(57)【要約】【課題】  基材上にアルミナ層の皮膜を短時間で容易に形成できるアルミナ層形成方法と、該方法で製造した基材の皮膜を提供する。【解決手段】  本発明のアルミナ層形成方法では、基材（２２）上にアルミニウム層（２４ａ）を堆積し、大気中で基材を移動させながら、アルミニウム層をレーザビーム（２７）で照射して、アルミニウム層をアルミナ層の皮膜とする。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材上にアルミニウム層を堆積し、前記アルミニウム層をレーザビームで照射して、前記アルミニウム層をアルミナ層とするアルミナ層形成方法。
【請求項２】
少なくも１枚が酸素を含み、少なくとも１枚が透明である２枚の基材を用意し、一方の基材上にアルミニウム層を堆積し、前記２枚の基材を間に前記アルミニウム層を挟んで接着した後、前記アルミニウム層をレーザビームで照射して、前記アルミニウム層をアルミナ層とするアルミナ層形成方法。
【請求項３】
基材上にアルミニウム層を堆積し、前記アルミニウム層をレーザビームで照射して、前記アルミニウム層をアルミナ層とした基材の皮膜。
【請求項４】
前記基材が透明である請求項３に記載の基材の皮膜。
【請求項５】
前記基材がプラスチックである請求項４に記載の基材の皮膜。
【請求項６】
前記アルミニウム層を部分的にアルミナ層とした請求項３、４又は５に記載の基材の皮膜。
【請求項７】
前記基材が絶縁体である請求項６に記載の基材の皮膜。
【請求項８】
前記基材がシートである請求項３，４、５、６又は７に記載の基材の皮膜。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基材上にアルミナ層を形成する方法及び該方法で形成した基材の皮膜に関する。
【背景技術】
【０００２】
発明者は、ＣＤ−ＲＯＭに用いられているポリカーボネートのリサイクルの研究を行っていた。ＣＤ−ＲＯＭは、図７に示したように、ポリカーボネートの基板２上に、アルミニウムの反射膜４、この上にＵＶ硬化樹脂の保護膜５、この上にラベル印刷用のＵＶ塗料６が形成されている。
【０００３】
発明者は、大気中でＣＤ−ＲＯＭの表面をレーザビームで照射し、基板２にダメージを与えることなく、アルミニウムの反射膜４、ＵＶ硬化樹脂の保護膜５、ラベル印刷用のＵＶ塗料６のみを加熱蒸発させて除去しようとする実験を行った。この実験は、図８に示したように、波長１０６４ｎｍで５００ＷのＹＡＧレーザビーム７を、４０ｍｍのスキャン幅と１５０Ｈｚのスキャン周波数と２５ｋＨｚのパルス周期で、ＣＤ−ＲＯＭ９に対してレーザ照射部８を３２ｍｍ/ｓの相対速度で移動させながら照射した。すると、レーザビーム７を照射した部分は、透明になり、反射膜や保護膜等が除去されたように見えた。
【０００４】
また、発明者は、基板２の加熱を防止するため、水中においても前記実験をしてみた。この場合も、レーザビーム７を照射した部分は、透明になり、反射膜や保護膜等が除去されたように見えた。
【０００５】
念のため、ＣＤ−ＲＯＭ９の表面の成分を分析してみた。すると、大気中の実験でも、水中の実験でも、ＣＤ−ＲＯＭ９の基板２の表面からアルミニウムの反射膜４が除去されたのではなく、アルミニウムが透明なアルミナ（酸化アルミニウムＡｌ２Ｏ３）に変化したことが分かった。大気中の実験からは、アルミニウムが大気中の酸素と結合したと考えられるが、水中の実験からは、アルミニウムが水中に溶けている酸素又は基板中の酸素原子と結合したとも考えられる。
【０００６】
いずれにしても、適当な基板の表面にアルミニウム層を堆積し、アルミニウム層にレーザビームを照射すると、基板の表面に固くて安定で透明な絶縁体であるアルミナ層を形成できることに気付いた。
【０００７】
従来、基板の上にアルミナ層を形成するためには、下記特許文献１に記載されたような方法が知られていた。この方法を図９に基づいて説明する。この方法では、まず、シリコン基板１０をクリーニングした後、塩酸及び過酸化水素水の混合水溶液で煮沸して、図９の（ａ）に示したように、シリコン基板１０上に保護酸化膜１１を形成する。次に、蒸着法、ＭＢＥ（分子線エピタキシ）法、スパッタリング法等の適宜方法により、図９の（ｂ）に示したように、保護酸化膜１１の上にアルミニウム層１２を堆積させる。次に、シリコン基板１０をＭＢＥチャンバ内で真空にして８００℃で３０分加熱し、保護酸化膜１１とアルミニウム層１２を反応させて、図９の（ｃ）に示したように、予備アルミナ層１３を形成する。この予備アルミナ層１３の上に図示しない半導体薄膜を成長させることができる。
【０００８】
あるいは、予備アルミナ層１３を形成したシリコン基板１０を酸化雰囲気中のガスソースＭＢＥ装置に入れて加熱し、図９の（ｄ）に示したように、予備アルミナ層１３の上にγ−Ａｌ２Ｏ３層１４を形成し、このγ−Ａｌ２Ｏ３層１４の上に、図９の（ｅ）に示したように、半導体薄膜１５を形成してもよい。
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−５１４４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、前記特許文献１に記載されたような方法では、シリコン基板１０を塩酸及び過酸化水素水の混合水溶液で煮沸して、シリコン基板１０上に保護酸化膜１１を形成し、この保護酸化膜１１の上にアルミニウム層１２を堆積させ、さらにシリコン基板１０をＭＢＥチャンバ内で真空にして長時間高温に加熱する必要があり、シリコン基板１０上に予備アルミナ層１３やγ−Ａｌ２Ｏ３層１４を短時間で容易に形成することが困難であるという問題があった。
【００１１】
本発明は、前記問題と発明者が気付いた前記アルミナ層形成方法に鑑みてなされたものであり、基材上にアルミナ層の皮膜を短時間で容易に形成できるアルミナ層形成方法と、該方法で製造した基材の皮膜を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記課題を達成するために、請求項１に係る発明のアルミナ層形成方法では、基材上にアルミニウム層を堆積し、前記アルミニウム層をレーザビームで照射して、前記アルミニウム層をアルミナ層とする。
【００１３】
請求項２に係るアルミナ層形成方法では、少なくも１枚が酸素を含み、少なくとも１枚が透明である２枚の基材を用意し、一方の基材上にアルミニウム層を堆積し、前記２枚の基材を間に前記アルミニウム層を挟んで接着した後、前記アルミニウム層をレーザビームで照射して、前記アルミニウム層をアルミナ層とする。
【００１４】
請求項３に係る発明では、基材上にアルミニウム層を堆積し、前記アルミニウム層をレーザビームで照射して、前記アルミニウム層をアルミナ層として、基材の皮膜を形成した。
【００１５】
請求項４に係る発明では、請求項３に係る発明において、前記基材を透明とした。
【００１６】
請求項５に係る発明では、請求項４に係る発明において、前記基材をプラスチックとした。
【００１７】
請求項６に係る発明では、請求項３、４又は５に係る発明において、前記アルミニウム層を部分的にアルミナ層とした。
【００１８】
請求項７に係る発明では、請求項６に係る発明において、前記基材を絶縁体とした。
【００１９】
請求項８に係る発明では、請求項３、４、５、６又は７に係る発明において、前記基材をシートとした。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１に係る発明によれば、基材上にアルミニウム層を堆積し、アルミニウム層をレーザビームで照射して、前記アルミニウム層をアルミナ層としたから、基材上にアルミナ層の皮膜を短時間で容易に形成することができる。
【００２１】
請求項２に係る発明によれば、本発明のアルミナ層形成方法で製造されたものは、アルミニウム層を部分的に残した場合にアルミニウム層が２枚の基材の間に挟まれることになるので、アルミニウム層が錆び難くなる。
【００２２】
請求項３に係る発明によれば、請求項１に係る発明と同様に基材上にアルミナ層の皮膜を形成できる。また、アルミナは、ルビー及びサファイヤの主成分であり、極めて固く熱や薬品等に強く安定であるから、基材をアルミナ層の皮膜で保護でき、耐磨耗性、耐熱性、耐食性及び耐久性に優れたものが得られる。
【００２３】
請求項４に係る発明によれば、さらに基材が透明であるうえ、アルミナは不純物を含まなければ透明であるから、本発明は建物や乗物等の窓ガラスに適している。
【００２４】
請求項５に係る発明によれば、さらに基材がプラスチックであるから普通のガラス（珪酸塩ガラス）に比べると非常に軽くでき、特に軽量化が要求される乗物の窓ガラスに最適である。
【００２５】
請求項６に係る発明によれば、さらにアルミニウム層を部分的にアルミナ層としたから、アルミニウム層とアルミナ層の配置により模様や文字等の表示を行うこともでき、また、基材が透明の場合は、アルミナ層の部分により自由な形状と配置の窓を容易に形成できる。
【００２６】
請求項７に係る発明によれば、基材が絶縁体であるから、アルミニウム層を部分的に残すことによって、アンテナやコイルやコンデンサ等の電気部品を容易に製造できる。
【００２７】
請求項８に係る発明によれば、基材がシートであるから、本発明の製品は折り曲げ可能となって便利である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
次に、本発明の実施の形態を、実施例に基づいて以下に説明する。
【００２９】
まず、本発明の第１実施例として、図１〜図５に基づいて、本発明のアルミナ層形成方法と、前記アルミナ層形成方法を用いて製造した住宅用又は車両用の窓ガラスについて説明する。図１は、本実施例のアルミナ層形成方法を用いて製造した窓ガラスの断面図である。図２及び図３は、前記窓ガラスの製造方法を説明する図である。図４は、前記アルミナ層形成方法に用いるレーザ照射部の内部構造を説明する図である。図５は、レーザビームによるアルミニウム層のスキャン状態を説明する図である。
【００３０】
図１に示したように、この窓ガラス２０は、ポリカーボネート（ＰＣ）等の有
機ガラス（透明なプラスチック）の基材２２の表面及び裏面に、基材２２を保護するアルミナ層２４の皮膜を形成したものである。
【００３１】
この窓ガラス２０を製造するには、まず、図２に示したように、基材２２の表面に蒸着法、ＭＢＥ法、スパッタリング法等の適宜方法によってアルミニウム層２４ａを堆積させる。次に、図３に示したように、大気中で基材２２をコンベア２６に載せて速度ｖで移動させながら、レーザ照射部２８からレーザビーム２７をアルミニウム層２４ａに照射し、アルミニウム層２４ａを加熱する。この際、レーザビーム２７を基材２２の幅ｂで高速にスキャンさせる。レーザビーム２７の出力、パルス周波数、スキャン周波数、基材２２の移動速度ｖについては、アルミニウム層２４ａのみを適切に加熱し、基材２２にはダメージを与えないような適切な値が選択される。
【００３２】
アルミニウム層２４ａが適切に加熱されると、アルミニウム層２４ａは大気中の酸素と結合してアルミナとなるが、基材２２にはほとんどダメージを与えないようにできる。こうして、基材２２は、アルミナ層２４の皮膜で被覆される。
【００３３】
ここで、レーザ照射部２８の内部構造を図４に基づいて説明する。レーザ光源３０ａから発したレーザ光は、光ファイバー３２でレーザ照射部２８へ導かれる。このレーザ光は、レンズ２８ａで平行光線のレーザビーム２７にされる。このレーザビーム２７は、ミラー２８ｂとポリゴンミラー２８ｃで反射され、レンズ２８ｅを経て、基材２２上のアルミニウム層２４ａを照射する。ポリゴンミラー２８ｃは、ミラー駆動制御部３０ｂから制御信号によって動作するミラー駆動部２８ｄによって回転させられる。レーザ光源３０ａ及びミラー駆動制御部３０ｂは、総合制御部３０ｃによって制御される。レーザ光源３０ａ、ミラー駆動制御部３０ｂ及び総合制御部３０ｃは、レーザ照射部２８とは別体のレーザ発振器３０内に配置されている。
【００３４】
レーザビーム２７が回転するポリゴンミラー２８ｃに入射すると、レーザビーム２７は、符号２７ａ、２７ｂ、２７ｃで示したように振れるが、レンズ２８ｅの働きにより常に基材２２上のアルミニウム層２４ａに垂直入射するから、レーザビーム２７の照射点であるレーザスポット２７ｄは常に一定面積となる。基材２２は一定の速度ｖで移動しており、レーザスポット２７ｄは、基材２２の幅方向に沿って一定向きに移動しているから、レーザビーム２７は、図５に示したように、アルミニウム層２４ａ全体を隙間無く且つ重複領域を少なくしながらスキャンしていくことになる。こうして、レーザビーム２７によって、アルミニウム層２４ａ全体を略均一に加熱できるようになっている。
【００３５】
本実施例の窓ガラス２０によれば、基材２２上にアルミニウム層２４ａを堆積し、大気中でアルミニウム層２４ａをレーザビーム２７で照射して、アルミニウム層２４ａをアルミナ層２４に変化させたから、基材２０上にアルミナ層２４の皮膜を短時間で容易に形成することができる。しかも、基材２２は、透明なプラスチックであるから、普通のガラス（珪酸塩ガラス）に比べると非常に軽く、本実施例の窓ガラス２０は、乗物の窓ガラスとして最適である。さらに、アルミナは、ルビーやサファイヤの主成分で透明であり、極めて固く熱や薬品等に強く安定であるから、基材２２をアルミナ層２４の皮膜で保護することにより、傷が付き難く耐磨耗性や耐熱性や耐食性や耐久性を増した窓ガラス用が得られる。
【００３６】
次に、図６に基づいて、本発明の第２実施例として、本発明のアルミナ層形成方法を用いて製造したアンテナ３６等の電気部品について説明する。
【００３７】
本実施例のアンテナ３６は、絶縁体の基材上にアルミニウム層を堆積し、図６に示したように、アルミニウム層３８の皮膜を必要な形状に残して、不要なアルミニウム層をレーザビームで照射してアルミナ層４０の皮膜に変えることによって製造される。このためには、基材の全面にアルミニウム層を堆積し、アルミニウム層全面をレーザビームで照射していくが、アルミニウム層３８の皮膜を残したい部分では、レーザビームの照射をストップする。基材上に所望のアンテナ３６が形成された後に、アルミニウム層３８を給電用端子に接続し、それから、アルミニウム層３８の防錆のため、アルミニウム層３８とアルミナ層４０を樹脂等でコーティングをする。
【００３８】
本実施例によれば、従来のように手数のかかるエッチングを必要とせずに、基材の表面にアンテナ３６等の機能を有する皮膜を簡単に形成することができる。
【００３９】
アンテナの形状の例を図６に示す。（Ａ）はダイポールアンテナ、（Ｂ）は折り返しダイポールアンテナ、（Ｃ）は八木アンテナ、（Ｄ）はビームアンテナ、（Ｅ）はループアンテナ、（Ｆ）はスロットアンテナ、（Ｇ）は円筒形スロットアンテナである。（Ｅ）に示したループアンテナは、コイルとしても使用できる。（Ｆ）及び（Ｇ）に示したスロットアンテナでは、レーザビームを照射する部分がスロットの部分だけで特に少なく、製造が容易である。もちろん、これ以外の適宜アンテナの製造も可能である。
ところで、本発明は、前記実施例に限るものではなく、種々の変形が可能である。
【００４０】
たとえば、前記第１実施例では、窓ガラス２０の基材２２の両面にアルミナ層２４の皮膜を形成したが、時計の窓ガラス等、裏面を特に保護する必要がない場合は、裏面にアルミナ層の皮膜を形成せずに、基材表面にのみアルミナ層の皮膜を形成してもよい。
【００４１】
また、前記第１実施例では、基材２２を透明なプラスチックとしたが、基材２２を普通のガラスとしてもよい。アルミナは、普通のガラスより固いうえ、熱や薬品等に強く安定であるから、普通のガラスの基材も充分に保護することができる。
【００４２】
さらに、前記第１実施例では、本発明を窓ガラスに適用したが、眼鏡やレンズやフィルタ等の透明体である光学製品にも広く適用できるものである。
【００４３】
さらに、前記第１実施例では、アルミナ層の皮膜を透明な平板の基材２２の保護にのみ用いたが、不透明な基材や曲面を有する基材やシート状の基材も含め、柔らかく耐熱性や耐食性や耐久性の不足する基材の保護に広く用いることができる。現在、透明なシートの内面にアルミニム層の皮膜を形成した防湿用袋が用いられることもあるが、この袋のアルミニウム層をレーザビームで照射して、アルミニウム層の皮膜をアルミナ層の皮膜にすることにより、内部が見える窓や、アルミニウム層とアルミナ層の配置により、模様や文字等の表示を行うこともできる。
【００４４】
さらに、前記第１実施例では、基材２２のアルミナ層２４の皮膜を形成するために、レーザ照射部２８を１つだけ用いたが、製品が大きいときは、レーザ照射部２８を複数個に並べて用いてもよい。
【００４５】
さらに、前記第２実施例では、本発明のアルミナ層形成方法を用いてアンテナ又はコイルを製造したが、本発明のアルミナ層形成方法を用いて、アルミニウム層とアルミナ層の配置により、基材の表面にその他の機能を有する皮膜を簡単に形成することも可能である。たとえば、近接した２本の線となるようにアルミニウム層を残せば、コンデンサとすることもできる。
【００４６】
さらに、前記第２実施例では、完成したアンテナ３６のアルミニウム層３８とアルミナ層４０上に樹脂でコーティングしたが、最初に、少なくも１枚が酸素を含み、少なくとも１枚が透明である２枚の基材を用意し、一方の基材上にアルミニウム層を堆積した後に、２枚の基材の間にアルミニウム層を挟んで接着し、それから、透明な基材の側からアルミニウム層をレーザビームで照射して、アンテナ等の電気部品を製造することも可能である。この場合、一方の基材が透明で酸素を含んでいてもよいし、一方の基材が透明で、他方の基材に酸素が含まれていてもよい。このような製造法は、アンテナ等の電気部品を製造以外にも、アルミニウム層を部分的に残した場合に、アルミニウム層の防錆を図る場合に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明のアルミナ層形成方法で製造した窓ガラスの断面図である。
【図２】前記窓ガラスの製造方法を説明する図である。
【図３】前記窓ガラスの製造方法を説明する図である。
【図４】本発明のアルミナ層形成方法に使用するレーザ照射部の内部構造を説明する図である。
【図５】レーザビームで基材上をスキャンしていく状態を示す図である。
【図６】本発明のアルミナ層形成方法で製造したアンテナを説明する図である。
【図７】従来のＣＤ-ＲＯＭの構造を説明する図である。
【図８】従来のＣＤ-ＲＯＭから反射膜を除去する実験を説明する図である。
【図９】基材上にアルミナ層を形成する従来の方法を説明する図である。
【符号の説明】
【００４８】
２０    窓ガラス
２２    基材
２４ａ  アルミニウム層
２４    アルミナ層
２７    レーザビーム
２８    レーザ照射部
３６    アンテナ
３８    アルミニウム層
４０    アルミナ層
【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５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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