ＤＬＣ常温成膜のアルミロール、カーボンロール
【課題】従来のＤＬＣ成膜では高温雰囲気領域で成膜されるため、成膜対象物が樹脂製品やアルミの場合は変形することがある。とくにアルミロールの場合、表面が酸化して、後日の成膜剥離の一因となっていた。
【解決手段】本願発明では、真空チャンバー内にロールをセットし、チャンバー内を常温かつ真空状態とし、ロールの表面をスパッタリングし、ロール表面にミキシング層を形成し、真空チャンバー内にＤＬＣの原料ガスを注入して、それら原料ガスを真空チャンバー内で反応させて、前記ロールにＤＬＣを注入しながらロール表面にＤＬＣ層を堆積させることで、ＤＬＣ膜を常温成膜する方法とした。また、本願発明のＤＬＣ常温成膜ロールは、ロールの表面にプラズマイオンが注入されたミキシング層を備え、ロールにＤＬＣが注入され、かつロール表面にＤＬＣ層が堆積されたＤＬＣ膜を備えたものである。
【解決手段】本願発明では、真空チャンバー内にロールをセットし、チャンバー内を常温かつ真空状態とし、ロールの表面をスパッタリングし、ロール表面にミキシング層を形成し、真空チャンバー内にＤＬＣの原料ガスを注入して、それら原料ガスを真空チャンバー内で反応させて、前記ロールにＤＬＣを注入しながらロール表面にＤＬＣ層を堆積させることで、ＤＬＣ膜を常温成膜する方法とした。また、本願発明のＤＬＣ常温成膜ロールは、ロールの表面にプラズマイオンが注入されたミキシング層を備え、ロールにＤＬＣが注入され、かつロール表面にＤＬＣ層が堆積されたＤＬＣ膜を備えたものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、アルミロール、カーボンロール、樹脂ロール、ゴムロール、金属ロール、非鉄金属ロール、非金属ロール、パイプロール、感光ドラム（以下これらをまとめて「ロール」という）へのＤＬＣ（Diamond Like Carbon）膜の常温成膜方法とＤＬＣ膜を備えたＤＬＣ常温成膜ロールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＤＬＣはダイヤモンドとグラファイトの中間的な結晶構造を持ち、高硬度、低摩擦係数、耐磨耗性、電気絶縁性、耐薬品性などの物性を持っていることから、薄膜材料として各種分野で利用されている。従来ＤＬＣの成膜は、真空チャンバー内で数１５０〜３５０℃の高温雰囲気領域で行なわれている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来のＤＬＣ成膜では高温雰囲気領域で成膜されるため、成膜対象物（被成膜物：ロール）が樹脂製品やアルミの場合は変形することがある。特にアルミロールの場合、表面が酸化して、後日の成膜剥離の一因となっていた。
【０００４】
本願発明の課題はロールの変形、ロール表面の酸化を防止できる常温成膜方法と、成膜後に成膜剥離しにくく、耐磨耗性、耐薬品性、撥水性等に優れたＤＬＣ常温成膜ロールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本願発明のロールへのＤＬＣ膜の常温成膜方法は、真空チャンバー内にアルミロール、カーボンロール、樹脂ロール、ゴムロール、金属ロール、非鉄金属ロール、非金属ロール、パイプロール、感光ドラムといったロールをセットし、前記チャンバー内を常温かつ真空状態とし、前記ロールの周辺にプラズマを発生させ、ロールの表面をスパッタリングし、その後にロールに負の高電圧パルスを印加して所定のイオンガスを前記チャンバー内に注入してロール表面にミキシング層を形成し、前記高電圧パルスの周波数とは異なる周波数の高電圧パルスを印加し、真空チャンバー内にＤＬＣの原料ガスを注入して、その原料ガスを真空チャンバー内で反応させて、前記ロールにＤＬＣを注入しながらロール表面にＤＬＣ層を堆積させることで、ＤＬＣ膜を常温成膜する方法である。この場合、前記ロールが硬質クロームメッキ、カーボンメッキといった表面処理されたものであってもよい。前記原料ガスはＣとＨと他のガスとの混合ガスであり、それらガスの混合比率を変えることにより、形成されるＤＬＣの物性を制御可能とすることができる。
【０００６】
本願発明のＤＬＣ常温成膜ロールは、ロールの表面にプラズマイオンが注入されたミキシング層を備え、ロールにＤＬＣが注入され、かつロール表面にＤＬＣ層が堆積されたＤＬＣ膜を備えたものである。
【発明の効果】
【０００７】
本願発明のロールへのＤＬＣ膜の常温成膜方法は次のような効果がある。
（１）ロール表面をスパッタリングし、ロール表面にミキシング層を形成してから、ロールにＤＬＣを注入してロール表面にＤＬＣ層を堆積させて常温成膜するので、ミキシング層へのＤＬＣ膜の密着力が向上し、耐剥離性、耐磨耗性、耐薬品性、撥水性等に優れたＤＬＣ膜を常温成膜することが出来る。
（２）常温の真空チャンバー内で、ロール表面をスパッタリングし、ミキシング層の形成、ロールへのＤＬＣの注入、ロール表面へのＤＬＣ層の堆積を常温で行うので、ロール変形のおそれがなく、従来、不可能であったアルミロール、樹脂ロール、ゴムロール等への成膜が可能であり、広範な分野での常温成膜が可能になる。ロールが酸化しにくくなり成膜剥離の一因も解消される。
（３）プラズマイオンの注入であるため、硬質クロームメッキ、カーボンメッキといった表面処理済のロールにもＤＬＣ膜を常温成膜することができる。
（４）ドライプロセス処理であるため排液がなく、排液による公害発生の心配がなく、環境に優しい常温成膜処理が可能である。
（５）プラズマが全方位（水平及び垂直方法）に飛散するプラズマ成膜であるため、形状の複雑なロール表面への常温成膜も可能である。
（６）真空チャンバー内に注入するＤＬＣの原料ガスの種類、その原料ガスの混合比率、注入圧等を変えることにより、所望特性のＤＬＣ膜を常温成膜させることができる。
【０００８】
本願発明のＤＬＣ常温成膜ロールは次のような効果がある。
（１）耐薬品性、耐熱性、耐摩耗性などが向上し、ロール表面が高硬度化し、トライボロジー特性、ガスバリヤ特性をはじめとして各種機能が付与されるため利用分野が制約されにくく、広範囲の分野での利用が可能となる。
（２）ＤＬＣがロールに注入され、かつロール表面にＤＬＣ層が堆積されるのでロール表面が改質され、耐磨耗性、耐剥離性、帯電防止（１０8〜10Ω）、撥水性に優れ、寿命の長いロールとなる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】ロールへのＤＬＣ膜の常温成膜方法の一例を示す説明図。
【図２】フッ素化ＤＬＣ中のフッ素含有量と水接触角の関係を表すグラフ。
【図３】フッ素化ＤＬＣ中のフッ素含有量と、硬度及び水接触角の関係を表すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（ＤＬＣ膜の成膜方法の実施形態１）
本願発明のロールへのＤＬＣ膜の常温成膜方法の一例を以下に示す。この常温成膜方法では、ロール表面のスパッタリング、ロール表面へのミキシング層の形成、ロールへのＤＬＣ注入及びロール表面へのＤＬＣ堆積による成膜を行う。これらの作業は真空チャンバー内を真空かつ常温状態にして行う。常温状態とは、０℃以上１００℃以下であるが、より望ましくは１０℃以上５０℃以下である。
【００１１】
ロールがアルミロールといった導電性である場合を図１に基づいて説明する。
１．真空チャンバー１内へのセット：表面処理したいロールを真空チャンバー１内にセットする。ロールは硬質クロームメッキ、カーボンメッキといった表面処理されたものであっても、されていないものであってもよい。
２．ロール表面のスパッタリング：真空チャンバー１内に、ＲＦ高周波電源２とＩＣＰプラズマ源３により高周波電圧を印加して、真空チャンバー１内にプラズマを発生させ、スパッタリングによりロール表面を洗浄（クリーニング）する。このとき、スパッタリングのためのＡｒガスを真空チャンバー１内に注入してもよい。
３．ロール表面へのミキシング層の形成：高電圧パルス電源４によりロールに負の高電圧パルスを印加し、電圧を制御して、ガス注入口５からイオンガス（例えば、Ｃ、Ｓｉイオン）を真空チャンバー１内に注入し、Ｃラジカルを生成してロール表面にミキシング層を形成して密着性を高める。なお、ここでイオンガスとしてＳｉイオンを注入すると、Ｓｉがプライマーの役割を担うことができる。また、イオンガスとして、ＤＬＣの原料ガス（Ｎ2、Ａｒ、ＣＨ4、Ｃ2Ｈ2、ＣＦ4、Ｃ、Ｈ、Ｂ等の混合ガス）を注入することもできる。
４．ＤＬＣ成膜：高電圧パルス電源４により、前記高電圧パルスの周波数とは異なる周波数の高電圧パルスを印加し、真空チャンバー１内にガス注入口５からＤＬＣの原料ガス（Ｎ2、Ａｒ、ＣＨ4、Ｃ2Ｈ2、ＣＦ4、Ｃ、Ｈ、Ｂ等の混合ガス）を注入し、真空チャンバー１内でそれらガスを反応（Ｃ−Ｃの再結合）させながら、ロールへのＤＬＣ注入及びロール表面へのＤＬＣ堆積によってＤＬＣ膜を常温成膜する。
【００１２】
前記原料ガスとしてはＮ2、Ａｒ、ＣＨ4、Ｃ2Ｈ2、ＣＦ4、Ｃ、Ｈ、Ｂ等の混合ガスを使用することができる。それらの混合比率を変えることでＤＬＣの物性を変えることができる。ＤＬＣの物性はＳＰ2／ＳＰ3比、水素含有量、密度、自由空間割合等の因子により左右され、真空チャンバーに注入するガスの種類のみならず、ガス圧、注入量、プラズマエネルギー、極性基、注入条件を変えることにより、親水性、接着性付与等を変えることもできる。例えば、前記原料ガスにフッ素Ｆを混合させると、ロール表面は撥水性に富み、ホウ素Ｂを混合させると、ロール表面は導電性に富んだものとすることができる。
【００１３】
（ＤＬＣ膜の成膜方法の実施形態２）
本願発明のロールへのＤＬＣ膜の常温成膜方法において、ロールが絶縁性の場合を図１に基づいて説明する。
１．電極の形成：表面処理したいロールの背面に電極を設ける。電極は貼り付け、印刷、吹付けなどの方法で行うことができる。
２．真空チャンバー１内へのセット：電極を設けたロール（前記１のロール）を真空チャンバー１内にセットする。ロールは硬質クロームメッキ、カーボンメッキといった表面処理されたものであっても、されていないものであってもよい。
３．ロール表面のスパッタリング：前記電極をアンテナにして真空チャンバー１内に、ＲＦ高周波電源２とＩＣＰプラズマ源３により高周波電圧を印加して、真空チャンバー１内の電極付近にプラズマを発生させ、スパッタリングによりロール表面を洗浄（クリーニング）する。このとき、スパッタリングのためのＡｒガスを真空チャンバー１内に注入してもよい。
４．ロール表面へのミキシング層の形成：高電圧パルス電源４により、前記電極に負の高電圧パルスを印加する。これによりマイナスの電子は電極周辺から追い出され、プラズマシースがロールから数ｃｍのところにでき、シースと電極間に電圧がかかり、絶縁物であるロールも電極に近い電位になる。ガス注入口５からイオンガス（例えば、Ｃ、Ｓｉイオン）を真空チャンバー１内に注入し、Ｃラジカルを生成してロール表面にミキシング層を形成して密着性を高める。なお、ここでイオンガスとしてＳｉイオンを注入すると、Ｓｉがプライマーの役割を担うことができる。また、イオンガスとして、ＤＬＣの原料ガス（Ｎ2、Ａｒ、ＣＨ4、Ｃ2Ｈ2、ＣＦ4、Ｃ、Ｈ、Ｂ等の混合ガス）を注入することもできる。
５．ＤＬＣ成膜：高電圧パルス電源４により、前記高電圧パルスの周波数とは異なる周波数の高電圧パルスを印加し、真空チャンバー１内にガス注入口５から原料ガス（Ｎ2、Ａｒ、ＣＨ4、Ｃ2Ｈ2、ＣＦ4、Ｃ、Ｈ、Ｂ等の混合ガス）を注入し、それらガスを真空チャンバー１内で反応（Ｃ−Ｃの再結合）させながら、ロールへのＤＬＣ注入及びロール表面へのＤＬＣ堆積によってＤＬＣ膜を常温成膜する。このとき、前記プラズマシースとロール間に存在するイオンが前記電極に引き寄せられように加速して、高エネルギーで注入され、低エネルギーでＤＬＣがロール表面のミキシング層にデポジションしてＤＬＣ膜が常温成膜される。
【００１４】
この実施形態においても、真空チャンバーに注入するガスの種類のみならず、ガス圧、注入量、プラズマエネルギー、極性基、注入条件を変えることにより、親水性、接着性付与等を変えることができる。
【００１５】
（ＤＬＣ常温成膜ロールの実施形態）
本願発明のＤＬＣ常温成膜ロールは、スパッタリングされたロール表面にプラズマイオンが注入されたミキシング層を備え、ロールにＤＬＣが注入され、かつロール表面にＤＬＣ層が堆積されたＤＬＣ膜を備えたものである。
ＤＬＣの物性はＳＰ2／ＳＰ3比、水素含有量、密度、自由空間割合等の因子により左右され、ＤＬＣ膜の物性は真空チャンバーに注入するガスの種類のみならず、ガス圧、注入量、プラズマエネルギー、極性基、注入条件を変えることにより、摩擦係数、親水性、密着性等を変えることもできる。
【００１６】
また、ＤＬＣの膜厚によってもロール表面の物性に与える影響は異なる。
例えば、常温成膜の対象となるロールがゴムロール（例えば、ＮＢＲなど）の場合、ＤＬＣ膜厚が厚いほど摩擦係数μを軽減させることができるが、反対に密着性は劣化する。逆に、ＤＬＣ膜厚が薄いほど密着性は優れるが、摩擦係数μはあまり軽減させることができない。
【００１７】
真空チャンバーに注入するＤＬＣの原料ガスの種類によってもロール表面の物性に与える影響は異なる。
例えば、ゴムロールに、４種類の注入ガス（ＤＬＣオリジナル、Ｔｉ＋ＤＬＣ０．４μｍ、Ｓｉ＋ＤＬＣ１．２μｍ、Ｆ＋ＤＬＣ０．８μｍ）で夫々の摩擦係数μを比較すると以下のとおりとなる。
ＤＬＣオリジナルの場合：μ≒０．４（成膜時間ｔ＝８０ｓｅｃ）
Ｔｉ＋ＤＬＣ０．４μｍの場合：μ≒０．１２（成膜時間ｔ＝８０ｓｅｃ）
Ｓｉ＋ＤＬＣ１．２μｍの場合：μ≒０．０９（成膜時間ｔ＝８０ｓｅｃ）
Ｆ＋ＤＬＣ０．８μｍの場合：μ≒０．０７（成膜時間ｔ＝８０ｓｅｃ）
このように、ＤＬＣオリジナルにくらべ、他のガスを混入させた方が顕著に摩擦係数μを軽減させることができる。
【００１８】
ＤＬＣ成厚の際に注入するＤＬＣの原料ガスをフッ素Ｆの混合物とした場合、そのフッ素Ｆの混合比率によってロールの撥水性に与える影響も異なる。撥水性に富んだロールは、剥離性や離型性に優れたロールとなる。
図２のグラフに示すように、ＤＬＣ膜厚が厚いほどロール表面の水接触角が大きくなって、撥水性は向上する。なお、このグラフからもわかるようにフッ素の混合比率を０〜１０％まで増加させると、急激に水接触角が大きくなって撥水性が向上するが、１０％を超えるとその増加率は鈍化する。すなわち、ＤＬＣの常温成膜の際に注入するＤＬＣ原料ガスをフッ素Ｆの混合物とした場合、撥水性を向上させるためにはそのフッ素の混合比率を０〜１０％とすることが望ましいといえる。
【００１９】
なお、ＤＬＣ成厚の際に注入するＤＬＣの原料ガスをフッ素Ｆの混合物とした場合、そのフッ素Ｆの混合比率によってロール表面の撥水性とともに硬度に与える影響も異なる。
図３のグラフに示すように、ＤＬＣ膜厚が厚いほどロールの水接触角は大きくなって撥水性は向上するが、逆に、ロール表面の硬度は低下する。このグラフからもわかるように撥水性を向上させつつ硬度も保つためには、フッ素Ｆの混合比率を１０〜２０％とするのが望ましく、さらに両者グラフが交差する１５％前後がより望ましい。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
本願発明のロールへのＤＬＣ膜の常温成膜方法及びＤＬＣ常温成膜ロールは、アルミロール、カーボンロール、樹脂ロール、ゴムロール、金属ロール、非鉄金属ロール、非金属ロール、パイプロール、感光ドラムといったロールに限らず、プラスチック製品、ゴム製品、ＰＥＴフィルム製品など他の製品にも応用することができる。
【符号の説明】
【００２１】
１ 真空チャンバー
２ ＲＦ高周波電源
３ ＩＣＰプラズマ源
４ 高電圧パルス電源
５ ガス注入口
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、アルミロール、カーボンロール、樹脂ロール、ゴムロール、金属ロール、非鉄金属ロール、非金属ロール、パイプロール、感光ドラム（以下これらをまとめて「ロール」という）へのＤＬＣ（Diamond Like Carbon）膜の常温成膜方法とＤＬＣ膜を備えたＤＬＣ常温成膜ロールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＤＬＣはダイヤモンドとグラファイトの中間的な結晶構造を持ち、高硬度、低摩擦係数、耐磨耗性、電気絶縁性、耐薬品性などの物性を持っていることから、薄膜材料として各種分野で利用されている。従来ＤＬＣの成膜は、真空チャンバー内で数１５０〜３５０℃の高温雰囲気領域で行なわれている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来のＤＬＣ成膜では高温雰囲気領域で成膜されるため、成膜対象物（被成膜物：ロール）が樹脂製品やアルミの場合は変形することがある。特にアルミロールの場合、表面が酸化して、後日の成膜剥離の一因となっていた。
【０００４】
本願発明の課題はロールの変形、ロール表面の酸化を防止できる常温成膜方法と、成膜後に成膜剥離しにくく、耐磨耗性、耐薬品性、撥水性等に優れたＤＬＣ常温成膜ロールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本願発明のロールへのＤＬＣ膜の常温成膜方法は、真空チャンバー内にアルミロール、カーボンロール、樹脂ロール、ゴムロール、金属ロール、非鉄金属ロール、非金属ロール、パイプロール、感光ドラムといったロールをセットし、前記チャンバー内を常温かつ真空状態とし、前記ロールの周辺にプラズマを発生させ、ロールの表面をスパッタリングし、その後にロールに負の高電圧パルスを印加して所定のイオンガスを前記チャンバー内に注入してロール表面にミキシング層を形成し、前記高電圧パルスの周波数とは異なる周波数の高電圧パルスを印加し、真空チャンバー内にＤＬＣの原料ガスを注入して、その原料ガスを真空チャンバー内で反応させて、前記ロールにＤＬＣを注入しながらロール表面にＤＬＣ層を堆積させることで、ＤＬＣ膜を常温成膜する方法である。この場合、前記ロールが硬質クロームメッキ、カーボンメッキといった表面処理されたものであってもよい。前記原料ガスはＣとＨと他のガスとの混合ガスであり、それらガスの混合比率を変えることにより、形成されるＤＬＣの物性を制御可能とすることができる。
【０００６】
本願発明のＤＬＣ常温成膜ロールは、ロールの表面にプラズマイオンが注入されたミキシング層を備え、ロールにＤＬＣが注入され、かつロール表面にＤＬＣ層が堆積されたＤＬＣ膜を備えたものである。
【発明の効果】
【０００７】
本願発明のロールへのＤＬＣ膜の常温成膜方法は次のような効果がある。
（１）ロール表面をスパッタリングし、ロール表面にミキシング層を形成してから、ロールにＤＬＣを注入してロール表面にＤＬＣ層を堆積させて常温成膜するので、ミキシング層へのＤＬＣ膜の密着力が向上し、耐剥離性、耐磨耗性、耐薬品性、撥水性等に優れたＤＬＣ膜を常温成膜することが出来る。
（２）常温の真空チャンバー内で、ロール表面をスパッタリングし、ミキシング層の形成、ロールへのＤＬＣの注入、ロール表面へのＤＬＣ層の堆積を常温で行うので、ロール変形のおそれがなく、従来、不可能であったアルミロール、樹脂ロール、ゴムロール等への成膜が可能であり、広範な分野での常温成膜が可能になる。ロールが酸化しにくくなり成膜剥離の一因も解消される。
（３）プラズマイオンの注入であるため、硬質クロームメッキ、カーボンメッキといった表面処理済のロールにもＤＬＣ膜を常温成膜することができる。
（４）ドライプロセス処理であるため排液がなく、排液による公害発生の心配がなく、環境に優しい常温成膜処理が可能である。
（５）プラズマが全方位（水平及び垂直方法）に飛散するプラズマ成膜であるため、形状の複雑なロール表面への常温成膜も可能である。
（６）真空チャンバー内に注入するＤＬＣの原料ガスの種類、その原料ガスの混合比率、注入圧等を変えることにより、所望特性のＤＬＣ膜を常温成膜させることができる。
【０００８】
本願発明のＤＬＣ常温成膜ロールは次のような効果がある。
（１）耐薬品性、耐熱性、耐摩耗性などが向上し、ロール表面が高硬度化し、トライボロジー特性、ガスバリヤ特性をはじめとして各種機能が付与されるため利用分野が制約されにくく、広範囲の分野での利用が可能となる。
（２）ＤＬＣがロールに注入され、かつロール表面にＤＬＣ層が堆積されるのでロール表面が改質され、耐磨耗性、耐剥離性、帯電防止（１０8〜10Ω）、撥水性に優れ、寿命の長いロールとなる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】ロールへのＤＬＣ膜の常温成膜方法の一例を示す説明図。
【図２】フッ素化ＤＬＣ中のフッ素含有量と水接触角の関係を表すグラフ。
【図３】フッ素化ＤＬＣ中のフッ素含有量と、硬度及び水接触角の関係を表すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（ＤＬＣ膜の成膜方法の実施形態１）
本願発明のロールへのＤＬＣ膜の常温成膜方法の一例を以下に示す。この常温成膜方法では、ロール表面のスパッタリング、ロール表面へのミキシング層の形成、ロールへのＤＬＣ注入及びロール表面へのＤＬＣ堆積による成膜を行う。これらの作業は真空チャンバー内を真空かつ常温状態にして行う。常温状態とは、０℃以上１００℃以下であるが、より望ましくは１０℃以上５０℃以下である。
【００１１】
ロールがアルミロールといった導電性である場合を図１に基づいて説明する。
１．真空チャンバー１内へのセット：表面処理したいロールを真空チャンバー１内にセットする。ロールは硬質クロームメッキ、カーボンメッキといった表面処理されたものであっても、されていないものであってもよい。
２．ロール表面のスパッタリング：真空チャンバー１内に、ＲＦ高周波電源２とＩＣＰプラズマ源３により高周波電圧を印加して、真空チャンバー１内にプラズマを発生させ、スパッタリングによりロール表面を洗浄（クリーニング）する。このとき、スパッタリングのためのＡｒガスを真空チャンバー１内に注入してもよい。
３．ロール表面へのミキシング層の形成：高電圧パルス電源４によりロールに負の高電圧パルスを印加し、電圧を制御して、ガス注入口５からイオンガス（例えば、Ｃ、Ｓｉイオン）を真空チャンバー１内に注入し、Ｃラジカルを生成してロール表面にミキシング層を形成して密着性を高める。なお、ここでイオンガスとしてＳｉイオンを注入すると、Ｓｉがプライマーの役割を担うことができる。また、イオンガスとして、ＤＬＣの原料ガス（Ｎ2、Ａｒ、ＣＨ4、Ｃ2Ｈ2、ＣＦ4、Ｃ、Ｈ、Ｂ等の混合ガス）を注入することもできる。
４．ＤＬＣ成膜：高電圧パルス電源４により、前記高電圧パルスの周波数とは異なる周波数の高電圧パルスを印加し、真空チャンバー１内にガス注入口５からＤＬＣの原料ガス（Ｎ2、Ａｒ、ＣＨ4、Ｃ2Ｈ2、ＣＦ4、Ｃ、Ｈ、Ｂ等の混合ガス）を注入し、真空チャンバー１内でそれらガスを反応（Ｃ−Ｃの再結合）させながら、ロールへのＤＬＣ注入及びロール表面へのＤＬＣ堆積によってＤＬＣ膜を常温成膜する。
【００１２】
前記原料ガスとしてはＮ2、Ａｒ、ＣＨ4、Ｃ2Ｈ2、ＣＦ4、Ｃ、Ｈ、Ｂ等の混合ガスを使用することができる。それらの混合比率を変えることでＤＬＣの物性を変えることができる。ＤＬＣの物性はＳＰ2／ＳＰ3比、水素含有量、密度、自由空間割合等の因子により左右され、真空チャンバーに注入するガスの種類のみならず、ガス圧、注入量、プラズマエネルギー、極性基、注入条件を変えることにより、親水性、接着性付与等を変えることもできる。例えば、前記原料ガスにフッ素Ｆを混合させると、ロール表面は撥水性に富み、ホウ素Ｂを混合させると、ロール表面は導電性に富んだものとすることができる。
【００１３】
（ＤＬＣ膜の成膜方法の実施形態２）
本願発明のロールへのＤＬＣ膜の常温成膜方法において、ロールが絶縁性の場合を図１に基づいて説明する。
１．電極の形成：表面処理したいロールの背面に電極を設ける。電極は貼り付け、印刷、吹付けなどの方法で行うことができる。
２．真空チャンバー１内へのセット：電極を設けたロール（前記１のロール）を真空チャンバー１内にセットする。ロールは硬質クロームメッキ、カーボンメッキといった表面処理されたものであっても、されていないものであってもよい。
３．ロール表面のスパッタリング：前記電極をアンテナにして真空チャンバー１内に、ＲＦ高周波電源２とＩＣＰプラズマ源３により高周波電圧を印加して、真空チャンバー１内の電極付近にプラズマを発生させ、スパッタリングによりロール表面を洗浄（クリーニング）する。このとき、スパッタリングのためのＡｒガスを真空チャンバー１内に注入してもよい。
４．ロール表面へのミキシング層の形成：高電圧パルス電源４により、前記電極に負の高電圧パルスを印加する。これによりマイナスの電子は電極周辺から追い出され、プラズマシースがロールから数ｃｍのところにでき、シースと電極間に電圧がかかり、絶縁物であるロールも電極に近い電位になる。ガス注入口５からイオンガス（例えば、Ｃ、Ｓｉイオン）を真空チャンバー１内に注入し、Ｃラジカルを生成してロール表面にミキシング層を形成して密着性を高める。なお、ここでイオンガスとしてＳｉイオンを注入すると、Ｓｉがプライマーの役割を担うことができる。また、イオンガスとして、ＤＬＣの原料ガス（Ｎ2、Ａｒ、ＣＨ4、Ｃ2Ｈ2、ＣＦ4、Ｃ、Ｈ、Ｂ等の混合ガス）を注入することもできる。
５．ＤＬＣ成膜：高電圧パルス電源４により、前記高電圧パルスの周波数とは異なる周波数の高電圧パルスを印加し、真空チャンバー１内にガス注入口５から原料ガス（Ｎ2、Ａｒ、ＣＨ4、Ｃ2Ｈ2、ＣＦ4、Ｃ、Ｈ、Ｂ等の混合ガス）を注入し、それらガスを真空チャンバー１内で反応（Ｃ−Ｃの再結合）させながら、ロールへのＤＬＣ注入及びロール表面へのＤＬＣ堆積によってＤＬＣ膜を常温成膜する。このとき、前記プラズマシースとロール間に存在するイオンが前記電極に引き寄せられように加速して、高エネルギーで注入され、低エネルギーでＤＬＣがロール表面のミキシング層にデポジションしてＤＬＣ膜が常温成膜される。
【００１４】
この実施形態においても、真空チャンバーに注入するガスの種類のみならず、ガス圧、注入量、プラズマエネルギー、極性基、注入条件を変えることにより、親水性、接着性付与等を変えることができる。
【００１５】
（ＤＬＣ常温成膜ロールの実施形態）
本願発明のＤＬＣ常温成膜ロールは、スパッタリングされたロール表面にプラズマイオンが注入されたミキシング層を備え、ロールにＤＬＣが注入され、かつロール表面にＤＬＣ層が堆積されたＤＬＣ膜を備えたものである。
ＤＬＣの物性はＳＰ2／ＳＰ3比、水素含有量、密度、自由空間割合等の因子により左右され、ＤＬＣ膜の物性は真空チャンバーに注入するガスの種類のみならず、ガス圧、注入量、プラズマエネルギー、極性基、注入条件を変えることにより、摩擦係数、親水性、密着性等を変えることもできる。
【００１６】
また、ＤＬＣの膜厚によってもロール表面の物性に与える影響は異なる。
例えば、常温成膜の対象となるロールがゴムロール（例えば、ＮＢＲなど）の場合、ＤＬＣ膜厚が厚いほど摩擦係数μを軽減させることができるが、反対に密着性は劣化する。逆に、ＤＬＣ膜厚が薄いほど密着性は優れるが、摩擦係数μはあまり軽減させることができない。
【００１７】
真空チャンバーに注入するＤＬＣの原料ガスの種類によってもロール表面の物性に与える影響は異なる。
例えば、ゴムロールに、４種類の注入ガス（ＤＬＣオリジナル、Ｔｉ＋ＤＬＣ０．４μｍ、Ｓｉ＋ＤＬＣ１．２μｍ、Ｆ＋ＤＬＣ０．８μｍ）で夫々の摩擦係数μを比較すると以下のとおりとなる。
ＤＬＣオリジナルの場合：μ≒０．４（成膜時間ｔ＝８０ｓｅｃ）
Ｔｉ＋ＤＬＣ０．４μｍの場合：μ≒０．１２（成膜時間ｔ＝８０ｓｅｃ）
Ｓｉ＋ＤＬＣ１．２μｍの場合：μ≒０．０９（成膜時間ｔ＝８０ｓｅｃ）
Ｆ＋ＤＬＣ０．８μｍの場合：μ≒０．０７（成膜時間ｔ＝８０ｓｅｃ）
このように、ＤＬＣオリジナルにくらべ、他のガスを混入させた方が顕著に摩擦係数μを軽減させることができる。
【００１８】
ＤＬＣ成厚の際に注入するＤＬＣの原料ガスをフッ素Ｆの混合物とした場合、そのフッ素Ｆの混合比率によってロールの撥水性に与える影響も異なる。撥水性に富んだロールは、剥離性や離型性に優れたロールとなる。
図２のグラフに示すように、ＤＬＣ膜厚が厚いほどロール表面の水接触角が大きくなって、撥水性は向上する。なお、このグラフからもわかるようにフッ素の混合比率を０〜１０％まで増加させると、急激に水接触角が大きくなって撥水性が向上するが、１０％を超えるとその増加率は鈍化する。すなわち、ＤＬＣの常温成膜の際に注入するＤＬＣ原料ガスをフッ素Ｆの混合物とした場合、撥水性を向上させるためにはそのフッ素の混合比率を０〜１０％とすることが望ましいといえる。
【００１９】
なお、ＤＬＣ成厚の際に注入するＤＬＣの原料ガスをフッ素Ｆの混合物とした場合、そのフッ素Ｆの混合比率によってロール表面の撥水性とともに硬度に与える影響も異なる。
図３のグラフに示すように、ＤＬＣ膜厚が厚いほどロールの水接触角は大きくなって撥水性は向上するが、逆に、ロール表面の硬度は低下する。このグラフからもわかるように撥水性を向上させつつ硬度も保つためには、フッ素Ｆの混合比率を１０〜２０％とするのが望ましく、さらに両者グラフが交差する１５％前後がより望ましい。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
本願発明のロールへのＤＬＣ膜の常温成膜方法及びＤＬＣ常温成膜ロールは、アルミロール、カーボンロール、樹脂ロール、ゴムロール、金属ロール、非鉄金属ロール、非金属ロール、パイプロール、感光ドラムといったロールに限らず、プラスチック製品、ゴム製品、ＰＥＴフィルム製品など他の製品にも応用することができる。
【符号の説明】
【００２１】
１ 真空チャンバー
２ ＲＦ高周波電源
３ ＩＣＰプラズマ源
４ 高電圧パルス電源
５ ガス注入口
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバー内にアルミロール、カーボンロール、樹脂ロール、ゴムロール、金属ロール、非鉄金属ロール、非金属ロール、パイプロール、感光ドラムといったロールをセットし、前記チャンバー内を常温かつ真空状態とし、
前記ロールの周辺にプラズマを発生させ、ロールの表面をスパッタリングし、
その後にロールに負の高電圧パルスを印加して所定のイオンガスを前記チャンバー内に注入してロール表面にミキシング層を形成し、
前記高電圧パルスの周波数とは異なる周波数の高電圧パルスを印加し、真空チャンバー内にＤＬＣの原料ガスを注入して、その原料ガスを真空チャンバー内で反応させて、前記ロールにＤＬＣを注入しながらロール表面にＤＬＣ層を堆積させることで、ＤＬＣ膜を常温成膜することを特徴とするロールへのＤＬＣ膜の常温成膜方法。
【請求項２】
請求項１記載のロールへのＤＬＣ膜の常温成膜方法において、ロールが硬質クロームメッキ、カーボンメッキといった表面処理されたものであることを特徴とするロールへのＤＬＣ膜の常温成膜方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載のロールへのＤＬＣ膜の常温成膜方法において、原料ガスがＣとＨと他のガスとの混合ガスであり、それらガスの混合比率を変えることにより、形成されるＤＬＣの物性を制御可能としたことを特徴とするロールへのＤＬＣ膜の常温成膜方法。
【請求項４】
ロールの表面にプラズマイオンが注入されたミキシング層を備え、
ロールにＤＬＣが注入され、かつロール表面にＤＬＣ層が堆積されたＤＬＣ膜を備えたことを特徴とするＤＬＣ常温成膜ロール。
【請求項１】
真空チャンバー内にアルミロール、カーボンロール、樹脂ロール、ゴムロール、金属ロール、非鉄金属ロール、非金属ロール、パイプロール、感光ドラムといったロールをセットし、前記チャンバー内を常温かつ真空状態とし、
前記ロールの周辺にプラズマを発生させ、ロールの表面をスパッタリングし、
その後にロールに負の高電圧パルスを印加して所定のイオンガスを前記チャンバー内に注入してロール表面にミキシング層を形成し、
前記高電圧パルスの周波数とは異なる周波数の高電圧パルスを印加し、真空チャンバー内にＤＬＣの原料ガスを注入して、その原料ガスを真空チャンバー内で反応させて、前記ロールにＤＬＣを注入しながらロール表面にＤＬＣ層を堆積させることで、ＤＬＣ膜を常温成膜することを特徴とするロールへのＤＬＣ膜の常温成膜方法。
【請求項２】
請求項１記載のロールへのＤＬＣ膜の常温成膜方法において、ロールが硬質クロームメッキ、カーボンメッキといった表面処理されたものであることを特徴とするロールへのＤＬＣ膜の常温成膜方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載のロールへのＤＬＣ膜の常温成膜方法において、原料ガスがＣとＨと他のガスとの混合ガスであり、それらガスの混合比率を変えることにより、形成されるＤＬＣの物性を制御可能としたことを特徴とするロールへのＤＬＣ膜の常温成膜方法。
【請求項４】
ロールの表面にプラズマイオンが注入されたミキシング層を備え、
ロールにＤＬＣが注入され、かつロール表面にＤＬＣ層が堆積されたＤＬＣ膜を備えたことを特徴とするＤＬＣ常温成膜ロール。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１０−１８９６９４（Ｐ２０１０−１８９６９４Ａ）
【公開日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−３４０９１（Ｐ２００９−３４０９１）
【出願日】平成２１年２月１７日（２００９．２．１７）
【出願人】（３９１０５２６２２）株式会社都ローラー工業 (19)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月１７日（２００９．２．１７）
【出願人】（３９１０５２６２２）株式会社都ローラー工業 (19)
【Ｆターム（参考）】
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