JPH01274A - 精密摺動部品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、潤滑・耐摩耗精密摺動部品に係わり特に、摺
動部品の表面に電解メッキであらかじめ極微細多孔性被
膜を被覆した後、その表面にアルコキシシランと固体潤
滑性微粒子とを含む溶液より固化された被膜を形成せし
めることによって、潤滑性と耐摩耗性を付与した精密摺
動部品に関する。

本発明の目的は、高度な潤滑性及び耐摩耗性を有する被
膜を、均一厚みに、しかも面側な方法で精密摺動部品の
全面もしくは摩擦摺動部に形成することにより、完全無
注油状態で駆動する精密機械、ことに携帯用等の時計を
提供することにある。

従来、精密機械部品の摩擦摺動部には潤滑性及び耐摩耗
性を付与し、機械精度の長期維持を目的として潤滑油が
使用されている。しかし、潤滑油の使用は、油の摺動部
以外へ拡散あるいは低温下における潤滑能力の低下、あ
るいは、経時的な化学変化による潤滑能力の低下など精
密機械の精度を長期間に渡って維持するためには不都合
な点が多い。また、精密機械の組立の合理化、市場にお
ける間欠的な注油作業の廃止など、各方面でオイルレス
潤滑゛処理技術の開発が希求されている。このうよな観
点から、これまで種々の固体潤滑処理が検討されてきた
。たとえば、Ｍｏ５ｚ、ＷＳ、。

グラファイト、ＢＮ、　　（ＣＦ）、、ＰＴＦＨなどの
微粉末を、ｆ機バインダー、無機バインダーを用いて摩
擦摺動部品の表面に被膜形成する方法、あるいは、固体
潤滑性物質を蒸着、スバッタリング、イオンブレーティ
ングなどで被膜形成する方法、あるいは、潤滑性微粉末
を硬質メッキ中に共析させ被膜化する方法な・どが検討
された。また、耐摩耗性を向上させる目的で表面を窒化
する方法、あるいは、超硬質化合物を被膜形成する方法
などで表面硬化処理を施すことも検討された。しかし、
いずれの方法も精密摺動部品に適用する場合、必要とす
る寸法精度で被膜厚みをコントロールすることが不可能
なことや、厳しい摩擦条件、たとえば低速高荷重使用条
件下（アナログ水晶腕時計の表輪列の場合、側圧が約１
０〜２０　ｋｇ／ｗｔｓ３．周速度が０　、　０８　ｍ
／５ｅｃ）での潤滑被膜の寿命が、きわめて短いという
問題がある。寿命の短い主な原因は、潤滑性物質の摩滅
とともに、摺動部素材との密着力が不足していることに
よるハタ離摩耗現象と考えることができる。さらに従来
の潤滑処理技術、とりわけ真空装置を用いる方法におい
ては、高価な装置を必要とすること、被処理部品を゛　
　治具などに脱着する工数が大きいこと、バッチ処理で
あるため量産化が難しいことなどコスト的にも不利であ
る。以上の欠点により従来の処理技術を精密摺動部品に
適用実用化することは困難であった。

本発明はかかる従来の技術の欠点を完全に解決するもの
で、摺動部品の表面に電解メッキであらかじめ極微細多
孔性被膜で被覆した後、その表面にアルコキシシランと
固体潤滑性微粒子を適当な溶媒に溶解分散せしめた処理
液をコーティングし、加熱することにより、高度な潤滑
性と耐摩耗性を長期間に渡って有する均一複合被膜を形
成したものである。これによって従来の潤滑処理では得
られなかった潤滑性能を付与し、摩擦摺動部の完全無注
油化を可能ならしめたものである。本発明をさらに詳述
すれば、本発明の潤滑処理は上記した様に２段階の工程
から構成されている。第１図に示す様に１段階は、摺動
部品１の表面に電解メッキで極微細な多孔性被膜２が形
成される。この被膜は、２段階目に形成される固体潤滑
性微粒子４を分散した潤滑被膜３の耐摩耗性を向上させ
る効果を有する。一般に多孔性被膜の形成方法、材質。

厚み、孔の大きさは、摺動部品の材質、使用環境。

使用する固体潤滑微粒子の大きさから選択することがで
きる。形成方法としては、部品表面自体を多孔質化する
方法と、部品表面に多孔質被膜を付着形成する方法があ
る。前者の例として、サンドブラストなどの物理的方法
、化学エツチングによる方法、Ａｊ！、Ｔｉ等の陽極酸
化処理方法がある。

後者の例として、Ａｊ２．、Ｔｉ等を真空法で部品表面
に被膜化した後陽極酸化する方法、Ｎｉ、Ｎ１−Ｇｏ、
Ｃｒ等の電解メッキ法、Ｎ１−Ｐ、Ｎｉ−Ｂ、　Ｎ　ｌ
　−ＣＯ，Ｃｏ−Ｗ等の無電解メッキ法などである。又
、被膜材質は、高硬度なものが耐摩耗性の点から必要で
あり、ビッカース硬度２００以上が望ましく、前述した
陽極酸化膜、電解メッキ被膜、無電解メッキ被膜のいず
れも適正な多孔性被膜である。このなかで、電解メッキ
による方法が最も安定して極微細多孔性被膜を得ること
ができる。孔の大きさは、入手可能な固体潤滑微粒子の
大きさを考慮すれば１μ〜０．０１μが望ましい、２段
階目の工程で形成する固体潤滑性微粒子４を分散した潤
滑被膜３は、一般に有機金属化合物の１種もしくは２種
以上と、固体潤滑性微粒子と適当な溶媒からなる処理液
を、スプレー。

浸漬、スピンナーなどの一般的に用いられる塗布方法で
コーティングした後、加熱することによって得られる。

用いられる有機金属化合物としては、ｂ亜族および８族
元素、３族ａ亜族、４族ａ亜族。

５族ａ亜族の各元素のアルキル化合物、アルコキシ化合
物、アシレート化合物、キレート化合物。

チオラート化合物などの１種もしくは２種以上の混合物
２反応物が使用される。これらの有機金属化合物の中で
Ａｎ　（ＯＣ３Ｈ？）ｌ　、　　ｌ　ｎ　（ＯＣ４Ｈ９
）、などの３族ａ亜族元素、　ＣＨｉ　Ｓ　ｉ　（ＱＣ
Ｈｓ）ｓ　、　Ｓ　ｉ　（ＯＣＨｓ）ｎ　、　　Ｓｎ　
（ＯＣ４Ｈ９）４゜Ｐ　ｂ　（ＱＣｓ　Ｈ１？）４　　
などの４族ａ亜族元素５ｂ（ＯＣｚＨｓ）ｓなどの５族
ａ亜族元素、Ｃ，Ｈ，Ｃ００Ｔｉ　（ＯＣ４Ｈ９）３　
、Ｔｉ　（ＯＣｓＨ＋ｔ）４．Ｚｒ（ＯＣ４Ｈ１）４な
どの４族す亜族元素の各アルコキシ化合物は比較的容易
に被膜形成可能な化合物群である。金属アルコキシ化合
物は熱分解反応もしくは、加水分解反応と熱分解反応の
併用反応によって被膜形成すると同時に、被処理部表面
に存在する水酸基（−ＯＨ）、吸着水と化学係合し、強
固な密着性が得られる。しがも、金属アルコキシ化合物
の種類１組み合せ組成、濃度加熱条件を選択することに
より軟質被膜から硬質被膜まで均一厚みで付与出来る。

このなかで、入手のしやすさ、加水分解や熱分解によっ
て安定して被膜を得るには、アルコキシシランがすぐれ
ている。一方、これらの被膜に分散させる固体潤滑微粒
子としては、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、
窒化はう素、黒鉛、ぶつ化黒鉛１合成樹脂、金属酸化物
などがあり、これらの固体潤滑性微粒子を単独もしくは
必要によっては二種以上の組み合わせで使用する。分散
量は有機金属化合物の総量に対して１ｗｔ％〜９０ｗｔ
％の範囲で使用される。

これらの固体潤滑性微粒子は精密摺動部品に使用される
ためには、寸法精度上出来るだけ細かいものが良＜０．
０１μ〜０．５μ範囲が使い易い。

以上の各被膜成分を溶解２分散せしめる溶媒は各種タイ
プが使用可能である。例えば、メタノール。

エタノール、イソプロパツールなどのアルコール類、ア
セトン、メチルエチルケトンなどのケトン類、酢酸メチ
ルエステル、酢酸エチルエステルなどのエステル類、ベ
ンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族類、塩化メチ
レン、１．１．１−トリクロルエタン、１．１．２−）
リクロ０．１゜２．２−１−リフルオロエタンなどのハ
ロゲン化炭化水素類などが使用される。被膜化反応を速
進させる目的でそれらの有機溶媒中に塩酸、硫酸、酢酸
、リン酸などの酸類を少量添加する。処理液の組成、濃
度、加熱条件を選択することにより軟質被膜から硬質被
膜まで任意の厚みで形成可能である。それらの各条件は
被処理部の素材材質寸法精度、要求潤滑性能などによっ
て任意に調整すればよい。アナログ水晶腕時計の摩擦摺
動部品に適用する場合は、多孔性被膜厚０．１μ〜４μ
、潤滑被膜厚０．１〜２μ程度の範囲で、形成条件６０
°Ｃ〜２５０°Ｃ，５分〜１２０分で形成すれば摺動摩
擦係数μ＝０．０５〜０．３０．、硬さは鉛筆硬度３Ｈ
〜９Ｈ以上の被膜が得られ、実用潤滑寿命は充分確保さ
れる。他の精密機械の摩擦摺動部についても適正な被膜
厚、形成条件の選択によって良好な潤滑性能が得られる
。

以下に実施例により本発明を具体的に説明する。

実施例１ アナログ水晶時計の表輪列部品である。炭素鋼（Ｃ：１
％）製４番カナをビッカース硬度７００に熱処理し、さ
らに腐蝕防止を主目的として、無電解ニッケルメッキを
０．５μ厚でその表面に形成した。さらに下記組成、電
解条件によってＮｉ−Ｃｏ合金メッキを行った。

〈浴組成〉 硫酸ニッケル　　　　　１８０　ｇ／ｌ硫酸コバルト　
　　　　　４０ｇ／ｊ！塩化コバルト　　　　　　１５
　ｇ／ｉ！塩化アンモン　　　　　　２５ｇ／Ｉ！。

硼　　　　　酸　　　　　　　　１０ｇ／／！〈電着条
件〉 浴温度　　　３０°Ｃ 電流密度　　　　　２Ａ／ｄａｄ” 時　　　　間　　　　　　　　　　１５ｍ１ｎメッキ厚
は２μｍで、その表面は多孔質面であることが確認され
た。該時計部品を下記組成の処理液（Ａ）に室温で２分
間浸漬ししかるのち６０°Ｃ９１０分間溶剤乾燥し、２
００°Ｃ６０分間焼成した。

この部品を下記組成の処理液に室温で２分間浸漬し、し
かる後に８０°Ｃで１分間乾燥し、２２０”Ｃ３０分間
焼成した。

く処理液組成〉 テトラメトキシシラン　　１５ｇ ２％硫酸水溶液　　　　　　４ｄ イソプロピルアルコール　４０ｄ 塩化メチレン　　　　　　６０Ｉ１１ （ＣＦ）ｎ　（平均粒系０．０３．！／）　　３ｇ処理
被膜の厚みは約０．５μｍで、密着性は良好であった。

摺動摩擦係数μｍ０．１４であった。

この部品を腕時計に組み込み、３２倍の加速で輪列耐久
試験を行って、印加電圧１．５８Ｖでの２番車における
出力トルク（以下出力トルクと略記）及び腕時計が駆動
を停止する限界印加電圧である作動停止電圧の経時変化
を測定した。その結果を第３図、及び第４図に示す。第
３図は、本発明の潤滑処理を施した４番カナを組み込ん
だ腕時計Ａと、Ｎｉ−Ｃｏ合金メッキを形成せず無電解
ニッケルメッキ上に直接処理液（Ａ）を処理した４番カ
ナを組み込んだ腕時計Ｂと潤滑油（（ＳＹＮＴ−Ａ−Ｌ
ＵＢＥ（スイス、メービス社製）））をローターの上下
柄に注油した腕時計Ｃと、二硫化モリブデンを１μ厚で
スパッタコーティングした４番カナを組み込んだ腕時計
りを３２倍加速で駆動したときの出力トルクの経時変化
を定期的に測定した結果を示す、また第３図は同じく３
２倍加速で駆動したときの作動停止電圧を定期的に測定
した結果を示す、第２図から明らかなように、ローター
の上下柄に注油した腕時計Ｃの出力トルクは、徐々に低
下し６年目頃から規格水準より低くなる。

また、二硫化モリブデンスパッタ膜による４番カナを組
み込んだ腕時計りは、その出力トルクが３年目頃から規
格値を下まわり以降急速に低下している。一方、腕時計
Ｂは腕時計Ｃ，Ｄに比べ耐久性が向上しているが、約８
年で規格値を下まわっている。それに対して本発明によ
る処理を施した腕時計Ａは、１０年経過時においても規
格値内にあり格段に耐久性のある潤滑処理であることが
確認された。また、第４図に示されるように作動停止電
圧の変化においても、本発明による潤滑処理をその表面
に施したローターカナを組み込んだ腕時計Ａは長期間、
初期水準を維持することが確認された。

以上の通り実施例で述べた様に、本発明によるアルコキ
シシランと固体潤滑性微粒子による潤滑被膜とを電解メ
ッキによる極微細多孔性被膜上に施した摺動部品の潤滑
特性は、長期間にわたって極めて安定したものであり、
従来の潤滑処理技術では得られなかったものである。実
施例ではアナログ水晶腕時計の部品への適用のみを述べ
たが、本発明によれば潤滑油の使用もしくは他の固体潤
滑処理を施している全ての精密機器、の摺動部品に適用
可能であり、それによって従来の潤滑処理の欠点である
間欠的な注油の必要性９寸法のバラツキ、耐久における
初期品質水準の劣化などの問題が完全に解決される。精
密機器としては、腕時計の他、カメラなどの光学機器、
カセットテープレコーダー、ビデオテープレコーダーな
どの電子機器、あるいは医療機器、事務機器、端末機器
などが例として挙げられる。

本発明による高度な潤滑効果は、下地素材が金属に限定
されるものではな（、セラミック、高分子材料などあら
ゆる素材に対しても得られるものである。

以上の様に本発明の潤滑処理を精密摺動部品に施すこと
によって各種精密機器の信頼性が長期間確保可能となっ
た。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による潤滑処理の概要図である。 １：摺動部品の表面の断面 ２：本発明による多孔性被膜の断面 ３：本発明による潤滑被膜の断面 ４：固体潤滑性微粒子 第２図は、本発明による潤滑処理を施した４番カナを組
み込んだアナログ水晶腕時計Ａ、Ａ’と他の潤滑処理を
施した４番カナを組み込んだアナログ水晶腕時計Ｂ、Ｃ
，Ｄを３２倍加速で駆動したときの出力トルクの変化を
定期的に測定した結果を示すグラフである。 Ａ：本発明の実施例１による処理を施した４番カナを組
み込んだアナログ水晶腕時計。 Ｂ：多孔性被膜を形成しない表面に実施例１と同様の潤
滑被膜を施した４番カナを組み込んだアナログ水晶腕時
計。 Ｃ：潤滑油をローターカナの上下柄に注油したアナログ
水晶腕時計。 Ｄ二硫化モリブデンをスパッタコートした４番カナを組
み込んだアナログ水晶腕時計。 第３図は、第２図と同様の潤滑処理を施したローターカ
ナを組み込んだアナログ水晶腕時計を３２倍加速で駆動
したときの作動停止電圧の変化を定期的に測定した結果
を示すグラフである。 以上 出願人　セイコーエプソン株式会社 代理人弁理士　鈴木喜三部　他１名 ’−−ｒ ↓ ］ロロロロロロ「−２ 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 電解メッキで形成した極微細多孔性被膜で被覆された精
   密摺動部品の表面に、アルコキシシランと固体潤滑性微
   粒子とを含む溶液より固化された被膜が形成されたこと
   を特徴とする精密摺動部品。