(57)【要約】【課題】密着性の高い硬質薄膜を成膜でき、しかもその硬質薄膜における膜厚を部分的に異ならせることのできる硬質薄膜の製造方法を提供する。【解決手段】ＰＶＤ法により被処理材（バルブリフタ１）の被処理面（摺動面１ａ）に硬質薄膜を形成する方法であって、被処理面の裏面１ｂに永久磁石３をパターン配置して被処理面上に磁界を局所的に発生させることにより、被処理面に形成される硬質薄膜の膜厚を部分的に異ならせる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物理気相成長法により被処理材の被処理面に硬質薄膜を形成する方法であって、
前記被処理面上に磁界を局所的に発生させることにより、該被処理面に形成される前記硬質薄膜の膜厚を部分的に異ならせることを特徴とする硬質薄膜の製造方法。
【請求項２】
前記被処理面の裏面に複数の前記磁石を、間隔をおいて配設することを特徴とする請求項１に記載の硬質薄膜の製造方法。
【請求項３】
前記物理気相成長法はスパッタリング法であることを特徴とする請求項１又は２に記載の硬質薄膜の製造方法。
【請求項４】
前記被処理材は摺動部材であり、前記被処理面は摺動面であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載の硬質薄膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は硬質薄膜の製造方法に関し、詳しくは物理的気相成長法（ＰＶＤ）により硬質薄膜を形成する硬質薄膜の製造方法に関する。本発明の硬質薄膜の製造方法は、例えば、各種機械構造部材の摺動部分に適用される、摺動部材の摺動面に硬質薄膜を形成する場合に好適に利用することができる。
【背景技術】
【０００２】
ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）は、高硬度と低摩擦係数とを有することから、各種摺動部材、機械部品、工具や磁気ディスク等の表面改質膜として利用されるようになってきている。
【０００３】
ところで、近年における自動車の燃費規制に対応するためには、摺動部における摺動抵抗を低減するための技術開発が非常に重要である。このため、自動車部品、特にエンジン部品における摺動抵抗を低減させることが大きな課題となってきている。
【０００４】
特許文献１には、摺動面にＤＬＣ膜を形成した摺動部材の低摩擦係数化（低μ化）を図るために、摺動面に部分的にＤＬＣ膜を形成する摺動部材が記載されている。
【０００５】
この特許文献１に記載の摺動部材では、鉄系基材の被処理面に部分的にマスキングを施してからＰＶＤ法又はＣＶＤ法によりＤＬＣ膜を形成している。これにより、摺動面が、ＤＬＣ膜と露出した鉄系基材とにより構成される。このような摺動面をもつ摺動部材を油潤滑下で使用すると、ＤＬＣ膜による固体潤滑性に加え、露出した鉄系基材の部分に生成される反応皮膜による固体潤滑性も得られ、その結果大きなフリクション低減効果が得られる。
【０００６】
しかし、マスキングによりＤＬＣ膜をパターン化して形成した摺動部材では、摺動時にＤＬＣ膜と露出基材との境界にせん断による応力が集中しやすく、またパターン化により個々のＤＬＣ膜と基材との密着面積が小さくなるためＤＬＣ膜の密着力が小さくなる。このため、この摺動部材では、摺動時に、ＤＬＣ膜が剥離し易いという問題がある。
【特許文献１】特開２０００−３２０６７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、密着性の高い硬質薄膜を成膜でき、しかもその硬質薄膜における膜厚を部分的に異ならせることのできる硬質薄膜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】
【０００８】
（１）上記課題を解決する本発明の硬質薄膜の製造方法は、物理気相成長法により被処理材の被処理面に硬質薄膜を形成する方法であって、前記被処理面上に磁界を局所的に発生させることにより、該被処理面に形成される前記硬質薄膜の膜厚を部分的に異ならせることを特徴とする。
【０００９】
本発明の硬質薄膜の製造方法では、物理気相成長法（ＰＶＤ法）により被処理材の被処理面に硬質薄膜を形成する際、被処理面上に磁界を局所的に発生させることにより、この被処理面に形成される硬質薄膜の膜厚を部分的に異ならせることができる。
【００１０】
こうして得られた硬質薄膜はＰＶＤ法により被処理面の全体に強固に密着されており、被処理面に対する密着力の高いものとなる。また、この膜厚の厚い部分と薄い部分とからなる硬質薄膜においては、内部応力の異なる膜質となるため、膜全体の応力が緩和され、その結果硬質薄膜の靭性が向上する。
【００１１】
（２）本発明の硬質薄膜の製造方法において、前記被処理面の裏面に複数の前記磁石を、間隔をおいて配設することが好ましい。
【００１２】
この構成によると、複数の磁石の配置パターンを変えることで、硬質薄膜における膜厚の厚い部分の形成パターンを任意に変えることができる。
【００１３】
（３）本発明の硬質薄膜の製造方法において、前記物理気相成長法はスパッタリング法であることが好ましい。
【００１４】
スパッタリング法により硬質薄膜を形成する際に、被処理面上に局所的に磁界を発生させると、硬質薄膜の膜厚のみならず、膜質も部分的に異ならせることができる。
【００１５】
（４）本発明の硬質薄膜の製造方法において、前記被処理材は摺動部材であり、前記被処理面は摺動面であることが好ましい。
【００１６】
摺動部材の摺動面に膜厚が部分的に異なる硬質薄膜を形成すると、膜厚の薄い部分を油溜め部として機能させることができるので、摺動面を低摩擦係数化させることが可能となる。また、この硬質薄膜は応力緩和により靭性の高いものとなり耐久性の高いものとなる。
【発明の効果】
【００１７】
したがって、本発明の硬質薄膜の製造方法によって、摺動部材の摺動面に硬質薄膜を形成すれば、摺動面における低摩擦係数化を長期間にわたって維持することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の硬質薄膜の製造方法では、ＰＶＤ法により被処理材の被処理面に硬質薄膜を形成する。
【００１９】
本発明の製造方法で利用することのできるＰＶＤ法の種類としては、特に限定されない。例えば、アンバランスドスパッタリング法、マグネトロンスパッタリング法等のスパッタリング法や、アークプラズマ式のアーク放電イオンプレーティング法やＨＣＤ式の電子銃イオンプレーティング法等のイオンプレーティング法を本発明で利用することができる。これらの中でも、アンバランスドスパッタリング法が特に好ましい。
【００２０】
スパッタリング法では、スパッタを行う例えばＡｒガスがプラズマ化され、Ａｒイオンによってスパッタされた膜のソースが被処理面で蒸着する。このとき、Ａｒイオンは、膜のソースが被処理面に蒸着することをアシストする。このようなスパッタリング法において、被処理面上に磁界を局所的に発生させると、膜のソースが被処理面に蒸着することをアシストするＡｒイオンの機能（イオンアシスト効果）が磁力によって向上する。このため、磁界が発生している部分で膜厚が厚くなる。
【００２１】
また、スパッタリング法では、成膜後においても、Ａｒイオンが硬質薄膜に衝突するため、硬質薄膜の膜質も、磁界が発生している部分とその他の部分とで異なったものとなる。すなわち、磁界が発生している部分に形成された硬質薄膜は、Ａｒイオンからの衝突エネルギーが増大してイオンアシスト効果が向上するため、例えば硬度や密度が高くなると考えられる。
【００２２】
本発明の製造方法で形成する硬質薄膜の種類としては、特に限定されず、例えば、ＤＬＣ膜等の炭素膜、ＣｒＮ膜やＴｉＮ膜等の窒化膜を挙げることができる。
【００２３】
本発明の硬質薄膜の製造方法では、ＰＶＤ法により被処理材の被処理面に硬質薄膜を形成する際、被処理面上に磁界を局所的に発生させる。
【００２４】
被処理面上に局所的に磁界を発生させる手段としては、特に限定されないが、例えば被処理面の裏面に複数の磁石を、間隔をおいて配設することができる。このとき、複数の磁石を周期的に配列することが好ましい。複数の磁石を周期的に配列する配置パターンの例としては、碁盤格子状や同心円状等を挙げることができる。
【００２５】
磁石の種類としては、成膜時の温度下でも所定の磁性を発揮するものであれば特に限定されず、例えば永久磁石であっても、電磁石であってもよい。磁石の形状も特に限定されない。
【００２６】
本発明の硬質薄膜の製造方法においては、被処理材として摺動部材を採用することが好ましく、被処理面は摺動面であることが好ましい。
【００２７】
摺動部材の摺動面に膜厚が部分的に異なる硬質薄膜を形成すると、膜厚の薄い部分を油溜め部として機能させることができるので、摺動面を低摩擦係数化させることが可能となる。また、この硬質薄膜は応力緩和により靭性の高いものとなり耐久性の高いものとなる。
【００２８】
本発明の方法により、摺動部材の摺動面に硬質薄膜を形成する場合は、硬質薄膜をＤＬＣ膜とすることが特に好ましい。
【実施例】
【００２９】
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明する。なお、説明する実施例は一実施例にすぎず、本発明の硬質薄膜の製造方法は、下記実施例に限定されるものではない。本発明の硬質薄膜の製造方法は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良等を施した種々の形態にて実施することができる。
【００３０】
（実施例）
本実施例では、以下に説明するように、本発明の硬質薄膜の製造方法を利用して、自動車用エンジンに用いられる摺動部材としてのバルブリフタ（被処理部材）１の摺動面（被処理面）１ａに硬質薄膜としてのＤＬＣ膜２を形成した。
【００３１】
このバルブリフタ１は、低マンガン鋼（ＪＩＳ  ＳＣＭ１５）よりなり、図１に示されるように有底円筒状を呈している。バルブリフタ１の頂面たる摺動面１ａは、研磨処理により表面粗さが０．０１Ｒａμｍに仕上げられている。なお、バルブリフタ１ａの摺動面１ａの裏面１ｂの中央部には、バルブ（図示せず）が当接する円柱状当接部１１が設けられている。
【００３２】
本実施例では、このバルブリフタ１の摺動面１ａの裏面１ｂに、複数個の永久磁石３を間隔をおいて周期的に配列するように配設した。具体的には、裏面１ｂのうち円柱状当接部１１を除く部分に、碁盤格子状に永久磁石３を配設した。この永久磁石３は、サマリウムコバルトよりなり、直径φ２ｍｍ、高さ２ｍｍの円柱状を呈している。なお、各永久磁石３のＳ極を裏面１ｂに接着剤で接着させた。また、隣り合う永久磁石３同士の間隔は３ｍｍとした。
【００３３】
図２に模式的に示されるアンバランスドスパッタリング装置では、真空槽１０にターゲット（固体炭素）１１が配設され、このターゲット１１の裏側には外側磁石１２と内側磁石１３とが配設されている。なお、アンバランスドスパッタリング法では、外側磁石１２と内側磁石１３とで磁石強度を異ならせることで非平衡磁場とする。これにより、ターゲット１１側から被処理材側へ磁力線の一部が伸び、ターゲット１１近傍のプラズマが被処理材側へ拡散し、その結果被処理面に照射されるＡｒイオン量が増大する。
【００３４】
このアンバランスドスパッタリング装置の真空槽１０内に、前記被処理材としてのバルブリフタ１を配設した。このとき、バルブリフタ１の被処理面としての摺動面１ａをターゲット１１に対向させた。
【００３５】
そして、下記に示す成膜条件で、アンバランスドスパッタリング法を実施して、摺動面１ａにＤＬＣ膜２を成膜した。
【００３６】
＜成膜条件＞
バイアス電圧：１００Ｖ
ＣＨ４濃度：１０％
被処理材温度：２００℃
成膜時間：１２０分
得られたＤＬＣ膜２には、図３に示されるように、膜厚が薄い凹部２１が碁盤格子状に形成されていた。この凹部２１は、摺動面１ａの裏面１ｂに永久磁石３が配置されていた部分に対応して形成されていた。凹部２１の中心部の膜厚は０．６μｍであった。また、摺動面１ａの裏面１ｂに永久磁石３が配置されていなかった部分に対応して形成された厚肉部２２の中心部の膜厚は１．２μｍであった。
【００３７】
（比較例）
バルブリフタ１の摺動面１ａの裏面１ｂに永久磁石３を配設しないこと以外は、前記実施例の方法に準じて、膜厚が１μｍのＤＬＣ膜２を摺動面１ａに形成した。
【００３８】
（動弁系フリクション試験の評価）
前記実施例及び比較例で得られたバルブリフタについて、以下の条件でフリクション試験を行った。試験結果を図４に示す。
【００３９】
＜試験条件＞
エンジン：１ＺＺ−ＦＥ（クランク＋動弁系＋オイルポンプ）
油圧：エンジンＡｓｓｙ成り行き値に設定
カムシャフト：連続使用（試験前５０時間程度運転品）
回転数：６００、２０００、４０００、５６００ｒｐｍ
摺り合わせ時間：８時間（６００〜６０００ｒｐｍ）
エンジンオイル：ＳＭＯＷ−２０（Ｍｏ７００ｐｐｍ）
油温：８０℃
図４より、実施例のバルブリフタは、比較例のバルブリフタと比べて、特に低回転側（４０００ｒｐｍ以下、特に２０００ｒｐｍ以下）でフリクション低減効果があった。これは、低回転側では摺動面における油膜が薄くなり易いところ、実施例のバルブリフタ１におけるＤＬＣ膜２の凹部２１が油溜め部として機能したためと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施例において、被処理材としてのバルブリフタの摺動面（被処理面）の裏面に磁石を配置した様子を示す断面図である。
【図２】本発明の実施例で用いたアンバランスドスパッタリング装置を概略的に説明する図である。
【図３】本発明の実施例で成膜した硬質薄膜としてのＤＬＣ膜の表面形態を拡大して模式的に示す部分端面図である。
【図４】実施例と比較例で得られたバルブリフタについて動弁系フリクション試験を行った結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４１】
１…バルブリフタ（被処理材）          ２…ＤＬＣ膜（硬質薄膜）
３…永久磁石
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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