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JP2002357262A - Cam provided with dlc and cam shaft - Google Patents

Cam provided with dlc and cam shaft

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Publication number
JP2002357262A
JP2002357262A JP2001166427A JP2001166427A JP2002357262A JP 2002357262 A JP2002357262 A JP 2002357262A JP 2001166427 A JP2001166427 A JP 2001166427A JP 2001166427 A JP2001166427 A JP 2001166427A JP 2002357262 A JP2002357262 A JP 2002357262A
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JP
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film
cam
diamond
carbon
represented
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JP2001166427A
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正俊 中山
Masaichi Otaka
政一 尾高
Ryoko Yoshino
良子 吉野
Yasushi Hashimoto
靖 橋本
Yasuhiro Matsuba
康浩 松場
Izumi Miyauchi
泉 宮内
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TDK Corp
Original Assignee
TDK Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce a sliding wear between a cam used for a power transmission base controlling the opening/closing for a fuel valve of an engine and the follower or tappet. SOLUTION: In a metallic cam used for a transmission base for transmitting a driving power by the rotary motion of the cam to a reciprocating motion member, a diamond-like carbon membrane, an intermediate layer composed of (a) a silicide or silicious carbide chiefly made of at least one kind selected from the fifth A group metal (V, Nb, Ta), the six A group metal (Cr, Mo, W), Ti, and Zr, (b) a metallic film chiefly made of at least one kind selected from the fifth A group metal (V, Nb, Ta), and of a Si film formed thereon, or a metallic film chiefly made of Si, or (c) at least a kind of metallic film selected from the fifth A group metal (V, Nb, Ta), the six A group metal (Cr, Mo, W), Ti, or Zr, and silicon carbide film formed thereon, and the diamond-like carbon membrane are formed in this order.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は自動車等の内燃機関
において、カムの回転運動による駆動力を、往復運動に
変換する動力伝達系に使用される金属材料製のカムロー
ブ(以下単にカムと称する)に関し、特に、耐摩耗被覆
膜を設けたカムおよびカムシャフトに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cam lobe (hereinafter simply referred to as a cam) made of a metal material used in a power transmission system for converting a driving force due to a rotational motion of a cam into a reciprocating motion in an internal combustion engine of an automobile or the like. In particular, the present invention relates to a cam and a camshaft provided with a wear-resistant coating film.

【0002】[0002]

【従来の技術】自動車エンジン等の内燃機関において、
カムの回転運動による駆動力を、タペット等の往復運動
部材を介して燃料バルブ等に伝達するための動力伝達系
が使用されている。カムは、駆動力をタペット等に伝達
するように接触対象例えばタペットの面またはそれに固
定されたシムの面と当接され高面圧を受けながら摺動す
るため、カム面もまたタペットまたはシム面も摩耗損傷
が激しくなる。特にOHC(オーバーヘッドカム軸)方
式のエンジンではカムとタペット(若しくはシム)との
間隔の調整作業が重要であり、これらの調整が不十分で
あると、騒音の発生源になるなどの不具合を生じたり、
調整を行ってもこれらの部品の摩耗が激しいと所望の間
隔からずれたりすることで、摩擦損失によりエンジン馬
力の低下を引き起こし、燃費の低下を招くおそれがあっ
た。さらに相手材とのかじりが発生して使用不可能にな
ってしまうおそれがあった。
2. Description of the Related Art In an internal combustion engine such as an automobile engine,
2. Description of the Related Art A power transmission system for transmitting a driving force due to a rotational motion of a cam to a fuel valve or the like via a reciprocating member such as a tappet is used. Since the cam is brought into contact with a contact object such as a tappet surface or a shim surface fixed thereto so as to transmit the driving force to the tappet or the like and slides while receiving a high surface pressure, the cam surface is also a tappet or shim surface. Even wear damage becomes severe. In particular, in the case of an OHC (overhead camshaft) type engine, it is important to adjust the interval between the cam and the tappet (or shim). If these adjustments are insufficient, a problem such as a source of noise may occur. Or
Even if the adjustment is made, if the wear of these parts is severe, the parts may deviate from a desired interval, causing a decrease in engine horsepower due to friction loss, which may lead to a decrease in fuel efficiency. In addition, there is a possibility that it may become unusable due to galling with the partner material.

【0003】燃料バルブを開閉するための動力伝達系の
若干の例を示すと、図1は突き棒方式の伝達系であり、
エンジン出力を伝動するクランクシャフトから駆動され
る軸1に固定されたカム3は、タペット7の下面に摺接
しながら回転する。これにより往復運動するタペット7
は突き棒9を介してロッカーアーム軸15に支承された
ロッカーアーム13の一端に動力を伝達してそれを揺動
させる。ロッカーアーム13の他端は、リテーナー19
に保持されたばね17に支持されたバルブ軸21をカム
3のタイミングで押圧して燃料バルブ23を開閉させ、
燃料をエンジンのピストン/シリンダーに供給する。カ
ムシャフト1とシム5の間隔は調整ねじ11により調整
される。図2はOHC方式の一種であるダブルオーバヘ
ッドカム(DOHC)方式を使用した伝達系の例を示
し、エンジン出力を伝動するクランクシャフトから駆動
されるカムシャフト1、1’に固定されたカム3は、タ
ペット7、7’の上面に摺接しながら回転する。これに
より往復運動するタペット7、7’は、その内部にリテ
ーナー19、19’で保持されたばね17、17’に支
持されたバルブ軸21、21’をカム3のタイミングで
押圧して排気バルブ23’、および燃料バルブ23を開
閉させ、燃料をエンジンのピストン/シリンダーに供給
および排気する。
FIG. 1 shows a power transmission system for opening and closing a fuel valve. FIG.
The cam 3 fixed to the shaft 1 driven by a crankshaft that transmits the engine output rotates while sliding on the lower surface of the tappet 7. This allows the tappet 7 to reciprocate.
Transmits power to one end of the rocker arm 13 supported on the rocker arm shaft 15 via the push rod 9 to swing it. The other end of the rocker arm 13 is
The fuel valve 23 is opened and closed by pressing the valve shaft 21 supported by the spring 17 held at the timing of the cam 3,
Supply fuel to the piston / cylinder of the engine. The distance between the camshaft 1 and the shim 5 is adjusted by an adjusting screw 11. FIG. 2 shows an example of a transmission system using a double overhead cam (DOHC) system, which is a type of OHC system. A cam 3 fixed to camshafts 1 and 1 'driven by a crankshaft for transmitting engine output is provided. , Rotating while sliding on the upper surfaces of the tappets 7, 7 '. As a result, the reciprocating tappets 7, 7 'press the valve shafts 21, 21' supported by the springs 17, 17 'held therein by retainers 19, 19' at the timing of the cam 3 to release the exhaust valve 23. , And the fuel valve 23 is opened and closed to supply and exhaust fuel to the piston / cylinder of the engine.

【0004】カムとタペットの当接面は、それらの間隔
に依存して或いはばね8の力により大きい摩擦作用を受
けるので、カム表面と相手部材の当接面の間には十分な
低摩擦性と耐摩耗性を付与する必要がある。この問題を
解決するために、特開平11−280419号では図3
に示したようにカム3と当接するタペット7の端面に耐
摩耗性の高いダイヤモンド状炭素膜(DLC)よりなる
シム5を設けることが記載されている。しかし、同文献
にはダイヤモンド状炭素膜製のシム単独では十分な耐摩
耗性が得られず、さらにカム面をRaで0.08μm以
下に精密研磨しなければならないと記載されている。他
の対策としては特開平11−280419号に、金属合
金基材の上にカム摺動面よりも高硬度な材料例えばダイ
ヤモンド状薄膜を被覆し、その表面を十点平均表面粗さ
Rzが0.07〜0.2μmに仕上げたシムと、燒結金
属等の多数の潤滑油を保持する開口気孔を形成したカム
との組み合わせを記載している。
The contact surface between the cam and the tappet is subjected to a greater frictional action depending on the distance between them and the force of the spring 8, so that there is sufficient low friction between the cam surface and the contact surface of the mating member. And it is necessary to impart abrasion resistance. In order to solve this problem, Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-280419 discloses FIG.
As described in (1), it is described that a shim 5 made of a diamond-like carbon film (DLC) having high wear resistance is provided on an end face of a tappet 7 which comes into contact with the cam 3. However, the document describes that a shim made of a diamond-like carbon film alone cannot provide sufficient wear resistance, and that the cam surface must be precisely polished to an Ra of 0.08 μm or less. As another countermeasure, Japanese Unexamined Patent Publication No. 11-280419 discloses a method in which a material having a higher hardness than the cam sliding surface, for example, a diamond-like thin film is coated on a metal alloy base material, and the surface has a ten-point average surface roughness Rz of 0. A combination of a shim finished to 0.07 to 0.2 μm and a cam having open pores for holding a large number of lubricating oils such as sintered metal is described.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】特開平11−2804
19号に記載された技術では、耐摩耗性の高いダイヤモ
ンド状炭素膜よりなるシムに対して、カム面をRaで
0.08μm以下に鏡面研磨しなければならない問題が
ある。カム面の研磨工程は、手間と時間のかかる工程で
あり、能率が悪く、コストがかさむ問題がある。一方、
特開平11−280419号に記載された技術では、シ
ムの仕上げ面は比較的粗くてもよいが、カム摺動面に多
数の開口気孔を形成してそこに潤滑油を保持させなけれ
ばならない問題がある。本発明は、カム面やシム面の精
密研磨を行う必要が無く、耐摩耗を向上したカムまたは
カムシャフトを提供することを課題とする。カムシャフ
トはカムを備えたシャフトを指し、カムとは単独または
このようなシャフトに一体に固定されたカムを含むもの
とする。
SUMMARY OF THE INVENTION Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-2804
In the technique described in No. 19, there is a problem that the cam surface must be mirror-polished to 0.08 μm or less in Ra with respect to a shim made of a diamond-like carbon film having high wear resistance. The step of polishing the cam surface is a time-consuming and time-consuming step, and is inefficient and costly. on the other hand,
In the technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-280419, the finished surface of the shim may be relatively rough. There is. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a cam or a camshaft which does not require precise polishing of a cam surface or a shim surface and has improved wear resistance. A camshaft refers to a shaft with a cam, including a cam alone or integrally secured to such a shaft.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】(1)本発明は、カムの
回転運動による駆動力を、往復運動部材に伝達する伝達
系に使用される金属材料製のカムにおいて、前記往復運
動部材に摺動係合するカムの表面にダイヤモンド状炭素
膜を形成したことを特徴とするカムを提供する。 (2)好ましくは、前記ダイヤモンド状炭素膜は、炭素
と水素とからなり、その組成をCHnをモル比で表した
とき、 0.05≦n≦0.7 または、前記ダイヤモンド状炭素膜は珪素を含み、酸
素、窒素、フッ素が含まれても良く、組成をCHxSi
yOzNvFwで表したとき、 0.05≦x≦0.7 0.01≦y≦3.0 0≦z≦1.0 0≦v≦1.0 0≦w≦0.2 で表されるダイヤモンド状炭素膜である。 (3)好ましくは、前記ダイヤモンド状炭素膜は、前記
CHxSiyOzNvFw(添え字は上に定義の通り)
で表されるダイヤモンド状炭素膜及び前記CHn(添え
字は上に定義の通り)で表されるダイヤモンド状炭素膜
の少なくとも2層を形成するか、またはこれらの組成の
一方の組成から他方の組成に連続的に変化した層を形成
した層を含む。これらの場合に第1層としてHとSiを
含有する層を設けける方が一層好ましい。 (4)本発明の別の形態では、カムの回転運動による駆
動力を、往復運動部材に伝達するための伝達系に使用さ
れる金属材料製のカムにおいて、前記往復運動部材に摺
動係合するカムの表面に、(a)第5A族金属(V、N
b、Ta)、第6A族金属(Cr、Mo、W)、Ti、
およびZrより選択された少なくとも一種を主成分とす
る珪化物または珪炭化物、(b)第5A族金属(V、N
b、Ta)より選択された少なくとも一種を主成分とす
る金属膜とその上に形成されたSi膜またはSiを主成
分とする金属膜、または(c)第5A族金属(V、N
b、Ta)、第6A族金属(Cr、Mo、W)、Ti、
およびZrより選択された少なくとも一種の金属膜とそ
の上に形成された炭化珪素膜、よりなる中間層と、ダイ
ヤモンド状炭素膜の少なくとも1層をこの順に形成した
ことを特徴とするカムが提供される。 (5)前記(4)において好ましくは前記ダイヤモンド
状炭素膜は、炭素と水素とからなり、その組成をCHn
をモル比で表したとき、 0.05≦n≦0.7 または、前記ダイヤモンド状炭素膜に珪素を含み、酸
素、窒素、フッ素が含まれても良く、組成をCHxSi
yOzNvFwで表したとき、 0.05≦x≦0.7 0.01≦y≦3.0 0≦z≦1.0 0≦v≦1.0 0≦w≦0.2 で表されるダイヤモンド状炭素膜である。 (6)また、上記(2)において、好ましくは、前記ダ
イヤモンド状炭素膜は、前記CHxSiyOzNvFw
(添え字は上に定義の通り)で表されるダイヤモンド状
炭素膜及び前記CHn(添え字は上に定義の通り)で表
されるダイヤモンド状炭素膜の少なくとも2層を形成す
るか、またはこれらの組成の一方の組成から他方の組成
に連続的に変化した層を含む。
(1) The present invention relates to a cam made of a metal material used for a transmission system for transmitting a driving force due to a rotational motion of a cam to a reciprocating member. A cam characterized in that a diamond-like carbon film is formed on the surface of a cam that dynamically engages. (2) Preferably, the diamond-like carbon film is composed of carbon and hydrogen, and when its composition is represented by a molar ratio of CHn, 0.05 ≦ n ≦ 0.7 or the diamond-like carbon film is silicon. And may contain oxygen, nitrogen and fluorine, and the composition is CHxSi
When represented by yOzNvFw, a diamond represented by the following formula: 0.05 ≦ x ≦ 0.7 0.01 ≦ y ≦ 3.0 0 ≦ z ≦ 1.00 0 ≦ v ≦ 1.00 ≦ w ≦ 0.2 Carbon film. (3) Preferably, the diamond-like carbon film is formed of the CHxSiyOzNvFw (subscripts are as defined above).
Or at least two layers of the diamond-like carbon film represented by CHn and the CHn (subscript is as defined above), or one of these compositions is replaced by the other And a layer in which a continuously changed layer is formed. In these cases, it is more preferable to provide a layer containing H and Si as the first layer. (4) According to another aspect of the present invention, in a cam made of a metal material used for a transmission system for transmitting a driving force due to a rotational motion of a cam to a reciprocating member, a sliding engagement with the reciprocating member is provided. (A) a Group 5A metal (V, N
b, Ta), Group 6A metals (Cr, Mo, W), Ti,
Or a silicide containing at least one selected from Zr and Zr, and (b) a Group 5A metal (V, N
b, Ta) and a metal film mainly composed of at least one selected from the group consisting of Si and a metal film mainly composed of Si, or (c) a Group 5A metal (V, N
b, Ta), Group 6A metals (Cr, Mo, W), Ti,
And at least one metal film selected from Zr and Zr, an intermediate layer formed of a silicon carbide film formed thereon, and at least one layer of a diamond-like carbon film. You. (5) In the above (4), preferably, the diamond-like carbon film is composed of carbon and hydrogen and has a composition of CHn.
When represented by a molar ratio, 0.05 ≦ n ≦ 0.7 or the diamond-like carbon film may contain silicon, and may contain oxygen, nitrogen, and fluorine.
When represented by yOzNvFw, a diamond represented by the following formula: 0.05 ≦ x ≦ 0.7 0.01 ≦ y ≦ 3.0 0 ≦ z ≦ 1.00 0 ≦ v ≦ 1.00 ≦ w ≦ 0.2 Carbon film. (6) In the above (2), preferably, the diamond-like carbon film is formed of the CHxSiyOzNvFw.
Forming at least two layers of a diamond-like carbon film represented by (subscripts are defined above) and a diamond-like carbon film represented by CHn (subscripts are defined above), or A layer continuously changed from one composition to the other composition.

【0007】[0007]

【発明の実施の形態】本発明者等は、従来の技術による
カム(特にカムシャフトのカム)に形成したダイヤモン
ド状薄膜(DLC膜)が、比較的表面粗さの大きいシム
(または相手材)と組み合わせて使用されるとき、大き
い摩耗を生じる理由を探求した結果、シムの金属基材と
ダイヤモンド状薄膜の密着性に問題があり、そのため長
期の使用が不能となることを見いだした。本発明者等
は、従来のようにタペット或いはシムの面ではなくて、
カムにダイヤモンド状薄膜を被覆し、また特にダイヤモ
ンド状炭素膜の材質を適正に選択することおよび/また
は適正な中間層を使用することにより密着性を向上し、
耐摩耗性を格段に向上することが出来た。カムは複雑な
形状を有するため適正な成膜法がなく従来は試みられな
かった。本発明の構成を有するカムを採用すると、シム
の表面粗さは0.08μm以下に精密研磨する必要が無
く、0.1μmよりも粗い表面粗さでも十分な耐摩耗性
を備える。また、これに加えて、シムの基材金属または
合金の表面にも同様な構成を採用すると耐摩耗性がさら
に向上する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present inventors have found that a diamond-like thin film (DLC film) formed on a cam (particularly a cam of a camshaft) according to the prior art is a shim (or mating material) having a relatively large surface roughness. As a result of exploring the reason why large abrasion is caused when used in combination with the above, it has been found that there is a problem in the adhesion between the metal substrate of the shim and the diamond-like thin film, which makes long-term use impossible. The present inventors are not using tappets or shims as in the past,
Improve the adhesion by coating the cam with a diamond-like thin film, and especially by properly selecting the material of the diamond-like carbon film and / or using an appropriate intermediate layer,
The wear resistance was significantly improved. Since the cam has a complicated shape, there has been no appropriate film forming method, and no attempt has been made in the past. When the cam having the configuration of the present invention is employed, it is not necessary to precisely grind the surface roughness of the shim to 0.08 μm or less, and sufficient wear resistance is provided even with a surface roughness greater than 0.1 μm. In addition, when a similar structure is employed on the surface of the shim base metal or alloy, the wear resistance is further improved.

【0008】また、特に本発明は、少なくともカムの摺
動面とダイヤモンド状炭素膜との間に、(a)第5A族
金属(V、Nb、Ta)、第6A族金属(Cr、Mo、
W)、Ti、およびZrより選択された少なくとも一種
を主成分とする珪化物または珪炭化物、(b)第5A族
金属(V、Nb、Ta)より選択された少なくとも一種
を主成分とする金属膜とその上に形成されたSi膜また
はSiを主成分とする金属膜、または(c)第5A族金
属(V、Nb、Ta)、第6A族金属(Cr、Mo、
W)、Ti、およびZrより選択された少なくとも一種
の金属膜とその上に形成された炭化珪素膜、よりなる中
間層を設ける。別の形態として、本発明は、少なくとも
カムの摺動面に少なくともHとSiを含有するダイヤモ
ンド状炭素膜よりなる耐摩耗性被膜を設ける。このよう
な中間層を形成すると、ダイヤモンド状炭素膜に特に制
限はない。Hを含有するダイヤモンド状炭素膜、HとS
iを含有するダイヤモンド状炭素膜、またはこれらの組
み合わせを使用することができる。
In particular, the present invention provides (a) a Group 5A metal (V, Nb, Ta) and a Group 6A metal (Cr, Mo, Cr) between at least a sliding surface of a cam and a diamond-like carbon film.
W) a silicide or silicide mainly composed of at least one selected from Ti and Zr; (b) a metal mainly composed of at least one selected from Group 5A metals (V, Nb, Ta) A film and a Si film formed thereon or a metal film containing Si as a main component, or (c) a Group 5A metal (V, Nb, Ta) or a Group 6A metal (Cr, Mo,
An intermediate layer comprising at least one metal film selected from W), Ti, and Zr and a silicon carbide film formed thereon is provided. In another embodiment, the present invention provides a wear-resistant coating made of a diamond-like carbon film containing at least H and Si on at least the sliding surface of the cam. When such an intermediate layer is formed, the diamond-like carbon film is not particularly limited. H-containing diamond-like carbon film, H and S
A diamond-like carbon film containing i, or a combination thereof, can be used.

【0009】また、本発明によると、中間層を使用しな
くても少なくともカムの表面に、ダイヤモンド状炭素膜
特にHとSiを含有するダイヤモンド状炭素膜を形成す
れば、耐摩耗性を大幅に向上することが可能となる。こ
の場合に、HとSiを含有するダイヤモンド状炭素膜の
上に、さらにHを含有するダイヤモンド状炭素膜を形成
することも可能である。この構成は、特に基板との密着
性が良く、更なる耐摩耗性の向上が期待できる。以下簡
単のためにダイヤモンド状炭素膜をDLCと略すること
がある。
According to the present invention, if a diamond-like carbon film, especially a diamond-like carbon film containing H and Si, is formed on at least the surface of the cam without using an intermediate layer, the wear resistance is greatly improved. It is possible to improve. In this case, it is also possible to further form a diamond-like carbon film containing H on the diamond-like carbon film containing H and Si. This configuration has particularly good adhesion to the substrate, and further improvement in wear resistance can be expected. Hereinafter, the diamond-like carbon film may be abbreviated as DLC for simplicity.

【0010】本発明でカムの基材として使用できる材料
は、従来から斯界で慣用されている任意の材料が使用で
きる。これらの材料としては例えば各種の炭素鋼や鋳鉄
など(ねずみ鋳鉄、球状黒鉛鋳鉄、可鍛鋳鉄、合金鋳鉄
など)、鋳鋼などで、超強靱鋼(SNCM420、SC
M440、SCM420、SCR420、H11な
ど)、高速度工具鋼(ハイス鋼:JIS規格のSKH
系)、合金工具鋼(ダイス鋼:SKD6など)、マルエ
ージ鋼(KMS180−20など)、オースフォーム
鋼、ステンレス鋼(SUS304、SUS430、17
−4PHなど)、軸受鋼(SUJ2など)、Al合金
(AC4Cなど)、Ti合金等が挙げられる。
As the material that can be used as the base material of the cam in the present invention, any material conventionally used in the art can be used. These materials include, for example, various types of carbon steel and cast iron (gray cast iron, spheroidal graphite cast iron, malleable cast iron, alloy cast iron, etc.), cast steel and the like, and ultra-tough steel (SNCM420, SC
M440, SCM420, SCR420, H11 etc.), high speed tool steel (high speed steel: JIS standard SKH)
System), alloy tool steel (die steel: SKD6 etc.), maraging steel (KMS180-20 etc.), ausform steel, stainless steel (SUS304, SUS430, 17)
-4PH), bearing steel (such as SUJ2), Al alloy (such as AC4C), and Ti alloy.

【0011】これらの基材となる金属に対して、適当な
条件で焼き入れして材料の硬度を向上させたものを使用
しても良い。焼き入れには例えば、高周波焼き入れ、炎
焼き入れ、浸炭焼き入れなどが使用できる。またこれら
の基材上か、焼き入れ後の基材に対し、表面硬化処理を
施し、その上にダイヤモンド状炭素膜或いは中間層を介
在してダイヤモンド状炭素膜をコーティングしても良
い。表面硬化処理としては、例えば窒化、浸炭、硼化処
理がある。
[0011] The metal used as the base material may be quenched under appropriate conditions to improve the hardness of the material. For quenching, for example, induction hardening, flame quenching, carburizing quenching and the like can be used. Further, a surface hardening treatment may be performed on these substrates or on the quenched substrate, and a diamond-like carbon film or a diamond-like carbon film may be coated thereon with an intermediate layer interposed therebetween. Examples of the surface hardening include nitriding, carburizing, and boring.

【0012】中間層 次に、本発明で使用する中間層は、(a)第5A族金属
(V、Nb、Ta)、第6A族金属(Cr、Mo、
W)、Ti、およびZrより選択された少なくとも一種
を主成分とする珪化物または珪炭化物、(b)第5A族
金属(V、Nb、Ta)より選択された少なくとも一種
を主成分とする金属膜とその上に形成されたSi膜また
はSiを主成分とする金属膜、または(c)第5A族金
属(V、Nb、Ta)、第6A族金属(Cr、Mo、
W)、Ti、およびZrより選択された少なくとも一種
の金属膜とその上に形成された炭化珪素膜、であること
を述べたが、これらは本発明者等による特開2000−
178736、同2000−178737、同2000
−177046、同2000−178738、同200
0−90842等に記載されている。
[0012]Middle class  Next, the intermediate layer used in the present invention comprises: (a) a Group 5A metal
(V, Nb, Ta), Group 6A metals (Cr, Mo,
At least one selected from W), Ti, and Zr
Or silicide containing as a main component, (b) Group 5A
At least one selected from metals (V, Nb, Ta)
And a Si film formed thereon and
Is a metal film containing Si as a main component, or (c) Group 5A gold
Genus (V, Nb, Ta), Group 6A metal (Cr, Mo,
At least one selected from W), Ti, and Zr
Metal film and a silicon carbide film formed thereon
These are described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-2000 by the present inventors.
178736, 2000-178737, 2000
177,046, 2000-178,738, 200
0-90842 and the like.

【0013】上記(a)の中間層の場合には、組成をM
SiaCb(ただし、MはV、Nb、Ta、Cr、Mo、
W、TiおよびZrのいずれか一種以上である)と表し
たとき、0.3≦a≦10、好ましくは1≦a≦6、0
≦b≦5、好ましくは0≦b≦3、0.3≦a+b≦1
0、好ましくは1≦a+b≦6である。aがこれより大
きくて珪素が多くなると、母材との密着力が悪くなる。
aがこれより小さくて珪素が少なくなると、DLC膜と
の密着力が悪くなる。bがこれより大きくて炭素が多く
なると、母材との密着力が悪くなる。bがこれより小さ
くて炭素が少なくなると、DLC膜との密着力が悪くな
る。また、a+bがこれより大きくても母材との密着力
が悪くなり、a+bがこれより小さくてもDLC膜との
密着力が悪くなる。
In the case of the intermediate layer (a), the composition is M
SiaCb (where M is V, Nb, Ta, Cr, Mo,
W is at least one of W, Ti and Zr), and 0.3 ≦ a ≦ 10, preferably 1 ≦ a ≦ 6, 0
≦ b ≦ 5, preferably 0 ≦ b ≦ 3, 0.3 ≦ a + b ≦ 1
0, preferably 1 ≦ a + b ≦ 6. If a is larger than this and the amount of silicon increases, the adhesion to the base material deteriorates.
If a is smaller than this and silicon is small, the adhesion to the DLC film will be poor. When b is larger than this and the amount of carbon is large, the adhesion to the base material is deteriorated. When b is smaller than this and carbon is reduced, the adhesion to the DLC film is deteriorated. Also, if a + b is larger than this, the adhesion to the base material will be poor, and if a + b is smaller than this, the adhesion to the DLC film will be poor.

【0014】中間層は、2nm〜5μm の厚さであること
が好ましく、さらには5nm〜1μmの厚さであることが
好ましい。このような厚さとすることで密着性が向上す
る。これに対し、中間層が薄すぎると密着性向上の効果
が十分ではなくなり、厚すぎると耐衝撃性が悪くなって
くる。
The intermediate layer preferably has a thickness of 2 nm to 5 μm, more preferably 5 nm to 1 μm. With such a thickness, the adhesion is improved. On the other hand, if the intermediate layer is too thin, the effect of improving the adhesion will not be sufficient, and if it is too thick, the impact resistance will deteriorate.

【0015】本発明の中間層は、真空蒸着法、スパッタ
法、イオンプレーティング法等のPVD法や熱CVD
法、プラズマCVD法、光CVD法等のCVD法によっ
て形成することができる。また、湿式メッキ法、溶射、
クラッド接合等により形成してもよい。具体的には公知
の方法による。とくに、本発明の中間層はスパッタ法に
より形成することが好ましい。この場合、目的とする組
成に応じたターゲットを用い、高周波電力、交流電力、
直流電力のいずれかを付加し、ターゲットをスパッタ
し、これを母材(基板)上にスパッタ堆積させることに
より中間層を形成する。
The intermediate layer of the present invention can be formed by a PVD method such as a vacuum evaporation method, a sputtering method, an ion plating method, or a thermal CVD method.
It can be formed by a CVD method such as a plasma CVD method, a photo CVD method, or the like. Wet plating, thermal spraying,
It may be formed by clad bonding or the like. Specifically, a known method is used. In particular, the intermediate layer of the present invention is preferably formed by a sputtering method. In this case, using a target according to the target composition, high-frequency power, AC power,
The target is sputtered by applying any one of DC power, and the target is sputter-deposited on a base material (substrate) to form an intermediate layer.

【0016】ターゲットは、通常、中間層と同じ組成の
ものを用いればよいが、Ta等の金属とSiとをターゲ
ットとする多元スパッタとしてもよいし、反応性スパッ
タでCやSiを導入する場合はその成分を含まないター
ゲットを用いることができる。
Usually, the target may have the same composition as that of the intermediate layer. However, it may be a multi-source sputtering using a metal such as Ta as a target and Si, or a case where C or Si is introduced by reactive sputtering. The target which does not contain the component can be used.

【0017】スパッタガスには、通常のスパッタ装置に
使用される不活性ガスが使用できる。中でも、Ar、K
r、Xeのいずれか、あるいは、これらの少なくとも1
種以上のガスを含む混合ガスを用いることが好ましい。
また、反応性スパッタを行ってもよく、反応性ガスとし
ては、炭素を導入する場合には、CH4 、C22 、C
24 、CO等を用い、珪素を導入する場合には、シラ
ンガス等を用いる。また、水素を導入する場合には、H
2等を用いる。これらの反応性ガスは単独で用いても、
2種以上を混合して用いてもよい。スパッタ時の動作圧
力は、0.2〜70Paの範囲が好ましい。また、成膜
中にスパッタガスの圧力を、前記範囲内で変化させるこ
とにより、濃度勾配を有する中間層を容易に得ることが
できる。
As the sputtering gas, an inert gas used in a usual sputtering apparatus can be used. Above all, Ar, K
r or Xe, or at least one of these
It is preferable to use a mixed gas containing at least one kind of gas.
Further, reactive sputtering may be performed. When carbon is introduced as the reactive gas, CH 4 , C 2 H 2 , C 2
When 2 H 4 , CO or the like is used to introduce silicon, a silane gas or the like is used. When hydrogen is introduced, H
Use 2 etc. Even if these reactive gases are used alone,
You may mix and use 2 or more types. The operating pressure during sputtering is preferably in the range of 0.2 to 70 Pa. Further, by changing the pressure of the sputtering gas within the above range during the film formation, an intermediate layer having a concentration gradient can be easily obtained.

【0018】スパッタ法としては、RF電源を用いた高
周波スパッタ法を用いても、DCスパッタ法を用いても
よい。スパッタ装置の電力としては、DCスパッタで
0.5〜30W/cm2程度、高周波スパッタで周波数1
〜50MHz、低周波では50kHz〜1MHz、0.5〜30
W/cm2程度が好ましい。成膜速度は1〜300nm/min
の範囲が好ましい。また、基板温度は10〜150℃で
あることが好ましい。
As the sputtering method, a high frequency sputtering method using an RF power source or a DC sputtering method may be used. The power of the sputtering apparatus is about 0.5 to 30 W / cm 2 for DC sputtering, and the frequency is 1 for high frequency sputtering.
~ 50MHz, 50kHz ~ 1MHz at low frequency, 0.5 ~ 30
About W / cm 2 is preferable. The deposition rate is 1 to 300 nm / min
Is preferable. Further, the substrate temperature is preferably 10 to 150 ° C.

【0019】また、本発明の中間層は蒸着法により形成
してもよい。蒸着法としては、抵抗加熱方式であっても
電子ビーム加熱方式であってもよい。蒸着源には、Ta
等の金属とSi等を用いる2元蒸着であっても、中間層
と同じ組成のものを用いる1元蒸着であってもよい。1
元蒸着でも、膜組成は蒸着源の組成とほぼ同じものが経
時的に安定して得られる。真空蒸着の条件は特に限定さ
れないが、真空度は10-3Pa以下、特に10-4Pa以
下が好ましい。成膜速度は、通常、1〜300nm/ min
程度が好ましい。
Further, the intermediate layer of the present invention may be formed by a vapor deposition method. The evaporation method may be a resistance heating method or an electron beam heating method. The evaporation source is Ta
Or a single vapor deposition using the same composition as the intermediate layer. 1
Even in the original deposition, a film composition substantially the same as the composition of the deposition source can be obtained stably with time. The conditions for vacuum deposition are not particularly limited, but the degree of vacuum is preferably 10 −3 Pa or less, particularly preferably 10 −4 Pa or less. The deposition rate is usually 1 to 300 nm / min.
The degree is preferred.

【0020】また、中間層は、プラズマCVD法、イオ
ン化蒸着法によっても形成でき、その場合、後述するD
LC膜を参考にして成膜すればよい。
The intermediate layer can also be formed by a plasma CVD method or an ionization vapor deposition method.
The film may be formed with reference to the LC film.

【0021】ダイヤモンド状炭素膜 ダイヤモンド状炭素(DLC)膜は、ダイヤモンド様炭
素膜、i−カーボン膜等と称されることもある。ダイヤ
モンド状炭素膜については、例えば、特開昭62−14
5646号公報、同62−145647号公報、New Di
amond Forum,第4巻第4号(昭和63年10月25日発
行)等に記載されている。
[0021]Diamond-like carbon film  Diamond-like carbon (DLC) film is made of diamond-like carbon
It may also be called an elementary film, an i-carbon film, or the like. Diamond
The mond-like carbon film is disclosed in, for example,
No. 5646, No. 62-145647, New Di
amond Forum, Vol. 4, No. 4, October 25, 1988
Line).

【0022】DLC膜は、上記文献(New Diamond Foru
m)に記載されているように、ラマン分光分析におい
て、1550cm-1にブロードな(1520〜1560cm
-1)ラマン吸収のピークを有し、1333cm-1に鋭いピ
ークを有するダイヤモンドや、1581cm-1に鋭いピー
クを有するグラファイトとは、明らかに異なった構造を
有する物質である。DLC膜は、炭素と水素とを主成分
とするCHn(0.05≦n≦0.7)で表わされるア
モルファス状態の薄膜であって、炭素同士のsp3結合
がランダムに存在することによって形成されている。D
LC膜のラマン分光分析における吸収ピークは、上記の
ように1550cm-1にブロード(1520〜1560cm
-1)な吸収を有するが、炭素および水素以外の上記元素
を含有することにより、これから±100cm-1程度変動
する場合もある。
The DLC film is described in the above document (New Diamond Foru).
as described in m), Raman spectroscopy, broad to 1550cm -1 (1520~1560cm
-1) has a peak of the Raman absorption, and diamond having a sharp peak at 1333 cm -1, and graphite having a sharp peak at 1581 cm -1, it is a substance having a distinctly different structure. The DLC film is an amorphous thin film represented by CHn (0.05 ≦ n ≦ 0.7) containing carbon and hydrogen as main components, and is formed by sp3 bonds between carbon atoms present at random. ing. D
The absorption peak in the Raman spectroscopic analysis of the LC film was broad at 1550 cm -1 (1520 to 1560 cm
-1 ), but may fluctuate by about ± 100 cm -1 due to the inclusion of the above elements other than carbon and hydrogen.

【0023】本発明において、DLC膜の厚さは、通
常、1〜10000nm、好ましくは10nm〜3μmで
ある。
In the present invention, the thickness of the DLC film is usually 1 to 10000 nm, preferably 10 nm to 3 μm.

【0024】DLC膜は、炭素および水素に加え、Si
を含み、O、N、Fの1種または2種以上を含有してい
てもよい。中間層を使用しない場合は、基板との密着性
を向上するために、少なくとも第1層は水素の他にSi
を含有すべきである。この場合、DLC膜は、CHxS
iyOzNvFwと表したとき、x、y、z、v、wがそれ
ぞれ、0.05≦x≦0.7、0.01≦y≦3.0、
0≦z≦1.0、0≦v≦1.0、0≦w≦0.2であ
ることが好ましい。また、複数の層を形成しても良い
が、その代わりに、Siを含有する部分からSiを含有
しない部分のように、組成が厚さ方向に連続可変となっ
ても良い。
The DLC film is made of Si in addition to carbon and hydrogen.
And one or more of O, N, and F may be contained. When the intermediate layer is not used, at least the first layer is made of Si in addition to hydrogen in order to improve the adhesion to the substrate.
Should be contained. In this case, the DLC film is CHxS
When expressed as iyOzNvFw, x, y, z, v and w are respectively 0.05 ≦ x ≦ 0.7, 0.01 ≦ y ≦ 3.0,
It is preferable that 0 ≦ z ≦ 1.0, 0 ≦ v ≦ 1.0, and 0 ≦ w ≦ 0.2. Also, a plurality of layers may be formed, but instead, the composition may be continuously variable in the thickness direction from a portion containing Si to a portion not containing Si.

【0025】DLC膜は、プラズマCVD法、イオン化
蒸着法、スパッタ法などで形成することができる。DL
C膜をプラズマCVD法により形成する場合、例えば特
開平4−41672号公報等に記載されている方法によ
り成膜することができる。プラズマCVD法におけるプ
ラズマは、直流、交流のいずれであってもよいが、交流
を用いることが好ましい。交流としては数ヘルツからマ
イクロ波まで使用可能である。また、ダイヤモンド薄膜
技術(総合技術センター発行)などに記載されているE
CRプラズマも使用可能である。また、バイアス電圧を
印加してもよい。
The DLC film can be formed by a plasma CVD method, an ionization evaporation method, a sputtering method, or the like. DL
When the C film is formed by a plasma CVD method, the C film can be formed by a method described in, for example, JP-A-4-41672. Plasma in the plasma CVD method may be either direct current or alternating current, but it is preferable to use alternating current. The alternating current can be used from a few hertz to a microwave. In addition, E described in diamond thin film technology (published by Comprehensive Technology Center), etc.
CR plasma can also be used. Further, a bias voltage may be applied.

【0026】DLC膜をプラズマCVD法により形成す
る場合、原料ガスには、下記化合物を使用することが好
ましい。CおよびHを含有する化合物として、メタン、
エタン、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、エチ
レン、プロピレン等の炭化水素が挙げられる。C、Hお
よびSiを含む化合物としては、メチルシラン、ジメチ
ルシラン、トリメチルシラン、テトラメチルシラン、ジ
エチルシラン、テトラエチルシラン、テトラブチルシラ
ン、ジメチルジエチルシラン、テトラフェニルシラン、
メチルトリフェニルシラン、ジメチルジフェニルシラ
ン、トリメチルフェニルシラン、トリメチルシリル−ト
リメチルシラン、トリメチルシリルメチル−トリメチル
シラン等がある。これらは併用してもよく、シラン系化
合物と炭化水素を用いてもよい。C+H+Oを含む化合
物としては、CH3OH、C25OH、HCHO、CH3
COCH3等がある。C+H+Nを含む化合物として
は、シアン化アンモニウム、シアン化水素、モノメチル
アミン、ジメチルアミン、アリルアミン、アニリン、ジ
エチルアミン、アセトニトリル、アゾイソブタン、ジア
リルアミン、エチルアジド、MMH、DMH、トリアリ
ルアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリ
フェニルアミン等がある。この他、Si+C+H、Si
+C+H+OあるいはSi+C+H+Nを含む化合物等
と、O源あるいはON源、N源、H源等とを組み合わせ
てもよい。
When the DLC film is formed by the plasma CVD method, it is preferable to use the following compound as a source gas. Methane, as a compound containing C and H,
Hydrocarbons such as ethane, propane, butane, pentane, hexane, ethylene, propylene and the like can be mentioned. Compounds containing C, H and Si include methylsilane, dimethylsilane, trimethylsilane, tetramethylsilane, diethylsilane, tetraethylsilane, tetrabutylsilane, dimethyldiethylsilane, tetraphenylsilane,
Examples include methyltriphenylsilane, dimethyldiphenylsilane, trimethylphenylsilane, trimethylsilyl-trimethylsilane, and trimethylsilylmethyl-trimethylsilane. These may be used in combination, or a silane compound and a hydrocarbon may be used. Compounds containing C + H + O include CH 3 OH, C 2 H 5 OH, HCHO, CH 3
COCH 3 and the like. Examples of the compound containing C + H + N include ammonium cyanide, hydrogen cyanide, monomethylamine, dimethylamine, allylamine, aniline, diethylamine, acetonitrile, azoisobutane, diallylamine, ethylazide, MMH, DMH, triallylamine, trimethylamine, triethylamine, triphenylamine and the like. is there. In addition, Si + C + H, Si
A compound containing + C + H + O or Si + C + H + N may be combined with an O source or an ON source, an N source, an H source, or the like.

【0027】O源として、O2、O3等、C+O源とし
て、CO、CO2等、Si+H源として、SiH4等、H
源として、H2等、H+O源として、H2O等、N源とし
て、N2N+H源として、NH3等、N+O源として、N
O、NO2、N2OなどNOxで表示できるNとOの化合
物等、N+C源として、(CN)2等、N+H+F源と
して、NH4F等、O+F源として、OF2、O22、O
32等を用いてもよい。
O source, O 2 , O 3 etc., C + O source, CO, CO 2 etc., Si + H source, SiH 4 etc., H
As a source, H 2 or the like, H + O source, H 2 O, etc., N source, N 2 N + H source, NH 3 or the like, N + O source, N
Compounds of N and O, such as O, NO 2 , and N 2 O, which can be represented by NOx, such as (CN) 2 as an N + C source, NH 4 F as an N + H + F source, and OF 2 , O 2 F 2 as an O + F source. , O
3 F 2 or the like may be used.

【0028】上記原料ガスの流量は原料ガスの種類に応
じて適宜決定すればよい。動作圧力は、通常、1〜70
Pa、投入電力は、通常、10W〜5kW程度が好まし
い。
The flow rate of the raw material gas may be appropriately determined according to the type of the raw material gas. The operating pressure is typically between 1 and 70
Pa and the input power are usually preferably about 10 W to 5 kW.

【0029】DLC膜は、イオン化蒸着法により形成し
てもよい。イオン化蒸着法は、例えば特開昭58−17
4507号公報、特開昭59−174508号公報等に
記載されている。ただし、これらに開示された方法、装
置に限られるものではなく、原料用イオン化ガスの加速
が可能であれば他の方式のイオン蒸着技術を用いてもよ
い。この場合の装置の好ましい例としては、例えば、実
開昭59−174507号公報に記載されたイオン直進
型またはイオン偏向型のものを用いることができる。
The DLC film may be formed by an ionization vapor deposition method. The ionization deposition method is described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-17 / 1983.
No. 4507, JP-A-59-174508 and the like. However, the present invention is not limited to the methods and apparatuses disclosed therein, and another type of ion vapor deposition technology may be used as long as the ionized gas for the raw material can be accelerated. As a preferable example of the device in this case, for example, an ion straight type or an ion deflection type described in Japanese Utility Model Laid-Open No. 59-174507 can be used.

【0030】イオン化蒸着法においては、真空容器内を
10-4Pa程度までの高真空とする。この真空容器内に
は交流電源によって加熱されて熱電子を発生するフィラ
メントが設けられ、このフィラメントを取り囲んで対電
極が配置され、フィラメントとの間に電圧Vdを与え
る。また、フィラメント、対電極を取り囲んでイオン化
ガス閉じこめ用の磁界を発生する電磁コイルが配置され
ている。原料ガスはフィラメントからの熱電子と衝突し
て、プラスの熱分解イオンと電子を生じ、このプラスイ
オンはグリッドに印加された負電位Vaにより加速され
る。この、Vd,Vaおよびコイルの磁界を調整するこ
とにより、組成や膜質を変えることができる。また、バ
イアス電圧を印加してもよい。
In the ionization vapor deposition method, the inside of the vacuum vessel is set to a high vacuum of about 10 −4 Pa. A filament that is heated by an AC power supply and generates thermoelectrons is provided in the vacuum vessel. A counter electrode is arranged around the filament, and a voltage Vd is applied between the filament and the filament. In addition, an electromagnetic coil that surrounds the filament and the counter electrode and generates a magnetic field for trapping ionized gas is arranged. The source gas collides with the thermoelectrons from the filament to generate positive thermal decomposition ions and electrons, and the positive ions are accelerated by the negative potential Va applied to the grid. The composition and film quality can be changed by adjusting Vd, Va and the magnetic field of the coil. Further, a bias voltage may be applied.

【0031】DLC膜をイオン化蒸着法により形成する
場合、原料ガスには、プラズマCVD法と同様のものを
用いればよい。上記原料ガスの流量はその種類に応じて
適宜決定すればよい。動作圧力は、通常、1〜70Pa
程度が好ましい。
When the DLC film is formed by the ionization deposition method, the same material gas as in the plasma CVD method may be used. The flow rate of the source gas may be appropriately determined according to the type. The operating pressure is usually 1 to 70 Pa
The degree is preferred.

【0032】DLC膜は、スパッタ法により形成するこ
ともできる。この場合、Ar、Kr等のスパッタ用のス
パッタガスに加えて、O2 、N2、NH3、CH4、H2
のガスを反応性ガスとして導入すると共に、C、Si、
SiO2、Si34、SiC等をターゲットとしたり、
C、Si、SiO2 、Si34、SiCの混成組成をタ
ーゲットとしたり、場合によっては、C、Si、N、O
を含む2以上のターゲットを用いてもよい。また、ポリ
マーをターゲットとして用いることも可能である。この
ようなターゲットを用いて高周波電力、交流電力、直流
電力のいずれかを印加し、ターゲットをスパッタし、こ
れを基板上にスパッタ堆積させることによりDLC膜を
形成する。高周波スパッタ電力は、通常、50W〜2kW
程度である。動作圧力は、通常、10-3〜0.1Paが
好ましい。
The DLC film can be formed by a sputtering method. In this case, a gas such as O 2 , N 2 , NH 3 , CH 4 , H 2 or the like is introduced as a reactive gas in addition to a sputtering gas for sputtering such as Ar or Kr, and C, Si,
Targeting SiO 2 , Si 3 N 4 , SiC, etc.
A target may be a mixed composition of C, Si, SiO 2 , Si 3 N 4 , and SiC, and in some cases, C, Si, N, O
May be used. Further, a polymer can be used as a target. A DLC film is formed by applying any one of high-frequency power, AC power, and DC power using such a target, sputtering the target, and sputter depositing the target on a substrate. High frequency sputtering power is usually 50W ~ 2kW
It is about. Generally, the operating pressure is preferably from 10 -3 to 0.1 Pa.

【0033】[0033]

【実施例の説明】次に本発明の実施例を説明する。表1
に示す組み合わせでカムおよびシムの表面に中間層およ
びDLC膜を形成した。カムおよびシムの素材としては
すべてSNCM420を使用した。実施例のカムおよび
シムの基材の表面粗さは全てRa=0.1μmとした。
カムまたはシムを真空チャンバーの所定位置に配置し、
排気した後、次の条件で成膜した。
Next, an embodiment of the present invention will be described. Table 1
The intermediate layer and the DLC film were formed on the surfaces of the cam and the shim in the combinations shown in the following. SNCM420 was used for all cams and shims. The surface roughness of the cam and shim base materials of the examples was all Ra = 0.1 μm.
Place the cam or shim in place in the vacuum chamber,
After evacuation, a film was formed under the following conditions.

【0034】<中間層の成膜>表1の中間層1をスパッ
タ法により次の条件で製造した。 使用ガス:Ar(5.1×10-2Pa・m3・s-1)=
30sccm スパッタ圧力:40Pa 投入電力:500 W ターゲット:Ta、Si 膜厚: Ta(第1層) 10nm、Si(第2層)
90nm
<Deposition of Intermediate Layer> The intermediate layer 1 shown in Table 1 was produced by sputtering under the following conditions. Working gas: Ar (5.1 × 10 -2 Pa · m 3 · s -1 ) =
30 sccm Sputtering pressure: 40 Pa Input power: 500 W Target: Ta, Si Film thickness: Ta (first layer) 10 nm, Si (second layer)
90 nm

【0035】ターゲットを変え同じ成膜条件で表1に示
す中間層を成膜した。単一中間層を使用する場合の膜厚
はすべて100nmとした。
The intermediate layer shown in Table 1 was formed under the same film forming conditions while changing the target. When a single intermediate layer was used, the film thickness was all 100 nm.

【0036】[0036]

【表1】 [Table 1]

【0037】<DLCの成膜>DLC膜は自己バイアス
RFプラズマCVD法により次の条件で成膜した。DLC1 原料ガス:C24(0.017Pa・m3・s-1) 電源:RF 動作圧:66.5Pa 投入電力:500W 成膜レート:100nm/min 膜組成:CH0.21 膜厚:2μmDLC2 原料ガス:Si(OCH34 (0.085Pa・m3
・s-1) 電源:RF 動作圧:66.5Pa 投入電力:500W 成膜レート:100nm/min 膜組成:CH0.2Si0.10.17 膜厚:2μmDLC3 原料ガス:Si(CH34 (0.085Pa・m3
-1) 電源:RF 動作圧:66.5Pa 投入電力:500W 成膜レート:100nm/min 膜組成:CH0.24Si0.22 膜厚:2μm
<Deposition of DLC> The DLC film is self-biased.
A film was formed by the RF plasma CVD method under the following conditions.DLC1  Raw material gas: CTwoHFour(0.017 Pa · mThree・ S-1Power supply: RF Operating pressure: 66.5 Pa Input power: 500 W Film formation rate: 100 nm / min Film composition: CH0.21 Film thickness: 2 μmDLC2  Source gas: Si (OCHThree)Four (0.085 Pa · mThree
・ S-1Power supply: RF Operating pressure: 66.5 Pa Input power: 500 W Film formation rate: 100 nm / min Film composition: CH0.2Si0.1O0.17  Film thickness: 2 μmDLC3  Source gas: Si (CHThree)Four (0.085 Pa · mThree
s-1Power supply: RF Operating pressure: 66.5 Pa Input power: 500 W Film formation rate: 100 nm / min Film composition: CH0.24Si0.22  Film thickness: 2 μm

【0038】<評価方法>DLCをコーティングしない
カム(比較例)とDLCをコーティングしたカムまたは
シム(実施例)に、以下の条件を付加して耐久試験を行
った。その後カムの摩耗状態を比較した。試験は、DO
HCを使用する自動車エンジンにおいて、タペットの面
にシムを固着し、カムを当接し回転させる。 この条件は商用自動車の一般的な走行における回転数
(2000〜4000rpm)に比してはるかに過酷な
F1レベルに相当する加速試験であることに注意すべき
である。結果は表2に示すとおりであった。但し試験時
間は最大20時間で打ち切った。
<Evaluation Method> A cam without DLC coating (Comparative Example) and a cam or shim coated with DLC (Example) were subjected to a durability test under the following conditions. Thereafter, the abrasion states of the cams were compared. The test is DO
In an automobile engine using HC, a shim is fixed to a surface of a tappet, and a cam is abutted and rotated. It should be noted that this condition is an acceleration test corresponding to a much harsher F1 level as compared with the rotational speed (2000 to 4000 rpm) in a general running of a commercial vehicle. The results were as shown in Table 2. However, the test time was terminated at a maximum of 20 hours.

【0039】[0039]

【表2】 [Table 2]

【0040】[0040]

【発明の効果】表1において耐久性時間は記載の時間を
超えるとエンジンの稼働が停止することを示す。本発明
の実施例によると、比較例1に対してはもちろんのこ
と、DLCを使用した公知例に相当する比較例2に比し
ても極めて耐久性の高いカム或いはカムシャフトが提供
できたことが分かる。実施例1〜21から分かるよう
に、本発明では比較例2のような精密研磨をシムの表面
に施していないにも拘わらずすぐれた耐久性が得られて
いるので、工程の短縮とコストの低下が可能となる本発
明によると、少なくともカムに被覆するダイヤモンド状
薄膜の材質を適正に選択することおよび/または適正な
中間層を使用することにより密着性を向上し、耐摩耗性
を格段に向上することが出来た。
In Table 1, the endurance time indicates that the operation of the engine is stopped if the endurance time is exceeded. According to the embodiment of the present invention, it is possible to provide a cam or a camshaft which is extremely durable compared to Comparative Example 1 as well as Comparative Example 2 corresponding to a known example using DLC. I understand. As can be seen from Examples 1 to 21, in the present invention, excellent durability was obtained despite the fact that the shim surface was not subjected to precision polishing as in Comparative Example 2, so that the process was shortened and the cost was reduced. According to the present invention, which can be reduced, at least by appropriately selecting the material of the diamond-like thin film coated on the cam and / or by using an appropriate intermediate layer, the adhesion is improved, and the wear resistance is markedly improved. Could be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明が適用できるカムおよびタペットを備え
た動力伝達系の構造を示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a structure of a power transmission system including a cam and a tappet to which the present invention can be applied.

【図2】本発明が適用できるカムおよびタペットを備え
た動力伝達系の他の構造を示す断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating another structure of a power transmission system including a cam and a tappet to which the present invention can be applied.

【図3】従来例のカムとシムの関係を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a cam and a shim according to a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、1’ カムシャフト 3、3’ カム 5 シム 7、7’ タペット 9 突き棒 11 調整ねじ 13 ロッカーアーム 15 ロッカーアーム軸 17、17’ ばね 19、19’ リテーナー 21、21’ バルブ軸 23 燃料バルブ 23’ 排気バルブ 1, 1 'camshaft 3, 3' cam 5 shim 7, 7 'tappet 9 thrust rod 11 adjusting screw 13 rocker arm 15 rocker arm shaft 17, 17' spring 19, 19 'retainer 21, 21' valve shaft 23 fuel valve 23 'exhaust valve

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F01L 1/04 F01L 1/04 J (72)発明者 吉野 良子 東京都中央区日本橋一丁目13番1号ティー ディーケイ株式会社内 (72)発明者 橋本 靖 東京都中央区日本橋一丁目13番1号ティー ディーケイ株式会社内 (72)発明者 松場 康浩 東京都中央区日本橋一丁目13番1号ティー ディーケイ株式会社内 (72)発明者 宮内 泉 東京都中央区日本橋一丁目13番1号ティー ディーケイ株式会社内 Fターム(参考) 3G016 AA04 AA19 BA34 FA21 GA02 3J030 EA01 EB07 EC04 EC07 4K029 AA02 BA02 BA07 BA11 BA16 BA17 BA34 BA35 BA41 BA52 BA56 BB02 BD04 CA01 CA03 CA05 4K030 AA09 AA10 AA13 BA24 BA28 BA29 BB13 FA01 LA23 4K044 AA02 AB10 BA18 BB01 BB17 BC06 CA13 CA14 CA34 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) F01L 1/04 F01L 1/04 J (72) Inventor Ryoko Yoshino 1-13-1 Nihonbashi, Chuo-ku, Tokyo Within TDK Corporation (72) Inventor Yasushi Hashimoto 1-13-1 Nihonbashi, Chuo-ku, Tokyo TDK Corporation (72) Inventor Yasuhiro Matsuba 1-13-1 Nihonbashi, Chuo-ku, Tokyo TDK Corporation In-house (72) Inventor Izumi Miyauchi 1-13-1 Nihonbashi, Chuo-ku, Tokyo TDC F-term (reference) 3G016 AA04 AA19 BA34 FA21 GA02 3J030 EA01 EB07 EC04 EC07 4K029 AA02 BA02 BA07 BA11 BA16 BA17 BA34 BA35 BA41 BA52 BA56 BB02 BD04 CA01 CA03 CA05 4K030 AA09 AA10 AA13 BA24 BA28 BA29 BB13 FA01 LA23 4K044 AA02 AB10 BA18 BB01 BB1 7 BC06 CA13 CA14 CA34

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 カムの回転運動による駆動力を、往復運
動部材に伝達する伝達系に使用される金属材料製のカム
において、前記往復運動部材に摺動係合するカムの表面
にダイヤモンド状炭素膜を形成したことを特徴とするカ
ム。
In a cam made of a metal material used for a transmission system for transmitting a driving force due to a rotational motion of a cam to a reciprocating member, a diamond-like carbon is formed on a surface of the cam slidingly engaged with the reciprocating member. A cam formed with a film.
【請求項2】 前記ダイヤモンド状炭素膜は、炭素と水
素とからなり、その組成をCHnをモル比で表したと
き、 0.05≦n≦0.7 または、前記ダイヤモンド状炭素膜に珪素を含み、酸
素、窒素、フッ素が含まれても良く、組成をCHxSi
yOzNvFwで表したとき、 0.05≦x≦0.7 0.01≦y≦3.0 0≦z≦1.0 0≦v≦1.0 0≦w≦0.2 で表されるダイヤモンド状炭素膜の少なくとも1層より
なる請求項1のカム。
2. The diamond-like carbon film is composed of carbon and hydrogen, and when its composition is represented by a molar ratio of CHn, 0.05 ≦ n ≦ 0.7 or silicon is added to the diamond-like carbon film. Oxygen, nitrogen, fluorine may be contained, and the composition is CHxSi
When represented by yOzNvFw, a diamond represented by the following formula: 0.05 ≦ x ≦ 0.7 0.01 ≦ y ≦ 3.0 0 ≦ z ≦ 1.00 0 ≦ v ≦ 1.00 ≦ w ≦ 0.2 2. The cam according to claim 1, comprising at least one layer of a carbon-like film.
【請求項3】 前記ダイヤモンド状炭素膜は、CHxS
iyOzNvFw(但し0.05≦x≦0.7 0.01≦y≦3.0 0≦z≦1.0 0≦v≦1.0 0≦w≦0.2)で表されるダイヤモンド状炭素膜、及
びCHn(但し0.05≦n≦0.7)で表されるダイ
ヤモンド状炭素膜の少なくとも2層を形成するか、また
はこれらの組成の一方の組成から他方の組成に連続的に
変化した層を形成したことを特徴とする請求項1のカ
ム。
3. The method according to claim 2, wherein the diamond-like carbon film is made of CHxS.
diamond-like carbon represented by iyOzNvFw (provided that 0.05 ≦ x ≦ 0.7 0.01 ≦ y ≦ 3.0 0 ≦ z ≦ 1.00 ≦ v ≦ 1.00 ≦ w ≦ 0.2) Forming at least two layers of a film and a diamond-like carbon film represented by CHn (where 0.05 ≦ n ≦ 0.7), or continuously changing from one of these compositions to the other 2. The cam according to claim 1, wherein a layer is formed.
【請求項4】 カムの回転運動による駆動力を、往復運
動部材に伝達するための伝達系に使用される金属材料製
のカムにおいて、前記往復運動部材に摺動係合するカム
の表面に、(a)第5A族金属(V、Nb、Ta)、第
6A族金属(Cr、Mo、W)、Ti、およびZrより
選択された少なくとも一種を主成分とする珪化物または
珪炭化物、(b)第5A族金属(V、Nb、Ta)より
選択された少なくとも一種を主成分とする金属膜とその
上に形成されたSi膜またはSiを主成分とする金属
膜、または(c)第5A族金属(V、Nb、Ta)、第
6A族金属(Cr、Mo、W)、Ti、およびZrより
選択された少なくとも一種の金属膜とその上に形成され
た炭化珪素膜、よりなる中間層と、ダイヤモンド状炭素
膜の少なくとも1層をこの順に形成したことを特徴とす
るカム。
4. A cam made of a metal material used for a transmission system for transmitting a driving force due to a rotational motion of a cam to a reciprocating member, wherein a surface of the cam slidingly engaged with the reciprocating member is (A) a silicide or silicide containing at least one selected from Group 5A metals (V, Nb, Ta), Group 6A metals (Cr, Mo, W), Ti, and Zr; A) a metal film mainly composed of at least one selected from Group 5A metals (V, Nb, Ta) and a Si film or a metal film mainly composed of Si formed thereon, or (c) 5A Intermediate layer consisting of at least one metal film selected from Group 6 metals (V, Nb, Ta), Group 6A metals (Cr, Mo, W), Ti, and Zr and a silicon carbide film formed thereon And at least one layer of the diamond-like carbon film A cam formed in this order.
【請求項5】 前記ダイヤモンド状炭素膜は、炭素と水
素とからなり、その組成をCHnをモル比で表したと
き、 0.05≦n≦0.7 または、前記ダイヤモンド状炭素膜に珪素を含み、酸
素、窒素、フッ素が含まれても良く、組成をCHxSi
yOzNvFwで表したとき、 0.05≦x≦0.7 0.01≦y≦3.0 0≦z≦1.0 0≦v≦1.0 0≦w≦0.2 で表されるダイヤモンド状炭素膜である請求項4のカ
ム。
5. The diamond-like carbon film is composed of carbon and hydrogen, and when its composition is represented by a molar ratio of CHn, 0.05 ≦ n ≦ 0.7 or silicon is added to the diamond-like carbon film. Oxygen, nitrogen, fluorine may be contained, and the composition is CHxSi
When represented by yOzNvFw, a diamond represented by the following formula: 0.05 ≦ x ≦ 0.7 0.01 ≦ y ≦ 3.0 0 ≦ z ≦ 1.00 0 ≦ v ≦ 1.00 ≦ w ≦ 0.2 5. The cam according to claim 4, wherein the cam is a carbon film.
【請求項6】 前記ダイヤモンド状炭素膜は、前記CH
xSiyOzNvFw(但し0.05≦x≦0.7 0.01≦y≦3.0 0≦z≦1.0 0≦v≦1.0 0≦w≦0.2)で表されるダイヤモンド状炭素膜及び
前記CHn(但し0.05≦n≦0.7)で表されるダ
イヤモンド状炭素膜の少なくとも2層を形成するか、ま
たはこれらの組成の一方の組成から他方の組成に連続的
に変化した層を含む請求項4のカム。
6. The diamond-like carbon film according to claim 6, wherein
diamond-like carbon represented by xSiyOzNvFw (provided that 0.05 ≦ x ≦ 0.7 0.01 ≦ y ≦ 3.0 0 ≦ z ≦ 1.00 0 ≦ v ≦ 1.00 ≦ w ≦ 0.2) Forming at least two layers of a film and a diamond-like carbon film represented by CHn (where 0.05 ≦ n ≦ 0.7), or continuously changing from one of these compositions to the other 5. The cam of claim 4 including a layer formed.
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