JPH06212429A - 硬質炭素膜 - Google Patents
硬質炭素膜Info
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- JPH06212429A JPH06212429A JP5142101A JP14210193A JPH06212429A JP H06212429 A JPH06212429 A JP H06212429A JP 5142101 A JP5142101 A JP 5142101A JP 14210193 A JP14210193 A JP 14210193A JP H06212429 A JPH06212429 A JP H06212429A
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- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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- C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
- C23C14/0605—Carbon
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C17/00—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating
- C03C17/22—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with other inorganic material
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
- C23C16/26—Deposition of carbon only
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C2217/00—Coatings on glass
- C03C2217/20—Materials for coating a single layer on glass
- C03C2217/28—Other inorganic materials
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- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C2217/00—Coatings on glass
- C03C2217/20—Materials for coating a single layer on glass
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- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C2218/00—Methods for coating glass
- C03C2218/10—Deposition methods
- C03C2218/15—Deposition methods from the vapour phase
- C03C2218/152—Deposition methods from the vapour phase by cvd
- C03C2218/153—Deposition methods from the vapour phase by cvd by plasma-enhanced cvd
Abstract
(57)【要約】
【目的】 優れた耐摩耗性と高い導電性とを併せ持つ硬
質炭素膜を提供する。 【構成】 炭素、または炭素と水素を主成分とし、炭
素、水素以外の１種類以上の不純物元素を含有する非晶
質の硬質炭素膜において、室温での電気抵抗率が１×１
０-6Ω・ｃｍ以上１×１０2 Ω・ｃｍ以下である。
質炭素膜を提供する。 【構成】 炭素、または炭素と水素を主成分とし、炭
素、水素以外の１種類以上の不純物元素を含有する非晶
質の硬質炭素膜において、室温での電気抵抗率が１×１
０-6Ω・ｃｍ以上１×１０2 Ω・ｃｍ以下である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、硬質炭素膜に関し、よ
り特定的には、摺動材料のコーティング材として耐摩耗
性、低摩擦摺動特性を有するコーティング硬質炭素膜に
関するものである。
り特定的には、摺動材料のコーティング材として耐摩耗
性、低摩擦摺動特性を有するコーティング硬質炭素膜に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】硬質炭素膜は、ダイヤモンド状炭素（Ｄ
ＬＣ）、アモルファスカーボン（ａ−Ｃ：Ｈ）、ｉ−Ｃ
などとも呼ばれている。その成分は、炭素を主成分とす
るほか水素が含まれており、その水素の量は炭素原子に
対し０．０５〜０．５原子含まれている。硬質炭素原子
構造は、ｓｐ３結合を多く含む非晶質構造で、水素原子
は炭素原子の不対結合手を終端とする形で取込まれてい
るものと考えられる。また、その性質は、ヌープ硬度が
一般に数千と非常に硬く、電気抵抗率は１０6 〜１０14
Ω・ｃｍと非常に高い絶縁性を示し、赤外線に対して透
明であるなど、ダイヤモンドに類似した点が多い。こう
した特性を利用することにより、表面保護膜や光学材料
など種々の応用開発が行なわれている。
ＬＣ）、アモルファスカーボン（ａ−Ｃ：Ｈ）、ｉ−Ｃ
などとも呼ばれている。その成分は、炭素を主成分とす
るほか水素が含まれており、その水素の量は炭素原子に
対し０．０５〜０．５原子含まれている。硬質炭素原子
構造は、ｓｐ３結合を多く含む非晶質構造で、水素原子
は炭素原子の不対結合手を終端とする形で取込まれてい
るものと考えられる。また、その性質は、ヌープ硬度が
一般に数千と非常に硬く、電気抵抗率は１０6 〜１０14
Ω・ｃｍと非常に高い絶縁性を示し、赤外線に対して透
明であるなど、ダイヤモンドに類似した点が多い。こう
した特性を利用することにより、表面保護膜や光学材料
など種々の応用開発が行なわれている。
【０００３】なお、硬質炭素膜の電気抵抗率について
は、特公昭６１−５３９５５号公報、特公平４−２８７
８５号公報に記載されているように、硬質炭素膜にＩＩ
Ｉ族、Ｖ族の元素を微量に添加して、電気抵抗率を１０
2 〜１０6 Ω・ｃｍ程度まで下げる試みもなされてい
る。
は、特公昭６１−５３９５５号公報、特公平４−２８７
８５号公報に記載されているように、硬質炭素膜にＩＩ
Ｉ族、Ｖ族の元素を微量に添加して、電気抵抗率を１０
2 〜１０6 Ω・ｃｍ程度まで下げる試みもなされてい
る。
【０００４】上記のような硬質炭素膜の製造方法として
は、以下のような手法が挙げられる。
は、以下のような手法が挙げられる。
【０００５】（１） 炭化水素ガスをプラズマで分解し
て基板上に堆積させるプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor
Deposition ）法。
て基板上に堆積させるプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor
Deposition ）法。
【０００６】（２） プラズマ状態から導き出されるイ
オンの衝撃で、カーボンターゲットからスパッタリング
される炭素粒子を基板上に堆積させるスパッタ法、イオ
ンビームスパッタ法。
オンの衝撃で、カーボンターゲットからスパッタリング
される炭素粒子を基板上に堆積させるスパッタ法、イオ
ンビームスパッタ法。
【０００７】（３） 固体カーボンを蒸着させる際にプ
ラズマ中を通して炭素を活性化させ堆積させるイオンプ
レーティング法。
ラズマ中を通して炭素を活性化させ堆積させるイオンプ
レーティング法。
【０００８】（４） プラズマ状態から数１００ｅＶ〜
１ｋｅＶ程度のエネルギーを有する炭素または炭化水素
イオンを照射して成膜するイオンビーム蒸着法。
１ｋｅＶ程度のエネルギーを有する炭素または炭化水素
イオンを照射して成膜するイオンビーム蒸着法。
【０００９】（５） カーボンターゲットにレーザを照
射してプラズマ中に放出される炭素粒子を堆積させるレ
ーザアブレーション法。
射してプラズマ中に放出される炭素粒子を堆積させるレ
ーザアブレーション法。
【００１０】これらの方法を用いて形成された硬質炭素
膜の表面は極めて平滑で、その摩擦係数は小さな値とな
る。さらに、硬質炭素膜コーティングを施した表面と摩
擦させた場合、相手材の損傷も小さい傾向がある。こう
したことから、近年、摺動材料の表面コーティング処理
として、硬質炭素膜は非常に注目を集めている。
膜の表面は極めて平滑で、その摩擦係数は小さな値とな
る。さらに、硬質炭素膜コーティングを施した表面と摩
擦させた場合、相手材の損傷も小さい傾向がある。こう
したことから、近年、摺動材料の表面コーティング処理
として、硬質炭素膜は非常に注目を集めている。
【００１１】具体的には、ビデオやオーディオ関係など
ＡＶ機器、ハードディスクやプリンタ、ファクシミリ、
コピー機などの事務用機器など各方面で硬質炭素膜の応
用開発が進められている。
ＡＶ機器、ハードディスクやプリンタ、ファクシミリ、
コピー機などの事務用機器など各方面で硬質炭素膜の応
用開発が進められている。
【００１２】一方、導電性の要求される摺動材料として
現在最も一般的な材料にグラファイトが挙げられる。グ
ラファイトは電気抵抗率が０．２×１０-3〜４×１０-3
Ω・ｃｍと低い値を有している。これは、ｓｐ２結合に
より余ったπ電子が関与していることに起因する。ま
た、グラファイトの金属との摩擦係数は一般に０．１前
後であり、これは六方晶のｃ軸方向の結合が弱く、ｃ面
方向に滑りが起こるためと考えられている。こうした特
異な性質を生かし、グラファイトはカーボンブラシなど
の電気的な接触を要求される摺動部分に利用されてい
る。
現在最も一般的な材料にグラファイトが挙げられる。グ
ラファイトは電気抵抗率が０．２×１０-3〜４×１０-3
Ω・ｃｍと低い値を有している。これは、ｓｐ２結合に
より余ったπ電子が関与していることに起因する。ま
た、グラファイトの金属との摩擦係数は一般に０．１前
後であり、これは六方晶のｃ軸方向の結合が弱く、ｃ面
方向に滑りが起こるためと考えられている。こうした特
異な性質を生かし、グラファイトはカーボンブラシなど
の電気的な接触を要求される摺動部分に利用されてい
る。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】従来の硬質炭素膜は、
無潤滑摺動を要求される摺動部に対しては理想的な材料
である。すなわち、その摩擦係数が０．０５〜０．２と
小さく、高硬度であるがゆえ極めて摩耗しにくい。しか
も、摺動の相手材料への攻撃性も極めて小さい特異な材
料でもある。しかしながら、従来の硬質炭素膜には、
電気抵抗率、膜応力、において以下に述べる問題点が
あった。
無潤滑摺動を要求される摺動部に対しては理想的な材料
である。すなわち、その摩擦係数が０．０５〜０．２と
小さく、高硬度であるがゆえ極めて摩耗しにくい。しか
も、摺動の相手材料への攻撃性も極めて小さい特異な材
料でもある。しかしながら、従来の硬質炭素膜には、
電気抵抗率、膜応力、において以下に述べる問題点が
あった。
【００１４】 電気抵抗率における問題点 従来の硬質炭素膜では、電気抵抗率が１０6 〜１０14Ω
・ｃｍと大きいため、電気的接触が要求される摺動部へ
の適用は不可能であった。
・ｃｍと大きいため、電気的接触が要求される摺動部へ
の適用は不可能であった。
【００１５】また、絶縁体同士の摺動では帯電がしばし
ば問題となる。硬質炭素膜は高い絶縁性を有しているた
め、摺動の相手材が絶縁体の場合、帯電が起こることが
多い。近年急激に市場が拡大している磁気記録媒体など
においては、こうした帯電は、埃の付着、ノイズの発
生、媒体の破壊につながる。それゆえ、硬質炭素膜は優
れた摺動特性を有しているにもかかわらず、磁気記録媒
体などへの適用が困難であった。また、帯電によるクー
ロン引力が摺動の相手材との間に生じ、見かけ上摩擦荷
重が増加して、摩擦力が高くなるという問題点もあっ
た。
ば問題となる。硬質炭素膜は高い絶縁性を有しているた
め、摺動の相手材が絶縁体の場合、帯電が起こることが
多い。近年急激に市場が拡大している磁気記録媒体など
においては、こうした帯電は、埃の付着、ノイズの発
生、媒体の破壊につながる。それゆえ、硬質炭素膜は優
れた摺動特性を有しているにもかかわらず、磁気記録媒
体などへの適用が困難であった。また、帯電によるクー
ロン引力が摺動の相手材との間に生じ、見かけ上摩擦荷
重が増加して、摩擦力が高くなるという問題点もあっ
た。
【００１６】このような現象を解消するために、カーボ
ンブラシなどによって帯電を解放させることも試みられ
ている。しかしながら、技術的には帯電防止が可能であ
っても、部品点数が増加するという結果につながるの
で、この対策は十分満足できる方法になり得ていない。
ンブラシなどによって帯電を解放させることも試みられ
ている。しかしながら、技術的には帯電防止が可能であ
っても、部品点数が増加するという結果につながるの
で、この対策は十分満足できる方法になり得ていない。
【００１７】また摺動部にグラファイトを用いることも
考えられる。このグラファイトは、硬質炭素膜のような
帯電の問題はなく、電気的接触を達成し得る良摺動材料
である。しかし、グラファイトは自らが摩耗しながら滑
る自己潤滑性材料であり、硬質炭素膜に比べるとはるか
に摩耗量が大きい。したがって、グラファイトを摺動部
分に用いると、部品交換を頻繁に行なわなければならな
いという問題があった。
考えられる。このグラファイトは、硬質炭素膜のような
帯電の問題はなく、電気的接触を達成し得る良摺動材料
である。しかし、グラファイトは自らが摩耗しながら滑
る自己潤滑性材料であり、硬質炭素膜に比べるとはるか
に摩耗量が大きい。したがって、グラファイトを摺動部
分に用いると、部品交換を頻繁に行なわなければならな
いという問題があった。
【００１８】一方、上述した２つの公報（特公昭６１−
５３９５５号公報、特公平４−２８７８５号公報）に記
載されている硬質炭素膜を摺動部に適用することも可能
である。すなわち、電気抵抗率が１０2 〜１０6 Ω・ｃ
ｍという低い値を有する硬質炭素膜を摺動部に用いるこ
とによって、帯電による問題を防止することができる。
しかしながら、実用的にはさらに低い電気抵抗率を有す
る硬質炭素膜を摺動部に用いなければ、上記のような帯
電を十分に防止することは不可能であった。
５３９５５号公報、特公平４−２８７８５号公報）に記
載されている硬質炭素膜を摺動部に適用することも可能
である。すなわち、電気抵抗率が１０2 〜１０6 Ω・ｃ
ｍという低い値を有する硬質炭素膜を摺動部に用いるこ
とによって、帯電による問題を防止することができる。
しかしながら、実用的にはさらに低い電気抵抗率を有す
る硬質炭素膜を摺動部に用いなければ、上記のような帯
電を十分に防止することは不可能であった。
【００１９】以上より、従来においては優れた耐摩耗性
と高い導電性を併せ持つ硬質炭素膜は得られていなかっ
た。
と高い導電性を併せ持つ硬質炭素膜は得られていなかっ
た。
【００２０】 膜応力における問題点 一般に、硬質炭素膜は５×１０9 〜３×１０10ｄｙｎｅ
／ｃｍ2 という非常に大きな膜応力を有している。この
ため、硬質炭素膜の膜厚を数１０００Å以上と厚くする
と、応力の蓄積により硬質炭素膜の剥離が生じやすくな
る。それゆえ、硬質炭素膜は１０００〜３０００Å程度
の比較的薄い膜厚で用いられている。
／ｃｍ2 という非常に大きな膜応力を有している。この
ため、硬質炭素膜の膜厚を数１０００Å以上と厚くする
と、応力の蓄積により硬質炭素膜の剥離が生じやすくな
る。それゆえ、硬質炭素膜は１０００〜３０００Å程度
の比較的薄い膜厚で用いられている。
【００２１】この硬質炭素膜が形成される基板として超
硬合金やＳｉＣセラミックスなどの硬度の高い材料が用
いられる場合には、基板の上にコーティングされる硬質
炭素膜の膜厚が薄くても、低摩擦係数の摺動特性は比較
的長く持続され得る。たとえば、ＳｉＣ基板の上に硬質
炭素膜が形成される場合、その摩擦係数は、硬質炭素膜
が形成されない場合の半分以下であり、摩耗量は数十分
の１である。
硬合金やＳｉＣセラミックスなどの硬度の高い材料が用
いられる場合には、基板の上にコーティングされる硬質
炭素膜の膜厚が薄くても、低摩擦係数の摺動特性は比較
的長く持続され得る。たとえば、ＳｉＣ基板の上に硬質
炭素膜が形成される場合、その摩擦係数は、硬質炭素膜
が形成されない場合の半分以下であり、摩耗量は数十分
の１である。
【００２２】ところが、硬質炭素膜の形成される基板が
アルミニウム合金やステンレスなどの軟らかい材料から
なる場合、この基板は、摺動時の荷重によって容易に変
形してしまう。このように基板自体が変形してしまう
と、良好な低摩擦係数の摺動特性を十分に維持すること
ができなくなる。この摺動時の荷重を基板に伝えないよ
うにするには、硬質炭素膜の膜厚を厚くすることが考え
られる。しかし、上述の膜応力による制約によって、硬
質炭素膜の膜厚を１０００〜３０００Å以上にすること
はできない。このように硬質炭素膜の膜応力が大きいた
め、膜厚の硬質炭素膜を形成できず、ゆえに軟らかい材
料からなる基板の上に硬質炭素膜が形成される場合に
は、良好な低摩擦係数の摺動特性を十分に維持すること
が困難となる。
アルミニウム合金やステンレスなどの軟らかい材料から
なる場合、この基板は、摺動時の荷重によって容易に変
形してしまう。このように基板自体が変形してしまう
と、良好な低摩擦係数の摺動特性を十分に維持すること
ができなくなる。この摺動時の荷重を基板に伝えないよ
うにするには、硬質炭素膜の膜厚を厚くすることが考え
られる。しかし、上述の膜応力による制約によって、硬
質炭素膜の膜厚を１０００〜３０００Å以上にすること
はできない。このように硬質炭素膜の膜応力が大きいた
め、膜厚の硬質炭素膜を形成できず、ゆえに軟らかい材
料からなる基板の上に硬質炭素膜が形成される場合に
は、良好な低摩擦係数の摺動特性を十分に維持すること
が困難となる。
【００２３】以上より、従来の硬質炭素膜では、良好な
摺動特性を十分に維持させることが困難であった。特に
軟らかい材料からなる基板の上に硬質炭素膜を形成する
場合には、それが特に顕著であり、硬質炭素膜の特性を
十分に発揮することができなかった。
摺動特性を十分に維持させることが困難であった。特に
軟らかい材料からなる基板の上に硬質炭素膜を形成する
場合には、それが特に顕著であり、硬質炭素膜の特性を
十分に発揮することができなかった。
【００２４】それゆえ、本発明の一の目的は、優れた耐
摩耗性と高い導電性とを併せ持つ硬質炭素膜を提供する
ことである。
摩耗性と高い導電性とを併せ持つ硬質炭素膜を提供する
ことである。
【００２５】また本発明の他の目的は、膜応力が小さく
良好な摺動特性を十分維持できる硬質炭素膜を提供する
ことである。
良好な摺動特性を十分維持できる硬質炭素膜を提供する
ことである。
【００２６】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、鋭意検討
した結果、硬質炭素膜に炭素、水素以外の不純物を添加
することで、優れた耐摩耗性と高い導電性とを併せ持つ
硬質炭素膜が得られることを見出した。
した結果、硬質炭素膜に炭素、水素以外の不純物を添加
することで、優れた耐摩耗性と高い導電性とを併せ持つ
硬質炭素膜が得られることを見出した。
【００２７】それゆえ、本発明の一の局面に従う硬質炭
素膜は、炭素、または炭素と水素を主成分とし、炭素、
水素以外の１種類以上の不純物元素を含有する非晶質の
硬質炭素膜において、室温での電気抵抗率が１×１０-6
Ω・ｃｍ以上１×１０2 Ω・ｃｍ以下である。
素膜は、炭素、または炭素と水素を主成分とし、炭素、
水素以外の１種類以上の不純物元素を含有する非晶質の
硬質炭素膜において、室温での電気抵抗率が１×１０-6
Ω・ｃｍ以上１×１０2 Ω・ｃｍ以下である。
【００２８】また本発明の硬質炭素膜の好ましい局面に
従えば、不純物元素は０．００１原子％以上４０原子％
以下の濃度で含有されている。
従えば、不純物元素は０．００１原子％以上４０原子％
以下の濃度で含有されている。
【００２９】また本願発明者らは、鋭意検討した結果、
炭素、水素以外の不純物を硬質炭素膜に所望量添加する
ことで所定の範囲内の膜応力を有する硬質炭素膜の得ら
れることを見出した。
炭素、水素以外の不純物を硬質炭素膜に所望量添加する
ことで所定の範囲内の膜応力を有する硬質炭素膜の得ら
れることを見出した。
【００３０】それゆえ、本発明の他の局面に従う硬質炭
素膜は、炭素、または炭素と水素を主成分とし、炭素、
水素以外の１種類以上の不純物元素を含有する非晶質の
硬質炭素膜において、炭素、水素以外の不純物元素を
０．００１原子％以上４０原子％以下の濃度で含有して
おり、その膜応力が１×１０8 ｄｙｎｅ／ｃｍ2 以上７
×１０9 ｄｙｎｅ／ｃｍ2 以下である。
素膜は、炭素、または炭素と水素を主成分とし、炭素、
水素以外の１種類以上の不純物元素を含有する非晶質の
硬質炭素膜において、炭素、水素以外の不純物元素を
０．００１原子％以上４０原子％以下の濃度で含有して
おり、その膜応力が１×１０8 ｄｙｎｅ／ｃｍ2 以上７
×１０9 ｄｙｎｅ／ｃｍ2 以下である。
【００３１】また本発明の硬質炭素膜の好ましい一の局
面に従えば、炭素、水素以外の不純物元素が０．００１
原子％以上１原子％以下の濃度で含有されている。
面に従えば、炭素、水素以外の不純物元素が０．００１
原子％以上１原子％以下の濃度で含有されている。
【００３２】また本発明の硬質炭素膜の好ましい他の局
面に従えば、不純物元素のうち少なくとも１種類の元素
がビッカース硬度１０００ｋｇ／ｍｍ2 以上の炭化物、
窒化物、炭窒化物の少なくともいずれかを形成する元素
である。
面に従えば、不純物元素のうち少なくとも１種類の元素
がビッカース硬度１０００ｋｇ／ｍｍ2 以上の炭化物、
窒化物、炭窒化物の少なくともいずれかを形成する元素
である。
【００３３】また本発明の硬質炭素膜の好ましいさらに
他の局面に従えば、不純物元素が、Ｔｉ（チタン）、Ｖ
（バナジウム）、Ｃｒ（クロム）、Ｚｒ（ジルコニウ
ム）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｈｆ（ハ
フニウム）、Ｔａ（タンタル）、Ｗ（タングステン）の
群から選ばれる少なくとも１種の元素からなっている。
他の局面に従えば、不純物元素が、Ｔｉ（チタン）、Ｖ
（バナジウム）、Ｃｒ（クロム）、Ｚｒ（ジルコニウ
ム）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｈｆ（ハ
フニウム）、Ｔａ（タンタル）、Ｗ（タングステン）の
群から選ばれる少なくとも１種の元素からなっている。
【００３４】また本発明の硬質炭素膜の好ましいさらに
他の局面に従えば、不純物元素が、Ｂ（ホウ素）、Ａｕ
（金）、Ｐｔ（白金）、Ａｇ（銀）の群から選ばれる少
なくとも１種の元素からなっている。
他の局面に従えば、不純物元素が、Ｂ（ホウ素）、Ａｕ
（金）、Ｐｔ（白金）、Ａｇ（銀）の群から選ばれる少
なくとも１種の元素からなっている。
【００３５】また本発明の硬質炭素膜の好ましいさらに
他の局面に従えば、鋼に対する摩擦係数が０．２５以下
である。
他の局面に従えば、鋼に対する摩擦係数が０．２５以下
である。
【００３６】また基板の表面上に本発明の硬質炭素膜を
形成する場合には、基板側に炭素、水素以外の不純物元
素を０．００１原子％未満の濃度で含有する硬質炭素膜
を形成し、外表面側に、炭素、水素以外の不純物元素を
０．００１原子％以上１原子％以下の濃度で含有し、か
つ膜応力が１×１０8 ｄｙｎｅ／ｃｍ2 以上７×１０ 9
ｄｙｎｅ／ｃｍ2 以下である硬質炭素膜を積層化しても
よい。
形成する場合には、基板側に炭素、水素以外の不純物元
素を０．００１原子％未満の濃度で含有する硬質炭素膜
を形成し、外表面側に、炭素、水素以外の不純物元素を
０．００１原子％以上１原子％以下の濃度で含有し、か
つ膜応力が１×１０8 ｄｙｎｅ／ｃｍ2 以上７×１０ 9
ｄｙｎｅ／ｃｍ2 以下である硬質炭素膜を積層化しても
よい。
【００３７】
【作用】本発明による硬質炭素膜が導電性を持つ理由に
ついては詳しくはわかっていないが、不純物濃度により
２種類の伝導によるメカニズムが存在するものと考えら
れる。
ついては詳しくはわかっていないが、不純物濃度により
２種類の伝導によるメカニズムが存在するものと考えら
れる。
【００３８】第１の伝導は、不純物含有量の少ない領域
における、不純物伝導、あるいはホッピング伝導による
ものである。硬質炭素膜中に不純物が導入されると不純
物準位ができる。この不純物準位を介して、不純物伝導
あるいはホッピング伝導が起こるようになる。すなわ
ち、添加された不純物原子に局在する電子または正孔が
不純物原子の間をジャンプすることによって輸送される
のである。不純物元素の濃度が高くなれば、ホッピング
の確率が大きくなり、一般に電気抵抗は小さくなる。し
たがって、添加する不純物元素の量を制御することによ
り容易に硬質炭素膜の抵抗率を変えることができる。
における、不純物伝導、あるいはホッピング伝導による
ものである。硬質炭素膜中に不純物が導入されると不純
物準位ができる。この不純物準位を介して、不純物伝導
あるいはホッピング伝導が起こるようになる。すなわ
ち、添加された不純物原子に局在する電子または正孔が
不純物原子の間をジャンプすることによって輸送される
のである。不純物元素の濃度が高くなれば、ホッピング
の確率が大きくなり、一般に電気抵抗は小さくなる。し
たがって、添加する不純物元素の量を制御することによ
り容易に硬質炭素膜の抵抗率を変えることができる。
【００３９】第２の伝導は、不純物含有量の大きい領域
における伝導で、いわゆる自由電子による通常の伝導で
ある。不純物含有量の大きい領域では、膜中に添加した
不純物は、準連続的、あるいは連続的なマトリクスを形
成する。このマトリクスを通じて自由電子の輸送が起こ
るものである。
における伝導で、いわゆる自由電子による通常の伝導で
ある。不純物含有量の大きい領域では、膜中に添加した
不純物は、準連続的、あるいは連続的なマトリクスを形
成する。このマトリクスを通じて自由電子の輸送が起こ
るものである。
【００４０】このように硬質炭素膜の電気抵抗率を下げ
ることにより、絶縁体からなる材料と摺動する際に摩擦
面で帯電が生じても、低い抵抗率を有する硬質炭素膜を
通して電荷が中和されるため、埃の付着やノイズの発生
を防ぐことができる。
ることにより、絶縁体からなる材料と摺動する際に摩擦
面で帯電が生じても、低い抵抗率を有する硬質炭素膜を
通して電荷が中和されるため、埃の付着やノイズの発生
を防ぐことができる。
【００４１】本発明の一の局面に従う硬質炭素膜は、室
温での電気抵抗率が１×１０-6Ω・ｃｍ以上１×１０2
Ω・ｃｍ以下となるものである。炭素膜の抵抗率は、添
加する不純物量を限りなく小さくすることで、無添加の
硬質炭素膜の抵抗率（１０6Ω・ｃｍ〜１０14Ω・ｃ
ｍ）に限りなく近い値となる。本発明をするにあたり問
題となっていた帯電の防止には、１０2 Ω・ｃｍから１
０6 Ω・ｃｍ程度以下の抵抗率であればよいと言われて
いる。よって、抵抗率の上限は、帯電防止が可能な最大
の抵抗値をもって１×１０2 Ω・ｃｍ以下とする。しか
し、帯電防止という意味では、抵抗率は低い方が有利で
ある。一般の金属は、室温で１×１０-6Ω・ｃｍから３
×１０-4Ω・ｃｍ程度の抵抗率を有している。本発明の
一の局面に従う硬質炭素膜は、不純物の添加量を増加さ
せれば限りなくその不純物の持つ抵抗率に近づく。そし
て原理的にこれらの値より低い抵抗率を持つことはでき
ない。そこで、抵抗率の下限は１×１０-6Ω・ｃｍ以上
とした。
温での電気抵抗率が１×１０-6Ω・ｃｍ以上１×１０2
Ω・ｃｍ以下となるものである。炭素膜の抵抗率は、添
加する不純物量を限りなく小さくすることで、無添加の
硬質炭素膜の抵抗率（１０6Ω・ｃｍ〜１０14Ω・ｃ
ｍ）に限りなく近い値となる。本発明をするにあたり問
題となっていた帯電の防止には、１０2 Ω・ｃｍから１
０6 Ω・ｃｍ程度以下の抵抗率であればよいと言われて
いる。よって、抵抗率の上限は、帯電防止が可能な最大
の抵抗値をもって１×１０2 Ω・ｃｍ以下とする。しか
し、帯電防止という意味では、抵抗率は低い方が有利で
ある。一般の金属は、室温で１×１０-6Ω・ｃｍから３
×１０-4Ω・ｃｍ程度の抵抗率を有している。本発明の
一の局面に従う硬質炭素膜は、不純物の添加量を増加さ
せれば限りなくその不純物の持つ抵抗率に近づく。そし
て原理的にこれらの値より低い抵抗率を持つことはでき
ない。そこで、抵抗率の下限は１×１０-6Ω・ｃｍ以上
とした。
【００４２】なお、摺動部に電気的接触を持たせるブラ
シに使用されるグラファイトの抵抗率は１０-4Ω・ｃｍ
から１０-3Ω・ｃｍ程度である。電極や電線などに使用
されるＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ（銅）などは１×１０-6Ω・ｃ
ｍから３×１０6 Ω・ｃｍ程度、抵抗体に使用される
Ｗ、Ｔａ、ニクロムなどは、５×１０-6Ω・ｃｍから１
０-4Ω・ｃｍである。それゆえ、本発明の一の局面に従
う硬質炭素膜は、摺動部のほかにも、金属が主に使用さ
れている電極や電極接点、抵抗体などにも適用すること
ができる。
シに使用されるグラファイトの抵抗率は１０-4Ω・ｃｍ
から１０-3Ω・ｃｍ程度である。電極や電線などに使用
されるＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ（銅）などは１×１０-6Ω・ｃ
ｍから３×１０6 Ω・ｃｍ程度、抵抗体に使用される
Ｗ、Ｔａ、ニクロムなどは、５×１０-6Ω・ｃｍから１
０-4Ω・ｃｍである。それゆえ、本発明の一の局面に従
う硬質炭素膜は、摺動部のほかにも、金属が主に使用さ
れている電極や電極接点、抵抗体などにも適用すること
ができる。
【００４３】ところで、抵抗率を下げるべく不純物添加
量を多くすると、一方で耐摩耗性や摩擦係数などの摺動
特性が悪化する傾向がある。耐摩耗性、摺動特性を低下
させることなく導電性を得るには、添加される不純物元
素の濃度は、４０原子％以下であることが好ましい。不
純物添加量の下限は、たとえばプラズマＣＶＤ法による
Ｗ添加の場合は、０．０００１原子％以上添加しないと
抵抗率は１×１０6 Ω・ｃｍ以下にならない。一方、Ａ
ｕをイオン注入法で添加する場合、０．０００００１原
子％の添加でも抵抗率は１×１０6 Ω・ｃｍ以下にな
る。このように、添加する元素や方法により抵抗率の下
限は異なってくる。したがって、本発明の硬質炭素膜に
おける不純物添加量の下限は、各添加元素を考慮して
０．００１原子％以下を好ましい値とする。
量を多くすると、一方で耐摩耗性や摩擦係数などの摺動
特性が悪化する傾向がある。耐摩耗性、摺動特性を低下
させることなく導電性を得るには、添加される不純物元
素の濃度は、４０原子％以下であることが好ましい。不
純物添加量の下限は、たとえばプラズマＣＶＤ法による
Ｗ添加の場合は、０．０００１原子％以上添加しないと
抵抗率は１×１０6 Ω・ｃｍ以下にならない。一方、Ａ
ｕをイオン注入法で添加する場合、０．０００００１原
子％の添加でも抵抗率は１×１０6 Ω・ｃｍ以下にな
る。このように、添加する元素や方法により抵抗率の下
限は異なってくる。したがって、本発明の硬質炭素膜に
おける不純物添加量の下限は、各添加元素を考慮して
０．００１原子％以下を好ましい値とする。
【００４４】ただし、イオン注入法以外の不純物元素の
添加方法では、０．００００１原子％未満の濃度コント
ロールは困難なため、不純物濃度は０．００００１原子
％以上の範囲で用いることが好ましい。
添加方法では、０．００００１原子％未満の濃度コント
ロールは困難なため、不純物濃度は０．００００１原子
％以上の範囲で用いることが好ましい。
【００４５】また本願発明者らは、実験の結果、本発明
の他の局面に従う硬質炭素膜においてその膜応力が不純
物の添加量とともに低下することを見出した。具体的に
は、添加元素をＭｏ（モリブデン）とした場合、Ｍｏの
濃度が０．００１原子％より小さいと、膜応力は７×１
０9 ｄｙｎｅ／ｃｍ2 より大きくなり４μｍの膜厚で剥
離が生じた。またＭｏを４０原子％を超えて添加する
と、膜応力は１×１０8ｄｙｎｅ／ｃｍ2 より小さくな
り４μｍの膜厚でクラックを生じた。この結果より、硬
質炭素膜の膜応力は１×１０8 ｄｙｎｅ／ｃｍ2 以上７
×１０9 ｄｙｎｅ／ｃｍ2 以下の範囲内であることが必
要とされることが判明した。また、この膜応力の範囲内
を実現する不純物元素の添加濃度は、実験の結果より
０．００１原子％以上４０原子％以下であることが必要
とされることが判明した。
の他の局面に従う硬質炭素膜においてその膜応力が不純
物の添加量とともに低下することを見出した。具体的に
は、添加元素をＭｏ（モリブデン）とした場合、Ｍｏの
濃度が０．００１原子％より小さいと、膜応力は７×１
０9 ｄｙｎｅ／ｃｍ2 より大きくなり４μｍの膜厚で剥
離が生じた。またＭｏを４０原子％を超えて添加する
と、膜応力は１×１０8ｄｙｎｅ／ｃｍ2 より小さくな
り４μｍの膜厚でクラックを生じた。この結果より、硬
質炭素膜の膜応力は１×１０8 ｄｙｎｅ／ｃｍ2 以上７
×１０9 ｄｙｎｅ／ｃｍ2 以下の範囲内であることが必
要とされることが判明した。また、この膜応力の範囲内
を実現する不純物元素の添加濃度は、実験の結果より
０．００１原子％以上４０原子％以下であることが必要
とされることが判明した。
【００４６】特に、不純物の添加量が４０原子％以下で
良好な特性を示したのは以下の理由によるものと考えら
れる。すなわち、不純物元素の添加量が増えることによ
り、一般に硬質炭素膜中の不純物元素が膜中にクラスタ
ー状に成長し、存在し始める。これにより、硬質炭素膜
に金属的な特性が現われ、摩擦係数の増大による摺動特
性の低下、膜硬度の低下を引起こす。しかし不純物の添
加量が４０原子％以下であれば、この膜中の不純物元素
のクラスター状の成長が抑制され、これに伴う摺動特性
の劣化、膜硬度の低下を抑制できるためと考えられる。
良好な特性を示したのは以下の理由によるものと考えら
れる。すなわち、不純物元素の添加量が増えることによ
り、一般に硬質炭素膜中の不純物元素が膜中にクラスタ
ー状に成長し、存在し始める。これにより、硬質炭素膜
に金属的な特性が現われ、摩擦係数の増大による摺動特
性の低下、膜硬度の低下を引起こす。しかし不純物の添
加量が４０原子％以下であれば、この膜中の不純物元素
のクラスター状の成長が抑制され、これに伴う摺動特性
の劣化、膜硬度の低下を抑制できるためと考えられる。
【００４７】また、本願発明者らは、実験の結果、不純
物元素の添加量を０．００１原子％以上１原子％以下に
することが好ましいことを見出した。具体的にはＴｉ
（チタン）を添加不純物元素とした場合、無添加のとき
の膜応力２．２×１０10ｄｙｎｅ／ｃｍ2 に対して、添
加量０．００１原子％で膜応力は５×１０9 ｄｙｎｅ／
ｃｍ2 程度、また添加量約１原子％で膜応力は６×１０
8 ｄｙｎｅ／ｃｍ2 程度に低減される。チタンの添加量
が１原子％の場合、アルミニウム合金の上に膜厚１０μ
ｍの硬質炭素膜を形成しても、剥離は生じない。しか
し、膜応力が１×１０8 ｄｙｎｅ／ｃｍ2 よりも小さく
なると、外力が加わったときに硬質炭素膜にクラックが
入りやすくなる。一方、膜応力が７×１０9 ｄｙｎｅ／
ｃｍ2 よりも大きくなると、５μｍ程度以上の膜厚で硬
質炭素膜を形成した場合、剥離が生ずる。したがって、
Ｔｉを添加した場合においても硬質炭素膜の膜応力は１
×１０ 8 ｄｙｎｅ／ｃｍ2 〜７×１０9 ｄｙｎｅ／ｃｍ
2 の範囲内であることが必要とされる。
物元素の添加量を０．００１原子％以上１原子％以下に
することが好ましいことを見出した。具体的にはＴｉ
（チタン）を添加不純物元素とした場合、無添加のとき
の膜応力２．２×１０10ｄｙｎｅ／ｃｍ2 に対して、添
加量０．００１原子％で膜応力は５×１０9 ｄｙｎｅ／
ｃｍ2 程度、また添加量約１原子％で膜応力は６×１０
8 ｄｙｎｅ／ｃｍ2 程度に低減される。チタンの添加量
が１原子％の場合、アルミニウム合金の上に膜厚１０μ
ｍの硬質炭素膜を形成しても、剥離は生じない。しか
し、膜応力が１×１０8 ｄｙｎｅ／ｃｍ2 よりも小さく
なると、外力が加わったときに硬質炭素膜にクラックが
入りやすくなる。一方、膜応力が７×１０9 ｄｙｎｅ／
ｃｍ2 よりも大きくなると、５μｍ程度以上の膜厚で硬
質炭素膜を形成した場合、剥離が生ずる。したがって、
Ｔｉを添加した場合においても硬質炭素膜の膜応力は１
×１０ 8 ｄｙｎｅ／ｃｍ2 〜７×１０9 ｄｙｎｅ／ｃｍ
2 の範囲内であることが必要とされる。
【００４８】また、不純物元素にＴｉを用いた場合に
は、上記の硬質炭素膜の膜応力を実現するためには、不
純物元素の添加量は０．００１原子％以上１原子％以下
である。それゆえ、不純物元素の添加量は０．００１原
子％以上１原子％以下であることが好ましい。
は、上記の硬質炭素膜の膜応力を実現するためには、不
純物元素の添加量は０．００１原子％以上１原子％以下
である。それゆえ、不純物元素の添加量は０．００１原
子％以上１原子％以下であることが好ましい。
【００４９】硬質炭素膜への不純物添加による膜応力の
低減のメカニズムは十分に解明されていない。しかしな
がら、膜中の炭素原子のダングリングボンド（不対結合
手）に不純物が結合して安定化すること、不純物原子が
膜中の炭素原子の位置で炭素原子と置換わって取込まれ
平均の原子間結合距離が変化して応力緩和につながって
いることなどが膜応力の低減のメカニズムと考えられて
いる。
低減のメカニズムは十分に解明されていない。しかしな
がら、膜中の炭素原子のダングリングボンド（不対結合
手）に不純物が結合して安定化すること、不純物原子が
膜中の炭素原子の位置で炭素原子と置換わって取込まれ
平均の原子間結合距離が変化して応力緩和につながって
いることなどが膜応力の低減のメカニズムと考えられて
いる。
【００５０】硬質炭素膜を摺動部分に使用する場合に
は、膜に要求される特性は低い摩擦係数を有することで
ある。摺動の相手材が鋼の場合、ＳｉＣやＳｉ3 Ｎ4 な
どのセラミックスの摩擦係数は０．５程度である。これ
に対して、摺動の相手材が鋼の場合、従来の硬質炭素膜
の摩擦係数は０．２前後とセラミックスに比べて半分以
下になる。このような硬質炭素膜の特性は、その表面エ
ネルギが低いことに起因するものと考えられている。表
面エネルギが小さいと、摺動時において相手材料が表面
に吸着または凝着し難いため、摩擦抵抗が大きくならな
い。
は、膜に要求される特性は低い摩擦係数を有することで
ある。摺動の相手材が鋼の場合、ＳｉＣやＳｉ3 Ｎ4 な
どのセラミックスの摩擦係数は０．５程度である。これ
に対して、摺動の相手材が鋼の場合、従来の硬質炭素膜
の摩擦係数は０．２前後とセラミックスに比べて半分以
下になる。このような硬質炭素膜の特性は、その表面エ
ネルギが低いことに起因するものと考えられている。表
面エネルギが小さいと、摺動時において相手材料が表面
に吸着または凝着し難いため、摩擦抵抗が大きくならな
い。
【００５１】しかしながら、硬質炭素膜に不純物が添加
されることにより、硬質炭素膜の摩擦係数はやや増加す
る傾向にある。不純物の添加量が少ない場合には、摩擦
係数の変化はほとんど見られない。ところが、不純物の
添加量が０．１原子％を超えると、硬質炭素膜の摩擦係
数は徐々に増加する。これは、添加された不純物元素が
クラスター状に存在し始め、金属的な摺動特性が現われ
るためと考えられる。硬質炭素膜コーティングによる低
摩擦係数化のメリットを十分に得るためには、摩擦係数
が０．２５以下であることが望ましい。このためには、
不純物の添加量は１原子％程度以下であることが好まし
い。
されることにより、硬質炭素膜の摩擦係数はやや増加す
る傾向にある。不純物の添加量が少ない場合には、摩擦
係数の変化はほとんど見られない。ところが、不純物の
添加量が０．１原子％を超えると、硬質炭素膜の摩擦係
数は徐々に増加する。これは、添加された不純物元素が
クラスター状に存在し始め、金属的な摺動特性が現われ
るためと考えられる。硬質炭素膜コーティングによる低
摩擦係数化のメリットを十分に得るためには、摩擦係数
が０．２５以下であることが望ましい。このためには、
不純物の添加量は１原子％程度以下であることが好まし
い。
【００５２】なお、不純物元素を添加した硬質炭素膜の
硬度は、通常、不純物元素を添加していない硬質炭素膜
よりもやや低い。添加元素がＢ、Ｗなどの硬質の炭化物
を形成する元素の場合には、硬度の低下はほとんど無視
され得る。しかし、添加元素がＡｕのように炭化物を形
成しない元素の場合や、不純物元素の添加量が多いため
に不純物元素が膜中に金属クラスターの状態で分散する
場合には、硬度の低下は著しい。
硬度は、通常、不純物元素を添加していない硬質炭素膜
よりもやや低い。添加元素がＢ、Ｗなどの硬質の炭化物
を形成する元素の場合には、硬度の低下はほとんど無視
され得る。しかし、添加元素がＡｕのように炭化物を形
成しない元素の場合や、不純物元素の添加量が多いため
に不純物元素が膜中に金属クラスターの状態で分散する
場合には、硬度の低下は著しい。
【００５３】上述のように摩擦係数の上昇と硬度の低下
を考慮すれば、不純物元素の添加量は１原子％以下であ
ることが望ましい。また、不純物元素の添加量は０．０
０１原子％未満であると膜応力が大きくなり、５μｍ程
度以下の膜厚を有する硬質炭素膜の形成が不可能とな
る。このことから、不純物元素の添加量は０．０１原子
％以上１原子％以下の範囲内であることが好ましい。
を考慮すれば、不純物元素の添加量は１原子％以下であ
ることが望ましい。また、不純物元素の添加量は０．０
０１原子％未満であると膜応力が大きくなり、５μｍ程
度以下の膜厚を有する硬質炭素膜の形成が不可能とな
る。このことから、不純物元素の添加量は０．０１原子
％以上１原子％以下の範囲内であることが好ましい。
【００５４】添加する不純物元素は、不純物準位を形成
して電荷を輸送し得るもの、あるいは単体または化合物
の状態で自由電子を有するものならいかなるものでもよ
い。しかし、好ましくはビッカース硬度が１０００ｋｇ
／ｍｍ2 以上の炭化物を形成し得る元素であることが望
ましい。こうした元素は、硬質炭素膜中に硬度の高い炭
化物として取込まれやすく、不純物添加による硬度低下
を小さくすることができる。すなわち、硬質炭素膜が本
来有する優れた耐摩耗性を維持しやすいからである。炭
化物を形成する元素の中でも、具体的にはＴｉ、Ｖ、Ｃ
ｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗがより好まし
い。また、これらの元素は単体でも炭化物を形成し、そ
の炭化物の電気抵抗が１０-4〜１０-6Ω・ｃｍと低い値
を有しており、炭素膜の電気抵抗率を低減させるのに好
都合である。
して電荷を輸送し得るもの、あるいは単体または化合物
の状態で自由電子を有するものならいかなるものでもよ
い。しかし、好ましくはビッカース硬度が１０００ｋｇ
／ｍｍ2 以上の炭化物を形成し得る元素であることが望
ましい。こうした元素は、硬質炭素膜中に硬度の高い炭
化物として取込まれやすく、不純物添加による硬度低下
を小さくすることができる。すなわち、硬質炭素膜が本
来有する優れた耐摩耗性を維持しやすいからである。炭
化物を形成する元素の中でも、具体的にはＴｉ、Ｖ、Ｃ
ｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗがより好まし
い。また、これらの元素は単体でも炭化物を形成し、そ
の炭化物の電気抵抗が１０-4〜１０-6Ω・ｃｍと低い値
を有しており、炭素膜の電気抵抗率を低減させるのに好
都合である。
【００５５】さらに、こうした不純物元素のほかに、窒
素を同時に添加して、窒化物、または、炭窒化物の形で
含有させてもよい。この場合も、好ましくはビッカース
硬度が１０００ｋｇ／ｍｍ2 以上となる窒化物または炭
窒化物を形成し得る元素がよい。なお、炭化物を形成す
る元素の多くは窒化物も形成し、電気抵抗率が小さいも
のが多い。特にＣｒの窒化物は摺動特性にも優れてお
り、そうした意味でも好ましい材料である。
素を同時に添加して、窒化物、または、炭窒化物の形で
含有させてもよい。この場合も、好ましくはビッカース
硬度が１０００ｋｇ／ｍｍ2 以上となる窒化物または炭
窒化物を形成し得る元素がよい。なお、炭化物を形成す
る元素の多くは窒化物も形成し、電気抵抗率が小さいも
のが多い。特にＣｒの窒化物は摺動特性にも優れてお
り、そうした意味でも好ましい材料である。
【００５６】一方、硬質炭素膜は一般的に化学的に安定
な物質としても知られており、湿潤な雰囲気、ＮａＣｌ
の存在する環境、酸、アルカリなどの劣悪環境下などで
その優位性を発揮する材料でもある。こうした環境下
で、本発明による導電性の硬質炭素膜を適用する場合、
添加した不純物も安定な材料であることが望ましい。前
述のＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、
Ｗの炭化物または窒化物または炭窒化物はいずれも安定
な材料であるが、これ以外にも単体で安定なＡｕ、Ｐ
ｔ、Ａｇなどの金属元素を添加する方法もある。さらに
これらの元素は自己湿潤性のある材料でもあり、硬質炭
素膜に添加された場合、摺動材として有利な方へ働く。
また、Ｂを添加した場合においても、優れた摺動特性の
得られることが実験により判明した。以上に示した元素
および炭化物、窒化物の各特性を表１に示す。
な物質としても知られており、湿潤な雰囲気、ＮａＣｌ
の存在する環境、酸、アルカリなどの劣悪環境下などで
その優位性を発揮する材料でもある。こうした環境下
で、本発明による導電性の硬質炭素膜を適用する場合、
添加した不純物も安定な材料であることが望ましい。前
述のＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、
Ｗの炭化物または窒化物または炭窒化物はいずれも安定
な材料であるが、これ以外にも単体で安定なＡｕ、Ｐ
ｔ、Ａｇなどの金属元素を添加する方法もある。さらに
これらの元素は自己湿潤性のある材料でもあり、硬質炭
素膜に添加された場合、摺動材として有利な方へ働く。
また、Ｂを添加した場合においても、優れた摺動特性の
得られることが実験により判明した。以上に示した元素
および炭化物、窒化物の各特性を表１に示す。
【００５７】
【表１】
【００５８】また不純物元素を添加した硬質炭素膜をコ
ーティングするにあたり、通常、基板上に直接成膜、ま
たは密着強度を向上させるためにＳｉやＧｅなどのＩＶ
族の元素やその化合物を中間層として成膜し、その上に
硬質炭素膜を形成する。さらに、不純物元素を添加した
硬質炭素膜のすぐ下層に、従来の硬質炭素膜または結晶
質ダイヤモンド層を設けてもよい。これは、不純物元素
を添加した硬質炭素膜が従来の硬質炭素膜に比べて硬度
がやや劣る場合に適用すると効果的である。硬度の高い
層を下層に設けることにより、外力に対する基板の変形
を小さく抑えることが可能になる。また、この構造は、
不純物無添加の硬質炭素膜またはダイヤモンド層が絶縁
層となり、上層の導電層の不純物を添加した硬質炭素膜
に電気的な機能を持たせる場合に好都合である。さら
に、この構造は耐摩耗性が要求される配線や抵抗体など
にも適用され得る。
ーティングするにあたり、通常、基板上に直接成膜、ま
たは密着強度を向上させるためにＳｉやＧｅなどのＩＶ
族の元素やその化合物を中間層として成膜し、その上に
硬質炭素膜を形成する。さらに、不純物元素を添加した
硬質炭素膜のすぐ下層に、従来の硬質炭素膜または結晶
質ダイヤモンド層を設けてもよい。これは、不純物元素
を添加した硬質炭素膜が従来の硬質炭素膜に比べて硬度
がやや劣る場合に適用すると効果的である。硬度の高い
層を下層に設けることにより、外力に対する基板の変形
を小さく抑えることが可能になる。また、この構造は、
不純物無添加の硬質炭素膜またはダイヤモンド層が絶縁
層となり、上層の導電層の不純物を添加した硬質炭素膜
に電気的な機能を持たせる場合に好都合である。さら
に、この構造は耐摩耗性が要求される配線や抵抗体など
にも適用され得る。
【００５９】なお、本発明の硬質炭素膜の形成において
不純物を添加する方法として以下に示すような方法が適
用され得る。
不純物を添加する方法として以下に示すような方法が適
用され得る。
【００６０】（ａ） 公知の方法で硬質炭素膜を形成中
に、不純物元素を含むガスを反応系に供給して膜中に添
加する方法。特にプラズマＣＶＤ法、スパッタ法、イオ
ンプレーティング法、レーザアブレーション法などにお
いてこの方法は有効である。
に、不純物元素を含むガスを反応系に供給して膜中に添
加する方法。特にプラズマＣＶＤ法、スパッタ法、イオ
ンプレーティング法、レーザアブレーション法などにお
いてこの方法は有効である。
【００６１】（ｂ） 公知の方法で硬質炭素膜を形成中
に不純物元素を含む固体源を、加熱蒸発、スパッタ蒸
発、またはアブレーションさせ、膜中に添加する方法。
この方法は、特にスパッタ法、イオンプレーティング
法、イオンビームスパッタ法、レーザアブレーション法
などにおいて有効である。
に不純物元素を含む固体源を、加熱蒸発、スパッタ蒸
発、またはアブレーションさせ、膜中に添加する方法。
この方法は、特にスパッタ法、イオンプレーティング
法、イオンビームスパッタ法、レーザアブレーション法
などにおいて有効である。
【００６２】（ｃ） 公知の方法で硬質炭素膜を形成中
に、不純物元素を含むイオンビームを照射することによ
り、膜中に不純物を添加する方法。
に、不純物元素を含むイオンビームを照射することによ
り、膜中に不純物を添加する方法。
【００６３】（ｄ） 公知の方法で硬質炭素膜を形成し
た後、不純物を含むイオンを注入して不純物を添加する
方法。
た後、不純物を含むイオンを注入して不純物を添加する
方法。
【００６４】不純物を添加した硬質炭素膜の形成には、
上記の方法を単独で適用してもよく、複数の方法を併用
してもよい。また、上記の方法とそれ以外の方法とを併
用してもよい。
上記の方法を単独で適用してもよく、複数の方法を併用
してもよい。また、上記の方法とそれ以外の方法とを併
用してもよい。
【００６５】
【実施例】実施例１ 平行平板型の高周波プラズマＣＶＤ装置を用いて、メタ
ンガス流量２０００ｃｃ／ｍｉｎ．、ガス圧０．１Ｔｏ
ｒｒ、基板温度３００℃、高周波出力３００Ｗの条件で
硬質炭素膜の形成を行なった。さらに、これらの条件を
固定して、雰囲気中に六フッ化タングステンガス（ＷＦ
6 ）を添加しながら、膜中にＷが添加された硬質炭素膜
を形成した。基板にはＳｉ、ＳＵＪ２、ガラスを使用
し、膜厚は２μｍ〜３μｍとなるようにした。得られた
硬質炭素膜に関して、不純物濃度測定、電気抵抗率測
定、帯電試験、摩擦係数の測定、摩耗量測定を行なっ
た。結果を表２に示す。
ンガス流量２０００ｃｃ／ｍｉｎ．、ガス圧０．１Ｔｏ
ｒｒ、基板温度３００℃、高周波出力３００Ｗの条件で
硬質炭素膜の形成を行なった。さらに、これらの条件を
固定して、雰囲気中に六フッ化タングステンガス（ＷＦ
6 ）を添加しながら、膜中にＷが添加された硬質炭素膜
を形成した。基板にはＳｉ、ＳＵＪ２、ガラスを使用
し、膜厚は２μｍ〜３μｍとなるようにした。得られた
硬質炭素膜に関して、不純物濃度測定、電気抵抗率測
定、帯電試験、摩擦係数の測定、摩耗量測定を行なっ
た。結果を表２に示す。
【００６６】
【表２】
【００６７】ここで、不純物濃度の測定は、Ｓｉ基板上
に成膜したものを用い、濃度の低いものに関してはＳＩ
ＭＳで、濃度の高いものはＸＰＳで行なった。電気抵抗
率は、ガラス基板上に幅１ｍｍ、長さ１２ｍｍの短冊状
に成膜した炭素膜について、四端子法で室温における抵
抗率を測定した。帯電試験は、ＳＵＪ２基板上に成膜し
たものを使用し、炭素膜表面をポリエチレンで２０回摩
擦し、帯電により単位面積当りの表面に付着した１０μ
ｍ以上のサイズの埃の数を光学顕微鏡で数えた。摩擦係
数、摩耗深さの測定は、ＯＡ機器、音響・映像機器の摺
動部品等を想定してＳＵＪ２基板上に成膜したものにつ
いて、ピン−オン−ディスク試験器により測定した。相
手ピン材質をＳＵＳ ３０４、ピンの曲率半径を３ｍ
ｍ、荷重１０Ｎ、摺動速度２００ｍｍ／ｓｅｃ．摺動回
数１０００００回とした。なお、Ｘ線回折で構造分析を
したところ、膜中のＷは、金属ＷおよびＷＣの両者が確
認された。
に成膜したものを用い、濃度の低いものに関してはＳＩ
ＭＳで、濃度の高いものはＸＰＳで行なった。電気抵抗
率は、ガラス基板上に幅１ｍｍ、長さ１２ｍｍの短冊状
に成膜した炭素膜について、四端子法で室温における抵
抗率を測定した。帯電試験は、ＳＵＪ２基板上に成膜し
たものを使用し、炭素膜表面をポリエチレンで２０回摩
擦し、帯電により単位面積当りの表面に付着した１０μ
ｍ以上のサイズの埃の数を光学顕微鏡で数えた。摩擦係
数、摩耗深さの測定は、ＯＡ機器、音響・映像機器の摺
動部品等を想定してＳＵＪ２基板上に成膜したものにつ
いて、ピン−オン−ディスク試験器により測定した。相
手ピン材質をＳＵＳ ３０４、ピンの曲率半径を３ｍ
ｍ、荷重１０Ｎ、摺動速度２００ｍｍ／ｓｅｃ．摺動回
数１０００００回とした。なお、Ｘ線回折で構造分析を
したところ、膜中のＷは、金属ＷおよびＷＣの両者が確
認された。
【００６８】実施例２ イオンプレーティング装置を用いて、メタンガス２×１
０-3Ｔｏｒｒまで導入し、電子ビーム蒸発源より各種不
純物元素を蒸発させながら反応性イオンプレーティング
法による炭素膜を形成した。基板温度は４００℃とし、
高周波電力を２００Ｗとした。電子ビーム蒸発源の電子
ビーム電流を調節して蒸発速度をコントロールし、膜中
の不純物濃度が約２％となるようにした。またさらに、
一部の不純物を添加する際に、雰囲気にＮ2 ガスを５×
１０-4Ｔｏｒｒ導入し、全体として２．５×１０-3Ｔｏ
ｒｒにして成膜を行なった。得られた硬質炭素膜に関し
て、帯電試験、摩擦係数、摩耗深さを測定した。測定の
方法は実施例１に準ずる。結果を表３に示す。
０-3Ｔｏｒｒまで導入し、電子ビーム蒸発源より各種不
純物元素を蒸発させながら反応性イオンプレーティング
法による炭素膜を形成した。基板温度は４００℃とし、
高周波電力を２００Ｗとした。電子ビーム蒸発源の電子
ビーム電流を調節して蒸発速度をコントロールし、膜中
の不純物濃度が約２％となるようにした。またさらに、
一部の不純物を添加する際に、雰囲気にＮ2 ガスを５×
１０-4Ｔｏｒｒ導入し、全体として２．５×１０-3Ｔｏ
ｒｒにして成膜を行なった。得られた硬質炭素膜に関し
て、帯電試験、摩擦係数、摩耗深さを測定した。測定の
方法は実施例１に準ずる。結果を表３に示す。
【００６９】
【表３】
【００７０】実施例３ 平行平板型の高周波プラズマＣＶＤ装置を用いて、メタ
ンガス流量２０００ｃｃ／ｍｉｎ．、ガス圧０．１Ｔｏ
ｒｒ、基板温度３００℃、高周波出力３００Ｗの条件で
硬質炭素膜の形成を行なった。この硬質炭素膜に、イオ
ン注入法により各種不純物元素を注入した。注入条件
は、加速エネルギが８０ｋｅＶ、注入量は１×１０16ｃ
ｍ-2とした。注入された不純物元素の濃度は最大で０．
５原子％、表面から深さ０．１μｍまでの平均で約０．
０３原子％であった。不純物を注入した硬質炭素膜に関
して、電気抵抗率、ビッカース硬度、摩擦係数を測定し
た。結果を表４に示す。
ンガス流量２０００ｃｃ／ｍｉｎ．、ガス圧０．１Ｔｏ
ｒｒ、基板温度３００℃、高周波出力３００Ｗの条件で
硬質炭素膜の形成を行なった。この硬質炭素膜に、イオ
ン注入法により各種不純物元素を注入した。注入条件
は、加速エネルギが８０ｋｅＶ、注入量は１×１０16ｃ
ｍ-2とした。注入された不純物元素の濃度は最大で０．
５原子％、表面から深さ０．１μｍまでの平均で約０．
０３原子％であった。不純物を注入した硬質炭素膜に関
して、電気抵抗率、ビッカース硬度、摩擦係数を測定し
た。結果を表４に示す。
【００７１】
【表４】
【００７２】実施例４ 実施例２と同様の方法で、ＳＵＪ２基板上に、Ｔｉ、Ａ
ｕ、Ｆｅの各元素を５原子％添加した炭素膜を形成し
た。各炭素膜について各種耐環境試験を行なった。結果
を表５に示す。表中○は試験前後で変化のないもの、×
は変色、剥離などの異常のあったものを示す。
ｕ、Ｆｅの各元素を５原子％添加した炭素膜を形成し
た。各炭素膜について各種耐環境試験を行なった。結果
を表５に示す。表中○は試験前後で変化のないもの、×
は変色、剥離などの異常のあったものを示す。
【００７３】
【表５】
【００７４】実施例５ 電気部品、特に電気接点への応用を想定して摩擦、摩耗
試験を実施した。直径２０ｍｍのステンレス製円柱ブラ
シの表面に、実施例１の方法でＭｏを１０原子％添加し
て電気抵抗率を８．１×１０-4Ω・ｃｍとした硬質炭素
膜を１０μｍの厚みでコーティングした。これを回転軸
に取付け、回転数３０ｒ．ｐ．ｍ．でブラシとして２４
時間動作させた。これとは別に、同じ形状のコーティン
グを施していないグラファイト製のブラシを準備し、同
様の試験を行なった。両者とも導通は良好であったが、
試験終了後取出して表面を調べると、炭素膜コートステ
ンレスはほとんど摩耗は見られなかったが、グラファイ
ト製ブラシは０．４ｍｍの摩耗が生じていた。
試験を実施した。直径２０ｍｍのステンレス製円柱ブラ
シの表面に、実施例１の方法でＭｏを１０原子％添加し
て電気抵抗率を８．１×１０-4Ω・ｃｍとした硬質炭素
膜を１０μｍの厚みでコーティングした。これを回転軸
に取付け、回転数３０ｒ．ｐ．ｍ．でブラシとして２４
時間動作させた。これとは別に、同じ形状のコーティン
グを施していないグラファイト製のブラシを準備し、同
様の試験を行なった。両者とも導通は良好であったが、
試験終了後取出して表面を調べると、炭素膜コートステ
ンレスはほとんど摩耗は見られなかったが、グラファイ
ト製ブラシは０．４ｍｍの摩耗が生じていた。
【００７５】実施例６ イオンプレーティング装置を用いて、メタンガスを２×
１０-3Ｔｏｒｒまで導入し、電子ビーム蒸発源よりＭｏ
を蒸発させながら、反応性イオンプレーティング法によ
る炭素膜を形成した。基板温度は２００℃とし、高周波
電力を３００Ｗとした。電子ビーム蒸発源の電子ビーム
電流を調節して蒸発速度をコントロールした。得られた
硬質炭素膜に関して、Ｍｏ濃度、膜応力、摩擦係数を測
定した。Ｍｏ濃度、摩擦係数の測定の方法は実施例１に
準ずる。膜応力については膜を形成した基材の反りを測
定することにより算出した。なお、成膜方法は基本的に
実施例２と同じとした。結果を表６に示す。
１０-3Ｔｏｒｒまで導入し、電子ビーム蒸発源よりＭｏ
を蒸発させながら、反応性イオンプレーティング法によ
る炭素膜を形成した。基板温度は２００℃とし、高周波
電力を３００Ｗとした。電子ビーム蒸発源の電子ビーム
電流を調節して蒸発速度をコントロールした。得られた
硬質炭素膜に関して、Ｍｏ濃度、膜応力、摩擦係数を測
定した。Ｍｏ濃度、摩擦係数の測定の方法は実施例１に
準ずる。膜応力については膜を形成した基材の反りを測
定することにより算出した。なお、成膜方法は基本的に
実施例２と同じとした。結果を表６に示す。
【００７６】
【表６】
【００７７】実施例７ イオンプレーティング装置を用いて、メタンガスを２×
１０-3Ｔｏｒｒまで導入し、電子ビーム蒸発源より各種
不純物元素を蒸発させながら、反応性イオンプレーティ
ング法による炭素膜を形成した。基板温度を４００℃と
し、高周波電力を２００Ｗとした。電子ビーム蒸発源の
電子ビーム電流を調節して蒸発速度をコントロールし、
膜中の不純物濃度が約２５％となるようにした。またさ
らに、一部の不純物を添加する際に、雰囲気にＮ2 ガス
を５×１０-4Ｔｏｒｒ導入し、全体として２．５×１０
-3Ｔｏｒｒにして成膜を行なった。得られた硬質炭素膜
に関して、膜応力、電気抵抗率、摩擦係数を測定した。
不純物濃度、電気抵抗率、摩擦係数の測定方法は実施例
１に準ずる。膜応力は膜を形成した基材の反りから算出
することにより測定した。なお、成膜方法は基本的に実
施例２と同じとした。結果を表７に示す。
１０-3Ｔｏｒｒまで導入し、電子ビーム蒸発源より各種
不純物元素を蒸発させながら、反応性イオンプレーティ
ング法による炭素膜を形成した。基板温度を４００℃と
し、高周波電力を２００Ｗとした。電子ビーム蒸発源の
電子ビーム電流を調節して蒸発速度をコントロールし、
膜中の不純物濃度が約２５％となるようにした。またさ
らに、一部の不純物を添加する際に、雰囲気にＮ2 ガス
を５×１０-4Ｔｏｒｒ導入し、全体として２．５×１０
-3Ｔｏｒｒにして成膜を行なった。得られた硬質炭素膜
に関して、膜応力、電気抵抗率、摩擦係数を測定した。
不純物濃度、電気抵抗率、摩擦係数の測定方法は実施例
１に準ずる。膜応力は膜を形成した基材の反りから算出
することにより測定した。なお、成膜方法は基本的に実
施例２と同じとした。結果を表７に示す。
【００７８】
【表７】
【００７９】実施例８ 平行平板型電極の高周波プラズマＣＶＤ装置を用いて、
メタンガス流量３００ｃｃ／ｍｉｎ．、ガス圧０．１Ｔ
ｏｒｒ、基板温度２００℃、高周波出力３００Ｗの条件
で硬質炭素膜の形成を行なった。さらに、これらの条件
を固定し、雰囲気中に１％アルゴン希釈ジボランガス、
または５％水素希釈四塩化チタンを添加しながら、不純
物が添加された硬質炭素膜を形成した。
メタンガス流量３００ｃｃ／ｍｉｎ．、ガス圧０．１Ｔ
ｏｒｒ、基板温度２００℃、高周波出力３００Ｗの条件
で硬質炭素膜の形成を行なった。さらに、これらの条件
を固定し、雰囲気中に１％アルゴン希釈ジボランガス、
または５％水素希釈四塩化チタンを添加しながら、不純
物が添加された硬質炭素膜を形成した。
【００８０】このようにして得られた硬質炭素膜に関し
て、不純物濃度、膜応力、鋼に対する摩擦係数、ビッカ
ース硬度、電気抵抗率を測定した。さらに、得られた硬
質炭素膜に関して、膜厚５μｍ以上の成膜が可能か否か
について調べた。これらの結果を表８と表９に示す。
て、不純物濃度、膜応力、鋼に対する摩擦係数、ビッカ
ース硬度、電気抵抗率を測定した。さらに、得られた硬
質炭素膜に関して、膜厚５μｍ以上の成膜が可能か否か
について調べた。これらの結果を表８と表９に示す。
【００８１】
【表８】
【００８２】
【表９】
【００８３】実施例９ 平行平板型電極の高周波プラズマＣＶＤ装置を用いて、
メタンガス流量３００ｃｃ／ｍｉｎ．、ガス圧０．１Ｔ
ｏｒｒ、基板温度２００℃、高周波出力３００Ｗの条件
でアルミニウム基板上に硬質炭素膜を形成した。まず、
４０分間の成膜で膜厚５０００Åの硬質炭素膜をアルミ
ニウム基板上に成長させた。この硬質炭素膜の幅１ｍｍ
×長さ２０ｍｍの領域にイオン注入装置を用いてＡｕイ
オンを注入した。このときのイオン注入条件として加速
エネルギは８０ｋｅＶ、注入量は１×１０16個／ｃｍ2
であった。注入された不純物元素としてのＡｕは、硬質
炭素膜の表面から０．１μｍ以下の深さの範囲内に分布
していた。硬質炭素膜の不純物濃度（Ａｕ濃度）は最大
でも０．５原子％であった。
メタンガス流量３００ｃｃ／ｍｉｎ．、ガス圧０．１Ｔ
ｏｒｒ、基板温度２００℃、高周波出力３００Ｗの条件
でアルミニウム基板上に硬質炭素膜を形成した。まず、
４０分間の成膜で膜厚５０００Åの硬質炭素膜をアルミ
ニウム基板上に成長させた。この硬質炭素膜の幅１ｍｍ
×長さ２０ｍｍの領域にイオン注入装置を用いてＡｕイ
オンを注入した。このときのイオン注入条件として加速
エネルギは８０ｋｅＶ、注入量は１×１０16個／ｃｍ2
であった。注入された不純物元素としてのＡｕは、硬質
炭素膜の表面から０．１μｍ以下の深さの範囲内に分布
していた。硬質炭素膜の不純物濃度（Ａｕ濃度）は最大
でも０．５原子％であった。
【００８４】得られた硬質炭素膜の不純物が注入された
領域の両端の電気抵抗を調べたところ、１２０Ωであっ
た。この領域の硬質炭素膜の電気抵抗率は１０数Ω・ｃ
ｍ程度であった。また、その硬質炭素膜の領域とアルミ
ニウム基板とは８００ＭΩの抵抗で絶縁されていた。す
なわち、不純物イオンが注入された領域の表面のみが導
電性膜になっており、アルミニウム基板側の不純物イオ
ンの達していない領域は従来の高抵抗の硬質炭素膜のま
まであった。なお、硬質炭素膜の摩擦係数は、不純物イ
オンの注入された領域でも注入されていない領域でも
０．２１であった。硬質炭素膜のビッカース硬度は、不
純物イオンの注入された領域で４８００、注入されてい
ない領域で６２００であった。
領域の両端の電気抵抗を調べたところ、１２０Ωであっ
た。この領域の硬質炭素膜の電気抵抗率は１０数Ω・ｃ
ｍ程度であった。また、その硬質炭素膜の領域とアルミ
ニウム基板とは８００ＭΩの抵抗で絶縁されていた。す
なわち、不純物イオンが注入された領域の表面のみが導
電性膜になっており、アルミニウム基板側の不純物イオ
ンの達していない領域は従来の高抵抗の硬質炭素膜のま
まであった。なお、硬質炭素膜の摩擦係数は、不純物イ
オンの注入された領域でも注入されていない領域でも
０．２１であった。硬質炭素膜のビッカース硬度は、不
純物イオンの注入された領域で４８００、注入されてい
ない領域で６２００であった。
【００８５】
【発明の効果】以上より、本発明によれば、優れた耐摩
耗性と高い導電性とを併せ持つ硬質炭素膜を得ることが
できた。
耗性と高い導電性とを併せ持つ硬質炭素膜を得ることが
できた。
【００８６】これにより、ＡＶ、ＯＡ機器部品もしくは
伝送部品などの電気的接触を要求される摺動部、あるい
は帯電を嫌う無潤滑摺動部へ適用できる理想的な摺動材
料を提供することが可能となる。
伝送部品などの電気的接触を要求される摺動部、あるい
は帯電を嫌う無潤滑摺動部へ適用できる理想的な摺動材
料を提供することが可能となる。
【００８７】また本発明によれば、膜応力が小さく、良
好な摺動特性を十分維持できる硬質炭素膜を得ることが
できた。
好な摺動特性を十分維持できる硬質炭素膜を得ることが
できた。
【００８８】これにより、良好な摺動特性を十分に維持
しながら硬度の低い基板上においても比較的薄膜で硬質
炭素膜を形成することが可能となる。
しながら硬度の低い基板上においても比較的薄膜で硬質
炭素膜を形成することが可能となる。
フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ３０Ｂ 29/04 Ｑ 8216−4Ｇ (72)発明者 吉岡 剛 兵庫県伊丹市昆陽北一丁目１番１号 住友 電気工業株式会社伊丹製作所内
Claims (9)
- 【請求項１】 炭素、または炭素と水素を主成分とし、
炭素、水素以外の１種類以上の不純物元素を含有する非
晶質の硬質炭素膜において、室温での電気抵抗率が１×
１０-6Ω・ｃｍ以上１×１０2 Ω・ｃｍ以下であること
を特徴とする、硬質炭素膜。 - 【請求項２】 前記不純物元素を０．００１原子％以上
４０原子％以下の濃度で含有していることを特徴とす
る、請求項１に記載の硬質炭素膜。 - 【請求項３】 炭素、または炭素と水素を主成分とし、
炭素、水素以外の１種類以上の不純物元素を含有する非
晶質の硬質炭素膜において、炭素、水素以外の不純物元
素を０．００１原子％以上４０原子％以下の濃度で含有
しており、膜応力が１×１０8 ｄｙｎｅ／ｃｍ2 以上７
×１０9 ｄｙｎｅ／ｃｍ2 以下であることを特徴とす
る、硬質炭素膜。 - 【請求項４】 炭素、水素以外の前記不純物元素を０．
００１原子％以上１原子％以下の濃度で含有しているこ
とを特徴とする、請求項３に記載の硬質炭素膜。 - 【請求項５】 前記不純物元素のうち少なくとも１種類
の元素がビッカース硬度１０００ｋｇ／ｍｍ2 以上の炭
化物、窒化物、炭窒化物の少なくともいずれかを形成す
る元素であることを特徴とする、請求項１および３のい
ずれかに記載の硬質炭素膜。 - 【請求項６】 前記不純物元素が、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚ
ｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗの群から選ばれる少な
くとも１種の元素からなることを特徴とする、請求項５
に記載の硬質炭素膜。 - 【請求項７】 前記不純物元素が、Ｂ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａ
ｇの群から選ばれる少なくとも１種の元素からなること
を特徴とする、請求項１および３のいずれかに記載の硬
質炭素膜。 - 【請求項８】 鋼に対する摩擦係数が０．２５以下であ
ることを特徴とする、請求項１および３のいずれかに記
載の硬質炭素膜。 - 【請求項９】 基板の表面上に形成された炭素、または
炭素と水素を主成分とする非晶質の硬質炭素膜におい
て、 前記基板側には、炭素、水素以外の不純物元素を０．０
０１原子％未満の濃度で含有する第１の硬質炭素膜が形
成されており、外表面側には、炭素、水素以外の不純物
元素を０．００１原子％以上の濃度で含有し、かつ膜応
力が１×１０8ｄｙｎｅ／ｃｍ2 以上７×１０9 ｄｙｎ
ｅ／ｃｍ2 以下である第２の硬質炭素膜が形成されてい
ることを特徴とする、硬質炭素膜。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14210193A JP3336682B2 (ja) | 1992-07-02 | 1993-06-14 | 硬質炭素膜 |
| EP93110343A EP0579983A1 (en) | 1992-07-02 | 1993-06-29 | Impurity-containing hard carbon film |
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17568292 | 1992-07-02 | ||
| JP31964692 | 1992-11-30 | ||
| JP4-175682 | 1992-11-30 | ||
| JP4-319646 | 1992-11-30 | ||
| JP14210193A JP3336682B2 (ja) | 1992-07-02 | 1993-06-14 | 硬質炭素膜 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06212429A true JPH06212429A (ja) | 1994-08-02 |
| JP3336682B2 JP3336682B2 (ja) | 2002-10-21 |
Family
ID=27318387
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14210193A Expired - Fee Related JP3336682B2 (ja) | 1992-07-02 | 1993-06-14 | 硬質炭素膜 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0579983A1 (ja) |
| JP (1) | JP3336682B2 (ja) |
Cited By (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2003247060A (ja) * | 2001-12-17 | 2003-09-05 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 非晶質炭素被膜の製造方法及び非晶質炭素被覆摺動部品 |
| JP2004501793A (ja) * | 2000-04-12 | 2004-01-22 | ユナキス・バルツェルス・アクチェンゲゼルシャフト | 滑り特性が向上したｄｌｃ層システム、およびそのような層システムを生成するためのプロセス |
| JP2005264221A (ja) * | 2004-03-18 | 2005-09-29 | Toyota Motor Corp | 摺動部材 |
| JP2008506036A (ja) * | 2004-07-09 | 2008-02-28 | オー・ツェー・エリコン・バルザース・アクチェンゲゼルシャフト | Ｍｅ−ＤＬＣ硬質材料コーティングを備えた銅含有導電性材料 |
| JP2009203556A (ja) * | 2001-12-17 | 2009-09-10 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 非晶質炭素被膜の製造方法及び非晶質炭素被覆摺動部品 |
| JP2010519051A (ja) * | 2007-02-23 | 2010-06-03 | ピコデオン・リミテッド・オサケユキテュア | 設備 |
| JP2010202948A (ja) * | 2009-03-05 | 2010-09-16 | Nachi Fujikoshi Corp | バナジウム含有被膜、バナジウム含有被膜被覆金型および工具 |
| US7988786B2 (en) | 2001-08-21 | 2011-08-02 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Carbon film coated member |
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| WO2011138967A1 (ja) | 2010-05-07 | 2011-11-10 | 株式会社ニコン | 導電性摺動膜、導電性摺動膜が形成された部材、及びその製造方法 |
| JP2012188688A (ja) * | 2011-03-09 | 2012-10-04 | Yamaguchi Univ | ダイヤモンドライクカーボン薄膜の製造方法及び該薄膜が金属基板上に形成された電極材料 |
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