JPH08247150A - 液体中摺動部材の組合せ及びその選択方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 非潤滑環境下においても、摩擦係数が安定し
て低いという優れた摺動特性を有する液体中摺動部材の
組合せ及びその選択方法を提供する。 【構成】 本発明の液体中摺動部材の組合せは、液体中
又は湿潤雰囲気中において相対的に摺動する２つの部材
の組合せである。両部材の摺動面の表面硬さが、ブリネ
ル硬さ又はビッカース硬さで７０ Kgf／mm² 以上であ
り、以下の式で計算される、両部材の摺動面の液体中で
の界面エネルギーが１００mJ・m^-2以下であることを特徴
とする。 Δγ＝２｛γ_L ^d＋γ_L ^P＋（γ_A ^dγ_B ^d）^1/2 ＋（γ_A ^pγ_B ^p）^1/2 −（γ_A ^dγ_L ^d） ^1/2 −（γ_A ^pγ_L ^p）^1/2 −（γ_B ^dγ_L ^d）^1/2 −（γ_B ^pγ_L ^p）^1/2 ｝・・・(1) γ_L ：液体の界面エネルギー γ_A 、γ_B ：両部材の摺動面表面の界面エネルギー スーパー・スクリプトｄ：界面エネルギーの分散成分 スーパー・スクリプトｐ：界面エネルギーの極性成分

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、水栓の弁体と弁座に代
表される、液体中（水中）や液滴（水滴）の凝集が生じ
る高湿雰囲気において相対的に摺動する部材の組合せ、
及び、その選択方法に関する。特には、非潤滑環境下に
おいても、摩擦係数が安定して低いという優れた摺動特
性を有する液体中摺動部材の組合せ及びその選択方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】液中で摺動する機械部品としては、水道
水等の液体の通路を連通・遮断するためのバルブの弁体
と弁座、あるいは、水中ポンプ等の中で用いられるメカ
ニカルシールや滑り軸受けがある。これらの機械部品用
の部材には、十分な機械的強度と耐摩耗性、耐熱性、耐
触性などが要求される。さらに、水中では潤滑油の供給
が困難であり、グリースなどの粘性の高い潤滑剤も流失
することがあるので、最も重要な特性として、部材表面
の摩擦係数が小さいことが求められる。

【０００３】これらの水中で摺動する部材を構成する材
料としては、以前は、鉄鋼材料や銅合金材料等の金属材
料が一般的であったが、近年セラミック材料も用いられ
るようになってきた。例えば、バルブの弁体ならびに弁
座には、アルミナなどのセラミック材料が用いられる。

【０００４】水中における潤滑の困難性から、理想的に
は、無潤滑でも摩擦係数の低い摺動部材の組合せが望ま
しいのであるが、摺動面における摩擦によって摺動に要
する駆動力が上昇したり、あるいは摺動面が損傷を受け
たりすることを抑制するために、摺動面に何らかの潤滑
を施して摩擦を低減する処置が行われている。

【０００５】最も単純な潤滑処置としては、部品の組立
時に、グリースやオイルを摺動面に塗布することが行わ
れている。これだけでは長期にわたって潤滑性を維持で
きないような場合には、潤滑剤を蓄える場所を摺動面近
傍に設け、連続的に摺動面に潤滑剤を供給することも行
われている。例えば、バルブの弁体に溝を設けてその溝
内に潤滑剤を充填したり（実開昭６２−１４３８６
９）、弁体をセラミック多孔質体で構成しその気孔内に
種々の潤滑剤を充填したり（特開昭６３−９７８１、特
開昭６１−２０６８７５）することが行われている。

【０００６】さらに、フッ素樹脂やシリコン樹脂、グラ
ファイト、炭化ケイ素等といった固体潤滑剤のコーティ
ング層を摺動面に形成したりすること（実開昭６３−２
４４６０、実開昭６３−５１９７０）や、部材を炭化ケ
イ素そのもので作製することが行われている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、連続的
に潤滑剤を供給する処置を施しても、潤滑剤が摺動面全
体に行き渡らないことや、予定以上の潤滑剤が供給され
る事態が生じて潤滑剤が蓄え場所からもなくなってしま
うこともある。そのような場合には、摺動面の潤滑を維
持することはできず、例えばバルブにあっては、摺動力
の増大や摺動面の損傷・固着に起因する液体の連通・遮
断不良が生じ、機器の信頼性が損なわれることがある。
また、潤滑剤を蓄える場所を設けるには弁座あるいは弁
体に余分な加工を行う必要があるのでコスト及び生産性
の両面で不利である。さらに、弁座あるいは弁体が大き
くなり外観上（意匠上）も不利となることがある。

【０００８】固体潤滑剤のコーティング層を摺動面に形
成する処置の場合、樹脂やグラファイトのコーティング
層を用いると、これらは機械的強度と耐摩耗性がセラミ
ックや金属に大きく劣るため、バルブの厚さが増加した
り、異物のかみこみが生じないようバルブの上流にスト
レーナーが必要になったりして、設計の自由度が損なわ
れる。さらにこれらの処置によっても微細な粒子による
コーティング層の磨耗がすすむので、機械部品としての
寿命も短くなる。

【０００９】炭化ケイ素、窒化ケイ素あるいはサイアロ
ンは、摺動中の摩擦係数（動摩擦係数）が低いので、水
中で摺動する機械部品用の材料としては好適である。し
かし、いったん摺動を停止し、所定の時間を経た後再び
摺動を始めようとすると、起動に大きな力が必要なこと
がある。すなわち静摩擦係数がきわめて大きくなること
があるのである。これは、水中で、これらケイ素を含む
セラミック表面に生成するシラノール基（−ＳｉＯＨ）
のためである。同基は摺動中にあっては水分子を吸着
し、ゾル状となって摩擦係数の低減に寄与するが、摺動
を停止すると相手摺動材との間で次化学式に示す脱水縮
合反応を起こし、摺動材料間に固着を生じさせる。 −Ｓｉ−ＯＨ ＋ −Ｍ−ＯＨ → −Ｓｉ−Ｏ−Ｍ−
＋ Ｈ₂ Ｏ

【００１０】すなわち、水中摺動材料としてケイ素を含
むセラミックを用いた場合には、動摩擦係数を下げるこ
とはできるが、同時に静摩擦係数が上がってしまう。し
たがってケイ素を含むセラミックは、連続高速運転が主
体であるメカニカルシールなどには適すが、頻繁に起
動、停止を繰り返すバルブ（水栓）の弁体や弁座には不
適である。

【００１１】本発明は、連続的に潤滑剤を供給する方法
で対処しえなかった潤滑剤が摺動面全面に行き渡らない
問題および潤滑剤を消費してしまう問題、さらに潤滑剤
を蓄える場所を必要とする問題等を解決するだけでな
く、固体潤滑剤の樹脂やグラファイトで問題であった耐
摩耗性、耐久性を改善するとともに、ケイ素を含むセラ
ミックで問題であったシラノール基と相手摺動材との間
の脱水縮合反応に基因する静摩擦係数の上昇を解決する
ことを目指した。すなわち、本発明は、非潤滑環境下に
おいても、摩擦係数が安定して低いという優れた摺動特
性を有する液体中摺動部材の組合せ及びその選択方法を
提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の液体中摺動部材の組合せは、液体中又は湿
潤雰囲気中において相対的に摺動する２つの部材の組合
せであって；両部材の摺動面の表面硬さが、ブリネル硬
さ又はビッカース硬さで７０ Kgf／mm² 以上であり、以
下の式で計算される、両部材の摺動面の液体中での界面
エネルギー（Δγ）が１００mJ・m^-2以下であることを特
徴とする。 Δγ＝２｛γ_L ^d＋γ_L ^P＋（γ_A ^dγ_B ^d）^1/2 ＋（γ_A ^pγ_B ^p）^1/2 −（γ_A ^dγ_L ^d） ^1/2 −（γ_A ^pγ_L ^p）^1/2 −（γ_B ^dγ_L ^d）^1/2 −（γ_B ^pγ_L ^p）^1/2 ｝・・・(1) γ_L ：液体の界面エネルギー γ_A 、γ_B ：両部材の摺動面表面の界面エネルギー スーパー・スクリプトｄ：界面エネルギーの分散成分 スーパー・スクリプトｐ：界面エネルギーの極性成分

【００１３】また、本発明の液体中摺動部材の組合せの
選択方法は、液体中又は湿潤雰囲気中において相対的に
摺動する２つの部材の組合せの選択方法であって；両部
材の摺動面の表面硬さが、ブリネル硬さ又はビッカース
硬さで７０ Kgf／mm² 以上であり、上記(1) 式で計算さ
れる両部材の摺動面の液体中での界面エネルギー（Δ
γ）が１００mJ・m^-2以下となるように両部材を選択する
ことを特徴とする。

【００１４】なお、上記両部材の摺動面の表面硬さが、
ブリネル硬さ又はビッカース硬さで７００ Kgf／mm² 以
上であることが、一層摩擦係数を低減できるので、より
好ましい。

【００１５】

【作用】本発明では、摺動特性の優れた液体中摺動部材
の組合せを選択するに当たって、表面硬さがある程度以
上高いことと、液体中での界面エネルギーが所定値より
も低いことの両点に着目している。表面硬さについて
は、以前から、硬い部材同士の組合せが摺動摩擦を低減
するために好ましいとされていた。しかし、摺動部材同
士の固着し易さをも考慮して部材を選択することが必要
であり、”固着し易さ”を示す指標として”摺動面の液
体中での界面エネルギー”を採用することが妥当である
ことを見いだして本発明を完成するに至った。

【００１６】まず、”部材の摺動面の表面硬さ”につい
て説明する。一般的には摩擦係数μは次式で表せる。 μ＝τ／Ｐｍ ・・・・・・・・・・・・・・・・・（２） 式（２）においてτは凝着部のせん断力であり、摺動材
間にはたらく力に依存する。Ｐｍは柔らかいほうの素材
の流動圧力であり、通常ブリネル硬さＨ_B あるいはビッ
カース硬さＨ_V で近似できる。式（２）から明らかなよ
うに硬さと摩擦力係数は反比例する。本発明では２つの
摺動材表面の硬さのいずれもがブリネル硬さＨ_B あるい
はビッカース硬さＨ_V で７０（ Kgf／mm² ）以上とする
ことで摩擦係数を小さく保つ。

【００１７】次に、”液体中での部材の摺動面の界面エ
ネルギー”について説明する。本発明では、相対運動す
る２つの摺動材表面それぞれの界面エネルギーを制御す
ることにより、摺動材間に作用する引力を低く抑えある
いは斥力とすることとした。化学物質には固有の界面エ
ネルギーがあり、２つの物質を接触させる場合に、接触
面において作用する力は、２つの物質およびそれを取り
囲む環境を構成する物質の界面エネルギーによって決定
される。

【００１８】２つの固体Ａ、Ｂと気相または液相の３相
からなる系を考える。環境が気相Ｇの場合、２つの固体
の接合にともなう界面エネルギー変化Δ₇ は Δγ＝γ_AG＋γ_BG−γ_AB ・・・・・・・・・・・・・（３） 環境が液相Ｌの場合のそれは、 Δγ＝γ_AL＋γ_BL−γ_AB ・・・・・・・・・・・・・（４） となる。ここでγは界面エネルギーであり、サフィック
スAGは固体Ａと気相（Ｇ）の界面を表し、ALは固体Ａと
液相（Ｌ）の界面を、さらにABは固相Ａ、Ｂの界面を表
す。Δγが負の値のときは固体間にはたらく力は斥力と
なる。

【００１９】大気中のΔγは、以下の式（５）により、
水中のΔγは、以下の式（６）により計算できる。 Δγ＝２｛（γ_A ^dγ_B ^d）^1/2 ＋（γ_A ^pγ_B ^p）^1/2 ｝ ・・・・・・（５） Δγ＝２｛γ_L ^d＋γ_L ^P＋（γ_A ^dγ_B ^d）^1/2 ＋（γ_A ^pγ_B ^p）^1/2 −（γ_A ^dγ_L ^d） ^1/2 −（γ_A ^pγ_L ^p）^1/2 −（γ_B ^dγ_L ^d）^1/2 −（γ_B ^pγ_L ^p）^1/2 ｝・・（６） 式（５）、（６）において、スーパー・スクリプトのｄ
とｐは、それぞれ界面エネルギーγの分散成分と極性成
分を表す。

【００２０】なお、気相は液相に比べその活性は無視で
きる（γ_AG＝γ_A ＝γ_A ^d＋γ_A ^p）として、上式を導出し
ている。また式（６）におけるγ_L は、液体が水の場合
は、水の界面エネルギーである。式（５）から明らかな
ように、気相中では固体間にはたらく力は正の値しか取
り得ない。しかしながら式（６）から明らかなように、
水中で固体間にはたらく力は、γ_A ^d、γ_A ^p、γ_B ^dさらに
γ_B ^pを選ぶことで、零あるいは負の値にもなりうる。

【００２１】表１に、酸化鉄、アルミナ、シリカおよび
水の界面エネルギーの分散成分と極性成分の値を示す。
鉄系の素材を水中で使用すると、その表面は酸化されて
酸化鉄となる。ケイ素を含むセラミックは、水中ではそ
の表面にシリカが形成されている。これらを摺動材の一
方としたとき、いま一方の摺動材の界面エネルギーの分
散成分γ^d と極性成分γ^p から決まる摺動材間にはたら
く力を、式（６）と表１の値に基づいて計算すると、図
１、２および３に表された曲線のようになる。

【００２２】

【表１】

【００２３】すなわち、摺動材の分散成分γ^d と極性成
分γ^p を選択することにより、摺動材間にはたらく力を
制御することができる。このときには分散成分の大きさ
がとくに大きく寄与する。例えば、図１は基本となる摺
動材を鉄系の素材とした場合だが、同じ鉄系の素材をい
ま一方の摺動材として選択すると、摺動材間にはたらく
力は1000mJ・m^-2を越すが、γ^p が小さな素材を選択する
と、摺動材間にはたらく力を制御することができ、とく
にγ^p ＜40mJ・m^-2の場合には、摺動材間にはたらく力を
零あるいは負の値にすることもできる。図２および３か
らアルミナやシリカについてもほぼ同様のことがいえ
る。

【００２４】摺動部材表面の界面エネルギーおよび硬さ
を制御する方法は、それぞれの摺動部材を組みあわせた
場合に、低い活面エネルギーとなる物質自身で部材を形
成する方法の他に、金属やプラスチック、セラミックな
ど任意の材料の上に、鍍金法やＣＶＤあるいはＰＶＤ
法、ゾルゲル法、照射法により、同様の特性の物質の膜
を成膜する方法が適用できる。

【００２５】

【実施例】次に、本発明に係る実施例について説明す
る。第一実施例 摺動材の組み合わせ：アルミナセラミック対ダイヤモン
ドライクカーボンアルミナセラミックは、Ａｌ₂ Ｏ₃ 含
有率９７ｗｔ％、蒿比重３．９、吸収率０％、ヤング率
３６０ＧＰａ、ピッカーズ硬さ１６００（ Kgf／mm² ）
の緻密な焼成体を用いた。ダイヤモンドライクカーボン
は、上記アルミナセラミック上に、高周波誘導プラズマ
ＣＶＤ法により、下地としてのアモルファス炭化ケイ素
（以下、a-SiC と呼ぶ、厚さ７５０ｎｍ）を形成した
後、表面層としてのダイヤモンドライクカーボン（以
下、DLC という、厚さ６５０ｎｍ ）の膜を形成したも
のである。膜を２層としたのは剥離強度の向上を目的と
している。

【００２６】主要な成膜条件は次のとうりである。成膜
はＲＦ−Ｐ−ＣＶＤ法（高周波誘導プラズマ化学蒸着
法）にて行った。ａ−ＳｉＣ層成膜時の原料ガスは、Ｓ
ｉＣＣｌ₄ 及びＣＨ₄ であり、基板温度は５００℃以
上、ＲＦ出力１ｋＷである。ＤＬＣ層については、原料
ガスがＣＨ₄ 、基板温度２００℃以下、ＲＦ出力は１ｋ
Ｗである。真空度はいずれの場合も、５×１０^-3〜５×
１０^-4ｔｏｒｒである。

【００２７】一方の摺動部材であるとともに、DLC 成膜
の基板としたアルミナセラミックの表面の粗さは、表面
平均粗さＲａ＝０．３μｍである。なお、表面粗さはか
かる摺動部材を製品に組み込む際に必要な粗さ範囲であ
ればよい。バルブの弁体の場合には、セラミック表面が
Ｒａ＝０．１〜０．２μｍであることが好ましく、特に
Ｒａ＝０．１〜０．８μｍの範囲の表面粗さが好適であ
る。また、成膜の基板もかかる摺動部材を製品に組み込
む際に必要な物性値を備えていればよい。

【００２８】DLC の界面エネルギーの分散成分は３３．
３mJ・m^-2、極性成分は９．１mJ・m^-2であった。これらの
値は、２層膜を成膜後、液滴法により界面エネルギーを
測定して求めた。測定に用いた液体は、ヨウ化メチレン
と蒸留水である。試料上に置いた液滴を写真撮影し、接
触角を読取り算出した。前述の式（４）を２つの液体に
適用し、以下の連立方程式によって目的物質のγ^d 、γ
^p を決めた。

【００２９】水と非極性液体とを用いて、固体表面エネ
ルギーとその分散成分、極性成分を求める方法は以下の
とおりである。 Ｙｏｕｎｇの式 γ_SV−γ_SL＝γ_LVcos Θ・・・・・（７） 液体の付着に伴う仕事は Ｗ_A ＝γ_SV＋γ_LV−γ_SL ・・・・（８） （７）式を（８）式に代入して Ｗ_A ＝γ_LV（１＋cos Θ）・・・・（９）

【００３０】ここにＦｏｒｋｓによれば、 γ＝γ^d ＋γ^p （ｄ：分散、ｐ：極性）・・（１０） 固体と液体の接触時には以下となる。 γ_SL＝γ_S ＋γ_L −２（γ_S ^dγ_L ^d）^1/2 −２（γ_S ^pγ_L ^p）^1/2 ・・（１１） 上式と組合わせ、（８）式より（１２）式となるので、
（１３）式となる。 Ｗ_A ＝γ_SV＋γ_LV−γ_SL＝γ_S ＋γ_L −γ_SL・・・（１２） Ｗ_A ＝γ_LV＋（１＋cos Θ）＝２（γ_S ^dγ_L ^d）^1/2 ＋２（γ_S ^pγ_L ^p）^1/2 ・・（１３）

【００３１】ここに２種の液体Liq・1 とLiq・2 を考え
る。もちろん γ_L1＝γ_L1 ^d ＋γ_L1 ^p 、 γ_L2＝γ_L2 ^d
＋γ_L2 ^p である。さて、式（１３）にLiq・1 を適用、し
かもγ_L1 ^p ≒０とすると以下となる。 γ_LV1 ＝γ_L1 ^d ・・・・・・（１４） γ_L1 ^d （１＋cos Θ₁ ）＝２（γ_S ^dγ_L1 ^d ）^1/2 ・・・（１５） よって γ_S ^d＝γ_L1 ^d （１＋cos Θ₁ ）² ／４・・・・・・（１６）

【００３２】次に式（１３）にLiq・2 を適用する。 γ_LV2 （１＋cos Θ₂ ）＝２（γ_S ^dγ_L2 ^d ）^1/2 ＋２（γ_S ^pγ_L ^p）^1/2 ・・（１７） 整理すると以下となる。 γ_S ^P＝｛γ_LV2 （１＋cos Θ₂ ）−２（γ_S ^dγ_L2 ^d ）^1/2 ｝² ／４γ_L2 ^p ・・（１８） なお、通常使用する２種の液体は以下である。 Liq・1 ：コウ化メチレン、γ_L1 ^D ＝４０、γ_L1 ^P ≒０ Liq・2 ：水、γ_L1 ^d ＝２２、γ_L2 ^P ＝５０

【００３３】DLC 表面の硬さは、ビッカース硬さで、７
００〜１８００（kgf ／mm² ）の範囲であった。硬さは
極微小硬度計により測定した。なお、アルミナの硬さを
同じ測定機で計ったところ、ビッカーズ硬さで１５００
〜２５００（ Kgf／mm² ）であった。なお、通常の材料
では表面エネルギーの低さと高い硬さは両立しない。図
４に示すように、黄銅以上の硬さをもつ材料は、金属ま
たはガラスを含むセラミックだが、これらの表面エネル
ギーは分散成分γ^d ＞７０、極性成分γ^p ＞５００であ
る。しかし、DLC のように高い硬度と低い界面エネルギ
ーを両立しうる物質もある。また、セラミックの上に薄
膜で作製する炭素、フッ素、シリコン系材料は、上述の
特性が成立する可能性が大である。

【００３４】こうして作製したDLC をアルミナと組み合
わせ摺動試験を行った。試料は摺動部分が内径１８mm、
外径２１．２mmの同心円となっている厚さ５mmの円筒状
である。これを２つ端面同士を接触させて組み合わせ、
回転型摩擦摩耗試験機により摩擦係数を測定した。試験
は水温２０℃の水中で行い、比較のためにアルミナ同士
を組み合わせた試験も行った。

【００３５】摩擦係数の荷重依存性を図５に示す。アル
ミナ同士を組み合わせた場合の摩擦係数が０．３〜０．
４の範囲にあるのに対し、DLC とアルミナとを組み合わ
せた場合の摩擦係数は０．１０程度となった。また、試
験前後で試料の重量を比較したところ、アルミナ同士を
組み合わせた場合の摩耗率が片側で約２．８×１０^-13m
² であったのに対し、DLC とアルミナを組み合わせた場
合、DLC の摩耗率は測定限界（２×１０^-14m² ）以下、
アルミナの摩耗率はアルミナ同士を組み合わせた場合と
同じく、約２．８×１０^-13m² となった。

【００３６】前述の摩擦係数の一般式（２）において硬
さの効果だけを取り上げると、図５の試験結果の理由、
すなわちアルミナ同士を組み合わせた場合よりDLC とア
ルミナとを組み合わせた場合の摩擦係数が低くなる理
由、を説明することはできない。後者のほうが摩擦係数
が低くなる理由は、摺動面の凝着力の低下にある。前述
の図２において、水中ではアルミナ同士を組み合わせた
場合の界面エネルギーが５００mJ・m^-2であるのに対し、
DLC とアルミナの界面エネルギーは負の領域にある。こ
れを式（６）にて計算すると、水中ではアルミナ同士を
組み合わせた場合の界面エネルギーは５７５mJ・m^-2とな
り、DLC とアルミナの界面エネルギーは１２０mJ・m^-2と
なる。

【００３７】次に、水栓に、実際に本体実施例の摺動部
材を組み込んで行った試験結果を説明する。図６は、水
栓の弁体にアルミナを、弁座に前述の方法でDLC 膜を成
膜した部材を組み込んで、摺動試験を行った際の摺動回
数に対する操作力変化を示すグラフである。この測定を
行った際の条件は、水栓に供給する水の温度１５〜３０
℃、湯の温度７０〜８０℃、水の圧力約２Kgf ／cm² 、
湯の圧力約２Kgf ／cm² である。また同じ面粗度に仕上
げたアルミナセラミック焼成体の弁座表面に単にシリコ
ーンオイルを塗布しただけのものを水栓に組み込んだ際
の摺動回数に対する操作力変化も合わせて示す。

【００３８】後者（アルミナ同士＋シリコーンオイル）
は、摺動が始まって暫くは操作力が安定せず、２万回以
上の摺動回数に達してやっと安定する。しかし、１０万
回を過ぎると徐々に操作力が上昇し、ついには操作不能
な大きさまでに達してしまった。これに対し、本発明に
よるセラミックバルブは摺動が始まってすぐに操作力が
低い値で安定するだけでなく、摺動回数が２０万回を過
ぎても操作力の上昇が生じることはなかった。この実験
結果は、本発明によって摩擦係数を低下させた。セラミ
ックの摺動部分は、単に長い期間にわたり良好な潤滑性
が確保されるのみならず、摺動開始の段階ですでに安定
した摩擦面が形成されているので、いわゆる「なじみ」
にともなう摩擦係数の不安定状態をも解消できることを
示している。

【００３９】第二実施例 摺動材の組み合わせ：ダイヤモンドライクカーボン対ダ
イヤモンドライクカーボン 摺動材の両方をDLC コートを施したアルミナセラミック
とした。ＣＶＤの方法、基板としたアルミナセラミック
は第一の実施例と同じである。

【００４０】これについても第一の実施例とおなじ方法
で摺動試験を行った。結果を図７に示す。DLC 同士を組
み合わせた場合の摩擦係数も０．１前後となった。式
（６）にて水中でDLC 同士を組み合わせた場合の界面エ
ネルギーを求めると、３５mJ・m^-2となる。この値は正の
領域にあるが、水中でのアルミナ同士の界面エネルギー
の６％に過ぎず、小さい。

【００４１】以上の実施例の他、本発明の考え方からす
れば、アルミナをはじめとするセラミック材料（Al₂O
₃ 、SiC 、Si₃N₄ ムライト、ジルコニア、） 対 DLC
、フッ素改質DLC 、アモルファスシリコンの組み合わ
せが、水中摺動部材を構成する材料の組み合わせとして
好適と考えられる。

【００４２】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
は以下の効果を発揮する。 従来の潤滑剤を蓄える場所を設け連続的に潤滑剤を
供給する方法では、潤滑剤が摺動面全体に行き渡らない
場合や、予定以上の供給が生じ潤滑剤が蓄え場所からも
なくなってしまう場合には潤滑性を維持することができ
ないという問題があったが、本発明ではこれらの問題は
生じることなく、非潤滑環境下においても、摩擦係数が
安定して低いという優れた摺動特性を有する液体中摺動
部材の組合せが得られる。

【００４３】 従来の潤滑剤を蓄える場所を設け連続
的に潤滑剤を供給する方法は、バルブにあっては弁座あ
るいは弁体が大きくなりデザインの自由度と外観上で不
利であったが、本発明ではこれらの問題はない。 通常の固体潤滑剤のコーティング層を摺動面に形成
する場合、樹脂やグラファイトを用いると、樹脂は機械
的強度と耐摩耗性がセラミックや金属に大きく劣るた
め、設計の自由度が損なわれ、また機械部品としても寿
命も短くなるが、本発明によればこれらの問題を解決で
きる。

【００４４】 炭化ケイ素、窒化ケイ素あるいはサイ
アロンは、金属およびセラミックと組み合わせ使用する
とき、いったん摺動を停止し、所定の時間を経た後、再
び摺動を始めようとすると起動に大きな力が必要なこと
があるが、本発明によればこれらの問題を解決できる。 潤滑剤を供給する方法では、摺動の開始段階で摺動
面の「なじみ」がとれるまで摺動状態が不安定であり、
時として摺動抵抗が急増することがある。しかしなが
ら、本発明によれば、摺動開始の段階ですでに安定した
摩擦面が形成されているので「なじみ」にともなう不安
定状態をも解消できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】基本となる一方の摺動部材が鉄系材料のとき
の、水中での界面エネルギー変化Δγを表すグラフであ
る。

【図２】基本となる一方の摺動部材がアルミナのとき
の、水中での界面エネルギー変化Δγを表すグラフであ
る。

【図３】基本となる一方の摺動部材がシリカを含む材料
のときの、水中での界面エネルギー変化Δγを表すグラ
フである。

【図４】各種材料のブリネルおよびビッカース硬さを表
すグラフである。

【図５】アルミナ／ＤＬＣ組み合わせ時の摩擦係数の荷
重依存性を表すグラフである。

【図６】アルミナ／ＤＬＣ組み合わせ摺動部材を有する
セラミックバルブの耐久試験結果における操作力の操作
回数依存性を表すグラフである。

【図７】ＤＬＣ／ＤＬＣ組み合わせ時の摩擦係数の荷重
依存性を表すグラフである。

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【手続補正書】

【提出日】平成７年４月６日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【図２】

【図３】

【図５】

【図７】

【図４】

【図６】

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液体中又は湿潤雰囲気中において相対的
   に摺動する２つの部材の組合せであって；両部材の摺動
   面の表面硬さが、ブリネル硬さ又はビッカース硬さで７
   ０ Kgf／mm² 以上であり、 以下の式で計算される、両部材の摺動面の液体中での界
   面エネルギー（Δγ）が１００mJ・m^-2以下であることを
   特徴とする液体中摺動部材の組合せ。 Δγ＝２｛γ_L ^d＋γ_L ^P＋（γ_A ^dγ_B ^d）^1/2 ＋（γ
   _A ^pγ_B ^p）^1/2 −（γ_A ^dγ_L ^d）^1/2 −（γ_A ^pγ_L ^p）^1/2 −
   （γ_B ^dγ_L ^d）^1/2 −（γ_B ^pγ_L ^p）^1/2 ｝ γ_L ：液体の界面エネルギー γ_A 、γ_B ：両部材の摺動面表面の界面エネルギー スーパー・スクリプトｄ：界面エネルギーの分散成分 スーパー・スクリプトｐ：界面エネルギーの極性成分
2. 【請求項２】 上記両部材の摺動面の表面硬さが、ブリ
   ネル硬さ又はビッカース硬さで７００ Kgf／mm² 以上で
   ある請求項１記載の液体中摺動部材の組合せ。
3. 【請求項３】 液体中又は湿潤雰囲気中において相対的
   に摺動する２つの部材の組合せの選択方法であって；両
   部材の摺動面の表面硬さが、ブリネル硬さ又はビッカー
   ス硬さで７０ Kgf／mm² 以上であり、 以下の式で計算される、両部材の摺動面の液体中での界
   面エネルギー（Δγ）が１００mJ・m^-2以下となるように
   両部材を選択することを特徴とする液体中摺動部材の組
   合せの選択方法。 Δγ＝２｛γ_L ^d＋γ_L ^P＋（γ_A ^dγ_B ^d）^1/2 ＋（γ
   _A ^pγ_B ^p）^1/2 −（γ_A ^dγ_L ^d）^1/2 −（γ_A ^pγ_L ^p）^1/2 −
   （γ_B ^dγ_L ^d）^1/2 −（γ_B ^pγ_L ^p）^1/2 ｝ γ_L ：液体の界面エネルギー γ_A 、γ_B ：両部材の摺動面表面の界面エネルギー スーパー・スクリプトｄ：界面エネルギーの分散成分 スーパー・スクリプトｐ：界面エネルギーの極性成分
4. 【請求項４】 上記両部材の摺動面の表面硬さが、ブリ
   ネル硬さ又はビッカース硬さで７００ Kgf／mm² 以上で
   ある請求項３記載の液体中摺動部材の組合せの選択方
   法。