(57)【要約】      （修正有）【課題】液体を介して摺動する摺動部材を有し、この摺動部材の中の一方の摺動部材の摺動面にダイヤモンドライクカーボン（以下、ＤＬＣ）膜が形成されている摺動体において、他方の摺動部材（ＤＬＣ膜摺動相手材）がＤＬＣと反応を生じやすい材料よりなる場合であっても、摺動部材の摩耗が生じ難い摺動体、および、かかる摺動体を有する機械装置ならびに摺動方法を提供する。【解決手段】(1) 前記液体中に平均粒径0.5 〜20μｍのセラミックスの粒子が前記液体１cm3 当たり５〜200 μｇの割合で含有されていることを特徴とする摺動体、(2) 前記液体中に平均粒径0.5 〜20μｍのセラミックスの粒子を前記液体１cm3 当たり５〜200 μｇの割合で含有させることを特徴とする摺動方法、(3) 前記摺動体または摺動方法においてＤＬＣ膜ダイヤモンドライクカーボン膜の硬度が10GPa 以上であるもの等。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を介して摺動する摺動部材を有する摺動体において、前記摺動部材の中の一方の摺動部材の摺動面にダイヤモンドライクカーボン膜が形成されており、前記液体中に平均粒径0.5 〜20μｍのセラミックスの粒子が前記液体１cm3 当たり５〜200 μｇの割合で含有されていることを特徴とする摺動体。
【請求項２】
前記セラミックスが酸化物系セラミックス、窒化物系セラミックス、炭化物系セラミックス、ホウ化物系セラミックスの１種以上である請求項１記載の摺動体。
【請求項３】
前記酸化物系セラミックスがAl2O3 、SiO2、ZrO2の１種以上、前記窒化物系セラミックスがSi3N4 、TiN の１種以上、前記ホウ化物系セラミックスがTiB2である請求項２記載の摺動体。
【請求項４】
前記ダイヤモンドライクカーボン膜の硬度が10GPa 以上である請求項１〜３のいずれかに記載の摺動体。
【請求項５】
前記摺動部材の中の他方の摺動部材の摺動面がFeを50at％以上含有する材料よりなる請求項１〜４のいずれかに記載の摺動体。
【請求項６】
液体を介して摺動する摺動部材であって該摺動部材の中の一方の摺動部材の摺動面にダイヤモンドライクカーボン膜が形成されている摺動部材を摺動させるに際し、前記液体中に平均粒径0.5 〜20μｍのセラミックスの粒子を前記液体１cm3 当たり５〜200 μｇの割合で含有させることを特徴とする摺動方法。
【請求項７】
前記セラミックスが酸化物系セラミックス、窒化物系セラミックス、炭化物系セラミックス、ホウ化物系セラミックスの１種以上である請求項６記載の摺動方法。
【請求項８】
前記酸化物系セラミックスがAl2O3 、SiO2、ZrO2の１種以上、前記窒化物系セラミックスがSi3N4 、TiN の１種以上、前記ホウ化物系セラミックスがTiB2である請求項７記載の摺動方法。
【請求項９】
前記ダイヤモンドライクカーボン膜の硬度が10GPa 以上である請求項６〜８のいずれかに記載の摺動方法。
【請求項１０】
前記摺動部材の中の他方の摺動部材の摺動面がFeを50at％以上含有する材料よりなる請求項６〜９のいずれかに記載の摺動方法。
【請求項１１】
請求項１〜５のいずれかに記載の摺動体を有することを特徴とする機械装置。
【請求項１２】
前記機械装置が水圧ポンプ、水圧シリンダー、切換バルブの１種である請求項１１記載の機械装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は摺動体および摺動方法ならびに摺動体を有する機械装置に関する技術分野に属するものであり、詳細には、液体を介して摺動する摺動部材を有する摺動体、かかる摺動体を有する機械装置（例えば、水圧ポンプ、水圧シリンダー、切換バルブ等）、および、液体を介して摺動する摺動部材の摺動方法に関する技術分野に属するものである。
【背景技術】
【０００２】
特開平１０−１８４６９２号公報（特許文献１）には、回転側部材と該回転側部材に対向摺接する固定側部材とを具備し、水を潤滑液とする水潤滑シールまたは水潤滑軸受が開示されており、その一方の部材の摺動面にTiN 膜を形成し、他方の部材の摺動面にダイヤモンドライクカーボン（以下、ＤＬＣともいう）膜または窒化クロム（CrN ）膜を形成するか、他方の部材の少なくとも摺動面を炭素繊維含有ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）または炭素繊維含有四弗化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）により形成することにより、高い焼付き面圧ならびに低摩擦係数が得られることが記載されている。
【０００３】
実用新案登録第３０８５９９９号公報（特許文献２）には、湿潤環境において使用される部材にＤＬＣを被覆することが開示されている。
【特許文献１】特開平１０−１８４６９２号公報
【特許文献２】実用新案登録第３０８５９９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）膜は、近年自己潤滑性を示す皮膜として各種の摺動部材に用いられており、水を作動媒体あるいは潤滑媒体として作動する機械装置類の摺動膜としても使用される。
【０００５】
ＤＬＣ膜は、炭素（場合によってはＨ）からなる皮膜であり、不活性であるが、ＤＬＣ膜の摺動の相手の摺動部材（以下、ＤＬＣ膜摺動相手材ともいう）が炭素と反応して化合物を形成するような元素（Fe、Ti等）を含有する場合、摺動によって生じる発熱や圧力によりＤＬＣ膜とＤＬＣ膜摺動相手材との反応が促進され、このため、水中といえども摩耗が促進される場合がある。
【０００６】
前記特許文献１記載の技術のようにＤＬＣ膜摺動相手材にTiN 膜等の不活性な物質を被覆すれば、上記の問題は解決するが、ＤＬＣ膜摺動相手材の形状（特に内面形状）によっては必ずしも上記のような被覆をすることが可能であるとは限らず、また、上記のような被覆をすることはコスト的にも不利である。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、液体を介して摺動する摺動部材を有し、この摺動部材の中の一方の摺動部材の摺動面にＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）膜が形成されている摺動体であって、他方の摺動部材（ＤＬＣ膜摺動相手材）がＤＬＣと反応を生じやすい材料よりなる場合であっても、摺動部材の摩耗が生じ難い摺動体、および、かかる摺動体を有する機械装置を提供すると共に、摺動部材の中の一方の摺動部材の摺動面にＤＬＣ膜が形成されている摺動部材を液体を介して摺動させるに際し、他方の摺動部材（ＤＬＣ膜摺動相手材）がＤＬＣと反応を生じやすい材料よりなる場合であっても、摺動部材の摩耗が生じ難くなる摺動方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上記目的を達成するため、鋭意検討した結果、本発明を完成するに至った。本発明によれば上記目的を達成することができる。
【０００９】
このようにして完成され上記目的を達成することができた本発明は、摺動体および摺動方法ならびに摺動体を有する機械装置に係わり、請求項１〜５記載の摺動体（第１〜５発明に係る摺動体）、請求項６〜１０記載の摺動方法（第６〜１０発明に係る摺動方法）、請求項１１〜１２記載の機械装置（第１１〜１２発明に係る機械装置）であり、それは次のような構成としたものである。
【００１０】
即ち、請求項１記載の摺動体は、液体を介して摺動する摺動部材を有する摺動体において、前記摺動部材の中の一方の摺動部材の摺動面にダイヤモンドライクカーボン膜が形成されており、前記液体中に平均粒径0.5 〜20μｍのセラミックスの粒子が前記液体１cm3 当たり５〜200 μｇの割合で含有されていることを特徴とする摺動体である〔第１発明〕。
【００１１】
請求項２記載の摺動体は、前記セラミックスが酸化物系セラミックス、窒化物系セラミックス、炭化物系セラミックス、ホウ化物系セラミックスの１種以上である請求項１記載の摺動体である〔第２発明〕。
【００１２】
請求項３記載の摺動体は、前記酸化物系セラミックスがAl2O3 、SiO2、ZrO2の１種以上、前記窒化物系セラミックスがSi3N4 、TiN の１種以上、前記ホウ化物系セラミックスがTiB2である請求項２記載の摺動体である〔第３発明〕。
【００１３】
請求項４記載の摺動体は、前記ダイヤモンドライクカーボン膜の硬度が10GPa 以上である請求項１〜３のいずれかに記載の摺動体である〔第４発明〕。
【００１４】
請求項５記載の摺動体は、前記摺動部材の中の他方の摺動部材の摺動面がFeを50at％以上含有する材料よりなる請求項１〜４のいずれかに記載の摺動体である〔第５発明〕。
【００１５】
請求項６記載の摺動方法は、液体を介して摺動する摺動部材であって該摺動部材の中の一方の摺動部材の摺動面にダイヤモンドライクカーボン膜が形成されている摺動部材を摺動させるに際し、前記液体中に平均粒径0.5 〜20μｍのセラミックスの粒子を前記液体１cm3 当たり５〜200 μｇの割合で含有させることを特徴とする摺動方法である〔第６発明〕。
【００１６】
請求項７記載の摺動方法は、前記セラミックスが酸化物系セラミックス、窒化物系セラミックス、炭化物系セラミックス、ホウ化物系セラミックスの１種以上である請求項６記載の摺動方法である〔第７発明〕。
【００１７】
請求項８記載の摺動方法は、前記酸化物系セラミックスがAl2O3 、SiO2、ZrO2の１種以上、前記窒化物系セラミックスがSi3N4 、TiN の１種以上、前記ホウ化物系セラミックスがTiB2である請求項７記載の摺動方法である〔第８発明〕。
【００１８】
請求項９記載の摺動方法は、前記ダイヤモンドライクカーボン膜の硬度が10GPa 以上である請求項６〜８のいずれかに記載の摺動方法である〔第９発明〕。
【００１９】
請求項１０記載の摺動方法は、前記摺動部材の中の他方の摺動部材の摺動面がFeを50at％以上含有する材料よりなる請求項６〜９のいずれかに記載の摺動方法である〔第１０発明〕。
【００２０】
請求項１１記載の機械装置は、請求項１〜５のいずれかに記載の摺動体を有することを特徴とする機械装置である〔第１１発明〕。
【００２１】
請求項１２記載の機械装置は、前記機械装置が水圧ポンプ、水圧シリンダー、切換バルブの１種である請求項１１記載の機械装置である〔第１２発明〕。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る摺動体は、液体を介して摺動する摺動部材を有し、この摺動部材の中の一方の摺動部材の摺動面にＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）膜が形成されている摺動体であって、他方の摺動部材（ＤＬＣ膜摺動相手材）がＤＬＣと反応を生じやすい材料よりなる場合であっても、摺動部材の摩耗が生じ難く、従って、機械装置等の摺動体として好適に用いることができ、その耐久性の向上がはかれる。
【００２３】
本発明に係る摺動方法によれば、摺動部材の中の一方の摺動部材の摺動面にＤＬＣ膜が形成されている摺動部材を液体を介して摺動させるに際し、他方の摺動部材（ＤＬＣ膜摺動相手材）がＤＬＣと反応を生じやすい材料よりなる場合であっても、摺動部材の摩耗を生じ難くすることができる。
【００２４】
本発明に係る摺動体を有する機械装置によれば、摺動部材の摩耗が生じ難くて耐久性の向上がはかれる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明者らは、前述の目的を達成すべく、鋭意検討した結果、液体を介して摺動する摺動部材を有し、この摺動部材の中の一方の摺動部材の摺動面にＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）膜が形成されている摺動体において、前記液体中に平均粒径0.5 〜20μｍのセラミックスの粒子を前記液体１cm3 当たり５〜200 μｇの割合で含有させると、他方の摺動部材（ＤＬＣ膜摺動相手材）がＤＬＣと反応を生じやすい材料よりなる場合であっても、摺動部材の摩耗が生じ難くなると共に摩擦係数が低くなることを見出した。
【００２６】
上記液体中に含有させたセラミックスの粒子は、摺動界面〔ＤＬＣ膜が形成されている摺動体の摺動面（すなわちＤＬＣ膜表面）とＤＬＣ膜摺動相手材の摺動面との間〕に導入され、選択的にＤＬＣ膜よりも低硬度なＤＬＣ膜摺動相手材の表面に付着する。このように一旦セラミックスの粒子がＤＬＣ膜摺動相手材の表面に付着すると、摺動はＤＬＣ膜ｖｓ（対）ＤＬＣ膜摺動相手材ではなく、ＤＬＣ膜ｖｓセラミックとなり、摺動面におけるＤＬＣ膜とＤＬＣ膜摺動相手材の直接接触が抑制されるため、ＤＬＣ膜摺動相手材がＤＬＣと反応を生じやすい材料よりなる場合であっても、結果として摺動部材（ＤＬＣ膜摺動相手材およびＤＬＣ膜側摺動部材）の摩耗量が低減し、また、摩擦係数が低くなる。
【００２７】
本発明は、かかる知見に基づき完成されたものである。このようにして完成された本発明に係る摺動体は、液体を介して摺動する摺動部材を有する摺動体において、前記摺動部材の中の一方の摺動部材の摺動面にダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜が形成されており、前記液体中に平均粒径0.5 〜20μｍのセラミックスの粒子が前記液体１cm3 当たり５〜200 μｇの割合で含有されていることを特徴とする摺動体である〔第１発明〕。本発明に係る摺動体は、液体を介して摺動する摺動部材を有し、この摺動部材の中の一方の摺動部材の摺動面にＤＬＣ膜が形成されている摺動体であって、他方の摺動部材（ＤＬＣ膜摺動相手材）がＤＬＣと反応を生じやすい材料よりなる場合であっても、摺動部材の摩耗が生じ難く、また、摩擦係数が低く、従って、機械装置等の摺動体として好適に用いることができ、その耐久性の向上および摺動の円滑性の向上がはかれる。
【００２８】
前記液体中に含有されているセラミックスの粒子の平均粒径が0.5 〜20μｍであることとしているのは、このセラミックス粒子の平均粒径が0.5 μｍ未満の場合、セラミック粒子は摺動界面の凹凸の間に付着し、ＤＬＣ膜とＤＬＣ膜摺動相手材の直接接触を抑制する効果が低く、このため摺動部材の摩耗量および摩擦係数を充分に低減することができず、一方、セラミックス粒子の平均粒径が20μｍ超の場合、セラミックス粒子が摺動界面へと導入されがたく、結果としてＤＬＣ膜摺動相手材の表面（摺動面）に付着せず、このため摺動部材の摩耗量および摩擦係数を充分に低減することができなくなるからである。これに対し、セラミックスの粒子の平均粒径が0.5 〜20μｍの場合、摺動部材の摩耗量および摩擦係数を充分に低減することができる。なお、かかる摺動部材の摩耗量および摩擦係数をより高水準に低減するためには、セラミックスの粒子の平均粒径が２〜10μｍであることが望ましい。
【００２９】
前記液体中に含有されているセラミックスの粒子の量（割合）が前記液体１cm3 当たり５〜200 μｇ（５〜200 μｇ／cm3 ）であることとしているのは、このセラミックス粒子の量を５μｇ／cm3 未満とした場合、ＤＬＣ膜摺動相手材の表面（摺動面）へのセラミックス粒子の付着がほとんど認められず、このため摺動部材の摩耗量および摩擦係数を充分に低減することができず、一方、セラミックス粒子の量：200 μｇ／cm3 超では、摩耗量が増加し、摩擦係数も増加するからである。これに対し、セラミックス粒子の量：５〜200 μｇ／cm3 の場合、摺動部材の摩耗量および摩擦係数を充分に低減することができる。なお、かかる摺動部材の摩耗量および摩擦係数をより高水準に低減するためには、セラミックス粒子の量を10〜100 μｇ／cm3 とすることが望ましい。
【００３０】
本発明に係る摺動体において、摺動部材は液体を介して摺動する。即ち、摺動部材は液体を作動媒体あるいは潤滑媒体（潤滑剤）として摺動する。この液体としては、その種類は特には限定されず、種々の液体を用いることができるが、本発明の効果が特に発揮されるのは潤滑効果が低い水あるいはアルコールなどの液体であり、特に水の場合に顕著な摩耗抑制の効果を発揮する。
【００３１】
前記液体中に含有させるセラミックスの粒子としては、不活性であり、ＤＬＣとの反応性が低いものであれば、その種類は特には限定されず、種々のものを用いることができ、例えば、酸化物系セラミックス、窒化物系セラミックス、炭化物系セラミックス、ホウ化物系セラミックスの粒子の１種以上を用いることができる〔第２発明〕。
【００３２】
前記酸化物系セラミックス粒子としては、例えば Al2O3、SiO2、ZrO2粒子の１種以上を用いることができ、前記窒化物系セラミックス粒子としては、例えば Si3N4、TiN 粒子の１種以上を用いることができ、前記ホウ化物系セラミックスの粒子としては、例えばTiB2粒子を用いることができる〔第３発明〕。この中でも、特に優れた効果を発揮するのは、 Al2O3、SiO2、ZrO2粒子の１種以上や、 Si3N4粒子であり、これらの使用が好ましい。
【００３３】
本発明に係る摺動体において、ＤＬＣ膜の硬度が10GPa 以上であることが望ましい〔第４発明〕。それは、セラミックス粒子として Al2O3、SiO2、ZrO2粒子のような比較的硬質なものを用いた場合、ＤＬＣ膜の硬度が10GPa 未満であると、ＤＬＣ膜のアブレシブ摩耗が生じる可能性があるが、ＤＬＣ膜の硬度が10GPa 以上であると、かかるＤＬＣ膜のアブレシブ摩耗の発生を抑制することができるからである。かかるＤＬＣ膜のアブレシブ摩耗の発生をより確実に抑制するためには、ＤＬＣ膜の硬度が15GPa 以上であることが望ましい。
【００３４】
本発明に係る摺動体においては、前述のように、セラミックス粒子がＤＬＣ膜摺動相手材の表面に付着して、ＤＬＣ膜とＤＬＣ膜摺動相手材の直接接触が抑制されるため、摺動部材（ＤＬＣ膜摺動相手材およびＤＬＣ膜側摺動部材）の摩耗量が低減し、また、摩擦係数が低くなる。かかるＤＬＣ膜摺動相手材表面へのセラミックス粒子の付着によるＤＬＣ膜の摩耗抑制の効果は、ＤＬＣ膜摺動相手材がＤＬＣと反応を生じやすい材料すなわちＤＬＣと反応して炭化物を形成する元素を含有する材料よりなる場合に得られるが、特にFeを50at％以上含有する材料よりなる場合や、ＤＬＣ膜摺動相手材の摺動面がFeを50at％以上含有する材料よりなる場合に、上記の効果を発揮する〔第５発明〕。Feを50at％以上含有する材料ではFeとＤＬＣのと反応を生じやすいが、Fe含有量が50at％未満の材料ではFeとＤＬＣの反応があまり進行しない。上記のFeを50at％以上含有する材料としては、例えば、SUS304、SUS630、SUS316等のステンレス系の材料の他、SUS310、SUS430、SKD61 、SKD11 、SUJ2等がある。
【００３５】
ＤＬＣ膜摺動相手材やＤＬＣ膜摺動相手材の摺動面が、Al材のようにＤＬＣと反応し難くて炭化物を形成しがたい材料であってＤＬＣ膜よりも低硬度の材料よりなる場合、ＤＬＣ膜摺動相手材表面へのセラミックス粒子の付着により、ＤＬＣ膜摺動相手材の摩耗が抑制される。
【００３６】
本発明に係る摺動体は、摺動部材の摩耗が生じ難いので、機械装置等の摺動体として好適に用いることができ、その耐久性の向上がはかれる。本発明に係る摺動体を有する機械装置は、摺動部材の摩耗が生じ難くて耐久性に優れている〔第11発明〕。
【００３７】
本発明に係る摺動体において、摺動部材は液体を作動媒体あるいは潤滑媒体として摺動する。この液体としては種々のものを用いることができるが、前述のように、本発明の効果が特に発揮されるのは潤滑効果が低い水あるいはアルコールなどの液体であり、特に水の場合に顕著な摩耗抑制の効果を発揮する。従って、本発明に係る摺動体は、水を作動媒体あるいは潤滑媒体とする機械装置に特に好適に用いることができ、その耐久性の向上がはかれる。かかる機械装置としては、水圧ポンプ、水圧シリンダー、切換バルブの１種を挙げることができる〔第12発明〕。
【００３８】
本発明に係る摺動方法は、液体を介して摺動する摺動部材であって該摺動部材の中の一方の摺動部材の摺動面にＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）膜が形成されている摺動部材を摺動させるに際し、前記液体中に平均粒径0.5 〜20μｍのセラミックスの粒子を前記液体１cm3 当たり５〜200 μｇの割合で含有させることを特徴とする摺動方法である〔第６発明〕。前述の知見からわかるように、本発明に係る摺動方法によれば、摺動部材の中の一方の摺動部材の摺動面にＤＬＣ膜が形成されている摺動部材を液体を介して摺動させるに際し、他方の摺動部材（ＤＬＣ膜摺動相手材）がＤＬＣと反応を生じやすい材料よりなる場合であっても、摺動部材の摩耗を生じ難くすることができると共に、摩擦係数を低くすることができる。
【００３９】
即ち、摺動部材の中の一方の摺動部材の摺動面にＤＬＣ膜が形成されている摺動部材を液体を介して摺動させるに際し、前記液体中に平均粒径0.5 〜20μｍのセラミックスの粒子を前記液体１cm3 当たり５〜200 μｇの割合で含有させると、他方の摺動部材（ＤＬＣ膜摺動相手材）がＤＬＣと反応を生じやすい材料よりなる場合であっても、摺動部材の摩耗が生じ難くなると共に摩擦係数が低くなる。前記液体中に含有させたセラミックスの粒子は、摺動界面に導入され、選択的にＤＬＣ膜よりも低硬度なＤＬＣ膜摺動相手材の表面に付着する。このように一旦セラミックスの粒子がＤＬＣ膜摺動相手材の表面に付着すると、摺動はＤＬＣ膜ｖｓ（対）ＤＬＣ膜摺動相手材ではなく、ＤＬＣ膜ｖｓセラミックとなり、摺動面におけるＤＬＣ膜とＤＬＣ膜摺動相手材の直接接触が抑制されるため、ＤＬＣ膜摺動相手材がＤＬＣと反応を生じやすい材料よりなる場合であっても、結果として摺動部材（ＤＬＣ膜摺動相手材およびＤＬＣ膜側摺動部材）の摩耗量が低減し、また、摩擦係数が低くなる。
【００４０】
本発明に係る摺動方法は、前述のように、摺動部材の中の一方の摺動部材の摺動面にＤＬＣ膜が形成されている摺動部材を液体を介して摺動させるに際し、前記液体中に平均粒径0.5 〜20μｍのセラミックスの粒子を前記液体１cm3 当たり５〜200 μｇの割合で含有させるようにしている。従って、本発明に係る摺動方法によれば、他方の摺動部材（ＤＬＣ膜摺動相手材）がＤＬＣと反応を生じやすい材料よりなる場合であっても、摺動部材の摩耗を生じ難くすることができると共に、摩擦係数を低くすることができる。
【００４１】
前記液体中に含有させるセラミックスの粒子の平均粒径が0.5 〜20μｍであることとしている理由は、本発明に係る摺動体においてセラミックスの粒子の平均粒径が0.5 〜20μｍであることとしている理由と同様である。なお、本発明に係る摺動体の場合と同様、摺動部材の摩耗量および摩擦係数をより高水準に低減するためには、セラミックスの粒子の平均粒径が２〜10μｍであることが望ましい。
【００４２】
前記液体中に含有させるセラミックスの粒子の量（割合）が５〜200 μｇ／cm3 であることとしている理由は、本発明に係る摺動体においてセラミックスの粒子の量（割合）が５〜200 μｇ／cm3 であることとしている理由と同様である。なお、本発明に係る摺動体の場合と同様、摺動部材の摩耗量および摩擦係数をより高水準に低減するためには、セラミックス粒子の量を10〜100 μｇ／cm3 とすることが望ましい。
【００４３】
本発明に係る摺動方法において、摺動部材は液体を介して摺動させる。この液体としては、本発明に係る摺動体の場合と同様、種々の液体を用いることができるが、本発明の効果が特に発揮されるのは潤滑効果が低い水あるいはアルコールなどの液体であり、特に水の場合に顕著な摩耗抑制の効果を発揮する。
【００４４】
前記液体中に含有させるセラミックスの粒子としては、不活性であり、ＤＬＣとの反応性が低いものであれば、その種類は特には限定されず、種々のものを用いることができ、例えば、酸化物系セラミックス、窒化物系セラミックス、炭化物系セラミックス、ホウ化物系セラミックスの粒子の１種以上を用いることができる〔第７発明〕。
【００４５】
前記酸化物系セラミックス粒子としては、例えば Al2O3、SiO2、ZrO2粒子の１種以上を用いることができ、前記窒化物系セラミックス粒子としては、例えば Si3N4、TiN 粒子の１種以上を用いることができ、前記ホウ化物系セラミックスの粒子としては、例えばTiB2粒子を用いることができる〔第８発明〕。この中でも、特に優れた効果を発揮するのは、 Al2O3、SiO2、ZrO2粒子の１種以上や、 Si3N4粒子であり、これらの使用が好ましい。
【００４６】
本発明に係る摺動方法において、ＤＬＣ膜の硬度が10GPa 以上であることが望ましい〔第９発明〕。この理由は、本発明に係る摺動体の場合と同様である。更に、ＤＬＣ膜の硬度が15GPa 以上であることが望ましい。
【００４７】
本発明に係る摺動方法においては、セラミックス粒子がＤＬＣ膜摺動相手材表面に付着してＤＬＣ膜とＤＬＣ膜摺動相手材の直接接触が抑制されるため、摺動部材（ＤＬＣ膜摺動相手材およびＤＬＣ膜側摺動部材）の摩耗量が低減し、また、摩擦係数が低くなる。かかるＤＬＣ膜摺動相手材表面へのセラミックス粒子の付着によるＤＬＣ膜の摩耗抑制の効果は、ＤＬＣ膜摺動相手材がＤＬＣと反応を生じやすい材料よりなる場合に得られるが、特にFeを50at％以上含有する材料よりなる場合や、ＤＬＣ膜摺動相手材の摺動面がFeを50at％以上含有する材料よりなる場合に、上記の効果を発揮する〔第10発明〕。
【実施例】
【００４８】
本発明の実施例および比較例を以下説明する。なお、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。
【００４９】
２元の蒸発源を有するアンバランスト型マグネトロンスパッタリング装置を用いて基材の表面に下地層および中間層を介してＤＬＣ膜を形成して、ＤＬＣ膜形成材を得た。
【００５０】
このとき、基材としては、硬度測定用のＤＬＣ膜形成材の作製（成膜）の場合には超硬合金基板（鏡面研磨）を用い、摺動試験用のＤＬＣ膜形成材の作製（成膜）の場合にはＳＵＳ６３０ステンレス鋼（熱処理：Ｈ９００、硬度：Ｈｖ４００）よりなる摺動試験用試験片（ディスク）を用いた。スパッタリング装置には４元の蒸発源が備わっており、Ｃｒ、Ｗおよび２元のＣを成膜に使用した。
【００５１】
基材をエタノールにて超音波洗浄した後、スパッタリング装置内に導入し、１×１０-3Ｐａ以下の真空に排気後、約３００℃まで基材を加熱して、脱ガスを実施した。その後、基材温度を２００℃前後の一定に保ちながらＡｒイオンによるクリーニングを行った。
【００５２】
このイオンクリーニングの後、基材表面にＣｒ／Ｃｒ−Ｃ／ＤＬＣあるいはＣｒ／Ｗ／Ｗ−Ｃ／ＤＬＣの層構成の皮膜を形成して、ＤＬＣ膜形成材を得た。なお、Ｃｒ／Ｃｒ−Ｃ／ＤＬＣの層構成の皮膜は、基材上に下地層としてＣｒ層を形成し、その上に中間層としてＣｒ−Ｃ（Ｃｒ炭化物）層を形成し、その上にＤＬＣ層を形成したものである。Ｃｒ／Ｗ／Ｗ−Ｃ／ＤＬＣの層構成の皮膜は、基材上に下地層としてＣｒ層を形成し、その上に第１中間層としてＷ層、その上に第２中間層としてＷ−Ｃ（Ｗ炭化物）層を形成し、その上にＤＬＣ層を形成したものである。
【００５３】
ここで、中間層の厚みは合計で０．２μｍ程度であり、ＤＬＣ部（ＤＬＣ層）の厚みは１〜２μｍである。ＤＬＣ層形成時の成膜条件は、ターゲットへの投入電力を２．５ｋＷとし、ガスにはＡｒ＋ＣＨ4 の混合ガス（ＣＨ4 濃度：１０vol ％）を０．６Ｐａの全圧下で用いた。基板バイアスは０〜１５０Ｖで変化させてＤＬＣ膜の硬度を制御した。
【００５４】
このような皮膜形成により得られたＤＬＣ膜形成材について、皮膜の硬度の測定および摺動試験を行った。
【００５５】
このとき、皮膜の硬度の測定はマイクロビッカース硬度計を用いて行った。摺動試験はボールオンディスク摺動試験により行った。このボールオンディスク摺動試験は、ディスク：ＤＬＣ膜形成材、ボール：３／８インチ径のＳＵＳ６３０ステンレス鋼（熱処理：Ｈ９００、硬度：Ｈｖ４００）、潤滑液：蒸留水（液量約８０ｃｍ3 ）とし、この潤滑液（蒸留水）中にセラミックスの粒子を投入し、しゅう動速度：０．５ｍ／ｓ、垂直荷重：２Ｎの条件で、しゅう動距離：１０００ｍとして、摺動させることにより行った。そして、しゅう動距離：１０００ｍの時点で摩擦係数を測定し、１０００ｍ摺動後にボール及びディスクの摩耗量を測定してボール及びディスクの比摩耗量を求めた。
【００５６】
ここで、ボールの比摩耗量は、ボールの摩耗体積（摩耗した部分の体積）をしゅう動距離と垂直荷重の積で除した値とした。ディスクの比摩耗量は、ディスクの摩耗体積をしゅう動距離と垂直荷重の積で除した値とした。上記ボールの摩耗体積は、ボールの摩耗部分の半径または直径より算出した。上記ディスクの摩耗体積は、しゅう動トラックの溝（摩耗痕）の断面積を４箇所で測定し、トラックの円周を乗じて求めた。
【００５７】
かかるボールの摩耗体積およびディスクの摩耗体積の求め方について、図を用いて、より具体的に説明する。図１に摺動試験後のボールの一例を模式図で示す。この図は斜視図である。図２に摺動試験後のディスクの一例を模式図で示す。図２の（ａ）は上面図であり、図２の（ｂ）は図２の（ａ）に示す溝（摩耗痕）部を断面からみた図である。この図１において、ｒはボールの直径、ｄはボールの摩耗部分の直径を示すものである。この図１に示すボールの場合、ボールの摩耗体積は、このｒおよびｄより算出する。上記図２の（ｂ）において、Ａは溝（摩耗痕）の断面積を示すものである。上記図２に示すディスクの場合、ディスクの摩耗体積は、このようなＡを４箇所で測定し、その平均値にトラックの円周（溝部の中央部の円周）長さを乗じて求める。
【００５８】
なお、上記ディスクのＤＬＣ膜形成材は、本発明に係る摺動体、摺動方法での一方の摺動部材（摺動面にＤＬＣ膜が形成されている摺動部材）の例に相当する材料の試験片に相当し、上記ボールのＳＵＳ６３０ステンレス鋼は、本発明に係る摺動体、摺動方法での他方の摺動部材（ＤＬＣ膜摺動相手材）の例に相当する材料の試験片に相当する。上記潤滑液の蒸留水は、本発明に係る摺動体、摺動方法での液体を介して摺動する摺動部材の液体の例に相当する。上記セラミックスの粒子の中、平均粒径0.5 〜20μｍを満たすものは、本発明に係る摺動体、摺動方法において用いられる（液体中に含有させる）セラミックスの粒子の例に相当する。
【００５９】
上記試験の結果を表１〜２に示す。なお、表１〜２のＤＬＣ比摩耗量やボール比摩耗量の欄において単位の（×10-7mm3N-1m-1 ）は、（×10-7mm3N-1 m-1）のことである。ＤＬＣ比摩耗量は、ディスクのＤＬＣ膜形成材の比摩耗量のことである。
【００６０】
表１からわかるように、No.3A の場合、潤滑液（蒸留水）中にセラミックス粒子を投入していない。これに対し、No.4A 〜9Aの場合は、潤滑液（蒸留水）中に平均粒径２μｍのセラミックスの粒子を投入して前記蒸留水１cm3 当たり10μｇの割合で含有させており、この場合はNo.3A の場合に比較し、ディスクのＤＬＣ膜形成材の比摩耗量（ＤＬＣ比摩耗量）およびボールの比摩耗量が小さく、また、摩擦係数が小さい。
【００６１】
No.1B の場合、潤滑液（蒸留水）中に平均粒径0.3 μｍのセラミックスの粒子を投入して前記蒸留水１cm3 当たり10μｇの割合で含有させており、この場合のディスクのＤＬＣ膜形成材の比摩耗量（ＤＬＣ比摩耗量）、ボールの比摩耗量および摩擦係数はNo.3A の場合と同等である。No.7B 〜8Bの場合、潤滑液（蒸留水）中に平均粒径29μｍまたは150 μｍのセラミックスの粒子を投入して前記蒸留水１cm3 当たり10μｇの割合で含有させており、この場合のディスクのＤＬＣ膜形成材の比摩耗量（ＤＬＣ比摩耗量）、ボールの比摩耗量および摩擦係数はNo.3A の場合と同等である。
【００６２】
No.2B 〜6Bの場合、潤滑液（蒸留水）中に平均粒径が0.5 〜20μｍの範囲内にある（平均粒径0.5 〜20μｍを満たす）セラミックスの粒子を投入して前記蒸留水１cm3 当たり10μｇの割合で含有させており、この場合はNo.3A の場合に比較し、また、No.1B やNo.7B 〜8Bの場合に比較し、ディスクのＤＬＣ膜形成材の比摩耗量（ＤＬＣ比摩耗量）およびボールの比摩耗量が小さく、また、摩擦係数が小さい。
【００６３】
No.1C の場合、潤滑液（蒸留水）中に平均粒径４μｍのセラミックスの粒子を投入して前記蒸留水１cm3 当たり１μｇの割合で含有させており、この場合のディスクのＤＬＣ膜形成材の比摩耗量（ＤＬＣ比摩耗量）、ボールの比摩耗量および摩擦係数はNo.3A の場合と同等である。 No.7C〜8Cの場合、潤滑液（蒸留水）中に平均粒径４μｍのセラミックスの粒子を投入して前記蒸留水１cm3 当たり250 μｇまたは500 μｇの割合で含有させており、この場合のディスクのＤＬＣ膜形成材の比摩耗量（ＤＬＣ比摩耗量）、ボールの比摩耗量および摩擦係数はNo.3A の場合と同等である。
【００６４】
No.2C 〜6Cの場合、潤滑液（蒸留水）中に平均粒径４μｍのセラミックスの粒子を投入して前記蒸留水１cm3 当たり５〜200 μｇの範囲内の割合（５〜200 μｇ／cm3 を満たす割合）で含有させており、この場合はNo.3A の場合に比較し、また、No.1C やNo.7C 〜8Cの場合に比較し、ディスクのＤＬＣ膜形成材の比摩耗量（ＤＬＣ比摩耗量）およびボールの比摩耗量が小さく、また、摩擦係数が小さい。
【００６５】
表２からわかるように、No.1D 〜6Dの場合、潤滑液（蒸留水）中に平均粒径４μｍのセラミックスの粒子を投入して前記蒸留水１cm3 当たり７μｇで含有させているが、ＤＬＣ膜形成材でのＤＬＣ膜の硬度を変化させている。ＤＬＣ膜の硬度が５GPa や７GPa の場合に比較し、ＤＬＣ膜の硬度が12GPa 、15GPa 、20GPa 、25GPa の場合、ディスクのＤＬＣ膜形成材の比摩耗量（ＤＬＣ比摩耗量）およびボールの比摩耗量が小さい。特にＤＬＣ比摩耗量は、ＤＬＣ膜の硬度が高いほど、小さい。
【００６６】
No.1E 〜6Eの場合、ボールの材料としてＳＵＳ６３０ステンレス鋼に代えてＳＵＳ３０４ステンレス鋼または Ti-6Al-4V（チタン合金）あるいはＡ5052（アルミ合金）を用いている。そして、潤滑液（蒸留水）中に平均粒径４μｍのセラミックスの粒子を投入した場合と投入しない場合について摺動試験を行ったものである。ボールとして上記のいずれの材料を用いた場合も、上記セラミックスの粒子を投入した場合は、投入しない場合に比較してディスクのＤＬＣ膜形成材の比摩耗量（ＤＬＣ比摩耗量）およびボールの比摩耗量が小さく、また、摩擦係数が小さい。
【００６７】
なお、表１のNo.2A の場合、潤滑液（蒸留水）中に平均粒径４μｍのセラミックスの粒子を投入して前記蒸留水１cm3 当たり10μｇの割合で含有させているが、ディスクの材料としてＤＬＣ膜形成材に代えてＳＵＳ６３０ステンレス鋼（熱処理：Ｈ９００、硬度：Ｈｖ４００）を用いており、この場合のディスク（ＳＵＳ６３０ステンレス鋼）の比摩耗量およびボールの比摩耗量は極めて大きく、また、摩擦係数が極めて大きい。
【００６８】
表１のNo.1A の場合、潤滑液（蒸留水）中へのディスクの材料としてＤＬＣ膜形成材に代えてＳＵＳ６３０ステンレス鋼（熱処理：Ｈ９００、硬度：Ｈｖ４００）を用いており、しかも潤滑液（蒸留水）中にセラミックス粒子を投入していない（それ以外のものも投入していない）。この場合のディスク（ＳＵＳ６３０ステンレス鋼）の比摩耗量およびボールの比摩耗量は極めて大きく、また、摩擦係数が極めて大きい。
【００６９】
【表１】
2007100839.tif 000002
【００７０】
【表２】
2007100839.tif 000003
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明に係る摺動体は、液体を介して摺動する摺動部材の中の一方の摺動部材の摺動面にＤＬＣ膜が形成されており、他方の摺動部材（ＤＬＣ膜摺動相手材）がＤＬＣと反応を生じやすい材料よりなる場合であっても、摺動部材の摩耗が生じ難く、従って、水圧ポンプ、水圧シリンダー、切換バルブ等の機械装置の摺動体として好適に用いることができ、その耐久性の向上がはかれて有用である。本発明に係る摺動方法は、液体を介して摺動する摺動部材の中の一方の摺動部材の摺動面にＤＬＣ膜が形成されており、他方の摺動部材（ＤＬＣ膜摺動相手材）がＤＬＣと反応を生じやすい材料よりなる摺動体であっても、摺動部材の摩耗を生じ難くすることができ、従って、摺動体の耐久性の向上がはかれて有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】摺動試験後のボールの一例を示す模式図である。
【図２】摺動試験後のディスクの一例を示す模式図であって、図２の（ａ）は上面図であり、図２の（ｂ）は図２の（ａ）に示す溝を断面からみた図である。
【図１】
2007100839.tif 000004
【図２】
2007100839.tif 000005