JP2005168690A - 摺動部品 - Google Patents

Abstract

【課題】 グリースの保持性能に優れ、耐久性に優れる摺動部品を提供する。
【解決手段】 グリース４０が供給される天秤の天秤軸２５には、連結部材が摺動する摺動部が形成され、この摺動部は、基材３０の表層部にＣｒ被膜３１とＤＬＣ被膜３２とを形成されている。ＤＬＣ被膜３２には、グリース４０の増ちょう剤４１の直径よりも深い凹部３４からなるグリース溜３５が形成されている。グリース溜３５は、増ちょう剤４１の直径よりも深いため、グリース溜３５に入り込んだ増ちょう剤４１を確実に保持し、グリース４０の保持性能を向上させ、摺動部の焼き付きを防ぎ、天秤軸２５の耐久性を高めることができる。
【選択図】図４

Description

本発明は摺動部品に関し、特にグリースの保持能力に優れた摺動部品に関するものである。

従来、ミシンなどの種々の装置には、複数の摺動部品が摺動自在に組付けられていることが多く、これらの摺動部品においては、その摺動部の焼き付けを防止したり、摩耗を軽減するために、摺動部に潤滑剤を供給したり、摺動部の表面に耐摩耗性の高い被膜を形成するのが一般的である。

例えば、特許文献１には、ミシンの針棒の摺動部分に耐摩耗性被膜として、摩擦係数が低く且つ高硬度のＤＬＣ被膜(ダイヤモンドライクカーボン被膜)が形成されている。しかし、潤滑剤として潤滑油を用いた場合、ＤＬＣ被膜は潤滑油をはじくので、供給された潤滑油が直ぐに流出する。そこで、特許文献１の発明では、ＤＬＣ被膜に油溝を形成し、潤滑油を油溝に溜めることで潤滑油の流出を極力防止し、摺動部の潤滑性能を維持するようにした摺動部品が開示されている。
特開２００３−２４７６９１号公報

しかし、ＤＬＣ被膜に油溝を形成しても、潤滑油は液状であり軟らかいため、摺動部から潤滑油が流出しやすく、潤滑油の保持性能を向上させるには限界がある。そこで、潤滑剤として、繊維状の増ちょう剤を潤滑油の中に分散させた固体状又は半固体状のグリースを採用することも考えられる。増ちょう剤は、一般に直径０.１μｍ程度の繊維状に形成され、液架橋力やファンデルワールス力によって潤滑油を保持し、グリースを固体状又は半固体状にして、潤滑油の保持性能を向上させることができる。

しかし、上述した油溝が、繊維状の増ちょう剤の直径よりも浅い場合には、油溝にグリースが充填したとしても、増ちょう剤の一部が油溝から突出するため、摺動部を摺動する他方の摺動部品に引っ張られて増ちょう剤が油溝から飛び出してしまい、グリースの保持性能がたいして向上しないといった問題がある。これとは反対に、油溝を深く形成すると、グリースが油溝から摺動部へと供給されにくくなり、潤滑性能が悪化するといった問題が生じる。

本発明の目的は、グリースの保持性能に優れ、耐久性に優れる摺動部品を提供しようとするものである。

請求項１の発明は、表面の少なくとも一部に摺動部を有し、前記摺動部に繊維状の増ちょう剤を含むグリースが供給された状態で摺動される摺動部品において、前記摺動部の表面には硬質被膜が形成され、前記硬質被膜には、繊維状の増ちょう剤の直径よりも深いグリース溜が形成されているものである。

この摺動部品によれば、表面の少なくとも一部に形成された摺動部にグリースが供給されると、グリースに含まれる繊維状の増ちょう剤が、その直径よりも深いグリース溜であって、硬質被膜に形成されたグリース溜に入り込み、この増ちょう剤によってグリースがグリース溜で保持された状態で、摺動部品が摺動される。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記硬質被膜はＤＬＣ被膜からなるものである。この摺動部品によれば、高硬質で摩擦係数が非常に低いＤＬＣ被膜が形成された摺動部で摺動される。

請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、前記グリース溜の深さは０.５μｍ以上である。この摺動部品によれば、０.５μｍ以上の深さに形成されたグリース溜に、一般に０.１μｍ前後の太さの繊維状の増ちょう剤が入り込み、この増ちょう剤によってグリースがグリース溜に保持される。従って、０.５μｍより浅いグリース溜に入り込んだ増ちょう剤のように他の摺動部品に引っ張られて増ちょう剤が流れ出すことがない。

請求項４の発明は、請求項１〜３何れかの発明において、前記グリース溜の深さは２０μｍ以下である。この摺動部品によれば、２０μｍ以下の深さに形成されたグリース溜に増ちょう剤により保持されたグリースが、摺動部の表面に適度に供給された状態で、衝動部品が摺動される。即ち、２０μｍより深いグリース溜のように、グリース溜に溜められたグリースが摺動部に供給されないといったことがない。

請求項５の発明は、請求項１〜４の何れかの発明において、前記増ちょう剤は、ひまし油の脂肪酸を用いて生成された金属塩である。この摺動部品によれば、増ちょう剤は金属塩からなり、この金属塩はひまし油の脂肪酸を用いて生成される。

請求項６の発明は、請求項５の発明において、前記金属塩はリチウム塩である。この摺動部品によれば、増ちょう剤を構成するリチウム塩がひまし油の脂肪酸から生成される。

請求項１の発明によれば、繊維状の増ちょう剤の直径よりも深いグリース溜が形成されているため、グリース溜に入り込んだ増ちょう剤が他方の摺動部品により引っ張られることがほとんどないため、増ちょう剤がグリース溜から飛び出すことがなく、グリース溜によるグリースの保持性能を向上させることができ、摺動部品の焼き付きを防ぎ、摺動部の耐久性を高めることができる。また、グリースの保持性能の向上に伴い、グリースを供給する労力や時間を大幅に削減することができる。

請求項２の発明によれば、摺動部を高硬質で摩擦係数が非常に低いＤＬＣ被膜によって構成することで、摺動部品の耐久性や耐摩耗性を高めることができる。

請求項３の発明によれば、グリース溜の深さを一般的な増ちょう剤の直径である０.１μｍよりも深い０.５μｍ以上にするので、増ちょう剤を確実にグリース溜で保持し、グリースの保持性能を向上させることができる。

請求項４の発明によれば、グリース溜の深さを２０μｍ以下にすることで、グリース溜に溜められたグリースを摺動部の表面に適度に供給することができ、摺動部の潤滑性を安定させることができる。

請求項５の発明によれば、増ちょう剤の直径を細く形成することができるひまし油を用いて生成した金属塩を増ちょう剤として適用することで、グリース溜を浅くし、また、硬質被膜を薄くすることもでき、製造コストの削減や製造時間の削減を実現することができる。

請求項６の発明によれば、細く形成することができるリチウム塩を増ちょう剤として適用することで、グリース溜を浅くし、また、硬質被膜を薄くすることもでき、製造コストの削減や製造時間の削減を実現することができる。

本願の発明は、表面の少なくとも一部に摺動部を有し、前記摺動部に繊維状の増ちょう剤を含むグリースが供給された状態で摺動される摺動部品において、前記摺動部の表面には硬質被膜が形成され、前記硬質被膜には、繊維状の増ちょう剤の直径よりも深いグリース溜が形成されていることを特徴とするものである。

以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。本実施例は、２本針ミシンの天秤に本発明を適用した一例である。尚、以下の説明において、図１に示すように前後左右を定義する。最初に、２本針ミシン１について簡単に説明する。図１に示すように、２本針ミシン１は、左右方向に長いベッド部２と、このベッド部２の右端部から上方に延びる脚柱部３と、脚柱部３からベッド部２と対向するように左方へ延びるアーム部４とを備えている。

図１に示すように、アーム部４の内部には、左右方向向きに主軸１０が配設され、この主軸１０の下方には主軸１０と略平行に針棒揺動軸１１が配設されている。主軸１０の右端部は、アーム部４から外部へ突出し、その突出部分には手動用のプーリ１２が固着されている。この主軸１０はミシンモータ(図示略)により回転駆動される。

図１,図２に示すように、アーム部４の左端部分のアーム頭部には、クランク１３と、クランクレバー１４と、針棒抱き１５と、針棒１６と、針棒支持部材１７と、天秤１８を有する天秤機構１９などが設けられている。

クランク１３は、主軸１０の左端部に固着され主軸１０と共に回転駆動される。クランクレバー１４のヘッド部１４ａは、クランク１３から左方に延びる連結軸１３ａに回動可能に連結され、クランクレバー１４の下端部は針棒抱き１５に回動可能に連結されている。針棒１６は円柱状に形成され、その中段部に針棒抱き１５が固定され、針棒支持部材１７の上端部と下端部で摺動可能に支持されている。針棒１６の下端部は、アーム部４から下方へ突出し、２本針２１が装着されている。

従って、ミシンモータの回転駆動力が、主軸１０を介してクランク１３に伝達されると、その回転駆動力がクランクレバー１４を介して針棒抱き１５に伝達されて、針棒抱き１５が針棒１６及び２本針２１と共に上下に往復駆動され、針棒１６は、針棒揺動軸１１が揺動駆動されることにより、針棒支持部材１７と共に前後水平方向に揺動駆動される。

図２に示すように、天秤機構１９は、天秤１８(摺動部品に相当)と、連結部材２２と、天秤１８を回動可能にミシンフレームに支持する回動軸２３とを備えている。連結部材２２は、クランクレバー１４の左端部に回動可能に連結され、天秤軸２５に摺動可能に支持されている。天秤１８は、下端部の円柱状の天秤軸２５と、上糸が掛けられる天秤部２６とを有する。図３,図４に示すように、天秤軸２５は、鋼製の円柱ロッド状の基材３０の表層部に、Ｃｒ(クロム)被膜３１とＤＬＣ被膜３２とを形成した構造を備えている。尚、Ｃｒ被膜３１とＤＬＣ被膜３２が硬質被膜に相当する。

Ｃｒ被膜３１は、基材３０の表面からＤＬＣ被膜３２が剥離するのを防ぐために、基材３０の表面のうちの摺動部３３となる部分に、約０.５μｍの厚さで形成されている。このＣｒ被膜３１は、後述するようにグリース溜３５を形成するためにＤＬＣ被膜３２の一部が除去されても除去されずに残るので、基材３０を酸化や破損などから保護することができる。

ＤＬＣ被膜３２は、Ｃｒ被膜３１の表面に約５μｍの厚さで形成されている。このＤＬＣ被膜３２は、被膜形成時の水素含有量によって硬度の調整をすることができ、ＨＶ(ビッカース硬さ)を、数１００からダイヤモンドのＨＶに近い８０００程度の高硬度被膜に形成することができ、本実施例では、Ｃｒ被膜(ＨＶ２００)や基材(浸炭焼き入れによりＨＶ６００)よりも高硬度なＨＶ１０００以上のＤＬＣ被膜３２が形成されている。ＤＬＣ被膜３２の摩擦係数は、約０.１以下であり、耐摩耗性及び摺動性において非常に優れた被膜である。尚、Ｃｒ被膜３１とＤＬＣ被膜３２の厚さは一例に過ぎず、前記の値よりも小さくてもよく大きくてもよい。

ＤＬＣ被膜３２には、グリース４０を溜めてグリース４０の保持性能を向上させるために、Ｃｒ被膜３１まで貫通され、増ちょう剤４１の直径(約０.１μｍ)よりも深く且つ２０μｍ以下の深さの複数の凹部３４からなるグリース溜３５が形成されている。これらグリース溜３５を、グリース４０に含まれる増ちょう剤４１の直径よりも深く形成することで、増ちょう剤４１をグリース溜３５に保持し、グリース４０の保持性能を向上させている。これら複数の凹部３４は、周方向９０°間隔で上下方向(軸方向)に所定高さずれたパターンとなるように配設されている。各凹部３４は菱形状に形成され、図４に示すように、グリース溜３５からの潤滑油４３の流出性を高めるために、開口面に対して底面がやや小さく形成され、摺動部３３の表面３６と凹部３４の側壁面３７との間の角度が約１２０°になっている。

次に、図５を参照してグリース溜３５の深さと天秤軸２５の寿命比について定量的に説明する。図５に示す寿命比は、ＤＬＣ被膜３２にグリース溜３５を形成しない場合を「１」とした比である。ここで採用されたグリース４０は、ひまし油の硬化脂肪酸を用いて生成されたリチウム塩からなる直径約０.１μｍ程度の繊維状に形成された増ちょう剤４１と、エステル系合成油(粘度１１ｍｍ^２/ｓ)からなる潤滑油４３と、潤滑油４３の酸化防止用の添加剤(図示略)からなるものである。

図５に示すように、グリース溜３５は、深さ０.５μｍ〜２０μｍに形成することが望ましい。グリース溜３５の深さを０.５μｍ以下、即ち、増ちょう剤４１の直径の値よりも浅いか少し深い程度にすると、増ちょう剤４１がグリース溜３５に充填されたとしても、増ちょう剤４１の多くがグリース溜３５からたちまち流出することになり、摺動部３３を摺動する連結部材２２に引っ張られて、これらの増ちょう剤４１がグリース溜３５から流れ出してしまい、グリース溜３５によるグリース４０の保持性能が低下してグリース４０が直ぐに流出してしまう。従って、摺動部３３の潤滑性能が低くなり摺動部３３が焼き付き易くなり、天秤軸２５の耐久性を高めることが困難である。

これとは反対に、グリース溜３５の深さを２０μｍ以上にすると、グリース溜３５に溜められたグリース４０の潤滑油４３がグリース溜３５から供給されにくくなり、摺動部３３の表面への潤滑油４３の供給が減少し、摺動部３３の潤滑性が低下して摺動部３３が焼き付き易くなり、天秤軸２５の耐久性を高めることが困難である。しかも、グリース溜３５を深さ２０μｍ以上に形成するためには、ＤＬＣ被膜３２を２０μｍ以上の厚さで形成する必要があるが、ＤＬＣ被膜３２を２０μｍ以上形成することは困難であり、製造コストの増大といった問題も生じる。

一方、グリース溜３５の深さを０.５〜２０μｍで形成すると、グリース溜３５に増ちょう剤４１を保持することができ、その結果、グリース溜３５における潤滑油４３の保持性能を向上させることができると共に、グリース溜３５の側壁面３７を登って摺動部３３の表面に潤滑油４３を適度に供給させて、潤滑性能を向上させることができ、天秤軸２５の耐久性を大幅に高めることができる。特に、図５から判るように、グリース溜３５の深さを５μｍ程度に形成すると、グリース溜３５を形成しない場合と比較して寿命が約４倍になる。

次に、天秤機構１９の作用について説明する。ミシンモータの回転駆動力によりクランク１３が回転されると、クランク１３の連結軸１３ａがヘッド部１４ａ及び連結部材２２と共に、図２に示す円軌道Ａで回転駆動され、この回転駆動により連結部材２２が天秤軸２５にガイドされて略上下方向に往復摺動され、この往復摺動によって天秤１８が回動軸２３の回りで揺動駆動されて、上糸が引き締められる。

次に、天秤１８、特に天秤軸２５の製造方法について簡単に説明する。最初に、鋼製の天秤１８を製作し、天秤軸２５の基材３０の表面のうちの摺動部３３となる部分にＣｒ被膜３１と、そのＣｒ被膜３１の表面にＤＬＣ被膜３２を真空中でＵＢＭスパッタリングにより連続的に成膜する。具体的には、最初に、Ｃｒをターゲットとしてスパッタリングを行って、Ｃｒ被膜３１を所定の厚さ成膜し、次に、Ｃｒのスパッタリングを継続しつつ、グラファイトをターゲットとするスパッタリングを同時並行的に行い、このグラファイトに対するＣｒのスパッタ率を徐々に小さくし、グラファイトのスパッタ率が徐々に大きくなるように移行して、Ｃｒ被膜３１の表面にＤＬＣ被膜３２を成膜する。

次に、図６に示すように、Ｃｒ被膜３１とＤＬＣ被膜３２が形成された天秤軸２５に、菱形の穴４６が形成されたアルミニウム製のマスキング部材４７を略密着状に外嵌し、この状態で、マスキング部材４７から露出しているＤＬＣ被膜３２を酸素プラズマによってＣｒ被膜３１が露出するまでプラズマエッチングしてグリース溜３５を形成し、天秤軸２５を完成する。

次に、上述した天秤１８の天秤軸２５の作用及び効果について説明する。

天秤軸２５に形成されたグリース溜３５は、増ちょう剤４１の直径よりも深く形成されているので、グリース溜３５に入った増ちょう剤４１が連結部材２２により引っ張られることがなく、グリース溜３５から外部に飛び出すことがほとんどない。従って、グリース溜３５に充填されたグリース４０の保持性能を向上させることができ、天秤軸２５の焼き付きを防ぎ、耐久性を高めることができる。グリース溜３５の深さを２０μｍ以下とすることで、グリース溜３５に溜まった潤滑油４３がグリース溜３５から摺動部３３へと適度に供給されるので潤滑性能を向上させることができる。

潤滑油４３をはじくＤＬＣ被膜３２が除去されて、グリース溜３５の底でＣｒ被膜３１が露出されているので、グリース溜３５に溜められた潤滑油４３がはじかれることがなく、潤滑油４３の保持性能を向上させることができる。グリース溜３５の底面においても、基材３０を露出させることなくＣｒ被膜３１で覆っているので、基材３０を酸化や破損などから保護することができ、天秤軸２５の耐久性を大幅に高めることができる。

グリース４０の増ちょう剤４１として、微細な太さに形成することが可能なひまし油の脂肪酸を用いて生成したリチウム塩を適用することで、グリース溜３５を浅く形成しても潤滑油４３の保持性能を向上させることができる。それゆえ、ＤＬＣ被膜３２を薄く形成することで製造コストを節減することができ、グリース溜３５を浅く形成することで製造時間を短縮することができる。

以上説明した実施例を部分的に変更した変更例について説明する。

１）上述した実施例においては、ひまし油の硬化脂肪酸を用いて生成されたリチウム塩からなる繊維状の増ちょう剤４１を含むグリース４０を適用したが、適用するグリースは上述したグリースに特に限定するものではない。例えば、他の石けん系グリース(カルシウム石けんグリース、ナトリウム石けんグリース、アルミニウム石けんグリース、リチウム石けんグリース(牛脂系)、複合型など)や、非石けん系グリース(ウレアグリース、ベントナイトグリース、有機系グリース、無機系グリースなど)などのグリースを適用してもよい。特に、耐熱性に優れたウレアグリースは、摺動部品の耐久性を大幅に高めることができる。尚、各グリースの増ちょう剤の繊維の太さに応じて、グリース溜の深さを決定することが望ましい。

２）上述した実施例においては、潤滑油としてエステル系合成油を採用したが、使用条件などに適合させて、他の合成油や鉱物油などを潤滑油として適用してもよい。

３）上述した実施例においては、基材３０とＤＬＣ被膜３２との間にＣｒ被膜３１を形成したが、このＣｒ被膜３１は、必ずしも必要なものではなく省略してもよい。但し、このように構成する場合には、エッチング工程においてＤＬＣ被膜を基材が露出しない程度にエッチングしてグリース溜を形成し、基材をＤＬＣ被膜により錆などから保護することが望ましい。ＤＬＣ被膜の一部をエッチングした場合、残ったＤＬＣ被膜の表面はエッチングによって性質が変化し、潤滑油をはじく性質が弱められて潤滑油の付着性を有するため、ＤＬＣ被膜を薄膜として残しても潤滑剤の保持性能が劣化することはない。

４）上述した実施例におけるＣｒ被膜３１の代わりに、Ｗ(タングステン)被膜,Ｔｉ(チタン)被膜,Ｓｉ(シリコン)被膜,Ｎｉ(ニッケル)被膜などを適用してもよい。

５）上述した実施例においては、ＤＬＣ被膜３２をＣｒ被膜３１が露呈するまでプラズマエッチングしたが、Ｃｒ被膜が露呈しない程度のグリース溜をＤＬＣ被膜に形成してそのグリース溜を油溜としてもよい。

６）上述した実施例においては、凹部３４を菱形に形成したが、凹部３４の形状は円状、矩形状、三角形状、又は格子状や連続的な溝状など種々の形状を適用することができ、所望の形状に応じて変更可能である。但し、溝状に凹部を形成する場合、溝の長さを長くするとグリースが溝に沿って流れて流出し易くなり、潤滑性を高めにくくなる。また、凹部３４を一定の間隔で周期的に形成したが、異なる間隔で非周期的に凹部を形成してもよい。

７）上述した実施例においては、ＤＬＣ被膜３２をＵＢＭスパッタリングにより形成したが、ＤＬＣ被膜はＵＢＭスパッタリング以外の物理蒸着方法や、ＣＶＤ法などの化学的蒸着法により成膜してもよい。

８）上述した実施例においては、ＤＬＣ被膜３２をプラズマエッチングにより除去してグリース溜３５を形成したが、レーザによりＤＬＣ被膜を除去してグリース溜を形成してもよい。使用するレーザとしては、フェムト秒レーザ(レーザの波長が８７０ｎｍ,パルス幅がフェムト秒)、紫外線レーザ(レーザの波長が紫外線領域。例えば、パルス幅が２０〜１００ｎｍであって、波長が３５３ｎｍのＴＨＧ−ＹＡＧレーザ,波長が２６５ｎｍのＦＨＧ−ＹＡＧレーザなどの固体レーザ)、エキシマレーザ(波長が３０８ｎｍ又は２４８ｎｍ,パルス幅が２０〜３０ｎｍ)などが考えられる。特に、レーザエッチングにより除去する場合には、複数のレーザによってＤＬＣ被膜を多方向から照射することで、エッチング工程に要する時間を大幅に削減することができる。また、摺動部品にマスクキング部材をマスクする必要がないので、ＤＬＣ被膜の除去工程を簡単化することができる。

９）上述した実施例においては、エッチングによりＤＬＣ被膜３２を除去してグリース溜３５を形成したが、ヤスリ、サンドペーパ又はショットブラストなどによりＤＬＣ被膜を除去してグリース溜を形成してもよい。

１０）上述した実施例においては、ＤＬＣ被膜３２を形成した後、プラズマエッチングで所定の部分のＤＬＣ被膜３２を除去してグリース溜３５を形成したが、基材にマスキング部材を取り付けた状態で、マスキング部材から露出されている部分のＤＬＣ被膜を形成し、マスキング部材に覆われてＤＬＣ被膜が形成されず、ＤＬＣ被膜が形成された部分に対して凹んだ凹部をグリース溜としてもよい。

尚、ミシンの天秤以外に、種々の機械類の摺動部品に適用することができる。また、摺動部は直線運動的に摺動する摺動部に限るものではなく、回転運動で摺動する摺動部も含まれる。本発明は以上説明した実施例に限定されるものではなく、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で前記実施例に種々の変更を付加して実施することができ、本発明はそれらの変更例をも包含するものである。

本発明の実施例に係る２本針ミシンのアーム部内の内部機構を示す斜視図である。 前記内部機構を示す左側面図である。 天秤軸とそのグリース溜の要部拡大図である。 天秤軸のグリース溜近傍部の要部拡大断面図である。 グリース溜の深さと天秤軸の寿命の関係を示す実験結果のグラフである。 天秤軸とマスキング部材を示す図である。

符号の説明

１８ 天秤
２５ 天秤軸
３１ Ｃｒ被膜
３２ ＤＬＣ被膜
３３ 摺動部
３５ グリース溜
４０ グリース
４１ 増ちょう剤
４３ 潤滑油

Claims (6)

1. 表面の少なくとも一部に摺動部を有し、前記摺動部に繊維状の増ちょう剤を含むグリースが供給された状態で摺動される摺動部品において、
   前記摺動部の表面には硬質被膜が形成され、
   前記硬質被膜には、繊維状の増ちょう剤の直径よりも深いグリース溜が形成されていることを特徴とする摺動部品。
2. 前記硬質被膜はＤＬＣ被膜からなることを特徴とする請求項１に記載の摺動部品。
3. 前記グリース溜の深さは０.５μｍ以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の摺動部品。
4. 前記グリース溜の深さは２０μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の摺動部品。
5. 前記増ちょう剤は、ひまし油の脂肪酸を用いて生成された金属塩であることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の摺動部品。
6. 前記金属塩はリチウム塩であることを特徴とする請求項５に記載の摺動部品。
   
   
   
   
   

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