DE19781069C2

DE19781069C2 - Führungsbuchse und Verfahren zum Ausbilden einer harten Kohlenstoffschicht über einer Führungsbuchse

Info

Publication number: DE19781069C2
Application number: DE19781069T
Authority: DE
Inventors: Ryota Koike; Osamu Sugiyama; Yukio Miya; Takashi Toida; Toshiichi Sekine
Original assignee: Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 1996-07-08
Filing date: 1997-07-08
Publication date: 1999-12-16
Anticipated expiration: 2017-07-09
Also published as: CN1197486A; WO1998001600A1; CN1107742C; DE19781069T1; US6056443A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Führungsbuchse, die in einer automatischen Drehmaschine montiert ist, zum Tra gen eines stangenartigen Werkstückes zur Rotation und zum axia len Gleiten nahe eines spanenden Werkzeugs (Schneider) und ein Verfahren zur Ausbildung einer harten Kohlenstoffschicht auf einem Teil der Führungsbuchse, die in gleitendem Kontakt mit dem Werkstück zu sein hat.

Führungsbuchsen, die auf der Säule einer automatischen Drehma schine zum Halten eines stangenartigen Werkstückes für eine Ro tation in einer Position nahe eines spanenden Werkzeuges mon tiert sind, werden in rotierende Führungsbuchsen und stationäre Führungsbuchsen klassifiziert. Eine rotierende Führungsbuchse rotiert zusammen mit einem Werkstück und hält das Werkstück für ein axiales Gleiten. Eine stationäre Führungsbuchse bleibt sta tionär und hält ein Werkstück für eine Rotation und ein axiales Gleiten.

Eine Führungsbuchse beiden Typs weist einen Abschnitt, der eine konische äußere Oberfläche aufweist und mit Schlitzen, um den selben Abschnitt elastisch zu machen, vorgesehen ist, einen mit einem Gewinde versehenen Abschnitt zum Halten der Führungsbuch se auf der Säule und eine innere Oberfläche zum Halten eines Werkstückes auf. Die innere Oberfläche, die immer in gleitendem Kontakt mit einem Werkstück ist, neigt dazu, abzunutzen, und insbesondere die innere Oberfläche einer stationären Führungs buchse wird schnell abgenutzt.

Eine Führungsbuchse, die in der JP A Nr. 4-141303 vorgeschlagen worden ist, weist eine innere Oberfläche auf, die in einem gleitenden Kontakt mit einem Werkstück zu sein hat, welches auf der inneren Oberfläche gleitet und rotiert, die mit einer su perharten Legierung oder einem keramischen Material vorgesehen ist, das an der inneren Oberfläche durch Löten oder ähnliches angebracht ist.

Wenn die innere Oberfläche der Führungsbuchse mit einer super harten Legierung oder einem keramischen Material vorgesehen ist, das exzellent im Abnutzungswiderstand und Wärmewiderstand ist, kann die Abnutzung der inneren Oberfläche der Führungs buchse in einem gewissen Ausmaß reduziert werden.

Wenn das Werkstück jedoch einer starken Beanspruchung auf einer automatischen Drehmaschine unterworfen wird, bei der die Span tiefe groß und die Spangeschwindigkeit hoch ist, wird das Werk stück beschädigt oder ein Blockieren tritt aufgrund einer Ver minderung im diametralen Spielraum zwischen der Führungsbuchse und dem Werkstück auf, selbst falls die innere Oberfläche der Führungsbuchse mit einer superharten Legierung oder einem kera mischen Material vorgesehen ist, da die superharte Legierung und das keramische Material einen verhältnismäßig großen Rei bungskoeffizienten und eine niedrige thermische Leitfähigkeit aufweisen. Darum ist es schwierig gewesen, die Spantiefe und die Spangeschwindigkeit zu erhöhen.

Die stationäre Führungsbuchse weist Vorteile dahingehend auf, daß ein Werkstück akkurat mit einer hohen Rundheit bearbeitet werden kann, da das Werkstück so gehalten werden kann, daß sei ne Achse nicht ausweicht, weniger Lärm erzeugt wird und die au tomatische Drehmaschine von einer einfachen, kompakten Kon struktion sein kann.

Jedoch wird die innere Oberfläche der stationären Führungsbuch se weitaus schneller als die der rotierenden Führungsbuchse ab genutzt, und es ist daher schwieriger, die Spantiefe und die Spangeschwindigkeit zu erhöhen, wenn die stationäre Führungs buchse verwendet wird.

Des weiteren tritt in der automatischen Drehmaschine häufig ein Fall auf, in dem Teil des Werkstückes, das einmal spanend bear beitet worden ist, erneut in die Führungsbuchse gezogen und ge halten wird, und es wird dann erneut einer Bearbeitung unter worfen. In einem solchen Fall, da häufig kleine Vorsprünge, die sogenannte Grate sind, an dem Rand des Teils des Werkstückes erzeugt werden, gibt es ein Problem dahingehend, daß ein Defekt in einem Abschnitt benachbart zu dem Rand der inneren Oberflä che der Bohrung der Führungsbuchse und auf der inneren Oberflä che durch den Defekt, wenn das spanend bearbeitete Teil in die Führungsbuchse gezogen wird, erzeugt wird. Die Defekte werden häufig in dem Fall erzeugt, in dem das Werkstück aus einem Ma terial gemacht ist, das eine hohe Festigkeit aufweist, die schwer spanend zu bearbeiten ist, was das zuvor erwähnte Pro blem ernsthaft macht.

Dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, solche Probleme zu lösen, um den Abnutzungswiderstand einer in neren Oberfläche einer Führungsbuchse, die in Kontakt mit einem Werkstück zu sein hat, zu verbessern, und um in der Lage zu sein, es einer automatischen Drehmaschine zu ermöglichen, ein Werkstück mit einer erhöhten Spantiefe und einer erhöhten Span geschwindigkeit ohne Beschädigung des Werkstückes oder ohne Verursachung eines Blockierens zwischen der Führungsbuchse und dem Werkstück zu bearbeiten, und weiterhin, um es zu ermögli chen, daß, selbst wenn der Teil des Werkstückes, welcher spa nend bearbeitet worden ist, in die Führungsbuchse gezogen wird, um erneut einer Bearbeitung unterworfen zu werden, dieselbe Führungsbuchse über einen langen Zeitraum verwendet werden kann. Dadurch wird das Problem eliminiert, bei dem ein Defekt in einem Abschnitt nahe des Randes der inneren Oberfläche der Boh rung der Führungsbuchse und auf der inneren Oberfläche durch den Grad verursacht wird.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Führungsbuchse gemäß Pa tentanspruch 5 bzw. durch ein Verfahren nach Patentanspruch 1.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angege ben.

Die vorliegende Erfindung liefert ein Verfahren zum gleichförmi gen und festen Ausbilden der harten Kohlenstoffschicht in einer kurzen Zeit über einer inneren Oberfläche einer solchen Führungsbuchse und einem Ab schnitt, der einem Rand der inneren Oberfläche benachbart ist, und sie liefert eine Führungsbuchse, die die innere Oberfläche und den Abschnitt, der dem Rand der inneren Oberfläche benach bart ist, die in gleitendem Kontakt mit einem Werkstück zu sein hat, die mit einer harten Kohlenstoffschicht beschichtet sind, aufweist.

Die harte Kohlenstoffschicht ist aus einem hydrierten, amorphen Kohlenstoff ausgebildet, der in seinen Eigenschaften Diamant sehr ähnelt. Darum wird der hydrierte, amorphe Kohlenstoff auch diamantartiger Kohlenstoff (DLC) genannt.

Die harte Kohlenstoffschicht (DLC-Schicht) weist eine hohe Här te (nicht niedriger als 3000 HV Vickers) auf, ist exzellent im Abnutzungswiderstand und im Korrosionswiderstand, und weist ei nen kleinen Reibungskoeffizienten (ungefähr 1/8 desjenigen ei ner superharten Legierung) auf.

Die Führungsbuchse der vorliegenden Erfindung, die eine innere Oberfläche, die in gleitendem Kontakt mit einem Werkstück zu sein hat, aufweist, die mit der harten Kohlenstoffschicht be schichtet ist, weist einen wesentlich besseren Abnutzungswider stand als die herkömmliche Führungsbuchse auf, die eine innere Oberfläche aufweist, die mit einer superharten Legierung oder einem keramischen Material vorgesehen ist.

Dementsprechend ist es, falls eine automatische Drehmaschine die stationäre Führungsbuchse der vorliegenden Erfindung ver wendet, möglich, ein hartes Bearbeiten zu erreichen, bei dem die Spantiefe groß und die Schnittgeschwindigkeit hoch ist, mit einer hohen Genauigkeit für einen erweiterten Zeitraum ohne Be schädigung des Werkstückes und Verursachung eines Blockierens.

Bevorzugterweise, wenn die harte Kohlenstoffschicht auf einer Zwischenschicht, die über der inneren Oberfläche der Führungs buchse und auf dem Abschnitt benachbart zu dem Rand der inneren Oberfläche ausgebildet ist, ausgebildet wird, um so die Anhaf tung zwischen der inneren Oberfläche und der harten Kohlen stoffschicht zu verbessern, kann die harte Kohlenstoffschicht solider ausgebildet werden und ist schwer abzuschälen.

Wenn die Zwischenschicht aus, zum Beispiel, einem Zweischicht film, der aus einer unteren Schicht aus Titan oder Chrom und einer oberen Schicht aus Siliziumkarbid besteht, ausgebildet ist, sichert die untere Schicht die Anhaftung an der inneren Oberfläche (Legierungswerkzeugstahl des Basismaterials) der Führungsbuchse und die obere Schicht ist fest mit der harten Kohlenstoffschicht verbunden. Darum haftet die harte Kohlen stoffschicht fest an der inneren Oberfläche der Führungsbuchse mit einer hohen Haftkraft.

Darum wird bei einer automatischen Drehmaschine, die mit dieser Führungsbuchse vorgesehen ist, das Abschälen der harten Kohlen stoffschicht selbst dann verhindert, wenn das Werkstück einer starken Bearbeitung unterworfen wird, bei der die Spantiefe groß und die Spangeschwindigkeit hoch ist.

Alternativ kann eine superharte Auskleidung, die mindestens Wolfram, Kohlenstoff und Kobalt enthält, auf dem Basismaterial des Abschnittes, der benachbart zu der inneren Oberfläche des der Führungsbuchse ist, vorgesehen werden, oder eine karbonisierte Schicht kann ausgebildet werden, um so die harte Kohlenstoff schicht über der superharten Auskleidung oder über der inneren Oberfläche der karbonisierten Schicht und dem Abschnitt benach bart zu der inneren Oberfläche an dem Rand der Bohrung auszu bilden. Eine Zwischenschicht, die zwischen ein solches hartes Auskleidungsteil und die harte Kohlenstoffschicht dazwischenge setzt ist, wird die Haftkraft der harten Kohlenstoffschicht weiter erhöhen.

Ein Verfahren zur Ausbildung einer harten Kohlenstoffschicht über der inneren Oberfläche einer Führungsbuchse in Überein stimmung mit der vorliegenden Erfindung weist die folgenden Schritte auf.

Eine Führungsbuchse zum Gebrauch an einer automatischen Drehma schine wird in einem Vakuumbehälter, der mit einem Gaseinlaßan schluß und einem Evakuierungsanschluß vorgesehen ist und in dem eine Anode und ein Glühfaden vorgesehen sind, plaziert und dann wird eine Hilfselektrode, die die Form einer Stange oder eines Drahtes aufweist, in die zentrale Bohrung der Führungsbuchse, die durch die innere Oberfläche definiert ist, die in gleiten dem Kontakt mit einem Werkstück zu sein hat, eingesetzt, und die Hilfselektrode wird mit einem Massepotential verbunden oder es wird eine positive Gleichspannung angelegt. Die Hilfselek trode kann in die zentrale Bohrung der Führungsbuchse vor dem Plazieren der Führungsbuchse in dem Vakuumbehälter eingesetzt werden.

Ein ringartiges Dummy-Teil mit einem inneren Durchmesser, der größer als Durchmesser der zentralen Bohrung der Führungsbuchse ist, wird auf der Endfläche der Führungsbuchsenbohrung an der inneren Oberfläche angeordnet, so daß die Achse desselben in Ausrichtung mit derjenigen der zentralen Bohrung ist, während die Endfläche benachbart zu der inneren Oberfläche ringförmig freigegeben wird.

Ein Prozeßgas, das Kohlenstoff enthält, wird durch den Gasein laßanschluß in den Vakuumbehälter nach dem Evakuieren des Vaku umbehälters zugeführt, und eine harte Kohlenstoffschicht wird über der inneren Oberfläche der Führungsbuchse und der Endflä che benachbart zu der inneren Oberfläche in einem Plasma-CVD- Prozeß durch Anlegen einer Gleichspannung an die Führungsbuch se, einer Gleichspannung an die Anode und einer Wechselspannung an den Glühfaden zum Erzeugen eines Plasmas ausgebildet.

Das Plasma kann in dem Vakuumbehälter durch Anlegen einer Hoch frequenzleistung oder einer Gleichspannung an die Führungsbuch se ohne Verwendung der Anode und des Glühfadens erzeugt werden.

Eine harte Kohlenstoffschicht mit einer gleichförmigen Schicht dicke kann schnell über der gesamten inneren Oberfläche der Führungsbuchse von dem offenen Ende durch die Tiefe durch Zu führen des Prozeßgases, das Kohlenstoff enthält, in den Vakuum behälter und durch Erzeugen des Plasmas nach dem Plazieren der Führungsbuchse, die mit der Hilfselektrode, die in die zentrale Bohrung derselben eingesetzt ist, vorgesehen ist, in dem Vaku umbehälter ausgebildet werden.

Des weiteren kann eine harte Kohlenstoffschicht ringförmig auf dem Abschnitt, der benachbart zu der inneren Oberfläche und durch das Dummy-Teil freigelegt ist und ebenso auf der inneren Oberfläche der Führungsbuchse durch Anordnen des ringartigen Dummy-Teils, das einen inneren Durchmesser aufweist, der größer als derjenige der zentralen Bohrung der Führungsbuchse ist, auf der Endfläche der Führungsbuchsenbohrung an der inneren Ober fläche, die in gleitendem Kontakt mit einem Werkstück ist, in einer solchen Weise, daß die Achse derselben in Ausrichtung mit derjenigen der zentralen Bohrung ist, ausgebildet werden.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figu ren. Von den Figuren zeigen:

Fig. 1 ist eine longitudinale Schnittansicht einer Führungs buchse in einer bevorzugten Ausführungsform entsprechend der vorliegenden Erfindung, und Fig. 2 ist eine perspektivische An sicht der Führungsbuchse aus Fig. 1.

Fig. 3 bzw. Fig. 4 sind longitudinale Schnittansichten, die ei ne Führungsbuchse in einer unterschiedlichen Ausführungsform entsprechend der vorliegenden Erfindung zeigen.

Fig. 5 bis Fig. 13 sind vergrößerte Schnittansichten von Ab schnitten, die in den Fig. 1, 3 und 4 durch Kreise A umgeben sind.

Fig. 14 ist eine Schnittansicht zur Erläuterung eines Verfah rens zur Ausbildung einer Zwischenschicht über einer Führungs buchse.

Fig. 15 ist eine schematische Schnittansicht einer Vorrichtung zum Ausführen eines Verfahrens zur Ausbildung einer harten Koh lenstoffschicht über einer Führungsbuchse entsprechend der vor liegenden Erfindung.

Fig. 16 ist eine perspektivische Ansicht eines Dummy-Teils, das in der Ausführungsform aus Fig. 15 verwendet wird.

Fig. 17 bis 21 sind schematische Schnittansichten von anderen unterschiedlichen Vorrichtungen zum Ausführen eines Verfahrens zur Ausbildung mit der harten Kohlenstoffschicht über einer Führungsbuchse entsprechend der vorliegenden Erfindung.

Fig. 22 ist ein linearer Graph, der die Abhängigkeit der Dicke der harten Kohlenstoffschicht von einer positiven Gleichspan nung, die an eine Hilfselektrode angelegt ist, zeigt.

Fig. 23 bis Fig. 28 sind vergrößerte longitudinale Schnittan sichten eines Hauptabschnittes, die entsprechend einen Zustand zeigen, in dem ein Dummy-Teil mit einer inneren Oberfläche ei ner unterschiedlichen Form auf der Endfläche einer Führungs buchse angeordnet ist, in die eine Hilfselektrode eingesetzt ist.

Fig. 29 ist eine Schnittansicht einer Spindel und von zugeord neten Teilen, die in einer automatischen Drehmaschine enthalten sind, die mit einer stationären Führungsbuchseneinheit vorgese hen ist, die eine Führungsbuchse in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung verwendet.

Fig. 30 ist eine Schnittansicht einer Spindel und von zugeord neten Teilen, die in einer automatischen Drehmaschine enthalten sind, die mit einer rotierende Führungsbuchseneinheit vorgese hen ist, die eine Führungsbuchse in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung verwendet.

Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im folgenden beschrieben.

Automatische Drehmaschine, die die Führungsbuchse in Überein stimmung mit der vorliegenden Erfindung verwendet.

Die Konstruktion einer automatischen Drehmaschine, die eine Führungsbuchse in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfin dung verwendet, wird kurz beschrieben.

Es wird Bezug genommen auf Fig. 29, die nur eine Spindel und zugehörige Teile einer numerisch gesteuerten automatischen Drehmaschine in einer Schnittansicht zeigt. Die automatische Drehmaschine ist vorgesehen mit einer stationären Führungsbuch seneinheit 37, die fixiert eine Führungsbuchse 11 hält, um ein Werkstück 51 (angezeigt durch imaginäre Linien) rotierbar auf der inneren Oberfläche 11b der Führungsbuchse 11 zu halten.

Ein Spindelstock 17 ist auf dem Bett, das nicht gezeigt ist, der numerisch gesteuerten automatischen Drehmaschine für eine gleitende Bewegung in den transversalen Richtungen, wie sie in Fig. 29 gesehen werden, montiert.

Eine Spindel 19 wird zur Rotation in Lagern 21 auf dem Spindel stock 17 gehalten, und eine Spannzange 13 ist an der Nase der Spindel 19 montiert.

Die Spannzange 13, die einen konischen Kopf aufweist, der eine konische äußere Oberfläche 13a aufweist, ist in die zentrale Bohrung einer Spannbuchse 41 eingesetzt, wobei die konische äu ßere Oberfläche 13a in nahem Kontakt mit einer konischen inne ren Oberfläche 41a ist, die in einem vorderen Abschnitt der Spannbuchse 41 ausgebildet ist.

Eine Spulenfeder 25, die durch Wickeln eines Federbandes ausge bildet ist, ist in eine Zwischenbuchse 29 an dem rückseitigen Ende der Spannzange 13 eingesetzt. Die Spannzange 13 kann aus der Zwischenbüchse 29 durch die Wirkung der Spulenfeder 25 her ausgedrückt werden.

Die Position des vorderen Endes der Spannzange 13 wird durch eine Hutmutter 27 bestimmt, die an dem vorderen Ende der Spin del 19 mit Schrauben und in Kontakt mit dem vorderen Ende der Spannzange 13 befestigt ist. Die Hutmutter 27 hindert die Spannzange 13 daran, durch die Kraft der Spulenfeder 25 aus der Zwischenbuchse 29 gedrückt zu werden.

Ein Spannfutterbetätigungsmechanismus 31, der mit Spannfutter betätigungshebeln 33 vorgesehen ist, ist auf dem rückseitigen Ende der Zwischenbüchse 29 vorgesehen. Die Spannfutterbetäti gungshebel 33 werden zum Öffnen oder Schließen der Spannzange 13 derart, daß die Spannzange 13 das Werkstück 51 spannt oder freigibt, betätigt.

Wenn die Spannfutterbetätigungshebel 33 des Spannfutterbetäti gungsmechanismus 31 so gedreht werden, daß die vorderen Enden derselben voneinander wegbewegt werden, bewegen sich die Betä tigungsabschnitte der Spannfutterbetätigungshebel 33, die in Kontakt mit der Zwischenbuchse 29 sind, nach links, so wie es in Fig. 29 gesehen wird, so daß die Zwischenbuchse 29 nach links gedrückt wird. Als Folge bewegt sich die Spannbuchse 41, die in Kontakt mit dem linken Ende der Zwischenbuchse 29 ist, nach links.

Die Spannzange 13 ist durch die Hutmutter 27, die an dem vorde ren Ende der Spindel 19 mit den Schrauben befestigt ist, daran gehindert, aus der Spindel 19 gedrückt zu werden.

Darum wird, wenn die Spannbuchse 41 nach links bewegt wird, die konische innere Oberfläche 41a der Spannbuchse 41 gegen die ko nische äußere Oberfläche 13a des geschlitzten, konischen Kopfabschnittes der Spannzange 13 gedrückt und die konische in nere Oberfläche 41a der Spannbuchse 41 bewegt sich entlang der konischen äußeren Oberfläche 13a der Spannzange 13 nach links.

Als Folge wird die Spannzange 13 zusammengedrückt und der inne re Durchmesser der Spannzange 13 wird zum Greifen des Werkstüc kes 51 reduziert.

Wenn das Werkstück 51 von der Spannzange 13 freigegeben wird, in dem die Spannzange 13 so erweitert wird, daß sich der innere Durchmesser der Spannzange 13 erhöht, werden die Spannfutterbe tätigungshebel 33 so gedreht, daß die vorderen Enden derselben aufeinander zu bewegt werden, um die Kraft, die nach links auf die Spannbüchse 41 wirkt, aufzuheben.

Dann werden die Zwischenbuchse 29 und die Spannbuchse 41 nach rechts, wie es in Fig. 29 gesehen wird, durch die gespeicherte Energie der Spulenfeder 25 bewegt.

Als Folge wird der Druck, der auf die konische äußere Oberflä che 13a der Spannzange 13 durch die konische innere Oberfläche 41a der Spannbuchse 41 ausgeübt wird, aufgehoben, um es der Spannzange 13 zu ermöglichen, sich durch ihre eigene Rückfede rung so zu erweitern, daß der innere Durchmesser der Spannzange 13 zum Freigeben des Werkstückes 51 erhöht wird.

Ein Ständer 35 ist vor dem Spindelstock 17 angeordnet und die Führungsbuchseneinheit 37 ist auf dem Ständer 35 plaziert, wo bei ihre zentrale Achse mit derjenigen der Spindel ausgerichtet ist.

Die Führungsbuchseneinheit 37 ist vom stationären Typ, der die Führungsbuchse 11 fixiert hält, um das Werkstück auf der inne ren Oberfläche 11b der Führungsbuchse 11 rotierbar zu halten.

Eine Hülsenbuchse 23 ist in die zentrale Bohrung eines Halters 39, der an der Säule 35 fixiert ist, eingesetzt. Eine konische innere Oberfläche 23a ist in dem vorderen Abschnitt der Hülsen buchse 23 ausgebildet.

Die Führungsbuchse 11 weist einen vorderen Abschnitt auf, der mit einer konischen äußeren Oberfläche 11a vorgesehen ist, und die Schlitze 11c sind in der zentralen Bohrung der Hülsenbuchse 23 eingebaut.

Der Spielraum zwischen der inneren Oberfläche der Führungsbuch se 11 und der äußeren Oberfläche des Werkstückes 51 kann durch Drehen einer Einstellmutter 43 eingestellt werden, die auf den mit einem Gewinde versehenen Abschnitt der Führungsbuchse 11 aufgeschraubt und angrenzend an das hintere Ende der Führungs buchseneinheit 37 ist.

Wenn die Einstellmutter 43 im Uhrzeigersinn gedreht wird, be wegt sich die Führungsbuchse 11 nach rechts, wie es in Fig. 29 gesehen wird, relativ zu der Hülsenbuchse 23, und die konische äußere Oberfläche 11a der Führungsbuchse 11, ähnlich zu der ko nische äußeren Oberfläche der Spannzange 13, wird durch die ko nische innere Oberfläche 23a der Hülsenbuchse 23 zusammenge drückt und der innere Durchmesser des geschlitzten vorderen Ab schnittes der Führungsbuchse 11 wird reduziert.

Ein Spannwerkzeug (Schneider) 45 ist des weiteren vor der Füh rungsbuchseneinheit 37 angeordnet.

Das Werkstück 51 wird durch die Spannzange 13, die auf der Spindel 19 montiert ist, gespannt und durch die Führungsbuch seneinheit 37 gehalten. Ein Abschnitt des Werkstückes 51, der aus der Führungsbuchseneinheit 37 in einen Bearbeitungsbereich vorsteht, wird für eine vorbestimmte Bearbeitung durch eine kombinierte Bewegung der Quervorschubsbewegung des Spanwerkzeu ges 45 und der longitudinalen Querbewegung des Spindelstockes 17 bearbeitet.

Eine rotierende Führungsbuchseneinheit, die eine Führungsbuch se, die ein Werkstück greift, rotierbar hält, wird unter Bezug nahme auf Fig. 30 beschrieben, in der Teile, die denjenigen, die in Fig. 29 gezeigt sind, ähnlich sind oder entsprechen, durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet sind.

Rotierende Führungsbuchseneinheiten werden in diejenigen, die eine Führungsbuchse 11 so halten, daß sie synchron mit der Spannzange 13 rotiert, und diejenigen, die eine Führungsbuchse 11 so halten, daß sie asynchron mit der Spannzange 13 rotiert, klassifiziert. Eine Führungsbuchseneinheit 37, die in Fig. 30 gezeigt ist, hält die Führungsbuchse 11 derart, daß sie syn chron mit der Spannzange 13 rotiert.

Die rotierende Führungsbuchseneinheit 37 wird durch eine An triebsstange 47, die aus der Hutmutter 27, die auf der Spindel 19 montiert ist, vorsteht, angetrieben. Ein Zahnradmechanismus oder ein Riemen-und-Riemenscheiben-Mechanismus können anstelle der Antriebsstange 47 zum Antreiben der Führungsbuchseneinheit 37 verwendet werden.

Die rotierende Führungsbuchseneinheit 37 weist einen Halter 39, der an einem Ständer 35 fixiert ist, auf. Eine Hülsenbüchse 23 ist in die zentrale Bohrung des Halters 39 eingesetzt und wird in Lagern 21 auf dem Halter 39 gehalten, und die Führungsbuchse 11 ist in die zentrale Bohrung der Hülsenbuchse 23 eingesetzt.

Die Hülsenbuchse 23 und die Führungsbuchse 11 sind in der Kon struktion ähnlich zu denjenigen, die entsprechend in Fig. 29 illustriert sind. Der Spielraum zwischen der inneren Oberfläche der Führungsbuchse 11 und der äußeren Oberfläche des Werkstüc kes 51 kann durch Drehen einer Einstellmutter 43, die auf den mit einem Gewinde versehenen Abschnitt der Führungsbuchse 11 aufgeschraubt ist, eingestellt werden, die an das hintere Ende der Führungsbuchseneinheit 37 angrenzend ist.

Diese automatische Drehmaschine ist in der Konstruktion diesel be wie die automatische Drehmaschine, die in Fig. 29 illu striert ist, ausgenommen, daß diese automatische Drehmaschine mit der rotierenden Führungsbuchseneinheit 37 vorgesehen ist, und daher wird die weitere Beschreibung derselben weggelassen.

Führungsbuchse entsprechend der vorliegenden Erfindung

Führungsbuchsen in bevorzugten Ausführungsformen entsprechend der vorliegenden Erfindung werden im folgenden beschrieben.

Fig. 1 und 2 sind eine longitudinale Schnittansicht bzw. eine perspektivische Ansicht einer Führungsbuchse in einer bevorzug ten Ausführungsform entsprechend der vorliegenden Erfindung.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 und 2, eine Führungsbuchse 11 ist in einem freien Zustand gezeigt, in dem ein vorderer Endab schnitt offen ist. Die Führungsbuchse 11 ist im wesentlichen in einer zylindrischen Form ausgebildet, die eine zentrale Bohrung 11j entlang der Axiallinie derselben und einen Kopfabschnitt, der eine konische äußere Oberfläche 11a an einem Längsende der selben aufweist, und einen mit einem Gewinde versehenen Ab schnitt 11f an dem anderen Längsende derselben aufweist.

Des weiteren bildet die zentrale Bohrung 11j der Führungsbuchse 11 eine innere Oberfläche 11b, die ein Werkstück hält, inner halb des Kopfabschnittes, der die konische äußere Oberfläche 11a aufweist, und sie bildet einen gestuften Abschnitt 11g, der einen inneren Durchmesser aufweist, der größer als derjenige der inneren Oberfläche 11b ist, in dem Bereich der zentralen Bohrung, der ein anderer als derjenige der inneren Oberfläche 11b ist.

Drei Schlitze 11c sind in Winkelintervallen von 120° derart ausgebildet, daß sie sich durch den Kopfabschnitt, der die ko nische äußere Oberfläche 11a aufweist, und einen elastisch biegbaren Abschnitt 11d erstrecken.

Der Spielraum zwischen der inneren Oberfläche 11b und dem Werk stück 51, das in Fig. 1 durch die imaginären Linien angezeigt ist, kann durch Drücken der konischen äußeren Oberfläche 11a der Führungsbuchse 11 durch die konische innere Oberfläche der Hülsenbuchse derart, daß der elastisch biegbare Abschnitt 11d gebogen wird, eingestellt werden.

Die Führungsbuchse 11 weist einen Einpaßabschnitt 11e zwischen dem elastisch biegbaren Abschnitt 11d und dem mit einem Gewinde versehenen Abschnitt 11f auf. Wenn die Führungsbuchse 11 in die zentrale Bohrung der Hülsenbüchse 23 eingesetzt wird (Fig. 29 und 30), paßt der Einpaßabschnitt 11e eng zu der zentralen Boh rung, um die Führungsbuchse 11 mit ihrer Achse in Ausrichtung mit der zentralen Achse der Spindel zu setzen.

Die Führungsbuchse 11 ist aus einem Legierungswerkzeugstahl (SKS) gemacht. Wenn die Führungsbuchse 11 ausgebildet wird, wird ein Werkstück aus Kohlenstoffwerkzeugstahl in vorbestimmte externe und interne Formen bearbeitet, und das bearbeitete Werkstück wird einem Abschrecken und einem Glühen unterworfen.

Wenn der Kopfabschnitt, der die konische äußere Oberfläche 11a aufweist, zusammengedrückt wird, wird ein Spielraum im Bereich von 5 bis 10 µm zwischen der inneren Oberfläche 11b und dem Werkstück 51 in der radialen Richtung desselben ausgebildet, um es dem Werkstück 51 zu ermöglichen, relativ zu dieser Führungs buchse 11 zu gleiten, was die innere Oberfläche 11b abreibt.

Wenn die Führungsbuchse 11 in einer stationären Führungsbuch seneinheit, wie sie in Fig. 29 gezeigt ist, verwendet wird, ro tiert das Werkstück 51, das von der Führungsbuchse 11 gehalten wird, mit einer hohen Oberflächengeschwindigkeit relativ zu der inneren Oberfläche 11b und, wenn ein exzessiv hoher Druck auf die innere Oberfläche 11b durch das Werkstück 51 ausgeübt wird, kann ein Blockieren auftreten.

Es gibt außerdem ein Problem dahingehend, daß ein Defekt auf der inneren Oberfläche der Führungsbuchse oder auf der Endflä che derselben erzeugt wird, wenn ein Werkstück, welches einmal spanend bearbeitet worden ist, erneut in die Führungsbuchse ge zogen und für eine Bearbeitung gehalten wird, wie es zuvor be schrieben worden ist.

Darum ist die innere Oberfläche 11b der Führungsbuchse 11 mit einer harten Kohlenstoffschicht (DLC-Schicht) 15 mit einer Dic ke im Bereich von 1 bis 5 µm beschichtet.

Des weiteren ist eine harte Kohlenstoffschicht auch ringförmig auf dem Abschnitt 11h₁ der Endfläche 11h der Führungsbuchse 11 benachbart zu dem Ende der inneren Oberfläche 11b, das die End fläche 11h durchbohrt, ausgebildet.

In einem Beispiel, das in Fig. 1 gezeigt ist, ist die harte Kohlenstoffschicht 15 direkt auf dem Substrat (Legierungs werkzeugstahl) der Führungsbuchse 11 ausgebildet, oder sie ist über einer Zwischenschicht ausgebildet, wie es später beschrie ben wird.

In einem Beispiel, das in Fig. 3 gezeigt ist, ist eine harte Auskleidung 12 mit einer Dicke von 2 mm bis 5 mm, die mindesten Wolfram (W), Kohlenstoff (C) und Kobalt (Co) enthält, an der inneren Oberfläche 11b der Führungsbuchse 11 durch Löten ange bracht und die harte Kohlenstoffschicht 15 ist auf der inneren Oberfläche der harten Auskleidung 12 und auf der Endfläche 12a der harten Auskleidung 12, die an einer inneren Oberfläche durchbohrt ist, ausgebildet.

Des weiteren ist, in einem Beispiel, das in Fig. 4 gezeigt ist, eine kohlenstoffeinsatzgehärtete Schicht 11k auf der inneren Oberfläche 11b der Führungsbuchse 11 und auf dem Abschnitt 11h₁ der Endfläche 11h der Führungsbuchse 11 benachbart zu dem Ende der inneren Oberfläche, das die Endfläche 11h durchbohrt, vor gesehen, und die harte Kohlenstoffschicht 15 ist auf der karbo nisierten Schicht 11k ausgebildet.

Die harte Kohlenstoffschicht ist in ihren Eigenschaften sehr ähnlich zu Diamant; der gehärtete Kohlenstoff weist eine hohe mechanische Stärke, einen kleinen Reibungskoeffizienten, eine zufriedenstellende Selbstschmierfähigkeit, eine zufriedenstel lende elektrische Isolationseigenschaft, eine hohe thermische Leitfähigkeit und einen exzellenten Korrosionswiderstand auf.

Die harte Kohlenstoffschicht 15, die die innere Oberfläche 11b und den Abschnitt 11h₁ der Endfläche 11h der Führungsbuchse 11 benachbart zu dem Ende der inneren Oberfläche bedeckt, erhöht den Abnutzungswiderstand der Führungsbuchse 11 merklich, die Führungsbuchse 11 hält einen verlängerten Zeitraum des Ge brauchs und der starken Bearbeitung aus, die Abnutzung der in neren Oberfläche 11b in Kontakt mit dem Werkstück 15 ist redu ziert, die Möglichkeit des Ausübens einer Abreibungsbeschädi gung an dem Werkstück 51 und an der inneren Oberfläche der Füh rungsbuchse 11 und an dem inneren Rand der Endfläche derselben ist reduziert, und ein Blockieren zwischen der Führungsbuchse 11 und dem Werkstück 51 kann signifikant vermieden werden.

Dementsprechend ist die Führungsbuchse 11 der vorliegenden Er findung in der Lage, einen verlängerten Gebrauchszeitraum mit merklich verbesserter Zuverlässigkeit, während sie korrekt bei der stationären Führungsbuchseneinheit funktioniert, zu lie fern.

Verschiedene Strukturen von Schichten, die auf der inneren Oberfläche 11b der Führungsbuchse 11 und dem Abschnitt 11h₁ der Endfläche 11h der Führungsbuchse 11 benachbart zu dem Ende der inneren Oberfläche ausgebildet werden, die mit der harten Koh lenstoffschicht 15 vorgesehen sind, werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 5 bis 13 beschrieben.

Unter Bezugnahme auf Fig. 5 bis 7, die entsprechend einen Ab schnitt A aus Fig. 1 in einer vergrößerten Ansicht zeigen, Fig. 5 zeigt eine harte Kohlenstoffschicht 15 mit einer Dicke im Be reich von 1 bis 5 µm, die direkt auf der inneren Oberfläche 11b der Führungsbuchse 11 und dem Substrat (Kohlenstoffwerkzeug stahl) auf dem Abschnitt 11h₁ der Endfläche 11h der Führungs buchse 11 benachbart zu dem Ende der inneren Oberfläche ausge bildet ist.

In Fig. 6 ist eine harte Kohlenstoffschicht 15 mit einer Dicke in dem Bereich von 1 bis 5 µm auf der inneren Oberfläche 11b der Führungsbuchse 11 und dem Substrat auf dem Abschnitt 11h₁ der Endfläche 11h der Führungsbuchse 11 benachbart zu dem Ende der inneren Oberfläche über einer Zwischenschicht 16 ausgebildet, um die Verbundwirkung mit der harten Kohlenstoffschicht 15 zu erhöhen.

Die Zwischenschicht 16 kann aus einem Element der Gruppe IVb im Periodensystem der Elemente wie Silizium (Si) oder Germanium (Ge) oder einer Verbindung, die Silizium oder Germanium ent hält, ausgebildet sein. Andernfalls kann eine Verbindung, die Kohlenstoff enthält, wie Siliziumkarbid (SiC) oder Titankarbid (TiC) verwendet werden.

Fig. 7 zeigt die Zwischenschicht 16, die aus zwei Schichten, d. h. einer unteren Schicht 16a aus Titan (Ti) oder Chrom (Cr) und einer oberen Schicht 16b aus Siliziumkarbid (SiC) ausgebil det ist.

In einer solchen Weise dient das Titan oder Chrom der unteren Schicht 16a dazu, die Verbundwirkung mit dem Substrat der Füh rungsbuchse 11 zu erhöhen, während das Siliziumkarbid (SiC) der oberen Schicht 16b eine kovalente Bindung mit der harten Koh lenstoffschicht bildet, um so für eine starke Verbindung mit der harten Kohlenstoffschicht zu sorgen.

Dieses ist so, weil Titan (Ti) und Chrom (Cr) eine starke Ver bundwirkung mit dem Legierungswerkzeugstahl, der die Führungs buchse 11 bildet, aufweisen, und da das Silizium und der Koh lenstoff, die das Siliziumkarbid (SiC) bilden, beide Elemente sind, die zu der Gruppe IVb in dem Periodensystem der Elemente gehören, während die harte Kohlenstoffschicht ebenfalls aus Kohlenstoff ausgebildet ist, die beide eine Diamantstruktur aufweisen, können beide Schichten mit einer starken Verbundwir kung verbunden werden.

Unter Bezugnahme auf Fig. 8 bis 10, die entsprechend einen Ab schnitt A in Fig. 3 in einer vergrößerten Ansicht zeigen, in dem eine superharte Auskleidung 12 mit einer Dicke im Bereich von 2 bis 5 mm auf dem Substrat der inneren Oberfläche 11b der Führungsbuchse 11 durch Löten ausgebildet ist, und die harte Kohlenstoffschicht 15 auf der inneren Oberfläche 12b und auf der Endfläche 12a an der Öffnungsseite der Bohrung ausgebildet ist. Dadurch kann die Dauerhaftigkeit der Führungsbuchse 11 weiter erhöht werden.

In einem Beispiel, das in Fig. 9 gezeigt ist, ist eine harte Kohlenstoffschicht 15 auf der inneren Oberfläche 12b der super harten Auskleidung 12 und auf der Endfläche 12a mittels der Zwischenschicht 16 zum weiteren Erhöhen der Verbundwirkung aus gebildet. Die Zwischenschicht 16 ist, zum Beispiel, aus karbo nisiertem Wolfram (WC) ausgebildet.

In einem Beispiel, das in Fig. 10 gezeigt ist, weist die Zwi schenschicht 16 einen zweischichtigen Film aus der unteren Schicht 16a aus Titan (Ti) oder Chrom (Cr) und der oberen Schicht 16b aus Siliziumkarbid (SiC) auf.

Oder die untere Schicht 16a der Zwischenschicht 16 kann aus karbonisiertem Wolfram ausgebildet sein, während die obere Schicht 16b aus Siliziumkarbid ausgebildet sein kann.

In diesen Beispielen wird eine superharte Auskleidung, die min destens Wolfram, Kohlenstoff und Kobalt enthält, als die super harte Auskleidung 12 verwendet, die auf der unteren Schicht der harten Kohlenstoffschicht 15 ausgebildet. Zum Beispiel ist die Zusammensetzung 85% bis 90% Wolfram (W), 5% bis 7% Kohlenstoff (C) und 3% bis 10% Kobalt (Co) als ein Binder.

Außerdem kann eine superharte Legierung wie Wolframkarbid (WC) oder ein gesintertes Material wie Siliziumkarbid (SiC) verwen det werden. Beim Sintern von Keramik werden Chrom (Cr), Nickel (Ni) und Kobalt (Co) als ein Binder hinzugefügt, und wenn die hinzugefügte Menge klein ist, kann die harte Kohlenstoffschicht 15 direkt auf der superharten Auskleidung 12 ausgebildet wer den, ohne daß die Zwischenschicht 16 dazwischen gesetzt ist, wie es in Fig. 8 gezeigt ist.

Falls jedoch die harte Kohlenstoffschicht 15 direkt auf der su perharten Legierung ausgebildet wird, wie es zuvor beschrieben worden ist, wird sie durch den Binder oder ähnliches (insbesondere durch Kobalt (Co)), der zum Ausbilden der super harten Legierung verwendet worden ist, beeinträchtigt, und die harte Kohlenstoffschicht 15 kann abschälen.

Darum ist es zu bevorzugen, die Zwischenschicht 16 zum Erhöhen der Verbindungswirkung zwischen der superharten Auskleidung 12 und der harten Kohlenstoffschicht 15 zu verwenden, wie es in Fig. 9 oder Fig. 10 gezeigt ist.

Derart wird, wenn die harte Kohlenstoffschicht 15 mit der da zwischen gesetzten Zwischenschicht 16 ausgebildet wird, die su perharte Auskleidung 12 daran gehindert, direkt mit dem Binder in Berührung zu kommen, wodurch das Abschälen der harten Koh lenstoffschicht 15 ohne irgendeine nachteilige Wirkung verhin dert wird.

Fig. 11 bis 13 sind vergrößerte Schnittansichten von Abschnit ten, die in Fig. 3 durch Kreise A umgeben sind, in denen einen kohlenstoffeinsatzgehärtete Schicht 11k auf dem Substrat nahe der inneren Oberfläche 11b ausgebildet ist und die harte Koh lenstoffschicht 15 auf der inneren Oberfläche 11b, auf welcher die kohlenstoffeinsatzgehärtete Schicht 11k ausgebildet ist, und auf dem Abschnitt 11h₁ der Endfläche der Führungsbuchse 11 benachbart zu dem Ende der inneren Oberfläche, anstelle der su perharten Auskleidung 12, ausgebildet ist.

Kohlenstoffeinsatzhärtung ist allgemein als ein Oberflächenhär tungsprozeß bekannt, der eine Oberflächenschicht einer Eisenle gierung härtet, wobei die hohe Festigkeit der Eisenlegierung beibehalten wird.

In diesem Beispiel wird die Führungsbuchse 11 in einer Atmo sphäre aus einem gemischten Gas aus einem kohlenstoffhaltigen Gas wie Metan (CH₄) oder Äthylen (C₂H₄) und Stickstoffgas (N₂) als einem Trägergas unter den folgenden Bedingungen unter Ein satz von Kohlenstoff gehärtet.

Kohlenstoffeinsatzhärtungsbedingungen:
Temperatur:	1100°C
Zeit:	30 min
Kohlenstoffhärtungstiefe:	0,5 mm

Wenn die Führungsbuchse 11 mit der kohlenstoffeinsatzgehärteten Schicht 11k in der Oberflächenschicht der inneren Oberfläche 11b vorgesehen ist, kann die harte Kohlenstoffschicht 15 direkt auf der inneren Oberfläche ausgebildet werden, wie es in Fig. 11 gezeigt ist. Jedoch ist es zu bevorzugen, die harte Kohlen stoffschicht 15 auf einer Zwischenschicht 16, die auf der inne ren Oberfläche 11b ausgebildet ist, auszubilden, um die Ver bundwirkung zu erhöhen, wie es in Fig. 12 oder Fig. 13 gezeigt ist.

Ein Element der Gruppe IVb im Periodensystem der Elemente wie Silizium (Si) oder Germanium (Ge) oder eine Verbindung, die Si lizium oder Germanium enthält, können als die Zwischenschicht 16 verwendet werden.

Die Zwischenschicht 16 kann ein zweischichtiger Film sein, der aus einer unteren Schicht 16a aus Titan (Ti) oder Chrom (Cr) und einer oberen Schicht 16b aus Siliziumkarbid (SiC) besteht, wie es in Fig. 13 gezeigt ist.

Die untere Schicht 16a aus Titan oder Chrom der Zwischenschicht 16 erhöht die Verbundwirkung mit dem Substrat der Führungsbuch se 11 und die obere Schicht 16b aus Siliziumkarbid und die har te Kohlenstoffschicht 15 bilden eine kovalente Bindung, was das Abschälen der harten Kohlenstoffschicht verhindert.

Erläuterung eines Verfahrens zur Ausbildung der Zwischenschicht: Fig. 14

Das oben erwähnte Verfahren zur Ausbildung der Zwischenschicht 16 auf der inneren Oberfläche 11b der Führungsbuchse 11 und auf dem Abschnitt 11h₁ der Endfläche der Führungsbuchse 11 benach bart zu dem Ende der inneren Oberfläche wird als nächstes be schrieben.

Die Zwischenschicht kann durch einen Sputterprozeß, einen Ion plating-Prozeß, einen chemischen Dampfphasenabscheidungsprozeß (CVD) oder einen Metallsprühprozeß ausgebildet werden.

Das Verfahren der Ausbildung der Zwischenschicht in dem Sput terprozeß wird unter Bezugnahme auf Fig. 14 als ein Beispiel derselben beschrieben.

Eine Targetabdeckung 96 ist auf einer Wandoberfläche 91a eines Vakuumbehälters 91, der einen Gaseinlaßanschluß 93 und einen Evakuierungsanschluß 95 aufweist, vorgesehen und ein Target 90, das ein Material der Zwischenschicht sein wird, ist darauf pla ziert. Die Führungsbuchse 11 ist so angeordnet, daß das Target 90 der Endfläche 11h₁ gegenüberliegt. Zu diesem Zeitpunkt ist die Führungsbuchse 11 mit der Achse der Zentralbohrung 11j der selben senkrecht zu der Oberfläche des Targets 90 plaziert.

Ein Abdeckteil 94 aus einer Aluminiumfolie oder ähnlichem ist zum Bedecken der äußeren Oberfläche plaziert, ausgenommen den Abschnitt 11h₁ der Endfläche 11h der Führungsbuchse 11 benach bart zu dem Ende der inneren Oberfläche plaziert.

Die Führungsbuchse 11 ist mit einer Gleichstromversorgung 92 verbunden, während das Target 90 mit einer Targetstromversor gung 97 verbunden ist.

Nach einem solchen Einstellen wird der Vakuumbehälter 91 auf ein Vakuum von weniger als 399 × 10^-5 Pa durch Abpumpen des Gases durch den Evakuierungsanschluß 95 durch ein Evakuierungsmittel, das nicht gezeigt ist, evakuiert.

Danach wird Argongas (Ar) als ein Sputtergas durch den Gasein laßanschluß 93 so eingebracht, daß der Druck in dem Vakuumbe hälter 91 auf einem Vakuum von 399 × 10^-3 Pa gehalten wird.

Ein Gleichspannung von -60 V wird an die Führungsbuchse 11 durch die Gleichstromversorgung 92 angelegt und eine Gleichspannung von -50 V wird an das Target 90 durch die Targetstromversorgung 97 angelegt.

Dann wird ein Plasma in dem Vakuumbehälter 91 erzeugt und die Oberfläche des Targets 90 wird einem Sputtern durch die Ionen in dem Plasma unterworfen. Dadurch wird das Material, das die Zwischenschicht sein soll, aus der Oberfläche des Targets her ausgesputtert und haftet an dem Abschnitt der Führungsbuchse 11, der nicht mit dem Abdeckteil 94 bedeckt ist, an, und die Zwischenschicht 16, die zuvor beschrieben worden ist, kann nur auf der inneren Oberfläche 11b und auf dem Abschnitt 11h₁ der Endfläche 11h der Führungsbuchse 11 benachbart zu dem Ende der inneren Oberfläche ausgebildet werden.

Andererseits, kann in dem Fall einer Führungsbuchse, die mit einer superharten Auskleidung 12 auf der inneren Oberfläche 11b vorgesehen ist, die Zwischenschicht 16 auf der inneren Oberflä che 12b der superharten Auskleidung 12 und auf der Endfläche 12a ausgebildet werden.

Die Dicke der Zwischenschicht 16 sollte ungefähr 0,5 µm sein. Jedoch sollte in dem Fall der Zwischenschicht, die aus zwei Schichten besteht, die Dicke der beiden, der oberen und der un teren, Schichten ungefähr 0,5 µm sein.

Wenn eine Zwischenschicht, die aus einer einzelnen Schicht be steht, ausgebildet wird, wird Siliziumkarbid (SiC) oder Wolf ramkarbid (WC) als das Target 90 verwendet. Wenn eine Zwischen schicht, die aus zwei Schichten besteht, ausgebildet wird, wird das Target 90 dem Sputtern durch Verwenden von Titan (Ti) oder Chrom (Cr) unterworfen, um so die untere Schicht der Zwischen schicht auszubilden, und dann wird das Target 90 dem Sputtern durch Verwenden von Siliziumkarbid (SiC) unterworfen, um so die obere Schicht der Zwischenschicht auszubilden.

Erläuterung eines Verfahrens zur Ausbildung der harten Kohlenstoffschicht

Ein Verfahren zur Ausbildung der harten Kohlenstoffschicht auf einer Führungsbuchse in einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird als nächstes unter Bezugnahme auf die Fig. 15 bis 28 beschrieben.

Zuerst wird ein Verfahren zum Herstellen einer Führungsbuchse 11 in einem Zustand, in dem die harte Kohlenstoffschicht noch nicht darauf ausgebildet ist, beschrieben.

Die Führungsbuchse 11 wird durch Bearbeiten eines Werkstücks aus einem Legierungswerkzeugstahl (SKS) derart, daß die koni sche äußere Oberfläche 11a, der elastische biegbare Abschnitt 11d, der Einpaßabschnitt 11e, der mit einem Gewinde versehene Abschnitt 11f, die zentrale Bohrung 11j, die innere Oberfläche 11b, die in einem Abschnitt der zentralen Bohrung 11j ausgebil det ist, und der gestufte Abschnitt 11g der zentralen Bohrung 11j, der einen inneren Durchmesser, der größer als derjenige der inneren Oberfläche 11b ist, aufweist, auszubilden, ausge bildet.

Die Schlitze 11c werden in Winkelintervallen von 120° durch Be arbeiten mit elektrischen Entladungen derart ausgebildet, daß sie sich durch den Kopfabschnitt, der die konische äußere Ober fläche 11a aufweist, erstrecken.

Die innere Oberfläche 11b, die konische äußere Oberfläche 11a und der Einpaßabschnitt 11e werden zum Vervollständigen der Führungsbuchse 11 in einer Stufe vor dem Ausbilden der harten Kohlenstoffschicht auf dieser geschliffen.

Die superharte Auskleidung 12 wird angebracht an der, oder die kohlenstoffeinsatzgehärtete Schicht 11k wird ausgebildet auf der, inneren Oberfläche 11b der Führungsbuchse 11, wenn es be nötigt wird.

Außerdem wird die Zwischenschicht 16 zuvor auf der inneren Oberfläche der Führungsbuchse 11 und auf dem Abschnitt 11h₁ der Endfläche der Führungsbuchse 11 benachbart zu dem Ende der in neren Oberfläche oder auf der inneren Oberfläche 12b der super harten Auskleidung 12 und auf der Endfläche 12a ausgebildet.

Erstes Verfahren: Fig. 15 und 16

Fig. 15 ist eine schematische Schnittansicht, die eine Vorrich tung zum Ausführen eines Verfahrens zur Ausbildung einer harten Kohlenstoffschicht über einer Führungsbuchse entsprechend der vorliegenden Erfindung zeigt.

In Fig. 15 ist durch 61 ein Vakuumbehälter bezeichnet, der mit einem Gaseinlaßanschluß 63 und einem Evakuierungsanschluß 65 vorgesehen ist. Ein Anode 79 und ein Glühfaden 81 sind in dem oberen Zentralbereich des Innenraums des Vakuumbehälters 61 an geordnet. Die Führungsbuchse 11 ist fixiert in einer aufrechten Position auf einem Isolierungsträger 80, der in dem unteren Zentralbereich des Innenraums des Vakuumbehälters 61 angeordnet ist, montiert.

Ein Hilfselektrode 71, die die Form einer dünnen Stange hat, ist in dem Vakuumbehälter 61 derart angeordnet, daß sie sich in die zentrale Bohrung 11j der Führungsbuchse im wesentlichen koaxial mit der zentralen Bohrung 11j der Führungsbuchse 11 er streckt und mit dem Vakuumbehälter 61 auf Massepotential ver bunden ist. Die Hilfselektrode 71 ist aus einem metallischen Material wie rostfreiem Stahl oder ähnlichem ausgebildet.

Des weiteren ist ein ringartiges Dummy-Teil 53, das eine Öff nung 53a mit einem Durchmesser, der um 2 mm größer als derjeni ge der inneren Oberfläche 11b der Führungsbuchse 11 ist, auf weist, auf der Endfläche 11h, an der sich die innere Oberfläche 11b der Führungsbuchse 11 öffnet, in einer solchen Weise, daß die Achse derselben in Ausrichtung mit dem Zentrum der axialen Bohrung 11j ist, plaziert, und der Abschnitt 11h₁ der Endfläche 11h der Führungsbuchse 11 benachbart zu dem Ende der inneren Oberfläche ist ringförmig freigelegt.

Die äußere Form des Dummy-Teils 53 ist in Fig. 16 gezeigt. Das Dummy-Teil 53 ist ebenfalls aus rostfreiem Stahl (SUS) in einer Weise, die ähnlich zur Ausbildung der Hilfselektrode 71 ist, ausgebildet. Die äußere Abmessung des Dummy-Teils 53 ist im we sentlichen dieselbe wie diejenige der Endfläche 11 der Füh rungsbuchse 11.

Nebenbei, die Hilfselektrode 71 ist wünschenswerterweise unge fähr 1 mm bis 2 mm innerhalb der Führungsbuchse 11 von der End fläche derselben, so daß das Ende derselben nicht aus der obe ren Endfläche des Dummy-Teils 53 vorstehen kann.

Falls die äußere Oberfläche der Führungsbuchse 11 mit einem Ab deckteil 84 aus einer Aluminiumfolie oder ähnlichem bedeckt ist, wird die harte Kohlenstoffschicht nicht auf der äußeren Oberfläche ausgebildet.

Der Vakuumbehälter 61 wird auf ein Vakuum von 399 × 10^-5 Pa durch Auspumpen von Gasen durch den Evakuierungsanschluß 65 evaku iert.

Danach wird Benzolgas (C₆H₆), d. h. ein Gas, das Kohlenstoff ent hält, durch den Gaseinlaßanschluß 63 in den Vakuumbehälter 61 zugeführt, so daß der Druck in dem Vakuumbehälter 61 auf einem Vakuum von 665 × 10^-3 Pa gehalten wird.

Nachfolgend wird eine Gleichspannung von -3 kV an die Führungs buchse 11 durch eine Gleichstromversorgung 73 angelegt, eine Gleichspannung von +50 V wird an die Anode 79 durch eine Anoden stromversorgung 75 angelegt, und weiterhin wird eine Wechsels pannung von ungefähr 10 V an den Glühfaden 81 durch eine Glühfa denstromversorgung 77 angelegt, so daß ein Strom von 30A zu diesem fließt.

Dadurch wird ein Plasma in einem Bereich, der die Führungsbuch se 11, die in dem Vakuumbehälter 61 angeordnet ist, umgibt, zur Ausbildung einer harten Karbonschicht nur auf der freigelegten inneren Oberfläche 11b der Führungsbuchse 11 und dem Abschnitt 11h₁ der Endfläche 11h der Führungsbuchse 11 benachbart zu dem Ende der inneren Oberfläche erzeugt.

Das Verfahren zur Ausbildung der harten Kohlenstoffschicht, das in Fig. 15 illustriert ist, ist zum Erzeugen des Plasmas nicht nur um die äußere Oberfläche der Führungsbuchse sondern auch um die innere Oberfläche derselben in der Lage, da sich die Hilfs elektrode 71 durch die zentrale Bohrung 11j der Führungsbuchse 11 erstreckt.

Darum tritt keine Hohlkathodenentladung auf und die Anhaftung der harte Kohlenstoffschicht 15 wird verbessert.

Da die Potentialverteilung bezüglich der Länge der inneren Oberfläche der Führungsbuchse 11 gleichförmig ist, kann die harte Kohlenstoffschicht mit einer gleichförmigen Dicke über der inneren Oberfläche 11b ausgebildet werden. Da die harte Kohlenstoffschicht mit einer hohen Abscheidungsrate abgeschie den wird, kann die harte Kohlenstoffschicht, die eine gleich förmige Dicke von dem offenen Ende durch die Tiefe aufweist, in einer kurzen Zeit ausgebildet werden.

Die Hilfselektrode 71 kann irgendeinen Durchmesser aufweisen, vorausgesetzt, daß der Durchmesser geringer als der Durchmesser der Bohrung der Führungsbuchse 11 ist. Wünschenswerterweise ist der Durchmesser der Hilfselektrode 71 so bestimmt, daß ein Freiraum von ungefähr 5 mm, d. h. ein Freiraum zum Erzeugen ei nes Plasmabereiches, zwischen der Hilfselektrode 71 und der in neren Oberfläche 11b, auf welcher die harte Kohlenstoffschicht ausgebildet wird, ausgebildet ist. Wünschenswerterweise ist das Verhältnis des Durchmessers der Hilfselektrode 71 zu dem Durch messer der Bohrung der Führungsbuchse 11 nicht größer als 1/10. Wenn die Hilfselektrode 71 mit einem kleinen Durchmesser auszu bilden ist, kann dieselbe ein Draht sein.

Obwohl die Hilfselektrode 71 in dieser Ausführungsform aus rostfreiem Stahl ausgebildet ist, kann dieselbe aus einem Me tall ausgebildet sein, das einen hohen Schmelzpunkt aufweist, die Wolfram (W) oder Tantal (Ta). Die Hilfselektrode 71 weist einen kreisförmigen Querschnitt auf.

Das Dummy-Teil 53, das in dieser Ausführungsform verwendet wird, erfüllt die folgende Funktion.

Das heißt, in dem Verfahren zur Ausbildung einer harte Kohlen stoffschicht auf der Führungsbuchse 11 wird ein Plasma über der inneren Oberfläche und dem äußeren Umfang der Führungsbuchse 11 erzeugt. Da Ladung dazu neigt, sich an der Endfläche der Füh rungsbuchse 11 zu konzentrieren, und die Endfläche ein hohes Potential verglichen mit der inneren Oberfläche derselben hält, wird ein sogenannter Randeffekt erzeugt. Die Intensität des Plasmas an dem Abschnitt, der benachbart zu der Endfläche der Führungsbuchse 11 ist, ist größer als diejenige an den anderen Abschnitten und sie ist instabil.

Des weiteren wird der Abschnitt benachbart zu der Endfläche der Führungsbuchse 11 durch die beiden Plasmas, das heißt durch das innere Plasma und das äußere Plasma beeinflußt.

Wenn die harte Kohlenstoffschicht in einem solchen Zustand aus gebildet wird, ist die Anhaftung der harten Kohlenstoffschicht an dem Abschnitt, der von der Endfläche 11h der Führungsbuchse 11 um einige mm entfernt ist, leicht unterschiedlich von derje nigen an den anderen Abschnitten, und die Qualität der Schicht ist ebenfalls unterschiedlich.

Dementsprechend, falls das Dummy-Teil 53 auf der Endfläche 11h, durch welche sich die innere Oberfläche 11b der Führungsbuchse 11 öffnet, zum Ausbilden der harten Kohlenstoffschicht angeord net ist, wie es in Fig. 15 gezeigt ist, wird ein Abschnitt, in dem die Qualität der Schicht und die Anhaftung derselben unter schiedlich sind, nicht auf der inneren Oberfläche der Führungs buchse 11 sondern anstelle dessen auf der inneren Oberfläche der Bohrung des Dummy-Teils 53 ausgebildet.

Des weiteren tritt ein Problem dahingehend auf, daß, falls der Durchmesser der Bohrung, die durch die innere Oberfläche der Führungsbuchse 11 gebildet wird, auf ungefähr 10 mm oder weni ger abnimmt, das Plasma, das zwischen der Hilfselektrode 71 und der inneren Oberfläche 11b der Führungsbuchse 11 erzeugt wird, mit dem Ablauf der Zeit instabil gemacht wird, so daß die harte Kohlenstoffschicht nicht ausgebildet wird.

Es ist möglich, zu verhindern, daß das Plasma instabil wird, indem ein Plasma in der Öffnung 53a des Dummy-Teils 53, die ei nen Bohrungsdurchmesser aufweist, der größer als derjenige der Bohrung ist, die durch die innere Oberfläche 11b der Führungs buchse 11 gebildet wird, induziert wird.

Dieses wird durch die Tatsache verursacht, daß das Plasma in der Öffnung 53a des Dummy-Teiles 53, die einen Durchmesser auf weist, der größer als derjenige der Bohrung der inneren Ober fläche der Führungsbuchse ist, immer stabil erzeugt wird.

Derart kann der stabile harte Kohlenstoffilm auf dem ringförmi gen Abschnitt 11h₁ der Endfläche 11h benachbart zu dem Ende der inneren Oberfläche, welcher innerhalb der Öffnung 53a des Dum my-Teils 53 an der Endfläche der Führungsbuchse 11 freigelegt ist, aufgrund des Plasmas, das in der Öffnung 53a des Dummy- Teiles 53 erzeugt wird, ausgebildet werden. Des weiteren ist es möglich, die stabile harte Kohlenstoffschicht auf der inneren Oberfläche 11b durch Einbringen des Plasmas, das in der Öffnung 53a des Dummy-Teiles 53 erzeugt wird, in die zentrale Bohrung 11j der Führungsbuchse 11 auszubilden.

Als ein Ergebnis kann das herkömmliche Problem, bei dem Defekte an dem Rand des Werkstückes erzeugt werden, im wesentlichen verhindert werden, wenn ein Teil des Werkstückes, welches spa nend bearbeitet worden ist, in die Führungsbuchse, die das Werkstück hält, gezogen wird, um so für eine Bearbeitung in dem spanenden Prozeß gehalten werden.

Zweites Verfahren: Fig. 17

Als nächstes wird ein Verfahren zur Ausbildung einer harte Koh lenstoffschicht in einer zweiten Ausführungsform, das unter schiedlich von dem obigen Verfahren ist, unter Bezugnahme auf Fig. 17 beschrieben.

Fig. 17 ist eine Schnittansicht einer Vorrichtung zum Ausführen des zweiten Verfahrens. In Fig. 17 sind Teile, die zu denjeni gen, die in Fig. 15 gezeigt sind, ähnlich sind oder diesen ent sprechen, durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet und die Be schreibung derselben ist weggelassen.

Der Vakuumbehälter 61, der bei dem zweiten Verfahren verwendet wird, ist darin nicht mit einer Anode und einem Glühfaden aus gerüstet.

Dieses Verfahren zur Ausbildung einer harten Kohlenstoffschicht unterscheidet sich von dem ersten Verfahren, welches die in Fig. 15 gezeigte Vorrichtung verwendet, nur darin, daß eine Hochfrequenzleistung an eine Führungsbuchse 11, die in dem Va kuumbehälter 61 angeordnet ist, über eine Anpassungsschaltung 67 durch eine Hochfrequenzstromquelle 69 mit 13,56 MHz Schwin gungsfrequenz angelegt wird, wobei das Dummy-Teil 53 auf der Endfläche derselben und eine auf Masse gelegte Hilfselektrode 71 darin plaziert sind und Methangas (CH₄) als ein Gas, das Kohlenstoff enthält, in den Vakuumbehälter 61 zugeführt wird, so daß der Druck in dem Vakuumbehälter 61 auf 13,3 Pa gehalten wird.

Ein Plasma wird um sowohl die äußere als auch die innere Ober fläche erzeugt und eine harte Kohlenstoffschicht wird auf der inneren Oberfläche 11b der Führungsbuchse 11 und dem Abschnitt 11h₁ der Endfläche der Führungsbuchse 11 benachbart zu dem Ende der inneren Oberfläche in dem Plasma-CVD-Prozeß erzeugt. Die harte Kohlenstoffschicht 15 kann mit einer im wesentlichen gleichförmigen Dicke über die gesamte Länge der inneren Ober fläche 11b, die der Hilfselektrode 71 gegenüberliegt, in einer kurzen Zeit ausgebildet werden.

Drittes Verfahren: Fig. 18

Als nächstes wird ein Verfahren zur Ausbildung einer harten Kohlenstoffschicht in einer dritten Ausführungsform, das sich von dem obigen Verfahren unterscheidet, unter Bezugnahme auf Fig. 18 beschrieben.

Fig. 18 ist eine schematische Schnittansicht einer Vorrichtung zum Ausführen des dritten Verfahrens. In Fig. 18 sind Teile, die denjenigen, die in Fig. 15 gezeigt sind, ähnlich sind oder entsprechen durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet und die Beschreibung derselben ist weggelassen.

Der Vakuumbehälter 61, der in dem dritten Verfahren verwendet wird, ist nicht mit einer Anode und einem Glühfaden ausgerü stet.

Dieses Verfahren zur Ausbildung einer harten Kohlenstoffschicht unterscheidet sich von dem ersten Verfahren, welches die in Fig. 15 illustrierte Vorrichtung verwendet, nur darin, daß eine Gleichspannung von -600 V durch eine Gleichstromquelle 73' an eine Führungsbuchse 11, die in dem Vakuumbehälter 61 angeordnet ist, angelegt wird, wobei das Dummy-Teil 53 auf der Endfläche derselben und eine auf Masse gelegte Hilfselektrode 71 darin plaziert sind, und Methangas (CH₄) als ein Gas, das Kohlenstoff enthält, in den Vakuumbehälter 61 so zugeführt wird, daß der Druck in dem Vakuumbehälter 61 auf einem Vakuum von 13,3 Pa gehalten wird.

Ein Plasma wird sowohl um die äußere als auch die innere Ober fläche erzeugt und eine harte Kohlenstoffschicht wird auf der inneren Oberfläche 11b der Führungsbuchse 11 und dem Abschnitt 11h₁ der Endfläche der Führungsbuchse 11 benachbart zu dem Ende der inneren Oberfläche in dem Plasma-CVD-Prozeß ausgebildet. Die harte Kohlenstoffschicht 15 kann mit einer im wesentlichen gleichförmigen Dicke über die gesamte Länge der inneren Ober fläche 11b, die der Hilfselektrode 71 gegenüberliegt, in einer kurzen Zeit ausgebildet werden.

Die zuvor beschriebenen Verfahren zur Ausbildung einer harten Kohlenstoffschicht sind zur Ausbildung der harten Kohlenstoff schicht 15 über der Führungsbuchse 11 in den vorhergehenden ge schichteten Strukturen, die unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 13 beschrieben worden sind, anwendbar.

Obwohl die vorhergehenden Verfahren zur Ausbildung einer harten Kohlenstoffschicht, die die vorliegende Erfindung ausführen, Methangas oder Benzolgas als ein Gas, das Kohlenstoff enthält, verwenden, können Ethylen, das Kohlenstoff enthält, oder ein Dampf aus einer Flüssigkeit, die Kohlenstoff enthält, wie Hexan, anstelle des Methangases oder des Benzolgases verwendet werden.

Viertes bis sechstes Verfahren: Fig. 19, 20, 21

Das vierte und das sechste Verfahren zur Ausbildung einer har ten Kohlenstoffschicht in weiteren bevorzugten Ausführungsfor men entsprechend der vorliegenden Erfindung zur Ausbildung ei ner harten Kohlenstoffschicht über einer Führungsbuchse werden unter Bezugnahme auf die Fig. 19 bis 21 beschrieben.

Die Fig. 19 bis 21 illustrieren entsprechend eine Vorrichtung zum Ausführen der vierten bis sechsten Verfahren zum Ausbilden einer harten Kohlenstoffschicht, wobei jede von ihnen ein Bei spiel des Ausbildens einer harten Kohlenstoffschicht auf der Führungsbuchse 11 unter Verwendung derselben Vorrichtung, wie sie in den Fig. 15, 17 bzw. 18 gezeigt sind, zeigt. Darum wer den Teile, die denjenigen, die in den Fig. 15, 17 und 18 ge zeigt sind, ähnlich sind oder entsprechen, durch dieselben Be zugszeichen bezeichnet und die Beschreibung derselben wird weg gelassen.

Dieses vierte, fünfte und sechste Verfahren zur Ausbildung ei ner harten Kohlenstoffschicht unter Verwendung der Vorrichtung, die in den Fig. 19, 20 und 21 gezeigt sind, sind unterschied lich von den vorhergehenden ersten, zweiten und dritten Verfah ren dahingehend, daß die Hilfselektrode 71 auf einem Isolator 85 gehalten wird, der in der zentralen Bohrung 11j einer Füh rungsbuchse 11 aufgenommen ist, so daß die Hilfselektrode 71 von sowohl der Führungsbuchse 11 als auch dem Vakuumbehälter 61 isoliert ist, und eine positive Gleichspannung von, zum Bei spiel, 20 V an die Hilfselektrode 71 durch eine Hilfselektroden stromquelle 83 angelegt wird.

Fig. 22 zeigt die Abhängigkeit der Dicke einer harten Kohlen stoffschicht, die auf der inneren Oberfläche der Führungsbuchse 11 ausgebildet ist, von der positiven Spannung, die an die Hilfselektrode 71 angelegt wird.

In Fig. 22 ist die Dicke der harten Kohlenstoffschicht gezeigt, wenn der Freiraum zwischen der inneren Oberfläche der Führungs buchse 11 und der Hilfselektrode 71 gleich 3 mm und 5 mm ist, während die positive Gleichspannung, die an die Hilfselektrode 71 angelegt ist, von 0 V bis 30 V variiert wird. Charakteristi sche Kurven a und b entsprechen den Freiräumen von 3 mm bzw. 5 mm.

Es ist aus den Kurven a und b bekannt, daß die Abscheidungsrate der harten Karbonschicht mit dem Ansteigen der positiven Gleichspannung, die an die Hilfselektrode 71 angelegt ist, an steigt, und daß die Abscheidungsrate der harten Kohlenstoff schicht höher ist, wenn der Freiraum zwischen der inneren Ober fläche der Bohrung der Führungsbuchse 11 und der Hilfselektrode 71 größer ist.

Es wird kein Plasma um die innere Oberfläche der zentralen Boh rung 11j der Führungsbuchse 11 erzeugt noch kann irgendeine harte Kohlenstoffschicht ausgebildet werden, wenn eine Spannung von 0 V an die Hilfselektrode 71 angelegt ist und das Potential der Hilfselektrode 71 gleich der Massespannung ist und der Freiraum zwischen der inneren Oberfläche der Bohrung der Füh rungsbuchse und der Hilfselektrode 71 gleich 3 mm ist (Kurve a.)

Ein Plasma wird um die Hilfselektrode 71 innerhalb der zentra len Bohrung 11j der Führungsbuchse 11 erzeugt und eine harte Kohlenstoffschicht kann ausgebildet werden, wenn die positive Gleichspannung, die an die Hilfselektrode 71 angelegt wird, er höht wird, selbst wenn der Freiraum zwischen der inneren Ober fläche der zentralen Bohrung 11j und der Hilfselektrode 71 gleich 3 mm ist.

Darum ist dieses Verfahren zur Ausbildung einer harten Kohlen stoffschicht, das eine positive Gleichspannung an die Hilfs elektrode 71 anlegt, zur Ausbildung einer harten Kohlenstoff schicht über der inneren Oberfläche einer Führungsbuchse, die eine zentrale Bohrung 11j mit einem kleinen Durchmesser auf weist, in der Lage.

Alle Verfahren zur Ausbildung einer harten Kohlenstoffschicht, die in den Fig. 19 bis 21 illustriert sind, haben dieselbe Wir kung.

Beispiel von unterschiedlichen Dummy-Teilen: Fig. 23 bis 28

Hier werden verschiedene Ausführungsformen eines Dummy-Teiles 53, die eine Öffnung 53a mit unterschiedlichen Formen aufwei sen, unter Bezugnahme auf die Fig. 23 bis 28 beschrieben.

Das Dummy-Teil 53, das in Fig. 23 gezeigt ist, entspricht dem jenigen, das in den Ausführungsformen, die in den Fig. 15 bis 21 gezeigt sind, verwendet wird, und der Durchmesser der Öff nung 53a ist gleichförmig über die gesamte Länge seiner axialen Richtung ausgebildet.

Das Dummy-Teil 53, das in Fig. 24 gezeigt ist, weist eine Öff nung 53a auf, die einen Abschnitt a mit einem großen Durchmes ser und einem Abschnitt b mit kleinem Durchmesser aufweist. Der Durchmesser der Öffnung des Abschnittes b mit kleinem Durchmes ser ist um ungefähr 2 mm größer als derjenige der Bohrung, die durch die innere Oberfläche 11b der Führungsbuchse 11 gebildet wird, während der Durchmesser der Öffnung des Abschnittes a mit großem Durchmesser weiter um ungefähr 2 mm größer als derjenige der Öffnung des Abschnittes b mit kleinem Durchmesser ist.

Das Dummy-Teil 53, das in Fig. 25 gezeigt ist, weist eine Öff nung 53a auf, die einen Abschnitt a mit großem Durchmesser, ei nen Abschnitt b mit kleinem Durchmesser, und einen konischen Abschnitt c zwischen dem Durchmesser a mit großem Durchmesser und dem Abschnitt b mit kleinem Durchmesser aufweist. Der Durchmesser der Öffnung des konischen Abschnittes c variiert nach und nach, so daß der Durchmesser der Öffnung des Abschnit tes b mit kleinem Durchmesser um ungefähr 2 mm größer als der jenige der Öffnung der inneren Oberfläche 11b der Führungsbuch se 11 ist, und der Durchmesser der Öffnung des Abschnittes a mit großem Durchmesser ist um ungefähr 2 mm größer als derjeni ge der Öffnung des Abschnittes b mit kleinem Durchmesser.

Das Dummy-Teil 53, das in Fig. 26 gezeigt ist, weist eine Öff nung 53a auf, die einen Abschnitt b mit kleinem Durchmesser und einen konischen Abschnitt c aufweist. Der Durchmesser des Ab schnittes b mit kleinem Durchmesser ist um ungefähr 2 mm größer als derjenige der Öffnung der inneren Oberfläche 11b der Füh rungsbuchse 11, während der maximale Durchmesser der Öffnung des konischen Abschnittes c um ungefähr 2 mm bis 5 mm größer als derjenige der Öffnung des Abschnittes b mit kleinem Durch messer ist.

Das Dummy-Teil 53, das in Fig. 27 gezeigt ist, weist eine Öff nung 53a auf, die nur einen konischen Abschnitt c aufweist. Der minimale Durchmesser der Öffnung des konischen Abschnittes ist um ungefähr 2 mm größer als derjenige der Öffnung der inneren Oberfläche 11b der Führungsbuchse 11 und der maximale Durchmes ser der Öffnung ist um ungefähr 2 mm bis 5 mm größer als der minimale Durchmesser der Öffnung.

Das Dummy-Teil 53, das in Fig. 28 gezeigt ist, weist eine Öff nung 53a auf, die einen Abschnitt a mit großem Durchmesser, ei nen Abschnitt d mit mittlerem Durchmesser und einen Abschnitt b mit kleinem Durchmesser aufweist. Der Durchmesser der Öffnung des Abschnittes b mit kleinem Durchmesser ist ungefähr 2 mm größer als derjenige der inneren Oberfläche 11b des Führungs buchse 11 und der Durchmesser der Öffnung des Abschnittes a mit großem Durchmesser ist um ungefähr 2 bis 5 mm größer als derje nige der Öffnung des Abschnittes b mit kleinem Durchmesser. Der Abschnitt d mit mittlerem Durchmesser weist eine Öffnung mit einem Durchmesser im Bereich zwischen dem Durchmesser der Öff nung des Abschnittes a mit großem Durchmesser und dem Durchmes ser der Öffnung des Abschnittes b mit kleinem Durchmesser auf. Nämlich, das Dummy-Teil 53 weist eine Öffnung 53a auf, die eine innere Oberfläche aufweist, die im Querschnitt gestuft ist.

Das Dummy-Teil 53, das in den Fig. 24 bis 28 gezeigt ist, weist einen konischen Abschnitt c und eine gestufte innere Oberfläche auf, was die Öffnung 53a von derjenigen des Dummy-Teils 53, das in Fig. 23 gezeigt ist, unterschiedlich macht, und daher ist es, verglichen mit dem Dummy-Teil 53, das in Fig. 23 gezeigt ist, möglich, ein Plasma sanft in den Bereich einzubringen, der die Hilfselektrode 71 in der zentralen Bohrung 11j der Füh rungsbuchse 11 umgibt.

Dementsprechend kann ein Plasma stabiler um den Bereich, der die Hilfselektrode 71 in der Bohrung 11j der Führungsbuchse 11 umgibt, erzeugt werden, und die harte Kohlenstoffschicht kann stabiler ausgebildet werden.

Zusätzliche Erläuterung

Das Verfahren zur Ausbildung einer harten Kohlenstoffschicht entsprechend der verschiedenen Ausführungsformen, die zuvor be schrieben worden sind, kann ähnlich auf die Ausbildung einer harten Kohlenstoffschicht 15 über verschiedene Schichten der Führungsbuchse 11 angewendet werden.

In den entsprechenden Verfahren zur Ausbildung der harten Koh lenstoffschicht wird die harte Kohlenstoffschicht durch Abdec ken des äußeren Bereiches der Führungsbuchse 11 mit einem Ab deckteil 84 oder 94 nicht auf der äußeren Oberfläche der Füh rungsbuchse 11 ausgebildet. Des weiteren, da Bereiche, die an dere als der Abschnitt 11h₁ der Endfläche 11h der Führungsbuch se 11 benachbart zu dem Ende der inneren Oberfläche sind, mit dem Dummy-Teil 53 abgedeckt sind, wird die harte Kohlenstoff schicht auf diesen nicht ausgebildet.

Dadurch kann die äußere Abmessung der Führungsbuchse 11 genau ausgebildet werden, und es ist vorteilhaft, daß die Stärke der äußeren konischen Oberfläche 11a, die mit den Schlitzen 11c ausgebildet ist, daran gehindert wird, reduziert zu werden.

Jedoch, selbst wenn das Abdeckteil 84 oder 94 nicht verwendet wird, wenn die harte Kohlenstoffschicht über der äußeren Ober fläche der Führungsbuchse 11 ausgebildet wird, treten keine ernsthaften Probleme auf.

Obwohl die vorhergehenden Verfahren zur Ausbildung einer harten Kohlenstoffschicht über einer Führungsbuchse entsprechend der entsprechenden Ausführungsformen Methangas (CH₄) oder Benzolgas (C₆H₆) als ein Gas, das Kohlenstoff enthält, verwenden, können die Verfahren zur Ausbildung einer harten Kohlenstoffschicht Ethylen (C₂H₄), Hexan (C₆H₁₄) oder ähnliches verwenden.

Diese Gase, die Kohlenstoff enthalten, können durch ein Inert gas, das bei einem relativ niedrigen Ionisationspotential ioni siert wird, wie Argon (Ar) zum Stabilisieren des Plasmas, das in der zentralen Bohrung der Führungsbuchse erzeugt wird, ge löst werden.

Eine kleine Menge eines Additivs (1% oder weniger) kann dem Gas, das Kohlenstoff enthält, zur Ausbildung der harten Kohlen stoffschicht hinzugefügt werden, um die Schmierfähigkeit oder Härte zu erhöhen.

Das Hinzufügen von, zum Beispiel, Fluor (F) oder Bor (B) zu dem Gas, das Kohlenstoff enthält, erhöht die Schmierfähigkeit. Das Hinzufügen von, zum Beispiel, Chrom (Cr), Molybdän (Mo) oder Wolfram (W) zu dem Gas, das Kohlenstoff enthält, erhöht die Härte.

Es ist wünschenswert, ein Plasma aus Argon (Ar) oder Stickstoff (N₂) nach dem Plazieren der Führungsbuchse in dem Vakuumbehäl ter vor der Ausbildung der harten Kohlenstoffschicht zum Bom bardieren der inneren Oberfläche der Führungsbuchse zu erzeu gen, und ein Plasma aus dem Gas, das Kohlenstoff enthält, wie Methangas oder Benzolgas, zur Ausbildung der harten Kohlen stoffschicht zu erzeugen.

Diese Vorbehandlung unter Verwendung einer Bombardierung mit einem Inertgas erhöht die Temperatur der inneren Oberfläche der Führungsbuchse, aktiviert die innere Oberfläche und treibt Ver unreinigungen aus der inneren Oberfläche der Führungsbuchse zum Reinigen der inneren Oberfläche aus. Diese Wirkungen verbessern die Anhaftung der harten Kohlenstoffschicht an der inneren Oberfläche der harten Kohlenstoffschicht weiter.

Des weiteren kann dem Methangas, Benzolgas oder Ethylengas, welches Kohlenstoff enthält, Argongas (Ar), Stickstoffgas (N₂), Heliumgas (He) oder Wasserstoffgas (H₂) hinzugefügt werden.

Derart kann durch Hinzufügen von Argongas oder Stickstoffgas zu dem Gas, das Kohlenstoff enthält, die Geschwindigkeit der Aus bildung der Schicht gesteuert werden. Darum kann eine dichte harte Kohlenstoffschicht ausgebildet werden, und weiterhin kann eine harte Kohlenstoffschicht mit einer schlechten Anhaftung und Qualität durch Sputtern der Oberfläche der harten Kohlen stoffschicht unter Verwendung des Stickstoffs und des Argons entfernt werden, wodurch die Qualität der Schicht verbessert wird. Des weiteren ist das Hinzufügen von Wasserstoff zu dem Gas, das Kohlenstoff enthält, zur Verbesserung der Qualität der harten Kohlenstoffschicht wirksam, da freie Bindungen von Koh lenstoffatomen mit dem Wasserstoff gefüllt werden können.

Obwohl in der obigen Beschreibung der Ausführungsformen bei dem Verfahren zur Ausbildung der harten Kohlenstoffschicht entspre chend der vorliegenden Erfindung die harte Kohlenstoffschicht auf dem Abschnitt 11h₁ der Endfläche der Führungsbuchse 11 be nachbart zu dem Ende der inneren Oberfläche so ausgebildet wird, daß sie sich um ungefähr 1 mm von dem Grenzbereich zwi schen der inneren Oberfläche und der Endfläche erstreckt, kann die harte Kohlenstoffschicht so ausgebildet werden, daß sie sich mehr als 1 mm erstreckt.

Es wurde auch ein Beispiel beschrieben, in dem der minimale Durchmesser der Öffnung 53a des Dummy-Teiles 53 um ungefähr 2 mm größer als derjenige der Bohrung, die durch die innere Oberfläche 11b der Führungsbuchse 11 gebildet wird, ist. Jedoch kann der Durchmesser der Öffnung 53a des Dummy-Teiles 53 um 3 mm bis 6 mm größer als derjenige der Bohrung, die durch die innere Oberfläche 11b der Führungsbuchse 11 gebildet wird, sein. Auch dabei erfüllt die Öffnung 53a des Dummy-Teiles 53 dieselbe Funktion wie diejenige in der zuvor erwähnten Ausfüh rungsform und eine ähnliche Wirkung kann erhalten werden.

Des weiteren ist in der Beschreibung der obigen Ausführungsfor men das Dummy-Teil 53 mit einer Öffnung 53a, die einen Durch messer aufweist, der größer als derjenige der Bohrung ist, die durch die innere Oberfläche 11b gebildet wird, als eine Maßnah me gegen die instabile Plasmaentladung vorgesehen.

Jedoch kann die vorliegende Erfindung auf eine Führungsbuchse 11 angewendet werden, die eine Bohrung aufweist, die durch die innere Oberfläche 11b gebildet wird, die einen Durchmesser hat, der um 10 mm größer ist, mit dem Ziel, die Plasmaentladung, die zwischen der Hilfselektrode 71 und der inneren Oberfläche 11b der Führungsbuchse 11 erzeugt wird, stabil zu machen.

INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT

Es ist aus der vorhergehenden Beschreibung offensichtlich, daß die Führungsbuchse entsprechend der vorliegenden Erfindung, die mit einer harten Kohlenstoffschicht auf einer inneren Oberflä che, die in einem gleitenden Kontakt mit einem Werkstück ist, und auf einem Abschnitt, der benachbart zu einer inneren Ober fläche ist, der Endfläche, durch welche ein Werkstück einge setzt wird, vorgesehen ist und bei der rotierenden oder statio nären Führungsbuchsenvorrichtung einer automatischen Drehma schine verwendet wird, die automatische Drehmaschine dazu befä higt, die normale Bearbeitung eines Werkstückes mit einer er höhten Spantiefe ohne Beschädigung des Werkstückes oder das Verursachen eines Blockierens zwischen der Führungsbuchse und dem Werkstück auszuführen, und die Bearbeitungseffizienz der automatischen Drehmaschine merklich erhöht. Außerdem können De fekte, die durch Grate auf dem Werkstück verursacht werden, daran gehindert werden, auf der inneren Oberfläche der Füh rungsbuchse erzeugt zu werden.

Die merklich erhöhte Dauerhaftigkeit der Führungsbuchse verlän gert die Zeit, über die eine Bearbeitung fortgesetzt werden kann, was die Betriebsrate der automatischen Drehmaschine merk lich erhöht. Wenn die Führungsbuchse in der stationären Füh rungsbuchsenvorrichtung einer automatischen Drehmaschine einge baut ist, ist die automatische Drehmaschine zum Erreichen einer präzisen Bearbeitung (insbesondere bezüglich der Rundheit) in effizienter Weise in der Lage.

Entsprechend des Verfahrens zur Ausbildung einer harten Kohlen stoffschicht dieser Erfindung ist einer harten Kohlenstoff schicht über einer Führungsbuchse in der Lage, eine harte Koh lenstoffschicht (DLC-Schicht) mit einer gleichförmigen Dicke und einer hohen Anhaftung über der inneren Oberfläche einer Führungsbuchse, die in einen gleitenden Kontakt mit einem Werk stück gebracht wird, und über einem Abschnitt der Endfläche der Führungsbuchse, der benachbart zu dem Ende der inneren Oberflä che ist, in einer kurzen Zeit auszubilden.

Derart ist das Verfahren zur Ausbildung der harten Kohlenstoff schicht zum Herstellen einer dauerhaften Führungsbuchse zum Ge brauch bei der Führungsbuchsenvorrichtung der automatischen Drehmaschine mit einer hohen Produktivität in der Lage.

Claims

1. Verfahren zur Ausbildung einer harten Kohlenstoffschicht über einer Führungsbuchse, die im wesentlichen in einer zylindri schen Form ausgebildet ist und eine zentrale Bohrung (11j) in ihrer axialen Richtung aufweist, die weiter eine konische äußere Oberfläche (11a), eine innere Oberfläche (11b), die in gleitendem Kontakt mit einem Werkstück (51) zu sein hat, und Schlitze (11c), die an einem Ende vorgesehen sind, aufweist, wobei die Führungs buchse das Werkstück, das in die zentrale Bohrung eingesetzt ist, rotierbar und in der axialen Richtung gleitbar nahe eines Span werkzeuges (45) hält, wenn die Führungsbuchse (11) an einer auto matischen Drehmaschine montiert ist, bei dem
die Führungsbuchse in einem Vakuumbehälter (61), der mit einem Gaseinlaßanschluß (63) und einem Evakuierungsanschluß (65) ver sehen ist, angeordnet wird,
eine Hilfselektrode (71) in die zentrale Bohrung, die die innere Oberfläche der Führungsbuchse bildet, eingesetzt und mit Massepo tential verbunden wird, oder daß an die Hilfselektrode eine posi tive Gleichspannung angelegt wird,
ein ringartiges Dummy-Teil (53), das eine Öffnung mit einem Durchmesser, der größer als derjenige der zentralen Bohrung der Führungsbuchse ist, aufweist, auf einer Endfläche (11h) der Füh rungsbuchsenbohrung an dem Ende der inneren Oberfläche mit seiner Achse in Ausrichtung mit derjenigen der zentralen Bohrung derart plaziert wird, daß ein Abschnitt (11h₁) der Endfläche benachbart zu der inneren Oberfläche ringförmig freigelegt ist,
ein Gas, das Kohlenstoff enthält, durch den Gaseinlaßanschluß in den Vakuumbehälter nach dem Evakuieren des Vakuumbehälters ein gebracht wird, und
ein Plasma in dem Vakuumbehälter zur Ausbildung einer harten Koh lenstoffschicht (15) aus hydriertem, amorphem Kohlenstoff über der inneren Oberfläche (11b) der Führungsbuchse und über einem Abschnitt (11h₁) der Endfläche der Führungsbuchse benachbart zu dem Ende der inneren Oberfläche mit einem Plasma-CVD-Verfahren erzeugt wird.

2. Verfahren zur Ausbildung einer harten Kohlenstoffschicht über einer Führungsbuchse nach Anspruch 1, bei dem der Vakuumbe hälter (61) mit einer Anode (79) und einem Glühfaden (81) in sich vorgesehen ist und ein Plasma in dem Vakuumbehälter durch Anlegen einer Gleichspannung an die Führungsbuchse (11), einer Gleich spannung an die Anode bzw. einer Wechselspannung an den Glühfaden erzeugt wird.

3. Verfahren zur Ausbildung einer harten Kohlenstoffschicht über einer Führungsbuchse nach Anspruch 1, bei dem ein Plasma in dem Vakuumbehälter (61) durch Anlegen einer Hoch frequenzleistung an die Führungsbuchse (11) erzeugt wird.

4. Verfahren zur Ausbildung einer harten Kohlenstoffschicht über einer Führungsbuchse nach Anspruch 1, bei dem ein Plasma in dem Vakuumbehälter (61) durch Anlegen einer Gleich spannung an die Führungsbüchse (11) erzeugt wird.

5. Führungsbuchse, die im wesentlichen in einer zylindrischen Form ausgebildet ist und eine zentrale Bohrung (11j) in ihrer axialen Richtung aufweist, die eine konische äußere Oberfläche (11a), eine innere Oberfläche (11b), die in gleitendem Kontakt mit einem Werkstück (51) zu sein hat, und Schlitze (11c), die an einem Ende vorgesehen sind, aufweist, wobei die Führungsbuchse (11) das Werkstück (51), das in die zentrale Bohrung eingesetzt ist, rotierbar und in der axialen Richtung gleitbar nahe eines Spanwerkzeuges (45) hält, wenn die Führungsbuchse (11) an einer automatischen Drehmaschine montiert ist, bei der eine harte Kohlenstoffschicht (15) aus hydriertem, amorphem Koh lenstoff über der inneren Oberfläche (11b) der zentralen Bohrung und über einem Abschnitt (11h₁) einer Endfläche (11h) der Füh rungsbuchse (11) benachbart zu dem Ende der inneren Oberfläche, das die Endfläche durchbohrt, ausgebildet ist.

6. Führungsbuchse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine superharte Auskleidung (12), die mindestens Wolfram, Kohlen stoff und Kobalt enthält, auf der inneren Oberfläche der zentra len Bohrung vorgesehen ist, und die harte Kohlenstoffschicht (15) aus hydriertem, amorphem Kohlenstoff auf einer inneren Oberfläche der superharten Auskleidung und auf einer Endfläche der superhar ten Auskleidung an der Bohrung der inneren Oberfläche ausgebildet ist.

7. Führungsbuchse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine kohlenstoffeinsatzgehärtete Schicht (11k) auf einer inneren Oberfläche (11b) der zentralen Bohrung und auf einem Abschnitt (11h₁) einer Endfläche der Führungsbuchse benachbart zu dem Ende der inneren Oberfläche, das die Endfläche durchbohrt, ausgebildet ist, und die harte Kohlenstoffschicht (15) aus hydriertem, amorphem Kohlenstoff auf der kohlenstoffeinsatzgehärteten Schicht ausgebildet ist.

8. Führungsbuchse nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei der die harte Kohlenstoffschicht (15) über einer Zwischenschicht (16) zum Erhöhen der Verbundwirkung mit der harten Kohlenstoffschicht ausgebildet ist.

9. Führungsbuchse nach Anspruch 8, bei der die Zwischenschicht (16) aus einem Zweischichtfilm, der aus einer unteren Schicht (16a) aus Titan oder Chrom und einer oberen Schicht (16b) aus Siliziumkarbid ausgebildet ist, ausgebildet ist.

10. Führungsbuchse nach Anspruch 8, soweit dieser auf Anspruch 6 rückbezogen ist, bei der die Zwischenschicht (16) aus einer kohlenstoffhaltigen Wolfram schicht ausgebildet ist.

11. Führungsbuchse nach Anspruch 8, soweit dieser auf Anspruch 6 rückbezogen ist, bei der die Zwischenschicht (16) aus einem Zweischichtfilm, der aus einer unteren Schicht (16a) aus kohlenstoffhaltigem Wolfram und einer oberen Schicht (16b) aus Siliziumkarbid besteht, ausgebildet ist.