JPH04231455A - 耐摩耗性部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、耐摩耗性向上のため基
材表面に被膜を形成した耐摩耗性部材に関する。

【０００２】

【従来の技術】基材表面に炭化チタン、窒化チタン、窒
化ケイ素、窒化アルミニウムなどの被膜を形成して耐摩
耗性を高める技術は一般に知られている。例えば、耐摩
耗性部材として筆記具のペン先が例示できる。筆記具の
ペン先部材の場合、先端部では小さな面積に筆記圧がか
かるため、先端部は高度な耐摩耗性を必要とする。この
ため先端部に硬度の高い被膜を形成して耐摩耗性を向上
させることがなされている。耐摩耗性は一般に硬度に比
例するため、優れた耐摩耗性部材を得るためには硬度が
高い被膜を形成する必要がある。上記被膜中、炭化チタ
ン被膜は極めて硬度が高いため、高度な耐摩耗性を必要
とする部材に適している。

【０００３】炭化チタン被膜の形成方法には、ＣＶＤ法
やＰＶＤ法が用いられている。ＣＶＤ法は、原料ガスの
熱分解を利用して被膜を形成するため、基材を１０００
℃前後の高温に加熱しなければならない。基材は、この
高温に耐えられるものである必要があるので、その材料
に各種のセラミックスや超硬合金、高速度鋼などを使用
せざるを得ない。しかし、この超硬合金などといった耐
熱性に優れた素材は、一般に加工が難しい。従って、得
ようとする耐摩耗性部材が、例えば筆記具のペン先など
のように、微小なものであったり複雑な形状をしている
場合には、特に加工が困難である。

【０００４】一方、ＰＶＤ法は、ＣＶＤ法より低温で被
膜を形成することが可能であり、従って、上記の超硬合
金などに比べて加工し易い素材、例えばステンレスなど
といったものを基材として用いることができる。

【０００５】特に、ステンレスはスパッタリング法やイ
オンプレーティング法で被膜を形成するために必要な耐
熱性を備えている。また、耐食性に優れている為、例え
ば、筆記具のペン先などのような耐食性を必要とする部
材の基材としても好ましい。

【０００６】以上のような理由から、ステンレス基材に
ＰＶＤ法により硬質被膜を形成し、容易かつ安価に耐摩
耗性と耐食性に優れた部材を得ることがなされてきた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＰＶＤ
法で形成した炭化チタン被膜は、内部応力が高いため、
割れや欠け、剥離などが生じ易く、炭化チタン被膜が有
する本来の耐摩耗性を十分に得ることは難しいという問
題を有していた。

【０００８】このような問題は、筆記具のペン先部材に
顕著に表れる。即ち、ペン先部材は、その先端部に曲面
部が設けられており、曲面部では応力集中が起きるため
、曲面部に形成された被膜は平面部に形成された被膜よ
りも割れや欠け、剥離が生じ易い。ペン先部材の先端部
は紙面と接する部分であり、筆記機能を果たすためにき
わめて重要な部分である。従って、先端部の被膜に割れ
や欠け、剥離が生じると耐摩耗性が低下するのみならず
、書き味が悪くなったり、ペン先の目詰まりが生じ易く
なったりもする。このため、被膜を形成した耐摩耗性部
材をペン先部材として使用する場合、被膜に割れや欠け
、剥離が生じることは特に好ましくない。

【０００９】尚、ここで言う欠け・剥離とは、光学顕微
鏡による観察で被膜の欠落部分が認識できる程度のもの
を言い、摩耗面が滑らかになる摩耗（摩耗も極微視的な
観点からは剥離であるといえる。）とは区別している。

【００１０】ところで、ＰＶＤ法で形成した炭化チタン
被膜の内部応力が高いのは、炭化チタン被膜の硬度が極
めて高く変形しにくいためである。炭化チタン被膜の内
部応力を下げるために、成膜速度やバイアス電圧などの
成膜条件を変えるといった方法は、炭化チタン被膜の硬
度、耐摩耗性を維持する程度の条件変更では内部応力を
下げる効果は小さく不十分であり、逆に、内部応力を十
分に下げた場合、炭化チタン被膜の硬度、耐摩耗性が低
下してしまう。また、炭化チタンの被膜形成中または形
成後に、部材を高温に加熱して炭化チタン被膜の内部応
力を緩和するといった方法もあるが、この方法では、基
材の材質が耐熱性の高いものに限られるばかりでなく、
基材と炭化チタン被膜の熱膨張係数の違いにより剥離が
生じることがある。

【００１１】本発明は、高硬度を維持したまま内部応力
を緩和し、割れや欠け、剥離を防止することにより炭化
チタン被膜の耐摩耗性を向上させることを課題とするも
のである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、酸素を５原子
％〜１２原子％含有した炭化チタン被膜を形成したこと
を特徴とする耐摩耗性部材をその要旨とするものである
。即ち、炭化チタン被膜中に酸素を含有させることによ
り、高硬度を維持したまま内部応力を緩和した炭化チタ
ン被膜を形成し、割れや欠け、剥離を生じない耐摩耗性
に優れた部材を提供するものである。

【００１３】以下、本発明を詳細に説明する。本発明に
係る耐摩耗性部材は、基材に酸素を５原子％〜１２原子
％含有した炭化チタン被膜を形成してなるものである。 基材としては、従来ＰＶＤ法で用いられているものは限
定なく使用できるが、上述したように、スパッタリング
法やイオンプレーティング法で被膜を形成するために必
要な耐熱性を備えており、しかも、耐食性に優れている
ステンレスが特に好ましい。

【００１４】炭化チタン被膜を形成する方法は、スパッ
タリング法やイオンプレーティング法といった従来知ら
れている方法が採用できるが、成膜した炭化チタン被膜
中には、５原子％〜１２原子％の酸素が含有されている
ことが必要である。これは、炭化チタン被膜中に含まれ
る酸素の量が５原子％未満では炭化チタン被膜の内部応
力を緩和する効果が不十分であり、１２原子％を超える
と、炭化チタン被膜の硬度が低下するためである。

【００１５】炭化チタン被膜中に酸素を５原子％〜１２
原子％含有させるには、例えば、反応ガス中の一成分と
して酸素を導入するといった方法がある。酸素の導入量
は、スパッタリング電力や、反応ガスの流量などの条件
に従って、適宜設定することができる。

【００１６】

【作用】従来、炭化チタン被膜中に酸素を含有させると
、被膜の内部応力は緩和されるものの、被膜の硬度も低
下してしまうため、酸素の混入は耐摩耗性に対して好ま
しくないと考えられてきた。

【００１７】しかしながら、本発明者は、炭化チタン被
膜中の酸素の量と、その被膜の硬度との関係を調べたと
ころ、炭化チタン被膜は、酸素含有量が１２原子％以下
では硬度が低下しないことを見いだした。

【００１８】一方、炭化チタン被膜の内部応力は、酸素
含有量が多くなるに伴って緩和されるが、割れや欠け、
剥離を生じないようにするためには、５原子％以上の酸
素の含有量が必要であり、通常ＰＶＤ法で炭化チタン被
膜を形成した場合に混入する２〜３原子％の酸素含有量
では内部応力を緩和する効果は不十分であった。

【００１９】以上の結果より、酸素を５原子％〜１２原
子％含有させることにより、高硬度を損なうことなく割
れや欠け・剥離のない炭化チタン被膜が形成された耐摩
耗性部材が得られた。

【００２０】

【実施例】基材として、直径０．４４ｍｍ、長さ３ｍｍ
のステンレス（ＳＵＳ３０４）よりなるパイプ状基材を
、プロッタ−ペン（ＣＸＰ０３５、ぺんてる（株）製）
に使用しているペン先と同一形状に加工したものを使用
し、基材先端に酸素を含有した炭化チタンの被膜を約２
０μｍ形成した。各実施例及び比較例の炭化チタン被膜
内の酸素含有量を表１に示す。尚、酸素含有量はオージ
ェ電子分光で分析した。

【００２１】炭化チタン被膜の成膜方法は、チタンター
ゲットを使用した反応性スパッタリング法を用いた。反
応ガスにアセチレンと酸素を使用し、反応ガス流量を変
えて酸素の含有率を変化させた。

【００２２】その他の条件は、アルゴンガス圧：１０ｍ
Ｔｏｒｒ、スパッタリング電力：５００Ｗ、バイアス電
圧：−１５０Ｖ、基材の加熱温度：４６０℃である。

【００２３】

【表１】

【００２４】

【発明の効果】上記実施例１〜３、比較例１〜３で得た
炭化チタン被膜を形成した基材を、ペン先として上記プ
ロッタ−ペンに組入れ、製図用フィルム（パルナＢ−２
００、ソマ−ル工業（株）製）を使用し、インキ無しの
状態でプロッター（武藤工業、ｉＰ−１００）を用いた
筆記を行ない、ペン先を強制的に摩耗させた。

【００２５】摩耗が基材に達するまでの筆記距離を測定
することにより耐摩耗性を調べ、表面状態を光学顕微鏡
にて判定した。硬度はビッカース微小硬度計で測定した
。結果を表２に示す。

【００２６】

【表２】

【００２７】以上、詳細に説明したように、本発明に係
る耐摩耗性部材は、炭化チタン被膜本来の優れた耐摩耗
性を得ることができる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　酸素を５原子％〜１２原子％含有した
   炭化チタン被膜を形成したことを特徴とする耐摩耗性部
   材。