專利名稱：齒輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于動力傳輸機構(gòu)的齒輪，更具體地說，本發(fā)明涉及改進了傳輸效率的齒輪。
通常，在各種動力傳輸機構(gòu)中使用齒輪。用于機動車傳輸機構(gòu)的典型性齒輪主要由鋼制成，諸如滲碳鋼、碳氮共滲鋼以及鉻鉬鋼。
背景技術(shù)：
用于機動車傳輸機構(gòu)的這類齒輪用來減小齒輪之間的嚙合處所產(chǎn)生的摩擦以便于改進機動車的輸出功率和燃料消耗。更具體地說，在行星機構(gòu)或減速機構(gòu)中具有大量的齒輪嚙合，因此，從改進所述機構(gòu)的動力傳輸效率看來，強烈希望減小齒輪嚙合處的摩擦。
因此本發(fā)明的一個目的是提供一種改進的齒輪，所述齒輪通過減小齒輪的齒面上的摩擦而實行卓越的動力傳輸效率。
本發(fā)明的一個方面在于一種齒輪，所述齒輪包括齒面和形成在所述齒面至少一部分上的硬碳膜。
從以下結(jié)合附圖
所作出的描述中將理解本發(fā)明的其他目的和特征。

發(fā)明內(nèi)容
在與其他齒輪接合(嚙合)的狀態(tài)下在旋轉(zhuǎn)過程中齒輪通常相互滑動接觸。因此，從改進齒輪的動力傳輸效率看來，減小齒輪的齒面處的摩擦是優(yōu)選的。
本發(fā)明的齒輪是如此構(gòu)成的，即，使得硬碳膜(涂層)形成在所述齒輪的至少一部分上。該硬碳膜是無定形碳或含氫無定形碳膜，參考材料為a-C:H(無定形碳或含氫無定形碳)、i-C(i碳)以及DLC(金剛石狀碳)。
已知這樣一種硬碳膜在干燥狀態(tài)(無潤滑狀態(tài))下在其他表面上滑動時具有低摩擦系數(shù)。盡管仍未完全說明具有這樣的低摩擦系數(shù)的原理，但是可以設(shè)想，硬碳膜的固體潤滑性能和特性(諸如硬碳膜的低楊氏模量和高硬度)實現(xiàn)了摩擦系數(shù)的減小。
另一方面，當在潤滑劑中使用硬碳膜時，在潤滑劑中膜的摩擦系數(shù)變得不同于在干燥狀態(tài)下膜的摩擦系數(shù)。標準硬碳膜是用碳和不可避免的雜質(zhì)制成的，或是用碳、氫和不可避免的雜質(zhì)制成的。所述硬碳膜的表面反應(yīng)性是低的，并且該特性關(guān)系到其低-摩擦和低-磨損。然而，由于所述硬碳膜相對于原油和潤滑劑中的添加劑具有弱相互作用，因此與在干燥狀態(tài)下相比較，在潤滑劑中摩擦系數(shù)的減小優(yōu)點相對較小。
本發(fā)明通過對于在潤滑劑、優(yōu)選潤滑劑以及添加劑成分中具有低-摩擦系數(shù)的硬碳膜的全面研究而得以實現(xiàn)。
首先，在齒輪的齒面上形成硬碳膜。所述硬碳膜可被形成在齒輪的齒面的整個表面上或齒面的部分表面上。通常，存在這樣一種趨勢，即，與在每個齒輪齒的頂部上膜的形成相比較，不易在每個齒輪齒的底部上形成膜。然而，由于硬碳膜具有的優(yōu)點是根據(jù)膜成形面積的比率而獲得的，因此無需在不易形成部分上強行地形成硬碳膜。而且，即使在使用中一部分膜磨損了，根據(jù)剩余的硬碳膜的尺寸也能保持硬碳膜的優(yōu)點。
盡管實際上是通過組合兩個或多個齒輪而使用所述齒輪的，但是硬碳膜可被形成在整個齒面上或可被形成在一部分齒面上。在考慮制造成本、生產(chǎn)率和所獲得的優(yōu)點程度的基礎(chǔ)上可適當?shù)卮_定硬碳膜的膜成形面積。
盡管本質(zhì)上對于齒輪的基底金屬沒有限制，但是滲碳鋼和鉻鉬鋼最適用于確保齒輪所需的沖擊強度和彎曲疲勞強度。而且，滲碳鋼最適用于抑制在膜制造程序期間由于半高溫狀態(tài)而導致基底金屬的變軟。中間層可被形成在基底金屬與硬碳膜之間以便于減小基底金屬與硬碳膜之間的張力并改進所述膜相對于基底金屬的粘著。可使用公知的方法形成所述中間層。
可通過化學汽相淀積(CVD)工藝或物理汽相淀積(PVD)工藝制造硬碳膜。通常，由于使用有機化合物的原材料，因此由CVD工藝形成的硬碳膜包含氫，并且如此制造的膜的氫含量范圍在15到40atom％(原子百分比)。另一方面，PVD工藝能夠制造具有和/或不具有氫的硬碳膜。已提出了各種PVD工藝并可投入實際使用中?？紤]到膜在基底金屬上的粘著，本發(fā)明所涉及的齒輪的硬碳膜最好通過弧離子電鍍法或噴射法制成。
由于硬碳膜中氫含量的減少會減小齒輪的摩擦，因此用于齒輪的硬碳膜中的氫含量最好盡可能地小。因此，將本發(fā)明所涉及的齒輪的硬碳膜中的氫含量設(shè)定得小于1atom％，最好是小于0.3atom％。也就是說，最好通過物理汽相淀積(PVD)工藝成形硬碳膜。通過次級離子質(zhì)譜法(SIMS)或盧瑟福背散射光譜學(RBS)能夠測量硬碳膜中的氫含量。
本發(fā)明所涉及的齒輪顯示了卓越的特性，尤其是當在潤滑劑中使用或具有潤滑劑的情況下使用時。當本發(fā)明所涉及的齒輪用在潤滑劑中時，可從使用礦物油或合成油作為基油的潤滑劑中適當?shù)剡x擇潤滑劑，諸如齒輪油、機動車機油、渦輪機油和錠子油。而且，當聚α-烯烴用作潤滑劑的基油時，進一步改進了摩擦減小的優(yōu)點?？烧J為其原因在于聚α-烯烴具有易于粘附(沉積)在形成于齒輪的齒面上的硬碳膜上的特性。
而且，最好將包括羥基的成分作為添加劑加入到潤滑劑中，從而進一步改進摩擦減小優(yōu)點?？烧J為其原因在于所述添加劑通過羥基粘附在齒輪齒面上的硬碳膜上。而且，考慮到增加吸附強度，包含在添加劑的分子中的羥基的數(shù)量最好盡可能地大。然而，如果羥基的數(shù)量太大的話，由于過度的親水性，就存在添加劑與基油相分離的可能性。因此，應(yīng)在考慮上述要點的基礎(chǔ)上設(shè)計添加劑的分子結(jié)構(gòu)。而且在一個分子中羥基的數(shù)量相同的情況下最好將添加劑的分子結(jié)構(gòu)設(shè)計得使得羥基在分子結(jié)構(gòu)被布置得盡可能地近。用于添加劑的典型性分子是仲醇(二羥醇)和叔醇(三元醇)。盡管根據(jù)潤滑劑相對于齒輪的使用方式可適當?shù)馗淖兲砑觿┑奶砑恿?，但是相對于潤滑劑的添加量最好?.5到8的重量百分比范圍內(nèi)。如果添加量太小的話，摩擦減小優(yōu)點變得較小。如果太大的話，就存在添加劑與基油相分離的可能性。
作為潤滑劑的添加劑，酯是優(yōu)選的，甘油單酯是更為優(yōu)選的。構(gòu)成甘油單酯的脂肪酸的碳原子的數(shù)量最好大于或等于8，更好的是大于或等于12。如果在添加劑中由酯組成的脂肪酸的分子尺寸較小的話，直接形成在硬碳膜表面上的膜由于添加劑會變得較薄，因此降低了摩擦減小優(yōu)點。除甘油以外的多元醇可用作用于潤滑劑的脂肪酸酯添加劑的成分，盡管在成本上是不利的。
通常通過在基油(諸如礦物油或合成油)中添加適當?shù)奶砑觿┒@得潤滑油。然而，依照齒輪的使用條件和使用環(huán)境，代替上述潤滑劑可使用包括羥基化合物作為主要成分的潤滑劑。如果使用包括羥基化合物的潤滑劑的話，會大大改進動力傳輸效率。
醇適合于用作上述羥基化合物，具體地，甘油形成較大的摩擦減小效果。此外，當齒輪在乙二醇中滑動時，確保了卓越的摩擦減小優(yōu)點從而出現(xiàn)這樣的情況，即，甘油用作齒輪的潤滑劑。
不需要用羥基化合物構(gòu)成潤滑劑的全部。根據(jù)需要并且依照用途(諸如防止磨損、防銹、粘度控制以及抗氧化性)，可將各種已知添加劑加入到潤滑劑中。潤滑劑中所述添加劑的總含量通常被設(shè)定得小于或等于15vol.％。
另外，在本發(fā)明所涉及的齒輪用在具有多個齒輪的嚙合部分的機構(gòu)(諸如行星齒輪機構(gòu)和減速機構(gòu))的情況中，可明顯確保改進動力傳輸效率的性能。在減速機構(gòu)中使用行星齒輪機構(gòu)的情況中，在抑制減速機構(gòu)尺寸的同時可獲得較大的減速比。然而，將減速比設(shè)定為較大數(shù)值會從根本上降級動力傳輸效率。因此，通過使用本發(fā)明所涉及的齒輪作為用于減速機構(gòu)的行星齒輪機構(gòu)的恒星齒輪、行星齒輪和環(huán)齒輪中的至少一個，可抑制減速機構(gòu)中動力傳輸效率的降級。
在下文中，描述了本發(fā)明所涉及的示例以及其比較示例。
在JIS(日本工業(yè)標準)中定義為SCM420H的鉻鉬鋼用作示例1的齒輪的材料。該材料被加工成以下規(guī)格中所限定的齒輪，并且對于所加工的齒輪進行滲碳、淬火和回火處理。
<齒輪規(guī)格>
齒輪的類型正齒輪模數(shù)4mm齒輪齒的數(shù)量60(嚙合齒輪的數(shù)量40)齒寬10mm示例1的上述齒輪被刨光和除油污。因此，通過孤離子電鍍(AIP)工藝在示例1的齒輪的齒面上形成了硬碳膜。每個齒中心部分處的硬碳膜的厚度為1.2μm。作為使用次級離子質(zhì)譜法(SIMS)的測量結(jié)果，硬碳膜中的氫含量為0.1atom％(原子百分比)。
由硬碳膜涂覆的齒輪的齒面被拋光以去除硬碳膜的熔滴并且使其表面平滑。拋光的齒部分的表面光潔度Ra為0.04μm。與涂覆有膜的齒輪相嚙合的齒輪(驅(qū)動齒輪)未涂有硬碳膜。嚙合(反轉(zhuǎn))齒輪的齒表面光潔度Ra為0.17μm。在下文中，只要未特別指明，示例和比較示例的齒部分都被磨光以使得涂覆有DLC(金剛石狀碳)的齒輪的表面光潔度Ra在0.02μm到0.06μm范圍內(nèi)，并且沒有DLC的齒輪的表面光潔度Ra在0.1μm到0.3μm范圍內(nèi)。由于DLC膜的特性導致難于進一步使得涂覆有DLC的齒輪表面進一步平滑，因此在DLC被形成在齒輪表面上之前預(yù)先對涂覆有DLC的齒輪進行磨光和拋光以使其平滑。在JIS(日本工業(yè)標準)B0601(2001)中表面光潔度Ra被解釋為Ra75。
使用能量循環(huán)型齒輪測試裝置測量齒輪的動力傳輸效率。為了分別獲得驅(qū)動齒輪及軸承的損失和被測試的齒輪的損失，必須執(zhí)行各種調(diào)制，諸如驅(qū)動齒輪(反轉(zhuǎn)齒輪)的特殊設(shè)計和軸承損失的獨立測量。然而，由于在不用執(zhí)行總損失的各個損失的獨立檢測的情況下從總損失的量級中可確定通過硬碳膜所獲得的優(yōu)點，因此可從與總損失對應(yīng)的傳輸效率中作出示例和比較示例的評價。
更具體地說，使用能量循環(huán)型齒輪測試裝置，在所測試的齒輪和反轉(zhuǎn)齒輪被完全浸透在聚α-烯烴(PAO)油中并且與所測試的齒輪相嚙合的驅(qū)動齒輪在6000rpm(驅(qū)動齒輪的轉(zhuǎn)數(shù))的速度下轉(zhuǎn)動的條件下測量所測試的齒輪的總損失。
另一方面，除在比較示例1的齒輪上未形成有硬碳膜之外，比較示例1的齒輪在形狀和材料方面與示例1的齒輪相同。在與示例1相同的條件下測量比較示例1的總損失。
在JIS中定義為SCM440H的鉻鉬鋼用作示例2的齒輪的材料。該材料被加工成以下規(guī)格中所限定的齒輪，并且對于所加工的齒輪進行滲碳、淬火和回火處理。
<齒輪的規(guī)格>
齒輪的類型正齒輪模數(shù)2mm齒輪齒的數(shù)量60(嚙合齒輪的數(shù)量20)齒寬3mm示例2的上述齒輪被除油污并設(shè)置在真空腔室中。在所述真空腔室中通過孤離子電鍍(AIP)工藝在示例2的齒輪的齒面上形成硬碳膜。每個齒中心部分處的硬碳膜的厚度為1.4μm。作為使用次級離子質(zhì)譜法(SIMS)的測量結(jié)果，硬碳膜中的氫含量為0.1atom％。齒面被拋光以去除硬碳膜的熔滴并且使其表面平滑。與涂覆有膜的齒輪相嚙合的齒輪(驅(qū)動齒輪)未涂有硬碳膜。
使用能量循環(huán)型齒輪測試裝置，在所測試的齒輪和反轉(zhuǎn)齒輪被完全浸透在聚α-烯烴(PAO)油中并且與所測試的齒輪相嚙合的驅(qū)動齒輪在6000rpm(驅(qū)動齒輪的轉(zhuǎn)數(shù))的速度下轉(zhuǎn)動的條件下測量所測試的齒輪的總損失。在100℃下所使用的聚α-烯烴的動力粘度為4.0cSt。在下文中，使用與示例2中所使用的相同的聚α-烯烴執(zhí)行示例和比較示例的評價。
另一方面，除在比較示例2的齒輪上未形成有硬碳膜之外，比較示例2的齒輪在形狀和材料方面與示例2的齒輪相同。在與示例2相同的條件下測量比較示例2的總損失。
在JIS(日本工業(yè)標準)中定義為SCM420H的鉻鉬鋼用作示例3的齒輪的材料。該材料被加工成以下規(guī)格中所限定的齒輪，并且對于所加工的齒輪進行滲碳、淬火和回火處理。之后，對于所加工的齒輪進行最后修整。
<齒輪的規(guī)格>
齒輪的類型正齒輪模數(shù)6mm齒輪齒的數(shù)量120(嚙合齒輪的數(shù)量40)齒寬12mm示例3的上述齒輪被除油污并設(shè)置在真空腔室中。在所述真空腔室中通過孤離子電鍍(AIP)工藝在示例3的齒輪的齒面上形成硬碳膜。每個齒中心部分處的硬碳膜的厚度為0.9μm。作為使用次級離子質(zhì)譜法(SIMS)的測量結(jié)果，硬碳膜中的氫量為0.2atom％。齒面被拋光以去除硬碳膜的熔滴并且使其表面平滑。與涂覆有膜的齒輪相嚙合的齒輪(驅(qū)動齒輪)未涂有硬碳膜。
使用能量循環(huán)型齒輪測試裝置，在所測試的齒輪和反轉(zhuǎn)齒輪被完全浸透在聚α-烯烴(PAO)油中并且與所測試的齒輪相嚙合的驅(qū)動齒輪在9000rpm(驅(qū)動齒輪的轉(zhuǎn)數(shù))的速度下轉(zhuǎn)動的條件下測量所測試的齒輪的總損失。
另一方面，除在比較示例3的齒輪上未形成有硬碳膜之外，比較示例3的齒輪在形狀和材料方面與示例3的齒輪相同。在與示例3相同的條件下測量比較示例3的總損失。
在JIS中定義為SCM420H的鉻鉬鋼用作示例4的齒輪的材料。該材料被加工成以下規(guī)格中所限定的齒輪，并且對于所加工的齒輪進行滲碳、淬火和回火處理。之后，對于所加工的齒輪進行最后修整。
<齒輪的規(guī)格>
齒輪的類型正齒輪模數(shù)6mm齒輪齒的數(shù)量120(嚙合齒輪的數(shù)量40)齒寬12mm示例4的上述齒輪被除油污并設(shè)置在真空腔室中。在所述真空腔室中通過磁控管噴射工藝在示例4的齒輪的齒面上形成硬碳膜。每個齒中心部分處的硬碳膜的厚度為1.3μm。作為使用次級離子質(zhì)譜法(SIMS)的測量結(jié)果，膜中的氫量為0.1atom％。齒面被拋光以去除硬碳膜的熔滴并且使其表面平滑。與涂覆有膜的齒輪相嚙合的齒輪(驅(qū)動齒輪)未涂有硬碳膜。
使用能量循環(huán)型齒輪測試裝置，在所測試的齒輪和反轉(zhuǎn)齒輪被完全浸透在聚α-烯烴(PAO)油中并且與所測試的齒輪相嚙合的驅(qū)動齒輪在9000rpm(驅(qū)動齒輪的轉(zhuǎn)數(shù))的速度下轉(zhuǎn)動的條件下測量所測試的齒輪的總損失。
另一方面，除在比較示例4的齒輪上未形成有硬碳膜之外，比較示例4的齒輪在形狀和材料方面與示例4的齒輪相同。在與示例4相同的條件下測量比較示例4的總損失。
在JIS中定義為SCM440H的鉻鉬鋼用作示例5的齒輪的材料。該材料被加工成以下規(guī)格中所限定的齒輪，并且對于所加工的齒輪進行滲碳、淬火和回火處理。之后，對于所加工的齒輪進行最后修整。
<齒輪的規(guī)格>
齒輪的類型正齒輪模數(shù)2mm齒輪齒的數(shù)量60(嚙合齒輪的數(shù)量20)齒寬3mm示例5的上述齒輪被除油污并設(shè)置在真空腔室中。在所述真空腔室中通過等離子CVD工藝在示例5的齒輪的齒面上形成硬碳膜。CVD工藝中所使用的氣體為環(huán)己烷。每個齒中心部分處的硬碳膜的厚度為3.0μm。作為使用次級離子質(zhì)譜法(SIMS)的測量結(jié)果，硬碳膜中的氫含量為25atom％。齒面被拋光以去除硬碳膜的熔滴并且使其表面平滑。與涂覆有膜的齒輪相嚙合的齒輪(驅(qū)動齒輪)未涂有硬碳膜。
使用能量循環(huán)型齒輪測試裝置，在所測試的齒輪和反轉(zhuǎn)齒輪被完全浸透在聚α-烯烴(PAO)油中并且與所測試的齒輪相嚙合的驅(qū)動齒輪在6000rpm(驅(qū)動齒輪的轉(zhuǎn)數(shù))的速度下轉(zhuǎn)動的條件下測量所測試的齒輪的總損失。
另一方面，除在比較示例5的齒輪上未形成有硬碳膜之外，比較示例5的齒輪在形狀和材料方面與示例5的齒輪相同。在與示例5相同的條件下測量比較示例5的總損失。
在JIS中定義為SCM420H的鉻鉬鋼用作示例6的齒輪的材料。該材料被加工成以下規(guī)格中所限定的齒輪，并且對于所加工的齒輪進行滲碳、淬火和回火處理。
<齒輪的規(guī)格>
齒輪的類型螺旋齒輪與正齒輪相對應(yīng)的模數(shù)4mm齒輪齒的數(shù)量60(嚙合齒輪的數(shù)量60)齒寬20mm
螺旋角12°示例6的上述齒輪被刨光(修整)和除油污。之后，將示例6的齒輪設(shè)置在真空腔室中，并且在所述真空腔室中通過弧離子電鍍(AIP)工藝在示例6的齒輪的齒面上形成硬碳膜。每個齒中心部分處的膜的厚度為1.0μm。作為使用次級離子質(zhì)譜法(SIMS)的測量結(jié)果，硬碳膜中的氫含量為0.1atom％。
齒面被拋光以去除硬碳膜的熔滴并且使其表面平滑。與涂覆有膜的齒輪相嚙合的齒輪(驅(qū)動齒輪)未涂有硬碳膜。
使用能量循環(huán)型齒輪測試裝置，在所測試的齒輪和反轉(zhuǎn)齒輪被完全浸透在聚α-烯烴(PAO)油中并且與所測試的齒輪相嚙合的驅(qū)動齒輪在6000rpm(驅(qū)動齒輪的轉(zhuǎn)數(shù))的速度下轉(zhuǎn)動的條件下測量所測試的齒輪的總損失。
另一方面，除在比較示例6的齒輪上未形成有硬碳膜之外，比較示例6的齒輪在形狀和材料方面與示例6的齒輪相同。在與示例6相同的條件下測量比較示例6的總損失。
在JIS中定義為SCM440H的鉻鉬鋼用作示例3的齒輪的材料。該材料被加工成以下規(guī)格中所限定的齒輪，并且對于所加工的齒輪進行滲碳、淬火和回火處理。之后，對于所加工的齒輪進行最后修整。
<齒輪的規(guī)格>
齒輪的類型正齒輪模數(shù)2mm齒輪齒的數(shù)量60(嚙合齒輪的數(shù)量20)齒寬3mm示例7的上述齒輪被除油污并設(shè)置在真空腔室中。在所述真空腔室中通過弧離子電鍍(AIP)工藝在示例7的齒輪的齒面上形成硬碳膜。每個齒中心部分處的硬碳膜的厚度為1.1μm。作為使用次級離子質(zhì)譜法(SIMS)的測量結(jié)果，膜中的氫含量為0.1atom％。齒面被拋光以去除膜的熔滴并且使其表面平滑。與涂覆有膜的齒輪相嚙合的齒輪(驅(qū)動齒輪)也未涂有硬碳膜。驅(qū)動齒輪的每個齒中心部分處的硬碳膜的厚度為1.0μm。驅(qū)動齒輪的硬碳膜中的氫含量為0.1atom％。
使用能量循環(huán)型齒輪測試裝置，在所測試的齒輪和反轉(zhuǎn)齒輪被完全浸透在聚α-烯烴(PAO)油中并且與所測試的齒輪相嚙合的驅(qū)動齒輪在6000rpm(驅(qū)動齒輪的轉(zhuǎn)數(shù))的速度下轉(zhuǎn)動的條件下測量所測試的齒輪的總損失。
另一方面，除在比較示例7的齒輪上未形成有硬碳膜之外，比較示例7的齒輪在形狀和材料方面與示例7的齒輪相同。在與示例7相同的條件下測量比較示例7的總損失。
在不同的測試條件下評價示例2和比較示例2的齒輪。更具體地說，示例8和比較示例8中所使用的潤滑劑是通過將酯成分與聚α-烯烴充分地混合所獲得的潤滑劑，所述酯成分是占潤滑劑總量的重量百分比為3％的脂肪甘油一酸酯(脂肪酸的主要成分是油酸)。示例8和比較示例8的其他條件與示例2的條件相同。示例8和比較示例8的評價也與示例2的評價相同。
在不同的測試條件下評價示例2和比較示例2的齒輪。更具體地說，示例9和比較示例9中所使用的潤滑劑是通過將酯成分與聚α-烯烴充分地混合所獲得的潤滑劑，所述酯成分是占潤滑劑總量的重量百分比為2％的脂肪甘油一酸酯(脂肪酸的主要成分是棕櫚酸)。示例9和比較示例9的其他條件與示例2的條件相同。示例9和比較示例9的評價也與示例2的評價相同。
在不同的測試條件下評價示例2和比較示例2的齒輪。更具體地說，示例10和比較示例10中所使用的潤滑劑是通過將酯成分與聚α-烯烴充分地混合所獲得的潤滑劑，所述酯成分是占潤滑劑總量的重量百分比為7％的脂肪甘油一酸酯(脂肪酸的主要成分是硬脂酸)。示例10和比較示例10的其他條件與示例2的條件相同。示例10和比較示例10的評價也與示例2的評價相同。
在不同的測試條件下評價示例2和比較示例2的齒輪。更具體地說，示例11和比較示例11中所使用的潤滑劑是通過將酯成分與聚α-烯烴充分地混合所獲得的潤滑劑，所述酯成分是占潤滑劑總量的重量百分比為2％的硬脂酸丁酯。示例11和比較示例11的其他條件與示例2的條件相同。示例11和比較示例11的評價也與示例2的評價相同。
在JIS(日本工業(yè)標準)中定義為SCM440H的鉻鉬鋼用作示例12的齒輪的材料。該材料被加工成以下規(guī)格中所限定的齒輪，并且對于所加工的齒輪進行滲碳、淬火和回火處理。之后，對于所加工的齒輪進行最后修整。齒輪被裝配成2K-H類型的行星齒輪機構(gòu)。在齒輪的評價中，恒星齒輪用作環(huán)齒輪被固定于其上的輸入齒輪，而行星齒輪的載體用作輸出。
<齒輪的規(guī)格>
齒輪的類型正齒輪模數(shù)2mm恒星齒輪的齒輪齒的數(shù)量60行星齒輪的齒輪齒的數(shù)量24環(huán)齒輪的齒輪齒的數(shù)量144行星齒輪的數(shù)量3齒寬6mm示例12的恒星齒輪和行星齒輪被除油污并設(shè)置在真空腔室中。在所述真空腔室中通過孤離子電鍍(AIP)工藝在齒輪的齒面上形成硬碳膜。恒星齒輪中心部分處的膜的厚度為1.7μm。作為使用次級離子質(zhì)譜法(SIMS)的測量結(jié)果，膜中的氫含量為0.1atom％。齒面被拋光以去除硬碳膜的熔滴并且使其表面平滑。環(huán)齒輪未涂有硬碳膜。
使用能量循環(huán)型齒輪測試裝置，在所測試的齒輪被完全浸透在聚α-烯烴(PAO)油中并且所測試的齒輪在6000rpm(恒星齒輪的轉(zhuǎn)數(shù))的速度下轉(zhuǎn)動的條件下測量所測試的齒輪的總損失。
另一方面，除在比較示例12的齒輪上未形成有硬碳膜之外，比較示例12的齒輪在形狀和材料方面與示例12的齒輪相同。在與示例12相同的條件下測量比較示例12的總損失。
在不同的測試條件下評價示例2和比較示例2的齒輪。更具體地說，示例13和比較示例13中所使用的潤滑劑是由類型2和粘度分級ISO VG220的JIS工業(yè)齒輪油。示例13和比較示例13的其他條件與示例2的條件相同。示例13和比較示例13的評價也與示例2的評價相同。
在不同的測試條件下評價示例2和比較示例2的齒輪。更具體地說，示例14和比較示例14中所使用的潤滑劑是通過將酯成分與類型2的粘度分級ISO VG220的JIS工業(yè)齒輪油充分地混合所獲得的潤滑劑，所述酯成分是占潤滑劑總量的重量百分比為5％的脂肪甘油一酸酯(脂肪酸的主要成分是硬脂酸)。示例14和比較示例14的其他條件與示例2的條件相同。示例14和比較示例14的評價也與示例2的評價相同。
在不同的測試條件下評價示例2和比較示例2的齒輪。更具體地說，示例15和比較示例15中所使用的潤滑劑是通過將酯成分與類型2的JIS-2213K所限定的JIS工業(yè)齒輪油充分地混合所獲得的潤滑劑，所述酯成分是占潤滑劑總量的重量百分比為4％的脂肪甘油一酸酯(脂肪酸的主要成分是硬脂酸)。示例15和比較示例15的其他條件與示例2的條件相同。示例15和比較示例15的評價也與示例2的評價相同。
在不同的測試條件下評價示例7和比較示例7的齒輪。更具體地說，與示例10和11中所使用的相同，示例16和比較示例16中所使用的潤滑劑是通過將酯成分與聚α-烯烴充分地混合所獲得的潤滑劑，所述酯成分是重量百分比為7％的脂肪甘油一酸酯(脂肪酸的主要成分是硬脂酸)。示例16和比較示例16的其他條件與示例7的條件相同。示例16和比較示例16的評價也與示例7和比較示例7的評價相同。
在不同的測試條件下評價示例2和比較示例2的齒輪。更具體地說，示例17和比較示例17中所使用的潤滑劑是通過將酯成分與聚α-烯烴充分地混合所獲得的潤滑劑，所述酯成分是重量百分比為2％的脂肪甘油二酯(脂肪酸的主要成分是硬脂酸)。示例17和比較示例17的其他條件與示例2的條件相同。示例17和比較示例17的評價也與示例2的評價相同。
在不同的測試條件下評價示例2和比較示例2的齒輪。更具體地說，示例18和比較示例18中所使用的潤滑劑是通過將重量百分比為0.8％的在一個分子中具有兩個羥基的頻哪醇與聚α-烯烴充分地混合所獲得的潤滑劑。示例18和比較示例18的其他條件與示例2的條件相同。示例18和比較示例18的評價也與示例2的評價相同。
在不同的測試條件下評價示例2和比較示例2的齒輪。更具體地說，示例19和比較示例19中所使用的潤滑劑是通過將重量百分比為2％的1，10-decandiol與聚α-烯烴充分地混合所獲得的潤滑劑。示例19和比較示例19的其他條件與示例2的條件相同。示例19和比較示例19的評價也與示例2的評價相同。
在不同的測試條件下評價示例2和比較示例2的齒輪。更具體地說，示例20和比較示例20中所使用的潤滑劑是通過將重量百分比為2％的十二烷醇與聚α-烯烴充分地混合所獲得的潤滑劑。示例20和比較示例20的其他條件與示例2的條件相同。示例20和比較示例20的評價也與示例2的評價相同。
在不同的測試條件下評價示例2和比較示例2的齒輪。更具體地說，示例21和比較示例21中所使用的潤滑劑是甘油。在所述甘油中未加入添加劑。示例21和比較示例21的其他條件與示例2的條件相同。示例21和比較示例21的評價也與示例2的評價相同。
在不同的測試條件下評價示例2和比較示例2的齒輪。更具體地說，示例22和比較示例22中所使用的潤滑劑是乙二醇。在乙二醇中未加入添加劑。示例22和比較示例22的其他條件與示例2的條件相同。示例22和比較示例22的評價也與示例2的評價相同。
關(guān)于示例1到22和比較示例1到22，在表1中示出了其動力傳輸效率的測量結(jié)果，還示出了齒輪的規(guī)格，諸如材料、模數(shù)、齒數(shù)、膜形成方法、硬碳膜中的氫含量以及潤滑劑的種類。
如從表1中可明顯看出，分別與比較示例1到22相比較，本發(fā)明所涉及的示例1到22實行卓越的動力傳輸效率。特別地，示例21實行卓越的動力傳輸效率。此外，在潤滑劑的選擇被限制在使得潤滑劑通常用作其他滑動對偶的情況下示例16是優(yōu)選的。在權(quán)衡考慮成本和動力傳輸效率兩者的情況下，示例8到10是優(yōu)選的。
使用本發(fā)明所涉及的如此布置的齒輪，通過在至少一部分齒輪齒面上覆以硬碳膜，可大大地減小齒輪相對于反轉(zhuǎn)齒輪(嚙合齒輪)的摩擦。而且，通過使用特定混和的潤滑劑，可有利地進一步減小齒輪的摩擦。這使得齒輪在動力傳輸效率方面進一步改進。特別地，在可自由選擇潤滑劑的情況下，通過其中醇基用作潤滑劑的主要成分的潤滑劑實現(xiàn)了大大改進的動力傳輸效率。而且，本發(fā)明所涉及的齒輪最適用于具有大量齒輪嚙合部分的機構(gòu)，諸如行星齒輪機構(gòu)和減速機構(gòu)。當在所述機構(gòu)中使用該齒輪時，進一步改進了動力傳輸效率。
表1-(1)

表1-(2)

表1-(3)

注*AIP弧離子電鍍工藝、PAO聚α-烯烴。
本發(fā)明是基于日本的2003年7月31日所申請的日本專利申請No.2003-204238和2004年4月23日所申請的No.2004-127632而提出的。這里合并參考這些日本專利申請的全部內(nèi)容。
盡管上面已結(jié)合本發(fā)明的某些實施例描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明不局限于以上所述的實施例。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可根據(jù)以上技術(shù)對上述實施例進行修正和改變。本發(fā)明的范圍如以下權(quán)利要求所限定的。
權(quán)利要求
1.一種齒輪，所述齒輪包括齒面；以及形成在所述齒面至少一部分上的硬碳膜。
2.如權(quán)利要求1中所述的齒輪，其特征在于，硬碳膜中的氫含量小于或等于1原子百分比。
3.如權(quán)利要求2中所述的齒輪，其特征在于，硬碳膜中的氫含量小于或等于0.3原子百分比。
4.如權(quán)利要求1到3中任意一項所述的齒輪，其特征在于，所述齒輪用作行星齒輪機構(gòu)的齒輪。
5.如權(quán)利要求1到4中任意一項所述的齒輪，其特征在于，所述齒輪用作減速機構(gòu)的齒輪。
6.如權(quán)利要求1到5中任意一項所述的齒輪，其特征在于，所述齒輪用在潤滑劑中。
7.如權(quán)利要求6中所述的齒輪，其特征在于，所述潤滑劑包括使用聚α-烯烴(PAO)作為基油的混合物。
8.如權(quán)利要求6和7中任一所述的齒輪，其特征在于，所述潤滑劑包括包含羥基的添加劑。
9.如權(quán)利要求8中所述的齒輪，其特征在于，所述添加劑在一個分子中包括兩個或多個羥基。
10.如權(quán)利要求6到9中任意一項所述的齒輪，其特征在于，所述潤滑劑中的添加劑包括酯。
11.如權(quán)利要求6到8中任意一項所述的齒輪，其特征在于，所述潤滑劑中的添加劑包括甘油單酯。
12.如權(quán)利要求6中所述的齒輪，其特征在于，所述潤滑劑的主要成分是羥基化合物。
13.如權(quán)利要求12中所述的齒輪，其特征在于，所述羥基化合物包括醇。
14.如權(quán)利要求13中所述的齒輪，其特征在于，所述醇包括甘油。
15.如權(quán)利要求13中所述的齒輪，其特征在于，所述醇包括乙二醇。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種包括齒面和形成在所述齒面至少一部分上的硬碳膜的齒輪。當在包括特定成分的潤滑劑中使用所述齒輪時，大大降低齒輪齒面的摩擦，因此所述齒輪實行卓越的動力傳輸效率。而且，當將所述齒輪用在具有多個齒輪嚙合部分的行星齒輪機構(gòu)或減速機構(gòu)中時，也改進了所述機構(gòu)的動力傳輸效率。
文檔編號C10N30/06GK1580613SQ20041005878
公開日2005年2月16日 申請日期2004年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月31日
發(fā)明者岡本裕介, 保田芳輝, 山口拓郎, 加納真 申請人:日產(chǎn)自動車株式會社