JP3823197B2 - 摺動部品およびその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、たとえばねじ込み式管継手用のナットおよびねじのような互いにねじ合わせられるねじ部品や、すべり軸受およびこれに支持される軸や、互いに摺動する2つの板状体等として用いられる摺動部品に関する。
【0002】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
たとえば半導体製造設備用配管や、原子力プラント用配管や、化学プラント用配管等に使用されるねじ込み式管継手用のナットおよびねじは、それぞれステンレス鋼で形成されている。ねじ込み式管継手用のナットおよびねじをねじ合わせるさいには両者のねじ部に大きな荷重がかかるが、潤滑油を用いることはできないために、両者のねじ部間で焼き付きが発生するという問題があった。
【0003】
そこで、このような焼き付きを防止するために、従来は、ナットのねじ部の表面にAgめっき層が形成されていた。AgはFeと合金をつくらないので、ナットとねじをねじ合わせたさいにも焼き付きが発生することはなく、しかも摩擦抵抗の低下により締め付けトルクが低く、安定しているという効果を奏する。
【0004】
しかしながら、Agはかじりの発生し易い金属であり、ねじ込み式管継手のナットとねじとのねじ合わせのさいのねじ部どうしの摺動により摩耗し、多量のパーティクルが発生する。そして、管継手を取り外して管どうしの接続を一旦切り離し、再度管継手により管を接続するときに、発生したパーティクルが管内に侵入することがある。侵入したパーティクルの粒径が50μm以上であれば、配管の途中に設けられている弁のシート部に付着した場合、シール性が比較的優れている樹脂製シートであっても閉弁時にリークを起こすことがあり、またメタルシートではパーティクルの粒径が10μm程度であっても閉弁時にリークを起こすことがある。さらに、特に半導体製造設備の配管の場合には、配管内に侵入したパーティクルの粒径が0.1μm程度であっても、ウェハに付着して短絡や特性変化を起こすという問題がある。
【0005】
この発明の目的は、上記問題を解決し、摺動時にパーティクルが発生することのない摺動部品を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
この発明による摺動部品は、ステンレス鋼製摺動部品本体における他のステンレス鋼製部品と摺動する面に、In25〜35重量%を含み残部Agおよび不可避不純物からなるAg−In合金膜が形成され、Ag−In合金が、その結晶構造が最密六方晶であるζ相となっているものである。
【0007】
この発明の摺動部品によれば、結晶構造が最密六方晶であるζ相となっているAg−In合金からなる膜が摺動面に形成されているので、他のステンレス鋼製部品との摺動時には、Ag−In合金の結晶にすべりが発生し、その自己潤滑作用により摩耗が起こることを防止できる。また、ねじ込み式管継手のナットやねじに適用した場合、ねじ部表面にAgめっき層を形成した従来のものに比べて締め付けトルクを低減することができるとともに、従来のAgめっき層のように酸化による変色が起こらないので、外観的にも優れたものとなる。
【0008】
この発明による第1の摺動部品の製造方法は、ステンレス鋼製摺動部品本体における他のステンレス鋼製部品と摺動する面に、In25〜35重量%を含み残部Agおよび不可避不純物からなるAg−In合金膜を形成し、ついでこれを300〜600℃に0.5〜5時間保持した後急冷することにより、Ag−In合金を、その結晶構造が最密六方晶であるζ相とするものである。
【0009】
この発明の第1の摺動部品の製造方法によれば、上述したような特徴を有する摺動部品を製造することができる。
【0010】
上記第1の製造方法において、急冷前の加熱温度の上限は550℃以下であることが望ましい。550℃を越える温度に加熱した場合、摺動部品本体を形成するステンレス鋼の鋭敏化温度域に近くなり、粒界腐食を起こすおそれがあるからである。
【0011】
この発明による第2の摺動部品の製造方法は、ステンレス鋼製摺動部品本体における他のステンレス鋼製部品と摺動する面に、Ag膜とIn膜とを交互に形成し、ついで140〜250℃に1〜24時間保持することにより、AgとInとを相互拡散させ、これによってIn25〜35重量%を含み残部Agおよび不可避不純物からなるAg−In合金膜を形成し、ついでこれを300〜600℃に0.5〜5時間保持した後急冷することにより、Ag−In合金を、その結晶構造が最密六方晶であるζ相とするものである。
【0012】
この発明の第2の摺動部品の製造方法によれば、上述したような特徴を有する摺動部品を製造することができる。また、Ag膜とIn膜との膜厚の比で相互拡散により形成されるAg−In合金膜の成分比が決まるため、成分比のコントロールが容易になる。しかも、Ag膜およびIn膜をそれぞれめっきにより形成する場合、単体のめっき浴を用いることができ、浴管理が容易になってコストダウンにつながる。
【0013】
上記第2の製造方法において、Ag膜とIn膜との膜厚の比が6.5:3.5〜7.5:2.5の範囲内にあることがある。
【0014】
上記第2の製造方法においても、上記第1の製造方法の場合と同様の理由によりに、急冷前の加熱温度の上限は550℃以下であることが望ましい。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【0016】
図1において、ねじ込み式管継手用のナット(1) は、ステンレス鋼製ナット本体(2) のねじ部表面に、In25〜35重量%を含み残部Agおよび不可避不純物からなるAg−In合金膜(3) が形成されたものである。この合金膜(3) を形成するAg−In合金は、その結晶構造が最密六方晶であるζ相となっている。
【0017】
合金膜(3) を形成するAg−In合金におけるIn含有量を25〜35重量%に限定したのは、この範囲外であれば、その結晶構造が最密六方晶であるζ相とはならないからである。
【0018】
合金膜(3) の膜厚は0.4〜2.0μmの範囲内にあることが好ましい。0.4μm未満であるとナット本体(2) の素地の表面粗さ等によりステンレス鋼の素地どうしが接触し、焼き付きを起こす可能性があり、2.0μmを越えるとねじの嵌め合いがうまくいかず、ねじ加工を特別に行なわなければならなくなって非経済的となるからである。
【0019】
ナット(1) の第1の製造方法は、ナット本体(2) のねじ部表面に、In25〜35重量%を含み残部Agおよび不可避不純物からなるAg−In合金膜を形成し、ついでこれを300〜600℃、好ましくは300〜550℃に0.5〜5時間保持した後急冷することにより、Ag−In合金を、その結晶構造が最密六方晶であるζ相とするものである。
【0020】
合金膜の形成は、めっき、溶射、蒸着、イオンプレーティング等により行なわれる。
【0021】
合金膜形成後の加熱温度を300〜600℃としたのは、300℃未満であると加熱後に急冷してもAg−In合金が、その結晶構造が最密六方晶であるζ相とはならず、600℃を越えるとステンレス鋼の鋭敏化温度域に入り、粒界腐食が発生するからである。加熱温度の上限は、ステンレス鋼の鋭敏化温度域よりできるだけ低いことがよく、550℃以下であることが好ましい。合金膜形成後の加熱時間を0.5〜5時間としたのは、0.5時間未満であると加熱後に急冷してもAg−In合金が、その結晶構造が最密六方晶であるζ相とはならず、5時間を越えるとコストが高くなるからである。
【0022】
ナット(1) の第2の製造方法は、ステンレス鋼製ナット本体(2) のねじ部の表面に、Ag膜とIn膜とを交互に形成し、ついで140〜250℃に1〜24時間保持することにより、AgとInとを相互拡散させ、これによってIn25〜35重量%を含み残部Agおよび不可避不純物からなるAg−In合金膜を形成し、ついでこれを300〜600℃に0.5〜5時間保持した後急冷することにより、Ag−In合金を、その結晶構造が最密六方晶であるζ相とするものである。
【0023】
Ag膜およびIn膜の形成は、めっき、溶射、蒸着、イオンプレーティング等により行なわれる。Ag膜およびIn膜は、それぞれ1または2以上交互に重なるように形成される。この場合、Inの融点は160℃程度と低いので、Ag膜が最も外側に来るように両膜を交互に形成する。
【0024】
Ag膜とIn膜との膜厚の比は6.5:3.5〜7.5:2.5の範囲内にあることが好ましい。その理由は、上記比が6.5:3.5よりも小さい場合、あるいは7.5:2.5よりも大きい場合には、後工程において300〜600℃に0.5〜5時間保持した後急冷したとしてもζ相とならないからである。Ag膜の膜厚およびIn膜の膜厚を具体的にいえば、Ag膜は0.3〜1.5μm程度であり、In膜は0.1〜0.7μm程度である。なお、Ag膜とIn膜との膜厚の比は、両膜がそれぞれ1層ずつ形成される場合には、各膜の厚さを基準として表すが、いずれか一方の膜が複数層である場合には、その全ての膜の合計厚さを基準として表す。
【0025】
Ag膜およびIn膜形成後の加熱温度を140〜250℃としたのは、140℃未満であるとAgとInとの相互拡散が行なわれず、250℃を越えるとInの融点を越え、膜が破れて膜厚が均一にならないからである。Ag膜およびIn膜形成後の加熱時間を1〜24時間としたのは、1時間未満であるとAgとInとの相互拡散が行なわれず、24時間を越えると非経済的となるからである。
【0026】
AgとInとの相互拡散により形成されたAg−In合金膜の膜厚は0.4〜2.0μmの範囲内にあることが好ましい。その理由は、上述した第1の製造方法におけるAg−In合金膜の場合と同じである。
【0027】
Ag−In合金膜とした後の加熱温度を300〜600℃としたのは、上述した第1の製造方法の場合と同じ理由であり、加熱温度の上限も同様に550℃以下であることが好ましい。
【0028】
上記実施形態は、この発明の摺動部品をねじ込み式管継手用のナットに適用したものであるが、これに限るものではなく、ねじ込み式管継手用のねじや、その他すべり軸受およびこれに支持される軸や、互いに摺動する2つの板状体等にも適用可能である。
【0029】
【実施例】
以下、この発明の具体的実施例を比較例とともに説明する。
【0030】
実施例1
ねじ込み式管継手に用いられるステンレス鋼からなるナット本体のねじ部の表面に、In25〜35重量%を含み残部Agおよび不可避不純物からなる厚さ2μmのAg−In合金膜を形成した。ついで、これを300℃に1時間保持した後急冷することにより、Ag−In合金を、その結晶構造が最密六方晶であるζ相とした。こうして、ねじ込み式管継手用ナットを製造した。
【0031】
実施例2
ねじ込み式管継手に用いられるステンレス鋼からなるナット本体のねじ部の表面に、Ag膜とIn膜とを交互に形成した。Ag膜の膜厚は0.5μm、In膜の膜厚は0.5μmであり、Ag膜を2層、In膜を1層形成するとともにAg膜が最も外側に来るようにした。この場合、Ag膜とIn膜との膜厚の比は2:1である。ついで、150℃に4時間保持することにより、AgとInとを相互拡散させ、これによってIn25〜35重量%を含み残部Agおよび不可避不純物からなるAg−In合金膜を形成した。ついで、300℃まで徐々に昇温し、300℃に1時間保持した後急例することにより、Ag−In合金を、その結晶構造が最密六方晶であるζ相とした。こうして、ねじ込み式管継手用ナットを製造した。
【0032】
比較例
ねじ込み式管継手に用いられるステンレス鋼からなるナット本体のねじ部の表面に、膜厚2μmのAgめっき膜を形成した。こうして、ねじ込み式管継手用ナットを製造した。
【0033】
評価試験
上記実施例1〜2および比較例のナットと、このナットとねじ込み式管継手を構成するステンレス鋼製のねじを使用し、締め付けおよび戻しを1つの工程としてこの工程を10回繰返して行なった。そして、パーティクルの発生の有無を調べた。その結果、実施例1および2のナットではパーティクルは発生しなかった。これに対し、比較例のナットでは50〜100μmの大きさのパーティクルが大量に発生した。
【0034】
【発明の効果】
この発明の摺動部品およびこの発明の方法で製造された摺動部品によれば、上述のように、摺動時には、Ag−In合金の結晶にすべりが発生し、その自己潤滑作用により摩耗が起こることを防止できるので、パーティクルの発生を防止できる。さらに、ねじ込み式管継手のナットやねじに適用した場合、ねじ部表面にAgめっき層を形成した従来のものに比べて締め付けトルクを低減することができるとともに、従来のAgめっき層のように酸化による変色が起こらないので、外観的にも優れたものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明をねじ込み式管継手のナットに適用した実施形態を示す部分拡大縦断面図である。
【符号の説明】
(1) ナット
(2) ナット本体
(3) Ag−In合金膜
Claims (4)
- ステンレス鋼製摺動部品本体における他のステンレス鋼製部品と摺動する面に、In25〜35重量%を含み残部Agおよび不可避不純物からなるAg−In合金膜が形成され、Ag−In合金が、その結晶構造が最密六方晶であるζ相となっている摺動部品。
- ステンレス鋼製摺動部品本体における他のステンレス鋼製部品と摺動する面に、In25〜35重量%を含み残部Agおよび不可避不純物からなるAg−In合金膜を形成し、ついでこれを300〜600℃に0.5〜5時間保持した後急冷することにより、Ag−In合金を、その結晶構造が最密六方晶であるζ相とする摺動部品の製造方法。
- ステンレス鋼製摺動部品本体における他のステンレス鋼製部品と摺動する面に、Ag膜とIn膜とを交互に形成し、ついで140〜250℃に1〜24時間保持することにより、AgとInとを相互拡散させ、これによってIn25〜35重量%を含み残部Agおよび不可避不純物からなるAg−In合金膜を形成し、ついでこれを300〜600℃に0.5〜5時間保持した後急冷することにより、Ag−In合金を、その結晶構造が最密六方晶であるζ相とする摺動部品の製造方法。
- Ag膜とIn膜との膜厚の比が、6.5:3.5〜7.5:2.5の範囲内にある請求項3記載の摺動部品の製造方法。
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