JPH0280555A - 黒色被膜コーティング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は陰極スパッタリングの手段によって、処理品
の表面に黒色の被膜をコーティングする方法に関する。

〔従来の技術〕

陰極に添設したターゲットを、作動ガス中において生せ
しめたプラズマ放電によりスパッタリングして、処理品
の表面に、上記スパッタリングによって上記ターゲット
から遊離した物質をコーティングする技術が公知である
。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来の技術では、ターゲットにチタンその他を用い
て、処理品の表面に金色や濃紫色等の被膜をコーティン
グすることが行なわれている。しかし最今は黒色の品物
が好まれることが多く、それに対応して、上記のような
陰極スパッタリングの手法を用いて処理品に黒色の被膜
をコーティングする技術の提供が求められている。

本発明は以上のような点に鑑みてなされたもので、その
目的とするところは、処理品の表面に黒色でかつ処理品
に対する密着度の高い被膜をコーティングすることがで
きる方法を提供することである。

〔課題を解決する為の手段〕

上記目的を達成する為に、本願発明は前記請求の範囲記
載の通りの手段を講じたものであって、その作用は次の
通りである。

〔作用〕

処理品に０〜−１５０Ｖのバイアス電圧がかけられた状
態で黒鉛のターゲットがスパッタリングされることによ
り、上記処理品の表面には、上記ターゲットから遊離し
た炭素が、密着度の高い黒色の被膜としてコーティング
される。

〔実施例〕

以下本願の実施例を示す図面について説明する。

第１図は公知のものと同様の、陰極スパッタリングによ
り処理品の表面に被膜をコーティングする為の装置の概
様を示す０図において、１は真空チャンバで、その大き
さは例えば直径７００ｍ、高さ７００ｆｌ程度である。

２はチャンバ１に取り付けた陰極で、二つが相対向して
設けられているが、一つのみを設ける構成でもよい、こ
の陰極２としては、ペニング式陰極即ちマグネトロン陰
極を用いても、２極式陰極を用いても良いが、成膜速度
を速くできる点で前者が好ましい、３は陰極２に添設し
たターゲットで、陰極２に対しては電気的に良好な接続
状態にしである。そのような状態の達成は、ハンダ付、
導電性接着側による接着、ねじ止のような機械的な固着
等から選択した適宜の手段によって行なう、このターゲ
ット３としては、処理品に対する黒色の被膜の形成の為
に、黒鉛を用いる。形態は例えば板状で、その周囲の複
数箇所がねじ止によって陰極２に固定される。４は処理
品のホルダ、５はホルダ４に装着した処理品（基材とも
呼ばれる）である、この処理品５としては、装飾性の高
い黒色の被膜が要求される種々の物品（例えばメガネフ
レーム、ナイフ等）がある、向上記陰極２を一つのみ設
けた場合は、上記ホルダ４としては処理品５を回転させ
ることのできるものを用いて、処理品５の表面各部への
被膜の生成が均一になるようにすると良い、６はプラズ
マ放電用の電源で、例えば４００Ｖ以上の出力がある直
流電源が用いられ、図の如く結線される。７は処理品５
にバイアスをかける為の手段の一例として示す分圧器で
、電源６の出力（負電圧）を分圧した電圧を処理品５に
かけるようにしである。

尚図ではバイアス電圧の印加はホルダ４を通して多数の
処理品５に行なう例を示すが、ホルダ４を通さず直接に
処理品５に行なってもよい。

次に上記装置による処理品５への被膜のコーティングに
ついて説明する。処理品５が真空チャンバ１内に入れら
れた後、先ず真空チャンバｌ内が真空ポンプで真空引き
されると共に、そこにはプラズマ放電用の作動ガス即ち
イオン化ガスとして不活性ガス（例えばアルゴン）が導
入される。尚チャンバ１内の圧力はプラズマ放電が良好
に行なわれるよう１０−”ｍｂａｒ〜５　Ｘ　１０−”
ｍｂａｒにされる。この状態において陰極２にプラズマ
放電用の電圧がかけられ、処理品５にバイアス電圧（０
〜−１５０Ｖのうちから選定）がかけられる、陰極２に
電圧がかけられることにより、チャンバ１内ではプラズ
マ放電が生ずる。その放電による高速の粒子（プラズマ
中のイオン）がターゲット３に衝突し、ターゲット３の
炭素が遊離される。遊離した炭素はバイアスのかかって
いる処理品５に向けて飛来し、その表面に密着力の高い
黒色の被膜となって生成する。上記状態で所定時間が経
過して、処理品５の表面に上記被膜が所定の厚み例えば
０．数μｍ乃至数μｍまでコーティングされたならば、
電源６が切られ、チャンバ１内が復圧され、コーティン
グを終えた処理品５が取り出される。

上記のようにして陰極スパッタリングによる処理品５の
コーティングを行なう場合、処理品５の表面に低い運動
エネルギーで堆積しているスパッタ物質の原子や、軽い
気体原子は、処理品５にかけられたバイアス電位によっ
て生じるプラズマ中の正イオンのボンバードメントによ
るエツチングのために再び取り去られてしまう、これら
の原子は、膜に十分強固に（つついていないからである
。

こうして、高い運動エネルギーで堆積しただけの、ガス
の吸着がない、きちんとした被膜の成長が得られる。

次に、上記のようにして処理品５のコーティングを行な
う場合における、バイアス電圧や陰極電流と、被膜の色
や成膜速度、密着力、硬度などとの関係を実験により得
た結果について説明する。

先ず第２図（Ａ）はバイアス電圧と被膜の色について色
差計によって得られた数値との関係を示すもので、０〜
−１５０Ｖのバイアス電圧の範囲において、通常の「黒
」として認められる被膜が得られている。（このときの
陰極電流は４．５Ａ　（カソード出力密度７Ｗ／ｃｄ）
に設定した。）尚−１５０ｖを越えると、被膜の剥離が
発生した。

第３図（Ａ）は上記のバイアス電圧、陰極電流の場合に
おける成膜速度、密着力、硬度を示すものである。バイ
アス電圧を増加していくと硬度は同様に上昇するが、密
着力は一８０Ｖをピークとして減少カーブとなる。また
、成膜速度は１０．０から９゜０（人／Ｓ）　まで減少
していく、ただし、バイアス電圧が一１５０ｖ以上から
粉状剥離が発生する。従って、バイアス電圧は一１５０
ｖ以下に設定するのが好ましい。

次に第２図（Ｂ）、第３図（Ｂ）はバイアス電圧を一８
０Ｖ　とし、陰極電流を４．５Ａ　（カソード出力密度
７Ｗ／ｃｊ）　と６Ａ　（カソード出力密度９．５Ｗ／
ｃｄ）に変化させた場合を示す、陰極電流が増加すると
硬度は１２００（ＨＶ）から７００　（ＩＩＶ）以下ま
で急激に低下する。しかし密着力および成膜速度は上昇
傾向にあり、特に成膜速度は１０　（人／Ｓ）から１５
（人／Ｓ）まで伸びた０色については、黄味の残る黒色
で、あまり変化しなかった。

尚、以上は被膜の生成過程での条件が一定の場合の例で
あるが、その生成過程において条件を順次変えることも
できる０例えば最初基材に対する被膜の密着力が高くな
るバイアス電圧で下地コートを行い、それから徐々にバ
イアス電圧を変化させて被膜の硬度を上げるようにする
こともできる。

以上の実施例は、処理品５をターゲット３に対向して静
止した状態でコーティングを行なう例（スタティックコ
ーティングとも呼ぶ）である。

このスタティックコーティングの方法は、厚さ数μｍの
膜を得たり、処理品の温度を４００〜５ｏｏ℃に上げて
コーティングすることにより、密着力を高めたい場合に
用いるとよい、その用途例としては、工具や金型等があ
る。

一方、上記のようなスタティックコーティングに代えて
、処理品を、向かいあう２つのターゲットの間から出し
たりそこに入れたりすることにより、間欠的にコーティ
ングを行なうようにしても良い（ダイナミックコーティ
ングとも呼ぶ）、この方法は、厚膜を得るには時間を要
するが、過度の温度上昇を抑えたい処理品や色ムラを避
けたい処理品の場合に用いると良い、その用途例として
は、メガネ、時計枠等の装飾品がある。

次にダイナミックコーティングの場合の実験結果を示す
。

（イ）データ＋１１ 陰極電流６Ａ、バイアス電圧−１５０ｖのとき、Ｌ　＊
５６．６６　　ａ　＊０．４２、ｂ＊５．０９このとき
の色は真っ黒ではなく、褐色であった。

（ロ）データ（２） 陰極電流６Ａ、バイアス電圧Ｏｖのとき、Ｌ　＊４７．
６１　　　ａ　＊０．０５、ｂ＊２．５にのときの色は
、黄味を帯びてはいるが真っ黒に近い色であった。

（ハ）データ（３） 陰極電流７．５Ａ、バイアス電圧０■のとき、Ｌ　＊４
７．１８　　ａ　＊０．０２、ｂ＊１．６５このときの
色は、上記（ロ）のときに比べ更に真っ黒に近づいた。

バイアス電圧を下げる（上の場合はＯＶ）　　ことによ
り、真っ黒に近い色を得ることができる。この場合、膜
質が悪くなる（密着力、硬度が小）ことを防ぐために、
バイアス電圧を徐々に下げ、最終段のコーティング時に
電圧０とする方法を採用した。

上記結果から理解されるように、バイアス電圧を（０〜
−１５０ｖの間で）変化させることにより、違った色調
の黒色が得られる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明にあっては、陰極に添設した黒鉛の
ターゲットを、作動ガス中において生ぜしめたプラズマ
放電によりスパッタリングして、上記作動ガス中に０〜
−１５０Ｖのバイアス電圧が加えられた状態で置かれて
いる処理品の表面に、上記スパッタリングによって上記
ターゲットから遊離した炭素をコーティングするもので
あるから、上記処理品５の表面には、装飾性に優れた黒
色でかつ処理品５に対する密着度の高い被膜をコーティ
ングすることができ、上記処理品を商品として優れたも
のにできる効果がある。

【図面の簡単な説明】

図面は本願の実施例を示すもので、第１図は陰極スパッ
タリングによるコーティング装置の略示図、第２図及び
第３図は実験結果を示すグラフ。 ２・・・陰極、３・・・ターゲット、５・処理品。 第２図 （Δ） （Ｂ） 第３

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 陰極に添設した黒鉛のターゲットを、作動ガス中におい
   て生ぜしめたプラズマ放電によりスパッタリングして、
   上記作動ガス中に０〜−１５０Ｖのバイアス電圧が加え
   られた状態で置かれている処理品の表面に、上記スパッ
   タリングによって上記ターゲットから遊離した炭素をコ
   ーティングする黒色被膜コーティング方法。