滑动部件以及滑动部件的加工方法
【专利摘要】形成高精度的滑动面(S)，在该滑动面(S)上不会附着与形成于滑动面(S)上的正压产生槽(11a)和负压产生槽(15a)的加工相伴随的飞散物质等，并平坦地形成在滑动面(S)上形成的正压产生槽(11a)和负压产生槽(15a)的底面。其特征在于，包括以下工序：准备一对滑动部件(3、5)的至少一侧的滑动部件(3、5)的工序；以及向滑动部件(3、5)的滑动面(S)的形成正压产生槽(11a)、负压产生槽(15a)的部分照射超短脉冲激光而去除滑动面(S)的表面的一部分，由此在滑动面(S)上形成深度为0.05μm～5μm的范围的浅槽(11a、15a)的加工工序，在加工工序中使用的超短脉冲激光的能注量为0.5J/(cm2.脉冲)～7J/(cm2.脉冲)。
【专利说明】滑动部件以及滑动部件的加工方法
[0001]本发明涉及例如机械密封件、轴承及其它适合于滑动部的滑动部件。特别是涉及使流体介于滑动面之间来减小摩擦并且需要防止流体从滑动面泄漏的密封环或轴承等滑动部件。
【背景技术】
[0002]在作为滑动部件的一个示例的机械密封件中，通过泄漏量、磨损量以及转矩来评价其性能。在现有技术中，通过使机械密封件的滑动材质及滑动表面粗糙度最优化来提高性能，并实现低泄漏、高寿命、低转矩。但是，由于近年对于环境问题的意识的提高，要求机械密封件进一步提高性能，需要超越现有技术框架的技术开发。
[0003]已知有如下技术:离散地形成于滑动面上的多个周期结构分别由镜面部分划分出，在镜面部分处堵住各周期结构的格栅状凹凸的凹部两端，从而增大各周期结构中的油膜保持能力，并提高往复滑动特性和旋转滑动特性(例如，参照专利文献I ο下面，称为“现有技术”)。
[0004]现有技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1:日本特开2007-69300号公报(图1)
【发明内容】
[0007]发明要解决的问题
[0008]在上述现有技术中，如图11(a)所示，以加工阈值附近的注量对镜面50的离散的多个矩形区域51照射直线偏光的激光，与该照射部分重叠地进行扫描而自组织地形成周期结构，但是，如图11(b)所示，周期结构52具有形成格栅状凹凸的凸部53和凹部54。并且，格栅状凹凸的平均振幅h是不超过Ιμπι的程度的大小，此外，周期结构52的格栅状凹凸的周期间距P是不超过1mi的程度的大小。
[0009]在上述的现有技术中，由于目的在于增大滑动面的油膜保持能力，并提高往复滑动特性和旋转滑动特性，所以在多个矩形区域51的周期结构52中形成格栅状凹凸。
[0010]但是，在相对滑动的滑动部件的滑动面上形成动压产生槽并使其产生正压，从而扩大滑动面的间隔来提高滑动面的润滑性，或者，在滑动面的低压侧形成负压产生槽并使其产生负压而降低泄漏的情况下，希望动压产生槽或者负压产生槽的底面尽可能地平坦。此外，在通过激光加工形成动压产生槽或者负压产生槽的情况下，希望与激光加工相伴随的碎片(由于消融而从材料表面飞散的物质)不会附着于滑动面。
[0011 ]本发明的目的在于提供一种滑动部件，该滑动部件形成高精度的滑动面，在该滑动面上不会附着与形成于滑动面上的动压产生槽和负压产生槽的加工相伴随的飞散物质等，并平坦地形成在滑动面上形成的动压产生槽和负压产生槽的底面，从而无需进行飞散物质的去除作业，此外，能够通过滑动面的相对滑动而产生规定的动压和负压，本发明的目的同时在于提供一种加工方法，能够在滑动面上高精度且高效地形成动压产生槽和负压产生槽。
[0012]用于解决问题的手段
[0013]为了实现上述目的，本发明的滑动部件的加工方法的第一特征在于，所述加工方法包括以下工序:准备一对滑动部件的至少一侧的滑动部件的工序；以及加工工序，向所述滑动部件的滑动面的形成正压产生槽、负压产生槽或者流体连通通道兼正压产生槽的部分照射超短脉冲激光来去除所述滑动面的表面的一部分，由此在所述滑动面上形成深度为
0.05μπι?5μπι的范围的浅槽，在所述加工工序中使用的所述超短脉冲激光的能注量为0.5 J/(cm2.脉冲)?7J/(cm2.脉冲)。
[0014]根据该特征，能够极其平坦地形成作为正压产生槽、负压产生槽或者流体连通通道兼正压产生槽的加工面的底面，并且，能够取得在这些槽的加工边缘上不存在由于碎片产生的隆起的高精度的滑动面。此外，加工相伴随的热影响小，所以能够防止在滑动面上产生波纹等弊端。并且，由于加工时间也短，无需在加工后进行滑动面的碎片去除等作业，所以作业效率也高。
[0015]此外，本发明的滑动部件的加工方法的第二特征在于，在第一特征中，所述加工方法还包括改变所述超短脉冲激光的能注量的工序。
[0016]根据该特征，能够设定成与滑动部件的材质以及作为加工部的槽的大小和深度相应的能注量。
[0017]此外，本发明的滑动部件的加工方法的第三特征在于，在第一或者第二的特征中，所述超短脉冲激光的重复频率为5kHz以上。
[0018]根据该特征，即使在脉冲的重叠数量较多的情况下，也能够将加工时间设定为适度的值。
[0019]此外，本发明的滑动部件的加工方法的第四特征在于，在第一至第三特征中的任一特征中，所述超短脉冲激光的脉冲宽度小于10皮秒。
[0020]根据该特征，能够减少由I个脉冲产生的热量。
[0021]此外，本发明的滑动部件的加工方法的第五特征在于，在第一至第四特征中的任一特征中，在所述加工工序中，在所述滑动部件的滑动面的表面上，利用电扫描器扫描所述超短脉冲激光，由此在所述滑动面上形成浅槽。
[0022]根据该特征，能够利用电扫描器的高速扫描性，有效地进行加工。
[0023]此外，本发明的滑动部件的第一特征在于，在一对滑动部件的彼此相对滑动的一侧的滑动面上设置有流体循环槽，所述流体循环槽由从高压流体侧进入的入口部、向高压流体侧排出的出口部、以及将所述入口部和所述出口部连通的连通部构成，所述流体循环槽借助于台面部与低压流体侧隔离开，在被所述流体循环槽和高压流体侧围着的部分处设置有正压产生机构，所述正压产生机构具有比所述流体循环槽浅的正压产生槽，所述正压产生槽与所述入口部连通，并借助于台面部与所述出口部及所述高压流体侧隔离开，所述正压产生槽是通过超短脉冲激光的照射而形成的，且是深度为0.05μπι?5μπι的范围的浅槽，所述正压产生槽的底面的粗糙度Ra为加工深度的1/10以下，加工部的边缘的由碎片产生的隆起小于0.Ο?μπι。
[0024]根据该特征，在形成为增加滑动面之间的流体膜并提高润滑性能的滑动部件中，能够借助高精度的正压产生槽产生规定的动压，此外，由于加工时的热影响小，不会在滑动面上存在波纹，也不存在由碎片产生的隆起，所以能够提供具有密封性良好的滑动面的滑动部件。
[0025]此外，本发明的滑动部件的第二特征在于，在第一特征中，在所述一侧的滑动面的被所述流体循环槽和高压流体侧围着的部分的外侧设置有负压产生机构，所述负压产生机构由比所述流体循环槽浅的负压产生槽构成，所述负压产生槽与所述入口部连通，并借助于台面部与所述出口部及所述低压流体侧隔离开，所述负压产生槽是通过超短脉冲激光的照射而形成的，且是深度为0.05μπι?5μπι的范围的浅槽，所述负压产生槽的底面的粗糙度Ra为加工深度的1/10以下，加工部的边缘的由碎片产生的隆起小于0.Ο?μπι。
[0026]根据该特征，在形成为借助于负压产生槽使欲泄漏到低压流体侧的流体返回到高压流体侧的滑动部件中，能够借助高精度的负压产生槽产生规定的负压，能够提供具有更好的密封性的滑动面的滑动部件。
[0027]此外，本发明的滑动部件的第三特征在于，在一对滑动部件的彼此相对滑动的一侧的滑动面上，面向高压流体侧设置有动压产生用的台面部，并且面向低压流体侧设置有密封面，所述台面部和所述密封面以在径向上隔离开的方式配设，所述滑动面的除所述台面部和所述密封面之外的部分形成为比这些面低，构成为流体连通通道兼正压产生槽，所述流体连通通道兼正压产生槽是通过超短脉冲激光的照射而形成的，且是深度为0.05μπι?5μπι的范围的浅槽，所述流体连通通道兼正压产生槽的底面的粗糙度Ra为加工深度的1/10以下，加工部的边缘的由碎片产生的隆起小于0.0h?。
[0028]根据该特征，在形成为提高滑动面的润滑性并且向高压流体侧排出流体中含有的杂质、不会损伤滑动面并且不会造成杂质堆积于滑动面而扩大滑动面的间隔的滑动部件中，能够借助高精度的流体连通通道兼正压产生槽产生规定的动压，此外，由于加工时的热影响小，所以在滑动面上不存在波纹，也不存在由碎片产生的隆起，所以能够提供具有密封性良好的滑动面的滑动部件。
[0029]此外，本发明的滑动部件的第四特征在于，在第三特征中，在所述密封面的高压流体侧设置有由负压产生槽构成的负压产生机构，所述负压产生槽的下游侧与所述流体连通通道兼正压产生槽连通，所述负压产生槽是通过超短脉冲激光的照射而形成的，且是深度为0.05μπι?5μπι的范围的浅槽，所述负压产生槽的底面的粗糙度Ra为加工深度的1/10以下，加工部的边缘的由碎片产生的隆起小于0.Ο?μπι。
[0030]根据该特征，在形成为经由负压产生槽使欲泄漏到低压流体侧的流体返回到高压流体侧的滑动部件中，能够借助高精度的负压产生槽产生规定的负压，能够提供具有密封性更好的滑动面的滑动部件。
[0031]发明效果
[0032]本发明可以起到下面这样的优异效果。
[0033](I)由于在加工工序中使用的所述超短脉冲激光的能注量为0.5J/(cm2.脉冲)?7J/(cm2.脉冲)，从而能够极其平坦地形成作为正压产生槽、负压产生槽或者流体连通通道兼正压产生槽的加工面的底面，并且能够得到在这些槽的加工缘上不存在由碎片产生的隆起的高精度的滑动面。此外，加工相伴随的热影响小，所以能够防止在滑动面上产生波纹等弊端。并且，由于加工时间也短，无需在加工后进行滑动面的碎片去除等作业，所以作业效率也高。
[0034](2)由于还包括改变超短脉冲激光的能注量的工序，从而能够设定成与滑动部件的材质以及作为加工部的槽的大小和深度相应的能注量。
[0035](3)由于超短脉冲激光的重复频率为5kHz以上，从而即使在脉冲的重叠数量较多的情况下，也能够将加工时间设定为适度的值。
[0036](4)由于超短脉冲激光的脉冲宽度小于10皮秒，从而能够减少由I个脉冲产生致的热量。
[0037](5)在所述加工工序中，在滑动部件的滑动面的表面上，利用电扫描器扫描所述超短脉冲激光，在所述滑动面上形成浅槽，由此能够利用电扫描器的高速扫描性，有效地进行加工。
[0038](6)正压产生槽是通过超短脉冲激光的照射而形成的，且是深度为0.05μπι?5μπι的范围的浅槽，正压产生槽的底面的粗糙度Ra为加工深度的1/10以下，加工部的边缘的由碎片产生的隆起小于0.Ο?μπι，由此増加滑动面之间的流体膜，提高润滑性能，在这种滑动部件中，能够借助高精度的正压产生槽产生规定的动压，此外，由于加工时的热影响小，所以在滑动面上不存在波纹，也不存在由碎片产生的隆起，所以能够提供具有密封性良好的滑动面的滑动部件。
[0039](7)负压产生槽是通过超短脉冲激光的照射而形成的，且是深度为0.05μπι?5μπι的范围的浅槽，所述负压产生槽的底面的粗糙度Ra为加工深度的1/10以下，由加工部的缘的碎片产生的隆起小于0.Ο?μπι，由此经由负压产生槽使欲泄漏到低压流体侧的流体返回到高压流体侧，在这样的滑动部件中，能够借助高精度的负压产生槽产生规定的负压，能够提供具有密封性更好的滑动面的滑动部件。
[0040](8)流体连通通道兼正压产生槽是通过超短脉冲激光的照射而形成的，且是深度为0.05μπι?5μπι的范围的浅槽，所述流体连通通道兼正压产生槽的底面的粗糙度Ra为加工深度的1/10以下，加工部的边缘的由碎片产生的隆起小于0.Ο?μπι，由此提高滑动面的润滑性，并且向高压流体侧排出流体中含有的杂质，不会损伤滑动面，并且，不会造成杂质堆积于滑动面而扩大滑动面的间隔，在这样的滑动部件中，能够借助高精度的流体连通通道兼正压产生槽产生规定的动压，此外，由于加工时的热影响小，所以在滑动面上不存在波纹，也不存在由碎片产生的隆起，所以能够提供一种具有密封性良好的滑动面的滑动部件。
[0041](9)在具有流体连通通道兼正压产生槽的滑动部件中，负压产生槽是通过超短脉冲激光的照射而形成的，且是深度为0.05μπι?5μπι的范围的浅槽，所述负压产生槽的底面的粗糙度Ra为加工深度的1/10以下，由加工部的缘的碎片产生的隆起为小于0.Ο?μπι，由此经由负压产生槽使欲泄漏到低压流体侧的流体返回到高压流体侧，在这样的滑动部件中，能够借助高精度的负压产生槽产生规定的负压，能够提供具有密封性更好的滑动面的滑动部件。
【附图说明】
[0042]图1是示出本发明的实施例1的作为滑动部件的机械密封件的一个示例的纵剖视图。
[0043]图2示出本发明的实施例1的滑动部件的滑动面。
[0044]图3是示出在本发明的滑动部件的滑动面的加工工序中使用的加工装置的概要结构的示意图。
[0045]图4示出本发明的滑动部件的加工试验结果，是超短脉冲激光的波长为1030nm的情况。
[0046]图5示出本发明的滑动部件的加工试验结果，是超短脉冲激光的波长为515nm的情况。
[0047]图6是示出以超短脉冲激光的各照射注量进行了加工时的加工面的状态和加工部边缘的隆起的评价结果的图。
[0048]图7示出使用皮秒激光作为超短脉冲激光进行了加工的情况下的加工面的状态，(a)表示加工面的显微镜照片，(b)示出加工面的剖面，并表示粗糙度。
[0049]图8示出使用纳秒激光作为脉冲激光进行了加工的情况中的加工面的状态，图7的(a)表示加工面的显微镜照片，图7的(b)示出加工面的剖面，并表示粗糙度。
[0050]图9是示出本发明的实施例2的滑动部件的滑动面的图。
[0051]图10用于说明由瑞利台阶机构等构成的正压产生机构和由倒瑞利台阶机构等构成的负压产生机构，(a)示出瑞利台阶机构，(b)示出倒瑞利台阶机构。
[0052]图11是说明现有技术的图，(a)是俯视图，(b)是剖视图。
【具体实施方式】
[0053]下面，参照附图，根据实施例来示例性地对用于实施本发明的方式进行说明。但是，关于该实施例中记载的构成部件的尺寸、材质、形状及其相对的配置等，只要没有特别明示的记载，则本发明的范围不仅限定于这些。
[0054]实施例1
[0055]参照图1和图2，对本发明的实施例1的滑动部件进行说明。
[0056]另外，在本实施例中，列举作为滑动部件的一个示例的机械密封件为例来进行说明。此外，将构成机械密封件的滑动部件的外周侧作为高压流体侧(被密封流体侧)，将内周侧作为低压流体侧(大气侧)来进行说明，但本发明不限于此，也可以应用于高压流体侧和低压流体侧相反的情况。
[0057]图1是示出机械密封件的一个示例的纵剖视图，并且是对欲从滑动面的外周朝向内周方向泄漏的高压流体侧的被密封流体进行密封的形式的内侧形式的机械密封件，设置有作为一个滑动部件的圆环状的旋转环3和作为另一个滑动部件的圆环状的固定环5，所述旋转环3借助于套筒2以能够与该旋转轴I 一体地旋转的状态被设置在对高压流体侧的栗轮(省略图示)进行驱动的旋转轴I侧，所述固定环5以非旋转状态且能够轴向移动的状态被设置于栗的外壳4，利用沿着轴向对固定环5施力的螺旋波浪形弹簧6和波纹管7，使通过研磨等被镜面加工成的滑动面S彼此紧贴地滑动。即，该机械密封件防止被密封流体在旋转环3与固定环5彼此的滑动面S上从旋转轴I的外周流出到大气侧。
[0058]图2示出了本发明的实施例1的滑动部件的滑动面，这里，以在图2的固定环5的滑动面上形成流体循环槽的情况为例来进行说明。
[0059]另外，在旋转环3的滑动面上形成流体循环槽的情况也基本上相同，但在该情况下，由于流体循环槽与被密封流体侧连通即可，因此无需设置到滑动面的外周侧。
[0060]在图2中，固定环5的滑动面的外周侧是高压流体侧，此外，内周侧是低压流体侧、例如大气侧，对方滑动面沿着逆时针方向旋转。
[0061]在固定环5的滑动面上，在周向上设置有多个流体循环槽10，所述流体循环槽10与高压流体侧连通，并借助于滑动面的平滑部R(在本发明中，有时称为“台面部”)与低压流体侧隔呙开。
[0062 ]流体循环槽1由从高压流体侧进入的入口部1 a、向高压流体侧排出的出口部10b、以及将入口部1a与出口部1b在周向上连通的连通部1c构成，并借助于台面部R与低压流体侧隔离开。由于流体循环槽10防止包括腐蚀生成物等在内的流体在滑动面上浓缩，因此起到积极地将被密封流体从高压流体侧导入到滑动面上并排出的作用，流体循环槽10形成有入口部1a和出口部10b，以便容易与对方滑动面的旋转方向相对应地将被密封流体引入到滑动面上且容易排出，另一方面，为了减少泄漏，流体循环槽10借助于台面部R与低压流体侧隔离开。
[0063]另外，流体循环槽的形状可以采用如图2所示的大致V字形、或者大致U字形等各种形态，但在本说明书中，作为原则，以“从高压流体侧进入的入口部”是指流体循环槽的朝向内径方向的部分、“向高压流体侧排出的出口部”是指流体循环槽的朝向外径方向的部分来进行说明。因此，“将入口部与出口部连通的连通部”存在极短的情况到具有相当程度的长度的情况。
[0064]在本示例中，俯视观察滑动面，流体循环槽10形成为以滑动面的半径线r为基准而左右大致对称的形状，流体循环槽10的左右的部分、即入口部1a与出口部1b所成的高压流体侧的交角α被设定在120°?180°的范围。
[0065]另外，在流体循环槽10的俯视观察时的形状中，无需是以半径线r为基准而必须左右对称的形状，也可以使入口部1a的交角α?大于出口部1b的交角α2，此外，也可以相反。
[0066]在本说明书中，所谓左右大致对称的情况是指aI = α2 ± 5°的范围。
[0067]此外，作为交角α，优选的范围是120°?180°的范围，但不一定限定于120°?180°的范围。
[0068]并且，在流体循环槽10的俯视观察时的形状中，也可以没有直线部分而整体为曲线状(圆弧状等)。
[0069]此外，流体循环槽10的宽度和深度根据被密封流体的压力、种类(粘性)等而设定成最适合的尺寸即可。
[0070]由于图2所示的流体循环槽10是左右对称且交角α为160°那么大，因此，被密封流体向入口部I Oa的流入和被密封流体从出口部I Ob的排出容易。
[0071]在设置有流体循环槽10的滑动面上，在由流体循环槽10和高压流体侧围着的部分设置有正压产生机构11，所述正压产生机构11具备比流体循环槽10浅的正压产生槽11a。正压产生机构11产生正压(动压)，从而增加滑动面之间的流体膜，并提高润滑性能。
[0072]正压产生槽Ila与流体循环槽10的入口部连通，并借助于台面部R与出口部1b和高压流体侧隔离开。
[0073]在本示例中，正压产生机构11由瑞利台阶机构构成，所述瑞利台阶机构具备与流体循环槽10的入口部1a连通的正压产生槽Ila和瑞利台阶11b，但不限于此，例如，也可以由带堰部的飞母托槽构成，关键是产生正压的机构即可。
[0074]在图2中，在固定环5的滑动面上，在由流体循环槽10和高压流体侧围着的部分的外侧、即相邻的流体循环槽10、10之间设置有倒瑞利台阶机构15，所述倒瑞利台阶机构15构成了由凹槽15a和倒瑞利台阶15b构成的负压产生机构，所述凹槽15a构成比流体循环槽10浅的负压产生槽。凹槽15a与入口部1a连通，并且借助于台面部R与出口部1b和低压流体侧隔呙开。
[0075]在本实施例1中，构成负压产生机构的倒瑞利台阶机构15通过产生负压而将欲从高压流体侧向低压流体侧泄漏的被密封流体引入到凹槽15a中，并经由流体循环槽10使所述流体返回到高压流体侧，起到提高密封性的作用。
[0076]并且，对于瑞利台阶机构和倒瑞利台阶机构，在后面详细地进行说明。
[0077]正压产生槽IIa通过超短脉冲激光的照射而形成，是深度为0.05μπι?5μπι的范围的浅槽，正压产生槽Ila的底面的粗糙度为加工深度的1/10以下，加工部的边缘(正压产生槽I Ia的边缘)的由碎片产生的隆起小于0.Ο?μπι。
[0078]此外，负压产生槽15a通过超短脉冲激光的照射而形成，且是深度为0.05μπι?5μπι的范围的浅槽，负压产生槽15a的底面的粗糙度为加工深度的1/10以下，加工部的边缘(负压产生槽15a的边缘)的由碎片产生的隆起小于0.Ο?μπι。
[0079]在本发明中，超短脉冲激光是指，I个脉冲的宽度(时间宽度)从小于10皮秒到几个飞秒以上的非常短的脉冲激光。该超短脉冲激光具有在显现热效应之前瞬间给物质非常大的能量的特性。
[0080]接着，参照图3，说明在本发明的滑动部件的滑动面上加工正压产生槽Ila和负压产生槽15a的加工方法。
[0081 ]另外，图3是示出在本发明的滑动部件的滑动面的加工工序中使用的加工装置20的概要结构的示意图。
[0082]加工装置20具有:超短脉冲激光振荡器21，其对超短脉冲激光进行振荡;扫描光学系统22，其向作为被加工物的固定环5的规定位置照射该超短脉冲激光;控制部24; XYZ工作台25;架台26;以及升降部件27。在本例子中，扫描光学系统22具有电扫描器23，通过电扫描器23进行一个方向，例如X轴方向的扫描，通过XYZ工作台25的移动来进行Y轴方向的扫描，利用电扫描器23的高速扫描性。因此，XYZ工作台25也可以是至少可在Y和Z方向上移动。在架台26的上表面设置有XYZ工作台25，并在XYZ工作台25上搭载有作为被加工物的固定环5。升降部件27经由轴28与架台26连接。
[0083]由超短脉冲激光振荡器21产生的超短脉冲激光进入扫描光学系统22。扫描光学系统22使超短脉冲激光成形为期望的光束形状，并会聚在XYZ工作台25上的作为被加工物的固定环5的表面的规定位置。作为被加工物的固定环5的材质例如是SiC、A1203、陶瓷、超硬合金、不锈钢等。在本实施例中，作为被加工物的固定环5，使用SiC。
[0084]控制部24作为控制超短脉冲激光振荡器21、扫描光学系统22和XYZ工作台25的驱动的控制装置发挥作用。即，控制部24将驱动信号输出到超短脉冲激光振荡器21、扫描光学系统22和XYZ工作台25。超短脉冲激光振荡器21根据由来自控制部24的驱动信号指示的注量和脉冲宽度，生成超短脉冲激光，并向装置外照射激光。具体而言，借助来自控制部24的驱动信号，控制超短脉冲激光振荡器21内的例如衍射光栅、棱镜、遮光滤光器等构成要素的驱动。
[0085]在本实施例中，超短脉冲激光振荡器21使用可变更至脉冲的重复频率为5kHz以上、激光波长为1030nm或者515nm、脉冲宽度小于20皮秒的光源。
[0086]接着，说明上述加工装置20的动作。
[0087]首先，使用控制部24，设定应照射的超短脉冲激光的基本参数。基本参数的设定例如使用设置于控制部24的输入装置进行输入。作为输入的基本参数，例如是注量、脉冲宽度、照射次数等，但是，这些基本参数也可由设置于控制部24内的应用程序自动算出。根据所得到的基本参数，控制部24将驱动信号输出到超短脉冲激光振荡器21。
[0088]当超短脉冲激光振荡器21收到来自控制部24的驱动信号时，超短脉冲激光振荡器21生成并输出由驱动信号指定的注量和脉冲宽度的激光。由超短脉冲激光振荡器21产生的超短脉冲激光进入扫描光学系统22，扫描光学系统22将超短脉冲激光成形为期望的光束形状，并会聚在XYZ工作台25上的作为被加工物的固定环5的表面的规定位置。当某一点上的激光照射达到所指定的照射次数时，驱动电扫描器23和XYZ工作台25，使超短脉冲激光与作为被加工物的固定环5相对移动。由此能够对作为一个被加工物的固定环5向多个位置进行激光照射。
[0089]图4示出关于每个基本参数的加工试验结果，并使用了超短脉冲激光的波长为1030nm、脉冲宽度为1ps以下的皮秒激光。
[0090]图5示出关于每个基本参数的加工试验结果，并使用了超短脉冲激光的波长为515nm、脉冲宽度为I Ops以下的皮秒激光。
[0091 ]图6是示出在超短脉冲激光的波长为1030nm和515nm的情况下，以各照射注量进行加工时的加工面的状态和加工部边缘的隆起的评价结果的图，作为评价项目，(I)为加工面的状态和加工部的边缘的由碎片产生的隆起的状态。在图6中，关于加工面的状态，加工面(是指正压产生槽和负压产生槽的底面。以下相同)的粗糙度Ra为加工深度的1/10以下的情况设为0K，除此之外设为NG，此外，关于加工部边缘的隆起，加工部的边缘(正压产生槽和负压产生槽的边缘)的由碎片产生的隆起小于0.0lym的情况设为OK，除此之外设为NG。
[0092]根据图6，在超短脉冲激光的波长为1030nm的情况下，加工面的状态为:在注量为
0.5、1、2、3、5、7时，粗糙度Ra为加工深度的1/10以下。此外，加工部的边缘的隆起的状态为:在注量为0.1、0.2、0.4、0.5、1、2、3、5、7、8、9、10、30时，隆起小于0.014111。
[0093]此外，在超短脉冲激光的波长为515nm的情况下，加工面的状态为:在注量为0.5、
1、2、3、5、7时，粗糙度Ra为加工深度的1/10以下。此外，加工部的边缘的隆起的状态为:在注量为0.1、0.2、0.4、0.5、1、2、3、5、7、8、9时，隆起小于0.014111。
[0094]根据以上的结果可以判明，在加工工序中使用的超短脉冲激光的能注量优选在0.5J/(cm2 ?脉冲)?7J/(cm2 ?脉冲)的范围。
[0095]图7示出使用皮秒激光作为超短脉冲激光进行了加工的情况下的加工面的状态，(a)表示加工面的显微镜照片，(b)示出(a)的A-A剖面，并表示加工面的粗糙度。另外，所使用的超短脉冲激光的波长为1030nm，能注量为2.5 J/ (cm2.脉冲)，I次照射的加工深度为0.02μηιο
[0096]根据图7(b)可知，加工面(是指正压产生槽和负压产生槽的底面。以下相同)的深度为1.025μπι，加工面的粗糙度Ra为大约0.03μπι，加工面的表面粗糙度Ra为加工深度的大约3/100，充分小于加工深度的1/10。此外，加工部的边缘(正压产生槽和负压产生槽的边缘)的由碎片产生的隆起为极小的0.0 Ιμπι。
[0097]图8示出使用纳秒激光作为脉冲激光进行了加工的情况下的加工面的状态，(a)表示加工面的显微镜照片，(b)示出(a)的B-B剖面，并表示加工面的粗糙度。
[0098]根据图8(b)可知，加工面(正压产生槽和负压产生槽的底面)的粗糙度Ra为大约0.75μπι。此外，加工部的边缘(正压产生槽和负压产生槽的边缘)的由碎片产生的隆起为大约0.784μηι0
[0099]通过以上可知，与使用皮秒激光进行加工的情况下的加工面的状态相比，使用纳秒激光进行加工的情况下的加工面的状态为，加工面(正压产生槽和负压产生槽的底面)的粗糙度Ra为大约25倍，加工部的边缘(正压产生槽和负压产生槽的边缘)的由碎片产生的隆起为大约78倍。
[0100]实施例2
[0101]参照图9，对本发明的实施例2的滑动部件进行说明。
[0102]在图9中，固定环5的滑动面的外周侧是高压流体侧(被密封流体侧)，此外，内周侧是低压流体侧，例如大气侧，对方滑动面沿着逆时针方向旋转。
[0103]在固定环5的滑动面上，面向高压流体侧设置有动压产生用的台面部30，面向低压流体侧设置有密封面31。密封面31由滑动面的平滑部构成，且是进行密封作用的部分。台面部30与密封面31以在径向上隔离开的方式配设。此外，滑动面的除台面部30和密封面31之外的部分形成为比这些面低，通过该低的部分构成流体连通通道兼正压产生槽32。
[0104]在图9中，台面部30沿周向均匀地设置有多个，各台面部30以隔离开的方式独立。并且，在相邻的台面部30与30之间，面向高压流体侧形成有多个径向的流体连通通道兼正压产生槽32a。此外，在台面部30与密封面31之间形成有周向的流体连通通道兼正压产生槽32b，多个径向的流体连通通道兼正压产生槽32a经由周向的流体连通通道兼正压产生槽32b被连通。各台面部30的周向的宽度、径向的流体连通通道兼正压产生槽32a和周向的流体连通通道兼正压产生槽32b的宽度、以及这些流体连通通道兼正压产生槽32a和32b的深度，根据滑动面的相对速度、被密封流体的粘度等被设定为最佳的值。举一个例子来说，各台面部30的周向的宽度为毫米的数级，流体连通通道兼正压产生槽32a的周向的宽度小于或等于台面部30的宽度。各台面部30的面为与密封面31大致相同的高度。此外，这些流体连通通道兼正压产生槽32a和32b被设定为比密封面31低例如0.05μπι?5μπι。如果流体连通通道兼正压产生槽32a和32b的深度为Ιμπι以上，则在高速旋转时会产生高的动压，滑动面的间隔过于扩大，所以将成为泄漏的原因，所以优选为Um以下。
[0105]此外，在设置于低压流体侧的密封面31的高压流体侧设置有负压产生机构40。在图9的情况下，负压产生机构40由倒瑞利台阶机构构成。该倒瑞利台阶机构具有:形成于密封面31的凹槽(槽)40a和凹槽(槽)40a的上游侧的倒瑞利台阶40b，凹槽(槽)40a的下游侧与周向的流体连通通道兼正压产生槽32b连通。优选为，凹槽(槽)40a的深度形成为，与周向的流体连通通道兼正压产生槽32b的深度相同，或者比其稍浅。倒瑞利台阶机构40沿周向均匀设置有多个。
[0106]现在，当旋转环3旋转，旋转环3与固定环5的滑动面S相对滑动时，从高压流体侧进入到径向的流体连通通道兼正压产生槽32a的流体借助台面部30的动压产生作用而上升，产生正压，所以，扩大了旋转环3与固定环5的滑动面S的间隔，提高了滑动面S的润滑性。此时，流体中含有的杂质环绕周向的流体连通通道兼正压产生槽32b，最终借助离心力向高压流体侧排出，所以不会损伤滑动面。此外，由于不存在杂质在滑动面上堆积而扩大滑动面的间隔的状况，所以能够显著提高滑动部件的寿命。
[0107]并且，由于在设置于低压流体侧的密封面31的高压流体侧设置有负压产生机构40，所以，欲从滑动面和流体连通通道兼正压产生槽32泄漏到低压流体侧的流体流入负压产生机构40，并经由流体连通通道兼正压产生槽32排出到高压流体侧，所以能够减少流体的泄漏。
[0108]在图9的情况下，台面部30的轮廓呈U字形，并且，U字形的上方以面向高压流体侧的方式配设。
[0109]这样，在台面部30的轮廓为U字形的情况下，动压产生部沿径向较长地存在，所以提高了润滑性，变成低摩擦。此外，由于径向的流体连通通道兼正压产生槽32a和周向的流体连通通道兼正压产生槽32b呈圆弧状地顺畅地连通，所以流体中含有的杂质以不在中途滞留的方式排出，能够防止杂质的堆积。其结果是，由于不会损伤滑动面，所以能够防止滑动面的腐蚀。
[0110]在本实施例2中，流体连通通道兼正压产生槽32和倒瑞利台阶机构的凹槽(槽)40a使用与实施例1的正压产生槽Ila和负压产生槽15a相同的加工方法、即图3的加工装置20，超短脉冲激光的能注量在0.5J/(cm2.脉冲)?7J/(cm2.脉冲)的范围内被加工，省略说明。
[0111]在本发明中，使用脉冲宽度极短的超短脉冲激光，对由SiC等构成的滑动部件进行加工，所以照射了超短脉冲激光的区域的周围的温度与现有的照射了纳秒激光的情况相比，不易上升。这是因为，在超短脉冲激光中，I个脉冲导致的热量的产生与通常的纳秒激光相比极少。因此，照射了超短脉冲激光的部分通过由该激光的照射实现的消融被去除而形成平坦的槽，另一方面，槽的边缘不会由于因激光的照射产生的碎片而隆起，能够得到极其干净的加工面。尤其是，通过控制超短脉冲激光的能注量，能够准确形成极其平坦的加工面和在加工边缘处不存在由碎片导致的隆起的高精度的槽。
[0112]此外，由于如上所述地在加工中使用超短脉冲激光，所以能够极其缩小该激光对照射区域的周围的热影响。因此，能够抑制如下问题的产生:由SiC等构成的滑动部件的滑动面的激光照射区域的周围的温度因激光的照射而上升，由于该热影响而在该滑动面上产生波纹。此外，在现有的机械加工中，无法进行槽深度为0.05μπι?5μπι的加工。并且，也存在以下问题:公知的离子束铣花费加工时间，此外，蚀刻的话也花费时间和成本。
[0113]在使用了本发明的超短脉冲激光的加工中，将能注量设定在0.5J/(cm2.脉冲)?7J/(cm2.脉冲)的范围，从而能够获得极其平坦的加工面和在加工边缘处不存在由碎片导致的隆起的高精度的滑动面，并且作业效率也高。
[0114]如果能注量在8J/(cm2.脉冲)以上，I次照射的脉冲能量过大，所以加工面变粗糙，且粗糙度Ra增大。
[0115]并且，如果在波长为1030nm时，能注量为50J/( cm2.脉冲)，并且，在波长为515nm时，能注量为10J/(cm2.脉冲)以上，则会产生碎片。加工部的边缘隆起。
[0116]在滑动部件由SiC、A1203、陶瓷、超硬合金、不锈钢的任一种材料形成的情况下，超短脉冲激光的能注量优选为0.5 J/ (cm2.脉冲)?7 J/ (cm2.脉冲)的范围。
[0117]上述滑动部件的加工方法也可以还具有改变超短脉冲激光的能注量的工序。上述改变能注量的工序也可以还包含改变超短脉冲激光的脉冲能量和焦距中的至少任一方的工序。另外，焦距是指在用于向滑动面照射超短脉冲激光的光学系统中，从配置于离滑动面最近的位置的透镜的中心到通过了该透镜的超短脉冲激光对焦点进行连结的位置之间的距离。
[0118]接着，参照图10，对由瑞利台阶机构等构成的正压产生机构和由倒瑞利台阶机构等构成的负压产生机构进行说明。
[0119]在图10(a)中，面对的滑动部件、即旋转环3和固定环5如箭头所示这样相对滑动。例如，在固定环5的滑动面上，与相对移动方向垂直且面向上游侧地形成有瑞利台阶11b，在该瑞利台阶Ilb的上游侧形成有作为正压产生槽的凹槽部11a。面对的旋转环3和固定环5的滑动面平坦。
[0120]当旋转环3和固定环5沿箭头所示的方向相对移动时，介于旋转环3和固定环5的滑动面之间的流体由于其粘性而欲追随旋转环3或固定环5的移动方向移动，因此，此时由于瑞利台阶Ilb的存在而产生虚线所示这样的正压(动压)。
[0121 ]另外，10a、1b分别表示流体循环槽的入口部、出口部，并且，R表示台面部。
[0122]在图10(b)中，面对的滑动部件、即旋转环3和固定环5如箭头所示这样相对滑动，在旋转环3和固定环5的滑动面上与相对移动方向垂直且面向下游侧地形成有倒瑞利台阶15b，在该倒瑞利台阶15b的下游侧形成有作为负压产生槽的凹槽部15a。面对的旋转环3和固定环5的滑动面平坦。
[0123]当旋转环3和固定环5沿箭头所示的方向相对移动时，介于旋转环3和固定环5的滑动面之间的流体由于其粘性而追随旋转环3或固定环5的移动方向移动，因此，此时由于倒瑞利台阶15b的存在而产生虚线所示这样的负压(动压)。
[0124]另外，10a、1b分别表示流体循环槽的入口部、出口部，并且，R表示台面部。
[0125]以上，根据附图对本发明的实施例进行了说明，但具体的结构并不限定于这些实施例，在不脱离本发明的主旨的范围内的变更或追加也包含于本发明。
[0126]例如，在所述实施例中，主要对将滑动部件应用于机械密封装置中的一对旋转用密封环和固定用密封环的任一个的例子进行了说明，但是，也可以作为这样的轴承的滑动部件来利用:在圆筒状滑动面的轴向一侧密封有润滑油，并且与旋转轴滑动。
[0127]此外，例如，在所述实施例中，对在外周侧存在高压的被密封流体的情况、即内侧式进行了说明，但也可以应用于内周侧存在高压流体、即外侧式的情况。在该情况下，动压产生用的台面部和密封面的径向配置是相反的。
[0128]此外，例如，在所述实施例中，对在固定环的滑动面上设置流体循环槽、正压产生槽和负压产生槽或者动压产生用台面部和流体连通通道兼正压产生槽以及密封面的情况进行了说明，但是，也不限定于此，它们也可以设置于旋转环的滑动面。
[0129]标号说明
[0130]1:旋转轴；2:套筒；3:旋转环;4:外壳；5:固定环;6:螺旋波浪形弹簧;7:波纹管；10:流体连通通道；11:正压产生机构；I Ia:正压产生槽；I Ib:瑞利台阶；15:负压产生机构；15a:负压产生槽;15b:倒瑞利台阶;20:加工装置;21:超短脉冲激光振荡器;22:扫描光学系统;23:电扫描器;24:控制部;25:XYZ工作台；26:架台；27:升降部件;28:轴;30:台面部;31:密封面;32:流体连通通道兼正压产生槽;40:负压产生机构;40a:凹槽(负压产生槽);40b倒瑞利台阶;R:台面部。
【主权项】
1.一种滑动部件的加工方法，其特征在于， 所述加工方法包括以下工序: 准备一对滑动部件的至少一侧的滑动部件的工序；以及 加工工序，向所述滑动部件的滑动面的形成正压产生槽、负压产生槽或者流体连通通道兼正压产生槽的部分照射超短脉冲激光来去除所述滑动面的表面的一部分，由此在所述滑动面上形成深度为0.05μηι?5μηι的范围的浅槽， 在所述加工工序中使用的所述超短脉冲激光的能注量为0.5J/(cm2.脉冲)?7J/(cm2.脉冲)。2.根据权利要求1所述的滑动部件的加工方法，其特征在于， 所述加工方法还包括改变所述超短脉冲激光的能注量的工序。3.根据权利要求1或2所述的滑动部件的加工方法，其特征在于， 所述超短脉冲激光的重复频率为5kHz以上。4.根据权利要求1至3中的任一项所述的滑动部件的加工方法，其特征在于， 所述超短脉冲激光的脉冲宽度小于10皮秒。5.根据权利要求1至4中的任一项所述的滑动部件的加工方法，其特征在于， 在所述加工工序中，在所述滑动部件的滑动面的表面上，利用电扫描器扫描所述超短脉冲激光，由此在所述滑动面上形成浅槽。6.一种滑动部件，其特征在于， 在一对滑动部件的彼此相对滑动的一侧的滑动面上设置有流体循环槽，所述流体循环槽由从高压流体侧进入的入口部、向高压流体侧排出的出口部、以及将所述入口部和所述出口部连通的连通部构成，所述流体循环槽借助于台面部与低压流体侧隔离开，在被所述流体循环槽和高压流体侧围着的部分处设置有正压产生机构，所述正压产生机构具有比所述流体循环槽浅的正压产生槽，所述正压产生槽与所述入口部连通，并借助于台面部与所述出口部及所述高压流体侧隔离开，所述正压产生槽是通过超短脉冲激光的照射而形成的，且是深度为0.05μπι?5μπι的范围的浅槽，所述正压产生槽的底面的粗糙度Ra为加工深度的1/10以下，加工部的边缘的由碎片产生的隆起小于0.0h?。7.根据权利要求6所述的滑动部件，其特征在于， 在所述一侧的滑动面的被所述流体循环槽和高压流体侧围着的部分的外侧设置有负压产生机构，所述负压产生机构由比所述流体循环槽浅的负压产生槽构成，所述负压产生槽与所述入口部连通，并借助于台面部与所述出口部及所述低压流体侧隔离开，所述负压产生槽是通过超短脉冲激光的照射而形成的，且是深度为0.05μπι?5μπι的范围的浅槽，所述负压产生槽的底面的粗糙度Ra为加工深度的1/10以下，加工部的边缘的由碎片产生的隆起小于 0.Ο?μπι。8.一种滑动部件，其特征在于， 在一对滑动部件的彼此相对滑动的一侧的滑动面上，面向高压流体侧设置有动压产生用的台面部，并且面向低压流体侧设置有密封面，所述台面部和所述密封面以在径向上隔离开的方式配设，所述滑动面的除所述台面部和所述密封面之外的部分形成为比这些面低，构成为流体连通通道兼正压产生槽，所述流体连通通道兼正压产生槽是通过超短脉冲激光的照射而形成的，且是深度为0.05μπι?5μπι的范围的浅槽，所述流体连通通道兼正压产生槽的底面的粗糙度Ra为加工深度的1/10以下，加工部的边缘的由碎片产生的隆起小于O-Olum09.根据权利要求8所述的滑动部件，其特征在于， 在所述密封面的高压流体侧设置有由负压产生槽构成的负压产生机构，所述负压产生槽的下游侧与所述流体连通通道兼正压产生槽连通，所述负压产生槽是通过超短脉冲激光的照射而形成的，且是深度为0.05μπι?5μπι的范围的浅槽，所述负压产生槽的底面的粗糙度Ra为加工深度的1/10以下，加工部的边缘的由碎片产生的隆起小于0.0h?。
【文档编号】B23K26/0622GK106029294SQ201580009252
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2015年2月23日
【发明人】细江猛, 西田真司, 森浩, 森浩一, 根岸雄大, 川井英生, 板谷壮敏
【申请人】伊格尔工业股份有限公司