JPS60125366A - 部材の表面処理方法 - Google Patents

Abstract

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め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、部材の表面処理方法に係シ、特に、被処理部
材の近傍に補助電極を配設し、グロー放電の相互作用に
よｐ高電離密度に保持しながら部材の表面を処理する部
材の表面処理方法に関する。

〔発明の背景〕

部材たとえば金属部材の表面処理技術の１種であるグロ
ー放電による表面処理方法は最近脚光を浴びている。そ
の代表例としては、イオン窒化処理を挙げることができ
る。

このイオン窒化処理法は第１図に示すように、少なくと
も１０”　ｆｏｒｒ以下に減圧した密封容器１内に被処
理部材２を吊シ具３に保持し、密封容器１を陽極（容器
を陰極とすることもある）とし、被処理部材２を陰極と
して直流電源４から電圧を印加して、処理に必要なガス
物質を供給口５から密封容器１内に導入しな・がらグロ
ー放電を発生させて被処理部材２の表面を硬化するもの
である。

このような密封容器１はグロー放電による加熱によシ各
種の機器や部品が過熱されるのを防止するため水冷構造
になっている。

イオン窒化処理する際には真空ポンプ６を作動して密封
容器１内を少なくとも１０”　’ｌ’ｏｒｒ以下に減圧
しながら、水素および窒素ガス、またはアンモニアガス
（ＮＨｓ）などをガス供給口５から密封容器１内に導入
して、０．１〜１ＱＴｏｒｒの圧力に保持し、直流電源
４から３００〜１５００Ｖの電圧を陽極端子７と陰極端
子８との間に印加してグロー放電を発生させている。な
お、第１図において、９はガスボンベ、１０は光高温計
、１１は真空計である。

一方、最近ではグロー放電による表面処理としてＣＶＤ
法の開発が盛んに行われている。

このｂｖＤ法は、その−例として金属表面にＴｉＣを被
覆するのに使用されている。このＴｉＣコーティングで
は、被処理部材を密封容器１内に保持しｌ　Ｑ　”　’
ｆｏｒｒに減圧した後、ＴｉＣ４４とＣｔＨｔの処理ガ
スをキャリヤーガス（Ａｒ＋５％Ｈ１）と共に密封容器
内に供給してＴｉＣを被処理部材の表面にコーティング
している。

第２図は、従来のＣＶＤ装置の一例を示す説明図であっ
て、密封容器１内に被処理部材２を保持し、被処理部材
２を陰極、密封容器１自体を陽極にしである。そして密
封容器１内を図示しない真空ポンプを介して減圧し、キ
ャリヤーガス１２（Ａ　ｒ　＋Ｈｚ　）をＴｉＣ６ｉ　
１３を収納する容器１４内に通してＴｉＣｌ２１３を気
化させ、Ａｒ＋Ｈ２ガス１２と共に密封容器１内に導入
する。一方、Ｃ！Ｈ２源１５からＣＩＩＨＩを容封容器
１内に導入して電源４により電圧を印加しグロー放電を
発生させて、被処理部材２の表面にＴｉＣをコーティン
グしている。

この際の被処理部材２は表面に発生するグロー放電エネ
ルギーによって加熱されるので外部からの熱源を必要と
しない。従って、被処理部材の温度は、被処理部材の体
積に対する表面積の割合によって変化する。一方、均一
なコーティング層を形成するには、被処理品の表面に発
生するグロー放電を均一にする必要がある。しかし、従
来のＣＶＤ法では被処理品の形状が比較的単純である場
合には均一なグロー放電を発生させることができるが、
複雑な形状を有する被処理品では陽極との相対的距離が
異なる表面部においてイオン衝撃エネルギーおよび処理
ガスの電離密度が変化して均一な表面処理ができないと
いう欠点を有する。

これは、被処理品の表面に捕獲される原子濃度が変動す
るため、コーティング速度が異なることに起因している
。

従って凹凸の大きい被処理品の凹部表面ではほとんど硬
化層を形成することができない。

特に、７００〜１２００Ｃの高温域を要する浸炭、浸硼
など、又はＣＶＤ法では放電電圧が高くなシ、それに伴
って放電が不均一になって温度差を生じ、被処理品に均
一な表面処理を施すことができない傾向が大きくなると
いう問題点を有している。そ　。

の解決策としては例えば従来の真空熱処理炉内でイオン
処理を行う方法、或いは外部から高周波加熱を行いつつ
イオン処理を行う方法等がある。しかし、前者の場合に
は例えば炭素繊維のようなヒータによって被処理品の加
熱を行うため、加熱電源は高出力を要するとともに、イ
オンによる加熱が少なくなるので従来のイオンのみによ
る処理に比較して被処理品の表面に到達するイオン量も
少なくなる。そのため、装置の構造が複雑で、制御も煩
雑となるとともに全体の消費エネルギーも多く、イオン
によるクリーニング作用、表面に捕獲される原子等の処
理に関与する原子の濃度も少なくなる欠点がある。後者
の場合には高周波による誘導電流によって加熱するため
、多くの部品を炉内に装備した場合、高周波コイルから
の距離によって、個々の部品間で加熱される温度が異な
るとともに、前者同様に電源の出方の制御が複雑となる
。また処理に要するエネルギーも多く、イオンのクリー
ニング作用、表面のイオン濃度の制御の上でも欠点があ
る。

一方、被処理品の用途に応じては、その表面全体に同−
機能の表面処理を施すのではなく、同−被処理品内で、
複数の機能を有する処理を要することがある。このよう
な処理は上述のイオン表面処理においては同一炉内で、
一工程で連続して行うことはできず、複雑工程で行われ
ていた。

イオン表面処理法において、部分的に異なった表面処理
層（例えば窒化処理での窒化層深さ及び硬さ）を得る方
法としては、特開昭４７−６９５６号公報に示される如
く、被処理品（陰極）と減圧容器壁（陽極）との間に付
加金属電極（被処理品に対して陽極）を抵抗を介して陽
極電源へ配置させて、この部分の電位を変化させ、部分
的にイオン衝撃エネルギーを変化させる方法も知られて
いる。この方法においては、例えば、イオン窒化処理す
る際に異なった窒化を施す部分に付加金属電極を設け、
この部分の電位を外部回路によって変えてイオン衝撃エ
ネルギーを変化させて表面部に吸着し拡散する窒素量を
調節し、部分的に異なった深さの窒化層を形成させるよ
うにしている。しかし、この外部回路によってイオン衝
撃エネルギーを部分的に変化させる方法では、衝撃のエ
ネルギーの制御が難しく、装置が複雑となるとともに、
実際問題として窒素の拡散がイオン衝撃エネルギーとと
もに温度の影響も強いため、窒化層深さを部分的に大幅
に変化させることは困難であった。

一方、本発明者らは例えば特開昭５７−１８８６７０号
において導電性部材の処理方法を開示している。

この処理方法は第３図に示すように、表面処理層を形成
するガス物質を含む減圧雰囲気中に陰極に接続された被
処理品１を配設すると共に、該被処理品２の周囲に補助
電極１６を設け、該補助電極１６のグロー放電と、被処
理品２とのグロー放電との相互作用によシ前記ガス物質
を表面に一定の物理的まだは化学的に変化させて被覆層
を形成するものである。

この方法では■被処理品が長尺になると、この中間部が
不安定となシ均一な表面処理ができないこと、■ガス物
質を炉全体に供給するため炉壁等にガス物質が吸着され
不安定なガス雰囲気となって均一な表面処理ができない
という問題点を有ｊしていた。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、部材の表面処理方法に係シ、特に、単
一または複数の表面硬化層などを被処理品の全体あるい
は部分的の表面に形成すると同時に均一でかつ効率よく
処理できる部材の表面処理方法を提供するにある。

口発明の概要〕 本発明は、ガス物質を含む減圧雰囲気中で被処理品を陰
極とし、該被処理品の表面近傍に離間して陰極に接続さ
れた補助電極を配設し、グロー放電によシ表面処理する
方法において、前記被処理品と補助電極との空間にガス
物質を供給して高電離密度で被処理品に一定の物理的ま
たは化学的に変化せしめて表面処理層を形成することを
特徴としている。

本発明は被処理部を実質的に包囲するように補助電極を
配置し、ガス供給のガス供給口を該被処理部材の被処理
部に面した補助電極内部、あるいは被処理部拐と補助電
極、あるいは対向する補助電極間に位置した被処理部近
傍等に設けることによシ、陽極に接続された密閉容器と
被処理品との間に発生するグロー放電および密封容器と
補助電極との間に発生するグロー放電の相互作用にょっ
て前記ガス物質を高電離密度放電内に供給してグロー放
電処理を効果的に行うことができる。

この表面処理方法を実施するに際しては、被処理部を補
助電極あるいはガス供給口を備えた補助電極でほぼ完全
に包囲するようにする。また他の方法として、被処理品
、補助電極あるいはガス供給口を備えた補助電極を相対
的に移動または回転させることによって、同じ効果を奏
することができる。また、被処理品の処理面近傍に複数
の補助電極あるいは複数のガス供給口を備えた補助電極
を配設し、被処理品と補助電極の表面にグロー放電を発
生させ両グロー放電の相互作用によシ、処理ガスを供給
しながら、高電離密度で表面処理を効果的に行うことが
できる。

次に本発明の詳細な説明する。

まずこの方法は被処理品表面に処理ガスを拡散あるいは
析出によシ表面硬化、潤滑作用、耐食性及び耐疲労性等
の表面に機能を持たせるものである。この際に被処理品
材の機械的、化学的性質等の特性に悪影響を及はすこと
なく、これらの機能を持たせるＫは、拡散、析出させる
原子の量、深さ、厚さ等を適切に制御することが重要で
ある。

これらを制御する因子としては一反応時の処理温度、時
間及び表面濃度がある。つまシこれらの制御因子は原子
の拡散速度、限界固溶量あるいは析出物の結晶構造及び
生成速度等に及はす主なもので６る。

まず処理温度は鉄鋼を窒素で表面硬化させる場合を例と
して説明すると、一般に４００〜７００ｃの範囲である
。浸炭による表面硬化は７００〜１１００ｔｌ”ｔ’あ
シ、浸硼処理は８００〜１２００ｔｌ：’。

硫黄を用いて表面潤滑を得る浸硫処理では１５０〜６０
０Ｃである。一方ＣＶＤにおいては表面に被覆させる原
子によって異なるが一般には５００〜１２００Ｃの範囲
が多い。以上の様に拡散あるいは析出させる原子、被処
理品の種類によシ適切な温度を選択する必要がある。

またイオン表面処理法において、被処理品の表面温度を
効率よくかつ高くするか或いは部分的に　、ｉ適切な温
度に加熱する方法としては外部熱源による方法等も可能
である。本発明法では、被処理品部材とほぼ同電位の補
助電極を、被処理品の表面から所定の距離をおいて配設
すると共に、陰極に接続し、イオン処理中に被処理品と
補助電極により形成される空間に導入されるガス圧力１
紺成等を制御して高電離密度放電で処理を行う。

ここで、被処理品の熱の収受は、グロー放電エネルギー
の熱交換、被処理品や補助電極などからの輻射熱でアシ
、熱放出による熱損失は輻射熱、処理ガスの対流、電極
からの熱伝導（電極の冷却水からの流出）などがある。

この要因の中で被処理品の必要な部分を所定の温度に加
熱するのに利用できるものは、補助の陰極と被処理品間
の輻射熱などである。これは陰極間隔を一定間隔とし、
導入ガス圧力を所定の値に設定して、２つの負グロー間
に相互作用を起させるととにより、１つの負グロー放電
部よシも高電離密度放電を起させて加熱及び保温される
。

なお、ここで高電離密度放電は、２つの負グロー放電を
ある距離に近づけることによシ、負グロー間に相互作用
が起シ、その他のグロー放電部よシも電離密度が高くな
る。この相互作用の領域では放電電流が高くなった状態
になる。この場合、被処理品と補助電極との空間部にお
けるガスのイオン密度も増加される。したがって、被処
理品の表面においては、活性な原子との表面反応も活発
となシ拡散或いは析出が促進される。この拡散および析
出する現象をさらに効果的に行うためには、被処理品表
面から補助電極までの距離、補助陰極間間隙、材質、形
状、面積、ガス圧力および処理ガスの導入方法等を適切
に制御することが重要となる。

先ず被処理品表面から補助電極までの距離あるいは補助
陰極内の間隔は、ガス圧力によっても異なるが、被処理
品及び補助電極とに生じる負グローが何らかの相互作用
を及はして高電離密度放αを発生しなければ、目的とす
る効果は生じない。

負グローの幅は、ガス組成及びガス圧によって異なり、
これが高電離密度放電に強く影響するからである。更に
、これらと密接な関係にある補助電極、負グロー放電面
積をも考慮しなければならない。したがって、一般的な
イオン表面処理においては、この距離が０，５咽以下に
なると被処理品への処理ガスの反応が阻害される傾向に
あシ、一方５０ｍ以上離れるとグロー間の相互作用の影
響が弱くなり補助電極からの被処理品への輻射熱による
加熱効果が低下するとともに補助電極側への熱損失とも
な９、エネルギーの損失になる。

次にガス圧力は、ガス組成および表面処理の目的が定ま
れば、おのずと適正な値がある。例えば、ガス組成およ
び被処理品と補助電極との距離を一定にすれば、ガス圧
力を変化させると一定の範囲で高電離密度放電を生じ、
放電の電流密度が高くなってそれに伴って被処理品温度
も高くなり最高温度を示すようになる。適切なガス圧以
外では被処理品温度を低下する傾向を示す。

このように処理温度はガス圧力およびガス組成により影
響される。適正なガス圧力としては絶対真空度で０．０
１〜ｌＱ’ｌ’ｏｒｒの範囲が好ましい。

次に表面処理の反応に際して重要な因子の１っである表
面濃度は導入される処理ガスのガス圧力、ガス組成およ
びガスの分布によシ左右されるものである。高電離密度
放電で表面処理層を形成させるには処理ガスの導入方法
を考慮する必要がある。

密閉容器内に導入された処理ガスは真空ポンプの吸引、
炉内温度の対流および重力等によυ拡散される。第１図
に示した従来のイオン窒化処理装置では、処理ガスを密
閉容器１の上部に固定されたガス供給口５が供給される
ため、密閉容器１内の空間位置によってガス圧力および
混合ガスのおる種のガス分圧が変動する。特に反応に関
与する軽質のガス分圧の変動は表面処理層の形成に大き
く影響する。

次にＣＨ４ガスによる浸炭の場合を例にして説明する。

第４図はグロー中での炭素系のガス分圧とめる一定温度
で一定時間処理した場合の表面付近に拡散した炭素濃度
を模型的に示した線図である。

表面炭素濃度の絶対値は被処理材品の化学組成、処理温
度及び処理時間等によって決まる。すなゎち、表面から
拡散する炭素濃度はグロー放電中の炭素系のガスの濃度
によって大きく変動する。図より、ＣＨ４分圧を０．６
ＴＯｒｒ以上とすれば表面炭素濃度（Ｖｌ）は飽和状態
となる。この傾向は他の処理ガスについても同様である
。したがって均一な処理を行うにはガス濃度をある範囲
以上に制御する必要がある。しかし、従来法ではガスの
拡散等不確定な要素によシホローカソード放電内の被処
理品を均一に処理することが困難である。

本発明法において、被処理品表面が高電離密度で包囲さ
れた状態で表面処理が行われる。したがって高電離密度
の領域内に高濃度のガス物質を供給すれば、被処理品の
表面のガス物質の濃度を高めることができ、高効率で処
理を行うことが可能になる。

次に、本発明を図面に基づいて説明する。

第５図は本発明を実施するのに用いる表面処理装置の一
例を示すもので、図において、２１は密閉容器であって
、密閉容器２１は中筒体２２の上下の開口部に上蓋２３
．下蓋２４がバッキング２５．２６を介して固定されて
、密閉状態になっている。２７は被処理品であって、被
処理品２７は陰極端子２８に連結された保持部材２９に
保持されている。この陰極端子２８は下蓋２４の中央に
設けた貫通孔３０にバッキング３１を介して嵌合されて
いる。その陰極端子２８の他端は図示しない電源の陰極
に接続されている。

さらに、被処理品２９の外側近傍には補助電極３２ａ、
３２ｂが配設されておシ、その一端は陰極側に接続され
ている。３３はガス供給管であって、ガス供給管３３は
上蓋２３の中央に穿設された貫通孔３４にバッキング３
５を介して密閉状に挿入され、密閉容器２１内の中途で
グロー放電および高電圧を遮断するために絶縁体３６を
介在させて、その端部が補助電極３２に連結されている
。

さらに密閉容器２１の一端は陽極３７に接続されている
。なお、３８はガス排気口、３９は真空計、４０は光高
温計である。

仁こで、被処理品２１、補助電極３２ａｌ　３２ｂ。

ガス供給管３３の構成について詳細な例を第６図。

第７図および第８図にて示す。

第６図（２）、　（［３）は被処理品２７を挾んで平板
状の補助電極３２ａ、３２ｂを相対向して配設した電極
構造の一例を示す斜視図である。

図において、平板状の補助電極３２ａ、３２ｂは空洞状
の矩形体であって、相対向する側面部４１ａ、４１ｂＫ
は複数の噴出口４２ａ、４２ｂ・・・が開口されている
。この補助電極３２ａ、３２ｂは保持治具２９に保持さ
れた被処理品２７ａ。

２７ｂ・・・を挾んで相対向して設置されている。被処
理品２７および補助電極３２の一端は陰極に接続されて
いる。さらに、両補助電極３２の上面にはガス供給管３
３が接続されている。ガス供給管３３から供給される処
理ガス４３は第６図［Ｆ］）に示すように補助成極３２
ａ、３２ｂ内を経てガス噴出口４２ａ、４２ｂ・・・か
ら被処理品２７に向けて噴出される。さらに補助電極３
２ａ、３２ｂの外側面にはセラミックス層４４が被覆さ
れている。

第７図（至）、■は、本発明法に用いる電極構造の一例
を示す斜視図であって、被処理品２７を挾んで補助電極
３２ａ、３２ｂが相対向して配設され、両補助電極３２
ａ、３２ｂによって形成された間隔にガス供給管３３が
導入されている。このガス供給ｖ３３は先端が封じされ
ており、その被処理品２７に対面する側面には複数のガ
ス噴出口４２が穿設さｈてお夛、処理ガス４３を供給す
ることによシ、ガス噴出口４２がら被処理品２７に向っ
てガスが噴出されるようになっている。さらに、被処理
品２７は矢印方向ａに示すように回転自在に構成されて
いる。

コノヨウニ、カス供給管３３のガスｆｆＪ！［１０４２
から処理ガスを被処理品２７に噴出しながら、被処理品
２７を回転すれば、被処理品２７の円周方向における処
理層の均一化を図ることができる。

ナオ第７図（ロ）はガス供給管３３の縦断面図であって
、先端部４５が封じされ、一方側面には複数のカス噴出
口４２が開口されている。

このようなガス供給管３３において、ガス供給源から供
給された処理ガス４３はガス供給管３３の内部を紅白し
てガスｑｔｔｉ３０４２から噴出される。

第８図は、本発明法に用いる電極構造の他の一例を示す
断面斜視図であって、補助電極３２は円筒状となってお
シ、その円筒状の補助電極３２の肉厚内は中空に形成さ
れている。補助電極３２の内周面には複数のガス噴出口
４２が一様に分布して開口され、円筒部４６と補助電極
３２の中空部４７とが遅進されている。さらに補助１に
極２７の外周面に貫通孔４８が穿設され、この貫通孔４
８にはガス供給管３３が接続されている。一方、被処理
品２７は、補助電極３２の中筒部４６内に挿入ｔて保持
され、被処理品２７の外周面と補助電極３２の内ノー面
どは、一定の間隔に保たれている。

さらに、被処理品２７と補助電極３２の一端は、陰極（
→に接続されている。このように成極を構成することに
よって、表面処理に際して補助電極３２の被処理＋４７
＋２７に対面する内周面の温度は補助電極３２の外周面
に比較して同じかあるいは高くなるようになっている。

更に、補助電極３２の外周側に絶縁性あるいは保温性を
有するセラミック層４４を設けることはよシ効果的な構
造にするのに有効である。

以上の構成によシ、従来処理法では反応に寄与するガス
物質は炉内全体に拡散して被処理品表面のグロー放電に
よシ処理が行われるのに対し、以上のような構造を有す
る電極を用いて、本発明法を実施すれば被処理品を高電
離密度の放電域に直接ガス物質を供給させ、直ちに反応
が行われて未反応の残余ガス物質は排出されてガス物質
の置換がすみやかに行われる。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例について説明する。

〈実施例１〉 この実施例は第５図に示した処理装置を用いて本発明法
によシ被処理品にグロー放電を発生さ°せて、イオン浸
炭処理を施すと共に、比較のため第１図に示した処理装
置を用いて従来法（よシイオン浸炭処理を施した。装置
は炉内寸法が直径９００冒、高さ１２００ｍであシ、本
発明法の処理では第５図の補助電極及びガス、供給方法
にて処理を行った。

被処理品は、ＪＩＳ規格Ｓ（Ｍ４１５のクロムモリブデ
ン鋼のビニオン（直径２８１１１１１％長さ５０叫、モ
ジュール２）を４５個使用した。

処理は浸炭処理を施した後、水素ガスによる拡散処理を
施し、次いで急冷処理を施した、処理条件は第１表に示
す通シである。

第１表 茨に示すように、処理は減圧容器２１内を１Ｏ−２Ｔｏ
ｒｒ以下に減圧し、その状態で水素ガスを導入して４０
０〜９００■の直流電圧を印加して被処理品２７と補助
電極３２ａ、３２ｂとの間に高電離密度放電を生じさせ
、９８０Ｃで５ｍ保持後、窒素ガス、アルゴンガス及び
メタンガスで２．５ＴＯｒｒにし、その際のメタンガス
流量を０，５〜２．５ｔ／橢に変化させて導入して９８
０Ｃにおいて８＃ＩＩＩ＋の浸炭処理後水素ガスで９８
０ＣＸ６０ｍの拡散処理を行った。

このように処理を施した被処理品を急冷した後、硬度試
験に供した。

硬度試験は処理層における有効硬化深さくｌ（。

５５０以上）を測定して、炭素あ拡散状況を観察した。

第９図はメタンガス流量と有効硬化深さの関係を示した
線図であって、曲線ａ、ａ’は本発明による処理後の歯
先（ａ）及び歯底部（ａ）′の硬さ分布を示し、曲線す
、ｂ’は従来法で処理した後の歯先（ｂ）及び歯底部（
ｂ）′の硬さ分布を示す。図で明らかなように、本発明
法によれば、メタンガス流量カｘ、ｏｔ７＝以上では歯
先及び歯底部における有効硬化深さは０．８　ｍ及び０
．５５ｍ程度でその差は０．１５ｍ程度の範囲で一定に
なる。一方、従来法では２．ｏｔ７＝まではメタンガス
流量の増加とともに有効硬化深さも増加する傾向を示す
。しかし歯先及び歯底部の有効硬化深さの差及び被処理
品間での有効硬化深さのばらつきが極めて大きい。

つまシ、本発明法では歯先及び歯底部ともほぼ均一な浸
炭層が得られるのに対し、従来法では歯先部が選択的に
浸炭され、歯底部は浸炭されにくく安定して均一な処理
は困難であることがわかった。

以上のような有効硬化深さに及ばす因子としては、処理
温度と被処理品表面における炭素菌度の影響が考えられ
る。従来法では導入した硬化反応用ガスであるメタンガ
スが炉体全体に均一な分布するを補助電極と被処理品間
でのメタンガスの供給量が消耗量よシも少なくなるので
内部の実質上のメタンガス分圧が低くなるので有効硬化
深さに大きなばらつきが生じている。この場合、ガス密
度が低くなれば浸炭現象が阻害され、有効硬化深さは小
さくなる。

本発明法によれば放電領域に高密度の処理ガスが供給さ
れるため、被処理品表面におけるガス分布及びガス密度
が改良されるので、被処理品全体が高電離密度のグロー
放電によって均一に加熱され拡散速度が均一になってば
らつきの少ない処理ができた。

〈実施例２〉 第１０図に示すようなイオン表面処理装置を用いて、本
発明法によｊ２Ｔｉｃのコーチイングラ行った。被処理
品は炭素鋼の８４０Ｃ鋼シヤフト（直径１５■、長さ２
００ｍ＋の丸棒鋼で、その一端から３０ｍの位置に半径
３■のＵ字形溝を刻設したもの）を使用した。

補助電極３２は第７図に示した構造のものを用い、幅１
５０ｍ、長さ３００ｍ、厚さ１０ｍｍの純チタン板製と
した。補助電極３２ａ、３２ｂの間隔を５８１１１Ｉと
し、その間にＵ字形溝部を有する３本の被処理品２７の
端部を４０ｖｕａ間隙で設置した。

ガス供給管３３は補助電極３２ａ、３２ｂとの間に２本
設置させ、ガス供給管３３の先端部から１２０ｍ長さの
範囲に、直径が２Ｗ中のガス噴出口４２が多数開口され
ている。なお、第１０図における４９はガスボンベ、５
０は金属蒸発源、５１はトラッパ−である。

処理は、真空ボーンベ５２によシＩＱ−”ｌ’ｏｒｒに
減圧し、その後、水素ガスを導入して直流電源５３から
９００ｖを印加して、グロー放電を発生させ、９ｏｏｃ
ｘｓ＝加熱保持した後、メタンガス及びアルゴンガスを
導入してＢｉｍ間の浸炭処理を施し、次いで、このガス
中にＴｉＣを混合して９ｏｏＨｘ６ｏｍのコーティング
処理を行った。

なお、従来法は第１０図において密閉容器内のガス供給
管３３を取除いて同一条件によ、９、ＴｉＣをコーティ
ングした。

次に、ＴｉＣをコーティングしたシャフトの平滑部およ
びＵ字形溝部について被膜厚さを観察した。第１１図は
被膜層の観察結果を示す線図である。図から明らかなよ
うに、本発明法ではシャフトの平滑部およびＵ字形溝部
において８〜１０μｍのＴｉＣ被膜層が形成されていた
のに対し、従来法ではＵ字形溝部に被膜が形成されない
か、あるいは形成された被膜が剥離し易く極めて薄いこ
とがわかった。一方、従来法ドよるシャフトの平滑部で
は均一な被膜が形成されず、その被膜の厚さも５μｍ程
度であった。

以上のように、放電領域に処理ガスを供給する本発明法
は被処理品に均一な被膜を迅速に形成するのに極めて有
効であることがわかった。

一方、従来法では処理に際し水冷された炉体の内部に導
入された処理ガス（ＴｉＣ）が低次の塩化物等を生成し
炉体の内壁に多量に付着するのに対し、本発明ではその
付着量も減少しておシ、処理に際し導入されたガス物質
が効率的に用いられていることが判明した。

〈実施例３〉 次に、本発明法を、第８図に示した補助電極を装備した
第１Ｏ図のイオン表面処理装置を用いて実施した。被処
理品２７はＪＩ８の８ＫＤ６１に相当する熱間ダイス鋼
から直径２８＋ｎ＋ψ、長さ　１゜５０ｍを切シ出した
。また補助電極は第８図に示したように、円筒の内周面
に直径２ｔｘｍφのガス噴出口４２が多数穿設されてい
る。

処理は１０２０Ｃにおいて水素ガスで均熱加熱した後、
メタンガス及びアルゴンガスを導入して５ｗ間の浸炭処
理を行い、次いでＣｒＣ１ｘを導入して２０分間の処理
を行った。なお処理において、補助電極３２の外周にセ
ラミック層４４を設けた場合についても実験を行った。

その結果、補助電極３２の内周面の温度は被処理品２７
と同等かあるいは低い場合において、最大値１０〜１３
μｍのＣｒ炭化物が均一に形成された。一方、補助電極
２７の円周面の温度が被処理品よシ高くなると、その膜
厚は減少する傾向を示す。これは温度の高い部分に反応
ガス物質が消費されてガス濃度が低くなるためである。

補助電極３２の温度は被処理品と等しいかそれよシも低
くすることが効果的である。補助電極３２の外周面にセ
ラミック層４４を設けた場合には、電気出力を約１０％
程度低減できることがわかった。

〔発明の効果〕

以−ヒの説明から明らかなように、本発明によれば被処
理品の表面に単一または複数の表面層たとえば表面硬化
層などを全体あるいは部分的に形成することができると
共に、均一でかつ効率よく表面処理を施すことができる
という顕著な効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のイオン窒化処理法に用いられる装置の一
例を示す説明図、第２図は従来のＣＶＤ装置の一例を示
す説明図、第３図は従来の導電性部材の処理装置の一例
を示す説明図、第４図はグロー中での炭素系のガス分圧
とある一定温度で一定時間処理した場合の表面付近に拡
散した濃度を模型的に示した線図、第５図は本発明法を
実施するのに用いる表面処理装置の一例を示す説明図、
第６図（４）１面、第７図囚、■および第８図は本発明
法に用いる電極構造の一例を示す説明斜視図、第９図は
本発明法および従来法による処理品のメタンガス流量と
有効硬化深さとの関係を示す線図、第１０図は本発明法
実施に用いた装置の全体図、第１１図は本発明法および
従来法による処理品の被膜層の観察結果を示す線図であ
る。 ２１・・・密閉容器、２７・・・被処理部材、３２・・
・補助電極、３３・・・ガス供給管、３８・・・ガス排
気口、４２・・・ガス噴出口。 代理人　弁理士　鵜沼辰之 葵１　囚 茅２　目 第４　目 こＨ４分圧　（万ｒｒう 沼　５圀 第１．）図 （Ｆ３） 第８目 第ｑ　固 Ｃ１ｈ五量（１−／倶す 茅ＩＯ囚 Ｉ３３ 茅ｌｌ　口 明　威 法

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、減圧雰囲気中で被処理部材を陰極とし、被処理部材
   の表面近傍に陰極に接続された補助電極を配設し、ガス
   物質を介してグロー放電によシ表面処理する方法におい
   て、前記被処理部材と補助電極との間に、ガス物質を供
   給して高電離密度で被処理部材の表面に一定の物理的ま
   たは化学的に変化せしめて処理層を形成することを特徴
   とする部材の表面処理方法。 ２、ガス物質は被処理部材と対面する補助電極に設けた
   ガス供給口から供給することを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の部材の表面処理方法。 ３、ガス物質は被処理部材と補助電極との間に供給され
   る特許請求の範囲第１項記載の部材の表面処理方法。 ４、補助電極の被処理部材に対面する表面温度は対面し
   ない補助電極の表面温度よシ高いことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の部材の表面処理方法。 ５、補助電極のガス供給口の温度は、被処理部材の表面
   温度よシ低いことを特徴とする特許請求の範囲第３項記
   載の部材の表面処理方法。 ６６補助電極は被処理部材に対面しない表面にセラミッ
   クスを被覆したことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の部材の表面処理方法。 ７、減圧雰囲気は０．０１〜１０　Ｔｏｒｔ　（Ｄ真空
   度で、かつガス物質が窒素ガス、水素ガス、炭化水素系
   ガス、アンモニアガス、硫化物ガス、アルゴンガス、硼
   火物質ガス、酸素ガス、金属あるいは半金病の蒸気、ハ
   ロゲンガスのうちから選ばれた１種又は２種以上である
   ことを特徴とする特許請求の範ＷＩｉ第１項の部材の表
   面処理方法。 ８、減圧雰囲気は圧力を変動させると共に、補助電極お
   よび被処理部のグロー放電の相互作用にょシ高電離密度
   で表面処理する特許請求の範囲第１項ないし第７項のい
   ずれかに記載の部材の表面処理方法。