２の軌道面２ａ，及び玉３の転動面３ａがその接触面に相当する。これらの接触面においては、内輪１，外輪２，玉３の母材に、潤滑性を有するダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）層Ｄが被覆されている。そして、母材のうちＤＬＣ層Ｄが被覆されている部分の表面粗さＲａは、０．０３μｍ以上０．２μｍ以下とされている。   Further, the inner ring 1, the outer ring 2 and the ball 3 are in rolling contact or sliding contact with each other, and the raceway surface 1a of the inner ring 1, the raceway surface 2a of the outer ring 2, and the rolling surface 3a of the ball 3 correspond to the contact surfaces. . On these contact surfaces, the base material of the inner ring 1, the outer ring 2, and the balls 3 is covered with a diamond-like carbon (DLC) layer D having lubricity. And surface roughness Ra of the part by which DLC layer D is coat | covered among base materials shall be 0.03 micrometer or more and 0.2 micrometer or less.

さらに、このＤＬＣ層Ｄは、図２に示すように、炭素からなるカーボン層Ｃと、シリコン（Ｓｉ），チタン（Ｔｉ），タングステン（Ｗ），モリブデン（Ｍｏ）のうちの１種の金属及び炭素からなる複合カーボン層ＦＣと、シリコン，チタン，タングステン，モリブデンのうちの１種の金属からなる第一金属層Ｍ１と、シリコン，チタン，タングステン，モリブデンのうちの１種の金属及びクロムからなる複合金属層ＦＭと、クロムからなる第二金属層Ｍ２と、の５層で構成されていて、該５層はＤＬＣ層Ｄの表面側からカーボン層Ｃ，複合カーボン層ＦＣ，第一金属層Ｍ１，複合金属層ＦＭ，第二金属層Ｍ２の順に配されている。   Further, as shown in FIG. 2, the DLC layer D includes a carbon layer C made of carbon and one kind of metal of silicon (Si), titanium (Ti), tungsten (W), and molybdenum (Mo), and A composite carbon layer FC made of carbon, a first metal layer M1 made of one kind of metal of silicon, titanium, tungsten, and molybdenum, and a metal made of one kind of silicon, titanium, tungsten, and molybdenum and chromium. The composite metal layer FM and the second metal layer M2 made of chromium are composed of five layers. The five layers are the carbon layer C, the composite carbon layer FC, and the first metal layer M1 from the surface side of the DLC layer D. , Composite metal layer FM, and second metal layer M2.

なお、ＤＬＣ層Ｄの等価弾性定数は、１００ＧＰａ以上２４０ＧＰａ以下であることが好ましい。また、ＤＬＣ層Ｄの表面粗さＲａ（すなわちカーボン層Ｃの表面粗さＲａ）は、０．１μｍ以下であることが好ましい。
ここで、ＤＬＣ層Ｄを形成する方法について、外輪２を例に説明する。なお、ＤＬＣ層Ｄは、外輪２のみならず、内輪１，玉３や保持器４に形成しても差し支えない。 The equivalent elastic constant of the DLC layer D is preferably 100 GPa or more and 240 GPa or less. The surface roughness Ra of the DLC layer D (that is, the surface roughness Ra of the carbon layer C) is preferably 0.1 μm or less.
Here, a method of forming the DLC layer D will be described using the outer ring 2 as an example. The DLC layer D may be formed not only on the outer ring 2 but also on the inner ring 1, the ball 3, and the cage 4.

まず、外輪２の表面のうち軌道面２ａとなる部分の表面粗さＲａを、ショットブラスト処理により調整した。使用した装置は、株式会社不二製作所製のＦＤ−４ＬＤ−５０１型であり、投射材は粒径２０〜３０μｍのスチール製ビーズである。また、ショット条件は、投射圧力が０．４ＭＰａ、投射距離が１５０ｍｍである。そして、処理時間を適宜設定することによって、表面粗さＲａの調整を行った。   First, the surface roughness Ra of the surface of the outer ring 2 that becomes the raceway surface 2a was adjusted by shot blasting. The apparatus used is FD-4LD-501 type manufactured by Fuji Seisakusho, and the projection material is steel beads having a particle size of 20 to 30 μm. The shot conditions are a projection pressure of 0.4 MPa and a projection distance of 150 mm. And surface roughness Ra was adjusted by setting process time suitably.

なお、投射材の種類，粒径やショット条件は、表面粗さＲａを０．０３μｍ以上０．２μｍ以下に調整可能であれば前述のものに限定されるものではない。また、表面粗さＲａを０．０３μｍ以上０．２μｍ以下に調整可能であれば、ショットブラスト処理に限らず、バレル処理等の他の方法を採用することも可能である。
次に、油分を脱脂した外輪２を株式会社神戸製鋼所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（以降は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。 The type, particle size, and shot conditions of the projection material are not limited to those described above as long as the surface roughness Ra can be adjusted to 0.03 μm or more and 0.2 μm or less. Further, as long as the surface roughness Ra can be adjusted to 0.03 μm or more and 0.2 μm or less, not only the shot blast processing but also other methods such as barrel processing can be adopted.
Next, the outer ring 2 from which oil has been degreased is placed in an unbalanced magnetron sputtering apparatus 504 (hereinafter referred to as a UBMS apparatus) manufactured by Kobe Steel, Ltd., and bombarded on the raceway surface 2a using sputtering by argon plasma. For 15 minutes.

そして、クロムをターゲットとして、母材の表面のうち軌道面２ａとなる部分にクロムをスパッタリングして成膜し、クロムからなる第二金属層Ｍ２を形成した。次に、クロムのスパッタリングを続けながら、シリコン，チタン，タングステン，モリブデンのうちの１種の金属（以降は、タングステンを使用した場合を例にして説明する）をターゲットとしたスパッタリングを開始した。   Then, using chromium as a target, the second metal layer M2 made of chromium was formed by sputtering chromium onto a portion of the surface of the base material that would become the raceway surface 2a. Next, while continuing the sputtering of chromium, sputtering with a target of one kind of metal of silicon, titanium, tungsten, and molybdenum (hereinafter, described using tungsten as an example) was started.

このようなスパッタリングによって、タングステン及びクロムからなる複合金属層ＦＭを第二金属層Ｍ２の上に形成した。このスパッタリングの際には、クロムのスパッタ効率を徐々に減少させながら、タングステンのスパッタ効率を徐々に増加させた。そして、クロムのスパッタリングを終了し、タングステンのスパッタリングのみとして、複合金属層ＦＭの上にタングステンからなる第一金属層Ｍ１を形成した。   A composite metal layer FM made of tungsten and chromium was formed on the second metal layer M2 by such sputtering. During the sputtering, the sputtering efficiency of tungsten was gradually increased while the sputtering efficiency of chromium was gradually decreased. Then, the sputtering of chromium was terminated, and the first metal layer M1 made of tungsten was formed on the composite metal layer FM only for the sputtering of tungsten.

次に、タングステンのスパッタリングを続けながら、カーボンをターゲットとした炭素のスパッタリングを開始した。このようなスパッタリングによって、タングステンと炭素とが結合した金属カーバイドからなる複合カーボン層ＦＣを、第一金属層Ｍ１の上に形成した。さらに、タングステンのスパッタ効率を徐々に減少させながら、炭素のスパッタ効率を徐々に増加させた。そして、タングステン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、複合カーボン層ＦＣの上にカーボン層Ｃを形成した（ＤＬＣ層Ｄ全体の厚さは２．２μｍとした）。   Next, while continuing sputtering of tungsten, sputtering of carbon using carbon as a target was started. By such sputtering, a composite carbon layer FC made of metal carbide in which tungsten and carbon were bonded was formed on the first metal layer M1. Furthermore, the sputtering efficiency of carbon was gradually increased while the sputtering efficiency of tungsten was gradually decreased. Then, the sputtering of tungsten was terminated, and the carbon layer C was formed on the composite carbon layer FC only for carbon sputtering (the thickness of the entire DLC layer D was 2.2 μm).

なお、上記の説明においては、複合金属層ＦＭ，第一金属層Ｍ１，複合カーボン層ＦＣを構成する金属としてタングステンを使用した例を示したが、シリコン，チタン，又はモリブデンを使用してもよいことは勿論である。また、複合金属層ＦＭ，第一金属層Ｍ１，複合カーボン層ＦＣに全て同種の金属を使用する必要はなく、これらの層のうち１層に別の金属を使用してもよいし、３層にそれぞれ異なる金属を使用してもよい。   In the above description, the example in which tungsten is used as the metal constituting the composite metal layer FM, the first metal layer M1, and the composite carbon layer FC is shown, but silicon, titanium, or molybdenum may be used. Of course. Further, it is not necessary to use the same kind of metal for the composite metal layer FM, the first metal layer M1, and the composite carbon layer FC, and another metal may be used for one of these layers. Different metals may be used.

このようなスパッタリングにより成膜を行えば、第二金属層Ｍ２からカーボン層Ｃに向かって、層の組成が連続的に徐々に変化していくＤＬＣ層Ｄを形成することができる。このような構成のＤＬＣ層Ｄは、各層（第二金属層Ｍ２，複合金属層ＦＭ，第一金属層Ｍ１，複合カーボン層ＦＣ，及びカーボン層Ｃ）の間の密着性が非常に優れているとともに、潤滑性に優れたカーボン層Ｃと母材である鋼との密着性が非常に優れている。   When film formation is performed by such sputtering, it is possible to form the DLC layer D in which the composition of the layer gradually and gradually changes from the second metal layer M2 toward the carbon layer C. The DLC layer D having such a configuration has very good adhesion between each layer (second metal layer M2, composite metal layer FM, first metal layer M1, composite carbon layer FC, and carbon layer C). At the same time, the adhesion between the carbon layer C having excellent lubricity and the steel as the base material is very excellent.

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源を独立に制御することにより、各成分のスパッタ効率を任意に制御することができるので、上記のような成膜に好適である。例えば、上記の場合の複合カーボン層ＦＣ及びカーボン層Ｃ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、外輪２には負のバイアス電圧を印加する）。   The UBMS apparatus can be equipped with a plurality of targets used for sputtering, and can control the sputtering efficiency of each component arbitrarily by independently controlling the sputtering power source of each target. is there. For example, in the process of forming the composite carbon layer FC and the carbon layer C in the above case, the power of the sputtering power source (DC power source) of the carbon target is simultaneously reduced while the power of the sputtering power source (DC power source) of the metal target is reduced. (At this time, a negative bias voltage is applied to the outer ring 2).

ＤＬＣ層Ｄの等価弾性定数は、外輪２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Ｄ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して導入することにより、目的にあった所望のＤＬＣ層を形成することができる。さらに、ＤＬＣ層Ｄ及び各層（第二金属層Ｍ２，複合金属層ＦＭ，第一金属層Ｍ１，複合カーボン層ＦＣ，及びカーボン層Ｃ）の厚さは、スパッタ時間により精度よく制御することができる。   The equivalent elastic constant of the DLC layer D can be changed by controlling the bias voltage applied to the outer ring 2 or controlling the partial pressure of the introduced gas. By controlling the type and partial pressure ratio of the introduced gas (hydrocarbon gas such as argon, hydrogen, methane, etc.), it is possible to freely control the sliding resistance of the surface as well as the equivalent elastic constant of the DLC layer D. Therefore, a desired DLC layer suitable for the purpose can be formed by introducing the gas alone or in combination. Furthermore, the thickness of the DLC layer D and each layer (the second metal layer M2, the composite metal layer FM, the first metal layer M1, the composite carbon layer FC, and the carbon layer C) can be accurately controlled by the sputtering time. .

ここで、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、ＤＬＣ層Ｄを形成する元素を分析した結果を、図３の測定チャートに示す。図３のチャートは、複合金属層ＦＭ，第一金属層Ｍ１を構成する金属としてタングステンを使用し、複合カーボン層ＦＣを構成する金属としてシリコンを使用したＤＬＣ層Ｄのチャートである。チャートの横軸は表面からの深さを示し、０μｍがＤＬＣ層の表面を意味している。また、縦軸は、その深さ位置における各元素の含有量を示している。   Here, the results of analyzing the elements forming the DLC layer D using a glow discharge emission analyzer (GDLS-9950 manufactured by Shimadzu Corporation) are shown in the measurement chart of FIG. The chart of FIG. 3 is a chart of the DLC layer D in which tungsten is used as the metal constituting the composite metal layer FM and the first metal layer M1, and silicon is used as the metal constituting the composite carbon layer FC. The horizontal axis of the chart indicates the depth from the surface, and 0 μm means the surface of the DLC layer. Moreover, the vertical axis | shaft has shown content of each element in the depth position.

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ＤＬＣ層Ｄとの界面において、各元素の含有量を示す曲線がブロードとなっている。また、鋼とＤＬＣ層Ｄとの界面が８０００ｎｍ付近に位置していることから、このチャートからはＤＬＣ層Ｄ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Ｄの厚さは２．２μｍである。   In addition, since the information of the depth direction is obtained by the discharge using argon gas, the curve which shows content of each element is broad in the interface of steel and DLC layer D which are base materials. In addition, since the interface between the steel and the DLC layer D is located near 8000 nm, it can be seen from this chart that the thickness of the DLC layer D is about 8 μm. Therefore, the thickness of the actual DLC layer D is 2.2 μm.

なお、本実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。
例えば、本実施形態においては、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層を成膜したが、パルスレーザーアーク蒸着法やプラズマＣＶＤ法等を用いることもできる。ただし、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。 In addition, this embodiment shows an example of this invention and this invention is not limited to this embodiment.
For example, in the present embodiment, the DLC layer is formed by sputtering using a non-equilibrium magnetron, but a pulsed laser arc deposition method, a plasma CVD method, or the like can also be used. However, sputtering using a non-equilibrium magnetron that can easily control the equivalent elastic constant, plastic deformation hardness, and the like is most preferable.

また、本実施形態においては、スラスト玉軸受を例示して説明したが、本発明の転動装置は様々な転がり軸受に対して適用することができる。例えば、深みぞ玉軸受，アンギュラ玉軸受，円筒ころ軸受，円すいころ軸受，針状ころ軸受，自動調心ころ軸受等のラジアル形の転がり軸受や、スラストころ軸受等のスラスト形の転がり軸受である。
さらに、本実施形態においては、転動装置として転がり軸受を例示して説明したが、本発明の転動装置は、他の様々な種類の転動装置に対して適用することができる。例えば、直動案内軸受，ボールねじ，直動ベアリング等の他の転動装置にも、好適に適用可能である。 In the present embodiment, the thrust ball bearing has been described as an example, but the rolling device of the present invention can be applied to various rolling bearings. For example, radial type rolling bearings such as deep groove ball bearings, angular contact ball bearings, cylindrical roller bearings, tapered roller bearings, needle roller bearings, and self-aligning roller bearings, and thrust type rolling bearings such as thrust roller bearings .
Further, in the present embodiment, the rolling bearing is exemplified as the rolling device, but the rolling device of the present invention can be applied to various other types of rolling devices. For example, the present invention can be suitably applied to other rolling devices such as a linear motion guide bearing, a ball screw, and a linear motion bearing.

〔実施例〕
以下に、実施例を示して、本発明をさらに具体的に説明する。
まず、母材の表面粗さと母材に対するＤＬＣ層の密着性との関係を調査した。鋼製の平板状部材に、前述と同様のショットブラスト処理を施した。そして、処理時間を０〜９０ｓｅｃの間で種々変更することにより、種々の表面粗さＲａを有する平板状部材を製造した。この平板状部材に、ＵＢＭＳ装置を用いて前述と同様にしてＤＬＣ層を形成し、図４に示すようなスクラッチ試験によりＤＬＣ層の密着性を評価した。 〔Example〕
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples.
First, the relationship between the surface roughness of the base material and the adhesion of the DLC layer to the base material was investigated. The steel plate-like member was subjected to the same shot blasting treatment as described above. And the flat member which has various surface roughness Ra was manufactured by changing process time variously between 0-90 sec. A DLC layer was formed on the flat plate member using a UBMS apparatus in the same manner as described above, and the adhesion of the DLC layer was evaluated by a scratch test as shown in FIG.

スクラッチ試験は、等速度で水平方向に移動する試験片に、垂直荷重を連続負荷したロックウェルＣ型ダイヤモンド圧子を押し込む試験である。スクラッチ試験によりＤＬＣ層全体の剥離が生じたときの垂直荷重を臨界荷重Ｌｃ値とし、このＬｃ値によりＤＬＣ層の密着性を評価した。なお、本試験においては、ＤＬＣ層の剥離時に生じる摩擦力の変動により、ＤＬＣ層の剥離を検出した。   The scratch test is a test in which a Rockwell C-type diamond indenter in which a vertical load is continuously applied is pushed into a test piece that moves in the horizontal direction at a constant speed. The vertical load when the entire DLC layer was peeled by the scratch test was defined as a critical load Lc value, and the adhesion of the DLC layer was evaluated based on this Lc value. In this test, the peeling of the DLC layer was detected by the fluctuation of the frictional force generated when the DLC layer was peeled off.

スクラッチ試験の結果を、表１及び図５のグラフに示す。このグラフから分かるように、平板状部材の表面粗さＲａが０．０５μｍ以上０．２μｍ以下であると、ＤＬＣ層の密着力が大きく、０．０５μｍ以上０．１５μｍ以下であると、ＤＬＣ層の密着力がさらに大きかった。   The results of the scratch test are shown in Table 1 and the graph of FIG. As can be seen from this graph, when the surface roughness Ra of the flat plate member is 0.05 μm or more and 0.2 μm or less, the adhesion of the DLC layer is large, and when it is 0.05 μm or more and 0.15 μm or less, the DLC layer The adhesion was even greater.

次に、軌道溝を有していない平板状部材を外輪の代わりに用いたことを除いては、図１のスラスト玉軸受とほぼ同様の構成の軸受（内輪の寸法は内径３０ｍｍ、外径６２ｍｍ、厚さ７ｍｍで、軌道面の横断面形状は、玉の直径の５２％の曲率半径を有する円弧状である）において、母材のうちＤＬＣ層が被覆されている部分の表面粗さＲａを種々変更したものを用意して、回転試験により表面粗さＲａとＤＬＣ層の耐久性との関係を調査した。なお、この試験においては、ＤＬＣ層は平板状部材の軌道部分（玉と接触する部分）のみに形成し、内輪及び玉には形成しなかった。また、内外輪間に配した玉の数は１１個とした。さらに、回転試験は鉱油中で行い、回転試験の条件は、アキシアル荷重が６００ｋＮ、回転速度が４０００ｒｐｍである。   Next, except that a flat plate-like member having no raceway groove is used instead of the outer ring, the bearing has substantially the same structure as the thrust ball bearing shown in FIG. 1 (the inner ring has an inner diameter of 30 mm and an outer diameter of 62 mm. The cross-sectional shape of the raceway surface with a thickness of 7 mm is an arc shape having a curvature radius of 52% of the diameter of the ball), and the surface roughness Ra of the portion of the base material covered with the DLC layer is Various changes were prepared, and the relationship between the surface roughness Ra and the durability of the DLC layer was investigated by a rotation test. In this test, the DLC layer was formed only on the raceway portion (portion in contact with the ball) of the flat plate member, and not on the inner ring and the ball. The number of balls arranged between the inner and outer rings was eleven. Furthermore, the rotation test is performed in mineral oil, and the conditions for the rotation test are an axial load of 600 kN and a rotation speed of 4000 rpm.

そして、軸受の支持部に装着したエンデブ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ＤＬＣ層の破損を検知した。ＤＬＣ層に破損が生じ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。
回転試験の結果を、表１及び図６のグラフに示す。なお、表１及び図６のグラフの耐久性の数値は、比較例１の耐久性を１とした場合の相対値で示してある。このグラフから分かるように、表面粗さＲａが０．０５μｍ以上０．２μｍ以下であると、ＤＬＣ層の耐久性が優れていた。 Then, vibration was measured by an acceleration sensor manufactured by Endebco Co., Ltd. mounted on the support portion of the bearing, and damage to the DLC layer was detected by the increase in the vibration value. The durability of the DLC layer was evaluated based on the total number of rotations of the bearing until the DLC layer was damaged.
The results of the rotation test are shown in Table 1 and the graph of FIG. In addition, the numerical value of durability of the graph of Table 1 and FIG. 6 is shown by the relative value when the durability of the comparative example 1 is set to 1. As can be seen from this graph, the durability of the DLC layer was excellent when the surface roughness Ra was 0.05 μm or more and 0.2 μm or less.

次に、図１のスラスト玉軸受とほぼ同様の構成の軸受（内輪及び外輪の寸法は内径２５ｍｍ、外径５２ｍｍ、厚さ１８ｍｍで、軌道面の横断面形状は、玉の直径の５４％の曲率半径を有する円弧状である）において、母材のうちＤＬＣ層が被覆されている部分の表面粗さＲａ及びＤＬＣ層の等価弾性定数を種々変更したものを用意して（表２を参照）、回転試験により表面粗さＲａとＤＬＣ層の耐久性（寿命）との関係を調査した。なお、この試験においては、ＤＬＣ層は内輪及び外輪の軌道面のみに形成し、玉の転動面には形成しなかった。   Next, a bearing having substantially the same configuration as the thrust ball bearing of FIG. 1 (the inner ring and outer ring have an inner diameter of 25 mm, an outer diameter of 52 mm, a thickness of 18 mm, and the cross-sectional shape of the raceway surface is 54% of the ball diameter. In the arc shape having a radius of curvature), the surface roughness Ra of the base material covered with the DLC layer and various equivalent elastic constants of the DLC layer are prepared (see Table 2). The relationship between the surface roughness Ra and the durability (life) of the DLC layer was investigated by a rotation test. In this test, the DLC layer was formed only on the raceway surfaces of the inner ring and the outer ring, and not on the rolling surface of the ball.

２４時間毎に回転試験を中断してＤＬＣ層を観察し、ＤＬＣ層に剥離が生じていないか確認した。剥離が生じていない場合は回転試験を継続し、剥離が生じていた場合は寿命とした。なお、回転試験は、ＩＳＯ粘度グレードがＩＳＯ ＶＧ６８であるタービン油中で行い、回転試験の条件は、アキシアル荷重が８８２０Ｎ、回転速度が１５００ｒｐｍである。   The rotation test was interrupted every 24 hours, the DLC layer was observed, and it was confirmed whether peeling occurred in the DLC layer. When peeling did not occur, the rotation test was continued, and when peeling occurred, the life was determined. The rotation test is performed in turbine oil whose ISO viscosity grade is ISO VG68. The conditions for the rotation test are an axial load of 8820 N and a rotation speed of 1500 rpm.

結果を表２及び図７のグラフに示す。なお、表２及び図７のグラフの寿命の数値は、比較例１１の寿命を１とした場合の相対値で示してある。このグラフから、母材のうちＤＬＣ層が被覆されている部分の表面粗さＲａが０．０３μｍ以上０．２μｍ以下であると、ＤＬＣ層が長寿命であることが分かる。   The results are shown in Table 2 and the graph of FIG. In addition, the numerical value of the lifetime of the graph of Table 2 and FIG. 7 is shown by the relative value when the lifetime of the comparative example 11 is set to 1. From this graph, it can be seen that when the surface roughness Ra of the base material covered with the DLC layer is 0.03 μm or more and 0.2 μm or less, the DLC layer has a long life.

次に、図１のスラスト玉軸受とほぼ同様の構成の軸受（内輪及び外輪の寸法は内径２５ｍｍ、外径５２ｍｍ、厚さ１８ｍｍで、軌道面の横断面形状は、玉の直径の５４％の曲率半径を有する円弧状である）において、被覆されたＤＬＣ層の表面粗さＲａ及びＤＬＣ層の等価弾性定数を種々変更したものを用意して（表３を参照）、回転試験により表面粗さＲａと軸受の耐久性（寿命）との関係を調査した。なお、この試験においては、ＤＬＣ層は内輪及び外輪の軌道面のみに形成し、玉の転動面には形成しなかった。   Next, a bearing having substantially the same configuration as the thrust ball bearing of FIG. 1 (the inner ring and outer ring have an inner diameter of 25 mm, an outer diameter of 52 mm, a thickness of 18 mm, and the cross-sectional shape of the raceway surface is 54% of the ball diameter. The surface roughness Ra of the coated DLC layer and the equivalent elastic constant of the DLC layer are variously prepared (see Table 3) and surface roughness is measured by a rotation test. The relationship between Ra and bearing durability (life) was investigated. In this test, the DLC layer was formed only on the raceway surfaces of the inner ring and the outer ring, and not on the rolling surface of the ball.

回転試験においては軸受の振動値を測定し、この振動値が回転初期の５倍以上となった時点で寿命とした。なお、回転試験は、ＩＳＯ粘度グレードがＩＳＯ ＶＧ６８であるタービン油中で行い、回転試験の条件は、アキシアル荷重が１００００Ｎ、回転速度が１０００ｒｐｍである。   In the rotation test, the vibration value of the bearing was measured, and when the vibration value became 5 times or more of the initial rotation, the life was determined. The rotation test is performed in turbine oil whose ISO viscosity grade is ISO VG68. The conditions for the rotation test are an axial load of 10000 N and a rotation speed of 1000 rpm.

結果を表３及び図８のグラフに示す。なお、表３及び図８のグラフの寿命の数値は、比較例２１の寿命を１とした場合の相対値で示してある。このグラフから、ＤＬＣ層の表面粗さＲａが０．１μｍ以下であると軸受が長寿命であり、ＤＬＣ層の表面粗さＲａが小さいほどより長寿命であることが分かる。   The results are shown in Table 3 and the graph of FIG. In addition, the numerical value of the lifetime of the graph of Table 3 and FIG. 8 is shown by the relative value when the lifetime of the comparative example 21 is set to 1. From this graph, it can be seen that when the surface roughness Ra of the DLC layer is 0.1 μm or less, the bearing has a longer life, and the smaller the surface roughness Ra of the DLC layer, the longer the life.

本発明に係る転動装置の一実施形態であるスラスト玉軸受の構成を示す縦断面図である。It is a longitudinal section showing the composition of the thrust ball bearing which is one embodiment of the rolling device concerning the present invention. 図１のＡ部分を拡大して示した部分拡大断面図である。It is the elements on larger scale which expanded and showed the A section of FIG. ＤＬＣ層を形成する元素を分析した測定チャートである。It is the measurement chart which analyzed the element which forms a DLC layer. スクラッチ試験の方法を説明する図である。It is a figure explaining the method of a scratch test. 表面粗さＲａと臨界荷重Ｌｃ値との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between surface roughness Ra and critical load Lc value. 表面粗さＲａとＤＬＣ層の耐久性との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between surface roughness Ra and durability of a DLC layer. 母材のうちＤＬＣ層が被覆されている部分の表面粗さＲａとＤＬＣ層の寿命との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the surface roughness Ra of the part with which the DLC layer is coat | covered among base materials, and the lifetime of a DLC layer. ＤＬＣ層の表面粗さＲａと軸受の寿命との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the surface roughness Ra of a DLC layer, and the lifetime of a bearing.

符号の説明Explanation of symbols

１ 内輪
１ａ 軌道面
２ 外輪
２ａ 軌道面
３ 玉
３ａ 転動面
Ｃ カーボン層
Ｄ ダイヤモンドライクカーボン層
ＦＣ 複合カーボン層
ＦＭ 複合金属層
Ｍ１ 第一金属層
Ｍ２ 第二金属層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Inner ring 1a Raceway surface 2 Outer ring 2a Raceway surface 3 Ball 3a Rolling surface C Carbon layer D Diamond-like carbon layer FC Composite carbon layer FM Composite metal layer M1 First metal layer M2 Second metal layer

Claims (6)

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転がり摺動部材において、下記の４つの条件を満足することを特徴とする転がり摺動部材。
条件１：前記相手部材との接触面においては、鋼製の母材に潤滑性を有するダイヤモンドライクカーボン層が被覆されている。
条件２：前記母材のうち前記ダイヤモンドライクカーボン層が被覆されている部分は、表面粗さＲａが０．０３μｍ以上０．２μｍ以下である。
条件３：前記ダイヤモンドライクカーボン層は、炭素からなるカーボン層と、シリコン，チタン，タングステン，モリブデンのうちの１種の金属及び炭素からなる複合カーボン層と、シリコン，チタン，タングステン，モリブデンのうちの１種の金属からなる第一金属層と、シリコン，チタン，タングステン，モリブデンのうちの１種の金属及びクロムからなる複合金属層と、クロムからなる第二金属層と、の５層で構成されている。
条件４：前記５層は、前記ダイヤモンドライクカーボン層の表面側から前記カーボン層，前記複合カーボン層，前記第一金属層，前記複合金属層，前記第二金属層の順に配されている。 A rolling sliding member in which relative rolling contact or sliding contact occurs with a counterpart member, wherein the following four conditions are satisfied:
Condition 1: On the contact surface with the mating member, a steel base material is coated with a diamond-like carbon layer having lubricity.
Condition 2: A portion of the base material covered with the diamond-like carbon layer has a surface roughness Ra of 0.03 μm or more and 0.2 μm or less.
Condition 3: The diamond-like carbon layer includes a carbon layer made of carbon, a composite carbon layer made of one kind of metal of silicon, titanium, tungsten and molybdenum and carbon, and silicon, titanium, tungsten and molybdenum. It consists of five layers: a first metal layer made of one kind of metal, a composite metal layer made of one kind of silicon, titanium, tungsten, and molybdenum and chromium, and a second metal layer made of chromium. ing.
Condition 4: The five layers are arranged in the order of the carbon layer, the composite carbon layer, the first metal layer, the composite metal layer, and the second metal layer from the surface side of the diamond-like carbon layer. 前記複合カーボン層中の炭素の割合が、前記第一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ていることを特徴とする請求項１に記載の転がり摺動部材。   The rolling sliding member according to claim 1, wherein a ratio of carbon in the composite carbon layer gradually increases from the first metal layer side toward the carbon layer side. 前記ダイヤモンドライクカーボン層の等価弾性定数が１００ＧＰａ以上２４０ＧＰａ以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の転がり摺動部材。   The rolling sliding member according to claim 1 or 2, wherein an equivalent elastic constant of the diamond-like carbon layer is 100 GPa or more and 240 GPa or less. 前記ダイヤモンドライクカーボン層の表面粗さＲａが０．１μｍ以下である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。   The rolling sliding member according to claim 1, wherein the diamond-like carbon layer has a surface roughness Ra of 0.1 μm or less. 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。   The rolling sliding member according to any one of claims 1 to 4, wherein the diamond-like carbon layer is formed by sputtering using a non-equilibrium magnetron. 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，及び前記転動体のうち少なくとも１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。   An inner member having a raceway surface on the outer surface, an outer member having a raceway surface facing the raceway surface of the inner member on the inner surface and disposed outside the inner member, and the two raceway surfaces In a rolling device provided with rolling elements arranged so that rolling is possible, at least one of the inner member, the outer member, and the rolling elements is given in any 1 paragraph of Claims 1-5. A rolling device characterized in that the rolling sliding member is described.

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