WO2010147038A1 - Ｄｌｃ膜形成方法およびｄｌｃ膜 - Google Patents

Ｄｌｃ膜形成方法およびｄｌｃ膜 Download PDF

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和芳 山川
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    • Y10T428/24355—Continuous and nonuniform or irregular surface on layer or component [e.g., roofing, etc.]

Definitions

  • the DLC film is formed by, for example, a direct current plasma chemical vapor deposition (DC) method.
  • DC direct current plasma chemical vapor deposition
  • a DC plasma processing apparatus shown in Patent Document 1 is used. In the DC plasma processing apparatus, plasma is generated in the processing chamber when a DC voltage is applied to the substrate while the processing chamber is in a decompressed state of a hydrogen carbonate-based source gas atmosphere. The source gas is then turned into a plasma, and a DLC deposition layer is formed on the surface of the substrate.
  • the input casing 2 has a bottomed cylindrical shape. An opening at the rear portion (right side shown in FIG. 1) of the input casing 2 is covered with a rear casing 6.
  • the input casing 2 accommodates a pilot clutch mechanism 4, a cam mechanism 5 and a main clutch mechanism 7.
  • the main clutch mechanism 7 is a wet multi-plate clutch mechanism. In the main clutch mechanism 7, a large number of inner clutch plates 8 and outer clutch plates 9 are alternately arranged.
  • FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the DLC film 26 shown in FIG.
  • the treatment layer 33 is formed by supplying ions (mainly Ar ions and H ions). Although not shown in FIG. 3, fine irregularities are formed on the surface of the treatment layer 33. That is, the surface of the treatment layer 33 is moderately roughened.
  • the surface of the processing layer 33 functions as a boundary surface with the DLC film 26. Since the fine irregularities are formed on the surface, the treatment layer 33 is excellent in adhesion to the DLC film 26.
  • the oil rotary vacuum pump generally has a relatively high ultimate pressure (for example, several tens to several hundreds Pa). Therefore, by adopting an oil rotary vacuum pump as the first pump 53, the inside of the processing chamber 42 after decompression does not become extremely low pressure (for example, 10 Pa or less).
  • a second exhaust pipe 54 for exhausting the atmosphere in the processing chamber 42 is connected to the partition wall 41 of the processing chamber 42.
  • the tip of the second exhaust pipe 54 is connected to the middle part of the first exhaust pipe 51, more specifically, between the first pump 53 and the first control valve 52.
  • a second control valve 55 and a second pump 56 are interposed in this order from the processing chamber 42 side.
  • the second adjustment valve 55 is for adjusting the processing pressure in the processing chamber 42 by adjusting the opening degree.
  • a high vacuum pump such as a turbo molecular pump or an oil diffusion pump is employed.
  • the DLC film 26 of the example was formed on the surface.
  • a pretreatment process shown in FIG. 6B and a DLC deposition process shown in FIG. 6C are performed in this order.
  • FIG. 9 shows the relationship between the sliding time (elapsed time from the start of the test) and the friction time in the frictional wear test.
  • the argon gas and the hydrogen gas introduced into the process chamber 42 have a relatively large flow rate (the argon gas is 100 to 150 sccm, hydrogen gas is 100 to 150 sccm), and methane gas and nitrogen gas introduced into the processing chamber 42 have relatively small flow rates (methane gas is 30 to 50 sccm, nitrogen gas is 30 to 50 sccm). Therefore, in the first half of the pretreatment process (first process), the argon gas and hydrogen gas contained in the atmosphere in the processing chamber 42 have a relatively high concentration, and the concentrations of methane gas and nitrogen gas in the processing chamber 42 are relatively high.
  • the DLC film 26 may contain another metal (for example, Cr, Ti, Fe, etc.), or the DLC film 26 may be used.
  • the structure which does not contain any metal may be sufficient.
  • carbon steel (S50C) or stainless steel can be used instead of tool steel.

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Abstract

　本発明は、低温環境下であっても、良好な密着性を有するＤＬＣ膜、およびこのＤＬＣ膜を形成することができるＤＬＣ膜形成方法を提供する。また、初期なじみ性の優れたＤＬＣ膜、およびこのＤＬＣ膜を形成することができるＤＬＣ膜形成方法を提供する。本発明において、アウタークラッチプレート（１５）の基材（３０）におけるインナークラッチプレートと対向する第１対向面（３１）は、ＤＬＣ膜（２６）で被覆されている。また、基材（３０）の表層部には、処理層（３３）が形成されている。処理層（３３）は、直流パルス電圧を基材（３０）に印加して、アルゴンガスおよび水素ガスを含む雰囲気中でプラズマを発生させることにより形成されている。

Description

ＤＬＣ膜形成方法およびＤＬＣ膜
　この発明は、ＤＬＣ膜形成方法およびＤＬＣ膜に関する。
　たとえば、自動車の燃費を低減させるために、自動車に搭載される摺動部材の摺動抵抗の低減が求められている。そのため、摺動部材の表面を、低摩擦性および耐摩耗性（高硬度性）を有するＤＬＣ（Diamond Like Carbon）膜で被覆する構成が知られている。
　ＤＬＣ膜は、たとえば、直流プラズマＣＶＤ（Direct Current Plasma Chemical Vapor Deposition）法によって形成される。ＤＬＣ膜の形成には、たとえば特許文献１に示す直流プラズマ方式の処理装置が用いられる。その直流プラズマ方式の処理装置において、処理室内が、炭酸水素系の原料ガス雰囲気の減圧状態で、基材に直流電圧が印加されることにより、処理室内にプラズマが発生する。そして、原料ガスがプラズマ化されて、基材の表面上にＤＬＣの堆積層が形成される。
　一方、直流プラズマＣＶＤ法によるＤＬＣの堆積に先立って、基材の表面に窒化処理が施される。これら窒化処理とＤＬＣの堆積層の形成とは、たとえば同一の処理装置を用いて実施される。すなわち、窒化処理では、窒素ガス雰囲気下の減圧状態で、基材に直流電圧が印加されることにより、処理室内にプラズマが発生する。そして、窒素ガスがプラズマ化されて、基材の表面に窒化層が形成される。その窒化層上に、直流プラズマＣＶＤ法によるＤＬＣの堆積層が形成される。
　特許文献１に示す直流プラズマ方式の装置は、処理中において連続してプラズマを発生させるものであるので、窒化処理およびＤＬＣ膜の堆積（形成）のための処理のいずれにおいても、処理室の温度（処理温度）が５００～６００℃に達する。
特開２００９－３５５８４号公報
　しかしながら、処理温度が５００～６００℃と高温になる特許文献１の処理装置では、耐熱性を有さない材料からなる基材に対してＤＬＣ膜を形成することができない。そのため、ＤＬＣ膜を成膜することが可能な基材の材料選択の幅が狭くなっている。ＤＬＣ膜を低温環境下で形成できれば、基材の材料選択の幅が広がり、望ましい。そこで、本願発明者らは、３００℃以下の低温環境下におけるＤＬＣ膜の形成を検討している。
　しかしながら、窒化層の形成のためには、処理温度が約５００℃以上である必要があり、３００℃以下の処理温度では、基材の表面に窒化層を形成することはできない。窒化層が形成されないと、ＤＬＣ膜の形成後におけるＤＬＣ膜と基材との間の密着性が悪くなるおそれがある。
　さらに、ＤＬＣ膜は、使用初期における相手材とのなじみ性（以下、「初期なじみ性」という）が悪いという問題がある。これは、ＤＬＣ膜が基材の表面状態の影響を受けた結果ＤＬＣ膜の表面が粗くなっていることが一因と考えられている。そのため、本願発明者らは、ＤＬＣ膜が形成される基材の表面状態を改良することにより、ＤＬＣ膜の初期なじみ性を向上させることを検討している。
　そこで、本発明の目的の一つは、低温環境下であっても、良好な密着性を有するＤＬＣ膜、およびこのＤＬＣ膜を形成することができるＤＬＣ膜形成方法を提供することである。
　また、本発明の目的の一つは、初期なじみ性の優れたＤＬＣ膜、およびこのＤＬＣ膜を形成することができるＤＬＣ膜形成方法を提供することである。
　　本発明のＤＬＣ膜形成方法は、処理室内で、基材の表面の少なくとも一部を被覆するＤＬＣ膜を形成する方法であって、低真空ポンプによって生成された所定の処理圧の減圧状態において実行され、直流パルス電圧を前記基材に印加して、前記処理室の内部においてアルゴンガスおよび水素系ガスを含む雰囲気中でプラズマを発生させることにより、ＡｒイオンおよびＨイオンを前記基材の表面に供給する前処理工程と、前記減圧状態において前記前処理工程後に実行され、直流パルス電圧を前記基材に印加して、前記処理室の内部において雰囲気中でプラズマを発生させることにより、前処理工程が施された後の前記基材の表面にＤＬＣの堆積層を形成するＤＬＣ堆積工程とを含み、前記前処理工程および前記ＤＬＣ堆積工程では、前記基材の温度が３００℃以下になるように、当該両工程の処理時間、当該両工程における前記所定の処理圧、または当該両工程において前記基材に印加される前記直流パルス電圧の周波数、デューティ比もしくは電圧値が設定されている、ＤＬＣ膜形成方法である。
　本発明のＤＬＣ膜形成方法によると、低温環境下であっても、良好な密着性を有するＤＬＣ膜、およびこのＤＬＣ膜を形成することができる。
　また、本発明のＤＬＣ膜形成方法によると、初期なじみ性の優れたＤＬＣ膜、およびこのＤＬＣ膜を形成することができるＤＬＣ膜形成方法を提供することができる。
本発明の第１実施形態に係るＤＬＣ膜が表面に形成されたアウタークラッチが組み込まれた駆動力伝達装置の概略構成を示す断面図である。 図１に示す摩擦クラッチの断面図である。 図２に示すＤＬＣ膜の拡大断面図である。 処理層およびＤＬＣ膜の形成に用いられる装置の構成を示す模式的な断面図である。 パルス電源から出力されるパルスを説明するための図である。 処理層およびＤＬＣ膜の形成方法の処理対象を示す図解的な断面図である。 処理層およびＤＬＣ膜の形成方法の前処理工程を示す図解的な断面図である。 処理層およびＤＬＣ膜の形成方法のＤＬＣ堆積工程を示す図解的な断面図である。 実施例のＤＬＣ膜および比較例１，２のＤＬＣ膜の剥離開始荷重を示すグラフである。 実施例のＤＬＣ膜および比較例１，２のＤＬＣ膜における触針式の表面粗さ測定に基づく算術平均粗さを示すグラフである。 摩擦摩耗試験における試験開始からの経過時間と摩擦時間との関係を示すグラフである。 摩擦摩耗試験後におけるＤＬＣ膜の比摩耗量および相手材の比摩耗量を示すグラフである。 成膜時における直流パルス電圧のデューティ比とＤＬＣ膜の成膜速度との関係を示すグラフである。 成膜時における処理圧とＤＬＣ膜の成膜速度との関係を示すグラフである。 成膜時における直流パルス電圧の印加時間とＤＬＣ膜の成膜速度との関係を示すグラフである。 本発明の第２実施形態の前処理工程における処理室内のイオンおよびラジカル濃度の時間変化を示すグラフである。
　以下に、図面を参照して、この発明の実施形態について具体的に説明する。
　尚、この明細書において、「水素系ガス」とは、水素ガスの他、炭化水素ガス、アンモニアガスなど水素原子を含むガスを包含する趣旨である。
　図１は、本発明の一実施形態（第１実施形態）に係るＤＬＣ膜２６が表面に形成されたアウタークラッチプレート１５が組み込まれた駆動力伝達装置１の概略構成を示す断面図である。駆動力伝達装置１は、たとえば四輪駆動車に搭載されており、プロペラシャフト（図示しない）側から与えられる駆動力を、ピニオンシャフト（図示しない）に伝達するためのものである。駆動力伝達装置１は、入力ケーシング２、出力軸３、パイロットクラッチ機構部４、カム機構部５およびメインクラッチ機構部７を備えている。入力ケーシング２はプロペラシャフト（図示しない）に連結されており、出力軸３はピニオンシャフト（図示しない）に連結されている。
　入力ケーシング２は有底円筒状をなしている。入力ケーシング２の後部（図１に示す右側）の開口は、リヤケーシング６によって覆われている。入力ケーシング２には、パイロットクラッチ機構部４、カム機構部５およびメインクラッチ機構部７が収容されている。メインクラッチ機構部７は、湿式多板式のクラッチ機構からなるものである。メインクラッチ機構部７では、多数枚のインナークラッチプレート８およびアウタークラッチプレート９が交互に配置されている。
　出力軸３は、リヤケーシング６の中央部を貫通し、入力ケーシング２の内部を挿通している。出力軸３は、入力ケーシング２およびリヤケーシング６に対して回転可能に設けられている。
　パイロットクラッチ機構部４は、電磁コイル１０、摩擦クラッチ１１およびアーマチャ１２を備えている。アーマチャ１２は、円環状をなしており、入力ケーシング２の内周に沿って配置されている。アーマチャ１２は、入力ケーシング２にスプライン嵌合されており、これにより、入力ケーシング２に対する軸方向への移動が許容されている。アーマチャ１２は、摩擦クラッチ１１の一方側に対向して配置されている。摩擦クラッチ１１は、鉄製の２枚のアウタークラッチプレート１５と、この２枚のアウタークラッチプレート１５に挟まれた１枚のインナークラッチプレート１６とを備えている。
　カム機構部５は、第１カム部材１７および第２カム部材１８を備えている。第１カム部材１７および第２カム部材１８は、互いに対向するように配置されている。第１カム部材１７は、出力軸３に対して回転可能に設けられている。第２カム部材１８は、出力軸３にスプライン嵌合されており、出力軸３と一体回転可能に設けられている。また、第２カム部材１８は、出力軸３に対する軸方向への移動が許容されている。第１および第２カム部材１７，１８の対向面には、周方向に延びるカム溝が間隔をあけて複数形成されている。第１カム部材１７と第２カム部材１８との間には、ボール状のカムフォロア１９がカム溝に嵌った状態で介在している。カム溝は、周方向中央部から両端部へ向かうにつれて浅くなっている。
　アウタークラッチプレート１５およびインナークラッチプレート１６は、円環板状をなしている。２枚のアウタークラッチプレート１５の間にインナークラッチプレート１６が配置されている。アウタークラッチプレート１５とインナークラッチプレート１６とは、互いに接離可能に設けられている。アウタークラッチプレート１５とインナークラッチプレート１６とが互いに当接するときは、インナークラッチプレート１６とアウタークラッチプレート１５とが摩擦接触する。また、インナークラッチプレート１６とアウタークラッチプレート１５とが互いに離間した状態にあるときは、両者は接触しない。インナークラッチプレート１６は、第１カム部材１７の外周にスプライン嵌合されており、これにより、第１カム部材１７に対する軸方向への移動が許容されている。アウタークラッチプレート１５は、入力ケーシング２の内周にスプライン嵌合されており、入力ケーシング２に対する軸方向への移動が許容されている。
　入力ケーシング２およびリヤケーシング６によって形成された収容室内には、潤滑油が充填されている。この潤滑油によって、パイロットクラッチ機構部４の各クラッチプレート１５，１６およびメインクラッチ機構部７の各クラッチプレート８，９が潤滑される。電磁コイル１０に通電されていない状態では、パイロットクラッチ機構部４は非作動状態にある。そのため、メインクラッチ機構部７は非作動状態にある。このため、入力ケーシング２に入力された回転トルクは、出力軸３には伝達されず、車両は二輪駆動の駆動モードとなる。
　電磁コイル１０に通電された状態では、アーマチャ１２が、電磁コイル１０の吸引により電磁コイル１０に向けて移動し、そのため、アーマチャ１２が摩擦クラッチ１１と摩擦係合するようになる。そして、アーマチャ１２と摩擦クラッチ１１とが摩擦係合することにより、第１カム部材１７と入力ケーシング２側とが連結される。これにより、第１カム部材１７は、入力ケーシング２の回転に伴い回転し、第２カム部材１８に対して相対回転する。そして、カムフォロア１９がカム溝の浅い箇所に乗り上げることにより、第２カム部材１８がメインクラッチ機構部７側へ移動する。これにより、アウタークラッチプレート９とインナークラッチプレート８とが摩擦係合し、入力ケーシング２と出力軸３とが連結されて、入力ケーシング２に入力された回転トルクは、出力軸３に伝達される。このため、車両は四輪駆動の駆動モードになる。
　また、電磁コイル１０への電流量を変化させることにより、アーマチャ１２に発生する吸引力が、電流量に比例して変化する。これが、カム機構部５によって軸方向に力に変換されて、電流量に比例した摩擦トルクが発生する。
　図２は、摩擦クラッチ１１の断面図である。
　アウタークラッチプレート１５およびインナークラッチプレート１６は、工具鋼（たとえばＳＫＨ５１やＳＫＨ４など）を用いて形成された基材３０を備えている。アウタークラッチプレート１５の基材３０におけるインナークラッチプレート１６と対向する第１対向面３１には、クラッチプレート１５，１６間に残存した潤滑油を受け入れるためのメッシュ状（網目状）の潤滑油溝２３が形成されている。基材３０の第１対向面３１は、ＤＬＣ膜２６で被覆されている。ＤＬＣ膜２６の表面には、インナークラッチプレート１６と摺動する第１摺動面２１が形成されている。
　また、インナークラッチプレート１６におけるアウタークラッチプレート１５と摺動する第２摺動面３２の全域には、微小幅の多数の溝２５が、微小の間隔を隔てて配列されている。図２では、理解し易いように溝２５を誇張して図示してあるが、溝２５の幅やそのピッチは、たとえば数μｍ程度に設定されている。
　図３は、図２に示すＤＬＣ膜２６の拡大断面図である。
　アウタークラッチプレート１５における基材３０の第１対向面３１（基材３０の表面）には、処理層３３が形成されている。言い換えれば、アウタークラッチプレート１５の表層部分が、処理層３３によって構成されている。処理層３３には、種々の元素、たとえばＡｒ、Ｈ、ＣおよびＮが含有されている。この処理層３３上に、ＤＬＣ膜２６が形成されている。ＤＬＣ膜２６は、直流プラズマＣＶＤ法によるＤＬＣの堆積層によって構成されている。ＤＬＣ膜２６の厚みは、たとえば１．０～６．０μｍであり、ＤＬＣ膜２６のナノインデンション硬さは１０～３０ＧＰａ程度である。ＤＬＣ膜２６は、所定の比率（たとえば、１０～２０ｗｔ％程度）でＳｉを含有している。
　処理層３３は、イオン（主としてＡｒイオンおよびＨイオン）が供給されることにより形成される。図３には表れていないが、処理層３３の表面には微細な凹凸が形成されている。すなわち、この処理層３３の表面は適度に荒らされている。この処理層３３の表面がＤＬＣ膜２６との間の境界面として機能する。表面に微細な凹凸が形成されているために、この処理層３３はＤＬＣ膜２６との密着性に優れている。
　図４は、ＤＬＣ膜２６の形成に用いられる処理装置４０の構成を示す模式的な断面図である。この処理装置４０を用いて、直流パルスプラズマＣＶＤ法によりＤＬＣ膜２６を作成することができる。
　この処理装置４０は、隔壁４１で取り囲まれた処理室４２を備えている。この隔壁４１は、ステンレス鋼などの導電材料を用いて形成されている。処理室４２内には、処理対象となる基材３０（アウタークラッチプレート１５）を保持するための基台４３が収容されている。基台４３は、基材３０を下方から支持する支持プレート３８と、鉛直方向に延び、支持プレート３８を支持する支持軸４４とを備えている。支持プレート３８は水平姿勢をなしている。この実施形態では、基台４３として、支持プレート３８が上下方向に３つ並んで配置された３段式のものが採用されている。
　また、基台４３（すなわち、各支持プレート３８および支持軸４４）は、鋼などの導電材料を用いて形成されている。基台４３には、直流のパルス電源（直流パルス電源）４６が電気的に接続されている。パルス電源４６からは、後で詳述するように直流パルス電圧が出力される。パルス電源４６の設定電圧値は、たとえば－１０００Ｖ程度に設定されている。すなわち、パルス電源４６がオンされると、１０００Ｖの負極性の直流パルス電圧が基台４３に印加される。すなわち、基台４３は陰極として機能する。
　処理室４２の隔壁４１は、アース接続されている。隔壁４１と基台４３とは、絶縁部３９によって絶縁されている。そのため、隔壁４１はアース電位に保たれている。
　また、処理室４２には、基台４３に支持された基材３０の温度を計測するための温度センサ（図示しない）が配置されている。温度センサは、基材３０の温度が予め定める低温（たとえば３００℃）を超えるか否かを監視している。
　原料ガス導入管４７は、処理室４２内における基台４３の上方を、水平方向に延びている。原料ガス導入管４７の基台４３に対向する部分には、原料ガス導入管４７の長手方向に沿って配列された多数の吐出孔４８が形成されている。原料ガス導入管４７には、炭化水素ガスの一例としてのメタンガス（ＣＨ４）、水素ガス（Ｈ２）、アルゴンガス（Ａｒ）、窒素ガス（Ｎ２）およびテトラメチルシランガス（（Ｓi（ＣＨ３）４）。以下、「ＴＭＳ」という）が供給されるようになっている。原料ガス導入管４７には、各原料ガスの供給源であるガスボンベ（図示しない）からの原料ガスを処理室に導くための複数の分岐導入管（図示しない）が接続されている。各分岐導入管（図示しない）には、ガスボンベから処理室４２に導かれるガスの流量を調節するための流量調節バルブ（図示しない）が介装されている。
　処理室４２の隔壁４１には、処理室４２内の雰囲気を排気するための第１排気管５１が接続されている。この第１排気管５１の先端は、排気設備（図示しない）に接続されている。第１排気管５１の途中部には、第１調節バルブ５２および第１ポンプ５３が、処理室４２側からこの順で介装されている。第１調節バルブ５２は、開度を調節して、処理室４２内の処理圧を調整するためのものである。第１ポンプ５３として、たとえば油回転真空ポンプ（ロータリポンプ）やダイヤフラム真空ポンプなどの低真空ポンプが採用されている。油回転真空ポンプは、油によってロータ、ステータおよび摺動翼板などの部品の間の気密空間および無効空間の減少を図る容積移送式真空ポンプである。第１ポンプ５３として採用される油回転真空ポンプとして、回転翼型油回転真空ポンプや揺動ピストン型真空ポンプを例に挙げることができる。
　回転翼型真空ポンプは、ロータに取り付けられた２枚の翼板がスプリングによって常にステータに押し付けられた状態で回転され、翼板、ロータおよびステータで囲まれた空間の容積変化によって気体輸送が行われる。また、揺動ピストン型真空ポンプは、ステータ気密部を摺動するプランジャにガイドされた円筒部の外部が偏心ロータの回転によるプランジャの上下首振り運動に伴い、ステータ内面を微小隙間に保ち、油でシールされながら回転し、プランジャ、円筒およびステータで囲まれた空間の容積変化によって気体輸送が行われる。
　油回転真空ポンプは、一般的にその到達圧力が比較的高い（たとえば数十～数百Ｐａ）。したがって、第１ポンプ５３として油回転真空ポンプを採用することにより、減圧後の処理室４２内が極めて低圧（たとえば１０Ｐａ以下）になることはない。
　処理室４２の隔壁４１には、処理室４２内の雰囲気を排気するための第２排気管５４が接続されている。この第２排気管５４の先端は、第１排気管５１の途中部、より詳しくは第１ポンプ５３と第１調節バルブ５２との間に接続されている。第２排気管５４の途中部には、第２調節バルブ５５および第２ポンプ５６が、処理室４２側からこの順で介装されている。第２調節バルブ５５は、開度を調節して、処理室４２内の処理圧を調整するためのものである。第２ポンプ５６としては、たとえばターボ分子ポンプや油拡散ポンプなどの高真空ポンプが採用されている。
　図５は、パルス電源４６から出力される直流パルス電圧の波形を示す図である。直流パルス電圧の設定電圧値は、たとえば－１０００Ｖ程度の値に設定されている。パルス電源４６からパルス状の電圧が出力されるので、直流パルス電圧が係る高電圧であっても、処理室４２内に異常放電は生じない。
　直流パルス電圧のパルス周期は、パルスの周波数ｆの逆数（１/ｆ）で表すことができる。直流パルス電圧の印加時間（直流パルス電圧のパルス幅）をτとすると、デューティ比は、印加時間をパルス周期で除した値であり、以下の（１）式で表すことができる。
デューティ比＝τ×ｆ　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（１）
　ところで、基材３０とＤＬＣ膜２６との間の密着性を向上させるために、ＤＬＣ堆積前の基材３０の表面に、通常、窒化処理が施される。しかしながら、基材３０の表面に窒化処理を施すためには、基材３０が収容される処理室４２内を、５００～６００℃以上の高温環境下にする必要がある。処理装置４０は３００℃以下の低温環境下（たとえば２００℃程度）でＤＬＣ膜２６を形成するための装置であるから、この処理装置４０を用いて基材３０の表面に窒化処理を施すことはできない。そのため、後述する前処理によって、基材３０の表層部分に処理層３３（図３参照）を形成し、これにより、ＤＬＣ堆積後における基材３０とＤＬＣ膜２６との間の密着性を向上させている。この実施形態では、処理装置４０を用いて処理層３３およびＤＬＣ膜２６の形成が行われている。
　図６Ａ～Ｃは、処理層３３およびＤＬＣ膜２６の形成方法を工程順に示す図解的な断面図である。以下、図６Ａ～Ｃおよび図３を参照して説明する。以下、アウタークラッチプレート１５を、処理対象の基材３０として説明する。この場合、基材３０の表面が第１対向面３１である（図６Ａ参照）。
　まず、処理対象の基材３０は、処理室４２内に搬入されて、支持プレート３８上に載置される。これにより、基材３０が基台４３に保持される。基材３０の処理室４２への収容後、処理室４２内が密閉される。処理室４２が密閉され、処理室４２内が減圧される。具体的には、第１調整バルブ５２が開かれて第１ポンプ５３のみが駆動され、処理室４２内が粗引きされる。第１ポンプ５３の駆動開始後予め定める第１所定時間が経過すると、第１調整バルブ５２が閉じられ、第２調整バルブ５５が開かれて、第２ポンプ５６も駆動開始される。そして、第１ポンプ５３および第２ポンプ５６が予め定める第２所定時間だけ駆動されて、処理室４２内が減圧される。第２所定時間の経過後、第２調整バルブ５５が閉じられて、第２ポンプ５６の駆動が停止される。
　この実施形態では、ＤＬＣ膜２６の形成（ＤＬＣ堆積工程）に先立って、基材３０の表面に前処理工程が実行される（図６Ｂ参照）。
　処理室４２内の減圧後、原料ガス導入管４７が開かれて、種々の原料ガス（水素ガスおよびアルゴンガス）が処理室４２内に導入される。水素ガスおよびアルゴンガスの流量は共に１００～３００ｓｃｃｍである。各原料ガスの流量は、流量調節バルブ（図示しない）によって調節される。また、第１ポンプ５３が駆動されつつ第１調節バルブ５２によって開度が調節されることにより、処理室４２内が所定の処理圧（たとえば１００Ｐａ）まで減圧され、その減圧状態が維持される。
　次いで、処理室４２内のたとえば１００Ｐａの減圧状態が維持されつつ、基台４３に負極性の約１０００Ｖの直流パルス電圧が印加される。この直流パルス電圧の周波数は２００Ｈｚ以上（たとえば、１０００Ｈｚ）であり、かつデューティ比が５％以上（たとえば、５０％）である。これにより、アース電位に保たれている隔壁４１と基台４３（基材３０）との間に、約１０００Ｖの電位差が生じ、処理室４２内にプラズマが発生する。プラズマの発生により、基材３０の表面（第１対向面３１）が２００℃程度まで昇温される。プラズマによって処理室４２内の原料ガスがプラズマ化して、処理室４２内にイオン・ラジカルが生成され、浮遊する。そして、これらのイオン・ラジカルが基材３０の表面に供給される。基台４３に印加されるのが１０００Ｖの高電圧であるので、これらのイオン・ラジカル（たとえばＨイオン、Ａｒイオン）が強い力で基材３０の表面に打ち付けられる。これにより、基材３０の表面が適度に荒らされ当該表面に凹凸が形成されて、基材３０の表面が改質される。パルス電源４６のオンから予め定める処理時間（たとえば、３０分間）が経過すると、パルス電源４６がオフされて、処理室４２内における放電が終了する。
　また、Ｈイオン・ラジカルが基材３０の表面の周囲に浮遊しているので、処理室４２内でプラズマが発生することに伴って基材３０の表面に水酸基（ＯＨ－）が出現するが、処理室４２内に浮遊するＨイオンは、その還元作用により、基材３０の表面から現れる水酸基を捕獲する。このため、基材３０の表面から出現する水酸基が、基材３０の表面に付着することを防止することができる。すなわち、Ｈイオンによって基材３０の表面に存在する不純物を除去することができ、これにより基材３０の表面が洗浄される。これら一連の前処理により、基材３０の表面に処理層３３が形成される。
　前処理工程に次いで、図６Ｃに示すように、基材３０の表面（第１対向面３１）にＤＬＣ膜２６が形成される（ＤＬＣ堆積工程が実行される）。
　前処理工程の終了後、処理室４２内にメタンガスおよびＴＭＳガスが導入されると共に、水素ガスおよびアルゴンガスの流量が調整される。メタンガス、水素ガス、アルゴンガスおよびＴＭＳガスの流量は、それぞれ、１００（ｓｃｃｍ）、６０（ｓｃｃｍ）、６０（ｓｃｃｍ）および６（ｓｃｃｍ）である。
　次いで、処理室４２内のたとえば１００Ｐａの減圧状態が維持されつつ、基台４３に負極性の約１０００Ｖの直流パルス電圧が印加される。この直流パルス電圧の周波数は２００Ｈｚ以上（たとえば１０００Ｈｚ）であり、かつデューティ比が５％以上（たとえは５０％）である。これにより、アース電位に保たれている隔壁４１と基台４３（基材３０）との間に約１０００Ｖの電位差が生じ、処理室４２内でプラズマが発生する。これにより、基材３０の表面が２００℃程度まで昇温される。処理室４２内にプラズマが放射されることにより、処理室４２内のメタンガスおよびＴＭＳがプラズマ化して、処理室４２内に、イオン・ラジカルが生成され、浮遊するようになる。そして、処理室４２内で生じる化学反応により、Ｓｉを含有するＤＬＣが基材３０の表面上に堆積し、堆積層をなすようになる。これにより、基材３０の表面上にＤＬＣ膜２６が形成される（ＤＬＣ堆積工程）。
　パルス電源４６の電源供給の開始から予め定める処理時間（たとえば４５分間）が経過すると、パルス電源４６からの電源供給が停止されて、処理室４２内における放電が終了する。そして、減圧下で常温まで冷却された後、基材３０が処理室４２内から搬出される。これにより、アウタークラッチプレート１５の第１対向面３１に、ＤＬＣ膜２６が形成される。
　次に、実施例および比較例１～３について説明する。
　図６Ａ～Ｃに示すＤＬＣ形成方法を用いて、ＳＫＨ４製の基板（２５ｍｍ×２５ｍｍ×５ｍｍ、触針式の表面粗さ測定に基づく算術平均粗さＲａが０．００４μｍ）からなる基材３０の表面に実施例のＤＬＣ膜２６を作成した。このＤＬＣ膜２６の作成のために、図６Ｂに示す前処理工程と、図６Ｃに示すＤＬＣ堆積工程とが、この順で実行される。
　また、図６Ａ～Ｃに近似する態様のＤＬＣ形成方法を用いて、ＳＫＨ４製の基板（２５ｍｍ×２５ｍｍ×５ｍｍ、触針式の表面粗さ測定に基づく算術平均粗さＲａが０．００４μｍ）からなる基材の表面に比較例１～３のＤＬＣ膜を形成した。実施例におけるＤＬＣ膜２６の形成と比較例１～３におけるＤＬＣ膜の形成とは、前処理工程における処理ガス種または処理圧が異なっている。実施例および比較例１，３の場合における前処理の処理条件は、表１に示している。また、実施例および比較例１～３の場合の前処理工程およびＤＬＣ堆積工程は、図４に示す処理装置４０を用いて実行される。なお、処理装置４０として、処理室４２内の処理領域（有効に処理できる領域）がφ３００ｍｍ、高さ３００ｍｍのものを用いた。また、実施例で用いられる基材３０および比較例１～３で用いられる基材の表面には、それぞれ研磨による鏡面加工が施されている。
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　実施例では、図６Ｂに示す前処理工程において、処理室４２内の雰囲気にアルゴンガスおよび水素ガスの双方が含まれる場合を示している。処理室４２内に供給されるアルゴンガスと水素ガスとの流量比は、１：１である。前処理の条件としては、直流パルス電圧の電圧値が１０００Ｖ（負極性）であり、直流パルス電圧のパルス周波数が１０００（Ｈｚ）であり、直流パルス電圧のデューティ比が３０％である。また、前処理工程における処理圧が２００（Ｐａ）である。
　比較例１が実施例と相違する点は、図６Ｂに示す前処理工程において、処理室４２内の雰囲気に水素ガスが含まれず、アルゴンガスだけが含まれる点である。また、比較例２が実施例と相違する点は、図６Ｂに示す前処理工程において、処理室４２内の雰囲気にアルゴンガスが含まれず、水素ガスだけが含まれる点である。比較例１および比較例２において、前処理工程における処理圧、前処理工程における直流パルス電圧の電圧値、デューティ比および周波数、ならびに前処理の処理時間は、実施例の場合と同じである。
　比較例３が、実施例と相違する点は、前処理工程における処理圧が２００（Ｐａ）ではなく５０（Ｐａ）である点である。比較例３において、前処理工程における処理ガスの流量比、前処理工程における直流パルス電圧の電圧値、デューティ比および周波数、ならびに前処理の処理時間は、実施例の場合と同じである。
　実施例のＤＬＣ膜２６、および比較例１～３のＤＬＣ膜に対して剥離試験を行った。ＤＬＣ膜２６および比較例１，２のＤＬＣ膜に対して剥離試験を行った場合の結果を図７および表１に示す。また、表１には、比較例３のＤＬＣ膜に対して剥離試験を行った場合の結果を示す。
　実施例のＤＬＣ膜２６の剥離開始荷重（表１に示す「密着力」）は約１４Ｎである。比較例１のＤＬＣ膜の剥離開始荷重は２５．７Ｎであるが、比較例２のＤＬＣ膜は、試験開始直後に剥離してしまい、剥離開始荷重を計測することができなかった。これにより、実施例では、基材３０とＤＬＣ膜２６との間の密着性が良好であることがわかる。
　次に、実施例のＤＬＣ膜２６の表面粗さおよび比較例１～３のＤＬＣ膜の表面粗さについて説明する。
　実施例のＤＬＣ膜２６の表面粗さおよび比較例１，３のＤＬＣ膜の表面の粗さを、それぞれ、触針式の表面粗さ測定およびＳＰＭによる表面粗さ測定の双方によって測定した。各測定結果を表１に示す。また、比較例２のＤＬＣ膜における触針式の表面粗さ測定に基づく算術平均粗さＲａを測定した。実施例のＤＬＣ膜２６および比較例１，２のＤＬＣ膜における触針式の表面粗さ測定に基づく算術平均粗さＲａを図８に示す。
　実施例では、触針式の表面粗さ測定に基づく算術平均粗さＲａは０．０１μｍであり、触針式の表面粗さ測定に基づく十点平均粗さＲｚＪＩＳは０．１μｍである。これに対して、比較例１～３における触針式の表面粗さ測定に基づく算術平均粗さＲａは、いずれも０．０１μｍを上回っている。また、比較例１，３における触針式の表面粗さ測定に基づく十点平均粗さＲｚＪＩＳは０．１μｍを上回っている。
　また、実施例では、ＳＰＭによる表面粗さ測定に基づく算術平均粗さＲａが７ｎｍであり、ＳＰＭによる表面粗さ測定に基づく十点平均粗さＲｚＪＩＳが１２１ｎｍである。これに対し、比較例１，３におけるＳＰＭによる表面粗さ測定に基づく算術平均粗さＲａは、それぞれ１１．４ｎｍおよび１０．０ｎｍである。また、比較例１，３におけるＳＰＭによる表面粗さ測定に基づく十点平均粗さＲｚＪＩＳが、それぞれ１０１ｎｍおよび２４３ｎｍである。すなわち、実施例は、ＳＰＭによる表面粗さ測定に基づく算術平均粗さＲａが１０ｎｍ以下で、かつＳＰＭによる表面粗さ測定に基づく十点平均粗さＲｚＪＩＳが１５０ｎｍ以下であるが、比較例１は、ＳＰＭによる表面粗さ測定に基づく算術平均粗さＲａが１０ｎｍを上回っており、また、比較例３は、ＳＰＭによる表面粗さ測定に基づく十点平均粗さＲｚＪＩＳが１５０ｎｍを上回っている。
　そして、以上の測定結果から、実施例のＤＬＣ膜２６、比較例１，３のＤＬＣ膜の中では、実施例のＤＬＣ膜２６の表面が最も平滑化されていることがわかる。また、各ＤＬＣ膜の表面粗さの４つの表面粗さの値を総合的に勘案することにより、比較例３のＤＬＣ膜の表面の方が、比較例１のＤＬＣ膜の表面よりも粗いことがわかる。
　次に、実施例のＤＬＣ膜２６の表面粗さおよび比較例１～３のＤＬＣ膜の摩擦磨耗特性について説明する。
　実施例のＤＬＣ膜２６、ならびに比較例１および比較例３のＤＬＣ膜に対して摩擦磨耗試験を行った。試験装置として、ボールオンプレート往復動摩擦係数試験機を用いた。このボールオンプレート往復動摩擦係数試験機では、相手材にたとえばφ４．８ｍｍの鋼球（軸受鋼球。たとえばＳＵＪ２製）が用いられている。そして、前述の各基材（実施例のＤＬＣ膜２６が形成された基材３０、ならびに比較例１および比較例３のＤＬＣ膜が形成された基材）を試験片としてセットし、速度２Ｈｚ、ストローク１０ｍｍおよび荷重１０Ｎの試験条件で、無潤滑下で６０分間（３６００ｓｅｃ）の摩擦摩耗試験を行った。摩擦摩耗試験中は、１ｓｅｃに１回の割合で摩擦係数の測定を行った。摩擦摩耗試験におけるすべり時間（試験開始からの経過時間）と摩擦時間との関係を図９に示す。
　図９に示すように、実施例および比較例１，３では、摩擦係数は最終的に０．０４～０．０５の低値を示したが、その低値に至る過程でそれぞれ異なる挙動を示した。なお、図９において摩擦係数が所定の低値（０．０４～０．０５）に達し、その低値で定常化するまでの時間、すなわち試験開始からＤＬＣ膜が相手材になじむまでの期間（以下、単に「なじみ終了までの時間」という）を矢印で示している。
　具体的には、実施例では摩擦摩耗試験の初期に摩擦係数が減少し、摩擦係数はその後試験終了まで低く安定した値を保った。実施例におけるなじみ終了までの時間は約２２０ｓｅｃである。
　比較例１では、摩擦係数は摩擦初期に急激に減少したものの、不定期に摩擦係数の大きな変動が認められた。比較例１におけるなじみ終了までの時間は約２０００ｓｅｃである。一方、比較例３では、摩擦係数は、摩擦初期に０．１４の高い値を示した後、長期間高値に止まった。比較例３におけるなじみ終了までの時間は約２８５０ｓｅｃである。
　また、摩擦摩耗試験後の各ＤＬＣ膜の比摩耗量および相手材の比摩耗量を求めた。これらの比摩耗量を図１０に示す。なお、各ＤＬＣ膜の比摩耗量は摩耗痕の断面積より算出し、各相手材の比摩耗量は摩耗痕跡径より算出した。
　実施例のＤＬＣ膜２６の比摩耗量、および比較例１，３のＤＬＣ膜の比摩耗量は、互いにほとんど差がない。一方、相手材の比摩耗量には差が認められる。実施例に対応する相手材の比摩耗量は約１．８×１０－８ｍｍ３/Ｎｍである。これに対し、比較例１に対応する相手材の比摩耗量が約４．６×１０－８ｍｍ３/Ｎｍであり、比較例３に対応する相手材の比摩耗量が約１．１×１０－７ｍｍ３/Ｎｍである。つまり、相手材の比摩耗量は、比較例３の場合が最も多く、実施例の場合が最も少ない。前述のように、実施例のＤＬＣ膜２６、比較例１，３のＤＬＣ膜の中では、ＤＬＣ膜２６の表面が最も平滑化されていると考えられるので、言い換えれば、ＤＬＣ膜２６の表面が微細化されるのに従って、相手材の比摩耗量が少なくなっていると言うことができる。
　したがって、図８～図１０および表１により、前処理によって形成されるなじみ層３３の表面状態が摩擦初期のなじみ過程に影響を及ぼしていると理解される。
　図１１は、成膜時における直流パルス電圧のデューティ（Ｄｕｔｙ）比と、ＤＬＣ膜２６の成膜速度との関係を示すグラフである。図１１では、処理室４２内の処理圧が４００Ｐａであり、パルス電源４６の電圧が－１０００Ｖである場合を示している。図１１中の「●」は直流パルス電圧の周波数が１０００Ｈｚであるとき、図１１中の「▲」は直流パルス電圧の周波数が２０００Ｈｚであるとき、図１１中の「■」は直流パルス電圧の周波数が２００Ｈｚであるときのデューティ比と成膜速度との関係を示している。「▼」は、処理温度４００Ｐａの条件で、従来の直流プラズマＣＶＤ法によってＤＬＣ膜を成膜したときの成膜速度（５．８μｍ／ｈ）である。
　図１１に示す結果から、直流パルス電圧の周波数が２０００Ｈｚ、１０００Ｈｚおよび２００Ｈｚのいずれの場合であっても、直流パルス電圧のデューティ比が大きくなるに従って成膜速度が高くなることがわかる。また、図１１に示す結果から、直流パルス電圧のデューティ比がいずれであっても、直流パルス電圧の周波数が２０００Ｈｚおよび１０００Ｈｚの場合は、直流パルス電圧の周波数が２００Ｈｚの場合と比較して成膜速度が高いこともわかる。
　具体的には、直流パルス電圧の周波数が２０００Ｈｚであるとき、デューティ比が３０％のときは、３．１μｍ／ｈ、デューティ比が５０％のときは、４．５μｍ／ｈである。また、直流パルス電圧の周波数が１０００Ｈｚであるとき、デューティ比が３０％のときは、４．６μｍ／ｈ、デューティ比が５０％のときは、５．７μｍ／ｈである。とくに、直流パルス電圧の周波数が１０００Ｈｚで、かつデューティ比が５０％のときは、従来の直流プラズマＣＶＤ法により成膜したときの成膜速度（５．８μｍ／ｈ）とほとんど差異がない。
　図１２は、成膜時における直流パルス電圧の印加時間（τ）とＤＬＣ膜の成膜速度との関係を示すグラフである。図１２では、処理室４２内の処理圧が４００Ｐａであり、パルス電源４６の電圧が－１０００Ｖである場合を示している。図１２中の「▲」は直流パルス電圧の周波数が２０００Ｈｚであるとき、図１２中の「●」は直流パルス電圧の周波数が１０００Ｈｚであるとき、図１２中の「■」は直流パルス電圧の周波数が２００Ｈｚであるときの印加時間と成膜速度との関係を示している。各プロットに基づいて、各ＤＬＣ膜の成膜速度と、当該ＤＬＣ膜の印加時間との間の関係を、図１２に示すような一次近似式で表すことができる。これらの一次近似式に対応する直線グラフを図１２中に示す。図１２に示すように、周波数が１０００Ｈｚおよび周波数が２０００Ｈｚの場合の一次近似式の定数は、周波数が２００Ｈｚの場合の一次近似式の定数と比較して著しく大きい（図１２に示す直線グラフの勾配が大きい）。
　そして、周波数が１０００Ｈｚでありかつ直流パルス電圧の印加時間が５００μｓｅｃ（すなわちデューティ比５０％）における成膜速度は、５．８μｍ／ｈであり、従来の直流プラズマＣＶＤ法により成膜したときの成膜速度（５．８μｍ／ｈ）とほとんど差異がない。
　周波数が２０００Ｈｚである場合に、成膜速度が従来の直流プラズマＣＶＤ法により成膜したときの成膜速度（５．８μｍ／ｈ）まで達している試験結果（プロット「▲」）は図１２中にはない。しかしながら、図１２のプロット「▲」に基づく一次近似式に対応する直線グラフから、直流パルス電圧の印加時間が３００μｓｅｃ程度を超えれば（すなわちデューティ比が６０％を超えれば）、成膜速度が従来の直流プラズマＣＶＤ法により成膜したときの成膜速度（５．８μｍ／ｈ）まで達するものと推察することができる。
　したがって、図１１および図１２より、直流パルス電圧の周波数が１０００Ｈｚ以上のときにＤＬＣ膜の成膜速度が大きいことがわかる。また、この場合、デューティ比は３０％以上であるとき、ＤＬＣ膜の成膜速度がより一層大きいことがわかる。
　図１３は、処理圧とＤＬＣ膜の成膜速度との関係を示すグラフである。図１３では、パルス電源４６の電圧が－１０００Ｖであり、直流パルス電圧の周波数が１０００Ｈｚでありかつそのデューティ比が３０％の場合を示している。
　処理圧が１００Ｐａおよび２００Ｐａである場合、成膜速度がそれぞれ約６μｍおよび約７μｍと比較的高値を示している。そして、処理圧を３００Ｐａまで上昇させると、成膜速度はより一層高値を示すものの、前述の摩擦摩耗試験を行った場合に剥離が発生した。さらに処理圧を４００Ｐａまで上昇させると、成膜速度は５μｍ以下に低下した。なお、処理圧１００Ｐａ、２００Ｐａまたは４００Ｐａのときは、前記の摩擦摩耗試験を行った場合に剥離が発生しなかった。剥離を生じたのは、ＤＬＣ膜の基材に対する密着力が低いことが原因と考えられる。図１３に示す結果から、処理圧が２００Ｐａ以下である場合に、成膜速度が比較的大きくなり、かつ、成膜後のＤＬＣ膜２６の基材３０に対する密着力も良好であると考えられる。
　次に、この発明の第２実施形態について説明する。この第２実施形態が第１実施形態と相違する点は、前処理の工程を、１つの工程ではなく、前半と後半との２つの工程に分けたことにある。以下、詳述する。
　また、この第２実施形態に係る前処理工程では、ガスの供給開始から所定の処理時間（たとえば１０分）が経過すると、処理室４２内に導入する各ガスの流量が切り換えられる。図１４は、前処理工程における処理室４２内のイオンおよびラジカル濃度の時間変化を示すグラフである。図１４の横軸は前処理開始からの処理時間（経過時間）を示し、図１４の縦軸は、処理室４２内におけるイオンおよびラジカルのそれぞれの濃度（vol％）を示している。
　前処理工程の前半（第１工程。たとえば、処理開始直後から処理開始後１０分まで）では、処理室４２内に導入するアルゴンガスおよび水素ガスは比較的大流量であり（アルゴンガスが１００～１５０ｓｃｃｍ、水素ガスが１００～１５０ｓｃｃｍ）、処理室４２内に導入するメタンガスおよび窒素ガスは比較的小流量である（メタンガスが３０～５０ｓｃｃｍ、窒素ガスが３０～５０ｓｃｃｍ）。そのため、前処理工程の前半（第１工程）では、処理室４２内の雰囲気に含まれるアルゴンガスおよび水素ガスが比較的高濃度であり、処理室４２内のメタンガスおよび窒素ガスの濃度は比較的低濃度である。したがって、前処理工程の前半（第１工程）では、図１４に示すように、処理室４２内の雰囲気にはＡｒイオン・ラジカルおよびＨイオン・ラジカルが主として存在する。そして、これらＡｒイオン・ラジカルおよびＨイオン・ラジカルが非常に強い力で基材３０の表面に打ち付けられる。比重の大きなＡｒイオン・ラジカルが基材３０の表面に打ち付けられることにより、当該基材３０の表面が荒らされ、基材３０の表面に凹凸が形成される。これにより、基材３０の表面に形成されるＤＬＣ膜２６の密着性が良好になる。
　また、前処理では、基材３０表面の周囲にＨイオン・ラジカルが浮遊している。処理室４２内でプラズマが発生することに伴って基材３０の表面に水酸基（ＯＨ－）が出現するが、処理室４２内に浮遊するＨイオンは、その還元作用により、基材３０の表面から現れる水酸基を捕獲する。このため、基材３０の表面から出現する水酸基が、基材３０の表面に付着することを防止することができる。すなわち、Ｈイオンによって基材３０の表面に存在する不純物を除去することができ、これにより基材３０の表面が洗浄される。
　一方、前処理工程の後半（第２工程。たとえば、処理開始後１０分から処理開始後３０分まで）では、処理室４２内に導入するメタンガスおよび窒素ガスは比較的大流量であり（メタンガスが１００～１５０ｓｃｃｍ、窒素ガスが１００～１５０ｓｃｃｍ、処理室４２内に導入するアルゴンガスおよび水素ガスは比較的小流量である（アルゴンガスが３０～５０ｓｃｃｍ、水素ガスが３０～５０ｓｃｃｍ）。そのため、前処理工程の後半（第２工程）では、処理室４２内の雰囲気に含まれるメタンガスおよび窒素ガスが比較的高濃度であり、処理室４２内のアルゴンガスおよび水素ガスの濃度は比較的低濃度である。
　すなわち、図１４に示すように、前処理工程の前半（第１工程）では、処理室４２内の雰囲気におけるＡｒイオン・ラジカルおよびＨイオン・ラジカルの個数は、Ｃイオン・ラジカルおよびＮイオン・ラジカルの個数に比べて相対的に多い。そして、前処理工程の前半から前処理工程の後半（第２工程）への移行に伴って、処理室４２内の雰囲気におけるＡｒイオン・ラジカルおよびＨイオン・ラジカルの個数は漸次的に下降し、一方、処理室４２内の雰囲気におけるＣイオン・ラジカルおよびＮイオン・ラジカルの個数は漸次的に上昇する。その結果、前処理工程の後半では、処理室４２内の雰囲気におけるＣイオン・ラジカルおよびＮイオン・ラジカルの個数は、Ａｒイオン・ラジカルおよびＨイオン・ラジカルの個数に比べて多くなる。
　したがって、前処理工程の後半では、処理室４２内の雰囲気には、Ｃイオン・ラジカルおよびＮイオン・ラジカルが主として存在し、そのＣイオン・ラジカルおよびＮイオン・ラジカルが基材３０の表面の周囲に浮遊している。これら一連の前処理により、基材３０の表面に処理層３３が形成される。
　また、前処理工程の後半（第２工程）で基材３０表面の周囲にＣイオン・ラジカルが浮遊しているので、処理層３３がＣを含有するようになる。これにより、ＤＬＣ膜２６の形成後におけるＤＬＣ膜２６と基材３０との間の密着性をより一層向上させることができる。
　また、前処理工程の後半で基材３０表面の周囲にＮイオン・ラジカルが浮遊しているので、基材３０表面に窒化層が形成されるようになる。これにより、基材３０表面の表面硬さを向上させることができる。
　以上、この発明の２つの実施形態について説明したが、この発明は他の形態で実施することもできる。
　前述の実施形態では、第１ポンプ（低真空ポンプ）５３と第２ポンプ（高真空ポンプ）５６とを併用して処理室４２内に減圧状態を生成する場合を例に挙げて説明したが、第１ポンプ５３のみを用いて処理室４２内に減圧状態を生成してもよい。すなわち、第１ポンプ５３のみでも本発明を実施することができる。
　また、前処理工程の処理期間中、直流パルス電圧の電圧値を一定（たとえば１０００Ｖ）に保つ構成について説明したが、途中で電圧を代える構成であってもよい。具体的には、前処理の全期間（処理時間３０分）のうち、最初の所定期間（最初の５分）は、直流パルス電圧の電圧値（電圧の絶対値）を比較的低い低電圧値（たとえば５００Ｖ（負極性））とし、その所定期間の経過後、直流パルス電圧の電圧値（電圧の絶対値）を比較的高い高電圧値（たとえば１０００Ｖ～３０００Ｖ（負極性））としてもよい。
　また、炭化水素ガスとしてメタンガスを例示したが、このメタンガスに代えて、アセチレンガス、ベンゼン、トルエンなどその他のガスを用いてもよいのは言うまでもない。
　また、ＤＬＣ膜２６がアウタークラッチプレート１５の第１対向面３１上に形成された構成について説明したが、ＤＬＣ膜２６がインナークラッチプレート１６の表面に形成される構成であってもよい。
　また、前述の実施形態では、摩擦クラッチ１１のクラッチプレート１５，１６の一方の表面にＤＬＣ膜２６が形成される場合を例に挙げて説明したが、ＤＬＣ膜２６は、ステアリング装置のウォームの歯面、軸受の内外輪の軌道面または保持器、およびプロペラシャフト（駆動軸）の雄スプライン部および／または雌スプライン部の表面に形成することができる。
　また、ＤＬＣ膜２６としてＳｉを含有する構成を例に挙げて説明したが、ＤＬＣ膜２６が他の金属（たとえばＣｒ、Ｔｉ、Ｆｅなど）を含有するものであってもよいし、ＤＬＣ膜２６が金属を一切含有しない構成であってもよい。
　また、ＤＬＣ膜２６が形成される摺動部材の材質として、工具鋼ではなく炭素鋼（Ｓ５０Ｃ）またはステンレス鋼を用いることもできる。
　その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
　本発明のＤＬＣ膜形成方法は、処理室内で、基材の表面の少なくとも一部を被覆するＤＬＣ膜を形成する方法であって、低真空ポンプによって生成された所定の処理圧の減圧状態において実行され、直流パルス電圧を前記基材に印加して、前記処理室の内部においてアルゴンガスおよび水素系ガスを含む雰囲気中でプラズマを発生させることにより、ＡｒイオンおよびＨイオンを前記基材の表面に供給する前処理工程と、前記減圧状態において前記前処理工程後に実行され、直流パルス電圧を前記基材に印加して、前記処理室の内部において雰囲気中でプラズマを発生させることにより、前処理工程が施された後の前記基材の表面にＤＬＣの堆積層を形成するＤＬＣ堆積工程とを含み、前記前処理工程および前記ＤＬＣ堆積工程では、前記基材の温度が３００℃以下になるように、当該両工程の処理時間、当該両工程における前記所定の処理圧、または当該両工程において前記基材に印加される前記直流パルス電圧の周波数、デューティ比もしくは電圧値が設定されている、ＤＬＣ膜形成方法である。
　本発明の方法によれば、ＤＬＣ堆積工程においてパルス状の電圧を基材に印加する。パルス状の直流電圧では電圧印加が不連続であるので、プラズマを発生させるために印加電圧（負）を高く（たとえば１０００Ｖ程度に）設定しても処理室内に異常放電が生じ難く、そのため昇温し難い。したがって、処理室内の処理圧、または直流パルス電圧の周波数、デューティ比もしくは電圧値を調節することにより、処理温度を降下させるための冷却装置を用いることなく処理温度を低温（たとえば３００℃以下）に維持することが可能である。低温環境下でＤＬＣ膜を形成するので、基材が十分な耐熱性を有さないものであっても、当該基材にダメージを与えることなく、ＤＬＣ膜を形成することができる。それゆえ、ＤＬＣ膜を堆積すべき基材の材質の選択の幅を広げることができる。
　また、処理室内が過剰に減圧されると、処理室内に原料ガスの分子がほとんど存在しなくなり、ＤＬＣ膜の成膜速度が低下するおそれがある。しかしながら、油回転真空ポンプなどの低真空ポンプを用いて処理室内の減圧が行われるので、処理室内が極めて低い圧力状態（たとえば１０Ｐａ以下）まで減圧されることはない。
　また、ＤＬＣ堆積工程に先立ってＡｒイオンおよびＨイオンが基材の表面に供給される。このとき、比重の大きいＡｒイオンは基材の表面に打ち付けられる。これにより、当該基材の表面が適度に荒らされ、その基板の表面にＤＬＣ膜が堆積される。そのため、基材の表面に形成されるＤＬＣ膜の密着性が良好になる。
　一方、基材の表面に供給されるＨイオンは、その還元作用により、基材の表面を洗浄する。具体的に説明すると、基材の表面が荒らされることにより基材の表面に水酸基が出現する。この水酸基は、いわゆる不純物であるので、基材の表面に付着すると基材表面の汚染の原因になる。しかしながら、基材の表面に出現する水酸基が、基材の表面に供給されるＨイオンと結合して、基材の表面から除去される。これにより、基材の表面、すなわち、基材におけるＤＬＣの堆積層との境界面が洗浄される。そのため、ＤＬＣ膜の密着性をより一層向上させることができる。
　また、かかる方法にて形成されたＤＬＣ膜は、その表面が平坦化されている。そのため、初期摩擦性が低く、初期なじみ性が優れている。
　さらに、前処理工程とＤＬＣ堆積工程との双方において、直流パルスによって発生されるプラズマが用いられる。そのため、前処理工程とＤＬＣ堆積工程とを共通の処理装置（４０）を用いて実行することが可能である。この場合、前処理工程とＤＬＣ堆積工程という２つの処理を、基材の移し換えを行うことなく実行することができ、これにより、これら２つの処理に要する時間を短縮することができる。
　また、前記雰囲気に、炭素ガスおよび／または窒素ガスがさらに含まれる場合、Ｃイオンおよび／またはＮイオンが、基材の表面に供給される。基材の表面にＣイオンが供給されることにより、基材の表面に含まれる層に炭素が含有されるようになる。これにより、ＤＬＣ膜の形成後におけるＤＬＣ膜と基材との間の密着性をより一層向上させることができる。また、基材の表面にＮイオンが供給されることにより、基材の表面に窒化層が形成されるようになる。これにより、基材の表面硬さが向上する。
　また、処理圧が２００Ｐａを超えると、低温環境下ではプラズマが不安定になり、成膜後のＤＬＣ膜が剥離したり、ＤＬＣ膜の成膜レートが低下したりするおそれがある。ＤＬＣ堆積工程における処理圧を２００Ｐａ以下にすることにより、低温環境下であってもプラズマを安定化させることができる。これにより、良好な成膜レートでＤＬＣ膜を基材の表面に形成することができる。
　ＤＬＣ堆積工程において基材に引加される直流パルス電圧の周波数が１０００Ｈｚ以上とすると、処理圧が比較的低圧（たとえば２００Ｐａ以下）であっても、比較的高い成膜レートを実現することができる。これにより、低温環境下において、ＤＬＣ膜を、良好な成膜レートで基材の表面に形成することができる。
　直流パルス電圧の周波数を１０００Ｈｚ以上とする場合、直流パルス電圧のデューティ比はたとえは３０％以上（より好ましくは５０％以上）とすることが好ましい。この場合、従来の直流プラズマＣＶＤ法によってＤＬＣ膜を成膜するときの成膜レートと同等の成膜レートを実現することができる。これにより、低温環境下において、ＤＬＣ膜を、良好な成膜レートで基材の表面に形成することができる。
前記前処理工程において、前記処理室内の雰囲気は炭素系ガスおよび窒素系ガスを含み、前記前処理工程を、前記雰囲気に含まれるアルゴンガスおよび水素系ガスが前記炭素系ガスおよび前記窒素系ガスよりも高濃度である第１工程と、前記第１工程に次いで実行され、前記雰囲気に含まれる炭素系ガスおよび窒素系ガスが前記アルゴンガスおよび前記水素系ガスよりも高濃度である第２工程に分けた場合、前処理工程の第１工程では、雰囲気に含まれるアルゴンガスおよび水素系ガスが、炭素系ガスおよび窒素系ガスよりも高濃度である。そのため、基材の表面付近の雰囲気には、ＡｒイオンおよびＨイオンが比較的多量に存在し、これらのＡｒイオンおよびＨイオンが基材の表面に供給される。そして、この第１工程では、Ａｒイオンの基材の表面への供給により、基材の表面に形成されるＤＬＣ膜の密着性が良好になり、また、Ｈイオンが基材の表面に供給されると、その還元作用により、基材の表面が洗浄されて、ＤＬＣ膜の密着性が向上する。
　また、第１工程に次いで実行される第２工程では、雰囲気に含まれる炭素系ガスおよび窒素系ガスが、アルゴンガスおよび水素系ガスよりも高濃度である。そのため、基材の表面付近の雰囲気には、ＮイオンがＡｒイオンやＨイオンよりも多量に存在するようになる。そのため、第１工程（ＡｒイオンやＨイオンの基材の表面への供給）後の基材の表面に窒化層が形成される。これにより、ＤＬＣ膜の密着性を向上させることができるとともに、基材の表面硬さを向上させることができる。
　また、本発明のＤＬＣ膜形成方法を用いてＤＬＣ膜を形成すると、ＤＬＣ膜は上述した作用効果と同様の効果を奏する。
　さらに、前記ＤＬＣ膜が、触針式の表面粗さ測定に基づく算術平均粗さＲａが０．０１μｍ以下で、かつ触針式の表面粗さ測定に基づく十点平均粗さＲｚＪＩＳが０．１μｍであり、またはＳＰＭによる表面粗さ測定に基づく算術平均粗さＲａがＲａ１０ｎｍ以下で、かつＳＰＭによる表面粗さ測定に基づく十点平均粗さＲｚＪＩＳが１５０ｎｍ以下であると、初期なじみ性がより一層優れたＤＬＣ膜を提供することができる。
２６…ＤＬＣ膜　３０…基材　４２…処理室　
５６…第２ポンプ（低真空ポンプ）

Claims (7)

  1. 　処理室内で、基材の表面の少なくとも一部を被覆するＤＬＣ膜を形成する方法であって、
    　低真空ポンプによって生成された所定の処理圧の減圧状態において実行され、直流パルス電圧を前記基材に印加して、前記処理室の内部においてアルゴンガスおよび水素系ガスを含む雰囲気中でプラズマを発生させることにより、ＡｒイオンおよびＨイオンを前記基材の表面に供給する前処理工程と、
    　前記減圧状態において前記前処理工程後に実行され、直流パルス電圧を前記基材に印加して、前記処理室の内部において雰囲気中でプラズマを発生させることにより、前処理工程が施された後の前記基材の表面にＤＬＣの堆積層を形成するＤＬＣ堆積工程とを含み、　前記前処理工程および前記ＤＬＣ堆積工程では、前記基材の温度が３００℃以下になるように、当該両工程の処理時間、当該両工程における前記所定の処理圧、または当該両工程において前記基材に印加される前記直流パルス電圧の周波数、デューティ比もしくは電圧値が設定されている、ＤＬＣ膜形成方法。
  2. 　前記前処理工程において、前記処理室内の雰囲気は炭素系ガスおよび／または窒素系ガスを含む、請求項１記載のＤＬＣ膜形成方法。
  3. 　前記ＤＬＣ堆積工程において、前記所定の処理圧が２００Ｐａ以下に設定されている、請求項１記載のＤＬＣ膜形成方法。
  4. 　前記ＤＬＣ堆積工程において、前記基材に印加される前記直流パルス電圧の周波数が１０００Ｈｚ以上である、請求項１記載のＤＬＣ膜形成方法。
  5. 　前記前処理工程において、前記処理室内の雰囲気は炭素系ガスおよび窒素系ガスを含み、
    　前記前処理工程は、前記雰囲気に含まれるアルゴンガスおよび水素系ガスが前記炭素系ガスおよび前記窒素系ガスよりも高濃度である第１工程と、
    　前記第１工程に次いで実行され、前記雰囲気に含まれる炭素系ガスおよび窒素系ガスが前記アルゴンガスおよび前記水素系ガスよりも高濃度である第２工程とを含む、請求項１記載のＤＬＣ膜形成方法。
  6. 　請求項１記載のＤＬＣ膜形成方法を用いて形成されたＤＬＣ膜。
  7. 　触針式の表面粗さ測定に基づく算術平均粗さＲａが０．０１μｍ以下で、かつ触針式の表面粗さ測定に基づく十点平均粗さＲｚＪＩＳが０．１μｍであり、または
    　ＳＰＭによる表面粗さ測定に基づく算術平均粗さＲａがＲａ１０ｎｍ以下で、かつＳＰＭによる表面粗さ測定に基づく十点平均粗さＲｚＪＩＳが１５０ｎｍ以下である、請求項６記載のＤＬＣ膜。
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