專利名稱：縫紉機(jī)及縫紉機(jī)部件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種縫紉機(jī)，它具有在與其他部件之間的滑動面上形成了防止磨損和燒蝕的包覆層的滑動部件，還涉及在上述滑動部件的滑動面上形成上述包覆層的方法。
近年來在工業(yè)用的縫紉機(jī)方面，為了提高縫紉作業(yè)的效率都在不斷加快運(yùn)轉(zhuǎn)速度，在實(shí)現(xiàn)這樣高速化時，降低縫紉機(jī)各部分滑動面的磨損、防止燒蝕發(fā)生是個重要的問題。
為了防止磨損和燒蝕，提高滑動面的硬度是一個有效的措施，以前，把鉻鉬(クロムモリブデン)鋼(JIS SCM415)等高硬度的金屬材料用作針桿、套口桿等相對于其他部件高速滑動的滑動部件的材料，而且，在這些滑動面上，施加了比如滲碳·淬火(curburizing·quenching)及回火(tempering)等熱處理而使硬度提高的措施。
但是，即使進(jìn)行了這樣的熱處理，實(shí)際上能得到的硬度最高只是Hv(維氏硬度)＝750-800(kgf/mm2)，不能充分滿足近年來縫紉機(jī)的縫制速度高速化的要求，迫切希望有更高的硬度。
為了滿足這種要求，在日本專利公報特開平6-71076號(Unexamined Japanese Patent Publication No.6-71076(1994))等文獻(xiàn)中提出用氮化鈦(TiN)、碳化鈦(TiC)等高硬度的陶瓷層覆蓋經(jīng)過熱處理的滑動部件表面，以得到更高硬度。這種陶瓷層的硬度能達(dá)到Hv＝2000(kgf/mm2)左右，在一定程度上，能滿足近年的縫紉機(jī)高速化的要求。
如上所述的陶瓷層是用PVD(Physical Vapor Deposition)法形成的，為了得到充分的粘附強(qiáng)度，處理溫度需要在300℃以上，最好在400℃～450℃左右，由于這個處理溫度超過了上述的熱處理的回火溫度(200℃～250℃)，因而陶瓷層形成過程中，作為母材的滑動部件的表面硬度降低到Hv＝500(kgf/mm2)，而且，由上述處理溫度的影響使縫紉機(jī)部件變形，有使其形狀精度惡化的問題。
在產(chǎn)生這樣硬度下降時，在縫紉機(jī)動作過程中，由于經(jīng)陶瓷層施加的負(fù)荷，容易使縫紉機(jī)部件的表面局部地變形，使覆蓋該變形部的陶瓷層剝離，在該剝離部上發(fā)生磨損和燒蝕的可能性更大。為了解決這個問題，在上述日本專利公報特開平6-71076號文件中提出如下所述的方案，即在縫紉機(jī)部件的表面上，形成硬度比其高的NiP、NiB等電鍍層，還在這個電鍍層的表面上，形成上述陶瓷層的兩層結(jié)構(gòu)，并使各層間的硬度差減少。但這時必須將形成電鍍層的電鍍處理和形成陶瓷層的成膜處理合并。
另一方面，在形成陶瓷層的過程中，依然必須在400℃～450℃的處理溫度下進(jìn)行，因此不能解決縫紉機(jī)部件形狀精度惡化的問題，必須對處理完的全部部件進(jìn)行形狀檢查，在發(fā)生形狀不良的場合下，必須對高硬度的陶瓷層的表面進(jìn)行形狀修整的再加工，要花費(fèi)較大的工時用于這些檢查和加工。
由于陶瓷層的表面光潔度難免比構(gòu)成母材的縫紉機(jī)部件表面光潔度低，在將其組裝到縫紉機(jī)上使用時，有局部的滑動阻力加到陶瓷層的表面上，因而盡管有Hv＝2000(kgf/mm2)左右的表面硬度，還都不能有滿意的降低磨損的效果。
雖然這個問題能通過增加滑動部的潤滑油的供給量來緩和，但在縫紉機(jī)的前端部使上下滑動的針桿的潤滑油量增加時，隨著針桿的上下移動，潤滑油會向外部飛散，會污染縫紉機(jī)臂下方縫制的衣料，可見潤滑油供給量的增加不是一個很好的措施。
本發(fā)明是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題而作出的，其目的是提供一種能有效地防止針桿、套口桿等滑動部件磨損和燒蝕的發(fā)生、能滿足運(yùn)轉(zhuǎn)速度高速化要求的縫紉機(jī)，還提供一種用于這種縫紉機(jī)中的縫紉機(jī)部件的制造方法。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種縫紉機(jī)，其具有一些滑動部件、在它們與其他部件之間的滑動面上形成了包覆層，其特征在于上述包覆層是借助中間層而由粘附在上述滑動面上的金剛石類碳形成的。
所述的縫紉機(jī)，其特征在于上述中間層是由硅、鈦、鎢、碳化鈦、碳化硅或碳化鉻組成的單層而構(gòu)成的。
所述的縫紉機(jī)，其特征在于上述中間層具有上述滑動面?zhèn)鹊牡谝粚雍蜕鲜霭矊觽?cè)的第二層，上述第一層是以鉻或鈦為主體的材料構(gòu)成，上述第二層是以硅或鍺為主體的材料構(gòu)成。
所述的縫紉機(jī)，其特征在于上述包覆層是在針桿及套口桿的外表面上形成的。
縫紉機(jī)部件的制造方法，它是用來制造在與其他部件之間的滑動面上形成了金剛石類碳制包覆層的縫紉機(jī)滑動部件的，其特征在于含有下述工序把上述滑動面洗凈了的滑動部件配置在真空槽內(nèi)的工序；對上述真空槽的內(nèi)部進(jìn)行抽氣的工序；把氬氣導(dǎo)入到經(jīng)過抽氣的真空槽內(nèi)部后，使其離子化，進(jìn)行把硅、鈦、鎢、碳化鈦、碳化硅或碳化鉻作為中間電極的濺射處理，由此在上述滑動面上形成中間層的工序；將上述真空槽內(nèi)部的氬氣排出，將含有碳的反應(yīng)氣體導(dǎo)入到該真空槽內(nèi)的工序；使導(dǎo)入到上述真空槽內(nèi)部的反應(yīng)氣體等離子化，借助等離子CVD處理，在上述中間層的表面上形成金剛石類碳制包覆層的工序。
縫紉機(jī)部件的制造方法，它是用來制造在與其他部件之間的滑動面上形成金剛石類碳制包覆層的縫紉機(jī)滑動部件的，其特征在于含有下述工序把上述滑動面洗凈了的滑動部件配置在真空槽內(nèi)的工序；
對上述真空槽的內(nèi)部進(jìn)行抽氣的工序；把氬氣導(dǎo)入到經(jīng)過抽氣的真空槽內(nèi)部后，使其離子化，進(jìn)行把鉻或鈦?zhàn)鳛橹虚g電極的濺射處理，由此在上述滑動面上形成第一層的工序；繼續(xù)前一工序、進(jìn)行把硅或鍺作為中間電極的濺射處理，由此在上述第一層的表面上形成第二層的工序；將上述真空槽內(nèi)部的氬氣排出，將含有碳的反應(yīng)氣體導(dǎo)入到該真空槽內(nèi)的工序；及使導(dǎo)入到上述真空槽內(nèi)部的反應(yīng)氣體等離子化，借助等離子CVD處理，在上述第二層的表面上形成金剛石類碳制包覆層的工序。
本發(fā)明的縫紉機(jī)，其具有一些滑動部件、在它們與其他部件之間的滑動面上形成了包覆層，其特征在于上述包覆層是借助中間層而由粘附在上述滑動面上的金剛石類碳(Diamond Like Carbon)形成的。
本發(fā)明的縫紉機(jī)，由于在滑動部件的滑動面上，借助中間層而形成硬度比TiN，TiC等陶瓷還高的金剛石類碳制的包覆層，因而能有效地防止燒蝕的發(fā)生。由于金剛石類碳制的包覆層能在含有碳的反應(yīng)氣體氣氛中、用等離子CVD(Chemical Vapor Deposition)法、在150℃～200℃的低溫下形成，因而能有效地抑制因處理溫度的影響而引起的使對象部件的硬度降低和形狀精度惡化，不要形狀修整的再加工。而且能利用上述中間層的作用，使金剛石類碳制的包覆層以高強(qiáng)度粘附在滑動部件的滑動面上。而且，作為包覆層的結(jié)構(gòu)材料的金剛石類碳是結(jié)構(gòu)和性質(zhì)與金剛石非常相似的非結(jié)晶碳，具有Hv＝2000(kgf/mm2)以上的硬度，有優(yōu)良的耐磨損性，而且摩擦系數(shù)極小，有自潤滑性，不用大量的潤滑油就能降低磨損。
本發(fā)明的縫紉機(jī)，其特征在于上述中間層是由硅、鈦、鎢、碳化鈦、碳化硅或碳化鉻形成的一層構(gòu)成。
由于本發(fā)明中的滑動部件的滑動面和金剛石類碳制的包覆層之間具有對上述雙方都有優(yōu)良粘附性的材料、即由硅、鈦、鎢、碳化鈦、碳化硅或碳化鉻形成的一層結(jié)構(gòu)的中間層，因而能以高粘附強(qiáng)度、簡單地形成金剛石類碳制的包覆層。
本發(fā)明的縫紉機(jī)，其特征在于上述中間層具有上述滑動面?zhèn)鹊牡谝粚雍蜕鲜霭矊觽?cè)的第二層，上述第一層是以鉻或鈦為主體的材料構(gòu)成，上述第二層是以硅或鍺為主體的材料構(gòu)成。
由于本發(fā)明中的滑動部件的滑動面和金剛石類碳制的包覆層之間，通過具有以鉻或鈦為主體的、對上述滑動面具有優(yōu)良粘附性的材料構(gòu)成的第一層，和以硅或鍺為主體的、對上述第一層和包覆層都具有優(yōu)良的粘附性的材料構(gòu)成的第二層的兩層結(jié)構(gòu)的中間層，因而能進(jìn)一步提高上述包覆層的粘附強(qiáng)度。
本發(fā)明的縫紉機(jī)，其特征在于上述包覆層是在針桿及套口桿的外表面上形成的。
本發(fā)明的縫紉機(jī)，由于在以高速進(jìn)行滑動的針桿外表面上和在加了高負(fù)荷的狀態(tài)下進(jìn)行滑動和擺動的組合等復(fù)雜動作的套口桿外表面上，形成金剛石類碳制的包覆層，因而能有效地防止針桿、套口桿等滑動部件上發(fā)生磨損和燒蝕。
本發(fā)明的縫紉機(jī)部件的第一制造方法是用來制造在與其他部件之間的滑動面上形成金剛石類碳制包覆層的縫紉機(jī)滑動部件的制造方法，其特征在于含有下述一些工序，即把上述滑動面洗凈了的滑動部件配置在真空槽內(nèi)的工序；對上述真空槽的內(nèi)部進(jìn)行抽氣的工序；把氬氣導(dǎo)入到經(jīng)過抽氣的真空槽內(nèi)部后，使其離子化，進(jìn)行把硅、鈦、鎢、碳化鈦、碳化硅或碳化鉻作為中間電極的濺射處理，由此在上述滑動面上形成中間層的工序；將上述真空槽內(nèi)部的氬氣排出，將含有碳的反應(yīng)氣體導(dǎo)入到該真空槽內(nèi)的工序；及使導(dǎo)入到上述真空槽內(nèi)部的反應(yīng)氣體等離子化，借助等離子CVD處理，在上述中間層的表面上形成金剛石類碳制包覆層的工序。
本發(fā)明的縫紉機(jī)部件的第二制造方法是用來制造在與其他部件之間的滑動面上形成金剛石類碳制包覆層的縫紉機(jī)滑動部件的制造方法，其特征在于含有下述一些工序，即把上述滑動面洗凈了的滑動部件配置在真空槽內(nèi)的工序；對上述真空槽的內(nèi)部進(jìn)行抽氣的工序；把氬氣導(dǎo)入到經(jīng)過抽氣的真空槽內(nèi)部后，使其離子化，進(jìn)行把鉻或鈦?zhàn)鳛橹虚g電極的濺射處理，由此在上述滑動面上形成第一層的工序；繼續(xù)該工序、進(jìn)行把硅或鍺作為中間電極的濺射處理，由此在上述第一層的表面上形成第二層的工序；將上述真空槽內(nèi)部的氬氣排出，將含有碳的反應(yīng)氣體導(dǎo)入到該真空槽內(nèi)的工序；及使導(dǎo)入到上述真空槽內(nèi)部的反應(yīng)氣體等離子化，借助等離子CVD處理，在上述第二層的表面上形成金剛石類碳制包覆層的工序。
這些制造方法，能用一連串的工序、將縫紉機(jī)的滑動部件的滑動面上的金剛石類碳制包覆層和設(shè)置在與滑動面之間的一層或兩層的中間層一起形成。
本發(fā)明的效果在于本發(fā)明的縫紉機(jī)中，由于在滑動部件與其他部件間的滑動面上都形成了高硬度而且摩擦系數(shù)小的金剛石類碳制包覆層，因而能有效地防止滑動部發(fā)生磨損和燒蝕，又因?yàn)榻柚虚g層使上述包覆層粘附，所以能得到堅固的粘附狀態(tài)，能長期穩(wěn)定地高速運(yùn)轉(zhuǎn)。
由于滑動面和包覆層之間的中間層是用對滑動面和包覆層該雙方都有優(yōu)良的粘附性的材料構(gòu)成，因而能使包含中間層的包覆層的形成工序簡化，而且形成的包覆層有充分的粘附強(qiáng)度。
由于滑動面和包覆層之間的中間層是做成具有第一層和第二層的兩層結(jié)構(gòu)，并且上述的第一層是用對滑動面具有優(yōu)良粘附性的材料構(gòu)成、上述第二層是用對第一層和包覆層雙方都有優(yōu)良粘附性的材料構(gòu)成，因而能形成有良好粘附強(qiáng)度的包覆層，能更確實(shí)的防止磨損和燒蝕。
由于金剛石類碳制的包覆層能在比構(gòu)成母材的滑動部件表面的熱處理溫度低的溫度下形成，因而不會降低母材的表面硬度，能防止因母材的變形而造成的包覆層剝離，能更有效地防止燒蝕。
由于構(gòu)成包覆層的金剛石類碳是非結(jié)晶的碳膜，有自潤滑性，因而即使在高速下，用少量的潤滑油就能得到良好的潤滑性能，能防止由于剩余的潤滑油的飛散而造成的縫制中的布料污染。
由于在以高速滑動的針桿和在高負(fù)荷的作用下進(jìn)行滑動的套口桿的外表面上形成了金剛石類碳制的包覆層，因而能有效地防止針桿和套口桿等重要部件的磨損和燒蝕，能滿足運(yùn)轉(zhuǎn)速度高速化的要求。
本發(fā)明的縫紉機(jī)部件的制造方法中，能用一系列的工序?qū)⒔饎偸愄贾频陌矊雍驮O(shè)置在與介于滑動面之間的中間層一起形成，以達(dá)到本發(fā)明的效果。
下面參照附圖，對實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。


圖1是表示用于本發(fā)明縫紉機(jī)的縫紉機(jī)部件主要部分的放大斷面圖，圖2是表示用于本發(fā)明縫紉機(jī)的縫紉機(jī)部件另一個實(shí)施例的主要部分的放大斷面圖，圖3是表示對在各種條件下形成的金剛石類碳的包覆層的試樣進(jìn)行劃痕試驗(yàn)結(jié)果的圖表，圖4是示意地表示用于形成中間層的濺射裝置結(jié)構(gòu)的斷面圖，圖5是示意地表示用于形成包覆層的等離子CVD裝置的結(jié)構(gòu)斷面圖，圖6A、圖6B是表示作為縫紉機(jī)部件的一個例子的套口桿動作的說明圖，圖7是表示作為縫紉機(jī)部件的另一個例子的針桿動作的說明圖。
下面，根據(jù)附圖詳細(xì)地說明本發(fā)明的實(shí)施例。圖1是表示用于本發(fā)明縫紉機(jī)的縫紉機(jī)部件主要部分的放大斷面圖。圖1所示的縫紉機(jī)部件1是由鉻鉬鋼(JIS SCM415)等金屬構(gòu)成的桿狀構(gòu)件，為了提高硬度，在滲碳·淬火之后進(jìn)行回火，在其表面上形成熱處理層10。
而且，在該熱處理層10的表面上，借助中間層11粘附著金剛石類碳制的包覆層12。該中間層11是為了提高包覆層12對熱處理層10的粘附強(qiáng)度而設(shè)置，圖1表示的中間層11是由構(gòu)成縫紉機(jī)部件1的鉻鉬鋼和構(gòu)成包覆層12的金剛石類碳都有優(yōu)良粘附性材料，即由硅(Si)、鈦(Ti)、鎢(w)、碳化鈦(TiC)、碳化硅(SiC)和碳化鉻(CrC)中的任意一種構(gòu)成的一層膜，厚度形成1μm。
圖2是表示用于本發(fā)明縫紉機(jī)的縫紉機(jī)部件另一個實(shí)施例主要部分的放大斷面圖。圖中，在鉻鉬鋼等金屬構(gòu)成的縫紉機(jī)部件1的表面上形成和圖1中相同的熱處理層10，在該熱處理層10的表面上借助一個用于提高兩者粘附強(qiáng)度的中間層13包覆著金剛石類碳制的包覆層12。
圖2所示的中間層13與圖1所示的中間層11不同，它是由第一層13a和第二層13b構(gòu)成的兩層結(jié)構(gòu)，第一層13a是以鉻(Cr)或鈦(Ti)為主體，由靠近熱處理層10側(cè)的對構(gòu)成熱處理層10的鉻鉬鋼具有優(yōu)良粘附性的材料構(gòu)成，第二層13b是以硅(Si)或鍺(Ge)為主體，對上述第一層13a的結(jié)構(gòu)材料和構(gòu)成上述包覆層12的金剛石類碳都有優(yōu)良粘附性的材料構(gòu)成。上述兩層13a、13b分別有0.5μm的厚度。
而且，上述包覆層12是在如上所示的中間層11或中間層13的表面上形成1μm厚度的。構(gòu)成這個包覆層12的金剛石類碳是金剛石狀薄膜、硬質(zhì)碳包覆膜、氫非晶態(tài)碳(水素アモルファスカ一ボン)包覆膜等稱為非結(jié)晶的碳薄膜，硬度是Hv＝2000(kgf/mm2)以上，有優(yōu)良的耐磨損性，摩擦系數(shù)極小，而且有自潤滑性，具有包覆層12的縫紉機(jī)部件1能有利地將其表面用作滑動面。
金剛石類碳制的包覆層12，如下所述，可利用把苯(C6H6)氣體等含碳的氣體作為反應(yīng)氣體，導(dǎo)入到被保持在高真空狀態(tài)下的真空槽內(nèi)部，使該反應(yīng)氣體等離子化后，使其包覆到配置在上述真空槽內(nèi)的對象物品表面上的等離子CVD法，能在低于上述熱處理層10的回火溫度(200℃～250℃)的150℃～200℃的低溫下形成，構(gòu)成母材的縫紉機(jī)部件1表面的熱處理層10能保持經(jīng)過滲碳·淬火及回火而得到的本來的表面硬度，而且能減輕隨著包覆層12的形成而引起的縫紉機(jī)部件1的形狀精度下降，因此就不要進(jìn)行形狀修正的加工。
如上所述地形成的包覆層12的表面光潔度比構(gòu)成母材的縫紉機(jī)部件1表面的熱處理層10的表面光潔度低，在將其表面用作滑動面時的狀態(tài)下，難免有局部的滑動阻力加在包覆層12的表面上，但由于作為包覆層12結(jié)構(gòu)材料的金剛石類碳是有自潤滑性的硬質(zhì)薄膜，因而不用使用過分的潤滑油就能降低在將其表面用作滑動面的縫紉機(jī)部件1時的狀態(tài)下所發(fā)生的磨損，能得到很高的耐久性。
此外，上述包覆層12是利用夾在其與熱處理層10之間的中間層11、13的作用，以較高的粘附強(qiáng)度粘附在熱處理層10上。因此，能減輕由于加在滑動部上的負(fù)荷引起的熱處理層10的局部變形，和隨著該變形而引起的包覆層12的剝離，能有效地防止在將包覆層12的表面用作滑動面的縫紉機(jī)部件1時的狀態(tài)下滑動部所發(fā)生的燒蝕，能大大地提高縫紉機(jī)部件1的耐久性，能長期穩(wěn)定地高速運(yùn)轉(zhuǎn)。
若設(shè)置了一層結(jié)構(gòu)的中間層11的圖1的結(jié)構(gòu)，和設(shè)置了具有第一層13a和第二層13b的兩層結(jié)構(gòu)的中間層13的圖2的結(jié)構(gòu)相比較，則圖1的結(jié)構(gòu)包含有使中間層11的包覆層12的形成工序簡化的優(yōu)點(diǎn)，而圖2的結(jié)構(gòu)與圖1的結(jié)構(gòu)相比較有進(jìn)一步提高包覆層12粘附強(qiáng)度的優(yōu)點(diǎn)。即，由于圖2的結(jié)構(gòu)中，構(gòu)成第二層13b的硅(Si)、或鍺(Ge)與構(gòu)成金剛石類碳的碳都是屬于周期表上的第IVb族，都有金剛石的結(jié)構(gòu)，因而能以高粘附強(qiáng)度形成金剛石類碳制的包覆層12。
下面，說明劃痕試驗(yàn)結(jié)果，該試驗(yàn)是為了對形成金剛石類碳制包覆層的試樣，進(jìn)行該包覆層的機(jī)械性質(zhì)(主要是耐磨損性)評價。該試驗(yàn)是用HEIDON-14型表面物理性能試驗(yàn)機(jī)、對下述A～E所示5種試樣進(jìn)行試驗(yàn)，并比較各自的結(jié)果。上述HEIDON-14型表面物理性能試驗(yàn)機(jī)是通過測定表面劃痕時所發(fā)生的阻力而對上述包覆層的表面物理性能進(jìn)行評價的。
用于試驗(yàn)的任意一個試樣都是把由用作縫紉機(jī)滑動部件的鉻鉬鋼構(gòu)成的基材表面加以研磨，在這些研磨面上、分別用下述的條件粘附上金剛石類碳而構(gòu)成。
A在基材的表面上直接形成金剛石類碳制包覆層的試樣，B在基材的表面上借助碳化鈦(TiC)構(gòu)成的一層中間層而形成金剛石類碳制包覆層的試樣，C在基材的表面上借助碳化硅(SiC)構(gòu)成的一層中間層而形成金剛石類碳制包覆層的試樣，D在基材的表面上借助鈦(Ti)構(gòu)成的第一層和硅(Si)構(gòu)成的第二層而形成金剛石類碳制包覆層的試樣，E在基材的表面上借助鈦(Ti)構(gòu)成的第一層和碳化硅(SiC)構(gòu)成的第二層而形成金剛石類碳制包覆層的試樣。
各個試樣中的金剛石類碳制包覆層的厚度都是1.0μm，各個中間層的厚度都是0.5μm。而且，對這些試樣的劃痕試驗(yàn)都是用前端的角度是90度、頂端的曲率半徑是50μm的金剛石壓頭、在劃痕速度為30mm/分鐘的條件下，在10～500g的范圍里，以每次改變劃痕荷重10g的方式進(jìn)行。
圖3是表示對上述A～E的各個試樣進(jìn)行劃痕試驗(yàn)的結(jié)果的圖表。本圖的橫坐標(biāo)表示劃痕荷重，縱坐標(biāo)是表示劃痕阻值，圖中的各條線是把對上述A～E各個試樣進(jìn)行上述試驗(yàn)后得到的測定值，與圖表上的相當(dāng)值加以直線近似而得到。
如圖所示，在各個試樣A～E中，呈現(xiàn)出當(dāng)劃痕荷重達(dá)到一定的臨界荷重時，劃痕阻值急劇地增加的現(xiàn)象。該被認(rèn)為在上述臨界荷重以下時，試驗(yàn)機(jī)的壓頭處在包覆層表面上滑動的狀態(tài)，在臨界荷重以上時，上述壓頭在包覆層的表面發(fā)生的龜裂上進(jìn)行滑動，從而使劃痕阻值急劇增加。因此，圖3所示的各條線的拐點(diǎn)分別使對應(yīng)的試樣A～E表面上的包覆層發(fā)生龜裂的臨界荷重，可根據(jù)該值的大小判定包覆層對基材粘附性的好壞。
如圖3所示，在基材的表面上直接形成金剛石類碳制包覆層的試樣A的臨界荷重是80g。與此相對，在基材表面上，借助單一的中間層形成的金剛石類碳制包覆層、與圖1所示實(shí)施例對應(yīng)的試樣B和C的臨界荷重分別是120g和220g。而基材表面上，借助兩層中間層形成的金剛石類碳制包覆層、與圖2所示實(shí)施例對應(yīng)的試樣D和E的臨界荷重分別是350g和380g。根據(jù)以上的結(jié)果可見，采用本發(fā)明能以高粘附強(qiáng)度地形成金剛石類碳制包覆層。
金剛石類碳制包覆層12可以用下述順序，使中間層11或中間層13一起形成。圖4是示意地表示用于形成中間層11或中間層13的濺射(sputter)裝置結(jié)構(gòu)斷面圖。
如圖所示，濺射裝置4的結(jié)構(gòu)是，真空槽40具有氣體導(dǎo)入口41和排氣口42，在真空槽40內(nèi)部具有配置在一側(cè)壁附近的中間電極架43、在另一側(cè)壁附近與上述中間電極架43面對面地配置的試樣臺44、將中間電極架43的配置部與其他部分隔絕的圖中沒表示的擋板(シヤッタ一)。
在滑動部件1的表面上、用這樣的濺射裝置4形成中間層11或13時，首先把由中間層11或中間層13材料構(gòu)成的中間電極(タ一グット)46安裝真空槽40內(nèi)部的中間電極架(タ一グットホルタ)43上，并與中間電極電源47相連接，另一方面，把構(gòu)成對象的滑動部件1表面洗凈后，將其放入到真空槽40內(nèi)部，與上述中間電極46面對面地放置在上述試樣臺44上，并與直流電源48相連接。
接著，關(guān)閉上述擋板，借助排氣口42將真空槽40內(nèi)部抽真空，直到3×10-5Torr以下，此后將適量的構(gòu)成濺射到氣體的氬氣(Ar)通過氣體導(dǎo)入口41導(dǎo)入，將真空槽40內(nèi)部的真空度調(diào)整到3×10-3Torr。
在這種狀態(tài)下，在與直流電源48相連接的滑動部件1上施加-50V的直流負(fù)電壓，在與中間電極電源47相連接的中間電極46上，施加-500～-600V的直流負(fù)電壓時，就在真空槽40內(nèi)部產(chǎn)生等離子，使導(dǎo)入到內(nèi)部的氬氣離子化，離子轟擊上述滑動部件1的表面，將該表面的氧化膜除去。
接著，在把上述擋板打開，使中間電極46露出時，由上述等離子中的氬離子濺射上述的中間電極46的表面，從該表面打出的中間電極46的結(jié)構(gòu)分子附著在上述滑動部件1的表面上，在該表面上形成由上述中間電極46材料構(gòu)成的中間層。
在如圖1所示以一層結(jié)構(gòu)形成中間層11時，把硅(Si)、鈦(Ti)、鎢(W)、碳化鈦(TiC)、碳化硅(SiC)和碳化鉻(CrC)用作上述中間電極46，進(jìn)行一次濺射處理就可以了。
在形成由上述碳化鈦或碳化硅構(gòu)成的中間層11時，把鈦(Ti)或硅(Si)用作中間電極46，進(jìn)行氬離子的被濺射，與此同時，從氣體導(dǎo)入口41把適量的甲烷(CH4)氣體等含有碳的氣體導(dǎo)入到上述真空槽40內(nèi)部。使氣體中的碳分子和濺射的鈦或硅分子起反應(yīng)的同時，使其附著在上述滑動部件1的表面上，這樣就能形成由碳化鈦或碳化硅構(gòu)成的中間層11。
如圖2所示，在形成具有第一層13a和第二層13b的兩層結(jié)構(gòu)的中間層13時，用一種在真空槽40的內(nèi)部用具有由各個擋板分別隔絕的兩個中間電極架43、43的濺射裝置4，在一方的中間電極架43上，設(shè)置由鉻或鈦構(gòu)成的中間電極46，在另一方的中間電極架43上，設(shè)置由硅或鍺構(gòu)成的中間電極46，只要依次對這些中間電極46、46進(jìn)行濺射處理就可以了。
由于用以上的程序，形成的中間層11或中間層13的厚度是與濺射處理的時間長短相對應(yīng)的，因而，在能得到一定厚度的時間點(diǎn)，分別將濺射處理停止，就能形成所需要厚度的中間層11或中間層13。
下面，說明形成包覆層12的順序，這個包覆層是在如上所述的中間層11或中間層13的表面上，由金剛石類碳構(gòu)成的。圖5是示意地表示在形成包覆層12時所用的等離子CVD(Chemical VaporDeposition)裝置的結(jié)構(gòu)斷面圖。
如圖所示的等離子CVD裝置5的結(jié)構(gòu)是，在具有氣體導(dǎo)入口51和排氣口52的真空槽50的內(nèi)側(cè)上部設(shè)有陽極53和燈絲54，另一方面，在內(nèi)側(cè)下部、與上述陽極53面對面地設(shè)有試樣臺55。
在用這樣的等離子CVD裝置5形成由金剛石類碳構(gòu)成的包覆層12時，把完成上述中間層11或中間層13形成工序的滑動部件1放到真空槽50內(nèi)，與上述陽極53面對面地設(shè)置在上述試樣臺55上，并與直流電源56相連接。
接著，借助排氣口52將真空槽50抽真空，直到3×10-5Torr以下，此后從氣體導(dǎo)入口51將適量含有碳的反應(yīng)氣體，例如苯(C6H6)氣體導(dǎo)入，將真空槽50內(nèi)部的真空度調(diào)整到3×10-3Torr。
在該狀態(tài)下，在與上述直流電源56相連接的滑動部件1上加-3KV的直流負(fù)電壓，在與陽極電源57相連接的陽極53上加+50V直流電壓，在與燈絲電源58相連接的燈絲54上加10V左右的交流電壓、使流過30A的電流。由此，在真空槽50內(nèi)部的試樣臺55上所設(shè)置的滑動部件1的周圍發(fā)生等離子，借助上述中間層11或13、使含有上述反應(yīng)氣體的碳蒸涂在施加了負(fù)電壓的滑動部件1的表面上，形成金剛石類碳的包覆層12。
由于這樣形成的包覆層12的厚度是與上述等離子CVD處理的時間長短相對應(yīng)的，因而通過在一定時間點(diǎn)使處理停止，就能形成所要厚度的包覆層12。
在以上的說明中，用不同的裝置(濺射裝置4和等離子CVD裝置5)進(jìn)行形成中間層11或13的濺射處理、和形成包覆層12的CVD處理，但這些處理可一起在真空槽內(nèi)進(jìn)行，用一個共同的裝置一起進(jìn)行。這時，只要在中間層11或13的形成工序結(jié)束后，將真空槽內(nèi)部的氬氣排出、導(dǎo)入含有碳的反應(yīng)氣體就可以。
用于形成包覆層12的等離子CVD處理的反應(yīng)氣體也并不局限于上述的苯(C6H6)，也可以用甲烷(CH4)氣體、乙烷(C2H4)氣體等含有碳的氣體、己烷(C6H14)等含有碳的液體的蒸汽。
用于形成包覆層12的等離子CVD裝置也并不局限于圖5所示的結(jié)構(gòu)，實(shí)際上可以用各種結(jié)構(gòu)的裝置，這些裝置當(dāng)然可用于形成包覆層12。
圖6a、6b是說明作為一個縫紉機(jī)部件的例子的套口桿動作示意圖，該套口桿具有經(jīng)上述處理的滑動面。圖示的套口桿2是在包縫(オ一パロックミシン)機(jī)的針板上使上套口20動作的圓桿狀構(gòu)件。構(gòu)成套口桿2的支撐構(gòu)件的套口支撐金屬板21固定在圖中沒表示的縫紉機(jī)頭部內(nèi)，呈圓柱形的套口導(dǎo)引件22能自由轉(zhuǎn)動地嵌在上述套口支撐金屬板21的前端部，使其軸芯大致保持成水平。套口導(dǎo)引件22設(shè)有徑向貫通的導(dǎo)引孔23，套口桿2的中間部分插在上述導(dǎo)引孔23里、能沿軸向自由滑動地支持著。
套口桿2安裝在縫紉機(jī)頭部上方突出的套口桿2的上端部，位于縫紉機(jī)頭部內(nèi)的上述套口桿2的下端部借助套口連桿24與套口軸S相連接。套口軸S由圖中沒表示的下軸輸出的傳動作用而在規(guī)定的角度范圍內(nèi)反復(fù)轉(zhuǎn)動，與此相對應(yīng)地使套口連桿24在含有它的縱軸的平面中、在一定的角度范圍內(nèi)擺動。
在產(chǎn)生這種擺動時，套口桿2由于其下端的提起和拉下，在套口導(dǎo)引件22的導(dǎo)引孔23內(nèi)高速地滑動，同時隨著套口導(dǎo)引件22的轉(zhuǎn)動而擺動，進(jìn)行重復(fù)圖6a所示狀態(tài)和圖6b所示狀態(tài)的動作，使安裝在套口桿2上端的上套口20在6a所示左進(jìn)位置和圖6b所示右退位置之間反復(fù)動作。
在進(jìn)行上述動作的套口桿2上受到相對于導(dǎo)引孔23內(nèi)表面的滑動阻力的作用，同時受到隨著上述擺動而引起的彎曲力的作用，在導(dǎo)引孔23的開口緣部相接觸的部分上特別容易發(fā)生磨損和燒蝕。通過在構(gòu)成相對于導(dǎo)引孔23的滑動面的套口桿2的外表面上、如上所述地，借助中間層11、13而形成堅固地粘附的金剛石類碳制的包覆層12，能有效地防止這種磨損和燒蝕，能長期穩(wěn)定地進(jìn)行動作。上述的包覆層12也可形成在導(dǎo)引孔23的內(nèi)表面上。
圖7是說明作為縫紉機(jī)部件的另一個例子的針桿動作的示意圖，該針桿具有經(jīng)過如上所述處理的滑動面。如圖所示的針桿3由分別嵌裝固定在縫紉機(jī)臂A的上、下壁上的套筒30、31支撐它的軸向的兩個部位，在這些套筒30、31之間裝著針桿拱腳32，由包含該拱腳32的公知傳動機(jī)構(gòu)使該針桿3與縫紉機(jī)臂A內(nèi)部的圖中沒表示的上軸相連接，與上軸的回轉(zhuǎn)相對應(yīng)地、把上下的套筒30、31作為導(dǎo)引件而上下移動。
突出在縫紉機(jī)臂A下部的針桿3的下端部，借助針緊固件33，安裝著針34。針桿3的上下移動是在使針34上下移動的圖中由H表示的較長行程上產(chǎn)生，隨著這個上下移動，針桿3的外表面就相對上下套筒30、31的內(nèi)表面進(jìn)行滑動，這個滑動速度隨著縫紉機(jī)的高速化而增大，由此發(fā)生磨損和燒蝕。
如上所述地，在構(gòu)成高速的滑動面的針桿3的外表面上，借助中間層11、13而形成堅固地粘附的金剛石類碳制的包覆層12，能有效地防止這種磨損和燒蝕，能長期穩(wěn)定地進(jìn)行動作。上述的包覆層12也可形成在套筒30、31的內(nèi)表面上。
構(gòu)成包覆層12的金剛石類碳是具有高硬度的非結(jié)晶的碳膜，摩擦系數(shù)極小，有自潤滑性，將比較少量的潤滑油供到縫紉機(jī)臂A的內(nèi)部就能得到良好的潤滑狀態(tài)，能防止?jié)櫥蛷南虏康奶淄?1和針桿3配合的間隙中漏出并由針34污染縫制中的材料。
如上所述的金剛石類碳制包覆層12的形成并不局限于上述的套口桿2和針桿3的滑動面，在縫紉機(jī)的所有會發(fā)生磨損和燒蝕的其他部件的滑動面上都可以實(shí)施，由此能滿足運(yùn)轉(zhuǎn)速度高速化的要求。
上述的實(shí)施例詳細(xì)地記述了本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，本發(fā)明并不局限于這樣具體的實(shí)施例，在本發(fā)明的內(nèi)容范圍內(nèi)能進(jìn)行各種變更。
權(quán)利要求
1.一種縫紉機(jī)，其具有一些滑動部件、在它們與其他部件之間的滑動面上形成了包覆層，其特征在于上述包覆層是借助中間層而由粘附在上述滑動面上的金剛石類碳形成的。
2.如權(quán)利要求1所述的縫紉機(jī)，其特征在于上述中間層是由硅、鈦、鎢、碳化鈦、碳化硅或碳化鉻組成的單層而構(gòu)成的。
3.如權(quán)利要求1所述的縫紉機(jī)，其特征在于上述中間層具有上述滑動面?zhèn)鹊牡谝粚雍蜕鲜霭矊觽?cè)的第二層，上述第一層是以鉻或鈦為主體的材料構(gòu)成，上述第二層是以硅或鍺為主體的材料構(gòu)成。
4.如權(quán)利要求1～3中任意一項(xiàng)所述的縫紉機(jī)，其特征在于上述包覆層是在針桿及套口桿的外表面上形成的。
5.縫紉機(jī)部件的制造方法，它是用來制造在與其他部件之間的滑動面上形成了金剛石類碳制包覆層的縫紉機(jī)滑動部件的，其特征在于含有下述工序把上述滑動面洗凈了的滑動部件配置在真空槽內(nèi)的工序；對上述真空槽的內(nèi)部進(jìn)行抽氣的工序；把氬氣導(dǎo)入到經(jīng)過抽氣的真空槽內(nèi)部后，使其離子化，進(jìn)行把硅、鈦、鎢、碳化鈦、碳化硅或碳化鉻作為中間電極的濺射處理，由此在上述滑動面上形成中間層的工序；將上述真空槽內(nèi)部的氬氣排出，將含有碳的反應(yīng)氣體導(dǎo)入到該真空槽內(nèi)的工序；使導(dǎo)入到上述真空槽內(nèi)部的反應(yīng)氣體等離子化，借助等離子CVD處理，在上述中間層的表面上形成金剛石類碳制包覆層的工序。
6.縫紉機(jī)部件的制造方法，它是用來制造在與其他部件之間的滑動面上形成金剛石類碳制包覆層的縫紉機(jī)滑動部件的，其特征在于含有下述工序把上述滑動面洗凈了的滑動部件配置在真空槽內(nèi)的工序；對上述真空槽的內(nèi)部進(jìn)行抽氣的工序；把氬氣導(dǎo)入到經(jīng)過抽氣的真空槽內(nèi)部后，使其離子化，進(jìn)行把鉻或鈦?zhàn)鳛橹虚g電極的濺射處理，由此在上述滑動面上形成第一層的工序；繼續(xù)前一工序、進(jìn)行把硅或鍺作為中間電極的濺射處理，由此在上述第一層的表面上形成第二層的工序；將上述真空槽內(nèi)部的氬氣排出，將含有碳的反應(yīng)氣體導(dǎo)入到該真空槽內(nèi)的工序；及使導(dǎo)入到上述真空槽內(nèi)部的反應(yīng)氣體等離子化，借助等離子CVD處理，在上述第二層的表面上形成金剛石類碳制包覆層的工序。
全文摘要
本發(fā)明公開一種縫紉機(jī)及縫紉機(jī)部件的制造方法,其是在縫紉機(jī)部件的滑動面上、借助一層用于提高粘附強(qiáng)度的中間層而形成金剛石類碳制的包覆層,使與其他縫紉機(jī)部件之間的滑動是在高硬度、有自潤滑性的包覆層表面上進(jìn)行,能防止滑動面的磨損和燒蝕的發(fā)生,能長期穩(wěn)定地進(jìn)行高速運(yùn)轉(zhuǎn)。
文檔編號D05B57/00GK1247907SQ9911935
公開日2000年3月22日 申請日期1999年9月10日 優(yōu)先權(quán)日1998年9月11日
發(fā)明者清水好秀, 篠宮秀夫, 板橋昭壽 申請人:大和縫紉機(jī)制造株式會社, 西鐵城鐘表股份有限公司