JP2010255682A

JP2010255682A - 転がり摺動部材のｄｌｃ膜剥離防止方法、転がり支持装置の使用方法

Info

Publication number: JP2010255682A
Application number: JP2009104098A
Authority: JP
Inventors: Takenobu Inaba; 武信稲葉
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2009-04-22
Filing date: 2009-04-22
Publication date: 2010-11-11

Abstract

【課題】相手部材との接触面（転がり接触面または滑り接触面）にＤＬＣ膜が形成されている転がり摺動部材の、水が混入する環境下での耐食性および耐摩耗性を向上させる。
【解決手段】ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜が形成された転がり接触面または滑り接触面に、平均粒径が１００ｎｍ以下の微粒子を０．００１質量％以上１．０質量％以下の割合で含有する液体を供給する。
【選択図】なし

Description

この発明は、転がり摺動部材のＤＬＣ膜剥離防止方法と、この方法を適用した転がり支持装置の使用方法に関する。

ダイヤモンドライクカーボン（以下「ＤＬＣ」と略称する。）膜は、大気中での摩擦係数が０．２以下であり、二硫化モリブデンやフッ素樹脂と同程度に小さいだけでなく、表面がダイヤモンドに準ずる硬さ（１０ＧＰａ以上の塑性変形硬さ）を有するため、ゴミやガスを発生しない。そのため、転がり支持装置の軌道面等に形成する新たな耐摩耗性被膜として注目されている。

下記の特許文献１には、相手部材との間で相対的な転がり接触または滑り接触が生じる転がり摺動部材の、相手部材との接触面に５層構造のＤＬＣ膜を形成することにより、低粘度の潤滑剤で潤滑される場合、異物混入の可能性が高い条件で使用される場合、大きな接触応力が作用する条件で使用される場合などであっても、転がり摺動部材を好適に使用できるようにすることが記載されている。

ここで、５層構造のＤＬＣ膜は、表面側から、主に炭素（Ｃ）からなるカーボン層（Ｄ５）、主にタングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）あるいはシリコン（Ｓｉ）のうちいずれか１種以上の元素と炭素（Ｃ）とからなる複合カーボン層（Ｄ４）、主にタングステン（Ｗ）、シリコン（Ｓｉ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）のうちいずれか１種以上の元素からなる中間層（Ｄ３）、主にタングステン（Ｗ）、シリコン（Ｓｉ）、モリブデン（Ｍｏ）あるいはチタン（Ｔｉ）のうち何れか１種以上の元素とクロム（Ｃｒ）とからなる複合金属層（Ｄ２）、主にクロム（Ｃｒ）からなる金属層（Ｄ１）が順に積層されたものである。

しかしながら、前記５層構造のＤＬＣ膜を形成する方法では、水が混入する環境下での耐食性および耐摩耗性の点で改善の余地がある。
下記の特許文献２には、水潤滑軸受（滑り軸受）や水潤滑シールの回転側部材または固定側部材の一方の部材の摺動面にＴｉＮ膜を形成し、他方の部材の摺動面にＤＬＣ膜を形成することが記載されている。

下記の特許文献３には、コロイダルシリカスラリーが含まれる流体をシールするメカニカルシールの密封環として、ＤＬＣ膜が形成された摺動部品を使用することが記載されている。この文献には、メカニカルシールの密封環に形成されたＤＬＣ膜により、メカニカルシールがコロイダルシリカスラリーと反応することが防止されて、耐食性および耐摩耗性が良好になると記載されている。

特開２００７−３２７０３７号公報特開平１０−１８４６９２号公報特開２００４−２２５７２５号公報

この発明の課題は、相手部材との接触面（転がり接触面または滑り接触面）にＤＬＣ膜が形成されている転がり摺動部材の、水が混入する環境下での耐食性および耐摩耗性を向上させることである。

上記課題を解決するために、この発明は、相手部材との間で相対的な転がり接触または滑り接触が生じる転がり摺動部材の、相手部材との接触面に形成されたダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜の剥離を防止する方法であって、前記接触面に形成されたＤＬＣ膜に、平均粒径が１００ｎｍ以下の微粒子を０．００１質量％以上１．０質量％以下の割合で含有する液体を供給することを特徴とする転がり摺動部材のＤＬＣ膜剥離防止方法を提供する。

例えば、前述の５層構造のＤＬＣ膜の場合でも、最表面のカーボン層に極微小の欠陥が存在し、他の４層も薄く形成されていることから、水が混入する環境下で転がり接触または滑り接触することでカーボン層の欠陥が拡大して下層に至り、腐食性のイオンなどが下層および母材を腐食させて、ＤＬＣ膜が剥離する恐れがある。
これに対して、この発明の方法では、ＤＬＣ膜の表面の極微小の欠陥（最も大きい方向の寸法が約１００ｎｍ）が前記微粒子で塞がれるため、最表面（カーボン層）の欠陥の拡大が抑制されて、ＤＬＣ膜の剥離を防止できる。

前記微粒子としては、安定性、取り扱い易さ、凝集しにくさ、前記欠陥への入り込み易さの点から、金属酸化物微粒子、具体的には、シリカ（ＳｉＯ₂）、チタニア（ＴｉＯ２）、ジルコニア（ＺｒＯ₂）、三酸化タングステン（ＷＯ₃）、または三酸化モリブデン（ＭｏＯ₃）からなる微粒子を用いることが好ましい。
使用する微粒子は、粒径が１００ｎｍ以下のものであれば、様々な粒径の微粒子を含むものであってよい。比較的粒径の小さい微粒子は比較的粒径の大きな微粒子で塞ぎきれない部分に入り込めるため、粒径の小さい微粒子が多いほど欠陥を塞ぐ効果が高くなる。

前記微粒子の含有率が０．００１質量％未満であると、微粒子による欠陥を塞ぐ効果が実質的に得られない。前記微粒子の含有率が１．０質量％を超えると、前記微粒子がＤＬＣ膜を摩耗させる原因となる。
前記微粒子を含む液体を供給することで、前記微粒子がＤＬＣ膜の表面に行き渡り、その欠陥を塞ぐが、微粒子を含有させる液体としては、水、油、イオン液体が使用できる。特に、低粘度で化学的に安定な水を用いることが好ましい。

イオン液体としては、例えば、イミダゾリウム系イオン液体、ピリジニウム系イオン液体、脂肪族系イオン液体が使用でき、イミダゾリウム系イオン液体を使用することが好ましい。具体的には、Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリメチル−Ｎ−プロピルアンモニウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド、もしくはＮ−メチル−Ｎ−プロピルピペリジニウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドを使用することが好ましい。

この発明のＤＬＣ膜剥離防止方法では、前記微粒子としてシリカ（ＳｉＯ₂）、チタニア（ＴｉＯ２）、ジルコニア（ＺｒＯ₂）、三酸化タングステン（ＷＯ₃）、または三酸化モリブデン（ＭｏＯ₃）を含有する水を、前記液体として用いることが好ましい。
この発明のＤＬＣ膜剥離防止方法を適用した方法として、互いに対向配置される軌道面を備えた第一部材および第二部材と、前記第一部材と第二部材の間に転動自在に配設された複数個の転動体と、を備え、前記転動体が転動することにより前記第一部材および前記第二部材の一方が他方に対して相対運動する転がり支持装置の使用方法において、前記第一部材の軌道面、前記第二部材の軌道面、および前記転動体の転動面の少なくともいずれかに、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜が形成され、このＤＬＣ膜が形成された面に平均粒径が１００ｎｍ以下の微粒子を０．００１質量％以上１．０質量％以下の割合で含有する液体を供給して慣らし運転を行うことを特徴とする転がり支持装置（転がり軸受、リニアガイド、ボールねじ等）の使用方法が挙げられる。

前記慣らし運転の際に、前記ＤＬＣ膜の表面の極微小の欠陥が前記微粒子で塞がれることでＤＬＣ膜の剥離が抑制されるため、その後に通常の潤滑剤を用いて実働させることにより、前記慣らし運転を行わない場合と比較して、転がり支持装置の水が混入する環境下での耐食性および耐摩耗性が向上する。

この発明によれば、相手部材との接触面（転がり接触面または滑り接触面）にＤＬＣ膜が形成されている転がり摺動部材およびこれを備えた転がり支持装置の、水が混入する環境下での耐食性および耐摩耗性が向上する。

以下、この発明の実施形態について説明する。
呼び番号５１３０５のスラスト玉軸受（内径２５ｍｍ、外径５２ｍｍ、厚さ１８ｍｍ、玉径１．５９ｍｍ（３／１６インチ））のＳＵＪ２製の内輪および外輪の軌道面に、非平衡型マグネトロンを用いたスパッタリングにより５層構造のＤＬＣ膜を形成した。玉はＳＵＳ４４０Ｃ製で、その表面にＤＬＣ膜は形成していない。

このスラスト玉軸受を、液体Ａ（イオン交換水）または液体Ｂ（平均粒径７ｎｍのシリカ微粒子を０．５質量％の割合で含有するイオン交換水）に浸漬した状態で、荷重：１０５ｋｇまたは２１０ｋｇ、回転速度：２０００ｍｉｎ^-1の条件で８時間回転させた。その後に、内輪および外輪の軌道面を光学顕微鏡で観察して、ＤＬＣ膜が剥離している面積を測定し、その割合（剥離面積率）を算出した。

その結果、荷重１０５ｋｇの場合の剥離面積率は、比較例に相当する液体Ａに浸漬したもので５０％であったのに対して、実施例に相当する液体Ｂに浸漬したもので５％であった。荷重２１０ｋｇの場合の剥離面積率は、比較例に相当する液体Ａに浸漬したもので７０％であったのに対して、実施例に相当する液体Ｂに浸漬したもので１０％であった。
この結果から、この発明の方法により転がり摺動部材のＤＬＣ膜の剥離が防止され、水が混入する環境下での耐食性および耐摩耗性を向上できることが分かる。

Claims

相手部材との間で相対的な転がり接触または滑り接触が生じる転がり摺動部材の、相手部材との接触面に形成されたダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜の剥離を防止する方法であって、
前記接触面に形成されたＤＬＣ膜に、平均粒径が１００ｎｍ以下の微粒子を０．００１質量％以上１．０質量％以下の割合で含有する液体を供給することを特徴とする転がり摺動部材のＤＬＣ膜剥離防止方法。
前記微粒子としてシリカ（ＳｉＯ₂）、チタニア（ＴｉＯ２）、ジルコニア（ＺｒＯ₂）、三酸化タングステン（ＷＯ₃）、または三酸化モリブデン（ＭｏＯ₃）を含有する水を、前記液体として用いる請求項１記載のＤＬＣ膜剥離防止方法。
互いに対向配置される軌道面を備えた第一部材および第二部材と、前記第一部材と第二部材の間に転動自在に配設された複数個の転動体と、を備え、前記転動体が転動することにより前記第一部材および前記第二部材の一方が他方に対して相対運動する転がり支持装置の使用方法において、
前記第一部材の軌道面、前記第二部材の軌道面、および前記転動体の転動面の少なくともいずれかに、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜が形成され、このＤＬＣ膜が形成された面に平均粒径が１００ｎｍ以下の微粒子を０．００１質量％以上１．０質量％以下の割合で含有する液体を供給して慣らし運転を行うことを特徴とする転がり支持装置の使用方法。