JP5889937B2 - ハウジング及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、ハウジング及びその製造方法に関し、特により高い硬度及びポーセリングエナメル外観を有するハウジング及びそのハウジングの製造方法に関するものである。
従来から、通常電子製品のハウジングの表面に、塗装或いは電気メッキなどの方法を介して、装飾機能を有する紫色塗膜を形成して、電子製品のハウジングに紫色の外観を付与する。しかし、塗装技術自体の欠点によって、形成された装飾用膜は高光透過性及び高光沢性を備えておらず、ハウジングはポーセリングエナメルのような白さ、繊細さ、透明性、清潔感等の視覚効果或いは外観効果を表すことができない。また、塗装による装飾用膜は、硬度が低く、傷も付き易い。
上記の問題点に鑑みて、本発明は、高硬度及びポーセリングエナメル外観を有するハウジング及びその製造方法を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明に係るハウジングは、基材と、前記基材の表面に順次に形成された下地層、移行層及びカラー層と、を備える。前記下地層は、Ｔｉ−Ｍ層であり、前記移行層は、酸化層であり、前記カラー層は、窒化チタンアルミニウム層であり、Ｍは、クロム、アルミニウム及びシリコンの中の何れか１つであり、前記酸化層は、アルミナ層、酸化ジルコニウム又は二酸化ケイ素層である。
また、上記の目的を達成するために、本発明に係るハウジングの製造方法は、基材を提供する工程と、真空蒸着法を介して前記基材の上面に、Ｔｉ−Ｍ層である下地層、酸化層である移行層及び窒化チタンアルミニウム層であるカラー層を順次にコーティングする工程と、を備える。前記Ｍは、クロム、アルミニウム及びシリコンの中の何れか１つであり、前記酸化層は、アルミナ層、酸化ジルコニウム又は二酸化ケイ素層である。
従来の技術と異なり、本発明のハウジングは、基材の表面に下地層、移行層及びカラー層を順次にコーティングして形成し、これらの３層の協同作用によって、ハウジングの表面を滑らかにし、ポーセリングエナメル外観を表現することができる。また、本発明の方法で得られたハウジングは、強度が高く、耐擦傷性にも優れている。
図１に示すように、本発明の実施形態に係るハウジング１０は、基材１１と、基材１１の上面に順次に形成された下地層１３、移行層１５及びカラー層１７と、を備える。ハウジング１０は、電子装置用ハウジング、自動車用装飾部品或いは時計のケースであっても良い。
基材１１は、ダイス鋼、セラミック或いはステンレスからなる。下地層１３は、基材１１の表面を被覆しているＴｉ−Ｍ層であり、且つその厚さは０．１μｍ〜０．３μｍである。その中で、Ｍはクロム、アルミニウム或いはシリコンである。下地層１３は、基材１１と移行層１５との接合力を高める。また、下地層１３において、Ｔｉの質量は５０〜７０％であり、Ｍの質量は３０〜５０％である。
移行層１５は、下地層１３の表面を被覆している酸化層であり、且つその厚さは０．３μｍ〜０．５μｍである。移行層１５は、下地層１３とカラー層１７との接合力を高める役割を果たしている。酸化層は、アルミナ層、酸化ジルコニウム又は二酸化ケイ素層等である。
カラー層１７は、移行層１５の表面を被覆している窒化チタンアルミニウム層であり、その厚さは０．５μｍ〜１μｍであり、且つ紫色を呈する。窒化チタンアルミニウム層において、窒化チタンの質量は３０〜４０％であり、窒化アルミニウムの質量は６０〜７０％である。
本発明の実施形態に係るハウジング１０の製造方法は、以下の工程を備える。
第一工程において、真空蒸着装置２０を提供する。真空蒸着装置２０は、中間周波数マグネトロンスパッタリング蒸着装置又はアークイオン蒸着装置であっても良い。図２に示すように、真空蒸着装置２０は、真空チャンバ２１と、真空チャンバ２１内に設けられた冶具２３と、第一ターゲット２５と、第二ターゲット２７と、第三ターゲット２８と、第四ターゲット２９と、を備える。第一ターゲット２５はチタンターゲットであり、第二ターゲット２７はクロムターゲット、アルミニウムターゲット或いはシリコンターゲットである。第三ターゲット２８は、アルミニウムターゲット、シリコンターゲット或いはジルコニウムターゲットである。第四ターゲット２９は、質量が４０〜５０％のチタンと、質量が５０〜６０％のアルミニウムを含んでいる。
第二工程において、ダイス鋼、セラミック或いはステンレスからなる基材１１を提供する。
第三工程において、基材１１に対して前処理する。具体的には、無水エタノールを用いて基材１１に対して超音波洗浄を行なって、基材１１の表面の油或いは汚れを除去する。超音波洗浄の時間は、２５分間〜３５分間である。
第四工程において、基材１１を真空蒸着装置２０の冶具２３に装着固定して、真空チャンバ２１を１８０℃〜２２０℃まで加熱して、且つ真空ポンプ（図示せず）によって真空チャンバ２１を５×１０−３Ｐａまで真空にする。その後、真空蒸着装置２０の電源出力を３ｋｗ〜５ｋｗに調節して、真空チャンバ２１のデューティ比（Ｄｕｔｙ Ｃｙｃｌｅ）を７５〜８０％に調節した後、真空チャンバ２１内に流量が６００〜８００ｍｌ／分（ｓｃｃｍ）の不活性ガスとするアルゴンを注入して、基材１１に対して１０００Ｖ〜１２００Ｖのバイアス電圧を印加した後、基材１１の表面に対してプラズマ洗浄を行って、基材１１の表面の酸化層を除去する。プラズマ洗浄の時間は、１５分間〜２０分間である。
第五工程において、真空蒸着法を介して、プラズマ洗浄された後の基材１１の上面に下地層１３を形成する。具体的には、第一ターゲット２５及び第二ターゲット２７に対応する電源を起動して、真空チャンバ２１内のデューティ比（Ｄｕｔｙ Ｃｙｃｌｅ）を４５〜５５％に調節して、基材１１に対して３００Ｖ〜３５０Ｖのバイアス電圧を印加した後、真空チャンバ２１の中に流量が１００ｓｃｃｍ〜１５０ｓｃｃｍのアルゴンを持続的に注入し、コーティング時間を１０分間〜２０分間にするという条件下で、下地層１３を形成する。本工程で得られた下地層１３は、Ｔｉ−Ｍ層であり、且つ０．１μｍ〜０．３μｍの厚さを有する。下地層１３の構成成分であるＭは、クロム、アルミニウム或いはシリコンである。下地層１３において、Ｔｉの質量は５０〜７０％であり、Ｍの質量は３０〜５０％である。下地層１３は、基材１１と移行層１５との間の接合力を高める。
第六工程において、真空蒸着法を介して下地層１３の表面に移行層１５を形成する。具体的には、第三ターゲット２８に対応する電源を起動し、真空チャンバ２１内のデューティ比を４０〜５０％に調節して、基材１１に対して２５０Ｖ〜３００Ｖのバイアス電圧を印加した後、真空チャンバ２１の中に流量が１００ｓｃｃｍ〜１５０ｓｃｃｍのアルゴンを不活性気体として注入すると共に、流量が２５０ｓｃｃｍ〜３００ｓｃｃｍの酸素を反応気体として注入し、コーティング時間を５０分間〜６０分間にする。以上により、０．３μｍ〜０．５μｍの移行層１５が形成される。本工程で得られた移行層１５は、酸化アルミナ層、酸化ジルコニウム或いは二酸化ケイ素層であり、下地層１３とカラー層１７との接合力を高める。
第七工程において、真空蒸着法を介して移行層１５の表面にカラー層１７を形成する。具体的には、第四ターゲット２９に対応する電源を起動して、真空チャンバ２１内のデューティ比を３０〜４５％に調節して、基材１１に対して２５０Ｖ〜３００Ｖのバイアス電圧を印加した後、真空チャンバ２１の中に流量が６０ｓｃｃｍ〜８０ｓｃｃｍのアルゴン及び流量が２５０ｓｃｃｍ〜３００ｓｃｃｍの窒素を持続的に注入し、コーティング時間を３５分間〜４５分間にする。本工程で得られたカラー層１７は、窒化チタンアルミニウム層であり、且つその厚さは０．５μｍ〜１μｍである。カラー層１７は、紫色を呈するので、ハウジング１０は紫色のポーセリングエナメル外観を呈する。カラー層１７において、窒化チタンの質量は３０〜４０％であり、窒化アルミニウムの質量は６０〜７０％である。
以下、具体的な実施例を挙げて、本発明について説明する。
［実施例１］
（ａ）中間周波数マグネトロンスパッタリング蒸着装置である真空蒸着装置２０及びダイス鋼からなる基材１１を提供する。
（ａ）中間周波数マグネトロンスパッタリング蒸着装置である真空蒸着装置２０及びダイス鋼からなる基材１１を提供する。
（ｂ）基材１１の上面に下地層１３を形成する。具体的には、チタンからなる第一ターゲット２５及びクロムからなる第二ターゲット２７に対応する電源をそれぞれ起動し、真空チャンバ２１内のデューティ比を４５％に調節して、基材１１に対して３５０Ｖのバイアス電圧を印加した後、真空チャンバ２１の中に流量が１２０ｓｃｃｍのアルゴンを持続的に注入し、コーティング時間を１５分間にする。本工程で得られた下地層１３は、Ｔｉ−Ｃｒ層であり、且つその厚さは０．２μｍである。下地層１３において、Ｔｉの質量は５０％であり、Ｃｒの質量も５０％である。
（ｃ）下地層１３の上面に移行層１５を形成する。具体的には、アルミニウムターゲットである第三ターゲット２８に対応する電源を起動して、真空チャンバ２１内のデューティ比を４０％に調節して、基材１１に対して３００Ｖのバイアス電圧を印加した後、真空チャンバ２１の中に流量が１２０ｓｃｃｍのアルゴン及び流量が２８０ｓｃｃｍの酸素を持続的に注入し、コーティング時間を５５分間にする。本工程で得られた移行層１５は、アルミナ層であり、その厚さは０．４μｍである。
（ｄ）移行層１５の上面にカラー層１７を形成する。具体的には、チタン及びアルミニウムからなる第四ターゲット２９に対応する電源を起動し、真空チャンバ２１内のデューティ比を４５％に調節して、基材１１に対して２８０Ｖのバイアス電圧を印加した後、真空チャンバ２１の中に流量が７０ｓｃｃｍのアルゴン及び流量が２８０ｓｃｃｍの窒素を持続的に注入し、コーティング時間を４５分間にする。本工程で得られたカラー層１７は、窒化チタンアルミニウム層であり、その厚さは１μｍであり、且つ紫色を呈する。また、カラー層１７において、窒化チタンの質量は３０％であり、窒化アルミニウムの質量は７０％である。カラー層１７によって、ハウジング１０は紫色のポーセリングエナメル外観を有する。
［実施例２］
（ａ）アークイオン蒸着装置である真空蒸着装置２０及びセラミック材質の基材１１を提供する。
（ａ）アークイオン蒸着装置である真空蒸着装置２０及びセラミック材質の基材１１を提供する。
（ｂ）基材１１の上面に下地層１３を形成する。具体的には、チタンからなる第一ターゲット２５及びアルミニウムからなる第二ターゲット２７に対応する電源をそれぞれ起動し、真空チャンバ２１内のデューティ比を５５％に調節し、基材１１に対して３２０Ｖのバイアス電圧を印加し、真空チャンバ２１の中に流量が１５０ｓｃｃｍのアルゴンを持続的に注入し、コーティング時間を１０分間にする。本工程で得られた下地層１３は、Ｔｉ−Ａｌ層であり、その厚さは０．１μｍである。また、下地層１３において、Ｔｉの質量は６０％であり、Ａｌの質量は４０％である。
（ｃ）下地層１３の上面に移行層１５を形成する。具体的には、ジルコニウムからなる第三ターゲット２８に対応する電源を起動して、真空チャンバ２１内のデューティ比を５０％に調節し、基材１１に対して２５０Ｖのバイアス電圧を印加し、真空チャンバ２１の中に流量が１５０ｓｃｃｍのアルゴン及び流量が３００ｓｃｃｍの酸素を持続的に注入し、コーティング時間を６０分間にする。本工程で得られた移行層１５は、酸化ジルコニウムであり、その厚さは０．５μｍである。
（ｄ）移行層１５の上面にカラー層１７を形成する。具体的には、チタン及びアルミニウムからなる第四ターゲット２９に対応する電源を起動し、真空チャンバ２１内のデューティ比を３０％に調節し、基材１１に対して２５０Ｖのバイアス電圧を印加し、真空チャンバ２１の中に流量が８０ｓｃｃｍのアルゴン及び流量が３００ｓｃｃｍの窒素を持続的に注入し、コーティング時間を４０分間にする。本工程で得られたカラー層１７は、窒化チタンアルミニウム層であり、その厚さは０．８μｍであり、且つ紫色を有する。また、カラー層において、窒化アルミニウムの質量は６０％であり、窒化チタンの質量は４０％である。カラー層１７によって、ハウジング１０は紫色のポーセリングエナメル外観を有する。
［実施例３］
（ａ）中間周波数マグネトロンスパッタリング蒸着装置である真空蒸着装置２０及びステンレス材質の基材１１を提供する。
（ａ）中間周波数マグネトロンスパッタリング蒸着装置である真空蒸着装置２０及びステンレス材質の基材１１を提供する。
（ｂ）基材１１の上面に下地層１３を形成する。具体的には、チタンからなる第一ターゲット２５及びシリコンからなる第二ターゲット２７に対応する電源をそれぞれ起動し、真空チャンバ２１内のデューティ比を５０％に調節して、基材１１に対して３００Ｖのバイアス電圧を印加し、真空チャンバ２１の中に流量が１００ｓｃｃｍのアルゴンを持続的に注入し、コーティング時間を２０分間にする。本工程で得られた下地層１３は、Ｔｉ−Ｓｉ層であり、その厚さは０．３μｍである。また、下地層１３において、Ｔｉの質量は７０％であり、Ｓｉに質量は３０％である。
（ｃ）下地層１３の上面に移行層１５を形成する。具体的には、シリコンからなる第三ターゲット２８に対応する電源を起動して、真空チャンバ２１内のデューティ比を４５％に調節して、基材１１に対して２８０Ｖのバイアス電圧を印加し、真空チャンバ２１の中に流量が１００ｓｃｃｍのアルゴン及び流量が２５０ｓｃｃｍの酸素を持続的に注入し、コーティング時間を５０分間にする。本工程で得られた移行層１５は、二酸化ケイ素層であり、その厚さは０．３μｍである。
（ｄ）移行層１５の上面にカラー層１７を形成する。具体的には、チタン及びアルミニウムからなる第四ターゲット２９に対応する電源を起動し、真空チャンバ２１内のデューティ比を４０％に調節し、基材１１に対して２５０Ｖのバイアス電圧を印加し、真空チャンバ２１の中に流量が６０ｓｃｃｍのアルゴン及び流量が２５０ｓｃｃｍの窒素を持続的に注入し、コーティング時間を３５分間にする。本工程で得られたカラー層１７は、窒化チタンアルミニウム層であり、その厚さは０．５μｍであり、且つ紫色を有する。また、カラー層において、窒化アルミニウムの質量は６５％であり、窒化チタンの質量は３５％である。カラー層１７によって、ハウジング１０は紫色のポーセリングエナメル外観を有する。
［テスト結果］
ビッカース硬度計を用いて基材１１及びハウジング１０の硬度を測定した結果、基材１１のビッカース硬度は２７０ＨＶ〜３００ＨＶであり、ハウジング１０のビッカース硬度は７００ＨＶ〜８５０ＨＶに達する。
ビッカース硬度計を用いて基材１１及びハウジング１０の硬度を測定した結果、基材１１のビッカース硬度は２７０ＨＶ〜３００ＨＶであり、ハウジング１０のビッカース硬度は７００ＨＶ〜８５０ＨＶに達する。
１０ ハウジング
１１ 基材
１３ 下地層
１５ 移行層
１７ カラー層
２０ 真空蒸着装置
２１ 真空チャンバ
２３ 冶具
２５ 第一ターゲット
２７ 第二ターゲット
２８ 第三ターゲット
２９ 第四ターゲット
１１ 基材
１３ 下地層
１５ 移行層
１７ カラー層
２０ 真空蒸着装置
２１ 真空チャンバ
２３ 冶具
２５ 第一ターゲット
２７ 第二ターゲット
２８ 第三ターゲット
２９ 第四ターゲット
Claims (9)
- 基材と、前記基材の表面に順次に形成された下地層、移行層及びカラー層と、を備え、前記下地層は、Ｔｉ−Ｍ層であり、前記移行層は、酸化層であり、前記カラー層は、窒化チタンアルミニウム層であり、Ｍは、クロム、アルミニウム及びシリコンの中の何れか１つであり、前記酸化層は、アルミナ層、酸化ジルコニウム又は二酸化ケイ素層であることを特徴とするハウジング。
- 前記基材は、ダイス鋼、セラミックまたはステンレスからなることを特徴とする請求項１に記載のハウジング。
- 前記下地層の厚さは、０．１μｍ〜０．３μｍであり、前記移行層の厚さは、０．３μｍ〜０．５μｍであり、
前記下地層において、Ｔｉの質量は５０〜７０％であり、Ｍの質量は３０〜５０質量％であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のハウジング。 - 前記カラー層は、０．５μｍ〜１μｍの厚さであり且つ紫色を呈し、前記カラー層において、窒化チタンの質量は３０〜４％であり、窒化アルミニウムの質量は６０〜７０％であることを特徴とする請求項１に記載のハウジング。
- 基材を提供する工程と、
真空蒸着法を介して前記基材の上面に、Ｔｉ−Ｍ層である下地層、酸化層である移行層及び窒化チタンアルミニウム層であるカラー層を順次にコーティングする工程と、を備え、
前記Ｍは、クロム、アルミニウム及びシリコンの中の何れか１つであり、前記酸化層は、アルミナ層、酸化ジルコニウム又は二酸化ケイ素層であることを特徴とするハウジングの製造方法。 - 前記真空蒸着法は、真空蒸着装置により実現され、前記真空蒸着装置は、真空チャンバと、前記真空チャンバの中に装着された冶具、第一ターゲット、第二ターゲット、第三ターゲット及び第四ターゲットと、を備え、
前記第一ターゲットは、チタンターゲットであり、前記第二ターゲットは、クロムターゲット、アルミニウムターゲット又はシリコンターゲットであり、前記第三ターゲットは、アルミニウムターゲット、ジルコニウムターゲット又はシリコンターゲットであり、前記第四ターゲットは、質量が４０〜５０％のチタン及び質量が５０〜６０％のアルミニウムを含有していることを特徴とする請求項５に記載のハウジングの製造方法。 - 前記下地層を形成する場合、前記第一ターゲット及び前記第二ターゲットに対応する電源を起動して、前記真空チャンバ内のデューティ比を４５〜５５％に調節し、前記基材に対して３００Ｖ〜３５０Ｖのバイアス電圧を印加した後、前記真空チャンバの中に流量が１００ｓｃｃｍ〜１５０ｓｃｃｍのアルゴンを注入し、コーティング時間を１０分間〜２０分間にすることを特徴とする請求項６に記載のハウジングの製造方法。
- 前記移行層を形成する場合、前記第三ターゲットに対応する電源を起動し、前記真空チャンバ内のデューティ比を４０〜５０％に調節し、前記基材に対して２５０Ｖ〜３００Ｖのバイアス電圧を印加した後、前記真空チャンバの中に流量が１００ｓｃｃｍ〜１５０ｓｃｃｍのアルゴンを不活性気体として注入し、流量が２５０ｓｃｃｍ〜３００ｓｃｃｍの酸素を反応気体として注入し、コーティング時間を５０分間〜６０分間にすることを特徴とする請求項６に記載のハウジングの製造方法。
- 前記カラー層を形成する場合、前記第四ターゲットに対応する電源を起動して、前記真空チャンバ内のデューティ比を３０〜４５％に調節し、前記基材に対して２５０Ｖ〜３００Ｖのバイアス電圧を印加し、前記真空チャンバの中に流量が６０ｓｃｃｍ〜８０ｓｃｃｍのアルゴン及び流量が２５０ｓｃｃｍ〜３００ｓｃｃｍの窒素を持続的に注入し、コーティング時間を３５分間〜４５分間にすることを特徴とする請求項６に記載のハウジングの製造方法。
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