JP2001152320A - 摺動部材 - Google Patents
摺動部材Info
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- JP2001152320A JP2001152320A JP37601599A JP37601599A JP2001152320A JP 2001152320 A JP2001152320 A JP 2001152320A JP 37601599 A JP37601599 A JP 37601599A JP 37601599 A JP37601599 A JP 37601599A JP 2001152320 A JP2001152320 A JP 2001152320A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 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
うな摺動部材を提供する。 【解決手段】 基板Ｓと、前記基板の表面に形成された
硬質膜とを備え、前記硬質膜は、窒化チタンを主成分と
し、Ａｌを添加する窒化物であって、前記硬質膜は、真
空アーク放電を利用してターゲット１４を蒸発させた元
素をイオン化し、イオンの経路にイオンをガイドする磁
場を形成することにより前記基板に導くアークイオンプ
レーティング法によって形成されている。
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
うな摺動部材を提供する。 【解決手段】 基板Ｓと、前記基板の表面に形成された
硬質膜とを備え、前記硬質膜は、窒化チタンを主成分と
し、Ａｌを添加する窒化物であって、前記硬質膜は、真
空アーク放電を利用してターゲット１４を蒸発させた元
素をイオン化し、イオンの経路にイオンをガイドする磁
場を形成することにより前記基板に導くアークイオンプ
レーティング法によって形成されている。
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、特に高温
で、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、特に高温
で、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。
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。
【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、基板と、前記基板の表面に形成された硬質膜とを備
え、前記硬質膜は、Ｔｉ及びＡｌを含有する窒化物であ
って、前記硬質膜は、真空アーク放電を利用してターゲ
ットを蒸発させた元素をイオン化し、イオンの経路にイ
オンをガイドする磁場を形成することにより前記基板に
導くアークイオンプレーティング法によって形成されて
いることを特徴とする摺動部材用硬質膜である。
は、基板と、前記基板の表面に形成された硬質膜とを備
え、前記硬質膜は、Ｔｉ及びＡｌを含有する窒化物であ
って、前記硬質膜は、真空アーク放電を利用してターゲ
ットを蒸発させた元素をイオン化し、イオンの経路にイ
オンをガイドする磁場を形成することにより前記基板に
導くアークイオンプレーティング法によって形成されて
い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Ａ
ｌ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
Ａｌ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、アークイオンプレーティング法によっ
てスーパーカソード型イオン源を用いて成膜することに
より、前記の目的を達成することができた。
摩耗性を向上させることを目的に、Ｔｉ及びＮ以外のＡ
ｌ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
Ａｌ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、アークイオンプレーティング法によっ
てスーパーカソード型イオン源を用いて成膜することに
より、前記の目的を達成することができた。
【０００９】アークイオンプレーティング法は、真空ア
ーク放電を利用してターゲットである蒸着源を瞬時に蒸
気化、イオン化し、これを基板に被膜として形成する技
術である。アークイオンプレーティング装置には、ノー
マルカソード型イオン源とスーパーカソード型イオン源
が有る。後者はターゲットと基板の中間にマグネティッ
クコイルを配置し、磁場を形成することでイオンを基板
方向に誘導し、ドロップレットの生成を抑制することに
より、マクロパーティクルの基板への付着を低減させ、
より平滑で緻密な被膜を形成するものである。
ーク放電を利用してターゲットである蒸着源を瞬時に蒸
気化、イオン化し、これを基板に被膜として形成する技
術である。アークイオンプレーティング装置には、ノー
マルカソード型イオン源とスーパーカソード型イオン源
が有る。後者はターゲットと基板の中間にマグネティッ
クコイルを配置し、磁場を形成することでイオンを基板
方向に誘導し、ドロップレットの生成を抑制することに
より、マクロパーティクルの基板への付着を低減させ、
より平滑で緻密な被膜を形成するものである。
【００１０】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ＳＵＳ６３０
鋼などのステンレス鋼またはＩｎｃｏｌｏｙ９０９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。
−６以下であるＳＵＳ４２０Ｊ２鋼またはＳＵＳ６３０
鋼などのステンレス鋼またはＩｎｃｏｌｏｙ９０９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。
【００１１】請求項２に記載の発明は、前記窒化物が不
可避不純物を除き、下記の化学組成であることを特徴と
する請求項１に記載の摺動部材である。 化学組成：Ｔｉ（１００−ｘ−ｙ）ＡｌｘＮｙ ｘ：１２ａｔ％≦ｘ≦３０ａｔ％（原子濃度） ｙ：４０ａｔ％≦ｙ≦６０ａｔ％（原子濃度）
可避不純物を除き、下記の化学組成であることを特徴と
する請求項１に記載の摺動部材である。 化学組成：Ｔｉ（１００−ｘ−ｙ）ＡｌｘＮｙ ｘ：１２ａｔ％≦ｘ≦３０ａｔ％（原子濃度） ｙ：４０ａｔ％≦ｙ≦６０ａｔ％（原子濃度）
【００１２】請求項３に記載の発明は、可動部材と静止
部材との組み合わせからなり、該可動部材又は静止部材
のいずれか一方が請求項１に記載の摺動部材であること
を特徴とする摺動機構である。
部材との組み合わせからなり、該可動部材又は静止部材
のいずれか一方が請求項１に記載の摺動部材であること
を特徴とする摺動機構である。
【００１３】請求項４に記載の発明は、前記可動部材又
は静止部材の他方がカーボンを含む素材からなることを
特徴とする請求項３に記載の摺動機構である。
は静止部材の他方がカーボンを含む素材からなることを
特徴とする請求項３に記載の摺動機構である。
【００１４】請求項５に記載の発明は、前記基材が金属
材料であることを特徴とする請求項１又は２に記載の摺
動部材、又は請求項３又は４に記載の摺動機構である。
材料であることを特徴とする請求項１又は２に記載の摺
動部材、又は請求項３又は４に記載の摺動機構である。
【００１５】
【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、アークイオンプレーティン
グ装置を説明する。これは、被成膜材である基板を載置
して回転する載置台１０を有する真空チャンバ１１と、
これに成膜用のイオンを供給する２つのイオン源１２と
を備えた構造である。真空チャンバ１１には、プロセス
ガスを供給するガス供給源と、排気を行なう排気装置
（いずれも図示略）が繋がれ、また、基板載置台１０と
イオン源１２との間には、バイアス電圧を印加するため
のバイアス電源１３が設けられている。
明する。まず、図１により、アークイオンプレーティン
グ装置を説明する。これは、被成膜材である基板を載置
して回転する載置台１０を有する真空チャンバ１１と、
これに成膜用のイオンを供給する２つのイオン源１２と
を備えた構造である。真空チャンバ１１には、プロセス
ガスを供給するガス供給源と、排気を行なう排気装置
（いずれも図示略）が繋がれ、また、基板載置台１０と
イオン源１２との間には、バイアス電圧を印加するため
のバイアス電源１３が設けられている。
【００１６】２つのイオン源１４は、基板Ｓと対向する
位置においてターゲット１４であるカソードを保持して
おり、ターゲット１４の近傍で真空アーク放電を起こさ
せるアーク電源１５と、ターゲット１４と基板Ｓの中間
に配置され、イオンを基板方向に誘導するマグネティッ
クコイル１６を有している。真空チャンバ１１には、基
板Ｓを加熱するヒータと、膜厚をモニターする膜厚セン
サ１７が設けられている。
位置においてターゲット１４であるカソードを保持して
おり、ターゲット１４の近傍で真空アーク放電を起こさ
せるアーク電源１５と、ターゲット１４と基板Ｓの中間
に配置され、イオンを基板方向に誘導するマグネティッ
クコイル１６を有している。真空チャンバ１１には、基
板Ｓを加熱するヒータと、膜厚をモニターする膜厚セン
サ１７が設けられている。
【００１７】（１）製造結果 前記の装置により、表１に示す条件でＴｉＡｌＮの成膜
を行った。すなわち、ターゲットとして、Ｔｉ５０Ａｌ
（ａｔ％）合金を用い、基板であるＳＵＳ４２０Ｊ２を
真空チャンバーにセットし、６．７×１０−４Ｐａ以下
の真空度まで排気した。そして、カソードアーク電流を
１００Ａとし、窒素分圧を２．６６Ｐａに制御し、基板
の温度を６００℃に設定し、基板に５０Ｖのバイアス電
圧を印加した。これにより、約３μｍの厚さのＴｉＡｌ
Ｎの成膜を行った。
を行った。すなわち、ターゲットとして、Ｔｉ５０Ａｌ
（ａｔ％）合金を用い、基板であるＳＵＳ４２０Ｊ２を
真空チャンバーにセットし、６．７×１０−４Ｐａ以下
の真空度まで排気した。そして、カソードアーク電流を
１００Ａとし、窒素分圧を２．６６Ｐａに制御し、基板
の温度を６００℃に設定し、基板に５０Ｖのバイアス電
圧を印加した。これにより、約３μｍの厚さのＴｉＡｌ
Ｎの成膜を行った。
【表１】
【００１８】比較例として、ノーマルカソード型イオン
源を用いて、実施例と同様な成膜条件でＳＵＳ４２０Ｊ
２基板上に約３μｍの厚さのＴｉＡｌＮ膜を形成した。
源を用いて、実施例と同様な成膜条件でＳＵＳ４２０Ｊ
２基板上に約３μｍの厚さのＴｉＡｌＮ膜を形成した。
【００１９】（２）試験結果 第三元素／チタンの組成比を、Ｘ線光電子分光法（ＸＰ
Ｓ）及びラザフォード後方散乱法（ＲＢＳ）により測定
した。結晶構造の同定は、Ｘ線回折（ＣｕＫα線）のθ
−２θ法又は２θ法で行った。
Ｓ）及びラザフォード後方散乱法（ＲＢＳ）により測定
した。結晶構造の同定は、Ｘ線回折（ＣｕＫα線）のθ
−２θ法又は２θ法で行った。
【００２０】Ｘ線回折結果は、図２に示すように、（２
００）面に高配向し、ＴｉＮと同様の回折パターンを示
した。Ａｌの固溶により、面間隔はＴｉＮ膜に比べて若
干小さくなった。表面をＡｒイオンスパッタリングによ
ってクリーニングした後得られたＸ線光電子分光法（Ｘ
ＰＳ）のスペクトルを図３に示す。ＸＰＳの定量分析結
果を表２に示す。膜におけるＡｌ／Ｔｉ組成比は０．６
で、ターゲットより小さくなった。また、ＲＢＳによる
結果を図４に示す。ＲＢＳ測定からも、同様の結果が得
られた。ＴｉＡｌＮ膜の結晶特性及び組成については、
ノーマルカソード型イオン源を用いた比較例に関して
も、上記実施例とほぼ同様な結果が得られた。
００）面に高配向し、ＴｉＮと同様の回折パターンを示
した。Ａｌの固溶により、面間隔はＴｉＮ膜に比べて若
干小さくなった。表面をＡｒイオンスパッタリングによ
ってクリーニングした後得られたＸ線光電子分光法（Ｘ
ＰＳ）のスペクトルを図３に示す。ＸＰＳの定量分析結
果を表２に示す。膜におけるＡｌ／Ｔｉ組成比は０．６
で、ターゲットより小さくなった。また、ＲＢＳによる
結果を図４に示す。ＲＢＳ測定からも、同様の結果が得
られた。ＴｉＡｌＮ膜の結晶特性及び組成については、
ノーマルカソード型イオン源を用いた比較例に関して
も、上記実施例とほぼ同様な結果が得られた。
【表２】
【００２１】スーパーカソード型イオン源を用いた実施
例の膜と、ノーマルカソード型イオン源を用いた比較例
の膜について、表面のＳＥＭ観察を行った結果を、図５
及び図６に示す。比較例においては、膜の表面に多数の
マクロパーティクルが付着しており、直径が１０μｍに
達するものも観察された。これに対して、スーパーカソ
ード型イオン源を用いたものは、マイクロパーティクル
が少ない平滑な膜が得られた。
例の膜と、ノーマルカソード型イオン源を用いた比較例
の膜について、表面のＳＥＭ観察を行った結果を、図５
及び図６に示す。比較例においては、膜の表面に多数の
マクロパーティクルが付着しており、直径が１０μｍに
達するものも観察された。これに対して、スーパーカソ
ード型イオン源を用いたものは、マイクロパーティクル
が少ない平滑な膜が得られた。
【００２２】スーパーカソード型イオン源を用いて成膜
したＴｉＡｌＮ，ＴｉＮの膜と、ノーマルカソード型イ
オン源を用いて成膜したＴｉＡｌＮ，ＴｉＮの膜、及び
基板であるＳＵＳ４２０Ｊ２について、マイクロビッカ
ース硬度計を用いて硬度を測定した。基板の影響をでき
るだけ除くために、荷重を２５ｇとして測定した結果を
図７に示す。本発明の実施例のビッカース硬度が３６７
８と最も高いことが分かった。
したＴｉＡｌＮ，ＴｉＮの膜と、ノーマルカソード型イ
オン源を用いて成膜したＴｉＡｌＮ，ＴｉＮの膜、及び
基板であるＳＵＳ４２０Ｊ２について、マイクロビッカ
ース硬度計を用いて硬度を測定した。基板の影響をでき
るだけ除くために、荷重を２５ｇとして測定した結果を
図７に示す。本発明の実施例のビッカース硬度が３６７
８と最も高いことが分かった。
【００２３】高温での摩擦摩耗試験を、大気中で、２５
０℃及び４５０℃の条件で行った。実施例及び比較例の
硬質膜を形成したものと高温用カーボンをそれぞれリン
グ形状とした試験片どうしを、一定のすべり速度、押し
付け面圧のもとで互いに摺動させることによって行っ
た。
０℃及び４５０℃の条件で行った。実施例及び比較例の
硬質膜を形成したものと高温用カーボンをそれぞれリン
グ形状とした試験片どうしを、一定のすべり速度、押し
付け面圧のもとで互いに摺動させることによって行っ
た。
【００２４】図８は上記摩擦摩耗試験を行う試験機の概
略構成を示す図である。本試験機は基体２０の表面（摺
動面）に硬質膜２２を形成した回転側部材２４を回転軸
２６の先端に固定すると共に、該回転側部材２４に対向
して基体２８の表面（摺動面）に薄膜３０を形成した固
定側部材３２又は該薄膜３０を形成しない固定側部材３
２を配設し、回転軸２６に所定の圧力（荷重）を加えて
回転させることにより、摩擦摩耗試験を行う。試験条件
を表３に示す。
略構成を示す図である。本試験機は基体２０の表面（摺
動面）に硬質膜２２を形成した回転側部材２４を回転軸
２６の先端に固定すると共に、該回転側部材２４に対向
して基体２８の表面（摺動面）に薄膜３０を形成した固
定側部材３２又は該薄膜３０を形成しない固定側部材３
２を配設し、回転軸２６に所定の圧力（荷重）を加えて
回転させることにより、摩擦摩耗試験を行う。試験条件
を表３に示す。
【表３】
【００２５】２５０℃及び４５０℃における摺動特性
を、図９及び図１０に示す。２５０℃においては、摩擦
係数がμ＝０．０６以下であり、膜の損傷も軽微で、良
好な摺動特性を示した。４５０℃においては、摺動開始
直後に摩擦係数がμ＝０．１となり、走行距離５００ｍ
付近から、μ＝０．０３以下に安定した。膜の損傷も軽
微で、良好な摺動特性を示した。
を、図９及び図１０に示す。２５０℃においては、摩擦
係数がμ＝０．０６以下であり、膜の損傷も軽微で、良
好な摺動特性を示した。４５０℃においては、摺動開始
直後に摩擦係数がμ＝０．１となり、走行距離５００ｍ
付近から、μ＝０．０３以下に安定した。膜の損傷も軽
微で、良好な摺動特性を示した。
【００２６】次に、本発明を蒸気タービン用メイティン
グリングへ適用した具体的事例を説明する。図１１は蒸
気タービンの非接触端面シールの構成例を示す図であ
る。図１１において、シールハウジング２１に収容され
た回転軸２２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は、基材としてステンレス鋼（ＳＵＳ４２ＯＪ２）
を用いた本発明の摺動部材である。なお、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。
グリングへ適用した具体的事例を説明する。図１１は蒸
気タービンの非接触端面シールの構成例を示す図であ
る。図１１において、シールハウジング２１に収容され
た回転軸２２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は、基材としてステンレス鋼（ＳＵＳ４２ＯＪ２）
を用いた本発明の摺動部材である。なお、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。
【００２７】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。
【００２８】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。
【００２９】図１２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１２にお
いて、４０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。
ラスト軸受に適用した構成を示す図である。図１２にお
いて、４０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。
【００３０】上記スラスト軸受を構成する可動部材４２
を本発明の摺動部材で形成する。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
動部材として本発明の摺動部材を用い、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。
を本発明の摺動部材で形成する。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
動部材として本発明の摺動部材を用い、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。
【００３１】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。
【００３２】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。
【００３３】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（Ｓ
ｉＣ、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、Ｔ
ｉＣ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（Ｓ
ｉＣ、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、Ｔ
ｉＣ膜）などを含む。
【００３４】
【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】本発明の実施例の膜のＸ線回折パターンを示す
グラフである。
グラフである。
【図３】本発明の実施例の膜のＸＰＳスペクトルを示す
グラフである。
グラフである。
【図４】本発明の実施例の膜のＲＢＳ分析結果を示すグ
ラフである。
ラフである。
【図５】比較例の膜の表面のＳＥＭ写真である。
【図６】本発明の実施例の膜の表面のＳＥＭ写真であ
る。
る。
【図７】本発明の実施例と比較例のビッカース硬度試験
結果を示すグラフである。
結果を示すグラフである。
【図８】摺動試験の試験片を示す図である。
【図９】本発明の実施例の２５０℃における摺動試験結
果を示すグラフである。
果を示すグラフである。
【図１０】本発明の実施例の４５０℃における摺動試験
結果を示すグラフである。
結果を示すグラフである。
【図１１】蒸気タービンの非接触端面シールの構成例を
示す図である。
示す図である。
【図１２】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。
適用した構成を示す図である。
Ｓ 基板 １１ 真空チャンバ １２ イオン源 １４ ターゲット １６ マグネティックコイル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 角谷 桃子 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 (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 (72)発明者 朱 耀▲仙▼ 大阪府枚方市津田山手２丁目８番１号 株 式会社イオン工学研究所内 (72)発明者 松本 義朗 大阪府枚方市津田山手２丁目８番１号 株 式会社イオン工学研究所内 (72)発明者 岩本 信也 大阪府枚方市津田山手２丁目８番１号 株 式会社イオン工学研究所内
Claims (5)
- 【請求項１】 基板と、前記基板の表面に形成された硬
質膜とを備え、 前記硬質膜は、Ｔｉ及びＡｌを含有する窒化物であっ
て、 前記硬質膜は、真空アーク放電を利用してターゲットで
ある蒸着源を蒸気化、イオン化し、イオンの経路にイオ
ンをガイドする磁場を形成することにより前記基板に導
くアークイオンプレーティング法によって形成されてい
ることを特徴とする摺動部材。 - 【請求項２】 前記窒化物が不可避不純物を除き、下記
の化学組成であることを特徴とする請求項１に記載の摺
動部材。 化学組成：Ｔｉ（１００−ｘ−ｙ）ＡｌｘＮｙ ｘ：１２ａｔ％≦ｘ≦３０ａｔ％（原子濃度） ｙ：４０ａｔ％≦ｙ≦６０ａｔ％（原子濃度） - 【請求項３】 可動部材と静止部材との組み合わせから
なり、該可動部材又は静止部材のいずれか一方が請求項
１に記載の摺動部材であることを特徴とする摺動機構。 - 【請求項４】 前記可動部材又は静止部材の他方がカー
ボンを含む素材からなることを特徴とする請求項３に記
載の摺動機構。 - 【請求項５】 前記基材が金属材料であることを特徴と
する請求項１又は２に記載の摺動部材、又は請求項３又
は４に記載の摺動機構。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP37601599A JP2001152320A (ja) | 1999-11-26 | 1999-11-26 | 摺動部材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP37601599A JP2001152320A (ja) | 1999-11-26 | 1999-11-26 | 摺動部材 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001152320A true JP2001152320A (ja) | 2001-06-05 |
Family
ID=18506436
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP37601599A Pending JP2001152320A (ja) | 1999-11-26 | 1999-11-26 | 摺動部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001152320A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004288981A (ja) * | 2003-03-24 | 2004-10-14 | Mitsubishi Materials Corp | 薄膜抵抗材料、これを用いた抵抗器、及び抵抗器の製造方法 |
| CN100460555C (zh) * | 2006-01-20 | 2009-02-11 | 大连理工大学 | 一种电弧离子镀低温沉积高质量装饰薄膜的设备和方法 |
| EP1775352A3 (en) * | 2005-10-17 | 2009-12-16 | Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho (Kobe Steel, Ltd.) | Arc ion plating apparatus |
| JP2010120100A (ja) * | 2008-11-18 | 2010-06-03 | Hitachi Tool Engineering Ltd | 旋削加工用硬質皮膜被覆工具 |
| CN103628033A (zh) * | 2013-11-27 | 2014-03-12 | 常熟市劲力工具有限公司 | 耐磨铣刀的制备方法 |
| JP2015208768A (ja) * | 2014-04-28 | 2015-11-24 | オーエスジー株式会社 | 転造工具の表面処理 |
-
1999
- 1999-11-26 JP JP37601599A patent/JP2001152320A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004288981A (ja) * | 2003-03-24 | 2004-10-14 | Mitsubishi Materials Corp | 薄膜抵抗材料、これを用いた抵抗器、及び抵抗器の製造方法 |
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| US8261693B2 (en) | 2005-10-17 | 2012-09-11 | Kobe Steel, Ltd. | Arc ion plating apparatus |
| CN100460555C (zh) * | 2006-01-20 | 2009-02-11 | 大连理工大学 | 一种电弧离子镀低温沉积高质量装饰薄膜的设备和方法 |
| JP2010120100A (ja) * | 2008-11-18 | 2010-06-03 | Hitachi Tool Engineering Ltd | 旋削加工用硬質皮膜被覆工具 |
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| JP2015208768A (ja) * | 2014-04-28 | 2015-11-24 | オーエスジー株式会社 | 転造工具の表面処理 |
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