(57)【要約】【課題】従来のＰＶＤ処理装置では、被処理物が歯車のように歯形による凹凸を有している場合、被処理物の加熱による軟化を抑えつつ、歯元部分に充分な硬質被膜を形成することが難しいという問題点があった。【解決手段】減圧雰囲気にしたチャンバー１内で被処理物である歯車Ｗに硬質被膜を形成するＰＶＤ処理装置において、歯車Ｗを保持する回転軸２と、回転軸２の回転位相を検出する回転位相検出手段７と、その回転位相に基づいてイオン源３，４から照射するイオンの強度を制御する制御手段８を備えた構成とし、歯車Ｗの温度を過大にすることなく、歯車Ｗの凹凸部分全体に密着性に優れた硬質被膜を形成する。【選択図】  図１
2005008979.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
減圧雰囲気にしたチャンバー内で被処理物に硬質被膜を形成するＰＶＤ処理装置において、チャンバー内で被処理物を回転可能に保持する回転軸と、回転軸の回転位相を検出する回転位相検出手段と、回転位相検出手段からの検出信号に基づいてイオン源から照射するイオンの強度を制御する制御手段を備えたことを特徴とするＰＶＤ処理装置。
【請求項２】
複数のイオン源を備えると共に、制御手段が、各イオン源からのイオンの強度を個別に制御することを特徴とする請求項１に記載のＰＶＤ処理装置。
【請求項３】
被処理物が歯車であると共に、制御手段が、歯車の歯先に対応する回転位相でのイオンの強度に対して、歯元に対応する回転位相でのイオン強度を大きくする制御を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載のＰＶＤ処理装置。
【請求項４】
減圧雰囲気にしたチャンバー内で被処理物に硬質被膜を形成するに際し、チャンバー内で被処理物を回転させると共に、被処理物の回転位相に応じてイオン源から照射するイオンの強度を制御することを特徴とするＰＶＤ処理装置を用いた硬質被膜の形成方法。
【請求項５】
複数のイオン源を用いると共に、各イオン源からのイオンの強度を個別に制御することを特徴とする請求項４に記載のＰＶＤ処理装置を用いた硬質被膜の形成方法。
【請求項６】
被処理物が歯車であると共に、歯車の歯先に対応する回転位相でのイオンの強度に対して、歯元に対応する回転位相でのイオン強度を大きくする制御を行うことを特徴とする請求項４又は５に記載のＰＶＤ処理装置を用いた硬質被膜の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、イオンスパッタリングにより被処理物に硬質被膜を形成するのに用いるＰＶＤ処理装置に関し、また、同ＰＶＤ処理装置を用いた硬質被膜の形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車における減速機用の歯車やＣＶＴの回転部品等には、一般に浸炭鋼や浸炭窒化鋼が用いられているが、近年では、駆動装置のさらなる小型高出力化が要求され、また、環境保護等にも有効なモーター駆動車が増大する見込みであることから、高負荷で且つ高速摺動に耐え得るものが必要となり、これに伴って摩耗、スカッフィング及びフレーキング等に対する強度向上が求められている。
【０００３】
その対策として、従来では、部品の摺動部の表面に、アークイオンプレーティングをはじめとするＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）処理によって硬質被膜を形成することが考えられており、例えば歯車の耐ピッチング性を向上させることを目的として、歯車の表面にＴｉＮ被膜を形成するものが提案されていた（特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−１６７３４８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記したように被処理物に硬質被膜を形成するに際し、とくに被処理物が歯車のように歯形による凹凸を有している場合、その歯元部分では、隣接歯の陰となってイオンが到達し難くいとともに電解も小さくなるため、膜靭性を確保しづらいうえに成膜速度が低下することがあった。そこで、歯元部分にも良好な成膜が行われるように、加速電圧を変えてイオンのエネルギーを増加させることも考えられたが、この場合には、被処理物の温度が過大になって材料が軟化し、これにより歯元の曲げ疲労強度が低下するという問題点があり、このような問題点の発生はモジュールの大きい歯車において顕著であった。
【０００６】
【発明の目的】
本発明は、上記従来の状況に鑑みて成されたもので、被処理物が凹凸を有するものであっても、被処理物の温度を過大にすることなく強靭な硬質被膜を形成することができるＰＶＤ処理装置及びこれを用いた硬質被膜の形成方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のＰＶＤ処理装置は、減圧雰囲気にしたチャンバー内で被処理物に硬質被膜を形成するＰＶＤ処理装置において、チャンバー内で被処理物を回転可能に保持する回転軸と、回転軸の回転位相を検出する回転位相検出手段と、回転位相検出手段からの検出信号に基づいてイオン源から照射するイオンの強度を制御する制御手段を備えたことを特徴としている。
【０００８】
また、本発明のＰＶＤ処理装置を用いた硬質被膜の形成方法は、減圧雰囲気にしたチャンバー内で被処理物に硬質被膜を形成するに際し、チャンバー内で被処理物を回転させると共に、被処理物の回転位相に応じてイオン源から照射するイオンの強度を制御することを特徴としている。
【０００９】
【発明の効果】
本発明のＰＶＤ処理装置及びこれを用いた硬質被膜の形成方法によれば、被処理物が凹凸を有するものであっても、被処理物の温度を過大にすることなく、密着性に優れた強靭な硬質被膜を形成することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態実施例】
以下、図面に基づいて、本発明のＰＶＤ処理装置及びこれを用いた硬質被膜の形成方法の具体例を説明する。なお、本発明の詳細な構成は以下の例のみに限定されるものではない。
【００１１】
図１に示すＰＶＤ処理装置は、内部を減圧し得るように密閉構造としたチャンバー１と、チャンバー１で被処理物である歯車Ｗを回転可能に保持する回転軸２を備えている。チャンバー１内には、回転軸２を間にして、左右のイオン源３，４と、各々のイオン源３，４からイオンが照射される膜材料のターゲット５，６が配置してある。回転軸２は、チャンバー１を貫通した状態で回転自在に支持してあり、図示しない駆動源により回転駆動される。
【００１２】
また、ＰＶＤ処理装置は、回転軸２の回転位相を検出する回転位相検出手段７と、回転位相検出手段７からの検出信号に基づいて各イオン源３，４から照射するイオンの強度を個別に制御する制御手段８を備えている。
【００１３】
上記のＰＶＤ処理装置では、チャンバー１において、回転軸２により歯車Ｗを回転可能に保持し、内部を減圧雰囲気とした後、回転軸２とともに歯車Ｗを回転させると共に、各イオン源３，４からターゲット５，６にイオンを照射して、歯車の外周面すなわち凹凸の歯面に硬質被膜を形成する。
【００１４】
このとき、当該ＰＶＤ処理装置及びこれを用いた硬質被膜の形成方法では、例えば各ターゲット５，６に対する歯車Ｗの初期位置が設定してあり、回転軸２とともに歯車Ｗを一定速度で回転させると共に、回転位相検出手段７により回転軸２の回転位相を検出することで、実質的に歯車Ｗの回転位相を検出している。
【００１５】
そして、当該ＰＶＤ処理装置及びこれを用いた硬質被膜の形成方法では、制御手段８において、回転位相検出手段７の検出信号つまり回転軸２及び歯車Ｗの回転位相に基づいて、各イオン源３，４からターゲット５，６に照射するイオンの強度を増減する制御しており、より具体的には、歯車Ｗの歯先に対応する回転位相でのイオンの強度に対して、歯元に対応する回転位相でのイオン強度が大きくなるように、各イオン源３，４に対するバイアス電圧を制御している。
【００１６】
すなわち、当該ＰＶＤ処理装置及びこれを用いた硬質被膜の形成方法では、歯車Ｗの歯先部分に対してはイオンの強度を小さくして硬質被膜を形成し、歯元部分に対してはイオンの強度を大きくして硬質被膜を形成することにより、歯車Ｗの温度を過大にすることなく、材料の軟化による歯元部分の曲げ疲労強度の低下を未然に防止して、凹凸の歯面全体に密着性に優れた強靭な硬質被膜を形成し得ることとなり、モジュールの大きい歯車であってもその歯面に良好な硬質被膜を安定して形成することができる。
【００１７】
また、上記したように、複数（本実施形態では二個）のイオン源３，４を用いると共に、制御手段８で各イオン現、４を個別に制御することにより、歯数が異なる歯車にも容易に対処することができると共に、短時間で硬質被膜を効率良く形成することができる。
【００１８】
なお、上記のＰＶＤ処理装置は、硬質被膜の形成前に行うイオンスパッタクリーニングにも用いることが可能である。この場合には、例えばＡｒイオンを歯車（被処理物）Ｗに直接照射すればよく、この際、上記した硬質被膜の形成時と同様に、回転軸２及び歯車Ｗの回転位相を検出すると共に、その検出信号に基づいて各イオン源３，４から照射するイオンの強度を増減する制御を行うことで、歯車の温度を過大にすることなく、凹凸の歯面を充分にクリーニングすることができ、その後に行う硬質被膜の良好な形成に貢献することができる。
【００１９】
さらに、上記の実施形態では、歯車Ｗを一定速度で回転させつつイオンの強度を増減させる制御を行って硬質被膜を形成するものとしたが、例えば、イオンの強度を一定とし、歯車Ｗのピッチに対応して回転軸２の動作を間欠的に制御するようにしても、上記実施形態と同様の効果を得ることが可能である。つまり、歯元部分に対応する回転位相で回転軸２の回転を一旦停止又は減速することにより、歯元部分に対する成膜を充分に行うことができる。このような回転軸２の制御を行うには、制御手段８で回転軸２の駆動源を制御すれば良い。
【００２０】
【実施例】
（実施例１）
被処理物は、ＪＩＳ  ＳＣＭ４２０Ｈを材料とする歯車であり、以下に示す形状に加工し、図２に示す条件で浸炭処理をした後、仕上げ及びφ０．０５ｍｍの鋼球を速度９０ｍ／ｓｅｃで投射するマイクロブラスト処理を行った。
【００２１】
＜歯車諸元＞
モジュール    ：４ｍｍ
歯数          ：２９（相手２１）
歯幅          ：３０ｍｍ
外径          ：１３０ｍｍ
【００２２】
その後、歯車を脱脂処理し、図１に示すＰＶＤ処理装置の回転軸２にセットした。硬質被膜の形成工程では、ＰＶＤ法のうちアークイオンプレーティングを用い、ターゲットをクロムとし、雰囲気ガスを窒素として、以下に示す条件でＣｒＮの被膜を形成した。
【００２３】
＜アークイオンプレーティング成膜条件＞
窒素ガス導入前真空度    ：    １×  １０−４  Ｔｏｒｒ
スパッタクリーニング    ：    Ａｒ  −７００  Ｖ
窒素ガス導入後圧力      ：    ３０ｍ  Ｔｏｒｒ
成膜前温度              ：    １３０℃
成膜時間                ：    ４０分
【００２４】
なお、上記被膜形成時には、図１に示すＰＶＤ処理装置において、ターゲット５，６は、夫々同時に歯元に正対できるように１８６度の角度にセットした。この角度は、歯数に応じて決めることができ、上記歯車Ｗの場合は、３６０度／歯数２９＝１２．４度の整数倍に近いものとすればよい。この実施例では、両ターゲット５，６は、歯数１５を隔てた歯に夫々正対する。また、ターゲット５，６と歯車Ｗの距離は２０ｃｍとした。
【００２５】
さらに、上記被膜形成時に、回転位相検出手段７で回転軸２及び歯車Ｗの回転位相を検出し、制御手段８により、ターゲット５，６の正面に歯元が対応するときには各イオン源３，４のバイアス電圧を−７０Ｖとし、歯先が対応するときには各イオン源３，４のバイアス電圧が−３０Ｖとなるように、電圧を連続的に変化させた。このとき、回転軸２の回転速度は５ｒｐｍとした。この回転速度は、回転軸２の回転を停止しない場合には、１〜１０ｒｐｍとするのがよい。
【００２６】
（実施例２）
基本的に実施例１と同様であるが、被膜形成時において、一方のターゲット６と歯車Ｗの距離を５ｃｍとし、同ターゲット６に対するイオン源４のバイアス電圧を実施例１と同様（歯元：−７０Ｖ，歯先：−３０Ｖ）に制御すると共に、他方のターゲット５に対するイオン源３のバイアス電圧を常時−３０Ｖとした。
【００２７】
（比較例１，２）
基本的に実施例１と同様であるが、比較例１では、両イオン源３，４に対するバイアス電圧を常時−３０Ｖとして被膜形成を行い、比較例２では、同バイアス電圧を常時−７０Ｖとして被膜形成を行った。
【００２８】
上記の実施例１，２及び比較例１，２について、一連の処理後、下記の条件の動力循環式歯車試験にてトルクを漸増させて剥離限界を調べた。また、歯先及び歯元の膜厚を測定した。その結果を表１に示す。
【００２９】
＜歯車試験条件＞
回転数    ：１０００ｒｐｍ
油温      ：１２０℃
オイル    ：日産純正ベルトフルードＮＳ−１
供給油量  ：１Ｌ／ｍｉｎ
【００３０】
【表１】
2005008979.tif 000003
【００３１】
表１から明らかなように、実施例１，２では、いずれも歯先と歯元の膜厚差が小さく、歯車試験では剥離トルクの値が充分に大きいものとなった。これに対して、比較例１では、歯元に充分な膜厚を得ることができず、歯車試験では低負荷で膜が失われる結果となった。また、比較例２では、所定の膜厚が得られたものの、歯先と歯元の膜厚差が大きく、基材の軟化により歯面が変形して低負荷で膜が失われる結果となった。このように、実施例１，２では、比較例１，２に比べてほぼ均一な膜厚が得られ、且つ密着性に優れた強靭な硬質被膜が形成されていることを確認した。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＰＶＤ処理装置の一実施形態を説明する概略図である。
【図２】被処理物である歯車に対する浸炭処理パターンを示す図である。
【符号の説明】
１      チャンバー
２      回転軸
３  ４  イオン源
５  ６  ターゲット
７      回転位相検出手段
８      制御手段
Ｗ      歯車（被処理物）
【図１】
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【図２】
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