JPH11193455A - 固体潤滑膜構造および固体潤滑転がり軸受 - Google Patents
固体潤滑膜構造および固体潤滑転がり軸受Info
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- JPH11193455A JPH11193455A JP9368808A JP36880897A JPH11193455A JP H11193455 A JPH11193455 A JP H11193455A JP 9368808 A JP9368808 A JP 9368808A JP 36880897 A JP36880897 A JP 36880897A JP H11193455 A JPH11193455 A JP H11193455A
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C2360/00—Engines or pumps
- F16C2360/44—Centrifugal pumps
- F16C2360/45—Turbo-molecular pumps
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- Rolling Contact Bearings (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 硫化モリブデン被膜をスパッタリングにより
形成する際に、より耐摩耗性に優れた硫化モリブデン被
膜を形成し、固体潤滑転がり軸受の硫化モリブデン被膜
における耐摩耗性を改善することである。 【解決手段】 鋼製の内・外輪および転動体から選ばれ
る一種以上の転がり軸受を構成する部品の摩擦面に、ス
パッタリングによって硫化モリブデンの潤滑性結晶被膜
を形成する際に、前記硫化モリブデンの結晶の二次構造
が、分岐１１ａを有する短繊維状結晶１１の連続した樹
枝状結晶体１２の表面に、多数の短毛状結晶１３を成長
させた構造の潤滑性結晶被膜を形成した固体潤滑転がり
軸受とする。
形成する際に、より耐摩耗性に優れた硫化モリブデン被
膜を形成し、固体潤滑転がり軸受の硫化モリブデン被膜
における耐摩耗性を改善することである。 【解決手段】 鋼製の内・外輪および転動体から選ばれ
る一種以上の転がり軸受を構成する部品の摩擦面に、ス
パッタリングによって硫化モリブデンの潤滑性結晶被膜
を形成する際に、前記硫化モリブデンの結晶の二次構造
が、分岐１１ａを有する短繊維状結晶１１の連続した樹
枝状結晶体１２の表面に、多数の短毛状結晶１３を成長
させた構造の潤滑性結晶被膜を形成した固体潤滑転がり
軸受とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、摩擦面の固体潤
滑膜構造および固体潤滑膜の形成方法並びに固体潤滑転
がり軸受に関する。
滑膜構造および固体潤滑膜の形成方法並びに固体潤滑転
がり軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】固体潤滑転がり軸受は、通常の潤滑剤を
使用できない宇宙空間や原子炉のような特殊な環境、真
空搬送用装置、ターボ分子ポンプなどの真空を利用する
機器などに適用されるものであって、転がり軸受を構成
する部品（内・外輪、転動体および保持器を含む部品）
の摩擦面には、二硫化モリブデンなどの固体潤滑膜がス
パッタリングによって形成されている。
使用できない宇宙空間や原子炉のような特殊な環境、真
空搬送用装置、ターボ分子ポンプなどの真空を利用する
機器などに適用されるものであって、転がり軸受を構成
する部品（内・外輪、転動体および保持器を含む部品）
の摩擦面には、二硫化モリブデンなどの固体潤滑膜がス
パッタリングによって形成されている。
【０００３】スパッタ法による二硫化モリブデン膜の形
成方法は、例えば特開平６−２７２７１５号公報に記載
されているように、ホットプレスによって成形したＭｏ
Ｓ2バルク材（塊材）をスパッタリング装置の上部に配
置した上部電極に取り付け、この電極に対向する下部電
極に被処理物を取り付け、放電ガス雰囲気中で両電極間
に高周波電流を印加して行なわれる。
成方法は、例えば特開平６−２７２７１５号公報に記載
されているように、ホットプレスによって成形したＭｏ
Ｓ2バルク材（塊材）をスパッタリング装置の上部に配
置した上部電極に取り付け、この電極に対向する下部電
極に被処理物を取り付け、放電ガス雰囲気中で両電極間
に高周波電流を印加して行なわれる。
【０００４】このようなスパッタ法によると、通常、二
硫化モリブデン被膜は被処理物の表面に網目状または小
丘が密集した緻密な被膜構造を形成する。
硫化モリブデン被膜は被処理物の表面に網目状または小
丘が密集した緻密な被膜構造を形成する。
【０００５】このような二硫化モリブデン被膜を形成し
た転がり軸受は、その保持器を四フッ化エチレン樹脂
（ＰＴＦＥ）などの潤滑性に優れたフッ素系樹脂で形成
すると、摩擦状態の初期に二硫化モリブデン被膜によっ
て潤滑され、その後はＰＴＦＥ等のフッ素系樹脂が保持
器から内・外輪や転動体に転移して潤滑される。
た転がり軸受は、その保持器を四フッ化エチレン樹脂
（ＰＴＦＥ）などの潤滑性に優れたフッ素系樹脂で形成
すると、摩擦状態の初期に二硫化モリブデン被膜によっ
て潤滑され、その後はＰＴＦＥ等のフッ素系樹脂が保持
器から内・外輪や転動体に転移して潤滑される。
【０００６】したがって、前記二硫化モリブデン被膜の
摩耗寿命は、摩擦開始からフッ素樹脂の転移膜が形成さ
れる時間より少し長ければ足りると考えられる。
摩耗寿命は、摩擦開始からフッ素樹脂の転移膜が形成さ
れる時間より少し長ければ足りると考えられる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、より過酷な使
用条件では、保持器からフッ素樹脂転移膜が形成される
以前に二硫化モリブデン被膜が摩耗寿命に達することも
想定される。
用条件では、保持器からフッ素樹脂転移膜が形成される
以前に二硫化モリブデン被膜が摩耗寿命に達することも
想定される。
【０００８】このような過酷な摩擦状態では、フッ素系
樹脂製の保持器から潤滑剤が安定供給されることなく軸
受全体が摩耗寿命に達することになるから、将来のより
過酷な使用条件に対応するような固体潤滑転がり軸受に
ならない。
樹脂製の保持器から潤滑剤が安定供給されることなく軸
受全体が摩耗寿命に達することになるから、将来のより
過酷な使用条件に対応するような固体潤滑転がり軸受に
ならない。
【０００９】そこで、本願の発明の第１の課題は、上記
した問題点を解決して、硫化モリブデンの潤滑性結晶被
膜を形成した摩擦面の固体潤滑膜構造を改良し、より耐
摩耗性の優れた摩擦面の固体潤滑膜構造とすることであ
る。または、機械部品の摩擦面に硫化モリブデン被膜を
スパッタリングにより形成する際に、より耐摩耗性に優
れた硫化モリブデン被膜を形成する方法を提供すること
である。
した問題点を解決して、硫化モリブデンの潤滑性結晶被
膜を形成した摩擦面の固体潤滑膜構造を改良し、より耐
摩耗性の優れた摩擦面の固体潤滑膜構造とすることであ
る。または、機械部品の摩擦面に硫化モリブデン被膜を
スパッタリングにより形成する際に、より耐摩耗性に優
れた硫化モリブデン被膜を形成する方法を提供すること
である。
【００１０】そして、本願の発明の第２の課題は、固体
潤滑転がり軸受の潤滑特性を改善して、固体潤滑転がり
軸受の硫化モリブデン被膜における耐摩耗性を改善する
ことである。
潤滑転がり軸受の潤滑特性を改善して、固体潤滑転がり
軸受の硫化モリブデン被膜における耐摩耗性を改善する
ことである。
【００１１】また、本願の発明の第３の課題は、特に、
保持器がフッ素系樹脂またはこれを含む合成樹脂からな
る固体潤滑転がり軸受において、その硫化モリブデン被
膜の耐摩耗性を改善することである。
保持器がフッ素系樹脂またはこれを含む合成樹脂からな
る固体潤滑転がり軸受において、その硫化モリブデン被
膜の耐摩耗性を改善することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記した第１の課題を解
決するため、本願の発明においては、摩擦面に硫化モリ
ブデンの潤滑性結晶被膜を形成した固体潤滑膜構造にお
いて、前記硫化モリブデンの結晶の二次構造が、分岐を
有する短繊維状結晶体の連続した樹枝状結晶体表面に、
多数の短毛状結晶を成長させた構造であることを特徴と
する摩擦面の固体潤滑膜構造としたのである。
決するため、本願の発明においては、摩擦面に硫化モリ
ブデンの潤滑性結晶被膜を形成した固体潤滑膜構造にお
いて、前記硫化モリブデンの結晶の二次構造が、分岐を
有する短繊維状結晶体の連続した樹枝状結晶体表面に、
多数の短毛状結晶を成長させた構造であることを特徴と
する摩擦面の固体潤滑膜構造としたのである。
【００１３】または、機械部品の摩擦面に硫化モリブデ
ンの潤滑性結晶被膜をスパッタリングで形成する固体潤
滑膜の形成方法において、硫化モリブデン粉末からなる
ターゲットを、被膜を形成する部品の下方に配置し、前
記ターゲットと部品間に電力密度５〜８ｗ／cm2 で高周
波電力を印加してスパッタリングすることを特徴とする
固体潤滑膜の形成方法としたのである。
ンの潤滑性結晶被膜をスパッタリングで形成する固体潤
滑膜の形成方法において、硫化モリブデン粉末からなる
ターゲットを、被膜を形成する部品の下方に配置し、前
記ターゲットと部品間に電力密度５〜８ｗ／cm2 で高周
波電力を印加してスパッタリングすることを特徴とする
固体潤滑膜の形成方法としたのである。
【００１４】硫化モリブデンの結晶の二次構造が、上述
のように樹枝状結晶体表面に多数の短毛状結晶を成長さ
せた状態であれば、多数の短毛状結晶を有する樹枝状結
晶体の隙間を埋めるように存在するので、摩擦面に硫化
モリブデンの潤滑性結晶被膜が極めて緻密な組織に形成
され、固体潤滑被膜の耐摩耗性が顕著に向上する。
のように樹枝状結晶体表面に多数の短毛状結晶を成長さ
せた状態であれば、多数の短毛状結晶を有する樹枝状結
晶体の隙間を埋めるように存在するので、摩擦面に硫化
モリブデンの潤滑性結晶被膜が極めて緻密な組織に形成
され、固体潤滑被膜の耐摩耗性が顕著に向上する。
【００１５】また、前記所定の固体潤滑膜の形成方法で
は、樹枝状結晶体表面に多数の短毛状結晶を成長させた
耐摩耗性に優れた硫化モリブデンの結晶の二次構造が、
スパッタリングによって確実に得られる。また、硫化モ
リブデン粉末からなるターゲットは、スパッタ処理によ
って劣化した面を処理毎に簡単に除去し、かつ平坦にな
らすことができるので、常に新生面で安定したスパッタ
処理が可能となり、安定した品質の所定結晶二次構造の
硫化モリブデン皮膜が形成できる。
は、樹枝状結晶体表面に多数の短毛状結晶を成長させた
耐摩耗性に優れた硫化モリブデンの結晶の二次構造が、
スパッタリングによって確実に得られる。また、硫化モ
リブデン粉末からなるターゲットは、スパッタ処理によ
って劣化した面を処理毎に簡単に除去し、かつ平坦にな
らすことができるので、常に新生面で安定したスパッタ
処理が可能となり、安定した品質の所定結晶二次構造の
硫化モリブデン皮膜が形成できる。
【００１６】また、前記の第２の課題を解決するため、
本願の発明においては、転がり軸受を構成する部品の摩
擦面に、硫化モリブデンの潤滑性結晶被膜を形成した固
体潤滑転がり軸受において、前記硫化モリブデンの結晶
の二次構造が、分岐を有する短繊維状結晶体の連続した
樹枝状結晶体表面に、多数の短毛状結晶を成長させた構
造であることを特徴とする固体潤滑転がり軸受としたの
である。
本願の発明においては、転がり軸受を構成する部品の摩
擦面に、硫化モリブデンの潤滑性結晶被膜を形成した固
体潤滑転がり軸受において、前記硫化モリブデンの結晶
の二次構造が、分岐を有する短繊維状結晶体の連続した
樹枝状結晶体表面に、多数の短毛状結晶を成長させた構
造であることを特徴とする固体潤滑転がり軸受としたの
である。
【００１７】上記固体潤滑転がり軸受は、固体潤滑転が
り軸受の潤滑特性が改善され、特に固体潤滑転がり軸受
の摩擦面に緻密な所定の結晶二次構造からなる硫化モリ
ブデン被膜を形成しているので、摩擦面の耐摩耗性が改
善されて長寿命の固体潤滑転がり軸受になる。
り軸受の潤滑特性が改善され、特に固体潤滑転がり軸受
の摩擦面に緻密な所定の結晶二次構造からなる硫化モリ
ブデン被膜を形成しているので、摩擦面の耐摩耗性が改
善されて長寿命の固体潤滑転がり軸受になる。
【００１８】また、前記した第３の課題を解決するた
め、本願の発明においては、硫化モリブデンの潤滑性結
晶被膜を形成する部品が、鋼製の内・外輪および転動体
から選ばれる一種以上の部品であり、かつ転動体の保持
器が、フッ素系樹脂またはこれを含む合成樹脂で形成さ
れた保持器である上記構成の固体潤滑転がり軸受とした
のである。
め、本願の発明においては、硫化モリブデンの潤滑性結
晶被膜を形成する部品が、鋼製の内・外輪および転動体
から選ばれる一種以上の部品であり、かつ転動体の保持
器が、フッ素系樹脂またはこれを含む合成樹脂で形成さ
れた保持器である上記構成の固体潤滑転がり軸受とした
のである。
【００１９】このように保持器がフッ素系樹脂またはこ
れを含む合成樹脂からなる固体潤滑転がり軸受は、運転
初期のトルクが低く安定し、保持器からのフッ素系樹脂
の転移潤滑に移行するまでの潤滑は安定し、動作の信頼
性が格段に向上する。そのため、上記構成の固体潤滑転
がり軸受は、より過酷な使用条件に耐える長寿命の固体
潤滑転がり軸受になる。
れを含む合成樹脂からなる固体潤滑転がり軸受は、運転
初期のトルクが低く安定し、保持器からのフッ素系樹脂
の転移潤滑に移行するまでの潤滑は安定し、動作の信頼
性が格段に向上する。そのため、上記構成の固体潤滑転
がり軸受は、より過酷な使用条件に耐える長寿命の固体
潤滑転がり軸受になる。
【００２０】
【発明の実施の形態】本願の発明に採用する硫化モリブ
デン被膜は、二硫化モリブデンの他、所期した結晶構造
の被膜を形成可能なものであればよく、例えば３、４、
５および６価の硫化モリブデン化合物のうち、適当な化
合物を採用できる。
デン被膜は、二硫化モリブデンの他、所期した結晶構造
の被膜を形成可能なものであればよく、例えば３、４、
５および６価の硫化モリブデン化合物のうち、適当な化
合物を採用できる。
【００２１】なお、分子式ＭｏＳx （式中、ｘは１．６
〜２．７である。）で示され、二硫化モリブデン分子の
硫黄とモリブデンの組成比Ｓ／Ｍｏが１．６以上２．７
以下のものは、硫黄成分が豊富に含まれ潤滑性に優れて
いるので、好ましいものである。
〜２．７である。）で示され、二硫化モリブデン分子の
硫黄とモリブデンの組成比Ｓ／Ｍｏが１．６以上２．７
以下のものは、硫黄成分が豊富に含まれ潤滑性に優れて
いるので、好ましいものである。
【００２２】本願の発明に用いる転がり軸受を構成する
部品は、主として内・外輪、転動体および保持器からな
るが、保持器を形成する材料は、フッ素系樹脂またはこ
れを含む合成樹脂とし、スパッタリングをしないことが
好ましい。また、内・外輪、転動体および保持器は、軸
受鋼、ステンレス鋼またはセラミックスなどの周知の材
料を選択的に採用できる。
部品は、主として内・外輪、転動体および保持器からな
るが、保持器を形成する材料は、フッ素系樹脂またはこ
れを含む合成樹脂とし、スパッタリングをしないことが
好ましい。また、内・外輪、転動体および保持器は、軸
受鋼、ステンレス鋼またはセラミックスなどの周知の材
料を選択的に採用できる。
【００２３】保持器の形成材料として用いるフッ素系樹
脂は、フッ素を含有する樹脂であれば特に限定使用され
るものではなく、例えばＰＴＦＥのほか、クロロトリフ
ルオロエチレン樹脂、テトラフルオロエチレン−ヘキサ
フルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン
−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、フッ
化ビニリデン樹脂、エチレン−テトラフルオロエチレン
共重合体、エチレン−クロロフルオロエチレン共重合体
などである。
脂は、フッ素を含有する樹脂であれば特に限定使用され
るものではなく、例えばＰＴＦＥのほか、クロロトリフ
ルオロエチレン樹脂、テトラフルオロエチレン−ヘキサ
フルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン
−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、フッ
化ビニリデン樹脂、エチレン−テトラフルオロエチレン
共重合体、エチレン−クロロフルオロエチレン共重合体
などである。
【００２４】フッ素系樹脂を含む合成樹脂は、上記した
フッ素系樹脂を混合した混合樹脂またはフッ素系樹脂を
表面に被覆または積層した複合体（複合材料）であり、
その場合の合成樹脂は特に限定されるものではなく、熱
硬化性または熱可塑性のいずれの樹脂であってもよい。
すなわち、前記合成樹脂の具体例としては、フェノール
樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、メラミンフェノール
共縮合樹脂、キシレン変性フェノール樹脂、ユリアグア
ナミン共縮合樹脂、アミノ樹脂、アセトグアナミン樹
脂、メラミングアナミン樹脂、ポリエステル樹脂、ジア
リルフタレート樹脂、キシレン樹脂、エポキシ樹脂、エ
ポキシアクリレート樹脂、ポリアミド、メタクリル樹
脂、ポリアセタール、ポリカーボネイト、ポリイミド、
ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、アイオノマー
樹脂、ポリフェニレンオキサイド、メチルペンテンポリ
マー、ポリアリルスルホン、ポリアリルエーテル、ポリ
エーテルケトン、ポリフェニレンサルファイド、ポリス
ルホン、全芳香族ポリエステルなどを例示できる。
フッ素系樹脂を混合した混合樹脂またはフッ素系樹脂を
表面に被覆または積層した複合体（複合材料）であり、
その場合の合成樹脂は特に限定されるものではなく、熱
硬化性または熱可塑性のいずれの樹脂であってもよい。
すなわち、前記合成樹脂の具体例としては、フェノール
樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、メラミンフェノール
共縮合樹脂、キシレン変性フェノール樹脂、ユリアグア
ナミン共縮合樹脂、アミノ樹脂、アセトグアナミン樹
脂、メラミングアナミン樹脂、ポリエステル樹脂、ジア
リルフタレート樹脂、キシレン樹脂、エポキシ樹脂、エ
ポキシアクリレート樹脂、ポリアミド、メタクリル樹
脂、ポリアセタール、ポリカーボネイト、ポリイミド、
ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、アイオノマー
樹脂、ポリフェニレンオキサイド、メチルペンテンポリ
マー、ポリアリルスルホン、ポリアリルエーテル、ポリ
エーテルケトン、ポリフェニレンサルファイド、ポリス
ルホン、全芳香族ポリエステルなどを例示できる。
【００２５】本願の発明において硫化モリブデン被膜を
スパッタリングにより形成する際に用いるスパッタリン
グ装置は、高周波スパッタリング、または高周波マグネ
トロンスパッタリングのいずれであってもよい。
スパッタリングにより形成する際に用いるスパッタリン
グ装置は、高周波スパッタリング、または高周波マグネ
トロンスパッタリングのいずれであってもよい。
【００２６】図１に示すように、高周波スパッタリング
装置は、流動性のある二硫化モリブデン粉末からなるタ
ーゲット１を、被膜を形成する部品２の下方に配置し、
すなわちターゲット（膜材料）１を上面開放容器に収容
した下部電極３と、被膜を形成する転がり軸受の部品２
などを下面に係止した上部電極４を設けたものである。
そして、これら両電極間に高周波電源５を接続して所定
の電力密度の電力を印加し、その際にターゲット１や部
品２を比較的低温でスパッタリングするために、両電極
３、４内にはそれぞれ冷却水を流通させる流路６、７を
設けている。なお、この高周波スパッタリング装置は、
図外の油拡散ポンプおよびターボ分子ポンプを備えた真
空排気装置およびスパッタガス注入装置付きの真空容器
８に収容されており、さらに上・下部電極３、４間には
絶縁性シャッタ９を付設し、これを適宜に開閉操作す
る。また、図中の符号１０はシールド板を示している。
装置は、流動性のある二硫化モリブデン粉末からなるタ
ーゲット１を、被膜を形成する部品２の下方に配置し、
すなわちターゲット（膜材料）１を上面開放容器に収容
した下部電極３と、被膜を形成する転がり軸受の部品２
などを下面に係止した上部電極４を設けたものである。
そして、これら両電極間に高周波電源５を接続して所定
の電力密度の電力を印加し、その際にターゲット１や部
品２を比較的低温でスパッタリングするために、両電極
３、４内にはそれぞれ冷却水を流通させる流路６、７を
設けている。なお、この高周波スパッタリング装置は、
図外の油拡散ポンプおよびターボ分子ポンプを備えた真
空排気装置およびスパッタガス注入装置付きの真空容器
８に収容されており、さらに上・下部電極３、４間には
絶縁性シャッタ９を付設し、これを適宜に開閉操作す
る。また、図中の符号１０はシールド板を示している。
【００２７】
【実施例】〔実施例１〕図１に示した高周波スパッタリ
ング装置を用い、上部電極４に転がり軸受の内輪、外輪
および転動体から選ばれる部品２（ステンレス鋼ＳＵＳ
４４０Ｃ製）を装着し、その下方に対抗する下部電極３
の上面には、二硫化モリブデンの粉体（平均粒径１．０
μm ）をターゲット１として設置した。
ング装置を用い、上部電極４に転がり軸受の内輪、外輪
および転動体から選ばれる部品２（ステンレス鋼ＳＵＳ
４４０Ｃ製）を装着し、その下方に対抗する下部電極３
の上面には、二硫化モリブデンの粉体（平均粒径１．０
μm ）をターゲット１として設置した。
【００２８】真空容器８内は、予め図外のターボ分子ポ
ンプと油拡散ポンプによって１０-6〜１０-7Torrに真空
排気し、純度９９．９９９％のアルゴンガスを導入後、
３×１０-2Torrまで昇圧し、上部電極４に１３．５６Ｍ
Ｈｚの高周波電力を印加し、シャッタ９を閉じた状態で
イオンボンバードによるクリーニングを１０分間実施し
た。
ンプと油拡散ポンプによって１０-6〜１０-7Torrに真空
排気し、純度９９．９９９％のアルゴンガスを導入後、
３×１０-2Torrまで昇圧し、上部電極４に１３．５６Ｍ
Ｈｚの高周波電力を印加し、シャッタ９を閉じた状態で
イオンボンバードによるクリーニングを１０分間実施し
た。
【００２９】次に、下部電極３に前記した同じ周波数の
高周波電力を電力密度６．４w/cm2で印加し、電極間距
離２０mmでシャッタ９を開けて１２０分間スパッタリン
グ（スパッタアップ）を行なって潤滑性結晶被膜を形成
した。これらの処理を行う際には、両電極内の流路６、
７に２０℃の冷却水を流通させた。
高周波電力を電力密度６．４w/cm2で印加し、電極間距
離２０mmでシャッタ９を開けて１２０分間スパッタリン
グ（スパッタアップ）を行なって潤滑性結晶被膜を形成
した。これらの処理を行う際には、両電極内の流路６、
７に２０℃の冷却水を流通させた。
【００３０】そして、実施例１の内輪、外輪および転動
体について、成膜の潤滑特性（被膜寿命）を調べるため
にステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）製爪曲げ保持器を用い
て軸受（転がり軸受６０８相当）を製造し、これを１０
-6Ｔｏｒｒの真空雰囲気で面圧０．９（ＧＰａ）、回転
速度２５００ｒｐｍの条件で、軸受試験機の摩擦トルク
が１０-2Ｎ・ｍに達した時（寿命時の総回転数：rev.）
を調べた。これらの結果は、試験軸受数ｎ＝５のそれぞ
れについて、図２中に○印で示した。
体について、成膜の潤滑特性（被膜寿命）を調べるため
にステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）製爪曲げ保持器を用い
て軸受（転がり軸受６０８相当）を製造し、これを１０
-6Ｔｏｒｒの真空雰囲気で面圧０．９（ＧＰａ）、回転
速度２５００ｒｐｍの条件で、軸受試験機の摩擦トルク
が１０-2Ｎ・ｍに達した時（寿命時の総回転数：rev.）
を調べた。これらの結果は、試験軸受数ｎ＝５のそれぞ
れについて、図２中に○印で示した。
【００３１】また、実施例１の試験軸受のうち、一つ
（代表例）の表面の結晶状態を走査型電子顕微鏡（×１
５０００）で観察し、その写真を図３に示し、また結晶
状態の模式図を図４に示した。
（代表例）の表面の結晶状態を走査型電子顕微鏡（×１
５０００）で観察し、その写真を図３に示し、また結晶
状態の模式図を図４に示した。
【００３２】〔実施例２〕高周波マグネトロンスパッタ
リング装置を用い、実施例１で使用した高周波スパッタ
リング装置と同様に部品（軸受の内・外輪、転動体）お
よびターゲット（二硫化モリブデンの粉体（平均粒径
１．０μm ））を設置し、真空容器内を予め図外のター
ボ分子ポンプと油拡散ポンプによって１０-6〜１０-7To
rrに真空排気し、純度９９．９９９％のアルゴンガスを
導入後、２×１０-2Torrまで昇圧し、上部電極４にマグ
ネトロンによる高周波電力を印加し、シャッタ９を閉じ
た状態でイオンボンバードによるクリーニングを１０分
間実施した。
リング装置を用い、実施例１で使用した高周波スパッタ
リング装置と同様に部品（軸受の内・外輪、転動体）お
よびターゲット（二硫化モリブデンの粉体（平均粒径
１．０μm ））を設置し、真空容器内を予め図外のター
ボ分子ポンプと油拡散ポンプによって１０-6〜１０-7To
rrに真空排気し、純度９９．９９９％のアルゴンガスを
導入後、２×１０-2Torrまで昇圧し、上部電極４にマグ
ネトロンによる高周波電力を印加し、シャッタ９を閉じ
た状態でイオンボンバードによるクリーニングを１０分
間実施した。
【００３３】次に、下部電極３に前記したマグネトロン
による高周波電力を印加し、シャッタ９を開けて６０分
間スパッタリング（スパッタアップ）を行なって潤滑性
結晶被膜を形成した。これらの処理を行う際には、両電
極内の流路６、７に２０℃の冷却水を流通させた。
による高周波電力を印加し、シャッタ９を開けて６０分
間スパッタリング（スパッタアップ）を行なって潤滑性
結晶被膜を形成した。これらの処理を行う際には、両電
極内の流路６、７に２０℃の冷却水を流通させた。
【００３４】そして、実施例２の内輪、外輪および転動
体について、実施例１と全く同様にして成膜の潤滑特性
（被膜寿命）を調べ、これらの結果は、試験軸受数ｎ＝
３のそれぞれについて、図２中に▲印で示した。
体について、実施例１と全く同様にして成膜の潤滑特性
（被膜寿命）を調べ、これらの結果は、試験軸受数ｎ＝
３のそれぞれについて、図２中に▲印で示した。
【００３５】〔比較例１〕実施例１において、スパッタ
リングの電力密度を３．２w/cm2 としたこと以外は、全
く同様にして転がり軸受を製造し、実施例１と全く同様
にして成膜の潤滑特性（被膜寿命）を調べ、これらの結
果を試験軸受数ｎ＝２のそれぞれについて、図２中に○
印で示した。
リングの電力密度を３．２w/cm2 としたこと以外は、全
く同様にして転がり軸受を製造し、実施例１と全く同様
にして成膜の潤滑特性（被膜寿命）を調べ、これらの結
果を試験軸受数ｎ＝２のそれぞれについて、図２中に○
印で示した。
【００３６】また、比較例１の試験軸受のうち、一つ
（代表例）の表面の結晶状態を走査型電子顕微鏡（×１
５０００）で観察し、その写真を図５に示した。
（代表例）の表面の結晶状態を走査型電子顕微鏡（×１
５０００）で観察し、その写真を図５に示した。
【００３７】〔比較例２〕実施例２において、スパッタ
リングの電力密度を３．２w/cm2 としたこと以外は、全
く同様にして転がり軸受を製造し、実施例１と全く同様
にして成膜の潤滑特性（被膜寿命）を調べ、これらの結
果を試験軸受数ｎ＝１のそれぞれについて、図２中に▲
印で示した。
リングの電力密度を３．２w/cm2 としたこと以外は、全
く同様にして転がり軸受を製造し、実施例１と全く同様
にして成膜の潤滑特性（被膜寿命）を調べ、これらの結
果を試験軸受数ｎ＝１のそれぞれについて、図２中に▲
印で示した。
【００３８】また、比較例２の試験軸受の表面の結晶状
態を走査型電子顕微鏡（×１５０００）で観察し、その
写真を図６に示した。
態を走査型電子顕微鏡（×１５０００）で観察し、その
写真を図６に示した。
【００３９】〔比較例３〕実施例１において、スパッタ
リングの電力密度を８．９w/cm2 としたこと以外は、全
く同様にして転がり軸受を製造し、実施例１と全く同様
にして成膜の潤滑特性（被膜寿命）を調べ、これらの結
果を試験軸受数ｎ＝２のそれぞれについて、図２中に○
印で示した。
リングの電力密度を８．９w/cm2 としたこと以外は、全
く同様にして転がり軸受を製造し、実施例１と全く同様
にして成膜の潤滑特性（被膜寿命）を調べ、これらの結
果を試験軸受数ｎ＝２のそれぞれについて、図２中に○
印で示した。
【００４０】図２の結果からも明らかなように、電力密
度が４．５w/cm2 以下の範囲でスパッタリングした比較
例１、２と、電力密度が８w/cm2 を越える範囲でスパッ
タリングした比較例３の転がり軸受は、その寿命が７×
１０6 〜１１．５×１０6 回転（rev)であり、被膜の寿
命が実施例１、２の約１／５〜１／２であった。
度が４．５w/cm2 以下の範囲でスパッタリングした比較
例１、２と、電力密度が８w/cm2 を越える範囲でスパッ
タリングした比較例３の転がり軸受は、その寿命が７×
１０6 〜１１．５×１０6 回転（rev)であり、被膜の寿
命が実施例１、２の約１／５〜１／２であった。
【００４１】また、図５に示すように、電力密度が４．
５w/cm2 以下の範囲でスパッタリングした比較例１の二
硫化モリブデンの結晶の二次構造は、短繊維状（または
ウォーム状）の結晶が連結して網目構造であるように観
察された。
５w/cm2 以下の範囲でスパッタリングした比較例１の二
硫化モリブデンの結晶の二次構造は、短繊維状（または
ウォーム状）の結晶が連結して網目構造であるように観
察された。
【００４２】さらに図６に示すように、電力密度が８w/
cm2 を越える範囲でスパッタリングした比較例３の二硫
化モリブデンの結晶の二次構造は、分岐を有する短繊維
状結晶に少しの短毛状結晶の成長が認められるが、短繊
維状結晶同士は連続（または連結）しておらず、緻密性
が不充分な被膜構造であった。
cm2 を越える範囲でスパッタリングした比較例３の二硫
化モリブデンの結晶の二次構造は、分岐を有する短繊維
状結晶に少しの短毛状結晶の成長が認められるが、短繊
維状結晶同士は連続（または連結）しておらず、緻密性
が不充分な被膜構造であった。
【００４３】これに対して、電力密度が５〜８w/cm2 の
範囲でスパッタリングした実施例１と実施例２の転がり
軸受は、その被膜寿命が２２×１０6 〜３７×１０6 回
転（rev)であり、比較例１、２の２倍から５倍程度に長
寿命であった。
範囲でスパッタリングした実施例１と実施例２の転がり
軸受は、その被膜寿命が２２×１０6 〜３７×１０6 回
転（rev)であり、比較例１、２の２倍から５倍程度に長
寿命であった。
【００４４】また、図３および図４に示すように、電力
密度が５〜８w/cm2 の範囲でスパッタリングした実施例
１の二硫化モリブデンの結晶の二次構造は、分岐１１ａ
を有する短繊維状結晶１１の連続した樹枝状結晶体１２
表面に、多数の短毛状結晶１３を成長させた構造であ
り、緻密性が充分な結晶性被膜構造であった。
密度が５〜８w/cm2 の範囲でスパッタリングした実施例
１の二硫化モリブデンの結晶の二次構造は、分岐１１ａ
を有する短繊維状結晶１１の連続した樹枝状結晶体１２
表面に、多数の短毛状結晶１３を成長させた構造であ
り、緻密性が充分な結晶性被膜構造であった。
【００４５】また、実施例２において、処理部品のター
ゲット間の距離（電極間距離という。）を１５ｍｍ、２
０ｍｍ、３５ｍｍ、５０ｍｍまたは６０ｍｍに設定した
こと以外は、全く同様にして転がり軸受を製造し、実施
例２と全く同様にして成膜の潤滑特性（被膜寿命）を調
べ、この結果を表１に示した。
ゲット間の距離（電極間距離という。）を１５ｍｍ、２
０ｍｍ、３５ｍｍ、５０ｍｍまたは６０ｍｍに設定した
こと以外は、全く同様にして転がり軸受を製造し、実施
例２と全く同様にして成膜の潤滑特性（被膜寿命）を調
べ、この結果を表１に示した。
【００４６】
【表１】 表１の結果からも明らかなように、電極間距離が２０〜
５０mmの場合には、同距離が２０mm未満または５０mmを
越える場合よりも長寿命であった。そして、前記同様に
軸受の表面の結晶状態を走査型電子顕微鏡（×１５００
０）で観察した結果、電極間距離が２０〜５０mmの軸受
の摩擦面には、図３または図４に示されるような緻密性
が充分な結晶性被膜構造が形成されていた。
５０mmの場合には、同距離が２０mm未満または５０mmを
越える場合よりも長寿命であった。そして、前記同様に
軸受の表面の結晶状態を走査型電子顕微鏡（×１５００
０）で観察した結果、電極間距離が２０〜５０mmの軸受
の摩擦面には、図３または図４に示されるような緻密性
が充分な結晶性被膜構造が形成されていた。
【００４７】
【発明の効果】本願の固体潤滑膜構造に係る発明は、以
上説明したように、硫化モリブデンの結晶の二次構造を
樹枝状結晶体表面に多数の短毛状結晶を成長させた構造
としたので、摩擦面に硫化モリブデンの潤滑性結晶被膜
が極めて緻密な組織に形成され、固体潤滑被膜の耐摩耗
性が顕著に向上する利点がある。
上説明したように、硫化モリブデンの結晶の二次構造を
樹枝状結晶体表面に多数の短毛状結晶を成長させた構造
としたので、摩擦面に硫化モリブデンの潤滑性結晶被膜
が極めて緻密な組織に形成され、固体潤滑被膜の耐摩耗
性が顕著に向上する利点がある。
【００４８】また、本願の固体潤滑膜の形成方法に係る
発明は、硫化モリブデンからなる膜材料を粉末状とし
て、所定の配置で所定の電力密度の高周波電力を印加し
てスパッタリングしたので、摩擦面に硫化モリブデン被
膜をスパッタリングにより形成する際に、より耐摩耗性
に優れた硫化モリブデン被膜を形成できる利点がある。
発明は、硫化モリブデンからなる膜材料を粉末状とし
て、所定の配置で所定の電力密度の高周波電力を印加し
てスパッタリングしたので、摩擦面に硫化モリブデン被
膜をスパッタリングにより形成する際に、より耐摩耗性
に優れた硫化モリブデン被膜を形成できる利点がある。
【００４９】また、本願の固体潤滑転がり軸受に係る発
明は、硫化モリブデンの結晶の二次構造を樹枝状結晶体
表面に多数の短毛状結晶を成長させたものを部品の摩擦
面に形成したので、軸受の潤滑特性が改善され、摩擦面
の耐摩耗性が改善されて長寿命の固体潤滑転がり軸受に
なる利点がある。
明は、硫化モリブデンの結晶の二次構造を樹枝状結晶体
表面に多数の短毛状結晶を成長させたものを部品の摩擦
面に形成したので、軸受の潤滑特性が改善され、摩擦面
の耐摩耗性が改善されて長寿命の固体潤滑転がり軸受に
なる利点がある。
【００５０】また、保持器がフッ素系樹脂またはこれを
含む合成樹脂からなる固体潤滑転がり軸受に係る発明で
は、保持器からのフッ素系樹脂の転移潤滑に移行するま
での潤滑は安定するので、運転初期のトルクが低く安定
し、動作の信頼性が格段に向上する。また、所定結晶構
造の硫化モリブデン被膜により摩擦面の耐摩耗性が改善
されるので、より過酷な使用条件に耐える長寿命の固体
潤滑転がり軸受になる利点がある。
含む合成樹脂からなる固体潤滑転がり軸受に係る発明で
は、保持器からのフッ素系樹脂の転移潤滑に移行するま
での潤滑は安定するので、運転初期のトルクが低く安定
し、動作の信頼性が格段に向上する。また、所定結晶構
造の硫化モリブデン被膜により摩擦面の耐摩耗性が改善
されるので、より過酷な使用条件に耐える長寿命の固体
潤滑転がり軸受になる利点がある。
【図１】スパッタリング装置の一例を示す模式図
【図２】実施例および比較例のスパッタリングの電力密
度と寿命の関係を示す図表
度と寿命の関係を示す図表
【図３】実施例１の二硫化モリブデン被膜の走査型電子
顕微鏡写真
顕微鏡写真
【図４】実施例１の二硫化モリブデン被膜の結晶二次構
造の模式図
造の模式図
【図５】比較例１の二硫化モリブデン被膜の走査型電子
顕微鏡写真
顕微鏡写真
【図６】比較例３の二硫化モリブデン被膜の走査型電子
顕微鏡写真
顕微鏡写真
１ ターゲット ２ 被膜を形成する部品 ３ 下部電極 ４ 上部電極 ５ 高周波電源 ６、７ 流路 ８ 真空容器 ９ シャッタ １０ シールド板 １１ 短繊維状結晶 １１ａ 分岐 １２ 樹枝状結晶体 １３ 短毛状結晶
Claims (4)
- 【請求項１】 摩擦面に形成される硫化モリブデンの潤
滑性結晶被膜からなる固体潤滑膜構造において、 前記硫化モリブデンの結晶の二次構造が、分岐を有する
短繊維状結晶の連続した樹枝状結晶体表面に、多数の短
毛状結晶を成長させた構造であることを特徴とする固体
潤滑膜構造。 - 【請求項２】 機械部品の摩擦面に硫化モリブデンの潤
滑性結晶被膜をスパッタ法で形成する固体潤滑膜の形成
方法において、 硫化モリブデン粉末からなる膜材料を、被膜を形成する
部品の下方に配置し、前記膜材料と部品間に電力密度５
〜８ｗ／cm2 で高周波電力を印加してスパッタリングす
ることを特徴とする固体潤滑膜の形成方法。 - 【請求項３】 転がり軸受を構成する部品の摩擦面に、
硫化モリブデンの潤滑性結晶被膜を形成した固体潤滑転
がり軸受において、 前記硫化モリブデンの結晶の二次構造が、分岐を有する
短繊維状結晶の連続した樹枝状結晶体表面に、多数の短
毛状結晶を成長させた構造であることを特徴とする固体
潤滑転がり軸受。 - 【請求項４】 硫化モリブデンの潤滑性結晶被膜を形成
する部品が、鋼製の内・外輪および転動体から選ばれる
一種以上の部品であり、かつ転動体の保持器が、フッ素
系樹脂またはこれを含む合成樹脂で形成された保持器で
ある請求項３記載の固体潤滑転がり軸受。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP36880897A JP3822345B2 (ja) | 1997-12-26 | 1997-12-26 | 固体潤滑膜構造および固体潤滑転がり軸受 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP36880897A JP3822345B2 (ja) | 1997-12-26 | 1997-12-26 | 固体潤滑膜構造および固体潤滑転がり軸受 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11193455A true JPH11193455A (ja) | 1999-07-21 |
| JP3822345B2 JP3822345B2 (ja) | 2006-09-20 |
Family
ID=18492811
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP36880897A Expired - Fee Related JP3822345B2 (ja) | 1997-12-26 | 1997-12-26 | 固体潤滑膜構造および固体潤滑転がり軸受 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3822345B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002040743A1 (en) | 2000-11-16 | 2002-05-23 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Metallic sliding member, piston for internal combustion engine, method of surface-treating these, and apparatus therefor |
| CN109338299A (zh) * | 2018-10-29 | 2019-02-15 | 山东建筑大学 | 一种航天器用高耐磨性涂层及制备方法 |
| CN109370271A (zh) * | 2018-10-29 | 2019-02-22 | 山东建筑大学 | 一种新型的耐辐照空间固体润滑剂涂层及制备方法 |
-
1997
- 1997-12-26 JP JP36880897A patent/JP3822345B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002040743A1 (en) | 2000-11-16 | 2002-05-23 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Metallic sliding member, piston for internal combustion engine, method of surface-treating these, and apparatus therefor |
| CN109338299A (zh) * | 2018-10-29 | 2019-02-15 | 山东建筑大学 | 一种航天器用高耐磨性涂层及制备方法 |
| CN109370271A (zh) * | 2018-10-29 | 2019-02-22 | 山东建筑大学 | 一种新型的耐辐照空间固体润滑剂涂层及制备方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3822345B2 (ja) | 2006-09-20 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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