(57)【要約】【課題】表面にダイヤモンドライクカーボンが形成された水素環境用摺動部材において、水素雰囲気に晒された際に、ダイヤモンドライクカーボン内への水素の侵入を抑制する。【解決手段】水素環境用摺動部材１は、水素雰囲気に晒された状態で使用されるものであり、基材３に接着層４を介して被覆層２が設けられて構成されている。被覆層２は、ダイヤモンド構造およびグラファイト構造からなる非晶質体を主成分として形成されたダイヤモンドライクカーボンからなる。また、被覆層２は、炭素との結合エネルギーが炭素と水素との結合エネルギーよりも大きな元素である窒素を含有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素雰囲気に晒される水素環境用摺動部材であって、
表面の少なくとも一部がダイヤモンドライクカーボンからなる被覆層によって覆われており、
前記被覆層は、炭素との結合エネルギーが炭素と水素との結合エネルギーよりも大きな元素を含有する
ことを特徴とする水素環境用摺動部材。
【請求項２】
前記元素は、窒素またはフッ素とされる
ことを特徴とする請求項１に記載の水素環境用摺動部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素を含有する気体に晒された状態で使用される水素環境用摺動部材であって、表面の少なくとも一部がダイヤモンドライクカーボンで覆われた水素環境用摺動部材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、各種の軸や軸受け部材などの摺動部材には、低摩擦性や耐摩耗性を向上させるために、ダイヤモンドライクカーボンがコーティングされている。たとえば、下記特許文献１に開示されるように、基材上にダイヤモンドライクカーボンからなるＤＬＣ多層膜がＵＢＭスパッタリング法により形成された摺動部材が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−８１６３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の摺動部材の場合、水素を含有する雰囲気で使用されると、ダイヤモンドライクカーボン内に水素が拡散して、ダイヤモンドライクカーボン内の水素の含有量が経時的に増加する。これにより、ダイヤモンドライクカーボンの硬度が低下してしまう。この状態で摺動部材を使用すると、ダイヤモンドライクカーボンが破損してしまうおそれがある。
【０００５】
近年、燃料電池の普及に伴い、水素をより多く含む気体に晒された状態で使用される摺動部材の早期の損傷が問題となっている。これにより、摺動部材の交換作業を頻繁に行わなければならず、手間とコストがかかる。また、摺動部材の損傷により水素が外部へ漏れ出すことで、事故が発生するおそれがある。このようなことから、水素をより多く含む厳しい環境下での摺動部材の安定化が望まれている。
【０００６】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、表面にダイヤモンドライクカーボンが形成された水素環境用摺動部材において、水素雰囲気に晒された際に、ダイヤモンドライクカーボン内への水素の侵入を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための本発明に係る水素環境用摺動部材は、水素雰囲気に晒される水素環境用摺動部材であって、表面の少なくとも一部がダイヤモンドライクカーボンからなる被覆層によって覆われており、前記被覆層は、炭素との結合エネルギーが炭素と水素との結合エネルギーよりも大きな元素を含有することを特徴とする。
【０００８】
さらに、本発明に係る水素環境用摺動部材は、前記元素は、窒素またはフッ素とされることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る水素環境用摺動部材によれば、ダイヤモンドライクカーボンからなる被覆層は、炭素との結合エネルギーが炭素と水素との結合エネルギーよりも大きな元素を含有している。従って、水素雰囲気に晒された状態で水素環境用摺動部材が使用された場合において、ダイヤモンドライクカーボン内への水素の侵入を抑制することができる。
【００１０】
さらに、本発明に係る水素環境用摺動部材によれば、容易に入手することができる元素である窒素またはフッ素を用いて、ダイヤモンドライクカーボン内への水素の侵入を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の水素環境用摺動部材の一実施例の断面の一部を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の水素環境用摺動部材の具体的実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明の水素環境用摺動部材の一実施例の縦断面の一部を示す図である。本実施例の水素環境用摺動部材１は、水素雰囲気に晒された状態で使用されるものであり、表面の少なくとも一部がダイヤモンドライクカーボンからなる被覆層２によって覆われている。たとえば、水素環境用摺動部材１は、基材３に接着層４を介して被覆層２が設けられて構成される。なお、水素環境用摺動部材１は、摺動や摩擦の生じる部材に適用されるものである。
【００１４】
基材３は、ステンレスなどの金属製とされ、水素環境用摺動部材１が使用される箇所に対応した種々の形状に形成される。たとえば、所望の箇所への水素ガスの供給の有無を切り替えるバルブのステムに水素環境用摺動部材１が適用された場合、基材３は、ステムの形状に形成される。
【００１５】
接着層４は、基材３と後述する被覆層２との密着性を向上させるための層である。接着層４は、特に限定されないが、たとえば、クロムなどの金属を含む層とされる。なお、この接着層４は、場合によっては設けなくてもよい。
【００１６】
被覆層２は、ダイヤモンド構造およびグラファイト構造からなる非晶質体を主成分として形成されている層である。また、被覆層２は、炭素との結合エネルギーが炭素と水素との結合エネルギーよりも大きな元素を含有している。本実施例の被覆層２には、前述した元素として、窒素が含有されている。
【００１７】
具体的には、被覆層２のダイヤモンド構造およびグラファイト構造の内、ダイヤモンド構造において炭素に窒素が吸着した状態とされる。このＣ−Ｎ（−Ｃ≡Ｎを示す）の結合エネルギー（７９１ＫＪ／ｍｏｌ）は、Ｃ−Ｈ（≡Ｃ−Ｈを示す）の結合エネルギー（４１３．４ＫＪ／ｍｏｌ）よりも大きい。このように、被覆層２は、Ｃ−Ｈ結合よりも安定したＣ−Ｎ結合を有する層とされる。
【００１８】
このような構成の被覆層２は、スパッタリング法などのＰＶＤ法（物理蒸着法）や、プラズマＣＶＤ法などのＣＶＤ法（化学蒸着法）によって、接着層４の表面に形成される。被覆層２を形成する際に、ガス条件などの成膜条件を調整することで、被覆層２の硬さや厚みなどを適宜に設定することができる。なお、前述した接着層４が設けられていない場合には、基材３の表面に被覆層２が直接形成される。
【００１９】
本実施例の水素環境用摺動部材１によれば、被覆層２がＣ−Ｎ結合を有しているので、水素をより多く含む気体に晒された状態で使用された場合において、被覆層２内への水素の侵入を抑制することができる。これは、ダイヤモンド構造の炭素に窒素が吸着していることで、ダイヤモンド構造の炭素に水素が吸着するのが抑制されるからである。
【００２０】
ダイヤモンドライクカーボンのダイヤモンド構造の炭素に水素が吸着した場合、ダイヤモンドライクカーボンの硬度が低下してしまう。従って、ダイヤモンドライクカーボンをせっかく所望の硬度に形成しておいても、時間の経過と共に硬度が低下して、形成時の硬度を保つことができない。しかしながら、本実施例の水素環境用摺動部材１の場合、被覆層２への水素の侵入が抑制されるので、形成時の硬度を保持することができ、安定した状態を維持することができる。
【００２１】
また、本実施例の水素環境用摺動部材１によれば、容易に入手することができる窒素が用いられているので、製造にかかるコストを低減することができる。また、ダイヤモンドライクカーボンへの窒素の添加は、ダイヤモンドライクカーボンの形成時に容易に行うことができる。
【００２２】
本発明の水素環境用摺動部材は、前記実施例の構成に限らず、適宜変更可能である。たとえば、前記実施例では、被覆層２に含有される元素は、窒素とされたが、これに限定されるものではなく、たとえばフッ素であってもよい。この場合、Ｃ−Ｆ（≡Ｃ−Ｆを示す）の結合エネルギー（４４１．０ＫＪ／ｍｏｌ）は、Ｃ−Ｈの結合エネルギー（４１３．４ＫＪ／ｍｏｌ）よりも大きい。
【００２３】
さらに、前記実施例では、水素環境用摺動部材１は、水素ガスの供給の有無を切り替えるバルブに適用されたが、これに限定されるものではなく、たとえば、水素圧縮機や水素循環ブロアに適用することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明は、表面にダイヤモンドライクカーボンが施された摺動部材に好適に適用されるものである。
【符号の説明】
【００２５】
１  水素環境用摺動部材
２  被覆層
３  基材
４  接着層
【図１】
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