JPS6033347A - 蒸着におけるマスキング方法 - 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】 本発明は各種材質の物品（以下基拐と略す）の表面に蒸
着圧より異種材質のコーティングを施し、基材の表面の
改質を行なう際にコーティングを施したくない部分を保
護するためのマスキング方法に関するものである。金属
などの基材の表面に金属の炭化物、窒化物、ホウ化物、
純金属などを蒸着によりコーティングし、基材の表面を
機能的に耐熱性の改良、耐候性、耐薬品性の改良、表面
への導電性の付与、表面に反射膜や反射防止膜をつくる
など種々の目的に応じた基材の表面改質が容易にできる
ところから、蒸着は切削工具、打抜きパンチおよびグイ
、研磨剤、プラスチック成形用金型、絞りグイ、機械部
品、自動車部品、集積回路やトランジスターの製造、蓄
電池、装飾用などに広く実用されている。

蒸着はそのプロセスにより化学的蒸着［有］・Ｃ。

（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏ
ｎ、以下ＣＶＤと略す）および物理的蒸着（Ｐｂｙｓｉ
ｆ／ＩＩ　Ｖａｐｏｒ　＠＠Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ以下
ＰＶＤと略す）に大別される。

タンコーティングの概略を示せば、ガス状の四塩化チタ
ン（ＴｉＣ１４）とメタン、エタンなどの炭化水素およ
び氷水の混合カスを蒸着すべき基材が収められ、９００
〜１２００℃に加熱されたレトルト中に供給して、数時
間接触させることにより次ＣＨ４−−ｍ−−−＞　Ｃ＋
２）（。

ＴｉＣｌ４＋Ｃ＋２Ｈ，−−−−−）ＴｉＣ＋４ＨＣ１
あるいは ＴｉＣ１，＋２　Ｆｅ＋Ｃ−−−−）Ｔｉ　Ｃ＋２Ｆｅ
ＣＩ２炭化チタンのコーティングにおいては、炭素を含
有する基材、例えば鋼材等においては、鋼材の中の炭素
も炭化チタンの生成に寄与するため、炭素量の多い鋼材
のほうが良好な炭化チタンのコーティングが得られる。

通常０８％以上の炭素を含有する鋼材例を示せば高速度
工具鋼（ＳＫＨ）、炭素工具鋼（ＳＩ（）、合金工具鋼
（ＳＫＤ）などは炭化チタンのコーティングを施すのに
適した材質といえるが、機械・構造用炭素鋼、ステンレ
ス鋼、ステライトのような他の鋼材や他の金属、アルミ
ナなどのセラミックスをはじめ多くの基材に対しても炭
化チタンのコーティングは適用できる。

ＣＶＤにより基材にコーティングされる物質とし゛〔は
上記炭化チタン以外にも、炭化クロム、炭化ニオブ、炭
化珪素、炭化ホウ素、炭化ジルコニウム、炭化タングス
テンなどのような炭化物、窒化チタン、窒化ホウ素、窒
化タンタルなどのような窒化物、炭窒化チタンなどのよ
うな炭窒化物、ケイ化ジルコニウム、ケイ化モリブデン
、ケイ化タングステンなどのようなケイ化物、ポウ化ケ
イ素、ホウ化チタン、ホウ化ジルコニウム、ホウ化クロ
ムなどのようなポウ化物、アルミナ、ベリリア、ジルコ
ニア、酸化クロム、酸化ウラニウム、酸化ケイ素、酸化
鉄などのような酸化物、ケイ素、タングステン、ニオブ
、モリブデン、クロム、ニッケル、タンタルなどの金属
、耐熱合金、ピロリティックカーボンなど多くのものが
知られており、単層コーティングまたは複層コーティン
グに使用されている。

一方、ＰＶＤはさらに真空蒸着法、スパッタリング法、
イオンブレーティング法、プラズマ法などに分類される
が、そのプロセスは１０−〜１ｏ−２Ｔｏｒｒの真空中
で電子ビーム、高周波、クラスタ一方式、プラズマなど
の方法により金屑なと蒸着させる物質を溶解、蒸発させ
、例えば炭化チタンＰＶＤの場合は、蒸発したチタン原
子とアセチレンなどの炭化水素ガス導入により、次式の
反応により炭化チタンを生ぜしめコーティングを施す。

２　Ｔ＋　（＃）＋ＣｔＨＪｇ）　〜・＞　２　Ｔ　ｔ
　Ｃ（ｓ）　＋　Ｈ２（’）蒸着温度はＣＶＤより低い
２５０〜５００　℃の温度で行なわれ、ＣＶＤとは父同
様の種類の物質を蒸着によりコーティングすることが可
能である。

得るという利点が蒸着にはあるが、機械や構造部品、プ
ラスチック成型用金型、打抜きパンチ、絞すダイなどに
蒸着処理を行なう様な場合、これらの全面をコーティン
グするときには、下記の様な種々の問題点を有している
ものである。

機械や構造部品の全表面を蒸着によりコーティングする
ことにより、生ずる欠点の２〜６の例を示せば次のごと
きである。

例えばね８７ケ。ような１．付け。えい。ゎじ部を有す
る工具や部品においては本来ねじ部は、ため、従来はね
じ部を含む全面にコーティングを要な外面にも同時にコ
ーティングしていた。しかし、外面は嵌合のために研削
によって精密に仕上げる必要を生ずる場合が多いが、外
面が炭化チタンなどによりコーティングされていると、
高価なダイアモンド砥石を用い研削づ−るとか、硬い炭
化チタン層をカーボランダムなどを吹付けてや事等簗悼
◆研削するという様なことをしなければならず、高価な
砥石を必要とするとが多大な労力を必要としていた。

蒸着により基材にコーティングを施す場合に、上記の様
な施したくない部分のコーティングをさける方法として
は、単純な形状の基材が多数ある場合、例えば歯車にコ
ーティングする場合などでは、複数の歯車を重ねて蒸着
処理を行ない歯の部分のみをコーティングするなどの方
法がとられているが、一般的には基材の形状は複雑であ
り、この様な方法は適用することができなかった。

本発明者らは、このような現状に鑑み簡便で作業性のす
ぐれた蒸着によるコーティングの際のマスキング方法に
ついて、鋭意検討を行なった結果硬化皮膜を形成するこ
とのできる無機化合物からなる組成物が蒸着における、
コーティングのマスキング剤として極めて有効であるこ
とを見出し、本発明を完成した。

すなわち本発明は、基材の蒸着を施したくない部分に、
硬化皮膜を形成する無機化合物を塗布して皮膜を形成さ
せた後に該基材に蒸着を施すこと本発明に関わる無機化
合物は、マスキング剤として用いられるものであるが複
雑な作業や繁雑な処理を必要とせず簡便な塗布作業、す
なわち塗料のように必要部分に塗布して硬化させるだけ
でその優れたマスキング能を発揮し所望部分以外に蒸コ
ーティング完了後のマスキング剤皮膜は、コーテイング
後の焼入れ操作や軽いｆＪ’　＠により、容易に除去す
ることができるというマスキング剤の除去も簡単でその
作業性にすぐれるという特徴をも有する。

本発明においてマスキング剤として用いられる無機化合
物は硬化皮膜形成性を有するものであり、好ましくはそ
の無機化合物は自己縮合性のものであり、更に好ましく
は水溶性あるいは水分散性の珪酸塩、アルミン酸塩およ
びリン酸塩である。

これらの具体例としては、例えば珪酸リチウム、珪酸ナ
トリウム、珪酸カリウムなどのような水溶性アルカリ金
属珪酸塩、コロイダルシリカ、コロイダルアルミナなど
のような水分散性シリカゾル、アルミナゾル、あるいは
りん酸アルミニウム、りん酸マグネシウム、りん酸カル
シウムなどの水溶性りん酸塩などである。本願発明に係
わる上記無機化合物は硬化前は液状を呈しているが基材
へ塗布後、水の蒸発あるいは化学反応により基材表面で
硬化成膜し基材に密着する性質を有するものである。

本発明でマスキング剤として用いられる無機化合物は、
これら各化合物の単体でも２種以上の化合物を混合した
ものでも良く、また化合物の活性を適度に調節し、密着
性の高いピン・ホールの少ない塗膜を得る目的で例えば
酸化亜鉛などの金属酸化物、水酸化アルミニウムのよう
な金属水酸化物、弗化カルシウム、珪弗化ナトリウムの
ような弗化物、硼酸塩、リン酸塩などの化合物と前述の
無機化合物の１種又は２種以上とを一部反応させてプレ
ポリマー化したいわゆる変性化合物でも良い。

本発明においては、これら無機化合物単独の使用でもマ
スキング剤としである程度の効果を有するが、これらに
無機質の骨材を配合づ−ることによりさらにすぐれた効
果が得られる。無機骨材としては、軟化温度が４００℃
以上の耐火物粉末、全屈粉末などが主として用いられる
。その形状については必ずしも限定されるものでなく球
状、針状、繊維状、りん片状、塊状など神々の形態のも
のが使用される。また無機骨材は前記無機化合物との反
応性がないか、あるいは反応性か低いことが望ましい。

なぜなら反応性の大きな骨材を使用１−る場合は無機化
合物との混合と同時に両者が反応し、塗布作業に困雌な
生せしめたり、マスキング剤として一部として保存する
際に硬化などの問題を発生ずることかあるからである。

しかしながら反応性の高い骨材を基材に塗布１−る直前
に無機化合物と混合して使用する方法（、いわゆる１液
１粉混合型など）も場合によっては有効な事がある。無
機骨材の粒子径、及び粒度分布も特に制限されるもので
はないが０．’００１μｍから１１１１ｆｆｉの範囲の
ものを使用することが好ましく、更に好ましくは０．１
μｍから１００μｍの範囲に重量平均粒度を有する骨材
が良（それによって良好な結果が得られる。但し繊維状
、針状の骨材においてはその長さがこの範囲を超えても
問題なく用いられる。粒度分布はアンドレアゼンの最密
光てん粒度曲線をとることが最も好ましいが、アンドレ
アゼンめ最密光てん粒度式におけるｑが０．２〜１の範
囲のものが良好な結果が得られる。

無機骨材の具体的な化合物としては例えば、アルミナ、
シリカ、ジルコニア、チタニア、マグネシアなどの酸化
物、ジルコン、ムライトなどの複合酸化物、窒化珪素、
窒化硼素、窒化アルミニウムのような鷺化物、炭化珪素
、炭化硼素のような炭化物、珪砂、珪石粉末、カオリン
などの天然鉱物、あるいはガラス粉末、金属粉末、など
の１種又は２種以上が使用される。

無機化合物と骨材の配合割合は骨材ｉｏｏ部に対し、好
ましくは無機化合物１〜１０，０００重量部より好まし
くは１０〜１０００重量部である。

無機化合物の配合割合がこの範囲より小さい場合はマス
キング剤がスラリー状あるいはペースト状にならず、塗
布の際の基材へのぬれを阻害する。

逆に大きな場合は骨材の効果が期待できなくなり、マス
キング剤として塗布した場合、発泡、ピンホール、クラ
ック等が生じ完全な蒸着防止が期待できない。

これらの他に本発明におけろマスキング剤には沈降防止
剤、界面活性剤、顔料、無機せんい、粘度調整剤、溶剤
、硬化剤などが必要に応じ適宜組合せて配合することも
できる。

本発明で用いられるマスキング剤は、種々の形態をとり
得るが、通常スラリー状、サスペ／ジョン状、ペースト
状などの形態のものが塗布作栗に適１′るので好ましい
。それらの粘度は、塗布方法によっても異なるが、２５
℃において回転粘度計で５０〜ｓ　ｏ　ｏ、ｏ　ｏ　Ｑ
ｃｐｓ程度が良いが、スプレーなどによる塗布の場合に
おいては、低粘度側のものが、刷毛塗り、ディッピング
などの場合はやや高い粘度のものが塗布作業性にお見・
てすぐれている。

かかる本発明方法に用いられる無機化合物からなるマス
キング剤の市販品としては東亜合成化学工渠■から市販
されているしアロンセラミック」（登録商標）がある。

マスキング剤の硬化後の熱膨張（線膨張率）は基材の線
膨張率と相対的な関係を有することが良好なマスキング
効果と蒸着によるコーティング完了後のマスキング剤の
除去に最も効果的であり、基材とマスキング剤の２５〜
ｉ　ｏ　ｏ　ｏ　℃における平均線膨張率の差が（０，
１〜１０）ＸＩＯ儒／ｃｍ　”Ｃ更に好ましくは（０，
５−５）　Ｘ　１０　’ｃｒｎ／ｃｍ℃の範囲に入るこ
とが望ましい。マスキング剤の線膨張率は無機質の骨材
を併用し、その種類および使用量を適宜選択することに
より変更ないし調節することができる。

次に本発明方法について詳説する。

蒸着によりコーティングを施す基材のコーティングを施
すことにより、弊害を生ずる部分に上記マスキング剤を
ハケ、ヘラ、スプレーあるいは各種コーターを用いて均
一に塗布する。基材に油、錆、防錆剤、はこりなどが付
着している場合はマスキング剤の密着性が低下するので
事前に簡単なサンディングや脱脂を行なうことが望まし
い。続いてマスキング剤が良好な塗膜を形成する様に硬
化条件を設定し硬化させる。硬化条件は無機化合物の種
類、硬化剤の使用有無により異なるが、通常室温または
３００℃以下での加熱か一般的であり、好ましくは１５
０℃ないしは３００℃の温度で１〜２時間加熱を行ない
、マスキング剤中の水などの溶剤成分のほとんどを除去
した後、基材を蒸着用のレトルト中に設置する方法がレ
トルト中の真空度を保持するために都合か良い。いずれ
の方法にしても、マスキング剤の急激な加熱はマスキン
グ剤中の水などの溶剤成分の蒸発による塗膜の発泡やボ
イドの発生を生ぜしめマスキング能を低下させるので徐
々に昇温して塗膜を硬化させることが望ましい。

本発明のマスキング剤により、簡便にかつ管制なコスト
で蒸着における部分的な蒸着防止が可能になる。

本発明により、蒸着の効果的な応用の拡大と機械や構造
物要素、各柚工具、金型などの機能や性能および信頼性
が大巾に高められる。

以−Ｆ実施例をもって本発明を更に説明する。

実施例１ 合金工具鋼　鋼材・Ｄ１１種（ＳＫＤｌ　１　）の丸棒
（１０闘φＸ１００ｒ＋ｍ）の試料をトリクロルエチレ
ンで蒸気洗浄後、アロンセラミックＨＴ（東亜合成化学
工業■製、主成分ニジリカ系無機化合物／変性水溶性珪
酸塩、固型分７３ｗｔ％、２５℃における粘度Ｉ　Ｄ　
Ｏ，０００ｃｐｓ、　２５〜６００℃の平均線膨張率１
３Ｘ１０　ぼ／儒℃）中に試料の１／２をディッピング
して塗布した。

室温で約１０分放置後８０℃で６０分、更に１５０℃で
６０分加熱してマスキング剤の塗膜を得た。

硬化後のマスキング剤の膜厚は、約１００μｍであった
。その後、試料をＣＶＤによる炭化チタンコーティング
を実施した。使用ガスは四塩化チタン、水素、メタンを
用いて６μｍの炭化チタンのコーティング膜厚を得るべ
く１ｏｏｏ℃で５時間ＣＶＤ処理を行なった。

試料の一部をダイアモンド砥石により切り出しマスキン
グ剤の有無による５ＫＤ１１試料表面の走査型電子顕微
鏡観察を行なった。

マスキング剤を塗布しなかった部分では試料の表層には
約６μｍの炭化チタンコーディング層が形成されており
、マスキング剤塗布部は炭化チタンコーティング層は全
く認められなかった。

試料表面のマイクロビッカース硬さは炭化チタンコーテ
ィング部のＨｖ　２６００に対してマスキング剤塗布部
＆′！）（ｖ２９８であり、マスキング効果は明白であ
る。

実施例２〜６ 超硬（Ｋ１０）及び炭素工具鋼（ＳＫ３）の丸棒（１０
關φＸ１００ｍｍ）をｌ、　ｉ、　１．−トリクロルエ
タンで脱脂し、試料とした。マスキング剤としてアロン
セラミックＣ（東亜合成化学工業■製主成分ニジリカ系
無機化合物／変性水溶性珪酸塩、固型分７１ｗｔ％、２
５℃の粘度７０，０００ｃｐｓ。

２５〜６００℃の平均線膨張率１３Ｘ１０’ｃ＋ａ／ｍ
’ｃ）を試料の１／２に刷毛で塗布した。室温で６０分
放置後、１００°ｃ　／　Ｊｌｒの昇温速度で１５０℃
まで加熱昇温し、更に１５０℃で１時間加熱して、塗膜
を硬化させた。硬化後のマスキング剤の膜厚は２００〜
３００μｍであった。実施例１と同一条件で、炭化チタ
ンの蒸着を行ない同様に電子顕微鏡観察を行なった。■
（１０の場合、蒸着部は約１０μｍの炭化チタンコーテ
ィング層が認められ、表面硬度はマイクロビッカースで
Ｈｖ　２９００であろのに対し、マスキング剤塗布部は
炭化チタンのコーティング層は認められず表面硬度もＩ
（ｖ１６００であった。

ＳＫ３の場合においても蒸着部は約２４μｍの炭化チタ
ンコーティング層が認められ、表面硬度はＨｖ　３８０
０と極めて高いのに対し、マスキング剤塗布部は炭化チ
タンコーティング層は認められず、表面硬度もＨｖ　２
１０であり、マスキング効果は顕著であった。

実施例４〜７ φ 炭素工具ｆＡ　（Ｓ　Ｋ　５　）の丸棒（１０朋×１０
０ｗ　）　ヲ１．１．１−）リクロルエタンで脱脂した
ものを試料とし、表−１に示す各種マスキング剤を用い
て試料の一部にマスキング剤塗膜を形成させ蒸着を行な
った後、蒸着部、マスキング剤塗布部各々のマイクロビ
ッカース硬さを表−１に示す。

いずれのマスキング剤もマスキング効果が認められる。

表−１ ！ □ 実施例８〜９ 合金工具鋼（’ＳＫＤ　１１　）およびクロムモリブφ デン鋼（ＳＣＭ４５）の丸棒（１０１ｎｍ×１００〜１
５０ｍｍ）をトリクロルエチレンで脱脂した後実施例１
と同様にアロンセラミックＨＴを試料の一部に塗布し、
加熱硬化させた。

ＰＶＤ法のひとつであるイオンブレーティングで、窒化
チタンのコーティングを形成させた。

（処理条件は３００℃１時間） ＳＩ（Ｄｌｌのマスキング剤を塗布しなかった部分は、
表面に約１．４１ｔｆｎの窒化チタンのコーティング層
が見られ、表面の硬さはＨｖ３３１であった。

５ＫＤ１１のマスキング剤を塗布した部分は、表面には
コーティング層が認められず、硬さはＨｖ６０７であっ
た。

ＳＣＭ４１５のマスキング効果 部分では、表面に約１，２μｍの窒化チタンのコーティ
ング層が見られ、表面の硬さはＨｖ２１６であるのに対
し、マスキング剤塗布部は表面にコーティング層は認め
られず、硬さはＨＶ、２　Ｄ　７であつた。ＰＶＤの場
合は窒化チタンコーティング層が極めて薄いため、マイ
クロビッカース硬さでは有意差が認められないが耐摩耗
性、耐蝕性、装飾性において明らかな差があり、ｌ）　
Ｖ　Ｄの場合にもマスキング効果は顕著である。

特許出願人の名称 東亜合成化学工業株式会社 学校法人　三　浦　学　園

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、　基拐の蒸着を施したくない部分に、硬化皮膜を形
   成する無機化合物を塗布して皮膜を形成させた後に該基
   材に蒸着を施すことを特徴とする蒸着におけるマスキン
   グ方法。