JPS63288994A - 耐摩耗素子の製造方法 - 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】 産業上の利用分野 本発明は長寿命化を薄膜で実現された耐摩耗性を有する
摩擦の非常に小さい耐摩耗素子の製造方法に関するもの
である。

従来の技術 従来の耐摩耗膜として硬質被膜または固体潤滑膜が使用
されており、硬質被膜としては炭化シリいられ、固体潤
滑膜としては高分子系のフッ素樹脂や、硫化物、ハロゲ
ン化合物などが用いられていた。また、このような耐摩
耗膜の形成には焼結などとともに気相成長法などが用い
られてい友。

長寿命でかつ潤滑性のある耐摩耗膜を実現するためには
、下地材の硬度を大きくしすなわち硬質被膜を形成し、
さらにその上に硫化モリブデン（ＭｏＳ２）、硫化タン
グステン（ＷＳ２）などの潤滑膜全形成することが望ま
しいが、２つの膜形成の処理を別に行う必要があシ、２
行程を要してい友。

発明が解決しようとする問題点 しかし、従来硬質被膜は十分な硬度を有しているとはい
えず、ダイヤモンドにより近い耐摩耗性を有する安価で
成形の容易な薄膜が望まれ、ダイヤモンドを焼結体とし
て用い保護の硬質被ｉｔ形成する方法が実現されている
。しかしこの方法においても高温を必要とするほか、厚
膜となる、コストが高いなどの問題があシ、用途が非常
に限定されていた。ま九、硬質被膜には潤滑性がなく、
摩擦のさいに凝着が生じ、基体との付着力が弱い九め剥
離がおこ力やすいなどの問題があった。ま九、固体潤滑
膜は、薄くすると寿命が短くなり、また厚くすると摩耗
がおこりやすいなどの問題があった。したがって、下地
の硬度を大きくし、潤滑性のある膜をその上に形成する
ことが、長寿命、安定したすペシを実現する上で望まし
いが２つの膜形成の処理を態別に行う必要があシ、製造
が複雑化し、製膜速度が遅くコストが高くなるという問
題点があり、また密着性に問題が多く実現が難しかつ友
。

本発明は上記問題点を解決す名ものであシ、基体の上層
に、耐摩耗性が大きく、低コストで製造が容易な薄膜を
作製できる耐摩耗素子の製造方法を提供することを目的
とするものである。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するため、本発明は真空槽内に少なく
とも一種類の反応ガスを導入し、マイクロ波と磁界を印
加してマ、イクロ波ブフズマを発生させ、炭素を含む原
料ガスと反応させ、基体に直ｉ、ｓるいはバッファ層を
介して、ダイヤモンド薄膜またはダイヤモンド状薄膜か
らなる第１の薄膜を析出させ、前記第１の薄膜上に前記
反応ガヌに対する原料ガスの比ｔ−第１の薄膜の析出時
よシも増加させて潤滑膜を析出させ、耐摩耗素子１作製
するものである。

作用 上記方法により、基体上層に硬度の非常に大きいダイヤ
モンド薄膜あるいはダイヤモンド状薄膜からなる第１の
薄膜が形成され、さらにその上層に反応ガスと原料ガス
の比を変化させるという容易な方法で潤滑膜が形成され
る。また、マイクロ波と磁界を印加し九ことによりプラ
ズマがよシ活性化され基体と形成される薄膜の密着性が
増し、また反応性が高く低ガス圧でも膜成長速度が大き
く、薄膜が高速で形成される。

実施例 以下、本発明の製造方法を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の耐摩耗素子の製造方法に用いた装置の
概略構成図である。第１図において、１は真空ポンプ（
図示せず）に接続された真空槽であシ、真空Ｗ１１の一
側面には反応ガス導入口２、原料ガス導入口３が設けら
れ、さらにマイクロ波発振器（図示せず〕に接続されマ
イクロ波２．４５ＧＨｚを導入する導波管４が接続され
ている。５は基体で、ここではステンレス製の工具を使
用した。この基体５は真空槽１の内部において基体５の
温度を調節可能な基体ホルダー６の表面に導波管４と対
面して取付けられている。さらに前記真空槽１の外部に
は電磁石からなる磁界発生器７が設けられており、導波
管４より真空Ｗ！１に導入されたマイクロ波により発生
したマイクロ波プフズマに磁場を印加している。

次に本発明の製造方法について説明する。先ず、真空槽
１をｌｏ−６Ｔｏｒｒ以下に排気し、基体ホルダー６に
て基体５の温度１７００℃に設定したのち、反応ガス導
入口２より反応ガスｇ、としてアμゴーンと水素を（１
：１０）の割合で混合し導入する。また、原料ガスｇ２
としてメタンを用い、水素との比６’ｒ（ＣＨ４：Ｈ２
＝０．５　：　１０）の割合となるよりに原料ガス導入
口３よシ導入する。そしてガスｇ、＋ｇ２　ｔ−導入し
、徘９ＩＣを行うことで真空Ｗ１１の内部の圧力を常時
１Ｏ−４Ｔｏｒｒ程度を維持して、この真空Ｗｊ１に、
磁界発生器７よ！＋　８００ガウスの磁場をかけ導波管
４からマイクｔ：Ｉ　波２．４５ＧＨ，ｅ導入し、電子
サイクロトロン共鳴プラズマを発生させる。すると、電
子サイクロトロン共鳴によって生じた高エネルギーなラ
ジカルなどが基体５の上でｔｌｒ１２図ｒａｔに示すよ
うに、ダイヤモンド薄膜１１ｔ−高速に形成する。この
ダイヤモンド薄膜１１はＸ線回折およびラマン分析によ
り、ダイヤモンドと同定されるピークが確認され、ビッ
カース硬度も１００００Ｋｇ、−以上であった。また成
長速度は５μｍ／ｈｒでありｆｔ　ｏ次に、（ＣＨ４：
　Ｈ２＝３　：　１０）の８割′合でガスを導入し、上
記と同条件にて電子サイクロトロン共鳴プラズマを発生
させると、水素Ｈ２の作用が弱くグラファイト的構造が
多く残り第２図（ｂｌに示すように、潤滑性を有する潤
滑膜１２がダイヤモンド薄膜１１の上に形成された。潤
滑膜１２の摩擦係数は０．３以下であった。

このように容易な反応ガスと原料ガスの比を変化させる
という操作で摩擦係数０．３　以下の潤滑膜か゛形成−
でき、この２層構造が寿命、安定性とも儂； ４向上させる結果となった。また、成長速度もはやく、
大面積に形成可能で工業的に有効である。

第３図は他の実施例を示す。この場合には、基体５′と
して磁気ディスクを用いた。先ず、室温で（ＣＨ４：　
Ｈ２＝３　：　１０　）の割合でガスを導入し前記実施
例と同条件にて電子サイクロトロン共鳴プラズマを発生
させて、基体５′の上にバッファ層１３を形成し、その
後、（ＣＨ４：　Ｈ２＝０．５　：　１０ンの割合でガ
スを導入してダイヤモンド状薄膜１４°をバッファ層１
３の上に形成し、その上層に再び（ＣＨ４：Ｈ２＝３　
：１０）の割合でガスを導入して潤滑膜１２′ｔ″５０
Ａ程度形成した。この潤滑膜１２′の摩擦係数は０．２
程度であったまた、ダイヤモンド状薄膜１４は硬度４０
００ｖ−で明確な結晶形は示さないが、数百λ〜数十＾
の膜厚で十分安定に保護膜として作用した。なお、バッ
ファ層１３は形成しなくとも１０　　同程度の寿命は確
認されているが、第３図に示すようにバッフ１層１３ｔ
−形成した場合はより寿命が長くなった。さらに、基体
５′である磁気ディスクなどの磁気特性に悪影響を与え
ない耐摩耗素子が実現され、フレキシブｐな基体５′に
も十分に対応でき、利用分野に非常に広いことが確認さ
れた。

なお、第２図、第３図に示した実施例において、磁場は
８００ガウスとしたがこれはこれほど強くなくとも薄膜
の析出に効果を有し、高速化に非常に寄与し、低ガス圧
化を可能とし、生産性を高く、コストを低くすることが
可能となる。また、磁場の強度を電子サイクロトロン共
鳴条件以上で行うことによシ高速化、付着力の向上、高
硬度化がはかられる。さらに反応ガスとしてはアルゴン
の代（Ｃ／２など）、ハロゲン化水素（ＨＣｌ）など水
素と同様に炭素を含む原料ガスと反応して固体物を生成
しないガスを用いてもよい。また、反応ガスは前記ガス
一種類の単独で用いてもよく、また混合して用いてもよ
い。不活性ガスを混合するとプラズマを容易に形成し活
性化をうながし低エネルギーで薄膜の形成が可能となり
、より高速化が図られる。水素などの固体物を生成しな
いガスは基体上のグツファイト状態などのダイヤモンド
構造に近くない部分と反応し、ダイヤモンドに近い硬度
を有する膜の形成が可能となり、膜形成速度全作つこと
が可能となる。原料ガスとして飽和系または不飽和系炭
化水素、芳香族炭化水素、脂環式炭化水素、多核炭化水
素を用いると、よりダイヤモンドに近い硬度の膜が得ら
れ、原料ガスとして酸素あるいはチッ素を含む、犬化物
、たとえばアルコール、エーテル、アルデヒド、ケトン
、カルボン酸、アミド、アミンなどを用い九場合には、
酸素、チッ素が触媒的な役割を果たすと考えられ、高速
化が図られ、付着力も増す。

発明の効果 以上本発明によれば、マイクロ波にょ多発生したプラズ
マに磁場をかけるという方法にょシ、高速で大面積でか
つ硬度の非常に大きなダイヤモンド薄膜またはダイヤモ
ンド状薄膜の第１の薄膜を基体上に形成でき、反Ｅ３分
スと原料ガスのガス比を変化させるという容易な方法に
より第１の薄膜の上に潤滑膜を形成することができ、安
定性に優れ、寿命の長い耐摩耗素子を高速で大面積に製
造することができる丸め、安価な製品の量産に相応し、
この産業的価値は非常に大きいものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の耐摩耗素子の製造方法の実施に使用す
る装置の概略構成図、第２図は製造行程を示す基体の断
面の模式図、第３図は基体上にバッファ層を設けた他の
実施例の耐摩耗素子の断面の模式図である。 １・・・真空槽、２・・・反応ガス導入口、３・・・原
料ガス導入口、４・・・導波管、５，５′・・・基体、
７・・・磁界発生器、１１・・・ダイヤモンド薄膜、１
２．１２’・・・潤滑膜、１３・・・バッファ層、１４
・・・ダイヤモンド状薄膜。 代理人　　　森　　本　義　　弘 第ｆ図 ／−一一五空ｆ骨 ２・−及１七〃゛ス１１べ０ ３−・ツ―ず↑力゛ス坪入０ ４−導波管 ど）−・−蟇イ２トミ ７−石庇ＲＮ工器 第２医 第３図 ｆ３−　ノで１７７層 １４−ダンＹｔ；ドノメ１ｊ苧Ｒ便 ｔｚ″−ｊｗＩ滑腫

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、真空槽内に少なくとも一種類の反応ガスを導入し、
   マイクロ波と磁界を印加してマイクロ波プラズマを発生
   させ、炭素を含む原料ガスと反応させ、基体に直接ある
   いはバッファ層を介して、ダイヤモンド薄膜またはダイ
   ヤモンド状薄膜からなる第１の薄膜を析出させ、前記第
   １の薄膜上に前記反応ガスに対する原料ガスの比を第１
   の薄膜の析出時よりも増加させて潤滑膜を析出させる耐
   摩耗素子の製造方法。 ２、バッファ層を、真空槽内に少なくとも一種類の反応
   ガスを導入し、マイクロ波と磁界を印加してマイクロ波
   プラズマを発生させ、反応ガスに対する原料ガスの比を
   第１の薄膜析出時の反応ガスに対する原料ガスの比より
   も増加させて析出する特許請求の範囲第１項記載の耐摩
   耗素子の製造方法。 ３、反応ガスを炭素を含む原料ガスと反応して固体物を
   生成しないものとした特許請求の範囲第１項記載の耐摩
   耗素子の製造方法。 ４、反応ガスの不活性ガスを含むこととした特許請求の
   範囲第１項記載の耐摩耗素子の製造方法。 ５、炭素を含む原料ガスと反応して固体物を生成しない
   反応ガスを水素、酸素、窒素、炭化水素、ハロゲン、ハ
   ロゲン化水素のうちの少なくとも１つとした特許請求の
   範囲第３項記載の耐摩耗素子の製造方法。 ６、炭素を含む原料ガスを飽和系または不飽和系炭化水
   素、芳香族炭化水素、脂環式炭化水素、多核炭化水素の
   うちの少なくとも１つとした特許請求の範囲第１項記載
   の耐摩耗素子の製造方法。 ７、炭素を含む原料ガスをアルコール、エーテル、アル
   デヒド、ケトン、カルボン酸、アミド、アミンなどの少
   なくとも酸素あるいはチッ素を含むものとした特許請求
   の範囲第１項記載の耐摩耗素子の製造方法。 ８、磁界の強度を電子サイクロトロン共鳴条件を満たす
   強度以上とした特許請求の範囲第１項記載の耐摩耗素子
   の製造方法。