专利名称：金属多层膜结构及其制造方法和应用的制作方法
金属多层膜结构及其制造方法和应用技术领域
本发明涉及一种金属多层膜结构及其形成方法，具体来说涉及一种通过喷镀在树脂基板上形成的金属多层膜结构及其制 造方法。其还涉及具有该金属多层膜结构的用于车辆的延长反射器。
背景技术：
在图5中示出了车灯的基本结构。透镜盖50和灯体51 构成灯腔52，其盛放灯泡53和设置在灯泡53周围的反射器54。 从灯泡53发出射向反射器54的光L从反射器54反射并通过透镜 盖50投射到灯的前方。
当在白天关闭光源的同时从前面观察上述结构的车灯时， 设置于反射器54和灯体51之间形成的空隙55后面的灯体51能够 通过透镜盖50和通过该空隙看到。这一事实极端地恶化了作为灯 的外观。
具体来说，存在由多个灯体组成的车灯，每个灯体都包括 组合在灯腔中的灯泡和反射器。在这种情况下，设置在后面的灯体 能够通过形成于反射器和灯体之间的空隙看见，以及另外通过相邻 反射器之间形成的空隙看见。这种事实进一步恶化了外观。
为了防止这种问题的出现，延长反射器56设置在灯腔52 中相对较少地涉及光学系统的区域里。延长反射器56覆盖设置在 后面的灯体51以便改进这种现象。另外，这迫使观察者视觉上识 别该延长反射器56，延长反射器吸收外来的光，从而产生令人印象 深刻的优化设计。
图5中作为放大图示出了延长反射器56通常结构的实施 例。它包括树脂基板60，在树脂基板上应用并干燥/硬化的底涂层 61是由丙烯酸基的树脂等组成用于使树脂基板的粗糙表面光滑。在 底涂层上，应用并干燥/硬化彩色涂层62，用来给灯一个改良的图 像还用来改进并套色灯设计的不同现象。再进一步在彩色涂层上， 应用并干燥/硬化用于保护的外涂层63，以完成多层膜结构。
图6中示出了在树脂基板上形成多层膜的另一个实施例。 该膜包括ABS树脂70，在其上应用并干燥聚酯型聚氨酯基中间涂层 71。在中间涂层上，金属多层膜72是通过由喷镀交替地或同时地 形成的Si02 (陶瓷)膜及铜膜构成。另外在金属多层膜上，在这种 方法中应用并干燥丙烯酸聚氨酯基外涂层73 (例如，见日本专利 JP — A 62 — 89859)来完成明亮的多层膜。
图5的放大视图中示出的多层膜结构对于底涂层、彩色涂 层和保护膜涂层(外涂层)要求至少三个涂敷步骤。另外，在每个 涂敷步骤中还要求在涂敷之后用于干燥/硬化的时间。因此，这要 求时间和努力，直到多层膜形成并产生很低的生产效率问题。
通过涂敷形成膜使多层膜结构具有整体膜厚大约20pm或 更多，这相应地提高了材料的费用并增加了产品的成本。
重复一系列涂敷步骤包括涂敷并干燥/硬化，在该步骤的 过程中增加了灰尘附着于涂敷表面的程度及可能更低的产量。
有机溶剂用作涂敷的溶剂。但是希望阻止有机溶剂的使 用，不仅出于环境的考虑而且出于工人健康的考虑。
另一方面，对于图6中所示的多层膜结构来说，底涂层和 外涂层由涂敷形成，并且金属多层膜是由喷镀形成的Si02膜和铜膜 组成。因此，在形成多层膜的步骤中要求不同类型的设备，例如涂
敷设备及喷镀的设备。这增加了在生产设备中资金投入的量。另外， 不同类型设备之间的处理降低了生产的效率及产量，变成了提高产 品成本的一个因素。
在专利文献1中所描述的Si02膜和铜膜两个都具有厚度 大约为50nm的单层膜，这要比通过喷镀形成的膜的厚度要厚，并 相应地延长了膜的形成时间。因此，形成膜数量的增加导致延长膜 的形成时间并愈加降低了生产效率。发明内容
本发明的目的是解决上述问题，提供一种在树脂基板上的 金属多层膜结构及其制造方法。即提供一种非常耐用、低材料费用、 工作环境安全、时间短产量高的金属多层膜结构。
本发明涉及一种金属多层膜结构，包括交替地形成在树脂 基板上的第一金属膜和第二金属膜的两种类型的金属膜，其中第一 金属膜是由具有膜厚范围从0. 7nm至20nm的铝基材料组成，其中 第二金属膜是从一组膜厚范围从lnm至20nm的不锈钢基材料、镍 基材料、钴基材料、钛基材料和铬基材料中任选其一组成。
金属多层膜结构包括由两层或更多但不超过100层金属 膜组成的结构。更好的是，金属多层膜结构具有的总厚度为20 — 100nm。如果该膜是形成在具有弯曲表面的零件如延长反射器上， 可以部分地超出100nm厚。
本发明还涉及一种制造金属多层膜结构的方法，包括步 骤提供包括可旋转地支撑在容器中的基板夹持器及多个固定设置 在容器中的阴极的喷镀装置，用于将至少一个树脂基板附着到基板 夹持器的外表面上；附着两种金属靶至多个阴极上；在容器中提供 惰性气体环境；及绕中心轴线旋转附着有树脂基板的基板夹持器，
同时依次交替地在树脂基板上喷镀两种金属靶来形成金属膜。
在上文的方法中，惰性气体是氩气，其中金属靶之一是由 铝基材料组成的， 一方面，另一个金属靶是从由不锈钢基材料、镍 基材料、钴基材料、钛基材料、铬基材料组成的组中选择一个组成 的。
本发明进一步涉及一种车灯的延长反射器，其具有上文描 述的金属多层膜结构或通过上文描述的制造方法形成的金属多层 膜结构。
本发明使得仅仅通过喷镀在树脂基板上形成金属多层膜 成为可能。结果，在生产设备上投入资金的量能够降低，并且由于 不同类型设备之间配合引起的生产效率及产量的降低可以得以避 免。因此，大大降低了产品成本。
本发明的方法在膜形成步骤中没有包括涂敷步骤并且这 些步骤都在真空的容器中实施。因此，涂敷工作和伴随干燥/硬化 的时间就不需要了。从而，有可能提高生产效率，避免了漂浮物质 如灰尘和泥土的影响，并形成可靠的多层膜。另外，不使用任何溶 剂能够确保工作环境不会损害工人的健康。
本发明的金属多层膜结构对于每种金属来说具有单层膜 的厚度如20nm或更小。因此，即使层的数量增加也能够保持整个 膜的厚度大约为20 — 100nm,其比涂敷膜的厚度薄的多。因此，有可 能增强减少材料费用的效果以及縮短膜形成时间的效果。
图1是本发明中使用的膜形成装置的示意图。 图2示出了制造本发明金属多层膜结构的工艺步骤。 图3示出了实施例1及对比例2、 3、 4中光谱反射率的说明图。
图4示出了在耐热性测试后实施例及对比例的冶金学显微图。 图5是已有技术的车灯的横截面图。 图6示出了已有技术的多层膜的结构。
具体实施方式
图1是在本发明的金属多层膜结构制造方法中使用的膜 成形装置的示意图。该膜成形装置1使用炉状DC电磁管喷镀装置。 该装置包括真空容器2及固定地支撑在其上的两个阴极3， 3。不同 类型的金属靶4、 4分别附着在阴极上。基板夹持器5可旋转地支 撑同时对着两个金属耙4、 4。用于在其上形成膜的树脂基板6、 6 附着到基板夹持器上。在图1中，阴极和金属靶分别设置为两个， 但是它们可以提供多于2个例如4个或6个。在图1中，提供2个 树脂基板，但是它们可以设置为1个或3个或多个。
空气从真空容器2的内部排出以降压至一定的压力，接着 惰性气体被引入到真空容器中，以通过惰性气体环境替换其内部。
此后，当金属靶被惰性气体离子喷镀时，从金属靶放射出 的金属原子交替地层积到树脂基板6、 6上，来形成金属多层膜， 树脂基板附着于旋转的基板支撑器5上。该膜是由交替地形成在树 脂基板6上的两种金属层构成的。
两种金属靶的第一种金属是铝基材料。如果包含90%或 更多的铝，该铝基材料可以是高纯度的铝或铝合金。第二种金属是 不锈钢基材料。典型的实施例是SUS304，其在铁中包含18%的铬 和8%的镍。另外，SUS304L、 SUS303、 SUS316L以及SUS300系列 奥氏体基材料，SUS430包含铁酸盐基材料，以及SUS410包含马氏 体基材料用作靶。代替不锈钢基材料，第二种金属还可以包括高耐 热性合金如镍基合金(如铬镍铁合金及耐盐酸镍基合金)、钴基合 金(如钨铬钴合金)、钛基合金和铬基合金材料。
本发明的金属多层膜结构中的铝基材料具有0.7-20nm的 单层膜厚度，更优选的为0.7-10nm。膜厚薄于0. 7nm是不优选的， 因为在耐热性测试中可能出现发暗或裂纹。膜厚厚于20nm也是不 优选的，因为在耐碱性测试中落下的部分可能被变白或消失。从由 不锈钢基材料、镍基材料、钴基材料、钛基材料和铬基材料组成的 组中选一个构成的该层具有的单层膜厚为1-20nm，更优选为 l-10nm。膜厚薄于lnm的是不优选的，因为在耐碱性测试中下落部 分可能变白或消失。膜厚厚于20nm的也不优选，因为在耐热性测 试中可能出现底纹或裂纹。
根据本发明的金属多层膜最好包括2 — 100层膜，更优选 的在6 — 20层。膜超过100层导致应力，这可能导致关于扭曲问题 的可能。临近树脂基板的表面上的金属可以是第一种金属或第二种 金属。更优选的是，是第一种金属。如果需要，树脂基板可以在其 上形成多层膜之前涂底漆。
优选的是，多层膜具有的厚度为20 — 100mn。如果该膜是形成于具有弯曲表面的零件如延长的反射器上，其可能部分地超出 100nm。
现将参照附图2 — 4详细描述本发明的优选实施例(以相 同的附图标记表示相同部件)。下文描述的实施例是本发明特别优 选的实施例，并因此给出各种技术上优选的限制。但是本发明的范 围并非限于这些实施例，除非在下文的描述中给出特殊声明来限制 本发明。下文的实施例l一4都用铝基材料作为第一种金属并且用 不锈钢作为第二种金属。镍基材料、钴基材料、钛基材料或铬基材 料可以代替不锈钢作为第二种金属。这种情况下的膜能够以实施例 l一4中类似的方式形成是容易理解的。
实施例1
图2A — D示出了形成本发明金属多层膜结构的步骤。膜的 形成步骤以图2A、 B、 C、 D中所示的顺序实施并重复。真空容器(未 示出)盛放绕中心轴线可旋转支撑的基板夹持器5及两个设置得从 基板夹持器向外的静止阴极3a、 3b。铝基靶4a附着于阴极3a上同 时不锈钢(SUS304)靶4b附着于阴极3b上。两个聚丁烯对苯二酸 酯(PBT)基板6a、 6b附着于可旋转支撑的基板夹持器5上。
真空容器排空至4x10—3pa，接着氩气(Ar)以550ccm的 流率被导入，以在真空容器内形成氩气环境。
图2A示出了在PBT基板6a上形成铝膜的状态。随着其上 附着有PBT基板6a、 6b的基板夹持器5的旋转，当PBT基板6a的 一端6al到达与铝耙4a的一端4al相对的位置时，来自铝靶4a的 静电放电被启动。在基板夹持器5启动以在静电放电开始时旋转之 后直到PBT基板6a2的另一端到达与铝靶4a的另一端4a2相对的 位置的周期中，铝(Al)膜7形成于PBT基板6a之上。
图2B示出了在PBT基板6a的铝膜上形成不锈钢膜的状态 及同时在PBT基板6b上形成铝膜的状态。随着基板夹持器5的旋 转，当PBT基板6a的一端6al到达与不锈钢靶4b的一端4bl相对 的位置时，来自不锈钢靶4b的静电放电被启动。在基板夹持器5 启动以在静电放电开始时旋转之后直到PBT基板6a的另一端6a2 到达与不锈钢耙4b的另一端4b2相对的位置的周期中，不锈钢 (SUS)膜8就另外形成在形成于PBT基板6a上的铝膜7上。同时， 通过来自铝靶4a的静电放电，铝膜7形成于PBT基板6b上。
在图2C中，随着基板夹持器5的旋转，当PBT基板6a 通过与铝靶4a相对的位置时，并且PBT基板6b通过与不锈钢靶4b 相对的位置时，铝膜7就形成于PBT基板6a上并且SUS膜8就形 成于PBT基板6b上。
在图2D中，随着基板夹持器5的旋转，当PBT基板6a 通过与不锈钢耙4b相对的位置，并且PBT基板6b通过与铝靶4a 相对的位置时，SUS膜8就形成于PBT基板6a上，并且铝膜7就形 成在PBT基板6b上。
在图2D中的操作完成时，4层的多层膜已经形成于PBT基板6a上了，其从PBT基板6a依次包括铝膜7、 SUS膜8、铝膜7和SUS膜8。另外，3层的多层膜已经形成在PBT基板6b上了，其从PBT基板6b依次包括铝膜7、 SUS膜8和铝膜7。
通过均交替地形成5层铝膜和SUS膜，重复上文的操作，以在附着于旋转基板夹持器5上的每个PBT基板6a、 6b上形成10层的多层膜。
在形成膜的步骤中，基板夹持器5的转数是每分钟30转， 并且来自耙4a、 4b的放电时间大约是10秒。在这一时间中提供给 靶的放电功率是直流(DC) 20千瓦(KW)。
形成在PBT基板6a、 6b上的多层膜具有的单层膜厚度为 1.4nm的铝膜，以及3.4nm厚的不锈钢膜。整个多层膜具有的膜厚 为24nm。 实施例2
基板夹持器5的转数设置在每分钟30转，并且从靶4a、 4b放电的时间设置为大约20秒。在这一期间，铝膜和SUS膜每个 交替地形成10层，从而形成20层的多层膜。提供给靶的放电功率 设置为直流10kw。此外，导入到真空容器中氩气的流率及靶的材料 确定为与实施例1中的相同。
形成在PBT基板上的多层膜具有的单层膜厚度为0.7nm 的铝膜，以及厚度为1.7nm的不锈钢膜。整个多层膜具有24nm的 厚度。实施例3
基板夹持器5的转数设置为每分钟15转，并且靶4a、 4b 的放电时间设置为大约12秒。在这一时间中，铝膜和SUS膜每个 交替地形成3层，以形成6层的多层膜。提供给靶的放电功率设置 为直流20KW。此外，导入到真空容器中氩气的流率及靶的材料确定 为与实施例1中的相同。
形成在PBT基板上的多层膜具有的单层膜厚为2.8mn的铝 膜，及6.8nm的不锈钢膜。整个多层膜具有28. 8nm的膜厚。 实施例4
基板夹持器5的转数设置为每分钟15转，从靶4a、 4b 放电的时间设置为大约40秒。在这一时间中，铝膜和SUS膜每个 交替地形成10层，以形成20层的多层膜。提供给铝靶的放电功率 设置为直流20KW，并且提供到不锈钢靶上的放电功率设置为直流 IOKW。此外，导入到真空容器中氩气的流率以及靶的材料都确定为 与实施例1中的相同。
形成于PBT基板上的多层膜具有的单层膜厚为2.8nm的铝 膜和3. 4nm的不锈钢膜。整个多层膜具有62mn的膜厚。
除了上述实施例中的分批处理法，本发明的金属多层膜结 构能够通过下面的方法来实现。例如，如果能够使用两种金属靶交 替地在树脂基板上形成多层膜，也可以使用成一直线的、折回的、 成簇或其它方法。在上文的实施例中，圆柱形基板夹持器是一个实 施例，虽然这样的系统其水平地转动基板夹持器以利用固定安装的 两种类型的金属靶实现喷镀。可选择地，两种类型的金属靶可以固 定安装到真空容器内部，以允许树脂基板夹持器绕靶旋转。 对比例l一4
当对比例1时，应用喷镀以在PBT基板上产生单层铝膜(膜 厚50nm);对比例2，应用喷镀以在PBT基板上产生单层不锈钢膜 (SUS 304)(膜厚50nm);对比例3，应用喷镀以在PBT基板上产 生单层铬膜(膜厚50nm);对比例4，应用喷镀以PBT基板上产生 单层钛膜(膜厚50nm)。
表1示出了在实施例l一4中获得的多层金属膜以及对比 例l一4中获得的单层金属膜的耐热性测试、防潮测试、热循环测 试及耐碱性测试的测试结论。对于测试结论的测试条件和判断标准 如下(1) 耐热性测试测试条件置于温度为160'C的环境中24小时判断标准(表面状况) 标记一有金属光泽；O标记一稍暗淡；A标记一暗淡发黄； X标记一暗淡/有裂纹；(2) 防潮测试测试条件置于温度为50'C并且湿度为98%的环境中240小时判断标准(表面状况) 标记一有金属光泽；A标记一有白斑； x标记一整体发白；(3) 热循环测试测试条件常温—零下40。C的温度一80。C温度且湿度为98 %，超过8小时循环改变，80小时以上实施IO次循环 判断标准(表面状况) 标记_有金属光泽；A标记一暗淡发黄； x标记一有裂纹；(4) 耐碱性测试测试条件浸入1%的氢氧化钾溶液中10分钟，接着用水冲洗判断标准(表面状况) ◎标记一有金属光泽；〇标记一在下落部分稍暗淡； A标记一在下落部分发白；x标记一在下落部分发白/消失;表1编测试结论分类号耐热防潮热循环耐碱性1◎◎◎◎2〇◎◎◎实施例3◎◎◎◎4◎◎◎〇1◎XX对比例2X◎◎◎3X◎◎◎4X◎◎◎
从表l中可以发现，与对比例1一4相比，本发明的实施 例1一4大大改善了性能，特别是在耐热性上。
图3示出了在实施例1中及对比例2、 3和4中所获得的 金属膜的光谱反射率的说明性图。实施例l所示为在整个可见光区 域反射率不变。因此，观测金属膜时有可能利用金属色调的深度获 得一定的色调。相反，由单层不锈钢膜组成的对比例2、由单层铬 膜组成的对比例3、以及由单层钛膜组成对比例4在可见光区域中 短波区域里反射率降低。因此，在短波区域中具有与彩色光互补的
黄光被加强并劣化了设计。
图4示出了在实施例1中及对比例2、 3和4中所获得的 金属膜置于16(TC的环境中24小时的耐热测试后，通过冶金学显微 镜拍到的形成金属膜的表面的图像。图4A所示为对比例2的显微 照片，图4B是对比例3的显微照片，图4C是对比例4的显微照片， 及图4D是实施例1的显微照片。每个由单层膜组成的对比例2 — 4 形成膜的表面都发现了裂纹。相反，在实施例1的金属多层膜结构 中很难发现裂纹。因此，可以发现金属多层膜结构使得有可能实现 高质量的成膜。
本发明的金属多层膜结构用于车灯的反射器和延长反射 器，普通照明器的反射器，普通的装饰元件，机械装置的装饰用， 用于阻断噪音等。
权利要求
1、一种金属多层膜结构，其包括两种金属膜，所述金属膜包括交替地形成在树脂基板上的第一种金属膜和第二种金属膜，其中第一种金属膜由膜厚范围从0.7nm至20nm的铝基材料组成，其中第二种金属膜由从不锈钢基材料、镍基材料、钴基材料、钛基材料及铬基材料的组中选择一种构成，该种材料的膜厚范围从1nm至20nm。
2、 根据权利要求1的金属多层膜结构，其中第一种金属膜设 置得最接近树脂基板。
3、 根据权利要求1的金属多层膜结构，其中第二种金属膜设 置得最接近树脂基板。
4、 根据权利要求l一3中任一的金属多层膜结构，其中金属 多层膜结构包括的金属膜为2层或更多，但是不超过100层。
5、 一种制造金属多层膜结构的方法，包括如下步骤 提供喷镀装置，其包括可旋转地支撑于容器中的基板夹持器，及多个固定设置在容器中的阴极，用于将至少一个树脂基板连接至 基板夹持器的外表面上；将两种金属靶附着至多个阴极上；在容器中提供惰性气体环境；及绕中心轴线旋转连接有树脂基板的基板夹持器，同时喷镀两种 金属靶以按序并交替地在树脂基板上形成金属膜。
6、 根据权利要求5的方法，其中惰性气体是氩气，其中一种 金属靶由铝基材料构成，其中另一种金属靶由从包含不锈钢基材 料、镍基材料、钴基材料、钛基材料及铬基材料构成的组中选择一
7、 一种车灯的延长反射器，其具有根据权利要求1 —4中任一的金属多层膜结构。
8、 一种车灯的延长反射器，其具有根据权利要求5或6的方 法形成的金属多层膜结构。
全文摘要
本发明涉及一种金属多层膜结构，其包括两种金属膜，所述金属膜包括交替地形成于树脂基板上的第一金属膜和第二金属膜。第一种金属膜由膜厚为0.7nm和20nm之间的铝基材料组成。第二种金属膜由从具有从1nm至20nm范围膜厚的不锈钢基材料、镍基材料、钴基材料、钛基材料和铬基材料的组中选择一种构成。该金属多层膜结构可以通过喷镀的方法制成。该金属多层膜结构适用于车灯的延长反射器。
文档编号C23C14/20GK101125474SQ20071014119
公开日2008年2月20日 申请日期2007年8月13日 优先权日2006年8月14日
发明者铃木义雄, 铃木昭 申请人:斯坦雷电气株式会社