(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材と、
該基材の表面近傍に形成され、同一名元素内で天然存在比が最も大きい主同位体より質量数が大きな重同位体を、該同一名元素の同位体全体に対して天然存在比より多く含む摺動層と、
からなる摺動部材であって、
前記重同位体は、重水素（２Ｈ）と異なる一種以上であり、
前記摺動層は、非晶質体からなる非晶質層であることを特徴とする摺動部材。
【請求項２】
基材と、
該基材の表面近傍に形成され、同一名元素内で天然存在比が最も大きい主同位体より質量数が大きな重同位体を、該同一名元素の同位体全体に対して天然存在比より多く含む摺動層と、
からなる摺動部材であって、
前記重同位体は、重水素（２Ｈ）と異なる一種以上であり、
前記摺動層は、ダイヤモンドを除く結晶体からなる結晶質層であることを特徴とする摺動部材。
【請求項３】
前記摺動層は、グラファイト層である請求項２に記載の摺動部材。
【請求項４】
前記摺動層は、前記同一名元素の同位体全体に対して、前記重同位体を合計で５０原子％以上含む請求項１〜３のいずれかに記載の摺動部材。
【請求項５】
前記非晶質層は、非晶質炭素層である請求項１に記載の摺動部材。
【請求項６】
前記重同位体は、炭素（Ｃ）の同位体である１３Ｃ若しくは１４Ｃまたはケイ素（Ｓｉ）の同位体である２９Ｓｉ若しくは３０Ｓｉの一種以上である請求項１または５に記載の摺動部材。
【請求項７】
前記結晶質層は、炭化チタン（ＴｉＣ）層である請求項２に記載の摺動部材。
【請求項８】
前記炭化チタン層に含まれる重同位体は、１３Ｃまたは１４Ｃの一種以上である請求項７に記載の摺動部材。
【請求項９】
前記摺動層は、前記基材の表面の少なくとも一部を被覆する表面被膜からなる請求項１〜８のいずれかに記載の摺動部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自然界に安定的に存在する主な同位体（主同位体）よりも質量数の大きい同位体（重同位体）を含む摺動層を有する摺動部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
並進運動や回転運動などの相対運動を伴う機械や装置の殆どは、少なくとも一部に摺動部を備える。このような機械等の高効率化やエネルギーの有効活用を図る上で、エネルギーロス等の原因となる摺動部における摩擦の低減が非常に重要となる。
【０００３】
そこで、接触表面粗さの向上、接触面間に介在する潤滑剤の改良等の他、低摩擦被膜の形成等による摩擦係数の低減がなされてきた。いずれも摺接界面に着目して摺動特性の改善を図ったものである。ところが、摩擦現象は未だ十分に解明されている訳ではなく、摩擦係数の低減策は従前の方法以外にも存在し得る。最近では、下記の非特許文献１に示すように、従来と異なる視点から摩擦低減に関する提案がされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−５１６０９号公報
【特許文献２】ＷＯ２００９／０４４８８２号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】R. J. Cannara, M. J. Brukman, K. Cimatu, A. V. Sumant, S. Baldelli, and R.W. Carpick, Science 318, 780 (2007)
【非特許文献２】Y. M.o、 M. H. Muser、 and I. Szulufarska、 Phys. Rev. B 80 (2009) 155438
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
非特許文献１には、ダイヤモンドやシリコン基板の表面を、水素（Ｈ）と同位体である重水素（Ｄ）で終端処理することにより、その表面における摩擦が低減される旨の記載がある。この理由として、非特許文献２では、シミュレーション結果に基づき、ＤがＨよりも重いため、Ｄが表面から離脱し難くなり、表面の化学的な安定性が高くなったためと述べている。
【０００７】
特許文献１および特許文献２には、炭素の同位体組成比が層間で異なる積層体に関して記載されている。しかし、これら文献はいずれも電子・ホールの閉込効果を利用した電子デバイスに関連したものであり、摩擦現象や摺動部材に関する記載は一切ない。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みて為されたものであり、従来とは異なる手法により摺動面における摩擦を低減できる摺動部材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者はこの課題を解決すべく鋭意研究し、試行錯誤を重ねた結果、天然存在比がもっとも大きい同位体より質量数の大きな同位体からなる摺動層の摩擦係数は、従来よりも低くなることを発見した。この成果を発展させることにより、以降に述べる本発明を完成するに至った。
【００１０】
《摺動部材》
（１）本発明の摺動部材は、基材と、該基材の表面近傍に形成され、同一名元素内で天然存在比が最も大きい主同位体より質量数が大きな重同位体を、該同一名元素の同位体全体に対して天然存在比より多く含む摺動層とからなり、前記重同位体は重水素（２Ｈ）と異なる一種以上であり、前記摺動層は非晶質体からなる非晶質層であることを特徴とする。
【００１１】
また本発明の摺動部材は、基材と、該基材の表面近傍に形成され、同一名元素内で天然存在比が最も大きい主同位体より質量数が大きな重同位体を、該同一名元素の同位体全体に対して天然存在比より多く含む摺動層とからなり、前記重同位体は、重水素（２Ｈ）と異なる一種以上であり、前記摺動層は、ダイヤモンドを除く結晶体からなる結晶質層であることを特徴とする。
【００１２】
（２）本発明の摺動部材によれば、その摺動層における摩擦係数が従来よりも大幅に低減される。もっとも、その理由は必ずしも定かではない。現状では次のように考えられる。
【００１３】
摩擦は、摺接する二固体間で生じる界面現象である。このため従来は、その界面における固体表面特性（例えば、表面吸着物、表面電子状態等）に着目して摩擦現象が解析されてきた。しかし、摩擦現象は、固体の表面特性のみならず、その表面に連なる固体内部の特性にも影響されることがわかってきた。つまり、摩擦現象は、エネルギー散逸機構を担う固体内部の特性、特に格子振動特性(フォノン)の影響等も受け得る。
【００１４】
本発明に係る摺動層は、天然存在比が最大である主同位体より質量数の大きな重同位体を少なくとも一部含む。このため、従来の摺動層よりも全体としての原子質量が大きくなる。その結果、その内部特性である格子振動特性(フォノン)も従来と異なり、摺動面近傍において、摩擦に伴うエネルギーの散逸が従来よりも少なくなる。この結果、本発明に係る摺動層では、摺接界面における摩擦によるエネルギーロスが抑制され、従来の摺動層よりも摩擦係数が大幅に低減されたと考えられる。
【００１５】
こうして本発明の摺動部材は、全体として非常に優れた低摩擦性を発揮し、さらには、それに伴う耐摩耗性の向上等の優れた摺動特性を発揮し得る。
【００１６】
《その他》
（１）本明細書でいう「同一名元素」とは原子番号が同じ元素である。同一名元素内には、主同位体や重同位体などの質量数が異なる複数の同位体（核種）が含まれ得る。
【００１７】
（２）本発明に係る摺動層は、上述した一部の場合を除き、結晶質でも非晶質でもよい。結晶質の場合であれば、単結晶体でも多結晶体でもよい。摺動層は、重同位体を天然存在比より多く含めば足るが、その主たる構成元素が重同位体であるとより効果的に摩擦低減を図れる。勿論、摺動層が基本的に重同位体のみからなる場合でもよい。なお、摺動層は、重同位体の他、種々の改質元素、コスト的または技術的な理由等により除去することが困難な不可避不純物などを含み得る。
【００１８】
（３）本発明の摺動部材はその形態を問わない。また摺動層はその摺動部材の少なくとも一部に存在すれば足る。本発明に係る摺動層は、摺接する２部材の一方のみに存在しても、両方に存在してもよい。
【００１９】
また摺動層は、全体が均一な同位体組成である必要はなく、摺動面に作用する荷重等に応じて摺動層の同位体組成が部分的または局所的に変化してもよい。例えば、大きな荷重が作用する摺動層部分で、重同位体の含有比が大きくなっていると好ましい。
【００２０】
（４）本発明に係る重同位体は、単一でもよいし、単種の同一名元素に属する質量数の異なる複数種の同位体であってもよいし、複数種の同一名元素にそれぞれ属する単種または複数種の同位体であってもよい。摺動層の構成元素、摺動部材の要求特性等に応じて、重同位体は種々組合わせ得る。本明細書で単にいう「重同位体」は、特に断らない限り、そのような場合を全て含む。
【００２１】
（５）特に断らない限り本明細書でいう「ｘ〜ｙ」は下限値ｘおよび上限値ｙを含む。本明細書に記載した種々の数値または数値範囲に含まれる任意の数値を新たな下限値または上限値として「ａ〜ｂ」のような範囲を新設し得る。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１Ａ】摩擦解析シミュレーションに用いた二次元摩擦モデルの模式図である。
【図１Ｂ】その二次元摩擦モデルを構成する原子間の結合バネ定数を表す模式図である。
【図２Ａ】炭素の各同位体について摩擦解析シミュレーションした結果である垂直圧力と摩擦係数の関係を示すグラフであり、摩擦係数は摩擦力／荷重とした。
【図２Ｂ】ケイ素の各同位体について摩擦解析シミュレーションした結果である垂直圧力と摩擦係数の関係を示すグラフであり、摩擦係数は摩擦力／荷重とした。
【図３】各試料に係るＤＬＣ膜について測定した摩擦係数を示す棒グラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本明細書で説明する内容は、本発明の摺動部材のみならず、その製造方法にも該当し得る。製造方法に関する構成要素は、プロダクトバイプロセス・クレームとして理解すれば物に関する構成要素ともなり得る。上述した本発明の構成要素に、本明細書中から任意に選択した一つまたは二つ以上の構成要素を付加し得る。いずれの実施形態が最良であるか否かは、対象、要求性能等によって異なる。
【００２４】
《基材》
本発明に係る基材は、その材質を問わない。結晶性の摺動層を形成する場合、その結晶の合成、成長を促進する下地が基材表面に設けられてもよい。この下地は、単結晶でも多結晶でも良い。
【００２５】
《摺動層》
（１）基材との関係
本発明に係る摺動層は、例えば、前記基材の表面の少なくとも一部を被覆する表面被膜により構成される。もっとも本発明の摺動部材は、そのように摺動層と基材が明確に区別される場合には限られない。つまり、摺動層は基材と一体となっており、基材の一部となっている場合でもよい。例えば、摺動層は基材の最表面を改質した改質部でもよい。
【００２６】
このように、基材と摺動層が一体的な場合本発明の範囲内である。要するに摺動層は、摺動部材の摺動面近傍で、重同位体が天然存在比以上に存在する部分であれば足る。基材と摺動層の境界が不明確な場合等を考慮して敢えていうと、摺動部材の最表面（摺動面）から厚さ１μｍの範囲を摺動層と考えてもよい。
【００２７】
（２）同位体組成
本発明では、摺動層全体の組成が重要ではなく、その摺動層に含まれる同一名元素（例えば、Ｃ）に属する同位体の合計量（例えば、１２Ｃ、１３Ｃおよび１４Ｃの総原子数）に対する特定の重同位体（例えば、１３Ｃ）の含有量またはその比率（含有比、同位体組成）が重要となる。本発明では、その重同位体の含有比が天然存在比より大きければ十分であり、重同位体の種類やその具体的な組成（同位体組成）を問わない。なお参考までに、主な同位体の天然存在比（原子％）を表１に例示した。表１についていうと、天然存在比が最大の核種（主同位体）より質量数の大きな核種が、本発明でいう重同位体となる。
【００２８】
ところで、重同位体の含有量が少ないと、本発明に係る摺動層における摩擦係数の低減効果も少ない。そこで、摺動層内における同一名元素の同位体全体（１００原子％）に対して、重同位体は合計で５０％以上、７５％以上、９０％以上さらには９８％以上であると好ましい。
【００２９】
なお、本明細書の場合、摺動層等を構成する同位体組成は、飛行時間型二次イオン質量分析(ＴＯＦ−ＳＩＭＳ)を用いて確定される。
【００３０】
（３）重同位体
詳細は後述するが、同一名元素（Ｃ）の同位体である１２Ｃ（主同位体）と１３Ｃ（重同位体）からなるＤＬＣ膜を製作し、それぞれの摩擦係数を測定した。その結果、前者の摩擦係数より後者の摩擦係数が低くなることが確認された（図３参照）。このような摩擦現象を解析するため、次のようなシミュレーション（摩擦解析シミュレーション）を行った。
【００３１】
シミュレーションは、半無限動的格子グリーン関数(Seimi-infinite Green’s function／ＳＩ−ＤＬＧＦ)法に基づき行った。この方法では、無限個の固体内部原子自由度をグリーン関数によって表面原子に射影し、計算自体は表原子のみの時間発展を解く。これにより、無限個の固体内部原子の影響が組み込まれた表面原子のダイナミクスを得ることができる。その他の詳細は、Kajita, H. Washizu and T. Ohmori, EPL 87 (2009) 66002またはKajita, H. Washizu and T. Ohmori, Physical Review B 82 (2010) 115424等に記載されている。
【００３２】
シミュレーションには、図１Ａに示すような各原子が半無限的に連続している二次元摩擦モデルを用いた。図１Ａに示す下面側は、ＳＩ−ＤＬＧＦ法で表される固体モデルであり、本発明に係る摺動層ひいては摺動部材に相当する。図１Ａに示す上面側は、原子間の結合が凍結された剛体モデルとした。この剛体モデルが固体モデルの上面（摺動面）を垂直圧力を受けつつ相対速度（すべり速度）Ｖで摺動する（滑る）こととした。固体モデルには、原子間結合力、原子質量および格子定数をパラメータとしてセットした。原子間結合力は図１Ｂに示すようなバネ定数（Ｋｘ、Ｋｙ）と（Ｋｘ'、Ｋｙ'）で表した。剛体モデルと固体モデルの格子定数は、ともに同一(整合系)とした。剛体モデルのすべり速度は現実的な摺動を考慮して、Ｖ＝１０ｍ／ｓとした。
【００３３】
剛体モデルと固体モデルの摺動面における原子同士の相互作用ポテンシャルは、次のレナード・ジョーンズポテンシャルを用いて表した。
Φ（ｒ）＝４ε｛（σ／ｒ）１２  − （σ／ｒ）６｝    （式１）
ここでσ：格子定数、ｒ：摺動面間の表面原子距離である。パラメータεには、Ｎｅ原子モデルの値を援用してε＝０．５×１０−２１Ｊとした。
【００３４】
解析を容易にするため、固体モデルが炭素の各同位体からなる炭素結晶（ダイヤモンド）の場合とケイ素の各同位体からなるシリコン結晶の場合について、摩擦解析シミュレーションを行った。得られた結果を図２Ａと図２Ｂにそれぞれ示した。この際、炭素原子間の結合力（バネ定数）にはダイヤモンドの結合力に相当する値（Ｋｘ＝Ｋｚ’＝０．１［a.u.］、Ｋｚ＝Ｋｘ’＝０．１５［a.u.］）を用いた。また、ケイ素原子の結合力（バネ定数）にはシリコン結晶に相当する値（Ｋｘ＝Ｋｚ’＝０．０２［a.u.］、Ｋｚ＝Ｋｘ’＝０．０３［a.u.］）を用いた。原子質量には、それぞれの同位体質量を用いた。格子定数には、ダイヤモンドまたはシリコン結晶を構成する原子一個あたりの体積から算出した値を用いた。具体的にはダイヤモンドの格子定数は２．８８ｂｏｈｒ、シリコン結晶の格子定数は５．１４ｂｏｈｒとした。
【００３５】
図２Ａおよび図２Ｂに示す結果から、垂直圧力の変化に拘わらず、また重同位体の種類に依らず、固体モデルの摺動面に生じる摩擦係数は質量数が増加するほど低くなることが明らかとなった。具体的にいうと、炭素の各同位体からなる摺動面の摩擦係数（μＣ）は、１２Ｃ＞１３Ｃ＞１４Ｃの順で小さくなった。またケイ素の各同位体からなる摺動面の摩擦係数（μＳｉ）は、２８Ｓｉ＞２９Ｓｉ＞３０Ｓｉの順で小さくなった。なお、摩擦係数は摩擦力／荷重とした。
【００３６】
このような傾向は、固体モデルを構成する元素の種類が変化しても同様であり、また固体モデルが結晶体からなる場合でも非晶質体からなる場合でも同様である。従って、摺動面とそれに連なる内部を構成する原子の質量が大きくなるほど、その摺動面における摩擦係数があらゆる垂直圧力下で低くなることが、結晶質体か非晶質体かを問わず、固体全般について成立するといえる。
【００３７】
（４）具体例
摺動層を構成する非晶質体として、例えば、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）がある。ＤＬＣは、Ｔｉ、Ａｌ等の金属元素を含むものでも、Ｓｉ、Ｎ、Ｈ等の非金属元素を含むものでもよい。このような非晶質体からなる摺動層を、本明細書では非晶質層といい、その一例がＤＬＣ層等の非晶質炭素層である。ちなみに非晶質炭素層の場合、重同位体はＣでもよいし、Ｃ以外の添加元素でもよい。すなわち、非晶質炭素層に含まれる重同位体は、炭素（Ｃ）の同位体である１３Ｃ若しくは１４Ｃまたはケイ素（Ｓｉ）の同位体である２９Ｓｉ若しくは３０Ｓｉの一種以上であると好ましい。勿論、ＳｉおよびＣの両方に重同位体が含まれ、各重同位体の含有比が大きくなるほど低摩擦係数化を図れて好ましい。
【００３８】
摺動層を構成する結晶質体として、例えば、グラファイト（Ｇｒ）、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、炭化チタン（ＴｉＣ）、窒化クロム（ＣｒＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化ケイ素（ＳｉＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ホウ素（ＢＮ）、炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）、窒化チタンアルミニウム（ＴｉＡｌＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）など、種々の炭素材料、炭化物、窒化物、酸化物、さらにそれらの複合物などがある。なお、本明細書ではＧｒからなる摺動層（結晶質層）をグラファイト層とよび、ＴｉＣからなる摺動層（結晶質層）を炭化チタン層とよぶ。炭化チタン層に含まれる重同位体は、１３Ｃまたは１４Ｃの一種以上、特に１３Ｃであると好ましい。１３Ｃが炭化チタン層中のＣ全体に対して５０原子％以上さらには９０原子％以上含まれるとより好ましい。
【００３９】
（５）終端処理
本発明では、摺動層の内部特性、つまり摩擦界面（摺接界面）で生じた摩擦エネルギーが原子の振動を介して内部へ散逸される機構に着目している。従って、摺動面を構成する最外層に配列された原子中に、必ずしも重同位体が含まれる必要はない。このような最外層は、重同位体以外の同位体や別の元素が結合していてもよい。例えば、重水素（２Ｈ）が内部の原子と結合して最外層を構成していてもよい。これにより摺動層の最表面を均一な状態にできる。なお、終端処理は、１Ｈで行ってもよいが、２Ｈで行うと、摩擦界面の安定性が高まり、摩擦係数のさらなる低減が期待される。本明細書では、このように摩擦界面にＣ以外の元素からなる最外層を形成することを終端処理という。
【００４０】
《製造方法》
（１）本発明に係る摺動層の形成方法は問わない。例えば、マイクロ波プラズマＣＤＶ法を用いると、低欠陥で原子レベルの平坦性を有する摺動層の形成が可能となり好ましい。マイクロ波プラズマＣＤＶ法は、例えば、ステンレス製等の反応容器と、マイクロ波電源と、基板温度制御手段と、原料ガス供給手段と、真空排気手段等を備えるマイクロ波プラズマＣＶＤ装置により行える。
【００４１】
ＣＶＤ法に用いる原料ガスは、摺動層を構成する組成に応じて適宜選択されるが、重同位体を含む原料ガスを用いると好ましい。例えば、炭素系摺動層を形成する場合なら、メタンガス（１３ＣＨ４）、二酸化炭素（１３ＣＯ２）、一酸化炭素（１３ＣＯ）などを用いるとよい。逆に、その他の希釈ガス等には、ＣＯ、ＣＯ２等の残留不純物を除去した高純度のガスを用いるとよい。
【００４２】
（２）具体例
非晶質炭素層は、例えば、特開平２−１２２０７５号公報、特開２０００−１２８５１６号公報、特開２００６−２８３９７０号公報等に記載された１２ＣＨ４（メタンガス）に替えて、１３ＣＨ４（東京ガスケミカル株式会社製、１３Ｃ標識ガス、同位体純度９９％）を原料ガスとして用いてプラズマＣＶＤ法を行うことにより容易に形成される。この場合の非晶質炭素層は、１３Ｃを主成分としたＤＬＣ膜やＤＬＣ−Ｓｉ膜となる。
【００４３】
またＰＶＤ法によりＤＬＣ膜（非晶質炭素層）を形成する場合なら、例えば、福岡県工業技術センター研究報告第７号等に記載された１２Ｃ６Ｈ６（ベンゼン）に替えて、１３Ｃ６Ｈ６を原料として用いればよい。これにより１３Ｃを主成分としたＤＬＣ膜（非晶質炭素層）が容易に形成される。なお、１３Ｃ６Ｈ６は、例えば、特開２００８−２６６１４９号公報に記載の合成方法により得られる。
【００４４】
さらに、特開２００６−２８６２０号公報等に記載された窒素ガスを１４Ｎ２から１５Ｎ２（株式会社タツオカ製）に替えると共に、メタンガス１２ＣＨ４を前述した１３ＣＨ４に替えてプラズマＣＶＤ法を行うと、重同位体を含んだ窒素含有炭素膜（ＣＮＸ）を容易に形成できる。
【００４５】
結晶質層は、例えば、「ＣｒＮコーティング量産技術の開発」（デンソーテクニカルレビュー  Vol.７ No.２）や「ＣｒＮ膜の傾斜化による密着性の向上」（トライボコーティングの現状と将来シンポジウム予稿集 Vol. 8th）等に記載された窒素ガスを１４Ｎ２から前述した１５Ｎ２に替えて、アークイオンプレーティング法やマグネトロンスパッタ法を行うことにより容易に形成される。この場合の結晶質層は１５ＮからなるＣｒＮ膜となる。
【００４６】
この場合さらに、Ｃｒターゲットとして、５２Ｃｒに替えて５３Ｃｒまたは５４Ｃｒ（太陽日酸株式会社製、５３Ｃｒ Metalまたは５４Ｃｒ Metal）を用いると、質量数がより大きなＣｒＮ膜が形成されて好ましい。上述した内容は、ＣｒＮ膜に限らず、ＴｉＮ膜、ＡｌＮ膜等についても同様である。
【００４７】
結晶質層が金属酸化物等からなる場合も同様である。例えば、プラズマ溶射により酸化クロム膜を形成する場合なら、従来のＣｒ酸化物粉末に替えて、５３Ｃｒ酸化物または５４Ｃｒ酸化物（太陽日酸株式会社製、５３Ｃｒ Oxideまたは５４Ｃｒ Oxide）からなる粉末を用いると、質量数がより大きい酸化クロム膜（結晶質層）を容易に形成できる。その他の文献（明渡純, et. al, Synthesiology Vol. 1 (2008) , No. 2 pp.130-138）に記載されたセラミックス焼結粉末を上述したような同位体金属酸化物粉末に替えることにより、重同位体を含む結晶質層が容易に得られる。
【００４８】
このように本発明に係る摺動層は、周知のコーティング処理（ＣＶＤ、ＰＶＤ、めっき等）や表面改質処理(浸炭処理、窒化処理、酸化処理等)等で用いられてきた従来の原料を、重同位体を含む原料（同位体原料）に変更することにより、容易に形成できる。また本発明に係る基材を構成する原料に同位体原料を用いれば、上記の表面処理等をするまでもなく、摩擦係数が低く摺動特性に優れた摺動部材が容易に得られる。
【００４９】
《用途》
本発明の摺動部材は、その具体的な形態や用途を問わない。例えば、エンジン動弁系のバルブリフター、ピストンリング、すべり軸受けのすべり面等の部材に好適である。
【実施例】
【００５０】
実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。本発明に係る摺動層の一例であるＤＬＣ膜について、同位体効果による低摩擦係数化を確認する試験を行った。この試験結果が前述した摩擦解析シミュレーションの正当性を裏付ける根拠となる。
【００５１】
《試料の製造》
高周波プラズマＣＶＤ法によりＳｉ基材表面上にＤＬＣ膜を形成した。この際、原料ガスであるメタンガスとして、１２ＣＨ４（東京ガスケミカル株式会社製、１２Ｃ標識ガス、同位体純度９９％）または１３ＣＨ４（東京ガスケミカル株式会社製、１３Ｃ標識ガス、同位体純度９９％）を用いた。ここでは適宜、１２ＣＨ４を用いた試料を試料１２、１３ＣＨ４を用いた試料を試料１３という。
【００５２】
《観察・測定》
（１）被膜性状
試料１２、１３の被膜性状を、試料１、２の場合と同様に観察、測定した。いずれの試料も、基板表面上に膜厚約１μｍのＤＬＣ膜が形成されていた。また、各試料の表面粗さはいずれもＲｚjis１０ｎｍ以下であった。さらに試料１２では１２ＣがＣ全体の９９．１原子％、試料１３では１３ＣがＣ全体の９９．７原子％であった。
【００５３】
（２）被膜特性
試料１２、１３の摩擦特性を、ボールオンディスク試験により測定した。各試料に係る被膜をディスクの摺動面側に形成した。相手材であるボールにはＳｉＮボールを用いた。この測定は、無添加鉱油(ＹＵＢＡＳＥ４)の潤滑下で、荷重：５Ｎ、すべり速度：０．２ｍ／ｓｅｃとして行った。各試料とも、測定はそれぞれ２回行った。こうして得られた試料に係る摩擦係数（平均値）を図３に示す。
【００５４】
《評価》
図３から明らかなように、１３ＣからなるＤＬＣ膜を有する試料１３の摩擦係数は、１２ＣからなるＤＬＣ膜を有する試料１２の摩擦係数よりも小さくなった。試料１３の平均摩擦係数は約０．０９４、試料１２の平均摩擦係数は約０．０９２であることから、約３〜２％低減されたことになる。
【００５５】
こうして、質量数の大きい１３Ｃ（重同位体）からなるＤＬＣ膜（摺動層）を摺動面に有する摺動部材は、摩擦係数が小さく優れた摺動特性を発揮し得ることが確認された。
【００５６】
【表１】
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【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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