●Fターム (FT)
1.4 技術開発の課題と解決手段
1.4.4 BCN 系超硬質皮膜
BCN系超硬質皮膜の課題と解決手段を図1.4.4に示す。さらに、具体的課題および解決手 段に対応する出願状況を表1.4.4‑1に示す。また、課題と解決手段に対応する出願人状況 を表1.4.4‑2に示す。
1 5 37 3 59 18 10 8 5 3
9 7 2 1 2
1 2 4 1 1 1
1 3 1 1 1 2
4 2 3 6 7 5 5 7
2 36 18 1 85 16 15 29 9 7
3 12 3 24 5 3 4 7 2
1 1
4 4 1 11 2 4 6
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
図 1.4.4 BCN 系超硬質皮膜の課題と解決手段
装 置 の 構 成 ・ 構 造
成 膜 条 件 の 制 御
前 処 理 ・ 後 処 理
成 膜 操 作
皮 膜 の 構 造
皮 膜 の 構 成
皮 膜 原 料 の 選 択
皮 膜 の 材 質 ・ 特 性
基 体 表 面 の 性 状
基 体 材 質 の 選 定
解決手段
基体の特性 皮膜の特性
機械的機能の付与 熱的・化学的 機能の付与 複合機能の付与 意匠性・電磁 気的機能の付与 皮膜の品質向上 密着性の向上 被覆物の品質向上 成膜操作・制 御性の向上 コスト低減・
生産性の向上 課 題 経 済 性 の 向 上 品 質 の 向 上
成膜操作・装置
1991 年 １ 月 以 降 出 願 さ れ 2003 年 ７ 月 ま で に 公 開 さ れ た 特 許 ・ 実 用 新 案
表 1.4.4‑1 BCN 系超硬質皮膜の課題と解決手段に対応する出願件数
皮 膜 原 料
基 体 材 質
・ 組 成 の 選 択
基 体 構 造 の 選 択
基 体 形 状
・ 組 成
・ 構 造 の 調 整
基 体 表 面 特 性 の 調 整
・ 改 質
皮 膜 材 質
・ 組 成 の 改 善
皮 膜 特 性 の 設 定
皮 膜 表 面 特 性 の 設 定
原 料 材 質
・ 組 成 の 選 択
基 体 と 皮 膜 と の 組 合
被 膜 部 位
・ 範 囲 の 特 定
複 層 / 皮 膜 の 組 合 せ
繰 返 し / 交 互 積 層
中 間 層 の 材 質
・ 組 成
・ 構 造
下 地 層 の 材 質
・ 組 成
・ 構 造
表 面 層 の 材 質
・ 組 成
・ 構 造
皮 膜 組 織 の 構 造
結 晶 粒 子 の 形 状
分 散 構 造
そ の 他 の 構 造
成 膜 方 法
・ 工 程 の 選 択
成 膜 条 件 の 操 作
基 体 表 面 の 硬 化
基 体 表 面 の 清 浄 化
・ 平 滑 化 等
槽 内︑ 反 応 室 の 前 処 理
膜 質 の 改 善
皮 膜 表 面 の 硬 化
・ 改 質
温 度
・ 圧 力 の 制 御
時 間
・ 流 量 等 の 制 御
装 置 の 構 成
装 置 の 構 造 摺動特性の向上 1 15 4 1 4 10 2 1 1 2 6 1 2 2 1 1 1 1 1 耐摩耗性の向上 2 1 13 4 1 2 16 5 4 4 2 4 1 2 1 3 3 1 1 2 1
硬度・強度の向上 1 1 1 1 1 2 2 1 1 1
欠損性・なじみ性等
の機能付与 2 1 2 1 1
耐熱性の向上 1 1 3
断熱特性の向上 1 1
熱疲労・溶損性等
の特性向上 1
耐腐食性の向上 1 1 2 1 1
その他の化学的機
能の向上 3 1 1 2
1 1 1 4 1 1 1
電磁気的機能の付
与 1 2 1 1 1 2
意匠性の付与
1 耐割れ性・耐剥離
性等の改善 1 1 1
耐劣化性・耐汚れ
性の防止 2 1 1 1
皮膜品質の向上 2 1 1 3 2 2 2 1 3 2 2
膜厚特性の向上 1 3 1 2 1
皮膜表面品質の向
上 1 1
1 1 19 17 11 7 1 1 3 12 1 53 15 15 1 10 5 2 22 2 1 2 4 5 6 1
信頼性の向上 1 1 1 1
安定性・安全性の
向上 3 3 1 5 2 3 2 2 2 1 2
取扱性等の向上 1 1 1 1 1 1
被覆物の性能向上 1 2 2 1 2 2 1 1 1 1 2 1
被覆物の高精度化 2
適用性の拡大等 1 1 2 1 1 1 1
成膜精度の向上 成膜操作の信頼 性・安全性の向上 制御性の向上
成膜条件の緩和 1 1
成膜効率の向上 2 3 1 4 3 2 2 2
稼働率の向上 1 2 2 2 2
成膜コストの削減 2 1 1
被覆物・装置に対 するコスト削減 被覆物の
品質向上
成膜操 作・制御 性の向上
コスト低 減・生産 性の向上 複合機能の付与 意匠性・
電磁気的 機能の付 与
皮膜の品 質向上
密着性の向上 機械的機 能の付与
熱的・化 学的機能 の付与
皮 膜 の 構 成
皮 膜 の 構 造 基
体 材 質 の 選 定
基 体 表 面 の 性 状
皮 膜 の 材 質
・ 特 性
成 膜 条 件 の 制 御
装 置 の 構 成
・ 構 造 成
膜 操 作
前 処 理
・ 後 処 解決手段 理
課題
BCN 系超硬質皮膜の課題としては、密着性の向上が最も件数が多く、次に機械的機能の 付与が続いている。この二つの課題に比べると、その他の課題は件数が少なく、被覆物の 品質向上が続いている。
密着性の向上に対する解決手段としては、皮膜の構成によるものが最も多く、次いで基 体表面の性状および前処理・後処理となっている。これに続いて、やや数は減るがほぼ同 じ件数で皮膜の材質・特性、皮膜の構造および成膜操作によるものがある。
一方、機械的機能の付与に対しては皮膜の構成による解決が最も多く、次いで皮膜の材 質・特性、皮膜の構造によるものがある。
ホウ素Ｂ、炭素Ｃおよび窒素Ｎの元素から得られる材料は硬度が高く、気相合成法で良 質な皮膜を形成できるようになってきたが、これらの皮膜の実用化にあたっては、基体と 皮膜との密着性が低いことが課題とされており、この解決のための研究開発が盛んに行わ れているのが上記のような傾向の背景となっているといえる。
出願件数上位５社の住友電気工業、三菱マテリアル、日新電機、日本特殊陶業およびシ チズン時計について傾向を見てみる。
住友電気工業においては、密着性の向上が最も多い課題であり、次いで機械的機能の付 与となっている。密着性の向上に対する解決手段としては、基体表面の性状によるものが 最も多く、次いで皮膜の構成によるものが多い。その他の解決手段もそれぞれ取上げてお り幅広くこの課題に対応していることが読み取れる。機械的機能の付与に関しては、皮膜 の材質・特性による課題解決が最も多く、次いで皮膜の構成によるものの順になっている。
三菱マテリアルにおいても、密着性の向上が課題として最も多く、次いで機械的機能の 付与となっている。密着性の向上に対する解決手段としては、皮膜の構成によるものが多 く、次いで皮膜の材質・特性によるもの、皮膜の構造、前処理・後処理の順になっている。
日新電機においては、機械的機能の付与、熱的・化学的機能の付与およびこれら機能の 複合化した機能の付与が大きな課題となっている。その解決手段としては、皮膜の構成に よるものが最も多いが、その他の手段も幅広く採用されている。ダイナミックミキシング を適用して皮膜を形成することが多いのが日新電機の特徴である。
日本特殊陶業においては、課題として密着性の向上が半数を占めており、その解決手段 としては前処理・後処理によるものが大きな比重を占めている。
シチズン時計においては、課題としては密着性の向上および機械的機能の付与が大きな 割 合 を 占 め て い る が 、 上 記 ４ 社 と 比 較 し て 、 被 覆 物 の 品 質 向 上 と い う 課 題 の 比 重 が 高 く なっている。解決手段としては、いずれの課題に対しても、皮膜の構成によるものが高い 比率を占めている。時計のように身につけるものにおいては、金属アレルギー防止への配 慮がうかがえる。
表 1.4.4‑2 BCN 系超硬質皮膜の課題と解決手段に対応する出願人(1/6)
解 決 手 段
基 体 の 特 性 皮 膜 の 特 性
課 題
基 体 材 質 の
選 定 基 体 表 面 の 性 状 皮 膜 の 材 質 ・ 特 性 皮 膜 原 料 の 選 択 皮 膜 の 構 成
機械的機能の付与
1
サ ン ド ビ ッ ク
5 Ｇ Ｅ
住 友 電 気 工 業 大 同 特 殊 鋼 日 本 特 殊 陶 業 日 立 金 属 +日 立 ツ − ル
37
住 友 電 気 工 業 8 ブ リ ヂ ス ト ン 3 リ ケ ン 2 三 洋 電 機 2
住 友 電 気 工 業 + 日 新 電 機 +日 本 ア イ 2 日 本 ピ ス ト ン リ ン グ 2 キ ャ タ ピ ラ − ト ヨ タ 自 動 車 ナ ノ テ ッ ク 荏 原 製 作 所
物 質 ・ 材 料 研 究 機 構 Ｙ Ｋ Ｋ
三 宅 正 二 郎 + 日 産 自 動 車
三 菱 マ テ リ ア ル 小 松 製 作 所 昭 和 電 工 川 崎 重 工 業 大 豊 工 業
帝 国 ピ ス ト ン リ ン グ 電 気 化 学 工 業 産 業 技 術 総 合 研 究 所 + 荏 原 製 作 所
日 新 電 機 富 士 ダ イ ス 富 士 写 真 フ イ ル ム
3
松 下 電 器 産 業 2 住 友 電 気 工 業
59
シ チ ズ ン 時 計 6 日 立 ツ − ル 6 テ ィ ー デ ィ ー ケ イ 5 住 友 電 気 工 業 4 三 菱 マ テ リ ア ル 3 神 戸 製 鋼 所 3
三 宅 正 二 郎 + 日 産 自 動 車 2
日 新 電 機 2
ウ ン ア ク シ ス ・ バ ル ツ エ ル ス コ マ ツ グ ソ ニ −
ヂ − ゼ ル 機 器 ノ − ト ン ビ デ ィ ア
フ ァ − シ ュ ラ イ ス ・ シ ュ ッ ツ ・ テ ク ニ − ク ケ ラ −
ブ ラ ザ − 工 業 リ コ − 光 学 旭 光 学 工 業
韓 国 科 学 技 術 研 究 所 光 洋 機 械 工 業 三 洋 電 機 松 下 電 器 産 業 松 下 電 工 川 崎 重 工 業 大 阪 真 空 工 業 大 豊 工 業
帝 国 ピ ス ト ン リ ン グ 東 芝 タ ン ガ ロ イ 藤 倉 電 線
産 業 技 術 総 合 研 究 所 + 小 浜 泰 昭 +阿 部 利 彦 +ア プ ラ イ ド ダ イ ヤ モ ン ド 日 本 ピ ス ト ン リ ン グ 日 本 大 学 +ナ ノ テ ッ ク 日 本 電 装 + 豊 田 中 央 研 究 所
日 立 製 作 所
不 二 越 +東 レ +東 洋 殖 産 武 内 プ レ ス 工 業
熱的・化学的機能の付与
9
日 新 電 機 4 住 友 電 気 工 業 昭 和 電 工 + 昭 和 ア ル ミ ニ ウ ム 缶
新 日 本 製 鐵
新 日 本 製 鐵 +吉 川 潔 +山 本 靖 +督 寿 之
東 京 窯 業
7
三 菱 マ テ リ ア ル 神 戸 ツ ー ル ズ 3
シ チ ズ ン 時 計 2 日 新 電 機 日 本 軽 金 属
品質の向上
複合機能の付与
1
日 立 ツ − ル
2
シ チ ズ ン 時 計 日 新 電 機
表 1.4.4‑2 BCN 系超硬質皮膜の課題と解決手段に対応する出願人(2/6)
解 決 手 段
皮 膜 の 特 性 成 膜 操 作 ・ 装 置
課 題
皮 膜 の 構 造 成 膜 操 作 前 処 理 ・ 後 処 理 成 膜 条 件 の 制 御 装 置 の 構 成 ・ 構 造
機械的機能の付与
18 京 セ ラ 3
三 菱 マ テ リ ア ル 2 帝 国 ピ ス ト ン リ ン グ 2
日 立 ツ − ル 2 シ チ ズ ン 時 計 ノ − ト ン
ボ デ イ コ − ト メ タ ラ ジ カ ル コ − テ イ ン グ ス 三 菱 電 機 住 友 電 気 工 業 石 油 公 団 日 新 電 機 日 立 金 属 富 士 通
10
シ チ ズ ン 時 計 Ｇ Ｅ
ト ヨ タ 自 動 車 科 学 技 術 振 興 機 構 山 口 県
昭 和 電 工 積 水 化 学 工 業 日 立 製 作 所 不 二 越
豊 田 中 央 研 究 所 + 日 本 電 装
8
イ − グ ル 工 業 2 テ ィ ー デ ィ ー ケ イ ト ピ − 工 業 石 川 島 播 磨 重 工 業 日 産 自 動 車 日 新 電 機 不 二 越
5 ノ − ト ン フ ラ ウ ン ホ − フ ァ −
三 洋 電 機 住 友 金 属 鉱 山 豊 田 中 央 研 究 所
3 ソ ニ −
ダ イ ア モ ネ ッ ク ス
富 士 電 機
熱的・化学的機能の付与
2 京 セ ラ 松 下 電 器 産 業
1
テ ィ ー デ ィ ー ケ イ 2
日 新 電 機 2
品質の向上
複合機能の付与
4
日 新 電 機 2 三 菱 重 工 業 住 友 電 気 工 業
1
信 越 化 学 工 業
1
Ｙ Ｋ Ｋ
1
イ − ゲ ン ヴ ェ ル ト