(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
部材表面に複合材料からなるコーティング膜を成膜している間に、部材表面の温度を変化させることで部材表面の表面エネルギーを調整しながらコーティング膜を成膜した後、このコーティング膜に対して紫外パルスレーザー光を照射することを特徴とするコーティング膜の低摩擦化法。
【請求項２】
コーティング膜が、窒化ホウ素、Ｓｉ3Ｎ4、（ＣＦ）ｎ、黒鉛、ＴｉＮ、ＷＳ2、ＭｏＳ2の内のいずれかひとつの材料と、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、テフロン(登録商標)の内のいずれかひとつの材料との複合コーティングからなることを特徴とする請求項１のコーティング膜の低摩擦化法。
【請求項３】
請求項１または２の方法で製造される部材表面に成膜される複合材料からなる低摩擦コーティング膜であって、部材表面に成膜された後に紫外パルスレーザー光が照射されることを特徴とする低摩擦コーティング膜。
【請求項４】
表面温度が経時的に変化している部材表面上に成膜されることを特徴とする請求項３の低摩擦コーティング膜。
【請求項５】
窒化ホウ素、Ｓｉ3Ｎ4、（ＣＦ）ｎ、黒鉛、ＴｉＮ、ＷＳ2、ＭｏＳ2の内のいずれかひとつの材料と、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、テフロン（登録商標）の内のいずれかひとつの材料との複合コーティングからなることを特徴とする請求項３または４の低摩擦コーティング膜。
【請求項６】
請求項３乃至５のうちのいずれかの低摩擦コーティング膜が表面に成膜されていることを特徴とする低摩擦部材。
【請求項７】
窒化ホウ素、Ｓｉ3Ｎ4、（ＣＦ）ｎ、黒鉛、ＴｉＮ、ＷＳ2、ＭｏＳ2の内のいずれかひとつの材料と、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、テフロン(登録商標)の内のいずれかひとつの材料とを混合して生成されることを特徴とする紫外パルスレーザー光照射用の低摩擦複合材料。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、コーティング膜の低摩擦化法に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、大気中および真空中で使用される部材を低摩擦化するのに有用なコーティング膜の低摩擦化法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術と発明の課題】
従来、大気中および真空中で使用される部材に対して複合材料を用いたコーティング膜の低摩擦化が実施されてきたが、雰囲気圧力が広範囲に変化するような環境化においては、必要とする低摩擦性を有するコーティング膜を得ることは困難であった。特に、宇宙空間などのように超高真空中や紫外線照射下といった極限環境における材料の使用は、例えば原子状酸素衝突による酸化や化学反応等といったコーティング膜の変質により摩擦力が増加するといった現象が見られ、部品の寿命が短くなるという問題が生じていた。このため、紫外線照射下や真空中などにおいても摩擦力の増加が発生しにくいコーティング膜の生成方法が求められてきた。
【０００３】
そこで、この出願の発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたものであり、超高真空中や紫外線照射下といった極限環境においても摩擦力が増加せず材料の長寿命化を実現するコーティング膜の低摩擦化法を提供することを課題としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、部材表面に複合材料からなるコーティング膜を成膜することで部材表面の低摩擦化を行なうコーティング膜の低摩擦化法であって、部材表面に複合材料からなるコーティング膜を成膜している間に、部材表面の温度を変化させることで部材表面の表面エネルギーを調整しながらコーティング膜を成膜した後、このコーティング膜に対して紫外パルスレーザー光を照射することを特徴とするコーティング膜の低摩擦化法を提供する。
【０００５】
上記のコーティング膜の低摩擦化法は、照射するレーザー光が紫外パルスレーザー光であること、部材表面に複合材料からなるコーティング膜を成膜している間に、部材表面の温度を変化させることで部材表面の表面エネルギーを調整すること、および、コーティング膜が、窒化ホウ素と銅の複合コーティングからなることを特徴とする。
【０００６】
また、この出願の発明は、部材表面に成膜される複合材料からなる低摩擦コーティング膜であって、部材表面に複合材料からなるコーティング膜を成膜している間に、部材表面の温度を変化させることで部材表面の表面エネルギーを調整しながらコーティング膜を成膜した後に紫外パルスレーザー光が照射されることを特徴とする低摩擦コーティング膜を提供する。
【０００７】
この低摩擦コーティング膜は、照射されるレーザー光が紫外パルスレーザー光であること、表面温度が経時的に変化している部材表面上に成膜されること、窒化ホウ素と銅の複合コーティングからなることを特徴とする。
【０００８】
さらに、この出願の発明は、以上で示した低摩擦コーティング膜が表面に成膜されていることを特徴とする部材をも提供する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
この出願の発明は、上記のとおりの特徴をもつものであるが、以下に、その実施の形態について説明する。
【００１０】
この出願の発明であるコーティング膜の低摩擦化法においては、部材表面に複合材料からなるコーティング膜を成膜している間に、部材表面の温度を変化させることで部材表面の表面エネルギーを調整しながらコーティング膜を成膜し、次いで、このコーティング膜に対して紫外パルスレーザー光を照射することで、部材表面の表面エネルギーを制御し、部材表面の低摩擦化を実現する。
【００１１】
部材表面に成膜されたコーティング膜に対して照射されるレーザー光は、紫外パルスレーザー光であり、レーザー照射は複数回、具体的には１００回以上実施されることが好ましい。
【００１２】
また、この出願の発明であるコーティング膜の低摩擦化法においては、部材表面に複合材料からなるコーティング膜を成膜する時間を変え、部材表面の温度を変化させることで、部材表面の表面エネルギーが制御され、部材表面の低摩擦化を行なうことも可能である。具体的には、例えば、部材表面に複合材料からなるコーティング膜を蒸着する際に、蒸着時間を変えることで、部材表面の温度を変化させる。
【００１３】
コーティング膜は複合材料による複合コーティングによって成膜され、具体的な材料としては、以下に示される材料グループＡのいずれかひとつの材料と材料グループＢのいずれかひとつの材料とを組み合わせて用いられる。
材料グループＡ：窒化ホウ素、Ｓｉ3Ｎ4、（ＣＦ）ｎ、黒鉛、ＴｉＮ、ＷＳ2、
ＭｏＳ2
材料グループＢ：Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、テフロン（登録商標）
また、上記の材料グループＡのいずれかひとつの材料と材料グループＢのいずれかひとつの材料とを組み合わせて複合材料基板を生成し、生成された複合材料基板表面に紫外線パルスレーザーを照射することで、低い摩擦係数を持つ材料として利用することも可能である。
【００１４】
この出願の発明のコーティング膜の低摩擦化法により成膜されたコーティング膜は、摩擦係数が極めて低く、さらには、紫外線が照射されるような環境化にある場合や材料酸化が発生した場合においても、摩擦力の増加を防止することが可能である。したがって、この低摩擦コーティング膜により部材をコーティングすることで、部材を長寿命化することが可能となり、メンテナンスコストの低減に役立つものと考えられる。
【００１５】
この出願の発明は、以上の特徴を持つものであるが、以下に実施例を示し、さらに具体的に説明する。
【００１６】
【実施例】
真空スパッタ共蒸着により窒化ホウ素と銅の複合コーティングをＳＵＳ３０４鋼表面に施し、蒸着が行なわれている時間を変えることで、ＳＵＳ３０４鋼基板表面温度を変化させ、表面エネルギーを調整した。図２は、蒸着時間と基板温度の関係について示したグラフである。さらに、コーティング後のＳＵＳ３０４鋼表面に対して、波長２４８ｎｍ、パルス幅３０ｎ秒、強度５０ｍＪｃｍ-2、照射タイミング１Ｈｚの紫外光パルスレーザーを照射し、コーティング膜表面の酸化を行い、表面エネルギーを調整した。図１は、紫外光パルスレーザーの照射回数と真空中および大気中におけるＳＵＳ３０４鋼表面の摩擦係数との関係について示したグラフである。紫外パルスレーザー照射により、ＳＵＳ３０４鋼表面における摩擦力の大幅な低下が見られ、低摩擦材料が得られていることがわかる。
【００１７】
【発明の効果】
この出願の発明によって、以上詳しく説明したとおり、超高真空中や紫外線照射下といった極限環境においても摩擦力が増加せず材料の長寿命化を実現するコーティング膜の低摩擦化法が提供される。
【００１８】
この出願の発明により、部材表面の摩擦力の大小を自由に制御できるため、摺動して利用される部材においては、摺動部分ごとに必要な低摩擦係数を与えるコーティングを実施
でき、エネルギー効率の高い機器の構築に貢献できるものと期待される。
【００１９】
さらに、この出願の発明により提供される低摩擦コーティング膜は、紫外線照射や表面酸化などにより摩擦力が増加することがないことから、宇宙ステーションや航空機の摺動部部材へなどへの低摩擦コーティング膜として最適であると考えられる。もちろん、これ以外にも様々な分野への適用が期待され、機器のメンテナンスコストの削減に貢献するものと期待される。
【図面の簡単な説明】
【図１】紫外光パルスレーザーの照射回数と真空中および大気中におけるＳＵＳ３０４鋼表面の摩擦係数との関係について示したグラフである。
【図２】蒸着時間と基板温度の関係について示したグラフである。
【図１】
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【図２】
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