JP2014228026A - 軸受用ころ、ころ軸受、および軸受用ころの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ころ基材に悪影響を生じさせることなく、その外表面にＤＬＣ被膜が配置された軸受用ころ、ころ軸受、および軸受用ころの製造方法を提供することである。【解決手段】ころ軸受２１は、円すいころ２４を含む。円すいころ２４の転動面２４Ａおよび大径側端面２４Ｂには、それぞれ、その全域が、ＤＬＣ−Ｓｉ被膜２６によって被覆されている。ＤＬＣ−Ｓｉ被膜２６におけるＳｉの添加比率は、５〜２５ｗｔ％、より好ましくは１０〜２５ｗｔ％である。ＤＬＣ−Ｓｉ被膜２６は、ころ基材に直流パルス電圧を印加し当該ころ基材の周囲にプラズマを発生させる直流パルスプラズマＣＶＤ法を用いて形成されている。【選択図】図３

Description

この発明は、軸受用ころ、ころ軸受、および軸受用ころの製造方法に関する。

従来から、外輪と内輪との間に配置された複数の円すいころを含むころ軸受が知られている（たとえば下記特許文献１）。円すいころの転動面は外輪や内輪と転がり接触し、また、円すいころの端面は、内輪と滑り接触する。外輪や内輪ところの外表面との間には、焼付きの発生を防止するために、潤滑剤が配置されている。

特開２０１２−７２８６９号公報

軸受け用ころ（ころ）は通常鋼を用いて形成されており、そのため、その外表面の摺動性は悪い。したがって、潤滑剤が非供給状態にあったり、潤滑剤の供給量が減少してたりしている場合には、外輪や内輪と軸受け用ころの外表面との間に、焼付きが発生するおそれがある。
本願発明者らは、軸受用ころにおける焼付けの発生を防止するべく、優れた低摩擦性および摺動性を有するＤＬＣ−Ｓｉ被膜（Ｓｉを含むＤＬＣ（Diamond Like Carbon）被膜）で、軸受用ころの外表面を被覆することを検討している。

ところが、ＤＬＣ−Ｓｉ被膜（ＤＬＣ被膜）の形成のための手法の一つである直流プラズマＣＶＤ（Direct Current Plasma Chemical Vapor Deposition）法では、その処理温度を約５００℃以上に上昇させる必要がある。この処理温度が、約４５０℃程度にある鋼の焼戻し温度を上回るので、軸受用ころの基材（以下、「ころ基材」という。）に焼戻し処理が施されている場合、そのころ基材に悪影響を与えるおそれがある。すなわち、ころ基材の外表面に焼戻し処理が施されている場合、直流プラズマＣＶＤ（Direct Current Plasma Chemical Vapor Deposition）法を用いて、ころ基材の外表面にＤＬＣ−Ｓｉ被膜を形成することはできなかった。また、ころ基材の外表面を高硬度に保つべく、ころ基材の外表面に焼戻し処理を施すのは欠かせない。

そこで、本発明の目的は、ころ基材に悪影響を生じさせることなく、その外表面にＤＬＣ被膜が配置された軸受用ころ、ころ軸受、および軸受用ころの製造方法を提供することである。

前記の目的を達成するための請求項１に記載の発明は、鋼を用いて形成されて、ころ軸受（２１；１２１）に用いられる軸受用ころ（２４；１２４）であって、前記軸受用ころの転動面（２４Ａ）および端面（２４Ｂ；２４Ｂ，２４ＣＡ）に、当該軸受用ころに直流パルス電圧を印加し当該軸受用ころの周囲にプラズマを発生させる直流パルスプラズマＣＶＤ法を用いて形成されたＤＬＣ被膜（２６）を含み、前記ＤＬＣ被膜には、５〜２５ｗｔ％の比率でＳｉ（ケイ素）が添加されていることを特徴とする、軸受用ころである。

なお、この項において、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素の参照符合を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を実施形態に限定する趣旨ではない。
この構成によれば、Ｓｉ（ケイ素）が添加されたＤＬＣ被膜（ＤＬＣ−Ｓｉの被膜。以下、「ＤＬＣ−Ｓｉ被膜」という。）によって、軸受用ころの転動面および端面が被覆されており、これらの転動面および端面が内輪や外輪と摺動する。ＤＬＣ−Ｓｉ被膜は、優れた低摩擦性および摺動性を有している。そのため、低摩擦性および摺動性の優れた転動面および端面を有する軸受用ころを提供することができる。これにより、軸受用ころの外表面における焼付きの発生を抑制または防止できる。

また、ＤＬＣ−Ｓｉ被膜は、直流パルスプラズマＣＶＤ法を用いて形成される。直流パルスプラズマＣＶＤ法を採用するので、処理温度が４００℃未満（たとえば２００℃以下）になる。そのため、ころ基材の外表面に焼戻し処理が施されている場合であっても、ころ基材に悪影響を及ぼすことなく、ころ基材の転動面および端面にＤＬＣ−Ｓｉ被膜を配置できる。

以上により、焼戻し処理が施されたころ基材を有し、ＤＬＣ−Ｓｉ被膜で転動面が良好に被覆された軸受用ころを提供することができる。
前記の目的を達成するための請求項２に記載の発明は、内輪（２２）と、外輪（２３）と、これら内外輪間に配置された請求項１に記載の軸受用ころとを含むことを特徴とする、ころ軸受（２１；１２１）である。

この構成によれば、請求項１に関連して説明した作用効果と同等の作用効果を奏する。
請求項１に記載の軸受用ころは、たとえば請求項３記載の製造方法により製造することができる。
請求項３に記載の発明は、軸受用ころ（２４；１２４）の製造方法であって、少なくとも炭素系化合物およびケイ素系化合物を含む原料ガスを処理室（３）内に導入しながら、鋼を用いて形成されるころ基材（２４０）に直流パルス電圧を印加し前記処理室内にプラズマを発生させる直流パルスプラズマＣＶＤ法を用いて、前記ころ基材の外表面に、Ｓｉが添加されたＤＬＣ被膜（２６）を形成する被膜形成工程を含むことを特徴とする、軸受用ころの製造方法である。

この方法によれば、直流パルスプラズマＣＶＤ法により、ころ基材の外表面にＤＬＣ−Ｓｉ被膜を形成する。直流パルスプラズマＣＶＤ法を採用するので、処理温度が４００℃未満（たとえば２００℃以下）になる。そのため、ころ基材の外表面に焼戻し処理が施されている場合であっても、ころ基材に悪影響を及ぼすことなく、ころ基材の外表面にＤＬＣ被膜を配置できる。

請求項４に記載の発明は、前記ころ基材は円すい形（円すい台形）をなしており、前記被膜形成工程に先立って実行され、前記処理室内において、導電性の電極部材（９）の水平面（９Ａ）上に前記ころ基材を、その大径側端面（２４Ｂ）を上方に向けた姿勢で載置するころ基材載置工程をさらに含み、前記被膜形成工程は、前記電極部材を介して前記ころ基材に直流パルス電圧を印加する工程を含むことを特徴とする、請求項３に記載の軸受用ころの製造方法である。

この方法によれば、ころ基材が、その大径側端面を上方に向けた姿勢で、すなわち小径側端面（２４Ｃ）を下方に向けた姿勢で水平面上に載置される。そのため、小径側端面を除くころ基材の外表面の全域にＤＬＣ−Ｓｉ被膜を形成できる。これにより、ころ基材の転動面および端面のそれぞれに、ＤＬＣ−Ｓｉ被膜を、同時にかつ比較的簡単に配置できる。

基材載置工程は、前記電極プレート上に、複数のころ基材を、各ころ基材の大径側端面を上方に向けた姿勢で載置する工程を含んでいてもよい。この場合、複数のころ基材に対し、ＤＬＣ−Ｓｉ被膜を一括して形成することができる。
請求項５に記載の発明は、前記被膜形成工程に先立って実行され、前記処理室内において、前記ころ基材の小径側端面（２４Ｃ）の外周側領域（２４ＣＡ）を除く領域（２４ＣＢ）に、当該小径側端面よりも小径の電極部材（３１）の支持面（３１Ａ）を接触させつつ、当該支持面で前記ころ基材を支持するころ基材支持工程をさらに含み、前記被膜形成工程は、前記電極部材を介して前記ころ基材に直流パルス電圧を印加する工程を含むことを特徴とする、請求項３に記載の軸受用ころの製造方法である。

この方法によれば、ころ基材の小径側端面の外周側領域を除く領域に、電極部材の支持面を接触させた状態で、当該支持面にころ基材が支持される。そのため、当該接触している領域を除くころ基材の外表面の全域にＤＬＣ−Ｓｉ被膜が形成される。これにより、ころ基材において転動面、大径側端面、および小径側端面の外周側領域のそれぞれに、ＤＬＣ−Ｓｉ被膜を、同時にかつ比較的簡単に配置できる。

本発明の一実施形態に係るころ軸受の構成を模式的に示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る円すいころの側面図である。 本発明の一実施形態に係る円すいころの断面図である。 ＤＬＣ−Ｓｉ被膜におけるＳｉ添加比率と、当該被膜の摩擦係数との関係を表すグラフである。 ＤＬＣ−Ｓｉ被膜の形成の前後の状態をそれぞれ示す円すいころの斜視図である。 本発明の一実施形態に係る製造方法に用いるプラズマＣＶＤ装置の構成を模式的に示す図である。 図６に示すプラズマＣＶＤ装置のプラズマ電源からころ基材に印加される直流パルス電圧の波形の一例を示すグラフである。 本発明の他の実施形態に係る円すいころの断面図である。 本発明の他の実施形態に係る製造方法を説明するための図である。 本発明の他の実施形態の変形例を係る製造方法を説明するための図である。

以下では、本発明の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るころ軸受２１の構成を模式的に示す断面図である。
ころ軸受２１は、リング状の外輪２３と、外輪２３の内周側に配置されるリング状の内輪２２と、外輪２３および内輪２２間に配置されるリング状の保持器（図示しない）と、保持器によって円周方向に間隔を空けて配置される複数の円すいころ（軸受用ころ）２４とを含む。ころ軸受２１は、いわゆる円すいころ軸受である。外輪２３、内輪２２および円すいころ２４は、いずれも鋼を用いて形成される。円すいころ２４では、その直径（大径側の直径）が１０ｍｍ以上の大きさに設定されている。

外輪２３の内周には、外輪２３の中心軸線Ｃ１に対し傾斜する外輪側軌道面２３Ａが形成されている。外輪側軌道面２３Ａは、一方（図１の右方）に向かうに従って大径になる平坦テーパ状をなしている。
内輪２２の外周には、内輪２２の中心軸線（中心軸線Ｃ１と同一）に対し傾斜する内輪側軌道面２２Ａが形成されている。内輪側軌道面２２Ａは外輪側軌道面２３Ａに対向する面であり、一方（図１の右方）に向かうに従って大径になる平坦テーパ状をなしている。内輪２２の外周には、軸方向小径側（図１の左方）の端部に、径方向外方に向けて突出する小径側鍔部２７が形成されている。外輪２３の外周には、また、内輪側軌道面２２Ａを挟んで、軸方向大径側（図１の右方）の端部に、径方向外方に向けて突出する大径側鍔部２８が形成されている。小径側鍔部２７の円すいころ２４側の端面には、円すいころ２４の次に述べる小径側端面２４Ｃに接触する小径側内側端面２７Ａが形成されている。大径側鍔部２８の円すいころ２４側の端面には、円すいころ２４の次に述べる大径側端面２４Ｂに接触する大径側内側端面２８Ａが形成されている。

図２および図３は、本発明の一実施形態に係る円すいころ２４の側面図および断面図である。円すいころ２４は、円すい形状から頂部を除去した形状（円すい台形）を有するものであって、外輪側軌道面２３Ａおよび内輪側軌道面２２Ａ上を転動する転動面２４Ａと、小径側の端面に形成された小径側端面２４Ｃと、大径側の端面に形成された大径側端面（端面）２４Ｂとを有する。大径側端面２４Ｂには、その中央に、円形の窪みからなる凹部２９が形成されている。

図１〜図３に示すように、内輪２２に対して外輪２３が回転すると、円すいころ２４が外輪２３の外輪側軌道面２３Ａ上と内輪２２の内輪側軌道面２２Ａ上を転動し、円すいころ２４が円周方向に移動する。この回転状態において、円すいころ２４の転動面２４Ａが、外輪２３の外輪側軌道面２３Ａおよび内輪２２の内輪側軌道面２２Ａと転がり接触（摺動）し、かつ円すいころ２４の大径側端面２４Ｂが、内輪２２の大径側内側端面２８Ａと滑り接触（摺動）する。

なお、外輪側軌道面２３Ａと内輪側軌道面２２Ａとの間には、潤滑油やグリースなどの潤滑剤が配置されている。
図３に示すように、円すいころ２４の外表面において、転動面２４Ａおよび大径側端面２４Ｂは、それぞれ、その全域が、ＤＬＣ−Ｓｉ被膜（Ｓｉ（ケイ素）が添加されたＤＬＣ被膜）２６によって被覆されている。ＤＬＣ−Ｓｉ被膜２６は、１０ＧＰａ以上のナノインデンター硬さを有している。ＤＬＣ−Ｓｉ被膜２６の膜厚はたとえば約３μｍである。ＤＬＣ−Ｓｉ被膜２６は、ＤＬＣを含むために、優れた摺動性を有している。

また、ＤＬＣ−Ｓｉ被膜２６におけるＳｉの添加比率（ＤＬＣを１としたときの比率）は、５〜２５ｗｔ％、より好ましくは１５〜２５ｗｔ％である。
図４は、ＤＬＣ−Ｓｉ被膜２６におけるＳｉ添加比率（ｗｔ％）と、当該被膜２６の（表面の）摩擦係数との関係を表すグラフである。図４では、ボールオンプレート往復動摩擦係数試験機を用いて、鋼製（たとえばＳＵＪ２製）の相手材に、ＤＬＣ−Ｓｉ被膜２６が表面に配置された基材を試験片としてセットし、速度２Ｈｚおよび荷重１０Ｎの試験条件で摩擦摩耗試験を行った場合を示している。Ｓｉの添加比率が２５ｗｔ％を超えると、ＤＬＣ−Ｓｉ被膜２６を上手く製膜できないから、当該摩擦摩耗試験では、Ｓｉの添加比率を、０〜２５ｗｔ％の範囲で変化させている。

図４に示す結果から、５〜２５ｗｔ％の比率でＳｉが添加されている場合に、ＤＬＣ−Ｓｉ被膜２６が良好な摩擦性（低摩擦性。たとえば摩擦係数０．１以下）を発揮することができることが理解される。Ｓｉの添加比率が１５〜２５ｗｔ％であれば、より良好な摩擦性を発揮できるから、より好ましい。
そのため、５〜２５ｗｔ％のＳｉ添加比率を有するＤＬＣ−Ｓｉ被膜２６は、優れた低摩擦性を有する。したがって、軌道面２２Ａ，２３Ａおよび大径側内側端面２８Ａにそれぞれ摺動する転動面２４Ａおよび大径側端面２４Ｂの表面が、優れた低摩擦性および摺動性を呈する。なお、図１〜図３の実施形態では、円すいころ２４の小径側端面２４ＣにＤＬＣ−Ｓｉ被膜は配置されていない。

図５は、ＤＬＣ−Ｓｉ被膜２６の形成の前後の状態をそれぞれ示す円すいころ２４の斜視図である。
このような円すいころ２４は、プラズマＣＶＤ装置１における直流パルスプラズマＣＶＤ法の実施により、ころ基材２４０の転動面２４Ａおよび大径側端面２４ＢにＤＬＣ−Ｓｉ被膜２６が配置されることにより、製造される。なお、この明細書において、ころ基材２４０とは、ころ基材２４０の外表面にＤＬＣ−Ｓｉ被膜２６を配置する前の状態の円すいころ２４のことをいう。ころ基材２４０は、鋼（たとえば軸受鋼）を用いて形成され、かつ焼入れ処理および焼戻し処理が施されている。

以上によりこの実施形態では、ＤＬＣ−Ｓｉ被膜２６によって、円すいころ２４の転動面２４Ａおよび大径側端面２４Ｂが被覆されている。ＤＬＣ−Ｓｉ被膜２６は、優れた低摩擦性および摺動性を有している。そのため、低摩擦性および摺動性の優れた転動面２４Ａおよび大径側端面２４Ｂを有する円すいころ２４を提供することができる。これにより、内輪２２に対する外輪２３の回転状態において、円すいころ２４の転動面２４Ａおよび大径側端面２４Ｂにおける焼付きの発生を抑制または防止できる。

図６は、円すいころ２４の製造方法に用いるプラズマＣＶＤ装置１の構成を模式的に示す図である。プラズマＣＶＤ装置１を用いて、直流パルスプラズマＣＶＤ法により円すいころ２４を製造することができる。
プラズマＣＶＤ装置１は、隔壁２で取り囲まれた処理室３と、基台５と、処理室３内に原料ガスを導入するためのガス導入管６と、処理室３内を真空排気するための排気系７と、処理室３内に導入されたガスをプラズマ化させるための直流パルス電圧を発生させるプラズマ電源８とを備えている。プラズマＣＶＤ装置１は、直流パルスプラズマＣＶＤ法を実施するための装置である。

基台５は、平坦状の水平面９Ａを有する平板状のプレート（電極部材）９と、鉛直方向に延び、プレート９を支持する支持軸１０とを含む。この実施形態では、基台５として、プレート９が上下方向に３つ並んで配置された３段式のものが一例として採用されている。プレート９および支持軸１０は、全体が銅などの導電材料を用いて一体的に形成されている。基台５にはプラズマ電源８の負極が接続されている。

また、処理室３の隔壁２は、ステンレス鋼等の導電材料を用いて形成されている。隔壁２には、プラズマ電源８の正極が接続されている。また隔壁２はアース接続されている。また隔壁２と基台５とは絶縁部材１１によって絶縁されている。そのため隔壁２はアース電位に保たれている。プラズマ電源８がオンされて直流パルス電圧が発生されると、隔壁２と基台５との間に電位差が生じる。

また、ガス導入管６は、処理室３内における基台５の上方を水平方向に延びている。ガス導入管６の基台５に対向する部分には、ガス導入管６の長手方向に沿って配列された多数の原料ガス吐出孔１２が形成されている。原料ガス吐出孔１２から原料ガスが吐出されることにより、処理室３内に原料ガスが導入される。
ガス導入管６には、成分ガスである原料ガスが供給される。ガス導入管６には、成分ガスの供給源（ガスボンベや液体を収容する容器等）からそれぞれの成分ガスを処理室３に導くための複数の分岐導入管（図示しない）が接続されている。各分岐導入管には、各供給源からの成分ガスの流量を調節するための流量調節バルブ（図示しない）等が設けられている。また供給源のうち液体を収容する容器には、必要に応じて、液体を加熱するための加熱手段（図示しない）が設けられている。

排気系７は、処理室３にそれぞれ連通する第１排気管１３および第２排気管１４と、第１開閉バルブ１５、第２開閉バルブ１６および第３開閉バルブ１９と、第１ポンプ１７および第２ポンプ１８とを備えている。
第１排気管１３の途中部には、第１開閉バルブ１５および第１ポンプ１７が、処理室３側からこの順で介装されている。第１ポンプ１７としては、たとえば油回転真空ポンプ（ロータリポンプ）やダイヤフラム真空ポンプなどの低真空ポンプが採用される。油回転真空ポンプは、油によってロータ、ステータおよび摺動翼板などの部品の間の気密空間および無効空間の減少を図る容積移送式真空ポンプである。第１ポンプ１７として採用される油回転真空ポンプとしては、回転翼型油回転真空ポンプや揺動ピストン型真空ポンプが挙げられる。

また第２排気管１４の先端は、第１排気管１３における第１開閉バルブ１５と第１ポンプ１７との間に接続されている。第２排気管１４の途中部には、第２開閉バルブ１６、第２ポンプ１８、および第３開閉バルブ１９が、処理室３側からこの順で介装されている。第２ポンプ１８としては、たとえばターボ分子ポンプ、油拡散ポンプなどの高真空ポンプが採用される。

プラズマＣＶＤ装置１を用いてころ基材２４０の外周面２４ＢにＤＬＣ−Ｓｉ被膜２６を形成するには、まず、処理室３内において、各プレート９の水平面９Ａに、複数個のころ基材２４０を、その大径側端面２４Ｂを上方に向けた姿勢で載置する（ころ基材載置工程）。この姿勢では、各ころ基材２４０小径側端面２４Ｃが下方に向いている。
次いで第１、第２および第３開閉バルブ１５，１６，１９を閉じた状態で第１ポンプ１７を駆動させた後、第１開閉バルブ１５を開くことにより処理室３内を真空排気する。処理室３内が第１ポンプ１７によって所定の真空度まで真空排気された時点で第１開閉バルブ１５を閉じるとともに第３開閉バルブ１９を開いて第２ポンプ１８を駆動させた後、第２開閉バルブ１６を開くことにより、第１および第２ポンプ１７，１８によって処理室３内をさらに真空排気する。

処理室３内が所定の真空度に達した時点で第２開閉バルブ１６を閉じ、第２ポンプ１８を停止させ、第３開閉バルブ１９を閉じるとともに第１開閉バルブ１５を開いて第１ポンプ１７だけで排気を続けながら、原料ガス供給源（図示しない）から原料ガス導入管６を通して原料ガスを処理室３内に導入する。
原料ガスとしては、たとえば炭素系化合物、水素ガス、アルゴンガスおよび有機ケイ素化合物等を加えたものを用いる。炭素系化合物としては、たとえばメタン（ＣＨ_４）、アセチレン（Ｃ_２Ｈ_２）、ベンゼン（Ｃ_６Ｈ_６）等の、常温、常圧下で気体ないし低沸点の液体である炭化水素化合物の１種または２種以上が挙げられる。水素ガスおよびアルゴンガスはプラズマを安定化させる作用をする。またアルゴンガスは、ころ基材２４０の外周面２４Ｂに堆積したＣを押し固めてＤＬＣ−Ｓｉ被膜２６を硬膜化させる作用も有する。有機ケイ素化合物としては、ＴＭＳ（テトラメチルシラン（Ｓｉ（ＣＨ_３）_４））やシロキサンなどを例示できる。

分岐導入管（図示しない）の流量調節バルブ（図示しない）を調節して、各成分ガスの流量比、および各成分ガスの混合ガスである原料ガスの総流量を調節しながら、原料ガス導入管６を通して原料ガスを処理室３内に導入して、処理室３内の処理圧力を５０Ｐａ以上４００Ｐａ以下、より好ましくは約２００Ｐａに調節する。
次いでプラズマ電源８をオンして、隔壁２と基台５との間に電位差を生じさせることにより、処理室３内にプラズマを発生させる（ＤＬＣ被覆処理。被膜形成工程）。

たとえば直流パルスプラズマＣＶＤ法では、プラズマ電源８をオンすることにより、隔壁２と基台５との間に直流パルス電圧を印加してプラズマを発生させる。
図７は、プラズマＣＶＤ装置１のプラズマ電源８からころ基材２４０に印加される直流パルス電圧の波形の一例を示すグラフである。プラズマ電源８から複数のころ基材２４０に印加される直流パルス電圧の波形の一例を示すグラフである。直流パルス電圧の設定電圧値は、たとえば１０００Ｖ程度の値に設定される。すなわちプラズマ電源８がオンされると、隔壁２と基台５との間に１０００Ｖの電位差が生じる。言い換えれば１０００Ｖの負極性の直流パルス電圧が、プレート９で水平面９Ａ上に配置された複数のころ基材２４０にそれぞれ印加される。波形がパルス状であるので、このような高電圧が印加されても処理室３内に異常放電は生じず、ころ基材２４０の温度上昇を抑制して、処理温度をたとえば２００℃以下（たとえば１８０℃）に抑制することができる。

直流パルス電圧においては、そのパルス幅τを周波数ｆの逆数（１／ｆ）で表されるパルス周期で除算した値、つまり式（１）に示すようにパルス幅τを周波数ｆで乗算した値として求められるデューティー比を５％以上、特に５０％程度に設定するのが好ましい。また周波数ｆは２００Ｈｚ以上、２０００Ｈｚ以下に設定するのが好ましい。
デューティー比＝τ×ｆ ・・・（１）
図６に示すように、たとえば直流パルスプラズマＣＶＤ法では、このプラズマの発生により、処理室３内において原料ガスからイオンやラジカルが生成される。そして、隔壁２ところ基材２４０との間の電位差に基づいて、負極性の複数のころ基材２４０の外表面に引き付けられる。そして、ころ基材２４０の転動面２４Ａおよび大径側端面２４Ｂにおいて、当該転動面２４Ａおよび大径側端面２４Ｂの表面の周囲に、イオンシース（図示しない）が形成される。このイオンシースの電位差でプラズマ中のイオンが加速され、イオンビームとなって、ころ基材２４０の転動面２４Ａおよび大径側端面２４Ｂに、それぞれほぼ垂直に衝突する。イオンが繰り返し衝突することにより、ころ基材２４０の転動面２４Ａおよび大径側端面２４ＢにＤＬＣ−Ｓｉ被膜２６が堆積される。

一方で、各ころ基材２４０が、小径側端面２４Ｃを下方に向けた姿勢で水平面９Ａ上に載置されているので、各ころ基材２４０の小径側端面２４Ｃに、ＤＬＣ被膜（ＤＬＣ−Ｓｉ被膜２６）は形成されない。
その後、予め定める被膜形成時間（被膜形成工程の処理時間）が終了した時点で、プラズマ電源８をオフするとともに、原料ガスの導入を停止した後、第１ポンプ１７による排気を続けながら常温まで冷却する。次いで第１開閉バルブ１５を閉じ、代わってリークバルブ（図示しない）を開いて処理室３内に外気を導入して処理室３内を常圧に戻した後、処理室３から円すいころ２４を取り出す。これにより、転動面２４Ａおよび大径側端面２４Ｂの全域がＤＬＣ−Ｓｉ被膜２６によって被覆された円すいころ２４が製造される。

以上によりこの実施形態によれば、ＤＬＣ−Ｓｉ被膜２６は、直流パルスプラズマＣＶＤ法を用いて形成される。直流パルスプラズマＣＶＤ法を採用するので、処理温度が２００℃以下になる。そのため、ころ基材２４０に焼戻し処理が施されている場合であっても、ころ基材２４０に悪影響を及ぼすことなく、ころ基材２４０の転動面２４Ａおよび大径側端面２４ＢにＤＬＣ−Ｓｉ被膜２６を配置できる。

また、直流パルスプラズマＣＶＤ法がプラズマＣＶＤをベースとする処理であるため、ＤＬＣ被膜処理後における転動面２４Ａおよび大径側端面２４Ｂの表面粗さを、それぞれ、ＤＬＣ被膜処理前における転動面２４Ａおよび大径側端面２４Ｂの表面粗さと同等粗さにすることができる。
また、ころ基材２４０が、その大径側端面２４Ｂを上方に向けた姿勢で、すなわち小径側端面２４Ｃを下方に向けた姿勢で水平面９Ａ上に載置される。そのため、小径側端面２４Ｃを除くころ基材２４０の外表面の全域（転動面２４Ａおよび大径側端面２４Ｂを含む）にＤＬＣ−Ｓｉ被膜２６を形成できる。これにより、転動面２４Ａおよび大径側端面２４Ｂのそれぞれに、ＤＬＣ−Ｓｉ被膜２６を、同時に、かつ比較的簡単に配置できる。

また、水平面９Ａ上に複数のころ基材２４０が配置された状態で直流パルスプラズマＣＶＤ法が実施されるので、複数のころ基材２４０に対し、ＤＬＣ−Ｓｉ被膜２６を一括して形成することができる。
図８は、本発明の他の実施形態に係る円すいころ１２４の断面図である。
図８において、前述した実施形態に示された各部に対応する部分には、前述した実施形態と同一の参照符号を付して示し、説明を省略する。図８に示すころ軸受１２１では、円すいころ２４に代えて円すいころ１２４が採用されている点で、ころ軸受２１（図１参照）と相違しており、それ以外の構成はころ軸受２１と同等である。

円すいころ１２４は、円すい形状から頂部を除去した形状（円すい台形）を有するもので、外輪側軌道面２３Ａおよび内輪側軌道面２２Ａ上を転動する転動面２４Ａと、小径側の端面に形成された小径側端面２４Ｃと、大径側の端面に形成された大径側端面２４Ｂとを有する。小径側端面２４Ｃには円形の窪みからなる凹部２９が形成されている。円すいころ２４の外表面において、転動面２４Ａおよび大径側端面２４Ｂだけでなく、小径側端面２４Ｃにおける外周側領域（端面）２４ＣＡにもＤＬＣ−Ｓｉ被膜（Ｓｉ（ケイ素）が添加されたＤＬＣ被膜）２６が配置されている点で、円すいころ１２４は円すいころ２４（図３等）と相違しており、それ以外の点において、円すいころ１２４の構成は円すいころ２４と共通している。円すいころ１２４の構成において円すいころ２４と共通する部分には、図１〜図５と共通の参照符号を付し説明を省略する。なお、円すいころ２４の小径側端面２４Ｃにおける円形の内周側領域２４ＣＢ（外周側領域２４ＣＡを除く領域）には、ＤＬＣ被膜２６は配置されていない。

また、円すいころ２４の場合と同様、円すいころ１２４においても、ＤＬＣ−Ｓｉ被膜２６の膜厚はたとえば約３μｍであり、ＤＬＣ−Ｓｉ被膜２６におけるＳｉの添加比率は、５〜２５ｗｔ％、より好ましくは１５〜２５ｗｔ％である。
図９は、円すいころ１２４の製造方法を模式的に示す図である。この製造方法は、図６に示すプラズマＣＶＤ装置１とほぼ同等のＣＶＤ装置を用いて行われる。図９では、各プレート９には、水平面９Ａから、導電材料を用いて形成された第１支持部材（電極部材）３１が鉛直上方に向けて立設されている。図９では、各第１支持部材３１は断面円形の棒材であり、その上端面には、水平平坦面からなる支持面３１Ａが形成されている。第１支持部材３１を設ける点で、円すいころ１２４の製造方法に採用されるＣＶＤ装置はプラズマＣＶＤ装置１と相違しており、それ以外の点において、プラズマＣＶＤ装置１の構成と共通している。

図８および図９に示すように、支持面３１Ａの直径Ｄ１（図９参照）は、円すいころ１２４の小径側端面２４Ｃの直径ＤＳ（図９参照）よりも小径である。より具体的には、支持面３１Ａの直径Ｄ１は、円すいころ１２４の小径側端面２４Ｃの内周側領域２４ＣＢとほぼ同径に設定されている。このＣＶＤ装置を用いて円すいころ１２４を製造する場合には、各ころ基材２４０が、その大径側端面２４Ｂを上方に向けた姿勢で、すなわち小径側端面２４Ｃを下方に向けた姿勢で第１支持部材３１に支持される。このとき、ころ基材２４０の小径側端面２４Ｃの内周側領域２４ＣＢに支持面３１Ａが接触している。そして、プラズマ電源８（図６参照）がオンされることにより、隔壁２と基台５との間に大きな電位差が生じ、導電性の各第１支持部材３１を介して、支持面３１Ａ上に配置支持された各ころ基材２４０に印加される。こうして、前述の直流パルス電圧がころ基材２４０に印加されることにより、各ころ基材２４０の転動面２４Ａ、大径側端面２４Ｂおよび小径側端面２４Ｃの外周側領域２４ＣＡに、ＤＬＣ−Ｓｉ被膜２６が配置される。

この実施形態によれば、ＤＬＣ−Ｓｉ被膜２６は、直流パルスプラズマＣＶＤ法を用いて形成される。直流パルスプラズマＣＶＤ法を採用するので、処理温度が２００℃以下になる。そのため、ころ基材２４０に焼戻し処理が施されている場合であっても、ころ基材２４０に悪影響を及ぼすことなく、ころ基材２４０の転動面２４Ａ、大径側端面２４Ｂおよび外周側領域２４ＣＡにＤＬＣ−Ｓｉ被膜２６を配置できる。

また、直流パルスプラズマＣＶＤ法がプラズマＣＶＤをベースとする処理であるため、ＤＬＣ被膜処理後における転動面２４Ａ、大径側端面２４Ｂおよび外周側領域２４ＣＡの表面粗さを、それぞれ、ＤＬＣ被膜処理前における転動面２４Ａ、大径側端面２４Ｂおよび外周側領域２４ＣＡの表面粗さと同等粗さにすることができる。
また、ころ基材２４０の小径側端面２４Ｃの内周側領域２４ＣＢに、第１支持部材３１の支持面３１Ａを接触させた状態で、当該支持面３１Ａにころ基材２４０が支持される。そのため、小径側端面２４Ｃの内周側領域２４ＣＢを除く、ころ基材２４０の外表面の全域に、ＤＬＣ−Ｓｉ被膜２６を形成できる。これにより、ころ基材２４０において転動面２４Ａ、大径側端面２４Ｂ、および小径側端面２４Ｃの外周側領域のそれぞれに、ＤＬＣ−Ｓｉ被膜２６を、同時に、かつ比較的簡単に配置できる。

以上、この発明の２つの実施形態について説明したが、本発明は他の形態で実施することもできる。
たとえば、前述の図９に示す実施形態において、図１０に示すように、ＣＶＤ装置を用いた処理時に各ころ基材２４０が、第１支持部材３１および第２支持部材３２によって上下に挟まれつつ支持されていてもよい。第２支持部材３２は、導電材料を用いて形成され、第１支持部材３１が鉛直下方に向けて垂下する棒材である。図１０では、各第２支持部材３２は断面円形の棒材である。その下端面３２Ａは水平平坦面からなる。この支持状態において、ころ基材２４０の大径側端面２４Ｂの凹部２９に第２支持部材３２が差し込まれ、凹部２９の底面、下端面３２Ａが接触している。

また、前述の各実施形態において、ＤＬＣ被覆処理に先立って、Ｓｉ（ケイ素）の添加濃度が互いに異なる複数（たとえば５つ）の層が積層されて構成される中間層を形成することができる。この場合、原料ガスに含まれる有機ケイ素化合物の流量割合を変化させることにより、各層におけるＳｉの添加濃度を異ならせることにより、Ｓｉの添加濃度の勾配がある傾斜膜（中間傾斜膜）に設けることができる。

また、前述の各実施形態において、直流パルスプラズマＣＶＤ法を実施してころ基材２４０の外表面にＤＬＣ−Ｓｉ被膜２６を形成するのに先立って、ころ基材２４０の外表面（ＤＬＣ−Ｓｉ被膜２６が配置される表面）をイオンボンバード処理してもよい。イオンボンバード処理を実施する場合は、たとえば処理室３内にアルゴンガスおよび水素ガスを導入しながらプラズマ電源８をオンすることによりプラズマを発生させる。このプラズマの発生により、処理室３内においてアルゴンガスからイオンやラジカルが生成するとともに、電位差に基づいてころ基材２４０の外表面に打ち付けられて、ころ基材２４０の外表面に吸着された異分子等をスパッタリング除去したり、外表面を活性化したり原子配列等を改質したりできる。

そして、プラズマＣＶＤ装置１（図６参照）を用いた一連の処理の一例として、イオンボンバード処理、中間層形成処理およびＤＬＣ被覆処理を順次に実行することが考えられる。この場合、プラズマＣＶＤ装置１内の昇温開始からイオンボンバード処理の開始まで約４０分間、イオンボンバード処理の処理時間を約１時間、中間層形成処理の処理時間を約２５分間、およびＤＬＣ被覆処理の処理時間を約４０分間とすることができる。ＤＬＣ被覆処理におけるアルゴンガス、炭素系化合物、有機ケイ素化合物および水素ガスの流量比は３：５：０．３：３である。

また、前記のイオンボンバード処理においては、プラズマ電源８から印加される直流パルス電圧を、１００Ｖと２５００Ｖとの間で段階的（たとえば７００Ｖ、１０００Ｖ、１５００Ｖ、２０００Ｖおよび２５００Ｖの５段階）に経時変化させるものであってもよい。
また、軸受用ころが円すいころ２４，１２４であるとして説明したが、本発明は、円柱状を有する円柱ころにも適用することができる。

その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

３…処理室、９…プレート（電極部材）、９Ａ…水平面、２１…ころ軸受、２２…内輪、２２…外輪、２４…円すいころ（軸受用ころ）、２４Ａ…転動面、２４Ｂ…大径側端面（端面）、２４Ｃ…小径側端面、２４ＣＡ…外周側領域（端面）、２４ＣＢ…内周側領域（外周側領域を除く領域）、２６…ＤＬＣ被膜、３１…第１支持部材（電極部材）、３１Ａ…支持面、１２１…ころ軸受、１２４…軸受用ころ、２４０…ころ基材

Claims (5)

1. 鋼を用いて形成されて、ころ軸受に用いられる軸受用ころであって、
   前記軸受用ころの転動面および端面に、当該軸受用ころに直流パルス電圧を印加し当該軸受用ころの周囲にプラズマを発生させる直流パルスプラズマＣＶＤ法を用いて形成されたＤＬＣ被膜を含み、
   前記ＤＬＣ被膜には、５〜２５ｗｔ％の比率でＳｉが添加されていることを特徴とする、軸受用ころ。
2. 内輪と、
   外輪と、
   これら内外輪間に配置された請求項１に記載の軸受用ころとを含むことを特徴とする、ころ軸受。
3. 軸受用ころの製造方法であって、
   少なくとも炭素系化合物およびケイ素系化合物を含む原料ガスを処理室内に導入しながら、鋼を用いて形成されるころ基材に直流パルス電圧を印加し前記処理室内にプラズマを発生させる直流パルスプラズマＣＶＤ法を用いて、前記ころ基材の外表面に、Ｓｉが添加されたＤＬＣ被膜を形成する被膜形成工程を含むことを特徴とする、軸受用ころの製造方法。
4. 前記ころ基材は円すい形をなしており、
   前記被膜形成工程に先立って実行され、前記処理室内において、導電性の電極部材の水平面上に前記ころ基材を、その大径側端面を上方に向けた姿勢で載置するころ基材載置工程をさらに含み、
   前記被膜形成工程は、前記電極部材を介して前記ころ基材に直流パルス電圧を印加する工程を含むことを特徴とする、請求項３に記載の軸受用ころの製造方法。
5. 前記被膜形成工程に先立って実行され、前記処理室内において、前記ころ基材の小径側端面の外周側領域を除く領域に、当該小径側端面よりも小径の電極部材の支持面を接触させつつ、当該支持面で前記ころ基材を支持するころ基材支持工程をさらに含み、
   前記被膜形成工程は、前記電極部材を介して前記ころ基材に直流パルス電圧を印加する工程を含むことを特徴とする、請求項３に記載の軸受用ころの製造方法。

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