專利名稱：滑動(dòng)部件及其表面加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及滑動(dòng)部件例如用于精確形成微連接器或其它電子器件的模具(mold) 以及加工該滑動(dòng)部件的表面的方法。
背景技術(shù)：
工業(yè)上使用許多滑動(dòng)部件如鉆頭或其它工具、模具和發(fā)動(dòng)機(jī)部件。例如，在壓模加 工中，加工期間摩擦界面上的潤(rùn)滑機(jī)構(gòu)極大地影響品質(zhì)特性如加壓成型品的毛刺的減少以 及凸模(punch)或凹模(die)的模具的耐久性。這種潤(rùn)滑機(jī)構(gòu)包括注入機(jī)構(gòu)(將潤(rùn)滑劑注 入到摩擦界面中)和摩擦減小機(jī)構(gòu)(使用潤(rùn)滑劑來(lái)減小摩擦界面上的摩擦)。一種注入機(jī)構(gòu)使用材料表面上的凹凸來(lái)注入潤(rùn)滑劑。在工件或模具的表面上存在 各種大小的凹凸(表面粗糙度)。加工前施用到工件或模具的潤(rùn)滑劑儲(chǔ)存在表面上的凹陷 中(儲(chǔ)存效應(yīng))。當(dāng)模具和工件彼此接觸時(shí)，如果沒(méi)有潤(rùn)滑劑逃逸的空間，則潤(rùn)滑劑包封在 凹陷中并且維持這種狀態(tài)供應(yīng)到摩擦界面。含有潤(rùn)滑劑的凹陷被稱作塑性加工中的微池或 潤(rùn)滑劑池。這種類(lèi)型的注入機(jī)構(gòu)在所有類(lèi)型的塑性加工中均是期望的。當(dāng)為了利用這種儲(chǔ)存效應(yīng)而通過(guò)酸腐蝕、噴丸或噴砂來(lái)預(yù)先提高工件或模具的表 面粗糙度時(shí)，容易注入潤(rùn)滑劑，通過(guò)摩擦減小機(jī)構(gòu)而減小摩擦，并且可防止磨損或熔接。隨 著加壓加工(press working)的進(jìn)行，高的靜水壓(hydrostatic fluid pressure)施加到 微池中的潤(rùn)滑劑并支持被加工表面的部分壓力。在這種狀態(tài)下，防止工件與模具之間的接 觸比增加(摩擦減小機(jī)構(gòu))。與此相關(guān)的技術(shù)信息描述于非專利文獻(xiàn)1(" Tribology of Press Working"，由 Japan Metal Stamping Association編輯，Seij i Kataoka著，Nikkan KogyoShinbun, Ltd.出片反)。用于在金屬元件的表面上形成微池的現(xiàn)有技術(shù)公開(kāi)于，例如，專利文獻(xiàn)1(日本專 利申請(qǐng)?zhí)亻_(kāi)2005-144528號(hào)公報(bào))、專利文獻(xiàn)2 (日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_(kāi)7-18403號(hào)公報(bào))和專 利文獻(xiàn)3(日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_(kāi)2001-M7948號(hào)公報(bào))。專利文獻(xiàn)1公開(kāi)了這樣的模具，在該模具表面的與工件接觸的成型模面(die surface)上形成大小約3μπιΧ3μπιΧ1.5μπι的潤(rùn)滑劑池。當(dāng)利用模具和工件之間存在的 潤(rùn)滑劑進(jìn)行成型加工時(shí)，潤(rùn)滑劑儲(chǔ)存在潤(rùn)滑劑池中。因此，在模具的成型模面與工件的表面 之間保持高潤(rùn)滑性的情況下形成工件。專利文獻(xiàn)2公開(kāi)了這樣的金屬元件，其中通過(guò)合金材料的熱處理形成深度2 μ m以 上、密度200個(gè)/mm2 8200個(gè)/mm2和面積比10% 70%的微池。專利文獻(xiàn)3公開(kāi)了具有在表面上的凹槽和除該表面以外的其它表面中的粒狀突 起物的金屬元件，所述凹槽的深度為0. 1 μ m 5. 0 μ m、面積比為0. 1 % 30. 0%，所述粒狀 突起物從所述表面看直徑為5nm 500nm、高度為5nm 500nm、面積比為30%以上(包括 100% )?，F(xiàn)有技術(shù)通過(guò)在金屬元件的表面上形成微池來(lái)改善潤(rùn)滑劑的保持性能。但是，如 果這種金屬元件反復(fù)用于加工，會(huì)發(fā)生工件與該金屬元件表面的粘附，從而導(dǎo)致該金屬元件的磨損和成型品的尺寸誤差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決了這些問(wèn)題，其中目的是提供使工件難以粘附到滑動(dòng)部件的表面的滑 動(dòng)部件和加工該滑動(dòng)部件的表面的方法。本發(fā)明的第一方面是滑動(dòng)部件，其具有周期IOnm lOOnm、深度5nm 50nm的第 一周期結(jié)構(gòu)，周期IOOnm lOOOnm、深度20nm 500nm的第二周期結(jié)構(gòu)，和周期IOOOnm lOOOOnm、深度IOOnm 3000nm的第三周期結(jié)構(gòu)中的至少兩種周期結(jié)構(gòu)作為表面結(jié)構(gòu) (其具有存在以下周期結(jié)構(gòu)中的至少兩種周期結(jié)構(gòu)的表面結(jié)構(gòu)周期IOnm lOOnm、深度 5nm 50nm的第一周期結(jié)構(gòu)，周期IOOnm lOOOnm、深度20nm 500nm的第二周期結(jié)構(gòu)， 和周期IOOOnm lOOOOnm、深度IOOnm 3000nm的第三周期結(jié)構(gòu))，其中所述至少兩種周 期結(jié)構(gòu)中的一種形成在其它周期結(jié)構(gòu)上。本發(fā)明的第二方面是根據(jù)第一方面的滑動(dòng)部件，其中所述第二周期結(jié)構(gòu)和所述第 三周期結(jié)構(gòu)中的至少一種為波紋(ripple)結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的第三方面是根據(jù)第二方面的滑動(dòng)部件，其中所述第二周期結(jié)構(gòu)和所述第 三周期結(jié)構(gòu)中的至少一種的波紋結(jié)構(gòu)形成在與所述滑動(dòng)部件的滑動(dòng)方向垂直的方向上。本發(fā)明的第四方面是根據(jù)第一到第三方面中任一項(xiàng)的滑動(dòng)部件，其中所述表面結(jié) 構(gòu)至少形成在所述滑動(dòng)部件的邊緣上。本發(fā)明的第五方面是使用氣體簇離子束加工滑動(dòng)部件的表面的方法，其中所述方 法包括從與所述滑動(dòng)部件的滑動(dòng)方向平行的方向輻射氣體簇離子束的步驟。本發(fā)明的第六方面是根據(jù)第五方面的加工滑動(dòng)部件的表面的方法，其中由所輻射 的氣體簇離子束與所述滑動(dòng)部件的表面的法線所形成的角度為30度 75度。本發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，所述滑動(dòng)部件具有如下表面結(jié)構(gòu)，該表面結(jié)構(gòu)包括尺寸與粘附的尺 寸類(lèi)似的第二周期結(jié)構(gòu)，尺寸大于粘附的尺寸的第三周期結(jié)構(gòu)，和尺寸小于粘附的尺寸的 第一周期結(jié)構(gòu)中的至少兩種周期結(jié)構(gòu)，其中所述至少兩種周期結(jié)構(gòu)中的一種形成在其它結(jié) 構(gòu)上，因此不太可能發(fā)生對(duì)滑動(dòng)部件的粘附。此外，可延長(zhǎng)滑動(dòng)部件本身的壽命和保養(yǎng)周期 (maintenance period)0


圖1示意性地顯示即使使用具有非常平整的表面的模具時(shí)在加壓加工(現(xiàn)有技 術(shù))中也出現(xiàn)粘附，具體地，圖1(a)顯示加壓加工前的狀態(tài)，圖1(b)顯示加壓加工后的狀 態(tài)。圖2顯示通過(guò)掃描電子顯微鏡觀察到的轉(zhuǎn)移粒子。圖3示意性地顯示使用在其表面上具有周期性凹凸的模具時(shí)在加壓加工(現(xiàn)有技 術(shù))中出現(xiàn)粘附，具體地，圖3(a)顯示加壓加工前的狀態(tài)，圖3(b)顯示加壓加工后的狀態(tài)。圖4示意性地顯示使用在其表面上具有不規(guī)則凹凸的模具時(shí)在加壓加工(現(xiàn)有技 術(shù))中出現(xiàn)粘附，具體地，圖4(a)顯示加壓加工前的狀態(tài)，圖4(b)顯示加壓加工后的狀態(tài)。圖5顯示使用根據(jù)本發(fā)明的滑動(dòng)部件(模具)時(shí)在加壓加工中沒(méi)有出現(xiàn)粘附，具體地，圖5(a)顯示加壓加工前的狀態(tài)，圖5(b)顯示加壓加工后的狀態(tài)。圖6顯示由原子力顯微鏡觀察的一組圖像和示意圖，具體地，圖6(a)顯示由原子 力顯微鏡觀察的第一至第三周期結(jié)構(gòu)的形狀的觀察結(jié)果；圖6(b)顯示由原子力顯微鏡觀 察的第一和第二周期結(jié)構(gòu)的形狀的觀察結(jié)果；圖6(c)是由圖6(b)中方塊圈起部分的示意 圖。圖7顯示周期結(jié)構(gòu)的示意圖，具體地，圖7(d)為圖6(a)中第一至第三周期結(jié)構(gòu)的 示意圖，和圖7(e)是圖7(d)中雙頭箭頭所示部分的放大視圖并示意性地顯示將第一、第二 和第三周期結(jié)構(gòu)組合的表面結(jié)構(gòu)。圖8顯示模具的示意圖和由掃描電子顯微鏡觀察的圖像，具體地，圖8(a)是沖壓 模具(punch mold)的示意圖，圖8(b)顯示圖8(a)中方塊圈起部分的觀察結(jié)果，和圖8 (c) 是圖8(b)中圓圈圈起部分的放大視圖。圖9顯示實(shí)施例和對(duì)比例中進(jìn)行的滑動(dòng)試驗(yàn)的步驟，具體地，圖9(a)顯示將工件 設(shè)置在一定位置的步驟，圖9(b)顯示將沖壓模具重?fù)舻焦ぜ械牟襟E，圖9 (c)顯示將沖壓 模具從工件中拉出的步驟。圖IOA列出實(shí)施例1 10中進(jìn)行的滑動(dòng)試驗(yàn)的結(jié)果。圖IOB列出實(shí)施例11 20中進(jìn)行的滑動(dòng)試驗(yàn)的結(jié)果。圖IOC列出實(shí)施例21 25以及對(duì)比例中進(jìn)行的滑動(dòng)試驗(yàn)的結(jié)果。
具體實(shí)施例方式如前所述，如果預(yù)先在滑動(dòng)部件的表面上形成小的凹凸，加工前施加到滑動(dòng)部件 或其相對(duì)物(counterpart)的潤(rùn)滑劑儲(chǔ)存在表面上的凹陷(微池)中。當(dāng)滑動(dòng)部件與其相 對(duì)物彼此接觸時(shí)如果沒(méi)有潤(rùn)滑劑逃逸的空間，則潤(rùn)滑劑包封在微池中并維持這種狀態(tài)供應(yīng) 到摩擦界面。即使當(dāng)潤(rùn)滑劑注入機(jī)構(gòu)將大量潤(rùn)滑劑供應(yīng)到摩擦界面時(shí)，然而也很少在整個(gè)摩擦 界面上形成連續(xù)的流體潤(rùn)滑膜。這對(duì)于例如加壓加工而言尤其如此。在摩擦界面上存在兩 種接觸狀態(tài)固/固接觸狀態(tài)(其中滑動(dòng)部件與其相對(duì)物彼此接觸)和固/液接觸狀態(tài)(其 中滑動(dòng)部件與微池中的潤(rùn)滑劑彼此接觸)。在固/固接觸狀態(tài)中，邊界潤(rùn)滑是支配性的，而 且在摩擦界面處出現(xiàn)金屬結(jié)合。另一方面，在固/液接觸狀態(tài)中，將高的靜水壓施加到微池 中的潤(rùn)滑劑并且實(shí)現(xiàn)與流體潤(rùn)滑類(lèi)似的狀態(tài)。例如，如果模具(其為滑動(dòng)部件1)具有非常平整的表面，如圖1所示，由于潤(rùn)滑劑 2從模具和工件3之間的摩擦界面逃逸出來(lái)，工件3容易與模具粘附。附圖標(biāo)記4指示粘附 部分(附圖標(biāo)記僅指示一個(gè)粘附部分以消除附圖的復(fù)雜性)。圖2顯示通過(guò)掃描電子顯微 鏡觀察的工件3與模具的粘附。觀察到轉(zhuǎn)移粒子(transfer particle)(在圖中由圓圈圈 起)，所述轉(zhuǎn)移粒子是由于當(dāng)工件3的粘附部件4與模具分離時(shí)部分工件殘留在模具的表 面上而形成的。觀察發(fā)現(xiàn)許多轉(zhuǎn)移粒子具有幾百納米到一微米的直徑。當(dāng)如現(xiàn)有技術(shù)一樣 在模具的表面上形成周期性凹凸Ia時(shí)，如圖3所示，由于潤(rùn)滑劑2供應(yīng)到摩擦界面而緩和 固/固接觸狀態(tài)和減少工件3的粘附。此外，當(dāng)如圖4所示在模具的表面上形成不規(guī)則的 凹凸時(shí)，也減少了工件3的粘附。然而，在這種條件下，不可能防止與工件3的粘附。這是 因?yàn)槿缟纤鲞吔鐫?rùn)滑在固/固接觸狀態(tài)中是支配性的。
在工件3的表面上存在凹凸、瑕疵、晶粒邊界、累積的加工應(yīng)變等。這些不平整部 分(例如，高的凸起)和模具表面之間的摩擦導(dǎo)致尺寸約IOOnm Ιμπι的粘附。本發(fā)明 人發(fā)現(xiàn)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，通過(guò)在滑動(dòng)部件1的表面上形成以下中的至少兩種微池可將明 顯較大量的潤(rùn)滑劑供應(yīng)到摩擦界面直徑類(lèi)似于粘附的直徑(約IOOnm Ιμπι)的微池， 周期(Ιμπι ΙΟμπι)比粘附的尺寸大的微池，周期(IOnrn IOOnm)比粘附的尺寸小的微 池。具體地，根據(jù)本發(fā)明的滑動(dòng)部件具有包括以下中的至少兩種周期結(jié)構(gòu)的表面結(jié)構(gòu)周期 IOnm lOOnm、深度5nm 50nm的第一周期結(jié)構(gòu)，周期IOOnm IOOOnmj^g 20nm 500nm 的第二周期結(jié)構(gòu)，和周期IOOOnm lOOOOnm、深度IOOnm 3000nm的第三周期結(jié)構(gòu)，其中所 述至少兩種周期結(jié)構(gòu)中的一種形成在其它周期結(jié)構(gòu)上。如果根據(jù)本發(fā)明的滑動(dòng)部件1用于加壓加工或其它加工，在整個(gè)摩擦界面上形成 連續(xù)的流體潤(rùn)滑膜，從而防止工件3的粘附(參見(jiàn)圖幻。可通過(guò)直徑比轉(zhuǎn)移粒子的直徑大 的微池(周期1 μ m 10 μ m)實(shí)現(xiàn)流體潤(rùn)滑的原因推測(cè)為潤(rùn)滑劑通過(guò)微米級(jí)的楔效應(yīng)以多 個(gè)階段供應(yīng)到摩擦界面(對(duì)于楔效應(yīng)參見(jiàn)非專利文獻(xiàn)1)。因此，滑動(dòng)部件的表面結(jié)構(gòu)應(yīng)為 楔形的。另一方面，考慮使用直徑小于轉(zhuǎn)移粒子的直徑的微池(周期IOnm IOOnm)來(lái)緩 和摩擦界面處液體潤(rùn)滑狀態(tài)中引起的微固體接觸的接觸壓力的機(jī)理。這種作用可抑制工件 3與滑動(dòng)部件1的表面的粘附。本發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，可通過(guò)對(duì)滑動(dòng)部件輻射氣體簇離子束在該滑動(dòng)部件上形成表面 結(jié)構(gòu)。氣體簇離子束加工是射束方法，因此可將氣體簇離子束輻射到滑動(dòng)部件的一部分，例 如滑動(dòng)部件的邊緣?？赏ㄟ^(guò)輻射氣體簇離子束使氣體簇離子束與滑動(dòng)部件的表面的法線所 形成的角度典型地變?yōu)?0度 75度而在滑動(dòng)部件的表面上形成精細(xì)的波紋結(jié)構(gòu)。優(yōu)選的 是波紋結(jié)構(gòu)的線條(line)在與滑動(dòng)方向垂直的方向延伸以將潤(rùn)滑劑儲(chǔ)存在微池中。公開(kāi)于例如日本專利No. 3994111的氣體簇離子束裝置可用于在滑動(dòng)部件的表面 上形成以上表面結(jié)構(gòu)。將源氣體從噴嘴注入到保持在真空下的簇發(fā)生室以使氣體分子聚 集，從而產(chǎn)生簇。將該簇作為氣體簇射束通過(guò)分離器(skimmer)導(dǎo)入電離室。在該電離室 中，電離器將電子束如熱電子輻射至中性簇以使它們電離。經(jīng)電離的氣體簇射束通過(guò)加速 電極加速。入射的氣體簇離子束通過(guò)孔徑調(diào)節(jié)以具有預(yù)定的射束直徑并輻射到滑動(dòng)部件。 例如，當(dāng)使由電絕緣體制成的滑動(dòng)部件的表面平整化時(shí)，可通過(guò)電子預(yù)先中和氣體簇離子。 可通過(guò)傾斜滑動(dòng)部件來(lái)控制氣體簇離子束輻射到滑動(dòng)部件表面的角度。此外，可通過(guò)使用 X-Y平臺(tái)或旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)垂直或水平地移動(dòng)滑動(dòng)部件或者旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)部件而將氣體簇離子束以任 何方向輻射。存在這樣的機(jī)理，即使沒(méi)有對(duì)滑動(dòng)部件或其相對(duì)物施用導(dǎo)致靜水壓在微池中產(chǎn)生 的潤(rùn)滑劑，也會(huì)通過(guò)該機(jī)理在微池中儲(chǔ)存的水中產(chǎn)生靜水壓，因?yàn)槲皆诨瑒?dòng)部件或其相 對(duì)物的表面上的通常氣氛中的水分起到潤(rùn)滑劑的作用和產(chǎn)生液壓。因此，在本發(fā)明中不是 必須要求施用潤(rùn)滑劑。以下將描述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例和用于證實(shí)實(shí)施例效果的對(duì)比例。[實(shí)施例1]通過(guò)研削加工制作作為滑動(dòng)部件1實(shí)例的沖壓模具。該沖壓模具由超硬材料(日 本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)V20)制成。該沖壓模具具有矩形(ImmX 2mm)底部。向該沖壓模具的側(cè)面輻射 氣體簇離子束，該輻射方向與沖壓模具相對(duì)于工件3的滑動(dòng)方向平行，使得由該沖壓模具表面的法線與所述氣體簇離子束形成的角度為60度?；瑒?dòng)方向如圖6(a)、9 (a)和9 (c)中 箭頭所示。氬氣用作源氣。加速電壓為20kV和輻射劑量為3X IOw離子/cm2。在輻射完成 后，通過(guò)掃描電子顯微鏡和原子力顯微鏡觀察該沖壓模具。在該沖壓模具的側(cè)面和邊緣觀 察到周期結(jié)構(gòu)。通過(guò)原子力顯微鏡觀察的周期結(jié)構(gòu)的形狀在圖6和圖7中示出。通過(guò)掃描 電子顯微鏡觀察的周期結(jié)構(gòu)在圖8中示出。各個(gè)周期結(jié)構(gòu)具有其中線條在與滑動(dòng)方向垂直 的方向上延伸的波紋結(jié)構(gòu)。具體地觀察到，如圖7(e)所示，三種類(lèi)型的周期結(jié)構(gòu)組合。第一 周期結(jié)構(gòu)具有20nm 70nm的周期和IOnm的平均深度，第二周期結(jié)構(gòu)具有200nm 500nm 的周期和75nm的平均深度，和第三周期結(jié)構(gòu)具有2000nm 3000nm的周期和320nm的平均 深度。此外，在這些周期結(jié)構(gòu)中，第一周期結(jié)構(gòu)具有粒狀結(jié)構(gòu)(參見(jiàn)圖6 (c))，第二和第三周 期結(jié)構(gòu)具有其中線條在與滑動(dòng)方向垂直的方向上延伸的波紋結(jié)構(gòu)(對(duì)于第二周期結(jié)構(gòu)參 見(jiàn)圖6(b)或?qū)τ诘谌芷诮Y(jié)構(gòu)參見(jiàn)圖6(a))。進(jìn)行滑動(dòng)試驗(yàn)，其中通過(guò)設(shè)置在壓床中的沖壓模具沖壓施用了潤(rùn)滑劑(環(huán)烷系礦 物油)的厚度0. Imm的不銹鋼板(日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SUS304)(參見(jiàn)圖9)。不銹鋼板(日本工 業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SUS304)等同于工件3。附圖標(biāo)記7表示凹模。每十萬(wàn)次沖擊時(shí)通過(guò)掃描電子顯 微鏡觀察沖壓模具的側(cè)壁上是否存在轉(zhuǎn)移粒子5，并且通過(guò)能量分散χ射線分析對(duì)粒子的 組成進(jìn)行分析。直到至少一千萬(wàn)次沖擊前未觀察到粒子5從工件3 (不銹鋼板)轉(zhuǎn)移(參 見(jiàn)圖10A)。在圖IOA IOC中，EE表示實(shí)施例；CE表示對(duì)比例；AccV表示加速電壓(kV)； Dose表示劑量(離子/cm2) ；IrrA表示輻射角度(度)；Prd表示周期(nm) ；Dpth表示深度 (nm) ；S50表示五十萬(wàn)次沖擊；SlOO表示一百萬(wàn)次沖擊；S200表示兩百萬(wàn)次沖擊；S400表示 四百萬(wàn)次沖擊；S1000表示一千萬(wàn)次沖擊；符號(hào)X表示沒(méi)有產(chǎn)生粘附，和符號(hào)〇表示出現(xiàn)粘 附。[實(shí)施例2 21]通過(guò)改變氣體簇離子束的輻射條件在沖壓模具的表面上形成第一至第三周期結(jié) 構(gòu)，并且進(jìn)行與實(shí)施例1相同的滑動(dòng)試驗(yàn)。氣體簇離子束的輻射條件、與輻射條件對(duì)應(yīng)的第 一至第三周期結(jié)構(gòu)的周期和深度、以及是否在沖壓模具的側(cè)壁上出現(xiàn)轉(zhuǎn)移粒子5在圖IOB 和IOC中示出。在實(shí)施例1 17中，改變氣體簇離子束的輻射角度。在實(shí)施例1、18和19中，改變氣體簇離子束的加速電壓。在實(shí)施例1、20和21中，改變氣體簇離子束的劑量。[實(shí)施例22 24]改變滑動(dòng)部件的材料，但是其它條件與實(shí)施例1相同。在實(shí)施例22中，沖壓模具的 材料為模具鋼SKDll (日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn))且工件3的材料為不銹鋼SUS304(日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn))。 在實(shí)施例23中，沖壓模具的材料為模具鋼SKD11(日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn))且工件3的材料為磷青 銅。在實(shí)施例M中，沖壓模具的材料為超硬材料(V20)且工件3的材料為磷青銅。進(jìn)行與 實(shí)施例1相同的滑動(dòng)試驗(yàn)。氣體簇離子束的輻射條件、對(duì)應(yīng)于輻射條件的第一至第三周期 結(jié)構(gòu)的周期和深度、以及是否在沖壓模具的側(cè)壁上出現(xiàn)轉(zhuǎn)移粒子5在圖IOC中示出。[實(shí)施例邪]通過(guò)研削加工制作沖壓模具。該沖壓模具的材料為超硬材料(V20)。該沖壓 模具具有矩形(lmmX2mm)底部。通過(guò)超精密五軸加工機(jī)器在該沖壓模具的側(cè)面上形成周期結(jié)構(gòu)。該周期結(jié)構(gòu)是其中線條在與滑動(dòng)方向垂直的方向上延伸的線條-間隔結(jié)構(gòu) (line-and-space structure) 0然后，進(jìn)行與實(shí)施例1相同的滑動(dòng)試驗(yàn)。第二和第三周期 結(jié)構(gòu)的周期和深度、以及是否在沖壓模具的側(cè)壁上出現(xiàn)轉(zhuǎn)移粒子5在圖IOC中示出。[對(duì)比例1]將氣體簇離子束的輻射角度設(shè)置為0度，此時(shí)輻射方向與沖壓模具側(cè)面的法線方 向一致。其它條件與實(shí)施例1相同。在這種加工中，在沖壓模具的側(cè)面上僅形成第一周期 結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行與實(shí)施例1相同的滑動(dòng)試驗(yàn)。氣體簇離子束的輻射條件、對(duì)應(yīng)于輻射條件的第 一周期結(jié)構(gòu)的周期和深度、以及是否在沖壓模具的側(cè)壁上出現(xiàn)轉(zhuǎn)移粒子5在圖IOC中示出。[對(duì)比例2]在沖壓模具的側(cè)面上僅形成第二周期結(jié)構(gòu)。其它條件與實(shí)施例25相同。進(jìn)行與 實(shí)施例1相同的滑動(dòng)試驗(yàn)。第二周期結(jié)構(gòu)的周期和深度以及是否在沖壓模具的側(cè)壁上出現(xiàn) 轉(zhuǎn)移粒子5在圖IOC中示出。[對(duì)比例3]在沖壓模具的側(cè)面上僅形成第三周期結(jié)構(gòu)。其它條件與實(shí)施例25相同。進(jìn)行與 實(shí)施例1相同的滑動(dòng)試驗(yàn)。第三周期結(jié)構(gòu)的周期和深度以及是否在沖壓模具的側(cè)壁上出現(xiàn) 轉(zhuǎn)移粒子5在圖IOC中示出。[對(duì)比例4]以與實(shí)施例1相同的條件制作沖壓模具，除了改變氣體簇離子束的輻射方向。氣 體簇離子束的輻射方向改變成與滑動(dòng)方向平行。第一至第三周期結(jié)構(gòu)形成為使波紋結(jié)構(gòu) (其為第二周期結(jié)構(gòu))中的線條在與滑動(dòng)方向平行的方向上延伸。第一至第三周期結(jié)構(gòu)的 周期和深度以及是否在沖壓模具的側(cè)壁上出現(xiàn)轉(zhuǎn)移粒子5在圖IOC中示出。[對(duì)比例5]以與實(shí)施例1相同的條件制作沖壓模具，除了改變氣體簇離子束的輻射方向。氣 體簇離子束的輻射方向改變成使輻射方向與滑動(dòng)方向形成的角度變?yōu)?5度。第一至第三 周期結(jié)構(gòu)形成為使波紋結(jié)構(gòu)(其為第二周期結(jié)構(gòu))中的線條與滑動(dòng)方向形成的角度變?yōu)?5 度。進(jìn)行與實(shí)施例1相同的滑動(dòng)試驗(yàn)。第一至第三周期結(jié)構(gòu)的周期和深度以及是否在沖壓 模具的側(cè)壁上出現(xiàn)轉(zhuǎn)移粒子5在圖IOC中示出。從實(shí)施例1 21和對(duì)比例1的結(jié)果中發(fā)現(xiàn)以下事實(shí)。當(dāng)只形成第一周期結(jié)構(gòu)時(shí)， 轉(zhuǎn)移粒子5粘附到?jīng)_壓模具的表面，即使沖壓次數(shù)少至五十萬(wàn)次沖擊。另一方面，當(dāng)在沖壓 模具的表面上形成第一、第二和第三周期結(jié)構(gòu)中的至少兩種時(shí)，顯著抑制了轉(zhuǎn)移粒子5的 產(chǎn)生。當(dāng)如實(shí)施例7 15所示形成所有的第一、第二和第三周期結(jié)構(gòu)時(shí)，可得到更加明顯 的效果并且直至四百萬(wàn)次沖擊時(shí)都沒(méi)有產(chǎn)生轉(zhuǎn)移粒子5。將由氣體簇離子束的輻射方向與 沖壓模具側(cè)面的法線所形成的角度設(shè)定為30度 75度足以形成所有三種周期結(jié)構(gòu)。實(shí)施例1和22 M的結(jié)果顯示，本發(fā)明的效果不依賴于滑動(dòng)部件的材料?？紤]實(shí)施例25與對(duì)比例2和3顯示，如果只形成三種周期結(jié)構(gòu)中的一種則無(wú)法得 到任何效果。需要在沖壓模具上形成三種周期結(jié)構(gòu)中的至少兩種以得到效果?？紤]實(shí)施例1與對(duì)比例4和5顯示，如果滑動(dòng)部件具有其中線條在與滑動(dòng)部件的 滑動(dòng)方向基本上垂直的方向上延伸的波紋結(jié)構(gòu)則可防止粘附。除了以上實(shí)施例之外，也可將氣體簇離子束輻射到陶瓷或硅材料以形成至少兩種周期結(jié)構(gòu)來(lái)改善滑動(dòng)部件的滑動(dòng)耐久性。本發(fā)明利用了其中氣體簇離子束在使尖銳的凸起 平整化的同時(shí)形成周期結(jié)構(gòu)如波紋的本質(zhì)現(xiàn)象。因此，清楚的是各種條件如氣體簇的類(lèi)型 和加速能量，以及滑動(dòng)部件和潤(rùn)滑劑的材料不受特殊限制。此外，以上表面結(jié)構(gòu)不需要存在 于所有的滑動(dòng)區(qū)域上，而只需要存在于例如滑動(dòng)部件的邊緣。在以上實(shí)施例中，如圖7(e)所示，當(dāng)滑動(dòng)部件1(沖壓模具)插入到工件3中時(shí)在 面對(duì)滑動(dòng)部件1的第三周期結(jié)構(gòu)的一部分上形成第一周期結(jié)構(gòu)和/或第二周期結(jié)構(gòu)。這是 因?yàn)閮H從一個(gè)方向?qū)瑒?dòng)部件1的側(cè)面輻射氣體簇離子束；如果在合適的輻射條件下從與 該方向相反的方向輻射氣體簇離子束，則可以在第三周期結(jié)構(gòu)的以上部分的背面上形成第 一周期結(jié)構(gòu)和/或第二周期結(jié)構(gòu)。考慮到當(dāng)滑動(dòng)部件1插入到工件3中時(shí)的摩擦阻力大于 從工件3中拉出滑動(dòng)部件1時(shí)的摩擦阻力，第一周期結(jié)構(gòu)和/或第二周期結(jié)構(gòu)優(yōu)選在第三 周期結(jié)構(gòu)的以上部分上形成，并且第一周期結(jié)構(gòu)和/或第二周期結(jié)構(gòu)也優(yōu)選形成在第三周 期結(jié)構(gòu)的以上部分的背面上。當(dāng)在滑動(dòng)部件1的表面上形成第一周期結(jié)構(gòu)和第二周期結(jié)構(gòu) 時(shí)也是如此。已經(jīng)給出了本發(fā)明實(shí)施方式的上述描述以進(jìn)行說(shuō)明和描述。其不意圖為窮盡的或 者將本發(fā)明限制為公開(kāi)的確切形式?？尚邪凑找陨辖虒?dǎo)進(jìn)行改進(jìn)和變型。對(duì)實(shí)施方式進(jìn)行 選擇和描述以說(shuō)明本發(fā)明的原理及其實(shí)際應(yīng)用，以便使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠以各種 實(shí)施方式以及以適合于預(yù)期的具體應(yīng)用的各種變型來(lái)利用本發(fā)明。當(dāng)根據(jù)公平、合法和公 正的寬度解釋本發(fā)明時(shí)，所有這樣的改進(jìn)和變型均在由所附權(quán)利要求確定的本發(fā)明的范圍 內(nèi)。
權(quán)利要求
1.滑動(dòng)部件，其具有周期IOnm lOOnm、深度5nm 50nm的第一周期結(jié)構(gòu)，周期 IOOnm lOOOnm、深度20nm 500nm的第二周期結(jié)構(gòu)，和周期IOOOnm lOOOOnm、深度 IOOnm 3000nm的第三周期結(jié)構(gòu)中的至少兩種周期結(jié)構(gòu)作為表面結(jié)構(gòu)，其中所述至少兩種 周期結(jié)構(gòu)中的一種形成在另一周期結(jié)構(gòu)上。
2.權(quán)利要求1的滑動(dòng)部件，其中所述第二周期結(jié)構(gòu)和所述第三周期結(jié)構(gòu)中的至少一種 為波紋結(jié)構(gòu)。
3.權(quán)利要求2的滑動(dòng)部件，其中所述第二周期結(jié)構(gòu)和所述第三周期結(jié)構(gòu)中的至少一種 的波紋結(jié)構(gòu)形成在與所述滑動(dòng)部件的滑動(dòng)方向垂直的方向上。
4.權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)的滑動(dòng)部件，其中所述表面結(jié)構(gòu)至少形成在所述滑動(dòng)部件 的邊緣上。
5.使用氣體簇離子束加工滑動(dòng)部件的表面的方法，包括從與所述滑動(dòng)部件的滑動(dòng)方向 平行的方向輻射所述氣體簇離子束的步驟。
6.權(quán)利要求5的加工滑動(dòng)部件的表面的方法，其中由輻射的所述氣體簇離子束與所述 滑動(dòng)部件的表面的法線所形成的角度為30度 75度。
全文摘要
本發(fā)明涉及滑動(dòng)部件及其表面加工方法。所述滑動(dòng)部件具有周期10nm～100nm、深度5nm～50nm的第一周期結(jié)構(gòu)，周期100nm～1000nm、深度20nm～500nm的第二周期結(jié)構(gòu)和周期1000nm～10000nm、深度100nm～3000nm的第三周期結(jié)構(gòu)中的至少兩種周期結(jié)構(gòu)作為表面結(jié)構(gòu)，其中所述至少兩種周期結(jié)構(gòu)中的一種形成在其它周期結(jié)構(gòu)上。
文檔編號(hào)C23F4/00GK102140640SQ20111002271
公開(kāi)日2011年8月3日 申請(qǐng)日期2011年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月1日
發(fā)明者佐藤明伸, 河野健司, 鈴木晃子 申請(qǐng)人:日本航空電子工業(yè)株式會(huì)社