特許 6068095 連続成膜装置および連続成膜方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6068095

(24)【登録日】2017年1月6日

(45)【発行日】2017年1月25日

(54)【発明の名称】連続成膜装置および連続成膜方法

(51)【国際特許分類】

   C23C 14/28 20060101AFI20170116BHJP

【ＦＩ】

   C23C14/28

【請求項の数】12

【全頁数】24

(21)【出願番号】特願2012-241389(P2012-241389)

(22)【出願日】2012年10月31日

(65)【公開番号】特開2014-91840(P2014-91840A)

(43)【公開日】2014年5月19日

【審査請求日】2015年4月20日

(73)【特許権者】

【識別番号】509352945

【氏名又は名称】田中貴金属工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100094053

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 隆久

(74)【代理人】

【識別番号】100135828

【弁理士】

【氏名又は名称】飯島 康弘

(74)【代理人】

【識別番号】100157989

【弁理士】

【氏名又は名称】葛谷 稔

(72)【発明者】

【氏名】麻田 敬雄

(72)【発明者】

【氏名】竹内 順一

(72)【発明者】

【氏名】井戸 隆太

(72)【発明者】

【氏名】湯本 敦史

【審査官】 今井 淳一

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０９−１４３６９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−２２２６６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−２１２４０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０５８０７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２３５５６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２１４０５９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２３Ｃ １４／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

蒸気圧の異なる少なくとも２種の金属合金を有する金属合金微粒子蒸発源に局所的にレーザー光を照射して前記２種の金属合金の組成を保ったまま１〜２００ｎｍの粒径の１次金属微粒子を蒸発させるために用いるレーザー装置と、
成膜時は大気雰囲気または減圧雰囲気であり、前記金属合金微粒子蒸発源に前記レーザー装置から射出されたレーザー光を照射して、前記２種の金属合金の組成を維持した前記１次金属合金微粒子を蒸発させる蒸発室と、
ベース材が配置され、真空雰囲気の成膜室と、
前記蒸発室において蒸発した前記１次金属合金微粒子を前記成膜室に搬送された前記ベース材に向けて噴出させて前記ベース材の表面に堆積させる微粒子噴射手段であって、
前記蒸発室において蒸発した前記１次金属合金微粒子を、前記蒸発室と前記成膜室の気圧差に基づく流速で移送する移送管と、
縮小−拡大管として構成され、前記移送管の先端に配設され、先端が前記成膜室内の前記ベース材の近傍に位置し、前記移送管内を移送された前記１次金属合金微粒子と前記雰囲気ガスを超音速フリージェット流として超高速に加速し、当該加速した前記１次金属合金微粒子を拡大して噴射し前記成膜室に搬送された前記ベース材に堆積させる、ノズルと
を有する、微粒子噴射手段と、
前記金属微粒子層が堆積される前の長尺のベース材が巻回されている送り出しドラムと前記金属合金微粒子層が堆積されたベース材を巻き取る巻取ドラムを含み、前記金属合金微粒子層が堆積される前のベース材を前記送り出しドラムから巻き戻して前記成膜室内に搬送し、前記成膜室内で前記金属合金微粒子層が堆積されたベース材を前記巻取ドラムで巻き取るローディング・巻取手段と、
を具備し、
前記１次金属合金微粒子が複数凝集した２次金属合金微粒子が前記ベース材の表面に物理蒸着され、
前記巻取ドラムを連続的に回転させ、前記ベース材に前記複数凝集した２次金属合金微粒子の物理蒸着層を連続的に堆積させる、
連続成膜装置。

【請求項2】

前記ノズルから前記ベース材にジェット噴出される前記ガス流が、超音速、遷音速、あるいは亜音速のガス流である、
請求項１に記載の連続成膜装置。

【請求項3】

前記レーザー装置は、
ＹＡＧレーザ、ＣＯ2レーザ、あるいはエキシマレーザの基本波のレーザ光、あるいは、基本波を波長変換した短波長のレーザ光を照射するレーザー光発生部と、
前記レーザー光発生部から射出されたレーザー光を前記金属微粒子蒸発源に導き、前記スポット径に収束させる光学系と
を有する、
請求項１または２に記載の連続成膜装置。

【請求項4】

前記成膜室にはターゲットローラが配設されており、
前記複数凝集した２次金属合金微粒子の層を成膜させる前のベース材が、前記ターゲットローラの下面から上面に向かって搬送されるように、前記ターゲットローラに接しており、
前記微粒子噴射手段におけるノズルは、前記１次金属合金微粒子が複数凝集して２次粒子となった２次金属合金微粒子を前記ベース材の表面に堆積させる、
請求項１〜３のいずれかに記載の連続成膜装置。

【請求項5】

当該連続成膜装置は、前記ターゲットローラを冷却する冷却手段をさらに有する、
請求項４に記載の連続成膜装置。

【請求項6】

前記送り出しドラムと前記巻取ドラムとの間で、前記長尺のベース材に所１定の張力を印加する、
請求項１〜５のいずれかに連続成膜装置。

【請求項7】

前記成膜室に隣接して第１、第２の減圧室が配設されており、
前記送り出しドラムからの前記ベース材が前記第１の減圧室を経由して前記成膜室に導かれ、前記金属微粒子層が被覆されたベース材が前記成膜室から前記第２の減圧室を介して前記巻取ドラムに導かれる、
請求項１〜６のいずれかに記載の連続成膜装置。

【請求項8】

前記ベース材は、銅または銅合金であり、
前記蒸発源は、ＡｇＰｄ合金蒸発源である、
請求項１〜７のいずれかに記載の連続成膜装置。

【請求項9】

前記金属合金蒸発源は、Ａｇ合金蒸発源である、
請求項８に記載の連続成膜装置。

【請求項10】

前記レーザー装置は、前記金属合金蒸発源から、Ａｇ合金の組成を維持した状態の、１０ｎｍの粒径の１次金属合金微粒子を蒸発させるスポット径のレーザー光を前記金属微粒子蒸発源に照射し、
前記１次金属合金微粒子が複数凝集して１００ｎｍの粒径の２次次金属合金微粒子となって前記ベース材に堆積していく、
請求項８または９に記載の連続成膜装置。

【請求項11】

蒸気圧の異なる少なくとも２種の金属合金を有する金属合金微粒子蒸発源に局所的にレーザー光を照射して前記２種の金属合金の組成を保ったまま１〜２００ｎｍの粒径の１次金属微粒子を蒸発させるために用いるレーザー装置と、成膜時は大気雰囲気または減圧雰囲気であり、前記金属合金微粒子蒸発源に前記レーザー装置から射出されたレーザー光を照射して、前記２種の金属合金の組成を維持した前記１次金属合金微粒子を蒸発させる蒸発室と、ベース材が配置され、真空雰囲気の成膜室と、前記蒸発室において蒸発した前記１次金属合金微粒子を前記成膜室に搬送された前記ベース材に向けて噴出させて前記ベース材の表面に堆積させる微粒子噴射手段であって、前記蒸発室において蒸発した前記１次金属合金微粒子を、前記蒸発室と前記成膜室の気圧差に基づく流速で移送する移送管と、縮小−拡大管として構成され、前記移送管の先端に配設され、先端が前記成膜室内の前記ベース材の近傍に位置し、前記移送管内を移送された前記１次金属合金微粒子と前記雰囲気ガスを超音速フリージェット流として超高速に加速し、当該加速した前記１次金属合金微粒子を拡大して噴射し前記成膜室に搬送された前記ベース材に堆積させる、ノズルとを有する、微粒子噴射手段と、前記金属微粒子層が堆積される前の長尺のベース材が巻回されている送り出しドラムと前記金属合金微粒子層が堆積されたベース材を巻き取る巻取ドラムを含み、前記金属合金微粒子層が堆積される前のベース材を前記送り出しドラムから巻き戻して前記成膜室内に搬送し、前記成膜室内で前記金属合金微粒子層が堆積されたベース材を前記巻取ドラムで巻き取るローディング・巻取手段と、を具備し、
前記１次金属合金微粒子が複数凝集した２次金属合金微粒子が前記ベース材の表面に物理蒸着され、
前記巻取ドラムを連続的に回転させ、前記ベース材に前記複数凝集した２次金属合金微粒子の物理蒸着層を連続的に堆積させる、
連続成膜装置における連続成膜方法であって、
前記蒸発室に配置された前記金属合金微粒子蒸発源に前記レーザー装置から射出されたレーザー光を照射して、金属合金の組成を維持した１次金属合金微粒子を蒸発させる蒸発ステップと、
上記蒸発した１次金属合金微粒子を、真空雰囲気の成膜室内に搬送されたベース材の表面にガス流として噴射して前記１次金属合金微粒子が複数凝集して２次粒子となった２次金属合金微粒子を前記ベース材の表面に噴射して堆積させる、微粒子噴射ステップと、
ローディング・巻取ステップであって、送り出しドラムと前記成膜室内に配設されたターゲットローラと巻取ドラムとで長尺のベース材および前記金属合金微粒子の層が被覆されるベース材をロードし、搬送するローディング・搬送経路が規定されており、前記金属合金微粒子層の成膜動作と連動して、前記送り出しドラムから前記金属合金微粒子層が堆積される前のベース材を引き出し、前記成膜室内の前記ターゲットローラに前記ベース材を導き、前記ベース材の表面に前記蒸発した金属合金微粒子の層が堆積される状態に応じて、前記巻取ドラムで前記金属合金微粒子の層が堆積されたベース材を前記巻取ドラムで巻き取る、搬送・巻取ステップと
を有し、
前記巻取ドラムを連続的に回転させ、前記ベース材に前記２次金属合金微粒子層を連続的に堆積させ、前記巻取ドラムに前記２次金属合金微粒子層が堆積されたベース材を連続的に巻き取る、
連続成膜方法。

【請求項12】

前記レーザー装置は、前記蒸発源から金属合金の組成を維持した金属合金微粒子として蒸発させるスポット径の高エネルギーのレーザ光を射出し、
前記微粒子噴射ステップは、
前記発生した前記金属合金微粒子を前記真空雰囲気の成膜室に移送する移送ステップと、
前記ノズルを用いて、前記移送された前記金属合金微粒子を超音速フリージェット流と共に前記真空雰囲気の前記成膜室に搬送された前記ベース材に噴出させて、前記１次金属合金微粒子が複数凝集して２次粒子となった２次金属合金微粒子を前記ベース材の表面に物理蒸着させるステップと
を含む
請求項１１に記載の連続成膜方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、基材（ベース材）に金属（単体の金属または合金（以下、金属と称す））を連続的に成膜（被覆）する連続成膜装置（または、連続被覆装置）、および、連続成膜方法に関する。
本発明は、特に、粒径を厚み方向に均一にした金属の薄膜を搬送される基材の表面に均一に成膜し、当該金属の層が成膜された基材を連続的に搬送する、連続成膜装置、および、連続成膜方法に関する。

【背景技術】

【0002】

金属として、Ａｇ合金、たとえば、ＡｇＰｄ合金層を例示して述べる。
たとえば、銅または銅合金のベース材（基材）の表面に、ＡｇＰｄ合金層を被覆したＡｇＰｄ合金被覆ベース材は、導電性を有し、かつ、機械的磨耗に強いことから、たとえば、直流小型モーターあるいはポジションセンサなどの回転機器の摺動部に使用されている。

【0003】

回転機器の摺動部に用いるＡｇ合金としては、上述したＡｇＰｄ合金の他、たとえば、直流小型モーターの整流子（コンミテータ）用途としてＡｇＣｄ合金をベース材、たとえば、ＣｕまたはＣｕＳｎ合金などに張り合わせたクラッド複合材料として用いられている。
さらに、ＡｇＺｎ合金（特許文献１参照）、ＡｇＡｌ合金（特許文献２参照）、ＡｇＮｉ合金（特許文献３参照）、Ｔａ酸化物を分散させたＡｇ合金マトリックス（特許文献４参照）を、ＣｕまたはＣｕＳｎ合金などのベース材に張り合わせ、あるいは埋設したクラッド複合材も知られている。
さらに、たとえば、直流小型モーターのブラシとして、バネ性を有するベース材の表面にＡｇＣ焼結体をカシメ加工したものが知られている。

【0004】

以下、Ａｇ合金としてＡｇＰｄ合金を例示して述べる。
ＡｇＰｄ合金は、硬度、耐摩耗性、整流時に発生する火花に対する磨耗性、接触抵抗安定性に優れており、ベース材にコーティング（被覆）されて、回転機器の摺動接点部材として利用するのに適している。
ＡｇＰｄ合金層をベース材に被覆する方法としては、圧延、めっき法あるいは真空蒸着法により薄膜として形成して被覆する方法が知られている。

【0005】

めっき法によりベース材の表面にＡｇＰｄ合金を被覆する場合、めっきの条件設定が非常に困難であり、形成可能なＡｇＰｄ合金の組成の自由度が小さいという問題がある。また、回転機器としての寿命を向上させるためにＡｇＰｄ合金層の膜厚を厚くするとＡｇＰｄ合金層の内部ひずみが大きくなるため、厚膜化すると成膜時に割れが発生しやすくなる。

【0006】

真空蒸着法によりベース材の表面にＡｇＰｄ合金を被覆すると、得られるＡｇＰｄ合金層はベース材との密着性が低く、回転機器に用いて摺動させたときにＡｇＰｄ合金層が剥離しやすい。また、真空蒸着法では、成膜中にＡｇＰｄ合金の微粒子の粒径が大きくなることからＡｇＰｄ合金層の組織を構成するＡｇＰｄ合金の微粒子の粒径が上方ほど大きくなる。

【0007】

このように、上記の方法で形成されたＡｇＰｄ合金層の組織は、組織を構成するＡｇＰｄ合金の微粒子の粒径を厚み方向に均一にすることが困難であり、ＡｇＰｄ合金層の組織中に粒径の大きな粗大粒子が含まれる。この粗大粒子がブラシなどの磨耗時に剥離すると、摺動接点材の接触部にかみ込み、接触部における接触不良及び回転機器としての寿命が短くなる可能性がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開平８−２６００７８号公報

【特許文献2】特開平８−２８３８８５号公報

【特許文献3】特開２００２−４２５８４号公報

【特許文献4】特開２０１０−２８０９７１号公報

【特許文献5】特開２００６−１１１９２１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

上述したように、ベース材の表面にＡｇ合金層を被覆したクラッド複合材料において、Ａｇ合金層の組織を構成するＡｇＰｄ合金の微粒子の粒径を厚み方向に均一にすることが困難である。
また、所定の厚さのＡｇ合金層、たとえば、ＡｇＰｄ合金層をベース材に、厚み方向に均一な粒径で均一な厚さに堆積（成膜）させ、かつ、連続的に安定して、ベース材に被覆することが望まれている。

【0010】

以上、代表して、Ａｇ合金、たとえば、ＡｇＰｄ合金層について述べたが、ＡｇＺｎ合金、ＡｇＡｌ合金、ＡｇＮｉ合金、Ｔａ酸化物を分散させたＡｇ合金マトリックス、ＡｇＣ焼結体を成膜する場合も、上記同様の課題に遭遇している。
さらに、上記例示に限らず、金属、たとえば、Ａｕ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ａｇおよびそれらの合金、またはセラミックなどを成膜する場合も同様である。

【課題を解決するための手段】

【0011】

以下、ベース材の表面に被覆する、本発明の金属（本発明において、単体の金属または合金を総称して、以下、「金属」と称す）、代表的には、たとえば、ＡｇＰｄ合金を用いた場合を例示して述べる。
本発明者らは、鋭意研究の結果、（１）蒸気圧が異なるＡｇとＰｄを一定の組成を維持した状態で微粒子として蒸発させるため、ＡｇＰｄ合金にスポット径を絞った高エネルギーのレーザ光を照射してＡｇＰｄ合金の微粒子を蒸発させ、（２）次いで、蒸発によって生成されたＡｇＰｄ合金の微粒子を真空雰囲気にあるベース材に向けてジェット噴出させて、ベース材に物理蒸着させることを見出した。

【0012】

なお、物理蒸着させる方法としては、たとえば、特許文献５として前記した特許第４８２８１０８号（特開２００６−１１１９２１号公報）の物理蒸着装置をＡｇＰｄ合金の微粒子の物理蒸着に適用可能に改良した。
高エネルギーのレーザ光の光源としては、たとえば、ＹＡＧレーザ、ＣＯ2レーザ、エキシマレーザなどを用いることができるが、特に、これらのレーザ光のスポット径はＡｇＰｄ合金の組成のままの微粒子として、ｎｍオーダーの粒径として発生するように小さくすることを見いだした。その結果、ベース材の表面にＡｇ合金層を被覆したクラッド複合材料において、ＡｇＰｄ合金の微粒子の粒径を厚み方向に均一にすることが可能となることを見いだした。

【0013】

本発明者らは、さらに、ベース材にＡｇＰｄ合金層を物理蒸着させる上記技術と、長尺のベース材を搬送させる技術とを組み合わせることにより、連続的に成膜させることを見いだした。すなわち、ＡｇＰｄ合金層をベース材に物理蒸着させて所定の厚さのＡｇＰｄ合金層を物理蒸着によりベース材に均一に堆積させながら成膜し、この成膜処理と連動して、長尺のベース材およびＡｇＰｄ合金層が被覆されたベース材を連続的に搬送させることを見いだした。
また、上記搬送に際しては、上記物理蒸着による所定の厚さまで成膜するのに要する時間と、適切な搬送のタイミングを見いだした。さらに、たとえば、成膜したＡｇＰｄ合金層に傷が付かないように、搬送手段として機能する成膜室内のローラ（ターゲットローラ）のローディング方法を工夫した。

【0014】

上記Ａｇ合金は、例示したＡｇＰｄ合金に限らず、他のＡｇ合金、たとえば、ＡｇＺｎ合金、ＡｇＡｌ合金、ＡｇＮｉなどでもよく、本発明は、単体の金属または合金（以下、金属と称する）に適用することができる。
また、ベース材は、目的（用途）に応じて種々の物を使用することができる。

【0015】

本発明によれば、
蒸気圧の異なる少なくとも２種の金属合金を有する金属合金微粒子蒸発源に局所的にレーザー光を照射して前記２種の金属合金の組成を保ったまま１〜２００ｎｍの粒径の１次金属微粒子を蒸発させるために用いるレーザー装置と、
成膜時は大気雰囲気または減圧雰囲気であり、前記金属合金微粒子蒸発源に前記レーザー装置から射出されたレーザー光を照射して、前記２種の金属合金の組成を維持した前記１次金属合金微粒子を蒸発させる蒸発室と、
ベース材が配置され、真空雰囲気の成膜室と、
前記蒸発室において蒸発した前記１次金属合金微粒子を前記成膜室に搬送された前記ベース材に向けて噴出させて前記ベース材の表面に堆積させる微粒子噴射手段であって、
前記蒸発室において蒸発した前記１次金属合金微粒子を、前記蒸発室と前記成膜室の気圧差に基づく流速で移送する移送管と、
縮小−拡大管として構成され、前記移送管の先端に配設され、先端が前記成膜室内の前記ベース材の近傍に位置し、前記移送管内を移送された前記１次金属合金微粒子と前記雰囲気ガスを超音速フリージェット流として超高速に加速し、当該加速した前記１次金属合金微粒子を拡大して噴射し前記成膜室に搬送された前記ベース材に堆積させる、ノズルと
を有する、微粒子噴射手段と、
前記金属微粒子層が堆積される前の長尺のベース材が巻回されている送り出しドラムと前記金属合金微粒子層が堆積されたベース材を巻き取る巻取ドラムを含み、前記金属合金微粒子層が堆積される前のベース材を前記送り出しドラムから巻き戻して前記成膜室内に搬送し、前記成膜室内で前記金属合金微粒子層が堆積されたベース材を前記巻取ドラムで巻き取るローディング・巻取手段と、
を具備し、
前記１次金属合金微粒子が複数凝集した２次金属合金微粒子が前記ベース材の表面に物理蒸着され、
前記巻取ドラムを連続的に回転させ、前記ベース材に前記複数凝集した２次金属合金微粒子の物理蒸着層を連続的に堆積させる、
連続成膜装置が提供される。

【0016】

好ましくは、前記微粒子噴射手段は、前記蒸発室において発生した前記１次金属合金微粒子を前記成膜室に移送する移送管と、前記移送管の先端に配設され、先端が前記成膜室内の前記ベース材の近傍に位置し、前記移送管内を移送される前記１次金属合金微粒子を超音速フリージェット流と共に前記成膜室に搬送された前記ベース材に超音速噴出させて前記１次金属合金微粒子が複数凝集して２次粒子となった２次金属合金微粒子を前記ベース材の表面に物理蒸着させるノズルとを有する。

【0017】

また好ましくは、前記ノズルから前記ベース材にジェット噴出される前記ガス流が、超音速、遷音速、あるいは亜音速のガス流である。

【0018】

また好ましくは、前記レーザー装置は、ＹＡＧレーザ、ＣＯ2レーザ、あるいはエキシマレーザの基本波のレーザ光、あるいは、基本波を波長変換した短波長のレーザ光を照射するレーザー光発生部と、前記レーザー光発生部から射出されたレーザー光を前記金属微粒子蒸発源に導き、前記スポット径に収束させる光学系とを有する。

【0019】

また好ましくは、前記成膜室にはターゲットローラが配設されており、前記金属合金微粒子の層を成膜させる前のベース材が、前記ターゲットローラの下面から上面に向かって搬送されるように、前記ターゲットローラに接しており、前記微粒子噴射手段は、前記ターゲットローラの下に位置する前記金属合金微粒子の層を成膜させる前のベース材に、前記蒸発した前記１次金属合金微粒子をガス流として噴射して前記１次金属合金微粒子が複数凝集して２次粒子となった２次金属合金微粒子を前記ベース材の表面に堆積させる。
さらに好ましくは、当該連続成膜装置は、前記ターゲットローラを冷却する冷却手段をさらに有する。
好ましくは、前記送り出しドラムと前記巻取ドラムとの間で、前記長尺のベース材に所１定の張力を印加する。

【0020】

好ましくは、前記成膜室に隣接して第１、第２の減圧室が配設されており、前記送り出しドラムからの前記ベース材が前記第１の減圧室を経由して前記成膜室に導かれ、前記金属微粒子層が被覆されたベース材が前記成膜室から前記第２の減圧室を介して前記巻取ドラムに導かれる。
好ましくは、前記ベース材は、銅または銅合金であり、前記蒸発源は、ＡｇＰｄ合金蒸発源である。
また好ましくは、前記金属合金蒸発源は、Ａｇ合金蒸発源である。
好ましくは、前記レーザー装置は、前記金属合金蒸発源から、Ａｇ合金の組成を維持し
た状態の、１０ｎｍの粒径の１次金属合金微粒子を蒸発させるスポット径のレーザー光
を前記金属微粒子蒸発源に照射し、前記１次金属合金微粒子が複数凝集して１００ｎｍの粒径の２次次金属合金微粒子となって前記ベース材に堆積していく。

【0021】

また本発明によれば、
蒸気圧の異なる少なくとも２種の金属合金を有する金属合金微粒子蒸発源に局所的にレーザー光を照射して前記２種の金属合金の組成を保ったまま１〜２００ｎｍの粒径の１次金属微粒子を蒸発させるために用いるレーザー装置と、成膜時は大気雰囲気または減圧雰囲気であり、前記金属合金微粒子蒸発源に前記レーザー装置から射出されたレーザー光を照射して、前記２種の金属合金の組成を維持した前記１次金属合金微粒子を蒸発させる蒸発室と、ベース材が配置され、真空雰囲気の成膜室と、前記蒸発室において蒸発した前記１次金属合金微粒子を前記成膜室に搬送された前記ベース材に向けて噴出させて前記ベース材の表面に堆積させる微粒子噴射手段であって、前記蒸発室において蒸発した前記１次金属合金微粒子を、前記蒸発室と前記成膜室の気圧差に基づく流速で移送する移送管と、縮小−拡大管として構成され、前記移送管の先端に配設され、先端が前記成膜室内の前記ベース材の近傍に位置し、前記移送管内を移送された前記１次金属合金微粒子と前記雰囲気ガスを超音速フリージェット流として超高速に加速し、当該加速した前記１次金属合金微粒子を拡大して噴射し前記成膜室に搬送された前記ベース材に堆積させる、ノズルとを有する、微粒子噴射手段と、前記金属微粒子層が堆積される前の長尺のベース材が巻回されている送り出しドラムと前記金属合金微粒子層が堆積されたベース材を巻き取る巻取ドラムを含み、前記金属合金微粒子層が堆積される前のベース材を前記送り出しドラムから巻き戻して前記成膜室内に搬送し、前記成膜室内で前記金属合金微粒子層が堆積されたベース材を前記巻取ドラムで巻き取るローディング・巻取手段と、を具備し、
前記１次金属合金微粒子が複数凝集した２次金属合金微粒子が前記ベース材の表面に物理蒸着され、
前記巻取ドラムを連続的に回転させ、前記ベース材に前記複数凝集した２次金属合金微粒子の物理蒸着層を連続的に堆積させる、
連続成膜装置における連続成膜方法であって、
前記蒸発室に配置された前記金属合金微粒子蒸発源に前記レーザー装置から射出されたレーザー光を照射して、金属合金の組成を維持した１次金属合金微粒子を蒸発させる蒸発ステップと、
上記蒸発した１次金属合金微粒子を、真空雰囲気の成膜室内に搬送されたベース材の表面にガス流として噴射して前記１次金属合金微粒子が複数凝集して２次粒子となった２次金属合金微粒子を前記ベース材の表面に噴射して堆積させる、微粒子噴射ステップと、
ローディング・巻取ステップであって、送り出しドラムと前記成膜室内に配設されたターゲットローラと巻取ドラムとで長尺のベース材および前記金属合金微粒子の層が被覆されるベース材をロードし、搬送するローディング・搬送経路が規定されており、前記金属合金微粒子層の成膜動作と連動して、前記送り出しドラムから前記金属合金微粒子層が堆積される前のベース材を引き出し、前記成膜室内の前記ターゲットローラに前記ベース材を導き、前記ベース材の表面に前記蒸発した金属合金微粒子の層が堆積される状態に応じて、前記巻取ドラムで前記金属合金微粒子の層が堆積されたベース材を前記巻取ドラムで巻き取る、搬送・巻取ステップと
を有し、
前記巻取ドラムを連続的に回転させ、前記ベース材に前記２次金属合金微粒子層を連続的に堆積させ、前記巻取ドラムに前記２次金属合金微粒子層が堆積されたベース材を連続的に巻き取る、
連続成膜方法が提供される。

【発明の効果】

【0022】

本発明によれば、所定の厚さの金属（単体の金属または合金）微粒子の層を、ベース材に、厚み方向に均一な粒径で、均一な厚さに堆積させ、連続的に安定して金属微粒子の層で被覆されたベース材を量産することができた。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本発明の連続成膜装置の実施の形態のＡｇＰｄ合金連続被覆装置の構成図である。

【図2】図２（Ａ）は本発明の実施の形態におけるベース材を示し、図２（Ｂ）はＡｇＰｄ合金層を被覆したベース材を示し、図２（Ｃ）は２か所にＡｇＰｄ合金層を被覆したベース材を被覆した図である。

【図3】図１のＡｇＰｄ合金連続被覆装置に用いる物理蒸着系の概略構成図である。

【図4】図１のＡｇＰｄ合金連続被覆装置の物理蒸着系において、ベース材にＡｇＰｄ合金層が物理蒸着される原理を示す図である。

【図5】図５（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施の形態に基づいて物理蒸着したＡｇＰｄ合金層の電子顕微鏡写真（例１）である。

【図6】図６（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施の形態に基づいて物理蒸着したＡｇＰｄ合金層の電子顕微鏡写真（例２）である。

【図7】図７（ａ）及び図７（ｂ）は、本発明の実施の形態に基づいて物理蒸着したＡｇＰｄ合金層の電子顕微鏡写真（例３）である。

【図8】図８（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施の形態に基づいて物理蒸着したＡｇＰｄ合金層の電子顕微鏡写真（例４）である。

【図9】図１に図解したＡｇＰｄ合金連続被覆装置における、成膜室の外部に配設したローラを用いて搬送系を構成する複数の態様を例示した図である。

【図10】図１に図解したＡｇＰｄ合金連続被覆装置における、成膜室の内部に配設したローラを用いて搬送系を構成する複数の態様を例示した図である。

【図11】図１１（Ａ）〜（Ｃ）は、図２の変形態様を示し、ベース材に種々の金属微粒子層が成膜されることを図示する図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

本発明の連続成膜装置として、金属としてＡｇＰｄ合金を用いた、ＡｇＰｄ合金連続被覆装置を例示して述べる。
なお、本発明において、金属とは、単体の金属または合金を意味しており、以下、金属単体の金属または合金を総称して「金属」と称す。
また、本発明の実施の形態のＡｇＰｄ合金層の適用例として、たとえば、回転機器に使用される摺動接点材の製造を例示して述べる。

【0025】

全体構成
図１は本発明の実施の形態のＡｇＰｄ合金連続被覆装置の構成図である。
ＡｇＰｄ合金連続被覆装置１００は、大別すると、ローディング・搬送系１０と、成膜室（成膜チャンバ）２０と、金属微粒子蒸発室としてのＡｇＰｄ合金微粒子蒸発室３０と、不活性ガス供給源４０と、第１減圧室５０と、第２減圧室６０と、レーザー装置７０と、制御装置９０とを有する。

【0026】

図２（Ａ）は、高速ＡｇＰｄ合金微粒子が物理蒸着される前のベース材の断面図を示し、図２（Ｂ）、（Ｃ）は後述するＡｇＰｄ合金微粒子がベース材に物理蒸着された後のＡｇＰｄ合金層で被覆された被覆ベース材（ＡｇＰｄ合金層被覆ベース材）の断面を示す。図２（Ｂ）は、ベース材１の幅一杯にＡｇＰｄ合金微粒子２ｂが成膜された場合を示し、図２（Ｃ）は、ベース材１の中央にのみＡｇＰｄ合金微粒子２ｂが成膜された状態を示す。
図２（Ｂ）と図２（Ｃ）の相違は、後述するノズルからのＡｇＰｄ合金微粒子の噴射方法の相違であり、ＡｇＰｄ合金微粒子２ｂの成膜方法には基本的な相違はない。すなわち、図２（Ｂ）の場合、幅の広いノズル２０１を用いるか、ノズル２０１を幅方向に往復させるかなどによる。図２（Ｃ）の場合は、幅の狭いノズル２０１を用いるか、ノズル２０１を幅方向に往復させる距離を短くする。

【0027】

ベース材１は送り出し（搬送）ドラム１０１に巻回されており、ＡｇＰｄ合金層被覆ベース材３が巻取ドラム１０３で巻き取られる。
ベース材１は、たとえば、ＣｕまたはＣｕＳｎあるいはＣｕＳｎＮｉなどの合金からなり、摺動接点材として用いるのに適したバネ性を有する。ベース材１の厚みは、たとえば、１０〜３００μｍである。摺動接点材以外の用途においては、ベース材１の厚さは、たとえば、３ｍｍ程度の厚さとすることができる。
ベース材１は、たとえば、事前に、アセトン中で超音波洗浄してから用いてもよい。

【0028】

ローディング・搬送部
ローディング・搬送部１０は、長尺のベース材１（図２（Ａ））およびＡｇＰｄ合金層被覆ベース材３（図２（Ｂ））を下記のローラ（ドラム）にローディングして搬送する。 ローディング・搬送部１０は、成膜室２０の外部に配設された、送り出し（搬送）ドラム１０１および巻取ドラム１０３、および、成膜室２０内に配設された、ターゲットローラ（キャプスタンローラ）１１１、および、ターゲットローラ１１１の両側に配設された第１位置決めローラ１０９および第２位置決めローラ１１３を有する。
このローディングおよび搬送の基本動作は、巻取ドラム１０３の回転により、送り出しドラム１０１に巻回された長尺のベース材１（図２（Ａ））を引き出し、第１減圧室５０を経由して、成膜室２０に搬送し、成膜室２０内で第１位置決めローラ１０９、ターゲットローラ１１１および第２位置決めローラ１１３を経由して、第２減圧室６０を経由して、巻取ドラム１０３がＡｇＰｄ合金層被覆ベース材３を巻き取る。

【0029】

この搬送過程において、成膜室２０内において、ターゲットローラ１１１の下部を搬送されるベース材１に、ノズル２０１からジェット流として射出される金属の微粒子が物理蒸着によって成膜される。
上記搬送を円滑に行い、ベース材１の表面を平坦に安定させて物理蒸着を遂行するため、送り出しドラム１０１と巻取ドラム１０３との間で、ベース材１およびＡｇＰｄ合金層被覆ベース材３に所定の張力が印加される。

【0030】

ターゲットローラ１１１は、物理蒸着のターゲットとしても機能し、さらに、ターゲットローラ１１１、第１、第２位置決めローラ１０９、１１３が協働して、成膜室２０内のベース材１の高さ、または、ベース材１とノズル２０１との距離を調整する位置決め機能を発揮する。
物理蒸着の条件を変更（調整）するため、これらのローラの位置は調整可能である。
ターゲットローラ１１１の最下面とノズル２０１の先端の間隔は相対的に決定することができ、たとえば、ターゲットローラ１１１の最下面に対するノズル２０１の先端の位置、向きを調整可能にすることもできる。
特に、ベース材１が幅広い条帯で長尺の場合、ベース材１の横方向にＡｇＰｄ合金微粒子２ｂを堆積させる必要があり、たとえば、ノズル２０１を横方向に移動させる、または、射出の向きを変化させる。

【0031】

高速なＡｇＰｄ合金微粒子２ｂのベース材１の表面への物理蒸着によりベース材１が加熱される。そのため、ベース材１を冷却することが望ましい。
その１方法として、ターゲットローラ１１１を冷却される。具体的には、ターゲットローラ１１１の内部に空洞を設け、その空洞内に冷媒、たとえば、水、空気を導入して、ターゲットローラ１１１と接するベース材１を間接的に冷却する。このようにすれば、物理蒸着により加熱される部分でベース材１が冷却されるので、ベース材１が過度に加熱されることを防止することができ、好ましい。
なお、この冷却により、物理蒸着による成膜条件は変化しない。

【0032】

第１減圧室５０および第２減圧室６０は、後述するＡｇＰｄ合金塊（ＡｇＰｄ合金蒸発源）２のジェット噴出を可能とするため、真空ポンプ３０５によって高い真空雰囲気の成膜室２０の真空度を維持するために配設されている。
すなわち、成膜室２０には、ベース材１が導入され、ＡｇＰｄ合金層被覆ベース材３が排出されるので、成膜室２０は完全には密閉されていない。そこで、大気圧と成膜室２０内の真空度との間に、圧力緩衝手段として、第１減圧室５０および第２減圧室６０を設けて、成膜室２０が直接大気圧の影響を受けないようにしている。
第１減圧室５０は真空ポンプ３０１により、第２減圧室６０は真空ポンプ３０３により、真空状態に維持されているが、後述する成膜室２０の真空度程の真空度ではない。

【0033】

物理蒸着系
本発明の分離蒸着系は、成膜室２０、ＡｇＰｄ合金微粒子蒸発室３０、不活性ガス供給源４０、レーザー装置７０を有する。
不活性ガス供給源４０は、Ａｒガス，Ｈｅガス，窒素ガス等の不活性ガスをＡｇＰｄ合金微粒子蒸発室３０に供給可能であるが、後述するように、不活性ガス供給源４０は必須ではない。

【0034】

成膜室２０は、真空ポンプ３０１によって高い真空雰囲気に維持されている。
ローディング・搬送部１０の動作により、成膜室２０にはベース材１が導入され、第１位置決めローラ１０９、ターゲットローラ１１１、第２位置決めローラ１１３を経由して成膜室２０から排出される。

【0035】

微粒子蒸発室３０には、ＡｇＰｄ合金蒸発源（ＡｇＰｄ合金塊）２が配置されており、ＡｇＰｄ合金蒸発源２にレーザー装置７０からのレーザー光が照射されて、ＡｇＰｄ合金微粒子２ａが蒸発する。
ＡｇＰｄ合金微粒子２ａの発生にレーザー光を使用する理由は、スポットを小さく絞ったレーザー光をＡｇＰｄ合金蒸発源２に照射することにより、微小な領域のＡｇＰｄ合金蒸発源２を加熱してＡｇＰｄ合金の組成を維持したままの微粒子を発生させることができるからである。
レーザー光に代えて、たとえば、アークを用いた場合、スポットの小さなレーザー光を用いた場合とは異なり、蒸気圧の違いにより被覆膜の組成のずれが大きくなる。
したがって、Ａｇとパラジウム（Ｐｄ）の組成を維持した状態でＡｇＰｄ合金微粒子２ａを蒸発させるため、高いエネルギーを持つレーザー装置を用い、かつ、ｎｍオーダー、たとえば、５〜１００ｎｍのＡｇＰｄ合金微粒子２ａを発生可能なスポットのレーザー光を照射させる。
蒸発室３０は、真空ポンプ３０７によって真空雰囲気にされ、不活性ガス供給源４０からＡｒガス，Ｈｅガス，窒素ガス等のいずかの不活性ガスが提供されている。

【0036】

物理蒸着のメカニズム
図４に図解したように、微粒子蒸発室３０において発生したＡｇＰｄ合金微粒子２ａは、微粒子移送管２０２で移送されて、成膜室２０内に位置するノズル２０１から、蒸発室３０と成膜室２０との気圧差に起因する超高速のガス流のＡｇＰｄ合金微粒子２ｂとなってターゲットローラ１１１の下に位置するベース材１の表面に噴射されて堆積される。
ＡｇＰｄ合金微粒子２ｂの膜厚は、たとえば、０．０５〜〜５μｍ、好ましくは、０．６〜２２μｍである。

【0037】

ベース材１およびＡｇＰｄ合金層被覆ベース材３は、成膜室２０内で、連続的に搬送されが、その搬送は上記物理蒸着による成膜の状態と連携して行う。
たとえば、ベース材１の幅が広い場合、ＡｇＰｄ合金微粒子２ｂが上記所望の均一な厚さになるように、ノズル２０１をベース材１の幅方向に往復移動させながら物理蒸着を行い、かつ、ベース材１の搬送を行う。あるいは、複数のノズル２０１を横方向に併置して、複数の超高速のガス流のＡｇＰｄ合金微粒子２ｂをベース材１に噴射させてもよい。
制御装置９０は上記物理蒸着と搬送の制御を行う。

【0038】

図２（Ｂ）はベース材１の幅一杯にＡｇＰｄ合金微粒子２ｂが成膜された場合を示し、図２（Ｃ）はベース材１の中央にのみＡｇＰｄ合金微粒子２ｂが成膜された状態を示す。 図２（Ｂ）と図２（Ｃ）の相違は、ノズル２０１からのＡｇＰｄ合金微粒子２ｂの噴射方法の相違であり、ＡｇＰｄ合金微粒子２ｂの成膜方法には基本的な相違はない。すなわち、図２（Ｂ）の場合、幅の広いノズル２０１を用いるか、ノズル２０１を幅方向に往復させるかなどによる。図２（Ｃ）の場合は、幅の狭いノズル２０１を用いるか、ノズル２０１を幅方向に往復させる距離を短くする。

【0039】

以下、図１に図解した物理蒸着系について図３を参照して、さらに、本発明の好ましい実施の形態として、超音速フリージェット物理蒸着（ＳＦＪ−ＰＶＤ）を適用した例について述べる。
図３は、図１に図解した、微粒子蒸発室３０、レーザー装置７０、成膜室２０の構成の具体例を図示している。なお、ローディング・搬送部１０は図解を省略している。

【0040】

微粒子蒸発室３０には真空ポンプ３０７（ＶＰ１）に接続した排気管３１１が設けられており、真空ポンプ３０７（ＶＰ１）の作動により蒸発室３０内が排気され、１０⁻⁶Ｔｏｒｒ程度以下の真空雰囲気にされ、好ましくはガス置換を行う。蒸発室３０にマスフローコントロール３１２を介して不活性ガス供給源４０から、ＨｅあるいはＮ2などの不活性の雰囲気ガス所定の流量で供給される。
なお、成膜時は、蒸発室３０内を大気雰囲気または減圧雰囲気とする。
蒸発室３０内には、蒸発室３０の外部に配置された回転モータ３１４ａに接続されて回転駆動可能に構成されたテーブル３１４が設けられ、このテーブル３１４の上にＡｇＰｄ合金蒸発源２が配置されている。

【0041】

レーザー装置７０は、レーザー光発生部７０Ａと光学系７０Ｂとを有する。
レーザー光発生部７０Ａは、レーザ光源、および、必要に応じて、波長変換手段を有する。
光学系７０Ｂは、レーザー光発生部７０Ａから射出されたレーザー光を、スポット径を絞ったレーザー光として、ＡｇＰｄ合金蒸発源２に導く光学要素で構成されている。すなわち、光学系７０Ｂは、アパーチャ７１６ｂ、ミラー７１６ｃ、レンズ７１６ｄ及びミラー７１６ｅなどから構成される。光学系としては、上記以外のミラーやレンズなどを適宜さらに用いた構成としてもよい。
レーザー光発生部７０Ａから射出されたレーザ光は、ミラーなどの偏向手段で向きを代えられ、レンズで集光されながら、蒸発室３０に載置された石英などからなる光照射窓３０ａから蒸発室３０の内部に導かれ、ＡｇＰｄ合金蒸発源２にスポット光として微小な領域に照射され、ＡｇＰｄ合金蒸発源２を加熱する。
回転モーター３１４ａの駆動と、レーザー光発生部７０Ａの駆動は、たとえば、制御装置９０により制御する。

【0042】

レーザー光発生部７０Ａは、ＡｇＰｄ合金蒸発源２を加熱して、ＡｇＰｄ合金の組成を維持した状態のまま、ＡｇＰｄ合金微粒子２ａを蒸発させるに十分なエネルギーの高いレーザー、たとえば、Ｑ−スイッチを用いたＮｄ：ＹＡＧレーザ、ＣＯ2レーザ、エキシマレーザなどを適宜用いることができる。
たとえば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの基本波（１０６４ｎｍ）、ＣＯ2レーザの基本波（約１０μｍ）、あるいはエキシマレーザの基本波（ＸｅＣｌエキシマレーザの場合で３０８ｎｍ）のレーザ光、さらに、短波長が必要な場合、たとえば、非線形結晶を用いて、これらレーザ光の基本波を変換した２倍波や３倍波などの基本波を波長変換した短波長のレーザ光が用いることができる。
たとえば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの場合、非線形結晶を用いて基本波１０６４ｎｍの光を、短波長、たとえば、２倍波の５３２ｎｍ、４倍波の２６６ｎｍの光に波長変換して用いることができる。なお、たとえば、パルスエネルギーは０．２〜４Ｊ、パルスの周波数は１０〜２０Ｈｚである。

【0043】

ＡｇＰｄ合金が組成を維持してそのまま微粒子として蒸発されるような微小なスポット径のレーザ光によりＡｇＰｄ合金蒸発源２の微小領域のみが加熱されて微小領域が蒸発する。これにより、ＡｇＰｄ合金蒸発源２から蒸発した原子としてナノメートル（ｎｍ）オーダーの直径のＡｇＰｄ合金の微粒子（以下、ＡｇＰｄ合金ナノ粒子とも称する）が蒸発する。

【0044】

蒸発した径がナノオーダーのＡｇＰｄ合金微粒子（ＡｇＰｄ合金微粒子２ａ）は、蒸発室３０内の雰囲気ガスとともに微粒子移送管２０２を通して成膜室２０内のノズル２０１に移送される。

【0045】

成膜室２０には真空ポンプ３０５（ＶＰ３）に接続した排気管２３１が設けられており、真空ポンプＶＰ３の作動により成膜室２０内が高い真空雰囲気に排気され、たとえば、１０^-6Ｔｏｒｒ程度以下の非常に高い真空雰囲気にされている。
成膜室２０に配設されたターゲットローラ１１１を介してベース材１およびＡｇＰｄ合金層被覆ベース材３が搬送される。
蒸発室３０から成膜室２０に向かって延びる微粒子移送管２０２の先端に、蒸発室３０で得られたナノ粒子（ＡｇＰｄ合金微粒子２ａ）を雰囲気ガスとともに成膜室２０内に噴出するノズル２０１が設けられている。
微粒子移送管２０２の外周には、不図示のコイルヒーターが設けられて加熱可能となっていてもよい。

【0046】

蒸発室３０と成膜室２０の間において、これらの室間の圧力差により高速なガスの流れが生じる。蒸発したＡｇＰｄ合金微粒子２ａ（ＡｇＰｄ合金ナノ粒子）は蒸発室３０の雰囲気ガスとともに移送管２０２を通して成膜室２０へ移送され、ノズル２０１からガス流Ｊとして、すなわち、超音速フリージェット流（ＳＦＪ）として、ターゲットローラ１１１の下部のベース材１の表面に向けて噴出されて物理蒸着する。
この原理を、超音速フリージェット物理蒸着（ＳＦＪ−ＰＶＤ）という。

【0047】

ノズル２０１は、１次元もしくは２次元の圧縮性流体力学理論を基にガスの種類と組成及び成膜室２０の排気能力に応じて設計されており、合金微粒子移送管２０２の先端に接続され、あるいは、微粒子移送管２０２の先端部分と一体に形成されている。
具体的には、ノズル２０１は、ノズルの内部径が変化している縮小−拡大管であり、蒸発室３０と成膜室２０間の差圧により生起するガス流を、たとえば、マッハ数１．２以上の超音速まで高めることができる。

【0048】

図４は超音速フリージェット物理蒸着（ＳＦＪ−ＰＶＤ）による物理蒸着のメカニズムを図解した図である。
ノズル２０１によって、ＡｇＰｄ合金ナノ粒子ＮＰ（蒸発したＡｇＰｄ合金微粒子２ａ）と雰囲気ガスを含むガス流を、たとえば、超音速にまで加速し、加速したＡｇＰｄ合金ナノ粒子ＮＰ（高速ＡｇＰｄ合金微粒子２ｂ）をガス流Ｊに乗せて成膜室２０中においてベース材１の表面に向けて噴出し、ガス流Ｊの噴出範囲Ｒにおいて、ベース材１の上に物理蒸着させ、ＡｇＰｄ合金層を形成する。

【0049】

なお、蒸発室３０、成膜室２０あるいは移送管２０２に、適宜、ＡｇＰｄ合金ナノ粒子と反応させるガスを添加することができる。
たとえば、窒素を添加することで、窒化物のナノ粒子を得ることができ、窒化物の物理蒸着膜が成膜可能である。また、酸素を添加することで酸化物のナノ粒子を得ることができ、酸化物の物理蒸着膜を成膜可能である。また、蒸発室３０、成膜室２０あるいは移送管２０２などに、水素を適宜添加してもよく、その結果、成膜しやすくなるという利点がある。

【0050】

本実施形態では、ＡｇＰｄ合金蒸発源２をレーザー光によって微小な領域を局所的に加熱して局所的に加熱された微小な部分がそのままの組成でＡｇＰｄ合金ナノ粒子化するので、成膜中に組成が変動するという不具合を回避できる。換言すれば、ＡｇＰｄ合金の組成を維持したままのＡｇＰｄ合金ナノ粒子を生成することができる。
なお、ＡｇＰｄ合金からなる蒸発源２の組成を変更することで、ベース材１上に形成されるＡｇＰｄ合金層の組成を容易に変更することができる。
ＡｇＰｄ合金蒸発源２の組成を変更することで、ベース材１に堆積されるＡｇＰｄ合金層の組成を、たとえば、Ｐｄが０〜１００重量％の範囲で適宜調節であり、形成可能なＡｇＰｄ合金の組成の自由度が大きい。

【0051】

本実施形態において形成するＡｇＰｄ合金層の膜厚は、用途に応じて、上記例示した厚さにすることができる。
本実施形態によれば、ＡｇＰｄ合金層の膜厚を上記例示した厚さまで成膜しても内部ひずみが小さく、成膜時の割れを抑制することができた。したがって、膜厚の自由度が大きいという利点がある。

【0052】

本実施形態においては、たとえば、１〜２００ｎｍ好ましくは、１〜１００ｎｍの粒径を有するＡｇＰｄ合金の微粒子をＡｇＰｄ合金層の厚み方向に均一な粒径で堆積してＡｇＰｄ合金層を形成することができる。
あるいは、たとえば、上記した粒径を有するＡｇＰｄ合金の１次粒子が複数個凝集して２次粒子となったＡｇＰｄ合金の微粒子をＡｇＰｄ合金層の厚み方向に均一な粒径で堆積してＡｇＰｄ合金層を形成することができる。

【0053】

本実施形態において形成されるＡｇＰｄ合金層は、ベース材との密着性が高く、たとえば、回転機器に用いて摺動する部分に適用しても、ＡｇＰｄ合金層の剥離を抑制することができる。
本実施形態によれば、ベース材の表面にＡｇＰｄ合金層を被覆したクラッド複合材料である摺動接点材において、ＡｇＰｄ合金層の組織を構成するＡｇＰｄ合金の微粒子の粒径が厚み方向に均一になるように形成できる。
したがって、粗大粒子が摺動接点材の磨耗時に剥離することが防止され、接触部における接触不良及び回転機器としての寿命のばらつきを抑制することができる。

【0054】

上述した説明は、ノズル２０１によりＡｇＰｄ合金ナノ粒子を含むガス流を超音速まで加速することについて述べたが、ノズル２０１は、ノズル内部径が変化している縮小管あるいは、たとえば、ノズル出口マッハ数０．７５以下の亜音速、同マッハ数０．７５〜１．０の遷音速あるいは１．０〜１．２５程度の縮小−拡大管であり、蒸発室３０と成膜室２０間の差圧により生起するガス流を、たとえば、マッハ数０．７５以下の亜音速あるいはマッハ数０．７５〜１．２５の遷音速まで高めることができる構成でもよい。
上記の構成のノズルによって、ナノ粒子と雰囲気ガスを含むガス流を亜音速あるいは遷音速にまで加速し、ナノ粒子をガス流Ｊに乗せて成膜室２０内においてベース材１の表面に向けて噴出し、ベース材１の表面に物理蒸着させ、ＡｇＰｄ合金層を形成する。

【0055】

上述したナノ粒子と雰囲気ガスを含むガス流を亜音速あるいは遷音速にまで加速する構成の場合には、たとえば、蒸発室３０は、５ｋＰａ（３９Ｔｏｒｒ）〜９０ｋＰａ（７００Ｔｏｒｒ）とされ、成膜室２０は、たとえば、０．０１ｋＰａ（０．０８Ｔｏｒｒ）〜５ｋＰａ（３９Ｔｏｒｒ）とされる。

【0056】

上記のノズルとしては、たとえば、耐熱ガラス製の縮小管のノズルを使用可能である。この場合、移送管と一体に形成することが可能である。これにより、高周波（ＲＦ）加熱が可能となる。また、ノズル内でのプラズマ化も必要に応じて可能である。

【0057】

上記のＡｇＰｄ合金ナノ粒子と雰囲気ガスを含むガス流を亜音速あるいは遷音速にまで加速する構成の場合には、ガス流の速度が亜音速または遷音速であるので、使用されるノズルの設計の自由度が高くなり、設計自体及び製作が容易となり、物理蒸着装置としてのコストを削減できる。
さらに、ガス流の加速は亜音速または遷音速とする場合、超音速領域のガス流に発生する衝撃波の影響がない、あるいは非常に小さくすることができる。

【0058】

また、ガス流の速度を亜音速または遷音速とする場合、さらに下記の（１）〜（５）の効果を享受することができる。
（１）ナノ粒子が成膜対象のベース材に衝突する際にも、超音速に加速されたガス流はベース材に衝突する際に衝撃波が発生し、ナノ粒子は衝撃波の影響で質の高い膜が得られにくい可能性がある。本実施形態では、衝撃波の影響がない、あるいは非常に小さいので、成膜条件によっては超音速のガス流を用いた場合より質の高い膜を形成できる可能性がある。
（２）蒸発室３０と成膜室２０の圧力差を小さくできるので、成膜室２０に用いる第３真空ポンプ３０５のポンプ性能を低くすることが可能となり、これにより物理蒸着装置の価格を低減することが可能である。
（３）蒸発室３０と成膜室２０の圧力差を小さくできるので、蒸発室３０の圧力を低くでき、不活性ガス供給源４０から供給する不活性ガス、たとえば、ヘリウムの流量を少なくすることができ、これにより価格を低減することが可能である。
（４）蒸発室３０と成膜室２０の圧力差を小さくできるので、成膜室２０の圧力を低くでき、蒸気圧の低い材料を蒸発源の材料として選択することが可能となる。たとえば、Ａｌなどの蒸気圧の低い材料を蒸発源の材料として用いる場合、Ａｌナノ粒子を得るために蒸発チャンバー真空度が高いほど得やすくなる。
本実施形態では、蒸発室３０と成膜室２０の圧力差が小さくても可能であるため、蒸発室３０内の圧力を下げることが可能であり、これにより蒸発源として蒸気圧の小さい材料を用いることが可能となり、材料として可能な選択肢を増やすことができる。
（５）ガス流の速度が亜音速または遷音速でよいことから成膜室２０内に設けられるノズルと成膜対象であるベース材間の距離の自由度が増加する。
たとえば、超音速フリージェットを用いる場合には、衝撃波をなくすように設計されているものの、現実にはシュリーレン法によれば衝撃波が交錯する領域があるとされており、ノズルのベース材間の距離にはある程度の制約がある。

【0059】

本実施形態では、ガス流の速度が亜音速または遷音速でよいことから衝撃波の影響がない、あるいは非常に小さいので、ノズルとベース材間の距離を自由に設定することが可能となる。

【0060】

なお、図２（Ｂ）図解したＡｇＰｄ合金層被覆ベース材３を成膜するか、図２（Ｃ）に図解したＡｇＰｄ合金層被覆ベース材３を成膜するかは、図２（Ｂ）の場合、幅の広いノズル２０１を用いるか、ノズル２０１を幅方向に往復させるか、または、図２（Ｃ）の場合は、幅の狭いノズル２０１を用いるか、ノズル２０１を幅方向に往復させる距離を短くする。

【0061】

＜実施例＞
第１実施形態に基づいて、摺動接点材を製造した。
摺動接点材は、ＣｕＳｎ合金からなるベース材１上にＡｇＰｄ（Ｐｄ５０重量％）合金層２ｂを２μｍの膜厚で形成した。

【0062】

図５（ａ）〜（ｄ）及び図６（ａ）〜（ｄ）は、本実施例に係るＡｇＰｄ合金層の表面を撮影した電子顕微鏡写真（ＳＥＭ）である。それぞれ、倍率は１６０倍、５００倍、３０００倍、１００００倍、２００００倍、５００００倍、１０００００倍、１０００００倍（図６（ｃ）と（ｄ）は同倍率）である。
図５（ａ）と図５（ｂ）から、ほぼ平坦な表面を有するＡｇＰｄ合金層が形成されており、図５（ｄ）から、約１００ｎｍ程度の粒径のＡｇＰｄ微粒子が堆積（成膜）していることが確認された。

【0063】

図６（ｃ）と図６（ｄ）から、約１０ｎｍ程度の粒径のＡｇＰｄ微粒子の１次粒子が堆積していることが確認された。
上記の結果から、約１０ｎｍの粒径を有するＡｇＰｄ合金の１次粒子が複数個凝集して、約１００ｎｍ程度の粒径の２次粒子となったＡｇＰｄ合金の微粒子が堆積していることが確認された。

【0064】

図７（ａ）及び（ｂ）は、本実施例に係るＡｇＰｄ合金層の断面を撮影した電子顕微鏡写真（ＳＥＭ）である。それぞれ、倍率は５００００倍である。
ベース材１の表面にＡｇＰｄ合金層２ｂが形成されている様子を示している。
図７（ａ）及び（ｂ）ともに、ベース材とＡｇＰｄ合金層の界面に隙間はなく、ベース材１とＡｇＰｄ合金層２ｂ間の密着性が良好であることを示している。ＡｇＰｄ合金層２ｂ内に間隙は存在しておらず、緻密な膜として形成されている。
また、図７（ａ）中にはベース材１の表面に凹部１Ａが存在していたが、ＡｇＰｄ合金層２ｂは凹部１Ａの内部にまで入り込んで形成されていたことが確認された。

【0065】

本実施例によれば、ベース材の形状が平坦ではないもの、あるいは傷などの凹部が存在するものであっても問題なく、ＡｇＰｄ合金層を形成することができることが確認された。
また、ベース材１上にＡｇＰｄ（Ｐｄ５０重量％）合金層２ｂを形成した試料を切断してもＡｇＰｄ合金層は剥離せず、また、９０°に折り曲げた後に元に戻す曲げ戻し試験を行ってもＡｇＰｄ合金層は剥離しなかった。
このように、本実施例によれば、ベース材１とＡｇＰｄ合金層２ｂとの間の密着性が良好であり、剥離しにくい膜であることが確認された。

【0066】

図８（ａ）〜（ｃ）は本実施例に係るＡｇＰｄ合金層の断面を撮影した電子顕微鏡写真（ＳＥＭ）である。それぞれ、倍率は１８０００倍、２００００倍、５００００倍である。
図８（ａ）はベース材１上にＡｇＰｄ合金層２ｂが形成されている様子を示しており、図８（ｂ）及び（ｃ）ＡｇＰｄ合金層の領域をさらに拡大したものである。
図８（ａ）〜（ｃ）から、約１００ｎｍ程度の粒径のＡｇＰｄ微粒子が堆積していることが確認された。また、ＡｇＰｄ合金層の組織中に粗大粒子は存在せず、組織を構成するＡｇＰｄ合金の微粒子の粒径が厚み方向に均一になっていることが確認された。

【0067】

ローディング・搬送部１０におけるローディングの各種の態様を述べる。
ローディング・搬送部の各種態様（１）
図９（Ａ）〜（Ｆ）は、図１における、ローディング・搬送部１０の各種態様を図解した図である。図９（Ａ）〜（Ｆ）において、ベース材１／ＡｇＰｄ合金層被覆ベース材３が搬送される経路における、主要なローラ、すなわち、送り出しドラム１０１、巻取ドラム１０３、成膜室２０内のターゲットローラ１１１の設置方法の例を示した。
図９において、記号ＳＳＦＪは、超音速フリージェット物理蒸着（ＳＦＪ−ＰＶＤ）部分、すなわち、蒸発室３０、微粒子移送管２０２、ノズル２０１を概略的に図解したものである。
特に、図９（Ａ）〜（Ｆ）は、送り出しドラム１０１および巻取ドラム１０３を、成膜室２０の外部に配設した例を示している。成膜室２０は高い真空雰囲気に維持されるから、成膜室２０の寸法は極力小さいことが望ましい。

【0068】

図９（Ａ）は、成膜室２０には、図１に例示したターゲットローラ１１１を配設せず、成膜室２０内に２対のピンチローラＰを配設して、ベース材１にＡｇＰｄ合金微粒子を超音速フリージェットを適用して物理蒸着させて搬送させる場合を図解している。
図９（Ｂ）は、成膜室２０に、２個のターゲットローラ１１１を配設して、この間でベース材１にＡｇＰｄ合金微粒子を超音速フリージェットを適用して物理蒸着させて搬送させる場合を図解している。
図９（Ｃ）は、図１に例示した構成に類似しており、成膜室２０に、１個のターゲットローラ１１１、その前後に、第１、第２の位置決めローラ１０９、１１３を配設して、ターゲットローラ１１１においてベース材１にＡｇＰｄ合金微粒子を超音速フリージェットを適用して物理蒸着させて搬送させる場合を図解している。
図９（Ｄ）は、図９（Ｃ）に例示した構成に類似しており、成膜室２０に、１個のターゲットローラ１１１、その前後に、第１、第２の位置決めローラ１０９、１１３を配設して、ターゲットローラ１１１においてベース材１にＡｇＰｄ合金微粒子を超音速フリージェットを適用して物理蒸着させて搬送させる場合を図解している。
図９（Ｅ）は、成膜室２０に１個のターゲットローラ１１１のみを配設して、ターゲットローラ１１１においてベース材１にＡｇＰｄ合金微粒子を超音速フリージェットを適用して物理蒸着させて搬送させる場合を図解している。
図９（Ｆ）は、成膜室２０に、１個のターゲットローラ１１１、その前後に、第１、第２の位置決めローラ１０９、１１３を配設して、ターゲットローラ１１１においてベース材１にＡｇＰｄ合金微粒子を超音速フリージェットを適用して物理蒸着させて搬送させる場合を図解している。

【0069】

本実施の形態において、上記例示したローディング法を適宜採用することができる。
なお、これらローラの配置は、安定して搬送が可能なこと、安定して、超音速フリージェット物理蒸着（ＳＦＪ−ＰＶＤ）によるＡｇＰｄ合金微粒子の層が形成されることを考慮して決定することができる。
さらに好ましくは、ベース材１に堆積されたＡｇＰｄ合金微粒子の層が、極力、第１、第２位置決めローラ１０９、１１３の面に触れないことが、ＡｇＰｄ合金微粒子の層の傷が付くことを防止するなどの観点から望ましい。その観点からは、図１および図９（Ｃ）に図解したローディング法が好ましい。

【0070】

ローディング・搬送部の各種態様（２）
図１０（Ａ）〜（Ｆ）は、図１における、ローディング・搬送部１０の各種態様を図解した図である。
図１０（Ａ）〜（Ｆ）において、ベース材１／ＡｇＰｄ合金層被覆ベース材３が搬送される経路における、主要なローラ、すなわち、送り出しドラム１０１、巻取ドラム１０３、成膜室２０内のターゲットローラ１１１の設置方法の例を示した。
図１０において、ＳＳＦＪは、超音速フリージェット物理蒸着（ＳＦＪ−ＰＶＤ）部分、すなわち、蒸発室３０、微粒子移送管２０２、ノズル２０１を概略的に図解したものである。
特に、図１０（Ａ）〜（Ｆ）は、送り出しドラム１０１および巻取ドラム１０３をも、成膜室２０の内部に配設して全てのローラを成膜室２０内に配置した例を示している。

【0071】

図１０（Ａ）は、ローラのローディング方法および配置は、図９（Ａ）と同様であるが、成膜室２０内に２対の送り出しドラム１０１、２対のピンチローラＰ、巻取ドラム１０３を配設してベース材１にＡｇＰｄ合金微粒子を超音速フリージェットを適用して物理蒸着させて搬送させる場合を図解している。
図１０（Ｂ）は、成膜室２０に、送り出しドラム１０１、２個のターゲットローラ１１１、巻取ドラム１０３を配設した例を図解している。
図１０（Ｃ）は、成膜室２０に、送り出しドラム１０１、１個のターゲットローラ１１１、その前後に、第１、第２の位置決めローラ１０９、１１３、巻取ドラム１０３を配設した例を図解している。
図１０（Ｄ）は、成膜室２０に、送り出しドラム１０１、１個のターゲットローラ１１１、その前後に、第１、第２の位置決めローラ１０９、１１３、巻取ドラム１０３を配設した例を図解している。
図１０（Ｅ）は、成膜室２０に、送り出しドラム１０１、１個のターゲットローラ１１１、巻取ドラム１０３を配設した例を図解している。
図１０（Ｆ）は、成膜室２０に、送り出しドラム１０１、１個のターゲットローラ１１１、その前後に、第１、第２の位置決めローラ１０９、１１３、巻取ドラム１０３を配設した例を図解している。

【0072】

本実施の形態において、上記例示したローディング法を適宜採用することができる。
なお、これらローラの配置は、安定して搬送が可能なこと、安定して超音速フリージェット物理蒸着（ＳＦＪ−ＰＶ）によるＡｇＰｄ合金微粒子の層が形成されることを考慮して決定することができる。
さらに好ましくは、ベース材１に堆積されたＡｇＰｄ合金微粒子の層が、極力、第１、第２位置決めローラ１０９、１１３の面に触れないことが、ＡｇＰｄ合金微粒子の層の傷が付くことを防止するなどの観点から望ましい。

【0073】

本実施形態に基づく、たとえば、摺動接点材のＡｇＰｄ合金層は、ベース材との密着性が高く、回転機器に用いて摺動させても、ＡｇＰｄ合金層の剥離を抑制することができる。
本実施形態による摺動接点材は、ベース材の表面にＡｇＰｄ合金層をコーティングしたクラッド複合材料である摺動接点材において、ＡｇＰｄ合金層の組織を構成するＡｇＰｄ合金の微粒子の粒径が厚み方向に均一になっている。したがって、粗大粒子が摺動接点材の磨耗時に剥離することが防止され、摺動接触部における接触不良及び回転機器としての寿命のばらつきを抑制することができる。

【0074】

ＡｇＰｄ合金層が形成されているベース材は、たとえば、ブラシ形状に加工され、直流小型モーターあるいはポジションセンサなどの回転機器の機械的な摺動部に用いられる摺動接点材であるブラシに適用することができる。
特に、ＡｇＰｄ合金層の組織を構成するＡｇＰｄ合金の微粒子の粒径が厚み方向に均一になっていることから、摺動時にＡｇＰｄ合金の微粒子の剥離が生じても、剥離後の表面に新たな微粒子面が形成され、接触不良の問題を抑制することができるので摺動接点材に適している。特に、電流容量の小さな直流小型モーターあるいはポジションセンサなどの回転機器の機械的摺動部に用いられる摺動接点材に適している。
また、本実施形態による摺動接点材料、小電流、小接触の摺動接触部に適しており、特に直流小型モーターのブラシに好ましく用いることができる。

【0075】

本発明の実施の形態のＡｇＰｄ合金連続成膜（被覆）装置によれば、上述したＡｇＰｄ合金層被覆ベース材３を連続的に製造することができる。

【0076】

図１に図解したＡｇＰｄ合金連続被覆装置１００は、成膜室２０、蒸発室３０、レーザー装置７０などの、好適には、超音速フリージェット物理蒸着（ＳＦＪ−ＰＶＤ）により物理蒸着を行い部分と、ローディング・搬送部とから構成されており、装置構成も特に複雑ではない。

【0077】

本発明の実施に際しては、上記の実施の形態に限定されない。
たとえば、ＡｇＰｄ合金の微粒子を含むガスをノズルから噴出して得られるガス流は、超音速に限定されず、遷音速あるいは亜音速でもよい。
ベース材としては、たとえば、摺動接点材として、ＣｕまたはＣｕＳｎ合金を用いることについて説明しているが、これに限定されるものではなく、他の材料からなるベース材にも適用できる。
Ａｇ合金は、例示したＡｇＰｄ合金に限らず、他のＡｇ合金、たとえば、ＡｇＺｎ合金、ＡｇＡｌ合金、ＡｇＮｉなどでもよい。

【0078】

たとえば、本発明は、広く、金属及び／又はセラミックについても適用することができる。
この場合、微粒子蒸発室３０に、該当する金属及び／又はセラミック微粒子層蒸発源を配置し、レーザー装置７０により、この蒸発源から組成を維持した状態の径の微粒子を蒸発させる。

【0079】

成膜方法は上述例に限らない。
図１１（Ａ）は、ベース材１の表面に、２か所、ＡｇＰｄ合金微粒子２ｂを成膜した例を示す。この例示は、たとえば、ベース材１の横方向に、２個のノズル２０１を配置すればよい。

【0080】

図１１（Ｂ）は、ベース材１の表面に、１か所にＡｇＰｄ合金微粒子２ｂを成膜し、他の１か所に、銀（Ａｇ）の微粒子層槽を同時に成膜した例を示す。
この場合は、たとえば、ＡｇＰｄ合金微粒子蒸発室３０と銀微粒子蒸発室とを併設し、２個のノズルに接続され２個のた移送管を配設する。一方のノズル２０１からはＡｇＰｄ合金微粒子が噴射され、他方のノズルからは銀微粒子が噴射されて、これらがベース材１に同時に成膜される。

【0081】

図１１（Ｃ）は、ベース材１の表面に、１層目にＡｇＰｄ合金微粒子２ｂを成膜し、その上の２層目に、たとえば、銀微粒子を成膜した例を示す。
この場合は、ＡｇＰｄ合金微粒子蒸発室３０と銀微粒子蒸発室とを設け、成膜室２０内に、たとえば、ターゲットローラ１１１の真下に、ＡｇＰｄ合金微粒子を噴射するノズル２０１を配置して先にベース材１の表面にＡｇＰｄ合金微粒子２ｂを成膜し、さらに、ターゲットローラ１１１と第２位置決めローラ１１３との間に第２のノズルを配置してそのノズルから銀の微粒子を噴射させて、ＡｇＰｄ合金微粒子２ｂが成膜された上に銀の微粒子を重ねて成膜させることができる。

【0082】

なお、図１１（Ｃ）に図解した例示においては、上記した例とは逆に、１層目に銀微粒子層を成膜し、２層目にＡｇＰｄ合金微粒子２ｂを成膜することもできる。

【0083】

もちろん、成膜方法は上記例示に限らず、その他、種々の成膜方法をとることができる。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。

【符号の説明】

【0084】

１００・・・ＡｇＰｄ合金連続被覆装置、１・・・ベース材（基材）、２・・・ＡｇＰｄ合金蒸発源（ＡｇＰｄ合金塊）、２ａ・・・蒸発したＡｇＰｄ合金微粒子、２ｂ・・・高速なＡｇＰｄ合金微粒子、３・・・ＡｇＰｄ合金層が被覆されたベース材、１０・・・ローディング・搬送部、１０１・・・送り出し（搬送）ドラム、１０３・・・巻取ドラム、１０９・・・第１位置決めローラ、１１１・・・ターゲットローラ、１１３・・・第２位置決めローラ、２０・・・成膜室、２０１・・・ノズル、２０２・・・微粒子移送管（移送管）、３０・・・微粒子蒸発室、４０・・・不活性ガス供給源、５０、６０・・・減圧室、７０・・・レーザー装置、７０Ａ・・・レーザー光発生部、７０Ｂ・・・光学系、９０・・・制御装置、３０１、３０３、３０５、３０７・・・真空ポンプ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図9】

【図10】

【図11】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】