(57)【要約】【課題】  軌道輪ところとの接触部位におけるフレッチング磨耗を低減することができ、よってフレッチング磨耗に起因する軸受寿命の低下を防止することができる圧延機の増速機ギアーインナー用ころ軸受を提供する。【解決手段】  本発明の圧延機の増速機ギアーインナー用ころ軸受１は、互いに対向する第１，第２の軌道輪２，３と、これら２つの軌道輪２，３の間に転動自在に設けられたころ４と、を備え、接触部位がオイル潤滑されている。前記２つの軌道輪２，３と前記ころ４とが接触する部分のうち、前記２つの軌道輪２，３の少なくとも一方の軌道面６（１０）と、当該第１の軌道輪２の鍔面のうち荷重の負荷が大きい鍔面７ａとに、ダイヤモンドライクカーボン層を最表面に有する保護膜１１が形成されている。【選択図】      図１
2007100878.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向する第１，第２の軌道輪と、これら２つの軌道輪の間に転動自在に設けられたころと、を備え、
前記第１の軌道輪は、軌道面とその軸方向両端に鍔部を有し、この軌道面と鍔部内側の鍔面とで前記ころと接触し、前記第２の軌道輪は少なくとも軌道面を有し、この軌道面で前記ころと接触しており、上記各接触部位がオイル潤滑されている圧延機の増速機ギアーインナー用ころ軸受であって、
前記２つの軌道輪と前記ころとが接触する部分のうち、前記２つの軌道輪の少なくとも一方の軌道面と、当該第１の軌道輪の鍔面のうち荷重の負荷が大きい鍔面とに、ダイヤモンドライクカーボン層を最表面に有する保護膜が形成されていることを特徴とする圧延機の増速機ギアーインナー用ころ軸受。
【請求項２】
前記保護膜が、クロム層、クロム−炭化タングステン傾斜層、ダイヤモンドライクカーボン層の順に積層された保護膜である請求項１に記載の圧延機の増速機ギアーインナー用ころ軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧延機の増速機ギアーインナー用ころ軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧延機には、駆動モータの回転を増速して圧延ロールに伝達する増速機が設けられている。この増速機には、図４に示すようにクラッチ軸３２を第一クラッチギア３３又は第二クラッチギア３４に選択的に係合可能としたクラッチ機構３１が設けられている。このクラッチ機構３１は、軸方向で対向している第一クラッチギア３３と第二クラッチギア３４との間のクラッチ軸３２上にクラッチ３５を備え、当該クラッチ３５の外周面には軸方向に案内されて摺動するクラッチカップリング３６が設けられている。また、当該クラッチカップリング３６の軸方向両端には噛合部３６ａ，３６ｂがあり、一方の噛合部３６ａは第一クラッチギアの被噛合部３３ａに、他方の噛合部３６ｂは第二クラッチギアの被噛合部３４ａにそれぞれ係脱自在とされている。
【０００３】
そして、第一クラッチギア３３及び第二クラッチギア３４とクラッチ軸３２との間には、ギアーインナー用ころ軸受３７がそれぞれ２つずつ設けられている。ギアーインナー用ころ軸受３７は、それぞれクラッチ軸３２に一体回転可能に取り付けられた内輪３８と、クラッチギア３３（３４）に固定された外輪３９と、これら内外輪３８，３９間に転動自在に設けられたころ４０とを備えるテーパローラ軸受で構成されている。図５に示すように、内輪３８は、軌道面３８ａとその軸方向両端に鍔部４１，４２を有し、この軌道面３８ａと鍔部内側の鍔面４１ａ，４２ａとでころ４０と接触し、外輪３９は軌道面３９ａでころ４０と接触している。上記内輪３８及び外輪３９は、軸受用鋼により構成されており、内外輪３８，３９ところ４０との間の転がり接触部は、オイル等により潤滑されている。
【０００４】
第一クラッチギア３３とクラッチ軸３２との間に設けられたギアーインナー用ころ軸受３７は、クラッチ接続時（クラッチカップリング３６の噛合部３６ａと第一クラッチギア３３の被噛合部３３ａとが噛合し（図４参照）、クラッチ軸３２とクラッチ３５と第一クラッチギア３３とが同期回転する状態）には、内外輪３８，３９の相対回転数がゼロの状態でギアの伝達トルクによる荷重を受けながら回転する（図６参照）一方、クラッチ開放時（クラッチカップリング３６の噛合部３６ｂと第二クラッチギア３４の被噛合部３４ａとを噛合させ、クラッチ軸３２と第一クラッチギア３３とが噛合っていない状態）には、内外輪３８，３９はギアの伝達トルクによる荷重が無負荷の状態で高速回転する。
また、第一クラッチギアは上記と同様の構成で、第二クラッチギアが、上記クラッチ軸とは同軸かつ別体の軸に形成され、クラッチカップリングの噛合部と第二クラッチギアの被噛合部とが係脱自在とされているものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第２８１５２４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような圧延機の増速機のクラッチ機構においては、クラッチを接続した状態で長時間運転することから、内輪３８及び外輪３９の軌道面３８ａ，３９ａ、及び内輪３８の大鍔部４１の内側の面４１ａにフレッチング磨耗が発生することがあった。詳細にいえば、長時間にわたってころ軸受３７がラジアル荷重、振動等を受けながら内外輪３８，３９の相対回転数がゼロの状態で回転することにより、ころ４０が一回転ごとに弾性変形して油膜がせん断され、ころ４０と内外輪３８，３９とが繰り返し金属接触するため、内外輪３８，３９の軌道面３８ａ，３９ａにフレッチング磨耗が発生した。さらに、ギアの噛合いによってアキシャル荷重が発生する内輪３８の大鍔部４１の内側の面４１ａにもフレッチング磨耗が発生することがあった。このフレッチング磨耗は、従来の軸受用鋼製軸受だけでなく、硬度の高い浸炭鋼製軸受においても生じ、軸受寿命の低下を招くという問題があった。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、軌道輪ところとの接触部位におけるフレッチング磨耗を低減することができ、よってフレッチング磨耗に起因する軸受寿命の低下を防止することができる圧延機の増速機ギアーインナー用ころ軸受を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は上記目的を達成するために次の技術的手段を講じた。
本発明の圧延機の増速機ギアーインナー用ころ軸受は、互いに対向する第１，第２の軌道輪と、これら２つの軌道輪の間に転動自在に設けられたころと、を備え、
前記第１の軌道輪は、軌道面とその軸方向両端に鍔部を有し、この軌道面と鍔部内側の鍔面とで前記ころと接触し、前記第２の軌道輪は少なくとも軌道面を有し、この軌道面で前記ころと接触しており、上記各接触部位がオイル潤滑されている圧延機の増速機ギアーインナー用ころ軸受であって、
前記２つの軌道輪と前記ころとが接触する部分のうち、前記２つの軌道輪の少なくとも一方の軌道面と、当該第１の軌道輪の鍔面のうち荷重の負荷が大きい鍔面とに、ダイヤモンドライクカーボン層を最表面に有する保護膜が形成されていることを特徴としている。
この構成によれば、軌道輪に形成された保護膜のダイヤモンドライクカーボン層がころと接触するのでフレッチング磨耗を抑制することができ、よってフレッチング磨耗に起因する軸受寿命の低下を防止することができる。
【０００８】
前記保護膜は、クロム層、クロム−炭化タングステン傾斜層、ダイヤモンドライクカーボン層の順に積層された保護膜であってもよい。この場合、ダイヤモンドライクカーボン層をクロム層、クロム−炭化タングステン傾斜層の上に積層することにより、ダイヤモンドライクカーボン層の付着強度が向上し、密着性が良好な保護膜が得られる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、軌道輪ところとの接触部位におけるフレッチング磨耗を抑制することができ、よってフレッチング磨耗に起因する軸受寿命の低下を防止することができる圧延機の増速機ギアーインナー用ころ軸受を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の実施形態を説明する。図１は本発明の実施の一形態に係る圧延機の増速機ギアーインナー用ころ軸受（以下単に「軸受」ともいう）を示す縦断面図である。この軸受１はテーパローラ軸受からなり、クラッチ軸１２に一体回転可能に取り付けられた第１の軌道輪としての内輪２と、クラッチギア１３に固定された第２の軌道輪としての外輪３と、内輪２と外輪３との間に転動自在に設けられた転動体とを備えている。転動体は複数個の円すいころ４からなり、円すいころ軸受を構成している。そして、この軸受１は、内輪２ところ４、外輪３ところ４との間に潤滑剤（オイル）を介在させて回転の際の摩擦トルクを小さくさせることができるオイル潤滑式のものである。ころ４は保持器５により保持されている。
【００１１】
内輪２は、その外周面にテーパ状の軌道面６が形成されており、軌道面６の軸方向の両端部に大鍔部７と小鍔部８とが形成されている。そして、ころ４の直径が大きい側である大端面９が大鍔部７に接触して、ころ４の転走が案内されている。具体的には内輪２の外周側において、ころ４の外周面と接触する軌道面６と、軌道面６の一端部側から径方向外方に突出する大鍔部７の内側当接面（内輪大鍔面）７ａと、軌道面６の他端部側から径方向外方に突出する小鍔部８の内側当接面（内輪小鍔面）８ａとにより周溝が形成されており、大鍔部７の内側当接面７ａがころ４の大端面９の周縁部に接触している。
【００１２】
外輪３は、内輪２の径方向外方に設けられており、その内周面にころ４の外周面と接触する軌道面１０が形成されている。
なお、上記内輪２及び外輪３は、後述する保護膜形成処理を施すことによって軸受が変形するのを防止するために軸受用鋼（ＳＵＪ２）を高温焼き戻ししたもの（ＨＲＣ５８）を使用している。
【００１３】
そして、内外輪２，３の軌道面６，１０及び荷重の負荷が内輪小鍔面８ａよりも大きい内輪大鍔面７ａには、図２に示すようにクロム（以下、Ｃｒという）層１２、クロム−炭化タングステン（以下、Ｃｒ−ＷＣという）傾斜層１３、ダイヤモンドライクカーボン（以下、ＤＬＣという）層１４の順に積層された保護膜１１が形成されている。
【００１４】
軌道面６，１０及び内輪大鍔面７ａに形成されたＣｒ層１２によって基材と保護膜１１との密着性が得られ、Ｃｒ層１２の表面に形成されたＣｒ−ＷＣ傾斜層１３によって保護膜１１の皮膜弾性が得られ、Ｃｒ−ＷＣ傾斜層１３の表面に形成されたＤＬＣ層１４によって保護膜１１の耐摩耗性、摺動性が得られる。ＤＬＣ層１４は、Ｃｒ−ＷＣ傾斜層１３の表面に被覆させることで、軌道面６，１０及び内輪大鍔面７ａに直接被覆させるよりも付着強度が飛躍的に向上することとなる。そして、内外輪２，３ところ４との接触部位にＤＬＣ層１４を形成することにより、内外輪２，３ところ４との転動、摺動時の摩擦係数が低減でき、それにより耐摩耗性が向上されてフレッチング磨耗が発生するのを抑制する。
【００１５】
上記保護膜１１は、例えば、物理蒸着（ＰＶＤ）法の一例であるスパッタリング法により、図３に模式的に示されたスパッタ装置２０によって形成される。図３中、２１はＣｒからなるターゲットであり、２２は背面にマグネット２３が配置されたＷＣからなるターゲットであり、２（３）は基板ホルダー２４に支持された内輪又は外輪であり、２５は不活性ガスとしてのアルゴン（Ａｒ）ガス、及び不活性ガスとしてのアセチレン（Ｃ２Ｈ２）ガスをターゲット間に向けて供給する供給管であり、これらは図示しない真空容器内に収められている。
【００１６】
なお、このスパッタ装置２０は、Ｃｒターゲットが取り付けられたマグネトロンスパッタ装置と、ＷＣターゲットが取り付けられたアンバランスマグネトロンスパッタ装置とのハイブリッドスパッタ装置であり、印加電圧の出力バランスによって、Ｃｒターゲットのみをスパッタすることも、ＷＣターゲットのみをスパッタすることも、両者をスパッタすることも可能である。
【００１７】
このスパッタ装置２０による保護膜１１の形成方法は、以下の通りである。まず、真空容器内を排気して約３．７５×１０−５Ｔｏｒｒの真空雰囲気を得、次に、真空容器内を約２００℃に加熱し、その後、ターゲット間にアルゴンガスを封入してアルゴンプラズマを得る。
【００１８】
これらの準備段階を経て、スパッタ処理を行う。第１の工程では、Ｃｒターゲットのみをスパッタして軌道面６，１０及び内輪大鍔面７ａにＣｒ層１２を形成する。
Ｃｒ層１２がある程度の膜厚で形成されたならば、第２の工程では、Ｃｒターゲットの印加電圧の出力を次第に弱めるとともに、ＷＣターゲットの印加電圧の出力を次第に高めることにより、Ｃｒ層１２の表面にＣｒ−ＷＣ傾斜層１３を形成する。
Ｃｒ−ＷＣ傾斜層１３がある程度の膜厚で形成されたならば、第３の工程では、アセチレンガスを封入するとともに、Ｃｒターゲットのスパッタを止め、ＷＣターゲットのみをスパッタして、Ｃｒ−ＷＣ傾斜層１３の表面にＤＬＣ層１４を形成する。
【００１９】
以上の方法により、金属基材の表面に形成されたＣｒ層１２と、当該Ｃｒ層１２の表面に形成されたＣｒ−ＷＣ傾斜層１３と、当該Ｃｒ−ＷＣ傾斜層１３の表面に形成されたＤＬＣ層１４とからなる保護膜１１が得られる。
かかる方法によれば、スパッタ処理の第１の工程から第２の工程にかけて連続に処理することで、Ｃｒ層１２とＣｒ−ＷＣ傾斜層１３との接合面には境界ができない。そして、Ｃｒ−ＷＣ傾斜層１３は、Ｃｒ層１２との接合面からＤＬＣ層１４との接合面に近づくにつれてＣｒの全体に占める割合が減少する傾斜層になっており、Ｃｒ層１２との接合面におけるＣｒ含有量が１００重量％で、ＤＬＣ層１４との接合面におけるＣｒ含有量が０重量％となっている。かかる両接合面間におけるＣｒ含有量の変化は、一次的であっても、二次的であっても、その他の態様であってもよい。
【００２０】
また、第３の工程においては、ＷＣターゲットをスパッタするものであるため、ＤＬＣ層１４にはＷ又はＷＣが含有されている。Ｗの含有量は、例えば、約１０〜２５重量％であるが、この不純物の混入によって、純粋なＤＬＣよりも硬度が低くなり、且つ摩擦抵抗が低減する。
第１〜第３の工程における処理時間を適宜設定して、例えば、Ｃｒ層１２の膜厚を約０．１〜０．４μｍ、Ｃｒ−ＷＣ傾斜層１３の膜厚を約０．２〜０．６μｍ、ＤＬＣ層１４の膜厚を約１．５〜２．５μｍとする。ＤＬＣ層１４の硬さはビッカース硬度１０００〜２０００（Ｈｖ）程度である。
【００２１】
このように、内外輪２，３の軌道面６，１０及び内輪大鍔面７ａにＣｒ層１２、Ｃｒ−ＷＣ傾斜層１３、ＤＬＣ層１４の順に積層された保護膜１１が形成された圧延機の増速機ギアーインナー用ころ軸受１は、内外輪２，３の相対回転数がゼロの状態でギアの伝達トルクによる荷重を受けながら回転しても、ＤＬＣ層１４がころ４と接触しているのでフレッチング磨耗を抑制することができ、よってフレッチング磨耗に起因する軸受寿命の低下を防止することができる。
【００２２】
なお、保護膜１１の形成方法及び装置は上記の態様に限定されるものではなく、化学蒸着（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も形成することができる。
また、ここではマスキングを施すことにより軌道面６，１０及び内輪大鍔面７ａだけに保護膜１１を形成したが、内輪小鍔面８ａを含む内輪２の周溝全体に形成してもよいし、内外輪２，３の全表面に形成してもよい。さらに、ころ４の表面に保護膜１１を形成することもできる。なお、本実施の形態においては、内輪軌道面６、外輪軌道面１０の両方に保護膜１１を形成しているが、保護膜１１はその少なくとも一方に形成されていればよい。
さらに、本実施の形態においては、第１の軌道輪を軌道面６とその軸方向両端に鍔部７，８を有する内輪２とし、第２の軌道輪を軌道面１０のみを有する外輪３として説明しているが、その逆の構成、すなわち第１の軌道輪が軌道面とその軸方向両端に鍔部を有する外輪であって、第２の軌道輪が軌道面のみを有する内輪である場合にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の一形態に係る圧延機の増速機ギアーインナー用ころ軸受を示す縦断面図である。
【図２】図１の保護膜を示す拡大縦断面図である。
【図３】保護膜を形成するスパッタ装置の概略構成図である。
【図４】従来の圧延機の増速機のクラッチ機構を示す断面図である。
【図５】図４の増速機ギアーインナー用ころ軸受の拡大断面図である。
【図６】図４のＶ−Ｖ断面図である。
【符号の説明】
【００２４】
１    圧延機の増速機ギアーインナー用ころ軸受
２    内輪
３    外輪
４    ころ
６    内輪軌道面
７    大鍔部
７ａ  内輪大鍔面
８    小鍔部
１０  外輪軌道面
１１  保護膜
【図１】
2007100878.tif 000003
【図２】
2007100878.tif 000004
【図３】
2007100878.tif 000005
【図４】
2007100878.tif 000006
【図５】
2007100878.tif 000007
【図６】
2007100878.tif 000008