JPH09195046A - 高機能薄膜の形成方法 - Google Patents

高機能薄膜の形成方法

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JPH09195046A
JPH09195046A JP698797A JP698797A JPH09195046A JP H09195046 A JPH09195046 A JP H09195046A JP 698797 A JP698797 A JP 698797A JP 698797 A JP698797 A JP 698797A JP H09195046 A JPH09195046 A JP H09195046A
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JP
Japan
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thin film
atoms
substrate
film layer
forming
Prior art date
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Pending
Application number
JP698797A
Other languages
English (en)
Inventor
Hitoshi Hirano
均 平野
Yoichi Domoto
洋一 堂本
Seiichi Kiyama
精一 木山
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Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Publication date
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Priority to JP698797A priority Critical patent/JPH09195046A/ja
Publication of JPH09195046A publication Critical patent/JPH09195046A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/0015Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterized by the colour of the layer

Abstract

(57)【要約】 【課題】 最近の商品の傾向として、搭載される技術レ
ベルの高さが商品の付加価値を高める要因になっている
が、消費者にとって最も注意を引きつけられるのが、そ
の商品の概観及び色彩であるが、その色彩を調整し、商
品の付加価値を高める被膜を施すことが為されていな
い。 【解決手段】 本発明は、常温で気体となる原子の雰囲
気中で、薄膜を形成するための基板に向けて蒸発源より
高硬度材料原子を放射して薄膜層を形成する方法におい
て、前記基板表面に到達する前記常温で気体となる原子
の分子としての個数NDと前記高硬度材料原子の個数NB
との比ND/NBの値を調整して前記薄膜層の表面色を制
御することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は電気かみそりの刃や
その他の刃物に高硬度を有する材料の被膜を形成する方
法に係り、特に形成された被膜の表面色の制御に関す
る。
【0002】
【従来の技術】例えば、特開昭61−106767号公
報や、特開昭62−382号公報に、刃先に真空蒸着処
理を施しながらイオン注入処理を施し、刃先表面に硬質
の混合層を形成する技術が開示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところが、前記方法で
は、刃先表面の混合層の組成比の制御に関する記述がな
く、表面の色調の調整については何ら開示されるところ
がない。
【0004】最近の商品の傾向として、搭載される技術
レベルの高さが商品の付加価値を高める要因になってい
るが、消費者にとって最も注意を引きつけられるのが、
その商品の概観及び色彩であり、この要因も大きくなっ
ている。
【0005】そこで、本発明は斯かる色彩を調整し、商
品の付加価値を高める被膜を施すことを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の第1の発明は、
薄膜を形成するための基板に向けて常温で気体となる原
子のイオンを照射すると同時に、蒸発源より高硬度材料
の原子を前記基板に向けて放射することによって、該基
板の表面に前記イオンの作用を受けた高硬度材料原子か
ら成る薄膜層を形成する方法において、前記基板表面に
到達する前記常温で気体となる原子の分子としての個数
Dと前記高硬度材料原子の個数NBとの比ND/NBの値
及び前記常温で気体となる原子のイオンの個数NCと前
記高硬度材料原子の個数NBとの比NC/NBの値を調整
して前記薄膜層の表面色を制御するものである。
【0007】また本発明の第2の発明は、常温で気体と
なる原子の雰囲気中で、薄膜を形成するための基板に向
けて蒸発源より高硬度材料原子を放射して薄膜層を形成
する方法において、前記基板表面に到達する前記常温で
気体となる原子の分子としての個数NDと前記高硬度材
料原子の個数NBとの比ND/NBを調整して前記薄膜層
の表面色を制御するものである。
【0008】このように、本願においては、基板に到達
する常温で気体となる原子の分子としての個数及びその
イオンの個数と、高硬度材料原子の個数との比を調整し
て、基板表面に形成される薄膜層の表面色を制御する。
【0009】
【発明の実施の形態】以下本発明の高機能薄膜の形成方
法を電気かみそりの刃に対する窒化ジルコニウム(Zr
N)被膜の形成方法について図面を用いて詳細に説明す
る。
【0010】図1は前記窒化ジルコニウムの薄膜を形成
するための真空蒸着及びイオン注入装置を示し、1は1
-5〜10-7Torrに排気される真空チャンバ、2は
該真空チャンバ1内に配置され、図の矢印方向に10〜
20rpmの速度で回転可能にされた基板ホルダ、3は
該ホルダ2に取りつけられたニッケル(Ni)の基板で
ある。
【0011】4は電子ビ−ムによってジルコニウム(Z
r)原子を蒸発させ前記基板3に向けて放射する蒸発
源、5は前記基板3の方向に窒素イオン(N+)を放射
するか、あるいは窒素ガス(N2)を供給するかのいず
れかを行うことができるアシストイオンガンである。
【0012】尚、このイオンガン5によってN+イオン
を放射している間、イオンに成り損ねた窒素原子(N)
が少数ではあるが同時に放射される。
【0013】次に前記装置を用いて図2に示すようなN
i素材の表面にZrN被膜を形成する第1の方法につい
て説明する。
【0014】まず真空チャンバ1内を10-5〜10-7
orrに排気し、アシストイオンガン5にN2ガスを供
給し、N+イオンを放射せしめて、これを基板3の表面
に照射する。この時のN+イオンの加速電圧は700e
V、イオン電流密度は0.38mA/cm2に設定し
た。
【0015】一方、N+イオンの照射と同時に蒸発源4
を駆動し、Zr原子を蒸発させて前記基板3の表面に放
射する。この時のZrの蒸発速度は基板3上での成膜速
度に換算して650Å/min.に設定した。
【0016】以上の工程を30秒から1分程度行い、基
板3の表面に膜厚0.025〜0.05μmのZrNの第
1薄膜層6を形成した。
【0017】次にN+イオンの照射を止めて、前記イオ
ンガン5よりイオン化していないN2ガスを前記チャン
バ1内に供給するとともに、このN2雰囲気中で蒸発源
4よりZrN原子を基板3上の前記第1薄膜層6表面に
向かって放射した。この時のZrの蒸発速度は第1薄膜
層6表面での成膜速度に換算して650Å/min.に
設定した。
【0018】以上の工程を4分から4分30秒程度行
い、前記ZrNの第1薄膜層6表面に、膜厚0.26〜
0.29μmを有するもう一層のZrNの第2薄膜層7
を形成した。
【0019】以上の二つの工程の結果、基板3表面にト
−タルで膜厚0.3μmのZrN被膜6,7が形成される
ことになる。
【0020】ところで、一般にアシストイオンを用いた
ときには基板3での温度上昇が7℃/min.、ガス雰
囲気のみの利用では2℃/min.である。
【0021】さらに第1薄膜層6を形成したときと同じ
方法を用いて前記第2薄膜層7の表面に膜厚0.05〜
0.15μmの第3薄膜層8を形成した。この時の成膜
時間は1分から2分程度が望ましい。
【0022】また図3に成膜時間に対する基板3の裏面
温度を、特定のエネルギーをもったアシストイオンを連
続して用いて行う場合と、前記のように所定の時間だけ
用いて行う場合とに分けてグラフ化した図を示す。
【0023】同図において、折線(1)はアシストイオ
ンエネルギ−900eV、折線(2)は700eV、折
線(3)は500eV、折線(4)は250eVで、ガ
ラス基板に成膜した場合を示し、折線(5)は前記方法
を用いて成膜した場合を示す。同じイオンエネルギ−
(700eV)を用いた場合の折線(2)と折線(5)
とを比較すると、アシストイオンを連続して用いて形成
する方法と前記方法とでは、5分間のプロセスで基板3
の裏面においてほぼ20℃の温度差が生じる。
【0024】従って前記方法によれば、基板3を低温に
保持したまま成膜を行うことが可能となる。
【0025】また窒素イオンエネルギ−は700eV、
Zr蒸着速度は650Å/min.に設定したときのア
シストイオン(窒素)電流密度に対する成膜速度、及び
N/Zr組成比の関係を図4及び図5に示す。
【0026】この図から成膜速度はガス雰囲気のみの方
がアシストイオンを用いた方より大きいことが明らかで
あり、N/Zr組成比はアシストイオン電流密度の大き
さには差ほど影響を受けないことが分かる。
【0027】また、アシストイオンを用いるとその大き
なエネルギ−とイオン注入効果により、基板3と形成被
膜との密着性がガス雰囲気のみの場合に比べて良好であ
る。さらに結晶性の点ではアシストイオンを用いたもの
は余り良くなく、ガス雰囲気を用いたものの方が良好で
ある。
【0028】図6は第1薄膜層6の形成条件を変化させ
て、前記方法により形成したZrN被膜のX線回折結果
である。
【0029】同図において、曲線(a)は第1薄膜層6
のN/Zr到達比が0.33、曲線(b)は2.1の場合
を示している。
【0030】ここで、ZrN(111)とZrN(20
0)、及びZrN(220)のピ−クは曲線(a)
(b)でほぼ同じ2θの値で現れているが、そのピ−ク
の高さは曲線(a)の方が曲線(b)よりも高い。即ち
N/Zrの到達比が小さいほどできた第1薄膜層6の結
晶性が良くなることが分かる。
【0031】図7は先の図6で示された曲線(a)と曲
線(b)の特性を有する第1薄膜層6に第2薄膜層7を
形成したときの第1、第2薄膜層6,7ト−タルでのZ
rN被膜のX線回折結果である。この図において第2薄
膜層7を形成してもZrN被膜の配向性を調整すること
が可能である。
【0032】以上の点から前記一連の工程において、ア
シストイオンを用いる工程は基板3の温度が余り上昇し
ないように極短時間として密着性のみを向上させ、ガス
雰囲気を用いる工程を相対的に長時間とすることによ
り、良好な密着性、早い成膜速度、良好な結晶性、及び
低温形成の4拍子揃った形成方法となる。
【0033】一方、第3薄膜層8は被膜表面の色調を変
化させるのに有効となる。この色調の変化は基板として
の第2薄膜層7に到達するNとZrの個数の比NC/NB
またはND/NBによって左右される。
【0034】ところでZrの到達個数NBは前記蒸発源
4からのZrの蒸着速度V[Å/min.]から数1よ
り求めることができる。
【0035】
【数1】
【0036】ここで、N+イオンの個数NCはイオン電流
密度I[mA/cm2]から数2により求められ、N2
子の衝突の個数NDはN2の分圧(即ちN2分子の平均粒
子密度n)から数2〜数5により求められる。
【0037】
【数2】
【0038】
【数3】
【0039】
【数4】
【0040】
【数5】
【0041】前記数1〜数5によって得られる到達比N
C/NB及びND/NBと第3薄膜層8の表面色との関係を
調べた結果を図8に示す。同図において白丸は金色、三
角は銀色、Xは透明色を表している。この図を見るとお
よそNC/NB
【0042】
【数6】
【0043】且つND/NB
【0044】
【数7】
【0045】の範囲で鮮やかな金色を呈し、NC/NB
【0046】
【数8】
【0047】またはND/NB
【0048】
【数9】
【0049】の範囲で透明色になり、NC/NB
【0050】
【数10】
【0051】またはND/NB
【0052】
【数11】
【0053】の範囲で銀色を呈するようにようになる傾
向がみられる。
【0054】従って、電気かみそりの刃に高い付加価値
を付与するにはZrの蒸着速度V、イオンガン5から照
射されるイオン電流密度I、及びチャンバ1内のN2
圧比を調整して、第3薄膜層8の表面色を金色または透
明色に制御すればよい。
【0055】尚、透明色の場合、膜厚の制御によって光
の干渉による虹の7色で表面色に変化を付けることが可
能である。
【0056】また、前記実施例では第1薄膜層6の上に
形成した第2薄膜層7に対して表面色を制御する第3薄
膜層8を形成したが、基板3の表面に形成される第1薄
膜層6のみの形成で十分被膜としての効果が得られる場
合には、この第1薄膜層6に対して数12〜数14の条
件を採用すればこの第1薄膜層6によって被膜の表面色
を制御することも可能である。
【0057】
【数12】
【0058】
【数13】
【0059】
【数14】
【0060】次に第2の実施例として前記第3薄膜層8
を形成することなく被膜の表面色を制御する条件につい
て説明する。基板3に対する第1薄膜層6の形成方法及
び条件は前記第1実施例と同じである。そして、得られ
た第1薄膜層6の表面に第2薄膜層7を形成する際に、
数15〜数17の条件でND/NB比のみを調整しつつ、
2雰囲気中でZrを蒸発させることにより前記第2薄
膜層7の表面色を数15の条件で透明色、数16の条件
で金色、数17の条件で銀色に制御することが可能であ
る。
【0061】
【数15】
【0062】
【数16】
【0063】
【数17】
【0064】また高硬度材料原子として前記Zrの代わ
りにクロム(Cr)やアルミニウム(Al)を用い、常
温で気体となる原子として前記Nの代わりに酸素(O)
を用いることも可能である。
【0065】
【発明の効果】本発明は以上の説明の如く、薄膜を形成
するための基板に到達する常温で気体となる原子の分子
としての個数NDあるいはイオンの個数NCの高硬度材料
原子の個数NBに対する比の値を調整することにより薄
膜の表面色を制御するものであるから、被膜を形成しよ
うとする商品に応じて表面色を容易に選択でき、該商品
の付加価値を高める効果大なるものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の形成方法を実施するための装置を示す
図である。
【図2】形成された基板表面の被膜を示す断面図であ
る。
【図3】成膜時間に対する基板裏面温度の変化を示す図
である。
【図4】アシストイオンに対するN/Zr組成比の関係
を示す図である。
【図5】アシストイオンに対する成膜速度の関係を示す
図である。
【図6】第1薄膜層の形成条件を変化させたときのX線
回折結果を示す図である。
【図7】第1薄膜層と第2薄膜層とのト−タルでの被膜
のX線回折結果を示す図である。
【図8】ND/NB比とNC /NB比、及び第3薄膜層の
表面色との関係を示す図である。
【符号の説明】 1 ・・・ チャンバ 2 ・・・ 基板ホルダ 3 ・・・ 基板 4 ・・・ 蒸発源 5 ・・・ アシストイオンガン 6 ・・・ 第1薄膜層 7 ・・・ 第2薄膜層 8 ・・・ 第3薄膜層

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 薄膜を形成するための基板に向けて常温
    で気体となる原子のイオンを照射すると同時に、蒸発源
    より高硬度材料の原子を前記基板に向けて放射すること
    によって、該基板の表面に前記イオンの作用を受けた高
    硬度材料原子から成る薄膜層を形成する方法において、
    前記基板表面に到達する前記常温で気体となる原子の分
    子としての個数NDと前記高硬度材料原子の個数NBとの
    比ND/NBの値及び前記常温で気体となる原子のイオン
    の個数NCと前記高硬度材料原子の個数NBとの比NC
    Bの値を調整して前記薄膜層の表面色を制御すること
    を特徴とする高機能薄膜の形成方法。
  2. 【請求項2】 常温で気体となる原子の雰囲気中で、薄
    膜を形成するための基板に向けて蒸発源より高硬度材料
    原子を放射して薄膜層を形成する方法において、前記基
    板表面に到達する前記常温で気体となる原子の分子とし
    ての個数NDと前記高硬度材料原子の個数NBとの比ND
    /NBの値を調整して前記薄膜層の表面色を制御するこ
    とを特徴とする高機能薄膜の形成方法。
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