(57)【要約】【課題】耐久性に優れた摺動部材及びその製造方法を提供すること。【解決手段】本発明の摺動部材は、基材Ｗ０と、基材Ｗ０の表面に形成されたＤＬＣ被膜と、を備える摺動部材であって、ＤＬＣ被膜は、基材Ｗ０の表面に形成された水素元素を含有する第１膜Ｌ１−１と、第１膜Ｌ１−１の表面に配される水素元素を含有する第２膜Ｌ２−１と、を備え、第１膜Ｌ１−１は、第２膜Ｌ２−１より水素含有割合が少ないことを特徴とする。本発明の摺動部材の製造方法は、基材の表面に、炭化水素ガスを配した状態でプラズマを発生して基材の表面にＤＬＣ被膜を成膜するＤＬＣ被膜の成膜方法であって、第１の炭化水素よりなる第１の炭化水素ガスによりＤＬＣ被膜を成膜する第１成膜工程と、分子中の水素の原子数と炭素の原子数の比（Ｈ／Ｃ比）が第１の炭化水素よりも小さい第２の炭化水素よりなる第２の炭化水素ガスによりＤＬＣ被膜を成膜する第２成膜工程と、を有することを特徴とする。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材と、該基材の表面に形成されたＤＬＣ被膜と、を備える摺動部材であって、
該ＤＬＣ被膜は、該基材の表面に形成された水素元素を含有する第１膜と、該第１膜の表面に配される水素元素を含有する第２膜と、を備え、
該第１膜は、該第２膜より水素含有割合が少ないことを特徴とする摺動部材。
【請求項２】
前記基材は、表面に窒化処理被膜を有する金属材料よりなる請求項１記載の摺動部材。
【請求項３】
前記第１膜と前記第２膜が繰り返し積層している請求項１〜２のいずれか１項に記載の摺動部材。
【請求項４】
前記第１膜及び前記第２膜は、それぞれＳｉを含有し、
該第１膜と該第２膜のそれぞれは、前記基材から離れるにつれて、Ｓｉの含有割合が減少する請求項３記載の摺動部材。
【請求項５】
前記第２膜が最表面を形成する請求項３〜４のいずれか１項に記載の摺動部材。
【請求項６】
基材の表面に、炭化水素ガスを配した状態でプラズマを発生して該基材の表面にＤＬＣ被膜を成膜する摺動部材の製造方法であって、
第１の炭化水素よりなる第１の炭化水素ガスによりＤＬＣ被膜を成膜する第１成膜工程と、
分子中の水素の原子数と炭素の原子数の比（Ｈ／Ｃ比）が該第１の炭化水素よりも小さい第２の炭化水素よりなる第２の炭化水素ガスによりＤＬＣ被膜を成膜する第２成膜工程と、
を有することを特徴とする摺動部材の製造方法。
【請求項７】
前記基材の表面には、前記第１の炭化水素ガスによりＤＬＣ被膜が成膜する請求項６記載の摺動部材の製造方法。
【請求項８】
前記第１成膜工程と前記第２成膜工程が繰り返される請求項６〜７のいずれか１項に記載の摺動部材の製造方法。
【請求項９】
前記炭化水素ガスは、シリコンを含有するシリコン含有ガスを含み、
該シリコン含有ガスは、前記第１成膜工程と前記第２成膜工程が繰り返されたときに、前記第１の炭化水素ガスと前記第２の炭化水素ガスのそれぞれに含有する該シリコン含有ガスの含有割合は徐々に減少する請求項８記載の摺動部材の製造方法。
【請求項１０】
前記基材の表面に窒化処理被膜を形成する窒化処理工程を有する請求項６〜９のいずれか１項に記載の摺動部材の製造方法。
【請求項１１】
前記第１の炭化水素はメタンであり、前記第２の炭化水素はアセチレンである請求項６〜１０のいずれか１項に記載の摺動部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摺動部材及びその製造方法に関し、詳しくは表面にＤＬＣ被膜を有する摺動部材及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両には、エンジンからの動力をデファレンシャルギア（差動装置）へと伝達するためのプロペラシャフト（駆動軸）が搭載されている。このプロペラシャフトは、２本のシャフトが軸方向に伸縮可能に連結して構成されている。具体的には、各シャフトの連結部分には、軸方向に沿う複数のキーからなる雄スプライン部及び複数のキー溝からなる雌スプライン部がそれぞれ形成されている。これらスプライン部同士が互いに摺動可能に嵌合することにより、一方シャフトの回転駆動力が他方シャフトに伝達されるとともに、プロペラシャフト全体として伸縮させることが可能である。スプライン部には、グリースなどの潤滑剤が充填されている。潤滑剤切れが生じると、スプライン部の摺動の際にスティックスリップ（引っ掛かり）が発生し、異音が生じるおそれがある。
【０００３】
潤滑剤切れが生じた場合であっても、かかる異音の発生を抑制できるように、各シャフトのスプライン部を、耐摩耗性（高硬度性）及び低摩擦性を有するＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ  Ｌｉｋｅ  Ｃａｒｂｏｎ）膜で被覆する構成が知られている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、摺動部材の摺動面の表面に、下層膜と上層膜の２層のＤＬＣ膜を形成した摺動部材が記載されている。そして、下層膜をＰＶＤによって成膜し、上層膜をＣＶＤによって成膜することを記載している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１６７５１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来のＤＬＣ被膜は、大型の成膜装置を用いて大ロット生産でなされており、設備費用が高く、少量生産に向いていない。ＤＬＣの成膜処理の処理時間が長くなるという問題もあった。
【０００７】
さらに、従来技術の摺動部材においては、２層のＤＬＣ膜は、それぞれの膜の製造方法が異なるため、ＤＬＣの成膜処理の処理工程が煩雑となるという課題もあった。
本発明は上記実情になされたものであり、プロペラシャフトの摺動面にも適用可能な耐久性に優れた摺動部材及びその製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決する本発明の摺動部材は、基材と、基材の表面に形成されたＤＬＣ被膜と、を備える摺動部材であって、ＤＬＣ被膜は、基材の表面に形成された水素元素を含有する第１膜と、第１膜の表面に配される水素元素を含有する第２膜と、を備え、第１膜は、第２膜より水素含有割合が少ないことを特徴とする。
【０００９】
本発明の摺動部材は、基材の表面に水素含有割合の異なる第１膜と第２膜とよりなるＤＬＣ膜を有している。本発明の摺動部材において、水素含有割合が大きい第１膜は、硬度の高いＤＬＣ膜となる。また、水素含有割合が第１膜よりも小さい第２膜は、第１膜よりも成膜速度が速く、厚い膜を成膜できる。また、第２膜は、第１膜よりも耐摩耗性に優れた膜となる。基材表面に第１膜を備え、その表面に第２膜を備えることで、本発明の摺動部材は、耐久性に優れたＤＬＣ被膜を有するものとなる。
【００１０】
その上、第１膜と第２膜のいずれの膜もＤＬＣ膜であるため、連続して効率よく成膜できる。また、仮に、ＤＬＣ膜に亀裂が発生しても、積層構造のＤＬＣ膜となっていることで、亀裂の進展（具体的には、厚さ方向の亀裂の進展）が抑えられる。
【００１１】
また、上記課題を解決する本発明の摺動部材の製造方法は、基材の表面に、炭化水素ガスを配した状態でプラズマを発生して基材の表面にＤＬＣ被膜を成膜するＤＬＣ被膜の成膜方法であって、第１の炭化水素よりなる第１の炭化水素ガスによりＤＬＣ被膜を成膜する第１成膜工程と、分子中の水素の原子数と炭素の原子数の比（Ｈ／Ｃ比）が第１の炭化水素よりも小さい第２の炭化水素よりなる第２の炭化水素ガスによりＤＬＣ被膜を成膜する第２成膜工程と、を有することを特徴とする。
本発明の製造方法は、本発明の摺動部材を製造できる。すなわち、上記の効果を発揮する摺動部材を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】Ｈ／Ｃ比が異なるＤＬＣ被膜における水素含有割合の測定結果を示すグラフである。
【図２】マイクロ波表面波励起プラズマ成膜装置の一例の構成を示す構成図である。
【図３】図２の要部上面視図である。
【図４】図２の要部拡大図である。
【図５】試料１の摺動面近傍の構成を示す拡大断面図である。
【図６】試料２の摺動面近傍の構成を示す拡大断面図である。
【図７】試料３の摺動面近傍の構成を示す拡大断面図である。
【図８】試料４の摺動面近傍の構成を示す拡大断面図である。
【図９】試料５の摺動面近傍の構成を示す拡大断面図である。
【図１０】試料６の摺動面近傍の構成を示す拡大断面図である。
【図１１】試料７の摺動面近傍の構成を示す拡大断面図である。
【図１２】実機耐久試験の摺動式スプラインシャフトの構成を示す軸方向断面図である。
【図１３】実機耐久試験の摺動式スプラインシャフトの雄スプラインの径方向部分拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、実施の形態を用いて本発明を説明する。
［摺動部材］
本形態の摺動部材は、基材と、基材の表面に形成されたＤＬＣ被膜と、を備える摺動部材である。
【００１４】
基材は、摺動部材において摺動面が形成される部材である。基材の表面が摺動部材の摺動面となる。基材は、その材質や形状が特に限定されるものではない。例えば、鉄、アルミニウム、鋼、超鋼等を主成分とした金属や、ポリエチルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）等の樹脂をあげることができる。これらの材質のうち、金属であることが好ましく、鉄系金属であることがより好ましい。
【００１５】
基材の表面に形成されたＤＬＣ被膜は、ＤＬＣよりなる被膜である。このＤＬＣ被膜の表面が、摺動部材の摺動面となる。ＤＬＣは、非晶質な状態で炭素あるいは炭化水素を含む物質である。
【００１６】
ＤＬＣ被膜は、基材の表面に形成された水素元素を含有する第１膜と、第１膜の表面に配される水素元素を含有する第２膜と、を備え、第１膜は、第２膜より水素含有割合が少ない。
【００１７】
ＤＬＣ被膜は、第１膜と第２膜とを備え、いずれの膜も水素元素を含有する。ＤＬＣ被膜において水素元素は、ＤＬＣ被膜の成膜原料に由来する。すなわち、ＤＬＣ被膜は、いずれも炭化水素原料から成膜される。
そして、水素含有割合は、ＤＬＣ被膜（第１膜及び第２膜）の硬度、耐摩耗性、成膜速度等の特性に影響を及ぼす。
【００１８】
第１膜は、第２膜より水素含有割合が少ないことにより、第２膜よりも硬度の高いＤＬＣ被膜となる。一方、水素含有割合が第１膜よりも小さい第２膜は、第１膜よりも軟質であるが、耐摩耗性に優れた膜となる。さらに、第２膜は、第１膜よりも成膜速度が速く、短時間で厚い膜を成膜できる。
【００１９】
ＤＬＣ被膜の水素含有割合は、反跳散乱分析法（ＥＲＤＡ）を用いて測定でき、測定値を比較に供することができる。また、後述の製造方法においては、炭化水素ガスの分子中の水素の原子数と炭素の原子数の比（Ｈ／Ｃ比）を比較することで、成膜した各膜の水素含有割合の比較を行うことができる。
【００２０】
本形態において、ＤＬＣ被膜の具体的な構成については限定されるものではない。すなわち、第１膜と第２膜の具体的な膜厚については、適宜選択できる。また、各膜の水素含有割合の具体的な値についても限定されるものではない。
【００２１】
本形態において、基材は、表面に窒化処理被膜を有する金属材料よりなることが好ましい。窒化処理被膜は、基材の金属材料の硬度を高める。この結果、本形態の摺動部材自身の硬度を高めることができる。
表面の窒化処理被膜についての具体的な条件は限定されない。すなわち、膜厚等については、摺動部材の使用部位により適宜選択できる。
【００２２】
本形態において、第１膜と第２膜が繰り返し積層していることが好ましい。この構成となることで、各膜（第１膜及び第２膜）のそれぞれに所望の特性を持たせることができ、全体として耐久性に優れた摺動部材となる。
【００２３】
第１膜と第２膜が繰り返し積層している場合の積層数（繰り返しの回数）については限定されない。また、各膜（第１膜及び第２膜）のそれぞれの膜厚等についても限定されるものではない。
【００２４】
本形態において、第２膜が最表面を形成することが好ましい。最表面とは、最も表面に位置する面を示し、摺動部材の摺動面において、相手部材と直接摺動する表面を示す。第２膜は、上記のように第１膜よりも軟質であることで耐摩耗性（摺動性）に優れており、第２膜が最表面を形成することで、全体として耐久性に優れた摺動部材となる。
【００２５】
本形態において、第１膜及び第２膜は、それぞれＳｉを含有し、第１膜と第２膜のそれぞれは、基材から離れるにつれて、Ｓｉの含有割合が減少することが好ましい。
【００２６】
ＤＬＣ膜は、Ｓｉ（シリコン元素）を含有することで、剥離強度（耐剥離性）が向上する。一方、Ｓｉの含有割合が多くなるにつれて、耐摩耗性や耐熱性が低下する。本形態において、基材から離れるにつれて、Ｓｉの含有割合が減少することから、高い剥離強度を維持しながら、耐摩耗性や耐熱性の低下が抑えられたＤＬＣ被膜となる。
【００２７】
本形態において、第１膜と第２膜のそれぞれがＳｉの含有割合が減少していればよく、第１膜のＳｉの含有割合と、第２膜のＳｉの含有割合とを比較したときに、表面側に位置する膜（層）のＳｉの含有割合が多くてもよい。ＤＬＣ被膜全体で見たときに、Ｓｉの含有割合が減少した構成であればより好ましい。
【００２８】
本形態の摺動部材は、さらに、１層以上のＤＬＣ被膜よりなる第３膜を有していてもよい。第３膜を有する場合、第２膜の表面に第１膜を形成したときに、第２膜と第１膜の間に形成することが好ましい。第３膜は、水素含有割合が第２膜よりも少ないことがより好ましい。
本形態の摺動部材は、その製造方法が限定されるものではない。例えば、以下の製造方法を用いて製造することができる。
【００２９】
［摺動部材の製造方法］
本形態の摺動部材の製造方法は、基材の表面に、炭化水素ガスを配した状態でプラズマを発生して基材の表面にＤＬＣ被膜を成膜するＤＬＣ被膜の成膜方法である。すなわち、本形態は、炭化水素ガス（原料ガス）をプラズマ化して基材の表面にＤＬＣ被膜を形成する製造方法である。
【００３０】
本形態の製造方法では、まず、第１の炭化水素よりなる第１の炭化水素ガスによりＤＬＣ被膜を成膜する第１成膜工程が施される。この工程により、上記の第１膜が成膜できる。
【００３１】
次に、分子中の水素の原子数と炭素の原子数の比（Ｈ／Ｃ比）が第１の炭化水素よりも小さい第２の炭化水素よりなる第２の炭化水素ガスによりＤＬＣ被膜を成膜する第２成膜工程が施される。この工程により、第１膜の上に上記の第２膜が成膜できる。
【００３２】
以上のように、本形態の製造方法では、炭素の原子数の比（Ｈ／Ｃ比）が異なる炭化水素ガスを用いてＤＬＣ被膜の成膜を行うことで、上記の摺動部材を製造できる。
【００３３】
具体的には、メタンガスから成膜したＤＬＣ被膜と、アセチレンガスから成膜したＤＬＣ被膜と、のそれぞれの水素含有割合を、元素反跳散乱分析法（ＥＲＤＡ）を用いて測定した測定結果を図１に示す。
【００３４】
図１に示したように、Ｈ／Ｃ比が異なる炭化水素ガスから成膜した二つのＤＬＣ被膜は、Ｓｉの含有割合によらず水素含有割合が異なっている。すなわち、ＤＬＣ被膜（第１膜と第２膜）の原料となる炭化水素ガス（第１の炭化水素ガス及び第２の炭化水素ガス）のＨ／Ｃ比が、成膜したＤＬＣ被膜（第１膜と第２膜）の水素含有割合と相関関係を示すことが確認できる。このことから、第２の炭化水素ガスのＨ／Ｃ比を、第１の炭化水素ガスのＨ／Ｃ比より小さい値とすることで、上記の摺動部材を製造できる。
【００３５】
本形態の摺動部材の製造方法は、基材の表面には、第１の炭化水素ガスによりＤＬＣ被膜が成膜することが好ましい。基材の表面に第１の炭化水素ガスによるＤＬＣ被膜を成膜することで、上記の第１膜を基材の表面に成膜できる。
【００３６】
本形態の摺動部材の製造方法は、第１成膜工程と第２成膜工程が繰り返されることが好ましい。二つの成膜工程が繰り返されることで、第１膜及び第２膜が繰り返し積層したＤＬＣ被膜を成膜できる。
【００３７】
本形態の摺動部材の製造方法は、炭化水素ガスは、シリコンを含有するシリコン含有ガスを含み、シリコン含有ガスは、第１成膜工程と第２成膜工程が繰り返されたときに、第１の炭化水素ガスと第２の炭化水素ガスのそれぞれに含有するシリコン含有ガスの含有割合は徐々に減少することが好ましい。
【００３８】
炭化水素ガスは、シリコンを含有するシリコン含有ガスを含むことで、Ｓｉを含有するＤＬＣ被膜を製造できる。第１の炭化水素ガスと第２の炭化水素ガスのそれぞれに含有するシリコン含有ガスの含有割合が徐々に減少することで、基材から離れるにつれて、Ｓｉの含有割合が減少する第１膜及び第２膜を製造できる。
シリコン含有ガスは、限定されるものではなく、従来から知られたＴＭＳ（テトラメチルシラン：Ｓｉ（ＣＨ３）４）を用いることができる。
【００３９】
本形態の摺動部材の製造方法は、基材の表面に窒化処理被膜を形成する窒化処理工程を有することが好ましい。窒化処理工程を施すことで、基材の表面に窒化処理被膜を成膜できる。本形態の摺動部材の製造方法は、基材の表面に窒化処理被膜を成膜した後に、窒化処理被膜の表面にＤＬＣ被膜を成膜する。
【００４０】
なお、窒化処理被膜は、その表面の面粗度が荒くなることから、表面を整形する整形工程を施すことが好ましい。整形工程を施すことで、摺動部材の摺動面の表面粗さを小さくすることができ、摺動性を高めることができる。
【００４１】
本形態の摺動部材の製造方法において、第１の炭化水素ガスと第２の炭化水素ガスの具体的な材質は限定されるものではない。従来のＤＬＣ被膜の成膜に用いられる炭化水素ガスから適宜選択できる。例えば、メタンガス、アセチレンガス、ベンゼンガス、トルエンガス等のガスを例示できる。これらのガスのうち、メタンガスとアセチレンガスの組み合わせを用いることが好ましい。すなわち、第１の炭化水素はメタンであり、第２の炭化水素はアセチレンであることが好ましい。
【００４２】
本形態の製造方法において、炭化水素ガスをプラズマ化する方法は限定されない。例えば、炭化水素ガス雰囲気中で直流電流を放電してプラズマを生成する直流プラズマＣＶＤ法、炭化水素ガス雰囲気中でマイクロ波を印加してプラズマを生成するマイクロ波表面波励起プラズマ法、等の方法を用いることができる。好ましくは、マイクロ波表面波励起プラズマ法である。
【００４３】
マイクロ波表面波励起プラズマ法でのＤＬＣ被膜の成膜は、例えば、特願２０１５−２３４９３７に記載のマイクロ波表面波励起プラズマ成膜装置を用いて成膜することができる。具体的には、チャンバ１内に充填する炭化水素ガスを第１の炭化水素ガス（メタンガス）と第２の炭化水素ガス（アセチレンガス）とで切り替えて成膜することができる。この炭化水素ガスの切り替えは、不活性ガスによるパージを行うことなく、直ちに行うことができる。
【００４４】
［成膜装置］
成膜装置は、図２にその構成を示すように、チャンバ１と、チャンバ１内に炭化水素ガスを供給するガス供給部２と、チャンバ１内のガスを排出するガス排出部３と、マイクロ波を発生させるマイクロ波発振器４と、マイクロ波発振器４で発生したマイクロ波をチャンバ１の内部に伝播させる導波管５と、導波管５の管壁からマイクロ波を取り出しチャンバ１内に配設される基材Ｗ０にマイクロ波を伝播させる複数のマイクロ波取り出し部６と、各試料の基材Ｗ０に負バイアス電圧を印加する負電圧印加部７と、を有している。
【００４５】
チャンバ１は、有底の筒状部１１と蓋１２を備え、蓋１２はＯリング０を介して筒状部１１と係合している。チャンバ１は、例えばステンレスよりなる。チャンバ１は、接地されている。
【００４６】
導波管５は、マイクロ波整合器８を備える横方向に長い基部導波管５１と、基部導波管５１にＴ字に接続され先端部がチャンバ１の内部に突出する縦長導波管５２と、を有している。
【００４７】
縦長導波管５２は、チャンバ１の底部に連結する底部連結導波管５２ａと、チャンバ１内に突出する突出導波管５２ｂと、を有する。底部連結導波管５２ａと突出導波管５２ｂの連結部に、水冷ジャケット５２ｆを備えている。
【００４８】
突出導波管５２ｂの長さは、誘電体（誘電率ε）中を伝播するマイクロ波の波長をλｇとするとλｇ／２より長く設定される。これにより、マイクロ波の定在波ＭＳ０の腹が少なくとも１個突出導波管５２ｂに形成される。
マイクロ波の波長λｇは光速をｃ、マイクロ波の周波数をＴとすると、次式のように表される。
λｇ＝ｃＴ
【００４９】
したがって、例えば、真空中（ε＝１）でマイクロ波の周波数Ｔが３ＧＨｚの場合、マイクロ波の波長λｇ＝１００ｍｍとなる。よって、突出導波管５２ｂの長さは５０ｍｍ以上に設定されるとよい。また、誘電率を大きくすると波長λｇが短くなり、定在波ＭＳ０の間隔が短くなることで、軸方向の基材Ｗ０の充填密度を上げることができる。
【００５０】
突出導波管５２ｂは、終端部に気密蓋５２ｅを備え、チャンバ１内のガスが突出導波管５２ｂ内に進入するのを防止する。また、例えば気密蓋５２ｅが導電体であると導電性を有するので、下から上に向かって伝播するマイクロ波が気密蓋５２ｅで反射される。その結果、定在波ＭＳ０の腹の位置が軸方向に変動することが抑制される。なお、気密蓋５２ｅは省略されてもよい。
【００５１】
突出導波管５２ｂのコアに配置されるパイプ状導電体アンテナ５２ｃは、同軸導波管のアンテナとして作用しマイクロ波を伝播させる。これによりマイクロ波の減衰が抑制される。また、図２に示した形態では、パイプ状導電体アンテナ５２ｃ内に空気が導入されるので、パイプ状導電体アンテナ５２ｃ及び突出導波管５２ｂの温度上昇を抑制することができる。なお、パイプ状導電体アンテナ５２ｃは棒状導電体アンテナでもよいし、省略されてもよい。
【００５２】
マイクロ波取り出し部６は、マイクロ波の定在波ＭＳ０の腹を望む突出導波管５２ｂの管壁（外周壁）５２ｂ０に開口するマイクロ波取り出し穴５２ｂ１に設置される断面コの字状誘電体窓部材６１と誘電体窓部材６１を覆う導電性スカート６２とを備えている。一端部が導電性の保持治具９に保持された基材Ｗ０の他端側が誘電体窓部材６１に挿入されている（図４参照）。誘電体窓部材６１は例えば石英などである。
図２に示した形態では、負電圧印加部７から基材Ｗ０に電力を供給するチャンバ１と絶縁されている保持治具９を設けている。
マイクロ波発振器４は、例えば、周波数２．４５ＧＨｚ（波長１２０ｍｍ）、５０Ｗのマイクロ波を発振する。
【００５３】
マイクロ波発振器４から発振されたマイクロ波は、マイクロ波整合器８で基部導波管５１を導波するように整合される。基部導波管５１を伝播するマイクロ波は底部連結導波管５２ａを伝播して突出導波管５２ｂに伝播して定在波ＭＳ０を作る。図２に示したマイクロ波プラズマ表面波励起成膜装置では、突出導波管５２ｂの長さが１．５λｇ（＝１．５×１２０ｍｍ＝１８０ｍｍ）であるので、図２に示すように定在波ＭＳ０の腹が縦方向に３個できる。
【００５４】
マイクロ波取り出し穴５２ｂ１は、マイクロ波の定在波ＭＳ０の腹を望む突出導波管５２ｂの管壁に開口しており、マイクロ波取り出し部６で電界強度が最大のマイクロ波が突出導波管５２ｂの軸方向と交差する方向（径方向）に取り出される。
【００５５】
図１に示した形態のマイクロ波表面波励起プラズマ成膜装置では、マイクロ波の腹が上下方向（突出導波管５２ｂの軸方向）に３個できるので、マイクロ波取り出し部６を上下方向（軸方向）に３個配置することができる。マイクロ波取り出し部６は周方向に多数配置することができ、図１に示した形態のマイクロ波表面波励起プラズマ成膜装置では、図３に示すように、９０度ごとに配置されている。したがって、マイクロ波取り出し部６が合計１２個配置されており、基材Ｗ０を１２個１度に処理することができる。
【００５６】
ガス供給部２は、チャンバ１の内部に原料ガス（炭化水素ガス）、不活性ガス及び水素ガスを供給する。原料ガス（炭化水素ガス）としては、例えば、ＤＬＣ原料ガスとして、例えば、ＴＭＳ（Ｓｉ（ＣＨ３）４）、メタンガス（ＣＨ４）及びアセチレンガス（Ｃ２Ｈ２）を用いる。不活性ガスとしては、アルゴン（Ａｒ）を用いる。なお、この場合、Ｏ２はカットされる。ガス排出部３は、図略の真空ポンプと接続されていて、チャンバ１の内部のガスをチャンバ１の外部に排出する。原料ガスとしては、ＤＬＣ以外の成分の被膜を形成するガスでもよい。
【００５７】
負電圧印加部７は、基材Ｗ０にチャンバ１と絶縁された保持治具９を介して負のパルス電圧を印加する。負電圧印加部７は、印加電圧を例えば、０Ｖから−５００Ｖに変化させ、その後、−５００Ｖから０Ｖまで変化させ、これを５００Ｈｚの周期で繰り返す。負に帯電した基材Ｗ０の表面近傍にシース層が形成される。基材Ｗ０に印加される電圧は−５００Ｖに限定されない。シース層が形成される電圧であればよい。シース層は、電子密度が低い層、すなわち、正極性であって、マイクロ波の周波数帯において比誘電率ε〜１の層である。印加する負電圧の絶対値を大きくすることにより、シース層の厚さを大きくすることができる。このシース層が、プラズマとプラズマに接する物体との界面に表面波を伝播させる誘電体として作用する。
【実施例】
【００５８】
以下、実施例を用いて本発明を具体的に説明する。
具体的な例として、摺動面にＤＬＣ被膜を備えたプロペラシャフト（試験片）を製造した。
【００５９】
［実施例及び比較例］
（試料１）
本試料は、炭素鋼よりなる基材Ｗ０の表面に窒化処理被膜ＬＮを形成し、その表面に第１の炭化水素ガスとしてメタンガスを用いて成膜した第１膜Ｌ１−１を成膜し、第１膜Ｌ１−１の表面にアセチレンガスを用いて成膜した第２膜Ｌ２−１を成膜してなる試料である。本試料の構成を断面図で図５に示した。
【００６０】
本試料の第１膜Ｌ１−１は、第１膜Ｌ１−１全体を１００ｍａｓｓ％としたときにシリコン元素を２０ｍａｓｓ％で含有する。第２膜Ｌ２−１は、第２膜Ｌ２−１全体を１００ｍａｓｓ％としたときにシリコン元素を８ｍａｓｓ％で含有する。また、ＤＬＣ被膜の炭化水素の分子中の水素と炭素の原子比（Ｈ／Ｃ）から、第１膜Ｌ１−１における水素含有割合は、第２膜Ｌ２−１よりも小さい。
【００６１】
（試料２）
本試料は、炭素鋼よりなる基材Ｗ０の表面に窒化処理被膜ＬＮを形成し、その表面に第１の炭化水素ガスとしてメタンガスを用いて成膜した第１膜Ｌ１−１を成膜し、第１膜Ｌ１−１の表面にアセチレンガスを用いて成膜した第２膜Ｌ２−１を成膜し、第２膜Ｌ２−１の表面に第１の炭化水素ガスとしてメタンガスを用いて成膜した第１’膜Ｌ１−２を成膜してなる試料である。本試料の構成を断面図で図６に示した。
【００６２】
本試料の基材表面の第１膜Ｌ１−１は、第１膜Ｌ１−１全体を１００ｍａｓｓ％としたときにシリコン元素を２０ｍａｓｓ％で含有する。第２膜Ｌ２−１は、第２膜Ｌ２−１全体を１００ｍａｓｓ％としたときにシリコン元素を２０ｍａｓｓ％で含有する。第１’膜Ｌ１−２は、第１’膜Ｌ１−２全体を１００ｍａｓｓ％としたときにシリコン元素を８ｍａｓｓ％で含有する。また、ＤＬＣ被膜の炭化水素の分子中の水素と炭素の原子比（Ｈ／Ｃ）から、第１膜Ｌ１−１及び第１’膜Ｌ１−２における水素含有割合は、第２膜Ｌ２−１よりも小さい。
【００６３】
（試料３）
本試料は、炭素鋼よりなる基材Ｗ０の表面に窒化処理被膜ＬＮを形成し、その表面に第１の炭化水素ガスとしてメタンガスを用いて成膜した第１膜Ｌ１−１を成膜し、第１膜Ｌ１−１の表面にアセチレンガスを用いて成膜した第２膜Ｌ２−１を成膜し、第２膜Ｌ２−１の表面に第１の炭化水素ガスとしてメタンガスを用いて成膜した第１’膜Ｌ１−２を成膜し、第１’膜Ｌ１−２の表面にアセチレンガスを用いて成膜した第２’膜Ｌ２−２を成膜し、第２’膜Ｌ２−２の表面に第１’’の炭化水素ガスとしてメタンガスを用いて成膜した第１’’膜Ｌ１−３を成膜し、第１’’膜Ｌ１−３の表面にアセチレンガスを用いて成膜した第２’’膜Ｌ２−３を成膜し、第２’’膜Ｌ２−３の表面に第１’’’の炭化水素ガスとしてメタンガスを用いて成膜した第１’’’膜Ｌ１−４を成膜してなる試料である。本試料の構成を断面図で図７に示した。
【００６４】
本試料の基材表面の第１膜Ｌ１−１は、第１膜Ｌ１−１全体を１００ｍａｓｓ％としたときにシリコン元素を２０ｍａｓｓ％で含有する。第２膜Ｌ２−１は、第２膜Ｌ２−１全体を１００ｍａｓｓ％としたときにシリコン元素を２０ｍａｓｓ％で含有する。第１’膜Ｌ１−２は、第１’膜Ｌ１−２全体を１００ｍａｓｓ％としたときにシリコン元素を１５ｍａｓｓ％で含有する。第２’膜Ｌ２−２は、第２’膜Ｌ２−２全体を１００ｍａｓｓ％としたときにシリコン元素を１５ｍａｓｓ％で含有する。第１’’膜Ｌ１−３は、第１’’膜Ｌ１−３全体を１００ｍａｓｓ％としたときにシリコン元素を１０ｍａｓｓ％で含有する。第２’’膜Ｌ２−３は、第２’’膜Ｌ２−３全体を１００ｍａｓｓ％としたときにシリコン元素を１０ｍａｓｓ％で含有する。第１’’’膜Ｌ１−４は、第１’’’膜Ｌ１−４全体を１００ｍａｓｓ％としたときにシリコン元素を８ｍａｓｓ％で含有する。また、ＤＬＣ被膜の炭化水素の分子中の水素と炭素の原子比（Ｈ／Ｃ）から、第１膜Ｌ１−１〜第１’’’膜Ｌ１−４における水素含有割合は、第２膜Ｌ２−１〜第２’’膜Ｌ２−３よりも小さい。
【００６５】
（試料４）
本試料は、炭素鋼よりなる基材Ｗ０の表面に窒化処理被膜ＬＮを形成し、その表面に第１の炭化水素ガスとしてメタンガスを用いて成膜した第１膜Ｌ１−１を成膜し、第１膜Ｌ１−１の表面にアセチレンガスを用いて成膜した第２膜Ｌ２−１を成膜し、第２膜Ｌ２−１の表面に第１の炭化水素ガスとしてメタンガスを用いて成膜した第１’膜Ｌ１−２を成膜し、第１’膜Ｌ１−２の表面にアセチレンガスを用いて成膜した第２’膜Ｌ２−２を成膜し、第２’膜Ｌ２−２の表面に第１’’の炭化水素ガスとしてメタンガスを用いて成膜した第１’’膜Ｌ１−３を成膜し、第１’’膜Ｌ１−３の表面にアセチレンガスを用いて成膜した第２’’膜Ｌ２−３を成膜してなる試料である。本試料の構成を断面図で図８に示した。
【００６６】
本試料の基材表面の第１膜Ｌ１−１は、第１膜Ｌ１−１全体を１００ｍａｓｓ％としたときにシリコン元素を２０ｍａｓｓ％で含有する。第２膜Ｌ２−１は、第２膜Ｌ２−１全体を１００ｍａｓｓ％としたときにシリコン元素を２０ｍａｓｓ％で含有する。第１’膜Ｌ１−２は、第１’膜Ｌ１−２全体を１００ｍａｓｓ％としたときにシリコン元素を１５ｍａｓｓ％で含有する。第２’膜Ｌ２−２は、第２’膜Ｌ２−２全体を１００ｍａｓｓ％としたときにシリコン元素を１５ｍａｓｓ％で含有する。第１’’膜Ｌ１−３は、第１’’膜Ｌ１−３全体を１００ｍａｓｓ％としたときにシリコン元素を１０ｍａｓｓ％で含有する。第２’’膜Ｌ２−３は、第２’’膜Ｌ２−３全体を１００ｍａｓｓ％としたときにシリコン元素を８ｍａｓｓ％で含有する。また、ＤＬＣ被膜の炭化水素の分子中の水素と炭素の原子比（Ｈ／Ｃ）から、第１膜Ｌ１−１〜第１’’膜Ｌ１−３における水素含有割合は、第２膜Ｌ２−１〜第２’’膜Ｌ２−３よりも小さい。
【００６７】
（試料５）
本試料は、炭素鋼よりなる基材Ｗ０の表面に窒化処理被膜ＬＮを形成し、その表面に第１の炭化水素ガスとしてメタンガスを用いて成膜したＤＬＣ被膜Ｌ１−１（上記各試料の第１膜と同様な構成）を成膜してなる試料である。本試料の構成を断面図で図９に示した。
本試料の基材表面のＤＬＣ被膜Ｌ１−１は、全体を１００ｍａｓｓ％としたときにシリコン元素を２０ｍａｓｓ％で含有する。
【００６８】
（試料６）
本試料は、炭素鋼よりなる基材Ｗ０の表面に窒化処理被膜ＬＮを形成し、その表面に第１の炭化水素ガスとしてアセチレンガスを用いて成膜したＤＬＣ被膜Ｌ２−１（上記各試料の第２膜と同様な構成）を成膜してなる試料である。本試料の構成を断面図で図１０に示した。
本試料の基材表面のＤＬＣ被膜Ｌ２−１は、全体を１００ｍａｓｓ％としたときにシリコン元素を８ｍａｓｓ％で含有する。
【００６９】
（試料７）
本試料は、炭素鋼よりなる基材Ｗ０の表面に窒化処理被膜ＬＮを形成し、その表面に第２の炭化水素ガスとしてアセチレンガスを用いて成膜した第２膜Ｌ２−１を成膜し、第２膜Ｌ２−１の表面にメタンガスを用いて成膜した第１膜Ｌ１−１を成膜してなる試料である。本試料の構成を断面図で図１１に示した。
【００７０】
本試料の基材表面の第２膜Ｌ２−１は、第２膜Ｌ２−１全体を１００ｍａｓｓ％としたときにシリコン元素を２０ｍａｓｓ％で含有する。第１膜Ｌ１−１は、第１膜Ｌ１−１全体を１００ｍａｓｓ％としたときにシリコン元素を８ｍａｓｓ％で含有する。また、ＤＬＣ被膜の炭化水素の分子中の水素と炭素の原子比（Ｈ／Ｃ）から、第１膜Ｌ１−１における水素含有割合は、第２膜Ｌ２−１よりも小さい。
【００７１】
［評価］
各試料の評価を行った。
（ロックウェル硬さ）
まず、試料１〜３及び７に対してロックウェル硬さを測定した。ロックウェル硬さは、ＪＩＳ  Ｇ  ０２０２に規定の試験方法で測定した。測定は、試験片の表面の４点（Ａ〜Ｄ）で行った。測定結果を表１に示した。
【００７２】
【表１】
2019065351.tif 000003
【００７３】
表１に示したように、試料１〜３の試験片は、ＨＲＣの平均値が１．２５〜２．２５と小さくなっている。一方、試料４の試験片においてはＨＲＣの平均値が２．５となっている。試料１〜３は、ロックウェル硬さが小さい。このため、プロペラシャフトの使用時に摺動面が相手材と摺動しても、スライド性が高く、耐久性に優れた摺動面となっていることがわかる。
【００７４】
（歯底剥離の確認）
また、試料１〜３及び７のいずれの試料のプロペラシャフトの摺動面を観察しても、歯底におけるＤＬＣ被膜の剥離が確認できなかった。
【００７５】
（成膜時間）
さらに、いずれの試料においても、同様な成膜時間でＤＬＣ被膜の成膜が可能となっている。
以上の各試験結果から、試料１〜３のプロペラシャフトは、プロペラシャフトの摺動面にも適用可能な耐久性に優れたものとなっていることが確認できる。
【００７６】
（摩擦試験）
次に、試料３〜４，５〜６に対して摩擦試験を施した。摩擦試験（ＬＦＷ試験）は、ブロックオンリング試験を行い、各サンプルの摩耗量を測定した。詳しくは、ステンレス製（ＳＵＳ４４０Ｃ製）のブロックにＤＬＣ被膜を形成し、鋼製（Ｓ３０Ｃ製）のリングに、面圧６５０ＭＰａとなるように荷重を加え、すべり速度０．５ｍ／ｓで３０ｍｉｎ摺動させたときの摩耗量を測定した。ブロックオンリング試験では、潤滑油として、鉱物ベースオイル（ＳＫ  ｅｎｅｒｇｙ社製、商品名：ＹＵＢＡＳＥ４）を用いた。測定結果を表２に示した。
【００７７】
【表２】
2019065351.tif 000004
【００７８】
表２に示したように、試料３〜４の試験片は、０．１μｍと小さな摩耗深さとなっている。すなわち、耐摩耗性（耐久性）に優れたＤＬＣ被膜により摺動面が形成されていることがわかる。
【００７９】
一方、摺動面が単層のＤＬＣ被膜より形成されている試料５では、０．６μｍと大きな摩耗深さとなっていることがわかる。さらに、摺動面が単層のＤＬＣ被膜より形成されている試料６では、ＤＬＣ被膜の剥離が生じた。
すなわち、試料３〜４の試験片は、耐摩耗性（耐久性）に優れたＤＬＣ被膜により摺動面が形成されていることがわかる。
【００８０】
（実機耐久試験）
次に、試料３〜４，５のプロペラシャフトを実際に駆動し、駆動後の状態を観察した。
具体的には、プロペラシャフトとして摺動式スプラインシャフトを作製し、実際に駆動した。摺動式スプラインシャフトは、従来公知の構成を備える。摺動式スプラインシャフトは、図１２〜図１３に示すように、雄スプライン１１を有する第一軸部材１０と、雌スプライン２１を有する第二軸部材２０とを備えている。雄スプライン１１は、雌スプライン２１に対してスプライン嵌合し、軸方向に相対的に摺動可能に設けられている。このような構成により、両部材１０，２０は、相互にトルクを伝達可能であって、軸方向に相対移動可能となっている。ここで、スプライン摺動部位には、潤滑剤としての鉱物系グリースが存在している。
雄スプライン１１は、焼入れ、焼戻しを行って形成された鋼材（Ｓ３０Ｃ）よりなる母材１２と、母材１２の表面に形成された下地層１３およびＤＬＣ被膜１４が形成されている。 雌スプライン２１は、鋼材（Ｓ３０Ｃ）で形成されている。
そして、耐久試験は、第二軸部材２０を固定し、かつ、第一軸部材１０に予め決められた捻りトルクを付与した状態で、軸方向に所定回数往復移動させることで行われた。そして、耐久試験後のＤＬＣ被膜１４の膜厚を測定し、試験での膜厚の摩耗率を得た。測定結果を表２に合わせて示した。
【００８１】
【表２】
2019065351.tif 000005
【００８２】
表２に示したように、試料３〜４の試験片は、実機での試験においてもＤＬＣ被膜に損傷が確認されなかった。
一方、摺動面が単層のＤＬＣ被膜より形成されている試料５では、実機での試験中に凝着が発生した。
すなわち、試料３〜４の試験片は、耐摩耗性（耐久性）に優れたＤＬＣ被膜により摺動面が形成されていることがわかる。
【００８３】
（成膜速度）
試料３〜４，５〜６において、ＤＬＣ被膜の膜厚と成膜時間から、成膜速度を算出した。算出した成膜速度を表２に合わせて示した。
表２に示したように、各試料の試験片は、いずれも２０μｍ／ｈ以上と速い成膜速度であることがわかる。
以上の各試験結果から、試料３〜４のプロペラシャフトは、プロペラシャフトの摺動面にも適用可能な耐久性に優れたものとなっていることが確認できる。
【符号の説明】
【００８４】
１：チャンバ            ２：ガス供給部        ３：ガス排出部
４：マイクロ波発振器    ５：導波管            ５２ｂ：突出導波管
５２ｂ０：管壁          ５２ｃ：導電体アンテナ
５２ｄ：誘電体（筒状誘電体、石英筒）          ５２ｅ：導電性気密蓋
６：マイクロ波取り出し部
７：負電圧印加部        ９：空気冷却部
１０：第一軸部材        １４：ＤＬＣ被膜      ２０：第二軸部材
Ｗ０：基材              ＭＳ０：マイクロ波の定在波
【図１】
2019065351.tif 000006
【図２】
2019065351.tif 000007
【図３】
2019065351.tif 000008
【図４】
2019065351.tif 000009
【図５】
2019065351.tif 000010
【図６】
2019065351.tif 000011
【図７】
2019065351.tif 000012
【図８】
2019065351.tif 000013
【図９】
2019065351.tif 000014
【図１０】
2019065351.tif 000015
【図１１】
2019065351.tif 000016
【図１２】
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【図１３】
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