(57)【要約】【課題】比較的低温度によりダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）皮膜を形成することで、基材強度の低下を抑制することができ、更に、基材へのＤＬＣ皮膜の成膜法を工夫することにより、疲労強度を高め、かつ皮膜密着性、摩擦摩耗特性を良好にする。【解決手段】アルミニウム、マグネシウム又はチタンの各合金等から成る基材１の表面に中間層２と、中間層２の表面に積層３を成膜形成したＤＬＣ積層皮膜部材であって、積層３は、ＤＬＣ皮膜４と、金属を含有した金属含有ＤＬＣ皮膜５とを交互に重ねた構造にする。【選択図】図１
2008024996.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム、マグネシウム又はチタンの各合金等から成る基材（１）の表面に中間層（２）と、該中間層（２）の表面に積層（３）を成膜形成したダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）積層皮膜部材であって、
前記積層（３）は、ＤＬＣ皮膜（４）と、金属を含有した金属含有ＤＬＣ皮膜（５）とを交互に重ねた構造である、ことを特徴とするＤＬＣ積層皮膜部材。
【請求項２】
前記中間層（２）は、金属を含有した金属含有ＤＬＣ皮膜（５）から成り、該金属含有ＤＬＣ皮膜（５）は、前記基材（１）側に金属の含有率を高く、前記積層（３）側に金属の含有率を低くした傾斜構造である、ことを特徴とする請求項１のＤＬＣ積層皮膜部材。
【請求項３】
前記金属含有ＤＬＣ皮膜（５）は、タングステン、モリブデン、クロム又はチタンの各金属を５〜１５重量％含有する、ことを特徴とする請求項１又は２のＤＬＣ積層皮膜部材。
【請求項４】
前記中間層（２）は、０．０５〜３．００μｍの厚さを有し、かつ、金属含有ＤＬＣ皮膜（５）と同じ成分のタングステン、モリブデン、クロム又はチタンの各金属を含有する、ことを特徴とする請求項１又は２のＤＬＣ積層皮膜部材。
【請求項５】
前記ＤＬＣ皮膜（４）は、高硬度でダイヤモンドと似た物性を有するアモルファスなカーボン皮膜であり、水素を含有するものである、ことを特徴とする請求項１、２、３又は４のＤＬＣ積層皮膜部材。
【請求項６】
前記積層（３）を構成する、前記金属含有ＤＬＣ皮膜（５）、又はＤＬＣ皮膜（４）の一層の厚さが、０．０１〜０．５μｍであり、積層（３）全体の厚さが１μｍ以上であることを特徴とする請求項１のＤＬＣ積層皮膜部材。
【請求項７】
前記積層（３）を構成する金属含有ＤＬＣ皮膜（５）の厚さと、該積層（３）を構成するＤＬＣ皮膜（４）の厚さが略同等である、ことを特徴とする請求項１のＤＬＣ積層皮膜部材。
【請求項８】
アンバランスド・マグネトロン・スパッタリング法（ＵＢＭＳ法）により、基材（１）の表面に、中間層（２）、及びＤＬＣ皮膜（４）と金属を含有した金属含有ＤＬＣ皮膜（５）とから成る積層（３）を成膜する際に、
中間層（２）とＤＬＣ積層（３）のコーティング処理温度を１００〜２００℃の雰囲気に設定する、ことを特徴とするＤＬＣ積層皮膜部材の製造方法。
【請求項９】
前記アンバランスド・マグネトロン・スパッタリング法（ＵＢＭＳ法）により、中間層（２）及び、ＤＬＣ皮膜（４）と金属を含有したＤＬＣ皮膜（５）とを交互に重ねた積層（３）を形成する、ことを特徴とする請求項８のＤＬＣ積層皮膜部材の製造方法。
【請求項１０】
前記基材表面（１）に、中間層（２）及び、ＤＬＣ皮膜（４）と金属を含有したＤＬＣ皮膜（５）とを交互に重ねた積層（３）を形成する際に、プラズマＣＶＤ法を利用する、ことを特徴とする請求項８のＤＬＣ積層皮膜部材の製造方法。
【請求項１１】
前記プラズマＣＶＤ法により、基材（１）の表面に、中間層（２）及び、ＤＬＣ皮膜（４）と金属を含有した金属含有ＤＬＣ皮膜（５）とを成膜する際に、
そのコーティング処理温度を１００〜２００℃の雰囲気に設定する、ことを特徴とする請求項１０のＤＬＣ積層皮膜部材の製造方法。
【請求項１２】
前記基材表面（１）に、中間層（２）及び、ＤＬＣ皮膜（４）と、金属を含有したＤＬＣ皮膜（５）とを交互に重ねた積層（３）を形成する際に、イオン化蒸着法を利用する、ことを特徴とする請求項８のＤＬＣ積層皮膜部材の製造方法。
【請求項１３】
前記イオン化蒸着法により、基材（１）の表面に、中間層（２）及び、ＤＬＣ皮膜（４）と金属を含有した金属含有ＤＬＣ皮膜（５）とを成膜する際に、
そのコーティング処理温度を１００〜２００℃の雰囲気に設定する、ことを特徴とする請求項１２のＤＬＣ積層皮膜部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ａｌ、Ｍｇ、Ｔｉの各合金の基材表面にダイヤモンドライクカーボンＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ  Ｌｉｋｅ  Ｃａｒｂｏｎ）の皮膜を形成してなる表面処理技術に係り、特に疲労強度、耐摩耗性、摩擦係数低下などのトライボロジー特性を一層向上させたＤＬＣ積層皮膜部材及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、様々な分野において、環境負荷低減への積極的な取り組みが行われ、自動車分野においては、低燃費化による地球環境問題への取り組みが必須となっている。自動車の低燃費化のためには、エンジンの燃焼効率の向上だけでなく、構成部材・部品の軽量化と摺動部の摩擦の低減なども最も有効な手段の一つである。この摩擦を低下させる手段として、摩擦係数が非常に小さいＤＬＣが注目され、自動車部品への応用が検討されているが、技術的困難が多く、量産市販車に実用化されている事例はまだ極めて少ない。軽量化のための素材として、アルミニウムは軽量であることは勿論、リサイクル性、耐食性に優れた材料として注目されている。Ａｌ合金に表面改質技術を応用して積極的に利用されているが、鋼材と比べて強度が低く、耐磨耗性に乏しく、かつ疲労強度も低いなどの問題点もある。これらの問題点を補うものが開発されれば、用途は一層拡大することは十分予想されることである。
【０００３】
このＤＬＣの皮膜構造は、ダイヤモンドのＳＰ３結合とグラファイトのＳＰ２結合の両者を含むため、決まった結晶構造を持たないアモルフアス構造となっている。ＤＬＣは各種硬質薄膜のなかでも高硬度であるため、優れた耐摩耗性と極めて低い摩擦係数を有したトライポロジー特性に優れた硬質膜である。
【０００４】
そこで、従来より、基材表面にＤＬＣの皮膜を形成する技術が種々提案されている。例えば、特許文献１の特開２００４−３３９５６４「摺動部材および皮膜形成方法」には、基材の表面に、スパッタリング法によりＤＬＣの皮膜を形成してなる摺動部材において、前記ＤＬＣの皮膜が、直径０．５〜１．０μｍ、深さ１０〜３０ｎｍの微小な凹部を集合させた表面形状を有していることを特徴とする摺動部材が提案されている。また、この特許文献１には、固体炭素をターゲットとして、スパッタリング法により基材表面にＤＬＣ の皮膜を成膜する際、基材に印加する負のバイアス電圧を１５０〜６００Ｖに設定する皮膜形成方法が開示されている。
【特許文献１】特開２００４−３３９５６４公報
【０００５】
また、産業用もしくは一般家庭用の機械部材・摺動部材や、カードやチケットの自動読み取り機やプリンターなどの磁気ヘッド等の保護膜に係り、特に耐摩耗性と高い摺動特性を備えたコーティング膜および同特性に優れた部材に関する技術が提案されている。例えば、特許文献２の特開２００１−２６１３１８「ダイヤモンドライクカーボン硬質多層膜および耐摩耗性、耐摺動性に優れた部材」には、炭素を主成分としたアモルファス構造体であって、平均径２ｎｍ以上からなるグラファイトクラスターを含む低硬度硬質炭素層と平均径１ｎｍ以下からなるグラファイトクラスターを含む高硬度硬質炭素層が交互に積層されたＤＬＣ硬質多層膜が開示されている。
【０００６】
【特許文献２】特開２００１−２６１３１８公報  更に、耐摩耗性部品、摺動部品、赤外線光学部品などに用いられるものとして、例えば特許文献３の特許第３２４６５１３号「ダイヤモンドライクカーボン積層膜」には、ＤＬＣ層と引張応力を有するＳｉＣなどのバッファ層を交互に積層したＤＬＣ積層膜が開示されている。
【特許文献３】特許第３２４６５１３号公報
【０００７】
また、工具、金型、自動車部品、家電部品などの、特に高い磨耗性と高い摺動性が要求される用途の部材に用いられる技術が提案されている。例えば、特許文献４の特開２００２−３２２５５５「ダイヤモンドライクカーボン多層膜」には、低密度ＤＬＣ層と高密度ＤＬＣ層を交互に積層した多層膜が開示されている。
【特許文献４】特開２００２−３２２５５５公報
【０００８】
低摩擦係数と低摩耗を実現する上で、ＤＬＣ積層膜が有効であることは、非特許文献１の「事例で学ぶＤＬＣ成膜技術」によっても明らかである。これには積層皮膜が高硬度皮膜と低硬度皮膜を交互にナノオーダーで積層したものが開示されている。
【非特許文献１】日刊工業新聞社発行「事例で学ぶＤＬＣ成膜技術」（４９〜５０頁）
【０００９】
また、ＤＬＣ皮膜をコーティングした部材には圧縮の残留応力が負荷されるが、皮膜が薄いため、非特許文献２の「金属材料の組織変化と疲労強度の見方」に示すように、疲労強度の向上は期待できないことを示している。
【非特許文献２】日刊工業新聞社発行「金属材料の組織変化と疲労強度の見方」（１４２頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、上述したような軟質なＡｌ、Ｍｇ、Ｔｉの各合金基材に、高硬度なＤＬＣ皮膜を被覆したＤＬＣの皮膜部材は、基材と皮膜の密着性が低下するという問題と、疲労強度が低下するという問題点を有していた。
【００１１】
また、特許文献１、特許文献２、特許文献３又は特許文献４は、何れもコーティング処理する際に、その成膜時の高い処理温度により母材強度が低下し、それに伴い部材全体の疲労強度が低下するという問題を指摘している。
【００１２】
本発明は、かかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、比較的低温度によりＤＬＣ皮膜を形成することで、基材強度の低下を抑制することができ、更に、基材へのＤＬＣ皮膜の成膜法を工夫することにより、疲労強度が高くなることのみならず、皮膜密着性、摩擦摩耗特性の良いＤＬＣ積層皮膜部材及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の皮膜部材によれば、アルミニウム、マグネシウム又はチタンの各合金等から成る基材（１）の表面に中間層（２）と、該中間層（２）の表面に積層（３）を成膜形成したダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）積層皮膜部材であって、前記積層（３）は、ＤＬＣ皮膜（４）と、金属を含有した金属含有ＤＬＣ皮膜（５）とを交互に重ねた構造である、ことを特徴とするＤＬＣ積層皮膜部材が提供される。
例えば、前記中間層（２）は、金属を含有した金属含有ＤＬＣ皮膜（５）から成り、該金属含有ＤＬＣ皮膜（５）は、前記基材（１）側に金属の含有率を高く、前記積層（３）側に金属の含有率を低くした傾斜構造であることが好ましい。
【００１４】
前記金属含有ＤＬＣ皮膜（５）は、タングステン、モリブデン、クロム又はチタンの各金属を５〜１５重量％含有することが好ましい。
前記中間層（２）は、０．０５〜３．００μｍの厚さを有し、かつ、金属含有ＤＬＣ皮膜（５）と同じ成分のタングステン、モリブデン、クロム又はチタンの各金属を含有することが好ましい。
前記ＤＬＣ皮膜（４）は、高硬度でダイヤモンドと似た物性を有するアモルファスなカーボン皮膜であり、水素を含有するものである。
【００１５】
前記積層（３）を構成する、前記金属含有ＤＬＣ皮膜（５）、又はＤＬＣ皮膜（４）の一層の厚さが、０．０１〜０．５μｍであり、積層（３）全体の厚さが１μｍ以上にすることが好ましい。
残留応力の低減、製造し易さを考慮すると、前記積層（３）を構成する金属含有ＤＬＣ皮膜（５）の厚さと、該積層（３）を構成するＤＬＣ皮膜（４）の厚さが略同等であることが好ましい。しかし、金属ターゲット源と炭化水素ターゲット源の構成数によって多少変動することもある。
【００１６】
本発明の製造方法によれば、アンバランスド・マグネトロン・スパッタリング法（ＵＢＭＳ法）により、基材（１）の表面に、中間層（２）、及びＤＬＣ皮膜（４）と金属を含有した金属含有ＤＬＣ皮膜（５）とから成る積層（３）を成膜する際に、中間層（２）とＤＬＣ積層（３）のコーティング処理温度を１００〜２００℃の雰囲気に設定する、ことを特徴とするＤＬＣ積層皮膜部材の製造方法が提供される。
前記アンバランスド・マグネトロン・スパッタリング法（ＵＢＭＳ法）により、中間層（２）及び、ＤＬＣ皮膜（４）と金属を含有したＤＬＣ皮膜（５）とを交互に重ねた積層（３）を形成することが必要である。
【００１７】
前記基材表面（１）に、中間層（２）及び、ＤＬＣ皮膜（４）と金属を含有したＤＬＣ皮膜（５）とを交互に重ねた積層（３）を形成する際に、プラズマＣＶＤ法を利用することができる。
前記プラズマＣＶＤ法により、基材（１）の表面に、中間層（２）及び、ＤＬＣ皮膜（４）と金属を含有した金属含有ＤＬＣ皮膜（５）とを成膜する際に、そのコーティング処理温度を１００〜２００℃の雰囲気に設定することが必要である。
【００１８】
前記基材表面（１）に、中間層（２）及び、ＤＬＣ皮膜（４）と、金属を含有したＤＬＣ皮膜（５）とを交互に重ねた積層（３）を形成する際に、イオン化蒸着法を利用することができる。
前記イオン化蒸着法により、基材（１）の表面に、中間層（２）及び、ＤＬＣ皮膜（４）と金属を含有した金属含有ＤＬＣ皮膜（５）とを成膜する際に、
そのコーティング処理温度を１００〜２００℃の雰囲気に設定することが必要である。
【発明の効果】
【００１９】
上述したように、本発明のＤＬＣ積層皮膜部材では、基材（１）に成膜形成した積層（３）が、ＤＬＣ皮膜（４）と、金属を含有した金属含有ＤＬＣ皮膜（５）とを交互に重ねた構造であるために、この積層（３）により、アルミニウム又はマグネシウム等の非鉄金属の基材（１）の疲労強度を高めることができる。また、この積層（３）により、各種部材としての摩擦係数を低下させ、摩耗量を低減させることができる。更に、この積層（３）により基材（１）又は中間層（２）への密着性を向上させることができる。
【００２０】
本発明品は、後述する表１に示すように、コーティング皮膜の厚さを厚くしても、コーティング皮膜密着力が低下することなく、むしろ増加している。一般的には、ＤＬＣ皮膜は残留応力が大きく、超硬質で延性が殆どないため、コーティング厚さを厚くすると、皮膜の密着力は低下し、皮膜が剥がれ易くなる。このため、ＤＬＣ皮膜を厚くしたくても厚くできず、実用上の皮膜厚さはせいぜい３μｍが限界であった。しかるに本発明によるＤＬＣ皮膜は厚膜化によっても密着力が低下することなく、むしろ密着力が増加するので、厚いコーティング皮膜が可能となる。
【００２１】
また、本発明の製造方法では、比較的低温度においてＤＬＣ皮膜（２、３、４）を形成することができるので、その基材強度の低下を抑制することができ、高い疲労強度を有し、皮膜密着性、摩擦摩耗特性の良いＤＬＣ積層皮膜部材を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明のＤＬＣ積層皮膜部材は、基材の表面に中間層と、中間層の表面に積層を成膜形成したＤＬＣ積層皮膜部材であり、積層は、ダイヤモンドライクカーボン皮膜と、金属を含有した金属含有ＤＬＣ皮膜とを交互に重ねた構造である。
【実施例１】
【００２３】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は本発明の実施例１のＤＬＣ積層皮膜部材の断面図である。図２は積層部分の拡大断面図である。
本発明のＤＬＣ積層皮膜部材は、アルミニウム、マグネシウム又はチタン等の各合金から成る基材１の表面に中間層２と、この中間層２の表面に積層３を成膜形成した部材である。積層３は、ＤＬＣ皮膜４と、金属を含有した金属含有ＤＬＣ皮膜５とを交互に重ねた構造である。ＤＬＣ皮膜４は、高硬度でダイヤモンドと似た物性を有するアモルファスなカーボン皮膜であり、水素を含有するものである。ここで、本発明が、水素を含有するＤＬＣと規定した理由は、本発明のＤＬＣ積層が低コストで、極めて平滑な表面が得られるためである。水素を含有しないＤＬＣは摩擦係数は小さなものが得られるが、固体炭素源を利用することによって、ドロップレットといわれる微小表面析出物が生成し、平滑な表面が得られない。これは摩擦に特に有害な物質であり、これを取除く工程が必要不可欠であるためである。これを取除かない場合、摩擦係数は増加し、摩耗も大きくなり、潤滑皮膜としての機能を全く果さなくなる。本発明の金属含有ＤＬＣ皮膜５は、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）又はチタン（Ｔｉ）等の５〜１５重量％の金属を含有する。
【００２４】
中間層２は、金属を含有した金属含有ダイヤモンドライクカーボン皮膜５から成り、この金属含有ＤＬＣ皮膜５は、基材１側に金属の含有率を高く、積層３側に金属の含有率を低くした傾斜構造である。この金属含有ＤＬＣ皮膜５から成る中間層２は、０．０５〜３．００μｍの厚さを有する。この中間層２の厚さは基材の種類、部材の用途などに応じて決定される。
【００２５】
積層３を構成する、金属含有ＤＬＣ皮膜５、又はＤＬＣ皮膜４の一層の厚さは、０．０１〜０．５μｍである。この積層３の厚さは、基材の種類、部材の用途などに応じて決定される。例えば、この積層３を構成する、金属含有ＤＬＣ皮膜５の厚さは、ＤＬＣ積層皮膜３）の厚さの１／４以下であることが好ましい。
【００２６】
積層３のＤＬＣ皮膜４と金属含有ＤＬＣ皮膜５との積層数は、図示例の１０層に限定されず、基材の種類、積層皮膜部材の用途、仕様などに応じて決定される。ナノ積層構造を採用することによって、積層皮膜内に発生する残留応力が低下し、従来のＤＬＣにない高性能な厚膜の皮膜がコーティング可能である。本発明は厚さ３μm以上、好ましくは５μｍ以上であり、従来の方法では得られないような高性能な１０μｍもの厚膜のコーティングも可能である。
また、中間層の構造を変えることによって、様々な基材にも対応可能である。表層ＤＬＣ皮膜の構造を積層化することによって、摩擦係数の低減を図ることも可能であり、疲労強度の向上も図ることができる。
【００２７】
図３は基材と金属を含まないＤＬＣとの断面図である。
更に、図３に示すように、基材１に金属含有ＤＬＣ皮膜５を直接成膜形成することも可能である。即ち、中間層２を省略することも可能である。
【実施例２】
【００２８】
図４は実施例２のＤＬＣ積層皮膜部材の製造方法を説明する装置概略図である。
実施例２のＤＬＣ積層皮膜部材は、図４に示すような製造装置で成膜する。この真空チャンバ１１に角型ＵＢＭスパッタ蒸発源４式が搭載され、中央に配置された自公転式ワークテーブル１２上の基材１、即ちワーク１３に外周からコーティングを行う。スパッタ源１４には皮膜材料となる平板状ターゲット(１２７ｍｍ×５０８ｍｍ)が取り付けられ、装置としてはΦ４５０×Ｈ４００ｍｍの推奨処理空間を有する。スパッタ源１４にはグロー放電を発生させるための電力を供給するスパッタ電源が接続され、ワークテーブル１２には負のバイアス電圧を印加するバイアス電源が接続されている。
【００２９】
図４に示す製造装置を用いたＵＢＭスパッタ法による皮膜形成は以下のようにして製造する。
先ず、表面を十分に洗浄したワーク１３を真空チャンバ１１内にセットし、通常２×１０−3Ｐａ程度以下の高真空まで排気する。その後、ワーク１３や真空チャンバ１１内表面からの脱ガスを目的として、ワーク１３をヒータ１５で予備加熱する。加熱時間は形成する皮膜やワーク材質（耐熱虚度）、ワーク重量（熱容量）等に応じて適宜調整するが、ワーク温度が通常１５０〜２００℃になるまで行う。
【００３０】
次に、ワーク１３に−３００、−６００Ｖ程度の高い負のバイアス電圧を印加するとともに、圧力１〜２Ｐａ程度のＡｒガス雰囲気中で、熱フィラメント型プラズマ源１６を動作させ、生成したＡｒイオンをワーク１３に衝突させるボンバード工程を行う。この工程は高エネルギーイオンによりワーク表面をエッチングしてクリーニングするとともに、ワーク温度を上昇させることで、この後に形成される皮膜の密着をより強固にする役割を持つ。この工程は通常１０〜３０分程度行う。
【００３１】
ボンバード工程が終了すると、皮膜をコーティングする工程に入る。後に説明するＤＬＣ膜形成の場合は、ターゲットとして炭化水素ガス及び中間層用の金属ターゲットがスパッタ源１４に取り付けられる。Ａｒガス圧力をスバッタに適した圧力に変更し、また必要に応じてその他のプロセスガスを導入した後、ワーク１３にバイアス電圧を印如しながら、スパッタ源に電力を供給して、グロー放電を発生させるとコーティングが開始する。コーティング時の標準的な条件は、Ａｒ圧力０．１〜１Ｐａ程度、バイアス電圧−２０〜−２００Ｖ、スパッタ電力１〜１０ｋＷである。皮膜の膜厚のコントロールはスパッタ電力とコーティング時間の調節で行われる。
所定の膜厚に達したら、スパッタ源への電力供給を止めて・コーティングを終了し、ワーク１３の冷却を待って真空チャンバ１１から取り出す。
【００３２】
［コーティング例１］
図５はタングステンを含有させる際のスパッタリング電力と時間との関係を示すグラフである。図６はタングステン含有のＤＬＣ傾斜構造を有する積層皮膜部材の断面図である。
上述した図４に示すようなＵＢＭスパッタ装置を用いたＤＬＣ積層皮膜部材の製造方法によるコーティング例１を示す。
基材１は直径１５ｍｍ、高さ１０ｍｍのＳＣＭ４１５の浸炭処理材を用い、これを脱脂してコーティングを行った。この基材１をＵＢＭＳ装置（アンバランスド・マグネトロン・スパッタリング装置）の真空チャンバ１１内に取付け、５×１０―３Ｐａ程度以下の真空にまで排気する。ヒータ１５にて基材１をベーキングし、Ａｒプラズマにて基材１表面をエッチングする。その後、２．６×１０―３Ｐａで、ＵＢＭＳ法により表１に示すような各種層構成のＤＬＣ多層膜を形成した。
【００３３】
【表１】
2008024996.tif 000003
【００３４】
ここで中間層２はＷを１０％含むＤＬＣであり、表層ＤＬＣ積層は層厚さ０．１μｍのＤＬＣ層とＷ含有ＤＬＣ層を交互に積層し、表面ＤＬＣ積層皮膜をそれぞれ１μｍと３μｍ厚さに仕上げたものである。最表層は硬質のＤＬＣ層である。表１におけるＮｏ.２のコーティング後の断面の状況は図６に示す。
【００３５】
図４の真空チャンバ１１において、中央のワークテーブル１２にワーク１３を設置する。本発明のコーティングを行うために、１箇所の蒸発源にタングステン（Ｗ）を設置し、残りの蒸発源にはベンゼンなどの炭化水素ガスを用いてコーティングを行う。
タングステンを含有させる方法は図５に示すように、基材１に接する中間層２は基材１側のＷ含有量を約１００％と高くし、表面の積層３側は約１０％に低下させた傾斜材とする。
【００３６】
積層部はＷ蒸発源のスパッタ電力の付加の有無で行い、電力付加をしているときにＷが含有され、付加しないときにはＷを含有しない。Ｗ付加電力は０．０９ｋＷである。ＤＬＣは所定の電力でコーティングし、処理温度は１２０℃である。
【００３７】
［コーティング例２］
ＵＢＭスパッタ装置を用いたコーティング例２を示す。基材１は直径１５ｍｍ、高さ１０ｍｍのアルミニウム合金Ａ６０６１（Ｔ６処理品）を用い、コーティング例１と同様にして、表２に示すようなＤＬＣ多層積層膜を形成した。
【００３８】
【表２】
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【００３９】
ここで中間層はＷを１０％含むＤＬＣであり、表層ＤＬＣ積層は層厚さ０．１μｍのＤＬＣ層とＷ含有ＤＬＣ層を交互に積層し、表面ＤＬＣ積層皮膜をそれぞれ1μｍと３μｍ厚さに仕上げたものである。最表層は硬質のＤＬＣ層である。
【００４０】
図７は疲労強度試験を測定する際に用いた疲労試験片の一例を示す正面図と側面図である。図８はアルミ材の疲労強度へのＤＬＣの効果を示すグラフである。グラフの縦軸は強度振幅（単位ＭＰａ）、横軸は繰り返し回数を示す。
ここで、「Ｖｉｒｇｉｎ」：コーティングしてない部材
「Ｌ−ＤＬＣ」：中間層２μm＋積層１μm
「Ｔｈｉｃｋ−ＤＬＣ」：中間層２μm＋積層１μm  をそれぞれあらわしている。
【００４１】
図９は疲労破壊のメカニズムを示す説明図であり、（ａ）はコーティングしていない部材、（ｂ）はＤＬＣをコーティングした部材である。
Ａｌ材の疲労破壊は材料表面のボイド、即ち粒子（Ｍｇ−Ｓｉ−Ｏ  Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ）が起点となって、疲労破壊（Ｆａｔｉｇｕｕｅ  ｃｒａｃｋ）が部材表面から発生している（図９（ａ）の状態）。しかし、ＤＬＣをコーティングすることによって、このボイドが塞がれ、疲労破壊は部材内部から発生する（図９（ｂ）の状態）。このため、疲労強度を向上させることができる。マグネシウムとチタンにおいても同様な疲労破壊のメカニズムがあり、本発明のようなＤＬＣコーティングが疲労強度の向上に有効である。
【００４２】
図１０はＤＬＣ被膜なし部材、ＤＬＣ単層皮膜部材と本発明のＤＬＣ積層皮膜部材との摩擦係数と滑動距離との関係を示すグラフである。
このグラフでは、その上段から順番にＤＬＣ被膜なし部材、ＤＬＣ単層皮膜部材、３μｍのＤＬＣ積層皮膜部材、５μｍのＤＬＣ積層皮膜部材を示している。本発明のＤＬＣ積層皮膜部材は、このグラフに示すように、例えば３μｍのＤＬＣ積層皮膜部材は、３μｍのＤＬＣ単層皮膜部材より摩擦係数が小さい。５μｍ程度のＤＬＣ積層皮膜部材は更に摩擦係数が小くなる。
【００４３】
本発明は、比較的低温度により中間層２及びＤＬＣの積層３を形成することで、基材強度の低下を抑制することができ、更に基材１へのＤＬＣ皮膜の成膜法を工夫することにより、疲労強度が高くなることのみならず、皮膜密着性、摩擦摩耗特性を向上させることができれば、上述した発明の実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明のダイヤモンドライクカーボン積層皮膜部材及びその製造方法は、優れた摩擦・磨耗特性のみならず、疲労強度の向上を果たすことから、自動車部品などに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施例１のＤＬＣ積層皮膜部材の断面図である。
【図２】積層部分の拡大断面図である。
【図３】基材と金属を含まないＤＬＣとの断面図である。
【図４】実施例２のＤＬＣ積層皮膜部材の製造方法を説明する装置概略図である。
【図５】タングステンを含有させる際のスパッタリング電力と時間との関係を示すグラフである。
【図６】タングステン含有のＤＬＣ傾斜構造を有する積層皮膜部材の断面図である。
【図７】疲労強度試験を測定する際に用いた疲労試験片の一例を示す正面図と側面図である。
【図８】アルミ材の疲労強度へのＤＬＣの効果を示すグラフである。
【図９】疲労破壊のメカニズムを示す説明図であり、（ａ）はコーティングしていない部材、（ｂ）はＤＬＣをコーティングした部材である。
【図１０】ＤＬＣ被膜なし部材、ＤＬＣ単層皮膜部材と本発明のＤＬＣ積層皮膜部材との摩擦係数と滑動距離との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４６】
１  基材
２  中間層
３  積層
４  ＤＬＣ皮膜
５  金属含有ＤＬＣ皮膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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