缝纫机零件

1.一种缝纫机零件，是在由未进行加热产生的硬化处理的钢材构成的母材的表面实施了耐磨损处理的缝纫机零件，其特征在于，
在所述母材的表面形成氮化膜，该氮化膜具有与该母材结合的致密层、和结合在该致密层之上的多孔层，进而在该氮化膜上隔着中间层形成高硬度被膜，所述中间层的硬度区域处于该氮化膜的多孔层和高硬度被膜的硬度区域之间。
2.根据权利要求1所述的缝纫机零件，其特征在于，
所述高硬度被膜由类金刚石碳被膜形成。
3.根据权利要求2所述的缝纫机零件，其特征在于，
所述类金刚石碳被膜由含有金属的一种类金刚石碳被膜构成。
4.根据权利要求3所述的缝纫机零件，其特征在于，
所述类金刚石碳被膜含有的金属是铬或钨。
5.根据权利要求1所述的缝纫机零件，其特征在于，
所述高硬度被膜由碳化钨/碳被膜形成。
6.根据权利要求2或5所述的缝纫机零件，其特征在于，
所述中间层由铬或钨构成。
7.根据权利要求2或5所述的缝纫机零件，其特征在于，
所述未进行加热产生的硬化处理的钢材，是渗碳淬火回火或淬火回火处理均未进行的低碳钢、低碳合金钢或合金钢。

缝纫机零件\n技术领域\n[0001] 本发明涉及对零件彼此的滑动部实施了耐磨损处理的缝纫机零件。\n背景技术\n[0002] 一直以来，缝纫机具有很多个零件彼此以高速滑动的滑动部。例如，在以双机针进行缝制的缝纫机中，设置有公知的针杆驱动机构，其选择两根机针中的任一个或两个并能够对其上下驱动。在这样的针杆驱动机构中，在连结于缝纫机马达的主轴上经由偏心锤而转动自如地连结有针杆驱动连杆，在针杆驱动连杆上经由销而转动自如地连结有针杆拱座。而且，在针杆拱座上保持有在前端保持机针的两根针杆，在只利用该两根针杆中的任一个来进行缝制的情况下，另一个针杆和针杆拱座相滑动。\n[0003] 但是，对于针杆驱动机构所具备的这些零件而言，是由加工费等比较低廉的低碳钢或低碳合金钢形成的。一般来说，在滑动部使用低碳钢或低碳合金钢的情况下，为了防止滑动接触面的磨损或烧粘，对其表面实施渗碳淬火回火等热处理，但由于选择性保持上述两根机针的针杆拱座的结构复杂，所以零件的壁厚薄，在实施了800℃以上的高温下进行的渗碳淬火回火处理时，零件变形而无法维持尺寸精度。因此，采用的结构是：实施处理温度低的碳氮共渗处理，并且通过供油机构对滑动接触面强制供油，由此来防止磨损。\n[0004] 但是，若设置供油机构，则存在因油的飞散而弄脏缝制物的问题，所以近年来希望使用润滑酯，即无供油化来进行润滑。在此，虽然不是缝纫机的领域，但作为适用于半导体基盘的滑动接触面的技术，为了实现无供油化且提高薄壁零件的润滑性，产生了如下现有技术：即，实施处理温度低、表面硬度以及滑动性也优越的类金刚石碳(以下称为DLC)涂敷(diamond like carbon coating)的技术(例如，参考专利文献1、2)。\n[0005] 专利文献1：日本特开2002-321026号公报\n[0006] 专利文献2：日本特开2002-210525号公报\n[0007] 但是，在上述专利文献1以及专利文献2所公开的技术中存在的问题是，虽然能够应对较小的作用于半导体基盘等的滑动接触面的载荷，但对于作用于缝纫机的滑动接触面的程度的载荷，则硬化层薄，无法得到足够的效果。\n[0008] 另外，在对未进行硬化处理的低碳钢的母材(以下简称为原材)的表面实施DLC涂敷时，由于硬度差大，所以密接性差，难以形成可耐滑动的足够厚度的DLC皮膜。\n发明内容\n[0009] 本发明为了解决上述课题而提出，目的在于提供一种即使在润滑油的供油受到限制的条件下也具有优异的耐磨损性、耐烧粘性以及滑动性的缝纫机零件。\n[0010] 为了解决以上问题，技术方案1所述的发明提供一种缝纫机零件，是在由未进行加热产生的硬化处理的钢材构成的母材(31)的表面实施了耐磨损处理的缝纫机零件，其特征在于，在所述母材的表面形成氮化膜(32)，该氮化膜(32)具有与该母材结合的致密层(32a)、和结合在该致密层之上的多孔层(32b)，进而在氮化膜(32)上隔着中间层(33、34)形成高硬度被膜(35、36)，所述中间层的硬度区域处于该氮化膜(32)和高硬度被膜(35、\n36)的硬度区域之间。\n[0011] 技术方案2的发明的特征在于，在技术方案1所述的缝纫机零件中，所述高硬度被膜由类金刚石碳(DLC)被膜(35)形成。\n[0012] 技术方案3的发明的特征在于，在技术方案2所述的缝纫机零件中，所述类金刚石碳被膜由含有金属的一种类金刚石碳被膜构成。\n[0013] 技术方案4的发明的特征在于，在技术方案3所述的缝纫机零件中，所述类金刚石碳被膜含有的金属是铬(Cr)或钨(W)。\n[0014] 技术方案5的发明的特征在于，在技术方案1所述的缝纫机零件中，所述高硬度被膜由碳化钨/碳(WC/C)被膜(36)形成。\n[0015] 技术方案6的发明的特征在于，在技术方案2或技术方案5所述的缝纫机零件中，所述中间层由铬(Cr)或钨(W)构成。\n[0016] 技术方案7的发明的特征在于，在技术方案2或技术方案5所述的缝纫机零件中，所述未进行加热产生的硬化处理的钢材，是渗碳淬火回火或淬火回火处理均未进行的低碳钢、低碳合金钢或合金钢。\n[0017] 根据技术方案1所述的发明，通过在氮化膜和零件表面的高硬度被膜之间设置硬度区域处于两者之间的硬度区域的中间层，缓和在氮化膜和高硬度被膜之间产生的残留应力，提高两者的密接性。\n[0018] 根据技术方案2所述的发明，可得到与所述技术方案1相同的效果，并且由于DLC被膜是非晶形的构造，所以可得到高硬度且平滑的表面形状。因此，可以大幅度减小母材表面的摩擦阻力。由此，可实现圆滑的滑动动作并且防止在该滑动部发热。进而，即使在限制润滑油的供给的环境下也能够构成耐磨损性、耐烧粘性优越的缝纫机零件。另外，对于具有因淬火等产生热变形的薄壁部的构件，能够使其表面变硬、且滑动良好，可以在干燥环境下使用。\n[0019] 根据技术方案3所述的发明，可得到与技术方案2相同的作用效果，另外，进而通过使DLC被膜含有金属，能够在中间层是金属时提高密接性，即使在严酷的滑动环境下也能够牢固地维持DLC被膜。\n[0020] 根据技术方案4所述的发明，可得到与技术方案3相同的效果，另外，进而通过使DLC被膜含有Cr或W，能够在中间层是Cr或W时提高密接性，即使在严酷的滑动环境下也能够牢固地维持DLC被膜。\n[0021] 根据技术方案5所述的发明，可得到与技术方案1以及技术方案2相同的效果。\n[0022] 根据技术方案6所述的发明，可得到与技术方案2以及技术方案5相同的效果，另外，尤其使中间层由Cr或W形成，可进一步提高母材和被膜的密接性。即，Cr或W和DLC或WC/C的密接性良好，即使在严酷的滑动环境下也能够牢固地维持DLC或WC/C被膜。\n[0023] 根据技术方案7所述的发明，可得到与技术方案2以及技术方案5相同的效果，另外，尤其对于具有因淬火等产生热变形的薄壁部的构件，能够使其表面变硬、且滑动良好，可以在干燥环境下使用。\n附图说明\n[0024] 图1是表示本实施方式的针杆驱动机构的主视图；\n[0025] 图2是表示本实施方式的针杆驱动机构的侧视图；\n[0026] 图3是表示本实施方式的针杆拱座的立体图；\n[0027] 图4是表示本实施方式的通过表面处理形成的针杆拱座的表面附近的层叠构造的概念图；\n[0028] 图5是表示本实施方式的通过表面处理形成的针杆拱座的表面附近的层叠构造的放大照片；\n[0029] 图6是表示本实施方式的针杆拱座的母材的表面附近组织的放大照片；\n[0030] 图7是表示在本实施方式的针杆拱座的氮化物层的表面隔着由Cr层以及W层这两层构成的中间层形成有DLC层的状态的概念图；\n[0031] 图8是表示在本实施方式的针杆拱座的氮化物层的表面隔着由Cr构成的中间层在最表面形成有WC/C层的状态的概念图。\n[0032] 图中：1-缝纫机；10-针杆；30-针杆拱座；31-母材；32-氮化物层(氮化化合物层)；32a-致密层；32b-多孔(porous)层；33-中间层(Cr)；34-中间层(W)；35-DLC(类金刚石碳)层；36-WC/C(碳化钨/碳)层；50-针上下运动机构；52-主轴；53-偏心锤；54-针杆曲柄；55-针杆支承框；60-离合器机构；61-离合器构件；62-从动连杆；63-按压弹簧；\n64-卡止爪；65-按压弹簧；80-切换机构。\n具体实施方式\n[0033] 以下，参考附图，详细说明本发明的缝纫机的最佳方式。\n[0034] 在本实施方式中，作为缝纫机，以通过双机针进行缝制的双机针缝纫机为例进行说明。此外，在以下的说明中，将垂直上下方向作为Z轴方向，将设置于水平面的状态下的双机针缝纫机的横臂部的长度方向设为Y轴方向，将与未图示的针板的板面平行并和Y轴方向正交的方向设为X轴方向。另外，X轴方向和Y轴方向及Z轴方向相互正交。\n[0035] (实施方式的整体结构)\n[0036] 如图1所示，本发明的实施方式的缝纫机(双机针缝纫机)1具有未图示的针上下运动机构，该针上下运动机构将在未图示的缝纫机马达的作用下旋转的主轴52的旋转运动变换为沿着Z轴方向的往复上下运动。\n[0037] 此外，缝纫机1具备用于进行基于双机针的缝制的各种机构，如摆针机构，其通过使后述的针杆支承框55摆动而使机针的前端向进给方向移动；和沿着送布方向输送被缝制物的进给机构等，但由于这些机构与以往公知的机构是相同的，所以在本实施方式中不再赘述。\n[0038] 针上下运动机构设置于缝纫机横臂部的前端内部。所述针上下运动机构具备：针杆曲柄54，其一端转动自如地连结于在主轴52的前端设置的偏心锤53的偏心部；作为缝纫机零件的针杆拱座30，其转动自如地连结于针杆曲柄54的另一端；作为缝纫机零件的两根针杆10，其被保持于该针杆拱座30上，且分别在前端保持机针；和针杆支承框55，其通过独立并上下滑动自如地支承这两根针杆10，来限制该两根针杆10的移动方向。\n[0039] 而且，若在缝纫机马达的驱动下主轴52旋转，则经由偏心锤53以及针杆曲柄54，上下驱动针杆拱座30。由此，被保持于该针杆拱座30上的两根针杆10在上下进行往复移动。\n[0040] 针杆拱座30具备：离合器机构，其能够选择性地将各个针杆10的保持切换为保持状态和解除状态；限位机构，其将通过该离合器机构解除了保持状态的针杆10保持于针杆支承框55；和切换机构80，其通过人为的输入操作选择任一个针杆10，并切换离合器机构的保持状态和解除状态(参考图3)。\n[0041] 离合器机构60如图1以及图5所示，具备：两个作为缝纫机零件的离合器构件61，其被插入于从针杆拱座51的正面贯通到各插通孔的圆形的支承孔57；两个作为缝纫机零件的从动连杆62，其分别独立地使各离合器构件61进退移动；两个按压弹簧63，其经由各从动连杆62对各离合器构件61独立地施加前进方向的移动力；两个作为缝纫机零件的卡止爪64，其在各离合器构件61后退之后的状态(退避位置)下分别将其卡止；两个按压弹簧65，其在各卡止爪64进行卡止的方向上分别对其按压；和作为缝纫机零件的解除销66，其能够从外部输入解除各卡止爪64的卡止的操作。\n[0042] 而且，通过人为地操作切换机构80，在只使用各针杆10中的任一个来进行缝制的情况下，另一个针杆10在上止点位置被保持于针杆支承框55。即，由于在针杆拱座30上只保持一个针杆10，所以在该针杆拱座30和另一个针杆10之间产生滑动接触面。另外，离合器机构的各构件也为薄壁结构，且在其动作中与其他构件产生滑动。\n[0043] (氮化膜以及DLC被膜的层叠构造)\n[0044] 在此，本实施方式的针杆拱座30如图4以及图5所示，以低碳钢、低碳合金钢或合金钢作为母材31而形成，在其表面形成有由氮化物构成的氮化化合物层32。进而，在本实施方式的缝纫机1中，在上述氮化化合物层32上，隔着由铬(Cr)构成的中间层33而形成有DLC(类金刚石碳：diamond like carbon)层35。\n[0045] 如图6所示，母材31由铁素体部分以及珠光体部分的混合组织形成。即，本实施方式的针杆拱座30的母材31使用的是低碳钢、低碳合金钢或合金钢的原材，即，是没有进行渗碳淬火回火等加热产生的硬化处理的钢材。\n[0046] 本实施方式的针杆拱座30，由于内置有上述各种机构，所以其壁厚为1.0～\n1.5mm，与一般的针杆拱座30相比壁厚变薄。因此，为了防止在800℃以上的温度区域进行的渗碳淬火回火或淬火回火等的硬化处理所造成的尺寸精度的恶化，使用了不进行所述处理的原材。该母材31的硬度为200HV～300HV。\n[0047] 氮化化合物层32(以下，称为氮化物层32)是通过600℃以下的低温度区域内的盐浴软氮化处理(碳氮共渗处理)而形成于母材31的表面的，由致密的氮化化合物层32a(以下，称为致密层32a)、和在其外侧的多孔状的氮化化合物层32b(以下，称为多孔层32b)形成。\n[0048] 盐浴软氮化法的处理是通过下面的式(1)以及(2)所示的化学反应进行的。\n[0049] 2NaCN+O2＝2NaCNO……(1)\n[0050] 4NaCNO＝2NaCN+Na2CO3+CO+2N……(2)\n[0051] 在此，通过在(1)式中形成的NaCNO的热分解，在低碳合金钢的表面形成氮化化合物层和少量的碳化物层。通过所述盐浴软氮化处理，在与母材31相接的部分形成致密的渗碳氮化化合物层32a。其硬度为900HV～1000HV。另外，在表面侧形成低密度且在内部具有多个空孔的多孔状的氮化化合物层32b。其硬度为500HV～700HV。\n[0052] 这些致密层32a和多孔层32b构成本实施方式中的氮化膜。\n[0053] 中间层33是由铬构成的金属层，通过溅射涂敷方式形成于上述多孔层32b的表面。\n[0054] 该中间层33形成有如下的层，其硬度(硬度区域)为700HV～800HV，比上述氮化物层32的多孔层32b的硬度(硬度区域)500HV～700HV硬，且比后述的DLC层35的硬度(硬度区域)1500HV～3000HV软。即，中间层33的硬度区域在氮化物层32和DLC层35的硬度区域之间，与氮化物层32及DLC层35中的任一个层的相容性都好，具备提高多孔层\n32b和DLC层35的密接性的功能。即，该中间层33形成为连接母材31及其表面形成的氮化膜层32、和后述的DLC层35的硬度梯度的倾斜层，并被设置成用于缓和因直接层叠硬度差大的上下层而造成的内部的残留应力。另外，作为其结果，提高了上层(在本实施方式中为DLC层35)相对于下层(在本实施方式中为母材31)的密接性。\n[0055] DLC层35形成于中间层33上即针杆拱座30的最表面。\n[0056] 本实施方式的DLC层35是由离子化蒸镀法而形成。即是如下的方式，在真空中，使用基于热灯丝的高温电弧放电而产生等离子体，以母材31侧作为电极施加负(-)的偏压(bias)的方式。该方法的特征是能够在纳米等级进行膜厚控制，可得到较高硬度的膜。另外，在通过离子化蒸镀法形成DLC层35的情况下，与高频等离子体CVD法相比不会在被膜中残留氢(H)，不易产生脆性，所以是优选的。另外，在本实施方式中，如上所述，采用的结构是，使由铬构成的中间层33介于氮化物层32之上，进一步在其之上层叠该DLC层35。因此，与在母材31或者氮化物层32之上直接形成DLC层35的情况相比，由于与该DLC层35接触的构件的硬度差小，所以大幅度地缓和了各层间的残留应力。即，以高密接性稳定地成长的该DLC层35形成得足够厚。\n[0057] 该DLC层35由于是非晶形的构造，所以不具有结晶粒界，例如，与氮化钛等多晶构造的硬质薄膜相比具有非常平滑的表面。\n[0058] 另外，DLC层35具有：作为共有结晶体的金刚石和具有层叠构造的石墨的双方的特性。即，DLC层35具有和金刚石同等的硬度(1500HV～3000HV)，并且和石墨一样容易从表面脱落，即，具有易滑性、平滑性。\n[0059] 此外，DLC层也可以含有金属，尤其如Cr或W。由此，与中间层的相容性变得更好，可以提高其相互的密接性。\n[0060] 另外，离合器机构60的各缝纫机零件也具备同样的母材、氮化层、中间层、DLC层。\n[0061] 此外，在本实施方式中，虽然不使用润滑油等液体润滑剂，但为了使上述的滑动部的滑动性更好，在针杆10和针杆拱座30的滑动接触面上涂敷使用了润滑脂。\n[0062] (针杆驱动机构的动作)\n[0063] 接着，对本实施方式的缝纫机1的针上下运动机构50的动作进行说明。\n[0064] 首先，在缝纫机停止的状态下，通过操作上述切换机构80，使两根针杆10中的任一个针杆10的保持处于解除状态。\n[0065] 接着，若在缝纫机马达的驱动下主轴52以及偏心锤53旋转，则在偏心锤53上安装的针杆曲柄54的前端在上下方向上移动。通过针杆曲柄54的移动，在该针杆曲柄54上安装的针杆拱座30以及在该针杆拱座30上保持的针杆10在其轴线方向(图1中的上下方向)上进行往复移动。通过针杆10的驱动，在针杆10和针杆拱座30之间形成滑动部。\n[0066] 在此，由于在针杆拱座30的表面形成有DLC层35，所以针杆10的表面和针杆拱座\n30的DLC层35滑动接触。DLC层35因其平滑的表面而具有优越的摩擦磨损特性(摩擦学特性)，因此可得到良好的滑动性。即，针杆10和针杆拱座30平滑地滑动。因此，缝纫机的耐磨损特性以及耐久性得到提高。\n[0067] 进而，根据本申请发明人的实验，在搭载了表面形成有DLC层35的针杆拱座30的本实施方式的缝纫机1中，能够以3000rpm、50％的实运转率至少可运行1500小时以上。\n[0068] 目前市场上的实际状态是，若在缝制车间的使用状态为2500rpm、20％的实运转率，则一年的实运转时间可达到500小时左右。\n[0069] 与此相对，在本实施方式的缝纫机1中，由于环境温度和运转率的加速度系数是\n2.4倍，所以换算成市场实际状态，则相当于1500小时×2.4＝3600小时。\n[0070] 即，根据本发明的实施方式的缝纫机1，即使在干燥环境下的运转，若市场的实际使用状态为上述的使用状态，则至少可使用七年。\n[0071] 即，即使是不强制供给润滑油，只用润滑脂进行运转的干燥化缝纫机，也可得到与对滑动部强制供给润滑油的现有的缝纫机相同或在其之上的耐磨损特性。\n[0072] (实施方式的效果)\n[0073] 如上所述，根据本实施方式的缝纫机1，即使在作为薄壁构件的针杆拱座30使用由低碳钢、低碳合金钢及合金钢构成的母材31的情况下，也可以在该母材31的表面通过DLC涂敷形成DLC层。因此，能够大幅度提高针杆拱座30的表面的硬度，且能够大幅度降低表面的摩擦系数。因此，能够大幅度提高滑动面的润滑性。\n[0074] 由此，即使在不进行强制供油的干燥环境下，也能够达到(确保)与进行强制供油的现有缝纫机相同或在其之上的、即至少可使用七年的耐久性。\n[0075] 另外，通过以上述方法形成DLC被膜，可在不破坏未进行加热产生的硬化处理的钢材的尺寸精度的情况下，在该钢材的表面形成DLC被膜。\n[0076] 此外，中间层33并不限定于一层，也可以是两层或三层以上。即，在本实施方式中，虽然由铬构成的中间层33只有一层，但例如图7所示，也可以在多孔层32b上形成由铬构成的中间层33，在该中间层33上进一步形成由钨(W)构成的中间层34(W层：900HV～\n1000HV)。所述中间层34也由溅射涂敷方式来形成。\n[0077] 此时，中间层34优选为由硬度(硬度区域)处在多孔层32b和DLC层35的硬度(硬度区域)之间的物质构成的层，且以越往上层硬度越高的方式进行层叠。如此，通过形成两层的中间层，在多孔层32b和DLC层35之间形成由两层金属层构成的中间层33、34，从而能够形成相互的硬度接近的金属的倾斜层。因此，上下层融和良好，能够进一步提高上下层的密接性。即，能够更长期地维持在最表面形成的DLC层35。因此，可以提高缝纫机1的耐久性。\n[0078] 另外，如图8所示，可以用WC/C(碳化钨/碳)层36代替在最表面形成的DLC层\n35。在形成了该结构的情况下，由于WC/C层36的硬度(硬度区域)为1000HV～1500HV，所以比DLC层35的硬度(硬度区域)更接近于中间层33的硬度(硬度区域)700HV～800HV，和中间层33的密接性以及化学稳定性良好，融和良好。因此，能够形成密接性高的稳定的硬化膜。\n[0079] 另外，在本实施方式中，作为滑动部举出了针杆10和针杆拱座30的滑动部分的例子，并对在针杆拱座30的表面形成氮化物层32、中间层33以及DLC层35的情况进行了说明，但适用本发明的部分并不限定于针杆拱座30。即，可以对针杆10的表面实施所述硬化处理，另外，只要是在轴和轴承的滑动接触面、或内旋梭和外旋梭等两个构件相对滑动接触的部分都可以适用。