JP5961982B2

JP5961982B2 - 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

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Publication number: JP5961982B2
Application number: JP2011255398A
Authority: JP
Inventors: 安藤　淳二; 淳二安藤; 鈴木　邦彦; 邦彦鈴木; 寛之安藤; 秀幸齋藤; 和広福島; 難波　友幸; 友幸難波; 洋白柳
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2011-11-22
Filing date: 2011-11-22
Publication date: 2016-08-03
Anticipated expiration: 2031-11-22
Also published as: JP2013108145A

Description

本発明は、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に関するものである。

電磁クラッチ装置のクラッチプレートの製造を、ナイトロテック（登録商標）法を適用することが特開平１１−２８７２５８号公報（特許文献１）および特開２００６−１３８４８５号公報（特許文献２）に記載されている。ナイトロテック法とは、鉄製の機材を窒素雰囲気中の５００〜６００℃で１〜２時間加熱するガス軟窒化処理を行い、次いで、酸素雰囲気中の高温で短時間酸化処理を行い、最後に、水−油のエマルジョン液中で急冷することにより行う。これにより、窒素化合物層と窒素拡散層がそれぞれ２０〜４０μｍ程度の厚さに形成され、酸化被膜が０．５〜１．５μｍ程度の厚みに形成される。

特開平１１−２８７２５８号公報特開２００６−１３８４８５号公報

ここで、クラッチプレートなどの摺動部材の表面は、高い平坦度を確保する必要がある。しかし、上記製造方法によれば、水−油のエマルジョン液中で急冷するため、冷却スピードが速くなり、素材が変形するおそれがある。さらに、冷却液が水を含むため、表面の錆の問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、冷却による素材の変形を抑制するとともに、表面に錆が発生しない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を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明者らは鋭意研究を重ね、冷却液に水を用いずに、冷却液温度を高くすることを思いつき、本発明を想到するに至った。本発明は、摺動部材の製造方法として把握することができ、また摺動部材の一例としての電磁クラッチのクラッチプレートの製造方法として把握することもできる。

（摺動部材の製造方法）
（請求項１）本発明に係る摺動部材の製造方法は、鋼材からなる母材部と、前記母材部の表面側に２０〜５０μｍ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２０〜５０μｍ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、鋼材からなる素材を６６０〜６９０℃のアンモニアを含んだ雰囲気にて加熱処理を行う加熱工程と、前記加熱工程の後に６０〜８０℃の油温にて油冷を行う油冷工程と、前記油冷工程の後に前記表面側を加圧しながら２５０〜３５０℃の温度にて焼き戻し処理を行う焼き戻し工程とにより、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２）また、好ましくは、前記油冷工程は、窒素雰囲気の状態で油冷を行う。

（クラッチプレートの製造方法）
（請求項３）本発明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、前記クラッチプレートは、鋼材からなる母材部と、前記母材部の表面側に２０〜５０μｍ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２０〜５０μｍの厚さに形成され最表面をなす窒素化合物層と、を備え、鋼材からなる素材を６６０〜６９０℃のアンモニアを含んだ雰囲気にて加熱処理を行う加熱工程と、前記加熱工程の後に６０〜８０℃の油温にて油冷を行う油冷工程と、前記油冷工程の後に前記表面側を加圧しながら２５０〜３５０℃の温度にて焼き戻し処理を行う焼き戻し工程とにより、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４）また、好ましくは、前記油冷工程は、窒素雰囲気の状態で油冷を行う。

（請求項１）本発明によれば、油冷にすることで、水を用いない冷却液としている。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、摺動部材の表面の平坦度を良好にすることができる。また、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。

また、油冷工程における油温を６０℃以上とすることで、従来問題であった素材の変形を十分に抑制することができる。また、油冷工程における油温を６０℃以上としたとしても、加熱工程におけるアンモニアを含んだ雰囲気の温度を、Ｆｅ−ＮのＡ１変態点である５９０℃より十分に高い温度の６６０℃以上にすることで、確実に、窒素化合物および窒素拡散層の厚みをそれぞれ２０〜５０μｍ確保することができる。ここで、加熱工程におけるアンモニアを含んだ雰囲気の温度を６６０℃にした場合に、油温を８０℃以下にすることで、確実に、窒素化合物および窒素拡散層の厚みをそれぞれ２０〜５０μｍ確保することができる。従って、表面の硬度を高い硬度とすることができる。その結果、耐摩耗性を良好とできる。ところで、窒素化合物層および窒素拡散層の厚みをそれぞれ２０μｍ以上とすることで、摺動部材の表面の硬度を十分に確保できると共に、表面が摩耗したとしても表面の硬度の変動を小さくすることができる。

また、加熱工程におけるアンモニアを含んだ雰囲気の温度を６９０℃以下にすることで、窒素化合物の拡散（消失）を抑制でき、硬度を確保することができる。

（請求項２）油冷工程において、窒素雰囲気で油冷を行っている。つまり、ナイトロテック法のように、加熱工程の後に積極的に酸化処理を行わない。つまり、摺動部材の表面に酸化被膜が形成されにくい。これにより、表面の平坦度を高くすることができる。

（請求項３）本発明により製造されるクラッチプレートによれば、上述した摺動部材による効果を奏する。ここで、窒素化合物層および窒素拡散層の厚みをそれぞれ５０μｍ以下としている。仮に、５０μｍより厚くすると、透磁率が低下するため、クラッチプレートの磁束密度が低下して、クラッチプレート間の摩擦係合力が低下することになる。そのため、５０μｍ以下としている。

また、焼き戻し工程を行うことで、窒素化合物層および窒素拡散層に含まれている非磁性である残留オーステナイトを磁性であるマルテンサイトに変態させることができる。これにより、透磁率および硬度を上げることができる。

摺動部材またはクラッチプレートの表面構造を示す。図１に示す摺動部材またはクラッチプレートの製造方法（熱処理）の工程図である。比較例１としてのナイトロテック法を適用した場合における部材の製造方法（熱処理）の工程図である。比較例２としてのガス軟窒化処理を適用した場合における部材の製造方法（熱処理）の工程図である。本実施形態の試験例における断面組織の顕微鏡写真である。比較例１における断面組織の顕微鏡写真である。比較例２における断面組織の顕微鏡写真である。対象部材の表面からの深さに対する硬さを示すグラフである。（ａ）は本実施形態の試験例を示し、（ｂ）は比較例１を示し、（ｃ）は比較例２を示す。本実施形態の試験例、比較例１，２についての冷却工程後の歪量（平坦度）を示すグラフである。（ａ）は本実施形態の試験例を示し、（ｂ）は比較例１を示し、（ｃ）は比較例２を示す。実機耐久摩擦試験の摩耗データを示す。（ａ）は本実施形態の試験例を示し、（ｂ）は比較例１を示し、（ｃ）は比較例２を示す。本試験例について、焼き戻し温度を変化させた場合において、焼き戻し温度に対する表面硬度を示すグラフである。本試験例について、加熱温度を変化させた場合において、加熱温度に対する表面硬度を実線にて示し、窒素化合物生成速度を破線にて示すグラフである。本試験例について、対象部材の表面からの深さに対する硬さを示すグラフである。（ａ１）は試験例の処理後を示し、（ａ２）は試験例の焼き戻し工程前を示す。Ｆｅ−Ｎ系状態図を示し、本試験例における対象部材の温度遷移を矢印にて示す。上記クラッチプレートを適用した駆動力伝達装置の軸方向断面図である。

（摺動部材またはクラッチプレートの説明）
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。

図１に示すように、当該摺動部材は、鋼材からなる母材部１１０と、母材部１１０の表面側に２０〜５０μｍの厚さに形成される窒素拡散層１２０と、窒素拡散層１２０の表面側に２０〜５０μｍの厚さに形成され最表面をなす窒素化合物層１３０とを備える。素材は、炭素含有量が０．１０〜０．２０％の鋼材を用いる。一般的に、低炭素鋼であるほど、安価であるが、表面の高硬度化が容易ではない。しかし、本発明によれば、例えば、S15Cなどの低炭素鋼であっても、後述するように、表面の高硬度化を図ることができる。そして、母材部１１０は、素材と同一である。

窒素拡散層１２０は、窒素が固溶されている。窒素化合物層１３０は、母材部１１０側に位置する緻密層１３１と、最表面側に位置する白層１３２とを備える。緻密層１３１は、白層１３２に比べて、Fe₂Nの濃度が高い部分である。

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）について図２を参照して説明する。加熱温度Te1である６６０〜６９０℃のアンモニア雰囲気中に素材を保持し、加熱処理を行う（加熱工程）。具体的には、次のように行う。容積１〜３ｍ³の処理室を６６０〜６９０℃まで昇温する。この加熱温度Te1は、Fe-NのA1変態点である５９０℃より高温である。そして、昇温している途中において、窒素（N₂）ガスを１〜８ｍ³/Hrで供給する。昇温完了後に時間Ti1の間維持する。この時間Ti1は、０〜１時間である。その後、アンモニア雰囲気とする。アンモニア雰囲気では、アンモニア（NH₃）ガスを３〜７ｍ³/Hrで供給すると共に、二酸化炭素（CO₂）ガスを０．１〜０．６ｍ³/Hrで供給して、時間Ti2の間維持する。この時間Ti2は、０．５〜１．５時間である。なお、アンモニア雰囲気には、酸素を含むガスは供給しない。また、アンモニア雰囲気では、窒素（N₂）ガスを０を超えて５m³/Hr以下供給してもよい。また、アンモニア雰囲気では、二酸化炭素（CO₂）ガスを供給しないでもよい。

加熱工程の後に、６０〜８０℃の油温Te2にて油冷を行う（油冷工程）。具体的には、窒素雰囲気で６０〜８０℃の油温Te2の焼入油に素材を入れる。このとき、素材が酸化されないようにする。

油冷工程にて素材の温度が油冷工程の油温Te2に達した後に、素材の表面側を加圧しながら、窒素雰囲気で２５０〜３５０℃の炉温Te3の加熱炉に素材を入れて、時間Ti3の間、焼き戻し処理を行う（焼き戻し工程）。この焼き戻し処理をプレステンパーとも称される。時間Ti3は、１〜５時間である。以上の処理により、素材の表面に窒素化合物層１３０および窒素拡散層１２０を形成する。

（比較実験）
次に、本発明の製造方法により得られた部材の表面硬度、冷却後の歪量（平坦度）および実機耐久摩擦試験による耐久性能について評価する。本実施形態の１つの試験例を挙げると共に、比較例１としてナイトロテック法を適用した場合とし、比較例２としてガス軟窒化処理を施した場合とする。

（試験例）試験例として、素材としてS15Cを用い、加熱工程において、処理室の容積を２ｍ^３、時間Ti1を３０分、時間Ti2を５０分、処理室の昇温完了時の温度Te1を６８０℃、窒素ガスを５mm³/Hrで供給した。その後、窒素ガスの供給を止めると共に、アンモニアガスと二酸化炭素ガスとを供給開始した。アンモニアガスを５mm³/Hrと二酸化炭素ガスを０．３ｍ³/Hrとを、時間Ti2の５０分、供給する。油冷工程における油温Te2は、７０℃とする。油冷工程に用いる冷却油（焼入油）は、パラフィン系基油としたJIS１種２号に相当する真空熱処理用の高性能ハイスピードクエンチ油（動粘度：１６±２．５mm²/s（４０℃），引火点（COC）：１７８℃，冷却性能特性温度：６２０℃，商品名：特殊焼入油V-1700S（日本グリース株式会社製））を用いた。焼き戻し工程において、窒素ガス雰囲気中、炉温Te3を３１０℃とし、時間Ti3を３．０時間とする。その後、窒素ガス雰囲気中、徐冷した。

（比較例１）比較例１として、ナイトロテック法を用いた場合である。この場合の素材は、試験例と同一のS15Cを用いる。具体的には、容積２ｍ³の処理室を６４０℃まで昇温する。この温度は、Fe-NのA1変態点である５９０℃より高温である。そして、昇温完了後に、窒素（N₂）ガスを５．５ｍ³/Hrで供給し、アンモニア（NH₃）ガスを５．５ｍ³/Hrで供給すると共に、二酸化炭素（CO₂）ガスを０．４８ｍ³/Hrで供給して、１時間３０分維持する（加熱工程）。

加熱工程の後に、大気開放して、素材を酸化させる。その後に、５０〜６０℃の水−油エマルジョン液にて冷却を行う（冷却工程）。冷却工程の後には、素材の表面側を加圧しながら、３１０℃の炉温の加熱炉に素材を入れて、３．０時間焼き戻し処理を行う（焼き戻し工程）。そして、処理を終了する。

（比較例２）比較例２として、ガス軟窒化処理を施した場合である。この場合の素材は、試験例と同一のS15Cを用いる。具体的には、容積２ｍ³の処理室を５８０℃まで昇温する。この温度は、Fe-NのA1変態点である５９０℃より低温である。そして、昇温完了後に、窒素（N₂）ガスを３ｍ³/Hrで供給し、アンモニア（NH₃）ガスを８ｍ³/Hrで供給すると共に、二酸化炭素（CO₂）ガスを０．３ｍ³/Hrで供給して、１時間２０分維持する（加熱工程）。加熱工程の後に、２５℃の窒素（N₂）ガス雰囲気中にて素材の冷却を行う（冷却工程）。そして、処理を終了する。

（断面組織の顕微鏡写真）
それぞれの表面側における断面組織の顕微鏡写真を図５〜図７に示す。本実施形態の試験例では、図５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２５μｍ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。

比較例１では、図６に示すように、最表面に酸化被膜層が僅かに形成され、それより深い側に窒素化合物層が形成されている。窒素化合物層の厚みは、約２５μｍ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１７μｍであった。
比較例２では、図７に示すように、表面に窒素化合物層が約１５μｍ形成されている。この場合には、窒素拡散層はほとんど形成されていない。つまり、窒素化合物層より深い側には母材となる。

（硬さ）
それぞれの試験結果に対して、表面からの深さに対する硬さＭＨＶ（２５ｇ）について、図８を参照して説明する。本実施形態の試験例では、図８の（ａ）に示すように、最大硬さが、１０００ＭＨＶを超えている。そして、表面から深さ３０μｍ付近まで、８００ＭＨＶ以上の高い硬さを有している。さらに、表面からの深さ５０μｍ付近まで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。

一方、図８の（ｂ）に示すように、ナイトロテック法では、最大硬さが、１０００ＭＨＶを超えている。そして、表面から深さ３０μｍ付近まで、８００ＭＨＶ以上の高い硬さを有している。さらに、表面からの深さ４０μｍ付近まで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３０μｍ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。これは、本実施形態の試験例とほぼ同程度である。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。ただし、本実施形態の試験例に比べると、母材より硬さが高い部分浅くなっている。

また、図８の（ｃ）に示すように、ガス軟窒化処理では、最大硬さが、７００ＭＨＶを超えている。そして、７００ＭＨＶ以上の高い硬さの部分は、表面から深さ６μｍ付近までとなっている。さらに、表面からの深さ１０μｍ付近では、３００ＭＨＶ程度に低下しており、表面からの深さ１５μｍ付近では、ほぼ母材の硬さと同程度となっている。図７に示すように、窒化化合物が形成されている深さに対応している。

（冷却工程後の歪量（平坦度））
次に、それぞれの試験結果に対して、プレステンパー前の油冷工程または冷却工程後の歪量（平坦度）について、図９を参照して説明する。本実施形態の試験例では、図９（ａ）に示すように、油冷工程後の歪変化量は、１０μｍとなっている。比較例１，２では、図９（ｂ）に示すように、冷却工程後の歪変化量は、それぞれ２７０μｍ、１０μｍ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。

（実機耐久摩擦試験）
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、上記試験例、比較例１および比較例２の各表面処理を、当該電磁クラッチを構成するアウタプレート４４ｂ（図１５に示す）に施し、相手材であるインナプレート４４ａ（図１５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。

試験結果について、図１０を参照して説明する。図１０には、比較例２であるガス軟窒化処理を施した場合における摩耗量を１として、本試験例、比較例１および比較例２について、（ａ）（ｂ）（ｃ）として示している。上記耐久試験後のアウタプレート４４ｂの摩耗量は、本試験例（ａ）０．３、比較例１（ｂ）０．３、比較例２（ｃ）１の比となる。

（本試験例の条件変更態様）
次に、本試験例において、焼き戻し工程における焼き戻し温度Te3を変更した場合、および、加熱工程における加熱温度Te1を変更した場合について試験を行った。焼き戻し温度Te3を変更した場合における表面硬度を図１１に示し、加熱温度Te1を変更した場合における表面硬度および窒素化合物層生成速度を図１２に示す。
図１１に示すように、焼き戻し温度Te3を２５０〜３５０℃の範囲において、表面硬度が１０００ＨＶ以上となる。特に、焼き戻し温度Te3を３００℃とした場合に、表面硬度が最も高くなる。これに対して、焼き戻し温度Te3を３５０℃より高くするほど、表面硬度が低下している。

また、図１２の実線にて示すように、加熱工程における加熱温度Te1を６６０〜６９０℃の範囲において、表面硬度が１０００ＨＶ以上となる。特に、加熱温度Te1を６８０℃とした場合に、表面硬度が最も高くなる。これに対して、加熱温度Te1を６６０℃より低い温度の場合、および、６９０℃より高い温度の場合には、表面硬度が低下している。

ここで、図１２の破線において、窒素化合物生成速度は、加熱温度６８０℃の場合が最も早く、６６０℃、６４０℃と６８０℃から低温になるほど、また、６９０℃、７００℃と６８０℃から高温になるほど、窒素化合物生成速度が低下している。このことから、表面硬度は、窒素化合物生成速度に相関があると考えられる。つまり、窒素化合物生成速度が速いほど、表面硬度が高くなっている。

上記および図８に示したように、本試験例における表面からの深さに対する硬さについて説明した。ここで、本試験例について、焼き戻し工程による硬さの変化を確認するために、本試験例の焼き戻し工程前における表面からの深さに対する硬さについて計測した。図１３において、実線（ａ１）にて焼き戻し工程後、破線（ａ２）にて焼き戻し工程前における表面からの深さに対する硬さを示す。図１３の（ａ１）（ａ２）に示すように、表面側において、焼き戻し工程を施すことにより、硬さが高くなっている。これは、焼き戻し工程によって、窒素マルテンサイトが析出することによって、硬さが高くなったものと考えられる。つまり、表面側に窒素化合物が生成されていることによって、表面側の硬さを高くすることができたものと思われる。

（まとめ）
本実施形態によれば、冷却工程を油冷にすることで、水を用いない冷却液としている。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、摺動部材の表面の平坦度を良好にすることができる。また、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。

また、油冷工程における油温を６０℃以上とすることで、従来問題であった素材の変形を十分に抑制することができる。また、油冷工程における油温を６０℃以上としたとしても、加熱工程におけるアンモニア雰囲気の温度を、Ｆｅ−ＮのＡ１変態点である５９０℃より十分に高い温度の６６０℃以上にすることで、確実に、窒素化合物および窒素拡散層の厚みをそれぞれ２０〜５０μｍ確保することができる。これは、図１４のFe-N系状態図に示すように、５９０℃以上でフェライトがオーステナイト化することを利用して、ガス軟窒化後急冷（焼入れ）して炭窒化物と窒素マルテンサイトの混相で複合硬化させている。なお、図１４において、ハッチングを付した範囲は、ガス軟窒化の温度域を示す。

ここで、加熱工程におけるアンモニア雰囲気の温度を６６０℃にした場合に、油温を８０℃以下にすることで、確実に、窒素化合物および窒素拡散層の厚みをそれぞれ２０〜５０μｍ確保することができる。従って、表面の硬度を高い硬度とすることができる。その結果、耐摩耗性を良好とできる。ところで、窒素化合物層および窒素拡散層の厚みをそれぞれ２０μｍ以上とすることで、摺動部材の表面の硬度を十分に確保できると共に、表面が摩耗したとしても表面の硬度の変動を小さくすることができる。

また、油冷工程において、窒素雰囲気の状態で油冷を行っている。つまり、ナイトロテック法のように、加熱工程の後に積極的に酸化処理を行わない。つまり、摺動部材の表面に酸化被膜が形成されにくい。これにより、表面の平坦度を高くすることができる。また、加熱工程における窒素雰囲気の温度を６９０℃以下にすることで、窒素化合物層の拡散（消失）を抑制でき、硬度を確保することができる。

ここで、窒素化合物層および窒素拡散層の厚みをそれぞれ５０μｍ以下としている。仮に、電磁クラッチ装置のクラッチプレートに上記熱処理を適用する場合に、５０μｍより厚くすると、透磁率が低下する。そうすると、クラッチプレートの磁束密度が低下して、クラッチプレート間の摩擦係合力が低下することになる。そこで、窒素化合物層および窒素拡散層の厚みをそれぞれ５０μｍ以下とすることで、摩擦係合力の低下を抑制できる。また、焼き戻し工程を行うことで、窒素化合物層および窒素拡散層に含まれている非磁性である残留オーステナイトを磁性であるマルテンサイトに変態させることができる。これにより、透磁率および硬度を上げることができる。

（電磁クラッチ装置を適用した駆動力伝達装置）
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１５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。

駆動力伝達装置１は、いわゆる電子制御カップリングからなる。この駆動力伝達装置１は、図１５に示すように、外側回転部材としてのアウタケース１０と、内側回転部材としてのインナシャフト２０と、メインクラッチ３０と、パイロットクラッチ機構を構成する電磁クラッチ装置４０と、カム機構５０とを備えている。

アウタケース１０は、円筒形状のホールカバー（図示せず）の内周側に、当該ホールカバーに対して回転可能に支持されている。このアウタケース１０は、全体として円筒形状に形成されており、車両前側に配置されるフロントハウジング１１と車両後側に配置されるリヤハウジング１２とにより形成されている。

フロントハウジング１１は、例えばアルミニウムを主成分とする非磁性材料のアルミニウム合金により形成され、有底筒状に形成されている。フロントハウジング１１の円筒部の外周面が、ホールカバーの内周面に軸受を介して回転可能に支持されている。さらに、フロントハウジング１１の底部が、プロペラシャフト（図示せず）の車両後端側に連結されている。つまり、フロントハウジング１１の有底筒状の開口側が車両後側を向くように配置されている。そして、フロントハウジング１１の内周面のうち軸方向中央部には、雌スプライン１１ａが形成されており、当該内周面の開口付近には、雌ねじが形成されている。

リヤハウジング１２は、円環状に形成されており、フロントハウジング１１の開口側の径方向内側に、フロントハウジング１１と一体的に配置されている。リヤハウジング１２の車両後方側には、全周に亘って環状溝が形成されている。このリヤハウジング１２の環状溝底の一部分には、非磁性材料としての例えばステンレス鋼により形成された環状部材１２ａを備えている。リヤハウジング１２のうち環状部材１２ａ以外の部位は、磁気回路を形成するために磁性材料である鉄を主成分とする材料（以下、「鉄系材料」と称する）により形成されている。リヤハウジング１２の外周面には、雄ねじが形成されており、当該雄ねじはフロントハウジング１１の雌ねじにねじ締めされる。なお、フロントハウジング１１の雌ねじをリヤハウジングの雄ねじに締め付け、フロントハウジング１１の開口側端面をリヤハウジングの段部の端面に当接することにより、フロントハウジング１１とリヤハウジング１２とを固定する。

インナシャフト２０は、外周面の軸方向中央部に雄スプライン２０ａを備える軸状に形成されている。このインナシャフト２０は、リヤハウジング１２の中央の貫通孔を液密的に貫通して、アウタケース１０内に相対回転可能に同軸上に配置されている。そして、インナシャフト２０は、フロントハウジング１１およびリヤハウジング１２に対して軸方向位置を規制された状態で、フロントハウジング１１及びリヤハウジング１２に軸受を介して回転可能に支持されている。さらに、インナシャフト２０の車両後端側（図１５の右側）は、ディファレンシャルギヤ（図示せず）に連結されている。なお、アウタケース１０とインナシャフト２０とにより液密的に区画される空間内には、所定の充填率で潤滑油が充填されている。

メインクラッチ３０は、アウタケース１０とインナシャフト２０との間でトルクを伝達する。このメインクラッチ３０は、鉄系材料により形成された湿式多板式の摩擦クラッチである。メインクラッチ３０は、フロントハウジング１１の円筒部内周面とインナシャフト２０の外周面との間に配置されている。メインクラッチ３０は、フロントハウジング１１の底部とリヤハウジング１２の車両前方端面との間に配置されている。このメインクラッチ３０は、インナメインクラッチ板３１とアウタメインクラッチ板３２とにより構成され、軸方向に交互に配置されている。インナメインクラッチ板３１は、内周側に雌スプライン３１ａが形成されており、インナシャフト２０の雄スプライン２０ａに嵌合されている。アウタメインクラッチ板３２は、外周側に雄スプライン３２ａが形成されており、フロントハウジング１１の雌スプライン１１ａに嵌合されている。

電磁クラッチ装置４０は、磁力によりアーマチュア４３をヨーク４１側に引き寄せることでパイロットクラッチ４４同士を係合させる。つまり、電磁クラッチ装置４０は、アウタケース１０のトルクを、カム機構５０を構成する支持カム部材５１に伝達する。この電磁クラッチ装置４０は、ヨーク４１と、電磁コイル４２と、アーマチュア４３と、パイロットクラッチ４４とにより構成されている。

ヨーク４１は、環状に形成されており、リヤハウジング１２に対して相対回転可能となるように隙間を介してリヤハウジング１２の環状溝に収容されている。ヨーク４１は、ホールカバーに固定されている。また、ヨーク４１の内周側が、リヤハウジング１２に軸受を介して回転可能に支持されている。電磁コイル４２は、巻線を巻回することにより円環状に形成され、ヨーク４１に固定されている。

アーマチュア４３は、鉄系材料により形成されている。外周側に雄スプラインを備える円環状に形成されている。アーマチュア４３は、メインクラッチ３０とリヤハウジング１２との軸方向間に配置されている。そして、アーマチュア４３の外周側が、フロントハウジング１１の雌スプライン１１ａに嵌合されている。アーマチュア４３は、電磁コイル４２に電流が供給されると、ヨーク４１側に引き寄せられるように作用する。

パイロットクラッチ４４は、アウタケース１０と支持カム部材５１との間でトルクを伝達する。このパイロットクラッチ４４は、鉄系材料により形成されている。パイロットクラッチ４４は、フロントハウジング１１の円筒部内周面と支持カム部材５１の外周面との間に配置されている。さらに、パイロットクラッチ４４は、アーマチュア４３とリヤハウジング１２の車両前方端面との間に配置されている。このパイロットクラッチ４４は、インナパイロットクラッチ板４４ａとアウタパイロットクラッチ板４４ｂとにより構成され、軸方向に交互に配置されている。インナパイロットクラッチ板４４ａは、内周側に雌スプラインが形成されており、支持カム部材５１の雄スプラインに嵌合されている。アウタパイロットクラッチ板４４ｂは、外周側に雄スプラインが形成されており、フロントハウジング１１の雌スプライン１１ａに嵌合されている。

そして、電磁コイル４２に電流が供給されると、図１５の矢印にて示すように、ヨーク４１、リヤハウジング１２の外周側、パイロットクラッチ４４、アーマチュア４３、パイロットクラッチ４４、リヤハウジング１２の内周側、ヨーク４１を通過する磁気回路が形成される。そうすると、アーマチュア４３がヨーク４１側に引き寄せられて、インナパイロットクラッチ板４４ａとアウタパイロットクラッチ板４４ｂとが摩擦係合する。そして、アウタケース１０のトルクを支持カム部材５１に伝達する。一方、電磁コイル４２への電流供給を遮断すると、アーマチュア４３に対する吸引力がなくなり、インナパイロットクラッチ板４４ａとアウタパイロットクラッチ板４４ｂとの摩擦係合力が解除される。

カム機構５０は、メインクラッチ３０とパイロットクラッチ４４との間に設けられ、パイロットクラッチ４４を介して伝達されるアウタケース１０とインナシャフト２０との回転差に基づくトルクを軸方向の押圧力に変換してメインクラッチ３０を押圧する。このカム機構５０は、支持カム部材５１と、移動カム部材５２と、カムフォロア５３とから構成されている。

支持カム部材５１は、外周側に雄スプラインを備えた円環状に形成されている。この支持カム部材５１の車両前方端面には、カム溝が形成されている。支持カム部材５１は、インナシャフト２０の外周面に対して隙間を介して設けられ、リヤハウジング１２の車両前方端面にスラスト軸受６０を介して支持されている。従って、支持カム部材５１の車両後方端面は、スラスト軸受６０の軌道板にシム６１を介して当接している。つまり、支持カム部材５１は、インナシャフト２０およびリヤハウジング１２に対して相対回転可能であり、軸方向に対して規制されて設けられている。さらに、支持カム部材５１の雄スプラインは、インナパイロットクラッチ板４４ａの雌スプラインに嵌合している。

移動カム部材５２は、大部分を鉄系材料により形成され、内周側に雌スプラインを備える円環状に形成されている。移動カム部材５２は、支持カム部材５１の車両前方に配置されている。移動カム部材５２の車両後方端面には、支持カム部材５１のカム溝に対して軸方向に対向するように、カム溝が形成されている。移動カム部材５２の雌スプラインが、インナシャフト２０の雄スプライン２０ａに嵌合している。従って、移動カム部材５２は、インナシャフト２０と共に回転する。さらに、移動カム部材５２の車両前方端面は、メインクラッチ３０のうち最も車両後方に配置されるインナメインクラッチ板３１に当接し得る状態となっている。移動カム部材５２は、車両前方に移動すると、当該インナメインクラッチ板３１に対して車両前方へ押し付ける。

カムフォロア５３は、ボール状からなり、支持カム部材５１と移動カム部材５２の互いに対向するカム溝に介在している。つまり、カムフォロア５３およびそれぞれのカム溝の作用により、支持カム部材５１と移動カム部材５２に回転差が生じた際には、移動カム部材５２が支持カム部材５１に対して軸方向に離間する方向（車両前方）へ移動する。支持カム部材５１に対する移動カム部材５２の軸方向離間量は、支持カム部材５１と移動カム部材５２とのねじれ角度が大きいほど大きくなる。

（駆動力伝達装置の基本的な動作）
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。

このように、磁気回路が形成されることで、アーマチュア４３がヨーク４１側、すなわち軸方向後方に向かって引き寄せられる。その結果、アーマチュア４３は、パイロットクラッチ４４を押圧して、インナパイロットクラッチ板４４ａとアウタパイロットクラッチ板４４ｂとが摩擦係合する。そうすると、アウタケース１０の回転トルクが、パイロットクラッチ４４を介して支持カム部材５１へ伝達されて、支持カム部材５１が回転する。

ここで、移動カム部材５２はインナシャフト２０とスプライン嵌合しているため、インナシャフト２０と共に回転する。従って、支持カム部材５１と移動カム部材５２とに回転差が生じる。そうすると、カムフォロア５３およびそれぞれのカム溝の作用により、支持カム部材５１に対して移動カム部材５２が軸方向（車両前側）に移動する。移動カム部材５２がメインクラッチ３０を車両前側へ押圧することになる。

その結果、インナメインクラッチ板３１とアウタメインクラッチ板３２とが相互に当接して摩擦係合状態となる。そうすると、アウタケース１０との回転トルクが、メインクラッチ３０を介してインナシャフト２０に伝達される。そうすると、アウタケース１０とインナシャフト２０との回転差を低減することができる。なお、電磁コイル４２へ供給する電流量を制御することで、メインクラッチ３０の摩擦係合力を制御できる。つまり、電磁コイル４２へ供給する電流量を制御することで、アウタケース１０とインナシャフト２０との間で伝達されるトルクを制御できる。

１１０：母材部、１２０：窒素拡散層、１３０：窒素化合物層、１３１：緻密層、１３２：白層

Claims

鋼材からなる母材部と、前記母材部の表面側に２０〜５０μｍ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２０〜５０μｍ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、
鋼材からなる素材を６６０〜６９０℃のアンモニアを含んだ雰囲気にて加熱処理を行う加熱工程と、前記加熱工程の後に６０〜８０℃の油温にて油冷を行う油冷工程と、前記油冷工程の後に前記表面側を加圧しながら２５０〜３５０℃の温度にて焼き戻し処理を行う焼き戻し工程とにより、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。
請求項１において、
前記油冷工程は、窒素雰囲気の状態で油冷を行う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、
前記クラッチプレートは、鋼材からなる母材部と、前記母材部の表面側に２０〜５０μｍ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２０〜５０μｍの厚さに形成され最表面をなす窒素化合物層と、を備え、
鋼材からなる素材を６６０〜６９０℃のアンモニアを含んだ雰囲気にて加熱処理を行う加熱工程と、前記加熱工程の後に６０〜８０℃の油温にて油冷を行う油冷工程と、前記油冷工程の後に前記表面側を加圧しながら２５０〜３５０℃の温度にて焼き戻し処理を行う焼き戻し工程とにより、前記窒素化合物層および前記窒素拡散層を形成するクラッチプレートの製造方法。
請求項３において、
前記油冷工程は、窒素雰囲気の状態で油冷を行うクラッチプレートの製造方法。