JPH034100A - 潤滑機構 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、種々の機械部品の潤滑を行なうための潤滑機
構に係り、特に宇宙空間や真空を取扱う装置などの真空
環境において、潤滑油やグリースなどが使用できない分
野における摩擦部材の摩擦機構およびその応用製品の潤
滑機構に関する。

（従来の技術） 現在「真空」に関する機器は宇宙機器のみならず、Ｘ線
管や半導体製造装置などのように地上機器でもますます
需要が増えてきている。しかしながら、その潤滑技術に
ついてはいまだ確立されたものがなく、実用化されてい
るものも非常に少ないのが現状である。

一般に、機器で潤滑を必要とするものは要素レベルのも
のが多く、真空機器では真空用軸受や真空用歯車などが
最も代表的なものであろう。真空用軸受では、内外輪お
よび玉を５ＵＳ４４００１１４材とし、摩擦部（玉表面
および内外輪転走面）に二硫化モリブデンスパッタリン
グ薄膜をコーティングさせた真空用ころがり軸受が現在
実用化されている。

また、母材材質をＳｉ３Ｎ４材やＳｉＣ材などセラミッ
ク材とし、母材摩擦部に何等かの固体潤滑剤をコーティ
ングさせた真空用セラミック軸受も発売されている。Ｘ
線管用軸受では、軸受は高温真空中にさらされるためそ
の母材材質は高速度工具鋼材であり、耐高温性の固体潤
滑剤をコーティングさせたものが開発されつつある。ま
た、真空用歯車では、その要求寿命により多種多用な母
材材料が使用されているが、いまだ確立されたものはな
く、まだ開発の段階にある。

ところで５Ｏ８４４００鋼材は３００℃程度までの真空
中では使用できるが、それ以上の温度では自身の焼戻し
温度に達してそれ自身の材料としての性質を失うため、
その温度以上の高温真空中では使用できないという欠点
がある。そのため高温真空（５００℃程度まで）となる
Ｘ線管用軸受の母材材質は高速度工具鋼高速度工具鋼材
に限定して使用されており、現在実用化されている真空
用ころがり軸受の場合は高温真空では使用できず、３０
０℃程度までの真空中での使用に限定されることになる
。

発明者らは一つの試みとして母材材質をパラメータとす
る二硫化モリブデンスパッタリング薄膜コーティングの
被膜破断寿命を調べる摩擦試験を実施するに至った。そ
の結果の詳細は後の（実施例）でも述べるが、押付荷！
ｆｒ１．０００ｇｆ　、摩擦速度５００〜６００■■／
　ｓｅｅで摩擦係数はいずれの母材材質でもμｍ０．０
５程度で顕著な差はないが、被膜破断までの累積摩擦回
数は、５ＵＳ４４０Ｃｊｔ４材／５ＵＳ４４０ＣＮ材の
組合わせで２．４Ｘ１０’回、セラミックスＳ　ｉ　ａ
　ＮＪ材材上セラミックス５１３Ｎ４材組合わせで８．
５Ｘ１０５回であった。

５ＵＳ４４０Ｃｍ材／　５Ｏ８４４０Ｃ鋼材の組合わせ
は真空用ころがり軸受を、セラミックス５１３Ｎ４材／
セラミツクス５１３Ｎ４材の組合わせは真空用セラミッ
ク軸受を想定した摩擦試験である。これら被膜破断寿命
は製品の要求寿命を満足するものであれば特に問題とは
ならないが、真空機器の需要がますます増えている今日
では寿命の信頓性向上としてまだまだ長寿命化を目指す
必要がある。

（発明が解決しようとする課題） このように従来の潤滑技術特に真空中あるいは高温真空
中においては、機器の信頼性、寿命の向上を目指す必要
があった。

本発明は上記真空機器要素の長寿命化を目指す目的で考
え出された潤滑手段であり、摩擦部材の母材材質および
固体潤滑薄削をある特定の組合わせに限定させた摩擦機
構を採用することにより高温真空中もしくは真空中でも
使用可能で、低摩擦、従来以上の長寿命、である固体潤
滑摩擦機構およびその応用製品を提供することにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明の潤滑機構は、セラミックスから成る第１の部材
と、高速度工具鋼から成る第２の部材と、これら第１お
よび第２の部材の少なくとも一方の摩擦部に塗布あるい
はコーティングされる潤滑剤と、から成ることを特徴と
している。

（作　　用） 上記のように摩擦部材の一方をセラミックス、他方を高
速度工具鋼とすることにより、従来の摩擦機構よりも寿
命を向上することができる。

特に固体潤滑剤を両摩擦部にコーディングすることによ
り真空中での寿命が格段に向上する。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例である固体潤滑摩擦機構の概
念図であり、摩擦部材１をセラミックスＳｉ３Ｎ４材と
し、摩擦部材２を高速度工具鋼材５ＫＨ４とし、摩擦部
材２は二硫化モリブデンスパッタリング薄膜３でコーテ
ィングされ、摩擦部材１と摩擦部材２両部材が摩擦部４
で摩擦している状態を示したものである。この摩擦機構
は、従来の摩擦機構、すなわち真空用ころがり軸受やセ
ラミック軸受に代表される５ＵＳ４００Ｃ鋼材／５ＵＳ
４００Ｃ鋼材、セラミックス５１３Ｎ４材／セラミツク
スＳｉ３Ｎ４材の組合わせからなる摩擦機構よりも極め
て長寿命である。このことは発明者らの実験結果により
裏付けられており、第２図にその結果を示す。

押付荷重ｔ、ｏｏｏｇｒ　、摩擦速度５００〜６００ａ
ｍｌｓｅｃで、摩擦係数についてはいずれの部材組合わ
せの場合でもμ−０，０５程度で顕著な差はなかった。

しかしながら、被膜破断までの累積摩擦回数は、Ｓυ８
４００Ｇ鋼材／　５Ｏ８４００Ｃ鋼材の組合わせ、５Ｕ
Ｓ４００Ｃ鋼材／セラミツクスＳ　ｉ　ａ　Ｎ　４の組
合わせが各々２．３　Ｘ　１０　　回、５．ｌＸ１０’
回にすぎないのに対し、セラミックス８１　ａ　Ｎ４　
／Ｓｉ　　Ｎ　　の組合わせでは３．５Ｘ１０’回でそ
の４ １００倍程の被膜破断寿命となっている。つまり、５Ｕ
Ｓ４００Ｃ鋼材を一方の摩擦部材とする組合わせより、
両部材をセラミックスＳｉ３Ｎ、材とする組合わせの方
が被膜破断寿命が長いという結果となっている。

しかし、この実験で発明者らはセラミックスＳｉ　　Ｎ
　　材／セラミックスＳｉ３Ｎ４材の組合４ わせより、セラミックス５１３Ｎ４材／高速度工具鋼材
の方がさらにその２倍程度（６，５Ｘ１０５回）まで被
膜破断寿命を長くできる効果があることが分った。

また、上記例で摩擦部材１と摩擦部材２とを上記の逆の
母材材質としたケース、すなわち摩擦部材１を高速度工
具鋼材とし、摩擦部材２をセラミックス５Ｌ３Ｎ４材と
し、摩擦部材２を二硫化モリブデンスパッタリング薄膜
３でコーティングさせた場合についても同様の効果があ
り、また、二硫化モリブデンスパッタリング薄膜３を一
方の母材側だけに限定してコーティングせず、両者の母
材にそれぞれコーティングさせたケースについても同様
の効果があることも確認できた。

被膜破断寿命を長くできる効果の原因の究明は今後の課
題であるが、現時点では部材と部材との組合わせ、被膜
と部材との相性に関するものと考えられる。

第３図に本発明の応用製品の一例である総玉軸受の正面
図（ａ）、断面図（ｂ）　（ｃ）を示す。第３図（ａ）
（ｂ）で、外輪５　ａ　ｓ内輪５ｂは高速度工具鋼材で
あり、玉６　ａ　、６　ｂ　＋　　６　ｃ・・・・・・
はセラミックス５１３Ｎ４材である。また、玉６　（６
ａ、６ｂ。

６ｃ・・・・・・）は二硫化モリブデンスパッタリング
薄膜でコーティングされている。このように構成された
総玉軸受は上記の発明者らの実験結果が示すように従来
のどの軸受よりも長寿命となる。また、第３図（ａ）　
（ｃ）で、外輪５　ａ　ｓ内輪５ｂを−ｔ？５ミックス
５１３Ｎ４材、玉６ａ　、　６　ｂ　＊　６　ｃ＝’　
””を高速度工具鋼材とし、玉６　（６ａ、６ｂ、６ｃ
・・・・・・）を二硫化モリブデンスパッタリング薄膜
でコーティングさせた場合でも同様の効果を示す。この
構成ではＳｉｌＳ４４０Ｃ鋼材は使用されていないため
、高温真空中でも真空中でも使用できる。二硫化モリブ
デンスパッタリング薄膜については真空中では１０００
℃程度まで使用可能とされており、被膜の耐高温性につ
いては特に問題はないといえる。

本発明の他の実施例として第４図に一対の噛合った歯車
機構の正面図を示す。歯車７ａをセラミックスＳｉ３Ｎ
４材とし、歯車７ｂを高速度工具鋼材とし、歯車７ｂの
歯面摩擦部はすべて二硫化モリブデンスパッタリング薄
膜３でコーティングされている。この歯車機構も前記軸
受のケースと同様、従来のどの歯車機構よりも長寿命と
なる。

応用製品はこれらの倒置外にボールねじ機構や、すべり
軸受、リニアガイド（ころがり式、すべり式）など多種
多用なものが考えられるが、基本的には上記摩擦機構を
応用した製品全てを対象としている。

なお、本発明者等はセラミックス、高速度工具鋼材、潤
滑剤の種類を種々変えて実験を継続中である。

例えばセラミックスとしては、５１３Ｎ４以外に５ｉＣ
（炭化ケイ素）　、Ｚ　ｒ　０２　　（ジルコニア）、
Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）等。高速度工具鋼材としては、
５ＫＨ４以外にタングステン系の５ＫＨ２，５ＫＨ３，
５ＫＨ５，５ＫＨＩＯ等、あるいは、モリブデン系の５
ＫＨ９，５ＫＨ５２乃至５ＫＨ５７等。また潤滑剤とし
ては固体潤滑剤としてＭ　ｏ　Ｓ　２　　（二硫化モリ
ブデン）以外にＷＳ２　（二硫化タングステン）、Ａｇ
５（硫化銀）、ＡｇＦ（硫化鉄）　、　Ｎ　ｂ　Ｓ　ｅ
　２　　にセレン化ニオブ）　、　ＷＳ　ｅ　２　　に
セレン化タングステン）等の硫化物、セレン化物。また
軟質金属としては、金、銀（Ａｇ）、鉛（Ｐｂ）、アル
ミニウム（／ｊ！　）　、インジウム（Ｉｎ）、錫（Ｓ
ｎ）、ガリウム（Ｇａ）、モリブデン（ＭＯ）等。また
大気中においては潤滑油。

特に、錫、アルミニウム、インジウム、ガリウムは蒸気
圧が低いため高温真空中でも真空度を低下することなく
使用できる。

これら各々の組合せについてデータの整理は終了してい
ないが、いずれの組合せについても被膜破断までの累積
摩擦回数が従来のものよりも向上する傾向が見られる。

したがって、本発明のように摩擦母材の一方をセラミッ
クス、他方を高速度工具鋼、そして少なくともどちらか
一方に適当な潤滑剤を塗布あるいはコーティングするこ
とによって、真空中、特に高温真空中においては従来の
ものより格段に寿命が向上するものと思われる。

そして、この潤滑機構の応用製品は先に述べたように種
々のものが考えられる。

［発明の効果］ 本発明の潤滑機構を存する応用製品は、高温真空中でも
真空中でも使用可能なため使用温度が限定されることが
なく、低摩擦で従来以上の長寿命であるため信頼性が高
く、よりメンテナンスフリーで低コストの真空機器を製
作することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の固体潤滑摩擦機構の概念図、第２図
は、発明者らの実験結果の一例とする被膜破断寿命を示
す特性図、第３図は、本発明の応用製品の一例である総
玉軸受の正面図と断面図、第４図は、本発明の応用製品
の一例である一対の噛合７た歯車機構の正面図である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）セラミックスから成る第１の部材と、高速度工具
   鋼から成る第２の部材と、 これら第１および第２の部材の少なくとも一方の摩擦部
   に塗布あるいはコーティングされる潤滑剤と、 から成ることを特徴とする潤滑機構。
2. （２）前記セラミックスはＳｉ＿３Ｎ＿４、ＳｉＣ、Ｚ
   ｒＯ＿２、あるいはＡｌ＿２Ｏ＿３のいずれかであるこ
   とを特徴とする請求項１記載の潤滑機構。
3. （３）前記潤滑剤は、硫化物、セレン化物、あるいは軟
   質金属のいずれかであることを特徴とする請求項１記載
   の潤滑機構。
4. （４）前記潤滑機構を真空中で使用することを特徴とす
   る請求項１記載の潤滑機構。