(57)【要約】      （修正有）【課題】低コストで非連続のＤＬＣ膜を形成することができる保護膜の製造方法を提供する。【解決手段】表面にマイクロクラック２１を有するように、基材１０の表面に硬質クロム膜２０を形成する。硬質クロム膜２０が形成された基材１０を加熱する。加熱後に、硬質クロム膜２０の表面にダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜３０を形成すると共に、当該ＤＬＣ膜３０の形成前後における基材１０の温度変化によりマイクロクラック２１に沿ってＤＬＣ膜３０を部分的に除去し、非連続のＤＬＣ膜３１を形成する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面にマイクロクラックを有するように、基材の表面に硬質クロム膜を形成する硬質クロムめっき工程と、
前記硬質クロム膜が形成された前記基材を加熱する前加熱処理工程と、
前記前加熱処理工程の後に、前記硬質クロム膜の表面にダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜を形成すると共に、当該ＤＬＣ膜の形成前後における前記基材の温度変化により前記マイクロクラックに沿って前記ＤＬＣ膜を部分的に除去し、非連続の前記ＤＬＣ膜を形成するＤＬＣ成膜工程と、
を備える保護膜の製造方法。
【請求項２】
前記ＤＬＣ成膜工程は、
前記硬質クロム膜の表面の全体に前記ＤＬＣ膜を形成する一次ＤＬＣ成膜工程と、
前記一次ＤＬＣ成膜工程の後に自然冷却よりも高速で強制冷却を行うことにより、形成された前記ＤＬＣ膜を部分的に除去し、非連続の前記ＤＬＣ膜を形成する後冷却処理工程と、
を備える、請求項１の保護膜の製造方法。
【請求項３】
前記ＤＬＣ成膜工程は、前記一次ＤＬＣ成膜工程の後に、前記基材を加熱する後加熱処理工程を備え、
前記後冷却処理工程は、前記後加熱処理工程の後に行う、請求項２の保護膜の製造方法。
【請求項４】
非連続の前記ＤＬＣ膜は、亀甲形状に形成される、請求項１〜３の何れか一項の保護膜の製造方法。
【請求項５】
前記ＤＬＣ成膜工程において、前記ＤＬＣ膜は前記マイクロクラックの一部に沿って除去される、請求項１〜４の何れ一項の保護膜の製造方法。
【請求項６】
表面にマイクロクラックを有するように、硬質クロムめっきにより基材の表面に形成された硬質クロム膜と、
前記硬質クロム膜の表面に形成されると共に、形成処理時または形成処理前後の温度変化により前記マイクロクラックに沿って部分的に除去されたダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜と、
を備える保護膜。
【請求項７】
フィルムを搬送する搬送ローラの製造方法であって、
前記搬送ローラの前記基材の表面に、請求項１〜５の何れかの前記保護膜の製造方法によって前記保護膜を形成する搬送ローラの製造方法。
【請求項８】
フィルムを搬送する搬送ローラであって、
前記基材と、前記基材の表面に形成された請求項６の保護膜と、を備える搬送ローラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、保護膜の製造方法、保護膜、搬送ローラの製造方法および搬送ローラに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
低摩擦係数且つ高硬度を得るために、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜を形成することが行われている。例えば、特許第４１１７３８８号公報（特許文献１）には、マスキングを行うことにより、セグメントに分割して形成されるＤＬＣ膜が記載されている。特開２０１０−７０８７７号公報（特許文献２）には、基材にブラスト処理を施した後に硬質クロムめっきを施工し、その表面にＤＬＣ膜を形成することが記載されている。また、特開平１０−２９７６２号公報（特許文献３）には、基材上に硬質クロム膜を形成し、その上に中間層を介してＤＬＣ膜を形成することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４１１７３８８号公報
【特許文献２】特開２０１０−７０８７７号公報
【特許文献３】特開平１０−２９７６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、ＤＬＣ膜を非連続に形成するためには、例えば特許文献１のように、マスキングした後にＤＬＣ膜の形成を行うことが考えられる。しかしながら、マスキング処理に工数を要し、高コスト化を招来する。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、低コストで非連続のＤＬＣ膜を形成することができる保護膜の製造方法、保護膜、搬送ローラの製造方法および搬送ローラを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
そこで、本発明者らは、硬質クロムめっきによる硬質クロム膜に形成されるマイクロクラックを利用することで、ＤＬＣ膜を非連続にすることを見出し、本発明を発明するに至った。
【０００６】
（保護膜の製造方法）
（請求項１）本発明に係る保護膜の製造方法は、表面にマイクロクラックを有するように、基材の表面に硬質クロム膜を形成する硬質クロムめっき工程と、前記硬質クロム膜が形成された前記基材を加熱する前加熱処理工程と、前記前加熱処理工程の後に、前記硬質クロム膜の表面にダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜を形成すると共に、当該ＤＬＣ膜の形成前後における前記基材の温度変化により前記マイクロクラックに沿って前記ＤＬＣ膜を部分的に除去し、非連続の前記ＤＬＣ膜を形成するＤＬＣ成膜工程とを備える。
【０００７】
（請求項２）また、前記ＤＬＣ成膜工程は、前記硬質クロム膜の表面の全体に前記ＤＬＣ膜を形成する一次ＤＬＣ成膜工程と、前記一次ＤＬＣ成膜工程の後に自然冷却よりも高速で強制冷却を行うことにより、形成された前記ＤＬＣ膜を部分的に除去し、非連続の前記ＤＬＣ膜を形成する後冷却処理工程とを備えるようにしてもよい。
（請求項３）また、前記ＤＬＣ成膜工程は、前記一次ＤＬＣ成膜工程の後に、前記基材を加熱する後加熱処理工程を備え、前記後冷却処理工程は、前記後加熱処理工程の後に行うようにしてもよい。
【０００８】
（請求項４）また、非連続の前記ＤＬＣ膜は、亀甲形状に形成されるようにしてもよい。
（請求項５）また、前記ＤＬＣ成膜工程において、前記ＤＬＣ膜は前記マイクロクラックの一部に沿って除去されるようにしてもよい。
【０００９】
（保護膜）
（請求項６）また、本発明に係る保護膜は、表面にマイクロクラックを有するように、硬質クロムめっきにより基材の表面に形成された硬質クロム膜と、前記硬質クロム膜の表面に形成されると共に、形成処理時または形成処理前後の温度変化により前記マイクロクラックに沿って部分的に除去されたダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜とを備える。
【００１０】
（搬送ローラの製造方法）
（請求項７）また、本発明に係る搬送ローラの製造方法は、フィルムを搬送する搬送ローラの製造方法であって、前記搬送ローラの前記基材の表面に、上記した前記保護膜の製造方法によって前記保護膜を形成する。
【００１１】
（搬送ローラ）
（請求項８）また、本発明に係る搬送ローラは、フィルムを搬送する搬送ローラであって、前記基材と、前記基材の表面に形成された上記した保護膜とを備える。
【発明の効果】
【００１２】
（請求項１）硬質クロム膜の表面にはマイクロクラックを有するようにされている。そして、ＤＬＣ成膜工程では、一時的にＤＬＣ膜が硬質クロム膜の表面に形成されたとしても、マイクロクラックを切っ掛けとして部分的に除去されるようにしている。このような部分的な除去は、以下のように行う。まず、前加熱処理工程を有することにより、ＤＬＣ膜の形成前後における基材の温度変化を実現できる。そして、ＤＬＣ膜の形成前後における基材の温度変化によって、ＤＬＣ膜にかかる応力が変化することを利用している。つまり、マイクロクラックの存在とＤＬＣ膜の応力変化との相乗的な作用によって、ＤＬＣ膜を部分的に除去し、非連続のＤＬＣ膜を形成することができる。このように、何らマスキング処理などを行うことなく、非連続のＤＬＣ膜を形成することができるため、低コスト化を図ることができる。
【００１３】
（請求項２）後冷却処理工程において強制冷却を行うことにより、基材の温度変化が速くなる。これによって、ＤＬＣ膜の応力変化を促進させ、ＤＬＣ膜の部分的な除去を促進させることができる。従って、確実に、非連続のＤＬＣ膜を形成できる。
【００１４】
（請求項３）一次ＤＬＣ成膜工程の後に、後加熱処理を行い、さらにその後に後冷却処理を行うことで、後加熱処理と後冷却処理とにおける基材の温度変化を確実に発生させることができる。その結果、ＤＬＣ膜の部分的な除去を促進させることができ、結果として非連続のＤＬＣ膜を確実に形成できる。なお、後加熱処理工程は、一次ＤＬＣ成膜工程の後に冷却することなく実行する場合、一次ＤＬＣ成膜工程の後に冷却した後に再加熱する場合を含む。
【００１５】
（請求項４）亀甲形状の非連続の前記ＤＬＣ膜とは、全体に満遍なくかつ不均一な微小溝が形成されているということを意味する。つまり、マスキング処理では到底困難な形状を形成できる。このように亀甲形状とすることで、ＤＬＣ膜の応力集中を確実に回避することができる。その結果、亀甲形状となったＤＬＣ膜における硬質クロム膜に対する密着強度、接合強度は、十分に高い状態となる。
（請求項５）マイクロクラックの全てに沿ってＤＬＣ膜が除去される訳ではなく、一部に沿って除去されることで、ＤＬＣ膜の密着強度および接合強度を十分に確保できる。
【００１６】
（請求項６）本発明に係る保護膜によれば、上記同様、マイクロクラックの存在とＤＬＣ膜の応力変化との相乗的な作用によって、ＤＬＣ膜を部分的に除去し、非連続のＤＬＣ膜を形成することができる。このように、何らマスキング処理などを行うことなく、非連続のＤＬＣ膜を形成することができるため、低コスト化を図ることができる。
【００１７】
（請求項７，８）また、本発明に係る搬送ローラの製造方法または搬送ローラによれば、上記同様、低コストで非連続のＤＬＣ膜を形成することができる。さらに、部分的に除去されたＤＬＣ膜の部分に形成される微小溝が、搬送されるフィルムとの間に巻き込む空気や潤滑剤などの流通経路となる。従って、フィルムが搬送ローラから離れることを抑制でき、フィルム形状の変形を抑制できる。さらに、当該微小溝を有することにより、摩擦係数を高くすることができる。従って、フィルムと搬送ローラとの間ですべりが生じることを抑制でき、フィルムに対してすべりによる傷が付くことを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第一実施形態：保護膜の製造方法を示すフローチャートである。
【図２】図１のＳ１における素材の断面図である。
【図３】図２の表面写真である。
【図４】図１のＳ３における素材の断面図である。
【図５】図１のＳ３，Ｓ４において、ＤＬＣ膜が除去される状態を示す素材の断面図である。
【図６】図１のＳ３，Ｓ４において、ＤＬＣ膜が除去された後の状態を示す素材の断面図である。
【図７】保護膜の成形後における表面写真である。
【図８】図７の拡大写真である。
【図９】保護膜の成形後における表面模式図である。
【図１０】他の実施形態：保護膜の製造方法を示すフローチャートである。
【図１１】本実施形態の搬送ローラを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（保護膜）
本実施形態の保護膜およびその製造方法について、図１〜図９を参照して説明する。保護膜は、鉄系の基材１０に対して、硬質クロムめっき（一般に「工業用クロムめっき」とも称する。装飾クロム用めっきと対比して用いる。）により硬質クロム膜２０を形成し、その後に、ＤＬＣ膜３０を形成する。ここで、保護膜は、硬質クロム膜とＤＬＣ膜を含む。
【００２０】
保護膜の製造方法は、図１および図２に示すように、基材１０に対して、硬質クロムめっきを行い、基材１０の表面に硬質クロム膜２０を形成する（図１：Ｓ１）。基材１０には、例えば、ＳＵＪ２などの鉄系材料を用いる。硬質クロム膜２０の膜厚は、例えば、２００μｍ以下とする。そして、この硬質クロム膜２０の表面には、多数のマイクロクラック２１を有する。ここでは、積極的にマイクロクラック２１が発生するように、硬質クロムめっきを行う。硬質クロムめっき後に冷却処理等を行い熱衝撃を加えることで、マイクロクラック２１をより発生するようにしてもよい。マイクロクラック２１を有する硬質クロム膜２０の表面写真は、図３に示すとおりである。図３において、網の目状の薄い線がマイクロクラック２１である。
【００２１】
続いて、硬質クロム膜２０を形成した素材に対して、前加熱処理を施す（図１：Ｓ２、前加熱処理工程）。この前加熱処理は、後のダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜を形成するための予熱の目的と、部分的にＤＬＣを脱落させるために温度変化を生じさせる目的を有する。この前加熱処理は、例えば、素材が２００℃程度になるように加熱する。
【００２２】
続いて、図４に示すように、前加熱処理を施された素材の硬質クロム膜２０の表面側に、ＤＬＣ膜３０を形成する（図１：Ｓ３、一次ＤＬＣ成膜工程）。ＤＬＣ膜３０の形成は、例えば、プラズマＣＶＤやＰＶＤなど公知の処理によって行う。このＤＬＣ膜３０の膜厚は、例えば、１〜５μｍ以下とする。そして、このときのＤＬＣ膜３０は、図４に示すように、硬質クロム膜２０の表面の全体に形成される。
【００２３】
続いて、一次ＤＬＣ成膜工程後に、冷却する（図１：Ｓ４、後冷却処理工程）。このときの冷却は、ＤＬＣ膜３０の成膜雰囲気中、または大気中において、自然冷却を行うようにしてもよいし、自然冷却よりも高速で強制冷却を行うようにしてもよい。
【００２４】
このように、自然冷却または強制冷却を行うことで、基材１０の温度が低下し、基材１０の表面に成膜されている硬質クロム膜２０およびＤＬＣ膜３０の温度が低下する。そして、ＤＬＣ膜３０の温度変化によって、図５に示すように、硬質クロム膜２０のマイクロクラック２１の一部分を起点として、ＤＬＣ膜３０に応力が集中し、当該部分のＤＬＣ膜３０が硬質クロム膜２０から剥がれようとする。つまり、起点となるマイクロクラック２１付近のＤＬＣ膜３２が剥がれ、そこから離れた位置のＤＬＣ膜３１は硬質クロム膜２０に密着している。さらに、剥がれたＤＬＣ膜３２の分割部位の一部（残存ＤＬＣ膜３３）は、硬質クロム膜２０の表面に僅かに残っている。その後、剥がれたＤＬＣ膜３２が脱落することによって除去され、図６に示すように、部分的に硬質クロム膜２０が露出し、非連続のＤＬＣ膜３１が形成される。
【００２５】
非連続のＤＬＣ膜３１が形成された素材の表面写真は、図７に示すとおりである。図８には、図７の拡大写真を示す。図７および図８において、広範囲の濃い黒い部分がＤＬＣ膜３１であり、白っぽい部分が露出している硬質クロム膜２０である。このように、非連続のＤＬＣ膜３１は、不均一の亀甲形状に形成されている。そして、図８に示すように、露出している硬質クロム膜２０の線幅のほぼ中央に、濃い黒線で示す残存ＤＬＣ膜３３が存在していることが分かる。
【００２６】
ここで、図９の模式図を用いて、より詳細に説明する。図９には、保護膜を成膜した表面を示す。図９に示すように、非連続のＤＬＣ膜３１が形成され、その間に硬質クロム膜２０が露出している。また、細線として、硬質クロム膜２０の表面に形成されたマイクロクラック２１を図示している。
【００２７】
上述したように、一時的にＤＬＣ膜３０が硬質クロム膜２０の表面に形成されたとしても、基材１０、硬質クロム膜２０およびＤＬＣ膜３０の温度変化によって、ＤＬＣ膜３０に応力が集中して、部分的に除去される。このとき、黒丸で示すマイクロクラック２１の一部分２１ａが起点となって（切っ掛けとして）、ＤＬＣ膜３０を部分的に除去するように作用する。そして、除去されるＤＬＣ膜３０は、マイクロクラック２１の一部分に沿って形成されている。
【００２８】
つまり、ＤＬＣ膜３０の部分的な除去は、マイクロクラック２１の存在と、基材１０の温度変化によるＤＬＣ膜３０の応力変化との相乗的な作用によって、ＤＬＣ膜３０を部分的に除去し、亀甲形状の非連続のＤＬＣ膜３１を形成している。このように何らマスキング処理などを行うことなく、非連続のＤＬＣ膜３１を形成することができるため、低コスト化を図ることができる。
【００２９】
ここで、図９に示すように、マイクロクラック２１は、密着しているＤＬＣ膜３１の部分にも存在している。つまり、全てのマイクロクラック２１に沿って、ＤＬＣ膜３０が除去される訳ではない。しかし、ＤＬＣ膜３０の一部分が全体に満遍なくかつ不均一に除去されて、亀甲形状の非連続のＤＬＣ膜３１となることで、残されたＤＬＣ膜３１の応力集中を確実に回避できる。そのため、全てのマイクロクラック２１に沿って、ＤＬＣ膜３０が除去されていない。
【００３０】
そして、残されたＤＬＣ膜３１の応力集中を回避できる結果、亀甲形状となった非連続のＤＬＣ膜３１の硬質クロム膜２０に対する密着強度および接合強度は非常に高い状態となる。このように、マイクロクラック２１を積極的に利用することにより、マスキング処理により形成された非連続ＤＬＣ膜では到底困難な、亀甲形状の非連続のＤＬＣ膜３１を形成できることによって、上記効果を奏する。
【００３１】
ここで、図１のＳ４の後冷却処理工程では、自然冷却を行った場合に上述した効果を奏する。この後冷却処理工程を強制冷却とすることで、ＤＬＣ膜３０の形成前後における基材１０の温度変化を速くすることができるため、ＤＬＣ膜３０の応力変化を促進させ、ＤＬＣ膜３０の部分的な除去を促進させることができる。従って、後冷却処理工程にて強制冷却を行うことで、確実に、非連続のＤＬＣ膜３１を形成できる。
【００３２】
（他の実施形態）
他の実施形態の保護膜の製造方法について、図１０を参照して説明する。図１０において、図１と同一処理については同一ステップ記号を付して詳細な説明を省略する。まず、基材１０の表面に硬質クロムめっきを施し、硬質クロム膜２０を形成する（図１０：Ｓ１）。続いて、前加熱処理を行った後に（Ｓ２）、一次ＤＬＣ成膜処理を行う（Ｓ３）。続いて、後加熱処理を行う（Ｓ１４）。この後加熱処理は、基材１０、硬質クロム膜２０およびＤＬＣ膜３０の温度を上昇させることを目的とする。例えば、１５０℃程度である。その後、自然冷却または強制冷却の後冷却処理を行う（Ｓ１５）。
【００３３】
このようにすることで、後加熱処理と後冷却処理とにおける基材１０、硬質クロム膜２０およびＤＬＣ膜３０の温度変化を確実に発生させることができる。その結果、ＤＬＣ膜３０の部分的な除去を促進させることができ、結果として亀甲形状の非連続のＤＬＣ膜３１を確実に形成できる。なお、後加熱処理工程は、一次ＤＬＣ成膜工程の後に冷却することなく実行する場合、一次ＤＬＣ成膜工程の後に冷却した後に再加熱する場合を含む。
【００３４】
（搬送ローラ）
上述した保護膜を形成した部材は、薄いフィルムを搬送する搬送ローラに用いることができる。搬送ローラ５０は、図１１に示すように、円柱状または円筒状に形成され、回転される。この搬送ローラ５０の表面に、上述した保護膜、すなわち、基材１０の表面に硬質クロム膜２０および非連続のＤＬＣ膜３１が形成されている。そして、搬送ローラ５０の外周面にフィルム６０を接触させた状態で、搬送ローラ５０を回転させることで、フィルム６０を搬送することができる。
【００３５】
搬送ローラ５０の回転によってフィルム６０を搬送する場合には、搬送ローラ５０の外周面とフィルム６０との間に、搬送方向に空気を巻き込む。また、潤滑剤を用いる場合には、潤滑剤も巻き込むことになる。ここで、搬送ローラ５０の表面には、亀甲形状の非連続のＤＬＣ膜３１が形成されているため、当該ＤＬＣ膜３１間には、微小溝が不均一に形成されていることになる。そのため、非連続のＤＬＣ膜３１によって形成される微小溝が、巻き込む空気や潤滑剤の流通経路となる。また、微小溝が一方向だけでなく、四方八方の方向に形成されているので、空気や潤滑剤の流れに合わせて効率よく流通することができる。つまり、非連続のＤＬＣ膜３１の表面は、フィルム６０から離れることなく、接触した状態を維持できる。従って、フィルム６０の形状の変形を抑制できる。
【００３６】
さらに、微小溝を有することによって、ＤＬＣ膜３０のみにより形成される場合に比べると、摩擦係数を高くすることができる。従って、フィルム６０と搬送ローラ５０との間ですべりが生じることを抑制でき、フィルム６０に対してすべりによる傷が付くことを抑制できる。
【符号の説明】
【００３７】
１０：基材、  ２０：硬質クロム膜、  ２１：マイクロクラック、  ３０：ＤＬＣ膜、  ３１：非連続のＤＬＣ膜、  ５０：搬送ローラ、  ６０：フィルム、  Ｓ１：硬質クロムめっき工程、  Ｓ２：前加熱処理工程、  Ｓ３：一次ＤＬＣ成膜工程，ＤＬＣ成膜工程、  Ｓ４，Ｓ１５：後冷却処理工程，ＤＬＣ成膜工程、  Ｓ１４：後加熱処理工程，ＤＬＣ成膜工程
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図３】
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【図７】
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【図８】
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