(57)【要約】【課題】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な転がり部材及び転動装置を提供する。【解決手段】スラスト玉軸受の内輪１，外輪２と玉３との接触面においては、内輪１，外輪２，玉３の母材に、等価弾性定数が１００〜２８０ＧＰａで厚さが１μｍ以上３μｍ以下のＤＬＣ層Ｄが被覆されている。ＤＬＣ層Ｄは、炭素からなるカーボン層Ｃと、タングステン及び炭素からなる複合カーボン層ＦＣと、タングステンからなる第一金属層Ｍ１と、タングステン及びクロムからなる複合金属層ＦＭと、クロムからなる第二金属層Ｍ２と、で構成され、これら５層はＤＬＣ層Ｄの表面側から上記の順に配されている。【選択図】図１
2008111462.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素を０．５質量％以上１．２質量％以下、ケイ素を０．５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るとともに、相手部材との間で相対的な転がり接触又はすべり接触が生じる転がり部材において、下記の５つの条件を満足することを特徴とする転がり部材。
条件１：前記相手部材との接触面においては、鋼製の母材に潤滑性を有するダイヤモンドライクカーボン層が被覆されている。
条件２：前記ダイヤモンドライクカーボン層は、炭素からなるカーボン層と、タングステン，シリコン，チタン，モリブデン，ジルコニウムのうちの１種の金属及び炭素からなる複合カーボン層と、タングステン，シリコン，チタン，モリブデン，ジルコニウムのうちの１種の金属からなる第一金属層と、タングステン，シリコン，チタン，モリブデン，ジルコニウムのうちの１種の金属及びクロムからなる複合金属層と、クロムからなる第二金属層と、の５層で構成されている。
条件３：前記５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，前記複合カーボン層，前記第一金属層，前記複合金属層，前記第二金属層の順に配されている。
条件４：前記ダイヤモンドライクカーボン層の厚さは、１μｍ以上３μｍ以下である。
条件５：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２８０ＧＰａ以下である。
【請求項２】
前記複合カーボン層中の炭素の割合が、前記第一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ことを特徴とする請求項１に記載の転がり部材。
【請求項３】
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又は請求項２に記載の転がり部材。
【請求項４】
外面に軌道面を有する内方部材と、該内方部材の軌道面に対向する軌道面を内面に有して前記内方部材の外側に配置された外方部材と、前記両軌道面間に転動自在に配置された転動体と、を備える転動装置において、前記内方部材，前記外方部材，及び前記転動体のうち少なくとも１つを、請求項１〜３のいずれか一項に記載の転がり部材としたことを特徴とする転動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、潤滑性に優れる転がり部材及び該転がり部材で構成された転動装置に係り、特に、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な転がり部材及び転動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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）。
【特許文献１】国際公開ＷＯ９９／１４５１２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２０００−２０５２７９号公報
【特許文献６】特開２０００−２０５２８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【０００６】
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。
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、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な転がり部材を提供することを課題とする。また、このような転がり部材を備える、潤滑性に優れた転動装置を提供することを併せて課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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の転がり部材は、炭素を０．５質量％以上１．２質量％以下、ケイ素を０．５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るとともに、相手部材との間で相対的な転がり接触又はすべり接触が生じる転がり部材において、下記の５つの条件を満足することを特徴とする。
【０００８】
条件１：前記相手部材との接触面においては、鋼製の母材に潤滑性を有するダイヤモンドライクカーボン層が被覆されている。
条件２：前記ダイヤモンドライクカーボン層は、炭素からなるカーボン層と、タングステン，シリコン，チタン，モリブデン，ジルコニウムのうちの１種の金属及び炭素からなる複合カーボン層と、タングステン，シリコン，チタン，モリブデン，ジルコニウムのうちの１種の金属からなる第一金属層と、タングステン，シリコン，チタン，モリブデン，ジルコニウムのうちの１種の金属及びクロムからなる複合金属層と、クロムからなる第二金属層と、の５層で構成されている。
【０００９】
条件３：前記５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，前記複合カーボン層，前記第一金属層，前記複合金属層，前記第二金属層の順に配されている。
条件４：前記ダイヤモンドライクカーボン層の厚さは、１μｍ以上３μｍ以下である。
条件５：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２８０ＧＰａ以下である。
【００１０】
このような転がり部材は、母材である鋼と前記カーボン層との間に前記複合カーボン層，前記第一金属層，前記複合金属層，及び前記第二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。また、ＤＬＣ層を構成する前記５層同士の密着性も優れている。
【００１１】
さらに、厚さを１μｍ以上３μｍ以下とすれば、ＤＬＣ層は摩耗に強く、繰り返し応力が負荷された場合にも弾性変形しやすく、且つ密着性も優れている。厚さが１μｍ未満であると、摩耗が生じた際にＤＬＣ層の性能低下が早期に起きるおそれがある。一方、３μｍ超過であるとＤＬＣ層が撓みにくいために、高面圧が負荷された場合に剥離が生じるおそれがある。
【００１２】
さらに、ＤＬＣ層の等価弾性定数を１００ＧＰａ以上２８０ＧＰａ以下とすれば、母材である鋼よりも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２８０ＧＰａ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。
【００１３】
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１μｍ以下である場合は、押し込み荷重を０．４〜２０ｍＮ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２０ｍＮとして測定した等価弾性定数を用いる。
【００１４】
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。
【００１５】
また、本発明に係る請求項２の転がり部材は、請求項１に記載の転がり部材において、前記複合カーボン層中の炭素の割合が、前記第一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ことを特徴とする。
このような構成であれば、ＤＬＣ層と母材である鋼との密着性がより優れているので、ＤＬＣ層の剥離がより生じにくい。
【００１６】
さらに、本発明に係る請求項３の転がり部材は、請求項１又は請求項２に記載の転がり部材において、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。
【００１７】
以上のように、本発明の転がり部材は、大きな接触応力が作用しても破損しにくい潤滑膜（ＤＬＣ層）を備えているので、大きな接触応力が作用する装置（例えば、工作機械主軸用転がり軸受等のような転動装置）を構成する部材等に好適に適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。例えば、真空下で使用される無潤滑軸受を構成する部材等に好適に適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。
【００１８】
さらに、本発明に係る請求項４の転動装置は、外面に軌道面を有する内方部材と、該内方部材の軌道面に対向する軌道面を内面に有して前記内方部材の外側に配置された外方部材と、前記両軌道面間に転動自在に配置された転動体と、を備える転動装置において、前記内方部材，前記外方部材，及び前記転動体のうち少なくとも１つを、請求項１〜３のいずれか一項に記載の転がり部材としたことを特徴とする。
【００１９】
このような構成であれば、転動装置を構成する転がり部材のＤＬＣ層は大きな接触応力が作用しても破損しにくいので、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使用されても長寿命である。
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。
【００２０】
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。
【００２１】
ここで、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軌道輪等の転がり部材は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。
【００２２】
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０．５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。
【００２３】
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０．５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。
【００２４】
〔炭素の含有量について〕
転がり軸受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、転がり軸受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。
【００２５】
〔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。
【００２６】
〔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。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の転がり部材及び転動装置は、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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明に係る転がり部材及び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スラスト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のスラスト玉軸受は、軌道面１ａを有する内輪１と、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、を備えている。
【００２９】
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０．５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。
さらに、内輪１，外輪２と玉３とは相互に転がり接触又はすべり接触し、内輪１の軌道面１ａ，外輪２の軌道面２ａ，及び玉３の転動面３ａがその接触面に相当する。これらの接触面においては、内輪１，外輪２，玉３の母材に、潤滑性を有し且つ等価弾性定数が１００ＧＰａ以上２８０ＧＰａ以下であるダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）層Ｄが被覆されている。
【００３０】
そして、このＤＬＣ層Ｄは、図２に示すように、炭素からなるカーボン層Ｃと、タングステン（Ｗ），シリコン（Ｓｉ），チタン（Ｔｉ），モリブデン（Ｍｏ），ジルコニウム（Ｚｒ）のうちの１種の金属及び炭素からなる複合カーボン層ＦＣと、タングステン，シリコン，チタン，モリブデン，ジルコニウムのうちの１種の金属からなる第一金属層Ｍ１と、タングステン，シリコン，チタン，モリブデン，ジルコニウムのうちの１種の金属及びクロムからなる複合金属層ＦＭと、クロムからなる第二金属層Ｍ２と、の５層で構成されていて、該５層はＤＬＣ層Ｄの表面側からカーボン層Ｃ，複合カーボン層ＦＣ，第一金属層Ｍ１，複合金属層ＦＭ，第二金属層Ｍ２の順に配されている。さらに、ＤＬＣ層Ｄの厚さは、１μｍ以上３μｍ以下である。
【００３１】
次に、ＤＬＣ層Ｄを形成する方法について、外輪２を例に説明する。なお、ＤＬＣ層Ｄは、外輪２のみならず、内輪１，玉３や保持器４に形成しても差し支えない。
まず、油分を脱脂した外輪２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、軌道面２ａにボンバード処理を１５分間施した。
【００３２】
そして、クロムをターゲットとして、母材の表面のうち軌道面２ａとなる部分にクロムをスパッタリングして成膜し、クロムからなる第二金属層Ｍ２を形成した。次に、クロムのスパッタリングを続けながら、タングステン，シリコン，チタン，モリブデン，ジルコニウムのうちの１種の金属（以降は、タングステンを使用した場合を例にして説明する）をターゲットとしたスパッタリングを開始した。
【００３３】
このようなスパッタリングによって、タングステン及びクロムからなる複合金属層ＦＭを第二金属層Ｍ２の上に形成した。このスパッタリングの際には、クロムのスパッタ効率を徐々に減少させながら、タングステンのスパッタ効率を徐々に増加させた。そして、クロムのスパッタリングを終了し、タングステンのスパッタリングのみとして、複合金属層ＦＭの上にタングステンからなる第一金属層Ｍ１を形成した。
【００３４】
次に、タングステン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、タングステンと炭素とが結合した金属カーバイドからなる複合カーボン層ＦＣを、第一金属層Ｍ１の上に形成した。さらに、タングステン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、タングステン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、複合カーボン層ＦＣ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）。
【００３５】
なお、上記の説明においては、複合金属層ＦＭ，第一金属層Ｍ１，複合カーボン層ＦＣを構成する金属としてタングステンを使用した例を示したが、シリコン，チタン，モリブデン，又はジルコニウムを使用してもよいことは勿論である。また、複合金属層ＦＭ，第一金属層Ｍ１，複合カーボン層ＦＣに全て同種の金属を使用する必要はなく、これらの層のうち１層に別の金属を使用してもよいし、３層にそれぞれ異なる金属を使用してもよい。
【００３６】
このようなスパッタリングにより成膜を行えば、第二金属層Ｍ２からカーボン層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（第二金属層Ｍ２，複合金属層ＦＭ，第一金属層Ｍ１，複合カーボン層ＦＣ，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。
【００３７】
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、上記の場合の複合カーボン層ＦＣ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、外輪２には負のバイアス電圧を印加する）。
【００３８】
ＤＬＣ層Ｄの等価弾性定数は、外輪２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Ｄ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Ｄ及び各層（第二金属層Ｍ２，複合金属層ＦＭ，第一金属層Ｍ１，複合カーボン層ＦＣ，及びカーボン層Ｃ）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。
【００３９】
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。図３のチャートは、複合金属層ＦＭ，第一金属層Ｍ１を構成する金属としてタングステンを使用し、複合カーボン層ＦＣを構成する金属としてシリコンを使用したＤＬＣ層Ｄのチャートである。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。
【００４０】
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。
【００４１】
また、本実施形態においては、スラスト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，アンギュラ玉軸受，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。
【００４２】
〔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。上記のようなスラスト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を種々変更した試験軸受を用意して（表１を参照）、軸受の寿命を評価する耐久試験を行った。
【００４３】
【表１】
2008111462.tif 000003
【００４４】
なお、鋼を各部材の形状に成形した後に、８２０〜８６０℃での焼入れ（加熱はＲＸガス中で行い、冷却は油冷である）と１６０〜３２０℃での焼戻しが施してある。このようなずぶ焼入れに限らず、浸炭処理や浸炭窒化処理を施してもよい。
また、ＤＬＣ層は内輪及び外輪の軌道面のみに形成し、玉の転動面には形成しなかった。さらに、ＤＬＣ層の厚さは２．２μｍである。さらに、スラスト玉軸受の内輪及び外輪の寸法は内径２５ｍｍ、外径５２ｍｍ、厚さ１８ｍｍで、内輪及び外輪の軌道面の横断面形状は、玉の直径の５４％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数は６個であり、保持器は黄銅製である。
【００４５】
耐久試験の条件は、以下の通りである。
回転速度：３０００ｍｉｎ-1
荷重    ：動定格荷重の４５％（Ｐ／Ｃ＝０．４５）
周辺温度：室温（約２８℃）
軸受温度：外輪（下側の軌道輪）の外径部分で１００〜１１０℃
潤滑油  ：４０℃における動粘度が３２ｍｍ2 ／ｓのもの
【００４６】
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、ＤＬＣ層の損傷は、以下のようにして判定した。振動数が初期の２倍になったら回転を中断し、ＤＬＣ層の走行跡に金属光沢が見られるか実体顕微鏡で確認した。金属光沢が見られ、なおかつ電子線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）を用いた分析により母材の成分（鉄）が検出された場合には、ＤＬＣ層に損傷があると判定した。また、前記軸受温度が１５０℃になった場合に、焼付きが生じたと判定した。
【００４７】
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及び図４のグラフに示す。なお、表１及び図４のグラフ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。グラフから分かるように、実施例の軸受は、母材である鋼が０．５質量％以上１．５質量％以下のケイ素を含有しているので、鋼中のケイ素の含有量が前記範囲を外れている比較例の軸受よりも寿命が優れていた。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明に係る転動装置の一実施形態であるスラスト玉軸受の構成を示す縦断面図である。
【図２】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３】ＤＬＣ層を形成する元素を分析した測定チャートである。
【図４】鋼中のケイ素の含有量と軸受の寿命との相関を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４９】
１      内輪
１ａ    軌道面
２      外輪
２ａ    軌道面
３      玉
３ａ    転動面
Ｃ      カーボン層
Ｄ      ダイヤモンドライクカーボン層
ＦＣ    複合カーボン層
ＦＭ    複合金属層
Ｍ１    第一金属層
Ｍ２    第二金属層
【図１】
2008111462.tif 000004
【図２】
2008111462.tif 000005
【図３】
2008111462.tif 000006
【図４】
2008111462.tif 000007