【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.16】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

24HK0119

利用課題名 / Title

圧縮機用摺動部材の高耐久化に関する研究　－DLC膜の構造分析－

利用した実施機関 / Support Institute

北海道大学 / Hokkaido Univ.

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

外部利用/External Use

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions（副 / Sub）-

キーワード / Keywords

カーボン系材料/ Carbon related materials,各種表面処理等/ Various surface treatments,X線回折/ X-ray diffraction,透過型電子顕微鏡/ Transmission electron microscopy,走査型透過電子顕微鏡/ Scanning transmission electron microscopy,集束イオンビーム（FIB）/ Focused ion beam,表面・界面・粒界制御/ Surface/interface/grain boundary control,電子顕微鏡/ Electronic microscope,集束イオンビーム/ Focused ion beam

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

石田 貴規

所属名 / Affiliation

パナソニック株式会社　空質空調社

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

中野　昌弥

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

坂口　紀史,大多　亮

利用形態 / Support Type

（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）,技術補助/Technical Assistance

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

HK-101：ダブル球面収差補正走査透過型電子顕微鏡
HK-105：集束イオンビーム加工装置

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

【実施内容】　
 空調サイクルに使用されるロータリー圧縮機の開発を推進している。摺動条件が過酷な部品にはDLC（ダイヤモンドライクカーボン）コートが施されているが、サプライヤによって処理方法や条件が異なるので、耐摩耗性に有意差が見られる。そこで、耐摩耗性に影響を及ぼすDLC膜構造の因子を明確化すべく、北海道大学マテリアル先端リサーチインフラ（ARIM）事業の技術課題支援制度を活用して詳細観察と分析を行った。

実験 / Experimental

【利用した主な装置】
 高分解能三次元構造評価装置（Titan G2）
【実験方法】
 実機耐久試験の結果から、サンプルCはサンプルＡに比べ良好な耐摩耗性を示す。この2仕様の摺動部品から断面分析サンプルをFIBにより作製し、透過型電子顕微鏡（TEM、STEM）を用いて最表面近傍の構造解析並びに元素EDS分析を実施した。

結果と考察 / Results and Discussion

【結果と考察】
 図1にサンプルＡのDLC膜断面のSTEM画像並びにEDS元素マッピングを示す。最表面の黒く視認されるDLC膜と、その下方に薄いグレイ色に視認されるWC膜と濃いグレイ色に視認されるCr膜からなる中間層を擁する多層膜がFe系基材上に構成されている。柱状のWC膜とCr膜は各柱の間に隙間がある。Cr膜と基材界面より基材側にNリッチ層が確認され、基材FeがDLCコート前に窒化処理が施されていると推察する。
 図2にサンプルCのDLC膜断面のSTEM画像並びにEDS元素マッピングを示す。サンプルAと同様に、最表面の黒く視認されるDLC膜と、その下方に薄いグレイ色に視認されるWC膜と濃いグレイ色に視認されるCr膜からなる中間層を擁する多層膜がFe系基材上に構成されている。但し、柱状のWC膜はサンプルAに比べて顕著に薄く、柱状のCr膜はサンプルAに見られた隙間が非常に少なく緻密であることがわかる。更に、Cr膜と基材界面よりCr膜側にNリッチ層が確認されることから、Cr層は窒化、即ちCrN等の化合物として存在していると推察する。
 以上から、サンプルAとCではDLCコートの作製方法や条件が異なると思われる。実機耐久試験の結果、サンプルAは接触状態が最も過酷な箇所において基材Feの露出を確認したが、サンプルCは摩耗しているが、基材の露出には至っていなかった。今回の詳細観察並びに分析とを突合せると、中間層のCr層の違いが耐摩耗性に影響を及ぼした可能性が示唆され、耐久性に優れたDLCコートの構造の一端を明確化することができた。今後は、最表層のDLC膜の構造明確化や、Cr層の窒素化合物を同定すべく引き続き取組み、実機耐久性と量産性に優れたDLCコート処理方法並びに条件の導出に繋げていく。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

図１　サンプルAのDLC膜断面のSTEM画像並びにEDS元素マッピング

図２　サンプルＣのDLC膜断面のSTEM画像並びにEDS元素マッピング

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

 本課題の遂行にあたり、大学院工学研究院　坂口紀史准教授にご指導、ご鞭撻を頂き、また、大多亮技術職員に機器利用のご協力を頂きました。ここに感謝申し上げます。

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件