(57)【要約】【課題】吸引力ヒステリシスの発生を少ないアクチュエータの提供。【解決手段】固定子側の摺動面に施したコーティング層内にグラファイト粒子を含ませることでアクチュエータに好適な摺動特性を実現できることを見いだした。すなわち、可動子とその可動子を往復動自在に支持する固定子とを有するアクチュエータにおいて、前記可動子の摺動面には無機化合物から形成されたコーティング層を有し、前記固定子の摺動面にはグラファイト粒子を含有するコーティング層を有することを特徴とする。特に、前記可動子の摺動面に形成された前記コーティング層は金属クロム、ＤＬＣ及びグラファイト粒子からなる群から選択された１以上の無機化合物を含有させることで、可動子側の摺動面の硬度を高くすることが可能になり、摺動面の接触面積を長期間小さく保つことが可能になる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動子と、該可動子を往復動自在に支持する固定子と、を有するアクチュエータであって、
前記可動子の摺動面には無機化合物から形成されたコーティング層を有し、
前記固定子の摺動面にはグラファイト粒子を含有するコーティング層を有することを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
前記可動子の摺動面に形成された前記コーティング層は金属クロム、ＤＬＣ及びグラファイト粒子からなる群から選択された１以上の無機化合物を含有する請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
前記固定子の摺動面に形成された前記コーティング層は前記グラファイト粒子と該グラファイト粒子を分散させるマトリクスとから構成される請求項１又は２に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
前記マトリクスは無電解めっきで形成される請求項３に記載のアクチュエータ。
【請求項５】
前記マトリクスはＮｉＰ、ＮｉＷＰ、ＮｉＭｏＰ、ＮｉＲｅＰ、ＮｉＢ、ＮｉＷＢ、ＮｉＭｏＢ、ＣｏＰ、ＣｏＮｉＰ、ＣｏＺｎＰ、ＣｏＮｉＲｅＰ及びＣｏＢからなる群から選択される無電解めっき材料から構成される請求項４に記載のアクチュエータ。
【請求項６】
前記グラファイト粒子の平均粒径が５μｍ以下である請求項１〜５のいずれかに記載のアクチュエータ。
【請求項７】
前記グラファイト粒子の前記コーティング層に対する含有率は該コーティング層の断面における面積率で１０面積％以上、２５面積％以下である請求項１〜６のいずれかに記載のアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摺動特性に優れたコーティング層を摺動面に形成することで吸引力ヒステリシスを低減したアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術として、アクチュエータの摺動部にリン化ニッケルからなるコーティング層を形成した技術が開示されている（特許文献１）。このコーティング層を形成したリニア式のアクチュエータの吸引力ヒステリシスは、可動子と固定子との間のギャップが充分に確保されている場合には小さいものであった。
【特許文献１】特開２００４−１５３１６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、近年、部材の小型化の要求が大きくなっており、ギャップが小さく吸引力が大きいアクチュエータを実現しようとすると、吸引力ヒステリシスが大きくなるといった不都合があった。吸引力ヒステリシスの増大の原因を究明するために鋭意検討を行った結果、小型化したことにより可動子に加わるサイドフォースが相対的に大きくなったことが原因であることを突き止めた。
【０００４】
本発明は上記実情に鑑みなされたものであり、可動子と固定子との間の摺動面に施すコーティング層を検討することで、サイドフォースに起因する吸引力ヒステリシスの発生を少なくすることができるアクチュエータを提供することを解決すべき課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決する目的で本発明者らは鋭意検討を行った結果、コーティング層内にグラファイト粒子を含ませることでアクチュエータに好適な摺動特性を実現できることを見いだし、以下の発明に想到した。
【０００６】
すなわち、本発明のアクチュエータは、可動子と、該可動子を往復動自在に支持する固定子と、を有するアクチュエータであって、前記可動子の摺動面には無機化合物から形成されたコーティング層を有し、前記固定子の摺動面にはグラファイト粒子を含有するコーティング層を有することを特徴とする。
【０００７】
特に、前記可動子の摺動面に形成された前記コーティング層は金属クロム、ＤＬＣ及びグラファイト粒子からなる群から選択された１以上の無機化合物を含有させることで、可動子側の摺動面の硬度を高くすることが可能になり、摺動面の接触面積を長期間小さく保つことが可能になる。
【０００８】
また、前記固定子の摺動面に形成された前記コーティング層は前記グラファイト粒子と該グラファイト粒子を分散させるマトリクスとから構成されるものが好ましい。マトリクスは無電解めっきで形成されることが望ましい。例えば、ＮｉＰ、ＮｉＷＰ、ＮｉＭｏＰ、ＮｉＲｅＰ、ＮｉＢ、ＮｉＷＢ、ＮｉＭｏＢ、ＣｏＰ、ＣｏＮｉＰ、ＣｏＺｎＰ、ＣｏＮｉＲｅＰ及びＣｏＢからなる群から選択される無電解めっき材料が挙げられる。
【０００９】
そして、コーティング層内に含有させる前記グラファイト粒子の平均粒径は５μｍ以下であることが望ましい。また、前記グラファイト粒子の前記コーティング層に対する含有率は該コーティング層の断面における面積率で１０面積％以上、２５面積％以下であることが望ましい。
【発明の効果】
【００１０】
以上の構成を有することから、固定子側の摺動面に形成したコーティング層にグラファイト粒子を含有させ、可動子側の摺動面に形成したコーティング層に無機化合物を含有させることで、摩擦係数を小さく且つ摺動に伴う摩耗が少なくできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明のアクチュエータは可動子と固定子とを有する。固定子は可動子を往復動自在に支持する構成を持つ。可動子及び固定子は電磁石又は永久磁石にて構成され、磁力により駆動される。可動子及び固定子の間は可動子の往復動により摺動する摺動面をもち、双方の摺動面は、ともに後述する構成を持つコーティング層が形成されている。コーティング層は摺動面の全面に形成されていることが望ましいが、特に、部位を限定して形成することもできる。
【００１２】
固定子の摺動面に形成されたコーティング層は、グラファイト粒子を含有する。グラファイト粒子は特に限定しないが、粒径が小さく、粒度分布が揃っているものが望ましい。例えば、粒径の下限としては特に限定しないが０．４μｍ以上が好ましく、０．３μｍ以上がより好ましく、０．１μｍ以上が更に好ましい。粒径の上限も特に限定しないが、１０μｍ以下が好ましく、５μｍ以下がより好ましく、３μｍ以下が更に好ましい。粒径の上限及び下限は任意に組み合わせ可能である。この粒径はレーザ回折・散乱式粒度分布径にて測定した値である。測定前には超音波照射にて溶媒中に分散させている。溶媒としてはエタノールを用いる。
【００１３】
ここで、粒度分布は３μｍ以下で、コーティング層内にて均一分散していることが望ましい。なお、グラファイト粒子がコーティング層内にて均一分散しているとは、ＪＩＳＢ０６０１により測定したコーティング層の表面粗さ（Ｒａ）が、１．５μｍ以下であると定義することができる。グラファイト粒子が凝縮していないため、表面粗さが小さくなるためである。
【００１４】
コーティング層内で均一に分散させるために、グラファイト粒子は片状、針状などの鋭角を有する形状以外の形状、例えば球状などの形状が好ましい。また、天然に産出するグラファイトを粉砕して製造したものよりも人造のグラファイトが望ましい。
【００１５】
グラファイト粒子は何らかのマトリクス（無電解めっきなど）中に分散されていることが望ましい。マトリクスとしては、ＮｉＰ、ＮｉＷＰ、ＮｉＭｏＰ、ＮｉＲｅＰ、ＮｉＢ、ＮｉＷＢ、ＮｉＭｏＢ、ＣｏＰ、ＣｏＮｉＰ、ＣｏＺｎＰ、ＣｏＮｉＲｅＰ及びＣｏＢからなる群から選択される無電解めっき材料から構成されることが例示される。その場合に、グラファイト粒子は、マトリクスを含むコーティング層に対して面積基準（断面写真における全体に対する黒鉛の面積率）で、１０面積％〜２５面積％程度含有させることが望ましい。
【００１６】
無電解めっきからなるマトリクスを含むコーティング層の形成方法は特に限定されないが、グラファイト粒子とマトリクスを構成する元素に応じて選択されるイオンと還元剤とを含み、必要に応じて錯化剤や緩衝剤、安定剤などが添加された溶液中に上述した固定子を浸漬することで、その固定子の表面にコーティング層が形成できる。
【００１７】
固定子の摺動面に形成するコーティング層の厚みの下限としては特に限定しないが、３μｍ以上が好ましく、４μｍ以上がより好ましく、５μｍ以上が更に好ましい。コーティング層の厚みの上限も特に限定しないが、２０μｍ以下が好ましく、１５μｍ以下がより好ましく、１０μｍ以下が更に好ましい。厚みの上限及び下限は任意に組み合わせ可能である。
【００１８】
可動子の摺動面には無機化合物から構成されるコーティング層が形成される。無機化合物としては硬度の高いものが望ましく、例えば、金属クロム、ＤＬＣ及びグラファイト粒子からなる群から選択された１以上の無機化合物を含有することが望ましい。金属クロムは一般的なめっき（硬質クロムめっき）として製膜可能である。ＤＬＣもＣＶＤ、ＰＶＤなどの一般的な方法にて製膜可能である。グラファイト粒子もそのまま又は無電解めっきからなるマトリクス中に分散させることで製膜可能である。グラファイト粒子及び無電解めっきの組成、形成方法は固定子のコーティング層にて説明したものと同様のものを採用することが望ましい。
【００１９】
可動子の摺動面に形成するコーティング層の厚みの下限としては特に限定しないが、１５μｍ以上が好ましく、２０μｍ以上がより好ましく、２５μｍ以上が更に好ましい。コーティング層の厚みの上限も特に限定しないが、８０μｍ以下が好ましく、７０μｍ以下がより好ましく、６０μｍ以下が更に好ましい。厚みの上限及び下限は任意に組み合わせ可能である。可動子の摺動面は固定子の摺動面よりも過酷な環境にさらされることが予想されるので（可動子の摺動面は限られた部分で固定子の摺動面に当接することが予想できる）、固定子の摺動面に形成したコーティング層よりも厚くすることが望ましい。
【実施例】
【００２０】
本発明のアクチュエータについて、以下、実施例に基づいて更に詳細に説明を行う。本実施例のアクチュエータはリニア式のアクチュエータ（ソレノイド）である。このソレノイドはバルブ２の流路を切り替えるものである。筒状の固定子６、７の内部に永久磁石からなる可動子４が配設されている。固定子６、７及び可動子４は磁気回路を構成する。固定子６、７の周辺部にはコイル９が設けられており、コイル９が固定子６、７を励磁することによって内部の可動子４が固定子６、７内を往復動する。可動子４及び固定子７の摺動面に後述するコーティング層を形成した。
【００２１】
（コーティング層の形成）
実施例：固定子７の摺動面にマトリクスとしてのNi-Pにグラファイト粒子を分散したコーティング層を形成し、その後、熱処理を行った。熱処理条件は３００℃、１時間とした。熱処理条件としては２００℃〜３５０℃が好ましい。３５０℃を超えると膜が割れるおそれがある。グラファイト粒子は平均粒径３μｍであった。グラファイト粒子については後に詳述する。コーティング層の厚みは５μｍ、表面粗さはＪＩＳＢ０６０１により測定した結果、０．９２１μｍであった。そして、コーティング層表面におけるグラファイトの面積存在率（黒鉛面積率）は１１％であった。
【００２２】
可動子４の摺動面に表１に示す種類の無機化合物からなるコーティング層を形成した。硬質クロムは電気めっきにて４０μｍの厚みに形成した後、研磨によって表１に示す厚み及び表面粗さとした。ＤＬＣはプラズマＣＶＤにて形成した。Ｎｉ−Ｐ及びグラファイト粒子入りNi-Pはグラファイト粒子を混合するか否かが異なる他は固定子７と同様に無電解めっきにて形成した。可動子４表面のコーティング層の厚み、表面粗さを表１に示す。
【００２３】
比較例１〜３：固定子７の摺動面にＮｉ−Ｐよりなるコーティング層を形成した。厚みは実施例と同じく５μｍ、表面粗さは０．７３８μｍであり実施例よりも小さかった。
【００２４】
比較例４及び５：固定子７の摺動面に窒化ホウ素粒子（平均粒径３μｍ：比較例４）又はポリテトラフッ化エチレン（PTFE）粒子（平均粒径０．３μｍ：比較例５）を分散したＮｉ−Ｐよりなるコーティング層を形成した。厚みは５μｍ、表面粗さ及び窒化ホウ素（ＰＴＦＥ）面積率は表１に示す通りであった。
【００２５】
（ヒステリシスの測定）
本実施例及び比較例の各アクチュエータについて、１０００回往復摺動させた後（耐久後）のヒステリシスを測定した。ヒステリシスの測定は、摺動面にＡＴＦを塗布した後、可動子４が往復動する際に発生する力（吸引力（Ｎ））の差の絶対値を示した。各アクチュエータを１０００回往復摺動させる条件は電流１Ａを印加してアクチュエータを１０００回往復摺動させた。
【００２６】
【表１】
2006280061.tif 000002
【００２７】
表１より明らかなように、各実施例のソレノイドは耐久後のヒステリシスの値が小さく、優れた性能を示すことが判った。特に、実施例１及び２のソレノイドのヒステリシスが小さいことから、可動子４側の摺動面に形成するコーティング層としては硬質クロム及びＤＬＣ（特に硬質クロム）が好ましいことが判った。
【００２８】
比較例１〜３のソレノイドは耐久後のヒステリシスの値が大きく耐久性が充分でなかった。また、比較例４のソレノイドにおいては、硬質なＢＮ粒子が表面に露出していることが観察されたため、潤滑性が良好でないと判断された。また、比較例５においては、ＰＴＦＥが柔らかいため耐久性が充分ないことを確認している。
【００２９】
従って、固定子側のコーティング層は、可動子側のコーティング層に拘わらずグラファイト粒子を含有するＮｉ−Ｐにて形成することが好ましいことが判った。
【００３０】
（グラファイト粒子）
各実施例に用いたグラファイト粒子について検討した。グラファイト粒子は人造グラファイトを用いた。グラファイト粒子１ｇをエタノール１Ｌ中に分散させて粒度分布を測定した（レーザー回折・散乱式粒度分布測定装置：ＬＭＳ−３０、株式会社セイヒン企業製）。分散は超音波洗浄機中にて５分間超音波を照射することで行った。結果を図２に示す。平均粒径は３μｍであった。また、表面の観察の結果、粒子の分散は良好（均一分散）であることが判った（図４）。
【００３１】
比較のために他のグラファイト粒子（天然グラファイトを粉砕して調製したもの）を検討した。このグラファイト粒子はコーティング層内に含有させた場合に表面が粗く、アクチュエータに適用することができなかった。実施例で用いたグラファイト粒子と同様にして粒度分布を測定した。結果を図３に示す。平均粒径は５μｍであった。また、コーティング層の表面を観察した写真から均一分散の状態ではないことが判った（図５）。
【００３２】
すなわち、比較のために評価したグラファイト粒子は、実施例にて用いたグラファイト粒子よりも平均粒径が大きく分散が良好でなかった。従って、用いるグラファイト粒子としては平均粒径が３μｍ程度が好ましいことが判った。また、均一に分散するものが望ましいことが判った。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】実施例にて用いたアクチュエータ（ソレノイド）の断面概略図である。
【図２】実施例にて用いたグラファイト粒子の粒度分布を示した図である。
【図３】実施例にて用いた以外のグラファイト粒子の粒度分布を示した図である。
【図４】実施例にて用いたグラファイト粒子を含むコーティング層のＳＥＭ写真である。
【図５】実施例にて用いた以外のグラファイト粒子を含むコーティング層のＳＥＭ写真である。
【符号の説明】
【００３４】
１…スリーブ    ２…バルブ    ３…スプリング    ４…可動子    ５…ケース    ６…固定子（ヨークＦ／Ｒ）    ７…固定子（Ｒ／Ｒ）    ８…ダイヤフラム    ９…コイル    １０…コネクタ    １１…ボビン    １２…ターミナル    １３…バルブストッパ
【図１】
2006280061.tif 000003
【図２】
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【図３】
2006280061.tif 000005
【図４】
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【図５】
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