JP2014152373A - 摺動部材 - Google Patents

Abstract

【課題】乾燥条件下（潤滑剤の非存在下）に、低摩擦性と低摩耗性を達成できる摺動部材を提供する。
【解決手段】摺動要素１とその相手方となる摺動要素２からなる摺動部材であって、摺動要素１が酸化物セラミックスからなり、摺動要素２が水素およびｓｐ^３／ｓｐ^２−混成炭素の薄膜からなる摺動部材である事を特徴とする。
【選択図】図７

Description

本発明は乾燥摩擦条件下における低摩擦摺動部材に関する。より詳細には、乾燥条件下すなわち潤滑剤の非存在下にあっても十分に低い摩擦係数を得ることができると同時に、実質的に摩耗されることがない摺動部材や、耐摩耗性が要求される機械部品類において潤滑油を使用しなくとも実用的な作動を行うことができる摺動部材に関する。

近年、部材の摺動がなされる部分において派生する摩擦力によるエネルギーの損失、摩耗による部品の消耗、摩耗した部材による環境汚染、動力機械類の省エネルギー化などの社会適用に対応するために低摩擦系の摺動部材が求められ、その解決にトライボロジーが注目されている。
我が国の基幹産業においてトライボロジーは重要な役割を担っている。例えば、自動車産業において、現在、地球環境保全のため、自動車からの排出される二酸化炭素の削減を目指してさまざまな取り組みが行われている中で、さらなる低燃費を目指すためには、動力源の開発だけでなくエンジン内部および駆動系における摩擦によるエネルギーの伝達ロスの低減が重要となってきている。すなわち、動力系機器における摺動部材の摩擦係数の低減化、耐摩耗性の向上を図ることが必要であることが認識され、構造用鋼あるいは高合金鋼からなる摺動部材の摺動面を構成する新たな材料としての非晶質硬質炭素材料（ＤＬＣ）などが注目されている。燃費向上を図るなどの点から、エンジンや変速機、減速機などの自動車用駆動系ユニットなどにおいても摩擦損失の低減が求められている。

摩擦が低減され、摩擦損失が低減されることが重要な技術分野としては、例えば、マイクロエレクトロニクス、集積回路（ＩＣ）、マイクロコントローラー、デジタルメモリーチップ、メモリーチップ、小型の電子回路およびマイクロチップの生産が挙げられる。これらはクリーンルームの中で生産され、空気中の粉じん濃度や環境汚染物質濃度は、非常に低く保たれている。これは、マイクロエレクトロニクスやチップは、粒子やホコリやエアロゾルの汚染による影響を受けやすいからである。クリーンルームの中で設備や機械的な装置が摩擦により微粒子を発生させ、潤滑剤や流体が化学物質の蒸気やエアロゾルを発生させるが、摩擦による損耗がなくなるとクリーンルーム内の環境が向上し、空気汚染を最小限におさえることができる。また、酸素を含有する系に微細粒子が混入すると、火災が発生しやすくなる。微細粒子は表面積が大きく、低いエネルギーでも発火するからである。断熱圧縮、共鳴、固体摩擦、流体摩擦、促進発火などが酸素を含有する系では発火源となる。すなわち、摩擦がなく摩擦により発生する微粒子がない摺動システムは、酸素濃度が高い系（すなわち、医療や工業設備における、充填弁、遮断弁、残圧弁、調整弁、安全弁）での安全性を確実なものにすることができる。

従来、摩擦係数の低い特性を有する材料としては、せん断抵抗の小さい層状結晶構造を有するグラファイト、二硫化モリブデン、窒化ホウ素などの粉末やその焼結体などの固体潤滑材が知られているが、様々な硬質薄膜が潤滑油の使用困難な過酷な環境下における低摩擦、耐摩耗性の要求から広く研究されてきている。
例えば、構造用鋼あるいは高合金鋼からなる摺動部品において、耐摩耗性向上や低摩擦係数化を実現するために、各種表面処理により非晶質硬質炭素（以下、ＤＬＣ、またはダイヤモンドライクカーボンとも言う。）膜をコーティングする技術が数多く提案されてきた。そこで、非晶質硬質炭素膜は、工具、金型、磁気ヘッド、磁気ディスクなどに耐摩耗性を付与させる保護膜としての利用がなされている。これは、非晶質硬質炭素膜が高硬度であることに由来するものである。しかしながら、すべり材の表面処理、すなわち潤滑膜としての利用については、潤滑油中あるいは潤滑油が介在する条件での利用の試みがわずかに見られる程度である。

硬質炭素膜類を利用した摺動部材としては、例えば、従来のなど等方性グラファイトなどの低摩擦材料に比べて無潤滑条件ないし油膜の少ない摩擦環境条件においても摺動面での摩擦損失がより低減され、摺動面全体に高配向性グラファイトを用いた場合に比べて良好な耐摩耗性を有する摺動部材を提供するにあたり、摺動面であるスカート部の一部に、Ｘ線回折測定によるグラファイト−２Ｈ００２回折位置でのロッキングカーブにおける半値幅が７°以下である高配向性の特定グラファイトからなる面と、高配向性の特定グラファイトより耐摩耗性に優れる合金からなる面が摺動方向に向かって摺動方向と平行に設けられている摺動部材（特許文献１）、特殊なスラリーや純粋に対して耐摩耗性を発揮するとともに、低摩擦での泣き現象がなく、トルク変動のない摺動部品として、硬質材の摺動面にダイヤモンドライクカーボン被膜を形成するとともに、ダイヤモンドライクカーボン被膜の厚さを特定した摺動部品（特許文献２）、また、真空中で使用された場合でも長期に渡って潤滑性能が良好である転がり支持装置であって、内輪および外輪の軌道面に、水素（Ｈ）と炭素（Ｃ）とからなり水素含有率が４０原子％以上５３原子％以下であるダイヤモンドライクカーボン層を形成し、ボールの間にポリエチレン製のスペーサを配置した転がり指示装置（特許文献３）が提案されている。

潤滑油を必要としない摺動部材を得ることは非常に多くの利点をもたらすことは言うまでもない。例えば、粉じん濃度や環境汚染物質濃度を抑えることが必要なマイクロエレクトロニクス、集積回路（ＩＣ）の製造工程において利用される。上記の特許文献１に記載のように潤滑剤を使用しない乾燥摺動部材として非晶質硬質炭素膜や窒化炭素膜などを潤滑膜として使用することが提案されているが、酸素の影響が大きな問題となる。非晶質硬質炭素膜の炭素原子が大気中の酸素と結合しやすいため、大気中で使用すると、徐々に酸化されてしまうのである。実際に大気中で使用するとなると酸化の問題により、長時間の使用は無理であり耐久性に劣ることが知られている。

そこで、大気による酸化の解決策として、例えば、相対向して摺動する二つの部材のうち少なくとも一方の部材の摺動面に窒化炭素膜が形成されており、該摺動面が実質的に窒素ガス雰囲気となるように構成した摺動装置（特許文献４）、あるいは互いに摺動する摺動部材のうち、少なくとも一方の摺動面に非晶質硬質炭素被膜、窒化炭素被膜（ＣＮｘ被膜）またはダイヤモンド被膜硬質炭素被膜が形成された一対の摺動部材と、該一対の摺動部材の摺動面間に電圧を印加する電圧印加手段を備えることにより乾燥摩擦条件下であっても大気中において、耐摩耗性を向上させると共に摩擦係数を低減することができる摺動ユニットが提案されている（特許文献５）。しかしながら、これらは非晶質硬質炭素を乾燥摩擦条件下で摺動摩擦係数や摩耗性を低減した材料として使用するための問題点を解決したものではない。

従来、非晶質硬質炭素を成膜する方法としては、一般にプラズマＣＶＤ法が用いられている。これは、真空チャンバー内に原料ガスを導入した後、高周波放電（
容量結合型プラズマ励起方式と誘導結合型プラズマ励起方式など） やマイクロ波放電により活性なラジカルやイオンを生じさせて、基材に非晶質硬質炭素を成膜するものである。非晶質硬質炭素膜の成膜については、例えば、特許文献６、７、８など多くの文献が知られている。

特開２０１０−２２３２８８号公報 特開２００４−２２５７２５号公報 特開２００７−５６９３６号公報 特開２００２−３３９０５６号公報 特開２００７−７０５６５号公報 特開２００４−３２３９７３号公報 特開２０１０−１２６４１９号公報 特開２００４−２３８６９６号公報

本発明は、上記の従来技術における問題点を検討し、研究開発の努力を鋭意継続することにより実現されたものである。すなわち、本発明は、乾燥すべり接触の条件下において、低摩擦であると同時にほぼ無摩耗である摺動部材を実現することを目的とするものであり、通常の地上での環境下において幅広いすべり速度において実質的に無摩耗であることの達成を目的とする。
通常、オイルで潤滑された摩擦系は、境界潤滑から混合潤滑を経て流体潤滑までの、いわゆる“ストライベック曲線”のように速度増加に従って摩擦も変化する。混合潤滑状態のすぐあとに、二つのあわせ面を分離する油膜が形成され、二つの表面は膜で分離されるので、アブレシブ摩耗は起こらない。
オイル回路やオイルの密封が不要になるドライスライディングでは装置全体の設計がシンプルになるためドライランニングまたは非潤滑油の摩擦系の実現は有用なるものである。本発明は、乾燥すべり接触下での低摩擦係数を呈する摩擦対の組み合わせを実現することを目的とする。
本発明は乾燥条件下すなわち潤滑剤の非存在下にあっても十分に低い摩擦係数を得ることができると同時に、実質的に摩耗されることがない摺動部材、耐摩耗性が要求される機械部品類において潤滑油を使用しなくとも実用的な作動を行うことができる摺動部材を提供することを提供するを目的とする。

本発明は以下の技術的要素より構成される。
（１）摺動要素１とその相手方となる摺動要素２からなる摺動部材であって、摺動要素１が酸化物セラミックスからなる摺動面を有し、摺動要素２が水素およびｓｐ^３／ｓｐ^２−混成炭素を含む薄膜からなる摺動面を有することを特徴とする摺動部材。
（２）摺動要素１と摺動要素２のトライボロジー的オーバーラップ比が、摺動要素１では１００％であり、摺動要素２では１００％未満である上記（１）に記載の摺動部材。
（３）摺動要素１の酸化物セラミックスが一体成形物または薄膜である上記（１）または（２）に記載の摺動部材。
（４）摺動要素１の酸化物セラミックスは安定化ジルコニア、マグネリ相のチタニアを含む二酸化チタン、アルミナ、およびジルコニア強化アルミナから選ばれる１種またはそれ以上からなる上記（１）から（３）のいずれかに記載の摺動部材。
（５）摺動要素１の表面粗さＲａが２．０μｍ以下である上記（１）から（４）のいずれかに記載の摺動部材。
（６）摺動要素２の薄膜が、水素およびｓｐ^３／ｓｐ^２−混成炭素からなり、ｓｐ^３／（ｓｐ^２＋ｓｐ^３）が４０原子％より大きい上記（１）から（５）のいずれかに記載の摺動部材。
（７）摺動要素２の薄膜が、非晶質硬質炭素であって、水素化されたアモルファス炭素を含んでいる上記（１）から（６）のいずれかに記載の摺動部材。
（８）摺動要素２の表面粗さＲａが２．０μｍ以下である上記（１）から（７）のいずれかに記載の摺動部材。
（９）摺動要素２が、鉄、鋼、鉄合金、アルミニウムあるいはアルミニウム合金からなる金属製の基材とその表面に形成された薄膜からなる上記（１）から（８）のいずれかに記載の摺動部材。
（１０）摺動要素２の薄膜が、金属を含有しその含有量が表面に向かって減少している傾斜層と水素およびｓｐ^３／ｓｐ^２−混成炭素からなる表面層を有する上記（１）から（９）のいずれかに記載の摺動部材。
（１１）傾斜層が、クロム、タングステン、およびチタンから選ばれた１種以上の金属を含有する上記（１０）に記載の摺動部材。
（１２）摩擦率または摩耗率がすべり速度に依存しない性質を有する上記（１）から（１１）のいずれかに記載の摺動部材。
（１３）酸化雰囲気下において低摩擦性および低摩耗性を示す上記（１）から（１２）のいずれかに記載の摺動部材。

本発明により、乾燥すべり接触の条件下において、低摩擦であると同時にほぼ無摩耗である摺動部材を実現することが可能であり、通常の地上での環境下において幅広いすべり速度において実質的に無摩耗であることを達成することができる。
本発明において、摩擦対の一方をｓｐ^３／ｓｐ^２−混成軌道炭素が特定比率で混合状態のカーボン薄膜とし、他方を酸化物セラミックスとすることにより乾燥すべり接触下での低摩擦係数を呈する摩擦対の組み合わせを実現したことは驚くべきことである。本発明により、無潤滑（乾燥）摩擦は酸化物セラミックと特定の炭素薄膜とを組み合わせることで低減できるという結果を得たが、これらの摺動部材のもう一つの有益な特性は、摩擦係数が、程度の違いはあるが、すべり速度と相関がないという利点を有していることである。
本発明の摺動部材は、従来の摺動部材と対比して以下の特徴を有している。
（ａ）ＤＬＣに対するセラミックス、特に、ＭｇＯ−ＺｒＯ_２／α−Ａｌ_２Ｏ_３の乾燥すべり対が高い荷重容量を持つことを空気中での低摩擦において達成した。
（ｂ）地上の環境下、二桁におよぶ広範囲（０．０３〜６ｍ／ｓ）のすべり速度において、すべり速度に依存せず低摩擦、低摩耗である。
（ｃ）荷重容量の範囲は１００―４００ＭＰａで、程度の差はあるが、最大６ｍ／ｓまではすべり速度に依存しない。
（ｄ）ＰＶ値が非常に高く、１０ＭＰａ・ｍ／ｓ〜１，２００ＭＰａ・ｍ／ｓの範囲である。ＰＶは、低摩耗状態と高摩耗状態の間の境界を表すとともに、それ以上では荷重負荷材料が正常に機能しなくなる上限値を表す。
（ｅ）蒸着過程によって、コーティングの仕上げを行わずに表面粗さ（ＲＭＳやＲａ）を５ｎｍより小さくできる。
（ｆ）酸化雰囲気においても低摩擦、低摩耗を実現できる。

摺動要素２の層構造の一例を示す。 摺動要素２の断面における、基材(鉄)１、傾斜層２およびＤＬＣ層３の公正元素の分布を示す。 ＤＬＣ膜の断面のＴＥＭ画像を示す。 ＤＬＣ膜の断面におけるＥＤＸによる元素の分布強度を示す。 図４に示した元素の分布強度を拡大表示して示した。 本発明の薄膜（ＤＬＣ）を作成するスパッタリング装置の概念図を示す。 乾燥摺動下でのすべり速度と摩擦係数の関係を示す。 乾燥摺動下でのすべり速度と摩耗率の関係を示す。

本発明の摺動部材は、摺動要素１とその相手方となる摺動要素２からなる摺動部材であって、摺動要素１が酸化物セラミックスからなり、摺動要素２が水素およびｓｐ^３／ｓｐ^２−混成炭素からなる薄膜からなることを特徴とする。本摺動部材は、乾燥摩擦条件下において低摩擦となる摺動要素の組み合わせからなり、すべり速度の範囲が０．０３〜６ｍ／ｓにおける乾燥すべり接触において、荷重容量の範囲が１００―４００ＭＰａであることから、すべり＆ころがり軸受ガイドを本発明のすべり摩擦対に置き換えることができる。
本発明の摺動部材は、例えば、内燃機関の動弁機構、燃料圧送ポンプの燃料噴射弁の駆動機構、などの自動車における各種摺動部品の保護皮膜、試作用金型、工具などとして使用することができ、また、マイクロエレクトロニクス、集積回路（ＩＣ）、マイクロコントローラー、デジタルメモリーチップ、メモリーチップ、小型の電子回路およびマイクロチップが製造されるクリーンルーム中で使用される設備、機器から摩擦により生ずる微粒子の発生を防止し、空気中の粉じん濃度や環境汚染物質濃度を非常に低く保つことにも有用である。

本発明の摺動部材は、例えば、閉じた摩擦系で、トライボロジー的オーバーラップ比（トライボロジー的接触比）が１００％より小さい摺動要素２と、その相手方となるトライボロジー的オーバーラップ比が１００％の摺動要素１がトライボロジー的に相互作用しており、摺動要素１が酸化物セラミックスからなり、摺動要素２は水素およびｓｐ^３／ｓｐ^２−混成炭素でできた薄膜でコーティングされた基材からなり、摺動要素１と摺動要素２の接触面では潤滑剤などは介在されていない乾燥摩擦状態でありながら実質的な無摩耗を達成することができる。摺動要素１（または主要摺動要素）のあわせ面のオーバーラップ比が１００％であり、常に相手材と接触している。摺動要素２（相手材）は、どの表面ともオーバーラップ比が１００％より小さく、間欠的に接触するのみであり、接触部分を通して周期的で局所的な接触圧力を受ける。
以下に本発明を説明するにあたり、「水素およびｓｐ^３／ｓｐ^２−混成炭素からなる薄膜」を「非晶質硬質炭素膜」または「ＤＬＣ膜」とも言う。また、本発明の「非晶質硬質炭素膜」は「傾斜層」、「非晶質硬質炭素層」を含むものである。

摺動部材において、摩擦係数が低く無摩耗状態を達成するために必要な複数の要素を想定できるが、例えば、以下の２つ以上を具備することが望ましいとされている。
a. 原子レベルで平滑な表面
b. 小さな表面相互作用
c. 弾性的に変形した微小な凹凸
こうした条件を満足するには、主に、摺動部材の材質が大きな要因となるが、好ましくはさらに表面平滑度などが規定される。
次に、摺動部材の材質について説明する。

［摺動要素１の材質］
摺動要素１は、酸化物セラミックスからなりその種類は特に限定されないが、安定化ジルコニア、マグネリ層のチタニアを含む二酸化チタン、アルミナ、およびジルコニア強化アルミナの中から１種以上の組み合わせとして選ばれることが好ましい。
摺動要素１の表面粗度は、Ｒａ値は２．０以下であることが好ましいが、０．１μｍ以下であることがより好ましく、０．１〜０．００１μｍがさらに好ましい。また、Ｒａは０．０１８〜０．０２６μｍが最適である。Ｒｚ値は１．０〜０．１μｍの範囲が好ましく、さらに好ましくは０．５〜０．０５μｍの範囲であり、０．１６３〜０．３２１μｍが最適である。
安定化ジルコニアは、部分安定化ジルコニアとも称される。安定化されていないジルコニアは高温領域で相転移を起こすため、立方晶または正方晶での安定化（相転移を起こさない）を図るために安定化剤として、酸化マグネシウム（マグネシア）、酸化イットリウム（イットリア）、酸化セリウム（セリア）、他のアルカリ土類金属の酸化物、ランタン酸化物、希土類元素の酸化物などを結晶格子中に加えたものであり、高温における相転移で体積が大きく変わることによる割れの発生を防止したものである。
例えば、マグネシアによって安定化されたジルコニア（ＰＳＺ）としては、焼結され、３．３ｗｔ％のＭｇＯを含むもの（ＺＮ４０、微小硬度１１，０８０ＭＰａ、ＨＶ０．２、密度r＝５．７４ｇｒ．／ｃｍ^３）が利用される。ＺＮ４０はレンズ状、正方晶でナノサイズのＺｒＯ_２粒子が立方晶のＺｒＯ_２基質に一様に分散されている。ＸＲＤ（Ｘ線回折）で測定した相の構成は：５２％が正方晶、８％が単斜相（主に結晶粒境界領域）、残りは立方晶である。典型的な平均粒子サイズは７０μｍ。定置試料はとしては、一体成形物のＭｇＯ−ＺｒＯ_２を研磨して作られる。

酸化チタンとしては、マグネリ相のＴｉ_ｎＯ_２ｎ−１とＴｉ_ｎ−２Ｃｒ_２Ｏ_２ｎ−１が使用され乾燥すべりにおいては、特に４００〜８００℃で、かなり摩耗減少することが確認されている材質であるが、本発明の摺動要素として使用される。
アルミナ（酸化アルミニウム）としては、例えば、純度９９．７％の焼結アルミナ（Ａ１９９９．７、１４，７４０ＭＰａ、ＨＶ０．２、密度ρ＝３．９ｇｒ．／ｃｍ^３）を用いることが好ましい。定置試料は一体成形物のα−Ａｌ_２Ｏ_３を研磨して作られ、平均粒子サイズは２〜８μｍの焼結体である。
ジルコニア強化アルミナとは、例えば、アルミナにジルコニアを添加し、緻密に焼結させた強化アルミナあり、従来のアルミナに比べて、機械的強度、破壊靭性が高く、特に耐衝撃部材、耐摩耗部材の用途である切削工具などに使用されている材料である。

［摺動要素２の材質］
本発明の摺動要素２は水素を含みｓｐ^３／ｓｐ^２−混成炭素を含む薄膜からなり、例えば、ダイヤモンドライク炭素（ＤＬＣ）とも称される非晶質硬質炭素層からなる薄膜でありその構造は水素化されたアモルファス炭素（ａ−Ｃ：Ｈ）を含むものである。例えば、層の形成には、固体炭素（黒鉛）がスパッタリングのターゲット源とされ、同時にメタンガス（ＣＨ_４）や水素（Ｈ_２）を介在させて成膜される。
摺動要素２の表面粗度は、Ｒａが２．０μｍ以下であることが好ましいが、０．５〜０．０００１μｍであることがより好ましく、さらに好ましい範囲は０．０５〜０．０００５μｍである。また、Ｒｚは０．１〜０．０１μｍの範囲が好ましく、さらに好ましくは０．０５〜０．０１μｍの範囲である。
非晶質硬質炭素膜が形成される前の基材の表面粗さは、０．５μｍ以下、好ましくは０．０５μｍ、さらに好ましい範囲は０．０１μｍである。
また、以下のａからｃに関連した特性を持つ非晶質硬質炭素薄膜コーティングを設けることが好ましい。
ａ．圧痕係数（Indentation modulus）（弾性係数と同等）は、鋼鉄の圧痕係数よりも低い。
ｂ．蒸着段階で、極めて粗さが小さい。
ｃ．多量の（例えば、実測値でｓｐ^３／（ｓｐ^２＋ｓｐ^３）＝５１％）ｓｐ^３−混成軌道の炭素を含有する。
基材表面上への非晶質硬質炭素膜の形成には、基材表面に直接形成することが行われるが、クロム、タングステン、チタンなどの金属を含有させた傾斜層（ボンド層）を有することが好ましく、さらに、傾斜層は基材側の金属含有率を大きくし、表面非晶質硬質炭素層へと金属含有量が減少するように段階的に非晶質硬質炭素の組成に近づけ、表面は純粋な非晶質硬質炭素層に変化させることが好ましい。
摺動要素２の表面に設けた非晶質硬質炭素薄膜を、蒸着後に機械加工や表面処理をしないで触針式表面形状測定装置（ｓｔｙｌｕｓ ｐｌｏｆｉｌｏｍｅｔｅｒ）（ＨＯＭＭＥＬ Ｔ８０００， ｓｔｙｌｕｓ ｔｉｐ ＴＫＬ１００ ｗｉｔｈ ６０°ａｎｄ２μｍ）を用いて表面粗さを測定したところ、：Ｒａ＝０．００５μｍ、Ｒｐｋ＝０．００６μｍ、Ｒｖｋ＝０．０１２μｍであった。表面粗さは、Ａｓｙｌｕｍ Ｃｏｒｐ製の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で測定した２Ｄトポグラフィー画像からもまた計算することができるが、自乗平均粗さ（ＲＭＳ）は、ＲＭＳ＝２．５３ｎｍ（０．００２５３μｍ）でＲａ＝１．９８ｎｍ（０．００１９８ μｍ）であった。この非常に低い平面粗さは、一次粒子の沈着時には非常に大きな核発生速度であることを示している。こうして、図３に示すような無定形の凝集状態となる。
表１に、本発明の摺動要素２で基材の表面に形成された非晶質硬質炭素薄膜の特性の一例を示す。水素成分はＥＲＤＡ（Ｅｌａｓｔｉｃ Ｒｅｃｏｉｌ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ａｎａｌｙｓｉｓ）により測定したところ１６原子％であった。

＊吸収端近傍Ｘ線吸収微細構造（ＮＥＸＡＦＳ）； ＋ナインデンダー：ＥＬＩＯＮＩＸ ＥＮＴ−１００ａ 加重９．８ｍＮ； ＰＶＤ＝物理気相成長法

［非晶質硬質炭素膜の構造］
摺動要素２の表面を形成する非晶質硬質炭素膜は、アモルファス炭素（ａ−Ｃ）と、水素化されたアモルファス炭素（ａ−Ｃ：Ｈ）の準安定形で、ｓｐ^３／（ｓｐ^２＋ｓｐ^３）が４０〜５５原子％の混成軌道比率と水素成分を１０〜２０原子％を含むことが好ましい。一般的なａ−Ｃ：Ｈ薄膜では、ｓｐ^３／（ｓｐ^２＋ｓｐ^３）炭素成分が４０原子％より小さいものであり、広く用いられるアモルファス炭素薄膜の二相モデルは、ｓｐ^３基材中の黒鉛状クラスター、あるいはナノ結晶二相構造のものである。
摺動要素２の具体例の層構造を図１に示す。摺動要素２は基材である金属１の表面に傾斜層２を介して非晶質硬質炭素層３が設けられている。表面の非晶質硬質炭素層３には金属を含んではいない。傾斜層２は、中間層あるいはボンド層とも称され、基材である金属の表面に非晶質硬質炭素層を強固に接合する役割を果たすものであり、傾斜層は金属および非晶質硬質炭素を含有し金属表面から離れるに従って非晶質硬質炭素に近似した組成となる。中間層の基材表面での組成は１００％の金属成分からなっていても、金属成分を含む非晶質硬質炭素であってもよい。傾斜層２の金属成分はクロム、タングステン、チタンから選ばれる。

遷移電子顕微鏡（ＴＥＭ）により本発明の一実施態様の非晶質硬質炭素膜の中間層の断面を観察したところ、非晶質硬質炭素層と中間層の和は０．６〜３μｍあり、非晶質硬質炭素層は好ましくは５４０ｎｍであった。基材と非晶質硬質炭素膜の間には孔や空隙はなかった。クロム金属からなる層は約５０ｎｍあり、中間層中で金属の濃度が傾斜している部分は約１００ｎｍであった。中間層には、無定形のマトリックス領域にナノ結晶が分散している。こうして、中間層の金属成分は無定形の非晶質硬質炭素層となるまで次第に減少している。
図２は、表面を窒化した鋼材１（Ｃｒｏｎｉｄｕｒ３０）の表面にクロム元素と非晶質硬質炭素からなる傾斜層２を介して非晶質硬質炭素層３を設けた本発明の一例の非晶質硬質炭素膜の断面の元素分布を示す。傾斜層２では非晶質硬質炭素層に向かって金属元素が減少していることが濃淡の調子によって明らかに把握することができる。傾斜層から非晶質硬質炭素層へと遷移する部分および非晶質硬質炭素層は、Ｘ線（ＸＲＤ）あるいは電子線（ＴＥＭ）の測定からは無定形であることが分かった。このことは図３に示されている。非晶質硬質炭素層は炭化物などの不純物を含有してはいない。
図４は、表面を窒化した鋼材１（Ｃｒｏｎｉｄｕｒ３０）の表面にクロム元素と非晶質硬質炭素からなる傾斜層２を介して非晶質硬質炭素層３を設けた本発明の非晶質硬質炭素膜の断面の元素分布を示す。黒い部分が非晶質硬質炭素層である。断面の元素分布の詳細は図５に示す。ＪＥＭ２２００により２００ｋｖで測定したものであり、Ｆｅ：鉄、ＯＫ：酸素、ＳｉＫ：珪素、ＡｒＫ：アルゴン、ＣｒＫ：クロム、を表す。クロム元素が基材表面から次第に減少して非晶質硬質炭素層に連続していることが図５には明確に示されている。

［非晶質硬質炭素膜の形成］
非晶質硬質炭素膜を形成するスパッタの原理は、図６に示すように、アルゴン（Ａｒ）などのスパッタガスを導入した真空中でターゲットを陰極として陽極の間でグロー放電させてプラズマを形成し、このプラズマ中のイオンをターゲットに衝突させてターゲットの原子を弾き飛ばし、この原子をターゲットと対向して配置された金属製ワーク上に堆積させて皮膜を形成するようになっているマグネトロンスパッタ法により行われる。なお、非晶質硬質炭素成膜時には、非晶質硬質炭素中への水素量を制御するため、メタン（ＣＨ_４）などの炭化水素ガスあるいは水素ガス（Ｈ_２）がスパッタガスとともに使用される。
基材は、加熱された後、アルゴンエッチングで清浄化される。前述のマグネトロンスパッタ法において、蒸着条件として、例えば、以下の条件で行われる。
ａ． 炭素／黒鉛陰極出力：１２ｋＷ×４陰極
ｂ． メタン（ＣＨ_４）に対するアルゴンの比率：１０：３、ガス分圧は０．４Ｐａ
ｃ． 蒸着中の基材温度：２７０℃

摺動要素２として基材上に形成された本発明の非晶質硬質炭素膜は、水素を含むアモルファス炭素であって、ｓｐ^３／ｓｐ^２混成炭素からなり、ｓｐ^３／（ｓｐ^２＋ｓｐ^３）の値は、４０から５５の範囲が好ましい。ｓｐ^３／（ｓｐ^２＋ｓｐ^２）値は、例えば、ニューダイヤモンドフォーラム平成２０年度第１回セミナー（平成２０年１０月１７日）における、「ＤＬＣの内部構造の基礎」神田一浩 兵庫県立大学 高度産業科学技術研究所 第３５〜４５頁に記載の方法によって測定される。

傾斜層を形成するには、蒸発源の金属ターゲットとスパッタ蒸発源のグラファイトターゲットを同時にスパッタし、ターゲット出力を次第に変化させて金属と炭素の傾斜組成膜として形成されるスパッタ蒸発源の金属ターゲット出力を時間に対して比例的に減少させる一方、スパッタ蒸発源のグラファイトターゲット出力を時間に対して比例的に増加させて、所定時間だけスパッタが行われる。さらに、グラファイトターゲットの出力を１００％として表面の非晶質硬質炭素膜が形成される。

［基材の材質］
摺動要素２は、基材とその表面に形成された非晶質硬質炭素薄膜を有するが、好ましくは金属と炭素からなる傾斜層が設けられる。基材は機械部品としての物性を満足するものであれば良いが、通常金属からなる。金属としては、ステンレス鋼などの各種鉄鋼類、鉄合金類、アルミニウムあるいはその合金類が使用される。基材表面に平滑な非晶質硬質炭素薄膜を形成するためには、基材の表面はＲａ値が０．０１μm以下であることが好ましい。
基材表面が２００℃以上でアニーリングされた鉄鋼類や、浸炭処理、窒化処理、窒化浸炭・窒化などの熱化学的に処理された鋼材類が用いられる。また、金属アルミニウム合金を基材とする場合にはその表面が化成被覆されていることが好ましい。

［摺動要素１および摺動要素２の表面の平滑性］
本発明の摺動部材は摺動要素１および摺動要素２を特定の材質から選択することにより乾燥摩擦状態において低摩擦および低摩耗性（無摩耗）を達成することが出来るが、各要素の表面が平滑であることが好ましい。摺動要素１（セラミックス）ではＲａが０．１μｍ以下、摺動要素２（非晶質硬質炭素）ではＲａが０．１μｍ以下であることが好ましい。セラミックス類の表面荒さの調整は市販品の購入および従来の成形技術、研磨技術を適用することにより達成することが出来る。また、非晶質硬質炭素膜の表面荒さはスパッタリング条件を調整することにより行われる。

[摩擦試験]
[試料]
摩擦試験で使用した試料は、以下のものであった。
（ａ）Ａｌ_２Ｏ_３は、純度９９．７％で、Ｒａ＝０．０３３μｍかつＲｐｋ＝０．０１９μｍ。
（ｂ）ＭｇＯ−ＺｒＯ_２は、３．３ ｗｔ．％ＭｇＯを含み、Ｒａ＝０．０２８μｍ。
（ｃ）ＳｉＣは焼結体を使用した。
（ｄ）ＤＬＣ薄膜は、Ｃｒｏｎｉｄｕｒ３０の表面は非晶質硬質炭素の蒸着前にＲａ＜ ０．０１μｍ（Ｒａ＝Ｃ．Ｌ．Ａ．＝中心線平均粗さ）となるよう研磨された表面に非晶質硬質炭素膜を形成した。蒸着後に機械加工や表面処理をせず、触針式表面形状測定装置（ｓｔｙｌｕｓ ｐｌｏｆｉｌｏｍｅｔｅｒ）（ＨＯＭＭＥＬ Ｔ８０００， ｓｔｙｌｕｓ ｔｉｐ ＴＫＬ１００ ｗｉｔｈ ６０° ａｎｄ ２μｍ）を用いて表面粗さを測定したところ、： Ｒ_ａ＝ ０．００５μｍ，Ｒ_ｐｋ＝０．００６μｍ，Ｒ_ｖｋ＝０．０１２μｍであった。
表面粗さは、Ａｓｙｌｕｍ Ｃｏｒｐの原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で測定した２Ｄトポグラフィー画像からもまた計算することができる。非晶質硬質炭素コーティング（蒸着時）の自乗平均粗さ（ＲＭＳ）は、ＲＭＳ＝２．５３ｎｍ（０．００２５３ μｍ）でＲ_ａ＝ １．９８ ｎｍ （０．００１９８ μｍ）であった。
また、ｓｐ^３／（ｓｐ^２＋ｓｐ^３）は５０原子％であり、水素含有量は１６原子％であった。

ＤＬＣ薄膜のスパタリングによる形成は次の操作によりおこなった。
ＵＢＭスパッタ装置内に、洗浄後のワーク（Ｘ４０ＣｒＭｏＮ１５−１， ＤＩＮ： １．４１０８； ＳＡＥ ＡＭＳ： ５８９８）を配置し、アルゴン（Ａｒ）プラズマによるアンバランスドマグネトロンスパッタリング（ＵＢＭ）によりスパッタを行った。スパッタリングの雰囲気にはメタンとアルゴンの混合系とし、メタンに対するアルゴンの比は１０．３、ガス分圧は０．４Ｐａとした。ターゲットの印加電圧（スパッタ電源電圧）とワークに印加されるバイアス電圧は直流（マイナス）である。ワーク表面とターゲットとの最近距離は１５ｃｍとしスパッタにより成膜を行った。ワーク上に、クロム（Ｃｒ）の組成比率を変化させた傾斜層（膜厚０．２μｍ）、非晶質硬質炭素（１００％）のトップ層（膜厚０．６μｍ）を順に成膜した（総膜厚０．８μｍ）。バイアス電圧は、成膜開始時から２００Ｖに維持されるが、トップ層の成膜中には１８０Ｖに降下される。

［摩擦測定］
摩擦計としては、無潤滑状態のすべり摩耗テストを、先のＤＩＮ５０３２４（またはＡＳＴＭ Ｇ９９）に従って行うため、ＢＡＭが設計した高温摩擦計が用いられた。ＢＡＭが計画した試験概念は、定置試験試料として、球ではなくトロイド（円錐曲線回転面）を用いる。これはＤＩＮ ５１８３４／ＡＳＴＭ Ｇ９９で推奨されている。球面の（Ｒ１＝６ｍｍ ａｎｄ Ｒ２＝２１ｍｍ）定置試料は、表面が研磨され、これを試験中、Ｃｒｏｎｉｄｕｒ ３０（Ｘ４０ ＣｒＭｏＮ１５−１，ＤＩＮ：１．４１０８；ＳＡＥＡＭＳ：５８９８）で作られた回転試料のコーティングされた平面に対して押し付ける。１０Ｎの垂直力がかけられ、その結果、初期のヘルツ圧ＰＨは、自己組み合わせセラミックにおいては７００−１，０００ＭＰａとなる。
ＭｇＯ−ＺｒＯ_２／ＤＬＣとa−Ａｌ_２Ｏ_３／ＤＬＣの対でのすべり距離は５，０００ｍであった。試験は空気中、２３℃で行われた。すべり速度は、０．０３、０．１、０．３、１．０、３．０および６．０ｍ／ｓであり、相対湿度は２０−２８％であった。
計算された初期ヘルツ接触圧は、ＤＬＣと以下のセラミックスの組み合わせでＦＮ＝１０Ｎ、以下の試験形状の場合に、下記のとおりであり：
ａ． ＭｇＯ−ＺｒＯ_２／ＤＬＣ； Ｐｏｍａｘ＝５４０ＭＰａ
ｂ． a−Ａｌ_２Ｏ_３／ＤＬＣ； Ｐｏｍａｘ＝６２０ＭＰａ，
このようにＤＬＣの小さな係数が支配的であった。

摩擦力、合計線形摩耗および試料温度の連続測定が行われた。摩耗体積は、摩耗傷の寸法と摩耗痕の形状測定結果から計算された。試験試料としては、ＭｇＯ−ＺｒＯ_２を、それ自体（ＭｇＯ−ＺｒＯ_２）、α−Ａｌ_２Ｏ_３およびＳＳｉＣ（焼結ＳｉＣ）、と組み合わせた比較例試験のすべり距離は１０００ｍであった。

摩擦力、合計線形摩耗および試料温度の連続測定を行なった。摩耗体積は、摩耗傷の寸法と摩耗痕の形状測定結果から計算された。所定のセラミックスを組み合わせて乾燥すべり対の試験を行った。ＭｇＯ−ＺｒＯ_２を、それ自体（ＭｇＯ−ＺｒＯ_２）、α−Ａｌ_２Ｏ_３およびＳＳｉＣと組み合わせた試験のすべり距離は、１０００ｍであった。α−Ａｌ_２Ｏ_３およびＳＳｉＣのＲａはＭｇＯ−ＺｒＯ_２α-Ａｌ_２Ｏ_３とほぼ同じ値で試験を行った。乾燥滑りの試験結果を図７に示す。
この摩擦対の定置試料（オーバーラップ比が１００％）は、一体成形物の焼結セラミック製で、a. ＭｇＯ−ＺｒＯ_２ またはb. a−Ａｌ_２Ｏ_３からなるものであり、回転試料はその合わせ面に薄膜コーティングが蒸着されたものである。
図７から、ＭｇＯ−ＺｒＯ_２を、ＭｇＯ−ＺｒＯ_２ （Ｐ_０ｍａｘ＝６０２ＭＰａ），a−Ａｌ_２Ｏ_３（Ｐ_０ｍａｘ＝７１３ＭＰａ）、またはＳＳｉＣ（Ｐ_０ｍａｘ＝９２６ＭＰａ）のそれぞれに対して組み合わせた対では摩擦係数は０．４５より上で、それほど潤滑しやすいとはいえない。さらに、摩擦係数の変化は、すべり速度と相関があることがわかる。

ＭｇＯ−ＺｒＯ_２／非晶質硬質炭素とa−Ａｌ_２Ｏ_３／非晶質硬質炭素の場合、摩擦係数は、すべり速度が０．０３ｍ／ｓから６ｍ／ｓに増加するとき、減少傾向を示しているが、すべり速度には関係なく０．２０以下の摩擦係数を維持することがわかる。
すなわち、本発明での重要な利点は、非晶質硬質炭素薄膜の摩耗率がすべり速度と無関係なことである。ドライランニング摩擦系は、摩耗と摩擦がほぼすべり速度と無関係の場合においてのみ、オイル（流体）潤滑系と同などとなる。本発明は、この解決策を提供するものであることが実証された。

図８には回転する相手材（摺動要素２、オーバーラップ比が１００％より小さい）の摩耗率の変化をすべり速度の関数として示している。非晶質硬質炭素薄膜の摩耗率はＭｇＯ−ＺｒＯ_２／非晶質硬質炭素の組み合わせの対では、すべり速度の増加にともない減少する傾向がある。a−Ａｌ_２Ｏ_３／非晶質硬質炭素の組み合わせの対の場合は、薄膜の摩耗率は完全にすべり速度と無関係である。この試験は相対湿度が２０〜２８％の条件で行われた。また、湿度の影響を検討するために、すべり速度０．３ｍ／ｓ、２３℃、相対湿度９９％の条件で乾燥すべり試験が行われた。その結果、摩擦係数は小さくなり０．０７５であったが、ＤＬＣ薄膜の摩耗率には影響がなく、ｋ_ｖ＝１．０７×１０^−８ｍｍ^３／Ｎｍであり、図８に示した結果と同様であった。

５０００ｍの試験終了時の接触圧も興味深いものである。ＡＳＴＭ Ｄ７７５５で説明されている面積測定の摩耗Ｗｑは、ＭｇＯ−ＺｒＯ_２／非晶質硬質炭素の組み合わせの対で５−２０μｍ^２であった、ＤＬＣ薄膜の摩耗深さは〜０．１μｍである。非常に低摩耗である結果として、接触圧は初期の接触圧と大して変わらない。なぜなら、二つの摺動要素間の適応調整によって、摺動要素の弾性変形が幾何的な接触圧へ変わるからである。これらの幾何的な接触形状Ｐ_{０ｍｅａｎ}は試験終了時に１００−２００ ＭＰａと計算された。Ｐ_０ｍａｘはＰ_{０ｍｅａｎ}の１．５倍であった。
試験終了時の幾何的接触圧力は重要である。なぜなら接点上での初期の接触圧力の分布は、ＤＬＣ薄膜で測定された低摩擦のために除かれるので、結果として適合接触状態になっている。その結果、幾何的接触圧力と同様に、接触圧力は均一的に（または流体静力学的に）分布している。
試験終了時の接触圧力Ｐ_{０ｍｅａｎ} １００−２００ＭＰａと関連するすべり速度０．０３から６ｍ／ｓの積は、非常に高いＰＶ値となり、最大１２００ ＭＰａ×ｍ／ｓとなる。このＰＶ値は乾燥すべりにおいて、現在の最先端技術の範囲をはるかに超えたものである。これは、今の乾燥すべりの最先端技術である、焼結青銅４０−７０ＭＰａ×ｍ／ｓ、焼結鉄の１５−３０ＭＰａ×ｍ／ｓの数値を超えている。

［使用した用語の説明］
［ＰＶ値、ＰＶ係数］
ＰＶ係数あるいはＰ×Ｖ値は、軸受圧力と表面速度（純粋なすべり）の積であり、伝統的に（ｌｂ／ｉｎ^２）×（ｆｔ／ｍｉｎ）で表されるが、ＩＳＯではＰａ×ｍ／ｓに相当する。これは、すべり軸受中の機械的入力を、設計の厳しさあるいは摺動材が支持できる最大の機械的入力と位置付ける。ＰＶ限界は、２つの表面の摩擦で熱が発生することを反映するように見える。μＰＶという用語は、発生する熱（または力学的仕事）（Ｗ／ｍｍ^２）に相当する。消散エネルギーは接触面を通過し、乾燥摩擦（無潤滑の）あるいは混合潤滑／境界潤滑の下部の体積へと拡散していくことによる。
また、Ｐ×Ｖは、低摩耗状態と高摩耗状態の間の境界を表すとともに、それ以上では荷重負荷材料が正常に機能しなくなるＰＶ積の上限値を表す。最大許容Ｐ×Ｖは、特に無潤滑接触の場合に、設計で摩擦対を使用するときに役立つ概算である。

［摩耗率］
先のＤＩＮ５０３２１によると、摩耗は寸法や重量、体積の変化で定量化でき、運転条件で標準化できる。このように摩耗率は、「物質が削り取られる速度や、…単位あたりの、例えば単位すべり距離あたりの、摩耗による寸法変化」として定義される。国際的に使われる体積摩耗率、または摩耗係数［ｍｍ^３／Ｎｍ］、（ＤＩＮ５０３２４、ＡＳＴＭ Ｇ９９参照）は、ある運転条件下での対の摩耗の予測を表すが、材料の特性ではない。これは摩耗体積を，実際の垂直力と有効すべり距離で割った比率、と定義される。世界中で通常使われる単位は［ｍｍ^３／Ｎｍ］である。
最先端の摩耗率は、ＯＥＣＤのワーキンググループによると、１９０１年にＢＡＭで確立され、よく知られたストライベック曲線の３つの摩擦の状態が、金属の摩耗率と相関性がある。混合潤滑／境界潤滑と連続的なすべりにおいては、標準的な摩耗率は１０^−７から１０^−９［ｍｍ^３／Ｎｍ］の範囲が一般的であり、弾性流体潤滑（ＥＨＬ）では１０^−９［ｍｍ^３／Ｎｍ］より小さい。乾燥摩擦において摩耗率がセラミックで１０^−８［ｍｍ^３／Ｎｍ］、金属と高分子で１０^−６以下となることは稀である。１０^−８［ｍｍ^３／Ｎｍ］の摩耗率は、毎回の動作により、ただ１原子層だけの微細接触で物質が減ることを表すが、このようなことは考えにくい。この考え方で、乾燥摩擦と液体混合／境界潤滑の間の境界線が理解しやすくなるが、本発明は、驚くべきことに、これを超えたものである。

［無摩耗］
“ゼロ摩耗”状態に必要な複数の要素を想定できるが、以下の２つ以上が必要となる。
ａ． 原子レベルで平滑な表面
ｂ． 小さな表面相互作用
ｃ． 弾性的に変形した微小な凹凸

［潤滑性］
潤滑性は、低摩擦に関して世界中の研究の中心となっている。潤滑性は、低摩擦そして高い耐摩耗性を表現するために、ある程度一般的に使われている。米国材料試験協会（Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｆｏｒ Ｔｅｓｔｉｎｇ ａｎｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ：ＡＳＴＭ）のエンジニアリング科学技術辞典には、「荷重を受けて相対運動をする表面の摩擦と損傷を最小限にするための潤滑剤の能力をあらわす定性的な用語」と記載されている。乾燥すべりでは、０．０１より下の摩擦係数は１９９５年から見られ、“超潤滑性”と評価されている。残念ながら、これには真空または窒素雰囲気が必要となる。なぜなら摺動要素（主に被覆）が酸化しやすいためである。これに対して、本発明は地上の通常の環境で、低摩擦かつ非常に低摩耗な摩擦対を提供する。

本発明による摺動系は摩耗が低いため、摩耗による粒子発生がほとんどない。さらに、乾燥すべり接触（潤滑剤を使わない）であるため、潤滑剤からの汚染も防ぐことができる。こうした利点を応用して、摩擦が発生することが避けられない機械部品などの低摩擦かに応用することができる。また、酸素を含む雰囲気下での使用において、医療や工業設備における充填弁、遮断弁、残圧弁、調整弁、安全弁などの確実な作動と安全性の確保を確実なものにすることができる。
例えば、マイクロエレクトロニクスやチップは、粒子やホコリやエアロゾルの汚染による影響を受けやすいが、クリーンルームの中では、設備や機械的な装置が摩擦により粒子を発生させ、潤滑剤/流体が化学物質の蒸気やエアロゾルを発生させる。本発明は、無潤滑剤の摺動系として、クリーンルーム内の環境を向上し、空気汚染を最小限におさえるとともに、酸素存在下での微粒子の混在による火災を防止することができる。断熱圧縮、共鳴、固体摩擦、流体摩擦などが避けられない機械設備における機器として応用が可能である。

１：基材
２：傾斜層
３：非晶質硬質炭素膜

Claims (13)

1. 摺動要素１とその相手方となる摺動要素２からなる摺動部材であって、摺動要素１が酸化物セラミックスからなる摺動面を有し、摺動要素２が水素およびｓｐ^３／ｓｐ^２−混成炭素を含む薄膜からなる摺動面を有することを特徴とする摺動部材。
2. 摺動要素１と摺動要素２のトライボロジー的オーバーラップ比が、摺動要素１では１００％であり、摺動要素２では１００％未満である請求項１に記載の摺動部材。
3. 摺動要素１の酸化物セラミックスが一体成形物または薄膜である請求項１または２に記載の摺動部材。
4. 摺動要素１の酸化物セラミックスは安定化ジルコニア、マグネリ相のチタニアを含む二酸化チタン、アルミナ、およびジルコニア強化アルミナから選ばれる１種またはそれ以上からなる請求項１から３のいずれかに記載の摺動部材。
5. 摺動要素１の表面粗さＲａが２．０μｍ以下である請求項１から４のいずれかに記載の摺動部材。
6. 摺動要素２の薄膜が、水素およびｓｐ^３／ｓｐ^２−混成炭素からなり、ｓｐ^３／(ｓｐ^２+ｓｐ^３)が４０原子％より大きい請求項１から５のいずれかに記載の摺動部材。
7. 摺動要素２の薄膜が、非晶質硬質炭素であって水素化されたアモルファス炭素を含んでいる請求項１から６のいずれかに記載の摺動部材。
8. 摺動要素２の表面粗さＲａが２．０μｍ以下である請求項１から７のいずれかに記載の摺動部材。
9. 摺動要素２が、鉄、鋼、鉄合金、アルミニウムあるいはアルミニウム合金からなる金属製の基材とその表面に形成された薄膜からなる請求項１から８のいずれかに記載の摺動部材。
10. 摺動要素２の薄膜が、金属を含有しその含有量が表面に向かって減少している傾斜層と水素およびｓｐ^３／ｓｐ^２−混成炭素からなる表面層を有する請求項１から９のいずれかに記載の摺動部材。
11. 傾斜層が、クロム、タングステン、およびチタンから選ばれた１種以上の金属を含有する請求項１０に記載の摺動部材。
12. 摩擦率または摩耗率がすべり速度に依存しない性質を有する請求項１から１１のいずれかに記載の摺動部材。
13. 酸化雰囲気下において低摩擦性および低摩耗性を示す請求項１から１２のいずれかに記載の摺動部材。