JP2007155022A - 転動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高温環境下であり且つ大きな接触応力が作用するような条件下、又は、高温環境下であり且つ無潤滑下というような厳しい条件下でも好適に使用可能な転動装置を提供する。
【解決手段】アンギュラ玉軸受の玉３はＳＵＪ２で構成されており、玉３の転動面３ａには潤滑性を有するＤＬＣ層Ｄが設けられている。ＤＬＣ層Ｄは、Ｃｒ，Ｗ，Ｔｉ，Ｓｉ，Ｎｉ，Ｚｒ，及びＦｅのうちの２種以上の金属からなる金属層Ｍと、前記金属及び炭素からなる複合層Ｆと、炭素からなるカーボン層Ｃと、の３層で構成されていて、該３層は表面側からカーボン層Ｃ，複合層Ｆ，金属層Ｍの順に配されている。また、複合層Ｆ中の炭素の割合は、金属層Ｍ側からカーボン層Ｃ側に向かって徐々に増加している。さらに、ＤＬＣ層Ｄの等価弾性定数は１００ＧＰａ以上２４０ＧＰａ以下である。さらに、玉３の平均残留オーステナイト量は６体積％以下である。
【選択図】図１

Description

本発明は、潤滑性に優れる転動装置に係り、特に、高温環境下において好適に使用可能な転動装置に関する。

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。

一方、上記のような特異な表面の性質から、ＤＬＣは転がり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。

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２〜６）。
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

しかしながら、転がり軸受等の転動装置においては、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、繰り返し応力によってＤＬＣ膜が破損してしまうおそれがあった。
こ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。
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。

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。

さらに、転がり軸受は高温環境下で使用されると、軸受材料中の残留オーステナイトが膨張することが知られている。通常外輪はハウジングで拘束されているため膨張が起こりにくいが、転動体及び内輪は外径側を拘束されていないので、容易に膨張が起こり寸法変化が生じることとなる。その結果、軸受の隙間詰まりが起こり、焼付き等の不具合が生じる場合がある。
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、高温環境下であり且つ大きな接触応力が作用するような条件下、又は、高温環境下であり且つ無潤滑下というような厳しい条件下でも好適に使用可能な転動装置を提供することを課題とする。

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の転動装置は、外面に軌道面を有する内方部材と、前記内方部材の軌道面に対向する軌道面を内面に有し前記内方部材の外側に配された外方部材と、前記両軌道面間に転動自在に配された転動体と、を備える転動装置において、前記転動体が下記の７つの条件を満足することを特徴とする。

条件１：炭素を０．５質量％以上１．２質量％以下、ケイ素を０．１５質量％以上１．５質量％以下、マンガンを０．１質量％以上２質量％以下、クロムを１質量％以上２．５質量％以下含有し、残部が鉄及び不可避の不純物である鋼で構成されている。
条件２：潤滑性を有するダイヤモンドライクカーボン層が転動面に被覆されている。 条件３：前記ダイヤモンドライクカーボン層は、クロム，タングステン，チタン，ケイ素，ニッケル，ジルコニウム，及び鉄のうちの２種以上の金属からなる金属層と、前記金属及び炭素からなる複合層と、炭素からなるカーボン層と、の３層で構成されている。
条件４：前記３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，前記複合層，前記金属層の順に配されている。
条件５：前記複合層中の炭素の割合は、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ている。
条件６：前記ダイヤモンドライクカーボン層の等価弾性定数は１００ＧＰａ以上２４０ＧＰａ以下である。
条件７：平均残留オーステナイト量が６体積％以下である。

このような転動装置は、転動体の母材である鋼と前記カーボン層との間に前記複合層及び前記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）と母材である鋼との密着性が優れている。特に、前記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増加しているので、ＤＬＣ層と母材である鋼との密着性がより優れたものとなる。

また、複合層を、クロム（Ｃｒ），タングステン（Ｗ），チタン（Ｔｉ），ケイ素（Ｓｉ），ニッケル（Ｎｉ），ジルコニウム（Ｚｒ），及び鉄（Ｆｅ）のうちの２種以上の金属と炭素とで構成したので、１種の金属と炭素とで構成した場合と比べて、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が小さい。よって、複合層の脆さが小さいので、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。なお、使用する金属は、炭素との化学量論比が異なるものを組み合わせることが好ましい。

さらに、転動体の転動面にＤＬＣ層が被覆されていて転動体の摩擦係数が低いので、本発明の転動装置は、焼付きが生じやすい高温環境下で使用されても焼付きが生じにくく長寿命である。
また、転動体の平均残留オーステナイト量が６体積％以下であるため、転動装置がより長寿命となる。なお、本発明においては、平均残留オーステナイト量とは、転動体全体における残留オーステナイト量の平均値を意味する。例えば、表面から中心部までの残留オーステナイト量の分布を測定し、その平均値を算出することにより得ることができる。

さらに、ＤＬＣ層の等価弾性定数が１００ＧＰａ以上２４０ＧＰａ以下であれば、母材である前記鋼よりも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。
前記ＤＬＣ層の等価弾性定数が２４０ＧＰａ超過であると、前記鋼よりも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。
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。

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。
また、本発明に係る請求項２の転動装置は、請求項１に記載の転動装置において、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。

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。
さらに、本発明に係る請求項３の転動装置は、請求項１又は請求項２に記載の転動装置において、前記転動体は、浸炭窒化処理が施されたものであり、表層部の残留オーステナイト量が５体積％以上２０体積％以下であることを特徴とする。このような構成であれば、ＤＬＣ層の離脱に伴う転動装置の寿命低下を抑制することができる。

以上のように、本発明の転動装置は、大きな接触応力が作用しても破損しにくい潤滑膜（ＤＬＣ層）を転動体に備えているので、大きな接触応力が作用するような条件下でも好適に使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。

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。
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。

ここで、転動体の母材である鋼について説明する。
〔ケイ素の含有量について〕
転がり軸受等の転動装置には高面圧に耐える性能が求められるため、転動装置を構成する転動体はＳＵＪ２，ＳＣＲ４２０等の鋼で構成され、さらに浸炭処理，浸炭窒化処理等の硬化処理が施されている。ところが、このような鋼に対して非平衡型マグネトロンを用いたスパッタリングを行うと、処理が高温であるため、金属層を形成中に残留オーステナイトが分解してしまい、母材である鋼とＤＬＣ層との間に強い密着が生じにくいという不都合がある。

残留オーステナイト量を確保して上記のような不都合を解消するためには、鋼中のケイ素の含有量は０．１５質量％以上とする必要がある。また、ケイ素は、製鋼時に脱酸剤として作用し、焼入れ性や焼戻し軟化抵抗性を向上させるとともに、基地のマルテンサイトを強化して寿命を向上させるという効果も有している。
ただし、ケイ素の含有量が多すぎると、金属層の形成時に金属層の金属とケイ素とが反応して金属間化合物が生成する。この金属間化合物は脆いため、母材である鋼とＤＬＣ層との密着性が低下してＤＬＣ層の強度が低下してしまう。また、ケイ素の含有量が多すぎると、鋼の被削性，鍛造性，及び冷間加工性が著しく低下するおそれがある。これらの不都合が生じにくくするためには、鋼中のケイ素の含有量は１．５質量％以下とする必要がある。

なお、ＳＵＪ２，ＳＣＲ４２０等の鋼に高温での焼戻し処理を施すことにより、残留オーステナイト量を低下させて、その後の高温処理（ＤＬＣ層を形成する処理）における残留オーステナイトの分解を防ぐ方法も考えられるが、高温での焼戻し処理は鋼の硬さの低下を引き起こすので好ましくない。また、サブゼロ処理により残留オーステナイト量を低下させる方法も考えられるが、その後の高温処理において鋼の硬さの低下が生じるおそれがある。さらに、ステンレス鋼，Ｍ５０等の高合金鋼を母材として用いる方法も考えられるが、これらの高合金鋼は高価であるという問題がある。よって、ケイ素の含有量を０．１５質量％以上１．５質量％以下とした鋼を母材として用いることが好ましい。

〔炭素の含有量について〕
転がり軸受の転動体として要求される鋼の清浄度を得るためには、炭素の含有量は０．５質量％以上とする必要がある。ただし、１．２質量％超過であると、残留オーステナイトが増加して、転動体の寸法安定性が低下したり、共晶炭化物が生成して短寿命となったりするおそれがある。鋼の清浄度を向上させ、残留オーステナイトの過多や共晶炭化物の生成を防止するためには、炭素の含有量は０．７５質量％以上１．１質量％以下とすることが好ましい。

〔マンガンの含有量について〕
マンガンは、ケイ素と同様に製鋼時に脱酸剤として作用するため、マンガンの含有量は０．１質量％以上とする必要がある。また、マンガンは、鋼の焼入れ性を高め、熱処理後の強度や転動疲労強度の向上にも寄与する。ただし、２質量％超過であると、寸法安定性に有害な残留オーステナイトが生成したり、加工性が低下したりするおそれがある。

〔クロムの含有量について〕
クロムは、鋼の焼入れ性を高め、熱処理後の強度や転動疲労強度の向上に寄与する元素であるため、クロムの含有量は１質量％以上とする必要がある。ただし、２．５質量％超過であると、加工性が低下したり、共晶炭化物が生成するという問題が生じるおそれがある。

２種以上の金属と炭素とからなる複合層を有するダイヤモンドライクカーボン層は、密着性に優れており且つ脆さが小さい。そのため、本発明の転動装置は、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好適に使用可能である。また、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以下であるので、繰り返し応力が作用してもダイヤモンドライクカーボン層の破損が生じにくい。

さらに、転動体の転動面にダイヤモンドライクカーボン層が被覆されているとともに、転動体の平均残留オーステナイト量が６体積％以下であるため、本発明の転動装置は高温環境下で使用されても焼付きが生じにくく長寿命である。

本発明に係る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アンギュラ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のアンギュラ玉軸受は、軌道面１ａを有する内輪１と、内輪１の軌道面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、シール５，５と、を備えている。なお、保持器４やシール５は備えていなくてもよい。

内輪１，外輪２，及び玉３は、炭素を０．５質量％以上１．２質量％以下、ケイ素を０．１５質量％以上１．５質量％以下、マンガンを０．１質量％以上２質量％以下、クロムを１質量％以上２．５質量％以下含有し、残部が鉄及び不可避の不純物である鋼（例えばＳＵＪ２）で構成されている。
さらに、玉３の転動面３ａには、潤滑性を有し且つ等価弾性定数が１００ＧＰａ以上２４０ＧＰａ以下であるダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）層Ｄが設けられている。そして、このＤＬＣ層Ｄは、図２に示すように、Ｃｒ，Ｗ，Ｔｉ，Ｓｉ，Ｎｉ，Ｚｒ，及びＦｅのうちの２種以上の金属からなる金属層Ｍと、前記金属及び炭素からなる複合層Ｆと、炭素からなるカーボン層Ｃと、の３層で構成されていて、該３層は表面側からカーボン層Ｃ，複合層Ｆ，金属層Ｍの順に形成されている。なお、軌道面１ａ，２ａにはＤＬＣ層Ｄは設けられていない。

次に、ＤＬＣ層を有する玉３の製造方法について説明する。まず、ヘッダー加工，フラッシング加工，粗旋削加工により、上記のような鋼製の線材から素球を製造し、以下に示すような熱処理を施した。すなわち、ＲＸガス，エンリッチガス，及びアンモニアガスの混合ガス雰囲気下で８３０℃で３時間浸炭窒化焼入れを施した後、１６０〜２７０℃で焼戻しを施した。このような浸炭窒化焼入れが施されているため、玉の表層部（前記浸炭窒化焼入れにより形成された浸炭窒化層）には５体積％以上２０体積％以下の残留オーステナイトが存在し、且つ、玉３全体の平均残留オーステナイト量は６体積％以下である。

なお、このような浸炭窒化焼入れに限らず、浸炭焼入れやずぶ焼入れを施してもよい。浸炭焼入れの一例としては、ＲＸガス及びエンリッチガスの混合ガス雰囲気下で８４０℃で３時間浸炭焼入れを施した後、１６０〜３２０℃で焼戻しを施すという処理があげられる。また、ずぶ焼入れの一例としては、ＲＸガス雰囲気下で８４０℃で０．５時間焼入れを施した後、１６０〜３２０℃で焼戻しを施すという処理があげられる。

上記のような熱処理を施したら、タンブラー処理（バレル処理）を施し、さらに１５０〜３２０℃で焼戻しを施した。そして、表面粗さＲａが０．０１μｍ以下となるまでラップ仕上げを施し、さらに以下のような処理を施して表面にＤＬＣ層を形成して完成球とした。
ＤＬＣ層Ｄを形成する方法について説明する。油分を脱脂した玉３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、転動面３ａにボンバード処理を１５分間施した。

そして、タングステン及びクロムをターゲットとして、転動面３ａにこの２種類の金属をスパッタリングして成膜し、金属層Ｍを形成した。次に、この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複合層Ｆが、金属層Ｍの上に形成された。

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。そして、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、複合層Ｆ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）。
このようなスパッタリングにより成膜を行えば、２種類の金属で構成された層（金属層Ｍ）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（金属層Ｍ，複合層Ｆ，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。

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、上記の場合の複合層Ｆ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、玉３には負のバイアス電圧を印加する）。

ＤＬＣ層の等価弾性定数は、玉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。

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。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。
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。

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。

また、本実施形態においては、アンギュラ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，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、スラスト玉軸受，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。

〔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。上記した図１のアンギュラ玉軸受とほぼ同様の構成の軸受において、母材である鋼の組成、ＤＬＣ層の等価弾性定数、転動体の平均残留オーステナイト量、及び転動体の表層部の残留オーステナイト量をそれぞれ種々変更した試験軸受を用意して（表１，２を参照）、軸受の寿命を評価する耐久試験を行った。

なお、アンギュラ玉軸受の内輪及び外輪の寸法は内径３０ｍｍ、外径６２ｍｍ、厚さ１５ｍｍで、内輪及び外輪の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。さらに、内外輪の軌道面間に配置した玉の直径は３／８インチであり、玉の数は１２個であり、保持器は黄銅製である。
耐久試験の条件は、以下の通りである。
回転速度：１００００ｍｉｎ^-1
荷重 ：動定格荷重の４５％（Ｐ／Ｃ＝０．４５）
雰囲気温度：１３０℃
潤滑剤 ：アルバニアグリース
上記のような条件で試験軸受を回転させ、ＤＬＣ層が損傷するか又は焼付きが生じるまでの時間を測定した。なお、回転時の振動数が初期の５倍になったら、ＤＬＣ層に損傷が生じたと判定した。また、軸受温度が１５０℃になったら、金属接触が起こって焼付きが生じたと判定した。

１種の試験軸受につき１０個ずつ耐久試験を行って、その平均値を寿命とした。結果を表１，２に示す。なお、表１，２に記載した寿命の数値は、比較例１の試験軸受の寿命を１とした場合の相対値で示してある。
表１，２から分かるように、実施例の試験軸受は、高温環境下であり且つ大きな接触応力が作用するような条件下使用されても、焼付きが生じにくく長寿命であった。そして、実施例７，８の試験軸受は、転動体の表層部の残留オーステナイト量が５体積％以上２０体積％以下であるため、鋼の組成が同一である実施例４〜８の試験軸受の中では特に長寿命であった。

本発明に係る転動装置の一実施形態であるアンギュラ玉軸受の構成を示す縦断面図である。 図１のＡ部分を拡大して示した部分拡大断面図である。 ダイヤモンドライクカーボン層を形成する元素を分析した測定チャートである。

符号の説明

１ 内輪
１ａ 軌道面
２ 外輪
２ａ 軌道面
３ 玉
３ａ 転動面
Ｄ ダイヤモンドライクカーボン層
Ｍ 金属層
Ｆ 複合層
Ｃ カーボン層

Claims (3)

1. 外面に軌道面を有する内方部材と、前記内方部材の軌道面に対向する軌道面を内面に有し前記内方部材の外側に配された外方部材と、前記両軌道面間に転動自在に配された転動体と、を備える転動装置において、前記転動体が下記の７つの条件を満足することを特徴とする転動装置。
   条件１：炭素を０．５質量％以上１．２質量％以下、ケイ素を０．１５質量％以上１．５質量％以下、マンガンを０．１質量％以上２質量％以下、クロムを１質量％以上２．５質量％以下含有し、残部が鉄及び不可避の不純物である鋼で構成されている。
   条件２：潤滑性を有するダイヤモンドライクカーボン層が転動面に被覆されている。 条件３：前記ダイヤモンドライクカーボン層は、クロム，タングステン，チタン，ケイ素，ニッケル，ジルコニウム，及び鉄のうちの２種以上の金属からなる金属層と、前記金属及び炭素からなる複合層と、炭素からなるカーボン層と、の３層で構成されている。 条件４：前記３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，前記複合層，前記金属層の順に配されている。
   条件５：前記複合層中の炭素の割合は、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ている。
   条件６：前記ダイヤモンドライクカーボン層の等価弾性定数は１００ＧＰａ以上２４０ＧＰａ以下である。
   条件７：平均残留オーステナイト量が６体積％以下である。
2. 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に記載の転動装置。
3. 前記転動体は、浸炭窒化処理が施されたものであり、表層部の残留オーステナイト量が５体積％以上２０体積％以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の転動装置。

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