(57)【要約】  【課題】摺動部材へのダイヤモンドライクカーボンの高い密着性を実現すると共に、低摩擦性を示す摺動部材を提供すること。  【解決手段】基材５上へ、クロム層からなる中間層６を設け、当該中間層６上へは、ダイヤモンドライクカーボンからなるＤＬＣ多層膜１０をＵＢＭスパッタリング法により形成し、当該ＤＬＣ多層膜１０は、傾斜層１２および傾斜層１２側から高硬度層と低硬度層とが周期的な構造を有する積層構造層１１を形成することにより、ダイヤモンドライクカーボン層の摺動部材への密着性を高め、且つ、摩擦係数を低くして、優れた摺動性を実現する。【選択図】図１
2008081630.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材と、
当該基材上に設けられた金属を含む中間層と、
当該中間層上に設けられ、当該中間層から離れるに従って、硬度が連続的又は段階的に増加するダイヤモンドライクカーボン層からなる第１ダイヤモンドライクカーボン層と、
当該第１ダイヤモンドライクカーボン層上に設けられ、所定硬度のダイヤモンドライクカーボン層からなる低硬度層と当該低硬度層より高い硬度のダイヤモンドライクカーボン層からなる高硬度層とが、前記第１ダイヤモンドライクカーボン層上側から、高硬度層、低硬度層の順に交互に積層された第２ダイヤモンドライクカーボン層とを備え、
前記第１ダイヤモンドライクカーボン層及び第２ダイヤモンドライクカーボン層中の水素含有量が２０ａｔ％〜５０ａｔ％であることを特徴とする摺動部材。
【請求項２】
前記第１ダイヤモンドライクカーボン層の厚みは、５０ｎｍ〜７００ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の摺動部材。
【請求項３】
前記第２ダイヤモンドライクカーボン層の最表面は、前記低硬度層から構成され、
当該最表面の低硬度層の水素含有量が２０ａｔ％〜５０ａｔ％であることを特徴とする請求項１又は２に記載の摺動部材。
【請求項４】
前記第２ダイヤモンドライクカーボン層の最表面に塗布される潤滑剤には、有機モリブデン化合物及び有機亜鉛化合物を含むことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の摺動部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はダイヤモンドライクカーボン層を備えた摺動部材に関し、詳細には、ダイヤモンドライクカーボン層の摺動部材への密着性を高め、且つ、摩擦係数を低くして、優れた摺動性を備えた摺動部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）は、硬度、耐摩耗性、固体潤滑性、化学的安定性等に優れていることが知られている。そして、このダイヤモンドライクカーボンを表面に設けて、耐摩耗性及び摺動性を高めた摺動部材が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献１に記載摺動部材では、基材上にＣｒ層、Ｃｒ−カーボン層組成傾斜層、ダイヤモンドライクカーボン硬度傾斜層、硬質ダイヤモンドライクカーボンの順に積層した構造の保護層を設けて、保護層の密着性の向上及び摺動性の向上を図っている。
【特許文献１】特開２００４−１０９２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、ダイヤモンドライクカーボンは、内部残留応力が高く、高負荷な条件下では、密着性が著しく低くなると言う問題点があり、特許文献１に記載のような構造の摺動部材でも高負荷な条件下では密着性が低下するという問題点があった。また、大気中で優れた低摩耗性、耐摩耗性、耐焼付性及び耐久性を示す水素含有量が少ない硬質ダイヤモンドライクカーボン材料は、潤滑油存在下においては、その摩擦低減効果が必ずしも大きくない。このようなダイヤモンドライクカーボン材料に、ジチオリン酸亜鉛など、極圧添加剤として使用されている有機亜鉛化合物や摩擦調整剤として使用されるジチオカルバミン酸モリブデン（ＭｏＤＴＣ）を含有する潤滑油を適用しても、ダイヤモンドライクカーボン表面が極めて安定であり、不活性であるゆえに、これら添加物が表面にて機能せず、摩擦摩耗低減効果は十分に発揮されないという問題点があった。
【０００４】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、摺動部材へのダイヤモンドライクカーボンの高い密着性を実現すると共に、低摩擦性を示す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】
【０００５】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の摺動部材では、基材と、当該基材上に設けられた金属を含む中間層と、当該中間層上に設けられ、当該中間層から離れるに従って、硬度が連続的又は段階的に増加するダイヤモンドライクカーボン層からなる第１ダイヤモンドライクカーボン層と、当該第１ダイヤモンドライクカーボン層上に設けられ、所定硬度のダイヤモンドライクカーボン層からなる低硬度層と当該低硬度層より高い硬度のダイヤモンドライクカーボン層からなる高硬度層とが、前記第１ダイヤモンドライクカーボン層上側から、高硬度層、低硬度層の順に交互に積層された第２ダイヤモンドライクカーボン層とを備え、前記第１ダイヤモンドライクカーボン層及び第２ダイヤモンドライクカーボン層中の水素含有量が２０ａｔ％〜５０ａｔ％であることを特徴とする。
【０００６】
また、請求項２に記載の摺動部材では、請求項１に記載の発明の構成に加え、前記第１ダイヤモンドライクカーボン層の厚みは、５０ｎｍ〜７００ｎｍであることを特徴とする。
【０００７】
また、請求項３に記載の摺動部材では、請求項１又は２に記載の発明の構成に加え、前記第２ダイヤモンドライクカーボン層の最表面は、前記低硬度層から構成され、当該最表面の低硬度層の水素含有量が２０ａｔ％〜５０ａｔ％であることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項４に記載の摺動部材では、請求項１乃至３の何れかに記載の発明の構成に加え、前記第２ダイヤモンドライクカーボン層の最表面に塗布される潤滑剤には、有機モリブデン化合物及び有機亜鉛化合物を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１に記載の摺動部材では、前記第１ダイヤモンドライクカーボン層及び第２ダイヤモンドライクカーボン層中の水素含有量が２０ａｔ％〜５０ａｔ％であるので、基板あるいは中間下地層との境界において応力の集中が抑制されて、基材と前記第１ダイヤモンドライクカーボン層及び第２ダイヤモンドライクカーボン層との密着性の低下を防止することができる。また、硬度が連続的又は段階的に増加する第１ダイヤモンドライクカーボン層（以下、「傾斜層」とも言う。）の上に、高硬度層、低硬度層の順に交互に積層された積層周期構造を有する第２ダイヤモンドライクカーボン層を設けることにより、表層側の内部応力を抑えて靱性を向上することができる。さらに、摩耗係数が低く摺動性が良好な被膜を得ることが出来る。
【００１０】
また、請求項２に記載の摺動部材では、請求項１に記載の発明の効果に加え、第１ダイヤモンドライクカーボン層の厚みを５０ｎｍ〜７００ｎｍとすることにより、摩耗係数が低く摺動性が良好な被膜を得ることが出来る。
【００１１】
また、請求項３に記載の摺動部材では、請求項１又は２に記載の発明の効果に加え、粘着材は、前記第２ダイヤモンドライクカーボン層の最表面は、前記低硬度層から構成され、当該最表面の低硬度層の水素含有量が２０ａｔ％〜５０ａｔ％であることにより、ダイヤモンドライクカーボン層の表面に、水素基を多く存在させることにより剪断力が低下し、結合力の弱い水素基が摩擦によって脱落することによって、有機亜鉛化合物潤滑剤や有機モリブデン化合物潤滑剤に含まれる成分が吸着しやすい状態とすることによって、トライボケミカル反応被膜が形成され固体潤滑剤としての機能を発揮でき、ダイヤモンドライクカーボンの低摩擦性・低摩耗性をさらに向上できる。
【００１２】
また、請求項４に記載の摺動部材では、請求項１乃至３の何れかに記載の発明の効果に加え、第２ダイヤモンドライクカーボン層の最表面に塗布される潤滑剤には、有機モリブデン化合物及び有機亜鉛化合物を含むので、トライボケミカル反応被膜が形成され固体潤滑剤としての機能を発揮でき、ダイヤモンドライクカーボンの低摩擦性・低摩耗性をさらに向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態である摺動部材について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態である摺動部材１の断面図の模式図である。本実施の形態の摺動部材１は、鋼材（一例として、クロムモリブデン鋼や超硬合金等）からなる基材５上へ、クロム層からなる中間層６を設け、当該中間層６上へは、ダイヤモンドライクカーボン（以下、「ＤＬＣ」とも言う。）からなるＤＬＣ多層膜１０を設けたものである。
【００１４】
そして、このＤＬＣ多層膜１０は、図１に示すように、中間層６側にＤＬＣの硬度が層内で傾斜した傾斜層１２（本発明の第１ダイヤモンドライクカーボン層に相当する）が設けられ、当該傾斜層１２上に、ＤＬＣ膜の積層構造層１１（本発明の第２ダイヤモンドライクカーボン層に相当する）が設けられている。尚、ＤＬＣ多層膜１０の生成は、周知のＵＢＭスパッタリング法 (Unbalanced Magnetron sputtering process)を用いて行った。
【００１５】
次に、傾斜層１２について説明する。図１に示すように、摺動部材１では、中間層６側にＤＬＣの硬度が層内で傾斜した傾斜層１２が設けられている。この傾斜層１２は、１つの層内で、中間層６側は硬度が低く、反対側（積層構造層１１側）は硬度が高く形成されているものである。
【００１６】
次に、ＤＬＣ多層膜１０を構成する積層構造層１１について説明する。図１に示すように、ＤＬＣ多層膜１０を構成する積層構造層１１は、硬度の異なるＤＬＣ層を交互に積み重ねた複数の層からなるＤＬＣの多層膜である。即ち、本実施の形態の積層構造層１１では、傾斜層１２側から、高硬度層１３、低硬度層１４、高硬度層１５、低硬度層１６、高硬度層１７、低硬度層１８、高硬度層１９、低硬度層２０、高硬度層２１、低硬度層２２と積層している。即ち、この積層構造層１１は、ＤＬＣの高硬度層と低硬度層のペアを1周期（１０ｎｍ）として、積層構造層１１の膜厚を満たすまで積み重ねて形成している。上記実施の形態では、高硬度層１３から低硬度層２２までを例示しているが、積層する層数は、これよりも多い場合や、少ない場合でもよく、積層構造層１１の必要な膜厚と、高硬度層及び低硬度層の膜厚により積層する層数は決定される。
【００１７】
次に、図２に示す、試験結果の表を参照して、ＤＬＣ多層膜１０の製造方法とその製造方法により製作されたＤＬＣ多層膜１０を有する摺動部材１の耐久試験の結果について説明する。図２は、ＤＬＣ膜を有する試料１〜１１のＵＢＭスパッタリング法におけるバイアス電圧、生成されたＤＬＣ膜厚比、ＤＬＣ膜厚、積層周期、耐久試験に於ける耐久性（耐久時間）、内部応力、押込み試験結果、スクラッチ密着試験の於けるスクラッチ密着力を示す一覧表である。
【００１８】
図２の表に示すように、この試験に用いた摺動部材１については、基材５上に設けられた中間層６上に、ＤＬＣ膜を単層だけで設けた試料と、積層構造層だけ設けた試料と、傾斜層だけで設けた試料と、傾斜層上に積層構造層を異なる膜厚比で７種類設けた試料の合計１１種類を作成して、耐久試験、押込み試験及びスクラッチ密着試験を行った。
【００１９】
耐久試験では、天秤軸と天秤軸受とを摺動させて実験を行い、摺動部の寿命を計測した。本実験は、室温４０℃の環境で、天秤軸を３３００ｒｐｍで回転させて、焼き付きが起こるまでの時間（耐久性）を測定した。天秤部分のＰＶ値は、Ｐ＝１．４ＭＰａ、Ｖ＝６．４ｍ／ｓである。また、天秤軸に塗布されるグリスは、基油にＤＯＳ（セバシン酸ジオクチル）、増ちょう剤にＬｉ石鹸１６重量％、添加剤にＺｎＤＴｐ（ジチオリン酸亜鉛）及びＭｏＤＴＣ（ジチオカルバミン酸モリブデン）を５重量％を使用した。尚、ＤＯＳの４０℃での動粘度は１２ｍｍ２／ｓである。
【００２０】
尚、本耐久試験では、天秤軸と天秤軸受と焼き付きまでの耐久性（耐久時間）を３５００時間を合格値とした。この３５００時間を合格基準としたのは、一般に工業ミシンでは、１年間に平均７００時間程度の実働時間であることが知られている。そうすると、３５００時間は５年分の稼働時間となり、３５００時間の耐久性を備えたミシンでは、５年に一度潤滑油を給油すれば良いことになる。従来は、１年毎のグリス補給が必要であったが、５年に一度と潤滑油の給油サイクルが非常に長くなり、作業者の潤滑油の供給作業を大幅に削減することができる。また、 焼き付き寿命が３５００時間以上になると、約５年のメンテナンスフリーに相当し、工業ミシンの一般的な買い替え寿命が１０年といわれているので、製品寿命において、１回の潤滑油の給油（グリスアップ）で済み、作業の軽減効果が大きいからである。
【００２１】
次に、押込み試験について説明する。今回の押込み試験では、ロックウェルＣスケール硬度測定用圧子を試料１〜１１に押し込み、圧痕周りの剥離の発生の有無を光学顕微鏡にて観察した。圧痕の押し込み荷重としては、１５０ｋｇｆを印加した。
【００２２】
次に、スクラッチ試験について説明する。スクラッチ試験では、先端半径２００μmのロックウェルＣスケールのダイヤモンド圧子を試料１〜１１に垂直荷重をかけて、一定方向に移動させた。そして、垂直荷重が増加して臨界荷重を越えると圧子進行方向前方の被膜が剥離して接触が圧子と被膜から圧子と基板に変わるため摩擦係数と応力の成分が変化してスクラッチ摩擦力が大きく変化する荷重すなわち摩擦力による臨界荷重が得られる。この臨界荷重を密着力として定量評価した。
【００２３】
以下、図２に示す表を参照して、試料１（Ｎｏ：１）〜試料１１（Ｎｏ：１１）のＤＬＣ膜の構造と、試験結果を説明する。まず、試料１（Ｎｏ：１）としては、図２に示すように、ＵＢＭスパッタリング法において、バイアス電圧を３００Ｖの一定に維持して、ＤＬＣ膜を単層の１μｍの膜厚のものを作成した。当該ＤＬＣ膜の水素の含有量は９．７ａｔ％である。そして、この試料１では、焼き付きを起こすまでの寿命が９００時間の耐久性で、不合格である。そして、試料１のＤＬＣ膜の内部応力は、１．３ＧＰａであった。また、押込み試験では、剥離を生じ、スクラッチ密着力は６５Ｎであった。
【００２４】
また、試料２（Ｎｏ：２）としては、図２に示すように、ＵＢＭスパッタリング法において、バイアス電圧を３００Ｖの一定に維持して、ＤＬＣ膜を単層の１μｍの膜厚のものを作成した。当該ＤＬＣ膜の表層１００ｎｍまでの平均水素の含有量は３３ａｔ％である。そして、この試料２では、焼き付きを起こすまでの寿命が１５００時間の耐久性で、不合格である。そして、試料２のＤＬＣ膜の内部応力は、１．３ＧＰａであった。また、押込み試験では、剥離を生じ、スクラッチ密着力は６５Ｎであった。  
【００２５】
また、試料３（Ｎｏ：３）としては、図２に示すように、ＵＢＭスパッタリング法において、バイアス電圧を０Ｖと３００Ｖを交互に印加して、ＤＬＣ膜を積層構造にして１μｍの膜厚のものを作成した。当該ＤＬＣ膜の表層１００ｎｍまでの平均水素の含有量は３３ａｔ％である。尚、ＵＢＭスパッタリング法において、バイアス電圧を０Ｖとしたときには、硬度の低いＤＬＣ膜が形成され、バイアス電圧を３００Ｖとしたときには、硬度の高いＤＬＣ膜が形成される。従って、中間層６から硬度の高いＤＬＣ膜、硬度の低いＤＬＣ膜、硬度の高いＤＬＣ膜、硬度の低いＤＬＣ膜と交互に積み重ねられ、ＤＬＣ膜の積層周期は、１０ｎｍであり、表層が硬度の低いＤＬＣ膜となっている。そして、この試料３では、焼き付きを起こすまでの寿命が２０００時間の耐久性で、不合格である。そして、試料３のＤＬＣ膜の内部応力は、０．３ＧＰａであった。また、押込み試験では、剥離を生じることが無く、スクラッチ密着力は７５Ｎであった。  
【００２６】
また、試料４（Ｎｏ：４）としては、図２に示すように、ＵＢＭスパッタリング法において、バイアス電圧を５０Ｖ〜３００Ｖに傾斜して昇圧して印加して、１つのＤＬＣ膜内にバイアス電圧を５０Ｖで形成した硬度の低い部分からバイアス電圧を３００Ｖで形成した硬度の高い部分まで、ＤＬＣ膜の硬度を連続的又は段階的に増加する傾斜層とした。この傾斜層は、１μｍの膜厚のＤＬＣ膜で、当該ＤＬＣ膜の表層１００ｎｍまでの平均水素の含有量は３３ａｔ％である。この試料４では、焼き付きを起こすまでの寿命が１８００時間の耐久性で、不合格である。そして、試料４のＤＬＣ膜の内部応力は、１．２ＧＰａであった。また、押込み試験では、亀裂を生じ、スクラッチ密着力は１１０Ｎであった。  
【００２７】
また、試料５（Ｎｏ：５）としては、ＵＢＭスパッタリング法において、バイアス電圧を５０Ｖ〜３００Ｖに傾斜して昇圧して印加して、１つのＤＬＣ膜内にバイアス電圧を５０Ｖで形成した硬度の低い部分からバイアス電圧を３００Ｖで形成した硬度の高い部分まで、ＤＬＣ膜の硬度を連続的又は段階的に増加する傾斜層の上に、ＵＢＭスパッタリング法において、バイアス電圧を０Ｖと３００Ｖを交互に印加して、ＤＬＣ膜を積層構造にして１μｍの膜厚のものを作成した。この傾斜層＋積層構造のＤＬＣ膜の厚みは、１μｍであり、当該ＤＬＣ膜の表層１００ｎｍまでの平均水素の含有量は３３ａｔ％である。従って、中間層６上に傾斜層１２が形成され、その上に、硬度の高いＤＬＣ膜、硬度の低いＤＬＣ膜、硬度の高いＤＬＣ膜、硬度の低いＤＬＣ膜と交互に積み重ねられ、表層が硬度の低いＤＬＣ膜となっている。そして、傾斜層と積層構造との膜厚比は、０．０１：０．９９であり、全体のＤＬＣ膜厚は１μｍであり、積層構造のＤＬＣ膜の積層周期は、１０ｎｍである。そして、この試料５では、焼き付きを起こすまでの寿命が１８００時間の耐久性で、不合格である。そして、試料５のＤＬＣ膜の内部応力は、０．３ＧＰａであった。また、押込み試験では、剥離を生じることが無く、スクラッチ密着力は７５Ｎであった。
【００２８】
また、試料６（Ｎｏ：６）としては、ＵＢＭスパッタリング法において、バイアス電圧を５０Ｖ〜３００Ｖに傾斜して昇圧して印加して、１つのＤＬＣ膜内にバイアス電圧を５０Ｖで形成した硬度の低い部分からバイアス電圧を３００Ｖで形成した硬度の高い部分まで、ＤＬＣ膜の硬度を連続的又は段階的に増加する傾斜層の上に、ＵＢＭスパッタリング法において、バイアス電圧を０Ｖと３００Ｖを交互に印加して、ＤＬＣ膜を積層構造にして１μｍの膜厚のものを作成した。この傾斜層＋積層構造のＤＬＣ膜の厚みは、１μｍであり、当該ＤＬＣ膜の表層１００ｎｍまでの平均水素の含有量は３３ａｔ％である。従って、中間層６上に傾斜層１２が形成され、その上に、硬度の高いＤＬＣ膜、硬度の低いＤＬＣ膜、硬度の高いＤＬＣ膜、硬度の低いＤＬＣ膜と交互に積み重ねられ、表層が硬度の低いＤＬＣ膜となっている。そして、傾斜層と積層構造との膜厚比は、０．０５：０．９５であり、全体のＤＬＣ膜厚は１μｍであり、積層構造のＤＬＣ膜の積層周期は、１０ｎｍである。そして、この試料６では、焼き付きを起こすまでの寿命が３８００時間の耐久性で、合格である。そして、試料６のＤＬＣ膜の内部応力は、０．３ＧＰａであった。また、押込み試験では、剥離を生じることが無く、スクラッチ密着力は９５Ｎであった。
【００２９】
また、試料７（Ｎｏ：７）としては、ＵＢＭスパッタリング法において、バイアス電圧を５０Ｖ〜３００Ｖに傾斜して昇圧して印加して、１つのＤＬＣ膜内にバイアス電圧を５０Ｖで形成した硬度の低い部分からバイアス電圧を３００Ｖで形成した硬度の高い部分まで、ＤＬＣ膜の硬度を連続的又は段階的に増加する傾斜層の上に、ＵＢＭスパッタリング法において、バイアス電圧を０Ｖと３００Ｖを交互に印加して、ＤＬＣ膜を積層構造にして１μｍの膜厚のものを作成した。この傾斜層＋積層構造のＤＬＣ膜の厚みは、１μｍであり、当該ＤＬＣ膜の表層１００ｎｍまでの平均水素の含有量は３３ａｔ％である。従って、中間層６上に傾斜層１２が形成され、その上に、硬度の高いＤＬＣ膜、硬度の低いＤＬＣ膜、硬度の高いＤＬＣ膜、硬度の低いＤＬＣ膜と交互に積み重ねられ、表層が硬度の低いＤＬＣ膜となっている。そして、傾斜層と積層構造との膜厚比は、０．１：０．９であり、全体のＤＬＣ膜厚は１μｍであり、積層構造のＤＬＣ膜の積層周期は、１０ｎｍである。そして、この試料７では、焼き付きを起こすまでの寿命が４０００時間の耐久性で、合格である。そして、試料７のＤＬＣ膜の内部応力は、０．３ＧＰａであった。また、押込み試験では、剥離を生じることが無く、スクラッチ密着力は９５Ｎであった。
【００３０】
また、試料８（Ｎｏ：８）としては、ＵＢＭスパッタリング法において、バイアス電圧を５０Ｖ〜３００Ｖに傾斜して昇圧して印加して、１つのＤＬＣ膜内にバイアス電圧を５０Ｖで形成した硬度の低い部分からバイアス電圧を３００Ｖで形成した硬度の高い部分まで、ＤＬＣ膜の硬度を連続的又は段階的に増加する傾斜層の上に、ＵＢＭスパッタリング法において、バイアス電圧を０Ｖと３００Ｖを交互に印加して、ＤＬＣ膜を積層構造にして１μｍの膜厚のものを作成した。この傾斜層＋積層構造のＤＬＣ膜の厚みは、１μｍであり、当該ＤＬＣ膜の表層１００ｎｍまでの平均水素の含有量は３３ａｔ％である。従って、中間層６上に傾斜層１２が形成され、その上に、硬度の高いＤＬＣ膜、硬度の低いＤＬＣ膜、硬度の高いＤＬＣ膜、硬度の低いＤＬＣ膜と交互に積み重ねられ、表層が硬度の低いＤＬＣ膜となっている。そして、傾斜層と積層構造との膜厚比は、０．３：０．７であり、全体のＤＬＣ膜厚は１μｍであり、積層構造のＤＬＣ膜の積層周期は、１０ｎｍである。そして、この試料８では、焼き付きを起こすまでの寿命が４２００時間の耐久性で、合格である。そして、試料８のＤＬＣ膜の内部応力は、０．３ＧＰａであった。また、押込み試験では、剥離を生じることが無く、スクラッチ密着力は１０５Ｎであった。
【００３１】
また、試料９（Ｎｏ：９）としては、ＵＢＭスパッタリング法において、バイアス電圧を５０Ｖ〜３００Ｖに傾斜して昇圧して印加して、１つのＤＬＣ膜内にバイアス電圧を５０Ｖで形成した硬度の低い部分からバイアス電圧を３００Ｖで形成した硬度の高い部分まで、ＤＬＣ膜の硬度を連続的又は段階的に増加する傾斜層の上に、ＵＢＭスパッタリング法において、バイアス電圧を０Ｖと３００Ｖを交互に印加して、ＤＬＣ膜を積層構造にして１μｍの膜厚のものを作成した。この傾斜層＋積層構造のＤＬＣ膜の厚みは、１μｍであり、当該ＤＬＣ膜の表層１００ｎｍまでの平均水素の含有量は３３ａｔ％である。従って、中間層６上に傾斜層１２が形成され、その上に、硬度の高いＤＬＣ膜、硬度の低いＤＬＣ膜、硬度の高いＤＬＣ膜、硬度の低いＤＬＣ膜と交互に積み重ねられ、表層が硬度の低いＤＬＣ膜となっている。そして、傾斜層と積層構造との膜厚比は、０．５：０．５であり、全体のＤＬＣ膜厚は１μｍであり、積層構造のＤＬＣ膜の積層周期は、１０ｎｍである。そして、この試料９では、焼き付きを起こすまでの寿命が４４００時間の耐久性で、合格である。そして、試料９のＤＬＣ膜の内部応力は、０．３ＧＰａであった。また、押込み試験では、剥離を生じることが無く、スクラッチ密着力は１０５Ｎであった。
【００３２】
また、試料１０（Ｎｏ：１０）としては、ＵＢＭスパッタリング法において、バイアス電圧を５０Ｖ〜３００Ｖに傾斜して昇圧して印加して、１つのＤＬＣ膜内にバイアス電圧を５０Ｖで形成した硬度の低い部分からバイアス電圧を３００Ｖで形成した硬度の高い部分まで、ＤＬＣ膜の硬度を連続的又は段階的に増加する傾斜層の上に、ＵＢＭスパッタリング法において、バイアス電圧を０Ｖと３００Ｖを交互に印加して、ＤＬＣ膜を積層構造にして１μｍの膜厚のものを作成した。この傾斜層＋積層構造のＤＬＣ膜の厚みは、１μｍであり、当該ＤＬＣ膜の表層１００ｎｍまでの平均水素の含有量は３３ａｔ％である。従って、中間層６上に傾斜層１２が形成され、その上に、硬度の高いＤＬＣ膜、硬度の低いＤＬＣ膜、硬度の高いＤＬＣ膜、硬度の低いＤＬＣ膜と交互に積み重ねられ、表層が硬度の低いＤＬＣ膜となっている。そして、傾斜層と積層構造との膜厚比は、０．７：０．３であり、全体のＤＬＣ膜厚は１μｍであり、積層構造のＤＬＣ膜の積層周期は、１０ｎｍである。そして、この試料１０では、焼き付きを起こすまでの寿命が４０００時間の耐久性で、合格である。そして、試料１０のＤＬＣ膜の内部応力は、０．５ＧＰａであった。また、押込み試験では、剥離を生じることが無く、スクラッチ密着力は１１０Ｎであった。
【００３３】
また、試料１１（Ｎｏ：１１）としては、ＵＢＭスパッタリング法において、バイアス電圧を５０Ｖ〜３００Ｖに傾斜して昇圧して印加して、１つのＤＬＣ膜内にバイアス電圧を５０Ｖで形成した硬度の低い部分からバイアス電圧を３００Ｖで形成した硬度の高い部分まで、ＤＬＣ膜の硬度を連続的又は段階的に増加する傾斜層の上に、ＵＢＭスパッタリング法において、バイアス電圧を０Ｖと３００Ｖを交互に印加して、ＤＬＣ膜を積層構造にして１μｍの膜厚のものを作成した。この傾斜層＋積層構造のＤＬＣ膜の厚みは、１μｍであり、当該ＤＬＣ膜の表層１００ｎｍまでの平均水素の含有量は３３ａｔ％である。従って、中間層６上に傾斜層１２が形成され、その上に、硬度の高いＤＬＣ膜、硬度の低いＤＬＣ膜、硬度の高いＤＬＣ膜、硬度の低いＤＬＣ膜と交互に積み重ねられ、表層が硬度の低いＤＬＣ膜となっている。そして、傾斜層と積層構造との膜厚比は、０．９：０．１であり、全体のＤＬＣ膜厚は１μｍであり、積層構造のＤＬＣ膜の積層周期は、１０ｎｍである。そして、この試料１１では、焼き付きを起こすまでの寿命が１８００時間の耐久性で、不合格である。そして、試料１１のＤＬＣ膜の内部応力は、１．２ＧＰａであった。また、押込み試験では、亀裂を生じ、スクラッチ密着力は１１０Ｎであった。
【００３４】
以上説明した耐久試験結果により、傾斜層１２の厚みが５０ｎｍ〜７００ｎｍである試料６〜試料１０が３５００時間以上の耐久性を示し合格であったので、ＤＬＣの傾斜層１２の厚みが５０ｎｍ〜７００ｎｍが好ましいことが判明した。
【００３５】
次に、図３及び図４を参照して、ＤＬＣ膜の水素含有量とピンオンディスク式摩擦摩耗試験機で測定した摩擦係数の関係について説明する。図３は、水素含有量を変えたＤＬＣ膜のピンオンディスク式摩擦摩耗試験機で測定した摩擦係数の表であり、図４は、図３に示す表をグラフにしたものである。このピンオンディスク式摩擦摩耗試験では、クロムモリブデン鋼(SCM415浸炭焼き入れ材)のφ５５mmからなるディスクにＤＬＣ膜の単層コーティングを施して、潤滑剤を塗布して、その上に、先端極率半径8ｍｍの球面ピンを押しつけて、室温３０℃、湿度５０％で試験距離１０００ｍで、各水素含有量毎に、滑り速度を変えて摩擦摩耗試験を行った。
尚、潤滑剤（グリス）の添加剤としては、ジアルキルジチオリン酸亜鉛（ＺｎＤＴＰ）
【化１】
2008081630.tif 000003
及びジアルキルジチオカルバミン酸モリブデン（ＭｏＤＴＣ）
【化２】
2008081630.tif 000004
を用いた。
【００３６】
図３及び図４に示すように、球面ピンの面圧が４００ＭＰａの時に、球面ピンの滑り速度を２．０ｍ／秒とすると、ＤＬＣ膜の水素含有量が９．７ａｔ％で摩擦係数が０．１８、ＤＬＣ膜の水素含有量が１９ａｔ％で摩擦係数が０．１１、ＤＬＣ膜の水素含有量が３３ａｔ％で摩擦係数が０．１０、ＤＬＣ膜の水素含有量が４５ａｔ％で摩擦係数が０．０９、ＤＬＣ膜の水素含有量が５４ａｔ％で摩擦係数が０．２０である。
【００３７】
また、図３及び図４に示すように、球面ピンの面圧が４００ＭＰａの時に、球面ピンの滑り速度を４．０ｍ／秒とすると、ＤＬＣ膜の水素含有量が９．７ａｔ％で摩擦係数が０．１８、ＤＬＣ膜の水素含有量が１９ａｔ％で摩擦係数が０．１１、ＤＬＣ膜の水素含有量が３３ａｔ％で摩擦係数が０．１１、ＤＬＣ膜の水素含有量が４５ａｔ％で摩擦係数が０．１０、ＤＬＣ膜の水素含有量が５４ａｔ％で摩擦係数が０．２２である。
【００３８】
従って、上記の実験結果からＤＬＣ膜の水素含有量と摩擦係数との関係についてＤＬＣ膜の水素含有量が９．７ａｔ％の時に摩擦係数が０．１８と大きく、また、ＤＬＣ膜の水素含有量が５４ａｔ％の時にも摩擦係数が０．２０以上と大きい。これは後述のように、水素含有量が９．７ａｔ％の時にはＤＬＣ表面に潤滑剤（グリス）の添加剤由来の成分の吸着が無いために摩擦係数を上げることになる。また、ＤＬＣ膜の水素含有量が５４ａｔ％のときは、ＤＬＣ膜の硬度が低くなり過ぎて摩耗が進行するために固体接触面積が増大して摩擦係数を上げることになる。これに対して、ＤＬＣ膜の水素含有量が１９ａｔ％の時に摩擦係数が０．１１、ＤＬＣ膜の水素含有量が３３ａｔ％の時に摩擦係数が０．１０〜０．１１、ＤＬＣ膜の水素含有量が４５ａｔ％の時に摩擦係数が０．０９〜０．１０と小さい。従って、ＤＬＣ膜の水素含有量が１９ａｔ％〜４５ａｔ％であれば、摩擦係数が十分に小さく良好な摺動性を実現することができる。
【００３９】
次に、図５及び図６を参照して、接触面元素分析結果について説明する。この接触面元素分析は、上記ピンオンディスク式摩擦摩耗試験を行ったクロムモリブデン鋼(SCM415浸炭焼き入れ材)のφ５５mmからなるディスクのＤＬＣ膜に、潤滑剤（グリス）の添加剤であるジアルキルジチオリン酸亜鉛（ＺｎＤＴＰ）及びジアルキルジチオカルバミン酸モリブデン（ＭｏＤＴＣ）由来の亜鉛（Ｚｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、硫黄（Ｓ）がどの程度含まれているかを電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ: Electron Probe Micro-Analysis）により調べたものである。図５は、ＤＬＣ膜の水素含有量と、当該ＤＬＣ膜への潤滑剤（グリス）の添加剤由来の成分の含有量を示す表であり、図６は、図５に示す表をグラフにしたものである。
【００４０】
図５及び図６に示すように、ＤＬＣ膜の水素含有量が９．７ａｔ％の場合には、亜鉛が０．００ａｔ％、モリブデンが０．００ａｔ％、硫黄が０．００ａｔ％である。また、ＤＬＣ膜の水素含有量が１９ａｔ％の場合には、亜鉛が０．４５ａｔ％、モリブデンが０．０９ａｔ％、硫黄が０．０４ａｔ％である。また、ＤＬＣ膜の水素含有量が３３ａｔ％の場合には、亜鉛が０．７７ａｔ％、モリブデンが０．１５ａｔ％、硫黄が０．１２ａｔ％である。また、ＤＬＣ膜の水素含有量が４５ａｔ％の場合には、亜鉛が０．９９ａｔ％、モリブデンが０．２１ａｔ％、硫黄が０．１６ａｔ％である。また、ＤＬＣ膜の水素含有量が５４ａｔ％の場合には、亜鉛が１．０３ａｔ％、モリブデンが０．２４ａｔ％、硫黄が０．１７ａｔ％である。
【００４１】
従って、ＤＬＣ膜の水素含有量が１９ａｔ％〜５４ａｔ％の場合には、ＤＬＣ膜から潤滑剤（グリス）の添加剤由来の成分を検出することができ、ＤＬＣ膜表面において添加剤由来の成分が層状構造膜を形成すると考えられ、固体潤滑剤としての機能を発揮すると考えられる。よって、接触面元素分析結果に基づけば、ＤＬＣ膜の水素含有量が１９ａｔ％〜５４ａｔ％が好ましい。これは、従来の鉄部品と同様に、潤滑剤の成分（添加剤）を吸着して、摺動摩擦によりＤＬＣ膜にトライボフィルムを形成するからである。それによって潤滑油下での摩擦係数を低減することができるのである。また、上記接触面元素分析結果から潤滑剤には、有機モリブデン化合物及び有機亜鉛化合物を含むことが好ましいことが判明した。これは、ＤＬＣ膜の水素含有量が１９ａｔ％以上〜５４ａｔ％の場合には、潤滑剤の添加剤であるジアルキルジチオリン酸亜鉛（ＺｎＤＴＰ）及びジアルキルジチオカルバミン酸モリブデン（ＭｏＤＴＣ）から、亜鉛、モリブデン、硫黄がＤＬＣ膜に取り込まれているからである。
【００４２】
次に、図７及び図８を参照して、水素含有量とＤＬＣ膜硬度の関係について説明する。図７は、水素含有量とＤＬＣ膜硬度の関係を示す表であり、図８は、図７の表グラフにしたものである。ここでは、基材を超硬合金とし、その上に各水素含有量のＤＬＣ膜を形成したものを、超微小押込み硬さ試験機（ナノインデンテーションテスター）により、ＤＬＣ膜硬度を調べた。
【００４３】
図７及び図８に示すように、ＤＬＣ膜の水素含有量が９．７ａｔ％の場合には、硬度が１８Ｇｐａであり、ＤＬＣ膜の水素含有量が１９ａｔ％の場合には、硬度が１６Ｇｐａであり、ＤＬＣ膜の水素含有量が３３ａｔ％の場合には、硬度が１５Ｇｐａであり、ＤＬＣ膜の水素含有量が４５ａｔ％の場合には、硬度が１４Ｇｐａであり、ＤＬＣ膜の水素含有量が５４ａｔ％の場合には、硬度が６Ｇｐａである。
【００４４】
上記の測定結果からは、ＤＬＣ膜の水素含有量が９．７ａｔ％〜４５ａｔ％の場合が、ＤＬＣ膜硬度の低下防止のためには好ましいことが分かる。これは、水素が含有すると、炭素原子間で共有結合する箇所に水素原子が入るため、終端となり、共有結合部分が減少することから過剰な水素の含有は極端な硬度低下を招くからである。従って、水素含有量が５０ａｔ％を越えると硬度が低くなり過ぎたり、摩耗量が増加し、固体接触面積が増大して摩擦係数を上げることになる。
【００４５】
以上説明したように、本発明の実施形態である摺動部材１によれば、ＤＬＣ膜の水素含有量とピンオンディスク式摩擦摩耗試験機で測定した摩擦係数の関係では、ＤＬＣ膜の水素含有量が１９ａｔ％〜４５ａｔ％であれば、摩擦係数が十分に小さく良好な摺動性を実現することができることが判明した。また、電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）による接触面元素分析結果によれば、ＤＬＣ膜が潤滑剤の添加剤成分を吸着するためには、ＤＬＣ膜の水素含有量が、１９ａｔ％〜５４ａｔ％が好ましいことが判明した。また、超微小押込み硬さ試験機によるＤＬＣ膜硬度の試験では、ＤＬＣ膜の水素含有量が９．７ａｔ％〜４５ａｔ％の場合が、硬度１０ＧＰａ以上を実現できることが判明した。従って、潤滑剤の添加剤成分を吸着させ、且つＤＬＣ膜の硬度低下を抑制するためにはＤＬＣ膜の水素含有量としては、２０ａｔ％〜５０ａｔ％であれば、良いと考えられる。
【００４６】
尚、本発明は、上記実施の形態に限られず、各種の軸及び軸受け部材、摺動部材、その他摩擦の生じる部材の摩擦低減に活用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明の摺動部材は、軸及び軸受けに限らず、各種の摩擦面、摺動面を有する機械に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の一実施形態である摺動部材１の断面図の模式図である。
【図２】試料１〜１１までのＵＢＭスパッタリング法におけるバイアス電圧、生成されたＤＬＣ膜厚比、ＤＬＣ膜厚、積層周期、耐久試験に於ける耐久性（耐久時間）、内部応力、押込み試験結果、スクラッチ密着試験に於けるスクラッチ密着力を示す一覧表である。
【図３】水素含有量を変えたＤＬＣ膜のピンオンディスク式摩擦摩耗試験機で測定した摩擦係数の表である。
【図４】水素含有量を変えたＤＬＣ膜のピンオンディスク式摩擦摩耗試験機で測定した摩擦係数のグラフである。
【図５】ＤＬＣ膜の水素含有量と、当該ＤＬＣ膜への潤滑剤（グリス）の添加剤由来の成分の吸着量を示す表である。
【図６】ＤＬＣ膜の水素含有量と、当該ＤＬＣ膜への潤滑剤（グリス）の添加剤由来の成分の吸着量を示すグラフである。
【図７】ＤＬＣ膜の水素含有量とＤＬＣ膜硬度の関係を示す表である。
【図８】ＤＬＣ膜の水素含有量とＤＬＣ膜硬度の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４９】
１  摺動部材
５  基材
６  中間層
１０  ＤＬＣ多層膜
１１  積層構造層
１２  傾斜層
１３  高硬度層
１４  低硬度層
１５  高硬度層
１６  低硬度層
１７  高硬度層
１８  低硬度層
１９  高硬度層
２０  低硬度層
２１  高硬度層
２２  低硬度層
【図１】
2008081630.tif 000005
【図２】
2008081630.tif 000006
【図３】
2008081630.tif 000007
【図４】
2008081630.tif 000008
【図５】
2008081630.tif 000009
【図６】
2008081630.tif 000010
【図７】
2008081630.tif 000011
【図８】
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