JP2002080966A - 摺動部材及びその製造方法 - Google Patents

摺動部材及びその製造方法

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JP2002080966A JP2001191961A JP2001191961A JP2002080966A JP 2002080966 A JP2002080966 A JP 2002080966A JP 2001191961 A JP2001191961 A JP 2001191961A JP 2001191961 A JP2001191961 A JP 2001191961A JP 2002080966 A JP2002080966 A JP 2002080966A
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(57)【要約】 【課題】再現よく安定して製造できる表面平滑に優れた
高品質な炭化珪素膜を被覆した摺動部材を提供する。 【解決手段】所定の基体表面に炭化珪素からなる炭化珪
素膜を被覆してなる摺動部材において、前記炭化珪素膜
がX線回折に基づく結晶配向膜からなるとともに、該結
晶の成長方向の前記基体表面に垂直な方向に対する最大
傾きが30度以下であることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、表面平滑性が要求
されるスライダーヘッドなどに適した炭化珪素膜を被覆
した摺動部材及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来技術】セラミックは、高強度、耐摩耗性などの優
れた特性から各種の応用が進められているが、その中
で、セラミックスを気相合成法、例えば化学気相成長法
や物理的気相成長法などにより所定の基体に被覆し、表
面特性がセラミック特性を有する摺動部材が知られてい
る。
【0003】例えば、化学気相成長法により形成した炭
化珪素膜は、緻密質でボイドがなく、高い平滑性を有す
る超平滑面が得られる。その表面粗さは表面形状にもよ
るが、非球面、球面、平面の順により平滑な面が得ら
れ、非球面では100Å以下、平面では10Å以下の面
粗さが得られることも報告されている。例えば、特開平
1−46454号では、(111)に配向した炭化珪素
膜で30Åの表面粗さを有することが報告されている。
また、特開平3−126671号では、無配向膜よりも
(220)に配向した膜の方が表面粗さを小さくできる
ことが開示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記先
行技術に基づき、各種の実験を行ったところ、配向した
膜であっても研磨加工により最終的に形成される膜の表
面粗さにばらつきがあり、中には高い表面平滑性が得ら
れない膜があり、再現性に乏しいことがわかった。これ
は、膜の配向が必ずしも表面平滑性に寄与していないこ
とを意味している。従って、従来の方法では、表面平滑
性に優れた摺動部材を安定して得ることが困難であり、
製造時の歩留りが低いなどの問題が生じていた。
【0005】よって、本発明は、再現よく安定して製造
できる表面平滑に優れた高品質な炭化珪素膜を被覆した
摺動部材及びその製造方法を提供することを目的とす
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の問
題点に対して同様な配向性を有しながらも表面粗さが異
なるものについて、膜の組織と面粗さとの関係を調査し
た結果、膜の表面粗さが結晶組織に大きく依存するとい
う新規知見を得、これに基づき最適な結晶組織について
検討を重ねたところ、結晶の組織上、結晶の成長方向が
基体表面に垂直な方向に近似した膜ほど、研磨加工した
時に高い表面平滑性が達成できることを見出し、本発明
に至った。
【0007】即ち、本発明の摺動部材は、所定の基体表
面に炭化珪素膜を被覆してなる摺動部材において、前記
炭化珪素膜がX線回折に基づく結晶配向膜からなるとと
もに、前記結晶の成長方向の前記基体表面に垂直な方向
に対する最大傾きが30度以下であることを特徴とする
ものであり、前記炭化珪素膜の表面が研磨加工され、そ
の表面粗さ(Rmax)が100Å以下であることが好
ましい
【0008】また、本発明の摺動部材の製造方法は、
定の基板表面に核発生密度を高める成膜条件で成膜を開
始し、しかる後に結晶配向膜を形成する成膜条件で炭化
珪素膜を被覆することを特徴とするものであり、特に、
前記炭化珪素膜をCVD法により被覆するとともに、前
記核発生密度を高める成膜条件として気相反応の反応種
となる原子を含んだガスを多く導入することが好まし
い。
【0009】以下、本発明を詳述する。本発明におい
て、基体の表面に形成される炭化珪素膜は、まずX線回
折測定において特定の結晶面が観察される、いわゆる結
晶配向膜からなるもので、その検出される結晶面は単一
であっても複数であってもよい。例えば、CVD法によ
れば炭化珪素膜の場合には、(111)、(220)、
(311)等が検出される。
【0010】このようなX線回折測定において結晶の配
向が観察される膜においては、後述する実施例1、2か
ら明らかなように、SiC膜で(111)のみの回折線
が観察された、いわゆる(111)100%SiC配向
膜でも基体表面に垂直な方向に対して大きな傾きを持つ
ことがあり、このような大きな傾きを有する膜では結果
的に高い平滑性を得ることができない。
【0011】本発明によれば、上記炭化珪素膜におい
て、その結晶の成長方向が基体表面に垂直な方向に対し
て平行であり、傾きがあっても30度以下であることが
重要である。本発明者らの実験によれば、この傾きが大
きいほど、膜表面を研磨加工した時の表面粗さが大きく
なる傾向にあり、特にその傾きが30度を越えると大き
くなる傾向にあることがわかった。この傾きは20度以
下、特に10度以下であることが望ましい。
【0012】これに基づき、本発明における炭化珪素膜
は、研磨加工により表面粗さ(Rmax)が100Å以
下の優れた表面平滑性を得ることができ、例えば半径2
0mmの曲面研磨においても表面粗さ100Å以下、場
合によっては50Å以下が達成でき、平面研磨において
10Å以下、特に5Å以下が達成できる。
【0013】なお、本発明において形成される炭化珪素
膜は、原料も取扱が容易で、成膜速度も速く、また得ら
れた膜の特性も硬度が高く、ヤンク率が高く、100Å
以下の超平滑面を得るためには良好である。
【0014】一方、基体としては適宜選択することがで
き、熱膨張の点で近似するものがよく、炭化珪素膜と同
種の焼結体やそれと熱膨張特性が近似する他のセラミッ
ク材料や金属などが採用できる。
【0015】本発明の摺動部材を製造する方法として
は、イオンプレーテングなどのPVD法でも、プラズマ
CVD、光CVD、熱CVD、MO(Metal−Or
ganic)CVDなどのCVD法でもよい。ただし、
本発明によれば、形成する炭化珪素膜が特定の配向膜で
あるとともに結晶の成長方法が基体に対して垂直である
ことが必要である。配向膜は一般的な製法において、膜
の成長速度を比較的遅くし非晶質化しないレベルで成膜
すればよいことから、原料ガスの濃度などにより適宜調
整することが可能である。
【0016】また、気相成長法(CVD)による炭化珪
素膜の形成においては、セラミックの結晶は基体表面か
ら空間に向かって成長していくが、成膜初期の核密度が
少ないと3次元的に成長が起こり、結晶の一部は基体表
面に垂直な方向に対して大きな傾きをもって成長するこ
ととなる。一方、核密度が高いと結晶は基体表面に垂直
な方向に成長し、成長方向がそろったものとなる。従っ
て、結晶の成長方向は、成膜過程での一次結晶粒子の成
長方向を制御すればよい。具体的には、成膜初期におい
て、気相反応の反応種となる原子を含んだガスを多く導
入しさらに高い温度で活性化することにより核発生密度
を高めることができる。
【0017】また、本発明によれば、上記のようにして
成膜した膜に対して研磨加工し、超平滑面を再現性良く
安定して製造することができる。具体的な研磨方法とし
ては、ダイヤモンド等の砥粒を使用して定盤で研磨を行
えばよい。
【0018】上記のようにして得られる超平滑面を有す
る摺動部材は、超平滑面に加え、耐摩耗性が要求される
金型、スライダーヘッドなど各種の用途に適用される
【0019】
【作用】気相成長法により形成された炭化珪素膜に対し
て、X線回折による膜の結晶配向と結晶の成長方向を調
べた結果、後述する実施例から明らかなように直接的な
関連はなく、X線回折測定で高配向膜であっても得られ
る表面粗さが小さくなるとは言い切れない。つまり、成
膜過程において、初期の段階で一次結晶粒子の成長方向
がそろっていないと二次粒子の中心部と周囲部とでは成
長方向に大きな差が出る。これを研磨すると中心部と周
囲部での研磨される結晶面が異なり、面の方向によって
硬度が異なるために中央部が周囲部に比べて研磨されや
すい、または研磨されにくいという現象が起こって最終
的に面粗さが悪くなってしまうのである。
【0020】本発明によれば、膜の成長方向を全体的に
基体表面に対して垂直な方向に制御することにより、研
磨特性を均一化できることから、最終的に超平滑面を得
ることができるのである。特に、成長時の傾きが最大で
30度を越えると面粗さが急激に大きくなるので、成長
方向が最大で30度以下に設定した。
【0021】これに基づき、本発明の摺動部材は、炭化
珪素膜の研磨加工により100Å以下の表面粗さを有す
る優れた表面平滑性を得ることができる。
【0022】
【実施例】実施例1 炭化珪素焼結体を基体とし、熱CVD法により炭化珪素
膜を形成した。反応ガスにはメチルトリクロロシランと
水素を用い、これらを15SLMの流量で、基体温度1
300〜1500℃で10〜300torrの減圧下で
約0.3mmの膜を作製した。なお、本発明の試料は、
成膜初期において、メチルトリクロロシラン:水素のガ
ス比率を1:4〜4:10で変化させて10分間行い、
その後、2:10に固定して成膜を行い、成長方向の最
大傾きの異なる数種の膜を得た。なお、試料No.4は
すべて2:10に固定して成膜を行った。
【0023】得られた膜に対して、結晶膜の最大傾き
は、膜の破断面から顕微鏡写真により観察される組織
中、傾きが最も大きいものを示した。また、結晶の配向
性についてはX線回折測定を行うとともに、膜に対して
ダイヤモンド砥粒により研磨処理を行い、平面研磨と曲
率半径20mmの曲面研磨を行った。そして、研磨後の
膜表面を表面粗さRmaxを測定した。結果を表1に示
した。また、表中、試料No.1(本発明品)と、試料
No.4(本発明範囲外)につき、顕微鏡写真による結
晶組織の模写図を示した。
【0024】
【表1】
【0025】表1の結果によると、X線回折による配向
性を調べたところ、試料No.1〜4は(111)のみ
の回折線が得られ、試料No.5、6は(220)のみ
の回折線だけが得られた。また、結晶の成長の傾きにつ
いては、成膜初期において、メチルトリクロロシラン:
水素のガス比率が1:4〜4:10に設定したものは傾
きが30度以下であった。さらに、最大傾きが30度を
越える試料No.4、6では、研磨面の表面粗さが他の
本発明品に比べて大きいことがわかる。 実施例2 炭化珪素焼結体を基体とし、実施例1と同様な方法でガ
ス比率を変化させながら炭化珪素膜を形成して摺動部材
を得、特性の評価を行った。結果を表2に示した。
【0026】
【表2】
【0027】X線回折による配向性は試料No.9〜1
2は(111)と(220)のピークが観察されたの
で、ピーク比を表中に示した。また試料No.14はさ
らに(311)の回折線も観察されたが、試料No.1
1および13は結晶成長の最大傾きが大きく、表面粗さ
が大きかった。この結果から配向性よりも結晶成長方向
が研磨面の面粗さに影響していることが判った。
【0028】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明の摺動部材
は、従来の摺動部材に比べて超平滑面が再現性良く安定
して製造することができ、実用性に富む摺動部材を提供
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1中、試料No.1(本発明品)の顕微
鏡写真による結晶組織の模写図である。
【図2】実施例1中、試料No.4(比較品)の顕微鏡
写真による結晶組織の模写図である。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】所定の基体表面に炭化珪素膜を被覆してな
    る摺動部材において、前記炭化珪素膜がX線回折に基づ
    く結晶配向膜からなるとともに、前記結晶の成長方向の
    前記基体表面に垂直な方向に対する最大傾きが30度以
    下であることを特徴とする摺動部材
  2. 【請求項2】前記炭化珪素膜の表面が研磨加工され、そ
    の表面粗さ(Rmax)が100Å以下であることを特
    徴とする請求項1記載の摺動部材
  3. 【請求項3】所定の基板表面に核発生密度を高める成膜
    条件で成膜を開始し、しかる後に結晶配向膜を形成する
    成膜条件で炭化珪素膜を被覆することを特徴とする摺動
    部材の製造方法
  4. 【請求項4】前記炭化珪素膜をCVD法により被覆する
    とともに、前記核発生密度を高める成膜条件として気相
    反応の反応種となる原子を含んだガスを多く導入するこ
    とを特徴とする請求項3記載の摺動部材の製造方法
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010236093A (ja) * 2010-05-17 2010-10-21 Nippon Pillar Packing Co Ltd 超純水用の炭化珪素質摺動部材

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