新商品・適 用事例紹介
NEW PRODUCTB10Materials「SMVP-1020」

MVP搭載DLCコーティング装置"SMVP-1020" DLC Coating Unit with MVP
キーワード

DLC・コーティング・CVD・PCVD・内面コーティング
耐摩耗・低摩擦サーモテック事業部／製造部

高井 健志 Takeshi Takai

71

Materials
MVP搭載DLCコーティング装置「SMVP-1020」

要 旨

1. DLCと成膜装置

DLC（Diamond Like Carbon）
は耐摩耗性・非凝着性・金属製品の長寿命化・性能向上のため、幅広い低摩擦性に優れたコーティング膜である。その用途は分野でコーティングによる表面処理が行なわれており、工具や金 型、自動車部品など多岐にわたっており、

NACHIでは1980年代からTiNやCrNをはじめとするDLCコーティング装置では高品質化・高速化のニーズが硬質膜や、それらを処理するコーティング装置の開発を一段と高まっている。

行なってきた。

また、NACHIではコーティングの受託加工も行なってそして、近 年では炭 素を主 成分とするDLCへのいるが、穴の中へのコーティング需要があるものの、従来の注目が高まっている。DLCは耐摩耗性・非凝着性・コーティング法では困難であった。

低摩擦性に優れ、工具や金型、自動車部品などに広く本稿では、これらのニーズに応えるべく開発した、用いられており、市場も堅調に拡大している。

穴の内面にもDLCコーティングが可能なMVP搭 載DLCの処理にはスパッタリング法やアークイオンDLCコーティング装置「SMVP-1020」の特徴や処理プレーティング法などのPVD（Physical Vapor Deposition）事例について紹介する。

法や、PCVD（Plasma Chemical Vapor Deposition）
法が用いられるのが一 般的であり、製法や条 件により膜質が変化する。例えば原料にカーボンターゲットを使用するPVD法と、炭化水素系のガスを使用する

Abstract

PCVD法を比較すると、前者では膜中に水素を含有しない硬い膜、後者は膜中に水素を含有した柔らかい膜が得られやすい。また、Ti、Si、Crなど異種元素をDLC（Diamond Like Carbon）is a coating filmthat has excellent characteristics of wear-resistance,
non-adhesion and low-friction and is utilized invarious products such as tools, dies and automobile
parts. In DLC Coating Unit, the needs of highquality and high speed are even more increasing.
NACHI has been providing a coating service.
However, it has been difficult to coat inside thehole with a conventional coating method although
there is a demand for this.
This article introduces NACHI’s newly
developed“SMVP-1020”, DLC Coating Unit withMVP which allows the DLC coating of inside
the hole, and describes the characteristics andexamples of coating processes.

NACHI TECHNICAL REPORT Vol. 40 B10

添加することで性質を変化させることもでき、製法、特性は幅広い。
用途も工具、自動車・機械部品、金型、半導体、プラスチック、レンズなど多岐にわたっており、DLCコー
ティング装置では高品質化・高速化のニーズが一段と高まっている。
しかしながら、DLC膜は機能性に優れるものの、TiNやCrNなど他の膜と比較すると基材との密着性が弱く、いかに密着性を向上するかが重要である。
DLC成膜装置には、高品質化・高速化というハード性能とともに、密着性を確保しつつ、用途にあわせて膜の特性を調整できるソフト性能も求められている。

72

2. 穴の中へのコーティング
NACHIではコーティング装置の提 供だけでなく、しかしながら、従来のコーティング法では、穴の縁

これまでに開発してきた硬質膜やコーティング装置を部分に膜が集中し、穴の中への成膜は困難であった。

使った受託加工も行なっている。その中で「穴の中に具体的には、凹み部や穴内部のコーティングは、穴のコーティングできないか？」との相談を受けることがしば

開口径および、開口幅の1/2の深さまでというのがしばあった。

従来法の限界であり、しかも穴の内部も均一にはコーティングされない。

このような相談は、「金型の凹み部の離型性や耐摩耗そのため、需要家も試してみたいという気持ちは性を向上させたい」、「高圧吹き出しノズルの摩耗をあるものの、諦めるということが多かった。

おさえたい」、「シリンダーパイプの摺動性や耐摩耗性を向上したい」といった目的で受けることが多い。

3.「SMVP-1020」型の概要
ターゲットに際し、最適なサイズにした。適用膜種はこのような背景のもとで、NACHIで新たに開発した需要が高まっているDLCを標準ソフトとした。

装置が、MVP搭載コーティング装置「SMVP-1020」型

装置内部は本体中央にワークを設置する構造とである。

なっており、側面に処理品加熱用のヒーターが設け

図1に「SMVP-1020」型の外観を示す。装置は成膜られている。

する装置本体と制御電源ユニットで構成される。これ

成膜は装置内へ原料ガスを導入し、本体下部かららを分割することで、設置スペースに対応した装置レイワークに直流の負電圧を印加するPCVD方 式にてアウトを可能とした。

成膜にて行なう。

表1に「SMVP-1020」型の仕様を示す。成膜有効範囲はφ250×H500（ mm）とし、狙いのユーザーや

表1 「SMVP-1020」型の仕様

本体型式「SMVP-1020」

成膜有効範囲

φ250×H500mm

処理量

50kg（G.C.）

寸法 ※12,100（W）×2,000（L）×2,100（H）mm

重量 ※2

2.5ton

電源40kVA

冷却水

20℃以下 0.3Mpa 最大50L/min.

使用ガス

Ar、C2H 2、N 2、LN 2、Air

排気系

ロータリーポンプ、メカニカルブースターポンプ

成膜可能膜種DLC※1 標準配置図状態での寸法です。
※2 本体、制御盤、電源盤、ポンプなどの総重量です。

図1 「SMVP-1020」型の外観

73

NACHI TECHNICAL REPORT Vol. 40 B10

Materials
MVP搭載DLCコーティング装置「SMVP-1020」

4. 装置の特徴
1）MVP法による高密度プラズマ

2）内面コーティング

NACHIはHCD（Hollow Cathode Discharge）式

MVP法を利用することで高速成膜だけではなく、イオンプレーティング装置を1983年より販売してきて穴の内側にプラズマを生成することも可能となった。

おり、HCDガンを搭載した装置というのがNACHIのこれにより穴の内側で生成されたプラズマへ原料ガスコーティング装置の特徴でもあった。

を導入することで、穴の内側へ直接DLCを均一に成膜

本装置ではNACHIで培われてきたコーティングすることが可能となった。

技術に加え、HCD式に代わってMVP法と呼ばれる

図2に「SMVP-1020」型での内面成膜領域を示す。

マイクロ波を利用したPCVD方式を搭載した。

従来機では穴径（D）に対し、深さ（L）の1/2程度（L/MVP法はMicrowave-sheath Voltage combination

D＝0.5）までしか成膜できなかった。

Plasmaの頭文字をとったもので、岐阜大学上坂研究

一方、本装置でこれまでに成膜確認したものでは、室の協力を得て導入した。MVP法は、基材に対して長いものでφ30×500Lmm（L/D≒16.7）、細穴のもの負の電圧を印加することで、基 材表面にマイクロ波

では□3×100Lmm（L/D≒33.3）と、内面成膜領域が伝搬を可能にし、基材近傍に高密度プラズマの生成大幅に拡大した。

するプラズマ発生法である。

従 来 機ではできなかった穴の内面 への成 膜がこのMVP法による高密度プラズマをPCVDのDLC本機では可能となっており、これまで敬遠されていた成膜に適用した場合、従来法では数μm/hr.程度で新規ニーズへの応用が期待できる。

あったDLC成膜レートが、最大150μm/hr.と飛躍し、成膜に要する時間を大幅に短縮することができるようになった。

● 成膜確認済み500φ30×500L

450φ100×500L

長さL（mm）

400350D（mm）

300200□3×100L

150□10×100L

100φ5×30L
φ8.5×13L

500

MVP装置のDLC可能領域□5×150L

25001020（L mm）

φ80×20L

従来のDLC可能領域
30405060

内径D（mm）

図2 「SMVP-1020」型の内面成膜領域

NACHI TECHNICAL REPORT Vol. 40 B10D（mm）

74708090100

3）安定した成膜品質

4）少量、多品種の処理も対応可能

高速成膜や内面成膜ができても、膜の密着性が従来のコーティング装置は処理時間が長く、1度の悪い、膜質や膜分布が悪いということでは装置としては処理により多くの処理品を入れることで量産処理を使いものにならない。DLCの特性を活かすには密着してきた。しかしながら受託加工の現場では、様々な性を上げ、使用目的にあわせて性質を調整する必要が処理品の依頼があり、処理数量も毎回異なることがある。

多い。時によっては処理品1個だけで加工依頼される

DLCの密着性は図3に示すように、膜と基材の間にこともある。そのような場 合、納 期と処 理コストの基材と密着性が良い中間層を設けて改善されているジレンマに直面する。納期を守るため処理品が少ない例が多い。本機ではSi系の中間層を採用することで状態で装置運転し、処理1回あたりの当初のコストが従来機同等の密着性を確保している。ロックウェル圧痕あわなくなる場合が発生する。

試験でも剥離は見られず、良好な密着性が確保でき「SMVP-1020」型は従来機よりもコンパクトにできてている（。図4）

おり、成膜速度も速い。それにより、短い処理時間でまた、本機には着脱可能な処理品の回転機構も備小ロットの処理を多くこなすことができ、上記のようなえている。ドリルなどの棒物形状であれば、処理品を少量、多品種の処理にも柔軟に対応することが可能

回転することで周方向のばらつきを低減できる。となっている。

5）ダブルチャンバーによる量産処理
本機はコンパクトながらも処理時間を短縮し、より多くの処理をこなすことで量産処理をする装置となる。
しかしながら実際の処理では成膜だけでなくセッティング、真空排気、加熱など成膜以外にも多くの時間を費やしている。この成膜以外の時間ロスを軽減する

DLCことができれば、より多くの処理ができると考え、本機は図5のようなダブルチャンバー構成も可能とした。

中間層基材

図3

通常は制御盤1台に対し、装置１台の構成であるが、本機は制御盤1台で成膜装置2台までの運転が可能となっている。ダブルチャンバー構成とすることで、一方のDLC膜構造例装置で処理をしている間に、もう一方の装置で時間を要すセッティング～加熱を実施することができ、2台を交互運転することで、設備コストを抑えつつ効率よく量産処理することができる（。図6）
1台目から2台目への増設も容易であり、需要家の生産量にあわせて柔軟に装置構成を選択できるようになっている。

図4

ロックウェル圧痕判定による密着性評価

75

NACHI TECHNICAL REPORT Vol. 40 B10

Materials
MVP搭載DLCコーティング装置「SMVP-1020」

5. 処理事例「SMVP-1020」機での処理事例を図7に示す。内面コーティングでは、これまでにφ30×500Lmmのパイプやチューブ継手などを処理している。内面だけではなく、同じく図に示したプランジャーのような外面コーティングの処理も可能である。

図5 「SMVP-1020」型のダブルチャンバー構成
パイプ：内面工程
セッティング
真空排気装置
No.1

加熱
ボンバード
成膜
冷却

チューブ継手：内面制御盤１台、装置２台構成とすることで設備コストを抑えつつ、交互運転にて工程のロスを軽減し、生産効率向上
工程
セッティング
真空排気装置
No.2

加熱
ボンバード
成膜
冷却

プランジャー：外面
図6

交互運転のイメージ

図7

処理事例

6. おわりに穴の中へもDLCコーティングが可能な装置「SMVP1020」の特徴と、その処理事例を紹介した。
コーティング市場におけるDLCの需要は冒頭にも記したとおり、堅調に拡大している。NACHIは引き続き低 摩擦、耐摩耗 膜の普及をはかり、あわせて成 膜ソフトのラインナップと装置バリエーションの拡 大をすすめ、需要家の新たなニーズにこたえていく。

NACHI TECHNICAL REPORT Vol. 40 B1076