(57)【要約】【課題】表面処理対象物の表面にプラズマを利用して非晶質硬質炭素膜を形成するにあたり、表面処理対象物の表面に形成される非晶質硬質炭素膜の硬度を高める。【解決手段】表面処理対象物Ｍを内部に収容する収容装置２と、炭化水素を含む表面処理ガスＧを収容装置２の内部に供給するガス供給装置４と、収容装置２の内部に設けられた電極Ｃに電圧Ｐを印加する電圧印加装置３とを備え、電圧Ｐが印加された電極Ｃからの放電で炭化水素から生じたイオンにより、表面処理対象物Ｍの表面に非晶質硬質炭素膜が形成されるプラズマ表面処理装置１であって、表面処理ガスＧには、さらに水素が含まれるプラズマ表面処理装置１。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面処理対象物を内部に収容する収容装置と、
炭化水素を含む表面処理ガスを前記収容装置の内部に供給するガス供給装置と、
前記収容装置の内部に設けられた電極に電圧を印加する電圧印加装置とを備え、
前記電圧が印加された電極からの放電で前記炭化水素から生じたイオンにより、前記表面処理対象物の表面に非晶質硬質炭素膜が形成されるプラズマ表面処理装置であって、
前記表面処理ガスには、さらに水素が含まれることを特徴とするプラズマ表面処理装置。
【請求項２】
前記表面処理ガスには、体積比で前記炭化水素の１００％を超える前記水素が含まれていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ表面処理装置。
【請求項３】
前記放電は、ホローカソード放電であることを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマ表面処理装置。
【請求項４】
表面処理対象物を収容装置の内部に収容し、
炭化水素を含む表面処理ガスを前記収容装置の内部に供給し、
前記収容装置の内部に設けられた電極に電圧を印加し、
前記電圧が印加された電極からの放電で前記炭化水素から生じたイオンにより、前記表面処理対象物の表面に非晶質硬質炭素膜を形成するプラズマ表面処理方法であって、
前記表面処理ガスには、さらに水素が含まれることを特徴とするプラズマ表面処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金型、自動車部品等の表面処理対象物の表面にプラズマを利用して膜を形成するプラズマ表面処理装置及びプラズマ表面処理方法に関し、特に、この膜として非晶質硬質炭素膜を形成するプラズマ表面処理装置及びプラズマ表面処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ表面処理装置とは、金型、自動車部品等の表面処理対象物の表面にプラズマを利用して膜を形成する装置である。そして、近年では、表面処理対象物の表面に形成する膜として非晶質硬質炭素膜が提案されている。この非晶質硬質炭素膜は、低摩擦性、高硬度性、耐食性などの性質を有している。よって、表面処理対象物の表面に非晶質硬質炭素膜を形成することで、表面処理対象物の表面が改質され、表面処理対象物の品質を向上させることができる。
【０００３】
非晶質硬質炭素膜を形成するプラズマ表面処理装置は、表面処理対象物を内部に収容する収容装置と、炭化水素を含む表面処理ガスを収容装置の内部に供給するガス供給装置と、収容装置の内部に設けられた電極に電圧を印加する電圧印加装置とを備え、電圧が印加された電極からの放電で炭化水素から生じたイオンにより、表面処理対象物の表面に非晶質硬質炭素膜が形成されるものである。
【０００４】
例えば、特許文献１には、真空ポンプによってチャンバ内の圧力を０．０５Ｐａ〜１０Ｐａに維持したまま、反応ガス供給孔から炭化水素ガスをチャンバ内に供給し、炭化水素ガスをイオン化してチャンバ内に収容された被処理材の表面にＤＬＣ膜（非晶質硬質炭素膜）を形成するプラズマ表面処理装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６−２１３４４号公報
【０００６】
しかし、上記特許文献１に記載の発明では、炭化水素から生じたイオンにより表面処理対象物（被処理材）の表面に非晶質硬質炭素膜を形成することができるが、形成される非晶質硬質炭素膜は黒鉛構造を多く含むため硬度が低くなるおそれがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明は、表面処理対象物の表面にプラズマを利用して非晶質硬質炭素膜を形成するにあたり、表面処理対象物の表面に形成される非晶質硬質炭素膜の硬度を高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明は、表面処理対象物を内部に収容する収容装置と、炭化水素を含む表面処理ガスを前記収容装置の内部に供給するガス供給装置と、前記収容装置の内部に設けられた電極に電圧を印加する電圧印加装置とを備え、前記電圧が印加された電極からの放電で前記炭化水素から生じたイオンにより、前記表面処理対象物の表面に非晶質硬質炭素膜が形成されるプラズマ表面処理装置であって、前記表面処理ガスには、さらに水素が含まれることを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、表面処理ガスにはさらに水素が含まれることにより、炭化水素イオンと水素イオンとの両方により非晶質硬質炭素膜を形成することができる。これにより、炭化水素イオンにより形成される非晶質硬質炭素膜におけるｓｐ２結合を水素イオンで解消し、黒鉛構造の含有率が低い非晶質硬質炭素膜を形成することができる。このため、水素を含まずに炭化水素を含む表面処理ガスを使用する場合に比較して、硬度の高い非晶質硬質炭素膜を形成することができる。
【００１０】
また、上記プラズマ表面処理装置において、前記表面処理ガスには、体積比で前記炭化水素の１００％を超える前記水素が含まれていてもよい。これにより、表面処理対象物の表面に形成される非晶質硬質炭素膜の黒鉛構造の含有率をより低くすることができ、この非晶質硬質炭素膜をダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）の性質に近づけることができる。
【００１１】
さらに、上記プラズマ表面処理装置において、前記放電は、ホローカソード放電であってもよい。これにより、表面処理ガスにおける水素含有率の増加に伴う成膜率の低下分を補填することができる。
【００１２】
また、本発明は、表面処理対象物を収容装置の内部に収容し、炭化水素を含む表面処理ガスを前記収容装置の内部に供給し、前記収容装置の内部に設けられた電極に電圧を印加し、前記電圧が印加された電極からの放電で前記炭化水素から生じたイオンにより、前記表面処理対象物の表面に非晶質硬質炭素膜を形成するプラズマ表面処理方法であって、前記表面処理ガスには、さらに水素が含まれることを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、表面処理ガスにはさらに水素が含まれることにより、炭化水素イオンと水素イオンとの両方により非晶質硬質炭素膜を形成することができる。これにより、炭化水素イオンにより形成される非晶質硬質炭素膜におけるｓｐ２結合を水素イオンで解消し、黒鉛構造の含有率が低い非晶質硬質炭素膜を形成することができる。このため、水素を含まずに炭化水素を含む表面処理ガスを使用する場合に比較して、硬度の高い非晶質硬質炭素膜を形成することができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように、本発明によれば、表面処理対象物の表面にプラズマを利用して非晶質硬質炭素膜を形成するにあたり、表面処理対象物の表面に形成される非晶質硬質炭素膜の硬度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係るプラズマ表面処理装置の一実施形態を示すブロック図である。
【図２】図１に示すプラズマ表面処理装置の第１試験例における試験条件を示す表である。
【図３】図１に示すプラズマ表面処理装置の第１試験例における結果を示すグラフである。
【図４】図１に示すプラズマ表面処理装置の第１試験例における結果を示すグラフである。
【図５】図１に示すプラズマ表面処理装置の第１試験例における結果を示す写真である。
【図６】図１に示すプラズマ表面処理装置の第２試験例における試験条件を示す表である。
【図７】図１に示すプラズマ表面処理装置の第２試験例における結果を示すグラフである。
【図８】図１に示すプラズマ表面処理装置の第２試験例における結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本発明に係るプラズマ表面処理装置の一実施形態を示すブロック図である。同図に示すプラズマ表面処理装置１は、表面処理対象物である金型Ｍを真空状態で収容する真空チャンバ２と、真空チャンバ２の内部に設けられた円筒部材Ａにパルス電圧Ｐを印加する電圧印加装置３と、炭化水素と水素とを含む表面処理ガスＧを真空チャンバ２の内部に供給するガス供給装置４とを備える。
【００１８】
プラズマ表面処理装置１は、金型Ｍの表面に非晶質硬質炭素膜を形成する。非晶質硬質炭素膜とは、その分子中にダイヤモンド結晶構造と黒鉛構造との両方を含む膜である。ダイヤモンド結晶構造とは、ｓｐ３混成軌道を有する炭素原子（ｓｐ３結合がなされた炭素原子）を含み正四面体に形成された分子構造である。また、黒鉛構造とは、ｓｐ２混成軌道を有する炭素原子（ｓｐ２結合がなされた炭素原子）により正六角形状の平面層に形成された分子構造である。非晶質硬質炭素膜は、低摩擦性、耐摩耗性、高硬度性、離型性、耐腐食性を有している。
【００１９】
真空チャンバ２は、内部に金型Ｍを収容する収容装置として備えられる。また、真空チャンバ２は、真空ポンプ（図示せず）によって内部が真空状態に維持されている。そして、真空チャンバ２には、中空に形成されて水平方向両端面に開口する円筒部材Ａと、円筒部材Ａの内部に設けられた金型Ｍとが収容されている。ここで、円筒部材Ａは、ステンレス導管である。なお、表面処理対象物を収容可能な収容装置であれば真空チャンバ２以外の装置を設けることもでき、例えば大気圧で表面処理対象物を収容する大気圧チャンバを設けることもできる。
【００２０】
金型Ｍは、表面に深さｄの凹部Ｄが形成されている。金型Ｍには、例えば薄型直方体に形成されたものを使用することができる。金型Ｍの凹部Ｄにおける表面は、凹部Ｄのへこみ方向（凹部Ｄの深さ方向）に延びる側面ｓと、凹部Ｄのへこみ方向と直交する方向に広がる底面ｂとで構成されている。なお、側面ｓは、凹部Ｄのへこみ方向に延びていれば、当該へこみ方向に対して平行である状態又は傾斜する状態のいずれの状態で形成されていてもよい。また、凹部Ｄは、例えば円筒状やスリット状（角柱状）に形成されていてもよい。また、金型Ｍに代えて金型Ｍ以外の表面処理対象物を使用してもよく、例えば自動車部品（歯車など）、工具を使用することができる。
【００２１】
電圧印加装置３は、真空チャンバ２の内部に収容された円筒部材Ａにパルス電圧Ｐを印加する。具体的には、電圧印加装置３は、正電圧と負電圧とを電源（図示せず）から円筒部材Ａへ交互に印加する。ここで、電圧印加装置３が円筒部材Ａに負電圧を印加する時（円筒部材Ａが陰極となる時）、円筒部材Ａの内部で電子の振り子運動が生じ、ホローカソード放電がなされる。さらに、電圧印加装置３は、正電圧を印加してから負電圧を印加するまでの時間（ディレイタイム）と、印加電圧の周波数とを制御する制御部（図示せず）を備える。なお、金型Ｍは円筒部材Ａと同電位となっている。
【００２２】
ガス供給装置４は、炭化水素と水素とを含む表面処理ガスＧを真空チャンバ２の内部に供給するために備えられる。ここで、炭化水素には、ｓｐ２混成軌道を有する（ｓｐ２結合がなされた）炭素原子を含む炭化水素化合物を使用することができ、例えばトルエンを使用することができる。また、表面処理ガスＧには、体積比において水素は炭化水素の１倍（１００％）より多く含まれているのが好ましい。なお、ガス供給装置４に代えて、炭化水素を含むガスを真空チャンバ２の内部に供給するガス供給装置と、水素を含むガスを真空チャンバ２の内部に供給するガス供給装置とを別々に設けてもよい。また、表面処理ガスＧには、体積比において水素が炭化水素の１倍（１００％）以下の範囲で含まれていてもよい。
【００２３】
なお、電圧印加装置３は、パルス電圧以外の電圧（例えば、負電圧のみ）を円筒部材Ａに印加することもできる。また、円筒部材Ａに代えて２枚の平板金属板の間に金型Ｍを配置し、これら平板金属板に電圧印加装置３から電圧を印加することもできる。さらに、真空チャンバ２の内部においてはホローカソード放電以外の一般的な放電を行ってもよく、例えばグロー放電を行うことができる。この場合、円筒部材Ａを設けず、電圧印加装置３から電圧を金型Ｍに直接印加することができる。
【００２４】
次に、図１に示すプラズマ表面処理装置１の動作について説明する。
【００２５】
まず、真空チャンバ２の内部に円筒部材Ａを収容すると共に、この円筒部材Ａの内部に金型Ｍを収容する。次に、真空ポンプ（図示せず）などを使用して真空チャンバ２の内部を真空状態にする。そして、ガス供給装置４から炭化水素及び水素を含む表面処理ガスＧを真空チャンバ２の内部に供給する。さらに、電圧印加装置３により正電圧及び負電圧（パルス電圧Ｐ）を交互に円筒部材Ａに印加することでホローカソード放電を行う。これにより、表面処理ガスＧに含まれる炭化水素及び水素がイオン化し、炭化水素イオン及び水素イオンが金型Ｍの表面（凹部Ｄの表面である底面ｂ及び側面ｓも含む）で非晶質硬質炭素膜を形成する。
【００２６】
次に、図１に示すプラズマ表面処理装置の試験例について説明する。
【００２７】
図２は、図１に示すプラズマ表面処理装置の第１試験例における試験条件を示す表である。この第１試験例は、図１に示すプラズマ表面処理装置においてホローカソード放電を行ったものである。この第１試験例においては、表面処理ガス（precursor gas）としてトルエン及び水素の混合ガスを使用した。また、表面処理ガスには、トルエン１６sccmに対し、水素を１６sccm、３２sccm、４８sccmの割合で混合したものをそれぞれ使用した。ここで、１sccmとは、０℃、１気圧において毎分１mlで流体が流れることを意味する。さらに、真空チャンバの内部における圧力は１．０Ｐａとした。そして、電極に印加される電圧は、＋２．８ｋＶ／−１．８ｋＶとした。また、ディレイタイムは２０μｓ、電極に印加する電圧の周波数は１０００Ｈｚとした。
【００２８】
図３は、図１に示すプラズマ表面処理装置の第１試験例における結果を示すグラフである。同図は、横軸を表面処理対象物の凹部における深さ、縦軸をＧピーク位置及び半値全幅、プロットの種類を表面処理ガスの水素含有率としたグラフである。同図は、試料にレーザー光を照射して生じたラマン散乱光を測定して得られたラマンスペクトル（試料の化学構造を特定可能なグラフであり、横軸をピーク位置とすると共に縦軸をピーク強度としたもの）から得たグラフである。ここで、Ｇピーク位置とは、ラマンスペクトルにおいてＧバンドの最大ピーク強度が検出されたピークシフトの位置である。さらに、ＦＷＨＭ（Ｇ）とは、ラマンスペクトルのＧバンドの半値全幅を意味している。
【００２９】
ここで、非晶質硬質炭素膜においては、膜が非晶質化及び硬質化するにつれて、ラマンスペクトルにおいてＧピークの位置が低下すると共に半値全幅が広がる。そして、図３に示すように、表面処理ガスの水素含有率が高まるにつれて、ラマンスペクトルにおいてＧピークの位置が低下すると共に半値全幅が広がっている。よって、図３においては、表面処理ガスの水素含有率が高まるにつれて、表面処理対象物に形成される非晶質硬質炭素膜が非晶質化及び硬質化されることが示されている。
【００３０】
図４は、図１に示すプラズマ表面処理装置の第１試験例における結果を示すグラフであり、（ａ）は表面処理ガスの水素含有率に対する非晶質硬質炭素膜の硬度を示しており、（ｂ）は表面処理ガスの水素含有率に対する非晶質硬質炭素膜の生成率（成膜率）を示している。
【００３１】
図４（ａ）では、横軸が表面処理ガスに含まれる水素の炭化水素に対する体積比（水素含有率）を示しており、縦軸が表面処理対象物の表面に形成された非晶質硬質炭素膜の硬度を示しており、プロットの種類が表面処理対象物の凹部における深さを示している。同図に示されるように、表面処理対象物に形成された凹部の深さが１．０ｍｍの位置においては、表面処理ガスに水素がわずかにでも含まれていれば非晶質硬質炭素膜の硬度が高まる。一方で、表面処理対象物に形成された凹部の深さが０．５ｍｍの位置においては、表面処理ガスに含まれる水素が炭化水素に対して体積比で１００％（１倍）を超える場合に、表面処理ガスの水素含有率の上昇に伴って非晶質硬質炭素膜の硬度が高まる。
【００３２】
図４（ｂ）では、横軸が表面処理対象物の表面に形成された凹部の深さを示しており、縦軸が表面処理対象物の表面に形成される非晶質硬質炭素膜の生成率を示しており、プロットの種類が表面処理ガスに含まれる水素の炭化水素に対する体積比を示している。同図に示されるように、表面処理ガスの水素含有率が低下するにつれて表面処理対象物の表面における成膜率が高まる。また、表面処理ガスの水素含有率がいずれの場合であっても、表面処理対象物に形成された凹部の深さが浅くなるにつれて成膜率が高まる。なお、同図の縦軸には「Deposition rate」と記載されており、これは表面処理対象物の表面に単位時間あたりに溶着する非晶質硬質炭素膜の量（溶着方向長さ）を意味している。「Deposition rate」は、表面処理対象物の表面に形成される非晶質硬質炭素膜の生成率の指標として使用されている。
【００３３】
図５は、図１に示すプラズマ表面処理装置の第１試験例における結果を示す写真であり、表面処理ガスに含まれる水素の炭化水素に対する体積比ごとの非晶質硬質炭素膜の外観を示している。そして、（ａ）は表面処理対象物の凹部において深さ０．５ｍｍの位置に形成された非晶質硬質炭素膜を示しており、（ｂ）は表面処理対象物の凹部において深さ１．０ｍｍの位置に形成された非晶質硬質炭素膜を示している。同図に示すように、表面処理ガスに含まれる水素の炭化水素に対する体積比が２００％及び３００％である場合には、表面処理対象物に形成された凹部の深さにかかわらず、非晶質硬質炭素膜の表面がなめらかになる。これは、表面処理ガスに含まれる水素が、非晶質硬質炭素膜中のｓｐ２クラスター（黒鉛構造）の生成を抑制したためである。
【００３４】
図６は、図１に示すプラズマ表面処理装置の第２試験例における試験条件を示す表である。この第２試験例は、図１に示すプラズマ表面処理装置においてグロー放電を行ったものである。この第２試験例においては、表面処理ガス（precursor gas）としてトルエン及び水素の混合ガスを使用した。また、真空チャンバの内部における圧力（deposition pressure）は、０．４Ｐａとした。さらに、電極に印加されるパルス電圧は、＋１．５ｋＶ／−２．０ｋＶとした。また、プラズマ表面処理時間（Coating time）は４ｈとした。また、電極に印加されるパルス電圧の周波数は４０００Ｈｚとした。そして、表面処理ガスには、トルエン１０sccmに対して水素が含まれないもの又は水素４、１０sccmがそれぞれ含まれるものを使用した。
【００３５】
図７は、図１に示すプラズマ表面処理装置の第２試験例における結果を示すグラフである。同図は、横軸を表面処理対象物の凹部における深さ、縦軸をＩ（Ｄ）／Ｉ（Ｇ）及びＧピーク位置、プロットの種類を表面処理ガスの水素含有率としたグラフである。同図は、試料にレーザー光を照射して生じたラマン散乱光を測定して得られたラマンスペクトルから得たグラフである。ここで、Ｉ（Ｄ）／Ｉ（Ｇ）とは、ラマンスペクトルにおいてＧバンドに対するＤバンドの強度比を意味する。また、２Ｄとは、２次元である平面に成膜した場合を示している。
【００３６】
ここで、非晶質硬質炭素膜においては、炭素炭素間ｓｐ２結合の六員環の構成割合が少なくなり（炭素炭素間ｓｐ３結合の構成割合が増加し）硬質化するにつれて、ラマンスペクトルにおいてＧピークの位置が低下すると共にＩ（Ｄ）／Ｉ（Ｇ）が減少する。そして、図７に示されるように、表面処理対象物の凹部の深さ１．０ｍｍ以上の範囲では、表面処理ガスに水素が含まれることで表面処理ガスに水素が含まれない場合に比較して、Ｇピークの位置が低下すると共にＩ（Ｄ）／Ｉ（Ｇ）が減少する。よって、表面処理ガスに水素が含まれるものを使用することで、形成される非晶質硬質炭素膜を硬質化することができる。
【００３７】
図８は、図１に示すプラズマ表面処理装置の第２試験例における結果を示すグラフであり、（ａ）は表面処理ガスの水素含有率に対する非晶質硬質炭素膜の硬度を示しており、（ｂ）は表面処理ガスの水素含有率に対する非晶質硬質炭素膜の生成率（成膜率）を示している。
【００３８】
図８（ａ）では、横軸が表面処理ガスに含まれる水素の炭化水素に対する体積比（水素含有率）を示しており、縦軸が表面処理対象物の表面に形成された非晶質硬質炭素膜の硬度を示しており、プロットの種類が表面処理対象物の凹部における深さを示している。同図に示されるように、表面処理ガスの水素含有率が高まるにつれて、表面処理対象物の凹部における深い位置（深さ１．０ｍｍ以上の位置）で形成される非晶質硬質炭素膜の硬度が高まっている。
【００３９】
図８（ｂ）では、横軸が表面処理対象物の凹部における深さを示しており、縦軸が当該深さにおける非晶質硬質炭素膜の生成率を示しており、プロットの種類が表面処理ガスに含まれる水素の炭化水素に対する体積比を示している。同図に示されるように、表面処理ガスの水素含有率が低下するにつれて表面処理対象物の表面における成膜率が高まる。また、表面処理ガスの水素含有率がいずれの場合であっても、表面処理対象物に形成された凹部の深さが浅くなるにつれて表面処理対象物の表面における成膜率が高まる。なお、同図の縦軸には「Thickness」と記載されており、これは表面処理対象物の表面に成膜時間（４ｈ）で生成された非晶質硬質炭素膜の厚みを示している。「Thickness」は、表面処理対象物の表面に形成される非晶質硬質炭素膜の生成率の指標として使用されている。
【００４０】
以上のように、上記実施の形態によれば、表面処理ガスＧには炭化水素に加えてさらに水素が含まれることにより、炭化水素イオンと水素イオンとの両方により非晶質硬質炭素膜を形成することができる。これにより、炭化水素イオンにより形成される非晶質硬質炭素膜におけるｓｐ２結合を水素イオンで解消し、黒鉛構造の含有率が低い非晶質硬質炭素膜を形成することができる。このため、水素を含まずに炭化水素を含む表面処理ガスを使用する場合に比較して、硬度の高い非晶質硬質炭素膜を形成することができる。
【００４１】
また、上記実施の形態によれば、表面処理ガスＧには体積比で炭化水素の１倍（１００％）以下の範囲で水素が含まれていることにより、水素イオンを炭化水素イオンに衝突させて炭化水素イオンを高いエネルギーで金型Ｍの表面に入射させることができ（すなわち、水素イオンで炭化水素イオンを金型Ｍの表面に押しつけることができ）、金型Ｍの表面における炭化水素イオンによる成膜率（非晶質硬質炭素膜の生成率）を高く維持することができる。
【００４２】
特に、上記実施の形態においては、水素イオンにより炭化水素イオンを金型Ｍの表面に案内することができるため、金型Ｍにおける凹部Ｄのへこみ方向だけでなく当該へこみ方向に直交する方向にも炭化水素イオンを効果的に供給することができる。これにより、金型Ｍの表面に形成された凹部Ｄにおいて、凹部Ｄのへこみ方向に直交する方向に広がる底面ｂだけではなく、上記へこみ方向に平行又は傾斜している側面ｓにも効果的に炭化水素イオンを供給することができる。このため、底面ｂだけではなく側面ｓも効果的に成膜を行うことが可能となり、金型Ｍの凹部Ｄにおける表面全体を効果的に成膜することができる。
【００４３】
さらに、上記実施の形態においては、表面処理ガスＧには、体積比で炭化水素の１倍（１００％）より多い水素が含まれている。これにより、金型Ｍの表面に形成される非晶質硬質炭素膜の黒鉛構造の含有率をより低くすることができ、この非晶質硬質炭素膜をダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）の性質に近づけることができる。これにより、金型Ｍの表面に形成される非晶質硬質炭素膜の硬度をさらに高めることができる。なお、ダイヤモンドライクカーボンとは、非晶質硬質炭素膜のうち、黒鉛よりもダイヤモンドに近い特性を有するものである。
【００４４】
また、上記実施の形態においては、表面処理ガスＧには、体積比で炭化水素の１倍（１００％）より多い水素が含まれている。これにより、水素が含まれず炭化水素が含まれた表面処理ガス、または、体積比で炭化水素の１倍以下の範囲で水素が含まれた表面処理ガスを使用する場合に比較して、金型Ｍの表面に形成される非晶質硬質炭素膜をなめらかにすることができる。これは、表面処理ガスに含まれる水素が、非晶質硬質炭素膜中のｓｐ２クラスター（黒鉛構造）の生成を抑制したためである。これにより、非晶質硬質炭素膜が形成された金型Ｍの美観を高く保ち、金型Ｍの商品価値を高めることができる。
【００４５】
また、上記実施の形態においては、真空チャンバ２の内部において行われる放電をホローカソード放電とすることで、真空チャンバ２の内部で高密度プラズマを形成することができるため、金型Ｍの表面における成膜率を高めることができる。表面処理ガスＧの水素含有率が１００％を超える場合、金型Ｍの凹部Ｄに形成される非晶質硬質炭素膜の硬度が高まるものの凹部Ｄにおける成膜率が低下するおそれがある。しかし、真空チャンバ２の内部において行われる放電をホローカソード放電とすることで、金型Ｍの凹部Ｄにおける成膜率を高めることができる。これにより、水素含有率が高い表面処理ガスを使用する欠点（金型Ｍの凹部Ｄにおける成膜率が低下すること）を解消した上で、さらに上記表面処理ガスを使用する利点（金型Ｍの凹部に形成される非晶質硬質炭素膜の硬度が向上すること）を享受することができる。
【符号の説明】
【００４６】
１  プラズマ表面処理装置
２  真空チャンバ
３  電圧印加装置
４  ガス供給装置
Ａ  円筒部材
Ｄ  凹部
Ｇ  表面処理ガス
Ｍ  金型
Ｐ  パルス電圧
ｂ  底面
ｄ  深さ
ｓ  側面
【図１】
2020012155.tif 000003
【図２】
2020012155.tif 000004
【図３】
2020012155.tif 000005
【図４】
2020012155.tif 000006
【図５】
2020012155.tif 000007
【図６】
2020012155.tif 000008
【図７】
2020012155.tif 000009
【図８】
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