JP2002256415A - ダイヤモンドライクカーボン硬質多層膜成形体およびその製造方法 - Google Patents
ダイヤモンドライクカーボン硬質多層膜成形体およびその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 鉄系材料を基材として用い、この基材に対し
て比較的厚く形成しても優れた密着性を発揮することの
できるＤＬＣ膜を最表面層として形成した硬質多層膜形
成体、およびその様な硬質多層膜形成体を形成する為の
有用な方法を提供する 【解決手段】 ダイヤモンドライクカーボン膜を最表面
層とし、更に中間層および基材を含んでなり、前記基材
は鉄系材料からなると共に、前記中間層は、Ｃｒおよび
／またはＡｌの金属からなる基材側の第１層と、Ｃｒお
よび／またはＡｌの金属と炭素を含む非晶質層からなる
最表面層側の第２層からなる２層構造である。
て比較的厚く形成しても優れた密着性を発揮することの
できるＤＬＣ膜を最表面層として形成した硬質多層膜形
成体、およびその様な硬質多層膜形成体を形成する為の
有用な方法を提供する 【解決手段】 ダイヤモンドライクカーボン膜を最表面
層とし、更に中間層および基材を含んでなり、前記基材
は鉄系材料からなると共に、前記中間層は、Ｃｒおよび
／またはＡｌの金属からなる基材側の第１層と、Ｃｒお
よび／またはＡｌの金属と炭素を含む非晶質層からなる
最表面層側の第２層からなる２層構造である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、精密金型、切削工
具類、耐摩耗性機械部品、研磨剤、磁気・光学部品、お
よびプリンタヘッド等の摺動部材等において、特に耐摩
耗性および表面平滑性が求められる部材の表面保護膜に
適し、しかも基材としての鉄系材料に対して優れた密着
性を示すダイヤモンドライクカーボン膜を表面層とする
硬質多層膜形成体、およびその製造方法に関するもので
ある。
具類、耐摩耗性機械部品、研磨剤、磁気・光学部品、お
よびプリンタヘッド等の摺動部材等において、特に耐摩
耗性および表面平滑性が求められる部材の表面保護膜に
適し、しかも基材としての鉄系材料に対して優れた密着
性を示すダイヤモンドライクカーボン膜を表面層とする
硬質多層膜形成体、およびその製造方法に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】硬質カーボンは、一般にはダイヤモンド
ライクカーボン（以下、「ＤＬＣ」と略称することがあ
る）と呼ばれている硬質の物質である。硬質カーボンは
その他にも、硬質非晶質炭素、無定型炭素、硬質無定型
炭素、ｉ−カーボン、ダイヤモンド状炭素等、様々な呼
称が与えられているが、これらの用語には明確に区別さ
れている訳ではない。
ライクカーボン（以下、「ＤＬＣ」と略称することがあ
る）と呼ばれている硬質の物質である。硬質カーボンは
その他にも、硬質非晶質炭素、無定型炭素、硬質無定型
炭素、ｉ−カーボン、ダイヤモンド状炭素等、様々な呼
称が与えられているが、これらの用語には明確に区別さ
れている訳ではない。
【０００３】この様に様々な用語が用いられるＤＬＣの
本質は、構造的にはダイヤモンドとグラファイトが混ざ
り合った両者の中間の構造を有するものであり、ダイヤ
モンドと同様に、硬度が高く、耐摩耗性、固体潤滑性、
熱伝導性、化学的安定性に優れていることから、例えば
摺動部材、金型、切削工具類、耐摩耗性機械部品、研磨
材、磁気・光学部品等の各種部品の保護膜として利用さ
れつつある。
本質は、構造的にはダイヤモンドとグラファイトが混ざ
り合った両者の中間の構造を有するものであり、ダイヤ
モンドと同様に、硬度が高く、耐摩耗性、固体潤滑性、
熱伝導性、化学的安定性に優れていることから、例えば
摺動部材、金型、切削工具類、耐摩耗性機械部品、研磨
材、磁気・光学部品等の各種部品の保護膜として利用さ
れつつある。
【０００４】こうしたＤＬＣ膜を形成する方法として
は、スパッタリング法やイオンプレーティング法等の物
理的蒸着法（ＰＶＤ法）、および化学的蒸着法（ＣＶＤ
法）等が採用されているが、通常ＤＬＣ膜は膜形成時に
極めて大きな内部応力が発生し、また高い硬度とヤング
率を持つ反面、変形能が極めて小さいことから、基材と
の密着性が弱く、剥離し易いという欠点をもっている。
は、スパッタリング法やイオンプレーティング法等の物
理的蒸着法（ＰＶＤ法）、および化学的蒸着法（ＣＶＤ
法）等が採用されているが、通常ＤＬＣ膜は膜形成時に
極めて大きな内部応力が発生し、また高い硬度とヤング
率を持つ反面、変形能が極めて小さいことから、基材と
の密着性が弱く、剥離し易いという欠点をもっている。
【０００５】基材との密着性を改善する技術として、こ
れまでにも様々提案されているが、こうした技術を大別
すると、（１）膜応力を制御する方法、（２）基材と炭
素膜との間に中間層を設ける方法、の２つが挙げられ
る。しかしながら、これらの技術では、以下に示す問題
があり、改善されることが望まれているのが実状であ
る。まず上記（１）の方法では、基本的に基材と炭素膜
との異種界面における密着性の不安定性は解決されてい
ない。また上記（２）の方法においては、基本的には基
材とＤＬＣ膜を、組織および機械的特性において両者の
中間的な特性を持つ層をもって糊付け層として結合する
という観点から、その中間層として硬質の脆性材料を含
むものを採用するものであるが、前記ＣＶＤ法やＰＶＤ
法によって作製したＤＬＣ膜における巨大な内部応力に
よって、特に数μｍにおよぶ厚膜を形成した場合や、ダ
イヤモンド成分の多い硬度４０ＧＰａを超える様な硬い
膜を形成した場合には、密着性不良の問題は顕著であ
る。
れまでにも様々提案されているが、こうした技術を大別
すると、（１）膜応力を制御する方法、（２）基材と炭
素膜との間に中間層を設ける方法、の２つが挙げられ
る。しかしながら、これらの技術では、以下に示す問題
があり、改善されることが望まれているのが実状であ
る。まず上記（１）の方法では、基本的に基材と炭素膜
との異種界面における密着性の不安定性は解決されてい
ない。また上記（２）の方法においては、基本的には基
材とＤＬＣ膜を、組織および機械的特性において両者の
中間的な特性を持つ層をもって糊付け層として結合する
という観点から、その中間層として硬質の脆性材料を含
むものを採用するものであるが、前記ＣＶＤ法やＰＶＤ
法によって作製したＤＬＣ膜における巨大な内部応力に
よって、特に数μｍにおよぶ厚膜を形成した場合や、ダ
イヤモンド成分の多い硬度４０ＧＰａを超える様な硬い
膜を形成した場合には、密着性不良の問題は顕著であ
る。
【０００６】本発明者らも、ＤＬＣ膜の基材との密着性
を改善するという観点から、かねてより検討しており、
その研究の一環として、特開２０００−１１９８４３号
の様な技術を提案している。この技術では、ＤＬＣ膜を
最表面層とし、基材と最表面層の間の中間層として、
Ｗ，Ｔａ，ＭｏおよびＮｂよりなる群から選択される１
種以上の金属層からなる基材側の第１層と、Ｗ，Ｔａ，
ＭｏおよびＮｂよりなる群から選択される１種以上の金
属元素と炭素を含む非晶質層からなる最表面層側の第２
層からなる２層構造としたＤＬＣ硬質多層膜成形体であ
る。そして、こうした膜構造を有するＤＬＣ硬質多層膜
成形体では、ＷＣ−Ｃｏ等の超硬合金製基材に対するＤ
ＬＣ膜の良好な密着性が達成されたのである。しかしな
がら、この技術においても解決すべき若干の問題があ
る。
を改善するという観点から、かねてより検討しており、
その研究の一環として、特開２０００−１１９８４３号
の様な技術を提案している。この技術では、ＤＬＣ膜を
最表面層とし、基材と最表面層の間の中間層として、
Ｗ，Ｔａ，ＭｏおよびＮｂよりなる群から選択される１
種以上の金属層からなる基材側の第１層と、Ｗ，Ｔａ，
ＭｏおよびＮｂよりなる群から選択される１種以上の金
属元素と炭素を含む非晶質層からなる最表面層側の第２
層からなる２層構造としたＤＬＣ硬質多層膜成形体であ
る。そして、こうした膜構造を有するＤＬＣ硬質多層膜
成形体では、ＷＣ−Ｃｏ等の超硬合金製基材に対するＤ
ＬＣ膜の良好な密着性が達成されたのである。しかしな
がら、この技術においても解決すべき若干の問題があ
る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記技術は、基本的に
ＷＣ−Ｃｏ等の超硬合金を基材として使用する場合を想
定したものであり、上記ＷＣ−Ｃｏ系超硬合金およびＳ
ｉやＡｌ2Ｏ3等の絶縁材を基材として用いた場合には、
上記中間層は基材との良好な密着性を確保できたのであ
るが、高速度鋼のような鉄系材料を基材として用いた場
合には、上記中間層と基材との相性が必ずしも良好であ
るとは限らず、中間層と基材との間で密着性が悪くな
り、ＤＬＣ膜の剥離が生じやすいという問題があった。
ＷＣ−Ｃｏ等の超硬合金を基材として使用する場合を想
定したものであり、上記ＷＣ−Ｃｏ系超硬合金およびＳ
ｉやＡｌ2Ｏ3等の絶縁材を基材として用いた場合には、
上記中間層は基材との良好な密着性を確保できたのであ
るが、高速度鋼のような鉄系材料を基材として用いた場
合には、上記中間層と基材との相性が必ずしも良好であ
るとは限らず、中間層と基材との間で密着性が悪くな
り、ＤＬＣ膜の剥離が生じやすいという問題があった。
【０００８】また、鉄系材料を基材としてその表面に上
記の様な多層膜を形成するに際して、最表面層のＤＬＣ
膜の内部応力が大きいので、中間層とＤＬＣ膜との密着
性が悪くなり、特に高硬度で膜厚が３μｍを超える様な
厚いＤＬＣ膜では十分な密着性を確保することが困難で
あった。
記の様な多層膜を形成するに際して、最表面層のＤＬＣ
膜の内部応力が大きいので、中間層とＤＬＣ膜との密着
性が悪くなり、特に高硬度で膜厚が３μｍを超える様な
厚いＤＬＣ膜では十分な密着性を確保することが困難で
あった。
【０００９】更に、鉄系材料は広範囲で使用されてお
り、超硬合金と比べて安価で靭性に優れているという有
用性があり、こうした鉄系材料にＤＬＣ膜を密着性良く
被覆する技術の確立が望まれているのが実状である。
り、超硬合金と比べて安価で靭性に優れているという有
用性があり、こうした鉄系材料にＤＬＣ膜を密着性良く
被覆する技術の確立が望まれているのが実状である。
【００１０】本発明は上記の様な事情に着目してなされ
たものであって、その目的は、鉄系材料を基材として用
い、この基材に対して比較的厚く形成しても優れた密着
性を発揮することのできるＤＬＣ膜を最表面層として形
成した硬質多層膜形成体、およびその様な硬質多層膜形
成体を形成する為の有用な方法を提供することにある。
たものであって、その目的は、鉄系材料を基材として用
い、この基材に対して比較的厚く形成しても優れた密着
性を発揮することのできるＤＬＣ膜を最表面層として形
成した硬質多層膜形成体、およびその様な硬質多層膜形
成体を形成する為の有用な方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成すること
のできた本発明に係るＤＬＣ硬質多層膜形成体とは、ダ
イヤモンドライクカーボン膜を最表面層とし、更に中間
層および基材を含んでなり、前記基材は鉄系材料からな
ると共に、前記中間層は、Ｃｒおよび／またはＡｌの金
属からなる基材側の第１層と、Ｃｒおよび／またはＡｌ
の金属と炭素を含む非晶質層からなる最表面層側の第２
層からなる２層構造である点に要旨を有するものであ
る。
のできた本発明に係るＤＬＣ硬質多層膜形成体とは、ダ
イヤモンドライクカーボン膜を最表面層とし、更に中間
層および基材を含んでなり、前記基材は鉄系材料からな
ると共に、前記中間層は、Ｃｒおよび／またはＡｌの金
属からなる基材側の第１層と、Ｃｒおよび／またはＡｌ
の金属と炭素を含む非晶質層からなる最表面層側の第２
層からなる２層構造である点に要旨を有するものであ
る。
【００１２】上記本発明のＤＬＣ硬質多層膜形成体にお
いては、前記第２層は、最表面層側に向けて前記金属が
減少する傾斜組成を有し、且つ基材側第１層近傍では第
１層に近い硬度を有し、最表面層側に向けて段階的また
は連続的に硬度が上昇し、最表面層近傍ではダイヤモン
ドライクカーボン膜と近い硬度を有する様に構成された
ものであることが好ましい。具体的には、最表面層のビ
ッカース硬度Ｈ2と、第２層の最表面層側界面のビッカ
ース硬度Ｈ1との差ΔＨ（＝Ｈ2−Ｈ1）が１０００以下
であることが好ましい。また、前記中間層の厚み（第１
層＋第２層の厚み）は、多層膜成形体全体の厚みの５〜
５０％を占めるものであることが好ましい。
いては、前記第２層は、最表面層側に向けて前記金属が
減少する傾斜組成を有し、且つ基材側第１層近傍では第
１層に近い硬度を有し、最表面層側に向けて段階的また
は連続的に硬度が上昇し、最表面層近傍ではダイヤモン
ドライクカーボン膜と近い硬度を有する様に構成された
ものであることが好ましい。具体的には、最表面層のビ
ッカース硬度Ｈ2と、第２層の最表面層側界面のビッカ
ース硬度Ｈ1との差ΔＨ（＝Ｈ2−Ｈ1）が１０００以下
であることが好ましい。また、前記中間層の厚み（第１
層＋第２層の厚み）は、多層膜成形体全体の厚みの５〜
５０％を占めるものであることが好ましい。
【００１３】本発明のＤＬＣ硬質多層膜形成体において
は、前記第２層と最表面層との間に、炭素からなる応力
緩和層を形成することも有効であり、この応力緩和層
は、前記第２層側の界面では第２層に近い硬度を有し、
最表面層側になるにつれて段階的または連続的に硬度が
上昇し、最表面層近傍ではダイヤモンドライクカーボン
膜に近い硬度を有する様に構成されたものであることが
好ましい。
は、前記第２層と最表面層との間に、炭素からなる応力
緩和層を形成することも有効であり、この応力緩和層
は、前記第２層側の界面では第２層に近い硬度を有し、
最表面層側になるにつれて段階的または連続的に硬度が
上昇し、最表面層近傍ではダイヤモンドライクカーボン
膜に近い硬度を有する様に構成されたものであることが
好ましい。
【００１４】また、上記の様な応力緩和層を形成する場
合には、（１）前記第２層は、応力緩和層の第２層側界
面のビッカース硬度Ｈ4と、第２層応力緩和層側界面の
ビッカース硬度Ｈ3との差ΔＨ（＝Ｈ4−Ｈ3）が１００
０以下であること、（２）前記応力緩和層は、最表面層
のビッカース硬度Ｈ2と、応力緩和層の最表面層側界面
のビッカース硬度Ｈ5との差ΔＨ（＝Ｈ2−Ｈ5）が１０
００以下であること、（３）前記応力緩和層の厚みｄ１
が、最表面層の厚みｄ２との比（ｄ１：ｄ２）で１：４
〜４：１である、等の要件を満足することが好ましい。
合には、（１）前記第２層は、応力緩和層の第２層側界
面のビッカース硬度Ｈ4と、第２層応力緩和層側界面の
ビッカース硬度Ｈ3との差ΔＨ（＝Ｈ4−Ｈ3）が１００
０以下であること、（２）前記応力緩和層は、最表面層
のビッカース硬度Ｈ2と、応力緩和層の最表面層側界面
のビッカース硬度Ｈ5との差ΔＨ（＝Ｈ2−Ｈ5）が１０
００以下であること、（３）前記応力緩和層の厚みｄ１
が、最表面層の厚みｄ２との比（ｄ１：ｄ２）で１：４
〜４：１である、等の要件を満足することが好ましい。
【００１５】いずれの構成を採用するにしても、基材と
の密着性を更に高めるという観点から、（ａ）前記基材
の表面部に、第１層を構成する金属元素が基材に拡散し
た拡散層が形成されたものであることや、（ｂ）前記基
材と前記第１層との間に、第１層を構成する金属元素と
基材を構成する元素が混合したミキシング層が形成され
たものであることが好ましい。また、前記中間層の厚み
（第１層＋第２層の厚み）は、多層膜成形体全体の厚み
の５〜５０％を占めるものであることが好ましい。
の密着性を更に高めるという観点から、（ａ）前記基材
の表面部に、第１層を構成する金属元素が基材に拡散し
た拡散層が形成されたものであることや、（ｂ）前記基
材と前記第１層との間に、第１層を構成する金属元素と
基材を構成する元素が混合したミキシング層が形成され
たものであることが好ましい。また、前記中間層の厚み
（第１層＋第２層の厚み）は、多層膜成形体全体の厚み
の５〜５０％を占めるものであることが好ましい。
【００１６】一方、本発明のダイヤモンドライクカーボ
ン硬質多層膜成形体を製造するに当たり、前記ダイヤモ
ンドライクカーボン膜はアンバランスド・マグネトロン
・スパッタリング法（以下、「ＵＢＭスパッタリング
法」と略称することがある）によって形成することが好
ましい。
ン硬質多層膜成形体を製造するに当たり、前記ダイヤモ
ンドライクカーボン膜はアンバランスド・マグネトロン
・スパッタリング法（以下、「ＵＢＭスパッタリング
法」と略称することがある）によって形成することが好
ましい。
【００１７】また、本発明の本発明のダイヤモンドライ
クカーボン硬質多層膜成形体を製造するに当たっては、
前記第２層における金属元素と炭素の組成比（即ち、第
２層における硬度分布）を調整するに際しては、スパッ
タ法によって第２層を形成すると共に、スパッタ電力を
制御する様にすれば良い。
クカーボン硬質多層膜成形体を製造するに当たっては、
前記第２層における金属元素と炭素の組成比（即ち、第
２層における硬度分布）を調整するに際しては、スパッ
タ法によって第２層を形成すると共に、スパッタ電力を
制御する様にすれば良い。
【００１８】更に、応力緩和層を形成したダイヤモンド
ライクカーボン硬質多層膜成形体を製造するに当たって
は、応力緩和層の硬度や密度を調整するに際しては、応
力緩和層をスパッタ法によって形成すると共に、基材に
印加される直流またはパルスのバイアス電圧の制御によ
って調整する様にすれば良い。
ライクカーボン硬質多層膜成形体を製造するに当たって
は、応力緩和層の硬度や密度を調整するに際しては、応
力緩和層をスパッタ法によって形成すると共に、基材に
印加される直流またはパルスのバイアス電圧の制御によ
って調整する様にすれば良い。
【００１９】基材の表面部に拡散層を形成したダイヤモ
ンドライクカーボン硬質多層膜成形体を製造するに当た
っては、基材に第１層を形成する段階で基材温度を１５
０〜３５０℃に制御することによって、基材と第１層の
間に拡散層を形成する様にすれば良い。
ンドライクカーボン硬質多層膜成形体を製造するに当た
っては、基材に第１層を形成する段階で基材温度を１５
０〜３５０℃に制御することによって、基材と第１層の
間に拡散層を形成する様にすれば良い。
【００２０】また、基材と第１層の間にミキシング層を
形成したダイヤモンドライクカーボン硬質多層膜成形体
を製造するに当たっては、基材に第１層を形成する初期
の段階で基材に１００〜１０００Ｖの直流またはパルス
のバイアス電圧を印加することによって、基材と第１層
の間にミキシング層を形成する様にすれば良い。
形成したダイヤモンドライクカーボン硬質多層膜成形体
を製造するに当たっては、基材に第１層を形成する初期
の段階で基材に１００〜１０００Ｖの直流またはパルス
のバイアス電圧を印加することによって、基材と第１層
の間にミキシング層を形成する様にすれば良い。
【００２１】
【発明の実施の形態】本発明者らは、基材として鉄系材
料を用いた場合に、この基材とのＤＬＣ膜との間の良好
な密着性を確保する為の中間層の構造について、様々な
角度から検討した。その結果、前記中間層の構造とし
て、Ｃｒおよび／またはＡｌの金属または合金からなる
基材側の第１層と、Ｃｒおよび／またはＡｌの金属元素
と炭素を含む非晶質層からなる最表面層側の第２層から
なる２層構造とすれば上記目的が見事に達成されること
を見出し、本発明を完成した。
料を用いた場合に、この基材とのＤＬＣ膜との間の良好
な密着性を確保する為の中間層の構造について、様々な
角度から検討した。その結果、前記中間層の構造とし
て、Ｃｒおよび／またはＡｌの金属または合金からなる
基材側の第１層と、Ｃｒおよび／またはＡｌの金属元素
と炭素を含む非晶質層からなる最表面層側の第２層から
なる２層構造とすれば上記目的が見事に達成されること
を見出し、本発明を完成した。
【００２２】本発明のＤＬＣ硬質多層膜形成体におけ
る、基材とＤＬＣ膜の密着性はその間に介在させた中間
層によって保証されることになる。この中間層におい
て、基材側の層を構成するＣｒおよび／またはＡｌの金
属からなる層（第１層）は、基材となる鉄系材料と相性
が良く、この鉄系材料に対しても良好な密着性を発揮す
るものとなる。そして、こうした基材側の層（前記第１
層）を介在させることによって、基材と中間層（第１
層）と密着性を確保することができる。
る、基材とＤＬＣ膜の密着性はその間に介在させた中間
層によって保証されることになる。この中間層におい
て、基材側の層を構成するＣｒおよび／またはＡｌの金
属からなる層（第１層）は、基材となる鉄系材料と相性
が良く、この鉄系材料に対しても良好な密着性を発揮す
るものとなる。そして、こうした基材側の層（前記第１
層）を介在させることによって、基材と中間層（第１
層）と密着性を確保することができる。
【００２３】そして、中間層における最表面層側の層
（前記第２層）として、脆弱な炭化物層を形成させず
に、Ｃｒおよび／またはＡｌの金属と炭素との非晶質層
とする。ここで、非晶質層とは、透過型電子顕微鏡で結
晶相を確認できないものを言う。この様に、中間第２層
を微細な析出物層を内部に含まない層とすることによっ
て、中間層自体に脆弱な部分がなくなり、内部での剥離
や破壊を防ぐことができる。また基材側の第１層に対し
ても、格子のミスマッチ等に伴う応力の発生が緩和さ
れ、同種の金属元素を用いることによって、密着性が確
保できる。更に最表面層を形成するＤＬＣ膜においても
非晶質膜であるので、上記の様な金属元素と炭素の混合
層からなる非晶質層との密着性も良くなる。
（前記第２層）として、脆弱な炭化物層を形成させず
に、Ｃｒおよび／またはＡｌの金属と炭素との非晶質層
とする。ここで、非晶質層とは、透過型電子顕微鏡で結
晶相を確認できないものを言う。この様に、中間第２層
を微細な析出物層を内部に含まない層とすることによっ
て、中間層自体に脆弱な部分がなくなり、内部での剥離
や破壊を防ぐことができる。また基材側の第１層に対し
ても、格子のミスマッチ等に伴う応力の発生が緩和さ
れ、同種の金属元素を用いることによって、密着性が確
保できる。更に最表面層を形成するＤＬＣ膜においても
非晶質膜であるので、上記の様な金属元素と炭素の混合
層からなる非晶質層との密着性も良くなる。
【００２４】但し、前記中間第１層を構成する金属元素
と第２層に含まれる金属元素は、必ずしも同一である必
要はなく、一方の層に含まれる金属元素と他方の層に含
まれる金属元素を異なるものとしても上記効果が発揮さ
れるものであるが（例えば、Ｃｒ層とＡｌ／Ｃ層）、好
ましくは両者の金属元素を同一にするか（例えば、Ｃｒ
層とＣｒ／Ｃ層）、少なくとも一方の層に含まれる元素
を他方の層で含むように（例えば、Ｃｒ／Ａｌ層とＣｒ
／Ｃ層）するのが良い。
と第２層に含まれる金属元素は、必ずしも同一である必
要はなく、一方の層に含まれる金属元素と他方の層に含
まれる金属元素を異なるものとしても上記効果が発揮さ
れるものであるが（例えば、Ｃｒ層とＡｌ／Ｃ層）、好
ましくは両者の金属元素を同一にするか（例えば、Ｃｒ
層とＣｒ／Ｃ層）、少なくとも一方の層に含まれる元素
を他方の層で含むように（例えば、Ｃｒ／Ａｌ層とＣｒ
／Ｃ層）するのが良い。
【００２５】上記第２層においては、前記第１層側（基
材側）からＤＬＣ膜側（表面層側）に向けて、金属が段
階的または連続的に減少する（即ち、炭素濃度を０％か
ら１００％に増加）様な傾斜組成とすることが好まし
い。こうした膜構成を採用することによって、多層膜の
機械的特性を基材側からＤＬＣ側に段階的または連続的
に変化させることができ、これによってサーマルショッ
ク等による局所的な応力集中による剥離を防止すること
ができる。但し、金属濃度（即ち、炭素濃度）が一定で
あっても、非晶質であれば本発明の目的が達成される。
材側）からＤＬＣ膜側（表面層側）に向けて、金属が段
階的または連続的に減少する（即ち、炭素濃度を０％か
ら１００％に増加）様な傾斜組成とすることが好まし
い。こうした膜構成を採用することによって、多層膜の
機械的特性を基材側からＤＬＣ側に段階的または連続的
に変化させることができ、これによってサーマルショッ
ク等による局所的な応力集中による剥離を防止すること
ができる。但し、金属濃度（即ち、炭素濃度）が一定で
あっても、非晶質であれば本発明の目的が達成される。
【００２６】また、第２層における最表面層側界面のビ
ッカース硬度Ｈ1は、最表面層のビッカース硬度Ｈ2との
差ΔＨ（＝|Ｈ2−Ｈ1|）が１０００以下である様に調整
するのが良い。こうした硬度範囲を制御することによっ
て、第２層と他の層との界面での硬度差を小さくするこ
とができ、一層剥離しにくくなるという効果が発揮され
る。但し、ビッカース硬度Ｈ1とＨ2の関係は、どちらが
大きい値となっても良く、要するに、隣接する層間の硬
度差ΔＨが１０００以下となる様にすればよい（後記応
力緩和層と他の層の関係においても同様である）。
ッカース硬度Ｈ1は、最表面層のビッカース硬度Ｈ2との
差ΔＨ（＝|Ｈ2−Ｈ1|）が１０００以下である様に調整
するのが良い。こうした硬度範囲を制御することによっ
て、第２層と他の層との界面での硬度差を小さくするこ
とができ、一層剥離しにくくなるという効果が発揮され
る。但し、ビッカース硬度Ｈ1とＨ2の関係は、どちらが
大きい値となっても良く、要するに、隣接する層間の硬
度差ΔＨが１０００以下となる様にすればよい（後記応
力緩和層と他の層の関係においても同様である）。
【００２７】本発明のＤＬＣ硬質多層膜形成体において
は、前記第２層と最表面層との間に、炭素からなる応力
緩和層を形成することも有効であり、この応力緩和層
は、前記第２層側の界面では第２層に近い硬度を有し、
最表面層側になるにつれて段階的または連続的に硬度が
上昇し、最表面層近傍ではダイヤモンドライクカーボン
膜に近い硬度を有する様に構成されたものであることが
好ましい。また、応力緩和層における最表面側界面のビ
ッカース硬度Ｈ5は、最表面層のビッカース硬度Ｈ2との
差ΔＨ（＝|Ｈ2−Ｈ5|）が１０００以下である様に調整
するのが良いこうした応力緩和層を形成した場合におい
ても、第２層における第１層側界面のビッカース硬度Ｈ
3は、応力緩和層の第２層側界面のビッカース硬度Ｈ4と
の差ΔＨ（Ｈ4−Ｈ3）が１０００以下である様に調整す
るのが良い。また前記応力緩和層の厚みｄ１が、最表面
層の厚みｄ２との比（ｄ１：ｄ２）で１：４〜４：１で
ある様に制御することが好ましい。
は、前記第２層と最表面層との間に、炭素からなる応力
緩和層を形成することも有効であり、この応力緩和層
は、前記第２層側の界面では第２層に近い硬度を有し、
最表面層側になるにつれて段階的または連続的に硬度が
上昇し、最表面層近傍ではダイヤモンドライクカーボン
膜に近い硬度を有する様に構成されたものであることが
好ましい。また、応力緩和層における最表面側界面のビ
ッカース硬度Ｈ5は、最表面層のビッカース硬度Ｈ2との
差ΔＨ（＝|Ｈ2−Ｈ5|）が１０００以下である様に調整
するのが良いこうした応力緩和層を形成した場合におい
ても、第２層における第１層側界面のビッカース硬度Ｈ
3は、応力緩和層の第２層側界面のビッカース硬度Ｈ4と
の差ΔＨ（Ｈ4−Ｈ3）が１０００以下である様に調整す
るのが良い。また前記応力緩和層の厚みｄ１が、最表面
層の厚みｄ２との比（ｄ１：ｄ２）で１：４〜４：１で
ある様に制御することが好ましい。
【００２８】上記の様に応力緩和層の硬度を制御するこ
とによって、隣接する他の層との硬度差を極力小さくで
き、層界面に集中する応力を小さくできて、密着性を更
に向上できる。尚、応力緩和層を構成する炭素は、非結
質の形態（硬度以外はＤＬＣ膜と同様）となっており、
こうした形態の炭素を最表面層と中間第２層の間に介在
させることによって、応力緩和層をしての機能の効果的
に発揮するものとなる。
とによって、隣接する他の層との硬度差を極力小さくで
き、層界面に集中する応力を小さくできて、密着性を更
に向上できる。尚、応力緩和層を構成する炭素は、非結
質の形態（硬度以外はＤＬＣ膜と同様）となっており、
こうした形態の炭素を最表面層と中間第２層の間に介在
させることによって、応力緩和層をしての機能の効果的
に発揮するものとなる。
【００２９】本発明のＤＬＣ硬質多層膜形成体において
は、いずれの構成を採用するにしても、基材との密着性
を更に高めるという観点から、（ａ）前記基材の表面部
に、第１層を構成する金属元素が基材に拡散した拡散層
を形成することや、（ｂ）前記基材と前記第１層との間
に、第１層を構成する金属元素と基材を構成する元素が
混合したミキシング層を形成することが好ましい。ま
た、前記中間層の厚み（第１層と第２層の合計厚み）
は、多層膜全体の厚みの５〜５０％を占めるものである
ことが好ましく、こうした膜比率とすることによって、
ＤＬＣ多層膜表面の膜質を壊すことなく、高い密着性を
得ることができる。
は、いずれの構成を採用するにしても、基材との密着性
を更に高めるという観点から、（ａ）前記基材の表面部
に、第１層を構成する金属元素が基材に拡散した拡散層
を形成することや、（ｂ）前記基材と前記第１層との間
に、第１層を構成する金属元素と基材を構成する元素が
混合したミキシング層を形成することが好ましい。ま
た、前記中間層の厚み（第１層と第２層の合計厚み）
は、多層膜全体の厚みの５〜５０％を占めるものである
ことが好ましく、こうした膜比率とすることによって、
ＤＬＣ多層膜表面の膜質を壊すことなく、高い密着性を
得ることができる。
【００３０】本発明において、上記中間層やＤＬＣ膜
は、前記ＵＢＭスパッタリング法によって形成されるも
のであることが好ましい。このＵＢＭスパッタリング法
の原理を、図面を用いて説明する。まず通常のスパッタ
リング法におけるカソード構造は、図１に示す様に、例
えばフェライト磁石（またはＳｍ系希土類磁石若しくは
Ｎｄ希土類磁石）を、丸形ターゲット中心部と周辺部で
同じ磁気特性を有する磁石が配置されて、ターゲット材
近傍に磁力線の閉ループが形成されると共に、基板にバ
イアス電圧を印加することによって、ターゲット材を構
成する物質が基板上に形成されるものである。これに対
して、ＵＢＭスパッタリング法におけるカソード構造で
は、図２に示す様に、丸形ターゲット中心部と周辺部で
異なる磁気特性を有する磁石が配置され、プラズマを形
成しつつより強力な磁石により発生する磁力線の一部が
基板近傍まで達する様にしたものである。
は、前記ＵＢＭスパッタリング法によって形成されるも
のであることが好ましい。このＵＢＭスパッタリング法
の原理を、図面を用いて説明する。まず通常のスパッタ
リング法におけるカソード構造は、図１に示す様に、例
えばフェライト磁石（またはＳｍ系希土類磁石若しくは
Ｎｄ希土類磁石）を、丸形ターゲット中心部と周辺部で
同じ磁気特性を有する磁石が配置されて、ターゲット材
近傍に磁力線の閉ループが形成されると共に、基板にバ
イアス電圧を印加することによって、ターゲット材を構
成する物質が基板上に形成されるものである。これに対
して、ＵＢＭスパッタリング法におけるカソード構造で
は、図２に示す様に、丸形ターゲット中心部と周辺部で
異なる磁気特性を有する磁石が配置され、プラズマを形
成しつつより強力な磁石により発生する磁力線の一部が
基板近傍まで達する様にしたものである。
【００３１】こうしたことから、ＵＢＭスパッタリング
法では、この磁力線に沿ってスパッタリング時に発生し
たプラズマ（例えば、Ａｒプラズマ）が基板付近まで拡
散する効果が得られる。この様なＵＢＭスパッタリング
法によれば、前記の様に基板付近まで達する磁力線に沿
ってＡｒイオンおよび電子が、通常にスパッタリングに
比べてより多く基板に到達するイオンアシスト効果によ
って、緻密で高硬度なＤＬＣ膜を形成することが可能と
なる。またこうしたＵＢＭスパッタリング法によれば、
中間層においては、炭化物形成能の高いＣｒやＡｌにつ
いても炭化物を形成することなく、均一な非晶質層を形
成することができる。
法では、この磁力線に沿ってスパッタリング時に発生し
たプラズマ（例えば、Ａｒプラズマ）が基板付近まで拡
散する効果が得られる。この様なＵＢＭスパッタリング
法によれば、前記の様に基板付近まで達する磁力線に沿
ってＡｒイオンおよび電子が、通常にスパッタリングに
比べてより多く基板に到達するイオンアシスト効果によ
って、緻密で高硬度なＤＬＣ膜を形成することが可能と
なる。またこうしたＵＢＭスパッタリング法によれば、
中間層においては、炭化物形成能の高いＣｒやＡｌにつ
いても炭化物を形成することなく、均一な非晶質層を形
成することができる。
【００３２】また、本発明の本発明のダイヤモンドライ
クカーボン硬質多層膜成形体を製造するに当たり、前記
第２層における金属と炭素の組成比（即ち、第２層にお
ける硬度分布）を調整するに際しては、スパッタ法（好
ましくは上記ＵＢＭ法）によって第２層を形成すると共
に、スパッタ電力を制御する様にすれば良い。
クカーボン硬質多層膜成形体を製造するに当たり、前記
第２層における金属と炭素の組成比（即ち、第２層にお
ける硬度分布）を調整するに際しては、スパッタ法（好
ましくは上記ＵＢＭ法）によって第２層を形成すると共
に、スパッタ電力を制御する様にすれば良い。
【００３３】図３は、ＵＢＭ法でスパッタ電力を制御し
て金属（Ｃｒ）と炭素の組成比を調整しつつ第２層を形
成したときの多層膜のＡＥＳ（オージェ電子分光法）深
さ方向分析の一例を示すグラフである。尚、このとき用
いた基材は高速度鋼（ＨＳＳ）であり、この基材表面に
Ｃｒ金属層（第１層）を形成し、その上に第２層を形成
し、更にＤＬＣ膜を形成したものである。尚、図３にお
いて、少量の酸素が含有している様に見えるが、これは
ＡＥＳ分析の際には真空容器内でスパッタリングで膜を
削りながら分析するので、その分析時に酸化したためで
あり、分析誤差と考えられるものである。
て金属（Ｃｒ）と炭素の組成比を調整しつつ第２層を形
成したときの多層膜のＡＥＳ（オージェ電子分光法）深
さ方向分析の一例を示すグラフである。尚、このとき用
いた基材は高速度鋼（ＨＳＳ）であり、この基材表面に
Ｃｒ金属層（第１層）を形成し、その上に第２層を形成
し、更にＤＬＣ膜を形成したものである。尚、図３にお
いて、少量の酸素が含有している様に見えるが、これは
ＡＥＳ分析の際には真空容器内でスパッタリングで膜を
削りながら分析するので、その分析時に酸化したためで
あり、分析誤差と考えられるものである。
【００３４】この結果から明らかな様に、最表面層にＤ
ＬＣ膜が形成されると共に、このＤＬＣ膜側で該ＤＬＣ
膜の組成に連続した組成を有する第２層が、第１層にな
るにつれてその組成が第１層の組成に近くなる様に傾斜
したものとなっていることが分かる。このようにして、
前記第２層における金属と炭素の組成比（即ち、第２層
における硬度分布）を調整することができる。
ＬＣ膜が形成されると共に、このＤＬＣ膜側で該ＤＬＣ
膜の組成に連続した組成を有する第２層が、第１層にな
るにつれてその組成が第１層の組成に近くなる様に傾斜
したものとなっていることが分かる。このようにして、
前記第２層における金属と炭素の組成比（即ち、第２層
における硬度分布）を調整することができる。
【００３５】応力緩和層を形成したダイヤモンドライク
カーボン硬質多層膜成形体を製造するに当たっては、応
力緩和層の硬度を連続的または段階的に変化させるに際
しては、基材に印加される直流またはパルスのバイアス
電圧の制御によって調整する様にすれば良い。
カーボン硬質多層膜成形体を製造するに当たっては、応
力緩和層の硬度を連続的または段階的に変化させるに際
しては、基材に印加される直流またはパルスのバイアス
電圧の制御によって調整する様にすれば良い。
【００３６】基材と第１層の間に拡散層を形成したダイ
ヤモンドライクカーボン硬質多層膜成形体を製造するに
当たっては、基材に第１層を形成する段階で基材温度を
１５０〜３５０℃、好ましくは２５０〜３５０℃に制御
し、第１層を構成する金属が基板へ拡散することを促進
するようにすれば良い。
ヤモンドライクカーボン硬質多層膜成形体を製造するに
当たっては、基材に第１層を形成する段階で基材温度を
１５０〜３５０℃、好ましくは２５０〜３５０℃に制御
し、第１層を構成する金属が基板へ拡散することを促進
するようにすれば良い。
【００３７】また、基材と第１層の間にミキシング層を
形成したＤＬＣ硬質多層膜成形体を製造するに当たって
は、基材に第１層を形成する初期の段階で基材に１００
〜１０００Ｖの直流またはパルスの高いバイアス電圧を
印加することによって、基材と第１層の間にミキシング
層を形成する様にすれば良い。こうしたミキシング層の
形成では、プラズマＣＶＤ法やアークプラズマ蒸着法等
の金属イオンを生成する方式を採用すれば、基材に金属
イオンをくさび状に打ち込み、合わせて表面を活性化す
ることができるという効果が得られる。但し、スパッタ
法のように金属を殆どイオン化しない方式を採用した場
合であっても、導入された希ガスのイオン等で金属を基
材に押し込み、基材表面を活性化でき、基材と第１層の
密着性を向上することができる。
形成したＤＬＣ硬質多層膜成形体を製造するに当たって
は、基材に第１層を形成する初期の段階で基材に１００
〜１０００Ｖの直流またはパルスの高いバイアス電圧を
印加することによって、基材と第１層の間にミキシング
層を形成する様にすれば良い。こうしたミキシング層の
形成では、プラズマＣＶＤ法やアークプラズマ蒸着法等
の金属イオンを生成する方式を採用すれば、基材に金属
イオンをくさび状に打ち込み、合わせて表面を活性化す
ることができるという効果が得られる。但し、スパッタ
法のように金属を殆どイオン化しない方式を採用した場
合であっても、導入された希ガスのイオン等で金属を基
材に押し込み、基材表面を活性化でき、基材と第１層の
密着性を向上することができる。
【００３８】尚、本発明で基材として用いる鉄系材料の
種類については、特に限定するものではなく、例えば高
速度鋼、ステンレス鋼、合金工具鋼、炭素鋼の他、鍛鋼
や鋳鋼も使用することができ、これらの基材表面に密着
性良く、ＤＬＣ膜を形成することができる。
種類については、特に限定するものではなく、例えば高
速度鋼、ステンレス鋼、合金工具鋼、炭素鋼の他、鍛鋼
や鋳鋼も使用することができ、これらの基材表面に密着
性良く、ＤＬＣ膜を形成することができる。
【００３９】次に実施例を挙げて本発明の構成および作
用効果をより具体的に説明するが、本発明はもとより下
記実施例によって制限を受けるものではなく、前後記の
趣旨に適合し得る範囲で変更を加えて実施することも勿
論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に
含まれるものである。
用効果をより具体的に説明するが、本発明はもとより下
記実施例によって制限を受けるものではなく、前後記の
趣旨に適合し得る範囲で変更を加えて実施することも勿
論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に
含まれるものである。
【００４０】
【実施例】下記表１に示す膜構造の各種硬質多層膜形成
体を、下記の手順で作製した。基材としては、鏡面（Ｒ
ａ＝０．０２μｍ程度）の１２ｃｍ角、厚さ５ｍｍのＨ
ＳＳを用い、これをアルカリ槽と純水槽にて超音波洗浄
した後乾燥した。こうした処理を施した基板を、ＵＢＭ
スパッタ装置（「ＵＢＭＳ５０４」：神戸製鋼所製）内
に取り付けた後、２×１０-5Ｔｏｒｒ（２．６×１０-3
Ｐａ）まで真空引きし、ヒータにてベーキング、その後
にＡｒプラズマにて基板表面をエッチングした。成膜法
は、前記のようにＡｒプラズマによるＤＣのＵＢＭスパ
ッタ法にて行ない、基板にはＤＣバイアス電圧を印加し
ている。
体を、下記の手順で作製した。基材としては、鏡面（Ｒ
ａ＝０．０２μｍ程度）の１２ｃｍ角、厚さ５ｍｍのＨ
ＳＳを用い、これをアルカリ槽と純水槽にて超音波洗浄
した後乾燥した。こうした処理を施した基板を、ＵＢＭ
スパッタ装置（「ＵＢＭＳ５０４」：神戸製鋼所製）内
に取り付けた後、２×１０-5Ｔｏｒｒ（２．６×１０-3
Ｐａ）まで真空引きし、ヒータにてベーキング、その後
にＡｒプラズマにて基板表面をエッチングした。成膜法
は、前記のようにＡｒプラズマによるＤＣのＵＢＭスパ
ッタ法にて行ない、基板にはＤＣバイアス電圧を印加し
ている。
【００４１】第１層形成段階では、実施例３、７のみは
その前段階よりヒータにて加熱を行ない、成膜開始時の
基材温度を３００℃に制御して、第１層と基材間に拡散
層を形成した。その他の実施例（１、２、４〜６、８〜
１１）のものについては、基材温度を２００℃に制御し
た。また、実施例４、８のものについては、初期段階の
みをＤＣバイアス電圧を３００Ｖに制御し、第１層と基
材間にミキシング層を形成した。
その前段階よりヒータにて加熱を行ない、成膜開始時の
基材温度を３００℃に制御して、第１層と基材間に拡散
層を形成した。その他の実施例（１、２、４〜６、８〜
１１）のものについては、基材温度を２００℃に制御し
た。また、実施例４、８のものについては、初期段階の
みをＤＣバイアス電圧を３００Ｖに制御し、第１層と基
材間にミキシング層を形成した。
【００４２】第２層の形成では、金属と炭素のタ−ゲッ
トのスパッタ電力を調整し、金属と炭素の組成比を傾斜
（この場合には１０段階）させた。第２層形成時の基材
バイアスは、実施例１１を除いて一定とし、実施例１１
のみＤＬＣ層側界面の硬度を上げるために、第２層形成
中にバイアス電圧を段階的に上昇させた。また、応力緩
和層の成形では、炭素ターゲットのみを一定電力でスパ
ッタし、ＤＣバイアスを制御して層内の硬さを調整し
た。更に、ＤＬＣ膜（最表面層）の形成では、スパッタ
電力（４ＫＷ）および基材バイアス電圧共に一定とし
た。
トのスパッタ電力を調整し、金属と炭素の組成比を傾斜
（この場合には１０段階）させた。第２層形成時の基材
バイアスは、実施例１１を除いて一定とし、実施例１１
のみＤＬＣ層側界面の硬度を上げるために、第２層形成
中にバイアス電圧を段階的に上昇させた。また、応力緩
和層の成形では、炭素ターゲットのみを一定電力でスパ
ッタし、ＤＣバイアスを制御して層内の硬さを調整し
た。更に、ＤＬＣ膜（最表面層）の形成では、スパッタ
電力（４ＫＷ）および基材バイアス電圧共に一定とし
た。
【００４３】得られた各種硬質多層膜形成体について、
スクラッチ試験とロックウェル圧痕試験（ＨＲＣ試験）
によって密着性（密着強度および剥離の有無）について
評価した。このときスクラッチ試験では、試料を移動ス
テージに固定し、ダイヤモンド圧子を用いて試料表面に
負荷速度１００Ｎ／ｍｉｎで負荷をかけながら、ステー
ジを１０ｍｍ／ｍｉｎで移動させ、スクラッチ痕を顕微
鏡で観察し、膜の剥離発生荷重を測定した。また、ＨＲ
Ｃ試験では、ロックウェル硬さ試験機にて試料にダイヤ
モンド圧子を１５０ｋｇの荷重で打ち込み、その圧痕周
囲の剥離状況を観察した。硬度測定は、各層の界面成膜
条件と同じ条件にて、別に３μｍ成膜した試料を用意
し、マイクロビッカース（１０ｇ）にて評価した。
スクラッチ試験とロックウェル圧痕試験（ＨＲＣ試験）
によって密着性（密着強度および剥離の有無）について
評価した。このときスクラッチ試験では、試料を移動ス
テージに固定し、ダイヤモンド圧子を用いて試料表面に
負荷速度１００Ｎ／ｍｉｎで負荷をかけながら、ステー
ジを１０ｍｍ／ｍｉｎで移動させ、スクラッチ痕を顕微
鏡で観察し、膜の剥離発生荷重を測定した。また、ＨＲ
Ｃ試験では、ロックウェル硬さ試験機にて試料にダイヤ
モンド圧子を１５０ｋｇの荷重で打ち込み、その圧痕周
囲の剥離状況を観察した。硬度測定は、各層の界面成膜
条件と同じ条件にて、別に３μｍ成膜した試料を用意
し、マイクロビッカース（１０ｇ）にて評価した。
【００４４】これらの評価結果を、一括して下記表１に
示す。尚、表１には、中間層を形成せずＤＬＣ膜を基材
表面に直接形成した成形体（比較例１、２）についても
同時に示した。
示す。尚、表１には、中間層を形成せずＤＬＣ膜を基材
表面に直接形成した成形体（比較例１、２）についても
同時に示した。
【００４５】
【表１】
【００４６】この結果から、次のように考察できる。ま
ず基材にＤＬＣ膜を直接形成した比較例１、２のもので
は、ＤＬＣ膜の基材に対する密着力が低く、ＨＲＣ試験
初期段階で剥離していた。また、時間の経過と共に、基
材から膜が剥離することが確認された。
ず基材にＤＬＣ膜を直接形成した比較例１、２のもので
は、ＤＬＣ膜の基材に対する密着力が低く、ＨＲＣ試験
初期段階で剥離していた。また、時間の経過と共に、基
材から膜が剥離することが確認された。
【００４７】これに対して本発明の実施例のものでは、
スクラッチ試験にて安定して４０Ｎ以上の密着強度が得
られていることが分かる。また応力緩和層（実施例２〜
４、６〜１０）、拡散層（実施例３、７）およびミキシ
ング層（実施例４、８）を形成したものでは、スクラッ
チ試験にて５０Ｎ以上の密着強度が発揮されていること
が分かる。
スクラッチ試験にて安定して４０Ｎ以上の密着強度が得
られていることが分かる。また応力緩和層（実施例２〜
４、６〜１０）、拡散層（実施例３、７）およびミキシ
ング層（実施例４、８）を形成したものでは、スクラッ
チ試験にて５０Ｎ以上の密着強度が発揮されていること
が分かる。
【００４８】ところで、上記実施例におけるＤＬＣ膜の
形成条件では、表１の結果から明らかなように、本発明
の実施例のものでは、ＤＬＣ膜が高硬度であっても高い
密着性を実現できていることが分かる。また、実施例９
より、多層膜全体の膜厚を３μｍ程度まで厚くしても高
い密着性が維持できている。実施例１１、５、６を比較
すると、各層間の硬度差を小さくすることで、内部応力
の界面への集中を避けることができ、より密着性を向上
できる。
形成条件では、表１の結果から明らかなように、本発明
の実施例のものでは、ＤＬＣ膜が高硬度であっても高い
密着性を実現できていることが分かる。また、実施例９
より、多層膜全体の膜厚を３μｍ程度まで厚くしても高
い密着性が維持できている。実施例１１、５、６を比較
すると、各層間の硬度差を小さくすることで、内部応力
の界面への集中を避けることができ、より密着性を向上
できる。
【００４９】尚、実施例１０のものは、中間層（第１層
および第２層）を構成する金属元素としてＡｌを使用し
たものであるが、この場合においてもＣｒを使用した場
合と同様に高い密着性が発揮されていることが分かる。
および第２層）を構成する金属元素としてＡｌを使用し
たものであるが、この場合においてもＣｒを使用した場
合と同様に高い密着性が発揮されていることが分かる。
【００５０】
【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、鉄
系材料を基材として用いた場合に、この基材に対して比
較的厚く形成しても優れた密着性を発揮することのでき
るＤＬＣ膜を最表面層として形成した硬質多層膜形成体
が実現できた。またこの硬質多層膜形成体は、耐摩耗性
および表面平滑性が要求される精密金型、耐摩耗性機械
部品、磁気・光学部品およびプリンターヘッド等の摺動
部品の素材として極めて有用である。
系材料を基材として用いた場合に、この基材に対して比
較的厚く形成しても優れた密着性を発揮することのでき
るＤＬＣ膜を最表面層として形成した硬質多層膜形成体
が実現できた。またこの硬質多層膜形成体は、耐摩耗性
および表面平滑性が要求される精密金型、耐摩耗性機械
部品、磁気・光学部品およびプリンターヘッド等の摺動
部品の素材として極めて有用である。
【図１】通常のスパッタリング法におけるカソード構造
を示す概略説明図である。
を示す概略説明図である。
【図２】ＵＢＭスパッタリング法におけるカソード構造
を示す概略説明図である。
を示す概略説明図である。
【図３】ＵＢＭ法でスパッタ電力を制御して金属（Ｃ
ｒ）と炭素の組成比を調整しつつ第２層を形成したとき
のＤＬＣ多層膜のＡＥＳ深さ方向分析の一例を示すグラ
フである。
ｒ）と炭素の組成比を調整しつつ第２層を形成したとき
のＤＬＣ多層膜のＡＥＳ深さ方向分析の一例を示すグラ
フである。
フロントページの続き (72)発明者 岩村 栄治 神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会 社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 Ｆターム(参考） 3C046 FF02 FF09 FF13 FF16 FF20 4K029 AA02 BA03 BA07 BA34 BB02 BC02 BD04 BD05 CA05 EA01 EA08 FA05
Claims (15)
- 【請求項１】 ダイヤモンドライクカーボン膜を最表面
層とし、更に中間層および基材を含んでなり、前記基材
は鉄系材料からなると共に、前記中間層は、Ｃｒおよび
／またはＡｌの金属からなる基材側の第１層と、Ｃｒお
よび／またはＡｌの金属と炭素を含む非晶質層からなる
最表面層側の第２層からなる２層構造であることを特徴
とするダイヤモンドライクカーボン硬質多層膜成形体。 - 【請求項２】 前記第２層は、最表面層側に向けて前記
金属が減少する傾斜組成を有し、且つ基材側第１層近傍
では第１層に近い硬度を有し、最表面層側に向けて段階
的または連続的に硬度が上昇し、最表面層近傍ではダイ
ヤモンドライクカーボン膜と近い硬度を有する様に構成
されたものである請求項１に記載のダイヤモンドライク
カーボン硬質多層膜成形体。 - 【請求項３】 前記第２層は、最表面層のビッカース硬
度Ｈ2と、第２層の最表面層側界面のビッカース硬度Ｈ1
との差ΔＨ（＝|Ｈ2−Ｈ1|）が１０００以下である請求
項２に記載のダイヤモンドライクカーボン硬質多層膜成
形体。 - 【請求項４】 前記第２層と前記最表面層との間に、炭
素からなる応力緩和層が形成されると共に、該応力緩和
層は、前記第２層側の界面では第２層に近い硬度を有
し、最表面層側になるにつれて段階的または連続的に硬
度が上昇し、最表面層近傍ではダイヤモンドライクカー
ボン膜に近い硬度を有する様に構成されたものである請
求項１に記載のダイヤモンドライクカーボン硬質多層膜
成形体。 - 【請求項５】 前記第２層は、応力緩和層の第２層側界
面のビッカース硬度Ｈ4と、第２層の応力緩和層側界面
のビッカース硬度Ｈ3との差ΔＨ（＝Ｈ4−Ｈ3）が１０
００以下である請求項４に記載のダイヤモンドライクカ
ーボン硬質多層膜成形体。 - 【請求項６】 前記応力緩和層は、最表面層のビッカー
ス硬度Ｈ2と、応力緩和層の最表面層側界面のビッカー
ス硬度Ｈ5との差ΔＨ（Ｈ2−Ｈ5）が１０００以下であ
る請求項４または５に記載のダイヤモンドライクカーボ
ン硬質多層膜成形体。 - 【請求項７】 前記応力緩和層の厚みｄ１が、最表面層
の厚みｄ２との比（ｄ１：ｄ２）で１：４〜４：１であ
る請求項４〜６のいずれかに記載のダイヤモンドライク
カーボン硬質多層膜成形体。 - 【請求項８】 前記基材の表面部に、第１層を構成する
金属元素が基板に拡散した拡散層が形成されたものであ
る請求項１〜７のいずれかに記載のダイヤモンドライク
カーボン硬質多層膜成形体。 - 【請求項９】 前記基材と前記第１層との間に、第１層
を構成する金属元素と基材を構成する元素が混合したミ
キシング層が形成されたものである請求項１〜７のいず
れかに記載のダイヤモンドライクカーボン硬質多層膜成
形体。 - 【請求項１０】 前記中間層の厚みが、多層膜全体の厚
みの５〜５０％を占めるものである請求項１〜９のいず
れかに記載のダイヤモンドライクカーボン硬質多層膜成
形体。 - 【請求項１１】 請求項１〜１０のいずれかに記載のダ
イヤモンドライクカーボン硬質多層膜成形体を製造する
に当たり、前記ダイヤモンドライクカーボン膜をアンバ
ランスド・マグネトロン・スパッタリング法によって形
成することを特徴とするダイヤモンドライクカーボン硬
質多層膜成形体の製造方法。 - 【請求項１２】 請求項２、３または５に記載のダイヤ
モンドライクカーボン硬質多層膜成形体を製造するに当
たり、前記第２層をスパッタ法によって形成すると共
に、その金属元素と炭素の組成比を、スパッタ電力の制
御によって調整することを特徴とするダイヤモンドライ
クカーボン硬質多層膜成形体の製造方法。 - 【請求項１３】 請求項４、６または７に記載のダイヤ
モンドライクカーボン硬質多層膜成形体を製造するに当
たり、応力緩和層をスパッタ法によって形成すると共
に、その硬度または密度を、基材に印加される直流また
はパルスのバイアス電圧の制御によって調整することを
特徴とするダイヤモンドライクカーボン硬質多層膜成形
体の製造方法。 - 【請求項１４】 請求項８に記載のダイヤモンドライク
カーボン硬質多層膜成形体を製造するに当たり、基材に
第１層を形成する段階で基材温度を１５０〜３５０℃に
制御することによって、前記基材の表面部に拡散層を形
成することを特徴とするダイヤモンドライクカーボン硬
質多層膜成形体の製造方法。 - 【請求項１５】 請求項９に記載のダイヤモンドライク
カーボン硬質多層膜成形体を製造するに当たり、基材に
第１層を形成する初期の段階で基材に１００〜１０００
Ｖの直流またはパルスのバイアス電圧を印加することに
よって、基材と第１層の間にミキシング層を形成するこ
とを特徴とするダイヤモンドライクカーボン硬質多層膜
成形体の製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001062395A JP4022048B2 (ja) | 2001-03-06 | 2001-03-06 | ダイヤモンドライクカーボン硬質多層膜成形体およびその製造方法 |
| US10/087,736 US6716540B2 (en) | 2001-03-06 | 2002-03-05 | Multilayer film formed body |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001062395A JP4022048B2 (ja) | 2001-03-06 | 2001-03-06 | ダイヤモンドライクカーボン硬質多層膜成形体およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002256415A true JP2002256415A (ja) | 2002-09-11 |
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ID=18921537
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|---|---|---|---|
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|---|---|
| US (1) | US6716540B2 (ja) |
| JP (1) | JP4022048B2 (ja) |
Cited By (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004205016A (ja) * | 2002-12-26 | 2004-07-22 | Nsk Ltd | 直動装置 |
| JP2006002221A (ja) * | 2004-06-18 | 2006-01-05 | Nachi Fujikoshi Corp | クロム含有ダイヤモンド状炭素膜及び摺動部材 |
| JP2006029463A (ja) * | 2004-07-16 | 2006-02-02 | Kayaba Ind Co Ltd | リニアベアリング |
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