(57)【要約】【課題】  高硬度で低摩擦係数を有し、従来の設備を用いて製造することができる硬質皮膜とその製造方法を提供することである。【解決手段】  組成割合６０〜９５原子％の炭素と組成割合５〜４０原子％の珪素を含む硬質皮膜１を、炭素ターゲットと珪素ターゲットを備えたスパッタリング装置、或いは、組成割合６０〜９５原子％の炭素と組成割合５〜４０原子％の珪素から構成されるターゲットを備えたスパッタリング装置等の物理蒸着法による装置を用いて製造する。【選択図】  図１
2005060765.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
組成割合６０〜９５原子％の炭素と、組成割合５〜４０原子％の珪素を含むことを特徴とする硬質皮膜。
【請求項２】
炭素と珪素を含む蒸発源から物理的手段を用いて前記炭素と前記珪素を蒸発させて物理蒸着法により基板上に前記炭素と前記珪素を成膜する工程を有することを特徴とする硬質皮膜の製造方法。
【請求項３】
真空中において、炭素から構成される第１のターゲット及び珪素から構成される第２のターゲットに負電圧を印加してプラズマを発生させ、導入される不活性ガスをイオン化して、前記第１のターゲット及び前記第２のターゲットに衝突させてスパッタリング法により前記炭素及び前記珪素を前記基板上に成膜する工程を有することを特徴とする硬質皮膜の製造方法。
【請求項４】
真空中において、組成割合６０〜９５原子％の炭素と組成割合５〜４０原子％の珪素から構成されるターゲットに負電圧を印加してプラズマを発生させ、導入される不活性ガスをイオン化して、前記ターゲットに衝突させてスパッタリング法により前記炭素及び前記珪素を前記基板上に成膜する工程を有することを特徴とする硬質皮膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、硬質皮膜とその製造方法に係わり、特に低摩擦係数を有する硬質皮膜を物理的蒸着装置を用いて製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、化学蒸着法（Chemical Vapor Deposition、以下、ＣＶＤ法という。）により製造される非晶質炭素膜は、摩擦係数が小さく、耐摩耗性や耐焼付性に優れており、硬質皮膜として機械、電気及び電子製品等に設置される摺動部に用いられている。
しかしながら、特に、プラズマＣＶＤ法は成膜面積が広く量産性の高い手法であるが、比較的新しい手法なので、この手法を用いた装置は広く普及していないのが実状である。そこで、工業的に広く設置されている物理的蒸着法（Physical Vapor Deposition、以下、ＰＶＤ法という。）によるＰＶＤ装置を利用して低摩擦係数を有する硬質皮膜を製造することが考えられている。
例えば、特願２００２−７１７９２号の明細書及び図面では、本願の出願人により、ＰＶＤ装置にＣＶＤ法の機構を取り入れた装置を用いて、密着性が良好な化合物層をＰＶＤ法により形成し、続いて、珪素化合物層及び潤滑性の高い珪素含有炭素層をプラズマＣＶＤ法により形成した複合硬質皮膜とその製造方法及びその成膜装置に関する発明が出願されている。
【０００３】
また、高温下での耐摩耗性を有する硬質皮膜の形成法として、特許文献１には、イオンプレーティング法やスパッタリング法を用いて、真空チャンバー内にＡｌ（以下、Ａｌの小文字「ｌ」については、数字の１と紛らわしいため、大文字「Ｌ」で表記する。）蒸気とＣｒ蒸気の発生源を配置し、ＡＬ２５〜５０原子％とＣｒ７５〜５０原子％からなるＡＬ蒸気とＣｒ蒸気を発生させて、これらの蒸気と真空チャンバー内に導入する窒素ガスを反応させて基板上にＡＬ−Ｃｒ−Ｎ系複合硬質皮膜を形成させる形成法が開示されている。
この特許文献１に開示された発明では、従来のＰＶＤ装置を用いて、８００〜９００℃の高温下においても酸化されない耐高温酸化特性に優れたＡＬ−Ｃｒ−Ｎ系複合硬質皮膜を基板上に形成できる。したがって、このＡＬ−Ｃｒ−Ｎ系複合硬質皮膜を高温酸化雰囲気にさらされる金属部品に用いることによって金属製品の酸化を防止し耐久性を向上させ、産業上の適用分野を大幅に拡張することができる。
【０００４】
そして、特許文献２には、反応ガス供給手段を有したＰＶＤ装置を用いて、反応性スパッタリング法により、窒素ガス、炭化水素ガス又は酸素ガスを導入して基板上に金属の窒化物皮膜、炭化物皮膜又は酸化物皮膜を形成し、次に、不飽和炭化水素ガスを導入してこれらの皮膜の上部で最表層にアモルファスカーボンを含有させた皮膜を有する低摩擦係数の複合硬質皮膜とその形成法が開示されている。
この特許文献２に開示された発明では、広く使用されているＰＶＤ装置を用いて、低摩擦係数を有する複合硬質皮膜を形成できる。また、この複合硬質皮膜を摺動部となる製品表面に適用すると、製品表面の耐久性を向上させるとともに、相手材の摩耗を著しく低減することができる。
【特許文献１】特許第３０３９３８１号公報
【特許文献２】特開２０００−１４４３７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載された従来の技術では、従来のＰＶＤ法を用いて耐高温酸化特性に優れたＡＬ−Ｃｒ−Ｎ系複合硬質皮膜を形成することができるが、形成される硬質皮膜の摩擦係数が０．３〜０．４であり、摩擦係数が大きいという課題があった。
また、特許文献２に記載された従来の技術では、最表層のアモルファスカーボンを反応性スパッタリング法によって形成しているので、導入される炭化水素ガスの影響で膜中に不純物として水素が含まれるという課題があった。そして、形成される複合硬質皮膜では、ある程度の低摩擦係数を実現することはできるが、厳しい使用条件下において要求される耐摩耗性には不十分であり、さらなる低摩擦係数の硬質皮膜の形成には至っていないという課題があった。
【０００６】
本発明はかかる従来の事情に対処してなされたものであり、高硬度で低摩擦係数を有し、従来の設備を用いて製造することができる硬質皮膜と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】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明である硬質皮膜は、組成割合６０〜９５原子％の炭素と、組成割合５〜４０原子％の珪素を含むものである。
上記構成の硬質皮膜は、炭素と珪素から構成されるので高硬度で低摩擦係数を示すという作用を有する。
【０００８】
請求項２の発明である硬質皮膜の製造方法は、炭素と珪素を含む蒸発源から物理的手段を用いて炭素と珪素を蒸発させて物理蒸着法により基板上に炭素と珪素を成膜する工程を有するものである。
上記構成の硬質皮膜の製造方法においては、物理的手段により炭素と珪素を含む蒸発源から炭素と珪素を蒸発させて基板上に炭素と珪素を含む硬質皮膜を成膜するという作用を有する。
【０００９】
また、請求項３の発明である硬質皮膜の製造方法は、真空中において、炭素から構成される第１のターゲット及び珪素から構成される第２のターゲットに負電圧を印加してプラズマを発生させ、導入される不活性ガスをイオン化して、第１のターゲット及び第２のターゲットに衝突させてスパッタリング法により炭素及び珪素を基板上に成膜する工程を有するものである。
上記構成の硬質皮膜の製造方法においては、第１のターゲット及び第２のターゲットに負電圧を印加することにより、第１のターゲットを構成する炭素と第２のターゲットを構成する珪素をスパッタリング法により基板上に蒸着させるという作用を有する。
【００１０】
さらに、請求項４の発明である硬質皮膜の製造方法は、真空中において、組成割合６０〜９５原子％の炭素と組成割合５〜４０原子％の珪素から構成されるターゲットに負電圧を印加してプラズマを発生させ、導入される不活性ガスをイオン化して、ターゲットに衝突させてスパッタリング法により炭素及び珪素を基板上に成膜する工程を有するものである。
上記構成の硬質皮膜の製造方法においては、ターゲットに負電圧を印加することにより、ターゲットを構成する炭素と珪素を組成割合に応じてスパッタリング法により基板上に蒸着させるという作用を有する。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したように、本発明の請求項１に記載の硬質皮膜は、高硬度で低摩擦係数を有しているので、摺動材等の様々な用途において耐久性を向上させた材料を提供することができる。
【００１２】
また、本発明の請求項２乃至請求項４に記載の硬質皮膜の製造方法においては、広く普及しているスパッタリング装置等の物理蒸着法に基づく装置を用いて、蒸発源に炭素と珪素を設置するだけで、簡単に高硬度で低摩擦係数を有する硬質皮膜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】
【００１３】
以下に、本発明に係る硬質皮膜の第１の実施の形態を図１乃至図３に基づき説明する。（特に、請求項１に対応）
図１は、本第１の実施の形態に係る硬質皮膜の断面図である。
図１において、硬質皮膜１は、ステンレス基板２上に、膜厚が０．５〜２μｍの珪素含有炭素皮膜３が積層されている。
この珪素含有炭素皮膜３は、炭素と珪素から構成される層であり、高硬度と低摩擦係数を示すものである。また、組成割合が、炭素が６０〜９５原子％で、珪素が５〜４０原子％の範囲においては、珪素含有炭素皮膜３は十分に皮膜強度が保持された状態で低摩擦係数を示すことができる。
なお、基板にはステンレス基板２以外にも、鋼、超硬合金及びサーメット等を用いることができる。
【００１４】
次に、本実施の形態に係る硬質皮膜の摩擦係数について図２を参照しながら説明する。
図２は、本実施の形態に係る硬質皮膜において珪素のスパッタ出力を変化させて成膜した硬質皮膜の摩擦係数を測定した結果を示す図である。
なお、珪素のスパッタ出力は、０Ｗ（炭素のみ）、５０Ｗ及び１００Ｗに設定して各々硬質皮膜を成膜した。また、摩擦係数は、ボールオンディスク型摩擦・摩耗試験機を用いて、直径が６ｍｍでＳＵＪ２製のボールで、荷重を５Ｎとし、すべり距離が３００ｍの範囲において測定した。
図２において、珪素のスパッタ出力を０Ｗとした第１の試料４では、摩擦係数は約０．２５であり、通常のダイヤモンドライクカーボン膜（以下、ＤＬＣ膜という。）の摩擦係数の値である０．１５〜０．２０と比較すると、ほぼ同程度である。一方、珪素のスパッタ出力を５０Ｗとした第２の試料５では、摩擦係数は約０．０５であり、驚異的に低い値を示している。また、珪素のスパッタ出力を１００Ｗとした第３の試料６では、摩擦係数は約０．１０であり、第２の試料５よりは高い値を示しているものの、第１の試料４よりはるかに低い値を示している。このように、硬質皮膜の摩擦係数は珪素のスパッタ出力によって変化することがわかった。
【００１５】
続いて、本実施の形態に係る硬質皮膜に及ぼす珪素の含有量の影響について図３を参照しながら説明する。
図３は、本実施の形態に係る硬質皮膜において珪素の含有量を変化させて成膜した硬質皮膜の摩擦係数を測定した結果を示す図である。
なお、成膜は、珪素のスパッタ出力を変化させて行い、製造された硬質皮膜についてグロー放電発光分光測定装置を用いて組成分析を行った。
また、摩擦係数の測定は、図２の場合と同条件で行った。
図３において、珪素含有量が０原子％の第４の試料７では、摩擦係数は約０．２５であるが、珪素含有量が１７原子％の第５の試料８では、摩擦係数は約０．０５と非常に小さくなっている。また、珪素含有量が２１原子％の第６の試料９では、摩擦係数は、すべり距離が６０ｍまでは約０．１０であるが、すべり距離が６０ｍを超えると約０．０５と小さくなっている。さらに、珪素含有量が２１原子％の第７の試料１０では、摩擦係数はやや大きくなり約０．１０となっている。そして、珪素含有量が４３原子％の第８の試料１１では、摩擦係数は約０．１０であるが、極端に大きくなっている部分がある。この第８の試料１１では、皮膜の一部に剥離が生じたために異常値を示しており、皮膜とステンレス基板との密着性が不十分であると考えられる。
したがって、本実施の形態における硬質皮膜１では、摩擦係数に及ぼすスパッタ出力、すなわち珪素含有量の影響が大きく、特に、珪素含有量が１７原子％から２８原子％の範囲において、低摩擦係数を示すことがわかった。
【００１６】
このように構成された本実施の形態では、ステンレス基板２上に形成される珪素含有炭素皮膜３によって、高硬度と低摩擦係数を示すことができる。
また、珪素含有炭素皮膜３は、その組成割合を炭素６０〜９５原子％とし、珪素５〜４０原子％とすると、皮膜の密着性がよく高硬度で低摩擦係数を示す硬質皮膜１を得ることができる。
【００１７】
次に、本発明に係る硬質皮膜の第２の実施の形態を図４に基づき説明する。（特に、請求項１に対応）
図４は、第２の実施の形態に係る硬質皮膜の摩擦係数を測定した結果を示す図である。
なお、第２の実施の形態における硬質皮膜１２は、まず、ステンレス基板上にＡＬ−Ｃｒ−Ｎ皮膜をアルミニウムとクロムから構成されるターゲットを用い、窒素ガスを導入する反応性スパッタリング法により成膜し、そして、このＡＬ−Ｃｒ−Ｎ皮膜上に珪素含有炭素皮膜を成膜したものである。
摩擦係数は、第１の実施の形態における摩擦係数の測定と同様であり、ボールオンディスク型摩擦・摩耗試験機を用いて、直径が６ｍｍでＳＵＪ２製のボールで、荷重を５Ｎとし、すべり距離が３００ｍの範囲において測定した。
また、比較として、ＡＬ−Ｃｒ−Ｎ硬質皮膜１３についても同様の条件で測定した。
【００１８】
図４において、硬質皮膜１２の摩擦係数は約０．０６であり、ＡＬ−Ｃｒ−Ｎ硬質皮膜１３の摩擦係数は約０．４５であり、ＡＬ−Ｃｒ−Ｎ硬質皮膜１３に比べて硬質皮膜１２の摩擦係数は低い値を示していることがわかる。
また、第１の実施の形態の摩擦係数と比較すると、本実施の形態における硬質皮膜１２の摩擦係数もほぼ同じとなった。
また、本実施の形態では、ＡＬ−Ｃｒ−Ｎ皮膜をステンレス基板と珪素含有炭素皮膜の間に介在させることにより、ステンレス基板と硬質皮膜１２の密着性を向上させることができる。
【００１９】
このように構成された本実施の形態においては、ステンレス基板上にＡＬ−Ｃｒ−Ｎ皮膜を第１層として成膜し、このＡＬ−Ｃｒ−Ｎ皮膜の上部に珪素含有炭素皮膜を第２層として成膜することにより、密着性が良好でかつ低摩擦係数を有する硬質皮膜１２を得ることができる。
【００２０】
次に、本発明に係る硬質皮膜の第３の実施の形態を図５に基づき説明する。（特に、請求項１に対応）
図５は炭素（８０原子％）および珪素（２０原子％）で構成されるターゲットを用い、ステンレス基板上にスパッタ出力５００Ｗにて成膜した珪素含有炭素皮膜の摩擦特性を示す。比較のため、ＤＬＣ膜についても同条件で測定した。ＤＬＣ膜１４の摩擦係数が約０．２５であるのに対して、炭素と珪素を混合したターゲットで作製した硬質皮膜１５は前述した珪素含有炭素皮膜とほぼ同様に約０．０６と小さい摩擦係数を示していることがわかる。
【００２１】
次に、図６を参照しながら硬質皮膜の製造装置について説明する。
図６は、硬質皮膜の製造装置の概略図である。
図６において、硬質皮膜の製造装置１６では、成膜チャンバー１７の内部に、炭素から構成される炭素ターゲット１８と珪素から構成される珪素ターゲット１９とステンレス基板２０が対向するように配置されている。図示していないが、ステンレス基板２０は基板ホルダーに固定されている。そして、この基板ホルダーと炭素ターゲット１８及び珪素ターゲット１９は各々ＤＣ電源３１ａ，３１ｂの陰極に接続されており、炭素ターゲット１８及び珪素ターゲット１９に２００Ｖ〜１ｋＶ程度の高電圧を印加できるようになっている。また、ステンレス基板２０の近傍にはヒータ２１が設置され、ステンレス基板２０を所定の温度に加熱できるようになっている。
なお、炭素ターゲット１８及び珪素ターゲット１９には、各々磁石２２ａ，２２ｂと冷却用水路２３ａ，２３ｂが設けられており、炭素ターゲット１８及び珪素ターゲット１９は冷却用水路２３を循環する冷却水によって冷却が可能になっている。
また、炭素ターゲット１８及び珪素ターゲット１９は、別個に設置してもよいが、炭素と珪素の混合物を用いて１個のターゲットを設置することもできる。この場合、ターゲットを構成する炭素と珪素の組成割合は、炭素を６０〜９５原子％とし、珪素を５〜４０原子％とするとよい。
【００２２】
成膜チャンバー１７の下部には真空ポンプ接続口２４が設けられており、図示していないが真空ポンプが接続されており、成膜チャンバー１７内の空気を排除して真空をつくることができる。
また、ガス供給口２５からは、不活性ガスとしてアルゴンガスを成膜チャンバー１７内に導入することができ、この不活性ガスはガスフローコントローラ３０によって流量を制御できるようになっている。
なお、導入するガスの種類は、アルゴンガスに限定されるものでなく、アルゴンガス以外の不活性ガスを用いることもできる。
【００２３】
成膜チャンバー１７の側部には、発光分析計２６と質量分析計２７が各々のサンプリング口２８ａ、２８ｂより接続されており、発光分析計２６では成膜チャンバー１７内の特にステンレス基板２０近傍の反応種の発光スペクトル強度を測定し、質量分析計２７では同じく成膜チャンバー１７内のステンレス基板２０近傍の反応種のイオン電流を測定することができる。それによっていずれも反応種の特定とその濃度について定量的なデータを取得できる。
発光分析計２６及び質量分析計２７には、プラズマ制御装置２９が接続されており、発光分析計２６及び質量分析計２７から得られるデータ信号に基づいて制御信号をマスフローコントローラ３０及びターゲット用ＤＣ電源３１ａ，３１ｂに送信する。マスフローコントローラ３０は、この制御信号に基づいて不活性ガスの流量制御を行う。また、ＤＣ電源３１ａ，３１ｂは、この制御信号に基づいて電圧を上げてターゲット１８あるいはターゲット１９から叩き出される炭素あるいは珪素の量を増加させたり、逆に下げて減少させたりする。
もちろん、ＤＣ電源３１ａ，３１ｂはそれぞれ独立に制御可能であり、それによって皮膜に含まれる炭素量あるいは珪素量を独立に制御することが可能である。なお、本実施の形態においてはＤＣ電源３１ａ，３１ｂを用いているが、電源は直流電源に限定されるものではなく、高周波電源でもよい。
そして、成膜チャンバー１７の側部には、発光分析計２６と質量分析計２７が各々のサンプリング口２８ａ、２８ｂより接続されており、発光分析計２６では成膜チャンバー１７内の特にステンレス基板２０近傍の反応種の発光スペクトル強度を測定し、質量分析計２７では同じく成膜チャンバー１７内のステンレス基板２０近傍の反応種のイオン電流を測定することができる。
【００２４】
このように、本製造装置によると、真空ポンプにより成膜チャンバー１７内を真空にして、アルゴンガスを導入し、炭素ターゲット１８及び珪素ターゲット１９に高電圧を印加すると、成膜チャンバー１７内はプラズマ状態となり、アルゴンガスがイオン化する。
そして、イオン化したアルゴンガスが炭素ターゲット１８及び珪素ターゲット１９を構成する炭素と珪素に衝突し、これらの金属を叩き出してスパッタリング法によって、ヒータ２１によって所望の温度に加熱されたステンレス基板２０上に炭素と珪素が蒸着し珪素含有炭素皮膜から構成される硬質皮膜を製造することができる。
また、発光分析計２６及び質量分析計２７によって成膜チャンバー１７内の反応種を定量できるので、珪素含有炭素皮膜の組成割合を制御することができる。
【００２５】
最後に、本発明に係る硬質皮膜の製造方法の実施の形態について図７を参照しながら説明する。（特に、請求項２乃至請求項４に対応）
図７は、本実施の形態に係る硬質皮膜の製造方法の工程を示す概念図である。
図７において、ステップＳ１は、表面清浄化工程を示している。このステップＳ１では、まず被成膜材となるステンレス基板に対してアセトンによる超音波洗浄を６０分程度行い、次に被成膜材となるステンレス基板に対してアルゴンガス等の不活性ガスを用いてイオンボンバードを２０分程度行う。このステップＳ１の表面清浄化工程によって成膜される硬質皮膜とステンレス基板との密着性が良好になる。
なお、基板にはステンレス基板以外にも、鋼、超硬合金及びサーメット等を用いることができる。
【００２６】
次に、ステップＳ２は、炭素・珪素ターゲットのスパッタリング工程を示している。このステップＳ２では、まず、成膜チャンバー内を真空にして、アルゴンガス等の不活性ガスを３０ｃｃｍ（cubic centimeter per minute）の流量で導入する。そして、炭素ターゲットのスパッタ出力を５００Ｗに、珪素ターゲットのスパッタ出力を５０Ｗに設定して高電圧を印加する。この高電圧下において、成膜チャンバー内のアルゴンガスはプラズマ状態となりイオン化される。生成されたアルゴンイオンは、炭素ターゲット及び珪素ターゲットに衝突して各々炭素及び珪素を叩き出し、スパッタリング法によりステンレス基板上に炭素と珪素を混在した状態で蒸着することにより硬質皮膜を製造することができる。そして、得られる硬質皮膜は不純物を含まない炭素と珪素のみを含有するものとなる。なお、ステンレス基板は１２０℃程度まで加熱しておくと硬質皮膜の成膜に対して好適である。
【００２７】
なお、炭素ターゲット及び珪素ターゲットのスパッタ出力は限定されるものではないが、好ましくは、炭素ターゲットのスパッタ出力を５００Ｗに設定し、珪素ターゲットのスパッタ出力を５０Ｗ〜３００Ｗの範囲に設定すると、組成割合６０〜９５原子％の炭素と、組成割合５〜４０原子％の珪素を含み、皮膜強度を有した状態で高硬度で低摩擦係数を示す硬質皮膜を製造することができる。
また、本実施の形態では、炭素ターゲットと珪素ターゲットを別個に設けているが、組成割合６０〜９５原子％の炭素と組成割合５〜４０原子％の珪素から構成される１個のターゲットを設置してスパッタリングを行うことにより、組成割合６０〜９５原子％の炭素と組成割合５〜４０原子％の珪素を含む硬質皮膜を製造することもできる。但し、この場合のスパッタ出力は５００Ｗにするとよい。
【００２８】
さらに、ステップＳ２の工程を行う前に、予め、ステンレス基板上にＡＬ−Ｃｒ−Ｎ皮膜等の硬質皮膜をスパッタリング法等により成膜しておき、この硬質皮膜が成膜されたステンレス基板上において、ステップＳ２の工程を行うと、第１層にＡＬ−Ｃｒ−Ｎ皮膜を有し、第２層に珪素含有炭素皮膜を有する硬質皮膜を成膜することができる。得られる二層構造の硬質皮膜は、高硬度で低摩擦係数を示し、かつ密着性に優れたものになる。
【００２９】
最後に、ステップＳ３は、反応種濃度制御工程を示している。このステップＳ３は、ステップＳ２においてスパッタリングによってプラズマ中に叩き出された炭素及び珪素の反応種濃度を測定することができる。測定は、発光分析計及び質量分析計を用いて行い、発光分析計では発光スペクトル強度を測定し、また、質量分析計ではイオン電流を測定する。
プラズマ中の反応種の濃度とステンレス基板上に積層する成分量は相関関係にあることがわかっているので、前述のとおり反応種の濃度を測定しながら炭素ターゲット及び珪素ターゲットのスパッタ出力を変更してプラズマ中の炭素及び珪素の反応種の濃度を制御することによって、所望の組成割合を有する硬質皮膜を製造することができる。
従って、図７に示すとおり、ステップＳ２とステップＳ３を完全に分離してスパッタリング工程の後に反応種濃度制御工程を実行するのではなく、スパッタリングを行いながら反応種の濃度を測定して所望の濃度に近づけるためにスパッタ出力を調整して反応種の濃度制御を行い、再度スパッタリングを行うというように、ステップＳ２とステップＳ３を反復して実行するとよい。その反復数は特に限定はしないが、製造する硬質皮膜の組成割合が所望の割合となるように適宜反復数を調整するとよい。
【００３０】
このように構成された硬質皮膜の製造方法においては、従来のスパッタリング装置に炭素ターゲットと珪素ターゲットを設置してスパッタリングすることにより、ステンレス基板上に炭素と珪素のみからなり、組成割合が炭素６０〜９５原子％で珪素５〜４０原子％の高硬度で低摩擦係数を有する硬質皮膜を製造することができる。
また、発光分析計及び質量分析計を用いてプラズマ中の炭素及び珪素を定量することによって所望の組成割合を有する硬質皮膜を製造することができる。
さらに、従来のスパッタリング装置に組成割合６０〜９５原子％の炭素と組成割合５〜４０原子％の珪素から構成されるターゲットを設置してスパッタリングすることによっても、ステンレス基板上に炭素と珪素のみからなり、組成割合が炭素６０〜９５原子％で珪素５〜４０原子％の高硬度で低摩擦係数を有する硬質皮膜を製造することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
摩擦・摩耗特性に優れる硬質皮膜を炭素ターゲット及び珪素ターゲットを備えたスパッタリング装置を用いて簡単に製造可能であり、摺動部材をはじめとしてあらゆる産業分野に使用される機械、電気及び電子製品等に多用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る硬質皮膜の断面図である。
【図２】本第１の実施の形態に係る硬質皮膜において珪素のスパッタ出力を変化させて成膜した硬質皮膜の摩擦係数を測定した結果を示す図である。
【図３】本第１の実施の形態に係る硬質皮膜において珪素の含有量を変化させて成膜した硬質皮膜の摩擦係数を測定した結果を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る硬質皮膜の摩擦係数を測定した結果を示す図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係る硬質皮膜の摩擦係数を測定した結果を示す図である。
【図６】硬質皮膜の製造装置の概略図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る硬質皮膜の製造方法の工程を示す概念図である。
【符号の説明】
【００３３】
１…硬質皮膜  ２…ステンレス基板  ３…珪素含有炭素皮膜  ４…第１の試料  ５…第２の試料  ６…第３の試料  ７…第４の試料  ８…第５の試料  ９…第６の試料  １０…第７の試料  １１…第８の試料  １２…硬質皮膜  １３…ＡＬ−Ｃｒ−Ｎ硬質皮膜  １４…ＤＬＣ膜  １５…硬質皮膜  １６…製造装置  １７…成膜チャンバー  １８…炭素ターゲット  １９…珪素ターゲット  ２０…ステンレス基板  ２１…ヒータ  ２２ａ，２２ｂ…磁石  ２３ａ，２３ｂ…冷却用水路  ２４…真空ポンプ接続口  ２５…ガス供給口  ２６…発光分析計  ２７…質量分析計  ２８ａ，２８ｂ…サンプリング口  ２９…プラズマ制御装置  ３０…マスフローコントローラ  ３１ａ，３１ｂ…ＤＣ電源
【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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