JP4621989B2

JP4621989B2 - 耐腐食性に優れた反射板用反射膜およびこの耐腐食性に優れた反射板用反射膜を形成するためのスパッタリングターゲット

Info

Publication number: JP4621989B2
Application number: JP2006044738A
Authority: JP
Inventors: 山口　　剛; 昌三小見山; 昭史三島
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2005-03-10
Filing date: 2006-02-22
Publication date: 2011-02-02
Anticipated expiration: 2026-02-22
Also published as: JP2007070721A

Description

この発明は、投光機、輻射暖房器具、自動車のヘッドライトなど光を照射または拡散させるための各種照明器具の反射板に使用される反射膜に関するものであり、さらにこの反射膜を形成するためのアルミニウム合金からなるスパッタリングターゲットに関するものである。

従来、投光機、輻射暖房器具、自動車のヘッドライトの反射板や各種照明器具の反射板にはＪＩＳ１０５０、ＪＩＳ１０７０、ＪＩＳ１０８０、ＪＩＳ１０８５などの純度９９．８５質量％以上の純Ａｌ板、またはＦｅ：０．０５〜０．１５質量％、Ｃｕ：０．０６〜０．１５質量％、Ｔｉ：０．００４〜０．０４質量％を含有し、不純物としてＳｉ，ＭｇおよびＭｎがそれぞれ０．０８質量％以下であり、残部がＡｌおよび不可避不純物であるＡｌ合金からなるアルミニウム合金板が使用されている（特許文献１参照）。
特許第３３５５０５８号明細書

しかし、一般に、純ＡｌまたはＡｌ合金は両性金属であるために酸およびアルカリに対して非常に弱い。そのために純Ａｌ板またはＡｌ合金板を各種反射板として使用した場合、短期間で反射率が低下するなどの問題点があった。かかる反射率の低下を防止するために、従来は前記純Ａｌ板またはＡｌ合金板からなる反射面の表面に透明な合成樹脂の皮膜を形成したり陽極酸化処理を行って表面に薄い酸化膜を形成したりして腐食による反射率の低下を防止していた。しかし、前記合成樹脂皮膜を形成したり陽極酸化処理を行って表面にアルミニウムの酸化膜を形成すると純Ａｌ板またはＡｌ合金板の反射率の低下は避けられず、したがって、反射板としての特性が劣ることは避けられなかった。
さらに、純Ａｌ板またはＡｌ合金板を使用して各種反射板を作製するには、鏡面仕上げされた純Ａｌ板またはＡｌ合金板を所定の形状に絞り加工などの成形加工を施して作製するが、成形加工中に反射面に傷が付いたり加工ムラが発生することがある。これら成形加工後に発生した傷や加工ムラを除去するためにさらにバフ研磨を行う必要があった。

本発明者らは、前記従来の純Ａｌ板またはＡｌ合金板で作製した反射板がかかえるこれら問題点を解決すべく研究を行なった。その結果、
（イ）純度９９．９９質量％以上の高純度Ａｌに純度：９９．９質量％以上のＭｇ：０．１〜１５質量％を添加し、さらに純度：９９．９質量％以上の希土類元素：０．１〜１０質量％を添加し、これを溶解し鋳造し熱間加工し機械加工することにより得られたＭｇ：０．１〜１５質量％、希土類元素を０．１〜１０質量％を含有し、残部がＡｌおよび不可避不純物からなる組成を有するＡｌ−Ｍｇ系のＡｌ合金製ターゲットを作製し、このターゲットを用いてスパッタリングすることにより得られたＡｌ合金スパッタリング膜は、表面にバリア膜が形成され、それによって酸およびアルカリに対する耐腐食性が向上し、このＡｌ合金スパッタリング膜を反射膜として使用すると、長期にわたって反射率が低下することは無い、
（ロ）各種反射板の構造を有する基板の表面に形成されたスパッタリング膜は、成形加工されることが無いので製造中に傷が付く心配が無く、表面研磨を行う必要が無い、などの研究結果が得られたのである。

この発明は、かかる研究結果に基づいて成されたものであって、
（１）Ｍｇ：０．１〜１５質量％、希土類元素の内の１種または２種以上を合計で０．１〜１０質量％を含有し、残部がＡｌおよび不可避不純物からなる組成を有するアルミニウム合金からなる耐腐食性に優れた反射板用反射膜、
（２）前記希土類元素の内の１種または２種以上は、Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｅｕの内の１種または２種以上である前記（１）記載の耐腐食性に優れた反射板用反射膜、に特徴を有するものである。

前記（１）〜（２）記載の耐腐食性に優れた反射板用反射膜は、これら反射板用反射膜と同じ成分組成のターゲットを用いてスパッタリングすることにより形成される。したがって、この発明は、
（３）Ｍｇ：０．１〜１５質量％、希土類元素の内の１種または２種以上を合計で０．１〜１０質量％を含有し、残部がＡｌおよび不可避不純物からなる組成を有するアルミニウム合金からなる耐腐食性に優れた反射板用反射膜形成のためのスパッタリングターゲット、
（４）前記希土類元素の内の１種または２種以上は、Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｅｕの内の１種または２種以上である前記（３）記載の耐腐食性に優れた反射板用反射膜形成のためのスパッタリングターゲット、に特徴を有するものである。

この発明の反射板用反射膜を形成するためのスパッタリングターゲットは、原料として純度：９９.９９質量％以上の高純度Ａｌおよびいずれも純度：９９.９質量％以上のＭｇおよび希土類元素を用意し、まず、高純度Ａｌを高真空または不活性ガス雰囲気中で溶解して不純物が可及的に少ない高純度Ａｌ溶湯を作製し、得られた高純度Ａｌ溶湯にＭｇを所定の含有量となるように添加し、さらに希土類元素を添加し、その後、真空または不活性ガス雰囲気中で鋳造してインゴットを作製し、これらインゴットを熱間加工したのち機械加工することにより製造することができる。

次に、この発明の反射板用反射膜およびこの反射板用反射膜を形成するためのスパッタリングターゲットにおける成分組成を前記の如く限定した理由を説明する。

Ｍｇ：
Ｍｇ成分は、Ａｌに固溶し、Ａｌ合金からなる反射板用反射膜の表面に緻密で透明な不働態膜を形成することにより高反射率を維持したまま耐腐食性を向上させる成分であるが、Ｍｇを０．１質量％未満含んでも所望の効果が得られず、一方、１５質量％を越えて含有すると、ターゲット製造時に割れが発生するようになるので好ましくない。したがって、この発明の反射板用反射膜およびこの反射板用反射膜を形成するためのスパッタリングターゲットに含まれるＭｇ成分の含有量を０.１〜１５質量％(一層好ましくは１〜１０質量％)に定めた。

希土類元素：
希土類元素は、熱湿環境下における反射板用反射膜の耐腐食性を一層向上させるとともにスパッタリングによる得られた反射板用反射膜の表面を一層滑らかにする効果があるので添加するが、その含有量を０．１質量％未満含んでも所望の効果が得られず、一方、１０．０質量％を越えて含有すると、孔食が発生するようになるので好ましくない。

したがって、希土類元素の含有量は０．１〜１０．０質量％（一層好ましくは１〜７質量％）に定めた。前記希土類元素はＬａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｅｕの内の１種または２種以上であることが一層好ましく、これらの中でもＣｅ、ＰｒおよびＥｕがさらに一層好ましい。

この発明の反射板用反射膜を反射面に形成した反射板は、従来の純Ａｌ板またはＡｌ合金板を用いて作製した反射板に比べて、大気中に長期間暴露されても経時変化による反射面の反射率の低下が少なく、長期にわたって使用できる。

原料として、純度：９９.９９質量％以上の高純度Ａｌ、純度：９９.９質量％以上のＡｌを用意し、さらにいずれも純度：９９.９質量％以上のＭｇ、Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｅｕを用意した。
まず、純度：９９.９９質量％以上の高純度Ａｌを高周波真空溶解炉にて真空中で溶解したのち炉内圧力が大気圧となるまでＡｒガスを充填し、前記Ｍｇ、Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｅｕを得られたＡｌ溶湯に添加し、その後、黒鉛製鋳型に鋳造することによりインゴットを作製した。得られたインゴットを４３０℃、２時間加熱した後、熱間圧延し、機械加工することにより直径：１２５ｍｍ、厚さ：５ｍｍの寸法を有し、表１に示される成分組成を有する本発明ターゲット１〜２０を製造した。
また、表１に示される比較例ターゲット１、２は純度：９９．９９質量％以上の高純度Ａｌを用い、比較例ターゲット３、４は純度：９９．９質量％のＡｌを用いた以外は本発明ターゲット１〜２０の製造条件と同じ条件で製造した。さらに、表１に示される従来ターゲット１はＪＩＳＡ１０５０を用いて製造した。
なお、表１に示される不可避不純物としてはＳｉ，Ｆｅ，Ｃｕ，Ｍｎ，Ｚｎ，ＴｉをＩＣＰ法にて分析し、検出下限を下まわる場合は０ｐｐｍとし、各分析値の合計で示した。ＪＩＳＡ１０５０で作製した従来ターゲット１に含まれるＭｇの値はＩＣＰ法にて分析した値である。

これら表１に示される本発明ターゲット１〜２０、比較ターゲット１〜４および従来ターゲット１をそれぞれ無酸素銅製のバッキングプレートにはんだ付けし、これを直流マグネトロンスパッタ装置に装着し、真空排気装置にて直流マグネトロンスパッタ装置内を１×１０^-4Ｐａまで排気した後、Ａｒガスを導入して１．０Ｐａのスパッタガス圧とし、続いて直流電源にてターゲットに１００Ｗの直流スパッタ電力を印加し、前記ターゲットに対抗しかつ７０ｍｍの間隔を設けてターゲットと平行に配置した縦：３０ｍｍ、横：３０ｍｍ、厚さ：０．５ｍｍの無アルカリガラス基板と前記ターゲットの間にプラズマを発生させ、表２〜３に示される成分組成を有し、厚さ：１００ｎｍを有する本発明反射膜１〜２０、比較反射膜１〜４および従来反射膜１を形成した。

このようにして形成した厚さ：１００ｎｍを有する本発明反射膜１〜２０、比較反射膜１〜４および従来反射膜１について、下記の試験を行った。
（ａ）Ａｌ合金反射膜の初期反射率試験
作製した直後の本発明反射膜１〜２０、比較反射膜１〜４および従来反射膜１の各反射率を分光光度計により測定し、その結果を表２〜３に示した。

（ｂ）耐アルカリ性試験
本発明反射膜１〜２０、比較反射膜１〜４および従来反射膜１をそれぞれ１％ＮａＯＨ溶液に１２０秒間浸漬したのち取出して、蛍光灯下における室内照度３２０ルックスの環境にて反射膜を蛍光灯側に向けるようにかざし、光の透過の有無を目視にて観察する光透過試験を行い、その結果を表２〜３に示した。

（ｃ）耐酸性試験
本発明反射膜１〜２０、比較反射膜１〜４および従来反射膜１をそれぞれ１％Ｈ_２ＳＯ_４溶液に１０分間浸漬したのち取出して、蛍光灯下における室内照度３２０ルックスの環境にて反射膜を蛍光灯側に向けるようにかざし、光の透過の有無を目視にて観察する光透過試験を行い、その結果を表２〜３に示した。

（ｄ）耐湿性試験
本発明反射膜１〜２０、比較反射膜１〜４および従来反射膜１をそれぞれ温度：４０℃、相対湿度：８５％の恒温恒湿槽に１００時間保持したのち取出して反射率を分光光度計により波長：６５０ｎｍにて測定し、その結果を表２に示した。

表１〜３に示される結果から、この発明の本発明ターゲット１〜２０を用いてスパッタリングを行うことにより得られた本発明反射膜１〜２０は、従来ターゲット１を用いてスパッタリングを行うことにより得られた従来反射膜１に比べて、初期反射率に大差が無いが、本発明反射膜１〜２０は従来反射膜１に比べて耐アルカリ性試験および耐酸性試験において耐食性が高く、また耐湿性試験後の反射率の低下が少ないことがわかる。しかし、この発明の範囲から外れてＭｇ、希土類元素および不可避不純物を含む比較ターゲット１〜４を用いて作製した反射膜は、ターゲット製造時に割れが生じたり、初期反射率が著しく低下したり各種試験後に膜が腐食され光を透過したりして好ましくない特性が現れることが分かる。

Claims

Ｍｇ：０．１〜１５質量％を含有し、さらに希土類元素の内の１種または２種以上を合計で０．１〜１０質量％を含有し、残部がＡｌおよび不可避不純物からなる組成を有するアルミニウム合金からなることを特徴とする耐腐食性に優れた反射板用反射膜。
前記希土類元素の内の１種または２種以上は、Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｅｕの内の１種または２種以上であることを特徴とする請求項１記載の耐腐食性に優れた反射板用反射膜。
Ｍｇ：０．１〜１５質量％を含有し、さらに希土類元素の内の１種または２種以上を合計で０．１〜１０質量％を含有し、残部がＡｌおよび不可避不純物からなる組成を有するアルミニウム合金からなることを特徴とする耐腐食性に優れた反射板用反射膜形成のためのスパッタリングターゲット。
前記希土類元素の内の１種または２種以上は、Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｅｕの内の１種または２種以上であることを特徴とする請求項３記載の耐腐食性に優れた反射板用反射膜形成のためのスパッタリングターゲット。