[發(fā)明專(zhuān)利]硬質(zhì)膜、硬質(zhì)膜形成體及滾動(dòng)軸承

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201280045974.0
• 申請(qǐng)日: 2012-09-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103814150A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-05-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 筒井英之;大平晃也;中西雅樹(shù)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: NTN株式會(huì)社
• 主分類(lèi)號(hào): C23C14/06
• 分類(lèi)號(hào): C23C14/06;F16C33/58
• 代理公司: 中國(guó)國(guó)際貿(mào)易促進(jìn)委員會(huì)專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所 11038
• 代理人: 呂林紅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及在滑動(dòng)構(gòu)件、汽車(chē)零、成形模具等由鐵類(lèi)基材、超硬材料構(gòu)成的構(gòu)件上形成的耐磨損性、耐剝離性?xún)?yōu)異的硬質(zhì)膜及形成了該硬質(zhì)膜的硬質(zhì)膜形成體。特別是涉及在內(nèi)環(huán)軌道面、外環(huán)軌道面、滾動(dòng)體表面、保持器滑動(dòng)接觸面等上形成了上述硬質(zhì)膜的滾動(dòng)軸承。

背景技術(shù)

硬質(zhì)碳膜，一般是被稱(chēng)為類(lèi)金剛石碳（以下記為DLC。另外，也將以DLC作為主體的膜/層稱(chēng)為DLC膜/層。）的硬質(zhì)膜。硬質(zhì)碳，除此之外也有硬質(zhì)非晶體碳，無(wú)定形碳，硬質(zhì)無(wú)定形型碳，ｉ-碳，金剛石狀碳等各種各樣的呼稱(chēng)，這些用語(yǔ)沒(méi)有被明確地區(qū)別。

使用這樣的用語(yǔ)DLC的本質(zhì)，是在構(gòu)造上具有金剛石和石墨混合了的兩者的中間構(gòu)造。硬度與金剛石同等地高，在耐磨損性、固體潤(rùn)滑性、熱傳導(dǎo)性、化學(xué)穩(wěn)定性、耐腐蝕性等上優(yōu)異。因此，例如，作為模具、工具類(lèi)（包含尺寸測(cè)定夾具等）、耐磨損性機(jī)械零件、研磨件、滑動(dòng)構(gòu)件、磁性、光學(xué)零件等的保護(hù)膜正在被利用。作為形成這樣的DLC膜的方法，采用了濺射法、離子電鍍法等物理的蒸鍍（以下記為PVD）法、化學(xué)的蒸鍍（以下記為CVD）法、不均衡的磁控管濺射（以下記為UBMS）法等。

在具有這樣的優(yōu)異的特性的另一方面，DLC膜在膜形成時(shí)產(chǎn)生極大的內(nèi)部應(yīng)力。另外，具有高的硬度及楊氏模量的反面，變形能非常小。因此，具有緊貼性弱，容易剝離等缺點(diǎn)。作為此緊貼性的改良技術(shù)，例如，提出了即使形成得比較厚也發(fā)揮優(yōu)異的緊貼性的技術(shù)（參照專(zhuān)利文獻(xiàn)1）。此技術(shù)是如下的技術(shù)：將以DLC為主體的膜作為最表面層，進(jìn)而包含了中間層及基材，此基材由鐵類(lèi)材料構(gòu)成，并且將上述中間層做成規(guī)定的4層構(gòu)造。

另外，為了實(shí)現(xiàn)緊貼性提高，提出了作為碳供給源并用地使用黑鉛靶和碳?xì)浠衔镱?lèi)氣體，以規(guī)定的條件下的UBMS法形成DLC膜的技術(shù)（參照專(zhuān)利文獻(xiàn)2）。

作為滑動(dòng)構(gòu)件的具體例，進(jìn)行了相對(duì)于滾動(dòng)軸承的軌道環(huán)的軌道面、滾動(dòng)體的滾動(dòng)面、保持器滑動(dòng)接觸面等形成DLC膜的嘗試。DLC膜，因?yàn)榫哂猩鲜龅娜菀讋冸x等缺點(diǎn)，所以在滾動(dòng)軸承中的上述各面上形成了DLC膜的情況下，存在改善緊貼性的必要性。

例如，作為設(shè)置中間層來(lái)實(shí)現(xiàn)DLC膜的緊貼性改善的具體例，提出了在由鐵鋼材料形成的軌道槽、滾動(dòng)體的滾動(dòng)面上，按照如下的順序形成的滾動(dòng)裝置：包含鉻（以下記為Cr）、鎢（以下記為W）、鈦（以下記為T(mén)i）、硅（以下記為Si）、鎳及鐵的至少任一種元素在內(nèi)的組成的基底層；含有此基底層的構(gòu)造元素和碳，碳的含有率在基底層的相反側(cè)大于基底層側(cè)的中間層；由氬和碳構(gòu)成，氬的含有率是0.02質(zhì)量%以上5質(zhì)量%以下的類(lèi)金剛石碳層（參照專(zhuān)利文獻(xiàn)3）。另外，作為同樣地設(shè)置中間層來(lái)實(shí)現(xiàn)緊貼性改善的具體例，提出了在滾動(dòng)軸承的保持器表面上形成多層覆膜，在最表面層的覆膜和保持器之間夾設(shè)規(guī)定的硬度的中間層的保持器（參照專(zhuān)利文獻(xiàn)4）。

另外，作為由錨效果實(shí)現(xiàn)DLC膜的緊貼性改善的具體例，提出了在軌道面上通過(guò)離子沖擊處理形成高度10～100nm、平均寬度300nm以下的凹凸，在此軌道面上形成了DLC膜的滾動(dòng)軸承（參照專(zhuān)利文獻(xiàn)5）。

此外，提出了如下的保持器和其制造方法等：在保持器母材表面上形成經(jīng)規(guī)定的處理的硬化層，在硬化層的表面上涂覆比其高硬度的硬質(zhì)膜，在硬質(zhì)膜表面上涂覆具有固體潤(rùn)滑效果的軟質(zhì)膜（參照專(zhuān)利文獻(xiàn)6及專(zhuān)利文獻(xiàn)7）。

在先技術(shù)文獻(xiàn)

專(zhuān)利文獻(xiàn)

專(zhuān)利文獻(xiàn)1：日本特開(kāi)2003-171758號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)2：日本特開(kāi)2011-68941號(hào)公報(bào)

專(zhuān)利文獻(xiàn)3：日本專(zhuān)利第4178826號(hào)

專(zhuān)利文獻(xiàn)4：日本特開(kāi)2006-300294號(hào)公報(bào)

專(zhuān)利文獻(xiàn)5：日本專(zhuān)利第3961739號(hào)

專(zhuān)利文獻(xiàn)6：日本特開(kāi)2005-147306號(hào)公報(bào)

專(zhuān)利文獻(xiàn)7：日本特開(kāi)2005-147244號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明所要解決的課題

但是，在使用專(zhuān)利文獻(xiàn)1的技術(shù)的情況下，也存在由于膜構(gòu)造、成膜條件而與基材的緊貼性差，另外，因成膜后的殘留應(yīng)力等而變得容易剝離的危險(xiǎn)。如果DLC膜剝離，則不能發(fā)揮DLC膜本來(lái)的優(yōu)異的特性。特別是，在長(zhǎng)期地受到高的接觸應(yīng)力的部位形成該硬質(zhì)膜的情況下，為了使耐剝離性等提高，不僅是靜態(tài)的緊貼性、機(jī)械性的特性，疲勞特性也變得重要。在專(zhuān)利文獻(xiàn)2的技術(shù)中，實(shí)現(xiàn)了緊貼性的提高，但為了在上述的那樣的更嚴(yán)格的條件下在被使用的部位使用，希望進(jìn)一步的膜構(gòu)造等的改良。