JPH07208520A - セラミックコーティングされた機械要素部品およびセラミックコーティング方法 - Google Patents
セラミックコーティングされた機械要素部品およびセラミックコーティング方法Info
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- JPH07208520A JPH07208520A JP527494A JP527494A JPH07208520A JP H07208520 A JPH07208520 A JP H07208520A JP 527494 A JP527494 A JP 527494A JP 527494 A JP527494 A JP 527494A JP H07208520 A JPH07208520 A JP H07208520A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高温耐熱性や耐摩耗性に優れるＴｉａｌＮ被
膜を母材に強固に固着させて苛酷な使用状態に耐えて、
この被膜が母材から剥れることのない長寿命の機械要素
部品を提供するものである。 【構成】 母材が鉄鋼材料で構成される機械要素部品で
あって、表面がＴｉＡｌＮ層で被覆され、かつ、ＴｉＡ
ｌＮ層と母材との間にはＴｉ層からなる中間層を形成し
たものである。
膜を母材に強固に固着させて苛酷な使用状態に耐えて、
この被膜が母材から剥れることのない長寿命の機械要素
部品を提供するものである。 【構成】 母材が鉄鋼材料で構成される機械要素部品で
あって、表面がＴｉＡｌＮ層で被覆され、かつ、ＴｉＡ
ｌＮ層と母材との間にはＴｉ層からなる中間層を形成し
たものである。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、機械や機械装置あるい
は機械システムを構成する機械要素部品であって表面を
セラミックコーティングされた機械要素部品とそのセラ
ミックコーティング方法に関するものである。
は機械システムを構成する機械要素部品であって表面を
セラミックコーティングされた機械要素部品とそのセラ
ミックコーティング方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】機械要素部品は機械、装置、機械システ
ムなどを構成する部品であり、機械や装置の機能に応じ
て機械要素部品も形状、寸法、重さ、表面粗さ、機械的
強度、耐久性などの品質に一定の技術レベルが要求され
る。これらの品質の中でも、特に締結や運動拘束や動力
伝達に係わる装置に使用される機械要素部品には、靱
性、耐摩耗性、耐熱性、硬さ、可撓性などを包含する機
械的強度の点において高い要求レベルを必要とされ、そ
のため、素材の鉄鋼材料に有用金属を適宜添加して高強
度の構造用合金鋼としたり、種々の熱処理を施して要求
される機械的強度を満足するための工夫がなされてい
た。また、例えば浸炭や窒化、高周波焼入れやレーザビ
ームあるいは電子ビームによる焼入れなど表面硬化法に
よって素材の強度を向上させることも採用されている。
一方、機械、装置類の部品である機械要素部品の機能や
寿命は、その表面の性能に支配される場合が多い。従っ
て、表面処理は部品、部材の表面に耐摩耗性、潤滑性、
耐食性、耐熱性、断熱性などの性質を付与するのに有効
な手段であり、最近これらの研究が進展するとともに実
用化も徐々に始まっている。電気めっき、溶融めっき、
拡散めっき、溶射、蒸着などの金属被膜処理などがこれ
らの表面処理法としてそれぞれ優れた特長があり従来か
ら使用されている。しかし、最近ではセラミックコーテ
ィングなどの非金属被膜処理も使用され始めた。セラミ
ックコーティングとは、耐熱性、耐酸化性、耐摩耗性、
断熱性、電気絶縁性などの改善を目的として、金属素地
の表面にセラミック被膜を形成することである。セラミ
ック被膜の中では、良好な摺動性をもつクロムナイトラ
イド（ＣｒＮ）が多く使用される。また、比較的耐熱性
の高いＴｉＮ被膜（耐熱温度６００°）やＴｉＡｌＮ被
膜（耐熱温度８００°）も使用されるようになった。
ムなどを構成する部品であり、機械や装置の機能に応じ
て機械要素部品も形状、寸法、重さ、表面粗さ、機械的
強度、耐久性などの品質に一定の技術レベルが要求され
る。これらの品質の中でも、特に締結や運動拘束や動力
伝達に係わる装置に使用される機械要素部品には、靱
性、耐摩耗性、耐熱性、硬さ、可撓性などを包含する機
械的強度の点において高い要求レベルを必要とされ、そ
のため、素材の鉄鋼材料に有用金属を適宜添加して高強
度の構造用合金鋼としたり、種々の熱処理を施して要求
される機械的強度を満足するための工夫がなされてい
た。また、例えば浸炭や窒化、高周波焼入れやレーザビ
ームあるいは電子ビームによる焼入れなど表面硬化法に
よって素材の強度を向上させることも採用されている。
一方、機械、装置類の部品である機械要素部品の機能や
寿命は、その表面の性能に支配される場合が多い。従っ
て、表面処理は部品、部材の表面に耐摩耗性、潤滑性、
耐食性、耐熱性、断熱性などの性質を付与するのに有効
な手段であり、最近これらの研究が進展するとともに実
用化も徐々に始まっている。電気めっき、溶融めっき、
拡散めっき、溶射、蒸着などの金属被膜処理などがこれ
らの表面処理法としてそれぞれ優れた特長があり従来か
ら使用されている。しかし、最近ではセラミックコーテ
ィングなどの非金属被膜処理も使用され始めた。セラミ
ックコーティングとは、耐熱性、耐酸化性、耐摩耗性、
断熱性、電気絶縁性などの改善を目的として、金属素地
の表面にセラミック被膜を形成することである。セラミ
ック被膜の中では、良好な摺動性をもつクロムナイトラ
イド（ＣｒＮ）が多く使用される。また、比較的耐熱性
の高いＴｉＮ被膜（耐熱温度６００°）やＴｉＡｌＮ被
膜（耐熱温度８００°）も使用されるようになった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】このようなセラミック
コーティングは蒸着法や溶射法や焼付け法などによって
素材表面にセラミック被覆を実施し、機械要素部品に前
記の耐摩耗性、耐熱性、断熱性、電気絶縁性、酸食性を
付与してその品質や機能を向上させる優れた技術である
が、反面セラミックコーティングは、素材との密着性が
あまり良くなく、加熱冷却の繰り返し使用される部品に
おいては、被膜に亀裂が生じることがあったり、素材か
ら剥離するという問題があった。特に、前述したＴｉＡ
ｌＮ被膜はＴｉＮ被膜に比べて耐熱性で一段と優れるも
のであるが、使用中に母材から剥がれ易いという問題を
かかえており、この対策が大きな課題となっていた。本
発明の目的は、このような高温耐熱性に優れるＴｉＡｌ
Ｎ被膜を母材にしっかりと固着させ、苛酷な使用状態に
遭遇してもこの被膜が剥離することのない優れた機械要
素部品を提供することである。
コーティングは蒸着法や溶射法や焼付け法などによって
素材表面にセラミック被覆を実施し、機械要素部品に前
記の耐摩耗性、耐熱性、断熱性、電気絶縁性、酸食性を
付与してその品質や機能を向上させる優れた技術である
が、反面セラミックコーティングは、素材との密着性が
あまり良くなく、加熱冷却の繰り返し使用される部品に
おいては、被膜に亀裂が生じることがあったり、素材か
ら剥離するという問題があった。特に、前述したＴｉＡ
ｌＮ被膜はＴｉＮ被膜に比べて耐熱性で一段と優れるも
のであるが、使用中に母材から剥がれ易いという問題を
かかえており、この対策が大きな課題となっていた。本
発明の目的は、このような高温耐熱性に優れるＴｉＡｌ
Ｎ被膜を母材にしっかりと固着させ、苛酷な使用状態に
遭遇してもこの被膜が剥離することのない優れた機械要
素部品を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】以上のような課題を解決
するために、本発明のセラミックコーティングされた機
械要素部品は、母材が鉄鋼材料で構成される機械要素部
品であって、表面がＴｉＡｌＮ層で被覆され、かつ、該
ＴｉＡｌＮ被覆層と母材との間にＴｉ層からなる中間層
を形成したものである。また、本発明の機械要素部品の
セラミックコーティング方法は、母材が鉄鋼材料で構成
される機械要素部品のセラミックコーティング方法であ
って、中心部をＴｉＡｌ材とし外周部をＴｉ材として１
種類のターゲットを用い、カソード内の磁界制御により
成膜中に発生する該ターゲットのプラズマの位置を移動
して前記機械要素部品の表面にＴｉ層ならびにＴｉＡｌ
Ｎ層の被膜を順次形成する構成とした。
するために、本発明のセラミックコーティングされた機
械要素部品は、母材が鉄鋼材料で構成される機械要素部
品であって、表面がＴｉＡｌＮ層で被覆され、かつ、該
ＴｉＡｌＮ被覆層と母材との間にＴｉ層からなる中間層
を形成したものである。また、本発明の機械要素部品の
セラミックコーティング方法は、母材が鉄鋼材料で構成
される機械要素部品のセラミックコーティング方法であ
って、中心部をＴｉＡｌ材とし外周部をＴｉ材として１
種類のターゲットを用い、カソード内の磁界制御により
成膜中に発生する該ターゲットのプラズマの位置を移動
して前記機械要素部品の表面にＴｉ層ならびにＴｉＡｌ
Ｎ層の被膜を順次形成する構成とした。
【０００５】
【作用】本発明の方法では、スパッタリング装置の基板
ホルダに機械要素部品（以下部品という）を装着した
後、真空引きし所定の真空状態になった後、アルゴンガ
スを装置内へ導入してターゲットのスパッタ洗浄を行
う。そして、部品表面を直流電源または高周波交流電源
によるスパッタ洗浄をした後再びターゲットのスパッタ
洗浄を行う。これらの前処理が終了した後、カソードに
接続された放電用直流電源装置により放電を開始し、プ
ラズマが外周側へ寄るように磁界励磁用ソレノイドコイ
ルへ流れる電流をコントロールし、ターゲットの外周部
のＴｉ材を部品表面へ成膜させる。この被覆膜が所定の
厚さに達したところでこの作業を終了し、再び磁界励磁
用ソレノイドコイルへ流れる電流を変更し、プラズマが
ターゲットの中心部に生じるようコントロールして放電
を行う。この時、装置内へは窒素ガスを導入し、部品表
面のＴｉ被膜のうえにＴｉＡｌＮ成膜を厚さが２μｍ程
度になるまで形成させる。以上のようにして、部品表面
にはＴｉ層とＴｉＡｌＮ層とが積層され、付着力の強い
強固な成膜が完成される。
ホルダに機械要素部品（以下部品という）を装着した
後、真空引きし所定の真空状態になった後、アルゴンガ
スを装置内へ導入してターゲットのスパッタ洗浄を行
う。そして、部品表面を直流電源または高周波交流電源
によるスパッタ洗浄をした後再びターゲットのスパッタ
洗浄を行う。これらの前処理が終了した後、カソードに
接続された放電用直流電源装置により放電を開始し、プ
ラズマが外周側へ寄るように磁界励磁用ソレノイドコイ
ルへ流れる電流をコントロールし、ターゲットの外周部
のＴｉ材を部品表面へ成膜させる。この被覆膜が所定の
厚さに達したところでこの作業を終了し、再び磁界励磁
用ソレノイドコイルへ流れる電流を変更し、プラズマが
ターゲットの中心部に生じるようコントロールして放電
を行う。この時、装置内へは窒素ガスを導入し、部品表
面のＴｉ被膜のうえにＴｉＡｌＮ成膜を厚さが２μｍ程
度になるまで形成させる。以上のようにして、部品表面
にはＴｉ層とＴｉＡｌＮ層とが積層され、付着力の強い
強固な成膜が完成される。
【０００６】
【実施例】以下図面に基づいて本発明の実施例について
詳細に説明する。図１〜図６は本発明の実施例に係り、
図１はスパッタリング装置の構成図、図２はターゲット
の構成を示す斜視図、図３〜図４はそれぞれスパッタリ
ングプロセス中のターゲットを説明する斜視図、図５は
プラズマ発生時のイオン電流密度分布を示すグラフ、図
６はスパッタリングプロセスの工程手順を示すフローチ
ャートである。図１は、機械要素部品としてブレーキパ
ッドを表面コーティングする実施例としたもので、スパ
ッタリング装置１００は配管１２およびメインバルブ１
１を介して図示しない真空ポンプに連結された真空容器
１０と、真空容器１０内の各々の機器に接続された４種
類の直流電源装置１、２、３、４とで構成される。真空
容器１０内には後述するターゲット２５を設置したカソ
ード２０が一方の内面に固設され、外部にある放電用直
流電源装置２と結線される。カソード２０の内部には磁
界制御用ソレノイドコイル２１が埋設され、外部のソレ
ノイドコイル用直流電源装置１と結線される。一方、カ
ソード２０に対向する真空容器１０内部中央には軸受２
２ａ回りに回転自在な基板ホルダ２２が設置され基板
（機械要素部品）２４がコーティング被覆面をカソード
２０方向に向けて設置される。基板ホルダ２２はモータ
２３の駆動によりチェンホイール２３ａ、２３ｂを介し
てチェン駆動され、回転可能に構成される。基板２４が
密着する基板ホルダ２２にはチェンホイール２３ａ、チ
ェンホイール２３ｂおよびこの両者に介在するローラチ
ェン２３ｃを経由して逆スパッタ用高周波電源装置３お
よび基板バイアス用直流電源装置４とがパラレルに結線
される。基板バイアス用直流電源装置４の直後のチョー
クコイル５は逆スパッタ用高周波電源装置３の高周波電
力が基板バイアス用直流電源装置４へ流れ込まないため
の保護用に設けたものである。また、真空容器１０内に
はプロセスガス導入管１３によりアルゴンガスおよび窒
素ガスが導入されるとともに、カソード２０と基板２４
との間には往復動できる開閉自在なシャッタ２６が設け
られる。次に、カソード２０に取り付けられるターゲッ
ト２５の詳細について説明する。図２に示すように、タ
ーゲット２５は、カソード２０と着脱自在なバッキング
プレート３０の表面に厚さ５ｍｍ程度のＴｉメタル３２
とＴｉＡｌ焼結体３１の２種類からなる金属板で構成さ
れる。ＴｉＡｌ焼結体３１は通常ＴｉとＡｌとがともに
５０ａｔｍ．％含有される。
詳細に説明する。図１〜図６は本発明の実施例に係り、
図１はスパッタリング装置の構成図、図２はターゲット
の構成を示す斜視図、図３〜図４はそれぞれスパッタリ
ングプロセス中のターゲットを説明する斜視図、図５は
プラズマ発生時のイオン電流密度分布を示すグラフ、図
６はスパッタリングプロセスの工程手順を示すフローチ
ャートである。図１は、機械要素部品としてブレーキパ
ッドを表面コーティングする実施例としたもので、スパ
ッタリング装置１００は配管１２およびメインバルブ１
１を介して図示しない真空ポンプに連結された真空容器
１０と、真空容器１０内の各々の機器に接続された４種
類の直流電源装置１、２、３、４とで構成される。真空
容器１０内には後述するターゲット２５を設置したカソ
ード２０が一方の内面に固設され、外部にある放電用直
流電源装置２と結線される。カソード２０の内部には磁
界制御用ソレノイドコイル２１が埋設され、外部のソレ
ノイドコイル用直流電源装置１と結線される。一方、カ
ソード２０に対向する真空容器１０内部中央には軸受２
２ａ回りに回転自在な基板ホルダ２２が設置され基板
（機械要素部品）２４がコーティング被覆面をカソード
２０方向に向けて設置される。基板ホルダ２２はモータ
２３の駆動によりチェンホイール２３ａ、２３ｂを介し
てチェン駆動され、回転可能に構成される。基板２４が
密着する基板ホルダ２２にはチェンホイール２３ａ、チ
ェンホイール２３ｂおよびこの両者に介在するローラチ
ェン２３ｃを経由して逆スパッタ用高周波電源装置３お
よび基板バイアス用直流電源装置４とがパラレルに結線
される。基板バイアス用直流電源装置４の直後のチョー
クコイル５は逆スパッタ用高周波電源装置３の高周波電
力が基板バイアス用直流電源装置４へ流れ込まないため
の保護用に設けたものである。また、真空容器１０内に
はプロセスガス導入管１３によりアルゴンガスおよび窒
素ガスが導入されるとともに、カソード２０と基板２４
との間には往復動できる開閉自在なシャッタ２６が設け
られる。次に、カソード２０に取り付けられるターゲッ
ト２５の詳細について説明する。図２に示すように、タ
ーゲット２５は、カソード２０と着脱自在なバッキング
プレート３０の表面に厚さ５ｍｍ程度のＴｉメタル３２
とＴｉＡｌ焼結体３１の２種類からなる金属板で構成さ
れる。ＴｉＡｌ焼結体３１は通常ＴｉとＡｌとがともに
５０ａｔｍ．％含有される。
【０００７】以上のように構成されたスパッタリング装
置１００を使用して基板２４の表面にＴｉＡｌＮ被覆層
を形成するスパッタリングプロセスについて説明する。
まず、所望の基板２４を基板ホルダ２２に取り付け、メ
インバルブ１１を開いて真空容器１０内の圧力を真空ポ
ンプの駆動により５×１０-6Ｔｏｒｒ以下に真空引きす
る。真空引きが完了した後、プロセスガス導入管１３よ
りアルゴンガスを導入し、圧力を２×１０-3Ｔｏｒｒ程
度に設定する。この状態でシャッタ２６を閉じたまま、
ターゲット２５上にプラズマを発生してターゲット２５
表面のスパッタ洗浄を充分に行う。その後、基板（機械
要素部品）２４に高電圧を印加して基板２４のスパッタ
洗浄を行うが、この時に利用する放電電源は、基板２４
の表面形状により選択する。すなわち、表面が平滑の場
合には基板バイアス用直流電源装置４を用いて直流スパ
ッタエッチングを行うが、一般には機械要素部品は複雑
な形状をしており表面が平滑でないので、直流スパッタ
エッチングを使うとスパッタエッチされる個所が凸部に
集中してしまい、凹部は逆に凸部から蒸発したガスなど
により汚染される現象が起って所期の目的を達成できな
いことになる。このため、本発明では、逆スパッタ用高
周波電源装置３を使用して逆スパッタを行うことによっ
て、処理時間は長くなってしまうという問題はあるけれ
ども、放電が部品表面全体に発生し、局所的なエッチン
グやエッチング不良個所の発生を防止する。逆スパッタ
による基板（機械要素部品）２４のエッチング洗浄が終
了した後、再度ターゲット２５のスパッタ洗浄を行う。
その理由は、逆スパッタ時に部品表面から発生した不純
物がターゲット２５に付着しているので、それを取り除
くためである。このようにして、成膜までの全ての前処
理が完了する。
置１００を使用して基板２４の表面にＴｉＡｌＮ被覆層
を形成するスパッタリングプロセスについて説明する。
まず、所望の基板２４を基板ホルダ２２に取り付け、メ
インバルブ１１を開いて真空容器１０内の圧力を真空ポ
ンプの駆動により５×１０-6Ｔｏｒｒ以下に真空引きす
る。真空引きが完了した後、プロセスガス導入管１３よ
りアルゴンガスを導入し、圧力を２×１０-3Ｔｏｒｒ程
度に設定する。この状態でシャッタ２６を閉じたまま、
ターゲット２５上にプラズマを発生してターゲット２５
表面のスパッタ洗浄を充分に行う。その後、基板（機械
要素部品）２４に高電圧を印加して基板２４のスパッタ
洗浄を行うが、この時に利用する放電電源は、基板２４
の表面形状により選択する。すなわち、表面が平滑の場
合には基板バイアス用直流電源装置４を用いて直流スパ
ッタエッチングを行うが、一般には機械要素部品は複雑
な形状をしており表面が平滑でないので、直流スパッタ
エッチングを使うとスパッタエッチされる個所が凸部に
集中してしまい、凹部は逆に凸部から蒸発したガスなど
により汚染される現象が起って所期の目的を達成できな
いことになる。このため、本発明では、逆スパッタ用高
周波電源装置３を使用して逆スパッタを行うことによっ
て、処理時間は長くなってしまうという問題はあるけれ
ども、放電が部品表面全体に発生し、局所的なエッチン
グやエッチング不良個所の発生を防止する。逆スパッタ
による基板（機械要素部品）２４のエッチング洗浄が終
了した後、再度ターゲット２５のスパッタ洗浄を行う。
その理由は、逆スパッタ時に部品表面から発生した不純
物がターゲット２５に付着しているので、それを取り除
くためである。このようにして、成膜までの全ての前処
理が完了する。
【０００８】次に、ハードコーティング層の生成プロセ
スに入る。本発明ではハードコーティング層としてＴｉ
ＡｌＮを用いる。基板（機械要素部品）２４の金属表面
とＴｉＡｌＮ層の間にＴｉ層を設けるには、通常スパッ
タリングでこのような２種類の膜をつける場合にはＴｉ
ターゲットとＴｉＡｌターゲットの２種類のターゲット
を取り付けた別々のカソードが必要となる。つまり、従
来の方法では上記別々のカソードを有する装置を必要と
していたが、本発明では、図２に示すターゲット２５を
カソード２０へ取り付け、かつ、図３〜図４に示すよう
に、カソード内の磁界の制御を用いてプラズマ発生位置
を制御することによって１種類のカソード２０で操業可
能となった。図３はプラズマＰをＴｉＡｌ焼結体３１の
外周のＴｉメタル層３２に発生させた例であり、図４は
プラズマＰをＴｉＡｌ焼結体３１領域の表面に発生した
状態を示し、それぞれＴｉ膜、ＴｉＡｌＮ膜を成膜させ
る場合に対応する。実際の成膜では、まず真空容器１０
内にアルゴンガスを導入して２×１０-3Ｔｏｒｒ程度の
ガス圧に設定し、基板である部品２４にはプラズマによ
るイオンアシスト効果を得るため、基板バイアス用直流
電源装置４にて１００Ｖ程度の基板バイアスを印加して
おく。この状態でプラズマをターゲット２５外周部に発
生させて（図３に相当）、Ｔｉ膜を約１０００〜２００
０Å（オングストローム）成膜する。引き続いて真空容
器１０内にＮ2 とＡｒガスを導入してターゲット２５内
周部にプラズマを発生させて（図４に相当）、ＴｉＡｌ
Ｎ膜を約２μｍ成膜する。この時、Ｎ2 ガスとＡｒガス
の比率は使用する真空ポンプの性能や基板（機械要素部
品）２４の大きさ、放電のパワーなどによって変化する
のでそのときどきの最適条件をテストによって予め把握
しておくことが望ましい。また、膜厚は、通常のハード
コーティングでは２μｍが標準とされているが、利用目
的により５μｍ程度の膜厚までは可能である。それ以上
の膜厚になると、セラミックス本来の特性である脆性が
顕著に現れて、ハードコーティングとしての効果が減殺
されるので注意を要する。
スに入る。本発明ではハードコーティング層としてＴｉ
ＡｌＮを用いる。基板（機械要素部品）２４の金属表面
とＴｉＡｌＮ層の間にＴｉ層を設けるには、通常スパッ
タリングでこのような２種類の膜をつける場合にはＴｉ
ターゲットとＴｉＡｌターゲットの２種類のターゲット
を取り付けた別々のカソードが必要となる。つまり、従
来の方法では上記別々のカソードを有する装置を必要と
していたが、本発明では、図２に示すターゲット２５を
カソード２０へ取り付け、かつ、図３〜図４に示すよう
に、カソード内の磁界の制御を用いてプラズマ発生位置
を制御することによって１種類のカソード２０で操業可
能となった。図３はプラズマＰをＴｉＡｌ焼結体３１の
外周のＴｉメタル層３２に発生させた例であり、図４は
プラズマＰをＴｉＡｌ焼結体３１領域の表面に発生した
状態を示し、それぞれＴｉ膜、ＴｉＡｌＮ膜を成膜させ
る場合に対応する。実際の成膜では、まず真空容器１０
内にアルゴンガスを導入して２×１０-3Ｔｏｒｒ程度の
ガス圧に設定し、基板である部品２４にはプラズマによ
るイオンアシスト効果を得るため、基板バイアス用直流
電源装置４にて１００Ｖ程度の基板バイアスを印加して
おく。この状態でプラズマをターゲット２５外周部に発
生させて（図３に相当）、Ｔｉ膜を約１０００〜２００
０Å（オングストローム）成膜する。引き続いて真空容
器１０内にＮ2 とＡｒガスを導入してターゲット２５内
周部にプラズマを発生させて（図４に相当）、ＴｉＡｌ
Ｎ膜を約２μｍ成膜する。この時、Ｎ2 ガスとＡｒガス
の比率は使用する真空ポンプの性能や基板（機械要素部
品）２４の大きさ、放電のパワーなどによって変化する
のでそのときどきの最適条件をテストによって予め把握
しておくことが望ましい。また、膜厚は、通常のハード
コーティングでは２μｍが標準とされているが、利用目
的により５μｍ程度の膜厚までは可能である。それ以上
の膜厚になると、セラミックス本来の特性である脆性が
顕著に現れて、ハードコーティングとしての効果が減殺
されるので注意を要する。
【０００９】このようにして積層されたＴｉＡｌＮ（窒
化チタンアルミ）は、従来のＴｉＮ（窒化チタン）より
耐熱性に優れ約８００℃まで分解しないことが実験的に
確認されている。従って、高温にさらされ、かつ、短時
間に冷却され再び高温になるという繰返し加熱冷却を受
ける機械要素部品の表面コーティング材として最適であ
る。また、Ｔｉ膜を中間膜として使用することにより表
層のＴｉＡｌＮ層と母材との付着力が強化される。ま
た、母材となる構造用炭素鋼または構造用合金鋼とＴｉ
Ｎ膜（熱膨張係数９．４）とが比較的近い熱膨張係数を
有するに対して、ＴｉＡｌＮ膜（熱膨張係数６．５）は
これらよりかなり低い値となり、高温時にはＴｉＡｌＮ
コーティング部品の方が強い圧縮応力が生じており耐ヒ
ートチェック性が良くなることがわかる。図６は、以上
のセラミックコーティング方法の工程手順を説明するフ
ローチャートであり、その内容は前述したとおりであ
る。
化チタンアルミ）は、従来のＴｉＮ（窒化チタン）より
耐熱性に優れ約８００℃まで分解しないことが実験的に
確認されている。従って、高温にさらされ、かつ、短時
間に冷却され再び高温になるという繰返し加熱冷却を受
ける機械要素部品の表面コーティング材として最適であ
る。また、Ｔｉ膜を中間膜として使用することにより表
層のＴｉＡｌＮ層と母材との付着力が強化される。ま
た、母材となる構造用炭素鋼または構造用合金鋼とＴｉ
Ｎ膜（熱膨張係数９．４）とが比較的近い熱膨張係数を
有するに対して、ＴｉＡｌＮ膜（熱膨張係数６．５）は
これらよりかなり低い値となり、高温時にはＴｉＡｌＮ
コーティング部品の方が強い圧縮応力が生じており耐ヒ
ートチェック性が良くなることがわかる。図６は、以上
のセラミックコーティング方法の工程手順を説明するフ
ローチャートであり、その内容は前述したとおりであ
る。
【００１０】本発明における機械要素部品は、例えば、
実施例に述べたブレーキ（ブレーキパッド、ブレーキブ
ロック）のほかに、クラッチ（噛合クラッチ、摩擦クラ
ッチ）、ばね（板ばね、つる巻きばね）、弁、弁座、リ
ンク、カム、トグルレバー、ロールなどの大物部品やピ
ン、キー、コッタ、止め輪、ボルト、ナットなどの小物
部品なども含む。また、軸や歯車、軸受部品、チエン、
スプロケット、シリンダ部品（ピストン、シリンダ）羽
根車など動力伝導機構の部品や部品同志の当接が考えら
れ高い構造強度や耐熱性、耐摩耗性を要求されるものに
適用される。以上述べたように、本発明のセラミックコ
ーティングされた機械要素部品は、セラミック被覆が使
用中剥れることがなく高い靭性と耐摩耗性、耐熱性が向
上し、高い信頼性の耐久性を備えた優れた機能と品質を
発揮する。なお、本発明では、ＴｉＡｌＮ膜と母材との
間にＴｉ膜を入れて被膜の母材への付着力を改善した
が、さらに、ＴｉＡｌＮ膜とＴｉ膜との間にＴｉＮ膜を
形成し、ＴｉＡｌＮ膜の靭性を補強するようにすること
もできる。この場合、Ｔｉ膜０．１〜０．２μｍ、Ｔｉ
ＡｌＮ膜０．５〜１．０μｍに対してＴｉＮ膜は１．０
〜１．５μｍ程度とする。また、母材は構造用炭素鋼や
構造用合金鋼などの鉄鋼材料が適用される。
実施例に述べたブレーキ（ブレーキパッド、ブレーキブ
ロック）のほかに、クラッチ（噛合クラッチ、摩擦クラ
ッチ）、ばね（板ばね、つる巻きばね）、弁、弁座、リ
ンク、カム、トグルレバー、ロールなどの大物部品やピ
ン、キー、コッタ、止め輪、ボルト、ナットなどの小物
部品なども含む。また、軸や歯車、軸受部品、チエン、
スプロケット、シリンダ部品（ピストン、シリンダ）羽
根車など動力伝導機構の部品や部品同志の当接が考えら
れ高い構造強度や耐熱性、耐摩耗性を要求されるものに
適用される。以上述べたように、本発明のセラミックコ
ーティングされた機械要素部品は、セラミック被覆が使
用中剥れることがなく高い靭性と耐摩耗性、耐熱性が向
上し、高い信頼性の耐久性を備えた優れた機能と品質を
発揮する。なお、本発明では、ＴｉＡｌＮ膜と母材との
間にＴｉ膜を入れて被膜の母材への付着力を改善した
が、さらに、ＴｉＡｌＮ膜とＴｉ膜との間にＴｉＮ膜を
形成し、ＴｉＡｌＮ膜の靭性を補強するようにすること
もできる。この場合、Ｔｉ膜０．１〜０．２μｍ、Ｔｉ
ＡｌＮ膜０．５〜１．０μｍに対してＴｉＮ膜は１．０
〜１．５μｍ程度とする。また、母材は構造用炭素鋼や
構造用合金鋼などの鉄鋼材料が適用される。
【００１１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明における機
械要素部品のセラミックコーティング方法は、２種類の
チタン系セラミック膜からなる被覆層を有する積層の成
膜を基板（部品）表面に、同一の装置内で簡便に、か
つ、高能率で実施することができるので、作業効率が向
上する。また、このようにして得られたセラミックコー
ティングされた機械要素部品は靭性とともに耐摩耗性、
耐熱性が高く、寿命が長くなるので機械装置の信頼性が
増加するとともにランニングコスト（消耗品コスト）が
低減する。
械要素部品のセラミックコーティング方法は、２種類の
チタン系セラミック膜からなる被覆層を有する積層の成
膜を基板（部品）表面に、同一の装置内で簡便に、か
つ、高能率で実施することができるので、作業効率が向
上する。また、このようにして得られたセラミックコー
ティングされた機械要素部品は靭性とともに耐摩耗性、
耐熱性が高く、寿命が長くなるので機械装置の信頼性が
増加するとともにランニングコスト（消耗品コスト）が
低減する。
【図１】本発明に係る実施例を示すスパッタリング装置
の構成図である。
の構成図である。
【図２】本発明に係る実施例を示すターゲットの構成を
示す斜視図である。
示す斜視図である。
【図３】本発明の実施例に係るスパッタリングプロセス
中のターゲットを説明する斜視図である。
中のターゲットを説明する斜視図である。
【図４】本発明の実施例に係るスパッタリングプロセス
中のターゲットを説明する斜視図である。
中のターゲットを説明する斜視図である。
【図５】本発明に係るプラズマ発生時のイオン電流密度
分布を示すグラフである。
分布を示すグラフである。
【図６】本発明に係るスパッタリングプロセスの工程手
順を示すフローチャートである。
順を示すフローチャートである。
１ ソレノイドコイル用直流電源装置 ２ 放電用直流電源装置 ３ 逆スパッタ用高周波電源装置 ４ 基板バイアス用直流電源装置 ５ チョークコイル １０ 真空容器 １１ メインバルブ １２ 配管 １３ プロセスガス導入管 ２０ カソード ２１ 磁界制御用ソレノイドコイル ２２ 基板ホルダ ２２ａ 軸受 ２３ モータ ２３ａ チェンホイール ２３ｂ チェンホイール ２３ｃ ローラチェン ２４ 基板（機械要素部品） ２５ ターゲット ２６ シャッタ ３０ バッキングプレート ３１ ＴｉＡｌ焼結体 ３２ Ｔｉメタル １００ スパッタリング装置 Ｐ プラズマ Ｑ 基板流入イオン電流密度 Ｓ ターゲット中心からの距離
Claims (2)
- 【請求項１】 母材が鉄鋼材料で構成される機械要素部
品であって、表面がＴｉＡｌＮ層で被覆され、かつ、該
ＴｉＡｌＮ被覆層と母材との間にＴｉ層からなる中間層
を形成してなるセラミックコーティングされた機械要素
部品。 - 【請求項２】 母材が鉄鋼材料で構成される機械要素部
品のセラミックコーティング方法であって、中心部をＴ
ｉＡｌ材とし外周部をＴｉ材として１種類のターゲット
を用い、カソード内の磁界制御により成膜中に発生する
該ターゲットのプラズマの位置を移動して前記機械要素
部品の表面にＴｉ層ならびにＴｉＡｌＮ層の被膜を順次
形成するセラミックコーティングされた機械要素部品の
セラミックコーティング方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP527494A JPH07208520A (ja) | 1994-01-21 | 1994-01-21 | セラミックコーティングされた機械要素部品およびセラミックコーティング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP527494A JPH07208520A (ja) | 1994-01-21 | 1994-01-21 | セラミックコーティングされた機械要素部品およびセラミックコーティング方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07208520A true JPH07208520A (ja) | 1995-08-11 |
Family
ID=11606664
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP527494A Pending JPH07208520A (ja) | 1994-01-21 | 1994-01-21 | セラミックコーティングされた機械要素部品およびセラミックコーティング方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07208520A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008103758A1 (en) * | 2007-02-20 | 2008-08-28 | Tech M3, Inc. | Wear resistant coating for brake disks with unique surface appearance and methods for coating |
| WO2008103759A1 (en) * | 2007-02-20 | 2008-08-28 | Tech M3, Inc. | Composite brake disks and methods for coating |
| US8893863B2 (en) | 2007-08-22 | 2014-11-25 | Tech M3, Inc. | Reduction of particulate emissions from vehicle braking systems |
| US10012279B2 (en) | 2013-03-15 | 2018-07-03 | Tech M3, Inc. | Braking systems incorporating wear and corrosion resistant rotors |
| US10197121B2 (en) | 2013-03-15 | 2019-02-05 | Tech M3, Inc. | Wear resistant braking systems |
| US10670095B2 (en) | 2007-08-22 | 2020-06-02 | Tech M3, Inc. | Brake disk and method of making same |
-
1994
- 1994-01-21 JP JP527494A patent/JPH07208520A/ja active Pending
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10968970B2 (en) | 2007-02-20 | 2021-04-06 | Tech M3, Inc. | Composite brake disks and methods for coating |
| WO2008103759A1 (en) * | 2007-02-20 | 2008-08-28 | Tech M3, Inc. | Composite brake disks and methods for coating |
| US8084089B2 (en) | 2007-02-20 | 2011-12-27 | Tech M3, Inc. | Wear resistant coating for brake disks with unique surface appearance and method for coating |
| US8449943B2 (en) | 2007-02-20 | 2013-05-28 | Tech M3, Inc. | Composite brake disks and methods for coating |
| WO2008103758A1 (en) * | 2007-02-20 | 2008-08-28 | Tech M3, Inc. | Wear resistant coating for brake disks with unique surface appearance and methods for coating |
| US11692601B2 (en) | 2007-02-20 | 2023-07-04 | Tech M3, Inc. | Reduction of particulate emissions from vehicle braking systems |
| US8893863B2 (en) | 2007-08-22 | 2014-11-25 | Tech M3, Inc. | Reduction of particulate emissions from vehicle braking systems |
| US12025195B2 (en) | 2007-08-22 | 2024-07-02 | Tech M3, Inc. | Brake disk and method of making same |
| US10670095B2 (en) | 2007-08-22 | 2020-06-02 | Tech M3, Inc. | Brake disk and method of making same |
| US11635116B2 (en) | 2007-08-22 | 2023-04-25 | Tech M3, Inc. | Brake disk and method of making same |
| US10197121B2 (en) | 2013-03-15 | 2019-02-05 | Tech M3, Inc. | Wear resistant braking systems |
| US11624416B2 (en) | 2013-03-15 | 2023-04-11 | Tech M3, Inc. | Wear resistant braking systems |
| US10895295B2 (en) | 2013-03-15 | 2021-01-19 | Tech M3, Inc. | Wear resistant braking systems |
| US20190368560A1 (en) * | 2013-03-15 | 2019-12-05 | Tech M3, Inc. | Wear resistant braking systems |
| US10012279B2 (en) | 2013-03-15 | 2018-07-03 | Tech M3, Inc. | Braking systems incorporating wear and corrosion resistant rotors |
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