(57)【要約】【課題】  軽量化、耐摩擦性が向上した、高強度のミシン部品を提供する。【解決手段】  縫製のための駆動力を受けて運動を行うミシン部品において、ミシン部品の母材がアルミまたはアルミ合金から成り、その母材の表層部分が結晶質のＡｌ2Ｏ3を主体とする下層と非晶質のＡｌ2Ｏ3を主体とする上層とから成る２層構造のハイブリッドプラズマ電解酸化皮膜から成り、そのハイブリッドプラズマ電解酸化皮膜には、その厚さ方向に母材との界面にまで到達する複数の貫通孔が形成されていることを特徴とするミシン部品。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
縫製のための駆動力を受けて運動を行うミシン部品において、
前記ミシン部品の母材がアルミまたはアルミ合金から成り、前記母材の表層部分が結晶質のＡｌ2Ｏ3を主体とする下層と非晶質のＡｌ2Ｏ3を主体とする上層とから成る２層構造のハイブリッドプラズマ電解酸化皮膜から成り、前記ハイブリッドプラズマ電解酸化皮膜には、その厚さ方向に前記母材との界面にまで到達する複数の貫通孔が形成されていることを特徴とするミシン部品。
【請求項２】
縫製のための駆動力を受けて運動を行うミシン部品において、
前記ミシン部品の母材がアルミまたはアルミ合金から成り、他のミシン部品との摺動面における前記母材の表層部分が結晶質のＡｌ2Ｏ3を主体とする上層と非晶質のＡｌ2Ｏ3を主体とする下層とから成る２層構造のハイブリッドプラズマ電解酸化皮膜から成り、前記ハイブリッドプラズマ電解酸化皮膜には、その厚さ方向に前記母材との界面にまで到達する複数の貫通孔が形成されていることを特徴とするミシン部品。
【請求項３】
前記ハイブリッドプラズマ電解酸化皮膜の厚さが１〜１５０μｍであることを特徴とする請求項１又は２記載のミシン部品。
【請求項４】
前記ハイブリッドプラズマ電解酸化皮膜の表面硬度が８００Ｈｖ以上であることを特徴とする請求項１、２又は３のいずれかに記載のミシン部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各部品の材料（鋼材（比重７．８６ｇ／ｃｍ3）、或いは銅材（比重８．９３ｇ／ｃｍ3））をアルミ、またはアルミ合金（比重２．７０ｇ／ｃｍ3）に適応した場合に、そのアルミ、またはアルミ合金の耐久性（引っ張り強度及び耐摩耗性）向上が図られたミシン部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のミシンでは、縫製時の駆動において高速運動を行うと共に摺動を生じる部材、例えば、ミシン主軸から針棒に上下動の駆動力を伝達するクランクロッドの軽量化のために高強度アルミニウム合金で形成していた。そして、かかるクランクロッドの端部には、針棒に固定された針棒抱きに設けられた支軸を摺動回転可能に支持するメタル軸受けが設けられ、当該軸受けは比重の高い銅系素材、或いは表面に窒化処理を施した銅材が使用されていた（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、針棒、上ルーパー抱き、上ルーパーガイド、揺動かん、角駒などの摺動部品、あるいは下糸を提供する釜、連結部品とするリンクの素材には鋼材が利用されている。
【特許文献１】特開平７−２１７６５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記クランクロッドの端部に設ける軸受けの素材を銅材或いは鋼材とすると、当該軸受けの重量が重くなり、より高速運動を行った場合に、クランクロッドの強度が不足したり、慣性力が大きくなるおそれがあった。
また、最近のミシンでは、機枠内の各部において潤滑油を使用しないドライ化が進められており、これに対応するために摺動性の良好な銅製の軸受けへの転換が図られつつあるが、やはり軸受けの重量が重くなることが問題となっていた。
【０００５】
また、上記したような鋼材を用いたミシン部品を比重の高い鋼材から比重の低いアルミまたはアルミ合金に変更しようとすると、強度の問題または耐久性の問題があるため、それはなかなか困難であった。
本発明は、高速運動を行うミシン部品において、軽量化及び高強度化が可能で且つ摺動性が向上しているミシン部品の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１記載の発明は、縫製を行うための駆動力を受けて運動を行ういずれかのミシン部品において、前記ミシン部品の母材がアルミまたはアルミ合金から成り、前記母材の表層部分が結晶質のＡｌ2Ｏ3を主体とする下層と非晶質のＡｌ2Ｏ3を主体とする上層とから成る２層構造のハイブリッドプラズマ電解酸化皮膜から成り、前記ハイブリッドプラズマ電解酸化皮膜には、その厚さ方向に前記母材との界面にまで到達する複数の貫通孔が形成されていることを特徴とする。
【０００７】
ミシンの各構成部品は、駆動源たるミシンモータの回転数に応じて回転、往復運動等の各種の運動をする。かかる運動により他の部品との摺動や衝突を生じる部品にあっては、摩耗による劣化を生じないように耐摩耗性が要求される。
また、特に高速運動を行う部品にあってはその遠心力による引っ張り荷重の増大を生じることから、引っ張り荷重に対する耐久性も要求される。
【０００８】
請求項２記載の発明は、縫製を行うための駆動力を受けて運動を行うミシン部品において、前記ミシン部品の母材がアルミまたはアルミ合金から成り、他のミシン部品との摺動面における前記母材の表層部分が結晶質のＡｌ2Ｏ3を主体とする上層と非晶質のＡｌ2Ｏ3を主体とする下層とから成る２層構造のハイブリッドプラズマ電解酸化皮膜から成り、前記ハイブリッドプラズマ電解酸化皮膜には、その厚さ方向に前記母材との界面にまで到達する複数の貫通孔が形成されていることを特徴とする。
【０００９】
ミシンの各構成部品は、縫製時の動作に応じて他の部品との間で摺動を生じる場合や回転連結部で軸との摺動を生じる場合がある。
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明と同様の構成を備えると共に、ハイブリッドプラズマ電解酸化皮膜の厚さを１〜１５０μｍの範囲としたことを特徴とする。
１５０μｍ以上にすると多孔質な上層が厚くなり、結果として初期制動への不具合並びに上層の割れ、クラック発生の原因となる可能性が高い。
【００１０】
請求項４記載の発明は、請求項１，２又は３記載の発明と同様の構成を備えると共に、ハイブリッドプラズマ電解酸化皮膜の表面硬度を８００Ｈｖ以上としたことを特徴と
する。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１記載の発明は、縫製を行うための駆動力を受けて運動を行うミシン部品において、アルミ、又はアルミ合金の母材の表面にプラズマ電解酸化処理によって前記した２層構造のハイブリッド皮膜を形成したため、母材表面の硬化及び摩擦係数の低減により、耐摩耗化による耐久性の向上及び引っ張り荷重の耐久性向上を図ることができ、高速運動、摺動、衝突等を行う部品について、硬質で耐久性を備えた重量の重い材料の使用を回避することができ、その軽量化及び摺動性の向上を図ることが可能となる。また、そのような部品において、母材をアルミ、またはアルミ合金にすると共に、その表面，特に，摩耗が生じやすい箇所や構造上引っ張り荷重が生じやすい部位の表面にプラズマ電解酸化処理によって前記した２層構造のハイブリッド皮膜を形成することで、表面の硬化及び摩擦係数の低減により、耐摩耗化による耐久性の向上及び引っ張り加重の耐久性向上が図られる。
【００１２】
請求項２記載の発明は、縫製を行うための駆動力を受けて運動を行うミシン部品において、摺動を生じる摺動面に、アルミ、またはアルミ合金の母材の表面にプラズマ電解酸化処理によって前記した２層構造のハイブリッド皮膜を形成したため、表面の硬化及び摩擦係数の低減により、耐摩耗化による耐久性の向上を図ることができ、摺動を行う部品において、特に摺動部位に，硬質で耐久性を備えた重量の重い材料の使用を回避することができ、その軽量化及び摺動性の向上を図ることが可能となる。
【００１３】
請求項３記載の発明において、皮膜を厚くする必要がなくなり、処理が簡単となり、部品がより軽量化できる。
請求項４記載の発明において、従来の硬質陽極酸化皮膜の硬度の最高値は４５０Ｈｖであり、通常の硬度は３５０Ｈｖ程度であるが、本発明の２層構造のハイブリッド皮膜は硬く、耐摩耗性が、ミシン部品に施された従来の硬質陽極酸化皮膜より優れている効果がある。
【００１４】
また、鉄では、高速運動に弱く、摩擦熱を発生しやすい不具合要因があるが、本発明のハイブリッド皮膜は、厚さ方向に形成されている貫通孔の作用で摩擦熱を放熱する効果があり、摩擦熱による悪影響を防止する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（本発明の実施形態の全体構成）
本発明の実施形態としてミシンの針棒駆動機構１０に本発明を適用した例を図１及び図２に基づいて説明することとする。図１は、針棒駆動機構１０の分解斜視図である。
図１に示すように、ミシンの針棒駆動機構１０は、縫い針１１を下端部で保持する針棒１２と、図示しないミシン機枠に固定され針棒１２をその下端部で上下動可能に支持する針棒下メタル軸受け１３と、ミシン機枠に固定され針棒１２をその上端部で上下動可能に支持する針棒上メタル軸受け１４と、針棒１２の中間位置に固定装備される針棒抱き１５と、ミシン主軸に連結される針棒クランク１６と、針棒抱き１５に設けられた支軸と針棒クランク１６に設けられた偏心軸とを連結するクランクロッド１７とを備えている。また、図１中の符号２，３はそれぞれ図示しない天秤に駆動力を付与する天秤クランクと天秤ロッドである。
【００１６】
上記構成により、針棒１２はその上下のメタル軸受け１３，１４により上下動のみが可能な状態でミシン機枠に支持される。
針棒クランク１６は中心軸と当該中心軸から偏心した偏心軸とを備え、その中心軸がミシンモータにより回転駆動される。一方、針棒クランク１６の偏心軸は、クランクロッド１７の基端部と連結され、針棒クランク１６の中心軸側から回転駆動力が付与されると、クランクロッド１７の基端部を偏心距離に応じた円周に沿って周回運動させる。
【００１７】
クランクロッド１７は他端部側が針棒抱き１５に連結されており、一端部側で針棒クランク１６により周回運動を付与されると、その上下動変位のみを針棒抱き１５に伝達し、当該針棒抱き１５を介して針棒１２を上下動させる。なお、このときの針棒１２の上下動周波数はミシンモータの回転数と一致する。
上記クランクロッド１７についてさらに説明を行う。
【００１８】
このクランクロッド１７は、アルミまたはアルミ合金を母材とし、その表面全体及び針棒抱き１５の支軸が挿入される挿入穴の内周面に、プラズマ電解酸化（Plasma electrolytic oxidation:PEO）処理法によって、プラズマ電解酸化皮膜が形成されている。
このプラズマ電解酸化皮膜は、母材の表面に外部から付着させて形成されるものではなく、母材の表層部分（アルミまたはアルミ合金で構成されている）がＡｌ2Ｏ3を主体とするセラミックスに転化したものである。
【００１９】
具体的には、結晶質のＡｌ2Ｏ3を主体とする相対的に緻密な下層と非晶質のＡｌ2Ｏ3を主体とする相対的に粗密な上層とから成る２層構造になっており、そしてその厚さ方向には、母材との界面にまで到達する複数の貫通孔が形成されている。この貫通孔は、プラズマ電解酸化時に皮膜に形成される電孔の根跡である。
この２層構造のハイブリッド皮膜は次のようにして形成することができる。
【００２０】
まず、例えば水酸化カリウム１〜３g/L，水ガラス２〜５g/L，ポリリン酸ナトリウム２〜６g/Lから成り、ｐＨ８〜１２，液温２０〜２５℃に調整された電解液を調製する。
電解液をバブリングしながら、クランクロッド（母材）をアノード極として電解液に浸漬する。対極にはステンレス鋼のカソード極を配置する。
ついで、両極間に２５０Ｖ以上の電圧を印加してパルス電流を通電し、アノード極（母材）と電解液との接触界面でプラズマフィラメントを発生させる。
【００２１】
通電する電流としては、複数個の正分極するアノードパルスを周期的に配置した電流モード（Ａモード），複数個の負分極するカソードパルスを周期的に配置した電流モード（Ｃモード），正分極する１個のアノードパルスと負分極する１個のカソードパルスを交互に配置して１つのモードにした電流モード（ＡＣモード）を適宜に組み合わせたモードが採用される。
【００２２】
とくに、最初にＡモードを印加し、ついでＡＣモードを印加すると、２層構造のハイブリッド皮膜を確実に形成することができるので好適である。
なお、電圧制御や上記したパルス電流のモード制御は、いずれも、電源制御装置に組み込まれているコンピュータによって遂行される。
また、上記ＰＥＯ処理では、電解液が浸る全ての面に皮膜形成が行われるため、当然のことながら、ミシン組立てにおいて外部に露出しない両端部の軸挿入穴の内周面にもハイブリッド皮膜が形成される。
【００２３】
図２は、クランクロッド表面にＰＥＯ処理により形成したハイブリッド皮膜の断面顕微鏡写真である。図中、符号Ｂは母材を示し、符号Ｍは結晶質Ａｌ2Ｏ3を主成分とする下層と非結晶質のＡｌ2Ｏ3を主体とする上層とから成る２層構造の皮膜を示す。
（ミシンの針駆動機構の動作説明）
針駆動機構１０の動作を説明する。上記構成では、ミシンモータの駆動により針棒クランク１６の中心軸に回転駆動力が入力されると、偏心軸を介してクランクロッド１７の一端部を周回運動させる。これにより、各メタル軸受け１３、１４により上下動のみを許容された状態で支持されている針棒１２には、クランクロッド１７の他端部から針棒抱き１５を介して上下方向の変位のみが伝達される。従って、縫い針が適正に上下動を行い、ミシンは縫製を実行する。
【００２４】
縫製時において、クランクロッド１７では、その上下動動作により、針棒クランク１６−針棒抱き１５間での引っ張り荷重を生じる。しかし、クランクロッド１７の針棒クランク１６との連結部と針棒抱き１５との連結部の間の部位には、その表面にＰＥＯ処理によりハイブリッド皮膜形成が行われているため、引っ張り荷重に対して効果的に耐久する。また、クランクロッドの両端部における軸挿入穴の周囲も表面に皮膜形成が行われているため、軸周りの引っ張り荷重の耐久性も確保され、軸挿入穴周りの破断も効果的に防止される。
【００２５】
さらに、クランクロッド１７の両端部における軸挿入穴の内周面にも皮膜形成処理が行われているので、挿入される軸との摺動性を確保することができ、またその摺動面の表面硬化も図られるので、軸の回転を円滑に行うと共にその耐摩耗性も確保することができる。
（実施形態の効果）
上記ミシンでは、その針駆動機構１０のクランクロッド１７において、アルミ合金を母材とすると共に表面にＰＥＯ処理によるハイブリッド皮膜が形成されているため、表面の硬化及び摩擦係数の低減により耐摩耗化による耐久性の向上及び引っ張り荷重の耐久性向上を図ることができる。従って、縫製時において、針棒クランク１６と針棒抱き１５との間で、高速で動力伝達を行う際にも、全体又は軸周りに生じる引っ張り荷重に効果的に耐久する。
【００２６】
また、クランクロッド１７の両端部における軸挿入穴の内周面にも皮膜形成を行っているので、縫製時の軸回転の円滑化を図る一方で、クランクロッド１７の軸挿入穴の摩耗を抑制する。
またクランクロッド１７は母材をアルミ合金とするため、その部材の軽量化が図られ、上述した耐摩耗性及び引っ張り強度の耐久性をより向上することが可能となる。
（その他）
本実施形態では、クランクロッド１７の母材をアルミ合金とし、その表面をＰＥＯ処理によるハイブリッド皮膜を形成しているが、その他の各部品を同じ材料とし、それに同じ処理を施しても良いことは言うまでもない。その場合、特に、縫製時に高速運動を行う部品や摺動、衝突を生じる部品がより望ましい。
【実施例１】
【００２７】
母材としてＡ７０７５合金を用意し、この合金から２枚の試片を作製した。このとき、一方の試片（試片１）の表面積は他方の試片（試片２）の表面積の約２倍にした。各試片の表面の５点につきビッカース硬さ（Ｈｖ）を測定し、その平均値を求めた。その結果を表１に示した。
一方、ＫＯＨ、Ｎａ2ＳｉＯ3、Ｎａ2ＨＰＯ4を蒸留水に溶解し、ＫＯＨ濃度２ｇ／Ｌ、Ｎａ2ＳｉＯ3濃度４ｇ／Ｌ、Ｎａ2ＨＰＯ4濃度5ｇ／Ｌを主体としてｐＨ９の電解液を調製した。
【００２８】
この電解液の中に各試片と対極であるステンレス鋼板を浸漬し、電解液を空気でバブリングしながら、同時に液温を２１±３℃に調整した。
ついで、電源制御装置を稼動してＡ＋ＡＣモードでプラズマ電解酸化を行った。印加電圧は３２０Ｖとし、通電電流は３．２Ａとした。また、Ａモードの通電時間は７分、それに続くＡＣモードの通電時間は１３分とし、全体の通電は２０分で終了した。
【００２９】
得られた２種類の処理品に対し、その表面の５点につきビッカース硬さ（Ｈｖ）を測定し、その平均値を求めた。その結果を表１に示す。
【００３０】
【表１】
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【００３１】
表１から明らかなように、プラズマ電解酸化前の各試片の表面硬さは、いずれも１３０〜１４０（Ｈｖ）程度であるが、低電流密度で処理した試片１の場合で表面硬さは９００（Ｈｖ）以上となり、高電流密度で処理した試料２の場合にあっては１１５０（Ｈｖ）以上と非常に高硬度になっている。
【００３２】
なお、参考として、一般にアルミ合金に対する表面処理として行われている硬質陽極酸化皮膜形成処理（陽極酸化法によるγ−ＡＬ２０３の皮膜形成処理）では、その硬度が最高値で４５０（Ｈｖ）、普通の硬質陽極酸化皮膜の硬度が３５０Ｈｖ程度であり、実施例の試片の場合、これに比べて飛躍的に表面硬度の増加が図られていることがわかる。
上記の結果により、軽量なアルミ合金を使用した場合でも、ＰＥＯ処理によるハイブリッド皮膜の形成により、その表面硬度が飛躍的に向上することがわかる。従って、運動と摺動とを生じるミシン部品への用途においても、その耐摩耗性、耐久性の向上を図ることが可能であることがわかる。
【００３３】
また、プラズマ電解酸化後の試料１につき、表面摺動性を測定した。測定は次のようにして行った。
試料の表面に半径５ｍｍの球状圧子を押し当て、２０ｍｍの距離を５ｍｍ／ｓｅｃの移動速度で１〜１００回の往復運動をさせるとともに圧子の押圧荷重を２０〜６００ｇの範囲で変化させながら、各往復運動、各押圧荷重ごとに摩擦係数を測定した。
【００３４】
測定の結果を図３に示した。
図３から明らかなように、試片１の表面摩擦係数は０．１５〜０．３の範囲内にあり、プラズマ電解酸化前における試片１の表面摩擦係数が概ね０．７程度であることを考えると、ハイブリッド皮膜を形成することにより、試片１は表面が極めて低摩擦係数の材料、すなわち摺動性が著しく向上することがわかる。
【００３５】
従って、軽量なアルミ合金を使用した場合でも、ＰＥＯ処理によるα−Ａｌ2Ｏ3の皮膜形成により、その摺動性を向上していることがわかる。従って、高速摺動を生じる部位を有する部品への用途においても、軸受けの使用を行うことなく、円滑な動作を行うことが可能であることがわかる。
【実施例２】
【００３６】
Ａ５０５２合金の丸棒（直径１２ｍｍ）に、実施例１の条件でプラズマ電解酸化を施して、その表層部分がハイブリッド皮膜に転化している引張り試験片を５本作製した。
ついで、各試験片につき、ＪＩＳ  Ｚ２２４１に準拠して引張強さと伸び率を測定し、その平均値を求めた。
引張り強さは３２５．４Ｎ／ｍｍ2、伸び率は２２．７％であった。
【００３７】
すなわち、Ａ５０５２合金の引張り強さが１７５〜２４５Ｎ／ｍｍ2であることを考えると、プラズマ電解酸化によって引張り強さが２５％以上向上していることがわかる。
なお、上述した各実施例における母材材質、比較厚さ等の条件は、前述した実施形態のミシンの各部材に適用しても良いことは言うまでもない。すなわち、針棒、上ルーパー抱き、上ルーパーガイド、揺動かん、角駒などの摺動部品であり引っ張り強度等の強度を要求される部品に利用しても良い。あるいは下糸を提供する釜、連結部品とするリンク等に利用するようにしてもよい。
【００３８】
従って、軽量なアルミ合金を使用した場合でも、ＰＥＯ処理でハイブリッド皮膜を形成することにより、その引張り強さを飛躍的に向上させることが可能である。従って、高速運動、特に遠心力により引っ張り強度が要求される部材への用途においても、その耐久性の向上を図ることが可能であることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明のミシン部品は、母材が軽量なアルミまたはアルミ合金から成り、その表層部分が硬質で、擦動性に優れ、また高強度のハイブリッドプラズマ電解酸化皮膜になっているので、高速運動に対して耐久性に優れるミシン部品としてその工業的な価値は大である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施形態であるミシンの針駆動機構の分解斜視図である。
【図２】クランクロッド表面にＰＥＯ処理により形成されたハイブリッド皮膜の断面顕微鏡写真である。
【図３】表面摺動性測定試験において、一方の水平軸を往復回数、他方の水平軸を荷重とし、縦軸を測定された摩擦係数として各状態での測定に基づく摩擦係数を立体的に示した説明図である。
【符号の説明】
【００４１】
１０  ミシンの針駆動機構
１１  縫い針
１２  針棒
１３  下軸受け
１４  上軸受け
１５  針棒抱き
１６  針棒クランク
１７  クランクロッド
【図１】
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【図２】
2006187420.tif 000005
【図３】
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