(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
潤滑剤を介して、又は直接接触する複数個の転動体を具備した動力伝達装置において用いられる転動体であって、
ヤング率が２２０ＧＰａ以下である金属製基材と、
上記金属製基材の表面に形成され、硬質粒子と金属単体及び合金の少なくとも一方からなる金属材とを含み且つヤング率が２５０ＧＰａ以上である皮膜と、
を備えたことを特徴とする転動体。
【請求項２】
当該転動体の等価ヤング率が３５０Ｇｐａ以下であることを特徴とする請求項１に記載の転動体。
【請求項３】
上記皮膜の断面空孔率が５体積％以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の転動体。
【請求項４】
上記硬質粒子が、炭化物、硼化物、窒化物、珪化物、硫化物、酸化物及び炭素からなる群より選ばれる少なくとも１種の硬質粒子であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つの項に記載の転動体。
【請求項５】
上記硬質粒子が、炭化タングステンからなる硬質粒子であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つの項に記載の転動体。
【請求項６】
上記皮膜が、η相を含むことを特徴とする請求項５に記載の転動体。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１つの項に記載の転動体を具備したことを特徴とする動力伝達装置。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれか１つの項に記載の転動体の製造方法であって、
金属製基材の表面への皮膜の形成を、硬質粒子と金属単体及び合金の少なくとも一方からなる金属材とを含む溶射材を用いた溶射法によって行うことを特徴とする転動体の製造方法。
【請求項９】
上記溶射法が大気中で行う溶射法であることを特徴とする請求項８に記載の転動体の製造方法。
【請求項１０】
上記溶射法が高速フレーム溶射法であることを特徴とする請求項８又は９に記載の転動体の製造方法。
【請求項１１】
上記溶射材が、上記硬質粒子と上記金属材を含む粒子とを用いて造粒した溶射材であることを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１つの項に記載の転動体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転動体、転動体の製造方法及び動力伝達装置に関する。
更に詳細には、本発明は、耐久性に優れた転動体、その製造方法及び耐久性に優れた転動体を具備した動力伝達装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高面圧下で部材同士が接触する転動部材に適用可能な耐摩耗部材として、金属マトリックス中に平均粒径０．５〜１０μｍの硬質粒子を３５〜７５体積％分散含有しており、Ｈｖ７００以上の表面硬度を有するものが提案されている（特許文献１参照。）。
更に、ＷＣ−１２％Ｃｏ合金からなる硬質膜を、高速フレーム溶射法によって形成させた軸受が提案されている（特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１８３０７５号公報
【特許文献２】国際公開第２００６／０８０５２７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に記載された耐摩耗部材は、超硬合金からなるものであり、部品の重量が大きく且つヤング率が高いため最大接触応力Ｐｍａｘが過大になり、耐久性の向上に限界があるという問題点があった。
また、上記特許文献２に記載された軸受は、一定の耐久性向上は達成されているものの、更なる耐久性向上が望まれている。【０００５】
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものである。
そして、本発明の目的とするところは、耐久性に優れた転動体、その製造方法及び耐久性に優れた転動体を具備した動力伝達装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を重ねた。
その結果、ヤング率が２２０ＧＰａ以下である金属製基材の表面に、硬質粒子と金属単体や合金などの金属材とを含み且つヤング率が２５０ＧＰａ以上である皮膜を形成することなどにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。【０００７】
すなわち、本発明の転動体は、潤滑剤を介して、又は直接接触する複数個の転動体を具備した動力伝達装置において用いられるものである。
そして、この転動体は、ヤング率が２２０ＧＰａ以下である金属製基材と、金属製基材の表面に形成され、硬質粒子と金属単体及び合金の少なくとも一方からなる金属材とを含み且つヤング率が２５０ＧＰａ以上である皮膜とを備える。【０００８】
また、本発明の転動体の製造方法は、上記本発明の転動体を製造する方法であって、金属製基材の表面への皮膜の形成を、所定の溶射材を用いた溶射法によって行う方法である。
そして、この転動体の製造方法における所定の溶射材は、硬質粒子と金属単体及び合金の少なくとも一方からなる金属材とを含むものである。【０００９】
更に、本発明の動力伝達装置は、上記本発明の転動体を具備したものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、耐久性に優れた転動体、その製造方法及び耐久性に優れた転動体を具備した動力伝達装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係る転動体における皮膜の構造の一例を示す概略断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る動力伝達装置の一例を示す断面図である。
【図３】各例の粒子速度と皮膜のヤング率との関係を示すグラフである。
【図４】（Ａ）及び（Ｂ）は耐久性評価試験の要領を示す正面図及び側面図である。
【図５】皮膜のヤング率と寿命との関係を示すグラフである。
【図６】皮膜の断面空孔率と寿命との関係を示すグラフである。
【図７】皮膜厚さと転動体の等価ヤング率との関係を示すグラフである。
【図８】転動体の等価ヤング率と寿命との関係を示すグラフである。
【図９】実施例１−１における皮膜のＸ線回折分析の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の転動体、転動体の製造方法及び動力伝達装置について詳細に説明する。
【００１３】
まず、本発明の一実施形態に係る転動体について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本実施形態の転動体における皮膜の構造の一例を示す概略断面図である。
図１に示すように、本実施形態の転動体１は、金属製基材２と、金属製基材２の表面に形成される皮膜４とを備えたものである。
そして、この転動体１における金属製基材２は、ヤング率が２２０ＧＰａ以下である。また、金属製基材のヤング率は２００ＧＰａ以上であることが好ましい。更に、この転動体１における皮膜４は、硬質粒子４ａと金属単体及び合金の少なくとも一方からなる金属材４ｂとを含み且つヤング率が２５０ＧＰａ以上で高いほど好ましい。なお現時点では皮膜のヤング率は２６２〜３０１ＧＰａで良い結果が得られている。
【００１４】
このような構成とすることにより、例えば３．５ＧＰａ程度の高面圧下においても耐久性に優れた転動体となるので、クラッチ機構を転動体に持たせる構造であるトラクションドライブを用いた多段変速機や四輪駆動車両のトランスファなどの動力伝達装置に用いることが好適である。
また、このような構成とすると、焼結体である超硬合金に比して、生産性が向上するため、低コスト化を図ることができるという利点もある。
【００１５】
また、本実施形態においては、転動体の等価ヤング率が３５０ＧＰａ以下であることが好ましく、２００ＧＰａ以上であることが好ましい。なお現時点では２１９〜２８１ＧＰａで良い結果が得られている。例えば、金属製基材のヤング率を低く設定し、ヤング率が高い皮膜を薄くすることによって、超硬合金より等価ヤング率を小さくすることができ、転動体の接触部に作用するヘルツの接触応力Ｐｍａｘを小さくすることができる。これにより、転動体の耐久性をより向上させることができる。
【００１６】
更に、本実施形態においては、皮膜の断面空孔率が５体積％以下であることが好ましい。５体積％以下とすると、皮膜内の欠陥が少なくなり、機械的強度が向上するため、耐久性をより向上させることができる。空孔率は低いほど好ましく、理想的には０体積％であることが好ましい。なお、現時点では、皮膜の断面空孔率が０．９〜７．６体積％で良い結果が得られている。
【００１７】
以下、各構成について更に詳細に説明する。
【００１８】
（金属製基材２）
金属製基材２としては、ヤング率が２２０ＧＰａ以下であるものであれば、特に限定されるものではなく、２００ＧＰａ以上であることが好ましく、従来の転動体の基材として用いられているものを適用することができる。
このような金属製基材としては、例えば、日本工業規格（ＪＩＳ）で規格されたＪＩＳ  Ｇ４０５１  機械構造用炭素鋼鋼材（ＳＣ）、ＪＩＳ  Ｇ４０５２  焼入れ保証した構造用鋼鋼材（Ｈ鋼）、ＪＩＳ  Ｇ４０５３  構造用合金鋼（マンガン鋼（ＳＭｎ）、マンガンクロム鋼（ＳＭｎＣ）、クロム鋼（ＳＣｒ）、クロムモリブデン鋼（ＳＣＭ）、ニッケルクロム鋼（ＳＮＣ）、ニッケルクロムモリブデン鋼（ＳＮＣＭ））、ＪＩＳ  Ｇ４４０１  炭素工具鋼鋼材（ＳＫ）、ＪＩＳ  Ｇ４４０３  高速度鋼鋼材（ＳＫＨ）、ＪＩＳ  Ｇ４４０４  合金工具鋼鋼材（ＳＫＳ、ＳＫＤ、ＳＫＴ）、ＪＩＳ  Ｇ４８０５  高炭素クロム軸受鋼鋼材（ＳＵＪ）などで作製されたものを挙げることができる。
これらは、代表的には、硬度が７００〜８００ＨＶ程度であり、融点が１４００〜１５００℃程度である。
【００１９】
（硬質粒子４ａ）
硬質粒子４ａとしては、金属製基材２の硬度より相対的に高い硬度及び金属製基材２の融点より相対的に高い融点を有するものを好適例として挙げることができるが、これに限定されるものではない。なお、本発明において、「硬度」は、例えばビッカース硬度（ＨＶ）で規定することができるが、これに限定されるものではなく、他の尺度を用いてもよい。
このような硬質粒子としては、例えば、炭化物、硼化物、窒化物、珪化物、硫化物、酸化物、炭素の硬質粒子を挙げることができる。
一般に、上述した硬質粒子は、高硬度且つ高融点を示すものが多い。このような硬質粒子を適用すると耐焼付性に優れるという効果も得られる。
また、これらは１種が単独で、２種以上が組み合わされて含まれていてもよい。
【００２０】
炭化物の硬質粒子としては、例えば炭化チタン（ＴｉＣ）、炭化ジルコニウム（ＺｒＣ）、炭化バナジウム（ＶＣ）、炭化ニオブ（ＮｂＣ）、炭化タンタル（ＴａＣ）、炭化クロム（Ｃｒ３Ｃ２）、炭化モリブデン（Ｍｏ２Ｃ）、炭化タングステン（ＷＣ）、炭化硼素（Ｂ４Ｃ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）などからなる硬質粒子を挙げることができる。
硼化物の硬質粒子としては、例えば硼化チタン（ＴｉＢ２）、硼化ジルコニウム（ＺｒＢ２）、硼化バナジウム（ＶＢ２）、硼化ニオブ（ＮｂＢ２）、硼化タンタル（ＴａＢ２）、硼化クロム（ＣｒＢ２）、硼化モリブデン（Ｍｏ２Ｂ５）、硼化タングステン（Ｗ２Ｂ５）、硼素（Ｂ）、硼化アルミニウム（ＡｌＢ１２）、硼化ケイ素（ＳｉＢ６）などからなる硬質粒子を挙げることができる。
窒化物の硬質粒子としては、例えば窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化ジルコニウム（ＺｒＮ）、窒化バナジウム（ＶＮ）、窒化ニオブ（ＮｂＮ）、窒化クロム（ＣｒＮ）、窒化硼素（ｃ−ＢＮ）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などからなる硬質粒子を挙げることができる。
酸化物の硬質粒子としては、例えば酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化トリウム（ＴｈＯ２）、酸化ベリリウム（ＢｅＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）などからなる硬質粒子を挙げることができる。なお、酸化マグネシウムは例えばジルコニウム酸マグネシウムとして含れていることが好ましい。
炭素の硬質粒子としては、ダイヤモンド（Ｃ）などから硬質粒子を挙げることができる。
【００２１】
その中でも、硬度が高く、融点が高く、密度が高い炭化タングステン（ＷＣ、ビッカース硬度：２３５０ＨＶ、融点：２７７６℃、密度：１５．７２ｇ／ｃｍ３）が特に好ましい。
炭化タングステンは、密度が高いため、後述する溶射法によって皮膜を形成する際に、空孔が少ない緻密な皮膜を形成し易いという利点がある。
【００２２】
（金属材４ｂ）
金属材４ｂとしては、例えば金属単体や合金を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。これらの金属材は硬質粒子同士を強固に結合する結着剤として機能する。そのため、このような機能を発揮することができれば、例えば金属間化合物や固溶体であってもよい。
これらは１種が単独で、２種以上が組み合わされて含まれていてもよい。
このような金属単体としては、例えばコバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）などを挙げることができる。
また、このような合金としては、例えばコバルト（Ｃｏ）−クロム（Ｃｒ）やニッケル（Ｎｉ）−クロム（Ｃｒ）、ハステロイ（Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ）、クロム（Ｃｒ）−モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）−クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）−クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）−コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）−クロム（Ｃｒ）−アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）−モリブデン（Ｍｏ）などを挙げることができる。
その中でも、コバルト（Ｃｏ）を好適に用いることができる。
コバルト（Ｃｏ）は、塑性変形し易いため、緻密な皮膜を形成し易い。
【００２３】
皮膜を構成する他の要素としては、例えば、後述する溶射法によって皮膜を形成する場合に硬質粒子として炭化タングステンを用いたときに生成するη相を挙げることができる。
なお、η相は低級炭化物と言われることもある。
後述する溶射法によって皮膜を形成する場合に溶射材の構成成分である硬質粒子として炭化タングステンを適用すると、溶射材の他の構成成分である金属材としての金属単体や合金に、炭化タングステンの成分が溶出する。
このとき、金属材としてコバルト（Ｃｏ）を適用すると、例えば炭化タングステン（ＷＣ、Ｗ２Ｃ）の他にＷ３Ｃｏ３Ｃなどの複炭化物からなるη相が形成されることとなる。
η相は、一般に金属単体や合金に比較して、硬度や融点が高いものである。
従って、η相を含ませることにより、より耐久性が優れた転動体となる。
【００２４】
次に、本発明の一実施形態に係る転動体の製造方法について詳細に説明する。
本実施形態の転動体の製造方法は、上述した本発明の一実施形態に係る転動体の製造方法の一例である。
具体的には、転動体を製造するに当たって、基材の表面への皮膜の形成を、例えば基材の硬度より高い硬度及び基材の融点より高い融点を有する少なくとも１種の硬質粒子と金属単体及び合金の少なくとも一方からなる金属材とを含む溶射材を用いた溶射法によって行う。
このような製造方法とすることにより、粒径が数μｍ〜数十μｍの溶射材を基材表面に吹き付けることができるので、必要な部分にだけ高い成膜速度で皮膜を形成することができる。
また、このような製造方法とすると、溶射材における硬質粒子の含有割合を高く設定することができ、且つ必要な部分にだけ皮膜を形成することができるので、転動体を低コストで製造することができるという利点もある。
【００２５】
また、溶射法については、例えば大気中で行う溶射法であることが好ましい。
大気中で皮膜の形成を行うことができると、大型の転動体の製造に対しても容易に適用することができる。
なお、雰囲気制御された条件で行うことが可能であることは言うまでもない。
【００２６】
更に、溶射法については、例えば高速フレーム溶射法であることが好ましい。高速フレーム溶射法には、助燃ガスに酸素を用いるＨＶＯＦ（Ｈｉｇｈ  Ｖｅｌｏｃｉｔｙ  Ｏｘｙ−Ｆｕｅｌ）と助燃ガスに空気を用いるＨＶＡＦ（Ｈｉｇｈ  Ｖｅｌｏｃｉｔｙ  Ａｉｒ  Ｆｕｅｌ）がある。ＨＶＯＦは助燃ガスの大部分をガスの燃焼に使用しているため、燃焼ガス温度が高くなる。それに対してＨＶＡＦは助燃ガスが空気なので燃焼に使用しない酸素以外の成分の部分が８割を占めるため、燃焼ガスを冷却することができ、燃焼ガス温度を低温にすることができる。燃焼ガス温度が高いとノズル内部に溶射材が付着しやすくなるので、ＨＶＯＦでは粒子速度を高める作用があるラバールノズルを用いることが困難であり、粒子速度を高めることができなかった。ＨＶＡＦでは燃焼ガス温度が低いことから粒子速度を高めるラバールノズルを用いることができ、またラバールノズルを用いなくとも助燃ガスで燃焼に使用されない酸素以外のガスが大量に溶射材のキャリアガスとしてノズルを流れるので、ＨＶＯＦに対して粒子速度を大きくすることができる。詳しい内容は後述するが、良質な皮膜を成膜するうえで粒子速度を大きくすることが重要なので、助燃ガスに空気を用いるＨＶＡＦを適用することが好ましい。
ＨＶＯＦであっても燃焼室内又は燃焼室後に燃焼ガスの冷却及びキャリアガスの増量を目的に空気や窒素ガスを追加しても良い。また、経済的ではないがＨＶＯＦの助燃ガスの酸素を燃焼に必要な量以上に投入しても良い。
高速フレーム溶射によって皮膜の形成を行うと、溶射材における硬質粒子の成分を金属単体や合金中に溶出させ易い。
その結果、皮膜中にη相を形成させやすくなり、皮膜の硬度及び融点が向上し、より耐久性や耐焼付性が優れた転動体を得ることができる。
【００２７】
また、溶射法における溶射材は、例えば上述した硬質粒子と上述した金属材を含む粒子とを用いて造粒した溶射材であることが好ましい。
硬質粒子と金属材粒子とから造粒した溶射材を用いる場合には、溶射材における組成の自由度が高く、微小な一次粒子が得られれば、あらゆる成分の組み合わせが可能になる。
【００２８】
次に、本発明の一実施形態に係る動力伝達装置について図面を参照しながら詳細に説明する。
図２は、本発明の一実施形態に係る動力伝達装置の一例である四輪駆動車両のトランスファを示す断面図である。
動力伝達装置の一例である四輪駆動車両のトランスファ１００は、ハウジングＨ内に転動体の例である入力軸１０及び出力軸２０が配置されている。
入力軸１０は、ボールベアリング３１、３２によりハウジングＨに対して回転自在に支持されており、出力軸２０も同様に、ボールベアリング３３、３４によりハウジングＨに対して回転自在に支持されている。
入力軸１０は更に、ハウジングＨ内に配されたローラベアリング３５、３６によってもハウジングＨに対して回転自在に支持されており、出力軸２０は更に、ハウジングＨ内に配したローラベアリング３７、３８によってもハウジングＨに対して回転自在に支持されている。
【００２９】
このため、入出力軸１０、２０の同じ軸直角面内に位置するローラベアリング３５、３７を、共通なベアリングサポート３９内に抱持し、このベアリングサポート３９をボルト４０等の任意の手段でハウジングＨの対応する内側面に取着する。
また、入出力軸１０、２０の同じ軸直角面内に位置するローラベアリング３６、３８を、共通なベアリングサポート４１内に抱持し、このベアリングサポート４１をボルト４２等の任意の手段でハウジングＨの対応する内側面に取着する。
【００３０】
入力軸１０の両端をそれぞれ、ハウジングＨから突出させ、該入力軸１０の図中左端を変速機（図示せず。）の出力軸に結合し、図中右端をリヤプロペラシャフト（図示せず。）を介してリヤファイナルドライブユニット（図示せず。）に結合する。
出力軸２０の図中左端を、ハウジングＨから突出させ、該出力軸２０の突出左端をフロントプロペラシャフト（図示せず）を介してフロントファイナルドライブユニット（図示せず。）に結合する。
【００３１】
入力軸１０は、軸受鋼（ＳＵＪ）で形成されており、その軸線方向中程に軸受鋼（ＳＵＪ）で形成された第１ローラ１１を有し、その表面には、高速フレーム溶射法によって、ＷＣ−Ｃｏ皮膜１２が形成されている。
また、出力軸２０も、軸受鋼（ＳＵＪ）で形成されており、その軸線方向中程に軸受鋼（ＳＵＪ）で形成された第２ローラ２１を有し、その表面には、高速フレーム溶射法によって、ＷＣ−Ｃｏ皮膜２２が形成されている。
これらは、第１ローラ１１及び第２ローラ２１が共通な軸直角面内に配置されている。
そして、第１ローラ１１及び第２ローラ２１が相互に径方向へ押し付けられ、ローラ外周面における皮膜同士が符号１２ａ、２２ａで示す箇所において予圧下に押圧接触される。
【００３２】
つまり、ベアリングサポート３９、４１は、第１ローラ１１及び第２ローラ２１の軸間距離を、第１ローラ１１の半径と第２ローラ２１の半径との和値よりも小さくすることで、第１ローラ１１及び第２ローラ２１間に径方向押圧力を発生させている。
この径方向押付力によって第１ローラ１１及び第２ローラ２１間で伝達可能なトルクが決まる。
なお、図２においては、第１ローラ１１及び第２ローラ２１の両方に皮膜１２、２２を形成しているが、耐久性が満足できる場合にはどちらか一方のみに皮膜を形成してもよい（図示せず。）。
【００３３】
トランスファー１００は、例えば後輪が滑りやすい路面にあり、前輪が滑りにくい路面にある場合、入力軸１０が回転して出力軸２０は回転していない状態になる。
そのとき、車両を走行させるために入力軸１０の第１ロータ１１と出力軸２０の第２ロータ２１とを押付けることで出力軸２０に駆動力が伝達される。
その際、出力軸２０は回転していない状態なので、押付けられることで大きなすべり速度を持って駆動力が伝達することになる。
そして、本発明の転動体を適用したトランスファにおいては、所定の皮膜が形成されているため、耐久性が高いものとなる。また、焼付きの発生を抑制ないし防止して、駆動力を十分に伝達することができる利点もある。
このとき、第１ローラ１１及び第２ローラ２１の転動体同士は、潤滑剤を介して接触していてもよく、直接接触していてもよい（図示せず。）。潤滑剤としては、代表的にはトラクション油（ＫＴＦ−１）を用いることができる。
【実施例】
【００３４】
以下、本発明を実施例及び比較例により更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。【００３５】
（実施例１−１）
軸受鋼（ＳＵＪ２）からなる金属製基材（ヤング率：２０８ＧＰａ、ポアソン比：０．３、表面硬度：７００〜７５０ＨＶ、形状：円筒（外径φ７０ｍｍ、幅１８ｍｍ））の表面に対して、酸化アルミニウム粒子を使用したブラスト処理をした。
次いで、硬質粒子の一例である炭化タングステン（ＷＣ）及び金属材粒子の一例であるコバルト（Ｃｏ）を用いて造粒して得られた溶射材（組成：ＷＣ−１２質量％Ｃｏ）を用いて表１に示す条件の高速フレーム溶射を行い、皮膜を基材の表面に形成した。
高速フレーム溶射としては、助燃ガスに空気を用いるＨＶＡＦ装置を用いて成膜した。本実施例では溶射の粒子速度を大きくするため、ラバールノズルを採用した。
ここで、粒子速度は、溶射距離（ノズル先端から基材までの距離）での粒子速度を可視化画像流速計（ＰＩＶ：Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｉｍａｇｅ Ｖｅｌｏｃｉｍｅｔｒｙ）で測定した。なお、基材に衝突する際の粒子速度の測定は困難なので、基材をセットしない状態でノズル先端から溶射距離分は離れた位置の粒子の飛行速度を測定した。
更に、皮膜の表面をダイヤモンドホイールを用いて研削した後、ダイヤモンド砥粒を用いて表面粗さＲａ０．０４μｍ以下にラッピングして、本例の試験用の転動体（ローラピッチング試験用ローラ）を得た。【００３６】
（皮膜のヤング率）
下記耐久性評価試験の後、本例の試験用転動体（ローラピッチング試験用ローラ）を切断して、試料を作成した。
次いで、作成した試料をマイクロインデンタ（ＭＴＳ  Ｓｙｓｔｅｍｓ社製  Ｎａｎｏ  Ｉｎｄｅｎｔｅｒ  ＸＰ）のステージに固定し、圧子（Ｂｅｒｋｏｖｉｃｈ（三角錐形））を使用し、連続剛性測定を５回行ってデータを得た。
ヤング率を接触深さ約８００ｎｍでの数値で算出するという解析条件で、上記得られたデータを解析して、ヤング率を測定した。【００３７】
（転動体の等価ヤング率）
基材のヤング率及びポアソン比と皮膜のヤング率及びポアソン比とから、次式（１）により、転動体の等価ヤング率（Ｅ＊）を算出した。このとき、皮膜のポアソン比は０．３とした。なお、次式（１）のパラメータ、係数１及び２は、αとＥとＨが一定の関係を有するため、これらをプロットし、曲線当てはめ（カーブフィッティング）により算出することができる。【００３８】
【数１】
0005575335.tif 000002
【００３９】
（皮膜の断面空孔率）
下記耐久性評価試験の後、本例の試験用転動体（ローラピッチング試験用ローラ）を切断して、試料を作成した。次いで、作成した試料の断面を光化学顕微鏡（対物レンズ：５０倍）を用いて画像処理装置に画像を取り込み、次いで、２値化処理にて測定対象物である空孔を黒色部として抽出した。
次に、画像解析装置（カールツァイス  ＡｘｉｏＶｉｓｉｏｎ）を使用して、観察される黒色部の面積率を算出し、皮膜の断面空孔率とした。
本例の仕様の一部を表１に併記する。【００４０】
（実施例１−２〜実施例１−５）
表１に示すように、用いる硬質粒子の仕様や溶射条件などを変えて、皮膜のヤング率などを変えたこと以外は、実施例１−１と同様の操作を繰り返して、各例の試験用の転動体（ローラピッチング試験用ローラ）を得た。
具体的には、実施例１−２では実施例１−１と同じくラバールノズルを採用したＨＶＡＦ装置で成膜した。また、実施例１−３〜実施例１−５については、助燃ガスに空気を用いるＨＶＡＦ装置を用いたが、ラバールノズルは採用せず、ストレートノズルで成膜した。
また、上記同様の方法により、皮膜のヤング率、転動体の等価ヤング率及び皮膜の断面空孔率を測定・算出した。
なお、各例の仕様の一部を表１に併記する。【００４１】
（比較例１−１）
表１に示すように、用いる硬質粒子の仕様や溶射条件を変えて、皮膜のヤング率などを変えたこと以外は、実施例１−１と同様の操作を繰り返して、本例の試験用の転動体（ローラピッチング試験用ローラ）を得た。
高速フレーム溶射としては一般的な助燃ガスに酸素を用いるＨＶＯＦ装置で成膜した。
また、上記同様の方法により、皮膜のヤング率及び皮膜の断面空孔率を測定・算出した。
なお、本例の仕様の一部を表１に併記する。
図３に、上記実施例１−１〜実施例１−５及び比較例１−１で測定した粒子速度と皮膜のヤング率の関係の一部を示す。粒子速度が高いほどヤング率が高く、一般的な高速フレーム溶射のＨＶＯＦでは２５０ＧＰａを超えるヤング率の皮膜が成膜できない。したがって優れた耐久性を有する転動体を作製するためには、助燃ガスに空気を使用するＨＶＡＦを適用することが好ましい。【００４２】
（実施例２−１）
膜厚を１００μｍに変えたこと以外は、実施例１−１と同様の操作を繰り返して、本例の試験用の転動体（ローラピッチング試験用ローラ）を得た。
また、上記同様の方法により、皮膜のヤング率、転動体の等価ヤング率及び皮膜の断面空孔率を測定・算出した。
なお、本例の皮膜のヤング率は３０１ＧＰａであり、転動体の等価ヤング率は２１９ＧＰａであり、皮膜の断面空孔率は０．９体積％である。【００４３】
（比較例２−１）
一般的な超硬合金（ヤング率：３６４ＧＰａ）により、本例の試験用の転動体（ローラピッチング試験用ローラ）を作製した。
なお、本例の試験用の転動体においては、皮膜を設けておらず、超硬合金のバルク体であるため、転動体の等価ヤング率は超硬合金のヤング率（３６４ＧＰａ）となる。【００４４】
【表１】
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【００４５】
［性能評価］
（耐久性評価試験）
図４（Ａ）及び（Ｂ）は、耐久性評価試験（ローラピッチング試験）の要領を示す正面図及び側面図である。
同図に示すように、ダイス鋼（ヤング率：２１３ＧＰａ、ポアソン比：０．２８、表面硬度：７００〜７５０ＨＶ）で作製したＲ１０形状のローラ５の外周部に、フラット形状の各例のローラピッチング試験用ローラ１が接触するように配置させた。
そして、表２に示す条件下、潤滑剤供給装置６から潤滑剤（トラクション油）７を供給しながらローラ１及びローラ５を回転させ、ピッチングの発生によりローラ１に生じた振動でローラ１が停止するまでの回転数を求め、これにより、ローラ１の耐久性を評価した。
得られた結果を表１に併記する。【００４６】
【表２】
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【００４７】
表１に示すように、本発明の範囲に属する実施例１−１〜実施例１−５は、本発明外の比較例１−１と比較して、寿命（回）が長く、優れた耐久性を有することが分かる。【００４８】
図５は、実施例１−１〜実施例１−５及び比較例１−１における皮膜のヤング率と寿命との関係を示すグラフである。
図５に示すように、２３６ＧＰａから大きくすることで寿命が長くなることが分かった。特に、皮膜のヤング率が２５０ＧＰａ以上であると、大幅に寿命が向上することが分かる。【００４９】
図６は、実施例１−１〜実施例１−５及び比較例１−１における皮膜断面空孔率と寿命との関係を示すグラフである。
図６に示すように、空孔率が小さくなるほど寿命が長くなる傾向になっており、特に空孔率が５体積％以下であると、その傾向が強くなっていることが分かる。【００５０】
次に、転動体における等価ヤング率と寿命との関係について確認した。
図７は、実施例１−１及び実施例２−１における皮膜厚さと転動体の等価ヤング率との関係を示すグラフである。
図７に示すように、実施例１−１〜実施例１−５において、５００μｍでの寿命が最も長かった実施例１−１では、等価ヤング率が２８１ＧＰａであった。一方、これに対応する例である皮膜厚さを１００μｍとした実施例２−１では、等価ヤング率が２１９ＧＰａであった。【００５１】
図８は、実施例１−１、実施例２−１及び比較例２−１における転動体の等価ヤング率と寿命との関係を示すグラフである。
図８に示すように、等価ヤング率を超硬合金のヤング率以下である３５０ＧＰａ以下とすることによって、寿命が長くなることが分かる。
また、金属製基材の必要な部分（転動ローラ部分）のみに皮膜を形成することができるので、超硬合金に対して、非常に安価で、高い生産性をもって部品を製作することができるという利点がある。【００５２】
また、実施例１−１の皮膜をＸ線回折分析した結果を図９に示す。
図９から高速フレーム溶射法によって、ＷＣ−Ｃｏ粒子が加熱されたことにより、皮膜成分中に炭化タングステン（ＷＣ、Ｗ２Ｃ）とη相（Ｃｏ３Ｗ３Ｃ）が存在することが分かる（なお、他の例においても同様の分析結果が得られた。）。
このように、炭化タングステンと共にη相を含むため、耐久性が優れているとも考えられる。
なお、硬質粒子は、少なくとも上記説明した金属製基材より高硬度且つ高融点である硬質粒子であれば、本発明の効果を奏することができることは推測できる。【００５３】
本発明の範囲に属する実施例の転動体の製造方法において説明したように、粒径が数μｍ〜数十μｍの溶射材を基材表面に吹き付けることができるので、必要な部分にだけ高い成膜速度で皮膜を形成することができる。
また、本発明の範囲に属する実施例の転動体の製造方法において説明したように、溶射法により大気中で皮膜の形成を行うことができると、大型の転動体の製造に対しても容易に適用することができる。
更に、本発明の範囲に属する実施例の転動体の製造方法において説明したように、高速フレーム溶射によって皮膜の形成を行うと、溶射材における硬質粒子の成分を金属単体や合金中に溶出させ易く、皮膜中にη相を形成させやすくなる。
その結果、皮膜の硬度及び融点が向上し、より耐焼付性が優れた転動体を得ることができる。
更にまた、本発明の範囲に属する実施例の転動体の製造方法において説明したように、硬質粒子と金属材粒子とから造粒した溶射材を用いる場合には、溶射材における組成の自由度が高い。
そして、１．５μｍ以下の微小な一次粒子が得られれば、あらゆる成分の組み合わせが可能になる。【００５４】
以上、本発明を若干の実施形態及び実施例によって説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。
例えば、本発明は、トラクションローラや、圧延ローラ、ガイドローラ、ころ軸受などに適用することもできる。
【符号の説明】
【００５５】
１                    転動体（ローラピッチング試験用ローラ）
２                    基材
４                    皮膜
４ａ                  硬質粒子
４ｂ                  金属材
５                    ローラ
６                    潤滑剤供給装置
７                    潤滑剤
１０                    入力軸
１１                    第１ローラ
１２、２２              皮膜
２０                    出力軸
２１                    第２ローラ
３１、３２、３３、３４  ボールベアリング
３５、３６、３７、３８  ローラベアリング
３９、４１              ベアリングサポート
４０、４２              ボルト
１００                  四輪駆動車両のトランスファ
Ｈ                      ハウジング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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