JPS6338422B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕 本発明は装飾用黒色光沢皮膜、特に炭化ケイ素
を蒸発源とする高周波イオンプレーテイングによ
る装飾用黒色光沢皮膜の製造方法に関する。 〔従来の技術〕 従来、黒色の色調が要求される装飾部品に多用
されている黒色クロムめつき皮膜は皮膜のマイク
ロ硬度が低く、マイクロビツカース硬度において
せいぜいHv＝200程度にすぎず、表面キズを生じ
やすいのみならず、黒色光沢も充分でない欠点を
有している。 また、イオンプレーテイングによる黒色皮膜製
造方法としてアセチレンガス雰囲気におけるニツ
ケルおよびチタンの炭化物混合膜の製造方法が知
られている他に、例えば特開昭58−197268号公報
に記載されているようなチタン窒化物のイオンプ
レーテイング法があげられる。 〔発明が解決しようとする問題点〕 しかしながらこれらの方法ではいずれも黒色光
沢や硬度、耐摩耗性の点で十分な要求を満してい
ないのが現状である。 本発明の目的は装飾的評価の高い漆黒美麗な黒
色光沢を有し、しかも硬度ひいては耐摩耗性のあ
る黒色光沢皮膜の製造方法にある。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明は高周波イオンプレーテイング装置によ
つて基板の表面に炭化ケイ素皮膜を生成させる方
法において、蒸着室内を圧力が（1.5±0.1）×
10^-4Torrのメタンガス雰囲気とし、蒸発源に炭
化ケイ素を使用し、基板の表面温度を350〜500
℃、高周波出力を100〜200W、イオン加速電圧を
200V以下とする装飾用黒色光沢皮膜の製造方法
にある。 第１図は本発明の方法に使用する装飾用黒色光
沢を有する炭化ケイ素皮膜を基板上に生成する高
周波イオンプレーテイング装置の説明図である。
図において蒸着室１の内部には、蒸着材４を加熱
するための電子銃２と水冷ルツボ３が設けられお
り、水冷ルツボ３には例えば炭化ケイ素などの蒸
着材４が充填されている。第１図では水冷ルツボ
３が１台図示してあるが、同一平面上に複数台配
設されているものがある。水冷ルツボ３の上部に
はシヤツタ５が設けられており、さらにその上部
にはプラズマを発生させるための高周波コイル６
が設置されている。蒸着材４に対向して高周波コ
イル６の上部には基板支持台７が配設されてお
り、この基板支持台７にイオンプレーテイングさ
れる基板９が取付けられる。また基板支持台７に
は基板９の蒸着面の温度を測定する熱電対８が取
付けられており、基板支持台７の上方には輻射熱
によつて基板９を加熱するヒーター１４が設けら
れている。蒸着室１の下部にはアルゴンガスとメ
タンガスそれぞれを蒸着室１に供給する配管１０
ａ，１０ｂが接続されており、それぞれの配管に
はバルブ１１ａ，１１ｂが設けられている。また
蒸着室１の下部には排気孔１５が設けられてお
り、図示していないが真空ポンプに接続されてお
り、さらに蒸着室１には室内の真空度を測定する
真空計１５が取付けられている。高周波コイル６
と蒸着材４との間には高周波電源１２から放電を
起こすために高周波電界が印加されており、基板
支持台７は陰極として加速用直流電源１３から直
流電圧が印加されている。 本発明の目的は装飾的評価の高い漆黒の美麗な
黒色光沢と高い硬度、ひいては耐摩耗性のある炭
化ケイ素皮膜を生成することにあるが、鋭意研究
の結果、其様な色調と硬度を得るのにメタンガス
圧によつて大きく影響されることが見出された。
メタンガス圧は炭化ケイ素の一部分解およびプラ
ズマ中におけるメタンガスの分解によつて生ずる
カーボン量を左右する要因であり、漆黒の光沢皮
膜を生成するためにはメタンガス圧の調整が重要
である。しかもその最適範囲は極めて狭いことが
解明され、種々試行の結果、メタンガス圧は
（1.5±0.1）×10^-4Torrの範囲によらなければなら
ないことを見出した。この範囲を逸脱する場合に
は本発明の方法においていずれも漆黒光沢の皮膜
は得ることができない。ここに皮膜の色調に関し
ては評価の基準において不確定な点があるほか個
人差もあつてその評価判定は甚だ困難なものがあ
るが、黒色のうちでもいわゆる「羊かん黒」と称
される黒色は光沢に欠け、真黒または漆黒の美麗
さがないので装飾的評価を得られないことは一般
に定着した観念である。メタンガス圧が上記範囲
外の場合には被着する皮膜色はいわゆるこの羊か
ん黒に当たるものである。 なお、±0.1×10^-4Torrの数値は1.5×10^-4Torr
の圧力に高周波イオンプレーテイング装置の蒸着
室内をコントロールした時の圧力変動値である。 次に、高周波出力200Wを越えると、またはイ
オン加速電圧200Vを越えても形成皮膜における
光沢が失われる他、色調も黒褐色を帯びる傾向を
有し、炭化ケイ素皮膜の被着が悪いので上記同様
装飾的評価を得ることができないものとなる。 基板温度は350℃〜500℃、特に400℃〜500℃が
好ましい。この範囲外の基板温度の場合は皮膜の
被着強度が低く、易剥離性を生ずることがある。
たとえば300℃、550℃における皮膜においては冷
却後自然剥離するもの、引掻き境域における膜の
剥離するものが観察され、いずれも皮膜として欠
陥を有することが解明された。基板温度400〜500
℃の場合には剥離性は極めて低く、皮膜強度が十
分なものが得られる。 イオンプレーテイングにおける被めつき材の予
備処理は従来公知の方法によつて行うことができ
る。すなわち、いわゆる下地処理は被めつき母材
の材質に応じて表面硬化、密着性改善、つや出し
等を目的とするものであり、したがつてステンレ
ス材、みがき鋼板のごとき母材の場合には予備処
理を欠いても支障はない。 下地処理にはプラズマイオン法によるいわゆる
乾式めつきも用いられ、表面清浄化にはボンバー
ド処理を行なうのが通例である。 〔実施例〕 次に本発明を実施例によつて説明する。 実施例 １ それぞれ大きさが30×50mm、厚さが1.5mmの３
種類の基板Ａ，Ｂ、およびＣを準備した。基板Ａ
は鏡面ステンレス板により厚さ1μmのクロムめつ
きを施こしたもの、基板Ｃは鏡面ステンレス板そ
のまま（未処理）のものである。まず、ＡとＣの
基板を洗浄後、蒸着室の直径が50cmで、高さが60
cmの高周波イオンプレーテイング装置を用いて高
周波励起イオンプレーテイングにより基板上に炭
化ケイ素を被着した。炭化ケイ素皮膜を形成する
ためには、まず、水冷ルツボ３の中に蒸着材４で
ある炭化ケイ素焼結体５ｇを充填し、基板支持台
７にＡとＣの基板をセツトした。次に、蒸着室１
内を排気し、同時に基板を100℃に加熱して、圧
力が５×10^-6Torr以下になつたら、アルゴンガ
ス用バルブ１１ａを開き、蒸着室１内にアルゴン
ガスを導入しアルゴンガスの圧力を２×
10^-4Torrに設定した。そして高周波電流を高周
波コイル６に流し、高周波出力を200Wにしてプ
ラズマ化させ、10分間ボンバード処理を行つて基
板の表面をクリーニングした。次に、メタンガス
用バルブ１１ｂを開き、アルゴンガス用バルブ１
１ａを閉止した。蒸着室１内のメタンガス圧力を
（1.5±0.1）×10^-4Torrに設定してプラズマを持続
させ、イオン加速電圧を200V、蒸発時間を20分
に設定した。なお基板の表面温度は100℃にヒー
ター１４の電力を調整して維持してある。そし
て、水冷ルツボ３内の蒸着材４である炭化ケイ素
焼結体を電子銃２で蒸発させ、安定したところで
シヤツタ５を開き基板上に炭化ケイ素皮膜を形成
させた。皮膜形成後１×10^-6Torrの真空に60分
間保持し冷却後、高周波イオンプレーテイング装
置から基板を取り出した。以下、ＡとＣの基板に
ついて高周波イオンプレーテイング時の基板表面
温度が200、300、400、500、550℃について100℃
の場合と同様の手順で炭化ケイ素皮膜を形成し
た。各基板上の炭化ケイ素の皮膜はそれぞれ３〜
5μmの厚さであつた。 次にＢの基板は鏡面ステンレス板にイオンプレ
ーテイング法によつて厚さ1μmのクロムめつきを
施し、そのクロムめつきの表面に炭化ケイ素皮膜
を形成させた。すなわち、高周波イオンプレーテ
イング装置内の第１の水冷ルツボには金属クロ
ム、第２の水冷ルツボには炭化ケイ素焼結体を５
ｇ充填した。そして、基板Ｂの表面温度を100℃
にして基板Ａ，Ｃと同様の方法でボンバード処理
を行つた後、基板の表面温度は100℃の状態で、
アルゴンガス圧２×10^-4Torr、高周波出力
200W、イオン加速電圧200Vで第１の水冷ルツボ
から金属クロムを５分間蒸発させた。次に第２の
水冷ルツボに切替えて引き続き炭化ケイ素を蒸発
させて基板Ｂ上に基板Ａ，Ｃと同様の条件及び手
順で炭化ケイ素皮膜を形成させた。以下、同様の
方法で基板表面温度が200、300、400、500、550
℃について100℃の場合と同様の手順で炭化ケイ
素皮膜を形成した。各基板上の炭化ケイ素の皮膜
はそれぞれ３〜5μmの厚さであつた。 以上の炭化ケイ素皮膜が形成された基板につい
て、皮膜の密着性を検査し、高周波イオンプレー
テイング時の基板表面温度との関係を第１表にま
とめた。

【表】 ただし温度は（℃）、〇…密着良好、△…引掻
き境域に膜剥離を認めたもの、×…放冷後剥離し
たもの。 上記の結果から皮膜の密着性は基板温度が400
〜500℃が最適な範囲である。 実施例 ２ 実施例１の基板Ｂと同様の方法で、同じ大き
さ、厚さを有する鏡面ステンレス板にイオンプレ
ーテイング法によつて厚さ1μmのクロムめつきを
施し、そのクロムめつきの表面に炭化ケイ素皮膜
を形成させた。実施例１で基板Ｂにイオンプレー
テイングした時と異るのは基板の表面温度を400
℃とし、メタンガス圧を0.5×10^-4Torrから2.5×
10^-4Torrの範囲についてそれぞれのメタンガス
圧でイオンプレーテイングを行つた。なおクロム
めつきを施す時の条件は全て基板の表面温度を
400℃とした以外は実施例１でクロムめつきした
時と同様にした。 各メタンガス圧力について形成した基板の炭化
ケイ素皮膜について色調、マイクロビツカース硬
度、人工汗試験を行い、その結果を第２表にまと
めた。

【表】 上記の結果からメタンガス圧は1.5×10^-4Torr
以外は色調において漆黒色が得られないことが明
らかである。 実施例 ３ 高周波出力を100W、180W、250W、イオン加
速電圧を100V、180V、230Vと変え、基板の表面
温度を400℃とした他は実施例１と同様の条件に
より基板Ｂにおいて炭化ケイ素皮膜を形成し、そ
の色調を検査した結果を第３表にまとめた。

〔効 果〕

以上のように高周波イオンプレーテイング装置
によつて基板の表面に炭化ケイ素の皮膜を生成さ
せる方法において、圧力が（1.5±0.1）×
10^-4Torrのメタンガス雰囲気中で炭化ケイ素を
蒸発源とし、基板の表面温度を350〜500℃、高周
波出力を100〜200W、イオン加速電圧を200V以
下とすることによつて、装飾的評価の高い漆黒美
麗な黒色光沢を有し、しかも硬度の高い装飾用黒
色光沢皮膜を基板上に生成することができ、装飾
分野に大いに寄与することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に使用する高周波イオンプレー
テイング装置の説明図である。 １…蒸着室、２…電子銃、３…水冷ルツボ、４
…蒸着材、５…シヤツタ、６…高周波コイル、７
…基板支持台、８…熱電対、９…基板、１０ａ…
アルゴンガス用配管、１０ｂ…メタンガス用配
管、１１ａ…アルゴンガス用バルブ、１１ｂ…メ
タンガス用バルブ、１２…高周波電源、１３…加
速用直流電源、１４…ヒーター、１５…真空計、
１６…排気孔。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 高周波イオンプレーテイング装置によつて基
   板の表面に炭化ケイ素皮膜を生成させる方法にお
   いて、 (a) 蒸着室内を圧力が（1.5±0.1）×10^-4Torrの
   メタンガス雰囲気とし、 (b) 炭化ケイ素を蒸発源とし、 (c) 前記基板の表面温度を350〜500℃、高周波出
   力を100〜200W、イオン加速電圧を200V以下、 とすることを特徴とする装飾用黒色光沢皮膜の製
   造方法。