JPH07278811A - イオンビームミキシング装置、及びその装置を用いたＡｌコーティングゴムの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】高分子材料のもつ特性（柔軟性や加工性）を損
なうことなく、金属を接着させ、高分子材料の工業分野
での幅広い利用ができる加工方法を提供することにあ
る。 【構成】基板ホルダー１３に取り付けられた天然ゴム１
４に対し、Ａｌ１を蒸着しながら同時に不活性ガス（Ａ
ｒ，Ｈｅ等）のイオンビーム６を照射する。これをアシ
スト蒸着といい、このアシスト蒸着により、Ａｌ原子が
ゴム基材の内部に注入されゴム原子と結合しミキシング
層５が形成される。次に、不活性ガスによるイオンビー
ム照射を止めて、Ａｌ１だけ蒸着して、ミキシング層５
をコーティングする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はイオンビームミキシング
装置、及びその装置を用いたＡｌコーティングゴムの製
造方法に係り、特に、ゴム性弾性体の表面から剥離脱落
することのない接着力の優れたＡｌコーティング層を形
成するのに好適なイオンビームミキシング装置、及びそ
の装置を用いたＡｌコーティングゴムの製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来から高分子材料（天然ゴム，ウレタ
ンゴム等）に化学めっき法を用いて金属コーティングを
形成させることは広く知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、金属と
高分子材料との接着力が悪くすぐに剥離するなど欠点を
有している。

【０００４】また、金属を有する高分子材料を製作する
方法として、ゴム混練の際にカーボン粉末等を加硫前の
ゴムに混入し、充分混練することもできる。しかし、こ
の方法も混練するカーボン粉末，グラファイト粉末等の
粒形や特性，混入割合によって高分子材料の特性である
柔軟性，加工性が損なわれる欠点を有していた。

【０００５】本発明は上述の点に鑑みなされたもので、
その目的とするところは、高分子材料のもつ特性（柔軟
性や加工性）を損なうことなく金属を接着させ、高分子
材料の工業分野での幅広い利用を可能としたイオンビー
ムミキシング装置、及びその装置を用いたＡｌコーティ
ングゴムの製造方法を提供するにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、真空容器と、
該真空容器内に収納される高分子材料が取り付けられて
いる基板ホルダー、その基板ホルダーの高分子材料に金
属を蒸着させる蒸発装置、該蒸発装置での金属の蒸着と
同時に不活性ガスのイオンビームを照射するアシストイ
オン源とからなるイオンビームミキシング装置、及び上
記構成のイオンビームミキシング装置を用いてゴムの基
材表面に対しＡｌ原子とゴム原子からなるミキシング層
と、このミキシング層の上にＡｌ原子層を形成するＡｌ
コーティングゴムの製造方法とすることを特徴とする。

【０００７】

【作用】Ａｌコーティングゴムは、Ａｌ原子とゴム原子
のミキシング層での結合力が強く、また、ミキシング層
とＡｌコーティング層の接着力が強いので、ゴムの特性
である柔軟性，加工性を損なうことなく、Ａｌの導電性
や磁気遮蔽性を生かした導電性のシートや電磁シールド
用途等に使用することができる。

【０００８】

【実施例】以下、図示した実施例に基づいて本発明を説
明する。

【０００９】図２に本発明のイオンビームミキシング装
置の一実施例を示す。該図に示すごとく、本実施例での
イオンビームミキシング装置は、真空容器１１と、この
真空容器１１内に収納される高分子材料である天然ゴム
１４が取り付けられている基板ホルダー１３、その基板
ホルダー１３の天然ゴム１４に金属(Ａｌ)を蒸着させる
金属容器１６とＥＢガン１７からなる蒸発装置、この蒸
発装置での金属(Ａｌ)の蒸着と同時に不活性ガス（例え
ば、Ａｒガスボンベ２１からのＡｒガス）のイオンビー
ムを照射するアシストイオン源１９とから概略構成され
る。

【００１０】尚、該図において、１２は真空容器１１内
を真空排気する真空ポンプ、１５は膜厚計、１８はシャ
ッター、２０はガス圧コントローラ、２６は開閉バルブ
である。

【００１１】次に、上述したイオンビームミキシング装
置を用いてＡｌコーティングゴムを製造する方法につい
て図１で説明する。

【００１２】まず、基板ホルダー１３に取り付けられた
ゴム基材（天然ゴム１４）に対し、金属容器１６からＡ
ｌ１を蒸着しながら同時に不活性ガス（Ａｒ，Ｈｅ等）
のイオンビーム６を照射する。これをアシスト蒸着とい
い、このときのイオンビーム６の照射に対する基板ホル
ダー１３の角度は、天然ゴム１４の分子配列によって任
意に変えるものとする。

【００１３】これは、Ａｌ原子とゴム原子からなるミキ
シング層５の形成効率を上げるためである。このアシス
ト蒸着により、Ａｌ原子がゴム基材の内部に注入されゴ
ム原子と結合し、ミキシング層５が形成される。これを
ノックオン注入という。

【００１４】次に、不活性ガスによるイオンビーム照射
を止めて、Ａｌ１だけ蒸着して、ミキシング層５をコー
ティングする。このコーティング層７によって外力から
ミキシング層５の破壊を防止し、Ａｌ原子とゴム原子の
接着力を強化することができる。

【００１５】上記のアシスト蒸着は、真空蒸着に比べ下
記のような違いがある。即ち、真空蒸着では、ゴム基材
に対してＡｌの熱と蒸発するときの幅射熱が加わる。ゴ
ム基材は、これらの熱を受け膨張し、そこへＡｌが均一
に付着する。しかし、この方法ではＡｌ層が基材表面に
積層しているだけなので、基材を常温へ戻すとＡｌがひ
び割れてしまうなど接着力が弱い。

【００１６】これに対して、アシスト蒸着では、ゴム基
材に対してＡｌ１の熱と蒸発するときの幅射熱にイオン
ビーム６の照射熱が加わるので基材表面が融ける。そこ
へ、Ａｌ１が蒸着と同時にゴム基材表面に取り込まれる
ことになる。この作用によって、ゴム基材を常温に戻し
てもＡｌの剥離はなく、接着力の優れたＡｌコーティン
グが形成される。

【００１７】次に、ゴム基材に対して、図２に示したイ
オンミキシング装置を用いて高分子材料と金属との接着
力を強化させたＡｌコーティングゴムの作成を行った具
体例について説明する。

【００１８】天然ゴム１４（厚み１mm）を５０×１０mm
に加工し、回転及び傾斜可能である基板ホルダー１３に
取り付ける。金属容器１６にはＡｌを充墳させ、真空容
器１１を６×１０^-4Ｐａまで真空ポンプ１２で排気し
た。アシストイオン源１９にはガス圧コントローラ２０
によって圧力が制御されるＡｒガスボンベ２１が接続さ
れている。アシストイオン源１９で発生したＡｒイオン
は、開閉バルブ２６を開くことによって、天然ゴム１４
に２ＫｅＶのイオンビーム照射を１００ｓ間行った。

【００１９】また、同時に、ＡｌをＥＢガン１７により
加熱照射を０.２ｎｍ／Ｓ の速度で行いながらシャッタ
ー１８を開くことによって、天然ゴム１４に対して真空
蒸着を行った。その後、開閉バルブで２６を閉め、真空
蒸着だけで天然ゴム１４の表面にＡｌ層を膜厚計１５を
用いながら０.２μｍ までコーティングを行った。

【００２０】このアシスト蒸着したＡｌコーティングゴ
ムと比較するため、上記と全く同じ条件で真空蒸着だけ
を行ったＡｌコーティングゴムも作成した。

【００２１】以上のようにして得られた２個のゴムにつ
いて、Ａｌとの接着力を調べるために、図３に示すよう
なピンオンディスク方式の摩擦摩耗試験機を使用し、ピ
ン３１には直径１／４inchのＳＵＪ球、負荷荷重３２に
は１００ｇｆ，回転速度１３５rpm ，回転半径５mmとし
て、摩擦距離１０ｍまで測定し剥離状態を観察した。

【００２２】その結果、図４に示したように真空蒸着だ
けのＡｌコーティングゴムの摩擦係数３６は、はじめ小
さく、摩擦距離が１０ｍに近づくにつれて大きくなる。
これは、摩擦距離とともにＡｌコーティング層が剥離
し、天然ゴムの摩擦係数３５に近づいていることがいえ
る。

【００２３】これに対して、アシスト蒸着したＡｌコー
ティングゴムの摩擦係数３７は一定である。アシスト蒸
着したＡｌコーティング層を摩擦試験後、目視するとピ
ンを押しつけた摩擦面が低くなっていた。また、ＳＥＭ
の観察では小さなクラックは確認されたが、剥離は生じ
ていなかった。

【００２４】

【発明の効果】以上説明した本発明のイオンビームミキ
シング装置、及びその装置を用いたＡｌコーティングゴ
ムの製造方法によれば、真空容器と、該真空容器内に収
納される高分子材料が取り付けられている基板ホルダ
ー、その基板ホルダーの高分子材料に金属を蒸着させる
蒸発装置，該蒸発装置での金属の蒸着と同時に不活性ガ
スのイオンビームを照射するアシストイオン源とからな
るイオンビームミキシング装置、及び上記構成のイオン
ビームミキシング装置を用いてゴムの基材表面に対しＡ
ｌ原子とゴム原子からなるミキシング層と、このミキシ
ング層の上にＡｌ原子層を形成するＡｌコーティングゴ
ムの製造方法としたものであるから、高分子材料のもつ
特性（柔軟性や加工性）を損なうことなく金属を接着さ
せ、高分子材料の工業分野での幅広い利用を可能とした
イオンビームミキシング装置、及びその装置を用いたＡ
ｌコーティングゴムの製造方法を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のイオンミキシング装置におけるＡｌコ
ーティングゴムの製造過程であるアシスト蒸着を示す概
念図である。

【図２】本発明のイオンミキシング装置の一実施例を示
す断面図である。

【図３】本発明の実施例において使用したピンオンディ
スク方式の摩擦摩耗試験機の構成図である。

【図４】本発明におけるアシスト蒸着と従来から一般に
行われている真空蒸着のそれぞれのＡｌコーティングゴ
ムの摩擦摩耗試験結果を示す特性図である。

【符号の説明】

１…Ａｌ、５…ミキシング層、６…イオンビーム、７…
コーティング層、１１…真空容器、１３…基板ホルダ
ー、１４…天然ゴム、１５…膜厚計、１６…金属容器、
１７…ＥＢガン、１８…シャッター、１９…アシストイ
オン源、２０…ガス圧コントローラ、２１…Ａｒガスボ
ンベ、２６…開閉バルブ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鷹野 一郎 東京都新宿区西新宿１丁目24番２号 工学 院大学内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】真空容器と、該真空容器内に収納される高
   分子材料が取り付けられている基板ホルダー、その基板
   ホルダーの高分子材料に金属を蒸着させる蒸発装置，該
   蒸発装置での金属の蒸着と同時に不活性ガスのイオンビ
   ームを照射するアシストイオン源とからなることを特徴
   とするイオンビームミキシング装置。
2. 【請求項２】前記高分子材料としてゴム，金属としてア
   ルミニウムを用いることを特徴とする請求項１記載のイ
   オンビームミキシング装置。
3. 【請求項３】前記アシストイオン源からの不活性ガスの
   アシストイオンビームの加速電圧を１〜３kev として用
   いるようにしたことを特徴とする請求項１記載のイオン
   ビームミキシング装置。
4. 【請求項４】請求項１記載のイオンビームミキシング装
   置を用いてゴムの基材表面に対しＡｌ原子とゴム原子か
   らなるミキシング層と、このミキシング層の上にＡｌ原
   子層を形成することを特徴とするＡｌコーティングゴム
   の製造方法。