DLCコーティングとは
DLCの特徴とオンワード技研の強み

DLCコーティングとは

DLCは〈Diamond Like Carbon〉の略で、炭素（カーボン）を主体とした薄膜を、金属の表面などにコーティングする表面処理技術です。
ダイヤモンドとグラファイトなどの構造が混在するDLCは、チタン系やクロム系などの一般的なセラミックコーティングと比べ、硬くて滑りがよく、「耐摩耗性」「非鉄金属の耐凝着性」などの特性に優れています。

DLCの発見は、1971年まで遡ります。当時、メタンガスからダイヤモンドを合成する実験中に偶然発見された「黒くて硬い膜」は、その後DLCと名付けられ研究が進められてきました。
今では、切削工具・金型をはじめ、自動車部品や機械部品、医療部品など、ものづくりを支えるコーティングとして、幅広い業界で採用されています。

DLC

カーボン硬質膜でダイヤモンドとグラファイトなどの構造が混在

硬くて滑りがよく、様々な特性に優れます

チタン系

窒化チタン（Ti）によるコーティング膜

主に切削工具や金型のコーティングとして使われています

クロム系

窒化クロム（Cr）によるコーティング膜

主に金型や機械部品のコーティングとして使われています

DLCコーティングの特徴Feature

DLCコーティングの一番の特徴は、
「数ミクロンの膜厚」
「硬さのバリエーションがある（1000～7000Hv）」
「滑りのよさに優れる」点です。

高硬度

炭素の結びつき方で、7000Hv（AC-X）の高硬度もできる（ダイヤモンドは10000Hv）

低摩擦係数

全体が非晶質（ガラスのような構造）で、摺動性・平滑性に優れる

耐凝着性

炭素が主体のため、非鉄金属との非親和性に優れており、凝着や溶着・焼付きを起こしにくい

低相手攻撃性

低硬度DLCは、摩擦時に発生する相手材料のキズや摩耗が少ない傾向にある

耐食性

化学的に不活性のため、さびに強く、腐食しやすい雰囲気でも劣化しにくい

電気特性

グラファイト構造やダイヤモンド構造の比率、水素、金属の含有量によって、導電傾向や絶縁傾向になる

生体親和性

炭素を原料としているため、人体への影響が少ない

DLCコーティングは、上記以外にも、ガスバリア性（ガスの遮断）や、光学特性（赤外線の透過や紫外線の遮断）、撥水性・耐薬品性・抗菌性など、様々な特徴を持っています。

DLCコーティングの特性とセラミックコーティングとの比較

一般的なセラミックコーティングとの比較は下記の通りです。

切削工具におけるDLCの向き・不向き、アルミと鉄

様々な特性を持つDLCコーティングですが、一般的なダイヤモンド工具と同じく、鉄系材料の切削には向いていません。鉄と炭素は親和性が高く、加工時に発生する熱でコーティングが軟化（スス化）してしまうのが原因です。

一方、DLCコーティングは軟質の純アルミや銅、アルミ合金、アルミダイカスト（ADC）などの非鉄金属加工時の凝着・溶着を抑えることが期待できます。

凝着とは？

凝着とは、接触する2つの面（工具とワーク）が相互作用によって融合し、付着してしまう状態です。 これにより、工具欠損や凝着、刃先の脱落、摩耗が発生します。

DLCコーティングにも欠点がある？

ダイヤモンドに近い硬度のDLCもありますが、一方で、硬質で非晶質のため母材変形への追従性が低く、衝撃でクラックが入ってしまうと、ガラスにひびが入るように伝播してしまうことがあります。
また切削工具や金型へコーティングする場合、一般的なダイヤモンド工具と同じように、鉄系材料の切削には向いていません。

DLCコーティングは、母材の材質や表面状態、使用環境に敏感です。「硬さ」だけではなく、耐酸化温度や、相手材との非親和性を考慮しなければ、せっかくのコーティングも活かすことができません。

オンワード技研では、お客様の用途や課題に合わせて、最適なDLCコーティングをご提案いたします。
DLCに関するご相談は、ぜひ一度、お問い合わせください。

DLCコーティングの用途例Application

DLCコーティングは、その「硬さ」と「滑りのよさ」から、切削工具・金型だけでなく、自動車部品や機械部品、医療部品など、様々な業界で幅広く採用されています。

切削工具におけるDLCコーティングの例

切削工具では、主に摩耗防止・長寿命化を目的に、DLCコーティングが採用されています。耐凝着性を利用して、アルミ加工やドライ加工用の切削工具にも使われています。

また摩擦による切削熱を抑えることができるため、工作機械本来の高い加工精度を発揮することができます。

コーティングの例

エンドミル、フライス工具、ドリル、バイト、リーマ、切断刃、メタルソーなど

金型におけるDLCコーティングの例

金型では、主に摩耗防止・長寿命化を目的に、DLCコーティングが採用されています。DLCコーティングは、他のコーティングと比べ低温成膜で薄膜のため、金型の精度に影響しにくいです。

また溶融ガラスの離型性向上にも使われています。

コーティングの例

プレス金型、レンズ金型

自動車部品におけるDLCコーティングの例

自動車部品では、主に摺動特性を生かした耐摩耗性の向上を目的に、DLCコーティングが採用されています。エンジンケース内の過酷な環境下でも、高い耐久性と低相手攻撃性で、部品の破損を防ぎ、安全性向上に貢献します。

また摩擦抵抗が少なく、エネルギーロスを減らすことができ、燃費向上やCO2排出量の削減にもつながります。

コーティングの例

エンジン部品、トランスミッション部品、ギア、駆動部品、外装・内装部品など

機械部品におけるDLCコーティングの例

ギアやプーリー、シャフト、軸受などの機械部品では、摺動性と耐久性向上を目的に、DLCコーティングが採用されています。また平滑性が求められるハードディスクなどの電子部品や、筐体のキズ・汚れの防止にも使われています。

DLCは摩耗による発塵が少ないため、半導体製造装置やクリーンルームでの使用にも適しています。

コーティングの例

機械要素部品、伝動部品、軸受部品、電子部品、半導体製造装置部品など

医療業界におけるDLCコーティングの例

DLCコーティングは生体親和性が高く、医療器具や手術用具、医療用材料、インプラント、ステントなどへの応用が進んでいます。

体内への挿入をスムーズにするだけでなく、高い耐薬品性や抗菌性で、患者の負担を和らげることができます。

コーティングの例

ピンセット、メス、注射針、人工関節、インプラント、ステントなどなど

身近なモノにも使われています！

DLCコーティングの用途は産業向けだけではありません。その高い特性を活かし、肌に触れる髭剃りの刃から、水道混合栓などの家庭設備まで、幅広い用途で使われています。

そもそもDLCとは？ダイヤモンドとグラファイトの特徴Diamond & Graphite

DLCは、ダイヤモンド結合（sp3）とグラファイト結合（sp2）が混在した、アモルファス構造（非晶質構造）と呼ばれる物質です。sp3とsp2の比率によって、硬さと滑りの特性が異なります。

sp3結合でできた炭素物質
（炭素の正四面体立体構造）

自然界で最も硬い物質。原子同士の結合が強く、高い熱伝導率や絶縁性などの性質を持っています

sp3とsp2が混在した炭素物質
（アモルファス構造）

ガラスのような非晶質（アモルファス構造）で、非連続のsp3、sp2が混在して独自の特性を持ちます

sp2結合でできた炭素物質
（六角状の積層構造）

各層間の結合が弱く、これがずれることで、滑り性が向上します。

DLCの種類と特徴

DLCは、さらに「水素」を添加することで、膜の特性を変化させることができます。 その種類は、ダイヤモンド・グラファイトの比率と、水素（H）の有無によって、大きく4つに分けられます。

DLCコーティングの色合いについて

DLCコーティングは、光沢のある黒色透明色が多く、さらに膜厚が薄い場合やグラファイト構造が少ない場合、黒色が薄れ透明色に近くなります。また光の屈折率が高いため、微妙な膜厚差によってシャボン玉のような虹色の干渉色が見られます。
近年では、その外観の美しさと高い耐久性から、腕時計やルアー、自転車部品、ゴルフクラブなど、日用品への応用も広がっています。

DLCの選び方

工具や薄板打ち抜きパンチへの適用は、硬さを活かした用途が多いため、ダイヤモンド（sp3構造）の比率が高い「ta-C」が主流となっています。
一方で部品への適用は、硬度は落ちるがじん性と密着強度が優れる、「a-C:H」がおすすめです。

オンワード技研では、お客様の用途や課題に合わせて、最適なDLCコーティングをご提案いたします。
DLCに関するご相談は、ぜひ一度、お問い合わせください。

DLCコーティングと成膜方法Production

DLCの成膜には、PVD（物理蒸着）や、CVD（化学蒸着）などの技術が用いられます。
ここでは、オンワード技研にて行っている「イオン源蒸着」「PCVD」「FAD」について説明します。

イオン源蒸着

フィラメントを加熱し、熱電子により炭化水素ガスをイオン化させ、電位差をつけた処理物に衝突させてコーティングする、PVDの一種です。
炭化水素ガスを原料とするため、水素含有DLCとなります。汎用性が高く、ザラツキのないきれいな表面が得られるため、広く使われています。

PCVD（プラズマ化学蒸着）

PCVDは、プラズマ領域でイオン化させた炭化水素ガスを、電位差をつけた処理物に衝突させて、コーティングします。PCVD（プラズマ化学蒸着：Plasma Chemical Vapor Deposition）の一種です。
真空炉内に設けられたループアンテナに高周波電流を流すことで、広範囲にプラズマを発生するため、長尺品も均一に成膜することができます。
オンワード技研では、自社製作炉によって、他社では難しい1ｍ程度の長尺ワークにも成膜が可能です。

FAD（フィルタードアーク蒸着）

FADは、アークイオンプレーティングの欠点である「ドロップレット（膜中に混入するイオン化されない粒状材料）」を減らし、強固できれいな膜を得ることができます。
FADでは、磁場によるフィルターでイオン化されたカーボンのみを処理物に引き込み、成膜します。ダイヤモンド（sp3構造）の比率が高い水素フリーDLCが得られます。

DLCコーティングにおけるオンワード技研の強みONWARD GIKEN

オンワード技研では、1986年、東ドイツからのDLC試験機導入を皮切りに、「量産に使えるDLCコーティング」の研究開発に着手。DLCのパイオニアとして、国内でいち早くDLCコーティングを事業化しました。

その後、大学や公設試など研究機関との共同研究にも取り組みながら、数多くの特許を取得。コーティング装置を内製化することで、より安定した生産と、さらなるノウハウの蓄積に取り組んでいます。

現在では高い技術力と提案力が評価され、全国802社以上と直接取引。特に金型のDLCコーティングでは国内トップシェアを占めるなど、日本のものづくりに貢献しています。

2002年・2008年

石川県「石川ブランド」認定

2007年

経済産業省「元気なモノ作り中小企業300社」認定

2018年

経済産業省「地域未来牽引企業」認定

クリーンルーム完備で、高品質のDLCに対応

オンワード技研では、業界では珍しいクラス10,000（ISOクラス7）のクリーンルームを完備。半導体向けの精密金型など、高い品質が求められるDLCコーティングを強みとしています。

また2021年には「医療機器製造業許可」を取得。医療分野向けのDLCコーティングも、安心してお任せいただけます。

オンワード技研のDLCコーティングの流れFlow

オンワード技研が得意とするDLCコーティングは、大量生産ではなく、少量多品種生産です。
お客様からお預かりした多種多様な製品を、一品ずつ丁寧に検品・前処理をしながら成膜を行っています。また各工程では全数検査を行い、品質管理を徹底するなど、手作業でしかできないきめ細やかな対応で、高品質なコーティングを提供しています。

※3.DLCコーティングの剥がれについて

硬度の高いDLCでも、ベースとなる母材の下処理不足によって、密着力が低下し、剥がれてしまうことがあります。密着力を確保するためには、表面の汚れの除去やバリ取りが重要です。

オンワード技研のDLCコーティングラインナップProduct Lineup

オンワード技研では、お客様の用途や課題に合わせた各種DLCをご用意しています。
それぞれ膜厚や硬度に特徴がありますが、一般的なDLCコーティングのご要望については、まずは「DLC-EX」と「AC-X」で対応が基本です。まずはこの2種からお試しください。

DLC-EX

a-C:Hタイプの水素含有DLC。Si系のアンダーコートでコーティング可能な母材の選択肢も広く、汎用的なDLCコーティングとして使われています。

DLC-EXをベースに、薄膜の「DLC Prism」、撥水仕様の「CFC-H」、耐熱仕様の「XPC」などのラインナップをご用意しています。

DLC-EXの詳細はこちら

DLC-EXを成膜した超硬テストピースに、アルミニウムのボールを押し付け100mスライドさせても凝着がありません
（ クリックで拡大）

DLC-EXを成膜したワークを水に24時間浸しても、上記の成分の溶出がありません
（クリックで拡大）

DLC-EX 用途例

アルミ切削工具、摺動部品、半導体製造装置部品、樹脂トリミング工具など

AC-X

ta-Cタイプの水素フリーDLC。DLC-EXよりもさらに硬度が高く、耐酸化温度も向上しています。

AC-Xをベースに、厚膜の「AC-X・W」、硬度を落としじん性を上げた「AC-X・X」などのラインナップをご用意しています。

AC-Xの詳細はこちら

〈AC-Xの切削試験データ〉

AC-Xを成膜した工具は、ADC-12の加工において、DLC-EXと比較して2倍以上の継続切削が可能です（クリックで拡大）

AC-X 用途例

超硬工具、プレス金型、超硬パンチ、リードフレーム加工型、樹脂成型、耐摩耗部品など

DLCコーティングのよくあるご質問FAQ