レーザ処理を用いて摩擦的に強化した表面を形成する方法
この発明は、摩擦的に強化された表面を被加工物上に形成する方法を与える。方法は、スラリまたは溶液を形成するために、摩擦特性を強化するよう作用可能な予め定められた材料と液体とを組合せるステップを含む。方法は、被加工物の表面にスラリ／溶液を塗布するステップを含む。方法はさらに、塗布するステップ後に、予め定められた材料の相をレーザで変換するステップを含む。予め定められた材料の相を変換するステップは、摩擦助剤を被加工物の表面に結合する化学反応を生じさせる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の背景
１．発明の分野
この発明は金属のレーザ処理に関する。
【背景技術】
【０００２】
２． 関連技術の説明
被加工物の表面の特性の調整のため、表面をレーザで急速に加熱することができる。レーザから被加工物へのエネルギ伝達を強化するために、加熱される表面に吸収性のコーティングを塗布することができる。素早く表面を加熱するためにレーザを用いることによって、浅い表面層だけが加熱されるので、気体または液体による従来の焼入れは不要である。その部分は、レーザによって加熱された表面層と被加工物の残余部との間の非常に大きな熱差によって、実際には自己焼き入れする。その部分を１つの操作で加熱しなければならず、次に素早く気体または液体によって冷やすことが要求される浸炭または誘導加熱に対して大きな対照をなす。ＣＯ2、エキシマまたはＮｄ−ＹＡＧレーザ（ダイオードレーザ）がレーザ放射を生成することができる。これらのレーザのうちのいくつかは、１０6ワット／ｃｍ2以上の強度を達成することができる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
発明の概要
この発明は、摩擦的に強化された表面を被加工物上に形成する方法を与える。この方法は、スラリまたは溶液を形成するために、摩擦特性を強化するよう作用可能な予め定められた材料と液体とを組合せるステップを含む。この方法はさらに、スラリ／溶液を被加工物の表面に塗布するステップを含む。この方法はさらに、塗布するステップ後に、予め定められた材料の位相をレーザで変換するステップを含む。予め定められた材料の相を変換するステップは、摩擦助剤を被加工物の表面に結合する化学反応を生じる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００４】
この発明の利点は、以下の詳細な説明および添付された図面に関して考慮されると、より容易に認識されるようになる。
【０００５】
好ましい実施例の詳細な説明
この発明の例示的な実施例によるプロセスが図１および図２に示される。そのプロセスはステップ２０で開始する。ステップ２２で、スラリまたは溶液１６を形成するために、摩擦特性を強化するよう作用可能な予め定められた材料１４が液体と組合わされる。一般に、スラリは液体中の不溶性材料の混合物であり、溶液は液体中の可溶性材料の混合物である。明瞭にするためにスラリだけが下記に記載されるが、この発明はスラリに限定されない。予め定められた材料１４は、硫黄形状、塩素形状、または燐形状として選択することができる。たとえば、予め定められた材料１４は、リン酸鉄、リン酸マンガン、硫黄粉、塩化鉄、ジクロジセチル二塩化セレンまたはオクタデシル塩化物であり得る。液体は、より極めて詳しく下記に記載される溶融ステップ中に、被加工物１２の表面１０および予め定められた材料１４との反応性が低いように選択される。予め定められた材料が液体に対して不溶性である場合、液体は結合剤と組合わされた有機溶剤または水性のキャリアであり得る。この発明の例示的な実施例では、結合剤はポリビニルアルコールである。この発明の代替実施例では、結合剤はセラックまたは低融点ワックスでありえる。
【０００６】
ステップ２４で、スラリ１６が被加工物１２の表面１０に塗布される。十分な量の予め定められた材料１４が表面を覆うことを確実にするために、ある量のスラリ１６を用いることができる。たとえば、表面１０の１平方センチメートル当たりに０．９ミリグラムの予め定められた材料１４が配置されるようにスラリ１６を用いるのが望ましいであろう。スラリ１６は、ブラシ塗装、スクリーンプリント、浸漬、霧吹き、またはインクジェットプリントによってなど、いかなる適切な方法によっても塗布することができる。
【０００７】
被加工物１２は鋼から形成することができる。ステップ２４に先立って、プロセスはさらに、被加工物がたとえば研削、研磨、またはラップ仕上げによって規定される表面テクスチャを有することを確実にするステップを含むことができる。
【０００８】
ステップ２６で、水性またはキャリア媒体の少なくとも一部がスラリ１６から取除かれる。この発明の例示的な実施例では、被加工物１２を熱対流炉に配置することができ、スラリ１６を少なくとも部分的に乾かすことができる。この発明は、予め定められた材料１４と、表面１０の摩擦特性を強化するよう作用可能な結合剤が存在する場合は結合剤とのみを残して、すべてのキャリア媒体がスラリ１６から取除かれる場合でも実行することができる。
【０００９】
ステップ２８で、予め定められた材料１４の相がレーザ１８によって変換される。相変化は、融解、蒸発、またはプラズマ生成により規定することができる。ダイオードレーザ１８は予め定められた材料１４にビーム３０を導く。予め定められた材料１４は表面１０を湿らせ、表面１０と化学反応する。化学反応の結果、摩擦層が表面１０上に形成される。摩擦学は、相対運動において相互作用する表面の摩擦、潤滑および摩耗の機構に関する科学である。摩擦学は、摩擦と摩耗とを制御するための部品の設計を扱う工学の一派である。この発明のプロセスが実行された後、強化された摩擦表面は、処理していない部分と比較して、表面１０が作用においてより制御された摩擦およびより少ない摩耗を受けることを示す。レーザ１８は、ダイオードレーザなどの線状集光源であり得る。レーザ１８は、広域にわたって与えることができるのが好ましい。
【００１０】
この発明のプロセスは、高価になり得る、かつ／または動作するのに環境上不利益になり得る化学バスの必要性を減じたりなくしたりすることができる。この発明のプロセスはさらに、被加工物１２の動作環境において潤滑剤に含まれる極圧添加剤の必要を減じたりなくしたりすることができる。極圧添加剤は極めて有毒であり得る。この発明のプロセスは、ポスト処理または仕上げの必要なしに安定した摩擦層を生成することができる。プロセスはステップ３２で終了する。
【００１１】
上記の教示に照らしてこの発明の多くの修正および変形が可能である。したがって、この発明は、添付の請求項の範囲内で、具体的に記載された以外にも実行され得ることが理解される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の例示的な実施例の単純化されたフローチャートである。
【図２】この発明の例示的な実施例のレーザ処理の概略的な図である。
【技術分野】
【０００１】
発明の背景
１．発明の分野
この発明は金属のレーザ処理に関する。
【背景技術】
【０００２】
２． 関連技術の説明
被加工物の表面の特性の調整のため、表面をレーザで急速に加熱することができる。レーザから被加工物へのエネルギ伝達を強化するために、加熱される表面に吸収性のコーティングを塗布することができる。素早く表面を加熱するためにレーザを用いることによって、浅い表面層だけが加熱されるので、気体または液体による従来の焼入れは不要である。その部分は、レーザによって加熱された表面層と被加工物の残余部との間の非常に大きな熱差によって、実際には自己焼き入れする。その部分を１つの操作で加熱しなければならず、次に素早く気体または液体によって冷やすことが要求される浸炭または誘導加熱に対して大きな対照をなす。ＣＯ2、エキシマまたはＮｄ−ＹＡＧレーザ（ダイオードレーザ）がレーザ放射を生成することができる。これらのレーザのうちのいくつかは、１０6ワット／ｃｍ2以上の強度を達成することができる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
発明の概要
この発明は、摩擦的に強化された表面を被加工物上に形成する方法を与える。この方法は、スラリまたは溶液を形成するために、摩擦特性を強化するよう作用可能な予め定められた材料と液体とを組合せるステップを含む。この方法はさらに、スラリ／溶液を被加工物の表面に塗布するステップを含む。この方法はさらに、塗布するステップ後に、予め定められた材料の位相をレーザで変換するステップを含む。予め定められた材料の相を変換するステップは、摩擦助剤を被加工物の表面に結合する化学反応を生じる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００４】
この発明の利点は、以下の詳細な説明および添付された図面に関して考慮されると、より容易に認識されるようになる。
【０００５】
好ましい実施例の詳細な説明
この発明の例示的な実施例によるプロセスが図１および図２に示される。そのプロセスはステップ２０で開始する。ステップ２２で、スラリまたは溶液１６を形成するために、摩擦特性を強化するよう作用可能な予め定められた材料１４が液体と組合わされる。一般に、スラリは液体中の不溶性材料の混合物であり、溶液は液体中の可溶性材料の混合物である。明瞭にするためにスラリだけが下記に記載されるが、この発明はスラリに限定されない。予め定められた材料１４は、硫黄形状、塩素形状、または燐形状として選択することができる。たとえば、予め定められた材料１４は、リン酸鉄、リン酸マンガン、硫黄粉、塩化鉄、ジクロジセチル二塩化セレンまたはオクタデシル塩化物であり得る。液体は、より極めて詳しく下記に記載される溶融ステップ中に、被加工物１２の表面１０および予め定められた材料１４との反応性が低いように選択される。予め定められた材料が液体に対して不溶性である場合、液体は結合剤と組合わされた有機溶剤または水性のキャリアであり得る。この発明の例示的な実施例では、結合剤はポリビニルアルコールである。この発明の代替実施例では、結合剤はセラックまたは低融点ワックスでありえる。
【０００６】
ステップ２４で、スラリ１６が被加工物１２の表面１０に塗布される。十分な量の予め定められた材料１４が表面を覆うことを確実にするために、ある量のスラリ１６を用いることができる。たとえば、表面１０の１平方センチメートル当たりに０．９ミリグラムの予め定められた材料１４が配置されるようにスラリ１６を用いるのが望ましいであろう。スラリ１６は、ブラシ塗装、スクリーンプリント、浸漬、霧吹き、またはインクジェットプリントによってなど、いかなる適切な方法によっても塗布することができる。
【０００７】
被加工物１２は鋼から形成することができる。ステップ２４に先立って、プロセスはさらに、被加工物がたとえば研削、研磨、またはラップ仕上げによって規定される表面テクスチャを有することを確実にするステップを含むことができる。
【０００８】
ステップ２６で、水性またはキャリア媒体の少なくとも一部がスラリ１６から取除かれる。この発明の例示的な実施例では、被加工物１２を熱対流炉に配置することができ、スラリ１６を少なくとも部分的に乾かすことができる。この発明は、予め定められた材料１４と、表面１０の摩擦特性を強化するよう作用可能な結合剤が存在する場合は結合剤とのみを残して、すべてのキャリア媒体がスラリ１６から取除かれる場合でも実行することができる。
【０００９】
ステップ２８で、予め定められた材料１４の相がレーザ１８によって変換される。相変化は、融解、蒸発、またはプラズマ生成により規定することができる。ダイオードレーザ１８は予め定められた材料１４にビーム３０を導く。予め定められた材料１４は表面１０を湿らせ、表面１０と化学反応する。化学反応の結果、摩擦層が表面１０上に形成される。摩擦学は、相対運動において相互作用する表面の摩擦、潤滑および摩耗の機構に関する科学である。摩擦学は、摩擦と摩耗とを制御するための部品の設計を扱う工学の一派である。この発明のプロセスが実行された後、強化された摩擦表面は、処理していない部分と比較して、表面１０が作用においてより制御された摩擦およびより少ない摩耗を受けることを示す。レーザ１８は、ダイオードレーザなどの線状集光源であり得る。レーザ１８は、広域にわたって与えることができるのが好ましい。
【００１０】
この発明のプロセスは、高価になり得る、かつ／または動作するのに環境上不利益になり得る化学バスの必要性を減じたりなくしたりすることができる。この発明のプロセスはさらに、被加工物１２の動作環境において潤滑剤に含まれる極圧添加剤の必要を減じたりなくしたりすることができる。極圧添加剤は極めて有毒であり得る。この発明のプロセスは、ポスト処理または仕上げの必要なしに安定した摩擦層を生成することができる。プロセスはステップ３２で終了する。
【００１１】
上記の教示に照らしてこの発明の多くの修正および変形が可能である。したがって、この発明は、添付の請求項の範囲内で、具体的に記載された以外にも実行され得ることが理解される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の例示的な実施例の単純化されたフローチャートである。
【図２】この発明の例示的な実施例のレーザ処理の概略的な図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
摩擦的に強化された表面を被加工物に形成する方法であって、
スラリおよび溶液のうち１つを形成するために摩擦特性を強化するよう作用可能な予め定められた材料と液体とを組合せるステップと、
スラリおよび溶液のうち１つを被加工物の表面に塗布するステップと、
前記塗布するステップ後に、予め定められた材料に被加工物の表面を結合する化学反応を生じさせるために、予め定められた材料の相をレーザで変換するステップとを含む、方法。
【請求項２】
予め定められた材料として硫黄形状を選択するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
予め定められた材料として塩素形状を選択するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
予め定められた材料として燐形状を選択するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記変換するステップに先立って、表面上のスラリおよび溶液のうち１つの体積を減じるステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記変換するステップ中に被加工物の表面に対する反応性が低いように液体を選択するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記選択するステップは、
液体を形成するためにポリビニルアルコールおよび水性の媒体を選択するステップをさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記変換するステップに先立って、水性の媒体の量を減じることにより表面上のスラリおよび溶液のうち１つの体積を減じるステップをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記変換するステップは、
予め定められた材料をレーザで溶解させるステップとしてさらに規定される、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記変換するステップは、
予め定められた材料をレーザで蒸発させるステップとしてさらに規定される、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記変換するステップは、
予め定められた材料をレーザでプラズマに変化させるステップとしてさらに規定される、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
摩擦的に強化された表面を被加工物に形成する方法であって、
スラリおよび溶液のうち１つを形成するために、摩擦特性を強化するよう作用可能であって、リン酸塩鉄、マンガンリン酸塩、硫黄粉、塩化鉄、ジクロジセチルセレン二塩化物またはオクタデシル塩化物からなる群から選ばれた予め定められた材料と、ポリビニルアルコール溶液、セラックおよび低融点ワックスからなる群から選ばれた液体とを組合せるステップと、
スラリおよび溶液のうち１つをブラシ塗装、スクリーンプリント、浸漬、霧吹き、またはインクジェットプリントのうちの１つによって被加工物の表面に塗布するステップと、
前記塗布するステップ後に、予め定められた材料に被加工物の表面を結合する化学反応を生じさせるために、レーザによる融解、蒸発、プラズマ生成のうちの１つによって予め定められた材料の相を変換するステップとを含む、方法。
【請求項１】
摩擦的に強化された表面を被加工物に形成する方法であって、
スラリおよび溶液のうち１つを形成するために摩擦特性を強化するよう作用可能な予め定められた材料と液体とを組合せるステップと、
スラリおよび溶液のうち１つを被加工物の表面に塗布するステップと、
前記塗布するステップ後に、予め定められた材料に被加工物の表面を結合する化学反応を生じさせるために、予め定められた材料の相をレーザで変換するステップとを含む、方法。
【請求項２】
予め定められた材料として硫黄形状を選択するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
予め定められた材料として塩素形状を選択するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
予め定められた材料として燐形状を選択するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記変換するステップに先立って、表面上のスラリおよび溶液のうち１つの体積を減じるステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記変換するステップ中に被加工物の表面に対する反応性が低いように液体を選択するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記選択するステップは、
液体を形成するためにポリビニルアルコールおよび水性の媒体を選択するステップをさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記変換するステップに先立って、水性の媒体の量を減じることにより表面上のスラリおよび溶液のうち１つの体積を減じるステップをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記変換するステップは、
予め定められた材料をレーザで溶解させるステップとしてさらに規定される、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記変換するステップは、
予め定められた材料をレーザで蒸発させるステップとしてさらに規定される、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記変換するステップは、
予め定められた材料をレーザでプラズマに変化させるステップとしてさらに規定される、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
摩擦的に強化された表面を被加工物に形成する方法であって、
スラリおよび溶液のうち１つを形成するために、摩擦特性を強化するよう作用可能であって、リン酸塩鉄、マンガンリン酸塩、硫黄粉、塩化鉄、ジクロジセチルセレン二塩化物またはオクタデシル塩化物からなる群から選ばれた予め定められた材料と、ポリビニルアルコール溶液、セラックおよび低融点ワックスからなる群から選ばれた液体とを組合せるステップと、
スラリおよび溶液のうち１つをブラシ塗装、スクリーンプリント、浸漬、霧吹き、またはインクジェットプリントのうちの１つによって被加工物の表面に塗布するステップと、
前記塗布するステップ後に、予め定められた材料に被加工物の表面を結合する化学反応を生じさせるために、レーザによる融解、蒸発、プラズマ生成のうちの１つによって予め定められた材料の相を変換するステップとを含む、方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公表番号】特表２００９−５３５２１９（Ｐ２００９−５３５２１９Ａ）
【公表日】平成２１年１０月１日（２００９．１０．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５０７９４２（Ｐ２００９−５０７９４２）
【出願日】平成１９年４月２５日（２００７．４．２５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００７／０６７４１６
【国際公開番号】ＷＯ２００７／１２７７９８
【国際公開日】平成１９年１１月８日（２００７．１１．８）
【出願人】（５９９０５８３７２）フェデラル−モーグル コーポレイション (234)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２１年１０月１日（２００９．１０．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年４月２５日（２００７．４．２５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００７／０６７４１６
【国際公開番号】ＷＯ２００７／１２７７９８
【国際公開日】平成１９年１１月８日（２００７．１１．８）
【出願人】（５９９０５８３７２）フェデラル−モーグル コーポレイション (234)
【Ｆターム（参考）】
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