覆层的形成方法

专利名称：覆层的形成方法
技术领域：
本发明涉及一种覆层的形成方法。
背景技术：
为了改进滑动部件的耐磨性和润滑性，于在其他构件上滑动的滑动构件上形成类金刚石碳(下文中简称为“DLC”)薄膜。如果在滑动构件上具有不形成DLC薄膜的部分，那么首先将DLC薄膜形成在整个滑动构件上，随后将该部分上的DLC薄膜去除(例如，参见日本专利申请公开 No. 2006-9110 (JP-A-2006-9110))。在JP-A-2006-9110公开的DLC覆层去除方法中，以掩模构件覆盖工件，使得开口定位在DLC薄膜要被去除的部分，并且随后以等于或高于^MPa的压力将刻蚀气体吹到开口上以刻蚀和去除DLC薄膜。根据在JP-A-2006-9110中公开的DLC覆层去除方法，虽然能够获得仅在期望的部分上形成DLC薄膜的构件，但是不得不临时形成DLC薄膜且随后去除。由此，增加了工序数目，并且这成为使生产成本增加的一个因素。此外，确定的是，在通过将掩模构件应用于工件以遮蔽工件的一部分来形成DLC 薄膜的情况与不应用掩模构件来形成DLC薄膜的情况相比时，通过将掩模构件应用于遮蔽工件的一部分来形成DLC薄膜的情况下，DLC薄膜的硬度减小。

发明内容
本发明提供了一种覆层的形成方法，其允许覆层形成在被覆本体中的除了非被覆部分以外的部分上、并且允许防止被覆部分中的覆层的硬度的减小。作为解决上述问题的认真研究的结果，发明人已经发现被覆部分上的覆层的硬度与用于遮蔽非被覆部分的遮蔽构件与被覆部分之间的间距具有相关性、并且由此完成本发明。本发明提供了如下所述的覆层的形成方法以解决所述问题。本发明的一方面涉及一种以覆层覆盖被覆本体的覆层的形成方法。该形成方法包括在真空沉积室中产生圆柱形的等离子体以及将原料气体供应到真空沉积室内；向被覆本体施加脉冲电压；以及，将遮蔽非被覆构件的遮蔽构件附接至不形成被覆本体的覆层的非被覆部分、且与形成覆层的被覆部分保持分隔间距，以防止被覆部分中的覆层的硬度减在以上方面中，被覆本体可以设置在真空沉积室中使得被覆部分平行于等离子体，并且，被覆本体可以绕其轴向方向旋转，从而使得覆层形成在被覆部分上。在以上方面中，被覆本体可以是在沿轴向方向的端部处具有非被覆部分的轴构件，两个被覆本体可以设置在真空沉积室中使得沿轴向方向的相应端部彼此面对，并且，覆层可以形成在被覆部分上。在以上方面中，被覆本体可以是构成用于车辆的传动轴的轴组成构件，该传动轴能够沿轴向方向延伸和收缩，被覆部分可以是花键配合部，该花键配合部通过传动轴的延伸和收缩而与传动轴的其他组成构件一起沿轴向方向滑动，并且非被覆部分可以是将传动轴联接至另一驱动轴的联接部。在以上方面中，联接部的沿被覆本体的轴向方向的顶端可以呈包括弧形凹部的U 形，而遮蔽构件的与该联接部的顶端相对应的部分可以形成为与该顶端的弧形一致的弧形。在以上方面中，在被覆本体与遮蔽构件之间的如从等离子体所见的尺寸关系可以满足下面的表达式Ci1Xa2"2 彡 3.48其中α工是分隔间距；α 2是两个遮蔽构件之间的距离，该两个遮蔽构件附接成使得被覆本体被插置在这两个遮蔽构件之间；而Y是从被覆部分的表面到遮蔽构件的位于等离子体侧的表面之间的平均距离。在以上方面中，联接部可以形成为使得U形顶端的端部之间的宽度大于顶端的厚度，并且，在被覆本体与遮蔽构件之间的从等离子体所见的尺寸关系可以满足下面的表达式Q1X α2/(βιχ β2)彡 5.9其中，α工是分隔间距；a 2是两个遮蔽构件之间的距离，该两个遮蔽构件附接成使得被覆本体被插置在该两个遮蔽构件之间；β ！是从被覆部分的表面到遮蔽构件的位于等离子体侧的表面的沿联接部的宽度的距离；而β 2是从涂覆部件的表面到遮蔽构件的位于等离子体侧的表面的沿联接部的厚度的距离。根据上述方面，覆层能够形成在被覆本体的除了非被覆部分以外的部分上，并且能够防止被覆部分上的覆层的硬度减小。


下面将参照附图描述本发明的示例性实施方式的特征、优点、及技术的和工业的显著性，附图中相同的标记表示相同的元件，并且图中图1是局部横截面图，其示出了根据本发明的实施方式的车辆传动轴的构造示例；图2Α是沿图1的线A-A截取的、根据本发明的实施方式的第一轴和第二轴的配合结构的横截面图；图2Β是图2Α的第一轴的局部放大图；图3是示意图，其示出了根据本发明的实施方式的热阴极PIG(潘宁电离计)等离子体CVD (化学气相淀积)设备的构造示例；图4是沿图3的线B-B截取的、根据本发明的实施方式的热阴极PIG等离子体CVD 设备的横截面图；图5Α是第一轴和根据本发明的示例1的夹具的正视图；图5Β是第一轴和根据本发明的示例1的夹具的侧视图；图6Α是从90°相位的视图，其示出了根据本发明的示例1的组件的构造示例；图6Β是从0°相位的视图，其示出了根据本发明的示例1的组件的构造示例；图7Α是第一轴和根据本发明的示例1的夹具的正视图7B是第一轴和根据本发明的示例1的夹具的侧视图；图8A是从90°相位的视图，其示出了根据本发明的示例1的组件的构造示例；图8B是从0°相位的视图，其示出了根据本发明的示例1的组件的构造示例；图9A是表格，其示出了夹具与花键配合部中的DLC薄膜的硬度的测量位置之间的尺寸关系以及关于根据示例1和2的组件的表面硬度的测量结果；图9B是图表，其示出了(Ci1X α2/(β9。Χ β。))的计算值与测量位置的表面硬度之间的关系；以及图9C是图表，其示出了(Ci1X Ci2W的计算值与测量位置的表面硬度之间的关系。
具体实施例方式下文中，本发明的实施方式将描述为对传动轴的一个构件的应用示例，该传动轴将车辆的驱动源的驱动力传递至车轮侧。图1是局部横截面图，其示出了用于车辆的传动轴100的构造示例。如图1所示， 传动轴100包括作为组成构件的第一轴10和第二轴20。第一轴10和第二轴20可滑动地联接。通过以上结构，传动轴100能够沿轴向方向延伸和收缩。在随同传动轴100的延伸和收缩而与第二轴一起沿轴向方向滑动的第一轴10的表面的一部分上，形成有用于改进耐磨性和润滑性的覆层(下文描述)。即，第一轴10是被覆本体的示例。(第一轴的结构)第一轴10是例如由用于机械结构用途的碳素钢例如S35C在不淬火和回火或热处理的情况下制成的中空的轴状构件。第一轴10的中心部分形成有在轴向方向上沿中心轴线01穿过第一轴的通孔10a。第一轴100的一个端部具有轭11，该轭11 一体地设置为用于与车辆的其他驱动轴例如差动齿轮(未示出)的输入轴联接的联接部。第一轴10的另一端部具有圆筒形的花键配合部12，该花键配合部12设有外周花键齿120，外周花键齿120以均勻间隔在外周上沿轴向方向延伸。轭11具有绕中心轴线01彼此相对的一对臂111。轭11的横截面在沿着中心轴线 01的包括有所述一对臂111的方向上形成为U形。轭11包括所述一对臂111和基部110， 该基部110相比于所述一对臂111形成在中心轴线01的附近。所述一对臂111形成有保持孔111a，该保持孔Illa保持作为联接构件的、用于可旋转地支承十字接头(未示出)的轴部的轴承。沿轴向方向延伸的圆筒形轴部13设置在轭11与花键配合部12之间。轴部13形成为使得直径小于花键配合部12的外径。(第二轴的结构)第二轴20是例如由用于机械结构用途的碳素钢例如S20C(根据日本工业标准)制成的中空的轴状构件。轭21 —体地设置在第二轴20的一个端部处，以与车辆的变速器的输出轴(未示出)联接。轭21保持十字接头M的一对轴，该十字接头 24使第二轴20与变速器的输出轴联接以旋转。圆筒形花键配合部22设置在第二轴20的另一端部处。沿轴向方向延伸的内周花键齿220形成在圆筒形花键配合部22的内周上。通过例如摩擦压力焊接而与轭21和花键配合部22联接的圆筒部23被设置在轭21与花键配合部22之间。(第一轴和第二轴的配合结构)图2A是沿图1的线A-A截取的第一轴10和第二轴20的配合结构的横截面图。图2B是图2A中的第一轴10的局部放大图。如图2A所示，花键配合部12设置在花键配合部22的内侧，使得轴线彼此一致。花键配合部12的外周花键齿120和花键配合部22的内周花键齿220相互啮合和配合。通过这种结构，第一轴10和第二轴20联接成不能相对旋转但能沿轴向方向滑动。(DLC薄膜的组分)如图2B所示，作为覆层的示例的DLC薄膜121形成在第一轴 10的花键配合部12的外周侧表面上。DLC薄膜是具有以碳为主要成分的非晶结构的类金刚石碳薄膜。更具体地，DLC薄膜121具有包括中间层和含硅DLC层(DLC-Si层)的双层结构，其中中间层包含诸如铬之类的材料以提高对第一轴10的附着强度，而含硅DLC层形成在中间层上且具有梯度构成、使得Si含量随着逐渐靠近表面而减少。DLC薄膜121具有例如0. 4 μ m到10 μ m的厚度、以及对于第一轴10的花键配合部12的等于或大于ION的附着强度。在图2B中，出于示例的目的夸大了 DLC薄膜121的厚度。形成这种DLC薄膜的方法例如化学气相沉积(CVD)法、物理气相沉积(PVD)法、以及离子气相沉积法是已知的。在本实施方式中，将对通过使用热阴极潘宁电离计(Perming ionization gauge (PIG))等离子体CVD法来形成DLC薄膜121进行描述。(热阴极PIG等离子体CVD设备的结构)图3是示意图，其示出了热阴极PIG等离子体CVD设备3的构造示例。图4是沿图3的线B-B截取的热阴极PIG等离子体CVD设备 3的横截面图。如图3所示，该热阴极PIG等离子体CVD设备3具有真空沉积室30，该真空沉积室30具有位于上表面中的开口 30a ；和设置成覆盖该开口 30a的等离子体室31。真空沉积室30通过壁部分300与外部隔离，壁部分300包括上壁301、侧壁302和底壁303。上壁301具有形成为与等离子体室31连通的开口 30a。排气口 30 形成在侧壁302中且连接至真空泵(未示出)。等离子体室31具有设置在内部的热阴极311、阳极312、电子喷射电极313、以及气体喷嘴314。真空沉积室30和等离子体室31通过由氟塑料、氧化铝等制成的绝缘体32彼此绝缘。热电极311是例如钨丝且通过由直流电源315提供的电力加热到发射热电子(例如，2000°C)的温度。阳极312由阳极电源316相对于热阴极311以正电压供能。电子喷射电极313经由电子喷射电源317连接至热阴极311且被接地。热阴极311、阳极312和电子喷射电极313从等离子体室31的壁部分310悬置。等离子体室31被保持在绝缘电势。第一线圈33设置在真空沉积室30的上方且面对上壁301从而围绕等离子体室 31。具有与第一线圈33相同直径的第二线圈34设置在真空沉积室30的下方且面对底壁 303。将原料气体引入到真空沉积室30中的喷嘴35设置成穿过侧壁302。反射电极304以如下状态设置在真空沉积室30中反射电极通过开口 30a面对等离子体室31且从真空沉积室30的壁部分200悬置。呈盘状的第一转盘305在真空沉积室 20中设置在反射电极304的下方，使得第一转盘能够由设置在真空沉积室30的外部的电机 36穿过底壁303可旋转地驱动。具有比第一转盘305小的直径的呈盘状的多个第二转盘
7306设置成使得第二转盘通过齿轮机构(未示出)而随同第一转盘305的旋转一起旋转。第二转盘306中的每一个都支承三个第一轴10，杆状支承轴307穿过所述第一轴 10的通孔IOa (参见图1)。支承轴307竖向地设置在第二转盘306的旋转轴上。每个第一轴10的一个端部都由作为遮蔽构件的夹具41遮蔽，该夹具41被附接为覆盖轭11。环形隔离件42设置在位于顶部的第一轴与附接至位于中部的第一轴10的夹具41之间。下面将描述夹具41的细节。通过组装三个第一轴10、三个夹具41以及隔离件42而成的组件40如图4所示随同第二转盘306的旋转一起绕第一轴的轴向方向旋转、并且随同第一转盘305的旋转一起绕反射电极304旋转。构成组件40的三个第一轴10经由电机36的旋转轴360等通过电线(未示出) 与不对称脉冲电源37相连。不对称脉冲电源37向每个第一轴10施加脉冲电压，其中在特定的频率(例如，IOkHz到250kHz)，负电压的绝对值高于正电压的绝对值。如图4所示，真空沉积室30在其内部具有由铬之类的金属制成的溅射源38、以及用于将组件40加热到特定的温度的加热器39。(DLC薄膜的形成过程)当在第一轴10的花键配合部12中形成DLC薄膜121时， 首先将包括三个第一轴10的组件40设置在位于真空沉积室30中的第二转盘36上。在图 4所示的示例中，十二个组件40设置在真空沉积室30中。然后，通过真空泵将真空沉积室 30中的空气从排气口 30 排出。使真空沉积室30的内部达到大约真空的状态。接下来，电机36被驱动以使第一转盘305和第二转盘306旋转。并且，热阴极311、 阳极312和电子喷射电极313被供能以在真空沉积室30的中央产生等离子体3a。等离子体3a在开口 30a与反射电极304之间产生且被保持成圆柱形，使得其中间部分因第一线圈 33和第二线圈34所产生的磁力而膨胀。从不对称脉冲电源37向每个第一轴10施加脉冲电压。然后，从气体喷嘴314引入氩气和氢气以执行第一轴10的未由夹具41遮蔽的部分(未遮蔽部分)的放电清洗。在保持电机36的驱动和脉冲电压的施加的同时，实施溅射以使从溅射源38释放的铬附着至第一轴10的未遮蔽部分。另外，DLC薄膜121通过以下方式形成在每个第一轴 10上从喷嘴35供应原料气体例如四甲基硅烷(TMS = Si(CH3)4)气体和烃族C2H2 ；沿等离子体3a的径向方向径向地加速原料气体；使被加速的原料气体撞击和附着至平行于等离子体3a设置的每个第一轴10的未遮蔽部分。下文中，将参照示例1和2更具体地描述本发明的覆层形成方法。但是，本发明并不限于这些示例。在示例1和2中，图3所示的热阴极PIG等离子体CVD设备3用于在第一轴10上形成DLC薄膜121 ；但是，覆盖第一轴10的轭11的夹具的形状不同。(示例1)图5A是根据示例1的夹具41的横截面图和第一轴10的正视图，其中夹具41覆盖该第一轴10的包括有轭11的一个端部(从一对臂111分隔开的方向所见的视图)。图5B是根据示例1的夹具41的横截面图和第一轴10的侧视图，其中夹具41覆盖该第一轴10的包括有轭11的一个端部(从一对臂111彼此重叠的方向所见的视图)。夹具41由诸如碳素钢之类的钢制成且具有中空的三角杆形。夹具41具有具有弧形横截面的底壁410 ；具有在平面视图中呈三角形且彼此面对的第一侧壁411和第二侧壁412 ；具有在平面视图中呈矩形且形成在第一侧壁411与第二侧壁412之间的第三侧壁 413和第四侧壁414 ；以及面对底壁410的顶壁415。底壁410形成为使得其横截面具有与臂111的半圆形顶端Illb的弧形的曲率半径一致的曲率半径。更具体地，底壁410具有槽状形状，底壁410的内表面410a形成为具有与臂111的顶端Illb的曲率半径相同或略小于臂111的顶端Illb的曲率半径(例如， 顶端Illb的曲率半径的0.7倍到1.0倍)的曲率半径。底壁410形成有通孔(未示出)， 支承轴307插入穿过该通孔(参见图3)。顶壁415在平面视图中呈矩形且形成有插入孔415a，第一轴10的轴部13穿过该插入孔41 被插入中央部分中。在第三侧壁413和第四侧壁414与顶壁415之间的角度为锐角。第一轴10的包括有轭11的臂111和基部110的一个端部由夹具41覆盖，使得臂 111的顶端Illb抵靠夹具41的底壁410的内表面410a。轴部13的一部分和花键配合部 12处于由夹具41覆盖的范围之外。由夹具41覆盖的轭11是不形成DLC薄膜121的非被覆部分。因为硬的DLC薄膜 121未形成在轭11上，所以在形成过程之后易于对轭11进行机加工。轭11形成为使得在从图5A所示的方向所见的宽度方向上的长度w(所述一对臂 111的直径)比在从图5B所示的方向所见的厚度方向上的长度t (垂直于长度W)长。这里，宽度方向是沿着保持孔11 Ia的中心轴线01的包括有所述一对臂111的横截面方向，而厚度方向是垂直于该宽度方向和中心轴线01的方向。轭11在宽度方向上的长度w和在厚度方向上的长度t形成为大于花键配合部12的外周直径(该外周直径为49mm)。在夹具 41附接至第一轴10的情况下，夹具41在轭11的宽度方向上的长度I1与夹具41在轭11 的厚度方向上的长度I2相同。在第一轴10的未由夹具41覆盖的部分上，花键配合部12是要形成DLC薄膜121 的被覆部分。因为轴部13未由夹具41覆盖，所以DLC薄膜121可以形成在轴部的至少一部分上。但是，轴部13不与其他构件一起滑动，由此，在轴部13上的DLC薄膜121不是必须的。另外，对轴部13上的DLC薄膜121的硬度没有要求。即，轴部13是位于被覆部分与非被覆部分之间的中间部分。夹具41在包括第一轴10的中心轴线01的平面中能够被分成两个构件。在分开状态下，夹具41保持第一轴10的一个端部，随后通过连接所述两个构件而将夹具附接至第一轴10。顶壁415的插入孔41 可以形成为能够将轭11插入该插入孔中的尺寸，使得夹具能够在不分成两个构件的情况下附接至第一轴10。图6A是从夹具41的第三侧壁所见(相位90° )的构造图，并且该构造图示出了如下状态其中，三个第一轴10、三个夹具41、和一个隔离件42被组装为构成设定在热阴极 PIG等离子体CVD设备3的真空沉积室30中的组件40。图6B是从夹具41的第一侧壁411 所见(相位0° )的构造图，并且该构造图示出了如下状态其中，三个第一轴10、三个夹具41、和一个隔离件42被组装为构成设定在热阴极PIG等离子体CVD设备3的真空沉积室 30中的组件40。虽然三个第一轴10中的每一个都具有相同的尺寸和形状，但是为了区分于彼此，将进行下面的描述使得当这些轴被设定在真空沉积室中时，位于最上部(在等离子体室31 侧)的第一轴10称为“上部第一轴(参考标记10A) ”，位于最下部的第一轴称为“下部第一轴(参考标记10C)”，而位于上部第一轴IOA与下部第一轴IOC之间的第一轴10称为“中部第一轴(参考标记10B) ”。上部第一轴10A、中部第一轴10B、和下部第一轴IOC沿着轴向方向成列地设置，使得每个中心轴线彼此一致。上部第一轴IOA和中部第一轴IOB设置成使得位于轭11侧的端部向上指向，而下部第一轴IOC设置成使得位于轭11侧的端部向下指向。上部第一轴10A、 中部第一轴IOB和下部第一轴IOC各自的轭11都由夹具41覆盖并且被遮蔽以免于真空沉积室30中产生的等离子体3a的影响。隔离件42设置在位于上部第一轴IOA的花键配合部12侧的端面12a与附接至中部第一轴IOB的夹具41之间。中部第一轴IOB和下部第一轴IOC设置成使得位于花键配合部12侧的相应的端面1 彼此面对。假设上部第一轴10A、中部第一轴IOB和下部第一轴IOC的轴向方向是X方向，并且假设当轴设定在热阴极PIG等离子体CVD设备3的真空沉积室30中时，垂直于X方向且朝向等离子体3a的方向是Y方向。如图6A所示，附接至上部第一轴IOA的夹具41的下端部与上部第一轴IOA的花键配合部12的上端部之间沿X方向的尺寸 是35mm，附接至上部第一轴IOA的夹具41的下端部与附接至中部第一轴IOB的夹具41的上端部之间沿X方向的尺寸h是143mm，而上部第一轴IOA的花键配合部12的下端部与附接至中部第一轴IOB 的夹具41的上端部之间沿X方向的尺寸C1是9mm。尺寸C1对应于隔离件42的厚度。此外，附接至中部第一轴IOB的夹具41的下端部与中部第一轴IOB的花键配合部 12的上端部之间沿X方向的尺寸Cl1是35mm，而附接至中部第一轴IOB的夹具41的下端部与附接至下部第一轴IOC的夹具41的上端部之间的尺寸ei是272mm。在90°相位中，上部第一轴10A、中部第一轴IOB和下部第一轴IOC的花键配合部 12的外周(外周花键齿120的顶端)与每个夹具41的沿Y方向的端部之间沿Y方向的尺寸 是 23mm。如图6B所示，在0°相位中，上部第一轴IOA的花键配合部12的外周与附接至中部第一轴IOB的夹具41的顶端41a之间沿Y方向的尺寸&是25mm。但是，在0°相位中， 与附接至中部第一轴IOB的夹具41的顶端41a相比，上部第一轴IOA的花键配合部12的外周向+Y方向突出，因此上部第一轴IOA的花键配合部12的外周向+Y方向的突出量是0mm。在0°相位中，中部第一轴IOB的花键配合部12的外周与附接至中部第一轴IOB 的夹具41的沿Y方向的端部之间沿Y方向的尺寸Ill是23mm。在0°相位中，上部第一轴 IOA的花键配合部12的外周与附接至上部第一轴IOA的夹具41的沿Y方向的端部之间沿 Y方向的尺寸、以及下部第一轴IOC的花键配合部12的外周与附接至下部第一轴IOC的夹具41的沿Y方向的端部之间沿Y方向的尺寸都是23mm，这与尺寸Ii1相同。尺寸 、(^和Cl1是分隔间距的示例，基于DLC薄膜121的硬度在夹具41的附近减小的发现而设定所述分隔间距以防止花键配合部12上的DLC薄膜121的硬度的减小。在该示例中，分隔间距设定为等于或大于9mm。(示例2、图7A是根据示例2的夹具51的横截面图和第一轴10的正视图，其中夹具51覆盖该第一轴10的包括有轭11的一个端部(从一对臂111分隔开的方向所见的视图)。图7B是根据示例2的夹具51的横截面图和第一轴10的侧视图，其中夹具51覆盖该第一轴10的包括有轭11的一个端部(从一对臂111彼此重叠的方向所见的视图)。夹具51由诸如碳素钢之类的钢制成且具有中空的长方体的形状。夹具51具有 底壁510 ；面对底壁510的顶壁515 ；以及形成在底壁510与顶壁515之间的第一侧壁511、 第二侧壁512、第三侧壁513和第四侧壁514。顶壁515形成有插入孔51 ，第一轴10的轴部13穿过该插入孔51 被插入到中央部分。第一侧壁511和第三侧壁513、以及第二侧壁512和第四侧壁514分别横过第一轴 10的轭11而彼此面对。底壁510、第一侧壁511、第二侧壁512、第三侧壁513、和第四侧壁 514、以及顶壁515中的每一个在平面视图中呈矩形形状。第一轴10的包括有轭11的臂111、111和基部110的一个端部由夹具51覆盖，使得臂111的顶端Illb抵靠夹具51的底壁510的内表面510a。在夹具51附接至第一轴10的情况下，夹具51在轭11的宽度方向上的长度I3形成为比夹具51在轭11的厚度方向上的长度I4长。与根据示例1的夹具41的情况一样，夹具51能够在包括第一轴10的中心轴线01 的平面中分成两个构件。在分开状态下，夹具51保持第一轴10的一个端部，随后通过连接所述两个构件而将夹具附接至第一轴10。顶壁515的插入孔51 可以形成为能够将轭11 插入该插入孔51 中的尺寸，使得夹具能够在不分成两个构件的情况下附接至第一轴10。图8A是从夹具51的第三侧壁513所见(相位90° )的构造图，并且该构造图示出了如下状态三个第一轴10、三个夹具51、和隔离件42被组装为构成设定在热阴极PIG 等离子体CVD设备3的真空沉积室30中的组件50。图8B是从夹具51的第一侧壁511所见(相位0° )的构造图，并且该构造图示出了如下状态三个第一轴10、三个夹具51、和隔离件42被组装为构成设定在热阴极PIG等离子体CVD设备3的真空沉积室30中的组件 50。除了夹具的形状不同之外，组件50的结构与图6所示的根据示例1的组件40相同。当与示例1的情况一样限定X方向和Y方向时，如图8A所示，附接至上部第一轴 IOA的夹具51的下端部与上部第一轴IOA的花键配合部12的上端部之间沿X方向的尺寸 a2是17mm，附接至上部第一轴IOA的夹具51的下端部与附接至中部第一轴IOB的夹具51 的上端部之间沿X方向的尺寸1 是120mm，而上部第一轴IOA的花键配合部12的下端部与附接至中部第一轴IOB的夹具51的上端部之间沿X方向的尺寸C2是9mm。此外，附接至中部第一轴IOB的夹具51的下端部与中部第一轴IOB的花键配合部 12的上端部之间沿X方向的尺寸d2是17mm，而附接至中部第一轴IOB的夹具51的下端部与附接至下部第一轴IOC的夹具51的上端部之间的尺寸％是MOmm。在90°相位中，上部第一轴10A、中部第一轴IOB和下部第一轴IOC的花键配合部 12的外周(外周花键齿120的顶端)与每个夹具51的沿Y方向的端部之间沿Y方向的尺寸 f2 是 23mm。如图8B所示，在0°相位中，中部第一轴IOB的花键配合部12的外周与附接至中部第一轴IOB的夹具51的沿Y方向的端部之间沿Y方向的尺寸&是16mm。在0°相位中， 上部第一轴IOA的花键配合部12的外周与附接至上部第一轴IOA的夹具51的沿Y方向的端部之间沿Y方向的尺寸、以及下部第一轴IOC的花键配合部12的外周与附接至下部第一轴IOC的夹具51的沿Y方向的端部之间沿Y方向的尺寸都是16mm，这与尺寸&相同。
尺寸 、c2和d2是分隔间距的示例，基于DLC薄膜121的硬度在夹具51的附近减小的发现来设定所述分隔间距以防止花键配合部12上的DLC薄膜121的硬度减小。在本示例中，分隔间距设定为等于或大于9mm。图9A、图9B和图9C是表格和图表，其示出了在根据上述示例1和2的组件40和 50设置在热阴极PIG等离子体CVD设备3的真空沉积室30中以形成DLC薄膜的情况下的表面硬度的试验结果。图9A是表格，其示出了在根据示例1和2的组件40和50中的夹具41和51与第一轴10的花键配合部12的三个点之间的尺寸关系、并且示出了表面硬度的测量结果。这里，表面硬度以努氏硬度(Knoop hardness)表示。努氏硬度是通过适用或符合JIS B7734(显微硬度测试器)的测试机器来测量的。 即，努氏硬度Hk(kgf/mm2)是用当通过使用努氏压头(具有172° 30’和130°的对角线角度的金刚石正方棱锥压头)使测量表面凹入成正方棱锥时的载荷除以由永久凹槽的较长对角线的长度得到的凹槽的投影面积的商，并且以下面的等式(1)表示Hk = 14. 23XF/L2(1)其中，F表示载荷(N)，而L表示较长对角线的长度(mm)。如图6A所示，在包括第一位置40a、第二位置40b和第三位置40c的三个测量位置处测量根据示例1的组件40的表面硬度。第一位置40a是上部第一轴IOA的花键配合部 12的上端部。第二位置40b是上部第一轴IOA的花键配合部12的下端部。第三位置40c 是中部第一轴IOB的花键配合部12的上端部。对于每个测量位置，在沿着周向方向的多个点处实施测量，并且将在多个点处的测量结果的平均值视为表面硬度的测量值。如图8B所示，在包括第四位置50a、第五位置50b和第六位置50c的三个测量位置处测量根据示例2的组件50的表面硬度。第四位置50a、第五位置50b和第六位置50c的测量位置分别对应于第一位置40a、第二位置40b、和第三位置40c。在这些测量位置处，除了在0°相位中的第二位置40b以外，沿X方向设置在测量位置的最近距离处的夹具41或 51相比于测量位置向Y方向突出。在图9A所示的表格中，第一列9a示出了尺寸Ql。符号α i是从每个测量位置到沿X方向设置在测量位置的最近距离处的夹具41或51的尺寸。第一列9a以图6A和图8A 中的尺寸测量点的符号(^、(^、屯等)示出了 Ci1的尺寸值。第二列9b示出了尺寸a2。符号α 2是在两个夹具41或两个夹具51之间沿X方向的尺寸，其中包括了每一个测量位置。α 2的尺寸值也以图6Α和图8Α中的尺寸测量点的符号(!^、^、屯等)示出。第三列9c示出了尺寸β9(ι。符号β 9(|是在每个测量位置与夹具41或51的沿Y 方向的端部之间在90°相位中的的尺寸。S卩，β 9(|是从花键配合部12的外周到夹具41或 51的位于等离子体3a侧的表面沿轭11的宽度方向的距离。第三列9c以图6A和图8A中的尺寸测量点的符号(fjPf2)示出了 β9(ι的尺寸值。第四列9d示出了尺寸 ^。符号是在每个测量位置与夹具41或51的沿Y方向的端部之间在0°相位中的的尺寸。即，β C1是从花键配合部12的外周到夹具41或51的位于等离子体3a侧的表面沿轭11的宽度方向的距离。第四列9d以图6A和图8A中的尺寸测量点的符号㈨和^)示出了的尺寸值。
这里，第二位置40b的尺寸β。对应于图6B所示的尺寸gl ；但是，如上所述，夹具 41在该测量位置处沿Y方向的突出量是0mm，因此，β ^的尺寸值被设定为零。第五列9e示出了(CI1X α2)/(β9。Χ β。)的计算值。对于第二位置40b，β Q的尺寸值被设定为零，因此未示出计算值。第六列9f示出了尺寸Y。符号Y是从第一轴10的花键配合部12的外周到夹具 41或51的沿垂直于X方向的方向的端部之间的距离的平均值(平均距离)。Y能够获得为这样的值该值是从具有与夹具41的顶壁415(假设未形成插入孔415a)的面积相同的面积的圆的半径减去花键配合部12的外周半径的结果。相似地，在示例2中，能够基于夹具51的底壁510或顶壁515的面积来计算Y。第七列9g示出了((aiXci2)/Y2)的计算值。对于第二位置40b，与第五列9e的情况一样，未示出计算值。第八列9h示出了在相应的测量位置中的努氏硬度的测量结果。在试验结果中，几乎不能发现由于第一轴10的花键配合部12的沿周向方向的位置所引起的表面硬度的不同。图9B是图表，其示出了(αιΧα2/(β9(ιΧβ。))的计算值与测量位置(除第二位置40b以外)处的表面硬度(努氏硬度)之间的关系。如从图9B中明显的，((Ci1Xa2)/ (β90Χβ0))的计算值与表面硬度具有相关性、并且还具有如下关系使得当计算值变大时表面硬度增大。当第一轴10与夹具41或51之间的尺寸关系限定为满足如下面的等式(2) 所表示的表达式时，发现能够获得用于保证传动轴100的耐用性所必需的1，100(kgf/mm2) 的努氏硬度。Q1X α2/(β90Χ β0) ^ 5.9(2)图9C是图表，其示出了((aiXci2)/Y2)的计算值与测量位置(除第二位置40b 以外)处的表面硬度(努氏硬度)之间的关系。如从图9C中明显的，((Ci1X Ci2)/Y2)的计算值与表面硬度具有相关性、并且还具有如下关系其中，当计算值变大时表面硬度增大。 当第一轴10与夹具41或51之间的尺寸关系限定为满足如下面的等式(3)所表示的表达式时，发现能够获得用于保证传动轴100的耐用性所必需的1，100(kgf/mm2)的努氏硬度。(Q1X a2)/y2 ^ 3. 48(3)根据如上述的实施方式，能够获得下面的效果。(A)通过以夹具41或51遮蔽不形成DLC薄膜121的部分(轭11)，DLC薄膜121 能够形成到除前述部分以外的部分上。因此，与在整个第一轴10上形成DLC薄膜121之后去除轭上的DLC薄膜121的情况相比，能够减少工序的数目。(B)因为夹具41或51附接为沿X方向与第一轴10的花键配合部12离开特定的分隔间距(等于或大于9mm)，所以在花键配合部12中的DLC薄膜121的努氏硬度能够等于或大于 990 (kgf/mm2)。(C)对于第一位置40a、第三位置40c、第四位置50a、以及第六位置50c，夹具41或 51附接为满足上述等式⑴和⑵。因此，在花键配合部12中的DLC薄膜121的努氏硬度能够等于或大于1，110 (kgf/mm2)。(D)在其中沿着轴向方向设置有多个(在上述实施方式中为三个)第一轴10的组件40或50设置在真空沉积室30中以形成DLC薄膜121。因此，能够提高加工效率。
(E)构成组件40或50的三个第一轴10中的两个(中部第一轴IOB和下部第一轴10C)设置成使得位于花键配合部12侧的相应端面1 彼此抵接。因此，能够扩大附接至相应的第一轴10的夹具41之间的间距及夹具51之间的间距，并且能够提高这两个第一轴10的花键配合部12上的DLC薄膜121的硬度。(F)因为夹具41的底壁410形成为弧形形状，所以如图6B所示，在0°相位中的上部第一轴IOA的花键配合部12的外周相比于附接至中部第一轴IOB的夹具41的底壁部分向Y方向突出，并且能够提高在花键配合部12上的DLC薄膜121的硬度。(G)因为夹具41或51能够容易地从第一轴10的轭11上去除以及附接至第一轴 10的轭11，所以与通过用铝箔覆盖来遮蔽轭11的情况相比，能够提高工作效率。虽然已经参照本发明的示例实施方式对本发明进行了描述，但是应当理解，本发明并不限于所述的实施方式或构造。相反，本发明意在涵盖各种改型和等同方案。另外，虽然所公开的发明的各种元件是以各种示例组合和构型示出的，但是包括更多的、更少的或仅包括单个元件的其他组合和构型也属于所附权利要求的范围内。(i)在以上实施方式中，夹具41形成为三角杆形状，而夹具51形成为长方体形状。 但是，本发明并不限于此，而是可以使用各种形状例如圆柱形形状。(ii)在以上实施方式中，一个组件40或50构成为包括三个第一轴10。但是，本发明并不限于此，可以组装两个第一轴10以构成一个组件。或者，可以组装四个或更多个第一轴10以构成一个组件。在一个组件中的第一轴10的布置方法并不限于图6A和图8B 中所示的那些。(iii)在以上实施方式中，夹具41或51由碳素钢制成。但是，本发明并不限于此， 夹具可以由不锈钢、铝、或树脂制成。(iv)在以上实施方式中，热阴极PIG等离子体CVD设备3构造成使得等离子体3a 沿竖直方向产生。但是，本发明并不限于此，所述设备可构造成使得等离子体3a沿水平方向或者沿相对于竖直方向的倾斜方向产生。在该情况下，第一轴10可以设置成平行于等离子体3a。(ν)以上实施方式是就如下情况进行描述其中，作为覆层的示例的DLC薄膜121 具有包括中间层和DLC-Si层的双层结构，该中间层包含诸如铬之类的材料。但是，可以不需要中间层。DLC薄膜121可以是由不包含Si的DLC制成的薄膜。此外，覆层并不限于 DLC，而是可以为氮化钛(TiN)等。在该情况下，可以通过将对应于覆层成分的原料气体供应到真空沉积室内来形成覆层。(vi)在以上实施方式中，传动轴100构造成使得第一轴10联接至车辆的差动齿轮的输入轴并且使得第二轴20联接至车辆的变速器的输出轴。反之，传动轴可以构造成使得第一轴10联接至车辆的变速器的输出轴并且使得第二轴20联接至车辆的差动齿轮的输入轴。这里，差动齿轮的输入轴和变速器的输出轴是对车辆的驱动源的驱动力进行传递的驱动轴的示例。(vii)以上实施方式是就如下情况进行描述其中，将作为传动轴100的组成构件的第一轴10用作被覆本体的示例。但是，被覆本体并不限于此。任何构件都可用作为被覆本体，只要需要覆层的硬度并且也部分地需要非被覆部分。
1权利要求
1.一种覆层(121)的形成方法，所述形成方法通过如下方式以所述覆层(121)覆盖被覆本体在真空沉积室(30)中产生圆柱形的等离子体(3a)、以及将原料气体供应到所述真空沉积室(30)内并且向所述被覆本体施加脉冲电压，所述形成方法的特征在于包括将遮蔽非被覆构件的遮蔽构件附接至不形成所述被覆本体的所述覆层(121)的非被覆部分、且与形成所述覆层(121)的被覆部分保持分隔间距，以防止所述被覆部分中的所述覆层的硬度减小。
2.根据权利要求1所述的覆层的形成方法，其中所述被覆本体设置在所述真空沉积室(30)中，使得所述被覆部分平行于所述等离子体(3a)；以及所述被覆本体绕其轴向方向旋转，使得所述覆层(121)形成在所述被覆部分上。
3.根据权利要求1或2所述的覆层的形成方法，其中所述被覆本体是在沿轴向方向的端部处具有所述非被覆部分的轴构件； 两个所述被覆本体设置在所述真空沉积室(30)中，使得沿轴向方向的相应端部彼此面对；以及所述覆层(121)形成在所述被覆部分上。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的覆层的形成方法，其中所述被覆本体是构成用于车辆的传动轴(100)的轴组成构件，所述传动轴(100)能够沿轴向方向延伸和收缩；所述被覆部分是花键配合部，所述花键配合部通过所述传动轴(100)的延伸和收缩而与所述传动轴(100)的其他组成构件一起沿轴向方向滑动；以及所述非被覆部分是将所述传动轴(100)联接至另一驱动轴的联接部(11)。
5.根据权利要求4所述的覆层的形成方法，其中，所述联接部(11)的沿所述被覆本体的轴向方向的顶端(111)呈包括弧形凹部的U形；以及所述遮蔽构件的与所述联接部(11)的所述顶端(111)相对应的部分形成为与所述顶端(111)的弧形一致的弧形。
6.根据权利要求4或5所述的覆层的形成方法，其中，如从所述等离子体(3a)所见的所述被覆本体与所述遮蔽构件之间的尺寸关系满足以下表达式Q1X a2/y2 ^ 3. 48,其中α！是所述分隔间距；α 2是如下两个遮蔽构件之间的距离所述两个遮蔽构件附接为使得所述被覆本体被插置在所述两个遮蔽构件之间；Y是从所述被覆部分的表面到所述遮蔽构件的位于所述等离子体(3a)侧的表面之间的平均距离。
7.根据权利要求5所述的覆层的形成方法，其中所述联接部(11)形成为使得U形的所述顶端(111)的端部之间的宽度(W)大于所述顶端(111)的厚度⑴；以及如从所述等离子体(3a)所见的所述被覆本体与所述遮蔽构件之间的尺寸关系满足以下表达式α 义 Ci2Z^1X β 2) ^ 5. 9,其中α！是所述分隔间距；α 2是如下两个遮蔽构件之间的距离所述两个遮蔽构件附接为使得所述被覆本体被插置在所述两个遮蔽构件之间；β ！是从所述被覆部分的表面到所述遮蔽构件的位于所述等离子体侧的表面的沿所述联接部的宽度(W)的距离；β2是从所述被覆部分的表面到所述遮蔽构件的位于所述等离子体侧的表面的沿所述联接部的厚度(t)的距离。
全文摘要
一种形成在第一轴(10)的表面上的DLC薄膜(121)，其通过如下方式形成在真空沉积室(30)中产生圆柱形的等离子体(3a)、将原料气体供应到真空沉积室(30)内、以及向作为被覆本体的第一轴(10)施加脉冲电压。将遮蔽轭(11)的夹具(41)附接至作为不形成第一轴(10)的DLC薄膜(121)的非被覆部分的轭(11)、且与要形成DLC薄膜(121)的作为被覆部分的花键配合部(12)保持分隔间距，以防止花键配合部(12)中的DLC薄膜(121)的硬度减小。
文档编号C23C16/44GK102373437SQ201110227869
公开日2012年3月14日 申请日期2011年8月5日 优先权日2010年8月6日
发明者久保俊哉, 安藤淳二, 小川友树, 山川和芳, 山本大悟, 桥富弘幸, 铃木知朗, 铃木雅裕 申请人:株式会社Cnk, 株式会社捷太格特