JPH0544059A

JPH0544059A - 摺動部材

Info

Publication number: JPH0544059A
Application number: JP20076191A
Authority: JP
Inventors: Shinji Kato; 慎治加藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1991-08-09
Filing date: 1991-08-09
Publication date: 1993-02-23

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】耐焼付性、耐摩耗性に優れ、摩擦係数が低く
相手攻撃性に優れた摺動部材の提供。【構成】基材の摺動部表面にＴｉｘＡｌｙＮｚ（ｘ＋
ｙ：ｚ＝１：０．５〜１．２、ｘ＋ｙ（０．３〜０．
７）＝１）の組成の皮膜を２〜４０μｍの厚さに形成し
た。【効果】従来材の代表格であるＴｉＮの焼付荷重が２
５０ｋｇであるのに対し、本摺動部材の焼付荷重は３２
５〜４５０ｋｇと優れている。摩擦係数はＴｉＮのμ＝
０．１００に対し、本摺動部材はμ＝０．０４〜０．０
８と低摩擦であって、耐摩耗性に優れると共に、相手攻
撃性にも優れている。そのため、本摺動部材を差動装置
に適用する場合は、ピニオンシャフトとピニオンギヤの
クリアランスを小さくできると共に、デフ充填オイル量
を低減できるので、伝達効率が著しく向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はピニオンシャフトとピニ
オンギヤ、あるいはピストンリング等の摺動部材に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】車両の差動装置のピニオンギヤは、リン
グギヤに固定されたデフケース内で、ピニオンシャフト
に軸支され、トルクを両側のサイドギヤに伝達している
が、車両が旋回するときは、ピニオンギヤが自転するこ
とにより、左右輪の回転数差を調整する。そのため、ピ
ニオンギヤとピニオンシャフトとは摺動面を有する。

【０００３】従来、この摺動部材であるピニオンシャフ
トには、基材として機械構造用低合金鋼であるＳＣｒ１
５またはＳＣＭ２０を用い、基材がＳＣｒ１５である場
合は、摺動面に浸炭窒化処理をし、焼入焼もどしした後
研磨し、ＳＣＭ２０の場合は、浸炭窒化焼入焼もどしし
て研磨した後、さらにタフトライド処理を施すか、ある
いは膜厚１０μｍ前後の無電解Ｎｉ−Ｐめっきを施し、
３３０℃で１時間の時効処理を施していた。

【０００４】ピニオンシャフトと摺動する相手材である
ピニオンギヤには、基材としてＳＣｒ１５が用いられ、
摺動面に浸炭窒化処理をし、焼入焼もどしした後マンガ
ン系リン酸塩皮膜処理を施していた。また、同じ差動装
置の摺動部材であるスラストワッシャは、冷間もしくは
熱間圧延鋼板から打ち抜かれるが、表面にタフトライド
処理を施している。

【０００５】ピストンリングはピストンヘッドに嵌着さ
れピストン壁と摺動して上下動する。ピストンリングに
は鋳鉄もしくはばね鋼がそのまま使用されるか、表面に
Ｃｒめっきまたは複合めっきを施して使用している。さ
らに、耐摩耗性に優れたものとしては、１３Ｃｒマルテ
ンサイトステンレス鋼（ＳＵＳ４２０Ｊ２等）を基材
として摺動面をガス窒化処理するか、前記ガス窒化層の
上にＴｉＮもしくは複合めっきを施している。例えば、
特開平３−３３９４４号公報の内燃機関用ピストンリン
グは摺動面外周面に軟窒化処理を施し、さらにこの軟窒
化層の上にイオンプレーティングにより窒化チタン皮膜
を形成している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記差
動装置において、比較的大きなトルクを伝達しつつ大き
な差動を生ずる車両の運転状態（凍結路面、雪道等にお
いて片輪をスリップさせながら急発進する場合、緊急用
タイヤを装着し高速道路を１００ｋｍ／ｈｒ以上の高速
で走行する場合等）では、ピニオンギヤとピニオンシャ
フトとの摺動面で焼付きが発生し、時として破損に到
る。

【０００７】これは、ピニオンギヤとピニオンシャフト
の摺動では、潤滑が悪く、駆動トルクの負荷時は高面圧
となるため、前記の場合のようにすべり速度が大きくな
れば、現行材料では焼付くからである。また、このよう
な焼付きが発生すると、摺動面の摩耗が増大し、ピニオ
ンギヤとピニオンシャフトのクリアランスが大きくなる
ため、トルクの伝達効率が低下する。

【０００８】また、従来の表面硬化処理のうち、無電解
Ｎｉ−Ｐめっきのごとく、３３０℃で１時間の時効処理
を行うものにあっては、低温脆性が生じ、衝撃強度が低
下するため、障害物に衝突する等の原因により、タイヤ
から異常に大きい衝撃が伝達されると、時としてピニオ
ンシャフトが折れることがある。

【０００９】さらに、Ｃｒめっきにおいては、めっき後
に研磨することが必要であるし、ＴｉＮまたはＴｉＣＮ
皮膜の形成は、皮膜自体の耐摩耗性は無電解Ｎｉ−Ｐめ
っきの時効処理後と同程度で、優れておらず、相手攻撃
性もあまり良くない。また、Ｍｏ溶射は処理温度が高く
基材の強度が低下するし、密着力が低く溶射膜が剥離す
るおそれがある。

【００１０】本発明は従来の摺動部材の表面硬化処理で
は焼付き荷重が低く、衝撃に対しても弱いという前記の
ごとき問題点を解決するためになされたものであって、
焼付き荷重が大きく、耐摩耗性に優れると共に、摩擦係
数が小さく相手攻撃性に優れた摺動部材を提供すること
を目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】発明者は前記の問題点を
解決するため、摺動面に形成する被膜物質および被膜形
成方法について、鋭意研究を重ねた。その結果、Ｔｉと
Ａｌの複合窒化物であるＴｉＡｌＮが、極めて硬さの高
い材料で、摩擦係数が少なく、相手材の摩耗が小さいと
いう優れた特性を有することを見出した。

【００１２】しかしながら、ＴｉｘＡｌｙＮｚは、ｘ、
ｙ、ｚの組成によって被膜の物性が変化するため、摩擦
摩耗特性も変化する。そこで、ＴｉｘＡｌｙＮｚのｘ、
ｙ、ｚの組成についてさらに研究を重ね、焼付き荷重が
大きく、耐摩耗性に優れると共に、摩擦係数が小さく相
手攻撃性に優れる最適の組成範囲を見出すとことにより
本発明を完成した。

【００１３】本発明の摺動部材は、基材の摺動部表面に
ＴｉｘＡｌｙＮｚ（ｘ＋ｙ：ｚ＝１：０．５〜１．２、
ｘ＋ｙ（０．３〜０．７）＝１）の組成の被膜を２〜４
０μｍの厚さに形成したことを要旨とする。また、前記
被膜を基材との接合面から被膜の最表面に近づくに従っ
てＮの全体に占める割合が減少する多層または傾斜層と
したことを要旨とする。

【００１４】ＴｉｘＡｌｙＮｚ被膜の形成は、ＰＶＤ
法、レーザＰＶＤ法、電子ビーム蒸着法、イオンプレー
ティング法、イオンスパッタリング法プラズマＣＶＤ法
等により、低温脆性を避けるため、出来る限り低温で処
理することが望ましい。

【００１５】ＰＶＤ法としては、例えばマグネトロンス
パッタ法も行うことができる。この装置の概略は図１０
に示す通りであって、ターゲット１０を取り付けた２つ
の対向するマグネトロンカソード１２にバイアス電源１
４によりバイアス電圧をかけ、ブラズマ１６を発生し、
ターゲット１０からスパッタリングで叩き出された膜材
がプラズマ１６中でイオン化し、運動エネルギと共に高
効率のイオンプレーティングが行われる。

【００１６】処理品１８にもバイアス電源２０により負
のバイアス電圧をかけているので、処理品は均一なプラ
ズマ１６に囲まれるため、処理品１８自体を自転させな
くとも均一な成膜ができる。低温での処理を可能にする
には、図１１に示すように、装置内での処理品を公転さ
せることによって、プラズマゾーンとその外のプラズマ
のないゾーンを交互に通過させることにより達成でき
る。

【００１７】また、図１２は従来から公知のスパッタリ
ング装置の一例であるが、この装置を使って本発明の被
膜を形成した例を以下に示す。ターゲット：ＴｉＡｌ雰囲気：Ｎ₂ガス封入、１０^-3〜１０^-4Ｔｏｒｒバイアス電圧：−６０Ｖ成膜時間：１２０分（膜厚３〜４μｍ）基板温度：２００℃弱

【００１８】また、被膜を形成する基材は、被膜の剥離
を防止し充分な耐摩耗性を発揮させるために、浸炭焼入
焼もどし、浸炭浸窒焼入れ、窒化もしくは軟窒化処理等
を施すことが好ましい。

【００１９】本発明をデフピニオンシャフトに応用した
場合の例を以下に示すと、基材がＳＣＭ２０である場
合、浸炭焼入れした後高温焼もどしし（５２０℃×１時
間）、続いて膜厚２〜１０μのＴｉＡｌＮ被膜を、ＰＶ
Ｄ法により比較的低温で形成する。高温焼もどし段階
で、基材の表面硬さはＨｖ６００以上、内部硬さＨｖ３
００〜３４０を確保すると共に、ＰＶＤ法による被膜生
成は、この条件を満足する範囲の低温で処理する。

【００２０】表面硬さがＨｖ６００以上ないと、応力が
作用した時の接触面圧に基材が耐えられなくなり、基材
が塑性変形することになるので、ＴｉＡｌ被膜のクラッ
ク発生、剥離が発生し、優れた耐焼付性、耐摩耗性が得
られなくなる。表面硬さと基材の疲労強度とは相関関係
があり、Ｈｖ６００より低くなると、必要な疲労強度が
得られなくなる。

【００２１】また、基材がＳＣＭ４０である場合、浸炭
窒化焼入れ後タフトライド処理し、表面酸化層および白
層を除去してから、膜厚２〜１０μのＴｉＡｌＮ被膜
を、ＰＶＤ法により比較的低温で形成する。タフトライ
ド処理により、表面硬さおよび内部硬さは満足できる
が、タフトライド処理で最表面に形成される酸化層およ
び白層は脆く、摺動により脱落し易いので、仮にこの表
面にＴｉＡｌＮ被膜を形成させても、摺動により基材の
脆い層とともにＴｉＡｌＮ膜が摩耗することになり、優
れた耐焼付性、耐摩耗性が得られなくなる。なお、図４
はデフピニオンシャフトの側面図、図５は図４のＡ−Ａ
線に於ける断面であるが、耐焼付性および耐摩耗性に優
れた表面処理が特に必要な範囲をａで示した。

【００２２】ピストンリングについては、基材が１３Ｃ
ｒステンレス鋼、１７Ｃｒステンレス鋼、２１Ｃｒステ
ンレス鋼の場合、Ｈｖ３５０前後の焼入れ焼もどし材
を、窒化もしくは軟窒化処理し、表面硬さＨｖ１０００
以上、窒化深さ〔Ｈｖ８００〕９０μｍとし、表面酸化
層および白層を除去した後、膜厚２〜５μｍのＴｉＡｌ
Ｎ被膜を、ＰＶＤ法により比較的低温で形成する。

【００２３】なお、図６はピストンリングの平面図、図
７はピストンリングのＢ−Ｂ線における拡大断面図を示
すが、被膜は摺動外周面ｂにのみ選択的に形成しても良
いが、摺動面外周面ｂと併せてその他の面にも被膜を形
成しても良い。

【００２４】また、図８の平面図、図９のＣ−Ｃ断面図
に示すデフピニオンスラストワッシャの場合、圧延鋼板
あるいは熱間圧延鋼板の焼入れ焼もどし材に、膜厚２〜
５μｍのＴｉＡｌＮ被膜を全面に、ＰＶＤ法により比較
的低温で形成する。

【００２５】

【作用】本発明の摺動部材は、基材の摺動部表面にＴｉ
ｘＡｌｙＮｚ（ｘ＋ｙ：ｚ＝１：０．５〜１．２、ｘ＋
ｙ（０．３〜０．７）＝１）の組成の皮膜を２〜４０μ
ｍの厚さに形成したので、ＴｉｘＡｌｙＮｚがＴｉＮと
同様な硬さであるが、その内部構造はＴｉＮとＡｌＮの
混在したものとなっており、混在するが故にＴｉＮ、Ａ
ｌＮ単独では得られない優れた特性を示す。

【００２６】すなわち、焼付荷重の大きさが耐焼付性を
示しているが、従来材の代表格であるＴｉＮの焼付荷重
が２５０ｋｇであるのに対し、本発明材の焼付荷重は３
２５〜４５０ｋｇと優れている。摩擦係数はＴｉＮのμ
＝０．１００に対し、本発明材はμ＝０．０４〜０．０
８と組成による差は大きいものの、Ｔｉ_0.5Ａｌ_0.5Ｎ
_0.5、Ｔｉ_0.5Ａｌ_0.5Ｎ_0.75等は特に低摩擦である。

【００２７】また、摩擦摩耗試験における摩耗深さが小
さくなるほど、耐摩耗性に優れることを示すが、荷重１
８０ｋｇの値で比較すると、従来材の優れているＴｉＮ
の摩耗深さの２．５μｍに対して、本発明材の摩耗深さ
は０．１〜１．０μｍと断然優れている。さらに、相手
材の摩耗が小さいものほど、相手攻撃性が小さく優れて
いることを示している。一般的には、ＴｉＮに代表され
るように、硬さの高い材料は相手材の摩耗が８．５ｍｇ
と大きくなることが問題となるが、本発明材における相
手材の摩耗は０．２〜０．５ｍｇと小さく、相手攻撃性
にも優れている。

【００２８】本発明の摺動部材に形成された被膜を、基
材との接合面から被膜の最表面に近づくに従ってＮの全
体に占める割合が減少する多層または傾斜層とすること
により、摺動初期における相手材とのなじみが良くな
り、内部では硬度が高く、表面では耐焼付性に優れた構
造となるため、摩耗深さはやや多くなるものの、耐焼付
性がさらに改善される。

【００２９】ピニオンギヤとピニオンシャフトのクリア
ランスは、小さくなるほど焼付発生時のリングギヤトル
クは小さくなるが、本発明材は耐焼付性に優れているの
で、同じクリアランスでの焼付発生リングギヤトルクが
大幅に向上する。これにより、伝達効率の向上、騒音振
動ショックの低減が得られる。また、本発明材は耐焼付
性に優れているので、デフ充填オイル量を低下させて
も、必要なリングギヤトルクを確保でき、そのためオイ
ル攪拌抵抗の低減により、伝達効率を向上させることが
できる。

【００３０】本発明のＴｉｘＡｌｙＮｚ組成において、
ｘ＋ｙ：ｚ＝１：０．５〜１．２としたのは、Ｎ量が
０．５より小さくなると耐摩耗性に劣るからであり、
１．２より大きくなると、耐焼付性に劣るとともに、相
手攻撃性が大きくなるからである。また、ｘ＋ｙ（０．
３〜０．７）＝１としたのは、ｙが０．３未満では耐焼
付性に劣るとともに、相手攻撃性が大きくなるからであ
り、ｘが０．３未満では耐焼付性に劣るとともに、耐摩
耗性も劣るからである。

【００３１】また、本発明において摺動部に形成される
被膜の厚さを２〜４０μｍとしたのは、被膜の厚さが２
μｍ未満である場合は、相手材との摩擦で早期に磨滅し
耐久性に劣るからであり、４０μｍを越えると、基材と
の界面で割れが発生したり、被膜が剥離するからであ
る。

【００３２】

【実施例】本発明の実施例を比較例および従来例と比較
して説明し、本発明の効果を明らかにする。（実施例１）基材としてＳＣＭ２０を用い試験片を調製
し、浸炭焼入れした後５２０℃×１時間の高温焼もどし
を行い、試験片の表面に表１に示す組成の膜厚６μｍの
ＴｉＡｌＮ被膜をＰＶＤ法により形成した。表１におい
て、番号１〜６は本発明の実施例であるが、番号７〜９
は比較例であって、番号７はＡｌ含有量の低いもの、番
号８はＮの含有量の低いもの、番号９はＴｉの含有量の
低いものである。

【００３３】また，番号１０〜１３は従来例であって、
番号１０は基材としてＳＣｒ１５を用い浸炭焼入れした
もの、番号１１はＰＶＤ法によりＴｉＮ被膜を形成した
もの、番号１２は無電解Ｎｉ−Ｐめっき後３５０℃で１
時間時効処理したもの、番号１３はＭｏ溶射を施したも
のである。

【００３４】これら実施例、比較例および従来例の試験
片について、表面硬さを測定した後、焼付荷重、摩擦係
数、摩耗深さおよび相手攻撃性について測定した。焼付
荷重および摩擦係数は、機械試験所型摩擦摩耗試験機を
用い、上側円筒試験片はＳＣｒ２０浸炭焼入れしたもの
とし、下側平板試験片は表１の各材料とし、供試油ＡＴ
Ｆ滴下潤滑、すべり速度１．２ｍ／ｓｅｃで、２分毎に
２５ｋｇ（ｐ＝２５ｋｇ／ｃｍ²）づつ増大させていっ
た時の摩擦係数μ＝０．１５になった時の焼付荷重（ｎ
＝２以上の平均値）および荷重１５０ｋｇでの摩擦係数
（ｎ＝２以上の平均値）を測定したものである。

【００３５】摩耗深さ（μｍ）および相手材の摩耗（ｍ
ｇ）は、ＬＦＷ−１摩耗試験機を用い、下側リング試験
片をＳＵＪ２焼入れ焼もどしＨｖ７２０一定とし、上側
ブロック試験片は表１の各材料とし、下側リング試験片
をすべり速度０．３ｍ／ｓｅｃで、供試油ＡＦＴに油浴
した状態で回転させ、これに上側ブロック試験片を荷重
６０ｋｇおよび１８０ｋｇにて６０分押し付けた時に、
ブロック試験片に形成される円弧状摩耗痕の深さ（μ
ｍ）およびリング試験片の摩耗重量（ｍｇ）を測定した
ものである。得られた結果は表１にまとめて示した。

【００３６】

【表１】

【００３７】表１の結果より、従来例の焼付荷重はＳＣ
ｒ１５を浸炭焼入れしたものが最も低く１５０ｋｇであ
り、従来材の代表格であるＴｉＮ被膜の焼付荷重が２５
０ｋｇで、最も高かったのは、番号１３のＭｏ溶射の２
７５ｋｇであった。また、従来例の摩擦係数は０．０８
０〜０．１０５と高かった。

【００３８】比較例については、焼付荷重は２２５〜２
５０ｋｇであって、従来材の代表格であるＴｉＮ被膜の
焼付荷重と同等かそれ以下であって、それに従って摩擦
係数も０．０９０〜０．１００であって、従来材と殆ど
変わりなかった。

【００３９】これに対して、本発明の実施例では、焼付
荷重が３２５〜４５０ｋｇであって、これに伴って摩擦
係数も０．０４０〜０．０８０であり、優れた耐焼付性
と低摩擦係数をを有することが確認された。

【００４０】次に、従来例の荷重６０ｋｇにおける摩耗
深さは、ＴｉＮ被膜の０．５μｍ以外は全て深く、３．
０〜１１．０μｍであった。また荷重１８０ｋｇにおけ
る摩耗深さは、２．０〜２０．０であって、いずれも耐
摩耗性に劣る。比較例の摩耗深さは荷重６０ｋｇにおい
て、０．５〜３．０μｍ、荷重１８０ｋｇにおいて、
２．５〜５．０μｍであって、特にＮ含有量の少なかっ
た番号８の摩耗深さが深く、従来例と比較して、大した
耐摩耗性の改善が見られなかった。

【００４１】これに対して、本発明の実施例は荷重６０
ｋｇにおける摩耗深さが０．１５〜０．６μｍであり、
荷重１８０ｋｇにおける摩耗深さは０．１〜１．０μｍ
であって、従来例および比較例と比較して、耐摩耗性に
優れていることが確認された。

【００４２】また、相手攻撃性については、相手材の摩
耗量によって評価されるが、従来材ではＴｉＮ被膜が
０．５ｍｇであった以外は、いずれも相手材の摩耗量が
多く、２．０〜８．７ｍｇであった。また、比較例では
Ｎ含有量の少なかった番号８の相手材摩耗量が０．１ｍ
ｇと少なかったものの、Ａｌ含有量の少なかった番号７
の相手材の摩耗量が８．４ｍｇと極めて相手攻撃性に劣
っていた。これに対して本発明例は、相手材の摩耗量が
０．２〜０．５ｍｇであって、相手攻撃性においても、
極めて優れた特性を発揮することが判明した。

【００４３】（実施例２）表２に示す基材を図４に示す
デフピニオンシャフトに加工し、表２に示す浸炭焼入
れ、タフトライド処理を施し、表２に示す組成のＴｉＡ
ｌＮ被膜を表２に示す膜厚でＰＶＤ法により形成した。

【００４４】

【表２】

【００４5 】この被膜を形成したデフピニオンシャフト
について、台上耐久試験を行い、摩耗深さを測定し、得
られた結果を図１に示した。図１から明らかなように、
被膜の厚さが２μｍ以下であった記号Ａは、相手材の突
起により基材から早期に摩滅し、被膜被覆の効果は全く
認められなかった。これに対して被膜の厚さが３μｍで
あった記号Ｂは、相手材の突起によって早期に摩滅する
ことがなく、その間に相手材の突起が摩滅し充分なじん
だ状態になるので、基材の露出面積が広くなっても、焼
付の発生もなく充分な耐久性を示した。

【００４６】被膜の厚さが６μｍ以上であった記号Ｃお
よびＤでは、摩耗は被膜の層内で止まったため、摩耗量
はさらに小さくなった。以上の結果より被膜の膜厚を２
μ以上とすることにより、耐摩耗性の優れた摺動部材の
得られることが判明した。また、前記結果より、摩耗は
表面硬さが高いほど小さくなるため、膜厚が厚くなるほ
ど、基材の硬さが高いほど、表面硬さが高くなり、摩耗
量が小さくなることが判明した。

【００４７】（実施例３）基材としてＳＣＭ２０を用
い、図４に示すデフピニオンシャフトに加工し、浸炭焼
入れした。次いで、表３に示す組成のＴｉＡｌＮ被膜を
表３に示す膜厚でＰＶＤ法により形成した。なお、表３
において番号１〜５は本発明の実施例で、番号２および
番号３は、接合面から皮膜の最表面に近づくに従ってＮ
の全体に占める割合が減少する多層構造としたものであ
る。番号６および番号７は従来例であって、番号６はＮ
ｉ−Ｐ無電解めっき３３０℃１時間時効処理を施したも
の、番号７は従来例で浸炭焼入れのままのものである。

【００４８】

【表３】

【００４９】これらデフピニオンシャフトについて、実
機耐久試験後の摩耗深さ（μｍ）と、ピオンギヤとピニ
オンシャフトとのクリアランスを４０μｍとした場合の
焼付発生時のリングギヤトルク（ｋｇｆ−ｍ）を測定
し、得られた結果を表３にまとめて示した。なお、焼付
発生時のリングギヤトルクは、実車試験（２０００ｃｃ
級ターボ付ガソリン車）で１０００ｒｐｍ程度の差動を
与えた走行条件において、リングギヤトルクを５ｋｇｆ
−ｍづつ増大させていった時の焼付発生時のリングギヤ
トルクを測定したものである。

【００５０】表３より明らかなように、従来例である番
号６は摩耗深さが２０μｍ、焼付発生時のリングギヤト
ルクが５０ｋｇｆ−ｍであり、番号７では摩耗深さが３
０μｍ、焼付発生時のリングギヤトルクが４０ｋｇｆ−
ｍであった。

【００５１】これに対して、本発明の実施例である番号
１〜５は、摩耗深さが１．８〜８μｍであって、優れた
耐摩耗性を示し、焼付発生時のリングギヤトルクは１０
０〜１３５ｋｇｆ−ｍであって、優れた耐焼付性を示し
た。特に、表面層のＮ含有量を低減した多層構造の番号
２および３では、摺動初期における相手材とのなじみが
良かったので、焼付発生時のリングギヤトルクは１２０
〜１３５ｋｇｆ−ｍであって、他の実施例よりも優れた
耐焼付性を有することが確認された。

【００５２】（実施例４）実施例３で調製した番号５の
本発明例のデフピニオンシャフトと、番号６の従来例の
デフピニオンシャフトを、２０００ｃｃターボ付きガソ
リンエンジン搭載車両の差動装置に、ピニオンギヤとピ
ニオンシャフトとのクリアランスを変化させて組付け、
１０００ｒｐｍ程度の差動を与えた走行条件において、
リングギヤトルクを５ｋｇｆ−ｍづつ増大させていった
時の焼付発生時のリングギヤトルクを測定した。また、
ピニオンギヤとピニオンシャフトとのクリアランスを一
定とし、デフ充填オイル量を変化させて、同様の条件で
焼付発生時のリングギヤトルクを測定した。得られた焼
付発生時のリングギヤトルクは、図２にクリアランスと
の関係を、図３にデフ充填オイルとの関係を示した。

【００５３】ピニオンギヤとピニオンシャフトとのクリ
アランスは小さくなるほど、摺動面に入る潤滑油量が少
なくなるので、冷却効果が小さくなるため、摩擦熱によ
る温度上昇で油膜粘土が低下し、より低いリングギヤト
ルクで焼付きが発生する。図２のピニオンギヤとピニオ
ンシャフトとのクリアランスと焼付発生時のリングギヤ
トルクとの関係図から明らかなように、クリアランスが
小さくなるほど、焼付発生時のリングギヤトルクは小さ
くなるが、本発明材は耐焼付性に優れているので、図２
に示したように、従来材と比較して、同じクリアランス
での焼付発生リングギヤトルクが大幅に向上した。

【００５４】そのため、本発明材の適用により、クリア
ランスを小さくしても、必要なリングギアトルクを確保
できる。次に、本発明材と従来材との適用例を表４に示
す。

【００５５】

【表４】

【００５６】クリアランスを小さくするほど、ピニオン
とサイドギヤとの噛み合い率が向上し、伝達効率が向上
し、騒音・振動・リングギヤトルクのＯＮ−ＯＦＦ時の
ショックが低下する。表４に示したように、従来材のク
リアランスが７０μｍであるのに対して、本発明材のク
リアランスは、焼付発生リングギヤトルクが大幅に向上
したので、２０〜３０μｍと小さくできる。そのため、
伝達効率も従来材の８３％に対して、９０％と向上して
いる。

【００５７】デフ充填オイル量を少なくするほど、ピニ
オンギヤとピニオンシャフトとの摺動面に供給される油
量が少なくなるために、焼付発生リングギヤトルクは小
さくなる。一方、デフ摩擦損失に占めるオイル攪拌抵抗
は、４０〜８０％と大きくこれはデフ充填オイル量を少
なくするほど小さくなる。

【００５８】図３のデフ充填オイル量と焼付発生時のリ
ングギヤトルクとの関係図から明らかなように、本発明
材は従来材に比較して耐焼付性が向上したので、デフ充
填オイル量を２リットルから０．５リットルに低下させ
ても、必要なリングギヤトルクを確保できる。そのた
め、本発明材を適用すると、デフ充填オイル量低減によ
るオイル攪拌抵抗の低減により、伝達効率を向上させる
ことが確認された。

【００５９】

【発明の効果】本発明の摺動部材は以上詳述したよう
に、基材の摺動部表面にＴｉｘＡｌｙＮｚ（ｘ＋ｙ：ｚ
＝１：０．５〜１．２、ｘ＋ｙ（０．３〜０．７）＝
１）の組成の皮膜を２〜４０μｍの厚さに形成したこと
を特徴とするものであって、従来材の代表格であるＴｉ
Ｎの焼付荷重が２５０ｋｇであるのに対し、本発明材の
焼付荷重は３２５〜４５０ｋｇと優れている。摩擦係数
はＴｉＮのμ＝０．１００に対し、本発明材はμ＝０．
０４〜０．０８と低摩擦であって、耐摩耗性に優れると
共に、相手攻撃性にも優れている。そのため、本発明を
差動装置に適用する場合は、ピニオンシャフトとピニオ
ンギヤのクリアランスを小さくできると共に、デフ充填
オイル量を低減できるので、伝達効率が著しく向上す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明例と比較例のピニオンシャフトの耐久試
験における摩耗深さを示す線図である。

【図２】本発明例と従来例のピニオンギヤとピニオンシ
ャフトとのクリアランスと焼付発生時のリングギヤトル
クとの関係を示す線図である。

【図３】本発明例と従来例のデフ充填オイル量と焼付発
生時のリングギヤトルクとの関係を示す線図である。

【図４】本発明が適用されるピニオンシャフトの側面図
である。

【図５】図４のＡ−Ａ線における断面図である。

【図６】本発明が適用されるピストンリングの平面図で
ある。

【図７】図６のＢ−Ｂ線における断面図である。

【図８】本発明が適用されるデフピニオンワッシャの平
面図である。

【図９】図８のＣ−Ｃ線における断面図である。

【図１０】本発明で用いられるマグネトロンスパッタリ
ング装置の概略側面図である。

【図１１】本発明で用いられるマグネトロンスパッタリ
ング装置の概略平面図である。

【図１２】本発明で用いられるスパッタリング装置の概
略側面図である。

【符号の説明】

１０ターゲット１２マグネトロ
ンカソード１６プラズマ１８処理品

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基材の摺動部表面にＴｉｘＡｌｙＮｚ
（ｘ＋ｙ：ｚ＝１：０．５〜１．２、ｘ＋ｙ（０．３〜
０．７）＝１）の組成の被膜を２〜４０μｍの厚さに形
成したことを特徴とする摺動部材。
【請求項２】前記被膜が基材との接合面から被膜の最
表面に近づくに従ってＮの全体に占める割合が減少する
多層または傾斜層であることを特徴とする請求項１に記
載の摺動部材。