JP4695233B2 - 非付着性ダイヤモンド状ナノ合成組成物 - Google Patents
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Description
発明の分野および背景
本発明は、非付着性ダイヤモンド状ナノ（１０億分の１レベルの微小）合成組成物の改良に関する。こうして得られた基板の表面は非付着性を有し、また非常に硬質で、かつ耐蝕性、耐磨耗性、および自己潤滑性にすぐれている。本発明はまた、このような被覆基板の用途、例えば、成形手段に関する。
ダイヤモンド状ナノ合成（ＤＬＮ）組成物は、水素原子によって化学的に安定化された非晶質のランダム炭素網状組織からなる。炭素網状組織には、酸素原子によって化学的に安定化された非晶質のガラス状シリコンの網状組織が内挿されている（ａ−Ｃ：Ｈ／ａ−Ｓｉ：Ｏ）。
米国特許第５、３５２、４９３号に、基板を真空質内においてＤＬＮ組成物によって被覆する方法が記載されている。この方法においては、蒸着される元素Ｃ、Ｈ、ＳｉおよびＯを一定比率で含む有機前駆体からプラズマが形成される。そして、基板に負のＤＣバイアスまたはＲＦ自己バイアス電圧を付加することによって、その基板上にプラズマから組成物が蒸着される。
従来の蒸着方法のほとんどは、高周波数（２５ＭＨｚ未満、例えば、１３．５６ＭＨｚ）のＲＦ電圧を用いている。しかし、このような高周波数のＲＦ電圧を用いると、生産の工業的規模を拡大するのが困難になる。
さらに、非常に低い圧力（３×１０-4ｍバール未満）下で処理する方法も知られているが、このような方法では、特に複雑な形状の基板上に均一な皮膜を形成するのが困難である。また、複雑な部品上に均一な皮膜を工業的規模で生成する場合、非常に複雑な回転基板ホルダーを設けない、ということが非常に重要である。
改良されたＤＬＮ皮膜、蒸着方法、および反応炉の設計が、本出願人による同時係属特許出願、ＷＯ／９７／４０２０７およびＥＰ８５６５９２に記載されている。
発明の目的および説明
本発明の目的は、非付着性均一ＤＬＮ組成物およびそのような組成物を基板上に均一に被覆する融通性に富む方法を提供することにある。非付着性皮膜組成物に関して、ＤＬＮ（ダイヤモンド状ナノ合成物）は２２〜３０ｍＮ／ｍの表面エネルギーを有する合成物を意味する。本発明の他の目的は、１０ＧＰａよりも大きい硬度を有する上記の皮膜を提供することにある。
本発明者が得た知見によれば、このような非付着性のＤＬＮ皮膜は比較的高い水素濃度を必要とする。さらに詳細に述べると、非付着性のＤＬＮ皮膜は、Ｃ濃度の８５〜１２５％の範囲にあるＨ濃度を必要とする。本発明のａ−Ｃ：Ｈおよびａ−Ｓｉ：Ｏの網状組織からなる改良された非付着性ダイヤモンド状ナノ組成物は、好ましくは、２５〜３５原子％のＣ、３０〜４０原子％のＨ、２５〜３０原子％のＳｉ、および１０〜１５原子％のＯからなる。
被覆方法は、
（ａ）Ａｒのような不活性ガスのイオンを基板に衝突させることによって前記基板をプラズマエッチング（反応性イオンエッチング、ＲＩＥ）する段階と、
（ｂ）５×１０-3〜５×１０-2ミリバールの作動圧の下で、蒸着される元素Ｃ、Ｈ、Ｓｉ、およびＯを適当な比率で含む液状有機前駆体を、前記比率が蒸着工程中実質的に一定であるように、導入する段階と、
（ｃ）５０〜１５０Ａのフィラメント電流、５０〜３００Ｖの負のフィラメントバイアスＤＣ電圧、および０．１〜２０Ａのプラズマ電流の条件下で行われるフィラメントを用いる電子援用ＤＣ放電によって前記導入前駆体からプラズマを形成する段階と、
（ｄ）プラズマ中に形成されたイオンを引き出すために、前記基板に３５０〜７００Ｖの負のＤＣバイアス電圧または負のＲＦ自己バイアス電圧を付加し、また、前記ＲＦ電圧の周波数は３０〜１０００ｋＨｚとして、前記基板に前記組成物を蒸着させる段階と、
からなることを特徴とする。
上記被覆方法におけるプラズマエッチング段階（ａ）は、表面を活性化してその表面から残留酸化物を除去する段階である。この処理段階は、基板上に良好な付着性を有する皮膜を形成するために必要不可欠である。
液状有機前駆体は、好ましくは、ＳｉおよびＯの含有量が比較的高い、ヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳ）のようなシロキサン化合物からなる。
プラズマを形成するのにトリウムタングステンフィラメントのようなフィラメントを用いる必要はないが、電子援用ＤＣ放電によってより高いプラズマ密度が得られ、フィラメントを用いない場合よりも少なくとも２０％蒸着速度が大きくなる。
バイアス電圧は、蒸着された皮膜の性質、特に硬度と表面エネルギーに影響を及ぼす。バイアス電圧が低いと、皮膜の硬度は低くなり（例えば、バイアス電圧が５００Ｖの場合、皮膜の硬度は１２ＧＰａであり、バイアス電圧が３００Ｖの場合、皮膜の硬度は８ＧＰａである）、かつ表面エネルギーも低くなる。皮膜がより低いバイアス電圧で蒸着されると、その蒸着された皮膜の非付着性はより好ましくなる。
上記被覆方法の段階（ｄ）において低周波数のＲＦを用いることによって、生産の工業的規模を容易に拡大することができる。
本出願人による同時係属出願ＷＯ９７／４０２０７に記載される真空反応炉において、前駆体はキャリアガスとしてのＡｒと共に導入される。ガスと前駆体の混合物は、真空室に制御蒸発・混合システムを介して、制御された方法に基づいて供給される。液状前駆体は、液状マスフロー制御器を介して、混合バルブに流入し、この混合バルブ内においてキャリアガス流と合流する。ガスと合流した前駆体は、約８０〜２００℃に加熱された混合室に移される。前駆体は混合物中において蒸発し、そのように加熱された混合物は真空室内に流入する。
真空室内の作動圧は、例えば、約５×１０-3〜５×１０-2ミリバールに設定される。この値は、公知の方法における作動圧と比較して非常に高く、複雑な基板上により均一な蒸着を可能にする。この作動圧は、好ましくは、７×１０-3〜１．２×１０-2ミリバールの範囲に設定するとよい。
皮膜の非付着性は、その（低い）表面エネルギーとその皮膜上の水滴の（高い）接触角によって表される。
本発明の方法による２５〜３５原子％のＣ、３０〜４０原子％のＨ、２５〜３０原子％のＳｉ、および１０〜１５原子％のＯからなるａ−Ｃ：Ｈおよびａ−Ｓｉ：Ｏの網状組織からなる改良された非付着性ダイヤモンド状ナノ組成物が被覆された表面上の水滴の接触角は、９０〜９５°と測定された。蒸着されたＤＬＮ皮膜の表面エネルギーは、例えば、２５〜３０ｍＮ／ｍの範囲内で変動する。表面エネルギーは、被覆表面上の所定の液体（鉱物質を除去した水、フォルムアルデヒド、エチレングリコール、ヘキサン）の接触角から、ジスマン（Ｚｉｓｍａｎ）の作図を用いて決定される。
もし皮膜の蒸着中に５〜１５０ガウスの磁場が付加されると、プラズマが強められる。磁場は、例えば、反応炉中のトリウムフィラメントの近傍に配置された誘導コイルによって、付加される。
本発明による蒸着工程中に、不活性ガスを真空室内に導入させて、そのガスをイオン化させ、成長層とのイオン衝撃によってイオンをその成長層に混入させることができる。このイオンの混入によって、蒸着膜のナノ硬度をより高めることができる。不活性ガスは、別個にまたは前駆体に対するキャリアガスとして導入させることができる。
必要に応じて、皮膜の熱および／または電気伝導度を改善するために、一種またはそれ以上の遷移金属をイオンスパッタリング法または熱蒸着法によって共蒸着させることができる。
本発明による方法によって蒸着された２５〜３５原子％のＣ、３０〜４０原子％のＨ、２５〜３０原子％のＳｉ、および１０〜１５原子％のＯからなるａ−Ｃ：Ｈおよびａ−Ｓｉ：Ｏの網状組織からなる改良された非付着性ダイヤモンド状ナノ組成物は、例えば、３６％のＳｉ，１７％のＯ、および４７％のＣ（Ｈは考慮せず）からなっている。その表面エネルギーは２７ｍＮ／ｍである。
蒸着された皮膜の表面エネルギーをさらに低下させるために、被覆工程中に酸素ガスをプラズマに付与することもできる。２５〜３５原子％のＣ、３０〜４０原子％のＨ、２５〜３０原子％のＳｉ、および１０〜１５原子％のＯからなるａ−Ｃ：Ｈおよびａ−Ｓｉ：Ｏの網状組織からなる改良された非付着性ダイヤモンド状ナノ組成物の酸素の含有量が２５〜３０％になるように（Ｈは考慮せず）酸素ガスを付与することによって、表面エネルギーを２４ｍＮ／ｍまで低下させることができた。
非付着性均一ＤＬＮ皮膜は、表面エネルギーが低く、ナノ硬度が高く、（湿気のある条件下においてさえ）摩擦特性が良好であり、さらに熱および／または電気伝導度を制御することが可能である。
本組成物に対して、少なくとも一種の遷移金属、例えば、Ｚｒ、ＴｉまたはＷを不純物として混入させることができる。プラズマエッチング工程によって、本組成物は、Ａｒ、ＫｒまたはＫのような不活性ガスを０．５〜５原子％混在させることができる。
従って、本皮膜はテフロンよりもはるかに耐磨耗性がすぐれ、テフロンの代替物となりうる硬質皮膜である。テフロンの最大の欠点は、強力な機械的力に耐えるに十分な硬度を有していない点にある。本非付着性ＤＬＮ皮膜は、さらにテフロンと比較して、フッ素を含有していないという利点もある。
蒸着されたＤＬＮ皮膜は、そのすぐれた非付着性によって、以下の実施例に述べる用途を含む多くの用途に好適に用いられる。基板上の皮膜層の厚みは、０．０１〜１０μｍの範囲内の値に選択されるとよい。
特に、本発明は、あらゆる種類の成形手段、例えば、成形ペン、ピン、ポインター、ノズル、ダイ、スタンプ及びスタンプパッドの形態を有する雄型および雌型に適応され、これらの手段の成形表面には、本発明の非付着性ＤＬＮ皮膜が蒸着される。
実施例
実施例１
射出成形用金型に対する硬質離型皮膜
本発明による被覆方法によって、２５〜３５原子％のＣ、３０〜４０原子％のＨ、２５〜３０原子％のＳｉ、および１０〜１５原子％のＯからなるａ−Ｃ：Ｈおよびａ−Ｓｉ：Ｏの網状組織からなる改良された非付着性ダイヤモンド状ナノ組成物がポリオキシメチレン（ＰＯＭ）の射出成形に用いられる金型の表面に良好に塗布された。基体への皮膜の付着は非常に好ましく、離型された後、いかなる材料も金型に付着していなかった。ＤＬＮ被覆金型からの離型速度は、非被覆金型からの離型速度よりも非常に早く、金型から成形品を取り除くときにも材料の変形は観察されなかった。本皮膜はまた、他のポリマーまたは他のペースト状材料を射出成形、押し出し、引き抜き、またはプレス成形などの方法によって成形するための金型の表面にたいしても有用である。
実施例２
ナイロンの融着用電極に対する離型皮膜
ナイロンの融着法においては、２つのナイロン製マフ（手袋に似た婦人用品）状加工品の各端部を互いに接触させる。それら２つの加工品の中央の空洞部内に沿ってワイヤが挿入される。このワイヤは誘導加熱法または電気抵抗（ジュール熱）法によって加熱され、接触面積内のナイロン材料を溶融させる。その後、冷却を開始して、ワイヤがナイロン加工品から引き抜かれる。ナイロン材料は冷却中に凝固し、２つのナイロン加工品が融着される。
加熱ワイヤを引き抜くときに、溶融状態のナイロン材料がそのワイヤに付着する可能性がある。しかし、本発明の方法による２５〜３５原子％のＣ、３０〜４０原子％のＨ、２５〜３０原子％のＳｉ、および１０〜１５原子％のＯからなるａ−Ｃ：Ｈおよびａ−Ｓｉ：Ｏの網状組織からなる改良された非付着性ダイヤモンド状ナノ組成物を被覆することによって、そのような付着を防ぐことができる。
上記の付着を防止するために、通常、テフロン皮膜が用いられる。しかし、テフロンは、ワイヤを空洞から引き出すとき皮膜に作用する大きな機械的（磨耗）力に耐えることができない。ＤＬＮ皮膜は、テフロンよりもすぐれた摩擦特性と、テフロンよりもはるかに高い硬度を有しているので、上記の用途に対してテフロンよりも適している。さらに、ＤＬＮ被覆電極は寿命が長く、何度も繰り返して使用することができる。
実施例３
電気的外科手術用切刃への非付着性皮膜
人体の皮膚または組織を外科的切除する１つの方法として、電気的外科手術用切刃が用いられる。この方法においては、切刃を加熱するためにＲＦ電圧が切刃に付加される。人体がアース電極として作用することによって、電流が人体内に流れ、皮膚または組織を焼き切って切開する。
本発明による被覆方法を用いて、切刃の表面に人体の組織または血液が付着しないような２５〜３５原子％のＣ、３０〜４０原子％のＨ、２５〜３０原子％のＳｉ、および１０〜１５原子％のＯからなるａ−Ｃ：Ｈおよびａ−Ｓｉ：Ｏの網状組織からなる改良された非付着性ダイヤモンド状ナノ組成物を蒸着することができる。人体の組織をシミュレーションするレバーおよび白いソフトチーズを対象として、種々の切除試験が行われた。
白いソフトチーズの切除試験においては、バァリタブ・フォース２（Ｖａｌｌｅｙｔａｂ Ｆｏｒｃｅ ２）ＥＳ発生器および電力制御ペンシルが用いられた。チーズは戻り電極（金属板）上に置かれ、被覆された切刃がペンシル先端に差し込まれた。２５Ｗ／５００ｋＨｚのＲＦ電力が付加された。
ＤＬＮ被覆切刃に対する切除試験の結果は良好であった。ＤＬＮ被覆切刃は、少なくとも通常用いられているテフロン被覆切刃と同等の性能を示した。
さらに、非付着性ＤＬＮ組成物は、食品、プラスチック、薬剤、洗剤、および液状またはペースト状材料を処理する手段上への皮膜として用いることができる。
本発明は、非付着性ダイヤモンド状ナノ（１０億分の１レベルの微小）合成組成物の改良に関する。こうして得られた基板の表面は非付着性を有し、また非常に硬質で、かつ耐蝕性、耐磨耗性、および自己潤滑性にすぐれている。本発明はまた、このような被覆基板の用途、例えば、成形手段に関する。
ダイヤモンド状ナノ合成（ＤＬＮ）組成物は、水素原子によって化学的に安定化された非晶質のランダム炭素網状組織からなる。炭素網状組織には、酸素原子によって化学的に安定化された非晶質のガラス状シリコンの網状組織が内挿されている（ａ−Ｃ：Ｈ／ａ−Ｓｉ：Ｏ）。
米国特許第５、３５２、４９３号に、基板を真空質内においてＤＬＮ組成物によって被覆する方法が記載されている。この方法においては、蒸着される元素Ｃ、Ｈ、ＳｉおよびＯを一定比率で含む有機前駆体からプラズマが形成される。そして、基板に負のＤＣバイアスまたはＲＦ自己バイアス電圧を付加することによって、その基板上にプラズマから組成物が蒸着される。
従来の蒸着方法のほとんどは、高周波数（２５ＭＨｚ未満、例えば、１３．５６ＭＨｚ）のＲＦ電圧を用いている。しかし、このような高周波数のＲＦ電圧を用いると、生産の工業的規模を拡大するのが困難になる。
さらに、非常に低い圧力（３×１０-4ｍバール未満）下で処理する方法も知られているが、このような方法では、特に複雑な形状の基板上に均一な皮膜を形成するのが困難である。また、複雑な部品上に均一な皮膜を工業的規模で生成する場合、非常に複雑な回転基板ホルダーを設けない、ということが非常に重要である。
改良されたＤＬＮ皮膜、蒸着方法、および反応炉の設計が、本出願人による同時係属特許出願、ＷＯ／９７／４０２０７およびＥＰ８５６５９２に記載されている。
発明の目的および説明
本発明の目的は、非付着性均一ＤＬＮ組成物およびそのような組成物を基板上に均一に被覆する融通性に富む方法を提供することにある。非付着性皮膜組成物に関して、ＤＬＮ（ダイヤモンド状ナノ合成物）は２２〜３０ｍＮ／ｍの表面エネルギーを有する合成物を意味する。本発明の他の目的は、１０ＧＰａよりも大きい硬度を有する上記の皮膜を提供することにある。
本発明者が得た知見によれば、このような非付着性のＤＬＮ皮膜は比較的高い水素濃度を必要とする。さらに詳細に述べると、非付着性のＤＬＮ皮膜は、Ｃ濃度の８５〜１２５％の範囲にあるＨ濃度を必要とする。本発明のａ−Ｃ：Ｈおよびａ−Ｓｉ：Ｏの網状組織からなる改良された非付着性ダイヤモンド状ナノ組成物は、好ましくは、２５〜３５原子％のＣ、３０〜４０原子％のＨ、２５〜３０原子％のＳｉ、および１０〜１５原子％のＯからなる。
被覆方法は、
（ａ）Ａｒのような不活性ガスのイオンを基板に衝突させることによって前記基板をプラズマエッチング（反応性イオンエッチング、ＲＩＥ）する段階と、
（ｂ）５×１０-3〜５×１０-2ミリバールの作動圧の下で、蒸着される元素Ｃ、Ｈ、Ｓｉ、およびＯを適当な比率で含む液状有機前駆体を、前記比率が蒸着工程中実質的に一定であるように、導入する段階と、
（ｃ）５０〜１５０Ａのフィラメント電流、５０〜３００Ｖの負のフィラメントバイアスＤＣ電圧、および０．１〜２０Ａのプラズマ電流の条件下で行われるフィラメントを用いる電子援用ＤＣ放電によって前記導入前駆体からプラズマを形成する段階と、
（ｄ）プラズマ中に形成されたイオンを引き出すために、前記基板に３５０〜７００Ｖの負のＤＣバイアス電圧または負のＲＦ自己バイアス電圧を付加し、また、前記ＲＦ電圧の周波数は３０〜１０００ｋＨｚとして、前記基板に前記組成物を蒸着させる段階と、
からなることを特徴とする。
上記被覆方法におけるプラズマエッチング段階（ａ）は、表面を活性化してその表面から残留酸化物を除去する段階である。この処理段階は、基板上に良好な付着性を有する皮膜を形成するために必要不可欠である。
液状有機前駆体は、好ましくは、ＳｉおよびＯの含有量が比較的高い、ヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳ）のようなシロキサン化合物からなる。
プラズマを形成するのにトリウムタングステンフィラメントのようなフィラメントを用いる必要はないが、電子援用ＤＣ放電によってより高いプラズマ密度が得られ、フィラメントを用いない場合よりも少なくとも２０％蒸着速度が大きくなる。
バイアス電圧は、蒸着された皮膜の性質、特に硬度と表面エネルギーに影響を及ぼす。バイアス電圧が低いと、皮膜の硬度は低くなり（例えば、バイアス電圧が５００Ｖの場合、皮膜の硬度は１２ＧＰａであり、バイアス電圧が３００Ｖの場合、皮膜の硬度は８ＧＰａである）、かつ表面エネルギーも低くなる。皮膜がより低いバイアス電圧で蒸着されると、その蒸着された皮膜の非付着性はより好ましくなる。
上記被覆方法の段階（ｄ）において低周波数のＲＦを用いることによって、生産の工業的規模を容易に拡大することができる。
本出願人による同時係属出願ＷＯ９７／４０２０７に記載される真空反応炉において、前駆体はキャリアガスとしてのＡｒと共に導入される。ガスと前駆体の混合物は、真空室に制御蒸発・混合システムを介して、制御された方法に基づいて供給される。液状前駆体は、液状マスフロー制御器を介して、混合バルブに流入し、この混合バルブ内においてキャリアガス流と合流する。ガスと合流した前駆体は、約８０〜２００℃に加熱された混合室に移される。前駆体は混合物中において蒸発し、そのように加熱された混合物は真空室内に流入する。
真空室内の作動圧は、例えば、約５×１０-3〜５×１０-2ミリバールに設定される。この値は、公知の方法における作動圧と比較して非常に高く、複雑な基板上により均一な蒸着を可能にする。この作動圧は、好ましくは、７×１０-3〜１．２×１０-2ミリバールの範囲に設定するとよい。
皮膜の非付着性は、その（低い）表面エネルギーとその皮膜上の水滴の（高い）接触角によって表される。
本発明の方法による２５〜３５原子％のＣ、３０〜４０原子％のＨ、２５〜３０原子％のＳｉ、および１０〜１５原子％のＯからなるａ−Ｃ：Ｈおよびａ−Ｓｉ：Ｏの網状組織からなる改良された非付着性ダイヤモンド状ナノ組成物が被覆された表面上の水滴の接触角は、９０〜９５°と測定された。蒸着されたＤＬＮ皮膜の表面エネルギーは、例えば、２５〜３０ｍＮ／ｍの範囲内で変動する。表面エネルギーは、被覆表面上の所定の液体（鉱物質を除去した水、フォルムアルデヒド、エチレングリコール、ヘキサン）の接触角から、ジスマン（Ｚｉｓｍａｎ）の作図を用いて決定される。
もし皮膜の蒸着中に５〜１５０ガウスの磁場が付加されると、プラズマが強められる。磁場は、例えば、反応炉中のトリウムフィラメントの近傍に配置された誘導コイルによって、付加される。
本発明による蒸着工程中に、不活性ガスを真空室内に導入させて、そのガスをイオン化させ、成長層とのイオン衝撃によってイオンをその成長層に混入させることができる。このイオンの混入によって、蒸着膜のナノ硬度をより高めることができる。不活性ガスは、別個にまたは前駆体に対するキャリアガスとして導入させることができる。
必要に応じて、皮膜の熱および／または電気伝導度を改善するために、一種またはそれ以上の遷移金属をイオンスパッタリング法または熱蒸着法によって共蒸着させることができる。
本発明による方法によって蒸着された２５〜３５原子％のＣ、３０〜４０原子％のＨ、２５〜３０原子％のＳｉ、および１０〜１５原子％のＯからなるａ−Ｃ：Ｈおよびａ−Ｓｉ：Ｏの網状組織からなる改良された非付着性ダイヤモンド状ナノ組成物は、例えば、３６％のＳｉ，１７％のＯ、および４７％のＣ（Ｈは考慮せず）からなっている。その表面エネルギーは２７ｍＮ／ｍである。
蒸着された皮膜の表面エネルギーをさらに低下させるために、被覆工程中に酸素ガスをプラズマに付与することもできる。２５〜３５原子％のＣ、３０〜４０原子％のＨ、２５〜３０原子％のＳｉ、および１０〜１５原子％のＯからなるａ−Ｃ：Ｈおよびａ−Ｓｉ：Ｏの網状組織からなる改良された非付着性ダイヤモンド状ナノ組成物の酸素の含有量が２５〜３０％になるように（Ｈは考慮せず）酸素ガスを付与することによって、表面エネルギーを２４ｍＮ／ｍまで低下させることができた。
非付着性均一ＤＬＮ皮膜は、表面エネルギーが低く、ナノ硬度が高く、（湿気のある条件下においてさえ）摩擦特性が良好であり、さらに熱および／または電気伝導度を制御することが可能である。
本組成物に対して、少なくとも一種の遷移金属、例えば、Ｚｒ、ＴｉまたはＷを不純物として混入させることができる。プラズマエッチング工程によって、本組成物は、Ａｒ、ＫｒまたはＫのような不活性ガスを０．５〜５原子％混在させることができる。
従って、本皮膜はテフロンよりもはるかに耐磨耗性がすぐれ、テフロンの代替物となりうる硬質皮膜である。テフロンの最大の欠点は、強力な機械的力に耐えるに十分な硬度を有していない点にある。本非付着性ＤＬＮ皮膜は、さらにテフロンと比較して、フッ素を含有していないという利点もある。
蒸着されたＤＬＮ皮膜は、そのすぐれた非付着性によって、以下の実施例に述べる用途を含む多くの用途に好適に用いられる。基板上の皮膜層の厚みは、０．０１〜１０μｍの範囲内の値に選択されるとよい。
特に、本発明は、あらゆる種類の成形手段、例えば、成形ペン、ピン、ポインター、ノズル、ダイ、スタンプ及びスタンプパッドの形態を有する雄型および雌型に適応され、これらの手段の成形表面には、本発明の非付着性ＤＬＮ皮膜が蒸着される。
実施例
実施例１
射出成形用金型に対する硬質離型皮膜
本発明による被覆方法によって、２５〜３５原子％のＣ、３０〜４０原子％のＨ、２５〜３０原子％のＳｉ、および１０〜１５原子％のＯからなるａ−Ｃ：Ｈおよびａ−Ｓｉ：Ｏの網状組織からなる改良された非付着性ダイヤモンド状ナノ組成物がポリオキシメチレン（ＰＯＭ）の射出成形に用いられる金型の表面に良好に塗布された。基体への皮膜の付着は非常に好ましく、離型された後、いかなる材料も金型に付着していなかった。ＤＬＮ被覆金型からの離型速度は、非被覆金型からの離型速度よりも非常に早く、金型から成形品を取り除くときにも材料の変形は観察されなかった。本皮膜はまた、他のポリマーまたは他のペースト状材料を射出成形、押し出し、引き抜き、またはプレス成形などの方法によって成形するための金型の表面にたいしても有用である。
実施例２
ナイロンの融着用電極に対する離型皮膜
ナイロンの融着法においては、２つのナイロン製マフ（手袋に似た婦人用品）状加工品の各端部を互いに接触させる。それら２つの加工品の中央の空洞部内に沿ってワイヤが挿入される。このワイヤは誘導加熱法または電気抵抗（ジュール熱）法によって加熱され、接触面積内のナイロン材料を溶融させる。その後、冷却を開始して、ワイヤがナイロン加工品から引き抜かれる。ナイロン材料は冷却中に凝固し、２つのナイロン加工品が融着される。
加熱ワイヤを引き抜くときに、溶融状態のナイロン材料がそのワイヤに付着する可能性がある。しかし、本発明の方法による２５〜３５原子％のＣ、３０〜４０原子％のＨ、２５〜３０原子％のＳｉ、および１０〜１５原子％のＯからなるａ−Ｃ：Ｈおよびａ−Ｓｉ：Ｏの網状組織からなる改良された非付着性ダイヤモンド状ナノ組成物を被覆することによって、そのような付着を防ぐことができる。
上記の付着を防止するために、通常、テフロン皮膜が用いられる。しかし、テフロンは、ワイヤを空洞から引き出すとき皮膜に作用する大きな機械的（磨耗）力に耐えることができない。ＤＬＮ皮膜は、テフロンよりもすぐれた摩擦特性と、テフロンよりもはるかに高い硬度を有しているので、上記の用途に対してテフロンよりも適している。さらに、ＤＬＮ被覆電極は寿命が長く、何度も繰り返して使用することができる。
実施例３
電気的外科手術用切刃への非付着性皮膜
人体の皮膚または組織を外科的切除する１つの方法として、電気的外科手術用切刃が用いられる。この方法においては、切刃を加熱するためにＲＦ電圧が切刃に付加される。人体がアース電極として作用することによって、電流が人体内に流れ、皮膚または組織を焼き切って切開する。
本発明による被覆方法を用いて、切刃の表面に人体の組織または血液が付着しないような２５〜３５原子％のＣ、３０〜４０原子％のＨ、２５〜３０原子％のＳｉ、および１０〜１５原子％のＯからなるａ−Ｃ：Ｈおよびａ−Ｓｉ：Ｏの網状組織からなる改良された非付着性ダイヤモンド状ナノ組成物を蒸着することができる。人体の組織をシミュレーションするレバーおよび白いソフトチーズを対象として、種々の切除試験が行われた。
白いソフトチーズの切除試験においては、バァリタブ・フォース２（Ｖａｌｌｅｙｔａｂ Ｆｏｒｃｅ ２）ＥＳ発生器および電力制御ペンシルが用いられた。チーズは戻り電極（金属板）上に置かれ、被覆された切刃がペンシル先端に差し込まれた。２５Ｗ／５００ｋＨｚのＲＦ電力が付加された。
ＤＬＮ被覆切刃に対する切除試験の結果は良好であった。ＤＬＮ被覆切刃は、少なくとも通常用いられているテフロン被覆切刃と同等の性能を示した。
さらに、非付着性ＤＬＮ組成物は、食品、プラスチック、薬剤、洗剤、および液状またはペースト状材料を処理する手段上への皮膜として用いることができる。
Claims (10)
- ａ−Ｃ：Ｈおよびａ−Ｓｉ：Ｏの網状組織からなる改良された非付着性ダイヤモンド状ナノ（１０億分の１レベルの微小）組成物において、Ｈ濃度がＣ濃度の８５％から１２５％の範囲にあり、前記組成物が被覆された表面上の水滴の接触角が９０〜９５°であり、前記組成物の皮膜の表面エネルギーが２５〜３０ｍＮ／ｍの範囲内であることを特徴とする組成物。
- ２５〜３５原子％のＣ、３０〜４０原子％のＨ、２５〜３０原子％のＳｉ、および１０〜１５原子％のＯからなることを特徴とする請求項１に記載の組成物。
- 少なくとも一種の遷移金属が不純物として添加されることを特徴とする請求項１に記載の組成物。
- 前記遷移金属はＺｒ、ＴｉまたはＷであることを特徴とする請求項３に記載の組成物。
- Ａｒ、ＫｒまたはＮのような不活性ガスを０．５〜５原子％含むことを特徴とする請求項１または３に記載の組成物。
- ナノ（１０億分の１レベルの微小）押し込み硬さ法によって測定された硬さ１０ＧＰａであることを特徴とする請求項１または５に記載の組成物。
- 請求項１に記載の前記組成物からなる層によって少なくとも部分的に被覆された基材において、前記層の厚みが０．０１〜１０μｍの範囲にあることを特徴とする基材。
- 前記基材がポリマー材料を射出成形するための金型であることを特徴とする請求項７に記載の基材。
- 前記基材がプラスチックの融着用電極であることを特徴とする請求項７に記載の基材。
- 前記基材が電気的外科手術の切刃であることを特徴とする請求項７に記載の基材。
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