KR102365491B1

KR102365491B1 - Dlc로 캠샤프트의 캠의 노즈를 코팅하기 위한 방법, 이 방법으로 얻어진 캠샤프트 및 이 방법을 구현하기 위한 설비

Info

Publication number: KR102365491B1
Application number: KR1020177001419A
Authority: KR
Inventors: 상드린 앙리; 크리스토프 에오
Original assignee: 이드러메까니끄 에 프러뜨망
Priority date: 2014-06-18
Filing date: 2015-06-10
Publication date: 2022-02-18
Also published as: US20170298783A9; CN111534792A; CN106795617A; EP3158105A1; WO2015193584A1; BR112016029456A2; BR112016029456B1; CN106795617B; US10683777B2; US20170138224A1; FR3022561A1; FR3022560B1; KR20170020471A; FR3022561B1; FR3022560A1; JP6974944B2; EP3158105B1; JP2017523305A

Abstract

비정질 다이아몬드상 탄소 또는 DLC로부터 제조된 경질 코팅을 구비하는 영역에서 대향 부분에 관한 그 마찰 계수를 감소시키도록 내연기관 차량용 캠샤프트의 캠을 처리하기 위해, 방법은 캠을 지지부 상에 배치하는 단계, 상기 캠을 세척하기 위해 진공 하에 배치된 챔버 내로 지지부와 캠을 유도하는 단계, 상기 지지부를 코팅 소스에 관하여 이동 궤도를 따라 상대 이동하게 유도하는 단계, 및 캠 샤프트 상에 조립 전에 지지부로부터 상기 캠을 제거하는 단계를 포함하고, 방법은 궤도와 함께, 소스를 향해 배향된 캠의 섹션의 분율 상에 선택적으로, 비정질 다이아몬드상 탄소 또는 DLC로부터 제조된 경질 코팅을 증착하기 위해, 상기 캠이 상기 소스에 관하여 실질적으로 동일한 배향으로 그리고 거리에서 소스에 연속적으로 대향하게 유도되는 이러한 방식으로 규정되는 고정된 구성으로 지지부 상에 캠을 배치하는 단계를 포함한다.

Description

DLC로 캠샤프트의 캠의 노즈를 코팅하기 위한 방법, 이 방법으로 얻어진 캠샤프트 및 이 방법을 구현하기 위한 설비 {METHOD FOR COATING THE NOSE OF THE CAMS OF A CAMSHAFT WITH DLC, CAMSHAFT OBTAINED IN THIS WAY AND FACILITY FOR IMPLEMENTING SAID METHOD}

본 발명은 캠샤프트의 캠의 코팅을 위한 방법, 이 방법으로 얻어진 캠, 이 방법으로 얻어진 캠샤프트 및 방법을 구현하기 위한 설비에 관한 것이다. 따라서, 본 발명은 대향 부분, 통상적으로 핑거 종동자(finger follower), 태핏(tappet) 또는 로커 아암(rocker arm)과의 접촉에 의해 유도된 기계적 응력을 감소시키는 목표를 갖는, 캠과 같은 기계적 구성요소 상의 경질 코팅의 도포에 관한 것이다. 본 발명은 더 구체적으로는 캠샤프트를 이용하는 자동차, 모터사이클 또는 대형 화물차용 내연기관의 분야에 관한 것이다.

캠/핑거 종동자 및 캠/태핏 접촉부의 경우, 특히 DLC 유형의 코팅에 의한 핑거 종동자의(또는 태핏의) 처리가 통상의 기술자에게 공지되어 있다. 두문자어인 DLC는 비정질 탄소("diamond-like carbon": "다이아몬드상 탄소")에 기초하는 경질 코팅을 나타낸다는 것이 주목된다. 이 유형의 코팅의 도포의 장점은, 이것이 캠과 핑거 종동자 또는 태핏 사이의 마찰 계수를 감소시키고, 따라서 차량의 연료 소비 및 이산화탄소(CO₂) 배출을 감소시킨다는 것이다. 이러한 코팅의 도포는 이들 구성요소 사이의 계속 증가하는 접촉 압력 때문에 필수적이 되고 있다(이 접촉 압력의 증가는 이들의 질량 및 관성을 통해 손실된 에너지를 감소시키기 위해 구성요소의 크기를 축소시키는 증가하는 경향으로부터 발생함).

그러나, DLC 코팅의 우수한 마찰 특성에 불구하고, DLC 코팅과 조합하여, 첨가제를 갖는(즉, 첨가제를 함유하는) 특정 오일의 사용은 때때로 내마모성 및 마찰의 감소의 견지에서 불만족스러운 결과를 유도하는 것으로 판명되었다. 이는 특히 MoDTCs(molybdenum dithiocarbamates: 몰리브덴 디티오카바메이트)와 같은 몰리브덴과 황에 기초하는 마찰 감소 첨가제를 함유하는 오일을 이용할 때 해당하고, 이들 MoDTC의 장점은 마찰 화학 반응(tribo-chemical reaction)이, 존재하는 금속 표면 상에, 통상적으로 캠/핑거 종동자 또는 캠/태핏 시스템의 캠의 표면 상에 마찰피막(tribofilm)이라 또한 칭하는 보호 필름의 형성을 유도한다는 것이다. 이제, 바람직하지 않은 화학 반응이 이 마찰피막(캠 상에 형성됨)의 복합 요소와 핑거 종동자(또는 태핏) 상에 도포된 DLC 코팅 사이에 발생하는데, 이는 또한 마찰부식(tribocorrosion)이라 칭하는 코팅의 가속된 열화를 유도하는 것이 판명되었다.

마찰피막은 단지 노출된, 즉 미코팅된 금속면 상에 또는 고도의 금속 특성을 갖는 코팅(즉, 큰 정도로 금속 원소로부터 형성됨) 상에만 형성되기 때문에, 해결책은 이 마찰피막이 형성되는 것을 허용하지 않는 코팅으로, 예를 들어 DLC로 2개의 대향 부분, 즉 캠 및 핑거 종동자(또는 태핏)를 코팅하는 것으로 이루어진다. 접촉 구역 내의 마찰피막의 부재시에, 화학 반응이 첨가제와 DLC 코팅 사이에 발생하지 않을 수 있다. 이 DLC 코팅은 이어서 MoDTC의 존재에 기인하는 열화 없이 마찰을 감소시키는 그 기능을 충족할 수 있다.

이러한 캠샤프트 코팅은 수년전부터 이미 고려되어 왔다. 그러나, 지금까지, 캠샤프트를 코팅하는 것과 연계된 비용은 자동차 경주[특히, 포뮬러원(Formula 1)]의 분야에만 캠샤프트 상의 DLC 코팅의 도포를 한정하는 효과를 가졌고, 비용은 일반적으로 자동차 제조의 분야에서 엄두도 못 낼만큼 비싼 것으로서 간주된다.

캠샤프트를 코팅하는 높은 비용은 특히, 이러한 캠샤프트가 매우 부피가 커서, 다수의 캠샤프트를 동시에 처리하는 것이 가능하지 않게 되고, 더욱이 캠샤프트의 형상의 복잡성이 그 처리를 복잡하게 한다는 사실로부터 발생한다.

그러나, 핑거 종동자 또는 태핏과 상호작용시에 실제로 유용한 캠샤프트 구역은 총 표면적의 작은 분율(25% 미만)에 상당하며, 따라서 캠샤프트의 전체 표면을 코팅하는데 과잉인 것처럼 보인다는 것이 명백해진다. 이러한 것이 캠샤프트가 샤프트와 복수의 캠의 조립체로부터 비롯된다는 것이 이미 공지되어 있다는 사실과 함께 고려될 때, 이 코팅의 임의의 열화를 유발하는 것을 회피하기 위한 이러한 방식으로 이들 캠을 캠샤프트 내로 합체하는 것이 가능하면, 단지 캠샤프트의 캠 상에 보호 코팅을 제공하는 것이 고려될 수도 있다.

그러나, 단지 캠샤프트의 캠만을 처리하는 사실에 의해 가능해지는 비용 감소는 캠샤프트의 처리의 일반적인 용례를 허용하는 범위 내로 비용을 감소시키는데 충분한 것으로 보이지 않는다.

대안은 이들 신규 생성 오일 내에 함유된 MoDTC 유형의 첨가제에 화학적 내성을 갖는 DLC 유형의 코팅을 개발하는 것으로 이루어지는 것으로 보이는데, 이와 관련하여 문헌 WO 2012/116818 A1호를 참조할 수도 있다. 그러나, 이 대안은 이어서 비용의 추가적 원천을 발생시켜, 캠샤프트의 단지 일부만을 코팅하는 것으로부터 발생하는 경제적 장점을 감소시킨다.

본 발명은 MoDTC와 같은 첨가제를 포함하는 오일의 존재에서도, DLC와 같은 이러한 보호 코팅으로 또한 처리되어 있는 부분에 대해 양호한 마찰 성능이 유지되는 것을 허용하면서, 광범위하게 이해되고 있는 자동차 추진의 분야(자동차 뿐만 아니라, 또한 모터사이클 및 대형 화물차를 포함함)에서 이러한 처리의 대규모의 일반적인 적용을 허용하기 위해 충분히 낮은 비용으로, DLC 코팅과 같은 보호 코팅에 의해 캠샤프트를 처리하는 것을 목적으로 한다.

이 목적을 위해, 본 발명은 다이아몬드상 탄소 또는 DLC 유형의 비정질 탄소에 기초하는 경질 코팅을 구비하는 구역에서 대향 부분에 관한 그 마찰 계수를 감소시키기 위해 내연기관을 갖는 차량용 캠샤프트의 캠을 처리하기 위한 방법이며, 이 회전식 컨베이어(carousel)에 의해 지지된 모든 캠이 이들의 노즈가 회전식 컨베이어의 외부를 향해 배향된 상태로 회전식 컨베이어의 회전축으로부터 하나의 그리고 동일한 거리에 있는, 캠과 회전식 컨베이어 사이의 고정 구성에 따라서 이 회전식 컨베이어의 반경을 따라 이들의 길이를 정렬하도록 캠이 회전식 컨베이어 상에 배열되고, 이 회전식 컨베이어 및 캠은 이들 캠의 청결을 보장하기 위해 진공 하에 놓이는 봉입체 내에 배치되고, 이 회전식 컨베이어는 회전식 컨베이어의 외부를 향해 배향된 캠의 섹션의 분율 상에 선택적으로, 다이아몬드상 탄소 또는 DLC 유형의 비정질 탄소에 기초하는 경질-코팅을 증착하기 위해 코팅 소스에 관하여 그 축 둘레로 회전되고, 캠은 캠샤프트 상의 이들의 조립 전에 회전식 컨베이어로부터 제거되는 방법을 제안한다.

통상적으로, 진공 하의 증착은 특히 물리적 증착(PVD: physical vapour deposition) 또는 화학적 증착(PACVD: plasma-assisted chemical vapour deposition)이다.

무한대로 축 둘레의 회전은 병진이 되기 때문에, 본 발명은 이들의 길이가 코팅 소스에 관하여 상대 이동 경로에 수직으로, 서로 평행하게 배향되는 이러한 방식으로 캠이 배열되는 경우에 일반화되는 것이 이해될 수 있을 것이다.

더욱이, 본 발명은, 캠에 수평으로 대향하는(그리고 그 반대로) 대신에, 코팅 소스가 예를 들어 수평축 둘레의 회전, 또는 코팅 소스 아래 또는 위의 캠의 병진에 의해, 캠의 위(또는 아래)에 있는 경우, 또는 심지어 캠이 임의의 방향으로 경사진 소스에 대향하는 경우에 일반화되고, 이제 이러한 구성은 관련 기술 분야의 구성에서 거의 현실적이지 않다.

따라서, 매우 일반적으로, 본 발명은 다이아몬드상 탄소 또는 DLC 유형의 비정질 탄소에 기초하는 경질 코팅을 구비하는 구역에서 대향 부분에 관한 그 마찰을 감소시키기 위해 내연기관을 갖는 차량용 캠샤프트의 캠을 처리하기 위한 방법이며, 이들 캠은 섹션을 갖고, 섹션은 원형 구역, 및 노즐을 형성하는 가늘고 긴 부분을 갖고, 캠은 그 노즈로부터 원형 구역까지 측정된 최대 치수에 의해 규정된 길이를 갖고, 이 길이를 따라 캠이 지지부 상에 배열되고, 이 지지부는 캠의 청결을 보장하기 위해 진공 하에 놓이는 챔버 내로 유도되고, 이 지지부는 다이아몬드상 탄소 또는 DLC 유형의 비정질 탄소에 기초하는 경질 코팅 재료의 소스에 대해 이동 경로를 따라 상대 운동하게 되고, 이들 캠은 이들이 캠샤프트 상에 조립되기 전에 지지부로부터 제거되는, 차량용 캠샤프트의 캠을 처리하기 위한 방법에 있어서, 캠은 고정된 구성에 따라 지지부 상에 배열되고, 이 고정된 구성 및 이 이동 경로는, 상기 소스를 향해 배향된 캠의 섹션의 분율 상에 선택적으로 코팅을 증착하기 위해, 상기 소스에 관하여 실질적으로 동일한 배향으로 실질적으로 동일한 거리에서 캠이 코팅 소스에 연속적으로 대향하여 유도되는 이러한 방식으로 규정되는 것을 특징으로 하는 방법을 제안한다.

이동 경로는 상대 운동 중에 소스의 전방에서의 그 이동 중 지지부 내에 임의로 선택된 점을 통해 작도된 라인으로서 정의될 수 있고, 따라서 선택된 점에 따라 복수의 이동 궤도를 규정하는 것이 가능하지만 이들 다양한 궤도는 평행하여 임의로 선택된 점을 지정할 필요가 없이 이러한 이동 경로에 관하여 캠의 배향을 규정하는 것이 가능하게 된다는 것이 이해될 수 있을 것이다.

이하, 지지부는 일반적으로 수평인 편평한 플레이트로부터, 또는 수직일 수도 있는 하나 이상의 평행한 플레이트의 조립체로부터 형성될 때 트레이라 지칭된다. 이러한 트레이 또는 이러한 조립체가 회전되는 경우에, 용어 회전식 컨베이어의 사용에 의해 나타낼 수 있다.

당해의 코팅은 박막이라 칭하는 것에 대응하는 미크론의 정도(수 미크론 이하)의 두께를 갖는다는 것이 본 명세서에서 함축적이다. 따라서, 이러한 코팅을 증착하기 위한 방법은 박막을 형성하기 위한 방법이 되게 된다.

캠의 섹션은 이 캠의 평행한 면에 의해 경계 한정되는 실제로는 좁은 구역을 나타낸다는 것이 주목된다. 본 발명은 이들 평행한 면 상에 코팅 재료를 증착하는 것을 회피하도록 취해져야 할 예방조치를 필요로 하지 않는다. 노즈는 이러한 캠이 일반적으로 갖는 개구로부터 실제로 가장 먼, 캠의 섹션의 가장 테이퍼진 부분을 표현하는데, 이는 캠의 길이가 그 섹션에 의해 포함된 원형 구역과 이 노즈 사이에 측정되는 이유를 설명한다.

본 발명은, 최종 분석시에, 캠의 섹션의 단지 일부만이 DLC와 같은 보호 코팅을 구비하도록 요구되고, 이는 소정의 체적에서 소정의 처리 조건에 대해 동시에 처리될 수 있는 캠의 수의 증가와 조합하여, 이러한 코팅을 형성하기 위한 조건의 상당한 간단화를 허용한다는 사실의 장점을 취한다.

실제로, 본 발명은 MoDTC를 함유하는 오일과 같은 오일의 존재시에도, 대향 부분의 코팅의 열화를 회피하기 위해, 캠의 노즈만을, 또는 심지어 이들 노즈의 부분만을 코팅하기만 하면 실제로 충분하다는 사실의 장점을 취한다. 더 구체적으로, 캠의 회전축에 관하여 최소 거리에 있는 캠의 부분(통상적으로 힐이라 칭함)을 코팅하는 것은 불필요한 것으로 판명되었고, 가동시에 이 부분이 때때로 MoDTC를 함유하는 오일의 존재시에 대향 부분과 접촉하게 되더라도, 이 접촉은 DLC의 열화의 반응을 촉진하기 위해 미코팅된 구역의 표면 상에 마찰피막의 존재에 대해 충분한 압력으로 실제로 발생하지 않는다.

이제, 이 구역은 캠의 회전축으로부터 최소 거리에서 이 축 둘레에 180°의 정도의 각도에 걸쳐 실제로 연장하는 것이 나타나는데, 이는 최소 거리에서 이 구역의 외부의 캠을 코팅하기 위해, 보호 코팅을 형성하기 위해 통상적으로 사용된 회전식 컨베이어 상에 이 캠의 회전을 제공할 필요가 없다는 것을 의미한다. 그러나, 본 발명은 마찰의 구역을 넘어 코팅 재료를 증착하는 것을 회피하기 위해 특정 수단이 취해지는 것을 요구하지 않고, 심지어 대향 부분과의 이 마찰 구역을 넘어 재료가 증착될 수 있는 것이 고려 가능하다는 것이 이해될 수 있을 것이다.

실제로, 일반적으로, 코팅 재료의 소스로부터 구성요소 상에 코팅을 형성하기 위해, 이 구성요소는 진공 증착 기계 내에 상기 소스에 대향하는 그 주연부를 제시하도록 설계된 회전 트레이 상에 자체로 장착되어 있는 회전식 컨베이어 상에 배열되고, 이 회전 트레이 상에는, 다수의 회전식 컨베이어가 장착되고, 트레이의 축에 평행한 이들의 각각의 축 둘레의 회전이 제어되어, 유성 특성을 이들의 회전에 제공하고, 각각의 회전식 컨베이어 상에 장착된 각각의 구성요소는 소스에 그 주연부의 각각의 구역을 제시하기 위해 이 회전식 컨베이어를 회전하는 것이 가능하다. 이는 3개의 회전 이동의 조합이 존재한다는 것을 의미한다(이들의 회전식 컨베이어에 관한 구성요소의 회전, 트레이에 관한 이 회전식 컨베이어의 회전 및 기계 내의 트레이의 회전). 이들 회전은 적절하게는 수직축 둘레에서 발생한다.

본 발명에 따르면, 캠의 섹션의 전체를 소스에 노출하는 것이 요구되지 않기 때문에, 이들의 축 둘레에 구성요소의 회전을 더 이상 제공할 필요가 없고(통상의 기술자가 수행할 것인 바와 같이), 이는 제어될 회전(또는 이동)의 수를 감소시키는 것을 가능하게 한다. 이는 제1 간단화이고, 이는 비용 감소를 생성한다.

더욱이, 이들의 지지부에 관한 구성요소의 회전을 제공할 필요가 더 이상 없기 때문에, 3중 회전의 경우에서보다 훨씬 더 치밀하게, 소정의 지지부 상에 처리될 구성요소를 배열하는 것이 가능해지고, 처리 페이즈 중에, 증가된 수의 구성요소를 처리하는 것이 가능한 것이 이로부터 이어지는데, 이는 비용 감소를 위한 다른 이유를 구성한다.

마지막으로, 구성요소의 섹션의 단지 일부만이 코팅되기 때문에, 코팅 재료의 양의 감소가 존재하는데, 이는 비용 감소에 대한 다른 이유를 구성한다.

그러나, 실제로, 캠의 섹션의 표면의 단지 일부 상의 코팅이 캠샤프트 상의 캠의 조립 중에 열화를 경험하지 않고(전술된 바와 같이, 이는 간단한 박막의 문제임), 가동시에 만족스러운 접착을 가질 것이라는 사실에 대해 의심이 있을 수 있다. 그러나, 이는 임의의 중요한 결과(물론 코팅이 일반적인 관리로 증착되면)를 갖지 않는다는 것이 판명되었다.

본 발명에 따른 캠의 처리는, 수직축 둘레의 회전 이동이 선택될 때, 회전식 컨베이어의 구성이 그로부터 제3 회전을 제거함으로써 간단화되는 것을 제외하고는, 코팅 설비 내에 상당한 변화를 수반하지 않는다는 것이 강조되어야 한다.

반대로, 본 발명은 주 이동이 병진이고 더 이상 회전 이동(식별 가능한 축 둘레의)일 필요가 없는 것을 허용하고, 이 경우에 이동 경로가 직선형이기 때문에, 캠은 이 이동 경로로부터 하나의 그리고 동일한 거리에 있으면서, 이들의 길이를 서로 평행하게 정렬하기 위해 이 지지부 상에 배열된다. 심지어 더 일반적으로, 경로는 직선형 부분과 원형 부분의 조합일 수도 있다.

더욱이, 본 발명에 따르면, 소스는 캠에 관하여 더 이상 반드시 수평일 필요는 없고, 따라서 캠은 소스 위 또는 아래로, 또는 심지어 소스의 전방에서 다른 방향으로 수평으로 이동할 수도 있다.

DE 10 2009 053 046호와 같은 문헌에 관하여, 본 발명은 이 문헌이 단지 캠의 일부 상에만 DLC 코팅을 형성하는 사실을 언급하고 있지만, 그 문헌의 어디에서도, 캠의 노즈, 또는 심지어 단지 그 분율만을 선택적으로 코팅하는 것이 설명되거나 제안되어 있지 않다는 것이 주목된다. 이 문헌에서, 이 코팅된 부분은 슬라이딩 구역, 즉 캠의 전체 섹션에 한정될 수도 있고, 실제로 코팅은 맨드릴 상에 구성요소를 배열함으로써 얻어지고, 이어서 노 내에 투입되고, 구성요소는 코팅이 단지 슬라이딩 표면 또는 이들 캠의 외부면 상에 형성되도록 인접하게 배열되는 것이 설명되어 있고(캠의 중앙 개구는 자체로 코팅되지 않아야 하는 것이 추천됨), 이 문헌은 최대한 캠의 노즈 상에 또는 심지어 그 단지 분율 상에 코팅을 형성하는 것을 설명하지도 또한 제안하지도 않고, 이 경우에, 어떻게 이러한 결과를 얻는지를 설명하지도 또한 제안하지도 않는다는 것이 이해된다.

유사하게, EP 2 682 230호와 같은 문헌에 관하여, 본 발명은, 이 문헌이 캠이 이들의 표면의 일부 구역 상의 비정질 탄소의 코팅만을 가질 수도 있다는 사실을 언급하지만, 이 문헌이 이러한 코팅을 노즈, 또는 심지어 단지 이 노즈의 분율에 한정하는 것을 설명하지도 또한 제안하지도 않는다는 사실에 의해 구별된다. 실제로, 이 문헌은 윤활유를 포획하는 것을 가능하게 하기 위해, 캠의 표면 상의 마이크로구조의 형성에 관한 것이고, 이와 같이 개질된 코팅이 자체로 또한 캠의 구역에 제한될 수 있는 것을 언급하는 가장 약간의 특정 정보 없이 단지 일반화에 의해 이루어진다. 이 문헌은 캠의 단일 구역(또는 노즈의 전체 또는 일부)을 코팅하는 것을 제안하지도 또한 설명하지도 않고 이러한 결과를 얻기 위해 임의의 정확한 정보를 포함하지 않는다.

바람직하게는, 캠이 중앙 개구를 가질 때, 이들 캠은 회전 이동의 경우에, 개구를 통해 통과함으로써 회전식 컨베이어 상에 배열되고, 로드가 회전식 컨베이어의 축에 평행하게 위치되고 이 축으로부터 하나의 그리고 동일한 거리에 배열되고, 이들 로드는 이 축 둘레로 규칙적인 각도 분포를 가져서 로드 상에 결합된 캠이 가장 가까운 로드 상에 결합된 캠과 적어도 근사적으로 접촉하게 되고, 더 일반적으로, 로드는 이들이 그에 대향하여 유도될 때 코팅 소스의 배출 방향에 수직으로 배향되도록 이동 경로로부터 하나의 그리고 동일한 거리에서 서로 평행하게 배열되면서, 로드 상에 결합된 캠이 가장 가까운 로드 상에 결합된 캠과 적어도 근사적으로 접촉하고 있도록 축을 따라 규칙적으로 분배된다. 실제로, 캠은 이들 캠 사이의 공간이 이들의 직경의 20%, 또는 심지어 10%를 초과하지 않을 때 인접한 로드 상에 결합된 캠과 적어도 근사적으로 접촉하고 있는 것이 고려될 수도 있다. 이는 트레이 또는 회전식 컨베이어와 같은 지지부 상의 캠의 정밀한, 치밀한 위치설정을 허용한다는 것이 이해될 수 있을 것이다.

바람직하게는, 마스크가 회전식 컨베이어 상에 배열되고, 이들의 섹션이 인접한 캠에 대향하는 캠의 구역을, 증착 소스 또는 소스들에 관하여 마스킹하기 위해, 이들 로드와 원주방향으로 교번하는 회전식 컨베이어의 축에 관하여, 로드가 이 축에 관하여 위치되어 있는 것보다 더욱 크거나 같은, 하나의 그리고 동일한 거리에 모두가 배열되고, 더 일반적으로, 마스크는 소스에 관한 이들의 상대 이동 중에 로드의 세트에 의해 규정된 표면에 관하여 하나의 그리고 동일한 거리에 배열되면서, 로드 및 이들이 위치설정하도록 가동하는 캠이 소스에 대향하여 도달할 때 소스의 방향에서 이들 로드의 전방에 있도록 이들 로드를 교번하여, 이들 섹션이 인접한 캠에 대향하는 캠의 구역을 소스에 관하여 마스킹한다. 이러한 마스크의 존재는 코팅된 구역이 정확하게 경계 한정되게 한다는 것이 주목될 수도 있다. 마스크는 이들 로드 상에 장착된 캠이 인접한 캠과 원주방향으로 접촉하여 있지 않으면(달리 말하면, 캠이 단지 이 경우에 근사적으로 접촉함) 단지 이들의 이동 중에 로드에 의해 규정된 표면 내에 위치될 수 있다는 것이 이해될 수 있을 것이다.

바람직하게는, 마스크는 이들의 이동 중에 로드에 의해 규정된 표면에 원주방향으로 또는 평행하게, 로드 상에 결합된 캠의 표면으로부터 인접한 로드 상에 결합된 캠의 표면으로 연장하는 치수를 갖고, 간극을 제공하거나 취하고, 이 상세는 각각의 캠의 코팅된 구역이 경계 한정되는 정밀도를 최적화하는 것을 돕는다.

바람직하게는, 회전하는 회전식 컨베이어에 의해 형성된 지지부의 경우에, 마스크의 회전축까지의 거리는 이 회전축에 관하여 로드의 축의 거리의 100% 내지 150%의 값을 갖는데, 이는 캠이 대향 부분 상에 적당하게 지지되는 구역을 포함하기에 충분히 크지만, 이들이 용이하게 얻어질 수 있도록 충분히 작은 노즈의 표면의 분율을 경계 한정한다. 유리하게는, 마스크의 축까지의 이 거리는 로드의 축까지의 이 거리의 110% 내지 130%의 값을 갖는다.

바람직하게는, 탄소계 코팅은 20 내지 50 at%의 수소, 바람직하게는 20 내지 30 at%의 수소를 함유하는 조성물로 증착되고, 실제로 DLC 코팅이 수소를 함유하면 유리한데, 이는 형성된 코팅이 낮은 거칠기를 갖는 장점을 제공하고, 실제로 수소가 없는 탄소의 증착물은 실제로 아크 기술에 의해 얻어지고 따라서 증착의 종료시에 상당한 거칠기를 나타낼 수도 있고, 특정 경우에 후코팅 연마의 작업을 이들 증착물에 실시하는 것이 필요한데, 이는 경제적으로 유리하지 않을 수 있다. 실제로, 비-수소화된 비정질 탄소의 층은 연마 마모 하에서 양호한 내구성을 나타내지만, 연마 마모 하에서 그 내구성이 약간 더 열악한 수소화된 비정질 탄소 a-C:H의 층이 두께에 대한 적은 제한을 갖는다.

바람직하게는, 탄소계 코팅을 증착하기 전에, 서브층은 텅스텐 카바이드 또는 니트라이드, 크롬 카바이드 또는 니트라이드 또는 텅스텐과 크롬 카바이드 및/또는 니트라이드의 혼합물, 또는 금속 표면 상에 DLC 코팅의 접착을 제공하기 위해 통상의 기술자에 공지된 임의의 다른 층 또는 층들의 조합으로 형성된다. DLC 층 자체는 다수의 기판에 관하여 낮은 접착을 갖는 것으로 알려져 있기 때문에, 이는 종종 실제로 발생하는데, 이 경우에 프라이밍 코트의 존재는 필수적이다.

유리하게는, DLC 코팅의 도포 전 또는 후에, 표면 마이크로텍스처가 캠의 노즈의 표면의 전체 또는 부분 상에 형성되는데, 이는 전체로서 캠 및 대향 부분의 탄성 유체 조건, 즉 연속적인 가동시에 통상의 거동에 도달하는데 요구되는 시간을 특히 감소시키는 것을 가능하게 함으로써, 윤활을 최적화하는 것을 가능하게 한다.

본 발명은 또한 전술된 방법에 의해 얻어진 캠, 즉 단지 섹션의 일부만이 비정질 탄소 DLC에 기초하는 코팅을 구비하는 캠에 관한 것이다.

유추에 의해, 본 발명은 전술된 방법에 의해 얻어진 캠을 포함하는 샤프트, 즉 최대한 이들 캠의 노즈를 표현하는 이의 섹션의 부분만이 비정질 탄소(다이아몬드상 탄소)에 기초하는 코팅을 구비하는 캡을 캠샤프트를 커버하며, 이는 이 구성에서 본 발명이 최대로 효과적인 것이다.

바람직하게는, 캠의 섹션은 단지 이들 캠의 원형 구역의 단부에 관하여, 이들 캠의 이 원형 구역의 반경의 적어도 20%, 또는 심지어 30%의 값을 갖는 거리까지 상기 코팅을 구비하고, 이는 코팅이 진정으로 유용한 캠의 섹션의 구역 상에서, 코팅이 단지 상당한 두께로 제시되는 것을 보장하는 것에 기여한다.

유리하게는, 이들 캠은 상기 코팅을 구비하는 섹션의 구역의 전체 또는 일부에서 마이크로텍스처링된다(microtextured).

유추에 의해, 본 발명은 전술된 유형의 캠샤프트 및 이들 캠과 각각 상호작용하는 복수의 태핏(또는 핑거 종동자)을 포함하는 전동 조립체를 커버하고, 이들 태핏(또는 핑거 종동자)의 각각은 탄소계(다이아몬드상 탄소) 코팅을 구비하는 접촉면을 갖고, 그 캠이 전술된 방법에 의해 처리되어 있는 캠샤프트가 유용하게 되는 것이 작동시에 이해될 수 있을 것이다.

다른 태양에 따르면, 본 발명은 이들 캠과 각각 상호작용하는 복수의 태핏(또는 핑거 종동자)과 함께 전술된 유형의 캠샤프트의 사용을 제안하고, 이들 태핏(또는 핑거 종동자)의 각각은 황 및 몰리브덴, 특히 MoDTC 화합물에 기초하는 마찰 감소 첨가제를 함유하는 오일의 존재시에, 탄소계(다이아몬드상 탄소) 코팅을 구비하는 접촉면을 갖고, 이 수단은 본 발명이 캠 상의 코팅의 완전한 결여의 결점을 극복하는 조건을 표현한다.

다른 태양에 따르면, 본 발명은 전술된 방법을 구현하기 위한 코팅 처리 설비를 제안하며, 코팅 처리 설비는 코팅 재료의 진공 증착을 위한 소스, 이 소스에 대향하는 그 주연부를 제시하기 위해 회전축 둘레에 회전하는 것이 가능한 회전식 컨베이어를 포함하고, 이 회전식 컨베이어는 그 축에 평행한 복수의 로드를 포함하고, 이들 로드는 이 회전식 컨베이어에 관하여 고정되고, 이들의 노즈가 회전식 컨베이어의 외부로 지향하는 상태로 반경방향으로 배향되면서 미리 결정된 포맷의 캠이 이들 로드 상에 결합되게 하기 위한 각도 간격을 가지면서 이 축으로부터 하나의 그리고 동일한 거리에서 축 둘레로 규칙적으로 분배되고, 이 수단은 전술된 방법을 구현하기 위한 수단의 견지에서 본 발명을 표현한다.

일반적으로, 이 설비는 코팅 재료의 진공 증착을 위한 소스, 및 상대 이동 경로를 따라서 이 소스의 전방에서 이동하는 것이 가능한 지지부를 포함하고, 이 지지부는 서로 평행한 복수의 로드를 포함하고, 이들 로드는 이 트레이에 관하여 고정되면서 이들 로드가 그에 대향하여 유도될 때 코팅 재료의 소스의 배출 방향에 수직으로 배향되도록 이동 경로로부터 하나의 그리고 동일한 거리에서 규칙적으로 분배되고, 이들 로드 사이에 간격을 갖고, 간격은 미리 결정된 포맷의 캠이 이들 로드 상에 결합되게 하고, 이들의 노즈가 소스에 대향하여 도달할 때 이 소스를 향해 배향되게 하면서 이동 경로에 관하여 하나의 그리고 동일한 구성에 따라 배향되게 하는 것으로서 정의될 수 있다.

본 발명의 목적, 특징 및 장점은 단지 비한정적인 예시적인 목적인 첨부 도면을 참조하여 제공된 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 캠샤프트의 사시도이다.
도 2는 도 1의 것과 같은 캠샤프트 상의 이들의 조립 전에 캠의 코팅을 위한 방법의 개략도이다.
도 3은 도 2의 방법을 구현하기 위해 적합한 회전식 컨베이어의 개략도이다.
도 4는 도 3의 것과 같은 회전식 컨베이어를 포함하는 처리 설비의 개략도이다.
도 5는 이전의 도면들의 것들과 같은 캠의 윤곽의 도면이다.
도 6은 본 발명의 방법을 구현하기 위해 적합한 회전식 컨베이어의 변형예의 개략도이다.
도 7은 2중 또는 3중 회전에 의해 얻어진 코팅을 위한, 시간의 함수로서 마모의 체적을 도시하고 있는 그래프이다.
도 8은 캠/태핏형의 2개의 대향 부분 상의 표면 상에 존재하는 재료의 성질과 마모율을 상관하는 그래프이다.
도 9는 2개의 대향 부분 상에서, 표면 상에 존재하는 2개의 쌍의 재료에 대한 상대 이동의 속도와 마찰 계수를 상관하는 그래프이다.
도 10은 도 9의 2개의 대향 부분 상에서, 표면 상에 존재하는 2개의 쌍의 재료에 대한, 속도/압력비와 마찰 계수를 상관하는 그래프이다.
도 11은 이동이 병진인 도 2의 변형예에 따른 캠의 코팅을 위한(캠샤프트 상의 이들의 조립 전에) 방법의 개략도이다.

도 1은 공통 샤프트(3) 상에 결합된 복수의 캠(2)의 조립체로부터 형성된 도면 부호 1로 나타낸 캠샤프트를 도시하고 있고, 각각의 캠은 인접한 캠에 관하여, 이 캠샤프트가 상호작용하도록 의도되는 내연기관의 유형의 함수로서 정의된 각도 오프셋을 갖는다.

본 발명에 따르면, 캠의 단지 부분(4)만이 유리하게는 수소 충전된 DLC("다이아몬드상 탄소")라 칭하는 비정질 탄소에 기초하는 보호 코팅을 구비한다. 이 부분(4)은, 캠샤프트의 축에 관하여 실제로 일정한 최소 거리를 갖는, 때때로 "캠의 후방부"라 칭하는 캠의 나머지에 대조할 때, 일반적으로 "캠 노즈"라 칭하는 부분, 즉 캠의 가늘고 긴 부분의 모두 또는 일부에 대응하는데, 실제로, 이 후방부의 윤곽은 통상적으로 실린더의 부분이다.

실제로, 각각의 캠(2)은 그 중심(C)이 샤프트의 축(O-O) 상에 위치되도록 의도되는 원통형 중앙 개구(5)(도 2 참조)를 포함하고, 이 중심에 관하여, 후방부는 R로 나타낸 반경을 갖는 실린더의 부분(또는 원형 구역)이다. 이 원형 구역은 이 축에 대해 180°의 각도에 걸쳐 연장한다.

캠샤프트가 가동시에 상호작용하도록 의도되는 태핏(100) 중 하나가 도 1에 점선으로 도시되어 있다.

도 2는 이 방법에 의해 캠(2)이 이들의 구역(4)에서만 DLC 유형의 보호 코팅을 구비하는 방법을 개략적으로 도시하고 있다.

이들 캠(2)은 임의의 적합한 공지의 유형의, 도면 부호 9로서 개략적으로 도시된 코팅 재료의 진공 증착을 위한 소스, 실제로 물리적 기상 증착(physical vapour deposition)("PVD"라 약칭함), 유리하게는 플라즈마 지원식("플라즈마 향상 PVD" 또는 "PEPVD")을 위한 설비 내의 탄소 소스에 이 구역(4)을 제시함으로써 개별적으로 처리되고, 이러한 증착은 또한 화학 기상 증착("CVD" 또는, 플라즈마 향상되면, "PECVD")에 의해 형성될 수도 있다. 간단화를 위해, 이러한 증착을 위해 진공 하에 배치되도록 구성된 챔버는 도시되어 있지 않다.

다수의 캠의 동시 처리를 허용하기 위해, 이들 캠은 X-X로 나타낸 축에 대해, 소스(9)의 전방에서 회전되도록 구성된 회전식 컨베이어(10) 상에 실제로 장착된다. 그러나, 이들 캠은 이들의 전체면에 걸쳐 코팅되도록 의도되지 않기 때문에, 이들 캠은 회전 컨베이어에 관하여 임의의 종류의 회전 이동을 갖지 않는데, 이는 이들 캠이 유성 운동으로 이들 회전식 컨베이어에 관하여 회전할 필요가 있는 경우에 대조적으로, 본 발명에 따라, 캠이 나란히 배열될 수도 있는 이유를 설명한다는 것이 주목되어야 한다. 실제로, 도 5와 관련하여 이하에 지적되는 바와 같이, 나란히 배열된 캠이 접촉하게 되는 구역을 넘어 보호 코팅을 증착할 필요가 없다.

캠이 서로 접촉하여 나란히 배열되어 있는 도 2의 구성은 최대 밀도의 구성, 즉 이들 캠이 모두 동일한 코팅 처리를 갖도록 소정의 회전식 컨베이어 상에 최대 수의 캠의 배열을 허용하는 구성에 대응한다는 것이 이해될 수 있을 것이다. 그러나, 특정 경우에, 본 발명의 범주 내에 남아 있으면서, 인접한 캠들 사이에 공간을 갖는 덜 치밀한 구성을 갖는 것이 바람직할 수도 있다.

회전식 컨베이어 상의 캠의 위치설정은 실제로 이 축 X-X에 관하여 하나의 그리고 동일한 거리에 위치되면서, 축 X-X에 평행한 복수의 로드(또는 코어)(12)에 의해 제공된다. 이들 로드는 작은 간극을 갖고, 캠 내에 제공된 원형 개구와 동일한 형상 및 동일한 단면을 갖는데, 이는 이들 로드의 양호한 각도 위치설정에 기여한다. 서로 접촉하여 캠을 배열하는 것은 또한 이들의 각도 위치설정을 유지하는데 또한 기여한다는 것이 이해될 수 있을 것이다.

캠은 도 3에 도시된 바와 같이, 회전식 컨베이어의 주연부를 따라 나란히 배열될 수 있을 뿐만 아니라, 더욱이 적층될 수도 있다.

회전축에 횡단하는 평면에 배열된 캠의 수 및 각각의 스택 내의 캠의 수는 요구 및 이용 가능한 공간에 관련하여 자유롭게 선택될 수도 있다는 것이 이해될 수 있을 것이다.

도 2는 그 축 둘레로 회전하는 단일의 회전식 컨베이어가 존재하는 특히 간단한 경우에 대응한다. 그러나, 이 경우는 경제적 관점으로부터 산업적으로 현실적이지 않고, 실제로, 배치(batch) 내의 구성요소의 진공 증착의 분야에서 일반적인 실시에 따르면, 회전식 컨베이어(10)에 동일한 복수의 회전식 컨베이어가 존재하고, 이들 중 2개는 도 4에 10A 및 10B로 나타내고 있고, 회전식 컨베이어는 회전식 컨베이어의 회전축에 평행한 축 Y-Y에 대해 회전 가능하게 장착된 도면 부호 15로 나타낸 일반적인 트레이 상에 장착된다. 이 방식으로, 트레이에 의해 지지된 다양한 회전식 컨베이어 상에 장착된 모든 캠이 소스(9)에 대향하여 이들의 회전을 유도하고 따라서 하나의 그리고 동일한 코팅 처리를 경험할 수 있다.

실제로, 모든 캠은 동일한 조성 및 동일한 기하학 구조를 갖는다.

도 5는 캠(2)의 윤곽을 도시하고 있다. 중심(C)이 도시되어 있지만, 중앙 개구는 도시되어 있지 않다. 원통형 벽을 갖는, 즉 원형 윤곽을 갖는 후방부로서 공지되어 있는 부분은 서로 정대향하는 A 및 B로 나타낸 점에 의해 경계 한정되어 있다. 실제로 이들 점에서 이 캠은 도 2 및 도 3의 구성에서 인접한 캠과 접촉하게 된다. 코팅된 구역(4)은 바람직하게는 이들 점(A, B)의 "상류측"으로, 즉 이들 점보다 노즈의 단부에 더 근접하여 연장한다. 코팅된 구역은 이들 점(A, B)으로부터 0이 아닌 거리에 위치된 점(D, E)에서 정지할 수도 있다는 것을 또한 알 수 있다(이는 이하에 설명될 것임).

도 6은 다양한 캠 상의 코팅된 구역의 단부의 위치설정의 양호한 제어를 허용하는 구성을 도시하고 있고, 이 제어는 캠들 사이에 마스크(20)를 배열함으로써 성취되어, 재료가 점(A, B) 부근에서 캠 상에 증착되는 것을 방지한다. 이들 마스크(20)는 회전식 컨베이어의 축(X-X)으로부터 하나의 그리고 동일한 거리에 배열된다는 것이 이해될 수 있을 것이다.

코팅된 구역의 단부의 이 제어는, 이것이 바람직한 것으로 보이면, 코팅된 구역(4)의 전체에 걸쳐 20% 초과만큼 변동하지 않는 두께를 얻는 것을 가능하게 하는 것으로 판명되었는데, 이는 특히 부적절한 두께를 갖는 구역의 접착의 손실을 방지하는 것을 도울 수도 있다.

코팅의 두께는 미크론의 정도를 갖는데, 즉 실제로 1 내지 10 미크론, 바람직하게는 1 내지 5 미크론으로 포함되고, 이는 박막의 카테고리로 이 코팅을 분류하는 것을 가능하게 하고, 이것이 이러한 코팅이 특히 PVD 또는 PECVD 유형의 박막을 증착하기 위해 전술된 기술에 의해 형성될 수 있는 이유이다.

유리하게는, 전술된 방법은 이와 같이 생성된 캐비티를 넘는 윤활 유체의 확산을 촉진하고 따라서 윤활을 최적화하기 위해, 전술된 코팅을 증착하기 전 또는 후에 마이크로텍스처링 단계로, 즉 릴리프가 미크론 미만(예를 들어, 수십분의 1 미크론)의 깊이에 걸쳐 형성되는 단계로, 보완되고, 이 마이크로텍스처링은 바람직하게는 코팅의 증착 구역에서, 캠의 노즈의 표면의 전체 또는 일부 상에 수행된다. 이는 특히 탄성 유체 조건과 더 가혹한 작동 조건을 향한 혼합 조건 사이의 전이를 시프트하는 것을 가능하게 한다. 이러한 마이크로텍스처링의 형성을 위한 조건은 특히 문헌 WO 2008/047062호에 설명되어 있다.

코팅은 이들의 노즈로부터 이격되어 캠의 섹션 상에 존재할 필요는 없고, 또한 이들의 병진축에 횡단하는 이들의 표면(어떠한 마찰 접촉에도 참여하지 않음) 상에 존재할 필요도 없다는 것이 주목되어야 한다.

예로서, 전술된 방법은 저합금 탄소강, 더 구체적으로는 100C6 강(1% 탄소 및 1.5% Cr)으로 제조된 캠 상에서 수행되었지만, 물론, 본 발명은 이들이 얻어지는 조건에 대해 제한없이 합금되건 합금되지 않건간에 다수의 다른 강 등급에 적용될 수도 있고(따라서, 특히 분말 야금의 분야에 적용됨), 물론, 재료는 선택된 용례 및 코팅 프로세스와의 그 적합성에 대해 원하는 레벨의 경도를 고려하여 선택된다. 이들은 도 2 및 도 3의 구성을 이용하여 처리된다. 이하에 언급된 특정 조건은 그 후방부가 16.50 mm의 반경을 갖는(이는 도면에 기초하여, 이들 캠의 기하학 구조의 나머지를 규정하는데 충분함) 캠과 관련하여, 단지 예로서만 언급된다.

더 구체적으로, 관련 기술 분야의 통상의 기술자에 공지되어 있는 임의의 방법에 의해 캠을 세척한 후에, 이들 캠은 이 도 2 및 도 3에서 회전식 컨베이어 상에 배치되었는데, 몇몇 캠은 서로 접촉하여 나란히 배열되었고, 다른 캠은 적층되었다. 이와 같이 캠이 적재된 회전식 컨베이어는 진공 하에서 처리 챔버 내에 투입되었다. 요구 레벨의 진공을 얻기 위한 펌핑 중에, 챔버, 회전식 컨베이어 및 캠은 이들 다양한 구성요소의 템퍼링 온도 미만의 레벨에 있도록 선택된(이러한 선택은 통상의 기술자의 능력 내에 있음) 온도 설정에서 복사 가열에 의해 탈가스화되었고, 이는 강의 기계적 특성의 임의의 열화를 회피하는 것을 가능하게 한다.

진공이 만족스러운 값, 이 경우에 2.10^-5 mbar에 도달할 때, 아르곤이 10^-3 mbar의 정도의 압력을 제공하기 위해 챔버 내로 도입되었고, 캠들 사이의 접촉의 레벨에서 한정된 구역 내를 포함하여, 구성요소 상에 존재하는 자연 산화물층의 제거를 허용하기 위해 적합한 세척 파라미터(플라즈마 파워, 바이어스 전압)에 따라 세척이 수행되었다. 이들 파라미터를 조정하는 것은 통상의 기술자의 능력 내에 있다.

이 세척 후에, 텅스텐 카바이드의 침전물이 마그네트론 스퍼터링 프로세스에 의해 생성되었다. PVD의 종료시에, 필름 내의 탄소의 양은 전이층을 생성하기 위해 점진적으로 증가되었는데, 이 유형의 층은 WCC라 나타낸다. 수소화된 비정질 탄소 유형의 침전물이 마지막으로 PECVD 프로세스에 의해 생성되었다.

이 WCC의 서브층은 단지 예로서만 언급되고, 다른 서브층이 또한 DLC의, 예를 들어, 특히 CrN, 또는 Cr+WCC의 양호한 접착을 위해 사용될 수도 있다. 이러한 서브층의 존재는 캠의 표면 구역의 재료의 성질에 따라, 단지 선택적이다.

이들 조건 하에서, 2개의 캠 사이의 접촉점(A 또는 B)에 관하여 4 mm의 거리로부터 시작하여 만족스러운 접착을 갖는 코팅이 얻어졌다. 이 코팅의 측정된 두께는 이 동일한 접촉점에 관하여 8 mm의 거리로부터 시작하여 겨우 ±20%의 범위에서 변동되었다. 캠의 후방부 상의, 즉 도 5의 윤곽(AB)과 같은 그 윤곽이 원형인 부분 상의 코팅의 완전한 결여가 존재하였다는 것이 관찰되었다.

예로서, 접착 및 두께의 측정은 접촉점(A 또는 B)에 관하여 상이한 위치에서, 전술된 바와 같이 처리된 캠 상에 수행되었고, 이들 위치는 이들 점(A 또는 B)으로부터 계산되고, 이는 따라서 0 mm의 판독치를 갖는다.

접착 시험이 표준 VDI3198에 따라 수행되고, 두께 측정은 칼로테스트(Calotest)에 의해 수행된다.

단지 코팅의 흔적만이 점(A 또는 B)의 레벨에서 발견되고, 코팅은 이들 점으로부터 3 mm에서 겨우 미크론의 정도이지만, 5 mm로부터 시작하여 10 mm를 넘는 최대값에 도달하는 상당한 두께가 존재한다는 것을 알 수 있다. 달리 말하면, 코팅은 접촉점들로부터 5 mm의 거리까지 2 내지 3 미크론의 정도에 가까운 두께를 갖고, 이들 점으로부터 3 mm 까지 확실하게 급속히 감소되는 두께로 연장한다. 따라서 캠의 노즈 상에 만족스러운 DLC 코팅이 얻어졌고, 그 후방부를 노출 상태로 방치하는데, 이는 코팅 단계 중에 회전식 컨베이어에 관하여 캠의 어떠한 이동도 갖지 않는 선택의 효능을 확인한다. 정확하게는, 얻어진 코팅은 전술된 예에서, 상표명 Certess DDT에 따른 코팅, 즉 수소 함유 DLC(타입 a-C:H - 문헌 WO 2012/156746호 참조)이었다. 물론, 이는 본 명세서의 코팅의 단지 일 가능한 예이고, 수소의 존재는 필수불가결한 것은 아니고, 존재할 때, 수소의 농도는 요구에 따라 선택될 수도 있다.

통상의 기술자는 특정 요구 및 기초 재료에 관련하여, 구성요소의 조립, 및 세척 및 이어서 증착을 위한 파라미터를 최적화하는 것이 가능하다.

다른 예에 따르면, 33 mm의 외경(주 캠 내에서) 및 41.6 mm의 길이(즉, 제1 예에서의 것들에 일치함)를 갖는 강 캠이 DLC 코팅으로 코팅되어, 마스크(20)가 접촉점(A, B)으로부터 약 5 mm에 위치되어 있는 도 6의 구성을 이용하는데, 이는 실질적으로 마스크의 연장부에서 청결하게 중지하는 코팅을 얻는 것을 가능하게 하였다.

캠은 제1 예에서와 동일한 절차(세척, 진공 하에 배치, 탈가스, 세척 및 증착)를 통해 진행되었다. 이 방식으로 얻어진 코팅은 코팅 재료의 소스에 노출된 표면 상에 20% 초과만큼 변동되지 않는 두께를 가졌다는 것이(캠의 섹션의 나머지는 임의의 코팅이 결여되어 있음) 판명되었다.

코팅된 구역의 단부를 규정하기 위해 부가의 구성요소를 추가하는 것은 접착성인 코팅을 제공하고 DLC 코팅에 의해 영향을 받는 전체 구역에 걸쳐 균일한 두께를 갖는다는 점이 이에 따라서 확인되었다. 통상의 기술자는 회전식 컨베이어의 축으로부터 점(A, B)의 거리에 관하여, 요구에 따라 마스크의 위치를 조정하는 것이 가능하다.

DLC 코팅을 증착하기 위한 소정의 설비를 위한 충전 인자(fill factor)의 이득은, 회사 HEF Durferrit에 의해 제조된 레퍼런스 TSD 850에 의해 나타낸 산업용 증착 장비에서, 이 충전 인자에 대해 30% 내지 50%의 정도의 이득을 성취하는 것이 가능하였다는 것을 주목함으로써 양호하게 이해될 수 있다. 이 비교시에, 구성요소는 미리 고려된 치수(33 mm의 직경, 41.60 mm의 길이 및 9.3 mm의 두께)를 가졌다.

더욱이, 캠의 전체 외부면 상의 3 미크론의 코팅의 생성에 관련하여, 회전식 컨베이어에 관하여 캠의 회전을 갖는 이러한 기계 TSD 850에 의해, 35%의 정도의 사이클 시간의 감소와 함께, (회전식 컨베이어에 관한 캠의 회전 없이) 이들 캠의 노즈의 전체 또는 부분으로 한정된 하나의 그리고 동일한 코팅을 얻는 것이 가능하였다.

도 7은 마모율의 견지에서 본 발명에 의해 공급된 개량을 도시하고 있는데, 이는 수소 충전된 DLC로 코팅된 2개의 유형의 구성요소 상에 수행된 "칼로테스트" 마모 시험의 결과를 제시하고 있다. 이들 구성요소는 각각, 이들의 전체 측면 - 기호 3R에 의해 나타냄 - 에 걸쳐 코팅되었고(3중 회전을 갖는 360°), 이들의 표면의 각도 분율에 걸쳐 코팅되었다(지지 회전식 컨베이어에 관하여 회전의 결여에 기인하여) - 기호 2R에 의해 나타냄.

본 발명에 따른 2중 회전 하에서 코팅된 구성요소는 그 전체 측면에 걸쳐 코팅된 것보다 더 낮은 마모율을 갖는다는 것을 도 7에서 알 수 있다.

마이크로경도 시험이 본 발명에 따라, 3중 회전(3R) 하에서, 또는 2중 회전에서(2R) 도포된 전술된 코팅을 구비한 원통형 구성요소 상에 수행되었다. 결과는 이하의 표에 제시되어 있다.

상응하는 파라미터에 대해, 2중 회전 구성 하에서 생성된 코팅의 특성은 3중 회전 구성 하에서 생성된 코팅의 것들에 비해 우수하다는 것을 알 수 있다. 이들 데이터는 마모 시험의 결과를 확증한다. 상기 표에 언급된 직경의 범위는 결코 한정적인 것은 아니고, 본 발명은 더 소형의 또는 역으로 더 대형의 구성요소에 적용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.

경도의 관점으로부터, 3중 회전 구성의 경우에, 생성된 코팅의 경도(및 따라서 연마 마모에 대한 저항)는 감소하는 경향이 있다고 할 수도 있다. 이 감소는 증착 파라미터를 조정함으로써, 그러나 단지 특정점까지만 보상될 수 있다. 실제로, 이들 파라미터의 조정은 코팅 중에 구성요소에 의해 도달되는 온도의 증가에 반영된다. 이제, 이들 기계적 구성요소는 너무 높은 온도를 견딜 수 없는 침탄 경화강(case-hardened steel)으로부터 매우 종종 발생한다. 일반적으로, 220℃ 미만, 또는 심지어 200℃ 미만의 온도에서 증착을 수행하는 것이 적당한 것으로 보인다.

MoDTC를 함유하는 오일의 존재시에 DLC 코팅의 열화를 최소화하기 위한 본 발명의 효용성은 도 8에서 볼 수 있는데, 이는 이하의 파라미터를 갖는, 마찰 접촉하고 있는 3개의 쌍의 재료에 대해, MoDTC를 함유하는 오일 내의 볼-온-플랫(ball-on-flat) 마찰 시험에서 발견된 마모율을 제시하고 있다:

- 인가 부하: 10 N

- 선형 속도: 35 mm/s

- 모드: 편심

- 사이클의 수: 15000

- 구의 반경: 5 mm

- 오프셋: 10 mm

- 오일 온도: 110℃

- 볼의 성질: 강, DLC-코팅됨

DLC 코팅을 각각 포함하는 2개의 구성요소의 쌍에서, 마모율은 DLC-코팅된 볼/연삭강 쌍의 경우에서 얻어진 것(이는 강 캠과 조합된 코팅된 태핏의 종래의 구성에 대응함)보다 거의 70배 낮다는 것을 알 수 있다.

마지막으로, 도 9 및 도 10은 이하의 파라미터를 갖는 실린더/플랫 구성에서 마찰 시험에 기초하여, 마찰 계수의 감소의 견지에서 본 발명의 장점을 도시하고 있다:

- 연마된 실린더 및 플랫을 가짐(Ra = 0.02 ㎛),

- 18,000 사이클의 길들이기 페이즈(running-in phase) 후에,

- 21 N의 일정한 부하 하에서.

시험의 시작시에, 길들이기 페이즈 중에, 제한된 윤활의 조건 하에서, 마찰 계수는 DLC-코팅된 강/강 마찰 쌍의 경우에 그리고 DLC-코팅된 강/DLC-코팅된 강 마찰 쌍에 대해 동일하다. 길들이기의 종료시에, DLC-코팅된 강/강 쌍은 속도에 무관하게 일정한 마찰 계수를 가져, 여전히 윤활의 제한 조건이 얻어진다는 것을 지시하는 것을 알 수 있다.

DLC-코팅된 강/DLC-코팅된 강 쌍은 35 mm/s 미만의 속도에서 동일한 마찰 계수를 갖는다. 이 속도 초과에서, 마찰 계수는 속도가 증가할 때 감소하여, 혼합된 윤활 조건으로의 전이를 지시한다.

동일한 작동 조건 하에서, DLC-코팅된 강/DLC-코팅된 강 쌍은 훨씬 더 신속하게 더 낮은 마찰 계수를 나타낸다.

일단 혼합된 조건이 도달되면(더 고속/더 고부하), DLC-코팅된 강/DLC-코팅된 강 쌍은 DLC/강 쌍(도 10 참조)보다 더 낮은 마찰 계수의 값을 갖는다.

본 발명은 캠 상의 DLC 코팅의 생성시에 경제적인 장점을 제공한다는 것이 이해될 수 있을 것이다. 더욱이, 캠 상에 부분적으로 코팅을 도포함으로써, 상기 코팅의 두께는 그 양호한 기계적 특성을 보존하면서 그리고 경제적 관점으로부터 여전히 유리하면서, 증가될 수 있다.

놀랍게도, 이 구성(2중 회전)에서 생성된 증착물은 3중 회전 구성에서 생성된 일체형 증착물보다 더 양호한 특성을 갖는다.

DLC-코팅된 강/DLC-코팅된 강 접촉부의 경우에, 이 해결책은 코팅된 구성요소(캠/핑거 종동자 또는 캠/태핏)의 마찰 및 마모의 큰 감소를 나타낸다. 더욱이, 이는 특히 MoDTC 유형의 화합물을 함유하는 첨가제를 갖는 오일의 사용에 의해 유발되는 DLC 코팅의 임의의 가속된 열화를 방지할 수 있다.

접촉부가 제한된 윤활을 제시하는 경우에, 접촉부의 최대 응력 인가된 구역 내에 오일을 보유하는 것은 코팅된 구역과 미코팅 구역 사이의 습윤성의 차이에 의해 보장된다.

캠/핑거 종동자 접촉부의 경우에, 유순한 캠 체제(mild cam regime)를 수반하는 롤러 핑거 종동자가 통상적으로 사용된다. 이 해결책은 저마찰 손실을 유지하면서, 슬립퍼 종동자에 대해 적용된 더 공격적인 체제(aggressive regime)를 견디는 것을 가능하게 한다. 더욱이, 슬립퍼 종동자 기술로의 이전은 또한 이와 같이 시스템 및 캠 체제의 중량의 감소에 기인하여, 연료 소비의 이득에 또한 기여한다.

각각의 회전식 컨베이어의 에지는 이 회전식 컨베이어를 위한 기준선을 구성하고, 도 2의 구성(고정된 축을 갖는 단일의 회전식 컨베이어를 구비함)에서 뿐만 아니라 도 4의 구성(회전 트레이에 의해 지지된 회전축을 갖는 다수의 회전식 컨베이어를 구비함)에서, 코팅 재료의 소스에 단지 대향하는 캠은 이 기준선에 평행한(동심인) 경로를 갖는 것으로 가정될 수도 있다.

본 발명의 제한 경우는 회전 중심이 무한에 접근할 때 병진 이동에 대응한다는 것을 주목하는 것이 중요하다. 도 11은 트레이의 에지(115A)에 의해 구성된 기준 직선에 평행한, 트레이(115) 상에 장착된 캠을 도시하고 있는, 도 2 및 도 4에서 상기에 개시된 구성의 변형예이고, 이 트레이는 코팅 재료의 소스(도 2에서와 동일한 도면 부호 9에 의해 나타냄)의 전방에서 병진 이동으로 구동되고, 이 이동은 화살표(F)에 의해 지시된 경로에 따라, 정확히 직선형일 수도 있고 또는 이용 가능한 공간에 따라 약간 곡선을 가질 수도 있다. 병진 이동은 연속적인 또는 교번적인 이동일 수도 있는데, 교번 이동의 장점은 이것이 각각의 캠을 코팅 재료의 소스의 전방에서 다수회 통과하게 한다는 것이지만, 그러나, 트레이의 적어도 대략 직선형 경로가 소스로부터 소정 거리에서, 반원형인 경로의 부분에 연결되면, 트레이는 연속적인 이동으로 평탄화된 루프를 따를 수도 있다는 것이 이해될 수 있을 것이다.

병진 이동을 갖는 이 구성에서, 도 4의 경우에서와 같이 2개의 지지부가 아니라, 모든 캠을 지지하는 단지 단일의 트레이만이 존재할 수도 있다.

마스크(20)가 또한 코팅된 캠의 섹션의 마찰의 양호한 한계를 위해 여기서 제공될 수도 있다.

도시된 예에서, 에지는 간단한 기하학적 형상, 도 2의 경우에서 원형(회전식 컨베이어의 회전축 상에 중심설정됨) 또는 도 11의 경우에서 직선형을 갖는데, 요구에 따라, 이 에지는 예를 들어 인접한 로드 사이의 재료를 최소화하기 위해, 그 평면에서 파형부를 갖는 것으로서 고려될 수 있다. 이러한 경우에, 기준선은 이러한 에지를 따라 연장하는 가장 간단한 기하학적 라인에 의해 규정될 수도 있다.

또 다른 변형예(도시 생략)에 따르면, 코팅 재료(9)의 소스는 캠의 지지부에 관하여 측방향으로(즉, 수평으로) 배열되지 않고, 캠의 지지부 위에 배열되고, 따라서, 캠은 이들의 노즈가 상향으로 지향된 상태로, 이들의 지지부로서 작용하는 트레이에 평행하게, 수평 로드 상에 결합될 수도 있다.

역으로, 소스는 캠 아래에 배열될 수도 있고, 캠은 간단히 중력에 의해 이들의 노즈가 하향으로 지향되는 배향으로, 트레이 아래에 위치된 로드 상에 결합된다.

또 다른 변형예에 따르면, 상기 소스를 향해 배향된 캠의 섹션의 분율 상에 선택적으로 코팅을 증착하기 위해, 이 소스에 관하여 실질적으로 동일한 배향을 갖고 실질적으로 동일한 거리에서 캠이 코팅 소스에 대향하여 연속적으로 유도되는 이러한 방식으로, 이동 경로와 함께, 캠이 규정된 고정된 구성에 따라 지지부 상에 배열되면, 로드는 경사 방향으로 배열될 수도 있다.

재차, 캠은 이전과 같은 마스크와 연계될 수도 있다.

또 다른 변형예에 따르면, 도 2 또는 도 4의 회전식 컨베이어는 비수직이고, 수평이거나, 또는 수평에 관해 그리고 수직에 관해 0이 아닌 각도에서 경사진 축에 대해 회전하기 위해 배향될 수도 있다.

상기 배향 및 거리는 단지 "실질적으로" 동일할 수도 있는데, 즉 소스가 복수의 캠과 이동의 경로에 횡단방향으로 동일한 치수를 갖지 않으면, 복수개의 주연부에 위치된 캠은 복수개의 중간부에 배열된 캠에 대해서와는 약간 상이한 배향에서 코팅 재료를 수용할 수도 있고, 중앙 위치에 위치된 캠보다 약간 더 큰 거리에 있을 수도 있다는 것을 의미한다. 실제로, 이들 배향은 최대 5° 내에서 동일하고, 거리는 최대 5% 내에서 동일하다.

상기에서, 캠과 소스 사이의 이동은 상대적인데, 즉 설명된 예에서 캠은 고정된 소스에 관하여 이동하는 반면에, 본 발명은 또한 복수의 고정된 캠에 관하여 이동하는 소스의 경우를 커버한다는 것을 의미한다.

일반적으로, 본 발명은 선택적으로 그리고 제어된 방식으로, 단지 캠의 섹션의 부분(요구되면 코팅이 존재하지만 요구되지 않으면 존재하지 않음)을, 100% 코팅을 갖는 종래의 기술에 관하여, 상당한 과잉의 비용을 발생하지 않기 위해 충분히 간단한 방식으로, 코팅하는 것을 가능하게 하여, 따라서 코팅 재료의 양의 감소의 장점을 취한다는 것이 주목될 수도 있다. 더욱이, 캠이 가동하기 전에 어떠한 마감도 요구되지 않는다.

Claims

다이아몬드상 탄소 또는 DLC 유형의 비정질 탄소에 기초하는 경질 코팅을 구비하는 구역에서 대향 부분에 관한 그 마찰을 감소시키기 위해 내연기관을 갖는 차량용 캠샤프트의 캠을 처리하기 위한 방법이며, 이들 캠은 중앙 개구 및 섹션을 갖고, 상기 섹션은 원형 구역 및 노즈를 형성하는 가늘고 긴 부분을 구비하고, 상기 캠은 그 노즈로부터 상기 원형 구역까지 측정된 최대 치수에 의해 규정된 길이를 구비하고, 상기 방법은 상기 캠이 지지부 상에 배열됨에 따라서, 상기 지지부는 상기 캠의 청결을 보장하기 위해 진공 하에 놓이는 챔버 내로 유도되고, 상기 지지부는 다이아몬드상 탄소 또는 DLC 유형의 비정질 탄소에 기초하는 경질-코팅 재료의 진공 증착을 위한 코팅 소스에 대해 이동 경로를 따라 상대 운동하게 되고, 상기 캠은 이들이 캠샤프트 상에 조립되기 전에 상기 지지부로부터 제거되는 것이고,
상기 지지부는 복수의 로드가 그에 대향하여 유도될 때 코팅 소스의 배출 방향에 수직으로 배향되도록, 이동 경로에 서로 평행하게 위치된 복수의 로드를 포함하고, 상기 캠은 상기 캠의 개구를 통해 상기 로드를 통과함으로써 고정된 치밀한 구성에 따라 상기 지지부 상에 배열되고, 상기 로드는 상기 로드 상에 결합된 캠이 가장 가까운 로드 상에 결합된 캠과 적어도 근사적으로 접촉하게 되는 방식으로 상기 경로를 따라 규칙적으로 분배되고, 상기 고정된 치밀한 구성 및 상기 이동 경로는, 상기 코팅 소스를 향해 배향된 최대한의 상기 캠의 노즈의 섹션의 분율 상에 선택적으로 코팅을 증착하기 위해, 상기 코팅 소스에 관하여 실질적으로 동일한 배향으로 실질적으로 동일한 거리에서 코팅 소스에 상기 고정된 치밀한 구성의 캠이 연속적으로 대향하여 상기 이동 경로에 유도되는 방식으로 규정되는 것을 특징으로 하는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 지지부는 회전축을 갖는 회전식 컨베이어이고, 상기 캠은 상기 회전식 컨베이어의 반경을 따라 이들의 길이를 정렬하기 위해 상기 회전식 컨베이어 상에 배열되고, 회전축으로부터 하나의 그리고 동일한 거리에 있고, 상기 회전식 컨베이어에 인가된 이동은 상기 축에 대한 회전인, 방법.
제1항에 있어서, 상기 지지부는 직선형 이동 경로를 갖고, 상기 캠은 서로 평행하게 이들의 길이를 정렬하기 위해 상기 지지부 상에 배열되고, 상기 이동 경로로부터 하나의 그리고 동일한 거리에 있는, 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 마스크가 상기 지지부 상에 배열되고, 상기 로드와 교번하는 코팅 소스에 관한 이들의 상대 이동 중에 상기 로드의 세트에 의해 규정된 표면에 관하여 하나의 그리고 동일한 거리에 모두가 배열되어, 상기 로드 및 캠이 코팅 소스에 대향하여 도달할 때 상기 코팅 소스의 방향에서 상기 로드의 전방에 있게 되어, 상기 코팅 소스에 관하여, 이들의 섹션이 인접한 캠에 대향하는 캠의 구역을 마스킹하게 되는, 방법.
제4항에 있어서, 상기 마스크는, 상기 로드에 의해 규정된 상기 표면에 평행하게, 로드 상에 결합된 캠의 표면으로부터 인접한 로드 상에 결합된 캠의 표면까지, 간극 내에서 연장하는 치수를 갖는, 방법.
제4항에 있어서, 상기 지지부는 회전축을 갖는 회전식 컨베이어이고, 상기 회전식 컨베이어의 회전축과 상기 마스크 사이의 거리는 상기 회전식 컨베이어의 회전축에 관한 로드의 축의 거리의 100% 내지 150%의 값을 갖는, 방법.
제6항에 있어서, 상기 회전식 컨베이어의 회전축과 상기 마스크 사이의 거리는 상기 회전식 컨베이어의 회전축에 관한 상기 로드의 축의 거리의 110% 내지 130%의 값을 갖는, 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 20 내지 50 at%의 수소를 함유하는 조성물을 갖는 탄소계 코팅이 증착되는, 방법.
제8항에 있어서, 상기 코팅은 20 내지 30 at%의 수소를 함유하는, 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 탄소계 코팅의 증착 전에, 서브층이 텅스텐 카바이드 또는 니트라이드, 크롬 카바이드 또는 니트라이드 또는 텅스텐과 크롬 카바이드 및/또는 니트라이드의 혼합물로 형성되는, 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따르면, 마이크로텍스처링된 표면이 DLC 코팅의 형성 전 또는 후에, 캠의 노즈의 전체 또는 일부 상에 형성되는, 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 얻어진 캠이며, 섹션의 단지 일부만이 비정질 다이아몬드상 탄소에 기초하는 코팅을 구비하는, 캠.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 얻어진 캠을 포함하는 캠샤프트이며, 최대한 상기 캠의 노즈를 표현하는 섹션의 부분만이 비정질 다이아몬드상 탄소에 기초하는 코팅을 구비하는, 캠샤프트.
제13항에 있어서, 상기 캠의 섹션은 단지 상기 캠의 원형 구역의 단부에 관하여, 상기 캠의 이 원형 구역의 반경의 적어도 30%의 값을 갖는 거리까지 상기 코팅을 구비하는, 캠샤프트.
제13항에 있어서, 상기 코팅을 구비하는 섹션의 구역의 전체 또는 일부에 마이크로텍스처링을 갖는, 캠샤프트.
제13항에 따른 캠샤프트, 및 캠과 각각 상호작용하는 복수의 태핏 또는 핑거 종동자를 포함하는 전동 조립체이며, 상기 태핏 또는 핑거 종동자 각각은 비정질 경질 탄소(다이아몬드상 탄소)에 기초하는 코팅을 구비하는 접촉면을 갖는, 전동 조립체.
제13항에 있어서, 캠과 각각 상호작용하는 복수의 태핏 또는 핑거 종동자와 조합하여 사용되고, 상기 태핏 또는 핑거 종동자의 각각은 황 및 몰리브덴에 기초하는 마찰 감소 첨가제를 함유하는 오일의 존재시에, 탄소계(다이아몬드상 탄소) 코팅을 구비하는 접촉면을 갖는 캠샤프트.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 방법을 구현하기 위한 코팅 처리 설비이며, 코팅 재료의 소스, 및 상대 이동 경로를 따라 상기 코팅 소스의 전방에서 이동하는 것이 가능한 지지부를 포함하고, 상기 지지부는 서로 평행한 복수의 로드를 포함하고, 상기 로드는 상기 지지부에 관하여 고정되고 이들 로드가 상기 코팅 소스에 대향하여 도달할 때 코팅 재료의 소스의 배출 방향에 수직으로 배향되도록 이동 경로로부터 하나의 그리고 동일한 거리에서 규칙적으로 분배되며, 상기 로드 사이에 간격을 구비하고, 상기 간격은 미리 결정된 포맷의 캠이 상기 로드 사이에 결합되게 하고, 이동 경로에 관하여 하나의 그리고 동일한 구성에 따라 배향되게 하고, 이의 노즈가 코팅 소스에 대향하여 도달할 때 이 코팅 소스를 향해 배향되게 하는, 코팅 처리 설비.
제18항에 있어서, 상기 지지부는 상기 코팅 소스의 전방에서 회전축 둘레로 회전하는 것이 가능한 회전식 컨베이어인, 코팅 처리 설비.
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