WO2016143721A1 - しゅう動部品 - Google Patents

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WO2016143721A1
WO2016143721A1 PCT/JP2016/056903 JP2016056903W WO2016143721A1 WO 2016143721 A1 WO2016143721 A1 WO 2016143721A1 JP 2016056903 W JP2016056903 W JP 2016056903W WO 2016143721 A1 WO2016143721 A1 WO 2016143721A1
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sliding
dimples
sliding surface
pulse laser
ultrashort pulse
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PCT/JP2016/056903
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Inventor
猛 細江
井上　秀行
雄大 根岸
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イーグル工業株式会社
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    • F16C33/103—Construction relative to lubrication with liquid, e.g. oil, as lubricant retained in or near the bearing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
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    • B23K26/0622—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam by shaping pulses
    • B23K26/0624—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam by shaping pulses using ultrashort pulses, i.e. pulses of 1ns or less
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    • F16C33/02—Parts of sliding-contact bearings
    • F16C33/04—Brasses; Bushes; Linings
    • F16C33/06—Sliding surface mainly made of metal
    • F16C33/14—Special methods of manufacture; Running-in

Definitions

  • the present invention relates to a sliding part suitable for a sliding part, for example, a mechanical seal, a bearing, and the like.
  • the present invention relates to a sliding component such as a seal ring or a bearing that requires a fluid to be interposed on a sliding surface to reduce friction and prevent fluid from leaking from the sliding surface.
  • Patent Document 1 For example, in the invention described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-287329 (hereinafter referred to as “Patent Document 1”), a large number of dimples having different depths are formed on the sliding surface, so that the other side slides during sliding. The load capacity due to the hydrodynamic bearing pressure generated in the fluid intervening with the surface is reduced in some dimples as the fluid temperature changes but increases in other dimples. In spite of this, the effect of always maintaining good sliding performance can be obtained. Further, the invention described in Japanese Patent Application Laid-Open No.
  • Patent Document 2 forms a sliding surface by depositing a hard film on the surface of a base material made of a sintered ceramic material, By adopting a structure having a large number of dimples on the sliding surface, the wear resistance is improved and the liquid lubricity by dimples is improved.
  • Patent Document 1 pays attention to the depth of the dimple provided on the sliding surface in order to always maintain good sliding performance regardless of the temperature change. It has not been considered to improve the sliding characteristics in a wide range of the number of characteristics and to generate a predetermined dynamic pressure by dimples with high machining accuracy.
  • the invention described in Patent Document 2 is intended to improve liquid lubricity by providing dimples on the sliding surface. Like Patent Document 1, the number of bearing characteristics on the sliding surface is wide. It has not been considered to improve the sliding characteristics in the range and to generate a predetermined dynamic pressure by dimples with good machining accuracy.
  • the present invention provides a sliding component capable of improving the sliding characteristics in a wide range of bearing characteristics on the sliding surface and at the same time generating a predetermined dynamic pressure by dimples with good machining accuracy. It is intended to do.
  • a sliding component in which a plurality of dimples are arranged on at least one sliding surface of a pair of sliding components that slide relative to each other. These dimples are provided independently of each other and arranged so as to be distributed randomly, and each dimple is formed by irradiation with an ultrashort pulse laser, and the depth is shallow in the range of 0.05 ⁇ m to 5 ⁇ m.
  • the groove is characterized in that the roughness Ra of the bottom surface of the dimple is 1/10 or less of the processing depth.
  • the coefficient of friction can be reduced in a wide range of bearing characteristic numbers, the fluid film between the sliding surfaces can be increased, the lubrication performance can be improved, and a predetermined positive pressure generating groove can be used to increase the predetermined performance. It is possible to provide a sliding component having a sliding surface that can generate a dynamic pressure and does not have a waviness on the sliding surface because it is less affected by heat during processing.
  • the sliding component of the present invention is secondly characterized in that, in the first feature, the bulge due to debris at the processed portion is less than 0.01 ⁇ m. According to this feature, it is possible to provide a sliding component having a sliding surface with better sealing performance.
  • the sliding component of the present invention is characterized in that, in the first or second feature, the plurality of dimples have an opening diameter set in a range of 10 to 500 ⁇ m. According to this feature, the sliding characteristics can be further improved in a wide range of the number of bearing characteristics on the sliding surface.
  • the sliding part according to any one of the first to third features, wherein the plurality of dimples have a depth set in a range of 50 to 10,000 nm. According to this feature, the friction coefficient on the sliding surface can be reduced.
  • the sliding component of the present invention is fifthly characterized in that, in any of the first to third features, the depth of the plurality of dimples is set in a range of 50 to 1000 nm. According to this feature, it is possible to improve the sliding characteristics at an extremely low speed on the sliding surface.
  • the sliding component according to the present invention is sixthly characterized in that, in any of the first to fifth features, the area ratio of the plurality of dimples to the sliding surface is 30 to 50%. According to this feature, it is possible to achieve both sealing and lubrication on the sliding surface.
  • the sliding component of the present invention is seventhly characterized in that, in any of the first to sixth features, the repetition frequency of the ultrashort pulse laser is 5 kHz or more. According to this feature, the processing time can be set to an appropriate value even when the number of overlapping pulses is large.
  • the sliding component of the present invention is seventhly characterized in that, in any of the first to seventh features, the pulse width of the ultrashort pulse laser is less than 10 picoseconds. According to this feature, heat generation by one pulse can be reduced.
  • the present invention has the following excellent effects.
  • (1) The friction coefficient can be reduced over a wide range of bearing characteristics, the fluid film between the sliding surfaces can be increased, the lubrication performance can be improved, and a predetermined dynamic pressure can be obtained by a precise positive pressure generating groove.
  • a sliding component having a sliding surface with good sealing performance can be provided.
  • the sliding characteristics can be further improved in a wide range of bearing characteristics on the sliding surface.
  • the processing time can be set to an appropriate value even when the number of overlapping pulses is large.
  • the pulse width of the ultrashort pulse laser is less than 10 picoseconds, the generation of heat due to one pulse can be reduced.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line BB. It is explanatory drawing explaining the function which a dimple has. It is a top view of the sliding surface which shows the dimple arrange
  • the processing test result of the sliding part according to the present invention is shown, and the wavelength of the ultrashort pulse laser is 1030 nm.
  • the processing test result of the sliding part of the present invention is shown, and the case where the wavelength of the ultrashort pulse laser is 515 nm is shown.
  • It is a figure which shows the evaluation result of the state of the process surface at the time of processing by each irradiation fluence of an ultrashort pulse laser, and the swelling at the process part. It shows the state of the processed surface when processed using a picosecond laser as an ultrashort pulse laser, where (a) shows a micrograph of the processed surface, and (b) shows a cross section of the processed surface. It represents roughness.
  • (a) shows a micrograph of the machined surface
  • (b) shows a cross-section of the machined surface with roughness.
  • (a) shows a micrograph of the machined surface
  • (b) shows a cross-section of the machined surface with roughness.
  • a mechanical seal which is an example of a sliding component
  • the present invention is not limited to this, and for example, lubricating oil is applied to one axial side of a cylindrical sliding surface. It can also be used as a sliding part of a bearing that slides on a rotating shaft while being sealed.
  • the outer peripheral side of the sliding part constituting the mechanical seal is described as the high pressure fluid side (sealed fluid side) and the inner peripheral side is described as the low pressure fluid side (atmosphere side), the present invention is not limited to this. The present invention can also be applied to the case where the high pressure fluid side and the low pressure fluid side are reversed.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an example of a mechanical seal, which is an inside type that seals a sealed fluid on the high-pressure fluid side that is about to leak from the outer periphery of the sliding surface toward the inner peripheral direction.
  • a mechanical seal which is an inside type that seals a sealed fluid on the high-pressure fluid side that is about to leak from the outer periphery of the sliding surface toward the inner peripheral direction.
  • annular ring which is one sliding component provided on the rotary shaft 1 side for driving a pump impeller (not shown) on the high pressure fluid side via a sleeve 2 so as to be rotatable integrally with the rotary shaft 1.
  • the annular stationary side sealing ring 5 which is the other sliding part provided in the pump housing 4 in a non-rotating state and movable in the axial direction.
  • FIG. 1 shows the case where the width of the sliding surface of the rotation-side sealing ring 3 is wider than the width of the sliding surface of the stationary-side sealing ring 5.
  • the present invention can also be applied.
  • the material of the rotating side sealing ring 3 and the stationary side sealing ring 5 is selected from silicon carbide (SiC) having excellent wear resistance and carbon having excellent self-lubricating properties.
  • SiC silicon carbide
  • the side seal ring 3 can be made of SiC and the fixed side seal ring 5 can be combined with carbon.
  • dimples 10 are disposed on at least one of the sliding surfaces of the rotating side sealing ring 3 and the stationary side sealing ring 5 that slide relative to each other.
  • a plurality of dimples 10 are disposed on the sliding surface S of the stationary seal ring 5.
  • the rotation-side sealing ring 3 may not be provided with dimples or may be provided.
  • the cross-sectional shape of the sliding component 1 is a convex shape as shown in FIG. 1 (c), and the top surface forms a flat sliding surface S.
  • a large number of dimples 10 as shown in FIG. 2B are provided on the sliding surface S independently. These dimples 10 are not the entire radial width of the sliding surface S, but the low-pressure fluid side sealing surface IS formed so that the flat land portion R remains on the entire circumference with a constant width on the low-pressure fluid side. It is provided in the part. On the high pressure fluid side of the sliding surface S, the dimple 10 may be provided up to the edge.
  • the “dimple” is a recess formed in the flat sliding surface S, and the shape thereof is not particularly limited.
  • the planar shape of the depression includes various shapes such as a circle, an ellipse, an oval, or a polygon
  • the sectional shape of the depression includes various shapes such as a bowl or a rectangle.
  • a large number of dimples 10 formed on the sliding surface S allow a part of the liquid to intervene as a hydrodynamic lubricating liquid film between the sliding surface S and the opposing sliding surface that slides relative to the sliding surface S. Holding and stabilizing the lubricating liquid film.
  • Each dimple 10 can be regarded as constituting a Rayleigh step as shown in FIG.
  • a Rayleigh step 10a extending in a direction orthogonal to the cross section of the drawing is formed on the sliding surface S (R) of the fixed side sealing ring 5, and the sliding surface S of the rotation side sealing ring 3 is flat. Is formed.
  • the fluid interposed between the sliding surfaces tends to follow in the direction of the arrow due to its viscosity.
  • the presence of the Rayleigh step 10a causes a dynamic pressure (positive pressure). Pressure).
  • the generation of dynamic pressure increases the lubricating liquid film between the sliding surfaces, thereby improving the lubricating performance. While the lubrication performance is improved by the dynamic pressure effect, the amount of leakage may increase, and if the amount of dimples is reduced to reduce the amount of leakage to reduce the amount of leakage, the sliding surface S will contact and cause wear. It becomes easy.
  • FIG. 4 is a plan view of the sliding surface showing dimples randomly arranged on the sliding surface of the sliding component according to the embodiment of the present invention. 4, the same reference numerals as those in FIG. 2 denote the same members as in FIG. 1, and detailed descriptions thereof are omitted.
  • a plurality of dimples 2 formed on the sliding surface are provided independently of each other dimple and are arranged so as to be randomly distributed.
  • the opening diameters of the plurality of dimples 2 may be distributed in a certain range in addition to the case where they are all the same.
  • it is preferably distributed in the range of 10 to 500 ⁇ m, more preferably 30 to 100 ⁇ m.
  • the depth of the plurality of dimples 2 is preferably set in the range of 50 to 10000 nm from the viewpoint of reducing the friction coefficient, but preferably 50 to 10000 when emphasizing the sliding characteristics at extremely low speed. It is set within the range of 1000 nm, more preferably 50 to 500 nm.
  • the area ratio of the plurality of dimples to the sliding surface is 40%. However, the area ratio is not limited to this and may be 30 to 50%.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the processing apparatus 20 used in the processing step of the sliding surface of the sliding component of the present invention.
  • the processing apparatus 20 includes an ultrashort pulse laser oscillator 21 that oscillates an ultrashort pulse laser, a scanning optical system 22 that irradiates the ultrashort pulse laser to a predetermined position of the fixed-side sealing ring 5 that is a workpiece, and a control unit. 24, an XYZ stage 25, a gantry 26, and an elevating member 27.
  • the scanning optical system 22 includes a galvano scanner 23, which scans in one direction, for example, the X-axis direction, is performed by the galvano scanner 23, and scans in the Y-axis direction is performed by moving the XYZ stage 25. 23 is used. For this reason, the XYZ stage 25 only needs to be movable in at least the Y and Z directions.
  • An XYZ stage 25 is installed on the upper surface of the gantry 26, and a fixed-side sealing ring 5 that is a workpiece is mounted on the XYZ stage 25.
  • the elevating member 27 is connected to the gantry 26 via the shaft 28.
  • the ultrashort pulse laser beam generated from the ultrashort pulse laser oscillator 21 enters the scanning optical system 22.
  • the scanning optical system 22 shapes the ultrashort pulse laser beam into a desired beam shape and focuses it on a predetermined position on the surface of the fixed side sealing ring 5 that is a workpiece on the XYZ stage 25.
  • the material of the fixed-side sealing ring 5 that is a workpiece is, for example, SiC, Al 2 O 3, ceramics, cemented carbide, stainless steel, or the like. In this embodiment, SiC is used as the fixed-side sealing ring 5 that is a workpiece.
  • the control unit 24 functions as a control device that controls driving of the ultrashort pulse laser oscillator 21, the scanning optical system 22, and the XYZ stage 25. That is, the control unit 24 outputs the drive signal to the ultrashort pulse laser oscillator 21, the scanning optical system 22, and the XYZ stage 25.
  • the ultrashort pulse laser oscillator 21 generates an ultrashort pulse laser based on the fluence and the pulse width specified by the drive signal from the control unit 24 and irradiates the laser outside the apparatus. Specifically, the driving of components such as a diffraction grating, a prism, and a light shielding filter in the ultrashort pulse laser oscillator 21 is controlled by a driving signal from the control unit 24.
  • the ultrashort pulse laser oscillator 21 uses a light source whose pulse repetition frequency can be changed to 5 kHz or more, a laser wavelength of 1030 nm or 515 nm, and a pulse width of less than 20 picoseconds.
  • the basic parameters of the ultrashort pulse laser beam to be irradiated are set using the control unit 24.
  • the basic parameters may be set using, for example, an input device provided in the control unit 24.
  • the basic parameters to be input are, for example, fluence, pulse width, number of shots, etc. These basic parameters may be automatically calculated by an application program provided in the control unit 24. Based on the obtained basic parameters, the control unit 24 outputs a drive signal to the ultrashort pulse laser oscillator 21.
  • the ultrashort pulse laser oscillator 21 When the ultrashort pulse laser oscillator 21 receives the drive signal from the control unit 24, the ultrashort pulse laser oscillator 21 generates and outputs a laser beam having a fluence and a pulse width specified by the drive signal.
  • the ultrashort pulse laser beam generated from the ultrashort pulse laser oscillator 21 enters the scanning optical system 22, and the scanning optical system 22 forms the ultrashort pulse laser beam into a desired beam shape and is a workpiece on the XYZ stage 25.
  • the light is condensed at a predetermined position on the surface of a certain fixed-side sealing ring 5.
  • the galvano scanner 23 and the XYZ stage 25 are driven to relatively move the ultrashort pulse laser and the fixed-side sealing ring 5 that is a workpiece. Thereby, laser irradiation can be performed at a plurality of positions with respect to the fixed-side sealing ring 5 which is one workpiece.
  • Fig. 6 shows the processing test results for each of the basic parameters.
  • the ultrashort pulse laser used a picosecond laser with a wavelength of 1030 nm and a pulse width of 10 ps or less.
  • Fig. 7 shows the processing test results for each of the basic parameters.
  • the ultrashort pulse laser used a picosecond laser with a wavelength of 515 nm and a pulse width of 10 ps or less.
  • FIG. 8 is a diagram showing the evaluation results of the state of the processed surface and the rising of the processed part when processed at each irradiation fluence when the wavelength of the ultrashort pulse laser is 1030 nm and 515 nm.
  • the items are (1) the state of the processed surface and the state of swell due to debris at the processed part.
  • the state of the processed surface when the roughness Ra of the processed surface (referred to as the bottom surface of the dimple; the same applies hereinafter) is 1/10 or less of the processed depth, it is OK, otherwise NG.
  • the bulge at the processed part when the bulge due to debris at the processed part (dimple) was less than 0.01 ⁇ m, it was OK, and otherwise NG.
  • the state of the processed surface is 0.5 / 1, 2, 3, 5, 7 and the roughness Ra is 1/10 of the processing depth. It was the following. Moreover, the state of the swell in the processed part is swelled when the fluence is 0.1, 0.2, 0.4, 0.5, 1, 2, 3, 5, 7, 8, 9, 10, 30. It was less than 0.01 ⁇ m. In addition, when the wavelength of the ultrashort pulse laser is 515 nm, the state of the processed surface is a fluence of 0.5, 1, 2, 3, 5, and 7, and the roughness Ra is 1/10 or less of the processing depth. .
  • the swelled state in the processed part is less than 0.01 ⁇ m when the fluence is 0.1, 0.2, 0.4, 0.5, 1, 2, 3, 5, 7, 8, 9 Met. From the above results, it was found that the energy fluence of the ultrashort pulse laser used in the processing step is suitable in the range of 0.5 J / (cm 2 .pulse) to 7 J / (cm 2 .pulse).
  • FIG. 9 shows a state of a processed surface when processing is performed using a picosecond laser as an ultrashort pulse laser, where (a) is a micrograph of the processed surface, and (b) is A of (a). -A cross section showing the roughness of the machined surface.
  • the wavelength of the ultrashort pulse laser used was 1030 nm, the energy fluence was 2.5 J / (cm 2 .pulse), and the processing depth for one shot was 0.02 ⁇ m.
  • the depth of the processed surface (referred to as the bottom surface of the dimple; hereinafter the same) is 1.025 ⁇ m and the processed surface has a roughness Ra of about 0.03 ⁇ m. Ra was about 3/100 of the processing depth, and was sufficiently smaller than 1/10 of the processing depth.
  • the bulge due to debris at the processing part (dimple) was as small as 0.01 ⁇ m.
  • FIG. 10 shows a state of a processed surface when processing is performed using a nanosecond laser as a pulse laser, where (a) is a micrograph of the processed surface, and (b) is a BB of (a).
  • the cross section represents the roughness of the processed surface. From FIG. 10B, the roughness Ra of the processed surface (the bottom surface of the dimple) is about 0.75 ⁇ m. Further, the rise due to debris at the time of the processed portion (dimple) is about 0.784 ⁇ m.
  • the state of the processed surface when processed using a nanosecond laser is higher than that of the processed surface when processed using a picosecond laser. It can be seen that the roughness Ra of the bottom surface of the pressure generating groove is about 25 times, and the rise due to debris at the time of processing (dimple) is about 78 times.
  • a sliding part made of SiC or the like is processed using an ultrashort pulse laser with an extremely short pulse width, so that the temperature around the area irradiated with the ultrashort pulse laser is irradiated with a conventional nanosecond laser. It is harder to rise than the case. This is because in an ultrashort pulse laser, heat generation by one pulse is extremely less than that in a normal nanosecond laser. Therefore, the part irradiated with the ultrashort pulse laser is removed by ablation by the irradiation of the laser to form a flat groove, while the groove does not swell with debris caused by the laser irradiation and is extremely clean processing You can get a plane. In particular, by controlling the energy fluence of the ultrashort pulse laser, it is possible to accurately form an extremely flat processed surface and a highly accurate groove that does not rise due to debris during processing.
  • the ultrashort pulse laser is used for processing as described above, the thermal influence on the periphery of the laser irradiation region can be extremely reduced. As a result, the temperature around the laser irradiation area of the sliding surface of the sliding part made of SiC or the like increases due to the laser irradiation, and a problem arises in that the sliding surface swells due to the influence of the heat. Can be suppressed. In addition, with conventional machining, it is impossible to perform machining with a groove depth of 0.05 ⁇ m to 5 ⁇ m. Furthermore, known ion milling has a problem that processing time is required, and etching is time consuming and expensive.
  • the energy fluence is set in the range of 0.5 J / (cm 2 .pulse) to 7 J / (cm 2 .pulse), so that an extremely flat processing surface and A high-accuracy sliding surface that does not rise due to debris during processing can be obtained, and the working efficiency is good.
  • the energy fluence is 8 J / (cm 2 .pulse) or more, the pulse energy of one shot is too large, so that the processed surface becomes rough and the roughness Ra increases.
  • the energy fluence is 50 J / (cm 2 .pulse) or more
  • the wavelength is 515 nm
  • the debris is generated when the energy fluence is 10 J / (cm 2 .pulse) or more. The part gets excited.
  • the energy fluence of the ultrashort pulse laser is 0.5 J / (cm 2 .pulse) to 7 J / ( cm 2 .pulse) is preferable.
  • a plurality of dimples are provided independently of each other and arranged so as to be randomly distributed, and each dimple is formed by irradiation with an ultrashort pulse laser and has a depth of 0.05 ⁇ m to 5 ⁇ m.
  • the roughness Ra of the bottom surface of the dimple is 1/10 or less of the processing depth, so that the friction coefficient can be reduced in a wide range of bearing characteristics and the sliding surface can be reduced.
  • a sliding component having a sliding surface with good sealing performance There can be provided a sliding component having a sliding surface with good sealing performance.
  • the depth of the plurality of dimples By setting the depth of the plurality of dimples in the range of 50 to 10000 nm, the friction coefficient on the sliding surface can be reduced.
  • the depth of the plurality of dimples is preferably set in the range of 50 to 1000 nm, and more preferably in the range of 50 to 500 nm, so that the sliding characteristics at extremely low speed can be improved.
  • the area ratio of the plurality of dimples to the sliding surface within a range of 30 to 50%, it is possible to achieve both sealing and lubrication.
  • the repetition frequency of the ultrashort pulse laser is 5 kHz or more, the processing time can be set to an appropriate value even when the number of overlapping pulses is large.
  • the pulse width of the ultrashort pulse laser is less than 10 picoseconds, the generation of heat due to one pulse can be reduced.
  • the sliding component is used for at least one of the pair of rotation sealing rings and the fixing sealing ring in the mechanical seal device. It can also be used as a sliding part of a bearing that slides on a rotating shaft while sealing lubricating oil.
  • the present invention is not limited to these, and it is important that a plurality of dimples are randomly distributed, and the distribution ratio is determined by the bearing characteristic number G (fluid viscosity ⁇ speed / load) of the vine surface. Accordingly, the optimum value may be set.
  • the depth of the plurality of dimples is preferably selected from the range of 50 to 10,000 nm from the viewpoint of reducing the friction coefficient.
  • the thickness is preferably set in the range of 50 to 1000 nm, more preferably 50 to 500 nm.
  • the dimple 10 is provided in almost the entire region except for the low-pressure fluid side sealing surface IS formed so that the flat land portion R remains on the entire circumference with a constant width on the low-pressure fluid side.
  • the present invention is not limited to this, and a plurality of dimples 10 having the same opening diameter are randomly arranged only on the high-pressure fluid side in the radial direction of the sliding surface, as shown in FIG.
  • the side including the low pressure fluid side sealing surface IS) may be flat without providing dimples. In the case of FIG.
  • dimples are provided in a width of approximately 60% on the high-pressure fluid side in the radial direction of the sliding surface, and a width of approximately 40% on the low-pressure fluid side is formed in a flat state without dimples. For this reason, the width
  • the range in which the dimples are provided is not limited to a width of approximately 60%, and may be, for example, a width of 20 to 80%.
  • a deep groove 11 is provided over the entire circumference in the radial center of the sliding surface, and a plurality of dimples having the same opening diameter on the sliding surfaces on both sides in the radial direction of the deep groove 11 are provided. 10 may be arranged at random. At that time, the dimple 10 is not provided on the low pressure fluid side sealing surface IS in the sliding surface on the low pressure fluid side from the deep groove 11. In this case, the fluid that leaks from the high-pressure fluid side to the low-pressure fluid side is stored in the deep groove 11, so that the amount of leakage can be reduced, and the wear powder on the sliding surface is also captured in the deep groove 11, so Surface wear can be reduced.
  • the deep groove 11 may be communicated with the high-pressure fluid side through a radial groove.

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Abstract

しゅう動面における軸受特性数の広い範囲においてしゅう動特性を向上させると共に、加工精度のよいディンプルにより所定の動圧を発生させる。一対のしゅう動部品（３、５）の互いに相対しゅう動する少なくとも一方側のしゅう動面（Ｓ）にディンプル（１０）が複数配置されたしゅう動部品において、複数のディンプル（１０）は相互に他のディンプルと独立して設けられると共にランダムに分布するように配置され、それぞれのディンプル（１０）は超短パルスレーザの照射により形成され、深さは０．０５μｍ～５μｍの範囲の浅い溝であって、前記ディンプルの底面の粗さＲａは加工深さの１／１０以下であることを特徴としている。

Description

しゅう動部品
　本発明は、たとえば、メカニカルシール、軸受、その他、しゅう動部に適したしゅう動部品に関する。特に、しゅう動面に流体を介在させて摩擦を低減させるとともに、しゅう動面から流体が漏洩するのを防止する必要のある密封環または軸受などのしゅう動部品に関する。
　しゅう動部品の一例である、メカニカルシールにおいて、密封性を長期的に維持させるためには、「密封」と「潤滑」という相反する条件を両立させなければならない。特に、近年においては、環境対策などのために、被密封流体の漏れ防止を図りつつ、機械的損失を低減させるべく、より一層、低摩擦化の要求が高まっている。低摩擦化の手法としては、しゅう動面に多様なテクスチャリングを施すことで、これらの実現を図ろうとしており、例えば、テクスチャリングのひとつとしてしゅう動面にディンプルを配列したものが知られている。
　例えば、特開平１１－２８７３２９号公報（以下、「特許文献１」という。）に記載の発明は、しゅう動面に、深さの異なる多数のディンプルを形成することにより、しゅう動時に相手しゅう動面との間に介在する流体に発生する流体軸受圧力による負荷容量が、流体温度の変化に伴って一部のディンプルでは減少しても他のディンプルでは増大するので負荷容量が安定し、温度変化に拘らず常に良好なしゅう動性を維持するといった効果が得られるようにしたものである。
　また、特開２０００－１６９２６６号公報（以下、「特許文献２」という。）に記載の発明は、焼結したセラミックス材料からなる下地材の表面に硬質皮膜を蒸着したしゅう動面を形成し、このしゅう動面に、多数のディンプルを有する構成とすることにより、耐摩耗性の向上を図ると共に、ディンプルによる液体潤滑性の向上を図るようにしたものである。
特開平１１－２８７３２９号公報 特開２０００－１６９２６６号公報
　しかしながら、特許文献１に記載の発明は、温度変化に拘らず常に良好なしゅう動性を維持するためにしゅう動面に設けられるディンプルの深さに着目したものであって、しゅう動面における軸受特性数の広い範囲においてしゅう動特性を向上させると共に、加工精度のよいディンプルにより所定の動圧を発生させることについては考察されていない。
　また、特許文献２に記載の発明は、しゅう動面にディンプルを設けることで液体潤滑性の向上を図るようにしたものであるが、特許文献１と同様、しゅう動面における軸受特性数の広い範囲においてしゅう動特性を向上させると共に、加工精度のよいディンプルにより所定の動圧を発生させることについては考察されていない。
　本発明は、しゅう動面における軸受特性数の広い範囲においてしゅう動特性を向上させると共に、加工精度のよいディンプルにより所定の動圧を発生させることとの両立を図ることができるしゅう動部品を提供することを目的とするものである。
　上記目的を達成するため本発明のしゅう動部品は、第１に、一対のしゅう動部品の互いに相対しゅう動する少なくとも一方側のしゅう動面にディンプルが複数配置されたしゅう動部品において、前記複数のディンプルは相互に他のディンプルと独立して設けられると共にランダムに分布するように配置され、それぞれのディンプルは超短パルスレーザの照射により形成され、深さは０．０５μｍ～５μｍの範囲の浅い溝であって、前記ディンプルの底面の粗さＲａは加工深さの１／１０以下であることを特徴としている。
　この特徴によれば、軸受特性数の広い範囲において摩擦係数を低減させることができると共に摺動面間の流体膜を増加させ、潤滑性能を向上させると共に、精度のよい正圧発生溝により所定の動圧を発生させることができ、また、加工時における熱の影響が少ないため摺動面にうねりがなく、密封性のよい摺動面を備えた摺動部品を提供することができる。
　また、本発明のしゅう動部品は、第２に、第１の特徴において、加工部の際のデブリによる盛り上がりが０．０１μｍ未満であることを特徴としている。
　この特徴によれば、より一層、密封性のよい摺動面を備えた摺動部品を提供することができる。
　また、本発明のしゅう動部品は、第３に、第１又は第２の特徴において、前記複数のディンプルは、開口径が１０～５００μｍの範囲に設定されることを特徴としている。
　この特徴によれば、しゅう動面における軸受特性数の広い範囲において、より一層、しゅう動特性を向上することができる。
　また、本発明のしゅう動部品は、第４に、第１乃至第３のいずれかの特徴において、前記複数のディンプルは、深さが５０～１００００ｎｍの範囲に設定されることを特徴としている。
　この特徴によれば、しゅう動面における摩擦係数を低減することができる。
　また、本発明のしゅう動部品は、第５に、第１乃至第３のいずれかの特徴において、前記複数のディンプルの深さが、５０～１０００ｎｍの範囲に設定されることを特徴としている。
　この特徴によれば、しゅう動面における極低速でのしゅう動特性を良好にすることができる。
　また、本発明のしゅう動部品は、第６に、第１乃至第５のいずれかの特徴において、前記複数のディンプルのしゅう動面に対する面積率が３０～５０％であることを特徴としている。
　この特徴によれば、しゅう動面における密封と潤滑の両立を図ることができる。
　また、本発明のしゅう動部品は、第７に、第１乃至第６のいずれかの特徴において、前記超短パルスレーザの繰返し周波数は、５ｋＨｚ以上であることを特徴としている。
　この特徴によれば、パルスの重ね数が多い場合でも加工時間を適度な値に設定することができる。
　また、本発明のしゅう動部品は、第７に、第１乃至第７のいずれかの特徴において、前記超短パルスレーザのパルス幅は、１０ピコ秒未満であることを特徴としている。
　この特徴によれば、１つのパルスによる熱の発生を少なくすることができる。
　本発明は、以下のような優れた効果を奏する。
（１）軸受特性数の広い範囲において摩擦係数を低減させることができると共に摺動面間の流体膜を増加させ、潤滑性能を向上させると共に、精度のよい正圧発生溝により所定の動圧を発生させることができ、また、加工時における熱の影響が少ないため摺動面にうねりがなく、密封性のよい摺動面を備えた摺動部品を提供することができる。
（２）また、加工部の際のデブリによる盛り上がりが０．０１μｍ未満であることにより、より一層、密封性のよい摺動面を備えた摺動部品を提供することができる。
（３）複数のディンプルは、開口径が１０～５００μｍの範囲に設定されることにより、しゅう動面における軸受特性数の広い範囲において、より一層、しゅう動特性を向上することができる。
（４）複数のディンプルは、深さが５０～１００００ｎｍの範囲に設定されることにより、しゅう動面における摩擦係数を低減することができる。
（５）複数のディンプルの深さが、５０～１０００ｎｍの範囲に設定されることにより、しゅう動面における極低速でのしゅう動特性を良好にすることができる。
（６）複数のディンプルのしゅう動面に対する面積率が３０～５０％であることにより、しゅう動面における密封と潤滑の両立を図ることができる。
（７）超短パルスレーザの繰返し周波数は、５ｋＨｚ以上であることにより、パルスの重ね数が多い場合でも加工時間を適度な値に設定することができる。
（８）超短パルスレーザのパルス幅は、１０ピコ秒未満であることにより、１つのパルスによる熱の発生を少なくすることができる。
本発明の実施例１に係るしゅう動部品としてのメカニカルシールの一例を示す縦断面図である。 本発明の実施例に係るしゅう動部品のしゅう動面の一例を説明するためのものであって、（ａ）はしゅう動面の平面図、（ｂ）はＡ－Ａ断面図、（ｃ）はＢ－Ｂ断面図である。 ディンプルの有する機能を説明する説明図である。 本発明の実施例に係るしゅう動部品のしゅう動面にランダムに配置されたディンプルを示すしゅう動面の平面図である。 本発明のしゅう動部品の摺動面の加工工程において用いられる加工装置の概略構成を示す模式図である。 本発明のしゅう動部品の加工試験結果を示したもので、超短パルスレーザの波長が１０３０ｎｍの場合である。 本発明のしゅう動部品の加工試験結果を示したもので、超短パルスレーザの波長が５１５ｎｍの場合である。 超短パルスレーザの各照射フルエンスで加工した際の加工面の状態及び加工部際の盛り上がりの評価結果を示す図である。 超短パルスレーザとしてピコ秒レーザを使用して加工した場合の加工面の状態を示すものであって、（ａ）は加工面の顕微鏡写真、（ｂ）は加工面の断面を示したもので粗さを表している。 パルスレーザとしてナノ秒レーザを使用して加工した場合の加工面の状態を示すものであって、（ａ）は加工面の顕微鏡写真、（ｂ）は加工面の断面を示したもので粗さを表している。 本発明の実施例に係るしゅう動部品のしゅう動面にランダムに配置されたディンプルを示すしゅう動面の平面図であって、他の変形例を示したものである。 本発明の実施例に係るしゅう動部品のしゅう動面にランダムに配置されたディンプルを示すしゅう動面の平面図であって、さらに他の変形例を示したものである。
　以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置などは、特に明示的な記載がない限り、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。　
　図１ないし図９を参照して、本発明の実施例に係るしゅう動部品について説明する。　
　なお、以下の実施例においては、しゅう動部品の一例であるメカニカルシールを例にして説明するが、これに限定されることなく、例えば、円筒状しゅう動面の軸方向一方側に潤滑油を密封しながら回転軸としゅう動する軸受のしゅう動部品として利用することも可能である。
　なお、メカニカルシールを構成するしゅう動部品の外周側を高圧流体側（被密封流体側）、内周側を低圧流体側（大気側）として説明するが、本発明はこれに限定されることなく、高圧流体側と低圧流体側とが逆の場合も適用可能である。
　図１は、メカニカルシールの一例を示す縦断面図であって、しゅう動面の外周から内周方向に向かって漏れようとする高圧流体側の被密封流体を密封する形式のインサイド形式のものであり、高圧流体側のポンプインペラ（図示省略）を駆動させる回転軸１側にスリーブ２を介してこの回転軸１と一体的に回転可能な状態に設けられた一方のしゅう動部品である円環状の回転側密封環３と、ポンプのハウジング４に非回転状態かつ軸方向移動可能な状態で設けられた他方のしゅう動部品である円環状の固定側密封環５とが設けられ、固定側密封環５を軸方向に付勢するコイルドウェーブスプリング６及びベローズ７によって、ラッピング等によって鏡面仕上げされたしゅう動面Ｓ同士で密接しゅう動するようになっている。すなわち、このメカニカルシールは、回転側密封環３と固定側密封環５との互いのしゅう動面Ｓにおいて、被密封流体が回転軸１の外周から大気側へ流出するのを防止するものである。
　なお、図１では、回転側密封環３のしゅう動面の幅が固定側密封環５のしゅう動面の幅より広い場合を示しているが、これに限定されることなく、逆の場合においても本発明を適用出来ることはもちろんである。
　回転側密封環３及び固定側密封環５の材質は、耐摩耗性に優れた炭化ケイ素（ＳｉＣ）及び自己潤滑性に優れたカーボンなどから選定されるが、例えば、両者がＳｉＣ、あるいは、回転側密封環３がＳｉＣであって固定側密封環５がカーボンの組合せが可能である。
　相対しゅう動する回転側密封環３あるいは固定側密封環５の少なくともいずれか一方のしゅう動面には、図２に示すように、ディンプル１０が配設されている。
　本例では、固定側密封環５のしゅう動面Ｓに複数のディンプル１０が配設されている。この場合、回転側密封環３にはディンプルは設けられなくてもよく、また、設けられてもよい。
　図２において、しゅう動部品１の断面形状は、図１（ｃ）に示すように凸形状をしており、その頂面が平坦なしゅう動面Ｓを構成している。このしゅう動面Ｓには、図２（ｂ）に示すような多数のディンプル１０が独立して設けられている。これらのディンプル１０は、しゅう動面Ｓの径方向の幅全体ではなく、低圧流体側においては平坦なランド部Ｒが一定幅で全周に残るように形成された低圧流体側密封面ＩＳを除いた部分に設けられる。しゅう動面Ｓの高圧流体側においては、ディンプル１０は縁部まで設けられてもよい。
　本発明において、「ディンプル」とは、平坦なしゅう動面Ｓに形成されるくぼみのことであり、その形状は特に限定されるものではない。例えば、くぼみの平面形状は円形、楕円形、長円形、もしくは多角形など種々の形が包含され、くぼみの断面形状もお椀状、または、方形など種々の形が包含される。
　そして、しゅう動面Ｓに形成された多数のディンプル１０は、このしゅう動面Ｓと相対しゅう動する相手側しゅう動面との間に流体力学的な潤滑液膜として介入する液体の一部を保持して、潤滑液膜を安定化させる機能を有するものである。
　個々のディンプル１０は、図３に示すようなレイリーステップを構成するものとみなすことができる。
　 図３において、固定側密封環５のしゅう動面Ｓ（Ｒ）には図の断面と直交する方向に延びるレイリーステップ１０ａが形成されており、回転側密封環３のしゅう動面Ｓは平坦に形成されている。回転側密封環３が矢印で示す方向に相対移動すると、両しゅう動面間に介在する流体が、その粘性によって矢印方向に追随移動しようとし、その際、レイリーステップ１０ａの存在によって動圧（正圧）を発生する。動圧の発生によりしゅう動面間の潤滑液膜が増大され、潤滑性能が向上されるものである。動圧効果により潤滑性能が向上させられる一方、漏れ量が増える恐れがあり、漏れ量を減らすため潤滑液膜を薄くするようにディンプルの量を少なくすると、しゅう動面Ｓが接触し摩耗を起こしやすくなる。
　図４は、本発明の実施例に係るしゅう動部品のしゅう動面にランダムに配置されたディンプルを示すしゅう動面の平面図である。図４において、図２の符号と同じ符号は図１と同じ部材を示しており、詳しい説明は省略する。
　図４において、しゅう動面に形成された複数のディンプル２は、相互に他のディンプ
と独立して設けられ、ランダムに分布するように配置されている。
　本例では、複数のディンプル２の開口径は、全て同一である場合の他、一定の範囲に分布されてもよい。
　例えば、図４の場合、好ましくは１０～５００μｍ、より好ましくは３０～１００μｍの範囲に分布されている。このため、より一層、しゅう動特性を向上することができる。
　また、複数のディンプル２の深さは、摩擦係数低減の面から５０～１００００ｎｍの範囲内に設定されることが好ましいが、極低速でのしゅう動特性を重視する場合には、好ましくは５０～１０００ｎｍ、より好ましくは５０～５００ｎｍの範囲内に設定される。
　また、密封と潤滑の両立を図るため、複数のディンプルのしゅう動面に対する面積率は４０％を採用したが、これに限らず３０～５０％でもよい。
　次に、図５を参照しながら、本発明の摺動部品の摺動面に複数のディンプル１０を加工する加工方法について説明する。
　なお、図５は、本発明の摺動部品の摺動面の加工工程において用いられる加工装置２０の概略構成を示す模式図である。
　加工装置２０は、超短パルスレーザを発振する超短パルスレーザ発振器２１と、当該超短パルスレーザを被加工物である固定側密封環５の所定位置に照射する走査光学系２２と、制御部２４と、ＸＹＺステージ２５と、架台２６と、昇降部材２７とを備える。本例では、走査光学系２２は、ガルバノスキャナー２３を備えており、一方向、例えばＸ軸方向の走査をガルバノスキャナー２３で行い、Ｙ軸方向の走査をＸＹＺステージ２５の移動で行い、ガルバノスキャナー２３の高速走査性を利用するものとしている。このため、ＸＹＺステージ２５は、少なくともＹ及びＺ方向に移動可能であればよい。架台２６の上面にはＸＹＺステージ２５が設置され、ＸＹＺステージ２５には被加工物である固定側密封環５が搭載されている。昇降部材２７はシャフト２８を介して架台２６と接続される。
　超短パルスレーザ発振器２１から発生した超短パルスレーザ光は、走査光学系２２に入る。走査光学系２２は超短パルスレーザ光を所望のビーム形状に成形しＸＹＺステージ２５上の被加工物である固定側密封環５の表面の所定の位置に集光させる。被加工物である固定側密封環５の材質は、例えばＳｉＣ、Ａｌ２Ｏ３、セラミックス、超硬合金、ステンレスなどである。本実施例では、被加工物である固定側密封環５としてＳｉＣを用いる。
　制御部２４は、超短パルスレーザ発振器２１、走査光学系２２及びＸＹＺステージ２５の駆動を制御する制御装置として機能する。すなわち、制御部２４は、駆動信号を超短パルスレーザ発振器２１、走査光学系２２及びＸＹＺステージ２５に出力する。超短パルスレーザ発振器２１は、制御部２４からの駆動信号で指示されたフルエンスとパルス幅に基づき超短パルスレーザを生成して装置外にレーザを照射する。具体的には、制御部２４からの駆動信号により超短パルスレーザ発振器２１内の例えば回折格子、プリズム、遮光フィルタ等の構成要素の駆動を制御する。
 本実施例では、超短パルスレーザ発振器２１はパルスの繰り返し周波数は５ｋＨｚ以上、レーザ波長１０３０ｎｍ又は５１５ｎｍ、パルス幅２０ピコ秒未満まで変更可能な光源を用いる。
 　次に、上記加工装置２０の動作を説明する。 
　まず、制御部２４を用いて照射すべき超短パルスレーザ光の基本パラメータを設定する。　基本パラメータの設定は、例えば制御部２４に設けられた入力装置を用いて入力すればよい。入力する基本パラメータとしては、例えばフルエンス、パルス幅、ショット数などであるが、これら基本パラメータは、制御部２４内に設けられたアプリケーションプログラムが自動で算出してもよい。得られた基本パラメータに基づき制御部２４は超短パルスレーザ発振器２１に駆動信号を出力する。
　制御部２４からの駆動信号を超短パルスレーザ発振器２１が受けると、超短パルスレーザ発振器２１は駆動信号で指定されるフルエンス及びパルス幅のレーザ光を生成して出力する。超短パルスレーザ発振器２１から発生した超短パルスレーザ光は、走査光学系２２に入り、走査光学系２２は超短パルスレーザ光を所望のビーム形状に成形しＸＹＺステージ２５上の被加工物である固定側密封環５の表面の所定の位置に集光させる。ある一点におけるレーザ照射が指定されたショット数に達すると、ガルバノスキャナー２３及びＸＹＺステージ２５を駆動して超短パルスレーザと被加工物である固定側密封環５を相対的に移動させる。これにより、１つの被加工物である固定側密封環５に対して複数の位置にレーザ照射することができる。
　 図６は、基本パラメータの各々についての加工試験結果を示したもので、超短パルスレーザの波長は１０３０ｎｍ、パルス幅は１０ｐｓ以下のピコ秒レーザを使用した。
　 図７は、基本パラメータの各々についての加工試験結果を示したもので、超短パルスレーザの波長は５１５ｎｍ、パルス幅は１０ｐｓ以下のピコ秒レーザを使用した。
　図８は、超短パルスレーザの波長が１０３０ｎｍ、及び、５１５ｎｍである場合において、各照射フルエンスで加工した際の加工面の状態及び加工部際の盛上がりの評価結果を示す図であって、評価項目としては、（１）加工面の状態及び加工部の際のデブリによる盛り上がりの状態である。図６では、加工面の状態に関しては、加工面（ディンプルの底面をいう。以下、同じ。）の粗さＲａが加工深さの１／１０以下である場合はＯＫ、それ以外はＮＧとし、また、加工部際の盛上がりに関しては、加工部の際（ディンプルの際）のデブリによる盛上がりが０．０１μｍ未満である場合はＯＫ、それ以外はＮＧとした。
　図８によれば、超短パルスレーザの波長が１０３０ｎｍの場合、加工面の状態は、フルエンスが０．５、１、２、３、５、７において粗さＲａが加工深さの１／１０以下であった。また、加工部の際の盛り上がりの状態は、フルエンスが０．１、０．２、０．４、０．５、１、２、３、５、７、８、９、１０、３０において盛り上がりが０．０１μｍ未満であった。
　また、超短パルスレーザの波長が５１５ｎｍの場合、加工面の状態は、フルエンスが０．５、１、２、３、５、７において粗さＲａが加工深さの１／１０以下であった。また、加工部の際の盛り上がりの状態は、フルエンスが０．１、０．２、０．４、０．５、１、２、３、５、７、８、９において盛り上がりが０．０１μｍ未満であった。
　以上の結果から、加工工程において用いられる超短パルスレーザのエネルギーフルエンスは、０．５Ｊ／（ｃｍ２．ｐｕｌｓｅ）～７Ｊ／（ｃｍ２．ｐｕｌｓｅ）の範囲において好適であることが判明した。
　図９は、超短パルスレーザとしてピコ秒レーザを使用して加工した場合の加工面の状態を示すものであって、（ａ）は加工面の顕微鏡写真、（ｂ）は（ａ）のＡ－Ａ断面を表したもので加工面の粗さを示している。なお、使用した超短パルスレーザの波長は１０３０ｎｍであって、エネルギーフルエンスは２．５Ｊ／（ｃｍ２．ｐｕｌｓｅ）であり、１ショットの加工深さは０．０２μｍである。
　図９（ｂ）から、加工面（ディンプルの底面をいう。以下、同じ）の深さは１．０２５μｍであって加工面の粗さＲａは約０．０３μｍであり、加工面の面粗さＲａは、加工深さの約３／１００であり、加工深さの１／１０より十分小さいものであった。また、加工部の際（ディンプルの際）のデブリによる盛り上がりは０．０１μｍときわめて小さいものであった。
　図１０は、パルスレーザとしてナノ秒レーザを使用して加工した場合の加工面の状態を示すものであって、（ａ）は加工面の顕微鏡写真、（ｂ）は（ａ）のＢ－Ｂ断面を表したもので加工面の粗さを示している。
　図１０（ｂ）から、加工面（ディンプルの底面）の粗さＲａは約０．７５μｍである。また、加工部の際（ディンプルの際）のデブリによる盛り上がりは約０．７８４μｍである。
　以上によれば、ナノ秒レーザを使用して加工した場合の加工面の状態は、ピコ秒レーザを使用して加工した場合の加工面の状態に比べて、加工面（正圧発生溝及び負圧発生溝の底面）の粗さＲａにおいて約２５倍、加工部の際（ディンプルの際）のデブリによる盛り上がりは約７８倍であることが分かる。
　本発明においては、極めてパルス幅の短い超短パルスレーザを用いてＳｉＣなどからなる摺動部品を加工するので、超短パルスレーザを照射した領域の周囲の温度が従来のナノ秒レーザを照射した場合より上昇し難い。これは、超短パルスレーザにおいては１つのパルスによる熱の発生が通常のナノ秒レーザに比べて極めて少ないためである。したがって、超短パルスレーザを照射した部分を当該レーザの照射によるアブレーションで除去して平坦な溝を形成する一方、溝の際がレーザの照射に起因するデブリで盛り上がったりすることなく、極めてきれいな加工面を得ることができる。特に、超短パルスレーザのエネルギーフルエンスを制御することにより、きわめて平坦な加工面及び加工際にデブリによる盛り上がりのない高精度な溝を正確に形成できる。
　また、上述のように超短パルスレーザを加工に用いるので、当該レーザの照射領域の周囲への熱影響を極めて小さくできる。そのため、レーザの照射に起因してＳｉＣなどからなる摺動部品の摺動面のレーザ照射領域の周囲の温度が上昇して、その熱の影響により当該摺動面にうねりが生じるといった問題の発生を抑制できる。また、従来の機械加工では溝深さが０．０５μｍ～５μｍの加工を行うことは無理である。さらに、公知のイオンミーリングは加工時間がかかり、また、エッチングでは時間もコストもかかるという問題がある。
　本発明の超短パルスレーザを用いた加工では、エネルギーフルエンスを、０．５Ｊ／（ｃｍ２．ｐｕｌｓｅ）～７Ｊ／（ｃｍ２．ｐｕｌｓｅ）の範囲に設定することにより、きわめて平坦な加工面及び加工際にデブリによる盛り上がりのない高精度な摺動面を得ることができ、かつ、作業効率もよい。
　エネルギーフルエンスが８Ｊ／（ｃｍ２．ｐｕｌｓｅ）以上では、１回のショットのパルスエネルギが大きすぎるため、加工面が荒れて粗さＲａが大きくなる。
　さらに、波長が１０３０ｎｍにおいては、エネルギーフルエンスが５０Ｊ／（ｃｍ２．ｐｕｌｓｅ）以上では、また、波長が５１５ｎｍにおいては、エネルギーフルエンスが１０Ｊ／（ｃｍ２．ｐｕｌｓｅ）以上では、デブリが発生し、加工部の際が盛り上がる。
 摺動部品がＳｉＣ、Ａｌ２Ｏ３、セラミックス、超硬合金、ステンレスのいずれか１つの材料から形成される場合、超短パルスレーザのエネルギーフルエンスは、０．５Ｊ／（ｃｍ２．ｐｕｌｓｅ）～７Ｊ／（ｃｍ２．ｐｕｌｓｅ）の範囲であることが好ましい。
　本発明の実施の形態に係るしゅう動部品の作用・効果は以下のとおりである。
（１）複数のディンプルは相互に他のディンプルと独立して設けられると共にランダムに分布するように配置され、それぞれのディンプルは超短パルスレーザの照射により形成され、深さは０．０５μｍ～５μｍの範囲の浅い溝であって、前記ディンプルの底面の粗さＲａは加工深さの１／１０以下であることにより、軸受特性数の広い範囲において摩擦係数を低減させることができると共に摺動面間の流体膜を増加させ、潤滑性能を向上させると共に、精度のよい正圧発生溝により所定の動圧を発生させることができ、また、加工時における熱の影響が少ないため摺動面にうねりがなく、密封性のよい摺動面を備えた摺動部品を提供することができる。
（２）加工部の際のデブリによる盛り上がりが０．０１μｍ未満であることにより、より一層、密封性のよい摺動面を備えた摺動部品を提供することができる。
（３）複数のディンプルは開口径が好ましくは１０～５００μｍ、より好ましくは３０～１００μｍの範囲に設定されることにより、しゅう動面における軸受特性数の広い範囲において、より一層、しゅう動特性を向上することができる。
（４）複数のディンプルは深さが５０～１００００ｎｍの範囲に設定されることにより、しゅう動面における摩擦係数を低減することができる。
（５）複数のディンプルは深さが好ましくは５０～１０００ｎｍ、より好ましくは５０～５００ｎｍの範囲に設定されることにより、極低速でのしゅう動特性を良好にすることができる。
（６）複数のディンプルはしゅう動面に対する面積率が３０～５０％の範囲に設定されることにより、密封と潤滑の両立を図ることができる。
（７）超短パルスレーザの繰返し周波数は５ｋＨｚ以上であることにより、パルスの重ね数が多い場合でも加工時間を適度な値に設定することができる。
（８）超短パルスレーザのパルス幅は１０ピコ秒未満であることにより、１つのパルスによる熱の発生を少なくすることができる。
　以上、本発明の実施の形態を実施例により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。
　例えば、前記実施例では、しゅう動部品をメカニカルシール装置における一対の回転用密封環及び固定用密封環の少なくともいずれか一方に用いる例について説明したが、円筒状しゅう動面の軸方向一方側に潤滑油を密封しながら回転軸としゅう動する軸受のしゅう動部品として利用することも可能である。
　また、例えば、前記実施例では、外周側に高圧の被密封流体が存在する場合について説明したが、内周側が高圧流体の場合にも適用でき、その場合、ディンプルを内周側に連通させて配設すればよい。
　また、例えば、前記実施例では、複数のディンプルは、開口径が好ましくは１０～５００μｍ、より好ましくは３０～１００μｍの範囲に設定されている場合を説明したが、これらは好ましい１つの例を示したものであり、これらに限定されず、複数のディンプルがランダムに分布されていることが重要であり、分布の割合は、しゅうどう面の軸受特性数Ｇ（流体の粘度×速度／荷重）に応じて最適な値に設定されればよい。
　また、例えば、前記実施例では、複数のディンプルの深さとして、摩擦係数低減の面からは５０～１００００ｎｍの範囲から選定されるのが好ましいとと説明したが、極低速でのしゅう動特性を良好にするには好ましくは５０～１０００ｎｍ、より好ましくは５０～５００ｎｍの範囲に設定される。
　また、例えば、前記実施例では、密封と潤滑の両立を図る観点から、複数のディンプルのしゅう動面に対する面積率として４０％を採用した場合について説明したが、これに限定されず、３０～５０％の範囲でもよい。
　また、例えば、前記実施例では、ディンプル１０は、低圧流体側においては平坦なランド部Ｒが一定幅で全周に残るように形成された低圧流体側密封面ＩＳを除いたほぼ全域の部分に設けられる場合について説明したが、これに限らず、図１１に示すように、開口径が同一の複数のディンプル１０を、摺動面の径方向における高圧流体側にのみランダムに配置し、低圧流体側（低圧流体側密封面ＩＳを含む。）にはディンプルを設けずにフラットな状態にしてもよい。図１１の場合、摺動面の径方向における高圧流体側の略６０％の幅にディンプルが設けられ、低圧流体側の略４０％の幅はディンプルのないフラットな状態に形成されている。このため、密封領域の幅が増大し、ほぼ全域にディンプルを設ける場合に比較して漏れ量を低減させることができる。
　なお、ディンプルを設ける範囲は略６０％の幅に限らず、例えば、２０～８０％の幅でもよい。
　また、例えば、図１２に示すように、摺動面の径方向の略中央に全周にわたる深溝１１を設け、該深溝１１の径方向の両側のしゅう動面に開口径が同一の複数のディンプル１０をランダムに配置してもよい。その際、深溝１１より低圧流体側のしゅう動面において低圧流体側密封面ＩＳにはディンプル１０は設けられない。
　この場合、高圧流体側から低圧流体側に漏れようとする流体は深溝１１に貯留されるため漏れ量を低減させることができると共に、しゅう動面の摩耗粉も深溝１１に捕獲されるためしゅう動面の摩耗を低減させることができる。
　なお、深溝１１は半径方向の溝を介して高圧流体側に連通されるようにしてもよい。
　 １　　　　 　　　回転軸
　 ２　　　　 　　　スリーブ
　 ３　　　　 　　　回転側密封環
　 ４　　　　 　　　ハウジング
　 ５　　　　　　　 固定側密封環
　 ６　　　　　　　 コイルドウェーブスプリング
　 ７　　　　　　　 ベローズ
 　１０　 　　　　　ディンプル
　 １０ａ　　　　　 レイリーステップ
　 １１　　　　　　 深溝
　 ２０　　　　　　 加工装置
　 ２１　　　　　　 超短パルスレーザ発振器
　 ２２　　　　　　 走査光学系
　 ２３　　　　　　 ガルバノスキャナー
　 ２４　　　　　　 制御部
　 ２５　　　　　　 ＸＹＺステージ
　 ２６　　　　　　 架台
　 ２７　　　　　　 昇降部材
　 ２８　　　　　　 シャフト
　 Ｓ　　　　　　　 しゅう動面
　 ＩＳ　　　　　　 低圧流体側密封面
　 Ｒ　　　　　　　 ランド部
　
　
　
　
　
　
　
　
　
　
　
　
　
　
　
　
　
　
　
　

Claims (8)

  1. 　一対のしゅう動部品の互いに相対しゅう動する少なくとも一方側のしゅう動面にディンプルが複数配置されたしゅう動部品において、前記複数のディンプルは相互に他のディンプルと独立して設けられると共にランダムに分布するように配置され、それぞれのディンプルは超短パルスレーザの照射により形成され、深さは０．０５μｍ～５μｍの範囲の浅い溝であって、前記ディンプルの底面の粗さＲａは加工深さの１／１０以下であることを特徴とするしゅう動部品。
  2. 　加工部の際のデブリによる盛り上がりが０．０１μｍ未満であることを特徴とする請求項１記載のしゅう動部品。
  3. 　前記複数のディンプルは、開口径が１０～５００μｍの範囲に設定されることを特徴とする請求項１又は２記載のしゅう動部品。
  4. 　 前記複数のディンプルは、深さが５０～１００００ｎｍの範囲に設定されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のしゅう動部品。
  5. 　前記複数のディンプルは、深さが５０～１０００ｎｍの範囲に設定されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のしゅう動部品。
  6. 　前記複数のディンプルは、しゅう動面に対する面積率が３０～５０％の範囲に設定されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のしゅう動部品。
  7. 　前記超短パルスレーザの繰返し周波数は、５ｋＨｚ以上であることを特徴とする請求項１乃至６に記載のしゅう動部品。
  8. 　前記超短パルスレーザのパルス幅は、１０ピコ秒未満であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のしゅう動部品。
    　
    　
    　
    　
    　
    　
    　
    　
    　
    　
    　
    　
    　
    　
    　
    　
    　
    　
    　
    　
    　
    　
    　
    　
    　
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