JP2003527278A - 硬さおよび耐磨耗性の付加のための非金属製品上のダイヤモンド様炭素コーティング - Google Patents

硬さおよび耐磨耗性の付加のための非金属製品上のダイヤモンド様炭素コーティング

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JP2003527278A JP2001550165A JP2001550165A JP2003527278A JP 2003527278 A JP2003527278 A JP 2003527278A JP 2001550165 A JP2001550165 A JP 2001550165A JP 2001550165 A JP2001550165 A JP 2001550165A JP 2003527278 A JP2003527278 A JP 2003527278A
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、ダイヤモンド様炭素（ＤＬＣ）コーティングでコーティングされた非金属製品である。本発明のコーティング製品は、製品をコーティングする前の製品の同じ特性と比較して、硬さが増強され、耐磨耗性が増強され、摩擦係数が減少している。本発明のＤＬＣコーティングは炭化水素プラズマで満たされたチャンバー中で電気パルスを印加して塗布される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本願は、１９９９年１２月３０日に出願された米国仮出願第６０／１７４，０
５２号の利益を享受することを請求する。
【０００２】 （発明の背景） （発明の分野） 本発明は、硬さおよび耐磨耗性の増強のためにコーティングされた硬い表面を
有する製品に関する。本発明は、特に、ガラスやセラミックスなどの最初に硬い
表面を有する材料において硬さおよび耐磨耗性を増加したコーティングに関する
。
【０００３】 （先行技術の説明） 他の対象物に接触する表面上の保護コーティングは、表面がそのような接触に
よって引掻または磨耗され得る用途や表面上のそのような擦減（ｗｅａｒ）が望
ましくない用途に望ましいものであり得る。さらに、摩擦係数も低い硬い保護コ
ーティングは、良好な耐擦減性が必要であるか望ましい用途に望ましいものであ
り得る。硬い金属表面へのＤＬＣコーティングの塗布は、製品の表面にプラズマ
イオンを引き付けるために、コーティングされる製品にポテンシャルを印加する
プラズマ源イオン注入（ＰＳＩＩ）技術を用いて実施されている。米国特許第４
，７６４，３９４号にはＰＳＩＩ技術が記述されており、種々の材料の表面下に
イオンを注入することにおいてそれがどれほど有用なものであり得るかについて
記述している。ＰＳＩＩ法は典型的には２０キロボルトより大きい高圧（ｈｉｇ
ｈ ｖｏｌｔａｇｅ）を利用し、標的材料表面下にプラズマイオンを運び込む。
【０００４】 表面硬度を増加し、耐磨耗性を増加し、および／または製品表面上の摩擦係数
を低減するために、対象物に硬いコーティングを塗布することが望ましいものと
することができる。
【０００５】 （本発明の概要） 一態様において、本発明は、非金属の硬い表面上にダイヤモンド様炭素（ＤＬ
Ｃ）コーティングを含む製品である。
【０００６】 一態様において、本発明は、非金属の硬い表面上にダイヤモンド様炭素（ＤＬ
Ｃ）コーティングを含む製品であって、前記非金属表面がガラスである製品であ
る。
【０００７】 別の態様において、本発明は、非金属の硬い表面上にＤＬＣコーティングを含
む製品であって、前記非金属表面が、該表面を炭化水素プラズマで満たされたチ
ャンバーに浸しながら前記表面に高圧電気パルスを印加する工程を含む方法にお
いてコーティングされる製品である。
【０００８】 別の態様において、本発明は、非金属の硬い表面上にＤＬＣコーティングを具
備する製品であって、前記非金属表面は該表面を炭化水素プラズマに浸しながら
高圧電気パルスを該表面に印加する工程を含む方法で塗布され、前記非金属表面
はガラスである製品である。
【０００９】 さらに別の態様において、本発明は、ＤＬＣコーティング非金属製品を製造す
る方法であって、基体表面の一部分がプラズマに曝されることができるような様
式で金属ホルダー上に基体製品を配置する工程；プラズマに製品を浸す工程；お
よびプラズマ粒子を基体の暴露表面上に堆積させるように電流を金属ホルダーに
印加する工程を含む方法である。
【００１０】 （詳細な説明） 一実施態様において、本発明は、ダイヤモンド様炭素被覆でコーティングした
硬い表面を有する非金属製品である。本発明の実施においてコーティングされた
製品は、ガラス、セラミックス、または積層製品などの硬い表面を有する非金属
製品である。本発明のＤＬＣコーティングした製品は、硬さが増強され、耐磨耗
性または耐引掻性が増強しており、コーティング製品表面上の摩擦係数は非金属
製品よりも低い。
【００１１】 本発明のＤＬＣコーティング製品は、製品をプラズマに浸しながら製品へ高圧
ポテンシャルを印加することにより得ることができる。プラズマは、例えば、メ
タン、エタン、任意または全てのプロパン異性体、任意または全てのブタン異性
体、エテン、任意または全てのプロペンの異性体、アセチレン、プロピン、１−
ブチン、２−ブチン、類似化合物および、それらのいずれかの混合物など、任意
の炭化水素ガスまたはガスの混合物から成ることができる。プラズマはアセチレ
ンを含むことが好ましい。
【００１２】 本発明の実施において、高圧ポテンシャルは、所望のＤＬＣコーティングの厚
さに依存して、より短い期間またはより長い期間、プラズマに浸した製品に印加
することができる。より厚いＤＬＣコーティングではより長い期間プラズマに曝
されることが必要である一方、より薄いＤＬＣコーティングではポテンシャルを
印加する限り長い期間曝す必要はない。約０．００１ミクロンから約５ミクロン
のコーティングが、本発明の実施において得られる。約０．００５ミクロンから
約４．５ミクロンのコーティングが得られることが好ましい。約０．０１０ミク
ロンから約４．０ミクロンのコーティングが得られることがより好ましく、約０
．１００ミクロンから約３．５ミクロンのコーティングが得られることが最も好
ましい。
【００１３】 本明細書で用いられる高圧は、少なくとも約０．５キロボルト（ｋＶ）、好ま
しくは少なくとも約１．０ｋＶ、より好ましくは少なくとも約１．５ｋＶ、最も
好ましくは約２ｋＶのポテンシャルを意味する。本発明の実施において、高圧ポ
テンシャルを、コーティングされる製品と接触している第２の製品に印加するこ
とができる。第２の製品は導電性であって、製品の表面の少なくとも約３０％に
接触していることが好ましい。コーティングされる表面の１００％がプラズマに
曝されることが好ましい。
【００１４】 本発明のＤＬＣコーティング製品は、コーティングする製品の表面を洗浄する
工程；製品を導電性材料と接触させて配置する工程；製品をＰＳＩＩ（プラズマ
供給源イオン注入）チャンバー中に配置する工程；チャンバーを排気することに
より試料から空気および湿気を取り除く工程；チャンバーを排除することにより
試料から空気および水分を取り除く工程；例えばアルゴンなどの不活性ガス、プ
ラズマで表面をスパッタすることによりさらに表面を洗浄する工程；炭化水素の
蒸気をチャンバーに導入する工程；および少なくとも約１０ｋＶ未満、好ましく
は少なくとも約５ｋＶ未満、より好ましくは少なくとも約４ｋＶ未満、最も好ま
しくは少なくとも約３ｋＶ未満の範囲内の電圧の電気パルスをチャンバーおよび
その中身に印加してＤＬＣコーティング製品を得る工程、を含む方法により得る
ことができる。
【００１５】 コーンティングされる標的対象に電気パルスを十分な時間印加して種々の厚さ
のコーティングを得ることができる。所望のコーティングを得るためにパルスを
複数回印加することができる。例えば、約０．０１ミクロンから約５ミクロンの
範囲のコーティング厚さは、約２４時間までの間、製品をプラズマに曝すことに
より得ることができる。
【００１６】 ＤＬＣコーティングでコーティングされた製品の硬さは、コーティングされて
いない製品の硬さと比較して増強している。コーティングされた製品での衝突荷
重（ｉｍｐｉｎｇｉｎｇ ｌｏａｄ）のねじ込み深さは、コーティングのない製
品の衝突荷重のねじ込み深さと比べて減少している。本発明のＤＬＣコーティン
グ製品の摩擦係数は、コーティングされていない製品の摩擦係数と比較して減少
している。
【００１７】 本発明のＤＬＣコーティング製品は、雲り度（ｈａｚｅ）が低いこと、透明度
が高いことなどの良好な光学特性を有することができる。光学特性は、製品のＤ
ＬＣコーティングの厚さに依存することができる。本発明のＤＬＣコーティング
製品の曇り度は、３．０％未満、好ましくは２．５％未満、より好ましくは１％
未満、最も好ましくは０．５％未満とすることができる。本発明のＤＬＣコーテ
ィング製品の透明度は、９２％より大きく、好ましくは９５％より大きく、より
好ましくは９７％より大きく、最も好ましくは９８％より大きいものとすること
ができる。
【００１８】 本発明のＤＬＣコーティング製品は、例えば、建築用グレージング、自動車の
側灯、自動車ロックシールド、ガイドピンなどとして有用なものとすることがで
きる。
【００１９】 （実施例） 以下の実施例は本明細書に記述した本発明を例示するために提供するが、本発
明の範囲を限定することを何ら意味するものではない。
【００２０】 （実施例１） ４×４×０．０９０インチパネルの２つのフロートガラスを十分に洗浄し、次
いで（大気に曝されている）スズ側面（ｔｉｎ ｓｉｄｅ ｕｐ）を有する一方
のパネルおよび非スズ側面（ｎｏｎ−ｔｉｎ ｓｉｄｅ ｕｐ）を有するもう一
方のパネルと水平の位置に配置する。パネルをＰＳＩＩチャンバー中の水冷した
水平配置のアルミニウムプレート上に置く。アルミニウムプレートをパルス状ポ
テンシャル電源の発生器に電気的に接続する。チャンバーを真空ポンプにより１
時間排気して、試料から過剰の水分を取り除く。１時間後、１０ミリトールのア
ルゴンより作り出したプラズマを用いて試料を１０分間スパッタし、表面を洗浄
する。アセチレンを５ミリトールの圧力で導入し、プラズマを開始し、４時間行
い、均一にコーティングされたＤＬＣコーティング製品を得る。ＤＬＣコーティ
ングは、ＲＵＤＯＬＰＨ ＦＴＭフィルム厚測定装置および観測記録装置の両方
を用いて測定したところ、厚さが１．３６ミクロンである。コーティングは、鉛
筆硬度試験（ＡＳＴＭ Ｄ３３６３−７４、１９８９年に再承認）を用いて試験
し、最も硬い鉛（６Ｈ）でさえも引掻きがなかった。テーバー磨耗試験も行い（
ＡＮＳＩ Ｚ−２６．１標準第３４号）、ＤＬＣは曇り度の増加が０％であり、
それゆえに非常に優れた耐磨耗性を示している。
【００２１】 （実施例２および実施例３） ＰＳＩＩ機器を用いて２つの追加の試験を行い、ガラス試料をアセチレンプラ
ズマに９時間および１７時間さらし、それぞれ１．８ミクロンおよび３．２ミク
ロンの測定厚のＤＬＣコーティングが得られた。これらの試料を硬度、ヤング率
、摩擦係数、および２０ｍＮでのねじ込み深さについて評価した。結果を下記の
表１に示す。
【００２２】
【表１】
【００２３】 ３つの別の９０ミルガラス試料を上記方法にしたがってコーティングし、ＡＳ
ＴＭ Ｄ １００３方法に従って“Ｈａｚｅ−ｇａｒｄ ＰＬｌｓ”Ｇａｒｄｎ
ｅｒ曇り度計測器を用いて曇り度を測定した。同じ機器を用いて各試料の透明度
も測定した。透明度は透視性の尺度であり、標本を通して非常に細部まで詳細が
明らかにされていることを示している。結果を表２に示す。
【００２４】
【表２】
【００２５】 ＤＬＣコーティングは非常にわずかな曇り度を付加し、透明度への影響が最小
限であり、それによりそれがグレージングなどの光学的に感度の良い用途に対し
て実用的なコーティングであることを示している。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＡＵ，Ｃ Ａ，ＪＰ，ＭＸ Ｆターム(参考） 4G059 AA01 AC16 EA11 EB02 4K030 BA28 CA06 CA12 FA01 JA01 JA17

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 非金属材料上にダイヤモンド様炭素（ＤＬＣ）コーティング
    を具備する製品であって、前記ＤＬＣコーティングは厚さが０．００１ミクロン
    から約５ミクロンであることを特徴とする製品。
  2. 【請求項２】 前記非金属表面が、前記表面を炭化水素プラズマで満たされ
    たチャンバーに浸しながら前記表面に高圧電気パルスを印加する工程を含む方法
    でコーティングされることを特徴とする請求項１に記載の製品。
  3. 【請求項３】 前記非金属材料がガラスであることを特徴とする請求項２に
    記載の製品。
  4. 【請求項４】 前記ＤＬＣコーティングは厚さが約０．００５ミクロンから
    約４．５ミクロンであることを特徴とする請求項３に記載の製品。
  5. 【請求項５】 前記ＤＬＣコーティングは厚さが約０．０１０ミクロンから
    約４．０ミクロンであることを特徴とする請求項４に記載の製品。
  6. 【請求項６】 前記ＤＬＣコーティングは厚さが約０．０５０ミクロンから
    約３．５ミクロンであることを特徴とする請求項５に記載の製品。
  7. 【請求項７】 前記電気パルスの電圧が約０．５ｋＶから約１０ｋＶである
    ことを特徴とする請求項６に記載の製品。
  8. 【請求項８】 前記電気パルスの電圧が約１．０ｋＶから約５ｋＶであるこ
    とを特徴とする請求項７に記載の製品。
  9. 【請求項９】 前記電気パルスの電圧が約１．５ｋＶから約４ｋＶであるこ
    とを特徴とする請求項８に記載の製品。
  10. 【請求項１０】 前記電気パルスの電圧が約２ｋＶから約３ｋＶであること
    を特徴とする請求項９に記載の製品。
JP2001550165A 1999-12-30 2000-12-29 硬さおよび耐磨耗性の付加のための非金属製品上のダイヤモンド様炭素コーティング Pending JP2003527278A (ja)

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