JP2022100954A - 硬質炭素膜とその成膜方法 - Google Patents
硬質炭素膜とその成膜方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2022100954A JP2022100954A JP2020215260A JP2020215260A JP2022100954A JP 2022100954 A JP2022100954 A JP 2022100954A JP 2020215260 A JP2020215260 A JP 2020215260A JP 2020215260 A JP2020215260 A JP 2020215260A JP 2022100954 A JP2022100954 A JP 2022100954A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- hard carbon
- carbon film
- film
- forming
- base material
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 229910021385 hard carbon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 88
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 69
- 238000000151 deposition Methods 0.000 title abstract description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 48
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 41
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims abstract description 30
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 claims abstract description 29
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 25
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 22
- 238000005268 plasma chemical vapour deposition Methods 0.000 claims abstract description 19
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 claims abstract description 15
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 claims abstract description 14
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 claims abstract description 14
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000005498 polishing Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 39
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 24
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 22
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 17
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 15
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims description 14
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 8
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052756 noble gas Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000008021 deposition Effects 0.000 abstract description 3
- 230000007774 longterm Effects 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 33
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 13
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 12
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 10
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 238000009661 fatigue test Methods 0.000 description 7
- 210000002381 plasma Anatomy 0.000 description 7
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 6
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 5
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 5
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 5
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 description 4
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 3
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 3
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 2
- OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N Ethane Chemical compound CC OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 description 1
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 description 1
- 239000002199 base oil Substances 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 239000004519 grease Substances 0.000 description 1
- -1 hydrocarbon ions Chemical class 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000010705 motor oil Substances 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
- C23C16/26—Deposition of carbon only
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
【課題】潤滑剤の存在下で転がり摺動する部材に対しても、基材からの剥離を抑制して、長期間にわたって優れた摺動性を維持することができる硬質炭素膜とその成膜方法を提供する。【解決手段】基材上の潤滑剤が接触する部位の少なくとも一部を被覆する硬質炭素膜であって、１つ以上の角を備えた孔が、表面に複数形成されている硬質炭素膜。基材上に、硬質炭素膜を形成する硬質炭素膜形成工程と、形成された硬質炭素膜に対して、複数の孔を形成する孔形成工程とを備えており、硬質炭素膜形成工程が、炭化水素を原料とするプラズマＣＶＤ法による成膜と、固形炭素をスパッタカソードに用いたスパッタ法による成膜とを、同一真空チャンバー内で並行して行う複合プロセス工程であり、孔形成工程が、スパッタカソードから発生して硬質炭素膜の表面に定着した炭素フレークを、研磨、除去することにより、孔を形成する工程である硬質炭素膜の成膜方法。【選択図】図１
Description
本発明は、硬質炭素膜とその成膜方法に関する。
硬質炭素（ＤＬＣ：ダイヤモンドライクカーボン）膜は、低摩擦性・高耐摩耗性・低凝集性（耐焼き付き性）など、優れた摺動特性を有しているため、例えば、機械・装置、金型、切削工具および自動車部品などの摺動部材として広く用いられている。
しかしながら、このような硬質炭素膜を潤滑剤の存在下で使用した場合、摺動部が貧潤滑な状態となると硬質炭素膜の摺動性が低下して、基材から剥離し、最終的には疲労破壊により部材が損傷される恐れがある。
また、近年の潤滑剤の低粘度化に伴い、このような貧潤滑状態が短時間で発生するようになっている。
これらの理由から、貧潤滑状態の発生を遅らせることにより、硬質炭素膜の基材からの剥離を抑制して、長期間にわたって摺動性を維持することができる硬質炭素膜について、種々の技術が提案されている。
例えば、特許文献１には、硬質炭素膜に潤滑剤溜が形成され、潤滑剤溜の側壁面と硬質炭素膜の外表面とのなす角度を９０度より大きくすることが提案されている。そして、特許文献２には、粒状凹凸を密集して形成させることが提案されている。また、特許文献３には、摺動面に凹部を形成させて、この凹部の内面を覆うように親油性物質からなる被膜を形成させることが提案され、特許文献４には、硬質炭素膜にプラズマエッチング等を用いて凹部を形成させることが提案されている。
これらの技術は、基本的に、摺動部とは直接接触しない凹みを形成させて、この凹みに潤滑剤を溜めることにより、潤滑剤の枯渇を遅らせ、貧潤滑状態の発生を抑制する技術である。
しかしながら、上記した各技術は、一般的な摺動に対してある程度の効果は発揮されるものの、未だ十分とは言えず、特に、エンジン部材などの転がり摺動する部材に対しては、長期間にわたる摺動性の維持が不十分であり、改善の要請が強くなっている。
そこで、本発明は、潤滑剤の存在下で転がり摺動する部材に対しても、基材からの剥離を抑制して、長期間にわたって優れた摺動性を維持することができる硬質炭素膜とその成膜方法を提供することを課題とする。
本発明者は、上記の課題を解決するため鋭意検討を行った結果、以下に記載する発明により上記の課題が解決できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
請求項１に記載の発明は、
基材上の潤滑剤が接触する部位の少なくとも一部を被覆する硬質炭素膜であって、
１つ以上の角を備えた孔が、表面に複数形成されていることを特徴とする硬質炭素膜である。
基材上の潤滑剤が接触する部位の少なくとも一部を被覆する硬質炭素膜であって、
１つ以上の角を備えた孔が、表面に複数形成されていることを特徴とする硬質炭素膜である。
請求項２に記載の発明は、
前記孔の最長部の長さが、１０～２００μｍであることを特徴とする請求項１に記載の硬質炭素膜である。
前記孔の最長部の長さが、１０～２００μｍであることを特徴とする請求項１に記載の硬質炭素膜である。
請求項３に記載の発明は、
前記孔の膜表面に占める比率が、７～２３％であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の硬質炭素膜である。
前記孔の膜表面に占める比率が、７～２３％であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の硬質炭素膜である。
請求項４に記載の発明は、
表面の算術平均粗さＲａが、０．０１～０．０７μｍであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の硬質炭素膜である。
表面の算術平均粗さＲａが、０．０１～０．０７μｍであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の硬質炭素膜である。
請求項５に記載の発明は、
前記孔の最大谷深さＲｖが、０．０４～０．２３μｍであることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の硬質炭素膜である。
前記孔の最大谷深さＲｖが、０．０４～０．２３μｍであることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の硬質炭素膜である。
請求項６に記載の発明は、
前記孔の油溜り深さＲｖｋが、０．０３～０．３５μｍであることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の硬質炭素膜である。
前記孔の油溜り深さＲｖｋが、０．０３～０．３５μｍであることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の硬質炭素膜である。
請求項７に記載の発明は、
前記基材上に形成された中間層上に形成されており、
前記中間層が、クロムまたはタングステンを含む金属含有硬質炭素層であることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の硬質炭素膜である。
前記基材上に形成された中間層上に形成されており、
前記中間層が、クロムまたはタングステンを含む金属含有硬質炭素層であることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の硬質炭素膜である。
請求項８に記載の発明は、
前記基材が、基材本体部、および、前記基材本体部上に形成されたクロムまたはタングステンの金属下地層から構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の硬質炭素膜である。
前記基材が、基材本体部、および、前記基材本体部上に形成されたクロムまたはタングステンの金属下地層から構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の硬質炭素膜である。
請求項９に記載の発明は、
請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の硬質炭素膜の成膜方法であって、
前記基材上に、硬質炭素膜を形成する硬質炭素膜形成工程と、
形成された前記硬質炭素膜に対して、複数の前記孔を形成する孔形成工程とを備えており、
前記硬質炭素膜形成工程が、炭化水素を原料とするプラズマＣＶＤ法による成膜と、固形炭素をスパッタカソードに用いたスパッタ法による成膜とを、同一真空チャンバー内で並行して行う複合プロセス工程であり、
前記孔形成工程が、前記スパッタカソードから発生して前記硬質炭素膜の表面に定着した炭素フレークを、研磨、除去することにより、前記孔を形成する工程であることを特徴とする硬質炭素膜の成膜方法である。
請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の硬質炭素膜の成膜方法であって、
前記基材上に、硬質炭素膜を形成する硬質炭素膜形成工程と、
形成された前記硬質炭素膜に対して、複数の前記孔を形成する孔形成工程とを備えており、
前記硬質炭素膜形成工程が、炭化水素を原料とするプラズマＣＶＤ法による成膜と、固形炭素をスパッタカソードに用いたスパッタ法による成膜とを、同一真空チャンバー内で並行して行う複合プロセス工程であり、
前記孔形成工程が、前記スパッタカソードから発生して前記硬質炭素膜の表面に定着した炭素フレークを、研磨、除去することにより、前記孔を形成する工程であることを特徴とする硬質炭素膜の成膜方法である。
請求項１０に記載の発明は、
請求項７に記載の硬質炭素膜の成膜方法であって、
前記基材上に、中間層として、クロムまたはタングステンを含む金属含有硬質炭素層を形成する中間層形成工程と、
前記中間層上に、硬質炭素膜を形成する硬質炭素膜形成工程と、
形成された前記硬質炭素膜に対して、複数の前記孔を形成する孔形成工程とを備えており、
前記中間層形成工程が、炭化水素を原料とするプラズマＣＶＤ法による成膜と、クロムまたはタングステンをスパッタカソードに用いたスパッタ法による成膜とを、同一真空チャンバー内で並行して行う複合プロセス工程であり、
前記硬質炭素膜形成工程が、炭化水素を原料とするプラズマＣＶＤ法による成膜と、固形炭素をスパッタカソードに用いたスパッタ法による成膜とを、同一真空チャンバー内で並行して行う複合プロセス工程であり、
前記孔形成工程が、前記中間層形成工程において前記スパッタカソードの表面に付着した炭素被膜が崩れて発生した炭素片を除去することにより、前記孔を形成する工程であることを特徴とする硬質炭素膜の成膜方法である。
請求項７に記載の硬質炭素膜の成膜方法であって、
前記基材上に、中間層として、クロムまたはタングステンを含む金属含有硬質炭素層を形成する中間層形成工程と、
前記中間層上に、硬質炭素膜を形成する硬質炭素膜形成工程と、
形成された前記硬質炭素膜に対して、複数の前記孔を形成する孔形成工程とを備えており、
前記中間層形成工程が、炭化水素を原料とするプラズマＣＶＤ法による成膜と、クロムまたはタングステンをスパッタカソードに用いたスパッタ法による成膜とを、同一真空チャンバー内で並行して行う複合プロセス工程であり、
前記硬質炭素膜形成工程が、炭化水素を原料とするプラズマＣＶＤ法による成膜と、固形炭素をスパッタカソードに用いたスパッタ法による成膜とを、同一真空チャンバー内で並行して行う複合プロセス工程であり、
前記孔形成工程が、前記中間層形成工程において前記スパッタカソードの表面に付着した炭素被膜が崩れて発生した炭素片を除去することにより、前記孔を形成する工程であることを特徴とする硬質炭素膜の成膜方法である。
請求項１１に記載の発明は、
基材本体部上に、クロムまたはタングステンの金属下地層を形成して前記基材を形成する基材形成工程が設けられていることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の硬質炭素膜の成膜方法である。
基材本体部上に、クロムまたはタングステンの金属下地層を形成して前記基材を形成する基材形成工程が設けられていることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の硬質炭素膜の成膜方法である。
請求項１２に記載の発明は、
前記基材の表面を、予め、水素ガス、酸素ガスおよび希ガスから成る群より選ばれた少なくとも１種のガスのプラズマに曝すことによりクリーニングすることを特徴とする請求項９ないし請求項１１のいずれか１項に記載の硬質炭素膜の成膜方法である。
前記基材の表面を、予め、水素ガス、酸素ガスおよび希ガスから成る群より選ばれた少なくとも１種のガスのプラズマに曝すことによりクリーニングすることを特徴とする請求項９ないし請求項１１のいずれか１項に記載の硬質炭素膜の成膜方法である。
本発明によれば、潤滑剤の存在下で転がり摺動する部材に対しても、基材からの剥離を抑制して、長期間にわたって優れた摺動性を維持することができる硬質炭素膜とその成膜方法を提供することができる。
［１］本発明に係る硬質炭素膜
１．硬質炭素膜の概要
はじめに、本発明に係る硬質炭素膜（以下、「ＤＬＣ膜」ともいう）の概要について説明する。本発明に係る硬質炭素膜は、基材上の潤滑剤が接触する部位の少なくとも一部を被覆する硬質炭素膜であって、１つ以上の角を備えた孔が、硬質炭素膜の表面に複数形成されていることを特徴としている。
１．硬質炭素膜の概要
はじめに、本発明に係る硬質炭素膜（以下、「ＤＬＣ膜」ともいう）の概要について説明する。本発明に係る硬質炭素膜は、基材上の潤滑剤が接触する部位の少なくとも一部を被覆する硬質炭素膜であって、１つ以上の角を備えた孔が、硬質炭素膜の表面に複数形成されていることを特徴としている。
潤滑剤の存在下、硬質炭素膜の表面に設けられた複数の孔は、それぞれ、潤滑剤を保持することができ、摺動面に潤滑剤を供給するオイルポケットの役割を果たすことができるため、潤滑剤の存在下で転がり摺動する部材が繰り返し接触した場合でも、摺動面において潤滑剤が枯渇するようなことが抑制される。この結果、長期間にわたって、基材からの剥離を抑制し、摺動性や転がり摩耗耐性の低下を抑制することができるため、長期間にわたって優れた摺動性を維持することができる。
そして、本発明においては、アーク蒸着法などで成膜時に生じる円形のドロップレットとは異なり、各孔に、１つ以上の角を備えている。孔に１つ以上の角を備えることによって、単純な円形の凹みと比べて部品に使用される潤滑剤を保持しやすくすることができるため、従来の円形の凹みが設けられただけの硬質炭素膜に比べて、遥かに長期間にわたって優れた摺動性を維持することができる。なお、潤滑剤としては、エンジンオイル、低粘度オイル、冷凍基油、グリスなどが挙げられる。
［２］具体的な実施の形態
以下、本発明について、実施の形態に基づき、図面を用いて具体的に説明する。
以下、本発明について、実施の形態に基づき、図面を用いて具体的に説明する。
１．硬質炭素膜
（１）表面の状態
はじめに、硬質炭素膜の表面状態について説明する。図１は、本実施の形態に係るＤＬＣ膜の表面ＳＥＭ画像であり、後述する実施例における試料ＡのＤＬＣ膜の表面を撮影したものである。図１に示すように、ＤＬＣ膜の表面には多数の微細な孔が形成されており、孔はＤＬＣ膜の表面にほぼ一様に分布している。また、個々の孔は、膜を表面から見た時に円形ではなく不定形であり、１個または複数個の角部を有している。
（１）表面の状態
はじめに、硬質炭素膜の表面状態について説明する。図１は、本実施の形態に係るＤＬＣ膜の表面ＳＥＭ画像であり、後述する実施例における試料ＡのＤＬＣ膜の表面を撮影したものである。図１に示すように、ＤＬＣ膜の表面には多数の微細な孔が形成されており、孔はＤＬＣ膜の表面にほぼ一様に分布している。また、個々の孔は、膜を表面から見た時に円形ではなく不定形であり、１個または複数個の角部を有している。
角を有する孔は、従来形成されていた角のない孔よりも潤滑剤の保持機能に優れており、また、サイズが大きいため、オイルポケットとして優れた機能を発揮して、より多量の潤滑剤を溜めることができる。
（２）構成
ＤＬＣ膜の種類および膜厚は、特に限定されず、公知のＤＬＣ膜を公知の膜厚で使用することはできる。
ＤＬＣ膜の種類および膜厚は、特に限定されず、公知のＤＬＣ膜を公知の膜厚で使用することはできる。
具体的には、例えば、水素含有率が５～２５ａｔ％の含水素ＤＬＣ（ａ－Ｃ：Ｈ）で、膜厚が数ｎｍ～数μｍのＤＬＣ膜が挙げられる。
また、例えば、基材（母材）との密着性を良くし、かつ摩擦係数を低減させるため、水素含有比率が例えば５ａｔ％未満の低水素あるいは無水素ＤＬＣ（ａ－Ｃ）製の下層と、上記含水素ＤＬＣ（ａ－Ｃ：Ｈ）製の上層からなる２層構造としてもよい。
２．ＤＬＣ膜の成膜方法
次に、ＤＬＣ膜の成膜方法について説明する。図２は、本実施の形態に係るＤＬＣ膜の形態を模式的に示す断面図であり、（ａ）は孔形成前の状態、（ｂ）は孔形成後の状態を示している。図２において、１はＤＬＣ膜、２は基材、Ｆは炭素フレーク（以下、単に「フレーク」ともいう）、Ｈは孔である。なお、図２においては、ＤＬＣ膜１と基材２の間に、下地３が形成されている。
次に、ＤＬＣ膜の成膜方法について説明する。図２は、本実施の形態に係るＤＬＣ膜の形態を模式的に示す断面図であり、（ａ）は孔形成前の状態、（ｂ）は孔形成後の状態を示している。図２において、１はＤＬＣ膜、２は基材、Ｆは炭素フレーク（以下、単に「フレーク」ともいう）、Ｈは孔である。なお、図２においては、ＤＬＣ膜１と基材２の間に、下地３が形成されている。
図２（ａ）に示すように、孔を形成する前のＤＬＣ膜１にはフレークＦが、一部がＤＬＣ膜１に埋め込まれた状態で定着されており、表面から突出した部分は極薄いＤＬＣ膜１で覆われている。フレークＦは、ＤＬＣ膜１との定着力が弱いため、突出部に小さな外力が加えられるだけでフレークＦを容易にＤＬＣ膜１から離脱させることができる。そして、フレークＦを離脱させた痕には、図２（ｂ）に示すように、フレークＦと同形同サイズの孔Ｈが形成される。
図２（ａ）に示した孔形成前のＤＬＣ膜は、炭化水素を原料とするプラズマＣＶＤと、固形炭素をスパッタカソードに用いたスパッタによる成膜とを、同一真空チャンバー内で並行して行う複合プロセスにより形成される。
図３は成膜装置の一例を示す概略図である。そして、図４はＤＬＣ膜の成膜工程において炭素フレークの発生の様子を示す模式図である。また、図５は炭素フレークの発生機構を説明する概念図である。図３～図５において、４は成膜装置、４１は真空チャンバー、４２はスパッタカソードである。また、２は前記したように基材である。
図３に示すように、成膜装置４は、円形の底面の円の中心で回転可能に支持された円筒状の真空チャンバー４１と、真空チャンバー４１の側壁面に固定されたスパッタカソード４２と、円形の基材支持台、およびバイアス電源を備えている。なお、真空チャンバー４１は、給気口と排気口を備えている。
成膜に際しては、まず、真空チャンバー４１内の気体を排気し、その後、Ａｒとメタンやエタンなどの炭化水素の混合ガスを供給して、真空チャンバー４１内を所定のガス圧力に保つ。次に、スパッタカソード４２に所定電圧のＤＣ、またはパルス状のバイアス電圧を印加して、スパッタカソード４２の内側にＡｒプラズマを発生させる。この発生したＡｒプラズマにより、炭化水素がプラズマ化されて炭化水素イオンが生成され、基材２およびスパッタカソード４２の表面に、ＤＬＣ膜が層となって堆積する。
このとき、図４、図５に示すように、スパッタカソード４２の表面は、同時に、Ａｒプラズマによってスパッタされるため、堆積したＤＬＣ層に崩れが発生する。崩れたＤＬＣは、フレークＦとなって周囲に飛散し、対向する基材２のＤＬＣ膜形成面に付着し、定着される。
なお、成膜に際して、（必要に応じて下地が形成された）複数の基材２は、基材支持台の周縁に等間隔で回転可能に立設される。そして、成膜時には、真空チャンバー４１および基材２を回転させる。これにより、全ての基材２が一定距離、一定時間、等間隔でスパッタカソード４２と対向させることができる。また、基材２の側面全体を、同一条件の下でスパッタカソードと対向させることができる。
ＤＬＣ膜の形成面に付着、定着されたフレークＦは、その後、ＤＬＣ膜表面をラッピング加工などの手法で研磨することにより、除去され、その痕に孔が形成される。
３．従来のＤＬＣ膜との形状の比較
本実施の形態のＤＬＣ膜は、前記のように、膜を表面から見た時に個々の孔は、円形ではなく不定形で、１個または複数個の角部を有し、さらに孔のサイズが大きいという特徴を有している。このことを明らかにするため、従来のＤＬＣ膜との比較を行った。図６および図７に、従来のＤＬＣ膜の表面ＳＥＭ画像を示す。図６はアーク蒸着、図７はプラズマＣＶＤで成膜されたＤＬＣ膜の表面ＳＥＭ画像であり、それぞれ後述する実施例における試料Ｂ、試料Ｃの表面を撮影したものである。
本実施の形態のＤＬＣ膜は、前記のように、膜を表面から見た時に個々の孔は、円形ではなく不定形で、１個または複数個の角部を有し、さらに孔のサイズが大きいという特徴を有している。このことを明らかにするため、従来のＤＬＣ膜との比較を行った。図６および図７に、従来のＤＬＣ膜の表面ＳＥＭ画像を示す。図６はアーク蒸着、図７はプラズマＣＶＤで成膜されたＤＬＣ膜の表面ＳＥＭ画像であり、それぞれ後述する実施例における試料Ｂ、試料Ｃの表面を撮影したものである。
図６に示すように、アーク蒸着で成膜されたＤＬＣ膜の表面は、多数の孔の存在が認められるものの、その形状は円形で角がなく、サイズも小さい。そして、図７に示すように、プラズマＣＶＤで成膜されたＤＬＣ膜の表面は、孔は皆無ではないが極めて少数であり、その形状は円形で角がなく、サイズも小さい。
４．好ましい態様
本実施の形態において、上記したＤＬＣ膜およびその成膜方法は、以下の態様をとることが好ましい。
本実施の形態において、上記したＤＬＣ膜およびその成膜方法は、以下の態様をとることが好ましい。
（１）ＤＬＣ膜における好ましい形態
ＤＬＣ膜は、以下に示す各態様をとることが好ましい。
ＤＬＣ膜は、以下に示す各態様をとることが好ましい。
（ａ）孔のサイズ
孔Ｈのサイズは、最長部の長さが、１０～２００μｍであることが好ましい。これにより、孔を潤滑剤溜りとして、適切に機能させることができる。
孔Ｈのサイズは、最長部の長さが、１０～２００μｍであることが好ましい。これにより、孔を潤滑剤溜りとして、適切に機能させることができる。
（ｂ）孔の膜表面に占める比率
孔Ｈの膜表面に占める比率（面積比率）は、７～２３％であることが好ましい。これにより、潤滑剤溜りとしての孔から、適切に潤滑剤を供給することができる。なお、孔Ｈの膜表面に占める比率は、例えば膜表面のマイクロスコープによる撮像データの総ピクセル数に対する孔Ｈのピクセル数の比率で求められる。
孔Ｈの膜表面に占める比率（面積比率）は、７～２３％であることが好ましい。これにより、潤滑剤溜りとしての孔から、適切に潤滑剤を供給することができる。なお、孔Ｈの膜表面に占める比率は、例えば膜表面のマイクロスコープによる撮像データの総ピクセル数に対する孔Ｈのピクセル数の比率で求められる。
（ｃ）表面粗さ
ＤＬＣ膜の表面の算術平均粗さＲａは、０．０１～０．０７μｍであることが好ましい。これにより、ＤＬＣ膜の摺動特性を適切に発揮させることができる。なお、「算術平均粗さＲａ」とは、ＪＩＳ Ｂ６０１：２０１３に準拠する方法で測定された表面粗さにおける算術平均粗さを指している。
ＤＬＣ膜の表面の算術平均粗さＲａは、０．０１～０．０７μｍであることが好ましい。これにより、ＤＬＣ膜の摺動特性を適切に発揮させることができる。なお、「算術平均粗さＲａ」とは、ＪＩＳ Ｂ６０１：２０１３に準拠する方法で測定された表面粗さにおける算術平均粗さを指している。
（ｄ）孔の最大谷深さ
孔の最大谷深さＲｖは、０．０４～０．２３μｍであることが好ましい。これにより、孔を潤滑剤溜りとして、適切に機能させることができる。なお、「最大谷深さＲｖ」とは、ＪＩＳ Ｂ６０１：２０１３に準拠する方法で測定された表面粗さにおける最大谷深さを指している。
孔の最大谷深さＲｖは、０．０４～０．２３μｍであることが好ましい。これにより、孔を潤滑剤溜りとして、適切に機能させることができる。なお、「最大谷深さＲｖ」とは、ＪＩＳ Ｂ６０１：２０１３に準拠する方法で測定された表面粗さにおける最大谷深さを指している。
（ｅ）孔の油溜り深さ
孔の油溜り深さＲｖｋは、０．０３～０．３５μｍであることが好ましい。これにより、孔を潤滑剤溜りとして、適切に機能させることができる。なお、「孔の油溜り深さＲｖｋ」とは、ＪＩＳ Ｂ６０１：２０１３に準拠する方法で測定された表面粗さにおける突出谷部深さを指している。
孔の油溜り深さＲｖｋは、０．０３～０．３５μｍであることが好ましい。これにより、孔を潤滑剤溜りとして、適切に機能させることができる。なお、「孔の油溜り深さＲｖｋ」とは、ＪＩＳ Ｂ６０１：２０１３に準拠する方法で測定された表面粗さにおける突出谷部深さを指している。
（ｆ）膜の構成
ＤＬＣ膜は、基材上に接着層としてクロム（Ｃｒ）またはタングステン（Ｗ）などを含む金属下地層を形成した後、中間層として形成されたクロム（Ｃｒ）またはタングステン（Ｗ）を含む金属含有硬質炭素層の上に形成されていることが好ましい。これにより、ＤＬＣ膜と基材の密着性を向上させることができる。
ＤＬＣ膜は、基材上に接着層としてクロム（Ｃｒ）またはタングステン（Ｗ）などを含む金属下地層を形成した後、中間層として形成されたクロム（Ｃｒ）またはタングステン（Ｗ）を含む金属含有硬質炭素層の上に形成されていることが好ましい。これにより、ＤＬＣ膜と基材の密着性を向上させることができる。
（ｇ）基材
本実施の形態において、基材としては、基材本体部、および、前記基材本体部上に形成されたＣｒまたはＷの金属下地層から構成されている基材を使用することが好ましい。これにより、ＤＬＣ膜を基材とより密着させることができる。なお、金属下地層の厚みとしては、０．２～０．７μｍ程度が好ましく、例えば、スパッタ蒸着法やアーク蒸着法を用いて形成することができる。
本実施の形態において、基材としては、基材本体部、および、前記基材本体部上に形成されたＣｒまたはＷの金属下地層から構成されている基材を使用することが好ましい。これにより、ＤＬＣ膜を基材とより密着させることができる。なお、金属下地層の厚みとしては、０．２～０．７μｍ程度が好ましく、例えば、スパッタ蒸着法やアーク蒸着法を用いて形成することができる。
（２）ＤＬＣ膜の成膜方法における好ましい形態
ＤＬＣ膜の成膜方法は、以下に示す各態様をとることが好ましい。
ＤＬＣ膜の成膜方法は、以下に示す各態様をとることが好ましい。
（ａ）ＤＬＣ膜の形成
前記したように、ＤＬＣ膜は、基材上に中間層として形成されたクロム（Ｃｒ）またはタングステン（Ｗ）を含む金属含有硬質炭素層の上に形成されていることが好ましい。図８は、この表層（ＤＬＣ膜）と中間層の２層構造の形成を説明する図である。なお、図８において、１１は表層、１２は中間層である。
前記したように、ＤＬＣ膜は、基材上に中間層として形成されたクロム（Ｃｒ）またはタングステン（Ｗ）を含む金属含有硬質炭素層の上に形成されていることが好ましい。図８は、この表層（ＤＬＣ膜）と中間層の２層構造の形成を説明する図である。なお、図８において、１１は表層、１２は中間層である。
ＤＬＣ膜１の形成に際しては、成膜時にフレークＦをＤＬＣ膜１に定着させ、成膜後、フレーク１をＤＬＣ膜から離脱させることで孔Ｈを形成する。このとき、ＤＬＣ膜１を中間層１２、表層１１の順で形成し、それぞれ以下の方法で形成することが好ましい。
まず、炭化水素を原料とするプラズマＣＶＤ法による成膜と、Ｃｒ又はＷをスパッタカソードに用いたスパッタ法による成膜とを、同一真空チャンバー内で並行して行う複合プロセスにより、中間層１２を形成する。
スパッタカソードにＣｒまたはＷを用いた場合、フレークの発生頻度が飛躍的に増大するため、より多くのフレークＦを定着させることが可能となり、結果として、孔Ｈを効率良く好ましい密度で分布させることができる。
次いで、炭化水素を原料とするプラズマＣＶＤ法による成膜と、固形炭素をスパッタカソードに用いたスパッタ法による成膜とを、同一真空チャンバー内で並行して行う複合プロセスにより表層１１を形成する。
黒鉛を固体原料としたスパッタ法は、成膜方法が遅いという欠点があるが、この炉内に炭化水素ガスを流すと、プラズマＣＶＤ法と同じ原理で硬質炭素膜を成膜でき、炭化水素ガスを流さないスパッタ蒸着法に比べ成膜速度が大幅に向上する。
このため、スパッタ法とプラズマＣＶＤ法を併用する複合プロセスを採用して硬質炭素膜を成膜することにより、それぞれの方法を単独で用いた場合と比較して成膜速度を向上させることができる。
（ｂ）孔の形成
孔Ｈの形成は、成膜されたＤＬＣ膜１に対して、例えば、ラッピング加工などの研磨処理により行うことが好ましい。これにより、表面に付着したフレークＦを、効率良く離脱させることができる。具体的には、ブラシラップ、フィルムラップ、バレル研磨などが適用される。
孔Ｈの形成は、成膜されたＤＬＣ膜１に対して、例えば、ラッピング加工などの研磨処理により行うことが好ましい。これにより、表面に付着したフレークＦを、効率良く離脱させることができる。具体的には、ブラシラップ、フィルムラップ、バレル研磨などが適用される。
（ｃ）孔の面積比率の制御
フレークＦの存在率、即ちフレークＦの膜表面に対する面積比率と、ＤＬＣ膜の膜厚との間には相関性がある。図９は、膜厚が０．８μｍ、１．４μｍ、２．０μｍ、３．８μｍのＤＬＣ膜表面のマイクロスコープによる撮像データから求めたフレークＦの存在率と、ＤＬＣ膜の膜厚との関係を示す図である。図９より、フレークＦの存在率とＤＬＣ膜の膜厚との間には高い相関性があることが分かる。
フレークＦの存在率、即ちフレークＦの膜表面に対する面積比率と、ＤＬＣ膜の膜厚との間には相関性がある。図９は、膜厚が０．８μｍ、１．４μｍ、２．０μｍ、３．８μｍのＤＬＣ膜表面のマイクロスコープによる撮像データから求めたフレークＦの存在率と、ＤＬＣ膜の膜厚との関係を示す図である。図９より、フレークＦの存在率とＤＬＣ膜の膜厚との間には高い相関性があることが分かる。
そして、前記のように、フレークＦの脱離痕が孔Ｈとなるため、膜厚を制御することで孔Ｈの面積比率を所望の値に調整することができる。図１０は、ＤＬＣ膜の孔Ｈ形成後の膜表面のマイクロスコープによる撮像画像であり、（ａ）～（ｄ）は、それぞれ膜厚が０．８μｍ、１．４μｍ、２．０μｍ、３．８μｍのＤＬＣ膜の撮像画像である。これらの撮像データは、膜厚を制御することで孔Ｈの面積比率を調整することが可能であり、膜厚を０．８～３．８μｍに制御することで、孔Ｈの面積比率を好ましい７～２３％に調整できることを示している。
（ｄ）膜の表面粗さの制御
また、ＤＬＣ膜の算術平均粗さＲａ、最大谷深さＲｖ、油溜り深さＲｖｋと、ＤＬＣ膜の膜厚との間には相関性がある。図１１～図１３は、それぞれ膜厚が０．８μｍ、１．４μｍ、２．０μｍ、３．８μｍのＤＬＣ膜の算術平均粗さＲａ、最大谷深さＲｖ、油溜り深さＲｖｋと、膜厚の関係を示す図である。これらの図は、膜厚を制御することで、算術平均粗さＲａ、最大谷深さＲｖ、油溜り深さＲｖｋを調整することが可能であることを示しており、これらの相関性に基づいて、算術平均粗さＲａ、最大谷深さＲｖ、油溜り深さＲｖｋを所望の値に調整することができる。
また、ＤＬＣ膜の算術平均粗さＲａ、最大谷深さＲｖ、油溜り深さＲｖｋと、ＤＬＣ膜の膜厚との間には相関性がある。図１１～図１３は、それぞれ膜厚が０．８μｍ、１．４μｍ、２．０μｍ、３．８μｍのＤＬＣ膜の算術平均粗さＲａ、最大谷深さＲｖ、油溜り深さＲｖｋと、膜厚の関係を示す図である。これらの図は、膜厚を制御することで、算術平均粗さＲａ、最大谷深さＲｖ、油溜り深さＲｖｋを調整することが可能であることを示しており、これらの相関性に基づいて、算術平均粗さＲａ、最大谷深さＲｖ、油溜り深さＲｖｋを所望の値に調整することができる。
（ｅ）基材の前処理
なお、ＤＬＣ膜の形成に際しては、基材の表面を、予め、水素ガス、酸素ガスおよび希ガスから成る群より選ばれた少なくとも１種のガスのプラズマに曝すことによりクリーニングすることが好ましい。これにより、基材の表面の不純物を除去して、クリーンな状態とすることができ、ＤＬＣ膜と基材との密着力を向上させることができる。
なお、ＤＬＣ膜の形成に際しては、基材の表面を、予め、水素ガス、酸素ガスおよび希ガスから成る群より選ばれた少なくとも１種のガスのプラズマに曝すことによりクリーニングすることが好ましい。これにより、基材の表面の不純物を除去して、クリーンな状態とすることができ、ＤＬＣ膜と基材との密着力を向上させることができる。
この方法によれば、前処理後の基材を真空チャンバーから取り出すことなく成膜に移行することができるため、基材表面の汚染を確実に防止でき好ましい。また、前処理と成膜とを連続作業で行うことができるため、効率的である。
次に、実施例に基づき、本発明をより具体的に説明する。
本実施例では、基材上に３種類のＤＬＣ膜を形成した試料を作製し、それぞれの膜の耐剥離性を評価した。
［１］試料の作製
１．基材
表１に示す通り、３０ｍｍ径、３ｍｍ厚のＳＣＭ４１５浸炭（ＨＲＣ６０）で作製した基材を準備した。
１．基材
表１に示す通り、３０ｍｍ径、３ｍｍ厚のＳＣＭ４１５浸炭（ＨＲＣ６０）で作製した基材を準備した。
２．ＤＬＣ膜の形成
（１）試料Ａ
試料Ａは、上記の基材上に、本発明に従い、スパッタ蒸着法とプラズマＣＶＤ法を併用してＤＬＣ膜を作製した試料である。具体的には、以下の設定で成膜し、基材上に膜厚０．８μｍを形成した。
クリーニング工程 ：Ａｒ１５０ｃｃｍ、圧力０．４Ｐａ
フィラメントエミッション電流８Ａ
基板バイアス電圧８００Ｖ
金属下地（Ｃｒ）工程 ：Ａｒ２５０ｃｃｍ、圧力０．９Ｐａ
スパッタ電源出力５ｋＷ
基板バイアス電圧１５０Ｖ
Ｃｒ含有ＤＬＣ（中間層）工程：Ａｒ５００ｃｃｍ、Ｃ２Ｈ２１０～２００ｃｃｍ
圧力０．８～１．０Ｐａ
スパッタ電源出力３ｋＷ
基板バイアス電圧１００～６００Ｖ
ＤＬＣ工程 ：Ａｒ２５０ｃｃｍ、Ｃ２Ｈ２１００ｃｃｍ
圧力０．５Ｐａ
スパッタ電源出力４ｋＷ
基板バイアス電圧５５０Ｖ
（１）試料Ａ
試料Ａは、上記の基材上に、本発明に従い、スパッタ蒸着法とプラズマＣＶＤ法を併用してＤＬＣ膜を作製した試料である。具体的には、以下の設定で成膜し、基材上に膜厚０．８μｍを形成した。
クリーニング工程 ：Ａｒ１５０ｃｃｍ、圧力０．４Ｐａ
フィラメントエミッション電流８Ａ
基板バイアス電圧８００Ｖ
金属下地（Ｃｒ）工程 ：Ａｒ２５０ｃｃｍ、圧力０．９Ｐａ
スパッタ電源出力５ｋＷ
基板バイアス電圧１５０Ｖ
Ｃｒ含有ＤＬＣ（中間層）工程：Ａｒ５００ｃｃｍ、Ｃ２Ｈ２１０～２００ｃｃｍ
圧力０．８～１．０Ｐａ
スパッタ電源出力３ｋＷ
基板バイアス電圧１００～６００Ｖ
ＤＬＣ工程 ：Ａｒ２５０ｃｃｍ、Ｃ２Ｈ２１００ｃｃｍ
圧力０．５Ｐａ
スパッタ電源出力４ｋＷ
基板バイアス電圧５５０Ｖ
（２）試料Ｂ
試料Ｂは、上記の基材上に、アーク蒸着法によりＤＬＣ膜を作製した試料である。具体的には、以下の設定で成膜し、基材上に膜厚１．０μｍを形成した。
クリーニング工程 ：Ａｒ２００ｃｃｍ、圧力１．０Ｐａ
基板バイアス電圧１０００Ｖ
金属下地（Ｃｒ）工程：Ａｒ１０ｃｃｍ、圧力０．１Ｐａ
アーク電流４５Ａ
基板バイアス電圧４００Ｖ
ＤＬＣ工程 ：Ａｒ１０ｃｃｍ、圧力０．１Ｐａ
アーク電流４５Ａ
基板バイアス電圧４５Ｖ
試料Ｂは、上記の基材上に、アーク蒸着法によりＤＬＣ膜を作製した試料である。具体的には、以下の設定で成膜し、基材上に膜厚１．０μｍを形成した。
クリーニング工程 ：Ａｒ２００ｃｃｍ、圧力１．０Ｐａ
基板バイアス電圧１０００Ｖ
金属下地（Ｃｒ）工程：Ａｒ１０ｃｃｍ、圧力０．１Ｐａ
アーク電流４５Ａ
基板バイアス電圧４００Ｖ
ＤＬＣ工程 ：Ａｒ１０ｃｃｍ、圧力０．１Ｐａ
アーク電流４５Ａ
基板バイアス電圧４５Ｖ
（３）試料Ｃ
試料Ｃは、上記の基材上に、プラズマＣＶＤによりＤＬＣ膜を作製した試料である。具体的には、以下の設定で成膜し、基材上に膜厚３．０μｍを形成した。
クリーニング工程 ：Ａｒ５０ｃｃｍ、圧力０．２Ｐａ
放電電流２０Ａ、電磁コイル通電電流５Ａ
基板バイアス電圧５００Ｖ
スパッタ工程 ：Ａｒ５０ｃｃｍ、圧力０．３Ｐａ
放電電流２０Ａ、電磁コイル通電電流０Ａ
基板バイアス電圧１００Ｖ
時間４０分
Ｓｉ含有ＤＬＣ工程：Ａｒ５０ｃｃｍ、ＴＭＳ１００ｃｃｍ、Ｃ２Ｈ２１００ｃｃｍ
圧力０．１Ｐａ
放電電流２０Ａ、電磁コイル通電電流５Ａ
基板バイアス５００Ｖ
ＤＬＣ工程 ：Ａｒ５０ｃｃｍ、Ｃ２Ｈ２１００ｃｃｍ、圧力０．１Ｐａ
放電電流２０Ａ、電磁コイル通電電流５Ａ
基板バイアス５００Ｖ
試料Ｃは、上記の基材上に、プラズマＣＶＤによりＤＬＣ膜を作製した試料である。具体的には、以下の設定で成膜し、基材上に膜厚３．０μｍを形成した。
クリーニング工程 ：Ａｒ５０ｃｃｍ、圧力０．２Ｐａ
放電電流２０Ａ、電磁コイル通電電流５Ａ
基板バイアス電圧５００Ｖ
スパッタ工程 ：Ａｒ５０ｃｃｍ、圧力０．３Ｐａ
放電電流２０Ａ、電磁コイル通電電流０Ａ
基板バイアス電圧１００Ｖ
時間４０分
Ｓｉ含有ＤＬＣ工程：Ａｒ５０ｃｃｍ、ＴＭＳ１００ｃｃｍ、Ｃ２Ｈ２１００ｃｃｍ
圧力０．１Ｐａ
放電電流２０Ａ、電磁コイル通電電流５Ａ
基板バイアス５００Ｖ
ＤＬＣ工程 ：Ａｒ５０ｃｃｍ、Ｃ２Ｈ２１００ｃｃｍ、圧力０．１Ｐａ
放電電流２０Ａ、電磁コイル通電電流５Ａ
基板バイアス５００Ｖ
［２］耐剥離性の評価
次に、各試料のＤＬＣ膜の密着性を、ベアリングによる転動試験（スラスト試験）により評価した。
次に、各試料のＤＬＣ膜の密着性を、ベアリングによる転動試験（スラスト試験）により評価した。
１．試験方法
試験は、図１４に示すスラスト試験機を使用して行った。具体的には、ＤＬＣ膜が形成された各試料５４のＤＬＣ膜の表面に所定量の潤滑剤を供給した後、一定荷重で軌道輪５２に装着された鋼球５１を押し付け、軌道輪５２を同一軌道に沿って転動周回させ、鋼球５１の周回軌道部にあらかじめ定めた回数、繰り返し荷重を与えることにより行った。試験条件の詳細を表１に示す。
試験は、図１４に示すスラスト試験機を使用して行った。具体的には、ＤＬＣ膜が形成された各試料５４のＤＬＣ膜の表面に所定量の潤滑剤を供給した後、一定荷重で軌道輪５２に装着された鋼球５１を押し付け、軌道輪５２を同一軌道に沿って転動周回させ、鋼球５１の周回軌道部にあらかじめ定めた回数、繰り返し荷重を与えることにより行った。試験条件の詳細を表１に示す。
２．試験結果
（１）成膜時の表面状態
成膜時の各試料の表面状態を示すＳＥＭ画像として、図１に試料Ａ、図６に試料Ｂ、図７に試料Ｃの表面状態を示す。
（１）成膜時の表面状態
成膜時の各試料の表面状態を示すＳＥＭ画像として、図１に試料Ａ、図６に試料Ｂ、図７に試料Ｃの表面状態を示す。
図１より、アーク蒸着法とプラズマＣＶＤ法の併用の場合には、１つ以上の角がある孔が形成されていることが分かる。そして、図６より、アーク蒸着法の場合には、角のない小さい粒状（球状）の凹みが形成されていることが分かる。また、図７より、プラズマＣＶＤ法の場合には、図６よりさらに小さい粒状（球状）の凹みが形成されていることが分かる。
（２）スラスト試験結果
スラスト試験の結果を図１５に示す。図１５は、スラスト試験後の各試料の軌道部分の表面ＳＥＭ画像である。
スラスト試験の結果を図１５に示す。図１５は、スラスト試験後の各試料の軌道部分の表面ＳＥＭ画像である。
図１５より、実施例である試料Ａの場合、２２．５万回疲労試験、１２６万回疲労試験の双方でＤＬＣ膜の剥離が発生しないことが確認できた。このような優れた耐疲労性能が得られたのは、疲労試験中、潤滑剤による潤滑機能が維持され、転動接触による摩擦が低く抑えられたため、結果としてＤＬＣ膜同士およびＤＬＣ膜と基材との界面に発生する応力が抑制されたためである。
一方、試料Ｂの場合には、２２．５万回疲労試験では剥離が発生しなかったが、１２６万回疲労試験では軌道部のＤＬＣ膜の全周において剥離した。
また、試料Ｃの場合には、２２．５万回疲労試験で、既に軌道部の一部でＤＬＣ膜が剥離し、１２６万回疲労試験では軌道部のＤＬＣ膜の全周で剥離した。
以上の結果、本発明に従い、アーク蒸着法とプラズマＣＶＤを併用して、孔に１つ以上の角があるＤＬＣ膜を成膜することにより、優れた性能を有する膜が得られることが確認できた。
以上、本発明を実施の形態に基づき説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一および均等の範囲内において、上記の実施の形態に対して種々の変更を加えることが可能である。
１ ＤＬＣ膜
２ 基材
３ 下地
４ 成膜装置
１１ 表層
１２ 中間層
４１ 真空チャンバー
４２ スパッタカソード
５１ 鋼球
５２ 軌道輪
５３ オイル
５４ 試料
Ｆ 炭素フレーク（フレーク）
Ｈ 孔
２ 基材
３ 下地
４ 成膜装置
１１ 表層
１２ 中間層
４１ 真空チャンバー
４２ スパッタカソード
５１ 鋼球
５２ 軌道輪
５３ オイル
５４ 試料
Ｆ 炭素フレーク（フレーク）
Ｈ 孔
Claims (12)
- 基材上の潤滑剤が接触する部位の少なくとも一部を被覆する硬質炭素膜であって、
１つ以上の角を備えた孔が、表面に複数形成されていることを特徴とする硬質炭素膜。 - 前記孔の最長部の長さが、１０～２００μｍであることを特徴とする請求項１に記載の硬質炭素膜。
- 前記孔の膜表面に占める比率が、７～２３％であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の硬質炭素膜。
- 表面の算術平均粗さＲａが、０．０１～０．０７μｍであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の硬質炭素膜。
- 前記孔の最大谷深さＲｖが、０．０４～０．２３μｍであることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の硬質炭素膜。
- 前記孔の油溜り深さＲｖｋが、０．０３～０．３５μｍであることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の硬質炭素膜。
- 前記基材上に形成された中間層上に形成されており、
前記中間層が、クロムまたはタングステンを含む金属含有硬質炭素層であることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の硬質炭素膜。 - 前記基材が、基材本体部、および、前記基材本体部上に形成されたクロムまたはタングステンの金属下地層から構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の硬質炭素膜。
- 請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の硬質炭素膜の成膜方法であって、
前記基材上に、硬質炭素膜を形成する硬質炭素膜形成工程と、
形成された前記硬質炭素膜に対して、複数の前記孔を形成する孔形成工程とを備えており、
前記硬質炭素膜形成工程が、炭化水素を原料とするプラズマＣＶＤ法による成膜と、固形炭素をスパッタカソードに用いたスパッタ法による成膜とを、同一真空チャンバー内で並行して行う複合プロセス工程であり、
前記孔形成工程が、前記スパッタカソードから発生して前記硬質炭素膜の表面に定着した炭素フレークを、研磨、除去することにより、前記孔を形成する工程であることを特徴とする硬質炭素膜の成膜方法。 - 請求項７に記載の硬質炭素膜の成膜方法であって、
前記基材上に、中間層として、クロムまたはタングステンを含む金属含有硬質炭素層を形成する中間層形成工程と、
前記中間層上に、硬質炭素膜を形成する硬質炭素膜形成工程と、
形成された前記硬質炭素膜に対して、複数の前記孔を形成する孔形成工程とを備えており、
前記中間層形成工程が、炭化水素を原料とするプラズマＣＶＤ法による成膜と、クロムまたはタングステンをスパッタカソードに用いたスパッタ法による成膜とを、同一真空チャンバー内で並行して行う複合プロセス工程であり、
前記硬質炭素膜形成工程が、炭化水素を原料とするプラズマＣＶＤ法による成膜と、固形炭素をスパッタカソードに用いたスパッタ法による成膜とを、同一真空チャンバー内で並行して行う複合プロセス工程であり、
前記孔形成工程が、前記中間層形成工程において前記スパッタカソードの表面に付着した炭素被膜が崩れて発生した炭素片を除去することにより、前記孔を形成する工程であることを特徴とする硬質炭素膜の成膜方法。 - 基材本体部上に、クロムまたはタングステンの金属下地層を形成して前記基材を形成する基材形成工程が設けられていることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の硬質炭素膜の成膜方法。
- 前記基材の表面を、予め、水素ガス、酸素ガスおよび希ガスから成る群より選ばれた少なくとも１種のガスのプラズマに曝すことによりクリーニングすることを特徴とする請求項９ないし請求項１１のいずれか１項に記載の硬質炭素膜の成膜方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020215260A JP2022100954A (ja) | 2020-12-24 | 2020-12-24 | 硬質炭素膜とその成膜方法 |
| PCT/JP2021/047970 WO2022138849A1 (ja) | 2020-12-24 | 2021-12-23 | 硬質炭素膜とその成膜方法 |
| JP2024030596A JP2024052914A (ja) | 2020-12-24 | 2024-02-29 | 硬質炭素膜とその成膜方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020215260A JP2022100954A (ja) | 2020-12-24 | 2020-12-24 | 硬質炭素膜とその成膜方法 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2024030596A Division JP2024052914A (ja) | 2020-12-24 | 2024-02-29 | 硬質炭素膜とその成膜方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2022100954A true JP2022100954A (ja) | 2022-07-06 |
Family
ID=82158721
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2020215260A Pending JP2022100954A (ja) | 2020-12-24 | 2020-12-24 | 硬質炭素膜とその成膜方法 |
| JP2024030596A Pending JP2024052914A (ja) | 2020-12-24 | 2024-02-29 | 硬質炭素膜とその成膜方法 |
Family Applications After (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2024030596A Pending JP2024052914A (ja) | 2020-12-24 | 2024-02-29 | 硬質炭素膜とその成膜方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (2) | JP2022100954A (ja) |
| WO (1) | WO2022138849A1 (ja) |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006348350A (ja) * | 2005-06-16 | 2006-12-28 | Toyota Motor Corp | 硬質炭素薄膜及びその薄膜の製造方法 |
| JP2010126419A (ja) * | 2008-11-28 | 2010-06-10 | Kanagawa Prefecture | Ｄｌｃ膜、ｄｌｃコーティング部材及びその製造方法 |
| JP2012197900A (ja) * | 2011-03-22 | 2012-10-18 | Hitachi Ltd | 摺動部品およびその製造方法 |
| JP2013001939A (ja) * | 2011-06-15 | 2013-01-07 | Sanyo Electric Co Ltd | 摺動部材及び圧縮機 |
| JP2013087325A (ja) * | 2011-10-18 | 2013-05-13 | Nippon Itf Kk | 硬質炭素膜及びその形成方法 |
| JP2014129839A (ja) * | 2012-12-28 | 2014-07-10 | Minebea Co Ltd | 多孔性金属摺動部材 |
| JP2015516506A (ja) * | 2012-03-12 | 2015-06-11 | エリコン・サーフェス・ソリューションズ・アクチェンゲゼルシャフト，トリュープバッハ | 摺動特性が向上した被膜 |
| WO2016167161A1 (ja) * | 2015-04-16 | 2016-10-20 | 株式会社iMott | 保護膜およびその製造方法 |
| JP2020050912A (ja) * | 2018-09-27 | 2020-04-02 | 日産自動車株式会社 | 摺動部材及び該摺動部材を用いた摺動装置 |
-
2020
- 2020-12-24 JP JP2020215260A patent/JP2022100954A/ja active Pending
-
2021
- 2021-12-23 WO PCT/JP2021/047970 patent/WO2022138849A1/ja active Application Filing
-
2024
- 2024-02-29 JP JP2024030596A patent/JP2024052914A/ja active Pending
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006348350A (ja) * | 2005-06-16 | 2006-12-28 | Toyota Motor Corp | 硬質炭素薄膜及びその薄膜の製造方法 |
| JP2010126419A (ja) * | 2008-11-28 | 2010-06-10 | Kanagawa Prefecture | Ｄｌｃ膜、ｄｌｃコーティング部材及びその製造方法 |
| JP2012197900A (ja) * | 2011-03-22 | 2012-10-18 | Hitachi Ltd | 摺動部品およびその製造方法 |
| JP2013001939A (ja) * | 2011-06-15 | 2013-01-07 | Sanyo Electric Co Ltd | 摺動部材及び圧縮機 |
| JP2013087325A (ja) * | 2011-10-18 | 2013-05-13 | Nippon Itf Kk | 硬質炭素膜及びその形成方法 |
| JP2015516506A (ja) * | 2012-03-12 | 2015-06-11 | エリコン・サーフェス・ソリューションズ・アクチェンゲゼルシャフト，トリュープバッハ | 摺動特性が向上した被膜 |
| JP2014129839A (ja) * | 2012-12-28 | 2014-07-10 | Minebea Co Ltd | 多孔性金属摺動部材 |
| WO2016167161A1 (ja) * | 2015-04-16 | 2016-10-20 | 株式会社iMott | 保護膜およびその製造方法 |
| JP2020050912A (ja) * | 2018-09-27 | 2020-04-02 | 日産自動車株式会社 | 摺動部材及び該摺動部材を用いた摺動装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2024052914A (ja) | 2024-04-12 |
| WO2022138849A1 (ja) | 2022-06-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101699774B1 (ko) | 다이아몬드 라이크 카본 피막 형성 부재 및 그 제조 방법 | |
| US8119240B2 (en) | Metal-free diamond-like-carbon coatings | |
| JP4918656B2 (ja) | 非晶質硬質炭素皮膜 | |
| EP1666628B1 (en) | Bearing with a self-lubricating liner of one bearing element in sliding contact with a nitride hardened counterface of a titanium bearing element | |
| JP5273337B2 (ja) | 低摩擦摺動部材 | |
| EP1772532A1 (en) | Metal composite diamond-like carbon (DLC) film. Method and apparatus for forming the same and slide member making use of it. | |
| WO2013042765A1 (ja) | 硬質膜、硬質膜形成体、および転がり軸受 | |
| KR20150077451A (ko) | 코팅을 가진 부품 및 이의 제조방법 | |
| JP2004339564A (ja) | 摺動部材および皮膜形成方法 | |
| JP2021148292A (ja) | 電極シート圧延ローラおよびその製造方法 | |
| WO2022138849A1 (ja) | 硬質炭素膜とその成膜方法 | |
| JP2014098184A (ja) | 多層ｄｌｃ皮膜を有する摺動部材 | |
| JP2018076873A (ja) | 内燃機関ジャケット | |
| JP2013087325A (ja) | 硬質炭素膜及びその形成方法 | |
| JP2018076873A5 (ja) | 内燃機関用のライナー | |
| KR102427732B1 (ko) | 이차전지 제조설비용 프레스롤의 수명연장을 위한 wc/c코팅막 구조 | |
| JP6756641B2 (ja) | ピストンリング | |
| JPH0464A (ja) | ピストンリング | |
| JP2004018907A (ja) | 溝付きプラグ | |
| JP2011127205A (ja) | 潤滑剤付着性および耐久性に優れた被覆金型およびその製造方法 | |
| JP5620860B2 (ja) | 転がり軸受 | |
| JP2003014121A (ja) | ピストンリング | |
| WO2018207803A1 (ja) | 硬質炭素膜とその製造方法および摺動部材 | |
| JP2004238695A (ja) | Ｄｌｃコーティング膜 | |
| US20040038084A1 (en) | Engine component with wear-resistant coating |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20220914 |
|
| A871 | Explanation of circumstances concerning accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871 Effective date: 20220914 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20221017 |
|
| A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20221209 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20230214 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20230508 |
|
| A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20230630 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20230904 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20231204 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20240229 |
|
| A911 | Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20240410 |
|
| A912 | Re-examination (zenchi) completed and case transferred to appeal board |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912 Effective date: 20240712 |