(57)【要約】【課題】スミアリング等を抑えて耐久性により優れた自動調心ころ軸受、特に製紙機械用として好適な自動調心ころ軸受を提供する。【解決手段】ＣとＳｉとＨとを含み、かつ、Ｓｉ含有量が１〜１７原子％であるＳｉ含有ＤＬＣ被膜を最表層とする多層膜を、ころ転動面に成膜してなるころを具備する自動調心ころ軸受。【選択図】図１
2017020556.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣとＳｉとＨとを含み、かつ、Ｓｉ含有量が１〜１７原子％であるＳｉ含有ＤＬＣ被膜を最表層とする多層膜を、ころ転動面に成膜してなるころを具備することを特徴とする自動調心ころ軸受。
【請求項２】
前記最表層が、Ｃ濃度が表面に近いほど高くなる傾斜組成を有することを特徴とする請求項１記載の自動調心ころ軸受。
【請求項３】
製紙機械用であることを特徴とする請求項１または２記載の自動調心ころ軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動調心ころ軸受に関し、特にスミアリング（微小焼付き）等の発生を抑えて耐久性を向上させた、特に製紙機械用として好適な自動調心ころ軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
抄造工程の製紙機械で使用されるロールには、自動調心ころ軸受が広く採用されている。この製紙機械用自動調心ころ軸受では、高温、高速、軽〜高荷重になり、更には水が軸受内部に侵入するなど、厳しい条件で使用されるため、軸受損傷を起こしやすい。摩耗やスミアリング、はく離、割れ等が主な損傷であるが、摩耗やスミアリングは軽度の損傷であるものの、そのまま放置すると軸受機能を著しく低下させるはく離や割れに至ることがある。
【０００３】
このような問題に対し本出願人は、特許文献１において、ころ転動面に、Ｓｉ、Ｇｅ及びＴｅの少なくとも一つからなる非晶質の中間層を介して、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）被膜を成膜することを提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１５３６７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、更なる耐久性への要求は強く、本発明ではスミアリング等を抑えて耐久性により優れた自動調心ころ軸受、特に製紙機械用として好適な自動調心ころ軸受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】
【０００６】
本発明者は、特許文献１のＤＬＣ被膜について検討したところ、負荷される垂直荷重やせん断に対しては高強度であるものの、被膜が形成される過程で生じる「残留応力（内部応力）」が高くなってしまい、被膜が剥がれやすくなり、結果としてスミアリング等が発生して耐久性が低下することを見出した。そして、残留応力を除去もしくは低減するために、被膜中にＳｉを導入し、Ｓｉ−Ｈ結合を存在させることが有効であることを見出した。
【０００７】
本発明は、このような知見に基づくものであり、下記の自動調心ころ軸受を提供する。
（１）ＣとＳｉとＨとを含み、かつ、Ｓｉ含有量が１〜１７原子％であるＳｉ含有ＤＬＣ被膜を最表層とする多層膜を、ころ転動面に成膜してなるころを具備することを特徴とする自動調心ころ軸受。
（２）前記最表層が、Ｃ濃度が表面に近いほど高くなる傾斜組成を有することを特徴とする上記（１）記載の自動調心ころ軸受。
（３）製紙機械用であることを特徴とする上記（１）または（２）記載の自動調心ころ軸受。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、最表層が、Ｓｉを含有し、Ｓｉ−Ｈ結合を有する特定のＤＬＣ被膜であるため、成膜時の残留応力が減少して、被膜が剥がれにくく、結果としてスミアリング等の発生をより抑えることができ、耐久性により優れた自動調心ころ軸受が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】自動調心ころ軸受の一例を示す断面図である。
【図２】製紙機械のプレスパートに使用されるサクションロールの一例を示す断面図である。
【図３】製紙機械のカレンダーパートに使用されるソフトカレンダーロールの一例を示す断面図である。
【図４】２円筒回転試験で用いた試験装置を示す概略図である。
【図５】２円筒回転試験の結果を示すグラフである。
【図６】軸受回転試験で用いた試験装置を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明に関して図面を参照して詳細に説明する。
【００１１】
本発明において自動調心ころ軸受の種類には制限はなく、例えば図１に示す自動調心ころ軸受を例示することができる。図示される自動調心ころ軸受は、内輪１と、外輪２と、内輪１と外輪２との間に転動自在に配された２列の球面ころ３と、内輪１と外輪２との間に球面ころ３を保持する保持器４と、を備えており、内輪１と外輪２との間に形成される空間には図示しない潤滑剤が配されている。そして、内輪１の外周面には２列の球面ころ３の軌道面１ａ，１ａが形成され、内輪１の外周面のうち軌道面１ａ，１ａが形成された部分については、その外径が幅方向両端部よりも中央部の方が大きく形成されている。また、外輪２の内周面は、２列一体の球面軌道面２ａとされている。尚、内輪１，外輪２，及び球面ころ３は、同種または異種の鋼材で構成されている。
【００１２】
また、このような自動調心ころ軸受は製紙機械にも使用されており、例えば図２に示すようなプレスパートに使用されるサクションロールの内側軸受として、また、図３に示すようにカレンダーパートに使用されるソフトカレンダーロール用軸受として使用される。
【００１３】
本発明では、上記自動調心ころ軸受の球面ころ３の転動面に、Ｓｉ含有ＤＬＣ被膜を最表層とする多層膜を成膜する。本実施形態では、最表層以外には制限はないが、例えば、転動面から順に、Ｃｒ層、ＣｒとＳｉとからなる傾斜組成を有する傾斜組成層（Ｃｒ−Ｓｉ傾斜組成層）、Ｓｉ層を形成し、Ｓｉ層の上に最表層であるＳｉ含有ＤＬＣ被膜（Ｓｉ−Ｃ傾斜組成層）を形成することが好ましい。球面ころ３は軸受鋼等の鋼材製であることから、多層膜と転動面との密着性を高めるために、Ｃｒ層を下地層とすることが好ましい。また、Ｓｉ含有ＤＬＣ被膜はＳｉを含有するため、その下層にＳｉ層を形成して密着性を高める。そして、Ｃｒ層とＳｉ層との密着性を高めるために、Ｃｒ−Ｓｉ傾斜組成層を介在させる。尚、Ｃｒ−Ｓｉ傾斜組成層は、Ｃｒ層に近いほどＣｒ濃度が高くなるように組成を連続的に変化させる。同様に、Ｓｉ含有ＤＬＣ被膜も、Ｓｉ層に近いほどＳｉ濃度が高くなるように組成を連続的に変化させる。即ち、Ｓｉ含有ＤＬＣ被膜では、ＳｉとＣとが傾斜組成になる傾斜組成層である。
【００１４】
また、Ｓｉ含有ＤＬＣ被膜は、Ｓｉを含むことにより、炭素単独のＤＬＣ被膜に比べて膜中の残留応力が少なくなり、被膜の剥離が抑えられて耐久性が高まる。但し、Ｓｉ含有ＤＬＣ被膜においてＳｉが過多になると、ＤＬＣ被膜が本来有する摺動性や硬さが低下するため、Ｓｉ含有量を１７原子％以下にする。一方、Ｓｉによる残留応力の低減効果を得るためには、Ｓｉ含有量を１原子％以上にする必要がある。好ましくは、ＤＬＣ被膜の最表面から該層厚さの１／１０までの深さにおけるＳｉ含有量が３〜５原子％である。
【００１５】
更に、Ｓｉ含有ＤＬＣ被膜はＨを含み、膜中にＣ−Ｈ結合とＳｉ−Ｈ結合とが混在する。Ｓｉ−Ｈ結合は結合エネルギーが小さいため、未結合のＨが積極的にＳｉと結合し、Ｓｉを含有しない場合に比べて被膜の残留応力がより小さくなる。
【００１６】
多層膜は、厚くなると、球面ころ３との密着性低下により、多層膜損傷を起こすようになるため、厚すぎると球面ころ３の転動に支障を来すようになる。そのため、全体としての膜厚を１μｍ程度以下にすることが好ましい。そのうち、Ｓｉ含有ＤＬＣ被膜は、潤滑性を長期間安定して維持するために、全膜厚の半分程度にすることが好ましい。具体的には、多層膜全体の膜厚を１μｍとした場合、Ｃｒ層を０．１μｍ、Ｃｒ−Ｓｉ傾斜組成層を０．３μｍ、Ｓｉ層を０．１μｍ、Ｓｉ含有ＤＬＣ被膜を０．５μｍとすることが好ましい。
【００１７】
このような多層膜を形成するには、スパッタリング法を採用すればよい。また、下地層のＣｒ層と、ころとの密着性を高めるために、ころ転動面を粗面化してもよい。それぞれの膜厚は、スパッタリング条件（出力や時間）により調整することができる。尚、スパッタリングは、例えばマグネトロンスパッタリング装置を用いて行うことができる。また、傾斜組成にする場合は、成膜中に炭素ターゲットに加える電力を徐々に大きくする一方で、珪素ターゲットに加える電力を徐々に小さくすればよい。
【００１８】
Ｓｉ含有ＤＬＣ被膜を成膜するためには、炭素ターゲット及び珪素ターゲットを用い、真空中でスパッタリングする。また、水素を含有させるために、メタンガス等の炭化水素ガス雰囲気中でスパッタリングを行う。成膜時に、ころ転動面の表面温度を１５０〜１８０℃に制御することが好ましい。１５０℃未満では成膜効率が悪く、１８０℃を超えるとＳｉが結晶状態で成膜される傾向がある。これに対し、１５０〜１８０℃の温度範囲にすることにより、Ｓｉ含有ＤＬＣ被膜の体積膨張を抑えることができる。
【実施例】
【００１９】
以下に実施例を挙げて本発明を更に説明するが、本発明はこれにより何ら制限されるものではない。
【００２０】
Ｓｉ含有ＤＬＣ被膜の効果を検証するために、下記に示す（１）２円筒回転試験及び（２）軸受回転試験を行った。
【００２１】
（１）２円筒回転試験
本試験は、図４に示す試験装置を用いて行った。図示される試験装置では、従動側のシャフトに取り付けた第１の円筒試験片と、駆動側のシャフトに取り付けた第２の円筒試験片とを接触させ、両円筒に所定の荷重を加えながら第２の円筒試験片をモータで回転させ、その回転を第１の円筒試験片に伝達する。モータの回転数はギアボックスで変えられ、第１の円筒試験片及び第２の円筒試験片は速度差を付けたすべり接触状態に加え、境界潤滑条件下にて回転される。また、駆動側及び従動側ともに、トルクメータが付設されており、トルクが急上昇した時にスミアリングが発生したと判断して回転を止め、それまでの時間を計測した。
【００２２】
また、実施例では、鋼材製の第１の円筒試験片の表面に、Ｃｒ層、Ｃｒ−Ｓｉ層及びＳｉ層を順次成膜し、更に最表層としてＳｉ含有ＤＬＣ被膜を成膜した。Ｓｉ含有ＤＬＣ被膜は、珪素ターゲット及び炭素ターゲットを用い、メタンガスを導入してスパッタリングして行った。また、Ｓｉ含有ＤＬＣ被膜のＳｉ含有量は４．５原子％であった。一方、比較例では、多層膜を形成することなく、そのままの状態で第１の試験片とした。
【００２３】
結果を図５に示すが、比較例では約１．５時間後にスミアリングが発生したのに対し、実施例では、約２００時間経過後もスミアリングの発生は見られなかった。
【００２４】
（２）軸受回転試験
本試験は、図６に示す試験装置を用いて行った。図示される試験装置では、一対のサポート軸受の間に試験軸受として自動調心ころ軸受を装着し、所定の荷重を装置下方から加えて軽荷重及び境界潤滑条件にて所定の回転数で回転させる構成になっており、所定時間回転させた後に試験軸受を分解し、内外輪の各軌道面及びころ転動面を観察してスミアリングの発生を確認した。
【００２５】
また、実施例では、上記と同様にして鋼材製のころ転動面に、最表層としてＳｉ含有ＤＬＣ被膜を有する多層膜を成膜した球面ころを用いた。また、内輪と外輪はＳＵＪ２鋼の材質を用いた。一方、比較例では、多層膜を成膜していない球面ころを用いた。結果を表１に示す。
【００２６】
【表１】
2017020556.tif 000003
【００２７】
表１に示すように、比較例ではころ転動面及び外輪軌道面にスミアリングが発生したのに対し、実施例では、ころ転動面に加えて、外輪軌道面及び内輪軌道面にもスミアリングが発生していなかった。
【００２８】
以上から、ころ転動面に、最表層としてＳｉ含有ＤＬＣ被膜を有する多層膜を成膜することにより、スミアリングの発生を抑えて長寿命の自動調心ころ軸受が得られることがわかる。
【符号の説明】
【００２９】
１  内輪
２  外輪
３  球面ころ
４  保持器
【図１】
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【図２】
2017020556.tif 000005
【図３】
2017020556.tif 000006
【図４】
2017020556.tif 000007
【図５】
2017020556.tif 000008
【図６】
2017020556.tif 000009