JP3006632B2 - 固体潤滑転がり軸受 - Google Patents
固体潤滑転がり軸受Info
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- JP3006632B2 JP3006632B2 JP3158566A JP15856691A JP3006632B2 JP 3006632 B2 JP3006632 B2 JP 3006632B2 JP 3158566 A JP3158566 A JP 3158566A JP 15856691 A JP15856691 A JP 15856691A JP 3006632 B2 JP3006632 B2 JP 3006632B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、宇宙機器等の真空中、
またはＯＡ機器、情報機器等の流体潤滑剤を用いること
ができない環境下で使用される固体潤滑転がり軸受に関
する。
またはＯＡ機器、情報機器等の流体潤滑剤を用いること
ができない環境下で使用される固体潤滑転がり軸受に関
する。
【０００２】
【従来の技術】一般に転がり軸受は、内・外輪と転動体
および転動体と保持器間にグリース等の流体潤滑剤を供
給し、それぞれの間に発生する転がり摩擦や滑り摩擦を
減少させ、軸受の耐久性を向上させるようにしている。
および転動体と保持器間にグリース等の流体潤滑剤を供
給し、それぞれの間に発生する転がり摩擦や滑り摩擦を
減少させ、軸受の耐久性を向上させるようにしている。
【０００３】しかしながら、転がり軸受を宇宙機器等の
真空中で使用する場合、グリース等の蒸気圧の高い流体
潤滑剤は雰囲気中に蒸発してしまうため使用に耐えな
い。また、ＯＡ機器、情報機器等においては、蒸発ある
いは軸受から洩れ出したグリース等の流体潤滑剤がディ
スク等に付着して機器の誤差動を誘発する恐れがあるこ
とから、これら潤滑剤を使用することができない。その
ため、このような環境下で使用される転がり軸受には蒸
気圧が低く、しかも軸受から洩れ出す心配のない固体潤
滑剤が必要となる。
真空中で使用する場合、グリース等の蒸気圧の高い流体
潤滑剤は雰囲気中に蒸発してしまうため使用に耐えな
い。また、ＯＡ機器、情報機器等においては、蒸発ある
いは軸受から洩れ出したグリース等の流体潤滑剤がディ
スク等に付着して機器の誤差動を誘発する恐れがあるこ
とから、これら潤滑剤を使用することができない。その
ため、このような環境下で使用される転がり軸受には蒸
気圧が低く、しかも軸受から洩れ出す心配のない固体潤
滑剤が必要となる。
【０００４】現在、転がり軸受の固体潤滑剤としては、
二硫化モリブデン等の層状物質系、金、銀、鉛等の軟質
金属系、ＰＴＦＥ、ポリイミド等の高分子系の固体潤滑
剤が広く使用されている。
二硫化モリブデン等の層状物質系、金、銀、鉛等の軟質
金属系、ＰＴＦＥ、ポリイミド等の高分子系の固体潤滑
剤が広く使用されている。
【０００５】例えば、宇宙機器の駆動機構部に使用され
る転がり軸受には、固体潤滑剤として、二硫化モリブデ
ン（ＭｏＳ2）をスパッタリングで皮膜処理したものが
使用されている。これは、二硫化モリブデンが層状物質
系の固体潤滑剤であり、軟質金属系の固体潤滑剤に比べ
て低トルク特性に優れているという理由による。そし
て、低トルク特性に優れているが故に、動力の設計を容
易にし、また装置類のコンパクト化に寄与する。
る転がり軸受には、固体潤滑剤として、二硫化モリブデ
ン（ＭｏＳ2）をスパッタリングで皮膜処理したものが
使用されている。これは、二硫化モリブデンが層状物質
系の固体潤滑剤であり、軟質金属系の固体潤滑剤に比べ
て低トルク特性に優れているという理由による。そし
て、低トルク特性に優れているが故に、動力の設計を容
易にし、また装置類のコンパクト化に寄与する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】装置類の機構をコンパ
クト化しようとすると、低トルク性もさる事ながら、使
用する固体潤滑剤の耐面圧性も問題となる。しかし、従
来の二硫化モリブデンのスパッタリング皮膜は高面圧下
での耐久性がやや劣る。これは、以下に説明するよう
に、二硫化モリブデンのスパッタリング皮膜の組織構造
そのものに起因するところが大きい。
クト化しようとすると、低トルク性もさる事ながら、使
用する固体潤滑剤の耐面圧性も問題となる。しかし、従
来の二硫化モリブデンのスパッタリング皮膜は高面圧下
での耐久性がやや劣る。これは、以下に説明するよう
に、二硫化モリブデンのスパッタリング皮膜の組織構造
そのものに起因するところが大きい。
【０００７】図５は、この二硫化モリブデンをスパッタ
リングで皮膜処理をした従来の潤滑皮膜Ｂを示す。スパ
ッタリングは、図４に示すように、低圧力の不活性ガス
（アルゴンガス等）雰囲気中において発生するグロー放
電を利用して付着させようとする物質をターゲット１１
よりたたきだして、対面する皮膜処理物２１に付着させ
る処理法であり、アルゴン等のイオン１２がマイナスに
帯電させたターゲット１１の表面に衝突し、この衝突エ
ネルギーでターゲット１１表面の粒子５ａを空間にはじ
き飛ばす。スパッタリングでは、一般に、ターゲット１
１として固体物質を用いるが、固体物質は粒子５ａ間の
拘束力が比較的大きく、また物質の表面状態も均一であ
るため、スパッタ率およびスパッタ方向は比較的安定し
秩序だっている。そのため、図５に示すように、スパッ
タリングで皮膜処理した二硫化モリブデンの潤滑皮膜Ｂ
は、二硫化モリブデン粒子５ａの集合体である多数の柱
状片５’が僅かな間隙６’をもって比較的緻密な皮膜層
７’を形成する。このように柱状片５’が緻密に配列し
た組織構造では、荷重Ｗを受けた場合、各柱状片５’の
荷重Ｗに対して垂直な方向への弾性変形量が小さくな
る。この各柱状片５’の変形能は、荷重Ｗに対して一種
のクッション作用をなすものであるから、これが阻害さ
れることによって面圧が上昇し、潤滑皮膜Ｂの摩耗が促
進される結果、耐久性が低下するのである。
リングで皮膜処理をした従来の潤滑皮膜Ｂを示す。スパ
ッタリングは、図４に示すように、低圧力の不活性ガス
（アルゴンガス等）雰囲気中において発生するグロー放
電を利用して付着させようとする物質をターゲット１１
よりたたきだして、対面する皮膜処理物２１に付着させ
る処理法であり、アルゴン等のイオン１２がマイナスに
帯電させたターゲット１１の表面に衝突し、この衝突エ
ネルギーでターゲット１１表面の粒子５ａを空間にはじ
き飛ばす。スパッタリングでは、一般に、ターゲット１
１として固体物質を用いるが、固体物質は粒子５ａ間の
拘束力が比較的大きく、また物質の表面状態も均一であ
るため、スパッタ率およびスパッタ方向は比較的安定し
秩序だっている。そのため、図５に示すように、スパッ
タリングで皮膜処理した二硫化モリブデンの潤滑皮膜Ｂ
は、二硫化モリブデン粒子５ａの集合体である多数の柱
状片５’が僅かな間隙６’をもって比較的緻密な皮膜層
７’を形成する。このように柱状片５’が緻密に配列し
た組織構造では、荷重Ｗを受けた場合、各柱状片５’の
荷重Ｗに対して垂直な方向への弾性変形量が小さくな
る。この各柱状片５’の変形能は、荷重Ｗに対して一種
のクッション作用をなすものであるから、これが阻害さ
れることによって面圧が上昇し、潤滑皮膜Ｂの摩耗が促
進される結果、耐久性が低下するのである。
【０００８】そこで、本発明の目的は、二硫化モリブデ
ンからなる潤滑皮膜の耐面圧性を高め、もって軸受の耐
久性を向上させることにある。
ンからなる潤滑皮膜の耐面圧性を高め、もって軸受の耐
久性を向上させることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の固体潤滑転がり
軸受は、転がり軸受を構成する部品のうち少なくとも転
がり摩擦または滑り摩擦を生じる表面に、二硫化モリブ
デンの潤滑皮膜を形成したものであって、前記潤滑皮膜
が、粉体状の二流化モリブデンをターゲットとして、ス
パッタリングにより前記表面に皮膜処理されたものであ
ることを特徴とする。
軸受は、転がり軸受を構成する部品のうち少なくとも転
がり摩擦または滑り摩擦を生じる表面に、二硫化モリブ
デンの潤滑皮膜を形成したものであって、前記潤滑皮膜
が、粉体状の二流化モリブデンをターゲットとして、ス
パッタリングにより前記表面に皮膜処理されたものであ
ることを特徴とする。
【００１０】
【作用】粉体状の二流化モリブデンをターゲットとし
て、スパッタリングにより皮膜処理された潤滑皮膜は、
母材表面に二流化モリブデンの柱状片がランダムに成長
し、かつ各柱状片間に大きな空隙を有している。そのた
め、荷重Ｗの付加時、各柱状片は空隙の方向に弾性変形
することができる。この柱状片の空隙方向への弾性変形
能が一種のクッション作用をなし、このクッション作用
で荷重Ｗを緩和することによって面圧の上昇を抑制する
のである。面圧の上昇が抑制される結果、潤滑皮膜は剥
離等のダメージを受けず保持され、良好な耐久性を示
す。また、各柱状片の配列方向がランダムであるので、
摩擦力の作用方向に関係なく良好な低トルク特性が得ら
れる。
て、スパッタリングにより皮膜処理された潤滑皮膜は、
母材表面に二流化モリブデンの柱状片がランダムに成長
し、かつ各柱状片間に大きな空隙を有している。そのた
め、荷重Ｗの付加時、各柱状片は空隙の方向に弾性変形
することができる。この柱状片の空隙方向への弾性変形
能が一種のクッション作用をなし、このクッション作用
で荷重Ｗを緩和することによって面圧の上昇を抑制する
のである。面圧の上昇が抑制される結果、潤滑皮膜は剥
離等のダメージを受けず保持され、良好な耐久性を示
す。また、各柱状片の配列方向がランダムであるので、
摩擦力の作用方向に関係なく良好な低トルク特性が得ら
れる。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。
【００１２】図１は、本発明を深溝玉軸受に適用した実
施例を示す。この軸受は、内輪１、外輪２、内・外輪１
・２間に介在する複数の転動体３、転動体３を円周等間
隔に保持する保持器４といった軸受部品で構成される。
そして、内・外輪１・２の転走面および転動体３の表面
にはそれぞれ二硫化モリブデンの潤滑皮膜１ａ・２ａ・
３ａが形成されている。
施例を示す。この軸受は、内輪１、外輪２、内・外輪１
・２間に介在する複数の転動体３、転動体３を円周等間
隔に保持する保持器４といった軸受部品で構成される。
そして、内・外輪１・２の転走面および転動体３の表面
にはそれぞれ二硫化モリブデンの潤滑皮膜１ａ・２ａ・
３ａが形成されている。
【００１３】これらの潤滑皮膜１ａ・２ａ・３ａは、二
硫化モリブデンを母材表面にスパッタリングで皮膜処理
して形成したものであり、図２に示すように（本図は、
図５と同一倍率である。）、二硫化モリブデンの柱状片
５が大きな空隙６をもってランダムに配列して皮膜層７
を形成した組織構造をなす。この潤滑皮膜Ａ（１ａ・２
ａ・３ａ）に荷重Ｗが付加されると、各柱状片５が空隙
６の方向に弾性変形し、荷重Ｗによる面圧の上昇を抑制
する。また、各柱状片５がランダムな方向に配列してい
るため、摩擦面（摩擦力の作用方向）に対して方向性が
なく極めて良好な低トルク性を発揮する。すなわち、二
硫化モリブデンの低トルク性は、その結晶構造の摩擦面
に対する方向性に大きく左右され、図５に示すような従
来の潤滑皮膜Ｂでは、柱状片が比較的一定の方向性をも
って配列しているため、この向きが摩擦面に垂直になる
と摩擦力が大となって低トルク性がやや低下する。これ
に対して、図２に示す潤滑皮膜Ａは柱状片５の方向性が
ないため、摩擦面の方向に関係なく良好な低トルク特性
を示す。
硫化モリブデンを母材表面にスパッタリングで皮膜処理
して形成したものであり、図２に示すように（本図は、
図５と同一倍率である。）、二硫化モリブデンの柱状片
５が大きな空隙６をもってランダムに配列して皮膜層７
を形成した組織構造をなす。この潤滑皮膜Ａ（１ａ・２
ａ・３ａ）に荷重Ｗが付加されると、各柱状片５が空隙
６の方向に弾性変形し、荷重Ｗによる面圧の上昇を抑制
する。また、各柱状片５がランダムな方向に配列してい
るため、摩擦面（摩擦力の作用方向）に対して方向性が
なく極めて良好な低トルク性を発揮する。すなわち、二
硫化モリブデンの低トルク性は、その結晶構造の摩擦面
に対する方向性に大きく左右され、図５に示すような従
来の潤滑皮膜Ｂでは、柱状片が比較的一定の方向性をも
って配列しているため、この向きが摩擦面に垂直になる
と摩擦力が大となって低トルク性がやや低下する。これ
に対して、図２に示す潤滑皮膜Ａは柱状片５の方向性が
ないため、摩擦面の方向に関係なく良好な低トルク特性
を示す。
【００１４】次に、潤滑皮膜Ａ（１ａ・２ａ・３ａ）の
形成方法について説明する。
形成方法について説明する。
【００１５】潤滑皮膜Ａは、基本的には図４に示すもの
と同様のスパッタリングで皮膜処理したものであるが、
図３に示すような粉体状の二硫化モリブデンをターゲッ
ト１１として皮膜処理したものである。粉体状のターゲ
ット１１は粒子５ａ間の拘束力が固体物質に比べて小さ
く、アルゴン等のイオン１２がターゲット１１の表面に
衝突すると、その衝突した部分がえぐり取られる。した
がって、ターゲット１１の表面状態は常に凹凸状にな
り、しかもその状態は処理中の時間経過に伴って刻々と
変化して一定しなくなる。この刻々と状態変化するター
ゲット１１の表面にイオン１２が衝突するため、ある粒
子５ａはターゲット１１の表面からたたきだされてラン
ダムな方向に飛散し、また、ある粒子５ａは表面の隣接
する凸部分１１ｂに衝突してエネルギーを失い表面に止
まったりする。このように、ターゲット材料を粉体とす
ることによって、同一入力下で二硫化モリブデンのスパ
ッタ率およびスパッタ方向を無秩序にすることができ、
これにより、母材表面に二硫化モリブデンの柱状片５が
ランダムに成長し、かつ各柱状片５間に大きな空隙６が
形成される。
と同様のスパッタリングで皮膜処理したものであるが、
図３に示すような粉体状の二硫化モリブデンをターゲッ
ト１１として皮膜処理したものである。粉体状のターゲ
ット１１は粒子５ａ間の拘束力が固体物質に比べて小さ
く、アルゴン等のイオン１２がターゲット１１の表面に
衝突すると、その衝突した部分がえぐり取られる。した
がって、ターゲット１１の表面状態は常に凹凸状にな
り、しかもその状態は処理中の時間経過に伴って刻々と
変化して一定しなくなる。この刻々と状態変化するター
ゲット１１の表面にイオン１２が衝突するため、ある粒
子５ａはターゲット１１の表面からたたきだされてラン
ダムな方向に飛散し、また、ある粒子５ａは表面の隣接
する凸部分１１ｂに衝突してエネルギーを失い表面に止
まったりする。このように、ターゲット材料を粉体とす
ることによって、同一入力下で二硫化モリブデンのスパ
ッタ率およびスパッタ方向を無秩序にすることができ、
これにより、母材表面に二硫化モリブデンの柱状片５が
ランダムに成長し、かつ各柱状片５間に大きな空隙６が
形成される。
【００１６】尚、本実施例では内・外輪１・２の転走面
および転動体の表面に潤滑皮膜を形成するようにした
が、潤滑皮膜は少なくとも転動体３の表面に形成すれば
良い。また、同図では、内・外輪１・２の表面の全体に
潤滑皮膜が形成されているが、嵌合面等の、潤滑皮膜が
不要な部分については、マスキングによって皮膜処理を
施さない、あるいは、最終製品となる前に除去すること
も可能である。さらに、軸受の形式は、同図に示すよう
な深溝玉軸受に限らず、広く転がり軸受一般に適用する
ことができる。
および転動体の表面に潤滑皮膜を形成するようにした
が、潤滑皮膜は少なくとも転動体３の表面に形成すれば
良い。また、同図では、内・外輪１・２の表面の全体に
潤滑皮膜が形成されているが、嵌合面等の、潤滑皮膜が
不要な部分については、マスキングによって皮膜処理を
施さない、あるいは、最終製品となる前に除去すること
も可能である。さらに、軸受の形式は、同図に示すよう
な深溝玉軸受に限らず、広く転がり軸受一般に適用する
ことができる。
【００１７】図６および図７は、上記構成の潤滑皮膜Ａ
と、図５に示す従来の潤滑皮膜Ｂとついて行なった耐久
性試験およびトルク特性試験の結果を示す。試験は、図
９に示すように、潤滑皮膜を形成したディスクに所定の
荷重Ｗを付加した鋼球を押しつけ、
と、図５に示す従来の潤滑皮膜Ｂとついて行なった耐久
性試験およびトルク特性試験の結果を示す。試験は、図
９に示すように、潤滑皮膜を形成したディスクに所定の
荷重Ｗを付加した鋼球を押しつけ、
【００１８】滑り速度：１．０ｍ／ｓｅｃ 面圧：１１９ｋｇｆ／ｍｍ2 測定温度：室温 真空度：１０-7Ｔｏｒｒ台 皮膜厚さ：０．３μｍ（両潤滑皮膜とも同一厚さ） の条件下にディスクを回転させて行なった。試験結果か
ら明らかなように、本発明に係わる潤滑皮膜Ａは、従来
の潤滑皮膜Ｂに比べて３倍以上の耐久性を示す。また、
摩擦トルク値も１／３以下と低く、かつ安定しており、
極めて良好な低トルク特性を示す。
ら明らかなように、本発明に係わる潤滑皮膜Ａは、従来
の潤滑皮膜Ｂに比べて３倍以上の耐久性を示す。また、
摩擦トルク値も１／３以下と低く、かつ安定しており、
極めて良好な低トルク特性を示す。
【００１９】図８は、潤滑皮膜Ａを形成した軸受（軸受
Ａとする）、潤滑皮膜Ｂを形成した軸受（軸受Ｂとす
る）とについて行なった耐久寿命試験の結果を示す。試
験は、内・外輪の転走面および転動体の表面に潤滑皮膜
を形成した試験軸受を試験機にセットし、
Ａとする）、潤滑皮膜Ｂを形成した軸受（軸受Ｂとす
る）とについて行なった耐久寿命試験の結果を示す。試
験は、内・外輪の転走面および転動体の表面に潤滑皮膜
を形成した試験軸受を試験機にセットし、
【００２０】回転数：１５ｒｐｍ 面圧：１９０ｋｇｆ／ｍｍ2 測定温度：室温 真空度：１０-7Ｔｏｒｒ台 皮膜厚さ：０．３μｍ（両軸受とも同一厚さ） の条件下に行なった。試験結果から明らかなように、本
発明の軸受Ａは従来の軸受Ｂに比べて２倍以上の耐久性
を示した。
発明の軸受Ａは従来の軸受Ｂに比べて２倍以上の耐久性
を示した。
【００２１】
【発明の効果】粉体状の二流化モリブデンをターゲット
として、スパッタリングにより皮膜処理された潤滑皮膜
は、各柱状片間に大きな空隙を有するので、各柱状片が
荷重に対してクッション作用をなして面圧の上昇を抑制
する結果、軸受の耐久性が向上する。
として、スパッタリングにより皮膜処理された潤滑皮膜
は、各柱状片間に大きな空隙を有するので、各柱状片が
荷重に対してクッション作用をなして面圧の上昇を抑制
する結果、軸受の耐久性が向上する。
【００２２】また、粉体状の二流化モリブデンをターゲ
ットとして、スパッタリングにより皮膜処理された潤滑
皮膜は、各柱状片の配列方向がランダムであるので、摩
擦力の作用方向に関係なく良好な低トルク特性が得られ
る。
ットとして、スパッタリングにより皮膜処理された潤滑
皮膜は、各柱状片の配列方向がランダムであるので、摩
擦力の作用方向に関係なく良好な低トルク特性が得られ
る。
【図１】本発明の実施例を示す断面図である。
【図２】本発明に係わる潤滑皮膜Ａの平面を示す図（図
ａ）、およびその断面を模式的に示す図（図ｂ）であ
る。
ａ）、およびその断面を模式的に示す図（図ｂ）であ
る。
【図３】本発明に係わる潤滑皮膜Ａの形成方法を模式的
に示す図である。
に示す図である。
【図４】スパッタリングによる皮膜処理方法を模式的に
示す図である。
示す図である。
【図５】従来の潤滑皮膜Ｂの平面を示す図（図ａ）、お
よびその断面を模式的に示す図（図ｂ）である。
よびその断面を模式的に示す図（図ｂ）である。
【図６】耐久性試験の結果を示す図である。
【図７】トルク特性試験の結果を示す図である。
【図８】耐久寿命試験の結果を示す図である。
【図９】耐久性試験およびトルク特性試験に使用した試
験機の主要部を示す図である。
験機の主要部を示す図である。
１ 内輪 １ａ 潤滑皮膜 ２ 外輪 ２ａ 潤滑皮膜 ３ 転動体 ３ａ 潤滑皮膜 ４ 保持器 ５ 柱状片 ６ 空隙 Ａ 潤滑皮膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F16C 33/32 F16C 33/62 F16C 33/66 F16C 33/58
Claims (1)
- 【請求項１】 転がり軸受を構成する部品のうち少なく
とも転がり摩擦または滑り摩擦を生じる表面に、二硫化
モリブデンの潤滑皮膜を形成したものであって、前記潤
滑皮膜が、粉体状の二流化モリブデンをターゲットとし
て、スパッタリングにより前記表面に皮膜処理されたも
のであることを特徴とする固体潤滑転がり軸受。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3158566A JP3006632B2 (ja) | 1991-06-28 | 1991-06-28 | 固体潤滑転がり軸受 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3158566A JP3006632B2 (ja) | 1991-06-28 | 1991-06-28 | 固体潤滑転がり軸受 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0510337A JPH0510337A (ja) | 1993-01-19 |
| JP3006632B2 true JP3006632B2 (ja) | 2000-02-07 |
Family
ID=15674500
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3158566A Expired - Lifetime JP3006632B2 (ja) | 1991-06-28 | 1991-06-28 | 固体潤滑転がり軸受 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3006632B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4651547B2 (ja) * | 2005-01-28 | 2011-03-16 | パナソニック株式会社 | Ｐｖｄ法による成膜方法及びｐｖｄ法に用いる成膜用ターゲット |
-
1991
- 1991-06-28 JP JP3158566A patent/JP3006632B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0510337A (ja) | 1993-01-19 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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