JPH1121663A - 耐摩耗性部材およびその製造方法 - Google Patents
耐摩耗性部材およびその製造方法Info
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- JPH1121663A JPH1121663A JP17808097A JP17808097A JPH1121663A JP H1121663 A JPH1121663 A JP H1121663A JP 17808097 A JP17808097 A JP 17808097A JP 17808097 A JP17808097 A JP 17808097A JP H1121663 A JPH1121663 A JP H1121663A
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Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 窒素の組成比が高い窒化炭素膜を有する耐摩
耗性部材およびその製造方法を提供する。 【解決手段】 基材１を基材ホルダ１２に設置した後、
真空容器１１内を２×１０-6ｔｏｒｒ以下に予備排気し
たら、窒素または窒素含有ガスをイオン源１４に供給
し、当該イオン源１４から基材１に向けて窒素または窒
素を含有するガスのイオン３ａを照射すると同時に、蒸
発源１３から基材１に向けて炭素蒸気２ａを照射して蒸
着させることにより、窒素の組成比の高い窒化炭素膜の
成膜された耐摩耗性部材を得る。
耗性部材およびその製造方法を提供する。 【解決手段】 基材１を基材ホルダ１２に設置した後、
真空容器１１内を２×１０-6ｔｏｒｒ以下に予備排気し
たら、窒素または窒素含有ガスをイオン源１４に供給
し、当該イオン源１４から基材１に向けて窒素または窒
素を含有するガスのイオン３ａを照射すると同時に、蒸
発源１３から基材１に向けて炭素蒸気２ａを照射して蒸
着させることにより、窒素の組成比の高い窒化炭素膜の
成膜された耐摩耗性部材を得る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、各種回転機械の軸
受やスライドなどの摺動部材や情報機器の記憶装置など
のような耐摩耗性を要求される部分に適用される耐摩耗
性部材およびその製造方法に関する。
受やスライドなどの摺動部材や情報機器の記憶装置など
のような耐摩耗性を要求される部分に適用される耐摩耗
性部材およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】窒素と炭素との化合物である窒化炭素
は、β−Ｃ3 Ｎ4 構造となると、ダイヤモンドをしのぐ
高度を有すると計算により予測されている。また、窒化
炭素は、β−Ｃ3 Ｎ4 構造以外の組成や構造などにおい
ても、潤滑性や熱的安定性や化学的安定性などにも優れ
ていると予想されていることから、各種回転機械の軸受
やスライドなどの摺動部材や情報機器の記憶装置などの
ような耐摩耗性を要求される部分への適用が期待されて
いる。そこで、膜状の窒化炭素を形成した部材を得るた
め、窒化炭素膜の各種生成方法が検討されている。
は、β−Ｃ3 Ｎ4 構造となると、ダイヤモンドをしのぐ
高度を有すると計算により予測されている。また、窒化
炭素は、β−Ｃ3 Ｎ4 構造以外の組成や構造などにおい
ても、潤滑性や熱的安定性や化学的安定性などにも優れ
ていると予想されていることから、各種回転機械の軸受
やスライドなどの摺動部材や情報機器の記憶装置などの
ような耐摩耗性を要求される部分への適用が期待されて
いる。そこで、膜状の窒化炭素を形成した部材を得るた
め、窒化炭素膜の各種生成方法が検討されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】前述したような窒化炭
素膜の生成方法としては、スパッタ法、プラズマＣＶＤ
法、レーザ蒸着法、イオン注入法などがある。しかしな
がら、β−Ｃ3 Ｎ4 構造の窒化炭素膜の合成確認例はい
まだにないばかりか、窒化炭素膜の炭素と窒素との組成
比ですら、β−Ｃ3 Ｎ4 構造の化学量論組成比（炭素：
窒素＝３：４）を得ることができず、すべての場合で炭
素の組成比が過剰となってしまい、窒素の含有率が最大
でも３０％程度としかならない。また、合成された窒化
炭素膜の性能もほとんど明らかになっていない。
素膜の生成方法としては、スパッタ法、プラズマＣＶＤ
法、レーザ蒸着法、イオン注入法などがある。しかしな
がら、β−Ｃ3 Ｎ4 構造の窒化炭素膜の合成確認例はい
まだにないばかりか、窒化炭素膜の炭素と窒素との組成
比ですら、β−Ｃ3 Ｎ4 構造の化学量論組成比（炭素：
窒素＝３：４）を得ることができず、すべての場合で炭
素の組成比が過剰となってしまい、窒素の含有率が最大
でも３０％程度としかならない。また、合成された窒化
炭素膜の性能もほとんど明らかになっていない。
【０００４】その理由としては、炭素と窒素との反応性
が非常に低いことや、β−Ｃ3 Ｎ4が非平衡物質である
ため、組成や構造などの制御が非常に困難なことが挙げ
られる。したがって、β−Ｃ3 Ｎ4 を合成するための第
一段階として、炭素と窒素との反応性を向上させること
が重要となる。
が非常に低いことや、β−Ｃ3 Ｎ4が非平衡物質である
ため、組成や構造などの制御が非常に困難なことが挙げ
られる。したがって、β−Ｃ3 Ｎ4 を合成するための第
一段階として、炭素と窒素との反応性を向上させること
が重要となる。
【０００５】そこで、本発明は、窒素の組成比が高い窒
化炭素膜を有する耐摩耗性部材およびその製造方法を提
供することを目的とした。
化炭素膜を有する耐摩耗性部材およびその製造方法を提
供することを目的とした。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前述した課題を解決する
ための、本発明による耐摩耗性部材は、基材の表面に窒
素または窒素を含有するガスのイオンと炭素蒸気とが照
射されて膜状の窒素と炭素との化合物が当該基材の表面
に形成されていることを特徴とする。
ための、本発明による耐摩耗性部材は、基材の表面に窒
素または窒素を含有するガスのイオンと炭素蒸気とが照
射されて膜状の窒素と炭素との化合物が当該基材の表面
に形成されていることを特徴とする。
【０００７】前述した課題を解決するための、本発明に
よる耐摩耗性部材の製造方法は、基材の表面に窒素また
は窒素を含有するガスのイオンを照射すると同時に炭素
蒸気を照射することにより、当該基材の表面に膜状の炭
素と窒素との化合物を形成することを特徴とする。
よる耐摩耗性部材の製造方法は、基材の表面に窒素また
は窒素を含有するガスのイオンを照射すると同時に炭素
蒸気を照射することにより、当該基材の表面に膜状の炭
素と窒素との化合物を形成することを特徴とする。
【０００８】また、上述の耐摩耗性部材の製造方法にお
いて、照射する窒素または窒素を含有するガスのイオン
のエネルギが３ｋｅＶ以下であることを特徴とする。
いて、照射する窒素または窒素を含有するガスのイオン
のエネルギが３ｋｅＶ以下であることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明による耐摩耗性部材および
その製造方法の実施の形態を図１を用いて説明する。な
お、図１は、その方法の実施に使用する装置の概略構造
図である。
その製造方法の実施の形態を図１を用いて説明する。な
お、図１は、その方法の実施に使用する装置の概略構造
図である。
【００１０】図１に示すように、真空容器１１内の上方
には、高速度工具鋼などからなる基材１を保持する基材
ホルダ１２が配設されている。真空容器１１内の下方に
は、電子ビーム２１により炭素２を蒸発させて上記基材
１へ炭素蒸気２ａを蒸着させる蒸発源１３が配設されて
いる。真空容器１１内の側方には、窒素または窒素を含
有するガスのイオン３ａを上記基材１へ向けて照射する
イオン源１４が配設されている。真空容器１１内の基材
ホルダ１２近傍には、炭素蒸気２ａの基材１への蒸発量
を測定するモニタ１５が配設されている。
には、高速度工具鋼などからなる基材１を保持する基材
ホルダ１２が配設されている。真空容器１１内の下方に
は、電子ビーム２１により炭素２を蒸発させて上記基材
１へ炭素蒸気２ａを蒸着させる蒸発源１３が配設されて
いる。真空容器１１内の側方には、窒素または窒素を含
有するガスのイオン３ａを上記基材１へ向けて照射する
イオン源１４が配設されている。真空容器１１内の基材
ホルダ１２近傍には、炭素蒸気２ａの基材１への蒸発量
を測定するモニタ１５が配設されている。
【００１１】このような製造装置を使用した耐摩耗性部
材の製造方法を次に説明する。まず、基材１をアセトン
などのような有機溶剤中で超音波洗浄した後、当該基材
１を基材ホルダ１２に設置したら、真空容器１１内を２
×１０-6ｔｏｒｒ以下に予備排気する。次に、窒素また
は窒素含有ガスをイオン源１４に供給し、当該イオン源
１４から基材１に向けて窒素または窒素を含有するガス
のイオン３ａを照射すると同時に、蒸発源１３から基材
１に向けて炭素蒸気２ａを照射して蒸着させることによ
り、基材１の表面に窒化炭素膜の成膜された耐摩耗性部
材を得ることができる。
材の製造方法を次に説明する。まず、基材１をアセトン
などのような有機溶剤中で超音波洗浄した後、当該基材
１を基材ホルダ１２に設置したら、真空容器１１内を２
×１０-6ｔｏｒｒ以下に予備排気する。次に、窒素また
は窒素含有ガスをイオン源１４に供給し、当該イオン源
１４から基材１に向けて窒素または窒素を含有するガス
のイオン３ａを照射すると同時に、蒸発源１３から基材
１に向けて炭素蒸気２ａを照射して蒸着させることによ
り、基材１の表面に窒化炭素膜の成膜された耐摩耗性部
材を得ることができる。
【００１２】このような窒素または窒素を含有するガス
のイオン３ａの照射と炭素蒸気２ａの蒸発とを基材１に
対して同時に行うイオン蒸着法は、照射する窒素または
窒素を含有するガスのイオン３ａのエネルギを変化させ
ることができるため、非平衡物質の合成に非常に有効で
あり、炭素と窒素との反応性を向上させることができ
る。また、窒素または窒素を含有するガスのイオン３ａ
の照射量と炭素蒸気２ａの蒸発量とを変化させることに
より、窒化炭素膜の炭素と窒素との組成比を容易に調整
することができる。
のイオン３ａの照射と炭素蒸気２ａの蒸発とを基材１に
対して同時に行うイオン蒸着法は、照射する窒素または
窒素を含有するガスのイオン３ａのエネルギを変化させ
ることができるため、非平衡物質の合成に非常に有効で
あり、炭素と窒素との反応性を向上させることができ
る。また、窒素または窒素を含有するガスのイオン３ａ
の照射量と炭素蒸気２ａの蒸発量とを変化させることに
より、窒化炭素膜の炭素と窒素との組成比を容易に調整
することができる。
【００１３】具体的には、例えば、窒素または窒素を含
有するガスのイオン３ａのエネルギを０．５ｋｅＶと
し、炭素蒸気２ａの蒸発速度を１．９オングストローム
／秒とすると、炭素／窒素組成比１の窒化炭素膜を合成
することができる。また、窒素または窒素を含有するガ
スのイオン３ａのエネルギを０．５ｋｅＶとし、炭素蒸
気２ａの蒸発速度を２．９オングストローム／秒とする
と、炭素／窒素組成比２の窒化炭素膜を合成することが
できる。
有するガスのイオン３ａのエネルギを０．５ｋｅＶと
し、炭素蒸気２ａの蒸発速度を１．９オングストローム
／秒とすると、炭素／窒素組成比１の窒化炭素膜を合成
することができる。また、窒素または窒素を含有するガ
スのイオン３ａのエネルギを０．５ｋｅＶとし、炭素蒸
気２ａの蒸発速度を２．９オングストローム／秒とする
と、炭素／窒素組成比２の窒化炭素膜を合成することが
できる。
【００１４】なお、窒素または窒素を含有するガスのイ
オン３ａのエネルギが３ｋｅＶ以下であれば、当該イオ
ン３ａのエネルギが０．５ｋｅＶ以外のときでも窒化炭
素膜の炭素と窒素との組成比を調整することができる。
すなわち、窒素または窒素を含有するガスのイオン３ａ
のエネルギを一定とし、炭素蒸気２ａの蒸発速度を変化
させることにより、窒化炭素膜の炭素と窒素との組成比
を調整することができる。ここで、窒素または窒素を含
有するガスのイオン３ａのエネルギが３ｋｅＶを越える
と、当該イオン３ａのエッチング効果により、基材１に
成膜された窒化炭素膜が削られて積層できないため、窒
化炭素膜が結果的に形成されなくなってしまう。
オン３ａのエネルギが３ｋｅＶ以下であれば、当該イオ
ン３ａのエネルギが０．５ｋｅＶ以外のときでも窒化炭
素膜の炭素と窒素との組成比を調整することができる。
すなわち、窒素または窒素を含有するガスのイオン３ａ
のエネルギを一定とし、炭素蒸気２ａの蒸発速度を変化
させることにより、窒化炭素膜の炭素と窒素との組成比
を調整することができる。ここで、窒素または窒素を含
有するガスのイオン３ａのエネルギが３ｋｅＶを越える
と、当該イオン３ａのエッチング効果により、基材１に
成膜された窒化炭素膜が削られて積層できないため、窒
化炭素膜が結果的に形成されなくなってしまう。
【００１５】また、窒素または窒素を含有するガスのイ
オン３ａのエネルギを変化させることにより、窒化炭素
膜の表面粗さを調整することができ、非常に滑らかな表
面を形成することができる。
オン３ａのエネルギを変化させることにより、窒化炭素
膜の表面粗さを調整することができ、非常に滑らかな表
面を形成することができる。
【００１６】具体的には、例えば、窒素または窒素を含
有するガスのイオン３ａのエネルギを０．５ｋｅＶ、１
ｋｅＶ、２ｋｅＶと変化させると、窒化炭素膜の平均表
面粗さが０．５ｎｍ、１．０ｎｍ、２．０ｎｍと変化
し、上記イオン３ａのエネルギの増加に伴って窒化炭素
膜の平均表面粗さを増大させることができる（ただし、
生成した窒化炭素膜はどれも滑らかである。）。
有するガスのイオン３ａのエネルギを０．５ｋｅＶ、１
ｋｅＶ、２ｋｅＶと変化させると、窒化炭素膜の平均表
面粗さが０．５ｎｍ、１．０ｎｍ、２．０ｎｍと変化
し、上記イオン３ａのエネルギの増加に伴って窒化炭素
膜の平均表面粗さを増大させることができる（ただし、
生成した窒化炭素膜はどれも滑らかである。）。
【００１７】以上のようにして製造された耐摩耗性部材
の表面の窒化炭素膜を光電子分光法により調べたとこ
ろ、炭素と窒素との結合がみられ、基材１の表面に窒化
炭素膜が成膜していることが確認された。
の表面の窒化炭素膜を光電子分光法により調べたとこ
ろ、炭素と窒素との結合がみられ、基材１の表面に窒化
炭素膜が成膜していることが確認された。
【００１８】また、上記耐摩耗性部材の窒化炭素膜の摩
擦係数をＳＵＳボールとの摺動試験により求めた。その
結果を図２に示す。なお、比較のため、代表的な硬質膜
であるＴｉＮ膜を表面に形成した部材および基材に用い
られる高速度工具鋼の摩擦係数も求めた。
擦係数をＳＵＳボールとの摺動試験により求めた。その
結果を図２に示す。なお、比較のため、代表的な硬質膜
であるＴｉＮ膜を表面に形成した部材および基材に用い
られる高速度工具鋼の摩擦係数も求めた。
【００１９】図２から明らかなように、高速度工具鋼は
摩擦係数が０．７であり、ＴｉＮ膜は摩擦係数が０．６
であるのに対し、窒化炭素膜は摩擦係数が０．１とな
り、他の部材に比べてはるかに小さいことが確認され
た。また、窒化炭素膜は摩耗量も他の部材に比べて小さ
く、耐摩耗性に優れていることも確認された。
摩擦係数が０．７であり、ＴｉＮ膜は摩擦係数が０．６
であるのに対し、窒化炭素膜は摩擦係数が０．１とな
り、他の部材に比べてはるかに小さいことが確認され
た。また、窒化炭素膜は摩耗量も他の部材に比べて小さ
く、耐摩耗性に優れていることも確認された。
【００２０】したがって、以上のようにして製造された
耐摩耗性部材によれば、表面粗さが非常に低く、耐摩耗
性に優れているので、各種回転機械の軸受やスライドな
どの摺動部材や情報機器などの記憶装置などのような耐
摩耗性を要求される部材に適用することができる。
耐摩耗性部材によれば、表面粗さが非常に低く、耐摩耗
性に優れているので、各種回転機械の軸受やスライドな
どの摺動部材や情報機器などの記憶装置などのような耐
摩耗性を要求される部材に適用することができる。
【００２１】また、上記耐摩耗性部材の上述したような
製造方法によれば、上述した特性を有する耐摩耗性部材
を容易に製造することができる。
製造方法によれば、上述した特性を有する耐摩耗性部材
を容易に製造することができる。
【００２２】
【発明の効果】本発明による耐摩耗性部材は、基材の表
面に窒素または窒素を含有するガスのイオンと炭素蒸気
とが照射されて膜状の窒素と炭素との化合物が当該基材
の表面に形成されているので、当該窒化炭素膜の窒素の
組成比が高く、表面粗さが非常に低くて耐摩耗性に優れ
る。このため、各種回転機械の軸受やスライドなどの摺
動部材や情報機器などの記憶装置などのような耐摩耗性
を要求される部材に適用することができる。
面に窒素または窒素を含有するガスのイオンと炭素蒸気
とが照射されて膜状の窒素と炭素との化合物が当該基材
の表面に形成されているので、当該窒化炭素膜の窒素の
組成比が高く、表面粗さが非常に低くて耐摩耗性に優れ
る。このため、各種回転機械の軸受やスライドなどの摺
動部材や情報機器などの記憶装置などのような耐摩耗性
を要求される部材に適用することができる。
【００２３】本発明による耐摩耗性部材の製造方法は、
基材の表面に窒素または窒素を含有するガスのイオンを
照射すると同時に炭素蒸気を照射することにより、当該
基材の表面に膜状の炭素と窒素との化合物を形成するこ
とから、基材の表面に窒素の組成比の高い窒化炭素膜を
形成することができるので、表面粗さが非常に低くて耐
摩耗性に優れる部材を容易に得ることができる。このた
め、各種回転機械の軸受やスライドなどの摺動部材や情
報機器などの記憶装置などのような耐摩耗性を要求され
る部材を容易に製造することができる。
基材の表面に窒素または窒素を含有するガスのイオンを
照射すると同時に炭素蒸気を照射することにより、当該
基材の表面に膜状の炭素と窒素との化合物を形成するこ
とから、基材の表面に窒素の組成比の高い窒化炭素膜を
形成することができるので、表面粗さが非常に低くて耐
摩耗性に優れる部材を容易に得ることができる。このた
め、各種回転機械の軸受やスライドなどの摺動部材や情
報機器などの記憶装置などのような耐摩耗性を要求され
る部材を容易に製造することができる。
【００２４】また、窒素または窒素を含有するガスのイ
オンの照射するエネルギが３ｋｅＶ以下であるので、基
材に成膜される窒化炭素膜が蒸気イオンのエッチング効
果により削られてしまうことを防止することができ、窒
化炭素膜の成膜を効果的に行うことができる。
オンの照射するエネルギが３ｋｅＶ以下であるので、基
材に成膜される窒化炭素膜が蒸気イオンのエッチング効
果により削られてしまうことを防止することができ、窒
化炭素膜の成膜を効果的に行うことができる。
【図１】本発明による耐摩耗性部材の製造方法の実施に
使用される装置の実施の形態の概略構造図である。
使用される装置の実施の形態の概略構造図である。
【図２】本発明による耐摩耗性部材および他の耐摩耗性
部材の摩擦係数の値を示すグラフである。
部材の摩擦係数の値を示すグラフである。
１ 基材 ２ 炭素 ２ａ 炭素蒸気 ３ａ 窒素または窒素を含有するガスのイオン １１ 真空容器 １２ 基材ホルダ １３ 蒸発源 １４ イオン源 １５ モニタ
Claims (3)
- 【請求項１】 基材の表面に窒素または窒素を含有する
ガスのイオンと炭素蒸気とが照射されて膜状の窒素と炭
素との化合物が当該基材の表面に形成されていることを
特徴とする耐摩耗性部材。 - 【請求項２】 基材の表面に窒素または窒素を含有する
ガスのイオンを照射すると同時に炭素蒸気を照射するこ
とにより、当該基材の表面に膜状の炭素と窒素との化合
物を形成することを特徴とする耐摩耗性部材の製造方
法。 - 【請求項３】 窒素または窒素を含有するガスのイオン
の照射するエネルギが３ｋｅＶ以下であることを特徴と
する請求項２に記載の耐摩耗性部材の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17808097A JPH1121663A (ja) | 1997-07-03 | 1997-07-03 | 耐摩耗性部材およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17808097A JPH1121663A (ja) | 1997-07-03 | 1997-07-03 | 耐摩耗性部材およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1121663A true JPH1121663A (ja) | 1999-01-26 |
Family
ID=16042281
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17808097A Pending JPH1121663A (ja) | 1997-07-03 | 1997-07-03 | 耐摩耗性部材およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1121663A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002339056A (ja) * | 2001-03-16 | 2002-11-27 | Oiles Ind Co Ltd | 摺動装置 |
| JP2006063369A (ja) * | 2004-08-25 | 2006-03-09 | Ulvac Japan Ltd | 硬質窒化炭素膜の作製方法 |
| JP2009013192A (ja) * | 2007-06-29 | 2009-01-22 | Toyota Motor Corp | 複合硬質炭素膜及びその製造方法並びに摺動部材 |
| JP2013057093A (ja) * | 2011-09-07 | 2013-03-28 | Toyota Motor Corp | 摺動部材、その製造方法、及び摺動構造 |
-
1997
- 1997-07-03 JP JP17808097A patent/JPH1121663A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002339056A (ja) * | 2001-03-16 | 2002-11-27 | Oiles Ind Co Ltd | 摺動装置 |
| JP2006063369A (ja) * | 2004-08-25 | 2006-03-09 | Ulvac Japan Ltd | 硬質窒化炭素膜の作製方法 |
| JP2009013192A (ja) * | 2007-06-29 | 2009-01-22 | Toyota Motor Corp | 複合硬質炭素膜及びその製造方法並びに摺動部材 |
| JP2013057093A (ja) * | 2011-09-07 | 2013-03-28 | Toyota Motor Corp | 摺動部材、その製造方法、及び摺動構造 |
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