JP2759095B2 - Sliding member - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の属する技術分野〕
本発明は、耐摩耗性、耐蝕性を有する素材又は鉄、非
鉄或いは合成樹脂等の通常の素材からなる摺動面に耐摩
耗性、耐蝕性を有する被覆材を点状、帯状或いは円形状
の模様を有するように被覆した摺動部材に関する。
〔従来の技術〕
従来の工作機械や測定機器等の精密機器に於けるベッ
ドとテーブル等の摺動面は、切削加工をして焼入れ研摩
加工をしたベッド面を摺動するテーブルの摺動面をキサ
ゲ加工して摺動面の精度出しをし、更にその仕上面に油
溝加工を施して形成されている。
一方、放電により種々の金属を被覆することは種々提
示されている。例えば特開昭55-28,314号公報、同58-19
7,275号公報に記載の如く、被覆材から電極を接触開離
移動する方向と直角に移動せしめつつ放電被覆する方
法、又は円形状回転電極を用いて放電被覆する方法装置
により、10〜20μmRmax程度又はそれ以下の表面粗さで
平坦度高く均一な厚さの被覆層を得るようにした方法、
或いは例えば特開昭58-197,274号公報、同59-55,362号
公報、同59-55,363号公報等に記載の如く、棒状電極に
中心軸と平行な軸の廻りの回転を与えつつ放電被覆する
ことにより、表面粗さ約10μmRmax以下で平坦度の高い
均一な厚さの被覆層を得るようにした方法、或いは更に
特公昭58-14,877号公報に記載の放電被覆法等が提案さ
れている。又その他、望ましい方法として、例えば細棒
状電極又は好ましくは細い針金状電極材の複数本を結束
して棒状にした束電極と摺動部材の摺動面とを、両者間
に10μm程度又はそれ以下の好ましくは0.5〜5μm程
度の極細間隙を形成保持して対向させた状態で、好まし
くは前記結束電極の中心軸又は該軸に平行な軸の廻りに
該結束電極を回転されつつ、結束電極と摺動面とを対向
方向と直角の方向に所定速度で相対的に走査移動させな
がら電圧パルスを間歇的に又は複数個の電圧パルス列を
間歇的に両者間に印加して放電を発生させることによ
り、順次溶融消耗する結束電極の先端部を摺動面に溶着
被覆する非振動型放電被覆方法が知られている。
被覆材としては、例えば特願昭61-80,794号、同61-8
6,808号、及び同61-86,809号等に記載の、軸方向と直角
方向の断面が同軸状に多層状、又は一方向に平行多層
状、或いは中心を通る交叉した一本以上の線によって分
割された結束又は結合田の字状や放射状の分割結束又は
結合した放電被覆電極を用いることが有効であり、更に
一本又は上記複数本等の結束又は結合電極の一部又は複
数本の夫々を合金組成と所定の関係を有する合金材に予
め造っておいて被覆材として用いることができる。
又、放電電源としては、コンデンサ利用のものの他、
電圧パルスのパルス幅、パルス間休止幅、及び放電電流
振幅、或いは更に電圧パルス列の数等の選択設定等が自
在な電子スイッチオン・オフ方式の電圧パルス電源、例
えば特公昭46-28,163号公報、同46-28,162号公報、或い
は特公昭58-13,623号公報、同59-43,989号公報等々に記
載の放電電源が知られている。
〔発明が解決しようとする課題〕
切削加工をした後に研摩加工やキサゲ加工により摺動
面を仕上げる作業には、熟練と多くの時間を要してい
た。
そこで、本発明は、従来の放電による被覆を利用し、
これを改良することによって、上記仕上作業の省略を可
能にした、特に摺動面の摩擦係数を減少させたり逆に増
大させて摩擦伝動装置に利用する耐摩耗性、耐蝕性の摺
動面を有する摺動部材の提供を目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
この目的を達成するため、本発明の摺動部材は、耐摩
耗性、耐蝕性を有する被覆材を放電又はレーザ等で溶融
し、その溶融した被覆材を所定の模様を描いて摺動面に
被覆してなることを特徴とする
又、本発明の摺動部材には、非鉄、或いは合成樹脂等
の通常の素材が利用可能であり、特にAl又はTiの各々を
主体とした合金、若しくはこれらを混合しそれに希土類
元素を添加して焼結した素材が用いられ、且つその素材
の摺動面を放電加工したものを用いると一層効果が増
す。
このように、あらゆる素材で形成された摺動面に、WC
系、Ti系、TiN系、ZrB2系、或いはWS2、MoS2等々の混合
した被覆材や、固体潤滑性を有するW、Mo、Al又はSn等
の金属、或いはこれらの金属と鉄等を混合した合金を電
極として、NC制御(数値制御)、CNC制御(コンピュー
タ制御)により、所定の厚さに点状、帯状、又は円形等
の任意の模様を描いて被覆する。その被覆作業は、空気
中で行なうほか、不活性ガス若しくは反応性ガス中で行
なう。
又、被覆は、放電やレーザ若しくは電子ビームによる
マイクロ溶接(微小溶接)を行なうNC制御、CNC制御さ
れる装置により行ない、被覆面をレーザで測定しなが
ら、放電による場合は被覆材の電極を回転させ、被覆す
る摺動面に対向して振動させ、その振動毎に加工電圧を
印加して溶接をし、溶接毎に被覆材の電極と摺動部材を
構成する素材とをX、Y、Zの各軸方向に相対的に移動
させる。
又、摺動部材を構成する素材と摺動面に対向して振動
する被覆材との間に印加する電圧パルスとしては、電源
のデジタルパルスを組合せてパルスの波形を変化させた
電圧パルス、更にその変化させた異なる波形を組合せた
電圧パルス、或いはその組合せを被覆の進行にしたがっ
て変化させるようにした電圧パルスが用いられる。
そして、被覆材を単に溶接して盛るだけでなく、振動
する被覆材電極が摺動面から引上げられて開離するとき
に、溶接された被覆材の一部を固化する前に被覆材電極
によって除去するように振動させて、被覆面にできた凸
部を平坦化するようにする。
〔作用〕
本発明によると、油溝やキサゲ面と同様に作用し、更
に耐摩耗性、耐蝕性を有すると共に、目的に応じて摩擦
係数が小さい又は逆に大きい被覆を、NC、CNC制御によ
り任意形状の模様状に、又、全体的に均一に綺麗に摺動
部材の摺動面に形成させることができる。更に、その被
覆層の厚さを制御することにより、摺動部分や接合部分
の精度出しも可能である。
例えば、鋼材S45Cを素材として造った摺動部材の摺動
面に、超硬の被覆材を電極として、電流値Ip60A、τon2
0μs、τoff40μsの電圧パルスを印加し、被覆材を80
0〜1000RPMで回転させながら150mm/minの速度で移動さ
せ、その間にボツボツと点状に20〜30μmの厚さで被覆
した。完成した摺動部材に600g/cm2の荷重を加え、バク
トラ油中に80cm/minの移動速度で摩耗テストを行なった
結果、摩耗テスト前の摺動面の表面粗さは12〜12.5μRm
axであったが、10.3km摺動後の表面粗さは10〜11μRma
x、15km摺動後の表面粗さは変化せず10〜11μRmax、22k
m摺動後の表面粗さは9μRmaxであった。そして、バク
トラ油中の摩擦係数μは0.072と小さい値であった。
又、その反対に、圧電素子により駆動される素子振動体
と駆動体とが接する部分や、変速機の摩擦伝動面に被覆
して伝動効果を上げることができる。
〔発明の実施の形態〕
本発明を例示した図に基いて説明する。
第1図は本発明を実施する振動型のマイクロ溶接装置
を例示したものである。放電電極と同じ作用をする被覆
材1の材質は通常の放電加工に使用する電極と異なり、
WC系、TiC系、TiN系、WCB系、ZrB2系等、そして之等に
固体潤滑性を有するWS2、MoS2等やW、Mo、Al又はSn等
の金属、或いは之等の金属に鉄等を混合したものを利用
する。この被覆材1はスピンドル2に着脱可能に取付け
られ、スピンドル2は振動片3に連結されるが、その
間、図示していない回転装置によって回転するように連
結することもある。振動片3の一端部分をねじ等で取付
けたヘッド4には振動片3を振動させる電磁石3を取付
け、励磁コイル6で励磁する。ヘッド4に取付けたガイ
ド軸7は水平なアーム8にスライドボールベアリング9
によって摺動可能に支持され、同じヘッド4に取付けた
スクリュ10はアーム8に軸受け11で支持したナット12に
螺合し、該ナット12に固着したウォームホイール13に噛
合う図示していないウォームをアーム8に取付けたサー
ボモータ14で回転することにより、ナット12が回動して
ヘッド4をZ軸方向に移動する。被覆材1に対向する位
置にある摺動部材を構成する素材15は支持台16に支持さ
れ、該支持台16は手動若しくはモータ17でサドル18上を
X軸方向に移動し、サドル18は手動若しくはモータ19で
テーブル20上をY軸方向に移動するように構成され、前
記素材15の摺動面に被覆材1を溶接するとき一つ一つの
溶接に応じて、前記素材15と被覆材1間のX及びY軸方
向の相対的な移動が制御される。そして、テーブル20を
固定したベッド21上に水平アーム8を取付けたコラム22
を固定設置する。或いは該コラム22をベッド21上を水平
方向に移動可能に設置して、コラム22の移動によって被
覆材1を水平方向に移動させるようにしても良い。更に
被覆材1と前記素材15の摺動面(被覆面)をカバー23で
覆い、該カバー23の中にボンベ24からアルゴン等の不活
性ガス、又は炭化用ガス、窒化用ガス等の反応性ガスを
ホース25により供給する。このガス供給は、被覆材1を
振動若しくは振動及び回転させ接触開離を繰返してDepo
(被覆)する被覆法によって炭化物、窒化物を造る際に
行なわれ、炭化用ガス(有機物含有ガス)とか窒化用ガ
ス(窒素ガス)更に周囲にアルゴン等の不活性ガスが供
給される。
NC装置26は、サーボモータ14,17,19を駆動制御した
り、励磁コイル6を励磁する励磁電源27を制御すると共
に、被覆材1と前記素材15との間に放電電圧を印加する
加工電源28を制御する。このNC装置26により、摺動部材
を構成する素材15の摺動面に第2図(a)(b)に示す
ほか、同図(c)(e)(f)(g)及び(h)に示す
ように点、線、帯、若しくは円弧状、又はそれ等のつゞ
ら状の模様が任意に選ばれて被覆される。
ここで、第2図(c)のA−A矢視断面図である同図
(d)に示すように、被覆層の厚さεが6μmになるよ
うに折線状にWC材を被覆して消耗テストした結果を第3
図に示す。第3図に於て、線図Iに示す本発明の摺動部
材の消耗重量を、ローラベアリングによるテスト結果を
示す同図の線図II、焼入れした面を互いに接触させて摺
動テストをしたときの結果を示す同図の線図III、及び
鋳鉄を素材として仕上げた面を互いに接触させて摺動テ
ストをしたときの結果を示す同図の線図IVと比較するこ
とにより、本発明の摺動部材の摺動面が最も良好な結果
を示すことが分かる。この場合、本発明の摺動部材の摺
動面の油中に於ける摩擦係数μは0.06と小さい値であっ
た。
又、鋳鉄FC材を用いて造った前記素材15の摺動面にB5
%、Ni12%、残りがWCからなる被覆材1を電極として相
対向させた放電間隙に加工電源28により電流値Ip60A、
τon30μs、τoff30μsの電圧パルスを印加し、更に
被覆材1を350RPMで回転させながら、一方の摺動面には
すじ状に、他方の摺動面には円形の模様に被覆したと
き、摩擦係数μは0.08で、20km摺動させたときの摩耗量
は0.004mm(4μm)と少ないものであった。因みに被
覆しないときの摺動面の摩擦係数は0.14であった。
更に、炭素鋼を用いて造った前記素材15の摺動面に、
低炭素鋼とMoとが1:3の割合からなる被覆材1を電極と
して、15mm幅5mm間隔で千鳥形をした模様を25sec/cm2の
速さでマイクロ溶接し、被覆処理後の摺動面に#3のマ
シン油を加えることができるようにして合わせ、15kg/c
m2の圧力下で3m/minの速さで移動させるテストを行なっ
た結果、摩擦係数は0.08で、30km移動させたときの摩耗
量は0.004mmであった。これ等の結果は、従来のローラ
ベアリング摺動方式に比べて高精度で安定した摺動駆動
が行なわれることを示している。又、このマイクロ溶接
は、先に述べた不活性ガス中とか特定の拡散ガス中で加
工することができ、被覆材1には粉体、粒体を適応させ
ることができる。
摺動部材は、通常使用する鉄、非鉄、合成樹脂等の素
材を利用して造ることができるが、特に摺動材として選
定するならば、内燃機関のピストン、シリンダ、ポンプ
インジェクション等にはAl、Tiの各々、若しくはこれ等
を混合し、それに希土類元素を混入して焼結したものを
用いると良い。具体的には、AlTiVSm、AlTiVY、AlCoS
m、AlCoY、AlCuCoSm、Ti-13(CuCoSm)‐4Ni、Ti-45Al-
5Co-1.5Cr-Sm、Ti-45Al-5Mo-1.5Cr-Sm、Ti-6Al-4V-Sm、
等の材料に於ては特に耐摩耗性が高く、摩擦係数が小さ
く、しかもシール効果が優れている。シール効果につい
て言えば、例えばこれ等を素材として放電加工をした面
の場合に、その表面粗さが10μRmaxのとき従来品のシー
ル効果は1.6×10-4mcc/ccであったのに対して、本発明
の前記素材では0.6×10-4mcc/ccのシール効果を示し、
更に表面粗さが5μRmaxのとき従来品のシール効果は1.
1×10-4mcc/ccであったのに対して、本発明の前記素材
では0.08×10-4mcc/ccのシール効果を示した。この結果
は、前記素材を焼結して造ったシリンダとピストンとの
効率を耐久性を増大させる上で効果が大きいことを示し
ている。
このように前記素材15の摺動面に行なうマイクロ溶接
(微小溶接)は、上記したように摺動面に於て油溜りや
油溝形成の作用をするほかに、位置精度出しをする場合
にも利用することができる。この場合、摺動面又は接合
面に少なくとも3μm或いは5μmの厚さに被覆材1を
微小溶接し、必要に応じて被覆層を重ねて所定厚さに
し、最大で30μm程度の厚さとする。マイクロ溶接を行
なう際には、被覆面の凹凸を第4図に示す如く、レーザ
発振装置29より発するレーザビーム30をCCD(Charge Co
upled Device)で受光する公知の表面測定装置で測定
し、その出力を入力したCNC装置26によって、Z軸サー
ボモータ14とX軸及びY軸サーボモータ17,19を制御し
て前記素材15と被覆材1を相対的に移動させることによ
り、摺動面に加わる荷重と速度によって決定される量の
被覆層を所定の被覆模様にマイクロ溶接する。更に、図
示していない測定装置で前記素材15の寸法を予めマイク
ロ溶接前に測定しておいて、マイクロ溶接する量を決定
する。その測定はレーザ或いは接触判別装置でスキャニ
ングし、一定の面積で平均的な測定をして位置や方向を
決定することにより、所期の精度でマイクロ溶接するこ
とができる。このようにして行なうマイクロ溶接は、平
面に限らず曲面にも所定の厚さで溶接することができる
から、平面や曲面の方向精度を出すようにすることがで
き、摺動面ばかりでな、機械部品を組立てる際にその組
立て精度を出すように接触面の全面をスキャニングする
とか、位置や方向を決定することにより、所期の精度で
マイクロ溶接することができる。
実験によれば、加工始めに0.06mmの誤差を有していた
X方向350mm、Y方向200mmの摺動面に対して、2μmの
精度でマイクロ溶接をした結果、全体的に3μmの誤差
の摺動面を得ることができた。
又、このマイクロ溶接をするときには、先に述べたよ
うにフレオンガスとか油等を用いて炭化物とするとか、
窒素ガスを用いて窒化する等々の処理が行なわれ、先に
述べたMoS2とかWS2等のような固体潤滑材を混入したWC
或いはTiN系等の耐摩耗性のある材料を利用した被覆材
1で被覆する。
例えばFC材(鉄材)を母材とした前記素材15の表面に
約10mmφの点を10mm間隔でTiN層とWC層とを薄い部分で
8μm、厚い部分で28μmのマイクロ溶接をしたとき、
その被覆層は、アモルファス化して耐蝕性、耐摩耗性の
高い被覆層を得ることができ、測定の結果、110km〜310
km程度の摺動で2μm〜6μm程度の摩耗量を示しただ
けであり、測定機、工作機械の摺動部分の潤滑と精度出
し、接合部分の精度出し等々に利用して効果が大きい。
前述したように、不活性ガス、若しくは反応性ガス中
で被覆材1に振動若しくは振動と回転とを組合せた運動
を行なわせ、且つ接触、開離させて前記素材15の摺動面
に所要の模様形状の被覆層を形成するマイクロ溶接によ
って、炭化物、窒化物等の被覆層を形成するときは、炭
化用ガス(有機物含有ガス)とか窒化用ガス(窒素ガ
ス)をボンベ24から供給し、更に必要に応じてアルゴン
等の不活性ガスを周囲より供給して状態で、マイクロ溶
接を行なう。
実験によれば、鋼S55C材からなる前記素材15の表面
に、Ip60A、τon80μs、τoff80μs、平均電流10Aの
電源28によるパルス条件で、Ti電極を被覆材1として、
プロパンを用いて被覆加工したとき、厚さ55μmのTiC
層を45sec/cm2の速さで形成することができた。又、窒
素ガスを中より噴射させ、周囲よりアルゴンガスを供給
して、Ti電極を被覆材1として、これを350RPMで回転さ
せ、18μmの振幅で380Hzの振動させながら60μmの厚
さのTiN層を被覆した。このTiN層の場合は、摩擦係数が
低く極めて摺動効果が大きかった。このほか、ZrB2とか
TiCとか、不活性ガス若しくは反応性ガスを用いて任意
の被覆層を造ることができた。
又、放電を利用したマイクロ溶接に於ては、加工中
に、例えば第5図(E)に示すような一種類の波形のパ
ルスを繰り返し供給し続けてマイクロ溶接するのではな
く、第5図(A)、(B)、(C)、(D)、及び
(E)に示すような互いに波形率の異なるパルスを適宜
組合せた状態で繰り返し供給してマイクロ溶接すること
により、更に均一な被覆層を得ることができた。これは
デジタルパルスを組合せて波形を変化させる方法で、更
に加工の進行にしたがって波形を変化させることによっ
て、加工面粗さと、加工速度との関係を良好に保つこと
ができた。鋼S55Cからなる前記素材15に、WCにCo5%を
含む被覆材1を電極として、これを1500RPMで回転さ
せ、5μmの間隔で、電源28より供給する電流値Ip40
A、τon40μs、τoff40μsのスタンダード波形の電圧
パルスを印加して被覆したときと、波形を変化させたと
きの、単位面積(cm2)当りの被覆時間(min)と被覆量
(mg)との関係を第6図のグラフに示す。又、第7図に
は、単位面積(cm2)当りの被覆時間(min)と被覆面粗
さ(μmHmax)との関係を示す。第6図及び第7図に於
て、「3」の線図で示すものが従来のスタンダード波形
のパルスのみによる結果を示し、「1」の線図で示すも
のは、第5図(A)の波形を10パルス、(C)の波形を
3パルス繰返し放電し、10分後より(C)の波形を3パ
ルスから5パルスに増して被覆した場合を示し、「2」
の線図で示すものは、同じく(A)の波形を5パルス、
(B)の波形を10パルス、(C)の波形を10パルスと組
合せて用いた場合を示し、被覆量と面粗さのいずれも放
電パルス状態を変化させたときに異なる被覆状態を示し
ており、本発明の異なる波形のパルスの組合せによるも
のゝ方が、被覆処理時間に対する被覆量及び被覆面粗さ
のいずれの点でも優れていることが判る。
このように、被覆加工が進行するのにしたがってパル
ス条件を変化させて、波形を変化させ、その変化させた
波形を組合せ、更に変化させた波形の組合せを被覆加工
の進行と共に変化させるようにして一定のマイクロ溶接
が進んだとき、或いはスタンダード波形で一定のマイク
ロ溶接が進んだとき、本発明は、その被覆面の凹凸をで
きるだけなくすように凸部分を除去しながら次々に被覆
することによって、更に効果を上げることができる。こ
れはマイクロ溶接が進んだときに波形を変化させること
によって熱特性を変化させ、マイクロ溶接部分の凹凸が
なるべく荒くならないように制御するものである。その
ときに供給する電流は被覆する材料によって35000A/cm2
〜45000A/cm2程度に変化させるようにし、被覆面をなら
すときは45000A/cm2〜50000A/cm2程度の電流密度とす
る。
又、マイクロ溶接にあたってはその特性上あまり長い
時間幅のパルスでは良くないことが判明した。電流値Ip
50Aで実験した結果の被覆量(mg)と時間(min)との関
係を第8図に示す。同図から、τonが600μsのパルス
より20μsのパルスを印加したときの方がはるかに優れ
た被覆量(溶接量)であることが分かる。このように、
単パルスを組合せて異なる波形をコンピュータ(CNC)
によって出力して最良の面粗さで、最大の加工量を得る
ことができる。
このように、本発明は、単に溶接を繰返すのではな
く、凸部分を除去しながら被覆することによって被覆面
を平坦化するものであり、この平坦化を第9図に基いて
説明する。第9図はパルス放電の時間的エネルギ特性を
示し、横軸は時間(μs)、縦軸はエネルギ(V)を示
す。溶接と、一旦溶接した被覆層の一部を除去する加工
とを、同じ被覆材電極1によって行なうには、第9図A
に示すように、溶接するためのパルスと該パルスとは異
なった条件の除去するためのパルスを組合せて被覆加工
する方式と、第9図Bに示すように、同一条件のパルス
で一回の溶接中に溶接と除去とを同時に行なう方式とが
ある。
WCにNi5%を含む被覆材1を電極として、これを1800R
PMで回転させながら、加工間隙5μmでWCCo面上に除去
加工を含むマイクロ溶接を行なったとき、第9図Aの方
式で、溶接のためのIp60A、τon80μs、τoff80μsの
条件のパルスと、除去加工のためのIp60A、τon2μs、
τoff2μsの条件のパルスとを、3:2の割合で組合せた
ときに65μmの厚さに被覆することができ、そのときの
表面粗さは4.5μRmaxの凹凸状態となり、一方、除去加
工を含まない従来の方式で溶接のみを行なったときの表
面粗さは18μRmax、被覆層の厚さは45μmで、被覆面の
中には全く溶着していない部分もあった。又、第9図B
の方式ではマイクロ溶接したときは、第9図Aの条件の
ときと略同様であったが、溶接速度はAの場合の約85%
でAの方が速かった。そして、除去加工はしない場合に
比べて3倍に能率が向上していることが判った。
本発明の耐摩耗性、耐蝕性を有する被覆材を、通電す
ることにより所定量溶融して被覆する装置としては、前
述の装置のほかに、第10図、第11図、第12図に示す装置
が利用できる。第10図に示す装置は、通電線爆発を利用
したもので、被覆すべき所定の模様を有するマスク41で
摺動部材を構成する素材15の摺動面を覆い、その上にフ
ード42を置いて、そのフード42の中にボンベ24から不活
性ガス、又は反応性ガスを供給し、被覆用の線材43を一
対のピンチローラ44で順次送り込みながら高電圧を印加
して線爆発を行なわせることにより、線材43をマスク41
上に溶融飛散させて、マスク41の模様通りの被覆面45を
得るようにしたものである。
又、第11図に示す装置は、一対の被覆材1を対向させ
て、その間に前記したような電圧パルスを印加して被覆
層51を得るものであって、前記素材15がセラミックス、
樹脂等の絶縁物である場合に利用される。
又、第12図に示す装置は、第11図に示した装置を利用
して、更に電界を加えて溶融した被覆材に方向性を与え
て有効に被覆するようにしたものであって、前記素材15
がたとえ絶縁性のものであっても、導電性のインクの塗
布、化学メッキ等により導電化した導電性処理膜を設け
て一方の電極61とし、他方の電極62との間に電源63より
直流電圧を印加して電界を形成するようにしたものであ
る。この場合は、第11図で示したマスク41を使用しても
良いが、使用しなくても導電性インクの塗布、化学メッ
キを所定の模様に形成することにより、該模様に被覆す
ることができる。
以上、摺動部材を構成する素材の摺動面に放電(パル
ス放電)を利用いて被覆することを述べてきたが、レー
ザとか場合によっては超音波を利用して微小溶接して所
望の被覆層を形成することもできる。
そして、摺動面の被覆層は、摩擦係数を低減させるた
めにだけ形成するのではなく、摩擦によって動力を伝達
するような場合にも利用される。例えば圧電素子により
駆動する素子振動体と駆動体とが接する部分に微小凹凸
状に耐摩耗性の材料を前述のマイクロ溶接を用いて10〜
25μm程度に被覆する。第13図(a)及び同図をA矢視
した(b)図のように、圧電セラミックスの駆動体65の
表面にWC、TiC、B4C等々の耐摩耗性の高い材料からな
る点状や島状の被覆層66を形成した場合、従来の焼入鋼
に比べて10〜50倍以上の耐摩性があり、摩擦係数μ=0.
2以上となり極めて有効に駆動することができた。な
お、この駆動体65は円板に限らずリニア駆動体に用いる
こともできる。
このほか、第14図に例示したように、ハーフトロイダ
ル方式、又は図示していないがフルトロイダル方式の変
速機の回転数制御装置に於て、摩擦伝動する摩擦車であ
る可動車67と駆動車68及び従動車69の夫々の接触面に、
WC、TiC、TiN、B4C、SiC、Al2O3等々の耐摩擦性の材
料を単独、若しくは混合して造った被覆材1を用いて、
10〜30μmの程度の厚さに、波形、点の分布形等々の所
定の模様に被覆層を形成したとき、従来の5〜50倍の耐
摩性となり、スリップ率も従来の約1/5となり効果が大
きい。回転比は一般に1:10程度から1:30程度まで利用で
き、スリップ率も最大約10%で良好である。
〔発明の効果〕
本発明は、放電(パルス放電)を利用し、若しくはレ
ーザ、イオンビーム、プラズマ等を利用して、被覆材で
ある電極に振動若しくは振動と回転を組合せた運動を行
なわせて、被覆材を溶接する。その際、一つ一つの溶接
に応じて被覆材電極と被覆すべき摺動面とをX、Y、Z
の各軸方向に相対移動させて任意の所定模様にマイクロ
溶接する。又、厚さ、表面粗さ、被覆材の材質形状等の
被覆条件や被覆形状によって、同一個所の溶接頻度と
X、Y、Z方向の送りは任意に選択できる。本発明は、
拡散すべき媒体中とか2種類以上の材料を組合せアロイ
ングする等のマイクロ的な微小部分の溶接がなされるも
のである。その溶接は薄い溶接の繰返しとなるので極め
て微細な合金の結晶となる。従って、摺動部材の摺動面
に、従来に無い任意の模様に油溝の形成を含めた、耐摩
耗性、耐蝕性のある被覆層を得ることができる。そし
て、摺動部材の摺動面を得るほかに、マイクロ溶接は、
機能材の合成、材料の表面を異種材で包むような加工、
磁石材の合成、ハード材、ソフト材、或いはセミハード
材等々の被覆、超伝導材の合成、摺動、ネジ部に加工、
ポンプ等の加工等々に利用することができる。磁石材に
於て、1atmN2ガス中でFe材表面にIp80A、τon1.1μsの
条件でFeBをマイクロ溶接し、更にNdを重ねてマイクロ
溶接し、25000Oeの磁界中で磁場処理した、結果、65MGO
eの磁石となった。
又、Cuに2%のTiを含む被覆材を用いアルゴンガス中
で、Feに出力500WのCO2レーザによりマイクロ溶接した
後、1000℃の中で1時間かけて2相分離したとき、55%
の超塑性加工ができた。
更に又、Al2O3とY2O3を出力150WのYAGレーザを用いて
マイクロ溶接した結果、1100℃で圧力25MPaを加えたと
き、0.2mm/minで塑性加工することができた。
その他、TbFCo光磁気材とか、Nb、Ti、Snのマイクロ
溶接で(NbTi)3Snの超伝導材とか、TiAl5Sm25の極低温
材、Snを気中溶接でSnO2、或いはLiTaO3、BaTiO3等々の
機能材を容易に合成できる効果をも有する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[Technical field to which the invention belongs]
The present invention relates to a material having wear resistance and corrosion resistance or iron,
Wear resistance on sliding surfaces made of ordinary materials such as iron or synthetic resin
Dot, strip or circle coating with wear and corrosion resistance
And a sliding member coated so as to have a pattern of
[Conventional technology]
In conventional equipment such as machine tools and measuring instruments,
The sliding surfaces of the table and table are cut and quenched and polished.
The sliding surface of the table that slides on the machined bed surface
To achieve the precision of the sliding surface,
It is formed by performing groove processing.
On the other hand, coating various metals by discharge is not recommended.
It is shown. For example, JP-A-55-28,314 and 58-19
As described in JP 7,275, the electrode is separated from the coating material
For discharge coating while moving at right angles to the direction of movement
Method for discharge coating using a rotating electrode or a circular rotating electrode
With a surface roughness of about 10 to 20 μm Rmax or less
A method of obtaining a coating layer having a high flatness and a uniform thickness,
Alternatively, for example, JP-A-58-197,274 and JP-A-59-55,362
JP, 59-55,363, etc., as described in the rod-shaped electrode
Discharge coating while giving rotation around an axis parallel to the central axis
High flatness with surface roughness of about 10μmRmax or less
A method of obtaining a coating layer of uniform thickness, or
The discharge coating method and the like described in JP-B-58-14,877 have been proposed.
Have been. In addition, as a desirable method, for example, a thin rod
Bundled multiple electrodes or preferably thin wire electrodes
Between the rod and the sliding surface of the sliding member.
About 10 μm or less, preferably about 0.5 to 5 μm
It is preferable to form and maintain
Or around a central axis of the binding electrode or an axis parallel to the axis.
The binding electrode faces the sliding surface while rotating the binding electrode
Do not scan relatively at a predetermined speed in the direction perpendicular to the
Intermittently or a series of multiple voltage pulses
By intermittently applying a voltage between them to generate a discharge
Of the binding electrode, which melts and wears in sequence, is welded to the sliding surface.
Non-vibration discharge coating methods for coating are known.
As the coating material, for example, Japanese Patent Application No. 61-80,794, 61-8
At right angles to the axial direction described in 6,808 and 61-86,809
Multi-layer coaxial in cross section, or multi-layer parallel in one direction
Shape or by one or more intersecting lines passing through the center
Split unity or joint-shaped or radial split unity or
It is effective to use a combined discharge coated electrode,
One or more of the binding or binding electrodes
Several of each are reserved for alloy materials having a predetermined relationship with the alloy composition.
It can be used as a coating material after being made.
In addition, as a discharge power source, in addition to those using capacitors,
Pulse width of voltage pulse, pause between pulses, and discharge current
Selective settings such as amplitude or the number of voltage pulse trains
Current electronic switch on / off voltage pulse power supply, example
For example, JP-B-46-28,163, JP-B-46-28,162, or
Are described in JP-B-58-13,623, JP-B-59-43,989, etc.
On-board discharge power supplies are known.
[Problems to be solved by the invention]
Sliding by grinding or scraping after cutting
Finishing the surface requires skill and a lot of time
Was.
Therefore, the present invention utilizes a conventional discharge coating,
By improving this, the above finishing work can be omitted.
Function, especially to reduce or increase the friction coefficient of the sliding surface.
Abrasion and corrosion resistant slides used for friction transmission devices
An object is to provide a sliding member having a moving surface.
[Means for solving the problem]
In order to achieve this object, the sliding member of the present invention has a wear-resistant
Abrasion and corrosion resistant coating material is melted by electric discharge or laser
The molten coating material is painted on the sliding surface in a predetermined pattern.
Characterized by being coated
The sliding member of the present invention may be made of non-ferrous or synthetic resin.
Normal materials are available, especially each of Al or Ti
Main alloys, or a mixture of these and rare earth
A material sintered by adding elements is used and the material
The effect is further increased by using the electric discharge machining of the sliding surface of
You.
In this way, WC is applied to the sliding surface made of any material.
System, Ti system, TiN system, ZrBTwoSystem or WSTwo, MoSTwoEtc. mixed
Coating material, W, Mo, Al or Sn etc. having solid lubricity
Metal or an alloy of a mixture of these metals and iron
NC control (numerical control), CNC control (computer
Point, band, circle, etc. to a predetermined thickness
Draw an arbitrary pattern and cover it. The coating work is air
In inert gas or reactive gas.
Now.
In addition, coating is performed by electric discharge, laser or electron beam.
NC control to perform micro welding (micro welding), CNC control
And measure the coated surface with a laser.
In case of discharge, rotate the electrode of the coating material
Vibrates against the sliding surface,
Welding is performed, and the electrode of the coating material and the sliding member are
Move relative to the constituent materials in the X, Y and Z axis directions
Let it.
In addition, vibration occurs in opposition to the material that constitutes the sliding member and the sliding surface.
The voltage pulse applied between the
Pulse waveform changed by combining digital pulses
Combined voltage pulse and its different waveforms
The voltage pulse, or a combination thereof, is used as the coating progresses.
A voltage pulse that is changed by using a voltage pulse is used.
In addition to simply welding the cladding material,
When the covering electrode is pulled up from the sliding surface and separates
Before solidifying part of the welded cladding, the cladding electrode
Vibration to remove by the convex surface formed on the coated surface
The part is flattened.
[Action]
According to the present invention, it acts like an oil groove or a scrape surface,
Abrasion and corrosion resistance, and friction according to the purpose
Coating with small or large coefficient is controlled by NC and CNC control.
Slidable in a pattern of any shape
It can be formed on the sliding surface of the member. In addition,
By controlling the thickness of the covering layer, sliding parts and joining parts can be
Accuracy is also possible.
For example, sliding members made of steel S45C
On the surface, the current value Ip60A, τon2
A voltage pulse of 0 μs and τoff of 40 μs is applied,
Move at 150mm / min while rotating at 0 ~ 1000RPM
, And cover it with a thickness of 20 to 30 μm in the meantime
did. 600g / cm for completed sliding memberTwoApply the load of
Abrasion test was performed at a moving speed of 80 cm / min in tiger oil
As a result, the surface roughness of the sliding surface before the wear test was 12 to 12.5 μRm
ax, but the surface roughness after sliding 10.3km is 10 ~ 11μRma
x, surface roughness after sliding 15km 10 ~ 11μRmax, 22k
The surface roughness after sliding for m was 9 μRmax. And tapir
The friction coefficient μ in the tiger oil was as small as 0.072.
On the contrary, an element vibrator driven by a piezoelectric element
Covers the area where the motor contacts the driver and the friction transmission surface of the transmission.
To increase the transmission effect.
[Embodiment of the invention]
The present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a vibration type micro-welding apparatus embodying the present invention.
Is an example. Coating that acts the same as the discharge electrode
The material of material 1 is different from the electrode used for normal electric discharge machining.
WC, TiC, TiN, WCB, ZrBTwoSystem and so on
WS with solid lubricityTwo, MoSTwoEtc., W, Mo, Al or Sn etc.
Metal or a mixture of such metals with iron etc.
I do. This coating material 1 is detachably attached to the spindle 2
The spindle 2 is connected to the resonator element 3
During rotation by a rotating device (not shown).
In some cases. Attach one end of the resonator element 3 with screws
An electromagnet 3 for vibrating the resonator element 3 is attached to the girder head 4
Then, it is excited by the exciting coil 6. Guy attached to head 4
The slide shaft 7 has a horizontal arm 8 and a slide ball bearing 9
Slidably supported by the same head 4
The screw 10 is attached to a nut 12 supported by a bearing 11 on an arm 8
Screwed into the worm wheel 13 fixed to the nut 12
A worm (not shown) fitted to the arm 8
The nut 12 is rotated by rotating the
The head 4 is moved in the Z-axis direction. Position facing the covering material 1
The material 15 constituting the sliding member is supported by the support 16.
The support 16 is manually or motor 17 on a saddle 18.
Moves in the X-axis direction, and saddle 18 is manually or motor 19
It is configured to move on the table 20 in the Y-axis direction.
When welding the coating material 1 to the sliding surface of the material 15
X and Y axis directions between the material 15 and the coating material 1 according to the welding
Direction relative movement is controlled. And table 20
Column 22 with horizontal arm 8 mounted on fixed bed 21
Fixedly installed. Alternatively, place the column 22 horizontally on the bed 21
To be movable in the direction
The cover 1 may be moved in the horizontal direction. Further
The sliding surface (covering surface) of the coating material 1 and the material 15 is covered with a cover 23.
Cover, cover 23 inside cylinder 24 from inert gas such as argon.
Reactive gas such as reactive gas or carbonizing gas or nitriding gas.
Supplied by hose 25. This gas supply causes the coating material 1
Depo by vibrating or vibrating and rotating to repeat contact opening
(Covering) When producing carbide and nitride by the coating method
The process is performed by using a gas for carbonization (gas containing organic substances) or a gas for nitriding.
(Nitrogen gas) and an inert gas such as argon
Be paid.
NC device 26 drive-controlled servo motors 14, 17, 19
When the excitation power supply 27 for exciting the excitation coil 6 is controlled,
Then, a discharge voltage is applied between the coating material 1 and the material 15.
The processing power supply 28 is controlled. With this NC device 26, sliding members
2 (a) and 2 (b) show the sliding surface of the material 15 constituting
In addition, FIGS. (C), (e), (f), (g) and (h) show the same.
Points, lines, bands, or arcs, or the like
A lamellar pattern is arbitrarily selected and coated.
Here, FIG. 2C is a sectional view taken along the line AA in FIG.
As shown in (d), the thickness ε of the coating layer becomes 6 μm.
The result of the wear test with the WC material coated in a folded line
Shown in the figure. In FIG. 3, the sliding portion of the present invention shown in diagram I
The test results using roller bearings
As shown in Diagram II of the same figure, the hardened surfaces
Diagram III showing the results of the dynamic test, and
The surfaces made of cast iron are brought into contact with each other to
Compare with the diagram IV in
As a result, the sliding surface of the sliding member of the present invention has the best results.
It can be seen that In this case, the sliding of the sliding member of the present invention
The friction coefficient μ of the moving surface in oil is as small as 0.06.
Was.
Also, the sliding surface of the material 15 made of cast iron FC material has B5
%, Ni12%, the balance being WC, using the coating material 1 as an electrode.
The current value Ip60A,
Apply a voltage pulse of τon30μs and τoff30μs.
While rotating the coating material 1 at 350 RPM, on one sliding surface
The other sliding surface was covered with a circular pattern in a streak shape.
Friction coefficient μ is 0.08, the amount of wear when sliding 20 km
Was as small as 0.004 mm (4 μm). By the way
The coefficient of friction of the sliding surface when not covered was 0.14.
Further, on the sliding surface of the material 15 made of carbon steel,
The coating material 1 consisting of low carbon steel and Mo in a ratio of 1: 3 is used as an electrode.
Staggered pattern at 15mm width 5mm interval 25sec / cmTwoof
Micro-welding at a high speed
Combine so that you can add thin oil, 15kg / c
mTwoTest at a speed of 3 m / min under
As a result, the coefficient of friction was 0.08, and the wear after moving 30 km
The amount was 0.004 mm. These results are similar to the traditional roller
High precision and stable sliding drive compared to the bearing sliding method
Is performed. Also, this micro welding
Is applied in the inert gas mentioned above or a specific diffusion gas.
Powder and granules can be applied to the coating material 1.
Can be
The sliding member is made of a material such as iron, non-ferrous or synthetic resin
Although it can be manufactured using a sliding material,
If specified, pistons, cylinders and pumps of internal combustion engines
For injection, etc., each of Al and Ti or these
Mixed with a rare earth element and sintered.
Good to use. Specifically, AlTiVSm, AlTiVY, AlCoS
m, AlCoY, AlCuCoSm, Ti-13 (CuCoSm) -4Ni, Ti-45Al-
5Co-1.5Cr-Sm, Ti-45Al-5Mo-1.5Cr-Sm, Ti-6Al-4V-Sm,
And other materials have particularly high wear resistance and low friction coefficient.
And excellent sealing effect. About the sealing effect
In other words, for example, the surface that was subjected to EDM using these materials
When the surface roughness is 10μRmax,
1.6 × 10-Fourmcc / cc
0.6 × 10 for the above material-FourShows mcc / cc sealing effect,
Furthermore, when the surface roughness is 5μRmax, the sealing effect of the conventional product is 1.
1 × 10-Fourmcc / cc, whereas the material of the present invention
Then 0.08 × 10-FourA mcc / cc sealing effect was exhibited. As a result
Is a cylinder and piston made by sintering the above material.
Efficient in increasing efficiency and durability
ing.
Thus, micro welding performed on the sliding surface of the material 15
(Small welding), as mentioned above,
In addition to the effect of oil groove formation, when positioning accuracy is required
Can also be used. In this case, sliding surface or joining
Coating material 1 to a thickness of at least 3 μm or 5 μm on the surface
Micro-welding, overlaying the coating layer as necessary to achieve a predetermined thickness
And a thickness of about 30 μm at the maximum. Micro welding
As shown in Fig. 4, laser light
The laser beam 30 emitted from the oscillation device 29 is converted to a CCD (Charge Co.)
measurement with a well-known surface measurement device that receives light with an upled device)
Then, the Z-axis circuit is input by the CNC device 26 that has input the output.
Control the motor 14 and the X-axis and Y-axis servomotors 17 and 19.
The material 15 and the covering material 1 are relatively moved by
Of the amount determined by the load and speed applied to the sliding surface
The coating layer is micro-welded to a predetermined coating pattern. In addition,
Measure the dimensions of the material 15 in advance using a measuring device not shown.
B Measure before welding and determine the amount to be micro welded
I do. The measurement is performed using a laser or a contact detection device.
And measure the average over a certain area to determine the position and direction.
By making a decision, micro welding can be performed with the desired accuracy.
Can be. Micro welding performed in this way is
Can be welded not only on surfaces but also on curved surfaces with a predetermined thickness
From this, it is possible to improve the directional accuracy of planes and curved surfaces.
Not only the sliding surface but also the assembly when assembling machine parts.
Scan the entire contact surface to achieve vertical accuracy
Or, by determining the position and direction, with the desired accuracy
Can be micro welded.
According to the experiment, there was an error of 0.06mm at the beginning of processing
2μm for the sliding surface of 350mm in the X direction and 200mm in the Y direction
As a result of micro-welding with accuracy, an overall error of 3 μm
Was obtained.
Also, when performing this micro-welding,
Like charcoal using freon gas or oil,
Treatments such as nitriding using nitrogen gas are performed.
MoS mentionedTwoOr WSTwoWC mixed with solid lubricant such as
Or coating material using wear-resistant material such as TiN
Cover with 1.
For example, on the surface of the material 15 using FC material (iron material) as a base material,
Approximately 10mmφ point at 10mm interval TiN layer and WC layer in thin part
When 8μm, 28μm micro-welding on thick part,
The coating layer becomes amorphous and has corrosion resistance and wear resistance.
A high coating layer can be obtained, and as a result of the measurement,
It shows a wear amount of about 2 to 6 μm when sliding about km.
The lubrication and accuracy of sliding parts of measuring machines and machine tools.
However, it is very effective to use it for, for example, obtaining the accuracy of a joint portion.
As described above, in inert gas or reactive gas
Motion of the covering material 1 by vibration or a combination of vibration and rotation
And the contact and separation of the sliding surface of the material 15
Micro-welding to form a coating with the required pattern
Therefore, when forming a coating layer of carbide, nitride, etc.
Gas (organic substance-containing gas) or nitriding gas (nitrogen gas)
) Is supplied from the cylinder 24, and if necessary, argon
While supplying an inert gas such as
Make contact.
According to the experiment, the surface of the material 15 made of steel S55C material
In addition, Ip60A, τon80μs, τoff80μs, average current 10A
Under the pulse condition by the power supply 28, the Ti electrode is used as the coating material 1,
55μm thick TiC when coated with propane
45 sec / cm layerTwoCould be formed at a speed of Also,
Inject raw gas from inside and supply argon gas from surrounding
Then, the Ti electrode was used as the coating material 1 and rotated at 350 RPM.
With a thickness of 60 μm while vibrating at 380 Hz with an amplitude of 18 μm.
The TiN layer was coated. In the case of this TiN layer, the coefficient of friction is
The sliding effect was extremely low. In addition, ZrBTwoAnd
Optional using TiC or inert gas or reactive gas
Was able to be produced.
In micro welding using electric discharge,
FIG. 5 (E) shows one type of waveform pattern.
Instead of micro-welding by continuously supplying
5 (A), (B), (C), (D), and
Pulses having different waveform ratios as shown in FIG.
Micro-welding by repeatedly supplying in a combined state
As a result, a more uniform coating layer could be obtained. this is
The method of changing the waveform by combining digital pulses
By changing the waveform as the machining progresses
To maintain a good relationship between the processed surface roughness and the processing speed.
Was completed. 5% Co to WC on the material 15 made of steel S55C
The coating material 1 was rotated at 1500 RPM as an electrode.
The current value Ip40 supplied from the power supply 28 at intervals of 5 μm.
A, τon40μs, τoff40μs standard waveform voltage
When applying a pulse and coating, and when changing the waveform
Mushroom, unit area (cmTwoCoating time per min) and coating amount
(Mg) is shown in the graph of FIG. Also, in FIG.
Is the unit area (cmTwo) And coating surface roughness (min)
It shows the relationship with the height (μmHmax). In FIG. 6 and FIG.
And the one shown by the diagram of "3" is the conventional standard waveform
Shows the result of only the pulse of FIG.
Fig. 5 (A) shows the waveform of 10 pulses, and Fig. 5 (C) shows the waveform.
Discharge 3 pulses repeatedly, and after 10 minutes, waveform (C)
"5" indicates the case where the number of pulses was increased from 5 to 5 pulses.
In the diagram shown in the diagram, the waveform of FIG.
The waveform of (B) is composed of 10 pulses and the waveform of (C) is composed of 10 pulses.
This shows the case where both the coating amount and the surface roughness were released.
Different coating states when changing the pulse state
And the combination of pulses of different waveforms according to the present invention.
Is the coating amount and coating surface roughness with respect to the coating processing time.
It turns out that it is excellent also in any point of.
Thus, as the coating process progresses,
Change the waveform, and change the
Combine waveforms and coat the changed waveform combinations
Micro welding by changing as the progress of the process
Is advanced, or a constant microphone with a standard waveform
B) When welding progresses, the present invention
Cover one after another while removing convex parts so as to eliminate as much as possible
By doing so, the effect can be further improved. This
This is to change the waveform as the micro welding progresses
Changes the thermal characteristics, and the unevenness of the micro welded part
It is controlled so as not to be as rough as possible. That
Sometimes supply current is 35000A / cm depending on coating materialTwo
~ 45000A / cmTwoDegree, and if the coated surface
45000A / cmTwo~ 50000A / cmTwoCurrent density
You.
Also, in micro welding, it is too long due to its characteristics
It turned out that a pulse with a time width was not good. Current value Ip
The relationship between the coating amount (mg) and the time (min) of the result of the experiment at 50 A
The engagement is shown in FIG. From the figure, τon is a 600μs pulse
Much better when a 20μs pulse is applied
It can be seen that the coating amount (welding amount) was lower. in this way,
Computer (CNC) for combining different waveforms by combining single pulses
Output with the best surface roughness and maximum machining amount
be able to.
Thus, the present invention does not merely repeat welding.
The coating surface is obtained by coating while removing convex parts.
The flattening is performed based on FIG.
explain. Fig. 9 shows the temporal energy characteristics of the pulse discharge.
The horizontal axis indicates time (μs) and the vertical axis indicates energy (V).
You. Welding and processing to remove part of the coating layer once welded
9A by using the same coating material electrode 1,
As shown in the figure, the pulse for welding is different from the pulse.
Coating processing by combining pulses to eliminate the changed conditions
And the pulse under the same condition as shown in FIG. 9B.
A method that simultaneously performs welding and removal during one welding.
is there.
Using the coating material 1 containing 5% Ni in WC as an electrode,
Removed on the WCCo surface with a processing gap of 5 μm while rotating with PM
When micro-welding including processing is performed,
In the formula, Ip60A, τon80μs, τoff80μs for welding
Condition pulse, Ip60A for removal processing, τon2μs,
Combined with the pulse of τoff2μs in the ratio of 3: 2
Sometimes it can be coated to a thickness of 65 μm,
The surface roughness is 4.5μRmax uneven, while the removal
Table when only welding is performed by the conventional method that does not include
The surface roughness is 18μRmax and the thickness of the coating layer is 45μm.
Some parts were not welded at all. Also, FIG. 9B
When micro-welding is performed in the method shown in FIG.
It was almost the same as when, but the welding speed was about 85% of the case of A
A was faster. And when not removing
It was found that the efficiency was improved three times as compared with that of the first embodiment.
Energize the wear-resistant and corrosion-resistant coating material of the present invention.
As a device for melting and coating a predetermined amount by
In addition to the device described above, the device shown in FIGS. 10, 11 and 12
Is available. The device shown in Fig. 10 uses an energized wire explosion
With a mask 41 having a predetermined pattern to be covered.
Cover the sliding surface of the material 15 constituting the sliding member, and place a
Place the arm 42 and inactivate the cylinder 24 in the hood 42
Reactive gas or reactive gas to supply wire 43 for coating.
High voltage is applied while sequentially feeding by paired pinch rollers 44
The wire 43 is masked by causing the wire to explode.
Melted and scattered on the top, the covering surface 45 according to the pattern of the mask 41
It is something that you get.
In the apparatus shown in FIG. 11, a pair of coating materials 1 are opposed to each other.
In the meantime, apply the voltage pulse as described above to cover
A layer 51 is obtained, wherein the material 15 is a ceramic,
Used when it is an insulator such as resin.
The device shown in FIG. 12 uses the device shown in FIG.
And apply a further electric field to give directionality to the molten coating material.
To effectively cover the material 15
The conductive ink, even if it is insulating.
Providing a conductive film made conductive by cloth, chemical plating, etc.
From the power supply 63 to the other electrode 62
An electric field is formed by applying a DC voltage.
You. In this case, even if the mask 41 shown in FIG. 11 is used.
Good, but conductive ink can be applied and chemical
By forming the key in a predetermined pattern, the pattern is covered.
Can be
The discharge (pallet) is applied to the sliding surface of the material that constitutes the sliding member.
Has been described as coating using
Or, in some cases, micro-welding using ultrasonic
A desired coating layer can also be formed.
And the coating layer on the sliding surface reduces the friction coefficient.
Power by friction rather than just forming
It is also used in such cases. For example, with a piezoelectric element
Minute irregularities in the area where the driving element vibrator contacts the driving element
Abrasion-resistant materials in the form of 10-
Coat to about 25 μm. FIG. 13 (a) and FIG.
As shown in FIG. 7B, the piezoelectric ceramic driving body 65
WC, TiC, B on the surfaceFourC from materials with high abrasion resistance such as
When a dotted or island-shaped coating layer 66 is formed, the conventional hardened steel
Has an abrasion resistance of 10 to 50 times or more, and a friction coefficient μ = 0.
It was 2 or more, and it was possible to drive very effectively. What
In addition, this driving body 65 is used not only for a disk but also for a linear driving body.
You can also.
In addition, as illustrated in FIG.
Conversion of the full-toroidal system (not shown)
In a speed control device of a high-speed machine, it is a friction wheel that transmits friction.
Contact surfaces of the movable vehicle 67, the driving vehicle 68, and the driven vehicle 69,
WC, TiC, TiN, BFourC, SiC, AlTwoOThreeFriction resistant materials
Using the coating material 1 made by mixing the ingredients alone or
With a thickness of about 10 to 30 μm, places such as waveforms, point distributions, etc.
When the coating layer is formed in a fixed pattern, the resistance is 5 to 50 times
It becomes abrasive and the slip rate is about 1/5 of the conventional one, and the effect is large
Good. The rotation ratio can be generally used from about 1:10 to about 1:30.
And the slip rate is good with a maximum of about 10%.
〔The invention's effect〕
The present invention utilizes discharge (pulse discharge),
With a coating material using a laser, ion beam, plasma, etc.
Performs vibration or a combination of vibration and rotation on an electrode
In addition, the coating is welded. At that time, one by one welding
X, Y, Z
Relative movement in each axis direction of
Weld. In addition, the thickness, surface roughness,
Depending on the coating conditions and coating shape, the welding frequency and
Feeding in the X, Y, and Z directions can be arbitrarily selected. The present invention
Alloys that combine two or more materials in a medium to be diffused
Welding of micro minute parts such as
It is. Because the welding is repeated thin welding
It becomes fine alloy crystals. Therefore, the sliding surface of the sliding member
In addition, abrasion resistance, including the formation of oil grooves in arbitrary patterns
An abrasion-resistant and corrosion-resistant coating layer can be obtained. Soshi
In addition to obtaining the sliding surface of the sliding member, micro welding
Synthesis of functional materials, processing to wrap the surface of the material with different materials,
Synthesis of magnet material, hard material, soft material, or semi-hard
Coating of materials etc., synthesis of superconducting material, sliding, processing into screw parts,
It can be used for processing pumps and the like. For magnet material
At 1 atmNTwoIp80A, τon1.1μs on Fe material surface in gas
Micro-weld FeB under the conditions, and further superimpose Nd
Welded and magnetically treated in a magnetic field of 25000 Oe, resulting in 65 MGO
e became a magnet.
In addition, using a coating material containing 2% Ti in Cu
And the output of 500W CO to FeTwoMicro welded by laser
After that, when two phases were separated at 1000 ° C for 1 hour, 55%
Superplastic working was completed.
Furthermore, AlTwoOThreeAnd YTwoOThreeUsing a 150 W YAG laser
As a result of micro-welding, a pressure of 25 MPa was applied at 1100 ° C.
And could be plastically processed at 0.2 mm / min.
In addition, TbFCo magneto-optical material, Nb, Ti, Sn micro
By welding (NbTi)ThreeSuperconducting material of Sn or TiAlFiveSmtwenty fiveCryogenic
Material, SnO by air weldingTwoOr LiTaOThree, BaTiOThreeEtc.
It also has an effect that a functional material can be easily synthesized.
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明を実施する装置を例示した図、第2図
(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)は
本発明のマイクロ溶接による摺動面等の模様を例示した
図、第3図は本発明の摺動面と他の摺動面との効果を比
較した線図、第4図は本発明の被覆面を測定しながらマ
イクロ溶接することを例示した図、第5図(A)(Aa)
(B)(Bb)(C)(Cc)(D)(Dd)(E)(Ee)は
本発明のマイクロ溶接に用いる放電パルスの波形を示し
た図、第6図、第7図は本発明の放電パルスの波形と従
来の放電パルスとによるマイクロ溶接の効果を示した
図、第8図は放電パルスの放電時間による効果を示した
図、第9図A,Bは本発明の溶着と除去とを行なう波形を
例示した図、第10図、第11図、第12図は本発明の被覆層
を得る他の装置を例示した図、第13図(a)(b)は本
発明を利用した駆動体の図、第14図は本発明を利用した
変速機の図である。
1……被覆材
2……スピンドル
3……振動片
5……電磁石
14,17,19……サーボモータ
23……カバー
24……ボンベ
26……NC装置
27……励磁電源
28……加工電源BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a diagram illustrating an apparatus for practicing the present invention, and FIGS. 2 (a), (b), (c), (d), (e), (f), (g), and (h) FIG. 3 is a diagram exemplifying a pattern of a sliding surface by micro welding of the present invention, FIG. 3 is a diagram comparing the effect of the sliding surface of the present invention with another sliding surface, and FIG. Diagram illustrating micro-welding while measuring the surface, FIG. 5 (A) (Aa)
(B), (Bb), (C), (Cc), (D), (Dd), (E), and (Ee) show the waveforms of the discharge pulses used in the micro-welding of the present invention. FIG. 8 shows the effect of the micro-welding by the waveform of the discharge pulse of the present invention and the conventional discharge pulse, FIG. 8 shows the effect of the discharge time of the discharge pulse, and FIGS. FIGS. 10, 11 and 12 are diagrams illustrating another example of a device for obtaining the coating layer of the present invention, and FIGS. 13 (a) and (b) are diagrams illustrating the present invention. FIG. 14 is a view of a transmission using the present invention. 1 ... coating material 2 ... spindle 3 ... vibrating piece 5 ... electromagnets 14, 17, 19 ... servo motor 23 ... cover 24 ... cylinder 26 ... NC device 27 ... excitation power supply 28 ... processing power supply
Claims (1)
等で溶融し、その溶融した被覆材を所定の模様を描いて
摺動面に被覆してなることを特徴とする摺動部材。 2.NC制御により所定の模様を描いて被覆材を摺動面に
被覆することを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載
の摺動部材。 3.点状、帯状、又は円形状等の所定の模様形状に被覆
材を摺動面に被覆することを特徴とする特許請求の範囲
第1項に記載の摺動部材。 4.摺動部材を構成する素材が、Al,Ti,若しくはAl,Ti
合金、又は之等に希土類元素を添加したものであること
を特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の摺動部材。 5.被覆される摺動面が予め放電加工処理された放電面
であることを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の
摺動部材。 6.不活性ガス若しくは反応性ガス中で被覆材を摺動面
に被覆することを特徴とする特許請求の範囲第1項に記
載の摺動部材。 7.CNC制御されるマイクロ溶接法によって所定の模様
を描いて被覆材を摺動面に被覆することを特徴とする特
許請求の範囲第1項に記載の摺動部材。 8.被覆材に回転と摺動面に向う振動が与えられると共
に摺動部材を構成する素材と被覆材間にX、Y、及びZ
軸方向の相対移動を与えた状態で、振動毎の放電による
溶接作用により被覆材を摺動面に被覆することを特徴と
する特許請求の範囲第1項に記載の摺動部材。 9.所望の模様を有するマスクによりマスキングされた
摺動面上に線状被覆材を配置し、該被覆材に通電して線
爆発されることにより被覆材を摺動面に被覆することを
特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の摺動部材。 10.所望の模様を有するマスクによりマスキングされ
た摺動面上に一対の被覆材電極を相対向させて配置し、
該電極間で放電させることにより被覆材を摺動面に被覆
することを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の摺
動部材。 11.摺動面が圧電素子により駆動される素子振動体と
駆動体との接触面であることを特徴とする特許請求の範
囲第1項に記載の摺動部材。 12.摺動面が変速機の回転数制御装置に於ける摩擦伝
動面であることを特徴とする特許請求の範囲第1項に記
載の摺動部材。(57) [Claims] A sliding member comprising a coating material having wear resistance and corrosion resistance melted by electric discharge or laser or the like, and the molten coating material is coated on a sliding surface in a predetermined pattern. 2. The sliding member according to claim 1, wherein a coating material is coated on the sliding surface by drawing a predetermined pattern by NC control. 3. The sliding member according to claim 1, wherein the sliding surface is coated with a coating material in a predetermined pattern shape such as a point shape, a band shape, or a circular shape. 4. The material of the sliding member is Al, Ti, or Al, Ti
2. The sliding member according to claim 1, wherein a rare earth element is added to the alloy or the alloy. 5. The sliding member according to claim 1, wherein the sliding surface to be coated is a discharge surface that has been subjected to a discharge machining process in advance. 6. The sliding member according to claim 1, wherein the sliding surface is coated with a coating material in an inert gas or a reactive gas. 7. 2. The sliding member according to claim 1, wherein a coating material is coated on the sliding surface by drawing a predetermined pattern by a micro welding method controlled by CNC. 8. Rotation and vibration toward the sliding surface are given to the coating material, and X, Y, and Z are applied between the material forming the sliding member and the coating material.
2. The sliding member according to claim 1, wherein the coating material is coated on the sliding surface by a welding action by electric discharge for each vibration while the relative movement in the axial direction is given. 9. A linear coating material is arranged on a sliding surface masked by a mask having a desired pattern, and the coating material is coated on the sliding surface by applying a current to the coating material and causing a linear explosion. The sliding member according to claim 1. 10. Placing a pair of coating electrodes facing each other on a sliding surface masked by a mask having a desired pattern,
The sliding member according to claim 1, wherein the sliding material is coated on the sliding surface by discharging between the electrodes. 11. The sliding member according to claim 1, wherein the sliding surface is a contact surface between the element vibrating body driven by the piezoelectric element and the driving body. 12. The sliding member according to claim 1, wherein the sliding surface is a friction transmitting surface in a rotation speed control device of a transmission.
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1987
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