JP2007262560A - 低摩擦特性と耐剥離性を有する硬質膜の被覆方法及び低摩擦特性と耐剥離性を有する硬質膜の被覆部材 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基材1の表面に粗面化処理を行い、該粗面にDLC膜2のコーティングを施し、該DLC膜2を研磨する。基材1の表面を粗くすることで、DLC膜2と基材1との接触面積が増大して耐剥離性が増し、更にDLC膜2を研磨することで、低摩擦特性を持つ硬質膜が得られる。また、基材1の表面にダイヤモンド膜をコーティングした後、該ダイヤモンド膜の表面を研磨してからダイヤモンド膜の表面にDLC膜2をコーティングし、該DLC膜2の表面を研磨しても、高強度で耐剥離性と低摩擦特性を持つ硬質膜が得られる。
【選択図】図1
Description
そして、このような摩耗による不具合を防ぐために、これらの部材表面の硬質膜の表面は鏡面であることが求められる。
請求項1記載の発明は、基材の表面に粗面化処理を施した後、該粗面の表面にDLC膜をコーティングして、該DLC膜の表面を研磨する低摩擦特性と耐剥離性を有する硬質膜の被覆方法である。
請求項4記載の発明は、基材の表面上にダイヤモンド膜を設け、更に該ダイヤモンド膜の表面上に、表面粗さが0.1μmRz以下であるDLC膜を設けた低摩擦特性と耐剥離性を有する硬質膜の被覆部材である。
請求項5記載の発明は、前記DLC膜上に一部ダイヤモンド膜が露出している請求項4記載の低摩擦特性と耐剥離性を有する硬質膜の被覆部材である。
本発明は、粗面にコーティングしたDLC膜を研磨して、低摩擦の摩擦特性を持ち、耐剥離性と耐摩耗性に優れた硬質被膜を創生する技術として優れている。
図14には基材の表面にコーティングしたDLC膜の状態を示す。DLC膜2は、図14に示すように、平滑性という特性を有し、基材1の表面形状に沿った形に被覆されることから、従来のDLC膜の被覆技術では、表面が鏡面である基材にコーティングして、鏡面のDLC膜を得ていた。しかし、鏡面のDLC膜は、負荷がかかるとDLC膜の全面に力が加わることで、高負荷条件下では剥離しやすいという特徴を有している。
請求項4記載の発明によれば、DLC膜の表面粗さが小さいことで、低摩擦特性を持ち、更にダイヤモンドの特性を有する高強度な硬質膜の被覆部材が得られる。
請求項5記載の発明によれば、DLC膜上に一部ダイヤモンド膜が露出しているので、ダイヤモンド膜の非常に優れた低摩擦特性と高強度を併せ持つ硬質膜の被覆部材が得られる。
請求項4記載の発明によれば、耐剥離性と低摩擦特性を持ち、ダイヤモンドの特性を有する高強度な硬質膜の被覆部材が得られる。
請求項5記載の発明によれば、耐剥離性を有し、ダイヤモンド膜の非常に優れた低摩擦特性と高強度を併せ持つ硬質膜の被覆部材が得られる。
図1に示すように、まず鏡面仕上げをした基材1の基体表面に粗面化処理を行う。粗面化時の粗さを制御、管理する上ではなるべく鏡面仕上げが良いが、最終的に要求される膜表面の粗面粗さ以下であれば、鏡面であることは特に問わない。
なお、本明細書中、鏡面とは、表面の粗さのピーク(山)とピーク(谷)の最大距離が約0.1μmRz以下の面粗さであることをいう。
ダイヤモンド膜3の研磨方法としては、ダイヤモンド砥石による研磨法、イオンスパッタ法、レーザ法、熱化学研磨法などがあり、どの方法を用いても良いが、エッジ3aの先端部分のみの研磨であれば、ダイヤモンド砥石による研磨法が最も簡便である。
固定側:直径4mm、材質 チタン、個数1本
回転側:ディスク直径36mm
2)摩擦条件は次のとおりである。
摩擦速度:29mm/s
摺動距離: 10m
垂直荷重:100N
雰囲気:大気中
潤滑条件:無潤滑
なお、実験に先立って、試料のピン8とディスク7の表面をアセトンにより脱脂し、乾燥させてから実験に供した。
図4に示すように、図1(d)の工程を施したもの、すなわちDLC膜2の表面を鏡面に研磨したものでは、摩擦距離が長くなっても摩擦係数は0.05〜0.08程度で安定している。一方、比較例では、摩擦係数も0.2〜0.3と高く、変動も激しい。この結果から、比較例に対して本実施例によるDLC膜2の方が摩擦係数は低いことが確認される。
図5からも明らかなように、摺動距離が10mの摩擦試験後においても、チタンの凝着は見られず、DLC膜2の剥離は生じなかった。一方、比較例を示した図6によれば、白く輝いている部分がチタンの凝着した部分であり、DLC膜2の凹部にチタンの摩耗粉が溜まり、成長したものと思われる。そして、この摩耗粉が原因となって、摩擦係数が高まるものと考えられる。
以上のことから、粗面基材にDLC膜を成膜し、鏡面に研磨することによって、簡便、経済的に耐剥離性や耐摩耗性に優れた硬質膜及び当該硬質膜を被覆した部材が得られる。
また、自動車部品の摺動部など、低摩擦特性や耐久性が要求される部材の摺動材としても使用できる。
図7及び図8に示すように、ダイヤモンド膜3を研磨することで、ダイヤモンド結晶に特徴的な鋭いエッジ部の先端が研磨されているのが分かる。
ダイヤモンド膜3を粗研磨しただけでは、図8(b)に示すようにダイヤモンド膜3の表面上には粗いダイヤモンドの結晶が確認されるが、ダイヤモンド膜3上にDLC膜2を成膜して、該DLC膜2を研磨すると、図9(a)に示すように、表面が鏡面となる。また、図9(b)に示すように、図9(a)の状態から更に研磨すると、DLC膜2の下にあるダイヤモンド膜3が表面に露出して、DLC膜2とダイヤモンド膜3の特性を併せ持つ複合膜となる。
図12に示すように、比較例では負荷荷重を400Nまで上げると、摩擦係数が急激に増大して剥離に至り、鏡面に成膜したDLC膜2が高面圧に耐えられないことが明らかになった。
図13に示すように、潤滑油を使用した場合の摩擦係数は0.1で推移している。一方、参考例として示している最大表面粗さが約1.2μmRzである未研磨のダイヤモンド膜(鏡面基材上にダイヤモンド膜を形成させたもの)の摩擦係数は高いが、図2(a)〜(c)の方法により得られたダイヤモンド膜3(図8(b)に示す0.5μmRzに研磨したダイヤモンド膜3)は、摩擦係数が0.1以下で低摩擦特性を示す。
また、自動車部品の摺動部など、耐摩耗性や耐久性が要求される部材の摺動材としても使用できる。
2 DLC膜 3 ダイヤモンド膜
3a エッジ 3b 隙間
7 試料 8 テストボール
9 治具
Claims (5)
- 基材の表面に粗面化処理を施した後、該粗面の表面にDLC膜をコーティングして、該DLC膜の表面を研磨することを特徴とする低摩擦特性と耐剥離性を有する硬質膜の被覆方法。
- 基材の表面にダイヤモンド膜をコーティングした後、該ダイヤモンド膜の表面を研磨して、該研磨後のダイヤモンド膜の表面にDLC膜をコーティングした後、該DLC膜の表面を研磨することを特徴とする低摩擦特性と耐剥離性を有する硬質膜の被覆方法。
- 表面粗さが0.9μmRz〜2.4μmRzである基材の粗面上に、表面粗さが0.1μmRz以下であるDLC膜を設けたことを特徴とする低摩擦特性と耐剥離性を有する硬質膜の被覆部材。
- 基材の表面上にダイヤモンド膜を設け、更に該ダイヤモンド膜の表面上に、表面粗さが0.1μmRz以下であるDLC膜を設けたことを特徴とする低摩擦特性と耐剥離性を有する硬質膜の被覆部材。
- 前記DLC膜上に一部ダイヤモンド膜が露出していることを特徴とする請求項4記載の低摩擦特性と耐剥離性を有する硬質膜の被覆部材。
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