JPH0397865A - セラミックスコーティング金属板 - Google Patents
セラミックスコーティング金属板Info
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
てその使用環境の下でも適用可能な装飾性・耐候性に優
れたセラミックスコーディング金属板に関するものであ
る. 従来の技術 エレクトロニクス技術の発展●威熟に伴い,金属材料の
表面改質にも物理蒸着●化学蒸着などのドライプロセス
が応用され始めた.このような技術の進歩により,従来
のメッキに代表されるウェットプロセスではできないセ
ラミックスをコーティングし耐候性・耐摩耗性●装飾性
・遠赤外特性などの機能が付与された金属材料も得るこ
とが可能になってきた.しかしながら、量産性に向いて
いない、ランニングコストが高い,装置が高価なことな
どコスト面で抱える問題点が大きく,よほど機能的に優
れたものでない限り、工業的にウェットプロセスに置き
変わることは依然として難しいのが現状である. ′?Afi5tl連分野では、例えば世の中の高級指向
を反映して、特に外観に高級感を持たせたTiNの金色
装飾コーティングが工業化に威功17た唯一の例である
.しかしながら、物質色を利用した9mコーティングで
は物質として上記TiNの金色以外に春色を示すものが
あまり知られていないため、色のバラエティーを持たせ
ることは難しく、今まで0ところ金色、黒色、灰色など
ほんの数種に限られている. また,光の干渉を利用して色を出すいわゆる干渉色では
、色のバラエティーを出すことはできるが、(例えば特
願iV{54−8fi385、54−85214)通常
用いられるアルミニウムあるいは珪素の酸化物あるいは
窒化物などによる干渉色の場合には,見る角度で色が太
き〈変わり、また膜厚を変化させて色調をコントロール
できる範囲が狭いため装飾品とl7ての利用価値は低か
った. 発明が解決しようとする課題 本発明は、金属基板L.あるいは金嵐基板上に形成した
4f色セラミックス層の上に屈折率の高い透明セラミー
7クスを積層して、金居基板あるいは春色セラミックス
の色調を大きく変化させることによって色のバラエティ
ーを増やし、また見る角度で色が極端に変わる上記問題
点をある程度解決した装飾性●耐候性にすぐれたコーテ
ィング金属板を提供するものである. 問題を解決するためのf段および作用 本発明は、金屈基板と、その−1二に物理蒸着や化学蒸
着などのドライプロセスで作製された0.05−5pm
の厚さの透明セラミックス層とからなり、透明セラミッ
クスの可視光領域における屈折率が2.0以上であるこ
とを特徴とした装飾性●耐候性に優れたセラミックスコ
ーティング金屈板を提供するものである. また本発明は、金嵐基板と.基板に隣合う第一層として
0.i〜IjLm.更に望ましくは0.2〜0.5μm
の厚さのTi, Zr, Hf, Cr, Nh.AI
O’)うち一種あるいは複数の元素の窒化物あるいは炭
化物あるいは炭窒化物から選ばれる少なくとも1種から
なる有色セラミックス屑と、第一層に隣り合う第二層と
して物理蒸着や化学蒸着などのドライプロセスで作製さ
れた0.05〜5JLmの厚さの透明セラミックス層と
からなり、第二層の透明セラミックスの可視光領域にお
ける屈折率が2.0以上であることを特徴とした装飾性
−耐候性に優れた多層セラミックスコーティング金属板
を提供するものである. 本発明で開示している優れた装飾性は,金属基板上、あ
るいは金属基板−Lに形成した第一層の有色セラミック
ス層の上に、屈折率の高い透明セラミックス射をコーテ
ィングすることにより、該金属基板あるいは該有色セラ
ミックスの物質色から色調が大きく変化することを利用
して初めて可能になった. また見る角度によって色調が異なるという従来の欠点は
、本発明では空気中から屈折率の高い透明セラミックス
層内へ光が進行する際の屈折角が大きいため,最大限克
服することが可能となった. 同峙に、第二層の透明セラミックスは硬度的にも高いた
め、外的な要因(例えば建材に使った場合砂利などによ
る膜への衝!)から該金属基板を保護することができ優
れた耐候性●耐摩耗性付与を実現した. 金属基板としては、ステンレス、チタン,銅,鋼、アル
ミなどが用いられるが、本発明では基板に対して特にこ
れら金属に制限するものではない.本発明は,特に建材
や自動車などに適用可能であるように,好ましくは、リ
ボン状或はコイル状の大面積の基板(例えば370sm
X 300m)が選ばれる. 金属基板上に第一層として有色セラミックス暦を形戊す
る場合には、第一層は丁i. Zr, HP. Or、
Nb, Mのうち一種あるいは複数の元素の窒化物ある
いは炭化物あるいは炭窒化物から選ばれる少なくとも1
種からなる有色セラミックス暦とする.膜厚は. 0
.1−17zmとすることが望ましい.なぜならば.
0.ljLmより薄いと物質色として充分な色が期待
できないためであり,またIJLm超では充分な色が既
に得られるためこれ以−hs<する必貧がないためであ
る.厚くし過ぎると金属基板と第一層の間の密着性の低
ドを引き起こすという弊害も生じてくる.更に好ましく
は、 0.2〜 0.5μmとする* O−2μm以
上あれば、物質色として充分な色が得られ、またコスト
的な面から0.5μm以下が望ましいからである. 透明セラミックス層は、屈折率が2.0よりも大きい透
明物質,具体的にはTi.Zr.Hf.Tb. V、N
b. Ta. W. Zn. Cd. Sn、Ba,
Sb. Pb. Te. Ceの酸化物、窒化物など
から選ばれる少なくとも1種、たとえばTi02、Nh
20,. Zr02などからなる透明セラミックス歴と
する. 本発明のうち、lmセラミックスコーティング金属板に
おいては,全体の色調は、基板となった金属板の色調と
透明セラミックスにおける光の干渉効果による着色との
重ね合わせで決まる.また,本発明のうち、多層セラミ
ックスコーティング金属板においては、全体の色調は第
一eの右色セラミックス層の色調と透明セラミックス層
における光の干渉効果による着色との重ね合わせで決ま
る, いずれの場合においても透明セラミックス舒による光の
+渉効果が色調変化を生じさせるものであるが,この干
渉効果による色調の変化は透明セラミックス層の物質の
屈折率が大きいほど鮮やかになる. 以下に色調の変化に及ぼす屈折率の効果について詳述す
る.まず本発明の金属板の基本的な色相は、最表層の透
明セラミックスの干渉効果により、該層の膜厚に従って
決定される.このことは屈折率の大小にかかわらずすべ
ての透明セラミックスについて共通であるが、色調の−
要素である彩度、すなわち鮮やかさは屈折率によって大
きく異なる. 透明セラミックスコーティング金属板における反射光の
干渉の大部分は、空気中から表面に入射した光のうち、
(1)入射時に酸表層である透明セラミックス層の表面
で反射した反射光および、(2) (1)のように最表
面で反射されずに透明セラミックス層内を進行し、その
すぐドの層である金属基板あるいは有色セラミックス層
の表面で反射されてふたたび透明セラミックス層内を進
行した後に空気中に出射した反射光、以L二種類の反射
光の間の干渉である6この干$量は上記(1)および〔
2)の二種類の反射光の強度が互いに近いほど大きくな
る. 一般に透明セラミックスコーティング金属板では、(2
)の強度が(1)にくらべて数倍から十倍以上大きい.
透明セラミックス層の屈折率をn、吸収係数をOとする
と(1)の強度(反射率)は( n− 1)2/ (n
+ 1)2で表され、nが大きいほど強度も大きくなる
.具体例として従来多く用いられてきたSin2(平均
屈折率1.48)では約3.5%,本発明の範囲である
Nb20s (同2.25)では約15%である. 一方(2)の反射率は透明セラミックスの屈折率の影響
が比較的小さ〈,−L記のいづれのケースでも数十%程
度である.したがって、従来例のSi07の場合には,
(l)の強度が(2)にくらべはるかに小さいので、干
渉量も小さいのに対し、未発明例のNb20sの場合に
は(1)は(2)の大きさと同程度に近づくため強い干
渉効果が起こるようになる.より一般的には、透明セラ
ミー,クスの屈折率が2.0以上であると(1)の強度
は10%を超え、強いP渉効果が起こるようになる. このように、透明セラミックス層の屈折皐が2.0を超
えるほど大きくなると光の干渉量が増大する.セラミッ
クスコーティング金属板のような干渉効果によって色調
が発現する系の場会、その色調の彩度は干渉縫が大きい
ほど太き< (!Tやかに)なるのであり、したがって
本発明のように屈折率が2,0以−Lの透明セラミック
ス膜を最表層に形成した金属板では,彩度の高い、鮮や
かな色調が得られる. 透明セラミックス屑の膜厚は, 0.05〜5,u.m
の厚さが望ましい.基本的な色相は該膜厚によって決ま
るため、この範囲内で望みの色相を示す膜厚を選ぶこと
ができる.膜厚が0.05μmより薄いと色調の変化が
少ないとともに,金属基板を保護するのに不十分であり
、5μmMではやはり色調の変化が少ないとともに、第
一層と第二層の間の密着性の低ドがひき起こされるので
不適当である.用いられるドライプロセスとしては、有
色セラミックスコーティングはイオンプレーティング及
び或はスパッタリングが望ましい.なぜならば多屠膜の
ように界面が多くなると密着性が重要な問題点となるが
、イオンプレーティングは密着性良好の膜を生産性良く
コーティングすることができるためである.さらに,有
色セラミックスの色の品質を向トするためにTi. Z
r. Hf. Cr. Nb. Aiの金属と窒素或は
炭素の化学量論組成比を厳密に制御する必要があり、ス
パッタリングは化学礒論組成比の膜を容易にコーティン
グできるからである. 従って、右色セラミックス層がある場合、金属基板との
密着性を上げるために、金属基板に近い第一JFI?の
部分をイオンブレーティングで、続いてT1、Zr.
Hf. Cr, Nb. M(7)金属と窒素或は炭素
の化学研論組成比を厳密に制御し高品質の色を得るため
に、第二層に近い第一層の部分はスバッタリングで行う
ことがより好ましい. 従来,金属酸化物をコーティングする例としては,金属
アルコキシドやキレートをアルコール溶液に溶かして熱
分解する方法がある、この熱分解によるコーティング方
法は、ある程度の耐候性の向−1は認められるものの、
できた膜はプロセス特イ{のボーラスな膜となり、耐候
性は充分なものではない.更に、膜厚の制御も困難であ
るため膜厚によって干渉色を出すことが不可能である.
また2金属酸化物を作製する他の手法としてスプレー法
、ロールコート法、スピン法等があるが、いずれも膜厚
の制御.がネックとなっている.膜11の均一性という
点からは浸漬引き上げ法が適しているが、この場合溶液
の粘度や基板の種類によって膜厚は決定されてしまい,
やはり膜Hの制御の点で問題があった. 木発明では、上述したようにドライプロセスを、作製す
る膜の種類に応じて使い分けることにより従来なかった
金属基板を得るに至ったものである. 透明セラミックスコーティングは、ドライプロセスとし
てプラズマCVD及び或はスパッタリングを用いる.な
ぜならプラズマCVDによるコーティングはwk密な膜
ができるため、膜の中における光の散乱等なく優れた干
渉膜・透明膜を得ることができるからである.同時にビ
ッティングなどのミクロな欠陥に起因する下地金属基板
の腐食を防ぎml候性を大幅に改善することも可能とな
るためである.また透明セラミックス層の屈折率をf分
高くするためにも金属元素と酸素、窒素などの化学1−
:論組或比を制御する必要があるからである. また、スパッタリングはプラズマCVDで透明セラミッ
クスを1&膜した場合に比べて耐候性の向上はやや劣る
が、依然として高い耐候性付与が実現され,化学量論組
成比の制御が極めて容易で、またプラズマCVDの原料
ガスであるシランなとの有書な物質の取扱がなく容易に
コーテκングできるメリットがあるためである. イオンプレーティング及び或はスパッタリングで有色セ
ラミックスをコーティングし、プラズマCVD及び或は
スパッタリングで透明セラミックスをコーティングする
場合、第一層と第二層を同一チャンバー内で連続的に行
うことが望ましい.なぜなら、第一層を形威した後真空
を破りサンプルを大気中に取り出してから第二暦を形戊
する場合には、第一層と第二層の間に大気中のガス威分
,特に酸素ガスと水分が残るため、第一層と第二層の界
面が分離し密着性が低下するためである.また,第一層
と第二層を別チャンバーで行う操作により該金属基板の
温度が昇降されるため膜の内部応力が発生したり、内部
応力の増加・緩和が繰り返されるためコーティング層に
クラックが発生したりするために、金属基板と第一層の
間で密着性の低下がひき起こされるためである.実施例
1 コイル巻きだし機構と巻きとり機構の間に、クリーニン
グ機構,イオンブレーティング、スパッタリング2プラ
ズマCVD装置が直列に配置された連続コーティング設
備を用いて、蝙37(lsm.長さ300mのコイル状
フエライト系ステンレス0.5mmH材に、第一層とし
てイオンプレーティングで0.6 4 mHのTiN.
!’!二層としてスパッタリングで0.091 ,L
L m厚のNb,05を連続的に積層した.エリプソメ
トリーおよび変角反射率法によって第二層の屈折率を測
定した結果、平均屈折率は2.25であった.aMに先
立って,クリーニングルームにおいて,基板に下地処理
としてアルゴンガスによるイオンポンバードメントを施
した.得られた二層膜の色調は、TiNの金色とは異な
り、はるかに鮮度の高い黄色を示した.同じ組合せでT
iNの膜厚を0.6μmに固定してWb,O,の膜厚を
変えていったときの色調の違いを表1にまとめた.色調
は,市販の色差計を用いて、Ltatb*表示に従って
測定、算出した. また同表には本発明との比較例として,Si02/↑i
M二層膜の色調の変化を併せて示した* SI02の可
視領域における屈折率は約1.48と小さく、Nb20
5の実施例と比較するとTiNを中心として色調の変
化する度合いが小さいことがわかる. ステンレスLのTiN単層の場合、耐候性試験をすると
、ほとんどステンレス表面ままの耐候性しか示さなかっ
たが、TiNの上に更にMb,05をコーティングした
上述のサンプルの場合、ステンレス表面のままに比べて
4倍以上のfJ発生寿命を示した. また、表面の耐傷付き性を評価するため三角圧子を用い
た微小硬度計により表面の硬度を測定した結果、コーテ
ィングを施さない基板の硬度が270kg/irm2な
のに対して,ここで得られたサンプルの表面硬度は10
00kg/am2と硬度のかなりの」−昇が認められた
. 実施例2 コイル巻きだし機構と巻きとり機構の間に,クリーニン
グ機構、イオンブレーティング、スパッタリング,プラ
ズマCVD装置が直列に配dされた連続コーティング設
備を用いて、輻370mm.長さ300−のコイル状フ
エライト系ステンレス0.5mmH材に、第一暦として
イオンブレーティングで0.6←m厚のTiN、第二層
としてスパッタリングで0.091μm厚のTi07を
連続的に積層した.エリプンメトリ−および変角反射率
法によって第二層の屈折率を測定した結果、平均屈折率
は2。90であった.積層に先立って,クリーニングル
ームにおいて、基板にf地処理としてアルゴンガスによ
るイオンポンバードメントを施した.得られた二層膜の
色調は、TiNの金色とは異なり,はるかに鮮度の高い
負色を示した.同じ組合せでTiNの膜厚をO.6μm
に固定して. 7i0,の膜Htl−変えていったとき
の色調の違いを表2にまとめた.色調は、市販の色差計
を用いて、lx641)本表示に従って測定,算出した
. ステンレス上の丁iNの単層の場合、耐候性試験をする
とほとんどステンレス表面ままの耐候性しか示さなかっ
たが、 TiNのLに史にτiもをコーティングした上
述のサンプルの場合、ステンレス表面のままに比べて5
倍以上の錆発生寿命を示した. また,表面の耐傷付き性を評価するため三角圧子を用い
た微小硬度計により表面の硬度を測定した結果,コーテ
ィングを施さない基板の硬度が270kg/mm2なの
に対して、ここで得られたサンプルの表面硬度は120
0kg/mm2と硬度のかなりの上昇が認められた. 実施例3 コイル状フエライト系ステンレス0.5■H材に,第一
層としてイオンプレーティングで0.5μm厚のTiC
, 第二層としてスパッタリングで0,2μmのTi0
2を1!i層した.色調は暗緑色の落ち着いた色を呈し
た.同じ組合せでTiCの0.5QLmは固定しTiO
2の膜厚を変えていった時の色調の違いを検討したが、
この場合でも微妙な色の違いを明らかに呈した. ステンレス上のτiC単層の場合,耐候性試験をすると
耐候性能は極端に落ち、そのfJ発生寿命は,ステンレ
ス表面ままの約1/2になった, Tiel二に史にT
ie2をコーティングすると、錆発生寿命は改善され、
ステンレス表面と同程度以上の耐候性を示した. 実h@例4 コイル状フエライト系ステンレス0.5m耐ψ材に、第
一肘としてイオンプレーティングで0,8p−mWの}
lfN.第二層としてスパッタリングでQ.lμm厚の
Z r 02を連続的に積層した.エリプソメトリーお
よび変角反射−J法によって第二層の屈折率を測定した
結果,V均屈折率は2,75であった.得られた2屑膜
の色調は、HfHの金色と異なる、はるかに鮮度の高い
黄色を示した.同じ組合せで}IfMの膜厚を0.8μ
mに固定して、ZrO2の膜厚を変えていったときの色
調の違いを表3にまとめた.色調は、市販の色差計を用
いて、I.柿柿京表示に従って測定、算出した.表から
わかるように. Z r 02 / H f N c7
) 相合せは、Ti07/TiN(7)組合せと色とし
てほぼ同じ傾向を示した.(以下余白)
Claims (2)
- (1) 金属基板とその上に物理蒸着や化学蒸着などの
ドライプロセスで作製された0.05〜5μmの厚さで
可視光領域における屈折率が2.0以上である透明セラ
ミックス層とからなる装飾性・耐候性に優れた単層セラ
ミックスコーティング金属板。 - (2) 金属基板と、基板に隣合う第一層としてTi、
Zr、Hf、Cr、Nb、Alのうち一種あるいは複数
の元素の窒化物あるいは炭化物あるいは炭窒化物から選
ばれる少なくとも1種からなる0.1〜1μmの厚さの
有色セラミックス層と、第一層に隣り合う第二層として
物理蒸着や化学蒸着などのドライプロセスで作製された
0.05〜5μmの厚さで可視光領域における屈折率が
2.0以上である透明セラミックス層とからなることを
特徴とした装飾性・耐候性に優れた多層セラミックスコ
ーティング金属板。
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ID=16928681
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