JP4257062B2 - 滑り軸受け装置及び滑り軸受け装置を用いた小型機器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸とこの軸を支持する軸受け部からなる滑り軸受け装置及びこの軸受け装置を使用した小型機器に関する。
【０００２】
【背景技術】
従来から、軸と軸受け部との摩擦を減らすために様々な工夫がされている。
例えば、特開２００１−１６５１６７号公報に記載されるような、ライニング材の表面に円周方向に沿った複数の溝を形成し、隣り合う溝の間に環状突起を形成した滑り軸受けがある（従来例１）。この軸受けのライニング材の表面には硬質皮膜が形成されている。
【０００３】
さらに、特開２００１−１２４０８１号公報や特開２００１−１２４０８３号公報に記載されるような滑り面（軸受け面）にフッ素樹脂を用いた共析メッキを施し、その後、フッ素樹脂の融点以上の加熱焼成するもの（従来例２）、メッキ金属の表面に極圧剤を作用させたもの（従来例３）がある。
また、特開２００１−２８１３５８号公報に記載されているように、滑り面に固体潤滑性粒子とバインダーからなり、鉛筆硬度がＦから５Ｈである塗膜を設ける軸受け（従来例４）がある。
さらに、特開平５−２９６２４８号公報に記載されているように、ステータとロータからなる複合軸受け体のステータのセラミック基材上に非晶質炭素膜を形成するものがある（従来例５）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような軸受けでは、以下のような問題がある。
ライニング材の表面に円周方向に沿った複数の溝を形成する軸受け（従来例１）では、溝を形成しなければならないため、小型化が困難であり、小型機器（精密機器）に使用することができない。
【０００５】
フッ素樹脂を用いた共析メッキを施すもの（従来例２、３）では、フッ素樹脂は高負荷での摺動という条件下においても耐えうるほどの耐摩耗性を有していないため、この条件下で使用した場合にはフッ素樹脂が摩耗し、脱落してしまうという問題がある。
また、共析メッキのフッ素樹脂は金属マトリックス中に取り込まれた状態となるが、膜厚を薄くした場合には、フッ素樹脂を金属マトリックス中に取り込むことが困難となるため、所定以上の膜厚、例えば１０μｍから２０μｍ程度が必要となる。精密機器の軸受け面にメッキを行う場合、その膜厚は２μｍから５μｍ程度が限界であるため、共析メッキを精密機器に適用することは困難である。さらに、加熱焼成を行う場合には、共析メッキ層はフッ素樹脂の溶解により、表面がポーラス状となり、メッキの剥離や摩耗を促進してしまうという問題もある。
【０００６】
鉛筆硬度がＦから５Ｈである塗膜を設ける軸受け（従来例４）では、塗膜の鉛筆硬度がＦから５Ｈと、比較的柔らかく、高負荷がかかった場合、塗膜が変形し、母材同士の接触が起こるため、母材が摩耗してしまうという問題がある。
また、ステータのセラミック基材上に非晶質炭素膜を形成する複合軸受け体（従来例５）は、２００００ｒｐｍ程度の高速摺動で使用されることを想定したものであり、低速摺動での使用は想定されていない。従って、このような複合軸受け体を低速摺動で使用した場合には、ステータまたはロータに高い負荷がかかり、摩耗してしまうという問題がある。
【０００７】
本発明の目的は、小型化を図ることができ、低速、高負荷の条件、すなわち、境界潤滑状態で使用しても、優れた耐久性を有する滑り軸受け装置及びこの滑り軸受け装置を使用した小型機器を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
具体的には、本発明の滑り軸受け装置は、軸とこの軸を支持する軸受け部とを有し、これらが相対的に摺動する時計用の滑り軸受け装置であって、前記軸および軸受け部間には潤滑油が注入されており、前記軸受け部の軸受け特性を示すゾンマーフェルト値Ｓが２．０２×１０ −８ 以下であり、前記軸受け部の軸受け面または前記軸の表面の一方に非晶質炭素膜が形成されており、この非晶質炭素膜上または、非晶質炭素膜が形成されていない他方の少なくとも何れか一方に固体潤滑被膜が形成されることを特徴とする。
【０００９】
一般に、軸受け部の軸受け特性を示すゾンマーフェルト値Ｓは、潤滑油の粘性係数をμ、軸の回転数をＮ、軸径をＤ、軸受け幅をＬ、軸受け部に作用する荷重をＷ、軸受け隙間と軸径Ｄとの比をΨとすると、次の式で表される。
【００１０】
【数１】
Ｓ＝μ・Ｎ・Ｄ・Ｌ／（Ｗ・Ψ2）
【００１１】
この構成の本発明では、軸の表面または軸受け部の軸受け面の何れか一方に非晶質炭素膜（以下ＤＬＣ膜とする）を形成しており、このＤＬＣ膜は高い耐摩耗性を有するので、ＤＬＣ膜が形成された軸受け部の軸受け面や軸の表面が保護され、摩擦により傷ついてしまうことがない。さらにＤＬＣ膜は耐凝着性も優れているため、軸受け部または軸の一方のみにＤＬＣ膜を形成しても、ＤＬＣ膜が設けられていない他方が摩耗してしまうことを防止することができる。また、ＤＬＣ膜の摩擦係数は乾燥摩擦状態であっても０．１程度と低いために、摩擦損失を低減することができる。さらに、ゾンマーフェルト値Ｓが２．０２×１０ −８ 以下すなわち、境界潤滑状態であるため、軸と軸受け部との間で局部的に固体接触が生じているが、軸と軸受け部との間に潤滑油が注入されていない場合に比べ、潤滑油の油圧により、接触による応力を緩和でき、摩擦の発生を低減することができる。このように、低速、高負荷の条件においても摩擦の発生を低減することができるので、耐久性の高い滑り軸受け装置を提供することができる。また、この滑り軸受け装置は、従来のように、ライニング材の表面に円周方向に沿った複数の溝を形成する必要がないため、小型化が容易であり、小型機器に使用することができる。
ここで、固体潤滑被膜としては、ポリ四フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）や二硫化モリブデン等があげられる。固体潤滑被膜を形成することで、滑りが良好となり、軸受け面または前記軸の表面の一方に形成されたＤＬＣ膜または他方の摩擦損失を低減することができる。
また、ＤＬＣ膜の上に固体潤滑被膜を形成すれば、例え、摩擦により、固体潤滑被膜がはがれても、軸受け部や軸の母材ではなくＤＬＣ膜が露出することとなるので軸受け面または軸の摩擦損失を防ぐことができ、耐久性をより高くすることができる。
【００１２】
この際、前記軸受け部または前記軸のうち前記非晶質炭素膜が形成された母材のビッカース硬さは前記非晶質炭素膜のビッカース硬さよりも低いことが好ましい。
軸受け部または軸の母材の硬度がＤＬＣ膜の硬度よりも低ければ、軸受け部や軸に高負荷がかかった場合に、ＤＬＣ膜が形成された軸受け部や軸が弾性変形するため、応力を緩和することができる。
【００１３】
また、前記軸受け部の軸受け面の凹凸の最大高低差Ｒmaxが０．１μｍ以下であることが好ましい。
軸受け面の凹凸の最大高低差Ｒmax（表面粗さ）が、０．１μｍよりも大きいと、表面の凹凸により油膜がせん断されやすくなり、凸部を油膜で覆うことが困難となる。さらに、凸部では応力が集中するため、軸受け面にＤＬＣ膜が形成されていない場合、油膜で覆われていない凸部は、軸受け装置の長期間の使用に伴って摩擦により徐々に摩耗してしまう。また、軸受け面にＤＬＣ膜を形成する場合には、凸部のＤＬＣ膜がはがれやすくなってしまう。
これに対し、軸受け面の凹凸の最大高低差Ｒmaxを０．１μｍ以下とし、平滑化を図ることで、油膜の切れやＤＬＣ膜の剥離が防止され、滑り軸受け装置を耐久性の高いものとすることができる。
【００１４】
さらに、前記非晶質炭素膜の厚さが０．５μｍ以上、２μｍ以下であることが好ましい。
ＤＬＣ膜の厚さを２μｍよりも大きいものとすると、ＤＬＣ膜の硬度が、ＤＬＣ膜が形成されている軸や軸受け部の硬度よりも非常に高いため、この軸や軸受け部に高い負荷がかかった場合、軸や軸受け部の変形を妨げることとなり、ＤＬＣ膜に亀裂が生じたり、ＤＬＣ膜が剥離したりしてしまう。一方、ＤＬＣ膜を０．５μｍよりも薄いものとすると、軸や軸受け部の表面粗さをカバーできなくなってしまう。
これに対し、本願発明では、ＤＬＣ膜の厚さを０．５μｍ以上、２μｍ以下としたため、上述した問題が発生することが無く、滑り軸受け装置の耐久性を向上させることができる。具体的には、ＤＬＣ膜の膜厚は、ＤＬＣ膜を形成する表面の表面粗さとの関係により決めればよい。
【００１５】
前記軸受け部の軸受け面の断面形状は前記軸側に突出した円弧形状であることが好ましい。
軸受け面の形状を断面円弧形状とすることで、製造誤差等により、軸に傾きが生じた場合でも、軸受け部の角で接触することが無く、接触面積が確保され、軸にかかる力が分散されるので、軸が傷つくことがない。
また、一般にＤＬＣ膜はイオン化蒸着法により形成されることが多いが、軸受け面の形状が軸側に突出した形状となっているので、軸受け面にＤＬＣ膜を形成しやすくなる。
【００１７】
本発明の機器は、以上のような滑り軸受け装置を用いたことを特徴とするものである。
滑り軸受け装置は耐摩耗性に優れているため、機器の耐久性も向上させることができ、長期間メンテナンスフリーとすることができる。
【００１８】
この際、機器は、機械的エネルギ源と、この機械的エネルギ源に連結された輪列により駆動されるとともに誘起電力を発生して電気的エネルギを出力する発電機と、前記輪列に結合された指針と、発電機から出力された電気的エネルギにより駆動されて前記発電機の回転周期を制御する回転制御装置とを備える電子制御式機械時計であり、前記輪列の歯車は前記滑り軸受け装置により支持されているものが好ましい。時計の輪列のなかには、その回転数が低いため、境界潤滑状態となるものがあり、このようなものに、上述した滑り軸受け装置を採用することで、時計の耐久性を向上させることができる。また、上述した滑り軸受け装置はＤＬＣ膜により低摩擦係数であるため、機械的エネルギ源から伝達されるエネルギのロスを削減でき、電子時計の持続時間の低下を防止することもできる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る滑り軸受け装置１０を適用した電子制御式機械時計の要部を示す平面図であり、図２及び図３はその断面図である。
【００２０】
電子制御式機械時計は、ゼンマイ１ａ、香箱歯車１ｂ、香箱真１ｃ及び香箱蓋１ｄからなる香箱車１を備えている。ゼンマイ１ａは、外端が香箱歯車１ｂ、内端が香箱真１ｃに固定されている。香箱真１ｃは、地板２と輪列受３に支持され、角穴車４と一体で回転するように角穴ネジ５により固定されている。
角穴車４は、時計方向には回転するが反時計方向には回転しないように、こはぜ６と噛み合っている。なお、角穴車４を時計方向に回転しゼンマイを巻く方法は、機械時計の自動巻または手巻機構と同様であるため、説明を省略する。
【００２１】
香箱歯車１ｂの回転は、二番車１０７、三番車１０８、四番車１０９、五番車１１０および六番車１１１からなる増速輪列１１７を介して増速されて調速機１２０に伝達される。なお、香箱歯車１ｂの回転は７倍に増速され二番車１０７に伝達され、二番車１０７から三番車１０８へは８．０倍増速され、三番車１０８から四番車１０９へは７．５倍増速され、四番車１０９から五番車１１０へは６倍増速され、五番車１１０から六番車１１１へは１０倍増速され、六番車１１１からロータ１１２へは８倍増速されている。
【００２２】
増速輪列１１７の二番車１０７には筒かなが、筒かなには分針８が、四番車１０９には秒針９がそれぞれ固定されている。つまり、分針８、秒針９等の指針は、増速輪列１１７に結合されて輪列１１７の回転に伴い駆動される。
【００２３】
電子制御式機械時計の調速機１２０は、磁石およびコイルからなる電磁ブレーキ式の調速機であり、具体的にはロータ１１２、ステータ１１５、コイルブロック１１６を備えて構成されている。
【００２４】
ロータ１１２は、ロータ磁石１１２ａ、ロータかな１１２ｂ、ロータ慣性円板１１２ｃから構成される。ロータ慣性円板１１２ｃは、香箱車１からの駆動トルク変動に対しロータ１１２の回転速度変動を少なくするためのものである。
【００２５】
コイルブロック１１６は、ステータの一部１１６ｃが一体とされた磁心１１６ａにコイル１１６ｂを巻線したものである。ステータ１１５は、ステータ体１１５ａにステータコイル１１５ｂを巻線したものであり、磁心１１６ａの一部で構成されるステータ１１６ｃにロータ１１２を挟んで対向する側に配置され、ネジ１２１でコイルブロック１１６の他端および地板に固定されている。ここで、ステータ１１５と磁心１１６ａ、磁心１１６ａに一体のステータ１１６ｃはＰＣパーマロイ等で構成されている。また、コイル１１６ｂは、出力電圧の変動を検出することでロータ１１２の回転を検出するように構成されている。
【００２６】
図４には、本実施形態の電子制御式機械時計の構成を示すブロック図が示されている。
電子制御式機械時計は、機械的エネルギ源としてのゼンマイ１ａと、ゼンマイ１ａのトルクを発電機１２０に伝達する増速輪列１１７と、増速輪列１１７に連結されて時刻表示を行う時刻表示装置である指針１１８とを備えている。
【００２７】
発電機１２０は、増速輪列１１７を介してゼンマイ１ａによって駆動され、誘起電力を発生して電気的エネルギを供給する。この発電機１２０からの交流出力は、整流回路１２５を通して昇圧、整流され、コンデンサ（蓄電装置）１２６に充電供給される。
【００２８】
このコンデンサ１２６から供給される電力によってワンチップＩＣで構成された回転制御装置１５０が駆動される。この回転制御装置１５０は、図４に示すように、発振回路１５１、ロータの回転検出回路１５２およびブレーキの制御回路１５３を備えて構成されている。
【００２９】
発振回路１５１は、時間標準源である水晶振動子１５１Ａを用いて発振信号（３２７６８Ｈｚ）を出力し、この発振信号を所定の分周回路で分周し、基準信号ｆｓとして制御回路１５３に出力している。
【００３０】
回転検出回路１５２は、発電機１２０から出力される発電波形からロータの回転速度を検出し、その回転検出信号ＦＧ１を制御回路１５３へ出力する。
制御回路１５３は、基準信号ｆｓに対する回転検出信号ＦＧ１の位相差等に基づいて発電機（調速機）１２０にブレーキ信号を入力し、調速している。
【００３１】
本実施形態では、このような電子制御式機械時計において、各番車１０７から１１１及びロータ１１２に本発明に係る滑り軸受け装置１０を適用している。地板２、輪列受３および二番受７には、軸受け部１１が圧入されており、この軸受け部１１は各番車１０７から１１１及びロータ１１２の軸１２（回転軸）を支持している（図３参照）。すなわち、各番車１０７から１１１及びロータ１１２の歯車（かな）は軸１２と軸受け部１１とから構成される滑り軸受け装置１０により支持されていることとなる。
なお、五番車１１０、六番車１１１、ロータ１１２の滑り軸受け装置１０には耐震構造が適用されているが、その構成は、三番車１０８、四番車１０９に使用されている滑り軸受け装置１０と略同様であるので、二番車１０７、三番車１０８、四番車１０９に使用されている滑り軸受け装置１０を例に挙げて、その構成について説明する。
【００３２】
図５に滑り軸受け装置１０の要部の拡大図を示す。この滑り軸受け装置１０の軸１２は、例えば、高炭素鋼（ＳＫ４の焼き入れ品等）の母材を加工したものであり、ビッカース硬度がＨｖ７００程度となっている。
軸受け部１１は、黄銅、青銅、ステンレス鋼、炭素鋼等の母材を加工したものであり、Ｈｖ１００から５００程度となっている。この軸受け部１１は最大高低差Ｒmaxが０．１μｍ以下であり、軸受け部１１の軸受け面１３の断面形状は軸１２側に突出した円弧形状である。軸受け部１１の表面を最大高低差Ｒmax０．１μｍとする方法としては、テーパワイヤと研磨材（ダイアモンドスラリー）を用いて研磨する方法（実開平６−６１４４１号公報参照）があり、この際、軸受け部１１を角度を付けて研磨することで軸受け面１３の断面形状を円弧形状とすることができる。また、この方法に限らず、特開平２−３１１２５５号公報に記載されているような小径管の内面研磨装置と研磨治具を用いて研磨してもよく、電解研磨法や化学研磨法を用いて研磨してもよい。
【００３３】
軸受け部１１の表面には非晶質炭素膜（ＤＬＣ膜１４）が形成され、さらに、このＤＬＣ膜１４上には固体潤滑皮膜１５が形成されている。
ＤＬＣ膜１４の膜厚は、０．５μｍ以上、２μｍ以下が好ましく、より好ましくは１μｍ程度である。ＤＬＣ膜１４は、例えば、メタンを原料としたプラズマＣＶＤ法、ベンゼンを原料としたイオン化蒸着法、グラファイトを原料としたアークプラズマ法等により形成されるが、形成されたＤＬＣ膜の表面の平滑性を考慮するとプラズマＣＶＤ法またはイオン化蒸着法により形成することが好ましい。このような方法で形成されたＤＬＣ膜の硬度はＨｖ１０００から５０００程度となる。
【００３４】
固体潤滑皮膜１５としては、例えば、ＰＴＦＥ、二硫化モリブデン等を使用することが考えられるがＰＴＦＥを使用する場合には、浸積処理により形成する方法が最も簡便で適している。この際、ＰＴＦＥはデュポン社製の商品名バイダックスＡＲ、バイダックス１０００、ダイキン工業社製の商品名ルブロンＬＤ−１、三井フロロケミカル社製の商品名ＭＰ１２００、ＭＰ１３００等を使用することができる。また、ＰＴＦＥを分散させる有機溶媒としてはトルエン、ベンゼン、パーフロロカーボン、ＨＦＥ等を使用することができる。この浸積処理により、ＰＴＦＥの固体潤滑皮膜を形成した後、４００℃程度の加熱焼成を行うと、ＰＴＦＥの脱落を確実に防止することができるようになるうえ、軸受け部１１の母材として炭素含有量が１％程度の炭素鋼を使用した場合には、焼き戻され、その硬度がＨｖ５００程度となる。
【００３５】
このような滑り軸受け装置１０の軸１２と軸受け部１１との間には、潤滑油が注入されおり（図示略）、潤滑油としては、例えば、ＭＯＥＢＩＵＳ社製の商品名ＳＹＮＴ−Ａ−ＬＵＢＥ油、ＳＹＮＴＡ−ＶＩＳＣＯ−ＬＵＢＥ油、ＳＹＮＴＡ−ＦＲＩＧＯ−ＬＵＢＥ油等を使用することができる。これらは軸受け部１１の側圧や、各潤滑油の粘度等を考慮して適宜使い分ければよい。
【００３６】
従って、本実施の形態によれば、以下のような効果を奏することができる。
軸受け部１１の表面にＤＬＣ膜１４が形成されており、このＤＬＣ膜１４は高い耐摩耗性を有するため、軸受け部１１の表面、特に、軸１２と接触しやすい軸受け面１３が摩擦等により傷ついてしまうことがない。
また、ＤＬＣ膜１４の摩擦係数は低いので、ＤＬＣ膜１４が設けられていない軸１２の表面がＤＬＣ膜１４との摩擦により摩耗してしまうことを防止することができる。
【００３７】
さらに、軸１２と軸受け部１１との間には潤滑油が注入されており、潤滑油が注入されていない場合に比べ、接触による応力を緩和でき、摩擦の発生を低減することができる。
このように、摩擦の発生を防止することができるので、耐久性の高い滑り軸受け装置１０とすることができる。
また、滑り軸受け装置１０は、従来のように、ライニング材の表面に円周方向に沿った複数の溝を形成する必要がないため、容易に小型化を図ることができる。
【００３８】
軸受け部１１の硬度はＤＬＣ膜１４の硬度よりも低く、軸受け部１１に高負荷がかかった場合に、軸受け部１１が弾性変形するため、応力を緩和することができる。
さらに、軸受け面１３の凹凸の最大高低差Ｒmaxが、０．１μｍよりも大きい場合には、表面の凹凸により油膜がせん断されやすくなり、凸部を油膜で覆うことが困難となる。また、軸受け面１３の凸部のＤＬＣ膜がはがれやすくなってしまうという問題がある。
これに対し、本実施形態では、軸受け面１３の凹凸の最大高低差Ｒmaxを０．１μｍ以下とし、平滑化を図ることで、油膜の切れやＤＬＣ膜１４の剥離が防止され、滑り軸受け装置１０の耐久性をより向上させることができる。
【００３９】
また、ＤＬＣ膜１４の厚さを２μｍ以下としたため、軸受け部１１に高い負荷がかかっても、軸受け部１１の変形を妨げることが無く、ＤＬＣ膜１４に亀裂が生じたり、ＤＬＣ膜１４が剥離したりしてしまうことがない。また、ＤＬＣ膜は０．５μｍよりも厚いものであるため、軸受け部１１の軸受け面１３の表面粗さをカバーできなくなってしまうことがない。
【００４０】
軸受け面１３の形状を断面円弧形状としたため、製造誤差等により、軸１２に傾きが生じた場合でも、軸１２が軸受け部１３の角で接触することが無く、接触面積が確保され、軸１２にかかる力が分散されるので、軸１２が傷つくことがない。
また、軸受け面１３の形状が軸１２側に突出した形状となっているので、軸受け面１３にＤＬＣ膜１４を形成しやすくなる。
【００４１】
ＤＬＣ膜１４上に固体潤滑被膜１５を形成したため、滑りがより良好となり、軸受け１１と軸１２との間の摩擦の発生を防止することができ、軸１２の摩擦損失を低減することができる。
また、ＤＬＣ膜１４の上に固体潤滑被膜１５を形成したため、例え、摩擦により、固体潤滑被膜１５がはがれても、軸受け部１１の母材ではなくＤＬＣ膜１４が露出することとなるので軸受け部１１の母材の摩擦損失を防ぐことができ、耐久性をより高くすることができる。
【００４２】
電子時計の番車１０７から１１１及びロータ１１２の軸受け部１１１は、その回転数や荷重等との関係から、境界潤滑状態となる。具体的にゾンマーフェルト値Ｓを計算すると、二番車１０７のゾンマーフェルト値Ｓは２．０２×１０-8（Ｄ＝２．４×１０-3[ｍ]、Ｗ＝０．９８[Ｎ]（０．１[ｋｇｆ]）、Ｎ＝２．８×１０-4[１／ｓｅｃ]）、三番車１０８は４．８×１０-9（Ｄ＝１．６×１０-4[ｍ]、Ｗ＝３．８×１０-1[Ｎ]（３．９×１０-2[ｋｇｆ]）、Ｎ＝２．１×１０-3[１／ｓｅｃ]）、六番車１１１は３．６×１０-4（Ｄ＝１．０×１０-4[ｍ]、Ｗ＝２．５×１０-4[Ｎ](２．５×１０-5[ｋｇｆ])、Ｎ＝１[１／ｓｅｃ]）、ロータ１１２の上側の軸受け部１１は１．６×１０-2（Ｄ＝１．０×１０-4[ｍ]、Ｗ＝４．８×１０-5[Ｎ]（４．９×１０-6[ｋｇｆ]）、Ｎ＝８[１／ｓｅｃ]）、下側の軸受け部１１は０．１２（Ｄ＝１．０×１０-4[ｍ]、Ｗ＝６．８×１０-6[Ｎ]（６．９×１０-7[ｋｇｆ]）、Ｎ＝８[１／ｓｅｃ]）となる。
【００４３】
電子時計の輪列１１７は増速輪列であるため、二番車１０７からロータ１１２に向かって順にゾンマーフェルト値Ｓの値が大きくなる傾向にある。
そして、電子時計では、少なくとも二番車１０７、三番車１０８の軸受け部１１はゾンマーフェルト値Ｓが２．０２×１０ −８ 以下、すなわち境界潤滑状態となっているため、摩耗の発生を低減することが可能な滑り軸受け装置１０を採用することにより、耐久性を向上させ、メンテナンスフリーとすることができる。
また、滑り軸受け装置１０は低摩擦係数であるため、摩擦で消費されるエネルギを低減することが可能となり、長時間作動可能な電子時計とすることができる。
【００４４】
なお、本発明は前述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記実施形態では、軸受け部１１に形成されたＤＬＣ膜１４上のみに固体潤滑皮膜１５を形成していたが、軸１２の表面上のみに形成してもよく、双方に形成してもよい。軸１２の表面上のみに形成した場合には、軸受け部１１と軸１２との間で生じる摩擦により、軸受け部１１に形成されたＤＬＣ膜１４が摩耗してしまうことを防止することができる。また、双方に形成すれば、摩擦の発生をより低減することができる。
【００４５】
さらに、前記実施形態ではＤＬＣ膜１４を軸受け部１１の表面全体に形成したが、ＤＬＣ膜は少なくとも軸受け部１１の軸受け面１３に形成されていればよい。軸受け面１３は、軸１２が接触する部分であり、この部分にＤＬＣ膜を形成しておけば、摩擦による損傷を防止することができるからである。
ＤＬＣ膜は軸受け部１１に限らず、軸１２の表面のみに形成してもよく、また、双方に形成してもよい。軸１２の表面のみに形成した場合にも、摩擦の発生を防止することが可能であり、双方に形成すればより確実に摩擦の発生を防止することができるようになる。ただし、軸１２には歯車等が取り付けられているため、軸１２にＤＬＣ膜を形成する場合に比べ、軸受け部１１にＤＬＣ膜を形成する方が容易である。
【００４６】
軸受け部１１の軸受け面１３の断面形状を円弧形状としたが、特別な加工を施さず、平面形状としてもよい。このようにすれば、軸受け部１１の形成に手間を要しない。
さらに、ＤＬＣ膜の厚さを０．５μｍ以上、２μｍ以下としたが、ＤＬＣ膜の膜厚はこの範囲に限られない。例えば、ＤＬＣ膜を形成する表面が平滑である場合には、０．５μｍよりも小さくてもよく、ＤＬＣ膜を形成する表面の表面粗さとの関係により適当な膜厚を選択すればよい。また、ＤＬＣ膜を形成する部分に高い負荷がかからないようであれば、ＤＬＣ膜を２μｍ以上としてもよい。
また、軸受け部１１の軸受け面１３の凹凸の最大高低差Ｒmaxは０．１μｍ以下としたが、これ以上であってもよく、この表面に形成されるＤＬＣ膜の膜厚との関係により適宜選択すればよい。
【００４７】
【発明の効果】
このような本発明によれば、小型化を図ることができ、低速、高負荷の条件、すなわち、境界潤滑状態で使用しても、優れた耐摩耗性を有する滑り軸受け装置を提供することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態に係る歯車装置を適用した電子制御式機械時計の要部を示す平面図である。
【図２】 前記実施形態の電子制御式機械時計の要部を示す断面図である。
【図３】 前記実施形態の電子制御式機械時計の要部を示す断面図である。
【図４】 前記実施形態の電子制御式機械時計の構成を示すブロック図である。
【図５】 前記実施形態の滑り軸受け装置の要部を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
１ａ・・・ゼンマイ、 ８・・・分針、 ９・・・秒針、 １０・・・滑り軸受け装置、 １１・・・軸受け部、 １２・・・軸、 １３・・・軸受け面、 １４・・・非晶質炭素膜、 １５・・・固体潤滑皮膜、 １１７・・・輪列、 １２０・・・発電機、 １５０・・・回転制御装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸とこの軸を支持する軸受け部からなる滑り軸受け装置及びこの軸受け装置を使用した小型機器に関する。
【０００２】
【背景技術】
従来から、軸と軸受け部との摩擦を減らすために様々な工夫がされている。
例えば、特開２００１−１６５１６７号公報に記載されるような、ライニング材の表面に円周方向に沿った複数の溝を形成し、隣り合う溝の間に環状突起を形成した滑り軸受けがある（従来例１）。この軸受けのライニング材の表面には硬質皮膜が形成されている。
【０００３】
さらに、特開２００１−１２４０８１号公報や特開２００１−１２４０８３号公報に記載されるような滑り面（軸受け面）にフッ素樹脂を用いた共析メッキを施し、その後、フッ素樹脂の融点以上の加熱焼成するもの（従来例２）、メッキ金属の表面に極圧剤を作用させたもの（従来例３）がある。
また、特開２００１−２８１３５８号公報に記載されているように、滑り面に固体潤滑性粒子とバインダーからなり、鉛筆硬度がＦから５Ｈである塗膜を設ける軸受け（従来例４）がある。
さらに、特開平５−２９６２４８号公報に記載されているように、ステータとロータからなる複合軸受け体のステータのセラミック基材上に非晶質炭素膜を形成するものがある（従来例５）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような軸受けでは、以下のような問題がある。
ライニング材の表面に円周方向に沿った複数の溝を形成する軸受け（従来例１）では、溝を形成しなければならないため、小型化が困難であり、小型機器（精密機器）に使用することができない。
【０００５】
フッ素樹脂を用いた共析メッキを施すもの（従来例２、３）では、フッ素樹脂は高負荷での摺動という条件下においても耐えうるほどの耐摩耗性を有していないため、この条件下で使用した場合にはフッ素樹脂が摩耗し、脱落してしまうという問題がある。
また、共析メッキのフッ素樹脂は金属マトリックス中に取り込まれた状態となるが、膜厚を薄くした場合には、フッ素樹脂を金属マトリックス中に取り込むことが困難となるため、所定以上の膜厚、例えば１０μｍから２０μｍ程度が必要となる。精密機器の軸受け面にメッキを行う場合、その膜厚は２μｍから５μｍ程度が限界であるため、共析メッキを精密機器に適用することは困難である。さらに、加熱焼成を行う場合には、共析メッキ層はフッ素樹脂の溶解により、表面がポーラス状となり、メッキの剥離や摩耗を促進してしまうという問題もある。
【０００６】
鉛筆硬度がＦから５Ｈである塗膜を設ける軸受け（従来例４）では、塗膜の鉛筆硬度がＦから５Ｈと、比較的柔らかく、高負荷がかかった場合、塗膜が変形し、母材同士の接触が起こるため、母材が摩耗してしまうという問題がある。
また、ステータのセラミック基材上に非晶質炭素膜を形成する複合軸受け体（従来例５）は、２００００ｒｐｍ程度の高速摺動で使用されることを想定したものであり、低速摺動での使用は想定されていない。従って、このような複合軸受け体を低速摺動で使用した場合には、ステータまたはロータに高い負荷がかかり、摩耗してしまうという問題がある。
【０００７】
本発明の目的は、小型化を図ることができ、低速、高負荷の条件、すなわち、境界潤滑状態で使用しても、優れた耐久性を有する滑り軸受け装置及びこの滑り軸受け装置を使用した小型機器を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
具体的には、本発明の滑り軸受け装置は、軸とこの軸を支持する軸受け部とを有し、これらが相対的に摺動する時計用の滑り軸受け装置であって、前記軸および軸受け部間には潤滑油が注入されており、前記軸受け部の軸受け特性を示すゾンマーフェルト値Ｓが２．０２×１０ −８ 以下であり、前記軸受け部の軸受け面または前記軸の表面の一方に非晶質炭素膜が形成されており、この非晶質炭素膜上または、非晶質炭素膜が形成されていない他方の少なくとも何れか一方に固体潤滑被膜が形成されることを特徴とする。
【０００９】
一般に、軸受け部の軸受け特性を示すゾンマーフェルト値Ｓは、潤滑油の粘性係数をμ、軸の回転数をＮ、軸径をＤ、軸受け幅をＬ、軸受け部に作用する荷重をＷ、軸受け隙間と軸径Ｄとの比をΨとすると、次の式で表される。
【００１０】
【数１】
Ｓ＝μ・Ｎ・Ｄ・Ｌ／（Ｗ・Ψ2）
【００１１】
この構成の本発明では、軸の表面または軸受け部の軸受け面の何れか一方に非晶質炭素膜（以下ＤＬＣ膜とする）を形成しており、このＤＬＣ膜は高い耐摩耗性を有するので、ＤＬＣ膜が形成された軸受け部の軸受け面や軸の表面が保護され、摩擦により傷ついてしまうことがない。さらにＤＬＣ膜は耐凝着性も優れているため、軸受け部または軸の一方のみにＤＬＣ膜を形成しても、ＤＬＣ膜が設けられていない他方が摩耗してしまうことを防止することができる。また、ＤＬＣ膜の摩擦係数は乾燥摩擦状態であっても０．１程度と低いために、摩擦損失を低減することができる。さらに、ゾンマーフェルト値Ｓが２．０２×１０ −８ 以下すなわち、境界潤滑状態であるため、軸と軸受け部との間で局部的に固体接触が生じているが、軸と軸受け部との間に潤滑油が注入されていない場合に比べ、潤滑油の油圧により、接触による応力を緩和でき、摩擦の発生を低減することができる。このように、低速、高負荷の条件においても摩擦の発生を低減することができるので、耐久性の高い滑り軸受け装置を提供することができる。また、この滑り軸受け装置は、従来のように、ライニング材の表面に円周方向に沿った複数の溝を形成する必要がないため、小型化が容易であり、小型機器に使用することができる。
ここで、固体潤滑被膜としては、ポリ四フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）や二硫化モリブデン等があげられる。固体潤滑被膜を形成することで、滑りが良好となり、軸受け面または前記軸の表面の一方に形成されたＤＬＣ膜または他方の摩擦損失を低減することができる。
また、ＤＬＣ膜の上に固体潤滑被膜を形成すれば、例え、摩擦により、固体潤滑被膜がはがれても、軸受け部や軸の母材ではなくＤＬＣ膜が露出することとなるので軸受け面または軸の摩擦損失を防ぐことができ、耐久性をより高くすることができる。
【００１２】
この際、前記軸受け部または前記軸のうち前記非晶質炭素膜が形成された母材のビッカース硬さは前記非晶質炭素膜のビッカース硬さよりも低いことが好ましい。
軸受け部または軸の母材の硬度がＤＬＣ膜の硬度よりも低ければ、軸受け部や軸に高負荷がかかった場合に、ＤＬＣ膜が形成された軸受け部や軸が弾性変形するため、応力を緩和することができる。
【００１３】
また、前記軸受け部の軸受け面の凹凸の最大高低差Ｒmaxが０．１μｍ以下であることが好ましい。
軸受け面の凹凸の最大高低差Ｒmax（表面粗さ）が、０．１μｍよりも大きいと、表面の凹凸により油膜がせん断されやすくなり、凸部を油膜で覆うことが困難となる。さらに、凸部では応力が集中するため、軸受け面にＤＬＣ膜が形成されていない場合、油膜で覆われていない凸部は、軸受け装置の長期間の使用に伴って摩擦により徐々に摩耗してしまう。また、軸受け面にＤＬＣ膜を形成する場合には、凸部のＤＬＣ膜がはがれやすくなってしまう。
これに対し、軸受け面の凹凸の最大高低差Ｒmaxを０．１μｍ以下とし、平滑化を図ることで、油膜の切れやＤＬＣ膜の剥離が防止され、滑り軸受け装置を耐久性の高いものとすることができる。
【００１４】
さらに、前記非晶質炭素膜の厚さが０．５μｍ以上、２μｍ以下であることが好ましい。
ＤＬＣ膜の厚さを２μｍよりも大きいものとすると、ＤＬＣ膜の硬度が、ＤＬＣ膜が形成されている軸や軸受け部の硬度よりも非常に高いため、この軸や軸受け部に高い負荷がかかった場合、軸や軸受け部の変形を妨げることとなり、ＤＬＣ膜に亀裂が生じたり、ＤＬＣ膜が剥離したりしてしまう。一方、ＤＬＣ膜を０．５μｍよりも薄いものとすると、軸や軸受け部の表面粗さをカバーできなくなってしまう。
これに対し、本願発明では、ＤＬＣ膜の厚さを０．５μｍ以上、２μｍ以下としたため、上述した問題が発生することが無く、滑り軸受け装置の耐久性を向上させることができる。具体的には、ＤＬＣ膜の膜厚は、ＤＬＣ膜を形成する表面の表面粗さとの関係により決めればよい。
【００１５】
前記軸受け部の軸受け面の断面形状は前記軸側に突出した円弧形状であることが好ましい。
軸受け面の形状を断面円弧形状とすることで、製造誤差等により、軸に傾きが生じた場合でも、軸受け部の角で接触することが無く、接触面積が確保され、軸にかかる力が分散されるので、軸が傷つくことがない。
また、一般にＤＬＣ膜はイオン化蒸着法により形成されることが多いが、軸受け面の形状が軸側に突出した形状となっているので、軸受け面にＤＬＣ膜を形成しやすくなる。
【００１７】
本発明の機器は、以上のような滑り軸受け装置を用いたことを特徴とするものである。
滑り軸受け装置は耐摩耗性に優れているため、機器の耐久性も向上させることができ、長期間メンテナンスフリーとすることができる。
【００１８】
この際、機器は、機械的エネルギ源と、この機械的エネルギ源に連結された輪列により駆動されるとともに誘起電力を発生して電気的エネルギを出力する発電機と、前記輪列に結合された指針と、発電機から出力された電気的エネルギにより駆動されて前記発電機の回転周期を制御する回転制御装置とを備える電子制御式機械時計であり、前記輪列の歯車は前記滑り軸受け装置により支持されているものが好ましい。時計の輪列のなかには、その回転数が低いため、境界潤滑状態となるものがあり、このようなものに、上述した滑り軸受け装置を採用することで、時計の耐久性を向上させることができる。また、上述した滑り軸受け装置はＤＬＣ膜により低摩擦係数であるため、機械的エネルギ源から伝達されるエネルギのロスを削減でき、電子時計の持続時間の低下を防止することもできる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る滑り軸受け装置１０を適用した電子制御式機械時計の要部を示す平面図であり、図２及び図３はその断面図である。
【００２０】
電子制御式機械時計は、ゼンマイ１ａ、香箱歯車１ｂ、香箱真１ｃ及び香箱蓋１ｄからなる香箱車１を備えている。ゼンマイ１ａは、外端が香箱歯車１ｂ、内端が香箱真１ｃに固定されている。香箱真１ｃは、地板２と輪列受３に支持され、角穴車４と一体で回転するように角穴ネジ５により固定されている。
角穴車４は、時計方向には回転するが反時計方向には回転しないように、こはぜ６と噛み合っている。なお、角穴車４を時計方向に回転しゼンマイを巻く方法は、機械時計の自動巻または手巻機構と同様であるため、説明を省略する。
【００２１】
香箱歯車１ｂの回転は、二番車１０７、三番車１０８、四番車１０９、五番車１１０および六番車１１１からなる増速輪列１１７を介して増速されて調速機１２０に伝達される。なお、香箱歯車１ｂの回転は７倍に増速され二番車１０７に伝達され、二番車１０７から三番車１０８へは８．０倍増速され、三番車１０８から四番車１０９へは７．５倍増速され、四番車１０９から五番車１１０へは６倍増速され、五番車１１０から六番車１１１へは１０倍増速され、六番車１１１からロータ１１２へは８倍増速されている。
【００２２】
増速輪列１１７の二番車１０７には筒かなが、筒かなには分針８が、四番車１０９には秒針９がそれぞれ固定されている。つまり、分針８、秒針９等の指針は、増速輪列１１７に結合されて輪列１１７の回転に伴い駆動される。
【００２３】
電子制御式機械時計の調速機１２０は、磁石およびコイルからなる電磁ブレーキ式の調速機であり、具体的にはロータ１１２、ステータ１１５、コイルブロック１１６を備えて構成されている。
【００２４】
ロータ１１２は、ロータ磁石１１２ａ、ロータかな１１２ｂ、ロータ慣性円板１１２ｃから構成される。ロータ慣性円板１１２ｃは、香箱車１からの駆動トルク変動に対しロータ１１２の回転速度変動を少なくするためのものである。
【００２５】
コイルブロック１１６は、ステータの一部１１６ｃが一体とされた磁心１１６ａにコイル１１６ｂを巻線したものである。ステータ１１５は、ステータ体１１５ａにステータコイル１１５ｂを巻線したものであり、磁心１１６ａの一部で構成されるステータ１１６ｃにロータ１１２を挟んで対向する側に配置され、ネジ１２１でコイルブロック１１６の他端および地板に固定されている。ここで、ステータ１１５と磁心１１６ａ、磁心１１６ａに一体のステータ１１６ｃはＰＣパーマロイ等で構成されている。また、コイル１１６ｂは、出力電圧の変動を検出することでロータ１１２の回転を検出するように構成されている。
【００２６】
図４には、本実施形態の電子制御式機械時計の構成を示すブロック図が示されている。
電子制御式機械時計は、機械的エネルギ源としてのゼンマイ１ａと、ゼンマイ１ａのトルクを発電機１２０に伝達する増速輪列１１７と、増速輪列１１７に連結されて時刻表示を行う時刻表示装置である指針１１８とを備えている。
【００２７】
発電機１２０は、増速輪列１１７を介してゼンマイ１ａによって駆動され、誘起電力を発生して電気的エネルギを供給する。この発電機１２０からの交流出力は、整流回路１２５を通して昇圧、整流され、コンデンサ（蓄電装置）１２６に充電供給される。
【００２８】
このコンデンサ１２６から供給される電力によってワンチップＩＣで構成された回転制御装置１５０が駆動される。この回転制御装置１５０は、図４に示すように、発振回路１５１、ロータの回転検出回路１５２およびブレーキの制御回路１５３を備えて構成されている。
【００２９】
発振回路１５１は、時間標準源である水晶振動子１５１Ａを用いて発振信号（３２７６８Ｈｚ）を出力し、この発振信号を所定の分周回路で分周し、基準信号ｆｓとして制御回路１５３に出力している。
【００３０】
回転検出回路１５２は、発電機１２０から出力される発電波形からロータの回転速度を検出し、その回転検出信号ＦＧ１を制御回路１５３へ出力する。
制御回路１５３は、基準信号ｆｓに対する回転検出信号ＦＧ１の位相差等に基づいて発電機（調速機）１２０にブレーキ信号を入力し、調速している。
【００３１】
本実施形態では、このような電子制御式機械時計において、各番車１０７から１１１及びロータ１１２に本発明に係る滑り軸受け装置１０を適用している。地板２、輪列受３および二番受７には、軸受け部１１が圧入されており、この軸受け部１１は各番車１０７から１１１及びロータ１１２の軸１２（回転軸）を支持している（図３参照）。すなわち、各番車１０７から１１１及びロータ１１２の歯車（かな）は軸１２と軸受け部１１とから構成される滑り軸受け装置１０により支持されていることとなる。
なお、五番車１１０、六番車１１１、ロータ１１２の滑り軸受け装置１０には耐震構造が適用されているが、その構成は、三番車１０８、四番車１０９に使用されている滑り軸受け装置１０と略同様であるので、二番車１０７、三番車１０８、四番車１０９に使用されている滑り軸受け装置１０を例に挙げて、その構成について説明する。
【００３２】
図５に滑り軸受け装置１０の要部の拡大図を示す。この滑り軸受け装置１０の軸１２は、例えば、高炭素鋼（ＳＫ４の焼き入れ品等）の母材を加工したものであり、ビッカース硬度がＨｖ７００程度となっている。
軸受け部１１は、黄銅、青銅、ステンレス鋼、炭素鋼等の母材を加工したものであり、Ｈｖ１００から５００程度となっている。この軸受け部１１は最大高低差Ｒmaxが０．１μｍ以下であり、軸受け部１１の軸受け面１３の断面形状は軸１２側に突出した円弧形状である。軸受け部１１の表面を最大高低差Ｒmax０．１μｍとする方法としては、テーパワイヤと研磨材（ダイアモンドスラリー）を用いて研磨する方法（実開平６−６１４４１号公報参照）があり、この際、軸受け部１１を角度を付けて研磨することで軸受け面１３の断面形状を円弧形状とすることができる。また、この方法に限らず、特開平２−３１１２５５号公報に記載されているような小径管の内面研磨装置と研磨治具を用いて研磨してもよく、電解研磨法や化学研磨法を用いて研磨してもよい。
【００３３】
軸受け部１１の表面には非晶質炭素膜（ＤＬＣ膜１４）が形成され、さらに、このＤＬＣ膜１４上には固体潤滑皮膜１５が形成されている。
ＤＬＣ膜１４の膜厚は、０．５μｍ以上、２μｍ以下が好ましく、より好ましくは１μｍ程度である。ＤＬＣ膜１４は、例えば、メタンを原料としたプラズマＣＶＤ法、ベンゼンを原料としたイオン化蒸着法、グラファイトを原料としたアークプラズマ法等により形成されるが、形成されたＤＬＣ膜の表面の平滑性を考慮するとプラズマＣＶＤ法またはイオン化蒸着法により形成することが好ましい。このような方法で形成されたＤＬＣ膜の硬度はＨｖ１０００から５０００程度となる。
【００３４】
固体潤滑皮膜１５としては、例えば、ＰＴＦＥ、二硫化モリブデン等を使用することが考えられるがＰＴＦＥを使用する場合には、浸積処理により形成する方法が最も簡便で適している。この際、ＰＴＦＥはデュポン社製の商品名バイダックスＡＲ、バイダックス１０００、ダイキン工業社製の商品名ルブロンＬＤ−１、三井フロロケミカル社製の商品名ＭＰ１２００、ＭＰ１３００等を使用することができる。また、ＰＴＦＥを分散させる有機溶媒としてはトルエン、ベンゼン、パーフロロカーボン、ＨＦＥ等を使用することができる。この浸積処理により、ＰＴＦＥの固体潤滑皮膜を形成した後、４００℃程度の加熱焼成を行うと、ＰＴＦＥの脱落を確実に防止することができるようになるうえ、軸受け部１１の母材として炭素含有量が１％程度の炭素鋼を使用した場合には、焼き戻され、その硬度がＨｖ５００程度となる。
【００３５】
このような滑り軸受け装置１０の軸１２と軸受け部１１との間には、潤滑油が注入されおり（図示略）、潤滑油としては、例えば、ＭＯＥＢＩＵＳ社製の商品名ＳＹＮＴ−Ａ−ＬＵＢＥ油、ＳＹＮＴＡ−ＶＩＳＣＯ−ＬＵＢＥ油、ＳＹＮＴＡ−ＦＲＩＧＯ−ＬＵＢＥ油等を使用することができる。これらは軸受け部１１の側圧や、各潤滑油の粘度等を考慮して適宜使い分ければよい。
【００３６】
従って、本実施の形態によれば、以下のような効果を奏することができる。
軸受け部１１の表面にＤＬＣ膜１４が形成されており、このＤＬＣ膜１４は高い耐摩耗性を有するため、軸受け部１１の表面、特に、軸１２と接触しやすい軸受け面１３が摩擦等により傷ついてしまうことがない。
また、ＤＬＣ膜１４の摩擦係数は低いので、ＤＬＣ膜１４が設けられていない軸１２の表面がＤＬＣ膜１４との摩擦により摩耗してしまうことを防止することができる。
【００３７】
さらに、軸１２と軸受け部１１との間には潤滑油が注入されており、潤滑油が注入されていない場合に比べ、接触による応力を緩和でき、摩擦の発生を低減することができる。
このように、摩擦の発生を防止することができるので、耐久性の高い滑り軸受け装置１０とすることができる。
また、滑り軸受け装置１０は、従来のように、ライニング材の表面に円周方向に沿った複数の溝を形成する必要がないため、容易に小型化を図ることができる。
【００３８】
軸受け部１１の硬度はＤＬＣ膜１４の硬度よりも低く、軸受け部１１に高負荷がかかった場合に、軸受け部１１が弾性変形するため、応力を緩和することができる。
さらに、軸受け面１３の凹凸の最大高低差Ｒmaxが、０．１μｍよりも大きい場合には、表面の凹凸により油膜がせん断されやすくなり、凸部を油膜で覆うことが困難となる。また、軸受け面１３の凸部のＤＬＣ膜がはがれやすくなってしまうという問題がある。
これに対し、本実施形態では、軸受け面１３の凹凸の最大高低差Ｒmaxを０．１μｍ以下とし、平滑化を図ることで、油膜の切れやＤＬＣ膜１４の剥離が防止され、滑り軸受け装置１０の耐久性をより向上させることができる。
【００３９】
また、ＤＬＣ膜１４の厚さを２μｍ以下としたため、軸受け部１１に高い負荷がかかっても、軸受け部１１の変形を妨げることが無く、ＤＬＣ膜１４に亀裂が生じたり、ＤＬＣ膜１４が剥離したりしてしまうことがない。また、ＤＬＣ膜は０．５μｍよりも厚いものであるため、軸受け部１１の軸受け面１３の表面粗さをカバーできなくなってしまうことがない。
【００４０】
軸受け面１３の形状を断面円弧形状としたため、製造誤差等により、軸１２に傾きが生じた場合でも、軸１２が軸受け部１３の角で接触することが無く、接触面積が確保され、軸１２にかかる力が分散されるので、軸１２が傷つくことがない。
また、軸受け面１３の形状が軸１２側に突出した形状となっているので、軸受け面１３にＤＬＣ膜１４を形成しやすくなる。
【００４１】
ＤＬＣ膜１４上に固体潤滑被膜１５を形成したため、滑りがより良好となり、軸受け１１と軸１２との間の摩擦の発生を防止することができ、軸１２の摩擦損失を低減することができる。
また、ＤＬＣ膜１４の上に固体潤滑被膜１５を形成したため、例え、摩擦により、固体潤滑被膜１５がはがれても、軸受け部１１の母材ではなくＤＬＣ膜１４が露出することとなるので軸受け部１１の母材の摩擦損失を防ぐことができ、耐久性をより高くすることができる。
【００４２】
電子時計の番車１０７から１１１及びロータ１１２の軸受け部１１１は、その回転数や荷重等との関係から、境界潤滑状態となる。具体的にゾンマーフェルト値Ｓを計算すると、二番車１０７のゾンマーフェルト値Ｓは２．０２×１０-8（Ｄ＝２．４×１０-3[ｍ]、Ｗ＝０．９８[Ｎ]（０．１[ｋｇｆ]）、Ｎ＝２．８×１０-4[１／ｓｅｃ]）、三番車１０８は４．８×１０-9（Ｄ＝１．６×１０-4[ｍ]、Ｗ＝３．８×１０-1[Ｎ]（３．９×１０-2[ｋｇｆ]）、Ｎ＝２．１×１０-3[１／ｓｅｃ]）、六番車１１１は３．６×１０-4（Ｄ＝１．０×１０-4[ｍ]、Ｗ＝２．５×１０-4[Ｎ](２．５×１０-5[ｋｇｆ])、Ｎ＝１[１／ｓｅｃ]）、ロータ１１２の上側の軸受け部１１は１．６×１０-2（Ｄ＝１．０×１０-4[ｍ]、Ｗ＝４．８×１０-5[Ｎ]（４．９×１０-6[ｋｇｆ]）、Ｎ＝８[１／ｓｅｃ]）、下側の軸受け部１１は０．１２（Ｄ＝１．０×１０-4[ｍ]、Ｗ＝６．８×１０-6[Ｎ]（６．９×１０-7[ｋｇｆ]）、Ｎ＝８[１／ｓｅｃ]）となる。
【００４３】
電子時計の輪列１１７は増速輪列であるため、二番車１０７からロータ１１２に向かって順にゾンマーフェルト値Ｓの値が大きくなる傾向にある。
そして、電子時計では、少なくとも二番車１０７、三番車１０８の軸受け部１１はゾンマーフェルト値Ｓが２．０２×１０ −８ 以下、すなわち境界潤滑状態となっているため、摩耗の発生を低減することが可能な滑り軸受け装置１０を採用することにより、耐久性を向上させ、メンテナンスフリーとすることができる。
また、滑り軸受け装置１０は低摩擦係数であるため、摩擦で消費されるエネルギを低減することが可能となり、長時間作動可能な電子時計とすることができる。
【００４４】
なお、本発明は前述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記実施形態では、軸受け部１１に形成されたＤＬＣ膜１４上のみに固体潤滑皮膜１５を形成していたが、軸１２の表面上のみに形成してもよく、双方に形成してもよい。軸１２の表面上のみに形成した場合には、軸受け部１１と軸１２との間で生じる摩擦により、軸受け部１１に形成されたＤＬＣ膜１４が摩耗してしまうことを防止することができる。また、双方に形成すれば、摩擦の発生をより低減することができる。
【００４５】
さらに、前記実施形態ではＤＬＣ膜１４を軸受け部１１の表面全体に形成したが、ＤＬＣ膜は少なくとも軸受け部１１の軸受け面１３に形成されていればよい。軸受け面１３は、軸１２が接触する部分であり、この部分にＤＬＣ膜を形成しておけば、摩擦による損傷を防止することができるからである。
ＤＬＣ膜は軸受け部１１に限らず、軸１２の表面のみに形成してもよく、また、双方に形成してもよい。軸１２の表面のみに形成した場合にも、摩擦の発生を防止することが可能であり、双方に形成すればより確実に摩擦の発生を防止することができるようになる。ただし、軸１２には歯車等が取り付けられているため、軸１２にＤＬＣ膜を形成する場合に比べ、軸受け部１１にＤＬＣ膜を形成する方が容易である。
【００４６】
軸受け部１１の軸受け面１３の断面形状を円弧形状としたが、特別な加工を施さず、平面形状としてもよい。このようにすれば、軸受け部１１の形成に手間を要しない。
さらに、ＤＬＣ膜の厚さを０．５μｍ以上、２μｍ以下としたが、ＤＬＣ膜の膜厚はこの範囲に限られない。例えば、ＤＬＣ膜を形成する表面が平滑である場合には、０．５μｍよりも小さくてもよく、ＤＬＣ膜を形成する表面の表面粗さとの関係により適当な膜厚を選択すればよい。また、ＤＬＣ膜を形成する部分に高い負荷がかからないようであれば、ＤＬＣ膜を２μｍ以上としてもよい。
また、軸受け部１１の軸受け面１３の凹凸の最大高低差Ｒmaxは０．１μｍ以下としたが、これ以上であってもよく、この表面に形成されるＤＬＣ膜の膜厚との関係により適宜選択すればよい。
【００４７】
【発明の効果】
このような本発明によれば、小型化を図ることができ、低速、高負荷の条件、すなわち、境界潤滑状態で使用しても、優れた耐摩耗性を有する滑り軸受け装置を提供することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態に係る歯車装置を適用した電子制御式機械時計の要部を示す平面図である。
【図２】 前記実施形態の電子制御式機械時計の要部を示す断面図である。
【図３】 前記実施形態の電子制御式機械時計の要部を示す断面図である。
【図４】 前記実施形態の電子制御式機械時計の構成を示すブロック図である。
【図５】 前記実施形態の滑り軸受け装置の要部を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
１ａ・・・ゼンマイ、 ８・・・分針、 ９・・・秒針、 １０・・・滑り軸受け装置、 １１・・・軸受け部、 １２・・・軸、 １３・・・軸受け面、 １４・・・非晶質炭素膜、 １５・・・固体潤滑皮膜、 １１７・・・輪列、 １２０・・・発電機、 １５０・・・回転制御装置
Claims (7)
- 軸とこの軸を支持する軸受け部とを有し、これらが相対的にすべり運動をする時計用の滑り軸受け装置であって、
前記軸および軸受け部間には潤滑油が注入されており、
前記軸受け部の軸受け特性を示すゾンマーフェルト値Ｓが２．０２×１０ −８ 以下であり、
前記軸受け部の軸受け面または前記軸の表面の一方に非晶質炭素膜が形成されており、
この非晶質炭素膜上または、非晶質炭素膜が形成されていない他方の少なくとも何れか一方に固体潤滑被膜が形成されることを特徴とする滑り軸受け装置。 - 請求項１に記載の滑り軸受け装置において、
前記軸受け部または前記軸のうち前記非晶質炭素膜が形成された母材のビッカース硬さは前記非晶質炭素膜のビッカース硬さよりも低いことを特徴とする滑り軸受け装置。 - 請求項１または２に記載の滑り軸受け装置において、
前記軸受け部の軸受け面の凹凸の最大高低差Ｒmaxが０．１μｍ以下であることを特徴とする滑り軸受け装置。 - 請求項１から３の何れかに記載の滑り軸受け装置において、
前記非晶質炭素膜の厚さが０．５μｍ以上、２μｍ以下であることを特徴とする滑り軸受け装置。 - 請求項１から４の何れかに記載の滑り軸受け装置において、
前記軸受け部の軸受け面の断面形状は前記軸側に突出した円弧形状であることを特徴とする滑り軸受け装置。 - 請求項１から５の何れかに記載の滑り軸受け装置を用いたことを特徴とする機器。
- 請求項６に記載の機器は、機械的エネルギ源と、この機械的エネルギ源に連結された輪列により駆動されるとともに誘起電力を発生して電気的エネルギを出力する発電機と、前記輪列に結合された指針と、発電機から出力された電気的エネルギにより駆動されて前記発電機の回転周期を制御する回転制御装置とを備える電子制御式機械時計であり、前記輪列の歯車は前記滑り軸受け装置により支持されていることを特徴とする機器。
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