JPH01167702A

JPH01167702A - 光学膜付き金属材

Info

Publication number: JPH01167702A
Application number: JP32590987A
Authority: JP
Inventors: Masanobu Wakumoto; 和久本　正信
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1987-12-23
Filing date: 1987-12-23
Publication date: 1989-07-03

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔技術分野〕この発明は、表面保護兼用の光学膜を備えた金属材に関
する。

〔背景技術〕

金属は加工が容易で機械的強度に優れているため、各所
で多量に使われているが、いくつかの欠点もある。その
ひとつが、金属表面は傷がつきやすかったり、摩耗しや
すかったりすることである。もうひとつは、殆どの金属
は、表面色が白銀色、銀色、または、金色のいずれかで
あり、単調であることである。もちろん、めっきや有機
塗料によって膜付けを行い、光学特性（表面色）を変え
たり、表面保護を行ったりしているが、まだまだ、傷が
つきやすかったり、膜が剥がれやすかったりして、信頼
性が十分とは言えない。

〔発明の目的〕　　゛この発明は、表面が強固で、光学膜の信頼性が高い光学
膜付き金属材を提供することを目的とする。

〔発明の開示〕

前記目的を達成するため、この発明は、金属基材と、金
属化合物からなり前記金属基材の表面に形成されて光干
渉作用を発揮する光学膜を備えた金属材であって、前記
光学膜と金属基材の間には、金属膜、または、化合度か
所定の化合度に達していない金属化合物膜が介在してい
ることを特徴とする光学膜付き金属材を要旨とする。

以下、この発明を、その−例をあられす図面を参照しな
がら詳しく説明する。

第１図は、この発明にかかる光学膜付き金属材（以下、
「金属材」という）の側断面構造をあられす。

金属材１は、金属基材２の表面に形成された光学多層膜
（光学膜）３を備え、金属基材２と光学膜層膜３の間に
は、下地膜４が介在している。光学多層膜３は、金属と
非金属の金属化合物からなる。この光学膜ＦｉＢ’Ａ３
は、複数の層５・・・、６・・・で構成されていて、光
干渉作用を発揮するために膜面に干渉色があられれる。

光学膜Ｎ膜３は、金属化合物が所定の化合度に達してい
る膜であるが、下地膜４は、所定の化合度に達していな
い膜である。

下地膜４が所定の化合度に達していない膜であるという
のは、例えば、つぎのような意味である。金属がＴｉ　
　（チタン）で非金属が０（酸素）である場合、金属化
合物の化合度が所定の化合度に達していると、その膜は
、事実上、酸化度の高いＴｉｅ、で占められている。し
かし、Ｔｉの酸化条件によっては、膜には、酸化度の低
いＴｉＯやＴＬ　Ｏ！　　（あるいは、これに加えて、
未酸化の金属Ｔｉも）が、Ｔ　ｉ　Ｏ＊と混在していて
、ＴｉＯ２ばかりで占められている膜の酸化度（化合度
）に達していない。このような酸化度が低い成分が含ま
れている場合、膜の性質は、Ｔ　ｉ　Ｏ，の割合が多い
（所定の化合度に近づく）はど、金属酸化物としての性
質に近く、Ｔ　１０　ｚの割合が少ない（所定の化合度
から遠ざかる）はど、金属単体としての性質に近くなる
。下地膜４では、金属基材２に近づくに従い’ｌ’ｉｏ
ｚ等の化合度の高い成分の割合が連続的に少な（なって
いる。つまり、下地層４は、金属酸化物の化合度が低い
ため、金属と金属酸化物の中間的な性質を有し、しかも
、化合度が基材に近づくに従い連続的に低くなるように
勾配がついているため、光学多層膜３側は金属酸化物寄
りの性質であり、金属基材２側は金属寄りの性質である
。

金属化合物としては、具体的には、Ｔ　ｉ　Ｏ！、Ｓ　
ｉｏｚ　、、Ａｌｚ　Ｏ！　、ｚｒｏ！　、Ｃｅ０ｚ等
の金属酸化物、Ｔ　ｉ　Ｎ等の金属窒化物、ＳｉＣ，Ｔ
ｉｃ等の金属炭化物、ＣａＦ、　、ＭｇＦｚ等の金属フ
ッ化物、ＺｎＳ等の金属硫化物等が挙げられる。光学多
層膜３の材料として、主として光学特性上と表面保護の
観点から、上記材料が選択される。

金属基材２としては、ステンレス等のＦｅ％Ａ１、　Ｃ
ｕ等が挙げられる。

干渉色が現れる光学多層膜３は、屈折率差のあるほぼ等
しい光学膜厚（光の波長程度の厚み）の層が多数層積ま
れていて、干渉作用による選択反射性をもつ光学膜であ
る。したがって、光学多層膜３の層５・・・と層６・・
・は、いずれも、光の波長程度の厚みの層で、層５とＦ
ｉ６は、その屈折率に差がついている。この光学多層膜
３は、膜厚や層数を変えることによって、選択特性を調
整することができるので、干渉色の設定が、容易であり
、精度よく行える。

上記金属材１は、表面が強固である。それは、金属酸化
物、金属窒化物、金属炭化物、または、金属フッ化物の
ような耐擦傷性の良い材料からなる層が表面に形成され
ているからである。金泥材１は、美観的にも優れている
。これは、膜面に干渉色があられれるからである。干渉
色は、有機系塗料による着色と比べ、独特の透明感があ
って非常に美しく、見る人に高級感を抱かせる。しかも
、光学多層膜３は、金属基材２にしっかりと付着してお
り、簡単に剥がれたすせず信頼性が高い。

これは、つぎのような理由による。光学多層ＮｔＡ３は
、性質が大きく異なるバルクな金属基材２表面には非常
に付着しにくい。しかし、この金属材１の光学多層膜３
は、金属基材２表面に直接付着するのではなく、中間的
性質の下地膜４表面に付着している。そして、この下地
膜４が、中間的性質のため、やはり、金属基材２に強固
に付着している。その結果、光学多層膜３が、金属基材
２に強固に付着することとなり、信頼性が高まるのであ
る。また、この金属材１は、光学多層膜３の付着が強固
で多少の曲げにも耐えることから、光学多層膜３形成後
に金属材１を成形加工することもできる。

下地膜４における金属化合物の種類が、光学多層膜３の
最下層における金属化合物と同じであると、性質差が少
なくなって付着力が強まり好ましいが、必ずしも同じで
ある必要はない。金属の種類や非金属の種類が違ってい
てもよい。また、下地膜４における金属の種類が、金属
基材２と同じであると、性質差が少なくより強固な付着
となり好ましいが、これも同じである必要はない。

下地膜４の厚みは、通常１００ｎｍ−１５００ｎｍ程度
に設定される。１００ｎｎ＋よりも薄いと、付着力を高
める働きが弱く、１５００ｎｍよりも厚いとそれ自体の
もつ内部応力により付着力が弱まる傾向がみられるから
である。

第２図は、この発明にかかる金属材の他の実施例をあら
れす。

この金属材１′は、下地膜４′が所定の化合塵に達して
いない膜であるが、金属基材２に近ず（に従い連続的に
ではなく階段的に低くなっているという点で先の実施例
と異なるだけであり、他の点は同じである。

すなわち、膜４中の化合塵は、各層４′ａ、４′ｂ、４
１　ｃとも所定の化合塵に達していないが、層４′ａが
最も高く、層４’ｂが中間で、層４′Ｃが最も低くなる
ように階段的に勾配がつけられている。下地膜４′は、
やはり、中間的性質を有していて、光学多層膜３と金属
基材２の性質の差を緩和させる働きをする。

光学多層膜３や下地膜４．４′は、真空蒸着、イオンブ
レーティング、スパッタリング、ＣＶＤ、ディッピング
法等の方法、あるいは、これら各方法を併用することに
より形成される。

下地膜４．４′における化合塵の調整は、例えば、酸素
ガス雰囲気で金属を蒸着させながら同時に酸素ガスの量
を連続的、あるいは、段階的に変化させるようにして行
う。光学多層膜３の最下層５の金属化合物が下地膜４．
４′と同じ種類であれば、この最下層５を、下地膜４の
形成に続いて連続形成できる。こうすれば、付着力がよ
り高まる傾向がある。

下地膜４．４′が、上記の例のように、金属基材２側に
近づくに従って化合塵が次第に下がっていくよう勾配が
ついていると、金属基材２側では金属性が強く、光学多
層膜３側では金属酸化物性が強くなり、性質差がより少
なくなるので、付着力を効果的に強められ好ましいが、
下地膜内の化合塵に勾配がついていなくて全厚みを通じ
て均一になっていてもよい。また、下地膜が金属化合物
を含んでいなくても、膜になっていれば、バルクの全屈
基材表面と比べて、その上に形成される金属化合物層の
付着力は強まる。下地膜は金属膜であってもよい。ただ
、上記のような中間的性質の下地膜と比べると、付着力
が劣ることは否めないこの発明の金属材は、装飾用、着
色反射鏡用に限らず、各種の光学機器の反射鏡部品等に
使える続いて、より具体的な例を説明する。

（実施例１）以下のようにして、第１図に示す構成の金属材を作製し
た。

金属基材２として、ステンレス（ＳＵＳ３０４）の薄板
を用いた。このステンレス板の表面に、下地膜４を、真
空蒸着法により形成した。その際の初期到達真空度は２
　Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒであり、蒸着材料に金属チタン
材料を用い、電子ビーム加熱により蒸発させるようにし
た。蒸着は、酸素ガス分圧をＯから１．５　Ｘ　１０　
”Ｔｏｒｒまで連続的に変化させながら下地膜４が約５
００ｎｍの厚みとなるように行った。この下地ｌｉｔ！
　４は、金属基材２側はほぼ金属チタンに近く、表面側
は、はぼＴ　Ｉ　Ｏｚに近かった。ついで、光学膜Ｎ膜
３を蒸着形成した。

光学多層膜３は、５層のＴ　ｉ　Ｏを層５と５Ｍの５ｉ
ＯｔＮ６が交互になっている計１０ｆｆｉ構成とした。

各層の厚みの異なるものをいくつか作製した。厚みを約
７００ｎｍとしたものは、干渉色が赤みの強い金色とな
り、厚みを約６５０ｎｍとしたものは、干渉色がオレン
ジがかった金色となり、厚みを約５００ｎｍとしたもの
は、干渉色が青色となった。

（実施例２）以下のようにして、第２図に示す構成の金属材を作製し
た。

金属基材２として、アルミニウムの薄板を用いた。この
板の表面に、下地膜４′を、真空蒸着法により形成した
。その際の初期到達真空度は２×１０−’Ｔｏｒｒであ
り、蒸着材料に低級酸化アルミニウム蒸着材を用い、電
子ビーム加熱により蒸発させるようにした。蒸着は、酸
素ガス分圧を０から１、５　Ｘ　１０−’ＴｏｒｒＯ間
で３段階ステップ的に変化させながら下地膜４′が約５
００ｒｖ＋の厚みとなるように行った。この下地膜４′
は、３段階の化合度の層からなる。ついで、光学多層膜
３を蒸着形成した。光学多層膜３は、５層のＴ　ｉ　Ｏ
＊　Ｊｆｉ　５と、５層のＡｌｌ　Ｌ　［６が交互にな
っている計１ＯＮ構成とした。なお、７　ｔ　Ｏｘ　Ｊ
ｉｔ　５は、取り扱いが容易な二酸化チタン材料を用い
、酸素ガス圧８　Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒの状態で蒸着形
成した。層５．６の厚みは約５００ｎｎ＋であり、干渉
色は青色であった。

（比較例１）下地層４を形成することなく、光学多層膜３を金属基材
２に形成するようにした他は、実施例１と同様にして金
属材を作製した。

（比較例２）下地ｆｆ１ｔ４’を形成することなく、光学多層膜３を
金属基材２に形成するようにした他は、実施例２と同様
にして金属材を作製した。

実施例１．２と比較例１．２の金属材を、３５０℃、１
０日間の条件で耐熱耐久試験した。実施例の金属材は、
光学多層膜に異常はなく、膜の信頼性が高いことが確認
できた。一方、比較例の金属材は、すべて光学多層膜と
金属基材の間に剥離が生じていた。また、実施例１．２
の金属材の表面をスチールウールで擦って耐擦傷性試験
を行った。実施例の金属材は１００回擦っても、傷の発
生は見られな′かった。ちなみに、光学膜を全くつけな
いアルミニウム扱は、１同僚るだけで傷が発生した。

この発明は、以上の実施例に限らない。例えば、光学膜
が、必ずしも人の目に見える干渉色を発現しなくてもよ
く、例えば、紫外線を干渉作用により選択的に反射する
ような性質の膜であってもよい。

〔発明の効果〕

この発明にかかる金属材は、以上に述べたように、光学
膜が、金属と非金属の金属化合物からなっているため、
表面が極めて強固であり、光学膜°　と金属基材の間に
は付着力を高める下地膜が介在しているため、光学膜の
信頼性が高い。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明孟こかかる金属材の一実施例の構造
をあられす側断面図、第２図は、この発明にかかる金属
材の他の実施例の構造をあられす側断面図である。１．１′・・・金属材　　２・・・金属基材　　３・・
・光学多層膜（光学膜）　　　４．４′・・・下地膜代
理人　弁理士　　松　本　武　彦第１図１２図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）金属基材と、金属化合物からなり前記金属基材の
表面に形成されて光干渉作用を発揮する光学膜を備えた
金属材であって、前記光学膜と金属基材の間には、金属
膜、または、化合度が所定の化合度に達していない金属
化合物膜が介在していることを特徴とする光学膜付き金
属材。
（２）金属化合物が、金属酸化物、金属窒化物、金属炭
化物、金属フッ化物、または、金属硫化物である特許請
求の範囲第１項記載の光学膜付き金属材。
（３）光学膜が、干渉色を膜面に発現させる光学多層膜
である特許請求の範囲第１項または第２記載の光学膜付
き金属材。
（４）光学膜・金属基材間に介在する金属化合物膜の化
合度が、金属基材に近ずくに従い次第に低くなっている
特許請求の範囲第１項から第３項までのいずれかに記載
の光学膜付き金属材。