JPH0657407A - 摺動部材 - Google Patents
摺動部材Info
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- JPH0657407A JPH0657407A JP21785692A JP21785692A JPH0657407A JP H0657407 A JPH0657407 A JP H0657407A JP 21785692 A JP21785692 A JP 21785692A JP 21785692 A JP21785692 A JP 21785692A JP H0657407 A JPH0657407 A JP H0657407A
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- film
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 摺動面にＴｉＮコーティング被膜を有する摺
動部材に関し、ＴｉＮコーティング被膜自身の耐摩耗性
を低下させることなく、相手材の摩耗を抑えることので
きるＴｉＮコーティング被膜を有する摺動部材を提供す
る。 【構成】 基材の少なくとも摺動面上にＴｉＮコーティ
ング被膜を有する摺動部材において、ＴｉＮコーティン
グ被膜がアモルファス薄膜であるように構成する。
動部材に関し、ＴｉＮコーティング被膜自身の耐摩耗性
を低下させることなく、相手材の摩耗を抑えることので
きるＴｉＮコーティング被膜を有する摺動部材を提供す
る。 【構成】 基材の少なくとも摺動面上にＴｉＮコーティ
ング被膜を有する摺動部材において、ＴｉＮコーティン
グ被膜がアモルファス薄膜であるように構成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、摺動面にＴｉＮコーテ
ィング被膜を有する摺動部材に関し、より詳しくは、該
ＴｉＮコーティング被膜の改善に関する。
ィング被膜を有する摺動部材に関し、より詳しくは、該
ＴｉＮコーティング被膜の改善に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、耐摩耗性向上の目的で、ＴｉＮ
膜、ＴｉＣ膜等のハードコーティング被膜が金属部材、
焼結部材等に各種のコーティング方法（ＣＶＤ、スパッ
タリング、イオンプレーティング、イオンビームミキシ
ング等）によってコーティングされている。特に、機械
加工工具、切削工具や金型にＴｉＮやＴｉＣのコーティ
ングが施されている（例えば、平原民雄：「ＣＶＤ、Ｐ
ＶＤ装置」、月刊トライボロジ、１９９１年２月号、１
４〜２１頁参照）。
膜、ＴｉＣ膜等のハードコーティング被膜が金属部材、
焼結部材等に各種のコーティング方法（ＣＶＤ、スパッ
タリング、イオンプレーティング、イオンビームミキシ
ング等）によってコーティングされている。特に、機械
加工工具、切削工具や金型にＴｉＮやＴｉＣのコーティ
ングが施されている（例えば、平原民雄：「ＣＶＤ、Ｐ
ＶＤ装置」、月刊トライボロジ、１９９１年２月号、１
４〜２１頁参照）。
【０００３】このようなハードコーティング被膜を摺動
する機械部品に適用すると、コーティング被膜は硬質で
あるので、被コーティング機械部品自身の耐摩耗性は著
しく向上するが、相手材への攻撃性が増大してしまう。
その結果として、摺動アッセンブリ全体としての耐摩耗
性は向上したことにはならない。例えば、図２に示すよ
うなピンディスク試験を行うと、図１に示す比較例１お
よび比較例２の結果が得られる。この場合には、ステン
レス鋼（ＳＵＳ４４０Ｃ）素材からピン（直径３mm、長
さ７mm）１およびディスク（直径３４mm、厚さ５mm、表
面粗さ0.３μｍ）２を作製する。比較例１では、ディス
ク２を後述する条件のアーク式イオンプレティング法で
結晶性ＴｉＮ膜でコーティングする。比較例２では、そ
のままでコーティングしない。ディスク２を回転速度
（周速）0.２m/sec で回転させておいて、そこへピン１
を一定荷重Ｆ（0.６kg）で押し付けて、所定時間（３時
間）経過あとに、それぞれの摩耗量を測定する。その結
果は図１に示したようになり、比較例２のコーティング
なしでは、ピンおよびディスク共に同じ様に摩耗してい
る。ＴｉＮコーティング被膜を施した比較例１のディス
クは摩耗量が大幅に低下するが、逆に相手材であるピン
の摩耗量は増加してしまう。なお、このＴｉＮコーティ
ング被膜が結晶性であることは、図３のＸ線回折結果の
グラフからも明らかである。
する機械部品に適用すると、コーティング被膜は硬質で
あるので、被コーティング機械部品自身の耐摩耗性は著
しく向上するが、相手材への攻撃性が増大してしまう。
その結果として、摺動アッセンブリ全体としての耐摩耗
性は向上したことにはならない。例えば、図２に示すよ
うなピンディスク試験を行うと、図１に示す比較例１お
よび比較例２の結果が得られる。この場合には、ステン
レス鋼（ＳＵＳ４４０Ｃ）素材からピン（直径３mm、長
さ７mm）１およびディスク（直径３４mm、厚さ５mm、表
面粗さ0.３μｍ）２を作製する。比較例１では、ディス
ク２を後述する条件のアーク式イオンプレティング法で
結晶性ＴｉＮ膜でコーティングする。比較例２では、そ
のままでコーティングしない。ディスク２を回転速度
（周速）0.２m/sec で回転させておいて、そこへピン１
を一定荷重Ｆ（0.６kg）で押し付けて、所定時間（３時
間）経過あとに、それぞれの摩耗量を測定する。その結
果は図１に示したようになり、比較例２のコーティング
なしでは、ピンおよびディスク共に同じ様に摩耗してい
る。ＴｉＮコーティング被膜を施した比較例１のディス
クは摩耗量が大幅に低下するが、逆に相手材であるピン
の摩耗量は増加してしまう。なお、このＴｉＮコーティ
ング被膜が結晶性であることは、図３のＸ線回折結果の
グラフからも明らかである。
【０００４】さらに、特開平3-281773号および3-281774
号公報において、金属ないし超硬の基材の表面にＴｉＮ
コーティング被膜を、チタン蒸着と窒素イオン照射とを
組み合わせたイオンビームミキシング法によって形成す
ることが開示されている。これらの場合には、窒化物結
晶の配向面でのＸ線回折による特性値の比に違いがある
としても、いずれも結晶性薄膜である。
号公報において、金属ないし超硬の基材の表面にＴｉＮ
コーティング被膜を、チタン蒸着と窒素イオン照射とを
組み合わせたイオンビームミキシング法によって形成す
ることが開示されている。これらの場合には、窒化物結
晶の配向面でのＸ線回折による特性値の比に違いがある
としても、いずれも結晶性薄膜である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】そこで、相手材への攻
撃性を低減するために、コーティング被膜の軟質化等が
検討されているが、それではコーティング被膜自身の耐
摩耗性の低下を招くことになってしまう。本発明の目的
は、上述の問題点を考慮して、ＴｉＮコーティング被膜
自身の耐摩耗性を低下させることなく、相手材の摩耗を
抑えることのできるＴｉＮコーティング被膜を有する摺
動部材を提供することである。
撃性を低減するために、コーティング被膜の軟質化等が
検討されているが、それではコーティング被膜自身の耐
摩耗性の低下を招くことになってしまう。本発明の目的
は、上述の問題点を考慮して、ＴｉＮコーティング被膜
自身の耐摩耗性を低下させることなく、相手材の摩耗を
抑えることのできるＴｉＮコーティング被膜を有する摺
動部材を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上述の目的が、基材の少
なくとも摺動面上にＴｉＮコーティング被膜を有する摺
動部材において、該ＴｉＮコーティング被膜がアモルフ
ァス薄膜であることを特徴とする摺動部材によって達成
される。
なくとも摺動面上にＴｉＮコーティング被膜を有する摺
動部材において、該ＴｉＮコーティング被膜がアモルフ
ァス薄膜であることを特徴とする摺動部材によって達成
される。
【０００７】
【作用】本願発明は、ＴｉＮコーティング被膜がある条
件の下で非晶質薄膜に成膜でき、かつその膜は従来の結
晶性ＴｉＮ薄膜と同等の耐摩耗性を有するだけでなく相
手材への攻撃性が小さいことを本発明者らが見出したこ
とに基づいている。非晶質ＴｉＮコーティング被膜を成
膜する方法としては、チタン蒸着と窒素イオン照射とを
同時に行うイオンビームミキシング法が、成膜条件をか
なり任意に設定できる方法でありかつ成膜速度が比較的
速いので好ましい。ＴｉＮターゲットを用いたスパッタ
リング法ないしＴｉの反応性スパッタリング法によって
も非晶質ＴｉＮコーティング被膜を成膜することが可能
である。
件の下で非晶質薄膜に成膜でき、かつその膜は従来の結
晶性ＴｉＮ薄膜と同等の耐摩耗性を有するだけでなく相
手材への攻撃性が小さいことを本発明者らが見出したこ
とに基づいている。非晶質ＴｉＮコーティング被膜を成
膜する方法としては、チタン蒸着と窒素イオン照射とを
同時に行うイオンビームミキシング法が、成膜条件をか
なり任意に設定できる方法でありかつ成膜速度が比較的
速いので好ましい。ＴｉＮターゲットを用いたスパッタ
リング法ないしＴｉの反応性スパッタリング法によって
も非晶質ＴｉＮコーティング被膜を成膜することが可能
である。
【０００８】
【実施例】以下、添付図面を参照して、本発明の実施態
様例および比較例によって本発明を詳細に説明する。 ＴｉＮコーティング被膜の成膜実験 図４に示すようなイオンビームミキシング装置にて、被
処理材であるディスク１１を回転する水冷基板ホルダー
１２に取り付けて真空チャンバ１３内にセットする。デ
ィスク１１はコーティング中は水冷されかつ回転させら
れる。真空チャンバ１３は真空ポンプ１４によって所定
真空度まで排気されかつ減圧状態が維持される。電子ビ
ーム蒸発源１５によってチタン１６を溶解・蒸発させ
て、そこからチタン蒸気１７をディスク１１へ導く。チ
タンの真空蒸着と同時に窒素（Ｎ）イオンをイオン発生
源１８からビーム１９としてディスク１１へ照射する。
チタン蒸気方向と窒素イオンビーム照射方向との角度は
４５°とし、ディスク１１の被処理面を垂直軸より２2.
５°傾斜させてある。
様例および比較例によって本発明を詳細に説明する。 ＴｉＮコーティング被膜の成膜実験 図４に示すようなイオンビームミキシング装置にて、被
処理材であるディスク１１を回転する水冷基板ホルダー
１２に取り付けて真空チャンバ１３内にセットする。デ
ィスク１１はコーティング中は水冷されかつ回転させら
れる。真空チャンバ１３は真空ポンプ１４によって所定
真空度まで排気されかつ減圧状態が維持される。電子ビ
ーム蒸発源１５によってチタン１６を溶解・蒸発させ
て、そこからチタン蒸気１７をディスク１１へ導く。チ
タンの真空蒸着と同時に窒素（Ｎ）イオンをイオン発生
源１８からビーム１９としてディスク１１へ照射する。
チタン蒸気方向と窒素イオンビーム照射方向との角度は
４５°とし、ディスク１１の被処理面を垂直軸より２2.
５°傾斜させてある。
【０００９】そして、下記条件にてＴｉＮコーティング
被膜をディスク１１の表面に成膜する。 被処理材（ディスク）：ＳＵＳ４４０Ｃ（直径３４mm、
厚さ５mm、表面粗さ0.３μRz） 真空度： １×１０-4Torr チタン蒸発速度： 0.２５〜0.９nm/sec 窒素イオン電流密度： １０〜２００μＡ/cm2 窒素イオン加速電圧： ２０ｋＶ ＴｉＮ膜厚： １μｍ 得られたＴｉＮコーティング被膜をＸ線回折でその膜質
を調べ、チタン蒸発速度および窒素イオン電流密度をパ
ラメータとしてグラフに表すと、図５の結果が得られ
た。図５中での領域Ａ（○丸印）では、チタン蒸発速度
に対して窒素イオン量が少ない（低電流密度の）場合
で、図６のＡパターンの結晶性〔（１１１）優先Ｔｉ
Ｎ〕膜が成膜され、領域Ｂ（△印）では、チタン蒸発速
度に対して窒素イオン量が中間程度場合で、図６のＢパ
ターンの結晶性〔（２００）優先ＴｉＮ〕膜が成膜さ
れ、そして、領域Ｃ（□印）では、図６のＣパターンの
非晶質ＴｉＮ膜（本発明）が成膜される。図６のＣパタ
ーンはピークがなく、非晶質であることがわかる。
被膜をディスク１１の表面に成膜する。 被処理材（ディスク）：ＳＵＳ４４０Ｃ（直径３４mm、
厚さ５mm、表面粗さ0.３μRz） 真空度： １×１０-4Torr チタン蒸発速度： 0.２５〜0.９nm/sec 窒素イオン電流密度： １０〜２００μＡ/cm2 窒素イオン加速電圧： ２０ｋＶ ＴｉＮ膜厚： １μｍ 得られたＴｉＮコーティング被膜をＸ線回折でその膜質
を調べ、チタン蒸発速度および窒素イオン電流密度をパ
ラメータとしてグラフに表すと、図５の結果が得られ
た。図５中での領域Ａ（○丸印）では、チタン蒸発速度
に対して窒素イオン量が少ない（低電流密度の）場合
で、図６のＡパターンの結晶性〔（１１１）優先Ｔｉ
Ｎ〕膜が成膜され、領域Ｂ（△印）では、チタン蒸発速
度に対して窒素イオン量が中間程度場合で、図６のＢパ
ターンの結晶性〔（２００）優先ＴｉＮ〕膜が成膜さ
れ、そして、領域Ｃ（□印）では、図６のＣパターンの
非晶質ＴｉＮ膜（本発明）が成膜される。図６のＣパタ
ーンはピークがなく、非晶質であることがわかる。
【００１０】ＴｉＮコーティング被膜の硬度（ＨＶ）を
測定すると、図７に示す結果が得られ、さらに摩擦係数
を測定すると、図８に示す結果が得られる。 実施例１ 上述の実験において下記条件にて成膜した本発明に係る
非晶質ＴｉＮコーティング被膜を実施例１とする。
測定すると、図７に示す結果が得られ、さらに摩擦係数
を測定すると、図８に示す結果が得られる。 実施例１ 上述の実験において下記条件にて成膜した本発明に係る
非晶質ＴｉＮコーティング被膜を実施例１とする。
【００１１】チタン蒸発速度： 0.２５nm/sec 窒素イオン電流密度： １００μＡ/cm2 真空度： １×１０-4Torr 窒素イオン加速電圧： ２０ｋＶ ＴｉＮ膜厚： １μｍ なお、この条件でのＴｉＮコーティング被膜の組成を調
べるために、ガラス基板にコーティングして、オージェ
分析を行うと、図９に示す結果が得られる。
べるために、ガラス基板にコーティングして、オージェ
分析を行うと、図９に示す結果が得られる。
【００１２】比較例１および２ 比較例１および２は従来の技術にて説明したのと同じで
あって、比較例２は実施例１にて使用するのと同じディ
スク（ＳＵＳ４４０Ｃ）をそのままＴｉＮ被膜を成膜す
ることなくそのままである。そして、比較例１は、同じ
ディスクの表面に、アーク式イオンプレーティング法
で、アーク電流：１００Ａ、バイアス電圧：５０Ｖ、真
空度：２×１０-2Torrの条件にてＴｉＮコーティング被
膜を成膜する。この膜をＸ線回折で調べると、図３の結
果が得られ、（１１１）面および（２００）面のＴｉＮ
のピークがあって、結晶性の被膜である。
あって、比較例２は実施例１にて使用するのと同じディ
スク（ＳＵＳ４４０Ｃ）をそのままＴｉＮ被膜を成膜す
ることなくそのままである。そして、比較例１は、同じ
ディスクの表面に、アーク式イオンプレーティング法
で、アーク電流：１００Ａ、バイアス電圧：５０Ｖ、真
空度：２×１０-2Torrの条件にてＴｉＮコーティング被
膜を成膜する。この膜をＸ線回折で調べると、図３の結
果が得られ、（１１１）面および（２００）面のＴｉＮ
のピークがあって、結晶性の被膜である。
【００１３】摩耗試験 既に説明したように、図２での回転するディスク１に実
施例１、および比較例１および２のディスクを用い、何
のコーティングもしていないピン２（ＳＵＳ４４０Ｃ、
直径３mm、長さ７mm）を押し付けて、それぞれの摩耗量
を調べる。摩耗試験条件は従来の技術にて説明したのと
同じである。摩耗試験結果は図１に示すとおりで、比較
例２ではディスクもピンにも約0.１mgの摩耗が発生し、
比較例２では結晶性ＴｉＮ被膜によってディスクの摩耗
量は減少したが、相手材（ピン）の摩耗が増大してしま
う。これらに対して、実施例１の本発明ではディスクお
よびピンの両者の摩耗量が減少している。
施例１、および比較例１および２のディスクを用い、何
のコーティングもしていないピン２（ＳＵＳ４４０Ｃ、
直径３mm、長さ７mm）を押し付けて、それぞれの摩耗量
を調べる。摩耗試験条件は従来の技術にて説明したのと
同じである。摩耗試験結果は図１に示すとおりで、比較
例２ではディスクもピンにも約0.１mgの摩耗が発生し、
比較例２では結晶性ＴｉＮ被膜によってディスクの摩耗
量は減少したが、相手材（ピン）の摩耗が増大してしま
う。これらに対して、実施例１の本発明ではディスクお
よびピンの両者の摩耗量が減少している。
【００１４】図１から明らかなように、本発明に係る非
晶質ＴｉＮコーティング被膜を施した摺動部材であれ
ば、摺動部材自身の摩耗をＴｉＮ被膜によって低減し、
かつ相手材への攻撃性も小さく相手材の摩耗をも低減す
る。 ＴｉＮコーティング被膜を施すディスクの粗さの相手攻
撃性への影響実験 上述の場合に用いたディスクの表面粗さは0.３μRzであ
るが、この表面粗さをパラメータとして、ディスク表面
粗さを変えて、その上に実施例１での非晶質ＴｉＮコー
ティング被膜を施こす。同様に粗さを変えて、比較例２
でのアーク式イオンプレーティングによる結晶性ＴｉＮ
コーティング被膜を施こす。そして、上述した摩耗試験
にて相手材（ピン）摩耗量を調べると、図１０に示す結
果が得られる。図１０から分かるように、被処理材（デ
ィスク）の表面粗さは従来の被膜では相手攻撃性が直ち
に（0.１μRz以上）に大きくなってしまうが、本発明の
場合にはそれぼど大きくならず済む。このことは、被処
理材の表面仕上げの程度が本発明のコーティング被膜で
あれば、従来よりも粗くても良いことになり、仕上加工
が楽になるメリットがある。
晶質ＴｉＮコーティング被膜を施した摺動部材であれ
ば、摺動部材自身の摩耗をＴｉＮ被膜によって低減し、
かつ相手材への攻撃性も小さく相手材の摩耗をも低減す
る。 ＴｉＮコーティング被膜を施すディスクの粗さの相手攻
撃性への影響実験 上述の場合に用いたディスクの表面粗さは0.３μRzであ
るが、この表面粗さをパラメータとして、ディスク表面
粗さを変えて、その上に実施例１での非晶質ＴｉＮコー
ティング被膜を施こす。同様に粗さを変えて、比較例２
でのアーク式イオンプレーティングによる結晶性ＴｉＮ
コーティング被膜を施こす。そして、上述した摩耗試験
にて相手材（ピン）摩耗量を調べると、図１０に示す結
果が得られる。図１０から分かるように、被処理材（デ
ィスク）の表面粗さは従来の被膜では相手攻撃性が直ち
に（0.１μRz以上）に大きくなってしまうが、本発明の
場合にはそれぼど大きくならず済む。このことは、被処
理材の表面仕上げの程度が本発明のコーティング被膜で
あれば、従来よりも粗くても良いことになり、仕上加工
が楽になるメリットがある。
【００１５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る非晶
質ＴｉＮコーティング被膜を摺動面に有する衝動部材
は、摺動部分の耐摩耗性が向上し、相手材の摩耗も少な
く、摺動アッセンブリ全体としても耐摩耗性が向上して
いる。
質ＴｉＮコーティング被膜を摺動面に有する衝動部材
は、摺動部分の耐摩耗性が向上し、相手材の摩耗も少な
く、摺動アッセンブリ全体としても耐摩耗性が向上して
いる。
【図１】摩耗試験での摩耗量を示すグラフである。
【図２】摩耗試験を模式的に示す概略図である。
【図３】アーク式イオンプレティング法によるＴｉＮコ
ーティング被膜のＸ線回折図である。
ーティング被膜のＸ線回折図である。
【図４】イオンビームミキシング成膜装置の概略図であ
る。
る。
【図５】イオンビームミキシング法によるＴｉＮコーテ
ィング被膜についてのグラフである。
ィング被膜についてのグラフである。
【図６】イオンビームミキシング法によるＴｉＮコーテ
ィング被膜のＸ線回折図である。
ィング被膜のＸ線回折図である。
【図７】ＴｉＮコーティング被膜の硬度のグラフであ
る。
る。
【図８】ＴｉＮコーティング被膜の摩擦係数のグラフで
ある。
ある。
【図９】イオンビームミキシング法によるＴｉＮコーテ
ィング被膜のオージェ分析によるグラフである。
ィング被膜のオージェ分析によるグラフである。
【図１０】ディスク表面粗さと相手材摩耗量との関係を
示すグラフである。
示すグラフである。
１…ピン ２…ディスク １１…ディスク １２…真空チャンバ １５…電子ビーム蒸発源 １７…チタン蒸気 １８…イオン源 １９…窒素イオンビーム
Claims (1)
- 【請求項１】 基材の少なくとも摺動面上にＴｉＮコー
ティング被膜を有する摺動部材において、前記ＴｉＮコ
ーティング被膜がアモルファス薄膜であることを特徴と
する摺動部材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21785692A JPH0657407A (ja) | 1992-08-17 | 1992-08-17 | 摺動部材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21785692A JPH0657407A (ja) | 1992-08-17 | 1992-08-17 | 摺動部材 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0657407A true JPH0657407A (ja) | 1994-03-01 |
Family
ID=16710842
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21785692A Pending JPH0657407A (ja) | 1992-08-17 | 1992-08-17 | 摺動部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0657407A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1987001833A1 (en) * | 1985-09-11 | 1987-03-26 | Fanuc Ltd | Acceleration and deceleration control system for horizontal-joint robots |
-
1992
- 1992-08-17 JP JP21785692A patent/JPH0657407A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1987001833A1 (en) * | 1985-09-11 | 1987-03-26 | Fanuc Ltd | Acceleration and deceleration control system for horizontal-joint robots |
| US4916636A (en) * | 1985-09-11 | 1990-04-10 | Fanuc Ltd. | System for controlling acceleration and deceleration of horizontally articulated robot |
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