JP2840502B2 - 高機能材料膜形成方法 - Google Patents

高機能材料膜形成方法

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JP2840502B2 JP4142745A JP14274592A JP2840502B2 JP 2840502 B2 JP2840502 B2 JP 2840502B2 JP 4142745 A JP4142745 A JP 4142745A JP 14274592 A JP14274592 A JP 14274592A JP 2840502 B2 JP2840502 B2 JP 2840502B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電気かみそり刃やその
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。
【０００２】
【従来の技術】例えば、特開昭６２−３８２号公報に、
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。
【０００３】しかしながら、上記従来技術には真空蒸着
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。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このように従来技術で
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。
【０００５】しかも最近の電気製品の傾向として、搭載
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。
【０００６】本発明は斯かる点に鑑みてなされたもので
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。
【０００７】
【問題点を解決するための手段】本発明の高機能材料膜
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。
【０００８】
【作用】本発明によれば、被膜形成時の酸素供給分圧を
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。
【０００９】
【実施例】以下、本発明の高機能材料膜の形成方法を、
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。
【００１０】図１は窒化ジルコニウム（ＺrＮ）被膜を
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。
【００１１】次に図１実施例装置を用いて本発明の高機
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。
【００１２】まず真空チャンバ１内にアシストガン５か
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。
【００１３】続いて蒸発源４を駆動し、高硬度材料原子
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。
【００１４】以上の工程を４分３０秒ほど行い、基板３
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。
【００１５】上記の方法において、被膜形成時における
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。
【００１６】まず真空チャンバ１内を１０-5〜１０-7Ｔ
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。
【００１７】また、Ｎ+イオン、及びＯ+イオンの照射と
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。
【００１８】以上の工程を４分３０秒程度行い、基板３
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。
【００１９】上記の方法において、被膜形成時における
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。
【００２０】まず真空チャンバ１内を１０-5〜１０-7Ｔ
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。
【００２１】また、Ｎ+イオン、及び、及びＯ+イオンの
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。
【００２２】次にＮ+イオン、及びＯ+イオンの照射を止
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。
【００２３】以上の工程を４分から４分３０秒程度行
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。
【００２４】以上の二つの工程の結果、基板３表面に膜
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。
【００２５】上記の方法において、被膜形成時における
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。
【００２６】ここで、図４に示す色差の値は、被膜形成
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。
【００２７】また、図３に示す透明度の値は、分光計に
より測定した透過率により評価した結果である。
【００２８】図３に示すように、ＺrＮ被膜の透明度
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。
【００２９】例えば、酸素ガス供給分圧が非常に小さい
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。
【００３０】即ち、酸素ガス供給分圧が１×１０-4Ｔｏ
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。
【００３１】また、図４に示すように、ＺrＮ被膜の色
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。
【００３２】即ち、酸素ガス供給分圧が１×１０-4Ｔｏ
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。
【００３３】尚、被膜形成時の窒素ガス供給分圧を０．
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。
【００３４】従って、酸素ガス供給分圧が１×１０-4Ｔ
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。
【００３５】また、酸素ガス供給分圧が１×１０-4Ｔｏ
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。
【００３６】尚、上記実施例では、高硬度材料原子とし
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。
【００３７】
【発明の効果】以上述べた通り本発明によれば、被膜形
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。
【００３８】従って、電気かみそりの刃等の刃物に対し
て、製品の付加価値を高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高機能材料膜を形成する装置の一実施
例を示す図である。
【図２】形成された基板表面の被膜を示す断面図であ
る。
【図３】ＺrＮ膜形成時の酸素ガス供給分圧と膜の透明
度との関係を示す図である。
【図４】ＺrＮ膜形成時の酸素ガス供給分圧と膜の色差
との関係を示す図である。
【符号の説明】
１ 真空チャンバ ２ 基板ホルダ ３ 基板 ４ 蒸発源 ５ アシストガン ６ 第１薄膜層 ７ 第２薄膜層
フロントページの続き (72)発明者 木山 精一 大阪府守口市京阪本通２丁目18番地 三 洋電機株式会社内 (56)参考文献 特開 平３−274266（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−231163（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−190064（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C23C 14/00 - 14/58

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【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。
  2. 【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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