JP2818226B2 - 固体潤滑皮膜を形成する方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、例えば精密ベアリングの摩擦面に、耐久性
に優れかつ潤滑性のよい薄い固体潤滑皮膜を形成する方
法に関する。

真空城や高温域や腐食性雰囲気等で使用される部材の
接触面は、従来の潤滑油では潤滑が困難な場合が多く、
従ってこれ等の部材の摩擦面には固体潤滑皮膜を形成す
る事が好ましい。

又精密な部材では、接合面のクリアランスが小さく、
従って薄い固体潤滑皮膜が必要となる。

本発明は、この薄く且つ潤滑性の優れた皮膜を形成す
る方法に関する。

［従来の技術］ 例えば２硫化モリブデンは優れた固体潤滑剤であるた
め、有機質あるいは無機質のバインダーに混じて、例え
ばスプレーコーティングし、乾燥又は焼付硬化させ、厚
さが例えば３〜15μｍの固体潤滑剤皮膜を形成する方法
が行われている。

通常精密なベアリングにおいては、潤滑皮膜の厚さは
３μｍ以下が望ましい。しかし上記の方法では、２硫化
モリブデンの粒度の関係もありスプレーの膜厚が変動す
るために、又潤滑性皮膜を形成する面に施した前処理の
性質のばらつきのため、３μｍ以下の薄い膜厚では、安
定した性能のよい潤滑性皮膜を形成する事は困難であ
る。

スパッター法や蒸着法やイオンプレーティング法によ
ると薄い膜厚の皮膜は形成できるが、つきまわり性（ス
ローイングパワー）が弱いために、複雑な形状の部材へ
適用する事は難しく、又真空処理や加熱処理等では安定
した固体潤滑皮膜とはなり難い。

ジェットコーティング法は、例えば、２硫化モリブデ
ンの微粉末を高圧空気等を用いて、高速度で金属表面等
に吹きつける方法である。高速度で吹きつけられた２硫
化モリブデンは金属表面に衝突するエネルギーで金属表
面に突きささり、薄い潤滑皮膜を形成する。しかしこの
方法で、軽量で微粉末の２硫化モリブデンに高エネルギ
ーを与えるためには、高速度で吹きつける必要があるた
め、高圧力の空気が多量に必要で、２硫化モリブデンの
粉末も飛散し、経済的ではない。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は、例えば精密ベアリングの接触面に、膜厚が
10μｍ以下の例えば１〜２μｍの薄い固体潤滑皮膜を形
成する方法であって、耐久性に優れかつ潤滑性のよい皮
膜を経済的に形成する方法を開示するものである。

［課題を解決するための手段］ 鋼球の表面をバインダーを用いて粉末の固体潤滑剤で
被覆した後、該鋼球を潤滑皮膜を形成する表面に高速度
で投射して、該表面に固体潤滑皮膜を形成する方法であ
る。

本発明で用いる固体潤滑剤は、例えば、黒鉛、２硫化
モリブデン、二硫化タングステン、窒化ほう素、PTFE等
である、これ等を混合した混合潤滑剤や他の固体潤滑剤
も使用する事ができる。

本発明で用いる鋼球は、例えば直径が1mmの鋼球であ
るが、他の大きさの鋼球も使用でき、又鋼球は硬質で比
重が大きい材質であればステンレス鋼球や他の材質の鋼
球であってもよい。

本発明では金属球を予め固体潤滑剤で被覆する。例え
ば粒度が平均５μｍ以下の固体潤滑剤の粉末を、有機質
あるいは無機質のバインダーを用いて鋼球に被覆する
が、後で述べる如く、粒度が大きな固体潤滑剤も、鋼球
が投射によって潤滑皮膜を形成する面に衝突した際に劈
開するため、固体潤滑剤は他の粒度のものであってもよ
い。又本発明でバインダーは、潤滑皮膜を形成する表面
に鋼球が衝突するまで鋼球を固体潤滑剤で被覆できれば
十分である。固体潤滑皮膜の被覆厚さは例えば３〜10μ
ｍであるが、固体潤滑剤の種類や後で述べる球状体の投
射条件によっては、他の被覆厚さであってもよい。

本発明では潤滑皮膜を形成する表面に、固体潤滑剤で
被覆した鋼球を高速度で投射する。投射速度は例えば5m
/sとするが、潤滑皮膜を形成する材質や固体潤滑の種類
や鋼球の大きさによって、他の投射速度であってもよ
い。高速度で鋼球を投射する手段としては、高圧空気や
他の機械的あるいは電気．磁気的方法等を用いる事がで
きる。

鋼球が潤滑皮膜を形成する表面に衝突した際、鋼球を
被覆している固体潤滑剤の一部は、該表面に突きささっ
て固体潤滑剤皮膜を形成し、他の一部は鋼球から剥離す
る。剥離した固体潤滑剤や鋼球は回収される。

以上の方法によって、金属や非金属の表面に薄い潤滑
性能の優れた潤滑皮膜を形成する。また同時にショット
ピーニング効果で金属や非金属の表面の潤滑性も改善さ
れる。

［作用］ 質量がｍで速度υの質点は1/2mυ^２のエネルギーで衝
突する。先に述べたジェットコーティング法では、固体
潤滑剤の微粉末を高圧空気で金属面に吹きつけて金属表
面に突き刺し、固体潤滑剤の皮膜を形成するが、固体潤
滑剤の微粉末は質量が小さいため、皮膜を形成させるに
は極めて高速度で吹きつける事が必要となる。

本発明において固体潤滑剤で被覆した鋼球は1/2mυ^２
のエネルギーで衝突する。衝突の際、鋼球と潤滑膜を形
成する面との間には固体潤滑剤の被覆物が挟まれる。こ
の挟まれた被覆物は、鋼球の衝突エネルギーで潤滑膜を
形成する面に打ち込まれる。鋼球の質量は固体潤滑剤の
微粉末の質量よりもはるかに大きく、従って衝突のエネ
ルギーもはるかに大きい。本発明では鋼球のこの大きな
衝突エネルギーで固体潤滑剤を潤滑膜を形成する面に打
ち込むため、ジェットコーティング法に比べて固体潤滑
皮膜の形成が容易となる。本発明では被覆した鋼球の投
射条件で固体潤滑皮膜の厚さを正確に調整でき、膜厚の
変動が少ない。従って薄くても性能が優れた固体潤滑皮
膜となる。

本発明の固体潤滑皮膜は、有機質や無機質のバインダ
ーの接合力を利用するものではないため、潤滑膜を形成
する面に前処理として化成皮膜等の下地皮膜の形成処理
が不必要で、部材が高い寸法精度に保たれ、又前処理の
性質によって潤滑皮膜の性能が損われることがない。

本発明の固体潤滑皮膜は、皮膜中の固体潤滑剤の粒度
は、鋼球の衝突による劈開で均質化され、性能のよい皮
膜となる。

本発明では、例えば被覆した鋼球を投射する位置や投
射の方向を調整する事により、複雑な形状の部材にも固
体潤滑皮膜を形成する事ができ、又皮膜の形成に際して
固体潤滑剤の加熱等を行わないため、固体潤滑剤を変質
させる事がなく、常に安定した潤滑性能の皮膜が得られ
る。

［実施例］ JIS,SUJ2のボールに、本発明の固体潤滑皮膜を形成し
た例を説明する。

鋼球としては、直径が1.0mmのステンレス鋼球を用い
た。

固体潤滑剤は平均粒径が３μｍの２硫化モリブデン
で、バインダーとしてエポキシ樹脂を用いて、第１図の
タンブラー装置を用いて、鋼球に３μｍの厚さで被覆し
た。

この被覆した鋼球を加熱乾燥した。

被覆した鋼球の投射には第２図の装置を用い、2m/sec
で、潤滑皮膜を形成する表面に、鋼球で30gr/cm²となる
量の投射を行った。

この方法で供試部材表面には２μｍの厚さの固体潤滑
皮膜が形成された。

ピン・オン・プレート摩擦試験機を用いて、この固体
潤滑皮膜の性能を試験した。その結果を比較例の供試材
と比較して第３図に示した。尚試験条件は下記の如くで
ある。

イ）供試材 本発明例：直径6mmのJIS,SUJ−２のボールの表面に本発
明の方法で上記の固体潤滑皮膜を形成した。

比較例1:本発明例と同じ寸法、材質のボールの表面に、
擦込みにより、２硫化モリブデンの固体潤滑皮膜を形成
した。

比較例2:本発明例と同じ寸法、材質のボールの表面に圧
縮空気による吹付けにより２硫化モリブデンの固体潤滑
皮膜を形成した。

ロ）試験条件 上記のボールを回転させないで試験した。

プレート:JIS,SPCC材 荷重 : 3kg 軌跡径 : 31.8mm 回転数 : 180rpm 第３図にみられる如く、本発明の固体潤滑皮膜を形成
した供試材は、比較例１および比較例２に比べて、寿命
が大幅に延長する。

［発明の効果］ 本発明により、精密部材の摩擦面に、10μｍ以下の厚
さの固体潤滑皮膜を、高い寸法精度で形成する事ができ
る。

この方法で形成した固体潤滑皮膜は、耐久性や潤滑性
が優れ、又皮膜の形成はジェットコーティング法よりも
経済的でかつ簡易である。

【図面の簡単な説明】

第１図は固体潤滑剤を被覆するタンブラー装置の例を示
す図 第２図は固体潤滑剤を被覆した鋼球を投射する装置の例
を示す図 第３図は実施例の供試材の固体潤滑皮膜の性能の例を示
す図 である。 1:固体潤滑剤を被覆する鋼球 2:固体潤滑剤のスプレー 3:回転タンブラー装置 4:高圧空気 5:ノズル 6:固体潤滑剤を被覆した鋼球 7:投射方向

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】鋼球の表面をバインダーを用いて粉末の固
   体潤滑剤で被覆した後、該鋼球を潤滑皮膜を形成する表
   面に高速度で投射して、該表面に固体潤滑皮膜を形成す
   る方法
2. 【請求項２】２硫化モリブデン、２硫化タングステンで
   予め、10μｍ被覆した直径5mm以下の鋼球を、鋼材の表
   面の潤滑膜を形成する面に0.5〜50m/sの速度で投射する
   事を特徴とする、鋼材の表面に固体潤滑皮膜を形成する
   方法