JPWO2015163389A1 - 摺動方法、摺動構造の製造方法、摺動構造およびデバイス - Google Patents
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Abstract
Description
図1に、本実施例で使用した摩擦試験機の概略図を示す。この摩擦試験機では、回転軸3に設置されたディスク4に対して、垂直荷重でボール6を押し付け、測定を開始すると、ディスク4が回転し、ディスク4とボール6との間に作用する摩擦力をロードセル5で計測し、摩擦係数として出力させる仕組みとなっている。更に、この摩擦試験機では、水等の液体7中にも第1および第2の摺動部材を任意に埋没させ、水浴のような加熱装置8を用いて温度を制御しながら摩擦摩耗量の測定することが可能な構成となっている。また、符号1は死荷重を示し、符号2はピボットを示し、符号7は液体又は液体の存在しない環境である。
本実施例の摺動方法は、ボールとディスクとを液体中で摺動させるにあたり、まず液体が存在しない環境下でのなじみ処理としての予すべりと、その後にこの予すべりが無ければ膜の剥離が発生してしまう条件下における液体中での摺動とを含む。
予すべりは大気中で与えた。予すべりは、ボールからの垂直荷重を1N、すべり速度を1m/sとする条件下で、480mのすべり距離になるまで行った。この予すべりにより、摺動面での単位面積あたりの摩擦仕事量がボールよりも小さなディスクに対して、そのディスクの摺動面に存在する凸部の高さが、ボールからの1Nの垂直荷重によってディスクの摺動面に生じる弾性変形量よりも小さくした。
予すべり後の液体中での摺動では、液体として水(より具体的には、イオン交換水)を使用した。また、水中の温度は、水浴を用いて20℃(一定)に維持した。この水中での摺動におけるボールからの垂直荷重及びすべり速度はそれぞれ、予すべりと同様、1N及び1m/sとした。この水中での摺動におけるすべり距離は、予すべりでのすべり距離とは別に、すべり距離が2000mになるように行った。
剥離の有無は、剥離の生じ易い摺動面、即ち摺動面での単位面積あたりの摩擦仕事量の大きいボールの摺動面における摩耗痕(以下、「ボール摩耗痕」と称する。)のすべり距離に伴う変化を、上述の共焦点顕微鏡で観察することによって確認した。ボール摩耗痕の観察は、予すべりを与える前のすべり距離が0mの地点、予すべりでのすべり距離が480mの地点、予すべり後の液体中での摺動における、予すべり後のすべり距離が2000mの地点の計三箇所で行った。その際、すべり距離に対する摩擦係数の変化も計測した。これらの結果を図4に示す。この図に示されている通り、予すべり後の液体中での摺動において、予すべり後のすべり距離が2000mになった地点でも剥離が生じず、しかも低摩擦を維持したままであった。
更に、垂直荷重およびすべり速度の変化に対する摩擦係数ならびに比摩耗量の評価に関する試験も行った。具体的には以下の通りである。
(1) 実験装置及び試料
使用した実験装置及び試料は、実施例1と全く同じとした。
本実施例の摺動方法は、ボールとディスクとを液体中で摺動させるにあたり、まず液体中でのなじみ処理としてのなじみ行程と、その後にこのなじみ行程が無ければ膜の剥離が発生してしまう条件下における液体中での摺動とを含む。
なじみ行程は液体中で行い、この液体として水(より具体的には、イオン交換水)を使用した。水中の温度は、水浴を用いて20℃(一定)に維持した。なじみ行程は、ボールからの垂直荷重を20N、すべり速度を0.01m/sとする条件下で、100mのすべり距離になるまで与えた。このなじみ行程により、摺動面での単位面積あたりの摩擦仕事量がボールよりも小さなディスクに対して、そのディスクの摺動面に存在する凸部の高さがボールからの1Nの垂直荷重によってディスクの摺動面に生じる弾性変形量よりも小さくした。
なじみ行程後も、なじみ行程と同じ液体環境下で摺動させた。但し、このなじみ行程後の摺動における垂直荷重及びすべり速度はそれぞれ、なじみ行程の垂直荷重よりも低い1N、及びなじみ行程のすべり速度よりも高い1m/sとした。この水中での摺動におけるすべり距離は、なじみ行程でのすべり距離とは別に、すべり距離が2000mになるように行った。
剥離の有無は、実施例1と同様な方法で確認した。但し、ボール摩耗痕の観察は、なじみ行程でのすべり距離が54mの地点、なじみ行程後の液体中での摺動における、なじみ行程後のすべり距離が2000mの地点の計二箇所で行った。その際、すべり距離に対する摩擦係数の変化も計測した。これらの結果を図9に示す。この図に示されている通り、なじみ行程後の液体中での摺動において、なじみ行程後のすべり距離が2000mになった地点でも剥離が生じず、しかも低摩擦を維持したままであった。
実施例1〜3との比較のため、予すべりやなじみ行程の無い、いきなり液体中でボールとディスクとを摺動させる比較試験も行った。比較試験のため、実験装置、試料、液体は実施例1に記載されているものを使用した。
2 ピボット
3 回転軸
4 ディスク
5 ロードセル
6 ボール
7 液体又は液体の存在しない環境
8 加熱装置
Claims (15)
- 第1の摺動部材と第2の摺動部材とを液体中で摺動させる方法であって、
前記第1の摺動部材と前記第2の摺動部材はそれぞれ、硬質炭素膜からなる摺動面を有しており、
前記第1の摺動部材における前記摺動面には凸部が存在し、
前記第1の摺動部材における前記摺動面での単位面積あたりの摩擦仕事量は、前記第2の摺動部材における前記摺動面での単位面積あたりの摩擦仕事量よりも小さく、
前記第1の摺動部材における前記凸部の平均高さが、前記第1の摺動部材と前記第2の摺動部材とを摺動させるときに前記第2の摺動部材からの荷重によって前記第1の摺動部材に生じる弾性変形量よりも小さくなるまで、前記第1の摺動部材と前記第2の摺動部材とのなじみ処理を前記液体が存在しない環境下で行った後、前記第1の摺動部材と前記第2の摺動部材とを前記液体中で摺動させることを
特徴とする摺動方法。 - 前記なじみ処理における速度及び荷重は、前記第1の摺動部材と前記第2の摺動部材とを摺動させるときの速度及び荷重と同じであることを特徴とする、請求項1に記載の摺動方法。
- 前記液体が存在しない環境は酸化雰囲気であることを特徴とする請求項1又は2に記載の摺動方法。
- 前記液体が存在しない環境は大気であることを特徴とする、請求項1又は2に記載の摺動方法。
- 前記硬質炭素膜はダイヤモンドライクカーボン膜であることを特徴とする、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の摺動方法。
- 前記液体は水またはアルコールであることを特徴とする、請求項1乃至5のいずれか1項に記載の摺動方法。
- 液体中で摺動する第1の摺動部材と第2の摺動部材とを有する摺動構造の製造方法であって、
硬質炭素膜からなる摺動面を有し、その摺動面に凸部が存在する前記第1の摺動部材と、硬質炭素膜からなる摺動面を有し、その摺動面での単位面積あたりの摩擦仕事量が、前記第1の摺動部材における前記摺動面での単位面積あたりの摩擦仕事量以上である前記第2の摺動部材とのなじみ処理を、前記第1の摺動部材における前記凸部の平均高さが、前記第1の摺動部材と前記第2の摺動部材とを摺動させるときに前記第2の摺動部材からの荷重によって前記第1の摺動部材に生じる弾性変形量よりも小さくなるまで、前記液体が存在しない環境下で行うことを
特徴とする摺動構造の製造方法。 - 前記なじみ処理の後、前記第1の摺動部材と前記第2の摺動部材とを前記液体中で摺動させることを特徴とする請求項7に記載の摺動構造の製造方法。
- 前記なじみ処理における速度及び荷重は、前記第1の摺動部材と前記第2の摺動部材とを摺動させるときの速度及び荷重と同じであることを特徴とする請求項7または8に記載の摺動構造の製造方法。
- 前記液体が存在しない環境は酸化雰囲気であることを特徴とする請求項7乃至9のいずれか1項に記載の摺動構造の製造方法。
- 前記液体が存在しない環境は大気であることを特徴とする、請求項7乃至9のいずれか1項に記載の摺動構造の製造方法。
- 前記硬質炭素膜はダイヤモンドライクカーボン膜であることを特徴とする、請求項7乃至11のいずれか1項に記載の摺動構造の製造方法。
- 前記液体は水またはアルコールであることを特徴とする、請求項7乃至12のいずれか1項に記載の摺動構造の製造方法。
- 請求項7乃至13のいずれか1項に記載の摺動構造の製造方法によって製造されることを特徴とする摺動構造。
- 請求項14記載の摺動構造を含むことを特徴とする、デバイス。
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