(57)【要約】【課題】  大気中及び真空中の両方で十分な摩擦特性を発現し得る摺動材を提供する。【解決手段】  基材１００上に設けられる摺動材１１０であって、フッ素含有ダイヤモンド・ライク・カーボン（Ｆ−ＤＬＣ）からなる第一の層１１１と、第一の層１１１上に設けられてフッ素含有ポリマー・ライク・カーボン（Ｆ−ＰＬＣ）からなる第二の層１１２とを備えると共に、第一の層１１１と基材１００との間に位置するように当該基材１００上に設けられてフッ素を含有しないダイヤモンド・ライク・カーボン（ＤＬＣ）からなる基礎層１１３を備えている。【選択図】        図１
2007023331.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材上に設けられる摺動材であって、
フッ素含有ダイヤモンド・ライク・カーボンからなる第一の層と、
前記第一の層上に設けられてフッ素含有ポリマー・ライク・カーボン又はフッ素含有グラッシー・カーボンからなる第二の層と
を備えていることを特徴とする摺動材。
【請求項２】
請求項１において、
前記第一の層と前記基材との間に位置するように当該基材上に設けられてフッ素を含有しないダイヤモンド・ライク・カーボンからなる基礎層を備えている
ことを特徴とする摺動材。
【請求項３】
請求項１又は請求項２において、
前記第二の層と接する前記第一の層が、当該第二の層側ほどフッ素含有量を増加させた傾斜組成を有している
ことを特徴とする摺動材。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかにおいて、
前記第一の層と前記第二の層とが交互に複数設けられている
ことを特徴とする摺動材。
【請求項５】
請求項４において、
隣り合う前記第二の層の間に介在する前記第一の層が、フッ素を含有しないダイヤモンド・ライク・カーボンからなる中間部を積層方向中央部分に有している
ことを特徴とする摺動材。
【請求項６】
請求項１、請求項２、請求項４のいずれかにおいて、
前記第一の層のフッ素含有量が、炭素に対する割合で０．５〜２．０原子%である
ことを特徴とする摺動材。
【請求項７】
請求項３又は請求項５において、
前記第一の層のフッ素含有量が、炭素に対する割合で１０．０原子%以下である
ことを特徴とする摺動材。
【請求項８】
請求項１から請求項５のいずれかにおいて、
フッ素含有ポリマー・ライク・カーボンからなるときの前記第二の層のフッ素含有量が、炭素に対する割合で０．５〜２０．０原子%である
ことを特徴とする摺動材。
【請求項９】
請求項１から請求項５のいずれかにおいて、
フッ素含有グラッシー・カーボンからなるときの前記第二の層のフッ素含有量が、炭素に対する割合で０．５〜１０．０原子%である
ことを特徴とする摺動材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大気中及び真空中の両方で十分な摩擦特性を発現し得る摺動材に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダイヤモンド・ライク・カーボン（ＤＬＣ）は、摺動材として優れた摩擦特性を発現する材料であるものの、宇宙空間等のような真空環境においては十分に満足できる摩擦特性を発現し得なかった（下記特許文献１〜３等参照）。このため、宇宙空間等の真空環境においては、二硫化モリブデン（ＭｏＳ2）が摺動材として使用されている。
【０００３】
しかしながら、二硫化モリブデンからなる摺動材は、大気中、特に高湿度雰囲気に曝されると摩擦特性が著しく低下してしまう。このため、宇宙空間等の真空環境へ移動する前の打ち上げの際のような大気雰囲気中に二硫化モリブデンからなる摺動材が曝されてしまうときには、当該摺動材を乾燥窒素雰囲気中にシールするようにしている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−００３２６２号公報
【特許文献２】特開２００２−０２０８６９号公報
【特許文献３】特開２００３−２５４３４１号公報
【非特許文献１】材料技術研究協会  表面改質技術総覧編集委員会編，「実用  表面改質技術総覧」，初版，株式会社産業技術サービスセンター，１９９３年３月２５日
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述したように、二硫化モリブデンからなる摺動材が大気雰囲気中に曝されてしまうときには、当該摺動材を乾燥窒素雰囲気中にシールする必要があるため、二硫化モリブデンからなる摺動材は、その管理に手間やコストが非常にかかっていた。
【０００６】
このようなことから、本発明は、大気中及び真空中の両方で十分な摩擦特性を発現し得る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】
前述した課題を解決するための、第一番目の発明に係る摺動材は、基材上に設けられる摺動材であって、フッ素含有ダイヤモンド・ライク・カーボンからなる第一の層と、前記第一の層上に設けられてフッ素含有ポリマー・ライク・カーボン又はフッ素含有グラッシー・カーボンからなる第二の層とを備えていることを特徴とする。
【０００８】
第二番目の発明に係る摺動材は、第一番目の発明において、前記第一の層と前記基材との間に位置するように当該基材上に設けられてフッ素を含有しないダイヤモンド・ライク・カーボンからなる基礎層を備えていることを特徴とする。
【０００９】
第三番目の発明に係る摺動材は、第一番目又は第二番目の発明において、前記第二の層と接する前記第一の層が、当該第二の層側ほどフッ素含有量を増加させた傾斜組成を有していることを特徴とする。
【００１０】
第四番目の発明に係る摺動材は、第一番目から第三番目の発明のいずれかにおいて、前記第一の層と前記第二の層とが交互に複数設けられていることを特徴とする。
【００１１】
第五番目の発明に係る摺動材は、第四番目の発明において、隣り合う前記第二の層の間に介在する前記第一の層が、フッ素を含有しないダイヤモンド・ライク・カーボンからなる中間部を積層方向中央部分に有していることを特徴とする。
【００１２】
第六番目の発明に係る摺動材は、第一番目、第二番目、第四番目の発明のいずれかにおいて、前記第一の層のフッ素含有量が、炭素に対する割合で０．５〜２．０原子%であることを特徴とする。
【００１３】
第七番目の発明に係る摺動材は、第三番目又は第五番目の発明において、前記第一の層のフッ素含有量が、炭素に対する割合で１０．０原子%以下であることを特徴とする。
【００１４】
第八番目の発明に係る摺動材は、第一番目から第五番目の発明のいずれかにおいて、フッ素含有ポリマー・ライク・カーボンからなるときの前記第二の層のフッ素含有量が、炭素に対する割合で０．５〜２０．０原子%であることを特徴とする。
【００１５】
第九番目の発明に係る摺動材は、第一番目から第五番目の発明のいずれかにおいて、フッ素含有グラッシー・カーボンからなるときの前記第二の層のフッ素含有量が、炭素に対する割合で０．５〜１０．０原子%であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る摺動材によれば、第一の層がフッ素含有ダイヤモンド・ライク・カーボンからなるので、大気中だけでなく真空中でも高い摩擦特性を発現することができると共に、フッ素含有ポリマー・ライク・カーボン又はフッ素含有グラッシー・カーボンからなる第二の層が第一の層上に設けられているので、表面側から衝撃が加わったときに表面側が比較的容易に欠損して内部側へのダメージを抑制することができる。このため、大気中及び真空中の両方で十分な摩擦特性を発現し得ると共に、耐久性（寿命性）を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明に係る摺動材の実施形態を図面に基づいて以下に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【００１８】
［摺動材］
〈第一番目の実施形態〉
本発明に係る摺動材の第一番目の実施形態を図１に基づいて以下に説明する。図１は、摺動材の概略構成図である。
【００１９】
本実施形態に係る摺動材は、図１に示すように、基材１００上に設けられる摺動材１１０であって、フッ素含有ダイヤモンド・ライク・カーボン（Ｆ−ＤＬＣ）からなる第一の層１１１と、第一の層１１１上に設けられてフッ素含有ポリマー・ライク・カーボン（Ｆ−ＰＬＣ）からなる第二の層１１２とを備えると共に、第一の層１１１と基材１００との間に位置するように当該基材１００上に設けられてフッ素を含有しないダイヤモンド・ライク・カーボン（ＤＬＣ）からなる基礎層１１３を備えている。
【００２０】
前記第一の層（Ｆ−ＤＬＣ）１１１は、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おいて、メタン，アセチレン等（気体）や、グラファイト等（固体）を炭素源に用いると共に、ＣＦ4，Ｃ2Ｆ6等をフッ素源に用い、印加電圧を、直流の場合で−１００〜１０００Ｖ、パルスの場合で−１〜−２０ｋＶ（パルス電圧を全成膜時間で均したときに、直流の場合の成膜条件に相当するｄｕｔｙ比での値）とし、成膜温度を３００℃未満とすることにより、容易に形成することができる。
【００２１】
このようにして形成される第一の層（Ｆ−ＤＬＣ）１１１は、ラマン分光分析により、Ｄ−バンド及びＧ−バンドのピークが確認されると共に、光電子分光分析により、炭素とフッ素との結合が確認され、さらに、硬度が１０〜３０ＧＰａと高いことから、ＤＬＣ構造をベースにフッ素を含有した構造を有していると推定される。このような第一の層（Ｆ−ＤＬＣ）１１１においては、フッ素を含有しないＤＬＣよりも、撥水性が高い、すなわち、表面エネルギが低いので、大気中だけでなく真空中でも高い摩擦特性を発現することができるようになる。
【００２２】
前記第二の層（Ｆ−ＰＬＣ）１１２は、上記第一の層（Ｆ−ＤＬＣ）１１１の場合と同様に、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おいて、メタン，アセチレン等（気体）や、グラファイト等（固体）を炭素源に用いると共に、ＣＦ4，Ｃ2Ｆ6等をフッ素源に用い、印加電圧を、直流の場合で−１００Ｖ未満、パルスの場合で−２０ｋＶ未満（パルス電圧を全成膜時間で均したときに、直流の場合の成膜条件に相当するｄｕｔｙ比での値）とし、成膜温度を３００℃未満とする、すなわち、第一の層（Ｆ−ＤＬＣ）１１１を成膜するときの印加電圧を変更することにより、容易に形成することができる。
【００２３】
このようにして形成される第二の層（Ｆ−ＰＬＣ）１１２は、その詳細な構造が明らかではないが、ラマン分光分析によりピークが確認できないと共に、硬度が２〜１０Ｇｐａと低いことから、フッ素原子が結合するポリマーに近似した構造を有していると推定される。このような第二の層（Ｆ−ＰＬＣ）１１２においては、第一の層（Ｆ−ＤＬＣ）１１１よりも、硬度が２〜１０Ｇｐａと低いため、衝撃に対する緩衝性（自己損壊によるバッファ機能）が発現される。
【００２４】
前記基礎層（ＤＬＣ）１１３は、上記第一，二の層１１１，１１２の場合と同様に、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おいて、メタン，アセチレン等（気体）や、グラファイト等（固体）を炭素源に用い、印加電圧を、直流の場合で−１００〜−１０００Ｖ、パルスの場合で−１〜−２０ｋＶ（パルス電圧を全成膜時間で均したときに、直流の場合の成膜条件に相当するｄｕｔｙ比での値）とし、成膜温度を３００℃未満とする、すなわち、第一の層（Ｆ−ＤＬＣ）１１１を成膜するときのフッ素源を省略することにより、容易に形成することができる。
【００２５】
このようにして形成される基礎層（ＤＬＣ）１１３は、ラマン分光分析により、Ｄ−バンド及びＧ−バンドのピークが確認されると共に、硬度が１０〜８０Ｇｐａと非常に高いことから、ダイヤモンドに近似した構造を有していると推定される。このような基礎層（ＤＬＣ）１１１においては、基材１００及び第一の層（Ｆ−ＤＬＣ）１１１の両者に対して結合力が高いので、第一の層（Ｆ−ＤＬＣ）１１１を基材１００に確実に結合させるバインダとしての機能が発現される。
【００２６】
このような本実施形態に係る摺動材１１０においては、第一の層１１１がＦ−ＤＬＣからなるので、大気中だけでなく真空中でも高い摩擦特性を発現することができると共に、Ｆ−ＰＬＣからなる第二の層１１２が第一の層１１１上に設けられているので、表面側から衝撃が加わったときに表面側が比較的容易に欠損して内部側へのダメージを抑制することができる。
【００２７】
したがって、本実施形態に係る摺動材１１０によれば、大気中及び真空中の両方で十分な摩擦特性を発現し得ると共に、耐久性（寿命性）を高めることができるので、二硫化モリブデンからなる摺動材のように乾燥窒素雰囲気中にシールする必要がなく、その管理にかかる手間やコストを大幅に削減することができる。
【００２８】
また、第一の層（Ｆ−ＤＬＣ）１１１と基材１００との間に位置するように当該基材１００上に基礎層（ＤＬＣ）１１３を設けたので、第一の層（Ｆ−ＤＬＣ）１１１を基材１００に確実に結合させることができ、基材１００から剥離してしまうことを大幅に抑制することができる。
【００２９】
なお、第一の層（Ｆ−ＤＬＣ）１１１のフッ素含有量は、炭素に対する割合で０．５〜２．０原子%であると好ましい。なぜなら、０．５原子％未満であると、大気中及び真空中の両方で十分な摩擦特性を発現することが難しくなってしまい、２．０原子%を超えると、内部応力が高くなって剥離を生じやすくなってしまうからである。
【００３０】
また、第二の層（Ｆ−ＰＬＣ）１１２のフッ素含有量は、炭素に対する割合で０．５〜２０．０原子%であると好ましい。なぜなら、０．５原子％未満であると、大気中及び真空中の両方で十分な摩擦特性を発現することが難しくなってしまい、２０．０原子%を超えると、剥離を生じやすくなってしまうからである。
【００３１】
〈第二番目の実施形態〉
本発明に係る摺動材の第二番目の実施形態を図２に基づいて以下に説明する。図２は、摺動材の概略構成図である。なお、前述した第一番目の実施形態と同様な部分については、前述した第一番目の実施形態の説明で用いた符号と同一の符号を用いることにより、前述した第一番目の実施形態での説明と重複する説明を省略する。
【００３２】
本実施形態に係る摺動材は、図２に示すように、基材１００上に設けられる摺動材１２０であって、Ｆ−ＤＬＣからなる第一の層１２１と、第一の層１２１上に設けられてＦ−ＰＬＣからなる第二の層１１２とを備えると共に、第一の層１２１と基材１００との間に位置するように当該基材１００上に設けられてＤＬＣからなる基礎層１１３を備え、第二の層１１２と接する第一の層１２１が、第二の層１１２側ほどフッ素含有量を増加させた傾斜組成を有しているものである。
【００３３】
前記第一の層（Ｆ−ＤＬＣ）１２１は、前述した第一番目の実施形態の第一の層（Ｆ−ＤＬＣ）１１１の場合と同様に、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おいて、メタン，アセチレン等（気体）や、グラファイト等（固体）を炭素源に用いると共に、ＣＦ4，Ｃ2Ｆ6等をフッ素源に用い、印加電圧を、直流の場合で−１００〜１０００Ｖ、パルスの場合で−１〜−２０ｋＶ（パルス電圧を全成膜時間で均したときに、直流の場合の成膜条件に相当するｄｕｔｙ比での値）とし、成膜温度を３００℃未満とし、さらに、第二の層（Ｆ−ＰＬＣ）１１２側ほどフッ素含有量を増加させるように、フッ素源の供給量を徐々に増加させる（例えば、当初（基礎層１１３側）のフッ素の供給量を０とし、最終（第二の層１１２側）のフッ素の供給量を１０．０原子％とする）ことにより、容易に形成することができる。
【００３４】
つまり、本実施形態に係る摺動材１２０は、前述した第一番目の実施形態に係る摺動材１１０のフッ素含有量が均一な第一の層（Ｆ−ＤＬＣ）１１１を、第二の層（Ｆ−ＰＬＣ）１１２側ほどフッ素含有量を増加させた傾斜組成を有する第一の層（Ｆ−ＤＬＣ）１２１に代えたものなのである。
【００３５】
このような第一の層（Ｆ−ＤＬＣ）１２１においては、基礎層（ＤＬＣ）１１３側ほどフッ素含有量が少なく、第二の層（Ｆ−ＰＬＣ）１１２側ほどフッ素含有量が増加する傾斜組成を有していることから、基礎層（ＤＬＣ）１１３及び第二の層（Ｆ−ＰＬＣ）１１２に対する界面組成を近似させることができるので、前述した第一番目の実施形態の場合よりも、基礎層（ＤＬＣ）１１３に対する結合性をさらに高めることができると共に、フッ素含有に伴う積層方向の結晶歪みを緩和することができるので、前述した第一番目の実施形態の場合よりも、膜厚を厚くすることや、第二の層（Ｆ−ＰＬＣ）１１２側のフッ素含有量を増やすことが可能となる。
【００３６】
したがって、本実施形態に係る摺動材１２０によれば、前述した第一番目の実施形態の場合と同様な効果を得ることができるのはもちろんのこと、前述した第一番目の実施形態の場合よりも、摩擦特性及び耐久性（寿命性）をさらに高めることができる。
【００３７】
なお、第一の層（Ｆ−ＤＬＣ）１２１のフッ素含有量は、炭素に対する割合で１０．０原子%までの傾斜組成であると好ましい。なぜなら、１０．０原子%を超えると、内部応力が高くなって剥離を生じやすくなってしまうからである。
【００３８】
〈第三番目の実施形態〉
本発明に係る摺動材の第三番目の実施形態を図３に基づいて以下に説明する。図３は、摺動材の概略構成図である。なお、前述した第一，二番目の実施形態と同様な部分については、前述した第一，二番目の実施形態の説明で用いた符号と同一の符号を用いることにより、前述した第一，二番目の実施形態での説明と重複する説明を省略する。
【００３９】
本実施形態に係る摺動材は、図３に示すように、基材１００上に設けられる摺動材１３０であって、Ｆ−ＤＬＣからなる第一の層１１１と、第一の層１１１上に設けられてＦ−ＰＬＣからなる第二の層１１２とを備えると共に、第一の層１１１と基材１００との間に位置するように当該基材１００上に設けられてＤＬＣからなる基礎層１１３を備え、第一の層１１１と第二の層１１２とを交互に複数（本実施形態では２層ずつ）設けたものである。
【００４０】
つまり、本実施形態に係る摺動材１３０は、前述した第一番目の実施形態に係る摺動材１１０の第一の層（Ｆ−ＤＬＣ）１１１及び第二の層（Ｆ−ＰＬＣ）１１２を交互に複数積層したものなのである。
【００４１】
このような本実施形態に係る摺動材１３０においては、第一の層（Ｆ−ＤＬＣ）１１１と第二の層（Ｆ−ＰＬＣ）１１２とを交互に複数積層しているので、前述した第一番目の実施形態の場合よりも厚膜化を図ることが容易にできると共に、衝撃に対する緩衝性（自己損壊によるバッファ機能）を有する第二の層（Ｆ−ＰＬＣ）１１２を表面だけでなく内部にも介在させることができる。
【００４２】
したがって、本実施形態に係る摺動材１３０によれば、前述した第一番目の実施形態の場合と同様な効果を得ることができるのはもちろんのこと、前述した第一番目の実施形態の場合よりも、摩擦特性及び耐久性（寿命性）をさらに高めることができる。
【００４３】
〈第四番目の実施形態〉
本発明に係る摺動材の第四番目の実施形態を図４に基づいて以下に説明する。図４は、摺動材の概略構成図である。なお、前述した第一〜三番目の実施形態と同様な部分については、前述した第一〜三番目の実施形態の説明で用いた符号と同一の符号を用いることにより、前述した第一〜三番目の実施形態での説明と重複する説明を省略する。
【００４４】
本実施形態に係る摺動材は、図４に示すように、基材１００上に設けられる摺動材１４０であって、Ｆ−ＤＬＣからなる第一の層１２１，１４１と、第一の層１２１，１４１上に設けられてＦ−ＰＬＣからなる第二の層１１２とを備えると共に、第一の層１２１と基材１００との間に位置するように当該基材１００上に設けられてＤＬＣからなる基礎層１１３を備え、第一の層１２１，１４１と第二の層１１２とを交互に複数（本実施形態では２層ずつ）設け、第二の層１１２と接する第一の層１２１，１４１が、当該第二の層１１２側ほどフッ素含有量を増加させた傾斜組成を有しているものである。
【００４５】
隣り合う第二の層１１２の間に介在する前記第一の層（Ｆ−ＤＬＣ）１４１は、前述した第二番目の実施形態の第一の層（Ｆ−ＤＬＣ）１２１の場合と同様に、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おいて、メタン，アセチレン等（気体）や、グラファイト等（固体）を炭素源に用いると共に、ＣＦ4，Ｃ2Ｆ6等をフッ素源に用い、印加電圧を、直流の場合で−１００〜１０００Ｖ、パルスの場合で−１〜−２０ｋＶ（パルス電圧を全成膜時間で均したときに、直流の場合の成膜条件に相当するｄｕｔｙ比での値）とし、成膜温度を３００℃未満とし、さらに、第二の層（Ｆ−ＰＬＣ）１１２側ほどフッ素含有量を増加させるように、フッ素源の供給量を徐々に減少させた後に徐々に増加させる（例えば、当初（先に積層されている第二の層１１２側）のフッ素の供給量を１０．０原子量％として積層方向中程で０．５原子％となるように徐々に減少させて第一の傾斜組成部１４１ａを形成したら、最終（次に積層する第二の層１１２側）のフッ素の供給量を再び１０．０原子量％とするように徐々に増加させて第二の傾斜組成部１４１ｂを形成する）ことにより、容易に形成することができる。
【００４６】
つまり、本実施形態に係る摺動材１４０は、前述した第三番目の実施形態に係る摺動材１３０の複数積層している第一の層（Ｆ−ＤＬＣ）１１１を、第二の層（Ｆ−ＰＬＣ）１１２側ほどフッ素含有量を増加させた傾斜組成を有する第一の層（Ｆ−ＤＬＣ）１２１，１４１に代えたものなのである。
【００４７】
このような第一の層（Ｆ−ＤＬＣ）１４１においては、第二の層（Ｆ−ＰＬＣ）１１２側ほどフッ素含有量が増加する前記傾斜組成部１４１ａ，１４１ｂを有していることから、フッ素含有に伴う積層方向の結晶歪みを緩和することができるので、前述した第三番目の実施形態の場合よりも、膜厚を厚くすることや、第二の層（Ｆ−ＰＬＣ）１１２側（積層方向両端側）のフッ素含有量を増やすことが可能となる。
【００４８】
したがって、本実施形態に係る摺動材１４０によれば、前述した第三番目の実施形態の場合と同様な効果を得ることができるのはもちろんのこと、前述した第三番目の実施形態の場合よりも、摩擦特性及び耐久性（寿命性）をさらに高めることができる。
【００４９】
なお、第一の層（Ｆ−ＤＬＣ）１４１のフッ素含有量は、炭素に対する割合で０．５〜１０．０原子%の範囲の傾斜組成であると好ましい。なぜなら、０．５原子％未満になると、フッ素を含有させる効果が生じなくなってしまい、１０．０原子%を超えると、内部応力が高くなって剥離を生じやすくなってしまうからである。
【００５０】
〈第五番目の実施形態〉
本発明に係る摺動材の第五番目の実施形態を図５に基づいて以下に説明する。図５は、摺動材の概略構成図である。なお、前述した第一〜四番目の実施形態と同様な部分については、前述した第一〜四番目の実施形態の説明で用いた符号と同一の符号を用いることにより、前述した第一〜四番目の実施形態での説明と重複する説明を省略する。
【００５１】
本実施形態に係る摺動材は、図５に示すように、基材１００上に設けられる摺動材１５０であって、Ｆ−ＤＬＣからなる第一の層１２１，１５１と、第一の層１２１，１５１上に設けられてＦ−ＰＬＣからなる第二の層１１２とを備えると共に、第一の層１２１と基材１００との間に位置するように当該基材１００上に設けられてＤＬＣからなる基礎層１１３を備え、第一の層１２１，１５１と第二の層１１２とを交互に複数（本実施形態では２層ずつ）設け、第二の層１１２と接する第一の層１２１，１５１が、当該第二の層１１２側ほどフッ素含有量を増加させた傾斜組成を有すると共に、隣り合う第二の層１１２の間に介在する第一の層１５１が、フッ素を含有しないＤＬＣからなる中間部１５１ｃを積層方向中央部分に有しているものである。
【００５２】
隣り合う第二の層１１２の間に介在する前記第一の層（Ｆ−ＤＬＣ）１５１は、前述した第四番目の実施形態の第一の層（Ｆ−ＤＬＣ）１４１の場合と同様に、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おいて、メタン，アセチレン等（気体）や、グラファイト等（固体）を炭素源に用いると共に、ＣＦ4，Ｃ2Ｆ6等をフッ素源に用い、印加電圧を、直流の場合で−１００〜１０００Ｖ、パルスの場合で−１〜−２０ｋＶ（パルス電圧を全成膜時間で均したときに、直流の場合の成膜条件に相当するｄｕｔｙ比での値）とし、成膜温度を３００℃未満とし、さらに、第二の層（Ｆ−ＰＬＣ）１１２側ほどフッ素含有量を増加させるように、フッ素源の供給量を徐々に減少させて０とした後、しばらくしてから徐々に増加させる（例えば、当初（先に積層されている第二の層１１２側）のフッ素の供給量を１０．０原子量％として０となるように徐々に減少させて第一の傾斜組成部１５１ａを形成した後、そのままの状態でしばらく成膜して中間部１５１ｃを形成したら、最終（次に積層する第二の層１１２側）のフッ素の供給量を再び１０．０原子量％とするように０から徐々に増加させて第二の傾斜組成部１５１ｂを形成する）ことにより、容易に形成することができる。
【００５３】
つまり、本実施形態に係る摺動材１５０は、前述した第四番目の実施形態に係る摺動材１４０の隣り合う第二の層１１２の間に介在する第一の層（Ｆ−ＤＬＣ）１４１を、フッ素を含有しないＤＬＣからなる中間部１５１ｃを有する第一の層（Ｆ−ＤＬＣ）１５１に代えたものなのである。
【００５４】
このような第一の層（Ｆ−ＤＬＣ）１５１においては、フッ素を含有しないＤＬＣからなる中間部１５１ｃを有していることから、前述した第三番目の実施形態の場合よりも、膜厚をさらに厚くすることが可能となる。
【００５５】
したがって、本実施形態に係る摺動材１５０によれば、前述した第四番目の実施形態の場合と同様な効果を得ることができるのはもちろんのこと、前述した第四番目の実施形態の場合よりも、全体の厚さを厚くすることが容易にできる。
【００５６】
なお、第一の層（Ｆ−ＤＬＣ）１５１の前記傾斜組成部１５１ａ，１５１ｂのフッ素含有量は、炭素に対する割合で１０．０原子%までの傾斜組成であると好ましい。なぜなら、１０．０原子%を超えると、内部応力が高くなって剥離を生じやすくなってしまうからである。
【００５７】
〈他の実施形態〉
なお、前述した第一〜五番目の実施形態では、Ｆ−ＰＬＣからなる第二の層１１２を適用した場合について説明したが、他の実施形態として、フッ素含有グラッシー・カーボン（Ｆ−ＧＣ）からなる第二の層を適用することも可能である。
【００５８】
このようなＦ−ＧＣからなる第二の層は、前述したＦ−ＰＬＣからなる第二の層（Ｆ−ＤＬＣ）１１２の場合と同様に、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おいて、メタン，アセチレン等（気体）や、グラファイト等（固体）を炭素源に用いると共に、ＣＦ4，Ｃ2Ｆ6等をフッ素源に用い、印加電圧を、直流の場合で−１００〜−１０００Ｖ、パルスの場合で−１〜−２０ｋＶ（パルス電圧を全成膜時間で均したときに、直流の場合の成膜条件に相当するｄｕｔｙ比での値）とし、成膜温度を５００℃未満とする、すなわち、第一の層（Ｆ−ＤＬＣ）１１１，１２１，１４１，１５１を成膜するときの成膜温度を変更することにより、容易に形成することができる。
【００５９】
このようにして形成される第二の層（Ｆ−ＧＣ）は、ラマン分光分析により、シャープなＤ−バンド及びＧ−バンドのピークが確認されると共に、光電子分光分析により、炭素とフッ素との結合が確認され、さらに、硬度が２〜１０Ｇｐａと低く、成膜温度が高いことから、フッ素原子が配位するグラファイトに近似した構造を有していると推定される。このような第二の層（Ｆ−ＧＣ）においては、前述したＦ−ＰＬＣからなる第二の層１１２の場合と同様に、硬度が２〜１０Ｇｐａと低いため、衝撃に対する緩衝性（自己損壊によるバッファ機能）を発現することができる。
【００６０】
なお、Ｆ−ＧＣからなる第二の層のフッ素含有量は、炭素に対する割合で０．５〜１０．０原子%であると好ましい。なぜなら、０．５原子％未満であると、大気中及び真空中の両方で十分な摩擦特性を発現することが難しくなってしまい、１０．０原子%を超えると、剥離を生じやすくなってしまうからである。
【００６１】
［製造装置］
〈第一番目の実施形態〉
次に、本発明に係る摺動材の製造装置の第一番目の実施形態（イオンビーム法）を図６に基づいて説明する。図６は、製造装置の概略構成図である。
【００６２】
図６に示すように、本実施形態に係る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。
【００６３】
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。ホルダー３は、摺動材１１０，１２０，１３０，１４０を形成する基材１００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、摺動材１１０，１２０，１３０，１４０を均一に成膜するために回転機構を備えても良い。
【００６４】
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１００に照射される。イオン源５としては、基材１００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。
【００６５】
本実施形態に係る摺動材の製造装置による摺動材の形成方法（イオンビーム法）は次のように行う。
【００６６】
先ず、真空容器１を１．５×１０-3Ｐａ以下に真空排気する。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する。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から供給する。
【００６７】
続いて、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に調整する。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１００に照射し、膜厚が１μｍの摺動材１１０，１２０，１３０，１４０を形成する。
【００６８】
〈第二番目の実施形態〉
本発明に係る摺動材の製造装置の第二番目の実施形態（プラズマイオン注入法）を図７に基づいて説明する。図７は、製造装置の概略構成図である。なお、前述した第一番目の実施形態と同様な部分については、前述した第一番目の実施形態の説明で用いた符号と同一の符号を用いることにより、前述した第一番目の実施形態での説明と重複する説明を省略する。
【００６９】
図７に示すように、本実施形態に係る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。
【００７０】
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。ホルダー３は、摺動材１１０，１２０，１３０，１４０を形成する基材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。
【００７１】
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。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１００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。
【００７２】
本実施形態に係る摺動材の製造装置による摺動材の形成方法（プラズマイオン注入法）は次のように行う。
【００７３】
まず、真空容器１を１．５×１０-3Ｐａ以下に真空排気する。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する。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より供給する。
【００７４】
続いて、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に調整する。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内へ導入する。
【００７５】
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を発生させる。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１００に、電圧−２ｋＶ，ｄｕｔｙ比１％のパルス電圧を印加することにより摺動材１１０，１２０，１３０，１４０を成膜する。
【００７６】
〈第三番目の実施形態〉
本発明に係る摺動材の製造装置の第三番目の実施形態（スパッタ法）を図８に基づいて説明する。図８は、製造装置の概略構成図である。なお、前述した第一，二番目の実施形態と同様な部分については、前述した第一，二番目の実施形態の説明で用いた符号と同一の符号を用いることにより、前述した第一，二番目の実施形態での説明と重複する説明を省略する。
【００７７】
図８に示すように、本実施形態に係る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。
【００７８】
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。基板電極２８は、摺動材１１０，１２０，１３０，１４０を形成する基材１００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１００が設置されている。
【００７９】
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。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。
【００８０】
本実施形態に係る摺動材の製造装置による摺動材の形成方法（スパッタ法）は次のように行う。
【００８１】
まず、真空容器１を２×１０-4Ｐａ以下に真空排気する。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する。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より供給する。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に調整する。
【００８２】
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材１００に堆積することにより、摺動材１１０，１２０，１３０，１４０が形成される。前述した実施形態の場合と同様に、膜厚を１μｍとした。
【００８３】
〈第四番目の実施形態〉
本発明に係る摺動材の製造装置の第四番目の実施形態（イオンプレーティング法：前記非特許文献１等参照）を図９に基づいて説明する。図９は、製造装置の概略構成図である。なお、前述した第一〜三番目の実施形態と同様な部分については、前述した第一〜三番目の実施形態の説明で用いた符号と同一の符号を用いることにより、前述した第一〜三番目の実施形態での説明と重複する説明を省略する。
【００８４】
図９に示すように、本実施形態に係る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。
【００８５】
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中に置かれた基材１００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、緻密な摺動材１１０，１２０，１３０，１４０が基材１００上に密着性良く形成される。
【実施例】
【００８６】
本発明に係る摺動材の効果を確認するために行った試験例を以下に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００８７】
［試験体の作製］
〈試験体１〉
前述した第一番目の実施形態に基づいて試験体１を作製した。
〈試験体２〉
前述した第二番目の実施形態に基づいて試験体２を作製した。
〈試験体３〉
前述した第三番目の実施形態に基づいて試験体３を作製した。
〈試験体４〉
前述した第四番目の実施形態に基づいて試験体４を作製した。
〈試験体５〉
前述した第五番目の実施形態に基づいて試験体５を作製した。
〈試験体６〉
前述した第一番目の実施形態におけるＦ−ＰＬＣからなる第二の層を、Ｆ−ＧＣからなる第二の層に変えて試験体６を作製した。
【００８８】
［試験方法（往復動摩擦試験）］
大気中及び真空中（５×１０-4Ｐａ以下）の室温下において、上記試験体１〜６とボール（材質：ＳＵＳ３０４、直径：４．７mm）とを荷重（２N）を加えた状態で当接させて往復動（速度：６０サイクル／分）させることにより試験体１〜６を摩耗させ、その摩耗量から耐久性（比較体（基材にＤＬＣのみを設けた摺動材）との相対値）をそれぞれ求めた。
【００８９】
［試験結果］
試験結果を下記の表１に示す。表１からわかるように、試験体１〜６は、大気中における耐久性が、比較体とほぼ同程度の性能を示す一方、真空中における耐久性が、比較体よりも非常に優れた性能（約２〜４倍）を示すことが確認された。
【００９０】
【表１】
2007023331.tif 000003
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本発明に係る摺動材は、大気中及び真空中の両方で十分な摩擦特性を発現し得るので、航空宇宙事業等において、極めて有益に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明に係る摺動材の第一番目の実施形態の概略構成図である。
【図２】本発明に係る摺動材の第二番目の実施形態の概略構成図である。
【図３】本発明に係る摺動材の第三番目の実施形態の概略構成図である。
【図４】本発明に係る摺動材の第四番目の実施形態の概略構成図である。
【図５】本発明に係る摺動材の第五番目の実施形態の概略構成図である。
【図６】本発明に係る摺動材を製造するために使用する装置の第一番目の実施形態の概略構成図である。
【図７】本発明に係る摺動材を製造するために使用する装置の第二番目の実施形態の概略構成図である。
【図８】本発明に係る摺動材を製造するために使用する装置の第三番目の実施形態の概略構成図である。
【図９】本発明に係る摺動材を製造するために使用する装置の第四番目の実施形態の概略構成図である。
【符号の説明】
【００９３】
１００  基材
１１０  摺動材
１１１  第一の層（Ｆ−ＤＬＣ）
１１２  第二の層（Ｆ−ＰＬＣ）
１１３  基礎層（ＤＬＣ）
１２０  摺動材
１２１  第一の層（Ｆ−ＤＬＣ）
１３０  摺動材
１４０  摺動材
１４１  第一の層（Ｆ−ＤＬＣ）
１４１ａ  第一の傾斜組成部
１４１ｂ  第二の傾斜組成部
１５０  摺動材
１５１  第一の層（Ｆ−ＤＬＣ）
１５１ａ  第一の傾斜組成部
１５１ｂ  第二の傾斜組成部
１５１ｃ  中間部
【図１】
2007023331.tif 000004
【図２】
2007023331.tif 000005
【図３】
2007023331.tif 000006
【図４】
2007023331.tif 000007
【図５】
2007023331.tif 000008
【図６】
2007023331.tif 000009
【図７】
2007023331.tif 000010
【図８】
2007023331.tif 000011
【図９】
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