JP6736018B2 - 低摩擦被膜製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、低摩擦被膜を製造するための低摩擦被膜製造方法、および非晶質炭素系膜に対し摺動面を摺動させる摺動方法に関する。

摺動システムの摩擦低減を図るために、摺動部材の摺動面に固体潤滑膜を配置することが提案されている。このような固体潤滑膜として、たとえばＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）膜が知られており、下記特許文献１には、ＤＬＣ膜を含む摺動面に、含酸素有機化合物や脂肪族アミン系化合物を含む低摩擦剤組成物を供給する低摩擦摺動機構が記載されている。

また、下記特許文献２には、第１の摺動表面を有する第１の部材と、第２の摺動表面を有する第２の部材とを含む低摩擦潤滑アセンブリが記載されている。第１の摺動表面は、Ｏ−Ｈ基との化学親和力を有している。第２の摺動表面は、Ｏ−Ｈ末端摺動表面を有している。第１および第２の摺動表面の間に含酸素化合物（液体潤滑剤）が供給されることにより、第１および第２の摺動表面の間に水素を末端とするトライボフィルムが形成される。

特開２００５−９８４９５号公報 特開２０１２−９２３５１号公報

特許文献１に記載の低摩擦摺動機構および特許文献２に記載の低摩擦潤滑アセンブリでは、それぞれ、摺動部の摩擦係数の低減が図られている。
しかしながら、特許文献１および特許文献２では、摺動表面上に液体潤滑剤が供給された状態（流体潤滑）で摺動が行われている。すなわち、特許文献１および特許文献２は、液体潤滑剤等の潤滑剤を別途使用しない（ドライ潤滑）条件での低摩擦化を提供できていない。

摺動面（摺動部）の摩擦係数を、潤滑剤を別途用いることなく低減させることが求められている。さらに、摩擦係数が低い状態が、摺動面で安定的に生じることも望まれている。
そこで、本発明の目的は、低い摩擦係数を安定的に発揮する低摩擦被膜を製造するための低摩擦被膜製造方法を提供することである。

前記の目的を達成するための請求項１の発明は、低摩擦被膜（５）を製造する方法であって、水素雰囲気環境下で水素分子を解離吸着し、活性水素（Ｈ ^＋ ）を発生する触媒性を有する金属またはセラミックスを用いて形成された摺動面（６）と、炭化水素分子を主成分として含む非晶質炭素系膜（９）を含む被摺動面（７）とが配置される空間（１０）を、水酸基含有化合物と水素とを含むガス雰囲気に置換する置換工程と、前記空間が、水酸基含有化合物と水素とを含む前記ガス雰囲気とされている状態で、前記摺動面を前記被摺動面に対し、１．０ＧＰａ以上のヘルツ接触応力で相対摺動させる摺動工程とを含み、前記摺動工程によって、前記摺動面に前記低摩擦被膜を形成する、低摩擦被膜製造方法製造方法を提供する。

なお、括弧内の数字等は、後述する実施形態における対応構成要素等を表すが、このことは、むろん、本発明がそれらの実施形態に限定されるべきことを意味するものではない。以下、この項において同じ。
請求項２に記載の発明は、前記ガス雰囲気は、さらに炭化水素系物質を含む、請求項１に記載の低摩擦被膜製造方法である。

請求項３に記載の発明は、前記水酸基含有化合物および前記炭化水素系物質は、アルコールを含む、請求項２に記載の低摩擦被膜製造方法である。
請求項４に記載の発明は、前記アルコールは、メタノール（ＣＨ_３ＯＨ）を含む、請求項３に記載の低摩擦被膜製造方法である。
請求項５に記載の発明は、前記水酸基含有化合物は、水をさらに含み、前記液体のメタノールおよび前記液体の水に対する当該液体のメタノールの体積％濃度が、６％〜１５％である水溶液から発生する気体のメタノールと気体の水蒸気とを含む、請求項４に記載の低摩擦被膜製造方法である。なお、「前記液体のメタノールおよび前記液体の水に対する当該液体のメタノールの体積％濃度」とは、混合する前の液体のメタノール単体の体積と、混合する前の液体の水単体の体積と、を合計した値に対する混合する前の液体のメタノール単体の体積を示す。同様に、「前記液体のエタノールおよび前記液体の水に対する当該液体のエタノールの体積％濃度」とは、混合する前の液体のエタノール単体の体積と、混合する前の液体の水単体の体積と、を合計した値に対する混合する前の液体のエタノール単体の体積を示す。同様に、「前記液体のアルコールおよび前記液体の水に対する当該液体のアルコールの体積％濃度」とは、混合する前の液体のアルコール単体の体積と、混合する前の液体の水単体の体積と、を合計した値に対する混合する前の液体のアルコール単体の体積を示す。同様に、「前記液体の１−プロパノールおよび前記液体の水に対する当該液体の１−プロパノールの体積％濃度」とは、混合する前の液体の１−プロパノール単体の体積と、混合する前の液体の水単体の体積と、を合計した値に対する混合する前の液体の１−プロパノール単体の体積を示す。同様に、「前記液体の２−プロパノールおよび前記液体の水に対する当該液体の２−プロパノールの体積％濃度」とは、混合する前の液体の２−プロパノール単体の体積と、混合する前の液体の水単体の体積と、を合計した値に対する混合する前の液体の２−プロパノール単体の体積を示す。

請求項６に記載の発明は、前記アルコールは、エタノール（Ｃ_２Ｈ_５ＯＨ）を含む、請求項３に記載の低摩擦被膜製造方法である。
請求項７に記載の発明は、前記水酸基含有化合物は、水をさらに含み、前記液体のエタノールおよび前記液体の水に対する当該液体のエタノールの体積％濃度が、６％〜３０％である水溶液から発生する気体のエタノールと気体の水蒸気とを含む、請求項６に記載の低摩擦被膜製造方法である。

請求項８に記載の発明は、前記液体のエタノールおよび前記液体の水に対するエタノールの体積％濃度が、１５％〜２５％である水溶液から発生する気体のエタノールと気体の水蒸気とを含む、請求項７に記載の低摩擦被膜製造方法である。
請求項９に記載の発明は、前記アルコールは、１−プロパノール（ＣＨ_３ＣＨ_２ＣＨ_２ＯＨ）を含む、請求項３に記載の低摩擦被膜製造方法である。

請求項１０に記載の発明は、前記アルコールは、２−プロパノール（ＣＨ_３ＣＨ（ＯＨ）ＣＨ_３）を含む、請求項３に記載の低摩擦被膜製造方法である。
請求項１１は、前記水酸基含有化合物は、前記アルコールを１００％の割合で含む溶液から発生する気体のアルコールである、請求項３，４，６，９，１０のいずれか一項に記載の低摩擦被膜製造方法である。

請求項１２は、前記水酸基含有化合物は、水を含む、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の低摩擦被膜製造方法である。
請求項１３に記載の発明は、前記ヘルツ接触応力は、１．３ＧＰａ〜２．４ＧＰａである、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の低摩擦被膜製造方法である。
請求項１４に記載の発明は、前記非晶質炭素系膜が、短鎖ポリアセチレン系分子を主成分として含む、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の低摩擦被膜製造方法である。

請求項１５に記載の発明は、前記非晶質炭素系膜は、炭化水素系ガスの雰囲気環境下で、バイアス電圧を印加しながらイオン化蒸着法により形成された被膜を含む、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の低摩擦被膜製造方法である。
請求項１６に記載の発明は、前記非晶質炭素系膜は、炭化水素系ガスの雰囲気環境下で、高バイアス電圧を印加しながらイオン化蒸着法により形成された被膜を含み、前記非晶質炭素系膜には、水素および酸素の少なくとも一方が添加されている、請求項１５に記載の低摩擦被膜製造方法である。

請求項１７に記載の発明は、前記摺動部材は、ＺｒＯ_２を用いて形成されている、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の低摩擦被膜製造方法である。
請求項１８に記載の発明は、前記空間に前記水酸基含有化合物を供給する供給工程と、前記摺動工程の開始後、前記水酸基含有化合物の前記空間への供給を停止する供給停止工程とを含む、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の低摩擦被膜製造方法である。

請求項１９に記載の発明は、前記摺動工程に並行して、前記空間に前記水酸基含有化合物を供給する供給状態と、当該空間に前記水酸基含有化合物の供給を停止する供給停止状態とを交互に繰り返す工程をさらに含む、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の低摩擦被膜製造方法である。

請求項２０に記載の発明は、前記水酸基含有化合物は、水をさらに含み、前記メタノールは気体状態で第１のキャリアガスによって流動し、前記水は気体状態で第２のキャリアガスによって流動し、前記気体のメタノールを含んだ第１のキャリアガスの流量と、前記気体の水を含んだ第２のキャリアガスの流量と、の合計に対する前記気体のメタノールを含んだ第１のキャリアガスの流量の比が、６％〜１５％である、請求項４に記載の低摩擦被膜製造方法である。

請求項２１に記載の発明は、前記水酸基含有化合物は、水をさらに含み、前記エタノールは気体状態で第１のキャリアガスによって流動し、前記水は気体状態で第２のキャリアガスによって流動し、前記気体のエタノールを含んだ第１のキャリアガスの流量と、前記気体の水を含んだ第２のキャリアガスの流量と、の合計に対する前記気体のエタノールを含んだ第１のキャリアガスの流量の比が、６％〜３０％である、請求項６に記載の低摩擦被膜製造方法である。

請求項２２に記載の発明は、前記気体のエタノールを含んだ第１のキャリアガスの流量と、前記気体の水を含んだ第２のキャリアガスの流量と、の合計に対する前記気体のエタノールを含んだ第１のキャリアガスの流量の比が、１５％〜２５％である、請求項２１に記載の低摩擦被膜製造方法である。
請求項２３に記載の発明は、前記炭化水素系物質が、エチレンを含む、請求項２に記載の低摩擦被膜製造方法である。

本発明によれば、水酸基含有化合物と水素および窒素の少なくとも一方とを含む雰囲気環境下で、金属またはセラミックスを用いて形成された摺動面を被摺動面に対し、１．０ＧＰａ以上のヘルツ接触応力で摺動させる。これにより、低い摩擦係数を安定的に発揮する低摩擦被膜を摺動面に形成することができる。換言すると、摩擦係数の低い状態での摺動を安定的に実現できる。

本発明の一実施形態に係る低摩擦被膜製造方法により得られる摺動システムの要部を拡大して示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る低摩擦被膜製造方法が実施される膜製造装置の構成を模式的に示す図である。 摺動部材と被摺動部材との摺動動作を示す断面図である。 第１の摩擦試験機の構成を示す模式的な断面図である。 第１〜第１３の摩擦試験の計測対象のプレート試験片について説明するための図である。 第１の摩擦試験における、負荷荷重と、摩擦係数の計測値との関係を示すグラフである。 第２の摩擦試験における、負荷荷重と、摩擦係数の計測値との関係を示すグラフである。 第３の摩擦試験における、負荷荷重と、摩擦係数の計測値との関係を示すグラフである。 第４の摩擦試験における、負荷荷重と、摩擦係数の計測値との関係を示すグラフである。 第５の摩擦試験における、負荷荷重と、摩擦係数の計測値との関係を示すグラフである。 第６の摩擦試験における、負荷荷重と、摩擦係数の計測値との関係を示すグラフである。 第７の摩擦試験における、負荷荷重と、摩擦係数の計測値との関係を示すグラフである。 第８の摩擦試験における、負荷荷重と、摩擦係数の計測値との関係を示すグラフである。 第９の摩擦試験における、負荷荷重と、摩擦係数の計測値との関係を示すグラフである。 第１０の摩擦試験における、負荷荷重と、摩擦係数の計測値との関係を示すグラフである。 第１１の摩擦試験における、負荷荷重と、摩擦係数の計測値との関係を示すグラフである。 第１２の摩擦試験における、負荷荷重と、摩擦係数の計測値との関係を示すグラフである。 第１３の摩擦試験における、負荷荷重と、摩擦係数の計測値との関係を示すグラフである。 第１０の摩擦試験の終了後における、ピン試験片の外表面およびプレート試験片のＰＬＣ膜表面の光学顕微鏡写真の画像図である。 第１１の摩擦試験の終了後における、ピン試験片の外表面およびプレート試験片のＰＬＣ膜表面の光学顕微鏡写真の画像図である。 第１２の摩擦試験の終了後における、ピン試験片の外表面およびプレート試験片のＰＬＣ膜表面の光学顕微鏡写真の画像図である。 第１３の摩擦試験の終了後における、ピン試験片の外表面およびプレート試験片のＰＬＣ膜表面の光学顕微鏡写真の画像図である。 第２の摩擦試験機の構成を示す模式的な断面図である。 第１４〜第２０の摩擦試験の計測対象のプレート試験片の上層について説明するための図である。 第１４の摩擦試験の試験条件を説明するための図である。 第１４の摩擦試験における、負荷荷重と、摩擦係数の計測値との関係を示すグラフである。 第１５および第１６の摩擦試験の試験条件を説明するための図である。 第１５の摩擦試験における、負荷荷重と、摩擦係数の計測値との関係を示すグラフである。 第１６の摩擦試験における、負荷荷重と、摩擦係数の計測値との関係を示すグラフである。 第１７の摩擦試験の試験条件を説明するための図である。 第１７の摩擦試験における、負荷荷重と、摩擦係数の計測値との関係を示すグラフである。 第１８、第１９および第２０の摩擦試験の試験条件を説明するための図である。 第１８の摩擦試験における、負荷荷重と、摩擦係数の計測値との関係を示すグラフである。 第１９の摩擦試験における、負荷荷重と、摩擦係数の計測値との関係を示すグラフである。 第２０の摩擦試験における、負荷荷重と、摩擦係数の計測値との関係を示すグラフである。

以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る低摩擦被膜製造方法により得られる摺動システム１の要部を拡大して示す断面図である。摺動システム１は、摺動部材２と、摺動部材２にとって相手材である被摺動部材３を含む。摺動部材２は、被摺動部材３に対し、相対摺動可能に設けられている。摺動部材２および被摺動部材３は、被摺動部材３が静止している状態で摺動部材２だけを摺動（移動）させるものであってもよいし、摺動部材２が静止している状態で被摺動部材３だけを摺動（移動）させるものであってもよいし、摺動部材２および被摺動部材３の双方を移動させることにより、被摺動部材３に対し摺動部材２を相対摺動させるものであってもよい。

摺動部材２は、表面（図１の下面）を有する第１の基材４と、第１の基材４の表面の少なくとも一部を被覆する低摩擦被膜５とを含む。第１の基材４は、酸化物セラミックス（セラミックス）または金属を用いて形成されている。酸化物セラミックスは、たとえばＺｒＯ_２（より具体的には、イットリウム安定化ジルコニア（ＹＳＺ））を含む。ＺｒＯ_２は、加熱処理されていてもよいし、加熱処理されていなくてもよい。金属は、たとえば、パラジウム（Ｐｄ）またはＳＵＪ２（高炭素クロム軸受鋼鋼材）の少なくとも一つを含む。これら酸化物セラミックスおよび金属は、水素雰囲気環境下で水素分子を解離吸着し、活性水素（Ｈ^＋）を発生する触媒性を有している。

低摩擦被膜５は、非晶質炭化水素系膜である。低摩擦被膜５は、脂肪族炭化水素基（たとえばアルキル基）と、カルボニル基（−Ｃ（＝Ｏ）−）と、芳香族系成分（Ｃ_７Ｈ_７ ^＋）と、縮合環系成分（Ｃ_９Ｈ_７ ^＋）とを含む。この脂肪族炭化水素基は、赤外吸収スペクトル（顕微透過法）において２９００ｃｍ^−１〜３０００ｃｍ^−１の領域にピークを示す。カルボニル基は、赤外吸収スペクトル（顕微透過法）において１６５０ｃｍ^−１〜１８００ｃｍ^−１の領域にピークを示す。芳香族系成分（Ｃ_７Ｈ_７ ^＋）は、ＴＯＦ−ＳＩＭＳ（飛行時間二次イオン質量分析法）により得られる正イオンスペクトルにおいて質量９１．１にピークを示す。縮合環系成分（Ｃ_９Ｈ_７ ^＋）は、ＴＯＦ−ＳＩＭＳにより得られる正イオンスペクトルにおいて質量１１５．２にピークを示す。低摩擦被膜５は、被摺動部材３の被摺動面７に摺接する摺動面６として機能する。

低摩擦被膜５の膜厚（平均厚さ）は、２ｎｍ〜１０００ｎｍである。より好ましくは、２ｎｍ〜５００ｎｍである。
被摺動部材３は、表面（図１の上面）を有する第２の基材８と、第２の基材８の表面の少なくとも一部を被覆するＰＬＣ（Ｐｏｌｙｍｅｒ−Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）膜（非晶質炭素系膜）９とを含む。第２の基材８は、たとえば、工具鋼、炭素鋼、ステンレス鋼、クロムモリブデン鋼、高炭素クロム軸受鋼などの鋼材を用いて形成されている。

ＰＬＣ膜９は、非晶質炭素系膜であり、短鎖ポリアセチレン系分子を主成分として含む。ＰＬＣ膜９は、炭化水素系ガス（たとえばトルエン(toluene、Ｃ_７Ｈ_８)）の雰囲気環境下で、低バイアス電圧または高バイアス電圧を印加しながら、イオン化蒸着法により形成された被膜である。ＰＬＣ膜９のヤング率は、２００ＧＰａ〜２５０ＧＰａである。ＰＬＣ膜９の最表面は、赤外吸収スペクトル（顕微透過法）において３０００ｃｍ^−１〜４０００ｃｍ^−１の領域にピークを示している。高バイアス電圧を印加しながら非晶質炭素系膜を作製する場合、当該非晶質炭素系膜には、水素および酸素の少なくとも一方が添加されていてもよい。ＰＬＣ膜９は、摺動部材２の摺動面６に摺接する被摺動面７として機能する。摺動面６および被摺動面７は、図１に示すような平坦平面であってもよいし、球面やその他の曲面であってもよい。

摺動面６および被摺動面７の摺動界面（すなわち、低摩擦被膜５とＰＬＣ膜９との間）には、液体潤滑剤等の潤滑剤は供給されていない。すなわち、摺動システム１は、無潤滑条件下で摺動動作が行われる。
摺動システム１として、軸受、シール、フライホイール、はさみ、プランジャポンプ、人工関節等を例示できる。また、軸受として、玉軸受、円錐ころ軸受をはじめとするころ軸受、セパレータ付軸受、すべり軸受等を例示できる。

摺動システム１として玉軸受を採用する場合には、ＰＬＣ膜９が配置される被摺動面７が保持器の内面を含み、摺動面６は、酸化物セラミックス（ＺｒＯ_２等）や金属（ＳＵＪ２、パラジウム等）製のボールの外表面を含んでいてもよい。また、保持器の外径を外輪の内周で案内する外輪案内方式の玉軸受や、保持器の内径を内輪の外周で案内する内輪案内方式の玉軸受を採用する場合には、ＰＬＣ膜９が配置される被摺動面７が保持器の被案内面を含み、摺動面６は、保持器を案内する、酸化物セラミックス（ＺｒＯ_２等）や金属（ＳＵＪ２、パラジウム等）製の内外輪の案内面を含んでいてもよい。

摺動システム１として円錐ころ軸受を採用する場合には、ＰＬＣ膜９が配置される被摺動面７がつばの端面を含み、摺動面６がころの外周面を含んでいてもよい。また、ＰＬＣ膜９が配置される被摺動面７がころの外周面を含み、摺動面６が、酸化物セラミックス（ＺｒＯ_２等）や金属（ＳＵＪ２、パラジウム等）製のつばの端面を含んでいてもよい。
摺動システム１としてセパレータ付軸受を採用する場合には、ＰＬＣ膜９が配置される被摺動面７がセパレータを含み、摺動面６が、酸化物セラミックス（ＺｒＯ_２等）や金属（ＳＵＪ２、パラジウム等）製のボールの外表面を含んでいてもよい。

摺動システム１としてすべり軸受を採用する場合には、ＰＬＣ膜９が配置される被摺動面７がすべり軸受の内周面を含み、摺動面６が、酸化物セラミックス（ＺｒＯ_２等）や金属（ＳＵＪ２、パラジウム等）製の軸の外周面を含んでいてもよい。
摺動システム１としてシールを採用する場合には、ＰＬＣ膜９が配置される被摺動面７が軸の外周面を含み、摺動面６が、酸化物セラミックス（ＺｒＯ_２等）や金属（ＳＵＪ２、パラジウム等）製のシールのシール面を含んでいてもよい。

摺動システム１としてはさみを採用する場合には、ＰＬＣ膜９が配置される被摺動面７は一方の刃の刃面を含み、摺動面６が、酸化物セラミックス（ＺｒＯ_２等）や金属（ＳＵＪ２、パラジウム等）製の他方の刃の刃面を含んでいてもよい。
摺動システム１としてプランジャポンプを採用する場合には、ＰＬＣ膜９が配置される被摺動面７がピストン（プランジャ）の外表面を含み、摺動面６が、酸化物セラミックス（ＺｒＯ_２等）や金属（ＳＵＪ２、パラジウム等）製の固定斜板を含んでいてもよい。

摺動システム１として人工関節を採用する場合には、ＰＬＣ膜９が配置される被摺動面７が受け側の接触面を含み、摺動面６が、酸化物セラミックス（ＺｒＯ_２等）や金属（ＳＵＪ２、パラジウム等）製の骨側の接触面を含んでいてもよい。
以上の摺動システム１については、摺動面６を一方の部材にかつ被摺動面７を他方の部材に設けたが、摺動面６を他方の部材にかつ被摺動面７を一方の部材に設けてもよい。

図２は、本発明の一実施形態に係る低摩擦被膜製造方法が実施される膜製造装置１１の構成を模式的に示す図である。膜製造装置１１は、内部空間を有する箱形のチャンバ１２を備えている。チャンバ１２の内部空間（空間）１０に、摺動部材２と被摺動部材３とが収容される。膜製造装置１１は、チャンバ１２の内部空間１０に設けられた保持台１３をさらに含む。図２では、保持台１３は被摺動部材３を保持するための保持台であり、チャンバ１２の内部空間１０に固定的に配置されている。チャンバ１２の内部空間１０に搬入された被摺動部材３は、保持台１３上に載置され、保持台１３に保持される。被摺動部材３の上に摺動部材２が載置される。

膜製造装置１１は、摺動部材２の摺動面６を被摺動部材３の被摺動面７に対し相対的に摺動させるために、摺動部材２を駆動（移動）させる駆動機構１４と、摺動部材２に対し、摺動部材２の被摺動部材３への押付け荷重を付与する荷重付与機構１５とを含む。駆動機構１４は、たとえば、モータを含む機構である。また、膜製造装置１１は、膜製造装置１１に備えられた装置の動作やバルブの開閉を制御する制御装置１６を含む。駆動機構１４は、例えばモータとボールねじの組み合わせによる直動装置等がある。荷重付与機構１５は、例えば錘等がある。

チャンバ１２の底部には、チャンバ１２の内部空間１０の気体を導出するための排気ダクト１７が設けられている。図２では、排気ダクト１７がチャンバ１２の底部に設けられた構成を示すが、チャンバ１２において底部以外の位置に設けられたものであってもよい。
図２では、駆動機構１４や荷重付与機構１５を設けるとして説明したが、摺動部材２と被摺動部材３との間で荷重が付与されている状態で、摺動部材２と被摺動部材３とが摺動するように構成されていれば、駆動機構１４や荷重付与機構１５を設ける必要はない。

また、チャンバ１２の壁（たとえば側壁１８）を貫通して、処理ガス導入配管１９が設けられている。処理ガス導入配管１９には、水素ガス供給源から水素ガス（Ｈ_２）が供給される水素ガス配管２０と、アルコール容器３７から、炭化水素系物質の一例としてのアルコール（alcohol）が供給されるアルコール配管２２と、水容器３８から水が供給される水配管２３と、窒素ガス供給源から窒素ガス（Ｎ_２）が供給される窒素ガス配管３３とが接続されている。水素ガス配管２０には、水素ガス配管２０を開閉するための水素ガスバルブ２４と、水素ガス配管２０の開度を変更するための水素ガス流量調整バルブ２５とが介装されている。アルコール配管２２には、アルコール配管２２を開閉するためのアルコールバルブ２８と、アルコール配管２２の開度を変更するためのアルコール流量調整バルブ２９とが介装されている。水配管２３には、水配管２３を開閉するための水バルブ３０と、水配管２３の開度を変更するための水流量調整バルブ３１とが介装されている。窒素ガス配管３３には、窒素ガス配管３３を開閉するための窒素ガスバルブ３４と、窒素ガス配管３３の開度を変更するための窒素ガス流量調整バルブ３５とが介装されている。アルコール容器３７において、アルコールは液体のアルコールと液体のアルコールから気化した気体のアルコールとキャリアガスとが存在する。アルコール容器３７の温度は２０℃±５℃に設定されている。アルコール配管２２には、アルコール容器３７から供給される気体のアルコールと外部から供給されるキャリアガスとが流れる。水容器３８において、水は液体の水と液体の水から気化した気体の水蒸気とキャリアガスとが存在する。水容器３８の温度は２０℃±５℃に設定されている。水配管２３には、水容器３８から供給される気体の水蒸気と外部から供給されるキャリアガスとが流れる。

処理ガス導入配管１９に供給されるアルコールは、メタノール（methanol。ＣＨ_３ＯＨ）、エタノール（ethanol。Ｃ_２Ｈ_５ＯＨ）、１−プロパノール（propan-1-ol。ＣＨ_３ＣＨ_２ＣＨ_２ＯＨ）および２−プロパノール（propan-2-ol。ＣＨ_３ＣＨ（ＯＨ）ＣＨ_３）の少なくとも一つを含む。
水素ガス配管２０の開度が大きく設定された状態で水素ガスバルブ２４が開かれると、水素ガス配管２０からの大流量の水素が処理ガス導入配管１９に供給される。このとき、アルコールバルブ２８および／または水バルブ３０が開かれることにより、小流量のアルコールガスと外部から供給されるキャリアガスである水素ガス（Ｈ_２）および／または小流量の水蒸気と外部から供給されるキャリアガスである水素ガス（Ｈ_２）が、処理ガス導入配管１９内へと供給され、処理ガス導入配管１９を流れる過程で大流量の水素ガス（Ｈ_２）と十分に混合（攪拌）される。この混合によって、特殊水素ガス（水素ならびにアルコール（水酸基含有化合物）および／または水（水酸基含有化合物）を含むガス）が生成される。生成された特殊水素ガス中でアルコールおよび／または水は気化されている。生成された特殊水素ガスは、処理ガス導入配管１９の先端に形成された導入口３２からチャンバ１２の内部空間１０に導入される。これにより、内部空間１０の雰囲気が特殊水素ガス雰囲気となる。なお、特殊水素ガス雰囲気は酸素を含んでいない。

また、窒素ガス配管３３の開度が大きく設定された状態で窒素ガスバルブ３４が開かれると、窒素ガス配管３３からの大流量の窒素が処理ガス導入配管１９に供給される。このとき、アルコールバルブ２８および／または水バルブ３０が開かれることにより、小流量のアルコールガスと外部から供給されるキャリアガスである窒素ガス（Ｎ_２）および／または小流量の水蒸気と外部から供給されるキャリアガスである窒素ガス（Ｎ_２）が、処理ガス導入配管１９内へと供給され、処理ガス導入配管１９を流れる過程で大流量の窒素ガス（Ｎ_２）と十分に混合（攪拌）される。この混合によって、特殊窒素ガス（窒素ならびにアルコール（水酸基含有化合物）および／または水（水酸基含有化合物）を含むガス）が生成される。生成された特殊窒素ガス中でアルコールおよび／または水は気化されている。生成された特殊窒素ガスは、チャンバ１２の内部空間１０に導入される。これにより、内部空間１０の雰囲気が特殊窒素ガス雰囲気となる。なお、特殊窒素ガス雰囲気は酸素を含んでいない。

また、水素ガスバルブ２４および窒素ガスバルブ３４が開かれた状態で、アルコールバルブ２８および／または水バルブ３０が開かれることにより、特殊窒素・水素ガス（窒素および水素、ならびにアルコール（水酸基含有化合物）および／または水（水酸基含有化合物）を含むガス）が生成される。生成された特殊窒素・水素ガスは、チャンバ１２の内部空間１０に導入される。これにより、内部空間１０の雰囲気が特殊窒素・水素ガス雰囲気となる。なお、特殊窒素・水素ガス雰囲気は酸素を含んでいない。

図３Ａおよび図３Ｂは、摺動部材２と被摺動部材３との摺動動作を示す断面図である。以下、膜製造装置１１を用いて摺動部材２の摺動面６に低摩擦被膜５を形成する製造例について、図２を参照しつつ説明する。図３Ａおよび図３Ｂについては適宜参照する。
膜製造装置１１を用いて低摩擦被膜５を製造（形成）するときには、チャンバ１２の内部空間１０に、摺動部材２および被摺動部材３が搬入される。搬入された被摺動部材３は、被摺動面７が上に向けられた状態で保持台１３上に載置され、保持台１３に保持される。また、搬入された摺動部材２は、摺動面６が下に向けられた状態で、被摺動部材３上に載置される。なお、搬入された時点で、摺動部材２の摺動面６に低摩擦被膜５は形成されていない。すなわち、摺動面６は、酸化物セラミックスまたは金属によって形成されている。

摺動部材２および被摺動部材３がチャンバ１２の内部空間１０に搬入された後、制御装置１６は、水素ガスバルブ２４および／または窒素ガスバルブ３４、ならびにアルコールバルブ２８および／または水バルブ３０を開いて、処理ガス導入配管１９の導入口３２からチャンバ１２の内部空間１０に、処理ガスを供給する（供給工程）。たとえば処理ガスは特殊水素ガスを含み、この特殊水素ガスでは、水素ガスに、微量の気体のアルコールおよび微量の気体の水蒸気がそれぞれ添加されているとする。この特殊水素ガスは、水素ガスに加えて、アルコール容器３７で気体のアルコールを含んだキャリアガスの流量と、水容器３８で気体の水を含んだキャリアガスの流量とを合計した値に対するアルコール容器３７で気体のアルコールを含んだキャリアガスの流量の体積比［アルコール/(アルコール+水)］でたとえば４〜４４％である気体のアルコールと気体の水蒸気とを含む。

チャンバ１２内に供給された処理ガスは、チャンバ１２の内部空間１０の全域に行き渡る。これにより、チャンバ１２の内部空間１０の雰囲気（Ａｉｒ）が、処理ガスを含む雰囲気に置換される（置換工程）。なお、処理ガスには、酸素は含まれていない。
チャンバ１２の内部空間１０が処理ガスの雰囲気によって満たされた後（内部空間１０が処理ガスの雰囲気とされている状態で）、当該処理ガスの供給を継続しながら、制御装置１６は、駆動機構１４を制御して、図３Ａに示すように、被摺動面７（被摺動部材３）に対し摺動面６（摺動部材２）からの押付け荷重を付与しながら、被摺動面７に対する摺動面６の摺動（摺動工程）を開始する。押付け荷重の付与に伴い、摺動時において摺動面６と被摺動面７との間に生じるヘルツ接触応力は、１．０ＧＰａ以上である。より好ましくは、当該ヘルツ接触応力は、１．３ＧＰａ〜２．４ＧＰａである。

摺動面６の摺動の開始から、予め定める期間（たとえば３０分）が経過すると、制御装置１６は、アルコールバルブ２８および水バルブ３０を閉じて、内部空間１０に対するアルコールおよび水の供給を停止する（供給停止工程）。
被摺動面７に対する摺動面６の摺動に伴い、摺動面６（ＺｒＯ_２等）の触媒作用によって、被摺動面７に対する摺動面６の摺動の結果、摺動面６に低摩擦被膜５が形成される。低摩擦被膜５は、１０^−４オーダ（０．００１未満）の著しく低い摩擦係数を示す。摺動部材２の摺動面６に低摩擦被膜５を設けることにより、摩擦係数が１０^−４オーダを示すＦｒｉｃｔｉｏｎ−Ｆａｄｅ−Ｏｕｔ状態（以下、「ＦＦＯ」という。）を発現させることができる。換言すると、被摺動面７に対する摺動面６の摺動の結果、摩擦係数が摩擦とともに漸減し、ＦＦＯを発現させることができる。

低摩擦被膜５は、後述するＦＰＦ−２に相当する。低摩擦被膜５は、ＰＬＣ膜９と同等の硬さを有し、干渉縞を示す透明膜である。低摩擦被膜５の表面および内部には、ブリスタ（気泡）が発生している。
このような低摩擦被膜５の形成（ＦＦＯの発現）のメカニズムについて、本願発明者らは次のように考えている。

すなわち、摺動面６の摺動（摩擦）に伴い、ＰＬＣ膜９の最表面が摩擦により摩耗粉となって、摺動面６に移着する。すなわち、ＰＬＣ膜９から移着した移着膜が摺動面６に形成される。摺動の進行に伴って、ＰＬＣ膜９と移着膜とが摩擦するようになる。摺動面６を構成する金属（ＳＵＪ２、パラジウム等）または酸化物セラミックス（ＺｒＯ_２）は、水素分子を解離吸着して活性水素を発生できる触媒性を有している。そのため、摺動面６でＰＬＣ膜９を摺動する結果、摺動面６の触媒作用により、摺動界面に活性水素が存在するようになる。

内部空間１０の雰囲気に含まれるアルコールが、摺動面６の活性水素の酸触媒作用により水素化分解され、前記の移着膜に揮発性ガスが形成される。そして、移着膜の摩擦面（摺動界面）に揮発性ガスのガス分子層が形成されると考えられる。このガス分子層厚さは数分子レベルであり、この揮発性ガス層の単分子レベルのガス潤滑により、ＦＦＯが発現するものと考えられる。すなわち、揮発性ガス層を含む移着膜を基に、低摩擦被膜５が形成される。

また、この実施形態では、摺動面６の摺動開始から所定時間経過すると、アルコールおよび水の供給が停止される。これにより、内部空間１０の雰囲気から、水分（水）を除くことができる。酸化物セラミックス（ＺｒＯ_２）または金属（ＳＵＪ、パラジウム）の触媒作用を弱める触媒毒となり得る水分（水）を除くことにより、これらの触媒作用の安定化を達成できる。

より具体的なＦＦＯの発現メカニズムには、次の通りである。
摺動面６の活性水素が、ＰＬＣ膜９のＣ＝Ｃ結合を有するＣ_２Ｈｘ〜Ｃ_４Ｈｘフラグメントと接触すると、Ｃ＝Ｃ結合部のπ結合を接触還元して、摺動界面に向く２個のＣ−Ｈ結合（シス付加反応）を生じる。平面性が強いＣ＝Ｃ結合がＣ−Ｃ結合（σ結合）になるために、フラグメントの変形自由度が増し、その結果、摩擦界面に揮発性ガス層が形成される。

また、Ｃ−Ｈ結合の水素原子同士の反発力（ファンデルワールス力による反発力）も、ＦＦＯの発現の一因だと考えられている。摩擦により容易に揮発するＣ−Ｃ結合フラグメントの形成も、ＦＦＯの発現の一因だと考えられている。
摺動面６の摺動開始から予め定める期間が経過すると、制御装置１６は、開いているバルブ（水素ガスバルブ２４、アルコールバルブ２８、水バルブ３０、窒素ガスバルブ３４等）を閉じて、処理ガス導入配管１９からの処理ガスの導入を停止させる。その後、制御装置１６は、摺動部材２および被摺動部材３を、チャンバ１２の内部空間１０から搬出させる。

アルコールとしてメタノールを採用する場合、処理ガスに含まれる気体のメタノールおよび気体の水に関し、アルコール容器３７で気体のメタノールを含んだキャリアガスの流量と、水容器３８で気体の水蒸気を含んだキャリアガスの流量と、の合計に対するアルコール容器３７で気体のメタノールを含んだキャリアガスの流量の比が、６％〜１５％であることが好ましい。また、アルコール容器３７で気体のメタノールを含んだキャリアガスの流量と、水容器３８で気体の水蒸気を含んだキャリアガスの流量と、の合計に対するアルコール容器３７で気体のメタノールを含んだキャリアガスの流量の比がそれ以外の値（この値は１００％を含む場合もある）であっても、ＦＦＯは発現可能である。

アルコールとしてエタノールを採用する場合、処理ガスに含まれる気体のエタノールおよび気体の水に関し、アルコール容器３７で気体のエタノールを含んだキャリアガスの流量と、水容器３８で気体の水蒸気を含んだキャリアガスの流量と、の合計に対するアルコール容器３７で気体のエタノールを含んだキャリアガスの流量の比が、６％〜３０％であることが好ましい。また、アルコール容器３７で気体のエタノールを含んだキャリアガスの流量と、水容器３８で気体の水蒸気を含んだキャリアガスの流量と、の合計に対するアルコール容器３７で気体のエタノールを含んだキャリアガスの流量の比がそれ以外の値（この値は１００％を含む場合もある）であっても、ＦＦＯは発現可能である。しかしながら、とくに、アルコール容器３７で気体のエタノールを含んだキャリアガスの流量と、水容器３８で気体の水蒸気を含んだキャリアガスの流量と、の合計に対するアルコール容器３７で気体のエタノールを含んだキャリアガスの流量の比が１５％〜２５％である場合、ＦＦＯを、安定した状態で長期間に亘って発現させることができる。

次に、第１の摩擦試験機４１を用いて行われる第１〜第１３の摩擦試験について説明する。
図４は、第１の摩擦試験機４１の構成を示す模式的な断面図である。図５Ａは、第１〜第１３の摩擦試験の計測対象のプレート試験片４２の表面を拡大して示す断面図である。図５Ｂは、プレート試験片４２の表面に形成された二層膜４３の物性および膜作製手法を示す図である。

第１の摩擦試験機４１として、図４に示すピンオンプレート（Pin-On- Plate）型往復すべり摩擦試験機を用いた。試験対象のピン試験片４４には、２００℃２４時間大気中加熱処理した、もしくは水素還元雰囲気で４００℃３時間処理した、直径４．８ｍｍのＺｒＯ_２（ＹＳＺ）球が用いられている。試験対象のピン試験片４４の上方に錘７１を載せ、かつ当該錘７１の重さを変えることにより、ピン試験片４４に付与される荷重を変えることができるようになっている。

第１の摩擦試験機４１はたとえば円筒状のチャンバ４５を備えており、チャンバ４５内にピン試験片４４が収容されている。チャンバ４５は、有底円筒状のアクリル製のチャンバ本体４６と、チャンバ本体４６の上面を閉じるアクリル製の蓋４７とを含む。蓋４７には、ピン試験片４４のスライド方向に長い長尺の開口４８が形成されており、開口４８にピン試験片４４が配置されている。チャンバ４５の底部には、プレート試験片４２を保持するための保持台４９が配置されている。チャンバ本体４６の周壁５０を貫通して、ガス導入配管５１が設けられている。ガス導入配管５１には、水素ガスが供給される第１のライン５２と、気体のアルコールおよび気体の水蒸気を含有する水素ガスが供給される第２のライン５３とが接続されている。第１のライン５２には、第１のライン５２を開閉するための第１のバルブ５４と、第１のライン５２における水素ガスの流量を調整するための第１の流量調整バルブ５５と、第１のライン５２における水素ガスの流量を検出するための第１の流量計５６とが介装されている。第２のライン５３には、第２のライン５３を開閉するための第２のバルブ５７と、第２のライン５３における水素ガスの流量を調整するための第２の流量調整バルブ５８と、第２のライン５３における水素ガスの流量を検出するための第２の流量計５９と、アルコールおよび水が溜められたアルコール／水容器６０とが介装されている。アルコール／水容器６０の温度は２０℃±５℃に設定されている。アルコール／水容器６０において、アルコールと水とは液体のアルコールと水の水溶液とこの水溶液から気化した気体のアルコールと気体の水蒸気とが存在する。第２のバルブ５７を開くことにより、第２のライン５３を水素ガスが流れ、アルコール／水容器６０に水素ガスが供給される。アルコールおよび水が溜められたアルコール／水容器６０内を、水素ガスが流通することにより、気体のアルコールおよび気体の水蒸気が水素ガスに運ばれてガス導入配管５１に至る。そして、第２のバルブ５７の開成と共に第１のバルブ５４を開くことにより、気体のアルコールおよび気体の水蒸気を含む水素ガスが、ガス導入配管５１を通して、チャンバ４５内に供給される。チャンバ４５では、チャンバ４５内の雰囲気が制御可能に設けられている。

プレート試験片４２には、図５Ａに示すように、表面に二層膜４３が形成されたシリコン基板６１を用いた。二層膜４３は、二層構造の硬質炭素系膜である。二層膜４３の下層側はＳｉ−ＤＬＣ膜６２である。二層膜４３の上層側はＰＬＣ（Ｐｏｌｙｍｅｒ−Ｌｉｋｅ−Ｃａｒｂｏｎ）膜６３である。Ｓｉ−ＤＬＣ膜６２は、トルエンおよびトリメチルシラン（Ｓｉ（ＣＨ_３）_４）をガス流量比２：３の割合で混合したものを原料ガスに用いながら、イオン化蒸着法（ＰＶＤ法）を行うことにより形成されている。ＰＬＣ膜６３は、原料ガスとしてトルエンのみを用いながら、イオン化蒸着法を行うことにより形成されている。ＰＬＣ成膜時におけるバイアス電圧を、−０．４ｋＶ（低バイアス電圧）とした。

Ｓｉ−ＤＬＣ膜６２およびＰＬＣ膜６３の、成膜時の処理圧（Deposition pressure，Pa）、成膜時のバイアス電圧（Bias voltage，kV）、成膜時の処理温度（Heater temperature，K）、膜厚（Film thickness，nm）、微小押込み硬さ（Indentation hardness，GPa）、ヤング率（Young's modulus，GPa）、ラマンスペクトルのＧバンドのピーク位置（G-peak position，cm^−１）、ラマンスペクトルのＧバンドのピーク半値幅（FWHM(G) ，cm^−１）、ラマンスペクトルのＤバンドとＧバンドとのピーク強度比（I(D)/ I(G)）、推定含有水素量（at.％）を、それぞれ図５Ｂに示す。

プレート試験片４２を、二層膜４３の形成面を試験面として第１の摩擦試験機４１にセットした後、摩擦速度８．０ｍｍ／ｓ、摩擦ストローク４．０ｍｍ、チャンバ４５への供給ガス流量約２．０〜６．２（リットル／分）、無潤滑という試験条件の下、ピン試験片４４を介してプレート試験片４２の表面に与える荷重の大きさを１９．６Ｎ 〜５８．８Ｎの範囲で、１．９６Ｎ単位で段階的に上昇させながら、以下の第１〜第１３の摩擦試験（最大２８２００回の高荷重試験）を行い、ＦＦＯの発現状況を調べた。

まず、第１〜第４の摩擦試験について説明する。チャンバ４５内の温度を２０℃±５℃に設定した。第１〜第４の摩擦試験では、アルコールとしてメタノールを用い、処理ガス（この場合、アルコールおよび水を含む特殊水素ガス。以下、同じ）に含まれるメタノールの濃度を変化させた。
第１〜第４の摩擦試験では、第１のライン５２のガス流量を８（リットル／分）とし、第２のライン５３のガス流量を２００ｓｃｃｍとした。第１のライン５２には水素ガスを流した。第２のライン５３にはキャリアガスとして水素ガスを流した。

また、第１〜第４の摩擦試験において、第２のライン５３のガス流量を検出するための第２の流量計５９として、フロート方式の流量計を用いた。当該第２の流量計５９の検出下限は２００ｓｃｃｍであった。そのため、第２の流量計５９に基づいてフィードバック制御される第２のライン５３のガス流量は一定流量に制御できない。したがって、第１〜第４の摩擦試験では、試験開始後、第２のライン５３のガス流量が徐々に低下しているものと推察される。
＜第１の摩擦試験＞
アルコール／水容器６０に２０ｃｃの水および１ｃｃのメタノールを入れた。すなわち、チャンバ４５に供給される特殊水素ガスにおいて、当該特殊水素ガスには、液体のメタノールおよび液体の水に対する液体のメタノールの体積％濃度は４．８％である水溶液から発生する気体のメタノールと気体の水蒸気とが含まれる。
＜第２の摩擦試験＞
アルコール／水容器６０に１０ｃｃの水および１ｃｃのメタノールを入れた。すなわち、チャンバ４５に供給される特殊水素ガスにおいて、当該特殊水素ガスには、液体のメタノールおよび液体の水に対する液体のメタノールの体積％濃度は９．１％である水溶液から発生する気体のメタノールと気体の水蒸気とが含まれる。
＜第３の摩擦試験＞
アルコール／水容器６０に１０ｃｃの水および２ｃｃのメタノールを入れた。すなわち、チャンバ４５に供給される特殊水素ガスにおいて、当該特殊水素ガスには、液体のメタノールおよび液体の水に対する液体のメタノールの体積％濃度は１６．７％である水溶液から発生する気体のメタノールと気体の水蒸気とが含まれる。
＜第４の摩擦試験＞
アルコール／水容器６０に１０ｃｃの水および１０ｃｃのメタノールを入れた。すなわち、チャンバ４５に供給される特殊水素ガスにおいて、当該特殊水素ガスには、液体のメタノールおよび液体の水に対する液体のメタノールの体積％濃度は５０％である水溶液から発生する気体のメタノールと気体の水蒸気とが含まれる。

図６〜図９は、第１〜第４の摩擦試験における、負荷荷重（Ｌｏａｄ）と、摩擦係数（Ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）の計測値との関係を示すグラフである。第１の摩擦試験では、図６に示すように、いずれの負荷荷重の条件においても、摩擦係数は０．０１以上であり、ＦＦＯ（超低摩擦状態）は発現しなかった。
第２の摩擦試験では、図７に示すように、荷重が約５０Ｎに達した時点で、摩擦係数が急減し、ＦＦＯが発現した。ＦＦＯ発現時の摩擦係数は、５×１０^−４〜７×１０^−４であった。その後、荷重を上昇させても、ＦＦＯは発現し続けた。荷重が５８．８Ｎに達した後、高荷重のまま一定に保ったが、ＦＦＯが安定的に発現し続けた。ＦＦＯの発現が７０分間継続した後、第２の摩擦試験を終了した。

第３の摩擦試験では、図８に示すように、いずれの負荷荷重の条件においても、摩擦係数は０．０１以上であり、ＦＦＯは発現しなかった。
第４の摩擦試験では、図９に示すように、いずれの負荷荷重の条件においても、摩擦係数は０．０１以上であり、ＦＦＯは発現しなかった。
第１〜第４の摩擦試験から、アルコールとしてメタノールを用いる場合、アルコールおよび水を含む特殊水素ガスに含まれる、液体のメタノールおよび液体の水に対する液体のメタノールの体積％濃度が６〜１５％の水溶液から発生する気体のメタノールと気体の水蒸気とを含むとき、ＦＦＯが発現し易い、とくに、液体のメタノールおよび液体の水に対する液体のメタノールの体積％濃度が約９％のときＦＦＯが発現し易いことが判る。

次に、第５〜第９の摩擦試験について説明する。チャンバ４５内の温度を２０℃±５℃に設定した。第５〜第９の摩擦試験では、アルコールとしてエタノールを用い、特殊水素ガスに含まれるエタノールの濃度を変化させた。
第５〜第９の摩擦試験では、第１のライン５２のガス流量を８（リットル／分）とし、第２のライン５３のガス流量を２００ｓｃｃｍとした。

また、第５〜第９の摩擦試験において、第２のライン５３のガス流量を検出するための第２の流量計５９として、フロート方式の流量計を用いた。当該第２の流量計５９の検出下限は２００ｓｃｃｍであった。そのため、第２の流量計５９に基づいてフィードバック制御される第２のライン５３のガス流量は一定流量に制御できない。したがって、第５〜第９の摩擦試験では、試験開始後、第２のライン５３のガス流量が徐々に低下しているものと推察される。
＜第５の摩擦試験＞
アルコール／水容器６０に１０ｃｃの水および１ｃｃのエタノールを入れた。すなわち、チャンバ４５に供給される特殊水素ガスにおいて、当該特殊水素ガスには、液体のエタノールおよび液体の水に対する液体のエタノールの体積％濃度は９．１％である水溶液から発生する気体のエタノールと気体の水蒸気とが含まれる。
＜第６の摩擦試験＞
アルコール／水容器６０に１０ｃｃの水および２ｃｃのエタノールを入れた。すなわち、チャンバ４５に供給される特殊水素ガスにおいて、当該特殊水素ガスには、液体のエタノールおよび液体の水に対する液体のエタノールの体積％濃度は１６．７％である水溶液から発生する気体のエタノールと気体の水蒸気とが含まれる。
＜第７の摩擦試験＞
アルコール／水容器６０に１０ｃｃの水および３ｃｃのエタノールを入れた。すなわち、チャンバ４５に供給される特殊水素ガスにおいて、当該特殊水素ガスには、液体のエタノールおよび液体の水に対する液体のエタノールの体積％濃度は２３．１％である水溶液から発生する気体のエタノールと気体の水蒸気とが含まれる。
＜第８の摩擦試験＞
アルコール／水容器６０に１０ｃｃの水および５ｃｃのエタノールを入れた。すなわち、チャンバ４５に供給される特殊水素ガスにおいて、当該特殊水素ガスには、液体のエタノールおよび液体の水に対する液体のエタノールの体積％濃度は３３．３％である水溶液から発生する気体のエタノールと気体の水蒸気とが含まれる。
＜第９の摩擦試験＞
アルコール／水容器６０に１０ｃｃの水および１０ｃｃのエタノールを入れた。すなわち、チャンバ４５に供給される特殊水素ガスにおいて、当該特殊水素ガスには、液体のエタノールおよび液体の水に対する液体のエタノールの体積％濃度は５０％である水溶液から発生する気体のエタノールと気体の水蒸気とが含まれる。

図１０〜図１４は、第５〜第９の摩擦試験における、負荷荷重（Ｌｏａｄ）と、摩擦係数（Ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）の計測値との関係を示すグラフである。
第５の摩擦試験では、図１０に示すように、荷重が約２７Ｎに達した時点で、摩擦係数が急減しＦＦＯが発現した。ＦＦＯ発現時の摩擦係数は、約５×１０^−４である。その後、荷重の増加に伴って摩擦係数は緩やかに下降したが、摩擦係数が１０^−５オーダに入った途端に、摩擦係数が１０^−４オーダと１０^−５オーダとの間で急激な増減を繰り返した。荷重が約４２Ｎに達した時点で、摩擦係数が約８×１０^−２まで上昇したので、第５の摩擦試験を終了した。

第６の摩擦試験では、図１１に示すように、荷重が約５０Ｎに達した時点で、摩擦係数が急減しＦＦＯが発現した。その後、荷重を増加させても、ＦＦＯの発現が維持された。荷重が５８．８Ｎに達した後、その高荷重で一定に保つと、摩擦係数は１０^−５オーダまで下降する。その後、摩擦係数が緩やかに上昇するという不安定な状態がみられたので、荷重を段階的に下降させたが、摩擦係数の不安定さは解消されなかった。その後、摩擦係数が０．０２まで上昇したので、第６の摩擦試験を終了した。

第７の摩擦試験では、図１２に示すように、荷重が約４０Ｎに達した時点で、摩擦係数が急減しＦＦＯが発現した。その後、摩擦係数は、１０^−３オーダと１０^−５オーダとの間で大きく増減を繰り返したが、荷重が約５０Ｎに達した時点でその急激な増減がみられなくなり、摩擦係数が１０^−５オーダで安定するようになった。荷重が５８．８Ｎに達した後高荷重のまま一定に保っても、摩擦係数は１０^−５オーダで安定していた。すなわち、第７の摩擦試験では、ＦＦＯ発現時の摩擦係数の値が、極めて小さくなった。

荷重が５８．８Ｎに達してから２５分間が経過すると摩擦係数が１０^−４オーダまで上昇した。そのため、エタノールおよび水を含む水素ガスの量を増加させた。すると、摩擦係数は、１０^−５オーダまで再度下降した。
この摩擦係数の上昇は、摺動面６（図１等参照）に形成されていた低摩擦被膜（図１の低摩擦被膜５と同等）は摺動に伴って剥離するものと考えられるが、エタノールおよび水が摺動面６（摺動界面）で枯渇したことにより、摺動面６で低摩擦被膜５の再生成が行われなかったものと推察できる。エタノールおよび水の供給量を増加させることにより、摺動面６における低摩擦被膜５の再生成が促進され、それゆえに、摩擦係数が１０^−５オーダまで再度下降したものと推察される。

荷重が５８．８Ｎに達してから９０分間が経過した後に摩擦係数が急上昇したので、第７の摩擦試験を終了した。
第８の摩擦試験では、図１３に示すように、いずれの負荷荷重の条件においても、摩擦係数は０．０１以上であり、ＦＦＯは発現しなかった。
第９の摩擦試験では、図１４に示すように、荷重が約４５Ｎに達した時点で、摩擦係数が急減し、ＦＦＯが発現した。ＦＦＯ発現時には、摩擦係数は約１×１０^−４と低かったが、荷重の増加に伴って摩擦係数は上昇し、１０^−３オーダまで上昇した。荷重が５８．８Ｎに達した後、その高荷重で一定に保つと、摩擦係数が下降し、ＦＦＯが再び発現する。その後、摩擦係数が急激に上昇したので、第９の摩擦試験を終了した。

また、第５〜第９の摩擦試験から、アルコールとしてエタノールを用いる場合、特殊水素ガスに含まれる、液体のエタノールおよび液体の水に対する液体のエタノールの体積％濃度が約６〜約３０％の水溶液から発生する気体のエタノールと気体の水蒸気とを含むとき、ＦＦＯが発現し易い、とくに、液体のエタノールおよび液体の水に対する液体のエタノールの体積％濃度が約１５〜約２５％の水溶液から発生する気体のエタノールと気体の水蒸気とを含むとき、ＦＦＯが発現し易いことが判った。この濃度範囲であれば、耐荷重性を有していることも判った。

また、第７の摩擦試験から、ＦＦＯの発現のためには、摺動面６および被摺動面７への「エタノール＋水」の供給が必要であることが判る。これにより、発現したＦＦＯを維持しておくためには、摺動面６および被摺動面７に、アルコールおよび水を常時供給し続ける必要があることが判る。
次に、第１０〜第１３の摩擦試験について説明する。チャンバ４５内の温度を２０℃±５℃に設定した。第１０〜第１３の摩擦試験では、特殊水素ガスに含まれるアルコールの種類を、メタノール、エタノール、１−プロパノールおよび２−プロパノールのそれぞれとした。

また、第１０〜第１３の摩擦試験において、第２のライン５３のガス流量を検出するための第２の流量計５９として、マスフロメーター（（株）フジキンＴＭ３９）を用いた。
第１０〜第１３の摩擦試験では、試験開始から摩擦回数５００回までの期間（なじみ工程）は、第１のライン５２のガス流量を６（リットル／分）とし、第２のライン５３のガス流量を２００ｓｃｃｍとし、摩擦回数５００回経過後から試験終了までの期間は、第１のライン５２のガス流量を６（リットル／分）のまま、第２のライン５３のガス流量を１００ｓｃｃｍとした。このとき、摩擦回数５００回までとそれ以降との間で、特殊水素ガスに含まれる、水溶液から発生する気体のアルコールと気体の水蒸気の基となる、水溶液の液体のアルコールおよび液体の水に対する液体のアルコールの体積％濃度は変化しない。
＜第１０の摩擦試験＞
アルコール／水容器６０に１０ｃｃの水および３ｃｃのメタノールを入れた。すなわち、チャンバ４５に供給される特殊水素ガスにおいて、当該特殊水素ガスは、液体のメタノールおよび液体の水に対する液体のメタノールの体積％濃度は２３．１％である水溶液から発生する気体のメタノールと気体の水蒸気とが含まれる。
＜第１１の摩擦試験＞
アルコール／水容器６０に１０ｃｃの水および３ｃｃのエタノールを入れた。すなわち、チャンバ４５に供給される特殊水素ガスにおいて、当該特殊水素ガスは、液体のエタノールおよび液体の水に対する液体のエタノールの体積％濃度は２３．１％である水溶液から発生する気体のエタノールと気体の水蒸気とが含まれる。
＜第１２の摩擦試験＞
アルコール／水容器６０に１０ｃｃの水および３ｃｃの１−プロパノールを入れた。すなわち、チャンバ４５に供給される特殊水素ガスにおいて、当該特殊水素ガスは、液体の１−プロパノールおよび液体の水に対する液体の１−プロパノールの体積％濃度は２３．１％である水溶液から発生する気体の１−プロパノールと気体の水蒸気とが含まれる。
＜第１３の摩擦試験＞
アルコール／水容器６０に１０ｃｃの水および３ｃｃの２−プロパノールを入れた。すなわち、チャンバ４５に供給される特殊水素ガスにおいて、当該特殊水素ガスは、液体の２−プロパノールおよび液体の水に対する液体の２−プロパノールの体積％濃度は２３．１％である水溶液から発生する気体の２−プロパノールと気体の水蒸気とが含まれる。

図１５〜図１８は、第１０〜第１３の摩擦試験における、負荷荷重（Ｌｏａｄ）と、摩擦係数（Ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）の計測値との関係を示すグラフである。
第１０の摩擦試験では、図１５に示すように、荷重が１９．６Ｎの条件で、ＦＦＯが一旦発現したが、このＦＦＯは直ちに消失した。その後、荷重を増加させたところ、荷重が３３．３Ｎに達した時点で、摩擦係数が急減しＦＦＯが発現した。その後、荷重を増加させても、ＦＦＯの発現が維持された。荷重が５６．８Ｎに達した時点で、摩擦係数の急激な上昇がみられたので、第１０の摩擦試験を終了した。

第１１の摩擦試験では、図１６に示すように、荷重が３５．３Ｎに達した時点で、摩擦係数が急減しＦＦＯが発現した。その後、荷重を増加させても、ＦＦＯの発現が維持された。荷重が６３．７Ｎに達した時点で、摩擦係数の急激な上昇がみられたので、第１１の摩擦試験を終了した。ＦＦＯの発現時間は１５分間であった。
第１２の摩擦試験では、図１７に示すように、荷重が３５．３Ｎに達した時点で、摩擦係数が急減しＦＦＯが発現した。その後、荷重を増加させても、ＦＦＯの発現が維持された。荷重が６３．７Ｎに達した時点で、摩擦係数の急激な上昇がみられたので、第１２の摩擦試験を終了した。ＦＦＯの発現時間は１５分間であった。

第１３の摩擦試験では、図１８に示すように、荷重が１９．６Ｎの条件で、ＦＦＯが一旦発現したが、このＦＦＯは直ちに消失した。その後、荷重を増加させたところ、荷重が２３．５Ｎに達した時点でＦＦＯが発現した。このＦＦＯは荷重が２３．５Ｎに達した時点で消失したが、その後の荷重の増加に伴い、荷重が３１．４Ｎに達した時点でＦＦＯが再度発現した。その後、荷重を増加させても、ＦＦＯの発現が維持された。荷重が６３．７Ｎに達した時点で、摩擦係数の急激な上昇がみられたので、第１３の摩擦試験を終了した。３１．４Ｎ〜６３．７Ｎの荷重範囲における、ＦＦＯの発現時間は２０分間であった。

第１０〜第１３の摩擦試験から、アルコールとして、メタノール、エタノール、１−プロパノールおよび２−プロパノールのいずれを用いる場合であっても、ＦＦＯが発現することが判る。
また、アルコールは、炭化水素の分子量（すなわち、炭素数）の増加に従って（メタノール＜エタノール＜１−プロパノール＝２−プロパノール）、ＦＦＯが安定して発現することが判る。

また、１−プロパノールよりも、その異性体である２−プロパノ―ルの方が、ＦＦＯが安定して発現した。ＦＦＯの発現の安定性には、分子構造のＯＨ基の存在の影響もあると考えられる。
前述の第１〜第１３の摩擦試験では、第２、第５〜第７および第９〜第１３の摩擦試験において、ＦＦＯの発現が認められた。このＦＦＯの発現状況を、図３Ｂを参照しながら説明する。

被摺動面７に対する摺動面６の摺動に伴い、ＺｒＯ_２等からなる摺動面６の触媒作用によって、比較的厚い摩擦ポリマーフイルム（Ｆｒｉｃｔｉｏｎａｌ ｐｏｌｙｍｅｒ Ｆｉｌｍ。 以下、「ＦＰＦ」という）が摺動面６に形成される。摺動初期（なじみ初期と同じ。）のＦＰＦを、「ＦＰＦ−１」と定義する。ＦＰＦ−１の摩擦係数は、１０^−１オーダーである。ＦＰＦ−１は、黒色膜であり、ＰＬＣ膜９よりも軟らかい膜である。ＦＰＦ−１は、アルコールおよび水を含む水素ガス雰囲気下で形成される。

押付け荷重の増加に伴って、被摺動面７の最大ヘルツ接触応力も増加する。押付け荷重が所定の値を超えると、ＦＰＦが変質する。このＦＰＦを、「ＦＰＦ−２」と定義する。ＦＰＦ−２（「低摩擦被膜５」に相当）は、干渉縞を示す透明膜であり、ＰＬＣ膜９と同等の硬さを有している。ＦＰＦ−２の表面およびＦＰＦ−２内部には、ブリスタ（気泡）が形成されている。第１〜第１３の実施形態から、ＦＰＦ−１がＦＰＦ−２に変質する荷重は、約１２Ｎ前後であると推察される。荷重が１２Ｎであるときの最大ヘルツ接触応力は、１．３ＧＰａである。最大ヘルツ接触応力が１．０ＧＰａ程度から、ＦＰＦ−１からＦＰＦ−２への変質が開始可能であると考えられる。最大ヘルツ接触応力が１ＧＰａ未満の摺動では、安定したＦＦＯを発現できない。なお、荷重が６０Ｎであるときの最大ヘルツ接触応力は、２．４ＧＰａである。

図１９〜図２２は、第１０〜第１３の摩擦試験の終了後における、ピン試験片４４の外表面およびプレート試験片４２表面のＰＬＣ膜９表面の光学顕微鏡写真の画像図である。図１９Ａ、図２０Ａ、図２１Ａおよび図２２Ａに、ＰＬＣ膜９表面の光学顕微鏡写真の画像図を示し、図１９Ｂ、図２０Ｂ、図２１Ｂおよび図２２Ｂに、プレート試験片４２表面の光学顕微鏡写真の画像図を示す。

図１９〜図２２から、アルコールの種類が異なると、ピン試験片４４の外表面に異なる種類のフィルムが形成されることが判った。
また、アルコールとして１−プロパノールを用いた場合には、図２１Ａに示すように、ピン試験片４４の外表面にブリスタ（気泡）の発生が認められた。このことから、ピン試験片４４の外表面の摺動界面付近に揮発性物質（揮発性ガス）が存在していることが推察できる。

次に、第２の摩擦試験機１４１を用いて行われる第１４〜第２０の摩擦試験について説明する。チャンバ４５内の温度を２０℃±５℃に設定した。
図２３は、第２の摩擦試験機１４１の構成を示す模式的な断面図である。第２の摩擦試験機１４１が第１の摩擦試験機４１と共通する部分には、図４の場合と同一の参照符号を付し説明を省略する。すなわち、第２の摩擦試験機１４１のチャンバ４５の構成、およびピン試験片４４等の構成は、特段説明がない限り第１の摩擦試験機４１と同等である。第２の摩擦試験機１４１が第１の摩擦試験機４１と相違する点は、主としてその給気系にある。

給気系のガス導入配管５１には、水素ガスが供給される第１のライン５２と、窒素ガスが供給される第３のライン１０１と、気体のアルコールおよび気体の水蒸気を含有するキャリアガスとしての水素ガスが供給される第４のライン１０２と、気体のアルコールを含有するが気体の水蒸気を含有しないキャリアガスとしての水素ガスが供給される第５のライン１０３と、気体の水蒸気（蒸留水を基とする）を含有するが気体のアルコールを含有しないキャリアガスとしての水素ガスが供給される第６のライン１０４とを含む。

第３のライン１０１には、第３のライン１０１を開閉するための第３のバルブ１０５と、第３のライン１０１における窒素ガスの流量を調整するための第３の流量調整バルブ１０６と、第３のライン１０１における窒素ガスの流量を検出するための第３の流量計１０７とが介装されている。
第４のライン１０２には、第４のライン１０２を開閉するための第４のバルブ１０８と、第４のライン１０２における水素ガスの流量を調整するための第４の流量調整バルブ１０９と、第４のライン１０２における水素ガスの流量を検出するための第４の流量計１１０と、液体のアルコール（エタノール）および液体の水（蒸留水）が溜められた、気体のアルコールと気体の水蒸気の存在するアルコール／水容器１１１とが介装されている。アルコール／水容器１１１の温度は２０℃±５℃に設定されている。アルコール／水容器１１１において、アルコールと水とは液体のアルコールと液体の水の水溶液とこの水溶液から気化した気体のアルコールと気体の水蒸気とが存在する。アルコール／水容器１１１には、液体のエタノールと液体の水が３:１０の体積比で混合されている。第４のライン１０２を流れる処理ガスに含まれる「エタノール＋水」は混合する前の液体のエタノール単体の体積＝３と、混合する前の液体の水単体の体積＝１０と、の体積比で混合されている水溶液から気化した気体のエタノールと気体の水蒸気とを含む。このような処理ガスを、以降、「エタノール体積濃度２３％水溶液から発生するエタノールを含有する水素ガス（２３％＠）」と呼ぶ場合がある。

第５のライン１０３には、第５のライン１０３を開閉するための第５のバルブ１１２と、第５のライン１０３における水素ガスの流量を調整するための第５の流量調整バルブ１１３と、第５のライン１０３における水素ガスの流量を検出するための第５の流量計１１４と、液体のアルコール（エタノール）のみが溜められた、気体のアルコールの存在するアルコール容器１１５とが介装されている。アルコール容器１１５には、エタノールから除去できない水分を除き、水が含まれないため、第５のライン１０３を流れる処理ガスには気体のエタノールが含まれる一方水はほぼ含まれない。このような処理ガスを、以降、「エタノール体積濃度１００％液から発生するエタノールを含有する水素ガス（１００％＠）」と呼ぶ場合がある。

第６のライン１０４には、第６のライン１０４を開閉するための第６のバルブ１１６と、第６のライン１０４における水素ガスの流量を調整するための第６の流量調整バルブ１１７と、第６のライン１０４における水素ガスの流量を検出するための第６の流量計１１８と、液体の水（蒸留水）のみが溜められた、気体の水蒸気の存在する水容器１１９とが介装されている。水容器１１９には、アルコールが含まれないため、第６のライン１０４を流れる処理ガスには気体の水蒸気が含まれる一方エタノールは含まれない。このような処理ガスを、以降、「水を含有する水素ガス」と呼ぶ場合がある。

第１のバルブ５４と第３のバルブ１０５とを選択的に切り換えることによりチャンバ４５内の雰囲気の主成分を水素と窒素との間で切り換えることができる。また、第４〜第６のバルブ１０８，１１２，１１６のうち１つ以上のバルブを開くことにより、チャンバ４５内の雰囲気に含まれるアルコールと水との成分比を制御できる。これらのバルブ１０８，１１２，１１６の開成に加え、流量調整バルブ１０９，１１３，１１７の開度を調整することにより、チャンバ４５内の雰囲気に含まれるアルコールと水との成分比をさらに細かく制御できる。

図２４は、第１４〜第２０の摩擦試験の計測対象のプレート試験片の上層について説明するための図である。
計測対象のプレート試験片４２は、図５Ａを用いて説明したように二層構造の硬質炭素系膜からなる二層膜４３を表層側に含む。第１５〜第２０の摩擦試験では、二層膜４３のうち下層を構成するＳｉ−ＤＬＣ膜は、Ｓｉ−ＤＬＣ膜６２（図５Ａ参照）と同等の構成であるが、二層膜４３のうち上層（Ｓｕｒｆａｃｅ ｌａｙｅｒ）を構成するＰＬＣ（Ｐｏｌｙｍｅｒ−Ｌｉｋｅ−Ｃａｒｂｏｎ）膜１６３は、その作製手法がＰＬＣ膜６３（図５Ａ参照）と一部異なっている。

ＰＬＣ膜１６３の作成手法がＰＬＣ膜６３の作成手法と主として相違する点は、イオン化蒸着法（ＰＶＤ法）におけるバイアス電圧（Bias voltage）として、高バイアス電圧（−４．０ｋＶ）を採用した点にある。
第１４〜第２０の摩擦試験では、ＰＬＣ膜として、第１のＰＬＣ膜１６３Ａ、第２のＰＬＣ膜１６３Ｂおよび第３のＰＬＣ膜１６３Ｃという３種の膜を用意した。第１のＰＬＣ膜１６３Ａには添加物はないが（単に「ＰＬＣ」）、第２のＰＬＣ膜１６３Ｂは水素が添加されており（Ｈ−ＰＬＣ）、また、第３のＰＬＣ膜１６３Ｃは酸素が添加されている（Ｏ−ＰＬＣ）。これらの膜の作成手法について、図２６に示す通りである。

プレート試験片４２を、二層膜４３の形成面を試験面として第２の摩擦試験機１４１にセットした後、摩擦速度８．０ ｍｍ／ｓ、摩擦ストローク４．０ｍｍ、無潤滑という試験条件の下、ピン試験片４４を介してプレート試験片４２の表面に与える荷重の大きさを１９．６Ｎ〜６３．７Ｎまで、１．９６Ｎ単位で段階的に上昇させながら、第１４〜第２０の摩擦試験（最大２８２００回の高荷重試験）を行い、ＦＦＯの発現状況を調べた。

第１４〜第２０の摩擦試験のうち第１４〜第１７の摩擦試験では、試験開始からＦＦＯが発現するまでのなじみ環境（Ｒｕｎ−ｉｎ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ）とＦＦＯの発現後のＦＦＯ環境（ＦＦＯ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ）との間で、チャンバ４５内に供給される処理ガスの種類および／またはその流量を変化させている。
＜第１４の摩擦試験＞
図２５は、第１４の摩擦試験の試験条件を説明するための図である。

図２５に示すように、第１４の摩擦試験においてなじみ環境（Ｒｕｎ−ｉｎ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ）では、チャンバ４５内にメインフローとして窒素ガスを大流量（５ｓｌｍ）で供給すると共に、エタノール体積濃度２３％水溶液から発生するエタノールを含有する水素ガス（２３％＠）を、サブフローとして中流量（１８０ｓｃｃｍ）で供給する。また、ＦＦＯ環境（ＦＦＯ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ）では、チャンバ４５内にメインフローとして窒素ガスを大流量（５ｓｌｍ）で供給し、エタノール体積濃度２３％水溶液から発生するエタノールを含有する水素ガス（２３％＠）をサブフローとして小流量で供給すると共に、エタノール体積濃度１００％液から発生するエタノールを含有する水素ガス（１００％＠）をサブフローとして微量で供給した。具体的には、水分を多く含むエタノール体積濃度２３％水溶液から発生するエタノールを含有する水素ガス（２３％＠）の供給流量は、供給開始時には８０ｓｃｃｍとしその後１７ｓｃｃｍまで徐々に低減させた。また、エタノール体積濃度１００％液から発生するエタノールを含有する水素ガス（１００％＠）の供給流量は、供給開始時には０．１ｓｃｃｍとしその後０．３ｓｃｃｍまで徐々に増加させた。すなわち、ＦＦＯを発現するＦＦＯ環境（ＦＦＯ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ）は、なじみ環境（Ｒｕｎ−ｉｎ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ）よりも、チャンバ４５内の雰囲気中のアルコール濃度および水分濃度が低い状態に制御する。このようにＦＦＯを容易に発現させるには、アルコール濃度と水分濃度を低く制御する方法が効果的である。なお、第１４の摩擦試験では、プレート試験片４２（図５Ａ参照）として、第２のＰＬＣ膜１６３Ｂ（Ｈ−ＰＬＣ）を用いた。ただし、第１〜第１３の摩擦試験に用いたプレート試験片と同等のプレート試験片を用いてもよい。

図２６は、第１４の摩擦試験における、負荷荷重（Ｌｏａｄ）と、摩擦係数（Ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）の計測値との関係を示すグラフである。
第１４の摩擦試験では、図２６に示すように、荷重を９．８Ｎから９．８Ｎ刻みに段階的に上昇させ、荷重が６３．７Ｎに達した後は６３．７Ｎのまま保った。荷重が６３．７Ｎに達してから暫く経過した時点でアルコール濃度および水分濃度を低く制御すると、摩擦係数が急減しＦＦＯが発現した。その後、荷重を６３．７Ｎを保っても、ＦＦＯの発現が維持された。ＦＦＯ発現中の摩擦係数は、１×１０^−４以下であった。ＦＦＯの発現時間は４時間以上であった。ＦＦＯ環境（ＦＦＯ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ）の前半（前半のおよそ２時間）では、摩擦係数の瞬間的な上昇が繰り返し見られたものの、さらに水分濃度を低く制御するとＦＦＯ環境（ＦＦＯ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ）の後半（後半のおよそ２時間）ではＦＦＯの発現が安定して維持された。

第１４の摩擦試験から、メインフローとして窒素を用いる場合、つまり、チャンバ４５内の雰囲気の主成分が窒素である場合にも、ＦＦＯが発現し、しかも、その摩擦係数は非常に低く、かつＦＦＯの発現状態も良いことが判った。
＜第１５および第１６の摩擦試験＞
図２７Ａおよび図２７Ｂは、第１５および第１６の摩擦試験の試験条件を説明するための図である。

図２７Ａおよび図２７Ｂに示すように、第１５および第１６の摩擦試験においてなじみ環境（Ｒｕｎ−ｉｎ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ）では、チャンバ４５内にメインフローとして水素ガスを大流量（４．３ｓｌｍ）で供給すると共に、水を含有する水素ガスを、サブフローとして小流量で供給する。また、ＦＦＯ環境（ＦＦＯ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ）では、チャンバ４５内にメインフローとして水素ガスを大流量（４．３ｓｌｍ）で供給した。

第１５の摩擦試験と第１６の摩擦試験とは、次に述べる点で相違する。すなわち、なじみ環境（Ｒｕｎ−ｉｎ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ）において、第１５の摩擦試験では、水を含有する水素ガス供給流量を、試験開始時には４０（ｓｃｃｍ）としその後０（ｓｃｃｍ）まで徐々に減少させたのに対し、第１６の摩擦試験では、水を含有する水素ガス供給流量を４０（ｓｃｃｍ）のまま保ち続けた。また、ＦＦＯ環境（ＦＦＯ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ）において、第１５の摩擦試験では、メインフローとして水素ガスのみを供給したのに対し、第１６の摩擦試験では、水を含有する水素ガス供給流量を４０（ｓｃｃｍ）から１０（ｓｃｃｍ）まで徐じょに減少させて併せて供給した。

第１５および第１６の摩擦試験では、プレート試験片４２の上層（Ｓｕｒｆａｃｅ ｌａｙｅｒ）として、第１のＰＬＣ膜１６３Ａ（ＰＬＣ）を用いた。また、ピン試験片４４の材質として加熱処理されていないジルコニアではなく、加熱処理されたジルコニアを用いた。加熱処理がされたジルコニアを用いて形成されたピン試験片４４は、結晶構造が熱により正方晶から単斜晶に相転移し，結晶格子が長くなるため，水素分子や水分子の解離がより効果的に発現し、ジルコニアからなるピン試験片４４による触媒作用を、より一層高めることができる。

図２８および図２９は、それぞれ、第１５の摩擦試験および第１６の摩擦試験における、負荷荷重（Ｌｏａｄ）と、摩擦係数（Ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）の計測値との関係を示すグラフである。
第１５の摩擦試験では、図２８に示すように、試験開始から荷重を１９．６Ｎとし、荷重大きさを１９．６Ｎのまま保った。水を含有する水素ガス供給を停止すると、試験の開始から４５分経過した時点で、摩擦係数が急減しＦＦＯが発現した。ＦＦＯの発現開始から、しばらくの間は摩擦係数が増減を繰り返していたが、その後、ＦＦＯの発現状態が安定するようになった。ＦＦＯ発現中の摩擦係数は、６×１０^−４であった。ＦＦＯの発現時間は約１時間であった。

第１６の摩擦試験では、図２９に示すように、試験開始は荷重を１９．６Ｎとし、試験の開始から２９分経過した時点で荷重を２９．４Ｎに上昇させ、さらに３２分経過した時点で荷重を３９．２Ｎに上昇させ、その後３９．２Ｎのまま保った。水を含有する水素ガス供給流量が１０（ｓｃｃｍ）でも、荷重を３９．２Ｎまで上昇させた後ＦＦＯが安定的に発現するようになった。ＦＦＯの発現時間は約１時間であった。ＦＦＯ発現中の摩擦係数は、５×１０^−４であった。ＦＦＯの発現時間は約１時間であった。

第１５および第１６の摩擦試験から、チャンバ４５内の雰囲気にエタノール（アルコール）が含まれていなくてもＦＦＯが発現することが判る。また、なじみ環境（Ｒｕｎ−ｉｎ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ）における雰囲気にエタノール（アルコール）が含まれていなくても、ＦＦＯ環境（ＦＦＯ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ）における雰囲気に水分が少量含まれていれば、膜（第１のＰＬＣ膜１６３Ａ）の耐荷重性が高まることが判る。
＜第１７の摩擦試験＞
図３０Ａおよび図３０Ｂは、第１７の摩擦試験の試験条件を説明するための図である。

図３０Ａおよび図３０Ｂに示すように、第１７の摩擦試験においてなじみ環境（Ｒｕｎ−ｉｎ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ）では、チャンバ４５内にメインフローとして水素ガスを大流量（４．３ｓｌｍ）で供給すると共に、エタノール体積濃度１００％液から発生するエタノールを含有する水素ガス（１００％＠）を、サブフローとして微小流量（２ｓｃｃｍ）で供給する。また、ＦＦＯ環境（ＦＦＯ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ）では、チャンバ４５内にメインフローとして窒素ガスを大流量（４．３ｓｌｍ）で供給し、エタノール体積濃度１００％液から発生するエタノールを含有する水素ガス（１００％＠）を、サブフローとして微小流量（１ｓｃｃｍ）で供給する。第１７の摩擦試験では、プレート試験片４２の上層（Ｓｕｒｆａｃｅ ｌａｙｅｒ）として、第１のＰＬＣ膜１６３Ａ（ＰＬＣ）を用いた。

図３１は、第１７の摩擦試験における、負荷荷重（Ｌｏａｄ）と、摩擦係数（Ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）の計測値との関係を示すグラフである。
第１７の摩擦試験では、図３１に示すように、試験開始から４０分までは荷重を１９．６Ｎに維持していたが、その後荷重を１９．６Ｎから９．８Ｎ刻みに段階的に上昇させ、荷重が６３．７Ｎに達した後は６３．７Ｎのまま保った。荷重が約５０Ｎに達した前後で摩擦係数が急減しＦＦＯが発現した。その後、摩擦係数の値の大きな上下動が見られたが、荷重が６３．７Ｎに達した後は、ＦＦＯの発現が安定して維持された。ＦＦＯ発現中の摩擦係数は、概ね１×１０^−４以下であった。ＦＦＯの発現時間は約１時間であった。

第１７の摩擦試験から、チャンバ４５内の雰囲気が水（Ｈ_２Ｏ）を含まない場合、すなわち水酸基含有化合物としてエタノールが用いられている場合であっても、ＦＦＯは良好に発現することが判る。なお、第１７の摩擦試験では、アルコールとしてエタノールを用いたが、メタノール、１−プロパノール、２−プロパノール等の他のアルコールを用いても同様の結果が得られるものと推察される。

次に、第１８〜第２０の摩擦試験について説明する。第１８〜第２０の摩擦試験では、プレート試験片４２の上層（Ｓｕｒｆａｃｅ ｌａｙｅｒ）を異ならせた。
＜第１８の摩擦試験＞
プレート試験片４２の上層（Ｓｕｒｆａｃｅ ｌａｙｅｒ）として、第３のＰＬＣ膜１６３Ｃ（Ｏ−ＰＬＣ）が採用されている。なじみ環境（Ｒｕｎ−ｉｎ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ）およびＦＦＯ環境（ＦＦＯ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ）の別を問わず、チャンバ４５内にメインフローとして水素ガスを大流量（４．３ｓｌｍ）で供給し、エタノール体積濃度１００％液から発生するエタノールを含有する水素ガス（１００％＠）および水を含有する水素ガスを小流量（それぞれ４０ｓｃｃｍおよび１０ｓｃｃｍ）で供給した。
＜第１９の摩擦試験＞
プレート試験片４２の上層（Ｓｕｒｆａｃｅ ｌａｙｅｒ）として、第１のＰＬＣ膜１６３Ａ（ＰＬＣ）が採用されている。なじみ環境（Ｒｕｎ−ｉｎ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ）およびＦＦＯ環境（ＦＦＯ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ）の別を問わず、チャンバ４５内にメインフローとして水素ガスを大流量（４．３ｓｌｍ）で供給し、エタノール体積濃度２３％水溶液から発生するエタノールを含有する水素ガス（２３％＠）を中流量（１８０ｓｃｃｍ）で供給し、エタノール体積濃度１００％液から発生するエタノールを含有する水素ガス（１００％＠）を微小流量（２ｓｃｃｍ）で供給した。
＜第２０の摩擦試験＞
プレート試験片４２の上層（Ｓｕｒｆａｃｅ ｌａｙｅｒ）として、第２のＰＬＣ膜１６３Ｂ（Ｈ−ＰＬＣ）が採用されている。なじみ環境（Ｒｕｎ−ｉｎ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ）およびＦＦＯ環境（ＦＦＯ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ）の別を問わず、チャンバ４５内にメインフローとして水素ガスを大流量（４．３ｓｌｍ）で供給し、エタノール体積濃度２３％水溶液から発生するエタノールを含有する水素ガス（２３％＠）を中流量（１８０ｓｃｃｍ）で供給した。

図３３〜図３５は、第１８〜第２０の摩擦試験における、負荷荷重（Ｌｏａｄ）と、摩擦係数（Ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）の計測値との関係を示すグラフである。
第１８の摩擦試験では、図３３に示すように、荷重を１９．６Ｎから９．８Ｎ刻みに段階的に上昇させ、荷重が６３．７Ｎに達した後は６３．７Ｎのまま保った。アルコール濃度および水分濃度を低く制御すると、荷重を１９．６Ｎから２９．４Ｎに上げるとＦＦＯが発現、荷重を６３．７Ｎに上げてもＦＦＯを維持した。荷重が６３．７ＮでのＦＦＯの初期の摩擦係数は、約５×１０^−４であったが、時間の経過に従って摩擦係数は低下し、１×１０^−４ 以下程度まで下がった。その後、摩擦係数は緩やかに増大した。ＦＦＯの発現時間は２時間以上であった。

第１９の摩擦試験では、図３４に示すように、荷重を１９．６Ｎから９．８Ｎ刻みに段階的に上昇させ、荷重が６３．７Ｎに達した後は６３．７Ｎのまま保った。アルコール濃度および水分濃度を低く制御すると、試験開始後２３分が経過した時点で、摩擦係数が急減しＦＦＯが発現した。その後、荷重を９．８Ｎ刻みに段階的に上昇させ、荷重が６３．７Ｎに達した後は６３．７Ｎのまま保った。荷重を３９．２Ｎに上げるとＦＦＯが安定して発現、荷重を６３．７Ｎでも安定して発現した。ＦＦＯの発現中の摩擦係数は、約１×１０^−４以下と低値を呈した。ＦＦＯの発現時間は２時間以上であった。

第２０の摩擦試験では、図３５に示すように、荷重を１９．６Ｎから９．８Ｎ刻みに段階的に上昇させ、荷重が６３．７Ｎに達した後は６３．７Ｎのまま保った。アルコール濃度および水分濃度を低く制御すると、試験開始後３０分が経過した時点で、摩擦係数が急減しＦＦＯが発現した。ＦＦＯの初期の摩擦係数は、約１×１０^−４であったが、摩擦力測定センサーの温度ドリフトのため時間の経過に従って摩擦係数は緩やかに増大した。摩擦センサーの温度ドリフトがない場合は、ＦＦＯの摩擦係数は１×１０^−４〜４×１０^−４の範囲であったと推察した。ＦＦＯの発現時間は４時間以上であった。

第１８〜第２０の摩擦試験から、プレート試験片４２の上層（Ｓｕｒｆａｃｅ ｌａｙｅｒ）として、第１のＰＬＣ膜１６３Ａ（ＰＬＣ）、第２のＰＬＣ膜１６３Ｂ（Ｈ−ＰＬＣ）および第３のＰＬＣ膜１６３Ｃ（Ｏ−ＰＬＣ）のいずれを用いた場合であっても、ＦＦＯが良好に発現することが判る。
以上によりこの実施形態によれば、イオン化蒸着法によりバイアス電圧を印加しながら形成された被膜であるＰＬＣ膜９を含む被摺動面７に対し、アルコールおよび／または水を微量に含む水素ガスおよび／または窒素ガスの雰囲気環境（さらに言えば、酸素を含まない環境）下で、金属（ＳＵＪ２、パラジウム等）または酸化物セラミックス（ＺｒＯ_２）を用いて形成された摺動面６を、１．０ＧＰａ以上のヘルツ接触応力で摺動させる。摺動面６を構成する金属（ＳＵＪ２、パラジウム等）または酸化物セラミックス（ＺｒＯ_２）は、水素分子を解離吸着して活性水素を発生できる触媒性を有している。摺動面６でＰＬＣ膜９を摺動する結果、摺動面６の触媒作用により、摺動界面に活性水素が存在するようになる。内部空間１０の雰囲気に含まれるアルコールが、摺動面６の活性水素の酸触媒作用により水素化分解される。これにより、ＦＦＯを発現させることができる。また、水が存在しているので、この水により、摺動面６の触媒作用を安定化を図ることができる。

これにより、１０^−４オーダ（０．００１未満）の著しく低い摩擦係数を有する低摩擦被膜５を、摺動面６に形成することができる。低摩擦被膜５は、著しく低い摩擦係数を、安定的に発揮する。
また、潤滑剤を別途用いることなく、摺動面６の摩擦係数の低減を図ることができる。
さらに、摺動面６の摩擦係数を著しく低減できる結果、潤滑剤を別途用いることなく、摺動面６と被摺動面７との間に発生する摩擦力の低減を図ることができる。これにより、摺動システム１の摺動に伴う摩擦損失を大幅に低減することができ（摩擦トルクを大幅に低減することができ）る。したがって、摺動システム１の小型化および軽量化を図ることができると共に、摺動システム１の信頼性の向上を図ることができる。

また、この発明は、他の形態で実施することもできる。
たとえばまた、ＰＬＣ膜９が短鎖ポリアセチレン系分子を主成分として含むが、それ以外の炭化水素分子を主成分として含むものであってもよい。
また、ＰＬＣ膜９は、炭化水素系ガスの雰囲気環境下で、低バイアス電圧または高バイアスを印加しながらイオン化蒸着法により形成されるとして説明したが、ＰＬＣ膜９はそれ以外の手法により形成される被膜であってもよい。

また、被摺動面７に対する摺動面６の摺動に並行して、内部空間１０にアルコールおよび水を供給するアルコール／水供給状態と、内部空間１０へのアルコールおよび水の供給を停止する供給停止状態とを交互に繰り返してもよい。
アルコールおよび水のチャンバ１２内への供給を停止することにより、チャンバ１２内の雰囲気から、前述のような触媒毒となり得る水分（水）を除くことが可能である。その半面、アルコールおよび水の供給停止により、エタノールおよび水が摺動面６（摺動界面）で枯渇するおそれがある。

アルコール／水供給状態と、供給停止状態とを交互に繰り返すことにより、水が触媒毒となるのを抑制しながら、エタノールおよび水を摺動面６（摺動界面）に供給し続けることができる。
また、処理ガス導入配管１９の導入口３２からチャンバ１２の内部空間１０に供給される処理ガスは、窒素ガスおよび水素ガスの少なくとも一方をメインフローとして含んでいる。また、この処理ガスは、アルコールおよび水の少なくとも一方を微量に含んでいる。

すなわち、主体ガス（窒素ガスおよび水素ガスの少なくとも一方）がアルコールおよび水の双方を含むものであってもよいし、アルコールを含むが水を含まないものであってもよいし、水を含むがアルコールを含まないものであってもよい。 また、炭化水素系物質の一例としてアルコールを例示したが、アルコールに代えて他の炭化水素系物質（たとえば、メタン、エタン、プロパン、ブタン、アセチレン、エチレン、カルボン酸（酢酸、ギ酸等））を採用してもよい。

また、チャンバ１２の内部空間１０の雰囲気を、水素ガスを主体としてもよいし、窒素ガスを主体としてもよい。
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。

１…摺動システム、５…低摩擦被膜、６…摺動面、７…被摺動面、９…ＰＬＣ膜（非晶質炭素系膜）、１０…内部空間（空間）

Claims (23)

1. 低摩擦被膜を製造する方法であって、
   水素雰囲気環境下で水素分子を解離吸着し、活性水素（Ｈ ^＋ ）を発生する触媒性を有する金属またはセラミックスを用いて形成された摺動面と、炭化水素分子を主成分として含む非晶質炭素系膜を含む被摺動面とが配置される空間を、水酸基含有化合物と水素とを含むガス雰囲気に置換する置換工程と、
   前記空間が、水酸基含有化合物と水素とを含む前記ガス雰囲気とされている状態で、前記摺動面を前記被摺動面に対し、１．０ＧＰａ以上のヘルツ接触応力で相対摺動させる摺動工程とを含み、
   前記摺動工程によって、前記摺動面に前記低摩擦被膜を形成する、低摩擦被膜製造方法。
2. 前記ガス雰囲気は、さらに炭化水素系物質を含む、請求項１に記載の低摩擦被膜製造方法。
3. 前記水酸基含有化合物および前記炭化水素系物質は、アルコールを含む、請求項２に記載の低摩擦被膜製造方法。
4. 前記アルコールは、メタノールを含む、請求項３に記載の低摩擦被膜製造方法。
5. 前記水酸基含有化合物は、水をさらに含み、
   前記液体のメタノールおよび前記液体の水に対する当該液体のメタノールの体積％濃度が、６％〜１５％である水溶液から発生する気体のメタノールと気体の水蒸気とを含む、請求項４に記載の低摩擦被膜製造方法。
6. 前記アルコールは、エタノールを含む、請求項３に記載の低摩擦被膜製造方法。
7. 前記水酸基含有化合物は、水をさらに含み、
   前記液体のエタノールおよび前記液体の水に対する当該液体のエタノールの体積％濃度が、６％〜３０％である水溶液から発生する気体のエタノールと気体の水蒸気とを含む、請求項６に記載の低摩擦被膜製造方法。
8. 前記液体のエタノールおよび前記液体の水に対するエタノールの体積％濃度が、１５％〜２５％である水溶液から発生する気体のエタノールと水蒸気とを含む、請求項７に記載の低摩擦被膜製造方法。
9. 前記アルコールは、１−プロパノールを含む、請求項３に記載の低摩擦被膜製造方法。
10. 前記アルコールは、２−プロパノールを含む、請求項３に記載の低摩擦被膜製造方法。
11. 前記水酸基含有化合物は、前記アルコールを１００％の割合で含む液から発生する気体のアルコールである、請求項３，４，６，９，１０のいずれか一項に記載の低摩擦被膜製造方法。
12. 前記水酸基含有化合物は、水を含む、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の低摩擦被膜製造方法。
13. 前記ヘルツ接触応力は、１．３ＧＰａ〜２．４ＧＰａである、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の低摩擦被膜製造方法。
14. 前記非晶質炭素系膜が、短鎖ポリアセチレン系分子を主成分として含む、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の低摩擦被膜製造方法。
15. 前記非晶質炭素系膜は、炭化水素系ガスの雰囲気環境下で、バイアス電圧を印加しながらイオン化蒸着法により形成された被膜を含む、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の低摩擦被膜製造方法。
16. 前記非晶質炭素系膜は、炭化水素系ガスの雰囲気環境下で、高バイアス電圧を印加しながらイオン化蒸着法により形成された被膜を含み、
    前記非晶質炭素系膜には、水素および酸素の少なくとも一方が添加されている、請求項１５に記載の低摩擦被膜製造方法。
17. 前記摺動部材は、ＺｒＯ_２を用いて形成されている、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の低摩擦被膜製造方法。
18. 前記空間に前記水酸基含有化合物を供給する供給工程と、
    前記摺動工程の開始後、前記水酸基含有化合物の前記空間への供給を停止する供給停止工程とを含む、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の低摩擦被膜製造方法。
19. 前記摺動工程に並行して、前記空間に前記水酸基含有化合物を供給する供給状態と、当該空間に前記水酸基含有化合物の供給を停止する供給停止状態とを交互に繰り返す工程をさらに含む、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の低摩擦被膜製造方法。
20. 前記水酸基含有化合物は、水をさらに含み、
    前記メタノールは気体状態で第１のキャリアガスによって流動し、
    前記水は気体状態で第２のキャリアガスによって流動し、
    前記気体のメタノールを含んだ第１のキャリアガスの流量と、前記気体の水を含んだ第２のキャリアガスの流量と、の合計に対する前記気体のメタノールを含んだ第１のキャリアガスの流量の比が、６％〜１５％である、請求項４に記載の低摩擦被膜製造方法。
21. 前記水酸基含有化合物は、水をさらに含み、
    前記エタノールは気体状態で第１のキャリアガスによって流動し、
    前記水は気体状態で第２のキャリアガスによって流動し、
    前記気体のエタノールを含んだ第１のキャリアガスの流量と、前記気体の水を含んだ第２のキャリアガスの流量と、の合計に対する前記気体のエタノールを含んだ第１のキャリアガスの流量の比が、６％〜３０％である、請求項６に記載の低摩擦被膜製造方法。
22. 前記気体のエタノールを含んだ第１のキャリアガスの流量と、前記気体の水を含んだ第２のキャリアガスの流量と、の合計に対する前記気体のエタノールを含んだ第１のキャリアガスの流量の比が、１５％〜２５％である、請求項２１に記載の低摩擦被膜製造方法。
23. 前記炭化水素系物質は、エチレンを含む、請求項２に記載の低摩擦被膜製造方法。