摺動部材
【課題】基材との密着性に優れたＤＬＣ層をもつ摺動部材を提供すること。
【解決手段】本発明の摺動部材は、基材と、ケイ素、タングステン、クロムおよびチタンより選ばれる少なくとも一種の元素と、炭素と、を有し、厚さ方向を表面から基材方向に進むにつれて炭素の含有割合が減少した状態で基材の表面に形成された傾斜層と、傾斜層の表面に形成されたダイヤモンドライクカーボン層と、を有することを特徴とする。
【解決手段】本発明の摺動部材は、基材と、ケイ素、タングステン、クロムおよびチタンより選ばれる少なくとも一種の元素と、炭素と、を有し、厚さ方向を表面から基材方向に進むにつれて炭素の含有割合が減少した状態で基材の表面に形成された傾斜層と、傾斜層の表面に形成されたダイヤモンドライクカーボン層と、を有することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイヤモンドライクカーボン層が摺動面をなす摺動部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
摺動部材には、耐摩耗性が高いことや、摩擦係数および相手材攻撃性が低いことが求められている。このような要求を満たすために、摺動面をダイヤモンドライクカーボン（以下、ＤＬＣと称する）で形成するようになってきている。つまり、基材の表面にＤＬＣ膜を形成している。ＤＬＣ膜は、非晶質な炭素を有する硬質膜である。
【０００３】
ＤＬＣ膜は、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等のＰＶＤ法、熱ＣＶＤ法、高周波プラズマＣＶＤ法、マイクロ波プラズマＣＶＤ法、直流プラズマＣＶＤ法等のＣＶＤ法を用いて、基材の表面に硬質膜を成膜している。これらの成膜方法のうち、成膜条件の管理が容易であることから、直流プラズマＣＶＤ法が用いられている。
【０００４】
しかしながら、直流プラズマＣＶＤ法で成膜されたＤＬＣ膜は、基材（特に、鋼等の鉄系金属よりなる基材）の表面との密着性が低いという問題があった。従来では、基材とＤＬＣ膜との密着性を高めるために、基材の表面に表面処理を施し、その表面上にＤＬＣ膜を形成していた。基材に施される表面処理としては、たとえば、窒化処理が用いられていた。しかしながら、窒化処理は処理温度が高温であり、この処理温度により基材の特性が変化するという問題があった。具体的には、基材が鋼よりなるときには、窒化処理時には５００℃程度で処理されており、この処理温度に晒されたことでいわゆる焼きなましが生じる。また、基材がステンレス鋼よりなるときには、ステンレス鋼中に含まれるＣｒが窒化される（鋭敏化）という問題があった。
【０００５】
また、基材とＤＬＣ膜の密着性を向上する方法として、例えば、特許文献１〜２には、基材の表面に中間層および混合層を形成する方法が開示されている。
【０００６】
特許文献１には、基材に中間層を介して形成されたＤＬＣ層を含んでなるＤＬＣ薄膜において、中間層とＤＬＣ層との間に、中間層の成分と炭素とからなる混合成分層をもうけ、混合成分層が炭素と中間層の成分の組成が段階的または連続的に変化したことが開示されている。
【０００７】
特許文献２には、高速度工具鋼または超硬合金よりなる基材上にＴｉＮ，ＴｉＣＮ，ＴｉＡｌＮ，Ａ２Ｏ３もしくはこれらの組み合わせを含む硬質物質をコーティングした上にシリコン単体の中間層を形成し、この中間層の上にシリコンと炭素もしくはシリコンと炭素と窒素を含む成分からなる混合層を形成し、混合層の上にＤＬＣを含む硬質膜を被覆した工具部材が開示されている。
【０００８】
特許文献１〜２に開示された方法では、中間層を基材の表面に形成する必要があり、密着性の高いＤＬＣ層を形成するための工程数が多くなっていた。つまり、ＤＬＣ層の形成に大きなコストが必要となっていた。
【特許文献１】特開２０００−２５６８５０号公報
【特許文献２】特開２０００−１７６７０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記実状に鑑みてなされたものであり、基材との密着性に優れたＤＬＣ層をもつ摺動部材を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するための本発明者らはＤＬＣよりなる表面を備えた摺動部材について検討を重ねた結果、本発明をなすに至った。
【００１１】
本発明の摺動部材は、基材と、ケイ素、タングステン、クロムおよびチタンより選ばれる少なくとも一種の元素と、炭素と、を有し、厚さ方向を表面から基材方向に向かって炭素の含有割合が減少した状態で基材の表面に形成された傾斜層と、傾斜層の表面に形成されたダイヤモンドライクカーボン層と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の摺動部材は、基材とＤＬＣ層の間に、ＤＬＣ層との密着性に優れた傾斜層を形成している。このため、本発明の摺動部材は、高い密着力でＤＬＣ層が密着した摺動部材となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の摺動部材は、基材と、基材の表面に形成された傾斜層と、傾斜層の表面に形成されたＤＬＣ層と、を有する。
【００１４】
基材は、本発明の摺動部材で摺動面が形成される部材である。本発明において、基材はその材質や形状が特に限定されるものではない。たとえば、ポリエチルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）等の樹脂や、鉄、アルミニウム、鋼、超鋼等を主成分とした金属あげることができる。これらの材質のうち、鉄系金属であることがより好ましい。
【００１５】
傾斜層は、ケイ素、タングステン、クロムおよびチタンより選ばれる少なくとも一種の元素と、炭素と、を有し、厚さ方向を表面から基材方向に向かって炭素の含有割合が減少した状態で基材の表面に形成された層である。傾斜層がケイ素、タングステン、クロムおよびチタンより選ばれる少なくとも一種の元素と、炭素と、を有することで、基材とＤＬＣ層の両層を強固に密着させることができる。
【００１６】
傾斜層は、少なくとも一種の元素と炭素のそれぞれがアモルファスな状態で存在している層である。また、少なくとも一種の元素と炭素元素の一部が化合物を形成していてもよい。
【００１７】
傾斜層を構成する元素であるケイ素、タングステン、クロムおよびチタンより選ばれる少なくとも一種の元素は、傾斜層と基材とを強固に密着させることが可能な元素である。傾斜層の基材表面側は、この少なくとも一種の元素が炭素よりも多く存在しており、傾斜層と基材との密着性が確保される。基材との界面近傍では、この少なくとも一種の元素の存在割合が高いことが好ましく、実質的にこの少なくとも一種の元素よりなることがさらに好ましい。特に、摺動部材の基材に多く使用される鉄系金属との接合性から、少なくとも一種の元素にケイ素を用いることが好ましい。
【００１８】
そして、傾斜層は、表面から基材方向にかけて炭素の含有割合が徐々に減少している。つまり、傾斜層の表面側には、少なくとも一種の元素よりも炭素原子が多く存在する。炭素原子は、傾斜層の表面に形成されるＤＬＣ層を強固に密着させることができる。傾斜層の表面では、炭素原子の存在割合ができるだけ高いことが好ましい。
【００１９】
傾斜層における炭素原子の存在割合の増加割合（炭素の濃度変化勾配）については、特に限定されるものではない。また、傾斜層の厚さについても、炭素原子の存在割合により異なるため、特に限定されるものではない。
【００２０】
ＤＬＣ層は、傾斜層の表面上に形成されたＤＬＣよりなる層である。このＤＬＣ層の表面が、本発明の摺動部材の摺動面となる。ＤＬＣ層を構成するＤＬＣは、非晶質な状態で炭素あるいは炭化水素を含む物質である。ＤＬＣは、従来公知のＤＬＣであり、より好ましくはケイ素を含有したＤＬＣである。
【００２１】
ここで、ＤＬＣがケイ素を含有したＤＬＣであるときに、ケイ素、炭素、水素等の含有割合については特に限定されるものではなく、摺動部材として用いたときの摺動面を形成できる割合であればよい。
【００２２】
ＤＬＣは、ＤＬＣ全体を１００重量％としたときに、ケイ素の割合が１重量％〜８０重量％の範囲で設定可能であるが、より望ましい範囲は５重量％〜５０重量％であり、最も好適な範囲は１０重量％〜４０重量％である。ケイ素の割合が１重量％未満の場合には、良好なＤＬＣ層を形成することができなくなる。また、ケイ素の割合が１０重量％未満となると、直流プラズマＣＶＤでの成膜時に煤が発生しやすくなり、ＤＬＣ層自身が脆くなる。また、ケイ素の割合が８０重量％を超えると炭素の比率が少なくなり、摺動部材として摺動したときの相手材攻撃性が大きくなる。
【００２３】
ＤＬＣ層の厚さは０．５〜１０μｍであることが好ましく、より好ましくは１〜５μｍである。ＤＬＣ層の厚みが０．５μｍ未満では摩耗に対する耐久寿命が短くなり、摺動部材としての実用に向かなくなる。厚みが１０μｍを越えると、ＤＬＣ層自体が脆くなる。
【００２４】
ＤＬＣ層は、その製造方法が限定されるものではないが、直流プラズマＣＶＤ法で形成したことが好ましい。直流プラズマＣＶＤ法は、炭素化合物ガスを主体としたＤＬＣ層形成ガス雰囲気中で直流電流を放電させることにより、基材表面にＤＬＣ層を形成する方法である。直流プラズマＣＶＤ法は、基材を高温に晒すことなく比較的低温でＤＬＣ層の成膜を行うことができる方法であり、特に３００℃以下の低温でＤＬＣ層を形成することが可能な方法である。つまり、ＤＬＣ層の形成に直流プラズマＣＶＤ法を用いることで、基材を変質することなくＤＬＣ層を形成できる。
【００２５】
本発明の摺動部材において、傾斜層を形成する方法は、特に限定されるものではないが、ＤＬＣ層と同様に直流プラズマＣＶＤ法で製造することが好ましい。直流プラズマＣＶＤ法を用いたときには、プラズマが発生する反応室内のガス雰囲気を調節することで、傾斜層及びＤＬＣ層を形成することができる。そして、傾斜層とＤＬＣ層を直流プラズマＣＶＤ法で形成することで、両層を連続的に形成できる。これにより、傾斜層とＤＬＣ層との界面が存在しなくなり、より強く両層が接合する。さらに、ワンステップで両層を形成することができるため、製造に要するコストの上昇を抑えることができる。
【００２６】
本発明の摺動部材は、傾斜層を介することでＤＬＣ層が基材に強固に密着しており、摺動時にＤＬＣ層の剥離が生じにくくなっている。このため、本発明の摺動部材は、軸受、ポンプやシャフトなどの自動車用部品、ツールホルダや精密スライドなどの工作機械部品等の装置の摺動部材に用いることができる。
【００２７】
本発明の摺動部材は、たとえば、以下の製造方法で製造することができる。
【００２８】
先ず、反応室を区画する真空容器内のテーブル上に基材である被処理材を配設し、真空引きして真空容器内に残存する気体を除去する。ここでは、例えば、１×１０−４Ｔｏｒｒ以下まで排気する。
【００２９】
次に、連続排気しながら水素（Ｈ２）ガスなどの昇温用ガスを導入し、直流放電または高周波放電等により放電を開始し、プラズマエネルギーにより被処理材を所定の温度に加熱する。なお、基材の変質を防ぐために３００℃を超えないように昇温することが好ましい。
【００３０】
次に、真空容器内にケイ素化合物ガスを導入し、真空容器内をケイ素化合物ガス雰囲気とする。このガス雰囲気中で放電させ、基材表面にケイ素を主成分とする被膜を形成する。ここで、ケイ素化合物ガス雰囲気は、雰囲気ガスとケイ素化合物ガスとから構成される。ケイ素化合物ガスとしては、テトラクロルシラン（ＳｉＣｌ４）、テトラフルオロシラン（ＳｉＦ４）、トリクロルシラン（ＳｉＨＣｌ３）、テトラメチルシラン（ＴＭＳ；Ｓｉ（ＣＨ３）４）などを用いることができる。ケイ素化合物ガスは、さらに、水素ガスを含んでいてもよい。雰囲気ガスは、水素（Ｈ２）、アルゴン（Ａｒ）等の一般的に用いるガスを用いることができる。
【００３１】
そして、ケイ素を主成分とする被膜が形成したら、あるいは所定時間が経過したら、所定量の炭素化合物ガスを真空容器内にさらに導入する。炭素化合物ガスとしては、メタン（ＣＨ４）、エチレン、アセチレン、ベンゼン、その他の炭化水素ガス（ＣｍＨｎ）などを用いることができる。
【００３２】
その後、炭素化合物ガスの導入量を徐々に増加する。このとき、ケイ素化合物ガスの導入量を減少してもよい。真空容器内の雰囲気を構成するガスに含まれる炭素化合物ガス濃度が徐々に増加する。
【００３３】
炭素化合物ガスの導入により、真空容器内の雰囲気を構成するガスに含まれる炭素化合物ガス濃度が徐々に増加する。このため、基材の表面に形成される被膜は、表面方向に進むに連れて炭素の含有量が多くなる。
【００３４】
そして、炭素化合物ガスの導入量を増加していき、最終的に、炭素化合物ガスおよびケイ素化合物ガスの導入量をＤＬＣを形成可能な量にし、被膜を形成する。なお、この特殊薄膜形成ガスの組成は、原料ガス、処理温度等により、適宜決定され、また、全体の流量は真空容器の容積と排気量とのバランスで決定される。
【００３５】
このようにして、高硬度でかつ極めて低い摩擦係数を有する本発明の摺動部材を、容易に形成することができる。
【実施例】
【００３６】
以下、実施例を用いて本発明を説明する。
【００３７】
実施例として、傾斜層及びＤＬＣ層を有する摺動部材を製造した。
【００３８】
（実施例１）
鉄系金属よりなる基材の表面に、直流プラズマＣＶＤ法で傾斜層及びＤＬＣ層を形成した。なお、この処理において用いたプラズマＣＶＤ処理装置１を、図１に示した。
【００３９】
先ず、ステンレス製のプラズマ反応室１１の中央に設けた基台１２の上に、３０×３０ｍｍ、厚さ５ｍｍの正方形のタイル状の基材１３を、基台１２の中心から３５０ｍｍの間隔を置いて二つ配置した。なお、基台１２の支持柱１４の内部には冷却水を送る冷却水管（図示せず）が取りつけられている。
【００４０】
次に、プラズマ反応室１１を密閉したのち、ガス導出管１５に接続された真空ポンプのロータリーポンプ（図示せず）および拡散ポンプ（図示せず）により残留ガスが１×１０−４トールになるまで減圧した。なお、ガス導入管１６は、コントロールバルブを介して各種ガスボンベ（共に図示せず）に連結している。
【００４１】
次に、１３３×１０−４Ｐａ（１×１０−４Ｔｏｒｒ）まで減圧した炉内に昇温用ガスとして水素ガスを導入し、同時に真空引きしながら反応室１１の圧力を１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）に保つように調整した。そして、反応室１１の内側に設けたステンレス製陽極板１７と陰極（基台）１２の間に数百ボルトの直流電圧を印加して放電を開始し、基材表面が３００℃になるまでイオン衝撃による昇温を行った。ここで、直流電流回路は、陽極１７と陰極１２により構成し、内部の基材の温度を測定する二色温度計（図示せず）からの入力により電源制御され、基材の温度を一定に保つ働きをする。
【００４２】
次に、反応室１１内に、テトラメチルシラン（ＴＭＳ；Ｓｉ（ＣＨ４）４）ガスと、水素（Ｈ２）ガスおよびアルゴン（Ａｒ）ガスを、それぞれ流量６、６０、および６０ｓｃｃｍで導入して全圧力５３３Ｐａのケイ素化合物ガス雰囲気とし、基材の温度を３００℃に保ちながら１０分間の直流放電を持続させることにより化学蒸着処理を行った。
【００４３】
１０分後、反応室１１内に、さらにメタン（ＣＨ４）ガスを５０ｓｃｃｍで導入して全圧力５３３Ｐａのケイ素化合物ガスと炭素化合物ガスの混合ガス雰囲気とし、基材の温度を３００℃に保ちながら１０分間の直流放電を持続させることにより化学蒸着処理を行った。
【００４４】
その後、反応室１１内に導入されるメタン（ＣＨ４）ガスの導入流量を、１００ｓｃｃｍとし、２０分間の直流放電を持続させることにより化学蒸着処理を行った。
【００４５】
２０分間の処理終了後、放電を止め、基材を減圧下（５３３Ｐａ）で冷却し、基材を反応室１１より取り出した。これにより、基材の表面には傾斜層及びＤＬＣ層が形成された。
【００４６】
製造された本実施例の摺動部材は、基材表面に傾斜層が形成され、傾斜層の表面にＤＬＣ層が形成されている。そして、傾斜層は、水素と、炭素と、ケイ素と、を有し、厚さ方向を表面から基材方向に進むに連れて、炭素含有割合が減少（ケイ素含有割合が増加）している。また、ＤＬＣ層は、ＤＬＣよりなる。そして、本実施例の摺動部材においては、ＤＬＣ層と傾斜層との明瞭な界面が確認できなかった。
【００４７】
本実施例の摺動部材の傾斜層の製造においては、反応室１１内に導入されるメタンガス量が０ｓｃｃｍ、５０ｓｃｃｍ、１００ｓｃｃｍの流量で導入された。このように、反応室１１内に導入されるメタンガス量は２段階の流入量で導入されたが、摺動部材の傾斜層においては炭素の含有割合がなめらかに変化していた。このことは、メタンガスの導入を開始したことにより、反応室１１内の雰囲気に占めるメタンガスの割合が徐々に増加していったことによる。
【００４８】
（比較例）
鉄系金属よりなる基材の表面に、窒化層を形成し、その表面上に直流プラズマＣＶＤ法でＤＬＣ層を形成した。
【００４９】
まず、実施例１の時と同様な鉄系金属よりなる基材を準備し、窒素ガス雰囲気中で３００℃に保持して窒化被膜を形成した。
【００５０】
つづいて、実施例１において用いられたプラズマＣＶＤ処理装置１を用いて、実施例１においてＤＬＣ層を形成した時と同様の処理を行った。
【００５１】
これにより、本比較例の摺動部材が形成された。
【００５２】
本比較例の摺動部材は、鉄系金属よりなる基材の表面に窒化被膜層が形成され、窒化被膜層の表面上にＤＬＣ層が形成されている。
【００５３】
（評価）
実施例１および比較例の摺動部材において、傾斜層及びＤＬＣ層（表面被膜）の密着性の評価を行った。
【００５４】
表面被膜の密着性の評価は、実施例１及び比較例の摺動部材に以下の試験を施し、試験後の表面被膜（ＤＬＣ層）の状態を確認することで行われた。また、摺動部材の基材の材質をＳＣＭ４１５とＳＵＳ４４０Ｃの二種類として摺動部材を作製し、それぞれを試験した。評価結果を表１に示した。
【００５５】
鋼球をロックウェル硬度（ＨＲＣ）の測定条件で打ち付けて摺動部材の表面に圧痕を付与し、表面被膜および圧痕の状態を確認して評価を行った。具体的には、図２に示した試験器を用いて、エアーの圧力を利用して１／１６鋼球を打ち付けた。クラックの評価は、表面被膜にクラックが確認されない場合は○、クラックが確認された時は×とした。また、実施例及び比較例のいずれにおいても表面被膜の剥離は確認できなかった（全てが○の評価となった）。
【００５６】
【表１】
【００５７】
表１に示したように、実施例１および比較例の摺動部材の表面皮膜に、クラック及び圧痕界面剥離が見られなかった。特に、基材がＳＵＳ４４０Ｃの場合には、比較例ではＤＬＣ層にクラックが確認されたが、実施例１ではクラックは確認されなかった。このように、実施例１の摺動部材は、従来の摺動部材（比較例）と同等以上の高い密着力を有することがわかる。
【００５８】
また、実施例１及び比較例の摺動部材であって基材がＳＣＭ４１５よりなる摺動部材のトライボロジー特性を測定した。トライボロジー特性は、以下に示した方法で測定され、測定結果を図３に示した。
【００５９】
往復動型のＢａｌｌ−ｏｎ−Ｄｉｓｋ試験器を用いて、相手材：軸受鋼（ＳＵＪ−２）、荷重：１０Ｎ、速度：２Ｈｚ、ストローク：１０ｍｍ、無潤滑の条件で１時間の摺動試験を行い、評価した。
【００６０】
図３に示したように、実施例１および比較例の摺動部材は、摺動面の摩擦係数の変化に大きな差が見られなかった。つまり、実施例１の摺動部材は、摺動を繰り返しても、従来の摺動部材と同様な摺動特性を発揮することが確認できた。
【００６１】
さらに、図４に炭素鋼の焼き戻しに伴う機械的性質の変化を示した。図４に示したように、炭素鋼の焼き戻し温度が高くなるほど、処理後の硬度（ＨＲＣ）が低下している。実施例１及び比較例の摺動部材（基材：ＳＣＭ４１５）は、表面被膜の形成工程においては３００℃を超える温度に晒されていない。このため、表面被膜の形成にもとづく硬度の大幅な低下が抑えられている。
【００６２】
さらに、基材の表面に表面被膜を形成するときに高温で窒素ガスに晒されていないため、実施例１及び比較例の摺動部材の基材がＳＵＳ４４０Ｃの場合において、基材中に含まれるＣｒが窒化物を形成しない。つまり、表面被膜の形成にもとづく硬度の大幅な低下が抑えられている。
【００６３】
このように、実施例１の摺動部材は、傾斜層がＤＬＣ層を基材に高い密着力で密着させている。また、実施例１の摺動部材は、ＤＬＣ層よりなる摺動面が優れた摺動特性を発揮している。さらに、実施例１の摺動部材は、傾斜層およびＤＬＣ層の形成時の加熱温度が最高で３００℃であり、鉄系金属よりなる基材の特性を低下させなくなっていた。加えて、実施例１の摺動部材は、傾斜層およびＤＬＣ層の形成時の加熱温度を低く保つことができ、製造に要するコストを低減できた。
【００６４】
（実施例２）
鉄系金属よりなる基材の表面に、直流プラズマＣＶＤ法で傾斜層及びＤＬＣ層を形成した。なお、この処理において用いたプラズマＣＶＤ処理装置は、実施例１で用いた装置と同様な装置である。
【００６５】
基材をプラズマ反応室内に配置し、１３３×１０−４Ｐａ（１×１０−４Ｔｏｒｒ）まで減圧した炉内に昇温用ガスとして水素ガスを導入し、同時に真空引きしながら反応室内の圧力を１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）に保つように調整した。そして、ステンレス製陽極板と陰極（基台）の間に数百ボルトの直流電圧を印加して放電を開始し、基材表面が３００℃になるまでイオン衝撃による昇温を行った。
【００６６】
次に、反応室内に、テトラメチルシラン（ＴＭＳ；Ｓｉ（ＣＨ４）４）ガスと、メタン（ＣＨ４）ガス、水素（Ｈ２）ガスおよびアルゴン（Ａｒ）ガスを、それぞれ流量６、０、０、および０ｓｃｃｍで導入して全圧力５３３Ｐａのケイ素化合物ガスと炭素化合物ガスの混合ガス雰囲気とし、基材の温度を３００℃に保ちながら１０分間の直流放電を持続させることにより化学蒸着処理を行った。
【００６７】
１０分後、反応室内に、さらにメタン（ＣＨ４）ガスの導入量を５０ｓｃｃｍで導入して全圧力５３３Ｐａのケイ素化合物ガスと炭素化合物ガスの混合ガス雰囲気とし、被処理材の温度を３００℃に保ちながら１０分間の直流放電を持続させることにより化学蒸着処理を行った。
【００６８】
その後、反応室内に導入されるメタン（ＣＨ４）ガスの導入流量を、１００ｓｃｃｍとし、２０分間の直流放電を持続させることにより化学蒸着処理を行った。
【００６９】
２０分間の処理終了後、放電を止め、基材を減圧下（５３３Ｐａ）で冷却し、基材を反応室より取り出した。これにより、基材の表面には傾斜層及びＤＬＣ層が形成されていた。
【００７０】
実施例１の摺動部材と同様に、摺動部材の構成を確認したところ、基材表面に傾斜層が形成され、傾斜層の表面にＤＬＣ層が形成されていることが確認できた。そして、傾斜層は、水素と、炭素と、ケイ素と、を有し、厚さ方向を表面から基材方向に進むに連れて、炭素含有割合が減少（ケイ素含有割合が増加）している。そして、傾斜層の基材との界面近傍において、５０〜８０ａｔ％の炭素を含有していることが確認できた。また、ＤＬＣ層は、ＤＬＣよりなる。そして、本実施例の摺動部材においては、ＤＬＣ層と傾斜層との明瞭な界面が確認できなかった。
【００７１】
実施例２の摺動部材は、傾斜層の各元素の含有割合が異なる以外は実施例１の摺動部材と同様な構成であり、実施例１の場合と同様な効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】実施例で用いられたプラズマＣＶＤ処理装置の概略図である。
【図２】摺動部材の表面被膜の密着性を評価するときに用いた試験装置の概略図である。
【図３】実施例１と比較例の摺動部材のトライボロジー特性の結果を示した図である。
【図４】炭素鋼の機械的性質と焼き戻し温度との関係を示した図である。
【符号の説明】
【００７３】
１：プラズマＣＶＤ処理装置
１１：プラズマ反応室
１２：基台
１３：基材
１４：支持柱
１５：ガス導出管
１６：ガス導入管
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイヤモンドライクカーボン層が摺動面をなす摺動部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
摺動部材には、耐摩耗性が高いことや、摩擦係数および相手材攻撃性が低いことが求められている。このような要求を満たすために、摺動面をダイヤモンドライクカーボン（以下、ＤＬＣと称する）で形成するようになってきている。つまり、基材の表面にＤＬＣ膜を形成している。ＤＬＣ膜は、非晶質な炭素を有する硬質膜である。
【０００３】
ＤＬＣ膜は、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等のＰＶＤ法、熱ＣＶＤ法、高周波プラズマＣＶＤ法、マイクロ波プラズマＣＶＤ法、直流プラズマＣＶＤ法等のＣＶＤ法を用いて、基材の表面に硬質膜を成膜している。これらの成膜方法のうち、成膜条件の管理が容易であることから、直流プラズマＣＶＤ法が用いられている。
【０００４】
しかしながら、直流プラズマＣＶＤ法で成膜されたＤＬＣ膜は、基材（特に、鋼等の鉄系金属よりなる基材）の表面との密着性が低いという問題があった。従来では、基材とＤＬＣ膜との密着性を高めるために、基材の表面に表面処理を施し、その表面上にＤＬＣ膜を形成していた。基材に施される表面処理としては、たとえば、窒化処理が用いられていた。しかしながら、窒化処理は処理温度が高温であり、この処理温度により基材の特性が変化するという問題があった。具体的には、基材が鋼よりなるときには、窒化処理時には５００℃程度で処理されており、この処理温度に晒されたことでいわゆる焼きなましが生じる。また、基材がステンレス鋼よりなるときには、ステンレス鋼中に含まれるＣｒが窒化される（鋭敏化）という問題があった。
【０００５】
また、基材とＤＬＣ膜の密着性を向上する方法として、例えば、特許文献１〜２には、基材の表面に中間層および混合層を形成する方法が開示されている。
【０００６】
特許文献１には、基材に中間層を介して形成されたＤＬＣ層を含んでなるＤＬＣ薄膜において、中間層とＤＬＣ層との間に、中間層の成分と炭素とからなる混合成分層をもうけ、混合成分層が炭素と中間層の成分の組成が段階的または連続的に変化したことが開示されている。
【０００７】
特許文献２には、高速度工具鋼または超硬合金よりなる基材上にＴｉＮ，ＴｉＣＮ，ＴｉＡｌＮ，Ａ２Ｏ３もしくはこれらの組み合わせを含む硬質物質をコーティングした上にシリコン単体の中間層を形成し、この中間層の上にシリコンと炭素もしくはシリコンと炭素と窒素を含む成分からなる混合層を形成し、混合層の上にＤＬＣを含む硬質膜を被覆した工具部材が開示されている。
【０００８】
特許文献１〜２に開示された方法では、中間層を基材の表面に形成する必要があり、密着性の高いＤＬＣ層を形成するための工程数が多くなっていた。つまり、ＤＬＣ層の形成に大きなコストが必要となっていた。
【特許文献１】特開２０００−２５６８５０号公報
【特許文献２】特開２０００−１７６７０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記実状に鑑みてなされたものであり、基材との密着性に優れたＤＬＣ層をもつ摺動部材を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するための本発明者らはＤＬＣよりなる表面を備えた摺動部材について検討を重ねた結果、本発明をなすに至った。
【００１１】
本発明の摺動部材は、基材と、ケイ素、タングステン、クロムおよびチタンより選ばれる少なくとも一種の元素と、炭素と、を有し、厚さ方向を表面から基材方向に向かって炭素の含有割合が減少した状態で基材の表面に形成された傾斜層と、傾斜層の表面に形成されたダイヤモンドライクカーボン層と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の摺動部材は、基材とＤＬＣ層の間に、ＤＬＣ層との密着性に優れた傾斜層を形成している。このため、本発明の摺動部材は、高い密着力でＤＬＣ層が密着した摺動部材となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の摺動部材は、基材と、基材の表面に形成された傾斜層と、傾斜層の表面に形成されたＤＬＣ層と、を有する。
【００１４】
基材は、本発明の摺動部材で摺動面が形成される部材である。本発明において、基材はその材質や形状が特に限定されるものではない。たとえば、ポリエチルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）等の樹脂や、鉄、アルミニウム、鋼、超鋼等を主成分とした金属あげることができる。これらの材質のうち、鉄系金属であることがより好ましい。
【００１５】
傾斜層は、ケイ素、タングステン、クロムおよびチタンより選ばれる少なくとも一種の元素と、炭素と、を有し、厚さ方向を表面から基材方向に向かって炭素の含有割合が減少した状態で基材の表面に形成された層である。傾斜層がケイ素、タングステン、クロムおよびチタンより選ばれる少なくとも一種の元素と、炭素と、を有することで、基材とＤＬＣ層の両層を強固に密着させることができる。
【００１６】
傾斜層は、少なくとも一種の元素と炭素のそれぞれがアモルファスな状態で存在している層である。また、少なくとも一種の元素と炭素元素の一部が化合物を形成していてもよい。
【００１７】
傾斜層を構成する元素であるケイ素、タングステン、クロムおよびチタンより選ばれる少なくとも一種の元素は、傾斜層と基材とを強固に密着させることが可能な元素である。傾斜層の基材表面側は、この少なくとも一種の元素が炭素よりも多く存在しており、傾斜層と基材との密着性が確保される。基材との界面近傍では、この少なくとも一種の元素の存在割合が高いことが好ましく、実質的にこの少なくとも一種の元素よりなることがさらに好ましい。特に、摺動部材の基材に多く使用される鉄系金属との接合性から、少なくとも一種の元素にケイ素を用いることが好ましい。
【００１８】
そして、傾斜層は、表面から基材方向にかけて炭素の含有割合が徐々に減少している。つまり、傾斜層の表面側には、少なくとも一種の元素よりも炭素原子が多く存在する。炭素原子は、傾斜層の表面に形成されるＤＬＣ層を強固に密着させることができる。傾斜層の表面では、炭素原子の存在割合ができるだけ高いことが好ましい。
【００１９】
傾斜層における炭素原子の存在割合の増加割合（炭素の濃度変化勾配）については、特に限定されるものではない。また、傾斜層の厚さについても、炭素原子の存在割合により異なるため、特に限定されるものではない。
【００２０】
ＤＬＣ層は、傾斜層の表面上に形成されたＤＬＣよりなる層である。このＤＬＣ層の表面が、本発明の摺動部材の摺動面となる。ＤＬＣ層を構成するＤＬＣは、非晶質な状態で炭素あるいは炭化水素を含む物質である。ＤＬＣは、従来公知のＤＬＣであり、より好ましくはケイ素を含有したＤＬＣである。
【００２１】
ここで、ＤＬＣがケイ素を含有したＤＬＣであるときに、ケイ素、炭素、水素等の含有割合については特に限定されるものではなく、摺動部材として用いたときの摺動面を形成できる割合であればよい。
【００２２】
ＤＬＣは、ＤＬＣ全体を１００重量％としたときに、ケイ素の割合が１重量％〜８０重量％の範囲で設定可能であるが、より望ましい範囲は５重量％〜５０重量％であり、最も好適な範囲は１０重量％〜４０重量％である。ケイ素の割合が１重量％未満の場合には、良好なＤＬＣ層を形成することができなくなる。また、ケイ素の割合が１０重量％未満となると、直流プラズマＣＶＤでの成膜時に煤が発生しやすくなり、ＤＬＣ層自身が脆くなる。また、ケイ素の割合が８０重量％を超えると炭素の比率が少なくなり、摺動部材として摺動したときの相手材攻撃性が大きくなる。
【００２３】
ＤＬＣ層の厚さは０．５〜１０μｍであることが好ましく、より好ましくは１〜５μｍである。ＤＬＣ層の厚みが０．５μｍ未満では摩耗に対する耐久寿命が短くなり、摺動部材としての実用に向かなくなる。厚みが１０μｍを越えると、ＤＬＣ層自体が脆くなる。
【００２４】
ＤＬＣ層は、その製造方法が限定されるものではないが、直流プラズマＣＶＤ法で形成したことが好ましい。直流プラズマＣＶＤ法は、炭素化合物ガスを主体としたＤＬＣ層形成ガス雰囲気中で直流電流を放電させることにより、基材表面にＤＬＣ層を形成する方法である。直流プラズマＣＶＤ法は、基材を高温に晒すことなく比較的低温でＤＬＣ層の成膜を行うことができる方法であり、特に３００℃以下の低温でＤＬＣ層を形成することが可能な方法である。つまり、ＤＬＣ層の形成に直流プラズマＣＶＤ法を用いることで、基材を変質することなくＤＬＣ層を形成できる。
【００２５】
本発明の摺動部材において、傾斜層を形成する方法は、特に限定されるものではないが、ＤＬＣ層と同様に直流プラズマＣＶＤ法で製造することが好ましい。直流プラズマＣＶＤ法を用いたときには、プラズマが発生する反応室内のガス雰囲気を調節することで、傾斜層及びＤＬＣ層を形成することができる。そして、傾斜層とＤＬＣ層を直流プラズマＣＶＤ法で形成することで、両層を連続的に形成できる。これにより、傾斜層とＤＬＣ層との界面が存在しなくなり、より強く両層が接合する。さらに、ワンステップで両層を形成することができるため、製造に要するコストの上昇を抑えることができる。
【００２６】
本発明の摺動部材は、傾斜層を介することでＤＬＣ層が基材に強固に密着しており、摺動時にＤＬＣ層の剥離が生じにくくなっている。このため、本発明の摺動部材は、軸受、ポンプやシャフトなどの自動車用部品、ツールホルダや精密スライドなどの工作機械部品等の装置の摺動部材に用いることができる。
【００２７】
本発明の摺動部材は、たとえば、以下の製造方法で製造することができる。
【００２８】
先ず、反応室を区画する真空容器内のテーブル上に基材である被処理材を配設し、真空引きして真空容器内に残存する気体を除去する。ここでは、例えば、１×１０−４Ｔｏｒｒ以下まで排気する。
【００２９】
次に、連続排気しながら水素（Ｈ２）ガスなどの昇温用ガスを導入し、直流放電または高周波放電等により放電を開始し、プラズマエネルギーにより被処理材を所定の温度に加熱する。なお、基材の変質を防ぐために３００℃を超えないように昇温することが好ましい。
【００３０】
次に、真空容器内にケイ素化合物ガスを導入し、真空容器内をケイ素化合物ガス雰囲気とする。このガス雰囲気中で放電させ、基材表面にケイ素を主成分とする被膜を形成する。ここで、ケイ素化合物ガス雰囲気は、雰囲気ガスとケイ素化合物ガスとから構成される。ケイ素化合物ガスとしては、テトラクロルシラン（ＳｉＣｌ４）、テトラフルオロシラン（ＳｉＦ４）、トリクロルシラン（ＳｉＨＣｌ３）、テトラメチルシラン（ＴＭＳ；Ｓｉ（ＣＨ３）４）などを用いることができる。ケイ素化合物ガスは、さらに、水素ガスを含んでいてもよい。雰囲気ガスは、水素（Ｈ２）、アルゴン（Ａｒ）等の一般的に用いるガスを用いることができる。
【００３１】
そして、ケイ素を主成分とする被膜が形成したら、あるいは所定時間が経過したら、所定量の炭素化合物ガスを真空容器内にさらに導入する。炭素化合物ガスとしては、メタン（ＣＨ４）、エチレン、アセチレン、ベンゼン、その他の炭化水素ガス（ＣｍＨｎ）などを用いることができる。
【００３２】
その後、炭素化合物ガスの導入量を徐々に増加する。このとき、ケイ素化合物ガスの導入量を減少してもよい。真空容器内の雰囲気を構成するガスに含まれる炭素化合物ガス濃度が徐々に増加する。
【００３３】
炭素化合物ガスの導入により、真空容器内の雰囲気を構成するガスに含まれる炭素化合物ガス濃度が徐々に増加する。このため、基材の表面に形成される被膜は、表面方向に進むに連れて炭素の含有量が多くなる。
【００３４】
そして、炭素化合物ガスの導入量を増加していき、最終的に、炭素化合物ガスおよびケイ素化合物ガスの導入量をＤＬＣを形成可能な量にし、被膜を形成する。なお、この特殊薄膜形成ガスの組成は、原料ガス、処理温度等により、適宜決定され、また、全体の流量は真空容器の容積と排気量とのバランスで決定される。
【００３５】
このようにして、高硬度でかつ極めて低い摩擦係数を有する本発明の摺動部材を、容易に形成することができる。
【実施例】
【００３６】
以下、実施例を用いて本発明を説明する。
【００３７】
実施例として、傾斜層及びＤＬＣ層を有する摺動部材を製造した。
【００３８】
（実施例１）
鉄系金属よりなる基材の表面に、直流プラズマＣＶＤ法で傾斜層及びＤＬＣ層を形成した。なお、この処理において用いたプラズマＣＶＤ処理装置１を、図１に示した。
【００３９】
先ず、ステンレス製のプラズマ反応室１１の中央に設けた基台１２の上に、３０×３０ｍｍ、厚さ５ｍｍの正方形のタイル状の基材１３を、基台１２の中心から３５０ｍｍの間隔を置いて二つ配置した。なお、基台１２の支持柱１４の内部には冷却水を送る冷却水管（図示せず）が取りつけられている。
【００４０】
次に、プラズマ反応室１１を密閉したのち、ガス導出管１５に接続された真空ポンプのロータリーポンプ（図示せず）および拡散ポンプ（図示せず）により残留ガスが１×１０−４トールになるまで減圧した。なお、ガス導入管１６は、コントロールバルブを介して各種ガスボンベ（共に図示せず）に連結している。
【００４１】
次に、１３３×１０−４Ｐａ（１×１０−４Ｔｏｒｒ）まで減圧した炉内に昇温用ガスとして水素ガスを導入し、同時に真空引きしながら反応室１１の圧力を１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）に保つように調整した。そして、反応室１１の内側に設けたステンレス製陽極板１７と陰極（基台）１２の間に数百ボルトの直流電圧を印加して放電を開始し、基材表面が３００℃になるまでイオン衝撃による昇温を行った。ここで、直流電流回路は、陽極１７と陰極１２により構成し、内部の基材の温度を測定する二色温度計（図示せず）からの入力により電源制御され、基材の温度を一定に保つ働きをする。
【００４２】
次に、反応室１１内に、テトラメチルシラン（ＴＭＳ；Ｓｉ（ＣＨ４）４）ガスと、水素（Ｈ２）ガスおよびアルゴン（Ａｒ）ガスを、それぞれ流量６、６０、および６０ｓｃｃｍで導入して全圧力５３３Ｐａのケイ素化合物ガス雰囲気とし、基材の温度を３００℃に保ちながら１０分間の直流放電を持続させることにより化学蒸着処理を行った。
【００４３】
１０分後、反応室１１内に、さらにメタン（ＣＨ４）ガスを５０ｓｃｃｍで導入して全圧力５３３Ｐａのケイ素化合物ガスと炭素化合物ガスの混合ガス雰囲気とし、基材の温度を３００℃に保ちながら１０分間の直流放電を持続させることにより化学蒸着処理を行った。
【００４４】
その後、反応室１１内に導入されるメタン（ＣＨ４）ガスの導入流量を、１００ｓｃｃｍとし、２０分間の直流放電を持続させることにより化学蒸着処理を行った。
【００４５】
２０分間の処理終了後、放電を止め、基材を減圧下（５３３Ｐａ）で冷却し、基材を反応室１１より取り出した。これにより、基材の表面には傾斜層及びＤＬＣ層が形成された。
【００４６】
製造された本実施例の摺動部材は、基材表面に傾斜層が形成され、傾斜層の表面にＤＬＣ層が形成されている。そして、傾斜層は、水素と、炭素と、ケイ素と、を有し、厚さ方向を表面から基材方向に進むに連れて、炭素含有割合が減少（ケイ素含有割合が増加）している。また、ＤＬＣ層は、ＤＬＣよりなる。そして、本実施例の摺動部材においては、ＤＬＣ層と傾斜層との明瞭な界面が確認できなかった。
【００４７】
本実施例の摺動部材の傾斜層の製造においては、反応室１１内に導入されるメタンガス量が０ｓｃｃｍ、５０ｓｃｃｍ、１００ｓｃｃｍの流量で導入された。このように、反応室１１内に導入されるメタンガス量は２段階の流入量で導入されたが、摺動部材の傾斜層においては炭素の含有割合がなめらかに変化していた。このことは、メタンガスの導入を開始したことにより、反応室１１内の雰囲気に占めるメタンガスの割合が徐々に増加していったことによる。
【００４８】
（比較例）
鉄系金属よりなる基材の表面に、窒化層を形成し、その表面上に直流プラズマＣＶＤ法でＤＬＣ層を形成した。
【００４９】
まず、実施例１の時と同様な鉄系金属よりなる基材を準備し、窒素ガス雰囲気中で３００℃に保持して窒化被膜を形成した。
【００５０】
つづいて、実施例１において用いられたプラズマＣＶＤ処理装置１を用いて、実施例１においてＤＬＣ層を形成した時と同様の処理を行った。
【００５１】
これにより、本比較例の摺動部材が形成された。
【００５２】
本比較例の摺動部材は、鉄系金属よりなる基材の表面に窒化被膜層が形成され、窒化被膜層の表面上にＤＬＣ層が形成されている。
【００５３】
（評価）
実施例１および比較例の摺動部材において、傾斜層及びＤＬＣ層（表面被膜）の密着性の評価を行った。
【００５４】
表面被膜の密着性の評価は、実施例１及び比較例の摺動部材に以下の試験を施し、試験後の表面被膜（ＤＬＣ層）の状態を確認することで行われた。また、摺動部材の基材の材質をＳＣＭ４１５とＳＵＳ４４０Ｃの二種類として摺動部材を作製し、それぞれを試験した。評価結果を表１に示した。
【００５５】
鋼球をロックウェル硬度（ＨＲＣ）の測定条件で打ち付けて摺動部材の表面に圧痕を付与し、表面被膜および圧痕の状態を確認して評価を行った。具体的には、図２に示した試験器を用いて、エアーの圧力を利用して１／１６鋼球を打ち付けた。クラックの評価は、表面被膜にクラックが確認されない場合は○、クラックが確認された時は×とした。また、実施例及び比較例のいずれにおいても表面被膜の剥離は確認できなかった（全てが○の評価となった）。
【００５６】
【表１】
【００５７】
表１に示したように、実施例１および比較例の摺動部材の表面皮膜に、クラック及び圧痕界面剥離が見られなかった。特に、基材がＳＵＳ４４０Ｃの場合には、比較例ではＤＬＣ層にクラックが確認されたが、実施例１ではクラックは確認されなかった。このように、実施例１の摺動部材は、従来の摺動部材（比較例）と同等以上の高い密着力を有することがわかる。
【００５８】
また、実施例１及び比較例の摺動部材であって基材がＳＣＭ４１５よりなる摺動部材のトライボロジー特性を測定した。トライボロジー特性は、以下に示した方法で測定され、測定結果を図３に示した。
【００５９】
往復動型のＢａｌｌ−ｏｎ−Ｄｉｓｋ試験器を用いて、相手材：軸受鋼（ＳＵＪ−２）、荷重：１０Ｎ、速度：２Ｈｚ、ストローク：１０ｍｍ、無潤滑の条件で１時間の摺動試験を行い、評価した。
【００６０】
図３に示したように、実施例１および比較例の摺動部材は、摺動面の摩擦係数の変化に大きな差が見られなかった。つまり、実施例１の摺動部材は、摺動を繰り返しても、従来の摺動部材と同様な摺動特性を発揮することが確認できた。
【００６１】
さらに、図４に炭素鋼の焼き戻しに伴う機械的性質の変化を示した。図４に示したように、炭素鋼の焼き戻し温度が高くなるほど、処理後の硬度（ＨＲＣ）が低下している。実施例１及び比較例の摺動部材（基材：ＳＣＭ４１５）は、表面被膜の形成工程においては３００℃を超える温度に晒されていない。このため、表面被膜の形成にもとづく硬度の大幅な低下が抑えられている。
【００６２】
さらに、基材の表面に表面被膜を形成するときに高温で窒素ガスに晒されていないため、実施例１及び比較例の摺動部材の基材がＳＵＳ４４０Ｃの場合において、基材中に含まれるＣｒが窒化物を形成しない。つまり、表面被膜の形成にもとづく硬度の大幅な低下が抑えられている。
【００６３】
このように、実施例１の摺動部材は、傾斜層がＤＬＣ層を基材に高い密着力で密着させている。また、実施例１の摺動部材は、ＤＬＣ層よりなる摺動面が優れた摺動特性を発揮している。さらに、実施例１の摺動部材は、傾斜層およびＤＬＣ層の形成時の加熱温度が最高で３００℃であり、鉄系金属よりなる基材の特性を低下させなくなっていた。加えて、実施例１の摺動部材は、傾斜層およびＤＬＣ層の形成時の加熱温度を低く保つことができ、製造に要するコストを低減できた。
【００６４】
（実施例２）
鉄系金属よりなる基材の表面に、直流プラズマＣＶＤ法で傾斜層及びＤＬＣ層を形成した。なお、この処理において用いたプラズマＣＶＤ処理装置は、実施例１で用いた装置と同様な装置である。
【００６５】
基材をプラズマ反応室内に配置し、１３３×１０−４Ｐａ（１×１０−４Ｔｏｒｒ）まで減圧した炉内に昇温用ガスとして水素ガスを導入し、同時に真空引きしながら反応室内の圧力を１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）に保つように調整した。そして、ステンレス製陽極板と陰極（基台）の間に数百ボルトの直流電圧を印加して放電を開始し、基材表面が３００℃になるまでイオン衝撃による昇温を行った。
【００６６】
次に、反応室内に、テトラメチルシラン（ＴＭＳ；Ｓｉ（ＣＨ４）４）ガスと、メタン（ＣＨ４）ガス、水素（Ｈ２）ガスおよびアルゴン（Ａｒ）ガスを、それぞれ流量６、０、０、および０ｓｃｃｍで導入して全圧力５３３Ｐａのケイ素化合物ガスと炭素化合物ガスの混合ガス雰囲気とし、基材の温度を３００℃に保ちながら１０分間の直流放電を持続させることにより化学蒸着処理を行った。
【００６７】
１０分後、反応室内に、さらにメタン（ＣＨ４）ガスの導入量を５０ｓｃｃｍで導入して全圧力５３３Ｐａのケイ素化合物ガスと炭素化合物ガスの混合ガス雰囲気とし、被処理材の温度を３００℃に保ちながら１０分間の直流放電を持続させることにより化学蒸着処理を行った。
【００６８】
その後、反応室内に導入されるメタン（ＣＨ４）ガスの導入流量を、１００ｓｃｃｍとし、２０分間の直流放電を持続させることにより化学蒸着処理を行った。
【００６９】
２０分間の処理終了後、放電を止め、基材を減圧下（５３３Ｐａ）で冷却し、基材を反応室より取り出した。これにより、基材の表面には傾斜層及びＤＬＣ層が形成されていた。
【００７０】
実施例１の摺動部材と同様に、摺動部材の構成を確認したところ、基材表面に傾斜層が形成され、傾斜層の表面にＤＬＣ層が形成されていることが確認できた。そして、傾斜層は、水素と、炭素と、ケイ素と、を有し、厚さ方向を表面から基材方向に進むに連れて、炭素含有割合が減少（ケイ素含有割合が増加）している。そして、傾斜層の基材との界面近傍において、５０〜８０ａｔ％の炭素を含有していることが確認できた。また、ＤＬＣ層は、ＤＬＣよりなる。そして、本実施例の摺動部材においては、ＤＬＣ層と傾斜層との明瞭な界面が確認できなかった。
【００７１】
実施例２の摺動部材は、傾斜層の各元素の含有割合が異なる以外は実施例１の摺動部材と同様な構成であり、実施例１の場合と同様な効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】実施例で用いられたプラズマＣＶＤ処理装置の概略図である。
【図２】摺動部材の表面被膜の密着性を評価するときに用いた試験装置の概略図である。
【図３】実施例１と比較例の摺動部材のトライボロジー特性の結果を示した図である。
【図４】炭素鋼の機械的性質と焼き戻し温度との関係を示した図である。
【符号の説明】
【００７３】
１：プラズマＣＶＤ処理装置
１１：プラズマ反応室
１２：基台
１３：基材
１４：支持柱
１５：ガス導出管
１６：ガス導入管
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材と、
ケイ素、タングステン、クロムおよびチタンより選ばれる少なくとも一種の元素と、炭素と、を有し、厚さ方向を表面から該基材方向に向かって炭素の含有割合が減少した状態で該基材の表面に形成された傾斜層と、
該傾斜層の表面に形成されたダイヤモンドライクカーボン層と、
を有することを特徴とする摺動部材。
【請求項２】
前記基材は、鉄系金属よりなる請求項１記載の摺動部材。
【請求項３】
前記ダイヤモンドライクカーボン層は、直流プラズマＣＶＤ法で形成された請求項１〜２のいずれかに記載の摺動部材。
【請求項４】
前記傾斜層は、ケイ素と、炭素と、を有する請求項１〜３のいずれかに記載の摺動部材。
【請求項１】
基材と、
ケイ素、タングステン、クロムおよびチタンより選ばれる少なくとも一種の元素と、炭素と、を有し、厚さ方向を表面から該基材方向に向かって炭素の含有割合が減少した状態で該基材の表面に形成された傾斜層と、
該傾斜層の表面に形成されたダイヤモンドライクカーボン層と、
を有することを特徴とする摺動部材。
【請求項２】
前記基材は、鉄系金属よりなる請求項１記載の摺動部材。
【請求項３】
前記ダイヤモンドライクカーボン層は、直流プラズマＣＶＤ法で形成された請求項１〜２のいずれかに記載の摺動部材。
【請求項４】
前記傾斜層は、ケイ素と、炭素と、を有する請求項１〜３のいずれかに記載の摺動部材。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００９−３５５８４（Ｐ２００９−３５５８４Ａ）
【公開日】平成２１年２月１９日（２００９．２．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１９８８５７（Ｐ２００７−１９８８５７）
【出願日】平成１９年７月３１日（２００７．７．３１）
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年２月１９日（２００９．２．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年７月３１日（２００７．７．３１）
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
【Ｆターム（参考）】
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