JP2771695B2 - Method of forming high hardness coating - Google Patents
Method of forming high hardness coatingInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明は、電気かみそり刃やその他の刃物等の母材に
高硬度を有する材料の被膜を形成するための形成方法に
関する。The present invention relates to a forming method for forming a coating of a material having high hardness on a base material such as an electric razor blade and other blades.
（ロ）従来の技術 この種の製造装置としては、例えば特開昭61−106767
号公報や、特開昭62−382号公報に、刃物の刃先に真空
蒸着処理を施しながら、イオン注入処理を施し、刃先表
面に硬質の混合層を形成する装置がある。これらは先ず
容器内に刃物母材を収納し、真空排気を行ってから被膜
形成のプロセスを行うが、一回のプロセスで処理できる
刃物母材の個数は１個か精々２個程度であった。(B) Prior art Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-106767 discloses this type of manufacturing apparatus.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-382 and Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 62-382 disclose an apparatus in which a hard mixed layer is formed on the surface of a blade by performing ion implantation while performing vacuum deposition on the blade of the blade. In these, first, the blade base material is housed in a container, and after performing vacuum evacuation, a film forming process is performed. However, the number of blade base materials that can be processed in one process is about one or at most about two. .
（ハ）発明が解決しようとする課題 上述の如く、従来の製造装置では、一回のプロセスで
処理できる刃物母材の個数に限界があり、また刃物母材
は静止状態で真空容器内に置かれているため、被膜の形
成にムラが生じる等の欠点があった。(C) Problems to be Solved by the Invention As described above, in the conventional manufacturing apparatus, the number of blade base materials that can be processed in one process is limited, and the blade base material is placed in a vacuum vessel in a stationary state. Therefore, there is a disadvantage that unevenness occurs in the formation of the coating.
本発明が解決しようとする課題は、斯かる従来技術の
欠点に鑑み、一回のプロセスで処理できる刃物母材の個
数を増大させるとともに、形成された被膜のムラを減少
させ、歩留まりを向上することである。The problem to be solved by the present invention is to increase the number of blade base materials that can be processed in one process, reduce unevenness of the formed film, and improve the yield, in view of the drawbacks of the related art. That is.
（ニ）課題を解決するための手段 本発明は、真空チャンバを真空引きする第１工程と、
第１の回転軸の回りに自転自在な筒状母材ホルダを複数
個有する、第２の回転軸の回りに自転自在なターンテー
ブルを、該母材ホルダの周側面に装着された母材が、イ
オンを照射するイオンガンの照射方向と略対向する位置
で停止させる第２工程と、上記母材ホルダを回転させ乍
ら、上記イオンガンによって、常温で気体となる原子の
イオンを上記母材に照射すると共に、蒸発源より高硬度
材料の原子を上記母材に向けて放射する第３工程と、上
記母材ホルダを回転させ乍ら、常温で気体となる、主と
して分子の雰囲気中で、上記蒸発源より高硬度材料の原
子を上記母材に向けて放射する第４工程と、からなるこ
とを特徴とする。(D) Means for Solving the Problems The present invention provides a first step of evacuating a vacuum chamber,
A base material mounted on a peripheral side surface of the base material holder has a turntable that has a plurality of cylindrical base material holders that can rotate about a first rotation axis and that can rotate about a second rotation shaft. A second step of stopping at a position substantially opposite to the irradiation direction of the ion gun for irradiating ions, and irradiating the base material with ions of atoms that become gas at room temperature by the ion gun while rotating the base material holder. And a third step of radiating atoms of a high-hardness material from the evaporation source toward the base material, and rotating the base material holder to form a gas at normal temperature, mainly in an atmosphere of molecules. A fourth step of emitting atoms of the hard material from the source toward the base material.
また、上記母材ホルダは、その断面形状が正多角形、
又は円形であることを特徴とする。The base material holder has a regular polygonal cross section,
Or it is characterized by being circular.
また、上記第１の回転軸は、上記第２の回転軸と平行
な関係であることを特徴とする。Further, the first rotation axis is parallel to the second rotation axis.
更に、上記イオンガンは、原子イオン、又は分子イオ
ンを照射することを特徴とする。Further, the ion gun is characterized by irradiating atomic ions or molecular ions.
（ホ）作用 上記の構成において、自転する母材ホルダに装着され
た個々の母材に到達する常温で気体となる原子イオン、
及び高硬度材料の原子の数が平均化され、且つ一度に処
理できる母材の個数は増大する。(E) Action In the above configuration, atomic ions that become gas at normal temperature and reach individual base materials mounted on the rotating base material holder,
In addition, the number of atoms of the hard material is averaged, and the number of base materials that can be processed at one time increases.
（ヘ）実施例 以下刃物の製造方法を一例としてあげて高硬度被膜の
形成方法について詳細に説明する。(F) Example Hereinafter, a method for forming a high-hardness film will be described in detail with reference to an example of a method for manufacturing a blade.
第１図は斯かる製造装置の概観斜視図、第２図は同じ
く正面図を示し、第３図は同じく上面図である。これら
の図において、１は10-5〜10-7Torrに排気される真空チ
ャンバ、２は該真空チャンバ１内の背面近傍において水
平方向の回転軸（第２の回転軸）３の回りで公転自在に
設けられたターンテーブル、4a〜4dは該ターンテーブル
２表面において同心円状に配置されそれ自身水平軸（第
１の回転軸）5a〜5dの回りで自転自在に設けられた筒状
の母材ホルダである。この母材ホルダ4a〜4dの周側面は
薄い平板状の母材を取り付けやすいように正多角形状に
形成されている。そして前記母材としては例えば電気か
みそりの外刃として一般に用いられるNi電鋳製の多数の
髭導入孔を有した薄型基板を用いた。FIG. 1 is a schematic perspective view of such a manufacturing apparatus, FIG. 2 is a front view thereof, and FIG. 3 is a top view thereof. In these figures, 1 is a vacuum chamber evacuated to 10 -5 to 10 -7 Torr, and 2 is a revolving orbit around a horizontal rotation axis (second rotation axis) 3 near the back surface in the vacuum chamber 1. Freely provided turntables 4a to 4d are concentrically arranged on the surface of the turntable 2 and are cylindrical mother bodies which are provided so as to be capable of rotating around horizontal axes (first rotation axes) 5a to 5d. It is a material holder. The peripheral side surfaces of the base material holders 4a to 4d are formed in a regular polygonal shape so that a thin flat base material can be easily attached. As the base material, for example, a thin substrate having a large number of beard introduction holes made of Ni electroformed and generally used as an outer blade of an electric razor was used.
一方、６は電子ビームにより高硬度材料としてのジル
コニウム（Zr）原子を蒸発させ、これを前記母材ホルダ
4a〜4dに向けて放射する蒸発源であり、７は前記母材ホ
ルダ4a〜4dの方向に常温で気体となる窒素原子のイオン
（N+）を放射するか、或るいは窒素ガス（N2）を供給す
るかのいずれかを行うことができるアシストイオンガン
である。On the other hand, 6 evaporates zirconium (Zr) atoms as a high-hardness material by an electron beam.
Reference numeral 7 denotes an evaporation source that emits toward the base material holders 4a to 4d. The evaporation source 7 emits nitrogen atom ions (N + ) that become a gas at normal temperature in the direction of the base material holders 4a to 4d. 2 ) is an assist ion gun that can either supply or perform.
次に前記ターンテーブル２と母材ホルダ4a〜4dの公転
及び自転機構について説明する。前記母材ホルダ4a〜4d
はその回転軸5a〜5dを前記ターンテーブル２の回転軸３
に歯車結合されており、ターンテーブル２と回転軸３と
はその動力伝達を適宜繋いだり、切り離したりすること
ができるようにされている。即ち、前記回転軸３はター
ンテーブル２の回転と母材ホルダ4a〜4dの両方の回転を
担っている。Next, the revolving and rotating mechanisms of the turntable 2 and the base material holders 4a to 4d will be described. The base material holders 4a to 4d
Are the rotation shafts 5a to 5d of the turntable 2
The power transmission between the turntable 2 and the rotary shaft 3 can be connected or disconnected as appropriate. That is, the rotating shaft 3 is responsible for rotating both the turntable 2 and the base material holders 4a to 4d.
また、各構成部品の寸法関係について説明すると、前
記チャンバ１は高さ1055mm、幅875mmであり、直径770mm
の前記ターンテーブル２の回転軸３はこのチャンバ１の
左上から水平方向、垂直方向に夫々395mmずつ離れたと
ころに位置し、直径280mmの前記母材ホルダ4a〜4dの回
転軸5a〜5dは前記回転軸３を中心とする直径450mmの円
周状に等間隔で位置する。前記蒸発源６はチャンバ１の
底面より178.23mmの高さで側面より122.67mm離れた場所
にセットされる。Explaining the dimensional relationship of each component, the chamber 1 has a height of 1055 mm, a width of 875 mm, and a diameter of 770 mm.
The rotation shaft 3 of the turntable 2 is located at a distance of 395 mm from the upper left of the chamber 1 in the horizontal direction and the vertical direction, and the rotation shafts 5a to 5d of the base material holders 4a to 4d having a diameter of 280 mm are They are located at equal intervals around a circumference of 450 mm in diameter with the rotation axis 3 as the center. The evaporation source 6 is set at a height of 178.23 mm from the bottom surface of the chamber 1 and at a distance of 122.67 mm from the side surface.
前記母材ホルダ4a〜4dは前記ターンテーブル２の一回
の公転で、夫々第２図の4dの位置に到達し、ここで前記
蒸発源６とイオンガン７による高硬度被膜の形成処理が
行われる。この4dの位置は前記ターンテーブル２の水平
の中心線2aから58.25mm上方にあり、且つ母材ホルダ4d
の中心線８は前記中心線2aに対して15°の傾きを持った
位置にある。そして前記イオンガン７の先端面は前記母
材ホルダ4dから300mm離れた位置にあり、これから広が
るビームの幅は母材ホルダ4dの端面で略直径150mmにな
る。Each of the base material holders 4a to 4d reaches the position 4d in FIG. 2 in one revolution of the turntable 2, where a process of forming a high hardness coating by the evaporation source 6 and the ion gun 7 is performed. . The position of 4d is 58.25 mm above the horizontal center line 2a of the turntable 2 and the base material holder 4d
The center line 8 is located at an angle of 15 ° with respect to the center line 2a. The tip surface of the ion gun 7 is located at a position 300 mm away from the base material holder 4d, and the width of the beam expanding from this becomes approximately 150 mm in diameter at the end surface of the base material holder 4d.
尚、前記母材ホルダ4a〜4dは同時に全てが自転しても
よいし、4dの位置にあるもののみが自転するようにして
もよい。Note that all of the base material holders 4a to 4d may rotate at the same time, or only the material at the position 4d may rotate.
次に上記装置を用いて前記Ni電鋳製母材の表面にZrN
被膜を形成する方法について説明する。Next, ZrN was applied to the surface of the Ni electroformed base material using the above-described apparatus.
A method for forming a coating will be described.
先ず、各母材ホルダ4a〜4dの周側面に多数の母材を装
着する。そして第２図の4dの位置に最初に被膜を形成す
る母材が装着された母材ホルダ（例えば4aとする）を位
置付ける。そして、真空チャンバ１内を10-5〜10-7Torr
に排気し、母材ホルダ4aを１〜15rpmの速度で回転させ
ながら、アシストイオンガン７にN2ガスを供給し、N+イ
オンを取り出して、これを回転中の母材ホルダ4aに装着
された各母材の表面に照射する。この時のN+イオンの加
速電圧は、700eV、イオン電流密度は0.38mA/cm2に設定
した。First, a number of base materials are mounted on the peripheral side surfaces of the base material holders 4a to 4d. Then, a base material holder (e.g., 4a) on which a base material for forming a film is first mounted is positioned at a position 4d in FIG. Then, the inside of the vacuum chamber 1 is set to 10 -5 to 10 -7 Torr.
While the base material holder 4a is rotated at a speed of 1 to 15 rpm, N 2 gas is supplied to the assist ion gun 7, and N + ions are taken out and attached to the rotating base material holder 4a. Irradiate the surface of each base material. At this time, the acceleration voltage of the N + ions was set to 700 eV, and the ion current density was set to 0.38 mA / cm 2 .
一方、N+イオンの照射と同時に蒸発源６を駆動し、Zr
原子を蒸発させて前記母材ホルダ4aに装着された各母材
の表面に放射する。この時のZrの蒸発速度は母材表面に
おける成膜速度に換算して1000Å/min.に設定した。On the other hand, the evaporation source 6 is driven simultaneously with the irradiation of N + ions,
The atoms are evaporated and emitted to the surface of each base material mounted on the base material holder 4a. At this time, the evaporation rate of Zr was set to 1000 Å / min. In terms of the deposition rate on the surface of the base material.
以上の工程を２分から５分程度行い、母材表面に膜厚
0.025〜0.05μｍのZrNの第１薄膜層９を形成する（第４
図参照）。尚第４図において10は母材を表している。Perform the above process for about 2 to 5 minutes,
A first thin film layer 9 of ZrN of 0.025 to 0.05 μm is formed.
See figure). In FIG. 4, reference numeral 10 denotes a base material.
次にN+イオンの照射を止めて、前記イオンガン７より
N2を前記チャンバ１内に供給するとともに、このN2雰囲
気中で蒸発源６よりZr原子を母材10の表面に向かって放
射した。この間も前記母材ホルダ4aは回転を続けてい
た。そしてこの時のZrの蒸発速度は母材10表面における
成膜速度に換算して1000Å/min.に設定した。Next, the irradiation of N + ions is stopped, and
While supplying N 2 into the chamber 1, Zr atoms were emitted from the evaporation source 6 toward the surface of the base material 10 in the N 2 atmosphere. During this time, the base material holder 4a continued to rotate. At this time, the evaporation rate of Zr was set to 1000 ° / min. In terms of the deposition rate on the surface of the base material 10.
以上の工程を25分から30分程度を行い、前記第１薄膜
層９の表面に膜厚0.26〜0.29μｍを揺するもう１層のZr
Nの第２薄膜層11を形成した。The above process is performed for about 25 to 30 minutes, and another layer of Zr having a thickness of 0.26 to 0.29 μm is formed on the surface of the first thin film layer 9.
An N second thin film layer 11 was formed.
これらの工程の結果、母材10表面に膜厚0.3μｍのZrN
被膜が形成されることになる。尚、この例ではアシスト
イオンを用いたときには母材10表面での温度上昇が７℃
/min.、ガス雰囲気のみでの利用では２℃/min.である。As a result of these steps, a 0.3 μm thick ZrN
A coating will be formed. In this example, when assist ions are used, the temperature rise on the surface of the base material 10 is 7 ° C.
/ min., 2 ° C / min. when used only in a gas atmosphere.
こうして母材ホルダ4aの母材に対する被膜形成工程が
終わると、前記ターンテーブル２を1/4回転させ、4dの
位置に次の母材ホルダ4bを位置せしめ、母材ホルダ4aの
場合と同様に被膜を形成し、以後母材ホルダ4c、4dにも
この作業を繰り返す。When the step of forming a coating on the base material of the base material holder 4a is completed in this way, the turntable 2 is rotated by 1/4 turn, and the next base material holder 4b is positioned at the position of 4d, similarly to the case of the base material holder 4a. After a film is formed, this operation is repeated for the base material holders 4c and 4d.
第５図、第６図はイオンガンの出力を夫々500eV、900
eVに設定し、成膜時間と母材表面温度との関係をグラフ
化したものである。両図中上の直線は母材ホルダ4a〜4d
を静止させた状態のときを表し、下の直線は前述の条件
で回転させた時を夫々示している。いずれの図において
も母材ホルダ4a〜4dを回転させたときのほうが静止させ
たときよりも温度上昇が減少している。また、形成され
た母材表面の被膜を観察した結果、母材表面全域にわた
って略均一な膜が得られ、これは一つの母材ホルダ、或
るいは前母材ホルダに装着された母材に対しても同じ結
果が得られた。5 and 6 show the output of the ion gun at 500 eV and 900 eV, respectively.
This is a graph in which the relationship between the film formation time and the base material surface temperature is set to eV. The upper straight line in both figures is the base material holder 4a-4d
In a stationary state, and the lower straight lines show the states when rotated under the above-described conditions, respectively. In each of the figures, the temperature rise is smaller when the base material holders 4a to 4d are rotated than when they are stationary. In addition, as a result of observing the coating on the surface of the formed base material, a substantially uniform film was obtained over the entire surface of the base material, and this was applied to one base material holder or the base material mounted on the front base material holder. The same result was obtained.
（ト）発明の効果 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、母
材表面に被膜を形成プロセスで母材ホルダを自転させる
ことにより均一な被膜が得られ、且つ母材ホルダの使用
により一回の真空排気で処理できる母材の個数を増大さ
せることが可能となる。(G) Effects of the Invention As is clear from the above description, according to the present invention, a uniform coating can be obtained by rotating the base material holder in the process of forming the coating on the base material surface, and the base material holder Through use, the number of base materials that can be processed by one evacuation can be increased.
更に、母材ホルダを回転させ乍ら、イオンガンによっ
て、常温で気体となる原子のイオンを母材に照射すると
共に、蒸発源より高硬度材料の原子を母材に向けて放射
する第３工程と、母材ホルダを回転させ乍ら、常温で気
体となる、主として分子の雰囲気中で、蒸発源より高硬
度材料の原子を母材に向けて放射する第４工程と、を経
ることによって、母材の温度を上げることなく、その母
材上に高硬度の被膜を形成することが可能となる。A third step of irradiating the base material with ions of atoms that become gas at room temperature by an ion gun while rotating the base material holder, and radiating atoms of a hard material toward the base material from the evaporation source. A fourth step of radiating atoms of the hard material from the evaporation source toward the base material in an atmosphere of molecules, which is turned into a gas at room temperature while rotating the base material holder. It is possible to form a high-hardness coating on the base material without increasing the temperature of the material.
第１図は本発明装置の概観斜視図、第２図は同じく正面
図、第３図は同じく上面図、第４図は被膜の形成された
母材の断面図、第５図、第６図はイオンエネルギが相異
なる場合の成膜時間と母材表面温度の変化を示す図であ
る。 １……チャンバ、２……ターンテーブル、4a〜4d……母
材ホルダ、６……蒸発源、７……イオンガン。1 is a schematic perspective view of the apparatus of the present invention, FIG. 2 is a front view of the same, FIG. 3 is a top view of the same, FIG. 4 is a cross-sectional view of a base material on which a coating film is formed, FIG. FIG. 4 is a diagram showing a change in a film forming time and a base material surface temperature when ion energies are different. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Chamber, 2 ... Turntable, 4a-4d ... Base material holder, 6 ... Evaporation source, 7 ... Ion gun.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−106767（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−67163（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−161155（ＪＰ，Ａ) 特公 昭56−42672（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭57−6684（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C23C 14/48 - 14/50 C23C 14/22──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-61-106767 (JP, A) JP-A-57-67163 (JP, A) JP-A-63-161155 (JP, A) 42672 (JP, B2) JP-B-57-6684 (JP, B2) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) C23C 14/48-14/50 C23C 14/22
Claims (4)
個有する、第２の回転軸の回りに自転自在なターンテー
ブルを、該母材ホルダの周側面に装着された母材が、イ
オンを照射するイオンガンの照射方向と略対向する位置
で停止させる第２工程と、 上記母材ホルダを回転させ乍ら、上記イオンガンによっ
て、常温で気体となる原子のイオンを上記母材に照射す
ると共に、蒸発源より高硬度材料の原子を上記母材に向
けて放射する第３工程と、 上記母材ホルダを回転させ乍ら、常温で気体となる、主
として分子の雰囲気中で、上記蒸発源より高硬度材料の
原子を上記母材に向けて放射する第４工程と、 からなることを特徴とする高硬度被膜の形成方法。1. A first step of evacuating a vacuum chamber, and a turntable rotatable around a second rotation axis, the turntable having a plurality of cylindrical base material holders rotatable about a first rotation axis. A second step in which the base material mounted on the peripheral side surface of the base material holder is stopped at a position substantially opposite to the irradiation direction of the ion gun for irradiating ions; and the ion gun is rotated while rotating the base material holder. A third step of irradiating the base material with ions of atoms that become gaseous at ordinary temperature and radiating atoms of a hard material toward the base material from an evaporation source; and rotating the base material holder. A fourth step of radiating atoms of a high-hardness material from the evaporation source toward the base material in a gaseous atmosphere at room temperature, mainly in a molecular atmosphere. .
形、又は円形であることを特徴とする請求項１記載の高
硬度被膜の形成方法。2. The method according to claim 1, wherein the cross section of the base material holder is a regular polygon or a circle.
平行な関係であることを特徴とする請求項１記載の高硬
度被膜の形成方法。3. The method according to claim 1, wherein the first rotation axis is parallel to the second rotation axis.
イオンを照射することを特徴とする請求項１記載の高硬
度被膜の形成方法。4. The method according to claim 1, wherein the ion gun irradiates atomic ions or molecular ions.
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| JP2332293A JP2771695B2 (en) | 1990-11-28 | 1990-11-28 | Method of forming high hardness coating |
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1990
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