JPH11302846A - 硬質炭素被膜部材の製造方法 - Google Patents
硬質炭素被膜部材の製造方法Info
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- JPH11302846A JPH11302846A JP11514598A JP11514598A JPH11302846A JP H11302846 A JPH11302846 A JP H11302846A JP 11514598 A JP11514598 A JP 11514598A JP 11514598 A JP11514598 A JP 11514598A JP H11302846 A JPH11302846 A JP H11302846A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 使用の当初の摩擦係数を低下させることによ
り、安定した摺動特性を長時間有する硬質炭素被膜を形
成しようとするものである。 【解決手段】 炭化水素系ガスを用いたプラズマ気相合
成法によって硬質炭素被膜を形成した基材に、ガスプラ
ズマによるボンバード処理によって表面処理を行う。
り、安定した摺動特性を長時間有する硬質炭素被膜を形
成しようとするものである。 【解決手段】 炭化水素系ガスを用いたプラズマ気相合
成法によって硬質炭素被膜を形成した基材に、ガスプラ
ズマによるボンバード処理によって表面処理を行う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、表面に硬質炭素
被膜を有する硬質炭素被膜部材の製造方法に関する。
被膜を有する硬質炭素被膜部材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】硬質炭素被膜は、アモルファス状の炭素
膜又は水素化炭素膜であり、ａ−Ｃ、ａ−Ｃ：Ｈ、ｉ−
Ｃ、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）等とも称さ
れている。この硬質炭素被膜を形成する方法としては、
炭化水素ガスをプラズマ分解して成膜するプラズマＣＶ
Ｄ法、炭素又は炭化水素イオンを用いるイオンビーム蒸
着法等、各種の気相合成法が挙げられる。
膜又は水素化炭素膜であり、ａ−Ｃ、ａ−Ｃ：Ｈ、ｉ−
Ｃ、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）等とも称さ
れている。この硬質炭素被膜を形成する方法としては、
炭化水素ガスをプラズマ分解して成膜するプラズマＣＶ
Ｄ法、炭素又は炭化水素イオンを用いるイオンビーム蒸
着法等、各種の気相合成法が挙げられる。
【０００３】この硬質炭素被膜は、高硬度で平面平滑性
に優れ、摩擦係数が低く、赤外線に対して高透過性を有
する等の特徴を有する。これらの特徴を生かし、各種の
分野の応用が期待されている。例えば、摺動性の改良を
目的に、ＶＣＲ等の電子機器や湯水混合栓の摺動部、ア
ルミ材の製罐工具や、はんだメッキされた電子部品の曲
げ加工等の軟質金属用塑性加工工具等の表面への応用等
である。これらの用途では、優れた摺動特性に加えて使
用初期から安定した低摩擦係数が必要となる。
に優れ、摩擦係数が低く、赤外線に対して高透過性を有
する等の特徴を有する。これらの特徴を生かし、各種の
分野の応用が期待されている。例えば、摺動性の改良を
目的に、ＶＣＲ等の電子機器や湯水混合栓の摺動部、ア
ルミ材の製罐工具や、はんだメッキされた電子部品の曲
げ加工等の軟質金属用塑性加工工具等の表面への応用等
である。これらの用途では、優れた摺動特性に加えて使
用初期から安定した低摩擦係数が必要となる。
【０００４】具体的には、上記軟質金属の塑性加工工具
に生じる溶着や凝着、いわゆるビルドアップ現象を防止
するため、ダイヤモンド結晶からなる非常に微細な粒子
及びグラファイト構造かならる微粒子を含んだ平滑性に
優れた硬質炭素膜を、プラズマＣＶＤ法で成膜すること
が知られている（特開平９−３１４２５３号公報参
照）。
に生じる溶着や凝着、いわゆるビルドアップ現象を防止
するため、ダイヤモンド結晶からなる非常に微細な粒子
及びグラファイト構造かならる微粒子を含んだ平滑性に
優れた硬質炭素膜を、プラズマＣＶＤ法で成膜すること
が知られている（特開平９−３１４２５３号公報参
照）。
【０００５】また、半導体リードフレーム曲げ加工に用
いられる金型に、プラズマＣＶＤ法等によってダイヤモ
ンド状カーボンを被覆することにより、金型へのはんだ
の付着を低減することが知られている（特開平６−２６
２２７５号公報参照）。
いられる金型に、プラズマＣＶＤ法等によってダイヤモ
ンド状カーボンを被覆することにより、金型へのはんだ
の付着を低減することが知られている（特開平６−２６
２２７５号公報参照）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記に
記載の方法によって得られる硬質炭素被膜は、いずれ
も、軟質金属と長時間にわたって摺動させたとき、軟質
金属が硬質炭素被膜に凝着し、安定した摺動特性が長時
間得られない問題を有する。
記載の方法によって得られる硬質炭素被膜は、いずれ
も、軟質金属と長時間にわたって摺動させたとき、軟質
金属が硬質炭素被膜に凝着し、安定した摺動特性が長時
間得られない問題を有する。
【０００７】通常、硬質炭素被膜、特に、炭化水素系ガ
スを用いたプラズマ気相合成法で成膜した硬質炭素被膜
は、図１に示すように、摺動当初の摩擦係数は０．２５
〜０．８と通常より高い値を示し、摺動の進行に伴っ
て、一般的に硬質炭素被膜が示す摩擦係数である０．０
３〜０．２に落ちつく。これは、摺動当初においては、
硬質炭素被膜の表面に、Ｃ−ＨX 結合（ｘ＝１、２、
３）が多く、摺動の進行につれ、硬質炭素被膜の表面上
の上記結合が減少することから、上記結合が摺動当初の
摩擦係数を高くする原因の１つと考えることができる。
スを用いたプラズマ気相合成法で成膜した硬質炭素被膜
は、図１に示すように、摺動当初の摩擦係数は０．２５
〜０．８と通常より高い値を示し、摺動の進行に伴っ
て、一般的に硬質炭素被膜が示す摩擦係数である０．０
３〜０．２に落ちつく。これは、摺動当初においては、
硬質炭素被膜の表面に、Ｃ−ＨX 結合（ｘ＝１、２、
３）が多く、摺動の進行につれ、硬質炭素被膜の表面上
の上記結合が減少することから、上記結合が摺動当初の
摩擦係数を高くする原因の１つと考えることができる。
【０００８】このため、摺動当初の高摩擦係数を示す時
点で、軟質金属の微細な焼き付けが起こり、これが起点
となって以後急激に凝着を生じさせることとなり、安定
した摺動特性が長時間得られなくなる。
点で、軟質金属の微細な焼き付けが起こり、これが起点
となって以後急激に凝着を生じさせることとなり、安定
した摺動特性が長時間得られなくなる。
【０００９】そこで、この発明は、使用の当初の摩擦係
数を低下させることにより、安定した摺動特性を長時間
有する硬質炭素被膜を形成しようとするものである。
数を低下させることにより、安定した摺動特性を長時間
有する硬質炭素被膜を形成しようとするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】この発明は、炭化水素系
ガスを用いたプラズマ気相合成法によって硬質炭素被膜
を形成した基材に、ガスプラズマによるボンバード処理
によって表面処理を行うことにより、上記の課題を解決
したものである。
ガスを用いたプラズマ気相合成法によって硬質炭素被膜
を形成した基材に、ガスプラズマによるボンバード処理
によって表面処理を行うことにより、上記の課題を解決
したものである。
【００１１】硬質炭素被膜の表面をボンバード処理によ
って表面処理を行うので、得られる硬質炭素被膜部材の
摺動当初の軟質金属の微細な焼き付けが防止され、以後
の軟質金属の凝着が抑制されるので、安定した摺動特性
が長時間にわたって得られる。
って表面処理を行うので、得られる硬質炭素被膜部材の
摺動当初の軟質金属の微細な焼き付けが防止され、以後
の軟質金属の凝着が抑制されるので、安定した摺動特性
が長時間にわたって得られる。
【００１２】また、上記のボンバード処理の代わりに、
真空中又は所定のガス雰囲気中で、１００〜４００℃で
熱処理することによって表面処理を行ったり、硬質炭素
被膜の表面を鏡面研磨することによって表面処理を行う
ことによっても、得られる硬質炭素被膜部材の摺動当初
の軟質金属の微細な焼き付けが防止され、以後の軟質金
属の凝着が抑制されるので、安定した摺動特性が長時間
にわたって得られる。
真空中又は所定のガス雰囲気中で、１００〜４００℃で
熱処理することによって表面処理を行ったり、硬質炭素
被膜の表面を鏡面研磨することによって表面処理を行う
ことによっても、得られる硬質炭素被膜部材の摺動当初
の軟質金属の微細な焼き付けが防止され、以後の軟質金
属の凝着が抑制されるので、安定した摺動特性が長時間
にわたって得られる。
【００１３】以上の製造方法により製造された硬質炭素
被膜の表面粗さが、Ｒｍａｘ表示で０．２μｍ以下のも
のは、初期の摩擦係数の低減に効果がある。
被膜の表面粗さが、Ｒｍａｘ表示で０．２μｍ以下のも
のは、初期の摩擦係数の低減に効果がある。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態を説明
する。この発明にかかる硬質炭素被膜部材は、炭化水素
系ガスを用いたプラズマ気相合成法によって硬質炭素被
膜を形成した基材に、表面処理を行うことによって得ら
れる部材である。
する。この発明にかかる硬質炭素被膜部材は、炭化水素
系ガスを用いたプラズマ気相合成法によって硬質炭素被
膜を形成した基材に、表面処理を行うことによって得ら
れる部材である。
【００１５】上記プラズマ気相合成法としては、高周
波、ホロカソード、アーク、マイクロ波、直流等の各種
公知の励起源を適用したプラズマＣＶＤ法やイオンビー
ム蒸着法等の方法を採用することができる。上記炭化水
素ガスとは、上記プラズマ気相合成法によって形成され
る硬質炭素被膜の原料となるもので、例として、メタン
ガス、エタンガス、プロパンガス等が挙げられる。
波、ホロカソード、アーク、マイクロ波、直流等の各種
公知の励起源を適用したプラズマＣＶＤ法やイオンビー
ム蒸着法等の方法を採用することができる。上記炭化水
素ガスとは、上記プラズマ気相合成法によって形成され
る硬質炭素被膜の原料となるもので、例として、メタン
ガス、エタンガス、プロパンガス等が挙げられる。
【００１６】この方法によって上記基材の表面に形成さ
れる硬質炭素被膜は、上記基材の表面に形成される。そ
の膜厚は、特に限定されないが、０．２〜５μｍが好ま
しい。膜厚が０．２μｍ未満の場合は、下記のボンバー
ド処理によって、この膜厚がより薄くなり、硬度を保ち
にくくなる場合が生じることがある。また、５μｍより
厚くても構わないが、製造コストを考慮した場合、５μ
ｍ以下としたほうが好ましい。
れる硬質炭素被膜は、上記基材の表面に形成される。そ
の膜厚は、特に限定されないが、０．２〜５μｍが好ま
しい。膜厚が０．２μｍ未満の場合は、下記のボンバー
ド処理によって、この膜厚がより薄くなり、硬度を保ち
にくくなる場合が生じることがある。また、５μｍより
厚くても構わないが、製造コストを考慮した場合、５μ
ｍ以下としたほうが好ましい。
【００１７】上記の硬質炭素被膜を形成させる基材は、
特に限定されるものではなく、各種の金属、合金、超硬
合金、セラミック等を使用することができる。具体的に
は、超硬合金、サーメット、鋼、窒化ケイ素、アルミ
ナ、ジルコニア、炭化ケイ素を少なくとも１つ含む基材
があげられる。上記の鋼としては、工具鋼、高速度鋼、
軸受鋼、ステンレス鋼、炭素鋼、Ｍｎ鋼、Ｍｎ−Ｃｒ
鋼、Ｃｒ鋼、Ｃｒ−Ｍｏ鋼、Ｎｉ−Ｃｒ鋼、Ｎｉ−Ｃｒ
−Ｍｏ鋼、窒化鋼等の鋼があげられる。
特に限定されるものではなく、各種の金属、合金、超硬
合金、セラミック等を使用することができる。具体的に
は、超硬合金、サーメット、鋼、窒化ケイ素、アルミ
ナ、ジルコニア、炭化ケイ素を少なくとも１つ含む基材
があげられる。上記の鋼としては、工具鋼、高速度鋼、
軸受鋼、ステンレス鋼、炭素鋼、Ｍｎ鋼、Ｍｎ−Ｃｒ
鋼、Ｃｒ鋼、Ｃｒ−Ｍｏ鋼、Ｎｉ−Ｃｒ鋼、Ｎｉ−Ｃｒ
−Ｍｏ鋼、窒化鋼等の鋼があげられる。
【００１８】上記の表面処理法としては、ガスプラズマ
によるボンバード処理法、熱処理法、及び、鏡面研磨に
よる方法があげられる。
によるボンバード処理法、熱処理法、及び、鏡面研磨に
よる方法があげられる。
【００１９】上記ガスプラズマによるボンバード処理と
は、アルゴン等の不活性ガス、窒素、酸素、二酸化炭素
等の反応ガス等の少なくとも１種類のガスをプラズマに
よってイオン化させ、このガスイオンを上記硬質炭素被
膜に衝突させ、この硬質炭素被膜から中性の構成原子を
飛び出させる処理である。これにより、上記硬質炭素被
膜の表面から構成原子たる炭素が飛び出るため、上記硬
質炭素被膜の表面の所定の厚みを除去することが可能と
なる。これにより、摺動当初における摩擦係数を０．０
３〜０．２に低減させることができる。
は、アルゴン等の不活性ガス、窒素、酸素、二酸化炭素
等の反応ガス等の少なくとも１種類のガスをプラズマに
よってイオン化させ、このガスイオンを上記硬質炭素被
膜に衝突させ、この硬質炭素被膜から中性の構成原子を
飛び出させる処理である。これにより、上記硬質炭素被
膜の表面から構成原子たる炭素が飛び出るため、上記硬
質炭素被膜の表面の所定の厚みを除去することが可能と
なる。これにより、摺動当初における摩擦係数を０．０
３〜０．２に低減させることができる。
【００２０】これは、上記のガスプラズマによるボンバ
ード処理によって、硬質炭素被膜の表面のＣ−ＨX 結合
（ｘ＝１、２、３）が減少し、摺動の当初において摩擦
係数が低減させるものと考えられるからである。このこ
とは、上記のガスの代わりに水素ガスを用いてプラズマ
ボンバード処理を行った場合、摺動当初の摩擦係数に変
化が生じないことからも類推できる。
ード処理によって、硬質炭素被膜の表面のＣ−ＨX 結合
（ｘ＝１、２、３）が減少し、摺動の当初において摩擦
係数が低減させるものと考えられるからである。このこ
とは、上記のガスの代わりに水素ガスを用いてプラズマ
ボンバード処理を行った場合、摺動当初の摩擦係数に変
化が生じないことからも類推できる。
【００２１】上記のガスプラズマによるボンバード処理
によって、除去される上記硬質炭素被膜の表面の厚み
は、特に限定されるものではなく、除去後の摺動当初の
摩擦係数が０．０３〜０．２となる厚みであればよい。
その中でも表面から０．０１〜０．１μｍの厚みを除去
するのが好ましい。０．１μｍより多く除去しても構わ
ないが、表面改質に要する製造コストアップに見合うだ
けの摩擦係数の改善が見られないことから、０．１μｍ
までで十分である。
によって、除去される上記硬質炭素被膜の表面の厚み
は、特に限定されるものではなく、除去後の摺動当初の
摩擦係数が０．０３〜０．２となる厚みであればよい。
その中でも表面から０．０１〜０．１μｍの厚みを除去
するのが好ましい。０．１μｍより多く除去しても構わ
ないが、表面改質に要する製造コストアップに見合うだ
けの摩擦係数の改善が見られないことから、０．１μｍ
までで十分である。
【００２２】上記熱処理法は、上記硬質炭素被膜を真空
中又は所定のガス雰囲気中で、１００〜４００℃で熱処
理する方法である。これによっても、上記の硬質炭素被
膜の表面のＣ−ＨX 結合（ｘは、上記の通り）が減少
し、摺動の当初において、摩擦係数が低減するものと考
えられる。
中又は所定のガス雰囲気中で、１００〜４００℃で熱処
理する方法である。これによっても、上記の硬質炭素被
膜の表面のＣ−ＨX 結合（ｘは、上記の通り）が減少
し、摺動の当初において、摩擦係数が低減するものと考
えられる。
【００２３】上記鏡面研磨による方法は、上記硬質炭素
被膜の表面を、アルミナ、炭化ケイ素、ダイヤモンドの
ペーパーやペースト等を用いて鏡面研磨する方法であ
る。これによっても、上記の硬質炭素被膜の表面のＣ−
ＨX 結合（ｘは、上記の通り）が減少し、摺動の当初に
おいて、摩擦係数が低減するものと考えられる。
被膜の表面を、アルミナ、炭化ケイ素、ダイヤモンドの
ペーパーやペースト等を用いて鏡面研磨する方法であ
る。これによっても、上記の硬質炭素被膜の表面のＣ−
ＨX 結合（ｘは、上記の通り）が減少し、摺動の当初に
おいて、摩擦係数が低減するものと考えられる。
【００２４】上記の方法で得られる硬質炭素被膜部材
は、その硬質炭素被膜の表面粗さがＲｍａｘ表示で０．
２μｍ以下となる。表面粗さがＲｍａｘ表示で０．２μ
ｍ以下となると、初期の摩擦係数が小さくなり、表面粗
さ（Ｒｍａｘ）が０．１μｍ以下の場合は、特に小さい
摩擦係数を示す。具体的には、表面粗さ（Ｒｍａｘ）
が、０．２μｍ以下のときの摩擦係数は、摺動当初にお
いて、０．０３〜０．２の範囲を示す。
は、その硬質炭素被膜の表面粗さがＲｍａｘ表示で０．
２μｍ以下となる。表面粗さがＲｍａｘ表示で０．２μ
ｍ以下となると、初期の摩擦係数が小さくなり、表面粗
さ（Ｒｍａｘ）が０．１μｍ以下の場合は、特に小さい
摩擦係数を示す。具体的には、表面粗さ（Ｒｍａｘ）
が、０．２μｍ以下のときの摩擦係数は、摺動当初にお
いて、０．０３〜０．２の範囲を示す。
【００２５】上記の摺動当初とは、この硬質炭素被膜部
材の表面を最初に摺動させたときの、摺動開始０秒から
約１０秒までの時間をいう。この時間の摩擦係数を０．
０３〜０．２とするので、この硬質炭素被膜部材に軟質
金属を摺動させても、摺動当初の軟質金属の微細な焼き
付けを防止できる。摺動開始から約１０秒以降の摩擦係
数は、一般の硬質炭素被膜と同様の０．０３〜０．２を
示すので、軟質金属の凝着を生じさせず、長期間にわた
って安定した摺動特性を示す。
材の表面を最初に摺動させたときの、摺動開始０秒から
約１０秒までの時間をいう。この時間の摩擦係数を０．
０３〜０．２とするので、この硬質炭素被膜部材に軟質
金属を摺動させても、摺動当初の軟質金属の微細な焼き
付けを防止できる。摺動開始から約１０秒以降の摩擦係
数は、一般の硬質炭素被膜と同様の０．０３〜０．２を
示すので、軟質金属の凝着を生じさせず、長期間にわた
って安定した摺動特性を示す。
【００２６】上記硬質炭素被膜部材は、上記のように良
好な摺動特性を示すのに加え、硬質炭素被膜自体の有す
る耐摩耗性を示し、良好な耐摩耗性を有する摺動部材と
なる。この摺動部材は、各種の塑性加工用部品、成型・
成形部品、耐摩耗性部品、摺動部品、赤外線光学部品、
電気・電子部品等として有用に用いることができ、長期
間にわたりこれらの部品の寿命を維持することができ
る。
好な摺動特性を示すのに加え、硬質炭素被膜自体の有す
る耐摩耗性を示し、良好な耐摩耗性を有する摺動部材と
なる。この摺動部材は、各種の塑性加工用部品、成型・
成形部品、耐摩耗性部品、摺動部品、赤外線光学部品、
電気・電子部品等として有用に用いることができ、長期
間にわたりこれらの部品の寿命を維持することができ
る。
【００２７】
【実施例】以下に、この発明の硬質炭素被膜部材の効果
について、実施例により具体的に説明する。
について、実施例により具体的に説明する。
【００２８】〔実施例１〕基材として、平板状（２０ｍ
ｍ×２０ｍｍ×２ｍｍ）の合金工具鋼（ＪＩＳ規格：Ｓ
ＫＤ１１、以下「ＳＫＤ１１」と称する。）及び超硬合
金（ＪＩＳ規格：Ｋ１０、以下「Ｋ１０」と称する。）
を用意し、その表面に下記のように公知の容量結合式の
平行平板型電極を用いた高周波プラズマＣＶＤで硬質炭
素被膜を形成した。
ｍ×２０ｍｍ×２ｍｍ）の合金工具鋼（ＪＩＳ規格：Ｓ
ＫＤ１１、以下「ＳＫＤ１１」と称する。）及び超硬合
金（ＪＩＳ規格：Ｋ１０、以下「Ｋ１０」と称する。）
を用意し、その表面に下記のように公知の容量結合式の
平行平板型電極を用いた高周波プラズマＣＶＤで硬質炭
素被膜を形成した。
【００２９】すなわち、図２に示すように、真空装置１
に平板電極２及び３を設置し、一方の電極２に高周波
（１３．５ＭＨｚ）電源４により高周波電力を印加し、
他方の電極３を接地する。上記の基材５は、高周波電力
印加側の電極２に装着する。まず、排気装置６によって
真空装置１内の圧力を１０-3Ｔｏｒｒとし、次いで、ア
ルゴンガスを導入して０．２Ｔｏｒｒの雰囲気に保持し
ながら電極２に高周波電力を３００Ｗ印加して、基材５
の表面を１０分間クリーニングする。その後、アルゴン
ガスを排気する。
に平板電極２及び３を設置し、一方の電極２に高周波
（１３．５ＭＨｚ）電源４により高周波電力を印加し、
他方の電極３を接地する。上記の基材５は、高周波電力
印加側の電極２に装着する。まず、排気装置６によって
真空装置１内の圧力を１０-3Ｔｏｒｒとし、次いで、ア
ルゴンガスを導入して０．２Ｔｏｒｒの雰囲気に保持し
ながら電極２に高周波電力を３００Ｗ印加して、基材５
の表面を１０分間クリーニングする。その後、アルゴン
ガスを排気する。
【００３０】次に、真空装置１内に反応ガスであるメタ
ンガス８をマスフローコントローラー７を介して導入
し、０．２Ｔｏｒｒとなるように制御しながら電極２に
高周波電力を１２０分間、３００Ｗ印加して基材５上に
硬質炭素被膜を形成した。得られた硬質炭素被膜の膜厚
は０．４μｍであった。
ンガス８をマスフローコントローラー７を介して導入
し、０．２Ｔｏｒｒとなるように制御しながら電極２に
高周波電力を１２０分間、３００Ｗ印加して基材５上に
硬質炭素被膜を形成した。得られた硬質炭素被膜の膜厚
は０．４μｍであった。
【００３１】その後、真空装置内から基材５を取り出す
ことなく、引き続いて、排気装置６によって真空装置１
内の圧力を１０-3Ｔｏｒｒとした後、表１に示すガス
（アルゴン、窒素、酸素又は二酸化炭素（「ＣＯ2 」と
略する。）を導入して０．２Ｔｏｒｒの雰囲気に保持し
た。そして、この状態を保ちながら、電極２に高周波電
力を３００Ｗ印加して、基材５の硬質炭素被膜表面を表
１に示す時間だけ、ガスプラズマボンバード処理をし、
硬質炭素被膜表面の最表面層を除去した。その除去され
た厚みを表１に示す。
ことなく、引き続いて、排気装置６によって真空装置１
内の圧力を１０-3Ｔｏｒｒとした後、表１に示すガス
（アルゴン、窒素、酸素又は二酸化炭素（「ＣＯ2 」と
略する。）を導入して０．２Ｔｏｒｒの雰囲気に保持し
た。そして、この状態を保ちながら、電極２に高周波電
力を３００Ｗ印加して、基材５の硬質炭素被膜表面を表
１に示す時間だけ、ガスプラズマボンバード処理をし、
硬質炭素被膜表面の最表面層を除去した。その除去され
た厚みを表１に示す。
【００３２】続いて、得られた基材５の硬質炭素被膜の
表面について、下記のピンオンディスク試験をおこな
い、摩擦係数及び軟質金属の凝着状況を評価した。すな
わち、摩擦係数の評価には、ピン１１としてアルミナピ
ンを用いて摩擦係数の時間変化を測定し、また、軟質金
属の凝着状況を評価するため、ピン１１として純アルミ
ニウムピンを用いて、表面に付着するアルミニウムの凝
着高さを測定した。さらに、表面粗さ（Ｒｍａｘ）につ
いても測定した。これらの結果を表１に示す。なお、表
１において、摩擦係数の初期値とは、摺動当初に示す摩
擦係数の最高値をいい、終了値とは、所定時間摺動後、
摩擦係数が安定したところで摺動を終了させたときの値
をいう。
表面について、下記のピンオンディスク試験をおこな
い、摩擦係数及び軟質金属の凝着状況を評価した。すな
わち、摩擦係数の評価には、ピン１１としてアルミナピ
ンを用いて摩擦係数の時間変化を測定し、また、軟質金
属の凝着状況を評価するため、ピン１１として純アルミ
ニウムピンを用いて、表面に付着するアルミニウムの凝
着高さを測定した。さらに、表面粗さ（Ｒｍａｘ）につ
いても測定した。これらの結果を表１に示す。なお、表
１において、摩擦係数の初期値とは、摺動当初に示す摩
擦係数の最高値をいい、終了値とは、所定時間摺動後、
摩擦係数が安定したところで摺動を終了させたときの値
をいう。
【００３３】ピンオンディスク試験 ＣＳＥＭ社製のピンオンディスク試験機を用いて調べ
た。この試験は、図３に示すように、一定荷重でピン１
１を押さえつけながら測定対象である基材５を一定速度
で回転させ、その時の摩擦係数及び摩耗量を評価するも
のである。この時の摺動条件は、常温、大気圧中で、測
定荷重（Ｐ）１０Ｎ、摺動速度（ω）１０４１ｍｍ／ｓ
ｅｃ、摺動距離１２５ｍであった。
た。この試験は、図３に示すように、一定荷重でピン１
１を押さえつけながら測定対象である基材５を一定速度
で回転させ、その時の摩擦係数及び摩耗量を評価するも
のである。この時の摺動条件は、常温、大気圧中で、測
定荷重（Ｐ）１０Ｎ、摺動速度（ω）１０４１ｍｍ／ｓ
ｅｃ、摺動距離１２５ｍであった。
【００３４】〔比較例１〕使用した基材、並びに、ガス
プラズマボンバード処理におけるガス種及び処理時間の
条件以外は、実施例１の試料１と同様にして基材５の硬
質炭素被膜の表面処理を行い、除去された硬質炭素被膜
表面の厚みの測定、摩擦係数及び軟質金属の凝着状況、
及び表面粗さ（Ｒｍａｘ）を測定した。これらの結果を
表２に示す。
プラズマボンバード処理におけるガス種及び処理時間の
条件以外は、実施例１の試料１と同様にして基材５の硬
質炭素被膜の表面処理を行い、除去された硬質炭素被膜
表面の厚みの測定、摩擦係数及び軟質金属の凝着状況、
及び表面粗さ（Ｒｍａｘ）を測定した。これらの結果を
表２に示す。
【００３５】
【表１】
【００３６】
【表２】
【００３７】結果 実施例１の各試料、及び、比較例１の各比較試料から明
らかなように、ガスプラズマボンバード処理を行ったも
のは、表面粗さ及び使用初期の摩擦係数が低く、また、
アルミニウムの凝着も全くなかった。
らかなように、ガスプラズマボンバード処理を行ったも
のは、表面粗さ及び使用初期の摩擦係数が低く、また、
アルミニウムの凝着も全くなかった。
【００３８】〔実施例２〕基材として平板状（２０ｍｍ
×２０ｍｍ×２ｍｍ）のアルミナを用い、実施例１と同
様にして、厚さ０．４μｍの硬質炭素被膜を成膜した。
×２０ｍｍ×２ｍｍ）のアルミナを用い、実施例１と同
様にして、厚さ０．４μｍの硬質炭素被膜を成膜した。
【００３９】次いで、真空中（５×１０-5Ｔｏｒｒ以
下）、アルゴンガス雰囲気中（０．８Ｔｏｒｒ）、又は
窒素ガス雰囲気中（０．８Ｔｏｒｒ）において、１００
〜４００℃で３０分間、熱処理を行った。その後、徐冷
し、上記と同様にして、除去された硬質炭素被膜表面の
厚みの測定、摩擦係数、軟質金属の凝着状況、及び、表
面粗さ（Ｒｍａｘ）を測定した。これらの結果を表３に
示す。
下）、アルゴンガス雰囲気中（０．８Ｔｏｒｒ）、又は
窒素ガス雰囲気中（０．８Ｔｏｒｒ）において、１００
〜４００℃で３０分間、熱処理を行った。その後、徐冷
し、上記と同様にして、除去された硬質炭素被膜表面の
厚みの測定、摩擦係数、軟質金属の凝着状況、及び、表
面粗さ（Ｒｍａｘ）を測定した。これらの結果を表３に
示す。
【００４０】〔比較例２〕熱処理におけるガス種及び処
理時間の条件以外は、実施例２の試料１と同様にしてア
ルミナ基材の硬質炭素被膜の表面処理を行い、摩擦係
数、軟質金属の凝着状況、及び、表面粗さ（Ｒｍａｘ）
を測定した。これらの結果を表４に示す。
理時間の条件以外は、実施例２の試料１と同様にしてア
ルミナ基材の硬質炭素被膜の表面処理を行い、摩擦係
数、軟質金属の凝着状況、及び、表面粗さ（Ｒｍａｘ）
を測定した。これらの結果を表４に示す。
【００４１】
【表３】
【００４２】
【表４】
【００４３】結果 実施例２の各試料、及び、比較例２の各比較試料から明
らかなように、熱処理を行ったものは、表面粗さ及び使
用初期の摩擦係数が低く、また、アルミニウムの凝着も
全くなかった。
らかなように、熱処理を行ったものは、表面粗さ及び使
用初期の摩擦係数が低く、また、アルミニウムの凝着も
全くなかった。
【００４４】〔実施例３〕基材として実施例２に記載の
基材を用い、実施例１と同様にして、厚さ０．４μｍの
硬質炭素被膜を成膜した。
基材を用い、実施例１と同様にして、厚さ０．４μｍの
硬質炭素被膜を成膜した。
【００４５】次いで、上記硬質炭素被膜を成膜した基材
を酸化アルミニウムラッピングフィルム（住友スリーエ
ム社製、粒度０．３μｍ）をラップし、その外側から、
上記硬質炭素被膜を３００ｇｆの荷重をかけながら表面
を鏡面研磨し、その表面から表５に示す厚みの表面層を
除去した。その後、上記と同様にして、除去された硬質
炭素被膜表面の厚みの測定、摩擦係数、軟質金属の凝着
状況、及び、表面粗さ（Ｒｍａｘ）を測定した。これら
の結果を表５に示す。
を酸化アルミニウムラッピングフィルム（住友スリーエ
ム社製、粒度０．３μｍ）をラップし、その外側から、
上記硬質炭素被膜を３００ｇｆの荷重をかけながら表面
を鏡面研磨し、その表面から表５に示す厚みの表面層を
除去した。その後、上記と同様にして、除去された硬質
炭素被膜表面の厚みの測定、摩擦係数、軟質金属の凝着
状況、及び、表面粗さ（Ｒｍａｘ）を測定した。これら
の結果を表５に示す。
【００４６】〔比較例３〕実施例３で用いた硬質炭素被
膜を成膜した基材について、ラッピング及び研磨処理を
せず、そのまま、摩擦係数、軟質金属の凝着状況、及
び、表面粗さ（Ｒｍａｘ）を測定した。これらの結果を
表５に示す。
膜を成膜した基材について、ラッピング及び研磨処理を
せず、そのまま、摩擦係数、軟質金属の凝着状況、及
び、表面粗さ（Ｒｍａｘ）を測定した。これらの結果を
表５に示す。
【００４７】
【表５】
【００４８】結果 実施例３の各試料、及び、比較例３から明らかなよう
に、ラッピング及び研磨処理を行ったものは、表面粗さ
及び使用初期の摩擦係数が低く、また、アルミニウムの
凝着も全くなかった。
に、ラッピング及び研磨処理を行ったものは、表面粗さ
及び使用初期の摩擦係数が低く、また、アルミニウムの
凝着も全くなかった。
【００４９】〔実施例４〕まず、超硬製の半導体のリー
ドフレーム曲げ成型加工用金型に上記実施例１の場合と
同様な方法で硬質炭素被膜を０．４μｍ形成し、その
後、実施例１の場合と同様な方法で、アルゴンガスを用
いてプラズマボンバード処理を行い、硬質炭素被膜の最
表面を０．０５μｍ除去した。続いて、この金型を用い
て、実際に半導体のリードフレーム曲げ成形加工を１０
万回行い、その後の金型表面のはんだメッキ付着の状況
を調べた。また、この金型を用い、さらに曲げ成形加工
を継続し、２０万回、３０万回、４０万回、及び５０万
回における金型表面のはんだメッキ付着の状況を調べ
た。その結果を表６に示す。
ドフレーム曲げ成型加工用金型に上記実施例１の場合と
同様な方法で硬質炭素被膜を０．４μｍ形成し、その
後、実施例１の場合と同様な方法で、アルゴンガスを用
いてプラズマボンバード処理を行い、硬質炭素被膜の最
表面を０．０５μｍ除去した。続いて、この金型を用い
て、実際に半導体のリードフレーム曲げ成形加工を１０
万回行い、その後の金型表面のはんだメッキ付着の状況
を調べた。また、この金型を用い、さらに曲げ成形加工
を継続し、２０万回、３０万回、４０万回、及び５０万
回における金型表面のはんだメッキ付着の状況を調べ
た。その結果を表６に示す。
【００５０】〔比較例４〕上記実施例４において、アル
ゴンガスを用いてプラズマボンバード処理を行わなかっ
た金型を用いて、実施例４と同様の実験を行った。その
結果を表６に示す。
ゴンガスを用いてプラズマボンバード処理を行わなかっ
た金型を用いて、実施例４と同様の実験を行った。その
結果を表６に示す。
【００５１】
【表６】
【００５２】結果 実施例４及び比較例４から明らかなように、ガスプラズ
マボンバード処理を行ったものは、曲げ成形加工を行っ
てもはんだメッキ付着は生じなかった。
マボンバード処理を行ったものは、曲げ成形加工を行っ
てもはんだメッキ付着は生じなかった。
【００５３】
【発明の効果】この発明によれば、表面粗さ及び摺動当
初の摩擦係数を低く抑えることができ、安定した低摩擦
係数を得ることができるので、摺動初期に発生し、その
後進行する溶着や凝着を防止し、長期間にわたり部品の
寿命を維持することができる。
初の摩擦係数を低く抑えることができ、安定した低摩擦
係数を得ることができるので、摺動初期に発生し、その
後進行する溶着や凝着を防止し、長期間にわたり部品の
寿命を維持することができる。
【００５４】また、このため、塑性加工用部品、成型・
成形部品、耐摩耗性部品、摺動部品、赤外線光学部品、
電気・電子部品等の加工コストを大幅に低減することが
できる。
成形部品、耐摩耗性部品、摺動部品、赤外線光学部品、
電気・電子部品等の加工コストを大幅に低減することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】炭化水素系ガスを用いたプラズマ気相合成法で
成膜した硬質炭素被膜の摩擦係数の変化を示すグラフ
成膜した硬質炭素被膜の摩擦係数の変化を示すグラフ
【図２】硬質炭素被膜の形成装置の例を示す概略図
【図３】ピンオンディスク試験の概略図
１ 真空装置 ２ 電極 ３ 電極 ４ 高周波電源 ５ 基材 ６ 排気装置 ７ マスフローコントローラ ８ ガス供給部 １１ ピン
Claims (5)
- 【請求項１】 炭化水素系ガスを用いたプラズマ気相合
成法によって硬質炭素被膜を形成した基材に、ガスプラ
ズマによるボンバード処理によって表面処理を行う硬質
炭素被膜部材の製造方法。 - 【請求項２】 上記ガスプラズマによるボンバード処理
において使用されるガスが、アルゴン、窒素、酸素、二
酸化炭素のうち少なくとも１種類のガスである請求項１
に記載の硬質炭素被膜部材の製造方法。 - 【請求項３】 炭化水素系ガスを用いたプラズマ気相合
成法によって硬質炭素被膜を形成した基材に、真空中又
は所定のガス雰囲気中で、１００〜４００℃で熱処理す
ることによって表面処理を行う硬質炭素被膜部材の製造
方法。 - 【請求項４】 炭化水素系ガスを用いてプラズマ気相合
成法によって基材に硬質炭素被膜を形成し、この硬質炭
素被膜の表面を鏡面研磨することによって表面処理を行
う硬質炭素被膜部材の製造方法。 - 【請求項５】 請求項１〜４のいずれかの方法によって
製造された硬質炭素被膜の表面粗さがＲｍａｘ表示で
０．２μｍ以下である硬質炭素被膜部材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11514598A JP4116144B2 (ja) | 1998-04-24 | 1998-04-24 | 硬質炭素被膜部材の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11514598A JP4116144B2 (ja) | 1998-04-24 | 1998-04-24 | 硬質炭素被膜部材の製造方法 |
Related Child Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2007311003A Division JP2008144273A (ja) | 2007-11-30 | 2007-11-30 | 硬質炭素被膜部材の製造方法 |
| JP2007311021A Division JP2008081847A (ja) | 2007-11-30 | 2007-11-30 | 硬質炭素被膜部材の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11302846A true JPH11302846A (ja) | 1999-11-02 |
| JP4116144B2 JP4116144B2 (ja) | 2008-07-09 |
Family
ID=14655428
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11514598A Expired - Fee Related JP4116144B2 (ja) | 1998-04-24 | 1998-04-24 | 硬質炭素被膜部材の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4116144B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006199836A (ja) * | 2005-01-21 | 2006-08-03 | Nissan Motor Co Ltd | 低摩擦摺動機構 |
| JP2006213745A (ja) * | 2005-02-01 | 2006-08-17 | Nissan Motor Co Ltd | 低摩擦含油摺動機構 |
| JP2012026038A (ja) * | 2011-07-21 | 2012-02-09 | Yamaguchi Prefectural Industrial Technology Institute | プラズマ処理装置及び基材の表面処理方法 |
-
1998
- 1998-04-24 JP JP11514598A patent/JP4116144B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006199836A (ja) * | 2005-01-21 | 2006-08-03 | Nissan Motor Co Ltd | 低摩擦摺動機構 |
| JP2006213745A (ja) * | 2005-02-01 | 2006-08-17 | Nissan Motor Co Ltd | 低摩擦含油摺動機構 |
| JP2012026038A (ja) * | 2011-07-21 | 2012-02-09 | Yamaguchi Prefectural Industrial Technology Institute | プラズマ処理装置及び基材の表面処理方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4116144B2 (ja) | 2008-07-09 |
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