DLCコーティング装置・表面処理・薄膜分析のナノテック株式会社

高硬度、低摩擦、耐凝着、高密着のコーティング

DLC-Hard コーティング
	自社製のコーティング装置を使用し、当社独自の製法「イオン化蒸着法（IVD）」で成膜する当社標準のDLCです。鏡面加工品はコーティング後もほぼ鏡面のまま美しく仕上げることができるのが特徴です。また、高硬度、低摩擦係数、耐摩耗性、耐凝着性、低攻撃性など多彩な機能を有するコーティングとなっています。爪先サイズのピン（φ0.5x5mm）から大型ロール（φ500×3,500L）まで様々なサイズのコーティングに幅広く対応しています。

 

色調	ブラック
硬度	HV2,000～2,500
膜厚	1μm
耐熱温度	350℃
摩擦係数	0.1
処理温度	200℃以下
性能	耐摩耗、摺動、離型、耐凝着、耐腐食
応用例	軟質金属用加工工具、軟質金属用成形金型、 焼結体・セラミック用成形金型、ガラスレンズ成形金型

※上記の値は、コーティング品の形状・材質・面粗度等で若干の変動があります。

毎分数１００缶が高速で加工されるアルミ缶製造工程においては、工具・金型表面へのアルミの凝着はライン停止につながり生産効率を低下させます。DLCコートは凝着を防ぎ工具寿命を大幅に向上させるとともに、保守サイクルを延長します。また、近年フロンやトリクレンの廃止に伴う潤滑条件の変化が、DLCコートの需要を促進しています。

□フランジ成形ロール □プリンターマンドレル □搬送ガイド □ネッキングダイ

ＬＳＩパッケージの外部リードフレームの曲げ加工において、リードのハンダメッキが金型表面に付着すると製品の不良率が著しく増加します。曲げダイヘのDLCコートはハンダメッキの付着を防止し、保守サイクルを５～２５倍延長します。

□リードフレーム曲げダイ／パンチ □リード修正台／リード押さえ □コレット／ポケット／突き上げピン □ポット／プランジャー 口ヒートゴマ □ＩＣ搬送シュート（ガイド）

アルミナ等のセラミックスや超硬合金粉末成形加工において、バインダー（結合剤）で固めたセラミックスや超硬粉末成形体が型離れする時に、金型表面に付着すると製品品質が低下します。これを防ぐには金型表面の鏡面性を維持することが重要です。無処理超硬合金製金型では、ショット数の増加と共に肌荒れが生じ粉付着が起こります。DLCコートは粉付着を防止し、金型表面の鏡面性を数万ショット以上保ちます。

□アルミナ成形パンチ／ダイ □超硬チップ成形パンチ

タンパク質や血液など、従来落としにくかった汚れが落ちやすくなります。（洗浄容易性の向上）金属の溶出防止として、成分分析に用いられる容器にも対応します。また黒色なためハレーションを抑制する他、薬剤などもよく見えて計量ミスやコンタミ防止にも寄与します。さらに滑りが良く耐摩耗性が高いため、潤滑剤が使えないような環境での摺動にも応用が可能です。

□メス、剪刀、鉗子 □薬さじ、スパーテル、シャーレ □回転ギア、刃物、ピンセット

８ｍｍビデオカメラ等に使用される非球面レンズは、研磨ではなくモールド成形により製造されます。この場合金型表面形状がそのまま最終レンズ製品に転写されるため、金型表面には高い鏡面性とモールド時の溶融ガラスとの離型性が求められます。DLCコートは、金型母材の鏡面を保ちつつ、溶融ガラスと母材の反応を遮蔽し連続したガラス成形を可能にします。

□ガラスレンズ成形型

アルミ板を積層させて鋼製刃物で断裁する場合、刃先へのアルミ凝着による切断面品質の劣化を防ぐために、アルミ板の間に高価なプラスチックラミネート紙をはさんで断裁をおこなっています。近年、廃プラスチックによる公害問題など環境への配慮がさけばれる中、高価なラミネート紙に変わって普通紙を使用することが検討されました。断裁刃にDLCコートをおこなうと、普通紙を用いてもアルミ凝着をおこさず連続断裁が可能となりました。

□アルミ板断裁刃 □スリツター刃

近年ウイルスへの銅の効果が期待され、様々な研究が⾏われてい ます¹⁾。
弊社は、真空成膜装置によるドライで環境負荷の少ない銅を各種部材にコーティングする技術を開発しました。
不織布やプラスチック、各種⾦属、ドアノブ、取⼿等への成膜も⾏うことができます。
原料となる銅には99.9 atomic%の⾼純度のターゲット材を⽤いており⾼品質な銅コーティング受託加⼯ができます。
法⼈のお客様の各種ご相談に応じて様々なコーティング試作加⼯に対応可能です。

 

¹⁾WARNES, Sarah L.; LITTLE, Zoë R.; KEEVIL, C. William. Human coronavirus 229E remains infectious on common touch surface materials. MBio, 2015, 6.6: e01697-15.

 

弊社の特殊スパッタリング技術を⽤いて成膜しています。 DLC膜も含めた他各種成膜も可能です。

大電力パルススパッタリング（High Power Impulse Magnetron Sputtering：HiPIMS）とは、従来のスパッタリング法よりも大電力を印加し膜質改善効果が期待され注目が集まっている。大電力パルススパッタリング用の電源は、平均電力が従来の電源と同等でありながら100 kWの瞬時電力を出力可能である。本パルス電源は高圧直流安定化電源の出力をコンデンサ（C）に充電し、そのエネルギーを絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(Insulated Gate Bipolar Transistor ：IGBT)によってパルス状に変換して時間的に圧縮された大電力パルス出力を負荷へ供給する電源である。電源の外観を図１に、電源の主要回路図を図2に示す。

図1　HiPIMS電源

図2　主回路の簡易構成

 

図3に示すように本電源による単位時間あたりの仕事量（エネルギー）E [J]は、電力P [W]、時間t [s]とすると
　　E =P × t
と示される。
E [J]を一定とすると
　　E = P 1 × t 1= P 2 × t 2
と考えられ、低い電力を蓄積させ瞬時に放出することで大電力パルスを出力できる。

図3　HiPIMS電源の原理概念図

 

通常のマグネトロンスパッタ法におけるプラズマ密度は、1010 cm-3 程度であるのに対し、HiPIMS法により生成されるプラズマ密度は1011 ～1012 cm-3であり、高密度プラズマを生成可能である。また、パルス幅の制御を行うことで、成膜される膜質の制御が可能である。 さらに瞬時電力の高い高密度プラズマにより従来スパッタではできなかった大幅な膜質改善が見込める。 HiPIMS法を用いて炭素ターゲット上に大電力パルスを印加した際の放電状態を図4に示す。ターゲット表面の放電は、青白く輝度の高い状態が観測できる。
HiPIMS法では、気体のイオン化や金属のスパッタリングを行うことができ、ピーク時の電力密度は、従来の直流（DC）マグネトロンスパッタリング法で得られる電力密度の100倍である1 kW/cm2以上となり、電流密度は1 A/cm2を超える。材料加工におけるHiPIMSグロープラズマ技術の利点として、(1) 優れた密着性、(2) 均一な成膜、(3) 耐腐食性、(4) 比較的平滑な表面と高密度な内部構造等があげられる。HiPIMSによる放電状態が、非常にエネルギー高くかつ幅の広いイオンを生成できることを示している。そのことにより基板に衝突するイオンのエネルギーも高くなり大幅な膜質改善が期待できる。

図4　φ6インチのカーボンターゲット上での放電状況

アーク法
ＨｉＰＩＭＳ法

 

イオン化蒸着法（高硬度）

 

ＨｉＰＩＭＳ法
スパッタリング法

 

イオン化蒸着法
プラズマＣＶＤ

 

スパッタリング法

 

プラズマＣＶＤ

 

耐腐食性に優れ、耐熱性も高いため焼き付きの抑制にも優れた皮膜です。銅の切削や成型加工工具の⾧寿命化に定評があります。また、各種プラスチックなど樹脂素材との離型性にも優れた効果を発揮し、樹脂成型金型の省メンテナンス化にも貢献しています。

１、耐食性、焼き付きによるカジリが改善。
２、高温による酸化性は1000度の環境下でもあまり酸化しません。
３、硬度はクロムメッキがHV1,000に対しCrNコーティングはHV1,800以上になります。

　

銅の切削、成形加工の工具鋼にCrNをコーティングすることによって工具の寿命が数倍から数十倍に向上します。

ゴム・プラスチック金型ではCrNが摩擦抵抗を低減させる為、ゴム・プラスチック樹脂の離型性が大変良くなりメンテナンス不要でショット数が向上、高い耐食性と耐熱性を有しているので摩耗もなく腐蝕ガスでの腐食予防にもなります。ポリカーボネート加工用の金型などでも金型の損傷を大幅減少させることが出来ます。

機械部品の摺動部品には、CrNは摩擦摩耗により発生する熱に対して優れた耐酸化特性を持っているのでCrNを被膜することによって摺動性が良くなりカジリ防止などにもなります。

■CrNとは

硬質クロムメッキのDRYコーティング版としての位置付けで開発されたCrN被膜は高い耐食性と耐熱性を有します。内部応力が他の被膜と比べて低く、厚膜化が比較的に容易で、ピストンリングなどの自動車部品やゴム成形金型などに適用されています。

●用途・応用例

・ゴム、プラスチック成形金型の離型性 ・銅の切削・金型の寿命向上 ・ダイカストなどの熱間成形金型の溶損、ヒートクラック、 　焼き付き、カジリ予防、製品の不良率を低減 ・機械部品の腐食防止、焼き付き、カジリ予防

《CrN コーティング仕様》

色調	シルバーグレー
硬度	HV1,800～2,100
膜厚	2～3μｍ
耐熱温度	800℃
摩擦係数	0.5
処理温度	500℃以下
性能	耐腐食性向上、焼付防止
応用例	鉄鋼系材料用切削工具、冷間成形加工金型・工具、打ち抜き工具、ゴム・プラスチック金型、機械摺動部品

アルミニウムを添加することにより、TiNよりも耐酸化性、耐熱性を向上させたものがTiAlNです。高温下で優れた耐酸化性を有することから、熱負荷を受ける工具に適しています。

●応用例

 

●用途・応用例
・ドライ切削工具
・SUSプレス金型
・冷間鍛造金型
・アルミ合金ダイキャスト金型

《TiAlN コーティング仕様》

色調	ダークバイオレット
硬度	HV2,700～3,500
膜厚	2～3μｍ
耐熱温度	800℃
摩擦係数	0.5
処理温度	500℃以下
性能	耐酸化性、耐磨耗性向上

炭素を添加することにより、TiNよりも高硬度な仕様としたものがTiCNです。ステンレス網などの難加工材の加工やフライス、成形、打ち抜きに適しています。

●応用例

 

●用途・応用例
・高速切削工具
・フライス加工工具
・プレス金型
・冷間鍛造金型
・プラスチック金型
・機械部品

《TiCN コーティング仕様》

色調	ダークグレイ
硬度	HV2,700～3,000
膜厚	2～3μｍ
耐熱温度	400℃
摩擦係数	0.4
処理温度	500℃以下
性能	耐磨耗性向上

■TiNとは
黄金色で切削工具などで目にする機会が多い皮膜です。PVDコーティングの中でも最も凡用的で品質的にも安定した膜質が特徴です。靭性の高い車から衝撃荷重がかかるパンチやダイにも使用されています。

●用途・応用例

・鉄鋼系材料用切削工具 ・冷間成型工具 ・プラスティック金型 ・機械部品 ・極細ピン(特殊成膜にて対応。※後述の「極細ピンへのTiN」を参照。)

《TiN コーティング仕様》

色調	ゴールド(金色)
硬度	HV2,000～2,200
膜厚	2～3μm
耐熱温度	500℃
摩擦係数	0.5
処理温度	500℃以下
性能	耐摩耗性向上
応用例	切削工具全般、一般金型

今までＰＶＤの表面処理が困難であった微細加工用の極細ピン・パンチ類への受託コーティングを承ります。従来、これらの微細加工用工具類は、ピンの寿命向上に良い結果が出ても、膜厚のバラつき、ピンへのエッチングダメージ、変形、寸法変化などで、ＰＶＤ表面処理は困難でした。当社では専用装置・プロセスを開発し、φ0.1mmの極細ピンへの高精度成膜を可能としました。エッジ損傷もなく、高密着なＴｉＮを成膜でき、製品寿命を数倍に上げることが出来ます。

●用途・応用例 /TiNコーティング 極細ピン
・インクジェットプリンタのインクノズルオリフィス用パンチ
・積層セラミックパッケージの打ち抜きパンチ
・放電加工用電極材
・インパクトプリンタ用ドットピン

耐摩耗性、耐腐食、耐酸化、焼付き防止などに優れたコーティング

ホローカソード型イオンプレーティング製法は、PVD コーティングの中でも特に優れた皮膜特性を実現しています。切削工具、プレス、しごき、加締め、金型の高寿命化などに対する効果は抜群です。
超精密順送金型や超深絞り加工の摩耗抑止、カジリ防止にも高い効果を発揮し、他のPVD 製
法では困難な鏡面仕上げにも定評があります。

■HCD(ホローカソード)イオンプレーティングプロセスの特徴

★ 高硬度皮膜の生成と高い密着力を実現

★ 面粗さRa0.1μmの鏡面性を維持可能

★ TiN・TiCN膜は皮膜除去(脱膜・剥離)～再コーティングが可能

●特徴
AIP(アーク放電)とHCD(ホロカソード放電)によるTiN膜の表面粗さの比較左がAIP(アーク放電)にて成膜したもので右が当社HCD(ホロカソード放電)で成膜したものです。 当社HCD(ホロカソード放電)はAPI(アーク放電)と比べ１０倍以上の面粗度の差があります。
表面粗さ:AIP法 Ra=100nm(ナノメートル)～200nm　HCD法 Ra=10nm(ナノメートル)～20nm

■HCD型イオンプレーティングによるTiNコーティング　

HCD(ホロカソード)PVDコーティングで成膜したTiNコーティングは平滑性に優れており面粗度を重要とする冷間成形用金型や鏡面金型などにも適しております。硬度もHV2,000以上と硬く、耐磨耗性、耐蝕性に優れていて摩耗し辛く、錆び難い為、品質の向上に貢献することが出来ます。

当社コーティングはホロカソード法に加えイオンプレーティング法でコーティングしていますので高硬度、高密着力と硬く密着性の高い優れたコーティングを可能としています。

チタンの特性としては人体にも優しく親和性に優れている性質を持っており人工骨やピアスの素材などとしても利用されている成分になります。チタンは自然界に多い元素のため比較的安価な物質で、PVDコーティングの中でも低価格なコーティングになっております。

※ TiCNもこのホローカソードの製法指定が可能です。
※ 特に製法指定が無い場合、他のPVD 製法を使用する場合があります。

耐摩耗性に優れたTiN/窒化チタンは鋼の加工工具・パンチ・ダイス・ドリル・金型の薄膜に最適

耐摩耗性向上 応用例： 鉄鋼系材料用切削工具、冷間成形工具、 打抜き工具、プラスチック金型、機械部品

TiN コーティングの詳細

耐磨耗性に優れたTiCN/炭窒化チタンは高速切削工具・フライス加工工具・プレス金型・冷間鍛造金型・プラスティック金型・機械部品の薄膜に最適

耐摩耗性向上 応用例： フライス加工工具、プレス金型、 冷間鍛造金型、プラスチック金型、機械部品

TiCN コーティングの詳細

耐酸化性・耐磨耗性に優れたTiAlN/窒化チタンアルミはドライ切削工具 ・SUS用プレス金型 ・アルミ合金ダイカスト用金型・鍛造金型の薄膜に最適

耐酸化性、耐腐食性向上 応用例： SUS加工用切削工具、SUSプレス金型、プラスチック成形金型、 AI合金ダイキャスト金型、ガラスレンズ成形金型

TiAlN コーティングの詳細

耐酸化性・耐磨耗・耐蝕性・焼付防止・摺動性に優れたCrN/窒化クロムは銅の加工工具・プラスチック成形用金型の薄膜に最適

耐腐食性向上、焼付き防止 応用例： 鉄鋼系材料用切削工具、冷間成形工具、 打抜き工具、プラスチック金型、機械部品

CrN コーティングの詳細

真空成膜装置によるドライで環境負荷の少ない銅を各種部材にコーティングする技術を開発しました。

抗菌、抗ウィルス効果 応用例： 不織布、プラスチック、各種⾦属、ドアノブ、取⼿等

Cu コーティングの詳細

 

膜厚、硬度、密着性やその他の機能性など、お客様それぞれの特殊な用途やご要望に応じて、コーティングをカスタマイズして提供します。既存のコーティングの掛け合わせ（ハイブリッド）の実績もあります。

受託研究・共同研究などのお問い合わせもご連絡ください。

ナノテックグループでは、バイオ・材料物性評価・弱電機器の安全性試験・EMC試験も行っています。

■例①：真空部品用の潤滑性皮膜

真空中では従来のDLC の摩擦係数は0.5～0.6 でしたが、カスタマイズ膜は0.04 を達成しました。

Sample name	Thickness (μm)	HardnessHit (MPa)	Young modules  Eit(GPa)
従来DLC（P-CVD)	1.87	24295	223
真空部品用の カスタマイズ膜	3.38	12603	83

　　　

図　ボールオンディスク法による摩擦摩耗試験結果

《真空部品用カスタマイズICF 仕様》
膜　　厚：２～３μｍ
硬　　度：約HV1,200

■例②：セラミック部品用の耐久性皮膜

難成膜材である絶縁物（セラミックやガラス）基板上への耐摩耗性を目的とした保護膜としての利用や、非球面レンズ金型等への耐久性付与を目的としたカスタマイズ膜です。

負パルスバイアスイオンームプレーティング法（Negative Pulse Biased Ion Beam Plating ；以下PIBPと称す）による構造制御とドーピングにより新たに絶縁物であるセラミック基材上に高密着性と低摩擦と高硬度を両立するセラミック部品用ICFを開発しました。

硬度は、ナノインデンテーション法による測定で1500HV以上であり高硬度を維持しています。

従来のDLCは、図1に示す様にセラミック基板のチャージアップにより密着性が不足でしたが、パルスバイアスによりチャージアップを防ぎさらに応力緩和されているため従来DLCよりも密着性が向上しました。摩擦摩耗試験結果でも剥離せず低摩擦係数（従来DLCよりも低い0.08）を示しております。

図　ボールオンディスク法による摩擦摩耗試験結果（Al2O3 基板上）

《セラミック部品用カスタマイズICF 仕様》

コート条件：片面処理
膜　　厚：0.1～0.3μm
硬　　度：約HV1,500
摩擦係数：0.1 以下

■例③：ステンレス基材への密着性を向上させたDLC

特殊な表面改質技術によりステンレス基材とDLC の界面を改質させ、従来の２倍近く密着性が 向上しました。真空装置内で、この特殊な基材表面改質の前処理からDLC コーティングを一貫して 処理を行うことができ、従来よりも高い密着性を実現しています。材質は、SKD11 やSKH51 など でも効果があることを確認しています。

以下は、従来のDLC と表面改質を行ったSUS304 基材の比較検証結果です。

１,表面改質+DLC

20.02N　Chipping	27.74N　剥離

２,従来DLC

10.36N　Chipping	12.97N　剥離

《ステンレス基材用高密着カスタマイズICF 仕様》

コート条件：片面重視
膜　　厚：2.0μm
硬　　度：約HV1,500

・医療機器用のPLC（ポリマー・ライク・カーボン）膜
・印刷機用の親水膜
・セラミック素材への導電膜及び耐凝着膜
・樹脂基材へのDLC コーティング ．．．など