JP2000129421A - 摺動部材用硬質膜 - Google Patents
摺動部材用硬質膜Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 窒化チタン膜の硬さおよび優れた耐摩耗性を
更に向上させて、回転機械の高速化、高圧化に伴う高い
摺動特性に対する要請に対応することができるような摺
動部材用硬質膜を提供する。 【解決手段】 窒化チタンを主成分とし、Ｂ及びＳｉか
ら選ばれる少なくとも一つの元素を含有する窒化物であ
って、前記窒化物の結晶が面心立方構造であり、その結
晶子の大きさが９ｎｍ以下である。
更に向上させて、回転機械の高速化、高圧化に伴う高い
摺動特性に対する要請に対応することができるような摺
動部材用硬質膜を提供する。 【解決手段】 窒化チタンを主成分とし、Ｂ及びＳｉか
ら選ばれる少なくとも一つの元素を含有する窒化物であ
って、前記窒化物の結晶が面心立方構造であり、その結
晶子の大きさが９ｎｍ以下である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、特にポンプ、圧縮
機等の回転機械の軸受またはシール部の摺動部材や、切
削工具を代表とする各種耐摩耗部品のような耐摩耗性、
低い摩擦係数が要求される部材に用いられて好適な摺動
部材用硬質膜及びその製造方法に関するものである。
機等の回転機械の軸受またはシール部の摺動部材や、切
削工具を代表とする各種耐摩耗部品のような耐摩耗性、
低い摩擦係数が要求される部材に用いられて好適な摺動
部材用硬質膜及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】金属材料から構成される軸受またはシー
ル部材の耐摩耗性または耐食性を高めるために、その表
面にセラミックスコーティングを施すことが広く行われ
ている。そのセラミックスコーティングに使用されてい
る材質としては、窒化チタン（ＴｉＮ）、炭化チタン
（ＴｉＣ）、窒化クロム（ＣｒＮ）、窒化ボロン（Ｂ
Ｎ）およびダイヤモンド状カーボン（ＤＬＣ）などが挙
げられる。これらの中でも、ＴｉＮ、ＣｒＮはすでに広
く工業化され、硬質膜として金型、切削工具等に応用さ
れている。
ル部材の耐摩耗性または耐食性を高めるために、その表
面にセラミックスコーティングを施すことが広く行われ
ている。そのセラミックスコーティングに使用されてい
る材質としては、窒化チタン（ＴｉＮ）、炭化チタン
（ＴｉＣ）、窒化クロム（ＣｒＮ）、窒化ボロン（Ｂ
Ｎ）およびダイヤモンド状カーボン（ＤＬＣ）などが挙
げられる。これらの中でも、ＴｉＮ、ＣｒＮはすでに広
く工業化され、硬質膜として金型、切削工具等に応用さ
れている。
【０００３】このような硬質膜を形成する方法として
は、従来から、ＰＶＤ法またはＣＶＤ法に代表されるイ
オンプレーティング法、スパッター蒸着法、プラズマＣ
ＶＤ法およびイオン注入法などの表面改質技術が検討さ
れている。特に、真空蒸着法にイオン注入技術を併用し
たダイナミックミキシング（ＤＭ）法は、基材との密着
性に優れると同時に、低温での物質合成が可能な膜形成
技術として注目されている。
は、従来から、ＰＶＤ法またはＣＶＤ法に代表されるイ
オンプレーティング法、スパッター蒸着法、プラズマＣ
ＶＤ法およびイオン注入法などの表面改質技術が検討さ
れている。特に、真空蒸着法にイオン注入技術を併用し
たダイナミックミキシング（ＤＭ）法は、基材との密着
性に優れると同時に、低温での物質合成が可能な膜形成
技術として注目されている。
【０００４】セラミックスコーティングの材料のうち
で、広く実用化されているものの一つであるＴｉＮは、
侵入型化合物を形成する代表的物質であり、面心立方晶
の結晶構造であることが知られている。ＴｉＮは、Ｔｉ
の格子に窒素が侵入固溶体として入り、ＮａＣｌ型結晶
構造となる。ＴｉＮ膜は、耐摩耗性および耐食性に優れ
ていることから、一部の軸受またはシール部材などにも
使用されている。
で、広く実用化されているものの一つであるＴｉＮは、
侵入型化合物を形成する代表的物質であり、面心立方晶
の結晶構造であることが知られている。ＴｉＮは、Ｔｉ
の格子に窒素が侵入固溶体として入り、ＮａＣｌ型結晶
構造となる。ＴｉＮ膜は、耐摩耗性および耐食性に優れ
ていることから、一部の軸受またはシール部材などにも
使用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、ポンプなど
の回転機械において、回転機械の高速化、高圧化に伴
い、高荷重、高周速度などの苛酷な摺動条件に耐える摺
動部材用硬質膜の開発が望まれている。窒化チタン膜を
このような用途に適用することが考えられているが、窒
化チタン膜自体の硬さ、耐摩耗性が充分でなく、耐久性
に問題があることがこれまでの実験から分かってきた。
従って、現在の窒化チタン膜ではこのような苛酷な条件
で使用する用途において充分な摺動特性を発揮すること
ができない。
の回転機械において、回転機械の高速化、高圧化に伴
い、高荷重、高周速度などの苛酷な摺動条件に耐える摺
動部材用硬質膜の開発が望まれている。窒化チタン膜を
このような用途に適用することが考えられているが、窒
化チタン膜自体の硬さ、耐摩耗性が充分でなく、耐久性
に問題があることがこれまでの実験から分かってきた。
従って、現在の窒化チタン膜ではこのような苛酷な条件
で使用する用途において充分な摺動特性を発揮すること
ができない。
【０００６】本発明は上述の課題を解決するためになさ
れたもので、窒化チタン膜の優れた耐摩耗性および低摩
擦係数を更に向上させて、回転機械の高速化、高圧化に
伴う高い摺動特性に対する要請に対応することができる
ような摺動部材用硬質膜を提供することを目的としたも
のである。
れたもので、窒化チタン膜の優れた耐摩耗性および低摩
擦係数を更に向上させて、回転機械の高速化、高圧化に
伴う高い摺動特性に対する要請に対応することができる
ような摺動部材用硬質膜を提供することを目的としたも
のである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、窒化チタンを主成分とし、Ｂ及びＳｉから選ばれる
少なくとも一つの元素を含有する窒化物であって、前記
窒化物の結晶が面心立方構造であり、その結晶子の大き
さが９ｎｍ以下であることを特徴とする摺動部材用硬質
膜である。
は、窒化チタンを主成分とし、Ｂ及びＳｉから選ばれる
少なくとも一つの元素を含有する窒化物であって、前記
窒化物の結晶が面心立方構造であり、その結晶子の大き
さが９ｎｍ以下であることを特徴とする摺動部材用硬質
膜である。
【０００８】発明者らは、窒化チタン膜の硬さおよび耐
摩耗性を向上させることを目的に、Ｔｉ及びＮ以外の各
種元素を含有した窒化物薄膜を得ること、およびそのよ
うな窒化物薄膜の形成技術の開発を進めてきた。すなわ
ち、窒化チタン薄膜の硬さおよび耐摩耗性を向上させる
ことを念頭に、窒化チタンを主成分に、ＴｉおよびＮ以
外の各種元素を添加した窒化物薄膜の形成技術に関する
研究を行った。その結果、窒化チタンを主成分とし、Ｂ
及びＳｉから選ばれる少なくとも一つの元素を含有する
窒化物の結晶構造が面心立方構造であることを解明し、
さらに、これまでの研究から、前記窒化物が下記の化学
組成であるとき、前記窒化物の結晶構造が面心立方構造
であって、面心立方構造である前記窒化物の結晶子の大
きさが９ｎｍ以下であるときに、ビッカース硬さが３０
００以上であり、前記の目的が達成されることを明らか
にした。 化学組成：Ｔｉ(１００−ｘ)Ｍｅｘ窒化物 但し、Ｍｅ：Ｂ及びＳｉの中から少なくとも一つ選ばれ
る元素 ｘ：２％≦ｘ≦３０％、原子濃度（％）
摩耗性を向上させることを目的に、Ｔｉ及びＮ以外の各
種元素を含有した窒化物薄膜を得ること、およびそのよ
うな窒化物薄膜の形成技術の開発を進めてきた。すなわ
ち、窒化チタン薄膜の硬さおよび耐摩耗性を向上させる
ことを念頭に、窒化チタンを主成分に、ＴｉおよびＮ以
外の各種元素を添加した窒化物薄膜の形成技術に関する
研究を行った。その結果、窒化チタンを主成分とし、Ｂ
及びＳｉから選ばれる少なくとも一つの元素を含有する
窒化物の結晶構造が面心立方構造であることを解明し、
さらに、これまでの研究から、前記窒化物が下記の化学
組成であるとき、前記窒化物の結晶構造が面心立方構造
であって、面心立方構造である前記窒化物の結晶子の大
きさが９ｎｍ以下であるときに、ビッカース硬さが３０
００以上であり、前記の目的が達成されることを明らか
にした。 化学組成：Ｔｉ(１００−ｘ)Ｍｅｘ窒化物 但し、Ｍｅ：Ｂ及びＳｉの中から少なくとも一つ選ばれ
る元素 ｘ：２％≦ｘ≦３０％、原子濃度（％）
【０００９】このような摺動部材用硬質膜は、ダイナミ
ックミキシング（ＤＭ）法を用い、金属元素であるＴｉ
及び添加元素を真空蒸着させながら窒素をイオン注入す
ることにより形成するのが良い。この方法によれば、基
材との密着性の高い成膜ができるとともに、低温での物
質合成が可能である。基材としては、熱膨張係数が１１
×１０−６以下であるＳＵＳ４２０Ｊ２鋼またはＳＵＳ
６３０鋼などのステンレス鋼またはＩｎｃｏｌｏｙ９０
９鋼などのＮｉ基合金を用いることが密着性を維持する
上で好ましいが、これに限定されるものではなく、上記
以外の鉄鋼材料も好適に用いられる。また、耐摩耗部材
あるいは切削工具などの用途では、鉄鋼材料以外の、Ｓ
ｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４及びＡｌ２Ｏ３などの各種セラミック
ス及びＷＣなどの超硬合金なども基材として好適であ
る。
ックミキシング（ＤＭ）法を用い、金属元素であるＴｉ
及び添加元素を真空蒸着させながら窒素をイオン注入す
ることにより形成するのが良い。この方法によれば、基
材との密着性の高い成膜ができるとともに、低温での物
質合成が可能である。基材としては、熱膨張係数が１１
×１０−６以下であるＳＵＳ４２０Ｊ２鋼またはＳＵＳ
６３０鋼などのステンレス鋼またはＩｎｃｏｌｏｙ９０
９鋼などのＮｉ基合金を用いることが密着性を維持する
上で好ましいが、これに限定されるものではなく、上記
以外の鉄鋼材料も好適に用いられる。また、耐摩耗部材
あるいは切削工具などの用途では、鉄鋼材料以外の、Ｓ
ｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４及びＡｌ２Ｏ３などの各種セラミック
ス及びＷＣなどの超硬合金なども基材として好適であ
る。
【００１０】イオンビームの加速電圧は４０ｋＶ以下で
あることが好ましい。４０ｋＶ以上であると、イオンビ
ームの加速装置の大掛かりになり、処理コストが高くな
ったり放射線の対策が必要になる。また、イオンビーム
の投与エネルギーが１ｋＶ以下では、基材との密着力が
不足し、摺動部材に適した硬質膜が得られない。形成す
る硬質膜の膜厚は、処理コストおよび膜残留応力などの
種々の要因を考慮して、数十μｍ以下が好適であるが、
その用途によって種々の厚さとすることができる。
あることが好ましい。４０ｋＶ以上であると、イオンビ
ームの加速装置の大掛かりになり、処理コストが高くな
ったり放射線の対策が必要になる。また、イオンビーム
の投与エネルギーが１ｋＶ以下では、基材との密着力が
不足し、摺動部材に適した硬質膜が得られない。形成す
る硬質膜の膜厚は、処理コストおよび膜残留応力などの
種々の要因を考慮して、数十μｍ以下が好適であるが、
その用途によって種々の厚さとすることができる。
【００１１】添加元素の比率は、ＤＭ法において、Ｔｉ
及び添加元素の蒸発速度をそれぞれ制御することによっ
て行なうことができる。ＴｉＮは、Ｔｉの格子に窒素が
侵入固溶体として入り、面心立方晶の結晶構造となる。
ＴｉＮにＢ及びＳｉから選ばれる少なくとも一つの元素
を添加した場合、その原子濃度の増加と共に、ＴｉＮの
面心立方の結晶構造が失われて他の結晶構造となる。し
たがって、優れた耐摩耗性、低摩擦係数を発揮させるた
め、添加元素の原子濃度が３０ａｔ％以下であることが
望ましい。また、これまでの研究から、ＴｉＮに添加元
素を添加するほど、硬さ及び耐摩耗性が向上するものと
考えられるが、摺動条件の苛酷さで、添加元素の添加量
の下限値を決めるのが望ましい。
及び添加元素の蒸発速度をそれぞれ制御することによっ
て行なうことができる。ＴｉＮは、Ｔｉの格子に窒素が
侵入固溶体として入り、面心立方晶の結晶構造となる。
ＴｉＮにＢ及びＳｉから選ばれる少なくとも一つの元素
を添加した場合、その原子濃度の増加と共に、ＴｉＮの
面心立方の結晶構造が失われて他の結晶構造となる。し
たがって、優れた耐摩耗性、低摩擦係数を発揮させるた
め、添加元素の原子濃度が３０ａｔ％以下であることが
望ましい。また、これまでの研究から、ＴｉＮに添加元
素を添加するほど、硬さ及び耐摩耗性が向上するものと
考えられるが、摺動条件の苛酷さで、添加元素の添加量
の下限値を決めるのが望ましい。
【００１２】ＤＭ法において、窒素イオンビームの照射
条件、例えば、イオンの加速電圧、電流密度、投与エネ
ルギー（Ｗ／ｃｍ２）および照射角度などの条件を制御
することによって結晶子の結晶方位を(１１１)面に配向
させることが可能である。
条件、例えば、イオンの加速電圧、電流密度、投与エネ
ルギー（Ｗ／ｃｍ２）および照射角度などの条件を制御
することによって結晶子の結晶方位を(１１１)面に配向
させることが可能である。
【００１３】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の摺動部材用硬質膜の製造方法において、Ｂ及びＳｉか
ら選ばれる少なくとも一つの元素およびＴｉとを同時に
真空蒸着すると共に、窒素を主体とするイオンビームを
照射することにより、前記窒化物を形成することを特徴
とする摺動部材用硬質膜の製造方法である。
の摺動部材用硬質膜の製造方法において、Ｂ及びＳｉか
ら選ばれる少なくとも一つの元素およびＴｉとを同時に
真空蒸着すると共に、窒素を主体とするイオンビームを
照射することにより、前記窒化物を形成することを特徴
とする摺動部材用硬質膜の製造方法である。
【００１４】
【実施例】以下、実施例によって、本発明を具体的に説
明する。まず、図１により、ダイナミックミキシング
（ＤＭ）装置を説明する。これは、気密な成膜室１１内
に、基材Ｗを下面に保持する銅製のホルダ１２と、これ
の下方に配置されたヒータ１３ａ，１４ａを有する蒸発
源１３，１４と、基材Ｗに対して斜め下方からイオンを
入射可能なイオン源１５を備えている。基材Ｗを面内均
一に成膜するために回転軸１６により回転させるように
しており、銅製ホルダ１２は、イオンビーム照射による
基材Ｗの温度上昇を防ぐため回転軸１６を介して水冷さ
れている。
明する。まず、図１により、ダイナミックミキシング
（ＤＭ）装置を説明する。これは、気密な成膜室１１内
に、基材Ｗを下面に保持する銅製のホルダ１２と、これ
の下方に配置されたヒータ１３ａ，１４ａを有する蒸発
源１３，１４と、基材Ｗに対して斜め下方からイオンを
入射可能なイオン源１５を備えている。基材Ｗを面内均
一に成膜するために回転軸１６により回転させるように
しており、銅製ホルダ１２は、イオンビーム照射による
基材Ｗの温度上昇を防ぐため回転軸１６を介して水冷さ
れている。
【００１５】このような装置により、基材として、ＳＵ
Ｓ４２０Ｊ２鋼およびＩｎｃｏｌｏｙ９０９鋼を用い
て、以下のような工程で実施例と比較例の成膜を行っ
た。基材Ｗの前処理として、この基材処理面を平均表面
粗さが０．０５μｍ以下の鏡面となるまで研磨し、アル
コールで超音波洗浄を行った後、図１のＤＭ装置のホル
ダ１２に取り付けた。
Ｓ４２０Ｊ２鋼およびＩｎｃｏｌｏｙ９０９鋼を用い
て、以下のような工程で実施例と比較例の成膜を行っ
た。基材Ｗの前処理として、この基材処理面を平均表面
粗さが０．０５μｍ以下の鏡面となるまで研磨し、アル
コールで超音波洗浄を行った後、図１のＤＭ装置のホル
ダ１２に取り付けた。
【００１６】まず、成膜室１１の内部を到達圧力が１×
１０−５Torr以下になるまで真空排気し、加速電圧１０
ｋＶ、イオン電流密度０.２ｍＡ／ｃｍ２、照射角度４
５°で、窒素イオンビームを照射して、基材の表面のス
パッタークリーニングを行った。次に、窒素イオンビー
ム源１５において電流密度を制御しながら窒素ビームを
照射しつつ、Ｔｉ及び添加元素の蒸気源１３，１４をヒ
ータ１３ａ，１４ａで加熱し、それぞれの蒸発速度を制
御しつつ膜厚が４μｍになるまで成膜を行った。成膜条
件を表１に示す。
１０−５Torr以下になるまで真空排気し、加速電圧１０
ｋＶ、イオン電流密度０.２ｍＡ／ｃｍ２、照射角度４
５°で、窒素イオンビームを照射して、基材の表面のス
パッタークリーニングを行った。次に、窒素イオンビー
ム源１５において電流密度を制御しながら窒素ビームを
照射しつつ、Ｔｉ及び添加元素の蒸気源１３，１４をヒ
ータ１３ａ，１４ａで加熱し、それぞれの蒸発速度を制
御しつつ膜厚が４μｍになるまで成膜を行った。成膜条
件を表１に示す。
【００１７】
【表１】
【００１８】得られた窒化物薄膜の組成は、表２に示す
ように、それぞれＴｉに対してＢ及びＳｉの中から少な
くとも一つ選ばれる元素が２〜３０ａｔ％含まれてい
た。ここでは、Ｔｉ及び添加元素の供給比は、Ｍｅ元素
の蒸着速度／チタンの蒸着速度の比として示されてい
る。なお、膜厚は、水晶振動子式膜厚計でモニターし
た。一方、比較例として、添加元素を加えないもの、面
心立方晶構造でないもの、結晶子の大きさが１０ｎｍ以
上のもの、添加元素が２〜３０ａｔ％を超えて含まれて
いるもの等を同様の方法で作製した。
ように、それぞれＴｉに対してＢ及びＳｉの中から少な
くとも一つ選ばれる元素が２〜３０ａｔ％含まれてい
た。ここでは、Ｔｉ及び添加元素の供給比は、Ｍｅ元素
の蒸着速度／チタンの蒸着速度の比として示されてい
る。なお、膜厚は、水晶振動子式膜厚計でモニターし
た。一方、比較例として、添加元素を加えないもの、面
心立方晶構造でないもの、結晶子の大きさが１０ｎｍ以
上のもの、添加元素が２〜３０ａｔ％を超えて含まれて
いるもの等を同様の方法で作製した。
【００１９】
【表２】
【００２０】得られた各種窒化物薄膜のビッカース硬さ
と結晶子の大きさとの関係を図２に示す。図中の各種窒
化物薄膜をＸ線回折パターンで測定した結果から、これ
らの薄膜が面心立方晶構造であって、（１１１）面に優
先配向していることが分かった。また、図中の結晶子の
大きさを次の式から求めた。 Ｄ＝０．９λ／(βcosθ) 但し、Ｄ：結晶子の大きさ、λ：測定に用いたＸ線の波
長、β：半値幅の広がり、θ：（１１１）のブラッグ角
である。
と結晶子の大きさとの関係を図２に示す。図中の各種窒
化物薄膜をＸ線回折パターンで測定した結果から、これ
らの薄膜が面心立方晶構造であって、（１１１）面に優
先配向していることが分かった。また、図中の結晶子の
大きさを次の式から求めた。 Ｄ＝０．９λ／(βcosθ) 但し、Ｄ：結晶子の大きさ、λ：測定に用いたＸ線の波
長、β：半値幅の広がり、θ：（１１１）のブラッグ角
である。
【００２１】次に、本発明を遠心圧縮機用メイティング
リングヘ適用した具体的事例を説明する。図３は遠心圧
縮機の非接触端面シールの構成例を示す図である。同図
において、シールハウジング２１に収容された回転軸２
２には軸スリーブ２３が設けられている。そして、軸ス
リーブ２３はキー２４，２４を介して回転環２５，２５
(メイティングリング)を保持している。各回転環２５に
対向して固定環２６を設けている。回転環２５の基材に
はステンレス鋼(ＳＵＳ４２ＯＪ２)を用い、その摺動面
に本発明の摺動部材用硬質膜をダイナミックミキシング
法で形成する。また、図示は省略するが、回転環２５の
摺動面には高圧側Ｈから低圧側Ｌに向けて溝が形成され
ている。
リングヘ適用した具体的事例を説明する。図３は遠心圧
縮機の非接触端面シールの構成例を示す図である。同図
において、シールハウジング２１に収容された回転軸２
２には軸スリーブ２３が設けられている。そして、軸ス
リーブ２３はキー２４，２４を介して回転環２５，２５
(メイティングリング)を保持している。各回転環２５に
対向して固定環２６を設けている。回転環２５の基材に
はステンレス鋼(ＳＵＳ４２ＯＪ２)を用い、その摺動面
に本発明の摺動部材用硬質膜をダイナミックミキシング
法で形成する。また、図示は省略するが、回転環２５の
摺動面には高圧側Ｈから低圧側Ｌに向けて溝が形成され
ている。
【００２２】各固定環２６はピン２７を介してシールリ
ングリテーナ２８に接続されており、該シールリングリ
テーナ２８とシールハウジング２１との間にはスプリン
グ２９を介装している。そしてスプリング２９及びシー
ルリングリテーナ２８を介して各固定環２６は回転環２
５に押し付けられている。なお、３０はロックプレー
ト、３１はシエアリングキーである。
ングリテーナ２８に接続されており、該シールリングリ
テーナ２８とシールハウジング２１との間にはスプリン
グ２９を介装している。そしてスプリング２９及びシー
ルリングリテーナ２８を介して各固定環２６は回転環２
５に押し付けられている。なお、３０はロックプレー
ト、３１はシエアリングキーである。
【００２３】上記構成の非接触端面シールにおいて、回
転軸２２が回転することにより、回転環２５と固定環２
６とが相対運動し、これにより、回転環２５に形成した
溝が高圧側Ｈの流体を巻き込んで、密封面に流体膜を形
成する。この流体膜により密封面は非接触状態となり、
回転環２５と固定環２６との間の密封面間にわずかな隙
間が形成される。
転軸２２が回転することにより、回転環２５と固定環２
６とが相対運動し、これにより、回転環２５に形成した
溝が高圧側Ｈの流体を巻き込んで、密封面に流体膜を形
成する。この流体膜により密封面は非接触状態となり、
回転環２５と固定環２６との間の密封面間にわずかな隙
間が形成される。
【００２４】図４は本発明をマグネットポンプのスラス
ト軸受に適用した構成を示す図である。図において、４
０は隔壁板であり、該隔壁板４０にはスラスト軸受を構
成する静止部材４１を固定し、該静止部材４１に対向し
て羽根車４４に固定されたスラスト軸受を構成する可動
部材４２を設けている。また、隔壁板４０を介在させて
マグネットカップリング４３に固定された永久磁石４６
と羽根車４４に固定された永久磁石４５が対向してい
る。マグネットカップリング４３を回転させることによ
り、該回転力は永久磁石４６と永久磁石４５の問に作用
する磁気吸引力又は磁気反発力で羽根車４４に伝達さ
れ、羽根車４４はスラスト方向をスラスト軸受に支持さ
れて回転する。
ト軸受に適用した構成を示す図である。図において、４
０は隔壁板であり、該隔壁板４０にはスラスト軸受を構
成する静止部材４１を固定し、該静止部材４１に対向し
て羽根車４４に固定されたスラスト軸受を構成する可動
部材４２を設けている。また、隔壁板４０を介在させて
マグネットカップリング４３に固定された永久磁石４６
と羽根車４４に固定された永久磁石４５が対向してい
る。マグネットカップリング４３を回転させることによ
り、該回転力は永久磁石４６と永久磁石４５の問に作用
する磁気吸引力又は磁気反発力で羽根車４４に伝達さ
れ、羽根車４４はスラスト方向をスラスト軸受に支持さ
れて回転する。
【００２５】上記スラスト軸受を構成する可動部材４２
の摺動面に本発明の摺動部材用硬質膜をダイナミックミ
キシング法で形成する。そして静止部材４１をカーボン
を主体とする材料で構成する。スラスト軸受をこのよう
に構成することにより、摩擦係数及びカーボンの比摩耗
量が小さい優れた摩擦特性のスラスト軸受が構成でき
る。また、図示は省略するが、ラジアル軸受の可動部材
の摺動面に本発明の硬質膜を形成し、静止部材をカーボ
ンを主体とする材料で構成することにより、同様な特徴
を有するラジアル軸受が構成できる。
の摺動面に本発明の摺動部材用硬質膜をダイナミックミ
キシング法で形成する。そして静止部材４１をカーボン
を主体とする材料で構成する。スラスト軸受をこのよう
に構成することにより、摩擦係数及びカーボンの比摩耗
量が小さい優れた摩擦特性のスラスト軸受が構成でき
る。また、図示は省略するが、ラジアル軸受の可動部材
の摺動面に本発明の硬質膜を形成し、静止部材をカーボ
ンを主体とする材料で構成することにより、同様な特徴
を有するラジアル軸受が構成できる。
【００２６】なお、上記実施例では、基材に金属材料を
用いたが、本発明はそれに限定されるものではなく、超
硬合金、セラミックスを用いた場合でも全く同様な効果
を奏することを確認している。
用いたが、本発明はそれに限定されるものではなく、超
硬合金、セラミックスを用いた場合でも全く同様な効果
を奏することを確認している。
【００２７】また、上記例では軸受の可動部材を金属材
料又は超硬合金又はセラミックで構成し、その摺動面に
本発明の硬質膜を形成する例を示したが、反対に静止部
材を金属材料又は超硬合金又はセラミックで構成し、そ
の摺動面に本発明の硬質膜を形成し、可動部材をカーボ
ンを主体する材料で構成してもよい。
料又は超硬合金又はセラミックで構成し、その摺動面に
本発明の硬質膜を形成する例を示したが、反対に静止部
材を金属材料又は超硬合金又はセラミックで構成し、そ
の摺動面に本発明の硬質膜を形成し、可動部材をカーボ
ンを主体する材料で構成してもよい。
【００２８】また、上記例では本発明の硬質膜を形成し
た摺動部材と組み合わせる相手側の部材の材料として、
樹脂含浸硬質カーボンまたは硬質カーボンを用いたが、
相手側の材料材料としてはこれに限定されるものではな
く、カーボンを主体とする材料またはカーボンを含浸さ
せた材料をも含んで、広くカーボンを含む材料を使用す
ることができる。カーボンを含む材料としては、例え
ば、カーボン系複合材料(カーボン繊維強化型複合材
料、カーボン複合材料等)、炭素鋼、鋳鉄、炭化物(Ｓｉ
Ｃ、Ｃｒ３Ｃ４、ＴｉＣ等)、カーボン系コーティング
材料(ＤＬＣ〔ダイヤモンドライクカーボン〕膜、Ｔｉ
Ｃ膜)などを含む。
た摺動部材と組み合わせる相手側の部材の材料として、
樹脂含浸硬質カーボンまたは硬質カーボンを用いたが、
相手側の材料材料としてはこれに限定されるものではな
く、カーボンを主体とする材料またはカーボンを含浸さ
せた材料をも含んで、広くカーボンを含む材料を使用す
ることができる。カーボンを含む材料としては、例え
ば、カーボン系複合材料(カーボン繊維強化型複合材
料、カーボン複合材料等)、炭素鋼、鋳鉄、炭化物(Ｓｉ
Ｃ、Ｃｒ３Ｃ４、ＴｉＣ等)、カーボン系コーティング
材料(ＤＬＣ〔ダイヤモンドライクカーボン〕膜、Ｔｉ
Ｃ膜)などを含む。
【００２９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ＴｉＮ膜の硬さおよび優れた耐摩耗性を更に向上させ
て、回転機械の高速化、高圧化に伴う高い摺動特性に対
する要請に対応することができるような摺動部材用硬質
膜を提供することができる。
ＴｉＮ膜の硬さおよび優れた耐摩耗性を更に向上させ
て、回転機械の高速化、高圧化に伴う高い摺動特性に対
する要請に対応することができるような摺動部材用硬質
膜を提供することができる。
【図１】本発明で使用した硬質膜形成装置の概念図を示
す。
す。
【図２】結晶子の大きさとビッカース硬さの関係を示す
グラフである。
グラフである。
【図３】圧縮機の非接触端面シールの構成例を示す図で
ある。
ある。
【図４】本発明をマグネットポンプのスラスト軸受に適
用した構成を示す図である。
用した構成を示す図である。
１２ 基板ホルダ １３，１４ 蒸発源 １５ イオン源 １６ 回転軸 Ｗ 基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮坂 松甫 神奈川県藤沢市本藤沢４丁目２番１号 株 式会社荏原総合研究所内 Ｆターム(参考） 3C046 FF09 FF10 FF13 FF18 FF21 4K029 BA58 BB07 BC02 BD04 CA04 CA09
Claims (2)
- 【請求項１】 窒化チタンを主成分とし、Ｂ及びＳｉか
ら選ばれる少なくとも一つの元素を含有する窒化物であ
って、前記窒化物の結晶が面心立方構造であり、その結
晶子の大きさが９ｎｍ以下であることを特徴とする摺動
部材用硬質膜。 - 【請求項２】 請求項１に記載の摺動部材用硬質膜の製
造方法において、 Ｂ及びＳｉから選ばれる少なくとも一つの元素およびＴ
ｉとを同時に真空蒸着すると共に、窒素を主体とするイ
オンビームを照射することにより、前記窒化物を形成す
ることを特徴とする摺動部材用硬質膜の製造方法。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30226098A JP3838796B2 (ja) | 1998-10-23 | 1998-10-23 | 摺動部材用硬質膜 |
| EP99949366A EP1135541B1 (en) | 1998-10-23 | 1999-10-22 | Sliding member and manufacturing method therefor |
| US09/807,436 US6767657B1 (en) | 1998-10-23 | 1999-10-22 | Sliding member and manufacturing method therefor |
| PCT/JP1999/005838 WO2000024947A1 (en) | 1998-10-23 | 1999-10-22 | Sliding member and manufacturing method therefor |
| DE69925753T DE69925753T2 (de) | 1998-10-23 | 1999-10-22 | Gleitkörper und verfahren zu seiner herstellung |
| KR1020017004900A KR100632425B1 (ko) | 1998-10-23 | 1999-10-22 | 슬라이딩 부재 및 그의 제조방법 |
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|---|---|---|---|
| JP30226098A JP3838796B2 (ja) | 1998-10-23 | 1998-10-23 | 摺動部材用硬質膜 |
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|---|---|
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| JP3838796B2 JP3838796B2 (ja) | 2006-10-25 |
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP30226098A Expired - Lifetime JP3838796B2 (ja) | 1998-10-23 | 1998-10-23 | 摺動部材用硬質膜 |
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|---|---|
| JP (1) | JP3838796B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005248266A (ja) * | 2004-03-05 | 2005-09-15 | Masato Yamashita | 超高硬度薄膜 |
| JP2006315173A (ja) * | 2001-06-19 | 2006-11-24 | Kobe Steel Ltd | 切削工具用硬質皮膜およびその製造方法 |
| WO2010018876A1 (ja) | 2008-08-15 | 2010-02-18 | 株式会社シンクロン | 光学薄膜蒸着装置及び光学薄膜の製造方法 |
| JP2010284788A (ja) * | 2009-06-15 | 2010-12-24 | Hitachi Tool Engineering Ltd | 硬質皮膜被覆工具 |
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| JP6042578B1 (ja) * | 2016-08-10 | 2016-12-14 | 冨士ダイス株式会社 | ＢＮを含むＴｉＮ硬質被膜またはそれを被覆した工具 |
-
1998
- 1998-10-23 JP JP30226098A patent/JP3838796B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| WO2010018876A1 (ja) | 2008-08-15 | 2010-02-18 | 株式会社シンクロン | 光学薄膜蒸着装置及び光学薄膜の製造方法 |
| WO2010018639A1 (ja) * | 2008-08-15 | 2010-02-18 | 株式会社シンクロン | 蒸着装置及び薄膜デバイスの製造方法 |
| US8826856B2 (en) | 2008-08-15 | 2014-09-09 | Shincron Co., Ltd. | Optical thin-film vapor deposition apparatus and optical thin-film production method |
| JP2010284788A (ja) * | 2009-06-15 | 2010-12-24 | Hitachi Tool Engineering Ltd | 硬質皮膜被覆工具 |
| JP6042578B1 (ja) * | 2016-08-10 | 2016-12-14 | 冨士ダイス株式会社 | ＢＮを含むＴｉＮ硬質被膜またはそれを被覆した工具 |
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| Publication number | Publication date |
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