JP2840502B2 - 高機能材料膜形成方法 - Google Patents
高機能材料膜形成方法Info
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Description
他の刃物に形成される高硬度を有する材料の被膜に関す
るものである。
刃先にアルゴンイオンのイオン注入処理を施しながらチ
タンの真空蒸着処理を施し、刃先表面にチタンの硬質の
混合層を形成する技術が開示されている。
処理、及びイオン注入処理を効果的に行うための蒸着条
件、イオン加速電圧、イオン注入量などの条件が開示さ
れているものの、これらの条件と刃先の色調との関係に
ついては開示されておらず、どの条件が刃物に対して最
も適しているか不明瞭であった。
は刃先に高硬度の被膜処理を行う場合において、被膜形
成条件と色調等との関係については十分な研究が成され
ていなかった。
される技術レベルの高さが商品の付加価値を高める重要
なファクターになっており、特に消費者に対して有効な
ファクターはその製品の外観及び色彩であるから、この
色彩を被膜で制御することができれば好都合となる。
あって、被膜の色調を、該被膜の形成条件により調整
し、製品の付加価値を高めた被膜を形成することであ
る。
形成方法は、干渉色を有する高機能材料膜を形成する高
機能材料膜形成方法において、真空チャンバ内に設けら
れた基板に対して蒸発源から高硬度材料原子を放射する
と同時に、アシストガンから窒素イオン及び酸素イオン
を照射する第1ステップと、前記基板に対して前記蒸発
源から高硬度材料原子を放射すると同時に、前記アシス
トガンから窒素ガス及び酸素ガスのみを照射して高硬度
材料膜を形成する第2ステップと、からなり、前記第1
ステップ、及び第2ステップにおける、前記真空チャン
バ内の酸素ガス供給分圧を10-4Torr以下に設定す
ることを特徴とする。
制御することにより、所望の色調を有し、且つ色ムラの
無い高機能材料膜を刃物等の基板上に形成することがで
きる。
電気かみそり刃に対する窒化ジルコニウム(ZrN)被
膜の形成方法について図面を用いて詳細に説明する。
形成するための真空蒸着、及びイオン注入装置を示し、
1は10-5〜10-7Torrに排気される真空チャン
バ、2は真空チャンバ1内に配置されて図の矢印方向に
10〜20rpmの速度で回転可能にされた基板ホル
ダ、3はニッケル(Ni)の基板、4は電子ビームによ
って高硬度材料原子としてのジルコニウム(Zr)原子
を蒸発させて基板3に向けて放射する蒸発源、5は基板
3の方向に窒素イオン(N+)及び酸素イオン(O+)を
照射するか、または窒素ガス(N2)及び酸素ガス
(O2)を供給するかのいずれかを行うことができるア
シストガンである。
能材料膜を形成するいくつかの実施例について説明す
る。 [第1実施例]気体雰囲気中で蒸発源4により高硬度材
料原子を基板3に向けて放射することによって被膜を形
成する方法について説明する。この時の気体としては、
アシストガン5から供給されるN2及びO2の混合ガスを
用い、蒸発源4からはZrを蒸発させるものとする。
らN2ガスを0.8×10-4Torr、O2ガスを1.0
×10-4Torrの分圧になるように供給する。
としてZr原子を蒸発させて基板3の表面に放射する。
この時のZr原子の蒸発速度は基板3上での成膜速度に
換算して650Å/minに設定した。これによりZr
原子とN2ガス及びO2ガスが反応し、基板3上にO2が
含まれたZrN被膜が形成される。
の表面に膜厚約0.3μmの、酸素を含むZrNの薄膜
を形成した。この薄膜は透光性の膜であり、硬度はビッ
カース硬度で1400Hvであった。尚、このビッカー
ス硬度はJIS G0202の規格に基づいて測定し
た。
O2ガスの供給分圧を変化させることによって、膜の色
調を変化させることができるがこのことについては後述
する。 [第2実施例]気体のアシストイオンを薄膜を形成する
ための基板3に向けて照射すると同時に、蒸発源4より
高硬度材料原子を基板3に向けて放射することによって
基板3の表面に気体イオンの作用を受けた高硬度材料原
子からなる被膜を形成する方法について説明する。
orrに排気し、アシストガン5にN2ガスを0.8×
10-4Torr、O2ガスを1×10-4Torrになる
ように供給することによって、N+イオン、及びO+イオ
ンを取り出し、これらの各イオンを基板3の表面に照射
する。この時のN+イオン、及びO+イオンの加速電圧は
250eV、イオン電流密度0.2mA/cm2で設定
した。
同時に蒸発源4を駆動し、Zr原子を蒸発させて基板3
の表面に放射する。この時のZrの蒸発速度は基板3上
での成膜速度に換算して650Å/minに設定した。
の表面に膜厚0.3μmの、酸素を含むZrNの薄膜を
形成した。この膜もやはり透光性を有し、ビッカース硬
度は1450Hvであった。
O2ガスの供給分圧を変化させることによって、膜の色
調を変化させることができるがこのことについては後述
する。 [第3実施例]常温で気体となる原子のイオンを薄膜に
形成するための基板3に向けて照射すると同時に蒸発源
4より高硬度材料原子を基板3に向けて放射することに
よって、基板3の表面に前記イオンの作用を受けた高硬
度材料原子からなる第1薄膜層を形成するとともに、前
記気体の雰囲気中で蒸発源4より高硬度材料を第1薄膜
層に向けて放射することによって第1薄膜層の表面に第
2薄膜層を形成する被膜の形成方法について説明する。
尚、この時の被膜の断面図を図2に示す。
orrに排気し、アシストガン5にN2ガスを0.8×
10-4Torr、O2ガスを1×10-4Torrになる
ように供給することによって、N+イオン、及びO+イオ
ンを取り出し、これらの各イオンを基板3の表面に照射
する。この時のN+イオン、及びO+イオンの加速電圧は
700eV、イオン電流密度は0.38mA/cm2に
設定した。
照射と同時に蒸発源4を駆動し、高硬度材料原子として
のZr原子を蒸発させて基板3の表面に放射する。この
時のZrの蒸発速度は基板3上での成膜速度に換算して
650Å/minに設定した。
めて、アシストガン5よりイオン化されていないN2ガ
ス、及びO2ガスを真空チャンバ1内に供給するととも
に、このガス雰囲気中で蒸発源4よりZr原子を基板3
上の第1薄膜層6表面に向かって放射した。この時のZ
rの蒸発速度は第1薄膜層6表面での成膜速度に換算し
て650Å/minに設定した。
い、ZrNの第1薄膜層6表面に、膜厚0.26〜0.
29μmを有するもう一層のZrNの第2薄膜層7を形
成した。
厚0.3μmの酸素を含むZrN被膜を形成した。この
時の被膜のビッカース硬度は約1500Hvであり、透
光性を有する膜であった。
O2ガスの供給分圧を変化させることによって、膜の色
調を変化させることができるがこのことについては後述
する。 [膜の色調調整]図3、及び図4は上記第1〜第3実施
例に記載の形成方法を用いて酸素を含むZrN膜を形成
するに際し、被膜形成時の酸素ガス供給分圧を変えて被
膜を形成した時の透明度の変化、及び色差の変化を夫々
示したものである。尚、被膜形成時の窒素ガス供給分圧
は0.8×10-4Torrに設定した。
された基板3表面において、約10cm離れた2ケ所の
色差をCIELAB(国際照明学会が定めたL*a*b*
色空間をいう)で評価した結果である。CIELABの
色差は、1で色を並べた場合に人間の目で若干差が分か
る程度、5で明らかに色の差が分かる程度、10以上で
異なった色に見える程度である。つまり、この色差の値
により、人間の目で見て被膜に色ムラを感じるか否か判
断することができる。
より測定した透過率により評価した結果である。
は、酸素ガス供給分圧が1×10-4Torrまでは、酸
素ガス供給分圧が大きくなるに従い高くなり、酸素ガス
供給分圧が1×10-4Torr以上では殆ど変化が見ら
れない。
ときには、ZrN被膜の色調は透明度の低い金色を呈
し、又酸素ガス供給分圧が1×10-4Torrのときに
は、透明度の高い干渉色を呈している。
rr以下では、その供給分圧を変化させることによっ
て、透明度を変えて色調を金色から干渉色にわたる種々
の色に変化させることができる。
差は、酸素ガス供給分圧が1×10- 4Torr以下で
は、色差が1前後と小さい値となっているが、1×10
-4Torr以上では、色差が急激に大きくなっている。
rr以下では、その供給分圧を変化させても色差が1前
後であり人間の目で見てほとんど色ムラを感じないが、
酸素ガス供給分圧を1×10-4Torr以上では、その
供給分圧の増加にともない色差が急激に大きくなり人間
の目で見て明らかに色ムラを感じることになる。
8×10-4Torrに設定した場合について説明した
が、その他の値であっても略同様の傾向を有し、特に窒
素ガス供給分圧が0.4×10-4Torr〜1.5×1
0-4Torrの場合には図3及び図4とも同じ値となっ
た。
orr以下では、その酸素ガス供給分圧を変化させるこ
とによって、透明度を変化させて色調が変化させること
ができると共に、被膜上における色差を小さく、つまり
色ムラの無い被膜を形成することが可能となる。
rr以上では、色調に殆ど変化が見られず、且つ色差が
大きくなり色調の調整には好ましくないことが分かる。
て蒸発源4よりZr原子を蒸発させてZrN被膜を形成す
る場合について説明したが、この他に高硬度材料原子と
して蒸発源4よりTi原子を蒸発させてTiN被膜を形成
する場合についても、本発明の適用が可能である。
成時の酸素ガス供給分圧を制御することにより、所望の
色調を有し、且つ色ムラの無い高機能材料膜を刃物等の
基板上に形成することができる。
て、製品の付加価値を高めることが可能となる。
例を示す図である。
る。
度との関係を示す図である。
との関係を示す図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 干渉色を有する高機能材料膜を形成する
高機能材料膜形成方法において、 真空チャンバ内に設けられた基板に対して蒸発源から高
硬度材料原子を放射すると同時に、アシストガンから窒
素イオン及び酸素イオンを照射する第1ステップと、 前記基板に対して前記蒸発源から高硬度材料原子を放射
すると同時に、前記アシストガンから窒素ガス及び酸素
ガスのみを照射して高硬度材料膜を形成する第2ステッ
プと、からなり、 前記第1ステップ、及び第2ステップにおける、前記真
空チャンバ内の酸素ガス供給分圧を10 -4 Torr以下
に設定する ことを特徴とする高機能材料膜形成方法。 - 【請求項2】 前記高硬度材料原子はジルコニウム、又
はチタンであることを特徴とする請求項1記載の高機能
材料膜形成方法。
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Applications Claiming Priority (1)
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