ＤＬＣ膜を備えた摺動部材
【課題】ダイヤモンドライクカーボン膜を備えた摺動部材において、せん断に対するダイヤモンドライクカーボン膜の密着性（耐引っ掻き性）を向上することで摺動部材の耐摩耗性の向上および長寿命化が可能な摺動部材を提供する。
【解決手段】基材の上に、第一層を含むＤＬＣ膜を配置した摺動部材であって、前記基材が、Ｖ，Ｃｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｗから選ばれる少なくとも１種を含む合金鋼であり、前記第一層がＶ，Ｃｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｗから選ばれる少なくとも１種を含み、前記基材から第一層に向けて同一の結晶構造が連続することを特徴とする摺動部材。
【解決手段】基材の上に、第一層を含むＤＬＣ膜を配置した摺動部材であって、前記基材が、Ｖ，Ｃｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｗから選ばれる少なくとも１種を含む合金鋼であり、前記第一層がＶ，Ｃｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｗから選ばれる少なくとも１種を含み、前記基材から第一層に向けて同一の結晶構造が連続することを特徴とする摺動部材。
【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膜（ＤＬＣ膜）を備えた摺動部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダイヤモンドライクカーボン膜は、一般的に、高硬度で表面が平滑であり、耐摩擦性に優れ、その固体潤滑性から低摩擦係数で優れた低摩擦性能を有している。そして、無潤滑環境下において、通常の平滑な鋼材表面の摩擦係数が０.５以上であり、従来の表面処理材であるＮｉ−ＰめっきやＣｒめっき、ＴｉＮコーティングやＣｒＮコーティング等の表面の摩擦係数が約０.４である。これに対して、ダイヤモンドライクカーボン膜の摩擦係数は約０.１である。
【０００３】
現在、これらの優れた特性を活かして、ドリル刃をはじめとする切削工具，研削工具等の加工治具や塑性加工用金型、バルブコックやキャプスタンローラのような無潤滑環境下で使用される摺動部材等への応用が図られている。一方、エネルギー消費や環境の面から可能な限りの機械的損失の低減が望まれている内燃機関などの機械部品においては、現在、潤滑油存在下での摺動が主流となっている。
【０００４】
樹脂被覆ケーブル製造工程では、芯線に樹脂を押出しながら被覆する押出金型の出口で樹脂のカスが発生し、そのカスが樹脂被覆後のケーブル表面に付着することで樹脂被覆ケーブルの製品歩留の低下を招くことが長期にわたる課題となっている。合金鋼の押出金型の出口付近にアンバランスド・マグネトロン・スパッタリング法（ＵＢＭＳ法）によりダイヤモンドライクカーボン膜を形成したところ、樹脂のカスの発生量が激減した。しかし、押出金型の製造コストを抑えるためにクロム元素を含まない炭素鋼からなる押出金型にダイヤモンドライクカーボン膜を形成したところ、ダイヤモンドライクカーボン膜の密着力が低下することが判った。
【０００５】
押出金型の出口付近に密着力の高いダイヤモンドライクカーボン膜を形成することができれば、樹脂被覆ケーブル製造工程において製品歩留の向上，高効率化が達成でき、更には信頼性の高い樹脂被覆ケーブルを提供できる。樹脂被覆ケーブル製造工程に限らず、各種産業機器の摺動部品に密着力の高いダイヤモンドライクカーボン膜を形成することができれば、高効率及び高信頼性の産業機器を提供できる。
【０００６】
特許文献１には、鋼やアルミ合金，銅合金等の表面に硬質皮膜を形成してなる樹脂あるいはゴム用金型及び樹脂あるいはゴム成形装置部品において、硬質皮膜の少なくとも最表面が弗素を１〜２０原子％含むダイヤモンド状炭素膜あるいは硬質カーボン膜であることを特徴とする樹脂あるいはゴム用金型が開示されている。
【０００７】
特許文献２には、基材の上に形成した膜厚０.５ｎｍ〜２００ｎｍの無水素炭素膜と、無水素炭素膜の上に形成した水素含有率が５at.％〜２５at.％であり、膜厚が無水素炭素膜の２倍〜１０００倍である含水素炭素膜よりなることを特徴とする非晶質炭素被膜が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平５−１６９４５９号公報
【特許文献２】特開２００３−２６４１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、アルミ合金や銅合金を基材とした場合、基材が軟質でありしかも基材にクロム元素をほとんど含まないため、これらを基材としてその上に金属クロム層，硬質カーボン層からなるダイヤモンドライクカーボン膜を成膜しても密着性が得られないという課題があった。また、アルミ合金，銅合金を基材とし、基材表面に湿式法により硬質クロムめっき等の硬質金属膜を施した場合、あるいは乾式法による窒化クロム等の硬質セラミック膜を施した場合、基材と硬質金属膜、硬質セラミック膜との間に金属元素からなる結晶が成長しないため、ダイヤモンドライクカーボン膜全体としての密着性が得られないという課題があった。また、基材が硬質材料であっても、窒化アルミニウムや酸化アルミニウムなど絶縁体の場合、基材にバイアス電圧を印加することができないため被膜を形成することができないという課題があった。また、中間層（金属層）の形成に真空アーク蒸着法を用いた場合、マクロパーティクルが多く発生するため形成後の被膜は平滑性に乏しく、更にその表面に被膜を積層することで表面粗度はトレースまたは増幅されるため、平滑性に富んだ被膜が得られず、その結果摺動部材の表面に用いた場合、ダイヤモンドライクカーボン膜の割れや剥離が発生しやすいという課題があった。
【００１０】
本発明の目的は、ダイヤモンドライクカーボン膜を備えた摺動部材において、せん断に対するダイヤモンドライクカーボン膜の密着性（耐引っ掻き性）を向上することで長期にわたり信頼性の高い摺動部材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の摺動部材は、基材の上に、第一層を含むＤＬＣ膜を配置した摺動部材であって、前記基材が、Ｖ，Ｃｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｗから選ばれる少なくとも１種を含む合金鋼であり、前記第一層がＶ，Ｃｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｗから選ばれる少なくとも１種を含み、前記基材から第一層に向けて同一の結晶構造が連続することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、基材と第一層との密着性が向上するため、摺動部材に用いた場合、長期にわたり信頼性の高い摺動部材を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施例における基材および硬質炭素被膜の断面構造を示す図である。
【図２】実施例における基材および硬質炭素被膜のＴＥＭ分析による断面構造を示す図である。
【図３】比較例における基材および硬質炭素被膜の断面構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明は、せん断に対するダイヤモンドライクカーボン膜の密着性（耐引っ掻き性）の向上により長期にわたり信頼性の高い、ダイヤモンドライクカーボン膜を有する摺動部材に関する。
【００１５】
本実施形態で示すダイヤモンドライクカーボン膜は、各種産業用機械部品等の摺動部材（鉄鋼基材）に適用可能である。
【００１６】
ダイヤモンドライクカーボン膜（以下、「ＤＬＣ膜」と呼称する）２は、基材１上にアンバランスド・マグネトロン・スパッタリング（ＵＢＭＳ）法を用いることにより形成できる。
【００１７】
一般的に、ＤＬＣ膜とは、アモルファス状の炭素又は水素化炭素で形成された膜であり、アモルファスカーボン又は水素化アモルファスカーボン（ａ−Ｃ：Ｈ）などとも呼ばれる。ＤＬＣ膜の形成には、炭化水素ガスをプラズマ分解して成膜するプラズマＣＶＤ法，炭素・炭化水素イオンを用いるイオンビーム蒸着法等の気相合成法，グラファイト等をアーク放電により蒸発させて成膜するイオンプレーティング法，不活性ガス雰囲気下でターゲットをスパッタリングすることによって成膜するスパッタリング法などが用いられる。
【００１８】
このように多種多様なＤＬＣ膜の製法の中で、ＵＢＭＳ法とは、ターゲットの背面側に配置される磁極のバランスをターゲットの中心部と周縁部とで意図的に崩し、非平衡とすることでターゲットの周縁部の磁極からの磁力線の一部を基材まで伸ばし、ターゲットの近傍に収束していたプラズマが磁力線に沿って基材の近傍まで拡散し易くすることにより、ＤＬＣ膜２の形成中に基材１に照射されるイオン量を増やすことができ、結果として、基材１の上面側に緻密なＤＬＣ膜２を形成することができ、更には、イオン照射によりＤＬＣ膜２の構造や膜質を制御できることを特徴とする成膜方法である。
【００１９】
なお、詳細は実施例を用いて説明する。
【００２０】
本発明の摺動部材は、図１に示すように、基材１の上面に前記基材１から順に、第一層２１、前記第一層２１と硬質カーボン層２３の密着性を向上させるための第二層２２、及び硬質カーボン層２３を形成することが好ましい。
【００２１】
基材１は、常温常圧下での結晶構造が体心立方格子であるＶ，Ｃｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｗの群から選ばれる少なくとも１種の元素を含む合金鋼であることが好ましい。基材１中で金属炭化物１２を形成するため、基材１を高硬度化でき、その結果、基材１上に形成したＤＬＣ膜２の密着性が良好となる。
【００２２】
第一層２１は、常温常圧下での結晶構造が体心立方格子構造であるＶ，Ｃｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｗの群から選ばれる少なくとも１種の元素を含むことが好ましい。更には、第一層２１には、基材１に含まれるＦｅおよびＶ，Ｃｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｗの群から選ばれる少なくとも１種の元素の結晶格子定数に近い結晶格子定数をもつ元素を含むことが好ましい。基材１に含まれるＦｅおよびＶ，Ｃｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｗの群から選ばれる少なくとも１種の元素の結晶格子定数に近い結晶格子定数をもつ元素を含むことで、基材１から第一層２１に向けて同一の結晶構造が連続し易くなるため、基材１上に形成したＤＬＣ膜２の密着性が良好となる。
【００２３】
第二層２２は、炭素及び金属の混合物又は金属の炭化物であり、前記第二層２２に含まれる金属の含有量が、前記基材１側から硬質カーボン層２３側に向かって減少し、前記第二層２２に含まれる炭素の含有量が、前記基材１側から前記硬質カーボン層２３側に向かって増加することが好ましい。前記金属は、常温常圧下での結晶構造が体心立方格子でありかつ炭化物を形成し易い、Ｖ，Ｃｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｗの群から選ばれる少なくとも１種の元素であることが好ましく、更には、第二層２２には、第一層２１に含まれるＶ，Ｃｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｗの群から選ばれる少なくとも１種の元素の結晶格子定数に近い結晶格子定数をもつ元素を含むことが好ましい。第一層２１に含まれるＶ，Ｃｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｗの群から選ばれる少なくとも１種の元素の結晶格子定数に近い結晶格子定数をもつ元素を含むことで、第一層２１から第二層２２に向けて同一の結晶構造２１１が連続し易くなるため、基材１上に形成したＤＬＣ膜２の密着性が良好となる。また、第二層２２の中でＶ，Ｃｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｗの群から選ばれる少なくとも１種の元素が炭化物を形成するため、第二層２２の上に形成される硬質カーボン層２３の密着性が良好となる。
【００２４】
更には、基材１に含まれるＶ，Ｃｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｗの群から選ばれる少なくとも１種の元素の結晶格子定数に近い結晶格子定数をもつ元素が第一層２１および第二層２２に含まれることで、基材１から第二層２２に向けて同一の結晶構造２１１が連続し易くなるため、基材１上に形成したＤＬＣ膜２の密着性が良好となる。
【００２５】
また、硬質カーボン層２３には、ｓｐ2結合炭素とｓｐ3結合炭素とを混在することが好ましい。
【００２６】
ＤＬＣ膜２を形成した後、ＤＬＣ膜２の表面をナノインデンテーション法（ＩＳＯ１４５７７）によりＤＬＣ膜２の硬さ評価を行った。また、ＤＬＣ膜２にロックウェルダイヤモンド圧子を押込むことにより、ＤＬＣ膜２の剥離の有無による密着性評価を行った。また、ＤＬＣ膜２のせん断による密着力の評価としてスクラッチ試験を行った。更にＤＬＣ膜２の断面の透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）による観察と制限視野電子線回折像による結晶状態の解析を行った。
【００２７】
ロックウェルダイヤモンド圧子の押込試験による密着性評価では、先端径２００μｍの円錐形のロックウェルダイヤモンド圧子を１４７１Ｎ（１５０kgf）の試験力で押込み、この押込みによりできた圧痕周辺のＤＬＣ膜２の割れや剥離の状態を光学顕微鏡で観察した。
【００２８】
スクラッチ試験による密着力の評価は、先端径２００μｍの円錐型ダイヤモンド圧子を用いて、垂直荷重範囲０〜１００Ｎ，荷重負荷速度１００Ｎ／min，走査速度１０mm／minの条件でＤＬＣ膜２の表面を走査して行い、試験後のスクラッチ痕の光学顕微鏡観察を行い、スクラッチ痕内部のＤＬＣ膜に繰り返される局所剥離や連続的な剥離が開始する箇所での垂直荷重値をＤＬＣ膜２のせん断による密着力と定めた。ＤＬＣ膜２の密着力は、全体の走査距離に対する剥離開始箇所までの走査距離の割合と、最大荷重１００Ｎとの積により算出した。
【００２９】
ナノインデンテーション法（ＩＳＯ１４５７７）による評価は、対稜角１１５度のベルコビッチ三角錐圧子をＤＬＣ膜２の表面に１０秒間かけて最大荷重３ｍＮまで押し込み、最大荷重で１秒間保持し、その後１０秒間かけて除荷する条件で行った。
【００３０】
ＤＬＣ膜２の断面のＴＥＭによる観察および解析用の試験片は、イオンシニング装置で薄片化して作製した。
【００３１】
上記の摺動部材は、各種産業機器用摺動部材に用いられることが好ましい。
【００３２】
以下、実施例を用いて説明する。
【００３３】
〔実施例〕
図１は、本発明による実施例を示す摺動部材の断面図である。
【００３４】
図１において、摺動部材は基材１の上に、基材１側より第一層２１，第二層２２，硬質カーボン層２３で構成されたＤＬＣ膜２を具備している。
【００３５】
ここで、基材１には、Ｃｒ元素を４at.％含む高速度工具鋼ＪＩＳ ＳＫＨ５１材、Ｃｒ元素を１at.％含むＣｒＭｏ鋼ＪＩＳ ＳＣＭ４１５材、Ｃｒ元素を１１at.％含むダイス鋼ＪＩＳ ＳＫＤ１１材を用い、またそれぞれの基材１の表面粗度Ｒａが０.０５μｍとなるように仕上げた。その後、ＤＬＣ膜２をＵＢＭＳ法で形成した。
【００３６】
まず、不活性ガスを導入しながら、バイアス電圧を印加しながらクロム（Ｃｒ）元素からなる第一層２１を形成した。
【００３７】
その後、不活性ガスと炭化水素ガスとを導入し、バイアス電圧を印加しながら第二層２２を形成した。
【００３８】
第二層２２の形成においては、まず、クロム炭化物層（炭化クロム層）を形成し、その後、クロムターゲット投入電力が徐々に減少し、かつカーボンターゲット投入電力が徐々に増加するように制御した。ここで、クロム炭化物層を構成する炭化クロムには、Ｃｒ3Ｃ2，Ｃｒ7Ｃ3，Ｃｒ23Ｃ6などの種類があるが、これらに限定されるものではない。
【００３９】
最後に、不活性ガス及び炭化水素ガスを導入し、バイアス電圧を印加しながら硬質カーボン層２３を形成した。
【００４０】
ＤＬＣ膜２は、一般的に基材１等の下地が高硬度であるほど密着性が良好となる。ここで、ＤＬＣ膜２とは、第一層２１，第二層２２，硬質カーボン層２３を含む積層被膜を指す。
【００４１】
上記の構成で形成した本実施例のＤＬＣ膜２の諸特性を表１に示す。
【００４２】
【表１】
【００４３】
上記の構成で形成した本実施例のＤＬＣ膜２の膜厚は１.２μｍ、表面粗度Ｒａは０.０８μｍ、ナノインデンテーション法によるＤＬＣ膜２の硬度は３２ＧＰａであった。
【００４４】
ロックウェルダイヤモンド圧子押込による密着性評価の結果、圧痕周辺のＤＬＣ膜２の剥離は見られず、基材１とＤＬＣ膜２の密着性は良好であった。
【００４５】
スクラッチ試験による密着力評価の結果、本実施例のＤＬＣ膜の密着力はＪＩＳ ＳＫＨ５１材で６５Ｎ、ＪＩＳ ＳＣＭ４１５材で５８Ｎ、ＪＩＳ ＳＫＤ１１材で５３Ｎと高い値を示した。
図２にＤＬＣ膜２の断面のＴＥＭ像を示す。
【００４６】
観察および解析の結果、ＪＩＳ ＳＫＨ５１基材を用いた場合、体心立方格子結晶構造をとる基材１の表面のＦｅ元素からなる結晶上に体心立方格子結晶構造をとる第一層２１のＣｒ元素からなる結晶がエピタキシャル成長していることが判った。さらに、体心立方格子構造のＦｅ元素の格子定数は２.８６６４Åであり、一方、体心立方格子構造のＣｒ元素の格子定数は２.８８３９Åと、両者の格子定数がほぼ等しいことがエピタキシャル成長の原因である。このように、基材１の表面から第一層２１に向けて同一の結晶構造２１１が連続することで、ロックウェルダイヤモンド圧子押込によるＤＬＣ膜２の密着性およびスクラッチ試験によるＤＬＣ膜２のせん断による密着力を高めることができる。基材にＪＩＳ ＳＣＭ４１５材，ＪＩＳ ＳＫＤ１１材を用いた場合も同様である。
【００４７】
本実施例によれば、上記のように密着力の高いＤＬＣ膜２を提供できるため、長期にわたり信頼性の高い摺動部材を提供できる。また、本発明の摺動部材を各種産業機器に適用した場合、長期にわたり高密着力であり最表面の硬質カーボン層２３が低摩擦効果を生むため、低負荷で高効率な産業機器を提供することができる。
【００４８】
なお、本実施例では、第一層２１をクロム元素からなる層、第二層２２をクロム炭化物層としたが、これらに限定されない。基材１をＶ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｗのうちの少なくとも１種の元素を含む合金鋼、第一層２１をＶ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｗのうちの少なくとも１種の元素を含む層、第二層２２をＶ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｗのうちの少なくとも１種の元素とＣ元素からなる層とし、さらに基材１および各層に含まれる元素の結晶格子構造が同一であれば同様の効果が得られる。また、基材１および各層に含まれる元素が構成する結晶格子の格子定数が近い組み合わせであれば基材１の表面と第一層２１との間、第一層２１と第二層２２との間、あるいは基材１の表面と第一層２１と第二層２２との間にエピタキシャル成長が起こり易く、更に良好な効果が得られる。
【００４９】
本実施例における硬質カーボン層２３には、グラファイトに代表される炭素結合であるｓｐ2結合炭素とダイヤモンドに代表される炭素結合であるｓｐ3結合炭素とが混在する。これにより摩擦係数の低いＤＬＣ膜２を提供することができる。
【００５０】
以上の組み合わせにより、本実施例において形成したＤＬＣ膜２は、基材１との密着性が高く、摺動部材に低摩擦性を付与する。結果として、長期にわたり低負荷で高効率であり信頼性の高い摺動部材を提供することができる。
【００５１】
本実施例において、基材に焼戻温度の低いＪＩＳ ＳＣＭ４１５材（焼戻温度：約１７０℃）を用いた場合には、ＤＬＣ膜２の形成中の温度を焼戻温度（１７０℃）以下とし、基材１の軟化を抑制するように温度条件を設定した。
【００５２】
また、第一層２１と硬質カーボン層２３との間に形成される第二層２２においては、まず、Ｃｒ炭化物層を形成し、その後、基材１側から硬質カーボン層２３側へ向かって、Ｃｒ濃度が連続的に減少し、かつ、Ｃ濃度が連続的に増加することが好ましい。また、第二層２２を構成する物質であるＣｒ炭化物をＣｒxＣyで表した場合、ｘとｙとの比率を少しずつ変化させることで、組成が基材１側から硬質カーボン層２３側へ向かって少しずつ変化させることが好ましい。
【００５３】
ＵＢＭＳ法では基材１の表面のクリーニング、第一層２１から硬質カーボン層２３までの形成を全て同一チャンバの中で真空を破ることなく実施することができる。また、イオン照射によりＤＬＣ膜２の膜質や構造を制御できる。この利点を活かし、本実施例ではＤＬＣ膜２の形成にＵＢＭＳ法を用い、またＵＢＭＳ法を用いることが好ましいが、同様な利点や効果のある製法であれば、ＵＢＭＳ法に限定されるものではない。
【００５４】
以上のように、基材１から硬質カーボン層２３までの構造を上記のように設計することにより、せん断による密着力が良好なＤＬＣ膜２を提供できる。
【００５５】
（比較例）
図３は、本発明の比較例を示す摺動部材の断面図である。
【００５６】
本図において、摺動部材は基材３の上に、基材３側より第一層２１，第二層２２，硬質カーボン層２３で構成されたＤＬＣ膜２を具備している。
【００５７】
ここで基材３には、炭素鋼ＪＩＳ Ｓ５０Ｃ材を用い、基材３の表面粗度Ｒａが０.０５μｍとなるように仕上げた。その後、ＤＬＣ膜２をＵＢＭＳ法で実施例と同様な方法で形成した。
【００５８】
ＤＬＣ膜２の形成後、ＤＬＣ膜２は自然剥離したため、ＤＬＣ膜２の膜厚，表面粗度Ｒａ，硬度の評価はできなかった。ロックウェルダイヤモンド圧子押込による密着性評価、スクラッチ試験による密着力の評価もできなかったが、ロックウェルダイヤモンド圧子押込による密着性評価では圧痕周囲全周剥離、スクラッチ試験による密着力は０Ｎであると推測できる。
【００５９】
一部ＤＬＣ膜２が残存した部分のＤＬＣ膜２の断面のＴＥＭによる観察の結果、基材３の表面にセメンタイト組織３２が存在し、セメンタイト組織３２が基材３の表面からＤＬＣ膜２に向けての結晶成長を阻害したため、密着性・密着力が得られなかったことが判った。
【００６０】
本比較例によれば、上記のように密着力の低いＤＬＣ膜２の提供になりＤＬＣ膜２がすぐに剥離してしまうため、最表面の硬質カーボン層２３による低摩擦効果を持続できない。そのため、本比較例のＤＬＣ膜２を各種産業機器の摺動部材に適用した場合、低負荷で高効率な産業機器を提供することができない。
【符号の説明】
【００６１】
１ 基材（実施例）
２ ダイヤモンドライクカーボン膜
３ 基材（比較例）
１１ 合金鋼
１２ 金属炭化物
２１ 第一層
２２ 第二層
２３ 硬質カーボン層
３１ 炭素鋼
３２ セメンタイト組織
２１１ 連続した結晶構造
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイヤモンドライクカーボン膜（ＤＬＣ膜）を備えた摺動部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダイヤモンドライクカーボン膜は、一般的に、高硬度で表面が平滑であり、耐摩擦性に優れ、その固体潤滑性から低摩擦係数で優れた低摩擦性能を有している。そして、無潤滑環境下において、通常の平滑な鋼材表面の摩擦係数が０.５以上であり、従来の表面処理材であるＮｉ−ＰめっきやＣｒめっき、ＴｉＮコーティングやＣｒＮコーティング等の表面の摩擦係数が約０.４である。これに対して、ダイヤモンドライクカーボン膜の摩擦係数は約０.１である。
【０００３】
現在、これらの優れた特性を活かして、ドリル刃をはじめとする切削工具，研削工具等の加工治具や塑性加工用金型、バルブコックやキャプスタンローラのような無潤滑環境下で使用される摺動部材等への応用が図られている。一方、エネルギー消費や環境の面から可能な限りの機械的損失の低減が望まれている内燃機関などの機械部品においては、現在、潤滑油存在下での摺動が主流となっている。
【０００４】
樹脂被覆ケーブル製造工程では、芯線に樹脂を押出しながら被覆する押出金型の出口で樹脂のカスが発生し、そのカスが樹脂被覆後のケーブル表面に付着することで樹脂被覆ケーブルの製品歩留の低下を招くことが長期にわたる課題となっている。合金鋼の押出金型の出口付近にアンバランスド・マグネトロン・スパッタリング法（ＵＢＭＳ法）によりダイヤモンドライクカーボン膜を形成したところ、樹脂のカスの発生量が激減した。しかし、押出金型の製造コストを抑えるためにクロム元素を含まない炭素鋼からなる押出金型にダイヤモンドライクカーボン膜を形成したところ、ダイヤモンドライクカーボン膜の密着力が低下することが判った。
【０００５】
押出金型の出口付近に密着力の高いダイヤモンドライクカーボン膜を形成することができれば、樹脂被覆ケーブル製造工程において製品歩留の向上，高効率化が達成でき、更には信頼性の高い樹脂被覆ケーブルを提供できる。樹脂被覆ケーブル製造工程に限らず、各種産業機器の摺動部品に密着力の高いダイヤモンドライクカーボン膜を形成することができれば、高効率及び高信頼性の産業機器を提供できる。
【０００６】
特許文献１には、鋼やアルミ合金，銅合金等の表面に硬質皮膜を形成してなる樹脂あるいはゴム用金型及び樹脂あるいはゴム成形装置部品において、硬質皮膜の少なくとも最表面が弗素を１〜２０原子％含むダイヤモンド状炭素膜あるいは硬質カーボン膜であることを特徴とする樹脂あるいはゴム用金型が開示されている。
【０００７】
特許文献２には、基材の上に形成した膜厚０.５ｎｍ〜２００ｎｍの無水素炭素膜と、無水素炭素膜の上に形成した水素含有率が５at.％〜２５at.％であり、膜厚が無水素炭素膜の２倍〜１０００倍である含水素炭素膜よりなることを特徴とする非晶質炭素被膜が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平５−１６９４５９号公報
【特許文献２】特開２００３−２６４１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、アルミ合金や銅合金を基材とした場合、基材が軟質でありしかも基材にクロム元素をほとんど含まないため、これらを基材としてその上に金属クロム層，硬質カーボン層からなるダイヤモンドライクカーボン膜を成膜しても密着性が得られないという課題があった。また、アルミ合金，銅合金を基材とし、基材表面に湿式法により硬質クロムめっき等の硬質金属膜を施した場合、あるいは乾式法による窒化クロム等の硬質セラミック膜を施した場合、基材と硬質金属膜、硬質セラミック膜との間に金属元素からなる結晶が成長しないため、ダイヤモンドライクカーボン膜全体としての密着性が得られないという課題があった。また、基材が硬質材料であっても、窒化アルミニウムや酸化アルミニウムなど絶縁体の場合、基材にバイアス電圧を印加することができないため被膜を形成することができないという課題があった。また、中間層（金属層）の形成に真空アーク蒸着法を用いた場合、マクロパーティクルが多く発生するため形成後の被膜は平滑性に乏しく、更にその表面に被膜を積層することで表面粗度はトレースまたは増幅されるため、平滑性に富んだ被膜が得られず、その結果摺動部材の表面に用いた場合、ダイヤモンドライクカーボン膜の割れや剥離が発生しやすいという課題があった。
【００１０】
本発明の目的は、ダイヤモンドライクカーボン膜を備えた摺動部材において、せん断に対するダイヤモンドライクカーボン膜の密着性（耐引っ掻き性）を向上することで長期にわたり信頼性の高い摺動部材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の摺動部材は、基材の上に、第一層を含むＤＬＣ膜を配置した摺動部材であって、前記基材が、Ｖ，Ｃｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｗから選ばれる少なくとも１種を含む合金鋼であり、前記第一層がＶ，Ｃｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｗから選ばれる少なくとも１種を含み、前記基材から第一層に向けて同一の結晶構造が連続することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、基材と第一層との密着性が向上するため、摺動部材に用いた場合、長期にわたり信頼性の高い摺動部材を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施例における基材および硬質炭素被膜の断面構造を示す図である。
【図２】実施例における基材および硬質炭素被膜のＴＥＭ分析による断面構造を示す図である。
【図３】比較例における基材および硬質炭素被膜の断面構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明は、せん断に対するダイヤモンドライクカーボン膜の密着性（耐引っ掻き性）の向上により長期にわたり信頼性の高い、ダイヤモンドライクカーボン膜を有する摺動部材に関する。
【００１５】
本実施形態で示すダイヤモンドライクカーボン膜は、各種産業用機械部品等の摺動部材（鉄鋼基材）に適用可能である。
【００１６】
ダイヤモンドライクカーボン膜（以下、「ＤＬＣ膜」と呼称する）２は、基材１上にアンバランスド・マグネトロン・スパッタリング（ＵＢＭＳ）法を用いることにより形成できる。
【００１７】
一般的に、ＤＬＣ膜とは、アモルファス状の炭素又は水素化炭素で形成された膜であり、アモルファスカーボン又は水素化アモルファスカーボン（ａ−Ｃ：Ｈ）などとも呼ばれる。ＤＬＣ膜の形成には、炭化水素ガスをプラズマ分解して成膜するプラズマＣＶＤ法，炭素・炭化水素イオンを用いるイオンビーム蒸着法等の気相合成法，グラファイト等をアーク放電により蒸発させて成膜するイオンプレーティング法，不活性ガス雰囲気下でターゲットをスパッタリングすることによって成膜するスパッタリング法などが用いられる。
【００１８】
このように多種多様なＤＬＣ膜の製法の中で、ＵＢＭＳ法とは、ターゲットの背面側に配置される磁極のバランスをターゲットの中心部と周縁部とで意図的に崩し、非平衡とすることでターゲットの周縁部の磁極からの磁力線の一部を基材まで伸ばし、ターゲットの近傍に収束していたプラズマが磁力線に沿って基材の近傍まで拡散し易くすることにより、ＤＬＣ膜２の形成中に基材１に照射されるイオン量を増やすことができ、結果として、基材１の上面側に緻密なＤＬＣ膜２を形成することができ、更には、イオン照射によりＤＬＣ膜２の構造や膜質を制御できることを特徴とする成膜方法である。
【００１９】
なお、詳細は実施例を用いて説明する。
【００２０】
本発明の摺動部材は、図１に示すように、基材１の上面に前記基材１から順に、第一層２１、前記第一層２１と硬質カーボン層２３の密着性を向上させるための第二層２２、及び硬質カーボン層２３を形成することが好ましい。
【００２１】
基材１は、常温常圧下での結晶構造が体心立方格子であるＶ，Ｃｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｗの群から選ばれる少なくとも１種の元素を含む合金鋼であることが好ましい。基材１中で金属炭化物１２を形成するため、基材１を高硬度化でき、その結果、基材１上に形成したＤＬＣ膜２の密着性が良好となる。
【００２２】
第一層２１は、常温常圧下での結晶構造が体心立方格子構造であるＶ，Ｃｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｗの群から選ばれる少なくとも１種の元素を含むことが好ましい。更には、第一層２１には、基材１に含まれるＦｅおよびＶ，Ｃｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｗの群から選ばれる少なくとも１種の元素の結晶格子定数に近い結晶格子定数をもつ元素を含むことが好ましい。基材１に含まれるＦｅおよびＶ，Ｃｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｗの群から選ばれる少なくとも１種の元素の結晶格子定数に近い結晶格子定数をもつ元素を含むことで、基材１から第一層２１に向けて同一の結晶構造が連続し易くなるため、基材１上に形成したＤＬＣ膜２の密着性が良好となる。
【００２３】
第二層２２は、炭素及び金属の混合物又は金属の炭化物であり、前記第二層２２に含まれる金属の含有量が、前記基材１側から硬質カーボン層２３側に向かって減少し、前記第二層２２に含まれる炭素の含有量が、前記基材１側から前記硬質カーボン層２３側に向かって増加することが好ましい。前記金属は、常温常圧下での結晶構造が体心立方格子でありかつ炭化物を形成し易い、Ｖ，Ｃｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｗの群から選ばれる少なくとも１種の元素であることが好ましく、更には、第二層２２には、第一層２１に含まれるＶ，Ｃｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｗの群から選ばれる少なくとも１種の元素の結晶格子定数に近い結晶格子定数をもつ元素を含むことが好ましい。第一層２１に含まれるＶ，Ｃｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｗの群から選ばれる少なくとも１種の元素の結晶格子定数に近い結晶格子定数をもつ元素を含むことで、第一層２１から第二層２２に向けて同一の結晶構造２１１が連続し易くなるため、基材１上に形成したＤＬＣ膜２の密着性が良好となる。また、第二層２２の中でＶ，Ｃｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｗの群から選ばれる少なくとも１種の元素が炭化物を形成するため、第二層２２の上に形成される硬質カーボン層２３の密着性が良好となる。
【００２４】
更には、基材１に含まれるＶ，Ｃｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｗの群から選ばれる少なくとも１種の元素の結晶格子定数に近い結晶格子定数をもつ元素が第一層２１および第二層２２に含まれることで、基材１から第二層２２に向けて同一の結晶構造２１１が連続し易くなるため、基材１上に形成したＤＬＣ膜２の密着性が良好となる。
【００２５】
また、硬質カーボン層２３には、ｓｐ2結合炭素とｓｐ3結合炭素とを混在することが好ましい。
【００２６】
ＤＬＣ膜２を形成した後、ＤＬＣ膜２の表面をナノインデンテーション法（ＩＳＯ１４５７７）によりＤＬＣ膜２の硬さ評価を行った。また、ＤＬＣ膜２にロックウェルダイヤモンド圧子を押込むことにより、ＤＬＣ膜２の剥離の有無による密着性評価を行った。また、ＤＬＣ膜２のせん断による密着力の評価としてスクラッチ試験を行った。更にＤＬＣ膜２の断面の透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）による観察と制限視野電子線回折像による結晶状態の解析を行った。
【００２７】
ロックウェルダイヤモンド圧子の押込試験による密着性評価では、先端径２００μｍの円錐形のロックウェルダイヤモンド圧子を１４７１Ｎ（１５０kgf）の試験力で押込み、この押込みによりできた圧痕周辺のＤＬＣ膜２の割れや剥離の状態を光学顕微鏡で観察した。
【００２８】
スクラッチ試験による密着力の評価は、先端径２００μｍの円錐型ダイヤモンド圧子を用いて、垂直荷重範囲０〜１００Ｎ，荷重負荷速度１００Ｎ／min，走査速度１０mm／minの条件でＤＬＣ膜２の表面を走査して行い、試験後のスクラッチ痕の光学顕微鏡観察を行い、スクラッチ痕内部のＤＬＣ膜に繰り返される局所剥離や連続的な剥離が開始する箇所での垂直荷重値をＤＬＣ膜２のせん断による密着力と定めた。ＤＬＣ膜２の密着力は、全体の走査距離に対する剥離開始箇所までの走査距離の割合と、最大荷重１００Ｎとの積により算出した。
【００２９】
ナノインデンテーション法（ＩＳＯ１４５７７）による評価は、対稜角１１５度のベルコビッチ三角錐圧子をＤＬＣ膜２の表面に１０秒間かけて最大荷重３ｍＮまで押し込み、最大荷重で１秒間保持し、その後１０秒間かけて除荷する条件で行った。
【００３０】
ＤＬＣ膜２の断面のＴＥＭによる観察および解析用の試験片は、イオンシニング装置で薄片化して作製した。
【００３１】
上記の摺動部材は、各種産業機器用摺動部材に用いられることが好ましい。
【００３２】
以下、実施例を用いて説明する。
【００３３】
〔実施例〕
図１は、本発明による実施例を示す摺動部材の断面図である。
【００３４】
図１において、摺動部材は基材１の上に、基材１側より第一層２１，第二層２２，硬質カーボン層２３で構成されたＤＬＣ膜２を具備している。
【００３５】
ここで、基材１には、Ｃｒ元素を４at.％含む高速度工具鋼ＪＩＳ ＳＫＨ５１材、Ｃｒ元素を１at.％含むＣｒＭｏ鋼ＪＩＳ ＳＣＭ４１５材、Ｃｒ元素を１１at.％含むダイス鋼ＪＩＳ ＳＫＤ１１材を用い、またそれぞれの基材１の表面粗度Ｒａが０.０５μｍとなるように仕上げた。その後、ＤＬＣ膜２をＵＢＭＳ法で形成した。
【００３６】
まず、不活性ガスを導入しながら、バイアス電圧を印加しながらクロム（Ｃｒ）元素からなる第一層２１を形成した。
【００３７】
その後、不活性ガスと炭化水素ガスとを導入し、バイアス電圧を印加しながら第二層２２を形成した。
【００３８】
第二層２２の形成においては、まず、クロム炭化物層（炭化クロム層）を形成し、その後、クロムターゲット投入電力が徐々に減少し、かつカーボンターゲット投入電力が徐々に増加するように制御した。ここで、クロム炭化物層を構成する炭化クロムには、Ｃｒ3Ｃ2，Ｃｒ7Ｃ3，Ｃｒ23Ｃ6などの種類があるが、これらに限定されるものではない。
【００３９】
最後に、不活性ガス及び炭化水素ガスを導入し、バイアス電圧を印加しながら硬質カーボン層２３を形成した。
【００４０】
ＤＬＣ膜２は、一般的に基材１等の下地が高硬度であるほど密着性が良好となる。ここで、ＤＬＣ膜２とは、第一層２１，第二層２２，硬質カーボン層２３を含む積層被膜を指す。
【００４１】
上記の構成で形成した本実施例のＤＬＣ膜２の諸特性を表１に示す。
【００４２】
【表１】
【００４３】
上記の構成で形成した本実施例のＤＬＣ膜２の膜厚は１.２μｍ、表面粗度Ｒａは０.０８μｍ、ナノインデンテーション法によるＤＬＣ膜２の硬度は３２ＧＰａであった。
【００４４】
ロックウェルダイヤモンド圧子押込による密着性評価の結果、圧痕周辺のＤＬＣ膜２の剥離は見られず、基材１とＤＬＣ膜２の密着性は良好であった。
【００４５】
スクラッチ試験による密着力評価の結果、本実施例のＤＬＣ膜の密着力はＪＩＳ ＳＫＨ５１材で６５Ｎ、ＪＩＳ ＳＣＭ４１５材で５８Ｎ、ＪＩＳ ＳＫＤ１１材で５３Ｎと高い値を示した。
図２にＤＬＣ膜２の断面のＴＥＭ像を示す。
【００４６】
観察および解析の結果、ＪＩＳ ＳＫＨ５１基材を用いた場合、体心立方格子結晶構造をとる基材１の表面のＦｅ元素からなる結晶上に体心立方格子結晶構造をとる第一層２１のＣｒ元素からなる結晶がエピタキシャル成長していることが判った。さらに、体心立方格子構造のＦｅ元素の格子定数は２.８６６４Åであり、一方、体心立方格子構造のＣｒ元素の格子定数は２.８８３９Åと、両者の格子定数がほぼ等しいことがエピタキシャル成長の原因である。このように、基材１の表面から第一層２１に向けて同一の結晶構造２１１が連続することで、ロックウェルダイヤモンド圧子押込によるＤＬＣ膜２の密着性およびスクラッチ試験によるＤＬＣ膜２のせん断による密着力を高めることができる。基材にＪＩＳ ＳＣＭ４１５材，ＪＩＳ ＳＫＤ１１材を用いた場合も同様である。
【００４７】
本実施例によれば、上記のように密着力の高いＤＬＣ膜２を提供できるため、長期にわたり信頼性の高い摺動部材を提供できる。また、本発明の摺動部材を各種産業機器に適用した場合、長期にわたり高密着力であり最表面の硬質カーボン層２３が低摩擦効果を生むため、低負荷で高効率な産業機器を提供することができる。
【００４８】
なお、本実施例では、第一層２１をクロム元素からなる層、第二層２２をクロム炭化物層としたが、これらに限定されない。基材１をＶ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｗのうちの少なくとも１種の元素を含む合金鋼、第一層２１をＶ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｗのうちの少なくとも１種の元素を含む層、第二層２２をＶ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｗのうちの少なくとも１種の元素とＣ元素からなる層とし、さらに基材１および各層に含まれる元素の結晶格子構造が同一であれば同様の効果が得られる。また、基材１および各層に含まれる元素が構成する結晶格子の格子定数が近い組み合わせであれば基材１の表面と第一層２１との間、第一層２１と第二層２２との間、あるいは基材１の表面と第一層２１と第二層２２との間にエピタキシャル成長が起こり易く、更に良好な効果が得られる。
【００４９】
本実施例における硬質カーボン層２３には、グラファイトに代表される炭素結合であるｓｐ2結合炭素とダイヤモンドに代表される炭素結合であるｓｐ3結合炭素とが混在する。これにより摩擦係数の低いＤＬＣ膜２を提供することができる。
【００５０】
以上の組み合わせにより、本実施例において形成したＤＬＣ膜２は、基材１との密着性が高く、摺動部材に低摩擦性を付与する。結果として、長期にわたり低負荷で高効率であり信頼性の高い摺動部材を提供することができる。
【００５１】
本実施例において、基材に焼戻温度の低いＪＩＳ ＳＣＭ４１５材（焼戻温度：約１７０℃）を用いた場合には、ＤＬＣ膜２の形成中の温度を焼戻温度（１７０℃）以下とし、基材１の軟化を抑制するように温度条件を設定した。
【００５２】
また、第一層２１と硬質カーボン層２３との間に形成される第二層２２においては、まず、Ｃｒ炭化物層を形成し、その後、基材１側から硬質カーボン層２３側へ向かって、Ｃｒ濃度が連続的に減少し、かつ、Ｃ濃度が連続的に増加することが好ましい。また、第二層２２を構成する物質であるＣｒ炭化物をＣｒxＣyで表した場合、ｘとｙとの比率を少しずつ変化させることで、組成が基材１側から硬質カーボン層２３側へ向かって少しずつ変化させることが好ましい。
【００５３】
ＵＢＭＳ法では基材１の表面のクリーニング、第一層２１から硬質カーボン層２３までの形成を全て同一チャンバの中で真空を破ることなく実施することができる。また、イオン照射によりＤＬＣ膜２の膜質や構造を制御できる。この利点を活かし、本実施例ではＤＬＣ膜２の形成にＵＢＭＳ法を用い、またＵＢＭＳ法を用いることが好ましいが、同様な利点や効果のある製法であれば、ＵＢＭＳ法に限定されるものではない。
【００５４】
以上のように、基材１から硬質カーボン層２３までの構造を上記のように設計することにより、せん断による密着力が良好なＤＬＣ膜２を提供できる。
【００５５】
（比較例）
図３は、本発明の比較例を示す摺動部材の断面図である。
【００５６】
本図において、摺動部材は基材３の上に、基材３側より第一層２１，第二層２２，硬質カーボン層２３で構成されたＤＬＣ膜２を具備している。
【００５７】
ここで基材３には、炭素鋼ＪＩＳ Ｓ５０Ｃ材を用い、基材３の表面粗度Ｒａが０.０５μｍとなるように仕上げた。その後、ＤＬＣ膜２をＵＢＭＳ法で実施例と同様な方法で形成した。
【００５８】
ＤＬＣ膜２の形成後、ＤＬＣ膜２は自然剥離したため、ＤＬＣ膜２の膜厚，表面粗度Ｒａ，硬度の評価はできなかった。ロックウェルダイヤモンド圧子押込による密着性評価、スクラッチ試験による密着力の評価もできなかったが、ロックウェルダイヤモンド圧子押込による密着性評価では圧痕周囲全周剥離、スクラッチ試験による密着力は０Ｎであると推測できる。
【００５９】
一部ＤＬＣ膜２が残存した部分のＤＬＣ膜２の断面のＴＥＭによる観察の結果、基材３の表面にセメンタイト組織３２が存在し、セメンタイト組織３２が基材３の表面からＤＬＣ膜２に向けての結晶成長を阻害したため、密着性・密着力が得られなかったことが判った。
【００６０】
本比較例によれば、上記のように密着力の低いＤＬＣ膜２の提供になりＤＬＣ膜２がすぐに剥離してしまうため、最表面の硬質カーボン層２３による低摩擦効果を持続できない。そのため、本比較例のＤＬＣ膜２を各種産業機器の摺動部材に適用した場合、低負荷で高効率な産業機器を提供することができない。
【符号の説明】
【００６１】
１ 基材（実施例）
２ ダイヤモンドライクカーボン膜
３ 基材（比較例）
１１ 合金鋼
１２ 金属炭化物
２１ 第一層
２２ 第二層
２３ 硬質カーボン層
３１ 炭素鋼
３２ セメンタイト組織
２１１ 連続した結晶構造
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材の上に、第一層を含むＤＬＣ膜を配置した摺動部材であって、
前記基材が、Ｖ，Ｃｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｗから選ばれる少なくとも１種を含む合金鋼であり、
前記第一層がＶ，Ｃｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｗから選ばれる少なくとも１種を含み、
前記基材から第一層に向けて同一の結晶構造が連続することを特徴とする摺動部材。
【請求項２】
請求項１において、前記ＤＬＣ膜が、基材側から順に第一層，第二層，硬質カーボン層を含み、
前記第二層が、Ｖ，Ｃｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｗから選ばれる少なくとも１種とＣ元素からなり、
第一層から第二層に向けて連続した結晶を有することを特徴とする摺動部材。
【請求項３】
請求項２において、前記基材から第二層に向けて同一の結晶構造が連続することを特徴とする摺動部材。
【請求項４】
請求項２において、前記第二層は、基材側から硬質カーボン層側へ向かってＶ，Ｃｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｗから選ばれる少なくとも１種の濃度が低くなり、Ｃ元素の濃度が高くなることを特徴とする請求項２または３に記載の摺動部材。
【請求項５】
請求項１または２において、前記基材と前記第一層に含まれる元素の結晶格子構造が同一であることを特徴とする摺動部材。
【請求項６】
請求項２において、前記第一層と前記第二層に含まれる元素の結晶格子構造が同一であることを特徴とする摺動部材。
【請求項７】
請求項２において、前記基材と前記第一層と前記第二層に含まれる元素の結晶格子構造が同一であることを特徴とする摺動部材。
【請求項８】
請求項２において、前記硬質カーボン層は、ｓｐ2結合炭素とｓｐ3結合炭素とが混在することを特徴とする摺動部材。
【請求項９】
Ｖ，Ｃｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｗから選ばれる少なくとも１種を含む合金鋼からなる基材上に、アンバランスド・マグネトロン・スパッタリング法で、第一層，第二層，硬質カーボン層の順に積層してＤＬＣ膜を形成することを特徴とする摺動部材の製造方法。
【請求項１】
基材の上に、第一層を含むＤＬＣ膜を配置した摺動部材であって、
前記基材が、Ｖ，Ｃｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｗから選ばれる少なくとも１種を含む合金鋼であり、
前記第一層がＶ，Ｃｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｗから選ばれる少なくとも１種を含み、
前記基材から第一層に向けて同一の結晶構造が連続することを特徴とする摺動部材。
【請求項２】
請求項１において、前記ＤＬＣ膜が、基材側から順に第一層，第二層，硬質カーボン層を含み、
前記第二層が、Ｖ，Ｃｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｗから選ばれる少なくとも１種とＣ元素からなり、
第一層から第二層に向けて連続した結晶を有することを特徴とする摺動部材。
【請求項３】
請求項２において、前記基材から第二層に向けて同一の結晶構造が連続することを特徴とする摺動部材。
【請求項４】
請求項２において、前記第二層は、基材側から硬質カーボン層側へ向かってＶ，Ｃｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｗから選ばれる少なくとも１種の濃度が低くなり、Ｃ元素の濃度が高くなることを特徴とする請求項２または３に記載の摺動部材。
【請求項５】
請求項１または２において、前記基材と前記第一層に含まれる元素の結晶格子構造が同一であることを特徴とする摺動部材。
【請求項６】
請求項２において、前記第一層と前記第二層に含まれる元素の結晶格子構造が同一であることを特徴とする摺動部材。
【請求項７】
請求項２において、前記基材と前記第一層と前記第二層に含まれる元素の結晶格子構造が同一であることを特徴とする摺動部材。
【請求項８】
請求項２において、前記硬質カーボン層は、ｓｐ2結合炭素とｓｐ3結合炭素とが混在することを特徴とする摺動部材。
【請求項９】
Ｖ，Ｃｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｗから選ばれる少なくとも１種を含む合金鋼からなる基材上に、アンバランスド・マグネトロン・スパッタリング法で、第一層，第二層，硬質カーボン層の順に積層してＤＬＣ膜を形成することを特徴とする摺動部材の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−２２４０４３（Ｐ２０１２−２２４０４３Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９５６３６（Ｐ２０１１−９５６３６）
【出願日】平成２３年４月２２日（２０１１．４．２２）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月２２日（２０１１．４．２２）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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