JP2014156116A - ハウジング及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】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。
【解決手段】本発明に係るハウジングは、基材と、基材の表面に順次に形成される下地層、移行層及びカラー層と、を備える。下地層は金属層であり、移行層は金属炭窒化物の混合層であり、カラー層はチタン・クロム・アルミの混合層である。下地層を構成する金属は、チタン、クロムまたは鉄であり、移行層の中の金属は、チタン、アルミ、クロムまたは鉄である。前記基材は、アルミまたはステンレスからなる。
【選択図】図１

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、通常塗装或いは電気メッキなどの方法を介して、電子製品のハウジングの表面に装飾機能を有する白い塗膜を形成して、ハウジングに白いエナメル質感を有する外観を付与する。しかし、塗装技術自身の欠点によって、形成された装飾用膜は高い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、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る下地層、移行層及びカラー層と、を備える。前記下地層は金属層であり、前記移行層は金属炭窒化物の混合層であり、前記カラー層はチタン・クロム・アルミの混合層である。前記下地層を構成する金属は、チタン、クロムまたは鉄であり、前記移行層の中の金属は、チタン、アルミ、クロムまたは鉄である。

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、金属層である下地層、金属炭窒化物の混合層である移行層及びチタン・クロム・アルミの混合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。

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。

本発明の実施形態に係るハウジングの断面図である。 本発明に係るハウジングの製造方法に使用する真空蒸着装置の平面図である。

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と、移行層１５と、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、アルミ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金属層であり、且つその厚さは０．５μｍ〜０．８μｍである。金属は、チタン、クロム或いは鉄である。下地層１３は、基材１１と移行層１５との接合力を高めることができる。

移行層１５は、下地層１３の表面を被覆している金属炭窒化物の混合層であり、且つその厚さは１μｍ〜４μｍである。移行層１５は、ハウジング１０の硬度を高める役割を果たしている。金属炭窒化物の混合層は、チタン炭窒化物とアルミ炭窒化物との混合層、チタン炭窒化物とクロム炭窒化物との混合層、又はチタン炭窒化物と鉄炭窒化物との混合層である。金属炭窒化物の混合層において、チタン炭窒化物は６０〜８０質量％含有し、アルミ炭窒化物、クロム炭窒化物或いは鉄炭窒化物は２０〜４０質量％含有する。

カラー層１７は、移行層１５の表面を被覆しているチタン・クロム・アルミの混合層である。カラー層１７は、白色を呈し、且つその厚さは４μｍ〜６μｍである。チタン・クロム・アルミの混合層において、チタンは１０〜１５質量％含有し、クロムは２０〜３５質量％含有し、アルミは５０〜７０質量％含有する。

また、カラー層１７において、チタン及びアルミは、銀色を呈し、クロムは、カラー層１７の光度を高めて、カラー層１７を白色に表現させる。以上によって、ハウジング１０はポーセリングエナメル外観を有する。

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。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、チタンターゲット２５、クロムターゲット２６、鉄ターゲット２７及びアルミターゲット２８と、を備える。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が、好ましくは、アークイオン蒸着装置を採用する。

第二工程において、アルミ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１６０℃〜２００℃まで加熱し、且つ真空ポンプにて真空チャンバ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内に流量が標準状態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の表面に対してプラズマ洗浄を行なって、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の表面に下地層１３を形成する。具体的には、チタンターゲット２５、クロムターゲット２６或いは鉄ターゲット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５０〜５５％に調節し、基材１１に対して３００Ｖ〜３５０Ｖ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〜１５０ｓｃｃｍのアルゴンを注入し、コーティング時間を８分間〜１５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、金属層であり、且つ０．５μｍ〜０．８μｍの厚さを有する。下地層１３の構成成分とする金属は、チタン、クロム或いは鉄であっても良い。本実施形態において、下地層１３は、基材１１と移行層１５との間の接合力を高めることができる。

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、チタンターゲット２５とクロムターゲット２６の組み合わせ、チタンターゲット２５と鉄ターゲット２７との組み合わせ及びチタンターゲット２５とアルミターゲット２８との組み合わせの中の何れか１種の組み合わせをターゲットとして使用することができるが、本工程において、チタンターゲット２５及びクロムターゲット２６を例として説明する。真空蒸着する際、チタンターゲット２５及びクロムターゲット２６にそれぞれ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４５〜５０％に調節し、基材１１に対して２００Ｖ〜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１００ｓｃｃｍ〜１５０ｓｃｃｍのアルゴンを不活性気体として注入し、流量が２０ｓｃｃｍ〜４０ｓｃｃｍの窒素及び流量が１５ｓｃｃｍ〜３０ｓｃｃｍのアセチレンを反応気体として注入し、コーティング時間を２５分間〜４５分間にする。以上により、１μｍ〜４μｍの移行層１５が形成される。また、本工程で得られた移行層１５は、チタン炭窒化物とクロム炭窒化物の混合層である。混合層において、チタン炭窒化物は６０〜８０質量％含有し、クロム炭窒化物は２０〜４０質量％含有する。移行層１５は、ハウジング１０の硬度を高めることができる。

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、チタンターゲット２５、クロムターゲット２７及びアルミターゲット２８に対応する電源をそれぞれ起動して、真空チャンバ２１内のデューティ比を４０〜５０％に調節し、基材１１に対して２５０Ｖ〜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１５０ｓｃｃｍ〜２００ｓｃｃｍのアルゴンを持続的に注入し、コーティング時間を５０分間〜８０分間にする。このような条件で得られたカラー層１７は、チタン・クロム・アルミの混合層であり、その厚さは４μｍ〜６μｍであり、且つ白色を呈する。チタン・クロム・アルミの混合層において、チタンは１０〜１５質量％含有し、クロムは２０〜３５質量％含有し、アルミは５０〜７０質量％含有する。

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２０及びステンレス材質の基材１１を提供する。

（ｂ）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分間である。

（ｃ）真空チャンバ２１内に流量が６００ｓｃｃｍのアルゴンを注入して、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、２０分間である。

（ｄ）基材１１の表面に下地層１３を形成する。具体的には、チタンターゲット２５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５０％に調節し、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８分間にする。本工程で得られた下地層１３の厚さは、０．５μｍである。

（ｅ）下地層１３の上面に移行層１５を形成する。具体的には、チタンターゲット２５及びクロムターゲット２６に対応する電源をそれぞれ起動して、真空チャンバ２１内のデューティ比を４５％に調節し、基材１１に対して２００Ｖ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、流量が２０ｓｃｃｍの窒素及び流量が１５ｓｃｃｍのアセチレンを持続的に注入し、コーティング時間を２５分間にする。本工程で得られた移行層１５は、金属炭窒化物の混合層であり、その厚さは１μｍである。金属炭窒化物の混合層は、チタン炭窒化物とクロム炭窒化物との混合層である。また、金属炭窒化物の混合層において、チタン炭窒化物は６５質量％含有し、クロム炭窒化物は３５質量％含有する。

（ｆ）移行層１５の上面にカラー層１７を形成する。具体的には、チタンターゲット２５、クロムターゲット２７及びアルミターゲット２８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１５０ｓｃｃｍのアルゴンを持続的に注入し、コーティング時間を５０分間にする。本工程で得られたカラー層１７は、チタン・クロム・アルミの混合層であり、厚さが４μｍであり、且つ白色を呈する。また、チタン・クロム・アルミの混合層において、チタンは１５質量％含有し、クロムは２５質量％含有し、アルミは６０質量％含有する。

［実施例２］
（ａ）アークイオン蒸着装置２０及びアルミ材質の基材１１を提供する。

（ｂ）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、３０分間である。

（ｃ）真空チャンバ２１内に流量が７００ｓｃｃｍのアルゴンを注入して、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、２０分間である。

（ｄ）基材１１の表面に下地層１３を形成する。具体的には、クロムターゲット２６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５５％に調節し、基材１１に対して３３０Ｖのバイアス電圧を印加し、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１０分間にする。本工程で得られた下地層１３の厚さは、０．６μｍである。

（ｅ）下地層１３の上面に移行層１５を形成する。具体的には、チタンターゲット２５及び鉄ターゲット２７に対応する電源をそれぞれ起動して、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１２０ｓｃｃｍのアルゴン、流量が３０ｓｃｃｍの窒素及び流量が２０ｓｃｃｍのアセチレンを持続的に注入し、コーティング時間を３５分間にする。本工程で得られた移行層１５は、金属炭窒化物の混合層であり、その厚さは３μｍである。金属炭窒化物の混合層は、チタン炭窒化物と鉄炭窒化物との混合層である。また、金属炭窒化物の混合層において、チタン炭窒化物は７０質量％含有し、鉄炭窒化物は３０質量％含有する。

（ｆ）移行層１５の上面にカラー層１７を形成する。具体的には、チタンターゲット２５、クロムターゲット２７及びアルミターゲット２８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、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１８０ｓｃｃｍのアルゴンを持続的に注入し、コーティング時間を７０分間にする。本工程で得られたカラー層１７は、チタン・クロム・アルミの混合層であり、その厚さは５μｍであり、且つ白色を呈する。また、前記チタン・クロム・アルミの混合層において、チタンは１５質量％含有し、クロムは２０質量％含有し、アルミは６５質量％含有する。

［実施例３］
（ａ）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）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、３５分間である。

（ｃ）真空チャンバ２１内に流量が８００ｓｃｃｍのアルゴンを注入して、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分間である。

（ｄ）基材１１の表面に下地層１３を形成する。具体的には、鉄ターゲット２７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５５％に調節し、基材１１に対して３５０Ｖ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１５分間にする。本工程で得られた下地層１３の厚さは、０．８μｍである。

（ｅ）下地層１３の上面に移行層１５を形成する。具体的には、チタンターゲット２５及びアルミターゲット２８に対応する電源をそれぞれ起動して、真空チャンバ２１内のデューティ比を４５％に調節し、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、流量が４０ｓｃｃｍの窒素及び流量が３０ｓｃｃｍのアセチレンを持続的に注入し、コーティング時間を４５分間にする。本工程で得られた移行層１５は、金属炭窒化物の混合層であり、その厚さは４μｍである。金属炭窒化物の混合層は、チタン炭窒化物と鉄炭窒化物との混合層である。また、金属炭窒化物の混合層において、チタン炭窒化物は８０質量％含有し、アルミ炭窒化物は２０質量％含有する。

（ｆ）移行層１５の上面にカラー層１７を形成する。具体的には、チタンターゲット２５、クロムターゲット２７及びアルミターゲット２８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、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２００ｓｃｃｍのアルゴンを持続的に注入し、コーティング時間を８０分間にする。本工程で得られたカラー層１７は、チタン・クロム・アルミの混合層であり、その厚さは６μｍであり、且つ白色を呈する。また、チタン・クロム・アルミの混合層において、チタンは１０質量％含有し、クロムは２０質量％含有し、アルミは７０質量％含有する。

［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の硬度を測定した場合、基材１１のビッカース硬度は２５０ＨＶ〜３００ＨＶであり、ハウジング１０のビッカース硬度は８００ＨＶ〜１０００ＨＶ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 チタンターゲット
２６ クロムターゲット
２７ 鉄ターゲット
２８ アルミターゲット

Claims (9)

1. 基材と、前記基材の表面に順次に形成される下地層、移行層及びカラー層と、を備え、前記下地層は金属層であり、前記移行層は金属炭窒化物の混合層であり、前記カラー層はチタン・クロム・アルミの混合層であるハウジングにおいて、
   前記下地層を構成する金属は、チタン、クロムまたは鉄であり、前記移行層の中の金属は、チタン、アルミ、クロムまたは鉄であることを特徴とするハウジング。
2. 前記基材は、アルミ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。
3. 前記下地層の厚さは、０．５μｍ〜０．８μｍであり、前記移行層の厚さは、１μｍ〜４μｍであり、
   前記金属炭窒化物の混合層は、チタン炭窒化物とアルミ炭窒化物の混合層、チタン炭窒化物とクロム炭窒化物の混合層、又はチタン炭窒化物と鉄炭窒化物の混合層であり、
   前記金属炭窒化物の混合層において、前記チタン炭窒化物は６０〜８０質量％含有し、前記アルミ炭窒化物、前記クロム炭窒化物または前記鉄炭窒化物は２０〜４０質量％含有す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。
4. 前記カラー層の厚さは、４μｍ〜６μｍであり且つ白色を呈し、前記チタン・クロム・アルミの混合層において、チタンは１０〜１５質量％含有し、クロムは２０〜３５質量％含有し、アルミは５０〜７０質量％含有することを特徴とする請求項１に記載のハウジング。
5. 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、金属層である下地層、金属炭窒化物の混合層である移行層及びチタン・クロム・アルミの混合層であるカラー層を順次にコーティングする工程と、を備えることを特徴とするハウジングの製造方法。
6. 前記コーティングする工程は、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と、チタンターゲット、クロムターゲット、鉄ターゲット及びアルミターゲットと、を備え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。
7. 前記下地層を形成する場合、前記チタンターゲット、前記クロムターゲットまたは前記鉄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５０〜５５％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、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８分間〜１５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。
8. 前記移行層を形成する場合、前記チタンターゲットと前記クロムターゲットとの組み合わせ、前記チタンターゲットと前記鉄ターゲットとの組み合わせ及び前記チタンターゲットと前記アルミターゲットとの組み合わせの中の何れか１種の組み合わせの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４５〜５０％に調節し、前記基材に対して２００Ｖ〜２５０Ｖ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１００ｓｃｃｍ〜１５０ｓｃｃｍのアルゴンを不活性気体として注入し、流量が２０ｓｃｃｍ〜４０ｓｃｃｍの窒素及び流量が１５ｓｃｃｍ〜３０ｓｃｃｍのアセチレンを反応気体として注入し、コーティング時間を２５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。
9. 前記カラー層を形成する場合、前記チタンターゲット、前記クロムターゲット及び前記アルミターゲットに対応する電源をそれぞれ起動して、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、前記真空チャンバの中に流量が１５０ｓｃｃｍ〜２００ｓｃｃｍのアルゴンを持続的に注入し、コーティング時間を５０分間〜８０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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