JP5692497B2 - Surface processing method and surface processing apparatus - Google Patents
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本発明は、表面加工方法及び表面加工装置に関し、より具体的には炭素クラスターイオンを被加工物の表面に照射し表面をイオン加工する表面加工方法及び該方法に好適に用いられる表面加工装置に関する。 The present invention relates to a surface processing method and a surface processing apparatus, and more specifically to a surface processing method for irradiating the surface of a workpiece with carbon cluster ions to ion-process the surface and a surface processing apparatus suitably used for the method. .
従来、各種の金型等の平滑面が要求される製品の表面仕上げには、旋盤、フライス、研磨機及び手磨き等が用いられている。しかし、この工程は高コストであるばかりか、その面粗度の向上には限界がある。特に、非球面の曲面形状を有する被加工物において、最終工程として人の手による研磨が施される場合、研磨に面粗度は向上する反面、非球面の形状精度に悪影響を及ぼしてしまうという問題がある。また、超硬合金や多結晶ダイヤモンド(PCD)等の硬質材料については、手作業で高精度かつ精密な表面加工を行うことは著しく困難であるという問題がある。 Conventionally, lathes, milling machines, polishing machines, hand polishing, and the like are used for surface finishing of products that require smooth surfaces such as various molds. However, this process is not only expensive, but there is a limit to improving the surface roughness. In particular, when a workpiece having an aspheric curved surface is polished by a human hand as a final process, the surface roughness is improved, but the shape accuracy of the aspheric surface is adversely affected. There's a problem. Further, hard materials such as cemented carbide and polycrystalline diamond (PCD) have a problem that it is extremely difficult to perform high-precision and precise surface processing by hand.
ガラス製品用金型やプレス金型のパンチ部などには、鏡面性の確保等を目的として、DLC(Diamond Like Carbon)のコーティングが施されることが多い。このようなコーティングは、金型の使用に伴い摩耗するが、これを剥離し再コーティングできれば大幅な金型コストの低減が見込める。しかし、DLC等のコーティングは、金型表面への密着力を向上させるためにSiC等の中間層を介して金型表面にコーティングされていたり、機能を付加(導電性の向上、自己潤滑性の付与等)するために窒素、ケイ素、フッ素等のヘテロ元素がDLCにドーピングされていたりするために、コーティングの剥離は容易でなく、プラズマ等を用いる必要がある。しかし、プラズマ照射によりDLCコーティングや中間層の剥離を行うと、金型表面の面粗度が低下するため、再度金型表面の鏡面加工等が必要となる。そのため、再コーティングはコストや手間を考慮すると現実的な選択肢ではなく、現状では、コーティングが損耗した高精度金型は再製作されている。 DLC (Diamond Like Carbon) coating is often applied to glass product dies and punch dies of press dies for the purpose of ensuring mirror surface. Such a coating wears with the use of a mold, but if this can be peeled off and re-coated, a significant reduction in mold cost can be expected. However, coatings such as DLC are coated on the mold surface via an intermediate layer such as SiC in order to improve the adhesion to the mold surface, and added functions (improvement of conductivity, self-lubricating properties). For example, because the DLC is doped with a hetero element such as nitrogen, silicon, or fluorine, it is not easy to remove the coating, and it is necessary to use plasma or the like. However, when the DLC coating or the intermediate layer is peeled off by plasma irradiation, the surface roughness of the mold surface is lowered, so that the mirror surface processing of the mold surface is required again. For this reason, recoating is not a practical option in consideration of cost and labor, and at present, a high-precision mold having a worn coating is remanufactured.
上記のような現状に鑑み、イオンビームを用いた硬質材料の表面加工や微細加工が検討されている(例えば、非特許文献1参照)。この方法によると材料の硬度に関係なく加工が可能であるため、超硬合金やPCD等の硬質材料にも適用が可能である。 In view of the above situation, surface processing and fine processing of hard materials using an ion beam have been studied (see, for example, Non-Patent Document 1). According to this method, processing is possible regardless of the hardness of the material, so that it can be applied to hard materials such as cemented carbide and PCD.
被加工物表面の面粗度を向上させる手段の1つとして、被加工物の表面にガスクラスターイオンビームを照射して表面を平滑化する超精密研磨方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。ガスクラスターイオンビームが被加工物表面に照射されると、被加工物との衝突によりガスクラスターイオンが壊れ、クラスター構成原子又は分子と被加工物構成原子又は分子とが多体衝突して被加工物表面上の水平方向の原子又は分子の運動を活発にする。そして、この運動の活発化により被加工物表面上の突起部分が主に削られることになる(ラテラルスパッタ)。このような原理に基づき、被加工物表面を原子サイズのレベルで平滑化できる。この方法を用いて、表面が曲面で構成されている被加工物を平滑化処理することも可能である(例えば、特許文献2参照)。 As one of means for improving the surface roughness of the workpiece surface, there is known an ultra-precise polishing method in which the surface of the workpiece is irradiated with a gas cluster ion beam to smooth the surface (for example, patent document). 1). When the surface of the workpiece is irradiated with the gas cluster ion beam, the gas cluster ions are broken due to collision with the workpiece, and the cluster constituent atoms or molecules and the workpiece constituent atoms or molecules collide with each other. Activates the movement of horizontal atoms or molecules on the surface of objects. As a result of this movement, the protrusions on the workpiece surface are mainly scraped (lateral sputtering). Based on this principle, the workpiece surface can be smoothed at the atomic size level. Using this method, it is also possible to smooth the workpiece having a curved surface (see, for example, Patent Document 2).
しかしながら、通常の単原子イオンビームによる表面加工では、原子の結合力にスパッタ率が依存することに起因するいわゆる選択的スパッタと呼ばれる現象が生じ、加工後の面粗度が却って悪化する。選択的スパッタは、結晶と結晶粒界との間でも生じるため、単原子イオンビームは、単体の単結晶以外の材料について表面の平滑化に適用することはできないという問題を有している。 However, in normal surface processing using a monoatomic ion beam, a phenomenon referred to as so-called selective sputtering due to the dependence of the sputtering rate on the atomic bonding force occurs, and the surface roughness after processing deteriorates. Since selective sputtering occurs also between a crystal and a grain boundary, a monoatomic ion beam has a problem that it cannot be applied to smoothing the surface of a material other than a single crystal.
また、特許文献1及び2記載のガスクラスターイオンビームを用いる超精密研磨方法においては、表面が曲面で構成されている被加工物を平滑化処理する場合には、各面に対して最適な設定のガスクラスターイオンビームを照射するために、複雑な制御機構が必要となる。そのため、高価な装置を必要とすると共に、一度に複数の被加工物を処理できず、かつ加工に長い時間を要するという課題を有している。
Further, in the ultra-precision polishing method using the gas cluster ion beam described in
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、被加工物の表面を高い平滑度で加工できる表面加工方法及び表面加工装置を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of this situation, and it aims at providing the surface processing method and surface processing apparatus which can process the surface of a workpiece with high smoothness.
前記目的に沿う本発明の第1の態様は、被加工物が収容された真空槽中に、キャリアガスを用いずに気体状の炭素クラスターイオン源を導入する第1工程と、前記真空槽中に導入された前記炭素クラスターイオン源に高周波電圧を印加してプラズマ化し、炭素クラスターイオンを生成させる第2工程と、前記被加工物を保持可能に前記真空槽内に配置された電極に負電圧を印加して該被加工物の加工面に前記炭素クラスターイオンを照射し、該加工面をイオン加工する第3工程とを有することを特徴とする表面加工方法を提供することにより上記課題を解決するものである。 According to the first aspect of the present invention, the first step of introducing a gaseous carbon cluster ion source without using a carrier gas into a vacuum chamber in which a workpiece is accommodated, and the vacuum chamber A second step of generating a carbon cluster ion by applying a high-frequency voltage to the carbon cluster ion source introduced into the plasma, and a negative voltage applied to the electrode disposed in the vacuum chamber so as to hold the workpiece the applied irradiating the carbon cluster ions on the processed surface of the workpiece, solving the above problems by the working surface to provide a surface processing method characterized by a third step of ion machining To do.
複数の炭素原子が共有結合で結合し、環状、かご状又は球殻状等の構造を有する炭素クラスターイオン(陽イオン)をプラズマ法により被加工物を収容した真空槽内で生成させた後、被加工物に負電圧を印加すると、静電引力により炭素クラスターイオンを被加工物の表面に照射することができる。この場合にも、ガスクラスターイオンビームの場合と同様、被加工物の表面でラテラルスパッタが生じるため、高い平滑度で研磨等の表面加工を行うことができる。また、被加工物の表面への炭素クラスターイオンの照射は、静電引力により駆動されるため、複雑な条件制御は不要であると共に、複数の被加工物の加工を同時に行うことができる。
更に、キャリアガスを用いずに炭素クラスターイオン源を真空槽内に導入することにより、キャリアガス由来の単原子イオンが生成しない。そのため、被加工物の表面で選択的スパッタが生じず、加工による面粗度の低下を抑制できる。
After a plurality of carbon atoms are bonded by a covalent bond and carbon cluster ions (cations) having a structure such as a ring shape, a cage shape or a spherical shell shape are generated in a vacuum chamber containing a workpiece by a plasma method, When a negative voltage is applied to the workpiece, the surface of the workpiece can be irradiated with carbon cluster ions by electrostatic attraction. Also in this case, as in the case of the gas cluster ion beam, since lateral sputtering occurs on the surface of the workpiece, surface processing such as polishing can be performed with high smoothness. In addition, since irradiation of carbon cluster ions onto the surface of the workpiece is driven by electrostatic attraction, complicated condition control is not required and a plurality of workpieces can be processed simultaneously.
Furthermore, by introducing the carbon cluster ion source into the vacuum chamber without using the carrier gas, no monoatomic ions derived from the carrier gas are generated. For this reason, selective sputtering does not occur on the surface of the workpiece, and a reduction in surface roughness due to processing can be suppressed.
本発明の第1の態様に係る表面加工方法において、前記イオン加工後の前記加工面の表面粗さの値が、前記イオン加工前の前記加工面の表面粗さの値以下であることが好ましい。 In the surface processing method according to the first aspect of the present invention, be pre SL value of the surface roughness of the processing surface after ion processing is less than or equal to the surface roughness values of the processed surface before the ion processing preferable.
本発明の第1の態様に係る表面加工方法において、前記炭素クラスターイオン源が、炭素数4以上12以下のパーフルオロシクロアルカン、並びに炭素数20以上120以下のフラーレン及びフラーレン誘導体からなる群より選択される1又は複数の化合物であってもよい。 In the surface processing method according to the first aspect of the present invention, the carbon cluster ion source is selected from the group consisting of perfluorocycloalkanes having 4 to 12 carbon atoms, fullerenes having 20 to 120 carbon atoms, and fullerene derivatives. One or more compounds may be used.
本発明の第1の態様に係る表面加工方法において、前記炭素クラスターイオン源が、炭素数60以上120以下のフラーレン及びフラーレン誘導体からなる群より選択される1又は複数の化合物であることが好ましく、この場合において、前記第1工程において、固体状の前記炭素クラスターイオン源を減圧下で加熱して昇華させることにより気化させることが好ましい。
炭素数が上記範囲内のフラーレン及びフラーレン誘導体は、熱分解を起こすことなく昇華させることができ、高周波電圧を印加することにより高い収率で炭素クラスターイオンを生成することができる。そのため、炭素クラスターイオン源として特に好適に用いることができる。
In the surface processing method according to the first aspect of the present invention, the carbon cluster ion source is preferably one or more compounds selected from the group consisting of fullerenes having 60 to 120 carbon atoms and fullerene derivatives, In this case, in the first step, the solid carbon cluster ion source is preferably vaporized by heating and sublimating under reduced pressure.
Fullerenes and fullerene derivatives having a carbon number within the above range can be sublimated without causing thermal decomposition, and can generate carbon cluster ions with high yield by applying a high-frequency voltage. Therefore, it can be particularly suitably used as a carbon cluster ion source.
本発明の第2の態様は、減圧装置に接続された真空槽と、一端が前記真空槽に向かって開口した耐熱性の容器と、該容器の内部に貯留された固体状又は液体状の炭素クラスターイオン源を加熱して気化させるための加熱手段とからなる炭素クラスターイオン源供給手段と、被加工物を保持可能に前記真空槽内に配置された電極と、前記電極に接続され、該電極に保持された前記被加工物に負電圧を印加するための第1の電源と、前記電極上に保持される前記被加工物を挟んで該電極と対向するように前記真空槽内に配置された高周波電極と、前記高周波電極に接続され、前記真空槽内に導入された炭素クラスターイオン源に高周波電圧を印加してプラズマ化し、炭素クラスターイオンを生成させるための第2の電源とを有することを特徴とする表面加工装置を提供することにより上記課題を解決するものである。
固体状又は液体状の炭素クラスターイオン源を減圧下で加熱して気化させることにより、キャリアガスを用いずに真空槽内に導入できるため、キャリアガス由来の単原子イオンに起因する選択的スパッタの発生を抑制できる。そのため、高い平滑度で被加工物の表面加工を行うことができる。また、複雑な制御機構を必要としないため、本態様に係る表面加工装置は安価に製造でき、信頼性にも優れている。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a vacuum tank connected to a decompression device, a heat-resistant container having one end opened toward the vacuum tank, and solid or liquid carbon stored in the container A carbon cluster ion source supply means comprising heating means for heating and vaporizing the cluster ion source, an electrode disposed in the vacuum chamber so as to hold a workpiece, and the electrode connected to the electrode A first power source for applying a negative voltage to the workpiece held on the electrode, and the workpiece held on the electrode, and disposed in the vacuum chamber so as to face the electrode across the workpiece. A high-frequency electrode, and a second power source connected to the high-frequency electrode for generating a carbon cluster ion by applying a high-frequency voltage to a carbon cluster ion source introduced into the vacuum chamber to generate plasma. Features It is intended to solve the above problems by providing a surface processing device.
By heating and vaporizing a solid or liquid carbon cluster ion source under reduced pressure, it can be introduced into the vacuum chamber without using a carrier gas, so that selective sputtering caused by monoatomic ions derived from the carrier gas can be performed. Generation can be suppressed. Therefore, the surface processing of the workpiece can be performed with high smoothness. Moreover, since a complicated control mechanism is not required, the surface processing apparatus according to this aspect can be manufactured at low cost and has excellent reliability.
本発明の第2の態様に係る表面加工装置において、前記炭素クラスターイオン源供給手段が前記真空槽内に設けられていることが好ましい。
炭素クラスターイオン源を真空槽内に導入する際のロスを低減し、炭素クラスターイオン源の利用効率を向上できる。
In the surface processing apparatus according to the second aspect of the present invention, it is preferable that the carbon cluster ion source supply means is provided in the vacuum chamber.
Loss when introducing the carbon cluster ion source into the vacuum chamber can be reduced, and the utilization efficiency of the carbon cluster ion source can be improved.
本発明によると、被加工物の表面を高い平滑度で加工できる表面加工方法及び表面加工装置を提供することができる。本発明に係る表面加工方法によると、複雑な制御機構を用いることなく簡単かつ短時間に表面加工を行うことができると共に、複数の被加工物の加工を同時に行うことができ、しかも、選択的スパッタによる面粗度の低下を抑制できる。更に、被加工物が導電性を有する場合には、曲面等を含む複雑な形状を有するものについても表面加工を行うことが可能になる。また、SiC等の中間層を介して金型表面にコーティングされたDLCやヘテロ元素がドーピングされたDLC等の無機薄膜についても、基材である金型の加工面の面粗度を低下させることなく除去することが可能であるため、硬質の無機薄膜でコーティングされた高精度金型から、加工面の面粗度や形状を損なうことなく損耗した無機薄膜を除去できるため、再コーティングによるこれらの金型の再生が可能となる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the surface processing method and surface processing apparatus which can process the surface of a workpiece with high smoothness can be provided. According to the surface processing method of the present invention, surface processing can be performed easily and in a short time without using a complicated control mechanism, and a plurality of workpieces can be processed simultaneously. A decrease in surface roughness due to sputtering can be suppressed. Furthermore, when the workpiece has electrical conductivity, it is possible to perform surface processing on a workpiece having a complicated shape including a curved surface. In addition, with respect to inorganic thin films such as DLC coated on the mold surface through an intermediate layer such as SiC or DLC doped with a hetero element, the surface roughness of the processed surface of the mold as a base material should be reduced. Since it is possible to remove the worn inorganic thin film from the high-precision mold coated with the hard inorganic thin film without damaging the surface roughness and shape of the processed surface, it is possible to remove these by recoating. Mold regeneration is possible.
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。図1に示すように、本発明の第1の実施の形態に係る表面加工装置10(以下、「加工装置」と略称する場合がある。)は、本発明の第2の実施の形態に係る表面加工方法の実施に好適に用いることができる装置であり、真空ポンプ(減圧装置の一例)11に接続された真空槽12と、一端が真空槽12に向かって開口した耐熱性の容器21と、容器21を加熱することにより内部に貯留されたフラーレン(固体状又は液体状の炭素クラスターイオン源の一例)31を加熱して気化させるためのヒーター(加熱手段の一例)22とからなるフラーレン昇華装置(炭素クラスターイオン源供給手段の一例)13と、被加工物32を保持可能に真空槽12内に配置された電極14と、電極14に接続され、電極14に保持された被加工物32に負電圧を印加するための高圧パルス電源(第1の電源の一例)15と、電極14上に保持される被加工物32を挟んで電極14と対向するように真空槽12内に配置された高周波電極16と、高周波電極16に接続され、真空槽内12に導入された気体状のフラーレンに高周波電圧を印加してプラズマ化し、フラーレンのプラズマより発生させた炭素クラスターイオン(炭素クラスターイオン源の一例。以下、「フラーレンイオン」と略称する場合がある。)33を生成させるための高周波電源(第2の電源の一例)17とを有する。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings for understanding of the present invention. As shown in FIG. 1, a
真空ポンプ11としては、所望の真空度に応じて、任意の公知のものを用いることができる。例えば、10−1Pa程度の真空度で十分な場合には油回転ポンプ、10−3〜10−7Pa程度の真空度が必要な場合には油拡散ポンプやターボ分子ポンプ、10−8Pa程度の真空度が必要な場合にはイオンポンプがそれぞれ用いられる。真空度が高い方が、単原子イオンに起因する選択的スパッタの影響を低減できるが、高価なポンプが必要となり、装置のコストを上昇させる要因となる。そのため、コスト等との兼ね合いから、真空槽12内の圧力は、1×10−3Pa程度に設定される。
Any known pump can be used as the
なお、図1には真空槽12内の圧力調節用のバルブ12aが両者の間に設けられている例について記載しているが、その他、図示しない真空計やリークバルブ等が設けられていてもよい。また、真空槽12の内部で生成するフラーレンイオン33の構造を観測するために、分光光度計や、飛行時間型質量分析計(TOF−MS)等の炭素クラスターイオンの測定手段を設けてもよい。
Although FIG. 1 shows an example in which a
真空槽12の形態については特に制限されないが、具体例としては、箱型、流通管型、ベルジャー型等が挙げられる。真空槽12の大きさについても特に制限はなく、被加工物32の大きさ及び形状に応じて適宜適当な大きさのものを選択することができる。
The form of the
真空槽12の内部には、気体状のフラーレンを真空槽12内に導入するためのフラーレン昇華装置13が設けられている。フラーレン昇華装置13は、一端が真空槽12内に開口した容器21と、容器を加熱して内部に貯留された固体状のフラーレン31を昇華させるためのヒーター22とからなる。容器21の形状及び大きさには特に制限はなく、内部に貯留するフラーレン31の量等に応じて適宜決定される。容器21の材質は、ヒーター22の加熱温度で変形や分解を起こさない程度の耐熱性を有する任意の材質から適宜選択することができ、具体例としては、ガラス、陶器、磁器等のセラミックス及び銅、アルミニウム、ステンレス鋼等の金属、グラファイトが挙げられる。
Inside the
ヒーター22に電流を供給するために、ヒーター22には、高圧パルス電源15及び高周波電極16とは別の図示しない電源が接続されている。ヒーター22の加熱温度は、真空槽12内の真空度や炭素クラスターイオン源として用いられるフラーレンの種類等に応じて適宜決定されるが、用いられるフラーレンの熱分解温度よりも低い温に設定される。例えば、真空槽12内の真空度が0.1Paである場合、ヒーター22の加熱温度は、200〜600℃に設定される。
In order to supply current to the
なお、フラーレン昇華装置13は、本実施の形態のように真空槽12の内部に設けられていてもよいが、容器21の一端側の開口が真空槽12の内部に向かって開いており、キャリアガスを用いることなく、昇華したフラーレンを真空槽12内に導入できる状態であれば、真空槽12の外部に設けられていてもよい。
The
電極14の形状は、図1に示したように、被加工物32を載置できるような板状の形状でもよいが、被加工物32の形状に応じて、これを適切に保持できるような任意の形状及び構造を有していてもよい。電極の大きさ14は、保持される被加工物32の大きさ及び数に応じて適宜調節される。また、電極14の材質としては、被加工物32に高電圧を印加するために十分な導電性、及び被加工物32を保持するために十分な強度を有する限りにおいて、任意の材質を適宜選択して用いることができる。
The shape of the
高圧パルス電源15としては、被加工物32の表面にフラーレンイオン33を十分な速度で照射するために必要な電圧(フラーレンイオン33は陽イオンであるため、静電引力によりこれを加速し、被加工物32の表面に照射するためには負電圧でなければならない。他の炭素クラスターイオンの場合にも同様である。)及び電流を印加できる限りにおいて任意の電圧及び容量のものを適宜選択して用いることができる。印加する電圧、電流、パルス幅及びデューティーサイクルは、用いられるフラーレンの種類、被加工物32の種類、形状及び大きさ、加工深さ等に応じ適宜選択されるため一義的に決定するのは困難であるが、例えば、電圧−5〜−12kV、周波数1kHz、パルス幅1μs程度の値に設定される。
As the high-voltage
高周波電極16の形状としては、平行平板型、同軸円筒型、円筒、球等の曲面対向平板型、双曲面対向平板型、複数の細線対向平板型等が挙げられる。高周波電極16の材質としては、高周波電圧に対する伝導性を有する任意の材質を適宜選択して用いることができる。
Examples of the shape of the high-
高周波電源17としては、任意の公知の方式のものを用いることができ、具体例としては、容量結合形式、外部電極を用いた誘導形式等が挙げられる。高周波電源17の出力は、被加工物32の材質及び大きさ、用いられる炭素クラスターイオン源の種類、真空槽12の容量及び圧力等に応じて、安定したグロー放電を継続可能で、かつアーク放電を起こさない範囲内で適宜調節されるが、例えば10〜250Wである。また、高周波電源17の周波数も、出力の場合と同様に適宜決定されるが、広く用いられているのは、EN(欧州)規格で、工業、科学、医療用(ISM)に割り当てられた周波数である13.56MHzである。
なお、直流を印加することによってもプラズマを生成させることは可能であるが、高周波電圧を用いる方が放電開始電圧を低くできるため、通常は高周波電圧が用いられる。
As the high-
In addition, although it is possible to generate plasma also by applying a direct current, since the discharge start voltage can be lowered by using a high frequency voltage, a high frequency voltage is usually used.
次に、本発明の第2の実施の形態に係る表面加工方法について説明する。なお、ここでは、単なる例示として、本発明の第1の実施の形態に係る表面加工装置10を用いる場合について説明する。
表面加工方法は、被加工物32が収容された真空槽12中に、キャリアガスを用いずに気体状のフラーレン(炭素クラスターイオン源の一例)31を導入する第1工程と、真空槽12中に導入されたフラーレンに高周波電圧を印加してプラズマ化し、フラーレンイオン(炭素クラスターイオンの一例)を生成させる第2工程と、被加工物32に負電圧を印加して表面(加工面)にフラーレンイオンを照射し、その表面をイオン加工する第3工程とを有する。
Next, a surface processing method according to the second embodiment of the present invention will be described. Here, as an example, the case where the
The surface processing method includes a first step of introducing gaseous fullerene (an example of a carbon cluster ion source) 31 into the
被加工物32の材質については特に制限されず、硬度や導電性の有無等に関わりなく任意の材質からなる被加工物の表面加工に本実施の形態に係る表面加工方法を適用できる。被加工物32の材質の具体例としては、天然及び合成樹脂等の有機物、ガラス、セラミックス、半導体材料、金属等の無機物が挙げられる。
The material of the
被加工物32が絶縁体の場合には、表面へのフラーレンイオン31の入射方向が電極14の面に対し鉛直方向となるので、均一な表面加工を行うためには、被加工物32の形状は平板状のものに制限される。一方、導電性材料からなる被加工物32の場合には、フラーレンイオン33は常に表面の鉛直方向から入射するため、その形状に関わりなく均一性の高い表面加工を行うことができる。本実施の形態に係る表面加工方法が特に好ましく適用される被加工物32としては、多結晶ダイヤモンド(PCD)が挙げられる。PCDは、コバルトを焼結助剤として微細な粒状のダイヤモンドを焼結したもので、導電性を有し、ガラス等の硬質材料の微細加工用工具等として用いられているが、非常に硬度が高く、従来の方法では表面加工が困難であった。炭素クラスターイオンを表面に照射する本方法は、被加工物の硬度に関係なく高い平滑度で表面加工を行うことができる。
また、導電性を有する基材である金型の加工面(キャビティまたはコア)上に、直接或いは中間層を介して硬質の無機皮膜が形成されたガラス製品用金型やプレス金型からの無機皮膜、或いは無機皮膜及び中間層の両者の除去にも本実施の形態に係る表面加工方法が、好ましく適用される。無機皮膜の種類は特に限定されないが、金型表面のコーティング、摺動部材等に汎用されるDLC、窒素、ケイ素、フッ素等のヘテロ原子ドープDLC等が挙げられる。無機皮膜は、基材表面に直接結合していてもよく、SiC等の中間層を介して基材表面に結合していてもよい。
なお、被加工物32の形状については特に制限されず、複雑な制御機構を用いることなく任意の形状の被加工物32について表面加工を行うことができる。
When the
Also, inorganic from glass molds and press molds in which a hard inorganic film is formed directly or via an intermediate layer on the processing surface (cavity or core) of the mold, which is a conductive substrate. The surface processing method according to the present embodiment is preferably applied to the removal of the film, or both the inorganic film and the intermediate layer. The kind of the inorganic film is not particularly limited, and examples thereof include DLC commonly used for coating on a mold surface, a sliding member, etc., and heteroatom doped DLC such as nitrogen, silicon and fluorine. The inorganic film may be directly bonded to the substrate surface, or may be bonded to the substrate surface through an intermediate layer such as SiC.
The shape of the
炭素クラスターイオン源として、本実施の形態においてはフラーレン31が用いられる。「フラーレン」とは、炭素のみから構成され、中空状の閉殻構造をなす球殻状又は略球殻状分子をいい、当該閉殻構造を形成する炭素数は、通常60〜120の偶数である。フラーレンの具体例としては、C60、C70、C76、C78、C82、C84、C90、C94、C96のほか、これらよりも多くの炭素を有する球殻状又は略球殻状炭素分子を挙げることができる。なお、上記球殻状又は略球殻状分子及び上記球殻構造又は略球殻状の構造においては、これを構成する炭素の一部が欠損していてもよい。
In the present embodiment,
或いは、炭素クラスターイオン源としてフラーレン誘導体を用いてもよい。ここで、「フラーレン誘導体」とは、フラーレンの炭素原子に有機又は無機の原子団を結合させた化合物又は組成物の総称をいう。例えばフラーレン骨格上に所定の置換基が
付加した構造を有するもののほか、内部に金属や分子を包含しているフラーレン金属錯体を含めたもの等を広く意味するものとする。
Alternatively, a fullerene derivative may be used as the carbon cluster ion source. Here, the “fullerene derivative” is a general term for compounds or compositions in which an organic or inorganic atomic group is bonded to a carbon atom of fullerene. For example, in addition to those having a structure in which a predetermined substituent is added to the fullerene skeleton, those including a fullerene metal complex containing a metal or a molecule inside are meant broadly.
具体的には、水素化フラーレン、酸化フラーレン、水酸化フラーレン、アミノ化フラーレン、硫化フラーレン、ハロゲン(F、Cl、Br、I)化フラーレン、フレロイド、メタノフラーレン、ピロリジノフラーレン、アルキル化フラーレン類、アリール化フラーレン類等を挙げることができる。これらのフラーレン誘導体において、フラーレン骨格に付加する置換基の数は複数であってもよく、2種類以上の異なる種類の置換基が付加していてもよい。なお、フラーレン誘導体は、1種類を単独で用いても、複数種を任意の割合で混合したものを用いてもよい。 Specifically, hydrogenated fullerene, oxidized fullerene, hydroxylated fullerene, aminated fullerene, sulfurized fullerene, halogenated (F, Cl, Br, I) fullerene, fulleroid, methanofullerene, pyrrolidinofullerene, alkylated fullerenes, Examples include arylated fullerenes. In these fullerene derivatives, the number of substituents added to the fullerene skeleton may be plural, or two or more different types of substituents may be added. In addition, a fullerene derivative may be used individually by 1 type, or what mixed multiple types in arbitrary ratios may be used for it.
これらのフラーレン及びフラーレン誘導体のうち、フラーレン製造時における主生成物であり入手容易な点から、C60及びC70並びにそれらの誘導体が好ましく、これらの混合物或いはその誘導体或いはC60或いはその誘導体がより好ましい。すなわち、フラーレン骨格がC60又はC70であるものが好ましく、フラーレン骨格がC60とC70であるものの混合物、或いはC60及びC70のいずれか一方であるものがより好ましい。 Among these fullerenes and fullerene derivatives, C 60 and C 70 and their derivatives are preferable because they are the main products in the production of fullerenes, and mixtures thereof, derivatives thereof, C 60 or derivatives thereof are more preferable. preferable. In other words, preferably has a fullerene skeleton is a C 60 or C 70, a mixture of those fullerene skeleton is C 60 and C 70, or it is more preferable one of a C 60 and C 70.
或いは、フラーレン及びフラ−レン誘導体以外の炭素クラスターイオン源として、炭素数4以上12以下のパーフルオロシクロアルカンが挙げられ、具体例としてはパーフルオロシクロブタン、パーフルオロシクロペンタン、パーフルオロシクロヘキサン、パーフルオロシクロオクタン等が挙げられる。これらのパーフルオロシクロアルカンのうち、常温で液体のものについては、上述のフラーレン昇華装置13と同様の供給手段を用いて真空槽12内に導入できるが、常温で気体のものについては、キャリアガスを用いずに直接気体として真空槽12内に導入してもよい。
Alternatively, examples of carbon cluster ion sources other than fullerene and fullerene derivatives include perfluorocycloalkanes having 4 to 12 carbon atoms, and specific examples include perfluorocyclobutane, perfluorocyclopentane, perfluorocyclohexane, perfluoro. And cyclooctane. Among these perfluorocycloalkanes, those that are liquid at room temperature can be introduced into the
フラーレンイオンを照射するための被加工物32への負電圧の印加は、連続的に行ってもよいが、表面温度の過度の上昇を抑制するために、負電圧を所定時間印加後、冷却のために所定の待ち時間を置くというサイクルを所定回数繰り返してもよい。
Application of a negative voltage to the
フラーレンイオンの照射によるイオン加工後の加工面の表面粗さの値は、イオン加工前の加工面の表面粗さの値以下であることが好ましい。特に、加工面上に、直接或いは中間層を介して硬質の無機皮膜が形成されたガラス製品用金型やプレス金型からの無機皮膜、或いは無機皮膜及び中間層の両者の除去に本実施の形態に係る表面加工方法を適用する場合には、上記条件を満たすイオン加工が可能になると、再度無機皮膜を形成することによる高価な金型の再利用を可能にすることができるため、金型コストの低下、ひいては精密加工部品の製造コストの低下に大きく寄与することができる。加工面の表面粗さは、触針式表面粗さ測定器、接触式または非接触式3次元計測器等の任意の公知の手段および装置を用いて測定することができる。 The surface roughness value of the processed surface after ion processing by irradiation of fullerene ions is preferably not more than the surface roughness value of the processed surface before ion processing. In particular, the present embodiment is used for removing inorganic coatings from glass molds and press dies in which a hard inorganic coating is formed on the processed surface directly or through an intermediate layer, or both inorganic coatings and intermediate layers. In the case of applying the surface processing method according to the embodiment, when ion processing that satisfies the above conditions becomes possible, it is possible to reuse an expensive mold by forming an inorganic film again. This can greatly contribute to a reduction in cost and, in turn, a reduction in manufacturing cost of precision processed parts. The surface roughness of the processed surface can be measured using any known means and apparatus such as a stylus type surface roughness measuring instrument, a contact type or a non-contact type three-dimensional measuring instrument.
次に、本発明の作用効果を確認するために行った実施例について説明する。
実施例1:多結晶ダイヤモンド(PCD)の表面加工
(1)装置及び条件
図1に記載の構成を有する表面加工装置を用いて、導電性を有する多結晶ダイヤモンド(PCD)からなる被加工物の表面加工を行った。表面加工の手順は下記のとおりである。
真空ポンプで1×10−3Pa以下の圧力に到達するまで真空槽の内部を排気した。所定の圧力に到達後、グラファイト製の容器に入れたフラーレンをハロゲンランプで加熱(600℃)し、昇華させた。フラーレンの圧力は、ハロゲンランプによるフラーレンの加熱温度と排気系のバルブ開度で調節した。フラーレンとしては、フロンティアカーボン(株)製のnanom mix(登録商標)(C60:約60%、C70:約25%、その他の高次フラーレン:約15%)を用いた。真空槽内の圧力を所定値に調節後、高周波電源(13.56MHz)を作動させて高周波電極に高周波電圧を印加し、フラーレンをプラズマ化させた。次に、フラーレンプラズマを生成した状態で、負の高電圧パルス電源(平和電源(株)製)を作動させ、被加工物にパルス状の負電圧(−5kV、周波数1kHz、パルス幅1μs)を印加してフラーレンイオンをその表面に照射し平滑化させた。
Next, examples carried out for confirming the effects of the present invention will be described.
Example 1 Surface Processing of Polycrystalline Diamond (PCD) (1) Apparatus and Conditions Using a surface processing apparatus having the configuration shown in FIG. 1, a workpiece made of polycrystalline diamond (PCD) having conductivity is formed. Surface processing was performed. The surface processing procedure is as follows.
The inside of the vacuum chamber was evacuated with a vacuum pump until the pressure reached 1 × 10 −3 Pa or less. After reaching a predetermined pressure, the fullerene contained in a graphite container was heated with a halogen lamp (600 ° C.) to be sublimated. The fullerene pressure was adjusted by the heating temperature of the fullerene by the halogen lamp and the valve opening of the exhaust system. As the fullerene, nanom mix (registered trademark) manufactured by Frontier Carbon Co., Ltd. (C 60 : about 60%, C 70 : about 25%, other higher-order fullerene: about 15%) was used. After adjusting the pressure in the vacuum chamber to a predetermined value, a high-frequency power source (13.56 MHz) was operated to apply a high-frequency voltage to the high-frequency electrode, and the fullerene was turned into plasma. Next, in a state where fullerene plasma is generated, a negative high voltage pulse power supply (manufactured by Heiwa Power Supply Co., Ltd.) is operated, and a pulsed negative voltage (−5 kV, frequency 1 kHz, pulse width 1 μs) is applied to the workpiece. The surface was smoothed by applying fullerene ions to the surface.
高周波放電(フラーレン圧力15Pa、高周波電源出力300W)により発生させたフラーレンのプラズマの紫外可視発光スペクトルを図2に示す。C2からの発光波長の文献値(516.52nm、558.55nm、605.97nm、659.92nm)(V. Foltin et al., Chem. Phys. Lett., 289, pp.181-188 (1998))と一致するピークが確認できた。フラーレンは、電子衝撃を受けると分解(C60→C58+C2)しやすいため、このようなピークが現れたと考えられる。
FIG. 2 shows an ultraviolet-visible emission spectrum of fullerene plasma generated by high-frequency discharge (
(2)平板状のPCDの表面加工
PCDはトーメイダイヤ(株)製のTDC−GM(ダイヤモンド平均粒径:3μm、鏡面仕上げ)を用い、アセトン中で超音波洗浄した後、電極上に載置した状態で真空槽内に設置した。昇華装置に仕込んだフラーレンを加熱(600℃)して昇華させ、高周波放電(フラーレン(本実施例の結果を示す図3中では、「C60」と記載している。図4についても同様である。)圧力0.09Pa、出力25W)を行い、プラズマを発生させた。電極にパルス状の負電圧を印加(20分)し、フラーレンイオンを表面に照射(照射部位以外をマスキングし、所定の部位のみに照射が行われるようにした。)することにより、PCDの表面加工を行った。フラーレンイオンで加工した部分の粗さ及び深さは、接触式表面形状測定器(テーラーホブソン(株)製フォームタリサーフS5)で測定した。加工深さは、マスキングした部分との段差から求めた。また、表面状態を観察するために、表面加工前後の表面について走査型電子顕微鏡(SEM)観察を行った。
(2) Surface processing of flat-plate PCD PCD is TDC-GM (diamond average particle size: 3 μm, mirror finish) manufactured by Tomei Dia Co., Ltd., ultrasonically cleaned in acetone, and then placed on the electrode And installed in a vacuum chamber. The fullerene charged in the sublimation apparatus is heated (600 ° C.) to be sublimated, and the high-frequency discharge (fullerene (“C 60 ” is shown in FIG. 3 showing the result of this example. The same applies to FIG. 4). There was a pressure of 0.09 Pa and an output of 25 W) to generate plasma. By applying a pulsed negative voltage to the electrode (20 minutes) and irradiating the surface with fullerene ions (masking other than the irradiated part so that only a predetermined part is irradiated), the surface of the PCD Processing was performed. The roughness and depth of the part processed with fullerene ions were measured with a contact-type surface shape measuring instrument (Form Talysurf S5 manufactured by Taylor Hobson Co., Ltd.). The processing depth was determined from the level difference from the masked part. Further, in order to observe the surface state, the surface before and after the surface processing was observed with a scanning electron microscope (SEM).
結果を図3に示す。予め鏡面仕上げを行った表面について表面加工を行ったため、加工前後の表面粗さに大きな変化は見られなかったが、選択的スパッタによる凹凸の発生等は観測されず、均一な加工深さ(60nm)で加工が行われたことがわかる。また、加工前後の表面のSEM写真より、加工前の表面に見られた細かな傷が表面加工により消えていることが確認された。 The results are shown in FIG. Since surface processing was performed on a surface that had been mirror-finished in advance, no significant change was observed in the surface roughness before and after processing, but the occurrence of unevenness due to selective sputtering was not observed, and a uniform processing depth (60 nm) ) Shows that the processing was done. Moreover, it was confirmed from the SEM photographs of the surface before and after the processing that fine scratches observed on the surface before the processing disappeared by the surface processing.
(3)工具形状のPCDの表面加工
上記(2)と同一の材質PCDからなる丸棒を用いて、PCDを工具形状に加工した。工具形状への加工は、レーザによる粗加工、放電加工による中仕上げ、研削による仕上げの順で行った。加工後の先端部の形状は、図4下のSEM写真に示した。なお、先端部の曲率半径は50μmである。このようにして得られたPCDの先端部の表面について、加工部位への熱の蓄積を避けるために、5分印加、5分間冷却を4サイクル繰り返すことによりパルス状の負電圧を印加した以外は(2)と同様の条件で表面加工を行った。
(3) Surface processing of tool-shaped PCD The PCD was processed into a tool shape using a round bar made of the same material PCD as in (2) above. Processing into the tool shape was performed in the order of roughing by laser, intermediate finishing by electric discharge machining, and finishing by grinding. The shape of the tip after processing is shown in the SEM photograph at the bottom of FIG. Note that the radius of curvature of the tip is 50 μm. In order to avoid the accumulation of heat at the processing site, the pulsed negative voltage was applied to the surface of the tip portion of the PCD obtained in this manner except that it was applied for 5 minutes and cooled for 4 minutes for 4 cycles. Surface processing was performed under the same conditions as in (2).
結果を図4に示す。形状が微細なため粗さの測定はできなかったが、選択的スパッタによる凹凸や欠損等の発生は観測されず、均一に(負電圧の正味の印加時間から、加工深さは(2)の場合と同様、60μm程度であると考えられる。)加工が行われたことがわかる。
以上の(2)及び(3)の結果から、導電性を有するPCDの場合には、形状に関わりなく均一で平滑性の高い表面加工が可能であることが確認された。
The results are shown in FIG. Roughness could not be measured because the shape was fine, but the occurrence of irregularities and defects due to selective sputtering was not observed, and the processing depth was (2) from the net application time of the negative voltage. As in the case, it is considered to be about 60 μm.) It can be seen that the processing has been performed.
From the results of (2) and (3) above, it was confirmed that in the case of PCD having conductivity, a uniform and highly smooth surface processing is possible regardless of the shape.
実施例2:平板状のSUS440Cの表面加工
マルテンサイト系ステンレス鋼であるSUS440C(Elmax)を平板状に加工したものを被加工物として用い、フラーレン圧力を0.3Pa、パルス状の負電圧の印加時間を60分とした以外は実施例1の(2)と同様の条件で表面加工を行った。
Example 2: Surface processing of flat SUS440C Using SUS440C (Elmax), which is martensitic stainless steel processed into a flat plate, as a workpiece, fullerene pressure of 0.3 Pa, application of pulsed negative voltage Surface processing was performed under the same conditions as (2) of Example 1 except that the time was 60 minutes.
結果を図5に示す。表面加工後の表面粗さ(6.5nm)は表面加工前(12.1nm)よりも向上していると共に、選択的スパッタによる凹凸の発生等は観測されず、均一な加工深さ(50nm)で加工が行われたことがわかる。また、加工前後の表面のSEM写真より、加工前の表面に見られた細かな傷が表面加工により消えていることが確認された。 The results are shown in FIG. The surface roughness after surface processing (6.5 nm) is improved from that before surface processing (12.1 nm), and the occurrence of irregularities due to selective sputtering is not observed, and the uniform processing depth (50 nm). It can be seen that the processing was done. Moreover, it was confirmed from the SEM photographs of the surface before and after the processing that fine scratches observed on the surface before the processing disappeared by the surface processing.
実施例3:パーフルオロシクロブタンのプラズマより発生させた炭素クラスターイオンによる平板状のPCDの表面加工
炭素クラスターイオン源としてパーフルオロシクロブタンを用い、実施例1の(2)で用いたのと同様な平板状のPCDの表面加工を行った。PCDをアセトン中で超音波洗浄した後、電極上に載置した状態で真空槽内に設置した。パーフルオロシクロブタンは気体であるため、昇華装置及びキャリアガスを用いずに、予め排気した真空槽内に導入した。所定の圧力(0.1Pa)に到達後、高周波放電(出力25W)を行い、プラズマを発生させた。電極にパルス状の負電圧を印加(25分)し、炭素クラスターイオンを表面に照射(照射部位以外をマスキングし、所定の部位のみに照射が行われるようにした。)することにより、PCDの表面加工を行った。
Example 3: Surface processing of flat plate PCD by carbon cluster ions generated from plasma of perfluorocyclobutane Perfluorocyclobutane was used as a carbon cluster ion source, and the same flat plate as used in (2) of Example 1 PCD surface processing was performed. The PCD was ultrasonically cleaned in acetone and then placed in a vacuum chamber in a state of being placed on the electrode. Since perfluorocyclobutane is a gas, it was introduced into a previously evacuated vacuum chamber without using a sublimation apparatus and a carrier gas. After reaching a predetermined pressure (0.1 Pa), high frequency discharge (output 25 W) was performed to generate plasma. By applying a pulsed negative voltage to the electrode (25 minutes) and irradiating the surface with carbon cluster ions (masking other than the irradiated part so that only a predetermined part is irradiated), the PCD Surface processing was performed.
結果を図6に示す。予め鏡面仕上げを行った表面について表面加工を行ったため、加工前後の表面粗さに大きな変化は見られなかったが、選択的スパッタによる凹凸の発生等は観測されず、均一な加工深さ(50nm)で加工が行われたことがわかる。また、加工前後の表面のSEM写真より、加工前の表面に見られた細かな傷が表面加工により消えていることが確認された。 The results are shown in FIG. Since surface processing was performed on a surface that had been mirror-finished in advance, no significant change was observed in the surface roughness before and after processing, but the occurrence of unevenness due to selective sputtering was not observed, and a uniform processing depth (50 nm ) Shows that the processing was done. Moreover, it was confirmed from the SEM photographs of the surface before and after the processing that fine scratches observed on the surface before the processing disappeared by the surface processing.
実施例4:パーフルオロシクロブタンのプラズマより発生させた炭素クラスターイオンによるDLCコーティング(DLC80nm+SiC中間層20nm)を施した超硬合金板の表面加工
炭素クラスターイオン源としてパーフルオロシクロブタンを用い、DLCコーティング(DLC80nm+SiC中間層20nm)を施した超硬合金板の表面加工を行った。DLCコーティングを施した超硬合金板をアセトン中で超音波洗浄した後、電極上に載置した状態で真空槽内に設置した。パーフルオロシクロブタンは気体であるため、昇華装置及びキャリアガスを用いずに、予め排気した真空槽内に導入した。所定の圧力(1.1Pa)に到達後、高周波放電(出力100W)を行い、プラズマを発生させた。電極にパルス状の負電圧を印加(5kV、周波数1kHz、パルス幅10μs、1時間)し、炭素クラスターイオンを表面に照射(照射部以外をマスキングし、所定の部位のみに照射が行われるようにした。)し、照射部及び非照射部の深さ及び表面粗さの測定を行った。結果を図7に示す。アルゴンプラズマの照射により非照射部の表面から約150nmの深さまで表面加工が進んでいることがわかる。
Example 4: Surface processing of cemented carbide plate coated with DLC coating (DLC 80 nm + SiC intermediate layer 20 nm) with carbon cluster ions generated from perfluorocyclobutane plasma Using perfluorocyclobutane as a carbon cluster ion source, DLC coating (DLC 80 nm + SiC Surface processing of the cemented carbide plate with the intermediate layer 20 nm) was performed. The cemented carbide plate coated with DLC was ultrasonically cleaned in acetone, and then placed in a vacuum chamber while being placed on the electrode. Since perfluorocyclobutane is a gas, it was introduced into a previously evacuated vacuum chamber without using a sublimation apparatus and a carrier gas. After reaching a predetermined pressure (1.1 Pa), high frequency discharge (
照射部及び非照射部の表面粗さの測定結果を図8に示す。非照射部の表面から約150nmの深さまで表面加工を進めた場合における照射部と非照射部の表面粗さは、それぞれ、5.8nmおよび5.7nmであり、炭素クラスターイオンの照射により、表面粗さを殆ど変化させることなく表面加工(DLCコーティングの除去)を行うことが可能であることが確認された。なお、照射時間を増大させ、加工深さを増大させた場合にも、表面粗さの増大は観測されなかった。 The measurement result of the surface roughness of an irradiated part and a non-irradiated part is shown in FIG. When surface processing is advanced from the surface of the non-irradiated part to a depth of about 150 nm, the surface roughness of the irradiated part and the non-irradiated part is 5.8 nm and 5.7 nm, respectively. It was confirmed that surface processing (removal of DLC coating) can be performed with almost no change in roughness. Even when the irradiation time was increased and the processing depth was increased, no increase in surface roughness was observed.
比較例:アルゴンプラズマによる超硬合金板の表面加工
比較のため、アルゴンプラズマ(パーフルオロシクロブタンの代わりにアルゴンをプラズマ源として用いた以外は実施例4と同様の条件下で生成させた。)を超硬合金板(DLCコーティングなし)の表面に照射した場合における照射部及び非照射部の表面粗さの測定結果を図9に示す。非照射部の表面から約50nmの深さまで加工を進めた場合における、照射部と非照射部の表面粗さは、後者が5.9nmであるのに対し前者が9.9nmであり、アルゴンプラズマの照射により、表面粗さが増大することが確認された。アルゴンプラズマの照射時間を増大させ、加工深さを大きくすると、表面粗さは更に増大した。
Comparative Example: Argon plasma (generated under the same conditions as in Example 4 except that argon was used as the plasma source instead of perfluorocyclobutane) was used for comparison of surface processing of the cemented carbide plate with argon plasma. FIG. 9 shows the measurement results of the surface roughness of the irradiated part and the non-irradiated part when the surface of the cemented carbide plate (without DLC coating) is irradiated. The surface roughness of the irradiated part and the non-irradiated part when processing is carried out to a depth of about 50 nm from the surface of the non-irradiated part is 5.9 nm for the former and 9.9 nm for the former. It was confirmed that the surface roughness increased by the irradiation of. When the irradiation time of argon plasma was increased and the processing depth was increased, the surface roughness further increased.
10 表面加工装置
11 真空ポンプ
12 真空槽
12a バルブ
13 フラーレン昇華装置
14 電極
15 高圧パルス電源
16 高周波電極
17 高周波電源
21 容器
22 ヒーター
31 フラーレン
32 被加工物
33 フラーレンイオン
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記真空槽中に導入された前記炭素クラスターイオン源に高周波電圧を印加してプラズマ化し、炭素クラスターイオンを生成させる第2工程と、
前記被加工物を保持可能に前記真空槽内に配置された電極に負電圧を印加して該被加工物の加工面に前記炭素クラスターイオンを照射し、該加工面をイオン加工する第3工程とを有することを特徴とする表面加工方法。 A first step of introducing a gaseous carbon cluster ion source without using a carrier gas into a vacuum chamber in which a workpiece is accommodated;
A second step of generating a carbon cluster ion by applying a high frequency voltage to the carbon cluster ion source introduced into the vacuum chamber to form a plasma;
The third step of said applying a negative voltage to the electrode disposed retainably the vacuum chamber a workpiece by irradiating the carbon cluster ions on the processed surface of the workpiece, ion machining the working surface And a surface processing method.
一端が前記真空槽に向かって開口した耐熱性の容器と、該容器の内部に貯留された固体状又は液体状の炭素クラスターイオン源を加熱して気化させるための加熱手段とからなる炭素クラスターイオン源供給手段と、
被加工物を保持可能に前記真空槽内に配置された電極と、
前記電極に接続され、該電極に保持された前記被加工物に負電圧を印加するための第1の電源と、
前記電極上に保持される前記被加工物を挟んで該電極と対向するように前記真空槽内に配置された高周波電極と、
前記高周波電極に接続され、前記真空槽内に導入された炭素クラスターイオン源に高周波電圧を印加してプラズマ化し、炭素クラスターイオンを生成させるための第2の電源とを有することを特徴とする表面加工装置。 A vacuum chamber connected to a decompressor;
Carbon cluster ions comprising a heat-resistant container having one end opened toward the vacuum chamber, and heating means for heating and vaporizing the solid or liquid carbon cluster ion source stored in the container Source supply means;
An electrode arranged in the vacuum chamber so as to hold a workpiece;
A first power source connected to the electrode and for applying a negative voltage to the workpiece held by the electrode;
A high-frequency electrode disposed in the vacuum chamber so as to face the electrode across the workpiece held on the electrode;
A surface connected to the high-frequency electrode and having a second power source for generating a carbon cluster ion by applying a high-frequency voltage to a carbon cluster ion source introduced into the vacuum chamber to form a plasma. Processing equipment.
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