JP6875880B2 - 転がり軸受および硬質膜成膜方法 - Google Patents
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Description
(1)試験片物性:SUJ2 焼き入れ焼き戻し品 硬さ780Hv
(2)試験片:鏡面研磨された(0.02μmRa)SUJ2リング(φ40×L12副曲率なし)の摺動表面に対して各条件にてDLC膜を成膜したもの
(3)相手材:研削仕上げ(0.7μmRa)SUJ2リング(φ40×L12副曲率60)
(4)UBMS装置:神戸製鋼所製;UBMS202
(5)スパッタリングガス:Arガス
表1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、これをUBMS装置に取り付け、上述の形成条件にて下地層および混合層を形成した。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。なお、表1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。得られた試験片を下記に示す2円筒試験機を用いた転がり滑り試験に供した。結果を表1に併記する。
得られた試験片について図6に示す2円筒試験機を用いて転がり滑りによる耐剥離性の試験を行なった。この2円筒試験機は、駆動側試験片23と転がり滑り接触する従動側試験片24とを備え、それぞれの試験片(リング)は支持軸受26で支持されており、負荷用バネ27により荷重が負荷されている。また、図中の25は駆動用プーリ、28は非接触回転計である。硬質膜の剥離を助長するために相手材粗さを大きくし、潤滑油粘度を下げ境界潤滑とし、回転差をつけて滑りを発生させ、被膜の剥離が発生するまでの時間(h)を剥離寿命として評価を行った。具体的な試験条件は以下のとおりである。
(試験条件)
潤滑油:VG1.5相当油(添加剤含有) 滴下給油
油温:40〜50℃
最大接触面圧:2.7GPa
回転数:(試験片側)270 min−1
(相手材側)300 min−1
相対滑り速度:0.06 m/s
油膜パラメータ:0.006
打ち切り時間:48h
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
20 円盤
21 基材
22 スパッタ蒸発源材料(ターゲット)
23 駆動側試験片
24 従動側試験片
25 駆動用プーリ
26 支持軸受
27 負荷用ばね
28 非接触回転計
Claims (7)
- 鉄系材料からなる、内輪と、外輪と、前記内輪と前記外輪との間を転動する複数の転動体とを備えてなる転がり軸受であって、
前記内輪、前記外輪、および前記転動体から選ばれる少なくとも一つの軸受部材の表面に硬質膜を有し、該転がり軸受は該硬質膜が他の軸受部材と境界潤滑で転がり滑り接触する条件で使用される軸受であり、
前記硬質膜は、前記表面の上に直接成膜された下地層と、該下地層の上に成膜された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た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り、前記混合層における水素含有量が10原子%未満であることを特徴とする転がり軸受。 - 前記硬質膜が摺動表面に形成された試験片(鏡面研磨された(0.02μmRa)SUJ2リング(φ40×L12副曲率なし))と、該試験片と転がり接触する相手材(研削仕上げ(0.7μmRa)SUJ2リング(φ40×L12副曲率60))とを備える2円筒試験機を用いた下記の試験条件の転がり滑り試験において、前記硬質膜の剥離が発生するまでの時間が17.6時間以上であることを特徴とする請求項1記載の転がり軸受。
(試験条件)
潤滑油:VG1.5相当油(添加剤含有) 滴下給油
油温:40〜50℃
最大接触面圧:2.7GPa
回転数:(試験片側)270 min −1
(相手材側)300 min −1
相対滑り速度:0.06 m/s
油膜パラメータ:0.006 - 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。
- 前記鉄系材料が、高炭素クロム軸受鋼、炭素鋼、工具鋼、または、マルテンサイト系ステンレス鋼であることを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか1項記載の転がり軸受。
- 前記下地層が、クロムとタングステンカーバイトとを主体とする層であることを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれか1項記載の転がり軸受。
- 請求項1から請求項5までのいずれか1項記載の転がり軸受における軸受部材への前記硬質膜の成膜方法であって、
前記硬質膜において、少なくとも前記表面層と前記混合層が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、
前記表面層は、前記ダイヤモンドライクカーボン用の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1〜10であり、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し、
前記混合層は、前記ダイヤモンドライクカーボン用の炭素供給源として少なくとも黒鉛ターゲットを使用し、該炭素供給源として炭化水素系ガスを併用する場合には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2.5未満であり、連続的または段階的に、前記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、前記タングステンカーバイト用のタングステンカーバイトターゲットに印加するスパッタ電力を下げながら成膜する、ことを特徴とする硬質膜の成膜方法。 - 前記炭化水素系ガスが、メタンガスであり、前記混合層の成膜において、前記炭素供給源として前記メタンガスを併用する場合、前記アルゴンガスの前記装置内への導入量100に対する前記メタンガスの導入量の割合が1〜1.6であることを特徴とする請求項6記載の硬質膜の成膜方法。
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