JPH0235029B2 - Seimitsushudobuhin - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は潤滑性耐摩耗性精密摺動部品に係り、
特に、有機金属化合物の化学反応からなる被膜を
摩擦摺動部に形成することによつて固体潤滑性を
付与した精密摺動部品に関する。

本発明の目的は、高度な潤滑性及び耐摩耗性を
有する被膜を均一厚にしかも簡便な方法で精密摺
動部品の全面もしくは摩擦摺動部に形成すること
により、完全無注油で駆動する精密機械、ことに
携帯用等の時計を提供することにある。

従来、精密機械部品の摩擦摺動部には潤滑性及
び耐摩耗性を付与し、機械精度の長期維持を目的
とし時潤滑油が使用されている。しかし、潤滑油
の使用は油の摺動部以外への拡散、低温強での粘
度上昇による潤滑能力の低下、経時的な化学劣化
による潤滑能力の低下など精密機械の精度を長期
間維持するためには不都合な点が多い。又、組立
の合理化、市場における間欠的な注油の必要性な
どの問題があり、各方面でオイルレス潤滑処理技
術の開発が希求されている。このような観点から
これまで種々の固体潤滑処理が検討されてきた。
たとえば、M₀S₂、WS₂、グラフアイト、BN、
（CF）ｎ、PTFEなどの微粉末を、有機バインダ
ー、無料バインダーを用い、摩擦摺動部表面に被
膜形成する方法、あるいは固体潤滑性物質を蒸
着、スパツタリング、イオンプレーテイングなど
で被膜形成する方法、あるいは潤滑性微粉末を硬
質メツキ中に共析被膜化する方法などが検討され
た。又、耐摩耗性を向上させる目的で表面を窒化
する、あるいは超硬質化合物を被膜形成するなど
表面硬化処理を施すことなども検討された。しか
しいずれの方法も精密摺動部品に適用する場合、
必要とする寸法精度で被膜厚をコントロールする
ことが不可能である事や、厳しい摩擦条件、たと
えば低速高荷重使用条件下（腕時計においては、
側圧約10〜20Kg／mm²周速度約0.08mm／sec）での
潤滑被膜の寿命がきわめて短いという問題があ
る。寿命の短い主原因は、潤滑性物質と摺動部素
材との密着力不良による剥離摩耗現象と考えられ
る。さらに従来の潤滑処理技術とりわけ真空装置
を用いる方法においては、高価な装置を必要とす
る事、被処理部品の治具への脱着工数が大きい、
バツチ処理であるなど、量産的に不利であり、コ
スト的にも不利である。以上の欠点により、従来
の処理技術を精密摺動部品に適用、実用化するこ
とは困難であつた。

本発明はかかる従来技術の欠点を完全に解決す
るもので、摩擦摺動部に有機金属化合物の化学反
応によつて、高度な潤滑性と耐摩耗性を有する均
一被膜を形成せしめる事で、従来の潤滑処理では
得られなかつた長寿命のすぐれた潤滑性能を付与
し、摩擦摺動部の完全無注油化を可能ならしめた
ものである。

本発明の精密摺動部品は、精密摺動部品の表面
に、Si、TiまたはSi、Pb、Tiの金属アルコキシ
化合物を含む加水分解溶液を塗布、乾燥、焼成し
た前記Si、TiまたはSi、Pb、Tiの水和物含有金
属酸化物被膜が形成されてなることを特徴とす
る。

さらに詳しくは所定の有機金属化合物（金属ア
ルコキシ化合物）の２種以上の混合物、反応物、
あるいは適当な濃度に希釈した有機金属化合物の
２種以上の混合物、反応物の溶液を、CVD、ス
プレー、浸漬、スピンナーなどの一般的に用いら
れている塗布方法で、摩擦摺動部品にコーテイン
グしたのち乾燥焼成し固体潤滑被膜が得られる。
摩擦摺動部品をあらかじめ加熱し、該表面にコー
テイングすれば、後乾燥焼成をしなくとも同様の
固体潤滑被膜が得られる。用いられる有機金属化
合物としては、ｂ亜族および８族元素、３族ａ亜
族、４族ａ亜族、５族ａ亜族の各元素のアルキル
化合物、アルコキシ化合物、アシレート化合物、
キレート化合物、チオラート化合物などの１種も
しくは２種以上の混合物、反応物が使用される。
これらの有機金属化合物の中で、Al（OC₃H₇）₃、
In（OC₄H₉）₃などの３族ａ族元素、CH₃Si
（OCH₃）₃、Si（OCH₃）₄、Sn（OC₄H₉）₄、Pb
（OC₈H₁₇）₄などの４族ａ族元素、Sb（OC₂H₅）₅な
どの５族ａ族元素、C₄H₉COOTi（OC₄H₉）₃、Ti
（OC₈H₁₇）₄、Zr（OC₄H₉）₄などの４族ｂ族元素の
各アルコキシ化合物は比較的容易に被膜形成可能
な化合物群である。金属アルコキシ化合物は加水
分解反応、熱分解反応あるいはそれらの併用反応
によつて被膜形成すると同時に、被処理部表面に
存在する水酸基（−OH）吸着水と化学結合し、
強固な密着が得られる。しかも金属アルコキシ化
合物の種類、組合せ組成、濃度乾燥焼成条件を選
択することにより軟質被膜から硬質被膜まで均一
厚で任意に付与出来る。

また特に、金属アルコキシ化合物を複数選択し
て使用すると、焼成した時に複数の金属のOH基
の残つた被膜（水和物を含む被膜）が表面を覆う
こととなり、硬度の低い水和物を含む被膜と、そ
れより高度の高い水和物を含む被膜を同時に形成
されることができたり、金属によつては焼成して
も残るOH基の量が異なる複合した水和物の被膜
が形成できたりする。その各々の成分の相乗効果
により耐摩耗性や高度な潤滑性を付与させること
ができる。Si、Pb、Tiのアルコキシ化合物はこ
の目的にすぐれた組合せを提供できる。被膜厚形
成条件は、被処理摩擦摺動部の素材材質、寸法精
度、要求潤滑寿命などによつて任意に調整すれば
よい。腕時計の輪列系に適用する場合には、被膜
厚1000Å（0.1μ）〜20000Å（2μ）程度の範囲で、
形成条件60℃〜250℃、5min〜120minで形成す
れば、摩擦係数μ＝0.05〜0.30、硬さは鉛筆硬度
3H〜9H以上の被膜が得られ実用潤滑寿命は充分
確保される。他の精密機械の摩擦摺動部について
も、適正な被膜厚、形成条件の選択によつて、良
好な潤滑性能が得られる。

以下に実施例により本発明を具体的に説明す
る。

実施例 １ 腕時計部品である炭素鋼（Ｃ：１％）製ロータ
ーカナをHV700に熱処理を施したのち腐蝕防止
を主目的として無電解ニツケルメツキを0.5μ厚で
形成した。該時計部品を下記組成の有機金属化合
物溶液(A)に室温で２分間浸漬し、しかる後60℃、
10min溶剤乾燥し200℃、60min焼成した。

有機金属化合物溶液(A)組成 ｒ−アミノプロピルトリエトキシシラン ３ｇ ｒ−グリシジルプロピルトリエトキシシラン ６
ｇ テトラエトキシシラン １ｇ テトラブトキシチタン １ｇ イソプロピルアルコール 100ml 処理されたローターカナの被膜厚は約3000Åで
あつた。又該処理部品を200℃に加熱した後、０
℃の冷水中に急冷し外観観察したところ全くクラ
ツクが発生せず、強固な密着性であることが確認
された。この被膜の摩擦係数を測定するために振
子型油性摩擦試験機用テストピースにローターカ
ナと同様の処理を行ない測定したところ摩擦係数
μ＝0.18であつた。このようなローターカナをム
ーブメントに組込み32倍加速により耐久試験を行
ない出力カトルク及び作動停止電圧の変化を見
た。結果を第１図及び第２図に示す。第１図は本
発明のローターカナＡと潤滑油SYNT−Ａ−
LUBE（スイス・メービス社）を注油したロータ
ーカナＣ、二硫化モリブデンを1μ厚でスパツタ
コーテイングしたローターカナＤを用い32倍加速
試験で出力トルクの変化を定期的に測定した結果
を示す。第２図は同じく32倍加速による時計がそ
の動きを停止する限界印加電圧である。作動停止
電圧を定期的に測定した結果を示す。第１図から
明らかなように、注油したローターカナＣは結果
的に出力トルクが徐々に低下し６年目位から規格
値水準より低くなる。また二硫化モリブデンスパ
ツタ膜によるローターカナＤにいたつては３年目
位から規格値を下まわり以後急速に低下してい
る。それに対して本発明によるローターカナＡは
徐々に出力トルクが低下しているものの７年経過
時においても規格値以上であり実用寿命を確保す
ることが出来た。又、第２図に示されるように作
動停止電圧の変化においても本発明によるロータ
ーカナＡは長期間安定している。

実施例 ２ 実施例１で使用したと同様のローターカナを下
記組成の有機金属化合物溶液(B)に室温で４分間浸
漬し、しかる後60℃、10min溶剤乾燥し150℃、
100min焼成した。

有機金属化合物溶液(B)組成 メチルトリメトキシシラン ３ｇ テトラエトキシシラン ２ｇ テトラブトキシ鉛 10ｇ テトラブトキシチタン １ｇ アセトン＋イソプロピルアルコール（１＋１）
100ml 処理されたローターカナの被膜厚は約4500Åで
あつた。又、該処理部品を200℃に加熱した後、
０℃の冷水中に急冷し外観観察したところ全くク
ラツクが発生せず、強固な密着性があることが確
認された。

この被膜の摩擦係数を実施例１と同様の方法で
測定した結果、μ＝0.16であつた。このようなロ
ーターカナをムーブメントに組込み実施例１と同
様に32倍加速による耐久試験を行ない出力トルク
及び作動停止電圧の変化を見た。第１図及び第２
図に本実施例２によるローターカナＢの変化を示
す。両図から明らかなように本実施例によるロー
ターカナＢは実施例１によるローターカナＡと同
様、出力トルク、作動停止電圧ともに長期間経時
変化が安定しており、充分実用寿命が確保できる
ことが確認された。

実施例 ３ 腕時計の切換え部品であり、炭素鋼（Ｃ＝0.5
％）でHV600の熱処理上がりのオシドリとカン
ヌキ押エに腐触防止を主目的として無電解ニツケ
ルメツキを0.5μ厚で形成し、その表面に実施例１
と同様の有機金属化合物溶液(A)を用い浸漬後60
℃、10min溶剤乾燥し200℃、60min焼成し被膜
を形成した。処理されたオシドリ及びカンヌキ押
エの被膜厚は約3000Åであつた。密着性および摩
擦係数は実施例１と同等の水準であつた。このよ
うに処理された該時計部品をムーブメントに組込
み切換力を測定した。腕時計の通常使用下では切
換操作を１年間に100回行なわれるものとして７
年分の切換え操作を行ない、その間の切換力の変
化を第３図に示す。Ａは本実施例により処理した
該時計部品の切換力変化を示す。Ｃは潤滑油
SYNT−Ａ−LUBE（スイス・メービス社）を注
油した場合、Ｄは二硫化モリブデンを1μ厚にス
パツタコートした場合の該時計部品の切換力変化
を示す。図から明らかなように、二硫化モリブデ
ン処理部品Ｄは３年分経過時に規格値をオーバー
し、５年分経過時では切換操作が困難にまでにな
つた。また、注油処理部品Ｃは５年分経過で規格
値をオーバーし、その後も切換力は増加してい
る。以上の部品をムーブメントから取りはずし摩
擦部の外観を視察したところ、ニツケルメツキが
摩耗し素地が露出しており潤滑効果が全く消滅し
ていることが確認された。それに対して本実施例
による処理部品Ａは長期間安定しており７年経過
時においても切換力は規格値内であつた。

以上実施例では腕時計部品への適用例のみを述
べたが、本発明によれば潤滑油使用もしくは他の
固体潤滑処理を施している全ての精密機器の摺動
部品に適用可能であり、それによつて従来の潤滑
処理の欠点である間欠的な注油の必要性、寸法精
度、潤滑効果の耐久性などが完全に解決される。
精密機器としては腕時計の他、カメラなどの光学
機器、カセツトテープレコーダー、ビデオテープ
レコーダーなどの電子機器あるいは医療機器、事
務機器、端末機器などが挙げられる。

本発明による高度な潤滑効果は、下地素材が金
属に限定されるものではなくセラミツクス、高分
子材料などあらゆる素材に対しても得られるもの
である。

以上の通り、本発明の精密摺動部品は、Si、
TiまたはSi、Pb、Tiの金属アルコキシ化合物を
含む加水分解溶液を塗布、乾燥、焼成したSi、
TiまたはSi、Pb、Tiの水和物含有金属酸化物被
膜が形成されているので、複数の硬度の異なる金
属水和物を含む複合した被膜、又は残るOH基の
量の異なつた金属の水和物の複合した被膜が形成
されるので、微妙なバランスがとれて相乗効果を
出し、密着性を保持するのは当然として、耐摩耗
性と高度な潤滑性を付与させることができる。

なお、金属アルコキシ化合物を加水分解するの
に、酸などの触媒を全く使用していないので、発
錆なども全く起こることがない効果も併せて有す
る。

したがつて、本発明の潤滑処理を精密摺動部に
施すことによつて各種精密機器の信頼性が長期間
確保可能となつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるローターカナＡ、Ｂと他
の潤滑処理によるローターカナＣ、Ｄの出力トル
クの変化を32倍加速で測定した結果を示す図。 Ａ：本発明の実施例１による処理部品、Ｂ：本
発明の実施例２による処理部品、Ｃ：潤滑油を注
油した処理部品、Ｄ：二硫化モリブデンをスパツ
タコートした処理部品。 第２図は、第１図と同様の処理部品の作動停止
電圧の変化を32倍加速で測定した結果を示す図。 Ａ：本発明の実施例１による処理部品、Ｂ：本
発明の実施例２による処理部品、Ｃ：潤滑油を注
油した処理部品、Ｄ：二硫化モリブデンをスパツ
タコートした処理部品 第３図は、本発明によるオシドリとカンヌキ押
エＡと他の潤滑処理によるオシドリとカンヌキ押
エＣ、Ｄの切換力の変化を測定した結果を示す
図。 Ａ：本発明による処理部品、Ｃ：潤滑油を注油
した処理部品、Ｄ：二硫化モリブデンをスパツタ
コートした処理部品。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 精密摺動部品の表面に、Si、TiまたはSi、
   Pb、Tiの金属アルコキシ化合物を含む加水分解
   溶液を塗布、乾燥、焼成した前記Si、Tiまたは
   Si、Pb、Tiの水和物含有金属酸化物被膜が形成
   されてなることを特徴とする精密摺動部品。