JP2003120695A - 摺動部材 - Google Patents
摺動部材Info
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- JP2003120695A JP2003120695A JP2002293753A JP2002293753A JP2003120695A JP 2003120695 A JP2003120695 A JP 2003120695A JP 2002293753 A JP2002293753 A JP 2002293753A JP 2002293753 A JP2002293753 A JP 2002293753A JP 2003120695 A JP2003120695 A JP 2003120695A
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- sliding surface
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Abstract
(57)【要約】
【目的】鉄鋼で形成された摺動面に、ダイヤモンドライ
クカーボン（ＤＬＣ）または二硫化タングステン（ＷＳ
2 ）からなる固体潤滑剤被膜を有する摺動部材におい
て、前記固体潤滑剤被膜の摺動面に対する付着強度を向
上させる。 【構成】鉄鋼で形成された摺動面とＤＬＣまたはＷＳ2
からなる固体潤滑剤被膜との間に、珪素、珪素化合物、
またはＷとＳとＯとからなる化合物で構成される中間層
を設ける。図１は、本発明の一実施例について、固体潤
滑剤被膜の寿命を調べるためのボールオンディスク試験
機用の試験片であり、例えばＳＵＳ４４０Ｃからなる円
板１の上に０．０５μｍ厚のＳｉＯ2 を中間層２として
形成し、その上に１．０μｍ厚のＤＬＣを固体潤滑剤被
膜３として形成したものである。
クカーボン（ＤＬＣ）または二硫化タングステン（ＷＳ
2 ）からなる固体潤滑剤被膜を有する摺動部材におい
て、前記固体潤滑剤被膜の摺動面に対する付着強度を向
上させる。 【構成】鉄鋼で形成された摺動面とＤＬＣまたはＷＳ2
からなる固体潤滑剤被膜との間に、珪素、珪素化合物、
またはＷとＳとＯとからなる化合物で構成される中間層
を設ける。図１は、本発明の一実施例について、固体潤
滑剤被膜の寿命を調べるためのボールオンディスク試験
機用の試験片であり、例えばＳＵＳ４４０Ｃからなる円
板１の上に０．０５μｍ厚のＳｉＯ2 を中間層２として
形成し、その上に１．０μｍ厚のＤＬＣを固体潤滑剤被
膜３として形成したものである。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、摺動面に固体潤滑剤の
被膜を有する摺動部材に関するものであり、特に、航空
機、原子力機器、および半導体製造装置などのように、
大気中における高温下、真空中における高温下、または
腐食雰囲気下などの特殊な環境下で使用される滑り軸受
や転がり軸受などを構成する摺動部材として好適なもの
に関する。
被膜を有する摺動部材に関するものであり、特に、航空
機、原子力機器、および半導体製造装置などのように、
大気中における高温下、真空中における高温下、または
腐食雰囲気下などの特殊な環境下で使用される滑り軸受
や転がり軸受などを構成する摺動部材として好適なもの
に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、高温、真空、および腐食雰囲
気などのように、潤滑油やグリースを使用できない環境
下で摺動部材を潤滑する場合には、摺動面に固体潤滑剤
の被膜を設けることが行われている。このような固体潤
滑剤としては、金、銀、鉛等の軟質金属、二硫化モリブ
デン（ＭｏＳ2 ）、二硫化タングステン（ＷＳ2 ）、お
よびグラファイトなどが用いられている。
気などのように、潤滑油やグリースを使用できない環境
下で摺動部材を潤滑する場合には、摺動面に固体潤滑剤
の被膜を設けることが行われている。このような固体潤
滑剤としては、金、銀、鉛等の軟質金属、二硫化モリブ
デン（ＭｏＳ2 ）、二硫化タングステン（ＷＳ2 ）、お
よびグラファイトなどが用いられている。
【０００３】これらの固体潤滑剤は、使用雰囲気によっ
て潤滑特性が異なり、銀、鉛、ＭｏＳ2 、およびＷＳ2
は、真空中において良好な潤滑特性を発揮することが知
られている。そして、特にＷＳ2 は、ＭｏＳ2 と比べて
酸化温度が５０℃以上も高いことから、真空かつ高温下
において好適に使用されるものである。これに対して、
グラファイトは大気中での潤滑特性に優れており、炭化
水素系のガスを原料としてＰＶＤやＣＶＤにより得られ
るＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）膜も、グラフ
ァイトと類似の潤滑特性を示す。特に、このＤＬＣ膜
は、硬質膜でありながら大気中における摩擦係数が０．
１以下と低く、さらに、耐熱性も高い（４００〜５００
℃において使用可能）ため、有用な固体潤滑剤となる。
て潤滑特性が異なり、銀、鉛、ＭｏＳ2 、およびＷＳ2
は、真空中において良好な潤滑特性を発揮することが知
られている。そして、特にＷＳ2 は、ＭｏＳ2 と比べて
酸化温度が５０℃以上も高いことから、真空かつ高温下
において好適に使用されるものである。これに対して、
グラファイトは大気中での潤滑特性に優れており、炭化
水素系のガスを原料としてＰＶＤやＣＶＤにより得られ
るＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）膜も、グラフ
ァイトと類似の潤滑特性を示す。特に、このＤＬＣ膜
は、硬質膜でありながら大気中における摩擦係数が０．
１以下と低く、さらに、耐熱性も高い（４００〜５００
℃において使用可能）ため、有用な固体潤滑剤となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなダイヤモンドライクカーボンまたは二硫化タングス
テンの被膜を、例えばマルテンサイト系ステンレス鋼、
析出硬化系ステンレス鋼、またはＭ５０等の鉄鋼で形成
された摺動面に直接形成すると、摺動面と被膜とにおけ
る熱膨張率の違いにより、被膜にクラックが発生して摺
動面から剥離するという不具合があった。
うなダイヤモンドライクカーボンまたは二硫化タングス
テンの被膜を、例えばマルテンサイト系ステンレス鋼、
析出硬化系ステンレス鋼、またはＭ５０等の鉄鋼で形成
された摺動面に直接形成すると、摺動面と被膜とにおけ
る熱膨張率の違いにより、被膜にクラックが発生して摺
動面から剥離するという不具合があった。
【０００５】また、ダイヤモンドライクカーボンおよび
二硫化タングステンの鉄鋼面に対する親和性があまり高
くないために、このような組み合わせでは、固体潤滑剤
被膜の摺動面に対する付着強度を十分に大きくすること
ができないことから、被膜の耐久性が不十分であるとい
う問題点があった。本発明は、このような従来技術の問
題点に着目してなされたものであり、鉄鋼で形成された
摺動面と、ダイヤモンドライクカーボンまたは二硫化タ
ングステンからなる被膜との間に、特定成分からなる中
間層を設けることにより、被膜の摺動面に対する付着強
度を十分に大きくして、ダイヤモンドライクカーボンま
たは二硫化タングステンからなる被膜の耐久性を向上さ
せ、摺動部材としての耐久寿命を長くし、信頼性を高く
することを目的とする。
二硫化タングステンの鉄鋼面に対する親和性があまり高
くないために、このような組み合わせでは、固体潤滑剤
被膜の摺動面に対する付着強度を十分に大きくすること
ができないことから、被膜の耐久性が不十分であるとい
う問題点があった。本発明は、このような従来技術の問
題点に着目してなされたものであり、鉄鋼で形成された
摺動面と、ダイヤモンドライクカーボンまたは二硫化タ
ングステンからなる被膜との間に、特定成分からなる中
間層を設けることにより、被膜の摺動面に対する付着強
度を十分に大きくして、ダイヤモンドライクカーボンま
たは二硫化タングステンからなる被膜の耐久性を向上さ
せ、摺動部材としての耐久寿命を長くし、信頼性を高く
することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、鉄鋼で形成された摺動面に、ダイヤモン
ドライクカーボンまたは二硫化タングステンからなる固
体潤滑剤被膜を有する摺動部材において、前記摺動面と
固体潤滑剤被膜との間に、珪素、珪素化合物、またはＷ
とＳとＯとからなる化合物で構成される中間層を設けた
ことを特徴とする摺動部材を提供する。
に、本発明は、鉄鋼で形成された摺動面に、ダイヤモン
ドライクカーボンまたは二硫化タングステンからなる固
体潤滑剤被膜を有する摺動部材において、前記摺動面と
固体潤滑剤被膜との間に、珪素、珪素化合物、またはＷ
とＳとＯとからなる化合物で構成される中間層を設けた
ことを特徴とする摺動部材を提供する。
【０００７】前記中間層は従来より公知の成膜手段によ
り形成されるものであり、珪素および珪素化合物の中間
層は、例えば当該珪素および珪素化合物をターゲットと
してスパッタリング法により形成され、ＷとＳとＯとか
らなる化合物の中間層は、例えば二硫化タングステン
（ＷＳ2 ）をターゲットとしスパッタガスに酸素を加え
て行う反応性スパッタリング法や、タングステン（Ｗ）
をターゲットとしスパッタガスに硫化水素（Ｈ2 Ｓ）と
酸素を加えて行う反応性スパッタリング法等により形成
される。
り形成されるものであり、珪素および珪素化合物の中間
層は、例えば当該珪素および珪素化合物をターゲットと
してスパッタリング法により形成され、ＷとＳとＯとか
らなる化合物の中間層は、例えば二硫化タングステン
（ＷＳ2 ）をターゲットとしスパッタガスに酸素を加え
て行う反応性スパッタリング法や、タングステン（Ｗ）
をターゲットとしスパッタガスに硫化水素（Ｈ2 Ｓ）と
酸素を加えて行う反応性スパッタリング法等により形成
される。
【０００８】なお、二硫化タングステンを固体潤滑剤被
膜とし、ＷとＳとＯとからなる化合物を中間層とする場
合には、二硫化タングステン（ＷＳ2 ）をターゲットと
し酸素を加えたスパッタガスで反応性スパッタリングを
行うことにより摺動面にＷとＳとＯとからなる化合物の
中間層を成膜してから、酸素の導入を止めて通常のスパ
ッタリングを行うことにより二硫化タングステンを成膜
すると、両者の成膜を効率的に行うことができる。
膜とし、ＷとＳとＯとからなる化合物を中間層とする場
合には、二硫化タングステン（ＷＳ2 ）をターゲットと
し酸素を加えたスパッタガスで反応性スパッタリングを
行うことにより摺動面にＷとＳとＯとからなる化合物の
中間層を成膜してから、酸素の導入を止めて通常のスパ
ッタリングを行うことにより二硫化タングステンを成膜
すると、両者の成膜を効率的に行うことができる。
【０００９】
【作用】本発明によれば、摺動面と固体潤滑剤被膜との
間に中間層を設けたことにより、前記被膜の内部ひずみ
を緩和できるため、被膜にクラックが発生して摺動面か
ら剥離することを防止できる。また、この中間層を珪
素、珪素化合物、またはＷとＳとＯとからなる化合物で
構成したことにより、この中間層が、ダイヤモンドライ
クカーボンまたは二硫化タングステンからなる固体潤滑
剤被膜と、鉄鋼で形成された摺動面との接着剤として作
用して、摺動面に対する固体潤滑剤の付着強度を高くで
きることが本発明者等の研究により確認された。
間に中間層を設けたことにより、前記被膜の内部ひずみ
を緩和できるため、被膜にクラックが発生して摺動面か
ら剥離することを防止できる。また、この中間層を珪
素、珪素化合物、またはＷとＳとＯとからなる化合物で
構成したことにより、この中間層が、ダイヤモンドライ
クカーボンまたは二硫化タングステンからなる固体潤滑
剤被膜と、鉄鋼で形成された摺動面との接着剤として作
用して、摺動面に対する固体潤滑剤の付着強度を高くで
きることが本発明者等の研究により確認された。
【００１０】
【実施例】以下、本発明を実施例により詳細に説明す
る。 ＜実施例１＞図１に示すような試験片により、摩擦・摩
耗試験を行った。試験片は、次のようにして作製した。
すなわち、マルテンサイト系ステンレス鋼ＳＵＳ４４０
Ｃ（焼入れ，焼戻しを施して硬さＨR Ｃ５８としたも
の）からなる直径５２ｍｍ、厚さ１０ｍｍの円板１の片
面に、中間層２として、ＳｉＣ、ＳｉＯ2 、Ｓｉのいず
れかを、図２に示す高周波マグネトロンスパッタリング
装置により０．０５μｍの膜厚に形成し、その上に固体
潤滑剤被膜３として、プラズマＣＶＤ装置でＤＬＣ（ダ
イヤモンドライクカーボン）膜を表１に示す各膜厚で形
成した。また、中間層２を形成しないでＤＬＣ膜を同様
に形成した試験片も作製した。
る。 ＜実施例１＞図１に示すような試験片により、摩擦・摩
耗試験を行った。試験片は、次のようにして作製した。
すなわち、マルテンサイト系ステンレス鋼ＳＵＳ４４０
Ｃ（焼入れ，焼戻しを施して硬さＨR Ｃ５８としたも
の）からなる直径５２ｍｍ、厚さ１０ｍｍの円板１の片
面に、中間層２として、ＳｉＣ、ＳｉＯ2 、Ｓｉのいず
れかを、図２に示す高周波マグネトロンスパッタリング
装置により０．０５μｍの膜厚に形成し、その上に固体
潤滑剤被膜３として、プラズマＣＶＤ装置でＤＬＣ（ダ
イヤモンドライクカーボン）膜を表１に示す各膜厚で形
成した。また、中間層２を形成しないでＤＬＣ膜を同様
に形成した試験片も作製した。
【００１１】なお、図２から分かるように、この高周波
マグネトロンスパッタリング装置内部には、アノード１
１を備えた基台１２の上に被コーテイング物Ｗを置き、
これにターゲットＴを備えたカソード１３が対置してあ
る。また、外部には高周波電源１４（１３．５６ＭＨ
ｚ）、排気システム１５、Ａｒボンベ１６、真空計１７
等を備えている。したがって、低圧アルゴン（Ａｒ）雰
囲気中で両電極１１，１３間に低圧グロー放電を行わせ
ると、発生したアルゴンイオン（Ａｒ+ ）の衝撃を受け
てターゲットＴから飛び出したスパッタ原子Ａが被コー
テイング物Ｗの表面に堆積する。
マグネトロンスパッタリング装置内部には、アノード１
１を備えた基台１２の上に被コーテイング物Ｗを置き、
これにターゲットＴを備えたカソード１３が対置してあ
る。また、外部には高周波電源１４（１３．５６ＭＨ
ｚ）、排気システム１５、Ａｒボンベ１６、真空計１７
等を備えている。したがって、低圧アルゴン（Ａｒ）雰
囲気中で両電極１１，１３間に低圧グロー放電を行わせ
ると、発生したアルゴンイオン（Ａｒ+ ）の衝撃を受け
てターゲットＴから飛び出したスパッタ原子Ａが被コー
テイング物Ｗの表面に堆積する。
【００１２】試験装置としては、図３に示すような、真
空中ボールオンディスク試験機４０を使用した。この装
置は、真空度が制御可能な真空チャンバー４１内に、回
転軸４２が軸受４３によって回転自在に支持された回転
ワークテーブル４４が回転自在に配設され、この回転ワ
ークテーブル４４に試験片Ｗを載置し、この試験片Ｗの
上面側に試験片と同一材質の５／１６インチのボール４
５を重り４６およびバランス重り４７で調節された垂直
荷重０．５ｋｇｆで押下するように構成されている。そ
して、回転軸４２が磁性流体シールユニット４８を介し
てモータ４９に連結されて、ボール４５に対する滑り速
度が１．５ｍ／ｓとなるように回転駆動され、そのとき
のボール４５と試験片Ｗとの摩擦係数すなわち接触抵抗
に応じたトルクがロードセルＬで検出されるようになっ
ている。
空中ボールオンディスク試験機４０を使用した。この装
置は、真空度が制御可能な真空チャンバー４１内に、回
転軸４２が軸受４３によって回転自在に支持された回転
ワークテーブル４４が回転自在に配設され、この回転ワ
ークテーブル４４に試験片Ｗを載置し、この試験片Ｗの
上面側に試験片と同一材質の５／１６インチのボール４
５を重り４６およびバランス重り４７で調節された垂直
荷重０．５ｋｇｆで押下するように構成されている。そ
して、回転軸４２が磁性流体シールユニット４８を介し
てモータ４９に連結されて、ボール４５に対する滑り速
度が１．５ｍ／ｓとなるように回転駆動され、そのとき
のボール４５と試験片Ｗとの摩擦係数すなわち接触抵抗
に応じたトルクがロードセルＬで検出されるようになっ
ている。
【００１３】この真空中ボールオンディスク試験機に前
述の試験片をそれぞれセットして、大気圧下で試験を行
い、摩擦係数を測定するとともに、摩擦係数が０．３を
超えるまでの総回転数を固体潤滑剤被膜３の寿命として
測定した。結果を下記の表１に示す。
述の試験片をそれぞれセットして、大気圧下で試験を行
い、摩擦係数を測定するとともに、摩擦係数が０．３を
超えるまでの総回転数を固体潤滑剤被膜３の寿命として
測定した。結果を下記の表１に示す。
【００１４】
【表１】
【００１５】表１から分かるように、中間層がない No.
１−１の試験片ではＤＬＣ膜が試験前に剥離してしまっ
たが、 No.１−２〜１−４，１−６の各試験片では１．
０×１０5 ｒｅｖ．以上の寿命となり、摺動部材として
十分な寿命を備えたものとなっている。また、 No.１−
５の試験片ではＤＬＣの膜厚が０．０５μｍと薄いため
に寿命が１．０×１０5 ｒｅｖ．に達していない。 ＜実施例２＞実施例１と同様に、図１に示すような試験
片により同様にして摩擦・磨耗試験を行った。ただし、
中間層２として、ＳｉＣ、ＳｉＯ2 、Ｓｉ3 Ｎ4 のいず
れかを０．１０μｍの膜厚で形成し、固体潤滑剤被膜３
として高周波マグネトロンスパッタリングにより二硫化
タングステン（ＷＳ2 ）を１．０μｍの膜厚に形成し
た。また、真空中ボールオンディスク試験機の真空チャ
ンバー４１内の真空度を２．０×１０-4Ｐａ以下に設定
し、荷重を１．０ｋｇｆに変えて試験を行った。結果を
下記の表２に示す。
１−１の試験片ではＤＬＣ膜が試験前に剥離してしまっ
たが、 No.１−２〜１−４，１−６の各試験片では１．
０×１０5 ｒｅｖ．以上の寿命となり、摺動部材として
十分な寿命を備えたものとなっている。また、 No.１−
５の試験片ではＤＬＣの膜厚が０．０５μｍと薄いため
に寿命が１．０×１０5 ｒｅｖ．に達していない。 ＜実施例２＞実施例１と同様に、図１に示すような試験
片により同様にして摩擦・磨耗試験を行った。ただし、
中間層２として、ＳｉＣ、ＳｉＯ2 、Ｓｉ3 Ｎ4 のいず
れかを０．１０μｍの膜厚で形成し、固体潤滑剤被膜３
として高周波マグネトロンスパッタリングにより二硫化
タングステン（ＷＳ2 ）を１．０μｍの膜厚に形成し
た。また、真空中ボールオンディスク試験機の真空チャ
ンバー４１内の真空度を２．０×１０-4Ｐａ以下に設定
し、荷重を１．０ｋｇｆに変えて試験を行った。結果を
下記の表２に示す。
【００１６】
【表２】
【００１７】表２から分かるように、中間層がない No.
２−１の試験片と比較して No.２−２〜２−４の各試験
片では一桁上の１．０×１０5 ｒｅｖ．以上の寿命とな
り、摩擦係数も小さいため、摺動部材として十分な寿命
を備えたものとなっている。 ＜実施例３＞ＳＵＳ４４０Ｃ（焼入れ，焼戻しにより硬
さをＨR Ｃ５８〜６１としたもの）からなる内輪および
外輪と、同材質の玉に、表３に示す各膜厚のＳｉＯ2 か
らなる中間層を形成し、その上に二硫化タングステン
（ＷＳ2 ）を表３に示す各膜厚で形成してなる転動体
と、材料の組成がポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦ
Ｅ）８０重量％，ガラス繊維１５重量％，二硫化モリブ
デン（ＭｏＳ2 ）５重量％である保持器とで構成され
た、内径８ｍｍ、外径２２ｍｍ、幅７ｍｍ、接触角３０
°のアンギュラ玉軸受を用いて、図４に示す真空中軸受
試験装置により真空中における軸受の性能評価試験を行
った。
２−１の試験片と比較して No.２−２〜２−４の各試験
片では一桁上の１．０×１０5 ｒｅｖ．以上の寿命とな
り、摩擦係数も小さいため、摺動部材として十分な寿命
を備えたものとなっている。 ＜実施例３＞ＳＵＳ４４０Ｃ（焼入れ，焼戻しにより硬
さをＨR Ｃ５８〜６１としたもの）からなる内輪および
外輪と、同材質の玉に、表３に示す各膜厚のＳｉＯ2 か
らなる中間層を形成し、その上に二硫化タングステン
（ＷＳ2 ）を表３に示す各膜厚で形成してなる転動体
と、材料の組成がポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦ
Ｅ）８０重量％，ガラス繊維１５重量％，二硫化モリブ
デン（ＭｏＳ2 ）５重量％である保持器とで構成され
た、内径８ｍｍ、外径２２ｍｍ、幅７ｍｍ、接触角３０
°のアンギュラ玉軸受を用いて、図４に示す真空中軸受
試験装置により真空中における軸受の性能評価試験を行
った。
【００１８】図４の真空中軸受試験装置５０において
は、真空度２×１０-5Ｐａ以下、温度を常温とした真空
チャンバー５１内に、水平方向に延びる回転軸５２が軸
受装置５３で支持されて回転自在に配設され、この回転
軸５２に二組の試験軸受５４ａ，５４ｂが装着してあ
り、その外輪に円筒状のハウジング５６が外嵌してあ
る。ハウジング５６には回動アーム５７が固着してあ
り、この回動アーム５７の先端は微小荷重変換器５８に
当接してある。また、前記回転軸５２の端部は、磁性流
体シールユニット５９でシールして真空チャンバー５１
外に出してある。
は、真空度２×１０-5Ｐａ以下、温度を常温とした真空
チャンバー５１内に、水平方向に延びる回転軸５２が軸
受装置５３で支持されて回転自在に配設され、この回転
軸５２に二組の試験軸受５４ａ，５４ｂが装着してあ
り、その外輪に円筒状のハウジング５６が外嵌してあ
る。ハウジング５６には回動アーム５７が固着してあ
り、この回動アーム５７の先端は微小荷重変換器５８に
当接してある。また、前記回転軸５２の端部は、磁性流
体シールユニット５９でシールして真空チャンバー５１
外に出してある。
【００１９】そして、試験軸受５４ａ，５４ｂに対して
スプリング５５により１００Ｎのアキシャル荷重を作用
させ、前記回転軸５２の端部に取り付けたプーリ６０
を、ベルト６１を介して駆動モータ６２の回転軸に固定
したプーリ６３に連結することにより、１０００ｒｐｍ
で回転駆動した時のハウジング５６に生じるトルクが、
微小荷重変換器５８により検出されるようになってい
る。
スプリング５５により１００Ｎのアキシャル荷重を作用
させ、前記回転軸５２の端部に取り付けたプーリ６０
を、ベルト６１を介して駆動モータ６２の回転軸に固定
したプーリ６３に連結することにより、１０００ｒｐｍ
で回転駆動した時のハウジング５６に生じるトルクが、
微小荷重変換器５８により検出されるようになってい
る。
【００２０】この真空中軸受試験装置に前述の試験用軸
受をそれぞれセットして、トルクの測定を行い、トルク
が５×１０-3Ｎｍになるまでの総回転数を調べてこれを
寿命とした。結果を下記の表３に示す。なお、 No.３−
１と３−３とについて、回転数に対するトルクの推移を
調べたグラフを図５に示す。
受をそれぞれセットして、トルクの測定を行い、トルク
が５×１０-3Ｎｍになるまでの総回転数を調べてこれを
寿命とした。結果を下記の表３に示す。なお、 No.３−
１と３−３とについて、回転数に対するトルクの推移を
調べたグラフを図５に示す。
【００２１】
【表３】
【００２２】図５のグラフから分かるように、 No.３−
１は１×１０5 ｒｅｖ．を少し超えた辺りでトルクが急
激に高くなるのに対し、 No.３−３は１×１０7 ｒｅ
ｖ．を超えてもトルクの変化が見られなかった。また、
表３から分かるように、 No.３−３、 No.３−５〜３−
７では、総回転数が１．０×１０7 ｒｅｖ．を超えても
トルクが５×１０-3Ｎｍ未満であり軸受寿命が高い。こ
れに比べて、ＳｉＯ2 のない No.３−１は寿命が二桁以
上短く、No.３−２，３−８はＳｉＯ2 の膜厚が薄すぎ
るためやや寿命が短くなっている。また、 No.３−４は
No.３−３とＳｉＯ2 の膜厚は同じであるがＷＳ2 の膜
厚が薄すぎるため、寿命が短くなっている。 ＜実施例４＞実施例１と同様に、図１に示すような試験
片により同様にして摩擦・磨耗試験を行った。ただし、
中間層２としてはＷとＳとＯとからなる化合物（Ｗ−Ｓ
−Ｏ）を、固体潤滑剤被膜３としては二硫化タングステ
ン（ＷＳ2 ）をそれぞれ表４の各膜厚で形成した。
１は１×１０5 ｒｅｖ．を少し超えた辺りでトルクが急
激に高くなるのに対し、 No.３−３は１×１０7 ｒｅ
ｖ．を超えてもトルクの変化が見られなかった。また、
表３から分かるように、 No.３−３、 No.３−５〜３−
７では、総回転数が１．０×１０7 ｒｅｖ．を超えても
トルクが５×１０-3Ｎｍ未満であり軸受寿命が高い。こ
れに比べて、ＳｉＯ2 のない No.３−１は寿命が二桁以
上短く、No.３−２，３−８はＳｉＯ2 の膜厚が薄すぎ
るためやや寿命が短くなっている。また、 No.３−４は
No.３−３とＳｉＯ2 の膜厚は同じであるがＷＳ2 の膜
厚が薄すぎるため、寿命が短くなっている。 ＜実施例４＞実施例１と同様に、図１に示すような試験
片により同様にして摩擦・磨耗試験を行った。ただし、
中間層２としてはＷとＳとＯとからなる化合物（Ｗ−Ｓ
−Ｏ）を、固体潤滑剤被膜３としては二硫化タングステ
ン（ＷＳ2 ）をそれぞれ表４の各膜厚で形成した。
【００２３】中間層２と固体潤滑剤被膜３の成膜は、円
板１を図２に示す高周波マグネトロンスパッタリング装
置にかけ、ＷＳ2 をターゲットとし、酸素を用いた反応
性スパッタリングを行うことによりＷ−Ｓ−Ｏ（中間
層）を成膜した後に、酸素の導入を止めて通常のスパッ
タリングを行うことによりＷＳ2 （固体潤滑剤被膜）を
成膜することにより行った。
板１を図２に示す高周波マグネトロンスパッタリング装
置にかけ、ＷＳ2 をターゲットとし、酸素を用いた反応
性スパッタリングを行うことによりＷ−Ｓ−Ｏ（中間
層）を成膜した後に、酸素の導入を止めて通常のスパッ
タリングを行うことによりＷＳ2 （固体潤滑剤被膜）を
成膜することにより行った。
【００２４】反応性スパッタリングは図６のフローチャ
ートに基づき以下のようにして行った。すなわち、装置
内に試験片をセットし（Ｓ１）、装置内を真空にするた
めの排気を行って（Ｓ２）から、アルゴンガスを導入し
て１０-4Ｐａ以下の圧力に保持する（Ｓ３）。その後、
圧力０．９３Ｐａ、高周波電力８００Ｗの条件でイオン
ボンバードを行い（Ｓ４）、まず酸素を所定流量で導入
し、酸素が所定量だけ導入された後にアルゴンガスを２
０〜２５ｍｌ／ｍｉｎで導入し、酸素とアルゴンとの流
量比（Ｏ2 ／Ａｒ）を０．５〜６０％とした（Ｓ５）状
態で、圧力０．８Ｐａ、高周波電力６００Ｗの条件でプ
リスパッタを行った（Ｓ６）後、同じ条件で本スパッタ
を所定時間行う（Ｓ７）。また、真空中ボールオンディ
スク試験機の真空チャンバー４１内の真空度と荷重は実
施例２と同様にした。結果を下記の表４に示す。
ートに基づき以下のようにして行った。すなわち、装置
内に試験片をセットし（Ｓ１）、装置内を真空にするた
めの排気を行って（Ｓ２）から、アルゴンガスを導入し
て１０-4Ｐａ以下の圧力に保持する（Ｓ３）。その後、
圧力０．９３Ｐａ、高周波電力８００Ｗの条件でイオン
ボンバードを行い（Ｓ４）、まず酸素を所定流量で導入
し、酸素が所定量だけ導入された後にアルゴンガスを２
０〜２５ｍｌ／ｍｉｎで導入し、酸素とアルゴンとの流
量比（Ｏ2 ／Ａｒ）を０．５〜６０％とした（Ｓ５）状
態で、圧力０．８Ｐａ、高周波電力６００Ｗの条件でプ
リスパッタを行った（Ｓ６）後、同じ条件で本スパッタ
を所定時間行う（Ｓ７）。また、真空中ボールオンディ
スク試験機の真空チャンバー４１内の真空度と荷重は実
施例２と同様にした。結果を下記の表４に示す。
【００２５】
【表４】
【００２６】表４から分かるように、 No.４−１〜４−
３，４−８の各試験片では１．０×１０5 ｒｅｖ．以上
の寿命となり、摺動部材として十分な寿命を備えたもの
となっている。これに対して、中間層がない No.４−４
の試験片、中間層の膜厚が薄い試験片 No.４−６、ＷＳ
2 の膜厚が薄い No.４−７の試験片は寿命が１．０×１
０5 ｒｅｖ．に達していない。
３，４−８の各試験片では１．０×１０5 ｒｅｖ．以上
の寿命となり、摺動部材として十分な寿命を備えたもの
となっている。これに対して、中間層がない No.４−４
の試験片、中間層の膜厚が薄い試験片 No.４−６、ＷＳ
2 の膜厚が薄い No.４−７の試験片は寿命が１．０×１
０5 ｒｅｖ．に達していない。
【００２７】なお、試験片 No.４−２，４−５はＷＳ2
を設けていないが、 No.４−２はＷ−Ｓ−Ｏの膜厚が
１．０μｍで１．０×１０5 ｒｅｖ．以上の寿命となっ
たが、No.４−５はＷ−Ｓ−Ｏの膜厚が０．１０μｍで
あり寿命は１．１×１０4 ｒｅｖ．となって１．０×１
０5 ｒｅｖ．に達していない。これにより、ＷとＳとＯ
とからなる化合物自身が潤滑作用を有しており、これが
所定の膜厚以上で摺動面に形成されていれば、その上に
ＷＳ2 を設けなくても摺動部材として十分な寿命を備え
たものになることが分かる。このことは、Ｗ−Ｓ−Ｏか
らなる膜と基板である円板（ＳＵＳ４４０Ｃ）との界面
にＷ，Ｓ，Ｏ，Ｆｅからなる化合物層が生じることによ
り、Ｗ−Ｓ−Ｏからなる膜と基板（ＳＵＳ４４０Ｃ）と
の付着強度が高くなるためであると考えられる。
を設けていないが、 No.４−２はＷ−Ｓ−Ｏの膜厚が
１．０μｍで１．０×１０5 ｒｅｖ．以上の寿命となっ
たが、No.４−５はＷ−Ｓ−Ｏの膜厚が０．１０μｍで
あり寿命は１．１×１０4 ｒｅｖ．となって１．０×１
０5 ｒｅｖ．に達していない。これにより、ＷとＳとＯ
とからなる化合物自身が潤滑作用を有しており、これが
所定の膜厚以上で摺動面に形成されていれば、その上に
ＷＳ2 を設けなくても摺動部材として十分な寿命を備え
たものになることが分かる。このことは、Ｗ−Ｓ−Ｏか
らなる膜と基板である円板（ＳＵＳ４４０Ｃ）との界面
にＷ，Ｓ，Ｏ，Ｆｅからなる化合物層が生じることによ
り、Ｗ−Ｓ−Ｏからなる膜と基板（ＳＵＳ４４０Ｃ）と
の付着強度が高くなるためであると考えられる。
【００２８】一方、Ｗ−Ｓ−Ｏを１．０μｍの膜厚で円
板１上に形成しただけでＷＳ2 を設けていない試験片 N
o.４−２と、Ｗ−Ｓ−Ｏを設けずに円板１上に直接ＷＳ
2 を１．０μｍの膜厚で形成した試験片 No.４−４とに
ついて、ＸＰＳ（X-ray photo-electronic spectroscop
y ；Ｘ線光電子分光法）により、アルゴンイオンでエッ
チングしながら深さ方向分析を行った結果のグラフを、
図７および８にそれぞれ示す。
板１上に形成しただけでＷＳ2 を設けていない試験片 N
o.４−２と、Ｗ−Ｓ−Ｏを設けずに円板１上に直接ＷＳ
2 を１．０μｍの膜厚で形成した試験片 No.４−４とに
ついて、ＸＰＳ（X-ray photo-electronic spectroscop
y ；Ｘ線光電子分光法）により、アルゴンイオンでエッ
チングしながら深さ方向分析を行った結果のグラフを、
図７および８にそれぞれ示す。
【００２９】これらのグラフにおいて、縦軸は原子濃
度、横軸はアルゴンイオンによるエッチング時間を示す
が、横軸は深さに対応し、Ｆｅが立ち上がる点（図７の
Ａ、図８のＢ）が膜と基板である円板（ＳＵＳ４４０
Ｃ）との境界点に相当する。ＷＳ 2 をＳＵＳ４４０Ｃか
らなる基板上に成膜した試験片 No.４−４でも、図８の
グラフから分かるように、膜と基板との界面には酸素が
存在している。すなわち積極的に成膜しなくてもＷ−Ｓ
−Ｏの中間層が存在している。また、各グラフから分か
るように、膜と基板との界面付近における酸素の原子濃
度は、膜がＷ−Ｓ−Ｏである場合は約４０％であり、膜
がＷＳ2 である場合は約３０％である。
度、横軸はアルゴンイオンによるエッチング時間を示す
が、横軸は深さに対応し、Ｆｅが立ち上がる点（図７の
Ａ、図８のＢ）が膜と基板である円板（ＳＵＳ４４０
Ｃ）との境界点に相当する。ＷＳ 2 をＳＵＳ４４０Ｃか
らなる基板上に成膜した試験片 No.４−４でも、図８の
グラフから分かるように、膜と基板との界面には酸素が
存在している。すなわち積極的に成膜しなくてもＷ−Ｓ
−Ｏの中間層が存在している。また、各グラフから分か
るように、膜と基板との界面付近における酸素の原子濃
度は、膜がＷ−Ｓ−Ｏである場合は約４０％であり、膜
がＷＳ2 である場合は約３０％である。
【００３０】この分析結果と、試験片 No.４−２（基板
＋Ｗ−Ｓ−Ｏ）の寿命は１．０×１０5 ｒｅｖ．に達し
ているが、試験片 No.４−４（基板＋ＷＳ2 ）の寿命は
１．０×１０5 ｒｅｖ．に達していないという前記試験
の結果（表４参照）とから、膜と基板との界面付近にお
ける酸素の原子濃度が約３０％では、膜の基板に対する
密着性が不十分であり、約４０％であれば十分であるこ
とが分かる。このことから、Ｗ−Ｓ−Ｏからなる膜と基
板（ＳＵＳ４４０Ｃからなる摺動面）との界面付近にお
ける酸素の原子濃度が３５％以上であれば、摺動部材と
して十分な寿命を達成できることが予想される。 ＜実施例５＞実施例１と同様に、図１に示すような試験
片により同様にして摩擦・磨耗試験を行った。ただし、
中間層２としてはＷとＳとＯとからなる化合物（Ｗ−Ｓ
−Ｏ）を、固体潤滑剤被膜３としてはＤＬＣをそれぞれ
表５の各膜厚で形成した。Ｗ−Ｓ−Ｏの成膜は実施例４
と同様に行い、ＤＬＣの成膜は実施例１と同様に行っ
た。結果を下記の表５に示す。
＋Ｗ−Ｓ−Ｏ）の寿命は１．０×１０5 ｒｅｖ．に達し
ているが、試験片 No.４−４（基板＋ＷＳ2 ）の寿命は
１．０×１０5 ｒｅｖ．に達していないという前記試験
の結果（表４参照）とから、膜と基板との界面付近にお
ける酸素の原子濃度が約３０％では、膜の基板に対する
密着性が不十分であり、約４０％であれば十分であるこ
とが分かる。このことから、Ｗ−Ｓ−Ｏからなる膜と基
板（ＳＵＳ４４０Ｃからなる摺動面）との界面付近にお
ける酸素の原子濃度が３５％以上であれば、摺動部材と
して十分な寿命を達成できることが予想される。 ＜実施例５＞実施例１と同様に、図１に示すような試験
片により同様にして摩擦・磨耗試験を行った。ただし、
中間層２としてはＷとＳとＯとからなる化合物（Ｗ−Ｓ
−Ｏ）を、固体潤滑剤被膜３としてはＤＬＣをそれぞれ
表５の各膜厚で形成した。Ｗ−Ｓ−Ｏの成膜は実施例４
と同様に行い、ＤＬＣの成膜は実施例１と同様に行っ
た。結果を下記の表５に示す。
【００３１】
【表５】
【００３２】表５から分かるように、 No.５−１，５−
２，５−５の各試験片では１．０×１０5 ｒｅｖ．以上
の寿命となり、摺動部材として十分な寿命を備えたもの
となっている。これに対して、Ｗ−Ｓ−Ｏの薄い No.５
−３の試験片、ＤＬＣの膜厚が薄い試験片 No.５−４は
寿命が１．０×１０5 ｒｅｖ．に達していない。 ＜実施例６＞実施例３と同様のアンギュラ玉軸受を構成
できる内輪、外輪、転動体（ボール）、および保持器を
ＳＵＳ４４０Ｃで成形し、焼入れ，焼戻しにより硬さを
ＨRＣ５８〜６１としたものを母材とし、この母材その
ままの状態のもの（表６に「×」で表示）と、この母材
に実施例４と同様にしてＷ−Ｓ−Ｏからなる中間層を
０．１μｍ形成し、さらにこの中間層の上にＷＳ2 から
なる固形潤滑剤被膜を０．５μｍ形成したもの（表６に
「◎」で表示）、母材に直接固体潤滑剤被膜を０．５μ
ｍ形成したもの（表６に「○」で表示）を、内輪、外
輪、転動体、および保持器についてそれぞれ用意し、こ
れらを表６に示す組み合わせで組み立てた軸受試験体に
より、実施例３と同様にして、図４に示す真空中軸受試
験装置により真空中における軸受の性能評価試験を行っ
た。その結果を表６に併せて示す。
２，５−５の各試験片では１．０×１０5 ｒｅｖ．以上
の寿命となり、摺動部材として十分な寿命を備えたもの
となっている。これに対して、Ｗ−Ｓ−Ｏの薄い No.５
−３の試験片、ＤＬＣの膜厚が薄い試験片 No.５−４は
寿命が１．０×１０5 ｒｅｖ．に達していない。 ＜実施例６＞実施例３と同様のアンギュラ玉軸受を構成
できる内輪、外輪、転動体（ボール）、および保持器を
ＳＵＳ４４０Ｃで成形し、焼入れ，焼戻しにより硬さを
ＨRＣ５８〜６１としたものを母材とし、この母材その
ままの状態のもの（表６に「×」で表示）と、この母材
に実施例４と同様にしてＷ−Ｓ−Ｏからなる中間層を
０．１μｍ形成し、さらにこの中間層の上にＷＳ2 から
なる固形潤滑剤被膜を０．５μｍ形成したもの（表６に
「◎」で表示）、母材に直接固体潤滑剤被膜を０．５μ
ｍ形成したもの（表６に「○」で表示）を、内輪、外
輪、転動体、および保持器についてそれぞれ用意し、こ
れらを表６に示す組み合わせで組み立てた軸受試験体に
より、実施例３と同様にして、図４に示す真空中軸受試
験装置により真空中における軸受の性能評価試験を行っ
た。その結果を表６に併せて示す。
【００３３】
【表６】
【００３４】表６から分かるように、母材に中間層と固
体潤滑剤被膜とが形成してある転動体を組み込んだ No.
６−１〜６−３では、寿命が１．０×１０7 ｒｅｖ．ま
たはそれ以上となった。これに対して、内外輪と保持器
は母材に中間層と固体潤滑剤被膜とを形成したものであ
るが、転動体は母材のみである No.６−４は寿命が一桁
短く、内外輪、転動体、および保持器がすべて母材に直
接中間層なしで固体潤滑剤被膜を形成したものである N
o.６−５は寿命が二桁以上短くなった。
体潤滑剤被膜とが形成してある転動体を組み込んだ No.
６−１〜６−３では、寿命が１．０×１０7 ｒｅｖ．ま
たはそれ以上となった。これに対して、内外輪と保持器
は母材に中間層と固体潤滑剤被膜とを形成したものであ
るが、転動体は母材のみである No.６−４は寿命が一桁
短く、内外輪、転動体、および保持器がすべて母材に直
接中間層なしで固体潤滑剤被膜を形成したものである N
o.６−５は寿命が二桁以上短くなった。
【００３５】以上の各実施例の結果より、寿命の点から
は、ＤＬＣまたはＷＳ2 からなる固体潤滑剤被膜の膜厚
は０．５μｍ以上であることが、珪素、珪素化合物、ま
たはＷとＳとＯとからなる化合物で構成される中間層の
膜厚は０．０５μｍ以上であることが好ましいが、膜厚
が１．０μｍを超えると成膜時間が長くなりコストアッ
プにつながるため、寿命とコストとを加味すると、前記
固体潤滑剤被膜の膜厚の好適範囲は０．５〜１．０μ
ｍ、前記中間層の膜厚の好適範囲は０．０５〜１．０μ
ｍとなる。
は、ＤＬＣまたはＷＳ2 からなる固体潤滑剤被膜の膜厚
は０．５μｍ以上であることが、珪素、珪素化合物、ま
たはＷとＳとＯとからなる化合物で構成される中間層の
膜厚は０．０５μｍ以上であることが好ましいが、膜厚
が１．０μｍを超えると成膜時間が長くなりコストアッ
プにつながるため、寿命とコストとを加味すると、前記
固体潤滑剤被膜の膜厚の好適範囲は０．５〜１．０μ
ｍ、前記中間層の膜厚の好適範囲は０．０５〜１．０μ
ｍとなる。
【００３６】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、鉄鋼で形成された摺動面に、ダイヤモンドライクカ
ーボンまたは二硫化タングステンからなる固体潤滑剤被
膜を有する摺動部材において、前記摺動面と固体潤滑剤
被膜との間に、特定成分からなる中間層を設けたことに
より、被膜の摺動面に対する付着強度を十分に大きくし
て、ダイヤモンドライクカーボンまたは二硫化タングス
テンからなる被膜の耐久性を向上させ、摺動部材として
の耐久寿命を長くし、信頼性を高くすることができる。
ば、鉄鋼で形成された摺動面に、ダイヤモンドライクカ
ーボンまたは二硫化タングステンからなる固体潤滑剤被
膜を有する摺動部材において、前記摺動面と固体潤滑剤
被膜との間に、特定成分からなる中間層を設けたことに
より、被膜の摺動面に対する付着強度を十分に大きくし
て、ダイヤモンドライクカーボンまたは二硫化タングス
テンからなる被膜の耐久性を向上させ、摺動部材として
の耐久寿命を長くし、信頼性を高くすることができる。
【図１】本発明の実施例を真空中ボールオンディスク試
験機により評価するために作製した試験片を示す断面図
である。
験機により評価するために作製した試験片を示す断面図
である。
【図２】実施例において使用した高周波マグネトロンス
パッタリング装置を示す概要図である。
パッタリング装置を示す概要図である。
【図３】真空中ボールオンディスク試験機を示す概略構
成図である。
成図である。
【図４】真空中軸受試験装置を示す概略構成図である。
【図５】図４の試験装置を使用した試験結果を示す、総
回転数に対する動トルクの関係を示すグラフである。
回転数に対する動トルクの関係を示すグラフである。
【図６】実施例において行った反応性スパッタリングの
手順を示すフローチャートである。
手順を示すフローチャートである。
【図７】試験片 No.４−２について、ＸＰＳにより深さ
方向分析を行った結果のグラフを示す。
方向分析を行った結果のグラフを示す。
【図８】試験片 No.４−４について、ＸＰＳにより深さ
方向分析を行った結果のグラフを示す。
方向分析を行った結果のグラフを示す。
２ 中間層
３ 固体潤滑剤被膜
Claims (3)
- 【請求項１】 鉄鋼で形成された摺動面に、ダイヤモン
ドライクカーボンまたは二硫化タングステンからなる固
体潤滑剤被膜を有する摺動部材において、 前記摺動面と固体潤滑剤被膜との間に、珪素または珪素
化合物からなる中間層を設けたことを特徴とする摺動部
材。 - 【請求項２】 固体潤滑剤被膜の膜厚は０．５０〜２．
０μｍであり、中間層の膜厚は０．０５〜０．３０μｍ
である請求項１記載の摺動部材。 - 【請求項３】 中間層はスパッタリング法または反応性
スパッタリング法で形成された請求項１または２記載の
摺動部材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002293753A JP3770221B2 (ja) | 1993-05-28 | 2002-10-07 | 摺動部材 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12741993 | 1993-05-28 | ||
| JP5-127419 | 1993-05-28 | ||
| JP2002293753A JP3770221B2 (ja) | 1993-05-28 | 2002-10-07 | 摺動部材 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23494493A Division JP3379163B2 (ja) | 1993-05-28 | 1993-09-21 | 摺動部材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003120695A true JP2003120695A (ja) | 2003-04-23 |
| JP3770221B2 JP3770221B2 (ja) | 2006-04-26 |
Family
ID=26463382
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002293753A Expired - Fee Related JP3770221B2 (ja) | 1993-05-28 | 2002-10-07 | 摺動部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3770221B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005085664A1 (ja) * | 2004-03-04 | 2005-09-15 | Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki | 転動要素 |
| JP2006250206A (ja) * | 2005-03-09 | 2006-09-21 | Jtekt Corp | 等速ジョイント |
| JP2011002096A (ja) * | 2010-08-31 | 2011-01-06 | Jtekt Corp | 駆動軸 |
| JP2012063017A (ja) * | 2011-12-26 | 2012-03-29 | Jtekt Corp | 駆動軸 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107237821A (zh) * | 2017-06-27 | 2017-10-10 | 江苏大学 | 一种航空发动机轴承的自润滑处理方法 |
-
2002
- 2002-10-07 JP JP2002293753A patent/JP3770221B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005085664A1 (ja) * | 2004-03-04 | 2005-09-15 | Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki | 転動要素 |
| JP2005249066A (ja) * | 2004-03-04 | 2005-09-15 | Yaskawa Electric Corp | 転動要素 |
| JP2006250206A (ja) * | 2005-03-09 | 2006-09-21 | Jtekt Corp | 等速ジョイント |
| JP2011002096A (ja) * | 2010-08-31 | 2011-01-06 | Jtekt Corp | 駆動軸 |
| JP2012063017A (ja) * | 2011-12-26 | 2012-03-29 | Jtekt Corp | 駆動軸 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3770221B2 (ja) | 2006-04-26 |
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