(57)【要約】      （修正有）【課題】高硬度及び優れた疎水性を有するワーク及び当該ワークの製造方法を提供する。【解決手段】基材１１及び基材１１の表面に複数のナノレベルの突起が形成されるダイヤモンドライクカーボン膜１５を備えたワーク１０であって、基材１１を提供する工程と、真空蒸着法によって基材１１の表面に金属層１３を形成する工程と、液体窒素を用いて金属層１３を冷却することによって金属層１１の表面に複数のナノレベルの突起が形成される工程と、真空蒸着法によって、液体窒素冷却処理を経た金属層１１の上面に複数のナノレベルの突起が分布されるダイヤモンドライクカーボン膜１５を形成する工程とを備えるワークの製造方法。【選択図】図１
2015010280.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材及び前記基材の表面に形成されたダイヤモンドライクカーボン膜を備えたワークであって、
前記ダイヤモンドライクカーボン膜の表面には、複数のナノレベルの突起が形成されていることを特徴とするワーク。
【請求項２】
前記基材と前記ダイヤモンドライクカーボン膜との間に位置する金属層をさらに備え、前記金属層の表面には、複数のナノレベルの突起が形成されており、前記金属層は、タングステンからなり、且つ厚さは１〜２μｍであることを特徴とする請求項１に記載のワーク。
【請求項３】
前記ダイヤモンドライクカーボン膜は、炭素元素及び水素元素により構成され、且つ厚さは１μｍ〜１．５μｍであり、炭素元素の質量は３０％〜４０％であり、水素元素の質量は６０％〜７０％であることを特徴とする請求項１に記載のワーク。
【請求項４】
基材を提供する工程と、
真空蒸着法によって、前記基材の表面に金属層を形成する工程と、
液体窒素を用いて前記金属層を冷却する工程であって、前記金属層の表面の結晶粒は冷却されることによって粗雑化され、これにより、前記金属層の表面に複数のナノレベルの突起が形成される工程と、
真空蒸着法によって、液体窒素冷却処理を経た前記金属層の上面に、複数のナノレベルの突起が分布されているダイヤモンドライクカーボン膜を形成する工程と、
を備えていることを特徴とするワークの製造方法。
【請求項５】
前記金属層は、タングステンからなり、前記金属層を形成する工程において、真空チャンバを有する真空蒸着装置を提供して、金属タングステンを蒸発材料として、前記基材を蒸着処理し、前記基材の表面にタングステン層を形成することを特徴とする請求項４に記載のワークの製造方法。
【請求項６】
前記液体窒素冷却処理とは、前記金属層が形成された後に、前記真空チャンバ内に液体窒素を注入して、前記真空チャンバ内の真空度を１０−１Ｐａ〜１Ｐａにして、前記真空チャンバ内の温度を８０℃〜１００℃まで冷却し、前記基材を前記液体窒素の雰囲気の中に２分〜３分放置することを特徴とする請求項５に記載のワークの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワーク及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来技術において、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）層がコーティングされているワークに高硬度及び疎水性を持たせるため、通常、ＤＬＣ膜を形成する過程において、Ｓｉを用いてドーピング処理した後、疎水性を有するＳｉがドーピングされたＤＬＣ膜を形成する方法か、又はＤＬＣ膜の表面にフッ化アルキルシランを含有する有機層を形成する方法を採用する。しかし、ＤＬＣ膜とガラス、セラミック等の基材との接合力は低いため、ＤＬＣ膜は剥がれ易く、ＤＬＣ膜の効力を失ってしまう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記の問題点に鑑みて、本発明は、高硬度及び優れた疎水性を有するワーク及び当該ワークの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記の課題を解決するために、本発明に係るワークは、基材及び前記基材の表面に形成されたダイヤモンドライクカーボン膜を備えている。前記ダイヤモンドライクカーボン膜の表面には、複数のナノレベルの突起が形成されている。
【０００５】
また、上記の課題を解決するために、本発明に係るワークの製造方法は、基材を提供する工程と、真空蒸着法によって、前記基材の表面に金属層を形成する工程と、液体窒素を用いて前記金属層を冷却する工程であって、前記金属層の表面の結晶粒は冷却されることによって粗雑化され、これにより、前記金属層の表面に複数のナノレベルの突起が形成される工程と、真空蒸着法によって、液体窒素冷却処理を経た前記金属層の上面に、複数のナノレベルの突起が分布されているダイヤモンドライクカーボン膜を形成する工程と、を備えている。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の方法で得られたダイヤモンドライクカーボン膜の表面には、ナノレベルの突起が多数形成されているので、前記ダイヤモンドライクカーボン膜を備えたワークは、より高い硬度を有すると共に、優れた疎水性を有する。また、液体窒素冷却処理を経た金属層とダイヤモンドライクカーボン膜との間には優れた接合力が形成されているので、ダイヤモンドライクカーボン膜が剥がれて効力を失うことを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の実施形態に係るワークの断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る第一真空蒸着装置の断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る第二真空蒸着装置の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１に示すように、本発明の実施形態に係るワーク１０は、基材１１と、基材１１の上面に形成された金属層１３と、金属層１３の上面に形成されたダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜１５と、を備える。
【０００９】
基材１１は、ガラス、ダイス鋼、高速度鋼またはステンレスからなる。金属層１３は、タングステン層であり、厚さは１μｍ〜２μｍである。金属層１３の表面には、複数のナノレベルの突起が形成されている。金属層１３は、後続で形成される膜の基材１１に対する付着力を高めることができる。
【００１０】
ＤＬＣ膜１５の表面にも、複数のナノレベルの突起が分布している。ＤＬＣ膜１５の厚さは、１μｍ〜１．５μｍであり、且つ炭素元素及び水素元素により構成されており、炭素元素の質量は３０％〜４０％であり、水素元素の質量は６０％〜７０％である。
【００１１】
本発明の実施形態に係るワーク１０の製造方法は、主に以下の工程を備える。
【００１２】
第一工程において、ガラス、ダイス鋼、高速度鋼またはステンレスからなる基材１１を提供する。
【００１３】
第二工程において、基材１１に対して前処理を行う。具体的には、基材１１をアルコール溶液及び／又はアセトン溶液が入った超音波洗浄器の中に入れて、振動洗浄を行なって、基材１１の表面の異物及び油等を除去する。洗浄した後、基材１１を乾燥させる。
【００１４】
第三工程において、基材１１の表面に金属層１３を形成する。先ず、図２に示すように、第一真空蒸着装置１００を提供する。真空蒸着装置１００は、真空チャンバ１０１及び真空チャンバ１０１に連接され且つ真空チャンバ１０１を真空にする第一真空ポンプ１０３を含む。真空チャンバ１０１内には、蒸発源１０５と、該蒸発源１０５と互いに面するように設けられた支持ブラケット１０７と、第一ガス源チャネル１０９と、を備えている。基材１１は、支持ブラケット１０７に固定されている。蒸発源１０５は、その中に装入された蒸発材料１１１を加熱して蒸発材料１１１を熔解し、蒸発又は昇華させて蒸気を生成した後、基材１１をコーティングする。気体は、第一ガス源チャネル１０９を通過して、真空チャンバ１０１内に入る。蒸発材料１１１は、金属タングステンである。
【００１５】
基材１１の表面にタングステンからなる金属層１３を形成する工程は、具体的には、基材１１を支持ブラケット１０７に固定して、真空チャンバ１０１を６×１０−３Ｐａ〜８×１０−３Ｐａまで真空にして、真空チャンバ１０１内の温度を１５０℃〜２００℃まで加熱して、蒸発材料１１１の蒸発速度を４オングストローム〜５．５オングストローム／秒（Å／ｓ）とし、蒸着電流を６０ｍＡ〜９０ｍＡとし、コーティング時間を４０分〜６０分とする。
【００１６】
第四工程において、金属層１３に対して液体窒素冷却処理する。具体的には、金属層１３を形成した後、真空チャンバ１０１内に液体窒素を注入して、真空チャンバ１０１内の真空度を１０−１Ｐａ〜１Ｐａにして、真空チャンバ１０１内の温度を８０℃〜１００℃まで冷却した後、金属層１３が被覆されている基材１１を液体窒素の雰囲気の中に２分〜３分放置する。
【００１７】
液体窒素を注入した後、金属層１３の表面の結晶粒は冷却されることによって粗雑化されて、金属層１３の表面に複数のナノレベルの突起が形成される。液体窒素を用いて金属層１３を冷却することで、金属層１３の表面の酸化を防止できる。これにより、金属層１３に疎水表面を形成し易い。
【００１８】
第五工程において、液体窒素冷却処理を経た金属層１３の上面にＤＬＣ層を形成する。具体的には、先ず、図３に示すように、蒸着室２１０及び該蒸着室２１０に連接された第二真空ポンプ２３０を備える第二真空蒸着装置２００を提供する。第二真空ポンプ２３０は、蒸着室２１０を真空にするために用いられる。蒸着室２１０内には、回転棚（図示せず）及び互いに対向して位置する２つの石墨ターゲット２５０が設けられている。回転棚は、基材１１を動かして、円形の軌跡２７０に沿って公転させ、基材１１は自転する。各石墨ターゲット２５０の両端には、第二ガス源チャネル２９０がそれぞれ設けられている。気体は、第二ガス源チャネル２９０を通過して、蒸着室２１０内に入る。
【００１９】
次に、金属層１３が形成された基材１１を真空蒸着装置２００の蒸着室２１０の中にセットして、蒸着室２１０を０．１Ｐａ〜０．３Ｐａまで真空にして、蒸着室２１０内の温度を２３０℃〜２５０℃に加熱した後、蒸着室２１０内に流量が１５０ｍｌ〜２００ｍｌ／分（ｓｃｃｍ）のアルゴン（純度が９９．９９９％である）を注入すると共に、メタン、アセチレン、アセトン及びアルコールの中の何れか１種の炭素を含有する気体を注入する。前記炭素を含有する気体の流量は、１００ｍｌ〜１５０ｍｌ／分（ｓｃｃｍ）である。続いて、石墨ターゲット２５０に対応する電源を起動して、当該電源のパワーを８ｋｗ〜１０ｋｗにして、基材１１に対して−２００Ｖ〜−４００Ｖのバイアスを印加して、コーティング時間を４０分〜６０分とする。
【００２０】
上記の工程で得られたＤＬＣ膜１５は、金属層１３をベースとして生長するので、形成されたＤＬＣ膜１５の表面にも複数のナノレベルの突起が形成される。ＤＬＣ膜１５の表面のナノレベルの突起によって、ワーク１０はより高い硬度を有すると共に、良好な疎水性を有するようになる。また、液体窒素冷却処理を経た金属層１３とＤＬＣ膜１５との間には優れた接合力が形成されているので、ＤＬＣ膜１５が剥がれて効力を失うことを防止できる。
【符号の説明】
【００２１】
１０  ワーク
１１  基材
１３  金属層
１５  ダイヤモンドライクカーボン膜
１００  真空蒸着装置
１０１  真空チャンバ
１０３  第一真空ポンプ
１０５  蒸着源
１０７  支持ブラケット
１０９  第一ガス源チャネル
１１１  蒸発材料
２００  第二真空蒸着装置
２１０  蒸着室
２３０  第二真空ポンプ
２５０  石墨ターゲット
２７０  軌跡
２９０  第二ガス源チャネル
【図１】
2015010280.tif 000003
【図２】
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【図３】
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