JP6628499B2 - 摺動部材およびポンプ - Google Patents
摺動部材およびポンプ Download PDFInfo
- Publication number
- JP6628499B2 JP6628499B2 JP2015115271A JP2015115271A JP6628499B2 JP 6628499 B2 JP6628499 B2 JP 6628499B2 JP 2015115271 A JP2015115271 A JP 2015115271A JP 2015115271 A JP2015115271 A JP 2015115271A JP 6628499 B2 JP6628499 B2 JP 6628499B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- intermediate layer
- diamond particles
- coating layer
- shaft
- sliding member
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Details Of Reciprocating Pumps (AREA)
- Sliding-Contact Bearings (AREA)
Description
本発明は、例えばポンプ等に用いられる摺動部材に関し、より詳しくは、軸および軸受を有する軸・軸受構造に用いられる、被摺動部材に対して相対的に摺動する摺動部材に関する。上記摺動部材を適用するポンプ等の一種としては、予め無水状態で全速運転（先行待機運転）を行う事や、気水混合状態での排水を行うことが可能な先行待機運転ポンプがある。
ポンプ等に適用することができる軸・軸受構造が、例えば、特許文献１および２に開示されている。
特許文献１には、摺動部材である軸スリーブと、被摺動部材である軸受部材とを有する軸・軸受構造が開示されている。当該軸スリーブは、ステンレス鋼の基体と、基体を被覆する硬質層との複層構造を有し、硬質層を、コバルト基合金からなる母粉末に超硬粒子を含有させた超硬金属で構成することで、耐摩耗性を高めると共に、摺動抵抗を軽減している。
また、特許文献２には、摺動部材であるスリーブの基材としてステンレス鋼を用い、基材の表面にＷＣ（タングステンカーバイド）系またはＣｒ２Ｃ３系超硬合金の溶射膜を形成し、溶射膜の上にＴｉＮ，ＴｉＣ，ＴｉＣＮ，ＳｉＣ，Ｓｉ３Ｎ４，ダイヤモンドまたはダイヤモンド状炭素の硬質皮膜、あるいは、ＳｉＣ微粒子入りＮｉ−Ｐメッキの硬質皮膜を被覆した軸・軸受構造が開示されている。
しかしながら、特許文献１に記載の軸スリーブは、摩擦係数が高く、ポンプ運転時に振動が発生したり、温度が上昇したりするという問題がある。
また、特許文献２に記載のスリーブは、溶射膜が荷重により変形してしまうことで、硬質皮膜の割れや剥離が発生するという問題がある。
本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、摺動性と耐荷重性に優れた摺動部材を提供することにある。
上記の課題を解決するために、本発明に係る摺動部材は、軸および軸受を有する軸・軸受構造に用いられ、被摺動部材に対して相対的に摺動する摺動部材であって、基体と、前記被摺動部材に摺接する、ダイヤモンドライクカーボンを含む被覆層と、前記基体と前記被覆層との間に設けられ、ダイヤモンド粒子および母材を含む中間層とを備えることを特徴とする。
上記の構成によれば、剛性のある中間層を設けることにより、被覆層における応力負荷を低減し、耐荷重性を向上することができる。また、ダイヤモンド粒子は、硬く、弾性率も高いため、中間層の硬度の向上に寄与する。さらに、被覆層として、摺動性のよいダイヤモンドライクカーボンを使用することで、摺動性も向上する。
さらに、本発明に係る摺動部材において、前記中間層の膜厚が、３０μｍ〜１２０μｍであってもよい。
上記の構成によれば、中間層の膜厚を３０μｍ以上とすることで、中間層の剛性を高めることができ、それにより、被覆層の剥離を防ぐことができる。
さらに、本発明に係る摺動部材において、前記ダイヤモンド粒子の一部は、前記被覆層と接触している接触粒子であってもよい。
上記の構成によれば、ダイヤモンド粒子とダイヤモンドライクカーボンとは、組成が近いため、接触粒子が被覆層と接触していることにより、中間層と被覆層との間の接着強度が向上する。これにより、中間層と被覆層との境界での剥離の発生を防止することができる。
さらに、本発明に係る摺動部材において、前記中間層は、前記中間層と前記被覆層との界面において凸部を有し、前記凸部は、前記接触粒子で構成されていてもよい。
上記の構成によれば、中間層と被覆層との密着性をさらに向上させることができる。
さらに、本発明に係る摺動部材において、前記中間層と前記被覆層との界面は、前記軸・軸受構造の軸を中心とする同一円周上に位置し、前記接触粒子は、前記界面において前記被覆層と接触していてもよい。
上記の構成によれば、中間層と被覆層との界面が、軸・軸受構造の軸を中心とする同一円周上に位置することにより、長期間の使用により、被覆層であるダイヤモンドライクカーボンが剥離あるいは摩耗し、摺動面が中間層まで達したとしても、被摺動部材に対する攻撃性は低く、軸・軸受構造を高寿命化することができる。
さらに、本発明に係る摺動部材において、前記中間層における前記ダイヤモンド粒子の体積率が３０％〜７０％であってもよい。
上記の構成によれば、被覆層が剥離しにくく、耐久性にすぐれた摺動部材を提供することができる。
さらに、本発明に係る摺動部材において、前記母材は、ニッケル合金、コバルト合金、銅合金、あるいは鉄合金であってもよい。
上記の構成によれば、ニッケル合金やコバルト合金は、融点が低く、施工性が良い。さらに、ニッケル合金やコバルト合金は、ダイヤモンドやダイヤモンドライクカーボンとの密着性もよい。また、融点が低く、耐食性に優れた銅合金や、比較的安価な鉄合金を用いることもできる。
さらに、本発明に係る摺動部材において、前記中間層は、少なくとも、前記被摺動部材における前記軸・軸受構造の軸方向に平行な前記摺動部材との対向面の端部に対応する位置に設けられていてもよい。
上記の構成によれば、中間層が、少なくとも摩耗の激しい被摺動部材の端部（１１ａ）に対応する位置に設けられていれば、摺動部材の摩耗を低減することができるとともに、ダイヤモンド粒子の使用量を抑えることができる。そのため、安価に摺動性および耐摩耗性にすぐれた摺動部材を提供することができる。
さらに、本発明に係る摺動部材において、前記被摺動部材における前記軸・軸受構造の軸方向に平行な前記摺動部材との対向面の端部に対応する位置の、前記中間層における前記ダイヤモンド粒子の体積率は、それ以外の位置における前記体積率よりも高くなっていてもよい。
上記の構成によれば、応力負荷が大きく摩耗の激しい、被摺動部材の端部に対応する位置には、ダイヤモンド粒子を多く配置することで、耐荷重性を向上し、摩耗の少ない位置には、ダイヤモンド粒子の量を減らして配置することにより、ダイヤモンド粒子の使用量を抑え、かつ、耐摩耗性にすぐれた摺動部材を安価に提供することができる。
さらに、本発明に係る摺動部材を、ポンプに用いてもよい。
上記の構成によれば、摺動性と耐荷重性にすぐれた摺動部材を備えるポンプを提供することができる。
本発明の一態様によれば、摺動性と耐荷重性に優れた摺動部材およびポンプを提供することができる。
〔実施形態１〕
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照し詳細に説明する。
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照し詳細に説明する。
＜摺動部材の構成＞
図１は、本実施形態に係る軸・軸受構造１Ａの、軸方向に垂直な断面を示す断面概略図である。
図１は、本実施形態に係る軸・軸受構造１Ａの、軸方向に垂直な断面を示す断面概略図である。
図１に示すように、軸・軸受構造１Ａは、例えばポンプ等に用いられる摺動部材としての軸部材１０と、被摺動部材としての軸受部材１１とを備える。軸部材１０は、円筒形状の軸スリーブであり、軸受部材１１に対して相対的に摺動する。なお、軸部材１０は、軸スリーブに限定されるものでは無く、軸であってもよい。一方、軸受部材１１は、内部に軸部材１０が収容される円筒形状を有しており、軸部材１０を軸支する。
軸受部材１１は、例えば、硬質のセラミックスや、超硬合金等からなり、セラミックスやサーメットであることが好ましい。軸受部材１１としてセラミックスやサーメットを用いることにより、軸受部材１１の耐久性が向上する。軸受部材１１の内側表面は、表面の凹凸が少ないことが好ましく、具体的には、表面粗さＲａが１．０μｍ以下であればよい。なお、軸受部材１１の表面に、摩擦係数を低くしたり、耐摩耗性を向上したりするための焼結体や膜を形成するような加工がされていてもよい。
軸部材１０は、図１に示すように、少なくとも、円筒形状の基体１０ａと、基体１０ａの外表面に形成された中間層１０ｂと、中間層１０ｂの外表面に形成された被覆層１０ｃとを備える。
基体１０ａは、一般的に用いられる材質によって形成されており、例えば、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ４０３といったステンレス鋼や、コバルト（Ｃｏ）合金、ニッケル（Ｎｉ）合金といった硬質合金等からなる。また、基体１０ａの表面粗さＲａは、１．０μｍ以下であることが好ましい。
中間層１０ｂは、硬質粒子としてのダイヤモンド粒子１０ｄおよび母材１０ｅを含む複合材料であり、母材１０ｅ中にダイヤモンド粒子１０ｄが分散して保持されている。ダイヤモンド粒子１０ｄは、ダイヤモンドの単結晶粒子、ダイヤモンド焼結体を粉砕した粒子等のダイヤモンド粒子である。母材１０ｅとしては、ニッケル合金、コバルト合金、銅合金、鉄合金等が好ましい。これは、ニッケル合金やコバルト合金は、融点が低く、施工性が良いからである。加えて、ニッケル合金やコバルト合金は、ダイヤモンドや、後述する被覆層１０ｃに用いられるダイヤモンドライクカーボン（Diamond-like Carbon）（以下、ＤＬＣと称する）との密着性もよい。また、融点が低く、耐食性に優れた銅合金や、比較的安価な鉄合金を用いてもよい。
なお、母材１０ｅとしては、ヤング率（弾性率）が５０ＧＰａ〜３００ＧＰａのものが好ましい。母材１０ｅとしてヤング率がこの範囲内にあるものを用いる事で、製造時に、軸部材１０に対して加えられた応力を吸収したり、軸部材１０の使用時の衝撃を緩和したりすることができる。
また、ダイヤモンド粒子１０ｄとの反応性の観点からは、母材１０ｅの融点が１１００℃以下の物が好ましい。
中間層１０ｂの膜厚は、３０μｍ〜１２０μｍであることが好ましく、より好ましくは、５０μｍ〜１００μｍである。中間層１０ｂの膜厚は、剛性を高めるために厚い方が好ましく、３０μｍ未満であると、荷重により変形してしまう。逆に中間層１０ｂの膜厚が１２０μｍを超えると、それ以上の効果を得られず、また、コストも嵩んでしまう。
また、ダイヤモンド粒子１０ｄの平均粒子径は、２０μｍ〜１２０μｍであることが好ましい。ダイヤモンド粒子１０ｄの平均粒子径が２０μｍ未満であると、中間層１０ｂの変形抵抗やせん断強さが低下してしまい、中間層１０ｂに十分な剛性を得ることができなくなってしまう。また、ダイヤモンド粒子１０ｄの平均粒子径が１２０μｍを超えると、中間層１０ｂの膜厚を越えることとなり、中間層１０ｂの成膜後にダイヤモンド粒子１０ｄを加工する必要があり、無駄なコストが必要となる。なお、平均粒子径は、レーザー回折式粒子径分布測定装置（株式会社島津製作所製、ＳＡＬＤ−２１００）により計測される値である。
さらに、中間層１０ｂにおけるダイヤモンド粒子１０ｄの体積率は、３０％〜７０％であることが好ましく、より好ましくは、４０％〜７０％であり、より一層好ましくは、５０％〜７０％である。中間層１０ｂにおけるダイヤモンド粒子１０ｄの体積率が３０％未満であると、中間層１０ｂの剛性を確保することができない。また、ダイヤモンド粒子１０ｄの体積率が７０％を超えると、中間層１０ｂにおける母材１０ｅの量が少なくなることで、衝撃等により発生する応力を十分に緩和することができなくなり、後述する被覆層１０ｃが割れてしまうことがある。
なお、図中には示していないが、ダイヤモンド粒子１０ｄのうちの一部は、中間層１０ｂと被覆層１０ｃとの界面を形成し、被覆層１０ｃと接触している。このとき、中間層１０ｂを、軸部材１０の半径方向外側（中間層１０ｃと被覆層１０ｃとの界面に垂直な方向）から見たときに、ダイヤモンド粒子１０ｄが占める面積率は、１０％〜４０％であることが好ましく、より好ましくは、２０％〜３０％である。
また、中間層１０ｂの剛性をさらに向上させるために、（中間層１０ｂの膜厚−ダイヤモンド粒子１０ｄの平均粒子径）の値Ｄ１を、０μｍ〜３０μｍとすることが好ましく、０μｍ〜１５μｍとすることがより好ましい。
被覆層１０ｃは、ＤＬＣからなり、中間層１０ｂを被覆し、外表面が軸受部材１１と摺接する摺動面１３である。なお、被覆層１０ｃの厚さは、３μｍ〜３０μｍであることが好ましく、より好ましくは、６μｍ〜２５μｍである。被覆層１０ｃの厚さが３μｍ未満であると、中間層１０ｂの剛性が高くとも、被覆層１０ｃに割れが生じてしまうことがある。また、被覆層１０ｃの厚さが３０μｍを超えると、その厚みにより、中間層１０ｂと被覆層１０ｃとの接着強度に対して、外力の方が大きくなり、被覆層１０ｃが剥離してしまうことが有る。
また、｛（中間層１０ｂの膜厚−ダイヤモンド粒子１０ｄの平均粒子径）／被覆層１０ｃの膜厚｝の値Ｄ２は、１．５〜８であることが好ましい。Ｄ２が１．５未満である場合には、外力による衝撃を十分に吸収することができず、また、Ｄ２が８を超えても、これ以上の効果を得ることはできない。Ｄ２の値を１．５〜８とすることで、外力による衝撃を十分に吸収することができると考えられる。
このように、本実施形態に係る軸部材１０は、摺動面１３を摺動性のよいＤＬＣで形成するとともに、基体１０ａと被覆層１０ｃとの間に、剛性のある中間層１０ｂ設けている。これにより、被覆層１０ｃの応力負荷を軽減することができ、被覆層１０ｃの耐荷重性を向上させることが可能となる。そのため、軸部材１０は、摺動性および耐荷重性に優れた軸部材であるといえる。
＜中間層および被覆層の形成方法＞
次に、基体１０ａ上への中間層１０ｂの形成方法について説明する。
次に、基体１０ａ上への中間層１０ｂの形成方法について説明する。
中間層１０ｂの形成方法としては、例えば、電解メッキを用いることができる。電解メッキにて中間層１０ｂを形成する場合には、まず、使用するメッキ液中にダイヤモンド粒子１０ｄを添加する。次に、メッキ液に軸部材１０を浸漬し、通電することにより基体１０ａ表面にメッキを施す。これにより、母材１０ｅ中にダイヤモンド粒子１０ｄが分散された中間層１０ｂを形成することができる。なお、メッキ液は、母材１０ｅの材料に応じて選択される。例えば、母材１０ｅとしてニッケル合金を用いる場合には、ニッケルメッキ液を、母材１０ｅとしてコバルト合金を用いる場合には、コバルトメッキ液を使用する。
そして、このようにして形成した中間層１０ｂの表面に、被覆層１０ｃを形成する。ＤＬＣからなる被覆層１０ｃの形成方法としては、公知のＤＬＣの成膜方法を用いることができ、例えば、スパッタリングを用いた物理気相蒸着法（PVD;Physical Vapor Deposition）、プラズマを用いた化学気相蒸着法（CVD;Chemical Vapor Deposition）等を用いることができる。
〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、図２および図３に基づいて説明する。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
本発明の他の実施形態について、図２および図３に基づいて説明する。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
図２は、本実施形態に係る軸・軸受構造１Ｂの、軸方向に垂直な断面を示す断面概略図である。図２に示すように、本実施形態に係る軸・軸受構造１Ｂが備える軸部材１０は、一部の中間層１０ｂのダイヤモンド粒子１０ｄが、被覆層１０ｃと接触している接触粒子となっている。すなわち、実施形態１に係る軸部材１０の中間層１０ｂは、母材１０ｅ中にダイヤモンド粒子１０ｄが分散して保持されていたのに対して、本実施形態に係る軸部材１０の中間層１０ｂは、被覆層１０ｃとの界面に凸部を有し、該凸部が、被覆層１０ｃと接触するダイヤモンド粒子である接触粒子で構成されている。
ここで、ダイヤモンドとＤＬＣとは組成が近い。そのため、ダイヤモンド粒子１０ｄと、ＤＬＣからなる被覆層１０ｃとが接触していることにより、中間層１０ｂと被覆層１０ｃとの間の接着強度が向上し、中間層１０ｂと被覆層１０ｃとの界面での剥離が起こりにくくなる。これにより、耐荷重性にすぐれた軸部材１０を提供することができる。
なお、中間層１０ｂの形成方法としては、上述した実施形態１と同じ方法を用いる事ができる。すなわち、メッキ液中に添加するダイヤモンド粒子１０ｄの粒子径、および、メッキを施す際の条件を適宜設定することで、母材１０ｅから一部のダイヤモンド粒子１０ｄが突出した本実施形態に係る中間層１０ｂを形成することができる。
そしてこのようにして形成した中間層１０ｂの外表面に、実施形態１と同様の方法を用いてＤＬＣからなる被覆層１０ｃを形成し、ダイヤモンド粒子１０ｄをＤＬＣからなる被覆層１０ｃで覆うことで、本実施形態に係る軸・軸受構造１Ｂが備える軸部材１０を作製することができる。
図３は、本実施形態に係る軸・軸受構造１Ｂを軸受等に使用し、軸部材１０の被覆層１０ｃが摩耗した状態を示す図であり、軸・軸受構造１Ｂの軸方向に垂直な断面を示す断面概略図である。図３に示すように、本実施形態に係る軸・軸受構造１Ｂが備える軸部材１０は、被覆層１０ｃが摩耗することにより、一部の中間層１０ｂのダイヤモンド粒子１０ｄは、被覆層１０ｃと接触しているのに加えて、被覆層１０ｃから露出する露出部１４を有している。そして、露出部１４と摺動面１３とは、軸・軸受構造１Ｂの軸を中心とする同一円周上に位置している。なお、軸部材１０を、使用前から図３に示したような状態となるように加工してもよいが、材料や加工のコストの点では、好ましくは無い。
〔実施形態３〕
本発明の他の実施形態について、図４の（ａ）および（ｂ）に基づいて説明する。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
本発明の他の実施形態について、図４の（ａ）および（ｂ）に基づいて説明する。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
図４の（ａ）は、本実施形態に係る軸・軸受構造１Ｃの、軸方向に垂直な断面を示す断面概略図である。図４の（ａ）に示すように、本実施形態に係る軸・軸受構造１Ｃが備える軸部材１０は、中間層１０ｂと被覆層１０ｃとの界面１５が、軸・軸受構造１Ｃの軸を中心とする同一円周上に位置している。そして、被覆層１０ｃと接触しているダイヤモンド粒子１０ｄである接触粒子は、被覆層１０ｃとの接触面が、界面１５内に位置している。
このように、本実施形態に係る軸・軸受構造１Ｃが備える軸部材１０は、実施形態２に係る軸部材１０と同様に、中間層１０ｂのダイヤモンド粒子１０ｄと被覆層１０ｃとが接触しており、これにより、中間層１０ｂと被覆層１０ｃとが高い強度で接着している。さらに、被覆層１０ｃと接触しているダイヤモンド粒子（接触粒子）１０ｄの接触面が、中間層１０ｂと被覆層１０ｃとの界面１５内に位置している。
これにより、長期間使用することで、軸部材１０と軸受部材１１との摺動により、被覆層１０ｃが摩耗あるいは剥離したとしても、軸部材１０における、軸受部材１１との摺動面である摺動面１３が中間層１０ｂに達したとしても、軸・軸受構造１Ｃの軸を中心とする同一円周上に設けられた界面１５で軸部材１０と軸受部材１１が摺動する。そのため、被覆層１０ｃが摩耗あるいは剥離したとしても、軸部材１０による軸受部材１１への攻撃性が低く、軸・軸受構造１Ｃを高寿命化することができる。このとき、ダイヤモンド粒子１０ｄの接触面が、界面１５よりわずかに突出していてもよく、ダイヤモンド粒子１０ｄの接触面が界面１５からわずかに突出していたとしても、上述した効果と同様の効果を得ることができる。
中間層１０ｂの形成方法としては、まず、実施形態２に係る軸部材１０と同様に、ダイヤモンド粒子１０ｄを添加したメッキ液に軸部材１０を浸漬し、メッキを施す。このようにして母材１０ｅから一部のダイヤモンド粒子１０ｄが突出した中間層１０ｂを形成する。次に、母材１０ｅから突出したダイヤモンド粒子１０ｄを加工することで、界面１５を軸・軸受構造１Ｃの軸を中心とする同一円周上とする。ダイヤモンド粒子１０ｄの加工方法としては、高硬度の材料を研削する方法であればよく、例えば、ダイヤモンドや炭化ケイ素等の砥石で削るといった方法や、放電加工するといった方法を用いる事ができる。
そしてこのようにして形成した中間層１０ｂの外表面に、実施形態１と同様の方法を用いてＤＬＣからなる被覆層１０ｃを形成することで、本実施形態に係る軸・軸受構造１Ｃが備える軸部材１０を作製することができる。
図４の（ｂ）は、本実施形態に係る軸・軸受構造１Ｃの他の一例を示す図であり、軸・軸受構造１Ｃの、軸方向に垂直な断面を示す断面概略図である。軸・軸受構造１Ｃが備える軸部材１０は、図４の（ｂ）に示すように、ダイヤモンド粒子１０ｄが、接触面（界面１５）側が略球状となるように加工されていてもよく、この場合、ダイヤモンド粒子１０ｄの略球状の頂部が、軸・軸受構造１Ｃの軸を中心とする同一円周上の界面１５上に位置する。なお、ダイヤモンド粒子１０ｄの頂部を略球状とするための加工方法は、上述したダイヤモンド粒子１０ｄの加工方法と同様の方法を用いることができる。
〔実施形態４〕
本発明の他の実施形態について、図５および図６に基づいて説明する。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
本発明の他の実施形態について、図５および図６に基づいて説明する。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
図５は、本実施形態に係る軸・軸受構造１Ｅの、軸方向に平行な断面を示す断面概略図である。
図５に示すように、軸受部材１１は、軸方向の両端に端部１１ａを有している。すなわち、軸受部材１１において、軸部材１０と対向する、軸方向に平行である面（対向面）の端に端部１１ａが形成されている。ここで、軸部材１０が、軸を中心として回転した場合を考えると、軸部材１０は、軸受部材１１に対して摺動する。このとき、振動等の原因により、軸部材１０の回転軸が傾く（ぶれる）ことがある。そのため、軸部材１０において、軸受部材１１の端部１１ａに対応する位置は、他の位置に比べて摩耗が激しくなる。本実施形態に係る軸受部材１１は、軸受部材１１の端部１１ａに対応する位置、すなわち、図５に矢印で示した位置における中間層１０ｂは、ダイヤモンド粒子１０ｄの体積率が高く、それ以外の位置の中間層１０ｂは、ダイヤモンド粒子１０ｄの体積率が低くなっている。具体的には、軸受部材１１の端部１１ａに対応する位置における中間層１０ｂのダイヤモンド粒子１０ｄの体積率は、３０％〜７０％であることが好ましく、４０％〜７０％であることがより好ましい。それ以外の位置の中間層１０ｂにおけるダイヤモンド粒子の体積率は、０％〜２０％であることが好ましい。
このように、中間層１０ｂにおいて、摩耗の激しい位置には、ダイヤモンド粒子１０ｄを多く配置し、ダイヤモンド粒子１０ｄの体積率を高めることで、耐摩耗性を高める。加えて、摩耗がそれほど激しくないそれ以外の位置では、中間層１０ｂにおけるダイヤモンド粒子１０ｄの体積率を低くし、ダイヤモンド粒子１０ｄの使用量を抑える。このようにして、耐摩耗性に優れた軸部材１０を、安価に提供することができる。
このような中間層の形成方法としては、メッキを２回に分けて行う方法が考えられる。すなわち、ダイヤモンド粒子１０ｄの体積率が異なる位置をそれぞれメッキする。例えば、軸部材１０を軸受部材１１の端部１１ａに対応する位置をマスキングした状態で、ダイヤモンド粒子１０ｄの添加量の少ないメッキ液の中に浸漬しメッキを行う。そして、次に、軸部材１０を軸受部材１１の端部１１ａに対応する位置以外の位置をマスキングし、ダイヤモンド粒子１０ｄの添加量の多いメッキ液の中に浸漬しメッキを行う。これにより、軸受部材１１の端部１１ａに対応する位置のダイヤモンド粒子１０ｄの体積率が、それ以外の位置におけるダイヤモンド粒子１０ｄの体積率よりも高い軸部材１０を製作することができる。
なお、本実施形態では、軸受部材１１の端部１１ａに対応する位置の中間層１０ｂのダイヤモンド粒子１０ｄの体積率を、それ以外の位置に比べて高くする構成としたが、例えば、軸受部材１１の端部１１ａに対応する位置にのみダイヤモンド粒子１０ｄが配置され、それ以外の位置には、ダイヤモンド粒子１０ｄの入っていない中間層１０ｂが形成されている構成であってもよい。また、軸受部材１１の端部１１ａに対応する位置にのみ、ダイヤモンド粒子１０ｄが配置された中間層１０ｂを設け、それ以外の位置には、中間層１０ｂが形成されていない構成であってもよい。
図６は、本実施形態に係る軸・軸受構造１Ｆの、軸方向に平行な断面を示す断面概略図である。
図６に示したように、基体１０ａにおいて、軸受部材１１の端部１１ａに対応する位置に凹部１０ｆを設け、凹部１０ｆにのみ中間層１０ｂが形成されている構成であってもよい。図６に示したように、凹部１０ｆにのみ中間層１０ｂを設けることで、ダイヤモンド粒子１０ｄの使用量をさらに低減することができると共に、軸部材１０の外周面の凹凸を無くすことができ、軸・軸受構造１Ｆを長寿命化することが可能となる。
なお、本実施形態では、端部１１ａは、軸部材１０と軸受部材１１とが対向している面に対して垂直に形成されている例を示したが、端部１１ａは、どの様な角度で形成されていてもよく、また、曲面であってもよい。
〔変形例〕
上述した実施形態においては、中間層１０ｂをメッキにより形成する場合について述べたが、スパークプラズマ焼結（SPS:Spark Plasma Sintering）（以下、ＳＰＳと称する）を用いて中間層１０ｂ形成してもよい。具体的には、まず、基体１０ａ上に、ダイヤモンド粒子１０ｄを載置し、その上に、母材１０ｅとなる硬質金属粉末（例えば、コバルト合金粉末）を載せる。そして、ＳＰＳ装置を用いて、加圧成形することで、硬質金属粉末が圧密化し、中間層１０ｂを形成する。
上述した実施形態においては、中間層１０ｂをメッキにより形成する場合について述べたが、スパークプラズマ焼結（SPS:Spark Plasma Sintering）（以下、ＳＰＳと称する）を用いて中間層１０ｂ形成してもよい。具体的には、まず、基体１０ａ上に、ダイヤモンド粒子１０ｄを載置し、その上に、母材１０ｅとなる硬質金属粉末（例えば、コバルト合金粉末）を載せる。そして、ＳＰＳ装置を用いて、加圧成形することで、硬質金属粉末が圧密化し、中間層１０ｂを形成する。
また、上述した実施形態においては、被摺動部材としての軸受部材１１が円筒形状である例を示したが、軸受部材１１の形状はこれに限られるものでは無く、例えば、軸部材１０に対して平面で摺動する、平面状の軸受部材であってもよい。
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
〔実施例１〕
縦１２ｍｍ、横１６．６５ｍｍ、厚さ６ｍｍのステンレス製の基体表面に、平均粒子径４０μｍのダイヤモンド粒子を添加したニッケルメッキ液を用いて、膜厚７０μｍの中間層を形成した。このとき、中間層におけるダイヤモンド粒子の体積率は７０％であった。そして、中間層の上にＤＬＣの被覆層をＰＶＤ法を用いて１４μｍの膜厚で形成し、試験片を作製した。
縦１２ｍｍ、横１６．６５ｍｍ、厚さ６ｍｍのステンレス製の基体表面に、平均粒子径４０μｍのダイヤモンド粒子を添加したニッケルメッキ液を用いて、膜厚７０μｍの中間層を形成した。このとき、中間層におけるダイヤモンド粒子の体積率は７０％であった。そして、中間層の上にＤＬＣの被覆層をＰＶＤ法を用いて１４μｍの膜厚で形成し、試験片を作製した。
次に、外径１３９ｍｍ、内径１０５ｍｍ、厚さ６ｍｍの窒化ケイ素からなるリングを相手材とし、ピン・オン・ディスク方式で、面厚０．３ＭＰａ、回転速度３ｍ／ｓｅｃの条件で、１時間摩擦試験を行い、試験前後の重量変化から摩耗量を測定した。その結果、試験片の摩耗量は、１．９×１０−４ｇであった。
〔実施例２〕
ダイヤモンド粒子として平均粒子径が４５μｍの物を用い、中間層の膜厚を７５μｍとし、被覆層の膜厚を２０μｍとしたこと以外は、実施例１と同様の方法で試験片を作製した。このとき、中間層におけるダイヤモンド粒子の体積率は、６７％であった。そして、実施例１と同様の条件にて摩擦試験を行った。その結果、試験片の摩耗量は、２．４×１０−４ｇであった。
ダイヤモンド粒子として平均粒子径が４５μｍの物を用い、中間層の膜厚を７５μｍとし、被覆層の膜厚を２０μｍとしたこと以外は、実施例１と同様の方法で試験片を作製した。このとき、中間層におけるダイヤモンド粒子の体積率は、６７％であった。そして、実施例１と同様の条件にて摩擦試験を行った。その結果、試験片の摩耗量は、２．４×１０−４ｇであった。
〔実施例３〕
ダイヤモンド粒子として平均粒子径が１００μｍの物を用い、中間層の膜厚を１１０μｍとし、被覆層の膜厚を８μｍとしたこと以外は、実施例１と同様の方法で試験片を作製した。このとき、中間層におけるダイヤモンド粒子の体積率は、３３％であった。そして、実施例１と同様の条件にて摩擦試験を行った。その結果、試験片の摩耗量は、４．５×１０−４ｇであった。
ダイヤモンド粒子として平均粒子径が１００μｍの物を用い、中間層の膜厚を１１０μｍとし、被覆層の膜厚を８μｍとしたこと以外は、実施例１と同様の方法で試験片を作製した。このとき、中間層におけるダイヤモンド粒子の体積率は、３３％であった。そして、実施例１と同様の条件にて摩擦試験を行った。その結果、試験片の摩耗量は、４．５×１０−４ｇであった。
〔実施例４〕
ダイヤモンド粒子として平均粒子径が３０μｍの物を用い、中間層の膜厚を５５μｍとし、被覆層の膜厚を６μｍとしたこと以外は、実施例１と同様の方法で試験片を作製した。このとき、中間層におけるダイヤモンド粒子の体積率は、５８％であった。そして、実施例１と同様の条件にて摩擦試験を行った。その結果、試験片の摩耗量は、２．０×１０−４ｇであった。
ダイヤモンド粒子として平均粒子径が３０μｍの物を用い、中間層の膜厚を５５μｍとし、被覆層の膜厚を６μｍとしたこと以外は、実施例１と同様の方法で試験片を作製した。このとき、中間層におけるダイヤモンド粒子の体積率は、５８％であった。そして、実施例１と同様の条件にて摩擦試験を行った。その結果、試験片の摩耗量は、２．０×１０−４ｇであった。
〔実施例５〕
ダイヤモンド粒子として平均粒子径が５５μｍの物を用い、中間層の膜厚を７０μｍとし、被覆層の膜厚を１０μｍとしたこと以外は、実施例１と同様の方法で試験片を作製した。このとき、中間層におけるダイヤモンド粒子の体積率は、５５％であった。そして、実施例１と同様の条件にて摩擦試験を行った。その結果、試験片の摩耗量は、１．９×１０−４ｇであった。
ダイヤモンド粒子として平均粒子径が５５μｍの物を用い、中間層の膜厚を７０μｍとし、被覆層の膜厚を１０μｍとしたこと以外は、実施例１と同様の方法で試験片を作製した。このとき、中間層におけるダイヤモンド粒子の体積率は、５５％であった。そして、実施例１と同様の条件にて摩擦試験を行った。その結果、試験片の摩耗量は、１．９×１０−４ｇであった。
〔実施例６〕
ダイヤモンド粒子として平均粒子径が３５μｍの物を用い、中間層の膜厚を５０μｍとし、被覆層の膜厚を１０μｍとしたこと以外は、実施例１と同様の方法で試験片を作製した。このとき、中間層におけるダイヤモンド粒子の体積率は、５３％であった。そして、実施例１と同様の条件にて摩擦試験を行った。その結果、試験片の摩耗量は、３．２×１０−４ｇであった。
ダイヤモンド粒子として平均粒子径が３５μｍの物を用い、中間層の膜厚を５０μｍとし、被覆層の膜厚を１０μｍとしたこと以外は、実施例１と同様の方法で試験片を作製した。このとき、中間層におけるダイヤモンド粒子の体積率は、５３％であった。そして、実施例１と同様の条件にて摩擦試験を行った。その結果、試験片の摩耗量は、３．２×１０−４ｇであった。
〔実施例７〕
ダイヤモンド粒子として平均粒子径が４０μｍの物を用い、中間層の膜厚を４５μｍとし、被覆層の膜厚を１５μｍとしたこと以外は、実施例１と同様の方法で試験片を作製した。このとき、中間層におけるダイヤモンド粒子の体積率は、３５％であった。そして、実施例１と同様の条件にて摩擦試験を行った。その結果、試験片の摩耗量は、４．５×１０−４ｇであった。
ダイヤモンド粒子として平均粒子径が４０μｍの物を用い、中間層の膜厚を４５μｍとし、被覆層の膜厚を１５μｍとしたこと以外は、実施例１と同様の方法で試験片を作製した。このとき、中間層におけるダイヤモンド粒子の体積率は、３５％であった。そして、実施例１と同様の条件にて摩擦試験を行った。その結果、試験片の摩耗量は、４．５×１０−４ｇであった。
〔実施例８〕
ダイヤモンド粒子として平均粒子径が２０μｍの物を用い、中間層の膜厚を３０μｍとし、被覆層の膜厚を１５μｍとしたこと以外は、実施例１と同様の方法で試験片を作製した。このとき、中間層におけるダイヤモンド粒子の体積率は、３３％であった。そして、実施例１と同様の条件にて摩擦試験を行った。その結果、試験片の摩耗量は、８．８×１０−４ｇであった。
ダイヤモンド粒子として平均粒子径が２０μｍの物を用い、中間層の膜厚を３０μｍとし、被覆層の膜厚を１５μｍとしたこと以外は、実施例１と同様の方法で試験片を作製した。このとき、中間層におけるダイヤモンド粒子の体積率は、３３％であった。そして、実施例１と同様の条件にて摩擦試験を行った。その結果、試験片の摩耗量は、８．８×１０−４ｇであった。
〔実施例９〕
メッキ液としてコバルトメッキ液を使用し、ダイヤモンド粒子として平均粒子径が５０μｍの物を用い、中間層の膜厚を７５μｍとし、被覆層の膜厚を１μｍとしたこと以外は、実施例１と同様の方法で試験片を作製した。このとき、中間層におけるダイヤモンド粒子の体積率は、４５％であった。そして、実施例１と同様の条件にて摩擦試験を行った。その結果、試験片の摩耗量は、４．３×１０−４ｇであった。
メッキ液としてコバルトメッキ液を使用し、ダイヤモンド粒子として平均粒子径が５０μｍの物を用い、中間層の膜厚を７５μｍとし、被覆層の膜厚を１μｍとしたこと以外は、実施例１と同様の方法で試験片を作製した。このとき、中間層におけるダイヤモンド粒子の体積率は、４５％であった。そして、実施例１と同様の条件にて摩擦試験を行った。その結果、試験片の摩耗量は、４．３×１０−４ｇであった。
〔実施例１０〕
ダイヤモンド粒子として平均粒子径が２５μｍの物を用い、中間層の膜厚を６０μｍとし、被覆層の膜厚を３μｍとしたこと以外は、実施例１と同様の方法で試験片を作製した。このとき、中間層におけるダイヤモンド粒子の体積率は、４１％であった。そして、実施例１と同様の条件にて摩擦試験を行った。その結果、試験片の摩耗量は、４．２×１０−４ｇであった。
ダイヤモンド粒子として平均粒子径が２５μｍの物を用い、中間層の膜厚を６０μｍとし、被覆層の膜厚を３μｍとしたこと以外は、実施例１と同様の方法で試験片を作製した。このとき、中間層におけるダイヤモンド粒子の体積率は、４１％であった。そして、実施例１と同様の条件にて摩擦試験を行った。その結果、試験片の摩耗量は、４．２×１０−４ｇであった。
〔実施例１１〕
メッキ液としてコバルトメッキ液を使用し、ダイヤモンド粒子として平均粒子径が３５μｍの物を用い、中間層の膜厚を４０μｍとし、被覆層の膜厚を２８μｍとしたこと以外は、実施例１と同様の方法で試験片を作製した。このとき、中間層におけるダイヤモンド粒子の体積率は、３１％であった。そして、実施例１と同様の条件にて摩擦試験を行った。その結果、試験片の摩耗量は、５．２×１０−４ｇであった。
メッキ液としてコバルトメッキ液を使用し、ダイヤモンド粒子として平均粒子径が３５μｍの物を用い、中間層の膜厚を４０μｍとし、被覆層の膜厚を２８μｍとしたこと以外は、実施例１と同様の方法で試験片を作製した。このとき、中間層におけるダイヤモンド粒子の体積率は、３１％であった。そして、実施例１と同様の条件にて摩擦試験を行った。その結果、試験片の摩耗量は、５．２×１０−４ｇであった。
〔実施例１２〕
ダイヤモンド粒子として平均粒子径が１５μｍの物を用い、中間層の膜厚を５０μｍとし、被覆層の膜厚を３５μｍとしたこと以外は、実施例１と同様の方法で試験片を作製した。このとき、中間層におけるダイヤモンド粒子の体積率は、１９％であった。そして、実施例１と同様の条件にて摩擦試験を行った。その結果、試験片の摩耗量は、３．５×１０−３ｇであった。
ダイヤモンド粒子として平均粒子径が１５μｍの物を用い、中間層の膜厚を５０μｍとし、被覆層の膜厚を３５μｍとしたこと以外は、実施例１と同様の方法で試験片を作製した。このとき、中間層におけるダイヤモンド粒子の体積率は、１９％であった。そして、実施例１と同様の条件にて摩擦試験を行った。その結果、試験片の摩耗量は、３．５×１０−３ｇであった。
〔実施例１３〕
ダイヤモンド粒子として平均粒子径が１００μｍの物を用い、中間層の膜厚を９０μｍとし、被覆層の膜厚を２３μｍとしたこと以外は、実施例１と同様の方法で試験片を作製した。このとき、中間層におけるダイヤモンド粒子の体積率は、２３％であった。そして、実施例１と同様の条件にて摩擦試験を行った。その結果、試験片の摩耗量は、３．２×１０−３ｇであった。
ダイヤモンド粒子として平均粒子径が１００μｍの物を用い、中間層の膜厚を９０μｍとし、被覆層の膜厚を２３μｍとしたこと以外は、実施例１と同様の方法で試験片を作製した。このとき、中間層におけるダイヤモンド粒子の体積率は、２３％であった。そして、実施例１と同様の条件にて摩擦試験を行った。その結果、試験片の摩耗量は、３．２×１０−３ｇであった。
〔実施例１４〕
ダイヤモンド粒子として平均粒子径が３０μｍの物を用い、中間層の膜厚を７０μｍとし、被覆層の膜厚を４μｍとしたこと以外は、実施例１と同様の方法で試験片を作製した。このとき、中間層におけるダイヤモンド粒子の体積率は、７５％であった。そして、実施例１と同様の条件にて摩擦試験を行った。その結果、試験片の摩耗量は、３．９×１０−３ｇであった。
ダイヤモンド粒子として平均粒子径が３０μｍの物を用い、中間層の膜厚を７０μｍとし、被覆層の膜厚を４μｍとしたこと以外は、実施例１と同様の方法で試験片を作製した。このとき、中間層におけるダイヤモンド粒子の体積率は、７５％であった。そして、実施例１と同様の条件にて摩擦試験を行った。その結果、試験片の摩耗量は、３．９×１０−３ｇであった。
〔比較例１〕
ダイヤモンド粒子の代わりに、平均粒子径が５０μｍ炭化ケイ素粒子を用い、中間層の膜厚を１３５μｍとし、被覆層の膜厚を１０μｍとしたこと以外は、実施例１と同様の方法で試験片を作製した。このとき、中間層における炭化珪素粒子の体積率は、２０％であった。そして、実施例１と同様の条件にて摩擦試験を行った。その結果、試験片の摩耗量は、４．２×１０−３ｇであった。
ダイヤモンド粒子の代わりに、平均粒子径が５０μｍ炭化ケイ素粒子を用い、中間層の膜厚を１３５μｍとし、被覆層の膜厚を１０μｍとしたこと以外は、実施例１と同様の方法で試験片を作製した。このとき、中間層における炭化珪素粒子の体積率は、２０％であった。そして、実施例１と同様の条件にて摩擦試験を行った。その結果、試験片の摩耗量は、４．２×１０−３ｇであった。
〔比較例２〕
メッキ液中にダイヤモンド粒子を添加せず、３μｍの膜厚で中間層を形成し、被覆層の膜厚を２μｍとしたこと以外は、実施例１と同様の方法で試験片を作製した。そして、実施例１と同様の条件にて摩擦試験を行った。その結果、試験片の摩耗量は、７．９×１０−３ｇであった。
メッキ液中にダイヤモンド粒子を添加せず、３μｍの膜厚で中間層を形成し、被覆層の膜厚を２μｍとしたこと以外は、実施例１と同様の方法で試験片を作製した。そして、実施例１と同様の条件にて摩擦試験を行った。その結果、試験片の摩耗量は、７．９×１０−３ｇであった。
〔比較例３〕
ダイヤモンド粒子の代わりに、平均粒子径が６５μｍ窒化ケイ素粒子を用い、中間層の膜厚を７０μｍとし、被覆層の膜厚を２３μｍとしたこと以外は、実施例１と同様の方法で試験片を作製した。このとき、中間層における窒化珪素粒子の体積率は、２８％であった。そして、実施例１と同様の条件にて摩擦試験を行った。その結果、試験片の摩耗量は、３．７×１０−３ｇであった。
ダイヤモンド粒子の代わりに、平均粒子径が６５μｍ窒化ケイ素粒子を用い、中間層の膜厚を７０μｍとし、被覆層の膜厚を２３μｍとしたこと以外は、実施例１と同様の方法で試験片を作製した。このとき、中間層における窒化珪素粒子の体積率は、２８％であった。そして、実施例１と同様の条件にて摩擦試験を行った。その結果、試験片の摩耗量は、３．７×１０−３ｇであった。
表１は、実施例１〜１４および比較例１〜３において作製され、摩擦試験を行った試験片における、各種条件および試験結果を示す表である。
表１に示すように、中間層にダイヤモンド粒子を含んでいない比較例１〜３は、中間層にダイヤモンド粒子を含んでいる実施例１〜１３に比べて摩耗量が多く、被覆層の剥離が見られた。
また、中間層の膜厚が３０μｍ〜１２０μｍである実施例１〜１４は、摩耗量が少なく、摺動性および耐摩耗性に優れた軸受部材が得られることが確認された。
さらに、中間層の膜厚が、５０μｍ〜１００μｍである、実施例１、２、４〜６、９、１０、および１４は、試験片の摩耗量がさらに少なく、より耐摩耗性に優れた軸受部材が得られることが確認された。
また、中間層におけるダイヤモンド粒子の体積率が、３０％〜７０％である実施例１〜１１は、ダイヤモンド粒子の体積率が１９％である実施例１２や、ダイヤモンド粒子の体積率が２３％である実施例１３と比べて試験片の摩耗量が少なく、耐摩耗性に優れた軸受部材が得られることが確認された。
さらに、中間層におけるダイヤモンド粒子の体積率が４０％〜７０％である実施例１、２、４〜６、９および１０は、ダイヤモンド粒子の体積率が３０％以上４０％未満である実施例３、７、８および１１に比べて、試験片の摩耗量が少なく、耐摩耗性に優れた軸受部材が得られることが確認された。
また、中間層におけるダイヤモンド粒子の体積率が５０％〜７０％である実施例１、２、４〜６は、ダイヤモンド粒子の体積率が５０％未満である実施例９および１０に比べて、試験片の摩耗量が少なく、耐摩耗性に優れた軸受部材が得られることが確認された。
また、被覆層の膜厚は、３μ〜３０μｍが好ましく、より好ましくは、６μｍ〜２５μｍであることが確認された。
〔実施例１５〕
次に、軸・軸受モデルを作製し、摩擦試験を行った。軸受として、内径８５．５ｍｍ、外径１０３ｍｍ、長さ６０ｍｍの軸受を用い、軸部材との摺動部分には、長さ３０ｍｍの窒化ケイ素からなる軸受部材を用いた。
次に、軸・軸受モデルを作製し、摩擦試験を行った。軸受として、内径８５．５ｍｍ、外径１０３ｍｍ、長さ６０ｍｍの軸受を用い、軸部材との摺動部分には、長さ３０ｍｍの窒化ケイ素からなる軸受部材を用いた。
また、軸部材の基材としては、ＳＵＳからなる、外径８５ｍｍ、内径７２ｍｍ、長さ１００ｍｍのものを用いた。そして、軸受部材の軸方向の両端に設けられた端部に対応する位置に、平均粒子径２０μｍのダイヤモンド粒子を添加したニッケルメッキ液を用いて、膜厚５０μｍの中間層を形成した。そして、端部に対応する位置以外の位置には、平均粒子径２０μｍのダイヤモンド粒子を添加したニッケルメッキ液を用いて、膜厚５０μｍの中間層を形成した。このとき、端部に対応する位置の中間層におけるダイヤモンド粒子の体積率は、４２％であり、それ以外の位置の中間層におけるダイヤモンド粒子の体積率は、２０％であった。
次に、中間層の外表面に、実施例１と同様の方法で、ＤＬＣからなる被覆層を２５μｍの厚さで形成し、軸部材を作製した。
そして、これらを組み合わせ、回転速度６ｍ／ｓｅｃ、アンバランス量Ｇが０以下の状態で１時間摺動試験を行い、試験後の被覆層表面の観察を行った。
〔実施例１６〕
端部に対応する位置には、平均粒子径３０μｍのダイヤモンド粒子を添加したニッケルメッキ液を用いて、５５μｍの厚さで中間層を形成し、それ以外の位置には、平均粒子径３０μｍのダイヤモンド粒子を添加したニッケルメッキ液を用いて、膜厚５５μｍの厚さで中間層を形成し、被覆層の厚さを６μｍとしたこと以外は、実施例１４と同様の方法で軸部材を作製した。このとき、端部に対応する位置の中間層におけるダイヤモンド粒子の体積率は、５８％であり、それ以外の位置の中間層におけるダイヤモンド粒子の体積率は、５％であった。
端部に対応する位置には、平均粒子径３０μｍのダイヤモンド粒子を添加したニッケルメッキ液を用いて、５５μｍの厚さで中間層を形成し、それ以外の位置には、平均粒子径３０μｍのダイヤモンド粒子を添加したニッケルメッキ液を用いて、膜厚５５μｍの厚さで中間層を形成し、被覆層の厚さを６μｍとしたこと以外は、実施例１４と同様の方法で軸部材を作製した。このとき、端部に対応する位置の中間層におけるダイヤモンド粒子の体積率は、５８％であり、それ以外の位置の中間層におけるダイヤモンド粒子の体積率は、５％であった。
そして、実施例１５と同様の条件で試験を行い、試験後の被覆層表面の観察を行った。
〔実施例１７〕
端部に対応する位置には、平均粒子径５０μｍのダイヤモンド粒子を添加したニッケルメッキ液を用いて、８０μｍの厚さで中間層を形成し、それ以外の位置には、ダイヤモンド粒子を添加していないニッケルメッキ液を用いて、膜厚８０μｍの厚さで中間層を形成し、被覆層の厚さを２２μｍとしたこと以外は、実施例１５と同様の方法で軸部材を作製した。このとき、端部に対応する位置の中間層におけるダイヤモンド粒子の体積率は、６７％であり、それ以外の位置の中間層におけるダイヤモンド粒子の体積率は、ダイヤモンド粒子を含まないため０％であった。
端部に対応する位置には、平均粒子径５０μｍのダイヤモンド粒子を添加したニッケルメッキ液を用いて、８０μｍの厚さで中間層を形成し、それ以外の位置には、ダイヤモンド粒子を添加していないニッケルメッキ液を用いて、膜厚８０μｍの厚さで中間層を形成し、被覆層の厚さを２２μｍとしたこと以外は、実施例１５と同様の方法で軸部材を作製した。このとき、端部に対応する位置の中間層におけるダイヤモンド粒子の体積率は、６７％であり、それ以外の位置の中間層におけるダイヤモンド粒子の体積率は、ダイヤモンド粒子を含まないため０％であった。
そして、実施例１５と同様の条件で試験を行い、試験後の被覆層表面の観察を行った。
〔実施例１８〕
端部に対応する位置には、平均粒子径１００μｍのダイヤモンド粒子を添加したニッケルメッキ液を用いて、１２０μｍの厚さで中間層を形成し、それ以外の位置には、平均粒子径８０μｍのダイヤモンド粒子を添加したニッケルメッキ液を用いて、膜厚１２０μｍの厚さで中間層を形成し、被覆層の厚さを８μｍとしたこと以外は、実施例１５と同様の方法で軸部材を作製した。このとき、端部に対応する位置の中間層におけるダイヤモンド粒子の体積率は、６４％であり、それ以外の位置の中間層におけるダイヤモンド粒子の体積率は、１０％であった。
端部に対応する位置には、平均粒子径１００μｍのダイヤモンド粒子を添加したニッケルメッキ液を用いて、１２０μｍの厚さで中間層を形成し、それ以外の位置には、平均粒子径８０μｍのダイヤモンド粒子を添加したニッケルメッキ液を用いて、膜厚１２０μｍの厚さで中間層を形成し、被覆層の厚さを８μｍとしたこと以外は、実施例１５と同様の方法で軸部材を作製した。このとき、端部に対応する位置の中間層におけるダイヤモンド粒子の体積率は、６４％であり、それ以外の位置の中間層におけるダイヤモンド粒子の体積率は、１０％であった。
そして、実施例１５と同様の条件で試験を行い、試験後の被覆層表面の観察を行った。
〔実施例１９〕
端部に対応する位置には、平均粒子径３０μｍのダイヤモンド粒子を添加したニッケルメッキ液を用いて、７０μｍの厚さで中間層を形成し、それ以外の位置には、ダイヤモンド粒子を添加していないニッケルメッキ液を用いて、膜厚７０μｍの厚さで中間層を形成し、被覆層の厚さを４μｍとしたこと以外は、実施例１５と同様の方法で軸部材を作製した。このとき、端部に対応する位置の中間層におけるダイヤモンド粒子の体積率は、７５％であり、それ以外の位置の中間層におけるダイヤモンド粒子の体積率は、ダイヤモンド粒子を含まないため０％であった。
端部に対応する位置には、平均粒子径３０μｍのダイヤモンド粒子を添加したニッケルメッキ液を用いて、７０μｍの厚さで中間層を形成し、それ以外の位置には、ダイヤモンド粒子を添加していないニッケルメッキ液を用いて、膜厚７０μｍの厚さで中間層を形成し、被覆層の厚さを４μｍとしたこと以外は、実施例１５と同様の方法で軸部材を作製した。このとき、端部に対応する位置の中間層におけるダイヤモンド粒子の体積率は、７５％であり、それ以外の位置の中間層におけるダイヤモンド粒子の体積率は、ダイヤモンド粒子を含まないため０％であった。
そして、実施例１５と同様の条件で試験を行い、試験後の被覆層表面の観察を行った。
〔比較例４〕
端部に対応する位置には、中間層を形成せず、それ以外の位置には、ダイヤモンド粒子を添加しないニッケルメッキを用いて厚さ９０μｍ中間層を形成し、被覆層の膜厚を１４μｍとしたこと以外は、実施例１５と同様の方法で軸部材を作製した。そして、実施例１５と同様の条件で試験を行い、試験後の被覆層表面の観察を行った。
端部に対応する位置には、中間層を形成せず、それ以外の位置には、ダイヤモンド粒子を添加しないニッケルメッキを用いて厚さ９０μｍ中間層を形成し、被覆層の膜厚を１４μｍとしたこと以外は、実施例１５と同様の方法で軸部材を作製した。そして、実施例１５と同様の条件で試験を行い、試験後の被覆層表面の観察を行った。
〔比較例５〕
端部に対応する位置にも、それ以外の位置にも中間層を設けず、被覆層の膜厚を１０μｍとしたこと以外は、比較例４と同様の方法で軸部材を作製した。そして、実施例１５と同様の条件で試験を行い、試験後の被覆層表面の観察を行った。
端部に対応する位置にも、それ以外の位置にも中間層を設けず、被覆層の膜厚を１０μｍとしたこと以外は、比較例４と同様の方法で軸部材を作製した。そして、実施例１５と同様の条件で試験を行い、試験後の被覆層表面の観察を行った。
〔比較例６〕
被覆層の膜厚を５μｍとしたこと以外は、比較例５と同様の方法で軸部材を作製した。そして、実施例１５と同様の条件で試験を行い、試験後の被覆層表面の観察を行った。
被覆層の膜厚を５μｍとしたこと以外は、比較例５と同様の方法で軸部材を作製した。そして、実施例１５と同様の条件で試験を行い、試験後の被覆層表面の観察を行った。
表２は、実施例１５〜１９および比較例４〜６において作製され、摺動試験を行った軸部材における、各種条件および試験結果を示す表である。
表２において、丸印（○）は、試験後の被覆層の摩耗が影響のない程度であったことを示し、三角印（△）は、被覆層に軽微な剥離が見られたことを示し、バツ印（×）は、被覆層が剥離していたことを示している。
表２に示すように、少なくとも軸受部材の端部に対応する位置にダイヤモンド粒子を配置した実施例１５〜１８は、耐摩耗性に優れていることが確認できた。また、軸受部材の端部に対応する位置以外の位置に、ダイヤモンド粒子を含まない中間層を設けた比較例４と、中間層を設けなかった比較例５および６との比較により、軸受部材の端部に対応する位置以外の位置には、ダイヤモンド粒子が含まれていなくても中間層を設けた方がよいことが確認できた。
また、軸受部材の端部に対応する位置の中間層におけるダイヤモンド粒子の体積率が７５％であった実施例１９は、試験後の被覆層の摩耗は、影響がない程度であったが、表面を観察すると、微小なクラックが見られた。これは、軸受部材の端部に対応する位置の中間層における母材の量が少なく、軸受部材の端部の接触等による衝撃で被覆層が割れてしまったためだと考えられ、中間層におけるダイヤモンド粒子の体積率が７０％以下であることが好ましいことが確認された。
本発明は、例えばポンプ等に用いられる摺動部材に利用することができる。
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｅ、１Ｆ 軸・軸受構造
１０ 軸部材
１０ａ 基材
１０ｂ 中間層
１０ｃ 被覆層
１０ｄ ダイヤモンド粒子
１０ｅ 母材
１１ 軸受部材
１１ａ 端部
１５ 界面
１０ 軸部材
１０ａ 基材
１０ｂ 中間層
１０ｃ 被覆層
１０ｄ ダイヤモンド粒子
１０ｅ 母材
１１ 軸受部材
１１ａ 端部
１５ 界面
Claims (9)
- 軸および軸受を有する軸・軸受構造に用いられ、被摺動部材に対して相対的に摺動する摺動部材であって、
基体と、
前記被摺動部材に摺接する、ダイヤモンドライクカーボンを含む被覆層と、
前記基体と前記被覆層との間に設けられ、ダイヤモンド粒子および母材を含む中間層とを備え、
前記中間層の膜厚が、３０μｍ〜１２０μｍであり、
前記ダイヤモンド粒子の平均粒子径は、２０μｍ〜１２０μｍであることを特徴とする摺動部材。 - 前記ダイヤモンド粒子の一部は、前記被覆層と接触している接触粒子であることを特徴とする請求項１に記載の摺動部材。
- 前記中間層は、前記中間層と前記被覆層との界面において凸部を有し、
前記凸部は、前記接触粒子で構成されることを特徴とする請求項２に記載の摺動部材。 - 前記中間層と前記被覆層との界面は、前記軸・軸受構造の軸を中心とする同一円周上に位置し、
前記接触粒子は、前記界面において前記被覆層と接触していることを特徴とする請求項２に記載の摺動部材。 - 前記中間層における前記ダイヤモンド粒子の体積率が３０％〜７０％であることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の摺動部材。
- 前記母材は、ニッケル合金、コバルト合金、銅合金、あるいは鉄合金であることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の摺動部材。
- 前記中間層は、少なくとも、前記被摺動部材における前記軸・軸受構造の軸方向に平行な前記摺動部材との対向面の端部に対応する位置に設けられていることを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の摺動部材。
- 前記被摺動部材における前記軸・軸受構造の軸方向に平行な前記摺動部材との対向面の端部に対応する位置の、前記中間層における前記ダイヤモンド粒子の体積率は、それ以外の位置における前記体積率よりも高くなっていることを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の摺動部材。
- 請求項１から８の何れか１項に記載の摺動部材を用いたポンプ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2015115271A JP6628499B2 (ja) | 2015-06-05 | 2015-06-05 | 摺動部材およびポンプ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2015115271A JP6628499B2 (ja) | 2015-06-05 | 2015-06-05 | 摺動部材およびポンプ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2017002948A JP2017002948A (ja) | 2017-01-05 |
| JP6628499B2 true JP6628499B2 (ja) | 2020-01-08 |
Family
ID=57751768
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2015115271A Active JP6628499B2 (ja) | 2015-06-05 | 2015-06-05 | 摺動部材およびポンプ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP6628499B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6846740B2 (ja) * | 2017-03-30 | 2021-03-24 | 帝国イオン株式会社 | 耐摩耗性皮膜及びその形成方法、並びに耐摩耗性部材 |
| JP2019116914A (ja) * | 2017-12-26 | 2019-07-18 | 株式会社クボタ | 摺動部材およびその利用 |
| JP7138855B2 (ja) * | 2018-05-15 | 2022-09-20 | 帝国イオン株式会社 | 耐摩耗性皮膜、耐摩耗性部材及び耐摩耗性皮膜の製造方法 |
| KR20210008872A (ko) * | 2018-05-22 | 2021-01-25 | 테이코쿠 이온 가부시키가이샤 | 내마모성 피막, 내마모성 부재, 내마모성 피막의 제조 방법 및 슬라이딩 기구 |
| US10760615B2 (en) * | 2018-07-30 | 2020-09-01 | XR Downhole, LLC | Polycrystalline diamond thrust bearing and element thereof |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0328373A (ja) * | 1989-06-23 | 1991-02-06 | Idemitsu Petrochem Co Ltd | ダイヤモンド被覆部材およびその製造方法 |
| JP2967245B2 (ja) * | 1991-08-22 | 1999-10-25 | 株式会社日立製作所 | 無給水ポンプ |
| JP3339874B2 (ja) * | 1992-03-12 | 2002-10-28 | マツダ株式会社 | 耐摩耗性に優れたエンジン用軽合金製シリンダ及び複合金属メッキ装置 |
| JPH1015952A (ja) * | 1996-06-28 | 1998-01-20 | Kyocera Corp | 樹脂加工用部材 |
| JPH10139590A (ja) * | 1996-11-14 | 1998-05-26 | Fujitsu Ltd | ダイヤモンド薄膜を有する構造体及びその製造方法 |
| JP4568539B2 (ja) * | 2004-06-04 | 2010-10-27 | 株式会社クボタ | ポンプ用軸受構造 |
| JP2006225730A (ja) * | 2005-02-18 | 2006-08-31 | Nagaoka Univ Of Technology | ナノダイヤモンド粒子含有めっき膜を形成した材料及びその製造方法 |
| JP5453533B2 (ja) * | 2010-07-09 | 2014-03-26 | 大同メタル工業株式会社 | 摺動部材 |
| JP5691984B2 (ja) * | 2011-10-06 | 2015-04-01 | トヨタ自動車株式会社 | 摺動部材およびその製造方法 |
| JP2014098184A (ja) * | 2012-11-14 | 2014-05-29 | Minebea Co Ltd | 多層ｄｌｃ皮膜を有する摺動部材 |
-
2015
- 2015-06-05 JP JP2015115271A patent/JP6628499B2/ja active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2017002948A (ja) | 2017-01-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6628499B2 (ja) | 摺動部材およびポンプ | |
| JP5920681B2 (ja) | 摺動特性に優れた塑性加工用被覆金型及びその製造方法 | |
| EP3287544B1 (en) | Coated metal mold and method for manufacturing same | |
| US8746976B2 (en) | Sliding element with DLC coating | |
| EP1582756B1 (en) | A metal-to-metal spherical bearing | |
| US9719420B2 (en) | Gas turbine component and process for producing gas turbine component | |
| JP6420272B2 (ja) | 摺動部材 | |
| JP2013002559A (ja) | 排気ターボ過給機のスラスト軸受装置 | |
| BR112015017292B1 (pt) | Elemento deslizante, particularmente um anel de pistão, com um revestimento | |
| JP4805255B2 (ja) | 銅含有軸受材料のｄｌｃ硬質コーティング | |
| US9841054B2 (en) | Thrust bearing pad having metallic substrate | |
| EP2339045B1 (en) | Wear resistant device and process therefor | |
| JP4873617B2 (ja) | 低摩擦特性と耐剥離性を有する硬質膜の被覆部材 | |
| CN112128222A (zh) | 金属元件表面上的接触层和具有这种接触层的铰链 | |
| CN106048359A (zh) | 一种硬质合金 | |
| CN209781684U (zh) | 一种机械密封件 | |
| JP2019116914A (ja) | 摺動部材およびその利用 | |
| JP2017044308A (ja) | 摺動部材およびポンプ | |
| JP2009243619A (ja) | 転がり摺動部材及び鋼管成形ロール用軸受 | |
| JP2019190644A (ja) | 摺動部材 | |
| JP6387228B2 (ja) | 内燃機関用ピストンリング | |
| US20130337221A1 (en) | Coated member for movement relative to a surface and method for making the coated member | |
| JP4568539B2 (ja) | ポンプ用軸受構造 | |
| JP7704541B2 (ja) | ボールソケット構造 | |
| WO2015056450A1 (ja) | 内燃機関用ピストンリング |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20171215 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20180920 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20181009 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20181210 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20190528 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20190823 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20190823 |
|
| A911 | Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20190913 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20191119 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20191203 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6628499 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |