TW201908615A - 滾動裝置 - Google Patents

Abstract

本發明之滾動裝置具備有：內側構件，其於外表面具有軌道面；外側構件，其具有與內側構件之軌道面對向之軌道面，且被配置於內側構件之外側；及滾動體，其滾動自如地被配置於兩軌道面之間。該滾動裝置，其內側構件所具有之軌道面、外側構件所具有之軌道面、及滾動體中之至少一者係由母材11、基底層12及功能層13所構成，其中，該母材11係由金屬系材料所成，該基底層12係形成於母材11之表面側，而該功能層13係形成於基底層12之表面側；且功能層13係構成為具有將WC層與C層交替地積層之積層構造的複合層。可得到藉由在構成構件形成塗佈層而防止金屬接觸，從而使磨耗特性或潤滑壽命特性得以提升之滾動裝置。

Description

滾動裝置

本發明係關於滾動裝置者。

作為過去以來所使用之機械元件，已知有例如滾珠螺桿或線性導軌、直線運動軸承、滾珠花鍵等之滾動裝置。該滾動裝置係設為如下之裝置：外側構件藉由具有在外表面具有軌道面之內側構件、具有與內側構件之上述軌道面對向之軌道面且被配置於內側構件之外側之外側構件、及滾動自如地被配置於上述兩軌道面之間之複數個滾動體，而在內側構件之軸線方向或圓周方向上往返運動自如或旋轉運動自如。

此種滾動裝置，由於被配設於內側構件與外側構件之間之複數個滾動體反覆進行滾動運動，因此會對該等滾動裝置之構成構件反覆施加接觸應力。因此，構成內側構件、外側構件、及滾動體之材料，一般會採用疲勞壽命或耐磨耗性等較優異之金屬材料或樹脂材料等。

又，此種滾動裝置由於存在有如無塵室、半導體製造裝置、液晶面板製造裝置、食品加工裝置等需要潔淨之環境的用途或可在真空環境下使用之情形，因此對於構成內側構件、外側構件、及滾動體之材料，存在有形成由固體潤滑劑所構成之披覆膜而加以使用之情形。例如，下述專利文獻1揭示有一種技術，其於一 移動構件與另一移動構件經由與各自之引導面相接之滾動體而相對地進行直線移動之滾動裝置中，對上述兩個移動構件或滾動體之至少一者，在其表面隔著無電解鎳披覆膜形成氟樹脂披覆膜。而且，根據下述專利文獻1之記載，藉由對滾動裝置之構成構件隔著無電解鎳披覆膜形成氟樹脂披覆膜，而可於半導體製造裝置或液晶面板製造裝置、食品加工裝置等需要在潔淨氛圍之環境下等較佳地使用，而且，亦可於真空、高溫、腐蝕性氛圍環境下使用。

然而，下述專利文獻1所記載之技術，係於對金屬材料等之基材形成無電解鎳披覆膜之後進一步形成氟樹脂披覆膜者，為製造步驟較多而成本較高之技術。雖於專利文獻1中亦有記載，但原本於無電解鎳披覆膜或無電解鎳-磷披覆膜中，由於膜本身具有防銹作用，而可得到耐蝕性提升之效果，因此若能藉由僅實施無電解鎳披覆膜或無電解鎳-磷披覆膜便實現兼具防滾動疲勞性與防銹性之滾動裝置，便會成為產業上之利用價值非常高之技術。然而，如過去所公知般，由於無電解鎳披覆膜存在有微細之裂縫或孔隙，因此在將如此狀態之皮膜使用於滾動裝置之構成構件之情形時，皮膜之剝離等會因反覆之接觸應力而產生，或以裂縫或孔隙為起點而生銹，因此無法充分地發揮作為滾動裝置之性能。由此亦可得知，過去並未完成可使滾動裝置之磨耗特性或潤滑壽命特性較佳地提升之塗佈披覆膜之形成技術。

另一方面，金屬或塑膠之切削與成形過程所使用之工具，為了提升有效壽命與處理條件而多會進行塗佈，如此之塗佈係使用如CVD(化學氣相沈積；Chemical Vapor Deposition)或PVD(物理氣相沈積；Physical Vapor Deposition)之周知的方法。

[先前技術文獻] [專利文獻]

專利文獻1：日本專利特開平10-325414號公報

然而，於對構成構件施加反覆接觸應力之滾動裝置中，過去並未對其構成構件實施由碳化鎢(WC)及碳(C)之混合物所構成的塗佈，該塗佈之最佳條件尚不明朗。尤其，滾動裝置雖一邊具備有可對應於反覆施加之接觸應力之較高的硬度，一邊仍被要求對母材之密貼性優異並且對彈性變形之追隨性較高，而且不易發生表層之破裂等不良情形之塗佈的實現，但滿足如此各種品質要求之塗佈技術尚未實現。

本發明係鑒於上述之習知技術所存在之各種課題而完成者，其目的在於實現藉由在構成構件形成塗佈層而防止金屬接觸，從而使磨耗特性與潤滑壽命特性得以提升之滾動裝置。

本發明之滾動裝置具備有：內側構件，其於外表面具有軌道面；外側構件，其具有與上述內側構件之軌道面對向之軌道面，且被配置於上述內側構件之外側；及滾動體，其滾動自如地被配置於上述兩軌道面之間；其特徵在於：上述內側構件所具有之軌道面、上述外側構件所具有之軌道面、及上述滾動體中之至少一者係由母材、基底層及功能層所構成，其中，該母材係由金屬系材料所成，該基底層係形成於上述母材之表面側，而該功能層係形成於 上述基底層之表面側；且上述功能層係構成為具有將WC層與C層交替地積層之積層構造的複合層。

根據本發明，可實現藉由在構成構件形成塗佈層而防止金屬接觸，從而使磨耗特性或潤滑壽命特性得以提升之新穎的滾動裝置。

11‧‧‧母材

12‧‧‧基底層

13‧‧‧功能層

40‧‧‧線性導軌裝置

41‧‧‧軌道導軌

41a、61a‧‧‧滾動體滾走面

42、58、62、95‧‧‧滾珠

43、93‧‧‧移動塊

43a‧‧‧負荷滾動體滾走面

48、49‧‧‧螺孔

52‧‧‧負荷滾走道

53‧‧‧無負荷滾走道

55‧‧‧方向轉換道

56‧‧‧滾珠螺桿裝置

57、81、91‧‧‧螺紋軸

57a‧‧‧滾動體滾走溝

59、83‧‧‧螺帽構件

60‧‧‧花鍵裝置

61‧‧‧花鍵軸

63‧‧‧外筒

64‧‧‧保持器

70‧‧‧旋轉軸承裝置

71‧‧‧內輪

72‧‧‧內側軌道面

73‧‧‧外輪

74‧‧‧外側軌道面

75‧‧‧軌道路

77‧‧‧輥

80‧‧‧滑動螺桿裝置

90‧‧‧滾動裝置

圖1係用以說明本發明之塗佈層之具體內容的圖，而圖1(a)係表示塗佈層之剖面構成的示意圖，圖1(b)係表示塗佈層之剖面構成之一部分的照片圖。

圖2係表示油潤滑負載耐久試驗之結果的圖表，且縱軸所示之各試驗品之試驗結果，係作為橫軸所示之移行距離來表示。

圖3係表示無潤滑負載耐久試驗之結果的圖表，縱軸所示之各試驗品之試驗結果，係作為橫軸所示之移行距離比來表示。

圖4係用以說明本發明之基底層之變形形態的圖，圖4(a)係表示塗佈層之剖面構成的示意圖，而圖4(b)係表示構成塗佈層之基底層之膜厚方向上C成分率之變化的圖表。

圖5係例示本發明之塗佈層之披覆膜硬度之最佳設計條件之一的圖，圖5(a)係表示塗佈層之剖面構成的示意圖，而圖5(b)係表示塗佈層之膜厚方向上硬度值之設計例的圖表。

圖6係例示將本實施形態之滾動裝置構成為線性導軌裝置之情形之一形態的外觀立體圖。

圖7係用以說明圖6所示之線性導軌裝置所具備之無限循環道 的剖面圖。

圖8係例示將本實施形態之滾動裝置構成為滾珠螺桿裝置之情形的圖。

圖9係例示將本實施形態之滾動裝置構成為花鍵裝置之情形的圖。

圖10係例示將本實施形態之滾動裝置構成為旋轉軸承裝置之情形之一形態的局部縱剖面立體圖。

圖11係表示圖10所示之旋轉軸承裝置之縱剖面的圖。

圖12係例示將本實施形態之滾動裝置構成為滑動螺桿裝置之情形之一形態的外觀立體圖。

圖13係用以說明本發明多種應用事例之圖，且係表示線性運動導軌與滾珠螺桿被組合為一體構造之形式之滾動裝置的外觀立體局部剖面圖。

以下，使用圖式，對用以實施本發明之較佳實施形態進行說明。再者，以下之實施形態並非限定各請求項之發明者，而且，實施形態中所說明之所有特徵之組合未必為發明之解決手段所必要者。

首先，使用圖1，對可應用於滾動裝置之構成構件之本發明之塗佈層之具體內容進行說明。此處，圖1係用以說明本發明之塗佈層之具體內容的圖，圖1(a)係表示塗佈層之剖面構成之示意圖，而圖1(b)係表示塗佈層之剖面構成之一部分的照片圖。再者，本發明之塗佈層係被應用於具備有在外表面具有軌道面之內側構件、具有與內側構件之軌道面對向之軌道面且被配置於內側構件之 外側之外側構件、及滾動自如地被配置於兩軌道面之間滾動體的滾動裝置者，且內側構件所具有之軌道面、外側構件所具有之軌道面、及滾動體中之至少一者係由母材、基底層及功能層所構成，其中，該母材係由金屬系材料所成，該基底層係形成於母材之表面側，而該功能層係形成於基底層之表面側；關於其具體之實施形態例，將於後述之。

如圖1(a)所示，本發明之塗佈層係由母材11、基底層12及功能層13所構成，其中，該母材11係由金屬系材料所成，該基底層12係形成於母材11之表面側，而該功能層13係形成於基底層12之表面側。

關於母材11，假定為一般被使用於滾動裝置之金屬材料，例如由SUJ2(高碳鉻軸承鋼)等之軸承鋼、或高碳鋼、工具鋼等所構成。但是，本發明之母材之應用範圍，並非被限定於如此之鐵系金屬者，亦包含鈦合金或鋁合金等之非鐵系之金屬合金者。

基底層12例如由W(鎢)所構成，而成為將母材11與後述之功能層13較佳地加以連接之層。

功能層13係構成為具有將由碳化鎢所構成之WC層、與由碳所構成之C層交替地積層之積層構造的複合層。再者，本發明之C層假定被構成為由DLC(類金鋼石碳；Diamond-like Carbon)所構成之披覆膜層，且係構成硬度非常高之由單層構造所構成之披覆膜層者。另一方面，與由DLC所構成之C層交替地被積層之WC層，係構成相較於由DLC所構成之C層硬度較低之較軟之披覆膜層者。因此，藉由將硬度較高之C層與較軟之WC層交替地積層，作為功能層13整體，成為對彈性變形之追隨性較高，並且不易發生膜破 裂之非常好的塗佈層。

又，本發明之塗佈層，構成功能層13之複合層之最表面係由C層所構成。形成有塗佈層之滾動裝置之構成構件，由於受到反覆之應力，因此被要求賦予較高之表面硬度。因此，於本發明中，藉由構成為C層被配置於構成由積層構造所構成之功能層13之複合層的最表面，而可於構成構件之最表面形成硬度非常高之由單層構造所構成之披覆膜層。根據該構成，可發揮滾動裝置所要求對應力負載之耐久性，而使磨耗特性或潤滑壽命特性得以提升。

此外，本發明之塗佈層中，如上所述，基底層12雖由W(鎢)所構成，但關於功能層13中基底層12與功能層13之連接面，係以成為WC層之方式所構成。被形成於基底層12之表面側之功能層13中與基底層12之連接面，係構成相較於C層硬度較低之較軟之披覆膜層的WC層，又，藉由設為與構成基底層12之W(鎢)之作為相同系統之金屬材料的WC層，母材11與基底層12、功能層13可以較高之密貼性被結合。亦即，本發明之塗佈層可說是非常不易剝離之塗佈層。因此，根據本發明之塗佈層，可實現使磨耗特性或潤滑壽命特性得以提升之新穎的滾動裝置。

再者，關於上述之本發明之構成中，構成功能層13之WC層之W(鎢)組成比，較佳係以滿足如下之不等式之條件構成：0重量%<w≦30重量%。

由該0重量%<w≦30重量%所構成之條件式，係藉由發明人等所進行之實驗發現者，且由於藉由滿足該條件式可實現功能層13中W(鎢)組成比之最佳化，因此為用以於滾動裝置之軌道面形成不易磨耗之膜表面之有效的條件。

此外，關於作為構成本發明之塗佈層之功能層13之複合層的硬度值，係構成為維氏硬度Hv成為800~1500。於發現該條件值時發明人等所進行之實驗中，複合層之硬度測量係利用奈米壓痕機來進行，構成本發明之塗佈層之功能層13係構成為維氏硬度Hv成為相當於800~1500之12GPa~17GPa之值。對構成功能層13之複合層，之所以設定如此硬度值之條件，其原因在於若維氏硬度Hv未達800(12GPa)耐磨耗性便存在著課題，若維氏硬度Hv大於1500(17GPa)便會發生塗佈破裂。關於構成功能層13之複合層之硬度值，藉由構成為維氏硬度Hv成為800~1500，可實現可較佳地使用於會產生較高面壓或剪力之滾動裝置的塗佈層。

以上，已對發明人等所發現本發明之塗佈層之較佳形成條件進行說明。其次，對於藉由滿足上述本發明之塗佈層之形成條件而可得到之效果，由於發明人等已進行驗證實驗，因此說明其結果。

首先，發明人等已對已實施油潤滑之條件下之滾動裝置之負載耐久性能進行驗證實驗。該油潤滑負載耐久試驗使用實驗室內之常溫環境下所設置之負載耐久試驗機，對該試驗機設置線性導軌來進行。線性導軌藉由準備將本發明之塗佈層以各種條件值形成於構成構件者、及作為習知技術之沒有本發明之塗佈層之既有品，並使移動塊相對於構成線性導軌之軌道導軌反覆地往返運動，來比較兩者之耐久性能。

再者，作為油潤滑負載耐久試驗更具體之條件，試驗品準備有作為比較例1之既有品、及作為比較例2之功能層13之硬度值為10GPa者，並進一步準備有作為本發明之實施形態之功能層13 之硬度值為12、15、17GPa之實施例1、2、3共5種。對該5種試驗品，將潤滑脂初期封入，其後，以0.5cm³/min之條件持續供油。對於構成線性導軌之移動塊，始終負荷徑向負載12.6kN之固定負載，並設定最高速度60m/min、加減速度9.8m/s²(1.0G)、行程350mm之各條件值，來作為移動塊相對於軌道導軌之相對移動條件。於該條件下使移動塊相對於構成線性導軌之軌道導軌反覆地往返運動，記錄線性導軌一邊維持性能一邊進行往返運動之移行距離，並根據該移行距離來進行評估。

將在以上所說明之試驗條件下得到之結果表示於圖2。此處，圖2係表示油潤滑負載耐久試驗之結果的圖表，且縱軸所示之各試驗品之試驗結果，係作為橫軸所示之移行距離來表示。

根據圖2可得知，本次所實施之油潤滑負載耐久試驗，於所有實施例中可得到優於既有品之結果。然而，關於作為本發明之實施形態之功能層13之硬度值為12、15、17GPa之實施例1、2、3，移行距離為2500~4500km，顯示超過既有品約3倍之移行距離。根據該結果，可評估為：作為本發明之功能層13之條件值，利用奈米壓痕機所測量之構成功能層13之複合層之硬度值為12GPa~17GPa之條件，係相較於習知技術可實現長壽命化者。亦即，藉由發明人等所進行之油潤滑負載耐久試驗，可確認到本發明之塗佈層較佳地顯示在油潤滑環境下潤滑狀態之改善效果。

再者，關於作為本發明之實施形態之功能層13之硬度值為10GPa者，未發現相對於既有品之顯著差異。然而，根據該結果，可確認到關於將本發明之功能層13之條件值之下限值設定為12GPa之有效性。

其次，發明人等已對未實施油潤滑之無潤滑環境下滾動裝置之負載耐久性能進行驗證實驗。該無潤滑負載耐久試驗使用在實驗室內之常溫環境下所設置之負載耐久試驗機，並將線性導軌設置於該試驗機來進行。線性導軌藉由準備本發明之塗佈層以硬度值15GPa形成於構成構件之實施例、與作為比較例之形成有MoS₂膜者，並使移動塊相對於構成線性導軌之軌道導軌反覆地往返運動來比較兩者之耐久性能。再者，本發明之塗佈層之硬度值之所以設為15GPa，係因為代表性地選擇了作為本發明之功能層13之條件值的利用奈米壓痕機所測量之構成功能層13之複合層之硬度值為12GPa~17GPa之條件範圍之大致中央值。

又，作為無潤滑負載耐久試驗更具體之條件，將上述2種試驗品各準備1套，並採取各者之資料。潤滑條件設為無潤滑，關於試驗實施中潤滑劑之供給亦停止。對於構成線性導軌之移動塊，始終負擔徑向負載3.17kN之固定負載，並設定最高速度30m/min、加減速度9.8m/s²(1.0G)、行程350mm之各條件值，來作為移動塊相對於軌道導軌之相對移動條件。於該條件下使移動塊相對於構成線性導軌之軌道導軌反覆地往返運動，記錄線性導軌一邊維持性能移動塊一邊進行往返運動之移行距離，並根據該移行距離來進行評估。

將由以上說明之試驗條件所得到之結果顯示於圖3。此處，圖3係表示無潤滑負載耐久試驗之結果的圖表，且縱軸所示之各試驗品之試驗結果，係作為橫軸所示之移行距離比來表示。

根據圖3可得知，本次所實施之無潤滑負載耐久試驗，在將形成自過去以來於無潤滑環境下所使用之作為比較例之 MoS₂膜之情形之移行距離比設為1的情形時，關於本發明之塗佈層之硬度值以15GPa形成之實施例，移行距離比為3.2。亦即，關於本發明之塗佈層，顯示相較於習知技術大致3倍以上之壽命延長效果。又，關於在無潤滑負載耐久試驗所得到之結果相較於習知技術實現大致3倍以上之長壽命化，為與油潤滑負載耐久試驗中之效果大致相同之改善效果倍率。根據該結果，可評估為：作為本發明之功能層13之條件值，利用奈米壓痕機所測量之構成功能層13之複合層之硬度值為12GPa~17GPa之條件相較於習知技術可實現長壽命化。亦即，藉由發明人等所進行之無潤滑負載耐久試驗，可確認到本發明之塗佈層即便於無潤滑環境下亦較佳地發揮長壽命效果。

以上，已對發明人等所發現本發明之塗佈層較佳之形成條件進行說明。如上所述，本發明之塗佈層可較佳地用於會受到反覆之滾動負荷或滑動負荷之滾動裝置，而達成相較於習知技術大致3倍以上之長壽命化。但是，上述之本發明之塗佈層較佳之形成條件係關於功能層13者。因此，發明人等在研究本發明進一步改良之過程中，亦致力於基底層12之改良形態。而且，發明人等經銳意研究後的結果，可確認到取代由W(鎢)單獨構成之基底層12而採用主成分由W(鎢)所構成並且C成分自與母材11之連接面朝向與功能層13之連接面階段性地增加之基底層12，藉此可形成耐剝離性優異之基底層12。作為表示如此新穎之基底層12之示意圖，顯示於圖4。此處，圖4係用以說明本發明之基底層之變形形態的圖，圖4(a)係表示在塗佈層之剖面構成的示意圖，圖4(b)係表示構成塗佈層之基底層之膜厚方向上C成分率之變化的圖表。

如圖4所示，變形形態之基底層12雖為主成分由W(鎢) 所構成者，但自與母材11之連接面起固定膜厚之範圍內C成分率為0(零)%，僅由W(鎢)所構成。而且，變形形態之基底層12係構成為C成分率朝向作為與功能層13之連接面之表層側階段性地增加，且與功能層13連接之基底層12之最表面部分係構成為C成分率成為80%。如此，關於構成本發明之塗佈層之基底層12，藉由以W(鎢)中之C成分比率在膜厚方向上階段性地變化之方式成膜，而可得到成為耐剝離性優異之基底層12的效果。

再者，發明人等在進行披覆膜之改良實驗時，作為對於滾動裝置最佳之性能，由於需要為在高面壓環境下不會被剝離之披覆膜，因此認為與母材11之密貼度很重要。又，為了不使對象材(滾動面)磨耗，必須減小滾珠表面之凹凸，已確認到其具有提高硬度之效果。為了取得該兩條件之平衡而選定如下之製造方法：使靠近母材11之部位較軟，且一邊使硬度傾斜一邊積層，而使表面儘可能地硬。在如此想法下，發明人等經銳意研究的結果，進一步發現對披覆膜之密貼性而言優異之條件。將該結果顯示於圖5。此處，圖5係例示本發明之塗佈層之披覆膜硬度之最佳設計條件之一的圖，圖5(a)係表示塗佈層之剖面構成的示意圖，圖5(b)係表示塗佈層之膜厚方向上硬度值之設計例的圖表。

於圖5所示之改良例中，表示被構成為披覆膜硬度自基底層12之與母材11之連接面朝向功能層13之表面增加之方式構成並且被構成為構成功能層13之複合層之最表面即C層(DLC)之披覆膜硬度朝向表面遞減的形態例。發明人等進行實驗之結果，若將塗佈層之最表層設為較硬之C層(DLC)則滑動面之磨耗會變大，但藉由使功能層12之最終階段(亦即，最表層之些微近前)最硬，且使最 表層之C層(DLC)略為軟質，最表層之C層(DLC)便會作為整合層而發揮功能，從而得到披覆膜之密貼性提高之效果。可清楚得知，藉由實現滿足如此之圖5所示之披覆膜硬度之設計條件的塗佈膜，可進一步實現披覆膜之密貼性優異之塗佈層，從而得到可實現長壽命化之滾動裝置。

以上，已對發明人等所發現本發明之塗佈層之較佳形成條件進行說明。如上所述，本發明之塗佈層可較佳地使用於受到反覆之滾動負荷或滑動負荷之滾動裝置。因此，其次對將本發明之塗佈層應用於滾動裝置之情形之事例進行說明。

[在滾動裝置上之應用例]

使用圖式，對使用本發明之塗佈層之滾動裝置之具體實施形態進行說明。再者，以下所例示之滾動裝置之實施形態，並非限定各請求項之發明者，而且，實施形態中所說明之所有特徵之組合未必為發明之解決手段所必需。又，本說明書之「滾動裝置」包含例如被使用於工具機等之滾動軸承全般或在真空中所使用之無潤滑軸承、線性導軌與直線引導裝置、滾珠花鍵裝置、滾珠螺桿裝置、輥螺桿裝置、交叉輥軸環等所有伴隨著滾動、滑動動作之裝置。

(在線性導軌裝置上之應用例)

本實施形態之滾動裝置可構成為如圖6及圖7所示之線性導軌裝置，且藉由對該線性導軌裝置形成上述之塗佈層，可實現使磨耗特性或潤滑壽命特性提升之新穎的滾動裝置。此處，圖6係例示本實施形態之線性導軌裝置一形態的外觀立體圖。又，圖7係用以說 明圖6所示之線性導軌裝置所具備之無限循環道的剖面圖。

首先，若對圖6及圖7所例示之線性導軌裝置40之構成進行說明，作為本實施形態之滾動裝置之線性導軌裝置40便具備有：作為內側構件之軌道導軌41；及作為外側構件之移動塊43，其經由複數個作為滾動體而被設置之滾珠42，可滑動地被安裝於軌道導軌41。軌道導軌41係與其長度方向正交之剖面被形成為大致矩形狀之長尺寸構件，於其表面(上表面及兩側面)，遍及軌道導軌41之全長而形成有作為供滾珠42滾動時之軌道之軌道面的滾動體滾走面41a。

此處，軌道導軌41既存在有以直線地延伸之方式所形成之情形，亦存在有以曲線地延伸之方式所形成之情形。又，圖6及圖7所例示之滾動體滾走面41a之條數左右各2條合計共設置4條，但該條數可根據線性導軌裝置40之用途等而任意地變更。

另一方面，於移動塊43，在與滾動體滾走面41a分別對應之位置，設置有作為軌道面之負荷滾動體滾走面43a。藉由軌道導軌41之滾動體滾走面41a與移動塊43之負荷滾動體滾走面43a而形成有負荷滾走道52，且夾持有複數個滾珠42。此外，於移動塊43設置有與各滾動體滾走面41a平行地延伸之4條無負荷滾走道53、及連結各無負荷滾走道53與各負荷滾走道52之方向轉換道55。藉由1條負荷滾走道52及1條無負荷滾走道53、與連結該等之一對方向轉換道55之組合，而構成1條無限循環道(參照圖7)。

而且，藉由複數個滾珠42可無限循環地被設置於由負荷滾走道52、無負荷滾走道53、及一對方向轉換道55、55所構成之無限循環道，移動塊43可相對於軌道導軌41相對地往返運動。

於具備有以上構成之本實施形態之線性導軌裝置40中，可將上述由基底層12與功能層13所構成之塗佈層，形成於作為內側構件之軌道導軌41之滾動體滾走面41a、作為外側構件之移動塊43之負荷滾動體滾走面43a、及複數個作為滾動體而被設置之滾珠42中之至少一者。

例如，藉由將由基底層12與功能層13所構成之塗佈層形成於複數個作為滾動體而被設置之滾珠42之表面，可防止軌道導軌41之滾動體滾走面41a或移動塊43之負荷滾動體滾走面43a、與滾珠42之金屬接觸。而且，由於功能層13之最表面係作為碳系之塗佈膜的C層，而且，功能層13本身係由積層構造所構成之複合層，且塗佈層本身具有潤滑性，因此可發揮摩擦阻力之降低與作為固體潤滑劑之功能。此外，藉由將由基底層12與功能層13所構成之塗佈層形成於滾珠42之表面，由於即便於未形成有油膜之環境下亦可防止金屬接觸，因此可延長作為滾動裝置之線性導軌裝置40之產品壽命。

(在滾動體螺桿裝置上之應用例)

又，本實施形態之滾動裝置，例如可構成為如圖8所示之滾珠螺桿裝置56。圖8係例示將本實施形態之滾動裝置構成為滾珠螺桿裝置之情形的圖。該滾珠螺桿裝置56係具備有作為內側構件之螺紋軸57、及作為外側構件之螺帽構件59的裝置，其中，該螺帽構件59經由複數個滾珠58可相對旋轉地被安裝於該螺紋軸57。

螺紋軸57係於外周面形成有作為螺旋狀軌道面之滾動體滾走溝57a的內側構件，另一方面，螺帽構件59係於內周面形 成有與滾動體滾走溝57a對應之作為螺旋狀軌道面之負荷滾走溝的外側構件。伴隨著螺紋軸57相對於螺帽構件59之相對旋轉運動，螺帽構件59可相對於螺紋軸57相對地往返運動。

而且，可將上述之由基底層12與功能層13所構成之塗佈層，形成於構成滾珠螺桿裝置56之螺紋軸57之滾動體滾走溝57a與螺帽構件59之負荷滾走溝、及滾珠58中之至少一者。根據該構成，可防止受到反覆之滾動負荷負載之螺紋軸57之滾動體滾走溝57a與螺帽構件59之負荷滾走溝、及滾珠58之金屬接觸，而使滾珠螺桿裝置56之磨耗特性或潤滑壽命特性得以提升。

(在花鍵裝置上之應用例)

此外，本實施形態之滾動裝置例如可構成為如圖9所示之花鍵裝置60。圖9係例示將本實施形態之滾動裝置構成為花鍵裝置之情形的圖。

此處，若簡單地說明圖9所示之花鍵裝置60之構成，則花鍵裝置60具有：作為內側構件之花鍵軸61；及作為外側構件之圓筒狀之外筒63，其經由多個作為滾動體之滾珠62而移動自如地被安裝於該花鍵軸61。於花鍵軸61之表面，形成有成為滾珠62之軌道，且沿著花鍵軸61之軸線方向延伸之作為軌道面的滾動體滾走面61a。於被安裝於花鍵軸61之外筒63，形成有與滾動體滾走面61a對應之作為軌道面之負荷滾動體滾走面。於該等負荷滾動體滾走面，形成有沿著滾動體滾走面61a所延伸之方向延伸之複數條突起。在形成於外筒63之負荷滾動體滾走面與形成於花鍵軸61之滾動體滾走面61a之間，形成有負荷滾走道。於負荷滾走道旁邊，形成有供 自負載解放之滾珠62進行移動之無負荷返回通道。於外筒63，組入有將複數個滾珠62呈環形狀地排列而加以保持之保持器64。而且，複數個滾珠62滾動自如地被設置於外筒63之負荷滾動體滾走面與花鍵軸61之滾動體滾走面61a之間，且被設置為通過無負荷返回通道進行無限循環，藉此外筒63可相對於花鍵軸61相對地往返運動。

而且，即便於圖9所示之花鍵裝置60之情形時，亦可將上述之由基底層12與功能層13所構成之塗佈層，形成於構成花鍵裝置60之花鍵軸61之滾動體滾走面61a與外筒63之負荷滾動體滾走面、及滾珠62中之至少一者。根據該構成，可防止受到反覆之滾動負荷負載之花鍵軸61之滾動體滾走面61a與外筒63之負荷滾動體滾走面、及滾珠62之金屬接觸，而使花鍵裝置60之磨耗特性或潤滑壽命特性得以提升。

(在旋轉軸承裝置上之應用例)

又，本實施形態之滾動裝置例如可進一步構成為如圖10及圖11所示之旋轉軸承裝置70。此處，圖10係例示將本實施形態之滾動裝置構成為旋轉軸承裝置之情形之一形態的局部縱剖立體圖。又，圖11係表示圖10所示之旋轉軸承裝置之縱剖面的圖。

如圖10及圖11所示，被構成為旋轉軸承裝置70之滾動裝置係藉由具有：(作為內側構件或外側構件之)內輪71，其於外周面具有剖面V字形狀之內側軌道面72；(作為外側構件或內側構件之)外輪73，其於內周面具有剖面V字形狀之外側軌道面74；及複數個作為滾動體之輥77，其等可滾動地被交叉排列於由內側軌道面72 與外側軌道面74所形成之剖面大致矩形狀之軌道路75之間；內輪71及外輪73於圓周方向上進行相對旋轉運動者。

即便於如此之旋轉軸承裝置70中，亦可將上述之由基底層12與功能層13所構成之塗佈層，形成於構成旋轉軸承裝置70之內輪71之內側軌道面72與外輪73之外側軌道面74、及輥77中之至少一者。根據該構成，可防止受到反覆之滾動負荷負載之內輪71之內側軌道面72與外輪73之外側軌道面74、及輥77之金屬接觸，而使旋轉軸承裝置70之磨耗特性或潤滑壽命特性提升。

(在滑動螺桿裝置上之應用例)

關於上述之各裝置，已例示在內側構件與外側構件之間介裝有複數個滾動體之形態之裝置進行說明。然而，以將塗佈層形成於滾動裝置之構成構件為特徵之本發明之應用範圍並非限定於使用該滾動體者，亦可較佳地應用於被構成為內側構件與外側構件不經由滾動體而可直接接觸地進行相對運動之裝置。

例如，如圖12所示，亦可將本發明應用於被於構成為滑動螺桿裝置80之滾動裝置。此處，圖12係例示將本實施形態之滾動裝置構成為滑動螺桿裝置之情形之一形態的外觀立體圖。而且，圖12所示之滑動螺桿裝置80藉由具有：作為內側構件之螺紋軸81，其於外周面形成有作為螺旋狀之軌道面之螺紋溝；及作為外側構件之螺帽構件83，其於內周面形成有與螺紋溝對應之作為螺旋狀之軌道面之螺帽溝；而被構成為伴隨著螺紋軸81相對於螺帽構件83之相對旋轉運動，螺帽構件83可相對於螺紋軸81相對地往返運動。

而且，關於圖12所示之滑動螺桿裝置80，亦可將上述 之由基底層12與功能層13所構成之塗佈層，形成於作為滑動螺桿裝置80之構成構件的螺紋軸81之螺紋溝或螺帽構件83之螺帽溝。根據該構成，可防止受到反覆之滑動負荷負載之螺紋軸81之螺紋溝與螺帽構件83之螺帽溝之金屬接觸，而使滑動螺桿裝置80之磨耗特性或潤滑壽命特性得以提升。

以上，雖已對本發明較佳之實施形態進行說明，但本發明之技術範圍並不限定於上述實施形態所記載之範圍。可對上述實施形態施加各種變更或改良。

例如，亦可將本發明應用於如圖13所示之線性運動導軌與滾珠螺桿被組合為一體構造之形式之滾動裝置90。再者，於圖13所示之滾動裝置90之情形時，螺紋軸91與移動塊93雖隔著複數個滾珠95被設置，但螺紋軸91與移動塊93亦可不隔著複數個滾珠95地被構成為滑動螺桿。

根據申請專利範圍之記載可得知，施加上述各種變更或改良後之形態亦可被包含於本發明之技術範圍內。

再者，關於上述之本發明之滾動裝置，具備有多種產業上之可利用性。例如，於與核能、能源相關之技術領域中，雖存在有在被放射線照射之環境下使用滾動裝置之情形，但油或樹脂會被放射線所分解，而該分解物質會成為污染物質。然而，藉由將本發明之塗佈層使用於滾動裝置，由於可實現無油化，因此根據本發明，可實現即便在被放射線照射之環境下亦可較佳地使用之滾動裝置。

又，例如，於滾動裝置之滾動運動或滑動運動在低速且高負載下進行之使用方法之情形時，習知之使用油或滑脂之潤滑 劑存在有難以形成油膜而導致無法降低磨耗之課題。然而，藉由將本發明之塗佈層使用於滾動裝置，由於可實現無油化，因此可提供對低速且高負載下之使用條件有效之滾動裝置。

又，例如於航太產業之技術領域中，雖需要在極低溫環境下使用滾動裝置，但習知之使用油或滑脂之潤滑劑，存在有轉矩會因低溫下之黏性阻力上升而變高之課題。然而，藉由將本發明之塗佈層使用於滾動裝置，由於可實現無油化，因此溫度所引起之摩擦阻力之差會消失，而可提供無論於任何溫度條件下均可較佳地使用之滾動裝置。

又，例如於食品製造機械、醫療機器之技術領域中，於習知之使用油或滑脂之情形時，存在必須對潤滑劑之洩漏或滴落很敏感之課題。然而，藉由將本發明之塗佈層使用於滾動裝置，由於可實現無油化，因此可提供即便於對潤滑劑之洩漏或滴落很敏感之環境下亦可安心地使用之滾動裝置。

又，例如於對滾動裝置附加振動之使用環境之情形時，習知之使用油或滑脂之潤滑劑存在有難以形成油膜而導致無法降低磨耗等課題。然而，藉由將本發明之塗佈層使用於滾動裝置，由於可防止金屬接觸，因此可提供對附加有振動之使用環境有效之滾動裝置。

如以上所說明，藉由將本發明之塗佈層使用於滾動裝置，可大幅地擴大滾動裝置之應用範圍。

Claims (7)

1. 一種滾動裝置，其具備有：內側構件，其於外表面具有軌道面；外側構件，其具有與上述內側構件之軌道面對向之軌道面，且被配置於上述內側構件之外側；及滾動體，其滾動自如地被配置於上述兩軌道面之間；其特徵在於：上述內側構件所具有之軌道面、上述外側構件所具有之軌道面、及上述滾動體中之至少一者係由母材、基底層及功能層所構成，其中，該母材係由金屬系材料所成，該基底層係形成於上述母材之表面側，而該功能層係形成於上述基底層之表面側；上述功能層係構成為具有將WC層與C層交替地積層之積層構造的複合層；且構成上述功能層之複合層之最表面係由C層所構成。
2. 如請求項1之滾動裝置，其中，構成上述功能層之WC層之W(鎢)組成比，係滿足以下不等式之條件所構成：0重量%<W≦30重量%。
3. 如請求項1或2之滾動裝置，其中，上述基底層係由W(鎢)所構成，上述功能層中與上述基底層之連接面係由WC層所構成。
4. 如請求項1或2之滾動裝置，其中，上述基底層係構成為主成分由W(鎢)所構成，並且C成分自該基底層與上述母材之連接面朝向該基底層與上述功能層之連接面階段性地增加，上述功能層中與上述基底層之連接面係由WC層所構成。
5. 如請求項1或2之滾動裝置，其中，構成上述功能層之複合層之維氏硬度Hv為800~1500。
6. 如請求項1或2之滾動裝置，其中，利用奈米壓痕機所測量之構成上述功能層之複合層之硬度值為12GPa~17GPa。
7. 如請求項1之滾動裝置，其中，其被構成為披覆膜硬度自上述基底層中與上述母材之連接面朝向上述功能層之表面增加，並且被構成為作為構成上述功能層之複合層之最表面的C層之披覆膜硬度朝向表面遞減。