DE69736790T2

DE69736790T2 - Mit einem Kohlenstofffilm beschichteter Gegenstand und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE69736790T2
Application number: DE69736790T
Authority: DE
Inventors: Takahiro Ukyo-ku Kyoto-shi Nakahigashi; Akira Ukyo-ku Kyoto-shi Doi; Yoshihiro Ukyo-ku Kyoto-shi Izumi; Hajime Ukyo-ku Kyoto-shi Kuwahara
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 1996-06-27
Filing date: 1997-06-26
Publication date: 2007-08-16
Anticipated expiration: 2017-06-27
Also published as: EP0821077A3; CA2208718A1; US6136386A; EP0821077A2; DE69736790D1; CA2208718C; EP1340835B1; EP1340835A2; EP1340835A3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Gegenständen oder Artikeln, wie Maschinenteilen, Baukomponenten-Elementen, Rohren zur Wasserversorgung und Anderem, unterschiedlichen Folien, Spielzeugen oder deren Teilen, Sportartikeln oder deren Teilen, Regenartikeln oder deren Teilen und Membranen für Membranpumpen, zum Beispiel für künstliche Herzen, und sie betrifft insbesondere einen Gegenstand mit einem Abschnitt, welcher in Kontakt mit einem weiteren Gegenstand (zum Beispiel einem anderen Artikel, Teil, Fluid oder dem Erdboden) stehen soll und vollständig oder teilweise aus mindestens einer Art von Material, ausgewählt aus einer Gruppe beinhaltend Polymermaterial wie Harz oder Kautschuk ebenso wie Glas, hergestellt ist.
Polymermaterialien wie organisches Polymermaterial (zum Beispiel Harz und Kautschuk) werden derzeit in unterschiedlichen Gebieten verwendet. Zum Beispiel wird derartiges Material zum vollständigen oder teilweisen Erzeugen von Gegenständen wie Maschinenteilen, Baukomponenten-Elementen, Rohren, Spielzeugen oder deren Teilen, Sportgegenständen (oder -artikeln, Regenartikeln (oder -sachen) oder Membranen für Membranpumpen, zum Beispiel für künstliche Herzen, verwendet. Das Glas wird auch für Fensterscheiben von Automobilen und Anderem verwendet.
Der Gegenstand mit einem Abschnitt, welcher in Kontakt mit einem weiteren Gegenstand stehen soll und vollständig oder teilweise aus Polymermaterial hergestellt ist, soll oder muss allgemein das Merkmal derart haben, dass der Abschnitt, der in Kontakt mit einem weiteren Gegenstand stehen soll und aus Polymermaterial hergestellt ist, in Bezug auf den weiteren Gegenstand eine verbesserte Gleitfähigkeit hat und/oder Abrieb und Qualitätsminderung wegen Reibung unterdrücken kann. Für diese Zwecke wird Schmieröl oder Schmierfett auf den Abschnitt aufgebracht, oder der Abschnitt wird mit Schmieröl imprägniert. Auch kann der Abschnitt aus Material hergestellt werden, welches zugesetztes Öl enthält.
Auch kann der aus Polymermaterial hergestellte Abschnitt mit einem Film überzogen werden, der aus Fluor-haltigem Harz (zum Beispiel Polytetrafluorethylen) hergestellt ist, das eine gute Gleitfähigkeit hat.
Wenn der Durchtritt von Sauerstoff, Wasserdampf oder einem anderen Gas an dem aus Polymermaterial hergestellten Abschnitt unterdrückt werden soll, kann auf der Oberfläche des Abschnitts ein Gas-undurchlässiger Harzfilm erzeugt werden, indem zum Beispiel Harz darauf aufgebracht wird.
Wenn Wasserabstoßung an dem aus Polymermaterial hergestellten Abschnitt erforderlich ist, kann auf der Oberfläche ein Wasser abstoßender Harzfilm erzeugt werden, indem Harz darauf aufgebracht wird.
Die vorstehende Verarbeitung kann in einigen Fällen nicht verwendet werden.
Es tritt jedoch in dem Verfahren, in welchem Schmieröl oder Schmierfett verwendet wird, um die Gleitfähigkeit zu verbessern und/oder Abrieb und Qualitätsminderung wegen Reibung zu unterdrücken, und insbesondere Öl oder Schmierfett auf die Oberfläche des aus Polymermaterial hergestellten Abschnitts aufgebracht wird, ein Problem auf. Spezifischer werden mit diesem Verfahren verhältnismäßig gute Merkmale zu Beginn der Verwendung erzielt. Jedoch wird mit der Zeit Öl oder Schmierfett auf der Oberfläche dispergiert, absorbiert oder entfernt, so dass die Gleitfähigkeit beeinträchtigt wird und Abrieb und Qualitätsminderung der Oberfläche dazu neigen, aufzutreten. Gemäß dem Verfahren, bei welchem der aus Polymermaterial hergestellte Abschnitt mit Öl imprägniert wird oder aus Material hergestellt wird, das Öl enthält, können verhältnismäßig gute Merkmale zu Beginn der Verwendung erzielt werden. Jedoch wird mit der Zeit das auf dem Oberflächenabschnitt enthaltene Öl in einen weiteren Gegenstand (das heißt, den Kontaktgegenstand) hinein absorbiert. Dadurch oder aus anderen Gründen nimmt die über die Oberfläche gespreitete Ölmenge ab, so dass die Gleitfähigkeit niedriger wird und Abrieb und Qualitätsminderung der Oberfläche dazu neigen, aufzutreten.
Sogar wenn Öl oder Schmierfett auf der Oberfläche des aus Polymermaterial hergestellten Abschnitts vorhanden ist, können Abrieb und Qualitätsminderung wegen Reibung mit dem Kontaktgegenstand nicht ausreichend unterdrückt werden, wenn der Kontaktgegenstand in Kontakt mit dem vorstehenden Abschnitt aus zum Beispiel Metall hergestellt und daher hart ist.
Gemäß dem Verfahren, in welchem ein Fluor-haltiger Harzfilm auf der Oberfläche des aus Polymermaterial hergestellten Abschnitts erzeugt wird, neigen Abrieb und Qualitätsminderung der Oberfläche wegen Reibung mit einem weiteren Gegenstand aufzutreten, der aus hartem Material wie Metall hergestellt ist.
Gemäß dem Verfahren, in welchem ein Harzfilm mit der Gas-undurchlässiger Eigenschaft auf dem aus Polymermaterial hergestellten Abschnitt erzeugt wird, kann gute Gleitfähigkeit in Bezug auf einen weiteren Gegenstand nicht lange Zeit aufrecht erhalten werden, weil die Filmoberfläche aus Harz hergestellt ist. Ferner neigen Abrieb und Qualitätsminderung der Oberfläche wegen Reibung mit einem weiteren Gegenstand aufzutreten, der aus hartem Material wie Metall hergestellt ist.
Ähnliche Probleme treten bei dem Verfahren auf, in welchem der aus Polymermaterial hergestellte Abschnitt mit einem Wasser abstoßenden Harzfilm überzogen wird.
Wenn irgendeines der vorstehenden Verfahren nicht verwendet wird, entstehen vom Beginn der Verwendung an Probleme, die mit der Abriebfestigkeit zusammenhängen.
Das Vorstehende wird nun in mehr Einzelheiten erörtert werden. Verschiedene Arten von Maschinenteilen, wie Zahnräder und Walzen, Baukomponenten-Elemente wie Wände und Böden, Spielzeuge und deren Teile wie Zahnräder und gleitende Teile und verschiedene Arten von Rohren und Folien können solche Strukturen haben, dass jeder Gegenstand vollständig oder teilweise aus Polymermaterial wie Harz oder Kautschuk hergestellt ist. Der Gegenstand und insbesondere ein aus Polymermaterial hergestellter Abschnitt davon für den Kontakt mit einem weiteren Gegenstand kann wie folgt verarbeitet oder geformt werden, um die Gleitfähigkeit in Bezug auf einen weiteren Gegenstand (Kontaktgegenstand) zu verbessern und Abrieb und Qualitätsminderung wegen Kontakt mit dem weiteren Gegenstand zu verhindern. Gemäß der vorstehenden Verarbeitung oder Erzeugung kann Öl oder Schmierfett auf die Oberfläche aufgetragen werden oder es kann der Gegenstand mit Öl imprägniert werden. Auch kann der Gegenstand aus Material hergestellt werden, das zugesetztes Öl enthält.
Für das Rohr, das Gassperrvermögen aufweisen soll, kann die äußere Oberfläche des Rohrs mit einem Harzfilm überzogen werden, der ein Gassperrvermögen hat, um den Durchgang von Sauerstoff, Wasserdampf und anderem Gas zu unterdrücken.
Eine Folie kann aus einem mit Öl imprägnierten oder zugesetztes Öl enthaltenden Material hergestellt werden, um die Gleitfähigkeit in Bezug auf eine Kontaktoberfläche eines Folienträgerelementes, eines Gegenstandes, des Erdbodens, Fußbodens oder dergleichen, welche die Folie tragen oder damit bedeckt sind, zu verbessern und dadurch Abrieb und Qualitätsminderung wegen Kontakt zu verhindern. Dieses Verfahren wird auch verwendet, um Verschmieren der Folie durch Wassertröpfchen, Regen, Schlamm und Anderem zu verhindern.
Wenn Öl oder Schmierfett verwendet wird, nimmt die Menge von Öl oder Schmierfett auf der Oberfläche des aus Polymermaterial hergestellten Abschnitts mit der Verwendung ab, und daher wird die Gleitfähigkeit wie vorstehend beschrieben beeinträchtigt, so dass Abrieb und Qualitätsminderung der Oberfläche dazu neigen, aufzutreten. Sogar in dem Fall, wo Öl auf dem aus Polymermaterial hergestellten Abschnitt vorhanden ist, kann Abrieb und Qualitätsminderung wegen Reibung mit einem Kontaktgegenstand nicht ausreichend unterdrückt werden, wenn der Kontaktgegenstand, der in Kontakt mit dem Abschnitt ist, aus hartem Material, wie Metall, hergestellt ist.
In gleicher Weise kann das mit einem Harzfilm mit einem Gassperrvermögen überzogene Rohr eine gute Gleitfähigkeit in Bezug auf einen Kontaktgegenstand nicht lange behalten, weil die Oberfläche aus Harz hergestellt ist. Auch neigen Abrieb und Qualitätsminderung dazu, auf der Oberfläche davon wegen Reibung mit dem aus hartem Material, wie Metall, hergestellten Gegenstand aufzutreten.
Bei der mit Öl imprägnierten oder aus zugesetztes Öl enthaltendem Material hergestellten Folie neigen Abrieb und Qualitätsminderung dazu, auf der Oberfläche davon zum Beispiel wegen Kontakt mit einem Trägerelement der Folie, einem auf die Folie gelegten Kontaktgegenstand, einem mit der Folie zu bedeckenden Kontaktgegenstand oder einem Erdboden aufzutreten. Dies hat Erniedrigung der Gleitfähigkeit und der Wasserabstoßung zur Folge. Als ein Ergebnis der Erniedrigung der Wasserabstoßung neigen Wassertröpfchen, Regentropfen, Schlamm und Anderes dazu, daran zu haften.
Für Automobilteile wird Polymermaterial wie Kautschuk oder Harz weithin als Material für Schwingungsdämpfer, Schläuche, Reifen und Dichtungselemente verwendet.
Schwingungsdämpfer und Schläuche für Automobile, welche aus Polymermaterial hergestellte Oberflächen haben, müssen oder sollen eine verbesserte Gleitfähigkeit in Bezug auf andere Gegenstände (das heißt, Kontaktgegenstände) aufweisen. Auch ist es ebenfalls erforderlich oder erwünscht, Abrieb wegen Kontakt mit Kontaktgegenständen ebenso wie Qualitätsminderung zu verhindern. Für diese Zwecke wird Schmierfett auf die Oberfläche aufgetragen, oder der Dämpfer wird aus zugesetztes Öl enthaltendem Material hergestellt.
Schläuche für Automobile können mit Harzfilmen mit einem Gassperrvermögen überzogen werden, um den Durchgang von Sauerstoff, Wasserdampf und anderen Gasen zu unterdrücken. Von Automobilreifen wird verlangt, Abrieb und Qualitätsminderung wegen Kontakt mit dem Rad zu unterdrücken, und es wird auch verlangt, Qualitätsminderung wegen äußerem Licht und Abgas zu unterdrücken. Für diese Zwecke kann Schmierfett oder Öl auf die Oberfläche aufgebracht werden, oder der Reifen kann aus zugesetztes Öl enthaltendem Material hergestellt werden.
Von Automobil-Dichtungselementen wird gewünscht, dass sie Abrieb und Qualitätsminderung wegen Kontakt mit Kontaktgegenständen, die in Kontakt mit den Dichtungselementen stehen, verhindern. Für diesen Zweck kann Schmierfett auf die Oberfläche aufgebracht werden, oder es kann dem Material davon Öl zugesetzt werden.
Gemäß dem Verfahren, in welchem Schmierfett oder Wachs auf die Oberflächen der Schwingungsdämpfer, Schläuche, Reifen und Dichtungselemente für Automobile aufgebracht wird, können gewünschte Merkmale, wie eine gute Gleitfähigkeit in Bezug auf den Kontaktgegenstand, zu Anfang der Verwendung erhalten werden. Jedoch kann das Schmierfett oder Wachs mit der Zeit auf der Oberfläche dispergiert, an anderen Gegenständen absorbiert oder entfernt werden, was Abrieb und Qualitätsminderung der Oberfläche wie auch Erniedrigung der Gleitfähigkeit zur Folge hat.
Gemäß dem Verfahren, in welchem die Schwingungsdämpfer, Schläuche, Reifen und Dichtungselemente für Automobile aus zugesetztes Öl enthaltendem Material hergestellt werden, können gewünschte Merkmale, wie eine gute Gleitfähigkeit, zu Anfang der Verwendung erhalten werden. Jedoch nimmt das in dem Oberflächenabschnitt enthaltene Öl mit der Zeit wegen Absorption in andere Gegenstände hinein an Menge ab, was Abrieb und Qualitätsminderung der Oberfläche wie auch Erniedrigung der Gleitfähigkeit zur Folge hat.
Automobil-Schwingungsdämpfer sind gewöhnlich so angeordnet, dass sie in Kontakt mit aus Metall hergestellten Gegenständen sind. Automobilschläuche werden häufig mit Befestigungselementen aus Metall befestigt. Automobilreifen sind gewöhnlich in Kontakt mit aus Metall hergestellten Rädern. Automobil-Dichtungselemente sind gewöhnlich in Kontakt mit aus Metall hergestellten Rohren oder dergleichen. In diesen Fällen kann das Verfahren, auf die Oberfläche aufgebrachtes Schmierfett zu verwenden, und das Verfahren, dem Material Öl zuzusetzen, nicht ausreichend Abrieb und Qualitätsminderung der Oberfläche verhindern.
Die mit Gas-undurchlässigen Harzfilmen überzogenen Automobilschläuche können eine gute Gleitfähigkeit in Bezug auf andere Gegenstände nicht eine lange Zeit lang behalten, weil ihre Oberflächen aus Harz hergestellt sind. Auch neigen Abrieb und Qualitätsminderung dazu, wegen Reibung mit aus hartem Material wie Metall hergestellten Kontaktgegenständen aufzutreten.
Automobilreifen können auch unter einem weiteren Problem leiden. Genauer gesagt, neigt externer Wasserdampf dazu, sich in den Reifen hinein zu wandern. Wenn der Reifen einen Innenschlauch beinhaltet, neigt der Wasserdampf dazu, den Schlauch zu verschlechtern. Bei Regen neigen Wasser und Schlamm dazu, in den Reifenrillen an der äußeren Oberfläche zu verbleiben.
Automobil-Membranen werden spezifisch in einer Membranpumpe für das Fluid der Scheibenwaschanlage, einer in einem Treibstoff-Zufuhrsystem verwendeten Membranpumpe und einem Membranventil verwendet, und werden allgemein aus einem Polymermaterial wie Kautschuk oder Harz hergestellt. Für Automobil-Ventilteile ist vorgeschlagen worden, Harz mit einer verhältnismäßig guten Wärmebeständigkeit, wie Polyimidharz oder ein Polytetrafluorethylenharz, zu verwenden. Automobil-Fensterscheiben werden mit Wischerblättern zum Abwischen von Regentropfen in Kontakt gebracht. Automobilkarosserien werden gewöhnlich mit aus Harz hergestellten schmückenden Lackfilmen überzogen. Jedoch werden diese Teile nicht besonders behandelt, um eine gute Abriebfestigkeit und Anderes zu haben.
Die aus Polymermaterial hergestellt Automobil-Membran leidet jedoch unter Problemen, wie dass Abrieb und Qualitätsminderung dazu neigen, wegen Kontakt mit einem Teil und dergleichen aufzutreten, der aus Metall hergestellt ist und zum Befestigen der Membran verwendet wird, und dass Fluid, wie die von der Membran gehandhabte Flüssigkeit, dazu neigt, an der Membran zu haften.
Aus Harz hergestellte Automobil-Ventilteile können unter Abrieb, Qualitätsminderung und Erniedrigung der Gleitfähigkeit wegen dem Kontakt zwischen Ventilen und Ventilsitzen leiden.
Automobil-Fensterscheiben können unter solchen Problemen leiden, wie dass ein Wischerblatt Regentropfen auf der Scheibe nicht ausreichend entfernen kann, und dass Regentropfen unmittelbar nach dem Wischen beginnen, auf der Scheibe zu verbleiben und daher nicht ausreichend entfernt werden können. Ferner können die Scheiben bei Wind durch Sandstaub verkratzt werden.
Automobil-Karosserien können unter solchen Problemen leiden, wie dass dekorative Lackfilme dazu neigen, wegen Kontakt mit anderen Gegenständen abgezogen zu werden, und dass die Wasserabstoßung beeinträchtigt wird und daher auf dem Lackfilm haftender Staub nicht leicht entfernt werden kann.
Für Teile von Bilderzeugungsvorrichtungen wird weithin Polymermaterial wie Harz oder Kautschuk verwendet. Zum Beispiel wird thermoplastisches Harz weithin für unterschiedliche Arten von Rahmen, Ablagen für Aufzeichnungselemente, Zahnräder, Lager und Anderes verwendet. Wärmehärtbares Harz wird für Zahnräder, Lager und Anderes verwendet. Kautschuk wird in Oberflächenabschnitten von verschiedenen Walzen verwendet, wie einer Entwicklungswalze in einer Entwicklungsvorrichtung, Fixier- und Andruckwalzen in einer Fixiervorrichtung zum Fixieren eines Tonerbildes auf dem Aufzeichnungselement unter Wärme und Druck, einer Aufbringwalze zum Aufbringen eines Trennmittels auf die Fixierwalze, eine Übertragungswalze zum Übertragen eines durch Entwickeln eines latenten Bildes auf einem Träger für ein latentes elektrostatisches Bild hergestellten Tonerbildes auf ein Blatt Papier und eine Reinigungswalze zum Entfernen von Toner, der auf dem Träger für ein latentes elektrostatisches Bild verblieben ist. Kautschuk wird auch als Oberflächenmaterial von rotierenden Teilen wie einem Übertragungsband verwendet, welches als Übertragungsmittel verwendet werden kann, und von anderen Bändern.
Diese Teile von Bilderzeugungsvorrichtungen, welche aus Polymermaterial hergestellte Oberflächen aufweisen, habe in Bezug auf Kontaktgegenstände keine ausreichende Gleitfähigkeit. Um die Gleitfähigkeit von Harzteilen wie Zahnrädern und Lagern zu verbessern, welche wie vorstehend beschrieben eine ausreichende Gleitfähigkeit benötigen, kann daher Schmierfett auf die Oberflächen aufgetragen werden, oder sie können aus zugesetztes Öl enthaltenden Materialien hergestellt werden. Was Teile wie eine Walze und ein Band angeht, deren Oberflächen in erster Linie aus Kautschuk hergestellt sind, so können deren Oberflächen mit Filmen von Fluor-haltigem Harz (zum Beispiel Polytetrafluorethylen) mit einer guten Gleitfähigkeit überzogen werden, oder sie können aus zugesetztes Öl enthaltendem Kautschuk hergestellt werden.
Gemäß dem Verfahren, bei dem Schmierfett auf die Oberfläche eines gleitenden Teils, wie eines Zahnrades oder eines Lagers, aufgetragen wird, nimmt jedoch die Menge von Schmierfett auf der Oberfläche mit der Verwendung allmählich ab, und daher nimmt die Gleitfähigkeit ab, wie bereits beschrieben. Gemäß dem Verfahren, bei dem der Teil einer Bilderzeugungsvorrichtung aus zugesetztes Öl enthaltendem Material hergestellt ist, nimmt die Menge von Öl auf der Oberfläche mit der Verwendung allmählich ab, und daher nimmt die Gleitfähigkeit ab, wie bereits beschrieben. In dem letzteren Fall können die Teile von Fixiervorrichtungen unter einem Problem derart leiden, dass nur begrenzte Arten von Öl verwendet werden können, weil die Fixiervorrichtungen gewöhnlich auf eine Temperatur von etwa 200°C erwärmt werden, um das Tonerbild auf dem Blatt zu fixieren.
Gemäß dem Verfahren, in dem Teile mit Fluor-haltigem Harz überzogen werden, können Basiselemente der Teile von Bilderzeugungsvorrichtungen nur aus begrenzten Arten von Materialien hergestellt werden, weil das Tempern oder Ankleben der Filme bei einer Temperatur von 360 bis 400°C 20 bis 40 Minuten lang durchgeführt werden muss.
Sportwaren oder -Sachen, Fahrradteile oder dergleichen sind in vielen Fällen aus Polymermaterial wie Kautschuk oder Harz hergestellt. Spezifischer wird Kautschuk zum Beispiel in Dichtelementen von Zelten für Camping und Bergwandern, Bällen, Sportschuhen und Fahrradreifen verwendet, und er wird insbesondere als deren hauptsächliches Material oder als Oberflächenmaterial verwendet. Harz wird zum Beispiel in Rahmen und Bespannungen von Tennis- und Badmintonschlägern, Golfschlägern, Sportschuhen, als ein Ersatz für Speichen von Fahrrad-Rädern verwendeten Scheiben oder von Felgen von Rädern von Fahrrädern und insbesondere als deren hauptsächliches Material oder als Oberflächenmaterial verwendet.
Unter diesen Gegenständen kann von den Gegenständen mit aus Kautschuk hergestellten Oberflächen verlangt werden, eine gute Gleitfähigkeit an anderen Gegenständen zu haben, um Abrieb und Qualitätsminderung wegen Kontakt mit anderen Gegenständen zu verhindern oder um eine verbesserte Wasserabstoßung zu haben. Für diese Zwecke kann Schmierfett oder Wachs auf die Oberfläche aufgetragen werden, oder dem Material des Gegenstandes kann Öl zugesetzt werden. Diese Maßnahmen werden bei Gegenständen mit aus Harz hergestellten Oberflächen nicht angewendet.
Polymermaterial wie Kautschuk oder Harz wird gewöhnlich in Regenschuhen, Schirmen, Regenmänteln oder anderen Regenartikeln verwendet.
In Membranpumpen für künstliche Herzen oder dergleichen verwendete Membranen werden aus Polymermaterial wie Siliconkautschuk hergestellt.
Gemäß dem vorstehenden Verfahren für die Sportwaren und Fahrradteile und insbesondere dem Verfahren, bei dem Schmierfett oder Wachs zum Beispiel auf die Oberflächen der vorstehenden Dichtelemente, Bälle oder Fahrradreifen aufgebracht wird, nimmt jedoch mit der Verwendung allmählich die Menge von Wachs oder Schmierfett auf der Oberfläche ab, und daher wird die Gleitfähigkeit wie schon beschrieben erniedrigt, so dass Abrieb und Qualitätsminderung der Oberfläche dazu neigen, aufzutreten. Auch neigt die Wasserabstoßung dazu, abzunehmen, und daher neigt Anhaften von Schmutz dazu, aufzutreten. Gemäß dem Verfahren bei welchem der Gegenstand aus zugesetztes Öl enthaltendem Material hergestellt wird, nimmt die Menge von Öl auf der Oberfläche mit der Verwendung allmählich ab, und daher ergeben sich ähnliche Probleme wie bereits beschrieben.
Reibung tritt zum Beispiel zwischen einem Dichtungselement auf, welches für die Abdichtung zwischen einer Zeltbahn und einem Pfosten und dem Metallpfosten sorgt. Reibung tritt auch zum Beispiel zwischen einem Ball und dem Erdboden, einem Schlagholz oder Tennisschläger auf. Reibung tritt ferner zwischen Fahrradreifen und einer Metallfelge auf, wenn Luft in den Reifen zugeführt oder aus diesem abgelassen wird. Die derart aufgetretene Reibung neigt dazu, die Oberfläche abzureiben oder zu verschlechtern, was die Gleitfähigkeit und/oder Wasserabstoßung beeinträchtigt. Erniedrigung der Wasserabstoßung hat das Problem zur Folge, dass die Reichweite zum Beispiel von einem Golfball abnimmt.
Ähnliche Probleme treten bei Sportwaren und deren Teilen mit aus Harz hergestellten Oberflächen auf. Spezifischer neigen Abrieb und Qualitätsminderung von deren Oberfläche aufzutreten, und daher werden die Gleitfähigkeit und die Wasserabstoßung wegen des Kontaktes der Tennisschläger und Golfschläger mit anderen Gegenständen, wechselseitigem Kontakt zwischen aus Harz hergestellten Bespannungen und Kontakt zwischen Rädern und Reifen beeinträchtigt.
Eine niedrige Wasserabstoßung der Fahrradscheiben kann Anhaften von Regentropfen bei Regen nicht ausreichend unterdrücken, was Radfahren mit hoher Geschwindigkeit verhindern kann.
Aus Kautschuk oder Harz hergestellte Regenwaren neigen dazu, durch Kontakt mit anderen Gegenständen beschädigt zu werden. Auch können Regentropfen und Schlamm, die auf den Regenartikeln haften, wegen unzureichender Wasserabstoßung nicht leicht entfernt werden.
Die aus Polymermaterial hergestellte Membran leidet unter solchen Problemen, wie dass Abrieb und Qualitätsminderung dazu neigen, wegen Kontakt mit einer Befestigungsvorrichtung oder dergleichen aufzutreten, und von der Membran gehandhabtes Fluid wie Flüssigkeit oder dergleichen dazu neigt, an der Membran zu haften und daran zu verbleiben.
US 5013579 beschreibt ein Cyclotronresonanz-Verfahren für chemische Dampfabscheidung zum Beschichten mechanischer Bauteile. Das Verfahren beinhaltet Verbringen der Teile in eine Reaktionskammer, Einlassen eines reaktiven Gases in die Reaktionskammer und Anregen des reaktiven Gases in der Reaktionskammer durch Anwenden von elektromagnetischer Mikrowellen-Energie in der Gegenwart eines magnetischen Feldes. In einer Ausführungsform umfasst die Vorbehandlung der Oberflächen des Gegenstandes einen Reinigungsschritt durch Elektronen hoher Energie und Wasserstoffatome. Die Bildung eines diamantartigen Kohlenstofffilms kann eine durch eine Radiofrequenzenergie bewirkte, durch eine Bogenentladung verstärkte CVD (Chemical Vapour Deposition, chemische Dampfabscheidung) umfassen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Demgemäß ist ein Ziel der Erfindung, einen Gegenstand mit einem Abschnitt, der mit einem weiteren Gegenstand in Kontakt stehen soll, wie auch ein Verfahren zu dessen Herstellung bereitzustellen. Der Abschnitt ist vollständig oder teilweise aus mindestens einer Art von Material hergestellt, das aus einer Gruppe beinhaltend Polymermaterial wie Harz und Kautschuk ebenso wie Glas ausgewählt ist, und hat mindestens eine gute Abriebfestigkeit.
Ein anderes Ziel der Erfindung ist, einen Gegenstand mit einem Abschnitt, der mit einem weiteren Gegenstand in Kontakt stehen soll, wie auch ein Verfahren zu dessen Herstellung bereitzustellen. Der Abschnitt ist vollständig oder teilweise aus mindestens einer Art von Material, ausgewählt aus einer Gruppe beinhaltend Polymermaterial wie Harz und Kautschuk ebenso wie Glas hergestellt und hat eine gute Abriebfestigkeit. wie auch eine gute Gleitleistung, eine gute Wasserabstoßung und/oder ein gutes Gassperrvermögen.
Noch ein anderes Ziel der Erfindung ist, einen Gegenstand mit einem Abschnitt, der mit einem weiteren Gegenstand in Kontakt stehen soll, wie auch ein Verfahren zu dessen Herstellung bereitzustellen. Der Abschnitt ist vollständig oder teilweise aus mindestens einer Art von Material, ausgewählt aus einer Gruppe beinhaltend Polymermaterial wie Harz und Kautschuk ebenso wie Glas hergestellt und hat eine gute Gleitfähigkeit an einem anderen Gegenstand wie auch eine gute Abriebfestigkeit. Der Gegenstand mit dem vorstehenden Abschnitt ist ein Maschinenteil wie ein Automobil-Schwingungsdämpfer, ein Automobil-Ventilelement, ein Automobil-Dichtungselement, ein Teil von einer Bilderzeugungsvorrichtung, ein Fahrradteil, ein Nähmaschinenteil wie eine Fadenführung oder ein anderes Maschinenteil. Auch kann der Gegenstand ein Baukomponentenelement wie ein Wandelement oder ein Fußbodenelement, ein Spielzeug oder dessen Teile sein.
Noch ein anderes Ziel der Erfindung ist, einen Gegenstand mit einem Abschnitt, der mit einem weiteren Gegenstand in Kontakt stehen soll, wie auch ein Verfahren zu dessen Herstellung bereitzustellen. Der Abschnitt ist vollständig oder teilweise aus Polymermaterial wie Harz und Kautschuk hergestellt und hat eine gute Gleitfähigkeit an einem anderen Gegenstand wie auch eine gute Abriebfestigkeit und ein gutes Gassperrvermögen. Der Gegenstand mit dem vorstehenden Abschnitt ist ein Maschinenteil wie ein Automobilschlauch, oder ein Rohr anders als der Automobilschlauch.
Ein weiteres anderes Ziel der Erfindung ist, einen Gegenstand mit einem Abschnitt, der mit einem weiteren Gegenstand in Kontakt stehen soll, wie auch ein Verfahren zu dessen Herstellung bereitzustellen. Der Abschnitt ist vollständig oder teilweise aus Polymermaterial wie Harz und Kautschuk hergestellt und hat eine gute Gleitfähigkeit an einem anderen Gegenstand wie auch eine gute Abriebfestigkeit und eine gute Wasserabstoßung. Der Gegenstand mit dem vorstehenden Abschnitt ist ein Fahrradteil, eine Folie, ein Sportartikel oder dessen Teile.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist, einen Gegenstand mit einem Abschnitt, der mit einem weiteren Gegenstand in Kontakt stehen soll, wie auch ein Verfahren zu dessen Herstellung bereitzustellen. Der Abschnitt ist vollständig oder teilweise aus Polymermaterial wie Harz und Kautschuk hergestellt und hat eine gute Gleitfähigkeit an einem anderen Gegenstand wie auch eine gute Abriebfestigkeit, eine gute Wasserabstoßung und Gassperrvermögen. Der Gegenstand mit dem vorstehenden Abschnitt ist ein Maschinenteil wie ein Automobilreifen oder ein Fahrradreifen.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist, einen Gegenstand mit einem Abschnitt, der mit einem weiteren Gegenstand in Kontakt stehen soll, wie auch ein Verfahren zu dessen Herstellung bereitzustellen. Der Abschnitt ist vollständig oder teilweise aus mindestens einer Art von Material, ausgewählt aus einer Gruppe beinhaltend Polymermaterial wie Harz und Kautschuk ebenso wie Glas hergestellt und hat eine gute Abriebfestigkeit und eine gute Wasserabstoßung. Der Gegenstand mit dem vorstehenden Abschnitt ist ein Maschinenteil wie eine Membran für ein Automobil, eine Fensterscheibe für ein Automobil, eine Automobilkarosserie oder deren Teil. Der Gegenstand kann eine Regenartikel oder deren Teil, eine Membran für eine Membranpumpe von einem künstlichen Herzen oder eine andere Membran, anders als eine Membran für ein Automobil sein.
Insbesondere ist es ein Ziel der Erfindung, einen Gegenstand mit einer Ablagerungsoberfläche bereitzustellen, auf welcher ein Kohlenstofffilm mit einer guten Haftung abgelagert wird.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines Gegenstands mit einem Abschnitt bereit, der mit einem weiteren Gegenstand in Kontakt stehen soll, wobei der Abschnitt aus einem Polymermaterial hergestellt ist und eine Oberfläche aufweist, die vollständig oder teilweise mit einem diamantartigen Kohlenstofffilm überzogen ist, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
Durchführen einer Vorbehandlung auf eine Abscheidungsoberfläche des Abschnitts, wobei die Vorbehandlung durch Bestrahlen der Abscheidungsoberfläche des Abschnitts mit Ultraviolettstrahlen aus einer Ultraviolettstrahl-Bestrahlungsvorrichtung und/oder mit Elektronenstrahlen aus einer Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung durchgeführt wird, und anschließendes Einwirkenlassen eines Plasmas von mindestens einer Art von Gas, das ausgewählt ist aus einem Fluor-haltigen Gas und einem Wasserstoffgas, auf die Abscheidungsoberfläche; und
anschließendes Bilden des diamantartigen Kohlenstofffilms auf der Abscheidungsoberfläche des Abschnitts durch ein Plasma-CVD-Verfahren unter Verwendung eines Abscheidungsmaterialgases, das aus einem Gas einer Kohlenstoffverbindung gebildet ist, um den Kohlenstofffilm zu bilden, oder eines Gases einer Kohlenstoffverbindung und einer weiteren Art von Gas, das von dem Kohlenstoffverbindungsgas verschieden ist, um den Kohlenstofffilm zu bilden, wobei das Plasma aus dem Abscheidungsmaterialgas durch Anwendung einer elektrischen Radiofrequenzenergie und einer Gleichstromenergie gebildet wird, wobei die Gleichstromenergie an eine Elektrode angelegt wird, welche den Abscheidungs-Zielgegenstand trägt und der Kohlenstofffilm auf der Abscheidungsoberfläche des Abscheidungs-Zielgegenstandes unter dem so erzeugten Plasma abgeschieden wird.
Das Verfahren der Erfindung stellt einen Gegenstand mit einem Abschnitt bereit, der mit einem weiteren Gegenstand in Kontakt stehen soll, wobei der Abschnitt aus mindestens einer Art von Material, ausgewählt aus einer Gruppe beinhaltend Polymermaterial (typischerweise organisches Polymermaterial) wie Harz und Kautschuk ebenso wie Glas hergestellt ist, wobei der Abschnitt eine vollständig oder teilweise mit einem Kohlenstofffilm überzogene Oberfläche mit einer Abriebfestigkeit wie auch mindestens einer Schlüpfrigkeit, wie einer Gleitfähigkeit, oder einer Wasserabstoßung oder einem Gassperrvermögen aufweist.
Die vorstehenden und andere Ziele, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der vorliegenden Erfindung in Einzelheiten in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen ersichtlicher werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine grundlegende Struktur eines Beispiels einer Plasma-CVD- Vorrichtung zum Abscheiden eines Kohlenstofffilms;
2 zeigt eine grundlegende Struktur eines anderen Beispiels einer Plasma-CVD-Vorrichtung zum Abscheiden eines Kohlenstofffilms;
3 zeigt eine grundlegende Struktur von noch einem anderen Beispiel einer Plasma-CVD-Vorrichtung zum Abscheiden eines Kohlenstofffilms;
4 zeigt eine grundlegende Struktur von noch einem weiteren, anderen Beispiel einer Plasma-CVD-Vorrichtung zum Abscheiden eines Kohlenstofffilms;
5 zeigt eine grundlegende Struktur eines weiteren, anderen Beispiels einer Plasma-CVD-Vorrichtung zum Abscheiden eines Kohlenstofffilms;
6 zeigt eine grundlegende Struktur eines weiteren Beispiels einer Plasma-CVD-Vorrichtung zum Abscheiden eines Kohlenstofffilms;
7 zeigt eine grundlegende Struktur eines weiteren Beispiels einer Plasma-CVD-Vorrichtung zum Abscheiden eines Kohlenstofffilms;
8 zeigt eine grundlegende Struktur eines weiteren Beispiels einer Plasma-CVD-Vorrichtung zum Abscheiden eines Kohlenstofffilms;
9 zeigt eine grundlegende Struktur eines weiteren Beispiels einer Plasma-CVD-Vorrichtung zum Abscheiden eines Kohlenstofffilms;
10 zeigt eine schematische Struktur eines Beispiels einer Ultraviolettstrahl-Bestrahlungsvorrichtung;
11 zeigt eine schematische Struktur eines Beispiels einer Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung;
12 zeigt eine Vorbehandlung durch die Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung;
13(A) bis 13(H) sind Querschnitte oder eine Seitenansicht (nur 13(E)), welche Gegenstände für ein Automobil zeigen, und insbesondere einen Schwingungsdämpfer, einen Schlauch, einen Reifen, eine Membran, ein Ventilteil (Ventilelement), ein Dichtungselement, eine Fensterscheibe beziehungsweise ein Karosserieteil zeigen;
14(A) und 14(B) zeigen Teile einer Bilderzeugungsvorrichtung von einer Ausführungsform der Erfindung und sind ein Querschnitt, der eine Walze zeigt, und eine Seitenansicht, die einen Teil eines Zahnrads zeigt;
15(A) bis 15(E) zeigen Gegenstände von Ausführungsformen der Erfindung, und sind Querschnitte, die ein Maschinenteil, das heißt eine Führungswalze, ein Wasserpumpenteil in einer Wasserpistole, eine Folie, ein Wandelement beziehungsweise ein Rohr zeigen; und
16(A) bis 16(E) zeigen Teile von Ausführungsformen der Erfindung und sind ein Querschnitt von einem Ball, eine Seitenansicht einer als Ersatz für Speichen in einem Fahrrad verwendeten Scheibe, eine Seitenansicht von einem Stiefel, ein Querschnitt von einer Membran für eine Membranpumpe beziehungsweise ein Rahmen eines Tennisschlägers.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Wie schon beschrieben, stellt das Verfahren der vorliegenden Erfindung einen Gegenstand mit einem Abschnitt bereit, der mit einem weiteren Gegenstand (einer anderen Ware, einem anderen Teil, Fluid, dem Erdboden, menschlichen Körper oder dergleichen) in Kontakt stehen soll. Der Abschnitt besteht aus mindestens einer Art von Material, ausgewählt aus einer Gruppe beinhaltend Polymermaterial (typischerweise organisches Polymermaterial) wie Harz oder Kautschuk, ebenso wie Glas. Der Abschnitt hat eine Oberfläche, die vollständig oder teilweise mit einem Kohlenstofffilm überzogen ist, der eine Abriebfestigkeit und auch mindestens eine Eigenschaft aus einer Schlüpfrigkeit wie einer Gleitfähigkeit, einer Wasserabstoßung und einem Gassperrvermögen aufweist. Praktische Beispiele der mit dem Kohlenstofffilm überzogenen Gegenstände sind wie folgt. In der folgenden Beschreibung der Gegenstände ebenso wie in der Beschreibung von Verfahren zur Herstellung der Gegenstände ist das Polymermaterial typischerweise organisches Polymermaterial.

(a) der Gegenstand ist ein Maschinenteil mit einem Abschnitt, der mit einem weiteren Gegenstand in Kontakt stehen soll. Der Abschnitt ist aus Polymermaterial hergestellt, und der Kohlenstofffilm weist Abriebfestigkeit und Schlüpfrigkeit auf.

Dieses Maschinenteil kann zum Beispiel ein Automobilteil, ein Fahrradteil, ein Teil einer Bilderzeugungsvorrichtung (zum Beispiel eines Kopiergerätes, eines Druckers, eines Faxgerätes oder dergleichen) oder ein Nähmaschinenteil oder dergleichen sein, und ist spezifischer wie folgt.
Das Automobilteil kann ein Schwingungsdämpfer sein, der aus organischem Polymermaterial wie Harz oder Kautschuk hergestellt ist und in einem Antriebssystem, einem Steuerungssystem, einem Auspuffsystem, einer Verbindung von Karosserieteilen, einem Aufhängungssystem oder einem Motor verwendet wird. Das Automobilteil kann auch ein Ventilteil oder ein abdichtendes Element (ein an einer Rohrverbindung verwendetes Dichtungselement, ein Dichtungselement für einen Kolbenring oder eine Abdichtung) sein.
Ein Fahrradteil kann ein Lager oder eine aus Harz hergestellte Hülle eines Gangschaltungsdrahtes ein.
Das Teil einer Bilderzeugungsvorrichtung kann zum Beispiel ein Rahmen aus Harz, eine Lade für Aufzeichnungselemente, ein Zahnrad, ein Lager oder eine Führung für Aufzeichnungselemente sein. Das Teil kann auch eine Walze mit einem aus Kautschuk hergestellten Oberflächenabschnitt sein, und kann spezifischer eines aus einer Entwicklungswalze in einer Entwicklungsvorrichtung, Fixier- und Andruckwalzen in einer Fixiervorrichtung zum Fixieren eines Tonerbildes auf einem Aufzeichnungselement unter Wärme und Druck, einer Aufbringwalze zum Aufbringen eines Trennmittels auf die Fixierwalze, einer Übertragungswalze zum Übertragen eines durch Entwickeln eines latenten Bildes auf einem Träger für ein latentes elektrostatisches Bild hergestellten Tonerbildes auf ein Blatt Papier und einer Reinigungswalze zum Entfernen von Toner sein, der auf dem Träger für ein latentes elektrostatisches Bild verblieben ist. Das Teil kann auch ein anderes sich drehendes Element wie eine andere Walze oder ein Übertragungsband für die Bilderzeugungsvorrichtung sein.
Das Teil für die Nähmaschinen kann ein Zahnrad aus Harz oder eine Fadenführung aus Harz sein.
Ein Maschinenteil anders als die vorstehenden kann zum Beispiel ein Zahnrad, eine Walze, ein Führungselement oder ein Dichtungselement sein, die vorstehend nicht spezifiziert wurden und aus organischem Polymermaterial hergestellt sind.
Der weitere Gegenstand, mit welchem das Automobilventilteil der Ausführungsform in Kontakt ist und auf den auch als einen „Kontaktgegenstand" Bezug genommen wird, ist ein Ventilsitz, wenn das Teil das Ventilelement ist. Wenn das Teil ein Ventilsitz ist, ist der Kontaktgegenstand der Ventilkörper. In diesem Fall ist die Kontaktoberfläche zwischen dem Ventilkörper und dem Ventilsitz definiert.

(b) Der Gegenstand kann ein Baukomponenten-Element mit einem Abschnitt sein, der mit einem weiteren Gegenstand (das heißt, einem Kontaktgegenstand) in Kontakt stehen soll. Der Abschnitt ist aus Polymermaterial hergestellt und ist mit dem Kohlenstofffilm überzogen, der Abriebfestigkeit und Schlüpfrigkeit aufweist.

Das Baukomponenten-Element kann ein Wandelement, ein Fußbodenelement, ein temporäres Bauelement, wie eine Wand mit einer aus organischem Polymermaterial wie Harz hergestellten Oberfläche sein und es kann auch ein Schienenelement einer Schiebetüre oder ein aus Harz hergestelltes Gleitführungselement für ein Möbelstück sein.

(c) Der Gegenstand kann ein Spielzeug oder dessen Teil mit einem Abschnitt sein, der mit einem weiteren Gegenstand (das heißt, einem Kontaktgegenstand) in Kontakt stehen soll. Der Abschnitt ist aus Polymermaterial hergestellt und ist mit dem Kohlenstofffilm überzogen, der Abriebfestigkeit und Schlüpfrigkeit aufweist.

Das Spielzeug und oder ein Teil davon können Einzelteile für einen Baukasten, ein Zahnrad oder eine Walze, hergestellt aus Harz, ein aus Harz oder Kautschuk hergestelltes gleitendes Teil oder dergleichen sein.

(d) Der Gegenstand kann ein Maschinenteil mit einem Abschnitt sein, der mit einem weiteren Gegenstand (das heißt, einem Kontaktgegenstand) in Kontakt stehen soll. Der Abschnitt ist aus Polymermaterial hergestellt und ist mit dem Kohlenstofffilm überzogen, der Abriebfestigkeit, Schlüpfrigkeit und ein gutes Gassperrvermögen aufweist.

Das Maschinenteil kann ein vollständig oder teilweise aus Polymermaterial wie Harz oder Kautschuk hergestellter Automobilschlauch sein, der in einem Treibstoffsystem, einem Belüftungssystem, einem Ölsystem, einer Klimaanlage, einem Bremssystem oder einem Kühlwassersystem verwendet wird.

(e) Der Gegenstand kann ein Rohr mit einem Abschnitt sein, der mit einem weiteren Gegenstand (das heißt, einem Kontaktgegenstand) in Kontakt stehen soll. Der Abschnitt ist aus Polymermaterial hergestellt und ist mit dem Kohlenstofffilm überzogen, der Abriebfestigkeit, Schlüpfrigkeit und ein gutes Gassperrvermögen aufweist.

Das Rohr kann ein Wasserrohr, ein Abflussrohr, ein Rohr für Elektrokabel oder ein sonstiger Schlauch (anders als der Automobilschlauch), vollständig oder teilweise aus Polymermaterial wie Harz oder Kautschuk hergestellt, sein.

(f) Der Gegenstand kann ein Fahrradteil mit einem Abschnitt sein, der mit einem weiteren Gegenstand (das heißt, einem Kontaktgegenstand) in Kontakt stehen soll. Der Abschnitt ist aus Polymermaterial hergestellt und ist mit dem Kohlenstofffilm überzogen, der Abriebfestigkeit, Schlüpfrigkeit und Wasserabstoßung aufweist.

Das Fahrradteil kann ein Reifen, eine Felge, eine als Ersatz für Speichen verwendete Radscheibe oder dergleichen sein, welche vollständig oder teilweise aus Polymermaterial wie Harz oder Kautschuk hergestellt ist.

(g) Der Gegenstand kann eine Folie mit einem Abschnitt sein, der mit einem weiteren Gegenstand (das heißt, einem Kontaktgegenstand) in Kontakt stehen soll. Der Abschnitt ist aus Polymermaterial hergestellt und ist mit dem Kohlenstofffilm überzogen, der Abriebfestigkeit, Schlüpfrigkeit und Wasserabstoßung aufweist.

Die Folie hat eine Oberfläche, die mit einem weiteren Gegenstand (das heißt, einem Kontaktgegenstand) in Kontakt stehen soll. Die Oberfläche ist aus Polymermaterial wie Harz hergestellt. Noch spezifischer wird die Folie als eine Basisfolie für Waren, ein Übertuch über einem Schreibtisch oder einem Möbelstück, eine Folie für ein Zelt, eine Schutzfolie für Außenwand, eine Folie für einen Sitz für Freiluftaktivitäten oder dergleichen verwendet.

(h) Der Gegenstand kann ein Sportartikel oder dessen Teil mit einem Abschnitt sein, der mit einem weiteren Gegenstand (das heißt, einem Kontaktgegenstand) in Kontakt stehen soll. Der Abschnitt ist aus Polymermaterial hergestellt und ist mit dem Kohlenstofffilm überzogen, der Abriebfestigkeit, Schlüpfrigkeit und Wasserabstoßung aufweist.

Der Sportartikel und sein Teil ist vollständig oder teilweise aus Polymermaterial wie Harz oder Kautschuk hergestellt und kann ein Ball, der Rahmen eines Tennisschlägers, eine Bespannung, ein Golfschläger, ein Schlagholz, ein als ein Sportartikel in einem Campingzelt oder dergleichen verwendetes Dichtungselement, ein Sportschuh wie ein Skischuh, ein Schlittschuh, ein kurzer Schuh und ein Stiefel wie ein Stiefel zum Flussfischen sein.

(i) Der Gegenstand kann ein Automobilreifen oder ein Fahrradreifen mit einem Abschnitt sein, der mit einem weiteren Gegenstand (das heißt, einem Kontaktgegenstand) in Kontakt stehen soll. Der Abschnitt ist aus Polymermaterial hergestellt und ist mit dem Kohlenstofffilm überzogen, der Abriebfestigkeit, Schlüpfrigkeit und ein gutes Gassperrvermögen aufweist.
(j) Der Gegenstand kann ein Maschinenteil sein, bei welchem der vorstehende Kohlenstofffilm Abriebfestigkeit und Wasserabstoßung aufweist.
Der Maschinenteil kann ein Automobilteil (eine Membran in einer Membranpumpe, eine Fensterscheibe, eine Karosserie oder deren Teil) oder ein Fahrradteil (ein Schutzblech oder dergleichen) sein.
(k) Der Gegenstand kann ein Regenartikel oder deren Teil mit einem Abschnitt sein, der mit einem weiteren Gegenstand (das heißt, einem Kontaktgegenstand) in Kontakt stehen soll. Der Kohlenstofffilm weist Abriebfestigkeit und Wasserabstoßung auf.

Die Regenartikel und ihr Teil kann ein Regenschuh, ein Schirm, ein Regenmantel oder dergleichen sein, vollständig oder teilweise aus Polymermaterial wie Kautschuk oder Harz hergestellt.

(l) Der Gegenstand kann eine Membran für eine Membranpumpe mit einem Abschnitt sein, der mit einem weiteren Gegenstand (das heißt, einem Kontaktgegenstand) in Kontakt stehen soll. Der Kohlenstofffilm weist Abriebfestigkeit und Wasserabstoßung auf.

Die Membran kann eine Membran (außer für ein Automobilteil) sein, hergestellt aus Polymermaterial und verwendet in einer Membranpumpe, die zum Beispiel in einem künstlichen Herz oder unterschiedlichen Arten von Fluidkreisläufen verwendet wird.
Bei dem Maschinenteil (Automobilteil, Teil einer Bilderzeugungsvorrichtung oder dergleichen), Baukomponententeil, Spielzeug oder Spielzeugteil mit dem Abschnitt, der mit einem weiteren Gegenstand (das heißt, einem Kontaktgegenstand) in Kontakt stehen soll, aus Polymermaterial hergestellt ist und mit dem Kohlenstofffilm versehen ist, der Abriebfestigkeit und Schlüpfrigkeit aufweist, kann der mit dem Kohlenstofffilm versehene Abschnitt eine gute Gleitfähigkeit in Bezug auf die Kontaktgegenstände erreichen, und es ist möglich, Abrieb und Qualitätsminderung wegen Reibung zwischen dem Abschnitt und dem Kontaktgegenstand zu unterdrücken. Ferner kann eine gute Gleitfähigkeit für einen langen Zeitraum beibehalten werden, weil der Kohlenstofffilm eine gute Abriebfestigkeit hat. Der Kohlenstofffilm hat eine gewisse Wärmebeständigkeit, und seine Merkmale verändern sich bei der Temperatur in der Bilderzeugungsvorrichtung (zum Beispiel etwa 200°C an der Fixierwalze) nicht.
Bei dem Gegenstand mit dem Abschnitt, der mit einem weiteren Gegenstand (das heißt, einem Kontaktgegenstand) in Kontakt stehen soll, aus Polymermaterial hergestellt ist und mit dem Kohlenstofffilm versehen ist, der Abriebfestigkeit, Schlüpfrigkeit und ein gutes Gassperrvermögen aufweist, und insbesondere bei dem Maschinenteil, wie einem Automobilschlauch, einem Wasserrohr, einem Abflussrohr, einem Rohr für Elektrokabel oder einem Schlauch (anders als Automobilschlauch) oder dergleichen kann der mit dem Kohlenstofffilm versehene Abschnitt eine gute Gleitfähigkeit in Bezug auf den Kontaktgegenstand wie eine Ware, ein Teil oder Fluid erreichen, und er wird von Abrieb und Qualitätsminderung wegen Reibung mit dem Kontaktgegenstand freigehalten. Ferner kann eine gute Gleitfähigkeit für einen langen Zeitraum beibehalten werden, weil der Kohlenstofffilm eine gute Abriebfestigkeit hat. Der Kohlenstofffilm hat ein Gassperrvermögen, so dass der Automobilschlauch und das Rohr Übertragung eines Gases in das Innere und aus dem Inneren des Schlauches und des Rohrs durch den mit dem Kohlenstofffilm versehenen Abschnitt unterdrücken können.
Bei dem Gegenstand mit dem Abschnitt, der mit einem weiteren Gegenstand (das heißt, einem Kontaktgegenstand) in Kontakt stehen soll, aus Polymermaterial hergestellt ist und mit dem Kohlenstofffilm versehen ist, der Abriebfestigkeit, Schlüpfrigkeit und Wasserabstoßung aufweist, und insbesondere bei dem Maschinenteil wie einem Fahrradteil (Felge oder Radscheibe), einer Folie, einem Sportartikel oder dessen Teil, kann der mit dem Kohlenstofffilm versehene Abschnitt eine gute Gleitfähigkeit in Bezug auf den Kontaktgegenstand wie eine Ware, ein Teil oder den Erdboden erreichen, und er wird von Abrieb und Qualitätsminderung wegen Reibung mit dem Kontaktgegenstand freigehalten. Ferner kann eine gute Gleitfähigkeit für einen langen Zeitraum beibehalten werden, weil der Kohlenstofffilm eine gute Abriebfestigkeit hat. Weil der Kohlenstofffilm Wasser abstoßend ist, kann Anhaften von Regentropfen und Schmutz an dem Abschnitt bei Regen unterdrückt werden.
Bei dem Gegenstand mit dem Abschnitt, der mit einem weiteren Gegenstand (das heißt, einem Kontaktgegenstand) in Kontakt stehen soll, aus Polymermaterial hergestellt ist und mit dem Kohlenstofffilm versehen ist, der Abriebfestigkeit, Schlüpfrigkeit, Wasserabstoßung und ein Gassperrvermögen aufweist, und insbesondere bei dem Automobilreifen oder dem Fahrradreifen, kann der mit dem Kohlenstofffilm versehene Abschnitt eine gute Gleitfähigkeit in Bezug auf den Kontaktgegenstand erreichen, und er wird von Abrieb und Qualitätsminderung wegen Reibung mit dem Kontaktgegenstand freigehalten. Ferner kann eine gute Gleitfähigkeit für einen langen Zeitraum beibehalten werden, weil der Kohlenstofffilm eine gute Abriebfestigkeit hat. Wenn der Kohlenstofffilm an einem Abschnitt des Reifens erzeugt ist, welcher in Kontakt mit einem in den Reifen montierten Metallrad steht, ist es möglich, Abrieb und Qualitätsminderung wegen Reibung mit dem Rad zu unterdrücken. Wenn der Kohlenstofffilm an einer äußeren Oberfläche anders als einer Oberfläche in Kontakt mit der einer Straßenoberfläche erzeugt ist, ist es möglich, Qualitätsminderung durch Außenlicht und Abgas zu unterdrücke, denen die Oberfläche ausgesetzt ist. Da der Kohlenstofffilm ein Gassperrvermögen hat, kann der an einer inneren Oberfläche des Reifens erzeugte Kohlenstofffilm Eintrag von Wasserdampf in den Reifen unterdrücken. Wenn ein Schlauch in dem Reifen angeordnet ist, kann daher Qualitätsminderung des Schlauches unterdrückt werden. Da der Kohlenstofffilm Wasserabstoßung aufweist, kann der auf der inneren Oberfläche der Reifenrille erzeugte Kohlenstofffilm das Zurückbleiben von Wasser und Schlamm in der Rille bei Regen unterdrücken.
Bei dem Gegenstand, in welchem der Kohlenstofffilm Abriebfestigkeit und Wasserabstoßung aufweist, und insbesondere bei dem Maschinenteil (einer Membran in einer Membranpumpe, einer Fensterscheibe, einer Karosserie oder deren Teil für ein Automobil) oder einer Membran (außer für ein Automobilteil), hergestellt aus organischem Polymermaterial und benutzt in einer Membranpumpe, die in einem Kunstherz oder unterschiedlichen Arten von Fluidkreisläufen verwendet wird, wird der mit dem Kohlenstofffilm versehene Abschnitt von Abrieb und Qualitätsminderung wegen Reibung mit dem Kontaktgegenstand (Membranbefestigung oder dergleichen) freigehalten und er wird auch von dem Anhaften von Flüssigkeit oder dergleichen freigehalten. Bei der Windschutzscheibe oder anderen Fensterscheibe des Automobils kann der mit dem Kohlenstofffilm versehene Abschnitt davon freigehalten werden, wegen Kontakt mit dem Kontaktgegenstand (zum Beispiel Sandteilchen) verkratzt zu werden, und er kann von dem Anhaften von Regentropfen bei Regen freigehalten werden. Bei der Automobilkarosserie oder deren Teil kann der mit dem Kohlenstofffilm versehene Abschnitt davon freigehalten werden, wegen Kontakt mit dem Kontaktgegenstand an einer schmückenden Lackbeschichtung verkratzt zu werden, und er kann von Anhaften von Regentropfen bei Regen freigehalten werden. Auch kann an dem Abschnitt haftender Staub oder dergleichen leicht entfernt werden.
Bei dem Regenartikel oder einem Teil davon mit dem Abschnitt, der mit einem weiteren Gegenstand (das heißt, einem Kontaktgegenstand) in Kontakt stehen soll, aus Polymermaterial hergestellt ist und mit dem Kohlenstofffilm versehen ist, der Abriebfestigkeit, und Wasserabstoßung aufweist, kann der mit dem Kohlenstofffilm versehene Abschnitt davon freigehalten werden, wegen Kontakt mit dem Kontaktgegenstand beschädigt zu werden, und er kann von Anhaften von Regentropfen oder Schlamm freigehalten werden.
Der Kautschuk kann zum Beispiel Naturkautschuk, Butylkautschuk, Ethylen-Propylen-Kautschuk, Chloroprenkautschuk, chlorierter Polyethylenkautschuk, Epichlorhydrinkautschuk, Acrylkautschuk, Nitrilkautschuk, Urethankautschuk, Siliconkautschuk, oder Fluorkautschuk sein.
Das Harz kann wärmehärtbares Harz oder thermoplastisches Harz sein.
Das wärmehärtbare Harz kann zum Beispiel Phenol-Formaldehydharz, Harnstoffharz, Melamin-Formaldehydharz, Epoxyharz, Furanharz, Xylolharz, ungesättigtes Polyesterharz, Siliconharz oder Diallylphthalatharz oder dergleichen sein.
Das thermoplastische Harz kann zum Beispiel Vinylharz (zum Beispiel Polyvinylchlorid, Polyvinyldichlorid, Polyvinylbutyral, Polyvinylalkohol, Polyvinylacetat oder Polyvinylformal oder dergleichen) sein, Polyvinylendchlorid, chlorierter Polyether, Polyesterharz (Polystyrol, Styrol-Acrylnitril-Copolymer oder dergleichen), ABS, Polyethylen, Polypropylen, Polyacetal, Acrylharz (zum Beispiel Polymethylmethacrylat oder denaturiertes Acryl), Polyamidharz (Nylon 6, 66, 610, 11 oder dergleichen), Celluloseharz (zum Beispiel Ethylcellulose, Acetylcellulose, Propylcellulose, Celluloseacetatbutyrat oder Cellulosenitrat), Polycarbonat, Phenoxyharz, Fluorkohlenstoffharz (zum Beispiel Trifluorchlorethan, Ethylentetrafluorid-Propylenhexafluorid oder Vinylidenfluorid) oder Polyurethan sein.
Wenn eine größere Festigkeit und eine höhere Härte benötigt werden, zum Beispiel in dem Fall, wo der Gegenstand ein Automobil-Schwingungsdämpfer oder dergleichen zum Tragen eines schweren Elementes ist, kann der Gegenstand oder seine Oberfläche aus Harz mit größerer Festigkeit und Härte als Kautschuk hergestellt werden.
Wenn der Gegenstand ein Rohr oder Schlauch für ein Automobil oder dergleichen ist, um ein reaktives Gas wie ein Abgas eines Automobils hindurch fließen zu lassen, können der Gegenstand oder sein Abschnitt im Kontakt mit Gas aus Harz mit einer höheren chemischer Stabilität als Kautschuk und daher einer hohen Widerstandsfähigkeit gegen Qualitätsminderung hergestellt werden.
Wenn der Gegenstand eine Membran ist, zum Beispiel für ein Automobil, oder ein Dichtungselement zum Beispiel für ein Automobil ist, gilt dies auch für diesen Fall. Wenn der Gegenstand in Kontakt mit einem hoch reaktiven Gas oder einer hoch reaktiven Flüssigkeit sein soll, kann der Gegenstand oder sein Abschnitt im Kontakt mit Gas/Flüssigkeit aus Harz mit höherer chemischer Stabilität als Kautschuk und daher einer hohen Widerstandsfähigkeit gegen Qualitätsminderung hergestellt werden. Das Harz für das Automobil-Dichtungselement oder dessen Oberflächenabschnitt kann zum Beispiel Polyamidharz oder Polytetrafluorethylen-Harz sein.
Das Automobil-Ventilteil kann eine Oberfläche haben, welche mit dem Kohlenstofffilm überzogen ist und aus einem organischen Polymermaterial wie Polyimidharz oder Polytetrafluorethylen-Harz mit einer verhältnismäßig hohen Wärmefestigkeit hergestellt ist.
Die Automobilkarosserie und deren Teil gemäß der Erfindung können eine solche Struktur haben, dass mindestens die Kohlenstoff-Abscheidungsoberfläche aus Polymermaterial, wie Harz, hergestellt ist. Im Allgemeinen ist die Automobilkarosserie aus Metall hergestellt und an ihrer äußeren Oberfläche mit einem aus Harz oder dergleichen hergestellten Lackfilm versehen. Die Karosserie kann auch ganz aus Harz hergestellt sein.
In jedem Fall sind die Kohlenstofffilme in den vorhergehenden Gegenständen wie auch Kohlenstofffilme, die nachstehend in Verbindung mit einem Verfahren zur Herstellung eines Gegenstands beschrieben werden, typischerweise DLC-Filme (Diamond Like Carbon Films, Filme aus diamantartigem Kohlenstoff. Der DLC-Film hat eine gute Schlüpfrigkeit und er hat eine ausreichende Widerstandsfähigkeit gegen Abrieb, welcher durch Reibung mit einem weiteren Gegenstand verursacht werden kann. Auch kann der DLC-Film eine angemessene Härte haben, so dass dessen Dicke so eingestellt werden kann, dass die Flexibilität des Grundkörpers, welcher ursprünglich diese Flexibilität hat, beibehalten wird. Er hat auch ein gutes Gassperrvermögen, eine gute Wasserabstoßung und eine gute elektrische Isolierfähigkeit. Durch Einstellen der Dicke davon gestattet er den Durchgang von Licht, so dass der DLC-Film in geeigneter Weise auf einer Oberfläche einer Automobil-Fensterscheibe verwendet werden kann. Ferner kann er bei einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur erzeugt werden, was leichte Abscheidung ermöglicht.
In jedem Fall kann die Dicke des Kohlenstofffilms in einem Bereich liegen, welcher Abscheidung auf einem Gegenstand mit guter Haftung ermöglicht, eine ausreichende Funktion als ein Schutzfilm für einen Gegenstand ermöglicht und die ursprüngliche Flexibilität eines Gegenstandes erhalten kann.
Wie schon beschrieben, stellt die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Gegenstands mit einem Abschnitt bereit, der mit einem weiteren Gegenstand in Kontakt stehen soll. Der Abschnitt ist aus mindestens einer Art von Material, ausgewählt aus einer Gruppe beinhaltend Polymermaterial, wie Harz oder Kautschuk ebenso wie Glas, hergestellt. Der Abschnitt hat eine Oberfläche, die ganz oder vollständig mit einem Kohlenstofffilm überzogen ist, der Abriebfestigkeit wie auch mindestens eines aus Gleitfähigkeit, Wasserabstoßung und Gassperrvermögen aufweist. Das Verfahren beinhaltet einen Schritt der Erzeugung des Kohlenstofffilms auf einer Abscheidungsoberfläche des Abschnitts. Der Kohlenstofffilm wird durch ein Plasma-CVD-Verfahren erzeugt, weil dieses Verfahren den Film ohne thermische Beschädigung der Abscheidungsoberfläche des Gegenstandes erzeugen kann. Insbesondere wenn die Abscheidungsoberfläche aus Material wie Harz oder Kautschuk mit einer niedrigen Wärmebeständigkeit hergestellt ist, ist dieses Abscheidungsverfahren noch weiter bevorzugt. Das Plasma-CVD-Verfahren kann auf elegante Weise einen Kohlenstofffilm, wie einen diamantartigen Kohlenstofffilm, erzeugen.
Wie schon beschrieben, stellt die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Gegenstands mit einem Abschnitt bereit, der mit einem weiteren Gegenstand in Kontakt stehen soll, wobei der Abschnitt aus mindestens einer Art von Material ausgewählt aus einer Gruppe beinhaltend Polymermaterial, wie Harz oder Kautschuk ebenso wie Glas, hergestellt ist, der Abschnitt eine Oberfläche hat, die ganz oder vollständig mit einem Kohlenstofffilm überzogen ist, der Abriebfestigkeit wie auch mindestens eine Eigenschaft aus Gleitfähigkeit, Wasserabstoßung und Gassperrvermögen aufweist, wobei das Verfahren einen Schritt der Erzeugung des Kohlenstofffilms auf einem Abscheidungsoberfläche des Abschnitts beinhaltet, nachdem eine Vorbehandlung auf der Abscheidungsoberfläche des Abschnitts durchgeführt wurde. Die Vorbehandlung beinhaltet den Schritt des Einwirkenlassens auf die Abscheidungsoberfläche eines Plasmas von mindestens einer Art von Vorbehandlungsgas, das ausgewählt ist aus einem Fluor-haltigen Gas und einem Wasserstoffgas (H₂).
Das vorstehende Fluor-haltige Gas kann ein Fluorgas (F₂), ein Stickstofftrifluoridgas (NF₃), ein Schwefelhexafluoridgas (SF₆), ein Kohlenstofftettrafluoridgas (CF₄), ein Disiliciumhexafluoridgas (Si₂F₆), ein Chlortrifluoridgas (ClF₃), ein Fluorwasserstoffgas (HF) oder dergleichen sein.
Durch Einwirkenlassen des Plasmas des vorstehenden Vorbehandlungsgases auf die Abscheidungsoberfläche wird die Oberfläche des Gegenstandes gereinigt, und die Rauhigkeit der Oberfläche des Gegenstandes wird verbessert. Dies trägt zur Verbesserung der Haftung des Kohlenstofffilms bei, und ermöglicht daher Abscheidung des Kohlenstofffilms mit einer hohen Haftung.
Bei der Verwendung des Plasmas des Fluor-haltigen Gases wird Fluortermination auf der Oberfläche des Gegenstandes erzeugt. Wenn das Plasma des Wasserstoffgases verwendet wird, wird Wasserstofftermination auf der Oberfläche des Gegenstandes erzeugt. Da die Fluor-Kohlenstoff-Bindung und die Kohlenstoff-Wasserstoff-Bindung stabil sind, kann die vorstehende Terminationsbehandlung für stabile Bindung von Kohlenstoffatomen in dem Film mit Fluoratomen oder Wasserstoffatomen in der Abscheidungsoberfläche des Abschnitts sorgen. Auf Grund dieser Tatsache ist es möglich, die Haftung zwischen dem Gegenstand und dem danach abzuscheidenden Kohlenstofffilm zu verbessern.
Wenn das Plasma von Sauerstoffgas verwendet wird, können Verunreinigungen, wie organische Materie, die an der Abscheidungsoberfläche kleben, besonders gut entfernt werden, was die Haftung zwischen dem Gegenstand und dem später abzuscheidenden Kohlenstofffilm verbessern kann.
Die Vorbehandlung der Abscheidungsoberfläche mit dem Plasma vor der Abscheidung des Kohlenstofffilms kann mehrmals mit der gleichen Art von Plasma oder unterschiedlichen Arten von Plasma durchgeführt werden. Wenn zum Beispiel die Abscheidungsoberfläche aus Polymermaterial wie Kautschuk oder Harz hergestellt ist oder aus Glas hergestellt ist, kann sie dem Plasma des Fluor-haltigen Gases oder dem Plasma des Wasserstoff-haltigen Gases nach dem Einwirkenlassen des Sauerstoffgas-Plasmas ausgesetzt werden. Wenn daraufhin der Kohlenstofffilm darauf abgeschieden wird, erfolgt die Fluor- oder Wasserstoff-Termination auf der Oberfläche, nachdem die Oberfläche gereinigt wurde, so dass der danach abgeschiedene Kohlenstofffilm eine sehr gute Haftung an dem Gegenstand aufweist.
Sogar in dem Fall, wo die Vorbehandlung durchgeführt wird, wird für die Abscheidung des Kohlenstofffilms das Plasma-CVD-Verfahren verwendet, weil dieses Verfahren Abscheidung ohne thermische Beschädigung der Oberfläche gestattet. Dieses Verfahren ist insbesondere erwünscht, wenn die Abscheidungsoberfläche aus Material wie Kautschuk oder Harz mit einer ungenügenden Wärmebeständigkeit hergestellt ist. Das Plasma-CVD-Verfahren ist am vorteilhaftesten, weil die Vorbehandlung und die Abscheidung des Kohlenstofffilms mit der gleichen Vorrichtung durchgeführt werden können.
Wenn ferner der Abschnitt des Gegenstandes, der mit einem weiteren Gegenstand in Kontakt stehen soll, aus Polymermaterial hergestellt ist, wird die Vorbehandlung der Abscheidungsoberfläche des Abschnitts durch Bestrahlen der Abscheidungsoberfläche des Abschnitts mit Ultraviolettstrahlen und/oder mit Elektronenstrahlen durchgeführt, um unkombinierte Kohlenstoffatome herzustellen.
Dieses Verfahren zum Erzeugen eines Kohlenstofffilms kann weithin zur Erzeugung des Kohlenstofffilms auf dem aus Polymermaterial wie Kautschuk oder Harz hergestellten Gegenstand verwendet werden.
In einem noch weiteren Sinn stellt die Erfindung daher ein Verfahren zum Erzeugen eines Kohlenstofffilms auf einem aus Polymermaterial wie Kautschuk oder Harz hergestellten Gegenstand bereit. In diesem Verfahren werden unkombinierte Kohlenstoffatome auf der Abscheidungsoberfläche des aus Polymermaterial wie Kautschuk oder Harz hergestellten Gegenstandes erzeugt, indem Ultraviolettstrahlen und/oder Elektronenstrahlen eingestrahlt werden, und dann ein Kohlenstofffilm (ein diamantartiger Kohlenstofffilm) auf der Abscheidungsoberfläche erzeugt wird.
Die unkombinierten Kohlenstoffatome verbessern die Haftung zwischen der Abscheidungsoberfläche und dem nach der Vorbehandlung abgeschiedenen Kohlenstofffilm.
Nach dem Herstellen der unkombinierten Kohlenstoffatome auf der Abscheidungsoberfläche durch Bestrahlen der Abscheidungsoberfläche mit Ultraviolettstrahlen und/oder mit Elektronenstrahlen, wird die Oberfläche einem Plasma von mindestens einer Art von Gas, das aus einem Fluor-haltigen Gas und einem Wasserstoffgas ausgewählt ist, ausgesetzt. Dadurch werden die unkombinierten Kohlenstoffatome mit Fluor und/oder Wasserstoff bedeckt, so dass Anhaften von Verunreinigungen verhindert wird, und daher wird die Haftung zwischen der Abscheidungsoberfläche und dem nach der Vorbehandlung abgeschiedenen Kohlenstofffilm weiter verbessert.
Das Fluor-haltige Gas kann das Gleiche wie das vorstehend beschriebene sein.
Wenn die Vorbehandlung durchgeführt wurde, wird das Plasma-CVD-Verfahren zur Erzeugung des Kohlenstofffilms nach der Vorbehandlung verwendet. Das Plasma- CVD-Verfahren wird für die Abscheidung des diamantartigen Kohlenstofffilms durchgeführt. In jedem Fall kann das mit dem abgeschiedenen Film zu überziehende Polymermaterial abgekühlt werden, um Temperaturanstieg während der Abscheidung des Kohlenstofffilms zu unterdrücken.
Zur Abscheidung des Kohlenstofffilms durch das vorstehende Plasma-CVD-Verfahren (und das später zu beschreibende Plasma-CVD-Verfahren) kann das Abscheidungsmaterialgas ein Gas einer Kohlenstoffverbindung wie Methan (CH₄), Ethan (C₂H₆), Propan (C₃H₈), Butan (C₄H₁₀), Acetylen (C₂H₅), Benzol (C₆H₆), Kohlenstofftetrafluorid (CF₄) und Kohlenstoffhexafluorid (C₂F₆) sein. Wenn nötig, kann das Materialgas eine Mischung aus dem vorstehenden Gas einer Kohlenstoffverbindung und einem Trägergas wie Wasserstoffgas, einem Inertgas (Ar, Ne, Xe, He oder dergleichen) sein.
In jedem der vorhergehenden Verfahren zur Abscheidung eines Kohlenstofffilms kann das Plasma-CVD-Verfahren zum Abscheiden des Kohlenstofffilms ein aus einem Gas einer Kohlenstoffverbindung gebildetes Abscheidungsmaterialgas verwenden, um den Kohlenstofffilm zu erzeugen, oder ein Gas einer Kohlenstoffverbindung und eine weitere Art von Gas, das von dem Kohlenstoffverbindungsgas verschieden ist, um den Kohlenstofffilm zu bilden. Aus dem Abscheidungsmaterialgas wird durch Anwendung einer elektrischen Radiofrequenzenergie (RF) und einer Gleichstromenergie ein Plasma, gebildet. Bei diesem Verfahren wird die Gleichstromenergie an eine Elektrode angelegt, welche den Abscheidungs-Zielgegenstand trägt, so dass der Kohlenstofffilm auf der Abscheidungsoberfläche des Abscheidungs-Zielgegenstandes unter dem so erzeugten Plasma abgeschieden wird.
Gemäß dem Plasma-CVD-Verfahren wird das Plasma aus dem Abscheidungsmaterialgas erzeugt, während die Gleichstromenergie an die den Abscheidungs-Zielgegenstand tragende Elektrode gelegt wird, so dass in dem Plasma ionisierte Teilchen zu dem Abscheidungs-Zielgegenstand hin beschleunigt werden, und die beschleunigten Teilchen bewirken eine Reinigungswirkung, um an der Oberfläche des Gegenstandes klebende Verunreinigungen oder dergleichen zu entfernen, während die Abscheidung durchgeführt wird. Zusätzlich zu dieser Reinigungswirkung werden zu der Abscheidung beitragende ionisierte Teilchen in den Oberflächenabschnitt des Gegenstandes implantiert, um eine Schicht mit einer Zusammensetzung zu bilden, die dazu neigt, dass ein Film mit einer guten Haftung an dem Gegenstand erzeugt werden kann.
Die andere Elektrode gegenüber der den Abscheidungs-Zielgegenstand tragenden Elektrode kann in einem Behälter für Abscheidung angeordnet sein, und kann daher eine Elektrode gegenüber der als der Gegenstandshalter dienenden Elektrode in der Plasma-CVD-Vorrichtung mit parallelen Platten sein. Alternativ kann die andere Elektrode eine Induktionsspulen-Elektrode sein, die in der Plasma-CVD-Vorrichtung vom Typ der Induktionskopplung um den Behälter für Abscheidung herum gewickelt ist.
Die RF-Energie kann eine modulierte RF-Energie sein. Die Modulation kann eine durch Ein/Aus-Schalten der Spannung oder durch pulsartige Modulation durchgeführte Pulsmodulation sein, und kann im weiten Sinn eine Amplitudenmodulation sein.
Ein Plasma einer hohen Dichte kann auf Grund dieser Modulation hergestellt werden, welche auf die RF-Energie zur Plasma-Herstellung aus dem Abscheidungsmaterialgas angewendet wird, so dass die Reaktivität verbessert wird und daher Abscheidung bei niedriger Temperatur ermöglicht wird. Wegen der vorstehenden Modulation wird die Temperatur der Elektronen und Ionen in dem Plasma so gesteuert, dass sie die Menge der hergestellten Radikale in dem Plasma, die zu der Abscheidung beitragen, im Verhältnis dazu erhöht. Dies beschleunigt die Reaktion an der Oberfläche des Abscheidungs-Zielgegenstandes und verbessert daher die Filmhaftung und die Abscheidungsgeschwindigkeit.
Eine Grund-RF-Energie vor Modulation kann zum Beispiel eine sinusförmige, rechteckig, sägezahnartige oder dreieckige Wellenform haben.
Die Grund-RF-Energie vor Modulation kann eine vorbestimmte Frequenz (zum Beispiel 13,56 MHz) zwischen etwa 10 MHz und etwa 100 MHz haben, und eine Pulsmodulation wird auf der Grund-RF-Energie mit einer Modulationsfrequenz zwischen etwa 1/10⁵ und etwa 1/10 der vorbestimmten Frequenz bewirkt, und bevorzugter zwischen etwa 1/10⁴ und etwa 1/10³. Mit anderen Worten kann die pulsmodulierte RF-Energie hergestellt werden, indem die Pulsmodulation auf die Grund-RF-Energie mit der Frequenz in dem vorstehenden Bereich mit einer Modulationsfrequenz zwischen etwa 100 Hz und etwa 10 MHz und bevorzugter zwischen etwa 1 kHz und etwa 100 kHz ausgeübt wird.
Speziell zur Abscheidung eines Films aus Kohlenstoff (C) kann die Pulsmodulation auf die Grund-RF-Energie mit einer Frequenz von zum Beispiel 13,56 MHz mit der Modulationsfrequenz von etwa 100 Hz bis etwa 500 kHz ausgeübt werden. Um einen hoch vernetzten Kohlenstofffilm zu erzeugen, wird insbesondere vorzugsweise die Modulationsfrequenz von etwa 100 Hz bis etwa 5 kHz verwendet. Um einen Kohlenstofffilm hoher Dichte zu abzuscheiden, wird vorzugsweise die Modulationsfrequenz von etwa 10 kHz bis etwa 100 kHz verwendet.
Der Grund, warum die Grund-RF-Energie der Frequenz in dem vorstehenden Bereich verwendet wird, ist der Folgende. Wäre sie niedriger als 10 MHz, wäre die Plasmadichte unzureichend. Wäre sie sogar höher als 100 MHz, würde die Plasmadichte nicht weiter verbessert, und die Kosten für die elektrische Energie würden in nutzloser Weise ansteigen. Der Grund, warum die Pulsmodulationsfrequenz in dem vorstehenden Bereich verwendet wird, ist der Folgende. Wäre sie niedriger als 100 Hz, würde die Modulation nicht die Auswirkung haben, die Plasmadichte zu verbessern. Wäre sie sogar höher als 10 MHz, würde die Plasmadichte nicht weiter verbessert, und die Kosten für die elektrische Energie würden in nutzloser Weise ansteigen.
Das Einschaltverhältnis (Zeit an/(Zeit an + Zeit aus)) der Pulsmodulation kann etwa 10% bis etwa 90% betragen. Obwohl nicht darauf beschränkt, kann es typischerweise etwa 50% betragen. Wäre es niedriger als 10%, wäre die Reaktionszeit kurz und daher würde die Abscheidungsgeschwindigkeit abnehmen. Wäre es höher als 90%, wäre die Zeitdauer der Spannungsanlegung übermäßig lang, und daher würde die Auswirkung, die Plasmadichte durch die modulierte RF-Energie zu verbessern, verringert.
Das an die den Abscheidungs-Zielgegenstand tragende Elektrode gelegte Gleichspannungspotential ist gewöhnlich ein negatives Potential. Das negative Potential während der Abscheidung hat eine Größe, welche nicht oder nicht wesentlich Ätzung des Abscheidungs-Zielgegenstandes und/oder des darauf erzeugten Films durch ionisierte Teilchen, die beschleunigt sind, bewirkt.
Die RF-Energie kann an die den Abscheidungs-Zielgegenstand tragende Elektrode angelegt werden, in welchem Fall eine RF-Energie und eine Gleichspannung zusammen in überlagerter Weise angelegt werden. Alternativ kann die RF-Energie an die Elektrode gegenüber der den Abscheidungs-Zielgegenstand tragenden Elektrode angelegt werden.
In dem Fall, wo die RF-Energie an die den Abscheidungs-Zielgegenstand tragende Elektrode angelegt wird, üben ionisierte Teilchen eine große Stoßwirkung auf den Abscheidungs-Zielgegenstand aus. Daher kann die mit der RF-Energie versorgte Elektrode je nach dem Material, dem Zweck und Anderem des Abscheidungs-Zielgegenstandes ausgewählt werden. Die Gleichspannung kann in einer Pulsform vorliegen, was die Dichte des durch elektrische Entladung hergestellten Plasmas weiter verbessert. Auch kann die Wirkung, die ionisierten Teilchen in dem Plasma zu dem Abscheidungs-Zielgegenstand hin zu beschleunigen, gleich oder verbessert sein, weil die ionisierten Teilchen besonders stark beschleunigt werden, während die Gleichspannung eingeschaltet ist.
Die Frequenz des Impulses kann in einem Bereich von etwa 1 kHz bis etwa 100 kHz liegen, weil eine Frequenz niedriger als 1 kHz die Auswirkung, die Plasmadichte zu verbessern, nicht verbessern würde, und eine Frequenz höher als 100 kHz würde die Kosten für die elektrische Energie in nutzloser Weise erhöhen, ohne die Auswirkung, die Plasmadichte zu erhöhen, zu verbessern. Das Einschaltverhältnis kann in einem Bereich von etwa 10% bis etwa 90% liegen, und es beträgt typischerweise etwa 50%, obwohl es nicht auf diesen Wert beschränkt ist.
Bei dem Plasma-CVD-Verfahren zum Abscheiden des Kohlenstofffilms kann eine Kohlenstoff-Grenzflächenschicht auf der Abscheidungsoberfläche des Abscheidungs-Zielgegenstandes erzeugt werden, und nachfolgend kann ein oberer Kohlenstoffschicht-Film auf der Grenzflächenschicht erzeugt werden. Zur Abscheidung der Kohlenstoff-Grenzflächenschicht kann das Abscheidungsmaterialgas aus einem Gas einer Kohlenstoffverbindung gebildet sein, um die Kohlenstoff-Grenzflächenschicht zu erzeugen, oder aus einem Gas einer Kohlenstoffverbindung und einem anderen Gas, das von dem Kohlenstoffverbindungsgas verschieden ist, um die Kohlenstoff-Grenzflächenschicht zu erzeugen, und das Plasma wird aus dem Abscheidungsmaterialgas durch Anwendung einer elektrischen RF-Energie und einer Gleichstromenergie gebildet. Die Gleichstromenergie kann an eine Elektrode angelegt werden, welche den Abscheidungs-Zielgegenstand trägt, so dass die Kohlenstoff-Grenzflächenschicht auf der Abscheidungsoberfläche des Abscheidungs-Zielgegenstandes unter dem so erzeugten Plasma abgeschieden werden kann.
In diesem Fall kann die so erzeugte Grenzflächenschicht eine gute Haftung an dem Abscheidungs-Zielgegenstand haben.
Die zur Bildung der oberen Schicht angewendete Energie ist nicht beschränkt, und die Grenzflächenschicht und die oberen Schichten sind aus dem gleichen Material hergestellt und haben auf diese Weise gute Anpassungseigenschaften, so dass eine gute Haftung zwischen ihnen erzielt werden kann. Zusätzlich zu der Grenzflächenschicht kann die obere Schicht ebenfalls in der gleichen Weise wie die Grenzflächenschicht erzeugt werden, in welchem Fall die Haftung zwischen ihnen weiter verbessert werden kann.
Es kann ein Verfahren derart verwendet werden, dass Stickstoffgas (N₂) und/oder Ammoniakgas (NH₃) zusammen mit dem Abscheidungsmaterialgas oder an Stelle des Abscheidungsmaterialgases vor der Vollendung der Abscheidung des Kohlenstofffilms zugeführt werden können, während die Anwendung der elektrischen Energie fortgesetzt wird, so dass auf dem Oberflächenabschnitt des Kohlenstofffilms eine Kohlenstoffnitridschicht erzeugt werden kann.
In dem Fall, wo eine unterschiedliche Art von Gas, wie ein Wasserstoffgas, als das Abscheidungsmaterialgas zur Abscheidung des Kohlenstofffilms verwendet wird, kann das Stickstoff (N) enthaltende Gas an Stelle von dem Abscheidungsmaterialgas zugeführt werden, in welchem Fall nur die Zufuhr von dem Gas einer Kohlenstoffverbindung unterbrochen werden kann, und die unterschiedliche Art von Gas weiter zugeführt werden kann, was je nach der Art des Gases gestattet ist.
Da das Kohlenstoffnitrid eine äußerst hohe Härte aufweist, kann der abgeschiedene Kohlenstofffilms eine verbesserte Härte haben. Da die Nitridschicht und auch der Kohlenstofffilm unter dieser Kohlenstoff enthalten, haben sie gute Anpassungseigenschaften und daher eine gute Haftung.
Spezifische Ausführungsformen werden nachstehend beschrieben werden.
1 bis 9 zeigen schematisch grundlegende Strukturen von Beispielen von Plasma-CVD-Vorrichtungen zum Erzeugen von Kohlenstofffilmen auf Abscheidungs-Zielgegenständen.
Die in 1 gezeigt Vorrichtung ist eine Plasma-CVD-Vorrichtung mit parallelen Platten, und hat eine Vakuumkammer 1, die mit einem Entlüftungselement 10, beinhaltend ein Druckregelventil und eine Entlüftungspumpe, versehen ist. In der Kammer 1 sind sich gegenüber stehende Elektroden 2 und 3 angeordnet. Die Elektrode 3 ist geerdet. Die Elektrode 2 ist über einen Schnittstellenkasten 22 mit einer Radiofrequenz-Energiequelle 23 verbunden. Ein Temperaturregler 21 ist an der Elektrode 2 angeordnet. Der Temperaturregler 21 beinhaltet ein Heizelement und ein Abkühlelement, um wenn nötig die Temperatur des auf der Elektrode getragenen Abscheidungs-Zielgegenstandes zu regeln. Eine Gaszufuhreinheit 4 ist mit der Kammer 1 verbunden, um in die Kammer 1 ein Plasma-Materialgas einzuleiten. Die Gaszufuhreinheit 4 beinhaltet eine oder mehrere Gasquellen 431, 432,... von Materialgasen, die mit Massenflussreglern 411, 412,... und Ventilen 421, 422,... verbunden sind.
Um mit der vorstehenden Vorrichtung auf dem Abscheidungs-Zielgegenstand den Kohlenstofffilm zu erzeugen, wird der Abscheidungs-Zielgegenstand S auf der Elektrode 2 angebracht, wobei seine Gegenstands-Kontaktoberfläche (das heißt, Abscheidungsoberfläche) S' zu der Elektrode 3 ausgerichtet ist, und das Entlüftungselement 10 ist in Betrieb, um einen vorbestimmten Grad eines Vakuums in der Kammer 1 zu erreichen. Die Gaszufuhreinheit 4 leitet mindestens eine Art eines Vorbehandlungsgases, ausgewählt aus einem Fluor-haltigen Gas und einem Wasserstoffgas, in die Kammer 1 ein. Auch versorgt die Radiofrequenz-Energiequelle 23 die Elektrode 2 durch den Schnittstellenkasten 22 mit einer RF-Energie, so dass aus dem Vorbehandlungsgas ein Plasma gebildet wird, und in dem auf diese Weise hergestellten Plasma die Oberflächenbehandlung auf dem Abscheidungs-Zielgegenstand S bewirkt wird.
Nach der Vorbehandlung, sofern nötig, wird die Kammer 1 wieder evakuiert, um einen vorbestimmten Grad eines Vakuums zu erreichen. Dann liefert die Gaszufuhreinheit 4 ein Abscheidungsmaterialgas, das heißt ein Kohlenstoffverbindungsgas, in die Kammer 1, und die Radiofrequenz-Energiequelle 23 versorgt die Elektrode 2 mit einer RF-Energie. Dadurch wird aus dem derart zugeführten Kohlenstoffverbindungsgas ein Plasma gebildet, und auf der Kontaktoberfläche S' des Gegenstandes S, die mit einem weiteren Gegenstand in Kontakt stehen soll (das heißt, einem Kontaktgegenstand) wird in dem Plasma ein Kohlenstofffilm abgeschieden.
Wenn der Abscheidungs-Zielgegenstand zum Beispiel einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, hat die Abscheidungsoberfläche, welche eine äußere Umfangsoberfläche ist, eine dreidimensionale Konfiguration. In diesem Fall wird ein Rotationsmittel (nicht gezeigt) verwendet, um den Gegenstand S in angemessener Weise zu drehen, um die Oberflächenbehandlung und die Abscheidung vollständig und gleichmäßig auf der Abscheidungsoberfläche zu bewirken.
Egal wie die Konfiguration der Abscheidungsoberfläche ist, wird ein Abschnitt, über welchem der Kohlenstofffilm nicht abgeschieden werden soll, durch eine Folie oder dergleichen maskiert.
Eine in 2 gezeigte Plasma-CVD-Vorrichtung ist vom Induktionskopplungstyp. Diese Vorrichtung kann effizient einen Film abscheiden, sogar wenn der Abscheidungs-Zielgegenstand eine dreidimensionale Konfiguration hat.
Die Vorrichtung in 2 hat einen Vakuumbehälter 1', um den herum eine Induktionsspulen-Elektrode 5 gewickelt ist. Entgegengesetzte Enden der Elektrode 5 sind mit einem Schnittstellenkasten 51 und einer Radiofrequenz-Energiequelle 52 verbunden. Ein Temperaturregler 21' ist an der Außenseite des Vakuumbehälters 1' angeordnet. Der Temperaturregler 21' beinhaltet ein Heizelement und ein Abkühlelement, um wenn nötig die Abscheidungstemperatur des Abscheidungs-Zielgegenstandes zu regeln.
Der Vakuumbehälter 1' ist über eine Rohrleitung zu dem Vakuumbehälter 1' mit einem Entlüftungselement 10', beinhaltend ein Druckregelventil und eine Entlüftungspumpe, verbunden, und ist auch mit der Gaszufuhreinheit 4 für das Abscheidungsmaterialgas verbunden, welche gleich wie die in der Vorrichtung ist, die in 1 gezeigt wird.
Um den Kohlenstofffilm auf dem Abscheidungs-Zielgegenstand S mit der vorstehenden Vorrichtung zu erzeugen, wird der Abscheidungs-Zielgegenstand in dem Vakuumbehälter 1' angeordnet, und das Entlüftungselement 10' ist in Betrieb, um einen vorbestimmten Grad eines Vakuums in der Kammer 1' zu erreichen. Die Gaszufuhreinheit 4 leitet mindestens eine Art eines Vorbehandlungsgases, ausgewählt aus einem Fluor-haltigen Gas und einem Wasserstoffgas, in die Kammer 1' ein. Auch versorgt die Radiofrequenz-Energiequelle 52 die Induktionsspulen-Elektrode 5 durch den Schnittstellenkasten 51 mit einer RF-Energie, so dass aus dem Vorbehandlungsgas ein Plasma gebildet wird, und in dem auf diese Weise hergestellten Plasma die Oberflächenbehandlung auf dem Abscheidungs-Zielgegenstand S bewirkt wird.
Sofern nötig, wird die Kammer 1' wieder evakuiert, um einen vorbestimmten Grad eines Vakuums zu erreichen. Dann liefert die Gaszufuhreinheit 4 ein Abscheidungsmaterialgas, das heißt ein Kohlenstoffverbindungsgas, in die Kammer 1', und die Radiofrequenz-Energiequelle 52 versorgt die Elektrode 5 mit einer RF-Energie. Dadurch wird aus dem derart zugeführten Kohlenstoffverbindungsgas ein Plasma gebildet, und auf der Kontaktoberfläche S' des Gegenstandes S wird in dem Plasma ein Kohlenstofffilm abgeschieden.
Wenn der Abscheidungs-Zielgegenstand zum Beispiel einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, hat die Abscheidungsoberfläche, welche eine äußere Umfangsoberfläche ist, eine dreidimensionale Konfiguration. In diesem Fall wird ein Rotationsmittel (nicht gezeigt) verwendet, um den Gegenstand S in angemessener Weise zu drehen. Ein Abschnitt, über welchem der Kohlenstofffilm nicht abgeschieden werden soll, wird durch eine Folie oder dergleichen maskiert.
Gemäß den Verfahren und Vorrichtungen zur Plasma-CVD wird die aus organischem Polymermaterial oder Glas hergestellte Abscheidungsoberfläche vor der Abscheidung mindestens einem Vorbehandlungsgas, das aus einem Fluor-haltigen Gas und einem Wasserstoffgas ausgewählt ist, ausgesetzt. Dadurch wird die Oberfläche des Gegenstandes S gereinigt und die Oberflächen-Rauhigkeit des Gegenstandes S wird verbessert. Wenn das Plasma aus dem Fluor-haltigen Gas und/oder Wasserstoffgas verwendet wird, wird die Fluor-Termination oder Wasserstoff-Termination auf der Oberfläche des Gegenstandes durchgeführt.
Experimentelle Beispiele, welche mit der in 1 beschriebenen Vorrichtung durchgeführt wurden, werden jetzt nachstehend beschrieben. In diesen Beispielen wurden DLC-Filme (Filme aus diamantartigem Kohlenstoff) auf Oberflächen von Teststücken, hergestellt aus dreidimensionalem Copolymerkautschuk aus Ethylen-Propylen-Dienmonomer (EPDM), welcher häufig als Material von unterschiedlichen Arten von Maschinenteilen wie einem Schwingungsdämpfer, einem Schlauch, einem Reifen, einer Membran und einem Dichtungselement für ein Automobil, einem Teil einer Bilderzeugungsvorrichtung (zum Beispiel einer Walze) und einem Fahrradteil wie auch als ein Sportartikel und dessen Teil, eine Regenartikel und deren Teil und eine Membran von einer Membranpumpe, die anders als die Membran für ein Automobil ist, verwendet wird.
Die in 3 gezeigte Plasma-CVD-Vorrichtung unterscheidet sich von der Vorrichtung in 1 dadurch, dass eine Gleichspannungsquelle 6 mit der auch als ein Gegenstandshalter dienenden Elektrode 2 parallel zu einer Reihenschaltung geschaltet ist, die aus dem Schnittstellenkasten 31 und der Radiofrequenz-Energiequelle 32 gebildet wird. Andere Strukturen als die vorstehenden sind die gleichen wie die in der Vorrichtung in 1, und die gleichen oder ähnliche Teile tragen die gleichen Bezugsziffern.
Um mit dieser Vorrichtung einen Kohlenstofffilm zu erzeugen, wird der Abscheidungs-Zielgegenstand mit einer nicht veranschaulichten Gegenstands-Transporteinheit in den Vakuumbehälter 1 transportiert und wird auf der Elektrode 2 angebracht. Das Entlüftungselement 10 ist in Betrieb, um einen vorbestimmten Grad eines Vakuums in dem Behälter 1 zu erreichen, und die Gaszufuhreinheit 4 leitet das Abscheidungsmaterialgas in den Behälter 1. Die Elektrode 2 wird über den Schnittstellenkasten 31 mit einer RF-Energie aus der Radiofrequenz-Energiequelle 32 versorgt und wird auch mit einer Gleichspannungsenergie (gewöhnlich negativ) aus der Energiequelle 6 versorgt. Dadurch wird aus dem eingeleiteten Abscheidungsmaterialgas das Plasma hergestellt, und in dem derart hergestellten Plasma wird ein vorbestimmter Film auf dem Gegenstand S abgeschieden.
Gemäß dem Verfahren und der Vorrichtung zur Plasma-CVD wird die auch als der Gegenstandshalter dienende Elektrode 2 mit der Gleichspannungsenergie versorgt, um aus dem Abscheidungsmaterialgas ein Plasma zu erzeugen, so dass ionisierte Teilchen in dem Plasma während der Abscheidung zu dem Gegenstand S hin beschleunigt werden. Daher ist es möglich, den Film mit einer guten Haftung an dem Gegenstand S abzuscheiden.
Die in 4 gezeigte Plasma-CVD-Vorrichtung unterscheidet sich von der Vorrichtung in 1 dadurch, dass die auch als ein Gegenstandshalter dienende Elektrode 2 mit der Gleichspannungsquelle 6 verbunden ist und die Elektrode 3 über einen Schnittstellenkasten 31' mit einer RF-Energie-Erzeugungseinheit 33 verbunden ist. Die Einheit 33 beinhaltet einen RF-Energie-Verstärker 34 und eine damit verbundene Vorrichtung 35 zur Erzeugung einer beliebigen Radiofrequenz-Wellenform. Andere Strukturen als die vorstehenden sind die gleichen wie die in der Vorrichtung in 1, und die gleichen oder ähnliche Teile tragen die gleichen Bezugsziffern.
Um mit dieser Vorrichtung einen Kohlenstofffilm zu erzeugen, wird die Elektrode 3 durch den Schnittstellenkasten 31 mit einer von der RF-Energieerzeugungseinheit 33 hergestellten pulsmodulierten RF-Energie versorgt, und gleichzeitig wird die Elektrode 2 mit einer Gleichspannungsenergie (gewöhnlich negativ) aus der Energiequelle 6 versorgt. Auf diese Weise wird aus dem Materialgas ein Plasma erzeugt.
Die an die Elektrode 3 angelegte pulsmodulierte RF-Energie kann in einer solchen Weise hergestellt werden, dass die Pulsmodulation auf der Grund-RF-Energie einer Frequenz von 10 MHz bis 100 MHz (zum Beispiel von 13,56 MHz) mit der Modulationsfrequenz von 100 Hz bis 10 MHz (zum Beispiel von 1 kHz bis 100 kHz) durchgeführt wird. Das Einschaltverhältnis (Zeit an/(Zeit an + Zeit aus)) wird in einen Bereich von 10% bis 90% gelegt. Abscheidungsvorgänge anders als der vorstehende sind die gleichen wie die bei der Abscheidung durch die Vorrichtung in 1.
Gemäß dem Verfahren und der Vorrichtung zur Plasma-CVD wird die pulsmodulierte RF-Energie an die Elektrode 3 gegenüber der auch als der Gegenstandshalter dienenden Elektrode 2 angelegt, und gleichzeitig wird die Gleichspannungsenergie an die als der Gegenstandshalter dienende Elektrode 2 angelegt, so dass aus dem Abscheidungsmaterialgas ein Plasma erzeugt wird. Als ein Ergebnis kann das Plasma eine hohe Dichte haben, daher kann die Erwärmungstemperatur des Gegenstandes S, der über den Regler 21 durch die Elektrode 2 erwärmt wird, niedrig sein. Auch werden ionisierte Teilchen in dem Plasma während der Abscheidung zu dem Gegenstand S hin beschleunigt, so dass der Film eine gute Haftung an dem Gegenstand S haben kann.
Die in 5 gezeigte Plasma-CVD-Vorrichtung unterscheidet sich von der in 2 gezeigten Vorrichtung dadurch, dass die RF-Energie-Erzeugungseinheit 33 an Stelle der Radiofrequenz-Energiequelle 52 verwendet wird und über den Schnittstellenkasten 31' mit der Spulenelektrode 5 verbunden ist. Die auch als der Gegenstandshalter dienende Elektrode 2 ist anstatt des Temperaturreglers 21' in dem Behälter 1' angeordnet und ist mit der Gleichspannungs-Energiequelle 6 verbunden. Andere Strukturen als die vorstehenden sind die gleichen wie die in der Vorrichtung in 1, und die gleichen oder ähnliche Teile tragen die gleichen Bezugsziffern.
Um mit dieser Vorrichtung einen Kohlenstofffilm zu erzeugen, wird die pulsmodulierte RF-Energie an die Induktionsspulen-Elektrode 5 gelegt, und gleichzeitig wird die Gleichspannungsenergie (gewöhnlich negativ) an die Elektrode 2 gelegt, um aus dem Materialgas ein Plasma zu erzeugen. Abscheidungsvorgänge anders als der vorstehende sind die gleichen wie die bei der Abscheidung durch die Vorrichtung in 2.
Abscheidung mit dieser Vorrichtung kann eine Wirkung gleich der mit der Vorrichtung in 4 erreichen.
Die in 6 gezeigte Plasma-CVD-Vorrichtung unterscheidet sich von der Vorrichtung in 1 dadurch, dass die RF-Energie-Erzeugungseinheit 33 an Stelle der Radiofrequenz-Energiequelle 23 verwendet wird und über den Schnittstellenkasten 31' mit der auch als der Gegenstandshalter dienenden Elektrode 2 verbunden ist. Außerdem ist die Gleichspannungs-Energiequelle 6 parallel mit dem Schnittstellenkasten 31' und der Einheit 33 geschaltet. Andere Strukturen als die vorstehenden sind die gleichen wie die in der Vorrichtung in 1, und die gleichen oder ähnliche Teile tragen die gleichen Bezugsziffern.
Um mit dieser Vorrichtung einen Kohlenstofffilm zu erzeugen, wird die Erzeugung des Plasmas aus dem Abscheidungsmaterialgas durchgeführt, indem die Gleichspannungsenergie aus der Energiequelle 6 an die auch als der Gegenstandshalter dienende Elektrode 2 gelegt wird und gleichzeitig die pulsmodulierte RF-Energie aus der RF-Energie-Erzeugungseinheit 33 angelegt wird, und auf diese Weise wird der Vorgang durch Anwenden von beiden Energien in überlagerter Weise durchgeführt. Abscheidungsvorgänge anders als der vorstehende sind ähnlich denen durch die Vorrichtung in 1.
Gemäß der vorstehenden Weise und Struktur werden ionisierte Teilchen in dem Plasma noch stärker zu dem Gegenstand S hin beschleunigt, so dass der abgeschiedene Film eine weiter verbesserte Haftung haben kann.
Die in 7 gezeigte Plasma-CVD-Vorrichtung unterscheidet sich von der Vorrichtung in 1 dadurch, dass der Schnittstellenkasten 31'', eine Radiofrequenz-Energiequelle 340 und eine Vorrichtung 350 zur Erzeugung einer beliebigen Wellenform in Reihe mit der auch als der Gegenstandshalter dienenden Elektrode 2 geschaltet sind, und eine aus einem Tiefpassfilter F und einer Gleichspannungs-Energiequelle 60 gebildete Schaltung parallel zu dieser Reihenschaltung geschaltet ist. Das Filter F verhindert das Fließen eines Radiofrequenzstromes zu der Gleichspannungs-Energiequelle 60. Andere Strukturen als die vorstehenden sind die gleichen wie die in der Vorrichtung in 1, und die gleichen oder ähnliche Teile tragen die gleichen Bezugsziffern.
Die in den Vorrichtungen in 3 und 6 verwendeten Gleichspannungs- Energiequellen 6 verwenden ebenfalls Tiefpassfilter ähnlich dem vorstehenden.
In der in 7 gezeigten Vorrichtung werden die pulsmodulierte RF-Energie und die Gleichspannungsenergie in überlagerter Weise an die Elektrode 2 gelegt, ähnlich wie bei der vorhergehenden Vorrichtung. Der Abscheidungsvorgang und die Wirkung dieser Vorrichtung sind ähnlich denjenigen der Vorrichtung in 6.
Die in 8 gezeigte Plasma-CVD-Vorrichtung unterscheidet sich von der Vorrichtung in 7 dadurch, dass eine Zufuhreinheit 7 für Vorbehandlungsgas mit dem Vakuumbehälter 1 verbunden ist, mit dem die Zufuhreinheit 4 für Abscheidungsmaterialgas ebenfalls verbunden ist. Die Gaszufuhreinheit 7 kann eines oder mehrere aus einem Fluor-haltigen Gas, einem Wasserstoffgas und einem Sauerstoffgas zuführen, und wird aus einer oder mehreren Gasquellen 731, 732,... der Vorbehandlungsgase gebildet, die durch Massenflussregler 711, 712,... beziehungsweise Ventile 721, 722,... angeschlossen sind. Andere Strukturen als die vorstehenden sind die gleichen wie die in der Vorrichtung in 7, und die gleichen oder ähnliche Teile tragen die gleichen Bezugsziffern.
Um mit dieser Vorrichtung einen Kohlenstofffilm zu erzeugen, wird der Gegenstand S durch die Elektrode 2 getragen, und das Entlüftungselement 10 ist in Betrieb, um einen vorbestimmten Grad eines Vakuums in dem Behälter 1 zu erreichen. Als ein Vorbehandlungsgas werden eine oder mehrere Arten von Gasen, ausgewählt aus dem Fluor-haltigen Gas, Wasserstoffgas und Sauerstoffgas aus der Zufuhreinheit 7 für Vorbehandlungsgas in den Behälter 1 eingeleitet, und die RF-Energie wird an die Elektrode 2 gelegt, wodurch aus dem eingeleiteten Vorbehandlungsgas ein Plasma erzeugt wird, und unter dem Plasma auf dem Gegenstand S die Oberflächenbehandlung bewirkt wird. Die Erzeugung des Plasmas aus dem Vorbehandlungsgas, welche in der vorstehenden Weise durch Anlegen der modulierten RF-Energie durchgeführt wird, kann auch durch Anlegen der unmodulierten RF-Energie durchgeführt werden.
Dann wird gleich wie bei der Abscheidung durch die in 7 gezeigte Vorrichtung das Abscheidungsmaterialgas aus der Gaszufuhreinheit 4 in den Behälter 1 eingeleitet, und das Plasma wird aus dem Abscheidungsmaterialgas erzeugt, indem die pulsmodulierte RF-Energie und die Gleichspannungsenergie in überlagerter Weise an die Elektrode 2 gelegt werden. Dadurch wird ein vorbestimmter Film auf dem Gegenstand S erzeugt.
Gemäß dem Verfahren und der Vorrichtung für CVD wie vorstehend beschrieben kann die durch Abscheidung zu überziehende Oberfläche des Gegenstandes S, der aus einem organischen Material oder Glas hergestellt ist, vor der Abscheidung dem Fluor-haltigen Gasplasma und/oder dem Wasserstoff-Gasplasma ausgesetzt werden. Dadurch wird die Oberfläche des Gegenstandes S gereinigt, und die Oberflächen-Rauhigkeit des Gegenstandes S wird verbessert. Ferner werden Fluor-Termination und/oder Wasserstoff-Termination auf der Oberfläche des Gegenstandes S bewirkt, wenn das Fluor-haltige Gasplasma und/oder das Wasserstoff-Gasplasma verwendet werden. Daher kann der Kohlenstofffilm eine weiter verbesserte Haftung an dem Gegenstand S aufweisen.
Die in 9 gezeigte Plasma-CVD-Vorrichtung unterscheidet sich von der in 4 gezeigten Vorrichtung dadurch, dass die Gleichspannungs-Energiequelle 6 durch eine Gleichspannungs-Energieeinheit 61 ersetzt ist, welche das Ein/Aus-Schalten der Energie gestattet. Andere Strukturen als die vorstehenden sind die gleichen wie die in der Vorrichtung in 4, und die gleichen oder ähnliche Teile tragen die gleichen Bezugsziffern.
Um mit dieser Vorrichtung einen Kohlenstofffilm zu erzeugen, wird aus dem Abscheidungsmaterialgas ein Plasma erzeugt, indem die pulsmodulierte RF-Energie an die Elektrode 3 gegenüber der auch als der Gegenstandshalter dienenden Elektrode 2 gelegt wird und gleichzeitig die Gleichspannungsenergie in der Pulsform an die auch als der Gegenstandshalter dienende Elektrode 2 gelegt wird. Die Pulsfrequenz der Gleichspannungsenergie in der Pulsform liegt in einem Bereich von 1 kHz bis 100 kHz, und das Einschaltverhältnis liegt in einem Bereich von 10 bis 90%.
Dadurch kann das so erhaltene Plasma eine höhere Dichte als dasjenige mit der Vorrichtung in 4 haben, und daher kann die Temperatur der Erwärmung des Gegenstandes S durch den Temperaturregler 21 weiter verringert werden. Auch können ionisierte Teilchen in dem Plasma noch stärker zu dem Gegenstand S hin beschleunigt werden, und so kann der Film eine weiter verbesserte Haftung an dem Gegenstand S haben.
Obwohl nicht gezeigt, können die Vorrichtungen in 3 und 5 bis 8 an Stelle der Gleichspannungs-Energiequellen 6 und 60 eine Gleichspannungs-Energiequelle verwenden, die Ein/Aus-Schalten der Energie gestattet. Dies kann die Temperatur der Erwärmung des Gegenstandes S durch den Temperaturregler 21 verglichen mit den Vorrichtungen in 3 und 5 bis 8 weiter erniedrigen, und die abgeschiedenen Filme können eine weiter verbesserte Haftung an dem Gegenstand S haben.
Obwohl nicht gezeigt, können die Vorrichtungen in 3 bis 6 und 9 die Zufuhreinheit für Vorbehandlungsgas 7 verwenden.
Die Beispiele verwenden gewöhnlich die Vorrichtungsbedingung, dass die Elektrode 2 einen Durchmesser von 280 mm hat.
Alle Plasma-CVD-Vorrichtungen und Abscheidungen der Kohlenstofffilme durch die Vorrichtungen, welche mit Bezug auf 1 bis 9 beschrieben wurden, können die Vorbehandlung zum Herstellen unkombinierter Atome durch Bestrahlen der Abscheidungsoberfläche des Abscheidungs-Zielgegenstandes mit Ultraviolettstrahlen und/oder mit Elektronenstrahlen verwenden, sofern die Abscheidungsoberfläche aus Polymermaterial wie Kautschuk oder Harz hergestellt ist. Wenn Kautschuk oder Harz mit Ultraviolettstrahlen und/oder mit Elektronenstrahlen bestrahlt werden, erfolgt auf der bestrahlten Oberfläche Vernetzung und gleichzeitig wird unkombinierter Kohlenstoff hergestellt.
10 zeigt ein Beispiel einer Ultraviolettstrahl-Bestrahlungsvorrichtung zum Bestrahlen mit Ultraviolettstrahlen. Diese Vorrichtung 8 beinhaltet eine Ultraviolettlampe 82, die in einem abgedichteten Behälter 81 angeordnet ist. Ein Abscheidungs-Zielgegenstand S ist an einer Stelle gegenüber der Lampe 82 angeordnet. Aus einem Gaseinlass 84 wird ein Gas in den abgedichteten Behälter 81 eingeleitet. Eine Entlüftungspumpe 85 ist dazu eingerichtet, in dem Behälter 81 ein Vakuum herzustellen. Ultraviolettstrahlen können in ein Vakuum eingestrahlt werden, ohne ein Gas zuzuführen. Alternativ kann ein inertes Gas (Ar, Kr, Ne oder He) oder ein aktives Ga (N₂ oder O₂) zugeführt werden, und es können Ultraviolettstrahlen in eine Atmosphäre aus einem solchen Gas eingestrahlt werden.
11 zeigt ein Beispiel von einer Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung zum Bestrahlen mit Elektronenstrahlen. 12 zeigt eine Vorbehandlung, die auf einer Abscheidungsoberfläche eines aus Kautschuk oder Harz hergestellten Gegenstandes durchgeführt wird. Eine Vorrichtung 9 in 11 hat eine vertikale lange Struktur und beinhaltet ein Gleichstrom-Hochspannungskabel 91, eine Buchse 92, einen ein SF₆-Gas enthaltenden Behälter 93, eine Beschleunigungsröhre 94, eine Abtastvorrichtung 95 und anderes, welche in dieser Reihenfolge von der höheren Seite zur unteren Seite angeordnet sind. Unter diesen Teilen beinhaltet sie eine dreieckige Abtaströhre 96 und einen Goldring 97. In der Abtaströhre 96 wird ein Vakuum erzeugt. An der Unterseite ist eine Titanfolie 98 angeordnet, welche notwendig ist, um ein Vakuum in der Abtaströhre 96 aufrecht zu halten. Elektronenstrahlen durchlaufen die Titanfolie 98 in einen Umgebungsraum hinein, der mit einem Stickstoffgas gefüllt ist. Der Abscheidungs-Zielgegenstand S bewegt sich unmittelbar unter der Abtaströhre 96. Während dieser Bewegung wird die Abscheidungsoberfläche des Gegenstandes mit den Elektronenstrahlen bestrahlt.
12 zeigt einen Vorgang der Bestrahlung mit Elektronenstrahlen, der durch ein Konsolenfeld 101 gesteuert wird. Eine Gleichspannungs-Energiequelle 102 liefert durch das Kabel 91 der Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung 9 eine hohe Gleichstromspannung. Der Gleichstrom erwärmt eine Wendel, um Elektronen zu erzeugen. Elektronen werden wegen einer Differenz zwischen vertikal angelegten Spannungen in Richtung der Beschleunigungsröhre 94 emittiert. In der Beschleunigungsröhre sind eine Vielzahl von Elektroden und Isolatoren angeordnet, um die Elektronen durch die Gleichspannung zu beschleunigen. Die beschleunigten Elektronenstrahlen werden von der Abtasteinheit 95 in einer zweidimensionalen oder eindimensionalen Weise abgetastet.
Die Abtastung wird durchgeführt, indem die Elektronenstrahlen periodisch durch ein alternierendes magnetisches Feld verschwenkt werden. Eine Fördervorrichtung 99 ist unmittelbar unter der Abtaströhre 96 (dem Scanner) angeordnet, um den Abscheidungs-Zielgegenstand zu befördern. Durch Einstrahlen der Elektronenstrahlen erfolgt auf der aus Polymermaterial wie Kautschuk oder Harz hergestellten Abscheidungsoberfläche Vernetzung, so dass eine große Anzahl von unkombinierten Atomen auf der Oberfläche auftreten. In dem in 12 gezeigten Beispiel ist die Abscheidungsoberfläche aus Polyethylen hergestellt. Die Bestrahlung verursacht Vernetzung zwischen Molekülen, wodurch Fasern erzeugt werden. Die Bestrahlung von Harz mit Elektronenstrahlen, um Vernetzung zu verursachen, ist eine gut bekannte Technik. In dieser Ausführungsform wird die Bestrahlung mit Elektronenstrahlen durchgeführt, um eine große Anzahl von unkombinierten Atomen zu erzeugen. Dies verbessert die Haftungseigenschaft des Kohlenstofffilms (DLC-Films).
Die Vorbehandlung kann entweder mit Ultraviolettstrahlen oder Elektronenstrahlen oder mit beiden zusammen durchgeführt werden.
Nach der ersten Vorbehandlung, in welcher die Abscheidungsoberfläche mit Ultraviolettstrahlen und/oder Elektronenstrahlen bestrahlt wird, wird die zweite Vorbehandlung durchgeführt, indem die Abscheidungsoberfläche dem Plasma aus Fluor-haltigem Gas oder Wasserstoffgas ausgesetzt wird.
In jedem Fall kann nach der/den vorstehenden Vorbehandlung(en) der Kohlenstofffilm auf der Abscheidungsoberfläche des Gegenstandes mit der Plasma-CVD-Vorrichtung in einer der 1 bis 9 abgeschieden werden. Je nach der Plasma-CVD-Vorrichtung und dem Plasma-CVD-Verfahren, die tatsächlich verwendet werden, können diesen eigentümliche Vorteile erreicht werden. Zum Beispiel können die Vorrichtungen und Verfahren in 3 bis 9 die Kohlenstofffilme mit einer guten Haftungseigenschaft bereitstellen.
Wenn die Plasma-CVD-Vorrichtung verwendet wird, um den Kohlenstofffilms abzuscheiden, kann die vorstehende zweite Vorbehandlung unter Verwendung der gleichen Plasma-CVD-Vorrichtung durchgeführt werden.
Es wird jetzt eine Beschreibung von experimentellen Beispielen 1 bis 6 zum Abscheidung von DLC-Filmen nach der vorstehenden ersten und/oder zweiten Vorbehandlung und experimentellen Vergleichsbeispielen 1 bis 4 zur Abscheidung von DLC-Filmen geboten werden. In diesen experimentellen Beispielen hatte jedes Teststück eine Größe von 100mm × 100mm × 1mm (Dicke) und war aus Polyethylefolie hergestellt, und es wurde die in 1 gezeigte Plasma-CVD-Vorrichtung verwendet.
Die erste Vorbehandlung (Vorbehandlung 1) und die zweite Vorbehandlung (Vorbehandlung 2), und die Dünnfilm-Erzeugungsverfahren in den experimentellen Beispielen (EX) und Vergleichsbeispielen (CE) werden nachstehend aufgeführt.
In dem Vergleichsbeispiel 1 wurde ein DLC-Film auf einer Polyethylenfolie mit dem Plasma-CVD-Verfahren ohne eine Vorbehandlung abgeschieden. In dem Vergleichsbeispiel 4 war der Gegenstand eine Folie, die selbst nicht mit einem dünnen Film überzogen war.
In dem Vergleichsbeispiel 2 wurde ein DLC-Film mit dem Plasma-CVD-Verfahren nach Bestrahlung mit Ultraviolettstrahlen erzeugt. In dem Vergleichsbeispiel 3 wurde ein DLC-Film mit dem Plasma-CVD-Verfahren nach Bestrahlung mit Elektronenstrahlen erzeugt.

In den experimentellen Beispielen 1 und 4 wurde Filmabscheidung nach Bestrahlung mit Ultraviolettstrahlen und Wasserstoffgas-Plasmaverarbeitung durchgeführt. In den experimentellen Beispielen 2 und 5 wurden DLC-Filme nach Bestrahlung mit Ultraviolettstrahlen und SF₆-Plasmaverarbeitung erzeugt. In den experimentellen Beispielen 3 und 6 wurden DLC-Filme nach Bestrahlung mit Ultraviolettstrahlen und nach Verarbeitung mit Sauerstoffplasma und auch SF₆-Plasma erzeugt. [A. Ultraviolettstrahl-Bestrahlungsbedingungen] Vergleichsbeispiel 2 und die experimentellen Beispiele 1 bis 6 verwendeten die gleichen Ultraviolettstrahl-Bestrahlungsbedingungen.

Ultraviolettintensität:	15 mw/cm² (λ = 254 nm)
Bestrahlungsabstand	10 mm
Bestrahlungszeit	100 Sekunden
Bestrahlungsfläche	200 mm × 200 mm

[B. Elektronenstrahl-Bestrahlungsbedingungen] (Vorbehandlungsbedingungen von Vergleichsbeispiel 3)

Beschleunigungsspannung:	200 keV
Elektronenstrahlstrom:	100 mA
Bestrahlungszeit:	30 Sekunden
Abtastbreite:	450 mm

[C. Wasserstoffgasplasma-Verarbeitungsbedingungen] Alle experimentellen Beispiele 1, 3, 4 und 6 verwendeten die gleichen Bedingungen.

Vorbehandlungsgas:	Wasserstoffgas (H₂), 100 sccm)
RF-Energie:	13,56 MHz, 300 W
Grad des Vakuums:	13,33 Pa (0,1 Torr)
Verarbeitungszeit:	10 Minuten

[D. Fluorverbindungsgasplasma-Verarbeitungsbedingungen] Alle experimentellen Beispiele 2, 3, 5 und 6 verwendeten die gleichen Bedingungen.

Vorbehandlungsgas:	Schwefelhexafluorid (SF₆), 100 sccm)
RF-Energie:	13,56 MHz, 300 W
Grad des Vakuums:	13,33 Pa (0,1 Torr)
Verarbeitungszeit:	10 Minuten

[E. Bedingungen der Dünnfilm-Erzeugung mittels Plasma-CVD] Alle experimentellen Beispiele 1 bis 6 und das Vergleichsbeispiel 1 verwendeten die gleichen Bedingungen.

Größe der Radiofrequenz-Elektrode:	280 mm im Durchmesser
Materialgas	Methan (CH₄), 100 sccm
RF-Energie:	13,56 MHz, 300 W
Grad des Vakuums:	13,33 Pa (0,1 Torr)
Abscheidungsgeschwindigkeit:	50 nm/min (500 Å/min)
Verarbeitungszeit:	10 Minuten

Unter den Bedingungen C, D und E wurden die Folien durch Kollision des Plasmas gegen Polyethylenfolien erwärmt. Der Temperaturregler 21 hielt die Temperatur der Folie bei etwa 80°C. Der Regler 21 verhindert Anstieg der Temperatur auf über 150°C.
Gemessene Ergebnisse von Reibungskoeffizienten (F/CF), Abriebeigenschaften (W/PR), Filmhaftungseigenschaften (A/PR) und Anteilen (R/UA) von unkombinierten Atomen an der Oberfläche bei den experimentellen Beispielen und den Vergleichsbeispielen werden nachstehend aufgeführt.
Der Reibungskoeffizient wurde bestimmt, indem die Widerstände gemessen wurde, die einem Aluminiumstift widerfuhren, der eine Last von 10 Gramm trug und sich mit einer Geschwindigkeit von 20 mm/sec bewegte. Die Abriebeigenschaft wurde bestimmt, indem die Tiefe eines abgetragenen Abschnitts gemessen wurde, nachdem ein Diamantstift, der eine Last von 10 Gramm trug, mit einer Geschwindigkeit von 20 mm/sec eine Stunde lang bewegt worden war. Der Anteil unkombinierter Atome an der Oberfläche des Gegenstandes wurde mit einer Energieverlust-Analysiervorrichtung (EELS) gemessen. Dieser Anteil wurde durch den Anteil der Atome mit freien Bindungen in Bezug auf alle auf der Oberfläche vorhandenen Kohlenstoffatome wiedergegeben. Bestrahlung mit Ultraviolettstrahlen und Elektronenstrahlen erhöht die Anzahl der unkombinierten Kohlenstoffatome. Diese Atome werden stark an die Komponente des DLC-Films gebunden, so dass Abgehen des Films unterdrückt wird.
Bei allen experimentellen Beispielen sind die Reibungskoeffizienten nicht größer als 1, was eine gute Gleitfähigkeit bedeutet. Ein Maschinenteil oder dergleichen kann eine mit dem Kohlenstofffilm überzogene Kontaktoberfläche für den Kontakt mit einem weiteren Gegenstand haben. Dieses Maschinenteil gestattet einen glatten Betrieb sogar nach einer Verwendung über einen langen Zeitraum hinweg. Die Gegenstände hatten Werte der Abriebeigenschaft von 0,7 oder weniger, was eindeutig eine gute Widerstandsfähigkeit gegen Abrieb beweist.
Alle experimentellen Beispiele wiesen gute Haftungseigenschaften auf, so dass die Filme nicht abgezogen werden konnten, sogar wenn die Kautschukfolien gefaltet, gebogen und/oder gedehnt wurden. Die experimentellen Beispiele 3 und 6 wiesen besonders hohe Haftungseigenschaften auf, weil bei diesen Beispielen zwei Arten von Verarbeitung, das heißt Wasserstoff-Plasmaverarbeitung und SF₆-Plasmaverarbeitung, verwendet wurden.
Es wird jetzt eine Beschreibung von Beispielen von Gegenständen geboten, die jeweils einen Abschnitt aufweisen, der mit einem weiteren Gegenstand (weitere Ware, Teil, Fluid, Erdboden, menschlicher Körper oder dergleichen) in Kontakt stehen soll. Der Abschnitt ist aus mindestens einer Art von Material, ausgewählt aus einer Gruppe beinhaltend Polymermaterial wie Kautschuk oder Harz, ebenso wie Glas, hergestellt. Der Abschnitt hat eine Oberfläche, die vollständig oder teilweise mit einem Kohlenstofffilm überzogen ist, der Abriebfestigkeit wie auch Schlüpfrigkeit und/oder Wasserabstoßung und/oder Gassperrvermögen aufweist. Die Kohlenstofffilme der nachstehend zu beschreibenden Gegenstände können mittels unterschiedlicher Arten von Plasma-CVD-Vorrichtungen und -Verfahren erzeugt werden, die bereits beschrieben wurden, und haben jeweils unterschiedliche Vorteile. Die Kohlenstofffilme können mit dem Ionengalvanisierverfahren oder dem Sputterverfahren erzeugt werden. Das Plasma-CVD-Verfahren erlaubt Abscheidung des Kohlenstofffilms bei einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur und ist daher vorteilhaft für die Abscheidung des Kohlenstofffilms auf einem Gegenstand mit unzureichender Wärmebeständigkeit. Alle Kohlenstofffilme F auf den nachstehend zu beschreibenden Gegenständen sind DLC-Filme, obwohl nicht darauf beschränkt.
13(A) zeigt einen Schwingungsdämpfer für ein Automobil, der aus einem Basiselement oder Substrat S11 erzeugt ist, das ganz oder hauptsächlich aus Kautschuk hergestellt ist und eine äußere Umfangsoberfläche S11' hat, die vollständig mit dem Kohlenstofffilm F überzogen ist.
13(B) zeigt einen Automobilschlauch, der aus einem Schlauch-Basiselement S12 erzeugt ist, das ganz oder hauptsächlich aus Kautschuk hergestellt ist und eine äußere Umfangsoberfläche S12' hat, die vollständig mit dem Kohlenstofffilm F überzogen ist.
13(C) zeigt einen Automobilreifen, bei welchem der Kohlenstofffilm F auf einer äußeren Oberfläche S131' eines Reifenkörpers S13 erzeugt ist, der einen Abschnitt beinhaltet, der in Kontakt mit einem in den Reifen eingepassten Metallrad stehen soll, und Abschnitte, die mit Regenwasser und Schlamm in Kontakt stehen sollen, und innere Oberflächen S132' von Rillen an der äußeren Umfangsoberfläche beinhaltet. Der Kohlenstofffilm F ist an der äußeren Umfangsoberfläche, die der Straßenoberfläche ausgesetzt ist, nicht ausgebildet. Zur Erzeugung des Abschnitts des Reifens, der nicht mit dem Kohlenstofffilm überzogen ist, wird dieser Abschnitt während der Verarbeitung zur Erzeugung des Kohlenstofffilms maskiert, oder es wird der zeitweise auf diesem Abschnitt abgeschiedene Kohlenstofffilm durch Polieren oder dergleichen entfernt.
13(D) zeigt eine Membran für eine Automobilmembranpumpe, welche ein Membran-Basiselement S14 beinhaltet, das ganz oder hauptsächlich aus Kautschuk hergestellt ist und bei dem die Kohlenstofffilme F über entgegengesetzte Oberflächen S14' des Körpers S14 geschichtet sind.
13(E) zeigt ein Beispiel eines Automobil-Ventilteils und noch spezifischer einen Ventilkörper, bei dem ein Ventilkörper-Substrat S15 aus Harz hergestellt ist und einen Kontaktabschnitt hat, der in Kontakt mit einem Ventilsitz (nicht gezeigt) stehen soll, und der Kohlenstofffilm F auf einer Oberfläche S15' des Kontaktabschnittes abgeschieden ist.
13(F) zeigt ein Beispiel von einem Automobil-Dichtungselement, und noch spezifischer einem ringförmigen Dichtungselement, in welchem ein Basis-Dichtungselement ganz oder hauptsächlich aus Kautschuk oder Harz hergestellt ist und der Kohlenstofffilm F auf der gesamten Oberfläche S16' erzeugt ist, welche innere und äußere Umfangsoberflächen und entgegengesetzte Seitenoberflächen beinhaltet.
13(G) zeigt ein Beispiel einer Automobilfensterscheibe und noch spezifischer einer Windschutzscheibe, bei welcher der Kohlenstofffilm F vollständig auf der äußeren Oberfläche S17' eines Basisglases S17 erzeugt ist. Die Dicke des Films F gestattet es, dass ein Fahrer durch den Film nach draußen sehen kann.
13(H) zeigt eine Automobilkarosserie und insbesondere ein Beispiel von einem Teil davon, bei welchem der Kohlenstofffilm F vollständig auf einer äußeren Oberfläche S181' eines Lackfilms S181 auf einer Oberfläche der aus Harz oder Metall hergestellten Karosserie S18 abgeschieden ist. Der Kohlenstofffilm hat eine Dicke, welche es ermöglicht, dass die Farbe des Lackfilms ausreichend von außen aus sichtbar ist.
Wie aus den bereits beschriebenen experimentellen Beispielen und Vergleichsbeispielen zu verstehen ist, können der Schwingungsdämpfer, das Ventilteil und das Dichtungselement für das Automobil an den mit den DLC-Filmen überzogenen Abschnitten für eine gute Schlüpfrigkeit und eine gute Abriebfestigkeit sorgen, und sie können an dem überzogenen Abschnitt auch eine gute Gleitfähigkeit bereitstellen, so dass Abrieb und Qualitätsminderung unterdrückt werden können. Dies erlaubt eine Langzeitverwendung.
Der Automobilschlauch hat eine gute Schlüpfrigkeit, eine gute Abriebfestigkeit und ein gutes Gassperrvermögen, und er hat auch eine gute Gleitfähigkeit in Bezug auf einen anderen Gegenstand wie einen Schlauchbefestiger, so dass Abrieb und Qualitätsminderung unterdrückt werden können. Diese Faktoren erlauben eine Langzeitvenwendung. Ferner kann Übertragung zwischen dem Inneren und dem Äußeren der Schlauchwand wegen einem guten Gassperrvermögen unterdrückt werden.
Bei dem Automobilreifen kann der mit dem DLC-Film überzogene Abschnitt eine gute Schlüpfrigkeit, eine gute Abriebfestigkeit, ein gutes Gassperrvermögen und eine gute Wasserabstoßung haben. Daher kann er glatt an dem anderen Gegenstand gleiten, und Abrieb und Qualitätsminderung wegen Kontakt mit dem Rad kann unterdrückt werden. Auch Qualitätsminderung des dem äußeren Licht und Abgas ausgesetzten Abschnittes kann unterdrückt werden. Wegen des Gassperrvermögens des DLC-Films ist es möglich, Übertragung von Wasserdampf zwischen dem Äußeren und dem Inneren des Reifens zu unterdrücken, und es ist auch möglich, Qualitätsminderung eines Schlauchs zu unterdrücken, falls er in dem Schlauch angeordnet ist. Ein Kohlenstofffilm wie ein DLC-Film kann auf der inneren Oberfläche des Reifens erzeugt sein, um Qualitätsminderung des Schlauches zu unterdrücken. Wegen der Wasserabstoßung kann der DLC-Film das Verbleiben von Wasser und Schlamm in den Reifenrillen bei Regen unterdrücken.
Bei der Automobilmembran hat der mit dem DLC-Film überzogene Abschnitt eine gute Abriebfestigkeit und eine gute Wasserabstoßung und wird daher vor Beschädigung durch Kontakt mit einem anderen Gegenstand wie einer Membranbefestigung, bewahrt, so dass die Membran über einen langen Zeitraum hinweg verwendet werden kann. Es ist auch möglich, Anhaften einer von der Pumpe gehandhabten Flüssigkeit an der mit dem DLC-Film überzogenen Oberfläche zu unterdrücken.
Bei der Automobilkarosserie hat der der mit dem DLC-Film überzogene Abschnitt eine gute Abriebfestigkeit und eine gute Wasserabstoßung, so dass der aufbeschichtete Lackfilm vor Beschädigung bewahrt werden kann und Regentropfen und Staub auf dem Lackfilm leicht weggewaschen werden können.
Bei der Automobil-Fensterscheibe hat der mit dem DLC-Film überzogene Abschnitt eine gute Abriebfestigkeit und eine gute Wasserabstoßung, so dass der überzogene Abschnitt davor bewahrt werden kann, durch Sandstaub und anderes verkratzt zu werden. Es ist auch möglich, Regentropfen und Staub daran zu hindern, auf der Scheibe zu verbleiben, und Regentropfen und Staub auf der Scheibe können leicht weggewaschen werden.
14(A) zeigt ein Beispiel von einem Teil einer Bilderzeugungsvorrichtung, und zeigt spezifischer eine Walze mit einer Struktur, welche in einer Andruckwalze oder dergleichen in einer Fixiervorrichtung verwendet werden kann. In diesem Beispiel ist eine Kautschukschicht S210 um eine Welle SH herum ausgebildet, und der Kohlenstofffilm F ist über die gesamte Umfangsoberfläche S210' der Kautschukschicht S210 herum erzeugt.
14(B) zeigt ein Zahnrad, welches ein weiteres Beispiel von einem Teil einer Bilderzeugungsvorrichtung ist. In dem Beispiel ist der Kohlenstofffilm F auf der gesamten Zahnoberfläche S21' von einem aus Harz hergestellten Zahnrad-Basiselement erzeugt.
Die vorstehenden Walzen und Zahnräder haben Kontaktoberflächen, die in Kontakt mit einem Aufzeichnungselement, einer Walze oder einem anderen Zahnrad gebracht werden sollen. Weil diese Kontaktoberflächen mit den DLC-Filmen überzogen sind, werden eine gute Schlüpfrigkeit und eine gute Abriebfestigkeit erreicht, so dass Abrieb und Qualitätsminderung unterdrückt werden und sie über einen langen Zeitraum hinweg verwendet werden können. Die Merkmale des Kohlenstofffilms ändern sich nicht, sogar wenn er in der Fixiervorrichtung einer Temperatur von etwa 200°C ausgesetzt wird.
15(A) zeigt ein Beispiel von einem Maschinenteil anders als den schon beschriebenen, und zeigt spezifischer eine Führungswalze, bei welcher der Kohlenstofffilm F auf der gesamten äußeren Umfangsoberfläche S31' eines zylindrischen, aus Harz hergestellten Walzen-Basiskörpers S31 erzeugt ist.
15(B) zeigt ein Beispiel von einem Spielzeug und spezifischer einem Wasserpumpteil in einer Wasserpistole. In diesem Beispiel, ist der Kohlenstofffilm F auf der gesamten äußeren Umfangsoberfläche S32' eines aus Kautschuk hergestellten und gleitend in einen Zylinder C eingepassten Kolbens S32 erzeugt.
15(C) zeigt ein Beispiel von einer Folie zur Allzweck-Verwendung. In diesem Beispiel ist der Kohlenstofffilm F auf entgegengesetzten Oberflächen S33' eines hauptsächlich aus Harz hergestellten Folien-Basiselementes S33 erzeugt.
15(D) zeigt ein Beispiel von einem Baukomponententeil und spezifischer von einem Wandelement. In diesem Beispiel ist der Kohlenstofffilm F auf einer Oberfläche S34' eines hauptsächlich aus Harz hergestellten Wand-Basiselementes S34 erzeugt.
15(E) zeigt ein Rohr zur Allzweck-Verwendung, bei welchem der Kohlenstofffilm F auf einer äußeren Oberfläche S35' eines aus Harz hergestellten Rohr-Basiselementes S35 erzeugt ist.
Bei der Führungswalze, dem Kolben der Wasserpistole und dem Wandelement haben die mit den DLC-Filmen überzogenen Abschnitte eine gute Schlüpfrigkeit und eine gute Abriebfestigkeit und können für gute Gleitfähigkeit in Bezug auf andere Gegenstände sorgen, so dass Abrieb und Qualitätsminderung unterdrückt werden können und eine Langzeitverwendung möglich ist.
Da die DLC-Filme eine gute Wasserabstoßung haben, werden diese Gegenstände vor Beschädigung und Qualitätsminderung wegen Kontakt mit Wasser bewahrt.
Bei der vorstehend beschriebenen Folie hat der mit dem DLC-Film überzogene Abschnitt eine gute Schlüpfrigkeit, eine gute Abriebfestigkeit und eine gute Wasserabstoßung. Daher kann die Folie für eine gute Gleitfähigkeit in Bezug auf andere Gegenstände sorgen, und Abrieb und Qualitätsminderung werden unterdrückt. Aus diesen Gründen kann die Folie über einen langen Zeitraum hinweg verwendet werden. Wegen der Wasserabstoßung des DLC-Films kann die Anhaftung von Wassertropfen, Regentropfen und Schlamm unterdrückt werden.
Das vorstehend beschriebene Rohr hat eine gute Schlüpfrigkeit, eine gute Abriebfestigkeit und ein gutes Gassperrvermögen, so dass es eine gute Gleitfähigkeit in Bezug auf andere Gegenstände aufweist und Abrieb und Qualitätsminderung unterdrückt werden. Aus diesen Gründen kann das Rohr über einen langen Zeitraum hinweg verwendet werden. Das Gassperrvermögen des Rohrs unterdrückt Übertragung von einem Gas zwischen dem Äußeren und dem Inneren des Rohrs.
16(A) zeigt ein Beispiel von einem Sportartikel und spezifischer von einem Ball, bei welchem der Kohlenstofffilm F über einer äußeren Umfangsoberfläche S41' eines ganz oder hauptsächlich aus Kautschuk oder Harz hergestellten Ball-Basiselementes S41 erzeugt ist.
16(B) zeigt ein Beispiel von einem Fahrradteil und spezifischer von einer als ein Ersatz für Speichen verwendeten Radscheibe, bei welcher die Kohlenstofffilme F auf entgegengesetzten Oberflächen S42' eines Scheiben-Basiselementes S42 ausgebildet sind.
16(C) zeigt ein Beispiel von einem Regengegenstand und spezifischer von einem Regenstiefel, bei welchem der Kohlenstofffilm F auf der gesamten Oberfläche S43' eines Stiefel-Basiselementes S43, außer der in Kontakt mit dem Erdboden stehenden Unterseite, ausgebildet ist.
16(D) zeigt eine in einer Membranpumpe anders als der Automobil-Membranpumpe verwendete Membran. Bei dieser Membran sind die Kohlenstofffilme F auf entgegengesetzten Oberflächen S44' eines ganz oder hauptsächlich aus Kautschuk hergestellten Membran-Basiselementes S44 erzeugt.
16(E) zeigt den Rahmen von einem Tennisschläger, bei welchem der Kohlenstofffilm F auf der gesamten Oberfläche S45' von einem Abschnitt eines aus Harz hergestellten Rahmen-Basiselementes erzeugt ist. Dieser Rahmen trägt die Bespannung.
Die mit den DLC-Filmen überzogenen Abschnitte bei dem Ball, der Radscheibe und dem Schlägerrahmen wie vorstehend beschrieben haben eine gute Schlüpfrigkeit, eine gute Abriebfestigkeit und eine gute Wasserabstoßung. Daher weisen diese Abschnitte eine gute Gleitfähigkeit in Bezug auf andere Gegenstände auf und Abrieb und Qualitätsminderung werden unterdrückt. Daher können sie über einen langen Zeitraum hinweg verwendet werden. Wegen der Wasserabstoßung des DLC-Films kann die Anhaftung von Regentropfen, Schlamm und Anderem bei Verwendung bei Regen unterdrückt werden.
Der vorstehend beschriebene Stiefel hat eine gute Abriebfestigkeit und eine gute Wasserabstoßung auf seinem mit einem DLC-Film überzogenen Abschnitt, und der überzogene Abschnitt kann vor Beschädigung wegen Kontakt mit anderen Gegenständen bewahrt werden, so dass er über einen langen Zeitraum hinweg verwendet werden kann und Anhaften von Regentropfen und Schlamm unterdrückt wird.
Die vorstehend beschriebene Membran hat eine gute Abriebfestigkeit und eine gute Wasserabstoßung auf ihrem mit einem DLC-Film überzogenen Abschnitt, und der überzogene Abschnitt wird vor Beschädigung wegen Kontakt mit einem anderen Gegenstand wie einer Membranbefestigung bewahrt, so dass er über einen langen Zeitraum hinweg verwendet werden kann und von der Pumpe gehandhabte Flüssigkeit daran gehindert werden kann, an dem überzogenen Abschnitt zu haften.
Obwohl die vorliegende Erfindung in Einzelheiten beschrieben und veranschaulicht wurde, versteht es sich ganz eindeutig, dass dies nur zur Veranschaulichung und als Beispiel erfolgte und nicht als beschränkend aufgefasst werden soll.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Gegenstands mit einem Abschnitt, der mit einem weiteren Gegenstand in Kontakt stehen soll, wobei der Abschnitt aus einem Polymermaterial hergestellt ist und eine Oberfläche aufweist, die vollständig oder teilweise mit einem diamantartigen Kohlenstofffilm überzogen ist, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Durchführen einer Vorbehandlung auf eine Abscheidungsoberfläche des Abschnitts, wobei die Vorbehandlung durch Bestrahlen der Abscheidungsoberfläche des Abschnitts mit Ultraviolettstrahlen aus einer Ultraviolettstrahl-Bestrahlungsvorrichtung und/oder mit Elektronenstrahlen aus einer Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung durchgeführt wird, und anschließendes Einwirkenlassen eines Plasmas von mindestens einer Art von Gas, das ausgewählt ist aus einem Fluor-haltigen Gas und einem Wasserstoffgas, auf die Abscheidungsoberfläche; und anschließendes Bilden des diamantartigen Kohlenstofffilms auf der Abscheidungsoberfläche des Abschnitts durch ein Plasma-CVD-Verfahren unter Verwendung eines Abscheidungsmaterialgases, das aus einem Gas einer Kohlenstoffverbindung gebildet ist, um den Kohlenstofffilm zu bilden, oder eines Gases einer Kohlenstoffverbindung und einer weiteren Art von Gas, das von dem Kohlenstoffverbindungsgas verschieden ist, um den Kohlenstofffilm zu bilden, wobei das Plasma aus dem Abscheidungsmaterialgas durch Anwendung einer elektrischen Radiofrequenzenergie und einer Gleichstromenergie gebildet wird, wobei die Gleichstromenergie an eine Elektrode angelegt wird, welche den Abscheidungs-Zielgegenstand trägt und der Kohlenstofffilm auf der Abscheidungsoberfläche des Abscheidungs-Zielgegenstandes unter dem so erzeugten Plasma abgeschieden wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Plasma-CVD-Verfahren zur Abscheidung des Kohlenstofffilms so durchgeführt wird, dass eine Kohlenstoff-Grenzflächenschicht auf der Abscheidungsfläche des Abscheidungs-Zielgegenstands gebildet wird und anschließend ein oberer Kohlenstoffschicht-Film auf der Grenzflächenschicht abgeschieden wird, die Kohlenstoff-Grenzflächenschicht unter Verwendung eines Abscheidungsmaterialgases abgeschieden wird, das aus einem Gas einer Kohlenstoffverbindung zur Bildung der Kohlenstoff-Grenzflächenschicht oder aus einem Gas einer Kohlenstoffverbindung und einer weiteren Art von Gas, die von dem Kohlenstoffverbindungs-Gas verschieden ist, zur Bildung der Kohlenstoff-Grenzflächenschicht gebildet ist, das Plasma aus dem Abscheidungsmaterialgas durch Anwendung einer elektrischen Radiofrequenzenergie und einer elektrischen Gleichstromenergie gebildet wird, die Gleichstromenergie an eine Elektrode angelegt wird, welche den Abscheidungs-Zielgegenstand trägt und die Kohlenstoff-Grenzflächenschicht auf der Abscheidungsoberfläche des Abscheidungs-Zielgegenstandes unter dem so erzeugten Plasma abgeschieden wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der obere Kohlenstoffschicht-Film auf die gleiche Weise wie die Kohlenstoff-Grenzflächenschicht gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Kohlenstoffschicht auf der Kohlenstoff-Grenzflächenschicht unter einem Plasma abgeschieden wird, das aus einem Abscheidungsmaterialgas einer Kohlenstoffverbindung zur Bildung der oberen Kohlenstoffschicht oder einem Gas einer Kohlenstoffverbindung und einer weiteren Art von Gas, die von dem Kohlenstoffverbindungsgas verschieden ist, zur Bildung der oberen Kohlenstoffschicht durch Anwendung einer elektrischen Radiofrequenzenergie an dem Abscheidungsmaterialgas gebildet wird.
Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die RF-Energie eine modulierte RF-Energie ist.
Verfahren nach Anspruch 5, in dem die modulierte RF-Energie durch Bewirken einer Modulation auf einer Grund-RF-Energie einer vorbestimmten Frequenz mit einer Modulationsfrequenz im Bereich von 1/10⁵ bis 1/10 der vorbestimmten Frequenz erzeugt wird.
Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die RF-Energie an einer Elektrode angewandt wird, die von der Elektrode verschieden ist, welche den Abscheidungs-Zielgegenstand trägt.
Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die RF-Energie und die Gleichstromenergie in überlagerter Weise an der Elektrode angewandt werden, welche den Abscheidungs-Zielgegenstand trägt.
Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichstromenergie eine pulsartige Form aufweist.
Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass vor Beendigung der Abscheidung des Kohlenstofffilms entweder ein Stickstoffgas oder ein Ammoniakgas oder beide zusammen mit dem oder anstelle des Abscheidungsmaterialgas(es) für die Kohlenstofffilm-Abscheidung zugeführt werden, während die Anwendung der elektrischen Energie fortgesetzt wird, und dadurch eine Kohlenstoffnitrid-Schicht an dem Oberflächenabschnitt des Kohlenstofffilms gebildet wird.