(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素を主成分とするダイヤモンドライクカーボンの粉末であって、
原子比で１５％ないし４０％の水素を含み、粒径が０．０５μｍないし１００μｍである
ダイヤモンドライクカーボン粉末。
【請求項２】
密度が１．４ｇ／ｃｍ３ないし２．５ｇ／ｃｍ３である、
請求項１に記載のダイヤモンドライクカーボン粉末。
【請求項３】
比抵抗が１０Ω・ｃｍないし１０ＧΩ・ｃｍである、
請求項１または２に記載のダイヤモンドライクカーボン粉末。
【請求項４】
室温大気中における摩擦係数が０．１ないし０．４である、
請求項１ないし３のいずれかに記載のダイヤモンドライクカーボン粉末。
【請求項５】
炭素を主成分とし、水素を含むダイヤモンドライクカーボンの粉末であるダイヤモンドライクカーボン粉末を作製する方法であって、
原料ガスとして炭化水素系ガスを用いたプラズマＣＶＤ法によって上記ダイヤモンドライクカーボン粉末を作製し、
上記炭化水素系ガスを放電させるための放電用電力の大きさを調整することによって上記ダイヤモンドライクカーボン粉末の水素含有率，密度，比抵抗および摩擦係数の一部または全部を制御する、
ダイヤモンドライクカーボン粉末の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素を主成分とするダイヤモンドライクカーボン（Diamond Like Carbon：以下「ＤＬＣ」と言う。）の粉末であるＤＬＣ粉末およびその作製（または「合成」とも言う。）方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＤＬＣ粉末は、硬質炭素膜であるＤＬＣと同じ成分の粉末、言わば硬質炭素粉末であり、従来、主にオニオンライクカーボン（Onion Like Carbon：以下「ＯＬＣ」と言う。）の原料として用いられている。ここで、ＯＬＣとは、直径が数ｎｍ〜数十ｎｍの球状粒子であり、このＯＬＣは、大気中および真空中のいずれにおいても極めて小さい摩擦係数を示し、併せて、耐面圧性にも優れていることから、とりわけ固体潤滑剤としての応用が期待されている。例えば、特許文献１には、このＯＬＣの作製方法および装置に関する発明が、開示されている。具体的には、当該特許文献１には、材料（原料）ガスとして炭化水素系ガスを用いたプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法によってＤＬＣ粉末が作製され、さらに、このＤＬＣ粉末が真空中または不活性ガス雰囲気中で加熱されることによってＯＬＣに変換される旨が、開示されている。なお、この特許文献１に開示された発明の如く原料ガスとして炭化水素系ガスを用いたプラズマＣＶＤ法によってＤＬＣ粉末が作製される場合には、当該ＤＬＣ粉末にとって不要な微粉末状の重合体が必然的に生成される。この一種の副産物としての重合体の生成を抑制するべく、別の特許文献２に開示された発明によれば、炭化水素系ガスを放電させるための放電用電力の態様が適宜に制御され、例えば当該放電用電力が時間変調（間欠供給）される。これにより、当該重合体の生成量が大幅に抑制される、とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１２／１６８９９３号
【特許文献２】特開２０１４−１９６０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、最近の研究の結果、上述の如く原料ガスとして炭化水素系ガスを用いたプラズマＣＶＤ法によってＤＬＣ粉末が作製される場合、その条件によって当該ＤＬＣ粉末の特性が変わること、特に放電用電力の大きさ（電力値）によって当該ＤＬＣ粉末の水素含有率（含有量），密度，比抵抗および摩擦係数が変わること、が判明した。例えば、被膜である言わば通常のＤＬＣ（いわゆるＤＬＣ膜）においては、その水素含有率が低いほど、その硬さ（硬度）が高くなる。従って、ＤＬＣ粉末においても、その水素含有率と硬さとの関係は、当該通常のＤＬＣにおけるのと同様になるものと推察される。これは即ち、ＤＬＣ粉末の硬さの制御（調整）が可能であることを意味する。また、通常のＤＬＣにおいては、その密度が高いほど、その硬さが高くなる。従って、ＤＬＣ粉末においても、その密度と硬さとの関係は、当該通常のＤＬＣにおけるのと同様になるものと推察される。これもまた、ＤＬＣ粉末の硬さの制御が可能であることを意味する。さらに、ＤＬＣ粉末の比抵抗については、導電性を示す比較的に小さな値から絶縁性を示す比較的に大きな値までの広い範囲にわたって変わり、つまり制御可能である。そして、摩擦係数については、とりわけ大気中における摩擦係数については、ＯＬＣと略同等の極めて小さい値からそれよりも大きい値まで変わり、つまりは同様に制御可能である。なお、真空中における摩擦係数については、大気中における摩擦係数よりも大きく、つまり真空中におけるＯＬＣの摩擦係数よりも大きい。加えて、ボールミルやジェットミル等による粉砕処理によって、ＤＬＣ粉末の粒径を制御することも可能である。
【０００５】
これらのことから例えば、大気中であれば、ＤＬＣ粉末についても、ＯＬＣと同様、固体潤滑剤としての応用が期待できる。このＤＬＣ粉末は、ＯＬＣよりも安価であるので、このようなＤＬＣ粉末が固体潤滑剤として応用されることで、当該固体潤滑剤の安価化が実現される。また、被膜である通常のＤＬＣも、固体潤滑剤の一種であるが、ＤＬＣ粉末は、この通常のＤＬＣに代えての応用も期待できる。特に通常のＤＬＣは、自身の内部応力によって剥離が誘発され易いという性質を有すると共に、そのコーティング費用が比較的に高いので、このような通常のＤＬＣに代えて、ＤＬＣ粉末が固体潤滑剤として用いられることで、当該固体潤滑剤の信頼性の向上および長寿命化が図られると共に、上述の如く当該固体潤滑剤の安価化が実現される。加えて、ＤＬＣ粉末は、潤滑油やグリース等の液体状または半固体状（ゼリー状）の潤滑剤に添加されるいわゆる添加剤としての応用も期待できる。例えば、自動車のクラッチ板やスプライン軸等の動力の伝達を担う機構においては、潤滑剤として当該潤滑油やグリース等の液体状または半固体状のものが用いられることがあるが、このような用途における潤滑剤としては、その摩擦係数が多少大きめのものの方が好都合な場合がある。ＤＬＣ粉末は、上述の如くその摩擦係数の制御が可能であるので、このような用途における潤滑剤に適宜に添加されることで、当該潤滑剤の摩擦係数（摩擦特性）を調整する機能を奏し、いわゆる摩擦調整剤として機能する。さらに、ＤＬＣ粉末の用途によっては、その電気的特性として例えば導電性が要求される場合もあれば、絶縁性が要求される場合もある。ＤＬＣ粉末は、上述の如くその比抵抗の制御が可能であり、つまり導電性を示すこともできれば、絶縁性を示すこともできるので、これらの要求にも柔軟かつ適切に対応することができる。そしてさらに、ＤＬＣ粉末は、それ自体が黒色であることから、例えば液晶パネル等のカラーフィルタのブラックマトリクス用レジストとしての応用が期待できる。このブラックマトリクス用レジストとしては、例えばカーボンブラックが知られているが、カーボンブラックは、その比抵抗が最大でも１００ＭΩ・ｃｍ程度であり、それ以上の比抵抗（絶縁性）を持つことが理想とされるブラックマトリクス用レジストとしては不十分なところがある。これに対して、ＤＬＣ粉末は、その比抵抗を上述の如く大きな値とすることができるので、カーボンブラックよりも優れたブラックマトリクス用レジストとしての応用が期待できる。勿論、これら以外の用途にも、ＤＬＣ粉末の応用が期待できる。
【０００６】
そこで、本発明は、様々な用途への応用が期待できる新規なＤＬＣ粉末を提供することを、目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的を達成するために、本発明は、ＤＬＣ粉末そのものに係る第１の発明と、このＤＬＣ粉末の作製方法に係る第２の発明と、を提供する。
【０００８】
このうちの第１の発明は、炭素を含むＤＬＣ粉末であって、原子比で１５％〜４０％の水素を含む。このＤＬＣ粉末の粒径は、０．０５μｍ〜１００μｍである。
【０００９】
即ち、本第１発明に係るＤＬＣ粉末は、水素を含み、その含有率は、原子比で１５％〜４０％である。上述したように、被膜である通常のＤＬＣにおいては、その水素含有率が低いほど、その硬さが高くなる。従って、ＤＬＣ粉末においても、その水素含有率と硬さとの関係は、当該通常のＤＬＣにおけるのと同様になるものと推察される。ゆえに、用途に応じて、特にどれくらいの硬さが要求されるのかに応じて、水素含有率が適宜に制御されることで、当該用途に適したＤＬＣ粉末が実現される。粒径は、ボールミルやジェットミル等による粉砕処理によって適宜に制御可能である。ゆえに、用途に応じてこの粒径が適宜に制御されることで、当該用途に適したＤＬＣ粉末が実現される。
【００１０】
なお、本第１発明に係るＤＬＣ粉末の密度は、１．４ｇ／ｃｍ３〜２．５ｇ／ｃｍ３である。
【００１１】
上述したように、通常のＤＬＣにおいては、その密度が高いほど、その硬さが高くなる。従って、ＤＬＣ粉末においても、その密度と硬さとの関係は、当該通常のＤＬＣにおけるのと同様になるものと推察される。ゆえに、用途に応じて、特にどれくらいの硬さが要求されるのかに応じて、密度が適宜に制御されることで、当該用途に適したＤＬＣ粉末が実現される。
【００１２】
また、本第１発明に係るＤＬＣ粉末の比抵抗は、１０Ω・ｃｍ〜１０ＧΩ・ｃｍである。
【００１３】
この比抵抗の下限値である１０Ω・ｃｍという値は、概ね導電性を示す。一方、当該比抵抗の上限値である１０ＧΩ・ｃｍという値は、極めて高い絶縁性を示す。ゆえに、用途に応じて、特にその電気的特性として導電性が要求されるのか、それとも絶縁性が要求されるのかに応じて、比抵抗が適宜に制御されることで、当該用途に適したＤＬＣ粉末が実現される。例えば、この比抵抗が上限値またはこれに近い値とされることで、上述したブラックマトリクス用レジストに適した極めて高い絶縁性を持つＤＬＣ粉末が実現される。
【００１４】
そして、本第１発明に係るＤＬＣ粉末の室温大気中における摩擦係数は、０．１〜０．４である。
【００１５】
この摩擦係数の下限値である０．１という値は、上述したＯＬＣの摩擦係数と略同等の値である。その上で、本第１発明に係るＤＬＣ粉末の摩擦係数は、０．４という値を上限として、任意に制御可能である。ゆえに、用途に応じてこの摩擦係数が適宜に制御されることで、当該用途に適したＤＬＣ粉末が実現される。例えば、この摩擦係数が下限値またはこれに近い値とされることで、大気中での固体潤滑剤に適したＤＬＣ粉末が実現される。また、この固体潤滑剤に適したＤＬＣ粉末は、被膜である通常のＤＬＣに代えての応用も期待できる。ただし、このＤＬＣ粉末の真空中における摩擦係数は、大気中における摩擦係数よりも大きいので、当該ＤＬＣ粉末の固体潤滑剤としての応用は、大気中に限定されるのが、好ましい。さらに、このＤＬＣ粉末は、潤滑油やグリース等の液体状または半固体状の潤滑剤に添加される添加剤としての応用、とりわけ摩擦調整剤としての応用、も期待できる。
【００１８】
本発明の第２発明は、ＤＬＣ粉末を作製する方法であって、原料ガスとして炭化水素系ガスを用いたプラズマＣＶＤ法によって、炭素を主成分とし、水素を含むＤＬＣ粉末を作製し、これに際して、炭化水素系ガスを放電させるための放電用電力の大きさを調整することによって、当該ＤＬＣ粉末の水素含有率，密度，比抵抗および摩擦係数の一部または全部を制御する。
【００１９】
即ち、本第２発明によれば、放電用電力の大きさのみによって、言い換えれば極めて簡単な方法によって、ＤＬＣ粉末の水素含有率，密度，比抵抗および摩擦係数の一部または全部が制御される。
【発明の効果】
【００２０】
上述したように、本発明によれば、用途に応じてＤＬＣ粉末の特性が適宜に制御されることで、当該用途に適したＤＬＣ粉末が実現される。即ち、様々な用途への応用が期待できるＤＬＣ粉末を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態に係るＤＬＣ粉末作製装置の概略構成を示す図である。
【図２】同実施形態における放電用電力としてのパルス電力の供給態様を示す図解図である。
【図３】同パルス電力の大きさに対するＤＬＣ粉末の作製速度，水素含有率，密度および比抵抗それぞれの関係を示すグラフである。
【図４】同パルス電力の大きさに対するＤＬＣ粉末の摩擦係数の関係を示すグラフである。
【図５】同実施形態におけるＤＬＣ粉末のボールミルによる粉砕処理後および当該粉砕処理前それぞれの粒径分布を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の一実施形態について、図１〜図５を参照して説明する。
【００２３】
図１に示すように、本実施形態に係るＤＬＣ粉末作製装置１０は、両端に当たる部分が閉鎖された概略円筒形の真空槽１２を備えている。この真空槽１２は、当該円筒形の一方端に当たる部分（図１における上方側の部分）を上壁として上方に向け、他方端に当たる部分（図１における下方側の部分）を底壁として下方に向けた状態で、設置されている。なお、この真空槽１２の内部空間の直径（内径）は、約１１００ｍｍであり、高さ寸法は、約１０００ｍｍである。この真空槽１２の形状および寸法は、一例であり、状況に応じて適宜に定められる。この真空槽１２は、高耐食性および高耐熱性の金属、例えばＳＵＳ３０４等のステンレス鋼、によって形成されており、その壁部は、基準電位としての例えば接地電位に接続されている。この真空槽１２の素材もまた、一例であり、状況に応じて適宜に選定される。
【００２４】
さらに、真空槽１２の壁部の適宜位置、例えば底壁の中央よりも少し外方（図１における左方）寄りの位置には、排気口１４が設けられている。そして、この排気口１４には、図示しない排気管を介して、真空槽１２の外部に設けられた図示しない排気手段としての真空ポンプが結合されている。さらに、排気管の途中には、真空槽１２内の圧力Ｐを制御する圧力制御手段としての図示しない自動圧力制御装置が設けられている。なお、真空ポンプもまた、自動圧力制御装置と協働して圧力制御手段として機能する。
【００２５】
そして、真空槽１２内の略中央の位置に、容器としてのルツボ１６が配置されている。このルツボ１６は、ルツボ本体１８と、蓋体２０と、から成る。このうちのルツボ本体１８は、一方端に当たる部分が開口されると共に、他方端に当たる部分が閉鎖された概略円筒形のものであり、開口された一方端側を上方に向け、閉鎖された他方端側を底壁として下方に向けた状態で、配置されている。このルツボ本体１８の外径は、約３００ｍｍであり、高さ寸法は、約３００ｍｍであり、厚さ寸法（肉厚）は、側壁部および底壁部のいずれについても数ｍｍであり、例えば約１ｍｍである。このルツボ本体１８の形状および寸法もまた、一例であり、特に形状については、概略円筒形に限らず、枡形や皿形等のように開口中空部を有するものであればよい。このルツボ本体１８は、高耐食性および高耐熱性を有し、かつ、導電性および非磁性を有し、さらに、後述するＤＬＣ粉末１００との密着性の低い素材、例えばＳＵＳ３０４等のステンレス鋼、によって形成されている。勿論、これ以外の素材、例えばモリブデン（Ｍｏ）やタンタル（Ｔａ），タングステン（Ｗ），グラファイト（Ｃ）等の特に高融点素材によって、当該ルツボ本体１８が形成されてもよい。そして、このルツボ本体１８の開口部を塞ぐように、適当な形状および寸法の蓋体２０が設けられている。この蓋体２０もまた、ルツボ本体１８と同様の素材によって形成されている。なお、この蓋体２０の略中央には、後述するガス導入管２２の先端部分２２ａが挿通される円形の貫通孔２０ａが設けられている。
【００２６】
ルツボ１６（特にルツボ本体１８）には、真空槽１２の外部に設けられた放電用電力供給手段としてのパルス電源装置２４から放電用電力としてのパルス電力Ｅｐが供給される。具体的には、真空槽１２を陽極とし、ルツボ１６を陰極として、これらに、当該パルス電力Ｅｐが供給される。このパルス電力Ｅｐは、その電圧波形が接地電位を基準とする正負極間で非対称な矩形のいわゆる非対称矩形波電力であり、このパルス電力Ｅｐの供給源であるパルス電源装置２４は、当該パルス電力Ｅｐの電力値を制御する電力制御モードと、電流値を制御する電流制御モードと、電圧値を制御する電圧制御モードと、の３つの制御モードを有している。本実施形態では、当該パルス電源装置２４は、電力制御モードで使用される。なお、この電力制御モードを含むいずれの制御モードにおいても、パルス電源装置２４は、パルス電力Ｅｐの周波数を例えば１０ｋＨｚ〜２５０ｋＨｚの範囲で任意に設定することができ、また、デューティ比（電圧波形の１周期のうち当該電圧が正極となる期間の比率）を例えば５％〜５０％の範囲で任意に設定することができる。
【００２７】
さらに、パルス電源装置２４には、電力態様制御手段としての電力制御装置２６が接続されている。この電力制御装置２６は、パルス電源装置２４からルツボ１６に供給されるパルス電力Ｅｐの態様が図２に示すような矩形波状の態様となるように、当該パルス電源装置２４を制御する。即ち、この電力制御装置２６による制御によって、パルス電源装置２４からルツボ１６に供給されるパルス電力Ｅｐの態様は、Ｅ１という一定の第１の電力値を示す第１期間Ｔ１と、この第１電力値Ｅ１よりも小さいＥ２（＜Ｅ１）という一定の第２の電力値を示す第２期間Ｔ２と、を交互に繰り返す態様となる。なお、第１期間Ｔ１，第２期間Ｔ２，第１電力値Ｅ１および第２電力値Ｅ２のそれぞれは、任意に設定可能とされている。具体的には、第１期間Ｔ１および第２期間Ｔ２のそれぞれは、例えば１０ｍｓ〜１０ｓの範囲で任意に設定可能とされている。そして、第１電力値Ｅ１は、ルツボ１６の大きさ等によって変わるが、例えば最大で１０ｋＷまで任意に設定可能とされている。第２電力値Ｅ２もまた、任意に設定可能とされているが、この第２電力値Ｅ２は、第１電力値Ｅ１の２０％以下（０≦Ｅ２≦０．２・Ｅ１）の範囲内で任意に設定可能とされている。
【００２８】
図１に戻って、ルツボ１６の蓋体２０に設けられた上述の貫通孔２０ａに、ガス導入手段としてのガス導入管２２の先端部分２２ａが挿通されている。なお、このガス導入管２２の先端部分２２ａは、概略円錐状（ホーン状）に広がるように形成されている。また、このガス導入管２２の先端部分２２ａは、ルツボ１６（ルツボ本体１８）内の奥深くにまで挿入されている訳ではなく、当該ルツボ１６内に言わば浅めに挿入されており、つまり蓋体２０の貫通孔２０ａに近い位置にある。一方、ガス導入管２２の基端部分は、真空槽１２の外部にある。そのために、ガス導入管２２は、真空槽１２の壁部の適宜位置、例えば上壁の略中央の位置、を貫通するように設けられている。このガス導入管２２は、モリブデンやタンタル等の高融点金属製であり、適当な絶縁碍子２８によって真空槽１２（の壁部）と電気的に絶縁されている。そして、このガス導入管２２の基端部分は、真空槽１２の外部に設けられた図示しない放電用ガス供給源としてのアルゴン（Ａｒ）ガス供給源と、図示しない洗浄用ガス供給源としての水素（Ｈ２）ガス供給源と、図示しない原料ガス供給源としてのアセチレン（Ｃ２Ｈ２）ガス供給源と、に結合されている。また、真空槽１２の外部におけるガス導入管２２の途中には、当該ガス導入管２２内を流通するアルゴンガス，水素ガスおよびアセチレンガスの流量を個別に制御するための図示しない流量制御手段、例えばマスフローコントローラと、これらのガスの流通を個別に開閉するための図示しない開閉手段、例えば開閉バルブと、が設けられている。
【００２９】
加えて、ガス導入管２２には、真空槽１２の外部に設けられた直流電力供給手段としてのノズル用電源装置３０から接地電位を基準とする正電位の直流電力Ｅａが供給される。この直流電力Ｅａの電圧値Ｖａは、当該ノズル用電源装置２８によって例えば＋１０Ｖ〜＋１００Ｖの範囲で任意に設定可能とされている。また、この直流電力Ｅａの電流値Ｉａは、後述するプラズマ２００の密度によって変わる。
【００３０】
さらに、真空槽１２の外部には、当該真空槽１２の上壁および底壁それぞれの周縁に沿うように、磁場形成手段としての一対の電磁コイル３２および３４が設けられている。これらの電磁コイル３２および３４は、真空槽１２の外部に設けられた図示しない磁場形成用電源装置から直流の磁場形成用電力が供給されることによって、真空槽１２内の略中央に、好ましくはルツボ１６内に、後述するプラズマ２００が閉じ込められるように、当該真空槽１２内にミラー磁場を形成する。このミラー磁場の強さは、ルツボ１６内において１ｍＴ〜１０ｍＴの範囲で任意に設定可能とされている。
【００３１】
このように構成されたＤＬＣ粉末作製装置１０によれば、アセチレンガスを原料としてＤＬＣ粉末１００を作製することができる。
【００３２】
そのためにまず、前処理としての真空引きが行われる。具体的には、真空槽１２内の圧力Ｐが２×１０−３Ｐａ以下となるまで、好ましくは５×１０−４Ｐａ以下となるまで、当該真空槽１２内が上述の真空ポンプによって排気される。
【００３３】
この真空引き後、ルツボ１６（ルツボ本体１８および蓋体２０）の表面を洗浄するためのイオンボンバード処理が行われる。具体的には、ガス導入管２２を介してルツボ１６内を含む真空槽１２内にアルゴンガスが導入される。この状態で、パルス電源装置２４からルツボ１６にパルス電力Ｅｐが供給される。すると、真空槽１２内のアルゴンガスが放電して、当該真空槽１２内にプラズマ２００が発生する。そして、このプラズマ２００中のアルゴンイオンがルツボ１６の表面に照射され、その衝撃によって当該ルツボ１６の表面が洗浄される。併せて、ガス導入管２２を介して真空槽１２内に水素ガスが導入される。すると、この水素ガスもまた放電して、水素イオンが発生し、この水素イオンもまたルツボ１６の表面に照射される。ルツボ１６の表面には、酸化物や炭化物等の不純物が付着しており、これらの不純物は、当該ルツボ１６の表面に照射された水素イオンと結合することで排除される。このアルゴンガスおよび水素ガスを用いたイオンボンバード処理によって、ルツボ１６の表面が十二分に洗浄される。
【００３４】
そして、このイオンボンバード処理の後に、実際にＤＬＣ粉末を作製するための処理が行われる。具体的には、真空槽１２内へのアルゴンガスおよび水素ガスの導入が停止されると共に、ガス導入管２２を介して当該真空槽１２内にアセチレンガスが導入される。このとき、真空槽１２内へのアルゴンガスおよび水素ガスの導入が即座に停止されるのではなく、これらアルゴンガスおよび水素ガスそれぞれの導入流量が徐々に低減されて、最終的に当該アルゴンガスおよび水素ガスの導入が停止される。併せて、真空槽１２内へのアセチレンガスの導入が急激に行われるのではなく、当該アセチレンガスの導入流量が徐々に増大されて、最終的に当該導入流量が所定値とされる。これにより、プラズマ２００は消失することなく、その発生が維持される。要するに、アルゴンガスおよび水素ガスが放電することによるプラズマ２００から、アセチレンガスが放電することによる当該プラズマ２００へと、徐々に変移する。このアセチレンガスが放電することによるプラズマ２００には、当該アセチレンガスの分解粒子である炭素イオンが含まれている。そして、この炭素イオンは、陰極であるルツボ１６の表面、特にルツボ本体１８の内壁、に照射される。これにより、ルツボ本体１８の内壁にＤＬＣ粉末１００が堆積し、つまり作製される。また、当該プラズマ２００には、アセチレンガスの別の分解粒子である水素イオンも含まれている。そして、この水素イオンも同様に、ルツボ１６の表面、特にルツボ本体１８の内壁、に照射される。この結果、ＤＬＣ粉末１００は、水素を含んだものとなる。
【００３５】
なお、このＤＬＣ粉末１００は、次の２つのプロセスが同時に進行することによって作製されるものと、推測される。１つめは、ルツボ本体１８の内壁に被膜であるＤＬＣが形成されるものの、このＤＬＣが自身の内部応力によってルツボ本体１８の内壁から剥離し、これがＤＬＣ粉末１００となるものと、推測される。そして、２つめは、プラズマ２００中の炭素イオンが当該プラズマ２００中（気相中）で再結合して、これがＤＬＣ粉末１００としてルツボ本体１８の内壁に堆積するものと、推測される。これについては、上述の特許文献１に開示されている通りであり、また、特許文献２にも開示されている。
【００３６】
ここで、ガス導入管２２の先端部分２２ａがルツボ１６内に位置していることによって、このガス導入管２２の先端部分２２ａから噴出されるアセチレンガスが当該ルツボ１６内に直接的に導入される。これにより、ＤＬＣ粉末１００の作製場所であるルツボ１６内における当該ＤＬＣ粉末１００の作製効率の向上が図られ、特に当該ＤＬＣ粉末１００の作製速度Ｓの向上が図られる。また、蓋体２０が設けられていることで、ルツボ１６（ルツボ本体１８）内から当該ルツボ１６外へのＤＬＣ粉末１００の漏出（特に舞い上がり）が抑制される。
【００３７】
加えて、各電磁コイル３２および３４に磁場形成用電源装置から磁場形成用電力が供給される。これにより、真空槽１２内に上述のミラー磁場が形成され、真空槽１２内の中央にプラズマ２００が閉じ込められ、特にルツボ１６内に当該プラズマ２００が閉じ込められる。この結果、ルツボ１６内におけるプラズマ２００の密度が向上し、当該ルツボ１６内におけるＤＬＣ粉末１００の作製効率がより一層向上する。
【００３８】
さらに、ガス導入管２２にノズル用電源装置３０から直流電力Ｅａが供給される。すると、ガス導入管２２が言わば第２の陽極として機能するようになり、この第２の電極としてのガス導入管２２にプラズマ２００中の電子が引き込まれる。この結果、ガス導入管２２の周囲、特にアセチレンガスの噴出口である先端部分２２ａの周囲に、高密度の放電、いわゆるホローアノード放電３００が発生する。そして、このホローアノード放電３００が発生することによって、特にルツボ１６内に当該ホローアノード放電３００が発生することによって、ルツボ１６内におけるＤＬＣ粉末１００の作製効率が一段と向上する。なお、このホローアノード放電３００の大きさを調整するために、ガス導入管２２の先端部分２２ａが上述の如く概略円錐状に広がるように形成されている。このガス導入管２２の先端部分２２ａの形状（特に広がり具合）および大きさは、ルツボ１６内の形状および大きさに応じて適宜に定められる。
【００３９】
このような要領で所定量のＤＬＣ粉末１００が作製されると、この処理を終了するべく、最終処理が行われる。具体的には、ガス導入管２２への直流電力Ｅａの供給が停止されると共に、ルツボ１６へのパルス電力Ｅｐの供給が停止される。併せて、ガス導入管２２を介しての真空槽１２内へのアセチレンガスの導入が停止される。そして、真空槽１２内の圧力Ｐが徐々に大気圧と同程度に戻され、その後、１０分間〜３０分間程度の適当な冷却期間が置かれる。その上で、真空槽１２内が大気に開放されて、当該真空槽１２内からＤＬＣ粉末１００がルツボ１６ごと取り出される。これをもって、最終処理を含むＤＬＣ粉末１００の一連の作製処理が終了する。
【００４０】
なお、ルツボ１６ごと取り出されたＤＬＣ粉末１００は、ブラシ等の適用な回収手段によって回収される。回収されたＤＬＣ粉末１００は、その粒径φ５０μｍ〜１５０μｍ程度であり、必要に応じてボールミルやジェットミル等による粉砕処理によってより細かく粉砕される。また、ＤＬＣ粉末１００が回収された後のルツボ１６は、ブラスト洗浄，油洗浄，エアー洗浄等の適当な洗浄処理を施された後、改めてＤＬＣ粉末１００の作製処理に供されるべく、真空槽１２内に設置される。
【００４１】
ところで、上述の如くアセチレンガスという炭化水素系ガスを用いたプラズマＣＶＤ法によってＤＬＣ粉末１００が作製される要領によれば、プラズマ２００中の炭素ラジカルが重合反応することで、微粉末状の重合体、言わば重合粉末、が必然的に生成される。この一種の副産物である重合粉末は、陽極としての真空槽１２の内壁に付着して当該内壁を汚染すると共に、本来の作製対象であるＤＬＣ粉末１００にとって全く不要な不純物となる等、種々の支障を来す。そこで、この重合粉末の生成を抑制するべく、上述の電力制御装置２６が設けられている。
【００４２】
即ち、電力制御装置２６は、上述の如くパルス電源装置２４からルツボ１６に供給されるパルス電力Ｅｐの態様が図２に示したような矩形波状の態様となるように、当該パルス電源装置２４を制御するものであるが、このような制御が成されることによって、例えば当該パルス電力Ｅｐの電力値が一定とされる場合に比べて、つまり電力制御装置２６が設けられない場合に比べて、重合粉末の生成量が大幅に抑制される。このことは、上述の特許文献２にも開示されている。具体的には、上述したイオンボンバード処理後の言わば実質的なＤＬＣ粉末１００の作製処理において、電力制御装置２６が有効化される。これにより、パルス電力Ｅｐは、図２に示したような態様でルツボ１６に供給される。例えば、当該図２における第１電力値Ｅ１が元々の（電力制御装置２６によるパルス電源装置２４の制御前の）パルス電力Ｅｐの電力値と等価とされ、第２電力値Ｅ２がゼロ（０）とされる。そして、第１期間Ｔ１が５００ｍｓとされ、第２期間Ｔ２もまた同じく５００ｍｓとされる。要するに、パルス電力Ｅｐがルツボ１６に対して間欠的に供給され、いわゆる時間変調される。このような制御が成されることによって、重合粉末の生成量が大幅に抑制される。
【００４３】
なお、第１期間Ｔ１と第２期間Ｔ２とが１対１（Ｔ１：Ｔ２＝１：１）であり、かつ、これら各期間Ｔ１およびＴ２のそれぞれが１０ｍｓ〜１０ｓの範囲内（確実的には２００ｍｓ〜１ｓの範囲内）にあれば、上述と同様に重合粉末の生成量が大幅に抑制される。また、第２電力値Ｅ２がゼロでない場合でも、つまりパルス電力Ｅｐが時間変調されない場合でも、この第２電力値Ｅ２が第１電力値Ｅ１の２０％以下であれば、同様に当該重合粉末の生成量が大幅に抑制される。このこともまた、特許文献２に開示されている。因みに、ガス導入管２２（の先端部分２２ａ）がルツボ１６内の奥深くにまで挿入された場合には、このガス導入管２２の外面（外周壁）にも当該重合粉末が付着する。これを回避するために、上述の如くガス導入管２２はルツボ１６内に浅めに挿入されている。
【００４４】
その上で、このたび、種々の実験の結果、上述の実質的なＤＬＣ粉末１００の作製処理時の条件によって、特にパルス電力Ｅｐの大きさによって、ＤＬＣ粉末１００の作製速度Ｓ，水素含有率Ｒ，密度δ，比抵抗ρおよび摩擦係数μが変わることが、確認された。図３に、パルス電力Ｅｐの大きさに対するＤＬＣ粉末１００の作製速度Ｓ，水素含有率Ｒ，密度δおよび比抵抗ρそれぞれの関係を示す。そして、図４に、パルス電力Ｅｐの大きさに対する摩擦係数μの関係を示す。なお、これら図３および図４に係る実験においては、アセチレンガスの流量が５００ｍＬ／ｍｉｎ、真空槽１２内の圧力Ｐが４Ｐａ、パルス電力Ｅｐの周波数が１００ｋＨｚ、当該パルス電力Ｅｐの正極電圧のデューティ比が３０％、ガス導入管２２に供給される直流電力Ｅａの電圧値Ｖａが３０Ｖ、当該直流電力Ｅａの電流値Ｉａが１０Ａ、とされ、さらに、パルス電力Ｅｐが時間変調されると共に、上述の第１期間Ｔ１および第２期間Ｔ２のそれぞれが５００ｍｓとされた。ただし、直流電力Ｅａの電流値Ｉａについては、厳密には一定ではなく、概ね５Ａ〜１０Ａの範囲で変動する。これは、パルス電力Ｅｐが時間変調されることで、ホローアノード放電３００を含むプラズマ２００が点滅することによる。
【００４５】
例えば、パルス電力Ｅｐの大きさに対するＤＬＣ粉末１００の作製速度Ｓに注目すると、この作製速度Ｓは、図３に○印付きの太実線で示すように、パルス電力Ｅｐが大きいほど、大きくなる。具体的には、パルス電力Ｅｐが３ｋＷから６ｋＷに増大されると、この作製速度Ｓは約１３ｇ／ｈから約１６ｇ／ｈに増大する。なお、図３には示されていないが、パルス電力Ｅｐが３ｋＷよりも小さくなると、作製速度Ｓは極端に小さくなり、例えば当該パルス電力２ｋＷのときには、作製速度Ｓは約８ｇ／ｈとなる。一方、パルス電力Ｅｐが６ｋＷよりも大きくなると、作製速度Ｓはさらに大きくなるが、１６ｇ／ｈを少し超えたところで飽和する。
【００４６】
そして、ＤＬＣ粉末１００の水素含有率Ｒについては、図３に□印付きの太破線で示すように、パルス電力Ｅｐが大きいほど、小さくなる。具体的には、パルス電力Ｅｐが３ｋＷから６ｋＷに増大されると、この水素含有率Ｒは約３２ａｔ％から約１８ａｔ％に減少する。なお、図３には示されていないが、パルス電力Ｅｐが３ｋＷよりも小さくなると、水素含有率Ｒはさらに大きくなり、例えば当該パルス電力２ｋＷのときに、水素含有率Ｒは約４０ａｔ％となる。一方、パルス電力Ｅｐが６ｋＷよりも大きくなると、水素含有率Ｒはさらに小さくなり、例えば当該パルス電力Ｅｐが６．５ｋＷのときに、水素含有率Ｒは約１５ａｔ％となる。
【００４７】
また、ＤＬＣ粉末１００の密度δについては、図３に◇印付きの太一点鎖線で示すように、パルス電力Ｅｐが大きいほど、大きくなる。具体的には、パルス電力Ｅｐが３ｋＷから６ｋＷに増大されると、この密度δは約１．５９ｇ／ｃｍ３から約１．６９ｇ／ｃｍ３に増大する。なお、図示は省略するが、パルス電力Ｅｐ以外の条件が変更されることによって、特にアセチレンガスの流量および真空槽１２内の圧力Ｐが変更されることによって、この密度δは大きく変わる。例えば、アセチレンガスの流量が少ないほど、また、真空槽１２内の圧力Ｐが低いほど、密度δは大きくなり、言わば緻密なＤＬＣ粉末１００が作製される。一方、アセチレンガスの流量が多いほど、また、真空槽１２内の圧力Ｐが高いほど、密度δは小さくなり、言わば粗鬆的なＤＬＣ粉末１００が作製される。結果として、この密度δは約１．４ｇ／ｃｍ３〜約２．５ｇ／ｃｍ３の範囲で変わることが、確認された。
【００４８】
さらに、ＤＬＣ粉末１００の比抵抗ρについては、図３に△印付きの太二点鎖線で示すように、パルス電力Ｅｐが大きいほど、小さくなる。具体的には、パルス電力Ｅｐが３ｋＷから６ｋＷに増大されると、この比抵抗ρは約１．８ＭΩ・ｃｍ〜約２３Ω・ｃｍに減少する。なお、図３には示されていないが、パルス電力Ｅｐが３ｋＷよりも小さくなると、比抵抗ρはさらに大きくなり、例えば当該パルス電力２ｋＷのときに、比抵抗ρは約１０ＧΩ・ｃｍとなる。この約１０ＧΩ・ｃｍという値は、極めて高い絶縁性を示す。一方、パルス電力Ｅｐが６ｋＷよりも大きくなると、比抵抗ρはさらに小さくなり、例えば当該パルス電力Ｅｐが６．５ｋＷのときに、比抵抗ρは約１０Ω・ｃｍとなる。この約１０Ω・ｃｍという値は、概ね導電性を示す。
【００４９】
そして、ＤＬＣ粉末１００の摩擦係数μについては、クロムモリブデン鋼であるＳＣＭ４１５製の平板に当該ＤＬＣ粉末１００を塗布し、これに焼入鋼であるＳＵＪ２製の１／４インチのボールを室温大気中で往復摺動させる、というボールオンディスク型のトライボメータによって測定した。なお、ボールへの負荷荷重は１０００ｇであり、当該ボールの摺動速度は３００ｍｍ／ｍｉｎである。また、比較対象用として、ＤＬＣ粉末１００を塗布しない言わば無処理のものと、当該ＤＬＣ粉末１００に代えて上述の各特許文献１および２に開示されている公知のダイヤモンド微粉末（Diamond Nano Powder：以下「ＤＮＰ」と言う。）を塗布したものと、当該ＤＬＣ粉末１００に代えてカーボンブラックを塗布したものと、のそれぞれについても、同様の要領で摩擦係数μを測定した。その結果を示したのが、上述の図４である。この図４に示すようにＤＬＣ粉末１００の摩擦係数μは、パルス電力Ｅｐが大きいほど、小さくなる。具体的には、パルス電力Ｅｐが３ｋＷから６ｋＷに増大されると、この摩擦係数μは０．３７から０．２０に低下する。この値は、比較対象用としての無処理のもの（０．７０）に比べて当然ではあるが遥かに小さく、また、ＤＮＰ（０．６３）およびカーボンブラック（０．４１）のそれぞれと比べても小さい。さらに、図示は省略するが、このＤＬＣ粉末１００の摩擦係数μは、パルス電力Ｅｐ以外の条件が変更されることによって変わり、特にＤＬＣ粉末１００の密度δと相関し、例えば当該密度が２．０ｇ／ｃｍ３以上であれば、約０．１に達する。この０．１という摩擦係数μの値は、ＯＬＣのそれと略同等の値である。因みに、このＤＬＣ粉末１００の摩擦係数μの上限値は、約０．４であり、厳密にはそうなるように制御可能である。
【００５０】
加えて、ＤＬＣ粉末１００は、必要に応じて粉砕処理される。上述のパルス電力Ｅｐが６ｋＷとされた条件下で作製されたＤＬＣ粉末１００について、ボールミルによる粉砕処理後とこの粉砕処理前とのそれぞれの当該ＤＬＣ粉末１００の粒径分布を、図５に示す。この図５から分かるように、粉砕処理前のＤＬＣ粉末１００の粒径分布は８５μｍ付近にピークを示しており、このピーク値の半値を基準とすると、当該粉砕処理前のＤＬＣ粉末１００の粒径φは概ね５０μｍ〜１５０μｍである。一方、粉砕処理後のＤＬＣ粉末１００の粒径分布は１．３μｍ付近にピークを示しており、このピーク値の半値を基準とすると、当該粉砕処理後のＤＬＣ粉末１００の粒径φは概ね０．８μｍ〜２．２μｍである。なお、図示は省略するが、ジェットミルによる粉砕処理によれば、ＤＬＣ粉末１００の粒径φはサブミクロン以下に達し、その分布のピークを最小で約０．０５μｍとすることも可能である。また、パルス電力Ｅｐが６ｋＷよりも小さい条件下で作製されたＤＬＣ粉末１００であれば、当該パルス電力Ｅｐが６ｋＷとされた条件下で作製されたＤＬＣ粉末１００よりも大きな粒径φとなる傾向があり、この場合、その粒径分布のピークを最大で約１００μｍとすることもできる。
【００５１】
なお、パルス電力Ｅｐが時間変調されない場合でも、同様の実験結果が得られた。
【００５２】
これらの実験結果から、例えば改めてＤＬＣ粉末１００の水素含有率Ｒに注目すると、この水素含有率Ｒは、上述の如く約１５ａｔ％〜約４０ａｔ％の範囲で制御可能である。被膜である通常のＤＬＣにおいては、その水素含有率が低いほど、その硬さが高くなる。従って、このＤＬＣ粉末１００においても、その水素含有率Ｒと硬さとの関係は、当該通常のＤＬＣにおけるのと同様になるものと推察される。ゆえに、用途に応じて、特にどれくらいの硬さが要求されるのかに応じて、この水素含有率Ｒが適宜に制御されることで、当該用途に適したＤＬＣ粉末１００が実現される。
【００５３】
そして、ＤＬＣ粉末１００の密度δについては、上述の如く約１．４ｇ／ｃｍ３〜約２．５ｇ／ｃｍ３の範囲で制御可能である。通常のＤＬＣにおいては、その密度が高いほど、その硬さが高くなる。従って、このＤＬＣ粉末１００においても、その密度δと硬さとの関係は、当該通常のＤＬＣにおけるのと同様になるものと推察される。ゆえに、用途に応じて、特にどれくらいの硬さが要求されるのかに応じて、この密度δが適宜に制御されることで、当該用途に適したＤＬＣ粉末１００が実現される。
【００５４】
さらに、ＤＬＣ粉末１００の比抵抗ρについては、上述の如く約１０Ω・ｃｍ〜約１０ＧΩ・ｃｍの範囲で制御可能である。この比抵抗ρの下限値である約１０Ω・ｃｍという値は、概ね導電性を示す。一方、当該比抵抗ρの上限値である約１０ＧΩ・ｃｍという値は、極めて高い絶縁性を示す。ゆえに、用途に応じて、特にその電気的特性として導電性が要求されるのか、それとも絶縁性が要求されるのかに応じて、この比抵抗ρが適宜に制御されることで、当該用途に適したＤＬＣ粉末１００が実現される。例えば、この比抵抗ρが上限値またはこれに近い値とされることで、上述したブラックマトリクス用レジストに適した極めて高い絶縁性を持つＤＬＣ粉末１００が実現される。
【００５５】
また、ＤＬＣ粉末１００の摩擦係数μについては、上述の如く約０．１〜約０．４の範囲で制御可能である。特にこの摩擦係数μの下限値である０．１という値は、ＯＬＣのそれと略同等の値である。ゆえに、用途に応じてこの摩擦係数μが適宜に制御されることで、当該用途に適したＤＬＣ粉末１００が実現される。例えば、この摩擦係数μが下限値またはこれに近い値とされることで、大気中での固体潤滑剤に適したＤＬＣ粉末１００が実現される。そして、この固体潤滑剤に適したＤＬＣ粉末１００は、被膜である通常のＤＬＣに代えての応用も期待できる。ただし、このＤＬＣ粉末１００の真空中における摩擦係数μ’は、大気中における摩擦係数μよりも大きいので、当該ＤＬＣ粉末１００の固体潤滑剤としての応用は、大気中に限定されるのが、好ましい。その一方で、水素含有率Ｒが高いほど、このＤＬＣ粉末１００の大気中での摩擦係数μは大きくなるが、当該ＤＬＣ粉末１００の真空中での摩擦係数μ’は小さくなることが、このたび判明した。このこともまた、ＤＬＣ粉末１００の用途の展開に貢献することが、期待される。さらに、このＤＬＣ粉末は、潤滑油やグリース等の液体状または半固体状の潤滑剤に添加される添加剤としての応用、とりわけ摩擦調整剤としての応用、も期待できる。
【００５６】
加えて、ＤＬＣ粉末１００の粒径φについては、上述の如く粉砕処理されることで、約０．０５μｍ〜１００μｍの範囲で制御可能である。ゆえに、用途に応じてこの粒径φが適宜にされることで、当該用途に適したＤＬＣ粉末１００が実現される。例えば、このＤＬＣ粉末１００が上述の固体潤滑剤として適用される場合には、当該ＤＬＣ粉末１００がそのまま対象に塗布された状態で使用されるのか、それとも油等の液体に混入された状態で使用されるのか、さらには粘土状のものに混入された上で固化（焼成等）されるのか、等によって、その粒径φの好適値が変わることが想像されるが、このような用途にも、柔軟かつ適切に対応することができる。
【００５７】
以上のように、本実施形態によれば、用途に応じてＤＬＣ粉末１００の特性、特に水素含有率Ｒ，密度δ，比抵抗ρおよび摩擦係数μ、が適宜に制御されることで、当該用途に適したＤＬＣ粉末１００が実現される。しかも、この制御は、パルス電力Ｅｐの大きさのみによって、言い換えれば極めて簡単な方法によって、実現される。従って、様々な用途への応用が期待できるＤＬＣ粉末１００を極めて簡単に提供することができる。加えて、このＤＬＣ粉末１００の粒径φを制御することも可能であるので、当該ＤＬＣ粉末１００の用途のさらなる展開が図られる。
【００５８】
なお、本実施形態で説明した内容は、飽くまでも本発明を実現するための１つの具体例であり、本発明の範囲を限定するものではない。
【００５９】
例えば、放電用電力としてパルス電力Ｅｐが採用されたが、これに代えて、周波数が１３．５６ＭＨｚの正弦波の高周波電力が採用されてもよいし、これ以外の電力が採用されてもよい。いずれにしても、チャージアップを防止するために、当該放電用電力として交流電力が採用されることが、肝要である。ただし、高周波電力が採用される場合には、その供給源である放電用電力供給手段としての高周波電源装置と、ルツボ１６を含む負荷側と、の間のインピーダンスを整合させるためのインピーダンス整合器が必要になる。
【００６０】
そして、原料ガスとしてアセチレンガスが採用されたが、これに限らない。メタン（ＣＨ４）ガスやエチレン（Ｃ２Ｈ４）ガス，ベンゼン（Ｃ６Ｈ６）ガス等の他の炭化水素系ガスが採用されてもよい。また、アルコールから気化された炭化水素系ガスが採用されてもよい。ただし、メタンガスについては、アセチレンガスよりもＤＬＣ粉末１００の作製効率が低いこと、詳しくは作製速度Ｓの比較として当該アセチレンガスが採用された場合の１／５程度の効率しか得られないことが、実験により確認された。このことは、エチレンガスについても、同様である。そして、ベンゼンガスについては、当該ベンゼンが元々液体であるため、これを気化する必要があり、その分、気化設備を含めコストが掛かる。加えて、ベンゼンガスが採用された場合は、これが真空ポンプ中で再液化する恐れがあり、そうなると、当該真空ポンプによる排気効率が低下する。その上、ベンゼンガスは、毒性および発がん性を有するので、その弊害が大きい。アルコールもまた、液体であるので、その気化設備を含めコストが掛かる。これらを総合すると、ＤＬＣ粉末１００の作製効率、コスト、取り扱い易さ、調達容易性、安全性等の観点から、原料ガスとしてはアセチレンガスが最も好適である。
【００６１】
また、電力制御装置２６は、パルス電源装置２４と一体化されたものでもよく、例えば当該パルス電源装置２４に内蔵されてもよい。
【００６２】
さらに、プラズマ２００の励起法として、いわゆる自己放電型（または「冷陰極型」とも言う。）の励起法が採用されたが、これに限らない。即ち、高周波プラズマＣＶＤ法やマイクロ波プラズマＣＶＤ法、ＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）プラズマＣＶＤ法、熱陰極ＰＩＧ（Penning Ionization Gauge）プラズマＣＶＤ法等の他の励起法が採用されてもよい。
【符号の説明】
【００６３】
１０  ＤＬＣ粉末作製装置
１２  真空槽
１６  ルツボ
１８  パルス電源装置
２２  ガス導入管
１００  ＤＬＣ粉末
２００  プラズマ
【図１】
0006563730.tif 000002
【図２】
0006563730.tif 000003
【図３】
0006563730.tif 000004
【図４】
0006563730.tif 000005
【図５】
0006563730.tif 000006