JPH03244899A - 真空用軽量潤滑部材 - Google Patents
真空用軽量潤滑部材Info
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- JPH03244899A JPH03244899A JP4391990A JP4391990A JPH03244899A JP H03244899 A JPH03244899 A JP H03244899A JP 4391990 A JP4391990 A JP 4391990A JP 4391990 A JP4391990 A JP 4391990A JP H03244899 A JPH03244899 A JP H03244899A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
（産業上の利用分野）
本発明は、宇宙空間や分析機器、蒸着（ＰＶＤ）装置な
どの真空雰囲気下で用いられる真空用潤滑部材（部品、
製品、素材）に関し、とくに軽量であることが要求され
る宇宙ステーションなどの潤滑部材として好適に利用さ
れる真空用軽量潤滑部材に関するものである （従来の技術） 従来、分析機器や蒸１装置などの真空雰囲気下で用いら
れる真空用潤滑部材としては、例えばマルテンサイト系
ステンレス鋼（ＳＵＳ４４０Ｃ等）や高クロム軸受鋼（
ＳＵＪ２）などを素材とするものがあった。 （発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような従来の真空用潤滑部材にあっ
ては、比重の大きい鉄鋼材料からなっていたため、重量
が増大したものとなり、とくに宇宙ステーションなどの
潤滑部材として適用することはあまり好ましくないとい
う問題点があった。 そこで、このような宇宙空間ないしは真空雰囲気下にお
いて用いられる真空用潤滑部材の基材として、アルミニ
ウムもしくはアルミニウム合金やチタンもしくはチタン
合金などの比重の小さい軽金属を用いる考え方もあるが
、このような軽金属では基地がやわらかいことから潤滑
時の固体潤滑剤と基地との間の弾性変形量が大きなもの
となり界面での結合力がｕｌ、壊されて固体潤滑剤の寿
命が短くなるという問題点があり、基材として軽金属が
適用でさにくいという課題があった。 したがって、従来の場合には、例えば、特願昭６０−１
０９９３１号、特願昭６０−５１０３６号、特願昭６０
−１７２８６０号などにあるように、被覆剤の開発は盛
んになされているものの、基地金属に関しては鉄基材の
ままであってほとんどかえりみられていなかったのが実
情であった。 しかし、今後、宇宙ステーションなどの開発がさらに進
んでくると、潤滑部材の軽量化も要求されることがかな
り多くなるものと考えられ、軽金属を使用することが望
まれるが、軽金属を基材とすると上述したとおり固体潤
滑剤の寿命が従来よりも短くなることは避けられず、少
しでも固体潤滑剤の寿命を長くすると共に良好なる潤滑
性能を長期にわたって維持することが可能である真空用
軽量潤滑部材の出現が望まれるという課題があった。 （発明の目的） 本発男は、上述した従来の課題にかんがみてなされたも
ので、基材として軽金属であるチタンもしくはチタン合
金を用いたときでも固体潤滑剤の寿命が増大したものと
なり、良好なる潤滑性能を長期にわたって維持すること
が可能である真空用軽量潤滑部材を提供することを目的
としている。
どの真空雰囲気下で用いられる真空用潤滑部材（部品、
製品、素材）に関し、とくに軽量であることが要求され
る宇宙ステーションなどの潤滑部材として好適に利用さ
れる真空用軽量潤滑部材に関するものである （従来の技術） 従来、分析機器や蒸１装置などの真空雰囲気下で用いら
れる真空用潤滑部材としては、例えばマルテンサイト系
ステンレス鋼（ＳＵＳ４４０Ｃ等）や高クロム軸受鋼（
ＳＵＪ２）などを素材とするものがあった。 （発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような従来の真空用潤滑部材にあっ
ては、比重の大きい鉄鋼材料からなっていたため、重量
が増大したものとなり、とくに宇宙ステーションなどの
潤滑部材として適用することはあまり好ましくないとい
う問題点があった。 そこで、このような宇宙空間ないしは真空雰囲気下にお
いて用いられる真空用潤滑部材の基材として、アルミニ
ウムもしくはアルミニウム合金やチタンもしくはチタン
合金などの比重の小さい軽金属を用いる考え方もあるが
、このような軽金属では基地がやわらかいことから潤滑
時の固体潤滑剤と基地との間の弾性変形量が大きなもの
となり界面での結合力がｕｌ、壊されて固体潤滑剤の寿
命が短くなるという問題点があり、基材として軽金属が
適用でさにくいという課題があった。 したがって、従来の場合には、例えば、特願昭６０−１
０９９３１号、特願昭６０−５１０３６号、特願昭６０
−１７２８６０号などにあるように、被覆剤の開発は盛
んになされているものの、基地金属に関しては鉄基材の
ままであってほとんどかえりみられていなかったのが実
情であった。 しかし、今後、宇宙ステーションなどの開発がさらに進
んでくると、潤滑部材の軽量化も要求されることがかな
り多くなるものと考えられ、軽金属を使用することが望
まれるが、軽金属を基材とすると上述したとおり固体潤
滑剤の寿命が従来よりも短くなることは避けられず、少
しでも固体潤滑剤の寿命を長くすると共に良好なる潤滑
性能を長期にわたって維持することが可能である真空用
軽量潤滑部材の出現が望まれるという課題があった。 （発明の目的） 本発男は、上述した従来の課題にかんがみてなされたも
ので、基材として軽金属であるチタンもしくはチタン合
金を用いたときでも固体潤滑剤の寿命が増大したものと
なり、良好なる潤滑性能を長期にわたって維持すること
が可能である真空用軽量潤滑部材を提供することを目的
としている。
（課題を解決するための手段〕
本発明の第１請求項に係わる真空用軽量潤滑部材は、宇
宙空間ないしは真空雰囲気下において表面に固体潤滑剤
を設けて用いられる歯車、ボールねじ等の潤滑部材であ
って、その基材がチタンもしくはチタン合金からなり、
弗酸を含む溶液で洗浄された基材表面に固体潤滑剤が設
けられている構成としたことを特徴としている。 そして、この実施態様においては、前記チタンもしくは
チタン合金からなる基材として、チタンまたはチタン合
金の生材や、焼戻し材（アニール材）を用いることが可
能であり、また基材の表面における面粗度（Ｒａ）を０
．１以下にしであるようになすことも必要に応じて望ま
しい。 また、本発明の第２請求項に係わる真空用軽量潤滑部材
は、宇宙空間ないしは真空雰囲気下において表面に固体
潤滑剤を設けて用いられる歯車。 ホールねじ等の潤滑部材であって、その基材がチタンも
しくはチタン合金からなり、浸炭層が形成された基材表
面に固体潤滑剤が設けられている構成としたことを特徴
としている。 そして、この実施態様においては、固体潤滑剤を設ける
前に基材表面に形成される浸度層としては、ｌＪＬｍ以
上５ルｍ以下の厚さを有するものとすることが可能であ
り、浸炭層を形成するにあたっては、上記基材をＫＣＮ
もしくはＫＣＮＯＩ含む塩浴中に５００℃以上６００℃
以下の温度において１０時間以上、必要に応じて２０時
間以上浸漬することにより上記望ましい厚さの浸度層を
基材表面に形成させるようにして固体潤滑剤との結合力
を増大させるようになすこともでさる。 一般に、鉄基材をＫＣＮの塩浴中に浸漬すると３時間柱
度で下記の反応、すなわち、 Ｋ ＣＮ ＋ １ ／ ２０２→ＫＣＮＯ２Ｋ ＣＮ
Ｏ＋ １ ／ ２０２→に２ ｃｏ３＋Ｃ＋２ＮＧ＋Ｃ
Ｏ□→２ＣＯ が生じて表面に窒化層が形成される。 −刀、チタンもしくはチタン合金をＫＣＮの塩浴中で空
気をバブリングしながら５時間以上も浸漬するとＫＣＮ
が酸化され、ＫＣＮの塩浴がほぼ１００％ＫＣＮＯに変
化した塩浴となり、さらにこの塩浴中に長時間チタンも
しくはチタン合金を浸漬すると当初チタンもしくはチタ
ン合金の表面に拡散侵入する窒素が外部へ放出されて逆
にこのような低温でも炭票が拡散侵入し、この結果、窒
化層厚さが１７ｚｍ以下であって、この窒化層に比べて
層厚の大きい浸炭層が形成されることを見い出した。ま
た、このような浸度処理を施したチタンもしくはチタン
合金よりなる部材は、真空中において無潤滑であっても
比較的低摩擦係数を示し、これにざらに固体潤滑剤を設
けると、従来の鉄基材に固体潤滑剤を塗布した場合に匹
敵する良好なる潤滑寿命が得られるようになる。 さらに、本発明の第３請求項に係わる真空用軽量潤滑部
材は、７宙空間ないしは真空雰囲気下において表面に固
体潤滑剤を設けて用いられる歯車、ポールねじ等の潤滑
部材であって、その基材がチタンもしくはチタン合金か
らなり、弗酸を含む溶液で洗浄された状態で浸炭層が形
成された基材表面に固体潤滑剤が設けられている構成と
したことを特徴としており、前述した弗酸を含む溶液で
洗浄された基材表面に固体潤滑剤を設けるようにした場
合の効果と、前述した浸炭層が形成された基材表面に固
体潤滑剤を設けるようにした場合の効果とが重畳して得
られる構成とすることもできる。 （発明の作用） 本発明に係わる真空用軽量潤滑部材では、前述したよう
に、基材がチタンもしくはチタン合金からなり、弗酸を
含む溶液で洗浄された基材表面に固体潤滑剤が設けられ
ているようにし、あるいは浸炭層が形成された基材表面
に固体潤滑剤が設けられているようにし、あるいは弗酸
を含む溶液で洗浄された状態で浸炭層が形成された基材
表面に固体潤滑剤が設けられているようにしているので
、固体潤滑剤の結合力が増大したものとなって、固体潤
滑剤の寿命が延長され、良好なる潤滑性能が長期にわた
って持続されるようになる。 （実施例） 実施例１ ます、基材の熱処理条件と表面の面粗度（Ｒａ）の影響
を調べるため、第１表に示す供試材のビン、ティスフを
各々１セツト用意し、表面に約１ｇｍの厚さで固体潤滑
剤として二硫化モリブテン（ＭｏＳ２）をスパッタリン
グにより設けたのち、真空用ピンオンティスフ型摺動試
験機によって第２表に示す条件で固体潤滑剤の寿命を評
価した。 第 １ 表 第 ２ 表 この評価試験において、固体潤滑剤の定常時の摩！係数
は０．０５以下、基材表面の摩擦係数は０．４以上であ
ることから、摩擦係数として０．３以上になるまでの摺
動回数を固体潤滑剤の寿命と判断した。この結果を第１
図に示す。 第１図に示す結果より明らかなように、チタン合金の場
合は、焼戻し材で且つ表面の面粗度が小さいものほど固
体潤滑剤の寿命は長くなり、このことから、チタンまた
はチタン合金は生材や焼戻し材（アニール材）を用いる
のが望ましく、また面粗度（Ｒａ）は０．１以下である
ようにしておくのが望ましいことが認められた。 次に、上記焼戻しされたＴｉ−６％Ａ又−４％Ｖ合金で
かつ面粗度（Ｒａ）を０．０６にした供試材に対して、
！＄３表に示す各下地処理溶液に浸漬し、熱風乾１ｓ４
１１！により乾燥した後二硫化モリブテンをＩｇｍの厚
さにスパッタリングして設け、前記第２表に示した条件
で摺動試験を行うことにより固体潤滑剤の寿命を評価し
た。この結果を第２図に示す。 第２図に示す結果より明らかなように、試料２、試料４
のごとく弗酸を含む溶液を用いて下地処理を行うことに
よって、基材が軽金属である場合にも固体潤滑剤の寿命
がより一層向上することが認められた。 実施例２ Ｔｉ−６％Ａ文−４％Ｖよりなる基材の表面を弗酸を含
む溶液で洗浄して下地処理を施したのち、ＫＣＮ塩浴中
で空気をバブリングしながら５６０℃で３０時間浸漬し
、次いで油焼入れした部材を得た。 そして、この部材の表面金属組織を顧徴鏡により調べる
と共に、オージェ分光観察を行って”ｒｉ 、Ｔｉ＋Ｎ
、Ａｉ、Ｖ、Ｏ，Ｃの定量価を求めた。これらの結果を
各々第３図および第４図に示す。 第３図に示す表面金属組織より明らかなように１表面か
ら５ｐｍの深さまで表面改質層が認められ、また、第４
図に示す分光ｍ楽の結果より明らかなように、表面に拡
散浸入している元素は窒素ではなく炭素であることが明
らかであった。 一万、Ｔ ｉ −６％Ａ！；Ｌ−４％Ｖよりなる部材の
表面を弗酸を含む溶液で洗浄することなく、ＫＣＮ塩浴
中で空気をバブリングしながら５６０℃で３０時間浸漬
し、次いで油焼入れした部材を得た。 そして、この部材の表面金属組織を顕微鏡により調べた
ところ、第５図に示す結果であった。 第５図に示す表面金属組織より明らかなように、衣血改
冥層が非常に薄くなっており、部材に対して浸炭処理を
施す前に弗酸を含む溶液で洗浄する下地処理を施して、
部材表面の酸化層を除去しておく万が望ましいことが認
められた。 また、浸炭処理による基材の熱歪量を調べたところ、第
６図に示す結果であった。この場合、塩浴中への浸漬時
間を２０時間と一足にし、浸漬温度を変えたことによる
熱歪量への影響を調べた。 一般に、部材に対して塩浴による浸炭処理を施した場合
には、部材を浸炭処理後に再ヵロエすることは基材表面
の改質層の厚みを保持するためにも好ましくなく、バレ
ル研磨を施す位が限度である。そして、この場合に許容
される熱歪量はせいぜい０．０２％程度であり、６００
℃を超える温度による処理は熱歪量が多くなりすぎるこ
とから、塩浴による浸炭処理は５００℃以上６００℃以
下で１０時間以上、必要に応じて２０時間以上とするの
が望ましいことが認められた。 次に、上記ＫＣＮ塩浴中で塩浴処理した第４表に示す表
面窒化深さおよび表面硬さを有する部材と、他の手法に
より表面処理した同じく第４表に示す表面窒化深さおよ
び表面硬さを有する各部材とにおいて、真窄下における
無潤滑状態での摺動特性を真空用ピンオンティスフ型摺
動試験機によって第５表に示す条件で調べた。この結果
を第６表に示す。 第 ５ 表 第６表に示した結果より明らかなように、塩浴処理を施
した部材では全部材中において最も小さい摩擦係数を有
しており、無潤滑の状態であっても低摩擦係数を有して
いることが認められた。 次いで、上記無潤滑の部材に対し固体潤滑剤として二硫
化モリブデンをスパッタリングにより各々約１ｕＬｍの
厚さで設けて潤滑部材としたのち、ビンオンディスク型
摩擦試験機を用いて第７表に示す条件による摩擦試験を
行い、固体潤滑膜が破断に至るまでの耐久回数を測定し
て前記固体潤滑膜の寿命を調べた。この結果を第７図に
示す。 第 表 第７図に示した結果より明らかなように、塩浴処理によ
って浸炭層が形成された基材表面に固体潤滑剤を設けた
ものとすることによって、固体潤滑剤の寿命は明らかに
改善されていることが認められた。 次に、第４表に示したカス窒化処理および塩浴処理を施
したのち固体潤滑剤を設けることによって、第７図に示
したように固体潤滑剤の耐久性矩にすぐれたものとなっ
ている両部材のほかに、ざらに、表面処理を施さない比
較の部材と、現在宇宙環境下においてよく使用されるマ
ルテンサイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ４４０Ｃ）および
軸受鋼（ＳＵＪ２）の基材表面に固体潤滑剤を設けた同
しく比較の部材とを供試材として、ビンオンディスク試
験機を用いて第８表に示す条件で摩擦試験を打うことに
よりそれぞれの摺動特性を調べた。 この結果を第８図に示す。 第 ８ 表 ＄８図に示した結果より明らかなように、本発明例のチ
タン合金潤滑部材は、従来のステンレス鋼（ＳＵＳ４４
０Ｃ）潤滑部材および軸受鋼（ＳＵＪ２）潤滑部材と同
等の寿命特性が得られ、従来は固体潤滑剤の寿命が低下
するために真空下での潤滑部材の基材として用いられな
かったチタン材料を使用することが可能であり、真空用
潤滑部材の著しい軽量化が実現できることが認められた
。 次に、基材表面に浸炭処理を施す場合の塩浴中へり浸漬
時間による影響を調べた。 すなわち、第９表に示すようなＫＣＮ＋ＫＣＮＯ塩浴中
への浸漬時間が異なる各試料を用意して上記と同様のピ
ンオンティスフ試験機を用いて摺動試験を打った。この
結果を第９図にボす。 第９表 第９図に示した結果より明らかなように、塩浴中での浸
漬時間を多くすることによって耐久性能が向上すること
が明らかであり、１０時間以上の浸漬が望ましいことが
認められた。これは、浸漬時間が短いと部材表面に拡散
侵入した窒素の残存があるためではないかと推楽された
。 この結果、真空中での摩擦係数が小さくかつ現行材であ
るステンレス鋼や軸受鋼と同等の耐久性能を有するチタ
ン系潤滑部材が得られることが明らかであり、鉄基材料
に比べて４３％もの軽量化が実現される。 したがって、電子！ｊＡ黴鏡や蒸着装置（ＰＶＩ））な
どの真空機器の軸受等として使用可能であるだけでなく
、とくに軽量化が要求される宇宙機器用潤滑部材などと
してきわめて好適なものである。
宙空間ないしは真空雰囲気下において表面に固体潤滑剤
を設けて用いられる歯車、ボールねじ等の潤滑部材であ
って、その基材がチタンもしくはチタン合金からなり、
弗酸を含む溶液で洗浄された基材表面に固体潤滑剤が設
けられている構成としたことを特徴としている。 そして、この実施態様においては、前記チタンもしくは
チタン合金からなる基材として、チタンまたはチタン合
金の生材や、焼戻し材（アニール材）を用いることが可
能であり、また基材の表面における面粗度（Ｒａ）を０
．１以下にしであるようになすことも必要に応じて望ま
しい。 また、本発明の第２請求項に係わる真空用軽量潤滑部材
は、宇宙空間ないしは真空雰囲気下において表面に固体
潤滑剤を設けて用いられる歯車。 ホールねじ等の潤滑部材であって、その基材がチタンも
しくはチタン合金からなり、浸炭層が形成された基材表
面に固体潤滑剤が設けられている構成としたことを特徴
としている。 そして、この実施態様においては、固体潤滑剤を設ける
前に基材表面に形成される浸度層としては、ｌＪＬｍ以
上５ルｍ以下の厚さを有するものとすることが可能であ
り、浸炭層を形成するにあたっては、上記基材をＫＣＮ
もしくはＫＣＮＯＩ含む塩浴中に５００℃以上６００℃
以下の温度において１０時間以上、必要に応じて２０時
間以上浸漬することにより上記望ましい厚さの浸度層を
基材表面に形成させるようにして固体潤滑剤との結合力
を増大させるようになすこともでさる。 一般に、鉄基材をＫＣＮの塩浴中に浸漬すると３時間柱
度で下記の反応、すなわち、 Ｋ ＣＮ ＋ １ ／ ２０２→ＫＣＮＯ２Ｋ ＣＮ
Ｏ＋ １ ／ ２０２→に２ ｃｏ３＋Ｃ＋２ＮＧ＋Ｃ
Ｏ□→２ＣＯ が生じて表面に窒化層が形成される。 −刀、チタンもしくはチタン合金をＫＣＮの塩浴中で空
気をバブリングしながら５時間以上も浸漬するとＫＣＮ
が酸化され、ＫＣＮの塩浴がほぼ１００％ＫＣＮＯに変
化した塩浴となり、さらにこの塩浴中に長時間チタンも
しくはチタン合金を浸漬すると当初チタンもしくはチタ
ン合金の表面に拡散侵入する窒素が外部へ放出されて逆
にこのような低温でも炭票が拡散侵入し、この結果、窒
化層厚さが１７ｚｍ以下であって、この窒化層に比べて
層厚の大きい浸炭層が形成されることを見い出した。ま
た、このような浸度処理を施したチタンもしくはチタン
合金よりなる部材は、真空中において無潤滑であっても
比較的低摩擦係数を示し、これにざらに固体潤滑剤を設
けると、従来の鉄基材に固体潤滑剤を塗布した場合に匹
敵する良好なる潤滑寿命が得られるようになる。 さらに、本発明の第３請求項に係わる真空用軽量潤滑部
材は、７宙空間ないしは真空雰囲気下において表面に固
体潤滑剤を設けて用いられる歯車、ポールねじ等の潤滑
部材であって、その基材がチタンもしくはチタン合金か
らなり、弗酸を含む溶液で洗浄された状態で浸炭層が形
成された基材表面に固体潤滑剤が設けられている構成と
したことを特徴としており、前述した弗酸を含む溶液で
洗浄された基材表面に固体潤滑剤を設けるようにした場
合の効果と、前述した浸炭層が形成された基材表面に固
体潤滑剤を設けるようにした場合の効果とが重畳して得
られる構成とすることもできる。 （発明の作用） 本発明に係わる真空用軽量潤滑部材では、前述したよう
に、基材がチタンもしくはチタン合金からなり、弗酸を
含む溶液で洗浄された基材表面に固体潤滑剤が設けられ
ているようにし、あるいは浸炭層が形成された基材表面
に固体潤滑剤が設けられているようにし、あるいは弗酸
を含む溶液で洗浄された状態で浸炭層が形成された基材
表面に固体潤滑剤が設けられているようにしているので
、固体潤滑剤の結合力が増大したものとなって、固体潤
滑剤の寿命が延長され、良好なる潤滑性能が長期にわた
って持続されるようになる。 （実施例） 実施例１ ます、基材の熱処理条件と表面の面粗度（Ｒａ）の影響
を調べるため、第１表に示す供試材のビン、ティスフを
各々１セツト用意し、表面に約１ｇｍの厚さで固体潤滑
剤として二硫化モリブテン（ＭｏＳ２）をスパッタリン
グにより設けたのち、真空用ピンオンティスフ型摺動試
験機によって第２表に示す条件で固体潤滑剤の寿命を評
価した。 第 １ 表 第 ２ 表 この評価試験において、固体潤滑剤の定常時の摩！係数
は０．０５以下、基材表面の摩擦係数は０．４以上であ
ることから、摩擦係数として０．３以上になるまでの摺
動回数を固体潤滑剤の寿命と判断した。この結果を第１
図に示す。 第１図に示す結果より明らかなように、チタン合金の場
合は、焼戻し材で且つ表面の面粗度が小さいものほど固
体潤滑剤の寿命は長くなり、このことから、チタンまた
はチタン合金は生材や焼戻し材（アニール材）を用いる
のが望ましく、また面粗度（Ｒａ）は０．１以下である
ようにしておくのが望ましいことが認められた。 次に、上記焼戻しされたＴｉ−６％Ａ又−４％Ｖ合金で
かつ面粗度（Ｒａ）を０．０６にした供試材に対して、
！＄３表に示す各下地処理溶液に浸漬し、熱風乾１ｓ４
１１！により乾燥した後二硫化モリブテンをＩｇｍの厚
さにスパッタリングして設け、前記第２表に示した条件
で摺動試験を行うことにより固体潤滑剤の寿命を評価し
た。この結果を第２図に示す。 第２図に示す結果より明らかなように、試料２、試料４
のごとく弗酸を含む溶液を用いて下地処理を行うことに
よって、基材が軽金属である場合にも固体潤滑剤の寿命
がより一層向上することが認められた。 実施例２ Ｔｉ−６％Ａ文−４％Ｖよりなる基材の表面を弗酸を含
む溶液で洗浄して下地処理を施したのち、ＫＣＮ塩浴中
で空気をバブリングしながら５６０℃で３０時間浸漬し
、次いで油焼入れした部材を得た。 そして、この部材の表面金属組織を顧徴鏡により調べる
と共に、オージェ分光観察を行って”ｒｉ 、Ｔｉ＋Ｎ
、Ａｉ、Ｖ、Ｏ，Ｃの定量価を求めた。これらの結果を
各々第３図および第４図に示す。 第３図に示す表面金属組織より明らかなように１表面か
ら５ｐｍの深さまで表面改質層が認められ、また、第４
図に示す分光ｍ楽の結果より明らかなように、表面に拡
散浸入している元素は窒素ではなく炭素であることが明
らかであった。 一万、Ｔ ｉ −６％Ａ！；Ｌ−４％Ｖよりなる部材の
表面を弗酸を含む溶液で洗浄することなく、ＫＣＮ塩浴
中で空気をバブリングしながら５６０℃で３０時間浸漬
し、次いで油焼入れした部材を得た。 そして、この部材の表面金属組織を顕微鏡により調べた
ところ、第５図に示す結果であった。 第５図に示す表面金属組織より明らかなように、衣血改
冥層が非常に薄くなっており、部材に対して浸炭処理を
施す前に弗酸を含む溶液で洗浄する下地処理を施して、
部材表面の酸化層を除去しておく万が望ましいことが認
められた。 また、浸炭処理による基材の熱歪量を調べたところ、第
６図に示す結果であった。この場合、塩浴中への浸漬時
間を２０時間と一足にし、浸漬温度を変えたことによる
熱歪量への影響を調べた。 一般に、部材に対して塩浴による浸炭処理を施した場合
には、部材を浸炭処理後に再ヵロエすることは基材表面
の改質層の厚みを保持するためにも好ましくなく、バレ
ル研磨を施す位が限度である。そして、この場合に許容
される熱歪量はせいぜい０．０２％程度であり、６００
℃を超える温度による処理は熱歪量が多くなりすぎるこ
とから、塩浴による浸炭処理は５００℃以上６００℃以
下で１０時間以上、必要に応じて２０時間以上とするの
が望ましいことが認められた。 次に、上記ＫＣＮ塩浴中で塩浴処理した第４表に示す表
面窒化深さおよび表面硬さを有する部材と、他の手法に
より表面処理した同じく第４表に示す表面窒化深さおよ
び表面硬さを有する各部材とにおいて、真窄下における
無潤滑状態での摺動特性を真空用ピンオンティスフ型摺
動試験機によって第５表に示す条件で調べた。この結果
を第６表に示す。 第 ５ 表 第６表に示した結果より明らかなように、塩浴処理を施
した部材では全部材中において最も小さい摩擦係数を有
しており、無潤滑の状態であっても低摩擦係数を有して
いることが認められた。 次いで、上記無潤滑の部材に対し固体潤滑剤として二硫
化モリブデンをスパッタリングにより各々約１ｕＬｍの
厚さで設けて潤滑部材としたのち、ビンオンディスク型
摩擦試験機を用いて第７表に示す条件による摩擦試験を
行い、固体潤滑膜が破断に至るまでの耐久回数を測定し
て前記固体潤滑膜の寿命を調べた。この結果を第７図に
示す。 第 表 第７図に示した結果より明らかなように、塩浴処理によ
って浸炭層が形成された基材表面に固体潤滑剤を設けた
ものとすることによって、固体潤滑剤の寿命は明らかに
改善されていることが認められた。 次に、第４表に示したカス窒化処理および塩浴処理を施
したのち固体潤滑剤を設けることによって、第７図に示
したように固体潤滑剤の耐久性矩にすぐれたものとなっ
ている両部材のほかに、ざらに、表面処理を施さない比
較の部材と、現在宇宙環境下においてよく使用されるマ
ルテンサイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ４４０Ｃ）および
軸受鋼（ＳＵＪ２）の基材表面に固体潤滑剤を設けた同
しく比較の部材とを供試材として、ビンオンディスク試
験機を用いて第８表に示す条件で摩擦試験を打うことに
よりそれぞれの摺動特性を調べた。 この結果を第８図に示す。 第 ８ 表 ＄８図に示した結果より明らかなように、本発明例のチ
タン合金潤滑部材は、従来のステンレス鋼（ＳＵＳ４４
０Ｃ）潤滑部材および軸受鋼（ＳＵＪ２）潤滑部材と同
等の寿命特性が得られ、従来は固体潤滑剤の寿命が低下
するために真空下での潤滑部材の基材として用いられな
かったチタン材料を使用することが可能であり、真空用
潤滑部材の著しい軽量化が実現できることが認められた
。 次に、基材表面に浸炭処理を施す場合の塩浴中へり浸漬
時間による影響を調べた。 すなわち、第９表に示すようなＫＣＮ＋ＫＣＮＯ塩浴中
への浸漬時間が異なる各試料を用意して上記と同様のピ
ンオンティスフ試験機を用いて摺動試験を打った。この
結果を第９図にボす。 第９表 第９図に示した結果より明らかなように、塩浴中での浸
漬時間を多くすることによって耐久性能が向上すること
が明らかであり、１０時間以上の浸漬が望ましいことが
認められた。これは、浸漬時間が短いと部材表面に拡散
侵入した窒素の残存があるためではないかと推楽された
。 この結果、真空中での摩擦係数が小さくかつ現行材であ
るステンレス鋼や軸受鋼と同等の耐久性能を有するチタ
ン系潤滑部材が得られることが明らかであり、鉄基材料
に比べて４３％もの軽量化が実現される。 したがって、電子！ｊＡ黴鏡や蒸着装置（ＰＶＩ））な
どの真空機器の軸受等として使用可能であるだけでなく
、とくに軽量化が要求される宇宙機器用潤滑部材などと
してきわめて好適なものである。
本発明に係わる真空用軽量潤滑部材は、基材がチタンも
しくはチタン合金からなり、弗酸を含む溶液で洗浄され
た基材表面に固体潤滑剤が設けられている構成とし、ま
た、浸炭層が形成された基材表面に固体潤滑剤が設けら
れている構成とし、さらには弗酸を含む溶液で洗浄され
た状態で浸度層が形成された基材表面に固体潤滑剤が設
けられている構成としているので、基材としてチタンも
しくはチタン合金を用いたときでも固体潤滑剤の結合力
が増大したものとなって、固体潤滑剤の寿命が大幅に延
長されて、良好なる潤滑性能が長期にわたって持続され
るようになり、分析機器や蒸着装置などの真空雰囲気下
で用いられる潤滑部材として過しているほか、とくに宇
宙空間で用いられて軽量であることが要求される潤滑部
材としても憬れたものであるという著大なる効果がもら
される。
しくはチタン合金からなり、弗酸を含む溶液で洗浄され
た基材表面に固体潤滑剤が設けられている構成とし、ま
た、浸炭層が形成された基材表面に固体潤滑剤が設けら
れている構成とし、さらには弗酸を含む溶液で洗浄され
た状態で浸度層が形成された基材表面に固体潤滑剤が設
けられている構成としているので、基材としてチタンも
しくはチタン合金を用いたときでも固体潤滑剤の結合力
が増大したものとなって、固体潤滑剤の寿命が大幅に延
長されて、良好なる潤滑性能が長期にわたって持続され
るようになり、分析機器や蒸着装置などの真空雰囲気下
で用いられる潤滑部材として過しているほか、とくに宇
宙空間で用いられて軽量であることが要求される潤滑部
材としても憬れたものであるという著大なる効果がもら
される。
第１図は基材の熱処理条件と基材表面の面粗度による固
体潤滑剤の寿命への影響を調べた結果を例示するグラフ
、第２図は下地処理の有無および下地処理に用いる溶液
の種類による固体潤滑剤の寿命への影響を調べた結果を
例示するグラフ、第３および第４図はチタン合金に弗酸
を含んだ溶液で洗浄する下地処理を施したのちＫＣＮ溶
液中に浸漬して塩浴処理して焼入れした部材のそれぞれ
表面金属組織を示す金属組織顕微鏡写真およびオージェ
分光ａ祭を行った結果を例示するグラフ、第５図はチタ
ン合金に弗酸を含む溶液で下地処理することなくＫＣＮ
溶液中に浸漬して塩浴処理して焼入れした部材の表面金
属組織を示す金属Ｍｉｍｍ徽鏡写真、第６図は塩浴の浸
漬温度による熱歪量への影響を調べた結果を例示するグ
ラフ、第７図は窒化処理および塩浴処理による固体潤滑
剤の寿命への影響を調べた結果を例示するグラフ、第８
図はステンレス鋼および軸受鋼を基材とする場合とチタ
ン合金を基材とする場合における固体潤滑剤の寿命への
影響を調べた結果を例示するグラフ、第９図は塩浴処理
時における塩浴中への浸漬時間による耐久性能への影響
を調べた結果を例示するグラフである。 特許用願人 日産自動車株式会社
体潤滑剤の寿命への影響を調べた結果を例示するグラフ
、第２図は下地処理の有無および下地処理に用いる溶液
の種類による固体潤滑剤の寿命への影響を調べた結果を
例示するグラフ、第３および第４図はチタン合金に弗酸
を含んだ溶液で洗浄する下地処理を施したのちＫＣＮ溶
液中に浸漬して塩浴処理して焼入れした部材のそれぞれ
表面金属組織を示す金属組織顕微鏡写真およびオージェ
分光ａ祭を行った結果を例示するグラフ、第５図はチタ
ン合金に弗酸を含む溶液で下地処理することなくＫＣＮ
溶液中に浸漬して塩浴処理して焼入れした部材の表面金
属組織を示す金属Ｍｉｍｍ徽鏡写真、第６図は塩浴の浸
漬温度による熱歪量への影響を調べた結果を例示するグ
ラフ、第７図は窒化処理および塩浴処理による固体潤滑
剤の寿命への影響を調べた結果を例示するグラフ、第８
図はステンレス鋼および軸受鋼を基材とする場合とチタ
ン合金を基材とする場合における固体潤滑剤の寿命への
影響を調べた結果を例示するグラフ、第９図は塩浴処理
時における塩浴中への浸漬時間による耐久性能への影響
を調べた結果を例示するグラフである。 特許用願人 日産自動車株式会社
Claims (3)
- （１）宇宙空間ないしは真空雰囲気下において表面に固
体潤滑剤を設けて用いられる歯車、ボールねじ等の潤滑
部材であって、その基材がチタンもしくはチタン合金か
らなり、弗酸を含む溶液で洗浄された基材表面に固体潤
滑剤が設けられていることを特徴とする真空用軽量潤滑
部材。 - （２）宇宙空間ないしは真空雰囲気下において表面に固
体潤滑剤を設けて用いられる歯車、ボールねじ等の潤滑
部材であって、その基材がチタンもしくはチタン合金か
らなり、浸炭層が形成された基材表面に固体潤滑剤が設
けられていることを特徴とする真空用軽量潤滑部材。 - （３）宇宙空間ないしは真空雰囲気下において表面に固
体潤滑剤を設けて用いられる歯車、ボールねじ等の潤滑
部材であって、その基材がチタンもしくはチタン合金か
らなり、弗酸を含む溶液で洗浄された状態で浸炭層が形
成された基材表面に固体潤滑剤が設けられていることを
特徴とする真空用軽量潤滑部材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4391990A JPH086876B2 (ja) | 1990-02-23 | 1990-02-23 | 真空用軽量潤滑部材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4391990A JPH086876B2 (ja) | 1990-02-23 | 1990-02-23 | 真空用軽量潤滑部材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03244899A true JPH03244899A (ja) | 1991-10-31 |
| JPH086876B2 JPH086876B2 (ja) | 1996-01-29 |
Family
ID=12677125
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4391990A Expired - Lifetime JPH086876B2 (ja) | 1990-02-23 | 1990-02-23 | 真空用軽量潤滑部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH086876B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2020084243A (ja) * | 2018-11-20 | 2020-06-04 | 学校法人近畿大学 | 低酸素環境下用歯車およびその製造方法 |
-
1990
- 1990-02-23 JP JP4391990A patent/JPH086876B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2020084243A (ja) * | 2018-11-20 | 2020-06-04 | 学校法人近畿大学 | 低酸素環境下用歯車およびその製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH086876B2 (ja) | 1996-01-29 |
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