JP2003301253A - コーティング方法 - Google Patents

コーティング方法

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JP2003301253A
JP2003301253A JP2002111289A JP2002111289A JP2003301253A JP 2003301253 A JP2003301253 A JP 2003301253A JP 2002111289 A JP2002111289 A JP 2002111289A JP 2002111289 A JP2002111289 A JP 2002111289A JP 2003301253 A JP2003301253 A JP 2003301253A
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Hiroyuki Hasegawa
浩幸 長谷川
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐摩耗性などの硬度性と離型性との双方の性
質を向上させることができるコーティング方法を提供す
る。 【解決手段】 ターゲット1をチャンバ100内の陰極
チャック101に載置すると共に、対象ワーク2を別の
陰極チャック102に吸着させる。次に、チャンバ10
0内を真空にした後、アルゴンガス110をチャンバ1
00内に充填する。しかる後、電源103を駆動して、
陰極チャック101,102と陽極のチャンバ100と
の間に電圧を印加して、アルゴンガス110をプラズマ
放電させる。すると、プラズマ放電で発生したアルゴン
陽イオンやラジカルが陰極チャック101側に向かっ
て、ターゲット1に衝突する。この結果、ターゲット1
の表面からフッ素やアルミニウムが蒸発して対象ワーク
2の表面に吸着され、フッ素を含むアルミニウムの膜2
0が対象ワーク2の表面に成膜される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、単体の金属や合
金及び非金属の固形物などのワークの表面をコーティン
グするためのコーティング方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】単体の金属や合金等の耐摩耗性,耐溶着
性,抵摩擦係数化,及び離型性を向上させるために、こ
れらの金属の表面に、コーティングを施すのが一般的で
ある。従来、この種のコーティング方法では、PVD法
(物理的気相成長法),CVD法(化学的気相成長法)
DLC法(ダイヤモンド・ライク・カーボン法)を用い
て、金属の表面に、TiN(窒化チタン)膜,CrN(窒
化クロム)膜,TiCN(炭窒化チタン)膜,TiAlN
(ティアイエイエルエヌ)膜,DLC膜等の硬化皮膜を
形成する技術がとられている。また、熱処理後の皮膜を
形成する方法として、浸炭・窒化処理の技術が採用され
ている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来のコーティング方法では、次のような問題があ
る。すなわち、硬化皮膜を金属等の表面に形成すること
から、金属等の表面の硬度を上げることができ、この結
果、金属等の耐摩耗性,耐溶着性,摩擦係数等を向上さ
せる点で非常に優れている。しかしながら、従来のコー
ティング方法は、離型性について非常に劣っており、こ
の技術を使用した場合における金属等の寿命は短い。と
ころで、離型性に優れたコーティング方法としてテフロ
ン(登録商標)コーティングという技術がある。しか
し、このコーティング方法は、離型性に優れている反
面、耐摩耗性等の硬度性に劣っており、このコーティン
グ方法を使用した金属等の寿命は非常に短い。
【0004】この発明は上述した課題を解決するために
なされたもので、金属や合金及び非金属の固形物などに
関する耐摩耗性などの硬度性と離型性との双方の性質を
向上させることができるコーティング方法を提供するこ
とを目的とするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項1の発明は、母部材をイオン衝撃又は加熱に
より蒸発させる物理的気相成長法を用いて、対象ワーク
に成膜するコーティング方法において、母部材として、
単体の金属又は合金とフッ素とを化学結合して得られた
物質を用いた構成してある。
【0006】母部材は、フッ素が化学結合している物質
ならば任意であるが、好例として、請求項2の発明は、
請求項1に記載のコーティング方法において、母部材
は、三フッ化アルミニウム,フッ化リチウム,二フッ化
カルシウム,又は二フッ化マグネシウムのいずれかであ
る構成とした。
【0007】また、母部材として、固体と気体が分離し
たものを用いても、成膜可能である。そこで、請求項3
の発明は、母部材をイオン衝撃又は加熱により蒸発させ
る物理的気相成長法を用いて、対象ワークを成膜するコ
ーティング方法において、母部材として、単体の金属又
は合金と、雰気ガスとしてフッ素ガスとを用いた構成と
した。
【0008】また、熱処理を用いて、フッ素を対象ワー
クにコーティングする技術も考えられる。そこで、請求
項4の発明は、減圧下の炉内に対象ワークを収納し、フ
ッ素ガスの雰囲気下で炉内を加熱することにより、対象
ワークにフッ素を浸透させてコーティングする構成し
た。
【0009】さらに、フッ素の浸透するために、電着法
も考えられる。そこで請求項5の発明は、電着液中に対
象ワークとフッ素を含む金属又はフッ素を含む合金を入
れ、対象ワーク側を陽極とすると共に、上記金属又は合
金側を陰極として通電することにより、上記ワークの表
面を塗膜する構成とした。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて図面を参照して説明する。 (第1実施例)図1は、この発明の第1実施形態に係る
コーティング方法を示す概略図であり、図2は、コーテ
ィング状態を示すワークの一部断面図である。図1に示
す装置はPVD法の1つであるプラズマスパッタリング
を実行可能な装置であり、周知のものである。この実施
形態のコーティング方法においては、まず、母部材であ
るターゲット1をチャンバ100内の陰極チャック10
1に載置すると共に、対象ワーク2を陰極チャック10
2に吸着させる。これら陰極チャック101,102は
直流(又は高周波)の電源103の負極側に接続され、
チャンバ100が電源103の正極側に接続されてい
る。ターゲット1としては、アルミニウムとフッ素とを
化学結合させて得た三フッ化アルミニウム(AlF3)
を用いた。
【0011】次に、チャンバ100内を真空にした後、
アルゴンガス110をチャンバ100内に充填する。こ
のアルゴンガス110のチャンバ100内圧力は、例え
ば、10のマイナス2乗Torr〜10のマイナス4乗
Torrの範囲内の圧力に設定する。しかる後、電源1
03を駆動して、陰極チャック101,102と陽極の
チャンバ100との間に400V〜600Vの範囲内の
電圧を印加して、アルゴンガス110をプラズマ放電さ
せる。
【0012】すると、プラズマ放電で発生したアルゴン
陽イオンやラジカルが陰極チャック101側に向かい、
ターゲット1に衝突する。この衝撃により、三フッ化ア
ルミニウムで構成されるターゲット1の表面からフッ素
やアルミニウムが蒸発し、上方の対象ワーク2の表面に
吸着される。このようなプラズマ放電を5分〜120分
程継続させると、図2に示すように、フッ素を含むアル
ミニウムの膜20が対象ワーク2の表面に成膜される。
膜20が所望厚さに達した時点で、プラズマ放電を停止
すると共に、チャンバ100内に充満しているガスを排
気した後、ターゲット1をチャンバ100から取り出す
ことで、コーティング方法の全工程を完了する。
【0013】上記のように、対象ワーク2は、スパッタ
リングにより成膜され、アルミニウムの膜20でコーテ
ィングされているので、その表面硬度が大きい。しか
も、膜20にフッ素が含まれているので、離型性にも優
れている。このように、この実施形態のコーティング方
法によれば、高い表面硬度と優れた離型性との双方を兼
ね備えた対象ワーク2を製造することができるという優
れた効果がある。
【0014】(第2実施形態)図3は、この発明の第2
実施形態に係るコーティング方法を示す概略図である。
この実施形態のコーティング方法は、PVD法のプラズ
マスパッタリングを用いる点で上記第1実施形態と同様
であるが、フッ素ガスとフッ素が含まれていない金属と
をターゲットとした点が上記第1実施形態と異なる。具
体的には、図3に示すように、第1のターゲットして単
体のアルミニウム金属1−1を陰極チャック101に載
置すると共に、第2のターゲットしてのフッ素ガス1−
2をチャンバ100内に10のマイナス2乗Torr〜
10のマイナス4乗Torrの範囲内の圧力で充填す
る。かかる状態で、アルゴンガス110をプラズマ放電
することで、アルミニウムが蒸発すると共にフッ素ガス
がイオン化されて、対象ワーク2の表面に吸着されるの
で、上記第1実施形態で示した膜20と同様の膜が対象
ワーク2の表面に成膜される。その他の構成,作用及び
効果は上記第1実施形態と同様であるので、その記載は
省略する。
【0015】(第3実施形態)図4は、この発明の第3
実施形態に係るコーティング方法を示す概略図である。
この実施形態のコーティング方法は、PVD法でなく、
窒化処理と同様の熱処理によって対象ワークをコーティ
ングする点が、上記第1及び第2実施形態と異なる。図
4において、符号104は電気炉であり、その内部に電
熱器105を有している。この実施形態では、電気炉1
04内に対象ワーク2を収納し、フッ素ガスをこの電気
炉104内に充填しながら、電熱器105によって炉内
温度を例えば450℃〜800℃に加熱する。このよう
に、電気炉104内を加熱しながら、フッ素ガス1−2
を電気炉104内に10分間〜50時間ほど流し続ける
と、高温化されたフッ素ガスが対象ワーク2内の元素と
結びついて、固いフッ素化合物を対象ワーク2表面に形
成する。上記のようにしてコーティングされた対象ワー
ク2は、硬いフッ化物により、高い硬度を保持する。さ
らに、フッ化物の作用により、離型性に優れている。し
たがって、この実施形態のコーティング方法も上記第1
及び第2実施形態のコーティング方法と同様に、硬度性
と離型性とに優れたワークを作り出すことができる。
【0016】(第4実施形態)図5は、この発明の第4
実施形態に係るコーティング方法を示す概略図である。
この実施形態のコーティング方法は、電着法により、対
象ワークをコーティングする点が上記第1〜第3実施形
態と異なる。図5において、符号107が電着液であ
り、この電着液107中に、フッ素を含む金属1−3と
対象ワーク2とを入れて、互いに対向させる。そして、
対象ワーク2を陽極とすると共に金属1−3を陰極とし
て、通電する。すると、金属1−3からフッ素陰イオン
が析出し、電着液107中を電気泳動して、対象ワーク
2の表面に付着する。この結果、対象ワーク2の表面に
フッ素による硬い膜が塗膜されるので、対象ワーク2の
表面の硬度と耐摩耗性が向上し、しかも、フッ素の作用
により、離型性も向上する。
【0017】なお、この発明上記実施形態に限定される
ものではなく、発明の要旨の範囲内において、種々の変
更が可能である。例えば、上記第1及び第2実施形態で
は、PVD法として、プラズマスパッタリングを用いた
が、イオンプレーティングや真空蒸着などのPVD法を
用いることによっても、上記実施形態と同様の成膜が可
能である。また、上記第1実施形態では、ターゲット1
として、三フッ化アルミニウムを用いたが、リチウム,
カルシウム,マグネシウムなどの金属単体又は合金にフ
ッ素を化学結合して得たフッ化リチウム(LiF),二
フッ化カルシウム(CaF2),又はにフッ化マグネシウ
ム(MgF2)のいずれかをターゲット1として用いて
も、上記実施形態と同様の成膜が可能である。さらに、
上記第3実施形態では、窒化処理と同様の熱処理によっ
てコーティングを行ったが、これに限らず、浸炭処理と
同様の熱処理によっても硬度性と離型性とに優れたワー
クを作り出すことができることは勿論である。
【0018】
【発明の効果】以上詳しく説明したように、この発明の
コーティング方法によれば、フッ素を用いて対象ワーク
のコーティングを行う構成であるので、対象ワーク表面
の硬度性を高めつつ、フッ素による離型性の向上を図る
ことができるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1実施形態に係るコーティング方
法を示す概略図である。
【図2】コーティング状態を示すワークの一部断面図で
ある。
【図3】この発明の第2実施形態に係るコーティング方
法を示す概略図である。
【図4】この発明の第3実施形態に係るコーティング方
法を示す概略図である。
【図5】この発明の第4実施形態に係るコーティング方
法を示す概略図である。
【符号の説明】
1…ターゲット、 2…対象ワーク、 20…膜、 1
00…チャンバ、 101…陰極チャック、 102…
陰極チャック、 103…電源、 110…アルゴンガ
ス。
フロントページの続き Fターム(参考) 4D075 BB85Y BB89Y CA02 CA07 CA09 DA06 DB01 EB01 EB16 4K029 BA42 BC00 BC02 CA02 CA04 CA06 DC05

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 母部材をイオン衝撃又は加熱により蒸発
    させる物理的気相成長法を用いて、対象ワークに成膜す
    るコーティング方法において、 上記母部材として、単体の金属又は合金とフッ素とを化
    学結合して得られた物質を用いた、 ことを特徴とするコーティング方法。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載のコーティング方法にお
    いて、 上記母部材は、三フッ化アルミニウム,フッ化リチウ
    ム,二フッ化カルシウム,又は二フッ化マグネシウムの
    いずれかである、 ことを特徴とするコーティング方法。
  3. 【請求項3】 母部材をイオン衝撃又は加熱により蒸発
    させる物理的気相成長法を用いて、対象ワークを成膜す
    るコーティング方法において、 上記母部材として、単体の金属又は合金と、雰気ガスと
    してフッ素ガスとを用いた、 ことを特徴とするコーティング方法。
  4. 【請求項4】 減圧下の炉内に対象ワークを収納し、フ
    ッ素ガスの雰囲気下で炉内を加熱することにより、対象
    ワークに上記フッ素を浸透させてコーティングする、 ことを特徴とするコーティング方法。
  5. 【請求項5】 電着液中に対象ワークとフッ素を含む金
    属又はフッ素を含む合金を入れ、対象ワーク側を陽極と
    すると共に、上記金属又は合金側を陰極として通電する
    ことにより、上記ワークの表面を塗膜する、 ことを特徴とするコーティング方法。
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JP2006131936A (ja) * 2004-11-04 2006-05-25 Nobuhiko Onuki 引っ掛け治具及び金属回収方法
WO2014145671A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 Cap Technologies, Llc Metal deposition process using electroplasma

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