WO2007116523A1 - 硬質被膜の脱膜方法 - Google Patents

硬質被膜の脱膜方法 Download PDF

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Hiroyuki Hanyu
Yasuo Fukui
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Osg Corporation
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    • G21K—TECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
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    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting

Definitions

  • the present invention relates to a method of removing a hard coating such as TiAlN or TiCN, and more particularly to a method of removing a hard coating without damaging the main body as much as possible.
  • a hard film made of a carbide, nitride, carbonitride or their mutual solid solution power of a metal of group Illb, Group IVa, Group Va or Via of the periodic table of elements is coated on the surface of the main body
  • Hard-coated members are known.
  • a processing tool such as an end mill, a tap, a drill, or a bite
  • the above-described caulle portion which is a surface of a tool base (main body) made of cemented carbide and provided with at least a cutting edge etc.
  • Hard coated tool with hard coating coated by p VD (physical vapor deposition) method such as ion plating method
  • Patent Document 1 and the like.
  • the hard film is removed when the hard film is worn or damaged, or when a defective product is generated due to a coating defect or the like at the time of manufacture. It is considered to reuse the main body such as a tool base. That is, using hydrogen peroxide water or the like, the film is chemically decomposed by a wet method to remove the film from the main body.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-7555
  • the main body is partially preceded by a difference in the film thickness of the hard film or a difference in the ease of film removal.
  • the surface of the exposed body is also damaged by the treatment liquid, and when the hard coating is completely removed, the surface of the body may be partially roughened or weakened.
  • the WC particles in the surface layer are chemically corroded and the surface becomes fragile, and the edge of the cutting edge is not rounded or the diameter is reduced. The shape may change.
  • the present invention has been made against the background described above, and an object of the present invention is to make it possible to remove a hard coating without damaging the main body of the hard coated member as much as possible.
  • the first invention relates to carbides, nitrides, carbonitrides or their mutual solid solutions of metals of group Illb, group IVa, group Va or Via of the periodic table of the elements. And a hard coating member coated on the surface of the main body, wherein the hard coating is removed by applying an ion beam to the hard coating.
  • the hard coating is characterized in that the main body force is removed.
  • a second invention is characterized in that, in the method of removing a hard film of the first invention, etching is performed by irradiating the hard film with an ion beam generated using an inert gas as a working gas.
  • a third aspect of the present invention in the method of removing a hard coating according to the second aspect, (a) irradiating the hard coating with an ion beam generated by using a first inert gas as a first king gas to perform etching. (B) switching the working gas to a second inert gas by atomic weight rather than the first inert gas to generate an ion beam and irradiating the hard film to etch And a second etching step of
  • any one of radon, xenon and krypton is used as the working gas in the first etching step.
  • argon gas is used as the working gas in the second etching step.
  • a fifth invention is characterized in that in the hard coating film removal method according to any one of the first invention to the fourth invention, the main body is made of cemented carbide.
  • a sixth aspect of the invention is the method of removing hard coating according to any one of the first to fifth aspects of the invention,
  • the hard-coated member is characterized in that at least the working portion is coated with the hard coating to be a hard-coated processing tool.
  • the hard coating is mainly removed from the main body by sputtering by irradiating the hard coating with an ion beam and the hard coating is removed from the main body. Even if the surface of the main body is exposed partially due to the film thickness variation of the film or the film deposition rate variation, the surface is weakened by chemical corrosion as compared with the case of mainly removing the chemical reaction. And 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 only a slight addition. By recoating the hard coating, the hard coating member can be regenerated at low cost, and the adhesion strength of the hard coating is improved. The original film performance (durability, abrasion resistance, etc.) similar to that of a new product will be obtained.
  • the hard coating is etched by irradiating the hard coating with an ion beam generated using an inert gas as the working gas, so that the hard coating is mechanically removed only by the sputtering phenomenon due to the ion irradiation. Become. Therefore, although the film removal rate is slowed, even if the surface of the main body is exposed, there is no embrittlement of the surface due to chemical attack on the main body, and the adhesion strength of the recoated hard film is further improved.
  • the hard coating can be efficiently removed by the sputtering phenomenon of ions of a large mass.
  • the second etching step etching is performed using the second inert gas having a relatively small atomic weight to gradually remove the hard film by the sputtering phenomenon of ions having a small mass.
  • the first etching step and the second etching step it is basically possible to simply switch the working gas, so that the first etching step is carried out while holding the hard film coated member in a predetermined etching treatment container. And the second etching process can be performed continuously.
  • the main body is made of cemented carbide, hydrogen peroxide solution is used.
  • the WC particles in the surface layer are chemically corroded to make the surface fragile, but the present invention is applied to perform film removal mainly by sputtering phenomenon by ion beam.
  • the effects of the present invention such as the improvement of the adhesion strength of the hard film after recoating by suppressing the weakening of the surface of the main body, can be obtained remarkably.
  • FIG. 1 is a schematic configuration view illustrating an example of a hard-film removal apparatus capable of suitably carrying out the method of the present invention.
  • FIG. 2 shows an example of a hard coated tool in which the hard coating is removed by the apparatus shown in Fig. 1.
  • (a) is a front view
  • (b) is the surface of the blade coated with the hard coating. It is an enlarged sectional view of a part.
  • FIG. 3 It is a flow chart explaining the procedure at the time of film-removing a hard film using the hard film film-removing apparatus of FIG.
  • FIG. 4 After removing the hard coating on the tool base according to the method of the present invention, the durability of the hard coated tool in which the hard base is recoated on the tool base is examined. It is a figure shown compared with what (the conventional method 1 and the conventional method 2) and a new article which reproduced the hard film by film-removing by chemical processing (conventional method 1, conventional method 2).
  • Step S2 First etching process
  • Step S3 Second Etching Step
  • the present invention is suitably applied to, for example, cutting tools such as end mills, drills, taps and cutting tools, or hard coated tools such as rolling dies, but hard coated semiconductors coated with a hard coating. It can be applied to film removal of various hard coated members such as devices.
  • a cemented carbide is suitably used as a tool base on which a hard coating is coated
  • other tool materials such as high-speed tool steel can also be used.
  • the surface of the tool base may be roughened, or another coating may be provided as a base, etc. It is possible to perform certain pre-processing. The same applies to hard-coated semiconductor devices.
  • the hard coated member is a hard film made of at least a carbide, a nitride, a carbonitride or a mutual solid solution of a metal of group mb, group IVa, group Va or group Via of the periodic table of elements, or their mutual solid solution,
  • a metal of group mb, group IVa, group Va or group Via of the periodic table of elements, or their mutual solid solution For example, if T1A1N, TiCN, TiCrN, TiN, etc. are coated, it is good even if other films such as diamond film or DLC (Diamond-Like Carbon) film are provided on or under the hard film. It can be done.
  • an underlayer such as a diamond film is provided, only a hard film such as T1A1N can be removed by ion beam etching to leave the underlayer.
  • the hard coating may be provided by another film forming method such as a force plasma CVD method which is suitably provided by a PVD method such as arc ion plating method or sputtering method, for example.
  • the film thickness of the hard coating is appropriately determined depending on the type of the coating and the like, and for example, about 1 to 5 ⁇ m is appropriate.
  • Various embodiments are possible, such as a multi-layered laminated film in which two or more types of hard films are alternately laminated.
  • the etching by the ion beam is performed by moving the ion beam gun emitting the ion beam relative to the hard coating member as necessary so that the hard coating is uniformly irradiated with the ion beam. Hope U ⁇ ⁇ .
  • the portion other than the hard coating area to be etched may be masked with a masking agent such as a photoresist.
  • the working gas is a source of ions generating an ion beam, and the working gas is ionized and irradiated to the hard coating.
  • an inert gas is used as the working gas.
  • the sputtering phenomenon may cause the hard coating to be removed even by a chemical reaction. Damage to the main body is significantly suppressed compared to the membrane.
  • the hard coating 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 Various aspects are possible, such as gradually removing the hard coating by ion beam etching using a working gas such as an inert gas, after efficiently roughening the hard coating by other film removal techniques. .
  • any gas of radon, xenon, and krypton is used in the first etching step, and argon gas is used in the second etching step.
  • 1S atomic weight thereof is radon> xenon
  • krypton is argon
  • various embodiments are possible, such as xenon gas may be used in the first etching step and krypton gas may be used in the second etching step, when carrying out the third invention.
  • the inert gas neon and helium are other than this, and the force mass is small, so they are not suitable for the etching process of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic block diagram of a hard film removing apparatus 10 capable of removing a hard film according to the method of the present invention, which utilizes an ion beam etching apparatus, and a hard coated tool 12 is etched by a chuck 14.
  • the rotary table 18 in the container 16 is disposed concentric with its center line S.
  • the hard-coated tool 12 corresponds to a hard-coated member, and the figure shows the case of an end mill.
  • the tool base 20 made of cemented carbide has a shank 22 and a shank 22.
  • a blade 24 is provided on the body.
  • the blade portion 24 is provided with an outer peripheral blade 26 and a bottom blade 28 as cutting edges, and the surface of the blade portion 24 is coated with a hard coating 30 by a coating technique by a PVD method such as arc ion plating method. It is done.
  • the hard film 30 is also a carbide, nitride, carbonitride or their mutual solid solution power of a metal of group mb, group IVa, group Va or group Via of the periodic table of the elements, and in this embodiment T1A1N is It is provided as a single layer, and its film thickness is about 3 ⁇ m in the range of 1 to 5 ⁇ m.
  • FIG. 2 (a) is a front view of the hard-coated blade tool 12 as viewed in a direction perpendicular to the axis, and (b) is a surface portion of the blade portion 24 coated with the hard coating 30. It is an expanded sectional view.
  • the hatched portion in FIG. 2 (a) represents a hard film 30, which is disposed on the rotary table 18 with the blade 24 coated with the hard film 30 facing upward.
  • the processing tool 12 is a second-hand product in which the hard coating 30 is worn or damaged due to use, or a defective product produced due to a coating defect in the hard coating 30 at the time of manufacture.
  • the tool base 20 corresponds to a main body, and the blade portion 24 corresponds to a processing unit.
  • the hard film deposition apparatus 10 of FIG. 1 etches and removes the hard coating 30 by 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 (working gas) serving as an ion source of ions to the ion beam guns 32a and 32b.
  • working gas working gas
  • krypton gas and its krypton gas are used.
  • the atomic weight is small and it is possible to switch and supply it with argon gas, and krypton ion beams and argon ion beams are alternatively emitted from the ion beam guns 32a, 32b in accordance with the type of working gas.
  • the inside of the etching processing container 16 is decompressed by a vacuum pump 42.
  • the pressure Pressure
  • the acceleration voltage acceleration voltage
  • the distance between the ion beam guns 32a and 32b and the hard-coated tool 12 is about 200 mm, and a 50 kHz, 500 V load bias (Bias) is applied to the hard-coated coated tool 12 by the bias power supply 44.
  • the ion source current value (Ion source current) was 500 mA.
  • the rotary table 18 is rotationally driven at a predetermined rotational speed around a center line S by a rotary drive device 46 having an electric motor, a reduction gear, etc.
  • the hard-coated tool 12 is also integral with the rotary table 18
  • the ion beam is irradiated approximately uniformly on the entire circumference of the blade portion 24 (rotation).
  • a vertical moving table 48 is disposed above the rotary table 18, and the ion beam guns 32a and 32b are disposed via two axes of irradiation angle adjusting devices 34a and 34b, respectively.
  • 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 up and down moving table 48 is also coated with a hard coating as well as the irradiation angle adjusting devices 34a and 34b with the ion beam guns 32a and 32b according to the diameter dimension of the hard coating coated tool 12 and the like.
  • An approaching / separating device for approaching and separating the processing tool 12 is provided.
  • the vertical moving table 48 is, for example, a hard-coated tool 12 fixed to the rotary table 18 in the vertical direction by an axial moving device 50 having a feed screw which is rotationally driven in both forward and reverse directions by an electric motor. It can be moved linearly in a direction parallel to the axis (center line S).
  • the rotary drive unit 46 and the axial movement unit 50 are respectively controlled by the electronic control unit 52 having a microcomputer etc., and the hard film coated cover tool 12 is rotationally driven around the axis, and By moving the beam guns 32a and 32b up and down, the ion beam is irradiated over the entire length of the blade 24 coated with the hard coating 30.
  • the irradiation time of the ion beam is appropriately determined in accordance with the length dimension of the blade portion 24, the film thickness of the hard film 30, and the like.
  • a masking agent such as a photoresist is provided as necessary on portions other than the hard coating 30 coated area, that is, the shank 22, and etching by ion beam is prevented.
  • step S1 of FIG. 3 after the hard-film coated processing tool 12 is placed on the rotary table 18, the inside of the etching processing container 16 is decompressed to, for example, about 0.1 kPa by the vacuum pump 42.
  • step S2 the ion beam guns 32a and 32b are moved up and down while the hard coated tool 12 is rotationally driven about the axis by the rotary drive unit 46 and the axial movement unit 50, while the working gas supply unit 40 is used as a working gas.
  • the hard coating 30 is irradiated with the krypton ion beam and etched. Since krypton gas is an inert gas, the chemical reaction with T1A1N hard coating 30 is prevented only by the force of hard coating 30 to be mechanically removed based on the sputtering phenomenon due to irradiation of talypton ions.
  • the atomic weight of krypton is 83. Since it is relatively large at 80, the hard coating 30 is effectively removed by the sputtering phenomenon due to the irradiation of a large mass of tavern ions.
  • This step S2 is a first etching step.
  • the argon ion beam is formed on the hard film 30 by performing step S3 and switching the working gas supplied from the working gas supply device 40 to the ion beam guns 32a and 32b from krypton gas to argon gas. Irradiate and etch. Since argon gas is an inert gas, the chemical reaction with the TiAIN hard coating 30 is prevented as in the above step S2, and the hard coating 30 is mechanically removed based on the sputtering phenomenon due to the irradiation of argon ions. Since the atomic weight of argon is relatively small V at 39.95, the hard coating 30 is removed relatively slowly by the sputtering phenomenon due to the irradiation of a small mass of argon ions. The etching process by the argon ion beam is performed for a predetermined time (for example, about 10 hours) which can completely remove the hard film 30.
  • This step S3 is a second etching step.
  • the hard coating 30 is removed from the tool base 20 mainly by the sputtering phenomenon by etching by irradiating the hard coating 30 with an ion beam, so that the hard coating can be removed. Even if the surface of the tool substrate 20 is partially preceded due to the film thickness variation of 30 and the film deposition rate variation, the surface due to chemical erosion is compared with the case where the film is mainly subjected to chemical reaction. As well as suppressing the embrittlement of the steel, the influence on the tool base 20 is reduced and the shape change and the dimensional change are also reduced.
  • krypton gas as a working gas for generating an ion beam is used.
  • an inert gas of argon gas is used, chemical reaction with the hard film 30 may result in mechanical removal of the hard film 30 only by sputtering due to ion irradiation. Therefore, although the film deposition rate is reduced, even if the surface of the tool substrate 20 is exposed, there is no surface weakening due to chemical erosion on the tool substrate 20, and the adhesion of the recoated hard film 30 The strength is further improved.
  • the tool base 20 is made of cemented carbide, if WC particles are removed by chemical reaction using hydrogen peroxide water, WC particles in the surface layer portion The film is chemically attacked and the surface becomes fragile The film is removed by sputtering with an ion beam using an inert gas as the working gas, so that the surface of the tool substrate 20 is prevented from becoming fragile, and re-
  • the above-described effects such as the improvement of the adhesion strength of the hard film 30 after the coating can be obtained remarkably.
  • the hard coating 30 is efficiently removed by the sputtering phenomenon of krypton ions of relatively large mass, while the step S3 is performed.
  • the tool substrate 20 can be formed by appropriately setting the processing time thereof. The film removal processing time can be shortened while minimizing the effects (shape change and dimensional change).
  • step S2 is set to a processing time as long as possible within the range where the tool base 20 is not exposed in the portion (film thickness is 3 m) where hard coating 30 is correctly coated
  • step S3 is a step The minimum required processing time is set so that the hard film 30 left behind in S2 can be completely removed.
  • steps S 2 and S 3 are continuously performed. be able to.
  • a tool diameter D of 10 mm coated with a film thickness of T1A1N force S3 ⁇ m as the hard film 30 on the blade portion 24 of the tool base material 20 made of cemented carbide is about a 2-flute end mill
  • the surface wear width VB (mm) was examined, the results shown in FIG. 4 were obtained.
  • test article according to the method of the present invention was subjected to the film removal treatment with the treatment time of step S2 for 20 hours and the treatment time for step S3 for 10 hours, and the hard film 30 was obtained using the tool substrate 20 obtained as it was. It is recoated.
  • the test products of the conventional method 1 and the conventional method 2 are all those obtained by recoating the hard film 30 on the tool base material 20 that has been subjected to chemical treatment using hydrogen peroxide solution.
  • the wear surface wear width VB is about 1Z2 as compared with the conventional methods 1 and 2, and the wear resistance is as excellent as that of the new product. It is understood that sex can be obtained. It is considered that this is because the adhesion strength of the hard film 30 to the tool base 20 is equivalent to that of a new product, and the cutting edge shape of the outer peripheral blade 26 is equivalent to that of a new product and excellent cutting performance is obtained.
  • the hard coating is mainly removed from the main body by sputtering by irradiating the hard coating with an ion beam, thereby removing the chemical reaction.
  • the influence on the main body is reduced and shape change and dimensional change are also reduced.
  • the present invention is suitably used in the case where the hard film of a hard film coated member such as an end mill, a tap, or a drill is removed and the main body such as a tool substrate is reused to regenerate the hard film coated member. Ru.

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Abstract

　図３に示すように、ステップＳ２で比較的大きな質量のクリプトンイオンビームにより硬質被膜３０を能率良くエッチングした後、ステップＳ３で質量の小さなアルゴンイオンビームにより硬質被膜３０をゆっくりとエッチングすることにより、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短時間で脱膜処理を行うことができる。クリプトンおよびアルゴンは何れも不活性ガスであるため、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あり、その工具基材２０に硬質被膜３０を再コーティングして硬質被膜被覆加工工具１２を再生しても、硬質被膜３０が優れた密着強度でコーティングされる。

Description

明 細 書
硬質被膜の脱膜方法
技術分野
[0001] 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。
背景技術
[0002] 元素の周期表の Illb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力 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カ卩ェ部に、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。
[0003] そして、このような硬質被膜被覆部材にお 、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。
特許文献 1：特開 2005 - 7555号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0004] しカゝしながら、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つ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 (耐久性ゃ耐摩 耗性など）が得られな力つたり、刃先が丸くなって切削性能が低下したりする。
[0005] 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。
課題を解決するための手段
[0006] 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 Illb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 ヽる硬質被膜被覆部材に関し、 前記硬質被膜を前記本体力ゝ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力 脱膜することを特 徴とする。
[0007] 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。
[0008] 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の不活性ガスをヮ 一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 力 、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。
[0009] 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エッチングェ 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。
[0010] 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 、ることを特徴とする。
[0011] 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 、る 硬質被膜被覆加工工具であることを特徴とする。
発明の効果
[0012] 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ェ ツ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つて形状変化 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 (耐久性ゃ耐摩耗性など)が得られるようになる。
[0013] 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。
[0014] 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 、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 ヽため、硬質被膜被覆部材を所定のエツチン 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エッチングェ 程を連続して行うことができる。
[0015] 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。
図面の簡単な説明
[0016] [図 1]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。
[図 2]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。
[図 3]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。
[図 4]本発明方法に従って工具基材カゝ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。
符号の説明
[0017] 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 S 2：第 1エッチング工程
ステップ S3：第 2エッチング工程
発明を実施するための最良の形態
[0018] 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。
[0019] 硬質被膜がコ一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、ェ 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。
[0020] 硬質被膜被覆部材は、少なくとも元素の周期表の mb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 T1A1N、 TiCN、 TiCrN、 TiNなどがコーティングされておれば良ぐその 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、 T1A1N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〖こすることもできる。
[0021] 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 PV D法によって好適に設けられる力 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 1〜5 μ m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。
[0022] 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 Uヽ。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。
[0023] 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ィォ 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カ卩えて化学反応によっても硬質被膜が除去 されることになる力 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。
[0024] 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 しぐ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。
[0025] 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 1S 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エツチン 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力 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 、。
実施例
[0026] 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、硬質被膜被覆加工ェ 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がー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 mb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 固溶体力も成るもので、本実施例では T1A1Nが単層で設けられているとともに、その 膜厚は 1〜5 μ mの範囲内で約 3 μ mである。
[0027] 図 2の (a)は、硬質被膜被覆カ卩ェ工具 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 硬質被膜被覆カ卩ェ工具 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。
[0028] 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 32 a、 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 、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. lPaとされるとともに、イオンの加速電圧 (acceler ation voltage)は 3. OkV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、その硬質被膜被覆カ卩ェ工具 12にはバイァ 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。
[0029] 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。
[0030] 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つている。そして、マイクロコンピュータ等を有する電子制御装置 5 2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 膜被覆カ卩ェ工具 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 長に亘つ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。
[0031] 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、硬質被膜被覆加工ェ 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 1 6内を例えば 0. lPa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、 T1A1Nの硬質被膜 30と化学反応を起こすことはなぐ専らタリ 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 去される力 クリプトンの原子量は 83. 80で比較的大きいため、大きな質量のタリブト 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!/、る部分 (膜厚が 3 μ m)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 2 0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エッチングェ 程である。
[0032] 続!、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 32 a、 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 TiAINの硬質被膜 30と化学反 応を起こすことはなぐ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力 アルゴンの原子量は 39. 95で比較的小さ V、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。
[0033] 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 Ti A1N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。
[0034] 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 つ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〖こ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 (耐久性ゃ耐摩耗性など)が得られる ようになる。
[0035] 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 ことはなぐ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〖こなる。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。
[0036] 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 ヽるため、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力 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 がー層顕著に得られる。
[0037] また、本実施例では、ステップ S 2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 3 m)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 S 3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。
[0038] 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 テツプ S2および S3を連続して行うことができる。
[0039] 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 T1A1N 力 S3 μ m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 ヽた化学処理で脱膜した工具基材 20に硬質被膜 30を再コ一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、 φ 10
•切削速度 34. 5mZ分
•送り速度 0. 03mmZ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)
[0040] 図 4の測定結果力も明らかなように、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 1Z2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。
[0041] 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。
産業上の利用可能性
[0042] 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ツ 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つ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カ卩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〖こなる。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。

Claims

請求の範囲
[1] 元素の周期表の Illb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力 成る硬質被膜が、本体の表面にコーティン グされて!/ヽ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、該硬質被膜を 前記本体から脱膜する
ことを特徴とする硬質被膜の脱膜方法。
[2] 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
ことを特徴とする請求項 1に記載の硬質被膜の脱膜方法。
[3] 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力 、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請求項 2に記載の硬質被膜の脱膜方法。
[4] 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。
[5] 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 1〜4の何れか 1項に記載の硬質被膜の脱膜方法。
[6] 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 V、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 1〜5の何れか 1項に記載の硬質被膜の脱膜方法。
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