(57)【要約】      （修正有）【課題】水流中でも安定した摺動特性を得ることができ、安価に製作することが可能な摺動構造を提供する。【解決手段】互いに対向する各々の表面上に摺動面を有する第１の部材１と第２の部材とで構成される摺動構造において、前記第１の部材１はその表面上に複数の凹部ＰＨが形成された摺動面を有し、前記第１の部材１の摺動面もしくは前記第２の部材の摺動面のうち少なくとも何れか一方に水潤滑性を有する被膜Ｍがコーティングされている摺動構造。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向する各々の表面上に摺動面を有する第１の部材と第２の部材とで構成される摺動構造において、
前記第１の部材はその表面上に複数の凹部が形成された摺動面を有し、
前記第１の部材の摺動面もしくは前記第２の部材の摺動面のうち少なくとも何れか一方に水潤滑性を有する被膜がコーティングされている
ことを特徴とする摺動構造。
【請求項２】
請求項１に記載された摺動構造において、
前記第１の部材はその表面上に粒子を叩きつけることによって複数の凹部が形成されていることを特徴とする摺動構造。
【請求項３】
請求項１または２に記載された摺動構造において、
前記第１の部材の基材は金属であることを特徴とする摺動構造。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載された摺動構造において、
前記第１の部材の表面粗さが前記第２の部材の表面粗さよりも粗いことを特徴とする摺動構造。
【請求項５】
水流を制御するバルブに用いられることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載された摺動構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、水流を制御するバルブなどに用いて好適な摺動構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ビルなどの空調設備では、水流を制御するバルブとして冷温水制御バルブが用いられている。このビル空調用途の冷温水制御バルブでは、弁体とこの弁体を回動自在に支持する軸受ピンとの間など、数箇所で摺動構造を有している。それら摺動構造としては、例えば潤滑を良くするためにテフロン（登録商標）製の部材を用いたり、金属部材にテフロンをコーティングして対応している。しかしながら、テフロンは耐摩耗性が劣るため、製品寿命が短く、さらに高面圧にも耐えられない。
【０００３】
これに対して、炭化ケイ素（ＳｉＣ）や窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）などのセラミック焼結材やそのコーティング被膜材は、水潤滑性を有することが知られている。すなわち、水中または水湿潤状態での摺動時にトライボケミカル反応によって水酸化物を生じ、それが潤滑膜として作用することで、別途潤滑剤を付与することなく低摩耗を示すことが知られている（例えば、非特許文献１参照）。この水潤滑性を有する材料を摺動部材に用いれば、耐摩耗性に優れたものとし、かつ潤滑油なども不要とすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−４５４６２号公報
【特許文献２】特公平１−３８０７７号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】「トライボロジスト」、第５２巻、第８号（２００７）、６０４−６１０。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、水制御バルブにおいて、水潤滑性を有する材料を摺動部材に用いた摺動構造の場合、水流中で摺動部材が駆動されるが故に、水の流れによって摺動部材の摺動面に生成された潤滑膜が失われ易く、安定した摺動特性が得られ難いという欠点をもつ。
【０００７】
なお、特許文献１では、上述した問題の解決策として、セラミックス焼結材中に金属窒化物を混合して表面の潤滑膜との親和性を高めている。しかしながら、コーティング材への適用は難しい。
【０００８】
また、特許文献２では、ＳｉＣ焼結体に加熱酸化処理、ポリッシング処理を行い、表面の凹部（焼結体形成時に発生するピンホール）にＳｉＯ２膜を被着させ、含水潤滑膜の安定化を図っている。しかしながら、ＳｉＣ焼結体は一般的に難加工材であり、加工コストが嵩むのみならず、圧入やかしめ等の組付も困難である。また、加工後に研磨工程、加熱工程、再度研磨工程を必要とし、加熱工程（５００℃以上）において寸法変化や薄板部などの反りや歪みを生じる虞もある。さらに、ＳｉＣ焼結体は耐衝撃性が弱く、ウォータハンマ等が発生する用途では適用できず、用途が限られる。
【０００９】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、水流中でも安定した摺動特性を得ることができ、安価に製作することが可能な摺動構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
このような目的を達成するために本発明は、互いに対向する各々の表面上に摺動面を有する第１の部材と第２の部材とで構成される摺動構造において、第１の部材はその表面上に複数の凹部が形成された摺動面を有し、第１の部材の摺動面もしくは第２の部材の摺動面のうち少なくとも何れか一方に水潤滑性を有する被膜をコーティングしたものである。
【００１１】
この発明によれば、第１の部材の摺動面の表面に複数の凹部が形成され（例えば、粒子を叩きつけることによって複数の微細な凹部が形成され）、第１の部材の摺動面もしくは第２の部材の摺動面のうち少なくとも何れか一方に水潤滑性を有する被膜がコーティングされる。この摺動構造を用いると、水中または水湿潤状態での摺動時に、水潤滑性を有する被膜がコーティングされた部材の摺動面の被膜上にトライボケミカル反応によって潤滑膜が生成される。すなわち、一方の部材の摺動面上の被膜と他方の部材の摺動面との間に、トライボケミカル反応によって潤滑膜が生成される。
【００１２】
ここで、第１の部材の摺動面に残されている微細な凹部が油だまりの役割を果たし、この凹部中に潤滑膜が入る。ここに入った潤滑膜は、水の流れによって失われ難い。これにより、水流中でも安定した摺動特性を得ることができるようになる。
【００１３】
また、本発明では、第１の部材の基材を金属とすることにより、加工性、強度（圧入性、耐衝撃性）に優れ、適用範囲が広く、安価に製造できる。すなわち、第１の部材の基材をＳｉＣなどの焼結体とした場合、多孔質なため耐衝撃性が低く、ウォータハンマなど水激が発生するような箇所では使用できないが、第１の部材の基材を金属とすることにより、耐衝撃性に優れ、水激力による応力集中を基材の金属で受け、ビル空調用途の冷温水制御バルブなどでも問題なく使用することが可能となる。
【００１４】
また、本発明では、第１の部材の摺動面にのみ凹部を形成することにより、例えば第１の部材を固定部材である第２の部材に組み付ける場合、ＳｉＣなどの焼結体では困難であった圧入やかしめを第１の部材の凹部が形成されていない金属部で行い、しっかりと固定することが可能となる。また、第１の部材の加工された基材に微細な凹部を形成し、第１の部材の摺動面もしくは第２の部材の摺動面のうち何れか一方に水潤滑性を有する被膜をコーティングするのでみでよいので、安価に製作することが可能となる。また、必要な箇所にのみ水潤滑性を有する被膜をコーティングすればよく、複雑な形状にも対応することが可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、互いにその表面上に摺動面を有する第１の部材と第２の部材とで構成される摺動構造において、第１の部材の表面上に複数の凹部を形成し、第１の部材の摺動面もしくは第２の部材の摺動面のうち少なくとも何れか一方に水潤滑性を有する被膜をコーティングするようにしたので、第１の部材の摺動面の微細な凹部が油だまりの役割を果たし、そこに潤滑膜が入るものとなり、水の流れによって潤滑膜が失われ難く、水流中でも安定した摺動特性を得ることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る摺動構造を製作する際のショットピーニング処理を説明する図である。
【図２】本発明に係る摺動構造を製作する際のコーティング処理を説明する図である。
【図３】摺動部材の摺動面に水潤滑性を有する被膜を形成した状態を示す部分断面図である。
【図４】摺動部材の摺動面の被膜上に潤滑膜が生成された状態を示す部分断面図である。
【図５】本発明に係る摺動構造をビル空調用途の冷温水制御バルブの軸受ピンとして用いた例を示す要部の側断面図である。
【図６】ピーニング処理によって多数の微細な凹部を形成した摺動面に水潤滑性を有する被膜を形成するようにした摺動構造の要部を示す図である。
【図７】ピーニング処理によって多数の微細な凹部を形成した摺動面を形成した摺動部材（第１の部材）に合わせられる摺動部材（第２の部材）の摺動面に水潤滑性を有する被膜を形成するようにした摺動構造の要部を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。図１および図２は本発明に係る摺動構造を製作する際の特有の処理工程を説明する図である。図１はショットピーニング処理（ショットブラスト処理と言われることもある）の工程を示し、図２はコーティング処理の工程を示す。
【００１８】
〔ショットピーニング処理〕
図１において、１は摺動部材（第１の部材）であり、２はショットピーニング処理装置である。摺動部材１は、金属を基材とし、所定の形状に形成されている。この例では、単純な例として、摺動部材１は円筒状に形成されており、その上端面１ａが摺動面とされるものとする。摺動部材１の上端面（摺動面）１ａは、ショットピーニング処理を開始する前は、鏡面とされている（図１（ａ））。
【００１９】
この摺動部材１の摺動面１ａに対してショットピーニング処理装置２を用いてショットピーニング処理を施す（図１（ｂ））。このショットピーニング処理において、ショットピーニング処理装置１は微粒子を噴射し、この噴射した微粒子を摺動部材１の摺動面１ａに叩きつける。これにより、摺動面１ａの表面に多数の微細な凹部ＰＨが形成される。この凹部ＰＨの大きさについては、摺動部材１（第１の部材）と摺動部材７（第２の部材）との相性によって異なるものであるから、試行を重ねることによって適切な値を見出すべきである。
【００２０】
〔コーティング処理〕
次に、この多数の微細な凹部ＰＨが形成された摺動面１ａに対して、コーティング処理装置３を用いてコーティング処理を施す（図２）。このコーティング処理では、物理蒸着法（PVD(Physical Vapor Deposition)：イオンプレーティング、イオン注入など）や化学蒸着法（CVD(Chemical Vapor Deposition)などにより、摺動面１ａの表面に炭化ケイ素（ＳｉＣ）や窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）などのコーティングを施すことで、摺動面１ａの表面に微細な凹部ＰＨを残す形で水潤滑性を有する被膜Ｍを形成する。すなわち、図３に示すように、凹部ＰＨの全てをコーティング材で埋めるのではなく、凹部ＰＨがポケットＰＫとして残るように凹部ＰＨに被膜Ｍを形成する。
【００２１】
この摺動面１ａに被膜Ｍが形成された摺動部材１を用いると、水中または水湿潤状態での摺動時に、摺動面１ａの被膜Ｍ上にトライボケミカル反応によって潤滑膜が生成される。すなわち、図４に示すように、摺動面１ａの被膜Ｍと摺動面１ａと合わせられる面Ｓ（第２の部材）との間に、トライボケミカル反応によって潤滑膜Ｊが生成される。第２の部材に形成された面Ｓには例えば鏡面加工がなされている。したがって、第１の部材の摺動面１ａの
表面粗さは第２の部材の面Ｓの表面粗さよりも粗い。第１の部材の表面粗さと第２の部材の表面粗さとの差がどの程度あれば適切なのかは、それぞれの材質の差異や使用目的によって異なるため、試行によって決定すべきである。
【００２２】
ここで、摺動面１ａの表面に残されている微細な凹部ＰＨが油だまりの役割を果たし、この凹部ＰＨ（ポケットＰＫ）の中に潤滑膜Ｊが入る。このポケットＰＫに入った潤滑膜Ｊは、水の流れによって失われ難い。これにより、水流中でも安定した摺動特性を得ることができるようになる。
【００２３】
また、この摺動部材１は、基材を金属としているので、加工性、強度（圧入性、耐衝撃性）に優れ、適用範囲が広く、安価に製造できる。すなわち、従来例の欠点として説明したように、摺動部材の基材をＳｉＣなどの焼結体とした場合、多孔質なため耐衝撃性が低く、ウォータハンマなど水激が発生するような箇所では使用できない。しかし、本実施の形態では、摺動部材１の基材を金属としているので、耐衝撃性に優れ、水激力による応力集中を基材の金属で受け、ビル空調用途の冷温水制御バルブなどでも問題なく使用することができる。
【００２４】
また、本実施の形態では、摺動面１ａにのみ凹部ＰＨおよび被膜Ｍを形成しており、例えば摺動部材１を固定部材（第２の部材）に組み付けるような場合、ＳｉＣなどの焼結体では困難であった圧入やかしめを凹部ＰＨが形成されていない金属部で行い、しっかりと固定することができる。また、加工された基材に微細な凹部ＰＨを形成し、水潤滑性を有する被膜Ｍをコーティングするのでみでよいので、安価に製作することができる。また、必要な箇所にのみ水潤滑性を有する被膜Ｍをコーティングすればよく、複雑な形状にも対応することが可能となる。
【００２５】
また、従来例として示した特許文献２に示された方法では、加熱処理（５００℃）を行う必要があり、その際の加熱冷却に伴う寸法変化や反り／歪みが生じる可能性があったが、本実施の形態では、ショットピーニング時に多少発熱の可能性はあるものの、表層かつ局所的であるため全体の寸法変化は起こらない。また、コーティング処理もＰＶＤなどの比較的低温度（〜２００℃）の処理で行うことが可能なため、熱負荷は少ない。
【００２６】
図５に本発明に係る摺動構造をビル空調用途の冷温水制御バルブの弁体とこの弁体を軸支する軸受ピンとの間で用いた例を示す。同図において、４は冷温水が流れる流路に設けられた冷温水制御バルブ１００の弁体であり、この弁体４を回動自在に支持する摺動部材として軸受ピン５が設けられている。この軸受ピン５はそのピンの外周が摺動面５ａとされ、この摺動面５ａに上述した摺動部材１と同様にして微細な凹部ＰＨと水潤滑性を有する被膜Ｍが形成されている。また、この軸受ピン５は、摺動面５ａにのみ凹部ＰＨと被膜Ｍが形成されており、凹部ＰＨや被膜Ｍが形成されていない金属部５ｂを圧入やかしめによって冷温水制御バルブ１００のバルブ本体６に固定している。
【００２７】
なお、上述した実施の形態では、摺動部材１を第１の部材とし、この摺動部材１のピーニング処理によって多数の微細な凹部ＰＨを形成した摺動面１ａに凹部ＰＨを残す形で水潤滑性を有する被膜Ｍを形成するようにしたが（図６（ａ），（ｂ），（ｃ）参照）、この摺動部材１と合わせられる摺動部材７（図６（ｄ），（ｅ））の摺動面７ａに、図７（ｃ）〜（ｅ）に示すように水潤滑性を有する被膜Ｍを形成するようにしてもよい。
【００２８】
この摺動面７ａに被膜Ｍが形成された摺動部材７を用いると、水中または水湿潤状態での摺動時に、摺動面７ａの被膜Ｍ上にトライボケミカル反応によって潤滑膜が生成される。すなわち、図７（ｅ）に示すように、摺動部材７の摺動面７ａ上の被膜Ｍと摺動部材１の摺動面１ａとの間に、トライボケミカル反応によって潤滑膜Ｊが生成される。
【００２９】
ここで、摺動面１ａの表面に残されている微細な凹部ＰＨが油だまりの役割を果たし、この凹部ＰＨ（ポケットＰＫ）の中に潤滑膜Ｊが入る。このポケットＰＫに入った潤滑膜Ｊは、水の流れによって失われ難い。これにより、水流中でも安定した摺動特性を得ることができるようになる。
【００３０】
なお、本発明に係る摺動構造は、バルブだけではなく、ポンプなど他の水圧機器でも使用することが可能である。例えば、回転型ポンプに使用される羽根車やケーシングへ適用するようにしてもよい。
【００３１】
また、上述した実施の形態では、水潤滑性を有する被膜Ｍを炭化ケイ素（ＳｉＣ）や窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）などのコーティングによって形成するようにしたが、Ｓｉ−ＤＬＣ（シリコン含有ダイヤモンドライクカーボン）などのコーティングによって形成するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明の摺動構造は、水潤滑性を有する被膜を備えた摺動構造として、バルブやポンプなど各種の水圧機器で使用することが可能である。
【符号の説明】
【００３３】
１…摺動部材（第１の部材）、１ａ…摺動面、ＰＨ…凹部、ＰＫ…ポケット、Ｍ…被膜、Ｊ…潤滑膜、２…ショットピーニング処理装置、３…コーティング処理装置、４…弁体、５…軸受ピン、５ａ…摺動面、５ｂ…金属部、６…バルブ本体、７…摺動部材（第２の部材）、７ａ…摺動面、１００…冷温水制御バルブ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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