JPH04214854A - 窒化ほう素膜の形成方法 - Google Patents

窒化ほう素膜の形成方法

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JPH04214854A
JPH04214854A JP40238190A JP40238190A JPH04214854A JP H04214854 A JPH04214854 A JP H04214854A JP 40238190 A JP40238190 A JP 40238190A JP 40238190 A JP40238190 A JP 40238190A JP H04214854 A JPH04214854 A JP H04214854A
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JP
Japan
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film
ions
boron nitride
cutting tool
ion
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JP40238190A
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Tadashi Rokkaku
正 六角
Toshio Taguchi
田口 俊夫
Toshiro Kobayashi
敏郎 小林
Nobuki Yamashita
信樹 山下
Satoshi Morimoto
聡 森本
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/04Coating on selected surface areas, e.g. using masks
    • C23C14/042Coating on selected surface areas, e.g. using masks using masks
    • C23C14/044Coating on selected surface areas, e.g. using masks using masks using masks to redistribute rather than totally prevent coating, e.g. producing thickness gradient

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  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Organic Chemistry (AREA)
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、切削工具,航空機用油
圧部品等の、耐摩耗性と小摩擦係数を必要とし、傾斜面
,曲面,コ−ナ−を有する産業用部品に対して、立方晶
窒化ほう素膜等の窒化ほう素膜を形成する窒化ほう素膜
の形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、立方晶窒化ほう素合成,成膜に関
する研究が盛んに行われているが、やっと平板表面への
立方晶窒化ほう素合成ができたレベルにある。また、成
膜された膜の質に関しても、100 %立方晶窒化ほう
素ではなく、アモルファス窒化ほう素の含まれたものも
あるが、アモルファス窒化ほう素自体も硬質層であり、
耐摩耗性と小摩擦係数を必要とする対象面に100 %
立方晶窒化ほう素ではなくても成膜により耐摩耗性向上
の効果が見られる。
【0003】切削工具,航空機用油圧部品等の、耐摩耗
性と小摩擦係数を必要とし、傾斜面,曲面,コ−ナ−を
有する産業用部品に、窒化ほう素あるいはこれらの混合
の窒化ほう素膜を適用するには、次のような課題がある
。 (1) 密着力の向上 (2) 傾斜面,曲面,コ−ナ−部への成膜
【0004
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術によれば、以下に述べる問題点を有する。
【0005】上記(1) の密着力の向上に関しては、
イオン注入,又はイオンミキシングを行って、基材と窒
化ほう素との間にミキシング層を形成し、化学量論的に
略50%窒素,50%ほう素である窒化ほう素膜から、
100 %基材の原子組成との間に緩やかに窒素,ほう
素の原子濃度が基材の原子組成に変化していく傾斜組成
を設けることにより、密着力の向上が図れる。しかし、
イオン注入、又はイオンミキシングを行ってミキシング
層を形成する際には、成膜対象面に対する該イオンの入
射角度の大きさによって、該ミキシング層の特性が大き
く影響を受ける。即ち、該イオン入射角度が大きくなる
につれて、該成膜対象面及び該ミキシング層のイオンエ
ッチングレ−トが大きくなり、形成されるミキシング層
の深さが密着力の向上のためには不十分な浅いものとな
るか又はミキシング層形成自体が困難となる。該イオン
照射の加速電圧を大きくすることによって、所要のミキ
シング層の深さを得るための該成膜対象面に対する該イ
オン入射角度の範囲を大きくすることはある程度可能で
あるが限度である。例えば、図3に示すような傾斜面,
コ−ナ−を有する切削工具のCBN成膜対象面にイオン
注入又はイオンミキシングによりミキシング層を形成す
る場合を考える。
【0006】図2に示す切削工具において、左コ−ナ−
中心の法線方向(矢印ab方向)からN+ イオンの加
速照射とB(ほう素)の蒸着を行ってイオンミキシング
層の形成をする場合、左側面,左コ−ナ−,及び刃先面
に関しては、イオン入射角度は35degree以下に
できるので、イオン加速電圧を、例えば100 KV程
度まで大きくすることによって所要の深さ、例えば10
00〜2000オングストロ−ムのミキシング層を形成
し、立方晶窒化ほう素等の窒素化ほう素膜の密着力を確
保することができる。 しかしながら、同図の右コ−ナ−においては、イオン入
射角度は図中にθとして示すように例えば50degr
ee以上の大きな角度となる。そのため、該右コ−ナ−
においては、イオンエッチングの効果が大きいため、所
要の深さのミキシング層を形成することが困難であるだ
けでなく、別工程ですでに形成済みのミキシング層をエ
ッチングにより除去してしまう、という問題がある。
【0007】上記(2) の傾斜面,曲面,コ−ナ−部
への成膜に関しては、例えば0.3〜1KVと比較的小
さくイオンエッチング作用は小さくなるが、それでも該
成膜対象面に対するイオン入射角度が大きいと、窒化ほ
う素の成膜ができなくなるだけでなく、窒化ほう素膜の
密着性確保のために設けたミキシング層が、窒化ほう素
成膜時のイオン照射によるエッチングで除去されるとい
う不具合を生じる。
【0008】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
、イオン注入又はイオンミキシングによるミキシング層
の形成時及び立方晶窒化ほう素等の窒化ほう素成膜時に
、形成済みのミキシング層をイオンエッチングに対して
保護することにより、傾斜面,曲面,コ−ナ−を有する
対象に密着性の優れた窒化ほう素膜を形成できる窒化ほ
う素膜の形成方法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、ほう素蒸発源
又はほう素イオン供給源と、窒素イオン又は窒素,希ガ
スの混合イオン供給源を備え、前記イオン供給源と成膜
対象物との間に電界を設けて前記イオンを成膜対象物面
に照射するようにした窒化ホウ素膜の形成方法において
、前記イオンの入射方向に対して被成膜物面の法線方向
を制御する手段とを具備し、前記成膜対象物面に対する
前記イオンの入射角度を制限するマスクを設けた上で、
前記成膜対象物面とマスクとの相対的位置関係を制御す
ることを特徴とする窒化ホウ素膜の形成方法である。
【0010】ところで、イオンを成膜対象に照射する手
段としては、イオン供給源直後に加速電極を設けてイオ
ンに加速エネルギを与える方法(ソ−スドライヴ)と、
成膜対象面に負のバイアス電圧をかけて、正に帯電した
イオンを引き込む方法(シンクドライヴ)とがある。前
者はイオン蒸着法、後者はイオンプレ−ティング法と称
せられるが、本発明による立法晶窒化ほう素等の窒化ほ
う素成膜方法の適用はこの両者を含むものである。
【0011】
【作用】本発明においては、イオンミキシングとCBN
成膜時の夫々において、成膜対象面に対するイオン入射
角度を制限した範囲内でのイオンミキシング又はBN成
膜処理を行い、成膜対象面の法線に対するイオン入射角
度が急激に大きくなる範囲は該窒素イオンN+ ,ほう
素上記Bとが表面に到達できないようになっている。
【0012】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図1を参照して説
明する。
【0013】図1の(A)において、1は立方晶窒化ほ
う素(以下CBN;Cubic  BoronNitr
ideと略す)成膜対象の切削工具の一例であり、歯切
り用切削工具の一部を示す。また、2,3,4,5,6
は、夫々前記切削工具の左側面,左コ−ナ−,歯先面,
右コ−ナ−,右側面を示す。
【0014】図中にc−dで示すピッチ線より刃先側の
面にCBN成膜を施す必要がある。7は、上記切削工具
の表面基材と同じ材質又はTi,TiN,Mo,カ−ボ
ングラファイト等のイオンエッチングレ−トの小さい材
質からなるマスクである。8は、前記マスクに設けたス
リットであり、イオン及びほう素(B)の金属蒸気はこ
のスリット8のみを通過して成膜対象物面に到達する。
【0015】前記切削工具1とマスク7とは、図示しな
い既存技術による装置によって、図中の点Oを中心とし
て矢印fの方向及びその逆方向に回動,角度決め可能に
なっている。また、前記マスク7は、図示しない既存技
術による装置によって、切削工具1に対して相対的に可
動であり、ピッチ線c−dに平行な矢印g−hの方向に
駆動位置決め可能になっている。図1の(A)の矢印e
で示す方向より、窒素イオン(N+ )とほう素の金属
蒸気(B)とがマスク7,切削工具1に対して照射され
るようになっている。
【0016】なお、図示しない窒素イオンの供給源,ほ
う素の金属蒸気の供給源,切削工具1,該マスク7,及
び切削工具1とマスクの回動,位置決めを行う図示しな
い装置は、図示しない真空チャンバ−内に設置されてい
るものとする。
【0017】図1の(A)は、切削工具1の左側面2,
左コ−ナ−3,および刃先面4に対してイオンミキシン
グ又はCBN成膜を施す状態にあり、成膜対象物面の法
線に対するイオン入射角度が急激に大きくなる該右コ−
ナ−5,右側面6はマスク7によって窒素イオンN+ 
,ほう素蒸気Bとが表面に到達できないようになってい
る。
【0018】図1の(B)は、切削工具1とマスク7を
点Oを中心として矢印fの方向に回転した後、マスク7
を切削工具1に対して矢印g方向に移動位置決めしたと
きの、切削工具1,マスク7の姿勢と位置を示す。成膜
対象物面の法線に対するイオン入射角度が急激に大きく
なる左コ−ナ−3,左側面2は、マスク7によって窒素
イオンN,ほう素蒸気Bとが表面に到達できないように
なっている。
【0019】しかして、上記実施例によれば、イオンミ
キシングとCBN成膜時の夫々において、成膜対象面に
対するイオン入射角度を制限した範囲内でのイオンミキ
シング又はBN成膜処理を行い、成膜対象面の法線に対
するイオン入射角度が急激に大きくなる範囲は該窒素イ
オンN+ ,ほう素上記Bとが表面に到達できないよう
になっている。その結果、 (1) イオンミキシング時には、すでにミキシング層
を形成した面においては、イオンによるエッチング作用
で形成済みのミキシング層が除去されることがない。 (2) CBN成膜時にも、イオンによるエッチング作
用で形成済みのミキシング層が除去される量を小さくす
ることができる。
【0020】なお、上記実施例では、立方晶窒化ほう素
(CBN)の成膜の場合を示したが、アモルファス窒化
ほう素等の窒化ほう素あるいは窒化ほう素と立方晶窒化
ほう素(CBN)の混合膜の場合も本発明の適用対象に
含まれる。上記実施例では、希ガスとしてアルゴンのイ
オン(Ar+ )の場合を示したが、ヘリウムその他の
希ガスを用いることもあり得る。
【0021】上記実施例でも触れているように、窒化ほ
う素形成のための必要工程としてのイオンミキシング層
の形成時に本発明で示す方法を用いることも、本発明の
適用対象として含まれるものとする。上記実施例では、
図示していないが、既存技術による手段として、次のも
のがある。 (1) イオン入射方向に対してCBN膜対象面の法線
方向を制御する手段として、図中の点Oを中心として切
削工具1及びマスク7を回動する手段。 (2) 成膜対象面とマスクとの相対的位置関係を制御
する手段として、図中の矢印g−h方向にマスク7を駆
動位置決めする手段。
【0022】
【発明の効果】以上詳述した如く本発明によれば、傾斜
面,曲面,コ−ナ−を有する成膜対象品に対しても、C
BNの密着性確保に必要な深いミキシング層の形成を可
能とするため、密着力の優れたCBN成膜が可能であり
、CBNコ−ティングの適用対象品を広げ、産業上の効
果が大きい窒化ほう素成膜の形成方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る窒化ほう素成膜の形成
方法の説明図。
【図2】従来の窒化ほう素成膜の形成方法の説明図。
【符号の説明】
1…切削工具,2…左側面、3…左コ−ナ−、4…刃先
面、5…右コ−ナ−、6…右側面、7…マスク。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  ほう素蒸発源又はほう素イオン供給源
    と、窒素イオン又は窒素,希ガスの混合イオン供給源を
    備え、前記イオン供給源と成膜対象物との間に電界を設
    けて前記イオンを成膜対象物面に照射するようにした窒
    化ホウ素膜の形成方法において、前記イオンの入射方向
    に対して被成膜物面の法線方向を制御する手段とを具備
    し、前記成膜対象物面に対する前記イオンの入射角度を
    制限するマスクを設けた上で、前記成膜対象物面とマス
    クとの相対的位置関係を制御することを特徴とする窒化
    ホウ素膜の形成方法。
  2. 【請求項2】  前記マスクの材質が、成膜対象物の表
    面基材と同質又はTi,TiN,Mo,カ−ボン,カ−
    ボン複合材料等のエッチングレ−トの小さい材質からな
    る請求項1記載の窒化ほう素膜の形成方法。
JP40238190A 1990-12-14 1990-12-14 窒化ほう素膜の形成方法 Withdrawn JPH04214854A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100466536B1 (ko) * 2002-05-10 2005-01-15 한국원자력연구소 이온 조사에 의한 이용기 날의 표면처리 방법
JP2006205297A (ja) * 2005-01-27 2006-08-10 Kyocera Corp 表面被覆切削工具およびその製造方法
DE102008032656A1 (de) * 2008-07-10 2010-01-14 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Vefahren zur Beschichtung eines Zahnrads
JP2012514691A (ja) * 2009-01-09 2012-06-28 フラウンホッファー−ゲゼルシャフト・ツァー・フォデラング・デル・アンゲワンテン・フォーシュング・エー.ファウ. 機能表面のコーティングのための方法及び装置

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