JP2002276663A - 真空用摺動材料 - Google Patents
真空用摺動材料Info
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Landscapes
- Sliding-Contact Bearings (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 真空中での摩擦係数の上昇を抑え、真空中に
おける摺動機械の凝着やかじりを防止すると共に、さら
に、真空関連装置のスーパークリーン化及び長寿命化や
メンテナンスフリー化などの省エネルギー化に貢献す
る。 【解決手段】 真空用摺動材料の表面処理において、そ
の機械的又は化学的研磨による摺動材料の表面最大粗さ
を７０ｎｍから２００ｎｍの範囲とする。
おける摺動機械の凝着やかじりを防止すると共に、さら
に、真空関連装置のスーパークリーン化及び長寿命化や
メンテナンスフリー化などの省エネルギー化に貢献す
る。 【解決手段】 真空用摺動材料の表面処理において、そ
の機械的又は化学的研磨による摺動材料の表面最大粗さ
を７０ｎｍから２００ｎｍの範囲とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この出願の発明は、真空用摺
動材料に関するものであり、さらに詳しくは真空中にお
いて使用される低摩擦化表面を有する新しい摺動材料に
関するものである。
動材料に関するものであり、さらに詳しくは真空中にお
いて使用される低摩擦化表面を有する新しい摺動材料に
関するものである。
【０００２】この出願の発明によれば、摺動材料の接触
表面粗さを所定の範囲にすることにより、真空中におけ
る摩擦係数の増加を抑制し、さらに、真空用摺動材料の
凝着防止、低摩擦係数の維持を可能とすることができ
る。
表面粗さを所定の範囲にすることにより、真空中におけ
る摩擦係数の増加を抑制し、さらに、真空用摺動材料の
凝着防止、低摩擦係数の維持を可能とすることができ
る。
【０００３】
【従来の技術とその解決課題】従来、真空用構造材料と
してステンレス系材料（ステンレス鋼等）が多く用いら
れているが、真空中の摩擦係数（μ）は大気中（約０．
１から０．２）に比べて極めて高い値（μ＝０．４以
上）となることが知られている。そのため真空環境下の
使用においては、ガス放出やダスト発生の起きやすい真
空用潤滑剤等の使用が不可欠とされていた。
してステンレス系材料（ステンレス鋼等）が多く用いら
れているが、真空中の摩擦係数（μ）は大気中（約０．
１から０．２）に比べて極めて高い値（μ＝０．４以
上）となることが知られている。そのため真空環境下の
使用においては、ガス放出やダスト発生の起きやすい真
空用潤滑剤等の使用が不可欠とされていた。
【０００４】そこで、この出願の発明は、従来の問題点
を解消し、真空用潤滑剤等を使用することなく、しかも
摩擦係数を低くすることのできる、新しい真空用摺動材
料を提供することを課題としている。
を解消し、真空用潤滑剤等を使用することなく、しかも
摩擦係数を低くすることのできる、新しい真空用摺動材
料を提供することを課題としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この出願の発明は、上記
の課題を解決するものとして、第１には、摺動材料の表
面最大粗さが７０ｎｍから２００ｎｍの範囲にあること
を特徴とする真空用摺動材料を提供する。
の課題を解決するものとして、第１には、摺動材料の表
面最大粗さが７０ｎｍから２００ｎｍの範囲にあること
を特徴とする真空用摺動材料を提供する。
【０００６】また、この出願の発明は、第２には、表面
最大粗さが７０ｎｍから２００ｎｍの範囲にある研磨表
面を有することを特徴とする真空用摺動材料を提供し、
第３には、表面最大粗さが７０ｎｍから２００ｎｍの範
囲にある被覆表面を有することを特徴とする真空用摺動
材料を提供する。
最大粗さが７０ｎｍから２００ｎｍの範囲にある研磨表
面を有することを特徴とする真空用摺動材料を提供し、
第３には、表面最大粗さが７０ｎｍから２００ｎｍの範
囲にある被覆表面を有することを特徴とする真空用摺動
材料を提供する。
【０００７】そして、この出願の発明は、第４には、真
空中での表面摩擦係数が、大気中での摩擦係数の２倍以
下であることを特徴とする真空用摺動材料を、第５に
は、表面最大粗さが８０ｎｍから１１０ｎｍの範囲にあ
ることを特徴とする真空用摺動材料を、第６には、真空
中での表面摩擦係数μが０．１５以下であることを特徴
とする真空用摺動材料を提供する。
空中での表面摩擦係数が、大気中での摩擦係数の２倍以
下であることを特徴とする真空用摺動材料を、第５に
は、表面最大粗さが８０ｎｍから１１０ｎｍの範囲にあ
ることを特徴とする真空用摺動材料を、第６には、真空
中での表面摩擦係数μが０．１５以下であることを特徴
とする真空用摺動材料を提供する。
【０００８】この出願の発明者は、これまで、自己組織
化材料の開発技術及び特性評価技術として、超高真空の
超清浄空間中での材料表面のトライボロジー特性の高性
能化法の開発とその計測手法の基礎的研究を行ってきた
が、これらの研究過程において、従来、真空中において
高い摩擦係数を示すとされていた真空用構造材料がその
表面形状をナノレベルで構造制御することによって高真
空中での摩擦特性の改善に効果があることを見いだし、
この知見に基づいてこの出願の発明を完成している。
化材料の開発技術及び特性評価技術として、超高真空の
超清浄空間中での材料表面のトライボロジー特性の高性
能化法の開発とその計測手法の基礎的研究を行ってきた
が、これらの研究過程において、従来、真空中において
高い摩擦係数を示すとされていた真空用構造材料がその
表面形状をナノレベルで構造制御することによって高真
空中での摩擦特性の改善に効果があることを見いだし、
この知見に基づいてこの出願の発明を完成している。
【０００９】すなわち、材料の表面性と真空中の摩擦特
性との検討から、真空中においても摩擦係数が上昇しな
い表面性を見い出すに至ったものである。具体的には、
摺動材料表面の最大粗さ（Ｒｙ）を７０ｎｍ〜２００ｎ
ｍの範囲にあるものとすることで、真空中の摩擦係数を
大気中の場合とほぼ同等の値に改善することに成功し
た。
性との検討から、真空中においても摩擦係数が上昇しな
い表面性を見い出すに至ったものである。具体的には、
摺動材料表面の最大粗さ（Ｒｙ）を７０ｎｍ〜２００ｎ
ｍの範囲にあるものとすることで、真空中の摩擦係数を
大気中の場合とほぼ同等の値に改善することに成功し
た。
【００１０】
【発明の実施の形態】この出願の発明は上記のとおりの
特徴をもつものであるが、以下にその実施の形態につい
て説明する。
特徴をもつものであるが、以下にその実施の形態につい
て説明する。
【００１１】何よりも特徴的なことは、この出願の発明
は、真空中において使用される摺動材料であって、その
摺動表面の最大粗さ（Ｒｙ）が７０ｎｍから２００ｎｍ
の範囲にあるということである。これによって、真空中
での摩擦係数を大気中とほぼ同等の値に改善し、真空中
での摩擦係数の上昇を抑えることができる。
は、真空中において使用される摺動材料であって、その
摺動表面の最大粗さ（Ｒｙ）が７０ｎｍから２００ｎｍ
の範囲にあるということである。これによって、真空中
での摩擦係数を大気中とほぼ同等の値に改善し、真空中
での摩擦係数の上昇を抑えることができる。
【００１２】この出願の発明においては、真空中での摩
擦係数を、大気中での摩擦係数に対して、上記のとおり
ほぼ同等の値とすることができるが、より好適には、同
一の値ないしは３倍以下、さらには２倍以下とする。
擦係数を、大気中での摩擦係数に対して、上記のとおり
ほぼ同等の値とすることができるが、より好適には、同
一の値ないしは３倍以下、さらには２倍以下とする。
【００１３】実際、ステンレス鋼を摺動材料とする場合
には、表面最大粗さ（Ｒｙ）を７０ｎｍから２００ｎｍ
の範囲とすることで、大気中の摩擦係数（μ＝約０．
１）に対し、真空中での摩擦係数値μを約０．１〜０．
２５の範囲とすることができ、特に、８０ｎｍから１１
０ｎｍの範囲では、０．１５以下とすること、さらに
は、１００ｎｍ付近では、０．１２以下とすることがで
きる。
には、表面最大粗さ（Ｒｙ）を７０ｎｍから２００ｎｍ
の範囲とすることで、大気中の摩擦係数（μ＝約０．
１）に対し、真空中での摩擦係数値μを約０．１〜０．
２５の範囲とすることができ、特に、８０ｎｍから１１
０ｎｍの範囲では、０．１５以下とすること、さらに
は、１００ｎｍ付近では、０．１２以下とすることがで
きる。
【００１４】このように真空中での摩擦係数の増大を顕
著に抑える効果は、ステンレス鋼の場合に限られること
はない。摺動材料としての表面粗さ（Ｒｙ）が、前記の
とおりの７０ｎｍから２００ｎｍの範囲にあるようにす
るための手段としては各種であってよく、たとえば表面
の研磨でもよいし、基材に対して被覆した表面としても
よい。
著に抑える効果は、ステンレス鋼の場合に限られること
はない。摺動材料としての表面粗さ（Ｒｙ）が、前記の
とおりの７０ｎｍから２００ｎｍの範囲にあるようにす
るための手段としては各種であってよく、たとえば表面
の研磨でもよいし、基材に対して被覆した表面としても
よい。
【００１５】研磨については、電解複合研磨（ＥＣＢ）
のような、いわゆる機械的研磨方法が採用されてもよい
し、液相化学エッチングとしての化学研磨や、気相エッ
チングのような各種の方法が採用されてもよい。
のような、いわゆる機械的研磨方法が採用されてもよい
し、液相化学エッチングとしての化学研磨や、気相エッ
チングのような各種の方法が採用されてもよい。
【００１６】研磨表面が形成される材料は各種でよく、
真空中において使用される各種の材料、たとえばステン
レス鋼等が考慮される。また被覆による表面形成として
は、たとえばＴｉＮ，ＡｌＮ，Ｓｉ3 Ｎ4 ，ＢＮ等の皮
膜の、高周波マグネトロンスパッタリング等の気相成膜
法による形成が考慮される。
真空中において使用される各種の材料、たとえばステン
レス鋼等が考慮される。また被覆による表面形成として
は、たとえばＴｉＮ，ＡｌＮ，Ｓｉ3 Ｎ4 ，ＢＮ等の皮
膜の、高周波マグネトロンスパッタリング等の気相成膜
法による形成が考慮される。
【００１７】
【実施例】（実施例１）ＳＵＳ３０４ステンレス鋼表面
を機械的研磨法と化学的研磨法によって表面粗さを変え
た試料を作成した。
を機械的研磨法と化学的研磨法によって表面粗さを変え
た試料を作成した。
【００１８】すなわち、試料には、市販の厚さ１ｍｍの
ＳＵＳ３０４ステンレス鋼を電解複合研磨（ＥＣＢ）
し、放電加工によって１０ｍｍ角に切り出した表面粗さ
の異なる試料（Ｒｙ＝４０，７０，１１０，２５０ｎ
ｍ）４種類と、精密カッターによって１０ｎｍ角に切り
出した表面粗さ（Ｒｙ＝３０ｎｍ）の電解複合研磨試料
を硝酸：塩酸：純水＝１：２：３の溶液に任意の時間浸
漬しエッチング処理によって表面粗さを変えた化学研磨
（ＣＰ）試料（Ｒｙ＝１５０，２５５，６５０，９００
ｎｍ）を４種類の計８種類の試料を作成した。これらの
試料について、バウデンレーベン型真空摩擦測定機によ
って摩擦測定を行った。真空中における摩擦測定は、試
料表面に吸着しているガス分子との平衡を考え、排気系
の最下流の排気装置から順次駆動し所定の真空圧力に到
達後、２４時間以上放置し機械研磨した直径３．１８ｍ
ｍの３０４ステンレスボール（Ｒｙ＜６０ｎｍ）を圧子
として移動速度０．５ｍｍ／ｓｅｃ、移動距離５ｍｍ、
印加荷重０．４９Ｎの条件で行った。
ＳＵＳ３０４ステンレス鋼を電解複合研磨（ＥＣＢ）
し、放電加工によって１０ｍｍ角に切り出した表面粗さ
の異なる試料（Ｒｙ＝４０，７０，１１０，２５０ｎ
ｍ）４種類と、精密カッターによって１０ｎｍ角に切り
出した表面粗さ（Ｒｙ＝３０ｎｍ）の電解複合研磨試料
を硝酸：塩酸：純水＝１：２：３の溶液に任意の時間浸
漬しエッチング処理によって表面粗さを変えた化学研磨
（ＣＰ）試料（Ｒｙ＝１５０，２５５，６５０，９００
ｎｍ）を４種類の計８種類の試料を作成した。これらの
試料について、バウデンレーベン型真空摩擦測定機によ
って摩擦測定を行った。真空中における摩擦測定は、試
料表面に吸着しているガス分子との平衡を考え、排気系
の最下流の排気装置から順次駆動し所定の真空圧力に到
達後、２４時間以上放置し機械研磨した直径３．１８ｍ
ｍの３０４ステンレスボール（Ｒｙ＜６０ｎｍ）を圧子
として移動速度０．５ｍｍ／ｓｅｃ、移動距離５ｍｍ、
印加荷重０．４９Ｎの条件で行った。
【００１９】表面粗さは、触針式の表面形状測定法を用
いた。測定方向は、摩擦測定方向とほぼ平行となる方向
で行った。図１には、表面粗さと大気中（１×１０5 Ｐ
ａ）および真空中（１×１０-5Ｐａ）での摩擦係数との
関係を示した。
いた。測定方向は、摩擦測定方向とほぼ平行となる方向
で行った。図１には、表面粗さと大気中（１×１０5 Ｐ
ａ）および真空中（１×１０-5Ｐａ）での摩擦係数との
関係を示した。
【００２０】図中の縦軸は摩擦係数（μ）、横軸は表面
最大粗さ（Ｒｙ）を表し、また、白丸印は真空中におけ
る機械研磨試料の摩擦係数を、白三角印は真空中におけ
る化学研磨試料の摩擦係数を、黒丸印は大気中における
機械研磨試料の摩擦係数を、黒三角印は大気中における
化学研磨試料の摩擦係数をそれぞれ表している。
最大粗さ（Ｒｙ）を表し、また、白丸印は真空中におけ
る機械研磨試料の摩擦係数を、白三角印は真空中におけ
る化学研磨試料の摩擦係数を、黒丸印は大気中における
機械研磨試料の摩擦係数を、黒三角印は大気中における
化学研磨試料の摩擦係数をそれぞれ表している。
【００２１】大気中の摩擦係数は、表面粗さ形成方法の
違いや表面粗さの相違による差が少なく、摩擦係数は
０．１１程度の値である。一方、高真空中での摩擦係数
は、表面粗さの依存性が大きく見られる。機械研磨（Ｅ
ＣＢ）試料の中で最も平滑度の良い表面粗さ（Ｒｙ＝４
０ｎｍ）の試料が最も高い摩擦係数は（μ＝０．４６）
を示した。 表面粗さ（Ｒｙ）が１１０ｎｍの試料が大
気中とほぼ同じ摩擦係数（μ＝０．１２）を示したが、
その後、表面粗さの増加と共に摩擦係数も上昇した。化
学研磨（ＣＰ）試料は、表面粗さ（Ｒｙ＝２５０ｎｍ）
の試料が最も高い摩擦係数（μ＝０．４４）を示した。
この試料の前後の粗さの試料は共に摩擦係数の低下が
認められ、特に、表面粗さ（Ｒｙ＝１５０ｎｍ）の試料
は急激な摩擦係数の低下を示し、機械研磨（ＥＣＢ）試
料と同様に大気中の摩擦係数に近い値（μ＝０．１８）
であった。
違いや表面粗さの相違による差が少なく、摩擦係数は
０．１１程度の値である。一方、高真空中での摩擦係数
は、表面粗さの依存性が大きく見られる。機械研磨（Ｅ
ＣＢ）試料の中で最も平滑度の良い表面粗さ（Ｒｙ＝４
０ｎｍ）の試料が最も高い摩擦係数は（μ＝０．４６）
を示した。 表面粗さ（Ｒｙ）が１１０ｎｍの試料が大
気中とほぼ同じ摩擦係数（μ＝０．１２）を示したが、
その後、表面粗さの増加と共に摩擦係数も上昇した。化
学研磨（ＣＰ）試料は、表面粗さ（Ｒｙ＝２５０ｎｍ）
の試料が最も高い摩擦係数（μ＝０．４４）を示した。
この試料の前後の粗さの試料は共に摩擦係数の低下が
認められ、特に、表面粗さ（Ｒｙ＝１５０ｎｍ）の試料
は急激な摩擦係数の低下を示し、機械研磨（ＥＣＢ）試
料と同様に大気中の摩擦係数に近い値（μ＝０．１８）
であった。
【００２２】表面粗さ形成方法の異なる２種類の試料の
測定結果は共に類似した特徴が認められる。すなわち、
表面最大粗さ（Ｒｙ）が７０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲に
おいて、大気中とほぼ同等の摩擦係数を示し、特に、表
面粗さがＲｙ＝１００ｎｍ付近、つまりＲｙ＝８０〜１
１０ｎｍの試料は大気中と同程度の摩擦係数を示すこと
である。 （実施例２）摺動材料を、高周波マグネトロンスパッタ
によって表面粗さを変えたＴｉＮ被覆とした試料につい
ても、実施例１と同様にして摩擦抵抗力の測定を行っ
た。
測定結果は共に類似した特徴が認められる。すなわち、
表面最大粗さ（Ｒｙ）が７０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲に
おいて、大気中とほぼ同等の摩擦係数を示し、特に、表
面粗さがＲｙ＝１００ｎｍ付近、つまりＲｙ＝８０〜１
１０ｎｍの試料は大気中と同程度の摩擦係数を示すこと
である。 （実施例２）摺動材料を、高周波マグネトロンスパッタ
によって表面粗さを変えたＴｉＮ被覆とした試料につい
ても、実施例１と同様にして摩擦抵抗力の測定を行っ
た。
【００２３】この場合も、実施例１と同様な結果を得る
ことができた。
ことができた。
【００２４】
【発明の効果】この出願の発明によれば、従来の真空環
境下の使用において不可欠とされていた、ガス放出やダ
スト発生の起きやすい真空用潤滑剤等の使用を廃止する
ことができ、真空用潤滑剤等を不用としながら、真空中
の摩擦係数を大気中と同等の値に改善し、真空中での摩
擦係数の上昇を抑えることができる。
境下の使用において不可欠とされていた、ガス放出やダ
スト発生の起きやすい真空用潤滑剤等の使用を廃止する
ことができ、真空用潤滑剤等を不用としながら、真空中
の摩擦係数を大気中と同等の値に改善し、真空中での摩
擦係数の上昇を抑えることができる。
【００２５】これによって、さらに、真空中における摺
動機械の凝着やかじりを防止できることから、真空関連
装置のスーパークリーン化及び長寿命化やメンテナンス
フリー化などの省エネルギー化にも貢献することができ
る。
動機械の凝着やかじりを防止できることから、真空関連
装置のスーパークリーン化及び長寿命化やメンテナンス
フリー化などの省エネルギー化にも貢献することができ
る。
【図１】機械的研磨と化学的研磨によって作成した摺動
材料の試料の表面粗さと大気中および真空中の摩擦係数
の変化を示す図である。
材料の試料の表面粗さと大気中および真空中の摩擦係数
の変化を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉原 一紘 茨城県つくば市千現１丁目２番１号 文部 科学省金属材料技術研究所内 Ｆターム(参考） 3J011 MA02 PA02 QA20 RA10
Claims (6)
- 【請求項１】 摺動材料の表面最大粗さが７０ｎｍから
２００ｎｍの範囲にあることを特徴とする真空用摺動材
料。 - 【請求項２】 表面最大粗さが７０ｎｍから２００ｎｍ
の範囲にある研磨表面を有することを特徴とする請求項
１の真空用摺動材料。 - 【請求項３】 表面最大粗さが７０ｎｍから２００ｎｍ
の範囲にある被覆表面を有することを特徴とする請求項
１の真空用摺動材料。 - 【請求項４】 真空中での表面摩擦係数が、大気中での
摩擦係数の２倍以下であることを特徴とする請求項１な
いし３のいずれかの真空用摺動材料。 - 【請求項５】 表面最大粗さを８０ｎｍから１１０ｎｍ
の範囲にあることを特徴とする請求項１ないし４のいず
れかの真空用摺動材料。 - 【請求項６】 真空中での表面摩擦係数μが０．１５以
下であることを特徴とする請求項５の真空用摺動被覆材
料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001076290A JP2002276663A (ja) | 2001-03-16 | 2001-03-16 | 真空用摺動材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001076290A JP2002276663A (ja) | 2001-03-16 | 2001-03-16 | 真空用摺動材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002276663A true JP2002276663A (ja) | 2002-09-25 |
Family
ID=18933251
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001076290A Pending JP2002276663A (ja) | 2001-03-16 | 2001-03-16 | 真空用摺動材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002276663A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005148685A (ja) * | 2003-11-20 | 2005-06-09 | Seiko Epson Corp | トナーの製造方法 |
-
2001
- 2001-03-16 JP JP2001076290A patent/JP2002276663A/ja active Pending
Cited By (1)
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| JP2005148685A (ja) * | 2003-11-20 | 2005-06-09 | Seiko Epson Corp | トナーの製造方法 |
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