(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステンレス鋼、SKS、SKD、超硬合金（JIS:S種、G種、D種およびM45、46、63Sの何れか一種）、ステライト、SNCMまたはDC５３の何れか一種からなる母材上にダイヤモンド状炭素膜を被覆した部材であって、
母材とダイヤモンド状炭素膜との間に中間層を有し、
中間層が、周期表第５Ａ族（５族）金属（Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ）の珪炭化物、周期表第６Ａ族（６族）金属（Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ）の珪炭化物、Ｔｉの珪炭化物、およびＺｒの珪炭化物のいずれか一種以上を含有するダイヤモンド状炭素膜を被覆した部材であって、前記中間層の組成をＭＳｉaＣb（ただし、ＭはＶ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、ＴｉおよびＺｒのいずれか一種以上である）と表したとき０．９≦ａ≦４、０．１≦ｂ≦３、１．８≦ａ＋ｂ≦６．５であるダイヤモンド状炭素膜を被覆した部材。
【請求項２】
前記中間層が、前記母材側にＶ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、ＴｉおよびＺｒのいずれか一種以上が多く、前記ダイヤモンド状炭素膜側にＳｉおよび／またはＣが多い傾斜構造を有する請求項１のダイヤモンド状炭素膜を被覆した部材。
【請求項３】
前記ダイヤモンド状炭素膜の基本組成をＣＨxＳｉyＯzＮvＦwと表したとき、
モル比を表すｘ，ｙ，ｚ，ｖ，ｗがそれぞれ、
０．０５≦ｘ≦０．７、
０≦ｙ≦３．０、
０≦ｚ≦１．０、
０≦ｖ≦１．０、
０≦ｗ≦０．２
である請求項１または２のダイヤモンド炭素膜を被覆した部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種金型、ツール等、耐摩耗性および耐衝撃性を必要とする各種部材に用いられるダイヤモンド状炭素膜を被覆した部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
気相法により製造されるダイヤモンド状炭素膜（ＤＬＣ膜）は、硬度が高く、摩擦係数が低いため、耐摩耗性、耐久性に優れている。また、任意形状の物品に被着することができる。そのため、耐摩耗性を必要とする金型、工具等に用いられ、その寿命向上に効果が得られている場合がある。
【０００３】
しかしながら、ＤＬＣ膜を被覆すると表面の摩耗は防止されるが、ＤＬＣ膜は金属、例えば、工具鋼、ステンレス鋼等の鉄鋼、超硬合金、あるいは、アルミニウム合金等に対する密着力が弱く、外力の作用で母材から剥離し易いという問題がある。そのため、使用できる母材材質や用途がかなり制限されていた。上記の鉄系材料等は金型、工具等に用いられ、用途が広く、これらの母材の表面に形成されるＤＬＣ膜の母材への密着性を向上させることが耐久性、寿命向上のために重要である。
【０００４】
そこで、各種中間層を母材とＤＬＣ膜との間に介在させることにより、密着性を改善する試みがいくつかなされている。
【０００５】
例えば、特開昭６１−１０４０７８号公報には、周期表第４Ａ〜６Ａ族（４〜６族）金属の炭化物、炭窒化物、炭酸化物、炭窒酸化物、炭硼化物あるいはＳｉの炭化物、炭窒化物（いずれも非化学量論的化合物）、または、これらの相互固溶体で形成した単層または多重層の中間層、および、中間層を２層構成とし、ＤＬＣ膜側を上記と同じ構成の層とし、母材側を周期表４Ａ〜６Ａ族金属の炭化物、窒化物、酸化物、硼化物、または、これらの相互固溶体で形成された単層または多重層とした構成の層とすることが開示されている。また、特開昭６２−１１６７６７号（特公平６−６０４０４号）公報には、母材側のクロムまたはチタンを主体とする下層と、ＤＬＣ膜側のシリコンまたはゲルマニウムを主体とする上層とからなる中間層が開示されている。特開平５−３１１４４４号公報には、母材側の周期表第４Ａ〜６Ａ族金属の炭化物、窒化物あるいは窒炭化物からなる硬質化合物膜の層と、ＤＬＣ膜側のシリコン膜またはゲルマニウム膜の層とを積層した中間層が開示されている。また、特開平５−１２４８７５号公報には、珪素と炭素の非晶質混合物からなる中間層が開示されている。さらには、特開平２−１２０２４５号公報には、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｈｆ、ＢまたはＳｉの炭化物からなる中間層が開示されいている。
【０００６】
しかし、それらに関しても未だ母材とＤＬＣ膜との密着力は充分とは言えず、例えば金型において、成型時に異物が混入したりしてＤＬＣ膜および中間層を被覆した金型に衝撃的な力が加わった場合、ＤＬＣ膜および中間層が金型母材から剥離してしまい、思うように寿命向上が果たせないという問題がある。
【０００７】
また、特開昭６２−１１６７６７号（特公平６−６０４０４号）公報、特開平５−３１１４４４号公報では、比較的高い母材とＤＬＣ膜との密着力が得られているが、中間層を２層形成するために歩留まりが悪く、スループットが長くなり、生産性に劣るという問題もある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、金型、工具等のダイヤモンド状炭素膜を被覆した部材において、母材とダイヤモンド状炭素膜との密着性を向上させてその寿命を向上させ、さらには、生産性も向上させることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、下記の本発明によって達成される。
【００１０】
（１）ステンレス鋼、SKS、SKD、超硬合金（JIS:S種、G種、D種およびM45、46、63Sの何れか一種）、ステライト、SNCMまたはDC５３の何れか一種からなる母材上にダイヤモンド状炭素膜を被覆した部材であって、
母材とダイヤモンド状炭素膜との間に中間層を有し、
中間層が、周期表第５Ａ族（５族）金属（Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ）の珪炭化物、周期表第６Ａ族（６族）金属（Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ）の珪炭化物、Ｔｉの珪炭化物、およびＺｒの珪炭化物のいずれか一種以上を含有するダイヤモンド状炭素膜を被覆した部材であって、前記中間層の組成をＭＳｉaＣb（ただし、ＭはＶ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、ＴｉおよびＺｒのいずれか一種以上である）と表したとき０．９≦ａ≦４、０．１≦ｂ≦３、１．８≦ａ＋ｂ≦６．５であるダイヤモンド状炭素膜を被覆した部材。
（２）前記中間層が、前記母材側にＶ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、ＴｉおよびＺｒのいずれか一種以上が多く、前記ダイヤモンド状炭素膜側にＳｉおよび／またはＣが多い傾斜構造を有する上記（１）のダイヤモンド状炭素膜を被覆した部材。
（３）前記ダイヤモンド状炭素膜の基本組成をＣＨxＳｉyＯzＮvＦwと表したとき、
モル比を表すｘ，ｙ，ｚ，ｖ，ｗがそれぞれ、
０．０５≦ｘ≦０．７、
０≦ｙ≦３．０、
０≦ｚ≦１．０、
０≦ｖ≦１．０、
０≦ｗ≦０．２
である上記（１）または（２）のダイヤモンド状炭素膜を被覆した部材。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１２】
本発明のダイヤモンド状炭素膜（ＤＬＣ膜）を被覆した部材は、母材とＤＬＣ膜との間に中間層が設けられており、この中間層は、周期表第５Ａ族（５族）金属（Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ）の珪化物、これらの珪炭化物、周期表第６Ａ族（６族）金属（Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ）の珪化物、これらの珪炭化物、Ｔｉの珪化物、Ｔｉの珪炭化物、Ｚｒの珪化物およびＺｒの珪炭化物のいずれか一種以上を含有するものである。
【００１３】
このような中間層を設けることによって、鋼材等を材質とする母材とＤＬＣ膜との密着性が格段と向上し、例えば金型や工具に本発明を適用した場合においてその寿命が著しく長くなる。これは、母材と上記中間層との間、上記中間層とＤＬＣ膜との間におけるそれぞれの強固な密着性によって得られると考えられる。周期表第５Ａ族（５族）金属（Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ）、周期表第６Ａ族（６族）金属（Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ）、ＴｉまたはＺｒのみを中間層とした場合には特に中間層とＤＬＣ膜との密着性が低く、珪素のみを中間層とした場合には特に中間層と母材との密着性が低く、本発明の効果は得られない。両者を併用することで著しい密着性の向上、長寿命化が可能である。また、特開昭６２−１１６７６７号（特公平６−６０４０４号）公報、特開平５−３１１４４４号公報に記載されているように、中間層を２層とし、母材側に周期表第４Ａ〜６Ａ族金属を主体とする下層を、ＤＬＣ膜側に珪素を主体とする上層を設けると、比較的よい密着性が得られるが、両者を１層に含有させることによって、中間層の上層と下層との界面がなくなるのでそれ以上の強固な密着性が得られる。
【００１４】
しかも、本発明では、特開昭６２−１１６７６７号（特公平６−６０４０４号）公報、特開平５−３１１４４４号公報のように、中間層を２層形成することはなく、１層形成すればよいので、製造工程が少なく、歩留まり、スループットに優れ、生産性が高いという利点がある。
【００１５】
まず、母材上に設けられる本発明の中間層について説明する。
【００１６】
中間層は、周期表第５Ａ族（５族）金属（Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ）の珪炭化物、周期表第６Ａ族（６族）金属（Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ）の珪炭化物、Ｔｉの珪化物、Ｔｉの珪炭化物、およびＺｒの珪炭化物のいずれか一種以上を含有する。中間層の組成をＭＳｉaＣb（ただし、ＭはＶ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、ＴｉおよびＺｒのいずれか一種以上である）と表したとき、０．９≦ａ≦４、０．１≦ｂ≦３、１．８≦ａ＋ｂ≦６．５である。ａがこれより大きくて珪素が多くなると、母材との密着力が悪くなる。ａがこれより小さくて珪素が少なくなると、ＤＬＣ膜との密着力が悪くなる。ｂがこれより大きくて炭素が多くなると、母材との密着力が悪くなる。ｂがこれより小さくて炭素が少なくなると、ＤＬＣ膜との密着力が悪くなる。また、ａ＋ｂがこれより大きくても母材との密着力が悪くなり、ａ＋ｂがこれより小さくてもＤＬＣ膜との密着力が悪くなる。
【００１７】
用いる金属Ｍは、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、ＴｉおよびＺｒのいずれか一種以上であり、二種以上を併用してもよい。特に、Ｔｉ、Ｔａ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｏを用いることが好ましく、中でもＴｉ、Ｔａを用いることが好ましい。
【００１８】
また、母材界面付近においては母材材料が拡散していてもよく、ＤＬＣ膜の界面付近においてはＤＬＣ膜の構成成分が拡散していてもよい。
【００１９】
中間層は、その他に、水素を２５原子％以下、好ましくは２０原子％以下含んでいてもよい。水素の含有量がこれを超えると、母材との密着力が悪くなってくる。
【００２０】
また、本発明の中間層は、全体の平均値としてこのような組成であれば、膜厚方向に濃度勾配をもっていてもよく、母材側にＶ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、ＴｉおよびＺｒのいずれか一種以上が多く、ＤＬＣ膜側にＳｉおよび／またはＣが多い傾斜構造を有することが好ましい。母材側にＶ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、ＴｉおよびＺｒのいずれか一種以上が多いと中間層の母材に対する密着性がさらに向上し、ＤＬＣ膜側にＳｉおよび／またはＣが多いと中間層のＤＬＣ膜に対する密着性がさらに向上する。そのため、中間層を上記のような傾斜構造とすれば、寿命がより長くなる。特に、母材に接する界面から１０nmまで、あるいは、膜厚の１／２までの狭い方の組成の平均値が、ＭＳｉaＣbと表したとき、
０≦ａ＋ｂ≦５
であることが好ましい。また、ＤＬＣ膜に接する界面から１０nmまで、あるいは、膜厚の１／２までの狭い方の組成の平均値が、ＭＳｉaＣbと表したとき、
１≦ａ＋ｂ
であることが好ましい。ただし、ＭはＶ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、ＴｉおよびＺｒのいずれか一種以上を表す。
【００２１】
このような中間層は、通常、アモルファス状態である。
【００２２】
中間層は、２０A（２nm）〜５μm の厚さであることが好ましく、さらには５０A（５nm）〜１μm の厚さであることが好ましい。このような厚さとすることで密着性が向上する。これに対し、中間層が薄すぎると密着性向上の効果が十分ではなくなり、厚すぎると耐衝撃性が悪くなってくる。
【００２３】
本発明の中間層は、真空蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法等のＰＶＤ法や熱ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、光ＣＶＤ法等のＣＶＤ法によって形成することができる。また、湿式メッキ法、溶射、クラッド接合等により形成してもよい。具体的には公知の方法による。
【００２４】
なかでも、本発明の中間層はスパッタ法により形成することが好ましい。この場合、目的とする組成に応じたターゲットを用い、高周波電力、交流電力、直流電力のいずれかを付加し、ターゲットをスパッタし、これを母材（基板）上にスパッタ堆積させることにより中間層を形成する。
【００２５】
ターゲットは、通常、中間層と同じ組成のものを用いればよいが、Ｔａ等の金属とＳｉとをターゲットとする多元スパッタとしてもよいし、反応性スパッタでＣやＳｉを導入する場合はその成分を含まないターゲットを用いることができる。
【００２６】
スパッタガスには、通常のスパッタ装置に使用される不活性ガスが使用できる。中でも、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅのいずれか、あるいは、これらの少なくとも１種以上のガスを含む混合ガスを用いることが好ましい。
【００２７】
また、反応性スパッタを行ってもよく、反応性ガスとしては、炭素を導入する場合には、ＣＨ4 、Ｃ2 Ｈ2 、Ｃ2 Ｈ4 、ＣＯ等を用い、珪素を導入する場合には、シランガス等を用いる。また、水素を導入する場合には、Ｈ2等を用いる。これらの反応性ガスは単独で用いても、２種以上を混合して用いてもよい。
【００２８】
スパッタ時の動作圧力は、０．００２〜０．５Torrの範囲が好ましい。また、成膜中にスパッタガスの圧力を、前記範囲内で変化させることにより、濃度勾配を有する中間層を容易に得ることができる。
【００２９】
スパッタ法としては、ＲＦ電源を用いた高周波スパッタ法を用いても、ＤＣスパッタ法を用いてもよい。スパッタ装置の電力としては、ＤＣスパッタで０．５〜３０Ｗ／cm2程度、高周波スパッタで周波数１〜５０MHz、低周波では５０kHz〜１MHz、０．５〜３０Ｗ／cm2程度が好ましい。
【００３０】
成膜速度は１〜３００nm／minの範囲が好ましい。
【００３１】
また、基板温度は１０〜１５０℃であることが好ましい。
【００３２】
また、本発明の中間層は蒸着法により形成してもよい。蒸着法としては、抵抗加熱方式であっても電子ビーム加熱方式であってもよい。蒸着源には、Ｔａ等の金属とＳｉとを用いる２元蒸着であっても、中間層と同じ組成のものを用いる１元蒸着であってもよい。１元蒸着でも、膜組成は蒸着源の組成とほぼ同じものが経時的に安定して得られる。
【００３３】
真空蒸着の条件は特に限定されないが、真空度は１０-5Torr以下、特に１０-6Torr以下が好ましい。成膜速度は、通常、１〜３００nm／min程度が好ましい。
【００３４】
また、中間層は、プラズマＣＶＤ法、イオン化蒸着法によっても形成でき、その場合、後述するＤＬＣ膜を参考にして成膜すればよい。
【００３５】
中間層は、生産性の点などから、通常、１層のみを設けるが、場合によっては、多層構成としてもかまわない。多層構成とする場合は合計で上記範囲の厚さとなるようにすればよい。
【００３６】
次に、上述のような中間層上に設けられるダイヤモンド状炭素膜について述べる。
【００３７】
ダイヤモンド状炭素（ＤＬＣ：Diamond Like Carbon）膜は、ダイヤモンド様炭素膜、ｉ−カーボン膜等と称されることもある。ダイヤモンド状炭素膜については、例えば、特開昭６２−１４５６４６号公報、同６２−１４５６４７号公報、New Diamond Forum,第４巻第４号（昭和６３年１０月２５日発行）等に記載されている。
【００３８】
ＤＬＣ膜は、上記文献（New Diamond Forum）に記載されているように、ラマン分光分析において、１５５０cm-1にブロードな（１５２０〜１５６０cm-1）ラマン吸収のピークを有し、１３３３cm-1に鋭いピークを有するダイヤモンドや、１５８１cm-1に鋭いピークを有するグラファイトとは、明らかに異なった構造を有する物質である。
【００３９】
ＤＬＣ膜は、炭素と水素とを主成分とするアモルファス状態の薄膜であって、炭素同士のｓｐ3結合がランダムに存在することによって形成されている。ＤＬＣ膜の原子比Ｃ：Ｈは、通常、９５〜６０：５〜４０程度である。
【００４０】
本発明において、ＤＬＣ膜の厚さは、通常、１〜１００００nm、好ましくは１０〜３０００nmである。
【００４１】
ＤＬＣ膜は、炭素および水素に加え、Ｓｉ，Ｎ，Ｏ，Ｆの１種または２種以上を含有していてもよい。この場合、ＤＬＣ膜は、基本組成をＣＨxＳｉyＯzＮvＦwと表したとき、モル比を表すｘ，ｙ，ｚ，ｖ，ｗがそれぞれ、
０．０５≦ｘ≦０．７、
０≦ｙ≦３．０、
０≦ｚ≦１．０、
０≦ｖ≦１．０、
０≦ｗ≦０．２
であることが好ましい。
【００４２】
ＤＬＣ膜のラマン分光分析における吸収ピークは、上記のように１５５０cm-1にブロード（１５２０〜１５６０cm-1）な吸収を有するが、炭素および水素以外の上記元素を含有することにより、これから±１００cm-1程度変動する場合もある。
【００４３】
ＤＬＣ膜は、プラズマＣＶＤ法、イオン化蒸着法、スパッタ法などで形成することができる。
【００４４】
ＤＬＣ膜をプラズマＣＶＤ法により形成する場合、例えば特開平４−４１６７２号公報等に記載されている方法により成膜することができる。プラズマＣＶＤ法におけるプラズマは、直流、交流のいずれであってもよいが、交流を用いることが好ましい。交流としては数ヘルツからマイクロ波まで使用可能である。また、ダイヤモンド薄膜技術（総合技術センター発行）などに記載されているＥＣＲプラズマも使用可能である。また、バイアス電圧を印加してもよい。
【００４５】
ＤＬＣ膜をプラズマＣＶＤ法により形成する場合、原料ガスには、下記化合物を使用することが好ましい。
【００４６】
ＣおよびＨを含有する化合物として、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、エチレン、プロピレン等の炭化水素が挙げられる。
【００４７】
Ｃ，ＨおよびＳｉを含む化合物としては、メチルシラン、ジメチルシラン、トリメチルシラン、テトラメチルシラン、ジエチルシラン、テトラエチルシラン、テトラブチルシラン、ジメチルジエチルシラン、テトラフェニルシラン、メチルトリフェニルシラン、ジメチルジフェニルシラン、トリメチルフェニルシラン、トリメチルシリル−トリメチルシラン、トリメチルシリルメチル−トリメチルシラン等がある。これらは併用してもよく、シラン系化合物と炭化水素を用いてもよい。
【００４８】
Ｃ＋Ｈ＋Ｏを含む化合物としては、ＣＨ3ＯＨ、Ｃ2Ｈ5ＯＨ、ＨＣＨＯ、ＣＨ3ＣＯＣＨ3等がある。
【００４９】
Ｃ＋Ｈ＋Ｎを含む化合物としては、シアン化アンモニウム、シアン化水素、モノメチルアミン、ジメチルアミン、アリルアミン、アニリン、ジエチルアミン、アセトニトリル、アゾイソブタン、ジアリルアミン、エチルアジド、ＭＭＨ、ＤＭＨ、トリアリルアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリフェニルアミン等がある。
【００５０】
この他、Ｓｉ＋Ｃ＋Ｈ、Ｓｉ＋Ｃ＋Ｈ＋ＯあるいはＳｉ＋Ｃ＋Ｈ＋Ｎを含む化合物等と、Ｏ源あるいはＯＮ源、Ｎ源、Ｈ源等とを組み合わせてもよい。
【００５１】
Ｏ源として、Ｏ2、Ｏ3等、
Ｃ＋Ｏ源として、ＣＯ、ＣＯ2等、
Ｓｉ＋Ｈ源として、ＳｉＨ4等、
Ｈ源として、Ｈ2等、
Ｈ＋Ｏ源として、Ｈ2Ｏ等、
Ｎ源として、Ｎ2
Ｎ＋Ｈ源として、ＮＨ3等、
Ｎ＋Ｏ源として、ＮＯ、ＮＯ2、Ｎ2ＯなどＮＯxで表示できるＮとＯの化合物等、
Ｎ＋Ｃ源として、（ＣＮ）2等、
Ｎ＋Ｈ＋Ｆ源として、ＮＨ4Ｆ等、
Ｏ＋Ｆ源として、ＯＦ2、Ｏ2Ｆ2、Ｏ3Ｆ2等を用いてもよい。
【００５２】
上記原料ガスの流量は原料ガスの種類に応じて適宜決定すればよい。動作圧力は、通常、０．０１〜０．５Torr、投入電力は、通常、１０W〜５kW程度が好ましい。
【００５３】
ＤＬＣ膜は、イオン化蒸着法により形成してもよい。イオン化蒸着法は、例えば特開昭５８−１７４５０７号公報、特開昭５９−１７４５０８号公報等に記載されている。ただし、これらに開示された方法、装置に限られるものではなく、原料用イオン化ガスの加速が可能であれば他の方式のイオン蒸着技術を用いてもよい。この場合の装置の好ましい例としては、例えば、実開昭５９−１７４５０７号公報に記載されたイオン直進型またはイオン偏向型のものを用いることができる。
【００５４】
イオン化蒸着法においては、真空容器内を１０-6Torr程度までの高真空とする。この真空容器内には交流電源によって加熱されて熱電子を発生するフィラメントが設けられ、このフィラメントを取り囲んで対電極が配置され、フィラメントとの間に電圧Ｖｄを与える。また、フィラメント、対電極を取り囲んでイオン化ガス閉じこめ用の磁界を発生する電磁コイルが配置されている。原料ガスはフィラメントからの熱電子と衝突して、プラスの熱分解イオンと電子を生じ、このプラスイオンはグリッドに印加された負電位Ｖａにより加速される。この、Ｖｄ，Ｖａおよびコイルの磁界を調整することにより、組成や膜質を変えることができる。また、バイアス電圧を印加してもよい。
【００５５】
ＤＬＣ膜をイオン化蒸着法により形成する場合、原料ガスには、プラズマＣＶＤ法と同様のものを用いればよい。上記原料ガスの流量はその種類に応じて適宜決定すればよい。動作圧力は、通常、０．０１〜０．５Torr程度が好ましい。
【００５６】
ＤＬＣ膜は、スパッタ法により形成することもできる。この場合、Ａｒ、Ｋｒ等のスパッタ用のスパッタガスに加えて、Ｏ2 、Ｎ2、ＮＨ3、ＣＨ4、Ｈ2等のガスを反応性ガスとして導入すると共に、Ｃ、Ｓｉ、ＳｉＯ2、Ｓｉ3 Ｎ4、ＳｉＣ等をターゲットとしたり、Ｃ、Ｓｉ、ＳｉＯ2 、Ｓｉ3Ｎ4、ＳｉＣの混成組成をターゲットとしたり、場合によっては、Ｃ、Ｓｉ、Ｎ、Ｏを含む２以上のターゲットを用いてもよい。また、ポリマーをターゲットとして用いることも可能である。このようなターゲットを用いて高周波電力、交流電力、直流電力のいずれかを印加し、ターゲットをスパッタし、これを基板上にスパッタ堆積させることによりＤＬＣ膜を形成する。高周波スパッタ電力は、通常、５０W〜２kW程度である。動作圧力は、通常、１０-5〜１０-3Torrが好ましい。
【００５７】
本発明において、中間層を介してＤＬＣ膜が被覆される母材としては、例えば金型や工具類等の力が加わる部材、すなわち耐衝撃性および耐摩耗性が要求される部材にＤＬＣ膜が用いられることから、このような部材の構成材料となりうるものであれば特に制限はない。こうした構成材料としては、種々の金属系の材料があり、鉄鋼や非鉄金属をはじめ、その他サーメット等が挙げられる。鉄鋼としては、ステンレス綱（JIS:SUS303、304、316、420J、440CおよびELMAX、STAVAX等）、工具綱（JIS:SK2、SKH、SKS2、3、4、11、SKD11、61およびDC53等）、合金綱（JIS:SCM、SNCM、SNC、SCr等）、ダイス綱などがある。また、非鉄金属としては、アルミニウム合金、銅合金（りん青銅、洋白等）、チタン合金、マグネシウム合金、超硬合金（JIS:S種、G種、D種およびM45、46、63S等）、ステライトなどがある。これらの中でも、各種のステンレス鋼、SKS、SKD、超硬合金、ステライト、SNCMおよびDC５３を用いることが好ましい。
【００５８】
このような母材は、目的・用途等に応じて、種々の形状にして用いられる。
【００５９】
【実施例】
以下、本発明の具体的実施例を示し、本発明をさらに詳細に説明する。
【００６０】
＜参考例１＞
母材には工具綱ＳＫＳ２（ＪＩＳ）を用いた。
【００６１】
まず、母材上に、ＴｉＳｉ2をターゲットとして、高周波（ＲＦ）スパッタ法により、中間層を成膜速度１０nm／minで、３００nmの厚さに成膜した。このときのスパッタガスはＡｒ１０sccmで、動作圧力は０．０７Torrとした。また、投入電力は周波数１３．５６MHzで５００Ｗとした。成膜した中間層の組成は、ターゲットと同じであった。また、中間層は、Ｘ線測定からアモルファス状態であることがわかった。
【００６２】
そして、この中間層上に、プラズマＣＶＤ法によりＤＬＣ膜を成膜した。すなわち、Ｓｉ、Ｃ、Ｈ、Ｏを含有する化合物の原料ガスとしてＳｉ（ＯＣＨ3）4を流量５SCCM、ＣＨ4を流量６SCCMにて導入した。動作圧０．０５Torrでプラズマ発生用の交流として、ＲＦ５００Wを加え、セルフバイアス−４００Ｖにて、膜厚１μmとなるように成膜し、ＤＬＣ膜を設層した。ＤＬＣ膜の組成はＣＨ0.17Ｓｉ0.1Ｏ0.17であった。
【００６３】
このようにして得られたＤＬＣ膜を被覆した部材のサンプルについて、スクラッチ強度の評価を行なった。スクラッチ強度は、スクラッチ試験機（ＲＨＥＳＣＡ社製ＣＳＲ−０２）において１５μm のダイヤモンド圧子を用いて試験を行ない、層剥離が生じたときの強度を求めた。その結果を表１に示す。
【００６４】
【表１】
0004354559.tif 000002
【００６５】
＜参考例２〜８，実施例９〜１７＞
ターゲットを変えて中間層の組成を表１に示されるように変えた他は、参考例１と同様にしてＤＬＣ膜を被覆した部材のサンプルを得、参考例１と同様にしてスクラッチ強度の評価を行なった。その結果を表１に示す。
【００６６】
なお、中間層はいずれも、Ｘ線測定からアモルファス状態であることがわかった。
【００６７】
＜比較例１＞
中間層を設けなかった他は、実施例１と同様にしてＤＬＣ膜を被覆した部材のサンプルを得、実施例１と同様にしてスクラッチ強度の評価を行なった。その結果を表２に示す。
【００６８】
＜比較例２〜８＞
ターゲットを変えて中間層の組成を表２に示されるように変えた他は、実施例１と同様にしてＤＬＣ膜を被覆した部材のサンプルを得、実施例１と同様にしてスクラッチ強度の評価を行なった。その結果を表２に示す。
【００６９】
【表２】
0004354559.tif 000003
【００７０】
＜比較例９〜１３＞
中間層を２層構成とし、母材の上に表３に示されるような組成の中間層１をスパッタ法で１５０nmの厚さに成膜し、その上に、Ｓｉの中間層２をスパッタ法で１５０nmの厚さに成膜した他は、実施例１と同様にしてＤＬＣ膜を被覆した部材のサンプルを得、実施例１と同様にしてスクラッチ強度の評価を行なった。その結果を表３に示す。
【００７１】
【表３】
0004354559.tif 000004
【００７２】
表１〜３より、本発明の中間層を用いることによってスクラッチ強度が大きくなっており、母材と中間層の密着性向上、中間層とＤＬＣ膜の密着性向上の効果が明らかである。特に、Ｔｉ、Ｔａ、Ｖ、ＣｒまたはＭｏ、特にＴｉおよび／またはＴａと、Ｓｉとを含有する中間層を用いた部材において、スクラッチ強度が大きく、長寿命となることがわかる。
【００７３】
また、中間層を２層とした比較例９〜１３の部材は、中間層が１層の比較例２〜８の部材よりもスクラッチ強度が大きかったが、それでも本発明のものよりは弱く、しかも、中間層を２層形成するために、本発明より歩留まりが悪く、スループットが長くなり、生産性に劣っていた。
【００７４】
＜参考例１８＞
中間層の組成を表４に示されるように変えた他は、参考例５と同様にしてＤＬＣ膜を被覆した部材のサンプルを得、参考例１と同様にしてスクラッチ強度の評価を行なった。その結果を表４に示す。
【００７５】
＜比較例１４、１５＞
中間層の組成を表４に示されるように変えた他は、参考例５と同様にしてＤＬＣ膜を被覆した部材のサンプルを得、参考例１と同様にしてスクラッチ強度の評価を行なった。その結果を表４に示す。
【００７６】
【表４】
0004354559.tif 000005
【００７７】
本発明の組成よりもＳｉの少ない比較例１４の部材、Ｓｉの多い比較例１５の部材ともに、スクラッチ強度が弱かった。
【００７８】
＜実施例１９、２０＞
中間層の組成を表５に示されるように変えた他は、実施例９と同様にしてＤＬＣ膜を被覆した部材のサンプルを得、参考例１と同様にしてスクラッチ強度の評価を行なった。その結果を表５に示す。
【００７９】
＜比較例１６、１７＞
中間層の組成を表５に示されるように変えた他は、実施例９と同様にしてＤＬＣ膜を被覆した部材のサンプルを得、実施例１と同様にしてスクラッチ強度の評価を行なった。その結果を表５に示す。
【００８０】
【表５】
0004354559.tif 000006
【００８１】
本発明の組成よりもＣの多い比較例１６、１７の部材は、スクラッチ強度が弱かった。
【００８２】
＜実施例２１＞
母材を工具綱ＳＫＤ１１（ＪＩＳ）に変えた他は、実施例１〜１７と同様にしてＤＬＣ膜を被覆した部材のサンプルを得、実施例１と同様にしてスクラッチ強度の評価を行なった。この結果、用いた中間層構成に応じて、同様の結果が得られた。
【００８３】
＜実施例２２＞
母材を超硬合金Ｍ６３Ｓ（住友電気工業（株）製の商品名）に変えた他は、実施例１〜１７と同様にしてＤＬＣ膜を被覆した部材のサンプルを得、実施例１と同様にしてスクラッチ強度の評価を行なった。この結果、用いた中間層構成に応じて、同様の結果が得られた。
【００８４】
＜実施例２３＞
Ｓｉ（ＯＣＨ3）4を流量５SCCM、ＮＯ2を流量５SCCM、ＣＨ4を流量４SCCMにて導入し、膜厚１μmとなるようにＤＬＣ膜を成膜した他は、実施例１と同様にしてＤＬＣ膜を被覆した部材のサンプルを得、実施例１と同様にしてスクラッチ強度の評価を行なった。この結果、実施例１と同様の結果が得られた。なお、ＤＬＣ膜の組成は、ＣＨ0.13Ｓｉ0.15Ｏ0.26Ｎ0.13だった。
【００８５】
＜実施例２４＞
ＣＨ4を流量１０SCCMにて導入し、膜厚１μmとなるようにＤＬＣ膜を成膜した他は、実施例１と同様にしてＤＬＣ膜を被覆した部材のサンプルを得、実施例１と同様にしてスクラッチ強度の評価を行なった。この結果、実施例１と同様の結果が得られた。なお、ＤＬＣ膜の組成は、ＣＨ0.25だった。
【００８６】
＜実施例２５＞
２元スパッタにおいて各ターゲットに投入するパワーを経時変化させて中間層を成膜し、母材側にＴｉが多く、ＤＬＣ膜側にＳｉが多い傾斜構造を有するものとした他は、実施例１と同様にしてＤＬＣ膜を被覆した部材のサンプルを得、実施例１と同様にしてスクラッチ強度の評価を行なった。このとき、母材に接する界面から１０nmまでの組成の平均値はＴｉＳｉ0.1、ＤＬＣ膜に接する界面から１０nmまでの組成の平均値はＴｉＳｉ12だった。
【００８７】
中間層が傾斜構造を有するこの部材のスクラッチ強度は２４０mNであり、中間層の組成が均一な実施例１の部材（スクラッチ強度２１０mN）よりも密着性が高かった。
【００８８】
＜実施例２６＞
２元スパッタにおいて各ターゲットに投入するパワーを経時変化させて中間層を成膜し、母材側にＴｉが多く、ＤＬＣ膜側にＳｉ、Ｃが多い傾斜構造を有するものとした他は、実施例９と同様にしてＤＬＣ膜を被覆した部材のサンプルを得、実施例１と同様にしてスクラッチ強度の評価を行なった。このとき、母材に接する界面から１０nmまでの組成の平均値はＴｉＳｉ0.1Ｃ0.1、ＤＬＣ膜に接する界面から１０nmまでの組成の平均値はＴｉＳｉ8Ｃ8だった。
【００８９】
中間層が傾斜構造を有するこの部材のスクラッチ強度は２４０mNであり、中間層の組成が均一な実施例９の部材（スクラッチ強度２１０mN）よりも密着性が高かった。
【００９０】
【発明の効果】
本発明によれば、母材とＤＬＣ膜との密着性を向上させ、ＤＬＣ膜を被覆した部材の寿命を長くすることができる。また、中間層を１層のみ形成すればよいので、生産性も向上することができる。