JP3373590B2 - 摺動部材 - Google Patents
摺動部材Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、摺動部に硬質皮膜を有
する、自動車部品やコンプレッサー部品などの機械部品
に用いられる摺動部材に関し、更に詳しく述べるなら
ば、チタンを主たる金属成分としさらに１種または２種
以上の金属元素と窒素及び酸素からなる皮膜を被覆した
摺動部材に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】自動車の内燃機関やコンプレッサーなど
の高回転化、高出力化等により機械部品などの摺動部
は、益々過酷な条件下での耐摩耗性、耐焼付性といった
摺動特性の向上が期待されている。また切削工具におい
ても切削速度増大により同様に摺動特性の向上が期待さ
れている。従来より摺動特性改善策として、硬質クロム
めっきによる耐摩耗性の改善、窒化またはモリブデン溶
射による耐焼付性の向上などの表面処理が挙げられる。 【０００３】しかしながら、これらの方法では摺動材料
としての十分な摺動特性が得られず、最近物理的気相蒸
着（ＰＶＤ）法あるいは化学気相析出（ＣＶＤ）法によ
り化学的にも比較的安定なＣｒ−Ｎ系、Ｔｉ−Ｎ系硬質
皮膜を作製する方法が検討されている。ところがＣｒ−
Ｎ系皮膜は、皮膜硬度が比較的低いため、皮膜の摩耗が
起こりやすく、この点の改良は試みられているもののい
まだ十分な摺動特性は得られていない。 【０００４】そこで、さらに皮膜硬さが高く、摺動特性
に優れた皮膜の開発が望まれ、Ｔｉ−Ｎ系皮膜が注目さ
れている。しかしながらＴｉ−Ｎ系皮膜は、機械部品な
どの摺動部材として利用する場合には皮膜硬さが高すぎ
て相手材を摩耗させてしまうという欠点があり、また皮
膜と接する相手材との「初期なじみ」が悪い欠点もあ
る。ここで「初期なじみ」とは、機械加工または成膜自
体に起因する粗さをもつ摺動部材の表面が摺動開始後の
短時間の内に相手材と摺動接触し表面が微小且つ平滑に
摩耗する結果、接触面積を増加させることにより接触面
圧を低減させて、潤滑油膜切れを起こし難くし、以って
摩耗や焼き付きの発生を防ぐ性能である。Ｔｉ−Ｎ系皮
膜のような皮膜硬さの高すぎる皮膜を被覆した摺動部材
は、初期なじみが悪いことにより、摺動初期において摩
耗や焼付現象を起こしやすいという問題があった。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の点に
鑑みて、Ｔｉを主たる金属成分とする皮膜を被覆した摺
動材料において、耐摩耗性および耐焼付性等の摺動特性
に優れ、初期なじみが良好な硬質皮膜を被覆することに
より上記の問題を解決することを目的とする。さらに、
本出願人は上記の問題点を解決するために特願平５−１
２００６１号において、チタン、Ｍ群（Ｍ；クロム、バ
ナジウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ハフニ
ウム、タンタル、タングステン及びアルミニウムから選
択された１種または２種以上の金属元素）、及び窒素か
らなり、金属元素の組成比が原子％比でＭ／（Ｔｉ＋
Ｍ）＝１〜４５％である皮膜を被覆した摺動部材を提案
したが、この発明においてはさらに上記の摺動特性を改
良するとともに相手材の摩耗を少なくすることを目的と
する。 【０００６】 【課題を解決するための手段】 すなわち、本発明に係
わる摺動部材は、チタン、M群（M；クロム、バナジウ
ム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ハフニウム、
タンタル及びタングステンから選択された１種または２
種以上の金属元素）、窒素及び酸素からなり、金属元素
の組成比が原子％比でＭ／（Ｔi＋Ｍ）＝１〜４５％で
あり、かつガス元素の組成比が原子％比でＯ／（Ｎ＋
Ｏ）＝５〜８０％である皮膜を基体に被覆したことを特
徴とする。この皮膜は、ＴｉＮにＭ群の元素及び酸素を
添加することにより、皮膜の硬さ自体はＴｉＮ皮膜より
も低いにもかかわらず、耐摩耗性及び耐焼付性並びに初
期なじみ性をＴｉＮ皮膜よりも良好にしたものである。
Ｍ群の元素及び酸素の作用について述べると、（イ）何
れもＴｉＮ皮膜の硬度を低下させるが、後者の方が硬度
低下の割合が大であり、（ロ）前者はＴｉＮ皮膜の摩擦
係数をやや増加させるものの、後者はこれを大幅に減少
させ、（ハ）何れもＴｉＮ皮膜のオイル中での腐食によ
る減量を抑制するが、前者の方が抑制程度が大である。
このような物性に対する影響でＭ群の元素と酸素は異な
るので、それぞれ別の群に分け、またＣｒ，Ｖ，Ｚｒ，
Ｎｂ，Ｍｏ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗはいずれも上記の点で共通
であるので、一つの群に含めることとした。 【０００７】ここでＭ／（Ｔｉ＋Ｍ）の金属元素組成比
が１％未満であると初期なじみ向上の効果が少なく、一
方４５％を超えると耐焼付性の向上が図れないために、
金属元素組成比は１〜４５％の範囲とした。ガス元素の
組成比Ｏ／（Ｎ＋Ｏ）が５％未満であると相手材の摩耗
が多くなり、一方８０％を越えると皮膜自体の摩耗が多
くなり摺動特性の向上は図れなかった。 【０００８】基体としてはＦｅ系、Ａｌ系、Ｔｉ系等の
各種材料を使用することができる。Ｔｉ−Ｍ−Ｎ−Ｏ系
皮膜の厚さは特に制限が無いが、１〜５０μｍの範囲内
であることが好ましい。同じく皮膜粗さはＲａで１μｍ
以下であることが好ましい。 【０００９】さらに、相手材としては特に制限がなく鋳
鉄もしくは鋼材、Ｃｒめっきを施したこれらの材料、溶
射皮膜付材料などが使用可能である。また、本発明の皮
膜は十分に清浄化された基体上にＰＶＤ又はＣＶＤ好ま
しくはＰＶＤで成膜されるものである。 【００１０】 【作用】ＴｉＮ皮膜は初期なじみ性が悪く、一方ＣｒＮ
系皮膜は耐摩耗性が悪いために、いずれも焼き付きを起
こしやすいが、Ｔｉと他の金属元素Ｍ並びにＮ及びＯを
共存させたＴｉ−Ｍ−Ｎ−Ｏ系皮膜とすることにより焼
付が発生し難くなった。また初期なじみが良好になるこ
とによりなじみが実現した以降の摩耗は少なくなり、さ
らに相手材の摩耗も著しく減少した。以下、金属元素
（Ｍ）としてＶを選んだ実施例により本発明を詳しく説
明する。 【００１１】 【実施例】本実施例で使用した皮膜形成の基体は高クロ
ム鋼（ＪＩＳ規格ＳＵＪ−２）である。基体はあらかじ
めフロン液中で超音波洗浄を行い、鏡面仕上げされた基
体表面に以下に説明する手順で陰極アークプラズマ式イ
オンプレーティングによりＴｉ−Ｎ系硬質皮膜（比較
例）、Ｔｉ−Ｖ−Ｎ系硬質皮膜（比較例）及びＴｉ−Ｖ
−Ｎ−Ｏ系硬質皮膜（実施例）を形成した。 【００１２】超音波洗浄された基体をイオンプレーティ
ング装置の真空容器（チャンバ）内に取り付け、続いて
チャンバ内圧力が１．３×１０-3Ｐａ（パスカル）とな
るまで真空引きを行った。この真空度が達成された時点
から、チャンバ内に内蔵されているヒーターにより基体
を３００〜６００℃まで加熱して、基体表面に付着ある
いは吸着しているガス成分を放出させ、その後２００℃
まで冷却した。 【００１３】チャンバ内圧力が４×１０-3Ｐａ以下とな
った時点で、陰極とした各種組成のＴｉ−Ｖ合金ターゲ
ットの表面でアーク放電を発生させ、ＴｉおよびＶの大
部分がイオン化された状態でターゲット表面から飛出さ
せた。 【００１４】この時基体を装着した治具には−７００〜
−１０００Ｖのバイアス電圧を印加しておき、ターゲッ
トから飛び出すイオン化したＴｉおよびＶを基体と治具
の表面に吸引し、さらにこれらのイオンを高速で被処理
面に衝突させた。このようなイオン化した金属の衝突に
より被処理面の酸化物などを削るいわゆるスパッタクリ
ーニングにより基体表面の活性化処理を行った。 【００１５】その後、アーク放電が起こっているチャン
バ中に少量の窒素ガスを導入することにより一部のイオ
ン化したＴｉおよびＶは、窒素ガスと結合し基体表面に
窒化物皮膜となって析出した。その後、さらに窒素ガス
流量を増やし所定のガス元素の組成比となる流量の酸素
ガスを導入して０．７〜４．０Ｐａ程度の圧力とし、ま
た０〜−１００Ｖのバイアス電圧を基体に印加して基体
表面にＴｉ−Ｖ−Ｎ−Ｏ系硬質皮膜を１〜５０μｍの厚
さに形成させた。なお、比較例のＴｉ−Ｖ−Ｎ皮膜形成
の場合は酸素ガスの導入をせずに同様に成膜を行った。
所定膜厚形成後、チャンバ内温度が１５０℃以下になる
まで冷却してから、膜被覆された基体をチャンバ外に取
り出した。皮膜の硬度はＨｖ＝１０００〜２５００の範
囲であった。 【００１６】上記方法により得られた皮膜を用いて、摺
動試験を行った。 実施例２ ねずみ鋳鉄（ＦＣ２５）を相手材としてピンオンディス
ク型摩擦試験機によりスカッフ試験を行った。スカッフ
試験条件は、以下の通りであった。 潤滑方法：モーターオイル＃３０、油温８０℃、油量４
ｃｃ／ｓｅｃ 摩擦速度：８ｍ／ｓｅｃ 接触荷重：初期２ＭＰａから１ＭＰａごとに焼付まで増
加させる。 摩擦時間：各荷重で１８０ｓｅｃ保持 表１にスカッフ試験結果を示す。 【００１７】 【表１】 No V(Ti ＋V)-1 O（N ＋O ）-1 スカッフ値 本 1 Ti−V −N −O 13 20 1.9 発 2 Ti−V −N −O 45 20 2.0 明 3 Ti−V −N −O 45 70 2.2 比 1 Ti−V −N 45 0 1.8 較 2 Ti−N 0 0 1.0 スカッフ値は、比較対象であるＴｉ−Ｎを１．０とした時の値である。 【００１８】本発明によるＮｏ．１，２および３のＴｉ
−Ｖ−Ｎ−Ｏ系皮膜は、皮膜中の金属元素に対するＶ原
子％（以後、単に「Ｖ原子％」と称す）がそれぞれ１
３、４５および４５％であり、皮膜中の窒素原子と酸素
原子の和に対する酸素原子％（以後、単に「酸素原子
％」と称する）がそれぞれ、２０、２０および７０％で
ある。 【００１９】皮膜中のＶ原子％と酸素原子％が皮膜の特
性に及ぼす影響を調べた。比較例としてＶを含まないＴ
ｉ−Ｎ系皮膜について同じ条件でスカッフ試験を行い得
られたスカッフ値（焼付面圧）１．０に対して、本発明
のＮｏ．１、２及び３のＴｉ−Ｖ−Ｎ−Ｏ系皮膜ではス
カッフ値が約２倍以上向上した。さらに、Ｎｏ．２とＮ
ｏ．３のＴｉ−Ｖ−Ｎ−Ｏ系皮膜を比較すると、酸素原
子％が大きいＮｏ．３が高いスカッフ値を示した。 【００２０】実施例３ ピン−ドラム式摩耗試験機により、ドラムにねずみ鋳鉄
（ＦＣ２５）を用いて摩耗試験を行った。摩耗試験条件
は以下の通りであった。 潤滑方法：モーターオイル＃３０、油温８０℃、油量８
ｃｃ／ｓｅｃ ドラム回転速度：５ｍ／ｓｅｃ 接触荷重：１．５ＭＰａ 試験時間：３０ｋｓｅｃ 表２に摩耗試験結果を示す。 【００２１】 【表２】 ピン ドラム No V(Ti ＋V)-1 O（N ＋O ）-1 摩耗量 摩耗量 本 1 Ti−V −N −O 13 20 0.8 0.5 発 2 Ti−V −N −O 45 20 0.9 0.4 明 3 Ti−V −N −O 45 70 0.9 0.3 比 1 Ti−V −N 45 0 0.9 0.6 較 2 Ti−N 0 0 1.0 1.0 スカッフ値は、比較対象であるＴｉ−Ｎを１．０とした時の値である。 【００２２】比較対象として、Ｖ及び酸素を含まないＴ
ｉ−Ｎ系皮膜及び酸素を含まないＴｉ−Ｖ−Ｎ系皮膜に
ついてＴｉ−Ｖ−Ｎ−Ｏ系皮膜と同じ条件で摩耗試験を
行った。ここで、皮膜を被覆したピンの摩耗量は摩耗し
た接触面のドラム回転方向の幅、ドラムの摩耗量はドラ
ムの摩耗深さより求めた。Ｔｉ−Ｎ系皮膜の場合のピン
摩耗量及びドラム摩耗量をそれぞれ１．０としてそれぞ
れの特性を表２に示す。 【００２３】本発明によるＴｉ−Ｖ−Ｎ−０系皮膜は、
ピン摩耗量は比較例とほぼ同程度であり、一方ドラムの
摩耗量は比較例に比べ著しく低減している。特に、Ｖ原
子％が４５％、酸素原子％が７０％のＴｉ−Ｖ−Ｎ−Ｏ
系皮膜（Ｎｏ．３）では、Ｔｉ−Ｎ系皮膜の約１／３，
Ｔｉ−Ｖ−Ｎ系皮膜の半分近い摩耗量に抑えられてい
る。 【００２４】以上のスカッフ試験および摩耗試験の結果
から、Ｔｉ−Ｎ系皮膜及びＴｉ−Ｖ−Ｎ系皮膜に比べＴ
ｉ−Ｖ−Ｎ−Ｏ系皮膜は、耐焼付性に優れ、初期なじみ
が良好で、摺動部相手材の摩耗を抑えられる皮膜である
ことがわかった。 【００２５】 【発明の効果】以上のように、摺動面に主たる金属成分
であるＴｉ，他の金属元素、窒素及び酸素からなる皮膜
を被覆することにより、相手材を摩耗させることがな
く、初期なじみが良好で、耐摩耗性および耐焼付性等の
摺動特性に優れた摺動部材が得られる。
する、自動車部品やコンプレッサー部品などの機械部品
に用いられる摺動部材に関し、更に詳しく述べるなら
ば、チタンを主たる金属成分としさらに１種または２種
以上の金属元素と窒素及び酸素からなる皮膜を被覆した
摺動部材に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】自動車の内燃機関やコンプレッサーなど
の高回転化、高出力化等により機械部品などの摺動部
は、益々過酷な条件下での耐摩耗性、耐焼付性といった
摺動特性の向上が期待されている。また切削工具におい
ても切削速度増大により同様に摺動特性の向上が期待さ
れている。従来より摺動特性改善策として、硬質クロム
めっきによる耐摩耗性の改善、窒化またはモリブデン溶
射による耐焼付性の向上などの表面処理が挙げられる。 【０００３】しかしながら、これらの方法では摺動材料
としての十分な摺動特性が得られず、最近物理的気相蒸
着（ＰＶＤ）法あるいは化学気相析出（ＣＶＤ）法によ
り化学的にも比較的安定なＣｒ−Ｎ系、Ｔｉ−Ｎ系硬質
皮膜を作製する方法が検討されている。ところがＣｒ−
Ｎ系皮膜は、皮膜硬度が比較的低いため、皮膜の摩耗が
起こりやすく、この点の改良は試みられているもののい
まだ十分な摺動特性は得られていない。 【０００４】そこで、さらに皮膜硬さが高く、摺動特性
に優れた皮膜の開発が望まれ、Ｔｉ−Ｎ系皮膜が注目さ
れている。しかしながらＴｉ−Ｎ系皮膜は、機械部品な
どの摺動部材として利用する場合には皮膜硬さが高すぎ
て相手材を摩耗させてしまうという欠点があり、また皮
膜と接する相手材との「初期なじみ」が悪い欠点もあ
る。ここで「初期なじみ」とは、機械加工または成膜自
体に起因する粗さをもつ摺動部材の表面が摺動開始後の
短時間の内に相手材と摺動接触し表面が微小且つ平滑に
摩耗する結果、接触面積を増加させることにより接触面
圧を低減させて、潤滑油膜切れを起こし難くし、以って
摩耗や焼き付きの発生を防ぐ性能である。Ｔｉ−Ｎ系皮
膜のような皮膜硬さの高すぎる皮膜を被覆した摺動部材
は、初期なじみが悪いことにより、摺動初期において摩
耗や焼付現象を起こしやすいという問題があった。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の点に
鑑みて、Ｔｉを主たる金属成分とする皮膜を被覆した摺
動材料において、耐摩耗性および耐焼付性等の摺動特性
に優れ、初期なじみが良好な硬質皮膜を被覆することに
より上記の問題を解決することを目的とする。さらに、
本出願人は上記の問題点を解決するために特願平５−１
２００６１号において、チタン、Ｍ群（Ｍ；クロム、バ
ナジウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ハフニ
ウム、タンタル、タングステン及びアルミニウムから選
択された１種または２種以上の金属元素）、及び窒素か
らなり、金属元素の組成比が原子％比でＭ／（Ｔｉ＋
Ｍ）＝１〜４５％である皮膜を被覆した摺動部材を提案
したが、この発明においてはさらに上記の摺動特性を改
良するとともに相手材の摩耗を少なくすることを目的と
する。 【０００６】 【課題を解決するための手段】 すなわち、本発明に係
わる摺動部材は、チタン、M群（M；クロム、バナジウ
ム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ハフニウム、
タンタル及びタングステンから選択された１種または２
種以上の金属元素）、窒素及び酸素からなり、金属元素
の組成比が原子％比でＭ／（Ｔi＋Ｍ）＝１〜４５％で
あり、かつガス元素の組成比が原子％比でＯ／（Ｎ＋
Ｏ）＝５〜８０％である皮膜を基体に被覆したことを特
徴とする。この皮膜は、ＴｉＮにＭ群の元素及び酸素を
添加することにより、皮膜の硬さ自体はＴｉＮ皮膜より
も低いにもかかわらず、耐摩耗性及び耐焼付性並びに初
期なじみ性をＴｉＮ皮膜よりも良好にしたものである。
Ｍ群の元素及び酸素の作用について述べると、（イ）何
れもＴｉＮ皮膜の硬度を低下させるが、後者の方が硬度
低下の割合が大であり、（ロ）前者はＴｉＮ皮膜の摩擦
係数をやや増加させるものの、後者はこれを大幅に減少
させ、（ハ）何れもＴｉＮ皮膜のオイル中での腐食によ
る減量を抑制するが、前者の方が抑制程度が大である。
このような物性に対する影響でＭ群の元素と酸素は異な
るので、それぞれ別の群に分け、またＣｒ，Ｖ，Ｚｒ，
Ｎｂ，Ｍｏ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗはいずれも上記の点で共通
であるので、一つの群に含めることとした。 【０００７】ここでＭ／（Ｔｉ＋Ｍ）の金属元素組成比
が１％未満であると初期なじみ向上の効果が少なく、一
方４５％を超えると耐焼付性の向上が図れないために、
金属元素組成比は１〜４５％の範囲とした。ガス元素の
組成比Ｏ／（Ｎ＋Ｏ）が５％未満であると相手材の摩耗
が多くなり、一方８０％を越えると皮膜自体の摩耗が多
くなり摺動特性の向上は図れなかった。 【０００８】基体としてはＦｅ系、Ａｌ系、Ｔｉ系等の
各種材料を使用することができる。Ｔｉ−Ｍ−Ｎ−Ｏ系
皮膜の厚さは特に制限が無いが、１〜５０μｍの範囲内
であることが好ましい。同じく皮膜粗さはＲａで１μｍ
以下であることが好ましい。 【０００９】さらに、相手材としては特に制限がなく鋳
鉄もしくは鋼材、Ｃｒめっきを施したこれらの材料、溶
射皮膜付材料などが使用可能である。また、本発明の皮
膜は十分に清浄化された基体上にＰＶＤ又はＣＶＤ好ま
しくはＰＶＤで成膜されるものである。 【００１０】 【作用】ＴｉＮ皮膜は初期なじみ性が悪く、一方ＣｒＮ
系皮膜は耐摩耗性が悪いために、いずれも焼き付きを起
こしやすいが、Ｔｉと他の金属元素Ｍ並びにＮ及びＯを
共存させたＴｉ−Ｍ−Ｎ−Ｏ系皮膜とすることにより焼
付が発生し難くなった。また初期なじみが良好になるこ
とによりなじみが実現した以降の摩耗は少なくなり、さ
らに相手材の摩耗も著しく減少した。以下、金属元素
（Ｍ）としてＶを選んだ実施例により本発明を詳しく説
明する。 【００１１】 【実施例】本実施例で使用した皮膜形成の基体は高クロ
ム鋼（ＪＩＳ規格ＳＵＪ−２）である。基体はあらかじ
めフロン液中で超音波洗浄を行い、鏡面仕上げされた基
体表面に以下に説明する手順で陰極アークプラズマ式イ
オンプレーティングによりＴｉ−Ｎ系硬質皮膜（比較
例）、Ｔｉ−Ｖ−Ｎ系硬質皮膜（比較例）及びＴｉ−Ｖ
−Ｎ−Ｏ系硬質皮膜（実施例）を形成した。 【００１２】超音波洗浄された基体をイオンプレーティ
ング装置の真空容器（チャンバ）内に取り付け、続いて
チャンバ内圧力が１．３×１０-3Ｐａ（パスカル）とな
るまで真空引きを行った。この真空度が達成された時点
から、チャンバ内に内蔵されているヒーターにより基体
を３００〜６００℃まで加熱して、基体表面に付着ある
いは吸着しているガス成分を放出させ、その後２００℃
まで冷却した。 【００１３】チャンバ内圧力が４×１０-3Ｐａ以下とな
った時点で、陰極とした各種組成のＴｉ−Ｖ合金ターゲ
ットの表面でアーク放電を発生させ、ＴｉおよびＶの大
部分がイオン化された状態でターゲット表面から飛出さ
せた。 【００１４】この時基体を装着した治具には−７００〜
−１０００Ｖのバイアス電圧を印加しておき、ターゲッ
トから飛び出すイオン化したＴｉおよびＶを基体と治具
の表面に吸引し、さらにこれらのイオンを高速で被処理
面に衝突させた。このようなイオン化した金属の衝突に
より被処理面の酸化物などを削るいわゆるスパッタクリ
ーニングにより基体表面の活性化処理を行った。 【００１５】その後、アーク放電が起こっているチャン
バ中に少量の窒素ガスを導入することにより一部のイオ
ン化したＴｉおよびＶは、窒素ガスと結合し基体表面に
窒化物皮膜となって析出した。その後、さらに窒素ガス
流量を増やし所定のガス元素の組成比となる流量の酸素
ガスを導入して０．７〜４．０Ｐａ程度の圧力とし、ま
た０〜−１００Ｖのバイアス電圧を基体に印加して基体
表面にＴｉ−Ｖ−Ｎ−Ｏ系硬質皮膜を１〜５０μｍの厚
さに形成させた。なお、比較例のＴｉ−Ｖ−Ｎ皮膜形成
の場合は酸素ガスの導入をせずに同様に成膜を行った。
所定膜厚形成後、チャンバ内温度が１５０℃以下になる
まで冷却してから、膜被覆された基体をチャンバ外に取
り出した。皮膜の硬度はＨｖ＝１０００〜２５００の範
囲であった。 【００１６】上記方法により得られた皮膜を用いて、摺
動試験を行った。 実施例２ ねずみ鋳鉄（ＦＣ２５）を相手材としてピンオンディス
ク型摩擦試験機によりスカッフ試験を行った。スカッフ
試験条件は、以下の通りであった。 潤滑方法：モーターオイル＃３０、油温８０℃、油量４
ｃｃ／ｓｅｃ 摩擦速度：８ｍ／ｓｅｃ 接触荷重：初期２ＭＰａから１ＭＰａごとに焼付まで増
加させる。 摩擦時間：各荷重で１８０ｓｅｃ保持 表１にスカッフ試験結果を示す。 【００１７】 【表１】 No V(Ti ＋V)-1 O（N ＋O ）-1 スカッフ値 本 1 Ti−V −N −O 13 20 1.9 発 2 Ti−V −N −O 45 20 2.0 明 3 Ti−V −N −O 45 70 2.2 比 1 Ti−V −N 45 0 1.8 較 2 Ti−N 0 0 1.0 スカッフ値は、比較対象であるＴｉ−Ｎを１．０とした時の値である。 【００１８】本発明によるＮｏ．１，２および３のＴｉ
−Ｖ−Ｎ−Ｏ系皮膜は、皮膜中の金属元素に対するＶ原
子％（以後、単に「Ｖ原子％」と称す）がそれぞれ１
３、４５および４５％であり、皮膜中の窒素原子と酸素
原子の和に対する酸素原子％（以後、単に「酸素原子
％」と称する）がそれぞれ、２０、２０および７０％で
ある。 【００１９】皮膜中のＶ原子％と酸素原子％が皮膜の特
性に及ぼす影響を調べた。比較例としてＶを含まないＴ
ｉ−Ｎ系皮膜について同じ条件でスカッフ試験を行い得
られたスカッフ値（焼付面圧）１．０に対して、本発明
のＮｏ．１、２及び３のＴｉ−Ｖ−Ｎ−Ｏ系皮膜ではス
カッフ値が約２倍以上向上した。さらに、Ｎｏ．２とＮ
ｏ．３のＴｉ−Ｖ−Ｎ−Ｏ系皮膜を比較すると、酸素原
子％が大きいＮｏ．３が高いスカッフ値を示した。 【００２０】実施例３ ピン−ドラム式摩耗試験機により、ドラムにねずみ鋳鉄
（ＦＣ２５）を用いて摩耗試験を行った。摩耗試験条件
は以下の通りであった。 潤滑方法：モーターオイル＃３０、油温８０℃、油量８
ｃｃ／ｓｅｃ ドラム回転速度：５ｍ／ｓｅｃ 接触荷重：１．５ＭＰａ 試験時間：３０ｋｓｅｃ 表２に摩耗試験結果を示す。 【００２１】 【表２】 ピン ドラム No V(Ti ＋V)-1 O（N ＋O ）-1 摩耗量 摩耗量 本 1 Ti−V −N −O 13 20 0.8 0.5 発 2 Ti−V −N −O 45 20 0.9 0.4 明 3 Ti−V −N −O 45 70 0.9 0.3 比 1 Ti−V −N 45 0 0.9 0.6 較 2 Ti−N 0 0 1.0 1.0 スカッフ値は、比較対象であるＴｉ−Ｎを１．０とした時の値である。 【００２２】比較対象として、Ｖ及び酸素を含まないＴ
ｉ−Ｎ系皮膜及び酸素を含まないＴｉ−Ｖ−Ｎ系皮膜に
ついてＴｉ−Ｖ−Ｎ−Ｏ系皮膜と同じ条件で摩耗試験を
行った。ここで、皮膜を被覆したピンの摩耗量は摩耗し
た接触面のドラム回転方向の幅、ドラムの摩耗量はドラ
ムの摩耗深さより求めた。Ｔｉ−Ｎ系皮膜の場合のピン
摩耗量及びドラム摩耗量をそれぞれ１．０としてそれぞ
れの特性を表２に示す。 【００２３】本発明によるＴｉ−Ｖ−Ｎ−０系皮膜は、
ピン摩耗量は比較例とほぼ同程度であり、一方ドラムの
摩耗量は比較例に比べ著しく低減している。特に、Ｖ原
子％が４５％、酸素原子％が７０％のＴｉ−Ｖ−Ｎ−Ｏ
系皮膜（Ｎｏ．３）では、Ｔｉ−Ｎ系皮膜の約１／３，
Ｔｉ−Ｖ−Ｎ系皮膜の半分近い摩耗量に抑えられてい
る。 【００２４】以上のスカッフ試験および摩耗試験の結果
から、Ｔｉ−Ｎ系皮膜及びＴｉ−Ｖ−Ｎ系皮膜に比べＴ
ｉ−Ｖ−Ｎ−Ｏ系皮膜は、耐焼付性に優れ、初期なじみ
が良好で、摺動部相手材の摩耗を抑えられる皮膜である
ことがわかった。 【００２５】 【発明の効果】以上のように、摺動面に主たる金属成分
であるＴｉ，他の金属元素、窒素及び酸素からなる皮膜
を被覆することにより、相手材を摩耗させることがな
く、初期なじみが良好で、耐摩耗性および耐焼付性等の
摺動特性に優れた摺動部材が得られる。
─────────────────────────────────────────────────────
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(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ
Ｃ１０Ｎ 30:06 Ｃ１０Ｎ 30:06
30:08 30:08
40:02 40:02
50:08 50:08
(56)参考文献 特開 平６−145958（ＪＰ，Ａ)
特開 昭59−118879（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−294659（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−186032（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−88696（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−188261（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−47253（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−229882（ＪＰ，Ａ)
特許3256024（ＪＰ，Ｂ２)
特公 平７−74429（ＪＰ，Ｂ２)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C10M 103/06
C10N 10:06 - 10:12
C10N 30:06 - 30:08
C10N 40:02
C10N 50:08
F16C 33/12
C23C 14/06 - 14/08
C23C 26/00
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 チタン、Ｍ群（Ｍ；クロム、バナジウ
ム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ハフニウム、
タンタル及びタングステンから選択された１種または２
種以上の金属元素）、窒素及び酸素からなり、金属元素
の組成比が原子％比でＭ／（Ｔｉ＋Ｍ）＝１〜４５％で
あり、かつガス元素の組成比が原子％比Ｏ／（Ｎ＋Ｏ）
＝５〜８０％である皮膜を基体に被覆したことを特徴と
する摺動部材。
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|---|---|---|---|
| JP13367293A JP3373590B2 (ja) | 1993-06-03 | 1993-06-03 | 摺動部材 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP13367293A JP3373590B2 (ja) | 1993-06-03 | 1993-06-03 | 摺動部材 |
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| JPH06346076A JPH06346076A (ja) | 1994-12-20 |
| JP3373590B2 true JP3373590B2 (ja) | 2003-02-04 |
Family
ID=15110208
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP13367293A Expired - Fee Related JP3373590B2 (ja) | 1993-06-03 | 1993-06-03 | 摺動部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3373590B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US9551062B2 (en) | 2013-03-28 | 2017-01-24 | Osg Corporation | Hard film for machining tools and hard film-coated metal machining tool |
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