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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024114077
(43)【公開日】2024-08-23
(54)【発明の名称】ころ軸受
(51)【国際特許分類】
F16C 33/36 20060101AFI20240816BHJP
F16C 33/66 20060101ALI20240816BHJP
F16C 19/36 20060101ALI20240816BHJP
F16C 23/08 20060101ALI20240816BHJP
F03D 80/70 20160101ALI20240816BHJP
C23C 14/06 20060101ALI20240816BHJP
C23C 16/27 20060101ALI20240816BHJP
【ＦＩ】
F16C33/36
F16C33/66 Z
F16C19/36
F16C23/08
F03D80/70
C23C14/06 F
C23C16/27
【審査請求】未請求
【請求項の数】3
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023019471
(22)【出願日】2023-02-10
(71)【出願人】
【識別番号】000102692
【氏名又は名称】ＮＴＮ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100087941
【弁理士】
【氏名又は名称】杉本 修司
(74)【代理人】
【識別番号】100112829
【弁理士】
【氏名又は名称】堤 健郎
(74)【代理人】
【識別番号】100155963
【弁理士】
【氏名又は名称】金子 大輔
(74)【代理人】
【識別番号】100150566
【弁理士】
【氏名又は名称】谷口 洋樹
(74)【代理人】
【識別番号】100142608
【弁理士】
【氏名又は名称】小林 由佳
(74)【代理人】
【識別番号】100213470
【弁理士】
【氏名又は名称】中尾 真二
(72)【発明者】
【氏名】▲瀬▼古 一将
(72)【発明者】
【氏名】堀 径生
(72)【発明者】
【氏名】井上 靖之
【テーマコード（参考）】
3H178
3J012
3J701
4K029
4K030
【Ｆターム（参考）】
3H178AA03
3H178AA40
3H178AA43
3H178BB35
3H178CC25
3H178DD08X
3H178DD12Z
3J012AB01
3J012BB03
3J012EB01
3J012FB07
3J012GB10
3J012HB01
3J701AA13
3J701AA15
3J701AA16
3J701AA25
3J701AA32
3J701AA42
3J701AA52
3J701AA54
3J701AA62
3J701DA02
3J701DA20
3J701EA03
3J701EA05
3J701EA06
3J701EA31
3J701EA47
3J701EA78
3J701FA31
3J701FA44
3J701GA24
3J701XB01
3J701XB03
3J701XB26
3J701XB31
4K029BA34
4K029BB02
4K029BB03
4K029BC02
4K029BD04
4K029CA01
4K029CA03
4K029CA05
4K029CA07
4K029CA10
4K029EA01
4K030BA28
4K030BB12
4K030BB14
4K030FA01
4K030FA10
4K030JA01
4K030JA06
4K030LA23
(57)【要約】
【課題】耐摩耗性能の向上を図ると共に製造コストの低減を図ることができるころ軸受を提供する。
【解決手段】円すいころ軸受１は、内輪２と、外輪３と、これら内外輪２，３の軌道面２ａ，３ａ間に介在する円すいころ４と、円すいころ４を保持する保持器５とを備える。円すいころ４の外周面４ｃに多層構造のＤＬＣ皮膜９を有し、ころ端面にはＤＬＣ皮膜を有さない。ＤＬＣ皮膜９の膜厚が２．０μｍ以上であり、円すいころ４の母材の外周面４ｃの面粗さが、Ｒａ≦０．３、かつＲΔｑ≦０．０５である。多層構造のＤＬＣ皮膜９における各層の膜硬さは、段階的に外層側の層が高くなる。
【選択図】図１
【解決手段】円すいころ軸受１は、内輪２と、外輪３と、これら内外輪２，３の軌道面２ａ，３ａ間に介在する円すいころ４と、円すいころ４を保持する保持器５とを備える。円すいころ４の外周面４ｃに多層構造のＤＬＣ皮膜９を有し、ころ端面にはＤＬＣ皮膜を有さない。ＤＬＣ皮膜９の膜厚が２．０μｍ以上であり、円すいころ４の母材の外周面４ｃの面粗さが、Ｒａ≦０．３、かつＲΔｑ≦０．０５である。多層構造のＤＬＣ皮膜９における各層の膜硬さは、段階的に外層側の層が高くなる。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
内外輪と、これら内外輪の軌道面間に介在するころと、前記ころを保持する保持器とを備えるころ軸受であって、
前記ころの外周面に多層構造のＤＬＣ皮膜を有し、ころ端面にはＤＬＣ皮膜を有さないころ軸受。
前記ころの外周面に多層構造のＤＬＣ皮膜を有し、ころ端面にはＤＬＣ皮膜を有さないころ軸受。
【請求項2】
請求項１に記載のころ軸受において、前記ＤＬＣ皮膜の膜厚が２．０μｍ以上であり、前記ころの母材の外周面の面粗さが、
Ｒａ≦０．３かつＲΔｑ≦０．０５であり、
前記多層構造のＤＬＣ皮膜における各層の膜硬さは、段階的に外層側の層が高くなる、ころ軸受。
Ｒａ≦０．３かつＲΔｑ≦０．０５であり、
前記多層構造のＤＬＣ皮膜における各層の膜硬さは、段階的に外層側の層が高くなる、ころ軸受。
【請求項3】
請求項１または請求項２に記載のころ軸受において、風力発電装置の主軸を支持する、円すいころ軸受、自動調心ころ軸受または円筒ころ軸受であるころ軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ころ軸受に関し、例えば、風力発電装置の主軸等を支持する、自動調心ころ軸受、円すいころ軸受または円筒ころ軸受等に適用される技術に関する。
【背景技術】
【0002】
風力発電装置の主軸を支持する自動調心ころ軸受が提案されている（特許文献１）。この自動調心ころ軸受は、内輪と、外輪と、これら内輪と外輪の軌道面間に介在する２列のころと、前記各列のころを保持する保持器とを備える。前記ころには、定められたＤＬＣ皮膜が施されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０２０－１６９７１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
内外輪の軌道面、ころ外周面間の面圧は、内輪鍔面、ころ端面間の面圧よりも格段に大きい。このため、摩耗等によるころ軸受の表面異常は、鍔面ではなく軌道面に発生することがほとんどである。ころ端面にもＤＬＣ皮膜処理を施すためには、ＤＬＣ皮膜装置内でころを積載する際に、ころ端面に成膜可能な空間を設けておく必要がある。しかし、ＤＬＣはイオン照射方向に垂直なころ外周面には成膜されやすく、ころ端面には成膜されにくい特徴がある。このため、ころ端面の成膜品質にばらつきが生じる傾向になる。纏めると以下の課題が挙げられる。
【0005】
・摩耗等によるころ軸受の表面異常は、鍔面ではなく軌道面に発生する。
・ころ端面にもＤＬＣ皮膜を処理することで、皮膜処理１回あたりの処理個数が低下しころ軸受の製造コストが高くなる。
・ころ端面のＤＬＣ処理品質のばらつきが生じると歩留まり低下によりころ軸受の製造コストが高くなる。
・ころ端面にもＤＬＣ皮膜を処理することで、皮膜処理１回あたりの処理個数が低下しころ軸受の製造コストが高くなる。
・ころ端面のＤＬＣ処理品質のばらつきが生じると歩留まり低下によりころ軸受の製造コストが高くなる。
【0006】
本発明の目的は、耐摩耗性能の向上を図ると共に製造コストの低減を図ることができるころ軸受を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明のころ軸受は、内外輪と、これら内外輪の軌道面間に介在するころと、前記ころを保持する保持器とを備えるころ軸受であって、
前記ころの外周面に多層構造のＤＬＣ皮膜を有し、ころ端面にはＤＬＣ皮膜を有さない。
前記ＤＬＣは、ダイヤモンドライクカーボン（Diamond-like Carbon）の略称である。
前記ころの外周面に多層構造のＤＬＣ皮膜を有し、ころ端面にはＤＬＣ皮膜を有さない。
前記ＤＬＣは、ダイヤモンドライクカーボン（Diamond-like Carbon）の略称である。
【0008】
この構成によると、ころの外周面にＤＬＣ皮膜を有するため、ころの外周面にＤＬＣ皮膜処理を施さないころ軸受よりも耐摩耗性能が向上するうえ、高粘度潤滑剤を使用しなくてもよく、希薄潤滑が可能で、潤滑剤の保守が容易である。ＤＬＣ皮膜は多層構造としたため、最外層側の膜硬さを高めた場合、耐摩耗性をより一層向上させながら、母材に接する最内側層が比較的に軟質にできて、母材との高い密着性を得ることが可能となる。ころ端面にはＤＬＣ皮膜を有さないため、皮膜処理１回あたりの処理個数が低下することなく、ころ端面のＤＬＣ処理品質のばらつきに起因する歩留まり低下も未然に防止することができる。したがって、ころ端面にＤＬＣ皮膜を有するものより製造コストの低減を図れる。
【0009】
前記ＤＬＣ皮膜の膜厚が２．０μｍ以上であり、前記ころの母材の外周面の面粗さが、
Ｒａ≦０．３かつＲΔｑ≦０．０５であり、
前記多層構造のＤＬＣ皮膜における各層の膜硬さは、段階的に外層側の層が高くなるようにしてもよい。
Ｒａ≦０．３かつＲΔｑ≦０．０５であり、
前記多層構造のＤＬＣ皮膜における各層の膜硬さは、段階的に外層側の層が高くなるようにしてもよい。
【0010】
この構成によると、ＤＬＣ皮膜の膜厚が２．０μｍ以上であることで耐摩耗性および機械的強度に優れた膜となる。ＤＬＣ皮膜は、５．０μｍを超えると剥離し易くなる恐れがあるため、５．０μｍ以下であることが好ましい。ＤＬＣ皮膜を施す外周面の粗さの値を、算術平均粗さＲａで０．３Ｒａ以下、二乗平均平方根傾斜ＲΔｑで０．０５以下としたため、相手材となる内外輪の軌道面への攻撃性が緩和できる。多層構造のＤＬＣ皮膜における各層の膜硬さは、段階的に外層側の層が高くなるようにしたため、最外層側の膜硬さを高めて耐摩耗性をより一層向上させながら、母材に接する最内側層が比較的に軟質にできて、母材との高い密着性を得ることができる。そのため、耐剥離性に優れたものとなる。
【0011】
本発明のころ軸受は、風力発電装置の主軸を支持する、円すいころ軸受、自動調心ころ軸受または円筒ころ軸受であってもよい。耐摩耗性能の向上を図れる円すいころ軸受、自動調心ころ軸受または円筒ころ軸受で風力発電装置の主軸を支持できるため、風力発電装置のメンテナンス等の費用を抑えることが可能となる。
【発明の効果】
【0012】
本発明のころ軸受は、ころの外周面に多層構造のＤＬＣ皮膜を有し、ころ端面にはＤＬＣ皮膜を有さない。このため、耐摩耗性能の向上を図ると共に製造コストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】本発明の第１の実施形態に係る円すいころ軸受の縦断面図である。
【図2A】同円すいころ軸受の一部を切断して見た斜視図である。
【図2B】同円すいころ軸受のころへのＤＬＣ皮膜箇所を示す図である。
【図2D】ＤＬＣ皮膜を有するころの斜視図である。
【図3】同ころの外周面に施されるＤＬＣ皮膜の構成を示す模式断面図である。
【図4】本発明の第２の実施形態に係る自動調心ころ軸受の縦断面図である。
【図5】本発明の第３の実施形態に係る円筒ころ軸受の縦断面図である。
【図6】本発明のいずれかの実施形態に係るころ軸受を用いた風力発電装置の切欠斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
【0015】
＜円すいころ軸受の概略構成＞
図１のように、円すいころ軸受１は、内外輪２，３と、これら内外輪２，３間に介在される複数のころである円すいころ４と、これら円すいころ４を保持する保持器５とを備える。保持器５は、複数の円すいころ４を円周方向一定間隔おきに保持する。保持器５は、樹脂製または鋼製である。前記円すいころ４を、単に、ころ４と称す場合がある。
内輪２の外周面にテーパ状の軌道面２ａが設けられ、外輪３の内周面にテーパ状の軌道面３ａが設けられている。複数の円すいころ４は、軌道面２ａ，３ａ間に転動自在に配置され、各円すいころ４の外周面４ｃにテーパ状の転動面が形成されている。内輪２の外周面のうち、軌道面２ａの小径側部分に隣接する部分には小鍔部６が設けられ、軌道面２ａの大径側部分に隣接する部分には大鍔部７が設けられている。
図１のように、円すいころ軸受１は、内外輪２，３と、これら内外輪２，３間に介在される複数のころである円すいころ４と、これら円すいころ４を保持する保持器５とを備える。保持器５は、複数の円すいころ４を円周方向一定間隔おきに保持する。保持器５は、樹脂製または鋼製である。前記円すいころ４を、単に、ころ４と称す場合がある。
内輪２の外周面にテーパ状の軌道面２ａが設けられ、外輪３の内周面にテーパ状の軌道面３ａが設けられている。複数の円すいころ４は、軌道面２ａ，３ａ間に転動自在に配置され、各円すいころ４の外周面４ｃにテーパ状の転動面が形成されている。内輪２の外周面のうち、軌道面２ａの小径側部分に隣接する部分には小鍔部６が設けられ、軌道面２ａの大径側部分に隣接する部分には大鍔部７が設けられている。
【0016】
＜ＤＬＣ皮膜について＞
図２Ａおよび図２Ｂのように、円すいころ４の外周面４ｃに多層構造のＤＬＣ皮膜９を有し、ころ端面４ａ，４ｂにはＤＬＣ皮膜を有さない。なお、多層構造のＤＬＣ皮膜９は、円すいころ４の面取り４ｄにも成膜されてもよい。例えば、ころ端面４ａ，４ｂをマスキングした状態で外周面４ｃにＤＬＣ皮膜９を成膜する場合、図２Ｃおよび図２Ｄのように、ＤＬＣ皮膜９が面取り４ｄにも回り込んで成膜されるからである。なお図２Ｂ、図２Ｃに示すＤＬＣ皮膜９は、実際の膜厚よりも厚く強調して表している。
図３のように、本実施形態では、ころ４の母材側から順に、下地層９ａ、混合層９ｂ、および表面層９ｃの３層とされている。多層構造のＤＬＣ皮膜９における各層９ａ，９ｂ，９ｃの膜硬さは、段階的に外層側の層が高くなる。
ＤＬＣ皮膜９の膜厚ｔは、表１のように２．０μｍ以上５．０μｍ以下が好ましい。風力発電機主軸受として使用する円すいころ軸受のころの外周面にＤＬＣ皮膜を成膜したサンプルを複数用意し、耐摩耗性、機械的強度および耐剥離性の確認試験を実施した。試験条件は風力発電機主軸受の実機使用条件に相当する回転数、荷重条件を想定し試験した。所定時間運転後、ころ表面を光学顕微鏡にて観察しＤＬＣ皮膜の状態を確認した。
図２Ａおよび図２Ｂのように、円すいころ４の外周面４ｃに多層構造のＤＬＣ皮膜９を有し、ころ端面４ａ，４ｂにはＤＬＣ皮膜を有さない。なお、多層構造のＤＬＣ皮膜９は、円すいころ４の面取り４ｄにも成膜されてもよい。例えば、ころ端面４ａ，４ｂをマスキングした状態で外周面４ｃにＤＬＣ皮膜９を成膜する場合、図２Ｃおよび図２Ｄのように、ＤＬＣ皮膜９が面取り４ｄにも回り込んで成膜されるからである。なお図２Ｂ、図２Ｃに示すＤＬＣ皮膜９は、実際の膜厚よりも厚く強調して表している。
図３のように、本実施形態では、ころ４の母材側から順に、下地層９ａ、混合層９ｂ、および表面層９ｃの３層とされている。多層構造のＤＬＣ皮膜９における各層９ａ，９ｂ，９ｃの膜硬さは、段階的に外層側の層が高くなる。
ＤＬＣ皮膜９の膜厚ｔは、表１のように２．０μｍ以上５．０μｍ以下が好ましい。風力発電機主軸受として使用する円すいころ軸受のころの外周面にＤＬＣ皮膜を成膜したサンプルを複数用意し、耐摩耗性、機械的強度および耐剥離性の確認試験を実施した。試験条件は風力発電機主軸受の実機使用条件に相当する回転数、荷重条件を想定し試験した。所定時間運転後、ころ表面を光学顕微鏡にて観察しＤＬＣ皮膜の状態を確認した。
【0017】
【表1】
【0018】
図３に示すころ４における母材の外周面４ｃの面粗さは、表２のように、算術粗さＲａおよび二乗平均平方根傾斜ＲΔｑで、Ｒａ≦０．３かつＲΔｑ≦０．０５である。風力発電機主軸受として使用する円すいころ軸受のころの外周面にＤＬＣ皮膜を成膜したサンプルを複数用意し、相手材への攻撃性の確認試験を実施した。試験条件は風力発電機主軸受の実機使用条件に相当する回転数、荷重条件を想定し試験した。所定時間運転後、相手材表面を光学顕微鏡等にて観察した。
【0019】
【表2】
【0020】
図２Ｂのように、ころ４の外周面４ｃにＤＬＣ皮膜処理することで耐摩耗性が向上する。ＤＬＣ皮膜９を施すと、耐摩耗性が向上する反面、耐剥離性を確保する必要がある。これを、次の構成とすることで改善している。ＤＬＣ皮膜９は、母材との密着性に優れる多層構造を採用する。膜厚ｔは２．０μｍ以上が望ましい。ＤＬＣ皮膜９を施す外周面４ｃの粗さの値を、算術平均粗Ｒａで０．３Ｒａ以下、二乗平均平方根傾斜ＲΔｑで０．０５以下とすることで、相手材となる図１の内外輪２，３の軌道面２ａ，３ａへの攻撃性が緩和できる。ＤＬＣ皮膜９の膜硬さは、多層構造で段階的に硬度を高めることで、高い密着性を得ることができる。
【0021】
内外輪２，３およびころ４は鉄系材料からなる。鉄系材料としては、軸受部材として一般的に用いられる任意の鋼材などを使用でき、例えば、高炭素クロム軸受鋼、炭素鋼、工具鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼などが挙げられる。
これらの軸受部材において、図２Ａのように、ＤＬＣ皮膜９が形成されるころ４の外周面４ｃの硬さが、ビッカース硬さでＨｖ６５０以上であることが好ましい。Ｈｖ６５０以上とすることで、ＤＬＣ皮膜９（下地層）との硬度差を少なくし、密着性を向上させることができる。
これらの軸受部材において、図２Ａのように、ＤＬＣ皮膜９が形成されるころ４の外周面４ｃの硬さが、ビッカース硬さでＨｖ６５０以上であることが好ましい。Ｈｖ６５０以上とすることで、ＤＬＣ皮膜９（下地層）との硬度差を少なくし、密着性を向上させることができる。
【0022】
ころ４のＤＬＣ皮膜９が形成される外周面４ｃにおいて、皮膜形成前に、下地処理過程として例えば窒化処理により窒化層が形成されていることが好ましい。窒化処理としては、母材表面に密着性を妨げる酸化層が生じ難いプラズマ窒化処理を施すことが好ましい。窒化処理後の表面の硬さがビッカース硬さでＨｖ１０００以上であることが、ＤＬＣ皮膜９（下地層）との密着性をさらに向上させるために好ましい。
【0023】
ころ４のＤＬＣ皮膜９が形成される外周面４ｃ、つまり下地層９ａ（図３）が成膜される面である母材表面は、算術平均粗さＲａが０．１～０．３μｍであり、かつ、二乗平均平方根傾斜ＲΔｑが０．０５以下である。ＲΔｑは、好ましくは０．０３以下であり、より好ましくは０．０２以下である。母材表面の二乗平均平方根傾斜ＲΔｑを０．０５以下とすることで、粗さ曲線におけるピークが緩やかになり、突起の曲率半径が大きくなり局所面圧が低減できる。また、成膜時においては粗さによるミクロなレベルの電界集中も抑制でき、局所的な膜厚および硬度の変化を防ぐことができ、ひいては硬質膜の耐剥離性を向上できる。
【0024】
母材表面の粗さ曲線から求められる最大山高さＲｐは０．４μｍ以下であることが好ましい。最大山高さＲｐは、ＪＩＳＢ０６０１に準拠して算出される。粗さ曲線から求められる最大山高さＲｐと算術平均粗さＲａの関係は、１≦Ｒｐ／Ｒａ≦２となることが好ましく、１．２≦Ｒｐ／Ｒａ≦２となることがより好ましい。
【0025】
母材表面の粗さ曲線から求められるスキューネスＲｓｋは負であることが好ましい。Ｒｓｋは、歪み度の指標であり、－０．２以下であることがより好ましい。スキューネスＲｓｋは、平均線を中心にして振幅分布曲線の上下対称性を定量的に表したもの、つまり表面粗さの平均線に対する偏りを示す指標である。スキューネスＲｓｋは、ＪＩＳＢ０６０１に準拠して算出される。スキューネスＲｓｋが負であることは、粗さ形状が下に凸（谷）ということを意味し、表面に平坦部が多くある状態となる。結果として凸部が少なく突起部による応力集中を起こしにくい表面であると言える。粗さを軽減する手法にバレル研摩など研摩メディアとの衝突により表面突起を除去する方法があるが、加工条件によっては新たに突起を形成してしまいＲｓｋが正に転じる可能性があり注意が必要である。
【0026】
図３は、ころ４の外周面４ｃに施されるＤＬＣ皮膜９の構成を示す模式断面図である。同図３のように、ＤＬＣ皮膜９は、（１）ころ４の外周面４ｃ上に直接成膜されるＣｒとＷＣとを主体とする下地層９ａと、（２）下地層９ａの上に成膜されるＷＣとＤＬＣとを主体とする混合層９ｂと、（３）混合層９ｂの上に成膜されるＤＬＣを主体とする表面層９ｃとを含む３層構造を有する。混合層９ｂは、下地層９ａ側から表面層９ｃ側へ向けて連続的または段階的に、該混合層中のＷＣの含有率が小さくなり、かつ、該混合層中のＤＬＣの含有率が高くなる層である。本実施形態では、ＤＬＣ皮膜９の膜構造を上記のような３層構造とすることで、急激な物性（硬度・弾性率等）変化を避けるようにしている。
【0027】
下地層９ａは、Ｃｒを含むので超硬合金材料や鉄系材料からなる母材との相性がよく、Ｗ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ａｌなどを用いる場合と比較して母材との密着性に優れる。下地層９ａに用いるＷＣは、ＣｒとＤＬＣとの中間的な硬さや弾性率を有し、成膜後の残留応力の集中も発生し難い。下地層９ａは、ころ表面側から混合層９ｂ側に向けてＣｒの含有率が小さく、かつ、ＷＣの含有率が高くなる傾斜組成とすることが好ましい。これにより、ころ表面と混合層９ｂとの両面での密着性に優れる。
【0028】
混合層９ｂは、下地層と表面層との間に介在する中間層となる。混合層９ｂに用いるＷＣは、上述のように、ＣｒとＤＬＣとの中間的な硬さや弾性率を有し、成膜後の残留応力の集中も発生し難い。混合層９ｂが、下地層９ａ側から表面層９ｃ側に向けてＷＣの含有率が小さく、かつ、ＤＬＣの含有率が高くなる傾斜組成であるので、下地層９ａと表面層９ｃとの両面での密着性に優れる。該混合層内において、ＷＣとＤＬＣとが物理的に結合する構造となっており、該混合層内での破損などを防止できる。さらに、表面層９ｃ側ではＤＬＣ含有率が高められているので、表面層９ｃと混合層９ｂとの密着性に優れる。混合層９ｂは、非粘着性の高いＤＬＣをＷＣによって下地層９ａ側にアンカー効果で結合させる層である。
【0029】
表面層９ｃは、ＤＬＣを主体とする膜である。表面層９ｃにおいて、混合層９ｂとの隣接側に、混合層９ｂ側から硬度が連続的または段階的に高くなる傾斜層部分９ｄを有することが好ましい。これは、混合層９ｂと表面層９ｃとでバイアス電圧が異なる場合、バイアス電圧の急激な変化を避けるためにバイアス電圧を連続的または段階的に変化させる（上げる）ことで得られる部分である。傾斜層部分９ｄは、このようにバイアス電圧を変化させることで、結果として上記のように硬度が傾斜する。硬度が連続的または段階的に上昇するのは、ＤＬＣ構造におけるグラファイト構造（ｓｐ２）とダイヤモンド構造（ｓｐ３）との構成比率が、バイアス電圧の上昇により後者に偏っていくためである。これにより、混合層と表面層との急激な硬度差がなくなり、混合層９ｂと表面層９ｃとの密着性がさらに優れる。
【0030】
ＤＬＣ皮膜９の膜厚ｔ（３層の合計）は２．０μｍ以上５．０μｍ以下とすることが好ましい。
ＤＬＣ皮膜９の膜厚ｔが２．０μｍ未満であれば、耐摩耗性および機械的強度に劣る場合があり、ＤＬＣ皮膜９の膜厚ｔが５．０μｍをこえると剥離し易くなる。さらに、該ＤＬＣ皮膜９の膜厚ｔに占める表面層９ｃの厚さの割合が０．８以下であることが好ましい。この割合が０．８をこえると、混合層９ｂにおけるＷＣとＤＬＣの物理結合するための傾斜組織が不連続な組織となりやすく、密着性が劣化するおそれがある。
ＤＬＣ皮膜９を以上のような組成の下地層９ａ、混合層９ｂ、表面層９ｃとの３層構造とすることで、耐剥離性に優れる。
ＤＬＣ皮膜９の膜厚ｔが２．０μｍ未満であれば、耐摩耗性および機械的強度に劣る場合があり、ＤＬＣ皮膜９の膜厚ｔが５．０μｍをこえると剥離し易くなる。さらに、該ＤＬＣ皮膜９の膜厚ｔに占める表面層９ｃの厚さの割合が０．８以下であることが好ましい。この割合が０．８をこえると、混合層９ｂにおけるＷＣとＤＬＣの物理結合するための傾斜組織が不連続な組織となりやすく、密着性が劣化するおそれがある。
ＤＬＣ皮膜９を以上のような組成の下地層９ａ、混合層９ｂ、表面層９ｃとの３層構造とすることで、耐剥離性に優れる。
【0031】
＜ＤＬＣ皮膜の製造方法について＞
ＤＬＣ皮膜９の製造方法としては、順次、母材であるころ４の外周面４ｃに対しＤＬＣ皮膜９の密着性等を向上するための前記下地処理過程と、ＤＬＣ皮膜９の成膜過程とを有する。
＜ＤＬＣ皮膜の成膜過程＞
前記下地処理過程の後、ころ端面４ａ，４ｂ（図２Ｂ）をマスキングした状態でころ４の外周面４ｃにＤＬＣ皮膜９を成膜する。ＤＬＣ皮膜９の成膜方法として、例えば、熱ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ等のＣＶＤ法、真空蒸着法、イオンプレーティング、スパッタリング法、レーザーアブレーション法、イオンビームデポジション、イオン注入法等のＰＶＤ法等を適用し得る。
ＤＬＣ皮膜９の製造方法としては、順次、母材であるころ４の外周面４ｃに対しＤＬＣ皮膜９の密着性等を向上するための前記下地処理過程と、ＤＬＣ皮膜９の成膜過程とを有する。
＜ＤＬＣ皮膜の成膜過程＞
前記下地処理過程の後、ころ端面４ａ，４ｂ（図２Ｂ）をマスキングした状態でころ４の外周面４ｃにＤＬＣ皮膜９を成膜する。ＤＬＣ皮膜９の成膜方法として、例えば、熱ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ等のＣＶＤ法、真空蒸着法、イオンプレーティング、スパッタリング法、レーザーアブレーション法、イオンビームデポジション、イオン注入法等のＰＶＤ法等を適用し得る。
【0032】
前記成膜過程により、ころ４の外周面４ｃおよび面取り４ｄ（図２Ｂ）に、ＣｒとＷＣとを主体とする下地層９ａ、この下地層９ａの上にＷＣとＤＬＣとを主体とする混合層９ｂ、この混合層９ｂの上にＤＬＣを主体とする表面層９ｃが成膜される。
混合層９ｂは、下地層９ａ側から表面層９ｃ側に向けて連続的または段階的に、ＷＣの含有率が小さく、かつ、ＤＬＣの含有率が高くなっている。例えば、プラズマＣＶＤ等においては、原料ガスの充填濃度等を徐々に変化させることで、前記混合層９ｂを形成し得る。
混合層９ｂは、下地層９ａ側から表面層９ｃ側に向けて連続的または段階的に、ＷＣの含有率が小さく、かつ、ＤＬＣの含有率が高くなっている。例えば、プラズマＣＶＤ等においては、原料ガスの充填濃度等を徐々に変化させることで、前記混合層９ｂを形成し得る。
【0033】
＜作用効果＞
以上説明した図２Ａの円すいころ軸受１によると、ころ４の外周面４ｃにＤＬＣ皮膜９を有するため、ころの外周面にＤＬＣ皮膜処理を施さない円すいころ軸受よりも耐摩耗性能が向上するうえ、高粘度潤滑剤を使用しなくてもよく、希薄潤滑が可能で、潤滑剤の保守が容易である。ＤＬＣ皮膜９は多層構造としたため、最外層側の膜硬さを高めた場合、耐摩耗性をより一層向上させながら、母材に接する最内側層が比較的に軟質にできて、母材との高い密着性を得ることが可能となる。ころ端面４ａ，４ｂにはＤＬＣ皮膜を有さないため、皮膜処理１回あたりの処理個数が低下することなく、ころ端面４ａ，４ｂのＤＬＣ処理品質のばらつきに起因する歩留まり低下も未然に防止することができる。したがって、ころ端面４ａ，４ｂにＤＬＣ皮膜を有するものより製造コストの低減を図れる。
以上説明した図２Ａの円すいころ軸受１によると、ころ４の外周面４ｃにＤＬＣ皮膜９を有するため、ころの外周面にＤＬＣ皮膜処理を施さない円すいころ軸受よりも耐摩耗性能が向上するうえ、高粘度潤滑剤を使用しなくてもよく、希薄潤滑が可能で、潤滑剤の保守が容易である。ＤＬＣ皮膜９は多層構造としたため、最外層側の膜硬さを高めた場合、耐摩耗性をより一層向上させながら、母材に接する最内側層が比較的に軟質にできて、母材との高い密着性を得ることが可能となる。ころ端面４ａ，４ｂにはＤＬＣ皮膜を有さないため、皮膜処理１回あたりの処理個数が低下することなく、ころ端面４ａ，４ｂのＤＬＣ処理品質のばらつきに起因する歩留まり低下も未然に防止することができる。したがって、ころ端面４ａ，４ｂにＤＬＣ皮膜を有するものより製造コストの低減を図れる。
【0034】
図３のように、ＤＬＣ皮膜９の膜厚ｔが２．０μｍ以上であることで耐摩耗性および機械的強度に優れた膜となる。ＤＬＣ皮膜９は、５．０μｍを超えると剥離し易くなる恐れがあるため、５．０μｍ以下であることが好ましい。ＤＬＣ皮膜９を施す外周面４ｃの粗さの値を、算術平均粗さＲａで０．３Ｒａ以下、二乗平均平方根傾斜ＲΔｑで０．０５以下としたため、相手材となる内外輪の軌道面への攻撃性が緩和できる。多層構造のＤＬＣ皮膜９における各層の膜硬さは、段階的に外層側の層が高くなるようにしたため、最外層側の膜硬さを高めて耐摩耗性をより一層向上させながら、母材に接する最内側層が比較的に軟質にできて、母材との高い密着性を得ることができる。そのため、耐剥離性に優れたものとなる。
【0035】
＜他の実施形態について＞
以下の説明においては、各実施形態で先行して説明している事項に対応している部分には同一の参照符号を付し、重複する説明を略する。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、特に記載のない限り先行して説明している実施形態と同様とする。同一の構成は同一の作用効果を奏する。各実施形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施形態同士を部分的に組合せることも可能である。
以下の説明においては、各実施形態で先行して説明している事項に対応している部分には同一の参照符号を付し、重複する説明を略する。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、特に記載のない限り先行して説明している実施形態と同様とする。同一の構成は同一の作用効果を奏する。各実施形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施形態同士を部分的に組合せることも可能である。
【0036】
［第２の実施形態：自動調心ころ軸受］
図４のように、自動調心ころ軸受１Ａの各列のころ４の外周面４ｃに多層構造のＤＬＣ皮膜９を有し、ころ端面４ａ，４ｂにはＤＬＣ皮膜を有さない構成としてもよい。なお多層構造のＤＬＣ皮膜９は、各列のころ４の面取り４ｄにも成膜されている。この場合にも、前述の実施形態と同様の作用効果を奏する。
図４のように、自動調心ころ軸受１Ａの各列のころ４の外周面４ｃに多層構造のＤＬＣ皮膜９を有し、ころ端面４ａ，４ｂにはＤＬＣ皮膜を有さない構成としてもよい。なお多層構造のＤＬＣ皮膜９は、各列のころ４の面取り４ｄにも成膜されている。この場合にも、前述の実施形態と同様の作用効果を奏する。
【0037】
［第３の実施形態：円筒ころ軸受］
図５のように、円筒ころ軸受１Ｂのころ４の外周面４ｃに多層構造のＤＬＣ皮膜９を有し、ころ端面４ａ，４ｂにはＤＬＣ皮膜を有さない構成としてもよい。なお多層構造のＤＬＣ皮膜９は、ころ４の面取り４ｄにも成膜されている。この場合にも、前述の実施形態と同様の作用効果を奏する。
図示しないが、複列の円すいころ軸受において、各列のころの外周面に多層構造のＤＬＣ皮膜を有し、ころ端面にはＤＬＣ皮膜を有さない構成としてもよい。
図５のように、円筒ころ軸受１Ｂのころ４の外周面４ｃに多層構造のＤＬＣ皮膜９を有し、ころ端面４ａ，４ｂにはＤＬＣ皮膜を有さない構成としてもよい。なお多層構造のＤＬＣ皮膜９は、ころ４の面取り４ｄにも成膜されている。この場合にも、前述の実施形態と同様の作用効果を奏する。
図示しないが、複列の円すいころ軸受において、各列のころの外周面に多層構造のＤＬＣ皮膜を有し、ころ端面にはＤＬＣ皮膜を有さない構成としてもよい。
【0038】
＜風力発電装置への適用例＞
図６は、いずれかの実施形態に係るころ軸受１（１Ａ，１Ｂ）を用いた風力発電装置の例を示す。この風力発電装置は、支柱５０の上端に水平旋回自在に設置されたナセル５１に、プロペラ形の風車５２の主軸５３が、主軸軸受であるころ軸受１（１Ａ，１Ｂ）によって回転自在に支持されている。主軸軸受は、外径１ｍ以上の大型軸受である。主軸５３は発電機５４に増速機５５を介して連結されている。この風力発電装置における主軸軸受に、実施形態に係るころ軸受１（１Ａ，１Ｂ）が用いられている。
この場合、耐摩耗性能の向上を図れるうえ製造コストの低減を図れるころ軸受１（１Ａ，１Ｂ）で風力発電装置の主軸５３を支持できるため、風力発電装置のメンテナンス等の費用を抑えることが可能となる。
図６は、いずれかの実施形態に係るころ軸受１（１Ａ，１Ｂ）を用いた風力発電装置の例を示す。この風力発電装置は、支柱５０の上端に水平旋回自在に設置されたナセル５１に、プロペラ形の風車５２の主軸５３が、主軸軸受であるころ軸受１（１Ａ，１Ｂ）によって回転自在に支持されている。主軸軸受は、外径１ｍ以上の大型軸受である。主軸５３は発電機５４に増速機５５を介して連結されている。この風力発電装置における主軸軸受に、実施形態に係るころ軸受１（１Ａ，１Ｂ）が用いられている。
この場合、耐摩耗性能の向上を図れるうえ製造コストの低減を図れるころ軸受１（１Ａ，１Ｂ）で風力発電装置の主軸５３を支持できるため、風力発電装置のメンテナンス等の費用を抑えることが可能となる。
【0039】
各実施形態のころ軸受を産業機械の用途に適用してもよい。
各実施形態のころ軸受を風力発電装置または産業機械の用途以外に適用してもよい。
各実施形態のころ軸受を風力発電装置または産業機械の用途以外に適用してもよい。
【0040】
以上、本発明の実施形態を説明したが、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【0041】
１…円すいころ軸受、１Ａ…自動調心ころ軸受、１Ｂ…円筒ころ軸受、２…内輪、３…外輪、４…円すいころ（ころ）、５…保持器、９…ＤＬＣ皮膜、５３…主軸
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図2D】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】