被覆部材の製造方法
【課題】小径で長尺な筒状の基材であっても、基材の内面を均一厚みのＤＬＣ膜で被覆することができる被覆部材の製造方法を提供すること。
【解決手段】プラズマＣＶＤ装置１は、直流パルスプラズマＣＶＤ法により被覆部材を製造するためのものである。被覆部材の製造時には、円筒状の基材２００は、処理室３内で宙吊りにされる。宙吊り状態の基材２００は、その軸線Ｃが水平方向に延びるような姿勢にされている。プラズマ電源８をオンすることにより、隔壁２と基台５との間に直流パルス電圧を印加してプラズマを発生させる。このプラズマの発生により、処理室３内において原料ガスがプラズマ化し、基材２００の内周面および外周面にＤＬＣ膜が堆積される。
【解決手段】プラズマＣＶＤ装置１は、直流パルスプラズマＣＶＤ法により被覆部材を製造するためのものである。被覆部材の製造時には、円筒状の基材２００は、処理室３内で宙吊りにされる。宙吊り状態の基材２００は、その軸線Ｃが水平方向に延びるような姿勢にされている。プラズマ電源８をオンすることにより、隔壁２と基台５との間に直流パルス電圧を印加してプラズマを発生させる。このプラズマの発生により、処理室３内において原料ガスがプラズマ化し、基材２００の内周面および外周面にＤＬＣ膜が堆積される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、筒状の基材内面の少なくとも一部がＤＬＣ膜で被覆された被覆部材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば自動車の燃費を低減させるため、自動車に搭載される各種摺動部材のもとになる基材表面を、低摩擦性および耐摩耗性（高硬度性）を有するＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）膜によって被覆することがある。そして、摺動部材が円筒状をなしている場合には、円筒状の基材の内周面をＤＬＣ膜で被覆することが提案されている（たとえば特許文献１および２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−８１９６９号公報
【特許文献２】特開平６−２７９９９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＤＬＣ膜は、たとえば直流プラズマＣＶＤ法などのプラズマＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によって形成される。
ところで、プラズマＣＶＤ法では一般的に、基材を収容する処理室内に原料ガスを導入しつつ、基材に電圧を印加する。これにより、基材表面の周辺に、プラズマ化した原料ガス（以下、単に「プラズマ」という場合がある。）が存在するようになる。このとき、基材とプラズマとの間には、基材の表面の近傍にイオンシース（イオンが多く集まった状態）が形成される。このイオンシースの電位差でプラズマ中のイオンが加速され、イオンビームとなって、基材表面にほぼ垂直に衝突する。イオンが繰り返し衝突することにより、基材表面にＤＬＣの堆積膜が形成される。
【０００５】
しかしながら、プラズマはその性質上、狭空間内では存在し難い。そのため、円筒状の基材が長くなるのに従って、内部空間の軸線方向の中央部分までプラズマが届きにくくなる。本願発明者らが直流プラズマＣＶＤ法を用いて実験を行ったところ、基材の軸線方向長さが基材の内径よりも長くなると（基材の軸線方向長さをＬとし、基材の内径をＤとしたとき、Ｌ／Ｄ＞１．０）、基材の内周面（内面）にＣＶＤ膜を均一に形成することが困難である、との知見を得た。
【０００６】
また、基材の軸線方向長さが基材の内径以下であっても、円筒状の基材の内径がある値以下になると、基材の内部空間全体に占めるイオンシースの割合が大きくなり、基材の内部空間に存在するプラズマが減少するから、堆積膜の形成が不十分になるおそれがある。本願発明者らが直流プラズマＣＶＤ法を用いて実験を行ったところ、基材の内径がたとえば１０ｍｍ以下であるときには、基材内周面にＤＬＣ膜を良好に形成できない、との知見を得た。
【０００７】
そこで、この発明の目的は、小径で長尺な筒状の基材であっても、基材の内面を均一厚みのＤＬＣ膜で被覆することができる被覆部材の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１記載の発明は、筒状（円筒状）基材（２００）の内面（２０１）の少なくとも一部がＤＬＣ膜（２１）で被覆された被覆部材（２０）の製造方法であって、前記基材を収容する処理室（３）内に、少なくとも炭素系化合物を含む原料ガスを導入して処理圧力５０Ｐａ以上の条件下で直流パルス電圧を前記基材に印加させる直流パルスプラズマＣＶＤ法により、前記基材内面にＤＬＣ膜を形成するＤＬＣ膜形成工程を含む、被覆部材の製造方法である。
【０００９】
この発明の方法によれば、基材に印加される電圧が直流パルス電圧であり、かつ処理室内の処理圧力が５０Ｐａ以上と高圧である。この場合には、基材内面の近傍における電界の偏りが比較的小さいので、基材内面に形成されるイオンシースのシース幅が狭い。そのため、基材の内部空間においてプラズマが存在可能な領域が広く、内部空間の軸線方向の中央部分にまで十分な量のプラズマが届くようになる。これにより、基材の内面に形成されるＤＬＣ膜の厚みが、軸線方向に関して均一になる。ゆえに、小径で長尺な筒状の基材であっても、基材の内面を均一厚みのＤＬＣ膜で被覆することができる。
【００１０】
また、筒状として円筒状を採用してもよい。さらに、基材の内面だけでなく、基板の外面をもＤＬＣ膜で被覆するようにしてもよい。
また、請求項２記載の発明は、前記ＤＬＣ膜形成工程に先立って実行され、前記処理室内で、前記基材を、その軸線（Ｃ）が水平に延びるような姿勢で吊り下げる吊設工程をさらに含む、請求項１記載の被覆部材の製造方法である。
【００１１】
たとえば筒状として円筒状を採用し、基材の内面および外面の双方をＤＬＣ膜で被覆する場合、処理室内で円筒状の基材をたとえば基台の上面に直置きにすると、基材の外周面と基台の上面とが線接触し、基材の外周面における接触部分の周囲では、基台の上面との間に微小空間が形成される。この微小空間ではプラズマの異常放電が生じ、この微小空間の周りの外周面では、ＤＬＣ膜の形成が不十分になるおそれがある。
【００１２】
これに対し、請求項２の方法によれば、処理室内で吊り下げられた筒状の基材に対して、直流パルスプラズマＣＶＤ法によりＤＬＣ膜（２２）が形成される。そのため、直流パルスプラズマＣＶＤ法の実施中に、基材の外面（２０２）の近傍の全域に十分な量のプラズマが存在している。これにより、基材の外面の全域でＤＬＣ膜を良好に形成することができ、ゆえに、基材の外面を、均一厚みのＤＬＣ膜で被覆することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の被覆部材の製造方法に用いるプラズマＣＶＤ装置の構成を模式的に示す図である。
【図２】被覆部材の基材の構成を示す図である。
【図３】被覆部材の内周の表層部分の断面図である。
【図４】被覆部材の外周の表層部分の断面図である。
【図５】図１に示すプラズマＣＶＤ装置のプラズマ電源から基材に印加される直流パルス電圧の波形の一例を示すグラフである。
【図６】実施例１におけるＤＬＣ膜の厚みの基材軸線方向分布を示す図である。
【図７】実施例２におけるＤＬＣ膜の厚みの基材軸線方向分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して説明する。
図１は、本発明の被覆部材２０（図３および図４参照）の製造方法に用いるプラズマＣＶＤ装置１の構成を模式的に示す図である。このプラズマＣＶＤ装置１を用いて、直流パルスプラズマＣＶＤ法により被覆部材２０を製造することができる。
プラズマＣＶＤ装置１は、隔壁２で取り囲まれた処理室３と、基台５と、処理室３内に原料ガスを導入するためのガス導入管６と、処理室３内を真空排気するための排気系７と、処理室３内に導入されたガスをプラズマ化させるための直流パルス電圧を発生させるプラズマ電源８とを備えている。プラズマＣＶＤ装置１は、直流パルスプラズマＣＶＤ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｐｌａｓｍａ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を実施するための装置である。
【００１５】
基台５は、水平の上面を有する平板状のプレート９と、鉛直方向に延び、プレート９を支持する支持軸１０とを備えている。この実施形態では、基台５として、プレート９が上下方向に２つ並んで配置された２段式のものが一例として採用されている。基台５は、全体が銅などの導電材料を用いて形成されている。基台５にはプラズマ電源８の負極が接続されている。
【００１６】
被覆部材２０の製造時には、処理室３内には基材２００が宙吊りにされている。上側のプレート９から基材２００が吊り下げられており、宙吊り状態の基材２００は、その軸線Ｃが水平方向に延びるような姿勢にされている。基材２００には、プレート９から垂れ下がる線材２０３の先端（下端）が係止されている。線材２０３は、たとえばステンレス鋼等の導電材料を用いて形成された鋼線材である。基材２００に対する線材２０３先端の取付けの工夫（取付け位置・取付け方法の工夫）により、基材２００が前述の姿勢に維持されている。
【００１７】
また、処理室３の隔壁２は、ステンレス鋼等の導電材料を用いて形成されている。隔壁２には、プラズマ電源８の正極が接続されている。また隔壁２はアース接続されている。また隔壁２と基台５とは絶縁部材１１によって絶縁されている。そのため隔壁２はアース電位に保たれている。プラズマ電源８がオンされて直流パルス電圧が発生されると、隔壁２と基台５との間に電位差が生じる。
【００１８】
また、ガス導入管６は、処理室３内における基台５の上方を水平方向に延びている。ガス導入管６の基台５に対向する部分には、ガス導入管６の長手方向に沿って配列された多数の原料ガス吐出孔１２が形成されている。原料ガス吐出孔１２から原料ガスが吐出されることにより、処理室３内に原料ガスが導入される。
ガス導入管６には、成分ガスである原料ガスが供給される。ガス導入管６には、成分ガスの供給源（ガスボンベや液体を収容する容器等）からそれぞれの成分ガスを処理室３に導くための複数の分岐導入管（図示せず）が接続されている。各分岐導入管には、各供給源からの成分ガスの流量を調節するための流量調節バルブ（図示せず）等が設けられている。また供給源のうち液体を収容する容器には、必要に応じて、液体を加熱するための加熱手段（図示せず）が設けられている。
【００１９】
排気系７は、処理室３にそれぞれ連通する第１排気管１３および第２排気管１４と、第１開閉バルブ１５、第２開閉バルブ１６および第３開閉バルブ１９と、第１ポンプ１７および第２ポンプ１８とを備えている。
第１排気管１３の途中部には、第１開閉バルブ１５および第１ポンプ１７が、処理室３側からこの順で介装されている。第１ポンプ１７としては、たとえば油回転真空ポンプ（ロータリポンプ）やダイヤフラム真空ポンプなどの低真空ポンプが採用される。油回転真空ポンプは、油によってロータ、ステータおよび摺動翼板などの部品の間の気密空間および無効空間の減少を図る容積移送式真空ポンプである。第１ポンプ１７として採用される油回転真空ポンプとしては、回転翼型油回転真空ポンプや揺動ピストン型真空ポンプが挙げられる。
【００２０】
また第２排気管１４の先端は、第１排気管１３における第１開閉バルブ１５と第１ポンプ１７との間に接続されている。第２排気管１４の途中部には、第２開閉バルブ１６、第２ポンプ１８、および第３開閉バルブ１９が、処理室３側からこの順で介装されている。第２ポンプ１８としては、たとえばターボ分子ポンプ、油拡散ポンプなどの高真空ポンプが採用される。
【００２１】
図２は、基材２００の構成を示す図である。図２（ａ）は、基材２００の斜視図を示し、図２（ｂ）は、基材２００の断面図を示している。
図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、基材２００は円筒状をなしている。基材２００の内径をＤとし、基材２００の軸線（軸線Ｃ）方向長さをＬとすると、この実施形態では、Ｌ／Ｄ＝約２．０である。しかしながら、円筒状の基材２００は、Ｌ／Ｄが２．０程度のものだけでなく、Ｌ／Ｄが１．０程度のものやＬ／Ｄが３．０程度のものなど、任意の形状のものを採用できるのはもちろんのことである。Ｌ／Ｄの下限は０に近く、Ｌ／Ｄの上限はたとえば５．０程度である。また、基材２００の肉厚をＷとする。
【００２２】
この実施形態では、プラズマＣＶＤ装置１における直流パルスプラズマＣＶＤ法の実施により、基材２００の内周面（内面）２０１および外周面（外面）２０２の双方にＤＬＣ膜が形成される。
図３は、被覆部材２０の内周の表層部分の断面図である。図４は、被覆部材２０の内周の表層部分の断面図である。
【００２３】
図２、図３および図４を参照して被覆部材２０について説明する。被覆部材２０は、基材２００と、基材２００の内周面２０１に形成されたＤＬＣ膜２１（図３参照）と、基材２００の外周面２０２に形成されたＤＬＣ膜２２（図４参照）とを含み、円筒状をなしている。
被覆部材２０は、ガイドブッシュ、シリンダ、ベアリングなど他の部材と摺動する摺動部材する部材であってもよい。また、被覆部材２０は金属配管などであってもよい。
【００２４】
たとえば被覆部材２０が摺動部材である場合、基材２００の材質として、工具鋼、炭素鋼、ステンレス鋼等の各種鋼材が挙げられる。また、被覆部材２０が金属配管である場合には基材２００の材質として、ステンレス鋼等の鋼材が挙げられる。
図１に示すように、プラズマＣＶＤ装置１を用いて基材２００の内周面２０１および外周面２０２にＤＬＣ膜２１およびＤＬＣ膜２２をそれぞれ形成して被覆部材２０を製造するには、まず処理室３内に基材２００を吊り下げた後処理室３を閉じる。
【００２５】
次いで第１、第２および第３開閉バルブ１５，１６，１９を閉じた状態で第１ポンプ１７を駆動させたのち、第１開閉バルブ１５を開くことにより処理室３内を真空排気する。処理室３内が第１ポンプ１７によって所定の真空度まで真空排気された時点で第１開閉バルブ１５を閉じるとともに第３開閉バルブ１９を開いて第２ポンプ１８を駆動させた後、第２開閉バルブ１６を開くことにより、第１および第２ポンプ１７，１８によって処理室３内をさらに真空排気する。
【００２６】
処理室３内が所定の真空度に達した時点で第２開閉バルブ１６を閉じ、第２ポンプ１８を停止させ、第３開閉バルブ１９を閉じるとともに第１開閉バルブ１５を開いて第１ポンプ１７だけで排気を続けながら、図示しない供給源から原料ガス導入管６を通して原料ガスを処理室３内に導入する。
原料ガスとしては、たとえば炭素系化合物に、水素ガスおよびアルゴンガス等を加えたものを用いる。炭素系化合物としては、たとえばメタン（ＣＨ４）、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）、ベンゼン（Ｃ６Ｈ６）等の、常温、常圧下で気体ないし低沸点の液体である炭化水素化合物の１種または２種以上が挙げられる。水素ガスおよびアルゴンガスはプラズマを安定化させる作用をする。またアルゴンガスは、基材２００の内周面２０１または外周面２０２に堆積したＣを押し固めてＤＬＣ膜２１，２２を硬膜化する作用もする。
【００２７】
分岐導入管（図示しない）の流量調節バルブ（図示しない）を調節して、各成分ガスの流量比、および各成分ガスの混合ガスである原料ガスの総流量を調節しながら、原料ガス導入管６を通して原料ガスを処理室３内に導入して、処理室３内の処理圧力を５０Ｐａ以上４００Ｐａ以下に調節する。
処理圧力が５０Ｐａ未満では、先に説明したように処理室３中に導入される原料ガスの量が少ないためＤＬＣ膜２１，２２の成膜速度が小さく、所定の厚みを有するＤＬＣ膜２１を形成するのに長時間を要する。
【００２８】
一方、処理圧力が４００Ｐａを超える場合には、プラズマを安定して発生させることができないため、基材上に、密度等が均一で摩擦性および耐摩耗性に優れた良好なＤＬＣ膜２１を形成することができない。
次いでプラズマ電源８をオンして、隔壁２と基台５との間に電位差を生じさせることにより、処理室３内にプラズマを発生させる。
【００２９】
たとえば直流パルスプラズマＣＶＤ法では、プラズマ電源８をオンすることにより、隔壁２と基台５との間に直流パルス電圧を印加してプラズマを発生させる。このプラズマの発生により、処理室３内において原料ガスからイオンやラジカルが生成されるとともに、隔壁２と基材２００との間の電位差に基づいて基材２００の内周面２０１および外周面２０２にそれぞれ引き付けられる。そして、基材２００の内周面２０１および外周面２０２でそれぞれ化学反応して、基材２００の内周面２０１および外周面２０２にＤＬＣ膜２１，２２が堆積される。
【００３０】
そして、プラズマの発生に伴って、基材２００とプラズマとの間には、基材２００の内周面２０１および外周面２０２の近傍に円筒状のイオンシース２０４，２０６（図２（ｂ）参照）がそれぞれ形成される。このイオンシース２０４，２０６の電位差でプラズマ中のイオンが加速され、イオンビームとなって、基材２００の内周面２０１および外周面２０２にほぼ垂直に衝突する。イオンが繰り返し衝突することにより、基材２００の内周面２０１および外周面２０２にＤＬＣ膜２１，２２が堆積される。
【００３１】
基材２００の内周面２０１側のイオンシース２０４のシース幅２０５は、基材２００の軸線方向（以下、「基材軸線方向」という場合がある。）に関しては変わらない。
図５は、プラズマ電源８から基材２００に印加される直流パルス電圧の波形の一例を示すグラフである。直流パルス電圧の設定電圧値は、たとえば１０００Ｖ程度の値に設定される。すなわちプラズマ電源８がオンされると、隔壁２と基台５との間に１０００Ｖの電位差が生じる。言い換えれば１０００Ｖの負極性の直流パルス電圧が、処理室３内に前述のようにセットされた（図１に示す宙吊り状態の）基材２００に印加されている。波形がパルス状であるので、かかる高電圧が印加されても処理室３内に異常放電は生じず、基材２００の温度上昇を抑制して、処理温度をたとえば３００℃以下に抑制することができる。
【００３２】
直流パルス電圧においては、そのパルス幅τを周波数ｆの逆数（１／ｆ）で表されるパルス周期で除算した値、つまり式（１）に示すようにパルス幅τを周波数ｆで乗算した値として求められるデューティー比を５％以上、特に５０％程度に設定するのが好ましい。また周波数ｆは２００Ｈｚ以上、２０００Ｈｚ以下、特に１０００Ｈｚ程度に設定するのが好ましい。
【００３３】
これにより、ＤＬＣ膜２１の成膜速度をさらに向上して、被覆部材２０の生産性を現状よりさらに向上するとともに、被覆部材２０のもとになる基材２００が受けるダメージをより一層小さくできる。
デューティー比＝τ×ｆ ・・・（１）
また、基材２００に印加される電圧が直流パルス電圧であり、かつ処理室３内の処理圧力が５０Ｐａ以上と高圧であるので、基材２００の内周面２０１の近傍、および基材２００の外周面２０２の近傍における電界の偏りがそれぞれ比較的小さい。そのため、基材２００の内周面２０１の近傍に形成されるイオンシース２０４のシース幅２０６（図２（ｂ）参照）、および基材２００の外周面２０２の近傍に形成されるイオンシース２０５のシース幅２０７（図２（ｂ）参照）が、それぞれ基材２００に直流電圧を印加する場合と比較して狭くなる。そのため、基材２００の内部空間においてプラズマが存在可能な領域が広くなり、基材２００の内部空間における基材軸線方向の中央部分にまで十分な量のプラズマが届くようになる。これにより、基材２００の内周面２０１に形成されるＤＬＣ膜２１の厚みが、基材軸線方向に関して均一になる。
【００３４】
また、基材２００の外周面２０２の全域で、その近傍に十分な量のプラズマが存在しているので、形成されるＤＬＣ膜２２の厚みも、基材軸線方向に関して均一になる。
ＤＬＣ膜形成工程を実施して、基材２００の内周面２０１および外周面２０２にそれぞれ、所定の膜厚を有するＤＬＣ膜２１，２２が形成された時点で、プラズマ電源８をオフするとともに、原料ガスの導入を停止した後、第１ポンプ１７による排気を続けながら常温まで冷却する。次いで第１開閉バルブ１５を閉じ、代わってリークバルブ（図示しない）を開いて処理室３内に外気を導入して処理室３内を常圧に戻した後、処理室３から基材２００を取り出す。これにより、基材２００の内周面２０１の少なくとも一部がＤＬＣ膜２１によって被覆されているとともに、基材２００の外周面２０２の少なくとも一部がＤＬＣ膜２２によって被覆された被覆部材２０が製造される。
【００３５】
なお、直流パルスプラズマＣＶＤ法を実施して基材２００の表面（内周面２０１および／または外周面２０２）にＤＬＣ膜２１，２２を形成するのに先立って、基材２００の表面２０１，２０２をイオンボンバード処理してもよい。イオンボンバード処理を実施する場合は、たとえば処理室３内にアルゴンガスおよび水素ガスを導入しながらプラズマ電源８をオンすることによりプラズマを発生させる。このプラズマの発生により、処理室３内においてアルゴンガスからイオンやラジカルが生成するとともに、電位差に基づいて基材２００の表面２０１，２０２に打ち付けられて、基材２００の表面２０１，２０２に吸着された異分子等をスパッタリング除去したり、表面２０１，２０２を活性化したり原子配列等を改質したりできる。
【００３６】
次に、実施例について説明する。
実施例では、図１に示すプラズマＣＶＤ装置１を用いて、ステンレス鋼（たとえばＳＵＳ３０４）からなる基材２００の内周面２０１および外周面２０２にそれぞれＤＬＣ膜２１，２２を形成した。
原料ガスとして実施例では、炭素系化合物としてのメタン、水素ガス、およびアルゴンガスの混合ガスを用い、メタン、水素ガスおよびアルゴンガスの３成分の流量はそれぞれ１００ｃｃｍ、水素：６０ｃｃｍおよびアルゴン：６０ｃｃｍとした。
【００３７】
直流パルス電圧の設定電圧値は−１０００Ｖ、周波数ｆは１０００Ｈｚ、デューティー比は５０％に設定した。
先に説明した手順で処理室３内を真空排気した後、原料ガスを導入して処理室３内の処理圧力を２００Ｐａに調節した。次いで再びプラズマ電源８をオンして処理室３内にプラズマを発生させて、直流パルスプラズマＣＶＤ法により基材２０００の内周面２０１および外周面２０２にＤＬＣ膜２１，２２を形成した。一方開口端から奥側に３ｍｍの箇所、基材軸線方向の中央部分、および他方開口端から奥側に３ｍｍのそれぞれの箇所において、形成したＤＬＣ膜２１，２２の膜厚をそれぞれ測定した。
【００３８】
円筒状の基材２００として以下の寸法のものを用いた。
＜実施例１＞
基材２００の内径Ｄを２０ｍｍ、軸方向長さＬを４０ｍｍとした。すなわち、Ｌ／Ｄ＝２．０である。また、厚みＷは２ｍｍである。
＜実施例２＞
基材２００の内径Ｄを１０ｍｍ、軸方向長さＬを２０ｍｍとした。すなわち、Ｌ／Ｄ＝２．０である。また、厚みＷは２ｍｍである。
【００３９】
図６は、実施例１におけるＤＬＣ膜２１，２２の厚みの基材軸線方向分布を示すグラフである。図７は、実施例２におけるＤＬＣ膜２１，２２の厚みの基材軸線方向分布を示すグラフである。図６および図７の横軸は、開口端の一端を基準とする基材軸線方向位置（距離）である。
図６および図７より、実施例１および実施例２では、ＤＬＣ膜２１，２２の厚みが、基材軸線方向にほぼ均一であることが理解される。
【００４０】
また、実施例１では内周側のＤＬＣ膜２１(図６および図７に示す「内径」が相当。)と外周側のＤＬＣ膜２２(図６および図７に示す「外径」が相当。)との厚みが同程度であるのに対し、実施例２では内周側のＤＬＣ膜２１の厚みが、外周側のＤＬＣ膜２２の厚みよりも厚いことが理解される。
以上によりこの実施形態によれば、基材２００の内周面２０１に形成されるＤＬＣ膜２１の厚みが、基材軸線方向に関して均一になる。すなわち、小径で長尺な筒状の基材２００であっても、基材２００の内周面２０１を均一厚みのＤＬＣ膜２１で被覆することができる。
【００４１】
また、この実施形態では、処理室３内に吊り下げられた円筒状の基材２００の内周面２０１および外周面２０２に、直流パルスプラズマＣＶＤ法によりＤＬＣ膜２１，２２が形成される。
たとえば、処理室３内で基材２００を、図２（ｂ）に二点鎖線で示すように基台５のプレート９の上面に直置きにすると、基材２００の外周面２０２とプレート９の上面とが線接触する。この状態で、直流パルスプラズマＣＶＤ法が実施されると、基材２００の外周面２０２における微小空間ＣＬの周囲では、プレート９の上面との間に微小空間ＣＬが形成される。この微小空間ＣＬではプラズマの異常放電が生じ、この微小空間ＣＬの周りの外周面２０２では、ＤＬＣ膜２２の形成が不十分になるおそれがある。
【００４２】
これに対し、この実施形態では、処理室３内で宙吊りにされた基材２００に直流パルスプラズマＣＶＤ法が実施される。そのため、直流パルスプラズマＣＶＤ法の実施中に、基材２００の外周面２０２の全域に十分な量のプラズマが存在している。これにより、基材２００の外周面２０２の全域でＤＬＣ膜２２を良好に形成することができ、ゆえに、基材２００の外周面２０２を、均一厚みのＤＬＣ膜２２で被覆することができる。
【００４３】
以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明は他の形態で実施することもできる。
たとえば、基材２００をプレート９から吊り下げた状態で、直流パルスプラズマＣＶＤ法を実施する場合を例に挙げたが、基材２００は、基台５のうちプレート９を除く部分から吊り下げられた状態であってもよいし、たとえば隔壁２の天面から吊り下げられた状態であってもよい。
【００４４】
また、直流パルスプラズマＣＶＤ法を実施して基材２００の表面にＤＬＣ膜２１，２２を形成するのに先立って、基材２００の表面２０１，２０２にＳｉＮ、ＣｒＮ等の窒化膜やＣｒ、Ｔｉ、ＳｉＣ等からなる中間層を配置してもよい。
また、基材２００として、円筒状のものでなく、たとえば正四角筒状など角筒状のものを採用することもできる。
【００４５】
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【符号の説明】
【００４６】
３…処理室、２０…被覆部材、２１…ＤＬＣ膜、２２…ＤＬＣ膜、２００…基材（筒状基材）、２０１…内周面（内面）、２０２…外周面（外面）、Ｃ…軸線
【技術分野】
【０００１】
この発明は、筒状の基材内面の少なくとも一部がＤＬＣ膜で被覆された被覆部材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば自動車の燃費を低減させるため、自動車に搭載される各種摺動部材のもとになる基材表面を、低摩擦性および耐摩耗性（高硬度性）を有するＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）膜によって被覆することがある。そして、摺動部材が円筒状をなしている場合には、円筒状の基材の内周面をＤＬＣ膜で被覆することが提案されている（たとえば特許文献１および２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−８１９６９号公報
【特許文献２】特開平６−２７９９９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＤＬＣ膜は、たとえば直流プラズマＣＶＤ法などのプラズマＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によって形成される。
ところで、プラズマＣＶＤ法では一般的に、基材を収容する処理室内に原料ガスを導入しつつ、基材に電圧を印加する。これにより、基材表面の周辺に、プラズマ化した原料ガス（以下、単に「プラズマ」という場合がある。）が存在するようになる。このとき、基材とプラズマとの間には、基材の表面の近傍にイオンシース（イオンが多く集まった状態）が形成される。このイオンシースの電位差でプラズマ中のイオンが加速され、イオンビームとなって、基材表面にほぼ垂直に衝突する。イオンが繰り返し衝突することにより、基材表面にＤＬＣの堆積膜が形成される。
【０００５】
しかしながら、プラズマはその性質上、狭空間内では存在し難い。そのため、円筒状の基材が長くなるのに従って、内部空間の軸線方向の中央部分までプラズマが届きにくくなる。本願発明者らが直流プラズマＣＶＤ法を用いて実験を行ったところ、基材の軸線方向長さが基材の内径よりも長くなると（基材の軸線方向長さをＬとし、基材の内径をＤとしたとき、Ｌ／Ｄ＞１．０）、基材の内周面（内面）にＣＶＤ膜を均一に形成することが困難である、との知見を得た。
【０００６】
また、基材の軸線方向長さが基材の内径以下であっても、円筒状の基材の内径がある値以下になると、基材の内部空間全体に占めるイオンシースの割合が大きくなり、基材の内部空間に存在するプラズマが減少するから、堆積膜の形成が不十分になるおそれがある。本願発明者らが直流プラズマＣＶＤ法を用いて実験を行ったところ、基材の内径がたとえば１０ｍｍ以下であるときには、基材内周面にＤＬＣ膜を良好に形成できない、との知見を得た。
【０００７】
そこで、この発明の目的は、小径で長尺な筒状の基材であっても、基材の内面を均一厚みのＤＬＣ膜で被覆することができる被覆部材の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１記載の発明は、筒状（円筒状）基材（２００）の内面（２０１）の少なくとも一部がＤＬＣ膜（２１）で被覆された被覆部材（２０）の製造方法であって、前記基材を収容する処理室（３）内に、少なくとも炭素系化合物を含む原料ガスを導入して処理圧力５０Ｐａ以上の条件下で直流パルス電圧を前記基材に印加させる直流パルスプラズマＣＶＤ法により、前記基材内面にＤＬＣ膜を形成するＤＬＣ膜形成工程を含む、被覆部材の製造方法である。
【０００９】
この発明の方法によれば、基材に印加される電圧が直流パルス電圧であり、かつ処理室内の処理圧力が５０Ｐａ以上と高圧である。この場合には、基材内面の近傍における電界の偏りが比較的小さいので、基材内面に形成されるイオンシースのシース幅が狭い。そのため、基材の内部空間においてプラズマが存在可能な領域が広く、内部空間の軸線方向の中央部分にまで十分な量のプラズマが届くようになる。これにより、基材の内面に形成されるＤＬＣ膜の厚みが、軸線方向に関して均一になる。ゆえに、小径で長尺な筒状の基材であっても、基材の内面を均一厚みのＤＬＣ膜で被覆することができる。
【００１０】
また、筒状として円筒状を採用してもよい。さらに、基材の内面だけでなく、基板の外面をもＤＬＣ膜で被覆するようにしてもよい。
また、請求項２記載の発明は、前記ＤＬＣ膜形成工程に先立って実行され、前記処理室内で、前記基材を、その軸線（Ｃ）が水平に延びるような姿勢で吊り下げる吊設工程をさらに含む、請求項１記載の被覆部材の製造方法である。
【００１１】
たとえば筒状として円筒状を採用し、基材の内面および外面の双方をＤＬＣ膜で被覆する場合、処理室内で円筒状の基材をたとえば基台の上面に直置きにすると、基材の外周面と基台の上面とが線接触し、基材の外周面における接触部分の周囲では、基台の上面との間に微小空間が形成される。この微小空間ではプラズマの異常放電が生じ、この微小空間の周りの外周面では、ＤＬＣ膜の形成が不十分になるおそれがある。
【００１２】
これに対し、請求項２の方法によれば、処理室内で吊り下げられた筒状の基材に対して、直流パルスプラズマＣＶＤ法によりＤＬＣ膜（２２）が形成される。そのため、直流パルスプラズマＣＶＤ法の実施中に、基材の外面（２０２）の近傍の全域に十分な量のプラズマが存在している。これにより、基材の外面の全域でＤＬＣ膜を良好に形成することができ、ゆえに、基材の外面を、均一厚みのＤＬＣ膜で被覆することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の被覆部材の製造方法に用いるプラズマＣＶＤ装置の構成を模式的に示す図である。
【図２】被覆部材の基材の構成を示す図である。
【図３】被覆部材の内周の表層部分の断面図である。
【図４】被覆部材の外周の表層部分の断面図である。
【図５】図１に示すプラズマＣＶＤ装置のプラズマ電源から基材に印加される直流パルス電圧の波形の一例を示すグラフである。
【図６】実施例１におけるＤＬＣ膜の厚みの基材軸線方向分布を示す図である。
【図７】実施例２におけるＤＬＣ膜の厚みの基材軸線方向分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して説明する。
図１は、本発明の被覆部材２０（図３および図４参照）の製造方法に用いるプラズマＣＶＤ装置１の構成を模式的に示す図である。このプラズマＣＶＤ装置１を用いて、直流パルスプラズマＣＶＤ法により被覆部材２０を製造することができる。
プラズマＣＶＤ装置１は、隔壁２で取り囲まれた処理室３と、基台５と、処理室３内に原料ガスを導入するためのガス導入管６と、処理室３内を真空排気するための排気系７と、処理室３内に導入されたガスをプラズマ化させるための直流パルス電圧を発生させるプラズマ電源８とを備えている。プラズマＣＶＤ装置１は、直流パルスプラズマＣＶＤ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｐｌａｓｍａ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を実施するための装置である。
【００１５】
基台５は、水平の上面を有する平板状のプレート９と、鉛直方向に延び、プレート９を支持する支持軸１０とを備えている。この実施形態では、基台５として、プレート９が上下方向に２つ並んで配置された２段式のものが一例として採用されている。基台５は、全体が銅などの導電材料を用いて形成されている。基台５にはプラズマ電源８の負極が接続されている。
【００１６】
被覆部材２０の製造時には、処理室３内には基材２００が宙吊りにされている。上側のプレート９から基材２００が吊り下げられており、宙吊り状態の基材２００は、その軸線Ｃが水平方向に延びるような姿勢にされている。基材２００には、プレート９から垂れ下がる線材２０３の先端（下端）が係止されている。線材２０３は、たとえばステンレス鋼等の導電材料を用いて形成された鋼線材である。基材２００に対する線材２０３先端の取付けの工夫（取付け位置・取付け方法の工夫）により、基材２００が前述の姿勢に維持されている。
【００１７】
また、処理室３の隔壁２は、ステンレス鋼等の導電材料を用いて形成されている。隔壁２には、プラズマ電源８の正極が接続されている。また隔壁２はアース接続されている。また隔壁２と基台５とは絶縁部材１１によって絶縁されている。そのため隔壁２はアース電位に保たれている。プラズマ電源８がオンされて直流パルス電圧が発生されると、隔壁２と基台５との間に電位差が生じる。
【００１８】
また、ガス導入管６は、処理室３内における基台５の上方を水平方向に延びている。ガス導入管６の基台５に対向する部分には、ガス導入管６の長手方向に沿って配列された多数の原料ガス吐出孔１２が形成されている。原料ガス吐出孔１２から原料ガスが吐出されることにより、処理室３内に原料ガスが導入される。
ガス導入管６には、成分ガスである原料ガスが供給される。ガス導入管６には、成分ガスの供給源（ガスボンベや液体を収容する容器等）からそれぞれの成分ガスを処理室３に導くための複数の分岐導入管（図示せず）が接続されている。各分岐導入管には、各供給源からの成分ガスの流量を調節するための流量調節バルブ（図示せず）等が設けられている。また供給源のうち液体を収容する容器には、必要に応じて、液体を加熱するための加熱手段（図示せず）が設けられている。
【００１９】
排気系７は、処理室３にそれぞれ連通する第１排気管１３および第２排気管１４と、第１開閉バルブ１５、第２開閉バルブ１６および第３開閉バルブ１９と、第１ポンプ１７および第２ポンプ１８とを備えている。
第１排気管１３の途中部には、第１開閉バルブ１５および第１ポンプ１７が、処理室３側からこの順で介装されている。第１ポンプ１７としては、たとえば油回転真空ポンプ（ロータリポンプ）やダイヤフラム真空ポンプなどの低真空ポンプが採用される。油回転真空ポンプは、油によってロータ、ステータおよび摺動翼板などの部品の間の気密空間および無効空間の減少を図る容積移送式真空ポンプである。第１ポンプ１７として採用される油回転真空ポンプとしては、回転翼型油回転真空ポンプや揺動ピストン型真空ポンプが挙げられる。
【００２０】
また第２排気管１４の先端は、第１排気管１３における第１開閉バルブ１５と第１ポンプ１７との間に接続されている。第２排気管１４の途中部には、第２開閉バルブ１６、第２ポンプ１８、および第３開閉バルブ１９が、処理室３側からこの順で介装されている。第２ポンプ１８としては、たとえばターボ分子ポンプ、油拡散ポンプなどの高真空ポンプが採用される。
【００２１】
図２は、基材２００の構成を示す図である。図２（ａ）は、基材２００の斜視図を示し、図２（ｂ）は、基材２００の断面図を示している。
図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、基材２００は円筒状をなしている。基材２００の内径をＤとし、基材２００の軸線（軸線Ｃ）方向長さをＬとすると、この実施形態では、Ｌ／Ｄ＝約２．０である。しかしながら、円筒状の基材２００は、Ｌ／Ｄが２．０程度のものだけでなく、Ｌ／Ｄが１．０程度のものやＬ／Ｄが３．０程度のものなど、任意の形状のものを採用できるのはもちろんのことである。Ｌ／Ｄの下限は０に近く、Ｌ／Ｄの上限はたとえば５．０程度である。また、基材２００の肉厚をＷとする。
【００２２】
この実施形態では、プラズマＣＶＤ装置１における直流パルスプラズマＣＶＤ法の実施により、基材２００の内周面（内面）２０１および外周面（外面）２０２の双方にＤＬＣ膜が形成される。
図３は、被覆部材２０の内周の表層部分の断面図である。図４は、被覆部材２０の内周の表層部分の断面図である。
【００２３】
図２、図３および図４を参照して被覆部材２０について説明する。被覆部材２０は、基材２００と、基材２００の内周面２０１に形成されたＤＬＣ膜２１（図３参照）と、基材２００の外周面２０２に形成されたＤＬＣ膜２２（図４参照）とを含み、円筒状をなしている。
被覆部材２０は、ガイドブッシュ、シリンダ、ベアリングなど他の部材と摺動する摺動部材する部材であってもよい。また、被覆部材２０は金属配管などであってもよい。
【００２４】
たとえば被覆部材２０が摺動部材である場合、基材２００の材質として、工具鋼、炭素鋼、ステンレス鋼等の各種鋼材が挙げられる。また、被覆部材２０が金属配管である場合には基材２００の材質として、ステンレス鋼等の鋼材が挙げられる。
図１に示すように、プラズマＣＶＤ装置１を用いて基材２００の内周面２０１および外周面２０２にＤＬＣ膜２１およびＤＬＣ膜２２をそれぞれ形成して被覆部材２０を製造するには、まず処理室３内に基材２００を吊り下げた後処理室３を閉じる。
【００２５】
次いで第１、第２および第３開閉バルブ１５，１６，１９を閉じた状態で第１ポンプ１７を駆動させたのち、第１開閉バルブ１５を開くことにより処理室３内を真空排気する。処理室３内が第１ポンプ１７によって所定の真空度まで真空排気された時点で第１開閉バルブ１５を閉じるとともに第３開閉バルブ１９を開いて第２ポンプ１８を駆動させた後、第２開閉バルブ１６を開くことにより、第１および第２ポンプ１７，１８によって処理室３内をさらに真空排気する。
【００２６】
処理室３内が所定の真空度に達した時点で第２開閉バルブ１６を閉じ、第２ポンプ１８を停止させ、第３開閉バルブ１９を閉じるとともに第１開閉バルブ１５を開いて第１ポンプ１７だけで排気を続けながら、図示しない供給源から原料ガス導入管６を通して原料ガスを処理室３内に導入する。
原料ガスとしては、たとえば炭素系化合物に、水素ガスおよびアルゴンガス等を加えたものを用いる。炭素系化合物としては、たとえばメタン（ＣＨ４）、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）、ベンゼン（Ｃ６Ｈ６）等の、常温、常圧下で気体ないし低沸点の液体である炭化水素化合物の１種または２種以上が挙げられる。水素ガスおよびアルゴンガスはプラズマを安定化させる作用をする。またアルゴンガスは、基材２００の内周面２０１または外周面２０２に堆積したＣを押し固めてＤＬＣ膜２１，２２を硬膜化する作用もする。
【００２７】
分岐導入管（図示しない）の流量調節バルブ（図示しない）を調節して、各成分ガスの流量比、および各成分ガスの混合ガスである原料ガスの総流量を調節しながら、原料ガス導入管６を通して原料ガスを処理室３内に導入して、処理室３内の処理圧力を５０Ｐａ以上４００Ｐａ以下に調節する。
処理圧力が５０Ｐａ未満では、先に説明したように処理室３中に導入される原料ガスの量が少ないためＤＬＣ膜２１，２２の成膜速度が小さく、所定の厚みを有するＤＬＣ膜２１を形成するのに長時間を要する。
【００２８】
一方、処理圧力が４００Ｐａを超える場合には、プラズマを安定して発生させることができないため、基材上に、密度等が均一で摩擦性および耐摩耗性に優れた良好なＤＬＣ膜２１を形成することができない。
次いでプラズマ電源８をオンして、隔壁２と基台５との間に電位差を生じさせることにより、処理室３内にプラズマを発生させる。
【００２９】
たとえば直流パルスプラズマＣＶＤ法では、プラズマ電源８をオンすることにより、隔壁２と基台５との間に直流パルス電圧を印加してプラズマを発生させる。このプラズマの発生により、処理室３内において原料ガスからイオンやラジカルが生成されるとともに、隔壁２と基材２００との間の電位差に基づいて基材２００の内周面２０１および外周面２０２にそれぞれ引き付けられる。そして、基材２００の内周面２０１および外周面２０２でそれぞれ化学反応して、基材２００の内周面２０１および外周面２０２にＤＬＣ膜２１，２２が堆積される。
【００３０】
そして、プラズマの発生に伴って、基材２００とプラズマとの間には、基材２００の内周面２０１および外周面２０２の近傍に円筒状のイオンシース２０４，２０６（図２（ｂ）参照）がそれぞれ形成される。このイオンシース２０４，２０６の電位差でプラズマ中のイオンが加速され、イオンビームとなって、基材２００の内周面２０１および外周面２０２にほぼ垂直に衝突する。イオンが繰り返し衝突することにより、基材２００の内周面２０１および外周面２０２にＤＬＣ膜２１，２２が堆積される。
【００３１】
基材２００の内周面２０１側のイオンシース２０４のシース幅２０５は、基材２００の軸線方向（以下、「基材軸線方向」という場合がある。）に関しては変わらない。
図５は、プラズマ電源８から基材２００に印加される直流パルス電圧の波形の一例を示すグラフである。直流パルス電圧の設定電圧値は、たとえば１０００Ｖ程度の値に設定される。すなわちプラズマ電源８がオンされると、隔壁２と基台５との間に１０００Ｖの電位差が生じる。言い換えれば１０００Ｖの負極性の直流パルス電圧が、処理室３内に前述のようにセットされた（図１に示す宙吊り状態の）基材２００に印加されている。波形がパルス状であるので、かかる高電圧が印加されても処理室３内に異常放電は生じず、基材２００の温度上昇を抑制して、処理温度をたとえば３００℃以下に抑制することができる。
【００３２】
直流パルス電圧においては、そのパルス幅τを周波数ｆの逆数（１／ｆ）で表されるパルス周期で除算した値、つまり式（１）に示すようにパルス幅τを周波数ｆで乗算した値として求められるデューティー比を５％以上、特に５０％程度に設定するのが好ましい。また周波数ｆは２００Ｈｚ以上、２０００Ｈｚ以下、特に１０００Ｈｚ程度に設定するのが好ましい。
【００３３】
これにより、ＤＬＣ膜２１の成膜速度をさらに向上して、被覆部材２０の生産性を現状よりさらに向上するとともに、被覆部材２０のもとになる基材２００が受けるダメージをより一層小さくできる。
デューティー比＝τ×ｆ ・・・（１）
また、基材２００に印加される電圧が直流パルス電圧であり、かつ処理室３内の処理圧力が５０Ｐａ以上と高圧であるので、基材２００の内周面２０１の近傍、および基材２００の外周面２０２の近傍における電界の偏りがそれぞれ比較的小さい。そのため、基材２００の内周面２０１の近傍に形成されるイオンシース２０４のシース幅２０６（図２（ｂ）参照）、および基材２００の外周面２０２の近傍に形成されるイオンシース２０５のシース幅２０７（図２（ｂ）参照）が、それぞれ基材２００に直流電圧を印加する場合と比較して狭くなる。そのため、基材２００の内部空間においてプラズマが存在可能な領域が広くなり、基材２００の内部空間における基材軸線方向の中央部分にまで十分な量のプラズマが届くようになる。これにより、基材２００の内周面２０１に形成されるＤＬＣ膜２１の厚みが、基材軸線方向に関して均一になる。
【００３４】
また、基材２００の外周面２０２の全域で、その近傍に十分な量のプラズマが存在しているので、形成されるＤＬＣ膜２２の厚みも、基材軸線方向に関して均一になる。
ＤＬＣ膜形成工程を実施して、基材２００の内周面２０１および外周面２０２にそれぞれ、所定の膜厚を有するＤＬＣ膜２１，２２が形成された時点で、プラズマ電源８をオフするとともに、原料ガスの導入を停止した後、第１ポンプ１７による排気を続けながら常温まで冷却する。次いで第１開閉バルブ１５を閉じ、代わってリークバルブ（図示しない）を開いて処理室３内に外気を導入して処理室３内を常圧に戻した後、処理室３から基材２００を取り出す。これにより、基材２００の内周面２０１の少なくとも一部がＤＬＣ膜２１によって被覆されているとともに、基材２００の外周面２０２の少なくとも一部がＤＬＣ膜２２によって被覆された被覆部材２０が製造される。
【００３５】
なお、直流パルスプラズマＣＶＤ法を実施して基材２００の表面（内周面２０１および／または外周面２０２）にＤＬＣ膜２１，２２を形成するのに先立って、基材２００の表面２０１，２０２をイオンボンバード処理してもよい。イオンボンバード処理を実施する場合は、たとえば処理室３内にアルゴンガスおよび水素ガスを導入しながらプラズマ電源８をオンすることによりプラズマを発生させる。このプラズマの発生により、処理室３内においてアルゴンガスからイオンやラジカルが生成するとともに、電位差に基づいて基材２００の表面２０１，２０２に打ち付けられて、基材２００の表面２０１，２０２に吸着された異分子等をスパッタリング除去したり、表面２０１，２０２を活性化したり原子配列等を改質したりできる。
【００３６】
次に、実施例について説明する。
実施例では、図１に示すプラズマＣＶＤ装置１を用いて、ステンレス鋼（たとえばＳＵＳ３０４）からなる基材２００の内周面２０１および外周面２０２にそれぞれＤＬＣ膜２１，２２を形成した。
原料ガスとして実施例では、炭素系化合物としてのメタン、水素ガス、およびアルゴンガスの混合ガスを用い、メタン、水素ガスおよびアルゴンガスの３成分の流量はそれぞれ１００ｃｃｍ、水素：６０ｃｃｍおよびアルゴン：６０ｃｃｍとした。
【００３７】
直流パルス電圧の設定電圧値は−１０００Ｖ、周波数ｆは１０００Ｈｚ、デューティー比は５０％に設定した。
先に説明した手順で処理室３内を真空排気した後、原料ガスを導入して処理室３内の処理圧力を２００Ｐａに調節した。次いで再びプラズマ電源８をオンして処理室３内にプラズマを発生させて、直流パルスプラズマＣＶＤ法により基材２０００の内周面２０１および外周面２０２にＤＬＣ膜２１，２２を形成した。一方開口端から奥側に３ｍｍの箇所、基材軸線方向の中央部分、および他方開口端から奥側に３ｍｍのそれぞれの箇所において、形成したＤＬＣ膜２１，２２の膜厚をそれぞれ測定した。
【００３８】
円筒状の基材２００として以下の寸法のものを用いた。
＜実施例１＞
基材２００の内径Ｄを２０ｍｍ、軸方向長さＬを４０ｍｍとした。すなわち、Ｌ／Ｄ＝２．０である。また、厚みＷは２ｍｍである。
＜実施例２＞
基材２００の内径Ｄを１０ｍｍ、軸方向長さＬを２０ｍｍとした。すなわち、Ｌ／Ｄ＝２．０である。また、厚みＷは２ｍｍである。
【００３９】
図６は、実施例１におけるＤＬＣ膜２１，２２の厚みの基材軸線方向分布を示すグラフである。図７は、実施例２におけるＤＬＣ膜２１，２２の厚みの基材軸線方向分布を示すグラフである。図６および図７の横軸は、開口端の一端を基準とする基材軸線方向位置（距離）である。
図６および図７より、実施例１および実施例２では、ＤＬＣ膜２１，２２の厚みが、基材軸線方向にほぼ均一であることが理解される。
【００４０】
また、実施例１では内周側のＤＬＣ膜２１(図６および図７に示す「内径」が相当。)と外周側のＤＬＣ膜２２(図６および図７に示す「外径」が相当。)との厚みが同程度であるのに対し、実施例２では内周側のＤＬＣ膜２１の厚みが、外周側のＤＬＣ膜２２の厚みよりも厚いことが理解される。
以上によりこの実施形態によれば、基材２００の内周面２０１に形成されるＤＬＣ膜２１の厚みが、基材軸線方向に関して均一になる。すなわち、小径で長尺な筒状の基材２００であっても、基材２００の内周面２０１を均一厚みのＤＬＣ膜２１で被覆することができる。
【００４１】
また、この実施形態では、処理室３内に吊り下げられた円筒状の基材２００の内周面２０１および外周面２０２に、直流パルスプラズマＣＶＤ法によりＤＬＣ膜２１，２２が形成される。
たとえば、処理室３内で基材２００を、図２（ｂ）に二点鎖線で示すように基台５のプレート９の上面に直置きにすると、基材２００の外周面２０２とプレート９の上面とが線接触する。この状態で、直流パルスプラズマＣＶＤ法が実施されると、基材２００の外周面２０２における微小空間ＣＬの周囲では、プレート９の上面との間に微小空間ＣＬが形成される。この微小空間ＣＬではプラズマの異常放電が生じ、この微小空間ＣＬの周りの外周面２０２では、ＤＬＣ膜２２の形成が不十分になるおそれがある。
【００４２】
これに対し、この実施形態では、処理室３内で宙吊りにされた基材２００に直流パルスプラズマＣＶＤ法が実施される。そのため、直流パルスプラズマＣＶＤ法の実施中に、基材２００の外周面２０２の全域に十分な量のプラズマが存在している。これにより、基材２００の外周面２０２の全域でＤＬＣ膜２２を良好に形成することができ、ゆえに、基材２００の外周面２０２を、均一厚みのＤＬＣ膜２２で被覆することができる。
【００４３】
以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明は他の形態で実施することもできる。
たとえば、基材２００をプレート９から吊り下げた状態で、直流パルスプラズマＣＶＤ法を実施する場合を例に挙げたが、基材２００は、基台５のうちプレート９を除く部分から吊り下げられた状態であってもよいし、たとえば隔壁２の天面から吊り下げられた状態であってもよい。
【００４４】
また、直流パルスプラズマＣＶＤ法を実施して基材２００の表面にＤＬＣ膜２１，２２を形成するのに先立って、基材２００の表面２０１，２０２にＳｉＮ、ＣｒＮ等の窒化膜やＣｒ、Ｔｉ、ＳｉＣ等からなる中間層を配置してもよい。
また、基材２００として、円筒状のものでなく、たとえば正四角筒状など角筒状のものを採用することもできる。
【００４５】
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【符号の説明】
【００４６】
３…処理室、２０…被覆部材、２１…ＤＬＣ膜、２２…ＤＬＣ膜、２００…基材（筒状基材）、２０１…内周面（内面）、２０２…外周面（外面）、Ｃ…軸線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状基材の内面の少なくとも一部がＤＬＣ膜で被覆された被覆部材の製造方法であって、
前記基材を収容する処理室内に、少なくとも炭素系化合物を含む原料ガスを導入して処理圧力５０Ｐａ以上の条件下で直流パルス電圧を前記基材に印加させる直流パルスプラズマＣＶＤ法により、前記基材内面にＤＬＣ膜を形成するＤＬＣ膜形成工程を含む、被覆部材の製造方法。
【請求項２】
前記ＤＬＣ膜形成工程に先立って実行され、前記処理室内で、前記基材を、その軸線が水平に延びるような姿勢で吊り下げる吊設工程をさらに含む、請求項１記載の被覆部材の製造方法。
【請求項１】
筒状基材の内面の少なくとも一部がＤＬＣ膜で被覆された被覆部材の製造方法であって、
前記基材を収容する処理室内に、少なくとも炭素系化合物を含む原料ガスを導入して処理圧力５０Ｐａ以上の条件下で直流パルス電圧を前記基材に印加させる直流パルスプラズマＣＶＤ法により、前記基材内面にＤＬＣ膜を形成するＤＬＣ膜形成工程を含む、被覆部材の製造方法。
【請求項２】
前記ＤＬＣ膜形成工程に先立って実行され、前記処理室内で、前記基材を、その軸線が水平に延びるような姿勢で吊り下げる吊設工程をさらに含む、請求項１記載の被覆部材の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−２０７２４３（Ｐ２０１２−２０７２４３Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７１６５５（Ｐ２０１１−７１６５５）
【出願日】平成２３年３月２９日（２０１１．３．２９）
【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２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２９日（２０１１．３．２９）
【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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