(57)【要約】【課題】通常の湿度環境下で長期間保管しても潤滑特性が低下しない転動要素を得る。【解決手段】本発明の転動要素は、鉄基合金の表面に真空技術を適用した膜形成法で作製された銀または金及びそれらの合金からなる固体潤滑膜が被覆された転動要素であり、前記転動要素に前記固体潤滑膜を被覆後、大気中に取り出す前に真空室内を乾燥した気体で置換することで作製されたものである。【選択図】    なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄基合金の表面に真空技術を適用した膜形成法で作製された銀または金及びそれらの合金からなる固体潤滑膜が被覆された転動要素において、
前記転動要素に前記固体潤滑膜を被覆後大気中に取り出す前に真空室内を乾燥した気体で置換することで作製されたことを特徴とする転動要素。
【請求項２】
前記乾燥した気体が空気、窒素、アルゴンのいずれか一種類もしくは少なくとも二種類の混合ガスからなることを特徴とする請求項１に記載の転動要素。
【請求項３】
前記乾燥した気体中に含まれる水の量が０.５体積％以下であることを特徴とする請求項１に記載の転動要素。
【請求項４】
前記膜形成法がスパッタ法もしくはイオンプレーティング法であることを特徴とする請求項１に記載の転動要素。
【請求項５】
前記転動要素がころがり軸受用の玉、ころ、内輪、外輪の少なくとも一つであることを特徴とする請求項１に記載の転動要素。
【請求項６】
鉄基合金の表面に真空技術により銀または金及びそれらの合金の膜を被覆し、固体潤滑膜を形成する転動要素の製造方法において、
前記固体潤滑膜を被覆後、真空室内を乾燥した気体で置換し、その後大気中に取り出すようにしたことを特徴とする転動要素の製造方法。
【請求項７】
前記乾燥した気体が空気、窒素、アルゴンのいずれか一種類もしくは少なくとも二種類の混合ガスからなり、かつ気体中に含まれる水の量が０.５体積％以下であることを特徴とする請求項６に記載の転動要素の製造方法。
【請求項８】
前記真空技術による膜形成法が、スパッタ法もしくはイオンプレーティング法であることを特徴とする請求項６に記載の転動要素の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超真空環境下、宇宙、原子力発電所で使用される機器などに適用する固体潤滑軸受用の転動要素に関する。  
【背景技術】
【０００２】
従来、固体潤滑軸受に使用される転動要素には二硫化モリブデンや二硫化タングステンなどの硫化物系の固体潤滑膜が主に被覆されて使用されている。しかし、硫化物系の摩耗紛の飛散を嫌う超高真空用途や放射線による硫化物の分解が予想される用途では銀や金などの貴金属膜がスパッタ法またはイオンプレーティング法で被覆される（特許文献１参照）。スパッタ法で作製された銀固体潤滑膜を例に取り説明する。この膜の作製方法を図1で説明する。図において１０は真空を保持する真空チャンバである。真空チャンバの内部には、基板ホルダ１１に載置された基板１２と、基板ホルダに対向する位置に銀のターゲット１４が電極１３に接続して配置されている。真空チャンバの外部には、電極１３に接続されたＲＦ電源１９と、マスフローコントローラ１８を介して接続されたアルゴンガスボンベ１７と、真空ポンプ１５と、真空計１６、リークバルブ２０が配置されている。この装置の真空チャンバ内を減圧アルゴン雰囲気にして、グロー放電を起こしプラズマを発生させる。プラズマ中でプラスに帯電したアルゴンイオンは、マイナスに帯電したターゲットに衝突し、銀原子を叩き出す。叩き出された銀原子は基板に堆積し固体潤滑膜となる。転がり軸受の場合、軸受鋼やステンレス鋼で作製された基板を転動要素（玉、ころ、内輪、外輪）とする。
固体潤滑スパッタ膜が被覆された転動要素はスパッタ装置から通常の大気環境下に取り出される。銀や金などの貴金属で構成された固体潤滑膜の場合、そのあと速やかに真空パック内または乾燥剤入りの容器に保管されるか、同じく速やかに軸受に組立てられて真空パック内または乾燥剤入りの容器で保管される。真空パックや乾燥剤入りの容器内に保管する理由は、銀や金等の貴金属で構成された固体潤滑膜が鉄合金製の転動要素との間で接触腐食を生じて鉄元素が膜中に入り込んで潤滑特性を低下させるのを防止するためである。
【特許文献１】特開昭６１−５５４１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが、水の存在下で異種金属を接触させると腐食電位が低い方の金属が腐食されることが知られている。腐食電位列から予想すると貴金属と鉄製合金の組合せでは、鉄製合金の腐食が著しくなる。（伊藤伍郎：改定腐食化学と防食技術、８８ページ、コロナ社、１９９９年版）。例えば、鉄製合金製の転動要素に銀膜を形成して湿度雰囲気下に保管すると水が膜中に浸入し鉄製転動要素との間で接触腐食が生じる。すると鉄はイオン化して銀膜中に入り込む。その結果、摩擦係数は急増して寿命の低下を生じる。これらの事を防ぐために膜を被覆した転動要素は作業が面倒な真空パック内や乾燥剤入り容器内に入れて保管する必要があった。しかし、乾燥剤の存在下でも長期保管の間に潤滑特性が低下すると言う問題があった。本発明者らはこの原因を調べた結果、真空中で膜を転動要素に被覆後に大気中に取り出す時、大気中に含まれている水分が膜中へ入り込むことが原因であることを見出した。
膜被覆転動要素を大気中に取り出す前に乾燥した気体を入れるなら、大気中に膜被覆転動要素を取り出したとしても膜中に水が浸入しにくい。その結果、長期保管しても接触腐食を生じ難い。
本発明は真空パック内や乾燥剤入りの容器内に転動要素を保管していても腐食により潤滑特性の低下が生じると言う問題点に鑑みてなされたものであり、通常の湿度を有する環境下で長期間保管しても潤滑特性の低下を生じない固体潤滑軸受用転動要素を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したものである。
請求項１記載の発明は、鉄基合金の表面に真空技術を適用した膜形成法で作製された銀または金及びそれらの合金からなる固体潤滑膜が被覆された転動要素において、前記転動要素に前記固体潤滑膜を被覆後大気中に取り出す前に真空室内を乾燥した気体で置換することで作製されたものである。
請求項２の発明は前記乾燥した気体が空気、窒素、アルゴンのいずれか一つもしくは少なくとも二種類以上からなる混合ガスとしたものである。
請求項３の発明は、前記乾燥した気体中に含まれる水の量を０.５体積％以下としたものである。
請求項４に記載の発明は、前記膜形成法をスパッタ法もしくはイオンプレーティング法としたものである。
請求項５に記載の発明は、前記転動要素がころがり軸受用の玉、ころ、内輪、外輪の少なくとも一つとしたものである。
請求項６に記載の発明は、鉄基合金の表面に真空技術により銀または金及びそれらの合金の膜を被覆し、固体潤滑膜を形成する転動要素の製造方法において、前記固体潤滑膜を被覆後、真空室内を乾燥した気体で置換し、その後大気中に取り出すようにしたものである。
請求項７に記載の発明は、前記乾燥した気体が空気、窒素、アルゴンのいずれか一種類もしくは少なくとも二種類の混合ガスからなり、かつ気体中に含まれる水の量が０.５体積％以下にしたものである。
請求項８に記載の発明は、前記真空技術による膜形成法が、スパッタ法もしくはイオンプレーティング法を用いたものである。
【発明の効果】
【０００５】
請求項１、６に記載の発明によると、湿度を含んだ空気に膜が触れる前に乾燥した気体を膜内に入れることにより湿度環境下で保管しても水分が膜内に入ることを防止している。結果として接触腐食による潤滑特性の低下を防止する。
請求項２、８に記載の発明によると、これらの気体は膜の中に原子状態で入り込めるので水分があとで入り込むことを防止できる。結果として大気湿度環境下で保管しても潤滑特性の低下が無い。
請求項３、７に記載の発明によると、気体中に含まれる水の量が少ないほど膜中に含まれる水が少なくなるので長期間保管しても腐食が極めて起り難い。
請求項４に記載の発明によると、真空環境下での膜形成法に適用することで水が膜中に入ることを防止する効果を得ている。その結果、気体中に含まれる水の量が少ないほど膜中に含まれる水が少なくなるので長期間保管しても腐食が極めて起り難い。
請求項５に記載の発明によると、銀または金及びそれらの合金で構成された固体潤滑膜を被覆した転動要素部品全てに本発明を適用することで潤滑特性の低下が起らなくなる。転動要素部品一つに適用しても効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【実施例】
【０００７】
本発明には、転動要素である軸受鋼ＳＵＪ２製のローラ（直径４.００ｍｍ、長さ３.８５ｍｍ）上に厚さ約０.６μｍの固体潤滑膜を被覆した物を使用した。固体潤滑膜の種類は、銀および金とし、高周波スパッタ法で作製した。スパッタ条件は、投入電力５０Ｗ、ローラとターゲット間の距離５０ｍｍ、アルゴン分圧１.７Ｐａである。
なお、本実施の形態では転動要素をローラとしたが、本発明の固体潤滑膜であれば同様の効果が得られるので、転動要素は玉、内輪、外輪でも良いことは明らかである。また、転動要素の基材は、他の軸受鋼やＳＵＳ４４０Ｃ等のステンレス鋼、その他の鉄基材料でもよい。
固体潤滑膜被覆ローラに対してすべり摩擦試験により潤滑特性を測定し寿命を求めた。
【０００８】
以下、本発明の第１の実施例を述べる。
固体潤滑膜をローラに被覆した後、真空室内に種々の水分量を含むガスを入れて１時間保持後に大気開放した。大気開放時の相対湿度は６０％であった。この試料を６０％の湿度環境下で所定期間保持した後、潤滑特性を測定して寿命を求めた。
潤滑特性測定条件は、すべり速度０.１４ｍ／ｓ、荷重１.７Ｎ、相対湿度２０％である。比較として用いた例では、転動要素であるローラに膜を被覆後すぐに相対湿度６０％の大気中に取り出した。シリカゲル乾燥剤が入った容器内または真空パック中で所定期間保管後潤滑特性を測定した。表１に潤滑特性測定で得られた寿命の値を示す。寿命は、初期状態の試料に対する相対値である。
【０００９】
【表１】
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表１から分かるように、従来の方法で作製された転動体ではシリカゲル乾燥剤中での保管であるのに３ないし５ヵ月後には寿命の低下が観察されている。それに対して本発明の転動体では乾燥剤がないのに長期間保管しても寿命の低下が少ないことが分かる。また、試験後の膜に含まれる鉄の含有量を二次イオン質量分析法で調べた結果、寿命が低下した膜には表面付近まで多くの鉄が含まれていることが分かった。
本実施例では気体中の水分量は０.５体積％以下であるが、気体中の水分量が通常の環境下に含まれる値以下であれば寿命が延びることは明らかである。また、銀と金の固体潤滑膜として二種類だけ示したが、これらの合金でも同じ効果が得られる。
【００１０】
以上述べたように、本発明によれば、転動要素に真空技術を適用して固体潤滑膜を形成した後、真空装置内で水分含有量が少ない気体に曝してから大気中に取り出す方法を取っているので、膜内に水分が浸入しにくい。その結果、接触腐食を生じないので長期間保管しても寿命の低下がほとんど起らないという効果がある。真空技術を適用した膜形成法としてスパッタ法を例に取ったが、イオンプレーティングや真空蒸着法などでも同じ効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】固体潤滑膜を作製するスパッタ装置の模式図
【符号の説明】
【００１２】
１０  真空チャンバ
１１  基板ホルダ
１２  基板
１３  電極
１４  ターゲット
１５  真空ポンプ
１６  真空計
１７  アルゴンボンベ
１８  マスフローコントローラ
１９  ＲＦ電源
２０  リークバルブ
【図１】
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