JPH0567707B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ドライコーテイング皮膜に任意の色
を着色させる方法に関する。

〔従来の技術と問題点〕

ドライコーテイング技術は周知のように、真空
蒸着法、イオンプレーテイング法、スパツタリン
グ法、C.V.D.法、イオンプランテーシヨン法等
があり、いずれも目的用途に応じて著しい進歩を
遂げており、かようなドライコーテイング法によ
つて基材表面にセラミツク皮膜を形成させた各種
の材料が市場に提供されるようになつた。本明細
書ではこのようなドライコーテイング法によつて
形成させた皮膜をドライコーテイング皮膜と呼ぶ
ことにする。一般に、かようなドライコーテイン
グ皮膜は工業材料としての用途向けに施されるの
が一般であり、装飾用としての用途は腕時計の外
装やメガネフレーム、装身具などの限られた分野
で僅かに使用されているにすぎない。

セラミツク系ドライコーテイング皮膜は、硬度
が著しく高く耐摩耗性に優れていると同時に耐高
温酸化性や耐候性にも優れているので、内外装用
建材や自動車、さらには一般家庭用品などにこの
ドライコーテイング皮膜を施せば、その耐用寿命
を著しく高めることができる。しかし、これが普
及しない一つの原因は、ドライコーテイング皮膜
の色彩がその皮膜を施した該物質特有の単一色の
ものしか得られないという点にあつた。例えば、
ドライコーテイング皮膜が窒化チタンである場合
には黄金色のみしか得られない。これは時計の外
装品に使用されているが、すべて黄金色のもので
ある。またドライコーテイング皮膜が窒化アルミ
ニウムである場合には金属色（ステンレス鋼のよ
うな銀白色）の単色である。

したがつて、内外装用建材、自動車、一般家庭
用品、運動具、ガラス等といつた意匠性が必要な
物品に対しては、デザインを施す側から見ればド
ライコーテイング品では望む色調のものが自由に
得られず、彩色が自由な化成処理品や塗装処理品
さらにはメツキ品等の彩色品に頼つていたのが実
状である。

よつて、もし、ドライコーテイング皮膜に望む
色を自由に着色できるならば、その皮膜の優れた
特質（疵が付きにくく、耐熱性や耐候性に優れ表
面状態が美麗のまま半永久的に使用できるという
特質）を生かして、各種の物品の価値を著しく高
めることが可能となる。

〔発明の目的〕

本発明は、かような背景のもとに、ドライコー
テイング皮膜にあらゆる色調の色を発色させるこ
とを目的としてなされたものである。

〔発明の構成〕

該目的のもとに、本発明者らは、ドライコーテ
イング皮膜の色調の制御について数多くの研究と
試験を重ねてきたが、ここに、望む色を自由に発
色させることができるドライコーテイング皮膜の
着色技術を確立することができた。すなわち本発
明は、スパツタリング法によつて基材表面にセラ
ミツクコーテイングを施すドライコーテイング法
において、ターゲツトにTi−Al合金を使用し且
つ雰囲気ガスとして窒素ガスを使用して基材表面
に窒化チタン−窒化アルミニウム系の複合セラミ
ツクコーテイング皮膜を生成させ、そのさい、該
雰囲気中の窒素ガス濃度を色調制御因子として調
整することにより、生成する皮膜に目標とする色
を発色させることを特徴とするセラミツクドライ
コーテイング皮膜の着色法を提供するものであ
る。そして、各色に黒味を帯びた彩色を施す場合
には前記方法において炭化水素ガスを追添しその
濃度を調整すればよい。

本発明法によると、従来のドライコーテイング
皮膜では全く見られたことがないような新しい色
調をもつドライコーテイング皮膜が得られる。す
なわち、本発明法では窒化チタン−窒化アルミニ
ウム系の複合皮膜、更には窒化チタン−窒化アル
ミニウム−炭窒化物系の複合皮膜を形成するので
あるが、窒化チタンや窒化アルミニウムのもつそ
れぞれの色調（黄金色や銀白色）からは全く予想
しえないような、赤系統、茶系統、黄系統、緑系
統、青系統および紫系統のような各種の色に自由
に発色させることができる（特に窒化チタン−窒
化アルミニウム系の複合皮膜）。さらに、これら
の各色に対して、黒味を帯びさせることもできる
（特に窒化チタン−窒化アルミニウム−炭窒化物
系）。

以下に本発明の内容を詳しく説明する。

真空蒸着法、イオンプレーテイング法、スパツ
タリング法、C.V.DV法、イオンプランテーシヨ
ン法等のドライコーテイング技術はいずれも目的
用途に応じて著しい進歩を遂げているが、これら
のうち、広面積へのコーテングが可能で且つ連続
生産に適するスパツタリング法は大量消費材向け
に適用できるものである。本発明においては、こ
のスパツタリング法を実施してドライコーテイン
グ皮膜を施すさいに、ターゲツトとしてTi−Al
合金を使用する点と、雰囲気中のN₂ガス濃度を
調整する点に基本的な特徴がある。

スパツタリング法は、周知のように、真空条件
下で皮膜材源であるターゲツトの表面に不活性ガ
ス（通常Arガス）の高エネルギーイオンを衝突
させ、はじき出される粒子を基板上に堆積させる
方法である。本発明においてはそのターゲツトに
Ti−Al合金を使用し、N₂ガスを雰囲気中に導入
する。例えばホツトプレスによつて作成された
Ti−Al合金（例えば50％Ti−50％Al合金）をタ
ーゲツトとし、装置内の雰囲気としては、Arお
よびN₂（更に炭化水素ガス）の混合気体の雰囲気
とし10^-2〜10^-4Torrの減圧雰囲気に調整する。
ターゲツトの電圧は−150Vから−520Vの条件に
保ち、基材の鋼板表面に対して、ターゲツトから
はじき出される粒子を堆積させる。そのさい、所
定の減圧下に維持されるように真空装置を稼働し
ながら装置内にN₂ガス、さらに炭化水素ガスを
所定の流量で導入するのであるが、このガスの導
入量の制御によつて各種の色調のドライコーテイ
ング皮膜を基材鋼板の表面に形成させることがで
きる。ターゲツトにTi−Al合金を使用し、Arと
N₂ガスの雰囲気に保つ場合にはN₂ガス濃度を調
整するだけで赤系統、茶系統、黄系統、緑系統、
青系統および紫系統のような各種のものに自由に
調整できる。またターゲツトにTi−Al合金を使
用し、Ar、N₂および炭化水素ガスの雰囲気に保
つ場合にはN₂ガス濃度と炭化水素ガス濃度を調
整すると、前記の各色にさらに黒みを帯びた色に
調整することができる。

このようにして基材の表面に形成されたドライ
コーテイング皮膜は、雰囲気ガスがN₂とArの場
合には、チタン、アルミニウムおよび窒素の三元
素を必須成分として少なくともチタンとアルミニ
ウムの窒化物が該皮膜中に一体的に混在している
ものである。また炭化水素ガスを混合させて形成
させたドライコーテイング皮膜は、チタン、アル
ミニウム、窒素および炭素の四元素を必須成分と
してチタンとアルミニウムの窒化物および炭窒化
物が該皮膜中に一体的に混在しているものであ
る。そしてドライコーテイング皮膜中に混在して
いる窒化チタンと窒化アルミニウムの量比や化合
窒素の量、さらにはチタンとアルミニウムの炭素
化物の量や形態によつて異なつた色彩を放ち、従
来の窒化チタンのドライコーテイング皮膜の黄金
色や窒化アルミニウムドライコーテイング皮膜の
金属色とはおよそ異なつたあらゆる色調を示す。
ドライコーテイング皮膜の厚みとしては0.05〜4μ
ｍ程度であるのがよい。0.05μｍ未満では色を付
与する効果が少なく、4μｍを越えるような厚み
では耐クラツク性の点で好ましくないからであ
る。

本発明の実施において、使用する装置条件とタ
ーゲツトのTi−Al合金の種類が決定されたなら
ば、その条件でN₂ガス濃度、さらには炭化水素
ガス濃度を変えて皮膜を形成し、得られる色調と
これら雰囲気ガス濃度との関係を詳細に記録し、
この記録も基にして目標とする色となるような雰
囲気ガス濃度に設定して皮膜を形成するという処
法によつて、目標とする望む色のドライコーテイ
ング皮膜を自由に生成させることができる。

本発明法を適用する基材はスパツタリング法が
適用されるものであればその種類を問わない。例
えば一般金属、ガラス、樹脂などが使用できる。
金属では例えばステンレス鋼板、アルミニウム板
などが特に美麗品となる。ガラスでは通常の建築
材に使用されているソーダ系の板ガラス、樹脂で
は汎用プラスチツクの塩ビ系やアクリル系等の使
用が好適である。なお、基材が樹脂である場合に
はドライコーテイング時の温度変化による変形を
防ぐために基材温度が70℃以上とならないように
調整する。

本発明法において、基材としてステンレス鋼を
使用した場合には、これまでにはない意匠性の優
れた各種物品を市場に提供できる。例えば、鏡面
仕上げのステンレス鋼板や粗面に仕上げたステン
レス鋼板、さらにはエツチングにより模様を付与
したステンレス鋼板、或いはこれらを組合せたス
テンレス鋼板に本発明に従つて各種の着色をもつ
ドライコーテイング皮膜を形成させると、一般建
築用の内外装用の壁材や天井材などの意匠建材、
シヨーケースの枠材、カウンター材、壁や天井の
モール材、コーナー材、柱巻材、天井幕材、ドア
材、段階テスリ材、陳列棚パイプ材、エスカレー
ター材、エレベータの内装や扉材等において従来
品にない疵の付かない意匠性と光沢の優れた耐久
材となり、また、家庭用品例えば包丁、食器、洗
面化粧台等や、自動車や自転車などのパイプ、モ
ール、ホイルカバー等の各種の部品に対しても優
れた意匠性と耐摩耗性を付与することができる。

以下に、ステンレス鋼板に本発明法を適用して
各種の色調のドライコーテイング皮膜を形成する
場合の実施例を挙げて本発明の内容をさらに説明
する。

実施例 通常のSUS304のステンレス鋼板（厚さ1.0mmで
300mm×300mmの面積を有したブライトアニーリン
グ仕上げ品）を脱脂洗浄したうえ、長さ2880mm×
高さ1130mm×幅182mmの内容積を有するスパツタ
リング装置内にセツトし、ターゲツトとして50％
Ti−50％Alの合金を使用し、約２×10^-4Torr.の
真空を維持しつつ、Arを240ml／minの一定の流
量で、そしてN₂ガスを20〜200ml／minの範囲で
変化させて、交流電圧−520Vの条件下で約0.2μ
ｍの厚みをもつドライコーテイング皮膜を該ステ
ンレス鋼板の表面に形成させた。また、前記の例
のほか、炭化水素ガスを25ml／minの流量で追加
した例も実施した。

得られたドライコーテイング皮膜の色調を、ス
ガ試験機株式会社製のSM−４カラーアカライザ
ーを用いて測定し、N₂流量と色調との関係を
Hunter式差表示方式であるＬ、ａ、ｂの表示の
うち、ａとｂの特性図によつて表示し（Ｌ値：50
〜60）、第１図の結果を得た。このときのサンプ
ルサイズは300mm×300mmの面積を有しランダムに
10点測色を行つたものである。10点測色での色差
Ｆは±0.5以内にあり、いずれも均一に着色され
ていたものである。

第１図の結果から明らかなように、イエロー、
ブロンズ、レツド、ブルー、グリーン、の各種の
色調が得られる。これはN₂ガス流量と密接に関
係していることがわかる。そして炭化水素ガスを
追添した場合にはブラツク色が得られる。

以上の代表例のほかに、N₂ガス流量を更に微
調整し、多数の試験を行つたが、N₂ガス流量の
調整だけで（さらにはN₂ガス流量と炭化水素ガ
ス流量の調整で）殆どの種類の色調を発色させる
ことができた。

したがつて、予めN₂ガス流量、つまり雰囲気
中のN₂ガス濃度と色調との関係を記録しておけ
ば、目標とする色に対応するN₂ガス濃度に設定
することにより、望む色のドライコーテイング皮
膜を形成することができる。黒味を付与する場合
にも同様にして炭化水素ガス濃度を調整すればよ
く黒色を得たいのであればその濃度を一層高めれ
ばよい。

【図面の簡単な説明】

第１図はステンレス鋼板を基板とした本発明に
従う内外装用着色建材の色調をHunter色差表示
で示した図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ スパツタリング法によつて基材表面にセラミ
   ツクコーテイングを施すドライコーテイング法に
   おいて、ターゲツトにTi−Al合金を使用し且つ
   雰囲気中に窒素ガスを介在させて基材表面に窒化
   チタン−窒化アルミニウム系の複合セラミツクコ
   ーテイング皮膜を生成させ、そのさい、該雰囲気
   中の窒素ガス濃度を色調制御因子として調整する
   ことにより、生成する皮膜に目標とする色を発色
   させることを特徴とするセラミツクドライコーテ
   イング皮膜の着色法。 ２ スパツタリング法によつて基材表面にセラミ
   ツクコーテイングを施すドライコーテイング法に
   おいて、ターゲツトにTi−Al合金を使用し且つ
   雰囲気中に窒素ガスおよび炭化水素ガスを存在さ
   せて基材表面に窒化チタン−窒化アルミニウム−
   炭窒化物系の複合セラミツクコーテイング皮膜を
   生成させ、そのさい、該雰囲気中の窒素ガス濃度
   および炭化水素ガス濃度を色調制御因子として調
   整することにより、生成する皮膜に目標とする色
   を発生させることを特徴とするセラミツクドライ
   コーテイング皮膜の着色法。