(57)【要約】【課題】コーティング前寸法と後寸法の差が小さい薄膜が要求される小径工具において、クリーニングの効果を損なうことなく、小径工具への成膜速度を抑制し、大径工具との同時処理を可能とするコーティング装置を提供。【解決手段】コーティング装置内のプラズマイオン４（又はアークイオン）の照射を受ける位置に、自転ジグＣには、コーティングを施す工具刃部の外径が0.2mm 以上4.0mm 未満の小径工具10が挿入固定され、小径工具10先端から工具回転軸方向への間隔14が、1mm 以上20mm未満の位置に、プラズマイオン４（又はアークイオン）の照射を遮断する、小径工具10以外の遮蔽物11を設置した。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アークイオンプレーティング法、スパッタリング法あるいは溶融蒸発型イオンプレーティング法を含む物理蒸着法により工具刃部の外径が0.2mm 以上4.0mm 未満の小径工具にコーティングするコーティング装置であって、前記コーティング装置内のアークイオン又はプラズマイオンの照射を受ける位置に、前記小径工具先端から工具回転軸方向へ1mm 以上20mm未満の位置に、前記アークイオン又はプラズマイオンの照射を遮断する、前記小径工具以外の遮蔽物を設置したことを特徴とする小径工具のコーティング装置。
【請求項２】
アークイオンプレーティング法、スパッタリング法あるいは溶融蒸発型イオンプレーティング法を含む物理蒸着法により工具刃部の外径が0.2mm 以上4.0mm 未満の小径工具にコーティングするコーティング装置であって、前記コーティング装置内のアークイオン又はプラズマイオンの照射を受ける位置で、前記小径工具先端から工具回転軸方向へ 5mm以上10mm未満の位置に、前記アークイオン又はプラズマイオンの照射を遮断する、前記小径工具以外の遮蔽物を設置したことを特徴とする小径工具のコーティング装置。
【請求項３】
アークイオンプレーティング法、スパッタリング法あるいは溶融蒸発型イオンプレーティングを含む物理蒸着法により工具刃部の外径が0.2mm 以上4.0mm 未満の小径工具にコーティングするコーティング装置であって、前記コーティング装置内のアークイオン又はプラズマイオンの照射を受ける位置で、ターゲット又はルツボ等蒸発源から離れ、装置内での最大の成膜速度に対して0.7 倍未満となる成膜速度が得られる位置に、前記小径工具を設置したことを特徴とする小径工具のコーティング装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかのコーティング装置でコーティングした小径工具であって、工具先端外径が 0.2mm以上 4.0mm未満であるエンドミル。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれかのコーティング装置でコーティングした小径工具であって、ボール半径が 0.1mm以上 2.0mm未満であるボールエンドミル。
【請求項６】
請求項１乃至３のいずれかのコーティング装置でコーティングした小径工具であって、工具先端直径が 0.2mm以上 4.0mm未満であるドリル又は小径側の直径が 0.2mm以上 4.0mm未満である段つきドリル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アークイオンプレーティング法、スパッタリング法あるいは溶融蒸発型イオンプレーティングを含む物理蒸着法によりコーティングした小径工具及びその製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
アークイオンプレーティング法、スパッタリング法あるいは溶融蒸発型イオンプレーティングを含む物理蒸着法によるコーティングは、被処理物の径が小さいほど膜厚が厚くなることが知られている。しかし、実際は小径工具ほどコーティング前寸法と後寸法の差が小さく薄膜が要求されるため、小径工具と大径工具を同時に処理することが難しくなっている。これを解決する手段として、例えば特許文献１に開示するような、被処理材と蒸発源との間にメッシュを設けることによって、小径工具への蒸着量を抑制し、膜厚を薄くする方法が考えられる。しかし、この方法を用いた場合、コーティング前にアルゴンイオン等によって行われる、エッチングまたはボンバードと呼ばれる被処理材のクリーニングの際、被処理材に十分なバイアス電圧が印加されず、クリーニングが不十分となり、コーティングの密着性が低下してしまう。発明者らは、図１、図２に示すコーティング装置を使用し検証試験をおこなった。図１（ａ）はプラズマイオン発生源３を有するコーティング装置の概略ブロック図、（ｂ）は（ａ）の大公転ａを行う大公転ジグＡの上面図で、点線で示すように、小公転ジグＢ上で自転ｃを行う自転ジグＣが取り付けられている。図２は図１の小公転ｂを行う小公転ジグＢの拡大概略側面図である。先端外径 0.2mm、 0.5mm、 1.5mm、 3mm、 5mm、12mmの超硬合金製エンドミルを、図２に示す、工具10の先端とその上部の遮蔽物11である天板11との距離12が50mmになるように、実施例１とは異ならせて、設置した。Tiをターゲット（蒸発源）２とするアークイオンプレーティング法により、TiN 皮膜を工具であるエンドミル10上に被覆した。得られた被覆工具の膜厚を蛍光Ｘ線膜厚測定器により測定した。この結果を図４に示す。なお、蛍光Ｘ線膜厚測定器値は相対値であるので、同時にコーティングした基準となる超硬インサートの膜厚との比例値を使用して無次元化した。この基準となる超硬インサートの膜厚はカロテスト法により測定した結果、3.4 μｍであった。図４に示すように、検証試験結果は、先端外径 0.2mm、0.5mm 、 1.5mm、 3mm、 5mm、12mmの各超硬合金製エンドミルの膜厚（μｍ）は、それぞれれ概略で、16.0μｍ、11.5μｍ、7.5 μｍ、 6.5μｍ、 5.8μｍ、 4.6μｍであり、被処理物の径が小さいほど膜厚が厚くなっている。
【特許文献１】特開平7-237046号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明はこのような現状に鑑みてなされたものであって、コーティング前寸法と後寸法の差が小さい薄膜が要求される小径工具において、クリーニングの効果を損なうことなく、小径工具への成膜速度を抑制し、大径工具との同時処理を可能とするコーティング装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
このため本発明の第１発明は、アークイオンプレーティング法、スパッタリング法あるいは溶融蒸発型イオンプレーティングを含む物理蒸着法により工具刃部の外径が 0.2mm以上 4.0mm未満の小径工具にコーティングするコーティング装置であって、前記コーティング装置内のアークイオン又はプラズマイオンの照射を受ける位置で、前記小径工具先端から工具回転軸方向への間隔が、1mm 以上20mm未満の位置に、前記アークイオン又はプラズマイオンの照射を遮断する、前記小径工具以外の遮蔽物を設置したことを特徴とする小径工具のコーティング装置によってこれらの課題を解決した。
本発明の第２発明は、アークイオンプレーティング法、スパッタリング法あるいは溶融蒸発型イオンプレーティングを含む物理蒸着法により工具刃部の外径が 0.2mm以上 4.0mm未満の小径工具にコーティングするコーティング装置であって、前記コーティング装置内のアークイオン又はプラズマイオンの照射を受ける位置で、ターゲット又はルツボ等蒸発源から離れ、装置内での最大の成膜速度に対して0.7 倍未満となる成膜速度が得られる位置に、前記小径工具を設置したことを特徴とする小径工具のコーティング装置によってこれらの課題を解決した。
【発明の効果】
【０００５】
本発明の第１発明では、コーティング装置内のアークイオン又はプラズマイオンの照射を受ける位置で、前記小径工具先端から工具回転軸方向へ 1mm以上20mm未満の位置に、アークイオン又はプラズマイオンの照射を遮断する、小径工具以外の遮蔽物を設置したので、コーティング前にアルゴンイオン等によって行われる、エッチングまたはボンバードと呼ばれる被処理材のクリーニングの際、被処理材に十分なバイアス電圧が印加され、クリーニングの効果を損なうことなく、小径工具への成膜速度を抑制し、大径工具との同時処理を可能とする小径工具のコーティング装置を提供するものとなった。好ましくは、前記小径工具先端から工具回転軸方向への間隔が、5mm 以上10mm以下の位置に、前記アークイオン又はプラズマイオンの照射を遮断する、前記小径工具以外の遮蔽物を設置することが望ましい。前記間隔が 5mm未満では、設置作業中、運搬中およびコーティング処理中に、振動等によって工具先端とジグ等が接触し、欠けを生ずる危険性が高い。また、間隔が10mmを超えると成膜速度の抑制効果が弱まり、20mmを超えるとほとんど効果がなくなるからである。
本発明の第２発明では、一般の装置は装置特性として成膜速度の早い部分と遅い部分があり、これは蒸発源との距離に依存する。このことを利用し、成膜速度の遅い部分すなわち蒸発源から離れた位置に小径工具を設置することにより、コーティング前にアルゴンイオン等によって行われる、エッチングまたはボンバードと呼ばれる被処理材のクリーニングの際、被処理材に十分なバイアス電圧が印加され、クリーニングの効果を損なうことなく、小径工具への成膜速度を抑制し、大径工具との同時処理を可能とする小径工具のコーティング装置を提供するものとなった。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明を図１、図２を参照して説明する。図１（ａ）は本発明の第１の実施形態を示すプラズマイオン発生源３を有するコーティング装置の概略ブロック図、（ｂ）は（ａ）の大公転ａを行う大公転ジグＡの上面図で、点線で示すように、小公転ジグＢ上で自転ｃを行う自転ジグＣが取り付けられている。図２は図１の小公転ｂを行う小公転ジグＢの拡大概略側面図である。
【０００７】
本発明の第１の実施形態のコーティング装置１は、図１、図２に示すように、プラズマイオン発生源３を有するアークイオンプレーティング法のコーティング装置１であるが、スパッタリング法又は溶融蒸発型イオンプレーティングを含む物理蒸着法によるコーティング装置でもよい。コーティング装置１は、プラズマイオン発生源３と蒸発源であるターゲット２を有し、プラズマイオン４（中心部を示す）を発生させる。大公転ａを行う大公転ジグＡの大公転軸５は、回転装置18により、矢印ａ方向に大公転する。大公転軸５に固定された底板 14、15に図示しない回転装置により回転可能に支持された小公転ジグＢは、矢印ｂ方向に小公転する。図２に示すように、小公転軸６に固定された底板７に図示しない回転装置により回転可能に支持された自転ジグＣは、矢印ｃ方向に自転するようにされている。コーティング装置内のプラズマイオン４（又はアークイオン）の照射を受ける位置で、自転ジグＣには、コーティングを施す工具刃部の外径が0.2mm 以上4.0mm 未満の小径工具10が挿入固定され、小径工具10先端から工具回転軸方向への間隔12が、1mm 以上20mm未満の位置に、プラズマイオン４（又はアークイオン）の照射を遮断する、小径工具10以外の遮蔽物11である天板11を設置したものである。８は小径工具10先端に対する遮蔽物11である天板11の上下位置を調整する間隔12調整ジグである。
【０００８】
本発明の第１の実施形態のコーティング装置１では、かかる構成により、コーティング前にアルゴンイオン等によって行われる、エッチングまたはボンバードと呼ばれる被処理材のクリーニングの際、被処理材に十分なバイアス電圧が印加され、クリーニングの効果を損なうことなく、小径工具への成膜速度を抑制し、大径工具との同時処理を可能とする小径工具のコーティング装置を提供するものとなった。好ましくは、小径工具10先端から工具回転軸方向への間隔14が、5mm 以上10mm以下の位置に、前記アークイオン又はプラズマイオンの照射を遮断する遮蔽物11を設置することが望ましい。
【０００９】
本発明の第２の実施形態のコーティング装置は、アークイオンプレーティング法、スパッタリング法あるいは溶融蒸発型イオンプレーティングを含む物理蒸着法により工具刃部の外径が 0.2mm以上 4.0mm未満の小径工具にコーティングするコーティング装置であって、コーティング装置内のアークイオン又はプラズマイオンの照射を受ける位置で、ターゲット又はルツボ等蒸発源２から離れ、装置内での最大の成膜速度に対して0.7 倍未満となる成膜速度が得られる位置に、例えば図１のコーティング装置１で、それぞれ遮蔽物11を設置しないで、大公転ジグＡ（大公転ａしなくてもよい）をコーティング装置１の上方の天井16に近接した位置に配置し、小径工具を大公転ジグＡ、小公転ジグＢ又は自転ジグＣに設置し（小公転ｂ又は自転ｃをしなくてもよい）てもよい。
【００１０】
かかる構成により、本発明の第２の実施形態のコーティング装置では、一般の装置は装置特性として成膜速度の早い部分と遅い部分があることを利用し、成膜速度の遅い部分すなわち蒸発源から離れた位置に小径工具を設置することにより、コーティング前にアルゴンイオン等によって行われる、エッチングまたはボンバードと呼ばれる被処理材のクリーニングの際、被処理材に十分なバイアス電圧が印加され、クリーニングの効果を損なうことなく、小径工具への成膜速度を抑制し、大径工具との同時処理を可能とする小径工具のコーティング装置を提供するものとなった。
【実施例１】
【００１１】
先端外径1.5mm の超硬合金製エンドミルを、図１に示すように自転ｃ、小公転ｂ及び大公転ａする大公転ジグＡ、小公転ジグ及び自転ジグＣにジグに、図２に示すように工具10の先端とその上部の遮蔽物11である天板11との距離12を5mm 、10mm、15mm及び20mmになるように５本の工具10を設置した。Tiをターゲット( 蒸発源）２とするアークイオンプレーティング法により、TiN 皮膜を上記５本の工具10である各超硬合金製エンドミル10上に被覆した。得られた被覆工具の膜厚を蛍光Ｘ線膜厚測定器により測定した。この結果を図３に示す。なお、蛍光Ｘ線膜厚測定器値は相対値であるので、同時にコーティングした基準となる超硬インサートの膜厚との比例値を使用して無次元化した。この基準となる超硬インサートの膜厚はカロテスト法により測定した結果、3.4 μｍであった。
図４に示すように、検証試験結果は、遮蔽物11である天板11との距離12を 5mm、10mm、15mm及び20mmになるように５本の工具10である各超硬合金製エンドミル10の膜厚（μｍ）は、それぞれれ概略で、4.6 μｍ、5.6 μｍ、6.2 μｍ、6.6 μｍ、7.5 μｍであり、小径工具への成膜速度を抑制し、大径工具との同時処理を可能とする小径工具のコーティング装置を提供するものとなった。
【実施例２】
【００１２】
超硬インサート及びボール半径0.1mm のボールエンドミルに、下記の５種類の設置方法で、TiAl合金をターゲット( 蒸発源) とするアークイオンプレーティング法によりTiAlN を被覆した。
(1) 遮蔽物11である天板11を配置せず、網目間隔5mm のステンレスメッシュで覆う。
(2) 遮蔽物11である天板11を配置せず、網目間隔10mmのステンレスメッシュで覆う。
(3) 図２で遮蔽物11である天板11との間隔を10mmにする。
(4) 図１でターゲット２から離れた位置である装置最上部に20mm離隔した位置に設置。
(5) 図１、２装置で遮蔽物11である天板11を配置せず、かつ網目のステンレスメッシュを配置せず、通常のコーティング状態での比較例。
得られた超硬インサートの膜厚をカロテスト法により測定した。また、ロックウェル圧痕(Aスケール) により密着度を判定した。これらの結果を表１に示す。本発明品はいずれも、ロックウェル圧痕(Aスケール) による密着度は良い結果を示した。
次に  条件(2) 、(3) 及び(4) について下記条件により切削試験を行ったところ、工具損傷は条件(3) 及び(4) のものが少なかった。
〔切削条件〕
ボール半径：0.1mm 、被削材：NAK80(40HRC)、加工方法：溝加工、切削速度：25m/min 
送り速度：200mm/min 、切り込み( 軸方向) ：0.01mm、切り込み( 半径方向) ：0.2mm 
溝深さ：0.5mm 、切削長：200m、潤滑方法：油性切削油
【００１３】
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】（ａ）は本発明の第１の実施形態を示すプラズマイオン発生源３を有するコーティング装置の概略ブロック図、（ｂ）は（ａ）の大公転ａを行う大公転ジグＡの上面図で、点線で示すように、小公転ジグＢ上で自転ｃを行う自転ジグＣが取り付けられている。
【図２】図１の小公転ｂを行う小公転ジグＢの拡大概略側面図である。
【図３】図１、図２に示すコーティング装置を使用した実施例１の検証試験結果を示すグラフ。
【図４】図１、図２に示すコーティング装置を使用し、かつ遮蔽物11である天板11を配置せずに、検証試験をおこなった検証試験結果を示すグラフ。
【符号の説明】
【００１５】
１：コーティング装置、２：ターゲット（蒸発源）、３：プラズマ発生装置（電子銃）、４：プラズマイオン、10：小径工具、12：遮蔽物（天板）、12：小径工具先端との間隔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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