JPH01188675A - 炭素膜をテープ上に形成する方法 - Google Patents

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】 「発明の利用分野」 本発明は光学的バンド中が１　、　ＯｅＶ以上特に１．
５〜５．５ｅＶを有する炭素または炭素を主成分とする
被膜をテープ状の被膜形成面上にコーティングすること
により、これらテープ材の補強材、また機械ストレスに
対する保護材を得んとしている複合体に関する。

「従来技術」 炭素膜のコーティングに関しては、本発明人の出願にな
る特許願「炭素被膜を有する複合体およびその作製方法
」　（特願昭５６−１４６９３６　　昭和５６年９月１
７日出願）が知られている。しかしこれらは金属または
無機材料のみの上に形成したものであり、その形成温度
を１５０℃以下、好ましくは＋１００〜−１００℃と実
質的に冷却とし、かつ、被形成面をこれらの温度でも耐
熱性を有する有機樹脂を生成分とするテープ状の基体上
とする場合、またはこの上に無機材料を予め塗布固定し
た複合体上とする例はまったく述べられていない。

「従来の問題点」 従来例において、炭素膜は２００〜１０００’Ｃと高温
でしか得られないとされており、炭素膜が条件によって
は、室温（プラズマにより１５０　’Ｃ程度まで表面が
昇温する）またはそれ以下の温度での作製方法でも十分
な硬度を有せしめ得ることの記載はまったくない。

「問題を解決すべき手段Ｊ 本発明は、テープ状の基体上に炭素または炭素を主成分
とする被膜をコーティングし、その表面での耐摩耗性等
の機械的強度を補強しようというものであり、特にエチ
レン、メタンのような炭化水素気体を直流または高周波
、特に基体側に正の直流バイヤスを加えた高周波電界に
よりプラズマを発生させた雰囲気中に導入し、分解せし
めることによりＣ−Ｃ結合を作り、結果としてグラファ
イトのような非透光性の導電性または不良導電性の炭素
を作るのではなく、作製条件により求められた光学的エ
ネルギハンド巾（Ｅｇという）が１．ＯｅＶ以上、好ま
しくは１．５〜５．５ｅＶを有するダイヤモンドに類似
の絶縁性の炭素を形成することを特徴としている。さら
にこの本発明の炭素は、その硬度もビシカース硬度が２
０００Ｋｇ／ｍ′ｍ２以上、好ましくは４５００Ｋｇ／
ｍｍ２以上、理想的には６５００Ｋｇ／ｍｍ２というダ
イヤモンド類似の硬さを有するアモルファス（非晶質）
または５〜２００人の大きさの微結晶性を有するセミア
モルファス（半非晶質）構造を有する炭素またはこの炭
素中に水素、ハロゲン元素が２５原子％以下または■価
またはＶ価の不純物が５原子％以下、また窒素がＮ／Ｃ
≦０．０５の濃度に添加されたいわゆる炭素を主成分と
する炭素（以下本発明においては単に炭素という）を基
板上に設けた複合体を設けんとしたものである。

本発明は、さらにこの炭素が形成される基板を１５０℃
以下好ましくは−１００〜１００　’Ｃの従来より知ら
れたＣＶＤ法に比べて５００〜１５００’Ｃも低い温度
で形成せしめ、耐熱性のない有機樹脂膜上にもコーティ
ングが可能であることを実験的に見出したことを他の特
徴とする。

また本発明は、この炭素に■価の不純物であるホウ素を
０．１〜５原子％の濃度に添加し、Ｐ型の炭素を設け、
またＶ価の不純物であるリン、窒素を同様に０．１〜５
原子％の濃度に添加し、Ｎ型の炭素を設けることにより
この基板上面の炭素を導電性にしたことを他の特徴とし
ている。

また本発明は基体特にＰＵＴ　（ポリエチレンテレフタ
ート）、ＰＥＳ、テフロン、エポキシ、ポリイミド等の
有機樹脂基体特にテープ状にロール・ツー・ロール（ｒ
ｏｌｌ　ｔｏ　ｒｏｌｌ以下ＲＴＲという）方式で配設
し、このテープ状の有機樹脂上に形成せんとするもので
ある。

本発明はテープ上にアルミナ、カーボランダム等の塗粒
を有機樹脂媒体と混合して塗布固定せしめ、その表面を
凹凸にせしめ、この凹凸表面上に、これらすべてを覆う
べく炭素または炭素を主成分とする膜をコーティングし
、研磨用具を形成せんとしたものである。そしてこれを
ラッピングペーパー即ちダイヤモンド粒が散在した研磨
用材と同等の研磨機能を有する製品を作らんとするもの
である。

本発明は有機樹脂基体上に磁性体を塗布し、この磁性体
上の耐摩耗用のコーティング材として炭素または炭素を
主成分とする膜をコーティング形成したものである。

本発明はテープ状に固体を仮付けし、これらをロール間
を移動しつつ炭素または炭素を主成分とする被膜をコー
ティングして、耐摩耗材であり、かつ耐すべりやすさを
表面に有する電気部品を作製せんとしたものである。

以下に図面に従って本発明に用いられた複合体の作製方
法を記す。

実施例１ 第１図は本発明の炭素または炭素を主成分とする被膜を
形成するためのＲＴＲ方式のプラズマＣＶＤ装置の概要
を示す。

図面において、ドーピング系（１０）において、キャリ
アガスである水素を（１１）より、反応性気体である炭
化水素気体例えばメタン、エチレンを（１２）より、■
価不純物のジボラン（水素希釈）（１３）、Ｖ価不純物
のアンモニアまたはフォスヒンを（１４）よりバルブ（
２８）、流量計（２９）をへて反応系（３０）中にノズ
ル（２５）より導入される。このノズルに至る前に、反
応性気体の励起用にマイクロ波エネルギを（２６）で加
えて予め活性化させることは有効である。

反応系（３０）では、第１のロール（４）より第２のロ
ール（５）に補助ロール（６）　、　（７）を経て移動
する。

この補助ロール（７）はテープにたるみがこないように
一定の張力（テンション）を与えるべく、ハネ（２７）
を具備する。補助ロール間には、第１の電極（２）、被
形成面を具備するテープ（１）、第２の電極（３）を有
し、一対の電極（２）　、　（３）間には高周波電極（
１５）、マツチングトランス（１６）、直流バイヤス電
源（１７）より電気エネルギが加えられ、プラズマ（４
０）が発生する。排気系（２０）は圧力調整バルブ（２
５Ｌ　ターボ分子ポンプ（２２）　、　　ロータリーポ
ンプ（２３）をへて不要気体を排気する。

これらの反応性気体は、反応空間（４０）で０．０１〜
０．３ｔｏｒｒ例えば０．１ｔｏｒｒとし、高周波によ
る電磁エネルギにより０．１〜５に−のエネルギを加え
られる。直流バイヤスは、−２００〜６００Ｖ　（実質
的には一４００〜＋４００Ｖ）を加える。なぜなら、直
流バイヤスが零のときは自己バイヤスが一２００Ｖ　（
第２の電極を接地レベルとして）を有しているためであ
る。反応性気体は、例えばメタン；水素−１：１　とし
た。

第１の電極は冷却手段（９）を有し、冷却液体を（８）
より入れ、（８゛）に排出させ、被形成面上の温度を１
５０〜−１００℃に保持させる。かくしてプラズマによ
り被形成面上にビンカーズ硬度２０００Ｋｇ／ｍｍ　２
以上を有するとともに、熱伝導度２．５Ｗ／ｃｍ　ｄｅ
ｇ以上のＣ−Ｃ結合を多数形成したアモルファス構造ま
たは微結晶構造を有するアモルファス構造の炭素を生成
させた。さらにこの電磁エネルギは５０ｗ〜ＩＫＷを供
給し、単位面積あたり０．０３〜３Ｗ／ｃｍ２のプラズ
マエネルギを加えた。このプラズマ密度が大きい場合、
また予めマイクロ波で反応性気体が励起されている場合
は、５〜２００人の大きさの微結晶性を有するセミアモ
ルファス構造の炭素を生成させることができた。成膜速
度は１００〜１００ＯＡ／分を有し、特に表面温度を一
５０〜１５０℃とし、直流バイアスを＋１００〜３００
ｖ加えた場合、その成膜速度は１００〜２０ＯＡ／分（
メタンを用いマイクロ波を用いない場合）　、５００〜
１００ＯＡ／分（メタンを用いマイクロ波を用いた場合
、またはエチレンを用いマイクロ波を用いた場合）を得
た。これらはすべてビッカ−ズ硬度が２０００Ｋｇ／ｍ
ｍ２以上を有する条件のみを良品とする。もちろんグラ
ファイトが主成分ならばきわめて柔らかく、かつ黒色で
本発明とはまったく異質なものである。

この反応生成物は基体（１）が冷却媒体（９）により冷
却され、この上面に被膜として形成される。

反応後の不純物は排気系（２０）よりターボ分子ポンプ
、ロータリーポンプを経て排気される。反応系は０．０
０１〜１０ｔｏｒｒ代表的には０．０１〜０．５ｔｏｒ
ｒに保持されており、マイクロ波（２６）、高周波のエ
ネルギ（１５）により反応系内はプラズマ状態（４０）
が生成される。特に励起源がＩＧＨｚ以上、例えば２．
４５ＧＨｚの周波数にあっては、Ｃ−Ｈ結合より水素を
分離し、さらに周波源が０．１〜５０ＭＨｚ例えば１３
．５６ＭＨｚの周波数にあってはＣ−Ｃ結合、Ｃ＝Ｃ結
合を分解し、Ｃ−Ｃ結合または一〇−〇−結合を作り、
炭素の不対結合手同志を互いに衝突させて共有結合させ
、安定なダイヤモンド構造を局部的に有した構造とさせ
得る。

かくして有機樹脂基体上またはその上にセラミックス、
磁性体、金属または電気部品が設けられたテープ上に炭
素特に炭素中に水素を２５モル％以下含有する炭素また
Ｐ、■またはＮ型の導電型を有する炭素を主成分とする
被膜を形成させることができた。

実施例２ 第２図（Ａ）は第１図の製造装置を用いて作られた複合
体の一例である。第２図（Ａ）は有機樹脂基体の上に有
機溶剤で希釈したポリイミド、ＰＥＴ等の有機樹脂媒体
と、アルミナ、カーボランタム等の塗粒（４２）（粒径
２００番〜８０００番）とを混合し、これらを基体（４
１）上に３〜１００μｍの平均厚さに一回または数回繰
り返して塗布し、乾燥、固化しく１０） た。すると有機溶剤が気化し、有機樹脂媒体は体積収縮
をするため、塗粒（４２）が凸部を有して媒体（４３）
により基体（４１）上に固着される。さらにこの時有機
媒体が凸部の上表面にも若干残るため、ここの部分を軽
く溶去し、凸部に塗粒表面が露呈するようにしてもよい
。これらを第１図のＲＴＲ方式の装置に配設し、この上
面に炭素（５０）を形成した。

この厚さは０．１〜５μｍとした。

塗粒（４２）として４０００〜８０００番を用いた場合
ではそれぞれ０．３〜０．１　μｍの厚さの炭素膜を形
成し、８００〜２０００番ではそれぞれ２．０〜０．５
μｍの厚さの炭素膜（５０）を形成した。さらにこれ以
下の粒番の大粒径の塗粒では３μｍ以上の厚さに炭素膜
をコートした。それらは凸部が炭素のコートにより実質
的に平坦にならない範囲で厚く形成すればよい。

かくしてこの炭素ラッピングペーパーを構成せしめた。

この本発明のペーパーは研磨面のすべてに炭素膜がコー
トされているため、研磨される対象物中に従来公知のラ
ッピングペーパーで見られたアルミナ、力〜ボランダム
が混入することを防ぎ得た。またケミカルポリッシュ即
ちアルカリ溶液等の薬品を使用したポリッシュ作製にも
炭素膜が耐薬品性を有するため有効であった。

これは磁性ヘッド等の表面またその他の精密な電気用部
材等の表面の研磨用のみならず、多くの分野においてそ
の応用が可能である。

実施例３ 第２図（Ｂ）は実施例１を用いた本発明方法ムこよるも
ので、この炭素（５０）を表面全面に形成したものであ
る。ＰＥＴ等の基体（４１）上に一定方向に配向した粉
体、特に磁性粉（４４）を塗布・固化して形成した。そ
してこれらの上面に炭素膜（５０）を１００〜２０００
人の厚さに形成したものである。この磁性粒の向きは磁
気テープの場合、第２図（Ｂ）に示す横方向に長袖を配
向させた。しかし、垂直磁化方式、また磁気ディスク方
式は垂直に配設させることも有効である。

実施例４ 第２図（Ｃ−１）　、　（Ｃ−２）は実施例１の作製方
法によって得られた炭素を用いた複合体の例である。即
ちテープ上に電気部品（４５）等が仮付け（４６）され
ている。これを第１図のＲＴＲ方式にてこの上面に炭素
（５０）を０．１〜３μｍの厚さに設けたものである。

さらにこれらの炭素膜（５０）をコートした後、これら
固体（４５）をテープキャリア（４１）よりとりはずし
、第２図（Ｃ−２）に示すようにそれぞれ分離した。こ
の固体は磁気ヘッド等一部に異種材料がその表面をこす
って走行する電気用部材にきわめて有効である。特にこ
の炭素膜は熱伝導率が２．５Ｗ／ｃｍ　ｄｅｇ以上、代
表的には４．０〜６．ＯＷ／ｃｍ　ｄｅｇとダイヤモン
ドの６．ＯＷ／ｃｍ　ｄｅｇに近いため、高速テープ走
行により発生する熱を全体に均一に逃がし、局部的な昇
温およびそれに伴う磁気ヘッドの特性劣化を防ぐことが
できるため、耐摩耗性、高熱伝導性、炭素膜特有の高平
滑性等、多くの特性を併用して有効に用いている。

「効果」 本発明方法は、炭素膜を１５０℃好ましくは一１００〜
＋１００℃で形成してもビッカーズ硬度２０００Ｋｇ／
ｍｍ２以上を有することが可能であることを見出した。

そしてその事実を用い、テープまたはテープ上にテープ
とは異種材料を付着または仮付けし、これらをプラズマ
中を走行せしめ、多量生産を初めて可能にした。さらに
このテープを有機樹脂とし、その低価格化を促した。そ
のため、ＰＥＴ等安価な材料を用い、テープに接する第
１の電極側を冷却せしめ、テープ表面での昇温を防いだ
。

かくして、ＲＴＲ方式を用い、巾５〜３０ｃｍを有し長
さ１００〜５００ｍのテープ用部材上に炭素まをは炭素
を主成分とする被膜を形成することができた。

以上の説明より明らかな如く、本発明は有機樹脂または
それにガラス、磁性体、金属またはセラミックを形成し
、それらの表面に炭素または炭素を主成分とした被膜を
コーティングして設けたものである。この複合体は他の
多くの実施例にみられる如くその応用は計り知れないも
のであり、特にこの炭素が１５０　”Ｃ以下の低温で形
成できるに対し、その硬度また基板に対する密着性がき
わめて優れているのが特徴である。

本発明におけるセラミックはアルミナ、ジルコニア、カ
ーボランダム、ＹＢＣＯ等で知られる酸化物超伝導材料
が有効である。また磁性体はサマリューム、コバルト等
の希土類磁石、アモルファス磁性体、酸化鉄またはこれ
に二・ノケル、クロム等がコートされた形状異方形の磁
性体であってもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の炭素または炭素を主成分とする被膜を
被形成面上に作製するロール・ツー・ロール方式の製造
装置の概要を示す。 第２図（八）、　（Ｂ）　、　（Ｃ−１）　、　（Ｃ−
２）は本発明の複合体の実施例を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被形成面を有するテープを第１のロールより第２の
   ロールに移動しつつ、前記ロール間でテープの裏面に配
   設された第１の電極と、この電極に対向した前記テープ
   の表面側に配設された第２の電極との間に直流または高
   周波電圧を印加して、プラズマを発生せしめ、炭化水素
   化物気体、またはこれに加えて添加物気体とを分解反応
   して、前記テープの一方または双方の面上に炭素膜また
   は添加物の添加された炭素を主成分とする膜を形成する
   ことを特徴とする炭素膜をテープ上に形成する方法。 ２、特許請求の範囲第１項において、テープの一方の面
   は凹凸表面を有することを特徴とする炭素膜をテープ上
   に形成する方法。 ３、特許請求の範囲第１項において、第１の電極はテー
   プ上面の温度を１５０℃以下の低温に保持すべき冷却手
   段を具備することを特徴とする炭素膜をテープ上に形成
   する方法。