JP4652446B2 - Hard film removal method - Google Patents

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Description

本発明はTiAlN、TiCN等の硬質被膜の脱膜方法に係り、特に、本体をできるだけ損傷することなく硬質被膜を脱膜する方法に関するものである。   The present invention relates to a method for removing a hard coating such as TiAlN or TiCN, and more particularly to a method for removing a hard coating without damaging a main body as much as possible.

元素の周期表の IIIb族、IVa族、Va族、またはVIa族の金属の炭化物、窒化物、炭窒化物、或いはそれらの相互固溶体から成る硬質被膜が本体の表面にコーティングされている硬質被膜被覆部材が知られている。例えばエンドミルやタップ、ドリル、バイト等の加工工具において、超硬合金にて構成されている工具基材(本体)の表面であって少なくとも切れ刃等が設けられた加工部に、上記硬質被膜をイオンプレーティング法等のPVD(物理的気相成長)法でコーティングした硬質被膜被覆加工工具が、特許文献1等で提案されている。   Hard film coating in which a hard film made of a carbide, nitride, carbonitride, or mutual solid solution of a group IIIb, IVa, Va, or VIa metal of the periodic table of elements is coated on the surface of the main body Members are known. For example, in a processing tool such as an end mill, a tap, a drill, a cutting tool, etc., the hard coating is applied to a processing part provided with at least a cutting edge on the surface of a tool base (main body) made of cemented carbide. A hard film coating tool coated by a PVD (physical vapor deposition) method such as an ion plating method has been proposed in Patent Document 1 and the like.

そして、このような硬質被膜被覆部材において、硬質被膜が摩耗したり損傷したりした場合、或いは製造時にコーティング不良などで不良品が発生した場合に、硬質被膜を除去して工具基材等の本体を再使用することが考えられている。すなわち、過酸化水素水等を使用し、湿式手法により化学的に被膜を分解して本体から脱膜するのである。
特開2005−7555号公報
In such a hard coating coated member, when the hard coating is worn or damaged, or when a defective product is generated due to a defective coating at the time of manufacture, the hard coating is removed to remove the main body such as a tool substrate. It is considered to be reused. That is, using a hydrogen peroxide solution or the like, the film is chemically decomposed by a wet method and removed from the main body.
JP 2005-7555 A

しかしながら、このように化学反応を利用して脱膜する場合、硬質被膜の膜厚のばらつきや被膜の剥がれ易さの相違などで部分的に先行して本体が露出すると、その露出した本体の表面も処理液によって損傷されるため、硬質被膜を完全に除去した時には、本体の表面が部分的に荒れたり脆弱になったりすることがある。例えば本体が超硬合金にて構成されている場合、表層部分のWC粒子が化学的に浸食されて表面が脆弱になるとともに、切れ刃の刃先が丸くなったり径寸法が減少したりするなど形状が変化することがある。そして、このような本体に硬質被膜を再コーティングすると、表面の脆弱さに起因して密着性が損なわれ、本来の被膜性能(耐久性や耐摩耗性など)が得られなかったり、刃先が丸くなって切削性能が低下したりする。   However, when the film is removed using a chemical reaction in this way, if the main body is partially exposed in advance due to variations in the thickness of the hard coating or the ease of peeling of the coating, the surface of the exposed main body is exposed. Are also damaged by the treatment liquid, and when the hard coating is completely removed, the surface of the main body may become partially rough or fragile. For example, when the main body is made of cemented carbide, the WC particles in the surface layer are chemically eroded and the surface becomes brittle, and the cutting edge of the cutting edge is rounded and the diameter is reduced. May change. When such a main body is re-coated with a hard coating, the adhesion is lost due to the weakness of the surface, the original coating performance (durability, wear resistance, etc.) cannot be obtained, or the cutting edge is rounded. The cutting performance will decrease.

本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その目的とするところは、硬質被膜被覆部材の本体をできるだけ損傷することなく硬質被膜を脱膜できるようにすることにある。   The present invention has been made against the background of the above circumstances, and its object is to make it possible to remove the hard coating without damaging the main body of the hard coating covering member as much as possible.

かかる目的を達成するために、第1発明は、元素の周期表の IIIb族、IVa族、Va族、またはVIa族の金属の炭化物、窒化物、炭窒化物、或いはそれらの相互固溶体から成る硬質被膜が、本体の表面にコーティングされている硬質被膜被覆部材に関し、前記硬質被膜を前記本体から脱膜する方法であって、前記硬質被膜にイオンビームを照射してエッチングすることにより、その硬質被膜を前記本体から脱膜することを特徴とする。   In order to achieve such an object, the first invention provides a hard material composed of a carbide, nitride, carbonitride, or mutual solid solution of a group IIIb, IVa, Va, or VIa group metal of the periodic table of elements. A method of removing a film from the main body, wherein the hard film is etched by irradiating the hard film with an ion beam. Is removed from the main body.

第2発明は、第1発明の硬質被膜の脱膜方法において、不活性ガスをワーキングガスとして生成したイオンビームを前記硬質被膜に照射してエッチングを行うことを特徴とする。   The second invention is characterized in that in the method for removing a hard coating of the first invention, etching is performed by irradiating the hard coating with an ion beam generated using an inert gas as a working gas.

第3発明は、第2発明の硬質被膜の脱膜方法において、(a) 第1の不活性ガスをワーキングガスとして生成したイオンビームを前記硬質被膜に照射してエッチングを行う第1エッチング工程と、(b) 前記ワーキングガスを前記第1の不活性ガスよりも原子量が小さい第2の不活性ガスに切り替えてイオンビームを生成し、前記硬質被膜に照射してエッチングを行う第2エッチング工程と、を有することを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the method for removing a hard coating of the second invention, (a) a first etching step of performing etching by irradiating the hard coating with an ion beam generated using the first inert gas as a working gas; (B) a second etching step in which the working gas is switched to a second inert gas having an atomic weight smaller than that of the first inert gas to generate an ion beam and irradiate the hard coating to perform etching; It is characterized by having.

第4発明は、第3発明の硬質被膜の脱膜方法において、(a) 前記第1エッチング工程では、前記ワーキングガスとしてラドン、キセノン、およびクリプトンのうちの何れかのガスが用いられ、(b) 前記第2エッチング工程では、前記ワーキングガスとしてアルゴンガスが用いられることを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the method for removing a hard coating of the third aspect, (a) in the first etching step, any one of radon, xenon, and krypton is used as the working gas. In the second etching step, argon gas is used as the working gas.

第5発明は、第1発明〜第4発明の何れかの硬質被膜の脱膜方法において、前記本体は超硬合金にて構成されていることを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, in the method for removing a hard film according to any one of the first to fourth aspects, the main body is made of a cemented carbide.

第6発明は、第1発明〜第5発明の何れかの硬質被膜の脱膜方法において、前記硬質被膜被覆部材は、少なくとも加工部に前記硬質被膜がコーティングされている硬質被膜被覆加工工具であることを特徴とする。   A sixth invention is the hard film coating processing tool according to any one of the first to fifth inventions, wherein the hard film coating member is a hard film coating tool in which the hard film is coated at least on a processed portion. It is characterized by that.

第1発明の硬質被膜の脱膜方法によれば、硬質被膜にイオンビームを照射してエッチングすることにより、スパッタリング現象をメインにして硬質被膜が本体から除去されるため、硬質被膜の膜厚のばらつきや脱膜速度のばらつきなどで部分的に先行して本体の表面が露出しても、化学反応をメインに脱膜する場合に比較して化学的浸食による表面の脆弱化が抑制されるとともに、本体への影響が小さくなって形状変化や寸法変化も軽減される。これにより、本体をそのまま或いは僅かに手を加えるだけで再使用することが可能で、硬質被膜を再コーティングすることにより硬質被膜被覆部材を安価に再生できるとともに、硬質被膜の密着強度が向上して新品と同様の本来の被膜性能(耐久性や耐摩耗性など)が得られるようになる。   According to the film removal method of the hard coating of the first invention, the hard coating is removed from the main body mainly by the sputtering phenomenon by irradiating the hard coating with an ion beam and etching. Even if the surface of the main body is partially exposed due to variations or variations in the film removal rate, surface weakening due to chemical erosion is suppressed as compared with the case where the film is mainly removed by chemical reaction. The influence on the main body is reduced, and the shape change and dimensional change are also reduced. As a result, the main body can be reused as it is or with a slight modification, and by recoating the hard film, the hard film coated member can be reproduced at low cost, and the adhesion strength of the hard film is improved. Original film performance (durability, wear resistance, etc.) similar to that of a new product can be obtained.

第2発明では、不活性ガスをワーキングガスとして生成したイオンビームを硬質被膜に照射してエッチングを行うため、専らイオンの照射によるスパッタリング現象で硬質被膜が機械的に除去されることになる。したがって、その脱膜速度は遅くなるものの、本体の表面が露出した場合でも、その本体に対する化学的浸食による表面の脆弱化は皆無で、再コーティングした硬質被膜の密着強度が一層向上する。   In the second invention, since the etching is performed by irradiating the hard film with an ion beam generated using an inert gas as a working gas, the hard film is mechanically removed exclusively by a sputtering phenomenon caused by ion irradiation. Therefore, although the film removal rate is slow, even when the surface of the main body is exposed, there is no surface weakening due to chemical erosion to the main body, and the adhesion strength of the recoated hard coating is further improved.

第3発明では、第1エッチング工程では原子量が比較的大きい第1の不活性ガスを用いてエッチングを行うことにより、大きな質量のイオンのスパッタリング現象で硬質被膜を効率的に除去できる一方、第2エッチング工程では原子量が比較的小さい第2の不活性ガスを用いてエッチングを行うことにより、小さな質量のイオンのスパッタリング現象で硬質被膜を徐々に除去するため、それ等の処理時間を適当に設定することにより、本体への影響(形状変化や寸法変化)を最小限に抑制しつつ脱膜処理時間を短縮できる。また、第1エッチング工程および第2エッチング工程では、基本的にワーキングガスを切り替えるだけで良いため、硬質被膜被覆部材を所定のエッチング処理容器内に保持したまま、それ等の第1エッチング工程および第2エッチング工程を連続して行うことができる。   In the third invention, in the first etching step, etching is performed using the first inert gas having a relatively large atomic weight, whereby the hard coating can be efficiently removed by the sputtering phenomenon of large mass ions, while the second etching process is performed. In the etching process, etching is performed using a second inert gas having a relatively small atomic weight, so that the hard film is gradually removed by the sputtering phenomenon of small mass ions. Therefore, the processing time is appropriately set. Thus, the film removal treatment time can be shortened while minimizing the influence on the main body (shape change and dimensional change). Further, in the first etching step and the second etching step, basically, it is only necessary to switch the working gas, so that the first coating step and the second etching step are performed while holding the hard film covering member in a predetermined etching processing container. Two etching processes can be performed continuously.

第5発明では、本体が超硬合金にて構成されているため、過酸化水素水を用いて化学反応で脱膜する場合には、表層部分のWC粒子が化学的に浸食されて表面が脆弱になるが、イオンビームによるスパッタリング現象をメインにして脱膜を行う本発明が適用されることにより、本体表面の脆弱化を抑制して再コーティング後の硬質被膜の密着強度を向上させる等の本発明の効果が顕著に得られる。   In the fifth invention, since the main body is composed of a cemented carbide, when the film is removed by a chemical reaction using hydrogen peroxide, the surface WC particles are chemically eroded and the surface is fragile. However, by applying the present invention in which the film removal is performed mainly by the sputtering phenomenon by the ion beam, it is possible to suppress the weakening of the surface of the main body and to improve the adhesion strength of the hard coating after the re-coating. The effect of the invention is remarkably obtained.

本発明方法を好適に実施できる硬質被膜脱膜装置の一例を説明する概略構成図である。It is a schematic block diagram explaining an example of the hard film removal apparatus which can implement suitably the method of this invention. 図1の装置によって硬質被膜が脱膜される硬質被膜被覆加工工具の一例を示す図で、(a) は正面図、(b) は硬質被膜がコーティングされた刃部の表面部分の拡大断面図である。It is a figure which shows an example of the hard film coating processing tool from which a hard film is removed with the apparatus of FIG. 1, (a) is a front view, (b) is an expanded sectional view of the surface part of the blade part coated with the hard film It is. 図1の硬質被膜脱膜装置を用いて硬質被膜を脱膜する際の手順を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the procedure at the time of removing a hard film using the hard film removal apparatus of FIG. 本発明方法に従って工具基材から硬質被膜を脱膜した後、その工具基材に硬質被膜を再コーティングした硬質被膜被覆加工工具の耐久性を調べた結果を、従来の化学処理で硬質被膜を脱膜して再生したもの(従来法1、従来法2)や新品と比較して示す図である。After removing the hard coating from the tool base according to the method of the present invention, the result of examining the durability of the hard coating coated tool obtained by re-coating the hard base on the tool base is shown as follows. It is a figure shown in comparison with what was regenerated as a film (conventional method 1, conventional method 2) and a new product.

符号の説明Explanation of symbols

12:硬質被膜被覆加工工具(硬質被膜被覆部材) 20:工具基材(本体) 24:刃部(加工部) 30:硬質被膜
ステップS2:第1エッチング工程
ステップS3:第2エッチング工程
12: Hard film coating processing tool (hard film coating member) 20: Tool substrate (main body) 24: Blade part (working part) 30: Hard film Step S2: First etching step Step S3: Second etching step

本発明は、例えばエンドミルやドリル、タップ、バイト等の切削工具、或いは転造ダイス等の硬質被膜被覆加工工具に好適に適用されるが、硬質被膜がコーティングされた硬質被膜被覆半導体装置など種々の硬質被膜被覆部材の脱膜に適用され得る。   The present invention is suitably applied to a cutting tool such as an end mill, a drill, a tap, a cutting tool, or a hard film coating processing tool such as a rolling die, but various devices such as a hard film coated semiconductor device coated with a hard film. It can be applied to the film removal of a hard film coated member.

硬質被膜がコーティングされる工具基材としては超硬合金が好適に用いられるが、高速度工具鋼等の他の工具材料を用いることもできる。密着性を高めるために、工具基材の表面に粗面化処理を施したり、他の被膜を下地として設けたりするなど、所定の前処理を行うことができる。硬質被膜被覆半導体装置の場合も同様である。   A cemented carbide is preferably used as the tool base material to be coated with the hard coating, but other tool materials such as high-speed tool steel can also be used. In order to improve the adhesion, a predetermined pretreatment such as roughening the surface of the tool substrate or providing another coating as a base can be performed. The same applies to the case of a hard film coated semiconductor device.

硬質被膜被覆部材は、少なくとも元素の周期表の IIIb族、IVa族、Va族、またはVIa族の金属の炭化物、窒化物、炭窒化物、或いはそれらの相互固溶体から成る硬質被膜、例えばTiAlN、TiCN、TiCrN、TiNなどがコーティングされておれば良く、その硬質被膜の上または下にダイヤモンド被膜やDLC(Diamond-Like Carbon)被膜等の他の被膜が設けられている場合にも適用され得る。ダイヤモンド被膜等の下地層を有する場合に、TiAlN等の硬質被膜のみをイオンビームエッチングで脱膜して下地層を残すようにすることもできる。   The hard coating member is a hard coating made of a carbide, nitride, carbonitride, or mutual solid solution of at least group IIIb, IVa, Va, or VIa metals of the periodic table of elements, such as TiAlN, TiCN. TiCrN, TiN or the like may be coated, and the present invention can also be applied to the case where another film such as a diamond film or a DLC (Diamond-Like Carbon) film is provided on or below the hard film. When a base layer such as a diamond coating is provided, only the hard coating such as TiAlN can be removed by ion beam etching to leave the base layer.

上記硬質被膜は、例えばアークイオンプレーティング法やスパッタリング法等のPVD法によって好適に設けられるが、プラズマCVD法等の他の成膜法で設けられたものでも良い。硬質被膜の膜厚は、被膜の種類などによって適宜定められるが、例えば1〜5μm程度が適当である。2種類以上の硬質被膜が交互に積層されている多層の積層被膜でも良いなど、種々の態様が可能である。   The hard coating is preferably provided by a PVD method such as an arc ion plating method or a sputtering method, but may be provided by another film forming method such as a plasma CVD method. The film thickness of the hard coating is appropriately determined depending on the type of coating and the like, for example, about 1 to 5 μm is appropriate. Various modes are possible, such as a multilayer laminated film in which two or more kinds of hard films are alternately laminated.

イオンビームによるエッチングは、硬質被膜に対して均一にイオンビームが照射されるように、必要に応じてそのイオンビームを発射するイオンビームガンと硬質被膜被覆部材とを相対移動させて行うことが望ましい。エッチングを施すべき硬質被膜のコーティング領域以外の部分は、フォトレジスト等のマスク剤でマスキングしておけば良い。   Etching with an ion beam is desirably performed by relatively moving an ion beam gun that emits the ion beam and the hard coating covering member as necessary so that the hard coating is uniformly irradiated with the ion beam. The portions other than the hard film coating region to be etched may be masked with a mask agent such as a photoresist.

ワーキングガスは、イオンビームを生成するイオンの源で、ワーキングガスがイオン化されて硬質被膜に照射される。第2発明では、ワーキングガスとして不活性ガスが用いられているが、第1発明の実施に際しては、不活性ガス以外のガスを用いてイオンビームエッチングを行うことも可能である。その場合に、硬質被膜と化学的に活性なガスの場合には、スパッタリング現象に加えて化学反応によっても硬質被膜が除去されることになるが、従来のように化学反応をメインに湿式で脱膜する場合に比較して本体の損傷が大幅に抑制される。   The working gas is a source of ions that generate an ion beam. The working gas is ionized and irradiated onto the hard coating. In the second invention, an inert gas is used as a working gas. However, in carrying out the first invention, it is also possible to perform ion beam etching using a gas other than the inert gas. In that case, in the case of a chemically active gas with the hard coating, the hard coating is removed by a chemical reaction in addition to the sputtering phenomenon. Damage to the main body is greatly suppressed as compared to the case of filming.

また、イオンビームエッチングのみで硬質被膜を脱膜することもできるが、他の脱膜技術と併用して行うこともできる。すなわち、工具基材等の本体に対する損傷を抑制する上で、少なくとも脱膜の最終段階でイオンビームエッチングを採用することが望ましく、他の脱膜技術で硬質被膜を能率的に荒取りした後、不活性ガス等のワーキングガスを用いてイオンビームエッチングにより徐々に硬質被膜を脱膜するなど、種々の態様が可能である。   Moreover, although a hard film can be removed only by ion beam etching, it can also be performed in combination with other film removal techniques. That is, it is desirable to employ ion beam etching at least at the final stage of film removal in order to suppress damage to the main body such as a tool base material, and after efficiently removing the hard film with other film removal techniques, Various modes such as gradually removing the hard film by ion beam etching using a working gas such as an inert gas are possible.

第4発明では、第1エッチング工程においてラドン、キセノン、およびクリプトンのうちの何れかのガスが用いられ、第2エッチング工程においてアルゴンガスが用いられるが、それ等の原子量は、ラドン>キセノン>クリプトン>アルゴンであるため、第3発明の実施に際しては、第1エッチング工程でキセノンガスを用いるとともに第2エッチング工程でクリプトンガスを用いても良いなど、種々の態様が可能である。なお、不活性ガスとしては、この他にネオンおよびヘリウムがあるが、質量が小さいため、本発明のエッチング処理には適当でない。   In the fourth invention, any gas of radon, xenon, and krypton is used in the first etching step, and argon gas is used in the second etching step, and the atomic weight thereof is radon> xenon> krypton. Since it is> argon, various aspects are possible in implementing the third invention, such as using xenon gas in the first etching step and using krypton gas in the second etching step. In addition, other examples of the inert gas include neon and helium. However, since the mass is small, it is not suitable for the etching process of the present invention.

以下、本発明の実施例を、図面を参照しつつ詳細に説明する。
図1は、本発明方法に従って硬質被膜を脱膜できる硬質被膜脱膜装置10の概略構成図で、イオンビームエッチング装置を利用したものであり、硬質被膜被覆加工工具12はチャック14によりエッチング処理容器16内の回転テーブル18上に、その中心線Sと同心に配置される。硬質被膜被覆加工工具12は硬質被膜被覆部材に相当するもので、図はエンドミルの場合であり、図2に示すように、超硬合金にて構成されている工具基材20にはシャンク22および刃部24が一体に設けられている。刃部24には、切れ刃として外周刃26および底刃28が設けられているとともに、その刃部24の表面にはアークイオンプレーティング法などのPVD法によるコーティング技術で硬質被膜30がコーティングされている。硬質被膜30は、元素の周期表の IIIb族、IVa族、Va族、またはVIa族の金属の炭化物、窒化物、炭窒化物、或いはそれらの相互固溶体から成るもので、本実施例ではTiAlNが単層で設けられているとともに、その膜厚は1〜5μmの範囲内で約3μmである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a hard film removal apparatus 10 that can remove a hard film in accordance with the method of the present invention, using an ion beam etching apparatus. 16 is arranged concentrically with the center line S on the turntable 18 in the same. The hard film coating processing tool 12 corresponds to a hard film coating member, and the figure is an end mill. As shown in FIG. 2, the tool base 20 made of cemented carbide has a shank 22 and The blade part 24 is provided integrally. The blade portion 24 is provided with an outer peripheral blade 26 and a bottom blade 28 as cutting blades, and the surface of the blade portion 24 is coated with a hard film 30 by a coating technique using a PVD method such as an arc ion plating method. ing. The hard coating 30 is composed of a carbide, nitride, carbonitride, or mutual solid solution of a group IIIb, IVa, Va, or VIa group metal in the periodic table of elements. In this embodiment, TiAlN is made of TiAlN. It is provided as a single layer, and its film thickness is about 3 μm within a range of 1 to 5 μm.

図2の(a) は、硬質被膜被覆加工工具12を軸心と直角方向から見た正面図で、(b) は硬質被膜30がコーティングされた刃部24の表面部分の拡大断面図である。また、図2(a) の斜線部は硬質被膜30を表しており、硬質被膜30がコーティングされた刃部24が上向きになる姿勢で前記回転テーブル18上に配置される。この硬質被膜被覆加工工具12は、使用により硬質被膜30が摩耗したり損傷したりした中古品、或いは製造時に硬質被膜30のコーティング不良などによって生じた不良品であり、図1では硬質被膜被覆加工工具12が回転テーブル18と同心に1本配置されているだけであるが、中心線Sと平行に複数の硬質被膜被覆加工工具12を配置して同時に脱膜処理を行うことも可能である。工具基材20は本体に相当し、刃部24は加工部に相当する。   2A is a front view of the hard film coating tool 12 as viewed from the direction perpendicular to the axis, and FIG. 2B is an enlarged cross-sectional view of the surface portion of the blade 24 coated with the hard film 30. . 2A represents the hard coating 30, and the blade 24 coated with the hard coating 30 is disposed on the rotary table 18 in a posture in which the blade 24 faces upward. The hard film coating tool 12 is a used product in which the hard film 30 is worn or damaged by use, or a defective product caused by a defective coating of the hard film 30 at the time of manufacture. Although only one tool 12 is disposed concentrically with the rotary table 18, it is also possible to dispose a plurality of hard film coating processing tools 12 in parallel with the center line S and perform film removal processing at the same time. The tool base 20 corresponds to the main body, and the blade portion 24 corresponds to the processing portion.

図1の硬質被膜脱膜装置10は、イオン発生源を有する一対のイオンビームガン32a、32bから発射されるイオンビームにより硬質被膜30をエッチングして除去するものである。ワーキングガス供給装置40は、イオンビームのイオンの源となるワーキングガス(Working gas)をイオンビームガン32a、32bに供給するためのもので、本実施例ではクリプトンガスと、そのクリプトンガスよりも原子量が小さいアルゴンガスとを切り替えて供給できるようになっており、イオンビームガン32a、32bからはワーキングガスの種類に応じてクリプトンイオンビームおよびアルゴンイオンビームが択一的に発射される。エッチング処理容器16内は真空ポンプ42によって減圧されるようになっており、本実施例では真空度(Pressure)が0.1Paとされるとともに、イオンの加速電圧(acceleration voltage) は3.0kVである。また、イオンビームガン32a、32bから硬質被膜被覆加工工具12までの距離は約200mmで、その硬質被膜被覆加工工具12にはバイアス電源44により50kHz、500Vの負荷バイアス(Bias)が印加されるようになっており、イオン発生源の電流値(Ion source current) は500mAであった。   1 removes the hard coating 30 by etching with an ion beam emitted from a pair of ion beam guns 32a and 32b having an ion generation source. The working gas supply device 40 is for supplying a working gas, which is a source of ions of the ion beam, to the ion beam guns 32a and 32b. In this embodiment, the krypton gas and the atomic weight of the krypton gas are higher than those of the krypton gas. A small argon gas can be switched and supplied, and a krypton ion beam and an argon ion beam are alternatively emitted from the ion beam guns 32a and 32b according to the type of the working gas. The inside of the etching chamber 16 is depressurized by a vacuum pump 42. In this embodiment, the degree of vacuum (Pressure) is 0.1 Pa, and the acceleration voltage of ions is 3.0 kV. is there. Further, the distance from the ion beam guns 32a, 32b to the hard coating coating tool 12 is about 200 mm, and a load bias (Bias) of 50 kHz and 500 V is applied to the hard coating coating tool 12 by a bias power source 44. The ion source current value was 500 mA.

前記回転テーブル18は、電動モータや減速機等を有する回転駆動装置46により、中心線Sまわりに所定の回転速度で回転駆動され、硬質被膜被覆加工工具12も回転テーブル18と一体的に軸心まわりに回転(自転)させられ、刃部24の全周に略均等にイオンビームが照射されるようになっている。また、回転テーブル18の上方には上下移動台48が配設されており、前記イオンビームガン32a、32bがそれぞれ2軸の照射角度調整装置34a、34bを介して配設されており、硬質被膜被覆加工工具12に対するイオンビームガン32a、32bの姿勢、すなわち照射角度を調整できるようになっている。上下移動台48にはまた、硬質被膜被覆加工工具12の径寸法等に応じてイオンビームガン32a、32bを照射角度調整装置34a、34bと共に硬質被膜被覆加工工具12に対して接近、離間させる接近離間装置が設けられている。   The rotary table 18 is rotationally driven around the center line S at a predetermined rotational speed by a rotary drive device 46 having an electric motor, a speed reducer, and the like, and the hard coating coating tool 12 is also integrated with the rotary table 18 as an axis. It is rotated (rotated) around, and the ion beam is irradiated almost evenly on the entire circumference of the blade portion 24. Further, an up / down moving table 48 is disposed above the rotary table 18, and the ion beam guns 32a and 32b are respectively disposed via biaxial irradiation angle adjusting devices 34a and 34b. The attitude of the ion beam guns 32a and 32b with respect to the processing tool 12, that is, the irradiation angle can be adjusted. The vertical moving table 48 also has an ion beam gun 32a, 32b that approaches and moves away from the hard coating coating tool 12 together with the irradiation angle adjusting devices 34a, 34b in accordance with the diameter and the like of the hard coating coating tool 12. A device is provided.

上記上下移動台48は、例えば電動モータによって正逆両方向へ回転駆動される送りねじを有する軸方向移動装置50により上下方向、すなわち回転テーブル18に固定された硬質被膜被覆加工工具12の軸心(中心線S)と平行な方向へ、直線移動させられるようになっている。そして、マイクロコンピュータ等を有する電子制御装置52により、回転駆動装置46および軸方向移動装置50がそれぞれ制御され、硬質被膜被覆加工工具12が軸心まわりに回転駆動されるとともに、イオンビームガン32a、32bが上下移動させられることにより、硬質被膜30がコーティングされた刃部24の全長に亘ってその全周にイオンビームが照射される。イオンビームの照射時間は、刃部24の長さ寸法や硬質被膜30の膜厚等に応じて適宜定められる。なお、硬質被膜30のコーティング領域以外の部分、すなわちシャンク22には、フォトレジスト等のマスク剤が必要に応じて設けられ、イオンビームによるエッチングが防止される。   The vertical movement table 48 is vertically moved by an axial movement device 50 having a feed screw that is driven to rotate in both forward and reverse directions by, for example, an electric motor, that is, the axis of the hard coating coating tool 12 fixed to the rotary table 18 ( It can be linearly moved in a direction parallel to the center line S). Then, the electronic control device 52 having a microcomputer or the like controls the rotation drive device 46 and the axial movement device 50, respectively, and the hard film coating processing tool 12 is rotationally driven around the axis, and the ion beam guns 32a and 32b. Is moved up and down, the ion beam is irradiated to the entire circumference of the blade portion 24 coated with the hard coating 30. The ion beam irradiation time is appropriately determined according to the length dimension of the blade portion 24, the film thickness of the hard coating 30, and the like. Note that a masking agent such as a photoresist is provided on the portion other than the coating region of the hard coating 30, that is, the shank 22, as necessary, so that etching by an ion beam is prevented.

次に、このような硬質被膜脱膜装置10を用いて硬質被膜30を脱膜する手順を、図3のフローチャートに従って説明する。図3のステップS1では、硬質被膜被覆加工工具12を回転テーブル18上に配置した後、真空ポンプ42によりエッチング処理容器16内を例えば0.1Pa程度まで減圧する。ステップS2では、回転駆動装置46および軸方向移動装置50により硬質被膜被覆加工工具12を軸心まわりに回転駆動しつつイオンビームガン32a、32bを上下移動させる一方、ワーキングガス供給装置40からワーキングガスとしてクリプトンガスをイオンビームガン32a、32bに供給することにより、クリプトンイオンビームを硬質被膜30に照射してエッチングする。クリプトンガスは不活性ガスであるため、TiAlNの硬質被膜30と化学反応を起こすことはなく、専らクリプトンイオンの照射によるスパッタリング現象に基づいて硬質被膜30が機械的に除去されるが、クリプトンの原子量は83.80で比較的大きいため、大きな質量のクリプトンイオンの照射によるスパッタリング現象で硬質被膜30が効率的に除去される。このクリプトンイオンビームによるエッチング処理は、例えば硬質被膜30が正しくコーティングされている部分(膜厚が3μm)では、その硬質被膜30が完全に除去されて工具基材20の表面が露出する前に終了するように予め定められた所定の時間(例えば20時間程度)だけ行われる。但し、実際のステップS2では、硬質被膜30の状態などにより工具基材20の表面が部分的に露出する。このステップS2は、第1エッチング工程である。   Next, the procedure for removing the hard coating 30 using such a hard coating removal apparatus 10 will be described with reference to the flowchart of FIG. In step S1 of FIG. 3, after the hard film coating tool 12 is disposed on the turntable 18, the inside of the etching processing container 16 is depressurized to, for example, about 0.1 Pa by the vacuum pump. In step S2, the ion beam guns 32a and 32b are moved up and down while the hard film coating tool 12 is rotationally driven around the axis by the rotation driving device 46 and the axial movement device 50, while the working gas supply device 40 uses the working gas as the working gas. By supplying krypton gas to the ion beam guns 32a and 32b, the hard coating 30 is irradiated with the krypton ion beam for etching. Since the krypton gas is an inert gas, it does not cause a chemical reaction with the TiAlN hard coating 30, and the hard coating 30 is mechanically removed exclusively based on the sputtering phenomenon caused by the irradiation of krypton ions. Is relatively large at 83.80, the hard coating 30 is efficiently removed by a sputtering phenomenon caused by irradiation with a large mass of krypton ions. The etching process using the krypton ion beam is finished before the hard coating 30 is completely removed and the surface of the tool base 20 is exposed at the portion where the hard coating 30 is correctly coated (film thickness is 3 μm), for example. This is performed for a predetermined time (for example, about 20 hours). However, in the actual step S2, the surface of the tool base 20 is partially exposed depending on the state of the hard coating 30 or the like. This step S2 is a first etching process.

続いて、ステップS3を実行し、ワーキングガス供給装置40からイオンビームガン32a、32bに供給するワーキングガスをクリプトンガスからアルゴンガスに切り替えることにより、アルゴンイオンビームを硬質被膜30に照射してエッチングする。アルゴンガスは不活性ガスであるため、上記ステップS2と同様にTiAlNの硬質被膜30と化学反応を起こすことはなく、専らアルゴンイオンの照射によるスパッタリング現象に基づいて硬質被膜30が機械的に除去されるが、アルゴンの原子量は39.95で比較的小さいため、小さな質量のアルゴンイオンの照射によるスパッタリング現象で硬質被膜30が比較的ゆっくりと除去される。このアルゴンイオンビームによるエッチング処理は、硬質被膜30を完全に除去できる所定の時間(例えば10時間程度)だけ行われる。このステップS3は、第2エッチング工程である。   Subsequently, Step S3 is executed, and the working gas supplied from the working gas supply device 40 to the ion beam guns 32a and 32b is switched from krypton gas to argon gas, thereby irradiating the hard coating 30 with the argon ion beam for etching. Since argon gas is an inert gas, it does not cause a chemical reaction with the TiAlN hard coating 30 as in step S2, and the hard coating 30 is mechanically removed exclusively based on the sputtering phenomenon caused by the irradiation of argon ions. However, since the atomic weight of argon is 39.95, which is relatively small, the hard coating 30 is removed relatively slowly by the sputtering phenomenon caused by irradiation with a small mass of argon ions. This etching process using an argon ion beam is performed for a predetermined time (for example, about 10 hours) during which the hard coating 30 can be completely removed. This step S3 is a second etching process.

これにより一連のエッチング処理は終了し、硬質被膜30が脱膜された工具基材20はエッチング処理容器16から取り出され、必要に応じて外周刃26や底刃28を再研削した後、アークイオンプレーティング法等のコーティング技術を用いて刃部24にTiAlNの硬質被膜30がコーティングされることにより、硬質被膜被覆加工工具12として再生される。   As a result, the series of etching processes is completed, and the tool substrate 20 from which the hard coating 30 has been removed is taken out of the etching process vessel 16, and after the outer peripheral blade 26 and the bottom blade 28 are reground as necessary, When the blade portion 24 is coated with a hard coating 30 of TiAlN using a coating technique such as a plating method, the hard coating coating tool 12 is regenerated.

ここで、本実施例では、硬質被膜30にイオンビームを照射してエッチングすることにより、スパッタリング現象をメインにして硬質被膜30が工具基材20から除去されるため、硬質被膜30の膜厚のばらつきや脱膜速度のばらつきなどで部分的に先行して工具基材20の表面が露出しても、化学反応をメインに脱膜する場合に比較して化学的浸食による表面の脆弱化が抑制されるとともに、工具基材20への影響が小さくなって形状変化や寸法変化も軽減される。これにより、工具基材20をそのまま或いは僅かに手を加えるだけで再使用することが可能で、硬質被膜30を再コーティングすることにより硬質被膜被覆部材12を安価に再生できるとともに、硬質被膜30の密着強度が向上して新品と同様の本来の被膜性能(耐久性や耐摩耗性など)が得られるようになる。   Here, in this embodiment, since the hard coating 30 is removed from the tool base material 20 mainly by the sputtering phenomenon by irradiating the hard coating 30 with an ion beam and etching, the film thickness of the hard coating 30 is reduced. Even if the surface of the tool base 20 is partially exposed due to variations or variations in the film removal rate, surface weakening due to chemical erosion is suppressed as compared with the case where the film is mainly removed by chemical reaction. At the same time, the influence on the tool base 20 is reduced and the change in shape and change in dimensions are reduced. As a result, the tool base 20 can be reused as it is or with slight modification, and the hard coating member 12 can be regenerated at a low cost by recoating the hard coating 30. The adhesion strength is improved and the original film performance (durability, wear resistance, etc.) similar to that of a new article can be obtained.

特に、本実施例では、イオンビームを生成するワーキングガスとしてクリプトンガスおよびアルゴンガスの不活性ガスが用いられるため、硬質被膜30と化学反応を起こすことはなく、専らイオンの照射によるスパッタリング現象で硬質被膜30が機械的に除去されることになる。したがって、その脱膜速度は遅くなるものの、工具基材20の表面が露出した場合でも、その工具基材20に対する化学的浸食による表面の脆弱化は皆無で、再コーティングした硬質被膜30の密着強度が一層向上する。   In particular, in this embodiment, since an inert gas such as krypton gas and argon gas is used as a working gas for generating an ion beam, it does not cause a chemical reaction with the hard coating 30 and is hard only due to a sputtering phenomenon caused by ion irradiation. The coating 30 is mechanically removed. Therefore, although the film removal rate is slow, even when the surface of the tool base 20 is exposed, the surface of the tool base 20 is not weakened by chemical erosion, and the adhesion strength of the recoated hard coating 30 is not. Is further improved.

また、本実施例では、工具基材20が超硬合金にて構成されているため、過酸化水素水を用いて化学反応で脱膜する場合には、表層部分のWC粒子が化学的に浸食されて表面が脆弱になるが、ワーキングガスとして不活性ガスを用いたイオンビームによるスパッタリング現象で脱膜が行われることにより、工具基材20の表面の脆弱化が回避され、再コーティング後の硬質被膜30の密着強度が向上する等の上記効果が一層顕著に得られる。   In the present embodiment, since the tool base 20 is made of a cemented carbide, when the film is removed by a chemical reaction using hydrogen peroxide, the WC particles in the surface layer portion are chemically eroded. Although the surface becomes brittle, the film removal is performed by a sputtering phenomenon by an ion beam using an inert gas as a working gas, so that the surface of the tool base material 20 is prevented from being weakened and hard after recoating. The above effects such as improvement of the adhesion strength of the coating 30 can be obtained more remarkably.

また、本実施例では、ステップS2ではクリプトンガスを用いてエッチングを行うことにより、比較的大きな質量のクリプトンイオンのスパッタリング現象で硬質被膜30を効率的に除去する一方、ステップS3ではアルゴンガスを用いてエッチングを行うことにより、小さな質量のアルゴンイオンのスパッタリング現象で硬質被膜30を徐々に除去するため、それ等の処理時間を適当に設定することにより、工具基材20への影響(形状変化や寸法変化)を最小限に抑制しつつ脱膜処理時間を短縮できる。例えば、ステップS2は、硬質被膜30が正しくコーティングされている部分(膜厚が3μm)において工具基材20が露出しない範囲でできるだけ長い処理時間に設定され、ステップS3は、ステップS2で取り残した硬質被膜30を完全に除去できる必要最小限の処理時間に設定される。   In this embodiment, the hard coating 30 is efficiently removed by the sputtering phenomenon of a relatively large mass of krypton ions by performing etching using krypton gas in step S2, while argon gas is used in step S3. Etching is performed to gradually remove the hard coating 30 due to the sputtering phenomenon of a small mass of argon ions. By appropriately setting the processing time, the influence on the tool base 20 (shape change or The film removal processing time can be shortened while minimizing dimensional changes. For example, step S2 is set to a processing time as long as possible in a range where the tool base material 20 is not exposed in a portion where the hard coating 30 is correctly coated (film thickness is 3 μm), and step S3 is the hard time left in step S2. The minimum processing time that can completely remove the coating 30 is set.

また、上記ステップS2およびS3ではワーキングガスを切り替えるだけで良いため、硬質被膜被覆加工工具12をエッチング処理容器16内に保持したまま、それ等のステップS2およびS3を連続して行うことができる。   Moreover, since it is only necessary to switch the working gas in the above steps S2 and S3, these steps S2 and S3 can be continuously performed while the hard film coating tool 12 is held in the etching processing vessel 16.

因みに、超硬合金から成る工具基材20の刃部24に前記硬質被膜30としてTiAlNが3μmの膜厚でコーティングされた工具直径D=10mmの2枚刃のエンドミルについて、本発明方法に従って再生したものと、従来法で再生した従来法1、従来法2、および新品の、計4本の試験品を用意し、以下の加工条件で切削加工を行って逃げ面摩耗幅VB(mm)を調べたところ、図4に示す結果が得られた。本発明方法による試験品は、前記ステップS2の処理時間を20時間、ステップS3の処理時間を10時間として、脱膜処理を行って得られた工具基材20をそのまま用いて、硬質被膜30を再コーティングしたものである。従来法1、従来法2の試験品は、何れも過酸化水素水を用いた化学処理で脱膜した工具基材20に硬質被膜30を再コーティングしたものである。
《加工条件》
・工具 2枚刃超硬エンドミル、φ10
・切削速度 34.5m/分
・送り速度 0.03mm/刃
・切り込み 軸方向aa=15mm
径方向ar=0.5mm
・切削油剤 エアーブロー
・加工の種類 側面(ダウン)
・被削材 SKD61(40HRC)
Incidentally, a two-blade end mill with a tool diameter D = 10 mm, in which TiAlN is coated as a hard coating 30 with a film thickness of 3 μm on the blade portion 24 of the tool base 20 made of cemented carbide, was regenerated according to the method of the present invention. Prepare a total of four test products, the conventional method 1, the conventional method 2, and a new one that were regenerated by the conventional method, and cut the flank wear width VB (mm) by cutting under the following processing conditions. As a result, the result shown in FIG. 4 was obtained. The test article according to the method of the present invention was prepared by using the tool substrate 20 obtained by performing the film removal treatment with the treatment time of the step S2 being 20 hours and the treatment time of the step S3 being 10 hours. Re-coated. The test products of the conventional method 1 and the conventional method 2 are obtained by re-coating the hard coating 30 on the tool base 20 that has been removed by chemical treatment using hydrogen peroxide.
"Processing conditions"
・ Tool 2 flute carbide end mill, φ10
・ Cutting speed 34.5m / min ・ Feeding speed 0.03mm / blade ・ Incision Axial direction aa = 15mm
Radial direction ar = 0.5mm
・ Cutting fluid air blow ・ Processing type Side (down)
・ Work material SKD61 (40HRC)

図4の測定結果から明らかなように、本発明方法によれば従来法1、2に比較して逃げ面摩耗幅VBが約1/2になり、新品と同程度の優れた耐摩耗性が得られることが分かる。これは、工具基材20に対する硬質被膜30の密着強度が新品と同程度で、且つ外周刃26の切れ刃形状が新品と同程度で優れた切削性能が得られるためと考えられる。   As is apparent from the measurement results of FIG. 4, according to the method of the present invention, the flank wear width VB is about ½ as compared with the conventional methods 1 and 2, and excellent wear resistance comparable to that of a new product is achieved. You can see that This is presumably because excellent cutting performance is obtained when the adhesion strength of the hard coating 30 to the tool substrate 20 is about the same as that of a new article, and the cutting edge shape of the outer peripheral blade 26 is about the same as that of a new article.

以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、これはあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更,改良を加えた態様で実施することができる。   As mentioned above, although the Example of this invention was described in detail based on drawing, this is an embodiment to the last, and this invention implements in the aspect which added various change and improvement based on the knowledge of those skilled in the art. Can do.

本発明の硬質被膜の脱膜方法によれば、硬質被膜にイオンビームを照射してエッチングすることにより、スパッタリング現象をメインにして硬質被膜が本体から除去されるため、化学反応をメインに脱膜する場合に比較して化学的浸食による表面の脆弱化が抑制されるとともに、本体への影響が小さくなって形状変化や寸法変化も軽減される。これにより、本体をそのまま或いは僅かに手を加えるだけで再使用することが可能で、硬質被膜を再コーティングすることにより硬質被膜被覆部材を安価に再生できるとともに、硬質被膜の密着強度が向上して新品と同様の本来の被膜性能が得られるようになる。すなわち、エンドミルやタップ、ドリル等の硬質被膜被覆部材の硬質被膜を脱膜し、工具基材等の本体を再使用して硬質被膜被覆部材を再生する場合に、本発明は好適に利用される。   According to the method for removing a hard coating of the present invention, the hard coating is removed from the main body mainly by a sputtering phenomenon by irradiating the hard coating with an ion beam, so that the chemical reaction is mainly removed. Compared to the case, the weakening of the surface due to chemical erosion is suppressed, the influence on the main body is reduced, and the shape change and the dimensional change are also reduced. As a result, the main body can be reused as it is or with a slight modification, and by recoating the hard film, the hard film coated member can be reproduced at low cost, and the adhesion strength of the hard film is improved. The original film performance similar to that of a new product can be obtained. That is, the present invention is suitably used when removing a hard coating of a hard coating covering member such as an end mill, a tap or a drill, and reusing the main body such as a tool base to regenerate the hard coating covering member. .

Claims (4)

元素の周期表のIIIb族、IVa族、Va族、またはVIa族の金属の炭化物、窒化物、炭窒化物、或いはそれらの相互固溶体から成る硬質被膜が、本体の表面にコーティングされている硬質被膜被覆部材において、該硬質被膜にイオンビームを照射してエッチングすることにより、該硬質被膜を前記本体から脱膜する方法であって、
不活性ガスをワーキングガスとして生成したイオンビームを前記硬質被膜に照射してエッチングを行い、該エッチングを行う工程は、
第1の不活性ガスをワーキングガスとして生成したイオンビームを前記硬質被膜に照射してエッチングを行う第1エッチング工程と、
前記ワーキングガスを前記第1の不活性ガスよりも原子量が小さい第2の不活性ガスに切り替えてイオンビームを生成し、前記硬質被膜に照射してエッチングを行う第2エッチング工程と、
を有することを特徴とする硬質被膜の脱膜方法。
Hard film in which a hard film made of a carbide, nitride, carbonitride, or a mutual solid solution of a group IIIb, IVa, Va, or VIa metal of the periodic table of elements is coated on the surface of the main body In the covering member, a method of removing the hard coating from the main body by irradiating the hard coating with an ion beam and etching,
Etching is performed by irradiating the hard coating with an ion beam generated using an inert gas as a working gas.
A first etching step of performing etching by irradiating the hard film with an ion beam generated using a first inert gas as a working gas;
A second etching step of switching the working gas to a second inert gas having an atomic weight smaller than that of the first inert gas to generate an ion beam and irradiating the hard coating to perform etching;
A method for removing a hard coating, comprising:
前記第1エッチング工程では、前記ワーキングガスとしてラドン、キセノン、およびクリプトンのうちの何れかのガスが用いられ、
前記第2エッチング工程では、前記ワーキングガスとしてアルゴンガスが用いられることを特徴とする請求項3に記載の硬質被膜の脱膜方法。
In the first etching step, any one of radon, xenon, and krypton is used as the working gas.
The hard film removal method according to claim 3, wherein argon gas is used as the working gas in the second etching step.
前記本体は超硬合金にて構成されている
ことを特徴とする請求項3または4に記載の硬質被膜の脱膜方法。
The said main body is comprised with the cemented carbide alloy. The film removal method of the hard film of Claim 3 or 4 characterized by the above-mentioned.
前記硬質被膜被覆部材は、少なくとも加工部に前記硬質被膜がコーティングされている硬質被膜被覆加工工具である
ことを特徴とする請求項3〜5の何れか1項に記載の硬質被膜の脱膜方法。
The said hard film coating | coated member is a hard film coating processing tool by which the said hard film is coated by the process part at least. The film removal method of the hard film of any one of Claims 3-5 characterized by the above-mentioned. .
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