CN102822546A

CN102822546A - 滚动轴承

Info

Publication number: CN102822546A
Application number: CN2011800163893A
Authority: CN
Inventors: 筒井英之; 大平晃也; 伊藤直子
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2010-03-30
Filing date: 2011-03-30
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2031-03-30
Also published as: EP2554866A4; EP2554866B1; US9051653B2; WO2011122662A1; US20130016937A1; CN102822546B; EP2554866A1

Abstract

本发明提供一种滚动轴承，能够提高在滚动轴承的内圈轨道面、外圈轨道面或保持器滑动面等上形成的DLC膜的耐剥离性，发挥DLC膜本来的特性，由此耐烧熔性、耐磨损性及耐腐蚀性优良。滚动轴承（1）是具有内圈（2）、外圈（3）、多个滚动体（4）和保持器（5）的轴承，在曲面即内圈轨道面（2a）或外圈轨道面（3a）等上形成硬质膜（8），该硬质膜（8）是由基底层、混合层和表面层构成的膜，所述基底层直接成膜在该表面且以Cr为主体，所述混合层成膜在该基底层上且以WC和DLC为主体，所述表面层成膜在该混合层上且以DLC为主体。混合层是以从基底层侧朝向表面层侧连续地或阶段性地使WC的含有率变小且使DLC的含有率变高的方式形成的层。

Description

滚动轴承

技术领域

本发明涉及滚动轴承。尤其是涉及在轨道面或保持器滑动接触面上形成了包含类金刚石碳的规定构造的硬质膜的滚动轴承。

背景技术

硬质碳膜是通常被称为类金刚石碳（以下记作DLC。另外，还将以DLC为主体的膜/层称为DLC膜/层。）的硬质膜。硬质碳除此之外还有硬质非晶质碳、无定形碳、硬质无定形碳、i-碳、金刚石状碳等各种各样的称呼，但这些用语没有被明确地区分。

DLC的本质是在构造上由金刚石和石墨混合而成的具有两者的中间构造的结构。与金刚石同样地具有高硬度，耐磨损性、固体润滑性、热传导性、化学稳定性、耐腐蚀性等优良。因此，例如，作为模具/工具类、耐磨损性机械零件、研磨材料、滑动部件、磁部件/光学部件等的保护膜而使用。作为成膜这样的DLC膜的方法，采用溅射法、离子镀等物理蒸镀（以下记作PVD）法、化学蒸镀（以下记作CVD）法、非平衡磁控溅射（以下记作UBMS）法等。

以往，对于滚动轴承的轨道圈的轨道面、滚动体的滚动面、保持器滑动接触面等，进行了形成DLC膜的尝试。DLC膜在形成膜时产生极大的内部应力。另外，虽然具有较高的硬度及杨氏模量，但因变形能力极差，因此具有与基材之间的密接性弱、容易剥离等缺点。因此，在滚动轴承的上述各面上形成DLC膜的情况下，需要改善密接性。

例如，作为设置中间层来谋求改善DLC膜的密接性的结构，提出一种滚动装置，在由钢铁材料形成的轨道槽或滚动体的滚动面上，按顺序成膜以下层：包含铬（以下记作Cr）、钨（以下记作W）、钛（以下记作Ti）、硅（以下记作Si）、镍及铁中的至少任意一种元素的组成成分的基底层；中间层，其含有该基底层的构成元素和碳，并且碳的含有率在基底层的相反侧比基底层侧大；DLC层，其由氩和碳构成，氩的含有率为0.02质量%以上5质量%以下（参照专利文献1）。另外，同样地作为设置中间层来谋求改善密接性的结构，提出一种保持器，在滚动轴承的保持器表面上形成多层覆盖膜，在最外表面层的覆盖膜和保持器之间隔着规定硬度的中间层（参照专利文献2）。

另外，作为通过锚定效应来谋求改善DLC膜的密接性的结构，提出一种滚动轴承，通过离子轰击处理以10～100nm的高度在轨道面上形成平均宽度300nm以下的凹凸，并在该轨道面上形成DLC膜（参照专利文献3）。

除此之外，提出一种保持器及其制造方法等，在保持器母材表面形成经过了规定的处理的硬化层，在硬化层的表面涂覆硬度比其高的硬质膜，在硬质膜表面上涂覆具有固体润滑效果的软质膜（参照专利文献4及专利文献5）。

另一方面，由于封入了氟润滑脂的滚动轴承的耐高温性优良，所以作为汽车发动机室中使用的轴承、复印机/印刷机等的墨粉定影部用轴承使用。另外，由于蒸气压特性优良，所以还多用于真空设备用轴承。这些氟润滑脂在具有足够量的情况下，能够发挥良好的润滑性。但是，在向滚动接触部或滑动部的供给不足而成为边界润滑的情况下，作为基础油的全氟聚醚（以下记作PFPE）油和轴承材料即钢（铁）发生反应，基础油分解的同时，钢产生磨损而导致寿命短。另外，通过该反应，PFPE油自身劣化而被消耗，因此能够利用的润滑剂的量明显减少，这两方面相加，存在轴承寿命短且出现称为烧熔的现象的情况。

作为抑制上述PFPE油和钢的反应的手段，提出了在氟润滑脂中添加能够在金属表面上形成覆盖膜的有机化合物等（参照专利文献6）。另外，还可以考虑通过将上述DLC膜等硬质膜覆盖在钢上，来抑制该反应。

现有技术文献

专利文献1：日本专利第4178826号

专利文献2：日本特开2006-300294号公报

专利文献3：日本专利第3961739号

专利文献4：日本特开2005-147306号公报

专利文献5：日本特开2005-147244号公报

专利文献6：日本特开2007-92012号公报

发明内容

发明要解决的课题

然而，在滚动轴承中引导滚动体的内圈、外圈的轨道面的形状不是平面而是曲面，也存在主曲率和副曲率组合而成的形状等。另外，关于滚动体的滚动面，在圆筒滚子的情况下是圆周面，在滚珠的情况下是球面。另外，保持器的滑动接触面是与滚动体接触的面（保持器兜面）或与轨道圈接触的面，其形状是曲面。在如上所述的形状的面上形成DLC膜时，根据该膜构造和成膜条件，膜内的残余应力变大而有可能导致刚成膜之后就产生剥离。另外，即使刚成膜之后不剥离，在轴承使用时，受到滚动接触等的负荷、冲击力、因局部的滑动发热导致的热冲击等负荷，也有可能剥离。

DLC膜剥离时，在轴承部件之间产生金属接触，导致该部件磨损，由此，磨损粉末进入滚动面而导致轨道面损伤等。另外，在润滑脂润滑的情况下，存在因金属新生面的催化作用而加剧润滑脂变质的状况。特别是，在封入有氟润滑脂的情况下，DLC膜剥离时，上述PFPE油和钢的反应产生的问题变得明显。

上述各专利文献的技术是为了谋求防止该DLC膜剥离，但为了提高得到的滚动轴承的实用性，采用DLC膜时的膜构造和成膜条件还存在进一步改善的余地。

本发明是为应对这样的问题而研发的，其目的是提供一种滚动轴承，可以提高在滚动轴承的内圈轨道面、外圈轨道面或保持器滑动面等上形成的DLC膜的耐剥离性，发挥DLC膜本来的特性，从而使耐烧熔性、耐磨损性及耐腐蚀性优良。另外，其目的是提供一种滚动轴承，通过该膜而能够抑制氟与钢的反应。

用于解决课题的方案

本发明的滚动轴承具有：外周具有内圈轨道面的内圈；内周具有外圈轨道面的外圈；在所述内圈轨道面和所述外圈轨道面之间滚动的多个滚动体；以及保持所述滚动体的保持器，所述滚动轴承的特征在于，从所述内圈、所述外圈、所述滚动体及所述保持器中选择的至少一个轴承部件由铁类材料形成，在作为由该铁类材料形成的所述轴承部件的曲面并且从所述内圈轨道面、所述外圈轨道面、所述滚动体的滚动面及所述保持器的滑动接触面中选择的至少一个曲面上成膜有硬质膜，所述硬质膜是由基底层、混合层和表面层构成的膜，所述基底层直接成膜在所述曲面上且以Cr为主体，所述混合层成膜在该基底层上且以碳化钨（以下记作WC）和DLC为主体，所述表面层成膜在该混合层上且以DLC为主体，所述混合层是以从所述基底层侧朝向所述表面层侧连续地或阶段性地使该混合层中的WC的含有率变小且使该混合层中的DLC的含有率变高的方式形成的层。

本发明的滚动轴承的特征在于，所述滚动体是滚珠，所述内圈轨道面及所述外圈轨道面是引导所述滚动体的圆形曲面。

本发明的滚动轴承的特征在于，所述滚动体是滚珠，所述保持器的滑动接触面是与所述滚动体滑动接触的滑动接触面即保持所述滚珠的兜面。

本发明的滚动轴承的特征在于，所述表面层在与所述混合层邻接的一侧，具有硬度从所述混合层侧连续地或阶段性地变高的梯度分布层部分。

本发明的滚动轴承的特征在于，所述表面层是使用作为溅射气体采用了氩（以下记作Ar）气的UBMS装置成膜而形成的层，作为碳供给源一并使用石墨靶和烃类气体，所述烃类气体的导入量相对于所述Ar气向所述装置内导入的导入量100的比例为1～5，所述装置内的真空度为0.2～0.8Pa，向成为基材的所述轴承部件施加的偏压为70～150V，在这样的条件下，使从所述碳供给源产生的碳原子堆积在所述混合层上成膜而形成所述表面层。另外，本发明的滚动轴承的特征在于，所述烃类气体是甲烷气体。

此外，对于成为基材的轴承部件施加的偏压的电位以相对于接地电位成为负的方式施加，例如，偏压150V是指相对于接地电位，基材的偏置电位为-150V。

本发明的滚动轴承的特征在于，所述表面层的梯度分布层部分是使向成为基材的轴承部件施加的偏压连续地或阶段性地提高的同时成膜而形成。

本发明的滚动轴承的特征在于，所述基底层及所述混合层是使用作为溅射气体采用了Ar气的UBMS装置成膜而形成的层，所述混合层是连续地或阶段性地提高向成为碳供给源的石墨靶施加的溅射功率的同时降低向WC靶施加的溅射功率进行成膜而形成。

本发明的滚动轴承的特征在于，所述硬质膜构成为，将表面粗糙度Ra：0.01μm以下、维氏硬度Hv：780的SUJ2淬火钢作为配合材料，施加赫兹的最大接触面压0.5GPa的载荷并使所述SUJ2淬火钢与所述硬质膜接触，以0.05m/s的旋转速度使所述配合材料旋转了30分钟时的该硬质膜的比磨损率小于200×10^-10mm³/（N·m）。另外，其特征在于，所述硬质膜的压入硬度的平均值和标准偏差值的合计为25～45GPa。另外，其特征在于，所述硬质膜的划痕试验中的临界剥离载荷为50N以上。

本发明的滚动轴承的特征在于，所述硬质膜的膜厚为0.5～3μm，并且所述表面层的厚度在该硬质膜的膜厚中所占的比例为0.8以下。

本发明的滚动轴承的特征在于，所述铁类材料从高碳铬轴承钢、碳钢、工具钢、马氏体类不锈钢中选择。另外，其特征在于，所述硬质膜所成膜的曲面的硬度为维氏硬度Hv650以上。

本发明的滚动轴承的特征在于，形成所述内圈、所述外圈、所述滚动体的铁类材料为分别为高碳铬轴承钢、碳钢、工具钢或马氏体类不锈钢。另外，其特征在于，在所述内圈、所述外圈或所述滚动体，所述硬质膜所成膜的曲面的硬度为维氏硬度Hv650以上。

本发明的滚动轴承的特征在于，形成所述保持器的铁类材料是冷轧钢板、碳钢、铬钢、铬钼钢、镍铬钼钢或奥氏体类不锈钢。另外，其特征在于，在所述保持器，所述硬质膜所成膜的曲面的硬度为维氏硬度Hv450以上。

本发明的滚动轴承的特征在于，在所述硬质膜所成膜的曲面，在所述硬质膜成膜前，通过氮化处理形成有氮化层。特别是，其特征在于，所述氮化处理是等离子体氮化处理，所述氮化处理后的曲面的硬度为维氏硬度Hv1000以上。

本发明的滚动轴承的特征在于，在所述内圈、所述外圈或所述滚动体，所述硬质膜所成膜的曲面的表面粗糙度Ra为0.05μm以下。另外，其特征在于，在所述保持器，所述硬质膜所成膜的曲面的表面粗糙度Ra为0.5μm以下。

本发明的滚动轴承的特征在于，所述滚动轴承封入有润滑脂。另外，其特征在于，所述润滑脂是将PFPE油作为基础油、将氟树脂粉末作为增稠剂的氟润滑脂。

发明的效果

本发明的滚动轴承在由铁类材料形成的轴承部件的曲面上，成膜包含DLC且具有规定的膜构造的硬质膜。直接成膜在各曲面上的由Cr形成的基底层与铁类材料的相性好，与W或Si相比，密接性优良。另外，混合层所使用的WC具有Cr和DLC的中间硬度和弹性模量，成膜后的残余应力的集中也难以产生。而且，通过使WC和DLC的混合层形成为梯度分布组成成分，从而成为WC和DLC物理结合的构造。

该硬质膜通过上述构造，能够在曲面即内圈轨道面、外圈轨道面、滚动体的滚动面、保持器的滑动接触面上成膜，并且耐剥离性优良，能够发挥DLC本来的特性。其结果是，本发明的滚动轴承的耐烧熔性、耐磨损性及耐腐蚀性优良，在苛刻的润滑状态下，轨道面或保持器滑动接触面等的损伤也少，可以实现长寿命。

另外，在封入氟润滑脂等的情况下，通过该硬质膜抑制氟与钢的反应，能够防止基础油的分解和钢的磨损，能够灵活应用氟化油本来的耐热性和润滑性，可以实现长寿命。

附图说明

图1是表示本发明的滚动轴承的一例的剖视图。

图2是表示本发明的滚动轴承的其他例的剖视图。

图3是表示本发明的滚动轴承的其他例的剖视图。

图4是图3的保持器的放大图。

图5是表示硬质膜的构造的示意剖视图。

图6是表示UBMS法的成膜原理的示意图。

图7是具有AIP功能的UBMS装置的示意图。

图8是表示摩擦试验机的图。

图9是表示推力型滚动疲劳试验机的图。

图10是表示轴承寿命试验所使用的试验机的图。

图11是表示轴承寿命试验所使用的试验机的图。

图12是形成有实施例1-1的硬质膜的轴承内圈的照片。

图13是形成有比较例1-1的硬质膜的轴承内圈的照片。

图14是形成有比较例1-4的硬质膜的轴承内圈的照片。

图15是表示密接性评价基准的图。

具体实施方式

DLC膜等硬质膜在膜内具有残余应力，残余应力受膜构造和成膜条件、基材形状的影响而大不相同。反复实验的结果可知，未意料到的是受基材形状的影响大。例如，在平面上在刚成膜之后不会剥离且划痕试验中的临界剥离载荷大的硬质膜，在滚动轴承的内圈轨道面、外圈轨道面或保持器兜面（ポケツト面）这样的曲面上存在刚成膜之后就剥离的情况。另外，还存在即便在刚成膜之后不剥离、在使用时也容易剥离的情况。本发明人认真研究的结果得知，通过将在曲面即滚动轴承的内圈轨道面、外圈轨道面、滚动体的滚动面、保持器滑动接触面（兜面等）上形成的硬质膜限定为由基底层（Cr）、混合层（WC/DLC的梯度分布（傾斜））和表面层（DLC）构成的规定构造，谋求大幅提高耐剥离性，在轴承的实际使用条件下，也能够防止该硬质膜的剥离。本发明是基于这样的见解而研发的。

本发明的滚动轴承是从内圈、外圈、滚动体及保持器中选择的至少一个轴承部件由铁类材料形成的滚动轴承。形成硬质膜的位置是，（1）由铁类材料形成的上述轴承部件的曲面（表面），其中，（2）从内圈轨道面、外圈轨道面、滚动体的滚动面及保持器的滑动接触面中选择的至少一个曲面。该硬质膜优选在由铁类材料形成的部件彼此接触的曲面等上形成。

基于图1～图4说明本发明的滚动轴承。图1是表示在内圈轨道面、外圈轨道面上形成有硬质膜的滚动轴承（深沟球轴承）的剖视图，图2是表示在滚动体的滚动面上形成有硬质膜的滚动轴承（深沟球轴承）的剖视图，图3是表示在保持器的兜面上形成有硬质膜的滚动轴承（深沟球轴承）的剖视图，图4是表示图3的保持器的放大图。

如图1所示，滚动轴承1具有：外周具有内圈轨道面2a的内圈2；内周具有外圈轨道面3a的外圈3；在内圈轨道面2a和外圈轨道面3a之间滚动的多个滚动体4；以一定间隔保持滚动体4的保持器5。通过密封部件6密封内圈、外圈的轴向两端开口部，并将润滑脂7封入轴承空间。润滑脂7至少被封入在滚动体4的周围。

在图1（a）的滚动轴承中，在内圈2的外周面（包含内圈轨道面2a）上形成硬质膜8，在图1（b）的滚动轴承中，在外圈3的内周面（包含外圈轨道面3a）上形成硬质膜8。在将硬质膜8形成在内圈、外圈的情况下，至少在其轨道面上成膜即可。因此，如各图所示，也可以在内圈外周面整体、外圈外周面整体上成膜，另外，也可以在内圈、外圈的整体上成膜。

在图2的滚动轴承中，在滚动体4的滚动面上形成有硬质膜8。由于图2的滚动轴承是深沟球轴承，所以滚动体4是滚珠，其滚动面是球面整体。作为图示形态以外的滚动轴承，使用圆筒滚子轴承或圆锥滚子轴承时，将该硬质膜8形成在该滚动体上的情况下，至少形成在滚动面（圆筒外周等）上即可。

如图1及图2所示，由于深沟球轴承的内圈轨道面2a引导作为滚动体4的滚珠，所以轴向截面是圆弧槽状的圆形曲面。同样地，外圈轨道面3a也是轴向截面为圆弧槽状的圆形曲面。通常情况下设钢球直径为dw时，该圆弧槽的曲率半径为0.51～0.54dw左右。另外，作为图示形态以外的滚动轴承，使用圆筒滚子轴承或圆锥滚子轴承的情况下，为引导这些轴承的滚子，内圈轨道面及外圈轨道面至少在圆周方向上是曲面。除此之外，自动调心滚子轴承等的情况下，由于作为滚动体使用筒形滚子，所以内圈轨道面及外圈轨道面除了圆周方向，在轴向上也是曲面。本发明的滚动轴承的内圈轨道面及外圈轨道面也可以是以上的任意形状。

在图3的滚动轴承中，在保持器5的滑动接触面上形成有硬质膜8。如图4所示，该保持器5是波形铁板保持器，是组合使用后述的铁类材料冲压成形而成的两个部件5a、5a而制成的，该保持器5形成有保持滚动体4即滚珠的保持器兜5b。保持器兜5b的内周面（兜面）是与滚动体4滑动接触的滑动接触面，在该兜面上形成有硬质膜8。此外，硬质膜8形成在从与轨道圈（内圈2或外圈3）滑动接触的滑动接触面及与滚动体4滑动接触的滑动接触面中选择的至少一个滑动接触面上即可。另外，除了该保持器5的滑动接触面以外，也可以一并在图1及图2所示的内圈轨道面2a、外圈轨道面3a、滚动体4的滚动面等上形成硬质膜。

作为构成成为硬质膜8的成膜对象的内圈2、外圈3及滚动体4的铁类材料，可以使用作为轴承部件材料通常使用的任意钢材等。可以列举例如高碳铬轴承钢、碳钢、工具钢、马氏体类不锈钢等。在这些轴承部件（内圈2、外圈3、滚动体4）中，硬质膜所成膜的曲面的硬度优选为维氏硬度为Hv650以上。通过使维氏硬度为Hv650以上，能够减小与硬质膜（基底层）之间的硬度差，并提高密接性。

在内圈2、外圈3或滚动体4中，硬质膜8所成膜的曲面的表面粗糙度Ra优选为0.05μm以下。表面粗糙度Ra超过0.05μm时，难以在粗糙的突起前端形成硬质膜，导致膜厚局部变小。

作为构成成为硬质膜8的成膜对象的保持器5的铁类材料，可以使用作为保持器材料通常使用的任意材料。可以列举例如冷轧钢板、碳钢、铬钢、铬钼钢、镍铬钼钢、奥氏体类不锈钢等。在该保持器5中，硬质膜8所成膜的滑动接触面（曲面）的硬度优选为维氏硬度为Hv190以上，更优选为Hv450以上。通过使维氏硬度为Hv450以上，能够极力地减小与硬质膜（基底层）之间的硬度差，并提高密接性。

在保持器5中，硬质膜8所成膜的滑动接触面（曲面）的表面粗糙度Ra优选为0.5μm以下。表面粗糙度Ra超过0.5μm时，形成在粗糙的突起前端的硬质膜容易因滑动时的局部应力集中而剥离。另外，由于污垢难以充分地脱离，所以形成在污垢上的硬质膜容易剥离。

在各部件的硬质膜8所成膜的曲面上，在硬质膜成膜前，优选通过氮化处理形成氮化层。作为氮化处理优选在基材表面实施难以生成妨碍密接性的氧化层的等离子体氮化处理。另外，为了进一步提高与硬质膜（基底层）之间的密接性，优选使氮化处理后的曲面（表面）的硬度形成为维氏硬度为Hv1000以上。

基于图5说明本发明中的硬质膜的构造。图5是表示图1（a）的情况下的硬质膜8的构造的示意剖视图。如图5所示，该硬质膜8具有由以下层构成的三层构造：（1）直接成膜在内圈2的内圈轨道面2a上的以Cr为主体的基底层8a；（2）成膜在基底层8a上的以WC和DLC为主体的混合层8b；（3）成膜在混合层8b上的以DLC为主体的表面层8c。在此，混合层8b是如下的层：从基底层8a侧朝向表面层8c侧连续地或阶段性地，该混合层中的WC的含有率变小且该混合层中的DLC的含有率变高。

由于基底层8a是以Cr为主体的层，所以与成为基材的铁类材料制的轴承部件之间的相性好，与使用W、Ti、Si等的情况相比，与基材之间的密接性更好。特别是，与作为轴承轨道圈材料使用的高碳铬轴承钢之间的密接性优良。

混合层8b所使用的WC具有Cr和DLC的中间硬度和弹性模量，也难以产生成膜后的残余应力的集中。混合层与基底层相应地采用以Cr和DLC为主体的层的情况下，不能够得到轴承使用时的足够的密接性。这样，在想要在作为曲面的滚动轴承的内圈轨道面、外圈轨道面或滚动体的滚动面上形成包含耐剥离性优良的DLC的硬质膜的情况下，该中间层（混合层8b）的材料选定也成为重要的要素。

另外，由于混合层8b是越趋向表面层8c侧，WC的含有率越小且DLC的含有率越高的梯度分布组成成分，所以基底层8a和表面层8c的两表面的密接性优良。特别是，在该混合层内，成为WC和DLC物理结合的构造，由于在表面层8c侧，DLC含有率增高，所以表面层8c和混合层8b的密接性优良。

表面层8c是以DLC为主体的膜。在表面层8c中，优选在与混合层8b邻接的一侧，具有硬度从混合层8b侧连续地或阶段性地变高的梯度分布层部分8d。上述梯度分布层部分8d为偏压在混合层8b和表面层8c不同的情况下，为避免偏压的急剧变化，使偏压连续地或阶段性地变化（提高）而得到的部分。梯度分布层部分8d通过如上所述使偏压变化，其结果是，硬度如上所述地呈梯度分布。硬度连续地或阶段性地上升是为了使DLC构造中的石墨构造（sp²）和金刚石构造（sp³）的构成比率因偏压的上升而偏向后者。由此，混合层和表面层的急剧的硬度差消失，混合层8b和表面层8c的密接性更优良。

硬质膜8的膜厚（三层的合计）优选为0.5～3.0μm。若膜厚小于0.5μm，则存在耐磨损性及机械强度差的情况，超过3.0μm时，变得容易剥离。而且，表面层8c的厚度在该硬质膜8的膜厚中所占的比例优选为0.8以下。该比例超过0.8时，混合层8b中的用于WC和DLC的用于物理结合的梯度分布组织成为不连续的组织，密接性变差的可能性高。

通过使硬质膜8成为如上所述的组成的基底层8a、混合层8b、表面层8c这样的三层构造，耐剥离性优良。

作为硬质膜8的物性，将表面粗糙度Ra：0.01μm以下、维氏硬度Hv：780的SUJ2淬火钢作为配合材料（相手材），施加赫兹（ヘルツ）的最大接触面压0.5GPa的载荷并使所述SUJ2淬火钢与所述硬质膜接触，以0.05m/s的旋转速度使上述配合材料旋转了30分钟时的该硬质膜的比磨损率优选小于200×10^-10mm³/（N·m）。该摩擦磨损试验的形态是因为配合材料表面粗糙度小，因而与轴承内的磨损形态接近的粘着磨损形态，若在该试验中比磨损率小于200×10^-10mm³/（N·m），则对于轨道面或保持器滑动接触面上产生的局部的打滑来说，对磨损降低也是有效的。

另外，压入硬度的平均值和标准偏差值的合计优选为25～45GPa。若在该范围内，则对于硬质的异物进入轨道面内或保持器滑动接触面内的情况下产生的磨料磨损，也能够发挥好的效果。

另外，划痕试验中的临界剥离载荷优选为50N以上。划痕试验中的临界剥离载荷的测定方法如下述实施例所示。临界剥离载荷小于50N的情况下，在高载荷条件下使用了轴承的情况下，硬质膜剥离的可能性高。另外，即使临界剥离载荷为50N以上，若采用本发明这样的膜构造，根据情况有时也会容易地剥离。

以下，对硬质膜的成膜方法进行说明。硬质膜是对于轴承部件的成膜面按如下顺序成膜基底层8a、混合层8b、表面层8c而得到的硬质膜。

基底层8a及混合层8b的成膜，优选使用作为溅射气体而采用了Ar气的UBMS装置。使用图6所示的示意图说明采用了UBMS装置的UBMS法的成膜原理。在图中，基材12是成膜对象的轴承部件，但示意地用平板表示。如图6所示，在圆形靶15的中心部和周边部配置有具有不同磁特性的内侧磁铁14a、外侧磁铁14b，在靶15附近形成高密度等离子体19的同时，由上述磁铁14a、14b产生的磁力线16的一部分16a到达与偏置电源11连接的基材12附近。可以得到在溅射时产生的Ar等离子体沿该磁力线16a扩散到基材12附近的效果。在这样的UBMS法中，沿到达基材12附近的磁力线16a，Ar离子17及电子与通常的溅射相比使已被离子化的靶18更多地到达基材12，根据这样的离子辅助效果，能够形成致密的膜（层）13。

作为靶15，在形成基底层8a时使用Cr靶，在形成混合层8b时一并使用WC靶及石墨靶。按照各层的成膜，依次替换各自使用的靶。

连续地或阶段性地提高向成为碳供给源的石墨靶施加的溅射功率的同时，将向WC靶施加的功率降低，从而形成混合层8b。由此，能够制成朝向表面层8c侧，WC的含有率变小、且DLC的含有率变高的梯度分布组成成分的层。

表面层8c的成膜还优选使用作为上述溅射气体而采用Ar气的UBMS装置。更详细地说，表面层8c优选为，利用该装置，作为碳供给源一并使用石墨靶和烃类气体，上述烃类气体的导入量相对于上述Ar气向上述装置内的导入量100的比例为1～5，上述装置内的真空度为0.2～0.8Pa，向成为基材的轴承部件施加的偏压为70～150V，在这样的条件下，使从上述碳供给源产生的碳原子堆积在混合层8b上而形成上述表面层。关于该优选条件如下说明。

通过作为碳供给源一并使用石墨靶和烃类气体，能够提高与混合层8b之间的密接性。作为烃类气体能够使用甲烷气体、乙炔气体、苯等，没有特别的限定，从成本及操作性的观点出发优选甲烷气体。

通过使上述烃类气体的导入量的比例相对于Ar气向UBMS装置内（成膜腔内）导入的导入量100（体积部）成为1～5（体积部），由此不会使表面层8c的耐磨损性等恶化地谋求提高与混合层8b之间的密接性。

UBMS装置内（成膜腔内）的真空度如上所述优选为0.2～0.8Pa。更优选为0.25～0.8Pa。真空度小于0.2Pa时，由于腔内的Ar气体量少，所以不产生Ar等离子体，存在不能成膜的情况。另外，真空度比0.8Pa高时，容易引起反溅射现象，有可能导致耐磨损性变差。

向基材即轴承部件施加的偏压如上所述优选为70～150V。更优选为100～150V。偏压小于70V时，不能致密地实施，耐磨损性极端恶化，因此不优选。另外，偏压超过150V时，容易引起反溅射现象，有可能导致耐磨损性变差。另外，偏压过高时，表面层变得过硬，在轴承使用时有可能变得容易剥离。

另外，溅射气体即Ar气的导入量优选为40～150ml/min。更优选为50～150ml/min。Ar气流量小于40ml/min时，不产生Ar等离子体，存在不能成膜的情况。另外，Ar气流量比150ml/min多时，变得容易引起反溅射现象，有可能导致耐磨损性变差。Ar气导入量多时，在成膜腔内，Ar原子和碳原子的碰撞概率增加。其结果是，到达膜表面的Ar原子数减少，Ar原子对膜的压固效果降低，膜的耐磨损性变差。

表面层8c的梯度分布层部分8d如上所述通过使向基材即轴承部件施加的偏压连续地或阶段性地提高的同时成膜而得到。

作为本发明的滚动轴承1的润滑脂7，能够使用滚动轴承用的公知的润滑脂。在高温环境下、真空环境下等使用滚动轴承1的情况下，优选封入氟润滑脂。

氟润滑脂是将PFPE油等氟类油作为基础油并将氟树脂粉末作为增稠剂的润滑脂。关于PFPE油，只要是能够以氟原子置换脂族聚醚的氢原子的化合物，都能够使用。特别是，由于耐热性和耐氧化劣化性优良，所以优选完全地用氟原子置换氢原子。另外，作为上述PFPE油，具有直链或侧链的物质都可以使用。作为基础油的氟类油可以单独使用一种，也可以混合两种以上使用。另外，作为该基础油也可以混合氟类油和该氟类油以外的油而使用，也可以混合氟润滑脂和其他的润滑脂（脲类润滑脂等）而使用。

作为氟润滑脂的增稠剂的氟树脂粉末能够使用与上述PFPE油等氟类油的亲和性高且具有高温稳定性、耐化学性的粉末。作为氟树脂可以列举聚四氟乙烯（PTFE）树脂、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物（PFA）、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物（FEP）等全氟类氟树脂。在它们中，PTFE树脂的高温稳定性、耐化学性优良，因此优选。这些增稠剂可以单独使用一种，也可以混合两种以上使用。

作为氟润滑脂的基础润滑脂组成成分，优选为氟类油50～90重量%、氟树脂粉末50～10重量%。通过采用该范围，作为轴承封入润滑脂，泄漏少，能够调整成长时间降低转矩优选的粘度。

另外，润滑脂根据需要还能够含有公知的添加剂。作为添加剂可以列举例如有机锌化合物、胺类化合物等防氧化剂、苯并三唑等金属钝性剂、聚甲基丙烯酸酯、聚苯乙烯等粘度指数促进剂、二硫化钼、石墨等固体润滑剂、金属磺酸盐、多元醇酯等防锈剂、有机钼等摩擦减少剂、酯、醇等油性剂、磷类化合物等防磨损剂等。它们可以单独添加一种，也可以组合添加两种以上。

在本发明的滚动轴承中，通过形成如上所述的构造、物性的硬质膜，在轴承使用时，即便在受到滚动接触等的负荷、局部的滑动发热导致的热冲击等的负荷的情况下，也能够防止该膜的磨损和剥离，在苛刻的润滑状态下，也能实现轨道面等的损伤少的长寿命。另外，因轨道圈等的损伤而露出金属新生面的情况下，因催化作用而加剧润滑脂变质，但通过该硬质膜能够防止因金属接触而在轨道面和滚动面产生损伤，从而还能够防止该润滑脂变质。

特别是，封入并使用氟润滑脂的情况下，也能够通过该硬质膜抑制氟和钢的反应，并能够防止基础油的分解和钢的磨损，能够灵活应用PFPE油等氟化油本来的耐热性和润滑性，在高温用途中也能够实现长寿命。其结果是，本发明的滚动轴承适用于高温环境下、真空环境下等，能够良好地作为汽车发动机室中使用的轴承、复印机/印刷机等的墨粉定影部用轴承、真空设备用轴承等使用。

另一方面，作为测定各种机械零件和各种成形模具等的尺寸、紧固转矩、形状等时所使用的夹具、仪器、零件（以下也称为“尺寸测定夹具”），公知有块规、针规、度盘式量规、栓规、塞规、膜规等各种量规类、使用了块规进行尺寸测定时所使用的平台、产品形状的尺寸标准（轴承内圈、外圈、量规、滚动体）和紧固转矩确认用标准等的标准零件、游标卡尺、千分尺等尺寸测定仪器等。

作为机械零件的尺寸管理用的标准零件的一例，有测定内螺纹的尺寸的塞规。塞规是被嵌合在内螺纹的螺纹孔内来检查尺寸的量规。JIS等规定了如下的量规：通端及止端的螺纹塞规，其具有设有与内螺纹对应的外螺纹的测量部，对内螺纹检查外径、中径、节圆直径等；内径用塞规，其具有与内螺纹的内径对应的圆柱形状的量规并检查内螺纹的内径。

在这样的塞规中，提出了通过在表面涂覆TiN、CrN等硬质覆盖膜来提高耐磨损性的技术。但是，由于TiN膜和CrN膜的膜厚的偏差大，所以难以满足塞规所要求的高尺寸精度，实质上难以适用。另外，由于TiN膜和CrN膜通过AIP（电弧离子镀）法形成，所以附着被称为熔滴（ドロップレット）的粗大粒子（在电弧放电部产生），从而表面粗糙度变大，存在如下课题：有损润滑性，在塞规和内螺纹的嵌合部产生卡挂，作业性变差；或者耐磨损性不够，更换间隔短等。

对于该课题，提出了在塞规的表面通过CVD法形成2μm以下的DLC膜的技术（日本特开2006-208116号公报）。另外，提出了在测定在对象物上加工出的孔等的内径尺寸时所使用的栓规的表面形成DLC膜的技术（日本特开2006-177908号公报）。

除此之外，作为形成DLC膜的方法，例如提出了电弧离子镀的过滤电弧法，安装能除去从电弧放电部的阴极产生的被称为熔滴的阴极材料粒子的机构，从而能够在表面上形成凹凸少的DLC膜（日本特开2007-046144号公报）。另外，提出了通过UBMS法形成DLC膜而得到密接性优良的DLC膜的技术（日本特开2002-256415号公报）。

但是，如日本特开2006-208116号公报那样通过CVD法形成的DLC膜与通过PVD法形成的DLC膜相比，耐磨损性及密接性差，因此作为尺寸管理用的标准零件不能说是最合适的。另外，在该文献中，未采取设置中间层等的密接性提高对策。

另外，在日本特开2006-177908号公报中，使用UBMS法进行成膜，在DLC层和基材之间设置电镀层，但电镀层和基材之间的紧密接触力与通过UBMS法形成的中间层相比，大幅度地变低。因此，作为膜整体的紧密接触力不能说是足够的。另外，电镀层的膜厚的管理困难，薄壁化困难，因此作为标准零件不能说是最合适的。另外，为提高密接性，提出了在中间层使用金属元素的思想，但根据中间层的膜构造和成膜条件等，也存在不能谋求提高密接性的情况。

像这样，虽然在已有的标准零件的表面实施硬质膜处理（CrN、TiN、DLC等）来尝试长寿命化，但在尺寸精度、耐磨损性、密接性方面是不充分的，难以长期使用。

在尺寸测定夹具的表面的曲面部等形成DLC膜的情况下，根据其膜构造和成膜条件，膜内的残余应力变大，有可能在刚成膜之后就剥离。即使在刚成膜之后不剥离，在使用时受到负荷时也有可能剥离。因此，要求高的密接性。另外，在构成紧固转矩确认用标准零件的情况下，为管理壳体的尺寸，压入该标准零件，检测使标准零件往复滑动时的转矩，导致磨损粉末容易残留在滑动界面上，因此，要求高的耐磨损性。

作为DLC膜的成膜方法，在日本特开2007-046144号公报的方法中，优先耐磨损性，而密接性差，因此可认为难以应用于尺寸测定夹具。另外，在日本特开2002-256415号公报的方法中，仅着眼于与基材之间的密接性，因此在以往的成膜条件下，可认为难以提供作为尺寸测定夹具所需的足够的耐磨损性。

根据以上情况，期望提供一种尺寸测定夹具，其表面具有耐磨损性和密接性优良的硬质膜，长寿命且能够大幅削减更换次数。

为应对这样的问题，要求能够在尺寸测定夹具的基材表面上形成本发明的滚动轴承中的硬质膜。即，该尺寸测定夹具的基材的表面上形成有硬质膜，上述硬质膜是由直接成膜在上述基材的表面上的以Cr为主体的基底层、成膜在该基底层上的以WC和DLC为主体的混合层、成膜在该混合层上的以DLC为主体的表面层构成的膜，其特征是，上述混合层是以从上述基底层侧朝向上述表面层侧连续地或阶段性地使该混合层中的WC的含有率变小且使该混合层中的DLC的含有率变高的方式形成的层。

作为尺寸测定夹具，是测定各种机械零件和各种成形模具等的尺寸、紧固转矩、形状等时所使用的夹具、仪器、零件。可以列举例如块规、针规、度盘式量规、栓规、塞规、膜规等各种量规类、使用了块规进行尺寸测定时所使用的平台（存在与块规或产品之间的滑动）、产品形状的尺寸标准（轴承内圈、外圈、量规、滚动体）和紧固转矩确认用标准等的标准零件、游标卡尺、千分尺等尺寸测定仪器等。标准零件具体来说是在轴承内圈内径、轴承外圈外径或滚动体的尺寸测定时使用的零件、测定嵌入球面轴承外圈而使用的壳体的内径尺寸时所使用的零件等。

作为尺寸测定夹具的基材的材质，没有特别限定，可以使用超硬合金材料或铁类材料。作为超硬合金材料，除了机械特性最好的WC-Co类合金以外，还可以列举作为切削刀具能够提高耐氧化性的WC-TiC-Co类合金、WC-TaC-Co类合金、WC-TiC-TaC-Co类合金等。作为铁类材料，可以列举碳素工具钢、高速工具钢、合金工具钢、不锈钢、轴承钢、易切削钢等。

在这些基材中，硬质膜所成膜的面的硬度优选为维氏硬度为Hv650以上。通过采用Hv650以上的硬度，能够减少与硬质膜（基底层）之间的硬度差，并提高密接性。

优选在硬质膜所形成的面上，在硬质膜成膜前，通过氮化处理形成氮化层。作为氮化处理，优选在基材表面实施难以生成妨碍密接性的氧化层的等离子体氮化处理。另外，为了能够进一步提高与硬质膜（基底层）之间的密接性，氮化处理后的表面的硬度优选为维氏硬度为Hv1000以上。

硬质膜所成膜的面的表面粗糙度Ra优选为0.05μm以下。表面粗糙度Ra超过0.05μm时，在粗糙的突起前端难以形成硬质膜，导致膜厚局部变小。

形成在该尺寸测定夹具的基材表面上的硬质膜的构造、物性及成膜方法与形成在上述滚动轴承上的硬质膜相同。

实施例

［向内圈、外圈的成膜］

作为形成在本发明的滚动轴承上的硬质膜，对规定的基材形成硬质膜，并进行了与该硬质膜的物性相关的评价。另外，将同样的硬质膜实际形成在滚动轴承的内圈轨道面及外圈轨道面，并进行了该轴承的评价。

硬质膜的评价所使用的基材、UBMS装置、溅射气体、基底层及混合层的成膜条件如下所述。

（1）基材材质：各表所示的基材

（2）基材尺寸：镜面（Ra0.005μm左右）的圆板（φ48mm×φ8mm×7mm）

（3）UBMS装置：神户制钢所制；UBMS202/AIP复合装置

（4）溅射气体：Ar气

（5）基底层及混合层的成膜条件

基底层：将成膜腔内抽真空到5×10^-3Pa左右，通过加热器烘烤基材，利用Ar等离子体对基材表面蚀刻之后，通过UBMS法使用Cr靶形成了Cr层。此外，在采用Cr以外的基底层的情况下，除了使用对应的靶以外，以相同条件成膜。

混合层：将成膜腔内抽真空到5×10^-3Pa左右，通过加热器烘烤基材，利用Ar等离子体对基材表面（或上述Cr层表面）蚀刻之后，调整向WC靶和石墨靶施加的溅射功率，使WC和DLC的组成比呈梯度分布。此外，在采用WC以外的混合层的情况下，除了使用对应的靶以外，以相同条件成膜。

（6）表面层的成膜条件如各表所示。

UBMS202/AIP复合装置的概要如图7所示。图7是具有电弧离子镀（以下记作AIP）功能的UBMS装置的示意图。如图7所示，UBMS202/AIP复合装置是具有如下功能的装置：AIP功能，对配置在圆盘22上的基材23，利用真空电弧放电，使AIP蒸发源材料21瞬间蒸气化、离子化，并将其堆积在基材23上形成覆盖膜；UBMS功能，对于溅射蒸发源材料（靶）24，通过非平衡的磁场使基材23附近的等离子体密度提高来增大离子辅助效果（参照图6），由此能够控制堆积在基材上的覆盖膜的特性。通过该装置，在基材上，能够形成任意组合AIP覆盖膜及多个UBMS覆盖膜（包含组成成分梯度分布）而成的复合覆盖膜。在该实施例中，在作为基材的轴承部件上，作为UBMS覆盖膜而形成基底层、混合层、表面层。此外，虽然外圈轨道面位于外圈的内周，但通过被离子化的靶环绕而被成膜。

实施例1-1～1-8、1-10、比较例1-1～1-5、参考例1-1～1-8

利用丙酮对表1～表3所示的基材进行超声波清洗之后，使其干燥。干燥后，将基材安装在UBMS/AIP复合装置，以上述成膜条件形成了各表所示的材质的基底层及混合层。在其上，以各表所示的成膜条件形成表面层即DLC膜，从而得到具有硬质膜的试验片。此外，各表中的“真空度”是上述装置中的成膜腔内的真空度。将得到的试验片用于以下所示的磨损试验、硬度试验、膜厚试验、划痕试验及推力型滚动疲劳试验。将结果一并记录在各表中。表1的下述1）～5）在表2及表3中也相同。

实施例1-9

利用丙酮对使用日本电子工业株式会社制：游离基氮化装置实施了等离子体氮化处理的基材（维氏硬度Hv1000）进行超声波进行清洗之后，使其干燥。干燥后，将基材安装在UBMS/AIP复合装置，以上述成膜条件形成表1所示的材质的基底层（Cr）及混合层（WC/DLC）。在其上，以表1所示的成膜条件形成表面层即DLC膜，从而得到具有硬质膜的试验片。关于得到的试验片，用于与实施例1-1同样的试验，将其结果一并记录在表1中。

＜摩擦试验＞

使用图8所示的摩擦试验机对得到的试验片进行了摩擦试验。图8（a）是主视图，图8（b）是侧视图。将表面粗糙度Ra为0.01μm以下、维氏硬度Hv为780的SUJ2淬火钢作为配合材料32安装在旋转轴上，并将试验片31固定在臂部33，从附图上方施加规定的载荷34，以赫兹的最大接触面压0.5GPa、室温（25℃）下、0.05m/s的旋转速度、30分钟，在试验片31和配合材料32之间没有润滑剂地，使配合材料32旋转时，通过测压元件35检测配合材料32和试验片31之间产生的摩擦力。由此，算出比磨损率。

＜硬度试验＞

使用安捷伦科技公司制：纳米压痕仪（G200）对得到的试验片的压入硬度进行了测定。此外，测定值表示不受表面粗糙度的影响的深度（硬度稳定的位置）的平均值，各试验片分别测定10个位置。

＜膜厚试验＞

使用表面形状/表面粗糙度测定器（泰勒霍普森公司制：粗糙度轮廓仪PGI830）对得到的试验片的硬质膜的膜厚进行了测定。膜厚是对成膜部的一部分进行掩蔽，根据非成膜部和成膜部的高度差求出的膜厚。

＜划痕试验＞

对于得到的试验片，使用ナノテック株式会社制：大载荷划痕仪RST进行划痕试验而测定了临界剥离载荷。具体来说，对于得到的试验片，以前端半径200μm的金刚石压头，以划痕速度10mm/min、载荷负荷速度10N/mm（连续地增加载荷）进行试验，在试验机画面进行判定，对于画面上的摩擦痕（摩擦方向长度375μm，宽度约100μm），将露出的基材的面积达到50%的载荷作为临界剥离载荷进行了测定。

＜推力型滚动疲劳试验＞

对于得到的试验片，使用图9所示的试验机，进行了推力型滚动疲劳试验。进行假设轴承的润滑状态苛刻的情况的“低λ条件”和假设润滑状态良好的情况的“高λ条件”这两个条件的试验，并评价了硬质膜的滚动疲劳特性。由于“低λ条件”成为边界润滑，所以除纯粹的反复滚动疲劳之外，因接触产生的损伤受到影响。因此，要求硬质膜的耐磨损性和密接性。各条件如下所示。

［低λ条件］

润滑油：VG2

λ：0.6

最大接触面压：2GPa

转速：1000r/min

轨道直径：φ20mm

滚动体：尺寸7/32”，个数3，材质SUJ2，硬度Hv750，表面粗糙度Ra0.005μm

油温度：70℃

结束时间：无

（1111h下，负荷次数8次方次）

［高λ条件］

润滑油：VG32

λ：9.5

最大接触面压：3GPa

转速：4500r/min

轨道径：φ20mm

油温度：70℃

结束时间：300h

（247h下，负荷次数8次方次）

如图9所示，试验机是滚动体52在圆板状的试验片51和轨道盘55之间滚动的结构，试验片51经由调芯用滚珠53被支承。另外，图中54表示用于预压的旋转式滚珠花键，56表示加热器，57表示热电偶。本试验机是即使重新安装试验片51，滚动轨迹也不偏移的构造。评价方法是，每试验时间20h拆下试验片，通过光学显微镜观察，确认硬质膜是否自试验片剥离。例如，若20h确认时产生剥离，则寿命为20h。若20h确认时没有剥离，则再次安装试验片继续试验。将寿命时间一并记录在表1及表2中。另外，作为寿命判定，在低λ条件下，寿命为1500h以上的情况记作“○”，将1000h以上且小于1500h的情况记作“Δ”，将小于1000h的情况记作“×”。在高λ条件下，将寿命为300h以上的情况记作“○”，将小于300h的情况记作“×”。

＜向轴承内外圈的成膜试验＞

在实施例、比较例、参考例的各条件（基材以外）下，在6206滚动轴承（深沟球轴承）的以下的内圈轨道面及外圈轨道面上实际进行成膜，确认刚成膜之后硬质膜从各部件的剥离情况。将从成膜腔取出时没有剥离的情况记作“○”，将产生了剥离的情况记作“×”，将结果一并记录在各表中。另外，实施例1-1的试验后的照片表示在图12中，比较例1-1的试验后的照片表示在图13中，比较例1-4的试验后的照片表示在图14中。

内圈：在轨道面上形成硬质膜，材质SUJ2，硬度Hv750，表面粗糙度Ra0.03μm

外圈：在轨道面上形成硬质膜，材质SUJ2，硬度Hv750，表面粗糙度Ra0.03μm

＜轴承寿命试验＞

使用上述成膜试验中形成有硬质膜的内外圈，组装试验用的6206滚动轴承（深沟球轴承），使用该试验用轴承通过图10的试验机进行寿命试验。如图10所示，试验机用一对试验用轴承61旋转支承从负荷用螺旋弹簧63经由负荷用滚珠轴承62被施加载荷的同时通过驱动带轮64旋转的轴65。假设润滑状态良好的情况。试验条件如下所示。

内圈/外圈：上述成膜试验中形成有硬质膜的内圈及外圈

滚动体：尺寸3/8”，个数9，材质SUJ2，硬度Hv750，表面粗糙度Ra0.005μm

润滑油：VG56

λ：3以上

最大接触面压：3.3GPa

转速：3000r/min（内圈旋转）

计算寿命：L₁₀寿命127h

结束时间：200h

进行试验时间20h和试验时间200h的试验，使用光学显微镜确认试验后的轨道面是否存在硬质膜从部件剥离的情况。例如，若20h试验后产生剥离，则寿命成为20h，若200h试验后产生剥离，则寿命成为200h。因此，作为寿命水平，成为20h、200h、200h以上的3种水平。将寿命时间一并记录在表1及表2中。另外，作为寿命判定，将寿命为200h以上的情况记作“○”，将小于200h的情况记作“×”，将结果一并记录在表1及表2中。

[表1]

1）SUJ2~5：SUJ2~5，SUS：SUS440C，S53C：S53C

2）表示在混合层中与DLC一并使用的结构。“WC”的情况下，混合层成为WC/DLC。此外，“-”表示无。

3）表面层中的DLC梯度分布部分。

4）“-”表示氩气的单独使用，甲烷气体导入比表示甲烷气体导入量相对于氩气导入量100的比例。

5）相对于整体膜厚的表面层的膜厚。

[表2]

6）由于试验中剥离，所以不能测定。

[表3]

7）不放电，不能成膜。

如表1所示，各实施例的硬质膜的耐磨损性和密接性优良，在轴承使用时也能够防止硬质膜的剥离。

另外，在形成规定的膜构造的各实施例中，向内外圈轨道面的成膜状态良好，而在基底层、中间层与本发明不同的比较例1-1～1-4中，成膜困难。例如，在实施例1-1（图12）中，硬质膜良好地成膜，而在没有设置基底层的比较例1-1（图13）中，大幅度剥离，在虽设有基底层但不用Cr而采用Ti的比较例1-4（图14）中，也出现了剥离。另外，在比较例1-5中，成膜自身能够实现，但在轴承使用时容易剥离。

［向保持器的成膜］

作为在本发明的滚动轴承的保持器形成的硬质膜，对于规定的基材形成硬质膜，进行与该硬质膜的物性相关的评价，并且将同样的硬质膜实际形成在滚动轴承的保持器滑动接触面，并进行了该轴承的评价。

硬质膜的评价所使用的基材是各表的基材。另外，基材尺寸、UBMS装置、溅射气体、基底层及混合层的成膜条件与上述［向内圈、外圈的成膜］的情况相同。

实施例2-1～2-9、实施例2-11、比较例2-1～2-7、参考例2-1～2-7

用丙酮对表4～表6所示的基材进行超声波清洗之后，使其干燥。干燥后，将基材安装在UBMS/AIP复合装置，以上述成膜条件形成了各表所示的材质的基底层及混合层。在其上，以各表所示的成膜条件形成表面层即DLC膜，从而得到具有硬质膜的试验片。此外，各表中的“真空度”是上述装置中的成膜腔内的真空度。将得到的试验片用于与上述［向内圈、外圈的成膜］的情况相同的磨损试验、硬度试验、膜厚试验及划痕试验。将结果一并记录在各表中。表4的下述1）～4）在表5及表6中也相同。

实施例2-10

用丙酮对使用日本电子工业株式会社制：游离基氮化装置实施了等离子体氮化处理的基材（维氏硬度Hv1000）进行超声波清洗之后，使其干燥。干燥后，将基材安装在UBMS/AIP复合装置，以上述成膜条件形成了表4所示的材质的基底层（Cr）及混合层（WC/DLC）。在其上，以表4所示的成膜条件形成表面层即DLC膜，从而得到具有硬质膜的试验片。关于得到的试验片，用于与实施例2-1同样的试验，将其结果一并记录在表4中。

＜向轴承用保持器的成膜试验＞

在实施例、比较例、参考例的各条件下，在6204滚动轴承（深沟球轴承）用的以下的保持器滑动接触面（兜面）上实际进行成膜，确认刚成膜之后硬质膜从保持器剥离的情况。将从成膜腔取出时没有剥离的情况记作“○”，将产生了剥离的情况记作“×”，将结果记录在各表中。

保持器：一分为二的铁板保持器（在与滚动体的滑动接触面上形成硬质膜，保持器基材（材质、硬度、表面粗糙度）如表1所示）

＜轴承寿命试验＞

使用上述成膜试验中形成有硬质膜的保持器，组装试验用的6204滚动轴承（深沟球轴承），使用该试验用轴承通过图11的试验机进行了寿命试验。如图11所示，试验机用试验用轴承71旋转支承从负荷用螺旋弹簧73被施加载荷的同时通过带轮72而旋转的轴。74表示筒形加热器，75表示热电偶。试验条件如下所示。

保持器：一分为二的铁板保持器（在与滚动体的滑动接触面上形成硬质膜，保持器基材（材质、硬度、表面粗糙度）如各表所示）

试验用轴承：6204（橡胶密封）

润滑：锂酯类润滑脂（40℃下的基础油粘度26mm²/s，混和稠度260）

封入量：15%（全空间容积比）

载荷：径向载荷67N，轴向载荷67N

转速：10000r/min（内圈旋转）

温度：150℃

寿命形态是烧熔，达到寿命的同时转矩急剧上升。在该试验中，将以电动机的过负荷直到试验机停止的时间（h）作为寿命。将结果一并记录在各表中。

[表4]

1）表示在混合层中与DLC一并使用的结构。“WC”的情况下，混合层成为WC/DLC。此外，“-”表示无。

2）表面层中的DLC梯度分布部分。

3）“-”表示氩气的单独使用，甲烷气体导入比表示甲烷气体导入量相对于氩气导入量100的比例。

4）相对于整体膜厚的表面层的膜厚。

[表5]

5）由于试验中剥离，所以不能测定。

[表6]

7）不放电，不能成膜。

表4所示各实施例的硬质膜的耐磨损性和密接性优良，在轴承使用时也能够防止硬质膜从保持器剥离。

［向内圈、外圈、保持器的成膜（包含氟润滑脂的影响）］

作为在本发明的滚动轴承形成的硬质膜，对于规定的基材形成硬质膜，进行了与该硬质膜的物性相关的评价。另外，将同样的硬质膜实际形成在滚动轴承的内圈、外圈及保持器兜面，进行了该轴承的评价。

硬质膜的评价所使用的基材是各表的“内圈及外圈”的基材。另外，基材尺寸、UBMS装置、溅射气体、基底层及混合层的成膜条件与上述［向内圈、外圈的成膜］的情况相同。

实施例3-1～3-9、3-11、3-12、比较例3-2～3-6、参考例3-1～3-8

用丙酮对表7～9所示的内圈及外圈的基材进行超声波清洗之后，使其干燥。干燥后，将基材安装在UBMS/AIP复合装置，以上述成膜条件形成了各表所示的材质的基底层及混合层。在其上，以各表所示的成膜条件形成表面层即DLC膜，从而得到具有硬质膜的试验片。此外，各表中的“真空度”是上述装置中的成膜腔内的真空度。将得到的试验片用于与上述［向内圈、外圈的成膜］的情况相同的磨损试验、硬度试验、膜厚试验及划痕试验。将结果一并记录在各表中。表7的下述1）～6）在表8及表9中也相同。

实施例3-10

用丙酮对使用日本电子工业株式会社制：游离基氮化装置实施了等离子体氮化处理的基材（维氏硬度Hv1000）进行超声波清洗之后，使其干燥。干燥后，将基材安装在UBMS/AIP复合装置，以上述成膜条件形成了表7所示的材质的基底层（Cr）及混合层（WC/DLC）。在其上，以表7所示的成膜条件形成表面层即DLC膜，从而得到具有硬质膜的试验片。关于得到的试验片，用于与实施例3-1同样的试验，将其结果记录在表7中。

＜向轴承部件的成膜试验＞

在实施例、比较例、参考例的各条件下，在6204滚动轴承（深沟球轴承）的各表所示的成膜部位（内圈、外圈及保持器（一分为二的铁板保持器）的兜面）上实际进行成膜，确认刚成膜之后的硬质膜的剥离情况。此外，在各例中，内圈、外圈及保持器的基材以外的成膜条件相同。关于内圈、外圈、保持器中的任意一个，将从成膜腔取出时没有剥离的情况记作“○”，将任意一个产生了剥离的情况记作“×”，将结果记录在各表中。

＜轴承寿命试验＞

关于上述成膜试验中能够在各表所示的成膜部位良好地形成有硬质膜的内圈、外圈、保持器，装入试验用的6204滚动轴承（深沟球轴承），封入氟润滑脂作成试验用轴承。使用该试验用轴承，通过图11的试验机进行了寿命试验。此外，关于没有形成硬质膜的比较例3-1，也进行了同样的试验。试验条件如下所示。

内圈/外圈/保持器：如各表所示

试验用轴承：6204（橡胶密封）

润滑：氟润滑脂（NOK克鲁勃公司制NOXLUB KF1920）

封入量：5%（全空间容积比）

载荷：径向载荷67N，轴向载荷67N

转速：10000r/min（内圈旋转）

温度：200℃

寿命形态是烧熔，达到寿命的同时转矩急剧上升。在该试验中，将以电动机的过负荷直到试验机停止的时间（h）作为寿命。将结果记录在各表中。

[表7]

1）内圈用“内”表示，外圈用“外”表示，保持器用“保”表示。

2）是与Cr层相当的层，“-”表示无。

3）是与WC和DLC的混合层相当的层，材质替换成WC。“-”表示无。

4）是表面层中的DLC梯度分布部分。

5）导入比是甲烷气体导入量相对于氩气导入量100的比例，“-”表示氩气的单独使用。

6）表示相对于整体膜厚的表面层的膜厚的比例。

[表8]

7）由于试验中剥离，所以不能测定。

[表9]

如表7所示，可知各实施例的硬质膜的耐磨损性和密接性优良。其结果是，能够抑制封入的氟润滑脂中的氟与钢的反应，在高温（200℃）下的寿命试验中，示出了500小时以上的优良的耐久性。

［向尺寸测定夹具的成膜］

示出了将与在本发明的滚动轴承形成的硬质膜同样的硬质膜形成在尺寸测定夹具的例子。

成膜例4-1～4-8、4-10～4-22

用丙酮对表10～表12所示的基材进行超声波清洗之后，使其干燥。干燥后，将基材安装在UBMS/AIP复合装置，以上述成膜条件形成了各表所示的材质的基底层及混合层。在其上，以各表所示的成膜条件形成表面层即DLC膜，从而得到具有硬质膜的试验片。此外，各表中的“真空度”是上述装置中的成膜腔内的真空度。将得到的试验片用于与上述［向内圈、外圈的成膜］的情况相同的磨损试验、硬度试验、膜厚试验及划痕试验。另外，还用于以下所示的洛氏压痕试验（成膜例4-16～4-22以外）。将结果记录在各表中。表10的下述1）～5）在表11及表12中也相同。

成膜例4-9

用丙酮对使用日本电子工业株式会社制：游离基氮化装置实施了等离子体氮化处理的基材（维氏硬度Hv1000）进行超声波清洗之后，使其干燥。干燥后，将基材安装在UBMS/AIP复合装置，以上述成膜条件形成了表10所示的材质的基底层（Cr）及混合层（WC/DLC）。在其上，以表10所示的成膜条件形成表面层即DLC膜，从而得到具有硬质膜的试验片。关于得到的试验片，用于与成膜例4-1同样的试验，将其结果一并记录在表10中。

＜洛氏压痕试验＞

以150kg的载荷将金刚石压头冲入试验片基材时，观察其压痕周围的剥离产生状况。关于观察到的剥离产生状况，通过图15所示的评价基准，评价了试验片的密接性。若剥离产生量如图15（a）所示地为轻微，则评价为密接性优良，记作“○”，剥离如图15（b）所示地局部地产生的情况下，评价为密接性差，记作“Δ”，剥离如图15（c）所示地在整周产生的情况下，评价为密接性极其差，记作“×”。

[表10]

1）SUS：SUS440C，SUJ2：SUJ2，S53C：S53C，超硬：超硬合金

3）表面层中的DLC梯度分布部分。

5）相对于整体膜厚的表面层的膜厚。

[表11]

6）由于试验中剥离，不能测定。

[表12]

7）不放电，不能成膜。

如表10所示，可知各成膜例的硬质膜的耐磨损性和密接性优良。另外，在基底层和中间层与成膜例不同的成膜例4-12～4-15中，在洛氏压痕试验中观察到剥离。

接下来，为确认尺寸测定夹具的耐久性，进行了以下试验。

＜栓规试验A＞

关于栓规材质：SUJ2（维氏硬度780Hv）、φ22mm×φ8mm×t6mm的烧结金属零件（铜-铁类），对φ8的孔实施了栓规通过试验。试验所使用的烧结金属零件的内径尺寸以成为φ8.01mm±0.01mm的尺寸的方式进行调整。以表13所示的条件实施了表面处理的栓规（φ8mm±0.005mm×L50mm，Ra＝0.01μm，圆度0.001mm）通过该烧结零件内径部，确认了内径尺寸。由于烧结零件内径部和栓规滑动，因此，通过次数增加时，栓规产生损伤、磨损。此外，圆度测定采用了泰勒霍普森公司制Talyrond 365。对于100万个烧结金属零件进行通过试验，将栓规的圆度小于0.002mm（变化量小于0.001mm）的情况记作“○”，将圆度为0.002～0.004mm的情况记作“Δ”，将圆度超过0.004mm的情况记作“×”。其结果如表13所示。

＜栓规试验B＞

关于栓规材质：SUJ2（维氏硬度780Hv）、φ50mm×φ100mm×t50mm的FC200（铸铁）制壳体，对φ50mm的孔实施栓规通过试验。试验所使用的FC200制壳体的内径尺寸以成为φ50（0.000～＋0.02mm）的尺寸的方式进行调整。以表13所示的条件实施了表面处理的栓规（φ50mm±0.002mm×L80mm，Ra＝0.5μm）通过该壳体，确认了内径尺寸。由于壳体和栓规滑动，因此通过次数增加时，栓规产生损伤、磨损。对于10万个壳体进行通过试验，将栓规的圆度小于0.002mm（变化量小于0.001mm）的情况记作“○”，将圆度为0.002～0.004mm的情况记作“Δ”，将圆度超过0.004mm的情况记作“×”。其结果如表13所示。

＜游标卡尺测定试验＞

使用游标卡尺材质：SUS304（维氏硬度780Hv）、游标卡尺作业部：0～150mm（尺寸测定用的压头平坦部：4mm×10mm，平坦部的表面粗糙度：0.005μm，在该部分测定产品尺寸，尺寸测定时的压紧力：100g）的游标卡尺，测定100万个与608相当的轴承的外圈外径，观察游标卡尺平坦部的磨损状况。使用表面粗糙度测定器（泰勒霍普森公司制：粗糙度轮廓仪PGI830），求出相对于基准面的磨损深度。将磨损深度小于1μm的情况记作“○”，将1μm以上且小于3μm的情况记作“Δ”，将3μm以上的情况记作“×”。其结果如表13所示。

[表13]

如表13所示，可知形成有规定构造的硬质膜的尺寸测定夹具在测定10万～100万个产品后，变形量也小，寿命能够大幅度延长。

工业实用性

在本发明的滚动轴承中，在内圈轨道面、外圈轨道面或滚动体的滚动面上形成的包含DLC的硬质膜的耐剥离性优良，能够发挥DLC主体的特性，因此耐烧熔性、耐磨损性及耐腐蚀性优良。因此，本发明的滚动轴承能够适用于包含苛刻的润滑状态下的用途在内的各种用途。

附图标记的说明

1滚动轴承（深沟球轴承）

2内圈

3外圈

4滚动体

5保持器

6密封部件

7润滑脂

8硬质膜

11偏置电源

12基材

13膜（层）

15靶

16磁力线

17Ar离子

18被离子化的靶

19高密度等离子体

21AIP蒸发源材料

22圆盘

23基材

24溅射蒸发源材料（靶）

31试验片

32配合材料

33臂部

34载荷

35测压元件

51试验片

52滚动体

53调芯用滚珠

54旋转式滚珠花键

55轨道盘

56加热器

57热电偶

61试验用轴承

62负荷用滚珠轴承

63负荷用螺旋弹簧

64驱动带轮

65轴

71试验用轴承

72带轮

73负荷用螺旋弹簧

74筒形加热器

75热电偶

Claims

1.一种滚动轴承，具有：外周具有内圈轨道面的内圈；内周具有外圈轨道面的外圈；在所述内圈轨道面和所述外圈轨道面之间滚动的多个滚动体；以及保持所述滚动体的保持器，所述滚动轴承的特征在于，

从所述内圈、所述外圈、所述滚动体及所述保持器中选择的至少一个轴承部件由铁类材料形成，

在作为由该铁类材料形成的所述轴承部件的曲面并且从所述内圈轨道面、所述外圈轨道面、所述滚动体的滚动面及所述保持器的滑动接触面中选择的至少一个曲面上成膜有硬质膜，

所述硬质膜是由基底层、混合层和表面层构成的膜，所述基底层直接成膜在所述曲面上且以铬为主体，所述混合层成膜在该基底层上且以碳化钨和类金刚石碳为主体，所述表面层成膜在该混合层上且以类金刚石碳为主体，

所述混合层是以从所述基底层侧朝向所述表面层侧连续地或阶段性地使该混合层中的所述碳化钨的含有率变小且使该混合层中的所述类金刚石碳的含有率变高的方式形成的层。

2.如权利要求1所述的滚动轴承，其特征在于，所述滚动体是滚珠，所述内圈轨道面及所述外圈轨道面是引导所述滚动体的圆形曲面。

3.如权利要求1所述的滚动轴承，其特征在于，所述滚动体是滚珠，所述保持器的滑动接触面是与所述滚动体滑动接触的滑动接触面即保持所述滚珠的兜面。

4.如权利要求1所述的滚动轴承，其特征在于，所述表面层在与所述混合层邻接的一侧，具有硬度从所述混合层侧连续地或阶段性地变高的梯度分布层部分。

5.如权利要求1所述的滚动轴承，其特征在于，

所述表面层是使用作为溅射气体采用了氩气的非平衡磁控溅射装置成膜而形成的层，

作为碳供给源一并使用石墨靶和烃类气体，所述烃类气体的导入量相对于所述氩气向所述装置内导入的导入量100的比例为1～5，所述装置内的真空度为0.2～0.8Pa，向成为基材的所述轴承部件施加的偏压为70～150V，在这样的条件下，使从所述碳供给源产生的碳原子堆积在所述混合层上成膜而形成所述表面层。

6.如权利要求5所述的滚动轴承，其特征在于，所述烃类气体是甲烷气体。

7.如权利要求4所述的滚动轴承，其特征在于，所述表面层的梯度分布层部分是使向成为基材的所述轴承部件施加的偏压连续地或阶段性地提高的同时成膜而形成。

8.如权利要求1所述的滚动轴承，其特征在于，

所述基底层及所述混合层是使用作为溅射气体采用了氩气的非平衡磁控溅射装置成膜而形成的层，

所述混合层是连续地或阶段性地提高向成为碳供给源的石墨靶施加的溅射功率的同时降低向碳化钨靶施加的溅射功率进行成膜而形成。

9.如权利要求1所述的滚动轴承，其特征在于，所述硬质膜构成为，将表面粗糙度Ra：0.01μm以下、维氏硬度Hv：780的SUJ2淬火钢作为配合材料，施加赫兹的最大接触面压0.5GPa的载荷并使所述SUJ2淬火钢与所述硬质膜接触，以0.05m/s的旋转速度使所述配合材料旋转了30分钟时的该硬质膜的比磨损率小于200×10^-10mm³/（N·m）。

10.如权利要求1所述的滚动轴承，其特征在于，所述硬质膜的压入硬度的平均值和标准偏差值的合计为25～45GPa。

11.如权利要求1所述的滚动轴承，其特征在于，所述硬质膜的划痕试验中的临界剥离载荷为50N以上。

12.如权利要求1所述的滚动轴承，其特征在于，所述硬质膜的膜厚为0.5～3μm，并且所述表面层的厚度在该硬质膜的膜厚中所占的比例为0.8以下。

13.如权利要求1所述的滚动轴承，其特征在于，形成所述内圈、所述外圈、所述滚动体的铁类材料分别为高碳铬轴承钢、碳钢、工具钢或马氏体类不锈钢。

14.如权利要求13所述的滚动轴承，其特征在于，在所述内圈、所述外圈或所述滚动体，所述硬质膜所成膜的曲面的硬度为维氏硬度Hv650以上。

15.如权利要求1所述的滚动轴承，其特征在于，形成所述保持器的铁类材料为冷轧钢板、碳钢、铬钢、铬钼钢、镍铬钼钢或奥氏体类不锈钢。

16.如权利要求15所述的滚动轴承，其特征在于，在所述保持器，所述硬质膜所成膜的曲面的硬度为维氏硬度Hv450以上。

17.如权利要求1所述的滚动轴承，其特征在于，在所述硬质膜所成膜的曲面，在所述硬质膜成膜前，通过氮化处理形成有氮化层。

18.如权利要求17所述的滚动轴承，其特征在于，所述氮化处理是等离子体氮化处理，所述氮化处理后的所述曲面的硬度为维氏硬度Hv1000以上。

19.如权利要求1所述的滚动轴承，其特征在于，在所述内圈、所述外圈或所述滚动体，所述硬质膜所成膜的曲面的表面粗糙度Ra为0.05μm以下。

20.如权利要求1所述的滚动轴承，其特征在于，在所述保持器，所述硬质膜所成膜的曲面的表面粗糙度Ra为0.5μm以下。

21.如权利要求1所述的滚动轴承，其特征在于，所述滚动轴承封入有润滑脂。

22.如权利要求21所述的滚动轴承，其特征在于，所述润滑脂是将全氟聚醚油作为基础油、将氟树脂粉末作为增稠剂的氟润滑脂。