(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＤＬＣコーティングをテクスチャリングする方法であって、
前記ＤＬＣコーティングの自由表面の上に複数のボールまたは球体を単一の層として堆積するステップと、
酸素プラズマを用いて前記ＤＬＣコーティングをドライエッチングするステップと、
最後に、前記複数のボールまたは球体を除去することにより前記コーティングを洗浄するステップと
を含む方法。
【請求項２】
ラングミュアーブロジェット法を用いて前記複数のボールまたは球体の単一の層を堆積する請求項１に記載のＤＬＣコーティングをテクスチャリングする方法。
【請求項３】
ディップコーティング法を用いて前記複数のボールまたは球体の単一の層を堆積する請求項１に記載のＤＬＣコーティングをテクスチャリングする方法。
【請求項４】
前記ＤＬＣコーティングをドライエッチングするステップの前に、選択的化学法によって、前記複数のボールまたは球体のエッチングを制御する請求項１〜３のいずれか一項に記載のＤＬＣコーティングをテクスチャリングする方法。
【請求項５】
前記ＤＬＣコーティングの表面を、エッチングの後に、エタノール浴に浸して前記複数のボールまたは球体を除去することにより洗浄する請求項１〜４のいずれか一項に記載のＤＬＣコーティングをテクスチャリングする方法。
【請求項６】
前記エタノール浴をさらに超音波にさらす請求項５に記載のＤＬＣコーティングをテクスチャリングする方法。
【請求項７】
前記複数のボールまたは球体が、シリカまたはポリマーでできている請求項１〜６のいずれか一項に記載のＤＬＣコーティングをテクスチャリングする方法。
【請求項８】
前記複数のボールまたは球体の直径が１００ナノメーターから１０マイクロメーターの間である請求項１〜７のいずれか一項に記載のＤＬＣコーティングをテクスチャリングする方法。
【請求項９】
磨耗または摩擦にさらされる機械部品を製造するための請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法の使用。
【請求項１０】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法によって得られるテクスチャー加工されたＤＬＣ表面コーティングを有する機械磨耗または摩擦部品であって、この部品が、テクスチャリングの後に空洞を有し、この空洞の容積Ｖが、次の関係式：
【数１】
0005639167.tif 000003
（式中、
ｒは、ボールまたは球形の半径を示し、
ｄは、前記空洞の深さである）
に従う部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、まず、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）表面コーティングを改質、特に模様付け（texturing）を行うための具体的な方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
このようなコーティングまたはフィルムは現在ではよく知られており、水素化非晶質炭素のフィルムから形成されるのが一般である。この水素化非晶質炭素フィルムは、トライボロジー用途に関して特に有益な高い硬度、低い摩擦係数、密着性、電気絶縁性および化学的不活性という特性を有する。
【０００３】
用語「ＤＬＣ」は、ａ−Ｃ：Ｈで示されるいわゆる水素化非晶質炭素を主に意味する。これはＤＬＣが専門家の文献において明確に定義されている知識による（Ｊ．Ｒｏｂｅｒｔｓｏｎ，Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｒ（２７），２００２，１２９−２８１）。
【０００４】
これまでに公知のＤＬＣコーティングは摩擦係数特性が低いことから、特定の用途のためにこの特性を最適化することについて、研究が行われている。
【０００５】
前記の内容が本発明の目的である。
【発明の概要】
【０００６】
本発明は、ＤＬＣコーティングをテクスチャリングする方法に関し、これは、
ＤＬＣコーティングの自由表面もしくは上側表面の上に複数のボールまたは球体を単一の層として堆積するステップと、
酸素プラズマを用いて前記ＤＬＣコーティングをドライエッチングするステップと、
そして最後に、これらボールまたは球体を除去して前記コーティングの表面を洗浄するステップとを含むものである。
【０００７】
言い換えれば、本発明は、リソグラフィーなどの従来のエッチング技法を省略し、３つのステップを実施することに限定された簡単な方法を用いて、ＤＬＣコーティングをテクスチャリングすることを含むものである。
【０００８】
その際に、本発明に係る方法は、例えばレーザー切断を用いるエッチング法によって、付随する前記コーティング特性の劣化によって生成され得るようなＤＬＣコーティングに起こり得る損傷を制限する働きをする。
【０００９】
本発明は特に、起伏（contour）を有する、言い換えれば平らでない機械エンジン部品、特に三次元の形状をもつ機械エンジン部品のＤＬＣコーティングされた表面を処理することに非常に適している。
【００１０】
本発明によれば、ＤＬＣは、ａ−Ｃ：Ｈで示される水素化非晶質炭素材料を意味する。
【００１１】
本発明によれば、複数のボールまたは球体からなる単一の層は、いわゆるラングミュアーブロジェット法を用いて堆積することができる。現在完全に習得されたこの技法は、ナノ粒子またはマイクロ粒子の単一層を液体浴から基材の表面に移すために使用される。
【００１２】
その際に、この技法によって、様々な性質のボールまたは球体、特にシリカまたは特にラテックスもしくはポリスチレン等のポリマーでできたものを堆積することが可能であり、前記ボールまたは球体は、１００ナノメーターから１０マイクロメーター以上の間の直径を有することが可能である。
【００１３】
この技法は、複数のボールまたは球体を均一な単一層として高い組織率（organisation rate）で得ることを可能にするために公知である。
【００１４】
あるいは、複数のボールまたは球体かなる単一の層は、「ディップコーティング」として公知の技術を用いて堆積することができる。この技術は、大きい表面または三次元の形状をテクスチャー加工することが必要である場合に好ましい。
【００１５】
さらに、液体浴には、複数のボールまたは球体を分散させるための溶媒のほかに、界面活性剤、例えばトリトンＸ−１００（登録商標）を含んでよい。
【００１６】
本発明によれば、ＤＬＣコーティングは、選択的化学法（selective chemistry）、特に酸素プラズマを用いてドライエッチングされ、ボールまたは球体を構成する材料、特にシリカの代わりに及びそれに替えて、ＤＬＣコーティングへの優先的なアタックを可能にする。
【００１７】
あるいは、ボールは、ラテックスまたはポリスチレンなどのポリマーで構成されてよい。
【００１８】
本発明によれば、ＤＬＣコーティングの表面は、エッチングの後にエタノール浴中で洗浄することができ、それによって前記ボールまたは球体を除去することができる。除去は、ボールを表面から解放することを意味する。
【００１９】
使用した処理を考えると、ＤＬＣコーティングの表面で実施されたテクスチャリングは、様々な寸法の開口部または空洞の存在を特徴とし、前記空洞のサイズは、使用するボールのサイズによって調節される。空洞は、場合により相互に連通していてよい。
【００２０】
本発明によれば、前記開口率、言い換えれば単位表面積あたりの開口部の数は、酸素プラズマを用いるエッチングの前にＳＦ６＋ＣＨＦ３プラズマエッチングの中間ステップを実施することによって、増加させることができる。
【００２１】
また、本発明は、本発明の方法に従ってテクスチャー加工された、ＤＬＣ型の表面コーティングを有する、機械磨耗または摩擦部品にも関する。
【００２２】
従ってこれらの機械部品のコーティングは、１０％より大きい開口率、すなわち前記コーティングの単位表面積あたりの開口部または空洞の数を有することができる。
【００２３】
さらに、ＤＬＣ型コーティングの表面に存在する開口部または空洞の少なくとも一部は、滑沢剤の循環を促進するために連通している。
【００２４】
発明を具体化する方法および得られる利点は、添付の図面により裏付けられ、一例として非限定的に与えられる以下の実施形態の実施例から一層明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】ＤＬＣコーティングでコーティングされた基材と、本発明の方法に基づく複数のボールまたは球体の単一の層とを横から見た模式図である。
【図２】エッチングステップの後で得られる図１と同様の図である。
【図３】洗浄後、すなわち複数のボールまたは球体の層を取り除いた後のコーティングの表面の図である。
【図４】図３を上から見た図である。
【図５】テクスチャー加工されていないＤＬＣコーティングについて、「ボールオンディスク」型の摩擦測定装置（tribometric device）において、鋼球で覆われた距離に対する摩擦係数の変化を示すグラフである。
【図６】本発明に係るテクスチャー加工されたコーティングについて、「ボールオンディスク」型の摩擦測定装置において、鋼球で覆われた距離に対する摩擦係数の変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
したがって、本発明によれば、本方法の第一ステップは、ＤＬＣコーティング（１）の表面に、複数のボールまたは球体からなる単一の層（４）を堆積することを含む。ＤＬＣコーティングは、基材（３）の上に従来技術で堆積されており、この基材は、例えば水素化炭化珪素で形成することができるプライマーの層（２）でプレコートされる。
【００２７】
この目的のために、ラングミュアーブロジェット法に適しているＮＡＮＯＭＥＴＲＩＸ社製の装置を使用してよい。
【００２８】
この目的のために、直径が１マイクロメーターのシリカ製のボールを、約１０％の分散で利用し、有利にはブタノールで構成されている溶媒中の溶液にこれらボールを投入する。
【００２９】
あるいは、水とエタノールの混合物を使用してもよい。そのための必要条件は、ボールを含有する溶媒に対するＤＬＣの十分な湿潤性である。
【００３０】
使用する溶液のボール濃度は、約３７．５ｇ／ｌである。この濃度は、一般に３０〜５０ｇ／ｌの間である。
【００３１】
ボールを堆積させる際、溶媒が空気中で蒸発することから、ボールの自己組織化構造をコーティングの表面で凝固させるのに役立つ。
【００３２】
次に、本発明の方法の第二ステップであるＤＬＣコーティング層のプラズマエッチングを実施する。このエッチングは、次のパラメータ：
気体の性質：酸素、
流速：８０ｓｃｃｍ、
電力：１０Ｗ、
圧力：３Ｐａ、
電圧：３２０Ｖ
を用いて、「反応性イオンエッチング」またはＲＩＥ技法を用いて行われる。
【００３３】
前記エッチングをこれらの条件下で行うことにより、約０．５３ｎｍ／ｓのＤＬＣ層エッチング速度が得られる。
【００３４】
前記酸素プラズマを使用することは、一般にＤＬＣコーティングとボールを構成するシリカとの間で２２対１の比で、非常に大きな選択性が得られることを意味する。これにより、前記ＤＬＣコーティングは、ボールの代わりにプラズマによって非常に優先的に攻撃され、ボールを構成するシリカは一種のマスクとして作用する。このように、ＤＬＣコーティングの上面（６）から延びる空洞（５）が作り出される。
【００３５】
それから、次のステップは、エッチング後のＤＬＣコーティングの表面の洗浄である。この洗浄は、ボールの単一層を除去することを含む。この除去は、一般に、堆積体をエッチング後にエタノール浴に１５分間浸し、且つこれを超音波にさらすことによって得られる。超音波の代わりに、任意の弱い機械的技法を、ボールをコーティングから分離する（releasing）目的で使用してもよい（摩擦、掃去（scavenging）など）。
【００３６】
従って図３および４に示される種類のコーティングが得られる。特に、多種多様な寸法を有するエッチングパターン（５）を観察することができ、前記パターンまたは空洞のサイズは、使用したボールのサイズにより調節される。
【００３７】
コンパクトな堆積を考える場合、すなわち、コーティングの表面上でのボールまたは球体の最大限の自己組織化によって、１つの空洞の容積Ｖは、次の関係式：
【数１】
0005639167.tif 000002
（式中、ｒは、ボールの半径を示し、ｄは、空洞の深さである）
で表わされる。
【００３８】
使用するボールのサイズが何であれ、コンパクトな堆積により１０％の開口率がもたらされることが観察されるであろう。ボールのサイズは、空洞または開口部のサイズのみを調節するものである。
【００３９】
しかし、この開口率は、ＳＦ６＋ＣＨＦ３プラズマを使用する中間エッチングステップを実施することにより増加する可能性があり、ボールのサイズを低下させる働きをする。
【００４０】
ここでは、前記中間ステップは、ＤＬＣ型コーティングとは対照的に、シリカボールを選択的にエッチングするのに役立つ。その結果、ボールの平均径は小さくなるが自己組織化は持続する。ボール同士の組織化を変更することはＳＦ６＋ＣＨＦ３プラズマの性質にないので、ボールは単一層の堆積ステップの終わりと同じ所に位置したままである。
【００４１】
従って、ボールの直径を５００ｎｍから４００ｎｍに低下させることにより、パターンの開口率は、１０から４２％に増加する。
【００４２】
その際に、ＤＬＣコーティングのドライエッチングの前に、ボールまたは球体の制御されたエッチングを、選択的化学法によって、特にＳＦ６＋ＣＨＦ３プラズマを用いて実施してよい。
【００４３】
次に、調査している接点の形状およびサイズの関数として、ＤＬＣコーティングの表面のパターンまたは空洞の寸法を調整することが可能となり、それによってコーティングのトライボロジー特性を調節する。
【００４４】
特に、前記のさらなるエッチングステップは、完全連通状態で均一かつ無方向性の空洞が作られるようにするので、前記コーティングを備えた機械部品が使用される時に、目的の流体、例えば滑沢剤を流すことができる。次に、滑沢剤は、もはや別個の空洞にとどまっておらず、部品全体にわたって、特に摩擦などの機械的応力を支持する地点で、滑沢剤の良好な分布を確保する。
【００４５】
実施した試験により、ＤＬＣコーティングのテクスチャリングには好ましい方向がないことが示されたので、得られるパターンは、均一かつ指向性のパターンを生成する先行技術の技法を用いて得たテクスチャリング法とは違って、摩擦の方向を調節しない。
【００４６】
トライボロジー試験は、１００Ｃｒ６鋼球を用いる、ＣＳＭ社から供給される「ボールオンディスク」型の摩擦計を用いて本発明に基づいて得たコーティングで実施した。
【００４７】
以下のパラメータで、図５および６で特定されるような結果が得られた。
ヘルツ圧：１．１ＧＰａ、
回転速度：５．５ｃｍ／ｓ、
網羅した距離：５７８０ｍ、
エンジン滑沢剤：８ｍＬ（標準油）
【００４８】
従って、ボールで覆われた距離に対する摩擦係数の変化を、テクスチャー加工されていないＤＬＣコーティング（図５）、および本発明に基づいてテクスチャー加工されたＤＬＣコーティング（図６）について、図５および６のグラフにおいて、それぞれ直径１μｍのシリカボールおよび約３００ｎｍのＤＬＣコーティングのエッチングの深さで実施されたマスキングから観察することができる。
【００４９】
従って、摩擦係数は、テクスチャー加工されていないＤＬＣコーティングについては約０．０７である一方、テクスチャー加工されたＤＬＣについては０．０３５の範囲内であり、それによってトライボロジー特性の最適化を強調している。
【００５０】
また、本発明は、磨耗または摩擦にさらされる機械部品の製造に関して、既に定義された方法の使用に関する。特に、この使いやすい方法は、複雑な形状の部品に直ちに利用できる。
【図１】
0005639167.tif 000004
【図２】
0005639167.tif 000005
【図３】
0005639167.tif 000006
【図４】
0005639167.tif 000007
【図５】
0005639167.tif 000008
【図６】
0005639167.tif 000009