アドバンストコーティングシステムiDS-720の開発

一 般 論 文アドバンストコーティングシステム
iDS-720の開発
Development of Advanced Coating System iDS-720
岡崎尚登田野義浩

Okazaki Naoto
Tano Yoshihiro

吉原Yoshihara Ken健概要
当社では、これまでのコーティング装置を、基礎的な項目から抜本的に見直し、生産性や膜性能を高めたiDS（*）シリーズの開発を進めてきた。iDSシリーズのチャンバサイズのラインアップ化を進め、様々な用途への適用性を拡げた。この度、工具などの量産や、大型の金型処理に適したサイズであるiDS-720を開発し、販売を開始したので報告する。

Synopsis
We reviewed the previous coating systems radically from the basic viewpoint, and we had beenpushing forward the development of the iDS series that raised productivity and coating film’sperformance. By increasing chamber’s size lineup of iDS series, we expanded adaptability for various
application. This time we will report that iDS-720, that is suitable for the tool ’s mass-production, or bigsize punch/dies, is developed and started to sell.

■₁．はじめに
当社では、1985年にコーティング装置の初号機をお客様に納入して以来、36年間に渡って装置の製造販売の事業を行っている。2010年には、それまで日新電機で行っていた本事業を、関係会社であるITFに移管して現在に至る。ITFでは、コーティングの受託加工と、装置販売の事業を展開している。
従来のコーティング装置のモデルである「Mシリーズ」の抜本的な設計変更に着手して、新しく「iDSシリーズ」を製品化し、チャンバサイズのラインアップを充実させた。

■₂．Mシリーズの性能向上
これまでのMシリーズのコーティング装置に対し、ユーザからの性能向上の要求を受け、抜本から設計変更し、性能向上を図るものとした。
まず真空装置としての基本的な性能である「排気コ日新電機技報 Vol. 66, No. 1（2021.6）― 42 ―ンダクタンス（真空引きのし易さの数値の一つ）」の改善から着手し、真空チャンバから真空ポンプへと繋がる経路の最適化を実施した。次に、チャンバ内部を加熱するヒータの必要容量について検討を深め、生産機として十分なヒータ容量を選択できるようにした。
同時に高出力のヒータを運用するための防着板構造についても改良を行った。

■₃．新型アーク蒸発源の開発
Mシリーズに搭載していたアーク蒸発源は2S型と呼称し、カソード（コーティングの金属材料になる部分で、かつアーク放電のマイナス側となる）の直径が64mmで厚みが32mmと比較的小さいものであった。直径が小さく、厚みがあるので熱伝導が制限され、アーク電流を大きくすることに制限があり、カソードの材料利用効率も低くなっていた。
この構造を設計変更して直径を大きく（160mm）厚アドバンストコーティングシステムiDS-720の開発

みが薄い（12mm）サイズにすることで熱伝導を良くし、200Aといった大きなアーク電流での運転を可能とした。
新たな技術開発として取り組んだ部分は、その磁場構造であり、カソード背面に永久磁石を配置し、それをモーターで回転させる方式を採用した。これによりカソードの均一消耗と、面粗度の向上（ドロップレットの低減）を両立させることができた。
永久磁石を回転させる方式は慣例的にステアード（steered）型と呼ばれており、我々はこの新型蒸発源をステアワン（steer one）蒸発源と名付けた。
図1に、ステアワン蒸発源によるチタン製カソード電極でのアーク放電の様子を示す。本写真は、カメラのシャッター開時間を0.5秒として、その間のアークスポットの動く範囲を捉えたものである。短時間でカソード全面に渡って放電を行き渡らせる事がカソードの均一な消費にもつながっている。

図₁

図₃

ステアワン蒸発源によるAlCrN膜表面写真¢3.9m,.¨^Ra0.14m£■₄．新型装置iDSシリーズの開発前述した、排気コンダクタンスの改善やヒータ・防着板等の改良、及び開発した新型アーク蒸発源「ステアワン蒸発源」などの新技術を、新しい装置に盛り込み「iDS、Innovative Deposition System」とシリーズ名称を命名した。2014年には、最初のモデルであるiDS500（図₄）が完成した。

ステアワン蒸発源のアーク放電の様子

また、図₂、図₃には、2S型蒸発源とステアワン蒸発源を使用し、同じ成膜条件でAl-Cr-N膜を成膜したテストピース表面の電子顕微鏡写真を示した。
ステアワン蒸発源では、ドロップレットが抑制されて、平滑な表面が得られている。

図₂

2S蒸発源によるAlCrN膜表面写真（膜厚3.9μm, 平均粗さRa 0.24μm）

図₄

iDS-500外観写真

従来機M500Dと開発機iDS-500とで、同一のドリル受託加工品で、同じ膜種を成膜した場合の処理時間を比較した結果を図₅に示す。従来は平均10.4時間を要した処理が、iDS-500では5.7時間で処理ができており、サイクルタイムが大幅に短縮されたことがわかる。排気コンダクタンスの増大と加熱ヒータの高容量化により、短時間で炉内のガス出しを完了させることができ、初期排気と加熱排気時間の短縮が可能となっている。また、炉内の真空度が向上しているので、ボンバード工程も短時間で同じ効果が得られている。新型アーク蒸発源ステアワンにより成膜速度が上がったので、成膜時間も短縮できている。

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日新電機技報 Vol. 66, No. 1（2021.6）

アドバンストコーティングシステムiDS-720の開発

表₁
モデル名

iDSシリーズのラインアップ

iDS-mini

iDS-500

iDS-720iDS-1000

外観写真

φ450xH420

φ500xH500

φ720xH800

φ1000xH1000

縦方向蒸発源数

有効成膜ゾーン（mm）

2345

蒸発源搭載可能面数3446

最大搭載重量（kg）

180320700700

表₂
膜種
膜色

iDSシリーズで成膜可能な膜種例

窒化チタン炭窒化チタン

窒化チタンアルミ

窒化クロム

窒化アルミクロム（TiN）（TiCN）（TiAlN）（CrN）（AlCrN）

金色

灰色～紫色

紫色

銀色

黒灰色

膜厚（μm）

2～42～42～42～42～4

ビッカース硬度（Hv25g）

1800～2200

2000～3000

2000～3000

1200～2200

2000～2500◎高温切削環境

耐摩耗性〇◎高荷重滑り環境◎高温切削環境◎高荷重滑り環境

耐熱性（℃）

600

500

800

800

900

処理温度（℃）

400～480
一般切削工具汎用金型

400～480
パンチ／ダイ
摺動部品
低摩擦係数
高硬度

400～480
高速切削工具
高温金型

400～480
機械部品・エンジン部品
Ｃrメッキ代替
耐摩耗性
耐熱性

400～480
高速切削工具
高温金型

用途例
膜の特徴

汎用膜

■₆．まとめ従来の成膜装置モデルであるMシリーズの抜本的な設計変更と技術開発を行い、iDSシリーズとして集約させた。アークイオンプレーティング装置の重要部分であるアーク蒸発源については、以前の2S型からステアワン型へと進化し、面粗度を改善させることができた。
また、材料の利用効率が高まったことにより、従来の2S型と比較して、最大1/2にまで材料費の低減が可能となった。そして、色々な分野に適用していただけるように大きさのラインアップを拡充させた。
今回報告したiDS-720は以前のモデルM720と同じ有効成膜ゾーンを持つモデルであるが、使い勝手を考慮高温耐酸化性

高温耐酸化性し、M720よりもチャンバ高さを100mm延ばし、より有効に成膜ゾーンを利用できるようにしている。
また、基材を搭載する治具テーブル部分は強度を増し、荷重が700kgまで耐えるようにした。この数値はiDSのラインアップ中ではiDS-1000に相当し、より大型の金型や大量の基材の処理も可能となった。
このように、性能や使い勝手にも配慮した製品となっており、お客様にご満足いただけるものと確信している。
（*）「iDS」は、日本アイ・ティ・エフ㈱の登録商標です。

執筆者紹介岡崎吉原尚登 Okazaki Naoto

健 Yoshihara Ken

日本アイ・ティ・エフ株式会社

日本アイ・ティ・エフ株式会社

取締役

装置部

田野

装置部長

グループ長

義浩 Tano Yoshihiro

日本アイ・ティ・エフ株式会社
装置部

主査― 45 ―

日新電機技報 Vol. 66, No. 1（2021.6）