(57)【要約】  本発明の機械要素は、（ａ）付加を担持する作業表面を有する金属製ワークピースと、（ｂ）前記作業表面に対向して配置される接触表面と、（ｃ）前記作業表面と前記接触表面との間に配置される潤滑剤と、（ｄ）前記作業表面と接触表面との相対的移動を引き起こすメカニズムとを有し、前記作業表面は、カーボン原子を含むナノメトリックの接着性固体フィルムを有し、前記固体フィルムの一方の面は、前記ワークピースに親密に結合され、前記固体フィルムの他方の面は、露出して潤滑剤に接触する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）  液体に接触する作業表面を有する金属製ワークピースを有し、
前記作業表面は、カーボン原子を含むナノメトリックの接着性固体フィルムを有し、
前記固体フィルムの一方の面は、前記ワークピースに親密に結合され、
前記固体フィルムの他方の面は、露出して前記流体に接触する
ことを特徴とする機械装置。
【請求項２】
前記作業表面は、負荷を担持し、
前記機械装置は、更に、
（ｂ）  前記作業表面に対向して配置される接触表面と、
（ｃ）  前記作業表面と前記接触表面との間に配置される潤滑剤と、
（ｄ）  前記作業表面と接触表面との相対的移動を引き起こすメカニズムと
を有する
ことを特徴とする請求項１記載の機械装置。
【請求項３】
前記固体フィルムの平均厚さは、２００ｎｍ未満である
ことを特徴とする請求項１記載の機械装置。
【請求項４】
前記固体フィルムの平均厚さは、２００ｎｍ未満である
ことを特徴とする請求項２記載の機械装置。
【請求項５】
前記固体フィルムの平均厚さは、少なくとも５ｎｍである
ことを特徴とする請求項３記載の機械装置。
【請求項６】
前記固体フィルムの平均厚さは、５−１００ｎｍの間である
ことを特徴とする請求項２記載の機械装置。
【請求項７】
前記固体フィルムの平均厚さは、１０−５０ｎｍの間である
ことを特徴とする請求項２記載の機械装置。
【請求項８】
前記固体フィルムは、ポリマー製フィルムである
ことを特徴とする請求項２記載の機械装置。
【請求項９】
前記金属製ワークピースは、少なくとも１個の金属元素の原子を含み、
前記作業表面のフィルムを構成する複数のナノメトリック・モノレイヤにおいて、
前記モノレイヤは、前記カーボン原子と金属原子の両方を含み、
前記複数のモノレイヤの内の特定のモノレイヤに対し、Riは、次式で定義される原子比であり、
Ri=Nc/(Nc+NM)
ここで、
Ncは、前記特定のモノレイヤ内のカーボン原子の数であり、
NMは、前記特定のモノレイヤ内の金属原子の数であり、
iは、前記特定のモノレイヤのモノレイヤ番号であり、
前記複数のモノレイヤの第１の外側のモノレイヤのｉは、１であり、
前記Riは、少なくとも０．８に等しい
ことを特徴とする請求項１記載の機械装置。
【請求項１０】
前記金属製ワークピースは、少なくとも１個の金属元素の原子を含み、
前記作業表面のフィルムを構成する複数のナノメトリック・モノレイヤにおいて、
前記モノレイヤは、前記カーボン原子と金属原子の両方を含み、
前記複数のモノレイヤの内の特定のモノレイヤに対し、Riは、次式で定義される原子比であり、
Ri=Nc/(Nc+NM)
ここで、
Ncは、前記特定のモノレイヤ内のカーボン原子の数であり、
NMは、前記特定のモノレイヤ内の金属原子の数であり、
iは、前記特定のモノレイヤのモノレイヤ番号であり、
前記複数のモノレイヤの第１の外側のモノレイヤのｉは、１であり、
前記Riは、少なくとも０．８に等しい
ことを特徴とする請求項２記載の機械装置。
【請求項１１】
前記Riは、少なくとも０．９５に等しい
ことを特徴とする請求項１０記載の機械装置。
【請求項１２】
前記Riは、少なくとも０．９８に等しい
ことを特徴とする請求項１０記載の機械装置。
【請求項１３】
前記iは、２０であり、
前記Riは、少なくとも０．２０に等しい
ことを特徴とする請求項１０記載の機械装置。
【請求項１４】
前記iは、２０であり、
前記Riは、少なくとも０．３０に等しい
ことを特徴とする請求項１０記載の機械装置。
【請求項１５】
前記iは、２０であり、
前記Riは、少なくとも０．４０に等しい
ことを特徴とする請求項１０記載の機械装置。
【請求項１６】
前記iは、３０であり、
前記Riは、少なくとも０．２５に等しい
ことを特徴とする請求項１０記載の機械装置。
【請求項１７】
前記金属製ワークピースは、前記作業表面にマイクロレリーフ（微細溝）を有する
ことを特徴とする請求項２記載の機械装置。
【請求項１８】
前記マイクロレリーフは、最大深さが５−３０μｍで、幅が１００−１０００μｍの複数の溝を有する
ことを特徴とする請求項１７記載の機械装置。
【請求項１９】
前記金属製ワークピースの作業表面は、人工股関節の金属製カップであり、
前記接触表面は、前記金属製カップを包囲する金属製ジョイントヘッド上に配置される
ことを特徴とする請求項２記載の機械装置。
【請求項２０】
（ａ）  作業表面を有する金属製ワークピースと、
（ｂ）  前記作業表面に対向して配置され、前記作業表面に対し相対的に移動する接触表面と、
（ｃ）  前記接触表面と作業表面の間に配置される複数の研磨粒子と、
（ｄ）  前記作業表面と接触表面の少なくとも一方に作用するメカニズムと、
前記メカニズムは、相対運動を発生させ、前記接触表面と前記作業表面の法線方向に負荷をかけ、
を有し
前記接触表面は、少なくとも部分的に弾性相互作用を、前記複数の研磨粒子で与え、
前記接触表面のShore D 硬度は、４０−９０の範囲内にあり、
前記接触表面の耐衝撃力は、４−１２J/mの範囲にあり、
前記メカニズムが活性化される、前記負荷の掛かった状態での相対運動により、前記研磨粒子の一部が前記作業表面を貫通し、前記作業表面の少なくとも表面特性を変える
ことを特徴とする機械装置。
【請求項２１】
前記研磨粒子は、前記接触表面と作業表面の間に、自由に配置される
ことを特徴とする請求項２０記載の機械装置。
【請求項２２】
前記研磨粒子は、ペースト内に配置される
ことを特徴とする請求項２０記載の機械装置。
【請求項２３】
前記接触表面のShore D 硬度は、少なくとも６５である
ことを特徴とする請求項２０記載の機械装置。
【請求項２４】
前記接触表面のShore D 硬度は、７０−８０の範囲内である
ことを特徴とする請求項２０記載の機械装置。
【請求項２５】
前記接触表面の耐衝撃力は、４−９J/mの範囲内である
ことを特徴とする請求項２０記載の機械装置。
【請求項２６】
前記接触表面の耐衝撃力は、５−８J/mの範囲内である
ことを特徴とする請求項２０記載の機械装置。
【請求項２７】
前記接触表面のShore D 硬度は、６５−９０の範囲内であり、
前記接触表面の耐衝撃力は、４−９J/mの範囲内にある
ことを特徴とする請求項２０記載の機械装置。
【請求項２８】
前記接触表面のShore D 硬度は、７０−８０の範囲内であり、
前記接触表面の耐衝撃力は、５−８J/mの範囲内にある
ことを特徴とする請求項２０記載の機械装置。
【請求項２９】
前記接触表面は、ラッピング・ツール（lapping tool）の上に配置される
ことを特徴とする請求項２０記載の機械装置。
【請求項３０】
前記接触表面は、ラッピング・ツールのベースに、少なくとも１０kg/cm2の接着力で接着される
ことを特徴とする請求項２０記載の機械装置。
【請求項３１】
前記接触表面は、ラッピング・ツールのベースに、少なくとも５０kg/cm2の接着力で接着される
ことを特徴とする請求項２０記載の機械装置。
【請求項３２】
前記接触表面は、ラッピング・ツールのベースに、少なくとも８０kg/cm2の接着力で接着される
ことを特徴とする請求項２０記載の機械装置。
【請求項３３】
前記研磨粒子は、アルミナ粒子を含む
ことを特徴とする請求項２０記載の機械装置。
【請求項３４】
前記接触表面の組成は、少なくとも１つのポリマーを含む
ことを特徴とする請求項２０記載の機械装置。
【請求項３５】
前記接触表面の組成は、少なくとも１つのポリウレタンを含む
ことを特徴とする請求項２０記載の機械装置。
【請求項３６】
前記接触表面の組成は、少なくとも１つのエポキシ材料を含む
ことを特徴とする請求項２０記載の機械装置。
【請求項３７】
前記接触表面の組成は、エポキシ材料とポリウレタンの両方を含む
ことを特徴とする請求項２０記載の機械装置。
【請求項３８】
前記接触表面の組成は、エポキシ材料とポリウレタンの両方を含み、
前記接触表面のShore D 硬度は、６５−９０の範囲内であり、
前記接触表面の耐衝撃力は、４−９J/mの範囲内にある
ことを特徴とする請求項２０記載の機械装置。
【請求項３９】
前記接触表面の組成は、エポキシ材料とポリウレタンの両方を含み、
その重量比は２５対７５から９０対１０の間である
ことを特徴とする請求項２０記載の機械装置。
【請求項４０】
前記接触表面の組成は、エポキシ材料とポリウレタンの両方を含み、
その重量比は１対２から２対１の間である
ことを特徴とする請求項２０記載の機械装置。
【請求項４１】
前記接触表面の組成は、エポキシ材料とポリウレタンの両方を含み、
その重量比は３対５から７対５の間である
ことを特徴とする請求項２１記載の機械装置。
【請求項４２】
前記接触表面の組成は、２０重量％から７５重量％のポリウレタンを含む
ことを特徴とする請求項２０記載の機械装置。
【請求項４３】
前記接触表面の組成は、４０重量％から７５重量％のポリウレタンを含む
ことを特徴とする請求項２０記載の機械装置。
【請求項４４】
前記接触表面の組成は、４０重量％から６５重量％のポリウレタンを含む
ことを特徴とする請求項２１記載の機械装置。
【請求項４５】
前記接触表面の組成は、少なくとも３５重量％のエポキシ材料を含む
ことを特徴とする請求項２０記載の機械装置。
【請求項４６】
前記接触表面の組成は、４０重量％から７０重量％のエポキシ材料を含む
ことを特徴とする請求項２１記載の機械装置。
【請求項４７】
前記金属製作業表面は、スチール製作業表面を含む
ことを特徴とする請求項２１記載の機械装置。
【請求項４８】
（ａ）  以下の構成を含むシステムを用意するステップと、
（i）作業表面を有する金属製ワークピースと、
（ii）前記作業表面に対向して配置された接触表面と、
前記接触表面のShore D 硬度は、４０−９０の範囲内にあり、
前記接触表面の耐衝撃力は、４−１２kJ/mの範囲内にあり、
（iii）前記接触表面と、前記作業表面の間に自由に配置された複数の研磨粒子と、
（ｂ）  前記接触表面と、前記作業表面の法線方向に負荷を掛けるステップと、
（ｃ）  前記作業表面と、前記接触表面の間に相対運動を加えることにより、前記ワークピースをラッピングするステップと、
を有し
前記接触表面と、前記研磨粒子が選択され、
前記負荷がかかった状態で相対運動が行われて、
（i）前記研磨粒子の少なくとも一部が前記作業表面に食い込むように、少なくとも部分的な弾性相互作用を、前記接触表面と前記研磨粒子との間に起こさせ、
（ii）前記作業表面の少なくとも１つの表面特性を変化させる
ことを特徴とするラッピング方法。
【請求項４９】
前記作業表面上にポリマー製の接着フィルムを堆積するよう、前記接触表面と前記研磨粒子が選択され、前記負荷のかかった状態で相対運動が行われる
ことを特徴とする請求項４８記載のラッピング方法。
【請求項５０】
前記ポリマー製の接着フィルムは、前記接触表面から少なくとも部分的に取り出される
ことを特徴とする請求項４８記載のラッピング方法。
【請求項５１】
（ｄ）  少なくとも１つの凹部を形成するために、前記作業表面にマイクロレリーフを形成する
ことを特徴とする請求項４８記載のラッピング方法。
【請求項５２】
前記（ｄ）ステップは、前記ラッピングステップ（ｃ）の前に行われる
ことを特徴とする請求項４８記載のラッピング方法。
【請求項５３】
前記接触表面のShore D 硬度は、少なくとも６５である
ことを特徴とする請求項４８記載のラッピング方法。
【請求項５４】
前記接触表面のShore D 硬度は、７０−８０の範囲内である
ことを特徴とする請求項４８記載のラッピング方法。
【請求項５５】
前記接触表面の耐衝撃力は、４−９J/mの範囲内である
ことを特徴とする請求項４８記載のラッピング方法。
【請求項５６】
前記接触表面の耐衝撃力は、５−８J/mの範囲内である
ことを特徴とする請求項４８記載のラッピング方法。
【請求項５７】
前記接触表面のShore D 硬度は、７０−８０の範囲内であり、
前記接触表面の耐衝撃力は、５−８J/mの範囲内にある
ことを特徴とする請求項４８記載のラッピング方法。
【請求項５８】
前記研磨粒子は、アルミナ粒子を含む
ことを特徴とする請求項４８記載のラッピング方法。
【請求項５９】
前記接触表面の組成は、エポキシ材料とポリウレタンの両方を含む
ことを特徴とする請求項４８記載のラッピング方法。
【請求項６０】
前記接触表面の組成は、エポキシ材料とポリウレタンの両方を含み、
前記接触表面のShore D 硬度は、６５−９０の範囲内であり、
前記接触表面の耐衝撃力は、４−９J/mの範囲内にある
ことを特徴とする請求項４８記載のラッピング方法。
【請求項６１】
前記接触表面の組成は、エポキシ材料とポリウレタンの両方を含み、
その重量比は１対２から２対１の間である
ことを特徴とする請求項４８記載のラッピング方法。
【請求項６２】
前記接触表面の組成は、エポキシ材料とポリウレタンの両方を含み、
その重量比は３対５から７対５の間である
ことを特徴とする請求項４８記載のラッピング方法。
【請求項６３】
前記接触表面の組成は、４０重量％から７５重量％のポリウレタンを含む
ことを特徴とする請求項４８記載のラッピング方法。
【請求項６４】
前記接触表面の組成は、４０重量％から７０重量％のエポキシ材料を含む
ことを特徴とする請求項４８記載のラッピング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作業面を有するワークピースに関し、特に、作業面とこの作業面を生成するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
機械的に相互作用する表面の摩擦と摩耗とを減らすために、潤滑剤が相互作用する領域に導入される。図１Ａに示すように、理想的な潤滑状態においては、対向する表面３２と３４の間の潤滑フィルム２０は、相対速度Ｖで移動するが、可動表面が潤滑剤と相互作用できるような無接触層を形成する。このような状態においては、表面３２と３４との間の接触は全く起こらず、潤滑層が対向する表面の間に存在する負荷Ｐを担持すると言われている。潤滑剤の供給が不十分であると、潤滑の効率が下がり、これにより表面間の相互作用が発生する。
【０００３】
図１Ｂに示すように、潤滑剤の供給が、あるレベル以下になると、相対移動する対向する表面３２と３４との距離が、負荷Ｐのために減少し、その結果表面の突起（即ち表面から突出した表面材料のピーク）が相互作用するようになる。かくして、例えばラップ盤３４の突起部３６は、作業面３２の突起部３８と物理的に接触し、相互作用することになる。極端な状態においては、表面３２，３４の突起が、相互作用する表面の間に存在する負荷の全てを担持する。この状態においては、時に境界潤滑状態と称するが、潤滑剤は効かず、摩擦と摩耗が激しい。
【０００４】
【非特許文献１】M.Levitin and B.Shamshidov in "A Disc on Flat Wear Test Under Starved L.ubrication", Tribotest Journal 4-2, December,(4), 159,
【非特許文献２】Levitin, M, and Shamshidov, B.,"A Laboratory Study of Friction in Hip Implants", Tribotest Journal 5-4, June 1999
【０００５】
研削（Grinding）とラッピング（lapping ）は、表面の品質（例、表面仕上げ）を改善し、中でも様々な摩耗のアプリケーションにおける作業面を生成する従来の方法である。図１Ｃ(i)-(ii)は、従来のラッピングプロセスで調整され（条件付けられ）た作業面を示す。図１Ｃ(i)においては、ワークピース３１の作業面３２は、ラップ盤３４の接触面３５と向かい合う。研削材（abrasive）粒子を含む研削材ペーストが、その一部を研削材粒子３６として示すが、作業面３２と接触面３５との間に配置される。ラップ盤３４の接触面３５は、作業面３２に比較して軟らかい材料で形成されている。研削材粒子の組成とサイズの分布は、設計に従って例えば所定の最終仕上げを達成するために、表面の粗さを減らすために、作業面３２を容易に摩耗させるよう選択される。
【０００６】
負荷が、作業面３２と接触面３５の法線方向にかけられ、これにより研削材粒子３６が作業面３２と接触面３５に食い込み、圧力Ｐが作業面３２内に食い込まれた研削材粒子３６の断面にかかる。研削材粒子３６が作業面３２内に食い込む深さをha1とし、研削材粒子３６が接触面３５内に食い込む深さをhb1とする。一般的に研削材粒子３６がラップ盤３４内に組み込む量hb1は、ワークピース３１への食い込み量ha1よりも大きい、即ちhb1>ha1である。
【０００７】
図１Ｃ(ii)において、ワークピース３１とラップ盤３４とは、相対速度Ｖで移動する。ワークピース３１とラップ盤３４との間の相対速度Ｖと圧力Ｐは、研削材粒子３６が、ナイフのように機能して、ワークピース３１から表面材料のチップを削り取るような大きさである。
【０００８】
低速の相対速度においては、研削材粒子３６は事実上停止している。しかし図１Ｃ(ii)に示すように、相対速度Ｖの選択は、速度に応じて生成される剪断力Ｑが圧力Ｐに対し十分大きく、その結果、研削材粒子３６にかかる合成力ベクトルＦの方向に、研削材粒子３６が回転するように行われる。研削材粒子３６に接触しているラップ盤３４の材料は、研削材ペースト内の粒子に比較し、堅い（即ち低弾性の）ために、これらの粒子は通常急速に削られ、その結果研削材ペーストは、頻繁に供給しなければならない。
【０００９】
公知の技術においては、研削（grinding）、ラッピング（lapping）、研磨（polishing）、切削（cutting）は、例えば金属、セラミック、ガラス、プラスッチック、木材等の材料に対し行われ、結合された研削材、例えば砥石車、コーティングされた研削材、非固定／浮遊研削材、研削材・切削工具等を用いて行なわれる。研削材粒子は、ラッピング・プロセスの切削手段でもあるが、天然材か人工（合成）材のいずれかであるが、被切削材料よりも遙かに硬い材料である。結合、塗布、浮遊の研削材・アプリケーションで最も一般的に用いられる研削材は、ガーネット、アルファアルミナ、シリコンカーバイト、ボロンカーバイト、立方晶ボロンナイトライド、ダイアモンドである。これらの材料の相対硬度を以下の表に示す。
【００１０】
材料                  Knoop硬度番号
ガーネット                   1360
アルファアルミナ             2100
シリコンカーバイト           2480
ボロンカーバイト             2750
立方晶ボロンナイトライド     4500
ダイアモンド（単結晶）       7000
【００１１】
研削材の選択は、通常経済性、必要とされる最終仕上げ、被研削材料に支配される。上記の研削材のリストは硬度が大きくなる順であるが、同時に値段の高い順でもある。ガーネットが最も安くダイアモンドが最も高い。
【００１２】
一般的に軟らかい研削材は軟らかな材料を削るために、硬い研削材は硬い材料を削るために選択されるが、これは、様々な研削材のコストの観点から決められる。当然のことながら例外もある。例えば硬い材料を実際に効率的に切削できる非常に粘着性の高い材料もある。更に、研削材粒子が硬くなるにつれて、研削材の単位堆積あるいは単位重量あたり、研削材が除去できる量も増える。超研削材は、ダイアモンドと立方晶ボロンナイトライドを含み、両者は共に様々なアプリケーションで用いられる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
公知のラッピングの方法とシステムは、幾つかの下記のような欠点がある。
（１）  ラップ盤の接触面は、最終的に研削材により消耗され取り替える必要がある。ある一般的なアプリケーションにおいては、ラップ盤の接触面は、約５０個のワークピースを処理した後、取り替えられる。
（２）  研削材ペーストの特性（ペーストの形成を含む）と、研削材粒子の硬度と、研削材粒子の粒子サイズ分布（Particle Size Distribution）に影響される。
（３）  ラッピングプロセスにおける様々な処理パラメータに影響される。
（４）  ラッピングプロセスは一般的に数回のラッピング段で行なわれ、各段で様々な物理的特性を有する研削材ペーストが用いられる。
【００１４】
本発明の技術によると、本発明の機械装置は、
（ａ）  液体に接触する作業表面を有する金属製ワークピースを有し、
前記作業表面は、カーボン原子を含むナノメトリックの接着性固体フィルムを有し、
前記固体フィルムの一方の面は、前記ワークピースに親密に結合され、
前記固体フィルムの他方の面は、露出して前記流体に接触する。
【００１５】
記載した好ましい実施例におけるさらなる特徴によると、前記作業表面は、負荷を担持し、
前記機械装置は、更に、
（ｂ）  前記作業表面に対向して配置される接触表面と、
（ｃ）  前記作業表面と前記接触表面との間に配置される潤滑剤と、
（ｄ）  前記作業表面と接触表面との相対的移動を引き起こすメカニズムと
を有する。
【００１６】
記載した好ましい実施例におけるさらなる特徴によると、前記固体フィルムの平均厚さは、２００ｎｍ未満である。
【００１７】
記載した好ましい実施例におけるさらなる特徴によると、前記固体フィルムの平均厚さは、少なくとも５ｎｍである。
【００１８】
記載した好ましい実施例におけるさらなる特徴によると、前記固体フィルムの平均厚さは、５−１００ｎｍの間である。
【００１９】
記載した好ましい実施例におけるさらなる特徴によると、前記固体フィルムの平均厚さは、１０−５０ｎｍの間である
【００２０】
記載した好ましい実施例におけるさらなる特徴によると、前記固体フィルムは、ポリマー製フィルムである
【００２１】
記載した好ましい実施例におけるさらなる特徴によると、前記金属製ワークピースは、少なくとも１個の金属元素の原子を含み、
前記作業表面のフィルムを構成する複数のナノメトリック・モノレイヤにおいて、
前記モノレイヤは、前記カーボン原子と金属原子の両方を含み、
前記複数のモノレイヤの内の特定のモノレイヤに対し、Riは、次式で定義される原子比であり、
Ri=Nc/(Nc+NM)
ここで、
Ncは、前記特定のモノレイヤ内のカーボン原子の数であり、
NMは、前記特定のモノレイヤ内の金属原子の数であり、
iは、前記特定のモノレイヤのモノレイヤ番号であり、
前記複数のモノレイヤの第１の外側のモノレイヤのｉは、１であり、
前記Riは、少なくとも０．８に等しい。
【００２２】
記載した好ましい実施例におけるさらなる特徴によると、前記Riは、少なくとも０．９５に等しい。
【００２３】
記載した好ましい実施例におけるさらなる特徴によると、前記Riは、少なくとも０．９８に等しい。
【００２４】
記載した好ましい実施例におけるさらなる特徴によると、前記iは、２０であり、      前記Riは、少なくとも０．２０に等しい。
【００２５】
記載した好ましい実施例におけるさらなる特徴によると、前記iは、２０であり、      前記Riは、少なくとも０．３０に等しい。
【００２６】
記載した好ましい実施例におけるさらなる特徴によると、前記iは、２０であり、      前記Riは、少なくとも０．４０に等しい。
【００２７】
記載した好ましい実施例におけるさらなる特徴によると、前記iは、３０であり、      前記Riは、少なくとも０．２５に等しい。
【００２８】
記載した好ましい実施例におけるさらなる特徴によると、前記金属製ワークピースは、前記作業表面にマイクロレリーフ（微細溝）を有する。
【００２９】
前記マイクロレリーフは、最大深さが５−３０μｍで、幅が１００−１０００μｍの複数の溝を有する。
【００３０】
記載した好ましい実施例におけるさらなる特徴によると、前記金属製ワークピースの作業表面は、人工股関節の金属製カップであり、
前記接触表面は、前記金属製カップを包囲する金属製ジョイントヘッド上に配置される。
【００３１】
本発明の別の態様によると、本発明の機械装置は、
（ａ）  作業表面を有する金属製ワークピースと、
（ｂ）  前記作業表面に対向して配置され、前記作業表面に対し相対的に移動する接触表面と、
（ｃ）  前記接触表面と作業表面の間に配置される複数の研磨粒子と、
（ｄ）  前記作業表面と接触表面の少なくとも一方に作用するメカニズムと、
前記メカニズムは、相対運動を発生させ、前記接触表面と前記作業表面の法線方向に負荷をかけ、
を有し、
前記接触表面は、少なくとも部分的に弾性相互作用を、前記複数の研磨粒子で与え、
前記接触表面のShore D 硬度は、４０−９０の範囲内にあり、
前記接触表面の耐衝撃力は、４−１２J/mの範囲にあり、
前記メカニズムが活性化される、前記負荷の掛かった状態での相対運動により、前記研磨粒子の一部が前記作業表面を貫通し、前記作業表面の少なくとも表面特性を変える。
【００３２】
記載した好ましい実施例におけるさらなる特徴によると、前記研磨粒子は、前記接触表面と作業表面の間に、自由に配置される。
【００３３】
記載した好ましい実施例におけるさらなる特徴によると、前記研磨粒子は、ペースト内に配置される。
【００３４】
記載した好ましい実施例におけるさらなる特徴によると、前記接触表面のShore D 硬度は、少なくとも６５である。
【００３５】
記載した好ましい実施例におけるさらなる特徴によると、前記接触表面のShore D 硬度は、７０−８０の範囲内である。
【００３６】
記載した好ましい実施例におけるさらなる特徴によると、前記接触表面の耐衝撃力は、４−９J/mの範囲内である。
【００３７】
記載した好ましい実施例におけるさらなる特徴によると、前記接触表面の耐衝撃力は、５−８J/mの範囲内である。
【００３８】
記載した好ましい実施例におけるさらなる特徴によると、前記接触表面のShore D 硬度は、６５−９０の範囲内であり、前記接触表面の耐衝撃力は、４−９J/mの範囲内にある。
【００３９】
記載した好ましい実施例におけるさらなる特徴によると、前記接触表面のShore D 硬度は、７０−８０の範囲内であり、前記接触表面の耐衝撃力は、５−８J/mの範囲内にある。
【００４０】
記載した好ましい実施例におけるさらなる特徴によると、前記接触表面は、ラッピング・ツール（lapping tool）の上に配置される。
【００４１】
記載した好ましい実施例におけるさらなる特徴によると、前記接触表面は、ラッピング・ツールのベースに、少なくとも１０kg/cm2の接着力で接着される。
【００４２】
記載した好ましい実施例におけるさらなる特徴によると、前記接触表面は、ラッピング・ツールのベースに、少なくとも５０kg/cm2の接着力で接着される。
ことを特徴とする請求項２０記載の機械装置。
【００４３】
記載した好ましい実施例におけるさらなる特徴によると、前記接触表面は、ラッピング・ツールのベースに、少なくとも８０kg/cm2の接着力で接着される。
【００４４】
記載した好ましい実施例におけるさらなる特徴によると、前記研磨粒子は、アルミナ粒子を含む。
【００４５】
記載した好ましい実施例におけるさらなる特徴によると、前記接触表面の組成は、少なくとも１つのポリマーを含む。
【００４６】
記載した好ましい実施例におけるさらなる特徴によると、前記接触表面の組成は、少なくとも１つのポリウレタンを含む。
【００４７】
記載した好ましい実施例におけるさらなる特徴によると、前記接触表面の組成は、少なくとも１つのエポキシ材料を含む。
【００４８】
記載した好ましい実施例におけるさらなる特徴によると、前記接触表面の組成は、エポキシ材料とポリウレタンの両方を含む。
【００４９】
記載した好ましい実施例におけるさらなる特徴によると、前記接触表面の組成は、エポキシ材料とポリウレタンの両方を含み、前記接触表面のShore D 硬度は、６５−９０の範囲内であり、前記接触表面の耐衝撃力は、４−９J/mの範囲内にある。
【００５０】
記載した好ましい実施例におけるさらなる特徴によると、前記接触表面の組成は、エポキシ材料とポリウレタンの両方を含み、その重量比は２５対７５から９０対１０の間である。
【００５１】
記載した好ましい実施例におけるさらなる特徴によると、前記接触表面の組成は、エポキシ材料とポリウレタンの両方を含み、その重量比は１対２から２対１の間である。
【００５２】
記載した好ましい実施例におけるさらなる特徴によると、前記接触表面の組成は、エポキシ材料とポリウレタンの両方を含み、その重量比は３対５から７対５の間である。
【００５３】
記載した好ましい実施例におけるさらなる特徴によると、前記接触表面の組成は、２０重量％から７５重量％のポリウレタンを含む。
【００５４】
記載した好ましい実施例におけるさらなる特徴によると、前記接触表面の組成は、４０重量％から７５重量％のポリウレタンを含む。
【００５５】
記載した好ましい実施例におけるさらなる特徴によると、前記接触表面の組成は、４０重量％から６５重量％のポリウレタンを含む。
【００５６】
記載した好ましい実施例におけるさらなる特徴によると、前記接触表面の組成は、少なくとも３５重量％のエポキシ材料を含む。
【００５７】
記載した好ましい実施例におけるさらなる特徴によると、前記接触表面の組成は、４０重量％から７０重量％のエポキシ材料を含む。
【００５８】
記載した好ましい実施例におけるさらなる特徴によると、前記金属製作業表面は、スチール製作業表面を含む。
【００５９】
本発明の別の態様によると、本発明のラッピング方法は、
（ａ）  以下の構成を含むシステムを用意するステップと、
（i）作業表面を有する金属製ワークピースと、
（ii）前記作業表面に対向して配置された接触表面と、
前記接触表面のShore D 硬度は、４０−９０の範囲内にあり、
前記接触表面の耐衝撃力は、４−１２kJ/mの範囲内にあり、
（iii）前記接触表面と、前記作業表面の間に自由に配置された複数の研磨粒子と、
（ｂ）  前記接触表面と、前記作業表面の法線方向に負荷を掛けるステップと、
（ｃ）  前記作業表面と、前記接触表面の間に相対運動を加えることにより、前記ワークピースをラッピングするステップと、
を有し、
前記接触表面と、前記研磨粒子が選択され、
前記負荷がかかった状態で相対運動が行われて、
（i）前記研磨粒子の少なくとも一部が前記作業表面に食い込むように、少なくとも部分的な弾性相互作用を、前記接触表面と前記研磨粒子との間に起こさせ、
（ii）前記作業表面の少なくとも１つの表面特性を変化させる
【００６０】
記載した好ましい実施例におけるさらなる特徴によると、前記作業表面上にポリマー製の接着フィルムを堆積するよう、前記接触表面と前記研磨粒子が選択され、前記負荷のかかった状態で相対運動が行われる。
【００６１】
記載した好ましい実施例におけるさらなる特徴によると、前記ポリマー製の接着フィルムは、前記接触表面から少なくとも部分的に取り出される。
【００６２】
記載した好ましい実施例におけるさらなる特徴によると、本発明のラッピング方法は、さらに、（ｄ）  少なくとも１つの凹部を形成するために、前記作業表面にマイクロレリーフを形成するステップを有する。
【００６３】
記載した好ましい実施例におけるさらなる特徴によると、前記（ｄ）ステップは、前記ラッピングステップ（ｃ）の前に行われる。
【００６４】
記載した好ましい実施例におけるさらなる特徴によると、前記研磨粒子は、アルミナ粒子を含む。
【００６５】
記載した好ましい実施例におけるさらなる特徴によると、前記接触表面の組成は、エポキシ材料とポリウレタンの両方を含む。
【００６６】
記載した好ましい実施例におけるさらなる特徴によると、
前記接触表面の組成は、エポキシ材料とポリウレタンの両方を含み、
前記接触表面のShore D 硬度は、６５−９０の範囲内であり、
前記接触表面の耐衝撃力は、４−９J/mの範囲内にある。
【００６７】
記載した好ましい実施例におけるさらなる特徴によると、前記接触表面の組成は、エポキシ材料とポリウレタンの両方を含み、その重量比は１対２から２対１の間である。
【００６８】
記載した好ましい実施例におけるさらなる特徴によると、前記接触表面の組成は、エポキシ材料とポリウレタンの両方を含み、その重量比は３対５から７対５の間である。
【００６９】
記載した好ましい実施例におけるさらなる特徴によると、前記接触表面の組成は、４０重量％から７５重量％のポリウレタンを含む。
【００７０】
記載した好ましい実施例におけるさらなる特徴によると、前記接触表面の組成は、４０重量％から７０重量％のエポキシ材料を含む。
【実施例】
【００７１】
本発明によれば、相対的な滑り動作を行う潤滑状態の表面を処理して、相互作用の間、摩耗と摩擦を減らす。最も一般的には、本発明の方法は、作業面を２つの領域に変える。一方の領域は高度に潤滑剤を排斥し、他方の領域は潤滑剤を滞留させる。
【００７２】
この２つの領域は、以下に記載するように交互に配置される。一方の領域は、作業面上に、潤滑剤をより多く滞留させる／吸引する構造が十分に分布する。本発明の概念を、図２を参照して以下説明する。作業面は、これらの領域の組み合わせから構成される。「Ａ」で示された領域は潤滑剤を滞留／吸引させ、「Ｒ」で示された領域は潤滑剤を排斥／排除する。
【００７３】
本発明の好ましい実施例においては、潤滑剤を滞留させる／吸引する点に関する領域の差は、構造上の差が関与している。本発明のこの実施例のシステムの構造的態様を、図３Ａ−Ｂを参照して説明する。
【００７４】
図３Ａにおいて、シリンダ５０の表面構造は、１つあるいは複数の溝（谷部、凹部）、例えば螺旋溝５２がその表面に刻まれている。通常このような溝の最大深さは５−３０ミクロンの範囲で、幅は１００−１０００ミクロンの範囲である。元の表面に残った部分は１つあるいは複数の「うね」（山部、凸部）であり、この実施例においては「螺旋うね」５４である。かくしてシリンダ５０の外側は２つの領域を含む。即ち「うね」を含む凸部（皮相）領域と、溝を含む凹部領域である。
【００７５】
図３Ｂにおいて、金属スラブ６０が本発明に従って処理される。作業面は、他の要素（図示せず）との摩擦的相互作用が行われると、溝６２を有し、凹部領域を構成し、別の「うね」６４は、金属スラブ６０の作業面の皮相（凸部）領域を形成する。
【００７６】
領域パターン
上記したように、本発明の一実施例は、潤滑剤滞留／吸引領域としての「凹部」と、潤滑剤排斥領域としての皮相「うね」である「凸部」とを有する。図４Ａ−Ｆには、「凹部」例えば微細溝の代表的なパターンが示されている。これは本発明の実施例の構造態様に適したものである。図４Ａ、４Ｂは様々な密度の正弦波パターンを示す。図４Ｃは重なり合った正弦波を含むパターンを示す。図４Ｄは孔のパターンを示す。図４Ｅは菱形孔のパターンを示す。図４Ｆは螺旋パターンを示す。これらの選択的事項としてのパターンの種類は非常に多く、ここに示した例は代表例の一部を示すに過ぎない。
【００７７】
作業面の処理
本発明による処理は、潤滑剤排斥領域を有する表面を形成することに関係する。本発明の実施例において、表面は、潤滑剤滞留（親潤滑剤）領域と潤滑剤排斥（撥潤滑剤）領域の両方を有する複合表面である。好ましくは、潤滑剤排斥領域は、作業面の凸部（皮相）領域である。この領域は、作業面を機械的に処理すること、あるいは皮相領域を、潤滑剤を排斥する（寄せ付けない、即ち撥水処理する）コーティング材料でコーティングすることのいずれかで形成できる。
【００７８】
ある実施例においては、特定の摩擦特性を具備させるための作業面の機械的処理は、作業面のレリーフ（起伏）の変化を必要とする。図５に示す作業面を条件付ける好ましいプロセスにおいては、凹部領域を形成し凸部領域をコンディショニングするプロセスは、次の順に行なわれる。ステップ９０において、作業面をアブレージングすることと／又はラッピングすることにより機械加工して高レベルの平坦さと最終表面を得る。ステップ９２において、凹部領域を形成する。ステップ９４において、皮相（凸部）領域のコンディショニング（条件付け）が行なわれる。
【００７９】
ラッピングは、皮相（凸部）領域のコンディショニングに適した好ましい技術である。ラッピングは、非常に良好な平坦さと非常に良好な最終仕上げを達成する。このラッピング技術は、自由に移動する／浮遊する研削材を使用し、固定研削材を用いるグラインド技術とは対照的である。
【００８０】
図６Ａは、相互作用表面１００を示し、相互作用表面１００の作業面１０２が、本発明の実施例により処理される。この表面の断面図を図６Ｂに示し、その部分拡大部を図７Ａ−Ｄに示す。図７Ａに、加工前の表面（加工前表面）１０６が示されている。図７Ｂに、平らになった機械加工後表面が示されている。図７Ｃに、微細溝１０８が形成された後の表面が示されている。次のステップにおいて、図７Ｄに示すように、作業面は、潤滑剤排斥／排除特性を皮相領域１０９に付与／形成するために、変質される。新たな層１１０が、皮相領域１０９内に形成される。
【００８１】
ラッピングステップを微細溝生成ステップの後に実行する理由は、表面上に凹状の微細構造を形成すると、突起部が表れるからである。このような突起部は、構造上の変化をレーザ加工で行った場合でも、表れる。これを図８Ａ−Ｂに示す。図８Ａにおいて、作業面の断面がライン１２０で示されている。図８Ｂにおいて、微細溝１２１が形成されるが、この際突起１２２が伴う（形成される）。図８Ｃにおいて、皮相領域が、ラッピングと突起部の水平除去化ステップと塑性変形層１２４を生成するステップにより処理される。この領域は潤滑剤排斥領域である。微細レリーフ形成ステップが皮相領域の形状と特性に影響を及ぼさない場合には、このマイクロレリーフ形成（微細溝生成）ステップを最後に行ってもよい。
【００８２】
上記したように、ラッピングは、本発明による、機械要素の作業面の特性を得る好ましい機械的最終仕上げ方法である。ラッピングはラップ盤を使用して行われ、ラップ盤の表面は、処理された機械部分の作業面よりも軟らかい。砥粒（abrasive grit）は、ラップ盤の表面よりも遙かに硬くなければならず、かつ処理された作業面よりも硬くなければならない。砥粒は硬すぎても脆すぎてもいけない。ダイアモンド粒は発明のラッピング技術には適当なものではない。酸化アルミが、本発明によれば、様々なラッピング表面と作業面に対する適した研削材であることが見出された。
【００８３】
図９Ａ−Ｂは本発明のラッピングプロセスの進行中のステップを表わし、これにより作業面のコンディショニングが促進される。初期状態は図９Ａの顕微鏡写真レベルで示される。（ワークピース１３１上の）作業面１３２の不規則形状が、ラップ盤１３４に向かい合っており、それらの間の距離は不規則である。研削材粒子１３６と他の物質は、ラップ盤１３４内に一部食い込んでおり、かつそれよりは少ない量だけ作業面１３２にも食い込んでいる。作業面１３２とラップ盤１３４は、矢印１３８で示されるよう相対移動する。この動きは、瞬間速度Ｖを有する。
【００８４】
図９Ｂにおいて、ある程度のラッピング動作が行なわれと作業面１３２の不規則性が減る。表面間の相対的運動の結果として、研削材粒子１３９が、ある程度丸められ、表面に対して「こする作業」の間に、鋭いエッジの一部が失われる。
【００８５】
最初は、研削材粒子１３６が作業面１３２内に入り込み、プロセスが継続するにつれて、材料をそこから削り取り、研削材粒子１３９は丸みを帯び、処理済みの部分からは更に材料は取り除かれない。代わりに、ラッピング動作がワークピース１３１の作業面１３２の弾性変形を引き起こし、その結果作業面１３２の微細硬度（micro-hardness）を増加させる。作業面１３２上の硬くなった層が、潤滑剤に対する排斥特性に特に関与する。
【００８６】
図９Ｃ(i)-(iii)は、本発明のラッピングプロセスとシステムにより、コンディショニングされた作業面を表わす。図９Ｃ(i)において、ワークピース１３１の作業面１３２は、ラップ盤１３４の接触面１３５に向かい合う。図示されたような一般的な研削材粒子１３６を有する研削材ペーストが、作業面１３２と接触面１３５との間に配置される。従来のラッピング技術と同様に、ラップ盤１３４の接触面１３５は、作業面１３２よりも大きな耐摩耗性と低い硬度とを有する材料から形成される。研削材粒子の組成とサイズの分布は、意図した通り作業面１３２を容易に摩耗させるよう、例えば所定の粗さ（凹凸）程度まで表面の凹凸を減らすように、選択される。
【００８７】
負荷が、作業面１３２と接触面１３５の法線方向にかけられ、これにより研削材粒子１３６が作業面１３２と接触面１３５に食い込み、圧力Ｐが作業面１３２内に食い込まれた研削材粒子１３６の断面にかかる。研削材粒子１３６が作業面１３２内に食い込む深さをha2とし、研削材粒子１３６が接触面１３５内に食い込む深さをhb2とする。一般的に研削材粒子３６がラップ盤３４内に組み込む量hb2は、ワークピース３１への食い込み量ha1よりもはるかに大きい、hb2>>ha2である。重要なことは、本発明の接触面１３５の変形は弾性特性を有するため、研削材粒子１３６の接触面１３５への食い込み量は、同一の研削材粒子が従来技術の接触面（同一の圧力Ｐの基で）への食い込み量よりも遙かに大きい。即ちhb2>hb1,である。ここで、hb1は図１Ｃ(i)で定義されている。研削材粒子１３６の作業面１３２へ内での食い込み量ha2は、従来技術のha1よりも遙かに小さい。ha2<ha1である。
【００８８】
図９Ｃ(ii)において、ワークピース１３１とラップ盤１３４は相対速度Ｖで移動するものとする。ワークピース１３１とラップ盤１３４との間の相対速度Ｖと圧力Ｐとは、研削材粒子１３６が、ナイフのように機能して、ワークピース１３１から表面材料のチップを削り取るような大きさである。このチップは、通常従来技術のラッピング技術により作業面から削り取られるチップよりも遙かに小さい。
【００８９】
図９Ｃ(ii)-(iii)において、相対速度Ｖは、速度に対応する剪断力Ｑが圧力Ｐに対し十分大きく、その結果研削材粒子１３６上の合成力ベクトルＦの方向により、研削材粒子１３６が回転するような大きさである。この回転の間、ラップ盤１３４と接触面１３５の弾性により、従来技術に比較して、研削材粒子１３６内の内部歪みは小さくなる。その結果通常の研削材粒子１３６は粉砕あるいは破壊せず、表面の角は丸みを帯びる。この丸くなった現象の理想的状態を図９(iii)に示す。
【００９０】
本発明の作業面は、表面の様々な微細特性に影響を及ぼす固有の微細構造を有する。本発明のラッピングシステムは、作業面の微細構造を改善するために、作業面に弾性変形を引き起こす（必ずしもこの理論に拘こだわるものではないが）と考えられる。
【００９１】
改善された微細構造の顕著の点は、微細硬度が大幅に増加した点である。他の顕著な点は、図１０Ｂ−１と図１０Ｂ−２に示す本発明の表面のぬれ特性(characteristic wetting property)である。基準（参考）表面のぬれ特性を、比較のために、図１０Ａ−１と図１０Ａ−２に示す。
【００９２】
参考表面の試験片と本発明の表面の試験片の両方は、アニールしたＳＡＥ４３４０スチール（ＨＲＣ＝５４）で製造された。一滴のＣ２２オイルが、各試験片の表面全体に散布され、その結果カバレッジあるいはウエッティング（濡れ性）は、ほぼ１００％であった（即ち表面の１００％が濡れた）。その後濡れた領域は、時間の経過とともにモニターされた。図１０Ａ−１は、油滴が散布されてから５秒後の参考作業面を示し、図１０Ａ１−２は、油滴が散布されてから６０秒後の同一の作業面を示す。予想通り、参考表面の試験片は、オイルの層に完全にカバーされ、テスト期間中（２４時間）に渡って完全にカバーされ続けた。
【００９３】
図１０Ｂ−１，１０Ｂ−２は、最初にオイルでカバーされた本発明の作業面のウエットパターンを表わす写真である。図１０Ｂ−１は、オイル滴の散布後５秒後の本発明の作業面を表わす。図１０Ｂ−２は、オイル滴の散布後６０秒後の同一の作業面を表わす。参考試験片とは対照的に、濡れた表面は、秒単位で急速に減少している。
【００９４】
この無次元数の特性である「ぬれ係数」は次式で定義される。A(t)／A0である。ここでA(t)は、時間の関数としての作業面の公称ぬれ表面積を表わし、A0は、作業面の公称表面積である。前記の比率は、ｔ＝０の時１であるが、僅か５秒後には０．８５である。１分後には、ぬれ係数は０．２５以下となる。上記に議論したように、本発明の作業面の液体排斥品質は、摩擦と摩耗の減少と、焼き付けリスクの減少と、このような表面を組み込んだ機械要素の動作寿命の延長に関与している。
【００９５】
ラップ盤の接触面に対する機械的基準
ラップ盤を薄い（例、０．０５−０．４ｍｍ）幾分弾性的な層でコーティングすると、コンディショニングされた作業面の微細硬度と潤滑剤排斥の両方を促進する。このような層が満たすべき機械的基準は以下である。
（１）ラッピングプロセスを用いられる研削材ペーストに対する耐摩耗性。
（２）個々の研削材粒子が層内に入り保持されるような弾性変形。個々の研削材粒子が作業面と接触している間回転すると、弾性変形により、粒子と作業面との間にかかる様々な圧力に従って、様々な深さの層内に粒子が食い込む。従って、研削材粒子は、作業面に対し回転し、時間と共により丸みを帯びるが、粉砕される（より微細な粉末に砕かれる）ことはない。
（３）層の硬さは、層が研削粉末を破損したり細かくしないように選択される。
（４）層のラップ盤ベースへの強い接着力。
【００９６】
エポキシセメントとポリウレタンの２５対７５から９０対１０の重量比の混合物が、ラッピング・ツールの接触表面を形成するのに適している。エポキシセメント／ポリウレタン混合物では、エポキシが、硬度とラッピング・ツールのベースへの接着性を提供し、ポリウレタンが、必要な弾性特性（elasticity）と耐摩耗性（wear-resistance）を与える提供する。ポリウレタンは、作業表面上へのカーボン含有コーティング層の堆積に十分に寄与する。これについては以下詳述する。エポキシセメント／ポリウレタン混合物の生成は、公知の合成と製造技術を用いて行うことができる。
【００９７】
より好ましくは、エポキシセメント対ポリウレタンの重量比は、１対２から２対１の範囲であり、より好ましくは３対５から７対５の範囲である。
【００９８】
ラッピング・ツールの弾性層（elastic layer）の絶対量に関しては、弾性層は、ポリウレタンを含まなければならず、少なくとも１０重量％、より好ましくは２０重量％から７５重量％の間、より好ましくは４０重量％から７０重量％の間、最も好ましくは４０重量％から６５重量％の間のポリウレタンを含むのがよい。
【００９９】
弾性層は、エポキシを含まなければならず、好ましくは１０重量％、より好ましくは、少なくとも３５重量％、更に好ましくは、少なくとも４０重量％、更に好ましくは、４０重量％から７０重量％の間のエポキシを含むのがよい。
【０１００】
好ましくは本発明の接触表面（ラッピング・ツール表面）は、以下の物理的特性と機械的特性の組み合わせを有しなければならない。
・Shore D 硬度は、４０−１００の間で、より好ましくは、６５−９５の間であり、最も好ましくは７０−８０の間である。
・ASTM 標準D256-97による耐衝撃性（ノッチによる）は、３−１２J/mの範囲内で、より好ましくは、４−９J/mの範囲内であり、最も好ましくは、５−８J/mの範囲内である。
・ラッピング・ツールベースに対する接着強度は、好ましくは少なくとも１０kg/cm2で、より好ましくは少なくとも５０kg/cm2で、最も好ましくは少なくとも８０kg/cm2であり、更に又好ましくは少なくとも１００kg/cm2で、最も好ましくは少なくとも１２０kg/cm2である。
ラッピング・ツールベースと／又は特定の作業表面が使用されるアプリケーションにおいては、以下詳述する。
当業者は、上記の物理的特性と機械的特性を満たす様々な材料及びそれらの組み合わせを容易に見いだすことができる。
【０１０１】
実験室においては、スティール（AISI 1040）・サンプル４０３が研磨され、その後、研削ペースト（アルミナ粒子を含む）と、ラッピング・ツールと本発明の方法により機械加工された。
【０１０２】
標準サンプル４０は、AISI 1040スチールであるが、研削されたが、これ以上の処理は行われなかった。
【０１０３】
表面と深さ方向におけるＦｅサンプルの元素組成の濃度分布（"sputter depth-profling"）は、制御したアルゴニイオン照射と組み合わせたオージェ電子蛍光法（Auger Electron Spectroscopy (AES)）で測定できる。
【０１０４】
AES深さプロファイルの試験結果を、標準サンプル４０に対し、図１１ａにプロットし、スティール・サンプル４０３に対する試験結果は、図１１ｂにプロットしている。炭素（Ｃ）酸素（Ｏ）鉄（Ｆｅ）の協働ピークが、各サンプルの表面層の最初の６０ｎｍの定量元素分析を提供する。
【０１０５】
図１１ａでは、標準サンプル４０の表面（スパッタ時間ゼロ）は、２０％Ｆｅと、４４％Ｃと、３６％Ｏとを（原子％）を含む。これとは極めて対照的に（図１１ｂでは）、スティール・サンプル４０３の表面は、実質的に０％のＦｅと、約８８％のＣと、１２％のＯとを含む。
【０１０６】
図１１ａでは、スパッタ時間が増加すると、AES深さプロファイルは、標準サンプル４０のＣ（カーボン）の量は、急速に、１−２ｎｍ内で、約５％に減る。一方、Ｆｅは、表面から４ｎｍの深さの場所で、８５％以上に急上昇する。
【０１０７】
図１１ｂでは、これとは対照的に、AES深さプロファイリングは、スティール・サンプル４０３のＣの量は、徐々に減り、殆ど４０−５０ｎｍで、約１０％迄一直線に落ちる。２０ｎｍの深さの場所で、スティール・サンプル４０３のＣの量は、約５０％であり、これは、表面における標準サンプル４０のＣの量よりも大きい。同様に、Ｆｅの量はＣの量の減少と共に大きく上昇する。その結果、表面から２０ｎｍの深さの場所で、スティール・サンプル４０３の鉄の量は、依然として５０％未満である。
【０１０８】
図１２ａを参照すると、ラッピング・ツールと本発明の方法を用いると、驚くべきことに、極端に薄い、通常ナノメートル（ｎｍ）級の固体のカーボン含有コーティング層（即ちフィルム）４２０が、作業表面４１０上に形成されることが見いだされた。カーボン含有のコーティング層の実質的な供給減（ソース）は、必ずしも排他的意味ではなく、本発明のラッピング・ツールの表面上のカーボン含有材料である。別の構成としてあるいはこれに付加するものとして、カーボン含有コーティングのソースは、ラッピングプロセスで使用される研削剤ペーストに付加されるカーボン含有粒子と材料（例、ポリマー材料）でもよい。
【０１０９】
一般的に、作業表面４１０から突出する突起４１２，４１４は、コーティング領域４２０によりカバーされる。図１２ｂは、図１２ａの作業表面４１０の一部を示すが、コーティング層４２０は、特に突起をカバーする領域で摩耗を示す。最終的に突起そのものが、例えば作業表面４１０が、摩耗する。この状態において、突起４１４の露出した露出表面領域４１６は、露出したコーティング層４２２に包囲される。その結果、露出表面領域４１６の近傍の潤滑剤は、露出したコーティング層４２２から、突起４１４の露出表面領域４１６の方向に移動し、その結果優れた潤滑状態が維持される。
【０１１０】
図１２ａ−ｂのコーティングされた作業表面は、従来のコーティングされた作業表面及びここに示した他のコーティングされた作業表面（例、図１４Ａ−１４Ｃに記載した作業表面）とは、様々な基本的な点で異なる。
これらの相違点は、以下のものを含む。
（１）図１２ａのコーティング層（フィルム）は、ナノメートル級のフィルムで、最大２００ｎｍの平均厚さ、より好ましくは５−２００ｎｍの平均厚さを有する。通常、ナノメートル級のフィルムの平均厚さは、５−１００ｎｍである。優れた実験結果が、平均厚さが５−５０ｎｍのナノメートル級のフィルムの作業表面に対し得られた。これとは対照的に、図１４Ａ−１４Ｃに記載したプラスチックコーティング層は、溝の深さに等しい厚さを有し、数ミクロン（数千ｎｍ）を常に超えている。
（２）  ナノメートル級のフィルムの堆積は、本発明のラッピング方法で実現される。
（３）  ナノメートル級のフィルムの材料ソースは、ラッピング・ツールの本発明の接触表面からのものである、あるいはペースト内の材料からである。
（４）  ナノメートル級のフィルムは、作業表面のナノメートル級の外形を充填することにより、緊密に結合される。
（５）  ナノメートル級のフィルムは、作業表面に強力に接着される。従って、フィルムは、従来のコーティングを特徴づけるピーリング（皮剥け）、フレーキング（断片化）、スクランプリング（剥離）の現象を伴うことはない。
（６）  マイクロレリーフの形成は、ナノメートル級のコーティング層の堆積の前に、実行される。
【０１１１】
更に強調すべきは、ナノメートル級のフィルムが、一方の側でワークピースの表面に接合され、反対側で、ナノメートル級のフィルムは、ワークピースの作業表面となり、潤滑材と、そして作業表面とその対向表面と（その上負荷が掛かる）との相対移動から生じる摩擦力とに晒される。
【０１１２】
図１３は、本発明の摩擦システム５００を表す図である。摩擦システム５００は、負荷Ｌを胆持する作業表面５０３を有する回転する回転ワークピース５０２（回転メカニズムは、図示しないが標準のものである）と、固定要素（ブッシング）５０４内に配置される対向表面と、回転ワークピース５０２と固定要素（ブッシング）５０４との間に配置される潤滑剤（図示せず）とを有する。作業表面５０３は、本発明の作業表面である。凹んだ領域（溝５０６）は、潤滑剤の貯蔵庫及び屑の集積所として機能する。
【０１１３】
更に強調すべき点としては、本発明のラッピング方法とそれにより生成される本発明の作業表面は、作業表面に溝パターンを形成した後、同一の溝パターンと組み合わせた従来のラッピング表面に比較して、驚くべき高性能を示した。これは、実験的に立証されている（例、固定ブロック３と表４を参照のこと）。
【０１１４】
本発明の他の実施例においては、プラスチックコーティングが作業表面上に形成されるが、これは、皮相領域を機械的にコンディショニングする代わりに、行われる。
【０１１５】
作業表面をコーティングする手順は、最初に、コーティングのプリカーサ（前駆体）で作業表面をカバーすることを含む。本発明の実施例による作業表面の処理の主要な段階は、図１４Ａ−Ｃに示す。図１４Ａにおいて、作業表面は１５０で示す。図１４Ｂにおいて、プラスチックコーティング層１５２は、作業表面１５０の上に形成される。プラスチックコーティング層１５２が形成された後、プラスチックコーティング層１５２の一部が、作業表面１５０とプラスチックコーティング層１５２をマイクロ溝形成処理を行うことにより、取り除かれる（図１４Ｃ）。マイクロ溝即ちリセス１５４は、プラスチックコーティング層１５２を貫通して、作業表面１５０に到達する。この実施例において、隆起部１５３は、プラスチックコーティング層１５２からなる表面を有し、皮相領域を形成し、プラスチックコーティング層１５２は、凹部（リセス）を形成する。この凹部領域は、皮相領域よりも、作業表面に加えられる潤滑剤にとって、より好ましいものである。
【０１１６】
本発明の他の実施例においては、作業表面は研磨により前処理される。その後、この表面は、孔を有する潤滑剤排斥テープの層により、コーティングされる。この手順の結果を図１５に示す。作業表面１６０は、プラスチック製の多孔性シート１６２によりカバーされる。多孔性シート１６２は、孔１６４が開けられ、その後コーティングされる。
【０１１７】
凹部領域の形成
凹部領域を形成するために、作業面は、複数の凹部を得るために、マイクロ構造化される。これは、従来公知の様々な方法、例えば機械的切削、レーザ溝形成作業、化学エッチングにより行なわれる。機械的部品内に一定のマイクロレリーフを形成する方法は非特許文献１に開示されている。
【０１１８】
本発明の他の実施例においては、本発明の作業表面は、流体を移送するための管あるいは導管の表面の内側壁として用いられ、内壁の表面の摩耗を低減し、流体を送出する圧力損失とエネルギーコストを低減する。
【０１１９】
本明細書と特許請求の範囲において、用語「導管」は、少なくとも１つの流体を移送するために用いられる管を表す。用語「導管」は、チューブ、パイプ、解放導管、ポンプの内側表面を表す。
【０１２０】
図１６は、管１８２内を移送される流体の速度プロファイル１８０の断面を示す図である。本発明の作業表面の独自の表面構造とエネルギーにより、壁１８４の内側作業表面１８３に隣接する接着力が大幅に低減できる。内側作業表面１８３に隣接する境界層の厚さは大幅に低減され、その結果、バルク相の流れ（bulk-phase flow）は、従来の金属製導管よりも、壁１８４により遙かに近くで、発生する。
【０１２１】
本発明の他の実施例においては、本発明の作業表面と、本発明のラッピング方法と、本発明の装置は、人工関節、例えば人工股関節の製造に用いることができる。従来の股関節は、複数の不具合点があり、これにより、使用中の効力が減少したり、その製品寿命が短くなる。第１の不具合点として、関節置換手術後、患者の身体により生成される滑液が、大幅に薄まり、最初にあった滑液の８０％程度の粘性となるので、人工関節の構成要素は流体フィルム（滑液）により互いに完全に分離されなくなる。人工関節に使用される材料及び滑り系統のパラメータにより、２種類の潤滑のみが可能となる。即ち、（i）混合潤滑と（ii）境界潤滑である。かくして、負荷が、プラスチック製又は金属製の許広骨臼(acetabular)ソケット表面上でスライドする金属製の大腿部ヘッド表面により、胆持される。その結果、構成要素の加速的摩耗を引き起こし、摩耗力を増加させ、関節構成要素が緩むことになり、最終的に関節が動かなくなる。
【０１２２】
超高重量ポリウレタン（ultra-high-weight polyethylene (UHMWPE)）製キャップの高い摩耗速度は、金属製のヘッドがキャップ内を貫通するのを増加させ、異常な生体力学となり、これによりキャップの緩みを引き起こす。更に、ポリウレタンの屑 （debris）は、キャップの摩耗により生成され、好ましくない組織の反作用を引き起こし、プロテーゼ構成要素の両方の緩みを引き起こし、他の合併症を引き起こすことがある。摩耗が増加することにより、金属製の摩耗粒子が生成され、これがプロテーゼの近傍の組織を貫通する。更に、繊維性のカプセルが、主にコラーゲンにより形成されるが、しばしば金属製とプラスチック製摩耗粒子を包囲する。金属製構成要素の摩耗は、金属イオンを生成し、これが他の粒子と共に移植されたプロテーゼから患者の様々な内部器官に移動する。これらの現象は、プロテーゼの使用に悪影響を及ぼす。
【０１２３】
更に、骨の粒子と骨セメント粒子は、外科手術の間キャップ内に残るか、あるいは関節動作の間ヒップとキャップとの間の接触領域にはまり込み、キャップ表面内に埋設される傾向がある。これらの埋設された骨の粒子により、ヘッドに損傷を与え、キャップに大きな摩耗を引き起こす。
【０１２４】
マイクロレリーフ技術を用いたヘッド摩擦表面の処理は、摩擦表面の摩耗を低減されるが、このことは、非特許文献２に記載されている。マイクロレリーフ技術により、潤滑特性と摩耗特性が改善され、摩耗くずと、骨粉と、骨セメント粒子とが、関節のオス型構成要素とメス型構成要素との間の摩擦領域から取り除くのを容易にする。
【０１２５】
しかし人工関節の摩擦と摩耗を低減する更なる改善が必要とされている。本発明の他の実施例によれば、図１７に示すように、金属製ジョイント・ヘッド４４１が金属製キャップ４４２に係合する。好ましくは、金属製ジョイント・ヘッド４４１は、従来公知のマイクロレリーフ技術による溝４４４（例えば、リセス、ポア等）を有する。より重要なことは、金属製ジョイント・ヘッド４４１は、本発明のラッピング方法により処理され、本発明の作業表面を生成する。
【０１２６】
好ましくは、金属製ジョイント・ヘッド４４１の表面は、ごく薄い通常ナノメートル級のカーボン（又はポリマー材料）含有のコーティング層（あるいはレイヤ）で、コーティングされる。これは図１２ａで参照して説明した通りである。
【０１２７】
実験例１
実験装置を図１８に示す。交換可能な直径３０ｍｍのカーボンスチール製のディスクの組を、例えば軸の周囲を回転可能なディスク１８６の交換可能な組を、平坦なカウンター・プレート１９２に対し回転させて摩耗を測定する。このディスク１８６は、カーボンスチール製のグレード１０４５で２７−３０のＨＲＣを有する。電気モータ１９０が、回転トルクを与える。カウンター・プレート１９２は、銅合金（ＵＮＳ Ｃ９３７００（ＨＲＣ＝２２−２４））製で、平均粗さ（Ｒａ）が０．４マイクロ・メータまで研削される。カウンター・プレート１９２は、サポート１９４を有する。このサポート１９４は、ディスク１８６にかかる力を制御するため、調整可能な高さを有する。
【０１２８】
制御ディスクは、従来のグラインド仕上げ（Ｒａ＝０．４マイクロ・メータ）を有し、一方テスト用ディスクは、ディスクの微細溝面１９６により更に処理され、その後本発明によりラッピングされた。実験中１００Ｎの永続負荷が、カウンター・プレート１９２の方向にディスクに加えられる。Amoco Industrial Oil ３２（ＡＳＴＭ１５０Turbine Oilと等価）の一滴が、乾燥した摩擦表面上に散布された。その後モータを駆動して一定の回転速度２５０ｒｐｍを達成した。焼き付け（停止）時間、回転の開始時から動きが焼き付けにより停止するまでの累積時間が測定された。
【０１２９】
１６−１８分後に全ての制御ディスクが焼き付けで停止した。対照的に、本発明により、マイクロ微細溝を形成しラッピング処理されたディスクは、停止せずに４０時間以上回転し続けたが、その時点で実験を終了した。処理されたディスクの焼き付けは起こらなかった。
【０１３０】
実験においては、ディスクは１８０ｒｐｍで回転させた。制御ディスクの群は、研削により最終処理が施された。第２群のディスクには微細加工溝が形成された。第３群のディスクには、本発明により微細加工溝が形成され、ラッピングが施された。一滴を垂らしたテスト結果を表１に示す。焼き付けまでのディスクのパス（走行距離）と、摩擦係数と、摩耗強度（カウンター・プレート上に形成されたピークの深さをディスクの摩擦結果として測定した）とが計算された。
【０１３１】
表１：カウンター・プレートに対し回転するディスクの実験結果
ディスクの            焼き付け迄の      摩擦係数      摩耗強度
表面処理              計算パス（Km）                 mm3/Km
Ｇ                          1.5         0.1−0.2         0.2  
Ｇ＋Ｍ                      8.7         0.08−0.12       0.02
Ｇ＋Ｍ＋Ｌ  （少なくとも  ）297        0.03−0.04        0.001
Ｇ：研削
Ｍ：微細溝加工
Ｌ：ラッピング
【０１３２】
本発明の作業面は、摩擦力に関係する様々な機械要素内に組み込まれ、摩擦と摩耗と焼き付けのリスクを低減し、この要素の動作寿命の長期化が得られる。孔空きのアプリケーションにおいては、作業面の品質が改善され、最大３０％の電力消費が観測された。
【０１３３】
内燃機関においては、本発明の作業面とそれを生成する本発明のシステムが、１２０ｍｍのスリーブで１０８ｍｍの直径のシリンダのディーゼルエンジン（オートバイ用）に適用された。テスト結果は、所定の性能レベルに対しては、本発明の作業面を有するスリーブの使用は、従来のスリーブに比較して、燃料消費を低減させた。更に、本発明の作業面を有するスリーブは、特に長い寿命とオイル消費の減少が得られた。
【０１３４】
本明細書及び特許請求の範囲に使用される、用語「液体滞留領域」は、作業面へオイルを散布しその６０分後に、無次元の特性であるぬれ係数が０．９５、特に、０．９８以上の作業面の領域を意味する。
【０１３５】
明細書と特許請求の範囲で使用される、無次元の特性であるぬれ係数は、A(t)／A0  で示される。ここでA(t)は、時間の経過とともに作業面が濡れている面積であり、A0は、作業面の公称表面積である。A(t)を決定するのに使用された液体は、ＮＯ．２２の工業用オイルである。
【０１３６】
明細書と特許請求の範囲で使用される、ＮＯ．２２の工業用オイル、「Ｃ２２の工業用オイル」とは、機械的アプリケーション用の、４０℃において〜２２センチストロークの粘度を有する標準の工業用オイルを意味する。
【０１３７】
明細書と特許請求の範囲で使用される、作業面に対する公称表面積等は微細構造にかかわらず平面寸法に基づいた表面の表面積を意味する。例えば四角形４ｃｍ×４ｃｍの作業面の公称表面積は、１６cm2である。
【０１３８】
実験例２
ブロック・トリボ・テスタ(block tribo-tester)上のローラを用いて、本発明により処理されたワンドロップテストでのローラの摩擦特性を評価した。テストリングは図１９に示す。回転ローラ２をある負荷Ｐで固定ブロック３に接触させ、非常に少量の潤滑剤（ワンドロップ）が接触面に塗布された。力伝達機４を用いて摩擦力Ｆを測定し、近接プローブ９でギャップの変動を測定した。かくして回転ローラ２と力伝達機３の全摩耗量が得られる。摩擦と摩耗の両方は、時間の経過と共に連続的にモニターされ記録された。テストは次の３つ事象のいずれかが発生したときに停止した。（ａ）摩擦係数Ｆ／Ｐが０．３の値に達したとき、（ｂ）焼き付けがローラとブロックの間で開始したとき（突然鋭い摩擦の増加とそれに対応したノイズの増加により特徴づけられる）、（ｃ）摩擦が最大値に達しその後減少を開始した時点。テスト継続時間は、テストの開始時から上記の事象（ａ）又は（ｂ）のいずれかが発生したことによりテストの終了時までの経過した時間、あるいは事象（ｃ）の場合には、最大摩擦に対応する時間までとして定義した。この特殊なケース（ｃ）の場合には、テストは完全に停止するまでテスト持続時間を２０分超えるまで継続された。各新たなテストに対しては、力伝達機３はホルダ６内を水平方向に移動して新しい接触点を提供した。
【０１３９】
テストが、６個のスチール製のローラ試験片に対し、カウンター表面としてブロンズ（青銅）製ブロックを用いて、行なわれた。ローラ＃１とローラ＃６は、以下の表２に示すように、参考用ローラである。ローラ＃２−５に、本発明により様々なマイクロレリーフと様々な溝パターンと溝領域が形成された。室温におけるＳＥＡ４０を潤滑剤として用いた。オイルの一滴が、回転ローラ２上に落とされ、その後ブロンズ（青銅）製ブロック３と軽く接触（１８Ｎ負荷）させ、手動で円周全体に渡ってオイルを拡散するよう、２回転させた。ブロックに加えられた過剰なオイルの量は、クリーンなペーパータオルで拭い取られ、ローラのみが潤滑状態にある。負荷をＰ＝１５０Ｎレベルまで増加させ、テストは、１０５±５ｒｐｍのローラ速度で開始した。
【０１４０】
表２は、各ローラの分単位のテスト持続時間を表わし、テストの停止の原因となった事象の種類を示した。図２０は、各ローラに対するテストの停止点における摩擦係数を示す。
【０１４１】
参考用ローラ＃１は、非常に短い６分後に摩擦係数０．２３で焼き付けで停止した。ローラ＃６は、連続的に増加する摩擦を示し、テストは２１分後に摩擦係数は０．３で停止し、焼き付けが発生した。本発明により処理された全てのローラ（＃２−＃５）は、ある最大値までは摩擦が増加し、その後摩擦が減少した。この４個のローラの最大摩擦係数は、最大０．１８である。ローラ＃５は、０．１１の摩擦係数を有し、これは６個のローラの内の最低摩擦係数であった。
【０１４２】
摩擦長さ（Ｌ）の関数として、摩擦係数（μ）と摩耗（ｈ）のグラフを、図２１に示す。
【０１４３】
表２
ローラ#      1（参考用） 2          3          4          5          6（参考用）
ローラ材料  SAE4340   SAE4340    SAE4340     SAE4340     SAE4340    SAE4340
ローラ準備  研削表面   CMR表面   CMR表面    CMR表面    CMR表面    無突起微細凹凸
Ra=0.2μ   Ra=0.2μ   Ra=0.2μ   Ra=0.2μ   Ra=0.2μ   Ra=0.2μ
熱処理      HRC 52-54  HRC 52-54  HRC 52-54  HRC 52-54  HRC 52-54  HRC 52-54
試験期間（分）  6      52         53         25           37           21  
停止原因        B      C          C          C            C            A&B
注：ＳＡＥ４３４０は、スチール製ＳＡＥ４３４０である。
ＣＭＲ表面は、本発明のＣＭＲ表面である。
【０１４４】
実験例３
ブロック・トリボ・テスタ(block tribo-tester) 上のローラを用いて、ワンドロップテスト(one drop test)により、ローラの摩擦特性を評価した。スライド滑り距離テストを、４個の硬化処理したスチール製のローラ試験品のそれぞれに、硬化処理したスチール製ブロックを対向表面として用いて、行った。
【０１４５】
（１）  ローラ試験片Iは、従来のラッピング方法を用いて準備した。
（２）  ローラ試験片IIは、本発明のラッピング方法を用いて準備した。
（３）  ローラ試験片IIIは、溝を形成した後、ローラ試験片Iを準備する際に用いられた従来のラッピング方法により準備した。
（４）  ローラ試験片IVは、溝を形成した後、ローラ試験片IIを準備する際に用いられた本発明のラッピング方法により準備した。
【０１４６】
滑り試験の結果を表４に示す。本発明のラッピング方法を用いて準備されたローラ試験片IIは、スライド距離が１３７３メートルで、従来のラッピング方法により準備された基準となるローラ試験片Iのほぼ２倍の距離であった。驚いたことに、溝を形成したあと、ローラ試験片IIを準備した際に用いた本発明のラッピング方法により準備したローラ試験片IVは、９０６０メートルのスライド距離を達成し、これは、溝を形成した後ローラ試験片Iを準備するのに用いた従来のラッピング方法により準備されたローラ試験片IIIのそれの４倍であった。かくして本発明のラッピング方法は、従来のラッピング方法よりも良好な結果を示すが、本発明のラッピング方法と標準（従来）の溝形成方法との組み合わせにより、従来の溝形成とラッピング方法に対し、驚くほど高い性能を示した。
【０１４７】
表４
試験片                滑り距離（メートル）
ローラ試験片I                709
ローラ試験片II              1373
ローラ試験片III              2061
ローラ試験片IV              9060
【０１４８】
本明細書及び特許請求の範囲に記載した、用語「耐衝撃力」は 、ASTM STANDARD D 256-97と／又は ISO 標準STANDARD 180:1993により決められた kJ/m 単位でノッチによる耐衝撃力を示す。
【０１４９】
本明細書及び特許請求の範囲に記載した、用語「Shore D 硬度」は、標準のASTMテストにより刻印に対する材料の強さの尺度を意味する。
【０１５０】
プラスチックと硬いゴムの硬度テストは、通常Shore D テストで測定され、数値が多くなると、より強い耐衝撃強さを有する。
【０１５１】
本明細書及び特許請求の範囲に記載した、用語「自由に配置される」は、研削代粒子に対して用いられ、従来の通常のラッピング方法と同様に、研削代粒子が、自由に移動する（流れる）状態を示す。
【０１５２】
本明細書及び特許請求の範囲に記載したように、用語「緊密に接合される」は、フィルムと作業表面に対し用いられ、作業表面のマイクロ形状を補うような形状を有するナノメートル級の接着フィルムに対し用いられ、その結果、フィルムは、作業面の全体形状に沿って、作業表面の強固に接着される。
【０１５３】
以上の説明は、本発明の一実施例に関するもので、この技術分野の当業者であれば、本発明の種々の変形例を考え得るが、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。特許請求の範囲の構成要素の後に記載した括弧内の番号は、図面の部品番号に対応し、発明の容易なる理解の為に付したものであり、発明を限定的に解釈するために用いてはならない。また、同一番号でも明細書と特許請求の範囲の部品名は必ずしも同一ではない。これは上記した理由による。
【図面の簡単な説明】
【０１５４】
【図１Ａ】間に配置された潤滑層を有する機械的相互作用する表面の断面図（従来技術）。
【図１Ｂ】相互作用する突起を有する機械的相互作用する表面の拡大断面図（従来技術）。
【図１Ｃ】(i)-(ii)従来のラッピングプロセスで調整された作業面を表わす図。
【図２】本発明の一態様を一般化した技術概念を表わす図。
【図３Ａ】本発明による溝付きシリンダの側面図。
【図３Ｂ】本発明による溝附き作業面と金属プレートを表わす図。
【図４Ａ】本発明の一実施例による高密度正弦波形状溝のパターンを表わす図。
【図４Ｂ】本発明の一実施例による正弦波形状溝のパターンを表わす図。
【図４Ｃ】本発明による重なり合った正弦波を有する溝のパターンを表わす図
【図４Ｄ】本発明による溝の孔付きパターンを表わす図。
【図４Ｅ】本発明の一実施例による菱形の溝のパターンを表わす図。
【図４Ｆ】本発明の一実施例による螺旋溝のパターンを表わす図。
【図５】凹部領域を採用した本発明の一実施例による作業面を調整するプロセスを表わすフローチャート図。
【図６Ａ】本発明の相互作用する表面を表わす図。
【図６Ｂ】図６Ａの相互作用表面の側面図。
【図７Ａ】機械加工する前の表面の断面図
【図７Ｂ】水平になった表面の断面図
【図７Ｃ】微細溝を形成した後の水平表面の断面図
【図７Ｄ】調整された「うね」（凸部）を有する溝付き表面の断面図
【図８Ａ】処理前の本発明の作業面の断面図
【図８Ｂ】隆起部により包囲された微細溝が形成された後の作業面の断面図
【図８Ｃ】ラッピングした後の水平状態になった微細溝付き表面の断面図
【図９Ａ】本発明によるラッピングする前のラップ盤−作業面の断面図
【図９Ｂ】本発明によるラッピング後のラップ盤−作業面の断面図
【図９Ｃ】(i)-(iii)本発明のラッピングプロセスにより調整（条件）された作業面の更なる断面を表わす図
【図１０Ａ−１】オイルにより最初にカバーされた基準の作業表面の濡れパターンを表す写真であり、オイルドロップを分散した後５秒後の従来の作業表面を表す。
【図１０Ａ−２】オイルにより最初にカバーされた基準の作業表面の濡れパターンを表す写真であり、オイルドロップを分散した後６０秒後の同一の作業表面を表す。
【図１０Ｂ−１】オイルにより最初カバーされた本発明の作業表面の濡れパターンを表す写真であり、オイルドロップが分散された後５秒後の本発明の作業表面を表す写真。
【図１０Ｂ−２】オイルにより最初カバーされた本発明の作業表面の濡れパターンを表す写真であり、オイルドロップが分散された後６０秒後の本発明の作業表面を表す写真。
【図１１Ａ】従来の作業表面の様々な元素構成要素のスパッタ(sputter)深さプロファイルのプロット図。
【図１１Ｂ】本発明の作業表面の様々な元素構成要素のスパッタ(sputter)深さプロファイルのプロット図。
【図１２Ａ】本発明により作業表面上に形成した固体のカーボン含有フィルムを示す断面図。
【図１２Ｂ】作業表面の複数個のナノレイヤを除去した後の図１２Aの部分を表す図。
【図１３】本発明による代表的な摩擦システムを表す図。
【図１４】本発明により処理されたローラの摩擦特性を「一滴」テストで評価したテストリングを表わす図
【図１５】各ローラに対するテストの停止時の摩擦係数を表わす図で、横軸が「ローラ番号」を、縦軸が「摩擦係数」を、図中が「焼き付け」表す。
【図１６】本発明による内部作業表面を有する導管内を移送される流体の断面速度プロファイルを示す図。
【図１７】生体に移植するための人工関節を表す断面図。
【図１８】本発明により条件付けられたディスクをテストする為の実験装置の斜視図。
【図１９】本発明により処理されたローラの摩擦特性を評価するテストリングを表す斜視図。
【図２０】各ローラ用の、テストの停止点における摩擦係数を表す図。
【図２１】摩擦係数（μ）と摩耗（ｈ）を摩擦長さ（Ｌ）の関数としてプロットした図。
【符号の説明】
【０１５５】
２  回転ローラ
３  固定ブロック
４  力伝達機構
９  近接プローブ
２０  潤滑フィルム
３１  ワークピース
３２，３４  対向表面
３２  作業面
３４  ラッピング・ツール
３５  接触面
３６  研削材粒子
３８  突起
４０  標準サンプル
５０  シリンダ
５４  ラセンうね
６０  金属スラブ
６２  溝
６４  交互隆起部
１００  相互作用表面
１０２  作業表面
１０６  前機械加工表面
１０８  微細溝
１０９  皮相領域
１２０  微細溝
１２２  隆起部
１２４  塑性変形層
１３１  ワークピース
１３２  作業面
１３４  ラップ盤
１３５  接触面
１３６  研削材粒子
１３８  矢印
１３９  研削材粒子
１５０  作業表面
１５２  プラスチックコーティング層
１５３  隆起部
１５４  リセス
１６０  作業面
１６２  プラスチック多孔性シート
１６４  孔
１８０  速度プロファイル
１８２  管
１８３  内側作業面
１８４  壁
１８６  ディスク
１９２  カウンター・プレート
１９４  サポート
４０３  スティール・サンプル（ＡＩＳＩ１０４０）
４１０  作業表面
４１２，４１４  突起
４１６  露出表面領域
４２０  コーティング層
４２２  露出コーティング領域
４４１  金属製ジョイント・ヘッド
４４２  金属製キャップ
４４４  溝
５００  摩擦システム
５０２  回転ワークピース
５０３  作業面
５０４  固定要素（ブッシング）
５０６  微細溝
図中英文の翻訳
図１Ａ、１Ｂ：  従来技術
図１Ｃ（ｉ）、１Ｃ（ｉｉ）：  従来技術
図５：  ９０  作業面を機械加工する
９２  凹部相を形成する
９４  皮相面を調整する（条件付ける）
図９Ａ、９Ｂ：  １３２  作業面
１３４  ラップ盤
図１１ａ、１１ｂ：  ４０、４０３  サンプル
縦軸  原子分率
横軸  スパッタ時間、分（レート  １ｎｍ／ｍｉｎ）
図２０：  焼き付け
縦軸  摩擦係数
横軸  ローラ番号
図２１：  焼き付け
【図１Ａ】
2008511459.tif 000002
【図１Ｂ】
2008511459.tif 000003
【図１Ｃ（ｉ）】
2008511459.tif 000004
【図１Ｃ（ｉｉ）】
2008511459.tif 000005
【図２】
2008511459.tif 000006
【図３Ａ】
2008511459.tif 000007
【図３Ｂ】
2008511459.tif 000008
【図４Ａ】
2008511459.tif 000009
【図４Ｂ】
2008511459.tif 000010
【図４Ｃ】
2008511459.tif 000011
【図４Ｄ】
2008511459.tif 000012
【図４Ｅ】
2008511459.tif 000013
【図４Ｆ】
2008511459.tif 000014
【図５】
2008511459.tif 000015
【図６Ａ】
2008511459.tif 000016
【図６Ｂ】
2008511459.tif 000017
【図７Ａ】
2008511459.tif 000018
【図７Ｂ】
2008511459.tif 000019
【図７Ｃ】
2008511459.tif 000020
【図７Ｄ】
2008511459.tif 000021
【図８Ａ】
2008511459.tif 000022
【図８Ｂ】
2008511459.tif 000023
【図８Ｃ】
2008511459.tif 000024
【図９Ａ】
2008511459.tif 000025
【図９Ｂ】
2008511459.tif 000026
【図９Ｃ（ｉ）】
2008511459.tif 000027
【図９Ｃ（ｉｉ）】
2008511459.tif 000028
【図９Ｃ（ｉｉｉ）】
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【図１０】
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【図１１ａ】
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【図１１ｂ】
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【図１２ａ】
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【図１２ｂ】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年2月12日(2008.2.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷を担持する機械的要素の表面に金属製の負荷担持摩擦作業表面を生成するために、金属製の作業表面をラッピングする方法において、
（ａ）  以下の構成を含むシステムを用意するステップと、
（i）金属製作業表面を有する金属製ワークピースと、
（ii）前記作業表面に対向して配置された接触表面と、
前記接触表面の組成は、少なくとも１つのポリマーを有し、
前記接触表面のShore D 硬度は、４０−９０の範囲内にあり、
前記接触表面の耐衝撃力は、４−１２kJ/mの範囲内にあり、
（iii）前記接触表面と前記作業表面の間に自由に動けるように配置された複数の研磨粒子と
（ｂ）  前記接触表面と前記作業表面の法線方向に負荷をかけるステップと、
（ｃ）  前記作業表面と前記接触表面の間に相対運動を加えることにより、前記ワークピースをラッピングするステップと、
を有し
前記接触表面と前記研磨粒子が選択され、前記負荷がかかった状態で相対運動が行われて、
（i）前記研磨粒子の少なくとも一部が前記作業表面に食い込むように、少なくとも部分的な弾性相互作用を、前記接触表面と前記研磨粒子との間に起こさせ、
（ii）前記作業表面の少なくとも１つの表面特性を変化させる
これにより、負荷担持摩擦作業表面を生成する
ことを特徴とするラッピング方法。
【請求項２】
前記作業表面上にナノメータ級のポリマー層を堆積するよう、前記接触表面と前記研磨粒子が選択され、前記負荷のかかった状態で相対運動が行われる
ことを特徴とする請求項１記載のラッピング方法。
【請求項３】
前記ナノメータ級のポリマー層は、前記接触表面から少なくとも部分的に取り出される
ことを特徴とする請求項２記載のラッピング方法。
【請求項４】
（ｄ）  少なくとも１つの凹部を形成するために、前記作業表面にマイクロレリーフを形成するステップ
を更に有する
ことを特徴とする請求項１−３のいずれかに記載のラッピング方法。
【請求項５】
前記（ｄ）ステップは、前記ラッピングステップ（ｃ）の前に行われる
ことを特徴とする請求項４記載のラッピング方法。
【請求項６】
前記接触表面のShore D 硬度は、少なくとも６５である
ことを特徴とする請求項１−５のいずれかに記載のラッピング方法。
【請求項７】
前記接触表面のShore D 硬度は、７０−８０の範囲内である
ことを特徴とする請求項１−５のいずれかに記載のラッピング方法。
【請求項８】
（ｅ）  負荷担持摩擦作業表面を機械的要素内に配置するステップ
を更に有し、
前記機械的要素は、摩擦力により係合している
ことを特徴とする請求項１−７のいずれかに記載のラッピング方法。
【請求項９】
前記機械的要素は、内燃機関内に配置される
ことを特徴とする請求項８記載のラッピング方法。
【請求項１０】
前記機械的要素は、内燃機関のスリーブである
ことを特徴とする請求項８記載のラッピング方法。
【請求項１１】
前記研磨粒子は、アルミナ粒子を含む
ことを特徴とする請求項１−１０のいずれかに記載のラッピング方法。
【請求項１２】
前記研磨粒子は、スティール製作業表面を含む
ことを特徴とする請求項１−１１のいずれかに記載のラッピング方法。
【請求項１３】
前記接触表面の組成は、ポリウレタンを含む
ことを特徴とする請求項１−１２のいずれかに記載のラッピング方法。
【請求項１４】
前記マイクロレリーフは、最大深さが５−３０μｍで、幅が１００−１０００μｍの複数の溝を有する
ことを特徴とする請求項４記載のラッピング方法。
【国際調査報告】
2008511459.tif 000046