CN101798729B - 滑动零件的制造方法及滑动零件 - Google Patents

Abstract

本发明的滑动零件的制造方法及其滑动零件，利用UBM溅射(UnbalancedMagnetron Sputtering)而在与基材(27)的表面的滑动部(28)对应的部位连续地形成Cr被膜(29)和DLC被膜(Diamond Like Carbon)(30)，在遮蔽工序中，将具有多个圆形的孔(35)的遮蔽构件(34)大致密接状地外嵌在所述DLC被膜(30)的表面上，在蚀刻工序中，用等离子蚀刻将从遮蔽构件(34)的孔(35)露出的区域的DLC被膜(30)去除，由此，形成作为储油部(32)的凹部(31)。从而，能获得在滑动部上形成多个凹部(31)、可提高该滑动部上的润滑油的保持力进而使非烧结性提高的滑动零件。

Description

滑动零件的制造方法及滑动零件

本申请是申请人于2004年8月9日提交的、申请号为200410056706.6的、发明名称为“滑动零件的制造方法及滑动零件”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明，涉及滑动零件的制造方法及滑动零件，尤其，涉及通过在滑动部形成储油部而提高非烧结性的滑动零件的制造方法及滑动零件。

背景技术

以往，例如，在缝纫机中，多个滑动零件被互相滑动自如地组装着。在这些滑动零件中，为了防止其滑动部的烧结及减小磨损，一般，在滑动部供给润滑油或在滑动部的表面上形成耐磨损性高的被膜。

例如，在日本专利申请公开2003-111990号公报(参照图5～图8)，揭示了在与滑动零件相当的针杆的滑动部的表面上形成DLC被膜(Diamond LikeCarbon被膜)的缝纫机。DLC被膜，由于摩擦系数低(一般在约0.1以下)且为高硬度，耐磨损性及滑动性非常优异，这是公知的。该DLC被膜，利用例如UBM溅射(Unbalanced Magnetron Sputtering)等的物理蒸镀法及CVD(Chemical Vapor Deposition)等的化学蒸镀法被形成于滑动部的表面上。

又，在该缝纫机中，为了进一步提高所述针杆的滑动部的耐磨损性，对于可滑动地支承所述针杆的针杆支承构件的滑动部，使用容易与所述DLC被膜圆滑地滑动的铝合金材料等。该铝合金材料，通过防止DLC被膜的缠结结合(Dangling Bond)和与其终端的氢的结合的切断，由此，能防止所述DLC被膜的石墨(Graphite)化的进展，从而能提高DLC被膜的耐磨损性。

可是，若从防止烧结的方面来考虑，即使例如作成了这样的结构，也还需要对滑动部供给润滑油。但是，即使对针杆和针杆支承构件的滑动部供给了润滑油，由于所述滑动部的表面互相滑动，不能将所述润滑油长时间地保持在该滑动部，在从供给润滑油的短时间(例如，不到1000小时)中，所述滑动部就会产生烧结。

为了防止滑动部的烧结，只要作业者频繁地对滑动部进行润滑油的供给就可以，但一般在缝纫机上滑动部有多个部位，而且，还有不能简单地供给润滑油的部位，故该作业需要非常多的劳动力。因此，考虑有在DLC被膜上形成由凹凸状的槽构成的储油部、使润滑油不会在短时间中从滑动部流出的方法，但一般由于该DLC被膜是数μm程度的厚度，故要用切削等的机械加工形成所述凹凸，在精度上是非常困难的。

发明内容

本发明的目的在于，提供通过在滑动部的DLC被膜上设置作为储油部的凹部来提高润滑油的保持力、赋予高的非烧结性的滑动零件的制造方法及滑动零件。

本发明的滑动零件的制造方法，该滑动零件具有在基材的表面的至少一部分上形成DLC被膜的滑动部，其特征在于，该制造方法具有：为了将所述滑动部的DLC被膜的表面的一部分遮蔽，而将具有可与滑动零件的形成有DLC被膜的滑动部外嵌的内径、且在外周具有多个孔的、由铝或陶瓷或不锈钢预先形成的筒状遮蔽构件以能够取下的方式外嵌在滑动部上、从而成为与DLC被膜密接的状态的遮蔽工序；通过将位于所述遮蔽构件的孔的部分的DLC被膜进行蚀刻而在所述DLC被膜上形成凹部的蚀刻工序，在蚀刻工序之后从滑动部取下遮蔽构件的工序。

该场合，最好是，所述凹部作为储油部而形成，并且，使所述凹部相对所述滑动部的总表面积而在约14％～17％的范围内形。

采用这样的结构，首先，利用等离子蚀刻(Plasma Etching)将未被遮蔽构件遮蔽的DLC被膜去除，由于形成了作为储油部功能的凹部，故与要求精度的机械作业相比、能简单地形成储油部，并能防止对基材等造成损伤。又，由于仅使遮蔽构件的形状进行变化，故能使所述凹部的形状自由地进行变化。

如上所述，通过对滑动部形成作为储油部功能的凹部，由于该凹部能保持润滑油，能长时期地防止所述滑动部上的润滑油的流出，故能提高滑动部的非烧结性(使烧结寿命延长)。又，若在相对所述滑动部的总表面积的约14％～17％的范围中形成所述凹部，通过一次的润滑油的供给就能大幅度地延长滑动部的烧结寿命。

又，在上述结构的场合，最好是，在形成所述DLC被膜的工序之前，可以在所述基材的表面上实施形成金属被膜的金属被膜工序，并在形成所述凹部时，将所述DLC被膜蚀刻至所述金属被膜的表面露出为止。由此，即使通过蚀刻将DLC被膜去除，也由于不去除金属被膜，故基材不会露出，能防止由基材的生锈等引起的劣化。

又，在所述DLC被膜中，未被所述遮蔽构件遮蔽的部分作成了互相空开规定间隔地存在于多个部位的结构，又，也可以都构成相同的形状，例如是圆形的结构。由此，首先，由于凹部空开规定间隔地形成，向滑动部所提供的润滑油在所述滑动部的整个区域被均等地储存，故能防止滑动部的局部性的烧结。又，若将凹部都作成相同形状、例如作成圆形，能使所述遮蔽构件的形成作业简单化。

又，在上述的场合，蚀刻工序中的蚀刻最好是等离子蚀刻或激光蚀刻，在所述等离子蚀刻的场合，所述基材采用钢材料，其温度可以在150℃以下的状态中进行。由此，在等离子蚀刻的场合，由于仅使DLC被膜与氧等离子等进行反应，故不会损伤基材及基材与DLC被膜之间所形成的金属被膜等，能正确地仅去除所述DLC被膜。这时，由于将在250℃左右进行淬火的基材在150℃以下进行保持，故能防止因所述等离子蚀刻引起的基材的变形。又，即使在激光蚀刻的场合也能获得大致同样的效果。

又，本发明的滑动零件，其特征在于，具有：至少在一部分上具有滑动部的基材；在基材的滑动部的表面上所形成的金属被膜；在所述金属被膜的表面上所形成的DLC被膜；通过利用蚀刻将所述DLC被膜的一部分去除所形成的作为储油部功能的凹部、或通过利用蚀刻将所述DLC被膜的一部分去除至所述金属被膜的表面露出为止所形成的作为储油部功能的凹部。这时，最好是，所述凹部是被配置成规定图形的多个相同形状、例如是圆形，又，所述凹部以相对所述滑动部的总表面积在约14％～70％的范围内形成为好。

又，所述滑动零件，也可将其滑动部作为往复滑动部，例如作为相当于缝纫机的结构零件的挑线杆的挑线杆轴。在上述那样结构的场合，即使是高速滑动的缝纫机的挑线杆轴，由于利用所述凹部能将润滑油经常保持在该滑动部，故能防止在滑动部产生烧结的情况。

附图说明

图1是双针缝纫机的内部立体图。

图2是说明挑线杆机构用的内部左侧视图。

图3是滑动部的部分立体图。

图4是滑动部的概略的部分横剖视图。

图5A是说明滑动零件的制造方法的工序图。

图5B是说明滑动零件的制造方法的工序图。

图5C是说明滑动零件的制造方法的工序图。

图6是遮蔽工序的说明图。

图7是DLC残留面积(DLC被膜的面积)与烧结寿命的关系的说明图。

具体实施方式

[实施例]

以下，参照附图对本发明应用于双针缝纫机中的挑线杆的挑线杆轴的一实施例进行说明。又，在以下的说明中，如图1所示，将作业者所处位置的方向作为前方，将从作业者看的左右作为左右。

首先，如图1所示，双针缝纫机M，具有：左右方向长的底板部1、从该底板部1的右端部向上方延伸的脚柱部2、从该脚柱部2与底板部1相对地向左方延伸的臂部3。

在臂部3的内部，配设有向左右方向延伸的主轴10，并在该主轴10的下方配设有向左右方向延伸的针杆摆动轴11。主轴10的右端部，从臂部3向外部伸出，其前端上安装着皮带轮12。主轴10通过手动操作式的皮带轮12或利用缝纫电机(未图示)进行旋转驱动。

曲柄13，被安装在主轴10的左端部，能与该主轴10一起转动。在该曲柄13上，一体地设有连接轴13a，在该连接轴13a上，可转动地连接着曲柄杆14的上端部的头部14a。又，曲柄杆14的下端部，可转动地与针杆连接架15连接，该针杆连接架15被固定在圆柱状的针杆16的中央部。该针杆16，其上下被支承在针杆支承构件17上，其下端部从所述臂部3向下方伸出，在其前端上安装着2根针21。

挑线杆机构19，如图2所示，具有：挑线杆18、连接构件22、可转动地将挑线杆18支承在双针缝纫机M上的转动轴23。又，挑线杆18，具有下端部的圆柱状的挑线杆轴25和挂有上线的挑线杆部26。圆柱状的连接构件22可转动地与曲柄杆14的头部14a的后端部连接着。并且，在该连接构件22上，插通有挑线杆18的挑线杆轴25。由此，挑线杆轴25形成相对所述连接构件22可滑动的状态。

这里，在这样结构的双针缝纫机中，当缝纫电机的旋转通过主轴10向曲柄13传递时，其旋转力通过曲柄杆14向针杆连接架15传递。于是，该针杆连接架15使针杆16向上下进行往复移动，由此，2根针21进行上下往复移动。又，针杆16，虽然省略详细的说明，但通过所述针杆摆动轴11的旋转驱动，与针杆支承构件17一起向前后水平方向进行摆动驱动。

又，当利用缝纫电机的旋转使曲柄13旋转时，曲柄13的连接轴13a，使头部14a与连接构件22同时地以图2所示的圆轨道A进行旋转驱动。由此，所述挑线杆25被所述连接构件22引导而大致上下方向地进行往复滑动，通过该往复滑动、挑线杆18在所述转动轴23的周围进行摆动驱动，随此，上线(未图示)被拉紧。

在此，如图3和图4所示，所述挑线杆轴25，具有：由钢材料构成的圆柱状的基材27；在与该基材27的滑动部28对应的部位的表面上所形成的Cr被膜29；在该Cr被膜29的表面上所形成的DLC被膜30。又，如图4所示，在DLC被膜30上，形成有作为储油部32功能的多个凹部31(以下也有仅称为储油部32的情况)，该储油部32，通过将所述DLC被膜30进行蚀刻来构成，使所述Cr被膜29呈露出的状态。又，如图3所示，该凹部31，在圆周方向的许多处形成以90°间隔(规定间隔)且在上下方向错开一定高度的规定图形，其形状是圆形。

这里，参照图5A～图5C和图6，对在与所述挑线杆轴25(基材27)的滑动部28对应的部位上进行的Cr被膜29和DLC被膜30的被膜工序、遮蔽工序及蚀刻工序等、制造方法的流程作出详细说明。

首先，对于与由圆柱状的钢材料构成的基材27(换言之，挑线杆18的挑线杆轴25)的滑动部28对应的部位的表面，将Cr作为目标进行溅射，形成规定的膜厚、例如厚约0.5μm的Cr被膜29。接着，进行上述Cr的溅射，并同时进行将石墨作为目标的溅射，使该Cr和石墨的溅射率逐渐地移行至使石墨的溅射率增大的状态。由此，使DLC被膜30在Cr被膜29的表面上形成至例如约1.5μm的膜厚。该场合，这些Cr被膜29和DLC被膜30就是在真空中利用UBM溅射连续形成的膜。这里，DLC被膜30的硬度可由氢含有量等来进行调节，由此，就能成为HV(Vickers Hardness)从数百至与接近于金刚石的HV的8000左右的高硬度被膜。

接着，如图5B和图6所示，在遮蔽工序中，对于前述那样形成的DLC被膜30的表面，大致密接状地外嵌有圆筒状的遮蔽构件34，由此，将所述DLC被膜30的表面遮蔽。该遮蔽构件34例如用A1构成，其内径形成为与DLC被膜30的外形大致相同直径，并且，多个圆形的孔35(贯通孔)在上下方向空开规定间隔地排列成直线状，它们在圆周方向上以90°间隔且上下方向错开一定间隔地构成。因此，当将所述遮蔽构件34外嵌于DLC被膜30上时，DLC被膜30的表面的一部分被遮蔽，与所述遮蔽构件34的孔35对应的部位依然保持露出的状态。

接着，在蚀刻工序中，首先，将前述的被遮蔽的基材27、即挑线杆18收容在真空槽中(未图示)。并且，向所述真空槽中供给氧气，当施加高频率(例如13.8MHz)高电压时，使氧气电离而形成等离子的气氛。于是，使DLC被膜30与氧等离子气体反应而成为二氧化碳或一氧化碳，如图5所示，未被遮蔽构件34所遮蔽的部分(从遮蔽构件34露出的部分)的DLC被膜30，用蚀刻除去直至Cr被膜29露出为止，由此，在滑动部28(参照图4)上形成多个作为储油部32功能的凹部31。

又，在所述蚀刻工序中，将以250℃程度进行淬火并回火后的挑线杆18，保持在150℃以下的状态中进行蚀刻。然后，将挑线杆18从真空槽中取出，如图3及图4所示，将遮蔽构件34从挑线杆轴25取下，由此，就能获得具有形成多个作为储油部32功能的凹部31的滑动部28的挑线杆轴25。

采用上述的结构，首先，在滑动部28上形成了作为储油部32功能的凹部31。因此，可在该所述凹部31上储留润滑油，使所述滑动部28的润滑油的保持力提高，还能使挑线杆轴25的非烧结性提高。尤其，若将凹部31相对滑动面28的总表面积控制在约14％～70％的范围，换言之，若将未利用等离子蚀刻除去而残留的DLC被膜30的总表面积(DLC被膜的面积)，如图7所示控制在约30％～86％的范围，则到达烧结的时间(烧结寿命)成为3000小时以上，由于能对挑线杆18赋予极高的非烧结性，故作业者不需要对滑动部频繁地进行润滑油的供给，润滑油的供给周期变得非常长，能大幅度地减少作业者的润滑油的供给作业。

又，在挑线杆18的挑线杆轴25上，由于利用等离子蚀刻形成作为储油部32功能的凹部31，故与机械加工等相比，其作业能变得容易。又，通过使用等离子蚀刻，由于不去除未与氧气反应的Cr被膜29、而是通过蚀刻仅去除DLC被膜30，防止基材27的露出，故能进行保护以免因该基材27生锈等引起的劣化。

又，由于使用遮蔽构件34，仅使该遮蔽构件34的孔35(贯通孔)的形状进行变化，故能将作为储油部32功能的凹部31的形状作成所需的形状。

又，凹部31是圆形，并根据规定的图形被排列着，故能防止在滑动部28上润滑油局部性偏移的情况，由此，能防止局部性的烧结。

又，在上述实施例中，利用UBM溅射形成DLC被膜30，但不限于此，例如，也可以利用UBM溅射以外的物理的蒸镀方法或CVD法等的化学的蒸镀方法来形成。

又，DLC被膜蚀刻方式的去除，不限于等离子蚀刻，也可以使用以下手段：例如，10^-15秒激光(激光的波长为870nm、脉冲幅度为10^-15秒)；紫外线激光(激光的波长为紫外线区域，例如，脉冲幅度为20～100nm、波长为353nm的THG-YAG激光：Third Harmonic Generator YAG Laser，或波长为265nm的FHG-YAG激光：Fourth Harmonic Generator YAG Laser等的固体激光)；激元激光(波长为308nm或248nm、脉冲幅度为20～30nm)，通过蚀刻将DLC被膜去除。尤其，通过利用多个激光从多个方向对DLC被膜照射激光而形成储油部，能使蚀刻工序的时间大幅度地缩短。或者，通过设有1个激光并使激光与滑动零件的相对位置进行移动而形成储油部，就能减少设备投资。

又，遮蔽构件34不限定于A1，例如，若是陶瓷(Ceramics)及不锈钢(Stainless)等难以生锈的材质，则可适当地进行变更。

又，在基材27与DLC被膜30之间形成Cr被膜29，但也可以作成不设有该Cr被膜29的结构。在该场合，最好是，在蚀刻工序中，不露出基材的程度地对DLC被膜进行蚀刻而形成凹部，能利用DLC被膜对基材进行保护，以防止生锈。

又，将DLC被膜30进行等离子蚀刻直至Cr被膜29露出为止，也可以不一定使Cr被膜露出。

又，不限于Cr被膜29，也可以应用W被膜、Ti被膜、Si被膜、Ni被膜等。

又，凹部31形成为圆形，但不限于此，也可以形成为矩形、线状、三角形等，或分别为不同的形状。又，互相的间隔根据需要也能适当地进行变更。

又，作为滑动零件不限于挑线杆18，也可以是例如针杆16、针杆支承构件17、连接构件22等，即使缝纫机以外的滑动零件也能应用本发明。

又，从金属被膜工序至蚀刻工序是连续地进行的，但不限于此，根据时间或地区的情况也可以分别进行。

Claims (14)

1.一种滑动零件的制造方法，该滑动零件在基材的表面的至少一部分上具有形成DLC被膜的滑动部，其特征在于，

该制造方法具有：

为了对所述滑动部的DLC被膜的表面的一部分进行遮蔽，而将具有可与所述滑动零件的形成有DLC被膜的滑动部外嵌的内径、且在外周具有多个孔的、由铝或陶瓷或不锈钢预先形成的筒状遮蔽构件以能够取下的方式外嵌在所述滑动部上、从而成为与其DLC被膜密接的状态的遮蔽工序；

通过将位于所述遮蔽构件的孔的部分的DLC被膜进行蚀刻而在所述DLC被膜上形成凹部的蚀刻工序；

在该蚀刻工序之后从所述滑动部取下所述遮蔽构件的工序。

2.如权利要求1所述的滑动零件的制造方法，其特征在于，所述凹部形成为储油部。

3.如权利要求1或2所述的滑动零件的制造方法，其特征在于，所述凹部相对于所述滑动部的总表面积而在14％～70％的范围内形成。

4.如权利要求1或2所述的滑动零件的制造方法，其特征在于，在形成所述DLC被膜的工序之前，具有在所述基材的表面上形成金属被膜的金属被膜形成工序。

5.如权利要求4所述的滑动零件的制造方法，其特征在于，通过将所述DLC被膜蚀刻至所述金属被膜的表面露出为止，来形成所述凹部。

6.如权利要求1所述的滑动零件的制造方法，其特征在于，在所述DLC被膜中，未被所述遮蔽构件遮蔽的部分都是相同的形状。

7.如权利要求6所述的滑动零件的制造方法，其特征在于，在所述DLC被膜中，未被所述遮蔽构件遮蔽的部分都是圆形。

8.如权利要求7所述的滑动零件的制造方法，其特征在于，所述蚀刻工序中的蚀刻是等离子蚀刻。

9.如权利要求8所述的滑动零件的制造方法，其特征在于，所述基材是钢材料，在所述基材为150℃以下的状态下进行所述等离子蚀刻。

10.如权利要求1或2所述的滑动零件的制造方法，其特征在于，所述蚀刻工序中的蚀刻是激光蚀刻。

11.一种滑动零件，其特征在于，是用权利要求1～10中任一项所述的方法制造的滑动零件。

12.如权利要求11所述的滑动零件，其特征在于，所述基材的滑动部是往复滑动部。

13.如权利要求12所述的滑动零件，其特征在于，用作为缝纫机的结构零件。

14.如权利要求13所述的滑动零件，其特征在于，所述结构零件是挑线杆的挑线杆轴。

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