JPH0276925A - 耐摩耗性摺動部材 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えばグループ軸受のスラスト受や真空下で
使用されるすべり又は転がり軸受、或いは工作機械等の
送り摺動部材などに利用される耐摩耗性摺動部材に関す
る。

〔従来の技術〕

この種の摺動部材としては、本出願人が先に提案したも
のがある（特開昭６０−１３５５６４号）。

このものは、互いに摺動接触する金属部材の少なくとも
一方の部材に摺動面に、Ｔ　Ｉ　Ｎ　＊　Ｔ　ｔ　Ｃ等
の硬質材料とＡｕ、Ａｇ、ＭｏＳ、等の固体潤滑に冨む
材料とを区分けしてスパッタ蒸着し、この硬質材料蒸着
部及び固体潤滑に富む潤滑材料蒸着部によるまだら状パ
ターンの蒸着面を前記摺動面上に形成したことを特徴と
する金属摺動部材である。

これによれば、低摩擦抵抗と高摩耗性とを同時に満たし
得る摺動部材を提供することができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記従来の摺動部材にあっては、まだら
状パターンを互いに干渉しないように形成しなければな
らない。従ってその形成は、まずマスクを用いて硬質材
料を所定の摺動面にスパッタ蒸着し、次いで固体潤滑に
冨む材料を残りの領域にスパッタ蒸着し、その後これら
の蒸着表面を研削して平滑に仕上げるということになり
、工程が複雑になることは避げられないという問題点が
あった。

又、潤滑材料蒸着部と硬質材料蒸着部とがまだら状パタ
ーンに形成されているから、潤滑材料が摺動面全体に充
分にはいきわたらないという問題点があった。

そこで本発明は、摺動部材の母材の表面に凹凸面を設け
、この状態のまま、又はその凹凸形状を維持できる範囲
で硬質材料層を設け、このように１７で形成された凹凸
面に固体潤滑膜を形成する。

かくして、固体潤滑膜が凹凸面に拘束されて摺動時のせ
ん断心力により剥離しにくく、いわゆる耐摩耗性の高い
、且つ十分な潤滑性を有する摺動部材を容易に得ること
を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するため、本発明は、他部材に摺動接
触する母材の摺動面に、所定形状の凹凸パターンを形成
すると共に、その凹凸パターンを覆って固体潤滑面を形
成したものである。

又、他部材に摺動接触する母材の摺動面に、所定形状の
凹凸パターンを形成すると共に、その凹凸パターンを覆
って耐摩耗性に冨む材料からなる耐摩耗硬質層を前記凹
凸パターンの凹凸性を失わない範囲の厚さを有して形成
し、その耐摩耗硬質層の上に固体潤滑面を形成したもの
である。

〔作用〕

摺動部材の母材の表面に凹凸面を設け、その−トに直接
に固体潤滑膜を形成した。かくして形成された固体潤滑
膜は下地の凹凸面に拘束され、摺動時のせん断心力によ
り剥離しにくい。かつ又、摺動面全体に形成されるから
、十分な潤滑性を有する。

更に、凹凸面を維持できる範囲で硬質材料層を設けて、
その上に固体潤滑膜を形成すれば、表面の固体潤滑膜が
成る程度摩耗すると硬質材料層が表れることとなり、よ
り高い耐摩耗性、耐焼付性が得られる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図とともに説明する。

第１図は耐摩耗性摺動部材をその摺動面に対して垂直な
面で切断した断面図、第２図はその母材１の摺動面ＩＡ
に形成されている凹凸パターンＰの一例を表す斜視図で
ある。他部材に摺動接触する母材１には、鉄、炭素鋼、
ステンレス鋼などの鉄鋼類をはじめ、銅、アルミニウム
その他の非鉄金属類や、或いはプラスチックス又はセラ
ミックスなどの非金属類など、種々の工業材料が使用で
きる。

これらの材料を用いた母材１の摺動面ＩＡに、所定形状
の凹凸パターンＰが形成されている。第２図（ａ）に示
す凹凸パターンＰは、例えば直径りが０．０８〜０．２
４龍の範囲で、高さＨは２μｍ程度の円形状突起Ｐ１を
等間隔に規則的に配設している。第２図（ｂ）に示す凹
凸パターンＰは、上記円形状突起Ｐ、に代えて円形状窪
みＰ２としたものである。

凹凸パターンＰとしては、上記の他にも種々の形状のも
のが可能であり、第３図〜第６図にその変形例が示され
る。

第３図、第４図のものは斑状、第５図のものは層状に形
成されたものであり、いずれもその凸部と凹部とは反対
に入れ替えてもよい。又、第６図に示すものは、グルー
プスラスト軸受の凹凸パターンで、Ｐ３が四部である。

こうした凹凸バクーンＰの凹凸加工手段としては、エツ
チングの他、レーザ加工、放電加工５電解研磨等の周知
の表面微細加工技術が利用可能である。

第２図（ａ）に図示のものは、電子部品製造の分野で多
用されるフォトエツチング法で形成した。すなわち、ス
テンレス鋼からなる母材１の摺動面ＩＡに洗浄等の表面
処理を施した後、ネガ型フォトレジストを塗布し乾燥さ
せた。一方、第２図（ａｌの凹凸パターンＰの拡大原図
を写真により縮小撮影して、ネガティブの原版（フォト
マスク）を別に作製しておく。この原版をフ第１・レジ
スト膜の上に載せ、両者を密着させて紫外線露光した。

これにより円形状突起Ｐｌとなる部分のフォトレジスト
膜を硬化させた後、有機溶媒であるキシレンで現像して
露光部分のみを残したネガ型のレジスト像を得、これを
ウェットエツチングした。最後に残留レジスト膜を剥離
剤で除去し、第２図（ａｌに図示の凹凸パターンＰを作
製した。

得られた凹凸パターンＰの上には、パターン全体を覆っ
て固体潤滑面３が形成されている。この固体潤滑面３を
形成している固体潤滑剤としては、金属又は非金属の固
体潤滑性に冨む単体または化合物材料から選定される。

例えば、Ａｕ、　Ａｇ。

Ｐｂ、Ｃｕまたはこれらの化合物、或いはＭ　ｏ　Ｓ　
２ＷＳ２．各種りん酸化合物、これらの固体潤滑性に冨
む単体や化合物材料が混合された又は混合されないＰＴ
ＦＥ　（ポリテトラフルオロエチレン）等である。

このような固体潤滑性に富む材料層よりなる固体潤滑面
３の形成には、周知のイオン工学的な各種の表面処理技
術が適用できる。ドライプロセスとしては真空蒸着、直
流又は高周波スパッタリング、直流又は高周波イオンブ
レーティングがあり、ウェットプロセスとしては電気め
っき、化学メ・ンキがある。

いずれの方法によるにしても、従来のように摺動面ＩＡ
の面に選択的に固体潤滑被膜を形成するものではな（、
摺動面ＩＡＯ面全体に固体潤滑被膜を形成するから、こ
の被膜形成工程でのマスキングや最終的な研磨工程が不
要となり、工程が遥かに簡素化される。

第１図に示されるものは、母材１の摺動面ＩＡ上に、凹
凸パターンＰの凹凸が表れない厚さ迄Ｍ、　　　ｏｓｚ
Ｗをスパッタリングして固体潤滑面３を形成したもので
あり、外表面は平らになっている。

これに対して、第７図のものは凹凸パターンＰの凹凸が
表れる程度の厚さにＭｏ５ｚｌｔＪをスパッタリングし
て固体潤滑面３を形成しである。従って固体潤滑面３の
外表面には凹凸が表れている。

この凹所４には、液体または粉末状の潤滑剤を充填して
も良い。

以上述べたように、母材ｌの摺動面ＩＡに形成した凹凸
パターンＰの面に沿って全体に固体潤滑面３が形成され
るため、両面間の接合面積が多くなり、接合力が増大さ
れる。又凹凸形状が、摺動時に生じる表面せん断力に対
し一種のアンカー作用をもたらす。その結果、固体潤滑
面３を形成する潤滑膜が剥がれに＜＜、且つ固体潤滑剤
も慴動面ＩＡの全面にいきわたり、低ＨＭ、低摩耗の摺
動部材が得られる。

又、先に述べたように従来より工程が簡素化されている
から、コスト低減に役立つ。

第８図は、耐摩耗性摺動部材の他の構成を示している。

これは、母材Ｉの摺動面ＩＡに、上記と同様に、所定形
状の凹凸パターンＰが形成されている。その摺動面ＩＡ
の上には、凹凸パターンＰを覆って、耐摩耗性に冨む硬
質材料からなる耐摩耗硬質Ｎ２が形成されている。更に
、その耐摩耗硬質層２の上に固体潤滑面３が形成されて
いる。

耐摩耗硬［Ｎ２は、凹凸パターンの凹凸性を失わない範
囲の厚さを有して形成されている。その硬質材料として
は、例えばＴｉＮ、ＴｉＣ，ＳｉＣ，ダイヤモンド等が
用いられる。

耐摩耗硬質層２の膜形成に際しては、上記固体潤滑面３
の形成に於けると同様、イオン工学的な各種の表面処理
技術が適用できる。ドライプロセス又はウェットプロセ
スのいずれでも良い。

又、固体潤滑面３の形成にあたり、こ場合も第７図のも
のと同じく、凹凸パターンＰの凹凸が表れる程度の厚さ
にＭｏ５ｔ層をスパッタリングして、固体潤滑面３の外
表面に凹凸が表れるようにしてもよい（第９図参照）。

第１０図ないし第１２図に、転がり軸受の転勤面に適用
した例を示す。深溝玉軸受の外輪１０のボール１１の摺
動面１０Ａに第２図（ａ）と同様の凹凸パターンＰをエ
ツチングで形成し、その上に重ねてＴｉＮからなる耐摩
耗硬質層２とＭｏｂ、からなる固体潤滑面３とを、それ
ぞれスパッタ蒸着の技術により、第８図と同様に形成し
た。なお、第１Ｏ図中の１２は内輪、１３は保持器であ
る。

この場合、円弧状に湾曲している摺動面１０Ａに対して
均一な厚さに耐摩耗硬質層２と固体潤滑面３をスパッタ
蒸着するべく、摺動面１０Ａの円弧中心Ｏにターゲット
を配置する。

第１表は、第１３図に示される摩擦摩耗試験機（日本精
工■製）を用いて、各種直径の凹及び凸の円形パターン
（直径０．２４〜０．０８ｍｍ）を形成した母材に、耐
摩耗硬質層２を形成したものと形成しないものを用意し
、これに２μｍｐ５．さのＭｏＳ２をスパッタ蒸着した
試料１５（第１４図）について行った耐摩耗性摺動部材
の耐久試験の結果を示すものである。なお、第１３図中
、１６は可変駆動モータで回転駆動される回転軸で、先
端面に回転中心から偏心させたポール１７を備えている
。１８はスラスト軸受、１９はラジアル軸受、２０は被
回転体、２１は回転軸１６の回転数検出器である。又２
２は歪検出端で、ボール１７と被回転体２０に取りつけ
た試料１５との間のせん断力が大きくなると共に太き（
なる歪を検出する。

検出結果は第１５図のグラフのように記録され、このグ
ラフで急激にトルク変化が増大し始めるＥ点が寿命と判
定される。

試験条件 回転数：ｌ１０００ｒｐ 荷　　　　重：　０．２３　ｋｇ すべり速度：０，４ｍ／ｓ 温　　　度：室温 母　　材：５ＵＳ４２０Ｊ２ 上記の結果から、凹凸パターンＰを母材面に形成した場
合は、凹凸パターンＰ無しの場合に比べて、長寿命であ
ることが明白である。

また、凸パターンより凹パターンの方が、及び硬質材層
を介在させたものの方が、長寿命である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、他部材に摺動接
触する摺動部材の母材の表面に凹凸パターンを設け、こ
の状態のまま、又はその凹凸形状を維持できる範囲で硬
質材料層を設け、このようにして形成された凹凸面全面
を覆って固体潤滑膜を形成した。そのため、固体潤滑膜
は下地の凹凸面に拘束され、摺動時のせん断応力により
剥離しに（くなって高い耐摩耗性、耐焼付性が得られる
。

また摺動面全体に形成されるから、十分な潤滑性が得ら
れる。更に、研磨仕上げ等の工程が不要でコストも低減
される等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の要部縦断面図、第２図（ａ
ｌ、　（ｂｌは凹凸パターンの斜視図、第３図、第４図
、第５図、第６図は凹凸パターンの変形例を示す平面図
、第７図、第８図、第９図はそれぞれ本発明の他の実施
例の要部縦断面図、第１０図は本発明を適用した転がり
軸受の要部縦断面図、第１１図は同部材の部分斜視図、
第１２図はその部分拡大断面図、第１３図は摩擦摩耗試
験機の模式縦断面図、第１４図はテストピースの平面図
、第１５図は第１３図の試験機から出力された寿命判定
グラフである。 １は母材、２は耐摩耗硬質層、３は固体潤滑面、Ｐは凹
凸パターン。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）他部材に摺動接触する母材の摺動面に、所定形状
   の凹凸パターンを形成すると共に、その凹凸パターンを
   覆って固体潤滑面を形成したことを特徴とする耐摩耗性
   摺動部材。（２）他部材に摺動接触する母材の摺動面に
   、所定形状の凹凸パターンを形成すると共に、その凹凸
   パターンを覆って耐摩耗性に富む材料からなる耐摩耗硬
   質層を前記凹凸パターンの凹凸性を失わない範囲の厚さ
   を有して形成し、その耐摩耗硬質層の上に固体潤滑面を
   形成したことを特徴とする耐摩耗性摺動部材。