JP2012530187A - 微小機械システムに適用される高い摩擦性能を維持しながら微小機械部品をコーティングする方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】表面粗さの低減と摩擦性能の向上させながら微小機械システムの微小機械部品をコーティングする方法を提供する。
【解決手段】 本発明の微小機械システムの微小機械部品をコーティングする方法は、（Ａ）コーティングすべき基板（４）を用意するステップと、（Ｂ）前記基板（４）を、ダイアモンドコーティング層（１）を施すステップとを有する。前記ダイアモンドコーティング層（１）は、反応容器内でＣＶＤステップにより堆積され、前記ＣＶＤステップによるダイアモンドコーティング層の（１）の堆積プロセスの間の成長プロセスの終了段階に於いて、前記反応容器内の炭素量を変化させ、前記基板（４）の表面近傍のｓｐ２／ｓｐ３炭素（２）結合の変化を生じさせる。
【選択図】 図３
Description
本発明は、微小機械システム特に時計のムーブメントような微小機械部品をコーティングする方法に関する。
本発明の目的は、表面粗さの低減と摩擦性能の向上である。更に本発明は、微小機械システム特に時計のムーブメントの微小機械部品に関する。本発明は、微小機械加工された時計のムーブメント特に脱進機の歯車とテンプと他の摩擦を引き起こす要素に応用される。
微小機械部品に対する技術的な要求は高まりつつある。高精度に加えて、無潤滑下で、微小機械システムでのエネルギー効率の向上と長寿命とが求められている。
ここ数年これ等の技術を扱った沢山の文献が発表されている。ここに開示されたアプローチは、これ等の目的の一部は満たすが、使用される材料が限られることにより、完全な解決方法を提供することはない。
機械加工（例、打ち抜き加や型打ち抜き加工）により生成された微小機械部品は、２つの主な不具合点を有する。第１の欠点は、高価な製造ツールを必要とするために、大量生産でしか経済的に引き合わない点である。第２の欠点は、これ等のプロセスは＋／−５μｍの高精度であり、技術的な限界に達してしまっている点である。
機械加工（例、打ち抜き加や型打ち抜き加工）により生成された微小機械部品は、２つの主な不具合点を有する。第１の欠点は、高価な製造ツールを必要とするために、大量生産でしか経済的に引き合わない点である。第２の欠点は、これ等のプロセスは＋／−５μｍの高精度であり、技術的な限界に達してしまっている点である。
上記の文献で他のアプローチもいくつか議論されている。シリコン・ウエハーから微小機械部品をエッチングすることに関する最も有望なアイデアにより、高精度加工を達成でき、更には遥かに優れた機械加工の結果さえ凌駕できる。これは、製造誤差がμｍ以下まで低減できるが、高寿命を犠牲にしている。実用的な結果としては、これ等の部品の機械的強度と摩耗は、無潤滑の場合はその需要には応えられない。これ等の問題に対する１つの解決方法は特許文献１に開示されている。この特許文献１では、酸素で微小機械部品の表面を処理することにより、強度と寿命を大幅に伸ばすことができることを開示するが、最終的な解決方法とはなっていない。
摩擦性能は、微小機械システムでは特殊なオイルを使用することで、向上できるが、無潤滑のシステムに対する需要には答えられていない。
長期の寿命は、スチール製の機械部品で達成できるが、高精度の点に関しては限界に達しており、また潤滑剤が必要である。
潤滑システムの更なる問題点は、頻繁なサービス・インターバルを必要とする点である。そしてこの間、ムーブメントを洗浄し再度潤滑剤を塗らなければならない。かくしてこのオペレーションのサイクルは、限られており更なるコストが発生する。これ等のサービス・インターバルは、使用されるオイルの劣化で時間と共にその特性を失う為、必要となる。
様々なこれ等の要件を１つのシステムで満足されるような様々なアプローチが採られている。
長期の寿命は、スチール製の機械部品で達成できるが、高精度の点に関しては限界に達しており、また潤滑剤が必要である。
潤滑システムの更なる問題点は、頻繁なサービス・インターバルを必要とする点である。そしてこの間、ムーブメントを洗浄し再度潤滑剤を塗らなければならない。かくしてこのオペレーションのサイクルは、限られており更なるコストが発生する。これ等のサービス・インターバルは、使用されるオイルの劣化で時間と共にその特性を失う為、必要となる。
様々なこれ等の要件を１つのシステムで満足されるような様々なアプローチが採られている。
特許文献２に記載されたアプローチでは、微小機械部品がシリコン・ウエハーからエッチングで形成され、ダイアモンド・フィルムでコーティングされる。この方法により得られたダイアモンド・フィルムは、４００ｎｍ以上の表面粗さを有する。そのため、これ等のフィルムは、ダイアモンドをコーティングした部品がスライド接触するようなアプリケーションで使用される場合には、連続的に研磨する必要がある。
特許文献３は、ガンギ歯車とアンカーを具備した機械式脱進機の時計を開示する。このガンギ歯車の機能要素は、少なくともその一部が、ＤＬＣ（Diamond like carbon）のコーティング層で、動作表面をコーティングしている。ＤＬＣは、高いｓｐ２混成軌道の炭素（３０−１００％の範囲）を有し、アモルファス・炭素である。しかし、この硬さは十分ではなく、効率的な耐摩耗への応用には不向きである。
特許文献４は、第１表面と第２表面を有する微小機械部品を開示する。これ等の表面は互いに直交し、第１表面又は第２表面の少なくとも一方は、ダイアモンドを部分的に含む。
特許文献５は、炭素・コーティングした基板の前処理のプロセスを開示し、これにより、表面に均一で高密度の核形成サイト（nucleation sites）を提供し、連続するダイアモンド・フィルムを、基板にバイアス電圧をかけることなく、後続の堆積が可能なプロセスを開示する。
特許文献６は、ダイアモンド・コーティングの後処理の方法を開示している。この方法に於いては、粗い粒子（μｍ級）のダイアモンド・コーティングが、機械加工ツール上に堆積され、その後プラズマ・プロセスの手段で処理している。この後処理の目的は、ｓｐ３混成軌道の炭素のダイアモンド・コーティングの上部層を、ｓｐ２混成軌道の炭素種に減成させること（degradation）である。この方法で期待できることは、表面から突起した粗い粒子の間の「表面谷間」を埋め、平坦な表面を形成することである。この方法の結果は、粗い粒子のｓｐ３混成軌道の炭素であるダイアモンドからなるフィルムが得られ、このフィルムの上部は、ｓｐ２の混成軌道のアモルファス・炭素の数百ｎｍ厚さの上部層である。この上部層は、比較的柔らかく、高い摩擦のアプリケーションによっては、急速に摩耗してなくなる。
上記したすべての解決方法は、以下の問題の一部しか解決することができない。即ち０．０５以下の摩擦係数の微小機械部品を提供することができず、時計業界で必要とされている大量生産が不可能である。
特にダイアモンド・コーティングしたシリコンを用いる場合には、上記の解決方法は、次のような問題がある。ダイアモンド・コーティングした微小機械部品は、初期摩擦係数が高いが、それはダイアモンド・コーティングの微小結晶構造が原因である。高い摩擦係数は、使用開始の数時間の間、微小機械システムの効率を落としてしまう。
上記の数百ｎｍの粗さの表面は、そのままでは低い摩擦係数を達成できない。更に微小機械システムの粗いダイアモンド・フィルムを用いることは、極めて滑らかな相手側部品を必要とする。このような場合、粗いダイアモンド・フィルムは、削られて、相手方の部品内に入り込み、システムでは摩耗速度が極めて速く、破壊に結びつく。
理論的には、特殊な場合も考えられる。即ち、様々な粗さのモジュールが、特殊な条件に適用して低い摩擦係数を生み出す場合がある。しかし１つの粒子にかかる圧力は、高すぎて、粒子の破壊または絡みつきに結びつく。斯して微小機械システムは、その特性を急速に失い、高い摩擦係数を引き起こし、システムの破壊につながる。コーティング層の破壊の後、システム全体が破損し、時計全体が損傷してしまう。
微小機械部品の表面にダイアモンド・コーティングを施した後、研磨を行い、それと共に微小機械部品の表面の平滑化を行う解決方法は、コスト高と、低効率と、本質的な機械的理由により、うまくいかない。最も重要な機能表面は、微小機械部品の側面であり、この微小機械部品はウエハーに搭載された時に、機械的に研磨するためにアクセスすることができない。部品をウエハーから取り除いた後、研磨することは容易ではなく、更に経済的でもない。これは、微小機械部品が数が多く小さすぎるからである。微小機械部品を含むダイアモンドコーティングされたウエハーをプラズマ・エッチングする方法も、うまくいかない。その理由は、最も重要な領域である部品の側面をプラズマ研磨した結果、非均質となってしまうためである。
小さな結晶サイズ（数百ｎｍ）を用いるアプローチも、小さな寸法では同じような問題が起きる。例えば、側面のプラズマ・エッチングは不可能である。その理由は、このプラズマ・エッチング・プロセスは、粒子境界に影響し、表面を異方性エッチングをしてしまうからである。
更にエッチング処理の異方性により幾つかのパラメータが発生する。このエッチング効率は、ダイアモンド結晶（diamond crystal）の結晶方向（crystallographic orientation）に大きく依存する。ダイアモンド以外の基板（多くの場合シリコン製基板）上で成長するダイアモンド・フィルムは、結晶方向がまちまちである為に、エッチングは非均一となり、これにより、ダイアモンドの表面粗さを減らすどころか増加させてしまう。
本発明の目的は、微小機械システム特に時計のムーブメントの微小機械部品に、優れた摩擦性能を有し長寿命を与えるプロセスを提供することである。
本発明の更なる目的は、サービス・インターバルを短くすることである。
本発明の更なる目的は、摩擦性能を向上し摩擦と摩耗を減らすことである。
本発明の更なる目的は、サービス・インターバルを短くすることである。
本発明の更なる目的は、摩擦性能を向上し摩擦と摩耗を減らすことである。
上記の目的は、特許請求の範囲に記載した方法により達成できる。
本発明の一実施例によれば、本発明の微小機械システムの微小機械部品をコーティングする方法は、
（Ａ）コーティングすべき基板（４）を用意するステップと、
（Ｂ）前記基板（４）に、ダイアモンドコーティング層（１）を施すステップと、
を有し、
前記ダイアモンドコーティング層（１）は、反応容器内でＣＶＤ（Chemical Vapour Deposition）ステップにより堆積され、
前記ＣＶＤステップによるダイアモンドコーティング層の（１）の堆積プロセスの間の成長プロセスの終了段階に於いて、前記反応容器内の炭素量を変化させ、
これにより、前記基板（４）の表面近傍のｓｐ２／ｓｐ３混成軌道の炭素結合（２）の変化を生じさせる。
（Ａ）コーティングすべき基板（４）を用意するステップと、
（Ｂ）前記基板（４）に、ダイアモンドコーティング層（１）を施すステップと、
を有し、
前記ダイアモンドコーティング層（１）は、反応容器内でＣＶＤ（Chemical Vapour Deposition）ステップにより堆積され、
前記ＣＶＤステップによるダイアモンドコーティング層の（１）の堆積プロセスの間の成長プロセスの終了段階に於いて、前記反応容器内の炭素量を変化させ、
これにより、前記基板（４）の表面近傍のｓｐ２／ｓｐ３混成軌道の炭素結合（２）の変化を生じさせる。
ＳＰ２混成軌道の炭素により、潤滑効果が得られ、更に摩擦係数を減らすことができる。同時に表面粗さの低減により摩擦性能の向上につながる。ダイアモンド・フィルム又はダイアモンド・ライク・カーボン（Diamond Like Carbon）フィルムの上のｓｐ２混成軌道の炭素製の単一表面層は、同じ結果を起こさない。その理由は、このような層（又はフィルム）は、硬さが低い為に急速に摩耗し、微小機械システムの短いサイクルで取り除かなければならない。更に、ｓｐ２混成軌道の炭素層をｓｐ３混成軌道の炭素・マトリクスに固着させることにより、ｓｐ２混成軌道の炭素のコンテンツが徐々に変わる場合（図３）より、遥かに良好となる。
本発明の一実施例によれば、前記炭素量の変化は、前記反応容器内の炭素量の増加である。前記炭素量の増加は、炭素含有反応ガス（例、メタンガス）の比率を増加させることにより行う。
本発明の一実施例によれば、前記炭素量の増加は、他の炭素含有ガス（例、アセチレンガス）を更に添加することにより行う。
本発明の一実施例によれば、前記炭素量の増加は、前記反応容器内の温度又は圧力を増やすことにより行う。
本発明の一実施例によれば、前記炭素量の増加は、前記反応容器内に窒素ガスを添加することにより行う。
本発明の一実施例によれば、前記炭素量の増加は、前記反応容器内に含まれる水素をアルゴン（或いは窒素ガス）で置換することにより行う。
本発明の一実施例によれば、前記炭素量の増加は、希ガス（ネオン、ヘリウム、クリプトン、キセノン）を添加することにより行う。
本発明の一実施例によれば、前記炭素量の増加は、格子ひずみ（lattice distortion）により行う。
本発明の一実施例によれば、前記炭素量の増加は、プラズマ処理、レーザ処理のような後処理により行う。
本発明の一実施例によれば、前記後処理は、金属含有化合物を、前記ダイアモンドコーティング層の上部に添加することにより行う。これにより、粘着特性（sticking property）を減らす。
本発明の一実施例によれば、前記後処理は、前記ダイアモンドコーティング層の表面の最終処理により行い、前記最終処理は、水素、ハロゲン、金属、導電性鉱物、導電性有機分子、タンパク質タンパク質からなるグループから選択された材料を用いて行われる。
本発明の一実施例によれば、前記ＣＶＤステップの後、粒子サイズを減少させる。これにより、表面粗さを減らすことができる。
本発明の一実施例によれば、前記炭素量の増加は、他の炭素含有ガス（例、アセチレンガス）を更に添加することにより行う。
本発明の一実施例によれば、前記炭素量の増加は、前記反応容器内の温度又は圧力を増やすことにより行う。
本発明の一実施例によれば、前記炭素量の増加は、前記反応容器内に窒素ガスを添加することにより行う。
本発明の一実施例によれば、前記炭素量の増加は、前記反応容器内に含まれる水素をアルゴン（或いは窒素ガス）で置換することにより行う。
本発明の一実施例によれば、前記炭素量の増加は、希ガス（ネオン、ヘリウム、クリプトン、キセノン）を添加することにより行う。
本発明の一実施例によれば、前記炭素量の増加は、格子ひずみ（lattice distortion）により行う。
本発明の一実施例によれば、前記炭素量の増加は、プラズマ処理、レーザ処理のような後処理により行う。
本発明の一実施例によれば、前記後処理は、金属含有化合物を、前記ダイアモンドコーティング層の上部に添加することにより行う。これにより、粘着特性（sticking property）を減らす。
本発明の一実施例によれば、前記後処理は、前記ダイアモンドコーティング層の表面の最終処理により行い、前記最終処理は、水素、ハロゲン、金属、導電性鉱物、導電性有機分子、タンパク質タンパク質からなるグループから選択された材料を用いて行われる。
本発明の一実施例によれば、前記ＣＶＤステップの後、粒子サイズを減少させる。これにより、表面粗さを減らすことができる。
本発明の一実施例によれば、微小機械システムの微小機械部品において、前記ダイアモンド・コーティングの表面層は、ｓｐ２混成軌道の炭素量が徐々に増加している。
微小機械システム用に生成されたこのような微小機械部品により、微小機械システムは、乾いた（潤滑させていない）状態で駆動でき、高い摩擦性能（低い摩擦係数と摩耗）が長期に渡り安定し、高いエネルギー効率が達成できる。
本発明を、数ｎｍから数μｍ（数千ｎｍ）の間の厚さのナノ結晶ダイアモンド・フィルム（nanocrystalline diamond film）でコーティングした微小機械部品を例に説明する。ダイアモンド・フィルムの結晶／粒子は、１０ｎｍ以下のサイズである。図１に示すように、ダイアモンド・フィルムの摩擦係数は、０．１以下、好ましくは０．０５以下、更には０．０３以下である。このようなナノ結晶ダイアモンド・フィルムは、ＣＶＤ（Chemical Vapour Deposition）プロセスで得られる。特殊なＣＶＤプロセス（特許文献７に開示されている）に於いては、炭素含有ガス種（例、メタン）が、熱で活性化され、ダイアモンド（ｓｐ３混成軌道の炭素（sp3−hybridised carbon））として、グラファイト（ｓｐ２混成軌道の炭素（sp2−hybridised carbon））として、更にはカーボン・ハイドレード或いは他の炭素種（ｓｐ２混成軌道カーボンとｓｐ３混成軌道の炭素の混合物）として堆積される。純粋なダイアモンド層を得るためには、第２のガス即ち水素ガスを使う必要がある。水素ガス(Ｈ２)が、熱で活性化されて、単原子水素（mono-atomic hydrogen）となる。重要なプロセスのステップとして、この活性化プロセスの効率は、極めて高く、５０％以上、更には７５％以上、特殊な場合には９０％にもなる。この方法は、特許文献７に開示されている。
このプロセスにより、ナノ結晶ダイアモンド・コーティング１（図２ａ、図２ｂ）がシリコン上に堆積される。このダイアモンドの結晶サイズは、８ｎｍ以下であり１０ｎｍ以下の表面粗さを有する。これは図２ｂに示すとおりである。
特許文献７に、開示された方法により得られたフィルムのＸ線回析と原子間力顕微鏡の測定結果を図４、５に示す。
本発明の第１の態様は、ナノ結晶のダイアモンドコーティングに関する。ダイアモンド・フィルム１の成長の間、このプロセスは、ｓｐ２混成軌道の炭素量が、基板４の表面近傍のｓｐ３混成軌道の炭素層マトリクス内で徐々に増加するよう、調整している。図３の右側のグラフ（横軸がｓｐ２混成軌道の炭素量で、縦軸が厚さ方向を表す）は、ＵＮＣＤ（Ultra Nano Crystalline Diamond）のコーティング層３の粒子境界におけるｓｐ２コンテンツの分布曲線５を示す。
以下に、本発明により、ｓｐ２混成軌道の炭素量を徐々にエンリッチ（豊富）にするような方法を説明する。
上記の方法は、メタン或いは炭素含有ガスの濃度を制御しながら増やすこと、或いは別の炭素含有ガスを成長プロセスの最終時点で添加することにより、達成できる。
ＣＶＤプロセスによるダイアモンド成長の最後の期間の間、炭素含有反応ガス（メタンガス）を徐々に制御しながら増加させること、或いは別の炭素含有ガス（アセチレンガス）の添加により、ダイアモンドマトリクス（或いはダイアモンドバルク材料）内のｓｐ２／ｓｐ３の比率を変化させて、表面で最高量或いは他の局部的な分布を得る。
ＣＶＤプロセスによるダイアモンド成長の最後の期間の間、炭素含有反応ガス（メタンガス）を徐々に制御しながら増加させること、或いは別の炭素含有ガス（アセチレンガス）の添加により、ダイアモンドマトリクス（或いはダイアモンドバルク材料）内のｓｐ２／ｓｐ３の比率を変化させて、表面で最高量或いは他の局部的な分布を得る。
堆積パラメータの変化：特許文献７のプロセスにより、９７％（検出限界）以上の最高のｓｐ３混成軌道の炭素量を有するナノ結晶ダイアモンドの堆積は、以下のパラメータの最適な組み合わせにより得られた。パラメータの一例は、真空システム中の圧力、フィラメントの温度、基板の温度、炭素含有ガスのガス流、水素のガス流、フィラメントと基板との間の距離である。基板の温度又は圧力を増減することにより、ｓｐ２／ｓｐ３の比率はそれに応じて影響を受ける。この変形例は、表面に近いｓｐ２混成軌道の炭素が徐々にリッチになるよう達成するために成長プロセスの終了時点で具体化される。
窒素の添加：ダイアモンドの成長プロセスの間、所定量の窒素ガスを反応容器に導入する。これにより、第２の核形成（secondary nucleation）（即ち、既に成長された粒子の代わりに新たなダイアモンド粒子の成長）のプロセスが、強化され、これが粒子サイズの減少につながり、わずか数ｎｍの大きさとなる。より小さな粒子により、コーティング層の粗さが小さくなり、ｓｐ３混成軌道の炭素の量が多くなる。他のプロセス例えばダイアモンド中のｓｐ２混成軌道の炭素量を多くすることは、ｓｐ３混成軌道の炭素のダイアモンドマトリクス中に、ｓｐ２混成軌道の炭素の粒子を含入させることである。
アルゴンの添加：ダイアモンドの成長の間、メタンの濃度を極めて高いレベルにまで増加させること、或いは水素を１００％をアルゴン或いは他の元素（例、窒素）で置換することにより、同一の結果が得られる。
他の元素の添加：あらゆる種類の他のガスも用いることができる。例えば希ガスであるネオン、ヘリウム、クリプトン、キセノンも用いることができる。
後処理：プラズマ又はレーザーによる処理を含むが、ダイアモンドの表面の変化を引き起こす、或いはそのダイアモンド構造内に入り込むようなガスと組み合わせて、用いれることもできる。
格子歪：大気中或いは制御した大気中でのアニーリング、ＵＶ照射、Ｘ線照射、イオン注入等である。
上記の方法に加えて或いはそれに代えて、微小機械システム用のＵＮＣＤ（Ultra Nano Crystalline Diamond）のコーティングの性能は、次に述べる後処理により更に改善される。
ダイアモンド表面を水素、酸素、フッ素、分子、オイル、ワックス等で最終処理をする（ダングリング・ボンドの飽和（saturation of the dangling bonds））
ダイアモンドの上部表面に金属含有構成物を添加することにより、粘着特性（sticking properties）或いは堆積（depositon of deposit）の減少を達成できる。
アルゴンの添加：ダイアモンドの成長の間、メタンの濃度を極めて高いレベルにまで増加させること、或いは水素を１００％をアルゴン或いは他の元素（例、窒素）で置換することにより、同一の結果が得られる。
他の元素の添加：あらゆる種類の他のガスも用いることができる。例えば希ガスであるネオン、ヘリウム、クリプトン、キセノンも用いることができる。
後処理：プラズマ又はレーザーによる処理を含むが、ダイアモンドの表面の変化を引き起こす、或いはそのダイアモンド構造内に入り込むようなガスと組み合わせて、用いれることもできる。
格子歪：大気中或いは制御した大気中でのアニーリング、ＵＶ照射、Ｘ線照射、イオン注入等である。
上記の方法に加えて或いはそれに代えて、微小機械システム用のＵＮＣＤ（Ultra Nano Crystalline Diamond）のコーティングの性能は、次に述べる後処理により更に改善される。
ダイアモンド表面を水素、酸素、フッ素、分子、オイル、ワックス等で最終処理をする（ダングリング・ボンドの飽和（saturation of the dangling bonds））
ダイアモンドの上部表面に金属含有構成物を添加することにより、粘着特性（sticking properties）或いは堆積（depositon of deposit）の減少を達成できる。
上記の方法に加えて、粒子サイズを小さくして表面粗さを減らすこともできる。より小さな粒子でより平滑な表面を達成でき、斯して摩擦性能（摩擦係数、耐摩耗性）も更に向上できる。
上記の技術に加えて、摩擦要素の表面をナノ構造化（nano-structuring）にすることにより、摩擦性能を更に改善できる。このナノ構造化は、表面のナノ構造化またはダイアモンドコーティングそのもののナノ構造化により達成できる。ナノ構造化された基板の場合には、極小粒子のダイアモンドコーティングを用いて、ナノ構造化された表面の正確な繰り返し（模写）が得られる。
これ等の方法は、別々に或いは組み合わせて実行され、所望のｓｐ３／ｓｐ２比率を達成できる。表１は、ｓｐ３／ｓｐ２コンテンツを堆積されたダイアモンド・フィルムの厚さとの関係を示す。これ等は、時計のムーブメントのような低摩擦係数の微小機械部品に用いられる。
これ等の方法は、別々に或いは組み合わせて実行され、所望のｓｐ３／ｓｐ２比率を達成できる。表１は、ｓｐ３／ｓｐ２コンテンツを堆積されたダイアモンド・フィルムの厚さとの関係を示す。これ等は、時計のムーブメントのような低摩擦係数の微小機械部品に用いられる。
本発明は、微小機械加工された時計のムーブメント特にガンギ歯車、パレット、他の摩擦関連のシステムの実現に適用できる。
表１
フィルム厚さ（μｍ） ＳＰ ３ の量（％）ＳＰ ２ の量（％）
０．１ １００ ０
０．２ １００ ０
０．３ １００ ０
０．４ １００ ０
０．５ １００ ０
０．６ １００ ０
０．７ １００ ０
０．８ １００ ０
０．９ １００ ０
１．０ １００ ０
１．１ １００ ０
１．２ １００ ０
１．３ １００ ０
１．４ １００ ０
１．５ １００ ０
１．６ １００ ０
１．７ １００ ０
１．８ １００ ０
１．９ １００ ０
２．０ １００ ０
２．１ １００ ０
２．２ １００ ０
２．３ １００ ０
２．４ １００ ０
２．５ １００ ０
２．６ ９５ ５
２．７ ９０ １０
２．８ ８５ １５
２．９ ８０ ２０
３．０ ７５ ２５
３．１ ７０ ３０
３．２ ６５ ３５
３．３ ６０ ４０
３．４ ５５ ４５
３．５ ５０ ５０
フィルム厚さ（μｍ） ＳＰ ３ の量（％）ＳＰ ２ の量（％）
０．１ １００ ０
０．２ １００ ０
０．３ １００ ０
０．４ １００ ０
０．５ １００ ０
０．６ １００ ０
０．７ １００ ０
０．８ １００ ０
０．９ １００ ０
１．０ １００ ０
１．１ １００ ０
１．２ １００ ０
１．３ １００ ０
１．４ １００ ０
１．５ １００ ０
１．６ １００ ０
１．７ １００ ０
１．８ １００ ０
１．９ １００ ０
２．０ １００ ０
２．１ １００ ０
２．２ １００ ０
２．３ １００ ０
２．４ １００ ０
２．５ １００ ０
２．６ ９５ ５
２．７ ９０ １０
２．８ ８５ １５
２．９ ８０ ２０
３．０ ７５ ２５
３．１ ７０ ３０
３．２ ６５ ３５
３．３ ６０ ４０
３．４ ５５ ４５
３．５ ５０ ５０
本発明は様々な応用例で用いられ、機械部品或いは微小機械部品に於いて、そしてこれ等の部品をダイアモンドでコーティングすることにより摩擦性能を改善できる。このような応用の一例は、ＭＥＭＳ（Micro-Electro-Mechanical Systems）、ＮＥＭＳ（Nano-Electro-Mechanical Systems）、電気モーター、特にマイクロモーター、ポンプ、マイクロポンプ、真空システム、静的又は動的なシステム例えばエンジン等である。
以上の説明は、本発明の一実施例に関するもので、この技術分野の当業者であれば、本発明の種々の変形例を考え得るが、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。特許請求の範囲の構成要素の後に記載した括弧内の番号は、図面の部品番号に対応し、発明の容易なる理解の為に付したものであり、発明を限定的に解釈するために用いてはならない。また、同一番号でも明細書と特許請求の範囲の部品名は必ずしも同一ではない。これは上記した理由による。用語「又は」に関して、例えば「Ａ又はＢ」は、「Ａのみ」、「Ｂのみ」ならず、「ＡとＢの両方」を選択することも含む。特に記載のない限り、装置又は手段の数は、単数か複数かを問わない。
１ ダイアモンド・コーティング層
２ ｓｐ２／ｓｐ３混成軌道の炭素結合
３ ＵＮＣＤ（Ultra Nano Crystalline Diamond）のコーティング層
４ 基板
２ ｓｐ２／ｓｐ３混成軌道の炭素結合
３ ＵＮＣＤ（Ultra Nano Crystalline Diamond）のコーティング層
４ 基板
Claims (15)
- 微小機械システムの微小機械部品をコーティングする方法において、
（Ａ）コーティングすべき基板（４）を用意するステップと、
（Ｂ）前記基板（４）に、ダイアモンド・コーティング層（１）を施すステップと、
を有し、
前記ダイアモンド・コーティング層（１）は、反応容器内でＣＶＤステップにより堆積され、
前記ＣＶＤステップによるダイアモンドコーティング層（１）の堆積プロセスの間の成長プロセスの終了段階に於いて、前記反応容器内の炭素量を変化させ、
これにより、前記基板（４）の表面近傍のｓｐ２／ｓｐ３炭素結合（２）を変化させる
ことを特徴とする微小機械システムの微小機械部品をコーティングする方法。 - 前記炭素量の変化は、前記反応容器内の炭素量の増加である
ことを特徴とする請求項１記載の方法。 - 前記炭素量の増加は、炭素含有ガスの比率を増加させることにより行う
ことを特徴とする請求項２記載の方法。 - 前記炭素量の増加は、炭素含有ガスを更に添加することにより行う
ことを特徴とする請求項２記載の方法。 - 前記炭素量の増加は、前記反応容器内の温度又は圧力を上げることにより行う
ことを特徴とする請求項２−４のいずれかに記載の方法。 - 前記炭素量の増加は、前記反応容器内に窒素ガスを添加することにより行う
ことを特徴とする請求項２−４のいずれかに記載の方法。 - 前記炭素量の増加は、前記反応容器内の水素をアルゴンで置換することにより行う
ことを特徴とする請求項２−４のいずれかに記載の方法。 - 前記炭素量の増加は、希ガスを添加することにより行う
ことを特徴とする請求項２−４のいずれかに記載の方法。 - 前記炭素量の増加は、格子ひずみ（lattice distortion）により行う
ことを特徴とする請求項２−４のいずれかに記載の方法。 - 前記炭素量の増加は、後処理を施すことにより行う
ことを特徴とする請求項２−４のいずれかに記載の方法。 - 前記後処理は、金属含有化合物を、前記ダイアモンドコーティング層（１）の上部に添加することにより行う
ことを特徴とする請求項１０記載の方法。 - 前記後処理は、前記ダイアモンドコーティング層（１）の表面の最終処理により行い、
前記最終処理は、水素、ハロゲン、金属、導電性鉱物分子、導電性有機分子、タンパク質からなるグループから選択された材料を用いて行われる
ことを特徴とする請求項２−１０のいずれかに記載の方法。 - 前記ＣＶＤステップの後、粒子サイズを小さくする
ことを特徴とする請求項２−１０のいずれかに記載の方法。 - 微小機械システムの微小機械部品において、
前記微小機械部品は、請求項１−１３の何れかの方法により得られる
ことを特徴とする微小機械システムの微小機械部品。 - 前記ダイアモンドコーティング層（１）は、ｓｐ２混成軌道の炭素量が表面に向かって徐々に増加している
ことを特徴とする請求項１４記載の微小機械部品。
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