(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外界と独立にその圧力を制御できる密封容器内において、負電位に保持した支持台上に設置された、遷移金属元素より選ばれた少なくとも１種の元素を含有する金属材料または合金材料からなる母材を、ヨウ化水素を含むガスのプラズマに曝すことにより、摩擦係数が０．４以下の皮膜を形成する工程を有する摺動部材の製造方法。
【請求項２】
前記母材が冶金によって形成されたものである請求項１に記載の摺動部材の製造方法。
【請求項３】
外界と独立にその圧力を制御できる密封容器内において、負電位に保持した支持台上に設置された、遷移金属元素より選ばれた少なくとも１種の元素を含有する金属材料または合金材料からなる薄膜を表面に有する母材を、ヨウ化水素を含むガスのプラズマに曝すことにより、摩擦係数が０．４以下の皮膜を形成する工程を有する摺動部材の製造方法。
【請求項４】
前記薄膜がメッキまたは気相蒸着法によって形成されたものである請求項３に記載の摺動部材の製造方法。
【請求項５】
前記密封容器内の制御圧力範囲が０．５〜１０１，３２５Paの範囲である請求項１〜４のいずれかに記載の摺動部材の製造方法。
【請求項６】
前記摩擦係数が０．４以下の皮膜が、ヨウ素化された金属化合物を含有する請求項１〜５のいずれかに記載の摺動部材の製造方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の方法により製造した摺動部材。
【請求項８】
外界と独立にその圧力を制御できる密封容器内において、負電位に保持した支持台上に設置された、遷移金属元素より選ばれた少なくとも１種の元素を含有する金属材料または合金材料を、ヨウ化水素を含むガスのプラズマに曝すことにより、摩擦係数が０．４以下の皮膜を形成する工程を有する摺動部材の製造方法。
【請求項９】
前記密封容器内の制御圧力範囲が０．５〜１０１，３２５Paの範囲である請求項８に記載のヨウ素化された金属化合物を形成する方法。
【請求項１０】
外界と独立にその圧力を制御できる密封容器内において、負電位に保持した支持台上に設置された、遷移金属元素より選ばれた少なくとも１種の元素を含有する金属材料または合金材料を、ヨウ化水素を含むガスのプラズマに曝すことにより形成した摩擦係数が０．４以下のヨウ素化された金属化合物。
【請求項１１】
前記密封容器内の制御圧力範囲が０．５〜１０１，３２５Paの範囲である請求項１０に記載のヨウ素化された金属化合物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、摺動部材、および、その製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、摺動部材には、低摩擦特性を有する部材が用いられている。摺動部材とは、一般に、軸受特性を主とする低摩擦摺り性、耐焼付性、耐摩耗性等の諸性能を有する軸受、スラストワッシャー、その他の類似物を構成する部材を総称するものである。このような摺動部材は、低い摩擦特性を長期にわたって維持する必要がある。
【０００３】
また、工作機械には、工具や被削材を例えば前後、左右、上下等の任意の方向に動かすために、すべり案内面などの摺動面が存在する。すべり案内面の摺動運動を円滑に行うことは、工作機械の長寿命化、加工物精度の向上およびランニングコストの低減に大きく貢献する。本明細書においては、このような摺動面を有する部材も含めて摺動部材という。
【０００４】
摺動部材として好適な金属材料および合金材料、その作製方法については、これまでに多数の提案がなされている。さらには、潤滑性能や耐摩耗性能の向上を目的に、従来の金属材料や合金材料の表面に異なる金属材料または合金材料からなる被覆膜を設けることが提案されている。
【０００５】
例えば、特開平１−１９１７７１号公報には、開気孔をもつ（開気孔率３〜２０％）セラミックスからなる硬質被膜をプラズマ溶射によって金属部材の表面に形成し、モリブデン硫化物を分散した溶剤中に前記硬質被膜を略真空環境下で浸漬処理し、硬質被膜の開気孔にモリブデン硫化物を含浸させた後、焼付処理を行うことにより、金属部材の表面に耐磨耗低摩擦の被膜を形成する潤滑用被膜の形成方法が開示されている。また、同公報には、硬質被膜の開気孔に溶剤（モリブデン硫化物）を含浸させた後、硬質被膜の外表面に固体潤滑被膜を形成するためにエポキシ樹脂とともにモリブデン硫化物を分散した溶剤を均一に塗布し、その後、焼付処理を行うことが記載されている。
【０００６】
特開平１−１１９６８３号公報には、金属基材表面に基材よりも高硬度の中間層を形成し、その上に重ねて固体潤滑被膜を形成する固体潤滑被膜処理方法が開示されている。同公報には、中間層として、基材材質の炭化物、窒化物、酸化物、ホウ化物およびそれらの混合物のいずれか一つを含む金属などが記載されており、また、固体潤滑被膜として、二硫化モリブデンや二硫化タングステンなどが記載されている。
【０００７】
また、摺動部材として銅を用いるための方法も提案されている。
【０００８】
例えば、特開平１０−１８３３２７号公報には、母材（ピストンリング用鋳鉄材）摺動面に高速酸素火炎（ＨＶＯＦ）溶射により形成された、Ａｌが７〜１１重量％、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｎのうち１種もしくは２種以上が０．５〜８重量％、残部がＣｕである銅基合金摺動面材料から成る、摺動部材のなじみ性溶射被膜層が開示されている。同公報には、前記銅基合金摺動面材料はＭｏＳ2が２０重量％以下添加されたなじみ性溶射被膜層も開示されている。この発明は、銅メッキでは、これを施したピストンリングを高性能なディーゼルエンジンに使用した場合、銅メッキが柔らかすぎて、初期なじみが終了するまでに銅メッキが摩滅してしまうという問題などを解決するためになされたものである。同公報によれば、上記摺動部材のなじみ性溶射被膜層は、少なくとも初期なじみが終了するまで摩滅しない、つまり耐自己摩耗性に優れ、併せて耐相手攻撃性にも優れたものである。
【０００９】
さらに、潤滑性能や耐摩耗性能の向上を目的に、金属材料や合金材料にある種の元素を含浸などにより添加することが提案されている。これは、金属材料および合金材料そのものの改質を行うものであり、母材となる金属材料および合金材料そのものの形状などを有効に活用することができる。
【００１０】
例えば、特開２０００−５４１９４号公報には、Ｍｇ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｒｈ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ａｌ，Ｐｂ，該金属のいずれかを主体とする合金からなる群から選択された金属材料を基材とするものであって、該基材の酸化皮膜の微細孔もしくは微細凹凸にヨウ素もしくはヨウ素化合物が含浸されているヨウ素もしくはヨウ素化合物含浸金属材料基材の酸化皮膜構造、その形成方法および該皮膜構造を有する応用物品が開示されている。同公報には、基材の表面に酸化皮膜を形成する方法として、陽極酸化、薬品処理酸化、カチオン酸化、アニオン還元、エッチング溶解などが記載されており、また、ヨウ素化合物として、鎖式飽和炭化水素、鎖式不飽和炭化水素、環式化合物、芳香族化合物（複素環化合物を含む）の群から選択された有機化合物にヨウ素（Ｉ）の特性基が化合してなる有機化合物、金属にヨウ素（Ｉ）の特性基が化合してなる無機化合物（ＫＩ，ＺｎＩ2，ＳｎＩ2，ＣｄＩ2，ＦｅＩ2，ＮｉＩ2，ＣｒＩ3等）、ポリビニルピロリドンヨード等の複素化合物ポリマーなどが記載されている。同公報では、例えば、アルマイト（アルミニウム陽極酸化皮膜）を基材とし、これにポリビニルピロリドンヨードを種々の濃度と電着電圧を変えて電着している。そして、これらについて含油樹脂（ポリアセタール）軸受けを相手に耐摩耗試験を行っており、５時間後の軸受け摩耗量が、比較試料（四フッ化エチレン樹脂を含浸させた「タフラム」（三菱マテリアル（株）製商品名）、モリブデン硫化物を含浸させた「フジマイト」（（株）フジクラ製商品名））と比べて約３分の１に、アルマイト単独（電着なし）と比べて５分の１以下に低減したことが記載されている。
【００１１】
上記特開２０００−５４１９４号公報に記載されているように、基材の酸化皮膜の微細孔もしくは微細凹凸にヨウ素もしくはヨウ素化合物が含浸されている金属材料基材は耐摩耗性に優れている。しかし、同公報に記載のヨウ素もしくはヨウ素化合物含浸金属材料基材の酸化皮膜構造の形成方法は、湿式による方法、すなわち、金属を酸化することによって形成された微細孔もしくは微細な凹凸構造にヨウ素もしくはヨウ素化合物を含浸（電着など）させる方法である。この場合、実際上、用いることのできる金属材料および合金材料が制限されることになる。また、同公報に記載の方法は、陽極酸化を行うなど環境に対する悪影響が懸念される。
【００１２】
一方、イオンプレーティングなどの気相蒸着法により摺動面を形成する方法については、多数の提案がなされている。気相蒸着法を用いることにより、金属材料および合金材料の形状などに手を加えることなく、その表面に潤滑性能、耐摩耗性能を付与することができる。
【００１３】
例えば、特開平１０−２２７３６０号公報には、チタン、窒素および酸素の組成からなる皮膜を基体上にイオンプレーティングにより形成する方法、チタンの蒸気と窒素および酸素を混合した気相と基体を接触させることにより皮膜を基体上に形成する方法（ＰＶＤ法）が開示されている。
【００１４】
特開平６−２４８４２５号公報には、基材（ピストンリング母材）の表面に窒化クロムからなる皮膜をイオンプレーティング法により形成する方法、クロムの蒸気を窒素と反応させて窒化クロム皮膜を堆積させる方法（反応性イオンプレーティング）が開示されている。
【００１５】
特開平６−２９３９５４号公報には、ＰＶＤ法によりクロムおよび窒素を混合した気相と基材を接触させることにより、少なくともＣｒＮを含有する窒化クロム系の皮膜を基材の表面上に形成する方法が開示されている。
【００１６】
イオンプレーティングなど、気相での薄膜形成方法を用いると、厚み方向に薄膜の組成構造を変化させることにより、所望の特性を有する構造の薄膜を形成することができる。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、多くの金属材料、合金材料に適用することが可能であり、自由な構造を有する部材の製造が可能な乾式の方法を利用した、低摩擦係数を長期間にわたって安定的に維持できる摺動部材の容易な製造方法を提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、以下の本発明により達成できる。
【００１９】
（１）外界と独立にその圧力を制御できる密封容器内において、負電位に保持した支持台上に設置された、遷移金属元素より選ばれた少なくとも１種の元素を含有する金属材料または合金材料からなる母材を、ヨウ化水素を含むガスのプラズマに曝すことにより、摩擦係数が０．４以下の皮膜を形成する工程を有する摺動部材の製造方法。
【００２０】
（２）前記母材が冶金によって形成されたものである前記（１）の摺動部材の製造方法。
【００２１】
（３）外界と独立にその圧力を制御できる密封容器内において、負電位に保持した支持台上に設置された、遷移金属元素より選ばれた少なくとも１種の元素を含有する金属材料または合金材料からなる薄膜を表面に有する母材を、ヨウ化水素を含むガスのプラズマに曝すことにより、摩擦係数が０．４以下の皮膜を形成する工程を有する摺動部材の製造方法。
【００２２】
（４）前記薄膜がメッキまたは気相蒸着法によって形成されたものである前記（３）の摺動部材の製造方法。
【００２３】
（５）前記密封容器内の制御圧力範囲が０．５〜１０１，３２５Ｐａの範囲である前記（１）〜（４）のいずれかの摺動部材の製造方法。
【００２４】
（６）前記摩擦係数が０．４以下の皮膜が、ヨウ素化された金属化合物を含有する前記（１）〜（５）のいずれかの摺動部材の製造方法。
【００２５】
（７）前記（１）〜（６）のいずれかの方法により製造した摺動部材。
【００２６】
（８）外界と独立にその圧力を制御できる密封容器内において、負電位に保持した支持台上に設置された、遷移金属元素より選ばれた少なくとも１種の元素を含有する金属材料または合金材料を、ヨウ化水素を含むガスのプラズマに曝すことにより、摩擦係数が０．４以下のヨウ素化された金属化合物を形成する方法。
【００２７】
（９）前記密封容器内の制御圧力範囲が０．５〜１０１，３２５Ｐａの範囲である前記（８）のヨウ素化された金属化合物を形成する方法。
【００２８】
（１０）外界と独立にその圧力を制御できる密封容器内において、負電位に保持した支持台上に設置された、遷移金属元素より選ばれた少なくとも１種の元素を含有する金属材料または合金材料を、ヨウ化水素を含むガスのプラズマに曝すことにより形成した摩擦係数が０．４以下のヨウ素化された金属化合物。
【００２９】
（１１）前記密封容器内の制御圧力範囲が０．５〜１０１，３２５Ｐａの範囲である前記（１０）のヨウ素化された金属化合物。
【００３０】
なお、ここで、摺動部材とは、摺動面を有する部材をいう。本発明の摺動部材は、摩擦係数が０．４以下の摺動面を有するものである。
【００３１】
これまで、ヨウ化水素ガスは、主として、酸化物薄膜であるＩＴＯ（インジウム錫酸化物）や、化合物半導体であるインジウム燐などのエッチングに用いられていた。
【００３２】
本発明では、ヨウ化水素ガスを用いてプラズマを形成し、このヨウ化水素のプラズマに金属材料または合金材料を負電位に保持した支持台（電極）上に設置した状態、すなわち負電位状態で曝すことにより、その金属材料または合金材料中にヨウ素を導入して摩擦係数が０．４以下の低摩擦ヨウ素含有化合物（ヨウ素化された金属化合物、以後、ヨウ化金属化合物、ヨウ化物とも言う。）を形成する。このようにして得られるヨウ素含有化合物は、元の金属と比較してその摩擦係数が低減されており、実用に用いることのできる長期間、低摩擦係数を安定的に維持することができる。特に、銅のような摺動材料としてよく用いられるものに適用した場合、その摩擦係数を０．３程度にまで低減することができ、より良好な摺動特性が得られる。つまり、本発明により容易に得られる金属材料および合金材料は、実用上求められる０．４以下の低摩擦係数、さらには０．３程度の低摩擦係数を長期間にわたって持続することができ、摺動材料として十分な特性を有している。
【００３３】
しかも、本発明は、ヨウ化水素ガスを用いた乾式の方法により低摩擦ヨウ素含有化合物を形成するため、多くの金属材料、合金材料に適用することが可能である。すなわち、本発明はヨウ化水素をプラズマによって励起分解した形で金属材料または合金材料に導入してヨウ化物を形成しているため、非昇華性、非蒸発性の金属材料および合金材料に適用することが可能であり、幅広い形成方法が可能である。
【００３４】
さらに、本発明では、湿式処理においてよく用いられる有機溶剤等を用いる必要がなく、処理後の後工程で廃液処理等を行う必要が軽減され、環境面においても優れている。
【００３５】
【発明の実施の形態】
本発明において用いる金属材料および合金材料は、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、テクネチウム、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、カドミウム、ハフニウム、タンタル、タングステン、レニウム、オスミウム、イリジウム、白金、金などの遷移金属元素のいずれか１種以上の元素を含有するものである。本発明では、これらの金属元素１種からなる単体の金属材料を用いてもよいし、これらの金属元素２種以上を含有する合金材料を用いてもよい。また、これらの金属元素１種以上と、それ以外の元素、例えば、アルミニウム、ガリウム、インジウム、タリウムなどのIIIＡ族に属する典型金属元素、珪素、ゲルマニウム、錫、鉛などのIVA族に属する典型金属元素、炭素、窒素、酸素、燐、硫黄などの元素１種以上とを含有する合金材料を用いてもよい。
【００３６】
なお、上記の金属元素のうち、珪素は非金属元素であるが、本明細書においては、珪素も金属元素といい、珪素を含有するものも金属材料または合金材料という。
【００３７】
本発明において用いる金属材料および合金材料は、バルクの金属材料および合金材料であってもよく、基板上に形成した薄膜の金属材料および合金材料であってもよい。基板としては、例えば、別の金属材料または合金材料からなるものが挙げられる。
【００３８】
バルクの金属材料または合金材料を用いる場合、所望の形状に加工した後、金属材料または合金材料を負電位状態でヨウ化水素を含むガスのプラズマ中に曝すことにより、その表面に低摩擦のヨウ化物の皮膜を形成する。このようにして形成される本発明の摺動部材の概略断面図を図１に示す。図１に示す摺動部材は、金属材料または合金材料１１の表面に、ヨウ化された金属材料または合金材料からなる摩擦係数が０．４以下の皮膜１２を有している。
【００３９】
基板上に金属材料または合金材料の薄膜を形成する方法としては、メッキ法が一般的であるが、蒸着法など、その他の薄膜形成方法を用いることもできる。基板上に形成した薄膜の金属材料または合金材料を用いる場合、基板上の金属材料または合金材料の薄膜を負電位状態でヨウ化水素を含むガスのプラズマ中に曝すことにより、これを低摩擦のヨウ化物とする。このようにして形成される本発明の摺動部材の概略断面図を図２に示す。図２に示す摺動部材は、基板２１上に、ヨウ化された金属材料または合金材料の薄膜である摩擦係数が０．４以下の皮膜２２を有している。
【００４０】
また、基板上に形成した薄膜の金属材料または合金材料を用いる場合においても、薄膜全体をヨウ化物とするのではなく、金属材料または合金材料の表面に低摩擦のヨウ化物の皮膜を形成することもできる。
【００４１】
本発明において低摩擦ヨウ化金属化合物の形成に用いるガスは、ヨウ化水素ガスである。ヨウ化水素ガスは、ヨウ素を含有するガスとしては、入手しやすいガスである。プラズマ内に用いるガスは、ヨウ化水素ガス単独でもよいし、ヨウ化水素ガスと他のガスとの混合ガスでもよい。例えば、ヨウ化水素と、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン等の不活性ガスとを混合した混合ガスを用いることができる。また、場合によっては、ヨウ化水素と、酸素や窒素等のガスとを混合した混合ガスも用いることができる。
【００４２】
プラズマ内に用いるガスとしては、中でも、ヨウ化水素ガスと、質量の比較的重いアルゴン、クリプトン、キセノン等のガスとを混合した混合ガスを用いることが好ましい。このような混合ガスを用いることにより、プラズマ内で形成された正イオンは比較的大きな運動量を持って金属材料または合金材料に衝突するので、より効果的にヨウ素を金属材料または合金材料の表面下に導入することができる。
【００４３】
プラズマ内に用いるガス中のヨウ化水素ガスの含有率は１〜１００％が好ましく、その範囲から適宜決めることができる。
【００４４】
プラズマの形成は、公知のいずれの方法にしたがって行ってもよい。具体的なプラズマの形成方法については後述する。
【００４５】
本発明では、前述の通り、密封容器内において、金属材料または合金材料を、負電位に保持した支持台上に設置した状態で、ヨウ化水素を含むガスのプラズマに曝す。プラズマ内には、ヨウ化水素ガスによって形成されたヨウ素を含む正イオンが多く発生しており、この正イオンが負電位の金属材料または合金材料の表面に衝突し、あるものは打ち込まれ、あるものは表面に吸着した後に表面の元素と反応して結合を形成する。このようにして、金属材料または合金材料の表面にヨウ化物が形成される。
【００４６】
密封容器内の制御圧力範囲は適宜決めることができ、例えば、０．５〜１０１，３２５Ｐａとすることができる。
【００４７】
次に、本発明において好適に用いられる密封容器（プラズマ装置）について説明する。
【００４８】
図３〜６に、本発明において用いられる密封容器の一例の簡単な模式図を示す。図３は無極性プラズマを用いた密封容器、図４は極性プラズマを用いた密封容器、図５は直流プラズマ（ＤＣプラズマ）を用いた密封容器、図６は熱プラズマを用いた密封容器の簡単な模式図である。
【００４９】
まず、図３に示す、無極性プラズマを用いた密封容器について説明する。
【００５０】
無極性プラズマ型密封容器１ａは、高周波プラズマ形成部２ａ、誘電体板３ａ、基板（母材）１５ａを設置するための第２の電極４ａ、第２の電極に電力を投入するための電力発生設備５ａ、そして、ガスの供給口６ａ、ガスの排気装置７ａを備えている。ガスの排気装置７ａは、基本的に、圧力調整装置、真空ポンプ、排気ガス処理設備とから構成される。
【００５１】
ガスの排気装置７ａを構成する圧力調整装置は、密封容器１ａ内に取り付けられた真空計により計測した密封容器１ａ内の圧力から、密封容器１ａ内に一定の速度で供給されるヨウ化水素含有ガスとのバランスの中で、その開度を調節することにより、密封容器１ａ内の圧力を一定に保つための装置である。
【００５２】
ガスの排気装置７ａを構成する真空ポンプは、所望の密封容器１ａ内の圧力に応じて装置を選択すればよい。例えば、密封容器１ａ内の圧力を１０Ｐａ以下とする場合には、ターボ分子ポンプとドライポンプとの組み合わせにて真空排気を行うことができる。一方、密封容器１ａ内の圧力を１０Ｐａより高圧とする場合には、ドライポンプだけを用いて真空排気を行うことができる。いずれの場合においても、ヨウ化水素のポンプ内での腐蝕を防ぐ目的で、ケミカル対応のものを用いることが好ましい。
【００５３】
ガスの排気装置７ａを構成する排気ガス処理設備は、例えば、アルカリ水を循環させた簡易のスクラバーなどを設け、ヨウ化水素ガスおよびその分解生成物ガスを処理するものである。
【００５４】
無極性のプラズマを用いる場合、プラズマ電極自体は電位を有さないため、別に、負電位を有する第２の電極４ａを用意する必要がある。そして、ヨウ化水素のプラズマに曝す金属材料または合金材料は、この第２の電極４ａ上に設置される。
【００５５】
第２の電極４ａは、直流電源にて負電位を与えることができる。また、この負電位を有する第２の電極４ａは、相対的に負電位ということであって、常時、負の電位を保つ必要はない。つまり、第２の電極４ａは、高周波を印加した形式のものであってもよい。ただし、この場合には、プラズマ電極との高周波の同期を防ぐために、プラズマ電極に与える周波数とは異なる周波数を与えることが必要である。
【００５６】
基板（母材）１５ａを設置するための第２の電極４ａにて、負電位を形成するための高周波を印加する周波数は、１３．５６ＭＨｚのものがよく用いられる。周波数の上限は、通常、１００ＭＨｚである。また、交流電源として、６０Ｈｚ、もしくは５０Ｈｚのものを用いることもできる。すなわち、通常、５０Ｈｚ〜１００ＭＨｚの範囲内にある周波数が用いられる。
【００５７】
第２の電極に与える投入電力密度は、０．１Ｗ／ｃｍ2以上が好ましい。また、第２の電極に与える投入電力密度は、２Ｗ／ｃｍ2以下が好ましく、１Ｗ／ｃｍ2以下がさらに好ましい。
【００５８】
無極性のプラズマを形成するためのプラズマ電極に印加する周波数は、１ＭＨｚ以上であることが好ましい。また、周波数の上限としては、実用上、手に入る周波数として２．４５ＧＨｚのものが一般的である。
【００５９】
無極性のプラズマを形成するためのプラズマ電極に印加する電力は、１００Ｗ以上が好ましく、また、５ｋＷ以下が好ましい。
【００６０】
プラズマの形成方法にはいくつかの種類があり、銅コイルによってプラズマを形成する誘導結合型プラズマ装置が一般的である。また、表面波プラズマを用いてもよい。また、磁力線を利用した、ヘリコン波プラズマやＥＣＲを用いることもできる。
【００６１】
図３に示す、無極性プラズマを形成するための密封容器１ａの圧力操作範囲は、０．５〜２０Ｐａの範囲で適宜決めることができる。
【００６２】
次に、図４に示す、極性プラズマを用いた密封容器について説明する。
【００６３】
有極性型密封容器１ｂは、印加電極であり、かつ、基板（母材）１５ｂを設置するための電極４ｂ、印加電極に電力を投入するための電力発生設備５ｂ、アース接地されているアース電極８ｂ、そして、ガスの供給口６ｂ、ガスの排気装置７ｂを備えている。
【００６４】
ガスの排気装置７ｂは、基本的に、圧力調整装置、真空ポンプ、排気ガス処理設備とから構成される。これらの圧力調整装置、真空ポンプ、排気ガス処理設備は、図３と同様のものである。
【００６５】
図４に示す有極性型プラズマ装置は、２枚の平行平板型の電極によって構成されている点が、図３に示す無極性型プラズマ装置と異なっている。有極性型プラズマ装置の場合、ヨウ化水素のプラズマに曝す金属材料または合金材料は、印加電極４ｂ上に設置する。印加電極４ｂは、非平衡プラズマの原理により、自己バイアス電圧という負電位が形成されることになり、結果として、プラズマ内に発生した正イオン（ヨウ化水素ガスによって形成されたヨウ素を含む正イオン）の衝突を受けることになる。すなわち、運動エネルギーを有した元素（ヨウ素）が、金属材料または合金材料の表面に打ち込まれることになる。
【００６６】
電極に印加する周波数は、１３．５６ＭＨｚのものが一般的であるが、これに限定されるものではない。５０Ｈｚ〜１００ＭＨｚ程度の範囲内にある周波数を印加する装置とすることが可能である。
【００６７】
投入する電力については、装置の電極の大きさや形状に依存する部分が大きく、これらに応じて適宜決めればよい。投入する電力を印加電極の面積で除した投入電力密度により、ある程度、投入する電力について規定することが可能である。投入電力密度は、０．１Ｗ／ｃｍ2以上が好ましく、０．２Ｗ／ｃｍ2以上がさらに好ましい。また、投入電力密度は、３Ｗ／ｃｍ2以下が好ましく、１．５Ｗ／ｃｍ2以下がさらに好ましい。
【００６８】
図４に示す、極性プラズマを形成するための密封容器１ｂの圧力操作範囲は、２〜１０００Ｐａの範囲で適宜決めることができる。
【００６９】
次に、図５に示す、直流プラズマ（ＤＣプラズマ）を用いた密封容器について説明する。
【００７０】
直流プラズマを形成する密封容器１ｃは、その電極構成が直流電流を印加する印加電極であり、かつ、基板（母材）１５ｃを設置するための電極４ｃ、印加電極の電源９ｃ、アース接地されているアース電極８ｃ、そして、ガスの供給口６ｃ、ガスの排気装置７ｃを備えている。ガスの排気装置７ｃは、図３、４と同様のものである。
【００７１】
図５に示すプラズマ装置の構成は、図４に示す有極性型プラズマ装置と似ているが、印加電極の構成が直流電流を印加する点で異なる。
【００７２】
直流型プラズマに投入する電力密度は適宜決めることができ、０．１Ｗ／ｃｍ2以上が好ましく、また、１０Ｗ／ｃｍ2以下が好ましい。
【００７３】
図５に示す、直流プラズマを形成するための密封容器１ｃの圧力操作範囲は、２〜１０００Ｐａの範囲で適宜決めることができる。
【００７４】
次に、図６に示す、熱プラズマを用いた密封容器について説明する。
【００７５】
熱プラズマを形成する密封容器１ｄは、基板（母材）１５ｄを設置するための第２の電極４ｄ、第２の電極の電源９ｄ、そして、ガスの供給口６ｄ、ガスの排気装置７ｄ、さらに、石英管１１ｄ、この石英管を取り巻くコイル（誘導コイル）１０ｄ、コイルに高周波電力を投入するための電源１２ｄを備えている。加熱の方式は、高周波加熱方式による。ガスの排気装置７ｄは、図３〜５と同様のものである。
【００７６】
高周波加熱方式のものは、例えば、銅パイプでできた水冷コイル１０ｄを備え、この水冷コイル１０ｄは１３．５６ＭＨｚの高周波に直結されている。基板（母材）１５ｄは、コイル１０ｄの位置から下方に１０ｃｍ程度離れた位置に設置された第２の電極４ｄ上に設置される。この第２の電極４ｄには、高周波電力９ｄが印加される。なお、基板（母材）１５ｄは、プラズマ暴露面が石英管１１ｄの鉛直方向に向いている状態で設置される。
【００７７】
熱プラズマに投入する電力密度は適宜決めることができ、０．１Ｗ／ｃｍ2以上が好ましく、また、２Ｗ／ｃｍ2以下が好ましい。
【００７８】
図６に示す、熱プラズマを形成するための密封容器１ｄの圧力操作範囲は、１３３〜１０１３２５Ｐａの範囲で適宜決めることができる。
【００７９】
【実施例】
＜実施例１＞
金属銅を５ｃｍ角に切りだし、処理対象の金属材料とした。
【００８０】
この金属材料（金属銅）を、無極性プラズマ型プラズマ装置である誘導結合型プラズマ装置内に設置された６ＭＨｚの高周波を印加することのできる第２の電極上に設置するとともに、装置内の真空排気を行った。なお、この誘導結合型プラズマ装置の第２の電極は、直径１０ｃｍの円板型電極である。また、真空排気装置は、バラトロンの圧力調整バルブを介して、ターボ分子ポンプとケミカルドライポンプとによって構成されている。排気ガスの処理装置は、炭酸カルシウムを加え、アルカリ性に調整したスクラバーを用いた。
【００８１】
まず、第２の電極上に金属材料（金属銅）を設置した装置内に、ヨウ化水素ガス５０ｓｃｃｍとアルゴンガス５０ｓｃｃｍとを混合して供給した。装置内の圧力は約３Ｐａに調整した。誘導結合型電極に印加した高周波の周波数は１３．５６ＭＨｚであり、その出力は１ｋＷとした。また、第２の電極に印加した電力は５０Ｗとした。このような条件で、１分間、ヨウ化水素ガスのプラズマに被処理金属材料（金属銅）を曝した。
【００８２】
図７に、この金属材料（金属銅）のヨウ化水素プラズマに曝す前後の電子顕微鏡写真を示す。図７（ａ）は、ヨウ化水素プラズマに曝す前の電子顕微鏡写真であり、図７（ｂ）は、ヨウ化水素プラズマに曝した後の電子顕微鏡写真である。ヨウ化水素プラズマに曝した後の金属銅の表面形状はごつごつした感じであり（図７（ｂ））、ヨウ化水素プラズマに曝す前の金属銅の表面形状（図７（ａ））とはかなり異なったものとなっていることが分かる。
【００８３】
ヨウ化水素プラズマに曝した後の金属銅の組成をオージェ電子分光によって分析した結果、ヨウ素の存在を確認することができた。さらに、ＸＰＳによって分析した結果、ヨウ素の存在は明瞭に確認することができ、ヨウ素が銅と化合物を形成していることが推測された。
【００８４】
このようにして得られたヨウ素化された銅の摩擦特性を以下の測定条件にて測定した。
【００８５】
荷重        ０．３[Ｎ]
摩擦速度    ０．８３[ｃｍ／ｓｅｃ]
摩擦距離    １０[ｍ]
相手材      ＳＵＳ（ＳＵＪ２）
剛球直径    ４．７６[ｍｍ]
温度        室温
雰囲気      乾燥状態
その結果、得られたヨウ素化された銅は、１０ｍの試験においてほぼ一定の摩擦係数を示し、その値は０．３と低いものであった。これに対して、ヨウ化水素プラズマに曝す前の金属銅の摩擦係数は０．６程度であった。
【００８６】
このことから、ヨウ化水素ガスによって形成されたプラズマ中に曝した銅はヨウ素化された銅となり、このヨウ素化された銅は実用に耐える摺動金属材料になりうることが分かる。
【００８７】
＜比較例１＞
実施例１と同様に、金属銅を５ｃｍ角に切りだし、処理対象の金属材料とした。
【００８８】
この金属材料（金属銅）を、金属銅を設置した第２の電極に印加した電力を２００Ｗにした点以外は実施例１と同様の操作を行い、処理した。
【００８９】
このようにして処理した金属銅の組成をオージェ電子分光によって分析した結果、ヨウ素の存在を確認することができたが、その存在量は実施例１のヨウ素化された銅の１／５以下であった。
【００９０】
このようにして得られたものの摩擦特性を実施例１と同様にして測定した。その結果、このものの摩擦係数は、１０ｍの試験において、０．５５程度であり、ヨウ化水素プラズマに曝す前の金属銅の摩擦係数０．６とあまり違わなかった。これは、第２の電極に印加した電力を５０Ｗから２００Ｗに大きくした結果、銅自体がスパッタ効果によってエッチングされてしまったものと考えられる。
【００９１】
＜比較例２＞
実施例１と同様に、金属銅を５ｃｍ角に切りだし、処理対象の金属材料とした。
【００９２】
この金属材料（金属銅）を、金属銅を設置した第２の電極に印加した電力を０Ｗ、すなわち、第２の電極には電力供給を行わなかった点以外は実施例１と同様の操作を行い、処理した。
【００９３】
このようにして処理した金属銅の組成をオージェ電子分光によって分析した結果、ヨウ素の存在を確認することができたが、その存在量は実施例１のヨウ素化された銅の１／５以下であった。さらに、オージェ電子分光の測定中に、この処理した金属銅をアルゴンスパッタにより掘っていくと、深さにして１ｎｍほど掘ったところでは、ヨウ素の存在を確認することができなかった。この処理した金属銅は、銅表面にのみヨウ素が付着していたものと考えられる。
【００９４】
このようにして得られたものの摩擦特性を実施例１と同様にして測定した。その結果、このものは、１０ｍの試験において、始めの１ｍ程度は０．４程度の摩擦係数を示したが、その後、徐々に摩擦係数は大きくなり、１０ｍの試験終了直前には０．５８の摩擦係数を示し、ヨウ化水素プラズマに曝す前の金属銅の摩擦係数０．６とあまり違わなかった。
【００９５】
＜実施例２＞
実施例１と同様に、金属銅を５ｃｍ角に切りだし、処理対象の金属材料とした。
【００９６】
この金属材料（金属銅）を、図４に示した、平行平板型の容量結合型プラズマ装置内に設置した。平行平板は２枚の電極から構成されており、１３．５６ＭＨｚの高周波電力を印加するカソード電極、アース接地されているアノード電極ともに直径１０ｃｍの円板型をしている。金属材料（金属銅）は平行平板のカソード電極上に設置した。なお、真空排気装置は、バラトロンの圧力調整バルブを介して、ターボ分子ポンプとケミカルドライポンプとによって構成されている。排気ガスの処理装置は、炭酸カルシウムを加え、アルカリ性に調整したスクラバーを用いた。
【００９７】
まず、カソード電極上に金属材料（金属銅）を設置した装置内に、ヨウ化水素ガス５０ｓｃｃｍとアルゴンガス５０ｓｃｃｍとを混合して供給した。装置内の圧力は約７Ｐａに調整した。容量結合型電極に印加した高周波の周波数は１３．５６ＭＨｚであり、その出力は１００Ｗとした。このような条件で、１分間、ヨウ化水素ガスのプラズマに被処理金属材料（金属銅）を曝した。
【００９８】
ヨウ化水素プラズマに曝した後の金属銅の組成をオージェ電子分光によって分析した結果、ヨウ素の存在を確認することができた。
【００９９】
このようにして得られたヨウ素化された銅の摩擦特性を実施例１と同様にして測定した。その結果、得られたヨウ素化された銅は、１０ｍの試験においてほぼ一定の摩擦係数を示し、その値は０．３程度と低いものであった。これに対して、ヨウ化水素プラズマに曝す前の金属銅の摩擦係数は０．６であった。
【０１００】
このことから、実施例１と同様に、ヨウ化水素ガスによって形成されたプラズマ中に曝した銅はヨウ素化された銅となり、このヨウ素化された銅は実用に耐える摺動金属材料になりうることが分かる。
【０１０１】
＜実施例３＞
実施例１と同様に、金属銅を５ｃｍ角に切りだし、処理対象の金属材料とした。
【０１０２】
この金属材料（金属銅）を、平行平板型の容量結合型プラズマ装置内に設置した。平行平板は２枚の電極から構成されており、直流電力が投入されるカソード電極、アース接地されているアノード電極ともに直径１０ｃｍの円板型をしている。金属材料（金属銅）はカソード電極上に設置した。なお、真空排気装置は、バラトロンの圧力調整バルブを介して、ターボ分子ポンプとケミカルドライポンプとによって構成されている。排気ガスの処理装置は、炭酸カルシウムを加え、アルカリ性に調整したスクラバーを用いた。
【０１０３】
まず、カソード電極上に金属材料（金属銅）を設置した装置内に、ヨウ化水素ガス５０ｓｃｃｍとアルゴンガス５０ｓｃｃｍとを混合して供給した。装置内の圧力は約７Ｐａに調整した。直流電源の出力は１ｋＷとした。このような条件で、１分間、ヨウ化水素ガスのプラズマに被処理金属材料（金属銅）を曝した。
【０１０４】
ヨウ化水素プラズマに曝した後の金属銅の組成をオージェ電子分光によって分析した結果、ヨウ素の存在を確認することができた。
【０１０５】
このようにして得られたヨウ素化された銅の摩擦特性を実施例１と同様にして測定した。その結果、得られたヨウ素化された銅は、１０ｍの試験においてほぼ一定の摩擦係数を示し、その値は０．３程度と低いものであった。これに対して、ヨウ化水素プラズマに曝す前の金属銅の摩擦係数は０．６であった。
【０１０６】
このことから、実施例１と同様に、ヨウ化水素ガスによって形成されたプラズマ中に曝した銅はヨウ素化された銅となり、このヨウ素化された銅は実用に耐える摺動金属材料になりうることが分かる。
【０１０７】
＜実施例４＞
実施例１と同様に、金属銅を５ｃｍ角に切りだし、処理対象の金属材料とした。
【０１０８】
この金属材料（金属銅）を、熱プラズマを形成する装置内に設置した。この熱プラズマ発生装置は、外直径６ｃｍ、長さ２０ｃｍの石英管でできており、直立した形で用いている。石英管の一端から５ｃｍ離れた位置に直径６ｍｍの銅パイプでできた３重のコイルが巻かれており、このコイルは、１３．５６ＭＨｚの高周波に直結されるとともに、冷却用の水が流れる構造となっている。金属材料（金属銅）は、コイルの位置からさらに下方に１０ｃｍ離れた位置に設置された第２の電極上に設置した。金属材料（金属銅）は、プラズマ暴露面が石英管の鉛直方向に向いている状態で設置した。なお、真空排気装置は、バラトロンの圧力調整バルブを介して、ターボ分子ポンプとケミカルドライポンプとによって構成されている。排気ガスの処理装置は、炭酸カルシウムを加え、アルカリ性に調整したスクラバーを用いた。
【０１０９】
まず、第２の電極上に金属材料（金属銅）を設置した装置内に、石英管の上方から、ヨウ化水素ガス５０ｓｃｃｍとアルゴンガス５０ｓｃｃｍとを混合して供給した。プラズマは、銅パイプによって構成されたコイルから下方５ｃｍの空間に形成される。装置内の圧力は約１３，３３３Ｐａに調整した。直流電源の出力は１ｋＷとした。このような条件で、１分間、ヨウ化水素ガスのプラズマに被処理金属材料（金属銅）を曝した。
【０１１０】
ヨウ化水素プラズマに曝した後の金属銅の組成をオージェ電子分光によって分析した結果、ヨウ素の存在を確認することができた。
【０１１１】
このようにして得られたヨウ素化された銅の摩擦特性を実施例１と同様にして測定した。その結果、得られたヨウ素化された銅は、１０ｍの試験においてほぼ一定の摩擦係数を示し、その値は０．３程度と低いものであった。これに対して、ヨウ化水素プラズマに曝す前の金属銅の摩擦係数は０．６であった。
【０１１２】
このことから、実施例１と同様に、ヨウ化水素ガスによって形成されたプラズマ中に曝した銅はヨウ素化された銅となり、このヨウ素化された銅は実用に耐える摺動金属材料になりうることが分かる。
【０１１３】
＜実施例５＞
金属クロムを５cm角に切りだし、処理対象の金属材料とした。
【０１１４】
この金属材料（金属クロム）を、実施例１と同様の操作を行い、ヨウ化水素ガスのプラズマに曝した。
【０１１５】
ヨウ化水素プラズマに曝した後の金属クロムの組成をオージェ電子分光によって分析した結果、ヨウ素の存在を確認することができた。
【０１１６】
このようにして得られたヨウ素化されたクロムの摩擦特性を実施例１と同様にして測定した。その結果、得られたヨウ素化されたクロムは、１０ｍの試験においてほぼ一定の摩擦係数を示し、その値は０．３２と低いものであった。これに対して、ヨウ化水素プラズマに曝す前の金属クロムの摩擦係数は０．９程度であった。
【０１１７】
このことから、ヨウ化水素ガスによって形成されたプラズマ中に曝したクロムはヨウ素化されたクロムとなり、このヨウ素化されたクロムは実用に耐える摺動金属材料になりうることが分かる。
【０１１８】
【発明の効果】
本発明によれば、低摩擦係数を長期間にわたって安定的に維持できる摺動部材を容易に製造することができる。しかも、乾式の方法を利用しているので、多くの金属材料、合金材料に適用することが可能であり、自由な構造を有する部材の製造が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】バルクの金属材料または合金材料を用いた、本発明の摺動部材の一例の概略断面図である。
【図２】基板上に形成した薄膜の金属材料または合金材料を用いた、本発明の摺動部材の一例の概略断面図である。
【図３】本発明において用いられる、無極性プラズマを備えた密封容器の一例の簡単な模式図である。
【図４】本発明において用いられる、極性型プラズマを備えた密封容器の一例の簡単な模式図である。
【図５】本発明において用いられる、直流型プラズマを備えた密封容器の一例の簡単な模式図である。
【図６】本発明において用いられる、熱プラズマを備えた密封容器の一例の簡単な模式図である。
【図７】実施例１において、金属銅のヨウ化水素のプラズマに曝す前後の電子顕微鏡写真である。
【符号の説明】
１１  金属材料または合金材料
１２  ヨウ素化された金属材料または合金材料
２１  基板
２２  ヨウ素化された金属材料または合金材料の薄膜
１ａ  密封容器
２ａ  高周波プラズマ形成部
３ａ  誘電体板
４ａ  第２の電極
５ａ  第２の電極に電力を投入するための電力発生設備
６ａ  ガスの供給口
７ａ  ガスの排気装置
１５ａ  基板（母材）
１ｂ  密封容器
４ｂ  印加電極
５ｂ  印加電極に電力を投入するための電力発生設備
６ｂ  ガスの供給口
７ｂ  ガスの排気装置
８ｂ  アース電極
１５ｂ  基板（母材）
１ｃ  密封容器
４ｃ  印加電極
６ｃ  ガスの供給口
７ｃ  ガスの排気装置
８ｃ  アース電極
９ｃ  印加電極の電源
１５ｃ  基板（母材）
１ｄ  密封容器
４ｄ  第２の電極
６ｄ  ガスの供給口
７ｄ  ガスの排気装置
９ｄ  第２の電極の電源
１１ｄ  石英管
１２ｄ  コイルに高周波電力を投入するための電源
１０ｄ  コイル
１５ｄ  基板（母材）
【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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