JP2017197804A - 基材とｄｌｃ層との間に形成される中間層の形成方法およびｄｌｃ膜被覆部材の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】基材とＤＬＣ層との間の中間層の耐焼き付き性を向上させる、基材とＤＬＣ層との間に形成される中間層の形成方法およびＤＬＣ膜被覆部材の製造方法を提供する。【解決手段】基材２とＤＬＣ層５との間に形成されるスパッタ法による中間層４の形成方法において、基材表面に形成されるＴｉＣ層４ｃ上に、ＴｉターゲットとＷＣターゲットをスパッタすることでＷＣおよびＴｉＣからなるＴｉＣ−ＷＣ傾斜層４ｄを形成する工程中に、基材側からＤＬＣ層側に向かってＴｉ量を漸減させるためにＴｉターゲットのスパッタ出力を下げる工程、および、基材側からＤＬＣ層側に向かってＷＣ量を漸増させるためにＷＣターゲットのスパッタ出力を上げる工程の少なくともいずれか一方の工程を設け、ＴｉＣ—ＷＣ傾斜層４ｄ上にＷＣ層４ｅを形成する工程を設ける。【選択図】図１
Description
本発明は、基材とＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）層との間に形成される中間層の形成方法、その中間層形成方法を用いたＤＬＣ膜被覆部材の製造方法
に関する。
に関する。
近年、合金工具鋼など様々な鋼材を基材とした金型の離型性を向上させるために、金型にＤＬＣ膜をコーティングするといったことが行われている。
しかし、ＤＬＣ膜コーティングは、ＤＬＣ膜の内部応力が高いことや、基材とＤＬＣ膜との硬度差や熱膨張係数の差、組織の相違が非常に大きいために、基材とＤＬＣ膜との密着性が悪く、金型の表面に成膜したＤＬＣ膜が剥離しやすくなることが一般に知られている。このため、従来、基材とＤＬＣ膜との密着性を向上させる目的で、基材とＤＬＣ層との間に中間層を形成することが行われている。例えば特許文献１には、基材とＤＬＣ膜との密着性向上のためにスクラッチ試験やロックウェル圧痕試験などの結果に優れた中間層としてＴｉ層とＴｉＣ層の傾斜層を成膜する方法が開示されている。なお、以降の説明における“ＤＬＣ膜”とは、基材の表面に形成される中間層と、その中間層の表面に形成されるＤＬＣ層から成る膜のことを意味する。
しかしながら、特許文献１のＴｉ層とＴｉＣ層から成る中間層を有するＤＬＣ膜被覆部材は、高負荷で摺動した場合に中間層の最表面にあるＴｉＣ層とＤＬＣ層との界面で剥離が生じることにより焼き付き現象が発生してしまう。このため、高負荷における摺動での耐焼付き性改善が望まれていた。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、高負荷摺動時の中間層とＤＬＣ層との界面における剥離を抑制してＤＬＣ膜被覆部材としての耐焼き付き性を向上させる、基材とＤＬＣ層との間に形成される中間層の形成方法およびＤＬＣ膜被覆部材の製造方法を提供することを目的とする。
発明者らは研究の結果、基材とＤＬＣ層との間に耐焼付き性に優れた中間層を形成する有効な方法を見出した。具体的には、基材とＤＬＣ層との間に形成されるスパッタ法による中間層の形成方法において、前記基材表面に形成されるＴｉＣ層上に、ＴｉターゲットとＷＣターゲットをスパッタすることでＷＣおよびＴｉＣからなるＴｉＣ−ＷＣ傾斜層を形成する工程中に、前記基材側から前記ＤＬＣ層側に向かってＴｉ量を漸減させるためにＴｉターゲットのスパッタ出力を下げる工程、および、前記基材側から前記ＤＬＣ層側に向かってＷＣ量を漸増させるためにＷＣターゲットのスパッタ出力を上げる工程の少なくともいずれか一方の工程を設け、前記ＴｉＣ―ＷＣ傾斜層上に、ＷＣ層を形成する工程を設けることで、上記目的を達成することが可能となる。
また、別の観点による本発明として、上記中間層の形成方法により形成された中間層上に、ＤＬＣ層を成膜するＤＬＣ膜被覆部材の製造方法が提供される。
また、別の観点による本発明として、上記中間層の形成方法により形成された中間層上に、ＤＬＣ層を成膜するＤＬＣ膜被覆部材の製造方法が提供される。
本発明によれば、基材とＤＬＣ層との間に、高負荷摺動時におけるＤＬＣ層との密着性に優れた中間層を製造する方法を提供することが可能となる。これにより、ＤＬＣ膜被覆部材としての耐焼付き性を更に向上させることができるＤＬＣ膜被覆部材の製造方法の提供も可能となる。
本実施形態に係るＤＬＣ膜被覆部材は、ＰＶＤ法の一例である、いわゆるＵＢＭ（アンバランストマグネトロン）スパッタ法により中間層を形成し、プラズマＣＶＤ法によりＤＬＣ層を形成することにより製造する。ＵＢＭスパッタ法は、スパッタカソードの磁場を意図的に非平衡にすることで、基材へのプラズマ照射を強化したスパッタリング方式で、緻密な薄膜の形成が可能となる。
また、ＵＢＭスパッタ法は、チャンバー内の温度が低温（２００℃以下）でも中間層の形成が可能なため、基材の変形や変寸を抑えることが可能となる。また、中間層とＤＬＣ層の形成に用いる装置は、中間層が形成されるチャンバーと同一チャンバー内においてプラズマＣＶＤを行うことが可能なＵＢＭスパッタ装置を使用する。このようなＵＢＭスパッタ装置は周知のものであるため、本明細書においては装置構造等の説明は省略する。
また、ＵＢＭスパッタ法は、チャンバー内の温度が低温（２００℃以下）でも中間層の形成が可能なため、基材の変形や変寸を抑えることが可能となる。また、中間層とＤＬＣ層の形成に用いる装置は、中間層が形成されるチャンバーと同一チャンバー内においてプラズマＣＶＤを行うことが可能なＵＢＭスパッタ装置を使用する。このようなＵＢＭスパッタ装置は周知のものであるため、本明細書においては装置構造等の説明は省略する。
以下、本実施形態に係るＤＬＣ膜被覆部材１の製造方法について図１を参照しながら説明する。図１に示すように本実施形態に係るＤＬＣ膜被覆部材１は、基材２の表面にＤＬＣ膜３が形成されている。ＤＬＣ膜３は、基材２の表面に形成される中間層４と、その中間層４の表面に形成されるＤＬＣ層５で構成されている。本実施形態の基材２とＤＬＣ層５との間に形成される中間層４は、Ｔｉ層４ａ、Ｔｉ‐ＴｉＣ傾斜層４ｂ、ＴｉＣ層４ｃ、ＴｉＣ‐ＷＣ傾斜層４ｄ、ＷＣ層４ｅが順に形成されている。なお、中間層４は全体の厚みが、０．５〜１．４μｍであることが好ましい。
＜成膜前処理＞
まず、ＵＢＭスパッタ装置のチャンバー内に基材２としてＳＣＭ４１５、ＳＵＳ３１０、ＳＫＤ１１等の鉄系材料を搬入する。続いて、チャンバー内を真空引きし、例えば２．６×１０−３Ｐａ程度まで減圧する。その後、必要に応じて、タングステンフィラメントの加熱によるアルゴン（Ａｒ）ボンバードメント処理を施して基材表面のクリーニングを行っても良い。なお、Ａｒボンバードメント処理の処理条件は、例えばチャンバー内圧力が１．３〜１．４Ｐａ、処理時間が３０分、フィラメント放電電圧は４０Ｖ、フィラメント放電電流は１０Ａ、バイアス電圧は３００〜４００Ｖである。
まず、ＵＢＭスパッタ装置のチャンバー内に基材２としてＳＣＭ４１５、ＳＵＳ３１０、ＳＫＤ１１等の鉄系材料を搬入する。続いて、チャンバー内を真空引きし、例えば２．６×１０−３Ｐａ程度まで減圧する。その後、必要に応じて、タングステンフィラメントの加熱によるアルゴン（Ａｒ）ボンバードメント処理を施して基材表面のクリーニングを行っても良い。なお、Ａｒボンバードメント処理の処理条件は、例えばチャンバー内圧力が１．３〜１．４Ｐａ、処理時間が３０分、フィラメント放電電圧は４０Ｖ、フィラメント放電電流は１０Ａ、バイアス電圧は３００〜４００Ｖである。
＜Ｔｉ層成膜工程＞
まず、基材２の表面にＴｉ層４ａを形成する。Ｔｉ層４ａは、例えばスパッタ法にて形成する。Ｔｉ層４ａにより基材２と後述するＴｉ‐ＴｉＣ傾斜層４ｂとの密着性の向上を図ることが可能となる。
なお、Ｔｉ層４ａの厚みは、０．０５〜０．２μｍにすることが好ましい。Ｔｉ層４ａの厚みが０．０５μｍ未満であると、ナノインデンテーション硬さが５〜１０ＧＰａの柔らかい層が薄くなりすぎることによってＴｉ層４ａが基材２の変形に追従できなくなり、基材２から剥離しやすくなる場合がある。一方、Ｔｉ層４ａの厚みが０．２μｍを超えると、その柔らかい層が厚くなりすぎることでその部分の強度が低下し、ファレックス試験時においてＴｉ層４ａで破壊が生じる場合がある。
また、Ｔｉ層成膜工程におけるＴｉターゲットのスパッタ出力は５ｋＷ以上９ｋＷ以下であることが好ましい。Ｔｉターゲットのスパッタ出力が低すぎると、イオンのエネルギーが低くなり密着性が低下する場合がある。一方、Ｔｉターゲットのスパッタ出力が高すぎると、基材温度が高くなりすぎてしまう場合がある。
まず、基材２の表面にＴｉ層４ａを形成する。Ｔｉ層４ａは、例えばスパッタ法にて形成する。Ｔｉ層４ａにより基材２と後述するＴｉ‐ＴｉＣ傾斜層４ｂとの密着性の向上を図ることが可能となる。
なお、Ｔｉ層４ａの厚みは、０．０５〜０．２μｍにすることが好ましい。Ｔｉ層４ａの厚みが０．０５μｍ未満であると、ナノインデンテーション硬さが５〜１０ＧＰａの柔らかい層が薄くなりすぎることによってＴｉ層４ａが基材２の変形に追従できなくなり、基材２から剥離しやすくなる場合がある。一方、Ｔｉ層４ａの厚みが０．２μｍを超えると、その柔らかい層が厚くなりすぎることでその部分の強度が低下し、ファレックス試験時においてＴｉ層４ａで破壊が生じる場合がある。
また、Ｔｉ層成膜工程におけるＴｉターゲットのスパッタ出力は５ｋＷ以上９ｋＷ以下であることが好ましい。Ｔｉターゲットのスパッタ出力が低すぎると、イオンのエネルギーが低くなり密着性が低下する場合がある。一方、Ｔｉターゲットのスパッタ出力が高すぎると、基材温度が高くなりすぎてしまう場合がある。
＜Ｔｉ‐ＴｉＣ傾斜層成膜工程＞
次に、Ｔｉ層４ａの表面にＴｉＣを含む、Ｔｉ‐ＴｉＣ傾斜層４ｂを形成する。
Ｔｉ‐ＴｉＣ傾斜層４ｂは、後述するＴｉＣ層４ｃとの密着性を向上させるために、Ｔｉ‐ＴｉＣ傾斜層４ｂに含まれるＴｉＣ量を当該層の基材側からＤＬＣ層側に近づくに従って増加させて層中の濃度勾配が傾斜するように形成する。
Ｔｉ‐ＴｉＣ傾斜層４ｂは、例えば不活性ガスと炭素源ガスの混合ガスを用いてスパッタ法にて形成する。スパッタ法は、混合ガスを供給してターゲット用パルス電源を作動させると共にバイアス用パルス電源を作動させて、基材２にバイアス電圧を印加することで膜を形成する方法である。不活性ガスとしては例えばアルゴン（Ａｒ）を用いる。炭素源ガスとしては例えば、メタン（ＣＨ４）やアセチレン（Ｃ２Ｈ２）、エチレン（Ｃ２Ｈ４）、エタン（Ｃ２Ｈ６）、ベンゼン（Ｃ６Ｈ６）、トルエン（Ｃ７Ｈ８）などの炭化水素系のガスを用いる。
本実施形態のＴｉ‐ＴｉＣ傾斜層４ｂの形成方法の一例として、スパッタに用いる不活性ガスと炭素源ガスの流量比の制御する方法がある。例えば基材側からＤＬＣ層側に向かって炭素源ガスの流量比を段階的または連続的に漸増させるように制御する。このような流量制御で成膜することで、Ｔｉ層４ａとの界面から離れるに従ってＴｉ量に対するＴｉＣ量が増加していくＴｉ‐ＴｉＣ傾斜層４ｂが形成される。
なお、Ｔｉ‐ＴｉＣ傾斜層４ｂの厚みは、０．０２〜０．２μｍにすることが好ましい。Ｔｉ‐ＴｉＣ傾斜層４ｂの厚みが０．０２μｍ未満であると、ナノインデンテーション硬さが５〜１０ＧＰａの柔らかい層が薄くなりすぎることによってＴｉ‐ＴｉＣ傾斜層４ｂが基材２の変形に追従できなくなり、基材２から剥離しやすくなる場合がある。一方、Ｔｉ‐ＴｉＣ傾斜層４ｂの厚みが０．２μｍを超えると、その柔らかい層が厚くなりすぎることでその部分の強度が低下し、ファレックス試験時においてＴｉ‐ＴｉＣ傾斜層４ｂで破壊が生じる場合がある。
また、Ｔｉ‐ＴｉＣ傾斜層成膜工程におけるＴｉターゲットのスパッタ出力は５ｋＷ以上９ｋＷ以下であることが好ましい。Ｔｉターゲットのスパッタ出力が低すぎると、イオンのエネルギーが低くなり密着性が低下する場合がある。一方、Ｔｉターゲットのスパッタ出力が高すぎると、基材温度が高くなりすぎてしまう場合がある。
次に、Ｔｉ層４ａの表面にＴｉＣを含む、Ｔｉ‐ＴｉＣ傾斜層４ｂを形成する。
Ｔｉ‐ＴｉＣ傾斜層４ｂは、後述するＴｉＣ層４ｃとの密着性を向上させるために、Ｔｉ‐ＴｉＣ傾斜層４ｂに含まれるＴｉＣ量を当該層の基材側からＤＬＣ層側に近づくに従って増加させて層中の濃度勾配が傾斜するように形成する。
Ｔｉ‐ＴｉＣ傾斜層４ｂは、例えば不活性ガスと炭素源ガスの混合ガスを用いてスパッタ法にて形成する。スパッタ法は、混合ガスを供給してターゲット用パルス電源を作動させると共にバイアス用パルス電源を作動させて、基材２にバイアス電圧を印加することで膜を形成する方法である。不活性ガスとしては例えばアルゴン（Ａｒ）を用いる。炭素源ガスとしては例えば、メタン（ＣＨ４）やアセチレン（Ｃ２Ｈ２）、エチレン（Ｃ２Ｈ４）、エタン（Ｃ２Ｈ６）、ベンゼン（Ｃ６Ｈ６）、トルエン（Ｃ７Ｈ８）などの炭化水素系のガスを用いる。
本実施形態のＴｉ‐ＴｉＣ傾斜層４ｂの形成方法の一例として、スパッタに用いる不活性ガスと炭素源ガスの流量比の制御する方法がある。例えば基材側からＤＬＣ層側に向かって炭素源ガスの流量比を段階的または連続的に漸増させるように制御する。このような流量制御で成膜することで、Ｔｉ層４ａとの界面から離れるに従ってＴｉ量に対するＴｉＣ量が増加していくＴｉ‐ＴｉＣ傾斜層４ｂが形成される。
なお、Ｔｉ‐ＴｉＣ傾斜層４ｂの厚みは、０．０２〜０．２μｍにすることが好ましい。Ｔｉ‐ＴｉＣ傾斜層４ｂの厚みが０．０２μｍ未満であると、ナノインデンテーション硬さが５〜１０ＧＰａの柔らかい層が薄くなりすぎることによってＴｉ‐ＴｉＣ傾斜層４ｂが基材２の変形に追従できなくなり、基材２から剥離しやすくなる場合がある。一方、Ｔｉ‐ＴｉＣ傾斜層４ｂの厚みが０．２μｍを超えると、その柔らかい層が厚くなりすぎることでその部分の強度が低下し、ファレックス試験時においてＴｉ‐ＴｉＣ傾斜層４ｂで破壊が生じる場合がある。
また、Ｔｉ‐ＴｉＣ傾斜層成膜工程におけるＴｉターゲットのスパッタ出力は５ｋＷ以上９ｋＷ以下であることが好ましい。Ｔｉターゲットのスパッタ出力が低すぎると、イオンのエネルギーが低くなり密着性が低下する場合がある。一方、Ｔｉターゲットのスパッタ出力が高すぎると、基材温度が高くなりすぎてしまう場合がある。
＜ＴｉＣ層成膜工程＞
次に、Ｔｉ‐ＴｉＣ傾斜層４ｂの表面にＴｉＣ層４ｃを形成する。ＴｉＣ層４ｃは、基材２とＤＬＣ層５との硬度差などの相違を小さくするために形成する。
ＴｉＣ層４ｃは、層中に含まれるＴｉＣ量の濃度勾配が一定となるように形成することが好ましい。そのため、成膜工程中の不活性ガスと炭素源ガスの流量比、スパッタ出力、バイアス電圧および成膜圧力は一定にすることが好ましい。
なお、ＴｉＣ層４ｃを形成する際の不活性ガスと炭素源ガスのガス流量比は、８５：１５〜９７：３にすることが好ましい。また、ＴｉＣ層４ｃの厚みは、０．１〜０．５μｍにすることが好ましい。ＴｉＣ層４ｃの厚みが０．１μｍ未満であると、ナノインデンテーション硬さが５〜１０ＧＰａの柔らかい層が薄くなりすぎることによってＴｉＣ層４ｃが基材２の変形に追従できなくなり、基材２から剥離しやすくなる場合がある。一方、ＴｉＣ層４ｃの厚みが０．５μｍを超えると、その柔らかい層が厚くなりすぎることでその部分の強度が低下し、ファレックス試験時においてＴｉＣ層４ｃで破壊が生じる場合がある。
また、ＴｉＣ層成膜工程におけるＴｉターゲットのスパッタ出力は５ｋＷ以上９ｋＷ以下であることが好ましい。Ｔｉターゲットのスパッタ出力が低すぎると、イオンのエネルギーが低くなり密着性が低下する場合がある。一方、Ｔｉターゲットのスパッタ出力が高すぎると、基材温度が高くなりすぎてしまう場合がある。
次に、Ｔｉ‐ＴｉＣ傾斜層４ｂの表面にＴｉＣ層４ｃを形成する。ＴｉＣ層４ｃは、基材２とＤＬＣ層５との硬度差などの相違を小さくするために形成する。
ＴｉＣ層４ｃは、層中に含まれるＴｉＣ量の濃度勾配が一定となるように形成することが好ましい。そのため、成膜工程中の不活性ガスと炭素源ガスの流量比、スパッタ出力、バイアス電圧および成膜圧力は一定にすることが好ましい。
なお、ＴｉＣ層４ｃを形成する際の不活性ガスと炭素源ガスのガス流量比は、８５：１５〜９７：３にすることが好ましい。また、ＴｉＣ層４ｃの厚みは、０．１〜０．５μｍにすることが好ましい。ＴｉＣ層４ｃの厚みが０．１μｍ未満であると、ナノインデンテーション硬さが５〜１０ＧＰａの柔らかい層が薄くなりすぎることによってＴｉＣ層４ｃが基材２の変形に追従できなくなり、基材２から剥離しやすくなる場合がある。一方、ＴｉＣ層４ｃの厚みが０．５μｍを超えると、その柔らかい層が厚くなりすぎることでその部分の強度が低下し、ファレックス試験時においてＴｉＣ層４ｃで破壊が生じる場合がある。
また、ＴｉＣ層成膜工程におけるＴｉターゲットのスパッタ出力は５ｋＷ以上９ｋＷ以下であることが好ましい。Ｔｉターゲットのスパッタ出力が低すぎると、イオンのエネルギーが低くなり密着性が低下する場合がある。一方、Ｔｉターゲットのスパッタ出力が高すぎると、基材温度が高くなりすぎてしまう場合がある。
＜ＴｉＣ‐ＷＣ傾斜層成膜工程＞
次に、ＴｉＣ層４ｃの表面にＴｉＣとＷＣを含むＴｉＣ‐ＷＣ傾斜層４ｄを形成する。
ＴｉＣ‐ＷＣ傾斜層４ｄは、後述するＷＣ層４ｅとの密着性を向上させるために、ＴｉＣ‐ＷＣ傾斜層４ｄの基材側からＤＬＣ層側に向かって当該層に含まれるＷＣ量をＴｉＣ量に対して相対的に増加させて濃度勾配が傾斜するように形成する。換言すると、ＴｉＣ‐ＷＣ傾斜層４ｄの基材側からＤＬＣ層側に向かって当該層に含まれるＴｉＣ量がＷＣ量に対して相対的に減少するように層中の濃度勾配が傾斜している。すなわち、このＴｉＣ‐ＷＣ傾斜層４ｄの形成におけるＴｉＣとＷＣの成分濃度は、相対的に増減するような関係にある。
このようなＴｉＣ−ＷＣからなる傾斜層は、例えば上記ＴｉＣ層４ｃの形成後に炭素原ガスを供給しつつ、雰囲気中のＴｉ濃度を漸減させながら雰囲気中のＷＣ濃度を漸増または一定にすることで、あるいは雰囲気中のＴｉ濃度を一定にし、雰囲気中のＷＣ濃度を漸増させることで形成される。層中の成分濃度は雰囲気中の原料濃度により制御できるため、雰囲気中の各原料濃度を制御すれば所望の成分濃度のＴｉＣ‐ＷＣ傾斜層４ｄを形成することができる。
より具体的には、基材側からＤＬＣ層側に向かってＴｉＣ量が段階的または連続的に漸減し、基材側からＤＬＣ層側に向かってＷＣ量が段階的または連続的に漸増させるために、ＴｉターゲットおよびＷＣターゲットへのスパッタ出力を調節する。例えば、基材側からＤＬＣ層側に向かってＴｉ量を漸減させるためにＴｉターゲットのスパッタ出力を徐々に下げ、基材側からＤＬＣ層側に向かってＷＣ量を漸増させるためにＷＣターゲットのスパッタ出力を徐々に上げることでＴｉＣ‐ＷＣ傾斜層４ｄを形成する。また、Ｔｉターゲットへのスパッタ出力のみを上げるか、またはＷＣターゲットへのスパッタ出力のみを上げてもＴｉＣ‐ＷＣ傾斜層４ｄを形成することができる。
なお、ＴｉＣ‐ＷＣ傾斜層４ｄの厚みは、０．１〜０．３μｍであることが好ましい。ＴｉＣ‐ＷＣ傾斜層４ｄの厚みが０．１μｍ未満であると、ナノインデンテーション硬さが１０〜２０ＧＰａの硬い層が薄くなりすぎることでその部分の強度が低下し、ファレックス試験時においてＴｉＣ‐ＷＣ傾斜層４ｄで破壊が生じる場合がある。一方、ＴｉＣ‐ＷＣ傾斜層４ｄの厚みが０．３μｍを超えると、その硬い層が厚くなりすぎることによってＴｉＣ‐ＷＣ傾斜層４ｄが基材２の変形に追従できなくなり、基材２から剥離しやすくなる場合がある。
また、Ｔｉターゲットのスパッタ出力は、ＴｉＣ‐ＷＣ傾斜層４ｄの成膜初期では５ｋＷ以上９ｋＷ以下とし、ＴｉＣ‐ＷＣ傾斜層４ｄの成膜終期では２ｋＷ以上４ｋＷ以下となるように連続的に漸減することが好ましい。一方、ＷＣターゲットのスパッタ出力は、ＴｉＣ‐ＷＣ傾斜層４ｄの成膜初期では０ｋＷ超、２ｋＷ以下とし、ＴｉＣ‐ＷＣ傾斜層４ｄの成膜終期では２ｋＷ超４ｋＷ以下となるように連続的に漸増することが好ましい。
また、ＴｉＣ‐ＷＣ傾斜層４ｄの成膜工程中の不活性ガスと炭素源ガスの流量比は８５：１５〜９７：３にすることが好ましい。また、ＴｉＣ‐ＷＣ傾斜層４ｄの成膜工程におけるバイアス電圧は５０〜５００Ｖであることが好ましい。
なお、ＴｉＣ‐ＷＣ傾斜層４ｄの成膜終期においては、層中に含まれるＣ量を基材側からＤＬＣ層側に向かって増加させて濃度勾配が傾斜するように成膜しても良い。層中の炭素量を段階的または連続的に漸増させるためには、成膜工程中の不活性ガスと炭素源ガスの流量比を調節したり、ＣターゲットをスパッタしてＣ量を調節したりすれば良い。各ターゲットのスパッタ出力を調節して成膜する場合には、Ｔｉターゲットのスパッタ出力を２ｋＷ以上４ｋＷ以下から２ｋＷ未満０ｋＷまで漸減させ、ＷＣターゲットのスパッタ出力を２ｋＷ超４ｋＷ以下で維持し、Ｃターゲットのスパッタ出力を０ｋＷから６ｋＷ以上８ｋＷ以下まで漸増させることが好ましい。これにより、ＴｉＣ‐ＷＣ傾斜層４ｄの成膜終期において、Ｔｉ量が漸減し、かつ、Ｃ量が漸増するようなＴｉＣ，ＷＣおよびＣから成る傾斜層（不図示）が形成される。この傾斜層は、ＴｉＣおよびＷＣから成る傾斜層から後述のＷＣ層に向かって硬度が徐々に大きくなる層であるため、ＴｉＣ−ＷＣ傾斜層とＷＣ層との間の硬度差を小さくすることができる。これにより、高負荷摺動時における耐焼き付き性を更に向上させることができる。
なお、ＴｉＣ，ＷＣおよびＣから成る傾斜層（不図示）の厚みは、０．０２〜０．２μｍであることが好ましい。膜厚が０．２μｍを超えると、ナノインデンテーション硬さが１５〜２０ＧＰａの硬い層が厚くなりすぎることによって基材の変形に追従できなくなり、この傾斜層が基材から剥離しやすくなる場合がある。
次に、ＴｉＣ層４ｃの表面にＴｉＣとＷＣを含むＴｉＣ‐ＷＣ傾斜層４ｄを形成する。
ＴｉＣ‐ＷＣ傾斜層４ｄは、後述するＷＣ層４ｅとの密着性を向上させるために、ＴｉＣ‐ＷＣ傾斜層４ｄの基材側からＤＬＣ層側に向かって当該層に含まれるＷＣ量をＴｉＣ量に対して相対的に増加させて濃度勾配が傾斜するように形成する。換言すると、ＴｉＣ‐ＷＣ傾斜層４ｄの基材側からＤＬＣ層側に向かって当該層に含まれるＴｉＣ量がＷＣ量に対して相対的に減少するように層中の濃度勾配が傾斜している。すなわち、このＴｉＣ‐ＷＣ傾斜層４ｄの形成におけるＴｉＣとＷＣの成分濃度は、相対的に増減するような関係にある。
このようなＴｉＣ−ＷＣからなる傾斜層は、例えば上記ＴｉＣ層４ｃの形成後に炭素原ガスを供給しつつ、雰囲気中のＴｉ濃度を漸減させながら雰囲気中のＷＣ濃度を漸増または一定にすることで、あるいは雰囲気中のＴｉ濃度を一定にし、雰囲気中のＷＣ濃度を漸増させることで形成される。層中の成分濃度は雰囲気中の原料濃度により制御できるため、雰囲気中の各原料濃度を制御すれば所望の成分濃度のＴｉＣ‐ＷＣ傾斜層４ｄを形成することができる。
より具体的には、基材側からＤＬＣ層側に向かってＴｉＣ量が段階的または連続的に漸減し、基材側からＤＬＣ層側に向かってＷＣ量が段階的または連続的に漸増させるために、ＴｉターゲットおよびＷＣターゲットへのスパッタ出力を調節する。例えば、基材側からＤＬＣ層側に向かってＴｉ量を漸減させるためにＴｉターゲットのスパッタ出力を徐々に下げ、基材側からＤＬＣ層側に向かってＷＣ量を漸増させるためにＷＣターゲットのスパッタ出力を徐々に上げることでＴｉＣ‐ＷＣ傾斜層４ｄを形成する。また、Ｔｉターゲットへのスパッタ出力のみを上げるか、またはＷＣターゲットへのスパッタ出力のみを上げてもＴｉＣ‐ＷＣ傾斜層４ｄを形成することができる。
なお、ＴｉＣ‐ＷＣ傾斜層４ｄの厚みは、０．１〜０．３μｍであることが好ましい。ＴｉＣ‐ＷＣ傾斜層４ｄの厚みが０．１μｍ未満であると、ナノインデンテーション硬さが１０〜２０ＧＰａの硬い層が薄くなりすぎることでその部分の強度が低下し、ファレックス試験時においてＴｉＣ‐ＷＣ傾斜層４ｄで破壊が生じる場合がある。一方、ＴｉＣ‐ＷＣ傾斜層４ｄの厚みが０．３μｍを超えると、その硬い層が厚くなりすぎることによってＴｉＣ‐ＷＣ傾斜層４ｄが基材２の変形に追従できなくなり、基材２から剥離しやすくなる場合がある。
また、Ｔｉターゲットのスパッタ出力は、ＴｉＣ‐ＷＣ傾斜層４ｄの成膜初期では５ｋＷ以上９ｋＷ以下とし、ＴｉＣ‐ＷＣ傾斜層４ｄの成膜終期では２ｋＷ以上４ｋＷ以下となるように連続的に漸減することが好ましい。一方、ＷＣターゲットのスパッタ出力は、ＴｉＣ‐ＷＣ傾斜層４ｄの成膜初期では０ｋＷ超、２ｋＷ以下とし、ＴｉＣ‐ＷＣ傾斜層４ｄの成膜終期では２ｋＷ超４ｋＷ以下となるように連続的に漸増することが好ましい。
また、ＴｉＣ‐ＷＣ傾斜層４ｄの成膜工程中の不活性ガスと炭素源ガスの流量比は８５：１５〜９７：３にすることが好ましい。また、ＴｉＣ‐ＷＣ傾斜層４ｄの成膜工程におけるバイアス電圧は５０〜５００Ｖであることが好ましい。
なお、ＴｉＣ‐ＷＣ傾斜層４ｄの成膜終期においては、層中に含まれるＣ量を基材側からＤＬＣ層側に向かって増加させて濃度勾配が傾斜するように成膜しても良い。層中の炭素量を段階的または連続的に漸増させるためには、成膜工程中の不活性ガスと炭素源ガスの流量比を調節したり、ＣターゲットをスパッタしてＣ量を調節したりすれば良い。各ターゲットのスパッタ出力を調節して成膜する場合には、Ｔｉターゲットのスパッタ出力を２ｋＷ以上４ｋＷ以下から２ｋＷ未満０ｋＷまで漸減させ、ＷＣターゲットのスパッタ出力を２ｋＷ超４ｋＷ以下で維持し、Ｃターゲットのスパッタ出力を０ｋＷから６ｋＷ以上８ｋＷ以下まで漸増させることが好ましい。これにより、ＴｉＣ‐ＷＣ傾斜層４ｄの成膜終期において、Ｔｉ量が漸減し、かつ、Ｃ量が漸増するようなＴｉＣ，ＷＣおよびＣから成る傾斜層（不図示）が形成される。この傾斜層は、ＴｉＣおよびＷＣから成る傾斜層から後述のＷＣ層に向かって硬度が徐々に大きくなる層であるため、ＴｉＣ−ＷＣ傾斜層とＷＣ層との間の硬度差を小さくすることができる。これにより、高負荷摺動時における耐焼き付き性を更に向上させることができる。
なお、ＴｉＣ，ＷＣおよびＣから成る傾斜層（不図示）の厚みは、０．０２〜０．２μｍであることが好ましい。膜厚が０．２μｍを超えると、ナノインデンテーション硬さが１５〜２０ＧＰａの硬い層が厚くなりすぎることによって基材の変形に追従できなくなり、この傾斜層が基材から剥離しやすくなる場合がある。
＜ＷＣ層成膜工程＞
次に、ＴｉＣ‐ＷＣ傾斜層４ｄの表面にＷＣ層４ｅを形成する。
ＷＣ層４ｅは、層中に含まれるＷＣ量の濃度勾配が一定となるように成膜してもよいし、基材側からＤＬＣ層側に近づくにつれて段階的または連続的にＣ量が漸増させて組成を傾斜させるように成膜しても良い。ＷＣ量の濃度勾配を一定とするためには、例えば成膜工程中の不活性ガスと炭素源ガスの流量比、バイアス電圧および成膜圧力を一定に維持する。また、ＷＣ層４ｅに含まれるＣ量を漸増させるためには、Ｃターゲットのスパッタ出力を上げても良いし、炭素源ガスの流量比を上げても良い。
次に、ＴｉＣ‐ＷＣ傾斜層４ｄの表面にＷＣ層４ｅを形成する。
ＷＣ層４ｅは、層中に含まれるＷＣ量の濃度勾配が一定となるように成膜してもよいし、基材側からＤＬＣ層側に近づくにつれて段階的または連続的にＣ量が漸増させて組成を傾斜させるように成膜しても良い。ＷＣ量の濃度勾配を一定とするためには、例えば成膜工程中の不活性ガスと炭素源ガスの流量比、バイアス電圧および成膜圧力を一定に維持する。また、ＷＣ層４ｅに含まれるＣ量を漸増させるためには、Ｃターゲットのスパッタ出力を上げても良いし、炭素源ガスの流量比を上げても良い。
以上の一連の工程を経て、基材２とＤＬＣ層５との間に中間層４が形成される。
＜ＤＬＣ層成膜工程＞
続いて、中間層４の表面、すなわち、ＷＣ層４ｅの表面にＤＬＣ層５を形成する。ＤＬＣ層５の成膜方法としては、例えばプラズマＣＶＤ法が用いられ、メタン、アセチレン、ベンゼン、トルエン等の炭化水素ガスをチャンバー内に導入し、この炭化水素ガスの成分が分解されることによってＤＬＣ層５が形成される。また、プラズマＣＶＤ法としては、例えば直流パルスプラズマＣＶＤ法が使用される。ＤＬＣ層５の厚みは、使用用途によって適宜設定される。例えば０．５μｍ〜５．０μｍとすることができる。
続いて、中間層４の表面、すなわち、ＷＣ層４ｅの表面にＤＬＣ層５を形成する。ＤＬＣ層５の成膜方法としては、例えばプラズマＣＶＤ法が用いられ、メタン、アセチレン、ベンゼン、トルエン等の炭化水素ガスをチャンバー内に導入し、この炭化水素ガスの成分が分解されることによってＤＬＣ層５が形成される。また、プラズマＣＶＤ法としては、例えば直流パルスプラズマＣＶＤ法が使用される。ＤＬＣ層５の厚みは、使用用途によって適宜設定される。例えば０．５μｍ〜５．０μｍとすることができる。
このように中間層４の表面にＤＬＣ層５が形成されることで、基材２にＤＬＣ膜３が被覆されたＤＬＣ膜被覆部材１が製造される。本実施形態に係るＤＬＣ膜被覆部材１によれば、中間層４を構成するＴｉＣ層４ｃの表面にＴｉＣ‐ＷＣ傾斜層４ｄが形成され、ＴｉＣ‐ＷＣ傾斜層４ｄの表面にＷＣ層４ｅが形成されていることにより、ＴｉＣ層４ｃとＤＬＣ層５の硬度差を小さくすることができる。これにより、高負荷摺動時においてＤＬＣ層５が中間層４から剥離しにくくなり、ＤＬＣ膜被覆部材１の耐焼き付き性を向上させることが可能となる。
以上、本発明の実施の形態の一例を説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。例えば、基材２とＴｉＣ層４ｃとの間にＴｉ層４ａおよびＴｉ−ＴｉＣ傾斜層４ｂの少なくともいずれかの層が形成されていなくても、本発明の効果を享受し得る。
基材に対してＵＢＭスパッタ法でＴｉ層、Ｔｉ−ＴｉＣ傾斜層、ＴｉＣ層、ＴｉＣ−ＷＣ傾斜層、ＷＣ層から成る中間層を形成し、その中間層上にプラズマＣＶＤ法でＤＬＣ層を形成した。なお、基材は、合金工具鋼の一種であるＳＫＤ１１を浸炭焼入れ処理し、２００℃で焼き戻し処理を行った後、表面粗度がRa=０．０１μｍとなるまで研磨した略矩形の板を試験片として用いた。なお、本実施例で用いたＵＢＭスパッタ装置は、Ｔｉターゲットを１面、ＷＣターゲットおよびＣターゲットを２面ずつ備えている。
＜成膜前処理＞
まず、ＵＢＭスパッタ装置のチャンバー内に基材を搬入する。その後、チャンバー内を真空排気し、２．６×１０-3Ｐａまで減圧する。続いて、ヒーターの設定温度を７００℃とし基材を３０分間加熱した後、ヒーターを止め５分間放置する。次に、アルゴン（Ａｒ）ガスのアルゴンイオンを用いてアルゴンボンバードメント処理を行い、基材表面のクリーニングを行う。アルゴンボンバードメント処理は以下の手順で行う。
１） アルゴンガスを流量９６０ｓｃｃｍでチャンバー内に１分間導入する。
２） アルゴンガス雰囲気下でタングステンフィラメントの放電電流を１０Ａ、基材にかかるバイアス電圧を３００Ｖに設定し、１分間放電する。
３） １）と２）を５回繰り返し行う。
４） アルゴンガスを流量９６０ｓｃｃｍでチャンバー内に１分間導入する。
５） アルゴンガス雰囲気下でタングステンフィラメントの放電電流を１０Ａ、基材にかかるバイアス電圧を４００Ｖに設定し、１分間放電する。
６） チャンバー内へのアルゴンガス流量を維持しつつ、アルゴンガス雰囲気下でタングステンフィラメントの放電電流を１０Ａ、基材にかかるバイアス電圧を４００Ｖに設定し、１分間放電する。
７） ５）と６）を１０回繰り返し行う。
８） チャンバー内へのアルゴンガス流量を維持しつつ、タングステンフィラメントの放電電流および基材にかかるバイアス電圧への印加を止め、１分間放置する。
まず、ＵＢＭスパッタ装置のチャンバー内に基材を搬入する。その後、チャンバー内を真空排気し、２．６×１０-3Ｐａまで減圧する。続いて、ヒーターの設定温度を７００℃とし基材を３０分間加熱した後、ヒーターを止め５分間放置する。次に、アルゴン（Ａｒ）ガスのアルゴンイオンを用いてアルゴンボンバードメント処理を行い、基材表面のクリーニングを行う。アルゴンボンバードメント処理は以下の手順で行う。
１） アルゴンガスを流量９６０ｓｃｃｍでチャンバー内に１分間導入する。
２） アルゴンガス雰囲気下でタングステンフィラメントの放電電流を１０Ａ、基材にかかるバイアス電圧を３００Ｖに設定し、１分間放電する。
３） １）と２）を５回繰り返し行う。
４） アルゴンガスを流量９６０ｓｃｃｍでチャンバー内に１分間導入する。
５） アルゴンガス雰囲気下でタングステンフィラメントの放電電流を１０Ａ、基材にかかるバイアス電圧を４００Ｖに設定し、１分間放電する。
６） チャンバー内へのアルゴンガス流量を維持しつつ、アルゴンガス雰囲気下でタングステンフィラメントの放電電流を１０Ａ、基材にかかるバイアス電圧を４００Ｖに設定し、１分間放電する。
７） ５）と６）を１０回繰り返し行う。
８） チャンバー内へのアルゴンガス流量を維持しつつ、タングステンフィラメントの放電電流および基材にかかるバイアス電圧への印加を止め、１分間放置する。
＜Ｔｉ層成膜工程＞
アルゴンボンバードメント処理後に、アルゴンガスの流量を３００ｓｃｃｍに設定してチャンバー内の圧力を０．４Ｐａとし、その後、Ｔｉターゲットへのスパッタ出力を６ｋＷ、基材へのバイアス電圧を２００Ｖ、チャンバー内に導入するアルゴンガスの流量を３００ｓｃｃｍで一定とし、基材表面に０．１μｍのＴｉ層を形成した。
アルゴンボンバードメント処理後に、アルゴンガスの流量を３００ｓｃｃｍに設定してチャンバー内の圧力を０．４Ｐａとし、その後、Ｔｉターゲットへのスパッタ出力を６ｋＷ、基材へのバイアス電圧を２００Ｖ、チャンバー内に導入するアルゴンガスの流量を３００ｓｃｃｍで一定とし、基材表面に０．１μｍのＴｉ層を形成した。
＜Ｔｉ−ＴｉＣ傾斜層成膜工程＞
次に、Ｔｉターゲットへのスパッタ出力が６ｋＷ、アルゴンガスの流量が３００ｓｃｃｍ、チャンバー内の圧力が０．４Ｐａである状態から、さらに炭素源となるメタン（ＣＨ４）ガスを導入し、チャンバー内の圧力が０．４Ｐａで維持されるようにアルゴンガスとメタンガスの流量比を調節した。具体的には本工程における最終的なガス流量比がＡｒ：ＣＨ４＝９５：５になるようアルゴンガスの流量を３００ｓｃｃｍから２８５ｓｃｃｍまで段階的に漸減させながら導入し、メタンガスの流量を０ｓｃｃｍから１５ｓｃｃｍまで段階的に漸増させながら導入した。さらに基材へのバイアス電圧も２００Ｖから最終的に７５Ｖになるよう段階的に下げることで、基材側からＤＬＣ層側に近づくにつれて層中のＣ量が漸増するよう組成傾斜させたＴｉ−ＴｉＣ傾斜層を０．０５μｍ形成した。
次に、Ｔｉターゲットへのスパッタ出力が６ｋＷ、アルゴンガスの流量が３００ｓｃｃｍ、チャンバー内の圧力が０．４Ｐａである状態から、さらに炭素源となるメタン（ＣＨ４）ガスを導入し、チャンバー内の圧力が０．４Ｐａで維持されるようにアルゴンガスとメタンガスの流量比を調節した。具体的には本工程における最終的なガス流量比がＡｒ：ＣＨ４＝９５：５になるようアルゴンガスの流量を３００ｓｃｃｍから２８５ｓｃｃｍまで段階的に漸減させながら導入し、メタンガスの流量を０ｓｃｃｍから１５ｓｃｃｍまで段階的に漸増させながら導入した。さらに基材へのバイアス電圧も２００Ｖから最終的に７５Ｖになるよう段階的に下げることで、基材側からＤＬＣ層側に近づくにつれて層中のＣ量が漸増するよう組成傾斜させたＴｉ−ＴｉＣ傾斜層を０．０５μｍ形成した。
＜ＴｉＣ層成膜工程＞
次に、Ｔｉターゲットへのスパッタ出力を６ｋＷとしたまま、チャンバー内のガス流量比がＡｒ：ＣＨ４＝９５：５になるようアルゴンガスの流量を２８５ｓｃｃｍ、メタンガスの流量を１５ｓｃｃｍに維持し、チャンバー内の圧力が０．２Ｐａとなるよう排気量を調節した。そして、基材に印加されるバイアス電圧を７５Ｖに設定して２３．１分間成膜処理を行い、ＴｉＣ層を形成した。
その後、次に形成するＴｉＣ−ＷＣ傾斜層の成膜条件への移行準備として、０．５分間かけてバイアス電圧を７５Ｖから１００Ｖへ、アルゴンガス流量を２８５ｓｃｃｍから３００ｓｃｃｍへ調節し、チャンバー内の圧力が０．２Ｐａから０．４Ｐａとなるように排気量も調節した。最終的には合計で０．２μｍのＴｉＣ層を形成した。
次に、Ｔｉターゲットへのスパッタ出力を６ｋＷとしたまま、チャンバー内のガス流量比がＡｒ：ＣＨ４＝９５：５になるようアルゴンガスの流量を２８５ｓｃｃｍ、メタンガスの流量を１５ｓｃｃｍに維持し、チャンバー内の圧力が０．２Ｐａとなるよう排気量を調節した。そして、基材に印加されるバイアス電圧を７５Ｖに設定して２３．１分間成膜処理を行い、ＴｉＣ層を形成した。
その後、次に形成するＴｉＣ−ＷＣ傾斜層の成膜条件への移行準備として、０．５分間かけてバイアス電圧を７５Ｖから１００Ｖへ、アルゴンガス流量を２８５ｓｃｃｍから３００ｓｃｃｍへ調節し、チャンバー内の圧力が０．２Ｐａから０．４Ｐａとなるように排気量も調節した。最終的には合計で０．２μｍのＴｉＣ層を形成した。
＜ＴｉＣ−ＷＣ傾斜層成膜工程＞
次に、ＴｉＣ層上にＴｉＣ−ＷＣ傾斜層を形成する。本工程では、アルゴンガス流量を３００ｓｃｃｍ、メタンガス流量を１５ｓｃｃｍ、チャンバー内の圧力を０．４Ｐａ、基材へのバイアス電圧を１００Ｖに維持したまま、下記のように成膜条件を変えながらＴｉＣ−ＷＣ傾斜層を形成した。
１） Ｔｉターゲットへのスパッタ出力を６ｋＷ、第１のＷＣターゲットおよび第２のＷＣターゲットへのスパッタ出力をそれぞれ０．５ｋＷとして、０．５分間成膜処理を行う。
２） 第１のＷＣターゲットおよび第２のＷＣターゲットへのスパッタ出力をそれぞれ０．５ｋＷから１．５ｋＷに上げて、４．６分間成膜処理を行う。
３） 第１のＷＣターゲットおよび第２のＷＣターゲットへのスパッタ出力をそれぞれ１．５ｋＷから２．３ｋＷに上げる一方で、Ｔｉターゲットへのスパッタ出力を６ｋＷから４．６ｋＷに下げて、３．１分間成膜処理を行う。
４） 第１のＷＣターゲットおよび第２のＷＣターゲットへのスパッタ出力をそれぞれ２．３ｋＷから３ｋＷに上げる一方で、Ｔｉターゲットへのスパッタ出力を４．６ｋＷから３ｋＷに下げて、３．１分間成膜処理を行う。
５） Ｔｉターゲットへのスパッタ出力を３ｋＷ、第１のＷＣターゲットおよび第２のＷＣターゲットへのスパッタ出力をそれぞれ３ｋＷ、第１のＣターゲットおよび第２のＣターゲットへのスパッタ出力を０．８ｋＷとし、１分間成膜処理を行う。
このような成膜処理によりＴｉＣとＷＣが混合し、且つ、基材側からＤＬＣ層側に向かってＴｉ量が漸減し、ＷＣ量が漸増するよう組成傾斜した厚さ０．２μｍのＴｉＣ−ＷＣ傾斜層を形成した。
次に、ＴｉＣ層上にＴｉＣ−ＷＣ傾斜層を形成する。本工程では、アルゴンガス流量を３００ｓｃｃｍ、メタンガス流量を１５ｓｃｃｍ、チャンバー内の圧力を０．４Ｐａ、基材へのバイアス電圧を１００Ｖに維持したまま、下記のように成膜条件を変えながらＴｉＣ−ＷＣ傾斜層を形成した。
１） Ｔｉターゲットへのスパッタ出力を６ｋＷ、第１のＷＣターゲットおよび第２のＷＣターゲットへのスパッタ出力をそれぞれ０．５ｋＷとして、０．５分間成膜処理を行う。
２） 第１のＷＣターゲットおよび第２のＷＣターゲットへのスパッタ出力をそれぞれ０．５ｋＷから１．５ｋＷに上げて、４．６分間成膜処理を行う。
３） 第１のＷＣターゲットおよび第２のＷＣターゲットへのスパッタ出力をそれぞれ１．５ｋＷから２．３ｋＷに上げる一方で、Ｔｉターゲットへのスパッタ出力を６ｋＷから４．６ｋＷに下げて、３．１分間成膜処理を行う。
４） 第１のＷＣターゲットおよび第２のＷＣターゲットへのスパッタ出力をそれぞれ２．３ｋＷから３ｋＷに上げる一方で、Ｔｉターゲットへのスパッタ出力を４．６ｋＷから３ｋＷに下げて、３．１分間成膜処理を行う。
５） Ｔｉターゲットへのスパッタ出力を３ｋＷ、第１のＷＣターゲットおよび第２のＷＣターゲットへのスパッタ出力をそれぞれ３ｋＷ、第１のＣターゲットおよび第２のＣターゲットへのスパッタ出力を０．８ｋＷとし、１分間成膜処理を行う。
このような成膜処理によりＴｉＣとＷＣが混合し、且つ、基材側からＤＬＣ層側に向かってＴｉ量が漸減し、ＷＣ量が漸増するよう組成傾斜した厚さ０．２μｍのＴｉＣ−ＷＣ傾斜層を形成した。
＜ＷＣ層成膜工程＞
次に、ＴｉＣ−ＷＣ傾斜層上にＷＣ層を形成する。Ｔｉターゲットへのスパッタ電源を停止し、第１のＷＣターゲットおよび第２のＷＣターゲットへのスパッタ出力を３ｋＷに維持し、第１のＣターゲットおよび第２のＣターゲットへのスパッタ出力を０．８ｋＷから６ｋｗに上げて１２．３分間成膜し、厚さ０．０５μｍのＷＣ層を形成した。
次に、ＴｉＣ−ＷＣ傾斜層上にＷＣ層を形成する。Ｔｉターゲットへのスパッタ電源を停止し、第１のＷＣターゲットおよび第２のＷＣターゲットへのスパッタ出力を３ｋＷに維持し、第１のＣターゲットおよび第２のＣターゲットへのスパッタ出力を０．８ｋＷから６ｋｗに上げて１２．３分間成膜し、厚さ０．０５μｍのＷＣ層を形成した。
＜ＤＬＣ層成膜工程＞
次に、ＷＣ層上にプラズマＣＶＤ法によってＤＬＣ層を形成する。直流パルス電源を作動させて基材にモノポーラＤＣパルス電圧をバイアス電圧として印加し、チャンバー内に導入されたアセチレンガス（Ｃ２Ｈ２）をプラズマ化することでプラズマＣＶＤ処理を行う。
本実施例では直流パルス電源によって印加されるバイアス電圧１．０５ｋＶ、パルス放電電流のピーク値８Ａ、周波数１ｋＨｚ、ｄｕｔｙ比３０％、チャンバー内の圧力が１．０Ｐａになるよう流量１０００ｓｃｃｍでアセチレンガスを導入して、７５分間成膜処理を行い、厚さ１．５μｍのＤＬＣ層を形成した。
次に、ＷＣ層上にプラズマＣＶＤ法によってＤＬＣ層を形成する。直流パルス電源を作動させて基材にモノポーラＤＣパルス電圧をバイアス電圧として印加し、チャンバー内に導入されたアセチレンガス（Ｃ２Ｈ２）をプラズマ化することでプラズマＣＶＤ処理を行う。
本実施例では直流パルス電源によって印加されるバイアス電圧１．０５ｋＶ、パルス放電電流のピーク値８Ａ、周波数１ｋＨｚ、ｄｕｔｙ比３０％、チャンバー内の圧力が１．０Ｐａになるよう流量１０００ｓｃｃｍでアセチレンガスを導入して、７５分間成膜処理を行い、厚さ１．５μｍのＤＬＣ層を形成した。
［焼付き特性］
中間層およびＤＬＣ層から成るＤＬＣ膜が被覆された基材を試験片とし、以下の条件によるファレックス試験を行い、焼付荷重（Ｎ）を測定して焼付特性を評価した。
１） ポリアルファオレフィンをオイルバスにいれる。
２） Vブロックおよび試験片をポリアルファオレフィンにいったん浸けたのちにセットする。
３） オイルバスを持ち上げVブロックおよび試験片がポリアルファオレフィンに浸かるように固定する。
４） ヒーター加熱を行い、油温65±1℃、試験片の温度60±1℃になるまで待つ
５） 最初は試験片の回転は行わず試験片に500Nの荷重をかけ、1分保持する。その後、試験片を300rpmで回転させながら荷重を1分ごとに500Nずつ上げていき、摩擦係数が急激に増加し、異音が発したところで装置を止め、その時の負荷荷重を焼き付き荷重とした。
以上の条件でファレックス試験を行った結果、本実施例における試験片の焼付き荷重は１２０００Ｎであった。
中間層およびＤＬＣ層から成るＤＬＣ膜が被覆された基材を試験片とし、以下の条件によるファレックス試験を行い、焼付荷重（Ｎ）を測定して焼付特性を評価した。
１） ポリアルファオレフィンをオイルバスにいれる。
２） Vブロックおよび試験片をポリアルファオレフィンにいったん浸けたのちにセットする。
３） オイルバスを持ち上げVブロックおよび試験片がポリアルファオレフィンに浸かるように固定する。
４） ヒーター加熱を行い、油温65±1℃、試験片の温度60±1℃になるまで待つ
５） 最初は試験片の回転は行わず試験片に500Nの荷重をかけ、1分保持する。その後、試験片を300rpmで回転させながら荷重を1分ごとに500Nずつ上げていき、摩擦係数が急激に増加し、異音が発したところで装置を止め、その時の負荷荷重を焼き付き荷重とした。
以上の条件でファレックス試験を行った結果、本実施例における試験片の焼付き荷重は１２０００Ｎであった。
（比較例１）
試験片のアルゴンボンバードメント処理までは上記実施例と同様とし、下記の方法により図２に示す中間層４を形成したのち、中間層の上にＤＬＣ層５を形成した。
試験片のアルゴンボンバードメント処理までは上記実施例と同様とし、下記の方法により図２に示す中間層４を形成したのち、中間層の上にＤＬＣ層５を形成した。
＜Ｔｉ層成膜工程＞
アルゴンボンバードメント処理後、チャンバー内の圧力が０．４Ｐａになるまで、アルゴンガスを３００ｓｃｃｍ導入し、Ｔｉターゲットへのスパッタ出力を６ｋＷ、基材２へのバイアス電力を２００Ｖとして１分間スパッタし、基材表面に厚さ０．１μｍのＴｉ層４ａを形成した。
アルゴンボンバードメント処理後、チャンバー内の圧力が０．４Ｐａになるまで、アルゴンガスを３００ｓｃｃｍ導入し、Ｔｉターゲットへのスパッタ出力を６ｋＷ、基材２へのバイアス電力を２００Ｖとして１分間スパッタし、基材表面に厚さ０．１μｍのＴｉ層４ａを形成した。
＜Ｔｉ−ＴｉＣ傾斜層成膜＞
続いて、Ｔｉターゲットへのスパッタ出力が６ｋＷ、アルゴンガスの流量が３００ｓｃｃｍ、チャンバー内の圧力が０．４Ｐａである状態から、さらに炭素源となるメタン（ＣＨ４）ガスを導入した。アルゴンガスとメタンガスは、最終的なガス流量比がＡｒ：ＣＨ４＝９５：５になるようアルゴンガス流量を３００ｓｃｃｍから２８５ｓｃｃｍになるよう段階的に減じて導入し、メタンガス流量を０ｓｃｃｍから１５ｓｃｃｍになるよう段階的に増して導入した。さらに基材２へのバイアス電圧も２００Ｖから最終的に７５Ｖになるよう段階的に下げた。上記条件にて７．５分間スパッタを行い、Ｔｉ層表面から離れるにつれてＣ量が漸増する厚さ０．０５μｍのＴｉ−ＴｉＣ傾斜層４ｂを形成した。
続いて、Ｔｉターゲットへのスパッタ出力が６ｋＷ、アルゴンガスの流量が３００ｓｃｃｍ、チャンバー内の圧力が０．４Ｐａである状態から、さらに炭素源となるメタン（ＣＨ４）ガスを導入した。アルゴンガスとメタンガスは、最終的なガス流量比がＡｒ：ＣＨ４＝９５：５になるようアルゴンガス流量を３００ｓｃｃｍから２８５ｓｃｃｍになるよう段階的に減じて導入し、メタンガス流量を０ｓｃｃｍから１５ｓｃｃｍになるよう段階的に増して導入した。さらに基材２へのバイアス電圧も２００Ｖから最終的に７５Ｖになるよう段階的に下げた。上記条件にて７．５分間スパッタを行い、Ｔｉ層表面から離れるにつれてＣ量が漸増する厚さ０．０５μｍのＴｉ−ＴｉＣ傾斜層４ｂを形成した。
＜ＴｉＣ傾斜層成膜＞
次に、Ｔｉターゲットへのスパッタ出力を６ｋＷとしたまま、チャンバー内のガス流量比がＡｒ：ＣＨ４＝９５：５になるようアルゴンガスの流量を２８５ｓｃｃｍ、メタンガスの流量を１５ｓｃｃｍに維持し、チャンバー内の圧力が０．２Ｐａとなるよう排気量を調節した。そして、基材２へのバイアス電圧を７５Ｖに設定して９０分間スパッタを行い、厚さ０．４５μｍのＴｉＣ層４ｃを形成した。
その後、上記実施例と同様のＤＬＣ層５を形成した。
次に、Ｔｉターゲットへのスパッタ出力を６ｋＷとしたまま、チャンバー内のガス流量比がＡｒ：ＣＨ４＝９５：５になるようアルゴンガスの流量を２８５ｓｃｃｍ、メタンガスの流量を１５ｓｃｃｍに維持し、チャンバー内の圧力が０．２Ｐａとなるよう排気量を調節した。そして、基材２へのバイアス電圧を７５Ｖに設定して９０分間スパッタを行い、厚さ０．４５μｍのＴｉＣ層４ｃを形成した。
その後、上記実施例と同様のＤＬＣ層５を形成した。
上記実施例と同様の試験条件でファレックス試験を実施したところ、測定された焼き付き荷重は５０００Ｎという低い値となった。この結果によれば、本発明に係る実施例のような中間層を有するＤＬＣ膜被覆部材は、従来のＤＬＣ膜被覆部材に対して耐焼き付き性が大きく向上することがわかる。
１ ＤＬＣ膜被覆部材
２ 基材
３ ＤＬＣ膜
４ 中間層
４ａ Ｔｉ層
４ｂ Ｔｉ−ＴｉＣ傾斜層
４ｃ ＴｉＣ層
４ｄ ＴｉＣ‐ＷＣ層
４ｅ ＷＣ層
５ ＤＬＣ層
２ 基材
３ ＤＬＣ膜
４ 中間層
４ａ Ｔｉ層
４ｂ Ｔｉ−ＴｉＣ傾斜層
４ｃ ＴｉＣ層
４ｄ ＴｉＣ‐ＷＣ層
４ｅ ＷＣ層
５ ＤＬＣ層
Claims (4)
- 基材とＤＬＣ層との間に形成されるスパッタ法による中間層の形成方法であって、
前記基材表面に形成されるＴｉＣ層上に、ＴｉターゲットとＷＣターゲットをスパッタすることでＷＣおよびＴｉＣからなるＴｉＣ−ＷＣ傾斜層を形成する工程において、前記基材側から前記ＤＬＣ層側に向かってＴｉ量を漸減させるためにＴｉターゲットのスパッタ出力を下げる工程、および、前記基材側から前記ＤＬＣ層側に向かってＷＣ量を漸増させるためにＷＣターゲットのスパッタ出力を上げる工程の少なくともいずれか一方の工程を有し、
前記ＴｉＣ―ＷＣ傾斜層上に、ＷＣ層を形成する工程を有する、中間層の形成方法。 - 請求項１に記載された方法により形成された中間層上にＤＬＣ層を形成する、ＤＬＣ膜被覆部材の製造方法。
- 基材とＤＬＣ層との間に形成される中間層であって、
基材上に形成されるＴｉＣ層と、
前記ＴｉＣ層上に形成される、前記基材側から前記ＤＬＣ層側に向かって層中のＷＣ量がＴｉＣ量に対して相対的に漸増するような濃度勾配を有するＴｉＣ−ＷＣ傾斜層と、
前記ＴｉＣ−ＷＣ傾斜層上に形成されるＷＣ層とを有する、中間層。 - 基材とＤＬＣ層との間に中間層を有するＤＬＣ膜被覆部材であって、
基材上に形成されるＴｉＣ層と、
前記ＴｉＣ層上に形成される、前記基材側から前記ＤＬＣ層側に向かって層中のＷＣ量がＴｉＣ量に対して相対的に漸増するような濃度勾配を有するＴｉＣ−ＷＣ傾斜層と、
前記ＴｉＣ−ＷＣ傾斜層上に形成されるＷＣ層とを有する中間層と、
前記中間層上に形成されるＤＬＣ層とを有する、ＤＬＣ膜被覆部材。
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