研究開発された技術紹介

自動車部品の表面処理は、耐摩擦性や耐食性の向上のみならず、平準化による燃費の改善など環境と省エネルギー面での寄与の大きい。近年、高品位成膜法として高出力インパルスマグネトロンスパッタリング法(略称HiPIMS法)が注目されているが、現状のパルス電源ではHiPIMSの性能を十分発揮できない。本研究ではHiPIMSによる高品位成膜に必要なフレキシブルパルス電源の開発を行う。

フレキシブルパルス電源を構成する4つの要素①DC-DCコンバータ、②パルス生成回路、③異常放電保護回路、④制御装置(コントローラー)の開発を行い、それらを組み合せてフレキシブルパルス電源システムを構築した。小容量で各種試験向けのα版フレキシブルパルス電源、大容量で商業生産向けのβ版フレキシブルパルス電源を製作した。α版パルス電源は、企業や大学においてプラズマ試験を実施し、良好な評価を得た。

①DC-DCコンバータ開発
‐小型軽量化と高効率化のために、SiC-FETとSiCダイオードを使用し、スイッチング周波数85kHzで最高効率95.7％のDC-DCコンバータを開発した。さらにトランスとリアクトルの小型化によって装置容積の30％削減を達成した。
②パルス生成回路開発
‐正負の3値パルスを生成可能な回路を考案し、研究開発向けに5kW級 のパルス電源（α版と称する）、生産ライン向けに50kW級のパルス電源（β版と称する）を開発した。さらに、主パルスのほかに、主パルスと同期したパルスを基板に印加する回路を開発した。
③異常放電保護回路開発
‐約200nsの速度で過電流遮断が可能な双方向スイッチを開発した。さらに、永久磁石と鉄心で構成される限流器を提案し、α版およびβ版パルス電源に対応できる限流器を開発した。
④制御装置の開発
‐低コストでシステムの制御・監視・通信・操作を実現するために、myRIOをベースとしたリアルタイムコントローラを開発するとともに、安価なシングルボードコンピュータとタッチパネルを用いた操作システムを構築した。さらに、IOT対応を目的として、遠隔操作用ソフトウェアを一般的なPCで使用できるように整備し、ユーザ所持のPCにて遠隔操作できるように改良した。

１．スパッタリング用電源システム、特許第６７７５８５８号　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　２．電源システム、特許第６７１３１４３号　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　３．電源装置、特許第６５５８７８９号　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　４．過電流保護装置、特許第６５５８７８８号　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　５．スパッタリング用パルス電源装置、特許第６３４８２４３号

開発したHiPIMS用フレキシブルパルスによって、成膜品質の良好なHiPIMS用フレキシブルパルス電源の実用化が加速される。
開発したDC-DCコンバータ（定格500V-10A-5kW）を複数台直並列で使用出来るため、パルス電源の出力に応じて柔軟にシステムを組むことができる。
開発した異常放電保護回路によって、突発的な異常放電に対してシステムを確実に保護できる。
開発したフレキシブルパルス電源のシステムコントローラを使うことで、低コストでシステムの制御、監視、通信、操作を実現できる。さらに、ユーザー所持のPCにて遠隔操作することができる。
パルス発生回路、DC-DCコンバータ、双方向スイッチ、および限流器の解析モデルを構築した。これにより、フレキシブルパルス電源の特性予測と最適設計、開発期間の短縮に有用となる。

小容量α版パルス電源について、企業や大学にプラズマ試験を実施頂き、高い評価を得た。

①HiPIMS用フレキシブルパルス電源：本事業によって、成膜品質の良好なHiPIMS用フレキシブルパルス電源の実用化が加速されるものと期待する。
②フレキシブルパルス電源：上記の研究成果をもって事業化を行い、競合他社製品に対して国産化、コストパフォーマンスの良さ、アフターケアの充実がメリットである。
③ジュール制御スパッタリング電源：ハードディスク製造用スパッタリング電源にジュール制御機能を付加したものである。
④陽極酸化用パルス電源：本研究成果を従来製品に適用することにより、高性能且つ価格競争力のある陽極酸化用パルス電源の製品化が可能となる。

今後川下企業へのPRをし、事業化を進めていきたい。
小容量のα版パルス電源については、企業や大学から高い評価を得ている。
フレキシブルパルス電源については、競合他社製品に対して、国産化、コストパフォーマンスの良さ、アフターケアの充実を売りとして売り上げアップを図る。

川下企業へのPR
追加研究（装置の実装技術の改良、設備の低コスト化）

真空機器装置メーカーで成膜装置を製造している企業との提携を模索しています。