JP2005172084A - 摺動部品 - Google Patents

Abstract

【課題】 潤滑剤を摺動方向に案内するように潤滑剤溜を形成して潤滑性能を高め耐久性と耐摩耗性に優れた摺動部品を提供する。
【解決手段】 天秤軸２５は連結部材が摺動する摺動部３３を有し、この摺動部３３は基材の表層部にＣｒ被膜３１とＤＬＣ被膜３２とを形成した構造を備えている。このＤＬＣ被膜３２には、摺動方向の前進側に向かって幅が狭くなる潤滑剤案内部３８を有し、菱形形状の複数の凹部３４からなる潤滑剤溜３５が形成されている。潤滑剤溜３５に溜められた潤滑剤は、摺動する連結部材によって流動され、潤滑剤案内部３８によって摺動方向の前進側へ案内されて油圧が高められて、摺動部３３に確実に供給される。
【選択図】 図３

Description

本発明は摺動部品に関し、特に、摺動部品の表面に硬質被膜を形成し、その硬質被膜に潤滑剤溜を形成し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み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、相手方の摺動部品が摺動する摺動部の焼き付きを防止したり、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に優れた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に耐摩耗性被膜として、摩擦係数が低く且つ高硬度のＤＬＣ(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る場合、このＤＬＣ被膜は潤滑油をはじく性質を有するので、摺動部に供給された潤滑油が直ぐに流出してしまう。そこで、特許文献１の摺動部品においては、ＤＬＣ被膜が形成された摺動部の全域に亙って均一に油溝を形成し、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、摺動部の摺動性能を維持するように構成された摺動部品が開示されている。この摺動部品においては、摺動部を摺動する相手方の摺動部品により流動する潤滑剤が油溝から流出して、摺動部に潤滑剤が供給されて摺動性が高められる。
特開２００３−２４７６９１号公報

しかし、特許文献１の摺動部品においては、油溝が長い溝状に形成されているので、潤滑剤が油溝に案内されて潤滑剤の流動方向が変えられ、潤滑剤が油溝に沿って流れるため、潤滑剤が油溝から流出しにくくなる。従って、潤滑剤溜に供給された潤滑剤が摺動部へ充分に供給されないため、摺動部の潤滑性能が低下し、摺動部の焼き付きや摩耗が生じ、摺動部の耐久性と耐摩耗性を高めるのにも限界がある。

本発明の目的は、潤滑剤を摺動方向に案内するように潤滑剤溜を形成して潤滑性能を高め耐久性と耐摩耗性に優れた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相手方の摺動部品が摺動する摺動部を有し、前記摺動部に潤滑剤が供給された状態で摺動する摺動部品において、前記摺動部には硬質被膜が形成され、前記硬質被膜には潤滑剤溜が形成され、前記潤滑剤溜は、相手方の摺動部品の摺動方向の前進側に向かって幅が狭くなる潤滑剤案内部を有するものである。

この摺動部品によれば、摺動部の表面の硬質被膜に形成された潤滑剤溜に、供給された潤滑剤が溜められた状態で摺動部品が摺動する。摺動部品が摺動する状態においては、潤滑剤溜に溜められた潤滑剤が、摺動部を摺動する相手方の摺動部品によって流動すると共に、この潤滑剤は摺動方向の前進側に向かって幅が狭くなる潤滑剤案内部によって摺動方向に案内されて油圧が高められ、潤滑剤溜から流出して摺動部の表面に供給される。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記潤滑剤溜は菱形形状の複数の凹部からなるものである。この摺動部品によれば、潤滑剤溜の各凹部内で流動する潤滑剤は、菱形形状の４つの角のうち、摺動方向の前進側に位置する角である潤滑剤案内部に案内されて油圧が高められる。

請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、前記潤滑剤溜の側壁面と摺動部の外表面との角度は９０°よりも大きいものである。この摺動部品によれば、潤滑剤溜に溜められた潤滑剤が摺動方向に流動すると、潤滑剤案内部により案内されて油圧が高められると共に、摺動部の外表面に対して９０°以上になるように形成された潤滑剤溜の側壁面によって摺動部の外表面へと案内される。

請求項４の発明は、請求項１〜３の何れかの発明において、前記潤滑剤溜の深さは２０μｍ以下である。この摺動部品によれば、供給された潤滑剤は、深さが２０μｍ以下の浅い潤滑剤溜に溜められる。

請求項１の発明によれば、潤滑剤溜を形成することで潤滑剤の保持性能を高めると共に、潤滑剤溜は摺動方向の前進側に向かって幅が狭くなる潤滑剤案内部を有するため、流動する潤滑剤を潤滑剤案内部によって案内することで油圧を高めて摺動部へ流出させるので、溜められた潤滑剤を摺動部へ確実に供給することができ、潤滑性能を高め、摺動部品の焼き付きや摩耗を防止して耐久性と耐摩耗性を高めることができる。

請求項２の発明によれば、菱形形状の角によって潤滑剤を案内して油圧を高めるので、部分円弧状の潤滑剤案内部に比べ効率よく潤滑剤を案内して油圧を高めることができる。

請求項３の発明によれば、潤滑剤溜の側壁面によって潤滑剤が摺動部の表面に案内されるため、潤滑剤溜に溜められた潤滑剤の供給性能を高めることができる。

請求項４の発明によれば、潤滑剤溜の深さを２０μｍ以下にすることで、潤滑剤溜に溜められた潤滑剤が少量でも確実に摺動部の表面に潤滑剤を供給することができる。

本願の発明は、表面の少なくとも一部に摺動部を有し、前記摺動部に潤滑剤が供給された状態で摺動する摺動部品において、前記摺動部には硬質被膜が形成され、前記硬質被膜には潤滑剤溜が形成され、前記潤滑剤溜は、摺動方向の前進側に向かって幅が狭くなる潤滑剤案内部を有す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が設けられている。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。

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、その中段部分には針棒抱き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のミシンフレームから下方へ突出し、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と２本針２１と共に上下方向に往復駆動され、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(摺動部品に相当)１８、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のヘッド部１４ａ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、連結部材２２が摺動する摺動部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、後述するように潤滑剤溜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の表面に厚さ約５μｍの厚さに形成されている。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３１(ＨＶ２００)や基材３０(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の厚さや硬さは一例に過ぎず、前記の値よりも小さくても大きくてもよい。

図３,図４に示すように、ＤＬＣ被膜３２には、供給される潤滑油からなる潤滑剤４０を溜めて潤滑剤４０の保持性能を高めるために、Ｃｒ被膜３１まで貫通された深さ約５μｍの複数の凹部３４からなる潤滑剤溜３５が形成されている。これら複数の凹部３４は周方向９０°間隔で上下方向(軸方向)に一列に配列され、夫々の凹部列は所定高さずれたパターンに配設されている。

各凹部３４は、菱形状に形成され、連結部材２２の摺動方向(軸方向)の前進側に向かって幅が狭くなる潤滑剤案内部３８が形成されている。また、各凹部３４の側壁面３７とＤＬＣ被膜３２の外表面３６との間の角度４１は、約１２０°になるように形成されている。つまり、天秤軸２５の摺動部３３を摺動する連結部材２２によって、潤滑剤４０は摺動方向の前進側へと流れ、更に、その流動方向を変えられることなく潤滑剤案内部３８によって摺動方向の前進側へと案内されて油圧が高められて摺動部３３へと供給される。各凹部３４の側壁面３７がＤＬＣ被膜３２の外表面３６に対して約１２０°に形成されているので、流動する潤滑剤４０が外表面３６の方向へと案内されて摺動部３３へと供給される。

次に、潤滑剤案内部３８を形成する凹部３４の２つの側壁面３７の間の角度４２と、焼き付きが起こらない耐久時間比との関係を定量的に図５を参照して説明する。尚、図５に示す比較例１は、潤滑剤溜を形成しなかった場合であり、この比較例１の耐久時間を「１」とする。また、比較例２は各凹部の形状を円状に形成した場合であり、この比較例２においては潤滑剤溜を形成しない場合に比べ、約２.２倍耐久時間が延びる。

次に、各凹部３４を菱形状に形成した本実施例において、角度４２を５°〜９０°まで変化させて耐久時間を測定したところ、角度４２を５°又は９０°に形成した場合には、比較例１に比べ耐久時間が２.０倍にしかならず、比較例２よりも耐久時間が短くなったが、角度４２を２０°〜７０°の間に形成すると、比較例１に比べ耐久時間が２.５〜３.０倍に延びることが、図５からわかる。

次に、天秤機構１９の作用について説明する。この天秤機構１９によると、ミシンモータの回転駆動力によりクランク１３が回転駆動されると、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の周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説明する。最初に、鋼製の基材３０を天秤１８の形状に合わせて製作し、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い、Ｃｒ被膜３１を所定の厚さに成膜し、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除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潤滑剤溜３５を形成し、天秤軸２５が完成する。

次に、上述した天秤１８、特に天秤軸２５の作用及び効果について説明する。

この天秤軸２５は、ＤＬＣ被膜３２に形成された潤滑剤溜３５によって潤滑剤４０の保持性能が高められると共に、潤滑剤溜３５を構成する各凹部３４に摺動方向の前進側に向かって幅が狭くなる潤滑剤案内部３８を形成したので、連結部材２２の摺動によって摺動方向に流れる潤滑剤４０が潤滑剤案内部３８によって案内されて油圧が高められ、潤滑剤溜３５から摺動部３３の表面へ確実に潤滑剤４０を供給することができ、焼き付きや摩耗を防止し、耐久性と耐摩耗性を高めることができる。特に、各凹部３４を菱形形状に形成し、潤滑剤案内部３８の角度４２を２０°〜７０°に形成することで、潤滑剤溜３５を形成しなかった場合に比べ、耐久時間を少なくとも２.５倍以上にすることができる。

ＤＬＣ被膜３２の外表面３６に対して各凹部３４の側壁面３７が約１２０°になるように形成されているので、摺動方向に流動する潤滑剤４０が側壁面３７によってＤＬＣ被膜３２の外表面３６へと案内され、摺動部３３へ潤滑剤４０を確実に供給することができる。潤滑剤溜３５の深さを約５μｍにすることで、潤滑剤溜３５に溜められた潤滑剤４０が少量でも、潤滑剤溜３５から摺動部３３へ潤滑剤４０を確実に供給することができる。

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、各凹部３４を菱形形状に形成したが、図７に示すように、各凹部３４ａをＶ字形状に摺動部３３ａに形成し、向きの異なる凹部３４ａを交互に配列してもよい。また、凹部を楕円形状、溝状、格子状などの種々の形状に形成してもよく、凹部の形状は特に限定するものではなく、摺動方向の前進側に向かって幅が狭くなる潤滑案内部を有する所望の形状に形成すればよい。潤滑剤を摺動部の外表面に案内するために、凹部の側壁面は摺動部の外表面に対して９０°以上に形成するのが望ましいが特に限定するものではない。凹部の深さは５μｍに限定されるものではないが、潤滑剤溜から潤滑剤を確実に供給するには２０μｍ以下にすることが望ましい。

２）上述した実施例においては、各凹部３４を所定のパターンになるように配設されているが、異なる間隔で非周期的に配設してもよい。例えば、多量の潤滑剤が必要な部分には潤滑剤溜を多く形成し、潤滑剤があまり必要でない部分には潤滑剤溜を少なく形成してもよい。

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は必須の構成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、基材が露出しない程度にＤＬＣ被膜をエッチングして潤滑剤溜を形成し、ＤＬＣ被膜により基材を錆や破損等から保護することが望ましく、またこのようにＤＬＣ被膜を残しても、ＤＬＣ被膜はエッチングにより潤滑油をはじく性質が低下するので、潤滑剤溜における潤滑剤の保持性能を高めることができる。

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、Ｃｒ被膜３１が露呈するまでＤＬＣ被膜３２をプラズマエッチングしたが、Ｃｒ被膜が露呈しない程度にＤＬＣ被膜をエッチングし、ＤＬＣ被膜に潤滑剤溜を形成してもよい。

６）上述した実施例においては、潤滑剤４０として潤滑油を適用したが、潤滑剤は潤滑油に限定されるものではなく、酸化シリコン(直径約１０〜４０ｎｍ),酸化チタン(直径約２０ｎｍ),酸化アルミニウム(直径約１０ｎｍ）などのナノレベルからなる粒子を適用してもよい。また、潤滑油にリチウム石けんなどの増ちょう剤や添加剤を混入したグリースを潤滑剤として適用してもよい。

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を酸素プラズマによりエッチングしたが、集束イオンビーム又はレーザーによってＤＬＣ被膜をエッチングして、潤滑剤溜を形成してもよい。このように集束イオンビーム又はレーザーによってＤＬＣ被膜をエッチングする場合には、上述したマスキング部材を基材に外嵌させる工程を省略することができ、天秤軸の製造工程を簡単化することができる。

尚、ミシンの天秤以外に、種々の機械の摺動部品に本発明を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。以上、本発明は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。 天秤軸とその潤滑剤溜の要部拡大図である。 天秤軸の潤滑剤溜近傍部の要部拡大断面図である。 潤滑剤案内部の角度と耐久時間の関係を示す図表である。 天秤軸とマスキング部材を示す図である。 凹部の変更例を示す要部の部分拡大図である。

符号の説明

１８ 天秤
２５ 天秤軸
３１ Ｃｒ被膜
３２ ＤＬＣ被膜
３３ 摺動部
３４ 凹部
３５ 潤滑剤溜
３６ 外表面
３７ 側壁面
３８ 潤滑剤案内部
４０ 潤滑剤

Claims (4)

1. 表面の少なくとも一部に相手方の摺動部品が摺動する摺動部を有し、前記摺動部に潤滑剤が供給された状態で摺動する摺動部品において、
   前記摺動部には硬質被膜が形成され、
   前記硬質被膜には潤滑剤溜が形成され、
   前記潤滑剤溜は、相手方の摺動部品の摺動方向の前進側に向かって幅が狭くなる潤滑剤案内部を有することを特徴とする摺動部品。
2. 前記潤滑剤溜は菱形形状の複数の凹部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. 前記潤滑剤溜の側壁面と摺動部の外表面との角度は９０°よりも大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載の摺動部品。
4. 前記潤滑剤溜の深さは２０μｍ以下であること特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の摺動部品。
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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