WO2012111530A1

WO2012111530A1 - 摺動部材およびその製造方法

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Publication number: WO2012111530A1
Application number: PCT/JP2012/053011
Authority: WO
Inventors: 弘高伊藤; 山本　兼司
Original assignee: 株式会社神戸製鋼所
Priority date: 2011-02-15
Filing date: 2012-02-09
Publication date: 2012-08-23
Also published as: BR112013020678A2; EP2676790A4; US20130309522A1; JP2012184841A; EP2676790A1; US9976209B2; BR112013020678B1; JP5432971B2

Abstract

　本発明は、優れた摺動特性と耐摩耗性の両立を図ることのできる摺動部材を提供する。本発明の摺動部材は、第１材料からなり複数の凹部が規則的に配列された基部と、上記凹部を充填する第２材料からなる充填部と、を有する摺動面を備える。前記第１材料は、金属材料、セラミックス材料、および炭素系材料よりなる群から選択される１種を含み、前記第２材料は、金属材料、セラミックス材料、および炭素系材料よりなる群から選択される１種以上を含む。前記第１材料と前記第２材料は、摩擦係数と硬度のうちの１以上が異なり、前記基部の表面と前記充填部の表面が単一面を形成している。

Description

摺動部材およびその製造方法

　本発明は、摺動部材およびその製造方法に関する。

　例えば自動車エンジンの部品等として用いられる摺動部材には、優れた耐摩耗性や摺動特性が要求されている。これらの特性を与えるため、摺動部材の摺動面にダイヤモンドライクカーボンからなる皮膜（ＤＬＣ膜）等の硬質皮膜をコーティングすることが従来より行われている。例えば特許文献１には、摺動部材の摺動側表面に、硬度、ヤング率、および膜厚の異なる２層のダイヤモンドライクカーボンからなる膜を積層させた膜をコーティングすることが示されている。特許文献１には、これにより耐久性と低摩擦係数の２つの特性を備える摺動部材が得られることが示されている。

　また、特許文献２には、摺動部材の摺動面に、８．０原子％以上１２．０原子％以下の水素および３．０原子％以上１４．０原子％以下の窒素を含む窒素含有非晶質炭素系皮膜を形成することが示されている。特許文献２には、このような皮膜を形成することによって、高面圧下や油潤滑環境下で用いられた場合であっても優れた耐久性を発揮する摺動部材が得られることが示されている。

日本国特開２００９－１６７５１２号公報日本国特開２０１０－０７０８４８号公報

　上記した従来技術は、本来ＤＬＣ膜が基材との密着性に劣ることに鑑みて、この問題を解決すべく、密着性を高めて摺動部材そのものの耐久性を高めることに重点を置いている。しかしながら、近年では、優れた耐摩耗性と優れた摺動特性の両方を備えた摺動部材が求められている。

　しかし、耐摩耗性を劣化させることなく、摺動特性（摩擦特性）を高めることは困難であり、上記特性の両方を備えた摺動部材の実現が望まれている。

　本発明は上記した事情に着目してなされたものであって、その目的は、優れた摺動特性と耐摩耗性の両立を図ることのできる摺動部材およびその製造方法を提供することである。

　上記課題を解決し得た本発明の摺動部材は、第１材料からなり複数の凹部が規則的に配列された基部と、前記凹部を充填する第２材料からなる充填部と、を有する摺動面を備え、
　前記第１材料は、金属材料、セラミックス材料、および炭素系材料よりなる群から選択される１種を含み、
　前記第２材料は、金属材料、セラミックス材料、および炭素系材料よりなる群から選択される１種以上を含み、
　前記第１材料と前記第２材料は、摩擦係数および硬度のうちの１以上が異なり、
　前記基部の表面および前記充填部の表面が単一面を形成しているところに特徴を有する。この摺動部材を、以下「第１形態に係る摺動部材」ということがある。

　上記課題を解決し得た本発明の別の摺動部材は、第１材料からなり複数の凹部が規則的に配列された基部と、上記凹部を充填する第２材料からなる充填部と、前記基部と前記充填部との間の第３材料からなる界面層と、を有する摺動面を備え、
　前記第１材料は、金属材料、セラミックス材料、および炭素系材料よりなる群から選択される１種を含み、
　前記第２材料は、金属材料、セラミックス材料、および炭素系材料よりなる群から選択される１種以上を含み、
　前記第３材料は、金属材料、セラミックス材料、および炭素系材料よりなる群から選択される１種以上を含み、
　前記第１材料と前記第２材料は、摩擦係数および硬度のうちの１以上が異なり、
　前記第３材料は、前記第１材料および前記第２材料の少なくともいずれかと親和性が高く、
　前記基部の表面、前記充填部の表面、およびこれらの表面により挟まれた前記界面層の表面が、単一面を形成しているところに特徴を有する。この摺動部材および下記の更に別の摺動部材のように、界面層を有する摺動部材を、以下「第２形態に係る摺動部材」ということがある。

　上記課題を解決し得た本発明の更に別の摺動部材は、第１材料からなり複数の凹部が規則的に配列された基部と、上記凹部を充填する第２材料からなる充填部と、前記基部と前記充填部との間の第３材料からなる界面層と、を有する摺動面を備え、
　前記第１材料は、金属材料、セラミックス材料、および炭素系材料よりなる群から選択される１種を含み、
　前記第２材料は、金属材料、セラミックス材料、および炭素系材料よりなる群から選択される１種以上を含み、
　前記第３材料は、金属材料、セラミックス材料、および炭素系材料よりなる群から選択される１種以上を含み、
　前記第１材料と前記第２材料は、摩擦係数および硬度のうちの１以上が異なり、かつ
　前記第３材料は、前記第１材料および前記第２材料の少なくともいずれかと、摩擦係数および硬度のうちの１以上が異なり、
　前記基部の表面、前記充填部の表面、およびこれらの表面により挟まれた前記界面層の表面が、単一面を形成しているところに特徴を有する。

　前記基部として、基材である場合や、硬質皮膜である場合が挙げられる。

　摺動面に占める前記充填部の面積率は、０．０５％以上５５％以下であることが好ましい。

　前記複数の凹部が複数の穴を含み、１つの前記穴の開口面積が０．５μｍ^２以上４ｍｍ^２以下であることが好ましい形態として挙げられる。

　また前記複数の凹部が複数の溝を含み、１つの前記溝の幅が０．８μｍ以上２ｍｍ以下であることも好ましい形態として挙げられる。

　前記凹部の最大深さが、０．０５μｍ以上５．０μｍ以下であることが好ましい。

　本発明は、第１形態に係る摺動部材の製造方法も規定する。この方法は、凹部の施されていない基部の一部をマスクで被覆する工程と、
　前記基部に対してエッチング処理を行う工程と、
　エッチング処理された基部上に、前記第２材料からなる皮膜を気相成長法により形成して充填部を形成する工程と、
　前記基部からマスクを除去する工程と、
　前記基部の表面と前記充填部の表面が単一面となるよう研磨する工程と、を含むところに特徴を有する。

　また本発明は、第２形態に係る摺動部材の製造方法も規定する。この方法は、
　凹部の施されていない基部の一部をマスクで被覆する工程と、
　前記基部に対してエッチング処理を行う工程と、
　エッチング処理された基部上に、前記第３材料からなる皮膜を気相成長法により形成して界面層を形成する工程と、
　前記界面層上に、前記第２材料からなる皮膜を気相成長法により形成して充填部を形成する工程と、
　前記基部からマスクを除去する工程と、
　前記基部の表面、前記充填部の表面、およびこれらの表面により挟まれた前記界面層の表面が単一面となるよう研磨する工程と、を含むところに特徴を有する。

　前記エッチング処理としては、イオンボンバード処理が好ましい。

　前記マスクが複数の被覆領域および複数の露出領域をそれぞれ複数有し、かつ前記複数の被覆領域および前記複数の露出領域が規則的に配列されていることが好ましい。

　本発明によれば、優れた摺動特性と耐摩耗性の両立を図ることができるため、厳しい摺動環境下や、潤滑剤の存在しない摺動環境下においても使用することのできる摺動部材を提供できる。

図１は、基部が基材である場合の第１形態に係る摺動部材の断面を示した概略断面図である。図２は、基部が硬質皮膜である場合の第１形態に係る摺動部材の断面を示した概略断面図である。図３は、基部が基材である場合の第２形態に係る摺動部材の断面を示した概略断面図である。図４は、基部が硬質皮膜である場合の第３形態に係る摺動部材の断面を示した概略断面図である。図５（ａ）～（ｈ）は、充填部の配列を例示した平面図である。図６（ａ）～（ｈ）は、基部が基材である場合の第１形態に係る摺動部材の製造方法を概略的に示した工程図である。図７（ａ）～（ｈ）は、基部が硬質皮膜である場合の第１形態に係る摺動部材の製造方法を概略的に示した工程図である。図８（ａ）～（ｉ）は、基部が基材である場合の第２形態に係る摺動部材の製造方法を概略的に示した工程図である。図９（ａ）～（ｉ）は、基部が硬質皮膜である場合の第２形態に係る摺動部材の製造方法を概略的に示した工程図である。

　本発明者らは、前記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、摺動部材の摺動面を構成する基部に凹部を形成し、摩擦係数や硬度が基部とは異なる材料を該凹部に充填した。そして、本発明者らは、このような構成によれば、基部が単一材料からなる摺動部材よりも耐摩耗性、摺動特性を高めることができ、優れた摺動特性と耐摩耗性を兼備する摺動部材を実現できることを見出し、本発明に想到した。

　以下、本発明の摺動部材について詳述する。

　本発明の第１形態および第２形態に係る摺動部材は、第１材料からなり複数の凹部が規則的に配列された基部と、上記凹部を充填する第２材料からなる充填部と、を有する摺動面を備える。本発明の第１形態および第２形態に係る摺動部材は、基部を構成する第１材料と充填部を構成する第２材料が、摩擦係数および硬度のうちの１以上において互いに異なっている点に共通の特徴を有している。

　摩擦係数が基部と異なる材料を充填部の材料として用いることで、基部が本来有する潤滑性能が制御できる。また、硬度が基部と異なる材料を用いることで、耐摩耗性が向上できる。例えば、充填部の材料として、基部の材料よりも摩擦係数が低くかつ硬度が硬い材料を用いることによって、基部を構成する材料のみから摺動面が構成される場合よりも、耐摩耗性の向上と摩擦係数の低減を同時に達成することが可能となる。

　次に、本発明の各摺動部材の構造について説明する。

　本発明の第１形態に係る摺動部材は、摺動面が、第１材料からなり複数の凹部が規則的に配列された基部と、上記凹部を充填する第２材料からなる充填部と、を有する点に特徴がある。上記基部としては、例えば基材や硬質皮膜が挙げられる。

　基部が基材である場合の第１形態に係る摺動部材の概略断面図を図１に例示する。図１において、基材１に設けられた凹部に、摩擦係数と硬度のうちの１以上が基材１と異なる第２材料を充填することにより、充填部２が形成される。基材１と充填部２からなる摺動面は、単一面である構造を有する。

　また基部が硬質皮膜である場合の第１形態に係る摺動部材の概略断面図を図２に例示する。図２において、摺動部材は、基材１と、この基材１上に設けられた硬質皮膜３と、を有する。この硬質皮膜３に設けられた凹部に、摩擦係数と硬度のうちの１以上が硬質皮膜３と異なる第２材料を充填することにより、充填部２が形成される。硬質皮膜３と充填部２からなる摺動面は、単一面である構造を有する。

　本発明の第２形態に係る摺動部材では、第１形態の摺動部材における基部と充填部との間に界面層をさらに設けることにより、更なる特性の向上が図られている。即ち、第２形態に係る摺動部材は、摺動面が、第１材料からなり複数の凹部が規則的に配列された基部と、上記凹部を充填する第２材料からなる充填部と、前記基部と前記充填部との間に第３材料からなる界面層と、を有する点に特徴がある。この場合も、上記基部として例えば基材や硬質皮膜が挙げられる。

　基部が基材である場合の第２形態に係る摺動部材の概略断面図を図３に例示する。図３において、第１材料からなる基材１に設けられた凹部に、摩擦係数と硬度のうちの１以上が基材１と異なる第２材料を充填することにより、充填部２が形成される。基材１と充填部２との間には、第３材料からなる界面層１０が形成されている。第３材料は、
（Ａ）前記第１材料および／または前記第２材料と親和性が高いか、または、
（Ｂ）前記第１材料および／または前記第２材料と、摩擦係数と硬度のうちの１以上が異なる材料である。また図３において、基材１、充填部２、および界面層１０からなる摺動面は、単一面である構造を有する。

　次に、基部が硬質皮膜である場合の第２形態に係る摺動部材の概略断面図を図４に例示する。図４において、摺動部材は、基材１と、基材１上に設けられた硬質皮膜（基部）３と、を有する。この硬質皮膜３に設けられた凹部に、摩擦係数と硬度のうちの１以上が硬質皮膜３と異なる第２材料を充填することにより、充填部２が形成される。硬質皮膜３と充填部２との間には、第３材料からなる界面層１０が形成されている。第３材料は、
（Ａ）前記第１材料および／または前記第２材料と親和性が高いか、または、
（Ｂ）前記第１材料および／または前記第２材料と、摩擦係数と硬度のうちの１以上が異なる材料である。また図４において、硬質皮膜３、充填部２、および界面層１０からなる摺動面は、単一面である構造を有する。

　図１～４に示す通り、基部の表面と充填部２の表面とが単一面を形成していることによって、基部と充填部２の両方の特性を損なうことのない摺動表面が形成される。なお、界面層１０を有する場合、「充填部の表面」は、基部の表面と充填部２の表面に挟まれた界面層１０の表面を更に意味する。

　また、摺動面に占める充填部２の面積率は、０．０５％以上５５％以下であることが好ましい。摺動面に占める充填部２の面積率が０．０５％を下回ると、基部の性能が支配的となり充填部２の性能が発現し難い。よって、摺動面に占める充填部の面積率は、好ましくは０．０５％以上、より好ましくは０．０７％以上、更に好ましくは０．１０％以上、より更に好ましくは０．１２％以上、特に好ましくは０．１５％以上である。一方、摺動面に占める充填部２の面積率が５５％を超えると、充填部の性能が支配的になり、充填部単独での性能と差が見られなくなる。よって、摺動面に占める充填部２の面積率は、好ましくは５５％以下、より好ましくは５０％以下、更に好ましくは４０％以下、より更に好ましくは３０％以下、特に好ましくは２０％以下である。

　上記複数の凹部の形態として、複数の穴を含む場合が挙げられる。この場合、１つの穴の開口面積は０．５μｍ^２以上４ｍｍ^２以下であることが好ましい。穴の開口面積が０．５μｍ^２よりも小さい場合、加工が困難になることに加え、基部の性能が支配的となり、充填部の性能が発現し難い。よって穴の開口面積は、好ましくは０．５μｍ^２以上、より好ましくは１０μｍ^２以上であり、更に好ましくは１００μｍ^２以上である。一方、穴の開口面積が４ｍｍ^２を超える場合には、充填部の性能が支配的になり、充填部単独での性能と差が見られなくなる。よって、穴の開口面積は、好ましくは４ｍｍ^２以下、より好ましくは０．２５ｍｍ^２以下であり、更に好ましくは０．０１６ｍｍ^２以下である。

　複数の凹部が複数の穴を含む場合の具体的形態として、例えば円、楕円、正方形、長方形、多角形、星型等種々の形態が考えられるが、穴の形状はこれらに限定されない。これら複数の凹部は規則的に配列されていればよく、具体的な配置は特に限定されない。例えば複数の凹部の配置は、整列でも千鳥格子でも良い。この様に凹部が規則的に配列されていることで、充填部の効果を存分にかつ安定的に発揮させることができる。

　上記複数の凹部の別の配置形態として、複数の溝を含む場合が挙げられる。この場合、１つの溝の幅は０．８μｍ以上２ｍｍ以下であることが好ましい。１つの溝の幅が０．８μｍよりも小さい場合、加工が困難になることに加え、基部の性能が支配的となり充填部の性能が発現し難い。よって、１つの溝の幅は、好ましくは０．８μｍ以上、より好ましくは１．０μｍ以上、更に好ましくは１０μｍ以上である。一方、１つの溝の幅が２ｍｍを超える場合には、充填部の性能が支配的になり、充填部単独での性能と差が見られなくなる。よって、１つの溝の幅は好ましくは２ｍｍ以下、より好ましくは１ｍｍ以下であり、更に好ましくは０．５ｍｍ以下である。

　複数の凹部が複数の溝を含む場合の具体的形態として、例えば縞形状、同心円形状、スパイラル形状、クロス形状、碁盤目形状などが考えられるが、溝の形状はこれらに限定されない。溝がどのような形状であっても、溝の線間隔などは規則性を有する必要がある。この様に凹部が規則的に配列されていることで、その効果を存分にかつ安定的に発揮させることができる。

　尚、本発明では、複数の凹部の配置形態は、上記穴構造と溝構造の複合構造でも良い。

　図５（ａ）～（ｈ）は、例えば円盤状の基部を用いた場合の複数の凹部のパターン例を示す。図５（ａ）～（ｅ）は、複数の穴からなる形態を例示し、図５（ｆ）～（ｈ）は、複数の溝からなる形態を例示しているが、凹部のパターンはこれに限定されない。

　上記凹部の最大深さは、０．０５μｍ以上５．０μｍ以下であることが好ましい。

　凹部の最大深さが０．０５μｍよりも小さい場合には、摩耗によってすぐに充填部が消失してしまい、効果の持続が困難である。よって凹部の最大深さは、好ましくは０．０５μｍ以上、より好ましくは０．０７μｍ以上、更に好ましくは０．１μｍ以上である。一方、凹部の最大深さが５．０μｍを超える場合には、凹部加工に時間を要すると共に、充填部２の埋め込みにも時間を要し、生産の観点から好ましくない。よって凹部の最大深さは、好ましくは５．０μｍ以下、より好ましくは、３．０μｍ以下であり、更に好ましくは２．０μｍ以下である。

　次に、本発明の第１形態および第２形態に係る摺動部材を構成する材料について説明する。

　上述の通り、基部を構成する第１材料と、充填部を構成する第２材料と、は、摩擦係数と硬度のうちの１以上が異なっていることが必須である。しかしながら、第１材料および第２材料の具体的材料については、摺動部材に用いられるものであれば特に限定されない。

　基部を構成する第１材料としては、金属材料、セラミックス材料、および炭素系材料よりなる群から選択される１種を含む材料が挙げられる。

　基部が基材１である場合、前記金属材料として、例えばステンレス鋼、その他の鋼、純チタン、チタン合金、純アルミニウム、アルミニウム合金、純銅、銅合金、マグネシウム、超硬合金等の純金属または合金が挙げられる。また、前記セラミックス材料として、例えば各種炭化物、窒化物、ホウ化物や、これらを複合したセラミックス材料が挙げられる。基材１の表面は、窒化、浸炭等の表面改質技術によってセラミックス化されていても良い。

　また、基部が硬質皮膜３である場合には、前記金属材料として、例えばステンレス鋼、その他の鋼、純チタン、チタン合金、純アルミニウム、アルミニウム合金、純銅、銅合金、マグネシウム、超硬合金等の純金属または合金が挙げられる。また、前記セラミックス材料として、例えば各種炭化物、窒化物、ホウ化物や、これらを複合したセラミックス材料が挙げられる。更に、前記炭素系材料として、例えばグラファイト、ダイヤモンドライクカーボン、ダイヤモンドなどが好適に使用可能である。

　基部が硬質皮膜３である場合、該硬質皮膜３は基材１上に形成されるが、この場合の基材１の材料も特に限定されない。基材１としては、例えばステンレス鋼、その他の鋼、純チタン、チタン合金、純アルミニウム、アルミニウム合金、純銅、銅合金、マグネシウム、超硬合金等の純金属または合金や、セラミックス（例えば各種炭化物、窒化物、ホウ化物や、これらを複合したセラミックス材料）などが使用可能である。

　硬質皮膜３は、基材１のすぐ上に形成される場合に限られず、基材１上に形成された下地層を介して形成されていてもよい。即ち、基材１と硬質皮膜３との間には、密着性を高めるための下地層が設けられていてもよい。下地層としては、例えば、基材１や硬質皮膜３に含まれる１種以上の金属元素からなる純金属または合金からなる層や、基材１や硬質皮膜３に含まれる１種以上の金属元素の窒化物、炭化物または炭窒化物からなる層などが挙げられる。

　また、下地層は、単一の組成を有する単層からなる場合の他、複数層からなるものであってもよく、また組成傾斜層であってもよい。複数層からなる下地層としては、例えば基材１側に位置する層が基材１の構成材料と密着性の高い層であり、かつ硬質皮膜３側に位置する層が硬質皮膜３構成する材料と密着性の高い層であるような２層以上の積層構造が挙げられる。また、組成傾斜層からなる下地層として、例えば基材１側が基材の組成に近く、基材１から硬質皮膜３に向かって硬質皮膜３の組成に近づく傾斜組成構造を有する皮膜が挙げられる。このような傾斜組成構造を有する皮膜においては、具体的には、例えば、基材１側に位置する層は基材１の構成材料または基材１の構成材料と密着性の高い材料からなり、硬質皮膜３側に向かうにつれて、層内の硬質皮膜３の構成材料の割合が高くなるか、または硬質皮膜３の構成材料と密着性の高い材料の割合が高くなる。

　基部が硬質皮膜３である場合、硬質皮膜３の厚さが５０μｍを超えると、皮膜の内部応力が大きくなり、剥離が発生しやすくなる。したがって、硬質皮膜３の厚さは、好ましくは５０μｍ以下、より好ましくは４０μｍ以下であり、更に好ましくは３０μｍ以下である。また、硬質皮膜３といえども摩耗することから、０．１μｍより薄い膜は耐摩耗性に劣る。したがって、硬質皮膜３の厚さは、好ましくは０．１μｍ以上、より好ましくは０．４μｍ以上であり、さらに好ましくは０．５μｍ以上である。

　上記下地層の膜厚（複数層の場合はトータルの膜厚。以下同じ）は、０．００１μｍ以上であることが好ましい。膜厚がこれより薄いと、基材表面に下地層が形成されない箇所ができるため、密着性を十分に確保することが難しくなる。上記膜厚は、より好ましくは０．００５μｍ以上である。一方、上記膜厚が厚すぎると、下地層の結晶成長などにより表面の凹凸が大きくなる結果、下地層上に形成される硬質皮膜の表面粗さも大きくなりやすく、加工が困難になる。よって、上記膜厚は、好ましくは１０μｍ以下、より好ましくは５μｍ以下である。

　次に、充填部２を構成する第２材料は、金属材料、セラミックス材料、および炭素系材料よりなる群から選択される１種以上であるが、その具体的材料は特に限定されない。

　前記金属材料としては、具体的に、例えばステンレス鋼、その他の鋼、純チタン、チタン合金、純アルミニウム、アルミニウム合金、純銅、銅合金、マグネシウム、超硬合金等の純金属または合金が挙げられる。前記セラミックス材料としては、例えば各種炭化物、窒化物、ホウ化物やこれらを複合したセラミックス材料が挙げられる。また前記炭素系材料としては、例えばグラファイト、ダイヤモンドライクカーボン、ダイヤモンドなどが挙げられる。

　界面層１０を構成する第３材料は、金属材料、セラミックス材料、および炭素系材料よりなる群から選択される１種以上を含む。

　前記金属材料としては、具体的には、例えばステンレス鋼、その他の鋼、純チタン、チタン合金、純アルミニウム、アルミニウム合金、純銅、銅合金、マグネシウム、超硬合金等の純金属または合金が挙げられる。前記セラミックス材料としては、例えば各種炭化物、窒化物、ホウ化物やこれらを複合したセラミックス材料が挙げられる。また前記炭素系材料としては、例えばグラファイト、ダイヤモンドライクカーボン、ダイヤモンドなどが挙げられる。

　尚、第３材料は、上記羅列した材料のうち、更に所望とする特性、および採用する第１材料や第２材料の種類を考慮して選択される。

　更に所望とする特性が基部（第１材料）と充填部２（第２材料）との密着性向上である場合、上記（Ａ）の通り、前記第１材料および／または前記第２材料との親和性の高いものを第３材料として用いるのがよい。具体的には第３材料として、
（Ａ－１）第１材料と同じ材料、および／または、第１材料との親和性が高い材料、
（Ａ－２）第２材料と同じ材料、および／または、第２材料との親和性が高い材料、および、
（Ａ－３）上記（Ａ－１）および（Ａ－２）の材料を混合して得られる複合材料が挙げられる。上記（Ａ－３）の材料としては、（Ｉ）上記第１材料と同じ材料、および／または、上記第１材料との親和性が高い材料と、（ＩＩ）上記第２材料と同じ材料、および／または、上記第２材料との親和性が高い材料との複合材料と、が挙げられる。

　前記第１材料および／または前記第２材料（以下、第１，２材料という）が金属材料である場合、この金属材料と親和性の高い第３材料としては次の材料が挙げられる。
（ｉ）該金属材料（例えば、特に純金属）と合金を形成しやすい金属元素からなる純金属、または該金属元素を含む合金、またはこれらの純金属や合金を構成する金属元素を含む化合物。
（ｉｉ）第１，２材料を構成する金属元素を含む化合物（炭化物、窒化物、炭窒化物、ホウ化物）。

　より具体的には、第１，２材料がステンレス鋼の場合、これと親和性の高い第３材料としては、アルミニウム、チタン、クロム、タングステン等の純金属、またはこれらの金属からなる合金、またはこれらの金属を含む化合物（炭化物、窒化物、炭窒化物、ほう化物等）等が挙げられる。また、第１，２材料が構造用合金鋼（Ｓ１５ＣＫ、ＳＮＣ４１５、ＳＮＣ８３６、ＳＮＣＭ２２０、ＳＮＣＭ４１５、ＳＮＣＭ６３０、ＳＣｒ４１５、ＳＣｒ４４５、ＳＣＭ４１５、ＳＣＭ４４５、ＳＭｎ４２０、ＳＭｎＣ４２０、ＳＭｎＣ４４３等）である場合（浸炭処理または窒化処理されている場合を含む）、これと親和性の高い第３材料として、アルミニウム、チタン、クロム、タングステン等の純金属、またはこれらの金属からなる合金、またはこれらの純金属や合金を構成する金属元素を含む化合物（炭化物、窒化物、炭窒化物、ほう化物等）等が挙げられる。

　第１，２材料が純チタンの場合、これと親和性の高い第３材料として、アルミニウム、チタン、クロム、タングステン等の純金属、またはこれらの金属からなる合金、またはこれらの金属を含む化合物（炭化物、窒化物、炭窒化物、ほう化物等）等が挙げられる。第１，２材料がチタン合金の場合、これと親和性の高い第３材料として、アルミニウム、チタン、クロム、タングステン等の純金属、またはこれらの金属からなる合金、またはこれらの金属を含む化合物（炭化物、窒化物、炭窒化物、ほう化物等）等が挙げられる。

　第１，２材料が純アルミニウムの場合、これと親和性の高い第３材料として、アルミニウム、チタン、クロム、タングステン等の純金属、またはこれらの金属からなる合金、またはこれらの金属を含む化合物（炭化物、窒化物、炭窒化物、ほう化物等）等が挙げられる。第１，２材料がアルミニウム合金の場合、これと親和性の高い第３材料として、アルミニウム、チタン、クロム、タングステン等の純金属、またはこれらの金属からなる合金、またはこれらの金属を含む化合物（炭化物、窒化物、炭窒化物、ほう化物等）等が挙げられる。

　第１，２材料が純銅の場合、これと親和性の高い第３材料として、アルミニウム、銅、チタン、クロム、タングステン等の純金属、またはこれらの金属からなる合金、またはこれらの金属を含む化合物（炭化物、窒化物、炭窒化物、ほう化物等）が挙げられる。第１，２材料が銅合金の場合、これと親和性の高い第３材料として、アルミニウム、銅、チタン、クロム、タングステン等の純金属、またはこれらの金属からなる合金、またはこれらの金属を含む化合物（炭化物、窒化物、炭窒化物、ほう化物等）等が挙げられる。

　第１，２材料がマグネシウムの場合、これと親和性の高い第３材料として、アルミニウム、マグネシウム、チタン、クロム、タングステン等の純金属、またはこれらの金属からなる合金、またはこれらの金属を含む化合物（炭化物、窒化物、炭窒化物、ほう化物等）が挙げられる。

　第１，２材料が超硬合金の場合、これと親和性の高い第３材料として、アルミニウム、チタン、クロム、タングステン等の純金属、またはこれらの金属からなる合金（超硬合金を含む）、またはこれらの金属を含む化合物（炭化物、窒化物、炭窒化物、ほう化物等）等が挙げられる。

　第１，２材料がセラミックス材料である場合、これと親和性の高い第３材料として、第１，２材料のセラミックス材料を構成する金属元素（例えばアルミニウム、銅、マグネシウム、チタン、クロム、タングステン等）からなる金属材料（純金属、合金）が挙げられる。またこの場合には、第３材料として、第１，２材料のセラミックス材料を構成する金属元素を含み、かつ該セラミックス材料と非金属元素の異なる化合物（炭化物、窒化物、炭窒化物、ホウ化物）等が挙げられる。

　より具体的には、第１，２材料が炭化物の場合、これと親和性の高い第３材料として、該炭化物を構成する金属元素からなる純金属、該金属元素を含む合金、該金属元素を含む窒化物やホウ化物等が挙げられる。また、第１，２材料が窒化物の場合、これと親和性の高い第３材料として、該窒化物を構成する金属元素からなる純金属、該金属元素を含む合金、該金属元素を含む炭化物やホウ化物等が挙げられる。第１，２材料がホウ化物の場合、これと親和性の高い第３材料として、該ホウ化物を構成する金属元素からなる純金属、該金属元素を含む合金、該金属元素を含む窒化物や炭化物等が挙げられる。更に、第１，２材料が炭化物、窒化物、ホウ化物を複合したセラミックス材料である場合、これと親和性の高い第３材料として、複合材料を構成する炭化物、窒化物、またはホウ化物が挙げられる。

　更に具体的に、第１，２材料が、Ｔｉ、Ｃｒ、ＡｌおよびＳｉよりなる群から選択される一種以上の元素の窒化物、炭化物、炭窒化物（例えば硬質皮膜がこれに該当する）である場合、これと親和性の高い第３材料として、該化合物を構成する上記金属元素を含み、かつ該化合物と非金属元素の異なる上記化合物（窒化物、炭化物、または炭窒化物）が挙げられる。

　第１，２材料が炭素系材料である場合、これと親和性の高い第３材料として、アルミニウム、チタン、クロム、タングステン等の純金属、またはこれらの金属からなる合金、またはこれらの金属を含む炭化物、炭窒化物等が挙げられる。

　より具体的には、第１，２材料がグラファイトの場合、これと親和性の高い第３材料として、アルミニウム、チタン、クロム、タングステン等の純金属、またはこれらの金属からなる合金、またはこれらの金属を含む炭化物、炭窒化物等が挙げられる。第１，２材料がダイヤモンドライクカーボンの場合、これと親和性の高い第３材料として、アルミニウム、チタン、クロム、タングステン等の純金属、またはこれらの金属からなる合金、またはこれらの金属を含む炭化物、炭窒化物等が挙げられる。また、第１，２材料がダイヤモンドの場合、これと親和性の高い第３材料として、アルミニウム、チタン、クロム、タングステン等の純金属、またはこれらの金属からなる合金、またはこれらの金属を含む炭化物、炭窒化物等が挙げられる。

　また、更に所望とする特性が、第１形態の摺動部材よりも摩擦係数を更に低減させることや耐久性を更に向上させることである場合、上記（Ｂ）の通り、第１材料および／または第２材料と、摩擦係数と硬度のうちの１以上が異なる材料を第３材料として用いることができる。

　界面層１０の膜厚（複数層の場合は全膜厚。以下同じ）は０．００５μｍ以上であることが好ましい。これは、膜厚が０．００５μｍを下回った場合には界面層１０として機能していない部位が生じるためである。上記膜厚は０．０１μｍ以上であることがより好ましい。一方、上記膜厚が２．０μｍを超えると、表面に影響を及ぼし、充填部の効果を弱めてしまう。よって、界面層１０の膜厚は、好ましくは２．０μｍ以下、より好ましくは１．０μｍ以下である。

　界面層は、組成が単一である単層の場合の他、複数層であってもよい。複数層の界面層としては、例えば基部（第１材料）側に位置する層が第１材料と親和性（特には密着性）の高い層であり、かつ、充填部（第２材料）側に位置する層が第２材料と親和性（特には密着性）の高い層である２層以上の積層構造が挙げられる。また、界面層は、界面層の厚さ方向で組成の傾斜を有する組成傾斜層であってもよい。このような組成傾斜層において、具体的には、例えば基部（第１材料）側に位置する層は、第１材料や第１材料と親和性の高い材料の組成割合が大きい。そして、充填部（第２材料）側に近づくにつれて、第１材料や第１材料と親和性の高い材料の組成割合が小さくなる一方、第２材料や第２材料と親和性の高い材料の組成割合が大きくなる。そして、充填部（第２材料）側に位置する層は、第２材料や第２材料と親和性の高い材料の組成割合が大きい。

　基部が基材１である場合、基材１を構成する第１材料と、充填部２を構成する第２材料の好ましい組み合わせとして、例えば下記の組み合わせ（ｉ）～（iv）が挙げられる。

（ｉ）基材１（第１材料）が、浸炭処理を施した構造用合金鋼（Ｓ１５ＣＫ、ＳＮＣ４１５、ＳＮＣＭ４１５、ＳＣｒ４１５、ＳＣＭ４１５、ＳＭｎ４２０、ＳＭｎＣ４２０など）であり、
　充填部２（第２材料）が、Ｔｉ、Ｃｒ、ＡｌおよびＳｉよりなる群から選択される一種以上の元素の窒化物や炭窒化物である。

（ii）基材１（第１材料）が、窒化処理が施された構造用合金鋼（ＳＮＣ４１５、ＳＮＣ８３６、ＳＮＣＭ２２０、ＳＮＣＭ６３０、ＳＣｒ４１５、ＳＣｒ４４５、ＳＣＭ４１５、ＳＣＭ４４５、ＳＭｎ４２０、ＳＭｎＣ４４３など）であり、
　充填部２（第２材料）が、Ｔｉ、Ｃｒ、ＡｌおよびＳｉよりなる群から選択される一種以上の元素の窒化物もしくは炭窒化物、またはダイヤモンドライクカーボンである。

（iii）基材１（第１材料）がアルミニウム合金であり、
　充填部２（第２材料）が、Ｔｉ、Ｃｒ、ＡｌおよびＳｉよりなる群から選択される一種以上の元素の窒化物、炭化物、または炭窒化物である。

（iv）基材１（第１材料）がチタン合金であり、
　充填部２（第２材料）が、Ｔｉ、Ｃｒ、ＡｌおよびＳｉよりなる群から選択される一種以上の元素の窒化物、炭化物、もしくは炭窒化物、またはダイヤモンドライクカーボンである。

　また、基部が硬質皮膜３である場合、硬質皮膜３の下部に位置する基材１の種類、硬質皮膜３を構成する第１材料、および充填部２を構成する第２材料の好ましい組み合わせとして、例えば下記の（ｖ）～（viii）の組み合わせが挙げられる。

（ｖ）基材１が、窒化処理が施された構造用合金鋼（ＳＮＣ４１５、ＳＮＣ８３６、ＳＮＣＭ２２０、ＳＮＣＭ６３０、ＳＣｒ４１５、ＳＣｒ４４５、ＳＣＭ４１５、ＳＣＭ４４５、ＳＭｎ４２０、ＳＭｎＣ４４３など）であり、
　硬質皮膜３（第１材料）が、Ｔｉ、Ｃｒ、ＡｌおよびＳｉよりなる群から選択される一種以上の元素の窒化物であり、
　充填部２（第２材料）が、Ｔｉ、Ｃｒ、ＡｌおよびＳｉよりなる群から選択される一種以上の元素の炭化物である。

（vi）基材１が、窒化処理が施された構造用合金鋼（ＳＮＣ４１５、ＳＮＣ８３６、ＳＮＣＭ２２０、ＳＮＣＭ６３０、ＳＣｒ４１５、ＳＣｒ４４５、ＳＣＭ４１５、ＳＣＭ４４５、ＳＭｎ４２０、ＳＭｎＣ４４３など）であり、
　硬質皮膜３（第１材料）が、Ｔｉ、Ｃｒ、ＡｌおよびＳｉよりなる群から選択される一種以上の元素の炭化物であり、
　充填部２（第２材料）が、Ｔｉ、Ｃｒ、ＡｌおよびＳｉよりなる群から選択される一種以上の元素の窒化物もしくは炭窒化物、またはダイヤモンドライクカーボンである。

（vii）基材１がアルミニウム合金であり、
　硬質皮膜３（第１材料）が、Ｔｉ、Ｃｒ、ＡｌおよびＳｉよりなる群から選択される一種以上の元素の窒化物であり、
　充填部２（第２材料）がＴｉ、Ｃｒ、ＡｌおよびＳｉよりなる群から選択される一種以上の元素の炭化物、またはダイヤモンドライクカーボンである。

（viii）基材１がチタン合金であり、
　硬質皮膜３（第１材料）が、Ｔｉ、Ｃｒ、ＡｌおよびＳｉよりなる群から選択される一種以上の元素の窒化物であり、
　充填部２（第２材料）が、Ｔｉ、Ｃｒ、ＡｌおよびＳｉよりなる群から選択される一種以上の元素の炭化物、またはダイヤモンドライクカーボンである。

　上記（ｉ）～（viii）の好ましい各組み合わせにおいて、基部（第１材料）と充填部（第２材料）の密着性向上を目的に、界面層（第３材料）が更に形成されてもよい。この場合には、第３材料として、
　（Ａ－１）上記（ｉ）～（viii）の各第１材料と同じ材料、および／または、各第１材料と親和性の高い材料、および、
　（Ａ－２）上記（ｉ）～（viii）の各第２材料と同じ材料、および／または、各第２材料と親和性の高い材料、が挙げられる。また、第３材料として、上記（Ａ－１）および（Ａ－２）の材料を混合して得られる複合材料が用いられてもよい。

　また上記（ｉ）～（viii）の好ましい各組み合わせにおいて、第１形態の摺動部材よりも摩擦係数を更に低減し、耐久性を更に向上させることを目的に、界面層１０（第３材料）が更に形成されてもよい。この場合には、第３材料として、上記（ｉ）～（viii）の各第１材料および／または第２材料と、摩擦係数と硬度のうちの１以上が異なる材料が用いられてもよい。

　また、本発明は、上記第１形態に係る摺動部材の製造方法も含む。この製造方法は、以下の諸行程を含むことに特徴を有する。
（第１工程）凹部の施されていない基部（第１材料からなる基部）の一部をマスクで被覆する工程、
（第２工程）基部に対してエッチング処理を行う工程、
（第３工程）エッチング処理された基部上に、第２材料からなる皮膜を気相成長法により形成して充填部を形成する工程、
（第４工程）基部からマスクを除去する工程、および
（第５工程）基部の表面および充填部の表面が単一面となるよう研磨する工程。

　また、本発明は上記第２形態に係る摺動部材の製造方法も含む。この製造方法は、以下の諸行程を含むことに特徴を有する。
（第１工程）凹部の施されていない基部（第１材料からなる基部）の一部をマスクで被覆する工程、
（第２工程）基部に対してエッチング処理を行う工程、
（第２’工程）エッチング処理された基部上に、第３材料からなる皮膜を気相成長法により形成して界面層を形成する工程、
（第３工程）界面層上に、第２材料からなる皮膜を気相成長法により形成して充填部を形成する工程、
（第４工程）基部からマスクを除去する工程、および
（第５工程）基部の表面、充填部の表面、およびこれらの表面に挟まれた界面層の表面が単一面となるよう研磨する工程。

　以下、各工程について説明する。

　第１工程では、凹部の施されていない基部（第１材料からなる基部）の一部が、マスクで被覆される。ここで、マスクには露出領域が形成されていない。

　マスク形成前には、マスクを密着性よく基部に形成するため、基部の洗浄を行うことが好ましい。この洗浄には基部を変質させないものを選択する必要があり、例えば有機溶剤やアルカリ液などを用いて超音波洗浄をすることなどが挙げられる。尚、表面が十分に清浄であることが確認されている場合には、この洗浄工程はなくても良い。

　マスクとしては、感光性樹脂（レジスト）が用いられる。感光性樹脂（レジスト）をマスクとして基部をエッチングすることにより、凹部が形成される。感光性樹脂は光、紫外線、電子線などで露光された部位が変質する材料である。露光して変質した部位を溶液でエッチングするポジ型（positive type）の感光性樹脂と、露光して変質した部位以外をエッチングするネガ型（negative type）の感光性樹脂のいずれも使用可能である。必要なサイズ等に応じて適宜種々の感光性樹脂の選択ができる。簡便に実施できるものとしてプリント配線基板用に用いられている感光性樹脂がある。

　マスク（レジスト）の厚さは、特に限定されない。第２工程でマスク（ラミネートフィルム等）が消失することを防ぐためには、厚さは好ましくは５μｍ以上である。

　マスクは、あらかじめ規定の形状に作製したパターン作製用原版（詳細については後述する）を用い、光、紫外線、電子線などで露光することで、原版で覆われていない部分にのみ光、紫外線、電子線などで露光でき、変質させることができる。そしてアルカリ液（例えば炭酸ナトリウム水溶液等）中で洗浄することで、ネガ型、ポジ型に応じて露光によって変質したレジスト部あるいは非露光のレジスト部のみが脱落し、基部の一部が露出しかつ基部の一部がマスクで被覆された状態を形成することができる。

　前記マスクは、被覆領域および露出領域をそれぞれ複数有し、かつ該被覆領域と該露出領域とが規則的に配列された形態を有することが好ましい。この様な形態のマスクを形成することで、充填部は、例えば図５に示したように規則的に配列された摺動面を得ることができる。

　この様に、被覆領域および露出領域をそれぞれ複数有し、かつ該被覆領域と該露出領域とが規則的に配列されたマスクを形成するには、あらかじめ規則的な配列パターンに加工された原版を用いるのがよい。原版の作製にはレーザー加工、化学エッチング加工が行われるが、このような原版は一度作製すれば何度でも使い回しが出来る。したがって、基材に対して直接レーザー加工や化学エッチング加工を行うのに比べ、生産性が圧倒的に向上する。図５に例示するパターンの他、種々のパターンを採用することができるが、いずれにしても規則性のあるパターンを用いることが重要である。

　第２工程では、マスクの形成された基部に対してエッチング処理（好ましくはイオンボンバード処理）を行なうことにより、基部に凹部が形成される。

　凹部を形成する方法として、以下に示す通り、種々の方法を検討した。

　まず、凹部を形成する方法としては、各種レーザー（ファイバーレーザー、フェムト秒レーザーなど）を用いることが考えられる。しかしながら、本発明者らが検討を行ったところ、このレーザーによる方法には、深さ方向の加工制御が困難であり、加工に時間がかかるなどの問題があった。また、本発明者らは切削や研削による加工についても検討したが、摺動特性に悪影響を及ぼすバリが加工端部に発生することや、加工に時間がかかること、また、基材の材質によっては切削加工時に切削工具が損傷するなどの問題があることがわかった。さらに、本発明者らは、金属製のマスクを形成すると共に該マスク上からショットブラストを実施して凹部を形成する方法についても検討した。しかしながら、この方法にも、上記切削や研削による加工方法と同様に、摺動特性に悪影響を及ぼすバリが加工端部に発生するという問題や、深さの制御が困難であるといった問題があることがわかった。更に、本発明者らは、腐食液を用いたウェットエッチングについても検討した。しかしながら、この方法にも、凹部の深さの制御が困難であるという問題や、基部の材料の種類によっては腐食液が非マスク部以外（マスク部で通常はエッチングされない部分）に浸入して基部全体が腐食するといった問題があった。

　これらの方法に対して、本発明者らは、エッチング処理を行うこと、このエッチング処理の中でも例えば反応性ガスエッチングやイオンミリングなどのイオンビームエッチング等のドライエッチング処理を行うことによって上記問題を解決できることを見出した。さらに、本発明者らは、これらの中でも特にイオンボンバード処理を行うことによって上記問題を解決できることを見出した。

　イオンボンバード処理によれば、加工端部でのバリの発生を抑えることができ、かつ深さ方向の制御を可能とし、更には加工時間の短縮も図ることができる。このイオンボンバード処理の実施には、エッチング専用の装置が使用可能だが、その後の充填部を埋め込む工程を続けて行い時間短縮を図るには、真空成膜チャンバーの利用が有用である。

　イオンボンバード処理の具体的な方法について、以下に示す。

　例えば、反応性の少ないアルゴンガス、キセノンガス等の希ガスを用いた化学蒸着（ＣＶＤ）法によるイオンボンバード効果を利用することができる。また、酸素ガス、窒素ガスなどの反応性ガスを用いた化学蒸着（ＣＶＤ）法による反応性のイオンボンバード効果を利用することも可能である。更には、アンバランスドマグネトロンスパッタ（ＵＢＭＳ）装置で実施されているフィラメント方式により、アルゴンガスやキセノンガス等の希ガス、または酸素ガスや窒素ガス等の反応性ガスをイオン化することで、ＣＶＤ法と同様にイオンボンバード処理を行うことが可能である。イオンボンバードを用いる方法であれば上記方法に限らず有効である。

　イオンボンバード処理において加工深さの調整は、基材種に応じてガス種を選定した上で、ＣＶＤ法、フィラメント法ともに基材に印加する負のバイアス電圧値を制御することや、処理時間を制御することにより可能である。バイアス印加用の電源としては、ＤＣ電源、パルスＤＣ電源、ＲＦ電源、ハイパワーパルスＤＣ電源などいずれのタイプも使用可能であり、基材種や加工の方式に応じて適宜変更すれば良い。

　第２形態に係る摺動部材を製造する場合には、前記第２工程と、後述する第３工程（第２材料からなる皮膜を気相成長法により形成して充填部を形成する工程）と、の間に、第２’工程が入る。第２’工程は、前記エッチング処理された基部上に、第３材料からなる皮膜を気相成長法により形成することにより界面層を形成する工程である。

　第２’工程における上記気相成長法としては、充填部の種類や凹部の加工深さに応じて適宜、種々の方法が選択可能である。

　前記気相成長法として、真空成膜プロセスである物理蒸着（ＰＶＤ）法［蒸着法、スパッタ法（アンバランスドマグネトロンスパッタ法を含む）、アークイオンプレーティング（ＡＩＰ）法］や、化学蒸着（ＣＶＤ）法が挙げられる。物理蒸着法により、金属、炭素、ホウ素、それらの化合物の膜の形成は、アルゴンガス等の希ガス中またはガスレスの状態で行うことが可能である。また、窒化物や炭化物については、上記方法に加え、窒素ガス、炭化水素ガスを用いた反応性成膜も可能である。

　次に、第１形態に係る摺動部材を製造する場合の第３工程では、上記第２工程でエッチング処理された基部上に第２材料からなる皮膜を気相成長法によって形成することにより、充填部が形成される。また、第２形態に係る摺動部材を製造する場合の第３工程では、上記第２’工程で成膜された界面層上に、第２材料からなる皮膜を気相成長法によって形成することにより、充填部が形成される。

　上記気相成長法として、充填部の種類や凹部の加工深さに応じて、適宜、種々の方法が選択可能である。

　気相成長法として、真空成膜プロセスである物理蒸着（ＰＶＤ）法［蒸着法、スパッタ法（アンバランスドマグネトロンスパッタ法を含む）、アークイオンプレーティング（ＡＩＰ）法］や、化学蒸着（ＣＶＤ）法が挙げられる。物理蒸着法では、金属、炭素、ホウ素、それらの化合物の膜の形成は、アルゴンガス等の希ガス中あるいはガスレスの状態で行うことが可能である。また、窒化物や炭化物については、上記方法に加え、窒素ガス、炭化水素ガスを用いた反応性成膜も可能である。

　第４工程では、第３工程で凹部に第２材料が埋め込まれた基部（第２形態については、第３材料および第２材料が埋め込まれた基部）から、マスクが除去される。

　マスク除去液はレジストの種類に応じて選択することができる。例えば水酸化ナトリウム溶液や有機溶剤（例えば、アセトンなど）中で超音波洗浄することによれば、容易な剥離が可能である。尚、第２工程および第３工程で高温に曝されることによりマスクが一部変質し、硬質皮膜または基材とマスクとが反応することでマスクの密着が高まり、前記超音波洗浄で一部マスク材料が残存する場合がある。しかしながら、この場合でも、次の研磨工程でマスク材料は容易に消失するため、問題はない。

　第５工程では、基部の表面と充填部の表面が単一面となるように研磨される。なお、第２形態に係る摺動部材については、基部の表面、充填部の表面、およびこれらの表面に挟まれた界面層の表面が単一面となるよう研磨される。

　このように研磨することで、基材と充填部の両方の特性を損なうことのない摺動面が形成される。基部よりも充填部の方が極端に高い場合、摺動時に悪影響を及ぼす場合がある。研磨の前には、エアロラップ装置によって充填部のコンタミネーション等（成膜時の異常放電によって形成されたマクロパーティクルなど）を取り除くことが望ましい。また、研磨としては、サンドペーパーによる研磨、タイヤモンドペーストを用いたバフ研磨、ダイヤモンドを埋め込んだ研磨紙による研磨など、基部と充填部の材種に応じて適宜、種々の研磨が可能である。単一面であることを確認するためには、表面粗さ計などを用いて計測された充填部と基部との界面の状態を計測すればよく、基部と充填部の段差が±０．５μｍの範囲内にあればよい。

　基部が基材１である場合の、第１形態に係る摺動部材の製造工程を、図６（ａ）～（ｈ）を参照しながら説明する。尚、各工程の詳細については上述した通りであり、以下では説明を省略する。基部が硬質皮膜である場合も同じであり、第２形態に係る摺動部材についても同じである。

　（第１工程）凹部の施されていない基材１（図６（ａ））に対し、まず、マスク４（レジスト、露出領域の形成されていないマスク）が形成される（図６（ｂ））。そして原版５を介して露光処理が行なわれる（図６（ｃ））。尚、図６（ｃ）中、この露光処理は矢印で示されている。図６（ｄ）は、前記露光後、露光した部分をアルカリ液等で洗浄して除去することによりマスク４が形成された状態を示している。

　（第２工程）基材１に対してエッチング処理を行う（図６（ｅ））ことにより、基材１の表面のうち、マスキングされていない部分が削られて、凹部が形成される（図６（ｆ））。尚、図６（ｅ）中、このエッチング処理は矢印で示されている。

　（第３工程）上記エッチング処理された基材１上に、第２材料からなる皮膜を上述した方法により形成して凹部を第２材料で充填することにより、充填部２が形成される（図６（ｇ））。尚、図６（ｇ）中、この成膜処理は矢印で示されている。

　（第４、第５工程）基材１からマスク４（およびこのマスク４上の第２材料）を上述の方法で除去した後、基材１の表面と充填部２の表面が単一面となるように研磨される（図６（ｈ））。

　基部が硬質皮膜３である場合の、第１形態に係る摺動部材の製造工程を、図７（ａ）～（ｈ）を参照しながら説明する。

　（第１工程）凹部の施されていない硬質皮膜３（図７（ａ））に対し、まず、マスク４（レジスト、露出領域の形成されていないマスク）が形成される（図７（ｂ））。そして原版５を介して露光処理が行なわれる（図７（ｃ））。尚、図７（ｃ）中、この露光処理は矢印で示されている。図７（ｄ）は、前記露光後、露光した部分をアルカリ液等で洗浄して除去することによりマスク４が形成された状態を示している。

　尚、基材（または下地層）上に硬質皮膜を形成する方法は、特に限定されず、溶射、めっき、各種気相成長法を採用することができる。硬質膜が得られやすいという点では、真空成膜プロセスである物理蒸着（ＰＶＤ）法［蒸着法、スパッタ法（アンバランスドマグネトロンスパッタ法も含む）、アークイオンプレーティング（ＡＩＰ）法］や、化学蒸着（ＣＶＤ）法が適している。硬質皮膜の厚さは、上述した通り０．１μｍ以上５０μｍ以下の範囲内であることが好ましい。

　また、図７（ａ）に示す通り、基材１と硬質皮膜３との間に下地層９を形成する場合、その形成方法は特に限定されず、溶射、めっき、各種気相成長法を採用することができる。硬質膜が得られやすいという点では、真空成膜プロセスである物理蒸着（ＰＶＤ）法［蒸着法、スパッタ法（アンバランスドマグネトロンスパッタ法も含む）、アークイオンプレーティング（ＡＩＰ）法］や、化学蒸着（ＣＶＤ）法が適している。

　（第２工程）硬質皮膜３に対してエッチング処理を行う（図７（ｅ））ことにより、硬質皮膜３の表面のうち、マスキングされていない部分が削られて、凹部が形成される（図７（ｆ））。尚、図７（ｆ）中、このエッチング処理は矢印で示されている。

　（第３工程）上記エッチング処理された硬質皮膜３上に、第２材料からなる皮膜を上述した方法により形成して凹部を第２材料で充填することにより、充填部２が形成される（図７（ｇ））。尚、図７（ｇ）中、この成膜処理は矢印で示されている。

　（第４、第５工程）硬質皮膜３からマスク４（およびこのマスク４上の第２材料）を上述の方法で除去した後、硬質皮膜３の表面と充填部２の表面が単一面となるように研磨される（図７（ｈ））。

　基部が基材１である場合の、第２形態に係る摺動部材の製造工程を、図８（ａ）～（ｉ）を参照しながら説明する。

　（第１工程）凹部の施されていない基材１（図８（ａ））に対し、まず、マスク４（レジスト、露出領域の形成されていないマスク）が形成される（図８（ｂ））。そして原版５を介して露光処理が行なわれる（図８（ｃ））。尚、図８（ｃ）中、この露光処理は矢印で示されている。図８（ｄ）は、露光後、露光した部分をアルカリ液等で洗浄して除去することによりマスク４が形成された状態を示している。

　（第２工程）前記基材１に対してエッチング処理を行う（図８（ｅ））ことにより、基材１の表面のうち、マスキングされていない部分が削られて凹部が形成される（図８（ｆ））。尚、図８（ｅ）中、このエッチング処理は矢印で示されている。

　（第２’工程）前記エッチング処理された基材１上に、前記第３材料からなる皮膜を上述した方法（気相成長法）によって形成することにより、界面層１０が形成される（図８（ｇ））。尚、図８（ｇ）中、この成膜処理は矢印で示されている。

　（第３工程）第２’工程で成膜された界面層（第３材料からなる皮膜）１０上に、上述した方法（気相成長法）により第２材料からなる皮膜を形成して凹部を第２材料で充填することにより、充填部２が形成される（図８（ｈ））。尚、図８（ｈ）中、この成膜処理は矢印で示されている。

　（第４、第５工程）基材１からマスク４（および、このマスク４上の第３材料と第２材料）が上述の方法で除去される。次いで、基材１の表面、充填部２の表面、およびこれらの表面に挟まれた界面層１０の表面が単一面となるように研磨される（図８（ｉ））。

　基部が硬質皮膜３である場合の、第２形態に係る摺動部材の製造工程を、図９（ａ）～（ｉ）を参照しながら説明する。

　（第１工程）凹部の施されていない硬質皮膜３（図９（ａ））に対し、まず、マスク４（レジスト、露出領域の形成されていないマスク）が形成される（図９（ｂ））。そして原版５を介して露光処理が行なわれる（図９（ｃ））。尚、図９（ｃ）中、この露光処理は矢印で示されている。図９（ｄ）は、前記露光後、露光された部分がアルカリ液等による洗浄で除去されて、マスク４が形成された状態を示している。

　尚、基材１（または下地層９）上に硬質皮膜３を形成する方法は、特に限定されず、溶射、めっき、各種気相成長法を採用することができる。硬質膜が得られやすいという点では、真空成膜プロセスである物理蒸着（ＰＶＤ）法や、化学蒸着（ＣＶＤ）法が適している。物理蒸着（ＰＶＤ）法としては、蒸着法、アンバランスドマグネトロンスパッタ法も含むスパッタ法や、アークイオンプレーティング（ＡＩＰ）法が挙げられる。硬質皮膜３の厚さは、上述した通り０．１μｍ以上５０μｍ以下の範囲内であることが好ましい。

　また、図９（ａ）に示す通り、基材１と硬質皮膜３との間に下地層９を形成する場合、その形成方法は特に限定されず、溶射、めっき、各種気相成長法を採用することができる。硬質膜が得られやすいという点では、真空成膜プロセスである物理蒸着（ＰＶＤ）法や、化学蒸着（ＣＶＤ）法が適している。物理蒸着（ＰＶＤ）法としては、蒸着法、アンバランスドマグネトロンスパッタ法も含むスパッタ法や、アークイオンプレーティング（ＡＩＰ）法が挙げられる。

　（第２工程）前記硬質皮膜３に対してエッチング処理を行う（図９（ｅ））ことにより、硬質皮膜３の表面のうち、マスキングされていない部分が削られて凹部が形成される（図９（ｆ））。尚、図９（ｅ）中、このエッチング処理は矢印で示されている。

　（第２’工程）前記エッチング処理された硬質皮膜３上に、前記第３材料からなる皮膜１０を上述した方法（気相成長法）により形成することにより、界面層１０が形成される（図９（ｇ））。尚、図９（ｇ）中、この成膜処理は矢印で示されている。

　（第３工程）前記第２’工程で形成された界面層（第３材料からなる皮膜）１０上に、上述した方法（気相成長法）によって前記第２材料からなる皮膜を形成して凹部を第２材料で充填することにより、充填部２が形成される（図９（ｈ））。尚、図９（ｈ）中、この成膜処理は矢印で示されている。

　（第４、第５工程）上述の方法により、前記硬質皮膜３からマスク４（および、このマスク４上の第３材料ならびに第２材料）が除去される。次いで前記硬質皮膜３の表面、前記充填部２の表面、およびこれらの表面に挟まれた界面層１０の表面が単一面となるように、これらが研磨される（図９（ｉ））。

　本発明における「摺動部材」は、回転や往復運動によって相手材と接触する部材を意味する。このような部材は、ドライ環境、各種潤滑環境（油、水等）で用いられるもの全てを含み、例えば自動車、二輪車、建設機械、産業用ロボット等で使用される、駆動系や内燃機関、油圧機器、水圧機器の内部の各種摺動部材を指す。部品名としては、ピストンリング、ピストンピン、カム、シムや各種ギア、ベアリングなど、回転や往復運動によって相手材と接触する部材が例に挙げられる。

　摺動環境は、潤滑媒体（湯、水、油など）が存在する環境でも、ガス（窒素、アルゴン、酸素、水素）環境でも、真空環境でも、ドライ（大気）環境でもよい。本発明の摺動部材は、いずれの環境でも使用することができる。

　本発明の摺動部品の相手材は、例えば超硬合金、ステンレス鋼や、純チタン、チタン合金、純アルミニウム、アルミニウム合金、純銅、銅合金、マグネシウム、超硬合金等の純金属または合金、セラミックス材料(各種炭化物、窒化物、ホウ化物やこれらを複合したセラミックス材料)、炭素系材料（グラファイト、ダイヤモンドライクカーボン、ダイヤモンドなど）であっても良い。また、本発明の摺動部品の相手材は、本発明と同様の構造を持つ摺動部材であっても良い。

[規則91に基づく訂正 09.03.2012]　
　以上、本発明の実施形態および実施例について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々に変更して実施することが可能である。本出願は２０１１年２月１５日出願の日本特許出願（特願２０１１－０２９５７０）および２０１１年１１月２２日出願の日本特許出願（特願２０１１－２５５２７０）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

　１　基材
　２　充填部
　３　硬質皮膜
　４　マスク
　５　原版
　９　下地層
　１０　界面層

Claims

　第１材料からなり複数の凹部が規則的に配列された基部と、
　上記凹部を充填する第２材料からなる充填部と、を有する摺動面を備える摺動部材であって、
　前記第１材料は、金属材料、セラミックス材料、および炭素系材料よりなる群から選択される１種を含み、
　前記第２材料は、金属材料、セラミックス材料、および炭素系材料よりなる群から選択される１種以上を含み、
　前記第１材料と前記第２材料とは、摩擦係数および硬度のうちの１以上が異なり、
　前記基部の表面および前記充填部の表面が単一面を形成していることを特徴とする摺動部材。
　第１材料からなり複数の凹部が規則的に配列された基部と、
　上記凹部を充填する第２材料からなる充填部と、
　前記基部と前記充填部との間の、第３材料からなる界面層と、を有する摺動面を備える摺動部材であって、
　前記第１材料は、金属材料、セラミックス材料、および炭素系材料よりなる群から選択される１種を含み、
　前記第２材料は、金属材料、セラミックス材料、および炭素系材料よりなる群から選択される１種以上を含み、
　前記第３材料は、金属材料、セラミックス材料、および炭素系材料よりなる群から選択される１種以上を含み、
　前記第１材料と前記第２材料とは、摩擦係数および硬度のうちの１以上が異なり、
　前記第３材料は、前記第１材料および前記第２材料の少なくともいずれかと親和性が高く、
　前記基部の表面、前記充填部の表面、およびこれらの表面により挟まれた前記界面層の表面が、単一面を形成していることを特徴とする摺動部材。
　第１材料からなり複数の凹部が規則的に配列された基部と、
　上記凹部を充填する第２材料からなる充填部と、
　前記基部と前記充填部との間の、第３材料からなる界面層と、を有する摺動面を備える摺動部材であって、
　前記第１材料は、金属材料、セラミックス材料、および炭素系材料よりなる群から選択される１種を含み、
　前記第２材料は、金属材料、セラミックス材料、および炭素系材料よりなる群から選択される１種以上を含み、
　前記第３材料は、金属材料、セラミックス材料、および炭素系材料よりなる群から選択される１種以上を含み、
　前記第１材料と前記第２材料とは、摩擦係数および硬度のうちの１以上が異なり、
　前記第３材料は、前記第１材料および前記第２材料の少なくともいずれかと、摩擦係数と硬度のうちの１以上が異なり、
　前記基部の表面、前記充填部の表面、およびこれらの表面により挟まれた前記界面層の表面が、単一面を形成していることを特徴とする摺動部材。
　前記基部が基材である請求項１～３のいずれか１項に記載の摺動部材。
　前記基部が硬質皮膜である請求項１～３のいずれか１項に記載の摺動部材。
　前記摺動面に占める前記充填部の面積率が０．０５％以上５５％以下である請求項１～３のいずれか１項に記載の摺動部材。
　前記複数の凹部は複数の穴を含み、
　１つの前記穴の開口面積は０．５μｍ^２以上４ｍｍ^２以下である請求項１～３のいずれか１項に記載の摺動部材。
　前記複数の凹部が複数の溝を含み、
　１つの前記溝の幅が０．８μｍ以上２ｍｍ以下である請求項１～３のいずれか１項に記載の摺動部材。
　前記凹部の最大深さが０．０５μｍ以上５．０μｍ以下である請求項１～３のいずれか１項に記載の摺動部材。
　請求項１に記載の摺動部材の製造方法であって、
　凹部の施されていない基部の一部をマスクで被覆する工程と、
　前記基部に対してエッチング処理を行う工程と、
　エッチング処理された基部上に、前記第２材料からなる皮膜を気相成長法により形成して充填部を形成する工程と、
　前記基部からマスクを除去する工程と、
　前記基部の表面および前記充填部の表面が単一面となるよう研磨する工程と、を含むことを特徴とする摺動部材の製造方法。
　請求項２に記載の摺動部材の製造方法であって、
　凹部の施されていない基部の一部をマスクで被覆する工程と、
　前記基部に対してエッチング処理を行う工程と、
　エッチング処理された基部上に、前記第３材料からなる皮膜を気相成長法により形成して界面層を形成する工程と、
　前記界面層上に、前記第２材料からなる皮膜を気相成長法により形成して充填部を形成する工程と、
　前記基部からマスクを除去する工程と、
　前記基部の表面、前記充填部の表面、およびこれらの表面により挟まれた前記界面層の表面が単一面となるよう研磨する工程と、を含むことを特徴とする摺動部材の製造方法。
　請求項３に記載の摺動部材の製造方法であって、
　凹部の施されていない基部の一部をマスクで被覆する工程と、
　前記基部に対してエッチング処理を行う工程と、
　エッチング処理された基部上に、前記第３材料からなる皮膜を気相成長法により成膜して界面層を形成する工程と、
　前記界面層上に、前記第２材料からなる皮膜を気相成長法により成膜して充填部を形成する工程と、
　前記基部からマスクを除去する工程と、
　前記基部の表面、前記充填部の表面、およびこれらの表面により挟まれた前記界面層の表面が単一面となるよう研磨する工程と、を含むことを特徴とする摺動部材の製造方法。
　前記エッチング処理がイオンボンバード処理である請求項１０～１２のいずれか１項に記載の摺動部材の製造方法。
　前記基部が基材である請求項１０～１２のいずれか１項に記載の摺動部材の製造方法。
　前記基部が硬質皮膜である請求項１０～１２のいずれか１項に記載の摺動部材の製造方法。
　前記マスクが、複数の被覆領域および複数の露出領域を有し、
　前記複数の被覆領域および前記複数の露出領域が規則的に配列されている請求項１０～１２のいずれか１項に記載の摺動部材の製造方法。