(57)【要約】【課題】潤滑油中での低摩擦性能に優れた硬質炭素皮膜摺動部材を提供する。【解決手段】少なくとも硬質炭素皮膜の表面層に、元素周期律表の第ＩＩｂ、ＩＩＩ、ＩＶ、Ｖａ、ＶＩａ、ＶＩＩａ及びＶＩＩＩ族より成る群から選ばれた少なくとも１種以上の金属元素を４原子％以上２０原子％以下含み、且つ酸素を６原子％以上３０原子％以下含む硬質炭素皮膜摺動部材としたことで、潤滑油中において例えば摩擦係数が０．０４以下の低摩擦性能の摺動部材を実現した。【選択図】　　　　図１
2004115826.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
潤滑油中で使用される硬質炭素皮膜摺動部材であって、少なくとも硬質炭素皮膜の表面層に、元素周期律表の第ＩＩｂ、ＩＩＩ、ＩＶ、Ｖａ、ＶＩａ、ＶＩＩａ及びＶＩＩＩ族より成る群から選ばれた少なくとも１種以上の金属元素を４原子％以上２０原子％以下含み、且つ酸素を６原子％以上３０原子％以下含むことを特徴とする硬質炭素皮膜摺動部材。
【請求項２】
表面層中の金属の存在比をＸ原子％、酸素の存在比をＹ原子％としたときに、ＹがＸの１．５倍以上であることを特徴とする請求項１に記載の硬質炭素皮膜摺動部材。
【請求項３】
皮膜中に添加する金属元素が、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｂ及びＦｅより成る群から選ばれた少なくとも１種を含むことを特徴とする請求項１又はに記載の硬質炭素皮膜摺動部材。
【請求項４】
皮膜の厚さが０．５μｍ以上１０μｍ以下であり、表面粗さがＲａ０．１μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の硬質炭素皮膜摺動部材。
【請求項５】
内燃機関の動弁機構のアジャスティングシム又はバルブリフタに用いられることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の硬質炭素皮膜摺動部材。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の硬質炭素皮膜摺動部材を製造するに際し、金属元素を予め添加した硬質炭素皮膜を形成し、これにプラズマ処理又はイオン注入処理を行うことを特徴とする硬質炭素皮膜摺動部材の製造方法。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれかに記載の硬質炭素皮膜摺動部材を製造するに際し、イオンプレーティング法又はスパッタリング法により硬質炭素皮膜を形成し、この形成の際に、雰囲気中に酸素を加えることを特徴とする硬質炭素皮膜摺動部材の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜５のいずれかに記載の硬質炭素皮膜摺動部材を製造するに際し、スパッタリング法により硬質炭素皮膜を形成し、この形成の際に、スパッタリングターゲットの一部に金属酸化物を配置することで皮膜中に金属及び酸素を含有させることを特徴とする硬質炭素皮膜摺動部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低摩擦な硬質炭素皮膜摺動部材に関し、特に、エンジンオイルやトランスミッションオイル等の潤滑油中で使用するのに適した低摩擦な硬質炭素皮膜摺動部材及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
硬質炭素皮膜は、アモルファス状の炭素又は水素化炭素から成る膜で、ａ−Ｃ：Ｈ（アモルファスカーボン又は水素化アモルファスカーボン）、ｉ−Ｃ（アイカーボン）、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン又はディーエルシー）とも呼ばれている。その形成には、炭化水素ガスをプラズマ分解して成膜するプラズマＣＶＤ法、又は炭素や炭化水素イオンを用いるイオンビーム蒸着法等の気相合成法などが用いられる。
【０００３】
硬質炭素皮膜は、高硬度で表面が平滑で耐摩擦性に優れ、その固体潤滑性から摩擦係数が低く、優れた摺動性能を有している。例えば、通常の平滑な鋼材表面の摩擦係数が無潤滑下で０．５〜１．０であるのに対し、硬質炭素膜は無潤滑下での摩擦係数が０．１程度である。そして、現在では、これらの優れた特性を活かして、ドリル刃をはじめとする切削工具及び研削工具等の加工治具や、塑性加工用金型、バルブコックやキャプスタンローラのような無潤滑下での摺動部品等への応用が図られている。
【０００４】
また、潤滑油中で摺動する内燃機関などの機械部品においても、エネルギー消費や環境問題の面からできるだけ機械損失を低減したいという要求が高まっており、特に、摩擦損失の大きい摺動条件の厳しい部位で、これらの固体潤滑性を有する硬質炭素皮膜による低摩擦化が望まれている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の上記硬質炭素膜を摺動部品にコーティングし、エンジン油やトランスミッション油等の潤滑油中で摺動させた場合、その平滑性からある程度の低摩擦とはなるが、他の固体潤滑性を有していない硬質の皮膜処理をした摺動部材、例えば、窒化チタン（ＴｉＮ）や窒化クロム（ＣｒＮ）のイオンプレーティング皮膜処理を施した摺動部材と同等の低摩擦性能しか示さないという問題点が明らかになった。
【０００６】
また、エンジン油やトランスミッション油等の潤滑油中で、摩擦係数μ＝０．０４以下の低摩擦を実現するように固体潤滑性を有する二硫化モリブデン（ＭｏＳ２）やポリ四フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）を表面に処理した摺動部品もすでに適用が多く成されているが、さらに高面圧下で厳しい摺動条件で使用される場合は、耐摩耗性が不足し、初期においてその性能は達成できるが、長期間使用すると摩滅してしまい、その性能は維持できないという問題点があった。
【０００７】
【発明の目的】
本発明は、これらの問題点に着目して成されたものであって、潤滑油中であってもその固体潤滑性が有効に働き、摩擦係数μ＝０．０４以下の低摩擦で耐摩耗性に優れた摺動部材を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため鋭意研究したところ、先に出願した特開２０００−２９７３７３号公報に記載されているように、硬質炭素皮膜中にある種の金属元素を添加することによって摩擦係数の低減を実現したが、摩擦係数のさらなる低減が引き続き望まれていることから、硬質炭素皮膜に含まれる金属と酸素の量や、これらの量の相関が潤滑油中での摩擦特性に及ぼす影響について研究をさらに重ねた結果、硬質炭素皮膜中の金属元素及び酸素の夫々の存在比を規定することにより、潤滑油中でのさらなる低摩擦性能を実現可能とした。
【０００９】
すなわち、本発明の硬質炭素皮膜摺動部材は、潤滑油中で使用される硬質炭素皮膜摺動部材であって、少なくとも硬質炭素皮膜の表面層に、元素周期律表の第ＩＩｂ、ＩＩＩ、ＩＶ、Ｖａ、ＶＩａ、ＶＩＩａ及びＶＩＩＩ族より成る群から選ばれた少なくとも１種以上の金属元素を４原子％以上２０原子％以下含み、且つ酸素を６原子％以上３０原子％以下含むことを特徴としている。
【００１０】
また、本発明の硬質炭素皮膜摺動部材の製造方法は、金属元素を予め添加した硬質炭素皮膜を形成し、これにプラズマ処理又はイオン注入処理を行うことを特徴とし、さらに、イオンプレーティング法又はスパッタリング法により硬質炭素皮膜を形成し、この形成の際に、雰囲気中に酸素を加えることを特徴とし、さらに、スパッタリング法により硬質炭素皮膜を形成し、この形成の際に、スパッタリングターゲットの一部に金属酸化物を配置することで皮膜中に金属及び酸素を含有させることを特徴としている。
【００１１】
【発明の作用】
本発明の硬質炭素皮膜摺動部材では、上記の構成としたことにより、極圧添加剤が表面に吸着しやすく且つ反応生成物を表面に形成しやすくなり、潤滑油中で低摩擦な硬質炭素皮膜摺動部材とすることが可能になる。例えば、省燃費を目的としてエンジンオイルなどに使用されるような鉱油及び合成油を基油とし、モリブデンジチオカーバメートをモリブデン量として５０〜１０００ｐｐｍ、ジチオリン酸亜鉛をリン量として０．０１〜０．２質量％を含む潤滑油中においては、従来の硬質炭素皮膜表面には、潤滑油中に極圧添加剤として添加されているモリブデンジチオカーバメート及びジチオリン酸亜鉛の添加剤皮膜が形成されず、従来の炭素皮膜を形成しない鋼製の摺動部材よりも摩擦係数が高くなっていたが、特定の金属、すなわち、元素周期律表の第ＩＩｂ、ＩＩＩ、ＩＶ、Ｖａ、ＶＩａ、ＶＩＩａ及びＶＩＩＩ族より成る群から選ばれた少なくとも１種の金属元素を４〜２０原子％炭素皮膜に含有させ、さらに、炭素皮膜に酸素を６〜３０原子％含有させた場合、金属元素と酸素との協調作用により極圧添加剤が表面に膜を形成しやすくなると推測され、これにより低い摩擦係数が得られることとなる。
【００１２】
なお、炭素皮膜中の金属元素の含有量を４原子％未満にすると、極圧添加剤が付着し難くくて摩擦係数が高くなり、金属原子の含有量を２０原子％超過にすると、硬質炭素皮膜の炭素間の結合状態が変化して膜の性状が変わるため、摩擦係数が再び高くなる。また、炭素皮膜中の酸素の含有量を６原子％未満にすると、極圧添加剤が付着し難くくて摩擦係数が高くなり、酸素の含有量を３０原子％超過にすると、硬質炭素皮膜の炭素間の結合状態が変化して膜の性状が変わるため、摩擦係数が再び高くなる。よって、本発明では、硬質炭素皮膜中の金属元素及び酸素の含有量を上述の範囲とすることで、低摩擦性能を実現している。
【００１３】
本発明の硬質炭素皮膜摺動部材の製造方法では、金属元素を予め添加した硬質炭素皮膜を形成し、これにプラズマ処理又はイオン注入処理を行うことで低摩擦係数の硬質炭素皮膜摺動部材が得られることとなり、この際、酸素の量や深さの分布を広範囲に制御し得るものとなる。
【００１４】
【発明の効果】
本発明の硬質炭素皮膜摺動部材によれば、硬質炭素皮膜中に所定量の金属元素及び酸素を含有させたことにより、極圧添加剤が表面に吸着しやすく且つ反応生成物を表面に形成しやすくなり、潤滑油中であってもその固体潤滑性が有効に働き、低摩擦で耐摩耗性に優れた摺動部材を実現することができ、例えば摩擦係数μ＝０．０４以下の摺動部材を実現することができる。
【００１５】
本発明の硬質炭素皮膜摺動部材の製造方法によれば、金属元素を予め添加した硬質炭素皮膜を形成してプラズマ処理又はイオン注入処理を行うことにより、酸素の量や深さの分布を広範囲に制御することができると共に、潤滑油中であってもその固体潤滑性が有効に働き、低摩擦で耐摩耗性に優れた摺動部材として例えば摩擦係数μ＝０．０４以下の摺動部材を得ることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の硬質炭素皮膜摺動部材は、潤滑油中で使用される硬質炭素皮膜摺動部材であって、少なくとも硬質炭素皮膜の表面層に、元素周期律表の第ＩＩｂ、ＩＩＩ、ＩＶ、Ｖａ、ＶＩａ、ＶＩＩａ及びＶＩＩＩ族より成る群から選ばれた少なくとも１種以上の金属元素を４原子％以上２０原子％以下含み、且つ酸素を６原子％以上３０原子％以下含むものとしており、より望ましくは、表面層中の金属の存在比をＸ原子％、酸素の存在比をＹ原子％としたときに、ＹがＸの１．５倍以上であるものとしている。
【００１７】
これにより、極圧添加剤が表面に吸着しやすくかつ反応生成物を表面に形成しやすくなり、潤滑油中で低摩擦な硬質炭素皮膜摺動部材とすることができ、とくに、金属元素に対して酸素を相対的に多く含ませることで、摩擦係数をより一層低減し得るものとなる。なお、金属元素に対する酸素の比率は、１．５倍以上であればよいが、上述したように酸素の含有量の上限を３０原子％と規定しているので、当然のことながら酸素量は上記規定に基づいて決定する。
【００１８】
また、硬質炭素皮膜摺動部材は、より望ましくは、硬質炭素皮膜に含ませる金属元素として、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）及び鉄（Ｆｅ）より成る群から選ばれた少なくとも１種を含むものとすることで、添加剤の反応皮膜形成を考慮した場合により有効なものとなり、さらに、皮膜の厚さが０．５μｍ以上１０μｍ以下であり、表面粗さがＲａ０．１μｍ以下であるものとすることができる。
【００１９】
ここで、皮膜の厚さは、０．５μｍよりも小さいと密着強度が不足し、１０μｍよりも大きいと皮膜内の残留応力が大きくなって剥離が生じる可能性があるため、０．５μｍ以上１０μｍ以下とするのが良い。また、表面は、表面粗さＲａで０．１μｍ以下に平滑に仕上げるのが良い。平滑であればあるほど良好であるため粗さの下限は特に定められないが、実際には、製造加工のコスト等を適宜勘案して適当な値の表面粗さに仕上げることとなる。
【００２０】
このようにして、当該硬質炭素皮膜摺動部材は、充分な密着強度を維持するとともに剥離の発生を防止して、潤滑剤中で低摩擦であって摺動特性により一層優れたものとなり、また、表面粗さが大きいことによる低摩擦特性の劣化と相手攻撃性の増大を防ぐことも可能となる。
【００２１】
上記の硬質炭素皮膜摺動部材は、内燃機関の動弁機構のアジャスティングシムあるいはバルブリフターに用いることができ、これにより、内燃機関の動弁特性をより一層良好なものにすることが可能になる
【００２２】
また、本発明の硬質炭素皮膜摺動部材は、その製造方法として、金属元素を予め添加した硬質炭素皮膜を形成し、これにプラズマ処理又はイオン注入処理を行う方法により得ることができる。この製造方法によれば、硬質炭素皮膜中の酸素の量や深さの分布を広範囲に制御することができるという利点がある。
【００２３】
さらに、本発明の硬質炭素皮膜摺動部材は、その製造方法として、イオンプレーティング法又はスパッタリング法により硬質炭素皮膜を形成し、この形成の際に、雰囲気中に酸素を加える方法により得ることができる。この製造方法によれば、プロセスが一段階で済むという特徴があり、酸素分圧を制御することで、ある程度の範囲で硬質炭素皮膜中の酸素量の制御が可能である。また、プロセスの進行とともに酸素分圧を変化させれば、皮膜中の酸素量を深さに応じて変化させたいわゆる傾斜組成材料にすることも可能である。
【００２４】
そしてさらに、本発明の硬質炭素皮膜摺動部材は、その製造方法として、スパッタリング法により硬質炭素皮膜を形成し、この形成の際に、スパッタリングターゲットの一部に金属酸化物を配置することで皮膜中に金属及び酸素を含有させる方法により得ることができる。この製造方法の場合もプロセスが一段階で済むという特徴があり、また、金属元素の種類によっては金属単体よりもその酸化物の方が安価に供給されているものもあるので、製造コストを低減することができるという利点がある。さらに、本発明を達成する過程で実験的に得た知見であるが、ターゲットの一部に金属酸化物を用いれば、金属単体のターゲットを用いた場合に比べて、皮膜中の金属含有量を容易に高めることができるという効果がある。
【００２５】
【実施例】
以下、本発明の硬質炭素皮膜摺動部材の実施例を比較例とともに説明する。なお、本発明の硬質炭素皮膜摺動部材は、請求項に記載した構成要件を満たすものであれば良く、各実施例のみに限定されるものではない。
【００２６】
（実施例１）
浸炭鋼（ＪＩＳ　ＳＣＭ４１５）より成る基材の表面をＲａ０．０４μｍに超仕上げ加工した後、炭素をターゲット材料としたマグネトロンスパッタリング法により、基材表面に硬質炭素皮膜をコーティングした。このとき、ターゲット上には、二酸化チタン（ＴｉＯ２）のプレートを置き、同時にスパッタリングを行うことにより、Ｔｉ及びＯが皮膜中に入るようにした。スパッタリングの際のガスにはアルゴンを用いた。
【００２７】
上記のプロセスにより得た試料（硬質炭素皮膜摺動部材）の表面粗さを測定したところ、仕上げ加工無しで皮膜表面の粗さはＲａ０．０９μｍであった。また、皮膜の厚さは、予め試料の一部をマスクしておき、硬質炭素皮膜が付着した部分と付着していない部分との段差を表面粗さ計で測定した結果、１．８μｍであった。
【００２８】
皮膜中の各元素の存在比の定量は、オージエ電子分光法で測定した。まず、分析装置内において、試料表面をアルゴンガスで一定時間エッチングし、次に、分析装置から取り出してエッチングした部分の深さを求めた。これを総エッチング時間に対して直線的に割り付けてエッチングレートを求めた。これにより求められたエッチングレートは、１分あたり３．８ｎｍであった。
【００２９】
次に、上記エッチングレートをもとに一定の深さを掘り取るための時間を逆算し、試料をその時間だけ掘り取ってはオージエ電子分光により組成を分析する操作を所定回数だけ繰り返し、各元素の深さ方向の分布（デプスプロファイル）を求めた。この際、試料表面から５ｎｍのところから５ｎｍ毎に２０ｎｍの深さまで合計４点の測定を行い、その平均を「表面層の各元素の存在比」とした。この分析の結果、皮膜中にＴｉが１６原子％、酸素が２４原子％存在していることが判った。
【００３０】
次に、上記試料の摩擦特性の評価を行った。この際、試料は、図１に示すような直径３０ｍｍ、厚み４ｍｍの円板基材１１の上に硬質炭素皮膜１２をコーティングした試験片（硬質炭素皮膜摺動部材）１０とした。また、摩擦試験装置としては、図２（ａ）に示すようなピンオンディスクタイプの摩耗試験装置２０を用いた。
【００３１】
摩擦試験装置２０は、モータ２６を駆動源とする回転軸２１でワークテーブル２２を回転自在に支持すると共に、このワークテーブル２２を油浴槽２８内に配置し、ワークテーブル２２に試験片１０を固定する。また、ワークテーブル２２の上面には、ホルダ２４Ｈが対向した状態で昇降可能に配置してあり、このホルダ２４Ｈには、図２（ｂ）に示すように、３本のピン２４が放射状に配置してある。このとき、ピン２４は回転できないように固定してある。
【００３２】
そして、摩擦試験装置２０は、スプリング２５により各ピン２４を試験片１０に圧接すると共に、油浴槽２８内に、試験片１０及びピン２４が浸るように潤滑油２８Ｌを注入し、この状態でワークテーブル２２を回転させて、ピン２４と試験片１０との間で発生する摩擦力に応じたトルクをロードセル２７で計測し、これにより摩擦係数を算出するものとしている。
【００３３】
なお、スプリング２５による荷重は１０Ｎ、ピン２４の周速は０．０２ｍ／ｓとした。また、ピン２４は、材質が浸炭鋼（ＳＵＪ２）であり、直径５ｍｍ、長さ５ｍｍの円柱形状である。潤滑油２８Ｌには、市販の自動車用エンジンオイル０Ｗ−２０（モリブデンジチオカーバメート入り）を用いた。油温は、温度調節計により８０℃に設定した。そして、試験片１０を潤滑油２８Ｌに浸した後、試験片１０の温度が潤滑油２８Ｌの温度と一致するまで充分な時間をおいてから測定を開始した。さらに、初期のなじみ効果を考慮して、試験開始から５分経過した時点での測定値を以って、同試験片１０の摩擦係数とした。その結果、摩擦係数は０．０２６であった。
【００３４】
（実施例２）
実施例１と同様に、浸炭鋼より成る基材の表面を粗さＲａ０．０４μｍに超仕上げ加工した後、炭素をターゲット材料としたマグネトロンスパッタリング法により、基材表面に硬質炭素皮膜をコーティングした。このとき、ターゲット上には、三酸化タングステン（ＷＯ３）のプレートを置き、同時にスパッタリングを行うことにより、Ｗ及びＯが皮膜中に入るようにした。スパッタリングの際のガスにはアルゴンを用いた。
【００３５】
上記プロセスにより得た試料（硬質炭素皮膜摺動部材）の表面粗さを測定したところ、仕上げ加工無しで皮膜表面の粗さはＲａ０．０７μｍであった。また、皮膜の厚さは２．１μｍであった。さらに、実施例１と同様にオージエ電子分光法により皮膜中のＷ量及びＯ量の測定を行った結果、Ｗは５原子％、Ｏは１２原子％含まれていることが判った。そしてさらに、実施例１と同様に摩擦係数の測定を行った結果、その摩擦係数は０．０３０であった。
【００３６】
（実施例３）
実施例１と同様に、浸炭鋼より成る基材の表面を粗さＲａ０．０４μｍに超仕上げ加工した後、炭素をターゲット材料としたマグネトロンスパッタリング法により、基材表面に硬質炭素皮膜をコーティングした。このとき、ターゲット上には、五酸化ニオブ（ＮｂＯ５）のプレートを置き、同時にスパッタリングを行うことにより、Ｎｂ及びＯが皮膜中に入るようにした。スパッタリングの際のガスにはアルゴンを用いた。
【００３７】
上記プロセスにより得た試料（硬質炭素皮膜摺動部材）は、皮膜表面の粗さがＲａ０．０８μｍ、皮膜の厚さが３．４μｍ、皮膜中のＮｂ量が８原子％、Ｏ量が１４原子％であり、摩擦係数が０．０２９であった。
【００３８】
（実施例４）
実施例１と同様に、浸炭鋼より成る基材の表面を粗さＲａ０．０４μｍに超仕上げ加工した後、炭素をターゲット材料としたマグネトロンスパッタリング法により、基材表面に硬質炭素皮膜をコーティングした。このとき、ターゲット上には、酸化第二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）のプレートを置き、同時にスパッタリングを行うことにより、Ｆｅ及びＯが皮膜中に入るようにした。スパッタリングの際のガスにはアルゴンを用いた。
【００３９】
上記プロセスにより得た試料（硬質炭素皮膜摺動部材）は、皮膜表面の粗さがＲａ０．０６μｍ、皮膜の厚さが２．０μｍ、皮膜中のＦｅ量が１０原子％、Ｏ量が１８原子％であり、摩擦係数が０．０２９であった。
【００４０】
（実施例５）
実施例１と同様に、浸炭鋼より成る基材の表面を粗さＲａ０．０４μｍに超仕上げ加工した後、炭素をターゲット材料としたマグネトロンスパッタリング法により、基材表面に硬質炭素皮膜をコーティングした。このとき、ターゲット上には、三酸化モリブデン（ＭｏＯ３）のプレートを置き、同時にスパッタリングを行うことにより、Ｍｏ及びＯが皮膜中に入るようにした。スパッタリングの際のガスにはアルゴンを用いた。
【００４１】
上記プロセスにより得た試料（硬質炭素皮膜摺動部材）は、皮膜表面の粗さがＲａ０．０７μｍ、皮膜の厚さが３．０μｍ、皮膜中のＭｏ量が７原子％、Ｏ量が１８原子％であり、摩擦係数が０．０２８であった。
【００４２】
（実施例６）
実施例１と同様に、浸炭鋼より成る基材の表面を粗さＲａ０．０４μｍに超仕上げ加工した後、炭素をターゲット材料としたマグネトロンスパッタリング法により、基材表面に硬質炭素皮膜をコーティングした。このとき、ターゲット上には、酸化亜鉛（ＺｎＯ）のプレートを置き、同時にスパッタリングを行うことにより、Ｚｎ及びＯが皮膜中に入るようにした。スパッタリングの際のガスにはアルゴンを用いた。
【００４３】
上記プロセスにより得た試料（硬質炭素皮膜摺動部材）は、皮膜表面の粗さがＲａ０．０９μｍ、皮膜の厚さが３．８μｍ、皮膜中のＺｎ量が１０原子％、Ｏ量が２１原子％であり、摩擦係数が０．０３６であった。
【００４４】
（実施例７）
実施例１と同様に、浸炭鋼より成る基材の表面を粗さＲａ０．０４μｍに超仕上げ加工した後、炭素をターゲット材料としたマグネトロンスパッタリング法により、基材表面に硬質炭素皮膜をコーティングした。このとき、ターゲット上には、酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）のプレートを置き、同時にスパッタリングを行うことにより、Ｇａ及びＯが皮膜中に入るようにした。スパッタリングの際のガスにはアルゴンを用いた。
【００４５】
上記プロセスにより得た試料（硬質炭素皮膜摺動部材）は、皮膜表面の粗さがＲａ０．０７μｍ、皮膜の厚さが２．２μｍ、皮膜中のＧａ量が１７原子％、Ｏ量が２７原子％であり、摩擦係数が０．０３３であった。
【００４６】
（実施例８）
実施例１と同様に、浸炭鋼より成る基材の表面を粗さＲａ０．０４μｍに超仕上げ加工した後、炭素をターゲット材料としたマグネトロンスパッタリング法により、基材表面に硬質炭素皮膜をコーティングした。このとき、ターゲット上には、三二酸化マンガン（Ｍｎ２Ｏ３）のプレートを置き、同時にスパッタリングを行うことにより、Ｍｎ及びＯが皮膜中に入るようにした。スパッタリングの際のガスにはアルゴンを用いた。
【００４７】
上記プロセスにより得た試料（硬質炭素皮膜摺動部材）は、皮膜表面の粗さがＲａ０．０７μｍ、皮膜の厚さが３．０μｍ、皮膜中のＭｎ量が８原子％、Ｏ量が１３原子％であり、摩擦係数が０．０３１であった。
【００４８】
（実施例９）
実施例１と同様に、浸炭鋼より成る基材の表面を粗さＲａ０．０４μｍに超仕上げ加工した後、炭素をターゲット材料としたマグネトロンスパッタリング法により、基材表面に硬質炭素皮膜をコーティングした。このとき、ターゲット上には、酸化ニッケル（ＮｉＯ）のプレートを置き、同時にスパッタリングを行うことにより、Ｎｉ及びＯが皮膜中に入るようにした。スパッタリングの際のガスにはアルゴンを用いた。
【００４９】
上記プロセスにより得た試料（硬質炭素皮膜摺動部材）は、皮膜表面の粗さがＲａ０．０８μｍ、皮膜の厚さが３．０μｍ、皮膜中のＮｉ量が８原子％、Ｏ量が１３原子％であり、摩擦係数が０．０３１であった。
【００５０】
（実施例１０）
実施例１と同様に、浸炭鋼より成る基材の表面を粗さＲａ０．０４μｍに超仕上げ加工した後、炭素をターゲット材料としたマグネトロンスパッタリング法により、基材表面に硬質炭素皮膜をコーティングした。このとき、ターゲット上には、二酸化チタン（ＴｉＯ２）及び三酸化モリブデン（ＭｏＯ３）のプレートを置き、同時にスパッタリングを行うことにより、Ｔｉ、Ｍｏ及びＯが皮膜中に入る
ようにした。スパッタリングの際のガスにはアルゴンを用いた。
【００５１】
上記プロセスにより得た試料（硬質炭素皮膜摺動部材）は、皮膜表面の粗さがＲａ０．０８μｍ、皮膜の厚さが２．６μｍ、皮膜中のＴｉ量が５原子％、Ｍｏ量が３原子％、Ｏ量が１８原子％であり、摩擦係数が０．０２８であった。
【００５２】
（実施例１１）
実施例１と同様に、浸炭鋼より成る基材の表面を粗さＲａ０．０４μｍに超仕上げ加工した後、炭素をターゲット材料としたマグネトロンスパッタリング法により、基材表面に硬質炭素皮膜をコーティングした。このとき、ターゲット上には、金属チタンプレート（Ｔｉ）を置いた。金属チタンプレートの形状及び寸法は実施例１と同等にした。同時にスパッタリングを行うことにより、Ｔｉが皮膜中に入るようにした。スパッタリングの際のガスにはアルゴンと酸素を９：１（体積比）の割合で混合して用いた。
【００５３】
上記プロセスにより得た試料（硬質炭素皮膜摺動部材）は、皮膜表面の粗さがＲａ０．０８μｍ、皮膜の厚さが４．２μｍ、皮膜中のＴｉ量が８原子％、Ｏ量が１４原子％であり、摩擦係数が０．０３２であった。
【００５４】
（実施例１２）
実施例１と同様に、浸炭鋼より成る基材の表面を粗さＲａ０．０４μｍに超仕上げ加工した後、炭素をターゲット材料としたマグネトロンスパッタリング法により、基材表面に硬質炭素皮膜をコーティングした。このとき、ターゲット上には、二酸化チタン（ＴｉＯ２）プレートを置き、同時にスパッタリングを行うことにより、Ｔｉ及びＯが皮膜中に入るようにした。スパッタリングの際のガスにはアルゴンを用いた。
【００５５】
さらに、表面酸素量を増すために基材表面にプラズマ処理を行った。基材表面に設けた硬質炭素皮膜を真空槽に収め、真空槽内を５×１０−３　Ｐａ程度まで排気し、次いで、真空槽内に酸素を供給しつつ外部から高周波電力（１３．５６ＭＨｚ）を送り込んで酸素プラズマを発生させた。酸素分圧は１Ｐａとした。また、真空槽（基準電位）に対し、試料には０．５ｋＶ程度のバイアス電圧をかけ、酸素が効率良く硬質炭素皮膜に到達するようにした。
【００５６】
上記プロセスにより得た試料（硬質炭素皮膜摺動部材）は、皮膜表面の粗さがＲａ０．０９μｍ、皮膜の厚さが１．４μｍ、皮膜中のＴｉ量が１０原子％、Ｏ量が２６原子％であり、摩擦係数が０．０２７であった。
【００５７】
（実施例１３）
実施例１と同様に、浸炭鋼より成る基材の表面を粗さＲａ０．０４μｍに超仕上げ加工した後、炭素をターゲット材料としたマグネトロンスパッタリング法により、基材表面に硬質炭素皮膜をコーティングした。このとき、ターゲット上には、二酸化チタン（ＴｉＯ２）プレートを置き、同時にスパッタリングを行うことにより、Ｔｉ及びＯが皮膜中に入るようにした。スパッタリングの際のガスにはアルゴンを用いた。
【００５８】
さらに、表面酸素量を増すために基材表面にイオン注入処理を行った。基材表面に設けた硬質炭素皮膜を真空槽に収め、真空槽内を５×１０−３　Ｐａ程度まで排気し、次いで、真空槽内にイオンガンから酸素を供給しつつ、試料とイオンガンとの間に６ｋＶのバイアス電圧をかけ、酸素を表面から硬質炭素皮膜に打ち込んだ。
【００５９】
上記プロセスにより得た試料（硬質炭素皮膜摺動部材）は、皮膜表面の粗さがＲａ０．０６μｍ、皮膜の厚さが１．５μｍ、皮膜中のＴｉ量が１０原子％、Ｏ量が２４原子％であり、摩擦係数が０．０２５であった。
【００６０】
（実施例１４）
実施例１と同様に、浸炭鋼より成る基材の表面を粗さＲａ０．０４μｍに超仕上げ加工した後、イオンプレーティング法により、基材表面に硬質炭素皮膜をコーティングした。このとき、イオン源として、炭素及びチタンをアーク放電により供給した。反応槽中に供給するガスは、アルゴンと酸素を９：１（体積比）の割合で混合して用いた。
【００６１】
上記プロセスにより得た試料（硬質炭素皮膜摺動部材）は、皮膜表面の粗さがＲａ０．０９μｍ、皮膜の厚さが５．６μｍ、皮膜中のＴｉ量が８原子％、Ｏ量が１６原子％であり、摩擦係数が０．０２７であった。
【００６２】
（比較例１）
実施例１と同様に、浸炭鋼より成る基材の表面を粗さＲａ０．０４μｍに超仕上げ加工した後、炭素をターゲット材料としたマグネトロンスパッタリング法により、基材表面に硬質炭素皮膜をコーティングした。このとき、ターゲット上には、金属チタンプレート（Ｔｉ）を置いた。金属チタンプレートの形状及び寸法は実施例１の半分とした。同時にスパッタリングを行うことにより、Ｔｉが皮膜中に入るようにした。スパッタリングの際のガスにはアルゴンを用いた。
【００６３】
上記プロセスにより得た試料（硬質炭素皮膜摺動部材）は、皮膜表面の粗さがＲａ０．０８μｍ、皮膜の厚さが３．２μｍ、皮膜中のＴｉ量が４原子％、Ｏ量が５原子％であり、酸素の割合が実施例１〜１４よりも少なくなった。また、摩擦係数が０．０４５であり、実施例１〜１４よりも大きくなった。
【００６４】
（比較例２）
実施例１と同様に、浸炭鋼より成る基材の表面を粗さＲａ０．０４μｍに超仕上げ加工した後、炭素をターゲット材料としたマグネトロンスパッタリング法により、基材表面に硬質炭素皮膜をコーティングした。このとき、ターゲット上には、二酸化チタン（ＴｉＯ２）を置き、同時にスパッタリングを行うことにより、Ｔｉ及びＯが皮膜中に入るようにした。スパッタリングの際のガスにはアルゴンを用いた。
【００６５】
さらに、表面酸素量を増すために、実施例１２と同様に、基材表面にプラズマ処理を行った。基材表面に設けた硬質炭素皮膜を真空槽に収め、真空槽内を５×１０−３　Ｐａ程度まで排気し、次いで、真空槽内に酸素を供給しつつ外部から高周波電力（１３．５６ＭＨｚ）を送り込んで酸素プラズマを発生させた。酸素分圧は１０Ｐａとした。また、真空槽（基準電位）に対し、試料には０．５ｋＶ程度のバイアス電圧をかけ、酸素が効率良く硬質炭素皮膜に到達するようにした。
【００６６】
上記プロセスにより得た試料（硬質炭素皮膜摺動部材）は、皮膜表面の粗さがＲａ０．０９μｍ、皮膜の厚さが１．２μｍ、皮膜中のＴｉ量が１０原子％、Ｏ量が３５原子％であり、摩擦係数が０．０５３であった。つまり、実施例１〜１４に比べて酸素量が多く、摩擦係数も大きくなった。
【００６７】
（比較例３）
実施例１と同様に、浸炭鋼より成る基材の表面を粗さＲａ０．０４μｍに超仕上げ加工した後、炭素をターゲット材料としたマグネトロンスパッタリング法により、基材表面に硬質炭素皮膜をコーティングした。このとき、ターゲット上には、金属チタンプレート（Ｔｉ）を置いた。金属チタンプレートの形状及び寸法は実施例１の２倍とした。同時にスパッタリングを行うことにより、Ｔｉが皮膜中に入るようにした。スパッタリングの際のガスにはアルゴンを用いた。
【００６８】
上記プロセスにより得た試料（硬質炭素皮膜摺動部材）は、皮膜表面の粗さがＲａ０．０９μｍ、皮膜の厚さが３．０μｍ、皮膜中のＴｉ量が８原子％、Ｏ量が１１原子％であり、摩擦係数が０．０４８であって実施例１〜１４よりも大きくなった。
【００６９】
（比較例４）
実施例１と同様に、浸炭鋼より成る基材の表面を粗さＲａ０．０４μｍに超仕上げ加工した後、炭素をターゲット材料としたマグネトロンスパッタリング法により、基材表面に硬質炭素皮膜をコーティングした。このとき、ターゲット上には、二酸化チタン（ＴｉＯ２）プレートを置いた。二酸化チタンプレートの形状及び寸法は実施例１と同等にした。同時にスパッタリングを行うことにより、Ｔｉ及びＯが皮膜中に入るようにした。スパッタリングの際のガスにはアルゴンを用いた。成膜時間は実施例１の４分の１とした。
【００７０】
上記プロセスにより得た試料（硬質炭素皮膜摺動部材）は、皮膜表面の粗さがＲａ０．０８μｍ、皮膜の厚さが０．４μｍ、皮膜中のＴｉ量が１０原子％、Ｏ量が１７原子％であり、摩擦係数の測定を行った結果、摺動痕部分で硬質炭素皮膜の剥離が一部で認められた。
【００７１】
（比較例５）
実施例１と同様に、浸炭鋼より成る基材の表面を粗さＲａ０．０４μｍに超仕上げ加工した後、炭素をターゲット材料としたマグネトロンスパッタリング法により、基材表面に硬質炭素皮膜をコーティングした。このとき、ターゲット上には、二酸化チタン（ＴｉＯ２）プレートを置いた。二酸化チタンプレートの形状及び寸法は実施例１と同等にした。同時にスパッタリングを行うことにより、Ｔｉ及びＯが皮膜中に入るようにした。スパッタリングの際のガスにはアルゴンを用いた。成膜時間は実施例１の４倍とした。
【００７２】
上記プロセスにより得た試料（硬質炭素皮膜摺動部材）は、皮膜表面の粗さがＲａ０．０６μｍ、皮膜の厚さが１１μｍ、皮膜中のＴｉ量が１１原子％、Ｏ量が１８原子％であり、摩擦係数の測定を行った結果、摺動痕部分で硬質炭素皮膜の剥離が一部で認められた。この剥離の原因としては、皮膜の厚さが過大であることが考えられる。
【００７３】
（比較例６）
実施例１と同様に、浸炭鋼より成る基材の表面を粗さＲａ０．０４μｍに超仕上げ加工した後、炭素をターゲット材料としたマグネトロンスパッタリング法により、基材表面に硬質炭素皮膜をコーティングした。このとき、ターゲット上には、二酸化チタン（ＴｉＯ２）プレートを置いた。二酸化チタンプレートの形状及び寸法は実施例１のほぼ３倍とした。同時にスパッタリングを行うことにより、Ｔｉ及びＯが皮膜中に入るようにした。スパッタリングの際のガスにはアルゴンを用いた。成膜時間は実施例１と同等にした。
【００７４】
上記プロセスにより得た試料（硬質炭素皮膜摺動部材）は、皮膜表面の粗さがＲａ０．０６μｍ、皮膜の厚さが４．２μｍ、皮膜中のＴｉ量が２２原子％、Ｏ量が３５原子％であり、摩擦係数が０．０５８であって実施例１〜１４よりも大きくなった。
【００７５】
（比較例７）
実施例１と同様に、浸炭鋼より成る基材の表面を粗さＲａ０．２μｍまでの処理に留め、炭素をターゲット材料としたマグネトロンスパッタリング法により、基材表面に硬質炭素皮膜をコーティングした。このとき、ターゲット上には、二酸化チタン（ＴｉＯ２）プレートを置き、同時にスパッタリングを行うことにより、Ｔｉ及びＯが皮膜中に入るようにした。スパッタリングの際のガスにはアルゴンを用いた。
【００７６】
上記プロセスにより得た試料（硬質炭素皮膜摺動部材）は、皮膜表面の粗さがＲａ０．２３μｍ、皮膜の厚さが１．９μｍ、皮膜中のＴｉ量が８原子％、Ｏ量が１３原子％であり、摩擦係数が０．０６８であって実施例１〜１４よりも大きくなった。この場合、表面が粗いために摩擦係数が大きくなったものと考えられる。
【００７７】
上記実施例１〜１４及び比較例１〜７の結果を以下の表１〜表３にまとめた。
【表１】
2004115826.tif 000003
【００７８】
【表２】
2004115826.tif 000004
【００７９】
【表３】
2004115826.tif 000005
【００８０】
表１及び表２から明らかなように、本発明の各実施例１〜１４の試料（硬質炭素皮膜摺動部材）は、表３に示す比較例１〜７に比べて、いずれも摩擦係数がμ＝０．０４以下であり、潤滑油中であってもその固体潤滑性が有効に働き、低摩擦で耐摩耗性に優れた摺動部材であることを確認した。
【図面の簡単な説明】
【図１】円板基材の上に硬質炭素皮膜をコーティングした試験片を示す斜視図である。
【図２】本発明の評価に使用した摩擦試験装置の断面説明図（ａ）及びピンの配置を説明する斜視図（ｂ）である。
【符号の説明】
１０　　試験片（硬質炭素皮膜摺動部材）
１１　　円板基材
１２　　硬質炭素皮膜
【図１】
2004115826.tif 000006
【図２】
2004115826.tif 000007