(57)【要約】【課題】鉄を含み表面に酸化被膜を有する金属に、従来の技術を用いるよりも密着性の高い炭素膜を形成する。【解決手段】制御部４は、酸溶液をウェットエッチング槽１１１に供給させる。そして、供給された酸溶液により鉄合金が浸漬されると、制御部４は、保温部４２０を制御してウェットエッチング槽１１１の内部の温度を、予め定めた時間に亘り予め定めた温度に維持する。これにより、鉄合金が有する酸化被膜が酸溶液に溶出する。制御部４は、ウェットエッチング槽１１１から酸溶液を排出させ、蒸留水をウェットエッチング槽１１１に供給させる。これにより、ウェットエッチング槽１１１の内壁や鉄合金に付着した酸溶液が洗浄される。ウェットエッチング槽１１１の内部に置かれた前処理後の鉄合金は、取り出されて成膜チャンバー３３０に置かれ、イオンビームエッチングにより酸化被膜をさらに除去された後、アーク放電などにより表面に炭素膜を形成される。【選択図】図３
2012041591.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄を含み表面に酸化被膜を有する金属を、酸溶液中に浸漬して前記酸化被膜を除去する第１除去工程と、
希ガスまたは窒素ガスを含むガス中でプラズマを発生させて当該ガスをイオン化し、前記金属の表面にイオンビームエッチングを施して、前記第１除去工程の後において形成されている酸化被膜を当該表面から除去する第２除去工程と、
前記第２除去工程によりイオンビームエッチングを施された前記金属の表面に炭素膜を形成する炭素膜形成工程と
を具備することを特徴とする炭素膜形成方法。
【請求項２】
前記酸溶液は、硝酸を含む
ことを特徴とする請求項１に記載の炭素膜形成方法。
【請求項３】
前記第２除去工程によりイオンビームエッチングを施された前記金属の表面に鉄以外の金属元素を含む金属膜を形成する金属膜形成工程を具備し、
前記炭素膜形成工程は、前記金属膜形成工程により前記表面に形成された前記金属膜の上に炭素膜を形成する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の炭素膜形成方法。
【請求項４】
前記金属膜は、第４族から第６族のいずれかに属する金属元素を含む
ことを特徴とする請求項３に記載の炭素膜形成方法。
【請求項５】
前記炭素膜形成工程は、
アーク放電により、炭素のプラズマを発生させる工程と、
磁場により、発生した前記炭素のプラズマのうちイオン化したものを抽出して前記金属の表面に導き、前記炭素膜を形成する工程と
を具備することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の炭素膜形成方法。
【請求項６】
前記１から５のいずれかに記載の炭素膜形成方法により、前記金属に前記炭素膜を形成する
ことを特徴とする炭素膜形成装置。
【請求項７】
請求項６に記載の炭素膜形成装置により、前記金属に前記炭素膜を形成された
ことを特徴とする部材。
【請求項８】
前記金属の表面から２ｎｍ以上の層を除去した面に対して、全元素に対する酸素の割合が１０％未満である
ことを特徴とする請求項７に記載の部材。
【請求項９】
前記炭素膜は、炭素原子によるｓｐ３結合を有する
ことを特徴とする請求項７または８に記載の部材。
【請求項１０】
前記炭素膜は、炭素原子の結合のうち、ｓｐ３結合の占める割合が６０％以上である
ことを特徴とする請求項９に記載の部材。
【請求項１１】
請求項７から１０のいずれかに記載の部材を含む
ことを特徴とする工具。
【請求項１２】
請求項７から１０のいずれかに記載の部材を含む
ことを特徴とする弾性部材。
【請求項１３】
画像形成装置において放電に用いられる電極部材であって、
請求項７から１０のいずれかに記載の部材を含む
ことを特徴とする電極部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素膜形成装置および炭素膜形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＦＣＶＡ（Filtered Cathodic Vacuum Arc；フィルタードカソーディック真空アーク）方式によるアーク放電を利用した薄膜形成技術の研究が盛んに行われている。特許文献１は、ＦＣＶＡ装置に係る技術を開示する。この技術は、ガス圧が１０-4Ｐａ以下の真空中で、カソードとなるターゲット部分にアノード電極を機械的に接触することによって数１０Ａから数１００Ａ程度のアーク電流を流入させてアーク放電を発生させる。そしてターゲットの上部空間に発生するプラズマハンプからのイオンをカソードに衝突させて、カソードからカーボンイオンや電子等を発生させることでプラズマを持続させ、これらのカーボンイオンや電子を輸送用磁場ダクトで効率的に反応真空槽に導き、走査用磁場で均一に基板に対して照射し薄膜の形成を行う手法である。本手法により形成される薄膜は、ＴａＣ（テトラヘドラル・アモルファス・カーボン）と呼ばれ、ｓｐ３結合比率の高いアモルファス炭素膜の一つであり、高密度、高硬度な薄膜である。
【０００３】
上記のＦＣＶＡ装置が適用される分野として、電子写真方式の画像形成装置における帯電器が考えられる。特許文献２は、いわゆる、コロトロンやスコロトロンと呼ばれる非接触放電型の帯電器に、ＦＣＶＡ装置を適用した例が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２８５３２８号公報
【特許文献２】特開２００８−２３３２５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、鉄を含み表面に酸化被膜を有する金属に、従来の技術を用いるよりも密着性の高い炭素膜を形成することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決するため、本発明の請求項１に係る炭素膜形成方法は、鉄を含み表面に酸化被膜を有する金属を、酸溶液中に浸漬して前記酸化被膜を除去する第１除去工程と、希ガスまたは窒素ガスを含むガス中でプラズマを発生させて当該ガスをイオン化し、前記金属の表面にイオンビームエッチングを施して、前記第１除去工程の後において形成されている酸化被膜を当該表面から除去する第２除去工程と、前記第２除去工程によりイオンビームエッチングを施された前記金属の表面に炭素膜を形成する炭素膜形成工程とを具備することを特徴とする。
【０００７】
本発明の請求項２に係る炭素膜形成方法は、請求項１に記載の態様において、前記酸溶液は、硝酸を含むことを特徴とする。
【０００８】
本発明の請求項３に係る炭素膜形成方法は、請求項１または２に記載の態様において、前記第２除去工程によりイオンビームエッチングを施された前記金属の表面に鉄以外の金属元素を含む金属膜を形成する金属膜形成工程を具備し、前記炭素膜形成工程は、前記金属膜形成工程により前記表面に形成された前記金属膜の上に炭素膜を形成することを特徴とする。
【０００９】
本発明の請求項４に係る炭素膜形成方法は、請求項３に記載の態様において、前記金属膜は、第４族から第６族のいずれかに属する金属元素を含むことを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項５に係る炭素膜形成方法は、請求項１から４のいずれかに記載の態様において、前記炭素膜形成工程は、アーク放電により、炭素のプラズマを発生させる工程と、磁場により、発生した前記炭素のプラズマのうちイオン化したものを抽出して前記金属の表面に導き、前記炭素膜を形成する工程とを具備することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の請求項６に係る炭素膜形成装置は、請求項１から５のいずれかに記載の炭素膜形成方法により、前記金属に前記炭素膜を形成することを特徴とする。
【００１２】
本発明の請求項７に係る部材は、請求項６に記載の炭素膜形成装置により、前記金属に前記炭素膜を形成されたことを特徴とする。
【００１３】
本発明の請求項８に係る部材は、請求項７に記載の態様において、前記金属の表面から２ｎｍ以上の層を除去した面に対して、全元素に対する酸素の割合が１０％未満であることを特徴とする。
【００１４】
本発明の請求項９に係る部材は、請求項７または８に記載の態様において、前記炭素膜は、炭素原子によるｓｐ３結合を有することを特徴とする。
【００１５】
本発明の請求項１０に係る部材は、請求項９に記載の態様において、前記炭素膜は、炭素原子の結合のうち、ｓｐ３結合の占める割合が６０％以上であることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の請求項１１に係る工具は、請求項７から１０のいずれかに記載の部材を含むことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の請求項１２に係る弾性部材は、請求項７から１０のいずれかに記載の部材を含むことを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の請求項１３に係る電極部材は、画像形成装置において放電に用いられる電極部材であって、請求項７から１０のいずれかに記載の部材を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１、２に記載の炭素膜形成方法によれば、鉄を含み表面に酸化被膜を有する金属に、従来の技術を用いるよりも密着性の高い炭素膜を形成することができる。
請求項３、４に記載の炭素膜形成方法によれば、第２除去工程によりイオンビームエッチングを施された金属の表面に金属膜を形成する金属膜形成工程を具備しない場合に比べて、被コート部材（表面に酸化被膜を有する金属）と炭素膜との中間の線膨張係数を有するため、ストレスの低減が可能となる。
請求項５に記載の炭素膜形成方法によれば、磁場により炭素のプラズマのうちイオン化したものを抽出して炭素膜を形成する工程を具備しない場合に比べて、炭素膜に含まれる不純物の濃度を低減させることができる。
請求項６に記載の炭素膜形成装置によれば、鉄を含み表面に酸化被膜を有する金属に、従来の技術を用いるよりも密着性の高い炭素膜を形成することができる。
請求項７に記載の部材によれば、従来の技術を用いて炭素膜を形成された部材に比べて、炭素膜の剥離を抑制することができる。
請求項８に記載の部材によれば、従来の技術を用いて炭素膜を形成された部材に比べて、金属に含まれる酸化被膜の厚みを薄くでき、密着性の高い炭素膜を形成することが可能となる。
請求項９に記載の部材によれば、炭素原子によるｓｐ３構造を有しない場合に比べて、高い硬度の炭素膜を得ることが可能となる。
請求項１０に記載の部材によれば、炭素原子のｓｐ３結合の含有量が６０％未満の場合に比べて、より高い硬度の炭素膜を得ることが可能となる。
請求項１１に記載の工具によれば、従来の技術を用いて炭素膜を形成された工具に比べて、炭素膜の剥離を抑制することができる。
請求項１２に記載の弾性部材によれば、従来の技術を用いて炭素膜を形成された弾性部材に比べて、炭素膜の剥離を抑制することができる。
請求項１３に記載の電極部材によれば、従来の技術を用いて炭素膜を形成された電極部材に比べて、炭素膜の剥離を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】炭素膜形成装置の概要を説明する図である。
【図２】炭素膜形成装置の機能構成を説明するための図である。
【図３】炭素膜形成装置の機器構成を説明するための図である。
【図４】炭素膜形成装置により形成される部材の一例を示す図である。
【図５】シールド電極部材に形成された炭素膜の表面顕微鏡写真を示す図である。
【図６】網状電極部材の深さ方向における元素濃度の分析結果を示す図である。
【図７】変形例における炭素膜形成装置の機能構成を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
１．全体構成
本発明の実施形態である炭素膜形成装置９の構成を説明する。
図１は、炭素膜形成装置９の概要を説明する図である。炭素膜形成装置９は、金属の基材の上に炭素膜を形成する装置である。ここで「金属」とは、単一の金属元素からなる純金属のほか、複数の金属からなる合金も含む。また、鉄を含む合金を「鉄合金」という。
【００２２】
鉄合金６Ａは、表面に酸化被膜６１Ａを有する鉄合金であり、具体的にはＳＵＳ３０４などのステンレス鋼である。炭素膜形成装置９は、後述するウェットエッチング槽１１１に酸溶液を満たし、この鉄合金６Ａを浸漬すると、表面から酸化被膜６１Ａが酸溶液によって溶解し除去された鉄合金６Ｂが得られる。鉄合金６Ｂが有する酸化被膜６１Ｂの層は、鉄合金６Ａが有する酸化被膜６１Ａの層に比べて薄くなっている。この酸化被膜の除去処理を第１除去工程という。
【００２３】
次に、炭素膜形成装置９は、この鉄合金６Ｂを後述する成膜チャンバー３３０に置いて、これに対し、イオンビームエッチングを行う。これにより、表面からさらに酸化被膜６１Ｂが除去された鉄合金６Ｃが得られる。鉄合金６Ｃが有する酸化被膜６１Ｃの層は、鉄合金６Ｂが有する酸化被膜６１Ｂの層に比べて薄くなっている。この酸化被膜の除去処理を第２除去工程という。
【００２４】
そして、炭素膜形成装置９は、ＦＣＶＡ方式により鉄合金６Ｃの表面に炭素膜６２を形成する。鉄合金６Ｃと、鉄合金６Ｃの表面に形成された炭素膜６２とが密着して部材６が得られる。
【００２５】
図２は、炭素膜形成装置９の機能構成を説明するためのブロック図である。また、図３は、炭素膜形成装置９の機器構成を説明するための図である。
炭素膜形成装置９は、炭素膜が形成される基材として鉄合金６Ｃを用いる。鉄合金６Ｃは、鉄合金６Ａに対して、第１除去部１が酸溶液による溶出により酸化被膜を除去し、得られた鉄合金６Ｂに対して第２除去部２がイオンビームエッチングにより酸化被膜を除去して作られる。なお、制御部４は、炭素膜形成装置９の各部を制御する。
【００２６】
２．第１除去部の構成
第１除去部１は、浸漬部１１および洗浄部１２を含む。浸漬部１１は、鉄合金６Ｂの材料である鉄合金６Ａを酸溶液中に浸漬する。図３に示すように、浸漬部１１は、酸溶液を収容する酸溶液タンク１１０と、液体を保持する槽であって内部でウェットエッチング処理を行うウェットエッチング槽１１１とを具備する。浸漬部１１による浸漬工程は、以下の通りである。まず、使用者は、ウェットエッチング槽１１１の内部に鉄合金６Ａを置く。次に、使用者が図示しない操作部を操作して浸漬工程の実行を指示すると、その指示を示す信号を受け取った制御部４は、酸溶液タンク１１０に備えられたバルブ１１０１を開けて、その中に収容されている酸溶液をウェットエッチング槽１１１に供給させる。そして、供給された酸溶液により鉄合金６Ａが浸漬されると、制御部４は、バルブ１１０１を閉じて酸溶液の供給を止めるとともに、保温部４２０を制御してウェットエッチング槽１１１の内部の温度を、予め定めた時間に亘り予め定めた温度に維持する。これにより、鉄合金６Ａが有する酸化被膜６１Ａが酸溶液に溶出する。
【００２７】
洗浄部１２は、洗浄水タンク１２０を具備する。洗浄部１２による洗浄工程は、浸漬部１１による浸漬工程の終了を制御部４が判断して開始される。洗浄工程を開始した制御部４は、まず、ウェットエッチング槽１１１の底部に設けた栓１１１０を開放し、中から酸溶液を排出させる。次に、制御部４は、栓１１１０を閉じるとともに、洗浄水タンク１２０に備えられたバルブ１２０１を開けて、その中に収容されている蒸留水などの水をウェットエッチング槽１１１に供給させる。これにより、ウェットエッチング槽１１１の内壁や鉄合金に付着した酸溶液が洗浄される。そして、制御部４は、再び、栓１１１０を開放し、中から洗浄後の水を排出させる。そして、さらに洗浄→排出を複数回に亘って繰り返す。これにより、鉄合金６Ａから酸溶液に溶出した酸化被膜が洗浄後の水に伴って排出されるため、鉄合金６Ａの酸化被膜６１Ａに含まれる酸化鉄などが除去される。この浸漬工程・洗浄工程を経た鉄合金６Ａは、酸化被膜６１Ａの層が薄くなった鉄合金６Ｂとなる。
【００２８】
この浸漬部１１による浸漬工程および洗浄部１２による洗浄工程が、第１除去部１による第１除去工程である。すなわち、第１除去部１により行われるこの第１除去工程は、鉄を含み表面に酸化被膜を有する合金を、酸溶液中に浸漬して前記酸化被膜を除去する第１除去工程の一例である。第１除去工程の後、ウェットエッチング槽１１１の内部に置かれた前処理後の鉄合金６Ｂは、取り出されて図３に示すように成膜チャンバー３３０に置かれる。なお、このとき鉄合金６Ｂは、大気に晒される。
また上記記載では、同一の槽において、酸浸漬と洗浄とを行う例が記載されているが、酸浸漬と洗浄とは別々の槽を備え、また洗浄槽は複数の槽を備えた構成でも良い。複数の槽への材料の移動は、コンベア等の搬送装置が用いられる。なお、この移動は操作者の操作により手動で行ってもよい。
【００２９】
３．第２除去部の構成
図２に示すように、第２除去部２は、減圧部２１とイオンビームエッチング部２２とを含む。減圧部２１による減圧工程は、以下の通りである。成膜チャンバー３３０の内部に鉄合金６Ｃの材料である鉄合金６Ｂが置かれた後、制御部４は、図示しない駆動部を制御して成膜チャンバー３３０を密閉する。そして、制御部４は、真空ポンプ２２０を制御し、成膜チャンバー３３０の内部の気体を外に排出させる。これにより成膜チャンバー３３０の内部は減圧される。
【００３０】
イオンビームエッチング部２２によるイオンビームエッチング工程は、減圧部２１による減圧工程の終了を制御部４が判断して開始される。イオンビームエッチング工程の詳細は、以下の通りである。制御部４は、アルゴンガスをイオンソース２２１に導入すると共に、高周波によりガスを励起させ、アルゴンイオンを成膜チャンバー内に導く。イオンソース２２１では、アルゴン原子から電子が分離されて、アルゴンイオンＡｒ+と電子ｅ-とを含むプラズマが生成される。プラズマ中から引き出されたアルゴンイオンは、鉄合金に到達してその表面をエッチングする。これにより、第１除去工程後に形成された自然酸化膜や第１除去工程で除去されなかった酸化被膜６１Ｂに含まれる酸化鉄などが除去される。このイオンビームエッチング工程を経た鉄合金６Ｂは、酸化被膜６１Ｂの層がさらに薄くなった鉄合金６Ｃとなる。
【００３１】
この減圧部２１による減圧工程およびイオンビームエッチング部２２によるイオンビームエッチング工程が、第２除去部２による第２除去工程である。すなわち、第２除去部２により行われるこの第２除去工程は、希ガスまたは窒素ガスを含むガス中でプラズマを発生させて当該ガスをイオン化し、前記合金の表面にイオンビームエッチングを施して、前記第１除去工程の後において形成されている酸化被膜を当該表面から除去する第２除去工程の一例である。
【００３２】
４．炭素膜形成部の構成
炭素膜形成部３は、ＦＣＶＡ方式を用いた成膜装置である。炭素膜形成部３は、アーク源３１０、アノード３１１、カソードターゲット３１２、カソード３１３、アーク電源３１４、ストライカー３１５、磁気フィルター３２０、コアパイプ３２１、磁気フィルターコイル３２２、成膜チャンバー３３０およびバイアス電源３３２を備える。
【００３３】
アーク源３１０は、アノード３１１とカソード３１３、およびこれらに挟まれて置かれたカソードターゲット３１２とを具備している。アーク源３１０は、アノード３１１とカソードターゲット３１２に面した空間Ｒに炭素のプラズマである炭素プラズマを発生させる装置である。したがって、カソードターゲット３１２の構成材料には、ガラス状炭素やグラファイトなどの炭素源が用いられる。
【００３４】
炭素膜形成部３による炭素膜形成工程は、第２除去部２による第２除去工程の終了を制御部４が判断して開始される。炭素膜形成工程が行われる期間は、成膜チャンバー３３０の内部は減圧状態を保たれる。したがって、第２除去工程を経た鉄合金６Ｃは、炭素膜形成工程が開始される前に酸素雰囲気に晒されることがない。
【００３５】
この炭素膜形成工程は、以下の通りである。制御部４は、図示しない電源を制御してアノード３１１とカソード３１３との間でアーク放電を行うことにより、カソードターゲット３１２から炭素プラズマを形成する。すなわち、ここまでの工程は、アーク放電により炭素のプラズマを発生させる工程の一例である。なお、通常、カソードターゲット３１２がカソード３１３を介してアーク電源３１４に接続され、アノード３１１との間でアーク放電が行われる。アーク源３１０は、移動させることでカソードターゲットと接触可能なストライカー３１５も設けられている。
【００３６】
磁気フィルター３２０は、円弧状のコアパイプ３２１と、コアパイプ３２１を取り巻く磁気フィルターコイル３２２から構成される。制御部４は、図示しない電源を制御して磁気フィルターコイル３２２に通電することによって、コアパイプ内に磁界を発生させる。この磁界は、アーク源３１０で発生した炭素プラズマのうち、荷電粒子である電子およびイオンを成膜チャンバー３３０へと導く。すなわち、この工程は、磁場により、発生した前記炭素のプラズマのうちイオン化したものを抽出して合金の表面に導き、炭素膜を形成する工程の一例である。
【００３７】
成膜チャンバー３３０には、第１除去部１および第２除去部２により前処理が施され、表面の酸化被膜６１Ｂが除去された鉄合金６Ｃが配置されている。鉄合金６Ｃには、バイアス電圧を印加するためのバイアス電源３３２が接続されている。磁気フィルター３２０によって成膜チャンバー３３０へ導かれたイオンは、バイアス電源３３２によりバイアス電圧が印加されている鉄合金６Ｃの上に引き寄せられて堆積する。これにより、鉄合金６Ｃと炭素膜６２とが密着した部材６（図１参照）が得られる。
【００３８】
以上、説明したとおり、上述した炭素膜形成装置９は、炭素膜形成工程を行うのに先立って第２除去部２がイオンビームエッチングを行い、さらにイオンビームエッチングに先立って、第１除去部１が第１除去工程を行う。
【００３９】
従来技術においては、炭素膜形成工程を行うのに先立って行われる処理は、イオンビームエッチングだけであった。ところが、イオンビームによって基材の表面をエッチングしてから、例えばＴａＣなどの炭素膜を形成したとしても、形成されたＴａＣが、基材との密着不良により剥がれが生じる場合がある。この原因は、或る時間内において、上記のイオンビームエッチングにより除去することができる酸化被膜の量に限りがあることに由来する。
【００４０】
これに対し、例えば、イオンビームエッチングの時間を延長することで、除去される酸化被膜の量を増やすことも考えられる。しかし、処理時間と除去量とはせいぜい比例関係に留まるので、現状の１００倍の酸化被膜を除去するためには、少なくとも１００倍の処理時間を要する。こうした長時間に亘るイオンビームの照射は、経済的にも省エネルギーの観点からも好ましくない。そして、長時間に亘るイオンビームの照射によって、例えば基材に含まれる不純物に対する予期しない反応が進行したり、基材の表面が粗くなったりする可能性もある。
【００４１】
一方、ウェットエッチングを行わず、短時間のイオンビームエッチングを施した基材は、酸化被膜を多く残している。そのため、従来の基材に炭素膜を形成しても、剥離することが多かった。
【００４２】
上述した炭素膜形成装置９は、第２除去工程でイオンビームエッチングを行うのに先立って、第１除去部１が第１除去工程を行う。第１除去工程は、酸溶液によるウェットエッチング処理の工程であり、イオンビームエッチングなどのドライエッチングと比較して短時間で大量の酸化被膜を除去する。したがってこれにより、基材と炭素膜との密着性が向上し、炭素膜の劣化を抑制する。
【００４３】
５．実施例
５−１．実施例１：画像形成装置の対向電極（シールド電極部材）
図４は、炭素膜形成装置９により形成される部材の一例を示す図である。本部材は、画像形成装置における放電器７０を構成する要素であるシールド電極部材７１である。
【００４４】
シールド電極部材７１は、矩形板ＢＡの長手方向に沿った互いに向かい合う二辺にそれぞれの面角がほぼ直角となるように矩形板ＢＢ，ＢＣを接続し、矩形板ＢＢ，ＢＣが互いに向かい合う形状となっている。つまり、シールド電極部材７１は、長手方向から見て日本語のカタカナである「コ」字状、英字でいう「Ｃ」字状に形成されている。シールド電極部材７１の構成する三面のうち互いに向かい合う二面（矩形板ＢＢ，ＢＣ）間には、放電電極部材７３（コロトロン）が配置されている。すなわち、シールド電極部材７１を構成する三面により取り囲まれるように、放電電極部材７３が配置されている。
【００４５】
シールド電極部材７１の矩形板ＢＡに対向する側は、感光体ドラム８０に対向しており、感光体ドラム８０と放電電極部材７３との間には、網状の電極部材である網状電極部材７２（スコロトロン）が設置されている。シールド電極部材７１の基材である基材７１ａは、厚さ０．８mmに圧延されたステンレス鋼板をプレス加工やレーザによるカッティングにより予め定めた平面形状とした後、曲げ等を行うことで作製される。
【００４６】
作製された基材７１ａは、再生メチレン（主成分：ジクロロメタン）を用いて洗浄される。これにより、プレス等で使用される加工油等の油脂は、基材７１ａから除去される。
【００４７】
次に、浸漬工程において炭素膜形成装置９は、上記の基材７１ａをウェットエッチング槽１１１の内部に置き、濃度が１５重量％であり６５℃に加熱された硝酸溶液（以下、単に硝酸溶液という）を供給して５分間に亘って浸漬する。硝酸溶液は、上述した酸溶液の一例である。この時、炭素膜形成装置９は、２５ｋＨｚの超音波を溶液に放射してもよい。超音波放射により、基材７１ａに含まれる酸化被膜の溶出が促進される。その後、炭素膜形成装置９は、水洗を繰り返し行い、基材７１ａに付着した硝酸イオンなどを取り除く。水洗された基材７１ａは、エアーブロー等で乾燥される。乾燥させた基材７１ａは、ウェットエッチング槽１１１に置かれる前に比べて表面から酸化被膜が除去されている。
【００４８】
次に、成膜チャンバー３３０の内部に基材７１ａを取り付け、真空度が６．７×１０-3Ｐａ（５×１０-5Ｔｏｒｒ）以下になるまでポンピングを行う。その後、Ａｒガスを６５ｓｃｃｍ（standard cc/min：１気圧（大気圧１０１３ｈＰａ）、０℃における気体の体積流量を立法センチメートル毎分で表した値）で真空チャンバー内に導入し、イオンビームエッチングを行う。イオンビームエッチングは、バイアス電圧が２００Ｖで、エッチング時間が１時間の条件で行われる。
【００４９】
次に、ＦＣＶＡ装置を用い、ＴａＣ膜を１００ｎｍ（１０-9ｍ；ナノメートル）着膜する。この時、アーク電流は１００Ａで、基材７１ａにかけるバイアス電圧は１５０Ｖである。基材７１ａは表面にＴａＣ膜を形成されてシールド電極部材７１となる。
【００５０】
図５は、シールド電極部材７１に形成された炭素膜の表面顕微鏡写真を示す図である。ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）を浸透させた紙製のウエスにより、形成された炭素膜を擦るラビングテストを行うと、炭素膜形成装置９によりシールド電極部材７１に形成された炭素膜は、図５（ａ）に示すように剥離が認められなかった。一方、従来技術により、硝酸溶液に浸漬することなく基材上に形成された炭素膜は、上記ラビングテストにより図５（ｂ）に示すように剥離が認められた。
【００５１】
また、Ｘ線光電子分光計を用いて、得られた炭素膜のＸＰＳ（X-ray Photoelectron Spectroscopy；Ｘ線光電子分光）分析を行った。得られるＣ１ｓピーク（炭素の１ｓ軌道由来のスペクトルにおけるピーク）を、ｓｐ３−Ｃ結合とｓｐ２−Ｃ結合とに波形分離し、全炭素原子に対するｓｐ３−Ｃ結合の割合として、ｓｐ３−Ｃ比を求めたところ、６０％以上であった。
【００５２】
５−２．実施例２：画像形成装置の対向電極（網状電極部材）
実施例２では、放電器７０を構成する要素である網状電極部材７２に炭素膜を形成した。
【００５３】
網状電極部材７２は、放電電極部材７３と感光体ドラム８０との間に配置され、放電電極部材７３の放電により生じたコロナイオンの感光体ドラム８０表面への流入を制御する。これにより、何らかの原因により放電電極部材７３への印加電圧に変動が生じても、感光体ドラム８０上の帯電電位の変動を抑えることができる。
【００５４】
網状電極部材７２の基材７２ａは、厚さ０．１mmに圧延されたステンレス鋼板をフォトリソエッチングして、図４（ｂ）に示した網目を有する形状とすることで作製する。
【００５５】
次に、６５℃に加熱された濃度１５重量％の硝酸溶液に、基材７２ａを５分浸漬する。この時２５ｋHzの超音波を溶液に放射を行う。その後、水洗を繰り返し行い、基材７２ａに付着した硝酸イオン等を取り除く。水洗された基材７２ａは、エアーブロー等で乾燥される。
【００５６】
次に、成膜チャンバー３３０の内部に基材７２ａを取り付け、真空度が６．７×１０-3Ｐａ（５×１０-5Ｔｏｒｒ）以下になるまでポンピングを行う。その後、Ａｒガスを６５ｓｃｃｍで成膜チャンバー３３０の内部に導入し、イオンビームエッチングを行う。イオンビームエッチングは、バイアス電圧が２００Ｖ、エッチング時間が１時間の条件で行われる。
【００５７】
次に、ＦＣＶＡ装置を用い、膜厚が５０ｎｍのＴａＣ膜を形成する。この時、アーク電流は１００Ａで、基材７２ａにかけるバイアス電圧は１５０Ｖである。基材７２ａは表面にＴａＣ膜を形成されて網状電極部材７２となる。
【００５８】
図６は、グロー放電発光表面分析（Glow Discharge Spectroscopy；以下、ＧＤＳという）により、網状電極部材７２の深さ方向における元素濃度の分析結果を示す図である。図６の横軸は、ＧＤＳにおいてＡｒプラズマのスパッタリングにより鉄合金を削り出した（除去した）表面からの深さ（単位：ｎｍ（ナノメートル））を表している。また、同図の縦軸は、その深さにおいてスパッタリングされた原子を原子発光させて測定した元素濃度（単位：％）である。なお、この元素濃度は全元素の数に対する注目元素の数の割合を百分率で表したものである。
【００５９】
濃度曲線Ｃ０は硝酸溶液に浸漬せずにイオンビームエッチングのみを行った鉄合金の深さ方向の酸素元素濃度を表す。濃度曲線Ｃ１は、上述の硝酸溶液に浸漬させてから、イオンビームエッチングを行った鉄合金の深さ方向の酸素元素濃度を表す。
【００６０】
濃度曲線Ｃ０、Ｃ１を比較すると、例えば、深さ２ｎｍにおいて、濃度曲線Ｃ０は、２０％以上（約２７％）の濃度があるのに対し、濃度曲線Ｃ１は、２０％未満、より詳細には１０％未満（約７％）の濃度しかない。これは、鉄合金の表面から２ｎｍの組成は、酸溶液に浸漬しない場合よりも、酸溶液に浸漬した方が、酸素濃度が低いことを示している。また、濃度曲線Ｃ１の酸素のピークおよび分布は、濃度曲線Ｃ０の酸素のピークおよび分布に比べて、表面近くに存在することがわかる。これは、硝酸溶液に浸漬することにより、鉄合金の表面の鉄酸化物またはクロム酸化物が溶解し除去されたことを示している。
【００６１】
６．変形例
以上が実施形態の説明であるが、この実施形態の内容は以下のように変形し得る。また、以下の変形例を組み合わせてもよい。
【００６２】
（１）金属膜形成に関する変形例
上述の実施形態では、炭素膜形成装置９において、炭素膜形成部３による炭素膜形成工程は、第２除去部２による第２除去工程の終了を制御部４が判断して開始されていたが、炭素膜形成装置９は、第２除去部２による第２除去工程の終了後であって炭素膜形成工程を開始する前に、鉄合金６Ｃの表面に金属膜を形成する金属膜形成工程を行ってもよい。
【００６３】
図７は、この変形例における、炭素膜形成装置９ａの機能構成を説明するためのブロック図である。炭素膜形成装置９ａは、第２除去部２による第２除去工程が終了した後、炭素膜形成部３により炭素膜形成工程を行う前に、金属膜形成部５による金属膜形成工程を行う点が実施形態に係る炭素膜形成装置９と異なる。
【００６４】
金属膜形成部５は、第４族から第６族のいずれかに属する金属元素を含んだターゲットに対し、例えば、Ａｒ+イオンを照射するスパッタリングを行い、上記金属元素を含んだ金属膜を鉄合金６Ｃに形成させる。鉄合金６Ｃに形成させる金属元素としては、ＴｉやＣｒなどを好適に用いることができる。
【００６５】
炭素膜形成部３による炭素膜形成工程は、金属膜形成部５による金属膜形成工程を経た後の鉄合金６Ｃに対して行われる。したがって、炭素膜形成工程により形成される炭素膜は、鉄合金の表面に直接、形成されるのではなく、これに形成された金属膜の表面に形成される。炭素膜と基材とは、硬度や線膨張係数など物性において異なっており、炭素膜にはこの物性差に由来する張力がかかる。そしてこの張力がかかることによって、炭素膜は剥離しやすくなると言われている。一方、基材と炭素膜との間に金属膜を形成させると、基材と金属膜との物性差に由来する張力が金属膜にかかり、金属膜と炭素膜との物性差に由来する張力が炭素膜にかかることとなる。これにより炭素膜にかかる張力が分散され、炭素膜が剥離する可能性は抑制される。
【００６６】
（２）チャンバーに関する変形例
（２−１）イオンビームエッチング部２２において、鉄合金は成膜チャンバー３３０の内部に置かれていたが、鉄合金は成膜チャンバー３３０と異なるチャンバーに置かれてイオンビームエッチング工程を行われてもよい。この場合、イオンビームエッチング工程を経た鉄合金を、成膜チャンバー３３０に移し変えればよい。また、成膜チャンバー３３０と、イオンビームエッチング工程が行われるチャンバーとは、互いの内部空間が連続していてもよい。
【００６７】
（２−２）第１除去工程において、鉄合金はウェットエッチング槽１１１の内部に置かれていたが、成膜チャンバー３３０の内部に置かれてもよい。この場合、基材を固定したままで、第１除去工程によるウェットエッチングから第２除去工程、および炭素膜形成工程までを連続して行うことができる。
【００６８】
（３）炭素膜形成部に関する変形例
（３−１）上述した実施形態では、炭素膜形成部３は、ＦＣＶＡ方式を用いた成膜装置であったが、炭素膜を形成する構成はこれに限られない。炭素膜形成部３は、例えば、イオンビーム蒸着（Ion beam deposition）法、スパッタリング法、プラズマＣＶＤ法のいずれかを用いた成膜装置であってもよい。
【００６９】
（３−２）また、炭素膜形成部３によって形成される炭素膜は、ＴａＣ膜であったが、これに限られない。例えば、水素化アモルファス炭素、スパッタアモルファス炭素などであってもよい。炭素膜は、水素含有量と炭素結合の比率によって様々な態様が採り得る。ただし、Ｘ線光電子分光分析により測定した場合、炭素原子の結合のうち、ｓｐ３結合の占める割合が６０％以上であることが望ましい。
【００７０】
（４）基材に関する変形例
上述した実施形態では、表面に炭素膜を形成する基材としてＳＵＳ３０４などのステンレス鋼である鉄合金６Ａを用いたが、他の鉄合金を用いてもよい。例えば、ＳＫＤ１２などのダイス鋼、鉄にケイ素を添加して作られるケイ素鋼などであってもよい。また、基材には鉄合金のほかに純鉄を用いてもよい。
【００７１】
（５）基材周りの雰囲気に関する変形例
上述した実施形態では、第１除去工程の後、ウェットエッチング槽１１１の内部に置かれた前処理後の鉄合金６Ｂは、取り出される際に、大気に晒されていたが、第１除去工程を経た後の基材は、例えば、窒素ガスを用いて酸素濃度を５０ｐｐｍ未満に調整した還元雰囲気のガス中に取り出され、成膜チャンバー３３０に置かれるようにしてもよい。これにより、第１除去工程から第２除去工程に移行する際に、基材表面に増加する酸化被膜の量が抑制される。
【００７２】
（６）適用分野に関する変形例
上述した実施例では、画像形成装置の対向電極を挙げたが、炭素膜形成装置９が適用される分野はこれに限られない。例えば、工具、ばねなどの弾性部材、樹脂の射出成型に用いられる金型や射出口の周りに残る余分な樹脂を切断する刃などに、炭素膜形成装置９を適用することができる。炭素膜形成装置９により形成される炭素膜はｓｐ３構造を有しており、条件を調整することによりｓｐ３結合含有量（炭素原子の結合のうち、ｓｐ３結合の占める割合）を６０％以上にすることができる。そのため、炭素膜の硬度は高く、磨耗を抑制する効果がある。また、放電器では空気中の酸素がオゾン化し、電極部材を腐食する現象が起こるが、炭素膜形成装置９により形成される炭素膜はオゾンに対する耐腐食性が高い。そのため、対向電極の腐食・錆びを抑制する効果がある。
【符号の説明】
【００７３】
１…第１除去部、１１…浸漬部、１１０…酸溶液タンク、１１０１…バルブ、１１１…ウェットエッチング槽、１１１０…栓、１２…洗浄部、１２０…洗浄水タンク、１２０１…バルブ、２…第２除去部、２１…減圧部、２２…イオンビームエッチング部、２２０…真空ポンプ、２２１…イオンソース、３…炭素膜形成部、３１０…アーク源、３１１…アノード、３１２…カソードターゲット、３１３…カソード、３１４…アーク電源、３１５…ストライカー、３２０…磁気フィルター、３２１…コアパイプ、３２２…磁気フィルターコイル、３３０…成膜チャンバー、３３２…バイアス電源、４…制御部、４２０…保温部、５…金属膜形成部、６…部材、６１Ａ，６１Ｂ，６１Ｃ…酸化被膜、６２…炭素膜、６Ａ，６Ｂ，６Ｃ…鉄合金、７０…放電器、７１…シールド電極部材、７１ａ…基材、７２…網状電極部材、７２ａ…基材、７３…放電電極部材、８０…感光体ドラム、９，９ａ…炭素膜形成装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図５】
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