(57)【要約】【課題】、大気中、真空中とも優れた摩擦特性を有する固体潤滑剤である炭素系摺動材を提供することを目的とする。【解決手段】フッ素、窒素、銀、鉛等の異種元素を添加したダイアモンド・ライク・カーボン膜２００を基板材料１００上に形成してなることを特徴とする炭素系摺動材であり、前記異種元素の添加量を底面から表面に近づくに従って徐々に増大させた傾斜構造のダイアモンド・ライク・カーボン膜２０１とすること、或いは、異種元素を含むダイアモンド・ライク・カーボン膜２０２と、異種元素を含まないダイアモンド・ライク・カーボン膜３００とを交互に積層した積層構造とすることができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
異種元素を添加したダイアモンド・ライク・カーボン膜を基板材料上に形成してなることを特徴とする炭素系摺動材。
【請求項２】
前記異種元素として、フッ素、窒素、銀、鉛等を用いることを特徴とする請求項1記載の炭素系摺動材。
【請求項３】
前記異種元素の添加量を底面から表面に近づくに従って徐々に増大させた傾斜組成としたことを特徴とする請求項１又は２記載の炭素系摺動材。
【請求項４】
前記異種元素の添加量の最大値を０．５〜１０．０原子%としたことを特徴とする請求項１，２又は３記載の炭素系摺動材。
【請求項５】
前記異種元素を含むダイアモンド・ライク・カーボン膜と前記基板材料との間にダイアモンド・ライク・カーボン膜を介装したことを特徴とする請求項１，２又は３記載の炭素系摺動材。
【請求項６】
異種元素を含むダイアモンド・ライク・カーボン膜と、異種元素を含まないダイアモンド・ライク・カーボン膜とを交互に積層した積層構造としたことを特徴とする炭素系摺動材。
【請求項７】
前記異種元素の添加量を０．５〜２．０原子%としたことを特徴とする請求項６記載の炭素系摺動材。
【請求項８】
前記異種元素を含むダイヤモンド・ライク・カーボン膜は、下地の前記異種元素を含まないダイヤモンド・ライク・カーボン膜から表面に近づくに従って異種元素の添加量を徐々に増大させた後、定められた異種元素添加量で定められた膜厚を保持し、その後、次に積層される前記異種元素を含まないダイヤモンド・ライク・カーボン膜との界面に向けて異種元素の添加量を徐々に減少させ最終的に異種元素の添加量をゼロとする傾斜組成を有することを特徴とする請求項６の炭素系摺動材。
【請求項９】
前記異種元素の添加量を０．５〜１０．０原子%としたことを特徴とする請求項８記載の炭素系摺動材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、安定した摩擦特性を示す炭素系摺動材に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、真空摺動部材としては、主に二硫化モリブデン（ＭoＳ2）が用いられている。
二硫化モリブデンは真空中では優れた摩擦特性を示すものの、大気中、特に高湿度環境下では摩擦特性が悪化する。
従って、宇宙機器の摺動材のように、真空中で優れた摩擦特性を必要とすると共に、打ち上げ前の予備試験、搬送等大気中で起こる様々な摩擦・摩耗に耐える必要がある部材に、二硫化モリブデンを採用することは困難である。
【０００３】
現状では、二硫化モリブデンを超える、安定した真空中の摩擦特性を示す材料がないため、真空摺動材料としては二硫化モリブデンを用い、打ち上げ前の劣化を防止するため乾燥窒素中に封入することで対応している。
この乾燥窒素中の保管には、多大なコスト、労力が費やされている。
【特許文献１】特開2002-20869  「ダイアモンド状炭素膜の形成方法及び表面処理方法」
【特許文献２】特開2003-3262  「硬質炭素膜被覆部材の製造方法」
【特許文献３】特開2003-254341  「転動部材及び転動装置」
【非特許文献１】「実用  表面改質技術総覧  SURFACE MODIFICATION TECHNOLOGY」、編集 材料技術研究会表面改質技術総覧編集委員会、株式会社美巧社
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
現在、真空摺動部材には、基板材料上に二硫化モリブデンをコーティングしたものが用いられている。
一方、ダイヤモンド・ライク・カーボン（以下、ＤＬＣと略す）は、大気中で優れた摩擦特性を示すものの、真空中の摩擦特性は悪く、真空摺動材には使用されていない（特許文献１，２，３参照）。
二硫化モリブデンは真空中では優れた摩擦特性を示すものの、大気中、特に高湿度環境下では摩擦特性が悪化する。
【０００５】
現状では、二硫化モリブデンを超える、安定した真空中の摩擦特性を示す材料がないため、真空摺動材料としては二硫化モリブデンを用い、打ち上げ前の劣化を防止するため乾燥窒素中に封入することで対応している。
この乾燥窒素中の保管には、多大なコスト、労力が費やされている。
また、ＤＬＣは、大気中で優れた摩擦特性を示すものの、真空中の摩擦特性は悪く、真空摺動材には使用されていない。
【０００６】
本発明は、大気中、真空中とも優れた摩擦特性を有する固体潤滑剤である炭素系摺動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】
【０００７】
本発明は、真空中、大気中とも二硫化モリブデンを凌ぐ、優れた摩擦特性を呈する、炭素系摺動材を提供するため、大気中で優れた摩擦特性を示すＤＬＣにフッ素等の異種元素を添加して炭素系摺動材としたものである。
【０００８】
即ち、上記課題を解決する本発明の請求項１に係る炭素系摺動材は、異種元素を添加したＤＬＣ膜を基板材料上に形成してなることを特徴とする。
【０００９】
また、上記課題を解決する本発明の請求項２に係る炭素系摺動材は、請求項１において、前記異種元素として、フッ素、窒素、銀、鉛等を用いることを特徴とする。
【００１０】
また、上記課題を解決する本発明の請求項３に係る炭素系摺動材は、請求項１又は２において、前記異種元素の添加量を底面から表面に近づくに従って徐々に増大させた傾斜組成としたことを特徴とする。
【００１１】
また、上記課題を解決する本発明の請求項４に係る炭素系摺動材は、請求項１，2又は３において、前記異種元素の添加量の最大値を０．５〜１０．０原子%としたことを特徴とする。
【００１２】
また、上記課題を解決する本発明の請求項５に係る炭素系摺動材は、請求項１，２又は３において、前記異種元素を含むＤＬＣ膜と前記基板材料との間にＤＬＣ膜を介装したことを特徴とする。
【００１３】
また、上記課題を解決する本発明の請求項６に係る炭素系摺動材は、異種元素を含むＤＬＣ膜と、異種元素を含まないＤＬＣ膜とを交互に積層した積層構造としたことを特徴とする。
【００１４】
また、上記課題を解決する本発明の請求項７に係る炭素系摺動材は、請求項６において、前記異種元素の添加量を０．５〜２．０原子%としたことを特徴とする。
【００１５】
また、上記課題を解決する本発明の請求項８に係る炭素系摺動材は、請求項６において、前記異種元素を含むＤＬＣ膜は、下地の前記異種元素を含まないＤＬＣ膜から表面に近づくに従って異種元素の添加量を徐々に増大させた後、定められた異種元素添加量で定められた膜厚を保持し、その後、次に積層される前記異種元素を含まないＤＬＣ膜との界面に向けて異種元素の添加量を徐々に減少させ最終的に異種元素の添加量をゼロとする傾斜組成を有することを特徴とする。
【００１６】
また、上記課題を解決する本発明の請求項９に係る炭素系摺動材は、請求項８において、前記異種元素の添加量を０．５〜１０．０原子%としたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、大気中での優れた摩擦特性を失うことなく、真空中においても二硫化モリブデンに匹敵する摩擦特性を示す、炭素系摺動材を得ることができた。そのため、周りの環境を気にすることなく、摺動材を使用することができ、また、乾燥窒素保管過程を省略することができ、大幅なコスト労力ダウンが可能となる。
【００１８】
また、傾斜組成乃至積層構造とすることにより、基板材料に対する密着性を高めつつ、優れた摩擦特性を発揮することができ、特に、フッ素等の添加量を傾斜組成の場合は０．５〜１０．０原子%、積層構造の場合は０．５〜２．０原子%とすると摩擦特性が好適である。
特に、傾斜組成を持つＤＬＣ膜と、異種元素を含まないＤＬＣ膜とを交互に積層した積層構造とすると、優れた摩擦特性を保持しながら厚膜化する手段として有効である。このときのフッ素添加量は０．５〜１０．０（ａｔ．％）が望ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明は、真空中、大気中とも二硫化モリブデンを凌ぐ、優れた摩擦特性を呈する、炭素系摺動材を提供するため、大気中で優れた摩擦特性を示すＤＬＣにフッ素等の異種元素を添加したものである。異種元素としては、窒素の他には、銀、鉛などが挙げられる。金属添加の場合は、有機金属ガスを用いるか、固体ソース（スパッタ源、蒸着源等）を炭素用とは別に用意する必要がある。
【００２０】
本発明に係る炭素系摺動材は、例えば、大気中で優れた摩擦特性を示すＤＬＣにフッ素を添加したフッ素添加ＤＬＣ（以下、Ｆ−ＤＬＣとも略す）とする。フッ素添加ＤＬＣは、高い撥水性を有する材料として注目されている。
即ち、高い撥水性を持つということは、表面エネルギーが低いということと等価であることに着目し、大気中で優れた性能を示すＤＬＣに適量のフッ素を添加し、大気中での優れた性能を維持しつつ、真空中の摩擦特性を向上させたものである。
【００２１】
フッ素添加ＤＬＣは、後述するように、ＣＶＤ法、スパッタ法、イオンプレーティング法、イオンビーム蒸着法、プラズマイオン注入法等により合成できる。
炭素源には、気体であればメタン、アセチレン等、固体の場合はグラファイトを用い、フッ素源にはＣＦ4，Ｃ2Ｆ6等を用いた。
【００２２】
フッ素添加ＤＬＣよりなる炭素系摺動材としては、図１に示す構造が挙げられる。
図１（ａ）は、基板材料１００の上に、フッ素を添加したＤＬＣ２００を単純に形成したものである。
また、フッ素添加ＤＬＣ２００を、単に形成すると、基板材料１００に対する密着性が悪く容易に剥離しやすいことから、図１（ｂ）では、基板材料１００の上にフッ素を含まないＤＬＣ３００を介して、フッ素を添加したＤＬＣ２０１を形成した。
【００２３】
ここで、フッ素添加ＤＬＣ２０１は、底面から表面に近づくに従って、フッ素添加量を徐々に増大させた傾斜組成とした。例えば、底面のフッ素添加量は０とし、表面のフッ素添加量は１０．０（ａｔ．％）とした。
フッ素添加ＤＬＣ２０１は、膜厚が大きいほど耐久性は向上するので、要求される仕様に応じて設計すれば良いが、内部応力を緩和する程度の膜厚を目安とすると良い。
例えば、ＤＬＣ３００の膜厚を５００ｎｍとしたときには、フッ素添加ＤＬＣ２０１の膜厚を５００ｎｍとし、両者の合計膜厚を１μｍとすることが考えられる。
【００２４】
また、フッ素添加ＤＬＣ２０１には、フッ素がある程度以上添加されないと、耐久性の向上が望めないが、フッ素が多いと剥離しやすくなる。
図１（ｂ）に示す傾斜組成膜について、真空中の摩擦係数を示す実験結果（表１）から、フッ素添加量は０．５〜１０．０（ａｔ．％）が望ましく、耐久性の観点からは、５．０（ａｔ．％）程度が特に好ましい。
【００２５】
【表１】
2005330556.tif 000003
【００２６】
更に、図１（ｃ）は、基板材料１００の上に、フッ素を含まないＤＬＣ３００と、フッ素を添加したＤＬＣ２０３とを交互に複数積層した積層膜とした。
ここで、積層膜においては、ＤＬＣ３００とフッ素添加ＤＬＣ２０３の各層の膜厚が大きいほど、また、その積層回数を増やすほど、耐久性が向上するので、要求される使用に応じて設計すれば良いが、各層の内部応力を緩和する程度の膜厚乃至積層回数を目安とすると良い。
【００２７】
また、フッ素添加ＤＬＣ２０３には、フッ素がある程度以上添加されないと、耐久性の向上が望めないが、フッ素が多いと剥離しやすくなる。
図１（ｃ）に示す積層膜について、真空中の摩擦係数を示す実験結果（表２）から、フッ素添加量は０．５〜２．０（ａｔ．％）が望ましく、耐久性の観点からは、１．０（ａｔ．％）程度が特に好ましい。
【００２８】
【表２】
2005330556.tif 000004
【００２９】
更に、図１（ｄ）は、基板材料１００上に、フッ素を含まないＤＬＣ３００と、下地のフッ素を含まないＤＬＣ膜から表面に近づくに従ってフッ素添加量を徐々に増大させた後、定められたフッ素添加量で定められた膜厚を保持し、その後、次に積層されるフッ素を含まないＤＬＣ膜との界面に向けてフッ素添加量を徐々に減少させ最終的にフッ素添加量をゼロとする傾斜組成を有するフッ素添加ＤＬＣ膜２０３を交互に複数積層し、最表面のフッ素添加ＤＬＣ膜のみ、フッ素添加量が最大となる部分までの傾斜組成を有するフッ素添加ＤＬＣ２０４を成膜した。
このような構成とすることで、積層膜を構成するフッ素添加ＤＬＣ膜中のフッ素添加量を１０．０（ａｔ．％）としても、優れた摩擦特性を示す。このときのフッ素添加量は０．５〜１０．０（ａｔ．％）が望ましく、耐久性の観点からは、５．０（ａｔ．％）程度が特に好ましい。この構成は、他の構造例と比較し優れた摩擦特性を保持しながら厚膜化する手段として有効であり、例えば１０μｍの膜厚を有する積層膜を成膜できる。
【００３０】
以上により、本発明によれば、表３に示すように、大気中での優れた摩擦特性を失うことなく、真空中においても二硫化モリブデンに匹敵する摩擦特性を示す、炭素系摺動材を得ることができた。
【００３１】
【表３】
2005330556.tif 000005
【００３２】
即ち、表３に示すように、フッ素添加ＤＬＣ膜（傾斜組成膜、積層膜）は、真空雰囲気乃至乾燥雰囲気において、二硫化モリブデンと同等の摩擦係数、被膜磨耗幅を有し、また、高湿度雰囲気において、ＤＬＣ膜と同等の摩擦係数、被膜磨耗幅を有する。
【００３３】
［ＤＬＣ膜、Ｆ−ＤＬＣ膜とＭoＳ2膜の比較検討結果］
１−１．乾燥雰囲気
乾燥雰囲気において、以下の条件により摩擦挙動及び比摩耗量について試験を行った。
試験条件（乾燥雰囲気）
速度：６０ｃｐｍ
ストローク：５ｍｍ
荷重：２Ｎ
雰囲気：乾燥気流中（湿度２５％以下）
相手材：ＳＵＳ３０４
試験時間：２ｈ
膜：  ＭoＳ2（膜厚１μｍ，１１μｍ）、ＤＬＣ、積層膜からなるフッ素を含むＤＬＣ（Ｆ−ＤＬＣ）、傾斜組成膜からなるフッ素を含むＤＬＣ（Ｆ−ＤＬＣ）
【００３４】
１−２．摩擦挙動
乾燥雰囲気下では、ＭoＳ2膜の摩擦係数は約０．２、ＤＬＣ膜、Ｆ−ＤＬＣ（積層膜、傾斜組成膜）の摩擦係数が約０．１と、ＭoＳ2膜よりもＦ−ＤＬＣ膜（積層膜、傾斜組成膜）のほうが低い摩擦係数を示す。
ＤＬＣとＦ−ＤＬＣ（積層膜、傾斜組成膜）は最終的に同じ程度の摩擦係数を示す。
ＭoＳ2（１μｍ）膜は、初期から摩擦係数が上昇している。
【００３５】
1−３．比摩耗量
ＤＬＣ、Ｆ−ＤＬＣ（積層膜、傾斜組成膜）の比摩耗量は１０-7〜１０-8ｍｍ3／Ｎｍであり、ＭoＳ2（膜厚１μｍ、膜厚１１μｍ）の比摩耗量１０-5〜１０-6ｍｍ3／Ｎｍと比較し低い値を示す。
ＤＬＣとＦ−ＤＬＣ（積層膜、傾斜組成膜）の比摩耗量には明瞭な差は認められない。
【００３６】
２−１．高湿度雰囲気
高湿度雰囲気において、以下の条件により摩擦挙動及び比摩耗量について試験を行った。
試験条件（高湿度雰囲気）
速度：６０ｃｐｍ
ストローク：５ｍｍ
荷重：２Ｎ
雰囲気：高湿度気流中（湿度８０％以上）
相手材：ＳＵＳ３０４
試験時間：２ｈ
膜：ＭoＳ2（膜厚１μｍ，１１μｍ）、ＤＬＣ、積層膜からなるフッ素を含むＤＬＣ（Ｆ−ＤＬＣ）、傾斜組成膜からなるフッ素を含むＤＬＣ（Ｆ−ＤＬＣ）
【００３７】
２−２．摩擦挙動
高湿度雰囲気下では、ＭoＳ2膜の摩擦係数は約０．５と潤滑剤として使えないレベルであるのに対し、ＤＬＣ膜、Ｆ−ＤＬＣ（積層膜、傾斜組成膜）の摩擦係数は０．１５〜０．１８と低い値を示し、固体潤滑剤としての能力を保っている。
ＤＬＣとＦ−ＤＬＣ（積層膜、傾斜組成膜）で摩擦係数には大きな差は認められない。
また、積層膜Ｆ−ＤＬＣと傾斜組成膜Ｆ−ＤＬＣにも大きな相違は認められない。
【００３８】
２−３．比摩耗量
高湿度雰囲気においても、乾燥雰囲気と同じ傾向を示す。
【００３９】
３−１．真空中
真空中において、以下の条件により摩擦挙動及び比摩耗量について試験を行った。
試験条件（真空中）
速度：６０ｃｐｍ
ストローク：１０ｍｍ
荷重：１Ｎ
雰囲気：真空中（５×１０-4Ｐａ以下）
相手材：ＳＵＳ３０４
試験時間：２ｈ
膜：ＭoＳ2（膜厚１μｍ，１１μｍ）、ＤＬＣ、積層膜からなるフッ素を含むＤＬＣ（Ｆ−ＤＬＣ）、傾斜組成膜からなるフッ素を含むＤＬＣ（Ｆ−ＤＬＣ）
【００４０】
３−２．摩擦挙動
Ｆ−ＤＬＣ（積層膜、傾斜組成膜）は真空下において、ＭoＳ2（１１μｍ）の摩擦係数（０．０５）より低い摩擦係数（０．０１−０．０２）を示す。
ＤＬＣとＦ−ＤＬＣ（積層膜、傾斜組成膜）の摩擦係数は同レベルだが、耐久性の点ではＦ−ＤＬＣ（積層膜、傾斜組成膜）の方が優れている。
３−３．比摩耗量
ＭoＳ2（１１μｍ）の比摩耗量は１０-6〜１０-7ｍｍ3／Ｎｍ台であるのに対し、Ｆ−ＤＬＣ（積層膜、傾斜組成膜）の比摩耗量は測定できないほど小さい。Ｆ−ＤＬＣの比摩耗量は、計算から１０-8〜１０-9ｍｍ3／Ｎｍと推測される。
【実施例１】
【００４１】
本発明の実施例１に係る炭素系摺動材の製造装置（イオンビーム法）を図２に基づいて説明する。
同図に示すように、本実施例に係る炭素系摺動材の製造装置は、真空容器１と、当該真空容器１の内部に設置されたホルダー３と、当該ホルダー３の対向位置に設置されたイオン源５とから構成される。
真空容器１は、図示していない真空排気装置によって真空排気される。
【００４２】
ホルダー３は、Ｆ-ＤＬＣ８が成膜される基材２を真空容器１内に保持するための台であり、その内部には図示していない電源、温調器に接続された加熱ヒーター４が設置されている。
ホルダー３は固定タイプであるが、Ｆ-ＤＬＣ８を均一に成膜するために回転機構を備えても良い。
イオン源５にはガス導入口６が設置され、当該ガス導入口６から導入された原料ガスはイオン源５の内部でイオン化、及び加速されることにより、イオンビーム７として基材２に照射される。
イオン源５としては、基材２の表面に生成した膜質の均一性、生産性の観点からカウフマン型イオン源を用いており、他にはバケット型イオン源等を適用することができる。
【００４３】
本実施例に係るイオンビーム法は次のように行う。
先ず、真空容器１を１．５×１０-3Ｐａ以下に真空排気した。
次に、ガス導入口６より、主に炭素源としての炭化水素化合物ガスと主にフッ素源としてのフッ化炭素化合物ガスとからなる標料ガスを供給した。
ここで、炭化水素化合物ガスとしてはメタン（ＣＨ4）、フッ化炭素化合物ガスとしては四フッ化炭素（ＣＦ4）を用い、これらのガスを図示していない流量制御装置により設定した流量比で混合した後、ガス導入口６から供給した。
【００４４】
また、Ｆ-ＤＬＣ８に含有されるフッ素量は前記流量比で制御した。
次に、メタン及び四フッ化炭素からなる混合ガスの流量を制御することにより、真空容器１の内圧を２×１０-2Ｐａに調整した。
この状態でイオン源５をイオン加速電圧５００Ｖ、イオン電流密度１ｍＡ／ｃｍ2の作動条件で作動させ、発生した混合ガスのイオンをイオンビーム７として基材２に照射し、膜厚が１μｍのＦ-ＤＬＣ８を成膜した。
【実施例２】
【００４５】
本発明の実施例２に係る炭素系摺動材の製造装置（プラズマイオン注入法）を図３に基づいて説明する。
同図に示すように、本実施例に係る炭素系摺動材の製造装置は、ガス導入口６が設けられた真空容器１と当該真空容器１の内部に設置されたホルダー３と、真空容器１の周囲にそれぞれ対向するように設置された電磁コイル１５と、導波管１３を介して真空容器１に接続されているマイクロ波電源１４とから構成される。
真空容器１は、図示していない真空排気装置によって真空排気される。
【００４６】
ホルダー３は、Ｆ-ＤＬＣ８が成膜される基材２を真空容器１内に保持するための台であり、高絶縁フィードスルー１０を介して、負のパルス電圧の印加が可能なバイアス電源１１に接続されている。
ガス導入口６から導入される原料ガスの流量を制御することにより、真空容器１の内圧を一定に調整する。
【００４７】
また、電磁コイル１５により真空容器１内に磁場を発生させると共に、マイクロ波電源１４によりマイクロ波を真空容器１内へ導入する。
これらの条件を適切に調整することにより、基材２付近において、マイクロ波を効果的に吸収することができる磁場を形成し、混合ガスのプラズマ１２を発生させることができる。
なお、プラズマを発生させる方法としては、上記以外に高周波プラズマ、ヘリコンプラズマ、誘導結合プラズマ等のプラズマ源を用いる方法によっても同様な効果を得ることができる。
【００４８】
本実施例に係るプラズマイオン注入法は次のように行う。
まず、真空容器１を１．５×１０-3Ｐａ以下に真空排気した。
次に、ガス導入口６より、主に炭素源としての炭化水素化合物ガスと主にフッ素源としてのフッ化炭素化合物ガスとからなる原料ガスを供給した。
ここで、炭化水素化合物ガスとしてはメタン（ＣＨ4）、フッ化炭素化合物ガスとしては四フッ化炭素（ＣＦ4）を用い、これらのガスを図示していない流量制御装置により設定した流量比で混合した後、ガス導入口６より供給した。
また、Ｆ-ＤＬＣ８に含有されるフッ素量は前記流量比で制御した。
【００４９】
次に、メタン及び四フッ化炭素からなる混合ガスの流量を制御することにより、真空容器１の内圧を５×１０-2Ｐａに調整した。
また、電磁コイル１５に３００Ａの電流を流すと共に、マイクロ波電源１４から１０００Ｗの出力のマイクロ波周波数２．４５ＧＨｚ）を真空容器１内へ導入した。
これにより、真空容器１内の中心部から１００ｍｍ離れた場所において、混合ガスがマイクロ波を効果的に吸収することができる磁場（８７５ガウス）を形成し、混合ガスのプラズマ１２を発生させた。
この状態において、高絶縁フィードスルー１０を介してバイアス電源１１から基材２に、電圧−２ｋＶ，ｄｕｔｙ比１％のパルス電圧を印加することによりＦ-ＤＬＣ８を成膜した。
【実施例３】
【００５０】
本発明の実施例３に係る炭素系摺動材の製造装置（スパッタ法）を図４に基づいて説明する。
同図に示すように、本実施例に係る炭素系摺動材の製造装置は、ガス導入口６が設けられた真空容器１と当該真空容器１の内部に設置されたスパッタ源２０と、当該スパッタ源２０の対向位置に設置された基板電極２８から構成される。
真空容器１は、図示していない真空排気装置によって真空排気される。
【００５１】
基板電極２８は、Ｆ-ＤＬＣ８が成膜される基材２を真空容器１内に保持するための台の機能も有し、真空シール機能を備えた絶縁体２５を介して真空容器１の内部に通じるように設置されている。
また、基板電極２８は加熱ヒーター４を備えており、当該加熱ヒーター４の上に基材２が設置されている。
スパッタ源２０は、炭素から構成されるターゲット２１と、磁場発生用磁石２２と、内部に水冷機能を備えたターゲットホルダー２３と、これらの部品の周囲を囲むように設置されたシールド２４とから構成される。
【００５２】
また、ターゲットホルダー２３は、絶縁体２５を介して真空容器１の内部に通じるように設置されており、真空容器１の外部では、整合器２６を介して高周波電源２７に接続されている。
この電源としては、高周波電源以外に直流電源を用いても良く、この場合には整合器２６は不要となる。
【００５３】
本実施例に係るスパッタ法は次のように行う。
まず、真空容器１を２×１０-4Ｐａ以下に真空排気した。
次に、ガス導入口６より、放電ガスである希ガスと主にフッ素源としてのフッ化炭素化合物ガスとからなる原料ガスを供給した。
【００５４】
ここで、希ガスとしてはアルゴン（Ａr）、フッ化炭素化合物ガスとしては四フッ化炭素（ＣＦ4）を用い、これらのガスを図示していない流量制御装置により設定した流量比で混合した後、ガス導入口６より供給した。
また、Ｆ-ＤＬＣ８に含有されるフッ素量は前記流量比で制御した。
アルゴン及び四フッ化炭素からなる混合ガスの流量を樹御することにより、真空容器１の内圧を７×１０-1Ｐａに調整した。
【００５５】
この状態において、整合器２６を介して高周波電源２７より高周波電力（例えば５００Ｗ）をターゲットホルダー２３に印加し、アルゴンガスを放電させると共に四フッ化炭素（ＣＦ4）を分解させる。
放電により生じたアルゴンイオンはターゲット２１の表面に衝突し、ターゲット２１の表面からは炭素膜中の炭素源となる炭素スパッタ粒子が飛び出す。
この炭素スパッタ粒子及び四フッ化炭素（ＣＦ4）の分解により生じたフッ素が基板２に堆積することにより、Ｆ-ＤＬＣ８が形成される。
前記実施例と同様に、成膜した硬質炭素膜の膜厚は１μｍとした。
【実施例４】
【００５６】
本発明の実施例４に係る炭素系摺動材の製造装置（イオンプレーティング法）を図５に基づいて説明する（非特許文献１参照）。
図５に示すように、本実施例に係る炭素系摺動材の製造装置は、反応ガス（例えば四フッ化炭素（ＣＦ4））により真空度を１０-2Ｐａ〜数Ｐａ台に調整した真空容器１内において蒸発源３０より固体（例えば炭素）を蒸発させ、何らかの手法（例えばＲＦコイル等）を用いてプラズマ３１を生成させる。そのプラズマ３１中で、蒸発した固体位子・原子及び反応ガス分子，原子が電離（イオン化）又は励起される。
【００５７】
ここで用いられるプラズマ３１は非平衡プラズマであり電子温度は数千〜数万Ｋに達する。
プラズマ３１中に置かれた基板３２には負のＤＣバイアス若しくはＲＦによるセルフバイアスを印加し、ち密な反応生成被膜（Ｆ-ＤＬＣ）が基板３２上に密着性良く形成される。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は、真空中、大気中とも二硫化モリブデンを凌ぐ、優れた摩擦特性を呈する、炭素系摺動材として利用可能なものである。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明に係る炭素系摺動材の断面図であり、図１（ａ）は単純構造を示し、図１（ｂ）は傾斜組成、図１（ｃ）（ｄ）はそれぞれ積層構造を示す。
【図２】本発明の実施例１に係る炭素系摺動材を製造する方法を示す説明図である。
【図３】本発明の実施例２に係る炭素系摺動材を製造する方法を示す説明図である。
【図４】本発明の実施例３に係る炭素系摺動材を製造する方法を示す説明図である。
【図５】本発明の実施例４に係る炭素系摺動材を製造する方法を示す説明図である。
【符号の説明】
【００６０】
１  真空容器
２  基材
３  ホルダー
４  加熱ヒーター
５  イオン源
６  ガス導入口
７  イオンビーム
８  硬質炭素膜
１０  高絶縁フィードスルー
１１  バイアス電源
１２  プラズマ
１３  導波管
１４  マイクロ波電源
１５  電磁コイル
２０  スパッタ源
２１  ターゲット
２２  磁場発生用磁石
２３  ターゲットホルダー
２４  シールド
２５  絶縁体
２６  整合器
２７  高周波電源
２８  基板電極
３０  蒸発源
３１  プラズマ
３２  基板
１００  基板材料
２００，２０１，２０２，２０３，２０４  フッ素添加ダイヤモンド・ライク・カーボン（ＤＬＣ）
３００  ダイヤモンド・ライク・カーボン（ＤＬＣ）
【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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