專利名稱：軸承的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及軸承，比如涉及適用于驅(qū)動(dòng)車輛等內(nèi)燃機(jī)的供排氣閥的閥動(dòng)機(jī)構(gòu)等的 軸承。
背景技術(shù)：
在過(guò)去，作為構(gòu)成汽車發(fā)動(dòng)機(jī)等的部件之一的軸承多采用滑動(dòng)軸承。但是，近年來(lái) 由于節(jié)省燃料費(fèi)用的要求等，滾動(dòng)軸承的采用量增加。因發(fā)動(dòng)機(jī)的不完全燃燒，產(chǎn)生包括作 為硬質(zhì)異物的煤(硬質(zhì)碳顆粒碳)的許多的燃料燃燒中間生成物等，其簡(jiǎn)稱為“PM”，該P(yáng)M 混入到發(fā)動(dòng)機(jī)油中。由于在混入有上述硬質(zhì)異物等的油潤(rùn)滑的條件下采用軸承，故作為從 滑動(dòng)軸承，轉(zhuǎn)為采用滾動(dòng)的結(jié)果，可實(shí)現(xiàn)軸承的轉(zhuǎn)矩的降低造成的低燃料費(fèi)，但是，與滑動(dòng) 軸承相比較，滾動(dòng)軸承處于高軸承壓力狀態(tài)。在混入硬質(zhì)異物的油潤(rùn)滑條件下，硬質(zhì)異物進(jìn) 入到滾動(dòng)軸承中，由于硬質(zhì)異物，使軸承的比如軸或滾動(dòng)體、外圈磨損等，從滑動(dòng)變換為滾 動(dòng)，形成高軸承壓力，由此在發(fā)動(dòng)機(jī)部件的各部分多產(chǎn)生磨損，并且磨損量也增加。另外，在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)和直噴汽油發(fā)動(dòng)機(jī)中，硬質(zhì)異物的發(fā)生量多，多見因?yàn)橛操|(zhì)異 物對(duì)滾動(dòng)軸承本身產(chǎn)生顯著磨損的情況。在作為發(fā)動(dòng)機(jī)部件之一的軸承中，特別是針對(duì)滾子從動(dòng)件，要求耐磨損性的提高。 在構(gòu)成汽車等的發(fā)動(dòng)機(jī)的部件之一，具有用于進(jìn)氣閥和排氣閥的開閉的擺動(dòng)臂裝置(擺動(dòng) 臂組件)。在該裝置中，滑動(dòng)式的滾子從動(dòng)件或滾動(dòng)式的滾子從動(dòng)件均可采用。該滾子從動(dòng)件伴隨閥的開閉進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，由此，與其它的發(fā)動(dòng)機(jī)部件相比較，在 滾子從動(dòng)件的各部分容易產(chǎn)生磨損。同樣在滑動(dòng)式的滾子從動(dòng)件中也產(chǎn)生磨損。還采用滾 動(dòng)型的滾子從動(dòng)件，其結(jié)果是，對(duì)于其它的發(fā)動(dòng)機(jī)部件的各部分，同樣地，滾子從動(dòng)件也通 過(guò)變換為滾動(dòng)，謀求軸承的轉(zhuǎn)矩的降低，降低燃料費(fèi)。但是，由于與滑動(dòng)式的滾子從動(dòng)件相 比較，滾動(dòng)式的滾子從動(dòng)件處于高軸承壓力狀態(tài)，故在混入硬質(zhì)異物的油潤(rùn)滑條件下，硬質(zhì) 異物進(jìn)入到滾動(dòng)式的滾子從動(dòng)件中，滾動(dòng)體、外圈、特別是軸均多發(fā)生磨損，另外，磨損量也 增加。上述軸包括中空和實(shí)心軸的情況。與其它的發(fā)動(dòng)機(jī)部件相比較，磨損顯著。上述滾子從動(dòng)件的外圈旋轉(zhuǎn)。于是，由于軸的負(fù)荷區(qū)域?yàn)橥徊课?，故與滾動(dòng)體和 外圈相比較，軸的磨損顯著。在與其它的發(fā)動(dòng)機(jī)部件相比較，磨損發(fā)生多，另外磨損量多的條件下使用的滾子從動(dòng)件中，同樣地具有在混入硬質(zhì)異物等的油潤(rùn)滑條件下使用的情況。 顯然，也用于硬質(zhì)異物的發(fā)生量多的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)、直噴汽油發(fā)動(dòng)機(jī)。于是，如前述那樣，在發(fā) 動(dòng)機(jī)部件的軸承中，還具有凸輪從動(dòng)件、凸輪軸、曲軸、平衡軸等的支承軸承，但是，特別要 求滾子從動(dòng)件的耐磨損性的提高，即磨損的應(yīng)對(duì)措施。在作為防止發(fā)動(dòng)機(jī)部件的磨損的手 段的公知的技術(shù)中，包括比如下述的類型，通過(guò)淬火，使支承軸的軌道部的外表面進(jìn)行表面 硬化，并且DLC覆蓋膜形成于已進(jìn)行了上述表面硬化的軌道部外表面上(專利文獻(xiàn)1)專利文獻(xiàn)1 日本特開2006-144848號(hào)文獻(xiàn)非專利文獻(xiàn)1 :J. S Wang et al. =Thin Solid Film, 325,163(1998)

發(fā)明內(nèi)容
目前的情況是，在僅僅通過(guò)在對(duì)象物上設(shè)置硬質(zhì)覆蓋膜的方式謀求耐磨損性的提 高的技術(shù)中，有時(shí)發(fā)生通過(guò)在對(duì)象物上設(shè)置硬質(zhì)覆蓋膜，反而促進(jìn)磨損的情況，對(duì)于提高耐 磨損性未必是最佳的技術(shù)。如前述那樣，對(duì)于軸承要求針對(duì)磨損的進(jìn)一步應(yīng)對(duì)措施。特別是，作為容易促進(jìn)磨 損的硬質(zhì)異物混入潤(rùn)滑下的磨損應(yīng)對(duì)措施，屬于軸承中最困難的課題之一。本發(fā)明的目的在于提供一種軸承，其可減少作為軸承的磨損的一種形式的硬質(zhì)異 物混入潤(rùn)滑條件下的磨損。用于解決課題的技術(shù)方案本發(fā)明的軸承涉及下述的軸承，其包括軸和外圈、根據(jù)需要介設(shè)于該軸和外圈之 間的多個(gè)滾動(dòng)體，上述軸中的至少軸向中間部通過(guò)熱處理而硬化，在軸、外圈和滾動(dòng)體中的 至少一個(gè)的滾動(dòng)面上設(shè)置硬質(zhì)覆蓋膜，滿足下述的(1) (6)的特性中的至少一個(gè)。(1)滿足應(yīng)形成該硬質(zhì)覆蓋膜的基材的滾動(dòng)面的圓度為2μπι以下，以及形成該硬 質(zhì)覆蓋膜后的滾動(dòng)面的圓度為4μπι以下中的任何一者或兩者；(2)該硬質(zhì)覆蓋膜的動(dòng)態(tài)硬度在HD800 HD2000的范圍內(nèi)，上述硬質(zhì)覆蓋膜的膜 厚在1 5 μ m的范圍內(nèi)，并且該膜厚在以硬質(zhì)覆蓋膜的軸向中間的膜厚為基準(zhǔn)的士2 μ m 以內(nèi)的范圍；上述動(dòng)態(tài)硬度HD通過(guò)由HD = 3.8584XP/h2表示的式子定義。在該式中，P表示 試驗(yàn)荷載，h表示壓入量。由于沒有目視的壓痕測(cè)定，故可減小設(shè)定荷載，可減小壓頭的侵 入深度。在以試驗(yàn)荷載5gf測(cè)定動(dòng)態(tài)硬度的場(chǎng)合，可計(jì)算比維氏硬度更正確的膜硬度。(3)應(yīng)形成該硬質(zhì)覆蓋膜的基材的表面硬度在HV650 HV1000的范圍內(nèi)，該硬質(zhì) 覆蓋膜的膜厚在1 5 μ m的范圍內(nèi)，并且該膜厚在以該硬質(zhì)覆蓋膜的軸向中間的膜厚為基 準(zhǔn)的士2μπι以內(nèi)的范圍；(4)該硬質(zhì)覆蓋膜的斷裂韌度值在1. 5 6MPam"2的范圍內(nèi)；(5)該硬質(zhì)覆蓋膜的劃痕法測(cè)定的臨界荷載在40 100N的范圍內(nèi)，該硬質(zhì)覆蓋 膜的膜厚在1 5 μ m的范圍內(nèi)，并且該膜厚在以該硬質(zhì)覆蓋膜的軸向中間的膜厚為基準(zhǔn)的 士2μπι以內(nèi)的范圍；(6)應(yīng)形成該硬質(zhì)覆蓋膜的基材的表面粗糙度Ra為0. 15 μ m以下，該硬質(zhì)覆蓋膜 的膜厚在1 5μπι的范圍內(nèi)，并且該膜厚在以該硬質(zhì)覆蓋膜的軸向中間的膜厚為基準(zhǔn)的 士2μπι以內(nèi)的范圍。
在這里，上述特性指如后述的那樣，表示硬質(zhì)覆蓋膜或基材的特性的參數(shù)，上述軸 向中間部指與臂主體等的面對(duì)側(cè)壁的插孔嵌合的上述軸的軸向一端側(cè)的外徑面，與軸向另 一端側(cè)的外徑面以外的部分，為包括滾動(dòng)面表面的部分。作為形成于基材表面上的硬質(zhì)覆蓋膜的斷裂韌度值測(cè)定方法，人們知道有公知的 方法(參照非專利文獻(xiàn)1)。該方法由兩種試驗(yàn)構(gòu)成，進(jìn)行于表面上形成硬質(zhì)覆蓋膜的基材 的抗彎試驗(yàn)和硬質(zhì)覆蓋膜表面上的超合金屬球的壓入試驗(yàn)。根據(jù)試驗(yàn)中的硬質(zhì)覆蓋膜的裂 縫發(fā)生性質(zhì)和進(jìn)展性質(zhì)，計(jì)算斷裂韌度值。按照(1)的特征，特別是通過(guò)滿足應(yīng)形成硬質(zhì)覆蓋膜的基材的滾動(dòng)面的圓度為 2μπι以下，以及形成該硬質(zhì)覆蓋膜后的滾動(dòng)面的圓度為4μπι以下的任何一者或兩者，上述 滾動(dòng)面具有必要而充分的耐磨損性。由于形成硬質(zhì)覆蓋膜之后的滾動(dòng)面的圓度為4μπι以 下，故膜厚不因場(chǎng)所而變化，作用于硬質(zhì)覆蓋膜上的荷載均勻，可防止局部過(guò)大的面壓。于 是，可使上述滾動(dòng)面維持必要而充分的耐磨損性，可防止硬質(zhì)覆蓋膜的剝離。由此，還可防 止對(duì)配合部件的攻擊性的增加。通過(guò)使應(yīng)形成硬質(zhì)覆蓋膜的基材的滾動(dòng)面的圓度為2μπι 以下，可使形成硬質(zhì)覆蓋膜后的軸的圓度為4μπι以下。通過(guò)這樣的軸承，可減小硬質(zhì)異物 混入潤(rùn)滑條件下的磨損。按照(2)的特征，特別是，通過(guò)使硬質(zhì)覆蓋膜的動(dòng)態(tài)硬度的下限值為HD800，上述 滾動(dòng)面具有必要而充分的覆蓋膜強(qiáng)度，使膜部件之間的結(jié)合力增強(qiáng)，防止膜損傷，維持耐磨 損性。由于上限值為HD2000，故可減小與硬質(zhì)覆蓋膜的軸表面硬度差。由此，可防止硬質(zhì)覆 蓋膜的裂縫，維持耐磨損性。通過(guò)設(shè)置了這樣的硬質(zhì)覆蓋膜的軸承，可減小硬質(zhì)異物混入潤(rùn) 滑條件下的磨損。另外，在已形成的硬質(zhì)覆蓋膜中，根據(jù)場(chǎng)所不同，該硬質(zhì)覆蓋膜的膜厚變化，則作 用于膜上的荷載不均勻，作用局部過(guò)大的接觸面壓。如前面所述，由于硬質(zhì)覆蓋膜的膜厚在1 5μπι的范圍內(nèi)，并且膜厚在以該硬質(zhì) 覆蓋膜的軸向中間的膜厚為基準(zhǔn)的士2μπι以內(nèi)的范圍，故作用于該硬質(zhì)覆蓋膜上的荷載 均勻。由此，可在今后防止作用有局部過(guò)大的接觸面壓的情況。另外，如前面所述，通過(guò)規(guī) 定硬質(zhì)覆蓋膜的膜厚，可提高作為軸承的硬質(zhì)異物的煤(硬質(zhì)碳顆粒碳)混入潤(rùn)滑條件下 的耐磨損性。按照(3)的特征，由于應(yīng)形成硬質(zhì)覆蓋膜的基材的表面硬度在HV650 HV1000的 范圍內(nèi)，并且硬質(zhì)覆蓋膜的膜厚的下限值為1 μ m,故硬質(zhì)覆蓋膜在具有耐磨損性之前，不會(huì) 發(fā)生所不希望的膜全部剝離的情況，可維持耐磨損性。由于膜厚的上限值為5 μ m，故可謀求 在形成膜時(shí)會(huì)產(chǎn)生的殘留壓縮應(yīng)力的降低。于是，可防止因在硬質(zhì)覆蓋膜上作用沖擊荷載 而造成的膜的龜裂，可防止硬質(zhì)覆蓋膜的剝離。另外，由于膜厚控制在以該硬質(zhì)覆蓋膜的軸 向中間的膜厚為基準(zhǔn)的士2μπι以內(nèi)的范圍，故作用于該硬質(zhì)覆蓋膜上的荷載均勻。由此， 可在今后防止作用局部過(guò)大的面壓。于是，可維持耐磨損性?？商岣咻S承的硬質(zhì)異物，特別 是煤(硬質(zhì)碳顆粒碳)混入潤(rùn)滑條件下的耐磨損性。按照(4)的特征，由于硬質(zhì)覆蓋膜的斷裂韌度值的下限值為1. 5MPam1/2，故已形成 的硬質(zhì)覆蓋膜可抵抗反復(fù)荷載，難以產(chǎn)生硬質(zhì)覆蓋膜的破壞、剝離。由于斷裂韌度值的上限 值為6MPam1/2，故在該硬質(zhì)覆蓋膜的覆蓋膜與潤(rùn)滑油溶合發(fā)揮耐磨損性時(shí)的期間，通過(guò)適度 破壞，減小對(duì)配合部件的攻擊性。在硬質(zhì)覆蓋膜的斷裂韌度值超過(guò)6MPam"2的場(chǎng)合，針對(duì)在發(fā)揮耐磨損性時(shí)的期間產(chǎn)生的磨損，因硬質(zhì)覆蓋膜的破壞沒有進(jìn)展，對(duì)配合部件的攻擊性 增加。在硬質(zhì)覆蓋膜的斷裂韌度值小于1. 5MPam1/2的場(chǎng)合，已形成的覆蓋膜不能抵抗反復(fù) 荷載，產(chǎn)生破壞，產(chǎn)生剝離的可能性增加。另外，由于已剝離的膜材對(duì)配合部件的攻擊性也 增加，故不能夠維持耐磨損性。按照(5)的特征，由于硬質(zhì)覆蓋膜的劃痕法測(cè)定的臨界荷載的下限值為40N，故可 防止硬質(zhì)覆蓋膜剝離的情況，可發(fā)揮耐磨損性。另外，可在今后防止因硬質(zhì)覆蓋膜的剝離造 成的對(duì)配合部件的攻擊。由于該臨界荷載的上限值為110N，故防止硬質(zhì)覆蓋膜在發(fā)揮耐磨 損性之前，與潤(rùn)滑油溶合的期間，僅僅覆蓋膜表面的一部分磨損的情況，由此，可確實(shí)地防 止硬質(zhì)覆蓋膜表面粗糙度所不希望地增加的情況?？赏ㄟ^(guò)這樣的規(guī)定劃痕法測(cè)定的臨界荷 載的軸承，減少硬質(zhì)異物混合潤(rùn)滑條件下的磨損。按照(6)的特征，特別是，應(yīng)形成該硬質(zhì)覆蓋膜的基材的表面粗糙度RaO. 15μπι以 下，該硬質(zhì)覆蓋膜的膜厚在1 5μπι的范圍內(nèi)，并且該膜厚在以該硬質(zhì)覆蓋膜的軸向中間 的膜厚為基準(zhǔn)的士2 μ m以內(nèi)的范圍。由于將基材的表面粗糙度規(guī)定在RaO. 15 μ m以下，并 且硬質(zhì)覆蓋膜的膜厚的下限值為1 μ m,故在硬質(zhì)覆蓋膜具有耐磨損性之前，不會(huì)出現(xiàn)所不 希望的膜全部剝離的情況，可維持耐磨損性。由于膜厚的上限值為5 μ m，故可謀求在形成膜 時(shí)會(huì)產(chǎn)生的殘留壓縮應(yīng)力的減小。于是，可防止在硬質(zhì)覆蓋膜上作用沖擊荷載而造成的膜 的龜裂，可防止硬質(zhì)覆蓋膜的剝離。另外，由于該膜厚收斂在以該硬質(zhì)覆蓋膜的軸向中間的 膜厚為基準(zhǔn)的士2μπι以內(nèi)的范圍，故作用于該硬質(zhì)覆蓋膜上的荷載均勻。由此，可在今后 防止作用局部過(guò)大的面壓的情況。于是，可維持耐磨損性?？商岣咻S承的作為硬質(zhì)異物的 煤(硬質(zhì)碳顆粒碳)混合潤(rùn)滑條件下的耐磨損性。也可在本發(fā)明中，至少滿足上述特性(1)或(4)，上述硬質(zhì)覆蓋膜的膜厚在1 5μπι的范圍內(nèi)，并且該膜厚在以該硬質(zhì)覆蓋膜的軸向中間的膜厚為基準(zhǔn)的士2μπι以內(nèi)的 范圍內(nèi)。在此場(chǎng)合，可提高作為軸承的硬質(zhì)異物的煤(硬質(zhì)碳顆粒碳)混合潤(rùn)滑條件下的 耐磨損性?？稍诒景l(fā)明中，至少滿足上述特性(3)，從上述基材的滾動(dòng)面表面，沿徑向按照 50 μ m以上的深度，具有HRC58以上的硬度。雖然根據(jù)軸承使用時(shí)的面壓，不僅產(chǎn)生磨損，而 且產(chǎn)生滾動(dòng)疲勞，但是，在此場(chǎng)合可充分地確保滾動(dòng)疲勞壽命。也可在本發(fā)明中，至少滿足上述特性(3)或(5)，上述軸承的上述軸為固定于擺動(dòng) 臂上而使用的滾子從動(dòng)件，上述滾子從動(dòng)件通過(guò)將該滾子從動(dòng)件中的沒有形成有上述硬質(zhì) 覆蓋膜的軸端部斂縫的方式固定于擺動(dòng)臂上，上述滾子從動(dòng)件的軸端部的外周面從上述表 面沿徑向在50 μ m以上的深度，具有HRC58以上的硬度。按照該方案，可謀求滾子從動(dòng)件的耐磨損性的提高，可實(shí)現(xiàn)滾子從動(dòng)件的轉(zhuǎn)矩的 降低而產(chǎn)生的汽車等的燃料費(fèi)的減少。另外，可確實(shí)地將軸和擺動(dòng)臂固定。作為使其軸端部HRC35以下的方法，可采用比 如，除了軸端部以外的高頻表面淬火，或除了軸端部以外的高頻淬火(不僅表面，而且內(nèi)部 也硬化)，在軸端部上進(jìn)行掩模處理的低溫氮化處理(550°C以下的離子氮化、氣體氮化、鹽 浴氮化等)，通過(guò)高頻熱處理而對(duì)普通的整體淬火處理品的軸端部進(jìn)行退火處理的方法。在本發(fā)明中，最好至少滿足上述特性(4)，上述硬質(zhì)覆蓋膜的斷裂韌度值在2 5MPam1/2的范圍內(nèi)。在此場(chǎng)合，不僅硬質(zhì)覆蓋膜可抵抗反復(fù)荷載，而且可防止該硬質(zhì)覆蓋膜
7在到發(fā)揮耐磨損性時(shí)的期間，不希望地對(duì)配合部件進(jìn)行攻擊的情況。在本發(fā)明中，最好至少滿足上述特性(5)，上述硬質(zhì)覆蓋膜的臨界荷載在60 100N的范圍內(nèi)。在此場(chǎng)合，在硬質(zhì)覆蓋膜在發(fā)揮耐磨損性之前而與潤(rùn)滑油溶合的期間，可更 加確實(shí)地防止在耐磨損性的發(fā)揮之后，不希望地剝離的情況。也可在本發(fā)明中，至少滿足上述特性(5)，上述硬質(zhì)覆蓋膜包括Cr (鉻)和W (鎢)， Cr+ff的總含量在5 50原子％的范圍內(nèi)。在此場(chǎng)合，不但硬質(zhì)覆蓋膜和基材的密貼性良 好，而且可防止硬度降低的情況。于是，可防止耐磨損性的降低。另外，也可至少滿足上述 特性(5)，從上述硬質(zhì)覆蓋膜的表面，到0. 3 μ m的區(qū)域的氫含量在10 30原子％的范圍 內(nèi)。在此場(chǎng)合，可防止硬質(zhì)覆蓋膜和基材的密貼性的降低，并且可防止膜材之間的結(jié)合性的 降低。由此，可防止硬質(zhì)覆蓋膜不希望地剝離的情況，可防止耐磨損性的降低。還可在本發(fā)明中，至少滿足上述特性(6)，上述硬質(zhì)覆蓋膜的表面粗糙度 RaO. 25 μ m以下。在硬質(zhì)覆蓋膜的表面粗糙度超過(guò)RaO. 25 μ m的場(chǎng)合，由于認(rèn)定有對(duì)配合 部件的攻擊性，故無(wú)法維持耐磨損性。于是，通過(guò)使硬質(zhì)覆蓋膜的表面粗糙度RaO. 25μπι以 下，可減緩對(duì)配合部件的攻擊性，維持耐磨損性。也可在本發(fā)明中，軸承的徑向間隙在2 45 μ m的范圍內(nèi)，并且每個(gè)滾動(dòng)體的圓周 方向間隙在2 25 μ m的范圍內(nèi)。徑向間隙指外圈針對(duì)軸，從一個(gè)偏心極限位置到徑向相反 的極限位置，在不同的角度位置不作用外力，沿徑向移動(dòng)的距離的算術(shù)平均值。其為外圈、 軸相互的不同的角度位置的平均值。設(shè)置有硬質(zhì)覆蓋膜的軸承的徑向間隙的下限值可為2 μ m。不但簡(jiǎn)化軸承的裝配， 而且通過(guò)設(shè)置硬質(zhì)覆蓋膜，抑制基材的熱膨脹造成的尺寸變化，可在今后防止?jié)櫥涣荚?成的燒結(jié)或磨損等的不良狀況。通過(guò)使徑向間隙的上限值為45 μ m，則可抑制滾動(dòng)體的偏斜 造成的振動(dòng)、聲音，防止壽命的降低。每個(gè)上述滾動(dòng)體的圓周方向間隙指在按照與沿圓周方向鄰接的滾動(dòng)體接觸的方 式使總滾動(dòng)體軸承的滾動(dòng)體靠近時(shí)，沿圓周方向形成的間隙除以總滾動(dòng)體數(shù)量而得到的值。另外，設(shè)置硬質(zhì)覆蓋膜的上述軸承的圓周方向間隙的下限值可為2μπι。不但可簡(jiǎn) 化軸承的裝配，而且可通過(guò)設(shè)置硬質(zhì)覆蓋膜，抑制基材的熱膨脹造成的尺寸變化，可在今后 防止?jié)櫥涣嫉臒Y(jié)和磨損等的不良狀況。由于圓周方向間隙的上限值為25 μ m，故可抑制 滾動(dòng)體的偏斜造成的振動(dòng)、聲音，防止軸承壽命的降低。也可在本發(fā)明中，上述硬質(zhì)覆蓋膜為DLC膜。類金剛石的碳膜，簡(jiǎn)稱為DLC膜比如，在基材溫度300°C以下，最好在常溫下，通過(guò) 等離子體CVD法等的化學(xué)氣相生長(zhǎng)法或激光燒蝕法、濺射法、離子束蒸鍍法、離子鍍法等的 物理氣相生長(zhǎng)法而形成。如果在基材上不對(duì)高能量顆粒進(jìn)行急劇冷卻，則不能產(chǎn)生DLC膜， 溫度越低，DLC的膜的質(zhì)量越高。也可以是這樣，DLC由碳和氫形成，DLC膜包括碳和氫按照各種摩爾比而構(gòu)成的 膜，另外，包括硅、氮和氧等的至少一個(gè)。另外，DLC膜為金剛石結(jié)構(gòu)的sp3鍵，與石墨結(jié)構(gòu) 的sp2鍵混合的非晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，sp3鍵提供硬度，sp2鍵提供滑動(dòng)性(潤(rùn)滑性)。通過(guò)在基材的滾動(dòng)面上設(shè)置這樣的DLC膜，可減少硬質(zhì)異物混入潤(rùn)滑條件下的磨 損。
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上述硬質(zhì)覆蓋膜也可通過(guò)下述方式形成，該方式為陶瓷微顆粒分散于氣體中，形 成氣溶膠，該氣溶膠與基材表面碰撞而形成。在將氣溶膠噴射到基材表面上形成膜時(shí)，可在 0. 01 120kPa的壓力下使氣溶膠碰撞。在壓力不足0. OlkPa時(shí)，氣溶膠的碰撞速度變快， 對(duì)基材進(jìn)行蝕刻，不形成膜。在壓力超過(guò)120kPa，使氣溶膠碰撞的場(chǎng)合，碰撞速度變慢，陶瓷 顆粒堆積于基材上，不形成膜。另外，該硬質(zhì)覆蓋膜在基材上的形成可在室溫下進(jìn)行。也可使上述陶瓷微顆粒的平均粒徑在0. 01 2. 0 μ m的范圍內(nèi)。在陶瓷微顆粒的 平均粒徑不足0. 01 μ m的場(chǎng)合，容易凝聚，難以形成氣溶膠，如果該平均粒徑超過(guò)2. 0 μ m， 則難以通過(guò)AD法而形成膜。按照本發(fā)明，通過(guò)使陶瓷微顆粒的平均粒徑的下限值0. 01 μ m 以上，難以凝聚，可容易形成氣溶膠。由于陶瓷的平均粒徑的上限值為2. Oym以下，故可容 易通過(guò)AD法形成膜。也可使上述氣溶膠在0. 01 120kPa的范圍內(nèi)的壓力條件下，與基材碰撞，形成硬 質(zhì)覆蓋膜。在壓力不足0. OlkPa時(shí)，氣溶膠的碰撞速度變快，對(duì)基材進(jìn)行蝕刻，不形成膜。 在壓力超過(guò)120kPa，使氣溶膠碰撞的場(chǎng)合，碰撞速度變慢，陶瓷顆粒堆積于基材上，不形成 膜。按照本發(fā)明，由于使讓氣溶膠與基材碰撞時(shí)的壓力的下限值為0. OlkPa以上，故氣溶膠 的碰撞速度不會(huì)不希望地增加，可防止對(duì)基材進(jìn)行蝕刻的情況。由于上述壓力的上限值為 120kPa以下，故氣溶膠的碰撞速度不會(huì)發(fā)生所不希望的變慢，可防止陶瓷顆粒堆積于基材 上的情況。在本發(fā)明中，上述滾動(dòng)體為滾子也可以。


根據(jù)參照附圖的下面的優(yōu)選的實(shí)施形式的說(shuō)明，會(huì)更清楚地理解本發(fā)明。但是，實(shí) 施形式和附圖用于單純的圖示和說(shuō)明，不用于確定本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的范圍由權(quán)利要 求書確定。在附圖中，多個(gè)附圖中的同一標(biāo)號(hào)表示同一或相應(yīng)部分。圖1為本發(fā)明的第1實(shí)施形式的擺動(dòng)臂的主視圖；圖2為該擺動(dòng)臂中的軸承部分的剖視圖；圖3為上述軸承的剖面主視圖；圖4為該軸承的主要部分的放大剖視圖；圖5為該軸承的試驗(yàn)機(jī)的剖視圖；圖6為以示意方式表示僅僅軸的一部分大大磨損的場(chǎng)合的軸截面的剖視圖；圖7為通過(guò)外觀結(jié)構(gòu)表示本實(shí)施形式的硬質(zhì)覆蓋膜的斷裂韌度值測(cè)定方法的立 體圖；圖8為通過(guò)外觀結(jié)構(gòu)表示該硬質(zhì)覆蓋膜的密貼性(劃痕法)測(cè)定方法的立體圖；圖9為通過(guò)外觀結(jié)構(gòu)表示該硬質(zhì)覆蓋膜的硬度的立體圖；圖10為通過(guò)外觀結(jié)構(gòu)表示該硬質(zhì)覆蓋膜的膜厚的測(cè)定方法的立體圖；圖11為通過(guò)外觀結(jié)構(gòu)表示膜形成范圍的表面粗糙度的測(cè)定方法的立體圖；圖12為通過(guò)外觀結(jié)構(gòu)表示該硬質(zhì)覆蓋膜的膜形成范圍的測(cè)定方法的立體圖；圖13為表示膜形成范圍的測(cè)定后的覆蓋膜的形狀的圖；圖14為表示硬質(zhì)覆蓋膜的厚度偏差的圖，圖14(a)為軸向中間為最薄的膜的場(chǎng)合 的圖，圖14(b)為軸向中間為最厚的膜的場(chǎng)合的圖，圖14(c)為軸向中間的膜厚為中間值的場(chǎng)合的圖；圖15為表示計(jì)算距與硬質(zhì)覆蓋膜的界面0.03mm地點(diǎn)的表面硬度的前階段的狀態(tài) 的立體圖；圖16為表示測(cè)定軸的切斷面表面的從軸的外周緣部連接軸中心的直線上的點(diǎn)的 狀態(tài)的側(cè)視圖；圖17為通過(guò)外觀結(jié)構(gòu)表示形成硬質(zhì)覆蓋膜之后的圓度的測(cè)定方法的立體圖；圖18為通過(guò)外觀結(jié)構(gòu)表示硬質(zhì)覆蓋膜中包括的氫含量的測(cè)定部位的立體圖；圖19為通過(guò)外觀結(jié)構(gòu)表示硬質(zhì)覆蓋膜中包括的金屬含量的測(cè)定部位的立體圖；圖20為本發(fā)明的第2實(shí)施形式的擺動(dòng)臂的軸承部分的剖視圖。標(biāo)號(hào)說(shuō)明標(biāo)號(hào)5表示軸承；標(biāo)號(hào)8M表示軸；標(biāo)號(hào)9表示外圈；標(biāo)號(hào)10表示滾動(dòng)體；標(biāo)號(hào)12表示硬質(zhì)覆蓋膜。
具體實(shí)施例方式下面根據(jù)圖1 圖5，對(duì)本發(fā)明的第1實(shí)施形式進(jìn)行說(shuō)明。本實(shí)施形式的軸承按照 該軸承的軸固定于擺動(dòng)臂上的方式使用。首先，對(duì)擺動(dòng)臂的一外觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明，依次針對(duì)軸承的具體結(jié)構(gòu)、該軸承的磨損 試驗(yàn)和其結(jié)果進(jìn)行說(shuō)明。下面的說(shuō)明還包括硬質(zhì)覆蓋膜的形成方法的發(fā)明的說(shuō)明。如圖1所示的那樣，該擺動(dòng)臂設(shè)置于車輛等的內(nèi)燃機(jī)中，在可圍繞規(guī)定的擺動(dòng)中 心Ll而擺動(dòng)的臂主體1上，設(shè)置使內(nèi)燃機(jī)的閥2動(dòng)作的作用部3 ；構(gòu)成與凸輪4滾動(dòng)接觸 的滾子從動(dòng)件的軸承5。如圖1、圖2所示的那樣，軸承5安裝于臂主體1的一端，上述作用部3設(shè)置于臂主 體1的另一端。作用部3為獨(dú)立于臂主體1的部件，具有設(shè)置于臂主體1的另一端的液壓 間隙調(diào)節(jié)器，作用部3以可自由地進(jìn)行出入調(diào)整方式安裝于臂主體1上。臂主體1通過(guò)對(duì)比如碳素鋼、鋁合金等進(jìn)行鍛造或鑄造的方式形成。其中，臂主體 1并不限于上述碳素鋼、鋁合金、鍛造、鑄造，也可適用于比如，采用一塊鋼板等的板材，進(jìn)行 壓力加工的金屬板制的部件。如圖2所示的那樣，臂主體1為基本呈U形的截面形狀，其包 括一對(duì)面對(duì)側(cè)壁6、6 ；將這些面對(duì)側(cè)壁6、6中的一個(gè)緣部連接的圖示之外的連接板壁。兩 側(cè)的面對(duì)側(cè)壁6、6具有擺動(dòng)支點(diǎn)孔6b，在該擺動(dòng)支點(diǎn)孔6b中，嵌合擺動(dòng)支點(diǎn)軸7。該擺動(dòng) 支點(diǎn)軸7的軸心為上述擺動(dòng)中心Li。對(duì)軸承5進(jìn)行說(shuō)明。如圖2、圖3所示的那樣，軸承5包括安裝于臂主體1上的軸8M、外圈9以及介設(shè) 于該軸8M和外圈9之間的多個(gè)滾動(dòng)體10。滾動(dòng)體10采用滾子。軸8M按照兩端嵌合于形 成于臂主體1的兩側(cè)的面對(duì)側(cè)壁6、6上的插孔6a、6a中的方式安裝。如圖4所示的那樣，臂主體1的兩側(cè)的插孔6a、6a在外面?zhèn)鹊拈_口緣具有平底锪 孔部11。該平底锪孔部11呈比如錐狀。比如，在軸基材上，設(shè)置后述的硬質(zhì)覆蓋膜12。設(shè)置有該硬質(zhì)覆蓋膜12的軸稱為“軸8M”。沒有設(shè)置硬質(zhì)覆蓋膜12的軸稱為“軸基材8”或 “基材”。作為軸基材8的坯材，采用在日本工業(yè)規(guī)格(Japanese IndustrialStandards ；簡(jiǎn) 稱為JIS)中規(guī)定的SUJ2材料、SKD材料(其中，為SKDll材料)、SUS440C材料、SCM材料 或在美國(guó)鋼鐵協(xié)會(huì)規(guī)格(Americanlron and Steel Institute ；簡(jiǎn)稱為AISI)中規(guī)定的M50 材料等。但是，并不一定限于這些鋼材。將軸8M穿過(guò)上述插孔6a，斂縫該軸8M的兩端的軸端部8a、8a，將其固定于臂主 體1上。S卩，斂縫該軸8M的軸端部8a、8a。在此場(chǎng)合，在將軸8M穿過(guò)插孔6a的狀態(tài)，采用 圖示以外的夾具、工具，在軸端部8a上形成其直徑Dm比軸8M的外徑Dj稍小的圓周方向槽 Saa0該圓周方向槽8aa的軸心與該軸8M基本相同，該槽Saa形成于軸端部8a中的外徑附 近。上述圓周方向槽8aa也可為呈環(huán)狀連續(xù)的槽。圓周方向槽8aa也可不按照其軸心與軸 8M基本相同的方式形成。伴隨通過(guò)上述夾具、工具，形成圓周方向槽8aa的動(dòng)作的進(jìn)行，設(shè)置塑性加工部 8b，該塑性加工部8b以規(guī)定小距離，在半徑外方，在軸8M的外徑面的兩端附近處突出，將這 些塑性加工部8b與上述平底锪孔部11卡合，進(jìn)行軸端部8a、8a的斂縫。象這樣，通過(guò)進(jìn)行 軸端部8a、8a的斂縫，實(shí)現(xiàn)軸8M相對(duì)臂主體1的脫落的防止。軸8M的塑性加工部8b構(gòu)成 比如，全周或基本全周的環(huán)狀的突部。如圖3所示的那樣，多個(gè)滾動(dòng)體10以作為總滾子形式不介設(shè)保持器的方式組裝于 軸8M和外圈9之間的環(huán)狀空間中。沿圓周方向鄰接的滾動(dòng)體10之間，按照允許滾動(dòng)的間 隙，即圓周方向間隙Sl而接近。雖然本實(shí)施形式的軸承5作為總滾子形式，但是也可為在 軸8M和外圈9之間的環(huán)狀空間中設(shè)置保持器，將多個(gè)滾動(dòng)體10保持于該保持器中的形式。外圈9由與軸基材8相同的鋼材構(gòu)成。比如，外圈9、軸基材8和滾動(dòng)體10也可為 相互相同的材質(zhì)。另外，也可根據(jù)需要，使軸承組成部件的一部分為不同于其它的組成部件 的材質(zhì)。在本實(shí)施形式的軸承5中，按照下述方式構(gòu)成，該方式為滿足作為應(yīng)滿足的特性 中的至少一個(gè)的特性(1)的，應(yīng)形成上述硬質(zhì)覆蓋膜12的基材的滾動(dòng)面的圓度為2μπι以 下，與形成該硬質(zhì)覆蓋膜后的滾動(dòng)面的圓度4 μ m以下中的一者或兩者。在這里，上述特性 (1)指如后述的那樣，表示硬質(zhì)覆蓋膜或基材的特性的參數(shù)，后述的特性(2) (6)也相同。 如果形成硬質(zhì)覆蓋膜后的滾動(dòng)面的圓度為4μπι以下，則硬質(zhì)覆蓋膜12的膜厚δ 2不伴隨 部位而變化，作用于硬質(zhì)覆蓋膜12上的荷載均勻，可防止局部過(guò)大的面壓。于是，使上述滾 動(dòng)面維持必要充分的耐磨損性，可防止硬質(zhì)覆蓋膜12的剝離。通過(guò)使應(yīng)形成硬質(zhì)覆蓋膜12 的基材的滾動(dòng)面的圓度為2 μ m以下，可使軸8M的圓度為4 μ m以下。對(duì)熱處理、硬質(zhì)覆蓋膜等進(jìn)行說(shuō)明。在本實(shí)施形式中，如圖4所示的那樣，僅僅在軸基材8上，形成硬質(zhì)覆蓋膜12，但 是也可在外圈9或滾動(dòng)體10的滾動(dòng)面9a、10a上形成硬質(zhì)覆蓋膜12?？稍谳S基材8、外圈 9和滾動(dòng)體10中的至少一者的滾動(dòng)面上形成硬質(zhì)覆蓋膜12。軸8M的基材中的滾動(dòng)面部的硬度為HRC 58以上。對(duì)于該軸8M的基材的滾動(dòng)面 部的硬度，為了充分地確保滾動(dòng)疲勞壽命，HRC58以上的硬度是必要的。由于在軸承使用時(shí)的接觸面壓為2000MPa以下的場(chǎng)合，不產(chǎn)生滾動(dòng)疲勞，故HRC58以上的硬度是必要的硬化層深度為產(chǎn)生磨損的深度的50 μ m即可。其中，在于軸基材8 上設(shè)置硬質(zhì)覆蓋膜12的場(chǎng)合，如果不設(shè)置本發(fā)明所給出的最佳的硬質(zhì)覆蓋膜，由于剝離的 硬質(zhì)覆蓋膜用作硬質(zhì)異物，故在許多的場(chǎng)合，磨損產(chǎn)生在50 μ m以上的深度之前。在接觸面 壓在2000 5000MPa的范圍內(nèi)的場(chǎng)合，不僅產(chǎn)生磨損，而且產(chǎn)生滾動(dòng)疲勞，但是，如果在到 達(dá)400 μ m的深度之前具有上述硬度的話，則是充分的。作為確認(rèn)沒有設(shè)置硬質(zhì)覆蓋膜的基材的表面硬度的方法，通常，采用洛氏硬度計(jì)、 維氏硬度計(jì)等，對(duì)表面的硬度進(jìn)行直接測(cè)定。但是，在于軸基材8的表面上設(shè)置硬質(zhì)覆蓋膜 12的場(chǎng)合，不能夠采用上述測(cè)定方法。作為代替的測(cè)定方法，也可比如，測(cè)定軸8M的截面 硬度，將硬質(zhì)覆蓋膜12和軸基材8的界面附近(軸基材8側(cè))的值用作軸基材8的表面硬度。在下面給出基材的硬化方法的種類，但是，在這里給出將基材的表層硬化的場(chǎng)合， 與不僅對(duì)基材的表層硬化，而且硬化到內(nèi)部的場(chǎng)合的優(yōu)點(diǎn)?！⒒牡谋韺佑不膱?chǎng)合在接觸面壓2000MPa以下的場(chǎng)合，由于不產(chǎn)生滾動(dòng)疲勞，故必須要求HRC58以上的 硬度的硬化層深度(HRC58深度)為產(chǎn)生磨損的深度的50 μ m即可。其中，在于基材表面上 設(shè)置硬質(zhì)覆蓋膜的場(chǎng)合，如果沒有設(shè)置本發(fā)明給出的最佳的硬質(zhì)覆蓋膜，由于剝離的硬質(zhì) 覆蓋膜用作硬質(zhì)異物，故在許多的場(chǎng)合，磨損產(chǎn)生在50 μ m以上的深度之前。在會(huì)產(chǎn)生的接 觸面壓在2000 5000MPa的范圍內(nèi)的場(chǎng)合，硬度層深度(HRC 58深度)為作為最大剪切應(yīng) 力位置的2倍的深度的400 μ m即可。作為將該基材的表層硬化的場(chǎng)合的基材的硬化的方法，可采用高頻淬火、淬火后 的亞零處理、低溫氮化處理。作為上述低溫氮化處理，可采用比如550°C以下的離子氮化、氣 體氮化、鹽浴氮化等。另外，對(duì)于可產(chǎn)生認(rèn)為對(duì)壽命造成良好影響的壓縮應(yīng)力的硬化層深度(HRC 58深 度)，實(shí)際的情況是，在軸基材8的壁厚、實(shí)心軸的場(chǎng)合，最大為直徑的1/3。根據(jù)該實(shí)際情 況，比如，在圖4所示的那樣的實(shí)心軸的場(chǎng)合，最好，直徑在8 IOmm的滾動(dòng)軸承的軸基材 8的表面淬火深度(HRC 58深度)為3. 3mm以下。在中空軸的場(chǎng)合，最好為將從該中空軸 的外徑中扣除內(nèi)徑后的值除以“2”，接著再除以“3”而計(jì)算的表面淬火深度，即[外徑-內(nèi) 徑]/2的1/3的表面淬火深度?！び不交牡膬?nèi)部的場(chǎng)合與表面淬火進(jìn)行比較，具有下述的優(yōu)點(diǎn)，即，即使在采用具有HRC58以上的硬度的 高頻淬火，直至軸8M的徑向中間部(內(nèi)部)處時(shí)，仍不必嚴(yán)密地控制熱處理?xiàng)l件。即，在該 處理中，由于不必在短時(shí)間控制處理時(shí)間，故可進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間的加熱，由此不必嚴(yán)密地控制 熱處理?xiàng)l件。于是，可謀求工時(shí)的減少，謀求軸承的制造成本的降低。作為硬化到該基材的內(nèi)部的場(chǎng)合的基材的硬化的方法，可采用普通的整體淬火處 理，不僅對(duì)表面進(jìn)行硬化處理，而且還可以采用內(nèi)部也硬化的高頻淬火、淬火后的亞零處 理。在本實(shí)施形式的滾子從動(dòng)件中，如前述那樣，在將軸8M固定于臂主體1上時(shí)，斂縫 固定軸端部8a、8a。在此場(chǎng)合，軸8M的兩端的軸端部8a、8a的硬度在HRClO HRC35的范 圍內(nèi)。另外，最好，滿足上述軸端部8a的硬度的范圍為從軸端面到在軸向內(nèi)方Imm以上的位置的范圍。換言之，對(duì)于HRC35以下的范圍，從軸端面在軸向內(nèi)方，確保至少1mm。通過(guò)這樣地使軸端部8a的硬度HRC為35以下，斂縫軸8M的方式，可確實(shí)將軸8M 和臂主體1固定。顯然，在如本實(shí)施形式這樣的滾動(dòng)式的滾子從動(dòng)件的場(chǎng)合，在將軸8M和臂 主體1固定時(shí)，將外圈9和滾動(dòng)體10與軸8M設(shè)定于臂主體1的規(guī)定位置，斂縫兩側(cè)的軸端 部8a、8a，將軸8M和臂主體1固定。另外，在滑動(dòng)式的滾子從動(dòng)件的場(chǎng)合，沒有滾動(dòng)體10。作為使兩側(cè)的軸端部8a、8a在HRC35以下的方法，可采用針對(duì)軸8M，進(jìn)行除了兩側(cè) 的軸端部8a、8a以外的高頻表面淬火，或進(jìn)行除了兩側(cè)的軸端部8a、8a以外的高頻表面淬 火的，不僅將表面硬化，而且還將內(nèi)部硬化的高頻淬火，對(duì)兩側(cè)的軸端部8a、8a進(jìn)行掩模處 理的低溫氮化處理，通過(guò)高頻熱處理，對(duì)普通的整體淬火處理品的軸的兩側(cè)的軸端部8a、8a 進(jìn)行退火處理的方法等。作為上述低溫氮化處理，可采用比如550°C以下的離子氮化、氣體 氮化、鹽浴氮化等。另外，在沒有斂縫而固定滾子從動(dòng)件的軸端部8a、8a的場(chǎng)合，由于不必使軸端部 8a、8a的硬度在HRC35以下，故也可采用普通的整體淬火處理。在此場(chǎng)合，可采用下述的結(jié) 構(gòu)。在軸8M的軸端附近的外周面上，形成圖示以外的槽，在該槽中設(shè)置擋圈，將該軸 8M和臂主體1固定的結(jié)構(gòu)；代替在該槽中設(shè)置擋圈而插入銷，將軸8M和臂主體1固定的結(jié) 構(gòu)；代替斂縫軸端部8a而斂縫臂主體1，將軸8M和臂主體1固定的結(jié)構(gòu)；在臂主體1上壓 配合軸8M的結(jié)構(gòu)等。作為硬質(zhì)覆蓋膜12的例子，可采用由下述這樣的例子的類型。作為一個(gè)例子，例舉包括具有sp2_和sp3_碳雜交的非晶質(zhì)碳化氫(還包括無(wú)金 屬非晶質(zhì)碳化氫的場(chǎng)合)的硬質(zhì)覆蓋膜12。作為形成該硬質(zhì)覆蓋膜12的方法，知道有高頻 等離子CVD法、離子化蒸鍍法、陰極電弧法和濺射法等。在這些方法中，包括有用于提高已 形成的硬質(zhì)覆蓋膜12和軸基材8的密貼性、硬質(zhì)覆蓋膜12的韌性值的幾個(gè)方法，關(guān)于這些 方法，將在后面進(jìn)行描述。比如，為了通過(guò)濺射法在軸基材8上形成密貼性良好的硬質(zhì)覆蓋膜12，最好，首先 對(duì)軸表面進(jìn)行清潔處理。具體來(lái)說(shuō)，在腔內(nèi)設(shè)置對(duì)表面進(jìn)行了清潔的軸基材8，對(duì)腔進(jìn)行排 氣處理。在進(jìn)行排氣，直至達(dá)到真空度2 X 10_3Pa之后，將軸基材8加熱到150°C 200°C的 溫度。然后，在軸上外加-200V -500V的偏置電流，在壓力IPa的非活性氣體氣氛中產(chǎn)生 非活性氣體離子，使其與軸基材8碰撞，對(duì)軸表面進(jìn)行清潔。另外，為了通過(guò)濺射法，在軸基材8上形成斷裂韌度值高的硬質(zhì)覆蓋膜12，最 好，靶不僅可采用C(石墨)，還可采用一或兩種以上的金屬靶。作為所采用的靶，列舉有 Cu(銅)、Ni(鎳)、W(鎢)、Cr(鉻)等。針對(duì)各自的靶，從石墨的結(jié)合性，形成膜后的傾斜 性能效果來(lái)說(shuō)，可為多個(gè)靶合并的組合體，特別是最好為Cr(鉻)和W(鎢)。此外，通過(guò)調(diào) 節(jié)向靶供電的時(shí)間，可任意地改變位于硬質(zhì)覆蓋膜12的內(nèi)部的金屬原子的配比。另外，如 果為一般的最外層部為無(wú)金屬的話，則即使在于底層中混入金屬的情況下，仍稱為由無(wú)金 屬非晶質(zhì)碳化氫形成的硬質(zhì)覆蓋膜。如前述那樣，在對(duì)軸表面進(jìn)行清潔處理后，將Ar氣和工藝氣體的混合氣體導(dǎo)入腔 內(nèi)，在軸上外加偏置電流。在外加的同時(shí)，進(jìn)行濺射源的供電，產(chǎn)生發(fā)光放電。在Ar壓力為 0. 5Pa、偏置電壓為-100V、濺射電力為5kW的條件下形成膜。在達(dá)到規(guī)定的膜厚后，停止向
13濺射源的供電，在軸8M急聚冷卻后，從腔內(nèi)取出。此時(shí)，如果在導(dǎo)入不包括氫的工藝氣體 的氣氛下，形成硬質(zhì)覆蓋膜12，則可形成實(shí)質(zhì)上不包括氫的覆蓋膜。另一方面，如果導(dǎo)入碳 化氫氣體和氫氣，在包括氫的氣氛下，形成硬質(zhì)覆蓋膜12，則可形成包括規(guī)定量的氫的含氫層。作為硬質(zhì)覆蓋膜12的再一例子，也可在軸基材8上形成精細(xì)陶瓷硬質(zhì)覆蓋膜。作 為形成該膜的方法，包括氣溶膠定位法(簡(jiǎn)稱為AD法)。對(duì)于AD法，將原料陶瓷細(xì)微顆粒 分散于氣體中的氣溶膠朝向基材，通過(guò)氣溶膠噴嘴而噴射，使氣溶膠高速地碰撞于基材表 面上，在基材上形成由超微顆粒的結(jié)構(gòu)材料形成的覆蓋膜。公知有作為氣溶膠原料陶瓷，知道有氧化鋁、氧化鋯、二氧化鈦等的氧化物類陶 瓷。另外，還公知有氮化硅、碳化硅、硅鋁氧氮聚合材料等的氮化物等，碳化物類陶瓷均作為 氣溶膠原料陶瓷。對(duì)于相應(yīng)的陶瓷的高純度等級(jí)，在純比重小時(shí)，容易形成氣溶膠，由此，作為原料 的陶瓷最好為氧化鋁。特別是最好，所采用的顆粒的平均粒徑可在0. 01 2. 0 μ m的范圍 內(nèi)。在平均粒徑不足0. 01 μ m的場(chǎng)合，形成容易凝聚的氣溶膠這一點(diǎn)是困難的，如果平均粒 徑超過(guò)2. 0 μ m，則難以通過(guò)AD法而形成膜。另外，為了良好地形成覆蓋膜，最好，按照在與基材等的碰撞時(shí)，氧化鋁容易粉碎 的方式，采用球磨機(jī)、噴射磨機(jī)等的粉碎機(jī)，在原料中預(yù)先形成裂縫。在對(duì)基材表面噴射氣溶膠形成膜時(shí)，可在0. 01 120kPa的壓力下碰撞。在壓 力不足0. OlkPa的場(chǎng)合，氣溶膠的碰撞速度變快，對(duì)基材進(jìn)行蝕刻不形成膜。在壓力超過(guò) 120kPa,使氣溶膠碰撞的場(chǎng)合，碰撞速度變慢，陶瓷顆粒堆積于基材上未形成膜。另外，AD法的硬質(zhì)覆蓋膜12在基材上的形成可在室溫下進(jìn)行。作為軸承5的軸 基材8的表面上的AD陶瓷覆蓋膜的形成方法，將軸基材8固定，使氣溶膠噴嘴移動(dòng)形成覆 蓋膜的方法，以及將氣溶膠噴嘴固定，使軸承5的軸基材8旋轉(zhuǎn)移動(dòng)形成覆蓋膜的方法中的 任意者均可采用。在這些方法中，可在穩(wěn)定的狀態(tài)噴上氣溶膠，并用定位用XY臺(tái)和對(duì)象物旋轉(zhuǎn)用電 機(jī)，在使軸承5的軸基材8旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，使其沿軸向移動(dòng)，由此，按照容易重復(fù)涂敷的方式形 成AD陶瓷覆蓋膜，因此最好采用氣溶膠噴嘴固定、軸旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)的后者的方法。上述氣溶膠 噴嘴從具有長(zhǎng)方形等的開口部的噴嘴前端向軸圓筒部表面噴射陶瓷細(xì)微顆粒。另外，氣溶 膠噴嘴既可為一個(gè)也可為多個(gè)。另外，氣溶膠噴嘴也可按照可位移的方式構(gòu)成。下面對(duì)該軸承的磨損試驗(yàn)和其結(jié)果進(jìn)行說(shuō)明。圖5為上述磨損試驗(yàn)的試驗(yàn)機(jī)的剖視圖。為了對(duì)作為硬質(zhì)異物的煤(硬質(zhì)碳顆粒 碳)的混入潤(rùn)滑條件下的磨損進(jìn)行模擬，在下述的表的試驗(yàn)條件，通過(guò)圖5的試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行磨 損試驗(yàn)。但是，如果在發(fā)動(dòng)機(jī)油內(nèi)部，包括超過(guò)2質(zhì)量％的煤(硬質(zhì)碳顆粒碳)，則在軸承 中產(chǎn)生顯著的磨損。上述煤的比例越高，磨損量越多。在本次的試驗(yàn)中，通過(guò)在發(fā)動(dòng)機(jī)油內(nèi) 包括16質(zhì)量％的碳黑的發(fā)動(dòng)機(jī)油而進(jìn)行評(píng)價(jià)，擔(dān)保本發(fā)明的效果的有效性。另外，煤的量 通過(guò)7 f >J ^卜社開發(fā)的Light Extinction Measurement法，簡(jiǎn)稱LEM法而測(cè)定。該LEM 法采用煤吸收光的性質(zhì)，根據(jù)對(duì)包括煤的油投射光時(shí)的減光率(衰減率)，測(cè)定油中的煤的 量。
作為評(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)油，不僅僅采用在油中包含碳黑的油，而且采用下述這樣的油。 即，作為評(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)油，在于CD級(jí)10W-30柴油發(fā)動(dòng)機(jī)油中包括碳黑的粉末后，使油高溫高 速旋轉(zhuǎn)，將在油中按照沒有沉淀的方式分散有碳黑的粉末的油作為潤(rùn)滑油。另外，在表1 中，“P/C”中的P表示負(fù)荷荷載，C表示軸承的基本動(dòng)額定荷載。即，P/C表示負(fù)荷荷載相對(duì) 軸承的基本動(dòng)額定荷載的比例。表1磨損試驗(yàn)條件
權(quán)利要求
一種軸承，其包括軸和外圈、根據(jù)需要介設(shè)于該軸和外圈之間的多個(gè)滾動(dòng)體，上述軸中的至少軸向中間部通過(guò)熱處理而硬化，在軸、外圈和滾動(dòng)體中的至少一個(gè)的滾動(dòng)面上，設(shè)置硬質(zhì)覆蓋膜，滿足下述的(1)～(6)的特性中的至少一個(gè)(1)滿足應(yīng)形成該硬質(zhì)覆蓋膜的基材的滾動(dòng)面的圓度為2μm以下，以及形成該硬質(zhì)覆蓋膜后的滾動(dòng)面的圓度為4μm以下中的任何一者或兩者；(2)該硬質(zhì)覆蓋膜的動(dòng)態(tài)硬度在HD800～HD2000的范圍內(nèi)，上述硬質(zhì)覆蓋膜的膜厚在1～5μm的范圍內(nèi)，并且該膜厚在以硬質(zhì)覆蓋膜的軸向中間的膜厚為基準(zhǔn)的±2μm以內(nèi)的范圍；(3)應(yīng)形成該硬質(zhì)覆蓋膜的基材的表面硬度在HV650～HV 1000的范圍內(nèi)，該硬質(zhì)覆蓋膜的膜厚在1～5μm的范圍內(nèi)，并且該膜厚在以該硬質(zhì)覆蓋膜的軸向中間的膜厚為基準(zhǔn)的±2μm以內(nèi)的范圍；(4)該硬質(zhì)覆蓋膜的斷裂韌度值在1.5～6MPam1/2的范圍內(nèi)；(5)該硬質(zhì)覆蓋膜的劃痕法測(cè)定的臨界荷載在40～100N的范圍內(nèi)，該硬質(zhì)覆蓋膜的膜厚在1～5μm的范圍內(nèi)，并且該膜厚在以該硬質(zhì)覆蓋膜的軸向中間的膜厚為基準(zhǔn)的±2μm以內(nèi)的范圍內(nèi)；(6)應(yīng)形成該硬質(zhì)覆蓋膜的基材的表面粗糙度Ra為0.15μm以下，該硬質(zhì)覆蓋膜的膜厚在1～5μm的范圍內(nèi)，并且該膜厚在以該硬質(zhì)覆蓋膜的軸向中間的膜厚為基準(zhǔn)的±2μm以內(nèi)的范圍。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸承，其中，至少滿足上述特性(1)或(4)，上述硬質(zhì)覆蓋膜 的膜厚在1 5μπι的范圍內(nèi)，并且該膜厚在以該硬質(zhì)覆蓋膜的軸向中間的膜厚為基準(zhǔn)的 士2μπι以下的范圍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸承，其中，至少滿足上述特性(3)，從上述基材的滾動(dòng)面表 面沿徑向按照50 μ m以上的深度，具有HRC58以上的硬度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸承，其中，至少滿足上述特性(3)或(5)，上述軸承為上述 軸固定于擺動(dòng)臂上而使用的滾子從動(dòng)件，通過(guò)將該滾子從動(dòng)件中的沒有形成有上述硬質(zhì)覆 蓋膜的軸端部斂縫的方式將上述滾子從動(dòng)件固定于擺動(dòng)臂上，上述滾子從動(dòng)件的軸端部的 外周面從上述表面沿徑向在50 μ m以上的深度，具有HRC58以上的硬度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸承，其中，至少滿足上述特性(4)，上述硬質(zhì)覆蓋膜的斷裂 韌度值在2 5MPam1/2的范圍內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸承，其中，至少滿足上述特性(5)，上述硬質(zhì)覆蓋膜的臨界 荷載在60 100N的范圍內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸承，其中，至少滿足上述特性(5)，上述硬質(zhì)覆蓋膜包括 Cr (鉻)和W(鎢)，Cr+ff的總含量在5 50原子％的范圍內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸承，其中，至少滿足上述特性(5)，從上述硬質(zhì)覆蓋膜的表 面，到0. 3μπι的區(qū)域的氫含量在10 30原子％的范圍內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸承，其中，至少滿足上述特性(6)，上述硬質(zhì)覆蓋膜的表面 粗糙度在RaO. 25 μ m以下。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸承，其中，軸承的徑向間隙在2 45μ m的范圍內(nèi)，并且每 個(gè)滾動(dòng)體的圓周方向間隙在2 25 μ m的范圍內(nèi)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸承，其中，上述硬質(zhì)覆蓋膜為DLC膜。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸承，其中，上述硬質(zhì)覆蓋膜通過(guò)下述方式形成，該方式為 陶瓷微顆粒分散于氣體中，形成氣溶膠，該氣溶膠與基材表面碰撞。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的軸承，其中，至少滿足上述特性(2)，上述陶瓷微顆粒的平 均粒徑在0. 01 2. 0 μ m的范圍內(nèi)。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的軸承，其中，上述氣溶膠在0.01 120kPa的范圍內(nèi)的壓力 中，與基材碰撞形成硬質(zhì)覆蓋膜。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸承，其中，上述滾動(dòng)體為滾子。
全文摘要
本發(fā)明的課題在于提供一種軸承，其可減少作為軸承磨損的一種形式的在硬質(zhì)異物混入潤(rùn)滑條件下的磨損。通過(guò)熱處理，對(duì)軸(8M)的至少軸向中間部進(jìn)行硬化，在軸(8M)、外圈(9)與滾動(dòng)體(10)中的至少任意一者的滾動(dòng)面上設(shè)置硬質(zhì)覆蓋膜(12)，滿足以下中的任意一者或兩者形成該硬質(zhì)覆蓋膜(12)的基材中的滾動(dòng)面的圓度為2μm以下，以及形成該硬質(zhì)覆蓋膜后的滾動(dòng)面的圓度為4μm以下。
文檔編號(hào)F16C33/66GK101978182SQ20098010959
公開日2011年2月16日 申請(qǐng)日期2009年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月21日
發(fā)明者中島達(dá)雄, 中村祐一郎, 尾林光介, 阿部克史 申請(qǐng)人:Ntn株式會(huì)社