JP2003247060A

JP2003247060A - 非晶質炭素被膜の製造方法及び非晶質炭素被覆摺動部品

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Publication number: JP2003247060A
Application number: JP2002357487A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Irie; 美紀入江
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2001-12-17
Filing date: 2002-12-10
Publication date: 2003-09-05
Anticipated expiration: 2022-12-10
Also published as: JP4360082B2

Abstract

(57)【要約】【課題】耐摩耗性、密着性及び耐焼き付き性に優れ、
摩擦係数を低減させた非晶質炭素被膜を形成する方法、
及びこの非晶質炭素被膜を表面に有し、十分な摩擦抵抗
の低減を図り、特に内燃機関においては燃費を向上する
ことができる非晶質炭素被覆摺動部品を提供する。【解決手段】真空槽１内に固体カーボンターゲット１
０ａ、１０ｂと、ＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ族及びＳｉから
選ばれた少なくとも１種の添加金属からなる金属ターゲ
ット１１とを配置し、これらのターゲットをスパッタリ
ングしながら、同時に炭化水素ガスと不活性ガスを真空
槽内に導入することにより、基材９上に添加金属と炭素
と水素とからなる非晶質炭素被膜を形成する。非晶質炭
素被膜中の水素含有率が５〜２５原子％で、非晶質炭素
被膜中の添加金属の割合が０.０１〜３０原子％である
ことが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、摩擦係数が低く、
耐摩耗性及び耐焼き付き性に優れた非晶質炭素被膜の製
造方法、並びにその非晶質炭素被膜で被覆した摺動部
品、特に自動車などの内燃機関用摺動部品に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、環境問題や省エネ問題などの観点
から、自動車の排ガス・燃費改善の重要性が増している
ことに伴って、内燃機関の摺動部品に対する摩擦低減の
要求がますます高まっている。特にカム・フォロア部や
シム・タペット部など、動弁系での摩擦を低減すること
は、自動車全体の燃費向上、排出ガスの低減に多大な効
果がある。

【０００３】従来から、内燃機関の摺動部品の構成材料
は、例えばカム・フォロア部においては、カムには鉄基
高クロム合金などの焼結合金が、及びフォロアにはＳＣ
Ｍ４１５などの浸炭焼入れ鋼が用いられている。しかし
ながら、これらの材料は摩擦係数が高く、エンジンオイ
ル下でも摩擦抵抗が大きいため、その摩擦抵抗の低減が
強く望まれている。

【０００４】摺動部品の摩擦抵抗を低減させる方法の一
つとして、摺動部品表面に材料自体の摩擦抵抗が低い非
晶質炭素被膜を被覆する方法がある。例えば、特開２０
００−３２７４８４公報には、カムと摺動するタペット
の摺動面に非晶質炭素被膜を形成し、摩擦損失を抑えて
燃費を向上させることが記載されている。

【０００５】ここで非晶質炭素被膜とは、非晶質の炭素
膜又は水素化炭素膜であり、ダイヤモンドライクカーボ
ン（ＤＬＣ）、カーボン硬質膜、a−Ｃ、a−Ｃ：Ｈ、ｉ
−Ｃ等とも称されている。非晶質炭素被膜は、高硬度で
平面平滑性に優れ、摩擦係数が低いという優れた特徴を
有している。また、非晶質炭素被膜の形成法としては、
ＣＨ_４などの炭化水素系ガスを用いたプラズマＣＶＤ法
や、スパッタ蒸着法、イオンプレーティング法、真空ア
ーク蒸着法などが用いられている。

【０００６】摺動部品表面に形成した非晶質炭素被膜を
について、更に耐摩耗性や密着力の向上を図るため、非
晶質炭素被膜中にＷ、Ｍｏ、Ｓｉなどの金属元素を添加
することが提案されている。例えば、特開２０００−１
２０８７０公報、特開平５−１７９４５１公報、特開平
１１−３１５９２４公報、特開平１１−１７２４１３公
報、特開昭５８−１８１７７５公報などに、添加金属を
含む非晶質炭素被膜の形成方法が記載されている。

【０００７】しかしながら、これらの公報に記載の方法
によって得られた添加金属を含む非晶質炭素被膜は、主
に耐摩耗性の向上を意図したものであった。そのため、
非晶質炭素被膜自体の摩擦係数は添加金属を含まない被
膜とほとんど変わりがなく、特に内燃機関の摺動部品と
しての用途においては、満足すべき摩擦抵抗の低減を得
ることは困難であった。また、特開昭５８−１８１７７
５公報記載の方法による非晶質炭素被膜は、膜中に水素
を含まないため膜質が脆く、密着性が低下すると共に、
摩擦係数及び耐摩耗性も劣ったものであった。

【０００８】

【特許文献１】特開２０００−３２７４８４公報

【特許文献２】特開２０００−１２０８７０公報

【特許文献３】特開平５−１７９４５１公報

【特許文献４】特開平１１−３１５９２４公報

【特許文献５】特開平１１−１７２４１３公報

【特許文献６】特開昭５８−１８１７７５公報

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
従来の事情に鑑みてなされたものであり、耐摩耗性、密
着性及び耐焼き付き性に優れると同時に、摩擦係数を低
減させた非晶質炭素被膜の製造方法、並びにこの非晶質
炭素被膜を表面に設けることによって、十分な摩擦抵抗
の低減を図ることができ、特に内燃機関用摺動部品とし
て燃費向上に有効な、非晶質炭素被覆摺動部品を提供す
ることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明が提供する非晶質炭素被膜の製造方法は、真
空槽内のカソードに固体カーボンのターゲットと添加金
属からなる金属ターゲットとを配置し、これらのターゲ
ットをスパッタリングしながら、同時に炭化水素ガスと
不活性ガスを真空槽内に導入することにより、アノード
に配置した基材上に添加金属と炭素と水素とからなる非
晶質炭素被膜を形成することを特徴とする。この非晶質
炭素被膜の製造方法では、前記スパッタリングにおい
て、スパッタ源電力又は基板バイアス電圧として供給す
る電力がパルス化した直流電力であることが好ましい。

【００１１】上記本発明の非晶質炭素被膜の製造方法に
おいては、前記非晶質炭素被膜を構成する添加金属と炭
素と水素の合計に対する水素の含有率を５〜２５原子％
とし、及び／又は前記非晶質炭素被膜中の添加金属と炭
素の合計に対する添加金属の割合を０.０１〜３０原子
％とすることが好ましい。

【００１２】また、上記本発明の非晶質炭素被膜の製造
方法においては、前記添加金属がＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ
族及びＳｉから選ばれた少なくとも１種からなることが
好ましい。更に、前記基材が内燃機関用摺動部品である
ことが好ましい。

【００１３】本発明は、また、上記した本発明方法によ
り形成された非晶質炭素被膜を少なくとも表面の一部に
有することを特徴とする非晶質炭素被覆摺動部品を提供
するものである。

【００１４】また、本発明は、少なくとも表面の一部に
添加金属と炭素と水素とからなる非晶質炭素被膜を形成
した摺動部品であって、該非晶質炭素被膜を構成する添
加金属と炭素と水素の合計に対する水素の含有率が５〜
２５原子％であり、及び／又は前記非晶質炭素被膜中の
添加金属と炭素の合計に対する添加金属の割合が０.０
１〜３０原子％であることを特徴とする非晶質炭素被覆
摺動部品を提供するものである。

【００１５】上記本発明の非晶質炭素被覆摺動部品にお
いて、前記添加金属は、ＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ族及びＳ
ｉから選ばれた少なくとも１種からなることが好まし
い。また、本発明の非晶質炭素被覆摺動部品は、内燃機
関用摺動部品であることが特に好ましい。

【００１６】

【発明の実施の形態】非晶質炭素被膜は、ＩＶａ、Ｖ
ａ、ＶＩａ族及びＳｉなどの金属元素を添加することに
より、炭素と水素のみからなる非晶質炭素被膜に比べ
て、耐摩耗性や密着性が向上することが知られている。
しかし、その摩擦係数をより一層低下させるためには添
加金属量を少なくする必要があるが、従来の方法では金
属添加した非晶質炭素被膜が軟質になってしまうため、
摩擦係数を低下させることは困難であった。

【００１７】即ち、上述した特開２０００−１２０８７
０公報、特開平５−１７９４５１公報、特開平１１−３
１５９２４公報、特開平１１−１７２４１３公報、特開
昭５８−１８１７７５公報などに記載の従来方法は、炭
化水素ガスを導入した雰囲気中で金属ターゲットをスパ
ッタリングすることにより、金属添加した非晶質炭素被
膜を形成している。これらの方法において被膜中の添加
金属量を減少させるには、炭化水素ガスの分圧を増加さ
せるか、又は金属ターゲットへの印加電力を低下させる
ことが必要であった。

【００１８】しかしながら、炭化水素ガスの分圧を増加
させると、非晶質炭素被膜中の水素含有率が増加する。
また、金属ターゲットの印加電力を低下させた場合に
は、装置内に発生するプラズマ密度が減少し、炭化水素
の分解が抑制されるため、やはり膜中の水素含有率が増
加する。その結果、いずれの場合も非晶質炭素被膜が軟
質化し、摩擦係数の大幅な低減を得ることはできなかっ
た。

【００１９】一方、本発明においては、スパッタ蒸着法
を用いて金属添加した非晶質炭素被膜を成膜するが、添
加金属からなる金属ターゲットと共に、固体カーボンの
ターゲットを併用する。また、その雰囲気ガスについて
も、メタン（ＣＨ_４）やエチレン（Ｃ_２Ｈ_２）などの炭
化水素ガスと共に、Ａｒ又は窒素などの不活性ガスを併
用する。炭化水素ガスを用いず、Ａｒなどの不活性ガス
のみを用いた場合には、得られる非晶質炭素被膜の膜質
が脆くなり、被膜硬度及び摺動特性ともに劣るものとな
る。

【００２０】また、非晶質炭素被膜に添加する添加金属
としては、従来から耐摩耗性や密着性の向上のために非
晶質炭素被膜に添加されている金属、例えばＩＶａ、Ｖ
ａ、ＶＩａ族及びＳｉなどを使用できる。特にシムやタ
ペットなどの内燃機関用の摺動部品に形成する非晶質炭
素被膜の場合には、添加金属としてＣｒ、Ｍｏ、Ｗ、及
びＴｉから選ばれた少なくとも１種が好ましい。

【００２１】尚、スパッタ蒸着法は、不活性ガスのＡｒ
などをプラズマ下で正イオン化し、負に帯電させたター
ゲット上に衝突させてターゲット表面の原子をたたき出
し、基板上に付着させて薄膜を形成する方法である。ス
パッタ蒸着法には、印加電力として高周波（ＲＥ）を利
用する方法、直流（ＤＣ）を利用する方法、パルス直流
電圧を利用する方法などがあるが、いかなる印加電力を
用いても良く、中でもスパッタ源電力又は基板バイアス
電圧として供給する電力がパルス化した直流電力である
パルス直流電圧を用いる方法が望ましい。また、ターゲ
ット背面に設置する磁場も、平衡型や非平衡型など各種
存在するが、いかなる磁場を用いても良く、中でも非平
衡型を用いることが望ましい。

【００２２】このような本発明の方法によれば、固体カ
ーボンのターゲットを用いず金属ターゲットのみをスパ
ッタリングする従来の方法に比べて、金属添加した非晶
質炭素被膜、即ち添加金属と炭素と水素とからなる非晶
質炭素被膜について、優れた耐摩耗性と密着性が得られ
るだけでなく、その摩擦係数を更に大幅に低減させるこ
とができる。この非晶質炭素薄膜の摩擦係数の低減は、
添加金属量を少なくしても水素含有率が増加せず、被膜
が硬質化するためと考えられる。

【００２３】例えば、炭化水素ガス分圧を増加させて金
属含有率を減少させる場合、固体カーボンのターゲット
に印加する電力を適宜増加することにより、固体カーボ
ンからスパッタリングされる炭素を増加させることがで
きるため、被膜中の水素量の増加を抑えることができ
る。また、金属ターゲットの印加電力を減少させる場合
にも、固体カーボンに印加する電力を適宜増加させるこ
とで発生するプラズマ密度の減少を抑えることができる
ため、炭化水素の分解が抑制されることはなく、被膜中
の水素含有率が増加することはない。

【００２４】また、本発明の非晶質炭素被膜は、基材へ
の密着力が更に向上し、耐摩耗性にも優れているうえ、
特にエンジンオイル下での摩擦抵抗が小さくなり、自動
車などの内燃機関においては燃費の向上を図ることがで
きる。このように密着力が向上するのは被膜の内部応力
が緩和されるためであり、エンジンオイル下での摩擦抵
抗の低下は潤滑油との相互作用が大きくなり、油膜が形
成されやすくなるためである。

【００２５】本発明の非晶質炭素被膜は、ＩＶａ、Ｖ
ａ、ＶＩａ族及びＳｉなどの添加金属元素と、炭素及び
水素からなる。添加金属元素は、炭素と反応して結晶物
質を形成している場合、非晶質炭素の中に完全に固溶し
ている場合、金属のクラスターとして存在している場合
がある。例えば、Ｘ線光電子分光法において金属と炭素
の結合エネルギーの位置にピークが観測されるが、Ｘ線
回析法では回析ピークが観察されない場合（固溶状態と
判断）や、Ｘ線光電子分光法において金属と炭素の結合
エネルギーの位置にピークが観測され、Ｘ線回析法でも
何らかの回析ピークが観察されない場合（結晶質化合物
の状態と判断）、また、Ｘ線光電子分光法において金属
同士の結合エネルギーの位置のみにピークが観測される
場合（金属クラスターの状態と判断）が存在している。
これら存在状態は、いずれか単一の場合も、複数の状態
が混在する場合もある。

【００２６】非晶質炭素被膜の水素含有率、即ち被膜を
構成する添加金属と炭素と水素の合計に対する水素の含
有率（＝水素原子数／（水素原子数＋炭素原子数＋金属
原子数））は、５〜５０原子％の範囲が好ましく、特に
５〜２５原子％の範囲において摩擦係数の顕著な低減が
得られる。この原因は明らかではないが、水素含有率が
低下すると非晶質炭素被膜が硬質化し、摺動時の変形が
抑えられて固体接触面積が減少することや、エンジンオ
イルとの相互作用が大きくなり油膜厚さが増加している
ことなどが予想される。尚、このように非晶質炭素被膜
の水素含有率を低下させる場合、上述したように固体カ
ーボンのターゲットを用いる本発明の方法は極めて有効
である。

【００２７】また、非晶質炭素被膜中における添加金属
の割合、即ち添加金属と炭素の合計に対する添加金属の
割合（＝金属原子数／（金属原子数＋炭素原子数））と
しては、０.０１〜３０原子％の範囲が好ましく、１〜
２０原子％の範囲が更に好ましい。添加金属の割合が
０.０１原子％未満では、耐摩耗性及び密着性につい
て、添加金属を含有していない場合と同様の効果しか得
られない。また、添加金属の割合が３０原子％を超える
と、金属炭化物のようなセラミック的な性質を示すよう
になり、非晶質炭素被膜の摩擦係数が増加する。

【００２８】特に、本発明の非晶質炭素被膜では、添加
金属と炭素と水素の合計に対する水素の含有率が５〜２
５原子％であり、且つ添加金属と炭素の合計に対する添
加金属の割合が０.０１〜３０原子％であることが好ま
しく、このような非晶質炭素被膜は内燃機関用などの摺
動部品用として好適である。尚、非晶質炭素被膜の膜厚
については、一般的に摺動部品用として通常用いられて
いる範囲で良いが、具体的には０.０１〜５.０μｍ程度
が好ましい。膜厚の測定は、被膜断面を二次電子顕微鏡
又は透過電子顕微鏡により観察することで求めることが
できる。

【００２９】本発明の非晶質炭素被膜を形成する基材は
特に限定されないが、実用的には摺動部品が特に有効で
ある。摺動部品の材質としては、例えば、窒化ケイ素、
窒化アルミ、アルミナ、ジルコニア、炭化ケイ素などの
セラミックスや、高速度鋼、ステンレス鋼、ＳＫＤなど
の鉄系合金、アルミニウム合金、鉄系焼結体、タングス
テンカーバイト系金属の超硬合金などを用いることがで
きる。特に、内燃機関の摺動部品、例えばシムやタペッ
ト、カムやフォロアなどの動弁系の摺動部品への適用が
有効である。

【００３０】また、非晶質炭素被膜は、摺動部品の表面
の少なくとも一部に、具体的には相手部材と摺動する最
表面層として形成することが望ましい。最表面層とは、
摺動部品として用いた場合、被膜と相手部材が摺動時に
接触する表面部分である。即ち、何らかの目的で非晶質
炭素被膜の上に生産時にいかなる被覆層を形成したとし
ても、摺動時にこれらの被覆層が摩耗し、非晶質炭素被
膜が表面に露出して相手材と接触する場合には、この非
晶質炭素被膜が最表面層である。

【００３１】

【実施例】図１に示すスパッタ蒸着装置を用いて、ＳＣ
Ｍ４１５からなる基材に非晶質炭素被膜を形成する。こ
のスパッタ蒸着装置は、非平衡マグネトロンスパッタ方
式であり、真空槽１内にはカソードである３つのターゲ
ット保持部２ａ、２ｂ、２ｃと、アノードである１つの
回転テーブル３とが位置されている。各ターゲット保持
部２ａ、２ｂ、２ｃには、それぞれパルス直流電源４
ａ、４ｂ、４ｃが接続されている。また、回転テーブル
３には、負バイアスを印加するためのパルス直流電源５
が接続してある。真空槽１には、炭化水素ガスと不活性
ガスのガス導入口６と、ガス排気口７とが設けてある。

【００３２】基板上に非晶質炭素被膜を形成するには、
まず、基材９をアセトン中で１０分以上超音波洗浄した
後、回転テーブル３上のホルダー８にセットする。ま
た、ターゲット保持部２ａ、２ｃに固体カーボンターゲ
ット１０ａ、１０ｂをセットし、ターゲット保持部２ｂ
には添加金属からなる金属ターゲット１１をセットす
る。続いて、真空槽１内を圧力０.０１Ｐａ以下になる
までガス排気口７から排気する。尚、図１の装置では２
つの固体カーボンターゲットと１つの金属ターゲットを
使用したが、これらのターゲットの数は任意に定めるこ
とができる。

【００３３】真空排気した真空槽１内にガス導入口６か
らＡｒガスを導入して、真空槽１内を０.２〜２Ｐａの
圧力にする。その後、パルス直流電源５より−８００Ｖ
の電圧を回転テーブル３に印加してグロー放電によりプ
ラズマを発生させ、プラズマ中の正に帯電したＡｒイオ
ンのイオンボンバードメントにより、基板８をエッチン
グして清浄化する。この処理を１０分間行った後、回転
テーブル３への負バイアスの印加を停止し、ガスをガス
排気口７から真空排気して、真空槽１内を０.０１以下
の圧力にする。

【００３４】その後、真空槽１内にＣ_２Ｈ_２ガスとＡｒ
ガスをガス導入口６から導入し、真空槽１内の圧力を
０.１〜１Ｐａにする。その際のＣ_２Ｈ_２とＡｒの比
は、Ｃ_２Ｈ_２／Ａｒ＝０.１〜０.５である。次に、基板
バイアス電圧としてアノードである回転テーブル３に−
５０〜−８００Ｖのパルス直流電圧を印加しながら、ス
パッタ源電力としてカソードであるターゲット保持部２
ａ、２ｃに４００〜４０００Ｗのパルス直流電力を印加
して固体カーボンターゲット１０ａ、１０ｂをスパッタ
リングし、同時にターゲット保持部２ｂには５０〜１０
００Ｗのパルス直流電力を印加して金属ターゲット１１
をスパッタリングすることにより、基板９上に非晶質炭
素被膜を形成する。尚、パルス周波数は２５ｋＨｚであ
り、回転テーブル３は１〜１０ｒｐｍの速度で回転させ
る。

【００３５】上記の方法に従い、それぞれＣｒ、Ｍｏ、
Ｗ、Ｔｉからなる金属ターゲット１１を用いることによ
り、ＳＣＭ４１５からなる基板８上に各添加金属を含む
非晶質炭素被膜を形成した。その際、成膜条件を制御す
ることにより、得られる非晶質炭素被膜中の添加金属含
有率及び水素含有率を変えた複数の試料１−１〜１１
（添加金属Ｃｒ）、試料２−１〜１１（添加金属Ｍ
ｏ）、試料３−１〜１１（添加金属Ｗ）、及び試料４−
１〜１１（添加金属Ｔｉ）を作製した。尚、これら全て
の試料において、非晶質炭素被膜の膜厚は０.８μｍと
した。

【００３６】比較例として、上記実施例と同じ装置を用
いて同様の手法により、非晶質炭素膜を形成した。即
ち、添加金属ごとに、固体カーボンのターゲットを用い
ない以外は上記と同様に成膜した試料１−１２（添加金
属Ｃｒ）、試料２−１２（添加金属Ｍｏ）、試料３−１
２（添加金属Ｗ）、及び試料４−１２（添加金属Ｔｉ）
を作製した。また、炭化水素ガスを導入しない以外は上
記と同様に成膜した試料１−１３（添加金属Ｃｒ）、試
料２−１３（添加金属Ｍｏ）、試料３−１３（添加金属
Ｗ）、及び試料４−１３（添加金属Ｔｉ）も作製した。

【００３７】参考のために、添加金属がＣｒである被膜
については、更に試料１−１４として、炭化水素ガスを
導入せず、金属ターゲットも用いない以外は上記と同様
に成膜した。更に、いずれの非晶質炭素膜も形成せず、
ＳＣＭ４１５からなる基材そのものを試料１−１５とし
た。

【００３８】上記した本発明の実施例による各試料、並
びに比較例の各試料について、非晶質炭素被膜中の添加
金属の含有率と水素含有率を、下記表１〜４にそれぞれ
示した。尚、表１は添加金属がＣｒ、表２はＭｏ、表３
はＷ、及び表４はＴｉの場合である。

【００３９】

【表１】

【００４０】

【表２】

【００４１】

【表３】

【００４２】

【表４】

【００４３】これらの各試料について、非晶質炭素被膜
の基材に対する密着性をロックウエル剥離試験及び打撃
試験により評価した。ロックウエル剥離試験には、ロッ
クウエルＣスケール硬度測定用のダイヤモンド圧子を用
い、試験荷重１５０ｋｇｆで被膜表面から圧子を押し付
けて、形成された圧痕まわりの剥離状況を光学顕微鏡で
観察した。打撃試験は、直径１インチのタングステンカ
ーバイト系超硬合金製球を用い、試料の被膜表面に対し
て仕事量１０Ｊで２００回打撃を加え、打痕及びその周
辺の剥離状況を光学顕微鏡で観察した。両試験とも測定
は各試料につき５回行って平均値を求め、剥離面積が最
大のものを１とし、全く剥離のないものを５とし、数字
の増加にともなって剥離面積が減少する５段階評価を行
った。

【００４４】次に、摺動試験により摩擦係数の測定並び
に被膜摩耗量の測定を行った。摺動試験は、ＣＳＥＭ製
のピンオンディスク試験機を用い、相手材としてＳＵＪ
２ボール（直径６ｍｍ）を使用した。試験条件は、大気
中における乾式で、摺動半径４ｍｍ、回転数５００ｒｐ
ｍ、荷重１０Ｎ、総回転数２００００回とした。このピ
ンオンディスク摺動試験により、非晶質炭素被膜の摩擦
係数を求めると共に、試験後の被膜の摩耗痕を表面粗さ
計（東京精密製）により測定して、摩耗断面積を算出
し、これを被膜摩耗量とした。

【００４５】更に、上記の各試料と同じ条件で、エンジ
ン部品のカム摺動面に非晶質炭素被膜を形成した。得ら
れた各試料（成膜条件が表１〜４の各試料と同じものは
同一の試料番号とした）についてモータリング試験を行
い、摩擦係数を計測した。このときの試験条件は、カム
の回転数２５０ｒｐｍ、セット荷重４０ｋｇ、エンジン
オイル潤滑、オイル温度８０℃、オイル流量０.５ｃｃ
／ｍｉｎ、回転時間３時間とした。

【００４６】上記の密着性試験、ピンオンディスク試
験、及びモータリング試験による評価結果を、添加金属
ごとに下記表５〜８にまとめて示した。即ち、非晶質炭
素被膜中に含まれる添加金属がＣｒである各試料を表５
に、Ｍｏの各試料を表６に、Ｗの各試料を表７に、及び
Ｔｉの各試料を表８にそれぞれ示した。尚、参考のため
に、比較例の試料１−１４及び試料１−１５について
も、表５〜８にそれぞれ付記した。

【００４７】

【表５】

【００４８】

【表６】

【００４９】

【表７】

【００５０】

【表８】

【００５１】上記の結果から分るように、本発明の実施
例による各試料、即ち試料１−１〜１１、試料２−１〜
１１、試料３−１〜１１、及び試料４−１〜１１におい
ては、非晶質炭素被膜の摩擦係数が大幅に低減されてい
ること、特にエンジンオイル下での摩擦係数が大幅に低
減されていることが分る。特に水素含有率５〜２５原子
％で且つ金属含有率０.０１〜３０原子％の範囲におい
て、摩擦係数及び耐摩耗性の両方共に優れている。しか
も、基材に対する密着性にも優れ、特に水素含有率が５
〜２５原子％及び金属含有率０.０１〜３０原子％の範
囲の試料では、全く剥離が認められなかった。

【００５２】一方、比較例の各試料においては、固体カ
ーボンのターゲットを用いずに成膜した試料１−１２、
試料２−１２、試料３−１２、及び試料４−１２の各非
晶質炭素被膜は、密着力が極めて低く且つ摩擦係数も高
かった。また、炭化水素ガスを導入せずに成膜した試料
１−１３、試料２−１３、試料３−１３、及び試料４−
１３の各非晶質炭素被膜では、摩擦係数が高く且つ被膜
摩耗量が多かった。また、炭化水素ガスを導入せず且つ
金属ターゲットを用いなかったため、被膜内に添加金属
及び水素を含まない試料１−１４では、摩擦係数が高
く、耐摩耗性も低く、密着性が低くなることが分った。
更に、非晶質炭素被膜を形成していない基材（ＳＣＭ４
１５）からなる試料１−１５の場合、摩耗量が極端に大
きいうえ、摩擦係数も極めて高くなっている。

【００５３】

【発明の効果】本発明によれば、添加金属と炭素と水素
とからなる非晶質炭素被膜で、耐摩耗性、密着性及び耐
焼き付き性に優れると同時に、摩擦係数を低減させた非
晶質炭素被膜を形成することができる。従って、この非
晶質炭素被膜を表面に形成した本発明に係わる非晶質炭
素被覆摺動部品は、十分な摩擦抵抗の低減を図ることが
でき、特に自動車の動弁系などの内燃機関用摺動部品に
おいては、摩擦の低減による燃費の向上に有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例で用いたスパッタ蒸着装置を示す概略図
である。

【符号の説明】

１真空槽２ａ、２ｂ、２ｃターゲット保持部３回転テーブル４ａ、４ｂ、４ｃ、５パルス直流電源８ホルダー９基板１０ａ、１０ｂ固体カーボンターゲット１１金属ターゲット

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】真空槽内のカソードに固体カーボンのタ
ーゲットと添加金属からなる金属ターゲットとを配置
し、これらのターゲットをスパッタリングしながら、同
時に炭化水素ガスと不活性ガスを真空槽内に導入するこ
とにより、アノードに配置した基材上に添加金属と炭素
と水素とからなる非晶質炭素被膜を形成することを特徴
とする非晶質炭素被膜の製造方法。
【請求項２】前記スパッタリングにおいて、スパッタ
源電力又は基板バイアス電圧として供給する電力がパル
ス化した直流電力であることを特徴とする、請求項１に
記載の非晶質炭素被膜の製造方法。
【請求項３】前記非晶質炭素被膜を構成する添加金属
と炭素と水素の合計に対する水素の含有率を５〜２５原
子％とし、及び／又は前記非晶質炭素被膜中の添加金属
と炭素の合計に対する添加金属の割合を０.０１〜３０
原子％とすることを特徴とする、請求項１又は２に記載
の非晶質炭素被膜の製造方法。
【請求項４】前記添加金属がＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ族
及びＳｉから選ばれた少なくとも１種からなることを特
徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の非晶質炭素
被膜の製造方法。
【請求項５】前記基材が内燃機関用摺動部品であるこ
とを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の非晶
質炭素被膜の製造方法。
【請求項６】請求項１〜４の方法により形成された非
晶質炭素被膜を少なくとも表面の一部に有することを特
徴とする非晶質炭素被覆摺動部品。
【請求項７】少なくとも表面の一部に添加金属と炭素
と水素とからなる非晶質炭素被膜を形成した摺動部品で
あって、該非晶質炭素被膜を構成する添加金属と炭素と
水素の合計に対する水素の含有率が５〜２５原子％であ
り、及び／又は前記非晶質炭素被膜中の添加金属と炭素
の合計に対する添加金属の割合が０.０１〜３０原子％
であることを特徴とする非晶質炭素被覆摺動部品。
【請求項８】前記添加金属がＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ族
及びＳｉから選ばれた少なくとも１種からなることを特
徴とする、請求項６又は７に記載の非晶質炭素被覆摺動
部品。
【請求項９】前記摺動部品が内燃機関用摺動部品であ
ることを特徴とする、請求項６〜８のいずれかに記載の
非晶質炭素被覆摺動部品。