JP2017155896A - Slide component - Google Patents
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Abstract
Description
本明細書の技術は、相対的に摺動接触する２つの摺動部材を有する摺動部品に関する。 The technology of the present specification relates to a sliding component having two sliding members that are in sliding contact with each other.
相対的に摺動接触する２つの摺動部材を有する摺動部品は、種々の工業製品、工場設備等に用いられている。摺動部品として、例えば、軸受やシャフト等が挙げられる。摺動部品は、スライド摺動、面摺動、回転摺動等、種々の摺動を受ける。そして、駆動系には、多くの摺動部が存在する。 Sliding parts having two sliding members that are relatively in sliding contact with each other are used in various industrial products, factory equipment, and the like. Examples of the sliding component include a bearing and a shaft. The sliding component receives various types of sliding such as sliding sliding, surface sliding, and rotational sliding. And many sliding parts exist in a drive system.
例えば、特許文献１には、摺動面の組織粒界が一方向に傾いており、摺動面の組織粒界が一方向に傾いている層の表面の硬さが、その下の内部の層に比べて大きいことを特徴とする摺動部品が開示されている。また、耐摩耗性に優れた硬化層を有する摺動部材が開示されている。 For example, in Patent Document 1, the texture grain boundary of the sliding surface is tilted in one direction, and the hardness of the surface of the layer in which the texture grain boundary of the sliding surface is tilted in one direction is A sliding component is disclosed which is characterized by being larger than the layer. Further, a sliding member having a hardened layer having excellent wear resistance is disclosed.
例えば、車両のエンジンの部品は、エンジンの燃焼時に高温に達する。摺動部品における摺動部材間の摩擦係数は、一般的に低温時と高温時とで異なっている。また、製鉄所等の工場内では、工場設備内で設置されている軸受が高温に達している可能性がある。そこで、高温に達する摺動部品では、高温時における摺動部材間の摩擦係数が小さいことが好ましい。 For example, vehicle engine components reach high temperatures during engine combustion. The coefficient of friction between the sliding members in the sliding component is generally different between a low temperature and a high temperature. Further, in factories such as steelworks, there is a possibility that the bearings installed in the factory facilities have reached a high temperature. Therefore, in a sliding component that reaches a high temperature, it is preferable that the friction coefficient between the sliding members at a high temperature is small.
ところで、摺動部材の表面に水分が付着すると、その表面状態は劇的に変化する。１気圧下では、１００℃以上の摺動部材の表面には水分が付着していない。１００℃未満の摺動部材の表面には水分が付着している可能性がある。したがって、１気圧下では、１００℃を境にして摺動部材間の摩擦係数の特徴が、摺動部材の材質に応じて大きく変化する。そのため、１００℃以上の高温時であっても、摺動部材間の摩擦係数が小さい摺動部品が望まれている。 By the way, when moisture adheres to the surface of the sliding member, the surface state changes dramatically. Under 1 atmosphere, moisture does not adhere to the surface of the sliding member at 100 ° C. or higher. There is a possibility that moisture adheres to the surface of the sliding member below 100 ° C. Therefore, at 1 atm, the characteristic of the coefficient of friction between the sliding members changes greatly depending on the material of the sliding member at 100 ° C. as a boundary. Therefore, a sliding component having a small coefficient of friction between sliding members is desired even at a high temperature of 100 ° C. or higher.
本明細書の技術は、前述した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは、摺動部材の温度が１００℃以上であっても摺動部材間の摩擦係数の低い摺動部品を提供することである。 The technique of this specification has been made to solve the problems of the conventional techniques described above. That is, the problem is to provide a sliding component having a low coefficient of friction between the sliding members even when the temperature of the sliding members is 100 ° C. or higher.
第１の態様における摺動部品は、第１の摺動部材と、第１の摺動部材と相対的に摺動接触する第２の摺動部材と、を有する。第１の摺動部材は、少なくとも第２の摺動部材と接触する面に非導電性ダイヤモンドライクカーボンを有する。第２の摺動部材は、少なくとも第１の摺動部材と接触する面にＮｉ、Ｃｏ、Ｎｉ合金、Ｃｏ合金のいずれかを有する。例えば、第２の摺動部材は、基材の表面にＮｉ、Ｃｏ、Ｎｉ合金、Ｃｏ合金のいずれかをめっきやスパッタリング等により成膜されていてもよい。 The sliding component in the first aspect includes a first sliding member and a second sliding member that is in sliding contact with the first sliding member. The first sliding member has non-conductive diamond-like carbon on at least a surface in contact with the second sliding member. The second sliding member has at least one of Ni, Co, a Ni alloy, and a Co alloy on a surface in contact with the first sliding member. For example, the second sliding member may be formed by plating, sputtering, or the like on the surface of the base material with any one of Ni, Co, Ni alloy, and Co alloy.
一般に、水の沸点は圧力によって変化する。例えば、１気圧の条件下では水の沸点は１００℃である。水の沸点以上においては、第１の摺動部材と第２の摺動部材との間に水分が付着していない。水の沸点未満においては、第１の摺動部材と第２の摺動部材との間に水分が付着しうる。したがって、水の沸点以上の温度条件下と水の沸点未満の温度条件下とで、部材の表面状態は劇的に変化する。その結果、水の沸点以上の温度条件下と水の沸点未満の温度条件下とで、第１の摺動部材と第２の摺動部材との間の摩擦係数は、これらの部材の特性に応じて変化する。そして、この摺動部品においては、水の沸点以上の温度における第１の摺動部材と第２の摺動部材との間の摩擦係数が十分に小さい。 In general, the boiling point of water varies with pressure. For example, the boiling point of water is 100 ° C. under the condition of 1 atm. Above the boiling point of water, moisture does not adhere between the first sliding member and the second sliding member. Below the boiling point of water, moisture can adhere between the first sliding member and the second sliding member. Therefore, the surface state of the member changes dramatically under temperature conditions above the boiling point of water and temperature conditions below the boiling point of water. As a result, the friction coefficient between the first sliding member and the second sliding member under the temperature condition higher than the boiling point of water and the temperature condition lower than the boiling point of water depends on the characteristics of these members. Will change accordingly. In this sliding component, the coefficient of friction between the first sliding member and the second sliding member at a temperature equal to or higher than the boiling point of water is sufficiently small.
第２の態様における摺動部品においては、水の沸点以上の温度における第１の摺動部材と第２の摺動部材との間の摩擦係数が、水の沸点未満の温度における第１の摺動部材と第２の摺動部材との間の摩擦係数よりも小さい。 In the sliding component according to the second aspect, the friction coefficient between the first sliding member and the second sliding member at a temperature equal to or higher than the boiling point of water is the first sliding at a temperature lower than the boiling point of water. It is smaller than the coefficient of friction between the moving member and the second sliding member.
第３の態様における摺動部品においては、第２の摺動部材は、第１の摺動部材と対面する領域の少なくとも一部に移着物を有する。 In the sliding component according to the third aspect, the second sliding member has a transfer product in at least a part of the region facing the first sliding member.
第４の態様における摺動部品においては、移着物における１０００ｃｍ-1以上１８００ｃｍ-1以下を範囲とするラマンスペクトルは、１５００ｃｍ-1以上１６５０ｃｍ-1以下の間に最大値となるピークを有する。 In the sliding parts in the fourth embodiment, the Raman spectrum in the range of 1000 cm -1 or 1800 cm -1 or less in the transferred materials has a peak having a maximum value between 1500 cm -1 or 1650 cm -1 or less.
第５の態様における摺動部品においては、第１の摺動部材の非導電性ダイヤモンドライクカーボンは、導電性を付与するための不純物を添加されていない。 In the sliding component according to the fifth aspect, the non-conductive diamond-like carbon of the first sliding member is not added with impurities for imparting conductivity.
第６の態様における摺動部品においては、第１の摺動部材は、テトラヘドラル非晶質炭素（ｔａ−Ｃ）である。 In the sliding component in the sixth aspect, the first sliding member is tetrahedral amorphous carbon (ta-C).
第７の態様における摺動部品においては、第１の摺動部材は、第２の摺動部材から遠い側から第１層と第２層とを有する。第１層は、非導電性ダイヤモンドライクカーボンである。第２層は、第１層に比べてグラファイトに近い構造を有する構造変化層である。 In the sliding component according to the seventh aspect, the first sliding member has a first layer and a second layer from the side far from the second sliding member. The first layer is non-conductive diamond-like carbon. The second layer is a structure change layer having a structure closer to that of graphite than the first layer.
本明細書では、摺動部材の温度が１００℃以上であっても摺動部材間の摩擦係数の低い摺動部品が提供されている。 In the present specification, a sliding component having a low coefficient of friction between the sliding members even when the temperature of the sliding members is 100 ° C. or higher is provided.
以下、具体的な実施形態について、摺動部品を例に挙げて図を参照しつつ説明する。本明細書では、第１の摺動部材と第２の摺動部材とを有し、第１の摺動部材と第２の摺動部材とが摺動接触するものを摺動部品ということとする。 Hereinafter, specific embodiments will be described with reference to the drawings by taking sliding parts as examples. In this specification, what has a 1st sliding member and a 2nd sliding member and a 1st sliding member and a 2nd sliding member slide-contact is called a sliding component. To do.
（第１の実施形態）
１．摺動部品
図１は、本実施形態の摺動部品１００の概略構成を示す図である。図１に示すように、摺動部品１００は、第１の摺動部材１０と、第２の摺動部材２０と、を有する。第２の摺動部材２０は、第１の摺動部材１０に対して相対的に摺動接触する部材である。第１の摺動部材１０の第１面１０ａと、第２の摺動部材２０の第２面２０ａとが、互いに摺動接触している。
(First embodiment)
1. Sliding Component FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a sliding component 100 of the present embodiment. As shown in FIG. 1, the sliding component 100 includes a first sliding member 10 and a second sliding member 20. The second sliding member 20 is a member that is in sliding contact with the first sliding member 10 relatively. The first surface 10a of the first sliding member 10 and the second surface 20a of the second sliding member 20 are in sliding contact with each other.
第１の摺動部材１０の材質は、非導電性ダイヤモンドライクカーボンを有する。第１の摺動部材１０は、導電性を付与するための不純物を添加されていないものである。つまり、第１の摺動部材１０は、不純物を含有しない非導電性ダイヤモンドライクカーボンの単一組成膜である。非導電性ダイヤモンドライクカーボンの電気抵抗率は、１０Ω・ｃｍ以上である。ここで、グラファイトは導電性である。一方、ダイヤモンドは絶縁性である。このため、非導電性ダイヤモンドライクカーボンは、グラファイトよりダイヤモンドに近い構造を有している。非導電性ダイヤモンドライクカーボンは、水素原子を含んでいてもよい。そして、第１の摺動部材１０は、非導電性ダイヤモンドライクカーボンのうち、テトラヘドラル非晶質炭素（ｔａ−Ｃ）であるとよい。テトラヘドラル非晶質炭素（ｔａ−Ｃ）は、一般に水素原子を含んでいない。このように、第１の摺動部材１０は、少なくとも第２の摺動部材２０と接触する第１面１０ａに非導電性ダイヤモンドライクカーボンを有する。 The material of the first sliding member 10 has non-conductive diamond-like carbon. The first sliding member 10 is not added with impurities for imparting conductivity. That is, the first sliding member 10 is a single composition film of non-conductive diamond-like carbon that does not contain impurities. The electrical resistivity of the nonconductive diamond-like carbon is 10 Ω · cm or more. Here, graphite is electrically conductive. On the other hand, diamond is insulative. For this reason, non-conductive diamond-like carbon has a structure closer to diamond than graphite. The nonconductive diamond-like carbon may contain a hydrogen atom. The first sliding member 10 is preferably tetrahedral amorphous carbon (ta-C) in non-conductive diamond-like carbon. Tetrahedral amorphous carbon (ta-C) generally does not contain hydrogen atoms. Thus, the 1st sliding member 10 has a nonelectroconductive diamond-like carbon in the 1st surface 10a which contacts the 2nd sliding member 20 at least.
第２の摺動部材２０の材質は、ＮｉまたはＣｏである。第２の摺動部材２０は、少なくとも第１の摺動部材１０と接触する第２面２０ａにＮｉまたはＣｏを有する。 The material of the second sliding member 20 is Ni or Co. The second sliding member 20 has Ni or Co on at least the second surface 20 a that contacts the first sliding member 10.
２．摺動部品の摩擦係数
後述するように、非導電性ダイヤモンドライクカーボンとＮｉとを組み合わせた摺動部品では、１００℃以上の状態で、低い摩擦係数を備えている。同様に、非導電性ダイヤモンドライクカーボンとＣｏとを組み合わせた摺動部品では、１００℃以上の状態で、低い摩擦係数を備えている。上記の組み合わせにより、１００℃以上の温度下であっても、低い摩擦係数のままの摺動部品が実現されている。
2. Friction coefficient of sliding part As will be described later, a sliding part in which non-conductive diamond-like carbon and Ni are combined has a low friction coefficient at a temperature of 100 ° C. or higher. Similarly, a sliding component combining non-conductive diamond-like carbon and Co has a low friction coefficient at a temperature of 100 ° C. or higher. By the above combination, a sliding component with a low coefficient of friction is realized even at a temperature of 100 ° C. or higher.
一般に、水の沸点は圧力によって変化する。例えば、１気圧の条件下では水の沸点は１００℃である。水の沸点以上においては、第１の摺動部材１０と第２の摺動部材２０との間に水分が付着していない。水の沸点未満においては、第１の摺動部材１０と第２の摺動部材２０との間に水分が付着しうる。したがって、水の沸点以上の温度条件下と水の沸点未満の温度条件下とで、部材の表面状態は劇的に変化する。その結果、水の沸点以上の温度条件下と水の沸点未満の温度条件下とで、第１の摺動部材１０と第２の摺動部材２０との間の摩擦係数は、これらの部材の特性に応じて変化する。そして、この摺動部品１００においては、水の沸点以上の温度における第１の摺動部材１０と第２の摺動部材２０との間の摩擦係数が十分に小さい。 In general, the boiling point of water varies with pressure. For example, the boiling point of water is 100 ° C. under the condition of 1 atm. Above the boiling point of water, moisture does not adhere between the first sliding member 10 and the second sliding member 20. Below the boiling point of water, moisture can adhere between the first sliding member 10 and the second sliding member 20. Therefore, the surface state of the member changes dramatically under temperature conditions above the boiling point of water and temperature conditions below the boiling point of water. As a result, the coefficient of friction between the first sliding member 10 and the second sliding member 20 under the temperature condition above the boiling point of water and the temperature condition below the boiling point of water is such that Varies depending on the characteristics. And in this sliding component 100, the friction coefficient between the 1st sliding member 10 and the 2nd sliding member 20 in the temperature more than the boiling point of water is small enough.
そして、この摺動部材１００においては、水の沸点以上の温度における第１の摺動部材１０と第２の摺動部材２０との間の摩擦係数が、水の沸点未満の温度における第１の摺動部材１０と第２の摺動部材２０との間の摩擦係数よりも小さい。 And in this sliding member 100, the friction coefficient between the 1st sliding member 10 and the 2nd sliding member 20 in the temperature more than the boiling point of water is 1st in the temperature below the boiling point of water. The coefficient of friction between the sliding member 10 and the second sliding member 20 is smaller.
３．移着物
第２の摺動部材２０は、第１の摺動部材１０と対面する第２面２０ａの表面に移着物を有する。つまり、第２の摺動部材２０は、第１の摺動部材１０と対面する領域の少なくとも一部に移着物を有する。この移着物は、主に第１の摺動部材１０から移着したものである。そのため、移着物の成分は、主に第１の摺動部材１０の成分に由来する。ただし、移着物は、第２の摺動部材２０の成分を含むことがある。
3. Transfer Object The second sliding member 20 has a transfer object on the surface of the second surface 20a facing the first sliding member 10. That is, the second sliding member 20 has a transfer object in at least a part of the region facing the first sliding member 10. This transfer object is mainly transferred from the first sliding member 10. Therefore, the components of the transferred material are mainly derived from the components of the first sliding member 10. However, the transfer object may include a component of the second sliding member 20.
移着物は、第１の摺動部材１０と第２の摺動部材２０とがある程度摺動した後に形成される。そして、第１の摺動部材１０および第２の摺動部材２０の材質によるが、移着物は、第１の摺動部材１０と第２の摺動部材２０との間の摩擦係数を小さくする効果を有している。 The transfer object is formed after the first sliding member 10 and the second sliding member 20 slide to some extent. Depending on the materials of the first sliding member 10 and the second sliding member 20, the transfer material reduces the friction coefficient between the first sliding member 10 and the second sliding member 20. Has an effect.
４．移着物のラマンスペクトル
この移着物についてはラマンスペクトルを測定することができる。後述するように、本実施形態の移着物における１０００ｃｍ-1以上１８００ｃｍ-1以下を範囲とするラマンスペクトルは、１５００ｃｍ-1以上１６５０ｃｍ-1以下の間に最大値となるピークを有する。後述するように、本実施形態の移着物のラマンスペクトルの性質は、第１の摺動部材１０のラマンスペクトルの性質をある程度引き継いでいると考えられる。
4). Raman spectrum of transferred product The Raman spectrum of this transferred product can be measured. As described below, the Raman spectrum in the range of 1000 cm -1 or 1800 cm -1 or less in the transferred materials in this embodiment has a peak having a maximum value between 1500 cm -1 or 1650 cm -1 or less. As will be described later, it is considered that the property of the Raman spectrum of the transfer product of the present embodiment inherits the property of the Raman spectrum of the first sliding member 10 to some extent.
５．変形例
５−１．Ｎｉ合金およびＣｏ合金
本実施形態の第２の摺動部材２０の材質はＮｉまたはＣｏである。しかし、これらの代わりに、Ｎｉ合金またはＣｏ合金を用いてもよい。ここで、Ｎｉ合金は、５０％以上のＮｉを含む。Ｃｏ合金は、５０％以上のＣｏを含む。つまり、第２の摺動部材２０の材質は、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｎｉ合金、Ｃｏ合金のいずれかである。つまり、第２の摺動部材２０は、少なくとも第１の摺動部材１０と接触する第２面２０ａにＮｉ、Ｃｏ、Ｎｉ合金、Ｃｏ合金のいずれかを有する。また、Ｎｉ、Ｃｏの双方を含む合金を用いてもよい。
5. Modified example 5-1. Ni alloy and Co alloy The material of the second sliding member 20 of the present embodiment is Ni or Co. However, Ni alloy or Co alloy may be used instead. Here, the Ni alloy contains 50% or more of Ni. The Co alloy contains 50% or more of Co. That is, the material of the second sliding member 20 is any one of Ni, Co, Ni alloy, and Co alloy. That is, the second sliding member 20 has at least one of Ni, Co, Ni alloy, and Co alloy on the second surface 20a that is in contact with the first sliding member 10. An alloy containing both Ni and Co may also be used.
５−２．構造変化層
第１の摺動部材１０は、第２の摺動部材２０から遠い側から第１層と第２層とを有していてもよい。第１層は、第２の摺動部材２０と接触しない層である。第２層は、第２の摺動部材２０と接触する層である。つまり、第２層は、第１面１０ａを有する。第１層の材質は非導電性ダイヤモンドライクカーボンである。第２層の材質は第１層の材質に比べてグラファイトに近い構造を有する。
5-2. Structure Change Layer The first sliding member 10 may have a first layer and a second layer from the side far from the second sliding member 20. The first layer is a layer that does not come into contact with the second sliding member 20. The second layer is a layer in contact with the second sliding member 20. That is, the second layer has the first surface 10a. The material of the first layer is non-conductive diamond-like carbon. The material of the second layer has a structure closer to that of graphite than the material of the first layer.
つまり、第２層は、摩擦により誘起された構造変化層（摩擦誘起構造変化層）である。構造変化層は、第１の摺動部材１０と第２の摺動部材２０とがある程度摺動した後に形成される。つまり、摩擦により、第１の摺動部材１０の表面が、グラファイトに近い構造に変化すると考えられる。 That is, the second layer is a structure change layer (friction induced structure change layer) induced by friction. The structure change layer is formed after the first sliding member 10 and the second sliding member 20 slide to some extent. That is, it is considered that the surface of the first sliding member 10 changes to a structure close to graphite due to friction.
５−３．組み合わせ
上記の変形例を、適宜組み合わせてもよい。例えば、摺動部品は、移着層および構造変化層の双方を有していてもよい。
5-3. Combination The above modifications may be combined as appropriate. For example, the sliding component may have both a transfer layer and a structure change layer.
６．本実施形態のまとめ
本実施形態の摺動部品１００は、第１の摺動部材１０と、第２の摺動部材２０と、を有する。第１の摺動部材１０の材質は、非導電性ダイヤモンドライクカーボンを有する。第２の摺動部材２０の材質は、ＮｉまたはＣｏを有する。上記の組み合わせの摺動部品は、１００℃以上の状態で、低い摩擦係数を備えている。
6). Summary of the present embodiment The sliding component 100 of the present embodiment includes a first sliding member 10 and a second sliding member 20. The material of the first sliding member 10 has non-conductive diamond-like carbon. The material of the second sliding member 20 has Ni or Co. The sliding component of the above combination has a low coefficient of friction at a temperature of 100 ° C. or higher.
Ａ．実験１（摩擦係数）
１．実験方法
図２および図３は、本実験で用いたローラーオンディスク摩擦試験機の概略構成を示す図である。実施形態の第１の摺動部材１０に対応する部品として、ローラーを用いた。ローラーは、基材の円筒面にｔａ−Ｃ膜を成膜したものである。基材はＳＵＪ２である。基材の直径は５ｍｍである。基材の円筒長さは５ｍｍである。ｔａ−Ｃ膜は、基材の円筒外面上に円筒形状に成膜されている。ｔａ−Ｃ膜の膜厚は７００ｎｍである。ここで、ｔａ−Ｃ膜は、テトラヘドラル非晶質炭素膜である。ｔａ−Ｃ膜は、日本アイ・ティ・エフ株式会社製である。ｔａ−Ｃ膜の成膜方法は、フィルター型カソーディック真空アーク法（Ｆｉｌｔｅｒｅｄ Ｃａｔｈｏｄｉｃ Ｖａｃｕｕｍ Ａｒｃ：ＦＣＶＡ）である。
A. Experiment 1 (Friction coefficient)
1. Experimental Method FIGS. 2 and 3 are diagrams showing a schematic configuration of the roller-on-disk friction tester used in this experiment. A roller was used as a component corresponding to the first sliding member 10 of the embodiment. The roller is obtained by forming a ta-C film on the cylindrical surface of the substrate. The substrate is SUJ2. The diameter of the substrate is 5 mm. The cylindrical length of the substrate is 5 mm. The ta-C film is formed in a cylindrical shape on the cylindrical outer surface of the substrate. The thickness of the ta-C film is 700 nm. Here, the ta-C film is a tetrahedral amorphous carbon film. The ta-C film is manufactured by Japan IT Corporation. The method for forming the ta-C film is a filtered cathodic vacuum arc (FCVA).
実施形態の第２の摺動部材２０に対応する部品として、ディスクを用いた。ディスクの形状は、正方形の板形状である。正方形の一辺の長さは２０ｍｍである。ディスクの板厚は１ｍｍである。ディスクの材料として、各種の金属材料を用いた。具体的には、Ｎｉ、Ｃｏ、ＳＵＪ２、Ｃｕ（Ｃ１１００）、Ａｌ（Ａ５０５２）である。 A disk was used as a part corresponding to the second sliding member 20 of the embodiment. The shape of the disc is a square plate shape. The length of one side of the square is 20 mm. The thickness of the disk is 1 mm. Various metal materials were used as the disk material. Specifically, Ni, Co, SUJ2, Cu (C1100), and Al (A5052).
この状態で、ローラーの回転を静止した状態で、ディスクを回転させた。ローラーとディスクとの間に加えた力は、０．１ｋｇｆであった。ディスクの回転中心とローラーの中心との間の距離は５ｍｍであった。ディスクの回転速度は１９０ｒｐｍであった。ローラーの中心における速度は、０．１ｍ／ｓであった。ローラーがスライドする距離は、１００ｍであった。そして、ローラーとディスクとの間の摩擦係数を測定した。その際に、ヒーターによりディスクを加熱した。そして、ディスクの温度が２３℃、７０℃、１２０℃の場合の摩擦係数を測定した。なお、当該実験は、１気圧下で行った。 In this state, the disk was rotated while the roller rotation was stationary. The force applied between the roller and the disk was 0.1 kgf. The distance between the center of rotation of the disk and the center of the roller was 5 mm. The rotational speed of the disk was 190 rpm. The speed at the center of the roller was 0.1 m / s. The distance that the roller slides was 100 m. And the coefficient of friction between a roller and a disk was measured. At that time, the disk was heated by a heater. And the friction coefficient in case the temperature of a disk is 23 degreeC, 70 degreeC, and 120 degreeC was measured. The experiment was performed under 1 atm.
２．実験結果
図４は、ディスクを１２０℃に加熱した場合におけるｔａ−Ｃ膜と各種金属との摩擦係数の変化を示すグラフである。図４の横軸は、ローラーをスライドさせた距離である。図４の縦軸は、ローラーとディスクとの間の摩擦係数である。図４に示すように、ディスクとしてＣｕ、Ａｌを用いた場合には、ディスクの回転開始直後に摩擦係数が急上昇した。ディスクとしてＳＵＪ２を用いた場合には、スライド距離の増加とともに徐々に摩擦係数が増加した。つまり、ディスクを１２０℃に加熱したときには、ＳＵＪ２もしくはＣｕもしくはＡｌと、ｔａ−Ｃと、の間の摩擦係数は高い。
2. Experimental Results FIG. 4 is a graph showing changes in the friction coefficient between the ta-C film and various metals when the disk is heated to 120 ° C. The horizontal axis in FIG. 4 is the distance over which the roller is slid. The vertical axis in FIG. 4 is the coefficient of friction between the roller and the disk. As shown in FIG. 4, when Cu and Al were used as the disk, the friction coefficient increased rapidly immediately after the disk started rotating. When SUJ2 was used as a disk, the friction coefficient gradually increased with an increase in the slide distance. That is, when the disc is heated to 120 ° C., the friction coefficient between SUJ2 or Cu or Al and ta-C is high.
一方、ディスクとしてＣｏ、Ｎｉを用いた場合には、ＣｏまたはＮｉと、ｔａ−Ｃと、の間の摩擦係数は十分に低い。すなわち、ｔａ−Ｃの相手部材となる摺動部材としてＣｏ、Ｎｉは好適である。 On the other hand, when Co or Ni is used as the disk, the friction coefficient between Co or Ni and ta-C is sufficiently low. That is, Co and Ni are suitable as a sliding member that is a ta-C mating member.
図５は、ｔａ−Ｃ膜と相手部材との間の摩擦係数の温度依存性を示すグラフである。図５に示すように、ディスクとしてＣｕ、Ａｌ、ＳＵＪ２を用いた場合には、１２０℃におけるｔａ−Ｃと相手部材（Ｃｕ、Ａｌ、ＳＵＪ２）との間の摩擦係数は、７０℃におけるｔａ−Ｃと相手部材（Ｃｕ、Ａｌ、ＳＵＪ２）との間の摩擦係数よりも大きい。本実験は、１気圧の条件下で行った。したがって、水の沸点以上の温度における第１の摺動部材１０と第２の摺動部材２０との間の摩擦係数が、水の沸点未満の温度における第１の摺動部材１０と第２の摺動部材２０との間の摩擦係数よりも大きい。 FIG. 5 is a graph showing the temperature dependence of the friction coefficient between the ta-C film and the mating member. As shown in FIG. 5, when Cu, Al, SUJ2 is used as the disk, the coefficient of friction between ta-C at 120 ° C. and the counterpart member (Cu, Al, SUJ2) is ta− at 70 ° C. It is larger than the coefficient of friction between C and the counterpart member (Cu, Al, SUJ2). This experiment was conducted under the condition of 1 atm. Therefore, the friction coefficient between the first sliding member 10 and the second sliding member 20 at a temperature equal to or higher than the boiling point of water is such that the first sliding member 10 and the second sliding coefficient at a temperature lower than the boiling point of water. It is larger than the coefficient of friction with the sliding member 20.
一方、ディスクとしてＣｏ、Ｎｉを用いた場合には、１２０℃におけるｔａ−Ｃと相手部材（ＣｏもしくはＮｉ）との間の摩擦係数は、７０℃におけるｔａ−Ｃと相手部材（ＣｏもしくはＮｉ）との間の摩擦係数よりも小さい。本実験は、１気圧の条件下で行った。したがって、水の沸点以上の温度における第１の摺動部材１０と第２の摺動部材２０との間の摩擦係数が、水の沸点未満の温度における第１の摺動部材１０と第２の摺動部材２０との間の摩擦係数よりも小さい。 On the other hand, when Co or Ni is used as the disk, the friction coefficient between ta-C at 120 ° C. and the counterpart member (Co or Ni) is ta-C at 70 ° C. and the counterpart member (Co or Ni). Is smaller than the friction coefficient. This experiment was conducted under the condition of 1 atm. Therefore, the friction coefficient between the first sliding member 10 and the second sliding member 20 at a temperature equal to or higher than the boiling point of water is such that the first sliding member 10 and the second sliding coefficient at a temperature lower than the boiling point of water. It is smaller than the coefficient of friction with the sliding member 20.
これは、水の沸点以上で第１の摺動部材１０および第２の摺動部材２０の表面状態が劇的に変化したためであると考えられる。そして、ｔａ−Ｃの相手部材としてＣｏもしくはＮｉを用いた摺動部品は、摺動部材の周囲の温度が１００℃以上の環境下になりうる装置の内部の摺動部品として好適である。例えば、摺動部材の周囲の温度が１００℃以上２００℃以下の環境下で、上記の摺動部品は好適である。 This is considered to be because the surface states of the first sliding member 10 and the second sliding member 20 changed dramatically above the boiling point of water. A sliding component using Co or Ni as a mating member for ta-C is suitable as a sliding component inside the apparatus in which the temperature around the sliding member can be in an environment of 100 ° C. or higher. For example, the above sliding component is suitable in an environment where the temperature around the sliding member is 100 ° C. or higher and 200 ° C. or lower.
Ｂ．実験２（構造変化層）
１．実験方法
上記の実験１の摩擦試験後に、反射分光膜厚計を用いて構造変化層の光学特性を測定した。
B. Experiment 2 (Structural change layer)
1. Experimental Method After the friction test in Experiment 1 above, the optical characteristics of the structure change layer were measured using a reflection spectral film thickness meter.
２．実験結果
図６は、摩擦試験後のｔａ−Ｃ膜における構造変化層の屈折率と消衰係数との間の関係を示すグラフである。図６の横軸は消衰係数である。図６の縦軸は屈折率である。消衰係数が大きいほど、測定する層の光の吸収が強い。屈折率が大きいほど、測定する層の密度が高い。
2. Experimental Results FIG. 6 is a graph showing the relationship between the refractive index and the extinction coefficient of the structure change layer in the ta-C film after the friction test. The horizontal axis in FIG. 6 is the extinction coefficient. The vertical axis in FIG. 6 is the refractive index. The greater the extinction coefficient, the stronger the light absorption of the layer being measured. The higher the refractive index, the higher the density of the layer being measured.
図６において、「ａｓ−ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ」とは、成膜直後の状態、すなわち摩擦試験による構造変化層の形成前の状態を測定したことを意味する。図６に示すように、摩擦試験後には、ｔａ−Ｃの相手部材としていずれの材料を用いた場合であっても、消衰係数がａｓ−ｄｅｐｏｓｉｔｅｄの場合よりも大きい。 In FIG. 6, “as-deposited” means that the state immediately after the film formation, that is, the state before the formation of the structure change layer by the friction test was measured. As shown in FIG. 6, after the friction test, the extinction coefficient is larger than that in the case of as-deposited regardless of which material is used as the mating member for ta-C.
つまり、ローラーをディスクにより摩擦することによって、ｔａ−Ｃ膜は光をより吸収するようになったことが分かる。ここで、黒色のグラファイトは透明のダイヤモンドより光を吸収する。つまり、この実験結果は、ｔａ−Ｃ膜の表面に、グラファイトに近い構造の構造変化層が形成されたことを示唆している。 That is, it can be seen that the ta-C film absorbs light more by rubbing the roller with the disk. Here, black graphite absorbs light from transparent diamond. That is, this experimental result suggests that a structure change layer having a structure close to graphite was formed on the surface of the ta-C film.
Ｃ．実験３（移着物）
１．実験方法
図７は、上記の摩擦試験後におけるディスクの上の様子を示す図である。図７に示すように、ディスクの上面には、移着物が付着している。そして、その移着物が付着しているディスクと、摩擦試験を行う前の通常のディスクと、に対して、ラマンスペクトルを測定した。
C. Experiment 3 (transfer)
1. Experimental Method FIG. 7 is a diagram showing a state on the disc after the above-described friction test. As shown in FIG. 7, the transferred material is attached to the upper surface of the disk. And the Raman spectrum was measured with respect to the disk to which the transferred material is adhered and the normal disk before the friction test.
２．実験結果
図８は、ｔａ−Ｃ膜の相手部材としてＮｉを用いたときの摩擦試験後のディスクの上の移着物のラマンスペクトルを示すグラフである。図８の横軸はラマンシフト（ｃｍ-1）である。図８の縦軸は強度である。そして、図８中、強度の大きいスペクトルが、移着物を有するディスク（摩擦試験後）のスペクトルである。そして、図８中、強度の小さいスペクトルが、移着物を有さないディスク（摩擦試験前）のスペクトルである。これらの縦軸、横軸およびスペクトルの区別については、これ以降の図についても同様である。
2. Experimental Results FIG. 8 is a graph showing the Raman spectrum of the transferred material on the disk after the friction test when Ni is used as the mating member of the ta-C film. The horizontal axis in FIG. 8 is the Raman shift (cm −1 ). The vertical axis in FIG. 8 is intensity. In FIG. 8, the spectrum having a high intensity is the spectrum of the disc having the transferred material (after the friction test). In FIG. 8, the spectrum having a small intensity is the spectrum of a disc (before the friction test) that does not have a transfer material. These vertical and horizontal axes and spectra are distinguished from each other in subsequent figures.
図８に示すように、ｔａ−Ｃ膜の相手部材としてＮｉを用いた場合には、ラマンスペクトルは、１５００ｃｍ-1以上１６５０ｃｍ-1以下の領域Ｒ１に最大値となるピークを有する。１０００ｃｍ-1以上１８００ｃｍ-1以下を測定範囲とすると、このピークは、この測定範囲において最大値をとる。 As shown in FIG. 8, in the case of using Ni as the mating member of the ta-C film, Raman spectrum has a peak having a maximum value in 1500 cm -1 or 1650 cm -1 following areas R1. When 1000 cm -1 or 1800 cm -1 the measurement range below this peak, the maximum value in the measurement range.
図９は、ｔａ−Ｃ膜の相手部材としてＣｏを用いたときの摩擦試験後のディスクの上の移着物のラマンスペクトルを示すグラフである。図９に示すように、ｔａ−Ｃ膜の相手部材としてＣｏを用いた場合には、ラマンスペクトルは、１５００ｃｍ-1以上１６５０ｃｍ-1以下の領域Ｒ１に最大値となるピークを有する。１０００ｃｍ-1以上１８００ｃｍ-1以下を測定範囲とすると、このピークは、この測定範囲において最大値をとる。 FIG. 9 is a graph showing the Raman spectrum of the transferred material on the disk after the friction test when Co is used as the mating member of the ta-C film. As shown in FIG. 9, in the case of using Co as a mating member of ta-C film, Raman spectrum has a peak having a maximum value in 1500 cm -1 or 1650 cm -1 following areas R1. When 1000 cm -1 or 1800 cm -1 the measurement range below this peak, the maximum value in the measurement range.
図１０は、ｔａ−Ｃ膜の相手部材としてＳＵＪ２を用いたときの摩擦試験後のディスクの上の移着物のラマンスペクトルを示すグラフである。図１０に示すように、ｔａ−Ｃ膜の相手部材としてＳＵＪ２を用いた場合には、ラマンスペクトルは、１３２０ｃｍ-1近傍で最大値となるピークを有する。１５００ｃｍ-1以上１６５０ｃｍ-1以下の領域Ｒ１にもピークを有するが、このピークは、１０００ｃｍ-1以上１８００ｃｍ-1以下の測定範囲内における最大値ではない。 FIG. 10 is a graph showing the Raman spectrum of the transferred material on the disk after the friction test when SUJ2 is used as the mating member of the ta-C film. As shown in FIG. 10, when SUJ2 is used as the mating member of the ta-C film, the Raman spectrum has a maximum peak in the vicinity of 1320 cm −1 . 1500 cm -1 above 1650 cm -1 has a peak in the following areas R1, this peak is not the maximum value within the measuring range of 1000 cm -1 or 1800 cm -1 or less.
図１１は、ｔａ−Ｃ膜の相手部材としてＣｕを用いたときの摩擦試験後のディスクの上の移着物のラマンスペクトルを示すグラフである。図１１に示すように、ｔａ−Ｃ膜の相手部材としてＣｕを用いた場合には、ラマンスペクトルは、１０００ｃｍ-1以上１８００ｃｍ-1以下の測定範囲内でピークを有さない。 FIG. 11 is a graph showing the Raman spectrum of the transferred material on the disk after the friction test when Cu is used as the mating member of the ta-C film. As shown in FIG. 11, in the case of using Cu as the mating member of the ta-C film, Raman spectrum, no peaks in the measuring range of 1000 cm -1 or 1800 cm -1 or less.
図１２は、ｔａ−Ｃ膜の相手部材としてＡｌを用いたときの摩擦試験後のディスクの上の移着物のラマンスペクトルを示すグラフである。図１２に示すように、ｔａ−Ｃ膜の相手部材としてＡｌを用いた場合には、ラマンスペクトルは、１０００ｃｍ-1以上１８００ｃｍ-1以下の測定範囲内でピークを有さない。 FIG. 12 is a graph showing the Raman spectrum of the transferred material on the disk after the friction test when Al is used as the mating member of the ta-C film. As shown in FIG. 12, in the case of using Al as the mating member of the ta-C film, Raman spectrum, no peaks in the measuring range of 1000 cm -1 or 1800 cm -1 or less.
図１３は、ｔａ−Ｃ膜の相手部材として種々の金属を用いたときの摩擦試験後のディスクの上の移着物のラマンスペクトルを示すグラフである。図１３に示すように、ｔａ−Ｃ膜の相手部材としてＣｏ、Ｎｉを用いた場合には、ラマンスペクトルは、１５００ｃｍ-1以上１６５０ｃｍ-1以下の区間（領域Ｒ１）に最大値となるピークを有する。また、ｔａ−Ｃ膜の成膜直後のラマンスペクトルも、１０００ｃｍ-1以上１８００ｃｍ-1以下の測定範囲内で１５００ｃｍ-1以上１６５０ｃｍ-1以下の間に最大値となるピークを有する。 FIG. 13 is a graph showing the Raman spectrum of the transferred material on the disk after the friction test when various metals are used as the mating member of the ta-C film. As shown in FIG. 13, Co as mating members of ta-C layer, in the case of using Ni, the Raman spectrum, the peak having the maximum value in 1500 cm -1 or 1650 cm -1 The following section (region R1) Have. Also, the Raman spectra of the just-formed ta-C film also has a peak having a maximum value between 1500 cm -1 or 1650 cm -1 or less in the measuring range of 1000 cm -1 or 1800 cm -1 or less.
以上のことから、ｔａ−Ｃ膜の相手部材としてＣｏ、Ｎｉを用いた場合には、第２の摺動部材２０の第２面２０ａの表面に、第１の摺動部材１０であるｔａ−Ｃ膜に由来する移着膜が好適に形成されたと考えらえる。 From the above, when Co or Ni is used as the mating member of the ta-C film, the first sliding member 10 is ta − on the surface of the second surface 20 a of the second sliding member 20. It can be considered that a transfer film derived from the C film was suitably formed.
本明細書の摺動部品は、自動車のエンジンにおける摺動部品、例えば、シリンダブロック、ピストンリングに適用することができる。また、この摺動部品は、製鉄所等、やや高温になる工場内の軸受等に適用することができる。また、オイルを用いることが好ましくない食品工場における加熱装置の軸受、アクチュエーター等に適用することができる。 The sliding component of the present specification can be applied to a sliding component in an automobile engine, for example, a cylinder block or a piston ring. Moreover, this sliding component can be applied to a bearing in a factory where the temperature is somewhat high, such as an ironworks. Moreover, it can be applied to a bearing, an actuator, etc. of a heating device in a food factory where it is not preferable to use oil.
１００…摺動部品
１０…第１の摺動部材
１０ａ…第１面
２０…第２の摺動部材
２０ａ…第２面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Sliding component 10 ... 1st sliding member 10a ... 1st surface 20 ... 2nd sliding member 20a ... 2nd surface
Claims (7)
前記第１の摺動部材と相対的に摺動接触する第２の摺動部材と、
を有する摺動部品において、
前記第１の摺動部材は、
少なくとも前記第２の摺動部材と接触する面に非導電性ダイヤモンドライクカーボンを有し、
前記第２の摺動部材は、
少なくとも前記第１の摺動部材と接触する面にＮｉ、Ｃｏ、Ｎｉ合金、Ｃｏ合金のいずれかを有すること
を特徴とする摺動部品。 A first sliding member;
A second sliding member that is in sliding contact with the first sliding member;
In sliding parts having
The first sliding member is
Having at least a non-conductive diamond-like carbon on the surface in contact with the second sliding member;
The second sliding member is
A sliding component comprising at least one of Ni, Co, a Ni alloy, and a Co alloy on a surface in contact with the first sliding member.
水の沸点以上の温度における前記第１の摺動部材と前記第２の摺動部材との間の摩擦係数が、
水の沸点未満の温度における前記第１の摺動部材と前記第２の摺動部材との間の摩擦係数よりも小さいこと
を特徴とする摺動部品。 The sliding component according to claim 1,
The friction coefficient between the first sliding member and the second sliding member at a temperature equal to or higher than the boiling point of water is
A sliding component having a coefficient of friction smaller than a friction coefficient between the first sliding member and the second sliding member at a temperature lower than the boiling point of water.
前記第２の摺動部材は、
前記第１の摺動部材と対面する領域の少なくとも一部に移着物を有すること
を特徴とする摺動部品。 In the sliding component according to claim 1 or 2,
The second sliding member is
A sliding component comprising a transfer object in at least a part of a region facing the first sliding member.
前記移着物における１０００ｃｍ-1以上１８００ｃｍ-1以下を範囲とするラマンスペクトルは、
１５００ｃｍ-1以上１６５０ｃｍ-1以下の間に最大値となるピークを有すること
を特徴とする摺動部品。 In the sliding component according to claim 3,
Raman spectra in the range of 1000 cm -1 or 1800 cm -1 or less in the transferred materials is
Sliding component and having a peak having a maximum value between 1500 cm -1 or 1650 cm -1 or less.
前記第１の摺動部材の前記非導電性ダイヤモンドライクカーボンは、
導電性を付与するための不純物を添加されていないものであること
を特徴とする摺動部品。 In the sliding component according to any one of claims 1 to 4,
The non-conductive diamond-like carbon of the first sliding member is
A sliding component characterized by being not added with impurities for imparting conductivity.
前記第１の摺動部材は、
テトラヘドラル非晶質炭素（ｔａ−Ｃ）であること
を特徴とする摺動部品。 In the sliding component according to any one of claims 1 to 5,
The first sliding member is
A sliding component characterized by being tetrahedral amorphous carbon (ta-C).
前記第１の摺動部材は、
前記第２の摺動部材から遠い側から第１層と第２層とを有し、
前記第１層は、
非導電性ダイヤモンドライクカーボンであり、
前記第２層は、
前記第１層に比べてグラファイトに近い構造を有する構造変化層であること
を特徴とする摺動部品。 In the sliding component according to any one of claims 1 to 6,
The first sliding member is
Having a first layer and a second layer from the side far from the second sliding member;
The first layer is
Non-conductive diamond-like carbon,
The second layer is
A sliding component having a structure change layer having a structure closer to that of graphite than the first layer.
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