JP5896047B1 - 成膜装置、コーティング膜付き切削工具の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被処理物を回転させながらコーティングを行う際のバイアス電圧を安定に保持し、高品質のコーティング膜を形成することができる成膜装置を提供する。【解決手段】被成膜物にコーティング膜を形成する成膜領域を有する成膜室と、被成膜物を支持した搬送キャリアを搬送する搬送装置と、搬送キャリアを介して被成膜物にバイアス電圧を印加するバイアス電源とを備え、搬送キャリアには、被成膜物を支持して軸周りに回転する複数のロッドが起立姿勢でキャリア搬送方向に沿って配置され、ロッドの外周面に径方向外側へ突出する突出部材が設けられ、成膜室の壁面に、成膜室内を移動する搬送キャリアの突出部材を引っ掛けてロッドを軸周りに回転させる干渉部材が絶縁部材を介して設けられ、干渉部材とバイアス電源とは電気的に接続されている、成膜装置。【選択図】図１

Description

本発明は、成膜装置、コーティング膜付き切削工具の製造方法に関する。

切削工具を回転させながら切削工具表面にコーティングを行う成膜装置が知られている（例えば特許文献１参照）。特許文献１記載のイオンプレーティング装置では、被処理物を支持するテーブル軸に歯車状の回転輪が設けられる一方、キャリアフレームの経路近傍に干渉部材が設けられる。キャリアフレームの移動に伴って干渉部材と回転輪とが接触し、回転輪が回転することにより被処理物が回転する。

特開平６−３２２５３７号公報

ところで、切削工具の成膜プロセスでは、被処理物にバイアス電圧を印加しながらコーティングが行われる。しかし、特許文献１記載のイオンプレーティング装置においてキャリアフレームにバイアス電圧を印加しながらコーティングを行うと、キャリアフレームの移動中にバイアス電圧が不規則に変動することが判明した。コーティング中にバイアス電圧が変化すると、所望の膜質のコーティング膜が得られなくなるおそれがある。

本発明は、被処理物を回転させながらコーティングを行う際のバイアス電圧を安定に保持し、高品質のコーティング膜を形成することができる成膜装置を提供することを目的の一つとする。
また本発明は、高品質のコーティング膜を有する切削工具を製造する方法を提供することを目的の一つとする。

本発明の一態様によれば、被成膜物にコーティング膜を形成する成膜領域を有する成膜室と、前記被成膜物を支持した搬送キャリアを搬送する搬送装置と、前記搬送キャリアを介して前記被成膜物にバイアス電圧を印加するバイアス電源とを備え、前記被成膜物にバイアス電圧を印加しながら前記搬送キャリアを前記成膜領域に通過させることで前記コーティング膜を形成する成膜装置であって、前記搬送キャリアには、前記被成膜物を支持して軸周りに回転する複数のロッドが起立姿勢でキャリア搬送方向に沿って配置され、前記搬送装置は、前記搬送キャリアの搬送方向に沿って配置された複数の搬送ローラを有し、前記搬送ローラは前記成膜室の側壁を貫通して延びるシャフトに支持され、前記シャフトには前記バイアス電源が電気的に接続されており、前記ロッドの外周面に径方向外側へ突出する突出部材が設けられ、前記成膜室の底壁に、前記成膜室内を移動する前記搬送キャリアの前記突出部材を引っ掛けて前記ロッドを軸周りに回転させる干渉部材が絶縁部材を介して設けられ、前記干渉部材と前記バイアス電源とは電気的に接続されており、前記干渉部材と前記バイアス電源とが、前記成膜室内においてケーブルを介して電気的に接続され、前記干渉部材は、前記絶縁部材から延びる支持部材と、前記支持部材に取り付けられたアーム部材とを有し、前記アーム部材は前記ケーブルを介して前記搬送ローラと接続されている、成膜装置が提供される。
この構成によれば、干渉部材と搬送キャリアの突出部材とを同電位に保持することができるため、干渉部材と突出部材とが接触したときにスパークによる搬送キャリアの電圧低下が生じるのを抑制することができる。これにより、高品質のコーティング膜を形成することができる。

前記搬送装置は、前記搬送キャリアの搬送方向に沿って配置された複数の搬送ローラを有し、前記干渉部材と前記バイアス電源とが、１つ又は複数の前記搬送ローラを介して電気的に接続されている構成としてもよい。
前記干渉部材は、前記成膜領域内を通過する前記ロッドを回転させる位置に設けられている構成としてもよい。
前記干渉部材は、前記キャリア搬送方向における前記成膜領域の中央部において前記ロッドを回転させる構成としてもよい。
前記ロッドの周方向に等間隔に複数の前記突出部材が設けられている構成としてもよい。
前記成膜室は、前記成膜領域に対してキャリア搬送方向に隣り合って配置され前記被成膜物を前記成膜領域に進入する前に加熱する加熱領域と、前記成膜領域と前記成膜室の端部との間に前記搬送キャリアを収容するキャリア待機領域と、を有する構成としてもよい。
前記キャリア搬送方向における前記成膜領域の両側に前記加熱領域が設けられている構成としてもよい。

本発明の一態様によれば、被成膜物にコーティング膜を形成する成膜領域を有する成膜室と、前記被成膜物を支持した搬送キャリアを搬送する搬送装置と、前記搬送キャリアを介して前記被成膜物にバイアス電圧を印加するバイアス電源とを備え、前記搬送キャリアには、前記被成膜物を支持して軸周りに回転する複数のロッドが起立姿勢でキャリア搬送方向に沿って配置され、前記搬送装置は、前記搬送キャリアの搬送方向に沿って配置された複数の搬送ローラを有し、前記搬送ローラは前記成膜室の側壁を貫通して延びるシャフトに支持され、前記シャフトには前記バイアス電源が電気的に接続されており、前記ロッドの外周面に径方向外側へ突出する突出部材が設けられ、前記成膜室の底壁に前記突出部材を引っ掛けて前記ロッドを軸周りに回転させる干渉部材が設けられ、前記干渉部材と前記バイアス電源とが電気的に接続された成膜装置を用いるコーティング膜付き切削工具の製造方法であって、前記切削工具を搬送キャリアに搭載することと、前記成膜室内で前記搬送キャリアを搬送して前記成膜領域を通過させることと、前記切削工具と前記干渉部材とに前記バイアス電圧を印加した状態で、前記干渉部材と前記突出部材とを干渉させ、前記ロッドを回転させることと、前記成膜領域内を通過中の前記ロッドを回転させ、前記キャリア搬送方向における前記成膜領域の中央部において前記ロッドを回転させ、前記成膜室内で前記搬送キャリアを搬送し、前記切削工具を加熱する加熱領域と前記成膜領域とを順次通過させる、コーティング膜付き切削工具の製造方法が提供される。
この製造方法によれば、干渉部材と搬送キャリアの突出部材とを同電位に保持することができるため、干渉部材と突出部材とが接触したときにスパークによる搬送キャリアの電圧低下が生じるのを抑制することができる。これにより、高品質のコーティング膜を有する切削工具を製造することができる。

前記成膜領域内を通過中の前記ロッドを回転させる製造方法としてもよい。
前記キャリア搬送方向における前記成膜領域の中央部において前記ロッドを回転させる製造方法としてもよい。
前記成膜室内で前記搬送キャリアを搬送し、前記切削工具を加熱する加熱領域と前記成膜領域とを順次通過させる製造方法としてもよい。
前記成膜領域に対して前記搬送キャリアの搬送方向の両側にそれぞれ前記加熱領域を配置し、複数の前記加熱領域と前記成膜領域とを含む領域に対して前記搬送キャリアを往復移動させることで前記切削工具上に複数層のコーティング膜を形成する製造方法としてもよい。

本発明によれば、被処理物に対して安定的にバイアス電圧を印加することができ、高品質のコーティング膜を形成することができる成膜装置が提供される。
本発明によれば、高品質のコーティング膜を有する切削工具の製造方法が提供される。

実施形態に係る成膜装置の内部構造を示す側面図。 実施形態に係る成膜装置の内部構造を示す上面図。 搬送キャリアの構造を示す側面図。 切削工具Ｗの支持態様を示す図。 回転機構及びバイアス電圧印加機構を説明するための成膜室の部分断面図。 回転動作を説明するための成膜室の上面図。 実施形態の成膜装置における搬送キャリアのバイアス電圧の変化を示すグラフ。 アーム部材とバイアス電源とが接続されていない構成における搬送キャリアのバイアス電圧の変化を示すグラフ。

以下、実施形態に係る成膜装置及び切削工具の製造方法について、図面を参照しつつ説明する。

図１は、実施形態に係る成膜装置の内部構造を示す側面図である。図２は、実施形態に係る成膜装置の内部構造を示す上面図である。図３は、搬送キャリアの構造を示す側面図である。

図１及び図２に示す本実施形態の成膜装置１００は、切削工具Ｗを搭載した搬送キャリア８０を搬送しつつ切削工具Ｗに対して成膜処理を実施する、インライン式の成膜装置である。
搬送キャリア８０は、図３に示すように、矩形枠状のフレーム８１と、フレーム８１の枠内に起立姿勢で配置された複数本（図示では５本）のロッド８２とを有する。各々のロッド８２に、コーティング膜（切削工具用コーティング膜）の形成対象である切削工具Ｗが挿通支持される。

ここで図４は、切削工具Ｗの支持態様を示す図である。ロッド８２には多数の切削工具Ｗが、隣り合う切削工具Ｗの間に円管状のスペーサＳを介在させた状態で配置される。ロッド８２は、軸周りに回転自在である。ロッド８２の下部には、ロッド８２を回転させるための回転機構８４が設けられている。回転機構８４は、ロッド８２に固定された円筒状の支持部８５と、支持部８５の外周面に周方向に等間隔に設けられた６本の突出部材８６とを有する。これらの突出部材８６はいずれも支持部８５からロッド８２の径方向に延び、互いに直交する。したがって本実施形態では、切削工具Ｗを概ね６０°ピッチで回転させることができる。

なお、突出部材８６の本数や配置角度は、切削工具Ｗの回転態様に応じて適宜変更することができる。例えば、突出部材８６の設置本数を４本や８本としてもよく、複数の突出部材８６をロッド８２の周方向に不均一な間隔で配置してもよい。

本実施形態において、切削工具Ｗは、刃先交換式切削工具に用いられる切削インサートである。切削インサートは、超硬合金等の硬質材料により形成される多角形板状の部材であり、切削工具本体に取り付けるための円形の取り付け孔が形成されている。本実施形態では、図３に示すように、切削インサートである切削工具Ｗの取付孔ｈにロッド８２を挿通する。

成膜装置１００は、図１及び図２に示すように、前処理室１１と、成膜室１２と、後処理室１３を備える。前処理室１１と成膜室１２とは真空弁５２を介して連結され、成膜室１２と後処理室１３とは真空弁５３を介して連結されている。前処理室１１には成膜装置１００内に搬送キャリア８０を導入するための入口側ゲート弁５１が設けられている。後処理室１３には搬送キャリア８０を排出するための出口側ゲート弁５４が設けられている。

前処理室１１、成膜室１２、及び後処理室１３の底部側には、複数の搬送ローラを併設したローラコンベア（搬送装置）３１〜３３が敷設されている。搬送キャリア８０は、ローラコンベア３１〜３３上を搬送される。本実施形態では、ローラコンベア３１〜３３上の搬送キャリア８０の通り道が直線状のキャリア搬送経路Ｔを構成する。切削工具Ｗを搭載した搬送キャリア８０は、キャリア搬送経路Ｔに沿って、前処理室１１、成膜室１２、後処理室１３に順次搬送される。

前処理室１１には、真空ポンプ１４と、大気開放バルブ２８とが接続されている。前処理室１１の内部には、切削工具Ｗを搬送キャリア８０ごと加熱するためのヒータ２１Ａ、及びヒータ２１Ｂが設けられている。本実施形態の場合、搬送キャリア８０の両側からヒータ２１Ａ、２１Ｂにより切削工具Ｗを加熱する。ヒータ２１Ａ、２１Ｂは、キャリア搬送方向（図示Ｙ方向）において、搬送キャリア８０の長さと同程度の幅を有する。また、鉛直方向（図示Ｚ方向）において、搬送キャリア８０の切削工具Ｗが保持された領域と同程度の高さを有する。すなわち、ヒータ２１Ａ、２１Ｂは、搬送キャリア８０上の全ての切削工具Ｗを同時に加熱可能である。

成膜室１２には、真空ポンプ１５と、ガス源２６と、バイアス電源１７とが接続されている。成膜室１２の内部には、キャリア待機領域Ｃ１と、加熱領域Ｈ１と、成膜領域Ｄと、加熱領域Ｈ２と、キャリア待機領域Ｃ２とが、キャリア搬送経路Ｔに沿ってこの順に配置されている。成膜領域Ｄにおけるキャリア搬送経路Ｔの近傍に干渉部材３４及び干渉部材３５が設置されている。図２に示すように、干渉部材３４と干渉部材３５とはキャリア搬送経路Ｔを挟んで互いに反対側に配置されている。

なお、本明細書において、「成膜領域」とは、切削工具Ｗの表面に単一のコーティング膜の層を形成する機能を備えた成膜室内の領域を指す。したがって、ターゲット数やターゲットの配置状態を変更した場合であっても、それらのターゲットにより、切削工具Ｗの表面に単一のコーティング膜の層が形成されるのであれば１つの「成膜領域」である。例えば、成膜領域Ｄにおいて、キャリア搬送方向（Ｙ方向）に同種のターゲットを複数並べて配置してもよい。

キャリア待機領域Ｃ１は、加熱領域Ｈ１の手前側で搬送キャリア８０を一時停止させる領域である。キャリア待機領域Ｃ２は、加熱領域Ｈ２の後ろ側で搬送キャリア８０を一時停止させる領域である。また、キャリア待機領域Ｃ１、Ｃ２は、コーティング膜形成後の搬送キャリア８０を一時停止させる領域でもある。

キャリア待機領域Ｃ１は、真空弁５２と成膜領域Ｄとの間に搬送キャリア８０を収容可能な長さに形成される。キャリア待機領域Ｃ１は、好ましくは、真空弁５２と加熱領域Ｈ１との間に搬送キャリア８０を収容可能な長さに形成される。
キャリア待機領域Ｃ２は、成膜領域Ｄと真空弁５３との間に搬送キャリア８０を収容可能な長さに形成される。キャリア待機領域Ｃ２は、好ましくは、加熱領域Ｈ２と真空弁５３との間に搬送キャリア８０を収容可能な長さに形成される。

加熱領域Ｈ１、Ｈ２は、成膜領域Ｄの直前で切削工具Ｗを加熱する領域である。加熱領域Ｈ１には、キャリア搬送経路Ｔを挟むようにヒータ（加熱装置）２２Ａ、及びヒータ（加熱装置）２２Ｂが設けられている。ヒータ２２Ａ、２２Ｂは、キャリア待機領域Ｃ１から成膜領域Ｄへ搬送される搬送キャリア８０を加熱する。
加熱領域Ｈ２には、キャリア搬送経路Ｔを挟むようにヒータ（加熱装置）２５Ａ、及びヒータ（加熱装置）２５Ｂが設けられている。ヒータ２５Ａ、２５Ｂは、キャリア待機領域Ｃ２から成膜領域Ｄへ搬送される搬送キャリア８０を加熱する。

本実施形態の場合、搬送キャリア８０をヒータ２２Ａ、２２Ｂの間、あるいは、ヒータ２５Ａ、２５Ｂの間に通過させることで切削工具Ｗを加熱する。そのため、ヒータ２２Ａ、２２Ｂ、２５Ａ、２５Ｂのキャリア搬送方向（Ｙ方向）の幅は、搬送キャリア８０の長さ（Ｙ方向長さ）よりも短い。一方、ヒータ２２Ａ、２２Ｂ、２５Ａ、２５Ｂの高さ（Ｚ方向長さ）は、搬送キャリア８０の切削工具Ｗが保持された領域と同程度の高さである。

成膜領域Ｄは、切削工具Ｗに対してアークイオンプレーティング法によるコーティング処理を行う領域である。本実施形態の場合、成膜領域Ｄに、４つのターゲットが配置されている。図２に示すように、一対のターゲット２３Ａ、２３Ｂがキャリア搬送経路Ｔを挟んで互いに対向するように配置されている。図１に示すように、ターゲット２３Ａの鉛直下方（−Ｚ方向）には、ターゲット２４Ａが配置されている。図示はしていないが、ターゲット２３Ｂの鉛直下方にも、ターゲット２４Ａと対向するターゲットが配置されている。

なお、本実施形態では円形のターゲットを複数個設置して成膜領域Ｄを形成しているが、ターゲットの形状は円形に限定されない。例えば、成膜室１２の上下方向（図示Ｚ方向）に長手の長方形状のターゲットを用いてもよい。また、成膜室１２の上下方向に、３個以上のターゲットを並べて配置してもよい。

成膜領域Ｄには、さらに、ターゲット（２３Ａ、２３Ｂ、２４Ａ）にアーク放電電力を供給する図示略のアーク電源が設けられている。バイアス電源１７は、搬送キャリア８０が少なくとも成膜領域Ｄに位置するときに、搬送キャリア８０を介して切削工具Ｗにバイアス電圧を印加する。

ここで図５は、回転機構及びバイアス電圧印加機構を説明するための成膜室１２の部分断面図である。図６は回転機構を説明するための成膜領域Ｄの上面図である。
図５に示すように、成膜室１２の底部に、搬送キャリア８０を搬送するローラコンベア３２が設けられている。本実施形態の場合、ローラコンベア３２は、２つの搬送ローラ３２ａ、３２ｂと、搬送ローラ３２ａ、３２ｂを同軸に支持するシャフト３２ｃとを有する。シャフト３２ｃは、成膜室１２の側壁を貫通して成膜室１２の外側に延びている。成膜室１２のシャフト３２ｃが貫通する位置には気密封止部材１２ａが設けられ、シャフト３２ｃの外周を気密に封止している。成膜室１２の外側に突出したシャフト３２ｃにバイアス電源１７が接続される。

搬送キャリア８０のフレーム８１は、下方へ延びる２つの脚部８１ａ、８１ｂを有する。ロッド８２は、フレーム８１に軸受８１ｃを介して支持されている。搬送キャリア８０は、脚部８１ａを搬送ローラ３２ａに支持され、脚部８１ｂを搬送ローラ３２ｂに支持された状態でローラコンベア３２により搬送される。本実施形態では、少なくとも搬送ローラ３２ａは導電部材からなり、脚部８１ａにおいてフレーム８１に電気的に接続される。したがって、搬送ローラ３２ａ及びシャフト３２ｃを介して搬送キャリア８０とバイアス電源１７とが電気的に接続される。搬送キャリア８０においてフレーム８１、軸受８１ｃ、及びロッド８２はいずれも導電部材からなり、搬送ローラ３２ａから供給されるバイアス電圧はロッド８２を通じて切削工具Ｗに印加される。

干渉部材３４は、ローラコンベア３２近傍の成膜室１２底壁に立設されている。干渉部材３４は、成膜室１２に固定された絶縁部材３６と、絶縁部材３６から上方に延びる柱状の支持部材３７と、支持部材３７の上端から水平方向に延びるアーム部材３８とを有する。少なくともアーム部材３８は導電部材からなり、ケーブル４０を介して搬送ローラ３２ａと接続されている。本実施形態の場合、支持部材３７の長さ方向の途中に弾性部材３７ａが設けられている。弾性部材３７ａは、支持部材３７やアーム部材３８が衝撃を受けたとき、例えば搬送キャリア８０がぶつかったときなどに、衝突の衝撃を緩和して干渉部材３４の破損を抑制する。干渉部材３４には、アーム部材３８を支持部材３７の軸周りに回転させる回転駆動機構（図示略）が接続される。

アーム部材３８は、キャリア搬送経路Ｔに対して進退可能である。すなわち、図６に示すように、アーム部材３８は、キャリア搬送経路Ｔに干渉しない位置と、回転機構８４（突出部材８６）の搬送経路を一部遮る位置との間で進退する。アーム部材３８がキャリア搬送経路Ｔ内へ進出した状態で、搬送キャリア８０が成膜領域Ｄの中央部（キャリア搬送方向の中央部）に進入すると、図４から図６に示すように、回転機構８４の突出部材８６がアーム部材３８に接触する。そこからさらに搬送キャリア８０が進行すると、アーム部材３８が突出部材８６を引っ掛けているため、回転機構８４及びロッド８２が軸周りに回転する。これにより、ロッド８２に支持された切削工具Ｗが回転する。

干渉部材３５は、干渉部材３４と同様の構成を有する。干渉部材３５は、バイアス電源１７と電気的に接続されたアーム部材３９（図２、図６）を有する。干渉部材３５は、キャリア搬送方向に対して干渉部材３４とはほぼ逆向きに配置される。干渉部材３５のアーム部材３９は、加熱領域Ｈ２と成膜領域Ｄとの境界部近傍から成膜領域Ｄの中央部に向かって延びている。干渉部材３５は、成膜領域Ｄの中央部において、加熱領域Ｈ２から成膜領域Ｄに進入する搬送キャリア８０のロッド８２を回転させる。すなわち本実施形態の成膜装置１００では、キャリア待機領域Ｃ１から加熱領域Ｈ１を経由して成膜領域Ｄの中央部を通過するときと、キャリア待機領域Ｃ２から加熱領域Ｈ２を経由して成膜領域Ｄの中央部を通過するときにロッド８２を回転させ、成膜期間中に切削工具Ｗを回転させる。

なお、干渉部材３４と干渉部材３５は、搬送キャリア８０の搬送方向に応じて、いずれか一方のみが回転機構８４に干渉する。搬送キャリア８０がキャリア待機領域Ｃ１から成膜領域Ｄへ搬送されるときには、干渉部材３４のアーム部材３８のみがキャリア搬送経路Ｔ内へ進出した状態となり、ロッド８２を回転させる。一方、搬送キャリア８０がキャリア待機領域Ｃ２から成膜領域Ｄへ搬送されるときには、干渉部材３５のアーム部材３９のみがキャリア搬送経路Ｔ内へ進出した状態となり、ロッド８２を回転させる。

本実施形態では、干渉部材３４、３５を２つのみ設けた場合について説明したが、干渉部材３４、３５の設置数には特に制限はない。１回の成膜期間中に全てのロッド８２を同じ回数、同じ角度だけ回転させるために必要な数の干渉部材３４、３５を設置することができる。また、干渉部材３４、３５の設置位置（ロッド８２の回転位置）についても、成膜領域Ｄの中央部に限定されるものではなく、キャリア待機領域Ｃ１からキャリア待機領域Ｃ２までの任意の位置に設置することができる。

後処理室１３には、図１に示すように、真空ポンプ１６と、大気開放バルブ２９と、ガス源２７とが接続されている。後処理室１３は、コーティング処理後の切削工具Ｗ及び搬送キャリア８０を冷却する冷却室である。ガス源２７は、キャリア冷却用の冷却ガスを後処理室１３内に供給する。

次に、本実施形態の成膜装置１００を用いた成膜方法について説明する。
本実施形態の成膜装置１００は、切削工具の表面に硬質のコーティング膜を形成する用途に好適に用いられる。
被成膜物としての切削工具は、例えば、切削インサート、ドリル、エンドミル、歯切工具などである。切削工具の材質としては高速度鋼、超硬合金、立法晶窒化ホウ素、サーメット材、セラミック材等を挙げることができる。コーティング膜としては、例えば、ＴｉＮ、ＴｉＡｌ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＣＮ、ＡｌＣｒ、ＡｌＣｒＮ等を挙げることができる。

本実施形態の成膜装置１００では、キャリア待機領域Ｃ１とキャリア待機領域Ｃ２との間で搬送キャリア８０を往復移動させて成膜領域Ｄを複数回通過させることで、搬送キャリア８０上の切削工具Ｗに対して連続的にコーティング膜を成膜することができる。

以下、具体的に説明する。
まず、図１に示すように、搬送キャリア８０に切削工具Ｗを搭載する。このとき、成膜装置１００において、真空弁５２、５３は閉塞されており、前処理室１１、成膜室１２、及び後処理室１３は、所定の真空状態（例えば１×１０^−５Ｐａ程度）に保持されている。

次に、前処理室１１の大気開放バルブ２８を開け、前処理室１１の室内を大気圧にする。その後、前処理室１１の室内が大気圧の状態で入口側ゲート弁５１を開放し、搬送キャリア８０を前処理室１１内に搬入する。搬送キャリア８０は、搭載した切削工具Ｗがヒータ２１Ａ、２１Ｂと正対する位置に停止させる。その後、入口側ゲート弁５１を閉塞する。次に、真空ポンプ１４を作動させ、前処理室１１内を所定の真空度（例えば１×１０^−３Ｐａ程度）となるまで排気する。

前処理室１１内が所定の真空度に達したならば、次に、ヒータ２１Ａ、２１Ｂを作動させ、切削工具Ｗと搬送キャリア８０を所定温度まで加熱する。本実施形態では、ヒータ２１Ａ、２１Ｂにより切削工具Ｗを両側から均一に加熱可能である。この加熱処理において、ロッド８２を軸周りに回転させ、切削工具Ｗを回転させてもよい。

切削工具Ｗを所定温度にまで加熱したならば、次に、真空弁５２を開放する。その後、搬送キャリア８０を前処理室１１から成膜室１２へ移動させる。搬送キャリア８０は、成膜室１２内のキャリア待機領域Ｃ１に停止させる。搬送キャリア８０の搬入後、真空弁５２を閉塞する。その後、前処理室１１に次の搬送キャリア８０を搬入するために、大気開放バルブ２８を開けて前処理室１１を大気圧に復帰させる。その後は、入口側ゲート弁５１を開放して次の搬送キャリア８０を搬入し、上記した動作を繰り返す。

次に、成膜室１２において、切削工具Ｗへのコーティング処理を実行する。
成膜室１２において、搬送キャリア８０をキャリア待機領域Ｃ１に待機させた状態で、ヒータ２２Ａ、２２Ｂ及びヒータ２５Ａ、２５Ｂを作動させる。また、成膜領域Ｄを切削工具Ｗへの成膜が可能な状態とする。具体的には、バイアス電源１７からフレーム８１を介して切削工具Ｗに所定（例えば−３００Ｖ）のバイアス電圧が印加される。このとき、本実施形態の成膜装置１００では、バイアス電源１７と干渉部材３４のアーム部材３８及び干渉部材３５のアーム部材３９が電気的に接続されているため、アーム部材３８にも所定のバイアス電圧が印加された状態となる。また、ガス源２６から成膜室１２内にプロセスガスが供給され、ターゲット２３Ａ、２３Ｂ、２４Ａの表面にアーク放電が発生する圧力条件（例えば０．３〜１Ｐａ）に制御される。

その後、搬送キャリア８０の加熱領域Ｈ１側への搬送を開始する。
その後、搬送キャリア８０が加熱領域Ｈ１を通過する際に、切削工具Ｗはヒータ２２Ａ、２２Ｂにより加熱される。切削工具Ｗは、加熱領域Ｈ１の後端（＋Ｙ方向端）を通過するまでの間に、コーティングに適した温度にまで加熱される。

したがって、ヒータ２２Ａ、２２Ｂの幅（Ｙ方向長さ）は、切削工具Ｗが加熱領域Ｈ１を通過する間に、切削工具Ｗを所望の昇温レートで設定温度まで加熱することができる長さとされる。
ヒータ２２Ａ、２２Ｂは、成膜直前の切削工具Ｗの温度を調整できればよく、過度に幅を大きくするとエネルギー消費が大きくなる。また、ヒータ２２Ａ、２２Ｂの幅を大きくすることにより真空弁５２に近づきすぎると、熱によって真空弁５２の動作安定性が損なわれる可能性がある。したがって、ヒータ２２Ａ、２２Ｂの幅は、エネルギー効率、真空弁５２の安定動作の観点から、搬送キャリア８０の幅（Ｙ方向長さ）よりも短くすることが好ましい。

切削工具Ｗは、加熱領域Ｈ１で所定温度に加熱された後、連続して成膜領域Ｄを通過する。切削工具Ｗが成膜領域Ｄを通過する際に、切削工具Ｗの表面に所望の組成のコーティング膜が形成される。例えば、ターゲットとしてＴｉターゲットを用い、プロセスガスとしてＮ_２含有ガスを用いた場合、切削工具Ｗの表面にＴｉＮ膜が形成される。コーティング膜の膜厚及びその均一性は、バイアス電圧、ガス圧力、搬送キャリア８０の搬送速度、切削工具Ｗの回転角度ピッチなどにより制御することができる。

本実施形態では、搬送キャリア８０上の切削工具Ｗは、成膜領域Ｄの中央部を通過する際に、回転機構８４がアーム部材３８と干渉することで軸周りに概ね６０°回転して停止する。このときにアーム部材３８にもバイアス電圧が印加されているため、同電位のアーム部材３８と突出部材８６とが接触する。本実施形態の場合、成膜領域Ｄの中央部で切削工具Ｗが軸周りに６０°回転するため、成膜領域Ｄを通過する期間の前半と後半で切削工具Ｗの６０°ずれた二側面がターゲットに対向する。すなわち、成膜領域Ｄを１回通過する間に、切削工具Ｗの周面３６０°のうち、２４０°（６０°×２×２面）の領域にコーティングが施される。

搬送キャリア８０の先頭側から順に、成膜領域Ｄを通過した後、加熱領域Ｈ２において再度加熱され、その後に加熱領域Ｈ２を抜けてキャリア待機領域Ｃ２に進入する。本実施形態では、搬送キャリア８０の最後尾に搭載された切削工具Ｗが成膜領域Ｄの中央部に達した時点で、搬送キャリア８０の搬送方向が反転される。すなわち、搬送キャリア８０の搬送方向が、キャリア待機領域Ｃ２からキャリア待機領域Ｃ１へ向かう方向に変更される。このとき、加熱領域Ｈ１、Ｈ２及び成膜領域Ｄは停止されることなく動作状態を維持している。したがって本実施形態では、搬送キャリア８０の後尾側に位置する一部の切削工具Ｗについては加熱領域Ｈ２による加熱を受けない。
なお、搬送キャリア８０の進行方向の切り返しは、上記以外の位置で行ってもよい。例えば、搬送キャリア８０の最後尾が成膜領域Ｄから抜け出た時点で行ってもよい。

搬送キャリア８０の搬送方向が反転すると、引き続き、キャリア待機領域Ｃ１側に位置する切削工具Ｗから順にコーティング膜が積層される。すなわち、搬送キャリア８０の搬送方向における先頭側（キャリア待機領域Ｃ１側の端部）に位置する切削工具Ｗから順に、成膜領域Ｄによるコーティングが施される。搬送キャリア８０が反転する時点でキャリア待機領域Ｃ２に位置していた切削工具Ｗに対しては、加熱領域Ｈ２による加熱処理、成膜領域Ｄによるコーティングが施され、さらにコーティング中には干渉部材３５と突出部材８６との干渉による回転動作が実行される。この復路における回転動作においても、成膜領域Ｄの中央部において、回転機構８４の突出部材８６と干渉部材３５のアーム部材３９とが接触し、ロッド８２及び切削工具Ｗが軸周りに概ね６０°回転する。このときも同電位の突出部材８６とアーム部材３９とが接触する。

その後、搬送キャリア８０の最後尾（キャリア待機領域Ｃ２側の端部）に搭載された切削工具Ｗが成膜領域Ｄの中央部に達した時点で、搬送キャリア８０の搬送方向が再度反転される。すなわち、搬送キャリア８０の搬送方向が、キャリア待機領域Ｃ２からキャリア待機領域Ｃ１へ向かう方向に再度変更される。
なお、このときの搬送キャリア８０の進行方向の切り返しについても、搬送キャリア８０の最後尾が成膜領域Ｄから抜け出た時点で行ってもよい。

その後、キャリア待機領域Ｃ２側に位置する切削工具Ｗから順にコーティング膜が積層される。すなわち、搬送キャリア８０の搬送方向における先頭側（キャリア待機領域Ｃ２側の端部）に位置する切削工具Ｗから順に、成膜領域Ｄによるコーティングが施され、コーティング中には干渉部材３４と突出部材８６との干渉による回転動作（軸周りに概ね６０°）が実行される。搬送キャリア８０の再反転時点でキャリア待機領域Ｃ１又は加熱領域Ｈ１に位置していた切削工具Ｗについては、加熱領域Ｈ１による加熱処理と、成膜領域Ｄによるコーティングが順次施される。

本実施形態では、キャリア待機領域Ｃ１とキャリア待機領域Ｃ２との間で搬送キャリア８０を１往復半移動させ、成膜領域Ｄを３回通過させる。そして、成膜領域Ｄの中央を通過する度に切削工具Ｗを６０°回転させるので、切削工具Ｗの周面に対して合計７２０°の範囲にコーティングが施される。すなわち、切削工具Ｗの各部位に対して均一に２層分のコーティングが施される。

その後、搬送キャリア８０がキャリア待機領域Ｃ２に収容されるとコーティング処理が終了する。具体的に、切削工具Ｗへのバイアス電圧印加、及びアーク放電を停止させる。

次に、成膜室１２と後処理室１３との間の真空弁５３を開放し、搬送キャリア８０を後処理室１３へ送り出す。搬送キャリア８０が後処理室１３へ搬入されたら、真空弁５３を閉塞する。この搬送動作において、前処理室１１との間の真空弁５２を開放し、次の搬送キャリア８０を成膜室１２内へ搬入する動作を並行して実施してもよい。

後処理室１３では、成膜室１２から搬入された搬送キャリア８０を室内で停止させて冷却する。冷却処理は、ガス源２７から室内へ冷却ガスを供給しながら、所定時間圧力を維持することで行う。冷却ガスとしては不活性ガスを用いることができる。

冷却処理が完了したならば、大気開放バルブ２９を開け、後処理室１３内を大気圧に復帰させる。その後、出口側ゲート弁５４を開放し、搬送キャリア８０を後処理室１３から搬出する。搬送キャリア８０の搬出後、後処理室１３では真空ポンプ１６による排気動作が行われる。その後、後処理室１３は、次の搬送キャリア８０の搬入がなされるまで、所定の真空度（例えば１×１０^−３Ｐａ）を維持する。

本実施形態の成膜装置１００の前処理室１１、成膜室１２、及び後処理室１３は、それぞれに１つの搬送キャリア８０が収容された状態とすることができる。この状態において、前処理室１１における加熱処理、成膜室１２におけるコーティング処理、及び後処理室１３における冷却処理を並行して実施することができる。このようにして搬送キャリア８０の搬送と、各室での加熱、コーティング、冷却の処理を繰り返すことにより、効率よく切削工具Ｗへのコーティングを実施することができる。

なお、以上の説明では、搬送キャリア８０を２回方向転換し、成膜領域Ｄを３回通過させる場合について説明したが、搬送キャリア８０の往復移動は必要なだけ繰り返して実行することができる。また、上記往復移動の回数に応じて、突出部材８６の本数（回転ピッチ）を変更し、切削工具Ｗの表面における成膜回数が一様になるように調整してもよい。

以上に説明した本実施形態の成膜装置１００によれば、搬送キャリア８０上の切削工具Ｗを回転させつつ搬送することができる。したがって、搬送キャリア８０をキャリア待機領域Ｃ１、Ｃ２間で往復させることで、ターゲット（２３Ａ、２３Ｂ、２４Ａ）と対向する切削工具Ｗの側面を切り替えながら、切削工具Ｗに対する加熱処理とコーティング膜の成膜処理を連続的に実施することができる。また本実施形態では、コーティング膜の成膜中に切削工具Ｗを少なくとも１回は所定角度回転させるので、より均一にコーティング膜を形成することができる。

そして、本実施形態では、アーム部材３８、３９とバイアス電源１７とが電気的に接続されている。これにより、アーム部材３８、３９と搬送キャリア８０の突出部材８６とを同電位に保持することができるため、アーム部材３８又はアーム部材３９と突出部材８６とが接触したときにスパークによる搬送キャリア８０の電圧低下が生じるのを抑制することができる。

ここで、図７は、本実施形態の成膜装置１００における搬送キャリア８０のバイアス電圧の変化を示すグラフである。図８は、アーム部材３８、３９とバイアス電源１７とが接続されていない構成における搬送キャリア８０のバイアス電圧の変化を示すグラフである。

図７と図８の比較から明らかなように、本実施形態の成膜装置１００では、成膜期間中に搬送キャリア８０のバイアス電圧をほぼ一定に保つことができるのに対して、アーム部材３８、３９とバイアス電源１７とを接続しない場合には、バイアス電圧が頻繁に変動し、しかも、印加電圧（最大値）からほぼ０Ｖの間で大きく変動している。これは、アーム部材３８、３９と突出部材８６とが接触した瞬間に両者間でスパークが生じ、搬送キャリア８０側の電荷が解放されてしまうためである。

本実施形態では、図６に示したように、成膜領域Ｄの中央部で干渉部材３４、３５と回転機構８４とを干渉させる。このような状況でスパークによるバイアス電圧低下が生じると、所望の膜質のコーティング膜を切削工具Ｗの表面に形成することができなくなる。
これに対して、本実施形態の成膜装置１００では、アーム部材３８、３９と突出部材８６とを同電位とすることができ、両者が接触したときのスパークを抑制することできる。その結果、図７に示したように、バイアス電圧が一定に保たれるため、切削工具Ｗの表面に安定的に所望の膜質のコーティング膜を形成することができる。したがって本実施形態の成膜装置１００によれば、高品質のコーティング膜を形成することができる。

なお、成膜領域Ｄから離れた位置でロッド８２を回転させる構成であっても、搬送キャリア８０上には複数本のロッド８２が設けられており、１つのロッド８２が回転される瞬間に、そのロッド８２よりも先頭側に位置するロッド８２は成膜領域Ｄに位置している場合がある。したがって、成膜領域Ｄの外側でロッド８２を回転させる場合においても、成膜中の切削工具Ｗのバイアス電圧に変動を生じるおそれがある。そこで本実施形態のようにアーム部材３８、３９にバイアス電圧を印加することが好ましい。

また本実施形態の成膜装置１００によれば、成膜室１２の成膜領域Ｄのキャリア搬送方向両側（図示−Ｙ方向側、＋Ｙ方向側）に、加熱領域Ｈ１、Ｈ２が設けられていることで、切削工具Ｗを成膜直前に所定温度にまで加熱することができる。これにより、搬送キャリア８０全体の切削工具Ｗを、コーティング直前に一定の温度に調整することができる。

仮に、成膜室１２に加熱領域Ｈ１が設けられていない場合、前処理室１１で加熱された直後の搬送キャリア８０上の切削工具Ｗはほぼ均一な温度であるが、搬送キャリア８０の先頭側の切削工具Ｗと後尾側の切削工具Ｗとでは、加熱されてから成膜領域Ｄに進入するまでの時間に差がある。そのため、搬送キャリア８０の先頭側の切削工具Ｗと後尾側の切削工具Ｗとで成膜温度に差が生じてしまい、コーティング膜の膜質に影響を及ぼす可能性がある。

これに対して、本実施形態の成膜装置１００では、加熱領域Ｈ１での加熱によって、全ての切削工具を常に一定の温度で成膜領域Ｄに進入させることができる。したがって、一定の温度条件の下でコーティング処理することができるので、切削工具Ｗごとにコーティング膜の品質がばらつくのを抑え、歩留まりよくコーティング膜を形成することができる。

また、成膜室１２に加熱領域Ｈ１を設けない場合、成膜開始時には温度が低く、成膜領域Ｄのアーク放電やバイアス印加による発熱で急激に切削工具Ｗの温度が上昇する。そのため、成膜の初期に低温条件でコーティング膜を形成することになり、密着性や膜質に劣るコーティング膜が形成されるおそれがある。
これに対して本実施形態では、成膜の初期から最後まで最適温度でコーティングを行うことができ、高品質のコーティング膜を形成することができる。

また本実施形態では、搬送キャリア８０の複数のロッド８２がキャリア搬送方向に沿って起立姿勢で配列され、切削工具Ｗはロッド８２に支持されている。これにより、成膜領域Ｄを通過する切削工具Ｗとターゲット（２３Ａ、２３Ｂ、２４Ａ）との距離がほぼ一定に保たれる。そのため、個々の切削工具Ｗにおいて、成膜温度だけでなく、他の成膜条件もほぼ一定になる。その結果、膜厚方向においてより均質なコーティング膜を形成することができる。

１２…成膜室、１７…バイアス電源、３２ａ，３２ｂ…搬送ローラ、３４，３５…干渉部材、３６…絶縁部材、３８，３９…アーム部材、８０…搬送キャリア、８２…ロッド、８６…突出部材、１００…成膜装置、３１…ローラコンベア（搬送装置）、Ｄ…成膜領域、Ｗ…切削工具、Ｃ１，Ｃ２…キャリア待機領域、Ｈ１，Ｈ２…加熱領域

Claims (9)

1. 被成膜物にコーティング膜を形成する成膜領域を有する成膜室と、前記被成膜物を支持した搬送キャリアを搬送する搬送装置と、前記搬送キャリアを介して前記被成膜物にバイアス電圧を印加するバイアス電源とを備え、前記被成膜物にバイアス電圧を印加しながら前記搬送キャリアを前記成膜領域に通過させることで前記コーティング膜を形成する成膜装置であって、
   前記搬送キャリアには、前記被成膜物を支持して軸周りに回転する複数のロッドが起立姿勢でキャリア搬送方向に沿って配置され、
   前記搬送装置は、前記搬送キャリアの搬送方向に沿って配置された複数の搬送ローラを有し、前記搬送ローラは前記成膜室の側壁を貫通して延びるシャフトに支持され、前記シャフトには前記バイアス電源が電気的に接続されており、
   前記ロッドの外周面に径方向外側へ突出する突出部材が設けられ、
   前記成膜室の底壁に、前記成膜室内を移動する前記搬送キャリアの前記突出部材を引っ掛けて前記ロッドを軸周りに回転させる干渉部材が絶縁部材を介して設けられ、
   前記干渉部材と前記バイアス電源とは電気的に接続されており、
   前記干渉部材と前記バイアス電源とが、前記成膜室内においてケーブルを介して電気的に接続され、
   前記干渉部材は、前記絶縁部材から延びる支持部材と、前記支持部材に取り付けられたアーム部材とを有し、
   前記アーム部材は前記ケーブルを介して前記搬送ローラと接続されている、成膜装置。
2. 被成膜物にコーティング膜を形成する成膜領域を有する成膜室と、前記被成膜物を支持した搬送キャリアを搬送する搬送装置と、前記搬送キャリアを介して前記被成膜物にバイアス電圧を印加するバイアス電源とを備え、前記被成膜物にバイアス電圧を印加しながら前記搬送キャリアを前記成膜領域に通過させることで前記コーティング膜を形成する成膜装置であって、
   前記搬送キャリアには、前記被成膜物を支持して軸周りに回転する複数のロッドが起立姿勢でキャリア搬送方向に沿って配置され、
   前記搬送装置は、前記搬送キャリアの搬送方向に沿って配置された複数の搬送ローラを有し、前記搬送ローラは前記成膜室の側壁を貫通して延びるシャフトに支持され、前記シャフトには前記バイアス電源が電気的に接続されており、
   前記ロッドの外周面に径方向外側へ突出する突出部材が設けられ、
   前記成膜室の底壁に、前記成膜室内を移動する前記搬送キャリアの前記突出部材を引っ掛けて前記ロッドを軸周りに回転させる干渉部材が絶縁部材を介して設けられ、
   前記干渉部材と前記バイアス電源とは電気的に接続され、
   前記成膜室は、前記成膜領域に対してキャリア搬送方向に隣り合って配置され前記被成膜物を前記成膜領域に進入する前に加熱する加熱領域と、前記成膜領域と前記成膜室の端部との間に前記搬送キャリアを収容するキャリア待機領域と、を有する、成膜装置。
3. 前記キャリア搬送方向における前記成膜領域の両側に前記加熱領域が設けられている、請求項２に記載の成膜装置。
4. 前記干渉部材と前記バイアス電源とが、１つ又は複数の前記搬送ローラを介して電気的に接続されている、請求項１から３のいずれか１項に記載の成膜装置。
5. 前記干渉部材は、前記成膜領域内を通過する前記ロッドを回転させる位置に設けられている、請求項１から４のいずれか１項に記載の成膜装置。
6. 前記干渉部材は、前記キャリア搬送方向における前記成膜領域の中央部において前記ロッドを回転させる、請求項５に記載の成膜装置。
7. 前記ロッドの周方向に等間隔に複数の前記突出部材が設けられている、請求項１から６のいずれか１項に記載の成膜装置。
8. 被成膜物にコーティング膜を形成する成膜領域を有する成膜室と、前記被成膜物を支持した搬送キャリアを搬送する搬送装置と、前記搬送キャリアを介して前記被成膜物にバイアス電圧を印加するバイアス電源とを備え、前記搬送キャリアには、前記被成膜物を支持して軸周りに回転する複数のロッドが起立姿勢でキャリア搬送方向に沿って配置され、前記搬送装置は、前記搬送キャリアの搬送方向に沿って配置された複数の搬送ローラを有し、前記搬送ローラは前記成膜室の側壁を貫通して延びるシャフトに支持され、前記シャフトには前記バイアス電源が電気的に接続されており、前記ロッドの外周面に径方向外側へ突出する突出部材が設けられ、前記成膜室の底壁に前記突出部材を引っ掛けて前記ロッドを軸周りに回転させる干渉部材が設けられ、前記干渉部材と前記バイアス電源とが電気的に接続された成膜装置を用いるコーティング膜付き切削工具の製造方法であって、
   前記切削工具を搬送キャリアに搭載することと、
   前記成膜室内で前記搬送キャリアを搬送して前記成膜領域を通過させることと、
   前記切削工具と前記干渉部材とに前記バイアス電圧を印加した状態で、前記干渉部材と前記突出部材とを干渉させ、前記ロッドを回転させることと、
   前記成膜領域内を通過中の前記ロッドを回転させ、
   前記キャリア搬送方向における前記成膜領域の中央部において前記ロッドを回転させ、
   前記成膜室内で前記搬送キャリアを搬送し、前記切削工具を加熱する加熱領域と前記成膜領域とを順次通過させる、コーティング膜付き切削工具の製造方法。
9. 前記成膜領域に対して前記搬送キャリアの搬送方向の両側にそれぞれ前記加熱領域を配置し、複数の前記加熱領域と前記成膜領域とを含む領域に対して前記搬送キャリアを往復移動させることで前記切削工具上に複数層のコーティング膜を形成する、請求項８に記載のコーティング膜付き切削工具の製造方法。

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