(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体カーボンターゲットを使用せず、金属ターゲットのみをアーク放電で昇華させつつ炭化水素ガスを導入し、金属及び炭化水素をイオン化して基材上に形成された金属複合ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）皮膜から、発生したマクロパーティクル（ドロプレット）を除去してなる金属複合ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）皮膜であって、前記金属ターゲットの金属元素はＴｉであり、前記炭化水素はアセチレンであり、前記皮膜中の炭素／金属元素の原子比が１０〜４０であることを特徴とする金属複合ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）皮膜。
【請求項２】
摩擦係数が０．０５以下であることを特徴とする請求項１に記載の金属複合ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）皮膜。
【請求項３】
真空槽内のカソードに、固体カーボンターゲットを使用せず、金属ターゲットのみを配置し、該金属ターゲットをアーク放電で昇華させつつ金属及び炭化水素をイオン化しつつ、該真空槽内に炭化水素ガスを導入し、基材上に金属複合ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）皮膜を形成し、次いで発生したマクロパーティクル（ドロプレット）を除去してなる金属複合ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）皮膜の形成方法であって、前記金属ターゲットの金属元素はＴｉであり、前記炭化水素はアセチレンであることを特徴とする金属複合ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）皮膜の形成方法。
【請求項４】
前記マクロパーティクル（ドロプレット）を除去する方法が、ウォータージェット、サンドペーパー、ペーパーラップ、及びエアロラップから選択される１種以上の方法であることを特徴とする請求項３に記載の金属複合ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）皮膜の形成方法。
【請求項５】
基材と、該基材の表面に形成した保護膜とを含む摺動部材において、該保護膜は、請求項１または２に記載の金属複合ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）皮膜からなることを特徴とする摺動部材。
【請求項６】
基材と、該基材の表面に形成した保護膜とを含む摺動部材において、前記保護膜は、（ａ）金属窒化物又は金属炭窒化物からなる硬質層と、（ｂ）前記硬質層の上に形成された金属−カーボン組成傾斜層と、（ｃ）前記金属−カーボン組成傾斜層の上に形成された請求項１または２に記載の金属複合ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）皮膜からなることを特徴とする摺動部材。
【請求項７】
基材と、該基材の表面に形成した保護膜とを含む摺動部材において、前記保護膜は、（ａ）金属窒化物又は金属炭窒化物からなる硬質層と、（ｂ）前記硬質層の上に形成された金属−カーボン組成傾斜層と、（ｄ）前記金属−カーボン組成傾斜層の上に形成された請求項１または２に記載の金属複合ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）皮膜と添加する炭化水素ガス量を低下して得られる金属−カーボン硬質層との交互積層層からなることを特徴とする摺動部材。
【請求項８】
前記（ａ）金属窒化物又は金属炭窒化物からなる硬質層が、２層以上であることを特徴とする請求項６または７に記載の摺動部材。
【請求項９】
摩擦係数が、０．０５以下であることを特徴とする請求項５乃至８のいずれかに記載の摺動部材。
【請求項１０】
測定荷重５ｍＮでのダイナミック硬さが１０００〜３０００の皮膜硬さを有することを特徴とする請求項５乃至９のいず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、金属複合ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）皮膜及びその製造法に関するとともに、表面に金属複合ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）皮膜を有する摺動部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダイヤモンドライクカーボン（以下、ＤＬＣという）は、硬度、耐摩耗性、固体潤滑性、熱伝導性、化学的安定性に優れ、低摩擦係数という特性を持ち、各種部材の表面改質に大きな効果がある。そのため、ＤＬＣは摺動部材、耐摩耗性機械部品、切削工具等、各種部材の表面層として利用されている。
【０００３】
下記特許文献１には、固体カーボンターゲットと金属ターゲットをスパッタリングしながら同時に炭化水素ガスと不活性ガスを導入し基材上に添加金属と炭素と水素からなる非晶質炭素皮膜を形成させる方法が開示されている。これにより耐摩耗性、密着性および摩擦係数の低減が図れると記載されている。
【０００４】
他方、アーク式イオンプレーティング（以下、ＡＩＰ）は工具などへのハードコーティング（ＴｉＮ、ＣｒＮ、ＴｉＡｌＮなど）に多用されているプロセスである。ＤＬＣ皮膜をこのプロセスにより作製する方法が各種提案されている。
【０００５】
下記特許文献２には、基材に対する密着性に優れ、かつ表面平滑性にも優れた低摩擦係数の非晶質炭素被膜を容易に形成することを目的として、周期律表第ＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ、ＩＩＩｂ族から選ばれた少なくとも一種の金属を原料としてセットした陰極アーク式蒸発源から金属を蒸発させながらバイアスを印加した真空槽内の基材に金属イオンを照射し、その後、固体カーボンをセットした蒸発源から蒸発させた炭素原子を前記真空槽内で基材に照射して基材上に非晶質炭素被膜を析出させる非晶質炭素被膜の形成方法が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２４７０６０号公報
【特許文献２】特開２００３−８２４５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
自動車部品等の摺動部材において、そのフリクション低減による燃費向上を達成するためには更なる摩擦係数の低減が必要である。しかしながら、特許文献１等に開示された従来技術においては摩擦係数がドライ環境で０．１８程度であり、十分低いとは言い難い。また、一般に蒸着によるコーティングは処理コストが高く、特に、カーボンターゲットを用いたスパッタリング法（上記特許文献に記載の従来技術も含む）は、カーボンのスパッタ率が究めて低く、成膜速度が遅いため、更に高コストであるという課題を有している。
【０００８】
このような問題が発生する理由としては、
（１）固体カーボンターゲットを使用した場合、ターゲット表面に突起物が生成しやすく、それがワークに付着し表面が荒れる現象が発生する。また、固体カーボンターゲットを炭素の供給源とした場合、表面の構成粒子が炭化水素ガスから供給した場合に比べ大きく、表面粗さが増加する傾向が見られる。これらのことから、従来技術のＤＬＣは摩擦係数が高いのではないかと推定される。
【０００９】
（２）従来技術におけるスパッタリングの場合、ターゲットを多く配し成膜速度を上げ、サイクルタイムを短縮することがコスト低減に重要である。故に、複数種類のターゲットを使用すると、その分サイクルタイムが増加することになる。さらに従来技術で述べられている固体カーボンターゲットは、材料中最もスパッタ率が小さいため、必要な膜厚を確保するためのコーティング時間が掛かり、コストが高いことにあると考えられる。
【００１０】
アーク式イオンプレーティングは、アーク放電により形成される高エネルギー密度プラズマにより、蒸発した原子がイオン化される割合が大きいため、高密度、高密着な皮膜が得られるとして、すでに工具等へ適用されている。このＡＩＰにより、ＤＬＣを形成する際、その材料としてはグラファイトが用いられている。皮膜に水素を含有しないことと高密度のため硬質のＤＬＣが得られることが特徴である。ただし、この皮膜は硬さが高い故に靭性が低く、例えば摺動中に砥粒で引っ掻くようなアブレッシブ摩耗に対しては皮膜の割れ、剥離が発生しやすいという背反事象を有する。また、カーボンの結合状態においてはＳＰ３（ダイヤモンド構造）の割合が多く、低摩擦現象に起因するＳＰ２（グラファイト構造）が少ないため、摩擦係数は、μ＝０．１〜０．２程度とあまり低くない。
【００１１】
このように、アークイオンプレーティング法を用いて形成した従来のＤＬＣでは、自動車の摺動部材に適用し、低摩擦による燃費向上ならびに耐久性を確保するには不十分と言わざるを得ない。
【００１２】
そこで、本発明は、従来技術のＤＬＣに比べて摩擦係数を低くし、高密着性で、耐摩耗性を有し、且つ成膜速度を向上させ、サイクルタイムを短縮させるＤＬＣ、その製造方法及びその製造装置を提供することを目的とする。本発明は、また、低摩擦係数で、耐摩耗性及び密着性に優れた保護膜を有する摺動部材及びその製造方法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】
【００１３】
本発明者らは、スパッタリング法に替えて特定のアーク式イオンプレーティング（ＡＩＰ）法によって得られる金属複合ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）皮膜が、耐摩耗性及び密着性に優れるとともに低い摩擦係数（μ）を有することを見出し、本発明に到達した。
【００１４】
即ち、第１に、本発明は、金属複合ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）皮膜の発明であり、固体カーボンターゲットを使用せず、金属ターゲットのみをアーク放電で昇華させつつ炭化水素ガスを導入し、金属及び炭化水素をイオン化して基材上に形成された金属複合ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）皮膜である。
【００１５】
前記金属元素としては、アーク放電で昇華させてイオンプレーティングされる金属元素を広く用いることができる。ここで、前記金属元素としては、酸化物形成能及び炭化物形成能が高いものが用いられる。この中で、ＩＶ−Ａ、Ｖ−Ａ、ＶＩ−Ａ、ＩＩＩ−Ｂ族元素、及びＳｉから選択される１種以上が好ましい。より具体的には、Ｔａ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｗ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏから選択される１種以上が好ましく例示される。これらの中でも、Ｔａ，Ｔｉ，Ｃｒが特に好ましい。
【００１６】
本発明の金属複合ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）皮膜では、前記基材上に形成されたダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）皮膜の、炭素／金属元素の原子比が１０〜４０であることが好ましい。
【００１７】
金属元素としてＴｉを用いる場合は、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）皮膜中のＣ／Ｔｉ比が１０〜２５であることが好ましく、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）皮膜中のＯ／Ｔｉ比が０．４〜１．０であることが好ましい。
【００１８】
金属元素としてＣｒを用いる場合は、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）皮膜中のＣ／Ｃｒ比が１０〜４０であることが好ましい。
【００１９】
また、本発明の金属複合ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）皮膜の摩擦係数は低く、例えば、摩擦係数を０．１以下とすることが可能であり、更に、摩擦係数を０．０５以下とすることも可能である。
【００２０】
第２に、本発明は、上記の金属複合ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）皮膜の形成方法の発明であり、真空槽内のカソードに、固体カーボンターゲットを使用せず、金属ターゲットのみを配置し、該金属ターゲットをアーク放電で昇華させつつ金属及び炭化水素をイオン化しつつ、該真空槽内に炭化水素ガスを導入し、基材上に金属複合ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）皮膜を形成する。従来のスパッタリングでは、カーボン蒸発源である固体カーボンターゲットと金属蒸発源である金属ターゲットを併用していたのに対し、本発明では、金属ターゲットのみをアーク放電でイオンプレーティング（アーク式イオンプレーティング（ＡＩＰ）法）する点が異なる。
【００２１】
本発明の金属複合ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）皮膜形成方法の用いられる前記炭化水素ガスとしては、アルカン化合物、アルケン化合物及びアルキン化合物から選択される鎖状炭化水素化合物の１種以上が好ましく、その中で、メタン、エチレン、アセチレンから選択される１種以上が好ましく例示される。
【００２２】
本発明の金属複合ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）皮膜の形成方法においては、後処理として、金属複合ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）皮膜を形成した後、発生したマクロパーティクル（ドロプレット）を除去することが好ましい。マクロパーティクル（ドロプレット）を除去する方法としては、ウォータージェット、サンドペーパー、ペーパーラップ、及びエアロラップから選択される１種以上の方法が好ましく例示される。
【００２３】
第３に、本発明は、上記の金属複合ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）皮膜の形成方法に用いられるダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）皮膜形成装置の発明であり、アーク電源と、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）皮膜を形成する真空槽内の基材に負のバイアスを印加するためのバイアス電源と、炭化水素及び不活性ガス導入口を備え、該アーク電源に金属ターゲットのみを設置して構成される、固体カーボンターゲットを有せず、炭化水素と不活性ガス導入雰囲気中で金属ターゲットのみをアーク放電で昇華させつつ金属及び炭化水素をイオン化して基材上に形成するためのダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）皮膜形成装置である。
【００２４】
前記金属ターゲットに用いられる金属元素は、ＩＶ−Ａ、Ｖ−Ａ、ＶＩ−Ａ、ＩＩＩ−Ｂ族元素、及びＳｉから選択される１種以上が好ましいことは上述の通りである。
【００２５】
第４に、本発明は、上記の金属複合ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）皮膜を有する摺動部材の発明であり、下記の（１）〜（３）である。
（１）基材と、該基材の表面に形成した保護膜とを含む摺動部材において、該保護膜は、上記の金属複合ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）皮膜からなる摺動部材。
（２）基材と、該基材の表面に形成した保護膜とを含む摺動部材において、前記保護膜は、（ａ）金属窒化物又は金属炭窒化物からなる硬質層と、（ｂ）前記硬質層の上に形成された金属−カーボン組成傾斜層と、（ｃ）前記金属−カーボン組成傾斜層の上に形成された上記の金属複合ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）皮膜からなる摺動部材。これにより、低摩擦ＤＬＣ皮膜と基材との密着性が確保される。
（３）基材と、該基材の表面に形成した保護膜とを含む摺動部材において、前記保護膜は、（ａ）金属窒化物又は金属炭窒化物からなる硬質層と、（ｂ）前記硬質層の上に形成された金属−カーボン組成傾斜層と、（ｄ）前記金属−カーボン組成傾斜層の上に形成された上記の金属複合ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）皮膜と添加する炭化水素ガス量を低下して得られる金属−カーボン硬質層との交互積層層からなる摺動部材。これにより、高密着性を確保した低摩擦ＤＬＣ皮膜の耐摩耗性が確保される。
【００２６】
ここで、前記（ａ）金属窒化物又は金属炭窒化物からなる硬質層が、２層以上である場合も本発明に含まれる。
【００２７】
本発明の金属複合ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）皮膜を有する摺動部材の摩擦係数は低く、例えば摩擦係数が０．１以下であるものが含まれる。特に、摩擦係数が０．０５以下であるものも含まれる。
【００２８】
また、本発明の金属複合ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）皮膜を有する摺動部材の皮膜硬度は高く、測定荷重５ｍＮでのダイナミック硬さが１０００〜３０００の皮膜硬さを有することが好ましい。
【００２９】
なお、上記金属−カーボン組成傾斜層は、ＤＬＣを徐々に軟質化し、内部応力を緩和して、密着性を確保するものである。ＤＬＣ皮膜の硬さを連続的に変化させる方法としては、以下の手法が挙げられる。
（１）成膜時のバイアス電圧を制御する。
（２）成膜時に添加する炭化水素ガスの種類と量を調整する。
（３）成膜時に添加する窒素ガスの量を制御する。
【発明の効果】
【００３０】
本発明により、低摩擦係数を有する金属複合ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）皮膜が得られる。また、この低摩擦係数を有する金属複合ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）皮膜を保護層または保護層の一部とすることで、低摩擦係数を有し、且つ耐摩耗性及び密着性に優れた摺動部材を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００３２】
図１は、本発明の金属複合ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）皮膜を製造するのに用いたアークイオンプレーティング（ＡＩＰ）装置の概略図である。真空ポンプによって排気される真空チャンバー（真空容器）内に複数の金属ターゲットが配置され、皮膜を形成すべき基材であるワークは中央の回転テーブル上に配置される。窒素、アルゴンなどの放電用ガスはノズルから真空容器内に導入され、放電ガス以外のプロセスガスである炭化水素ガスもノズルから導入される。金属ターゲットは、アーク電源のカソードでもあり、アノードとのアーク放電により金属は昇華されイオン化される。ワークに金属層を形成させるため、イオン源としてＣｒ、Ｔｉ、Ｔａ等の金属ターゲットを配置した。この金属としては、酸化物や炭化物を形成しやすい材料が選定され、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｔａ以外にＷ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏなども利用できる。本発明ではイオン源として、カーボンターゲットは用いない。
【００３３】
図１に示されるように、材料（導電性の金属、カーボンなど）をカソードにし、アノードとの間でアーク放電を発生させる。このエネルギーにより材料を昇華させ、高エネルギー密度のプラズマによりイオン化し、被処理物へ負のバイアス電圧を掛けることによりイオンをワークに引き寄せ積層させる。代表的なＴｉＮ皮膜の場合は材料にＴｉを用い、ガスに窒素を導入することによりワーク表面で結合し形成される。従来技術では、ＤＬＣ作製に同法を用いる場合、材料にカーボン（グラファイト）が使用されており、このために装置構造を工夫したり、ドロップレットをつけないための工夫などが提案されている。いずれも、成膜効率が大幅に低下するなど、ＡＩＰの良さが犠牲になっているのが現状である。我々もカーボンを試したが、放電が不安定で、材料表面が大きく荒れ、実用には使えないとの感触であった。そこで、本発明ではカーボン材料を使わず、ＤＬＣを形成させるものである。
【００３４】
図２は、本発明の金属複合ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）皮膜を有する摺動部材の一例を示す断面図である。低摩擦層に本発明の金属複合ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）皮膜を用いる他に、金属窒化物（ＴｉＮ）からなる硬質層と、金属炭窒化物（ＴｉＣＮ）からなる他の硬質層と、前記硬質層の上に形成された金属−カーボン組成傾斜層とからなる。図２の摺動部材の場合、金属窒化物からなる硬質層が２層である。
【００３５】
図２の摺動部材では、硬質層（ＴｉＣＮ）を追加することにより、更なる皮膜硬さの向上に伴い、皮膜の耐摩耗性が向上する。また、万が一低摩擦層、傾斜層が摩耗等によりなくなっても、ＴｉＣＮの摩擦特性はＴｉＮより優れているため急激に焼付き等を引き起こす可能性が小さい。Ｔｉに替えてＴａやＣｒ等でも同様な考えが適用できるが、材料コストの面からはＴｉが最も有効である。
【００３６】
［実施例］
アーク放電中に炭化水素ガスを添加することにより、金属複合ＤＬＣの成形の可能性を調査した。材料としては、低コストで摩擦係数も低かったＴｉ材を用い、またガスにはアセチレンを用い、まずアーク放電の出力を固定し、アセチレン流量とバイアス電圧を変化させ皮膜を形成し、摩擦係数を調べた。図３に結果を示す。なお、摩擦係数は、図４で示す摩擦摩耗試験（ボールオンディスク）により評価した。
【００３７】
図４に、ボールオンディスク試験の概要を示す。基材であるＳＣＭ１５浸炭材上に金属複合ＤＬＣ皮膜を形成した円盤に、ＳＵＪ２の鉄球を荷重１０Ｎで押圧した。接触のヘルツ応力：１３００ＭＰａ、速度：０．３ｍ／ｓ、距離：２ｋｍ、潤滑：ドライで試験した。
【００３８】
図３の結果より、ＡＩＰ法においてもアセチレン流量、バイアス電圧に最適値が存在し、摩擦係数も０．０５と低い値が得られた。図５に、皮膜中のカーボン／金属比率と摩擦係数の関係を整理した結果を示す。図５の結果から、本発明のＡＩＰによる金属複合ＤＬＣにおいても、カーボン／金属の比率に最適範囲が存在することが確認される。図５に示すように、低摩擦になる領域が広くなっており、性能に対してロバスト性のある皮膜であると言える。
【００３９】
図６に、皮膜硬さと摩耗深さの関係を示す。皮膜の耐摩耗性について、図４に示す摩擦磨耗試験による皮膜の摩耗量を、コーティング条件を変え、皮膜の硬さで整理した。摩擦係数を０．２以下に限定した場合、図６の結果より、皮膜硬さを硬くするに伴い摩耗深さが減少し、約１０００以上で飽和する傾向がある。皮膜硬さを増加するためには、バイアス電圧を増加させ皮膜を緻密化することが有効であるが、図３で示した低摩擦を示す２００Ｖで硬さ１０００以上が確保され、両立が可能であることがわかった。
【００４０】
この原因を確認するため、図７に、スパッタ法によるＴｉ複合ＤＬＣと、本発明のＡＩＰ法によるＴｉ複合ＤＬＣの皮膜表面形態を、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）により解析した結果を示す。図７の結果より、バイアス電圧が同じ２００ＶのＴｉ複合ＤＬＣでも、スパッタ法に対してＡＩＰ法は粒子が繊密になっている様子が観察された。
【００４１】
［傾斜層を有するＤＬＣ皮膜］
皮膜の密着性を向上させることを目的として、中間層にＡＩＰ法の得意とする硬質皮膜と最表面層のＤＬＣ層へつなげるための組成傾斜層を設けた。従来のＤＬＣ皮膜においては、基材直上には金属層（軟質）を配置していたが、この部分の強度が低いため、ここから剥離が発生していることが判った。そこで、基材直上に硬質層（ＴｉＮ、ＴｉＣ、ＴｉＣＮなど）を設けることにより、この部分の強度を高めた。なお、この硬質層と最表面の低摩擦層との間は、バイアス電圧、および炭化水素ガスを傾斜させ、皮膜の応力を緩和させる傾斜層を設けることで密着性の確保を図った。
【００４２】
図８（ａ）に、本発明の傾斜層を有するＤＬＣ皮膜からなる摺動部材の断面図と、図８（ｂ）に、それを成膜する際のコーティング条件例を示す。Ｎ２流下にＴｉをＡＩＰして硬質層（ＴｉＮ）を成膜する。次に、アセチレン流を増加しつつＴｉをＡＩＰして傾斜層を成膜する。最後に、一定量のアセチレン流下にＴｉをＡＩＰして低摩擦層を成膜する。
【００４３】
得られたＤＬＣ皮膜の密着性をスクラッチ試験にて評価した結果、従来の皮膜が１５〜３０Ｎであったのに対し、本発明では３０〜５０Ｎの密着性を確保することができた。この理由としては、ＡＩＰ法おいては成膜前に金属イオンでボンバードすることで表面活性化、イオン打ち込み等の効果により基材との界面密着性が強化され、さらに同密度（高強度）の柱状晶構造を持つ硬質層とすることで剥離に対する抵抗が上がったものと考えられる。
【００４４】
また、今回の硬質層の配置は、皮膜を上から押した時の硬さの増加にも寄与している。すなわち、荷重をバックアップし、弾性変形を抑制する働きも持つことから、耐摩耗性の向上にも寄与しているとものと推定される。図９に、ＡＩＰ法で硬質層をつけたものの硬さ特性を、スパッタ法によるものと比較して示す。
【００４５】
図９の結果より、本発明は低摩擦・高密着性・耐摩耗性を従来に比べ高次元で達成することが分かる。
【００４６】
［マクロパーティクル（ドロップレット）の除去］
本発明では、成膜中に表面に発生する突起物を除去する工程を設けることが好ましい。ＡＩＰ法の特徴として、コーティング中にマクロパーティクル（ドロップレット）が発生することが課題であり、設備面での対応やワークの前に障壁を設置するなどの提案がなされている。このような対応は、折角の高効率で成膜できる同法のメリットを損なうものである。そこで、ドロップレットを成膜後に除去することで、前述の皮膜性能が確保できることを確認した。
【００４７】
ドロップレット除去には、ウォータジェット、サンドペーパー（＃５００程度）、ペーパラップ、およびエアロラップなどが有効である。ドロップレット除去後の凹部はオイル潤滑の場合、油溜りとして作用し、油切れ等の際にも有効に機能する。更に、洗浄不良等により万が一皮膜の密着不良等があった場合でも、このドロップレットを除去する工程（皮膜への物理的作用）により、剥離が顕在化され、不良品の流出防止にもなる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明によると、低摩擦係数を有し、耐摩耗性及び密着性に優れたダイヤモンドライクカーボン層を有する摺動部材を得ることができる。各種分野で摺動部材として用いることが出来る。特に、ＡＩＰ法によりＴｉなどの金属を放電させる際、炭化水素ガス（アセチレン等）を導入し、適正な比率の複合層を形成することにより低摩擦を、また、中間層に硬質層（ＴｉＣＮ、ＴｉＮ等）を配置することにより密着性ならびに耐摩耗性を両立させるＤＬＣ皮膜を提供することができる。更に、通常のドロップレットが発生してもエアロラップ等で除去することにより性能確保、ならびに不良判別を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の金属複合ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）皮膜を製造するのに用いたアークイオンプレーティング（ＡＩＰ）装置の概略図である。
【図２】密着性、耐摩耗性確保のための摺動部材の断面模式図。
【図３】アセチレン流量とバイアス電圧を変化させて形成した皮膜の摩擦係数を示す。
【図４】ボールオンディスク試験の概要を示す図。
【図５】皮膜中のカーボン／金属比率と摩擦係数の関係を整理した結果を示す。
【図６】皮膜硬さと摩耗深さの関係を示す。
【図７】スパッタ法によるＴｉ複合ＤＬＣと、本発明のＡＩＰ法によるＴｉ複合ＤＬＣの皮膜表面形態を、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）により解析した結果を示す。
【図８】図８（ａ）に、本発明の傾斜層を有するＤＬＣ皮膜からなる摺動部材の断面図と、図８（ｂ）に、それを成膜する際のコーティング条件例を示す。
【図９】ＡＩＰ法で硬質層をつけたものの硬さ特性を、スパッタ法によるものと比較して示す。
【図１】
0004696823.tif 000002
【図２】
0004696823.tif 000003
【図３】
0004696823.tif 000004
【図４】
0004696823.tif 000005
【図５】
0004696823.tif 000006
【図６】
0004696823.tif 000007
【図７】
0004696823.tif 000008
【図８】
0004696823.tif 000009
【図９】
0004696823.tif 000010