JP2014162932A - 摺動面部材及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】サイドエッチングの問題を解消したＤＬＣパターンを設けて作製することで、摩擦係数の小さい摺動面部材及びその製造方法を提供する。
【解決手段】メッキ可能な金属基材の表面にフォトレジストを塗布し、露光・現像せしめてレジストパターンを形成し、前記金属基材及びレジストパターンの表面にＤＬＣ被覆膜を形成し、該レジストパターン上に形成されたＤＬＣ被覆膜を該レジストパターンごと剥離せしめ、前記金属基材の表面にＤＬＣパターンを形成して製造されてなるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）パターンを設けることで摩擦係数が小さくなるようにした摺動面部材及びその製造方法に関する。

従来、工作機械、印刷機械、産業用機械、特殊機械等のテーブル、コラムやヘッドなどが移動する摺動面などに適用できる摺動面構造として、例えば、特許文献１に記載された摺動面構造がある。

特許文献１に記載された摺動面構造は、潤滑流体の介在下で相手部材と相対摺動を行う摺動面に、前記相手部材の摺動方向に対して傾斜する向きに伸び、かつ、緩斜面を有する凹溝からなる帯状領域と、この帯状領域の間に、前記帯状領域の伸展方向と同一方向に伸びる摺動平面とを備え、前記緩斜面には前記帯状領域の伸展方向に対して傾斜して配置される複数の微小溝が設けられている。

特開２０１２−７７１２号公報 特開２００９−０９３１７０号公報

本発明は、上記した従来技術に鑑みなされたもので、サイドエッチングの問題を解消したＤＬＣパターンを設けて作製することで、摩擦係数の小さい摺動面部材及びその製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の摺動面部材は、メッキ可能な金属基材の表面にフォトレジストを塗布し、露光・現像せしめてレジストパターンを形成し、前記金属基材及びレジストパターンの表面にＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）被覆膜を形成し、該レジストパターン上に形成されたＤＬＣ被覆膜を該レジストパターンごと剥離せしめ、前記金属基材の表面にＤＬＣパターンを形成して製造されてなることを特徴とする。

このようにして、レジストパターン上に形成されたＤＬＣ被覆膜を該レジストパターンごと剥離せしめるため、サイドエッチングの問題が解消される利点がある。すなわち、本発明では、エッチングではなくいわゆるリフトオフとよばれる手法を用いているため、サイドエッチングの問題が生じないのである。また、従来のような凹溝を設けたりする必要が無く、基材上に自由にパターニングできるという利点もある。

前記ＤＬＣパターンのパターン形状としては、例えば三角形、四角形、五角形、六角形、七角形、八角形などの多角形を多数並べたパターンや、螺旋状となるパターンや、ストライプ状のパターンなどいずれのパターンでもよい。また、摺動面に潤滑オイルを使用する場合には、前記摺動面部材の摺動面を潤滑オイルが流れ易くなるパターンとするのが好適である。

前記フォトレジストが塗布される金属基材が、ニッケル、タングステン、クロム、チタン、金、銀、白金、ステンレス鋼、鉄、銅、アルミニウムからなる群から選ばれた少なくとも一種の材料から構成されるのが好適である。

前記被覆したＤＬＣ被覆膜の厚さが、０．１μｍ〜１０μｍであるのが好適である。

前記基材が、ゴム又はクッション性を有する樹脂からなるクッション層を備えるように構成してもよい。基材が、ゴム又はクッション性を有する樹脂からなるクッション層を備えるように構成するにあたっては、例えば特許文献２に記載されたグラビア版のように構成することができる。

前記フォトレジストが、ポジ型フォトレジスト又はネガ型フォトレジストのいずれも適用可能であるが、ネガ型フォトレジストであるのが好適である。

本発明の摺動面部材の製造方法は、メッキ可能な金属基材を準備する工程と、該金属基材の表面にフォトレジストを塗布し、露光・現像せしめてレジストパターンを形成する工程と、該金属基材及びレジストパターンの表面にＤＬＣ被覆膜を形成する工程と、該レジストパターン上に形成されたＤＬＣ被覆膜を該レジストパターンごと剥離せしめて前記基材の表面にＤＬＣパターンを形成する工程と、を含むことを特徴とする。

前記フォトレジストが塗布される金属基材が、ニッケル、タングステン、クロム、チタン、金、銀、白金、ステンレス鋼、鉄、銅、アルミニウムからなる群から選ばれた少なくとも一種の材料から構成されるのが好適である。

前記フォトレジストが塗布される金属基材が、ゴム又はクッション性を有する樹脂からなるクッション層を備えるように構成してもよい。

前記フォトレジストが、ポジ型フォトレジスト又はネガ型フォトレジストのいずれも適用可能であるが、ネガ型フォトレジストであるのが好適である。

前記ＤＬＣ被覆膜の厚さが、０．１μｍ〜１０μｍであるのが好適である。

本発明の摺動面部材は、摩擦係数が小さいため、工作機械、印刷機械、産業用機械、特殊機械等のテーブル、コラムやヘッドなどが移動する摺動面などに好適である。

本発明によれば、サイドエッチングの問題を解消したＤＬＣパターンを設けて作製することで、摩擦係数の小さい摺動面部材及びその製造方法を提供することができるという著大な効果を有する。

本発明に係る摺動面部材は、例えば、ＤＬＣパターンの線と線の間隔が１μｍ〜１００μｍ以下のサイズにすることができ、高精度に作製することができる。このため、様々な用途に適用可能である。用途としては、工作機械、印刷機械、産業用機械、特殊機械等のテーブル、コラムやヘッドなどが移動する摺動面などに適用可能である。さらに、自動車のエンジンなどの内燃機関にも適用可能である。具体的には、レシプロエンジンのシリンダーの内周面やピストンの外周面に本発明に係る摺動面部材を適用したりすることができる。自動車のエンジンなどの内燃機関に本発明に係る摺動面部材を使用した場合には、少量のオイルで滑らかに往復運動が行えるので、潤滑オイルの使用量が少なくて済むという利点がある。

本発明に係る摺動面部材の一つの実施の形態を示す要部概略図である。 本発明に係る摺動面部材に用いられるパターンの一つの実施の形態を示す概略図である。 本発明に係る摺動面部材に用いられるパターンの別の実施の形態を示す概略図である。 本発明に係る摺動面部材の一例を模式的に示す説明図であり、（ａ）は金属基材の表面にフォトレジストを塗布した状態の要部断面図、（ｂ）は露光・現像せしめてレジストパターンを形成した状態の要部断面図、（ｃ）は金属基材及びレジストパターンの表面にＤＬＣ被覆膜を形成した状態の要部断面図、（ｄ）は該レジストパターン上に形成されたＤＬＣ被覆膜を該レジストパターンごと剥離せしめた状態を示す要部断面図である。 図４に示した摺動面部材の製造方法の工程順を示すフローチャートである。

以下に本発明の実施の形態を説明するが、これら実施の形態は例示的に示されるもので、本発明の技術思想から逸脱しない限り種々の変形が可能なことはいうまでもない。

図１において、符号１０は本発明に係る摺動面部材を示す。摺動面部材１０は、図示例ではベッド部とした例を示した。摺動面部材１０は、メッキ可能な金属基材１２の表面にＤＬＣパターン１４が形成されてなる。符号１６は、テーブル部であり、テーブル部１６が、摺動面部材１０（図示例ではベッド部）上を往復移動せしめられる構成とされている。

なお、図示例では、ベッド部側を摺動面部材１０とした例を示したが、テーブル部の下面にＤＬＣパターンを形成することで、テーブル部側を摺動面部材１０とすることも可能である。

図２に、本発明に係る摺動面部材に用いられるパターンの一つの実施の形態を示す。図２において、符号１０Ａは摺動面部材を示す。摺動面部材１０Ａは、図２に示される如く、複数の斜線状としたＤＬＣパターン１５が形成されている。

また、図３に、本発明に係る摺動面部材に用いられるパターンの別の実施の形態を示す。図３において、符号１０Ｂは摺動面部材を示す。摺動面部材１０Ｂは、メッキ可能な金属基材１８の表面にＤＬＣパターン２０が形成されてなる。前記摺動面部材１０ＢのＤＬＣパターン２０の形状は、六角形を多数並べたパターンとされている。

次に、本発明に係る摺動面部材の製造方法を図４及び図５に基づいて説明する。

符号２２はメッキ可能な金属基材である。金属基材２２はメッキ可能な金属であればいずれも適用できるが、例えば、ニッケル、タングステン、クロム、チタン、金、銀、白金、ステンレス鋼、鉄、銅、アルミニウムからなる群から選ばれた少なくとも一種の材料から構成することができる。

また、金属基材２２は、ゴム又はクッション性を有する樹脂からなるクッション層の上に設けられる構成としてもよい。

まず、金属基材２２を準備し（図５のステップ１００）、図４（ａ）に示すように、前記金属基材２２の表面にフォトレジスト２４を塗布し、前記フォトレジスト２４を露光・現像せしめてレジストパターン２６を前記金属基材２２の表面に形成する（図５のステップ１０２）。前記フォトレジスト２４としては、ネガ型フォトレジストが好適である。このようにして、図４（ｂ）に示す状態となる。

そして、該金属基材２２及びレジストパターン２６の表面にＤＬＣ被覆膜２８を形成する（図５のステップ１０４）。このようにして、図４（ｃ）に示す状態となる。

次に、レジストパターン２６上に形成されたＤＬＣ被覆膜２８を該レジストパターン２６ごと剥離せしめて前記金属基材２２の表面にＤＬＣパターン３０を形成して摺動面部材１０を作製する（図５のステップ１０６）。このようにして、図４（ｄ）に示す状態となる。

ＤＬＣ被覆膜２８の形成にあたっては、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法やスパッタ法によってＤＬＣで被覆することが可能である。

前記ＤＬＣ被覆膜２８の厚さは、０．１μｍ〜１０μｍであるのが好適である。より具体的には、０．１μｍ〜５μｍがさらに好ましい。

また、前記ＤＬＣパターンのパターン形状としては、例えば三角形、四角形、五角形、六角形、七角形、八角形などの多角形を多数並べたパターンや、螺旋状となるパターンや、ストライプ状のパターンなどいずれのパターンでもよい。また、摺動面に潤滑オイルを使用する場合には、前記摺動面部材の摺動面を潤滑オイルが流れ易くなるパターンとするのが好適である。

本発明の摺動面部材は、摩擦係数が小さいため、工作機械、印刷機械、産業用機械、特殊機械等のテーブル、コラムやヘッドなどが移動する摺動面などに好適である。

以下に実施例をあげて本発明をさらに具体的に説明するが、これらの実施例は例示的に示されるもので限定的に解釈されるべきでないことはいうまでもない。

（実施例１）
メッキ可能な金属基材（アルミ製）を準備し、下記する銅メッキ層の形成までを行った。

まず、金属基材を銅メッキ槽に装着し、中空ロールをメッキ液に全没させて電流密度３０Ａ／ｄｍ²、電圧６．０Ｖで８０μｍの銅メッキ層を形成した。メッキ表面はブツやピットの発生がなく、均一な銅メッキ層を得た。

この銅メッキ層の表面を２ヘッド型研磨機（株式会社シンク・ラボラトリー製研磨機）により研磨して当該銅メッキ層の表面を均一な研磨面とした。形成した銅メッキ層を基材としてその表面に感光膜（半導体レーザー用レジスト：ＴＳＥＲ−ＮＳ（株式会社シンク・ラボラトリー製））を塗布（ファウンテンコーター）、乾燥した。得られた感光膜の膜厚は膜厚計（ＦＩＬＬＭＥＴＲＩＣＳ社製Ｆ２０、松下テクノトレーデイング社販売）で計ったところ、１５μｍであった。ついで、画像をレーザー露光し現像した。上記レーザー露光は、Ｌａｓｅｒ Ｓｔｒｅａｍ ＦＸを用い露光条件３００ｍＪ／ｃｍ²で所定のパターン露光を行った。また、上記現像は、ＴＬＤ現像液（株式会社シンク・ラボラトリー製現像液）を用い、現像液希釈比率（原液１：水７）で、２４℃９０秒間行い、所定のレジストパターンを形成した。

アルゴン／水素ガス雰囲気、原料ガスにヘキサメチルジシロキサン、成膜温度８０−１２０℃、成膜時間６０分で膜厚０．１μｍの中間層を成膜した。次に、原料ガスにトルエン、成膜温度８０−１２０℃、成膜時間１８０分で膜厚２μｍのＤＬＣ層を成膜した。
ついで、５％水酸化ナトリウム水溶液にてレジストを剥離させ、複数の斜線状のＤＬＣパターンを形成した。表面を光学顕微鏡で観察したところ、図２に示すようなパターンの摺動面部材が得られた。また、図２に示す線幅Ｄ１は２０μｍであった。このようにして、摺動面部材を得た。

（実施例２）
アルミ製金属基材の表面にニッケルメッキ層を形成し、形成したニッケルメッキ層を基材として、複数の六角形のＤＬＣパターンを形成した以外は実施例１と同様にして、摺動面部材を得た。ＤＬＣ被覆膜の厚さは２μｍであった。表面を光学顕微鏡で観察したところ、図３に示すようなＤＬＣパターンの摺動面部材が得られた。また、図３に示す線幅Ｄ２は３０μｍであった。

１０，１０Ａ，１０Ｂ：摺動面部材、１２，１３，１８，２２：金属基材、１４，１５，２０：ＤＬＣパターン、１６：テーブル部、２４：フォトレジスト、２６：レジストパターン、２８：ＤＬＣ被覆膜、３０：ＤＬＣパターン、Ｄ１，Ｄ２：線幅。

Claims (10)

1. メッキ可能な金属基材の表面にフォトレジストを塗布し、露光・現像せしめてレジストパターンを形成し、前記金属基材及びレジストパターンの表面にＤＬＣ被覆膜を形成し、該レジストパターン上に形成されたＤＬＣ被覆膜を該レジストパターンごと剥離せしめ、前記金属基材の表面にＤＬＣパターンを形成して製造されてなることを特徴とする摺動面部材。
2. 前記フォトレジストが塗布される金属基材が、ニッケル、タングステン、クロム、チタン、金、銀、白金、ステンレス鋼、鉄、銅、アルミニウムからなる群から選ばれた少なくとも一種の材料から構成されることを特徴とする請求項１記載の摺動面部材。
3. 前記被覆したＤＬＣ被覆膜の厚さが、０．１μｍ〜１０μｍであることを特徴とする請求項１又は２項記載の摺動面部材。
4. 前記基材が、ゴム又はクッション性を有する樹脂からなるクッション層を備えることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の摺動面部材。
5. 前記フォトレジストが、ネガ型フォトレジストであることを特徴とする１〜４いずれか１項記載の摺動面部材。
6. メッキ可能な金属基材を準備する工程と、該金属基材の表面にフォトレジストを塗布し、露光・現像せしめてレジストパターンを形成する工程と、該金属基材及びレジストパターンの表面にＤＬＣ被覆膜を形成する工程と、該レジストパターン上に形成されたＤＬＣ被覆膜を該レジストパターンごと剥離せしめて前記基材の表面にＤＬＣパターンを形成する工程と、
   を含むことを特徴とする摺動面部材の製造方法。
7. 前記フォトレジストが塗布される金属基材が、ニッケル、タングステン、クロム、チタン、金、銀、白金、ステンレス鋼、鉄、銅、アルミニウムからなる群から選ばれた少なくとも一種の材料から構成されることを特徴とする請求項６記載の摺動面部材の製造方法。
8. 前記フォトレジストが塗布される金属基材が、ゴム又はクッション性を有する樹脂からなるクッション層を備えることを特徴とする請求項６又は７記載の摺動面部材の製造方法。
9. 前記フォトレジストが、ネガ型フォトレジストであることを特徴とする６〜８いずれか１項記載の摺動面部材の製造方法。
10. 前記ＤＬＣ被覆膜の厚さが、０．１μｍ〜１０μｍであることを特徴とする請求項６〜９いずれか１項記載の摺動面部材の製造方法。

Images