JP2022099051A - Slide member and method for manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

To obtain a slide member excellent in smoothness.SOLUTION: A slide member (10) includes a base material (1) and a coating covering the surface of the base material (1) sliding at least an opposite material. The coating includes a first amorphous carbon layer (4) and a second amorphous carbon layer (5); the first amorphous carbon layer (4) is formed between the base material (1) and the second amorphous carbon layer (5); the first amorphous carbon layer (4) has a hardness higher than that of the second amorphous carbon layer (5); and in the cross section of the coating, the density of an abnormal growth material (7) using a macro particle (P) existing in the first amorphous carbon layer (4) as a nucleus is 11.8×10-3 pieces/μm2 or less.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、摺動部材および当該摺動部材の製造方法に関する。ここで、摺動部材とは、例えば、軸と軸受けのように、相対的に擦れ合いながら滑り合う摺動部を構成する部材である。また、摺動部は、一般的に、機械装置の駆動部分に使用される。 The present invention relates to a sliding member and a method for manufacturing the sliding member. Here, the sliding member is a member that constitutes a sliding portion that slides while relatively rubbing against each other, such as a shaft and a bearing. Further, the sliding portion is generally used for a driving portion of a mechanical device.

摺動部を摺動させた際に摩擦が発生する。前記摩擦により、前記摺動部を構成する摺動部材の耐久性および精度等が低下するという問題があった。 Friction occurs when the sliding part is slid. Due to the friction, there is a problem that the durability and accuracy of the sliding member constituting the sliding portion are lowered.

前記問題を解決する方法としては、摺動部材の摺動面を非晶質炭素膜によって被覆する方法が知られている。 As a method for solving the above problem, a method of covering the sliding surface of the sliding member with an amorphous carbon film is known.

上述の非晶質炭素膜によって摺動面が被覆された摺動部材の一例としては、例えば、特許文献1に記載の、基材の少なくとも外周摺動面上に非晶質炭素膜である硬質炭素膜が形成された構造を備え、かつ、当該硬質炭素膜は、sp成分比が40%以上80%以下の範囲内であり、水素含有量が0.1原子%以上5原子%以下の範囲内であり、表面に表れるマクロパーティクル量が面積割合で0.1%以上10%以下の範囲内である、ピストンリングが挙げられる。なお、sp成分比とは、前記硬質炭素膜を構成する炭素(C)におけるsp結合とsp結合の合計に対するsp結合の数の割合を意味する。 As an example of the sliding member whose sliding surface is covered with the above-mentioned amorphous carbon film, for example, the hard material which is an amorphous carbon film on at least the outer peripheral sliding surface of the base material described in Patent Document 1. The hard carbon film has a structure in which a carbon film is formed, and the sp2 component ratio is in the range of 40% or more and 80% or less, and the hydrogen content is 0.1 atomic% or more and 5 atomic% or less. Examples thereof include a piston ring, which is within the range and the amount of macroparticles appearing on the surface is within the range of 0.1% or more and 10% or less in terms of area ratio. The sp 2 component ratio means the ratio of the number of sp 2 bonds to the total of sp 2 bonds and sp 3 bonds in the carbon (C) constituting the hard carbon film.

また、非晶質炭素膜と摺動部材における基材との密着性を向上させた摺動部材として、特許文献2に記載の、母材(基材)側である内面側から外面側に向かうにしたがってsp比が増加する傾斜構造を有し、前記非晶質硬質炭素膜の前記内面側のsp比:A%と、前記非晶質硬質炭素膜の前記外面側のsp比:B%とが、する(B-A)≧20との関係である摺動部材が挙げられる。なお、ここで、sp比とは、非晶質硬質炭素膜を構成する炭素(C)におけるsp結合とsp結合の合計に対するsp結合の数の割合を意味する。 Further, as a sliding member having improved adhesion between the amorphous carbon film and the base material in the sliding member, the sliding member described in Patent Document 2 is directed from the inner surface side to the outer surface side, which is the base material (base material) side. It has an inclined structure in which the sp 2 ratio increases in accordance with, and the sp 2 ratio on the inner surface side of the amorphous hard carbon film: A% and the sp 2 ratio on the outer surface side of the amorphous hard carbon film: Examples thereof include sliding members having a relationship of (BA) ≧ 20 with B%. Here, the sp 2 ratio means the ratio of the number of sp 2 bonds to the total of sp 2 bonds and sp 3 bonds in the carbon (C) constituting the amorphous hard carbon film.

国際公開2015/115601号パンフレットInternational Publication 2015/11601 Pamphlet 特許第6357606号明細書Japanese Patent No. 6357606

しかしながら、上述のような従来の非晶質炭素膜によって摺動面が被覆された摺動部材は、特に当該非晶質炭素膜が厚膜化した場合に、表面粗度が大きくなり、平滑性が悪化するという問題があった。 However, the sliding member whose sliding surface is covered with the conventional amorphous carbon film as described above has a large surface roughness and smoothness, especially when the amorphous carbon film is thickened. There was a problem that it got worse.

本願発明の課題は、前記問題を解決し、非晶質炭素膜が厚膜化した場合であっても、表面粗度が小さく、平滑性に優れる摺動部材を得ることである。 An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to obtain a sliding member having a small surface roughness and excellent smoothness even when the amorphous carbon film is thickened.

本発明は、以下の[1]~[6]に示す発明を含む。 The present invention includes the inventions shown in the following [1] to [6].

[1]基材と、前記基材における少なくとも相手材と摺動する表面を被覆する被膜と、を含む摺動部材であって、
前記被膜が、第1の非晶質炭素層と第2の非晶質炭素層とを含み、
前記第1の非晶質炭素層は、前記基材と前記第2の非晶質炭素層との間に形成され、
前記第1の非晶質炭素層は、前記第2の非晶質炭素層よりも硬度が高く、
前記被膜の断面において、前記第1の非晶質炭素層中に存在するマクロパーティクルを核とする異常成長物の密度が、11.8×10-3個/μm以下であることを特徴とする、摺動部材。
[1] A sliding member including a base material and a coating film covering at least a surface of the base material that slides on the mating material.
The coating comprises a first amorphous carbon layer and a second amorphous carbon layer.
The first amorphous carbon layer is formed between the base material and the second amorphous carbon layer.
The first amorphous carbon layer has a higher hardness than the second amorphous carbon layer.
In the cross section of the coating film, the density of abnormal growth products having macroparticles as nuclei existing in the first amorphous carbon layer is 11.8 × 10 -3 / μm 2 or less. Sliding member.

[2]前記第1の非晶質炭素層の層厚が、100nm以上であり、1000nmと前記被膜の総膜厚の20%とを比べて厚い方の層厚以下であることを特徴とする、[1]に記載の摺動部材。 [2] The first amorphous carbon layer has a layer thickness of 100 nm or more, and is characterized in that it is 1000 nm or less, which is thicker than 20% of the total film thickness of the coating film. , [1].

[3]前記第1の非晶質炭素層の硬度が、40GPa以上、80GPa以下であることを特徴とする、[1]または[2]に記載の摺動部材。 [3] The sliding member according to [1] or [2], wherein the hardness of the first amorphous carbon layer is 40 GPa or more and 80 GPa or less.

[4]前記第1の非晶質炭素層のラマン分光によるID/IGの値が1.0以下であり、Gピークシフトが1535cm-1以上、1570cm-1以下であることを特徴とする、[1]~[3]の何れか1つに記載の摺動部材。 [4] The ID / IG value of the first amorphous carbon layer obtained by Raman spectroscopy is 1.0 or less, and the G peak shift is 1535 cm -1 or more and 1570 cm -1 or less. The sliding member according to any one of [1] to [3].

[5]前記第1の非晶質炭素層の層厚と、前記第2の非晶質炭素層の層厚との合計が、1μm以上、50μm以下であることを特徴とする、[1]~[4]の何れか1つに記載の摺動部材。 [5] The total thickness of the first amorphous carbon layer and the thickness of the second amorphous carbon layer is 1 μm or more and 50 μm or less [1]. The sliding member according to any one of [4].

[6][1]~[5]の何れか1つに記載の摺動部材を製造する方法であって、
前記基材上に、物理的気相蒸着法を用いて、前記第1の非晶質炭素層を形成する工程を含み、
前記第1の非晶質炭素層を形成する工程において、前記基材の最高到達温度を、150℃以下に制御することを特徴とする、摺動部材の製造方法。
[6] The method for manufacturing the sliding member according to any one of [1] to [5].
A step of forming the first amorphous carbon layer on the substrate by using a physical vapor deposition method is included.
A method for manufacturing a sliding member, which comprises controlling the maximum temperature reached of the base material to 150 ° C. or lower in the step of forming the first amorphous carbon layer.

本発明の一実施形態に係る摺動部材は、平滑性に優れるとの効果を奏する。 The sliding member according to the embodiment of the present invention has an effect of being excellent in smoothness.

従来の第1の非晶質炭素層および第2の非晶質炭素層からなる被膜によって被覆された摺動部材の構造を表す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the sliding member which was covered with the film | coating which consists of the conventional first amorphous carbon layer and the second amorphous carbon layer. 本発明の一実施形態に係る摺動部材の構造を表す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the sliding member which concerns on one Embodiment of this invention.

本発明の一実施形態に関して以下に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明は、以下に説明する各構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態に関しても本発明の技術的範囲に含まれる。なお、本明細書において特記しない限り、数値範囲を表す「A~B」は、「A以上、B以下」を意味する。 An embodiment of the present invention will be described below, but the present invention is not limited thereto. The present invention is not limited to the configurations described below, and various modifications can be made within the scope of the claims, and the technical means disclosed in the different embodiments may be appropriately combined. The obtained embodiments are also included in the technical scope of the present invention. Unless otherwise specified in the present specification, "A to B" representing a numerical range means "A or more and B or less".

[実施形態1:摺動部材]
本発明の実施形態1に係る摺動部材は、基材と、前記基材における少なくとも相手材と摺動する表面を被覆する被膜と、を含む摺動部材であって、前記被膜が、第1の非晶質炭素層と第2の非晶質炭素層とを含み、前記第1の非晶質炭素層は、前記基材と前記第2の非晶質炭素層との間に形成され、前記第1の非晶質炭素層は、前記第2の非晶質炭素層よりも硬度が高く、前記被膜の断面において、前記第1の非晶質炭素層中に存在するマクロパーティクルを核とする異常成長物の密度が、11.8×10-3個/μm以下であることを特徴とする。
[Embodiment 1: Sliding member]
The sliding member according to the first embodiment of the present invention is a sliding member including a base material and a coating film that covers at least a surface of the base material that slides on the mating material, and the coating film is the first. The first amorphous carbon layer is formed between the base material and the second amorphous carbon layer, and includes the amorphous carbon layer and the second amorphous carbon layer. The first amorphous carbon layer has a higher hardness than the second amorphous carbon layer, and in the cross section of the coating film, the macroparticles existing in the first amorphous carbon layer are used as nuclei. It is characterized in that the density of the abnormal growth product is 11.8 × 10 -3 pieces / μm 2 or less.

[基材] [Base material]

本発明の一実施形態における基材は、本発明の一実施形態に係る摺動部材の用途に応じて適した材料を選択すればよい。例えば、本発明の一実施形態に係る摺動部材を、ピストンリング、ピストンピンおよび圧縮機の何れかの製造に利用する場合には、当該振動部材における基材としては、各種の鋼材、ステンレス鋼材、鋳物材、鋳鋼材等の、ピストンリング、ピストンピンおよび圧縮機の基材として一般に使用される基材を挙げることができる。 As the base material according to the embodiment of the present invention, a material suitable for the application of the sliding member according to the embodiment of the present invention may be selected. For example, when the sliding member according to the embodiment of the present invention is used for manufacturing any of a piston ring, a piston pin and a compressor, various steel materials and stainless steel materials can be used as a base material in the vibrating member. , A base material generally used as a base material for a piston ring, a piston pin and a compressor, such as a casting material and a cast steel material.

本発明の一実施形態における基材は、被膜によって被覆される前に、必要に応じて、前処理されていてもよい。前記前処理としては、例えば、表面研磨によって表面粗さを調節すること、および、洗浄剤およびプラズマ等を用いて表面を洗浄すること等を挙げることができる。 The substrate in one embodiment of the invention may optionally be pretreated before being coated with a coating. Examples of the pretreatment include adjusting the surface roughness by surface polishing, cleaning the surface with a cleaning agent, plasma, and the like.

また、前記基材と前記被膜との間に中間層が形成されていてもよい。前記中間層としては、前記基材と前記被膜との密着性を向上させるための層として、前記基材を構成する金属と格子整合性があり、かつ、当該金属よりも前記第1の非晶質炭素層の炭素と炭化物を形成し易い金属元素またはその金属炭化物から構成される層を挙げることができる。前記金属元素は、具体的には、チタン(Ti)、クロム(Cr)、ケイ素(Si)、コバルト(Co)、バナジウム(V)、モリブデン(Mo)およびタングステン(W)からなる群から選択される少なくとも1種の金属元素である。 Further, an intermediate layer may be formed between the base material and the coating film. The intermediate layer is a layer for improving the adhesion between the base material and the coating film, which has lattice consistency with the metal constituting the base material and is the first amorphous layer than the metal. Examples thereof include a layer composed of a metal element or a metal carbide thereof, which easily forms carbon and carbide in the carbon layer. The metal element is specifically selected from the group consisting of titanium (Ti), chromium (Cr), silicon (Si), cobalt (Co), vanadium (V), molybdenum (Mo) and tungsten (W). At least one metal element.

前記中間層の層厚は、特に限定されず、例えば、0.01μm以上であることが好ましく、0.03μm以上であることがより好ましく、0.05μm以上であることがさらに好ましく、0.1μm以上であることが特に好ましい。前記中間層の層厚が前述の値以上であることは、前記中間層により、前記基材と前記被膜との密着性が好適に向上し得る面において好ましい。一方、前記中間層が過剰に厚い場合には、前記中間層の変形が前記基材と前記被膜との密着性にかえって悪影響を与えることが考えられる。そこで、前述の悪影響を与えることを防止するとの観点から、前記中間層の層厚は、例えば、5μm以下であることが好ましく、0.4μm以下であることがより好ましく、0.3μm以下であることがさらに好ましく、0.2μm以下であることが特に好ましい。 The layer thickness of the intermediate layer is not particularly limited, and is, for example, preferably 0.01 μm or more, more preferably 0.03 μm or more, still more preferably 0.05 μm or more, and 0.1 μm. The above is particularly preferable. It is preferable that the layer thickness of the intermediate layer is equal to or more than the above-mentioned value in that the adhesiveness between the base material and the coating film can be suitably improved by the intermediate layer. On the other hand, when the intermediate layer is excessively thick, it is considered that the deformation of the intermediate layer adversely affects the adhesion between the base material and the coating film. Therefore, from the viewpoint of preventing the above-mentioned adverse effects, the layer thickness of the intermediate layer is, for example, preferably 5 μm or less, more preferably 0.4 μm or less, and more preferably 0.3 μm or less. It is more preferably 0.2 μm or less, and particularly preferably 0.2 μm or less.

なお、以下において、前記中間層が形成されている場合には、前記基材と前記中間層とからなる部材も、「基材」に含まれる。 In the following, when the intermediate layer is formed, a member composed of the base material and the intermediate layer is also included in the "base material".

[被膜]
本発明の一実施形態における被膜は、前記基材における少なくとも相手材と摺動する表面を被覆し、後述する第1の非晶質炭素層と後述する第2の非晶質炭素層とを含む。また、本発明の一実施形態における被膜は、後述する第1の非晶質炭素層と後述する第2の非晶質炭素層とからなることが好ましい。
[Film]
The coating film in one embodiment of the present invention covers at least the surface of the base material that slides on the mating material, and includes a first amorphous carbon layer described later and a second amorphous carbon layer described later. .. Further, the coating film in one embodiment of the present invention preferably comprises a first amorphous carbon layer described later and a second amorphous carbon layer described later.

(第1の非晶質炭素層)
本発明の一実施形態における第1の非晶質炭素層は、前記基材と前記第2の非晶質炭素層との間に形成され、好ましくは、前記基材上に直接形成される。
(First amorphous carbon layer)
The first amorphous carbon layer in one embodiment of the present invention is formed between the base material and the second amorphous carbon layer, and is preferably formed directly on the base material.

本発明の一実施形態に係る摺動部材は、前記被膜の断面において、前記第1の非晶質炭素層中に存在するマクロパーティクルを核とする異常成長物の密度、言い換えると、前記第1の非晶質炭素層内に存在する、異常成長物の核となるマクロパーティクルの密度が、11.8×10-3個/μm以下であり、1.5×10-3個/μm以下であることが好ましい。 In the cross section of the coating film, the sliding member according to the embodiment of the present invention has a density of abnormal growth substances having macroparticles as nuclei present in the first amorphous carbon layer, in other words, the first. The density of macroparticles that are the core of abnormal growth substances existing in the amorphous carbon layer of 11.8 × 10 -3 / μm 2 or less is 1.5 × 10 -3 / μm 2 . The following is preferable.

本発明の一実施形態における被膜のように、基材側に非晶質炭素層を含む被膜においては、当該非晶質炭素層中に存在するマクロパーティクルを核として、当該非晶質炭素層形成時の熱によって、コーン状の異常成長物が発生する。図1は、従来の摺動部材10’の構成を模式的に示した断面図である。図2は、本実施形態に係る摺動部材10の構成を模式的に示した断面図である。 In a coating film containing an amorphous carbon layer on the substrate side, such as the coating film in one embodiment of the present invention, the amorphous carbon layer is formed with macroparticles existing in the amorphous carbon layer as nuclei. The heat of time produces cone-shaped amorphous products. FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the conventional sliding member 10'. FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the sliding member 10 according to the present embodiment.

ここで、図1に示すように、従来の摺動部材10’は、基材1と、第1の非晶質炭素層2と、第2の非晶質炭素層3と、を有する。摺動部材10’の被膜は、第1の非晶質炭素層2と第2の非晶質炭素層3とからなる積層構造を少なくとも有する。第1の非晶質炭素層2は、基材1側に形成されており、第2の非晶質炭素層3は、第1の非晶質炭素層2における基材1と反対側に形成されている。前記被膜において、真空アーク蒸着法で非晶質炭素層を成膜したとき、第1の非晶質炭素層2には、硬質炭素のマクロパーティクルPが存在する。そして、マクロパーティクルPを核として異常成長物7が生じる。この異常成長物7は、第1の非晶質炭素層2の成膜時、すなわち成膜初期から成長する。そして、異常成長物7は、その成長に伴ってコーン状に拡大し、被膜の最表面6にて隆起状形態物として現れる。従来の摺動部材10’では、異常成長物7が成膜初期から成長するので、第2の非晶質炭素層3の膜厚が大きくなるに従い、異常成長物7は、最表面6に対して大きく隆起する。その結果、従来の摺動部材10’は、第2の非晶質炭素層3の膜厚が大きくなるに従い、表面粗度が大きくなる。 Here, as shown in FIG. 1, the conventional sliding member 10'has a base material 1, a first amorphous carbon layer 2, and a second amorphous carbon layer 3. The coating film of the sliding member 10'has at least a laminated structure including a first amorphous carbon layer 2 and a second amorphous carbon layer 3. The first amorphous carbon layer 2 is formed on the base material 1 side, and the second amorphous carbon layer 3 is formed on the side opposite to the base material 1 in the first amorphous carbon layer 2. Has been done. When the amorphous carbon layer is formed in the film by the vacuum arc vapor deposition method, the hard carbon macroparticles P are present in the first amorphous carbon layer 2. Then, the abnormal growth product 7 is generated with the macro particle P as the nucleus. The abnormal growth product 7 grows at the time of film formation of the first amorphous carbon layer 2, that is, from the initial stage of film formation. Then, the abnormal growth product 7 expands in a cone shape as it grows, and appears as a raised morphology on the outermost surface 6 of the coating film. In the conventional sliding member 10', the abnormal growth product 7 grows from the initial stage of film formation. Therefore, as the film thickness of the second amorphous carbon layer 3 increases, the abnormal growth product 7 with respect to the outermost surface 6 It rises greatly. As a result, in the conventional sliding member 10', the surface roughness increases as the film thickness of the second amorphous carbon layer 3 increases.

一方、図2に示すように、本発明の一実施形態に係る摺動部材10における被膜は、第1の非晶質炭素層4と、第2の非晶質炭素層5と、からなる積層構造を有する。第1の非晶質炭素層4は、基材1側に形成されており、第2の非晶質炭素層5は、第1の非晶質炭素層4における基材1と反対側に形成されている。本発明の一実施形態に係る摺動部材10によれば、前記被膜において、第1の非晶質炭素層4には、硬質炭素のマクロパーティクルPの密度が、11.8×10-3個/μm以下であるか、あるいは存在しない。マイクロパーティクルPは、主に第2の非晶質炭素層5中に存在する。それゆえ、本発明の一実施形態に係る摺動部材10では、異常成長物7は、第2の非晶質炭素層5の成膜時から成長する。異常成長物7は、成膜初期から成長したものではないため、従来の摺動部材10’と比較して、被膜の最表面6にて現れる隆起状形態物は大きく隆起しない。その結果、本発明の一実施形態に係る摺動部材10は、表面粗度が小さく、平滑性に優れる。 On the other hand, as shown in FIG. 2, the coating film in the sliding member 10 according to the embodiment of the present invention is a laminate composed of a first amorphous carbon layer 4 and a second amorphous carbon layer 5. Has a structure. The first amorphous carbon layer 4 is formed on the base material 1 side, and the second amorphous carbon layer 5 is formed on the side opposite to the base material 1 in the first amorphous carbon layer 4. Has been done. According to the sliding member 10 according to the embodiment of the present invention, in the coating film, the density of the hard carbon macroparticles P is 11.8 × 10 -3 in the first amorphous carbon layer 4. It is less than / μm 2 or does not exist. The microparticles P are mainly present in the second amorphous carbon layer 5. Therefore, in the sliding member 10 according to the embodiment of the present invention, the abnormal growth product 7 grows from the time when the second amorphous carbon layer 5 is formed. Since the abnormal growth product 7 has not grown from the initial stage of film formation, the raised morphology appearing on the outermost surface 6 of the coating film does not rise significantly as compared with the conventional sliding member 10'. As a result, the sliding member 10 according to the embodiment of the present invention has a small surface roughness and is excellent in smoothness.

前記第1の非晶質炭素層中に存在するマクロパーティクルを核とする異常成長物の密度を測定する方法は特に限定されず、例えば、次の方法を挙げることができる。まず、前記摺動部材を前記基材の表面に垂直な方向に切断して得られる任意の断面を、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて観察し、前記第1の非晶質炭素層中に起点が存在する異常成長物の数を測定する。その後、測定された異常成長物の数を、SEMの評価長さと前記第1の非晶質炭素層の層厚との積にて除して、前記第1の非晶質炭素層中に存在するマクロパーティクルを核とする異常成長物の密度を算出する。 The method for measuring the density of the abnormal growth product having macroparticles as nuclei existing in the first amorphous carbon layer is not particularly limited, and examples thereof include the following methods. First, an arbitrary cross section obtained by cutting the sliding member in a direction perpendicular to the surface of the base material is observed using a scanning electron microscope (SEM) in the first amorphous carbon layer. The number of abnormal growth products having a starting point is measured. Then, the measured number of abnormal growth products is divided by the product of the evaluation length of SEM and the layer thickness of the first amorphous carbon layer, and the macro present in the first amorphous carbon layer is divided. Calculate the density of amorphous growth with particles as nuclei.

前記第1の非晶質炭素層中に存在するマクロパーティクルを核とする異常成長物の密度を制御する方法としては、例えば、次の方法が挙げられる。すなわち、後述の本願発明の実施形態2に係る摺動部材の製造方法のように、物理的気相蒸着法を用いて前記第1の非晶質炭素層を形成する際の前記基材の最高到達温度を特定の範囲に制御する方法が挙げられる。 Examples of the method for controlling the density of abnormal growth substances having macroparticles as nuclei in the first amorphous carbon layer include the following methods. That is, the highest of the base material when forming the first amorphous carbon layer by using the physical vapor deposition method as in the method for manufacturing a sliding member according to the second embodiment of the present invention described later. A method of controlling the ultimate temperature within a specific range can be mentioned.

しかしながら、前記第1の非晶質炭素層中に存在するマクロパーティクルを核とする異常成長物の密度は、前記第1の非晶質炭素層を形成する際の前記基材の最高到達温度のみに依存するのではなく、前記第1の非晶質炭素層を形成する時間等によっても変動する。ここで、物理的気相蒸着法を用いて前記第1の非晶質炭素層を形成する方法としては、非晶質炭素源と基材との間に放電を発生させ、イオン化した炭素を前記基材に吹き付ける方法が一般的である。前述の方法による前記第1の非晶質炭素層の形成が開始された直後は、前記放電が安定し難く、前記異常成長物の核となるマクロパーティクルが発生し易くなっている。一方、前記第1の非晶質炭素層の形成における時間が経過するにつれて、前記放電が安定化し、その結果、前記異常成長物の核となるマクロパーティクルの発生が抑制される。よって、前記第1の非晶質炭素層を形成する時間を、前記放電が安定化する程度の時間に制御することによって、前記異常成長物の核となるマクロパーティクルの発生を抑制し、その結果、前記第1の非晶質炭素層中に存在するマクロパーティクルを核とする異常成長物の密度を制御することができる。一般的に、前記第1の非晶質炭素層を形成する時間が長いほど、製造される前記第1の非晶質炭素層の層厚は大きくなる。また、同一の条件下にて物理的気相蒸着法を用いて前記第1の非晶質炭素層を形成する場合には、前記第1の非晶質炭素層の層厚が大きいことは、前記第1の非晶質炭素層の形成時間も大きいことを意味している。よって、前記同一の条件下にて物理的気相蒸着法を用いて前記第1の非晶質炭素層を形成する場合には、前記第1の非晶質炭素層の層厚が大きいほど、第1の非晶質炭素層における前記異常成長物の密度は小さくなると考えられる。なお、具体的には、前記第1の非晶質炭素層を形成する時間を、通常の条件下において、層厚が後述の好ましい範囲内である前記第1の非晶質炭素層を形成できる程度の時間に制御することが好ましい。 However, the density of the abnormal growth material having macroparticles as nuclei existing in the first amorphous carbon layer is only the maximum temperature reached by the base material when forming the first amorphous carbon layer. It does not depend on the above, but also varies depending on the time for forming the first amorphous carbon layer and the like. Here, as a method of forming the first amorphous carbon layer by using the physical vapor deposition method, a discharge is generated between the amorphous carbon source and the base material, and the ionized carbon is used. The method of spraying on the substrate is common. Immediately after the formation of the first amorphous carbon layer by the above-mentioned method is started, the discharge is difficult to stabilize, and macroparticles which are the cores of the abnormal growth product are likely to be generated. On the other hand, as time elapses in the formation of the first amorphous carbon layer, the discharge is stabilized, and as a result, the generation of macroparticles which are the cores of the abnormal growth product is suppressed. Therefore, by controlling the time for forming the first amorphous carbon layer to such a time that the discharge is stabilized, the generation of macroparticles that are the cores of the abnormal growth product is suppressed, and as a result. , The density of abnormal growth products having macroparticles as nuclei existing in the first amorphous carbon layer can be controlled. Generally, the longer the time for forming the first amorphous carbon layer, the larger the layer thickness of the first amorphous carbon layer to be produced. Further, when the first amorphous carbon layer is formed by using the physical vapor deposition method under the same conditions, the large thickness of the first amorphous carbon layer means that the thickness of the first amorphous carbon layer is large. It also means that the formation time of the first amorphous carbon layer is long. Therefore, when the first amorphous carbon layer is formed by the physical vapor deposition method under the same conditions, the larger the layer thickness of the first amorphous carbon layer, the more. It is considered that the density of the abnormal growth product in the first amorphous carbon layer becomes small. Specifically, the first amorphous carbon layer can be formed with the layer thickness within a preferable range described later under normal conditions for the time for forming the first amorphous carbon layer. It is preferable to control the time to a certain degree.

本発明の一実施形態における第1の非晶質炭素層は、後述する第2の非晶質炭素層よりも硬度が高い。本明細書において、硬度は、ダイヤモンド圧子を対象物に押し込んだ際に測定できる押込み硬さを表している。また、前記硬度は、例えば、ナノインデンターの方法によって測定され得る。 The first amorphous carbon layer in one embodiment of the present invention has a higher hardness than the second amorphous carbon layer described later. As used herein, hardness represents the indentation hardness that can be measured when a diamond indenter is indented into an object. Further, the hardness can be measured by, for example, the method of nano indenter.

本発明の一実施形態における第1の非晶質炭素層の具体的な硬度は、40GPa以上、80GPa以下であることが好ましく、55GPa以上、80GPa以下であることがより好ましい。 The specific hardness of the first amorphous carbon layer in one embodiment of the present invention is preferably 40 GPa or more and 80 GPa or less, and more preferably 55 GPa or more and 80 GPa or less.

本発明の一実施形態における第1の非晶質炭素層の層厚は、100nm以上であり、1000nmと前記被膜の総膜厚の20%とを比べて厚い方の層厚以下であることが好ましく、500nm以上であり、1000nmと前記被膜の総膜厚の20%とを比べて厚い方の層厚以下であることがより好ましい。なお、前記第1の非晶質炭素層の層厚を測定する方法は、特に限定されず、例えば、前記摺動部材を前記基材の表面に垂直な方向に切断して得られる任意の断面をSEMにて観測することによって測定する方法を挙げることができる。また、前記第1の非晶質炭素層の硬度が比較的低硬度な場合、SEMでは前記第1の非晶質炭素層と前記第2の非晶質炭素層との区別がつきにくいことがあるため、その場合にはカロテスト法による層厚測定も併せて行うことによって、前記第1の非晶質炭素層の層厚を測定することが好ましい。 The layer thickness of the first amorphous carbon layer in one embodiment of the present invention is 100 nm or more, which is 1000 nm or less than 20% of the total film thickness of the coating film. It is preferably 500 nm or more, and more preferably 1000 nm and 20% or less of the total film thickness of the coating, which is thicker than the layer thickness. The method for measuring the layer thickness of the first amorphous carbon layer is not particularly limited, and for example, an arbitrary cross section obtained by cutting the sliding member in a direction perpendicular to the surface of the base material. Can be mentioned as a method of measuring by observing with SEM. Further, when the hardness of the first amorphous carbon layer is relatively low, it may be difficult to distinguish the first amorphous carbon layer from the second amorphous carbon layer by SEM. Therefore, in that case, it is preferable to measure the layer thickness of the first amorphous carbon layer by also performing the layer thickness measurement by the carotest method.

本発明の一実施形態において、前記第1の非晶質炭素層の層厚が100nm以上であることによって、前記異常成長が前記摺動部材の最表面にて現れる隆起状形態物大きさをより小さくし、前記摺動部材の平滑性をより好適に向上させることができる。また、本発明の一実施形態において、前記第1の非晶質炭素層の層厚が1000nmと前記被膜の総膜厚の20%とを比べて厚い方の層厚以下であることによって、硬度がより高い第1の非晶質炭素層が前記被膜に占める割合が大きくなることによって、前記被膜における内部応力が増大し、その結果、前記摺動部材より前記被膜が剥離することを、好適に防ぐことができる。 In one embodiment of the present invention, when the layer thickness of the first amorphous carbon layer is 100 nm or more, the size of the raised morphology in which the abnormal growth appears on the outermost surface of the sliding member is increased. It can be made smaller to more preferably improve the smoothness of the sliding member. Further, in one embodiment of the present invention, the hardness of the first amorphous carbon layer is less than or equal to 1000 nm, which is thicker than 20% of the total thickness of the coating film. It is preferable that the proportion of the first amorphous carbon layer having a higher value in the coating film increases, so that the internal stress in the coating film increases, and as a result, the coating film peels off from the sliding member. Can be prevented.

本発明の一実施形態において、前記第1の非晶質炭素層のラマン分光によるID/IGの値は、1.0以下であることが好ましく、0.9以下であることが好ましい。また、本発明の一実施形態において、前記第1の非晶質炭素層のラマン分光によるGピークシフトは、1535cm-1以上、1570cm-1以下であることが好ましく、1550cm-1以上、1570cm-1以下であることがより好ましい。 In one embodiment of the present invention, the ID / IG value of the first amorphous carbon layer by Raman spectroscopy is preferably 1.0 or less, and preferably 0.9 or less. Further, in one embodiment of the present invention, the G peak shift of the first amorphous carbon layer by Raman spectroscopy is preferably 1535 cm -1 or more and 1570 cm -1 or less, and 1550 cm -1 or more and 1570 cm-. It is more preferably 1 or less.

ここで、非晶質炭素層のラマン分光によって得られるラマンスペクトルは、波数1350cm-1の付近にDピークを有し、波数1550cm-1の付近にGピークを有する。前記IDが、前記Dピークのピーク面積である。前記IGは、前記Gピークのピーク面積である。前記Gピークシフトの値は、前記Gピークにおけるピーク位置の波数である。 Here, the Raman spectrum obtained by Raman spectroscopy of the amorphous carbon layer has a D peak near the wave number 1350 cm -1 and a G peak near the wave number 1550 cm -1 . The ID is the peak area of the D peak. The IG is the peak area of the G peak. The value of the G peak shift is the wave number of the peak position at the G peak.

前記ID/IGの値および前記Gピークシフトの測定方法としては、例えば、以下の(1)~(3)に示す方法を挙げることができる。 Examples of the method for measuring the ID / IG value and the G peak shift include the methods shown in the following (1) to (3).

(1)前記第1の非晶質炭素層に対して、市販のラマン分光分析機を用いて測定することによって、ラマンスペクトルを得る。 (1) A Raman spectrum is obtained by measuring the first amorphous carbon layer with a commercially available Raman spectrophotometer.

(2)得られたラマンスペクトルラマンスペクトルから直線によりベースラインを除去した後、前記Dピークと前記Gピークにピーク分離を行う。 (2) Raman spectrum obtained The baseline is removed from the Raman spectrum by a straight line, and then peak separation is performed on the D peak and the G peak.

(3)ピーク分離された前記Dピークおよび前記Gピークのピーク面積、並びに、前記Gピークのピーク位置を測定し、測定された値に基づき、ピーク面積比ID/IGの値とGピークシフトの値を算出する。 (3) The peak areas of the D peak and the G peak separated from the peak, and the peak position of the G peak are measured, and the peak area ratio ID / IG value and the G peak shift are measured based on the measured values. Calculate the value.

(第2の非晶質炭素層)
本発明の一実施形態における第2の非晶質炭素層は、前記第1の非晶質炭素層よりも、前記基材から遠い位置に形成されている。
(Second amorphous carbon layer)
The second amorphous carbon layer in one embodiment of the present invention is formed at a position farther from the base material than the first amorphous carbon layer.

本発明の一実施形態における第2の非晶質炭素層は、前記第1の非晶質炭素層よりも、硬度が低い。第2の非晶質炭素層は、好ましくは、摺動部材の最表面を構成する。前記最表面は、前記摺動部材にて構成される摺動部において、他の部材と接触する部分である。よって、前記第2の非晶質炭素層の硬度が低いことにより、特に前記被膜が厚膜化した場合において、厚膜であることにより前記他の部材との接触および擦れ合いに対する耐摩耗性が向上し、硬度が低いことにより前記他の部材に対する相手攻撃性が低下する。また、前記第2の非晶質炭素層の硬度が低いことによって、前記摺動部材の磨き性およびスループットが向上する。 The second amorphous carbon layer in one embodiment of the present invention has a lower hardness than the first amorphous carbon layer. The second amorphous carbon layer preferably constitutes the outermost surface of the sliding member. The outermost surface is a portion of the sliding portion composed of the sliding member that comes into contact with other members. Therefore, due to the low hardness of the second amorphous carbon layer, particularly when the film is thickened, the thick film provides wear resistance to contact and rubbing with the other members. It is improved and the hardness is low, so that the opponent's aggression against the other member is lowered. Further, the low hardness of the second amorphous carbon layer improves the polishability and the throughput of the sliding member.

本発明の一実施形態における第2の非晶質炭素層の具体的な硬度は、10GPa以上、40GPa未満であることが好ましく、20GPa以上、38GPa以下であることがより好ましい。 The specific hardness of the second amorphous carbon layer in one embodiment of the present invention is preferably 10 GPa or more and less than 40 GPa, and more preferably 20 GPa or more and 38 GPa or less.

本発明の一実施形態における第2の非晶質炭素層の層厚は、0.1μm以上、50μm以下であることが好ましく、0.5μm以上、30μm以下であることがより好ましい。また、前記被膜の総膜厚との関係において、本発明の一実施形態における第2の非晶質炭素層の層厚は、前記被膜の総膜厚の60%以上であることが好ましい。なお、前記第2の非晶質炭素層の層厚を測定する方法は、特に限定されず、例えば、前記第1の非晶質炭素層の層厚の測定方法と同様、前記摺動部材を前記基材の表面に垂直な方向に切断して得られる任意の断面をSEMにて観測することによって測定する方法を挙げることができる。また、前記第1の非晶質炭素層の硬度が比較的低硬度な場合、前記第1の非晶質炭素層の層厚の測定方法と同様、SEMでは前記第1の非晶質炭素層と前記第2の非晶質炭素層との区別がつきにくいことがあるため、その場合にはカロテスト法による層厚測定も併せて行うことによって、前記第2の非晶質炭素層の層厚を測定することが好ましい。 The layer thickness of the second amorphous carbon layer in one embodiment of the present invention is preferably 0.1 μm or more and 50 μm or less, and more preferably 0.5 μm or more and 30 μm or less. Further, in relation to the total film thickness of the coating film, the layer thickness of the second amorphous carbon layer in one embodiment of the present invention is preferably 60% or more of the total film thickness of the coating film. The method for measuring the layer thickness of the second amorphous carbon layer is not particularly limited, and for example, the sliding member is used in the same manner as the method for measuring the layer thickness of the first amorphous carbon layer. A method of measuring by observing an arbitrary cross section obtained by cutting in a direction perpendicular to the surface of the base material with SEM can be mentioned. Further, when the hardness of the first amorphous carbon layer is relatively low, the first amorphous carbon layer is measured by SEM as in the method of measuring the layer thickness of the first amorphous carbon layer. And the second amorphous carbon layer may be difficult to distinguish. In that case, the layer thickness of the second amorphous carbon layer can be measured by measuring the layer thickness by the carotest method. It is preferable to measure.

本発明の一実施形態において、前記第2の非晶質炭素層の層厚が0.1nm以上であることは、前記他の部材に対する相手攻撃性を好適に低下させる面において好ましい。また、本発明の一実施形態において、前記第2の非晶質炭素層の層厚が50nm以下であることは、前記摺動部材が過剰に大きくなり、機械装置等に組み込み難くなることを防ぐことができる面において好ましい。さらに、前記第2の非晶質炭素層の層厚が膜厚の60%以上であることは、前記他の部材に対する相手攻撃性を好適に低下させる面に加えて、前記他の部材との接触および擦れ合いに対する耐摩耗性を好適に向上させる面においてより好ましい。 In one embodiment of the present invention, it is preferable that the layer thickness of the second amorphous carbon layer is 0.1 nm or more in terms of preferably reducing the aggression against the other members. Further, in one embodiment of the present invention, the layer thickness of the second amorphous carbon layer being 50 nm or less prevents the sliding member from becoming excessively large and difficult to incorporate into a mechanical device or the like. It is preferable in terms of being able to do it. Further, the fact that the layer thickness of the second amorphous carbon layer is 60% or more of the film thickness means that, in addition to the surface that suitably reduces the aggression against the other member, the layer thickness of the second amorphous carbon layer is higher than that of the other member. It is more preferable in terms of preferably improving the wear resistance against contact and rubbing.

(その他の層)
本発明の一実施形態における被膜は、前記第1の非晶質炭素層および前記第2の非晶質炭素層以外のその他の層を含んでいてもよい。
(Other layers)
The coating film in one embodiment of the present invention may include a layer other than the first amorphous carbon layer and the second amorphous carbon layer.

前記その他の層としては、例えば、前記第1の非晶質炭素層と前記第2の非晶質炭素層との間に形成される他の非晶質炭素層、および、前記第2の非晶質炭素層上記形成される耐摩耗表面処理層等を挙げることができる。 Examples of the other layer include another amorphous carbon layer formed between the first amorphous carbon layer and the second amorphous carbon layer, and the second non-amorphous carbon layer. Crystalline carbon layer Examples thereof include the wear-resistant surface treatment layer formed above.

前記その他の層の層厚は、本発明の効果を損なわない範囲であれば、特に限定されず、前記被膜の総膜厚の20%以下であることが好ましく、前記被膜の総膜厚の10%以下であることがより好ましい。 The layer thickness of the other layers is not particularly limited as long as the effect of the present invention is not impaired, and is preferably 20% or less of the total film thickness of the coating film, which is 10 of the total film thickness of the coating film. % Or less is more preferable.

(被膜の物性)
本発明の一実施形態に係る被膜の膜厚は、1μm以上、50μm以下であることが好ましく、2μm以上、30μm以下であることがより好ましく、5μm以上、30μm以下であることがさらに好ましい。
(Physical characteristics of the film)
The film thickness according to the embodiment of the present invention is preferably 1 μm or more and 50 μm or less, more preferably 2 μm or more and 30 μm or less, and further preferably 5 μm or more and 30 μm or less.

本発明の一実施形態において、前記被膜の膜厚が1μm以上であることは、保護膜として機能する前記被膜の膜厚が十分大きくなることにより、前記他の部材との接触および擦れ合いに対する耐摩耗性を好適に向上させ、前記他の部材に対する相手攻撃性を好適に低下させることができる面において好ましい。本発明の一実施形態において、前記被膜の膜厚が30μm以下であることは、前記摺動部材が過剰に大きくなり、機械装置等に組み込み難くなることを防ぐことができる面において好ましい。 In one embodiment of the present invention, when the film thickness of the coating film is 1 μm or more, the film thickness of the coating film functioning as a protective film is sufficiently large to withstand contact and rubbing with the other members. It is preferable in that the wear resistance can be suitably improved and the opponent's aggression against the other member can be suitably reduced. In one embodiment of the present invention, it is preferable that the film thickness of the coating film is 30 μm or less in that the sliding member can be prevented from becoming excessively large and difficult to be incorporated into a mechanical device or the like.

本発明の一実施形態において、前記被膜中に存在するマクロパーティクルを核とする異常成長物の密度は、30×10-3個/μm以下であることが好ましく、25×10-3個/μm以下であることがより好ましい。 In one embodiment of the present invention, the density of the abnormal growth material having macroparticles as nuclei in the coating film is preferably 30 × 10 -3 / μm 2 or less, and 25 × 10 -3 / μm 2. It is more preferably μm 2 or less.

本発明の一実施形態において、前記被膜中に存在するマクロパーティクルを規定とする異常成長物の密度が上述の範囲内であることは、前記摺動部材の平滑性を悪化させる要因となり得る異常成長の数が少なくなり、その結果、前記摺動部材の平滑性が好適に向上する面において好ましい。 In one embodiment of the present invention, the density of the abnormal growth substance defining the macroparticles existing in the coating film is within the above range, which may be a factor for deteriorating the smoothness of the sliding member. As a result, the smoothness of the sliding member is preferably improved.

[実施形態2:摺動部材の製造方法]
本発明の実施形態2に係る摺動部材の製造方法は、本発明の実施形態1に係る摺動部材を製造する方法であって、前記基材上に、物理的気相蒸着法を用いて、前記第1の非晶質炭素層を形成する工程、および、前記第1の非晶質炭素層上に、前記第2の非晶質炭素層を形成する工程を含み、前記第1の非晶質炭素層を形成する工程において、前記基材の最高到達温度を、150℃以下に制御することを特徴とする。
[Embodiment 2: Manufacturing Method of Sliding Member]
The method for manufacturing a sliding member according to the second embodiment of the present invention is a method for manufacturing the sliding member according to the first embodiment of the present invention, using a physical vapor vapor deposition method on the substrate. The step of forming the first amorphous carbon layer and the step of forming the second amorphous carbon layer on the first amorphous carbon layer are included. In the step of forming the crystalline carbon layer, the maximum temperature reached of the base material is controlled to 150 ° C. or lower.

前記物理的気相蒸着法(PVD法)とは、炭素材料を蒸発、イオン化させて得られる炭素イオンを、前記基材に吹き付けることによって、前記基材上に前記炭素イオンを堆積させ、非晶質炭素層を形成する方法である。 The physical vapor deposition method (PVD method) is an amorphous method in which carbon ions obtained by evaporating and ionizing a carbon material are sprayed onto the base material to deposit the carbon ions on the base material. It is a method of forming a quality carbon layer.

本発明の一実施形態において、物理的気相蒸着法の種類は、特に限定されず、非晶質炭素層の形成に一般的に使用される方法を適宜採用することができる。前記物理的気相蒸着法としては、ターゲットから発生したマクロパーティクルをろ過するフィルタード式真空アークPVD装置(フィルタード真空アーク(FVA)装置とも称する)を用いる、フィルタード真空アーク蒸着法を採用することが好ましい。 In one embodiment of the present invention, the type of physical vapor deposition method is not particularly limited, and a method generally used for forming an amorphous carbon layer can be appropriately adopted. As the physical vapor deposition method, a filtered vacuum arc vapor deposition method using a filtered vacuum arc PVD device (also referred to as a filtered vacuum arc (FVA) device) for filtering macroparticles generated from the target is adopted. Is preferable.

本発明の一実施形態における前記第1の非晶質炭素層を形成する工程において、前記基材の最高到達温度を、150℃以下に制御し、好ましくは130℃以下に制御する。 In the step of forming the first amorphous carbon layer in one embodiment of the present invention, the maximum temperature reached of the base material is controlled to 150 ° C. or lower, preferably 130 ° C. or lower.

前記第1の非晶質炭素層を形成する工程において、前記基材の最高到達温度を、上述の範囲に制御することによって、形成される第1の非晶質炭素層における異常成長物の起点となるマクロパーティクルの密度を、好適な範囲に制御することができる。 In the step of forming the first amorphous carbon layer, the starting point of the abnormal growth product in the first amorphous carbon layer formed by controlling the maximum temperature reached of the base material within the above range. It is possible to control the density of the macroparticles to be in a suitable range.

前記基材の最高到達温度を制御する方法としては、特に限定されず、例えば、前記第1の非晶質炭素層を形成する工程において、前記第1の非晶質炭素層の形成を適宜中断して前記基材を冷却する工程を1回または複数回実施すること、および、ヒーターを用いて、前記基材の温度を制御する方法、並びに、前記基材に加わる総イオンエネルギー量を制御する方法が挙げられる。より詳細には、FVA蒸発源の数を調整する方法、前記第1の非晶質炭素層を形成に使用するアーク電流の大きさを調整する方法および基材バイアスを調整する方法等を挙げることができる。 The method for controlling the maximum temperature of the base material is not particularly limited, and for example, in the step of forming the first amorphous carbon layer, the formation of the first amorphous carbon layer is appropriately interrupted. The step of cooling the base material once or a plurality of times, a method of controlling the temperature of the base material by using a heater, and the total amount of ion energy applied to the base material are controlled. The method can be mentioned. More specifically, a method of adjusting the number of FVA evaporation sources, a method of adjusting the magnitude of the arc current used for forming the first amorphous carbon layer, a method of adjusting the substrate bias, and the like are mentioned. Can be done.

ここで、物理的気相蒸着法によって、非晶質炭素層を形成する場合、イオン化した炭素を前記基材に吹き付けることから、必然的に、前記基材にイオンエネルギーが加えられる。その際に加えられる総イオンエネルギー量は、目的とする非晶質炭素層の層厚等の特性によって変動する。すなわち、特定の範囲の層厚等の特性を有する非晶質炭素層を形成するためには、特定の範囲の総イオンエネルギー量を前記基材に加える必要がある。 Here, when the amorphous carbon layer is formed by the physical vapor vapor deposition method, ionized carbon is sprayed onto the base material, so that ion energy is inevitably applied to the base material. The total amount of ion energy applied at that time varies depending on the characteristics such as the layer thickness of the target amorphous carbon layer. That is, in order to form an amorphous carbon layer having characteristics such as a layer thickness in a specific range, it is necessary to add a total ion energy amount in a specific range to the substrate.

前記総イオンエネルギー量が大きい場合は前記基材の温度が上昇し易い。一方、前記総イオンエネルギー量が小さい場合には、前記基材の温度が上昇し難い。よって、前記基材の最高到達温度を制御する方法のより詳細な具体例としては、目的とする非晶質炭素層を形成するための前記総イオンエネルギー量が大きい場合には、前記非晶質炭素層の形成を適宜中断して前記基材を冷却する工程を1回または複数回実施して、前記基材の温度が過剰に上昇しないように、前記基材の温度を制御する方法が挙げられる。また、必要に応じて、ヒーターの加熱なしに、前記基材の最高到達温度を制御することもできる。また、目的とする非晶質炭素層を形成するための前記総イオンエネルギー量が小さい場合には、ヒーターを用いて前記基材を加熱して、前記基材の温度を制御する方法を挙げることができる。 When the total amount of ion energy is large, the temperature of the base material tends to rise. On the other hand, when the total amount of ion energy is small, the temperature of the base material is unlikely to rise. Therefore, as a more detailed specific example of the method for controlling the maximum temperature reached of the base material, when the total amount of ion energy for forming the target amorphous carbon layer is large, the amorphous material is described. A method of controlling the temperature of the base material so that the temperature of the base material does not rise excessively by carrying out the step of cooling the base material once or a plurality of times by appropriately interrupting the formation of the carbon layer can be mentioned. Be done. Further, if necessary, the maximum temperature reached of the base material can be controlled without heating the heater. Further, when the total amount of ion energy for forming the target amorphous carbon layer is small, a method of heating the base material with a heater to control the temperature of the base material is given. Can be done.

また、前記第1の非晶質炭素層を形成する工程においては、前記基材の最高到達温度を、150℃以下に制御するのに加え、前記第1の非晶質炭素層の膜厚が100nm以上、mと前記被膜の総膜厚の20%とを比べて厚い方の層厚以下でとなるまで成膜することが好ましい。これにより、前記摺動部材の平滑性をより好適に向上させるとともに、前記摺動部材より前記被膜が剥離することを、好適に防ぐことができる。 Further, in the step of forming the first amorphous carbon layer, in addition to controlling the maximum temperature reached of the base material to 150 ° C. or lower, the film thickness of the first amorphous carbon layer is increased. It is preferable to form a film until the film thickness is 100 nm or more, m and 20% of the total film thickness of the coating film, and the thickness is equal to or less than the thicker layer thickness. This makes it possible to more preferably improve the smoothness of the sliding member and preferably prevent the coating film from peeling off from the sliding member.

本発明の一実施形態における前記第2の非晶質炭素層を形成する工程において、前記第2の非晶質炭素層を形成する方法としては、特に限定されず、非晶質炭素層の形成に一般的に使用される方法を適宜採用することができる。前記第2の非晶質炭素層を形成する方法としては、好ましくは、前記第1の非晶質炭素層を形成する工程と同様、物理的気相蒸着法を採用することができ、より好ましくは、フィルタード真空アーク蒸着法を採用することができる。 In the step of forming the second amorphous carbon layer in one embodiment of the present invention, the method for forming the second amorphous carbon layer is not particularly limited, and the forming of the amorphous carbon layer is not particularly limited. A commonly used method can be appropriately adopted. As a method for forming the second amorphous carbon layer, a physical vapor deposition method can be preferably adopted as in the step of forming the first amorphous carbon layer, which is more preferable. Can employ a filtered vacuum arc deposition method.

本発明の一実施形態における前記第2の非晶質炭素層を形成する工程において、前記第1の非晶質炭素層上に、前記第2の非晶質炭素層を形成するとは、前記第1の非晶質炭素層上に直接前記第2の非晶質炭素層を形成すること、および、前記第1の非晶質炭素層と前記第2の非晶質炭素層との間に、他の非晶質炭素層等の他の層が形成された摺動部材を製造する場合において、当該他の層上にて前記第2の非晶質炭素層を形成することの双方を含む。 In the step of forming the second amorphous carbon layer in one embodiment of the present invention, forming the second amorphous carbon layer on the first amorphous carbon layer means that the second amorphous carbon layer is formed. Forming the second amorphous carbon layer directly on the amorphous carbon layer of 1, and between the first amorphous carbon layer and the second amorphous carbon layer, In the case of manufacturing a sliding member on which another layer such as another amorphous carbon layer is formed, both of forming the second amorphous carbon layer on the other layer are included.

本発明の一実施形態における前記第2の非晶質炭素層を形成する工程において、前記第2の非晶質炭素層の硬度が、前記第1の非晶質炭素層の硬度よりも低くなるように、製造条件を制御する。前記第2の非晶質炭素層の硬度を制御する方法としては、当業者にとって既知の方法を採用することができる。前記第2の非晶質炭素層の硬度を制御する方法としては、具体的には、例えば、前記第2の非晶質炭素層を形成する工程における前記基材の温度を、前記第1の非晶質炭素層を形成する工程における前記基材の最高到達温度以上の温度に制御すること等を挙げることができる。 In the step of forming the second amorphous carbon layer in one embodiment of the present invention, the hardness of the second amorphous carbon layer becomes lower than the hardness of the first amorphous carbon layer. As such, the manufacturing conditions are controlled. As a method for controlling the hardness of the second amorphous carbon layer, a method known to those skilled in the art can be adopted. As a method for controlling the hardness of the second amorphous carbon layer, specifically, for example, the temperature of the base material in the step of forming the second amorphous carbon layer is set to the first one. Examples include controlling the temperature to a temperature equal to or higher than the maximum reached temperature of the base material in the step of forming the amorphous carbon layer.

前記基材の温度を、前記第1の非晶質炭素層を形成する工程における前記基材の最高到達温度以上の温度に制御する方法としては、特に限定されず、例えば、ヒーターを用いて、前記基材を加熱する方法、並びに、フィルタード真空アーク蒸着法を採用する場合において、前記基材に加わる総イオンエネルギー量を制御する方法、より詳細には、FVA蒸発源の数を増やす方法、高アーク電流を用いて被覆する方法および基材バイアスを大きくする方法、等を挙げることができる。 The method for controlling the temperature of the base material to a temperature equal to or higher than the maximum reached temperature of the base material in the step of forming the first amorphous carbon layer is not particularly limited, and for example, a heater is used. A method of heating the substrate, a method of controlling the total amount of ion energy applied to the substrate in the case of adopting a filtered vacuum arc vapor deposition method, and more particularly, a method of increasing the number of FVA evaporation sources. Examples thereof include a method of coating using a high arc current and a method of increasing the substrate bias.

本発明の一実施形態に係る摺動部材の製造方法は、前記第1の非晶質炭素層を形成する工程および前記第2の非晶質炭素層を形成する工程以外に、任意で、その他の工程を含み得る。 The method for manufacturing the sliding member according to the embodiment of the present invention is optional, other than the step of forming the first amorphous carbon layer and the step of forming the second amorphous carbon layer. Can include the steps of.

前記その他の工程としては、前記基材上に前記中間層を形成する工程、前記第1の非晶質炭素層と前記第2の非晶質炭素層との間に、他の非晶質炭素層を形成する工程、前記第2の非晶質炭素層上に前記耐摩耗表面処理層を形成する工程等を挙げることができる。 The other steps include a step of forming the intermediate layer on the base material, and another amorphous carbon between the first amorphous carbon layer and the second amorphous carbon layer. Examples thereof include a step of forming the layer, a step of forming the wear-resistant surface treatment layer on the second amorphous carbon layer, and the like.

前記その他の工程においては、前記中間層、前記他の非晶質炭素層および前記耐摩耗表面処理層のそれぞれの層を形成するための既知の方法を採用できる。 In the other steps, known methods for forming the respective layers of the intermediate layer, the other amorphous carbon layer and the wear-resistant surface-treated layer can be adopted.

以下、実施例および比較例により、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to these Examples.

[物性の測定]
実施例および比較例において、摺動部材、並びに、当該摺動部材を構成する第1の非晶質炭素層および第2の非晶質炭素層の物性を、以下の方法で測定した。
[Measurement of physical properties]
In Examples and Comparative Examples, the physical properties of the sliding member and the first amorphous carbon layer and the second amorphous carbon layer constituting the sliding member were measured by the following methods.

[層厚、膜厚]
実施例および比較例にて製造された摺動部材を、基材の表面に垂直な方向に切断した。そして、当該切断により得られる断面に対して、イオンミリング法(CP加工)により化学研磨した後、当該断面を、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて観測することによって、第1の非晶質炭素層および第2の非晶質炭素層、並びに、第1の非晶質炭素層および第2の非晶質炭素層からなる被膜全体の膜厚を測定した。
[Layer thickness, film thickness]
The sliding members manufactured in Examples and Comparative Examples were cut in a direction perpendicular to the surface of the base material. Then, the cross section obtained by the cutting is chemically polished by an ion milling method (CP processing), and then the cross section is observed using a scanning electron microscope (SEM) to obtain the first amorphous substance. The film thickness of the entire coating film including the carbon layer and the second amorphous carbon layer, and the first amorphous carbon layer and the second amorphous carbon layer was measured.

[異常成長の密度]
実施例および比較例にて製造された摺動部材において、前述の層厚、膜厚の測定と同様の方法にて得られる任意の断面に対して、倍率1000倍の光学顕微鏡で観察した後、さらに異常成長物が第1の非晶質炭素層または第2の非晶質炭素層のいずれに存在するマクロパーティクルを核としているのかを、マイクロスコープの評価長さ340μmの条件下にてSEMを用いて観察し、前記被膜全体における異常成長の数、および、第1の非晶質炭素層のマクロパーティクルを起点とする異常成長の数を測定した。
[Density of abnormal growth]
In the sliding members manufactured in Examples and Comparative Examples, after observing with an optical microscope at a magnification of 1000 times with respect to an arbitrary cross section obtained by the same method as the above-mentioned measurement of layer thickness and film thickness, Furthermore, SEM is performed under the condition of a microscope evaluation length of 340 μm to determine whether the abnormal growth product has macroparticles present in the first amorphous carbon layer or the second amorphous carbon layer as nuclei. The number of abnormal growths in the entire coating film and the number of abnormal growths starting from the macroparticles of the first amorphous carbon layer were measured using and observed.

得られた第1の非晶質炭素層のマクロパーティクルを核とする異常成長物の数を、前記マイクロスコープの評価長さ340μmと第1の非晶質炭素層の層厚との積にて除した値を算出した。そして、この算出値を、前記第1の非晶質炭素層中に存在するマクロパーティクルを核とする異常成長物の密度とした。 The number of abnormal growth substances having macroparticles as nuclei of the obtained first amorphous carbon layer was divided by the product of the evaluation length of the microscope of 340 μm and the layer thickness of the first amorphous carbon layer. The value was calculated. Then, this calculated value was used as the density of the abnormal growth product having macroparticles as nuclei existing in the first amorphous carbon layer.

同様に、得られた前記被膜全体における異常成長物の数を、前記マイクロスコープの評価長さ340μmと前記被膜の膜厚との積にて除した値を算出し、前記被膜中に存在するマクロパーティクルを核とする異常成長物の密度とした。 Similarly, the value obtained by dividing the number of abnormal growth substances in the entire coating film obtained by the product of the evaluation length of the microscope of 340 μm and the film thickness of the coating film is calculated, and the macro particles existing in the coating film are obtained. The density of abnormal growth substances as nuclei was used.

[硬度]
実施例および比較例にて製造された摺動部材に対して、カロテスト法を用いて、第1の非晶質炭素層および第2の非晶質炭素層の硬度を測定した。
[hardness]
For the sliding members manufactured in Examples and Comparative Examples, the hardness of the first amorphous carbon layer and the second amorphous carbon layer was measured by using the carotest method.

具体的には、球径が30mmの鋼球、粒径が0μmより大きく、2μm以下のダイヤモンドスラリーを用いて、前記摺動部材に対する、カロテストを行った。その際、得られる前記被膜(非晶質炭素膜)のカロテスト痕直径に対して、後述するCr下地のカロテスト痕直径が25%以下になるようにカロテストを行った。硬度測定はナノインデンテーション法により行い、三角錐圧子(バーコビッチ圧子)、荷重300mgfの条件のもとで測定した。具体的には、超微小押し込み硬さ試験機((株)エリオニクス製 ENT-1100a)を用いて、第1の非晶質炭素層および第2の非晶質炭素層の硬度を測定した。 Specifically, a carotest was performed on the sliding member using a steel ball having a ball diameter of 30 mm and a diamond slurry having a particle size larger than 0 μm and 2 μm or less. At that time, a carotest was performed so that the diameter of the carotest mark on the Cr substrate, which will be described later, was 25% or less of the diameter of the carotest mark of the obtained film (amorphous carbon film). The hardness was measured by the nanoindentation method, and was measured under the conditions of a triangular pyramid indenter (Berkovich indenter) and a load of 300 mgf. Specifically, the hardness of the first amorphous carbon layer and the second amorphous carbon layer was measured using an ultrafine indentation hardness tester (ENT-1100a manufactured by Elionix Inc.).

[ラマンスペクトル]
実施例および比較例にて製造された摺動部材において、前述の硬度測定にて得られたカロテスト痕における第1の非晶質炭素層および第2の非晶質炭素層それぞれに対して、ラマン分光分析機(日本分光(株)製NRS-5100、波長532nm)を用いて、ラマンスペクトルを測定した。得られたラマンスペクトルから直線によりベースラインを除去した後、波数1350cm-1の付近に存在するDピークと波数1550cm-1の付近に存在するGピークとにピーク分離を行った。その後、ピーク分離された前記Dピークおよび前記Gピークのピーク面積、並びに、前記Gピークのピーク位置を測定した。測定された前記Dピークおよび前記Gピークのピーク面積に基づき、ピーク面積比ID/IGの値を算出した。また、測定された前記Gピークのピーク位置の波数を、Gピークシフトの値とした。
[Raman spectrum]
In the sliding members manufactured in Examples and Comparative Examples, Raman was applied to each of the first amorphous carbon layer and the second amorphous carbon layer in the calotest marks obtained by the above-mentioned hardness measurement. The Raman spectrum was measured using a spectroscopic analyzer (NRS-5100 manufactured by Nippon Spectroscopy Co., Ltd., wavelength 532 nm). After removing the baseline from the obtained Raman spectrum by a straight line, peak separation was performed on the D peak existing near the wave number 1350 cm -1 and the G peak existing near the wave number 1550 cm -1 . Then, the peak areas of the D peak and the G peak separated from the peak, and the peak position of the G peak were measured. The value of the peak area ratio ID / IG was calculated based on the measured peak areas of the D peak and the G peak. Further, the measured wave number at the peak position of the G peak was used as the value of the G peak shift.

[表面粗さ]
実施例および比較例にて製造された摺動部材において、触診式粗さ計((株)アルバック製 Dektak 150)の測定装置を用いて、ANSI B46.1に準ずる方法により、前記被膜の表面粗さRaを測定した。続いて、測定された表面粗さRaの値を、前記被膜の膜厚にて除して、単位膜厚あたりの表面粗さ(Ra/膜厚)を算出した。
[Surface roughness]
In the sliding members manufactured in Examples and Comparative Examples, the surface roughness of the coating film was roughened by a method according to ANSI B46.1 using a measuring device of a palpation type roughness meter (Dektak 150 manufactured by ULVAC, Inc.). Ra was measured. Subsequently, the measured surface roughness Ra value was divided by the film thickness of the coating film to calculate the surface roughness (Ra / film thickness) per unit film thickness.

[密着性] [Adhesion]

実施例および比較例にて製造された摺動部材に対して、ロックウェル硬度計((株)明石製作所製 ARK-600)を用いて、前記摺動部材の基材とは反対側の面(最表面)から、120℃ダイヤモンド圧子にて、150kgfの荷重を加えて(HRC試験)、前記摺動部材の最表面に圧痕を付けた後、当該圧痕の付近における損傷状態をVDI 3198規格を基に分類した。以下の表3においては、前記規格における損傷状態評価でHF1~HF4を「○」にて表し、前記規格における損傷状態評価でHF5~HF6を「×」にて表す。 For the sliding members manufactured in Examples and Comparative Examples, a Rockwell hardness tester (ARK-600 manufactured by Akashi Seisakusho Co., Ltd.) was used to the surface of the sliding member on the opposite side to the base material. From the outermost surface), a load of 150 kgf is applied with a diamond indenter at 120 ° C. (HRC test) to make an indentation on the outermost surface of the sliding member, and then the damaged state in the vicinity of the indentation is based on the VDI 3198 standard. It was classified into. In Table 3 below, HF1 to HF4 are represented by “◯” in the damage state evaluation in the standard, and HF5 to HF6 are represented by “x” in the damage state evaluation in the standard.

[実施例1~17、比較例1~2]
(摺動部材の製造)
基材として、クロムモリブデン鋼(商品名:SCM415、ロックウェル硬さ(HRC):約58)からなる鋼材を使用した。
[Examples 1 to 17, Comparative Examples 1 to 2]
(Manufacturing of sliding members)
As a base material, a steel material made of chromium molybdenum steel (trade name: SCM415, Rockwell hardness (HRC): about 58) was used.

ターゲットから発生したマクロパーティクルをろ過するフィルタード式真空アークPVD装置(以下、FVA装置)の真空チャンバー内の基材ホルダに、前記基材を設置した。なお、前記基材ホルダは2R回転する基材ホルダであった。 The base material was placed in a base material holder in a vacuum chamber of a filtered vacuum arc PVD device (hereinafter, FVA device) that filters macroparticles generated from a target. The base material holder was a base material holder that rotated 2R.

続いて、前記真空チャンバーを真空排気した。その後、アルゴン(Ar)ガスを、真空排気した前記真空チャンバーの内部に導入し、グロー放電によってArプラズマを発生させ、続いて、二次電子放出を利用したArプラズマを発生させることにより、前記基材の表面をクリーニングした。 Subsequently, the vacuum chamber was evacuated. After that, argon (Ar) gas is introduced into the vacuum chamber that has been evacuated, and Ar plasma is generated by glow discharge, and then Ar plasma using secondary electron emission is generated to generate the group. The surface of the material was cleaned.

前記真空チャンバー内において、クリーニングされた前記基材に対して、クロム(Cr)ターゲットを用いて、スパッタリングすることにより、前記基材上にCrからなる中間層(Cr下地)を被覆した。その後、前記真空チャンバー内部を真空排気しながら、前記基材を、前記基材の温度が100℃未満になるまで放置して、冷却した。 In the vacuum chamber, the cleaned base material was sputtered with a chromium (Cr) target to coat the base material with an intermediate layer (Cr base) made of Cr. Then, while evacuating the inside of the vacuum chamber, the base material was left to cool until the temperature of the base material became less than 100 ° C.

前記基材の温度が下がった後、前記真空チャンバー内において、Arガス:3scc、基材バイアス:0V、アーク電流150Aの条件下にて、前記基材の最高到達温度が、以下に示す表1に記載の「第1の非晶質炭素層形成時」における「最高到達温度」となるよう、前記基材の温度を制御しながら、物理的気相蒸着法を用いて、気相状態にて、イオン化した炭素(C)を前記基材に吹き付けることによって、前記基材上に、第1の非晶質炭素層を形成して、前記基材を前記第1の非晶質炭素層にて被覆した。 After the temperature of the base material has dropped, the maximum temperature reached of the base material in the vacuum chamber under the conditions of Ar gas: 3 scc, base material bias: 0 V, and arc current 150 A is shown in Table 1 below. In the gas phase state using the physical gas phase vapor deposition method while controlling the temperature of the base material so as to be the "maximum temperature reached" at the time of "formation of the first amorphous carbon layer" described in 1. By spraying the ionized carbon (C) onto the base material, a first amorphous carbon layer is formed on the base material, and the base material is used on the first amorphous carbon layer. Covered.

ここで、目的とする第1の非晶質炭素層を形成するための前記基材に加える総イオンエネルギー量が大きい場合には、前記第1の非晶質炭素層の形成を適宜中断して前記基材を冷却する工程を1回または複数回実施して、前記基材の温度が過剰に上昇しないように、前記基材の温度を制御する方法、および、目的とする第1の非晶質炭素層を形成するための前記総イオンエネルギー量が小さい場合には、ヒーターを用いて前記基材を加熱して、前記基材の温度を制御する方法を適宜採用して、前記基材の最高到達温度、すなわち、前記基材の温度を、以下の表1に示す温度に制御した。 Here, when the total amount of ionic energy applied to the base material for forming the target first amorphous carbon layer is large, the formation of the first amorphous carbon layer is appropriately interrupted. A method of controlling the temperature of the base material by carrying out the step of cooling the base material once or a plurality of times so that the temperature of the base material does not rise excessively, and a target first non-crystal. When the total amount of ionic energy for forming the quality carbon layer is small, a method of heating the base material with a heater to control the temperature of the base material is appropriately adopted to control the temperature of the base material. The maximum temperature reached, that is, the temperature of the substrate was controlled to the temperature shown in Table 1 below.

前記第1の非晶質炭素層を形成した後、前記真空チャンバー内において、Arガス:3scc、基材バイアス:0V、アーク電流150Aの条件下にて、前記第1の非晶質炭素層形成時の前記基材の最高到達温度よりも高く、最高到達温度が、以下に示す表1に記載の「第2の非晶質炭素層形成時」における「最高到達温度」である温度範囲に、前記基材の温度を制御しながら、物理的気相蒸着法を用いて、気相状態にて、イオン化した炭素(C)を前記基材に吹き付けることによって、前記第1の非晶質炭素層上に、第2の非晶質炭素層を形成して、前記基材を前記第1の非晶質炭素層および前記第2の非晶質炭素層からなる被膜にて被覆した。その結果、前記基材上におよび前記被膜からなる摺動部材を製造した。 After forming the first amorphous carbon layer, the first amorphous carbon layer is formed in the vacuum chamber under the conditions of Ar gas: 3 scc, substrate bias: 0 V, and arc current 150 A. In the temperature range, which is higher than the maximum reached temperature of the base material at the time, and the maximum reached temperature is the "highest reached temperature" in the "during the formation of the second amorphous carbon layer" shown in Table 1 below. The first amorphous carbon layer is formed by spraying ionized carbon (C) onto the substrate in a vapor phase state using a physical vapor vapor deposition method while controlling the temperature of the substrate. A second amorphous carbon layer was formed on the substrate, and the base material was coated with a film composed of the first amorphous carbon layer and the second amorphous carbon layer. As a result, a sliding member made of the coating film and on the substrate was manufactured.

ここで、前記第2の非晶質炭素層を形成する際は、前記基材を加熱した。前記基材を加熱する方法としては、ヒーターを用いて、前記基材を加熱して前記基材の温度を制御する方法、並びに、目的となる前記第2の非晶質炭素層を形成できる範囲において、前記基材に加わる総イオンエネルギー量を制御する方法、より詳細には、FVA蒸発源の数を増やす方法、高アーク電流を用いて被覆する方法および基材バイアスを大きくする方法を適宜採用した。 Here, when forming the second amorphous carbon layer, the base material was heated. As a method for heating the base material, a method of heating the base material to control the temperature of the base material by using a heater, and a range in which the target second amorphous carbon layer can be formed. In the above, a method of controlling the total amount of ion energy applied to the substrate, more specifically, a method of increasing the number of FVA evaporation sources, a method of covering with a high arc current, and a method of increasing the substrate bias are appropriately adopted. did.

[比較例3]
基材として、クロムモリブデン鋼(商品名:SCM415、ロックウェル硬さ(HRC):約58)からなる鋼材を使用した。
[Comparative Example 3]
As a base material, a steel material made of chromium molybdenum steel (trade name: SCM415, Rockwell hardness (HRC): about 58) was used.

ターゲットから発生したマクロパーティクルをろ過するフィルタード式真空アークPVD装置(以下、FVA装置)の真空チャンバー内の基材ホルダに、前記基材を設置した。なお、前記基材ホルダは2R回転する基材ホルダであった。 The base material was placed in a base material holder in a vacuum chamber of a filtered vacuum arc PVD device (hereinafter, FVA device) that filters macroparticles generated from a target. The base material holder was a base material holder that rotated 2R.

続いて、前記真空チャンバーを真空排気した。その後、アルゴン(Ar)ガスを、真空排気した前記真空チャンバーの内部に導入し、グロー放電によってArプラズマを発生させ、続いて、二次電子放出を利用したArプラズマを発生させることにより、前記基材の表面をクリーニングした。 Subsequently, the vacuum chamber was evacuated. After that, argon (Ar) gas is introduced into the vacuum chamber that has been evacuated, and Ar plasma is generated by glow discharge, and then Ar plasma using secondary electron emission is generated to generate the group. The surface of the material was cleaned.

前記真空チャンバー内において、クリーニングされた前記基材に対して、クロム(Cr)ターゲットを用いて、スパッタリングすることにより、前記基材上にCrからなる中間層(Cr下地)を被覆した。その後、前記真空チャンバー内部を真空排気しながら、前記基材を、前記基材の温度が100℃未満になるまで放置して、冷却した。 In the vacuum chamber, the cleaned base material was sputtered with a chromium (Cr) target to coat the base material with an intermediate layer (Cr base) made of Cr. Then, while evacuating the inside of the vacuum chamber, the base material was left to cool until the temperature of the base material became less than 100 ° C.

前記基材の温度が下がった後、前記基材上に、前記第1の非晶質炭素層を形成することなく、前記真空チャンバー内において、Arガス:3scc、基材バイアス:0V、アーク電流150Aの条件下にて、最高到達温度が、以下に示す表1に記載の「第2の非晶質炭素層形成時の最高到達温度」となるように、前記基材の温度を制御しながら、物理的気相蒸着法を用いて、気相状態にて、イオン化した炭素(C)を前記基材に吹き付けることによって、前記基材上に、第2の非晶質炭素層を形成して、前記基材を前記第2の非晶質炭素層からなる被膜にて被覆した。その結果、前記基材上におよび前記被膜からなる摺動部材を製造した。 After the temperature of the base material is lowered, Ar gas: 3 scc, base material bias: 0 V, arc current in the vacuum chamber without forming the first amorphous carbon layer on the base material. While controlling the temperature of the substrate so that the maximum reached temperature becomes the "maximum reached temperature at the time of forming the second amorphous carbon layer" shown in Table 1 below under the condition of 150 A. A second amorphous carbon layer is formed on the base material by spraying ionized carbon (C) onto the base material in the gas phase state using the physical gas phase vapor deposition method. , The base material was coated with a film made of the second amorphous carbon layer. As a result, a sliding member made of the coating film and on the substrate was manufactured.

(結果)
実施例1~17および比較例1~3における、基材の最高到達温度、非晶質炭素層の形成時間といった製造条件を以下の表1に示す。また、実施例1~17および比較例1~3において製造された摺動部材、並びに、当該摺動部材を構成する第1の非晶質炭素層および第2の非晶質炭素層、並びに、被膜について、前述の方法にて測定した物性を、以下の表2および表3に示す。

Figure 2022099051000002
Figure 2022099051000003
Figure 2022099051000004
(result)
The production conditions such as the maximum temperature of the base material and the formation time of the amorphous carbon layer in Examples 1 to 17 and Comparative Examples 1 to 3 are shown in Table 1 below. Further, the sliding members manufactured in Examples 1 to 17 and Comparative Examples 1 to 3, the first amorphous carbon layer and the second amorphous carbon layer constituting the sliding member, and the second amorphous carbon layer, and the like. The physical characteristics of the coating film measured by the above-mentioned method are shown in Tables 2 and 3 below.
Figure 2022099051000002
Figure 2022099051000003
Figure 2022099051000004

(結論)
表2および表3を参照して、実施例1~17と、比較例1~2との比較から、基板上に、より硬度が高い第1の非晶質炭素層と、より硬度が低い第2の非晶質炭素層を含む被膜が積層してなる摺動部材において、前記第1の非晶質炭素層中に存在するマクロパーティクルを核とする異常成長物の密度が、11.8×10-3個/μm以下である摺動部材は、当該第1の非晶質炭素層中に存在するマクロパーティクルを起点とする異常成長の密度が11.8×10-3個/μmよりも大きい摺動部材よりも、表面粗さが小さく、平滑性に優れることが分かった。
(Conclusion)
With reference to Tables 2 and 3, from the comparison between Examples 1 to 17 and Comparative Examples 1 and 2, a first amorphous carbon layer having a higher hardness and a lower hardness first on the substrate. In the sliding member in which the coating film containing the amorphous carbon layer 2 is laminated, the density of the abnormal growth material having macroparticles as nuclei existing in the first amorphous carbon layer is 11.8 ×. The sliding member having 10-3 pieces / μm 2 or less has an abnormal growth density of 11.8 × 10-3 pieces / μm 2 starting from macroparticles existing in the first amorphous carbon layer. It was found that the surface roughness was smaller and the smoothness was superior to that of the larger sliding member.

また、実施例1~17と比較例3との比較から、第1の非晶質炭素層を含まない場合、被膜の表面粗さは悪化することが分かった。よって、基板上に、硬度が高い第1の非晶質炭素層と、硬度が低い第2の非晶質炭素層を含むこともまた、被膜の表面粗さを低減させ、摺動部材の平滑性を向上させることに寄与していることが分かった。 Further, from the comparison between Examples 1 to 17 and Comparative Example 3, it was found that the surface roughness of the coating film deteriorated when the first amorphous carbon layer was not contained. Therefore, including the first amorphous carbon layer having a high hardness and the second amorphous carbon layer having a low hardness on the substrate also reduces the surface roughness of the coating film and smoothes the sliding member. It was found that it contributed to improving the sex.

上述の事項から、本発明の実施形態1に係る摺動部材は、平滑性に優れるとの効果を奏することが分かった。 From the above-mentioned matters, it was found that the sliding member according to the first embodiment of the present invention has an effect of being excellent in smoothness.

また、実施例1~16と、実施例17との比較から、第1の非晶質炭素層の硬度が80GPaを超えて架橋に大きい場合には、基材と被膜との間に剥離が発生し、密着性が低下することが分かった。 Further, from the comparison between Examples 1 to 16 and Example 17, when the hardness of the first amorphous carbon layer exceeds 80 GPa and is large for cross-linking, peeling occurs between the base material and the coating film. However, it was found that the adhesion was reduced.

表1に示すとおり、実施例1~17においては、第1の非晶質炭素層形成時の基材の最高到達温度を、150℃以下の低温に制御している。また、実施例1、9~12および14~17と、比較例2とは、第1の非晶質炭素層形成時において、形成時間が共に1Hourである。これに対して、第1の非晶質炭素層形成時の基材の最高到達温度については、実施例1、9~12および14~17が150℃以下の低温である一方、比較例2は160℃である。すなわち、比較例2における第1の非晶質炭素層形成時の基材の最高到達温度は、150℃を超える温度となっている。そして、その結果、実施例1、9~12および14~17において、第1の非晶質炭素層中に存在するマクロパーティクルを核とする異常成長物の密度が、比較例2よりも小さくなっている。 As shown in Table 1, in Examples 1 to 17, the maximum temperature reached of the base material at the time of forming the first amorphous carbon layer is controlled to a low temperature of 150 ° C. or lower. Further, in Examples 1, 9 to 12 and 14 to 17, and in Comparative Example 2, the formation time is 1 Hour at the time of forming the first amorphous carbon layer. On the other hand, regarding the maximum temperature reached of the base material at the time of forming the first amorphous carbon layer, Examples 1, 9 to 12 and 14 to 17 have a low temperature of 150 ° C. or lower, while Comparative Example 2 has a low temperature of 150 ° C. or less. It is 160 ° C. That is, the maximum temperature reached of the base material at the time of forming the first amorphous carbon layer in Comparative Example 2 is a temperature exceeding 150 ° C. As a result, in Examples 1, 9 to 12 and 14 to 17, the density of the abnormal growth material having macroparticles as nuclei existing in the first amorphous carbon layer becomes smaller than that in Comparative Example 2. ing.

上述の事項から、第1の非晶質炭素層形成時の基材の最高到達温度を、150℃以下の低温に制御することによって、第1の非晶質炭素層中に存在するマクロパーティクルを核とする異常成長物の密度を好適に制御し、本発明の実施形態1に係る摺動部材を製造できることが分かった。 From the above items, by controlling the maximum temperature reached of the base material at the time of forming the first amorphous carbon layer to a low temperature of 150 ° C. or less, the macroparticles existing in the first amorphous carbon layer can be obtained. It was found that the sliding member according to the first embodiment of the present invention can be manufactured by appropriately controlling the density of the amorphous growth material as a core.

本発明の一実施形態によれば、表面粗さが小さく、平滑性に優れた摺動部材を得ることができる。この平滑性に優れた摺動部材は、例えば、車両用のエンジン等の機械装置における、長時間稼働させた場合の耐久性に優れ、かつ、精度が低下し難い摺動部の製造に利用することができる。 According to one embodiment of the present invention, it is possible to obtain a sliding member having a small surface roughness and excellent smoothness. This sliding member having excellent smoothness is used for manufacturing, for example, a sliding part having excellent durability when operated for a long time in a mechanical device such as an engine for a vehicle and whose accuracy does not easily decrease. be able to.

1 基材
2 第1の非晶質炭素層
3 第2の非晶質炭素層
4 第1の非晶質炭素層
5 第2の非晶質炭素層
6 最表面
7 マクロパーティクルを核とする異常成長物
1 Base material 2 First amorphous carbon layer 3 Second amorphous carbon layer 4 First amorphous carbon layer 5 Second amorphous carbon layer 6 Outermost surface 7 Abnormalities centered on macroparticles Growth product

Claims (6)

基材と、前記基材における少なくとも相手材と摺動する表面を被覆する被膜と、を含む摺動部材であって、
前記被膜が、第1の非晶質炭素層と第2の非晶質炭素層とを含み、
前記第1の非晶質炭素層は、前記基材と前記第2の非晶質炭素層との間に形成され、
前記第1の非晶質炭素層は、前記第2の非晶質炭素層よりも硬度が高く、
前記被膜の断面において、前記第1の非晶質炭素層中に存在するマクロパーティクルを核とする異常成長物の密度が、11.8×10-3個/μm以下であることを特徴とする、摺動部材。
A sliding member including a base material and a coating film covering at least a surface of the base material that slides on the mating material.
The coating comprises a first amorphous carbon layer and a second amorphous carbon layer.
The first amorphous carbon layer is formed between the base material and the second amorphous carbon layer.
The first amorphous carbon layer has a higher hardness than the second amorphous carbon layer.
In the cross section of the coating film, the density of abnormal growth products having macroparticles as nuclei existing in the first amorphous carbon layer is 11.8 × 10 -3 / μm 2 or less. Sliding member.
前記第1の非晶質炭素層の層厚が、100nm以上であり、1000nmと前記被膜の総膜厚の20%とを比べて厚い方の層厚以下であることを特徴とする、請求項1に記載の摺動部材。 Claimed, the first amorphous carbon layer has a layer thickness of 100 nm or more, and is not more than 1000 nm, which is thicker than 20% of the total film thickness of the coating film. The sliding member according to 1. 前記第1の非晶質炭素層の硬度が、40GPa以上、80GPa以下であることを特徴とする、請求項1または2に記載の摺動部材。 The sliding member according to claim 1 or 2, wherein the hardness of the first amorphous carbon layer is 40 GPa or more and 80 GPa or less. 前記第1の非晶質炭素層のラマン分光によるID/IGの値が1.0以下であり、Gピークシフトが1535cm-1以上、1570cm-1以下であることを特徴とする、請求項1~3の何れか1項に記載の摺動部材。 Claim 1 is characterized in that the ID / IG value of the first amorphous carbon layer obtained by Raman spectroscopy is 1.0 or less, and the G peak shift is 1535 cm -1 or more and 1570 cm -1 or less. The sliding member according to any one of 3 to 3. 前記被膜の膜厚が、1μm以上、50μm以下であることを特徴とする、請求項1~4の何れか1項に記載の摺動部材。 The sliding member according to any one of claims 1 to 4, wherein the film thickness is 1 μm or more and 50 μm or less. 請求項1~5の何れか1項に記載の摺動部材を製造する方法であって、
前記基材上に、物理的気相蒸着法を用いて、前記第1の非晶質炭素層を形成する工程、および、
前記第1の非晶質炭素層上に、前記第2の非晶質炭素層を形成する工程を含み、
前記第1の非晶質炭素層を形成する工程において、前記基材の最高到達温度を、150℃以下に制御することを特徴とする、摺動部材の製造方法。
The method for manufacturing the sliding member according to any one of claims 1 to 5.
A step of forming the first amorphous carbon layer on the substrate by using a physical vapor deposition method, and
A step of forming the second amorphous carbon layer on the first amorphous carbon layer is included.
A method for manufacturing a sliding member, which comprises controlling the maximum temperature reached of the base material to 150 ° C. or lower in the step of forming the first amorphous carbon layer.
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008297171A (en) * 2007-06-01 2008-12-11 Toyohashi Univ Of Technology Diamond-like carbon (dlc) film and dlc coated die
JP2008297477A (en) * 2007-06-01 2008-12-11 Kanagawa Prefecture Low friction slide member
JP2009006470A (en) * 2007-06-01 2009-01-15 Toyohashi Univ Of Technology Dlc coated tool
JP2014173129A (en) * 2013-03-08 2014-09-22 Ngk Insulators Ltd Deposition method of thin film using plasma
WO2017022659A1 (en) * 2015-07-31 2017-02-09 日本ピストンリング株式会社 Piston ring
WO2018179708A1 (en) * 2017-03-31 2018-10-04 株式会社リケン Sliding member and piston ring
US20190154153A1 (en) * 2016-06-30 2019-05-23 Mahle Metal Leve S/A Sliding element for internal combustion engines

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008297171A (en) * 2007-06-01 2008-12-11 Toyohashi Univ Of Technology Diamond-like carbon (dlc) film and dlc coated die
JP2008297477A (en) * 2007-06-01 2008-12-11 Kanagawa Prefecture Low friction slide member
JP2009006470A (en) * 2007-06-01 2009-01-15 Toyohashi Univ Of Technology Dlc coated tool
JP2014173129A (en) * 2013-03-08 2014-09-22 Ngk Insulators Ltd Deposition method of thin film using plasma
WO2017022659A1 (en) * 2015-07-31 2017-02-09 日本ピストンリング株式会社 Piston ring
US20190154153A1 (en) * 2016-06-30 2019-05-23 Mahle Metal Leve S/A Sliding element for internal combustion engines
WO2018179708A1 (en) * 2017-03-31 2018-10-04 株式会社リケン Sliding member and piston ring

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