(57)【要約】【課題】非金属材に、金属光沢を付与するだけでなく、グラデーションのある多彩な金属光沢を与える方法及びそれでなる、多彩な金属光沢を有する非金属材を提供することを目的とする。【解決手段】非金属材の表面に、窒素、酸素、水素及び炭素を含めるガスの雰囲気の下に、該ガスの含有成分を調整しながら金属材のターゲットを使用するスパッタリングによりサーメットを積層するサーメット積層工程を備えることを特徴とする、非金属材に多彩な金属光沢を与える方法、及び、非金属材の表面に、金属材と窒素、酸素、水素及び炭素の元素の成分が深さの方向に変化したサーメット層が積層してあることを特徴とする、多彩な金属光沢を有する非金属材を提供する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非金属材の表面に、窒素、酸素、水素及び炭素を含めるガスの雰囲気の下に、該ガスの含有成分を調整しながら金属材のターゲットを使用するスパッタリングによりサーメットを積層するサーメット積層工程を備えることを特徴とする、非金属材に多彩な金属光沢を与える方法。
【請求項２】
前記ガスとして、Ｎ2、Ｏ2及びメタンの混合ガスを使用することを特徴とする、請求項１に記載の非金属材に多彩な金属光沢を与える方法。
【請求項３】
前記ガスとして、Ｎ2、Ｏ2及びアセチレンの混合ガスを使用することを特徴とする、請求項１に記載の非金属材に多彩な金属光沢を与える方法。
【請求項４】
前記金属材のターゲットとして、チタン、クロム、鉄、ニッケル、ジルコニウム、アルミニウム及びそれらの合金より選んで使用することを特徴とする、請求項１に記載の非金属材に多彩な金属光沢を与える方法。
【請求項５】
前記スパッタリングとして、真空マグネトロンスパッタリングを行うことを特徴とする、請求項１に記載の非金属材に多彩な金属光沢を与える方法。
【請求項６】
前記サーメット積層工程において、前記スパッタリングによる積層をする前に、先に、チタン、クロム、鉄、ニッケル、ジルコニウム、アルミニウム及びそれらの合金より選んで前記非金属材の表面に反射層を形成することを特徴とする、請求項１に記載の非金属材に多彩な金属光沢を与える方法。
【請求項７】
前記非金属材の表面に、前記サーメット積層工程の前に、先に、下地としての塗膜を形成することを特徴とする、請求項１または６に記載の非金属材に多彩な金属光沢を与える方法。
【請求項８】
前記サーメット積層工程は、サーメット積層の厚さが０．１〜１μｍまでに行うを特徴とする、請求項１に記載の非金属材に多彩な金属光沢を与える方法。
【請求項９】
非金属材の表面に、金属材と窒素、酸素、水素及び炭素の元素の成分が深さの方向に変化したサーメット層が積層してあることを特徴とする、多彩な金属光沢を有する非金属材。
【請求項１０】
前記金属材は、チタン、クロム、鉄、ニッケル、ジルコニウム、アルミニウム及びそれらの合金より選ばれたものであることを特徴とする、請求項９に記載の多彩な金属光沢を有する非金属材。
【請求項１１】
前記サーメット層と前記非金属材の表面との間に、チタン、クロム、鉄、ニッケル、ジルコニウム、アルミニウム及びそれらの合金のいずれかで形成された反射層があることを特徴とする、請求項９または１０に記載の多彩な金属光沢を有する非金属材。
【請求項１２】
前記反射層と前記非金属材の表面との間に、下地としての塗膜が形成してあることを特徴とする、請求項９または１１に記載の多彩な金属光沢を有する非金属材。
【請求項１３】
前記サーメット層は、０．１〜１μｍの厚さを有することを特徴とする、請求項９に記載の多彩な金属光沢を有する非金属材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カーボンファイバー、高分子材、エンジニアリングプラスチック、ガラスや陶磁などの非金属材に多彩な金属光沢を与える方法及び多彩な金属光沢を有する非金属材に関する。
【背景技術】
【０００２】
前記のような非金属材、例えば軽量で強度も良いカーボンファイバーを例として挙げると、外見が黒色を呈するので、場合によっては、それで製造されたもの、例えばゴルフクラブ、テニスラケットなどは、質感が良くないと思われやすい。
【０００３】
それがために、カーボンファイバーでゴルフクラブ、テニスラケットなどを拵える製造業者は、常に、頭を捻てその製品の表面に装飾を施して金属の模様を与えようとしている。
【０００４】
製品の表面に金属の模様を与える方法の一つとして、まず下地としての塗料を塗りつけ、さらに該下地の上に所定の模様つけ用や色つけ用の塗料を塗布してから、その上に透明な保護層を形成して装飾膜を製作する技術が従来からある。ところが、前記塗料による装飾は、製品の表面にあまり真の金属光沢に迫った感覚を表現させることができないばかりでなく、該塗料からなる薄膜自体も、特に製品がゴルフクラブ、テニスラケットなどである場合、打球時の衝撃により製品本体の表面から剥離し易い問題がある。
【０００５】
前記問題の対策として、まず製品本体の表面に下地層を形成してから、金属のターゲットを使うイオンプレーティングによって該下地層の上に金属膜を形成する方法が特許文献１に開示されている。しかしながら、このように得られた金属膜は、もちろん金属光沢を有する上、製品本体の表面との密着性も強固で抗衝撃性が良いが、色調は単調且つ冷淡で、高貴感がない。
【特許文献１】特開平７−７９６６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、前記問題点に鑑みてなされたものであり、即ち、非金属材に、金属光沢を付与するだけでなく、グラデーションのある多彩な金属光沢を与える方法及びそれでなる、多彩な金属光沢を有する非金属材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】
【０００７】
前記目的を達成するために、本発明は、非金属材の表面に、窒素、酸素、水素及び炭素を含めるガスの雰囲気の下に、該ガスの含有成分を調整しながら金属材のターゲットを使用するスパッタリングによりサーメットを積層するサーメット積層工程を備えることを特徴とする、非金属材に多彩な金属光沢を与える方法、及び、非金属材の表面に、金属材と窒素、酸素、水素及び炭素の元素の成分が深さの方向に変化したサーメット層が積層してあることを特徴とする、多彩な金属光沢を有する非金属材を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
前記方法では、スパッタリングを行う期間に、多種類の混合ガスをその比例を適当に変えて供給し、非金属材の表面に逐次にサーメットを積層するため、最後に形成されたサーメットの膜は、深さの方向に前記ガスの比例の相違に伴って組成も屈折率も異なるので、目視では、同一ではなくグラデーションのある多彩な金属光沢を表すことができる。
【０００９】
もちろん、場合によっては、前記スパッタリングを行う時、非金属材の表面に各所の深さが異なるサーメットの膜を形成しても良い。そうすると、色彩の変化がもっと豊かになるからである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
【００１１】
図１は、本発明の一実施形態の非金属材に多彩な金属光沢を与える方法によって製作された、多彩な金属光沢を有する非金属材の部分断面図である。図２は、前記実施形態の方法のフローチャートである。図３は、図２の方法に適用される真空マグネトロンスパッタリング装置の概略構成を示す一部切り欠き斜視図である。図４と図５は、図３の装置の概略平面図である上、膜の形成過程をも示している。
【００１２】
まず、この実施形態におけるスパッタリングに使用される真空マグネトロンスパッタリング装置３の概略構成を説明する。図３と図４に示すように、該真空マグネトロンスパッタリング装置３は、真空チャンバー３１と、真空チャンバー３１と接続されている真空ポンプ３２と、磁気ユニット３３１が内蔵されているターゲット保持用のホルダ３３と、真空チャンバー３１内に設置されていてワークを載置するテーブル３４と、反応ガスを調整・供給する第１と第２のガス供給手段３５、３６とを備えている。
【００１３】
次に、前記のような真空マグネトロンスパッタリング装置３を用いて非金属材であるカーボンファイバーの基材１１に多彩な金属光沢を与える実施例を説明する。
【００１４】
この実施例において、真空マグネトロンスパッタリング装置３でのスパッタリングを行う前に、予め基材１１の表面に下地としての塗料を平かに塗りつけて下地層１２１を形成し（ステップＳ１）、さらに下地層２１１の上にそれを一層平滑にかつ明るくさせるための塗料を塗布して中間層１２２に形成した（ステップＳ２）。なお、基材１１の表面が凹凸である場合、需要に応じて前記下地層１２１、中間層１２２を形成する前に、基材１１を研磨したり、つや出したり、清浄したりした方がいい。
【００１５】
そして、下地層１２１、中間層１２２が形成された基材１１を真空マグネトロンスパッタリング装置３のテーブル３４にホルダ３３に保持されたターゲット４と対向するように載置した。ここで、ターゲット４として、アルミニウムを使った。
【００１６】
そして、真空ポンプ３２により、真空チャンバー３１内部の真空度が７×１０-1Ｐａ以下になるまで排気させてから、低真空の環境において、第２のガス供給手段３６からＡｒガスを導入し、高周波電場により電離してイオン化させた。
【００１７】
更に、ターゲット４にカソード電極の例えば電力−３００Ｖ〜−８００Ｖを印加し、テーブル３４を介して基材１１にアノード電極の電力を印加した。この電力条件で、磁気ユニット３３１による磁場中、前記生じたＡｒイオンがターゲット４に衝突し、ターゲット４のＡｌ原子とエネルギーを交換してＡｌ原子をターゲット４の表面から外へ飛び出させ、それにより、Ａｌ原子は、図４に示すように、中間層１２２の上にアルミニウムの反射層１３１を形成した（ステップＳ３）。
【００１８】
前記マグネトロンスパッタリングは、磁気ユニット３３１による磁場で電子をターゲット４近くに封じ込めるため、反射層１３１を速く形成することができるとともに、電子が基材１１そのものに衝突することによる昇温を回避することができる。
【００１９】
続いて、ターゲット４として、ジルコニウムを使い、真空チャンバー３１内を低真空とし、第１のガス供給手段３５からＮ2、Ｏ2及びメタンの混合ガスを導入する上、該混合ガスの含有成分を調整しながら、前記のようにマグネトロンスパッタリングを行って、図５に示すように、反射層１３１の上に、深さの方向に組成も屈折率も異なる厚さ０．１〜１μｍのサーメット層１３２を積層した（ステップＳ４）。このステップＳ４では、マスクによって、深さの方向に組成も屈折率も異なるだけでなく、各所の深さが異なるサーメット層１３２を形成しても良い。
【００２０】
最後、サーメット層１３２の上に透明な保護層１４を形成して基材１１の表面に多彩な金属光沢を有する膜を製作した（ステップＳ５）。
【００２１】
以上、本発明は前述実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変形が可能である。
【００２２】
例えば、前記反射層を形成するのにターゲットとしてアルミニウムを使ったが、アルミニウムの他に例えばチタン、クロム、鉄、ニッケル、ジルコニウム及びそれらの合金より選んで前記ターゲットとして使ってもよい。また、前記サーメット層を形成するのにターゲットとしてジルコニウムを使ったが、ジルコニウムの他に例えばチタン、クロム、鉄、ニッケル、アルミニウム及びそれらの合金より選んで前記ターゲットとして使ってもよい。また、前記反射層を形成するのに、Ａｒガスの雰囲気の下に行っていたが、ほかの不活性ガスの雰囲気の下に行ってもよい。前記サーメット層を形成するのに、Ｎ2、Ｏ2及びメタンの混合ガスの雰囲気の下に行っていたが、これに限らず、窒素、酸素、水素及び炭素を含める他のガスの雰囲気の下に、例えばＮ2、Ｏ2及びアセチレンの混合ガスの雰囲気の下でも行なえばよい。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
カーボンファイバー、高分子材、エンジニアリングプラスチック、ガラスや陶磁などの非金属材に、金属光沢を付与するだけでなく、グラデーションのある多彩な金属光沢を与えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態の非金属材に多彩な金属光沢を与える方法によって製作された、多彩な金属光沢を有する非金属材の部分断面図である。
【図２】前記実施形態の方法のフローチャートを示す図である。
【図３】図２の方法に適用される真空マグネトロンスパッタリング装置の概略構成を示す一部切り欠き斜視図である。
【図４】図３の装置の概略平面図である上、膜の形成過程をも示している。
【図５】図３の装置の概略平面図である上、膜の形成過程をも示している。
【符号の説明】
【００２５】
１１      基材
１２１    下地層
１２２    中間層
１３１    反射層
１３２    サーメット層
１４      保護層
３        真空マグネトロンスパッタリング装置
３１      真空チャンバー
３２      真空ポンプ３２
３３      ホルダ
３３１    磁気ユニット
３４      テーブル
３５      第１のガス供給手段
３６      第２のガス供給手段
４        ターゲット
【図１】
2007182630.tif 000003
【図２】
2007182630.tif 000004
【図３】
2007182630.tif 000005
【図４】
2007182630.tif 000006
【図５】
2007182630.tif 000007