JP6115140B2 - 摺動部材の製造方法およびクラッチプレートの製造方法 - Google Patents
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Description
(請求項1)本手段に係る摺動部材の製造方法は、鋼材からなる母材部と、母材部の表面側に10〜50μmの厚さに形成される窒素拡散層と、窒素拡散層の表面側に10〜50μmの厚さに形成され最表面をなす窒素化合物層と、を備える摺動部材の製造方法であって、鋼材からなる素材に対して590〜660℃のアンモニア雰囲気にて加熱処理を行う第一加熱工程と、第一加熱工程に続いて素材に対して660〜690℃のうち第一加熱工程における温度より高い温度の非酸化雰囲気かつ非アンモニア雰囲気にて加熱処理を行う第二加熱工程と、第二加熱工程に続いて60〜80℃の油温にて油冷を行う油冷工程と、を行うことにより、窒素化合物層および窒素拡散層を形成する。
(請求項3)また、さらに油冷工程に続いて表面側を加圧しながら250〜400℃の温度にて焼き戻し処理を行う焼き戻し工程を行うことにより、窒素化合物層および窒素拡散層を形成するとよい。
(請求項5)また、第一加熱工程における加熱温度から第二加熱工程における加熱温度に昇温する間、アンモニア雰囲気とするとよい。
(請求項6)また、第一加熱工程の直前において500〜550℃の雰囲気温度の時にアンモニア雰囲気とし、第一加熱工程における加熱温度に昇温するとよい。
(請求項7)本手段に係るクラッチプレートの製造方法は、電磁クラッチを構成するクラッチプレートの製造方法であって、上述した摺動部材の製造方法を用いる。
(請求項3)油冷工程の後に摺動部材の表面側を加圧しながら焼き戻し処理を行うことで、内部歪を除去しながら、平坦度をより高めることができる。
本発明の摺動部材またはクラッチプレートについて図面を参照して説明する。摺動部材またはクラッチプレートの表面構造について、図1を参照して説明する。摺動部材またはクラッチプレートは、炭素鋼などの鋼材からなる素材の表面に、窒化処理を施してなる。なお、当該摺動部材の例としては、電磁クラッチ装置を構成するクラッチプレートの他、LSDクラッチの鉄系クラッチプレート、ブレーキパッドなどが挙げられる。
次に、摺動部材またはクラッチプレートの表面の熱処理方法(製造方法)について説明する。ここで、摺動部材などの製造方法として、二種類の製造方法を適用する。以下にそれぞれについて説明する。
次に、本実施形態の製造方法により得られた部材の硬さ、冷却後の歪変化量(平坦度)、部材の表面粗さ、および、クラッチプレートに適用した場合の実機耐久摩擦試験前後における伝達トルクの変化量について評価する。
それぞれの表面側における断面組織の顕微鏡写真を図12〜図17に示す。本実施形態の実施例1では、図12に示すように、最表面に窒素化合物層のうちの白層が僅かに形成され、それより深い側に窒素化合物層のうちの緻密層が形成されている。窒素化合物層の厚みは、約20μmであった。また、窒素化合物層の深い側には窒素拡散層が形成されている。窒素拡散層の厚みは、約25μmであった。
表面からの深さに対する硬さMHV(25g)について、図18を参照して説明する。実施例1,2、参考例および比較例1,3では、最大硬さが、1000MHVを超えている。そして、実施例1,2および比較例1,3では、表面から深さ30μm付近まで800MHV以上の高い硬さを有し、深さ50μm付近までの硬さが母材の硬さよりも高くなっている。つまり、表面からの深さ25μm付近までに形成されている窒素化合物層によって、高い硬さを得ている。また、窒素拡散層を深く形成させることによって、硬さが高い部分を厚くすることができている。
次に、加熱工程前の歪量(平坦度)に対する冷却工程後の歪量(平坦度)の変化量について、図19を参照して説明する。実施例2、参考例および比較例2,3では、歪変化量が0.01mm程度となっている。実施例1では、歪変化量が0.08mmとなっている。また、比較例1では、0.27mmとなっている。比較例1の歪変化量が大きいのは、冷却液の温度が50〜60℃と低いことにより、冷却スピードが速いためであると考えられる。
次に、それぞれの試験結果に対して、製造後のクラッチプレートの表面粗さRz(十点平均粗さ(JIS B0601:1994))について、図20を参照して説明する。実施例1,2、参考例および比較例1,2は、1.0μm程度であり、比較例3が2.9μmであった。
ここで、実施例1と比較例3のクラッチプレートの表面の顕微鏡写真を図21および図22に示す。図21および図22によれば、実施例1および比較例3はいずれも小さな突起が多数存在していることが分かる。さらには、図21の実施例1の突起の径は、図22の比較例の突起の径よりも小さいことが分かる。比較例3に比べて実施例1では、窒化する際の温度が低いため、窒化する際の表面の突起の成長が抑制されていると考えられる。
それぞれの部材に対する実機耐久摩擦試験を行った。当該試験には、駆動力伝達装置を構成する電磁クラッチを適用した。具体的には、上記実施例1,2、参考例および比較例1〜3の各表面処理を、当該電磁クラッチを構成し且つ複数の同心円の環状溝を有するアウタパイロットクラッチプレート44b(図24、図25に示す)に施す。アウタパイロットクラッチプレート44bの相手材であって、複数の交差する溝を有するインナパイロットクラッチプレート44a(図24、図26に示す)は、ダイヤモンドライクカーボン(DLC)膜をコーティングした。試験条件は、電磁クラッチ部の面圧0.2MPa、すべり速度0.02m/s、カップリングフルード(動粘度40℃、23mm2/s)潤滑下、カップリング表面温度90〜100℃、耐久時間480h連続スリップ、380Wのエネルギーのもと、耐久試験を行った。
実施例1,2、参考例によれば、第二加熱工程(図2のS3、図5のS14)後の冷却を油冷としているため、冷却液には油を用い、水を用いていない。これにより、摺動部材の表面に錆が発生することを抑制できる。油冷に用いる油は、水冷に用いる水よりも、その材料自体の性質として冷却スピードが小さい。また、油冷にすることで、水が含まれる冷却液に比べると、温度を高くすることができる。そのため、油冷による冷却スピードは、水を含む冷却液による冷却スピードに比べて遅くすることができる。その結果、加熱前と冷却後の摺動部材の表面の歪変化量(平坦度)を小さくすることができる。
次に、上述した電磁クラッチ装置のクラッチプレートを適用する駆動力伝達装置1について、図24を参照して説明する。駆動力伝達装置1は、例えば、4輪駆動車において車両の走行状態に応じて駆動力が伝達される補助駆動輪側への駆動力伝達系に適用される。より詳細には、4輪駆動車において、駆動力伝達装置1は、例えば、エンジンの駆動力が伝達されるプロペラシャフトと、リアディファレンシャルとの間に連結されている。駆動力伝達装置1は、プロペラシャフトから伝達される駆動力を、伝達割合を可変にしながら、リアディファレンシャルに伝達している。この駆動力伝達装置1は、例えば、前輪と後輪との回転差が生じた場合に、回転差を低減するように作用する。
次に、上述した構成からなる駆動力伝達装置1の基本的な動作について説明する。アウタケース10とインナシャフト20とが回転差を生じている場合について説明する。電磁クラッチ装置40の電磁コイル42に電流が供給されると、電磁コイル42を基点としてヨーク41、リヤハウジング12、アーマチュア43を循環するループ状の磁気回路が形成される。
Claims (7)
- 鋼材からなる母材部と、前記母材部の表面側に10〜50μmの厚さに形成される窒素拡散層と、前記窒素拡散層の表面側に10〜50μmの厚さに形成され最表面をなす窒素化合物層と、を備える摺動部材の製造方法であって、
鋼材からなる素材に対して590〜660℃のアンモニア雰囲気にて加熱処理を行う第一加熱工程と、
前記第一加熱工程に続いて前記素材に対して660〜690℃のうち前記第一加熱工程における温度より高い温度の非酸化雰囲気かつ非アンモニア雰囲気にて加熱処理を行う第二加熱工程と、
前記第二加熱工程に続いて60〜80℃の油温にて油冷を行う油冷工程と、
を行うことにより、前記窒素化合物層および前記窒素拡散層を形成する、摺動部材の製造方法。 - 前記油冷工程は、非酸化雰囲気にて油冷を行う、請求項1の摺動部材の製造方法。
- さらに前記油冷工程に続いて前記表面側を加圧しながら250〜400℃の温度にて焼き戻し処理を行う焼き戻し工程を行うことにより、前記窒素化合物層および前記窒素拡散層を形成する、請求項1または2の摺動部材の製造方法。
- 前記第二加熱工程における加熱処理の時間は、前記第一加熱工程における590〜660℃での加熱処理の時間より短く設定される、請求項1〜3の何れか一項の摺動部材の製造方法。
- 前記第一加熱工程における加熱温度から前記第二加熱工程における加熱温度に昇温する間、アンモニア雰囲気とする、請求項1〜4の何れか一項の摺動部材の製造方法。
- 前記第一加熱工程の直前において500〜550℃の雰囲気温度の時にアンモニア雰囲気とし、前記第一加熱工程における加熱温度に昇温する、請求項1〜5の何れか一項の摺動部材の製造方法。
- 電磁クラッチを構成するクラッチプレートの製造方法であって、
請求項1〜6の何れか一項の摺動部材の製造方法を用いる、クラッチプレートの製造方法。
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