JP5426898B2

JP5426898B2 - 摺動部材及びその製造方法

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Publication number: JP5426898B2
Application number: JP2009041059A
Authority: JP
Inventors: 真司藤本
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2008-06-25
Filing date: 2009-02-24
Publication date: 2014-02-26
Anticipated expiration: 2029-02-24
Also published as: JP2010031351A

Description

本発明は、軸受けなどの円内摺動部品や、バリカンや女性用産毛剃りなどの刃物等に用いられる摺動部材およびその製造方法に関するものである。

ダイヤモンド状炭素皮膜は摺動抵抗が小さいという特性を有する。このため、摺動部材の摺動面をダイヤモンド状炭素皮膜で被覆することが従来から行なわれており、摺動部材が摺動する際に凝着のために焼き付きを起こすまでの時間を、ダイヤモンド状炭素皮膜で被覆しないものより遥かに長くすることができる。

ここで、摺動部材の表面に形成されるダイヤモンド状炭素皮膜は表面が平滑であるのが一般的である（例えは特許文献１参照）。しかし、このようにダイヤモンド状炭素皮膜の表面が平滑であると、相手材と馴染ませるために必要な初期摩耗に要する時間が長くなり、ダイヤモンド状炭素膜の特徴である低摩擦係数に落ち着くまでに時間を要する、という問題があった。

そこで、特許文献２では、基材の表面に微粒子ショットピーニングなどを施してマイクロディンプルを形成させることによって、この表面に形成されるダイヤモンド状炭素皮膜と相手材との接触面積を低減して、初期摩耗に要する時間を短くすることができるようにしている。しかしこの場合には、基材にマイクロディンプルを形成させる工程が必要であり、製造工数のうえで問題を有するものであった。

特開２０００−１２８５１６号公報特開２００１−２８０４９４号公報

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、基材の表面に加工などを施す必要なく、初期摩耗に要する時間を短くすることができる摺動部材及びその製造方法を提供することを目的とするものである。

本発明に係る摺動部材は、表面にナノレベルの凹凸構造を有するダイヤモンド状炭素皮膜によって、基材の表面が被覆されていることを特徴とするものである。

ダイヤモンド状炭素皮膜の表面のナノレベルの凹凸構造によって、摺動の際の相手材との接触面積を小さくすることができ、面圧を大きくして摩耗を促進させ、初期摩耗に要する時間を短くすることができるものである。また、潤滑油を塗布した場合には、ダイヤモンド状炭素皮膜のナノレベルの凹凸構造内に潤滑油が保持され、潤滑油が維持される時間が長くなって、低摺動抵抗を長時間維持できるものである。

また本発明において、上記のダイヤモンド状炭素皮膜のナノレベルの凹凸構造は、凹凸の最大高さＲｙが、１ｎｍ≦Ｒｙ≦１００ｎｍであることを特徴とするものであり、ダイヤモンド状炭素皮膜の凹凸構造をこの範囲のナノレベルに設定することによって、初期摩耗に要する時間を短くする効果を高く得ることができるものである。

また本発明は、基材の表面に、表面粗さがナノレベル未満（Ｒｙ＜１ｎｍ）のダイヤモンド状炭素皮膜を介して、上記のナノレベルの凹凸構造を有するダイヤモンド状炭素皮膜が被覆されていることを特徴とするものである。

ナノレベルの凹凸構造を有するダイヤモンド状炭素皮膜は針状の構造に形成されるものであり、一般にせん断力に弱く剥離し易い難点があるが、このナノレベルの凹凸構造を有するダイヤモンド状炭素皮膜と基材の間に表面粗さがナノレベル未満のダイヤモンド状炭素皮膜を設けることで、密着性を向上することができるものである。

また本発明において、上記のナノレベルの凹凸構造を有するダイヤモンド状炭素皮膜は
、表面側ほど硬さが小さくなるように変化する傾斜構造を有することが好ましい。

このようにダイヤモンド状炭素皮膜の表面の硬度が小さいことによって、表面の耐摩耗性を低下させることができ、初期摩耗に要する時間をより短くすることができるものである。

また本発明は、基材の表面には、上記のナノレベルの凹凸構造を有するダイヤモンド状
炭素皮膜を被覆する領域において凹部を有するものであることが好ましい。

このように基材の表面に凹部を有することによって、潤滑油を凹部内に滞留させることができ、潤滑油をより保持させ易くなるものである。

また本発明は、基材が刃物であることが好ましい。

この発明によれば、上記のようにナノレベルの凹凸構造を有するダイヤモンド状炭素皮膜によって、流動パラフィンなどの潤滑油を塗布した状態で使うと焼き付きが生じるまでの時間を長くした刃物を得ることができるものである。そして焼き付くまでの時間が従来と同等でよい場合には、このダイヤモンド状炭素皮膜の膜厚が薄くても従来と同様の焼き付き寿命性能を得ることができるので、刃先へのダイヤモンド状炭素皮膜の形成膜厚も薄くてすむため、刃先を鋭利にすることができ、切れ味を上げることができるものである。

また本発明に係る摺動部材の製造方法は、基材の表面にナノレベルの凹凸構造を有するダイヤモンド状炭素皮膜を形成した上記の摺動部材を製造する方法であって、出発原料に主成分として炭化水素を用い、炭化水素を分解させる原料分解工程と、分解した炭化水素を基材の表面に針状ダイヤモンド状炭素皮膜として堆積させる堆積工程とを有することを特徴とするものである。

この発明によれば、基材の表面に加工などを施す必要なく、ナノレベルの凹凸構造を有するダイヤモンド状炭素皮膜を形成することができるものである。

また本発明は、出発原料に用いる炭化水素がアセチレン（Ｃ_２Ｈ_２）であることが好ましい。

炭化水素のなかでもアセチレンを用いることによって、ナノレベルの凹凸構造を有するダイヤモンド状炭素皮膜が形成し易くなるものである。

また本発明は、出発原料が、アセチレン（Ｃ_２Ｈ_２）のモル分率が５０％以上であるアセチレン（Ｃ_２Ｈ_２）と水素（Ｈ_２）の混合ガス、あるいはアセチレン（Ｃ_２Ｈ_２）のみからなることが好ましい。

このようにアセチレン濃度の高い原料を用いることによって、ナノレベルの凹凸構造を有するダイヤモンド状炭素皮膜が形成し易くなるものである。

本発明によれば、基材の表面をナノレベルの凹凸構造を有するダイヤモンド状炭素皮膜で被覆することによって、基材の表面に加工などを施す必要なく、初期摩耗に要する時間を短くすることができるものである。

本発明の実施の形態の一例を示すものであり、（ａ）は概略断面図、（ｂ）はナノレベルの凹凸構造を有するダイヤモンド状炭素皮膜の表面のＡＦＭ写真をプリントした図である。ナノオーダーの凹凸を表面に有するダイヤモンド状炭素皮膜のＦＥ−ＳＥＭ写真をプリントした図である。ダイヤモンド状炭素皮膜を形成する装置の概略図である。炭化水素と水素の流量比率（Ｃ_２Ｈ_２／（（Ｃ_２Ｈ_２）＋Ｈ_２）とダイヤモンド状炭素皮膜の表面の凹凸（Ｒｙ）との関係を示すグラフである。（ａ）は図４のグラフのａ点でのダイヤモンド状炭素皮膜の表面のＡＦＭ写真をプリントした図、（ｂ）は図４のグラフのｂ点でのダイヤモンド状炭素皮膜の表面のＡＦＭ写真をプリントした図、（ｃ）は図４のグラフのｃ点でのダイヤモンド状炭素皮膜の表面のＡＦＭ写真をプリントした図である。摩擦摩耗の比較試験の一例を示すグラフである。本発明の他の実施の形態の一例を示すものであり、（ａ）（ｂ）はそれぞれ斜視図である。本発明の他の実施の形態の一例を示す概略断面図である。同上の表面粗さがナノレベル未満のダイヤモンド状炭素皮膜の表面のＡＦＭ写真をプリントした図である。

以下、本発明の実施の形態を説明する。

図３は、ダイヤモンド状炭素皮膜を基材の表面に合成する装置を示すものであり、１はチャンバ、２はチャンバ１内に原料ガスを導入するガス導入管、３は不要な原料ガスが排出される排気管、４は電圧を印加するＤＣパルス電源である。そして電源４に接続した状態で基材Ａをチャンバ１内にセットし、出発原料として炭化水素ガスを主成分とする原料ガスをガス導入管２からチャンバ１内に導入すると共に、電源４によって高電圧を印加すると、炭化水素がイオンやラジカルに分解したプラズマＰが基材Ａの周囲に発生する。そして陰極に固定された基材Ａの表面にダイヤモンド状炭素皮膜Ｂを図１（ａ）のように堆積させて形成することができるものである。

ここで、出発原料の主成分である炭化水素としては、炭素と水素からなる化合物であって、常温で気体であるか、容易に気体にすることができるものであればよく、特に限定されるものではないが、例えば、アセチレン、メタン、エタン、ベンゼンなどを挙げることができる。また出発原料には、炭化水素の他に水素を混合して用いることもできる。

そして上記のように基材Ａの表面にダイヤモンド状炭素皮膜Ｂを形成するにあたって、本発明ではこのダイヤモンド状炭素皮膜Ｂを表面にナノオーダーの微細な凹凸を有するように形成するものである。図１（ｂ）に基材Ａに被覆したダイヤモンド状炭素皮膜Ｂの表面のナノオーダーの凹凸構造をＡＦＭ（原子間力顕微鏡）像で示す。

このようなナノオーダーの凹凸を表面に有するダイヤモンド状炭素皮膜Ｂは、図２にＦＥ−ＳＥＭ（電界放射走査型電子顕微鏡）像を示すような、膜の厚み方向に立つ柱が並列するような柱状構造になり、各柱の上端が表面で針状に突出する針状ダイヤモンド状炭素皮膜として形成することによって、得ることができるものである。

そして、このようなナノオーダーの凹凸を表面に有するダイヤモンド状炭素皮膜を形成するためには、上記した容易に入手できる炭化水素のなかでも、出発原料としてアセチレン（Ｃ_２Ｈ_２）を主成分として用いるのが好ましい。アセチレン（Ｃ_２Ｈ_２）は例えばメタン（ＣＨ_４）に比べて、プラズマ中で分解した際、クラスタの形成を抑制するＨが相対的に少ないと考えることができるので、ナノレベルの凹凸構造が形成され易いのである。

また、上記のような針状ダイヤモンド状炭素皮膜を形成するにあたって、凹凸の制御は、例えば、出発原料として炭化水素と水素を混合して用いる場合、炭化水素と水素の混合比率を調整することによって行なうことができる。図４は炭化水素としてアセチレン（Ｃ_２Ｈ_２）を用いた場合の、炭化水素と水素の流量比率（Ｃ_２Ｈ_２／（（Ｃ_２Ｈ_２）＋Ｈ_２）と、形成されるダイヤモンド状炭素皮膜の表面の凹凸（最大高さＲｙで示す）との関係を示すものであり、図４のグラフにみられるように、炭化水素の流量比が大きいと凹凸の最大高さＲｙは大きくなり、炭化水素の流量比が小さいと凹凸の最大高さＲｙは小さくなる。そして炭化水素の流量比が５０％、つまり炭化水素の混合比がモル比で５０％の場合（図４のグラフのａ）、図５（ａ）のように表面が平滑で凹凸のないダイヤモンド状炭素皮膜が形成される。一方、炭化水素の流量比が８３％、つまり炭化水素の混合比がモル比で８３％の場合（図４のグラフのｂ）、図５（ｂ）のように表面に凹凸を有するダイヤモンド状炭素皮膜が形成され、炭化水素の流量比が１００％、つまり炭化水素１００％の場合（図４のグラフのｃ）、図５（ｃ）のように表面に凹凸を有するダイヤモンド状炭素皮膜が形成される。このように出発物質が炭化水素と水素の混合物の場合、炭化水素の混合比率が５０モル％以下であると、表面がナノレベル以下の平滑なダイヤモンド状炭素皮膜が形成され、表面にナノオーダーの凹凸構造を有するダイヤモンド状炭素皮膜を形成することができないものであり、本発明のようなナノオーダーの凹凸構造を表面に有するダイヤモンド状炭素皮膜を形成するには、炭化水素の混合比率が５０モル％を超えることが必要である。

またこのように炭化水素の混合比率が５０モル％を超える炭化水素と水素の混合物を出発原料として用いてダイヤモンド状炭素皮膜を形成するにあたって、電源４によって印加される電圧を１ｋＶ以下に設定する必要がある。印加電圧が１ｋＶを超える場合には、ダイヤモンド状炭素皮膜は表面が平滑になり、ナノオーダーの凹凸構造を有するダイヤモンド状炭素皮膜を形成することができない。

そしてナノオーダーの凹凸構造を表面に有するダイヤモンド状炭素皮膜Ｂにおいて、このナノオーダーの凹凸は、ＪＩＳＢ０６０１（１９９４）で規定される最大高さＲｙが、１ｎｍ≦Ｒｙ≦１００ｎｍの範囲にあることが好ましく、特に２５〜４０ｎｍの範囲であることが好ましい。Ｒｙがこの範囲の下限未満であると、ダイヤモンド状炭素皮膜Ｂの表面を凹凸構造に形成することによる効果を十分に得ることができない。また逆にＲｙがこの範囲の上限を超えると、ダイヤモンド状炭素皮膜Ｂは剪断力などの物性が大きく低下するので、実用に耐えることができないおそれがある。尚、本発明において最大高さＲｙは、セイコーインスツル（株）製「ＡＦＭ（ＮＰＸ１００Ｍ００１）」を用いて測定した値である。またこのダイヤモンド状炭素皮膜Ｂの膜厚は、特に限定されるものではないが、０．１〜５μｍの範囲が好ましい。

上記のように基材Ａの表面をダイヤモンド状炭素皮膜Ｂで被覆して形成される摺動部材にあって、ダイヤモンド状炭素皮膜Ｂの表面はナノレベルの凹凸構造を有するので、初期摩耗に要する時間を短くすることができるものである。

ここで、ダイヤモンド状炭素皮膜として、表面にナノレベルの凹凸を有する膜と、凹凸を有しない平滑な膜について、摩擦摩耗の比較試験を行なった結果を図６のグラフに示す。図６のグラフにみられるように、安定した摩擦係数（Friction coefficient）に達するまでに要する摺動距離（Slidingdistance）は、凹凸を有する膜のほうが平滑な膜より短い。この摺動距離は摺動時間に比例するので、凹凸を有するダイヤモンド状炭素皮膜の方が初期摩耗に要する時間が短いことがわかる。

またこのとき、摺動面に潤滑油を塗布すると、ダイヤモンド状炭素皮膜Ｂのナノレベルの凹凸内に潤滑油が保油されることになり、摺動面に潤滑油が維持される時間が長くなって、低摺動抵抗を長時間維持することができ、長寿命化することができるものである。さらに、潤滑油はナノオーダーの凹凸内に入り込んでいるため、界面活性剤等で洗浄を行なっても潤滑剤がこのナノオーダーの凹凸内から除去されることはなく、潤滑油の保油効果は損なわれないものである。

さらにこのとき、表面に凹凸構造を有するダイヤモンド状炭素皮膜を、硬さが表面側ほど順次小さくなるように変化するように形成することによって、ダイヤモンド状炭素皮膜の表面の耐摩耗性を低下させることができるものであり、初期摩耗をさらに早くすることができるものである。このようにダイヤモンド状炭素皮膜の硬さを表面側ほど小さくなるよう変化させる方法としては、成膜時のガス圧を徐々に大きくなるように変えながらプラズマ処理を行なう方法などがある。

ここで、表面にナノレベルの凹凸構造を有するダイヤモンド状炭素皮膜Ｂは、水素含有率が１０ａｔ％以下であることが好ましい。水素含有率の下限は特に限定されないが、０ａｔ％である。ダイヤモンド状炭素皮膜Ｂの水素含有率がこのように低いことによって、凹凸構造の保油効果により、ダイヤモンド状炭素皮膜Ｂは親油性になって潤滑油と化学的に結合し易くなり、ダイヤモンド状炭素皮膜Ｂの表面に潤滑油をより保持させ易くなって、一層長寿命化することができるものである。水素含有率の調整は、例えば、水素含有率を低下させるように調整するときには、出発原料の炭化水素に酸素を混合することよって、行なうことができる。

また、図７（ａ）の実施の形態では、基材Ａの表面に凹部５が設けてあり、この凹部５を含む領域において基材Ａの表面にダイヤモンド状炭素皮膜Ｂを被覆することによって、摺動部材を形成するようにしてある。このように摺接面に凹部５を形成した摺動部材において、摺接面に潤滑油を塗布すると、潤滑油はこの凹部５内に貯留されて滞留されることになり、潤滑油を摺動面に保持させ易くなるものである。この凹部５の深さは特に限定されるものではないが、１０〜１０００μｍ程度が好ましい。

図７（ｂ）の実施の形態では、摺動部材に設ける凹部５をその開口形状が細長くなるように形成してある。この凹部５の開口の長手方向の向きは、摺動部材が摺動する方向（イ矢印）に対して直交するように設定されるものである。このように凹部５を長手方向が摺動方向と直交するように細長く形成することによって、摺動部材の摺動面が完全な面接触をせずに、傾いて一部が接触する片当たりをする場合でも、接触する部分はこの細長い凹部５の一部に接触し易くなって、凹部５内の潤滑油を摺動面に確実に供給することができるものである。

ここで、基材Ａとしては、特定のものに特に限定されるものではないが、電気カミソリやバリカンなどの刃物を用いることができる。そして刃物の摺接面に上記のような表面にナノレベルの凹凸構造を有するダイヤモンド状炭素皮膜Ｂを被覆し、潤滑油を滴下して用いることによって、摺動面が焼き付くまでの時間を長くして、刃物寿命を長くすることができるものである。また、刃物が焼き付くまでの時間が、凹凸構造を有しない平滑な従来のダイヤモンド状炭素皮膜を形成したものと同等でよい場合には、ナノレベルの凹凸構造を有するダイヤモンド状炭素皮膜Ｂの膜厚は薄くしても、従来と同等の焼き付き寿命性能を得ることができる。従って、このようにダイヤモンド状炭素皮膜Ｂの膜厚を薄くする結果、刃先に形成されるダイヤモンド状炭素皮膜Ｂの膜厚も薄くてすむことになり、刃先を鋭利にすることができ、刃物の切れ味を上げることができるものである。

図８は本発明の他の実施の形態を示すものである。表面にナノレベルの凹凸構造を有するダイヤモンド状炭素皮膜Ｂは、既述の図２のように柱状構造（針状構造）に形成されるものであり、せん断力が低いため、基材Ａからダイヤモンド状炭素皮膜Ｂが剥離し易くなるおそれがある。そこで図８の実施の形態では、基材Ａの表面に表面粗さがナノレベル未満、すなわち最大高さＲｙ＜１ｎｍである表面平滑なダイヤモンド状炭素皮膜Ｃを形成し、このダイヤモンド状炭素皮膜Ｃの表面にナノレベルの凹凸構造を有するダイヤモンド状炭素皮膜Ｂを形成するようにしてある。このような表面粗さがナノレベル未満の平滑なダイヤモンド状炭素皮膜ＣのＡＦＭ像を図９に示す。

そして、表面平滑なダイヤモンド状炭素皮膜Ｃは組織が緻密でせん断力が高いので、このように表面平滑なダイヤモンド状炭素皮膜Ｃを介してナノレベルの凹凸構造を有するダイヤモンド状炭素皮膜Ｂを被覆することによって、このダイヤモンド状炭素皮膜Ｂの密着性を高めて剥離を防止することができるものである。またこのように表面平滑なダイヤモンド状炭素皮膜Ｃとナノレベルの凹凸構造を有するダイヤモンド状炭素皮膜Ｂの２層構造に形成することによって、ナノレベルの凹凸構造を有するダイヤモンド状炭素皮膜Ｂの膜厚を薄く形成することが可能になり、このダイヤモンド状炭素皮膜Ｂの内部応力を低減してせん断力を高めて、剥離を防止することもできるものである。表面平滑なダイヤモンド状炭素皮膜Ｃの膜厚は、特に限定されるものではないが、０．１〜３μｍの範囲が好ましい。

次に、本発明を実施例によって具体的に説明する。

（実施例１）
図３の装置において、基材として焼入れを施した後鏡面にラッピングしたＳＵＳ４２０Ｊ２プレートを用い、また出発原料としてＣ_２Ｈ_２のみを供給し、ＤＣパルス電源から、電圧０．７５ｋＶ、電流４００ｍＡ、周波数２５０ｋＨｚの条件で電圧を印加することによって、ガス圧４Ｐａの下、パルスプラズマＣＶＤにてダイヤモンド状炭素皮膜を基材の表面に１μｍ厚で形成した。

このダイヤモンド状炭素皮膜の表面粗さは、Ｒｙ＝３２ｎｍであり、硬さは１５ＧＰａ、水素含有率は１７ａｔ％であった。尚、硬さの測定値は、空調装置により２３℃に設定された環境にて、バーコビッチ型の圧子を用い、１０００μＮの荷重をかける条件でナノインデンターにより測定した値である。

そして、相手材として３／８ｉｎｃｈのＳＵＳ４４０Ｃボールを用い、摺動速度２Ｈｚ、ストローク６ｍｍ、荷重０．９８Ｎの条件で、無潤滑下のもと、往復摺動型摩擦摩耗試験を行なったところ、摩擦係数が０．１３になるのに４０秒を要した。

（実施例２）
基材として焼入れを施した後鏡面にラッピングしたＳＵＳ４２０Ｊ２プレートを用い、また出発原料として、前半の膜厚０．５μｍの形成はＣ_２Ｈ_２：２５％、Ｈ_２：７５％の流量比の混合ガスを、後半の膜厚０．５μｍの形成はＣ_２Ｈ_２のみを供給し、ＤＣパルス電源から、電圧０．７５ｋＶ、電流４００ｍＡ、周波数２５０ｋＨｚの条件で電圧を印加することによって、ガス圧４Ｐａの下、パルスプラズマＣＶＤにて、合計膜厚が１μｍのダイヤモンド状炭素皮膜を基材の表面に形成した。

このダイヤモンド状炭素皮膜の表面粗さは、Ｒｙ＝３２ｎｍであり、硬さは１５ＧＰａ、水素含有率は１７ａｔ％であった。

そして実施例１と同様にして往復摺動型摩擦摩耗試験を行なったところ、摩擦係数が０．１３になるのに１分を要した。

（実施例３）
基材として焼入れを施した後鏡面にラッピングしたＳＵＳ４２０Ｊ２プレートを用い、また出発原料としてＣ_２Ｈ_２のみを供給し、ＤＣパルス電源から、電圧０．７５ｋＶ、電流４００ｍＡ、周波数２５０ｋＨｚの条件で電圧を印加することによって、徐々にガス圧を４Ｐａから１２Ｐａに上げる条件の下、パルスプラズマＣＶＤにてダイヤモンド状炭素皮膜を基材の表面に１μｍ厚で形成した。

このダイヤモンド状炭素皮膜は、表面粗さがＲｙ＝３２ｎｍであり、また表面に向かって硬さが２０ＧＰａから１０ＧＰａへと変化するものであり、水素含有率は１８ａｔ％であった。ここで、最高硬さ２０ＧＰａはプラズマＣＶＤにおいて成膜速度を落すことなく得られる硬さであり、１０ＧＰａを下回るともはや硬質膜でなくなる。尚、硬さの測定値は、空調装置により２３℃に設定された環境にて、バーコビッチ型の圧子を用い、１０００μＮの荷重をかける条件でナノインデンターにより測定した値である。また硬さの変化のデータは、上記のように変化させた各条件のもとでダイヤモンド状炭素皮膜を１μｍずつの膜厚で成膜し、これを順次測定した値であり、上記の２０ＧＰａから１０ＧＰａへの変化は実際物の測定値ではない。

そして実施例１と同様にして往復摺動型摩擦摩耗試験を行なったところ、摩擦係数が０．１３になるのに２３秒を要した。
（実施例４）
基材として焼入れを施したＳＵＳ４２０Ｊ２のバリカン刃を用い、また出発原料としてＣ_２Ｈ_２のみを供給し、ＤＣパルス電源から、電圧０．７５ｋＶ、電流４００ｍＡ、周波数２５０ｋＨｚの条件で電圧を印加することによって、ガス圧４Ｐａの下、パルスプラズマＣＶＤにてダイヤモンド状炭素皮膜をバリカン刃の表面に１μｍ厚で形成した。

このダイヤモンド状炭素皮膜の表面粗さは、Ｒｙ＝３６ｎｍであり、硬さは１５ＧＰａ、水素含有率は１６ａｔ％であった。

また摺動面に流動パラフィンを１滴滴下した後に、洗浄をせずに、相手刃との間に１．４７１Ｎ（１５０ｇｆ）の負荷をかけてバリカン刃を摺動させたところ、焼き付きに至る時間は１０００時間であった。

（実施例５）
基材として焼入れを施したＳＵＳ４２０Ｊ２のバリカン刃を用い、また出発原料としてＣ_２Ｈ_２：５０％、Ｈ_２：５０％の流量比で供給し、ＤＣパルス電源から、電圧０．７５ｋＶ、電流４００ｍＡ、周波数２５０ｋＨｚの条件で電圧を印加することによって、ガス圧５Ｐａの下、パルスプラズマＣＶＤにてダイヤモンド状炭素皮膜をバリカン刃の表面に１μｍ厚で形成した。

このダイヤモンド状炭素皮膜の表面粗さは、Ｒｙ＝３６ｎｍであり、硬さは１６ＧＰａ、水素含有率は９．５ａｔ％であった。

また摺動面に流動パラフィンを１滴滴下した後に、洗浄をせずに、相手刃との間に１．４７１Ｎ（１５０ｇｆ）の負荷をかけてバリカン刃を摺動させたところ、焼き付きに至る時間は１５００時間であった。

（実施例６）
基材として焼入れを施したＳＵＳ４２０Ｊ２のバリカン刃を用い、また出発原料としてＣ_２Ｈ_２のみを供給し、ＤＣパルス電源から、電圧０．７５ｋＶ、電流４００ｍＡ、周波数２５０ｋＨｚの条件で電圧を印加することによって、ガス圧４Ｐａの下、パルスプラズマＣＶＤにてダイヤモンド状炭素皮膜をバリカン刃の表面に１μｍ厚で形成した。

このダイヤモンド状炭素皮膜の表面粗さは、Ｒｙ＝３９ｎｍであり、硬さは１５ＧＰａ、水素含有率は１８ａｔ％であった。

また摺動面に流動パラフィンを１滴滴下し、界面活性剤を用いて洗浄した後、相手刃との間に１．４７１Ｎ（１５０ｇｆ）の負荷をかけてバリカン刃を摺動させたところ、焼き付きに至る時間は８７０時間であった。

（実施例７）
基材として焼入れを施したＳＵＳ４２０Ｊ２のバリカン刃を用い、また出発原料としてＣ_２Ｈ_２のみを供給し、ＤＣパルス電源から、電圧０．７５ｋＶ、電流４００ｍＡ、周波数２５０ｋＨｚの条件で電圧を印加することによって、ガス圧３Ｐａの下、パルスプラズマＣＶＤにてダイヤモンド状炭素皮膜をバリカン刃の表面に１μｍ厚で形成した。

このダイヤモンド状炭素皮膜の表面粗さは、Ｒｙ＝３１ｎｍであり、硬さは１５ＧＰａ、水素含有率は１４ａｔ％であった。

また摺動面にフッ素系潤滑油を１滴滴下し、界面活性剤を用いて洗浄した後、相手刃との間に１．４７１Ｎ（１５０ｇｆ）の負荷をかけてバリカン刃を摺動させたところ、焼き付きに至る時間は９００時間であった。

（実施例８）
基材として焼入れを施したＳＵＳ４２０Ｊ２のバリカン刃を用い、また出発原料としてＣ_２Ｈ_２のみを供給し、ＤＣパルス電源から、電圧０．７５ｋＶ、電流４００ｍＡ、周波数２５０ｋＨｚの条件で電圧を印加することによって、ガス圧４Ｐａの下、パルスプラズマＣＶＤにてダイヤモンド状炭素皮膜をバリカン刃の表面に０．５μｍ厚で形成した。

このダイヤモンド状炭素皮膜の表面粗さは、Ｒｙ＝２８ｎｍであり、硬さは１５ＧＰａ、水素含有率は２０ａｔ％であった。

また摺動面に流動パラフィンを１滴滴下した後に、洗浄をせずに、相手刃との間に１．４７１Ｎ（１５０ｇｆ）の負荷をかけてバリカン刃を摺動させたところ、焼き付きに至る時間は５３０時間であった。

（実施例９）
基材として焼入れを施したＳＵＳ４２０Ｊ２の女性用産毛剃り刃を用い、また出発原料としてＣ_２Ｈ_２のみを供給し、ＤＣパルス電源から、電圧０．７５ｋＶ、電流４００ｍＡ、周波数２５０ｋＨｚの条件で電圧を印加することによって、ガス圧４Ｐａの下、パルスプラズマＣＶＤにてダイヤモンド状炭素皮膜を女性用産毛剃り刃の表面に１μｍ厚で形成した。

このダイヤモンド状炭素皮膜の表面粗さは、Ｒｙ＝３４ｎｍであり、硬さは１５ＧＰａ、水素含有率は１６ａｔ％であった。

また摺動面に流動パラフィンを１滴滴下し、界面活性剤を用いて洗浄した後、相手刃との間に０．９８１Ｎ（１００ｇｆ）の負荷をかけて女性用産毛剃り刃を摺動させたところ、焼き付きに至る時間は１５００時間であった。

（実施例１０）
基材として焼入れを施したＳＫＤ１１の軸受けを用い、また出発原料としてＣ_２Ｈ_２のみを供給し、ＤＣパルス電源から、電圧０．７５ｋＶ、電流４００ｍＡ、周波数２５０ｋＨｚの条件で電圧を印加することによって、ガス圧４Ｐａの下、パルスプラズマＣＶＤにてダイヤモンド状炭素皮膜を軸受けの表面に１μｍ厚で形成した。

このダイヤモンド状炭素皮膜の表面粗さは、Ｒｙ＝３５ｎｍであり、硬さは１５ＧＰａ、水素含有率は１７ａｔ％であった。

また無潤滑下で相手材との間に０．９８１Ｎ（１０００ｇｆ）の負荷をかけて軸受けを摺動させたところ、焼き付きに至る時間は１時間であった。

（実施例１１）
基材として焼入れを施したＳＫＤ１１の軸受けを用い、また出発原料としてＣ_２Ｈ_２のみを供給し、ＤＣパルス電源から、電圧０．７５ｋＶ、電流４００ｍＡ、周波数２５０ｋＨｚの条件で電圧を印加することによって、ガス圧４Ｐａの下、パルスプラズマＣＶＤにてダイヤモンド状炭素皮膜を軸受けの表面に１μｍ厚で形成した。

このダイヤモンド状炭素皮膜の表面粗さは、Ｒｙ＝３７ｎｍであり、硬さは１５ＧＰａ、水素含有率は１６ａｔ％であった。

また摺動面に流動パラフィンを１滴滴下した後に、洗浄をせずに、相手材との間に０．９８１Ｎ（１０００ｇｆ）の負荷をかけて軸受けを摺動させたところ、焼き付きに至る時間は３０時間であった。

（実施例１２）
基材として焼入れを施した後鏡面にラッピングしたＳＵＳ４２０Ｊ２プレートを用い、また出発原料としてＣ_２Ｈ_２のみを供給し、ＤＣパルス電源から、電圧０．７５ｋＶ、電流４００ｍＡ、周波数１５０ｋＨｚの条件で電圧を印加することによって、ガス圧４Ｐａの下、パルスプラズマＣＶＤにてダイヤモンド状炭素皮膜を基材の表面に１μｍ厚で形成した。

このダイヤモンド状炭素皮膜の表面粗さは、Ｒｙ＝９ｎｍであり、硬さは１５ＧＰａ、水素含有率は１５ａｔ％であった。

そして実施例１と同様にして往復摺動型摩擦摩耗試験を行なったところ、摩擦係数が０．１３になるのに５分を要した。

（比較例１）
基材として焼入れを施した後鏡面にラッピングしたＳＵＳ４２０Ｊ２プレートを用い、また出発原料としてＣ_２Ｈ_２のみを供給し、ＤＣパルス電源から、電圧５ｋＶ、電流２５０ｍＡ、周波数２０ｋＨｚの条件で電圧を印加することによって、ガス圧４Ｐａの下、パルスプラズマＣＶＤにてダイヤモンド状炭素皮膜を基材の表面に１μｍ厚で形成した。

このダイヤモンド状炭素皮膜の表面粗さは、Ｒｙ＝０．５ｎｍであり、硬さは１５ＧＰａ、水素含有率は１５ａｔ％であった。

そして実施例１と同様にして往復摺動型摩擦摩耗試験を行なったところ、摩擦係数が０．１３になるのに１２分を要した。

（比較例２）
基材として焼入れを施した後鏡面にラッピングしたＳＵＳ４２０Ｊ２プレートを用い、また出発原料としてＣＨ_４のみを供給し、ＤＣパルス電源から、電圧０．７５ｋＶ、電流４００ｍＡ、周波数２５０ｋＨｚの条件で電圧を印加することによって、ガス圧４Ｐａの下、パルスプラズマＣＶＤにてダイヤモンド状炭素皮膜を基材の表面に１μｍ厚で形成した。

このダイヤモンド状炭素皮膜の表面粗さは、Ｒｙ＝０．６ｎｍであり、硬さは１５ＧＰａ、水素含有率は１５ａｔ％であった。

そして実施例１と同様にして往復摺動型摩擦摩耗試験を行なったところ、摩擦係数が０．１３になるのに１０分を要した。
（比較例３）
基材として焼入れを施したＳＵＳ４２０Ｊ２のバリカン刃を用い、また出発原料としてＣ_２Ｈ_２のみを供給し、ＤＣパルス電源から、電圧５ｋＶ、電流２５０ｍＡ、周波数２０ｋＨｚの条件で電圧を印加することによって、ガス圧４Ｐａの下、パルスプラズマＣＶＤにてダイヤモンド状炭素皮膜をバリカン刃の表面に１μｍ厚で形成した。

このダイヤモンド状炭素皮膜の表面粗さは、Ｒｙ＝０．７ｎｍであり、硬さは１５ＧＰａ、水素含有率は１４ａｔ％であった。

また摺動面に流動パラフィンを１滴滴下した後に、洗浄をせずに、相手刃との間に１．４７１Ｎ（１５０ｇｆ）の負荷をかけてバリカン刃を摺動させたところ、５００時間で焼き付きが発生した。

（比較例４）
基材として焼入れを施したＳＵＳ４２０Ｊ２のバリカン刃を用い、また出発原料としてＣ_２Ｈ_２：２５％、Ｈ_２：７５％の流量比で混合ガスを供給し、ＤＣパルス電源から、電圧０．７５ｋＶ、電流４００ｍＡ、周波数２５０ｋＨｚの条件で電圧を印加することによって、ガス圧４Ｐａの下、パルスプラズマＣＶＤにて膜厚が１μｍのダイヤモンド状炭素皮膜をバリカン刃の表面に形成した。

このダイヤモンド状炭素皮膜の表面粗さは、Ｒｙ＝０．３ｎｍであり、硬さは１５ＧＰａ、水素含有率は１４ａｔ％であった。

また摺動面に流動パラフィンを１滴滴下し、界面活性剤を用いて洗浄した後、相手刃との間に１．４７１Ｎ（１５０ｇｆ）の負荷をかけてバリカン刃を摺動させたところ、２０時間で焼き付きが発生した。

（比較例５）
基材として焼入れを施したＳＵＳ４２０Ｊ２のバリカン刃を用い、また出発原料としてＣ_２Ｈ_２：２５％、Ｈ_２：７５％の流量比で混合ガスを供給し、ＤＣパルス電源から、電圧０．７５ｋＶ、電流４００ｍＡ、周波数２５０ｋＨｚの条件で電圧を印加することによって、ガス圧４Ｐａの下、パルスプラズマＣＶＤによって、合計膜厚が１μｍのダイヤモンド状炭素皮膜をバリカン刃の表面に形成した。

このダイヤモンド状炭素皮膜の表面粗さは、Ｒｙ＝０．５ｎｍであり、硬さは１５ＧＰａ、水素含有率は１８ａｔ％であった。

また摺動面にフッ素系潤滑油を１滴滴下し、界面活性剤を用いて洗浄した後、相手刃との間に１．４７１Ｎ（１５０ｇｆ）の負荷をかけてバリカン刃を摺動させたところ、３０時間で焼き付きが発生した。

（比較例６）
基材として焼入れを施したＳＵＳ４２０Ｊ２の女性用産毛剃り刃を用い、また出発原料としてＣ_２Ｈ_２のみを供給し、ＤＣパルス電源から、電圧５ｋＶ、電流２５０ｍＡ、周波数２０ｋＨｚの条件で電圧を印加することによって、ガス圧４Ｐａの下、パルスプラズマＣＶＤにてダイヤモンド状炭素皮膜を女性用産毛剃り刃の表面に１μｍ厚で形成した。

このダイヤモンド状炭素皮膜の表面粗さは、Ｒｙ＝０．４ｎｍであり、硬さは１５ＧＰａ、水素含有率は１６ａｔ％であった。

また摺動面に流動パラフィンを１滴滴下し、界面活性剤を用いて洗浄をした後に、相手刃との間に１．４７１Ｎ（１５０ｇｆ）の負荷をかけて女性用産毛剃り刃を摺動させたところ、７００時間で焼き付きが発生した。

（比較例７）
基材として焼入れを施したＳＫＤ１１の軸受けを用い、また出発原料としてＣ_２Ｈ_２のみを供給し、ＤＣパルス電源から、電圧５ｋＶ、電流２５０ｍＡ、周波数２０ｋＨｚの条件で電圧を印加することによって、ガス圧４Ｐａの下、パルスプラズマＣＶＤにてダイヤモンド状炭素皮膜を軸受けの表面に１μｍ厚で形成した。

このダイヤモンド状炭素皮膜の表面粗さは、Ｒｙ＝０．８ｎｍであり、硬さは１５ＧＰａ、水素含有率は１４ａｔ％であった。

また無潤滑下で相手材との間に０．９８１Ｎ（１０００ｇｆ）の負荷をかけて軸受けを摺動させたところ、摺動開始直後（０時間）に焼き付きが発生した。

（比較例８）
基材として焼入れを施したＳＫＤ１１の軸受けを用い、また出発原料としてＣ_２Ｈ_２のみを供給し、ＤＣパルス電源から、電圧５ｋＶ、電流２５０ｍＡ、周波数２０ｋＨｚの条件で電圧を印加することによって、ガス圧４Ｐａの下、パルスプラズマＣＶＤにてダイヤモンド状炭素皮膜を軸受けの表面に１μｍ厚で形成した。

このダイヤモンド状炭素皮膜の表面粗さは、Ｒｙ＝０．３ｎｍであり、硬さは１５ＧＰａ、水素含有率は１６ａｔ％であった。

また摺動面に流動パラフィンを１滴滴下した後に、洗浄をせずに、相手材との間に０．９８１Ｎ（１０００ｇｆ）の負荷をかけて軸受けを摺動させたところ、２時間で焼き付きが発生した。

上記の実施例のように、表面にナノオーダーの凹凸を有するダイヤモンド状炭素皮膜を形成することによって、比較例のものに比して、初期摩耗に要する時間が短くなり、また潤滑油を滴下した場合には保油効果により焼き付き時間が大きく伸びることが確認される。

Ａ基材
Ｂ表面にナノレベルの凹凸構造を有するダイヤモンド状炭素皮膜
Ｃ表面粗さがナノレベル以下のダイヤモンド状炭素皮膜
５凹部

Claims

表面にナノレベルの凹凸構造を有するダイヤモンド状炭素皮膜によって、基材の表面が被覆されている摺動部材であって、前記ダイヤモンド状炭素皮膜のナノレベルの凹凸構造は、凹凸の最大高さＲｙが、１ｎｍ≦Ｒｙ≦１００ｎｍであり、前記基材の表面に、表面粗さが前記ナノレベル未満のダイヤモンド状炭素皮膜を介して、前記ナノレベルの凹凸構造を有するダイヤモンド状炭素皮膜が被覆されていることを特徴とする摺動部材。
前記ナノレベルの凹凸構造を有するダイヤモンド状炭素皮膜は、表面側ほど硬さが小さくなるように変化する傾斜構造を有することを特徴とする請求項１に記載の摺動部材。
前記基材の表面には、前記ナノレベルの凹凸構造を有するダイヤモンド状炭素皮膜を被覆する領域において凹部を有するものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の摺動部材。
前記基材が刃物であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の摺動部材。
基材の表面にナノレベルの凹凸構造を有するダイヤモンド状炭素皮膜を形成した請求項１乃至４のいずれか１項に記載される摺動部材を製造する方法であって、出発原料に主成分として炭化水素を用い、前記炭化水素を分解させる原料分解工程と、分解した前記炭化水素を前記基材の表面に針状ダイヤモンド状炭素皮膜として堆積させる堆積工程とを有することを特徴とする摺動部材の製造方法。
出発原料に用いる前記炭化水素がアセチレン（Ｃ _２Ｈ _２）であることを特徴とする請求項５に記載の摺動部材の製造方法。
前記出発原料が、アセチレン（Ｃ _２Ｈ _２）のモル分率が５０％以上であるアセチレン（Ｃ _２Ｈ _２）と水素（Ｈ _２）の混合ガス、あるいはアセチレン（Ｃ _２Ｈ _２）のみからなることを特徴とする請求項５に記載の摺動部の製造方法。