(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
摺動面を有する摺動部材であって、
前記摺動面の少なくとも一部に被覆を具え、
この被覆は、真空アーク放電蒸着法またはスパッタリング法により形成される層で、炭素と窒素のみからなる被覆層の中に粒状体が分散された層を有し、
この粒状体は、周期律表第Va、VIa族元素、AlおよびSi、ならびにこれらの炭化物、窒化物および炭窒化物から選択された少なくとも一種を含み、
この粒状体の粒径が0.001〜0.5μｍであることを特徴とする摺動部材。
【請求項２】
前記炭素と窒素のみからなる被覆層が非晶質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】
被覆の厚みが0.1〜100μｍ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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、滑り、転がりなどの摺動部で利用される摺動部材に関するものである。特に、耐摩耗性、摺動特性、耐食性および表面保護機能向上のため、産業、一般家庭分野において潤滑油を介して利用される摺動部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、耐摩耗性、摺動特性、耐食性および表面保護機能の改善のため、部品表面を窒化処理、メッキ処理、溶射処理、化学気相（CVD）法、物理的蒸着（PVD）法によって改質または被覆することが試みられてきた。特に、ＳＰ３結合を有する炭素を含み、その結晶構造はアモルファスであるダイヤモンドライクカーボン（DLC、非晶質炭素）は、その膜特性と表面平滑性から摩擦係数が低く、耐摩耗性が高いことが知られており、広く利用されている。
【０００３】
内燃機関、各種機械などの摺動部に利用される部品の多くは潤滑油下で利用される。また、近年、環境問題への取り組みから、これらの部品で発生する摩擦損失を低減することが強く望まれており、材質面からみると潤滑油下の摩擦係数の低減、耐摩耗性を向上することが必要である。
【０００４】
潤滑油下の摩擦カは、次式のように、固体−固体の接触で発生する摩擦力と潤滑油同士を引き離すのに必要なせん断力の和で決定される。
Ｆ＝Ａ{αＳｍ＋（１−α）Ｓl}  …  （式１）
Ｆ：摩擦力、Ａ：荷重、α：摺動面における固体−固体接触の割合、
Ｓｍ：固体−固体接触の摩擦係数、Ｓl：潤滑油同士の摩擦係数
【０００５】
従って、潤滑油下の摩擦係数を低減させるためには、
（１）固体−固体の摩擦係数Ｓｍを減らす、
（２）固体−固体接触の割合αを減らす（潤滑油での潤滑割合を増やす）ことが考えられている。
【０００６】
現在のところ（１）に対しては、部品表面を窒化処理、メッキ処理、溶射処理、CVD法、PVD法によって改質または被覆することが有効だと考えられており、この試みは、従来材に比べると格段の効果を発揮している。
【０００７】
一方、（２）に関しては、部品表面を超研磨加工して表面粗さを小さくし、固体−固体接触の割合を減らす方法や、部品表面に適当なくぼみを形成し、潤滑油の油膜を形成しやすくして油膜厚みを増すことで、潤滑油での潤滑割合を増やすなどの試みがされている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、（１）に関しては、現状、耐摩耗性と低摩擦係数を兼ね備えたと言われる材料、例えばDLCでも、摩擦係数は0.1程度であり、これ以上に摩擦係数を低減させる材料の創製は、困難が予想される。従って、（１）のみによって潤滑油下の摩擦係数を更に低下させることは難しい。
【０００９】
また、（２）に関しては、部品の使用条件がより過酷になる中、潤滑油不足の下で摺動されることもあり、部品の摩耗が生じる。超研磨加工やくぼみの導入は、摩耗によってその表面形態が変化してしまうと効果を発揮できなくなると言う問題があった。
【００１０】
従って、本発明の主目的は、摩擦係数が低く、特に潤滑油下での利用に最適な摺動部材を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成するためになされたもので、摺動面を有する摺動部材であって、この摺動面の少なくとも一部に炭素と窒素を含む被覆を具え、この被覆に他の元素及び／又は化合物（以下単にこれらを「他の材料」と言う）が後述する構造で複合されていることを特徴とする。
【００１２】
ここで、この摺動部材は、図１に示すように、基材１上に形成された被覆２が炭素と窒素のみからなり、両元素が互いに結合し合っていることが好ましい。炭素と窒素を含む被覆に複合する他の材料としては、周期律表第IVa、Va、VIa族元素、鉄族金属、AlおよびSi、ならびにこれらの炭化物、窒化物および炭窒化物から選択された少なくとも一種を含むものが挙げられる。また、複合の仕方には次の構成がある。
【００１３】
(1)炭素と窒素が他の元素と非晶質の混在層３を形成している（図２）。この場合、他の元素と窒素と炭素が原子レベルで混在して結合しており、他の元素と窒素と炭素が混在しているのは元素分析で確認されるが、XRD（X‐ray diffraction）回折のピークは観察されない。この他の元素には、周期律表第IVa、Va、VIa族元素、鉄族金属、AlおよびSiから選択される少なくとも一種がある。
【００１４】
(2)炭素と窒素のみからなる被覆層４の中に粒状体が分散して複合されている。この粒状体は、他の材料の粒子５である（図３A）。他の材料が粒状に複合しているとは、透過電子顕微鏡による観察で、明確な積層構造が観察されず、かつXRD回折で他の材料の回折ピークが観察された場合である。このときのXRD回折の半価幅から粒状体の粒径を算出できる。粒状体の粒径は0.001〜0.5μｍとすることが好ましい。後述する試験では、粒径が0.001μm未満の粒状体は確認されなかった。また、粒径が0.5μmを越えると他の材料の摩擦摩耗特性の影響がでてきて、摩擦係数が急激に高くなる。
【００１５】
(3)炭素と窒素のみからなる被覆層６と、他の材料層７とが交互に積層されている（図３B）。これは、透過電子顕微鏡による観察で、明確な積層構造が観察された場合である。他の材料層の１層当たりの厚みは0.0005〜0.6μｍとすることが望ましい。各層の厚みは以下のようにして求められる。まず窒素と炭素のみからなる被覆層と他の材料からなる被覆層の各々の成膜速度を求める。そして、一層を形成するために要した時間から一層あたりの層厚を求める。透過電子顕微鏡によって、積層構造が観察される限界の層厚を調査したところ、0.0005μｍ未満以下では積層構造が観察されなかった。また、0.6μｍを越えると摩擦係数が増加した。他の材料は、炭素と窒素のみからなる被覆に比較して、一般的に摩擦係数が高いため、層厚が厚くなると、他の材料の摩擦摩耗特性の影響がでてきて、摩擦係数が急激に高くなる。従って、積層構造の被覆の最表面には炭素と窒素のみからなる層を形成することが好適である。
【００１６】
なお、「炭素と窒素のみからなる部分（層）」、「炭素と窒素が他の元素と非晶質の混在物を形成している部分（層）」、「炭素と窒素を含む被覆層の中に他の材料が粒状に複合されている部分（層）」および「他の材料部分（層）」を適宜組み合わせて粒状複合構造または積層構造としてもよい。すなわち、図４（A）に示すように、被覆全体を粒状部８と残部９とから構成される粒状複合構造とし、この粒状部８または残部９の各々を「炭素と窒素のみからなる部分」、「炭素と窒素が他の元素と非晶質の混在物を形成している部分」、「炭素と窒素を含む被覆層の中に他の材料が粒状に複合されている部分」または「他の材料部分」で構成する。また、図４（B）に示すように、被覆全体を第一層10と第二層11とからなる積層構造とし、第一層10または第二層11の各々を「炭素と窒素のみからなる層」、「炭素と窒素が他の元素と非晶質の混在物を形成している層」、「炭素と窒素を含む被覆層の中に他の材料が粒状に複合されている層」または「他の材料層」で構成する。そして、特に「(1)炭素と窒素が他の元素と非晶質の混在物層を形成している複合構造」と「(3)積層構造」の場合に、「他の材料」は非晶質であってもよい。
【００１７】
上記の各被覆は基材上に直接形成してもよいが、基材と被覆の間に中間層12（図１〜４参照）を設けて両者の密着力を高めることが好ましい。中間層の材質としては、線膨張係数が基材と被覆の中間であるものが好ましい。例えば、周期律表第IVa、Va、VIa族元素、鉄族金属、AlおよびSi、ならびにこれらの炭化物、窒化物および炭窒化物から選択された少なくとも一種が挙げられる。また、被覆は炭素と窒素の含有率が被覆の表面側に向かって階段的または連続的に増加するように形成することが好適である。
【００１８】
そして、摺動面に形成される被覆全体の厚み（中間層がある場合、中間層の厚みは含まない）は0.1〜100μｍとすることが好適である。この厚みが0.1μm未満では、摺動状態で摩擦係数を低減できる期間が短く、実用に向かない。逆に100μmを越えると、被覆が脆くなり破壊してしまう。
【００１９】
このような被覆を形成する手段としては、RFプラズマCVD法、イオンプレーティング法、真空アーク放電蒸着法、スパッタリング等が挙げられる。
【００２０】
他の材料を粒状に複合した層は、主に成膜材料の変更と成膜時間を調整することで形成できる。すなわち、膜の成長は、まず基材表面に核が形成され、この核が成長して多数の島状体になる。これらの各島状体が成長し、隣接する島状体と一体化することで層状の膜が形成されるのである。そこで、各島状体が隣接する島状体と合体する前に別の材料で膜形成を行い、島状体の間に別な材料が侵入した膜を形成すると、この個所を三次元的に見れば別の材料の中に他の材料が粒状に複合されている状態となるのである。
【００２１】
また、積層構造の被覆は、ある原料での成膜過程で完全に膜状になってから供給原料を他の材料に変更し、変更後の材料でも完全に膜状になるまで成膜を続け、この工程を繰り返すことで形成できる。
【００２２】
被覆を形成する個所は、相手材と摺動する面、すなわち摺動面の全面が好ましいが、基材の形状などに応じ、摺動面の一部としてもよい。
【００２３】
被覆が形成される基材の材質は特に限定されない。例えば、WC基超硬合金、サーメット、セラミックス、Al系合金、高速度鋼、ステンレス鋼などの鉄系合金が挙げられる。特に、WC基超硬合金、サーメットまたはセラミックスは鋼類に比べて「炭素と窒素を含む被覆」との線膨張係数の差が小さく、被覆の剥離を生じにくい。
【００２４】
このような被覆を基材に設けることにより、潤滑油下の摩擦係数を低減させ、耐摩耗性を高めることができる。なお、窒素と炭素からなる被覆がDLCに比べ、潤滑油下で摩擦係数を低減させ、耐摩耗性が向上する原因は明らかでないが、潤滑油での潤滑割合が増えているのではないかと考えられる。摺動状態における材料表面での潤滑油分子は、ファンデルワールス力によって吸着している。この吸着カが高ければ、強固な油膜が形成されて油膜厚みが増し、潤滑油での潤滑割合が増える。炭素と窒素を複合すると異原子の組み合わせとなるため、電荷の偏りがみられて、吸着力が増すのではないかと考えられる。
【００２５】
一方、被覆の表面にくぼみが存在し、このくぼみのために油膜が形成されやすくなったとの考え方もあるが、表面をラップしても摩擦係数の増加がみられないことから、表面粗さは油膜形成に影響していないと考えられる。また、DLCに比較して被覆の表面粗さが粗い本発明摺動部材においても摩擦係数の低下が見られたことから、表面粗さが減少することで固体−固体の接触面積が減少して摩擦係数が低下したのではないことが明らかである。
【００２６】
このように、潤滑油の油膜厚さが厚くなって、潤滑油での潤滑割合が高くなり、固体−固体接触の面積が低くなるために、摺動時の摩耗量が減少する。この摩耗量の減少には、接触面積の減少だけなく、被覆硬度の増加も因子として考えられる。一般に、炭化水素を原料としたDLCは、非常に表面が平滑で摺動性に優れるものの、原料の構成元素である水素がDLC中に5〜40原子％程度含まれるため、ビッカース硬度Hv＝1500〜2500と比較的低く、このため耐摩耗性が低い。このようなDLC被覆に窒素を添加すると、硬度が上昇することがわかった。この被覆硬度の増加によって、耐摩耗性が向上したとも考えられる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。炭素と窒素を含む被覆を基材に直接または中間層を介して形成し、被覆の剥離の有無、摩擦係数、摩耗量を調べてみた。以下の条件は、後述する試験例１〜４において共通である。
【００２８】
基材には、WC基超硬合金、Si3N4、Al203、Al系合金、SKH51、SUS304c、SCM415を用いた。
【００２９】
成膜法は、RFプラズマCVD（RF−CVD）、RF励起イオンプレーティング(RF−IP）、真空アーク放電蒸着法(VAD）、スパッタリング（SP）を用いた。RF−CVDを用いる場合は、炭化水素ガス（CH4）、アンモニア又はN2、および水素を用いる。金属元素を添加する場合は、塩化物またはアルコキシドなどの気相状態で添加する。VAD法では、雰囲気ガスを炭化水素−N2−Ar系として金属固体蒸発源を用いるか、N2−Ar系で炭素および金属固体蒸発源を用いて成膜した。SP法は、RF−マグネトロンスパッタを用い、メタン−N2−Ar雰囲気で、炭素および金属固体蒸発源をスッパッタリングした。各成膜法の詳細は「試験例1〜4」の後に説明する。
【００３０】
用いた成膜装置の概略を図5、6に示す。図５はスパッタまたはアーク放電蒸着装置の概略図で、図６はRF-IP装置の概略図である。図5の装置は、チャンバー20内に4つの蒸発源A〜Dを具え、それらのほぼ中心に基材1を保持する支持棒21を具えている。チャンバー20内には所定のガスが導入されると共に、排気系により内部を所定の圧力に調整することができる。また、図示していないが、ヒーターによりチャンバー20内を所定温度に調整できる。各蒸発源A〜Dには原料をセットすると共に、所定の電力が印可される。支持棒21は昇降・回転することで基材1を特定の蒸発源の正面に向けることができる。その際の回転速度も調整できる。そして、基材1にも所定の電圧を付与できる。
【００３１】
また、RF-IP装置は反応容器内の底部に蒸発源22を具え、その上部にシャッター23、RFコイル24を順に具え、同コイル24の上方に基材1がセットされる。蒸発源の近傍には電子銃25が設けられ、そこから出力された電子の作用により蒸発源22にセットされた金属材料を蒸発させる。シャッター23は開閉自在に構成され、蒸発源22から基材への金属成分の蒸発量を制御する。
【００３２】
中間層の材質は、周期律表第IVa、Va、VIa族元素、鉄族金属、AlおよびSi、ならびにこれらの炭化物、窒化物および炭窒化物から選択された1種以上を用いた。その厚みは0.05〜1.5μm程度である。
【００３３】
比較のため、基材がWC基超硬合金、Si3N4、Al203、Al系合金またはSKH51で、被覆をDLCとしたものを比較例１とし、全く被覆がなくSUS304cを基材とするものを比較例２とした。
【００３４】
摩耗評価に用いた摺動部材は、成膜後に剥離の見られない試料または基材自体が変質していない試料である。表1〜９に評価結果を示しているが、評価を行えたものに○印を、行えなかったものに×印をつけた。評価は、ボールオンディスク試験法で行った。相手材はφ6mmのSUJ2ボール、摺動半径1mm、回転速度500rpm、総回転数10000回、荷重は10N、エンジンオイル（10W−30）中の条件で試験し、摩擦力を測定する。そして、摩擦係数を求めると共に、試験終了後の摩耗痕の溝断面積を表面粗さ計を用いて測定し、耐摩耗性を評価した。耐摩耗性は、比較例１であるDLCの摩耗痕の断面積を10としたとき、各試料における摩耗痕の断面積比率で示した。各表における「摩耗量」がこの断面積比率を示している。摩擦係数、摩耗痕の断面積比率は、評価を行えた試料の平均値である。
【００３５】
図1および図2に記載の被覆構造を持つ試料について上記の試験を行った。その結果を表１に示す。なお、表１の各参考例における被覆はいずれも非晶質である。
【００３６】
【表１】
0004666241.tif 000002
【００３７】
表１に示すように、参考例1-1〜1-4が炭素と窒素のみから構成される被覆で、参考例1-5〜1-23は炭素と窒素が他の元素と非晶質の混在物を形成している被覆である。いずれの参考例もDLCを被覆した比較例1および被覆のない比較例2に比べて摩擦係数が低く、摩耗量も少ないことがわかる。また、成膜方法は、「RF−CVD／IP」としたものの一部に被覆の剥離が見られたことからこれ以外の成膜方法が好ましい。
【００３８】
（試験例2）
図3（A）に記載の被覆構造を持つ試料について上記の試験を行った。その結果を表２、3、４に示す。この表において、「化学成分」とは図3（A）における「粒子５」の構成元素を示し、「粒径」とはその外径を示している。
【００３９】
【表２】
0004666241.tif 000003
【００４０】
【表３】
0004666241.tif 000004
【００４１】
【表４】
0004666241.tif 000005
【００４２】
表2、3、４に示すように、いずれの実施例、参考例もDLCを被覆した比較例1および被覆のない比較例2に比べて摩擦係数が低く、摩耗量も少ないことがわかる。また、成膜方法は、「RF−CVD／IP」としたものの一部に被覆の剥離が見られたことからこれ以外の成膜方法が好ましい。基材をWC基超硬合金、Si3N4、Al203としたものは、いずれの成膜方法でも被覆の剥離が見られなかった。
【００４３】
（試験例3）
図3（B）に記載の被覆構造を持つ試料について上記の試験を行った。本試験例では、比較例１および全ての参考例において中間層を形成した。試験結果を表5、6、７に示す。この表において、「他の化合物層構成元素」とは図3（B）における「他の材料層７」の構成元素を示し、「他の化合物層厚」とは「他の材料層７」の一層当たりの厚みを示し、「C,N層層厚」とは「炭素と窒素のみからなる被覆層６」の一層当たりの厚みを示し、「膜厚」とは被覆層全体の厚みを示している。
【００４４】
【表５】
0004666241.tif 000006
【００４５】
【表６】
0004666241.tif 000007
【００４６】
【表７】
0004666241.tif 000008
【００４７】
表5、6、７に示すように、いずれの参考例もDLCを被覆した比較例1および被覆のない比較例2に比べて摩擦係数が低く、摩耗量も少ないことがわかる。また、基材をWC基超硬合金、Si3N4、Al203としたものは、いずれの成膜方法でも被覆の剥離が見られなかった。
【００４８】
（試験例4）
図４に記載の被覆構造を持つ試料について上記の試験を行った。本試験例では、比較例１および全ての実施例、参考例において中間層を形成した。試験結果を表8、９に示す。なお、この試験例では全ての基材において、いずれの成膜方法でも被覆の剥離が見られなかったため、評価の可否（○／×）は省略している。この表において、「層1」とは図４（A）記載の「残部９」または図４（B）記載の「第一層10」を示し、「層２」とは図４（A）記載の「粒状部８」または図４（B）記載の「第二層11」を示している。また、「層1構造」、「層2構造」とは、これら各層の構造が図２、図3（A）または図3（B）のいずれに該当するかを示している。従って、図3（A）の構造を取る場合、「層1または層2構成元素」の欄には「他の化合物粒子」の構成元素を示した。さらに、「膜構造」とは被覆の全体構成が図４（A）または図４（B）のいずれであるかを示している。
【００４９】
例えば、参考例4-19では全体構造が図４（B）の積層構造であり、その「第一層」は「C、N、Tiが混在して結合した化合物」で構成され、その「第二層」はさらに「NとCrが混在して結合した層」と「炭素と窒素のみからなる層」とを積層して構成されている。また、参考例4-31では全体構造が図４（A）の粒状複合構造であり、その「残部」は「C、N、Crが混在して結合した化合物」で構成され、その「粒状部」はさらに「炭素と窒素のみからなる部分」の内部に「C、N、Moが混在して結合した化合物」を粒状に複合して構成されている。
【００５０】
【表８】
0004666241.tif 000009
【００５１】
【表９】
0004666241.tif 000010
【００５２】
表8、９に示すように、いずれの実施例、参考例もDLCを被覆した比較例1および被覆のない比較例2に比べて摩擦係数が低く、摩耗量も少ないことがわかる。
【００５３】
（各成膜方法の詳細）
表1記載の被覆を形成する場合の成膜方法を説明する。スパッタリング法では（図５参照）、蒸発源Ａに金属を設置し蒸発源に印加するRF出力を低くする。また、蒸発源Ｃには炭素蒸発源を設置する。このほか、添加金属元素の種類を増やしたい場合はその金属を蒸発源Ｄに、蒸発源Ｂに炭素蒸発源をセットする。雰囲気ガスをメタン、アルゴン、窒素とし、蒸発源Ａと蒸発源Ｂを同時に用いることで非晶質被膜を形成する。条件を表10に示す。
【００５４】
【表１０】
0004666241.tif 000011
【００５５】
真空アーク放電蒸着法では（図５参照）、炭素蒸発源を蒸発源Ｂに設置する。蒸発源Ａには金属を設置し、両方を同時に放電する。雰囲気はメタン、アルゴン、窒素である。基材は蒸発源Ｂ正面になるようにセットする。成膜にあたっては、まず成膜装置内を真空排気後、10‐6Torr程度にする。その後、チャンバー内のヒーターを200℃まで上昇させる。その後、アルゴンを装置内が20mTorrになるように導入し、基材に−1000V電圧を印加することで、アルゴンイオンによって基材および基板ホルダーのクリーニングを行う。その後、基材に−1000Vの電圧を印加したまま装置内を真空排気し、蒸発源を１基または２基にアーク電流100Aを流してアーク放電させる。このことで蒸発源から飛んできたイオンが基材または基材ホルダーをクリーニングする。その後、表11の条件によって成膜する。
【００５６】
【表１１】
0004666241.tif 000012
【００５７】
RF−IP法では（図６参照）、気相源にメタンおよびアンモニア、Arを用いる。添加する金属元素は、金属固体を電子銃で蒸発させて成膜するが、この電子銃の出力を調整することで、金属元素が結晶質を構成する原子としてまたは非晶質原子として存在しているかが決定される。RF出力の変化によって、気相と反応して炭窒化物になるか、窒化物になるか、または反応せずに金属として析出するかが決定されるようであるが、雰囲気圧力、ガス組成などの影響を受けるため、どのような因子によって化合物が決定されるのかはわかっていない。
【００５８】
次に、表2〜7に記載の被覆を作製する場合の蒸発源配置、雰囲気、この構造を得るための方法を表12〜表17に記載した。初めにスパッタリング法または真空アーク放電蒸着法による方法を述べる。
【００５９】
【表１２】
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【００６０】
【表１３】
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【００６１】
【表１４】
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【００６２】
【表１５】
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【００６３】
【表１６】
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【００６４】
【表１７】
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【００６５】
スパッタリング法またはアーク放電蒸着法（図５参照）では、蒸発源Ａに金属を設置し、蒸発源Ｂに炭素を設置する。基材は蒸発源正面に所定時間存在するようにして、蒸発源Ａの正面と蒸発源Ｂの正面とを交互に移動する。実施例又は参考例2−1、2、4〜17、参考例3−1〜19は、蒸発源Ａの正面に基材が移動したときには、雰囲気をArのみとして、金属成分の成膜を行う。その後、蒸発源Ｂの正面に基材を移動したときには、雰囲気をメタン、N2、Arとして、CN成分の成膜を行う。
【００６６】
次に、実施例又は参考例2−18〜22、24〜34、参考例3−20〜35は、雰囲気をメタン、N2、Arとして、蒸発源Ａ（及びＣ）とＢの正面を交互に横切るように基材を移動する。実施例又は参考例2−18〜22、24〜34では、金属蒸発源Ａのみを放電させている。表１の実施例では、蒸発源Ｃを同時に放電させており、このことで被膜中に含まれる金属元素は、気相と反応するが、結晶相にはならずに非晶質状態となり、XRDでは明瞭なピークが観察されない。それに対して、実施例又は参考例2−18〜22、24〜34では、金属蒸発源Ａのみを放電させており、この方法であれば、金属は結晶質の炭窒化物となる。このように蒸発源Ａの正面では、金属の炭窒化物を析出させ、蒸発源Ｂの正面ではCN成分の成膜を行う。参考例3−20〜35の被覆については、金属の存在状態がその化合物の結晶であるかどうかは、特に規定していない。
【００６７】
次に、実施例又は参考例2−35〜47、参考例3−36、38〜48、50は、雰囲気をN2として、蒸発源ＡとＢの正面を交互に横切るように基材を移動する。この様に蒸発源Ａでは、金属の窒化物を析出させ、蒸発源Ｂ正面ではCN成分の成膜を行う。尚、実施例2−45〜47の金属蒸発源Ａには合金を使用した。
【００６８】
また、実施例又は参考例2−48〜54、56〜60、参考例3−51〜63は、蒸発源Ａの正面に基材が移動したときには、雰囲気をメタン、Arとして、金属とメタンを反応させ結晶質の炭化物の成膜を行う。その後、蒸発源Ｂの正面に基材を移動したときには、雰囲気にN2ガスを導入し、メタン、N2、Arとして、CN成分の成膜を行う。
【００６９】
表2〜4に記載の実施例及び参考例、即ち図3(a)の構造を持つものと表5〜7に記載の参考例、即ち図3(b)の構造を持つものの条件の違いの一つは、蒸発源ＡまたはＢのそれぞれの成膜領域にある時間である。本試験範囲内の膜の成長機構は、表面に多数の核が発生し、それが成長することで島状に存在するようになり、その後成長が進行すると島同士が合体して層を形成する。従って、島が十分に合体して層を形成する以前に、別の物質が導入されて成長を始めると、初めの物質は島状に分布するようになる。この状態を3次元的に見ると、初めの物質は粒子状に分散している。一方、島が十分に合体し層状となった後、別の物質を成膜し、その物質も層状となるようにする。それらを繰り返すと、膜全体は各々の層の繰り返し（積層構造）を持つことになる。したがって各蒸発源で各時間での膜の状態を調査して、所定の構造を持つために必要な時間を算出し、その時間の間は各々の蒸発源の成膜領域に基材があるように設定する。これらを簡便に行うには基材を蒸発源Ａ、Ｂ間で回転させることが有効である。
【００７０】
参考例3−37、49は、RF−CVDとIPを組み合わせた方法である（図６参照）。この場合、金属の添加を蒸発源上部のシャッターの開閉で、被覆中への金属の分布を制御する。被覆の構造を、図3(a)または図4の構造へと制御するためには、シャッターの開時間がスパッタリングや真空アーク放電蒸着による成膜領域にある時間と同様の意味を持つ。
【００７１】
次に、表8、9に記載の被膜の作製方法を表18，19に示した。
【００７２】
【表１８】
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【００７３】
【表１９】
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【００７４】
ここで、蒸発源Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄにはそれぞれの場所にセットする蒸発源の種類を記載した。また、使用するガスに○をつけた。
【００７５】
「層１」の欄には、「層１」を作製するのに使用する蒸発源を示した。「層2」の欄も同様に「層2」を作製するのに使用する蒸発源を示した。「出力小」とは、蒸発源に印加する出力（RFパワー、アーク電流）を表10，11に記載のもっとも低い値に設定していることである。回転とは、各々の蒸発源の正面に交互に基材が来るように、基材を移動させることで、先に述べたように、粒状の複合構造や積層構造を達成することができる。
【００７６】
「層1→層2移行」の欄には、層1から層2に移行するときに基材をどのように移動させればよいかを示している。蒸発源の切り替えについては、「層1」及び「層2」の欄に記載しているのでここでは触れていない。例えば「AC正面→回転」という操作は、始めに層1を作製するために基材はAC正面を向いて固定、または回転していてもA−C正面でのみ成膜され、次に層2を作製するために、基材は蒸発源正面を交互に移動するように回転させられるということを意味している。
【００７７】
つまり「正面」という言葉は、その面を向いた状態になったときのみ膜が形成されるということであり、「回転」というのは必ず基材が対向している蒸発源を交互に移動しているということである。また、「回転数変化」というのは、回転は必ず行うのであるがその回転数を適当に変化させるということで、例えば層1が粒複合構造（図3(a))であり、層2が積層構造（図3(b)）であるとすると回転数は早い方から遅い方に変化させる。
【００７８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、基材表面に炭素と窒素を含む被覆を設けることで、特に潤滑油下の摩擦係数を低減させ、耐摩耗性を高めることができる。従って、耐摩耗性、摺動特性、耐食性および表面保護機能向上のため、産業、一般家庭分野において潤滑油を介して利用される摺動部材としての利用が期待される。
【図面の簡単な説明】
【図１】炭素と窒素のみからなる被覆を有する摺動部材の断面図である。
【図２】炭素と窒素と他の元素が結合した被覆を有する摺動部材の断面図である。
【図３】（A）は炭素と窒素のみからなる層の中に他の材料が粒状に複合された摺動部材の断面図で、（B）は炭素と窒素のみからなる層と他の化合物層とを積層構造にした摺動部材の断面図である。
【図４】（A）は残部中に粒状部が複合された摺動部材の断面図で、（B）は第一層と第二層とを積層構造にした摺動部材の断面図である。
【図5】スパッタまたはアーク放電蒸着装置の概略図である。
【図6】RF-IP装置の概略図である。
【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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