JP2000345347A - 自動車用プラスチック部品の保護膜形成方法 - Google Patents
自動車用プラスチック部品の保護膜形成方法Info
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- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
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- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32431—Constructional details of the reactor
- H01J37/32532—Electrodes
- H01J37/32541—Shape
Abstract
(57)【要約】
【課題】 多種多様で複雑な三次元形状のプラスチック
部品に対して、有機溶剤等を無駄に大気中に放出するこ
となく、耐擦傷性、紫外線カット特性を有する均一な膜
厚で良質な保護膜を形成する。 【解決手段】 プラズマ化学蒸着装置において、反応室
内１に設けられたカソード２の少なくとも一部の表面形
状は自動車用ヘッドランプレンズ等のプラスチック部品
１０の表面形状に一致した表面形状とする。カソード２
にプラスチック部品１０を両者の形状の一致する表面が
接する状態で取り付け、反応室１内に水素ガスと保護膜
の原料ガスであるヘキサメチルジシラン（ＨＭＤＳ）を
導入するとともに、カソード２と反応室間１に高周波電
力を供給することによって、プラスチック部品１０表面
に保護膜を蒸着する。
部品に対して、有機溶剤等を無駄に大気中に放出するこ
となく、耐擦傷性、紫外線カット特性を有する均一な膜
厚で良質な保護膜を形成する。 【解決手段】 プラズマ化学蒸着装置において、反応室
内１に設けられたカソード２の少なくとも一部の表面形
状は自動車用ヘッドランプレンズ等のプラスチック部品
１０の表面形状に一致した表面形状とする。カソード２
にプラスチック部品１０を両者の形状の一致する表面が
接する状態で取り付け、反応室１内に水素ガスと保護膜
の原料ガスであるヘキサメチルジシラン（ＨＭＤＳ）を
導入するとともに、カソード２と反応室間１に高周波電
力を供給することによって、プラスチック部品１０表面
に保護膜を蒸着する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、プラスチック製の
自動車部品の表面に、耐擦傷性と紫外線カット特性を有
する保護膜を形成する方法に関する。
自動車部品の表面に、耐擦傷性と紫外線カット特性を有
する保護膜を形成する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】自動車部品等には、軽量化及び地球環境
保護の観点から、リサイクルしやすい熱可塑性プラスチ
ック材料が現在広く採用されている。たとえば、自動車
用ヘッドランプのレンズ材料には、軽量化のため及び衝
撃強度が高いことから、ポリカーボネート樹脂が主に使
用されている。ところで、この様なプラスチック材料を
そのまま自動車の外装用部品に使用する場合、材料自身
の表面硬度が低くて傷が付き易く、また太陽から発せら
れる紫外線と熱により劣化し、変色、変形、強度低下を
起こすといった弱点がある。
保護の観点から、リサイクルしやすい熱可塑性プラスチ
ック材料が現在広く採用されている。たとえば、自動車
用ヘッドランプのレンズ材料には、軽量化のため及び衝
撃強度が高いことから、ポリカーボネート樹脂が主に使
用されている。ところで、この様なプラスチック材料を
そのまま自動車の外装用部品に使用する場合、材料自身
の表面硬度が低くて傷が付き易く、また太陽から発せら
れる紫外線と熱により劣化し、変色、変形、強度低下を
起こすといった弱点がある。
【０００３】この弱点を補うため、従来は、主としてプ
ラスチック表面に例えばアクリル系塗料をスプレーし
て、耐擦傷性と紫外線カット特性を有する保護膜を形成
していた。
ラスチック表面に例えばアクリル系塗料をスプレーし
て、耐擦傷性と紫外線カット特性を有する保護膜を形成
していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、自動車
に使用されているプラスチック部品の形状は、多種多様
で複雑な三次元形状になっており、このような部品に対
して塗料をスプレーする表面被覆処理では、均一な厚さ
の保護膜を形成するのが困難であるばかりでなく、プラ
スチック表面への塗着効率が低く、有機溶剤の多くを大
気中に無駄に放出したり、望まない面に塗料を付着させ
ることもあった。
に使用されているプラスチック部品の形状は、多種多様
で複雑な三次元形状になっており、このような部品に対
して塗料をスプレーする表面被覆処理では、均一な厚さ
の保護膜を形成するのが困難であるばかりでなく、プラ
スチック表面への塗着効率が低く、有機溶剤の多くを大
気中に無駄に放出したり、望まない面に塗料を付着させ
ることもあった。
【０００５】このため、多種多様で複雑な三次元形状の
プラスチック部品に対して、有機溶剤等を無駄に大気中
に放出せず、地球環境保護に貢献できるようにしなが
ら、耐擦傷性、紫外線カット特性等を有する均一な膜厚
で良質な保護膜を形成することが求められている。
プラスチック部品に対して、有機溶剤等を無駄に大気中
に放出せず、地球環境保護に貢献できるようにしなが
ら、耐擦傷性、紫外線カット特性等を有する均一な膜厚
で良質な保護膜を形成することが求められている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】以上の課題を達成するた
めに、請求項１に係る発明の自動車用プラスチック部品
の保護膜形成方法では、反応室内に設けられたカソード
の少なくとも一部の表面形状を薄い自動車用プラスチッ
ク部品の表面形状と一致した形状としたプラズマ化学蒸
着装置を用い、前記カソードに前記プラスチック部品を
両者の形状の一致する表面が接する状態に取り付け、前
記反応室内に水素ガスと有機シリコンガスを導入すると
ともに、反応室とカソード間に高周波電力を供給してプ
ラズマ化学蒸着を行う。この方法によれば、反応室内で
プラズマ化学蒸着により保護膜を形成しているから、有
機溶剤等を大気中に無駄に放出することもない。また、
水素ガス中の水素ラジカルの働きにより有機シリコンガ
スが効率的に解離してイオン化されることと、カソード
が負バイアス電位となるとともにカソード周辺にイオン
が集中したイオンシースができることと、プラスチック
部品をイオンシース内に置くことができることにより、
イオンシース内のイオンが、カソ−ドに向かって均一に
ゆっくりと吸引されていき、プラスチック部品表面にほ
ぼ均一な厚さに堆積されていくので、複雑な三次元形状
のプラスチック部品表面にほぼ均一な膜厚の良質な保護
膜を形成することができる。さらに、有機シリコンは、
安全性の高い原料であり、硬さ与えるとともに紫外線を
吸収するＳｉ−Ｃ結合をもつ分子であるから、耐擦傷性
と紫外線カット特性を有する保護膜を安全で容易に得る
ことができる。請求項２に係る発明では、請求項１係る
発明において、前記有機シリコンガスをヘキサメチルジ
シランとした。ヘキサメチルジシランは、さらに発火し
にくく安全性の高い原料であり、また、Ｓｉ−Ｓｉ結合
とＳｉ−Ｃ結合を有するので、まず水素ラジカルの働き
によりＳｉ−Ｓｉ結合が切断された前駆体ができ、この
前駆体がプラスチック部品の表面に付着することによ
り、保護膜がいっそう効率的に形成されていく。しか
も、この方法から得られた保護膜は、紫外線をカットし
ながら、可視光を透過させて高い透明性を保つことがで
きる。請求項３に係る発明では、請求項１係る発明にお
いて、前記有機シリコンガスをモノシラン及びヘキサメ
チルジシランとし、モノシランとヘキサメチルジシラン
のモル比を０：１から５：１の範囲とした。こうして得
られた保護膜は、モノシランを加えることにより、紫外
線吸収をよくするＳｉが多く含まれることとなり、さら
に紫外線をよくカットできるようになる。請求項４に係
る発明では、請求項２または３係る発明において、前記
ヘキサメチルジシランは、ヘリウムキャリアガスととも
に前記反応室内に導入されるようにした。このため、常
温で蒸気圧の低いヘキサメチルジシランでも、ヘリウム
キャリアガス混合することにより、充分に反応室内に導
入することができる。請求項５に係る発明では、プラス
チック製の自動車用ヘッドランプレンズにおいて、前記
請求項１、２、３または４に記載の方法によって、前記
レンズ表面に保護膜を形成した。この自動車用ヘッドラ
ンプレンズは、表面に耐擦傷性と紫外線カット特性を有
するほぼ均一な膜厚で良質な保護膜が形成されるので、
良好な耐擦傷性と耐紫外線特性を有する。そして、この
保護膜形成時に有機溶剤等を大気中に無駄に放出するこ
ともないので、地球環境保護に貢献でき、さらに、この
保護膜形成時の熱による変形や劣化を受けることもな
い。
めに、請求項１に係る発明の自動車用プラスチック部品
の保護膜形成方法では、反応室内に設けられたカソード
の少なくとも一部の表面形状を薄い自動車用プラスチッ
ク部品の表面形状と一致した形状としたプラズマ化学蒸
着装置を用い、前記カソードに前記プラスチック部品を
両者の形状の一致する表面が接する状態に取り付け、前
記反応室内に水素ガスと有機シリコンガスを導入すると
ともに、反応室とカソード間に高周波電力を供給してプ
ラズマ化学蒸着を行う。この方法によれば、反応室内で
プラズマ化学蒸着により保護膜を形成しているから、有
機溶剤等を大気中に無駄に放出することもない。また、
水素ガス中の水素ラジカルの働きにより有機シリコンガ
スが効率的に解離してイオン化されることと、カソード
が負バイアス電位となるとともにカソード周辺にイオン
が集中したイオンシースができることと、プラスチック
部品をイオンシース内に置くことができることにより、
イオンシース内のイオンが、カソ−ドに向かって均一に
ゆっくりと吸引されていき、プラスチック部品表面にほ
ぼ均一な厚さに堆積されていくので、複雑な三次元形状
のプラスチック部品表面にほぼ均一な膜厚の良質な保護
膜を形成することができる。さらに、有機シリコンは、
安全性の高い原料であり、硬さ与えるとともに紫外線を
吸収するＳｉ−Ｃ結合をもつ分子であるから、耐擦傷性
と紫外線カット特性を有する保護膜を安全で容易に得る
ことができる。請求項２に係る発明では、請求項１係る
発明において、前記有機シリコンガスをヘキサメチルジ
シランとした。ヘキサメチルジシランは、さらに発火し
にくく安全性の高い原料であり、また、Ｓｉ−Ｓｉ結合
とＳｉ−Ｃ結合を有するので、まず水素ラジカルの働き
によりＳｉ−Ｓｉ結合が切断された前駆体ができ、この
前駆体がプラスチック部品の表面に付着することによ
り、保護膜がいっそう効率的に形成されていく。しか
も、この方法から得られた保護膜は、紫外線をカットし
ながら、可視光を透過させて高い透明性を保つことがで
きる。請求項３に係る発明では、請求項１係る発明にお
いて、前記有機シリコンガスをモノシラン及びヘキサメ
チルジシランとし、モノシランとヘキサメチルジシラン
のモル比を０：１から５：１の範囲とした。こうして得
られた保護膜は、モノシランを加えることにより、紫外
線吸収をよくするＳｉが多く含まれることとなり、さら
に紫外線をよくカットできるようになる。請求項４に係
る発明では、請求項２または３係る発明において、前記
ヘキサメチルジシランは、ヘリウムキャリアガスととも
に前記反応室内に導入されるようにした。このため、常
温で蒸気圧の低いヘキサメチルジシランでも、ヘリウム
キャリアガス混合することにより、充分に反応室内に導
入することができる。請求項５に係る発明では、プラス
チック製の自動車用ヘッドランプレンズにおいて、前記
請求項１、２、３または４に記載の方法によって、前記
レンズ表面に保護膜を形成した。この自動車用ヘッドラ
ンプレンズは、表面に耐擦傷性と紫外線カット特性を有
するほぼ均一な膜厚で良質な保護膜が形成されるので、
良好な耐擦傷性と耐紫外線特性を有する。そして、この
保護膜形成時に有機溶剤等を大気中に無駄に放出するこ
ともないので、地球環境保護に貢献でき、さらに、この
保護膜形成時の熱による変形や劣化を受けることもな
い。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明は、ポリカ−ボネ−ト樹脂
のようなプラスチック材料へ耐擦傷性、耐紫外線特性等
を付与するために、プラズマ化学蒸着（プラズマＣＶ
Ｄ、以下プラズマＣＶＤという。）によるカソード堆積
法を用いて、ＳｉＣ（炭化珪素）重合体を含む保護膜を
自動車用プラスチック部品の表面へ形成するものであ
る。
のようなプラスチック材料へ耐擦傷性、耐紫外線特性等
を付与するために、プラズマ化学蒸着（プラズマＣＶ
Ｄ、以下プラズマＣＶＤという。）によるカソード堆積
法を用いて、ＳｉＣ（炭化珪素）重合体を含む保護膜を
自動車用プラスチック部品の表面へ形成するものであ
る。
【０００８】以下、本発明の好ましい実施の形態につ
き、添付図面を参照して詳細に説明する。
き、添付図面を参照して詳細に説明する。
【０００９】本発明に用いるプラズマ化学蒸着装置を図
１に示す。このプラズマ化学蒸着装置は、真空ポンプに
接続された真空排気管５に接続されていて高真空にされ
る反応室１を備えている。反応室１は、上部にカソード
２を配置している。このカソード２は、少なくとも一部
の表面形状に薄いプラスチック部品の表面形状と一致し
た形状の表面形状を有し、このカソードにプラスチック
部品を両者の形状の一致する表面が接する状態に取り付
けることができるようになっている。たとえば、図２に
断面図を示したように、プラスチック部品が自動車用ヘ
ッドランプのレンズ１０である場合には、カソード２の
表面の一部にもレンズ１０表面に沿った形状を形成し、
両者の形状の一致する表面が互いに接する状態で両者を
結合できるようになっている。カソード２においてプラ
スチック部品が取り付けられていない部分は、保護膜成
分の堆積を防ぐため、反応室１にアースされたシールド
部材８で覆われ、かつ、シールド部材８とカソード２間
には絶縁フィルム９が挟まれている。
１に示す。このプラズマ化学蒸着装置は、真空ポンプに
接続された真空排気管５に接続されていて高真空にされ
る反応室１を備えている。反応室１は、上部にカソード
２を配置している。このカソード２は、少なくとも一部
の表面形状に薄いプラスチック部品の表面形状と一致し
た形状の表面形状を有し、このカソードにプラスチック
部品を両者の形状の一致する表面が接する状態に取り付
けることができるようになっている。たとえば、図２に
断面図を示したように、プラスチック部品が自動車用ヘ
ッドランプのレンズ１０である場合には、カソード２の
表面の一部にもレンズ１０表面に沿った形状を形成し、
両者の形状の一致する表面が互いに接する状態で両者を
結合できるようになっている。カソード２においてプラ
スチック部品が取り付けられていない部分は、保護膜成
分の堆積を防ぐため、反応室１にアースされたシールド
部材８で覆われ、かつ、シールド部材８とカソード２間
には絶縁フィルム９が挟まれている。
【００１０】カソード２と反応室１の間には高周波電源
装置６から高周波電力（１３．５６ＭＨｚ）を供給する
ようになっている。ここで、カソード２と高周波電源装
置６の間にはバイアスコンデンサ７が配置されている。
また、反応室１内には、反応室１内の温度を調整するた
めのヒータ２２を備えている。
装置６から高周波電力（１３．５６ＭＨｚ）を供給する
ようになっている。ここで、カソード２と高周波電源装
置６の間にはバイアスコンデンサ７が配置されている。
また、反応室１内には、反応室１内の温度を調整するた
めのヒータ２２を備えている。
【００１１】反応室１内には、高純度の水素（Ｈ2）ガ
スと保護膜の原料ガスである有機シリコンガスを導入で
きるようになっている。水素ガスは、流量制御器１２を
通した後に、水素導入管３により反応室１内へ導入され
る。この水素ガスは、水素ラジカルの働きにより、原料
のガス分子を解離しやすくするために使用する。
スと保護膜の原料ガスである有機シリコンガスを導入で
きるようになっている。水素ガスは、流量制御器１２を
通した後に、水素導入管３により反応室１内へ導入され
る。この水素ガスは、水素ラジカルの働きにより、原料
のガス分子を解離しやすくするために使用する。
【００１２】保護膜の原料としては、所定の硬さと紫外
線カット特性を付与できる成分を含めば、どのようなも
のでもよいが、まずは有機シリコンが考えられる。有機
シリコンは、安全性の高い原料であり、所定の硬さと紫
外線カット特性を付与できるＳｉＣをもつ分子であるか
ら、これを利用すると、安全で容易に良質な保護膜を得
ることができるからである。有機シリコンのうちでは、
特にヘキサメチルジシラン（Ｓｉ2（ＣＨ3）6、以下、
ＨＭＤＳという。）が、安全性と保護膜形成の容易さの
点で適している。ＨＭＤＳは、図１１に示すようにＳｉ
−Ｓｉ結合とＳｉ−Ｃ結合とを有しているから、まず水
素ラジカルにより、ＨＭＤＳのＳｉ−Ｓｉ結合が切断さ
れ前駆体が生じる。この前駆体がプラスチック部品の表
面に付着することにより、保護膜が効率的に形成されて
いくと考えられる。そして、ＨＭＤＳには、約４．５ｅ
Ｖ〜５ｅＶのバンドギャップを有するＳｉ−Ｃ結合が含
まれるので、よく紫外線をカットする。このため、本実
施例では、保護膜の原料として、ＨＭＤＳを用いた。
線カット特性を付与できる成分を含めば、どのようなも
のでもよいが、まずは有機シリコンが考えられる。有機
シリコンは、安全性の高い原料であり、所定の硬さと紫
外線カット特性を付与できるＳｉＣをもつ分子であるか
ら、これを利用すると、安全で容易に良質な保護膜を得
ることができるからである。有機シリコンのうちでは、
特にヘキサメチルジシラン（Ｓｉ2（ＣＨ3）6、以下、
ＨＭＤＳという。）が、安全性と保護膜形成の容易さの
点で適している。ＨＭＤＳは、図１１に示すようにＳｉ
−Ｓｉ結合とＳｉ−Ｃ結合とを有しているから、まず水
素ラジカルにより、ＨＭＤＳのＳｉ−Ｓｉ結合が切断さ
れ前駆体が生じる。この前駆体がプラスチック部品の表
面に付着することにより、保護膜が効率的に形成されて
いくと考えられる。そして、ＨＭＤＳには、約４．５ｅ
Ｖ〜５ｅＶのバンドギャップを有するＳｉ−Ｃ結合が含
まれるので、よく紫外線をカットする。このため、本実
施例では、保護膜の原料として、ＨＭＤＳを用いた。
【００１３】ＨＭＤＳは、常温では液体であり蒸気圧が
低いため、ＨＭＤＳ容器１５を水槽１６内で水浴させ、
温度制御装置２０で水槽１６内の水温を調節して、ＨＭ
ＤＳを約３０℃に暖めて蒸気圧を高めている。ＨＭＤＳ
液中には、ヘリウム（Ｈｅ）キャリアガスを流量制御器
１２を通した後にヘリウム導入管１８によって吹き込
む。ヘリウムガスによりＨＭＤＳを泡立てることによ
り、ＨＭＤＳとＨｅの混合ガスを得る。この混合ガス
は、圧力制御弁１３と圧力制御器１４を通した後に、原
料導入管４により反応室１内に導入されるようになって
いる。こうすることにより、常温で蒸気圧の低いＨＭＤ
Ｓでも、ヘリウムキャリアガスと混合することにより、
充分に反応室内に導入できる。
低いため、ＨＭＤＳ容器１５を水槽１６内で水浴させ、
温度制御装置２０で水槽１６内の水温を調節して、ＨＭ
ＤＳを約３０℃に暖めて蒸気圧を高めている。ＨＭＤＳ
液中には、ヘリウム（Ｈｅ）キャリアガスを流量制御器
１２を通した後にヘリウム導入管１８によって吹き込
む。ヘリウムガスによりＨＭＤＳを泡立てることによ
り、ＨＭＤＳとＨｅの混合ガスを得る。この混合ガス
は、圧力制御弁１３と圧力制御器１４を通した後に、原
料導入管４により反応室１内に導入されるようになって
いる。こうすることにより、常温で蒸気圧の低いＨＭＤ
Ｓでも、ヘリウムキャリアガスと混合することにより、
充分に反応室内に導入できる。
【００１４】このプラズマ化学蒸着装置を用いて、プラ
スチック部品の表面にＳｉＣ重合体を含む保護膜を形成
には、まず、カソード２にレンズ１０等のプラスチック
部品を取り付け、次に、反応室内１の空気を真空ポンプ
で排気して反応室１を高真空とした後に、反応室１内に
水素ガスと、ＨｅキャリアガスとＨＭＤＳの混合ガスか
らなる原料ガスとを導入するとともに、高周波電力をカ
ソード２と反応室１間に供給する。すると、カソード２
と反応室１間にグロー放電が生じ、反応室１内のガスが
プラズマ化される。このさい、まず水素ラジカルにより
ＨＭＤＳのＳｉ−Ｓｉ結合が切断されて前駆体が生じ、
この前駆体がプラスチック部品の表面に付着し、さら
に、この前駆体が切断されたものも次々と付着していく
ことにより、保護膜が効率的に形成されていくもの考え
られる。
スチック部品の表面にＳｉＣ重合体を含む保護膜を形成
には、まず、カソード２にレンズ１０等のプラスチック
部品を取り付け、次に、反応室内１の空気を真空ポンプ
で排気して反応室１を高真空とした後に、反応室１内に
水素ガスと、ＨｅキャリアガスとＨＭＤＳの混合ガスか
らなる原料ガスとを導入するとともに、高周波電力をカ
ソード２と反応室１間に供給する。すると、カソード２
と反応室１間にグロー放電が生じ、反応室１内のガスが
プラズマ化される。このさい、まず水素ラジカルにより
ＨＭＤＳのＳｉ−Ｓｉ結合が切断されて前駆体が生じ、
この前駆体がプラスチック部品の表面に付着し、さら
に、この前駆体が切断されたものも次々と付着していく
ことにより、保護膜が効率的に形成されていくもの考え
られる。
【００１５】このように、反応室１内でプラズマＣＶＤ
により保護膜を形成しているから、有機溶剤等を大気中
に無駄に放出することもなく、この保護膜形成は低温で
行えるので、プラスチック部品は、保護膜形成時に熱に
よる変形や劣化を受けることもない。
により保護膜を形成しているから、有機溶剤等を大気中
に無駄に放出することもなく、この保護膜形成は低温で
行えるので、プラスチック部品は、保護膜形成時に熱に
よる変形や劣化を受けることもない。
【００１６】ところで、カソード２周囲においては、電
子の速度はイオンの速度に比較して非常に早いために、
電子のみがカソードに速やかに流入して、カソードが負
に帯電して負のセルフバイアス電位となる一方、カソー
ド２周囲にはカソードに到達できないイオンが集中した
イオンシース（イオンさや）が形成される。カソード２
が負バイアス電位になると、カソード２と高周波電源装
置６の間に配置されたバイアスコンデンサ７が、カソー
ド２の負バイアス電位を保持する。また、カソードの少
なくとも一部の表面形状はプラスチック部品に沿った形
状をしているので、自動車用ヘッドランプのレンズ１０
のように薄いプラスチック部品では、イオンシース内に
プラスチック部品を置くことができる。すると、イオン
シース内では、ＨＭＤＳが解離しさらに電離したイオン
が高密度に存在し、これらのイオンが、カソード２のバ
イアス電位によってカソ−ド２に向かって均一に吸引さ
れ、プラスチック部品表面にほぼ均一な厚さに堆積する
ことにより、保護膜が形成されると考えられる。イオン
シースの厚さは、電極全体に均一に形成されていると考
えられる。
子の速度はイオンの速度に比較して非常に早いために、
電子のみがカソードに速やかに流入して、カソードが負
に帯電して負のセルフバイアス電位となる一方、カソー
ド２周囲にはカソードに到達できないイオンが集中した
イオンシース（イオンさや）が形成される。カソード２
が負バイアス電位になると、カソード２と高周波電源装
置６の間に配置されたバイアスコンデンサ７が、カソー
ド２の負バイアス電位を保持する。また、カソードの少
なくとも一部の表面形状はプラスチック部品に沿った形
状をしているので、自動車用ヘッドランプのレンズ１０
のように薄いプラスチック部品では、イオンシース内に
プラスチック部品を置くことができる。すると、イオン
シース内では、ＨＭＤＳが解離しさらに電離したイオン
が高密度に存在し、これらのイオンが、カソード２のバ
イアス電位によってカソ−ド２に向かって均一に吸引さ
れ、プラスチック部品表面にほぼ均一な厚さに堆積する
ことにより、保護膜が形成されると考えられる。イオン
シースの厚さは、電極全体に均一に形成されていると考
えられる。
【００１７】このプラズマ化学蒸着装置を用い、面積１
２２５ｃｍ2のカソードを使用して、室温で保護膜形成
の実験をしてみた。
２２５ｃｍ2のカソードを使用して、室温で保護膜形成
の実験をしてみた。
【００１８】まず、本装置のカソードに発生するセルフ
バイアス電位について測定を行った。図３に高周波出力
とカソードに発生するセルフバイアス電位の関係を示
す。高周波出力が２００Ｗで発生するセルフバイアス電
位は約−５Ｖであり、３００Ｗの高周波出力の場合は約
−１２Ｖ程度の負電位である。この負バイアス電位が発
生すると、カソード周辺に発生したイオンシース中で
は、イオンがカソ−ドに向かってゆっくりと均一に吸引
されていくことにより、保護膜の形成が良好に進んでい
くと考えられる。
バイアス電位について測定を行った。図３に高周波出力
とカソードに発生するセルフバイアス電位の関係を示
す。高周波出力が２００Ｗで発生するセルフバイアス電
位は約−５Ｖであり、３００Ｗの高周波出力の場合は約
−１２Ｖ程度の負電位である。この負バイアス電位が発
生すると、カソード周辺に発生したイオンシース中で
は、イオンがカソ−ドに向かってゆっくりと均一に吸引
されていくことにより、保護膜の形成が良好に進んでい
くと考えられる。
【００１９】次に、カソード上に、単結晶シリコン基
板、石英ガラス基板のような試験片を取り付けて保護膜
形成の実験を行った。単結晶シリコンと石英ガラスで保
護膜形成の実験を行ったのは、保護膜特性を詳しく調べ
るためである。
板、石英ガラス基板のような試験片を取り付けて保護膜
形成の実験を行った。単結晶シリコンと石英ガラスで保
護膜形成の実験を行ったのは、保護膜特性を詳しく調べ
るためである。
【００２０】常温にて単結晶シリコン基板上に形成され
た保護膜は、膜厚が０．２〜０．３ミクロンであり、こ
の保護膜の赤外線吸収スペクトル特性を図４に示す。図
４に示すように保護膜の中には、波数８００ｃｍ-1にＳ
ｉＣによるの吸収ピーク、波数１２６０ｃｍ-1にＳｉＣ
Ｈ3による吸収、波数２８６０〜３０００ｃｍ-1にＣＨ
ｎによる吸収、波数２１０５ｃｍ-1に ＳｉＨｎによる
吸収が確認された。また１０５０ｃｍ-1の強い吸収はＳ
ｉＯの吸収であり、これは試験片に吸着した酸素分子が
試験片から脱離せずに保護膜中に取り込まれたからと考
えられる。
た保護膜は、膜厚が０．２〜０．３ミクロンであり、こ
の保護膜の赤外線吸収スペクトル特性を図４に示す。図
４に示すように保護膜の中には、波数８００ｃｍ-1にＳ
ｉＣによるの吸収ピーク、波数１２６０ｃｍ-1にＳｉＣ
Ｈ3による吸収、波数２８６０〜３０００ｃｍ-1にＣＨ
ｎによる吸収、波数２１０５ｃｍ-1に ＳｉＨｎによる
吸収が確認された。また１０５０ｃｍ-1の強い吸収はＳ
ｉＯの吸収であり、これは試験片に吸着した酸素分子が
試験片から脱離せずに保護膜中に取り込まれたからと考
えられる。
【００２１】常温にて透明の石英ガラス上に形成された
保護膜の紫外線分光透過率曲線を図５に示す。本測定に
は、石英ガラスに厚さ３μｍの保護膜を形成させた試験
片を用いた。尚、この保護膜の透過率曲線は、石英ガラ
スの吸収曲線を差し引いたものである。この保護膜は、
可視光をほとんど透過させ、波長４００ｎｍから紫外線
のカットを始め、短波長ほどよく紫外線をカットし、波
長３３０ｎｍで５０％の紫外線をカットし、波長３００
ｎｍ以下の紫外線をほとんどカットするという性能が認
められる。図４から分かるように、保護膜中にはバンド
ギャップの大きいＳｉＯの吸収が確認されているため、
保護膜に含まれる酸素或いは保護膜中のシリコン含有量
を調整することにより、保護膜の紫外線カット性能を調
節することも期待できる。
保護膜の紫外線分光透過率曲線を図５に示す。本測定に
は、石英ガラスに厚さ３μｍの保護膜を形成させた試験
片を用いた。尚、この保護膜の透過率曲線は、石英ガラ
スの吸収曲線を差し引いたものである。この保護膜は、
可視光をほとんど透過させ、波長４００ｎｍから紫外線
のカットを始め、短波長ほどよく紫外線をカットし、波
長３３０ｎｍで５０％の紫外線をカットし、波長３００
ｎｍ以下の紫外線をほとんどカットするという性能が認
められる。図４から分かるように、保護膜中にはバンド
ギャップの大きいＳｉＯの吸収が確認されているため、
保護膜に含まれる酸素或いは保護膜中のシリコン含有量
を調整することにより、保護膜の紫外線カット性能を調
節することも期待できる。
【００２２】そして、自動車部品に最も多用されている
無色透明なポリカーボネートにも保護膜を堆積させる実
験をおこなった。
無色透明なポリカーボネートにも保護膜を堆積させる実
験をおこなった。
【００２３】ところで、プラスチック製自動車部品等で
は、平面的なものは少なく、むしろ凹凸面などを有する
複雑な三次元的形状のものが多い。そこで、図６に示し
たようにカソードの表面形状を複雑な三次元形状にし、
それぞれの形状部分にポリカーボネートの小片を接着
し、保護膜形成実験を行った。図７に各測定部分の膜厚
結果を示す。高低差１０ｍｍの凹凸部分を有する各位置
において、（２），（５），（８）は平面であり、
（３），（４），（６）は垂直面であるが、膜厚の差は
ほとんど見られない。位置（２）から（８）までの保護
膜は、膜厚の差が約１０％以内であり、ほぼ均一な膜厚
に形成されている。位置（１）と（９）に関してのみ、
若干膜厚が大きく得られたが、これは気化したＨＭＤＳ
モノマーの反応室中での不均一分布に由来していると考
えられる。
は、平面的なものは少なく、むしろ凹凸面などを有する
複雑な三次元的形状のものが多い。そこで、図６に示し
たようにカソードの表面形状を複雑な三次元形状にし、
それぞれの形状部分にポリカーボネートの小片を接着
し、保護膜形成実験を行った。図７に各測定部分の膜厚
結果を示す。高低差１０ｍｍの凹凸部分を有する各位置
において、（２），（５），（８）は平面であり、
（３），（４），（６）は垂直面であるが、膜厚の差は
ほとんど見られない。位置（２）から（８）までの保護
膜は、膜厚の差が約１０％以内であり、ほぼ均一な膜厚
に形成されている。位置（１）と（９）に関してのみ、
若干膜厚が大きく得られたが、これは気化したＨＭＤＳ
モノマーの反応室中での不均一分布に由来していると考
えられる。
【００２４】さらに、曲面を有するカソードを用いて
も、保護膜形成実験を行った。図８に実験用のカソード
を示す。凹凸のある曲面（半径３０ｍｍ）のカソードと
し、この曲面部に厚さ０．５ｍｍのポリカーボネートの
シートを接着して保護膜形成実験を行った。図９に凸面
の各位置での保護膜の膜厚測定結果を示す。図１０に凹
面の各位置での保護膜の膜厚測定結果を示す。位置
（１）〜（５）と（６）〜（９）までは凸面ににあり、
位置（１１）〜（１５），（１６）〜（１９）は凹面に
あり、これらの各位置での保護膜は、膜厚の差が１０％
以内であり、ともにほぼ均一な膜厚の保護膜が形成され
ていることがわかった。
も、保護膜形成実験を行った。図８に実験用のカソード
を示す。凹凸のある曲面（半径３０ｍｍ）のカソードと
し、この曲面部に厚さ０．５ｍｍのポリカーボネートの
シートを接着して保護膜形成実験を行った。図９に凸面
の各位置での保護膜の膜厚測定結果を示す。図１０に凹
面の各位置での保護膜の膜厚測定結果を示す。位置
（１）〜（５）と（６）〜（９）までは凸面ににあり、
位置（１１）〜（１５），（１６）〜（１９）は凹面に
あり、これらの各位置での保護膜は、膜厚の差が１０％
以内であり、ともにほぼ均一な膜厚の保護膜が形成され
ていることがわかった。
【００２５】それから、高周波出力とイオン強度の影響
も保護膜の形成に強く関与していることも分かった。試
験片に保護膜を形成させる実験において、高周波出力が
３００Ｗ以上の場合には、形成された保護膜にクラック
が生じた。これは、保護膜が高周波出力によって発生す
る高エネルギーのイオン等の衝突によって表面にダメー
ジを受けたためと考えられ、良好な保護膜形成において
は、適度なイオン強度と高周波出力の調整が必要である
ことを示している。
も保護膜の形成に強く関与していることも分かった。試
験片に保護膜を形成させる実験において、高周波出力が
３００Ｗ以上の場合には、形成された保護膜にクラック
が生じた。これは、保護膜が高周波出力によって発生す
る高エネルギーのイオン等の衝突によって表面にダメー
ジを受けたためと考えられ、良好な保護膜形成において
は、適度なイオン強度と高周波出力の調整が必要である
ことを示している。
【００２６】以上の実験結果から、本実施例により、プ
ラズマＣＶＤによるカソード堆積法により得られた保護
膜は、耐擦傷性と紫外線カット特性を有することが分か
る。また、複雑な三次元形状を持つプラスチック部品に
対しても、均一な膜厚で良質な保護膜を形成することが
でき、このさい、保護膜にクラックが入ることもないこ
とも分かる。
ラズマＣＶＤによるカソード堆積法により得られた保護
膜は、耐擦傷性と紫外線カット特性を有することが分か
る。また、複雑な三次元形状を持つプラスチック部品に
対しても、均一な膜厚で良質な保護膜を形成することが
でき、このさい、保護膜にクラックが入ることもないこ
とも分かる。
【００２７】他の実施例としては、保護膜の原料とし
て、ＨＭＤＳとモノシラン（ＳｉＨ4）を用い、このモ
ノシランガスをＨＭＤＳとは別の流量制御器と原料導入
管を通して、反応室１内導入できるようにしてしてもよ
い。このようにＳｉ成分の多いモノシランを原料に加え
ると、バンドギャップが小さく紫外線吸収の多いＳｉ成
分が保護膜中に増えるので、保護膜の紫外線カット特性
をさらによくできる。
て、ＨＭＤＳとモノシラン（ＳｉＨ4）を用い、このモ
ノシランガスをＨＭＤＳとは別の流量制御器と原料導入
管を通して、反応室１内導入できるようにしてしてもよ
い。このようにＳｉ成分の多いモノシランを原料に加え
ると、バンドギャップが小さく紫外線吸収の多いＳｉ成
分が保護膜中に増えるので、保護膜の紫外線カット特性
をさらによくできる。
【００２８】この実施例の効果を調べるために、反応室
内１に供給するモノシランとＨＭＤＳとのモル比を変え
て、同様な保護膜を形成させ、この保護膜の紫外線分光
透過率曲線を求めた。この結果を図１２に示す。これか
ら、原料中にモノシランの含有率が多いほど、紫外線カ
ット性はよくなることがわかった。ただし、モノシラン
とＨＭＤＳのモル比が５：１より大きくなると、短波長
の可視光も相当カットしてしまい、着色してしまうこと
も分かる。このため、自動車用灯具のレンズ１０に保護
膜を形成する場合には、紫外線カット特性や可視光透過
率や着色具合等を考慮して、モノシランとＨＭＤＳのモ
ル比が０：１から５：１の間の範囲内の適切な値を選択
するようにすべきである。
内１に供給するモノシランとＨＭＤＳとのモル比を変え
て、同様な保護膜を形成させ、この保護膜の紫外線分光
透過率曲線を求めた。この結果を図１２に示す。これか
ら、原料中にモノシランの含有率が多いほど、紫外線カ
ット性はよくなることがわかった。ただし、モノシラン
とＨＭＤＳのモル比が５：１より大きくなると、短波長
の可視光も相当カットしてしまい、着色してしまうこと
も分かる。このため、自動車用灯具のレンズ１０に保護
膜を形成する場合には、紫外線カット特性や可視光透過
率や着色具合等を考慮して、モノシランとＨＭＤＳのモ
ル比が０：１から５：１の間の範囲内の適切な値を選択
するようにすべきである。
【００２９】なお、紫外線カット特性をよくするために
Ｓｉ成分を増すには、プラスチック部品の表面温度を上
げることでも可能であるが、この方法では、プラスチッ
ク部品は１００℃くらいまでしか耐えられないため、充
分な紫外線カット特性を得ることはできない。
Ｓｉ成分を増すには、プラスチック部品の表面温度を上
げることでも可能であるが、この方法では、プラスチッ
ク部品は１００℃くらいまでしか耐えられないため、充
分な紫外線カット特性を得ることはできない。
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１に係る発
明では、複雑な三次元形状のプラスチック部品の表面に
ほぼ均一な膜厚で良質な保護膜を安全で容易に形成でき
て、プラスチック部品に耐擦傷性と耐紫外線特性を付与
できる。このさい、有機溶剤等を大気中に無駄に放出す
ることもないので、地球環境保護に貢献でき、さらに、
プラスチック部品が保護膜形成時に熱による変形や劣化
を受けることもない。請求項２に係る発明では、ＨＭＤ
Ｓを原料とすることにより、保護膜がいっそう安全で効
率的に形成されていく。しかも、この方法から得られた
保護膜は、紫外線をカットしながら、可視光をほとんど
透過させて高い透明性を保つことができる。請求項３に
係る発明では、保護膜の原料ガスとして、ヘキサメチル
ジシランの他にＳｉ成分の多いモノシランを用いること
により、いっそう紫外線カット特性をよくしている。請
求項４に係る発明では、常温で蒸気圧の低いＨＭＤＳで
も、ヘリウムキャリアガスと混合することにより、充分
に反応室内に導入できるので、いっそう効率的に保護膜
を形成できる。請求項５に係る発明の自動車用ヘッドラ
ンプレンズは、表面に耐擦傷性と紫外線カット特性を有
するほぼ均一な膜厚で良質な保護膜が形成されるので、
良好な耐擦傷性と耐紫外線特性を有する。そして、この
保護膜形成時に有機溶剤等を大気中に無駄に放出するこ
ともないので、地球環境保護に貢献でき、さらに、この
保護膜形成時の熱による変形や劣化を受けることもな
い。
明では、複雑な三次元形状のプラスチック部品の表面に
ほぼ均一な膜厚で良質な保護膜を安全で容易に形成でき
て、プラスチック部品に耐擦傷性と耐紫外線特性を付与
できる。このさい、有機溶剤等を大気中に無駄に放出す
ることもないので、地球環境保護に貢献でき、さらに、
プラスチック部品が保護膜形成時に熱による変形や劣化
を受けることもない。請求項２に係る発明では、ＨＭＤ
Ｓを原料とすることにより、保護膜がいっそう安全で効
率的に形成されていく。しかも、この方法から得られた
保護膜は、紫外線をカットしながら、可視光をほとんど
透過させて高い透明性を保つことができる。請求項３に
係る発明では、保護膜の原料ガスとして、ヘキサメチル
ジシランの他にＳｉ成分の多いモノシランを用いること
により、いっそう紫外線カット特性をよくしている。請
求項４に係る発明では、常温で蒸気圧の低いＨＭＤＳで
も、ヘリウムキャリアガスと混合することにより、充分
に反応室内に導入できるので、いっそう効率的に保護膜
を形成できる。請求項５に係る発明の自動車用ヘッドラ
ンプレンズは、表面に耐擦傷性と紫外線カット特性を有
するほぼ均一な膜厚で良質な保護膜が形成されるので、
良好な耐擦傷性と耐紫外線特性を有する。そして、この
保護膜形成時に有機溶剤等を大気中に無駄に放出するこ
ともないので、地球環境保護に貢献でき、さらに、この
保護膜形成時の熱による変形や劣化を受けることもな
い。
【図１】自動車用プラズマ化学蒸着装置を示す図であ
る。
る。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図３】高周波出力とカソードのセルフバイアス電位の
関係を示す図である。
関係を示す図である。
【図４】保護膜の赤外線吸収スペクトルを示す図であ
る。
る。
【図５】保護膜の紫外線分光透過率曲線を示す図であ
る。
る。
【図６】保護膜形成の実験に用いたカソードの形状を示
す図である。
す図である。
【図７】図６に示した形状のカソードを用いて保護膜を
形成させたとき、保護膜の各部の膜厚を示す図である。
形成させたとき、保護膜の各部の膜厚を示す図である。
【図８】保護膜形成の実験に用いた別カソードの形状を
示す図である。
示す図である。
【図９】図８に示した形状のカソードを用いて保護膜を
形成させたとき、凸面上の保護膜も各位置における膜厚
を示す図である。
形成させたとき、凸面上の保護膜も各位置における膜厚
を示す図である。
【図１０】図８に示した形状のカソードを用いて保護膜
を形成させたとき、凹面上の保護膜の各位置における膜
厚を示す図である。
を形成させたとき、凹面上の保護膜の各位置における膜
厚を示す図である。
【図１１】ＨＭＤＳの構造式である。
【図１２】ＨＭＤＳとモノシランのモル比と、保護膜の
紫外線透過率曲線との関係を示す図である。
紫外線透過率曲線との関係を示す図である。
１ 反応室 ２ カソード ３ 水素導入管 ４ 原料導入管 ５ 真空排気管 ６ 高周波電源装置 １０ ヘッドランプレンズ（プラスチック部品）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4F073 AA07 BA26 BB05 CA01 CA70 CA72 4K030 AA06 AA09 AA16 AA17 BA37 CA07 FA03 JA06 LA11
Claims (5)
- 【請求項１】 反応室内に設けられたカソードの少なく
とも一部の表面形状を薄い自動車用プラスチック部品の
表面形状と一致した形状としたプラズマ化学蒸着装置を
用い、前記カソードに前記プラスチック部品を両者の形
状の一致する表面が接する状態で取り付け、前記反応室
内に水素ガスと有機シリコンガスを導入するとともに、
反応室とカソード間に高周波電力を供給してプラズマ化
学蒸着を行うことを特徴とする自動車用プラスチック部
品の保護膜形成方法。 - 【請求項２】 前記有機シリコンガスは、ヘキサメチル
ジシランであることを特徴とする請求項１に記載の自動
車用プラスチック部品の保護膜形成方法。 - 【請求項３】 前記有機シリコンガスは、モノシラン及
びヘキサメチルジシランであり、モノシランとヘキサメ
チルジシランのモル比は、０：１から５：１の範囲であ
ることを特徴とする請求項１に記載の自動車用プラスチ
ック部品の保護膜形成方法。 - 【請求項４】 前記ヘキサメチルジシランは、ヘリウム
キャリアガスとともに前記反応室内に導入されることを
特徴とする請求項２または３に記載の自動車用プラスチ
ック部品の保護膜形成方法。 - 【請求項５】 プラスチック製の自動車用ヘッドランプ
レンズにおいて、前記請求項１、２、３または４に記載
の方法によって、前記レンズ表面に保護膜が形成された
ことを特徴とする自動車用ヘッドランプレンズ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16246999A JP4066292B2 (ja) | 1999-06-09 | 1999-06-09 | 自動車用プラスチック部品の保護膜形成方法 |
| US09/589,879 US6294227B1 (en) | 1999-06-09 | 2000-06-09 | Method of forming protective film on plastic part for vehicle-use and apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16246999A JP4066292B2 (ja) | 1999-06-09 | 1999-06-09 | 自動車用プラスチック部品の保護膜形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000345347A true JP2000345347A (ja) | 2000-12-12 |
| JP4066292B2 JP4066292B2 (ja) | 2008-03-26 |
Family
ID=15755225
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16246999A Expired - Fee Related JP4066292B2 (ja) | 1999-06-09 | 1999-06-09 | 自動車用プラスチック部品の保護膜形成方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6294227B1 (ja) |
| JP (1) | JP4066292B2 (ja) |
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| TWI392048B (zh) * | 2005-04-18 | 2013-04-01 | Shinetsu Polymer Co | Storage container |
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1999
- 1999-06-09 JP JP16246999A patent/JP4066292B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2000
- 2000-06-09 US US09/589,879 patent/US6294227B1/en not_active Expired - Fee Related
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| Title |
|---|
| 佐野慶一郎、玉巻宏章、野村雅也、中西洋一郎、畑中義式: "ＥＣＲプラズマＣＶＤによるプラスチック材料への硬質ＳｉＣ薄膜の低温形成 −第１報−", 自動車技術会論文集, vol. Vol.29, No.3 , JPN6007015103, 15 July 1998 (1998-07-15), JP, pages 105 - 110, ISSN: 0000948836 * |
| 佐野慶一郎、玉巻宏章、野村雅也、青木徹、畑中義式: "ＥＣＲプラズマＣＶＤによるプラスチック材料への硬質ＳｉＣ薄膜の低温形成 −第２報−", 自動車技術会論文集, vol. 29, no. 4, JPN6007015108, 15 October 1998 (1998-10-15), JP, pages 129 - 134, ISSN: 0000948837 * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI392048B (zh) * | 2005-04-18 | 2013-04-01 | Shinetsu Polymer Co | Storage container |
| WO2008004584A1 (fr) * | 2006-07-05 | 2008-01-10 | Tokyo Electron Limited | Procédé de post-traitement destiné à un film de carbone amorphe |
| KR101025821B1 (ko) | 2006-07-05 | 2011-03-30 | 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 | 아모퍼스 카본막의 후처리 방법, 이를 이용한 반도체 장치의 제조 방법 및, 제어 프로그램이 기억된 컴퓨터 판독가능한 기억 매체 |
| US8377818B2 (en) | 2006-07-05 | 2013-02-19 | Tokyo Electron Limited | Aftertreatment method for amorphous carbon film |
| TWI392023B (zh) * | 2006-07-05 | 2013-04-01 | Tokyo Electron Ltd | Treatment of amorphous carbon film |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6294227B1 (en) | 2001-09-25 |
| JP4066292B2 (ja) | 2008-03-26 |
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