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JPS6071597A - 摺動用機構部品 - Google Patents

摺動用機構部品

Info

Publication number
JPS6071597A
JPS6071597A JP58177706A JP17770683A JPS6071597A JP S6071597 A JPS6071597 A JP S6071597A JP 58177706 A JP58177706 A JP 58177706A JP 17770683 A JP17770683 A JP 17770683A JP S6071597 A JPS6071597 A JP S6071597A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
substrate
sliding
hard carbon
filament
carbon film
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.)
Pending
Application number
JP58177706A
Other languages
English (en)
Inventor
Shojiro Miyake
正二郎 三宅
Hideo Yoshihara
秀雄 吉原
Iwao Watanabe
巌 渡辺
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP58177706A priority Critical patent/JPS6071597A/ja
Publication of JPS6071597A publication Critical patent/JPS6071597A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02Epitaxial-layer growth
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/02Elements
    • C30B29/04Diamond

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Sliding-Contact Bearings (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は耐アブレツシプ性、耐凝着性に優九、摩耗如よ
る精度劣化が少なく、摺動抵抗が小さくかつ信頼性の高
い摺動用機構部品に関するものである。
従来m構部品の氷面処理として硬質膜、固体詞滑膜等が
用いられている。例えば硬質膜としテFJ、 TjN 
、 TjC、BaC、SjC、Sj lN4 、 At
xOs’J ノf質材料がスパッタ、CVD、イオンブ
レーテインク等により形成されている。、シかし、こノ
しらを俵′4i4郡品の摺動面に適用した場合に姐と7
Lら硬質膜自体に麹層性がないため献財が生じ、かつ応
力集中のため下地−膜界面で脱離する等の欠点がめった
また固体詞滑股を機構部品に適用することも試みられて
いるが、面精度化のため、薄くすると膜破断による寿命
が問題になり、厚くすると摩耗による粘度低下が部組に
なっている1、また、下地材の硬度を大きくし、ん1o
82. Wbz停の8り」滑性膜を形成することが柑度
上望筐しいが、と7Lも2つの処理を別々に行っている
ため、下:I4L+IJと膜の密層性の問題、固体叫滑
剤の損耗の問題等があり、長寿命潤滑を実現していると
はいい難かった。
本発明はこれらの欠点を除去するため、摺動用機構部品
を提供するものであって、その構成は下地との密着強度
が強くかつ硬質なダイヤモンド構造と潤滑性に優れたグ
ラファイトを混在芒せた薄膜をm動面に形成したことを
特徴とする。
以下に本発明の詳細な説明する。
硬質カーボンを形成する方法には、CVD法。
イオンビーム形成性スパッタリング等がある。
第1図に硬質カーボン族を形成する方法の一例としてプ
ラズマCVDによる場合の装置例の概略を示す3.同図
に3いて、lは真壁容器、2tj基板ホルダー、3は基
板、4は高圧電源、5はシャッタ、6t/′i放′F4
f、維持用電極、7は電子放出用フィラメント、8は直
流電源、9は直流電源。
10.11はガス尋人用可変バルブ、12は排気路、1
3は永久磁石である。真空容器l内の基板ホルダー2に
基板3をセットし該真空容器を5 X 10−’Tor
r以上丑で排気した後、ガス尋人用可変バルブ11から
Arガスを導入し、10−”Torr程度に設定する3
、延子放出用フィラメント7を直流電源9により加熱す
る。次いで、放電維持用電極6に正の電圧(50〜10
0V)を直流電源8によって印加し、前記の′電子放出
用フィラメント7と放電維持用電極6との間に、Arガ
スプラズマを生成する。次に基板3に間圧電源4により
負の高電圧(−1〜−3KV)を印加してAr+イオン
によるスパンタクリーニンy * 10〜30変パルプ
lOから導入し、ガス圧を10−”Torr程度に設定
する。次にArガスによるスパッタクリーニングの場合
と同−手jiIで、放電維持用を極6と電子放出用フィ
ラメント7との間に、 C,H。
ガスプラズマを生成する。次いで基板3に負の高電圧(
−2〜−3,5KV)を印加した後、シャツタ5ft曲
!、基板上にダイヤモンドとダイヤモンドとグラファイ
トの混晶からなる硬質カーボン膜を形成する。
以上により得られた硬質カーボン膜は六方晶系のダイヤ
モンドとグラファイトとの混晶によって形成されている
次に本発明に係る拮動郡品の抽MvJ性について説明す
る。
第2図に上記特性試験に用いた試験装置の概略を示す。
図示するように試験片21を載置する移動台2」が設け
られ該、g動台26の上方にはφ6 rra径の銅球圧
子22を保持するアーム部27が配設されると共に該ア
ーム部27には負荷荷車を与えるだめの3もり23がそ
の上面に載置さnる一方、その後端にバランスl1I4
整用のおもり25が装着されている。更にアーム部27
には抵抗を測定する歪ゲージ24が設けられている。、
上記装置構成において、本発明の硬質カーボン膜を形成
した試験片21に鋼球圧子22を所定の負荷を加えて圧
接し、移動台26を往復動する。
上記試験結果を第3図(a) (b)ないし第7図に示
t、2X3図(al(b)に示すように、ヌテンレス銅
S1.l544QCを下地材とする試験片について本発
明の硬質カーボン族を有しないものAoと有するものA
1についてそのM線抵抗全比較すると、硬質カーボン膜
を有しないものAolZ)摩擦抵抗が大きいことが判る
又第4図は同様の試験片A0.A、、にっhて摩擦距離
と摩擦係数の変化を比較して示すグラフである。第4図
から明らかなように硬質カーボン膜を形成した場合、I
ji1擦係数は著しく減少する。
すなわち摩嶽係数μ;0.2〜0.4のものがμ=0.
1程度に下がる。さらに摩擦抵抗の変動、スティックス
リップも減少する。これらは硬質カーボン族のグラファ
イト部の固体潤滑効果と凝涜防止効果によると考えられ
る3、さらに摩擦面を観察すると・硬質カーボンmk有
しない試験片AのS[JS44OC面には摩擦面に凝着
痕が生じて、面が租れている。これに対し試験片BOd
質カーボン膜を形成した面には摩擦痕は観察されず、硬
質カーボン膜の剥離も観察されなかった。即ち5O84
400の与からなる試験片との摩擦では銅球圧子ll1
ll/li不規則な凝着痕から成るM線面となるが、硬
質カーボン膜を形成し′fc向と厚慨させた場合には、
指動方向の原性変形が生じ平滑な面が形成され、(−の
後、摩耗は進行しない。
即ち、硬質カーボン族は下地面を相手向から保題する七
ともに相手面を滑らかにし凝着によるスティックスリッ
プお′よび摩擦抵抗変動のない非’l’jrに円滑な励
振を実現させることが可能である。また、硬質カーボン
膜を形成する場合ステンレス鏑に直接被成形成すると硬
質カーボン膜との蜜右力か小さくなジ易いが、形成前に
ArKよるスパッタクリーニングをていねいに行うと“
とにより、密府力は著しく改善され、フレンチング摩耗
等に対しても耐久性が著しく向上する。
次に下地材として石英およびシリコン単結晶を用いた場
合の特性試映結来を85図に示す。
ffJ5図は硬脆材料である石英(5j02)およびシ
リコン単結晶について硬質カーボン膜を形成しないもの
B。、coと形成するものB、 、 C1とについて、
その九に擦係数を比較して示したものである3゜石英、
シリコンのみのBo、C,に比べ硬質カーボン膜を形成
したB1.C,の場合には、摩擦係数が著しく減少する
ことが判る。特に摩擦距離が大きくなった条件で効果が
大きい。さらに高負荷条件でも摩擦係数低減の効果が大
きい。
第6図はシリコン単結晶の試験片についてその摩擦面の
顕微鏡写真である1、摩擦面を観察するとシリコン単結
晶のみの場合には荷重が100gになると、周辺に微小
なりランクが発生し、同図(f)に示すよ5 K 10
00gでは抽動面に著しく大きなりラックが発生してい
る。これに対し一1呪質カーボン膜を形成した面には同
図(ロ)に示すように荷重iooogでも触線面に変化
は見られず摩耗痕は11とんど検出でき表い程度である
。即ち集中荷重に対しても硬質カーホ゛ンを形成するこ
とにより、1便脆材料でめる石英、シリコンのクランク
の発生を押え、光面を保睦する効果〃;ある。
さらに銅球圧子も硬質カーボン膜を形成【7ない場合に
は同図(ハ)に示すようにhす擦で発生したクラックの
破面でアブレンシブに除去され摩耗量が増大する。これ
に対し硬質カーボン膜を形成した時にはな)二み効果の
ため同図に)に示すように初期摩耗の後、摩耗量はとん
ど進行1.ない。
これは石英を下地材とする場合も同様である。。
このように硬質カーボン膜は下地材である硬脆狗科を保
設するだけでなく、相手面の損耗を減少させるメり来が
ある。
次に下地相としてアルミ、チタン、チタン合金を用いた
場合の特性試験結果t−第7因に示す1゜第7図はアル
ミ、チタン、チタン合金の下地旧に硬質カーボン膜を形
成しないものDo、 Eo、 F。
と形成するものDl、 E、 、 Flとについてその
摩擦係数の変化を比較したグラフである。この場合も第
7図から明らかなように本発明のカーボン股を形成する
ものり、、B1.F、は形成しないもの1)o、Eo、
Foに比べPA際係数が大幅に低下している。ここで、
純アルミ、Mチタンは硬度が小さいため硬質カーボン膜
を形成しない場合には焼入れした倉°・1球と摩擦させ
ると塑性変形して圧子が喰い込みさらに接触部で凝着と
ぜん所が生じるため大きな傷が形成される。これに対し
硬質カーボン膜を形成した場合には、低倚重では。
下地面にほとんど変化がない。また^荷重では下地面に
塑性変形を生じたが、この場合でも硬質カーボン換は下
地面と剥離することがなかった。また、アルミ合金、チ
タン合金は比強度の大きい材料であるが、摩優、摩耗特
性kiあまり良くないという点を有している。ところが
このように硬質カーボン膜を形成することにより下地材
を硬化するだけでなくグラファイトによる狗滑性を付与
するので相手材料に刺傷を与えることもない。
さらに軟質である筒分子材料および汎分子複合材料ある
いは特に極性のないP T l” Eについても形成す
ることができ、比較的大きな密増力を示した。
このように従来比較的硬度が小さくて檀動用機溝部品と
して用いられなかった材料についても母Iのすぐれた特
性を維持したf −f好適な硬度、飼滑性を有する摺動
部品を得ることができる。さらに硬質カーボンPaは耐
薬品性がすぐ九て2り、アルカリ酸等の腐食液、各桓溶
剤活性ガス等によって侵されなhので、こnらの薬品。
溶剤ガス等が作用する部分の機構部品として用いること
が可能である1、 以上述べたように本発明の摺動部品は硬jXなダイヤモ
ンドと@滑性のあるグツ7アイトの混晶から成る硬質カ
ーボン膜を機構部品の摺動部六面に形成しであるので%
摩擦抵抗が小さく摺MJJJ時に下地材を保睦し、相手
面を平滑にさせるので長期間安定した摺動特性が得られ
る。従ってm受am車、モータ、シール、パルプ、ねじ
摺動案内面、′#kL気接点、ジヨイント、ベーンチェ
ーン、内燃機関シリンダ、ビヌトンロンド。
リンク等の機構部品に適用すれば、精度劣化の小さい長
期間信頼性のある部品が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る硬質カーボン膜形成の装置構成を
示す概略図、第2図は摺動による摩擦、D耗試験装櫨の
概略図、第3図((転)い)は摩擦抵抗の測定結果を示
すグラフ、第4図および第5図は摩擦係数の測定結果を
示すグラフ、第6図(イ)(りはシリコン単結晶の摩擦
面を示す顕微鏡写真、第6図(ハ)に)は銅球圧子の摩
擦面を示す顕グラフである。 図 中、 l、真空容器 2、基板ホルダー 3、基板 4、高圧電線 5、シャッタ 6、放電維持用電極 7.1[予成出用フィラメント 8、@流電掠 9、直流ikL源 10.11.ガス導入用可変バルブ 12・排気路 13、永久磁石 21、試験片 22、銅球圧子 23、おも9 24、歪ゲージ 25、バランスおもり 26、移動台 27、アーム部でろる。 特許出願人 日本電信電話公社 代 理 人 弁理士光 石 士 部 (他1名) 第1図 第4図 #ネ距離 (m) 第5図 R1塾距難(m) 第7図 庫 糟距酊i(m)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1ン 摺動面にダイヤモンドとグラファイトの混晶か
    らなるイλ質カーボン膜を有することを特徴とする摺動
    用機構部品、。 (2〕 上記摺動面をなす下地材料が、セラミックない
    し石英結晶、シリコン結晶等の硬脆材料であることを特
    徴とする特許請求の範囲第1項記載の摺ルb用機楊郡品
JP58177706A 1983-09-26 1983-09-26 摺動用機構部品 Pending JPS6071597A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP58177706A JPS6071597A (ja) 1983-09-26 1983-09-26 摺動用機構部品

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP58177706A JPS6071597A (ja) 1983-09-26 1983-09-26 摺動用機構部品

Publications (1)

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JPS6071597A true JPS6071597A (ja) 1985-04-23

Family

ID=16035678

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JP58177706A Pending JPS6071597A (ja) 1983-09-26 1983-09-26 摺動用機構部品

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JP (1) JPS6071597A (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60135564A (ja) * 1983-12-23 1985-07-18 Nippon Seiko Kk 耐摩耗性金属摺動部材
JPH01261570A (ja) * 1988-04-08 1989-10-18 Idemitsu Petrochem Co Ltd メカニカルシール
JPH0510417A (ja) * 1991-07-04 1993-01-19 Juki Corp 機械部品の結合構造
JPH08500187A (ja) * 1992-12-14 1996-01-09 コンバッション エンヂニアリング インコーポレーテッド 燃料集合体及び制御集合体の部品用の耐摩耗性コーティング及び耐摩耗性コーティングの形成法

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