JP2017002948A - 摺動部材およびポンプ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】軸・軸受構造(1A)に用いられ、軸受部材(11)に対して相対的に摺動する軸部材(10)は、基体(10a)と、軸受部材(11)に摺接する、ダイヤモンドライクカーボンを含む被覆層(10c)と、基体(10a)と被覆層(10c)との間に設けられ、ダイヤモンド粒子(10d)および母材(10e)を含む中間層(10b)とを備える。
【選択図】図1
Description
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照し詳細に説明する。
図1は、本実施形態に係る軸・軸受構造1Aの、軸方向に垂直な断面を示す断面概略図である。
次に、基体10a上への中間層10bの形成方法について説明する。
本発明の他の実施形態について、図2および図3に基づいて説明する。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
本発明の他の実施形態について、図4の(a)および(b)に基づいて説明する。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
本発明の他の実施形態について、図5および図6に基づいて説明する。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
上述した実施形態においては、中間層10bをメッキにより形成する場合について述べたが、スパークプラズマ焼結(SPS:Spark Plasma Sintering)(以下、SPSと称する)を用いて中間層10b形成してもよい。具体的には、まず、基体10a上に、ダイヤモンド粒子10dを載置し、その上に、母材10eとなる硬質金属粉末(例えば、コバルト合金粉末)を載せる。そして、SPS装置を用いて、加圧成形することで、硬質金属粉末が圧密化し、中間層10bを形成する。
縦12mm、横16.65mm、厚さ6mmのステンレス製の基体表面に、平均粒子径40μmのダイヤモンド粒子を添加したニッケルメッキ液を用いて、膜厚70μmの中間層を形成した。このとき、中間層におけるダイヤモンド粒子の体積率は70%であった。そして、中間層の上にDLCの被覆層をPVD法を用いて14μmの膜厚で形成し、試験片を作製した。
ダイヤモンド粒子として平均粒子径が45μmの物を用い、中間層の膜厚を75μmとし、被覆層の膜厚を20μmとしたこと以外は、実施例1と同様の方法で試験片を作製した。このとき、中間層におけるダイヤモンド粒子の体積率は、67%であった。そして、実施例1と同様の条件にて摩擦試験を行った。その結果、試験片の摩耗量は、2.4×10−4gであった。
ダイヤモンド粒子として平均粒子径が100μmの物を用い、中間層の膜厚を110μmとし、被覆層の膜厚を8μmとしたこと以外は、実施例1と同様の方法で試験片を作製した。このとき、中間層におけるダイヤモンド粒子の体積率は、33%であった。そして、実施例1と同様の条件にて摩擦試験を行った。その結果、試験片の摩耗量は、4.5×10−4gであった。
ダイヤモンド粒子として平均粒子径が30μmの物を用い、中間層の膜厚を55μmとし、被覆層の膜厚を6μmとしたこと以外は、実施例1と同様の方法で試験片を作製した。このとき、中間層におけるダイヤモンド粒子の体積率は、58%であった。そして、実施例1と同様の条件にて摩擦試験を行った。その結果、試験片の摩耗量は、2.0×10−4gであった。
ダイヤモンド粒子として平均粒子径が55μmの物を用い、中間層の膜厚を70μmとし、被覆層の膜厚を10μmとしたこと以外は、実施例1と同様の方法で試験片を作製した。このとき、中間層におけるダイヤモンド粒子の体積率は、55%であった。そして、実施例1と同様の条件にて摩擦試験を行った。その結果、試験片の摩耗量は、1.9×10−4gであった。
ダイヤモンド粒子として平均粒子径が35μmの物を用い、中間層の膜厚を50μmとし、被覆層の膜厚を10μmとしたこと以外は、実施例1と同様の方法で試験片を作製した。このとき、中間層におけるダイヤモンド粒子の体積率は、53%であった。そして、実施例1と同様の条件にて摩擦試験を行った。その結果、試験片の摩耗量は、3.2×10−4gであった。
ダイヤモンド粒子として平均粒子径が40μmの物を用い、中間層の膜厚を45μmとし、被覆層の膜厚を15μmとしたこと以外は、実施例1と同様の方法で試験片を作製した。このとき、中間層におけるダイヤモンド粒子の体積率は、35%であった。そして、実施例1と同様の条件にて摩擦試験を行った。その結果、試験片の摩耗量は、4.5×10−4gであった。
ダイヤモンド粒子として平均粒子径が20μmの物を用い、中間層の膜厚を30μmとし、被覆層の膜厚を15μmとしたこと以外は、実施例1と同様の方法で試験片を作製した。このとき、中間層におけるダイヤモンド粒子の体積率は、33%であった。そして、実施例1と同様の条件にて摩擦試験を行った。その結果、試験片の摩耗量は、8.8×10−4gであった。
メッキ液としてコバルトメッキ液を使用し、ダイヤモンド粒子として平均粒子径が50μmの物を用い、中間層の膜厚を75μmとし、被覆層の膜厚を1μmとしたこと以外は、実施例1と同様の方法で試験片を作製した。このとき、中間層におけるダイヤモンド粒子の体積率は、45%であった。そして、実施例1と同様の条件にて摩擦試験を行った。その結果、試験片の摩耗量は、4.3×10−4gであった。
ダイヤモンド粒子として平均粒子径が25μmの物を用い、中間層の膜厚を60μmとし、被覆層の膜厚を3μmとしたこと以外は、実施例1と同様の方法で試験片を作製した。このとき、中間層におけるダイヤモンド粒子の体積率は、41%であった。そして、実施例1と同様の条件にて摩擦試験を行った。その結果、試験片の摩耗量は、4.2×10−4gであった。
メッキ液としてコバルトメッキ液を使用し、ダイヤモンド粒子として平均粒子径が35μmの物を用い、中間層の膜厚を40μmとし、被覆層の膜厚を28μmとしたこと以外は、実施例1と同様の方法で試験片を作製した。このとき、中間層におけるダイヤモンド粒子の体積率は、31%であった。そして、実施例1と同様の条件にて摩擦試験を行った。その結果、試験片の摩耗量は、5.2×10−4gであった。
ダイヤモンド粒子として平均粒子径が15μmの物を用い、中間層の膜厚を50μmとし、被覆層の膜厚を35μmとしたこと以外は、実施例1と同様の方法で試験片を作製した。このとき、中間層におけるダイヤモンド粒子の体積率は、19%であった。そして、実施例1と同様の条件にて摩擦試験を行った。その結果、試験片の摩耗量は、3.5×10−3gであった。
ダイヤモンド粒子として平均粒子径が100μmの物を用い、中間層の膜厚を90μmとし、被覆層の膜厚を23μmとしたこと以外は、実施例1と同様の方法で試験片を作製した。このとき、中間層におけるダイヤモンド粒子の体積率は、23%であった。そして、実施例1と同様の条件にて摩擦試験を行った。その結果、試験片の摩耗量は、3.2×10−3gであった。
ダイヤモンド粒子として平均粒子径が30μmの物を用い、中間層の膜厚を70μmとし、被覆層の膜厚を4μmとしたこと以外は、実施例1と同様の方法で試験片を作製した。このとき、中間層におけるダイヤモンド粒子の体積率は、75%であった。そして、実施例1と同様の条件にて摩擦試験を行った。その結果、試験片の摩耗量は、3.9×10−3gであった。
ダイヤモンド粒子の代わりに、平均粒子径が50μm炭化ケイ素粒子を用い、中間層の膜厚を135μmとし、被覆層の膜厚を10μmとしたこと以外は、実施例1と同様の方法で試験片を作製した。このとき、中間層における炭化珪素粒子の体積率は、20%であった。そして、実施例1と同様の条件にて摩擦試験を行った。その結果、試験片の摩耗量は、4.2×10−3gであった。
メッキ液中にダイヤモンド粒子を添加せず、3μmの膜厚で中間層を形成し、被覆層の膜厚を2μmとしたこと以外は、実施例1と同様の方法で試験片を作製した。そして、実施例1と同様の条件にて摩擦試験を行った。その結果、試験片の摩耗量は、7.9×10−3gであった。
ダイヤモンド粒子の代わりに、平均粒子径が65μm窒化ケイ素粒子を用い、中間層の膜厚を70μmとし、被覆層の膜厚を23μmとしたこと以外は、実施例1と同様の方法で試験片を作製した。このとき、中間層における窒化珪素粒子の体積率は、28%であった。そして、実施例1と同様の条件にて摩擦試験を行った。その結果、試験片の摩耗量は、3.7×10−3gであった。
次に、軸・軸受モデルを作製し、摩擦試験を行った。軸受として、内径85.5mm、外径103mm、長さ60mmの軸受を用い、軸部材との摺動部分には、長さ30mmの窒化ケイ素からなる軸受部材を用いた。
端部に対応する位置には、平均粒子径30μmのダイヤモンド粒子を添加したニッケルメッキ液を用いて、55μmの厚さで中間層を形成し、それ以外の位置には、平均粒子径30μmのダイヤモンド粒子を添加したニッケルメッキ液を用いて、膜厚55μmの厚さで中間層を形成し、被覆層の厚さを6μmとしたこと以外は、実施例14と同様の方法で軸部材を作製した。このとき、端部に対応する位置の中間層におけるダイヤモンド粒子の体積率は、58%であり、それ以外の位置の中間層におけるダイヤモンド粒子の体積率は、5%であった。
端部に対応する位置には、平均粒子径50μmのダイヤモンド粒子を添加したニッケルメッキ液を用いて、80μmの厚さで中間層を形成し、それ以外の位置には、ダイヤモンド粒子を添加していないニッケルメッキ液を用いて、膜厚80μmの厚さで中間層を形成し、被覆層の厚さを22μmとしたこと以外は、実施例15と同様の方法で軸部材を作製した。このとき、端部に対応する位置の中間層におけるダイヤモンド粒子の体積率は、67%であり、それ以外の位置の中間層におけるダイヤモンド粒子の体積率は、ダイヤモンド粒子を含まないため0%であった。
端部に対応する位置には、平均粒子径100μmのダイヤモンド粒子を添加したニッケルメッキ液を用いて、120μmの厚さで中間層を形成し、それ以外の位置には、平均粒子径80μmのダイヤモンド粒子を添加したニッケルメッキ液を用いて、膜厚120μmの厚さで中間層を形成し、被覆層の厚さを8μmとしたこと以外は、実施例15と同様の方法で軸部材を作製した。このとき、端部に対応する位置の中間層におけるダイヤモンド粒子の体積率は、64%であり、それ以外の位置の中間層におけるダイヤモンド粒子の体積率は、10%であった。
端部に対応する位置には、平均粒子径30μmのダイヤモンド粒子を添加したニッケルメッキ液を用いて、70μmの厚さで中間層を形成し、それ以外の位置には、ダイヤモンド粒子を添加していないニッケルメッキ液を用いて、膜厚70μmの厚さで中間層を形成し、被覆層の厚さを4μmとしたこと以外は、実施例15と同様の方法で軸部材を作製した。このとき、端部に対応する位置の中間層におけるダイヤモンド粒子の体積率は、75%であり、それ以外の位置の中間層におけるダイヤモンド粒子の体積率は、ダイヤモンド粒子を含まないため0%であった。
端部に対応する位置には、中間層を形成せず、それ以外の位置には、ダイヤモンド粒子を添加しないニッケルメッキを用いて厚さ90μm中間層を形成し、被覆層の膜厚を14μmとしたこと以外は、実施例15と同様の方法で軸部材を作製した。そして、実施例15と同様の条件で試験を行い、試験後の被覆層表面の観察を行った。
端部に対応する位置にも、それ以外の位置にも中間層を設けず、被覆層の膜厚を10μmとしたこと以外は、比較例4と同様の方法で軸部材を作製した。そして、実施例15と同様の条件で試験を行い、試験後の被覆層表面の観察を行った。
被覆層の膜厚を5μmとしたこと以外は、比較例5と同様の方法で軸部材を作製した。そして、実施例15と同様の条件で試験を行い、試験後の被覆層表面の観察を行った。
10 軸部材
10a 基材
10b 中間層
10c 被覆層
10d ダイヤモンド粒子
10e 母材
11 軸受部材
11a 端部
15 界面
Claims (10)
- 軸および軸受を有する軸・軸受構造に用いられ、被摺動部材に対して相対的に摺動する摺動部材であって、
基体と、
前記被摺動部材に摺接する、ダイヤモンドライクカーボンを含む被覆層と、
前記基体と前記被覆層との間に設けられ、ダイヤモンド粒子および母材を含む中間層とを備えることを特徴とする摺動部材。 - 前記中間層の膜厚が、30μm〜120μmであることを特徴とすることを特徴とする請求項1に記載の摺動部材。
- 前記ダイヤモンド粒子の一部は、前記被覆層と接触している接触粒子であることを特徴とする請求項1または2に記載の摺動部材。
- 前記中間層は、前記中間層と前記被覆層との界面において凸部を有し、
前記凸部は、前記接触粒子で構成されることを特徴とする請求項3に記載の摺動部材。 - 前記中間層と前記被覆層との界面は、前記軸・軸受構造の軸を中心とする同一円周上に位置し、
前記接触粒子は、前記界面において前記被覆層と接触していることを特徴とする請求項3に記載の摺動部材。 - 前記中間層における前記ダイヤモンド粒子の体積率が30%〜70%であることを特徴とする請求項1から5の何れか1項に記載の摺動部材。
- 前記母材は、ニッケル合金、コバルト合金、銅合金、あるいは鉄合金であることを特徴とする請求項1から6の何れか1項に記載の摺動部材。
- 前記中間層は、少なくとも、前記被摺動部材における前記軸・軸受構造の軸方向に平行な前記摺動部材との対向面の端部に対応する位置に設けられていることを特徴とする請求項1から7の何れか1項に記載の摺動部材。
- 前記被摺動部材における前記軸・軸受構造の軸方向に平行な前記摺動部材との対向面の端部に対応する位置の、前記中間層における前記ダイヤモンド粒子の体積率は、それ以外の位置における前記体積率よりも高くなっていることを特徴とする請求項1から7の何れか1項に記載の摺動部材。
- 請求項1から9の何れか1項に記載の摺動部材を用いたポンプ。
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