JP5171825B2 - コーティング除去設備およびそれを動作させる方法 - Google Patents

Description

本発明は、コーティング除去設備およびそれを動作させる方法に関する。コーティング除去設備は、コーティング設備で使用され、そこで必然的に一緒にコーティングされる工作物支持部からそのコーティングを除去して、再び使用するのに適したものとし、また、磨耗し、あるいは不適切にコーティングされた工作物のコーティングを除去して、それによって新たなコーティングのための準備をするのに用いられる。

工作物支持部のコーティングを除去するのには、今日では圧倒的に機械的方法、特にサンドブラストが用いられている。そのためには、工作物支持部を取り外す必要がある。処理後に、砂は、例えば吹払いによって、入念に除去する必要がある。それにもかかわらず、しばしば残渣を回避できず、それが後で機能障害を生じさせる場合がある。さらに、工作物支持部は、サンドブラストの際に不均一に損耗し、かつ著しく磨耗し、それによって、工作物支持部の寿命が縮められる。

損耗し、かつ不適切にコーティングされた工作物のコーティングを除去するのに、電気化学的方法も用いられている（例えば、特許文献１を参照）。そのために、請求項１の前提項に記載のコーティング除去設備が用いられている。これらの設備の多くは、工作物を保持するために、上下に移動可能なカゴまたは回転ドラムを有している。

国際公開第９９／５４５２８号パンフレット

しかし、たいてい、工作物は、個別に接触させる必要がある。これは、非導通性の材料からなる層を除去する場合に、特に煩雑であり、この場合、接触がさらに制限を受け、工作物を個別にホルダに取り付ける必要がある。

この種の既知のコーティング除去設備では、コーティングの均一な除去を達成し、コーティングが施された基体の腐食を回避するためには、工作物のコーティングを除去すべき表面領域にわたって電流の流れをできる限り均一に分配させなければならないので、対向電極面を形成し、位置決めするのが困難であり、常に最適には行うことはできない。

本発明の課題は、この種のコーティング除去設備を、コーティングを除去するプロセスが著しく簡略化され、かつ高い信頼性で実施できるように発展させることである。この課題は、請求項１の特徴項の特徴によって達成される。さらに、本発明に基づくコーティング除去設備を駆動する方法が記載され、その方法によって、コーティングの除去と、コーティングの除去に加えてさらに、他のステップを有する複雑なプロセスを簡単なやり方で実施することができる。

本発明の利点は、特に、工作物支持部のコーティングの除去を、ずっと簡単に、かつ損傷を生じないように行うことができることにある。機械的な処理を大幅に回避することができるので、寿命が著しく長くなる。もちろん、後処理が、わずかな範囲で必要であるが（洗浄、噴霧、乾燥）、手作業はほとんど必要ない。さらにまた、損耗し、不適切にコーティングされた工作物のコーティングの除去も、ずっと簡略化され、ずっと高い信頼性で実施できる。工作物支持部を回転させることによって、−処理時間にわたって平均して−工作物の表面にわたってある程度均一な電流密度をずっと容易に得ることができる。特に、非導通性のコーティングを有する工作物において、工作物が、コーティングの除去の際に、コーティングの際と正確に同じように接触させられるので、取扱いが概して著しく簡略化される。

特に、不適切にコーティングされた工作物のコーティングを除去して、新しくコーティングしようとする場合に、工作物を本発明に基づく方法によって処理すると、取扱いの手間を著しく軽減することができる。この場合、コーティングを除去するために、工作物は、工作物を最初にコーティングした時の工作物支持部上に残ったままである。工作物支持部が、取り付けられ、接触させられた工作物と共にコーティング設備から本発明に基づくコーティング除去設備へ移動させられて、そこに挿入されるので、取り外しと新規の取り付けは行わずに済む。工作物を新規にコーティングする場合に、コーティングを除去した後に同じように、工作物支持部が工作物と共にコーティング設備へ移動させられて、そこに挿入され、その後、工作物が新たにコーティングされる。その場合に、工作物の直接的な取扱いは、行わずに済ますことができる。

以下、実施形態を示しているにすぎない図を用いて、本発明を詳細に説明する。

本発明に基づくコーティング除去設備の垂直断面を示す図である。

本発明に基づくコーティング除去設備は、直方体形状のハウジング１を有し、ハウジング１は槽２を有し、槽２は非導通性の材料からなり、または内側を非導通性の材料でコーティングされており、したがって、内壁は非導通性である。槽２は、液状の電解質を収容するのに用いられる。槽２の隣りに、ふるいまたはフィルタを有するオーバーフロー部３が配置されている。ハウジング１は上側に開口部４を有している。

ホルダ５が、ベースプレート６と、ベースプレート６に回転可能に取り付けられたカップリング７とを有し、ベースプレート６によってホルダ５がハウジング１上に支持されている。カップリング７の回転軸線は、槽２のほぼ中央を通って鉛直に延びている。電動機として形成された駆動装置８が、カップリング７と動作可能に連結されている。ホルダ５は、同様に、２極の電流供給装置（図示せず）を有しており、その一方の極が電流伝達装置９を介してカップリング７と、電気的に導通するように接続されている。電流供給装置は、電流源、電圧源、パルス電流源、パルス電圧源、または交流電流供給装置として形成することができる。ホルダ５は、多大な手間をかけずに取り外すことができ、例えば単純に持ち上げて外すことができるようにハウジング１と結合されている。電流供給装置を外部に設けることもでき、その場合、コーティング除去設備は、電流供給装置と接続するための接続部のみを有し、それらの接続部の１つが電流伝達装置９と接続されている。さらに、ベースプレート６に固定され互いに平行な複数のロッド１０を有し回転軸線を包囲するフレームが設けられており、ロッド１０の端部に横支柱１１が保持されている。

電流供給装置の他の極または他の接続部が、例えばグリッド電極として形成されている対向電極１２と接続されており、対向電極１２は槽２内に配置されている。対向電極１２は、実質的に槽２の高さ全体にわたって延び、回転軸線の方を向き、回転軸線から至るところでほぼ同じ距離離れた対向電極面を有している。対向電極面は、例えば、軸線が回転軸線と一致する凹状の円筒面の形状を有することができ、例えば９０°から１８０°までの比較的小さい、または比較的大きい扇状部にわたって延びている。しかし、対向電極は、棒状電極として形成することもできる。槽２内には、さらに、加熱および冷却装置１３、超音波発生器１４、電解質のための入口、および電解質を移動させるポンプまたは攪拌機のような装置（図示せず）が配置されている。

動作中、槽２は、少なくともほぼ上端縁まで液状の電解質で満たされている。本実施形態ではツリーのように形成された工作物支持部１５、特に、回転軸線に位置する中央のシャフト１６が、カップリング７と相対的に回転しないように結合されており、シャフト１６に、規則的な間隔で続けて円板１７が固定されており、円板１７が、それぞれその周囲にわたって分散させられた工作物１８を支持している。カップリング７とシャフト１６の間の結合を形成するのには、種々の可能な構成がある。差込み式結合部またはバヨネット式結合部のような、迅速に取り付け可能かつ取り外し可能な結合が有利である。シャフト１６の先端が、横支柱１１に回転可能に取り付けられている。カップリング７を介して、シャフト１６は、電流供給装置の第１の極と接続されており、シャフト１６を介して円板１７も電流供給装置の第１の極と接続されている。工作物１８は、円板１７に固定され、接触させられており、したがって、工作物１８も同様に電流供給装置の第１の極と電気的に導通するように接続されている。工作物支持部１５と、槽２内に配置されている、コーティング除去設備の他の全ての構成要素も、電解質によって腐食しない材料、通常ステンレススチールから形成する必要があり、あるいは、多くの磁気的な材料の場合のように、これができない場合、ステンレス箔に包まれている。

工作物支持部は、説明したものとは異なるように形成することもでき、基本的に、回転軸線を中心に回転可能な、コーティング設備、特に真空コーティング設備で使用される各種の工作物支持部、例えば複数の回転部を有するツリーを使用することができ、この際、例えばロッド１０に駆動体フィンガーを取り付けることができ、または磁気プレートまたは差込みプレートを有する他のタイプの工作物支持部を取り付けることもできる。工作物の固定は、真空コーティング設備で普通のやり方で、例えば差込み結合または挟み込み結合によって、あるいは磁気的に行うことができる。

電流供給装置は、電極として作用する工作物支持部１５およびそれを介して接触させられている工作物１８と対向電極１２との間に、間欠的または恒久的な電位差を発生させる。適用できる場合、通常、電極が陽極として、対向電極が陰極として接続されている。同時に、カップリング７が、その工作物支持部１５と共に、駆動装置８によって一様に回転させられ、回転速度はプロセスに合わせられる。工作物１８は、好ましくは２ｃｍと２０ｃｍの間、好ましくは３ｃｍと８ｃｍの間の最小間隔で、対向電極面の近傍を通過して移動させられる。コーティングの除去は、通常、工作物支持部１５と工作物１８のコーティングの電気化学的溶解によって行われる。工作物支持部１５の回転によって、電流密度は時間的に平均してほぼ均一となり、すなわち電流が、コーティングを除去すべき面にわたって均一に分配され、それに応じて、コーティングの除去が均一に、かつ損傷を生じないように行われる。これには、好ましい構成に従って、いずれにせよ、対向電極面の全ての部分が回転軸線から、したがって、シャフト１６からほぼ均一に離れていることも寄与する。

例えば、国際公開第９９／６４６４６号パンフレットおよび国際公開第０５／０７３４３３号パンフレットに記載されているように、コーティングが、基体上に直接析出させられた付着層とその上に析出させられた機能層とからなり、コーティングの除去を、機能層の孔を通して付着層を溶解させることによって行うことも可能である。特にこのような場合においては、コーティング除去プロセスを、超音波発生器１４を用いることによって著しく促進し、改善することが可能である。

本発明に基づくコーティング除去設備によって、種々の運転の仕方が可能である。すなわち、コーティング除去設備は、例えば、工作物支持部１５のみ、すなわち装着されていない工作物支持部からコーティングを除去するのに用いることができる。あるいは、コーティング除去設備は、それ以前にコーティング設備、特に真空コーティング設備で不適切にコーティングされた工作物からコーティングを除去するのに用いることができる。この場合においては、例えばホルダ５を、工作物支持部１５および工作物１８と共にコーティング設備から取り出して、コーティング除去設備へ挿入することができ、その他には、これらの部品に何ら操作を行う必要はない。

コーティングを除去した後の、新規のコーティングにおいては、同様のことを行うことができる。この場合、ホルダ５を、工作物支持部１５および工作物１８と共に、コーティング除去設備のハウジング１から取り出し、コーティング設備、特に真空コーティング設備内へ移動させ、その真空室内へ挿入し、例えばＣＶＤ方法またはＰＶＤ方法によってコーティングを行うことができる。この際、マルチチャンバ設備では、コーティング除去と新規のコーティングの間に、洗浄、噴霧、および乾燥のような他のステップを適切なチャンバ内で実施することができ、全て、工作物支持部１５をホルダ５から分離する必要はなく、あるいは工作物１８を取り外す必要もない。もちろん、不適切なコーティングの後にコーティングの除去と新規のコーティングをこのように順に実施することもできる。チャンバ間でホルダ５を移動させるために、適切な搬送装置を設けることができる。このようにして、複数の処理ステップを有する複雑なプロセスも、大幅に自動化することができる。

代替的に、それぞれ工作物１８を装着した工作物支持部１５のみを、上述したように移動させることが可能であり、この際、工作物支持部を、カップリング７および他のチャンバの対応するカップリングに取り付け、またはそれから取り外す必要がある。これは、幾分煩雑であるが、場合によっては搬送装置への要請は少なくなる。

上述したコーティング除去設備の多数の変形も可能である。すなわち、槽に、複数の工作物支持部用の複数のカップリングを設けることができる。カップリングは、槽の上方または上部部分にではなく、槽の底に配置することもできる。槽は、その中で、洗浄、噴霧、および乾燥のような他のプロセスステップを実施することができるように形成することができる。そのために、電解質を一時的に除去するためのポンプおよび収容容積部を設けることができる。

次に、本発明に基づくコーティング除去設備とそれを用いた方法の可能な構成の幾つかの例を説明する。

１． ＤＬＣ層およびＣｒＮ／ＤＬＣ層を析出させるためのコーティングプロセスにおいて繰り返し使用された後に、１００μｍまでの厚みに複数の層のコーティングでコーティングされた、制御ピストン用のホルダを、槽の底に取り付けられた、複数の回転可能なカップリング上に、ツリー状に装着する。個々のツリーを、それぞれ接触領域で電気的に導通性のカップリングに固定し、ＰＶＤ設備内と同様に駆動体がサテライトに対応するように配置され、次に、槽に、苛性カリ溶液を含むリン酸塩および界面活性剤を添加し、１１から１３のｐＨ値を有する電解質で満たす。定常的に回転させて、二重に回転するサテライトを有するツリーが、室温で、かつ＋１２Ｖの定常的な電圧で、１ｈ以内にコーティングを除去された。この際、電解質による腐食は、それぞれＤＬＣ層の孔を通してＣｒＮ層またはＤＬＣの下に付着層として析出された薄いＣｒ層に対して行われた。

２． 繰り返し使用した後に、ＤＬＣ層およびＣｒＮ／ＤＬＣ層でコーティングされた、バケットタペット用の二重に回転するサテライトを有するツリーが、例１におけるのと同様に、同じ電解質を使用して、２００Ａの定常電流で、室温で、１ｈ以内にコーティングを除去された。この際、駆動体ばねによる駆動の代わりに、歯車と歯付きリングによって二重の回転を生じさせた。

３． ＤＬＣ層、Ｃｒ付着層上に析出させられたＷＣ／Ｃ層、またはＣｒＮ／ＤＬＣの二重の層によってコーティングされた、不適切にコーティングされた制御ピストンを、ＰＶＤコーティングプロセスの場合と同様に、サテライト円板およびツリー上に装着した。制御ピストンの大きさに応じて、様々な間隔の円板を使用した。複数のツリーを、一本ツリー装置において順々に、槽の底に取り付けられたカップリング上に固定し、駆動体ばねを配置した後に、例１のアルカリ電解質内へ浸した。サテライトを定常的に二重に回転させ、２５０Ａの定常的な電流を流して、ツリーは、室温で１０分以内にコーティングを除去された。

４． 例３で使用した装置で、サテライトツリー上に装着されたＣｒＮ＋ＤＬＣでコーティングされた軸受ボルトおよびピストンボルトが、例１と同じ電解質内で、１５Ｖの定常的な電圧で、５分でコーティングを除去された。

５． Ｂａｌｉｎｉｔ Ａｌｃｒｏｎａ（アルミニウムクロム窒化物）、Ｂａｌｉｎｉｔ Ｈｅｌｉｃａ（アルミニウムクロムケイ素窒化物）、Ｂａｌｉｎｉｔ Ｃ（Ｃｒ＋ＷＣ／Ｃ）、Ｂａｌｉｎｉｔ ＤＬＣ（Ｃｒ＋ＤＬＣ）およびＢａｌｉｎｉｔ Ｄ（ＣｒＮ）のような様々なクロム含有コーティング系によってコーティングされたＨＳＳドリルおよびＨＳＳカッターおよび他のＨＳＳ工具を一緒にサテライト円板上に装着し、例３と同様にツリー単位で槽内へ組み込んだ。例１のアルカリ電解質内へ浸した後に、工具は、室温で、２５０Ａの電流で、定常的に二重に回転させて、３０分以内にコーティングを除去された。

６． 様々にコーティングされた工具の同様の混合物を例５におけるのと同様に組み込み、次に、１パーセントの苛性カリ溶液内で、１２Ｖの定常的な電圧で、その他は同じ条件で、２５分でコーティングを除去された。

７． Ｂａｌｉｎｉｔ Ａｌｃｒｏｎａでコーティングされた２つのＨＳＳホブをツリー上に装着し、そのツリーを例６の電解質内へ浸した。コーティングは、定常的な一重の回転で、１２Ｖの定常的な電圧で、２０分以内に除去された。

８． Ｂａｌｉｎｉｔ Ｆｕｔｕｒａ−Ｎａｎｏ（ＴｉＡｌＮ）とＢａｌｉｎｉｔ Ａｌｃｒｏｎａ（ＡｌＣｒＮ）でコーティングされたドリルとカッターを有する円板をツリー上に装着し、図１に示す装置内へ頂部を介して挿入し、例１の電解質内へ浸した。定常的な一重の回転で、６Ｖの定常的な電圧で、３分以内に、表面が、オキソ窒化物を含む遷移領域を有する酸化アルミニウムの薄い層が形成されることによって、ＴｉＡｌＮ層に改質された。

９． Ｂａｌｉｎｉｔ Ｆｕｔｕｒａ（チタンアルミニウム窒化物）、Ｂａｌｉｎｉｔ Ｘｃｅｅｄ（高アルミニウム含有のＴｉＡｌＮ）、Ｂａｌｉｎｉｔ ＡｌＣｒｏｎａ（ＡｌＣｒＮ）およびＢａｌｉｎｉｔ Ｈｅｌｉｃａ（アルミニウムクロムケイ素窒化物）のような様々なコーティングでコーティングされた超硬工具を一緒にサテライト円板上に装着し、例８と同様にツリー単位で、硝酸アンモニウムと酢酸からなる、１．５から３のｐＨ値を有する電解質内へ浸した。定常的な一重の回転で、工具は、１５Ｖの電圧で、５分以内にコーティングを除去された。

１０． プロセスの結果として、ＣｒＮ＋ＷＣ／Ｃからなる不適切な二重の層でコーティングされたボルトを有するツリーを、直接、ＰＶＤコーティング設備から取り出し、例３におけるのと同様の装置で、同じ条件でコーティングを除去した。その後、ボルトを有するツリーを、槽内で何回か噴霧洗浄し、温風で乾燥させた。次に、ツリーを、新規のコーティングのために直接ＰＶＤコーティング設備に組み込んだ。

本発明に基づく設備は、コーティングの除去の他に、他の電気化学的工程に、例えば例８におけるようにコーティングを改質するのに、または工作物の表面を研磨し、あるいは酸化させるのに、切断工具のエッジを所定のように丸めるのに用いることもできる。このような工程も、工作物支持部の回転によって均一化される。さらに、このような工程は、複雑なプロセスの他のステップと良好に調和させることができる。

１ ハウジング
２ 槽
３ オーバーフロー部
４ 開口部
５ ホルダ
６ ベースプレート
７ カップリング
８ 駆動装置
９ 電流伝達装置
１０ ロッド
１１ 横支柱
１２ 対向電極
１３ 加熱および冷却装置
１４ 超音波発生器
１５ 工作物支持部
１６ シャフト
１７ 円板
１８ 工作物

Claims (15)

1. 液状の電解質を保持する槽（２）と、該槽（２）の内部に配置され電流供給装置の極に接続可能な対向電極面とを有するコーティング除去設備において、
   コーティング除去設備が、前記槽（２）の内部を通って延びる回転軸線を中心に回転可能に取り付けられた工作物支持部（１５）を取り付け可能かつ取り外し可能に取り付けるためのカップリング（７）であって、当該工作物支持部（１５）を接続できるように、前記電流供給装置の他の極に接続可能なカップリング（７）と、
   該カップリング（７）に動作可能に結合され前記カップリングを回転させるための駆動装置（８）とを備えたホルダ（５）と、を有し、
   前記対向電極面の全ての部分が前記回転軸線からほぼ等しい距離離れ、
   コーティングの除去は、工作物支持部（１５）と、該工作物支持部（１５）を介して接触する工作物（１８）と、対向電極との間に電位差を発生させることによって、工作物支持部（１５）と工作物（１８）のコーティングを電気化学的に溶解することを特徴とするコーティング除去設備。
2. 前記回転軸線が鉛直であることを特徴とする請求項１に記載のコーティング除去設備。
3. 前記カップリング（７）が、前記槽（２）の上方に、または前記槽（２）の上部部分に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載のコーティング除去設備。
4. 前記ホルダ（５）が、前記槽（２）から取り出し可能であることを特徴とする請求項３に記載のコーティング除去設備。
5. 前記対向電極面が、前記回転軸線の方へ向けられており、前記回転軸線からの距離が、前記回転軸線に沿って実質的に一定であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のコーティング除去設備。
6. 前記対向電極面が、前記槽（２）内に配置され、前記槽（２）の内壁から隔たった少なくとも１つの対向電極（１２）の表面の一部であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のコーティング除去設備。
7. 前記槽（２）の前記内壁が、電気的な絶縁材料からなることを特徴とする請求項６に記載のコーティング除去設備。
8. 前記槽（２）の内部に、超音波発生器（１４）が配置されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のコーティング除去設備。
9. 前記槽（２）の内部に、加熱および冷却装置（１３）が配置されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のコーティング除去設備。
10. 請求項１から９のいずれか１項に記載のコーティング除去設備を動作させる方法において、前記カップリング（７）に、少なくとも大部分が電気的な導通材料からなる前記工作物支持部（１５）を取り付け、前記槽の内部を液状の電解質で満たし、その後、コーティングを除去するために、前記工作物支持部（１５）を、実質的に完全に前記電解質内へ浸し、前記駆動装置（８）を用いて前記カップリング（７）を回転させることによって回転させながら、前記電流供給装置を用いて、一方で、前記カップリング（７）に、そして該カップリング（７）を介して電極としての前記工作物支持部（１５）に、他方で前記対向電極面に、少なくとも間欠的に互いに異なる電位を印加することを特徴とする方法。
11. 前記工作物支持部（１５）が、以前にコーティング設備で使用された工作物支持部であることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
12. 工作物（１８）のコーティングを除去するための、請求項１０に記載の方法において、前記工作物支持部（１５）に、コーティングを除去すべき工作物（１８）を装着することを特徴とする方法。
13. 不適切にコーティングされた工作物（１８）のコーティングを除去するための、請求項１２に記載の方法において、コーティングを除去する前に、不適切にコーティングされた工作物（１８）が装着された前記工作物支持部（１５）を、コーティング設備から取り出して、コーティング除去設備に挿入することを特徴とする方法。
14. 工作物（１８）のコーティングを除去して新規にコーティングするための、請求項１２または１３に記載の方法において、コーティングを除去した後に、工作物（１８）が装着された前記工作物支持部（１５）をコーティング除去設備から取り出して、コーティング設備へ挿入し、その後、工作物（１８）を前記コーティング設備で新規にコーティングすることを特徴とする方法。
15. 工作物（１８）が装着された前記工作物支持部（１５）に、コーティングの除去とコーティング設備への移動の間に、少なくとも１つの処理を施すことを特徴とする請求項１４に記載の方法。

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