JP2001064005A - 被覆摺動部材およびその製造方法 - Google Patents
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- 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
- C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
- C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
- C23C28/34—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 平滑であれば極めて低い摩擦係数を示す硬質
炭素膜も、基材や膜の表面粗さが大きくなると、摩擦係
数や相手攻撃性が大きくなるという問題が発生する。本
発明は、硬質炭素膜を被覆した表面が粗い場合に、摩擦
係数や相手攻撃性が小さい摺動特性を実現する。 【解決手段】 硬質炭素膜が被覆された摺動部材におい
て、ヌープ硬度が２０００以上８０００以下である高硬
度硬質炭素膜の上に、ヌープ硬度が２０００未満の炭素
膜、金属膜または化合物膜からなる上層被膜が積層され
ていることを特徴とする被覆摺動部材。
炭素膜も、基材や膜の表面粗さが大きくなると、摩擦係
数や相手攻撃性が大きくなるという問題が発生する。本
発明は、硬質炭素膜を被覆した表面が粗い場合に、摩擦
係数や相手攻撃性が小さい摺動特性を実現する。 【解決手段】 硬質炭素膜が被覆された摺動部材におい
て、ヌープ硬度が２０００以上８０００以下である高硬
度硬質炭素膜の上に、ヌープ硬度が２０００未満の炭素
膜、金属膜または化合物膜からなる上層被膜が積層され
ていることを特徴とする被覆摺動部材。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、表面コーティング
を施した機械部品などの摺動部材に関するものである。
を施した機械部品などの摺動部材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】現在工業製品に使用されている摺動部材
には、鋼やセラミックス材料など各種材料が使用されて
いる。そして、その多くには、焼付や摩擦抵抗を低減さ
せるための各種試みがなされており、例えば、潤滑剤の
使用、摺動面の形状や粗さの最適化、硬化処理、摺動面
への被覆処理等が挙げられる。
には、鋼やセラミックス材料など各種材料が使用されて
いる。そして、その多くには、焼付や摩擦抵抗を低減さ
せるための各種試みがなされており、例えば、潤滑剤の
使用、摺動面の形状や粗さの最適化、硬化処理、摺動面
への被覆処理等が挙げられる。
【０００３】摺動面の被覆処理に関しては、クロム処理
めっき処理、リン酸塩皮膜処理などが古くから適用され
ているが、最近では、二硫化モリブデン処理や窒化クロ
ム処理、窒化チタン処理などが注目を浴びている。これ
らの例として、特開平７−１１８８３２号公報、特開昭
６１−８７９５０号公報、特開平６−５７４０７号公報
等が挙げられる。
めっき処理、リン酸塩皮膜処理などが古くから適用され
ているが、最近では、二硫化モリブデン処理や窒化クロ
ム処理、窒化チタン処理などが注目を浴びている。これ
らの例として、特開平７−１１８８３２号公報、特開昭
６１−８７９５０号公報、特開平６−５７４０７号公報
等が挙げられる。
【０００４】一方、硬質炭素膜は、ダイヤモンド構造を
一部に有するアモルファス状の炭素膜あるいは水素化炭
素膜で、アモルファスカーボン（ａ−Ｃ、ａ−Ｃ：
Ｈ）、ｉ−Ｃ（アイ・カーボン）、ダイヤモンド状炭素
（Ｄｉａｍｏｎｄ ｌｉｋｅ ｃａｒｂｏｎ；ＤＬＣ）
などとも呼ばれている。硬質炭素膜は、一般にヌープ硬
度が８００から２０００と高硬度で、多くの相手材料に
対する無潤滑での摩擦係数が０．１から０．２と極めて
低い。化学的にも安定で、多くの酸、アルカリに対して
極めて高い耐食性を有している。また、電気抵抗率は１
０６から１０１４Ωｃｍと高い絶縁性を有し、赤外線に
対して高い透過性を有するなど、ダイヤモンドに類似し
た特性を多く有している。これらの優れた性質を活かし
て種々の分野への応用が期待されており、特に、耐摩耗
性部品、摺動部品、電気・電子部品、赤外線光学部品お
よび成型・成形部品等へのコーティングに関し開発が進
められている。特に近年、ビデオ部品やビデオテープ・
ハードディスクなどの潤滑性、耐擦傷性を向上させるた
めの保護コーティング、各種回転軸、バルブ類の摩擦係
数低減の潤滑性コーティング、ハンダやAlなど軟質金属
の溶着防止の離型性コーティングなどで実用化が著し
い。
一部に有するアモルファス状の炭素膜あるいは水素化炭
素膜で、アモルファスカーボン（ａ−Ｃ、ａ−Ｃ：
Ｈ）、ｉ−Ｃ（アイ・カーボン）、ダイヤモンド状炭素
（Ｄｉａｍｏｎｄ ｌｉｋｅ ｃａｒｂｏｎ；ＤＬＣ）
などとも呼ばれている。硬質炭素膜は、一般にヌープ硬
度が８００から２０００と高硬度で、多くの相手材料に
対する無潤滑での摩擦係数が０．１から０．２と極めて
低い。化学的にも安定で、多くの酸、アルカリに対して
極めて高い耐食性を有している。また、電気抵抗率は１
０６から１０１４Ωｃｍと高い絶縁性を有し、赤外線に
対して高い透過性を有するなど、ダイヤモンドに類似し
た特性を多く有している。これらの優れた性質を活かし
て種々の分野への応用が期待されており、特に、耐摩耗
性部品、摺動部品、電気・電子部品、赤外線光学部品お
よび成型・成形部品等へのコーティングに関し開発が進
められている。特に近年、ビデオ部品やビデオテープ・
ハードディスクなどの潤滑性、耐擦傷性を向上させるた
めの保護コーティング、各種回転軸、バルブ類の摩擦係
数低減の潤滑性コーティング、ハンダやAlなど軟質金属
の溶着防止の離型性コーティングなどで実用化が著し
い。
【０００５】硬質炭素膜の形成にはさまざまな手法があ
る。結晶質ダイヤモンド薄膜の合成に適用されているマ
イクロ波プラズマＣＶＤ法、ＥＣＲプラズマＣＶＤ法、
フィラメント法などの他に、各種プラズマ源を用いたプ
ラズマＣＶＤ法、炭素または炭化水素イオンを用いるイ
オンビーム蒸着法、固体炭素源からスパッタリングやア
ーク放電、レーザー照射にて炭素を気化し基体上に成膜
する手法等がある。対象基材や用途、処理数などにより
これらの手法は使い分けられている。
る。結晶質ダイヤモンド薄膜の合成に適用されているマ
イクロ波プラズマＣＶＤ法、ＥＣＲプラズマＣＶＤ法、
フィラメント法などの他に、各種プラズマ源を用いたプ
ラズマＣＶＤ法、炭素または炭化水素イオンを用いるイ
オンビーム蒸着法、固体炭素源からスパッタリングやア
ーク放電、レーザー照射にて炭素を気化し基体上に成膜
する手法等がある。対象基材や用途、処理数などにより
これらの手法は使い分けられている。
【０００６】前述のように、硬質炭素膜は摺動特性、耐
摩耗性に優れるため、摺動部材としての期待が高く、特
開平６−２２７８８２に示されるように、一部の摺動部
材には適用が進められている。
摩耗性に優れるため、摺動部材としての期待が高く、特
開平６−２２７８８２に示されるように、一部の摺動部
材には適用が進められている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】一般に、摩擦摩耗にお
いて表面粗さは耐摩耗性や摩擦係数に大きく影響を及ぼ
す。平滑であれば極めて低い摩擦係数を示す硬質炭素膜
も、基材や膜の表面粗さが大きくなると、摩擦係数や相
手攻撃性が大きくなるという問題が発生する。本発明
は、硬質炭素膜を被覆した表面が粗い場合に、摩擦係数
や相手攻撃性が小さい摺動特性を実現する事を目的とし
ている。
いて表面粗さは耐摩耗性や摩擦係数に大きく影響を及ぼ
す。平滑であれば極めて低い摩擦係数を示す硬質炭素膜
も、基材や膜の表面粗さが大きくなると、摩擦係数や相
手攻撃性が大きくなるという問題が発生する。本発明
は、硬質炭素膜を被覆した表面が粗い場合に、摩擦係数
や相手攻撃性が小さい摺動特性を実現する事を目的とし
ている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明では、硬質炭素膜
被覆部材の摩擦係数を低減するべく、次のものを提案す
る。
被覆部材の摩擦係数を低減するべく、次のものを提案す
る。
【０００９】硬質炭素膜が被覆された摺動部材におい
て、ヌープ硬度が２０００以上８０００以下である高硬
度硬質炭素膜の上に、ヌープ硬度が２０００未満の炭素
膜、金属膜または化合物膜からなる上層被膜が積層され
ていることを特徴とする被覆摺動部材である。
て、ヌープ硬度が２０００以上８０００以下である高硬
度硬質炭素膜の上に、ヌープ硬度が２０００未満の炭素
膜、金属膜または化合物膜からなる上層被膜が積層され
ていることを特徴とする被覆摺動部材である。
【００１０】下層のヌープ硬度が２０００以上８０００
未満となる高硬度硬質炭素膜は、耐摩耗性が優れ、また
摩擦係数も低い。しかし、基材が粗かったり、被膜が粗
い場合には、摩擦係数と相手攻撃性が大きくなる。図１
は、表面が粗い硬質炭素膜の場合の（ａ）摺動前、
（ｂ）摺動後、の断面概略図である。
未満となる高硬度硬質炭素膜は、耐摩耗性が優れ、また
摩擦係数も低い。しかし、基材が粗かったり、被膜が粗
い場合には、摩擦係数と相手攻撃性が大きくなる。図１
は、表面が粗い硬質炭素膜の場合の（ａ）摺動前、
（ｂ）摺動後、の断面概略図である。
【００１１】これを防ぐため、本発明においてはこの高
硬度硬質炭素膜の上層に、ヌープ硬度が１０００以上２
０００未満の比較的硬度が低い、低硬度硬質炭素膜を上
層被膜として積層することとした。本発明の一例を示す
概略図を図２に示す。（ａ）は、表面粗さが大きい基材
の場合の摺動前、（ｂ）は、表面粗さが大きい基材の場
合の摺動後、（ｃ）は、膜の表面が粗い場合の摺動前、
（ｄ）は、膜の表面が粗い場合の摺動後、を示す。上層
被膜の低硬度硬質炭素膜５は、摺動の初期に凸の部分が
容易に研磨され、短時間で突起部の頂点が平滑になる。
凹凸が基材または下層の高硬度硬質炭素膜４に起因する
場合、凸部の研磨により下層の高硬度硬質炭素膜が部分
的に表層に現れる。表層の硬度が比較的低い、低硬度硬
質炭素膜は、硬度が高い硬質炭素膜よりやや凹となり、
相手材と固体接触するのはやや凸となった硬度が高い硬
質炭素膜の部分が主となる。全体的には平滑になるた
め、相手攻撃性は小さく、固体接触する硬度が高い硬質
炭素膜の効果で摩擦係数は小さくなる。潤滑下で使用さ
れる場合は、凹となった低硬度の硬質炭素膜の表面で潤
滑剤が保持され、より低摩擦化される。
硬度硬質炭素膜の上層に、ヌープ硬度が１０００以上２
０００未満の比較的硬度が低い、低硬度硬質炭素膜を上
層被膜として積層することとした。本発明の一例を示す
概略図を図２に示す。（ａ）は、表面粗さが大きい基材
の場合の摺動前、（ｂ）は、表面粗さが大きい基材の場
合の摺動後、（ｃ）は、膜の表面が粗い場合の摺動前、
（ｄ）は、膜の表面が粗い場合の摺動後、を示す。上層
被膜の低硬度硬質炭素膜５は、摺動の初期に凸の部分が
容易に研磨され、短時間で突起部の頂点が平滑になる。
凹凸が基材または下層の高硬度硬質炭素膜４に起因する
場合、凸部の研磨により下層の高硬度硬質炭素膜が部分
的に表層に現れる。表層の硬度が比較的低い、低硬度硬
質炭素膜は、硬度が高い硬質炭素膜よりやや凹となり、
相手材と固体接触するのはやや凸となった硬度が高い硬
質炭素膜の部分が主となる。全体的には平滑になるた
め、相手攻撃性は小さく、固体接触する硬度が高い硬質
炭素膜の効果で摩擦係数は小さくなる。潤滑下で使用さ
れる場合は、凹となった低硬度の硬質炭素膜の表面で潤
滑剤が保持され、より低摩擦化される。
【００１２】ここで、上層被膜の低硬度硬質炭素膜の膜
厚は、０．１μｍ以上１．５μｍ以下であることをが望
ましい。０．１μｍ以下では薄すぎて凸部の平滑化の機
能を十分に果たせなく、１．５μｍ以上では厚膜化に伴
う応力剥離の問題が新たに発生する。
厚は、０．１μｍ以上１．５μｍ以下であることをが望
ましい。０．１μｍ以下では薄すぎて凸部の平滑化の機
能を十分に果たせなく、１．５μｍ以上では厚膜化に伴
う応力剥離の問題が新たに発生する。
【００１３】また、上層被膜の低硬度硬質炭素膜の膜厚
は、被覆後の平均表面粗さＲａ以上最大表面粗さＲｍａ
ｘ以下が好ましい。ここで、平均表面粗さＲａと最大表
面粗さＲｍａｘは、上層被膜である低硬度硬質炭素膜を
被覆した後の粗さで定義する。上層被膜の低硬度硬質炭
素膜を被覆する前の高硬度硬質炭素膜の表面粗さも、Ｒ
ａ、Ｒｍａｘに近い値を示す。
は、被覆後の平均表面粗さＲａ以上最大表面粗さＲｍａ
ｘ以下が好ましい。ここで、平均表面粗さＲａと最大表
面粗さＲｍａｘは、上層被膜である低硬度硬質炭素膜を
被覆した後の粗さで定義する。上層被膜の低硬度硬質炭
素膜を被覆する前の高硬度硬質炭素膜の表面粗さも、Ｒ
ａ、Ｒｍａｘに近い値を示す。
【００１４】なお、高硬度硬質炭素膜と低硬度硬質炭素
膜とは独立した膜として積層されていてもよいし、硬さ
が厚さ方向に徐々に傾斜して変化してもよい。
膜とは独立した膜として積層されていてもよいし、硬さ
が厚さ方向に徐々に傾斜して変化してもよい。
【００１５】硬質炭素膜は、結晶質ダイヤモンド薄膜の
合成に適用されているマイクロ波プラズマＣＶＤ法、Ｅ
ＣＲプラズマＣＶＤ法、フィラメントＣＶＤ法等のほか
に、高周波や直流電圧、パルス直流電圧、ホロカソー
ド、ホットカソードを適用したアークなどの各種プラズ
マ源を用いたプラズマＣＶＤ法、炭素または炭化水素イ
オンを用いるイオンビーム蒸着法、固体炭素源からスパ
ッタリングやアーク放電、レーザー照射にて炭素を気化
し基体上に成膜する手法等が適用できる。
合成に適用されているマイクロ波プラズマＣＶＤ法、Ｅ
ＣＲプラズマＣＶＤ法、フィラメントＣＶＤ法等のほか
に、高周波や直流電圧、パルス直流電圧、ホロカソー
ド、ホットカソードを適用したアークなどの各種プラズ
マ源を用いたプラズマＣＶＤ法、炭素または炭化水素イ
オンを用いるイオンビーム蒸着法、固体炭素源からスパ
ッタリングやアーク放電、レーザー照射にて炭素を気化
し基体上に成膜する手法等が適用できる。
【００１６】下層の高硬度硬質炭素膜の合成には、高硬
度化に有利なマイクロ波プラズマＣＶＤ法、ＥＣＲプラ
ズマＣＶＤ法、フィラメントＣＶＤ法、カソードアーク
イオンプレーティング法、あるいは高次の炭化水素ガス
を原料とした各種プラズマＣＶＤ法のいずれかの手法を
適用することが好ましい。
度化に有利なマイクロ波プラズマＣＶＤ法、ＥＣＲプラ
ズマＣＶＤ法、フィラメントＣＶＤ法、カソードアーク
イオンプレーティング法、あるいは高次の炭化水素ガス
を原料とした各種プラズマＣＶＤ法のいずれかの手法を
適用することが好ましい。
【００１７】上層被膜の低硬度硬質炭素膜は、上記のい
ずれの方法でも比較的容易に合成することが出来るが、
スパッタリング法、プラズマＣＶＤ法、カソードアーク
イオンプレーティング法のいずれかの手法を適用するこ
とが好ましい。それぞれの膜は、独立した設備で合成し
てもよいが、工業的には連続で処理できるプロセスが好
ましい。
ずれの方法でも比較的容易に合成することが出来るが、
スパッタリング法、プラズマＣＶＤ法、カソードアーク
イオンプレーティング法のいずれかの手法を適用するこ
とが好ましい。それぞれの膜は、独立した設備で合成し
てもよいが、工業的には連続で処理できるプロセスが好
ましい。
【００１８】さらに本発明の特徴とするところは、硬質
炭素膜が被覆された摺動部材において、高硬度硬質炭素
膜上に、上層被膜として炭素膜または金属膜または化合
物膜が被覆されており、下層の高硬度硬質炭素膜のヌー
プ硬度が２０００以上８０００以下であり、上層被膜の
炭素膜または金属膜または化合物膜のヌープ硬度が２０
以上１０００以下であることを特徴とする被覆摺動部材
である。その効果は、低硬度硬質炭素膜と同様である。
低硬度硬質炭素膜を上層とする場合と比較し、摩擦係数
は若干大きくなるが、相手攻撃性は十分に低減すること
が出来る。
炭素膜が被覆された摺動部材において、高硬度硬質炭素
膜上に、上層被膜として炭素膜または金属膜または化合
物膜が被覆されており、下層の高硬度硬質炭素膜のヌー
プ硬度が２０００以上８０００以下であり、上層被膜の
炭素膜または金属膜または化合物膜のヌープ硬度が２０
以上１０００以下であることを特徴とする被覆摺動部材
である。その効果は、低硬度硬質炭素膜と同様である。
低硬度硬質炭素膜を上層とする場合と比較し、摩擦係数
は若干大きくなるが、相手攻撃性は十分に低減すること
が出来る。
【００１９】ここで、上層に適用される材料は、炭素、
アルミニウム、シリコン、チタン、クロム、鉄、ニッケ
ル、亜鉛、モリブデン、銀、タングステン、金、二硫化
モリブデン等の硫化物、ホウ化チタン等のホウ化物、リ
ン酸マンガンなおのリン酸塩のいずれか１種類以上を用
いることが好ましい。これらの中には、一般的なヌープ
硬度が１０００以上のホウ化チタン等も含まれるが、本
発明では、非晶質のホウ化チタンのように硬度が低いも
のが好ましい。
アルミニウム、シリコン、チタン、クロム、鉄、ニッケ
ル、亜鉛、モリブデン、銀、タングステン、金、二硫化
モリブデン等の硫化物、ホウ化チタン等のホウ化物、リ
ン酸マンガンなおのリン酸塩のいずれか１種類以上を用
いることが好ましい。これらの中には、一般的なヌープ
硬度が１０００以上のホウ化チタン等も含まれるが、本
発明では、非晶質のホウ化チタンのように硬度が低いも
のが好ましい。
【００２０】また、上層の炭素膜または金属膜または化
合物膜の膜厚は、０．１μｍ以上０．５μｍ以下である
ことが好ましい。０．１μｍ以下では薄すぎて凸部の平
滑化の機能を十分に果たせなく、０．５μｍ以上では摺
動特性に優れた下層の高硬度硬質炭素膜の効果が現れに
くいためである。
合物膜の膜厚は、０．１μｍ以上０．５μｍ以下である
ことが好ましい。０．１μｍ以下では薄すぎて凸部の平
滑化の機能を十分に果たせなく、０．５μｍ以上では摺
動特性に優れた下層の高硬度硬質炭素膜の効果が現れに
くいためである。
【００２１】また、上層の炭素膜または金属膜または化
合物膜の膜厚は、被覆後の平均粗さＲａ以上Ｒｍａｘ以
下が好ましい。ここで、平均粗さＲａとＲｍａｘは、上
層被膜の炭素膜または金属膜または化合物膜を被覆した
後の表面粗さとする。上層被膜の炭素膜または金属膜ま
たは化合物膜を被覆する前の高硬度硬質炭素膜の表面粗
さも、Ｒａ、Ｒｍａｘに近い値を示す。
合物膜の膜厚は、被覆後の平均粗さＲａ以上Ｒｍａｘ以
下が好ましい。ここで、平均粗さＲａとＲｍａｘは、上
層被膜の炭素膜または金属膜または化合物膜を被覆した
後の表面粗さとする。上層被膜の炭素膜または金属膜ま
たは化合物膜を被覆する前の高硬度硬質炭素膜の表面粗
さも、Ｒａ、Ｒｍａｘに近い値を示す。
【００２２】本発明の構造を持つ被覆部材は、平均表面
粗さはＲａ０．０５μｍ以上０．３μｍ以下であるもの
が最適である。この平均表面粗さＲａは、上層被膜の炭
素膜または金属膜または化合物膜を被覆した後の表面粗
さとする。上層被膜の炭素膜または金属膜または化合物
膜を被覆する前の高硬度硬質炭素膜の表面粗さも、Ｒ
ａ、Ｒｍａｘに近い値を示す。
粗さはＲａ０．０５μｍ以上０．３μｍ以下であるもの
が最適である。この平均表面粗さＲａは、上層被膜の炭
素膜または金属膜または化合物膜を被覆した後の表面粗
さとする。上層被膜の炭素膜または金属膜または化合物
膜を被覆する前の高硬度硬質炭素膜の表面粗さも、Ｒ
ａ、Ｒｍａｘに近い値を示す。
【００２３】平均表面粗さＲａが０．０５μｍ以下の場
合、十分に粗さが小さいので、平滑化を目的とする低硬
度硬質炭素膜または炭素膜または金属膜または化合物膜
を上層に被覆する必要はない。平均表面粗さＲａが０．
３μｍ以上であっても本構造を適用した方が、摩耗や摩
擦係数を小さくする効果はある。しかし、あらかじめ基
材の粗さを十分に小さくするなどして、出来るかぎり表
面粗さＲａを０．３μｍ以下にした方がより効果的であ
る。
合、十分に粗さが小さいので、平滑化を目的とする低硬
度硬質炭素膜または炭素膜または金属膜または化合物膜
を上層に被覆する必要はない。平均表面粗さＲａが０．
３μｍ以上であっても本構造を適用した方が、摩耗や摩
擦係数を小さくする効果はある。しかし、あらかじめ基
材の粗さを十分に小さくするなどして、出来るかぎり表
面粗さＲａを０．３μｍ以下にした方がより効果的であ
る。
【００２４】膜構造に関しては、下層である高硬度硬質
炭素膜のさらに下層に、密着性の向上や、母材硬度の向
上を目的として、さらに中間層をもうけることも出来
る。その中間層の例としては、シリコン、炭化ケイ素、
炭化チタン、炭化タングステンなどが挙げられる。
炭素膜のさらに下層に、密着性の向上や、母材硬度の向
上を目的として、さらに中間層をもうけることも出来
る。その中間層の例としては、シリコン、炭化ケイ素、
炭化チタン、炭化タングステンなどが挙げられる。
【００２５】ここで、炭素膜は硬質炭素膜と同様の各種
手法で合成できるが、特にスパッタ法やカソードアーク
イオンプレーティング法、プラズマＣＶＤ法などが適し
ている。工業的には下層の硬質炭素膜と連続化に適した
方法が好ましい。
手法で合成できるが、特にスパッタ法やカソードアーク
イオンプレーティング法、プラズマＣＶＤ法などが適し
ている。工業的には下層の硬質炭素膜と連続化に適した
方法が好ましい。
【００２６】金属膜、化合物膜に関しても、公知の各種
手法で合成できる。特に好ましいのは、スパッタ法やカ
ソードアークイオンプレーティング法、プラズマＣＶＤ
法などであり、これら以外のもレーザーアブレーション
法などが適用できる。
手法で合成できる。特に好ましいのは、スパッタ法やカ
ソードアークイオンプレーティング法、プラズマＣＶＤ
法などであり、これら以外のもレーザーアブレーション
法などが適用できる。
【００２７】本発明において、膜のヌープ硬度は、あら
かじめ単層で得られた膜の硬さで成膜条件を設定するの
が一般的である。積層した後のそれぞれの膜の硬さを測
定するには、膜表面を斜めに研磨するかまたはボール膜
厚計による研磨を行うことで、各層のヌープ硬度を測定
することができる。
かじめ単層で得られた膜の硬さで成膜条件を設定するの
が一般的である。積層した後のそれぞれの膜の硬さを測
定するには、膜表面を斜めに研磨するかまたはボール膜
厚計による研磨を行うことで、各層のヌープ硬度を測定
することができる。
【００２８】これらの被覆摺動部材の母材としては、各
種鋼材、ＷＣ基の超硬合金、窒化硅素、炭化硅素、酸化
アルミ、酸化ジルコニウムなどをベースにした各種セラ
ミックス、アルミニウム合金、マグネシウム合金等が最
適である。
種鋼材、ＷＣ基の超硬合金、窒化硅素、炭化硅素、酸化
アルミ、酸化ジルコニウムなどをベースにした各種セラ
ミックス、アルミニウム合金、マグネシウム合金等が最
適である。
【００２９】使用環境としては、潤滑下、無潤滑下いず
れの環境下でも効果がある。しかし、摩擦係数の差が現
れにくい液体潤滑下でその効果は顕著となる。液体潤滑
下でも、自動車エンジンオイルや機械油をはじめとする
油潤滑下で使用すると摩擦損失の低減に極めて効果が大
きい。
れの環境下でも効果がある。しかし、摩擦係数の差が現
れにくい液体潤滑下でその効果は顕著となる。液体潤滑
下でも、自動車エンジンオイルや機械油をはじめとする
油潤滑下で使用すると摩擦損失の低減に極めて効果が大
きい。
【００３０】具体的な適用対象としては、高速摺動、高
面圧摺動の部品に適する。紡績・繊維関係では、家庭用
・工業用ミシンの釜や、糸道、各種軸受などの高速摺動
部品に適する。ＯＡ機器では、レーザープリンタなどの
ＯＡ機器の高速軸受などが挙げられる。家電では、冷蔵
庫やエアコンのコンプレッサ部品などの高面圧部品に適
する。自動車などの輸送機器においては、エンジン部品
が挙げられ、ピストンやクランクシャフトなどの主運動
系、カムとロッカーアーム・シム・リフター、バルブと
バルブシートなどの動弁系部品、プランジャーなどの燃
料噴射ポンプ周辺部品などが挙げられる。
面圧摺動の部品に適する。紡績・繊維関係では、家庭用
・工業用ミシンの釜や、糸道、各種軸受などの高速摺動
部品に適する。ＯＡ機器では、レーザープリンタなどの
ＯＡ機器の高速軸受などが挙げられる。家電では、冷蔵
庫やエアコンのコンプレッサ部品などの高面圧部品に適
する。自動車などの輸送機器においては、エンジン部品
が挙げられ、ピストンやクランクシャフトなどの主運動
系、カムとロッカーアーム・シム・リフター、バルブと
バルブシートなどの動弁系部品、プランジャーなどの燃
料噴射ポンプ周辺部品などが挙げられる。
【００３１】
【発明の実施の形態】本発明の具体的な実施の形態につ
いては実施例で示すが、本発明はこれらの実施例に限定
されるものではない。
いては実施例で示すが、本発明はこれらの実施例に限定
されるものではない。
【００３２】
【実施例】（実施例１）表面粗さＲａ０．０５μｍ以下
に仕上げたＳＵＪ２基材上に、カソードアークイオンプ
レーティング法によりヌープ硬度を８００から７６００
までの範囲で変化させた硬質炭素膜を約１μｍの膜厚で
形成した。原料には、固体炭素ターゲットを使用し、真
空またはＡｒなどの不活性ガス雰囲気中で炭素ターゲッ
ト表面に陰極アーク放電を発生、炭素を気化させる。そ
して気化した炭素はアークプラズマによりイオン化、活
性化し、負に印加された基板上に到達し硬質炭素膜が堆
積する。このときの雰囲気の圧力、温度、基板電圧を変
化させることで硬度を変化させた。
に仕上げたＳＵＪ２基材上に、カソードアークイオンプ
レーティング法によりヌープ硬度を８００から７６００
までの範囲で変化させた硬質炭素膜を約１μｍの膜厚で
形成した。原料には、固体炭素ターゲットを使用し、真
空またはＡｒなどの不活性ガス雰囲気中で炭素ターゲッ
ト表面に陰極アーク放電を発生、炭素を気化させる。そ
して気化した炭素はアークプラズマによりイオン化、活
性化し、負に印加された基板上に到達し硬質炭素膜が堆
積する。このときの雰囲気の圧力、温度、基板電圧を変
化させることで硬度を変化させた。
【００３３】次に、これら各ヌープ硬度の硬質炭素膜上
に、高周波プラズマＣＶＤ法によるヌープ硬度１６００
の硬質炭素膜を０．３μｍの膜厚で積層した。高周波プ
ラズマＣＶＤ法では、メタンを原料とし、基板に高周波
を印加して出来る高周波放電により原料ガスを分解、活
性させ、基板上に硬質炭素膜を堆積させた。
に、高周波プラズマＣＶＤ法によるヌープ硬度１６００
の硬質炭素膜を０．３μｍの膜厚で積層した。高周波プ
ラズマＣＶＤ法では、メタンを原料とし、基板に高周波
を印加して出来る高周波放電により原料ガスを分解、活
性させ、基板上に硬質炭素膜を堆積させた。
【００３４】得られた硬質炭素膜につき、ピン・オン・
ディスク法による摩擦摩耗試験を行なった。雰囲気は、
軽油中およびエンジンオイル１０Ｗ−４０ＳＨの滴下に
よる潤滑とし、硬質炭素膜をディスク、相手材は先端曲
率半径Ｒ３ｍｍのＳＵＪ２製ピン、加重１０Ｎ、回転速
度５００ｒｐｍ（摺動速度１００ｍｍ／ｓｅｃ）、回転
回数１万回とした。
ディスク法による摩擦摩耗試験を行なった。雰囲気は、
軽油中およびエンジンオイル１０Ｗ−４０ＳＨの滴下に
よる潤滑とし、硬質炭素膜をディスク、相手材は先端曲
率半径Ｒ３ｍｍのＳＵＪ２製ピン、加重１０Ｎ、回転速
度５００ｒｐｍ（摺動速度１００ｍｍ／ｓｅｃ）、回転
回数１万回とした。
【００３５】１万回の摺動試験終了時に摩擦係数を、摺
動試験後に、ディスク摩耗痕の磨耗深さと相手材ピンの
磨耗痕の直径を測定した。また、試験前後の表面粗さに
ついても評価した。以上の結果につき、表１、表２にま
とめる。
動試験後に、ディスク摩耗痕の磨耗深さと相手材ピンの
磨耗痕の直径を測定した。また、試験前後の表面粗さに
ついても評価した。以上の結果につき、表１、表２にま
とめる。
【００３６】
【表１】
【００３７】
【表２】
【００３８】単層の比較例からわかるように、乾式大気
中およびエンジンオイル中ともに、ヌープ硬度が高くな
るほど摩擦係数が小さくなることがわかる。しかし、同
時に相手材摩耗量も増大している。これは、硬度が高い
ほど、相手を研磨する効果が大きくなるためと考えられ
る。また、表面粗さに関しても、高硬度の硬質炭素膜ほ
ど試験後の表面粗さが大きい。
中およびエンジンオイル中ともに、ヌープ硬度が高くな
るほど摩擦係数が小さくなることがわかる。しかし、同
時に相手材摩耗量も増大している。これは、硬度が高い
ほど、相手を研磨する効果が大きくなるためと考えられ
る。また、表面粗さに関しても、高硬度の硬質炭素膜ほ
ど試験後の表面粗さが大きい。
【００３９】一方、上層にヌープ硬度１６００の硬質炭
素膜を積層した場合も、下層の硬質炭素膜のヌープ硬度
が高いものほど摩擦係数が小さくなる傾向は同様であ
る。しかし、下層のヌープ硬度が高い場合でも、相手材
摩耗量は小さい。表面粗さに関しても、試験後の粗さが
小さくなっている。硬度が低い硬質炭素膜を上層にもう
けることで、平滑化が容易になされたと考えられる。な
お、積層した場合でも、下層の硬質炭素膜のヌープ硬度
が低い場合は、摩擦係数は大きいままである。
素膜を積層した場合も、下層の硬質炭素膜のヌープ硬度
が高いものほど摩擦係数が小さくなる傾向は同様であ
る。しかし、下層のヌープ硬度が高い場合でも、相手材
摩耗量は小さい。表面粗さに関しても、試験後の粗さが
小さくなっている。硬度が低い硬質炭素膜を上層にもう
けることで、平滑化が容易になされたと考えられる。な
お、積層した場合でも、下層の硬質炭素膜のヌープ硬度
が低い場合は、摩擦係数は大きいままである。
【００４０】続いて、ＳＵＪ２製のプランジャーの外周
に実施例１．２、比較例１．６の処理を施した。実施例
１．２の処理を施したプランジャーは、コーティング処
理の無いものに対して３０倍、比較例１．６の処理の１
０倍の時間、安定して作動した。
に実施例１．２、比較例１．６の処理を施した。実施例
１．２の処理を施したプランジャーは、コーティング処
理の無いものに対して３０倍、比較例１．６の処理の１
０倍の時間、安定して作動した。
【００４１】（実施例２）表面粗さＲａ０．１８μｍに
仕上げた窒化ケイ素セラミックス基材上に、下層として
ヌープ硬度を４６００の硬質炭素膜を形成し、上層にヌ
ープ硬度８００から２５００まで変化させた硬質炭素膜
を形成した。膜厚は、下層を約１μｍ、上層を０．３μ
ｍとした。
仕上げた窒化ケイ素セラミックス基材上に、下層として
ヌープ硬度を４６００の硬質炭素膜を形成し、上層にヌ
ープ硬度８００から２５００まで変化させた硬質炭素膜
を形成した。膜厚は、下層を約１μｍ、上層を０．３μ
ｍとした。
【００４２】ここで、下層の硬質炭素膜は、ＥＣＲプラ
ズマＣＶＤ法で合成し、上層の硬質炭素膜はＵＢＭスパ
ッタ法で合成した。ＥＣＲプラズマＣＶＤ法では、原料
ガスにメタンガスを適用し、マイクロ波を用いてＥＣＲ
プラズマを発生させ、基板上に硬質炭素膜を堆積させ
た。一方、ＵＢＭスパッタ法では、原料に固体炭素ター
ゲットを、雰囲気にアセチレンを０〜５０％添加したア
ルゴンガスを導入し、ターゲットにパルスＤＣを印加し
てスパッタ蒸着を行なった。水中とエンジンオイル１０
Ｗ−４０ＳＨ潤滑下でのピン・オン・ディスク試験によ
り評価を行った。結果を表３、表４に示す。
ズマＣＶＤ法で合成し、上層の硬質炭素膜はＵＢＭスパ
ッタ法で合成した。ＥＣＲプラズマＣＶＤ法では、原料
ガスにメタンガスを適用し、マイクロ波を用いてＥＣＲ
プラズマを発生させ、基板上に硬質炭素膜を堆積させ
た。一方、ＵＢＭスパッタ法では、原料に固体炭素ター
ゲットを、雰囲気にアセチレンを０〜５０％添加したア
ルゴンガスを導入し、ターゲットにパルスＤＣを印加し
てスパッタ蒸着を行なった。水中とエンジンオイル１０
Ｗ−４０ＳＨ潤滑下でのピン・オン・ディスク試験によ
り評価を行った。結果を表３、表４に示す。
【００４３】
【表３】
【００４４】
【表４】
【００４５】摩擦係数は、いずれも小さい。しかし、磨
耗深さに関しては、上層の硬質炭素膜のヌープ硬度が８
００の場合０．２５μｍ以上と大きい。また、上層の硬
質炭素膜のヌープ硬度が２５００の場合は相手攻撃性が
大きく、同時に試験後の表面粗さも大きい。硬度が高い
硬質炭素膜を上層にもうけた場合は平滑化の効果が小さ
いと考えられる。
耗深さに関しては、上層の硬質炭素膜のヌープ硬度が８
００の場合０．２５μｍ以上と大きい。また、上層の硬
質炭素膜のヌープ硬度が２５００の場合は相手攻撃性が
大きく、同時に試験後の表面粗さも大きい。硬度が高い
硬質炭素膜を上層にもうけた場合は平滑化の効果が小さ
いと考えられる。
【００４６】続いて、窒化ケイ素製の軸の外周に、実施
例２．２と比較例２．２の被覆を施した。これらを窒化
ケイ素製の軸受と組み合わせて使用したところ、実施例
２．２の軸と摺動した軸受は、比較例２．２の軸と摺動
した軸受の１／２０の摩耗量であった。
例２．２と比較例２．２の被覆を施した。これらを窒化
ケイ素製の軸受と組み合わせて使用したところ、実施例
２．２の軸と摺動した軸受は、比較例２．２の軸と摺動
した軸受の１／２０の摩耗量であった。
【００４７】（実施例３）表面粗さＲａ０．０５μｍ以
下に仕上げたアルミ合金ＡＣ８Ａ基材上、表面粗さ積層
化した硬質炭素膜において、下層の硬質炭素膜のヌープ
硬度を４３００、上層の硬質炭素膜のヌープ硬度を１５
００に固定し、上層の硬質炭素膜の膜厚を０．０５μｍ
から２．０μｍまで変化させた。下層、上層の硬質炭素
膜は、両者ともカソードアークイオンプレーティング法
で合成した。乾式とエンジンオイル１０Ｗ−４０ＳＨ潤
滑下でのピン・オン・ディスク試験により評価を行っ
た。結果を表５、表６に示す。
下に仕上げたアルミ合金ＡＣ８Ａ基材上、表面粗さ積層
化した硬質炭素膜において、下層の硬質炭素膜のヌープ
硬度を４３００、上層の硬質炭素膜のヌープ硬度を１５
００に固定し、上層の硬質炭素膜の膜厚を０．０５μｍ
から２．０μｍまで変化させた。下層、上層の硬質炭素
膜は、両者ともカソードアークイオンプレーティング法
で合成した。乾式とエンジンオイル１０Ｗ−４０ＳＨ潤
滑下でのピン・オン・ディスク試験により評価を行っ
た。結果を表５、表６に示す。
【００４８】
【表５】
【００４９】
【表６】
【００５０】上層の硬質炭素膜の膜厚が０．０５μｍと
薄い場合、相手材摩耗痕直径が４２０μｍと大きい。こ
のときの表面粗さＲａは０．０９μｍであった。一方、
上層の硬質炭素膜の膜厚が２μｍと厚い場合、摩擦係数
が０．０４９とやや大きめであった。この時の最大表面
粗さＲｍａｘは１．８５μｍであった。
薄い場合、相手材摩耗痕直径が４２０μｍと大きい。こ
のときの表面粗さＲａは０．０９μｍであった。一方、
上層の硬質炭素膜の膜厚が２μｍと厚い場合、摩擦係数
が０．０４９とやや大きめであった。この時の最大表面
粗さＲｍａｘは１．８５μｍであった。
【００５１】続いて、アルミ合金ＡＣ８Ａ製のエンジン
のピストンスカート部に、実施例３．３、実施例３．６
の処理を施した。これらの摩擦抵抗を測定したところ、
未コートのピストンに対し、実施例３．３の処理を施し
たピストンは４割、実施例３．６の処理を施したピスト
ンは２割の摩擦抵抗の低減が認められた。
のピストンスカート部に、実施例３．３、実施例３．６
の処理を施した。これらの摩擦抵抗を測定したところ、
未コートのピストンに対し、実施例３．３の処理を施し
たピストンは４割、実施例３．６の処理を施したピスト
ンは２割の摩擦抵抗の低減が認められた。
【００５２】（実施例４）表面粗さＲａ０．０５μｍ以
下に仕上げた超硬合金基材上に、下層にヌープ硬度４７
００の硬質炭素膜を、上層にヌープ硬度１６００の硬質
炭素膜を成膜した。ここで、下層と上層とはともにカソ
ードアークイオンプレーティング法で合成し、成膜条件
を傾斜的に変化させ、傾斜構造となるようにした。機械
油及びエンジンオイル１０Ｗ−４０ＳＨ潤滑下でのピン
・オン・ディスク試験を行った。結果を表７、表８に示
す。
下に仕上げた超硬合金基材上に、下層にヌープ硬度４７
００の硬質炭素膜を、上層にヌープ硬度１６００の硬質
炭素膜を成膜した。ここで、下層と上層とはともにカソ
ードアークイオンプレーティング法で合成し、成膜条件
を傾斜的に変化させ、傾斜構造となるようにした。機械
油及びエンジンオイル１０Ｗ−４０ＳＨ潤滑下でのピン
・オン・ディスク試験を行った。結果を表７、表８に示
す。
【００５３】
【表７】
【００５４】
【表８】
【００５５】摩擦係数、摩耗痕深さ、相手材摩耗量のい
ずれも、小さい値が得られた。続いて、ステンレス製の
加工品が搬送される超硬合金製の搬送用レールに、実施
例４と比較例１．７の被覆処理を施した。これらを実際
に使用したところ、未コートのレールでは滑りが悪く製
品の流れが滞るという問題が発生した。比較例１．７の
処理のレールでは、製品の流れはスムーズであったが、
製品のすべり面の傷による不良率が２０％を超えた。一
方実施例４のレールでは、製品の流れはスムーズで、傷
の発生も極めて少なく傷による不良率は１％以下であっ
た
ずれも、小さい値が得られた。続いて、ステンレス製の
加工品が搬送される超硬合金製の搬送用レールに、実施
例４と比較例１．７の被覆処理を施した。これらを実際
に使用したところ、未コートのレールでは滑りが悪く製
品の流れが滞るという問題が発生した。比較例１．７の
処理のレールでは、製品の流れはスムーズであったが、
製品のすべり面の傷による不良率が２０％を超えた。一
方実施例４のレールでは、製品の流れはスムーズで、傷
の発生も極めて少なく傷による不良率は１％以下であっ
た
【００５６】（実施例５）表面粗さＲａ０．１８に仕上
げたＳＣＭ４１５基材上に、イオンビーム蒸着法により
ヌープ硬度が２４００である硬質炭素膜を約１μｍの膜
厚で形成した。この上層に、スパッタ法またはカソード
アークイオンプレーティング法で各種金属、化合物の層
を膜厚が約０．３μｍとなるように積層した。比較のた
め、上層に用いた各種金属、化合物の単層膜を膜厚約１
μｍで形成した。
げたＳＣＭ４１５基材上に、イオンビーム蒸着法により
ヌープ硬度が２４００である硬質炭素膜を約１μｍの膜
厚で形成した。この上層に、スパッタ法またはカソード
アークイオンプレーティング法で各種金属、化合物の層
を膜厚が約０．３μｍとなるように積層した。比較のた
め、上層に用いた各種金属、化合物の単層膜を膜厚約１
μｍで形成した。
【００５７】イオンビーム蒸着法では、原料にベンゼン
を適用した。イオン化機構部にベンゼンガスを導入し、
これをイオン化し、マイナス１００から１０００Ｖに印
加した基板電極にベンゼンイオンを照射することにより
硬質炭素膜を形成した。スパッタ法は、固体ターゲット
で準備し、アルゴン雰囲気下でマグネトロンスパッタ法
によりスパッタ蒸着を行なった。一方カソードアークイ
オンプレーティング法は、窒化チタンや窒化チタンアル
ミの合成に適用した。窒素ガス雰囲気中で、チタンまた
はチタンアルミ合金ターゲット表面で陰極アーク放電を
発生させ、雰囲気中の窒素と反応させて基板上に窒化物
を堆積させた。
を適用した。イオン化機構部にベンゼンガスを導入し、
これをイオン化し、マイナス１００から１０００Ｖに印
加した基板電極にベンゼンイオンを照射することにより
硬質炭素膜を形成した。スパッタ法は、固体ターゲット
で準備し、アルゴン雰囲気下でマグネトロンスパッタ法
によりスパッタ蒸着を行なった。一方カソードアークイ
オンプレーティング法は、窒化チタンや窒化チタンアル
ミの合成に適用した。窒素ガス雰囲気中で、チタンまた
はチタンアルミ合金ターゲット表面で陰極アーク放電を
発生させ、雰囲気中の窒素と反応させて基板上に窒化物
を堆積させた。
【００５８】得られた膜につき、乾式とエンジンオイル
１０Ｗ−４０ＳＨ潤滑下でのピン・オン・ディスク試験
を実施した。結果を表９、表１０に示す。
１０Ｗ−４０ＳＨ潤滑下でのピン・オン・ディスク試験
を実施した。結果を表９、表１０に示す。
【００５９】
【表９】
【００６０】
【表１０】
【００６１】摩擦係数に関しては、単層ではいずれの膜
も摩擦係数は０．０５以上と高い。一方積層膜について
は、上層に窒化チタンや窒化チタンアルミニウムを適用
した構造を除き０．０４から０．０５の間と低い。
も摩擦係数は０．０５以上と高い。一方積層膜について
は、上層に窒化チタンや窒化チタンアルミニウムを適用
した構造を除き０．０４から０．０５の間と低い。
【００６２】相手摩耗量に関しては、単層では膜の硬度
が低いものほど磨耗が少ない傾向にある。積層膜に関し
ては、上層に窒化チタンや窒化チタンアルミニウムを適
用した構造を除き摩耗量は小さめである。
が低いものほど磨耗が少ない傾向にある。積層膜に関し
ては、上層に窒化チタンや窒化チタンアルミニウムを適
用した構造を除き摩耗量は小さめである。
【００６３】続いて、エンジンの動弁系のＳＣＭ４１５
製のリフターのカムとの摺動面に、実施例５．１５の処
理と比較例５．１の処理を施した。実施例５．１５のリ
フターは、未コートのリフターに対し５割、比較例５．
１に対し３割の摩擦抵抗の低減が確認された。また、カ
ムの磨耗に関しても、未コートの約半分、比較例５．１
の１／１５の摩耗量であった。
製のリフターのカムとの摺動面に、実施例５．１５の処
理と比較例５．１の処理を施した。実施例５．１５のリ
フターは、未コートのリフターに対し５割、比較例５．
１に対し３割の摩擦抵抗の低減が確認された。また、カ
ムの磨耗に関しても、未コートの約半分、比較例５．１
の１／１５の摩耗量であった。
【００６４】（実施例６）表面粗さＲａ０．０５μｍ以
下に仕上げたＳＵＳ３０４基材上に、下層にヌープ硬度
３９００のカソードアークイオンプレーティング法によ
る硬質炭素膜を膜厚１μｍで形成し、その上層に二硫化
モリブデンをスパッタ法にて積層した。上層の二硫化モ
リブデンの膜厚は０．０５μｍから１．５μｍまで変化
させた。
下に仕上げたＳＵＳ３０４基材上に、下層にヌープ硬度
３９００のカソードアークイオンプレーティング法によ
る硬質炭素膜を膜厚１μｍで形成し、その上層に二硫化
モリブデンをスパッタ法にて積層した。上層の二硫化モ
リブデンの膜厚は０．０５μｍから１．５μｍまで変化
させた。
【００６５】乾式大気中とエンジンオイル１０Ｗ−４０
ＳＨ潤滑下でのピン・オン・ディスク試験を行った。結
果を表１１，表１２に示す。
ＳＨ潤滑下でのピン・オン・ディスク試験を行った。結
果を表１１，表１２に示す。
【００６６】
【表１１】
【００６７】
【表１２】
【００６８】上層の二硫化モリブデンの膜厚が０．０５
μｍと薄い場合、相手材摩耗痕直径が４２０μｍと大き
い。このときの表面粗さＲａは０．０８μｍであった。
一方、上層の二硫化モリブデンの膜厚が１．５μｍと厚
い場合、摩擦係数が０．０５６と大きかった。この時の
最大表面粗さＲｍａｘは１．２５μｍであった。
μｍと薄い場合、相手材摩耗痕直径が４２０μｍと大き
い。このときの表面粗さＲａは０．０８μｍであった。
一方、上層の二硫化モリブデンの膜厚が１．５μｍと厚
い場合、摩擦係数が０．０５６と大きかった。この時の
最大表面粗さＲｍａｘは１．２５μｍであった。
【００６９】続いて、工業用ミシンのＳＵＳ３０４製の
釜の内面に、実施例６．１の処理を施した。実施例６．
１の釜は、未コートの釜に対し２５倍の寿命向上が確認
できた。
釜の内面に、実施例６．１の処理を施した。実施例６．
１の釜は、未コートの釜に対し２５倍の寿命向上が確認
できた。
【００７０】
【発明の効果】本発明によれば、摺動部材において硬質
炭素膜を被覆した表面が粗い場合に、摩擦係数や相手攻
撃性が小さい摺動特性を実現することができ有用であ
る。
炭素膜を被覆した表面が粗い場合に、摩擦係数や相手攻
撃性が小さい摺動特性を実現することができ有用であ
る。
【図１】表面が粗い硬質炭素膜の摺動前及び摺動後の断
面概略図である。
面概略図である。
【図２】高硬度硬質炭素膜上に積層した低硬度硬質炭素
膜の摺動前及び摺動後の断面概略図である。
膜の摺動前及び摺動後の断面概略図である。
１ 基材 ２ 硬質炭素膜 ３ 相手材 ４ 高硬度硬質炭素膜 ５ 上層被膜（低硬度硬質炭素膜）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3J011 NA01 QA03 QA04 SB02 SB04 SB05 SB12 SB13 SB14 SB15 SB20 SD01 SE02 SE06 4G046 CB03 CB08 CC05 CC06 4K030 BA01 BA02 BA06 BA07 BA12 BA14 BA18 BA20 BA21 BA27 BA29 BA35 BA49 BA50 BB13 CA02 CA03 CA05 DA02 FA01 FA02 LA23 4K044 AA02 AA06 AA13 BA02 BA06 BA08 BA10 BA17 BA18 BA19 BB02 BC01 BC06 CA13 CA14
Claims (14)
- 【請求項１】 硬質炭素膜が被覆された摺動部材におい
て、ヌープ硬度が２０００以上８０００以下である高硬
度硬質炭素膜の上に、ヌープ硬度が２０００未満の炭素
膜、金属膜または化合物膜からなる上層被膜が積層され
ていることを特徴とする被覆摺動部材。 - 【請求項２】 前記上層被膜が、ヌープ硬度１０００以
上２０００未満の低硬度硬質炭素膜であることを特徴と
する請求項１に記載の被覆摺動部材。 - 【請求項３】 前記高硬度炭素皮膜から前記上層被膜ま
での硬度が連続的に変化していることを特徴とする請求
項１〜請求項２のいずれかに記載の被覆摺動部材。 - 【請求項４】 前記上層被膜の膜厚が０．１μｍ以上
１．５μｍ以下であることを特徴とする請求項２〜請求
項３のいずれかに記載の被覆摺動部材。 - 【請求項５】 前記上層被膜のヌープ硬度が、２０以上
１０００以下であることを特徴とする請求項１に記載の
被覆摺動部材。 - 【請求項６】 前記上層被膜が、炭素、アルミニウム、
シリコン、チタン、クロム、鉄、ニッケル、亜鉛、モリ
ブデン、銀、タングステン、金、二硫化モリブデン等の
硫化物、ホウ化チタン等のホウ化物、リン酸マンガン等
のリン酸塩のいずれか１種類以上からなることを特徴と
する請求項５に記載の被覆摺動部材。 - 【請求項７】 前記上層被膜の膜厚が、０．１μｍ以上
０．５μｍ以下であることを特徴とする請求項５〜請求
項６のいずれかに記載の被覆摺動部材。 - 【請求項８】 前記上層被膜の膜厚が、被覆後の平均表
面粗さＲａ以上であり最大表面粗さＲｍａｘ以下である
ことを特徴とする請求項１〜請求項３、請求項５〜請求
項６のいずれかに記載の被覆摺動部材。 - 【請求項９】 平均表面粗さＲａが０．０５μｍ以上
０．３μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜請求
項８のいずれかに記載の被覆摺動部材。 - 【請求項１０】 母材が、鉄系合金、超硬合金、セラミ
ックス、アルミニウム合金、あるいはマグネシウム合金
であることを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか
に記載の被覆摺動部材。 - 【請求項１１】 潤滑下で使用されることを特徴とする
請求項１〜請求項１０のいずれかに記載の被覆摺動部
材。 - 【請求項１２】 エンジンオイル潤滑下で使用されるこ
とを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれかに記載
の被覆摺動部材。 - 【請求項１３】 マイクロ波プラズマＣＶＤ法、ＥＣＲ
プラズマＣＶＤ法、フィラメントＣＶＤ法、カソードア
ークイオンプレーティング法、あるいは高次の炭化水素
ガスを原料としたプラズマＣＶＤ法により前記高硬度硬
質炭素膜を合成することを特徴とする請求項１〜請求項
１２のいずれかに記載の被覆摺動部材の製造方法。 - 【請求項１４】 スパッタリング法、プラズマＣＶＤ
法、あるいはカソードアークイオンプレーティング法に
より前記上層被膜を合成することを特徴とする請求項１
〜請求項１３のいずれかに記載の被覆摺動部材の製造方
法。
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