JP2002513855A - 保護塗膜を有するガラス成形装置および保護塗膜の施工法 - Google Patents

保護塗膜を有するガラス成形装置および保護塗膜の施工法

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サーハンギ，アーマッド
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Abstract

(57)【要約】 物理的蒸着法によりガラス成形装置に耐酸化性および耐腐食性塗膜が付着される。塗膜材料は好ましくは、イオンビーム援助蒸着法を伴う電子ビーム物理的蒸着法により付着される酸化アルミニウム、またはその代わりにスパッター法により付着されるニッケル／バナジウムである。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】発明の分野 本発明はガラス成形装置の表面の保護塗膜およびその施工法、特にガラス製品
を成形するためのプランジャーに従来使用されていたクロムめっきに代わる保護
塗膜およびその施工法に関する。
【０００２】発明の背景 ガラス成形装置にクロムめっきが４０年間以上にわたり行われてきた。クロム
めっきの主要な目的はガラス成形装置の基板材料に耐酸化性および耐腐食性を提
供することである。一般的に、ガラス成形装置に使用されている基材は、使用分
野により異なるが、４２０不銹鋼、Ｈ１３工具鋼またはダクタイル鋳鉄のいずれ
かである。ガラス成形装置のクロムめっきは、長年にわたり、各種のガラス組成
物について成功裏に使用されてきたが、希望する製品が非常に多量のアルカリお
よび／またはアルカリ性成分を含有するガラス組成物を必要とする場合に重大な
問題に遭遇している。クロムめっきした成形装置の表面に腐食生成物が蓄積する
ことにより許容できないガラスマット（glass matte ）表面を生ずる。
【０００３】 この腐食生成物は、ガラスのアルカリおよびアルカリ性の成分と、酸素と、ク
ロムめっきした成形装置上のクロムと、の反応により生ずる。この反応生成物は
クロム酸塩化合物、すなわちＫ3 Ｎａ（ＣｒＯ4 ）2 、ＢａＫ2 （ＣｒＯ4 ）2
およびＫ3 Ｂａ2 Ｃｒ3 Ｏ3 である。三つの反応体の中のどれか一つ、すなわち
ガラスの成分か、酸素かまたはクロムめっきした成形装置のクロムが、反応系か
ら除かれていれば、クロム酸塩腐食問題は発生しない。通常ガラス組成物は希望
する最終製品により決められ、且つ酸素は大気中に存在している事実にかんがみ
、このクロム酸塩腐食問題の最も実際的な解決方法はクロムめっきした成形装置
を無くすことである。
【０００４】 純粋な生産の観点から言えば、成形装置のクロムめっきの代わりを発見する必
要性は、成形装置の性能の向上のためであるが、環境問題もまたクロムめっきの
使用変更に刺激を与えている。その理由はクロムめっきに起因する環境の悪化を
減少させる必要性が存在するためである。すなわち、六価クロムの放出を減少さ
せる世界的な趨勢が存在し、且つこれに代わる本発明による塗膜材料がこのよう
な六価クロムの放出の減少を推進している。
【０００５】 クロムの腐食生成物はガラスそのものを汚染しないが、クロムめっきされたガ
ラス成形表面に蓄積し、満足な製品を作るためにはこのガラス成形表面を元どお
りにする必要がある。米国特許第５，１２０，３４１号（発明者：Nozama等）に
おいて、発明者はガラスの中に実際に侵入する汚染物を減少させることによりガ
ラス容器の強度を増大させることを希望している。この米国特許はガラスの汚染
物を減少させるため、金型部品を塗装すなわち塗膜するに際し、ガラスに気泡と
グラファイトの汚染を発生させる油に代えてガス状炭化水素を使用することを推
奨している。さらに、この米国特許は、プランジャーをセラミックで塗膜するか
、またはプランジャーからガラスの中に酸化物層が剥げ落ちないようにするため
金属スプレー塗膜を行うことが推奨されている。セラミック塗膜は金属塗膜より
高温に耐えることができるので、プランジャーの先端をセラミック塗膜し、且つ
プランジャーの先端が曝される高温度に耐えることができない自己溶融性金属塗
膜をプランジャーの基部に塗膜することを前記米国特許は推奨している。
【０００６】 さらに、金属スプレー塗膜はセラミック塗膜より研磨剤が少なく、したがって
ガラス容器の口部の周囲を引っ掻かないようにするためプランジャーの基部に使
用されている。別の実施例において、前記特許はプランジャーの周囲に吹き出し
式エアカーテンを使用することを推奨している。このエアカーテンはプランジャ
ーを冷却するばかりでなく、主としてプランジャーの外面に異物が付着し、この
異物が新たな成形ガラスを汚染させないため使用されている。最後に、前記米国
特許は、成形されたガラス容器の衝撃強度を低下させる金属粉末による汚染を防
止するためプランジャーの移動面間に耐研磨剤層を設けることを推奨している。
この米国特許（発明者：Nozama等）と違って、本発明はガラスそのものの汚染に
関係がなく、プランジャーのようなガラス成形装置の基板材料を酸化と腐食から
防護するための保護塗膜を提供することに関するものである。
【０００７】 しかしながら、米国特許第４，８３０，６５５号（発明者：Frank 等）におい
て、この発明者は高品質の表面を有する光学ガラス部品の成形工程において、公
知の金型材料と溶融ガラスとの化学的不適合性を排除するための材料を捜してい
た。米国特許第４，８３０，６５５号（発明者：Frank 等）の金型装置は単一結
晶構造を持たねばならず、且つ（本発明では排除されている）Ａｌ2 Ｏ3 、Ｃｒ 2 Ｏ3 および／またはＭｇＡｌ2 Ｏ４ および／またはＺｒＯ2 のような材料で
作られている。工作装置そのものは切削工作法（例えば、中ぐり法、のこ引き法
、旋削法、ミーリング法等）の装置により固形材料から作られ、その後で型表面
がＡｌ2 Ｏ3 およびＮｉ／Ｖ最終処理法（砥石仕上げ、研磨仕上げ、つや出し仕
上げ、磨き仕上げ、バフ仕上げ等）で処理される。したがって、米国特許第４，
８３０，６５５号（発明者：Frank 等）は基体に塗膜を施すことを考えず、工作
装置を実際に単一結晶を有する材料の固まりから製作していることがわかる。
【０００８】 また、米国特許第４，８３０，６５５号（発明者：Frank 等）と違って、本発
明はガラス製品を成形するための付加的な基板材料に保護塗膜を施している。し
たがって、本発明はめっき材料としてクロムの使用を避けるばかりでなく、ガラ
ス成形装置に対し優れた耐腐食性および耐酸化性の塗膜を提供することを目的と
している。
【０００９】発明の概要 本発明はガラス成形装置にめっき材料としてクロムを使用する代わりに、耐腐
食性および耐酸化性の塗膜を提供し、且つこの塗膜をガラス成形装置に施す方法
を提供する。Ａｌ2 Ｏ3 およびＮｉ／Ｖのような塗膜材料が使用され且つＮｉや
ニッケル合金の下塗りが行われる。成形装置の基板への付着法には、スパッター
塗膜法と電子ビーム物理蒸着法が含まれている。
【００１０】好適な実施の形態の説明 材料選択の規準は本来、暑いガラス成形環境における材料の適合性、特に高温
度下の耐酸化性および耐腐食性によって決められる。材料の毒性および利用可能
性のようなその他の要因も考慮された。最適の塗膜材料を選ぶ広い規準を得るた
め、最初に２８個の材料を選び、これらをサンプルに付着させた。
【００１１】 しかしながら、腐食生成物の蓄積の問題はそれ自体主としてＴＶパネルの成形
に使用されるプランジャー表面に現れているので、このような問題特有の耐久性
と性能を予測するため、生産圧縮工程を模倣し且つ実際の状態をまねた模擬テス
トを計画することが重要であった。したがって、特に指定された塗膜ずみサンプ
ルを高温度における制御状態のＴＶパネルガラスの中に周期的に没入した。制御
されたテスト条件はガラスの温度、プランシャーの温度、滞留時間（没入時間）
、サイクル時間およびテスト時間であった。
【００１２】 ２８個の選ばれた材料の最初のテストは生産工程条件をまねるように計画した
ので、プランジャーの表面温度を６００℃に制御して、ガラスの温度を１０００
℃に保った。プランジャーの温度制御は、テストされるプランジャーの背後に冷
却空気を吹きつけることにより行った。空気制御弁に連結されたサーモカップル
がプランジャーの背後に吹きつけられる空気量を調節した。最初の制御セットは
接触高温計を使用してプランジャーの上方位置に決めた。プランジャーとガラス
の温度はテストの全期間にわたり測定した。テストの期間中安定な状態が存在し
たことを立証するため各テストの終了時にデータをプロットした。
【００１３】 滞留時間とサイクル時間はそれぞれ１２秒と４カット／分（４cuts/minute ）
であった。下方位置すなわち滞留位置において、塗膜終了ずみのプランジャーを
電気式箱型炉の内部のるつぼに入れた高温ガラス中に没入した。滞留時間サイク
ルに達したときプランジャーを炉の入口の孔からガラスの外に引き上げ、炉上お
よそ１１インチ（２７９ｍｍ）の位置に停止させた。テスト時間は４８時間に標
準化した。
【００１４】 テストプランジャーはこれに通常使用されている基板材料を代表して４２０不
錆鋼で作った。プランジャーの温度を制御するためのサーモカップルを挿入する
盲穴をプランジャーの後側にあけた。さらに、炉室から冷却空気が漏出しないよ
うにするため、高温ガスケットと着座用フランジを含む構造を使用した。これは
塗膜とガラスとの界面における過剰な酸素がテスト結果を歪めると考えられたか
らである。テストプランジャーは標準生産工程により艶出しし、且つスティプル
（stipple ）すなわち、たたき塗りした。
【００１５】 次表はテストプランジャーに付着された２８個の材料と、使用された付着方法
のリストである。
【００１６】
【表１】 摩耗を適正に保護する必要上および基板材料４２０不錆鋼を酸化と腐食から確
実に保護するため、目標付着厚さ範囲を約５μｍないし１０μｍと決めた。塗膜
が薄すぎると長時間の成形作業中に受ける摩耗に耐えられないと考えられた。反
対に塗膜が厚すぎると、好ましくない引っ張り残留応力が付着層に蓄積して割れ
を発生し始め、この割れが無防護の基板にパスウエイ（pathway ）すなわち細道
を作る。
【００１７】 本発明について多数の付着法を比較した結果、物理的蒸着法（physical vapor
deposition ＝ＰＶＤ）が本発明の要求に最適なことが判明した。また、化学的
蒸着法（chemical vaper deposition ＝ＣＶＤ）は濃密な付着物を作るが、基板
金属の上部限界温度６００℃以上の作業温度を必要とする。この温度以上で処理
すると、４２０不錆鋼の機械的強度に悪影響を与え、かつ寸法上の歪みを生ずる
怖れがある。
【００１８】 スプレー塗装法の技術状態は、密度と顕微鏡組織の均質性において、ＴＶパネ
ルの成形装置の分野に使用できる状態まで達していなかった。プラズマ溶射法は
満足な密度または均一性を出せない。スプレー塗装法の別の欠点は、付着作業の
完了後に追加の仕上げ作業を必要とすることである。電気めっき法はガラス成形
工業では証明ずみの技術であるが、塗膜材料の選択が比較的不自由である。しか
しながら、電気メッキ法に付随する二つの最大の損害は環境上の危険と実施費用
である。ＰＶＤ法、特に電子ビームＰＶＤ法（ＥＶ−ＰＶＤ）は重要な数個の規
準を満足するものと思われ、この方法はイオンビーム援助付着法（ion beam ass
isted deposition＝ＩＢＡＤ）によりさらに強化される。ＩＢＡＤによるＥＶ−
ＰＶＤが好まれているが、これは満足な付着速度により、かつ環境の危険がない
制御可能な条件下で、濃密で固く付着した塗膜を作り出すことができるためであ
る。
【００１９】 塗膜を付着性、酸化物の形成、毛孔、その他の腐食指標について検査した。主
要な定量値であることを希望していた表面粗さは性能に関係がないことを示した
。最も普通の失敗理由は耐酸化性が弱いことであり、弱いという相対的言葉は耐
酸化性が電気クロムめっきと同等でなかったことを意味している。本発明の要点
は電気クロムめっきの性能を越える可能性を示す材料を確認して使用することで
ある。
【００２０】 テストプランジャーに付着された２８個の材料のテスト結果を再調査したとこ
ろ、Ａｌ2 Ｏ3 とＭｇＯの両者は４８時間テスト後に例外のようであると決定さ
れた。すべての塗膜は、接着塗膜すなわちボンド塗膜（bond coat ）なしのＰＶ
Ｄ法で、Ａｌ2 Ｏ3 とＭｇＯは電子ビーム物理的蒸着法により付着させ、一方Ｎ
ｉ／Ｖはスパッター物理的蒸着法により付着させた。４２０不錆鋼とのＭｇＯお
よびＡｌ2 Ｏ3 の熱膨張係数の差は僅かにＭｇＯを有利とするが、二つの塗膜の
全体的外観と、Ａｌ2 Ｏ3 の昇華の可能性が少ないこと、によりＡｌ2 Ｏ3 が有
利であった。さらに、Ａｌ2 Ｏ3 と４２０不錆鋼の間の膨張係数を整合させるた
め接着塗膜（ボンド塗膜）、例えばＮｉまたはＣｏＮｉＣｒＡｌＹのようなニッ
ケル合金を使用することが望ましい。これらはＡｌ2 Ｏ3 を施すのと同じＥＢ−
ＰＶＤ作業中に施すことができる。
【００２１】実施例１ ＴＶパネルを成形するための標準プランジャーは標準の自動スティプル（たた
き塗り）（stipple ）作業が行われ、スティプル機械すなわちたたき塗り機械は
プランジャーをサイクルの終わりですすぎ、その他の清掃作業やすすぎ作業は部
品に行わなかった。標準スティプル作業はターゲットを３０Ｒａ表面粗さに打撃
し、続いてめっき作業とビードブラスト作業（bead blasting ）を行い、およそ
２０Ｒａの仕上げ粗さになるように調整した。プランジャーを金型取付板に固定
し、上向きに配置して真空室内に入れた。金型取付板は室に入るとプランジャー
がターゲット材料に対し角度３０度となるように回転された。室が２×１０-7ト
ルまで排気された後、プランジャーを１５分間イオンビーム源からのグロー放電
により清浄化した。
【００２２】 セットーアップ（set- up ）は、ターゲット材料容器、イオンビーム源、電子
ビーム源、ターゲット材料に対し配置された基板容器、該基板容器を回転させる
ための回転軸を含んだ。
【００２３】
【表２】 数個のパネルの寸法測定の評価によれば、形状の変化が通常の場合より大きく
ないことが判明した。また、塗膜試験の結果によれば酸化アルミニウムはクロム
めっきより良好な滑らかさを有し、その結果プランジャーを潤滑する頻度を最小
限にできるように思われた。約４μｍのアルミニウム酸化物の塗膜はスクラビン
グ（scrubbing ）により厚さが測定できるほど減少しないことを示した。これは
クロムめっきに比較してＡｌ2 Ｏ3 の耐摩耗性が非常に大きいためである。Ａｌ 2 Ｏ3 の塗膜は基板にしっかりと付着され、且つ予期したように黄色のクロム酸
塩がプランジャー上に発見されなかった。
【００２４】 プランジャー上の塗膜の厚さを測定するため走査型電子顕微鏡が使用され、塗
膜の厚さは中心面および一定距離域において厚かった。プランジャーの角部にお
ける塗膜の厚さを増大させるためには、傾斜角を変化させ且つ基板の回転を中止
させて凝縮蒸気を各角部に集中させることにより実現されると思われた。ＳＥＭ
解析によれば塗膜全体は良質であり、粒子構造は円柱状であり、且つプランジャ
ーに濃密に固く付着されていることが判明した。しかしながら、アルミナは非常
に脆く、アルミナと不錆鋼の間の膨張係数が不釣り合いであるので、いくぶんの
微小割れが予期され、たとえ観察したアルミナの微小割れが最小量だとしても十
分な酸素を基板に到達させて鉄を酸化させるようになる。膨張係数の不釣り合い
の問題は、アルミナの下に薄い（１ないし２マイクロメートル）の耐酸化性塗膜
層、例えばニッケルやニッケル合金を付着させることにより容易に修正すること
ができる。このことは、塗膜作業中に電子ガンの下にターゲット材料であるニッ
ケルのるつぼを配置することにより容易に実施される。
【００２５】実施例２ ２７インチ（６８５．８ｍｍ）のＴＶパネルを成形する不錆鋼のプランジャー
を、酸化アルミニウムで塗膜し且つ酸化アルミニウム塗膜の効率を試験するため
にＴＶパネルをプレスするのに使用した。塗膜は次の方法に基づいて実施した。
【００２６】付着方法 プランジャーは塗膜前に次の方法により処理された １．標準磨き ２．標準スティプル（stipple ） ３．標準ガラスビーディング（glass beading ） ４．脱イオン水ゆすぎ ５．メタノールゆすぎ ６．空気ホース乾燥塗膜パラメータ ベース圧力： ２．８×１０-7トル Ｒ．Ｐ．Ｍ．： 常に（throughout）０．３ １．クリーニング方法：開始ＡＭ１０：２２； 終了ＡＭ１０：３７ ＲＦイオン源（アルゴン） ＲＦ動力 ４００ワット ビーム電流 ４４０ワット サプレッサ １０４０ボルト アクセラレータ ９９０ボルト ガス ９１ｓｃｃｍ Ａｒ システム圧力 ８．７×１０-5トル ２．第１塗膜方法： 開始ＡＭ１１：０３； 終了ＰＭ１：５５ 最初の条件： イオンビーム： ＲＦ源（酸素） ＲＦ動力 ４００ワット ビーム電流 ２００ワット サプレッサ ５１８ボルト ガス ９９．９ｓｃｃｍ Ｏ2 付着角ー最初２５度、次に６分後に３５度に変更した 電子ビームガン＃１（大型炉床） ビーム電圧 ８０００ボルト ビーム電流 ０．７アンペア コントローラパワー ８１％ 速度 ５．１Ａ／秒 厚さ ０ システム圧力 ２．１１×１０-5トル 最終条件 イオンビーム： ＲＦイオン源酸素 ＲＦ動力 ４０３ワット ビーム電流 ２７３ワット サプレッサ ５１８ボルト アクセラレータ ９１２ボルト ガス １０２．９ｓｃｃｍ システム圧力 １．４６×１０-5トル 電子ビームガン＃１（大型炉床）： ビーム電圧 ８、５００ボルト ビーム電流 ０．８アンペア コントローラパワー ８５％ 比率 ６．２Ａ／秒 厚さ ６３、８００Ａ（水晶における） 副実験として、プランジャーの片側の角部「Ａ」および「Ｄ」における塗膜厚
さを増大させた。これは角部における耐酸化性が塗膜厚さの増大により改善され
る理論を試験するために行われ、且つ角部Ａがターゲットに最も接近したときプ
ランジャーの回転を停止し、２、０００Ａが付着されるまで停止を続けることに
より行われた。つぎに角部Ｄがその位置に回転され作業が繰りかえされた。この
方法は各角部に追加の塗膜厚さが１０、０００Ａになるまで繰りかえされた。
【００２７】 塗膜の平滑さを試験するため角部ＡおよびＤの間の側壁と近接側壁とは二硫化
モリブデン（Moly-di-sulfide ）が与えられなかった。
【００２８】 数百個のＴＶパネルをプレスした後プランジャーを検査し、そのプランジャー
の周囲のほとんどに引っ掻き傷が存在することが判明した。しかし、そのアウト
ボード側が僅かに悪いと思われた。これは塗膜の平滑さを試験するため故意に二
硫化モリブデンを与えなかった近接の側壁であった。さらに、厚い塗膜付着を有
する角部「Ａ」および「Ｄ」は反対側の角部より顕著に良好に見えた。衝撃位置
からほぼ直線状に外方に延びた流動線に似た塗膜面の模様が鮮明であった。酸化
アルミニウム塗膜の厚さと非平坦性の故に、プランジャーのスティプル面は実質
的に変わらないと思われた。プランジャー上の塗膜厚さは角部「Ａ」および「Ｄ
」に意識的に加えられた追加の厚さ以外はかなり均一であった。実施例１の結果
は実施例２の結果より一層明確であると思えた。実施例２の方法における最大の
顕著な変更は高エネルギーイオンビーム源の使用にあった。到着する原子のエネ
ルギーが高いほど、塗膜面の組織に影響が与えられ、塗膜内の残留応力が増大し
た。また、付着状態による高残留応力と連合して、組織内の変化に起因する専断
応力の増大により、側壁のかじり（scoring ）が発生した。
【００２９】実施例３ ４２０不錆鋼の基板を形成する複数個の３インチ（７６．２ｍｍ）直径のテス
トプランジャーを、ＴＶパネルの形成プランジャーに採用された方法に類似の方
法によりスティプルすなわちたたき塗りした。プランジャーを後述する方法で塗
膜した後、テスト炉の中で測定した。実験の代表的パラメーターとして、ガラス
温度８５０℃、プランジャー温度６００℃、低湿度、テスト時間２２時間、テレ
ビパネルガラスの組成を使用した。
【００３０】 サンプルを超音波（ＵＳ）サイクルの前にイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）
でゆすいだ。各サンプルを蒸発皿に入れ、ＩＰＡで覆い、１５分間超音波でゆす
いだ。サンプルは脱イオン（ＤＩ）水を流してゆすぎ、別のＵＳサイクル１５分
間ＤＩ水で覆われた蒸発皿に入れた。次にサンプルをＤＩ水を流してゆすぎ、そ
の後にアセトンによるゆすぎ作業が続き、約１００℃の清浄乾燥炉の中で１５な
いし２０分間乾燥させた。
【００３１】 洗浄されたサンプルを基板ホルダーに取り付け、このホルダーを真空室の内部
に取り付けた。真空ベルを降ろし、室を５０Ｅ-3トルにするため排気の最初のポ
ンプ作動を開始し、この時基板の加熱器を始動した。最初のポンプ作動を停止し
、室内部を最終的に５Ｅ-6トルに排気するため高真空ポンプを使用した。アルゴ
ンを室に注入し、Ａｒプラズマの発生のため高圧のＤＣバイアスセット及びＲＦ
を導入した。次の表は４２０不錆鋼の基板にＮｉ／Ｖ（９２％Ｎｉ、８％Ｖ）を
付着させる各種の条件を定めている。
【００３２】
【表３】 上記の表からわかるように、サンプル＃７１２０８は高圧（５ミリトル／平均
０．７８ミリトル）で、および上記表の別のサンプルより低いターゲット電圧（
４９１ボルト／平均６１７ボルト）でスパッターされた。サンプル＃７１２０８
は離層問題を示す唯一のサンプルであった。サンプル＃７１２０９と７１２１０
はそれぞれ２５０℃と３００℃に加熱され、サンプル＃７１２１２と７１２１４
は異なるＤＣバイアスレベルでスパッターされた。走査式電子顕微鏡解析法によ
れば、他のすべてのサンプルの塗膜はおよそ４．５ｍｍの厚さに均一に良好に付
着されていることを示した。サンプル７１２０８を除くすべてのサンプルはナノ
インデンテイション（nano indentation）試験に良好な結果を示した。
【００３３】実施例４ スティプルされた４２０不錆鋼のプランジャー素材からなる基板を実施例３で
定めたように調整、洗浄およびテストした。しかし、実施例３におけるスバッタ
ー塗膜の代わりに、この実施例４の基板は電子ビーム物理的蒸着法（ＥＶ−ＰＶ
Ｄ）により塗膜した。すなわち、不錆鋼のプランジャー素材をホルダーに取り付
け、真空室の中の回転具に載せた。塗膜材料を炭素るつぼに入れ、加熱作業時の
はねかえりを防止するため一時的にシャッターで覆った。真空室を３−４Ｅ-6ト
ルに排気するため最初の差動ポンプを始動した。この時点で電子ビームの動力と
共に冷却水を始動した。電子ビームの高電圧動力制御は、はねかえりを起こすこ
となく蒸発させるに必要なレベルに応じて０．０１１−０．０１２アンペアに調
節された。塗膜材料が電子ビームにより衝撃されると蒸発すなわち昇華される。
シャッターがわきへ移動され、塗膜材料が基板に付着される。電子ビームの掃引
は利用可能なサンプルが最大となるように調節された。
【００３４】 電子ビーム物理的蒸着法による塗膜作業に関するパラメータの前記説明は実施
例４と実施例５の両方に役立つが、特に実施例４に対し酸化アルミニウムのター
ゲット材料が炭素るつぼの中に入れられ且つ測定温度が１０５℃になるよう基板
の加熱器を使用した。平均毎秒５オングストロームの塗膜作業が行えるよう動力
と掃引を調整した。室内の圧力は、酸化物層の形成を助けるためシステムに酸素
を導入した場合、およそ１Ｅ-4トルに達した。付着時間全体は３５分であり、水
晶表示器（crystal readout ）による全付着は１．０４μｍであった。しかしな
がら、デクタク（Dektak）測定による全付着は１．５μｍであった。走査型電子
顕微鏡の結果によれば、Ａｌ2 Ｏ3 の塗膜がサンプルの金属表面に良好に付着し
ていた。
【００３５】実施例５ 金属基板を上記実施例４と同様に真空室の内部に取り付けたが、ターゲット材
料として酸化アルミニウムの代わりに酸化マグネシウムを炭素るつぼの中に入れ
た。真空室の温度を７５℃に上昇させるため加熱器を使用した。付着速度は、ビ
ーム電流を０．００５アンペアにセットして、毎秒およそ１０オングストローム
に調節した。室の中に酸素は導入せず、室内の圧力は平均１Ｅ-4トルであった。
全付着時間は６７分であり、水晶表示器による全付着は３μｍであった。しかし
、デクタク（Dektak）測定は、３．４μｍの塗膜厚さが施されたことを示した。
プランジャー素材のガラス試験はテストガラスの曇りがなく満足であり、これは
従来公知の汚染の指標である。テストガラスの解析によれば、ガラスの成分のみ
を示し，ＭｇＯの残留材料は無かった。走査型電子顕微鏡によれば塗膜はサンプ
ルの金属面に良好に付着されていた。
【００３６】 実施例３、４および５の溶融ガラスの腐食テストを調査した結果によれば、Ａ
ｌ2 Ｏ3 、ＭｇＯ、Ｎｉ／Ｖはすべてクロムめっきの代わりのプランジャー塗膜
として存立可能な候補者である。しかし、押込み試験の結果は、Ｎｉ／Ｖがそれ
ほど脆くないことを示した。
【００３７】 しかしながら、我々の全体的な解析によれば、酸化アルミニウムが現在の好適
な塗膜材料と思われる。酸化アルミニウムは独立の塗膜として、または二重塗膜
の上部層として使用される。独立塗膜は基板上のアルミナの微細割れを防止する
付着作業中に使用することができるが、プランジャーとＡｌ2 Ｏ3 との間に接着
塗膜すなわちボンド塗膜を塗布すればアルミナの微細割れを防止することにより
プランジャーに長期寿命を提供する作用がある。この微細割れによると、基板の
鉄に酸素が到達して鉄を酸化させる結果となるであろう。商業上純粋なニッケル
からなる接着塗膜（ボンド塗膜）材料がプランジャー表面とＡｌ2 Ｏ3 塗膜との
間に存在することが好まれるが、ニッケル合金例えばＣｏＮｉＣｒＡｌＹ（Ｃｏ
２３％、Ｎｉ４６．２％、Ｃｒ１８％、Ａｌ１２．５％、Ｙ０．３％）も使用さ
れる。接着塗膜はアルミナと鉄プランジャーとの間の膨張の不釣り合いを補償す
る。アルミナと鉄プランジャーとの間の膨張の不釣り合いは脆いアルミナに割れ
を発生させる。
【００３８】 ニッケルやＣｏＮｉＣｒＡｌＹの接着塗膜すなわち下塗り塗膜は、Ａｌ2 Ｏ3
を施す電子ビーム物理的蒸着（ＥＢ−ＰＶＤ）作業と同じ作業中に行われる。Ａ
ｌ2 Ｏ3 を入れたるつぼと、ニッケルまたはニッケル合金を入れたるつぼの両者
をターゲット材料として真空室の中に入れ、且つ初めにニッケルまたはニッケル
合金を入れたるつぼを電子ビームの位置に配置し、且つ１−２マイクロメートル
の下塗り塗膜を付着した後、つぎにＡｌ2 Ｏ3 を入れたるつぼをプランジャーと
アルミナ防護塗膜との間の接着塗膜となるような位置に移動する。最後に酸化ア
ルミナ層は単独塗膜であるか、または接着塗膜と結合するかにより、厚さが７−
１５マイクロメートルの範囲となる。ボンド塗膜が使用される場合、その厚さを
約１マイクロメートル−２マイクロメートルにすべきである。作業方法の主要点
は、ＩＢＡＤを伴うＥＶ−ＰＶＤ作業、すなわち最初に１μｍないし２μｍのニ
ッケルの下塗り塗膜／接着塗膜が塗布され、１０μｍないし１５μｍのＡｌ2 Ｏ 3 の上部塗膜が１０-5トルの範囲の圧力と、ターゲット材料から約３０度ないし
５０度に傾斜した角度で、およそ毎秒５０オングストロームないし７０オングス
トロームの生産付着速度で塗布されることである。
【００３９】 本発明の好適な実施の形態について記載したが、当業者は特許請求の範囲に記
載されている本発明の思想または範囲から逸脱することなく多数の変更や訂正を
行うことができるのは明らかである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ギル，シェリー ジェイ アメリカ合衆国 サウスカロライナ州 29693 ウェストミニスター ニュー マ ディソン ロード 485 (72)発明者 サリスバリー，ケネス アール アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14821 キャンプベル クロス ストリート 4847 (72)発明者 サーハンギ，アーマッド アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14870 ペインテッド ポスト グリーンリッジ ドライヴ 13 (72)発明者 ウォーマー，キム イー アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14812 ビーヴァー ダムズ バッカー ロード 151 Ｆターム(参考） 4F100 AA19B AB03A AB04A AB16B AB16C AB31C AB40B BA02 BA03 BA07 BA10A BA10B BA13 CC00B EH66B EH66C EH661 EH662 GB90 JA20B JB02B JM02B JM02C YY00B 4K029 AA02 BA25 BA44 BB02 BC01 BD05 CA05 CA09 CA15 DB21 EA01 EA03 EA09 FA04

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ４２０不銹鋼、Ｈ１３工具鋼およびダクタイル鋳鉄からなる
    群より選ばれる基板と、Ａｌ2 Ｏ3 およびＮｉ／Ｖからなる群より選ばれる耐酸
    化性および耐腐食性の塗膜とを有し、前記塗膜が物理的蒸着法により前記基板に
    施されることを特徴とする耐酸化性および耐腐食性の塗膜を有するガラス成形装
    置。
  2. 【請求項２】 前記基板と前記耐酸化性および耐腐食性の塗膜との間に工業
    的に純粋なニッケルおよびニッケル合金からなる群より選ばれる接着塗膜を含み
    、前記接着塗膜が電子ビーム物理的蒸着法により前記基板に塗布されることを特
    徴とする請求項１記載の耐酸化性および耐腐食性の塗膜を有するガラス成形装置
    。
  3. 【請求項３】 Ｆｅを含む基板材料を提供する工程と、 Ａｌ2 Ｏ3 およびＮｉ／Ｖからなる群より選ばれる耐酸化性および耐腐食性の
    塗膜材料を提供する工程と、 前記基板材料を洗浄する工程と、 前記基板に前記耐酸化性および耐腐食性の塗膜材料を物理的蒸着法により塗布
    する工程と、 を有することを特徴とするガラス成形装置を酸化および腐食から保護する方法。
  4. 【請求項４】 酸化アルミニウム塗膜材料を提供する工程と、前記酸化アル
    ミニウムを前記基板に電子ビーム物理的蒸着法（ＥＶ−ＰＶＤ）の手段により塗
    布する工程とを含むことを特徴とする請求項３記載のガラス成形装置を酸化およ
    び腐食から保護する方法。
  5. 【請求項５】 前記酸化アルミニウムをイオンビーム援助付着法（ＩＢＡＤ
    ）で施す工程を含むことを特徴とする請求項４記載のガラス成形装置を酸化およ
    び腐食から保護する方法。
  6. 【請求項６】 前記基板に厚さ７マイクロメートルないし１５マイクロメー
    トルの酸化アルミニウム層を形成する工程を含むことを特徴とする請求項４記載
    のガラス成形装置を酸化および腐食から保護する方法。
  7. 【請求項７】 ニッケルおよびニッケル合金からなる群より選ばれる接着塗
    膜を提供する工程と、初めに約１マイクロメートルないし２マイクロメートル厚
    さの前記接着塗膜を前記基板に直接施して前記接着塗膜を前記基板と前記酸化ア
    ルミニウム塗膜との間に介在させ前記両塗膜の合計厚さを７マイクロメートルな
    いし１５マイクロメートルにする工程と、を含むことを特徴とする請求項６記載
    のガラス成形装置を酸化および腐食から保護する方法。
  8. 【請求項８】 ニッケル／バナジウム塗膜材料を提供する工程と、前記ニッ
    ケル／バナジウムをスパッター法により前記基板に施す工程とを有することを特
    徴とする請求項３記載のガラス成形装置を酸化および腐食から保護する方法。
  9. 【請求項９】 真空室内に前記洗浄ずみ基板と前記塗膜材料を入れる工程と
    、前記真空室内を排気して真空にする工程と、前記真空室にアルゴンを入れる工
    程と、直流バイアスをセットする工程と、前記基板にニッケル／バナジウム保護
    材料をスパッター塗装するためアルゴンプラズマを発生させる高周波を導入する
    工程と、を有することを特徴とする請求項８記載のガラス成形装置を酸化および
    腐食から保護する方法。
  10. 【請求項１０】 約０．８ミリトルのスパッター圧力と、６０５ボルトない
    し６１５ボルトのターゲット電圧と、約０．５アンペアの電流と、少なくとも１
    ０分の付着時間とを提供する工程と、を有することを特徴とする請求項９記載の
    ガラス成形装置を酸化および腐食から保護する方法。
  11. 【請求項１１】 ９２％のＮｉと８％のＶからなる塗膜材料を提供する工程
    を有することを特徴とする請求項８記載のガラス成形装置を酸化および腐食から
    保護する方法。
  12. 【請求項１２】 溶融ガラスを形成するための鉄を含む基板を提供する工程
    と、 接着材料を提供する工程と、 電子ビーム物理的蒸着法により前記基板に前記接着材料を施す工程と、 工業的に純粋な酸化アルミニウムの塗膜材料を提供する工程と、 イオンビーム援助付着法を伴う電子ビーム物理的蒸着法により前記基板に前記
    酸化アルミニウム塗膜材料を施す工程と、 約７マイクロメートルないし１５マイクロメートルの厚さの酸化アルミニウム
    塗膜を形成する工程と、 を有することを特徴とするガラス成形装置を酸化および腐食から保護する方法。
  13. 【請求項１３】 ニッケルを含む接着材料を提供する工程と、前記酸化アル
    ミニウム塗膜材料の塗膜作業中において前記酸化アルミニウムを実際に施す前に
    前記基板に前記接着材料を施す工程と、を含むことを特徴とする請求項１２記載
    のガラス成形装置を酸化および腐食から保護する方法。
  14. 【請求項１４】 約１マイクロメートルないし２マイクロメートルの厚さの
    接着塗膜を形成し、塗膜の合計厚さが約１５マイクロメートルを越えないように
    形成する工程とを有することを特徴とする請求項１３記載のガラス成形装置を酸
    化および腐食から保護する方法。
  15. 【請求項１５】 ニッケルを含む接着材料と酸化アルミニウム塗膜材料との
    両者を真空室内の別々のターゲット材料容器に入れる工程と、前記真空室の内部
    に前記基板を配置する工程と、前記真空室の内部に真空を作る工程と、前記接着
    材料に先ず電子ビームを作用させる工程と、前記基板に前記接着層を形成した後
    に前記酸化アルミニウムに電子ビームを作用させて保護塗膜を形成する工程と、
    を有することを特徴とする請求項１３記載のガラス成形装置を酸化および腐食か
    ら保護する方法。
  16. 【請求項１６】 塗膜される基板の表面をターゲット材料に対し３０度ない
    し３５度となるように配置する工程を含むことを特徴とする請求項１５記載のガ
    ラス成形装置を酸化および腐食から保護する方法。
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