JPS60234965A - 薄膜製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 太ＱＢＪ１は、イオンデレーティン炊、スフ４フタリン
グ法、ＣＶＤ法等の物理又は化学蒸着法によυ所要の物
体の表面に薄膜を被着形成するための薄膜製造方法に関
するものである。

従来の技術 例えば、金属の表面に薄膜絶縁層の如き薄膜層を形成す
ることがしばしば要求されるが、このような薄膜層を製
造する従来方法として、金属−ガス化合物膜を反応性の
コーティング手段で金属の表面に形成する方法が特開昭
５８−２２１２７１号公報に開示されている。しかし、
この開示された方法では、母材である金属と生成薄膜と
の間の密着性を良好に保持することが難しく、熱膨張率
の差に起因する応力又は機械的な外力によシ生成薄膜が
剥離しやすいという問題点を有している。

発明の目的 本発明の目的は、従って、金属又はその他の材料の表面
に導電性又は絶縁性の薄膜を密着性よ（形成することが
できる薄膜製造方法を提供することにある。

発明の構成 本発明によれば、所要の被コーテイング材の表面上に蒸
着法によシ薄膜を設けるようにした薄膜製造方法におい
て、所要の金属の蒸気と該金属と反応し所要の化合物を
形成するガスとを被コーテイング材が配置されている反
応室内で少なくとも一部をイオン化し、被コーテイング
材に与えられている所定の電位によってイオン化されて
いる金属またはその金属とガスとの化合物を被コーテイ
ング材に被着させる際に、金属の蒸気の分圧とガスの分
圧との比が徐々に変化するようガスの分圧を制御し、こ
れにより薄膜の組成が膜厚方向に沿って徐々に変化する
ようにした点に特徴を有する。

被コーテイング材が金属の場合には、最初、ガスの分圧
を零とし、被コーテイング材の表面に先ず金属層を形成
し、しかる後、ガスの分圧を徐々に上昇させ、金属蒸気
とガスとの化合によシ生成された不定比性化合物領域を
形成し、最終的には金属とガスとの化合によシ得られる
所要の化合物が生成されるのに充分な圧力にまでガスの
分圧を高める。これによシ、被コーテイング材の表面付
近は金属であるが、外面は所要の金属化合物となってお
り、その間においてはガスの分圧の大きさによシ定まる
中間層となっている薄膜とすることができる。

この所要の金属化合物を、例えば、絶縁性のものに選べ
ば、金属材料の上に絶縁層を形成することができる。

一方、本発明は、上記金属化合物と同一の材質からなる
被コーテイング材の表面に金属薄膜を形成する場合にも
使用することができる。この場合には、薄膜形成開始時
にガスの分圧を太き（し、所要の金属化合物が形成され
る状態とし、以後、ガスの分圧を徐々に小さくし、形成
される薄膜の表層部分を金属とすることが可能である。

この薄膜は、蒸発源から蒸発したイオン化金属、例えば
Ｚｒ　、　Ｃｒ　、　ＡＬ等と反応ガス、例えば０□。

Ｎ２．Ｃ２Ｈ２等を反応させつつ蒸着法（例えばイオン
ブレーティング法）によシその化合物を所要の被コーテ
イング材の表面に被着せしめる場合、反応ガスの濃度を
徐々に高め又は低めるよう、反応ガス濃度の制御を行な
うことによシ簡単に得られるものである。

例えば蒸発物質としてＺｙを選択し、反応ガスとして０
２を選択する場合、薄膜の形成に際し、先ず容器内を真
空とし、次に、Ｚｒイオンのみの雰囲気でＺｒを被コー
テイング材の表面にイオンシレーティング法によυ被着
せしめて先ず金属層を形成し、しかる後、時間の経過と
共に０２の濃度を所定の比率で上昇せしめ、ｚｒＯ□□
なる不定比性化合物の状態で更に薄膜の形成を行ない、
最終的に、薄膜の表面付近をＺ　ｒ　Ｏ２とする。この
結果、得られた薄膜は、内側から外側に向う膜厚方向に
沿って、酸素量が上昇する特゛性となる。このように、
薄膜の内側が、金属との密着性が良好な低酸素量状態又
は金属そのものであり、薄膜の金属層部分（Ｚｒ　層部
分）が、金属である被コーテイング材の表面に被着され
るので、薄膜と被コーテイング材との間の密着性が極め
て良好である。一方、薄膜の外表面は硬い絶縁物となっ
ているので、この薄膜によシ所望の電気的絶縁を充分に
保つことができ、耐摩耗性及び耐剥離性が著しく優れた
薄膜の形成を行なうことができる。

この薄膜は、反応ガスの濃度を調節するほかは、従来の
蒸着法をそＯまま用いることができ、製造が簡単で、堅
牢且つ耐久性に富む優れた特性を示すＯ 実絢例 第１図には、弁体と弁座とによってオン−オフスイッチ
が構成されたスイッチ付燃料噴射弁の弁体の絶縁膜を本
発明の方法により形成した燃料噴射弁の一実施例が一部
断面して示されている。内燃機関用の燃料噴射弁１は、
ノズルホルダ２、中間プレート３及びノズル４を備え、
これらはすべてリテイニングナ、・ト５にねじ込まれて
いる。ノズル４は、ノズルがディ６と該ノズルがディ６
内に形成された案内孔７に滑動自在に設けられ九針弁８
とから成っている。針弁８の先端には弁体として働く円
錐体９が形成されておシ、この円錐体９に対応した形状
に形成された弁座υがノズルデディ６に形成されている
。弁座１０の上側に形成された油溜シ１１は、燃料通路
１２に連通している。針弁８の上端に設けられている加
圧ビン１３は噴射弁の不作用状態でばね受け皿１４に接
触している。

ノズルホルダ２内のばね室１５内には加圧コイルばね１
６が収納されておシ、このコイルばね１６の一端は、絶
縁スリー　ブ１７に嵌め込まれた電極１８の下端円板部
１９を介してばね室１５の肩部２０に支えられており、
その他端は、ばね受け皿１４１Ｃ支えられている。絶縁
スリーブ１７は、雷１極１８と導電性材料から成るノズ
ルホルダ２との間の電気的絶縁を保つためのものであシ
、ノズルホルダ２の孔２１に圧入されていてもよいし、
孔２１内に遊嵌状態に挿入されていてもよい。符号２２
．２３で示されるのは液密状態を保つためのＯリングで
ある。

加圧コイルばね１６、加圧ビン１３、ばね受け皿１４及
び針弁８は導電性材料であるスチールから成っておシ、
従って、電極１８と針弁８とは、加圧ビン１３、ばね受
け皿１４及び加圧コイルばね１６を介して導電状態にち
る。尚、符号２４で示されるのは、加圧コイルばね１６
がノズルホルダ２と電気的接触状態となるのを防止する
ための絶縁スリーブであシ、特に小型の燃料噴射弁では
加圧コイルばね１６とばね室１５の壁面との間がせまい
ため必要となる。一方、ノズルボディ６、中間プレート
３、リテイニングナット５及びノズルホルダ２もまた全
てスチールの如き導電性材料から作られている。

針弁８の大径部外周面とノズルボディ６の案内孔７の内
周面との間の電気的絶縁性を保つため、針弁８の外周面
には、本発明の方法によって絶縁層として形成される薄
膜２６が設けられている。

本実施例では、この薄膜２６の表面付近は酸化ジルコン
（Ｚｒ０ｚ　）から成っているが、その内部状態は弁体
８の表面に近づくにつれて薄膜２６内の酸素量θが小さ
くな夛、弁体８の表面ではＺｒだけとなる断面構造を有
している。即ち、第２図に示すように、弁体８の表面で
ある１＝０から１＝１１までの領域Ｉにおいては薄膜２
６の組成はＺｒのみの金属層であシ、薄膜２６の外面で
ある１　＝　１゜から１　＝　１．までの領域■におい
ては薄膜２６の組成は絶縁性のＺ　ｒ　Ｏ２となってい
る。そして１、＜１＜１ｍの遷移領域においては、薄膜
２６の組成はＺ　ｒｏ　２□なる不定比性化合物領域と
なっている。この結果、所要の金属と反応ガスとの化合
物から成る部分の絶縁度は、弁体８の表面側から案内孔
７の壁面側に向けて連続的に高くなっている。

薄膜２６を第２図に示す如き構造とすると、金属層であ
る領域Ｉは金属である弁体８に非常に強度の密着性をも
って被着し且つ領域■は弁体８とノズルボディ６との間
の絶縁性を確保し、且つ対摩耗性をも確保することがで
きる。そして、遷移領域■によシ、性質が異なる領域１
．Ｉｆを強固に結びつけることができるので、結局、耐
剥離性及び耐摩耗性に富む薄膜２６を形成することがで
き、耐久性に優れたスイッチ付燃料噴射弁を構成するこ
とができる。更に、遷移領域■の熱膨張率は、領域１．
■の中間の値となり、且つその値は厚み方向に沿って徐
々に変化するので、加熱時に生じる熱シ、ツクに対する
薄膜の耐剥離性も良好となる利点を有している。

次に、第２図に示される如き断面構造を有する薄膜２６
を弁体８の表面に形成する具体的方法について第３図を
参照しながら説明する。

真空容器３１内に配置された弁体８は直流高圧源３２の
負極に接続されておシ、真空容器３１内の仕切板３３に
設けられている蒸発源３４が直流高圧源３２の正極に接
続されている。蒸発源３４内には、Ｚｒが載置されてお
シ、電子銃３５からの電子によシ蒸発源３４内のＺｒを
溶融、蒸発させる構成となっている。真空容器３１内は
真空ポンプ３６によシ真空引きされ、所要の真空度が保
たれるようになっている。

真空容器３１内が所要の真空度となると、コック３９を
開いてＩンペ４０からＡｒガスを導入し、弁体８と蒸発
源３４との間に直流電圧を印加しグロー放電を生ぜしめ
ることによシ容器内の清浄化を行なった後、ｚｒを蒸発
せしめ、このとき弁体８に印加される負の高圧によシイ
オン化したＺｒが弁体８の表面にブレーティングされ、
これによシ、領域■の形成が行なわれる。尚、図示して
いないが、Ｚｒのイオン化を促進するために、高周波法
又は熱電子法が行なわれる。

領域■の厚みが所定値にまで達したならば、コック３７
を開き、反応ガスである酸素をボンベ３８から真空容器
３１内に徐々に流入せしめる。

これによシ、領域Ｉの上には、ＺｒＯ２−Ｘで示される
遷移領域■が形成されはじめる。真空容器３１内の反応
ガスの分圧が時間の経過に従って徐々に上昇するように
制御を行ない、第２図に示す酸素量勾配を有する遷移領
域■の形成を行なう。最終的にはＺ　ｒ　Ｏ２が生成さ
れる状態とし、遷移領域■の上にＺｒＯ７から成る絶縁
性の領域■を所定の厚さだけ形成する。

このように、従来のイオンシレーティングの方法を用い
、反応ガスの分圧を制御するだけで、第２図に示した構
造の薄膜２６を容易に形成することができる。

尚、上記実施例では、蒸発物質としてＺｒを用い、反応
ガスとしては０２を用いたが、薄膜の材質はこれに限定
されるものではなく、他の無機絶縁物とすることができ
る。従って、蒸発物質として、ＡＺ　＋　Ｃｒ　＋　Ｓ
　ｉ等を用い、一方、反応ガスとしてＮ２．Ｃ２Ｈ２等
を用いることができるが、いずれにしても、蒸発物質と
被コーテイング材の金属とは性質の急変する金属間化合
物をもたず、更に、蒸発物質である金属と、蒸発物質で
ある金属と反応ガスによシ生成される化合物との間にも
物性の急変がガいことが要件となる。

このようなイオンシレーティング法によシ被着層を形成
すると、処理中の温度が低くて済むので（５５０℃以下
）、熱処理をすでに施しである弁体８に材料歪が生じ、
成るいは焼戻しが行なわれる必要がなく、更に密閉容器
内でのドライシステムであるため公害の心配もないとい
う優れた利点を有している。

上記実施例では、金属の表面上に薄膜を形成し、その表
面部分を絶縁層とした場合についで説明したが、本発明
による薄膜製造方法は上記実施例に限定されるものでは
なく、蒸発物質と反応ガスとによって生成される化合物
から成る材料の表面にその蒸発物質の金属を被着させる
場合にも本発明を同様にして適用することができ、同様
の優れた効果を得ることができるものである。

更に、上記実施例では、金属ガスを、真空容器３１内に
配設された蒸発源３４から供給する構成が示されている
が、所要の金属ガスは、真空容器３１外から真空容器３
１内に導入するようにしてもよい。

このほか、蒸着法としては、イオンブレーティング法以
外に、スパッタリング法、ＣＶＤ法等の物理的、化学的
蒸着法を使用することができる。

発明の効果 本発明の製造方法によれば、上述の如く、反応ガスの分
圧を制御することによシ、所望の被コーテイング材の表
面にその組成が徐々に変化する薄膜を形成し、これによ
り薄膜の表面を所要の化合物とするので、仮コーティン
グ材の表面に接する薄膜部分は被コーテイング材と良好
に密着する組成とし、薄膜の中間部分を不定比性化合物
とすることができ、機械的、熱的なショックに対して極
めて高い耐剥離性を有する薄膜を形成することかできる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は弁体の絶縁膜を本発明の製造方法によシ設けた
燃料噴射弁の一実施例を示す断面図、第２図は第１図に
示した弁体表面の薄膜の組成構造を示すグラフ、第３図
は第１図に示した薄膜を形成するためのイオンシレーテ
ィング装置の構成図である。 ８・・・針弁、２６・・・薄膜、３１・・・真空容器、
３２・・・直流高圧源、３４・・・蒸発源、３５・・・
電子銃、３６・・・真空ポンプ。 特許出願人　ヂーゼル機器株式会社 代理人　弁理士　高　野　昌　俊 第１図 第２図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、　所要の被コーテイング材の表面上に蒸着法により
   薄膜を設けるようにした薄膜製造方法において、所要の
   金属の蒸気と核金属と反応し所要の化合物を形成するガ
   スとを前記被コーテイング材が配置されている反応室内
   で少なくとも一部をイオン化し、前記被コーテイング材
   に与えられている所定の電位によってイオン化されてい
   る前記金属又は前記金属と前記ガスとの化合物を前記被
   コーテイング材に被着させる際に、前記金属の蒸気の分
   圧と前記ガスの分圧との比が徐々に変化するよう前記ガ
   スの分圧を制御し、前記薄膜の組成を膜厚方向に沿って
   徐々に変化させるようにしたことを特徴とする薄膜製造
   方法。