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複合・新機能材料

DLC低温高速成膜技術により、部材の強度向上や、耐久性の向上を実現

千葉県

ナノテック株式会社

2021年2月19日更新

プロジェクトの基本情報

プロジェクト名 軽金属材料及びプラスチックへの水素フリーDLC低温成膜技術の開発
基盤技術分野 複合・新機能材料
対象となる産業分野 自動車、産業機械
事業化状況 実用化に成功し事業化間近
事業実施年度 平成22年度~平成23年度

プロジェクトの詳細

事業概要

地球環境保全の観点から,各種部品の軽量化の要求に応えるために積極的な活用が期待される軽金属材料及びプラスチックは、従来の熱処理では熱による変形等の問題があり、部品表面の耐久性を向上させることが困難であった。そこで,新たに低温処理プロセスを適用し、耐久性能を飛躍的に向上させる水素を含有しないDLC成膜技術を開発する。加えて本提案の環境に配慮した低温熱処理技術によるDLC成膜された軽量・高耐久・高強度な部品を開発する

開発した技術のポイント

新規のDLC成膜技術を開発し、非熱処理部材にも高硬度のDLC成膜を可能に
・高硬度のDLC成膜→硬さ400~3000HVの間で制御可能な成膜
・スクラッチ荷重の向上→従来DLCと比べ、耐スクラッチ荷重1.5倍以上に
・耐高温性→1,000℃の高温加熱試験でも変色、膜抜け剥離なし
(新技術)
超高密度パルススパッタリング法
・低温(~80℃)でのDLC成膜
・水素フリーのDLCであり、高硬度のDLCコーティングを軽金属やプラスチック等に施すことが可能に
・材料の変形も少なく表面粗さも滑らかであり、ドーピング効率が高い(機能性の付与が可能)

具体的な成果

・高密度プラズマ生成技術を開発
‐高密度プラズマを用いたパルススパッタリング技術を基にし、ポリエステル上のDLC成膜を実現
‐水素フリーで耐久性能の高いDLCを、80℃以下の低温で形成
‐DLCを変形させない調整機構を取り付けた、フィルム巻き取り機を設計し、幅100mmのフィルムに対し膜厚分布25%以内の一様な成膜が可能に
・成膜時の制御により、硬度の調整が可能
‐ナノインデンテーション法により、薄膜の硬度を測定
‐放電条件の適切な制御により、成膜される水素フリーDLCは硬度・成膜速度を調整することが可能
・耐高温性を持ち、酸素透過度の低いコーティング
‐PETフィルム素材に対する水素フリーDLCコーティングによって、従来技術によるDLCコーティングと比べ酸素透過度を1/5程度まで低減

知財出願や広報活動等の状況

・特許:炭素膜成膜装置(国際特許:PCT/JP2012/72116、国内特許:特願2011-194954)、炭素膜の形成方法および装置(特開2011-214150)
・論文:平塚傑工「Extraordinary deposition rate of diamond-like carbon film using HIPIMS technology」(H24.6)
・出展:ASTEC国際先端表面技術展・会議(H24.2)、高機能フィルム展(H24.5)

実用化・事業化の状況

事業化状況の詳細

・H24年度に実用化に成功、事業化に時間がかかる
・有償サンプルあり(成膜装置を使用した受託加工サンプルの提供が可能)

製品・サービスのPRポイント

・強度向上→開発した水素フリーDLC低温成膜技術はDLCのビッカース換算硬度(HV)を1,000~3,000の間で制御可能であり、部材の強度向上に効果がある
・耐久性向上→開発した水素フリーDLC低温成膜技術により成膜されたDLCはオレイン酸中での摩擦係数が従来品0.09に対し0.06まで低下し、耐久性の向上に効果がある
・低コスト化→開発した水素フリーDLC低温成膜技術の成膜速度は最大で660nm/minと従来のDLC成膜技術に比べて6倍以上速く、処理時間の低減が望める

今後の実用化・事業化の見通し

川下企業に試作品を提供し、性能評価を受けるとともに、半導体メーカーや各種機械メーカーを対象とした販路開拓を実施している
・開発した水素フリーDLC低温成膜技術をフィルム巻取り式成膜装置へ応用するための研究を引き続き行った。また、川下企業へ実製品を使用した試作品を提供し、性能評価を行っている最中である
・現在、試作品を川下企業へ提供し性能評価を行っている。成膜速度と品質を両立させる必要があり、改善のための研究を継続している段階である
・現在、いくつかの製品については耐久性の向上等について良好な結果が出ており、半導体メーカーや各種機械メーカーへの販路開拓を行っている

プロジェクトの実施体制

サポイン事業者 ナノテック株式会社
事業管理機関 JFEテクノリサーチ株式会社
研究等実施機関 トーカロ株式会社

サポイン事業者 企業情報

企業名 ナノテック株式会社
事業内容 表面改質(コーティング)装置の製造、受託加工、表面分析
本社所在地 〒277-0872 千葉県柏市柏インター南4-6
ホームページ http://www.nanotec-jp.com
連絡先窓口 R&Pセクターマネージャー 平塚傑工
メールアドレス hiratsuka@nanotec-jp.com
電話番号 04-7135-6111