(57)【要約】【課題】接触応力の大きい用途に用いてもＤＬＣ膜が剥離することなく該ＤＬＣ膜の優れた潤滑特性を長期にわたって確保することができる転がり摺動部材を提供することを目的とするものである。【解決手段】外面に軌道面を有する内側部材と、該内側部材の軌道面に対向する軌道面を有して前記内側部材の外側に配置された外側部材と、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、前記内側部材の軌道面、前記外側部材の軌道面および前記転動体の内の少なくとも一つの母材表面が鋼で形成され、且つ、該母材表面上にダイヤモンドライクカーボン膜が形成された転がり摺動部材であって、前記ダイヤモンドライクカーボン膜は、中間層と炭素層とを備えるとともに、前記ダイヤモンドライクカーボン膜の残留応力が、−３００ＭＰａ〜３００ＭＰａの範囲内になるよう成膜する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外面に軌道面を有する内側部材と、該内側部材の軌道面に対向する軌道面を有して前記内側部材の外側に配置された外側部材と、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、前記内側部材の軌道面、前記外側部材の軌道面および前記転動体の内の少なくとも一つの母材表面が鋼で形成され、且つ、該母材表面上にダイヤモンドライクカーボン膜が形成された転がり摺動部材であって、前記ダイヤモンドライクカーボン膜は、中間層と炭素層とを備えるとともに、前記ダイヤモンドライクカーボン膜の残留応力が、−３００ＭＰａ〜３００ＭＰａの範囲内であることを特徴とする転動装置。
【請求項２】
前記中間層はクロム、シリコンを含有することを特徴とする請求項１記載の転動装置。
【請求項３】
前記ダイヤモンドライクカーボン膜の母材に対する等価弾性定数比が０．６〜１．５であることを特徴とする請求項１乃至２いずれか記載の転動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械用や電子機器などに用いられる転がり軸受全般、真空中で使用される無潤滑軸受、リニアガイド装置やボールねじ装置などの直動案内機械部品に好適な転がり摺動部材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ダイヤモンドライクカーボン（以下、ＤＬＣという。）はダイヤモンドに準ずる硬さを有し、また、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く、その特異な性質から転がり摺動部材の新たな潤滑性材料として注目されている。
【０００３】
従来、磁気素子とハードディスク間の潤滑技術として、ハードディスク表面に数十オングストロームのＤＬＣ膜を形成したものが提案されており、また、磁気テープやハードディスク表面の潤滑技術として、パーフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）を表面に吸着させる技術が提案されている。また、近年、軸受の軌道面等の母材表面にＤＬＣを成膜する技術が提案されている。
【０００４】
例えば、特許文献１においては、金属と炭素の多層膜を形成して接触応力を緩和させる技術として、転がり軸受に適用した例が開示され、また、ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ、イオンビーム形成法、イオン化蒸着法によって軸受にＤＬＣ膜を形成した例が特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５、特許文献６、特許文献７などに開示されている。
【０００５】
ＤＬＣ膜は、従来の固体潤滑膜と異なり、１０ＧＰａ以上の塑性変形硬さを有し、上述したように、摩擦係数も０．２以下で潤滑特性にたいへん優れた物性をもつため、境界潤滑やさらにはオイルやグリースを使用できない無潤滑条件下で用いられる軸受などには有望である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２９４４５７号公報
【特許文献２】特開平９−１４４７６４号公報
【特許文献３】特開２０００−１３６８２８号公報
【特許文献４】特開２０００−２０５２７７号公報
【特許文献５】特開２０００−２０５２７８号公報
【特許文献６】特開２０００−２０５２７９号公報
【特許文献７】特開２０００−２０５２８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、これら特許文献１〜７におけるＤＬＣ膜は内部応力が大きく、弾性係数が高いことから、軸受やギヤなどの接触応力の大きい転がり摺動部材などに適用した場合においては、繰り返し応力の発生によってＤＬＣ膜の破壊が発生する場合があり、十分にその特性を生かすことが難しいという問題があった。
【０００８】
また、鋼などのように母材の等価弾性定数が小さい表面では、膜強度が弱く、ＤＬＣ膜の破壊が起こる場合があった。すなわち、ステンレス鋼や軸受鋼などの金属材料の母材表面にＤＬＣ膜を形成した場合には、母材とＤＬＣ膜との等価弾性定数の違いから応力に対する変形を吸収することが難しい問題を有していた。
【０００９】
本発明はこのような不都合を解消するためになされたものであり、接触応力の大きい用途に用いてもＤＬＣ膜が剥離することなく該ＤＬＣ膜の優れた潤滑特性を長期にわたって確保することができる転がり摺動部材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するための第１の発明は、
外面に軌道面を有する内側部材と、該内側部材の軌道面に対向する軌道面を有して前記内側部材の外側に配置された外側部材と、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、前記内側部材の軌道面、前記外側部材の軌道面および前記転動体の内の少なくとも一つの母材表面が鋼で形成され、且つ、該母材表面上にダイヤモンドライクカーボン膜が形成された転がり摺動部材であって、前記ダイヤモンドライクカーボン膜は、中間層と炭素層とを備えるとともに、前記ダイヤモンドライクカーボン膜の残留応力が、−３００ＭＰａ〜３００ＭＰａの範囲内であることを特徴とする。
【００１１】
また、第２の発明は、前記中間層はクロム、シリコンを含有することを特徴とする。
【００１２】
また、第３の発明は、前記ダイヤモンドライクカーボン膜の母材に対する等価弾性定数比が０．６〜１．５であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ＤＬＣ膜の残留応力を低下させ、潤滑被膜の等価弾性定数が母材の等価弾性定数に近いため、繰返し応力が作用した場合でも潤滑被膜が母材の変形に追従することが可能あり、ＤＬＣ層の残留応力が小さく母材との密着性が良くなる。このため、ＤＬＣ膜が母材から剥離することなく、該ＤＬＣ膜の優れた潤滑特性を長期にわたって確保することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係るＤＬＣ膜の構成を示す図である。
【図２】本発明の耐久性を試験する試験装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明を図１に基づいて説明する。
図１によると、母材３となる金属材料表面に、非平衡型マグネトロンスパッタリング法によってＳｉ、Ｃｒを含有する中間層４を形成する。
その後、中間層４同様に非平衡型マグネトロンスパッタリング法にて炭素層５を膜厚１μｍ以下となるよう成膜して炭素層５、中間層４よりなるＤＬＣ膜６を形成させる。
炭素層５を母材の変形に追従しやすくするため、炭素層膜厚を１μm以下となるように成膜することが望ましい。
【００１６】
非平衡型マグネトロンスパッタリング法は、成膜時にはバイアス電圧が掛かり、雰囲気中の温度が上がりＤＬＣ膜の残留応力が上がる傾向がある。しかしながら、冷却装置等により温度を下げ成膜することでＤＬＣ膜の残留応力が下がり、より強度の高い膜を作ることが出来る。非平衡型マグネトロンスパッタリング法は、その他プラズマＣＶＤ法、イオン化蒸着法に比べ、物性や水素含有量などのパラメータを細かくコントロールすることも可能であり好適である。
【００１７】
[耐久試験]
図２は基発明の耐久試験機の概念図である。図２に示す様に一対のモータ１３、２３の各出力軸１４、２４にトルク計１２、２２を介して各々試験体１、２を接続した。２つの試験体１、２（軸受鋼）間に転がり滑り運動を与えＤＬＣ膜の耐久試験を行った。試験体の寸法は、内径４０ｍｍ、外径８０ｍｍ、軸方向長さ１６ｍｍであり、試験体１の表面に以下の試験条件で耐久試験を行い、試験体間に働くトルクが一定値を超えるまでの時間を評価した。
試験体は、ＤＬＣ膜形成手段の非平衡型マグネトロンスパッタリング法において、成膜時間や温度、ターゲット距離を異ならせ、ＤＬＣ膜の等価弾性定数値及び残留応力を種々異ならせたものを用意し、これを実施例と比較例とした。
金属母材に対し何ら表面処理を施していない比較例1の寿命時間を1として、その他実施例、比較例の寿命比を算出した。また、ＤＬＣ膜の等価弾性定数は金属母材の２０８ＧＰａを１とし、等価弾性定数比として表した。
【００１８】
[耐久試験条件]
試験体１（駆動側）の回転速度：１５００ｍｉｎ−１
試験体２（従動側）の回転速度：１１５０ｍｉｎ−１
試験体１と試験体２とのすべり率：２７％
滑り速度：１．５ｍ／ｓ
最大面圧：２．５ＧＰａ
潤滑油：ＶＧ１０相当鉱油
上記条件によりＤＬＣ膜の滑り摩擦耐久試験を行った。
表１はＤＬＣ膜の耐久試験の結果である。
【００１９】
比較例１は母材表面が未処理であり、金属接触が容易に起こってしまった。そのため、短時間でトルクが上昇している。また，比較例２〜４は，被膜が残存している間は金属接触が起こらないが、母材との密着性が不十分であるため、被膜が早期に剥離しトルクが上昇している。
一方、実施例１及び２は被膜の残留応力が小さく、等価弾性定数も母材の２０８ＧＰａに近いため低い等価弾性定数比を示しており、寿命比が向上して耐久性が優れる結果となった。また、スパッタリングにより成膜されたＳｉは特定の結晶構造を持たない（アモルファス構造）ため、成膜条件によってその等価弾性定数及び残留応力を制御することが容易である。
【００２０】
この結果から、ＤＬＣ膜の残留応力を低く抑えつつ、母材の等価弾性定数に近くなるようにＤＬＣ膜の等価弾性定数を形成することで、ＤＬＣ膜が剥離、破壊することなく該ＤＬＣ膜の優れた潤滑特性を長期にわたって確保することができる転がり軸受が実現可能となる。
【００２１】
【表１】
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【符号の説明】
【００２２】
１、２    試験体
３    母材
４    中間層
５    炭素層
６    ＤＬＣ膜
１３、２３    モータ
１２、２２    トルク計
１４，２４    出力軸
【図１】
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【図２】
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