專利名稱：導(dǎo)襯的內(nèi)周面上形成的硬質(zhì)碳膜的剝離方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種安裝在自動(dòng)車床上、并能旋轉(zhuǎn)地支撐著被加工物的導(dǎo)襯與被加工物相滑動(dòng)接觸的內(nèi)周面上形成的硬質(zhì)碳膜的剝離方法。
背景技術(shù)：
設(shè)在自動(dòng)車床的立柱上、并能使圓柱狀的被加工物旋轉(zhuǎn)地保持在切削工具附近的導(dǎo)襯有旋轉(zhuǎn)式和固定式兩種。旋轉(zhuǎn)式的導(dǎo)襯在總是與被加工物一起做旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，能對(duì)該被加工物以可以向軸向滑動(dòng)的方式進(jìn)行保持；而固定式的導(dǎo)襯不旋轉(zhuǎn)，而能對(duì)被加工物以可旋轉(zhuǎn)及可沿軸向滑動(dòng)的方式進(jìn)行保持。
在無論哪一種導(dǎo)襯上，都備有錐形外周面；為使其具有彈力的螺旋開槽和用于安裝在立柱上用的螺旋部；以及保持被加工物的內(nèi)周面。該內(nèi)周面由于總是與被加工物相滑動(dòng)接觸，所以容易受到磨損，特別是在固定式的情況時(shí)，這種磨損是很劇烈的。
因此，我們?cè)缦忍岢隽诉@樣的方案，即通過在因被加工物的旋轉(zhuǎn)和滑動(dòng)而與被加工物相滑動(dòng)接觸的導(dǎo)襯的內(nèi)周面上形成硬質(zhì)碳膜，而極大地提高其耐磨性，且還能防止燒傷。
所說的該硬質(zhì)碳膜是氫化非晶形碳膜，由于它具有很類似于金剛石的性質(zhì)，所以也被稱為金剛石狀碳膜(DLC)。
該硬質(zhì)碳膜(DLC)，其硬度大(維氏硬度在3000Hv以上)、耐磨性好、摩擦系數(shù)小(是超硬合金的1／8左右)、且耐腐蝕性也好。
因此，在與被加工物相滑動(dòng)接觸的內(nèi)周面上設(shè)有該硬質(zhì)碳膜的導(dǎo)襯，與現(xiàn)有的在內(nèi)周面上設(shè)有超硬合金或陶瓷的導(dǎo)襯相比，就能極大地提高耐磨性。
因此，將它作為自動(dòng)車床的固定式導(dǎo)襯而使用時(shí)，即使是進(jìn)行切削量大、加工速度快的重切削，在被加工物上也不會(huì)產(chǎn)生損傷或燒傷，能長(zhǎng)時(shí)間地進(jìn)行精度高的加工作業(yè)。
另外，也可以將硬質(zhì)碳膜通過提高粘附性用的中間層而設(shè)在導(dǎo)襯的內(nèi)周面上。
當(dāng)用雙層膜形成該中間層時(shí)，其中該雙層膜是由用由鈦或鉻或它們中的任何一種的化合物所構(gòu)成的下層、以及由硅或鍺或它們中的任何一種的化合物所構(gòu)成的上層所形成的，由于下層保持著與導(dǎo)襯的內(nèi)周面(基體材料的合金工具鋼)之間的粘附性，而上層與硬質(zhì)碳膜之間牢固地結(jié)合，所以可以得到粘附性好的牢固的硬質(zhì)碳膜。
或者，還可以通過碳化鎢(WC)等超硬合金或碳化硅(SiC)等陶瓷燒結(jié)體等的硬質(zhì)構(gòu)件，而將硬質(zhì)碳膜設(shè)在內(nèi)周面上，在此情況時(shí)，如果通過與上述同樣的中間層而設(shè)置硬質(zhì)碳膜，就能進(jìn)一步提高其粘附性。
可是，即使對(duì)這樣地在內(nèi)周面上形成有硬質(zhì)碳膜的導(dǎo)襯，當(dāng)在成膜后的檢測(cè)中檢測(cè)出了成膜不良的情況時(shí)，或由于長(zhǎng)期使用，而使硬質(zhì)碳膜產(chǎn)生了損傷時(shí)，或者發(fā)生了任何的不良情況等時(shí)，為了重新形成該硬質(zhì)碳膜，就需要將在該內(nèi)周面上所形成的硬質(zhì)碳膜剝離下來。
在這種情況時(shí)，可以考慮采用作為現(xiàn)有的技術(shù)的等離子刻蝕法，而將在該導(dǎo)襯的內(nèi)周面上所形成的硬質(zhì)碳膜剝離下來。


圖10是用于說明利用該等離子刻蝕法，將硬質(zhì)碳膜從導(dǎo)襯的內(nèi)周面上除去的方法的示意圖。
如圖所示，在具有氣體導(dǎo)入口63和排氣口65、且在內(nèi)部上方備有陽(yáng)極79和白熱絲81的真空槽61中，將在內(nèi)周面上形成有硬質(zhì)碳膜15的導(dǎo)襯11固定在絕緣托架80上。
然后，利用圖中未示出的排氣裝置從排氣口65對(duì)真空槽61內(nèi)部進(jìn)行真空排氣。此后，從直流電源73將直流電壓加在該導(dǎo)襯11上，同時(shí)從陽(yáng)極電源75將直流電壓加在與該導(dǎo)襯11相對(duì)配置著的陽(yáng)極79上，并從白熱絲電源77將交流電壓加在白熱絲81上。
與此同時(shí)，將含氧的氣體從氣體導(dǎo)入口63導(dǎo)入真空槽61內(nèi)，使得在真空槽61內(nèi)產(chǎn)生氧等離子體，使氧和硬質(zhì)碳膜中的碳發(fā)生反應(yīng)，從而將在導(dǎo)襯11的內(nèi)周面上所形成的硬質(zhì)碳膜15刻蝕掉。
可是，采用這種剝離方法時(shí)，不能將在導(dǎo)襯11的內(nèi)周面上所形成的硬質(zhì)碳膜15在其內(nèi)周面的全部區(qū)域上完全除去。
其原因在于采用圖10所示的剝離方法時(shí)，等離子體不能從導(dǎo)襯11的開口端面充分地深入到中心開口11J的深處，使在中心開口11J內(nèi)不能形成均勻的等離子體。
因此，雖然能將導(dǎo)襯11的內(nèi)周面上位于開口端面附近的硬質(zhì)碳膜除去，但位于內(nèi)周面深處(圖10中的下部)的硬質(zhì)碳膜卻不能被刻蝕掉。
本發(fā)明就是為了解決上述問題而完成的，其目的在于將在導(dǎo)襯的內(nèi)周面上所形成的硬質(zhì)碳膜在其內(nèi)周面的全部區(qū)域都能被可靠地除去。
發(fā)明的公開為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的特征在于在利用上述的等離子刻蝕法而將硬質(zhì)碳膜從導(dǎo)襯的內(nèi)周面上剝離時(shí)，將輔助電極插入導(dǎo)襯的中心開口內(nèi)，并將該輔助電極接地或?qū)⒅绷髡妷杭釉谠撦o助電極上。
即，根據(jù)本發(fā)明，在導(dǎo)襯的內(nèi)周面上所形成的硬質(zhì)碳膜的剝離方法是將輔助電極插入到在與被加工物相滑動(dòng)接觸的內(nèi)周面上形成有硬質(zhì)碳膜的導(dǎo)襯的中心開口內(nèi)，在此狀態(tài)下，將該導(dǎo)襯配置在真空槽內(nèi)，并將該輔助電極接地或?qū)ζ浼由现绷髡妷?，在將真空槽?nèi)排氣后，將含氧的氣體導(dǎo)入該真空槽內(nèi)，使得在該真空槽內(nèi)產(chǎn)生等離子體，通過使氧和硬質(zhì)碳膜中的碳發(fā)生反應(yīng)，而將上述硬質(zhì)碳膜從導(dǎo)襯的內(nèi)周面上刻蝕掉。
作為在該真空槽內(nèi)產(chǎn)生等離子體的方法有將直流電壓加在導(dǎo)襯上，同時(shí)分別將直流電壓加在配置在真空槽內(nèi)的陽(yáng)極上、而將交流電壓加在白熱絲上的方法，以及在導(dǎo)襯上施加高頻電力的方法，或者只施加直流電壓的方法。
作為導(dǎo)入該真空槽內(nèi)的含氧氣體，可以只使用氧氣，也可以使用氧和氬的混合氣體、氧和氮的混合氣體、或者氧和氫的混合氣體。
依據(jù)本發(fā)明的方法，由于將輔助電極插入到導(dǎo)襯的中心開口內(nèi)，并將它接地或?qū)ζ涫┘佑兄绷麟妷?，所以在其與施加有直流電壓或高頻電壓的導(dǎo)襯之間會(huì)發(fā)生等離子放電。因此，在導(dǎo)襯的中心開口的全體上產(chǎn)生了氧等離子體，由氧和硬質(zhì)碳膜中的碳之間的反應(yīng)，就能將導(dǎo)襯的內(nèi)周面的全部區(qū)域上的硬質(zhì)碳膜刻蝕掉。
另外，當(dāng)將直流正電壓加在輔助電極上時(shí)，在作為輔助電極的周圍區(qū)域的導(dǎo)襯的內(nèi)周面和輔助電極之間的區(qū)域上，會(huì)產(chǎn)生使電子集中的效果，使該輔助電極的周圍區(qū)域上的電子密度增大。
由此，含氧的氣體分子和電子之間的碰撞概率必然會(huì)增大，能促進(jìn)氣體分子的離子化，使在該輔助電極的周圍區(qū)域上的等離子體密度變大。所以對(duì)硬質(zhì)碳膜的剝離速度隨著電壓的施加而加快。
另外，即使是在導(dǎo)襯的口徑較小的情況下，也能在其中心開口內(nèi)發(fā)生等離子體，從而能將在其內(nèi)周面上所形成的硬質(zhì)碳膜剝離掉。
附圖的簡(jiǎn)單說明圖1至圖6分別是在本發(fā)明的對(duì)形成于導(dǎo)襯內(nèi)周面上的硬質(zhì)碳膜的剝離方法的不同實(shí)施方案中所使用的裝置的示意剖面圖。
圖7是表示加在圖4至圖6所示的實(shí)施方案中的加輔助電極上的電壓和硬質(zhì)碳膜的刻蝕速度之間的關(guān)系的曲線圖。
圖8及圖9分別是由本發(fā)明的方法而對(duì)其內(nèi)周面上的硬質(zhì)碳膜進(jìn)行剝離的導(dǎo)襯的縱剖面圖及斜視圖。
圖10是由現(xiàn)有的等離子刻蝕法剝離在導(dǎo)襯的內(nèi)周面上形成著的硬質(zhì)碳膜時(shí)的與圖1相同的示意剖面圖。
圖11是只表示設(shè)置有使用導(dǎo)襯的固定式導(dǎo)襯裝置的自動(dòng)車床的主軸附近的剖面圖。
圖12是只表示設(shè)置有使用導(dǎo)襯的旋轉(zhuǎn)式導(dǎo)襯裝置的自動(dòng)車床的主軸附近的剖面圖。表示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)對(duì)導(dǎo)襯的硬質(zhì)碳膜的剝離方法的剖面圖。
實(shí)施發(fā)明的最佳方案以下，利用附圖，由用于實(shí)施本發(fā)明的最佳實(shí)施方案，對(duì)在導(dǎo)襯的內(nèi)周面上形成著的硬質(zhì)碳膜的剝離方法進(jìn)行說明。
首先，簡(jiǎn)單地對(duì)使用作為本發(fā)明對(duì)象的導(dǎo)襯的自動(dòng)車床的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。
圖11是只表示了數(shù)控自動(dòng)車床的主軸附近的剖面圖。該自動(dòng)車床是一種設(shè)有固定式的導(dǎo)襯裝置37的車床，其中該固定式的導(dǎo)襯裝置37將導(dǎo)襯11固定，并在用導(dǎo)襯11的內(nèi)周面11b將被加工物51(用假想線表示)旋轉(zhuǎn)自如地保持著的狀態(tài)下而得到使用。
主軸箱17，能在該數(shù)控自動(dòng)車床的圖中未示出的機(jī)架上沿圖的左右方向進(jìn)行滑動(dòng)。
在該主軸箱17上，設(shè)有由軸承21而以可以旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)被支撐著的主軸19。而且在主軸19的前端部分，安裝著彈簧夾頭13。
該彈簧夾頭13被配置在夾頭套筒41的中心孔內(nèi)。而且，彈簧夾頭13的前端外周錐面13a和夾頭套筒41的內(nèi)周錐面41a互相為面接觸。
另外，將用帶狀彈簧材料所制成的盤管狀的彈簧25設(shè)在中間套筒29內(nèi)的位于彈簧夾頭13的后端部分上。而且，利用該彈簧25的作用，能將彈簧夾頭13從中間套筒29內(nèi)推出。
彈簧夾頭13的前端位置，被限定在與蓋形螺母27相接觸的位置上，其中該銷緊螺母27被用螺紋固定在主軸19的前端上。因此，可以防止由彈簧25的彈力而使彈簧夾頭13從中間套筒29中飛出。
將夾頭開閉機(jī)構(gòu)31通過該中間套筒29設(shè)在中間套筒29的后端部分。而且通過對(duì)夾頭開閉爪33進(jìn)行開閉，彈簧夾頭13也隨著開閉，從而對(duì)被加工物51進(jìn)行夾持或釋放。
即，當(dāng)夾頭開閉機(jī)構(gòu)31的夾頭開閉爪33的前端部分以互相張開的方式而移動(dòng)時(shí)，則夾頭開閉爪33的與中間套筒29相接觸的部分便在圖11中向左移動(dòng)，將中間套筒29推向左方。由于該中間套筒29向左的移動(dòng)，使與中間套筒29的左端相接觸著的夾頭套筒41也向左移動(dòng)。
而且，利用被用螺紋固定在主軸19的前端上的蓋形螺母27，能防止彈簧夾頭13從主軸19中飛出。
因此，通過該夾頭套筒41向左的移動(dòng)，就使彈簧夾頭13的形成有螺旋開槽的部分的外周錐面13a和夾頭套筒41的內(nèi)周錐面41a受到強(qiáng)烈的推壓，使互相沿錐面而移動(dòng)。
其結(jié)果是，使彈簧夾頭13的內(nèi)周面的直徑變小，從而能夾持住被加工物51。
當(dāng)要使彈簧夾頭13的內(nèi)周面的直徑變大而釋放被加工物51時(shí)，通過使夾頭開閉爪33的前端部分以互相閉合的方式進(jìn)行移動(dòng)，就可以解除向左推壓著夾頭套筒41的力。
于是，利用彈簧25的恢復(fù)力，中間套筒29和夾頭套筒41便在圖中向右移動(dòng)。
因此，彈簧夾頭13的外周錐面13a和夾頭套筒41的內(nèi)周錐面41a之間的推壓力被解除。由此，彈簧夾頭13利用自己所具有的彈力使內(nèi)周面的直徑變大，從而能釋放被加工物51。
另外，立柱35被設(shè)在主軸箱17的前方，將導(dǎo)襯裝置37配置在立柱35上，且使導(dǎo)襯裝置37的中心軸線與主軸中心線相一致。
該導(dǎo)襯裝置37，是將導(dǎo)襯11固定、并用該導(dǎo)襯11的內(nèi)周面11b將被加工物51以可旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)保持著的固定式的導(dǎo)襯裝置37。
將襯套套筒23嵌入到固定在立柱35上的夾具39的中心孔中，在該襯套套筒23的前端部上設(shè)有內(nèi)周錐面23a。
而且，將在其前端部上形成有外周錐面11a及螺旋開槽11c的導(dǎo)襯11嵌入配置在該襯套套筒23的中心孔中。
在導(dǎo)襯裝置37的后端部上，通過旋轉(zhuǎn)擰在導(dǎo)襯11的螺紋部上的調(diào)整螺母43，能調(diào)整導(dǎo)襯11的內(nèi)徑和被加工物51的外形之間的間隙尺寸。
即，這是因?yàn)椋绻蛴倚D(zhuǎn)調(diào)整螺母43，導(dǎo)襯11就在圖中相對(duì)于襯套套筒23而向右移動(dòng)，與彈簧夾頭13的情況一樣，能使襯套套筒23的內(nèi)周錐面23a和導(dǎo)襯11的外周錐面11a互相受到推壓，從而使導(dǎo)襯11的前端部的內(nèi)徑變小。
再將切削工具(刀具)45設(shè)在導(dǎo)襯裝置37的進(jìn)一步靠前方處。
而且，在用主軸19上的彈簧夾頭13夾持被加工物51的同時(shí)，通過切削工具45的前進(jìn)或后退和主軸箱17的移動(dòng)的合成運(yùn)動(dòng)，對(duì)被導(dǎo)襯裝置37所夾持著的、且穿過該導(dǎo)襯裝置37而突出到加工區(qū)的被加工物51進(jìn)行預(yù)定的切削加工。
以下，利用圖12對(duì)使夾持被加工物的導(dǎo)襯在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下使用的旋轉(zhuǎn)式的導(dǎo)襯裝置進(jìn)行說明。在該圖12中，對(duì)與圖11相對(duì)應(yīng)的部分標(biāo)以相同的符號(hào)。
作為該旋轉(zhuǎn)式的導(dǎo)襯裝置，有彈簧夾頭13和導(dǎo)襯11做同步旋轉(zhuǎn)的導(dǎo)襯裝置，以及做非同步旋轉(zhuǎn)的導(dǎo)襯裝置。該圖所示的導(dǎo)襯裝置37，是彈簧夾頭13和導(dǎo)襯11做同步旋轉(zhuǎn)的裝置。
該旋轉(zhuǎn)式的導(dǎo)襯裝置37，利用從主軸19的蓋形螺母27中突出的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)棒47驅(qū)動(dòng)導(dǎo)襯裝置37。也可以用齒輪或皮帶輪代替該旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)棒47而驅(qū)動(dòng)導(dǎo)襯裝置37。
該旋轉(zhuǎn)式的導(dǎo)襯裝置37，通過軸承21以可以旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)將襯套套筒23嵌入配置于被固定在立柱35上的夾具39的中心孔中。另外，還將導(dǎo)襯11嵌入配置在該襯套套筒23的中心孔中。
襯套套筒23和導(dǎo)襯11的結(jié)構(gòu)，與用圖11所說明過的相同。而且在導(dǎo)襯裝置37的后端部上，通過旋轉(zhuǎn)擰在導(dǎo)襯11的螺紋部上的調(diào)整螺母43，可使導(dǎo)襯11的內(nèi)徑縮小，從而能調(diào)整導(dǎo)襯11的內(nèi)徑和被加工物51的外形之間的間隙尺寸。
導(dǎo)襯裝置37的旋轉(zhuǎn)式以外的其它結(jié)構(gòu)與用圖11所說明過的自動(dòng)車床的結(jié)構(gòu)相同，所以有關(guān)它們的說明從略。
以下，對(duì)利用本發(fā)明剝離其內(nèi)周面上的硬質(zhì)碳膜的導(dǎo)襯進(jìn)行說明。
圖8是表示了該導(dǎo)襯之一例的縱剖面圖，圖9是表示其外觀的斜視圖。
這些圖示的導(dǎo)襯11，表示了其前端部分為打開著的自由狀態(tài)。該導(dǎo)襯11，在其縱向的一端部上形成有外周錐面11a，而在另一端部上具有螺紋部11f。
另外，在該導(dǎo)襯11的中心，設(shè)有具有不同開口直徑的貫通的中心開口11j。而且，在設(shè)有外周錐面11a的一側(cè)的內(nèi)周上，形成有保持被加工物51的內(nèi)周面11b。而且，在除該內(nèi)周面11b以外的區(qū)域中，形成有具有比內(nèi)周面11b的內(nèi)徑要大的內(nèi)徑的臺(tái)階部11g。
另外，該導(dǎo)襯11在從外周錐面11a到彈簧部11d的部分在圓周方向上將外周錐面11a做了3等分，在相隔120°的3個(gè)地方設(shè)有螺旋開槽11c。
而且，通過將該導(dǎo)襯11的外周錐面11a推壓在上述的襯套套筒的內(nèi)周錐面上，使彈簧部11d產(chǎn)生撓曲，從而能調(diào)整內(nèi)周面11b和用圖8中的假想線所表示的被加工物51之間的間隙尺寸。
另外，在該導(dǎo)襯11上，彈簧部11d和螺紋部11f之間設(shè)有嵌合部11e。由此，通過將該嵌合部11e嵌合在圖11及圖12所示的襯套套筒23的中心孔中，能將導(dǎo)襯11在主軸的中心線上、且平行于主軸中心線地得到配置。
使用合金工具鋼(SKS)作為該導(dǎo)襯11的材料，形成外形形狀和內(nèi)形形狀后，進(jìn)行淬火處理和回火處理。
另外，如圖8所示，優(yōu)選利用釬焊方法將其厚度尺寸為2mm至5mm的超硬構(gòu)件12固定在導(dǎo)襯11上，而形成與被加工物51相滑動(dòng)接觸的內(nèi)周面11b。
作為該超硬構(gòu)件，例如使用具有85％～90％的鎢(W)、5％～7％的碳(C)和作為粘結(jié)劑的3％～10％的鈷(Co)組成的組合物。
但該導(dǎo)襯11，在其外周錐面11a為閉合的狀態(tài)下，在內(nèi)周面11b和被加工物51之間沿半徑方向有5μm～10μm的間隙。由此，由于被加工物51在出入時(shí)會(huì)與內(nèi)周面11b相滑動(dòng)接觸，故其摩擦損耗成為問題。
另外，當(dāng)在固定式的導(dǎo)襯裝置上使用時(shí)，由于被加工物51被保持在固定著的導(dǎo)襯11上進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)而得到加工的，所以內(nèi)周面11b和被加工物51之間存在高速滑動(dòng)，而且，由于因切削負(fù)載而對(duì)內(nèi)周面11b產(chǎn)生的過大的被加工物51的推壓力，還存在發(fā)生燒傷的問題。
因此，在該導(dǎo)襯11的內(nèi)周面11b上，形成有上述的硬質(zhì)碳膜(DLC)15。該硬質(zhì)碳膜15的厚度為1μm～5μm。
如上所述，該硬質(zhì)碳膜具有類似于金剛石的性質(zhì)，其機(jī)械強(qiáng)度高，摩擦系數(shù)小，有潤(rùn)滑性，且耐腐蝕性也好。
因此，在內(nèi)周面11b上設(shè)有硬質(zhì)碳膜15的導(dǎo)襯11能極大地提高耐磨性，即使在長(zhǎng)期使用或進(jìn)行重切削加工時(shí)，也能抑制在與被加工物51相接觸的內(nèi)周面11b上的磨損。另外，還能抑制對(duì)被加工物51的損傷，并能抑制導(dǎo)襯11和被加工物51被燒傷。
可以在導(dǎo)襯11的基體材料(SKS)的內(nèi)周面或超硬構(gòu)件12的內(nèi)周面上直接形成該硬質(zhì)碳膜，不過為了提高與內(nèi)周面11b之間的粘附性，最好是通過薄的中間層(圖中未示出)而形成硬質(zhì)碳膜。
作為該中間層，可以是元素周期表第IVb族中的硅(Si)或鍺(Ge)，或者是硅或鍺的化合物?；蛘撸部梢允翘蓟?SiC)或碳化鈦(TiC)之類的含碳的化合物。
另外，作為該中間層，還可以采用鈦(Ti)、鎢(W)、鉬(Mo)、或鉭(Ta)和硅(Si)的化合物。
進(jìn)一步，還可以用由鈦(Ti)或鉻(Cr)所構(gòu)成的下層和由硅(Si)或鍺(Ge)所構(gòu)成的上層這樣的雙層膜形成該中間層。
這樣一來，作為中間層的下層的鈦或鉻會(huì)起著保持與導(dǎo)襯11的基材或超硬構(gòu)件12之間的粘附性的作用，而作為上層的硅或鍺與硬質(zhì)碳膜15相共價(jià)鍵合，起著與該硬質(zhì)碳膜15之間強(qiáng)烈相結(jié)合的作用。
這些中間層的成膜厚度為0．5μm。即在雙層的情況下，上層和下層總共為0．5μm左右。
可是，如上所述，有時(shí)必須要將在該導(dǎo)襯的內(nèi)周面上形成著的硬質(zhì)碳膜剝離下來。
本發(fā)明就是為了在此時(shí)能迅速且可靠地將硬質(zhì)碳膜15從導(dǎo)襯11的內(nèi)周面11b的全部區(qū)域上剝離下來而進(jìn)行的。
首先說明其第一實(shí)施方案。圖1是在該第一實(shí)施方案中所使用的裝置的示意剖面圖。
如圖1所示，將在與被加工物相滑動(dòng)接觸的內(nèi)周面上形成有硬質(zhì)碳膜15的導(dǎo)襯11配置在真空槽61內(nèi)，其中該真空槽61具有氣體導(dǎo)入口63和排氣口65、且在其內(nèi)部上方備有陽(yáng)極79和白熱絲81。該導(dǎo)襯11由絕緣支架80固定支撐相對(duì)于真空槽61電絕緣。
另外，這時(shí)將呈桿狀的輔助電極71插入配置在導(dǎo)襯11的中心開口11j內(nèi)。這時(shí)，該輔助電極71被配置在與導(dǎo)襯11的中心開口11j的中心軸線相一致的位置上。而且，該輔助電極是用不銹鋼等金屬材料所形成的，并與也是用金屬材料所形成且接地著的真空槽61相導(dǎo)通，通過真空槽61而呈接地電位。
而且，利用圖中未示出的排氣裝置從排氣口65進(jìn)行真空排氣，以使該真空槽61內(nèi)的真空度達(dá)到3×10-5torr。
然后，將氧(O2)從氣體導(dǎo)入口63導(dǎo)入真空槽61內(nèi)作為含氧的氣體，使真空槽61內(nèi)的壓力控制在3×10-3torr。
而且，從直流電源73將負(fù)3kV的直流電壓加在導(dǎo)襯11上，同時(shí)從陽(yáng)極電源75將正50V的直流電壓加在陽(yáng)極79上，并從白熱絲電源77將以流過30A的電流的方式10V的交流電壓加在白熱絲81上。
由此，在真空槽61內(nèi)的導(dǎo)襯11附近區(qū)域上會(huì)產(chǎn)生氧等離子體。這時(shí)，在施加有負(fù)的直流高壓的導(dǎo)襯11的中心開口11j內(nèi)，也會(huì)在其內(nèi)表面和呈接地電位的輔助電極71之間發(fā)生等離子放電，能由導(dǎo)入的氧氣而生成大量的氧等離子體。
因此，該氧和硬質(zhì)碳膜15中的碳發(fā)生反應(yīng)，能對(duì)該硬質(zhì)碳膜15從內(nèi)周面的全部區(qū)域上進(jìn)行刻蝕，使其剝離除去。
這樣，當(dāng)將輔助電極71配置在導(dǎo)襯11的中心開口11j內(nèi)的中心時(shí)，則在該中心開口11j內(nèi)的全長(zhǎng)上其等離子放電特性是均勻的。其結(jié)果是，在導(dǎo)襯11的內(nèi)周面上形成的等離子體的強(qiáng)度不會(huì)發(fā)生離散分布，利用該均一的氧等離子體，就能將硬質(zhì)碳膜15從開口端面附近至深處一側(cè)為止被均勻地刻蝕除去。
該輔助電極71只要比導(dǎo)襯11的中心開口11j細(xì)即可，但優(yōu)選是被設(shè)置成使其與內(nèi)周面之間有4mm左右的間隙的等離子體形成區(qū)。另外，該輔助電極71的直徑和導(dǎo)襯11的中心開口11j的直徑的尺寸比最好在1／10以下，在將輔助電極71作得很細(xì)的情況下，也可以呈線狀。而且，該輔助電極71，用不銹鋼(SUS)之類的金屬材料或者鎢(W)或鉭(Ta)之類的高熔點(diǎn)金屬材料所制成。
另外，該輔助電極71的剖面形狀呈圓形，且在將輔助電極71插入到導(dǎo)襯11中時(shí)，可以使其長(zhǎng)度與導(dǎo)襯11的開口端面相對(duì)齊，或優(yōu)選是如圖所示，使其長(zhǎng)度向內(nèi)側(cè)縮短1mm～2mm，以使輔助電極71的前端不會(huì)從導(dǎo)襯11的端面上突出。
其次，利用圖2說明本發(fā)明的第二實(shí)施方案。
圖2是在本發(fā)明的第二實(shí)施方案中所使用的裝置的示意剖面圖，對(duì)與圖1相對(duì)應(yīng)的部分標(biāo)以相同的符號(hào)，且它們的說明從略。
在該第二實(shí)施方案中所使用的真空槽61，在其內(nèi)部沒有設(shè)置著與圖1所示的陽(yáng)極79和白熱絲81相當(dāng)?shù)臉?gòu)件。
與上述的第一實(shí)施方案的情況相同，在該真空槽61內(nèi)配置著導(dǎo)襯11、并將輔助電極71配置在其中心開口11j內(nèi)。
而且，從排氣口65進(jìn)行真空排氣，以使真空槽61內(nèi)部的真空度為3×10-5torr以下；然后，將氧(O2)從氣體導(dǎo)入口63導(dǎo)入真空槽61內(nèi)部作為含氧的氣體，將真空度調(diào)整為0．3torr。
然后，從振蕩頻率為13．56MHz的高頻電源69，通過匹配電路67將300W的高頻電力加在導(dǎo)襯11上，使在真空槽61內(nèi)的導(dǎo)襯11的周邊區(qū)域及中心開口11j內(nèi)產(chǎn)生等離子體。
由此，與上述的第一實(shí)施方案中的情況相同，能將在導(dǎo)襯11的內(nèi)周面11b的全部區(qū)域上的硬質(zhì)碳膜15剝離除去。
這時(shí)，輔助電極71的作用及效果由于與第一實(shí)施方案中的情況相同，故說明從略。
其次，利用圖3說明本發(fā)明的第三實(shí)施方案。
圖3是在本發(fā)明的第三實(shí)施方案中所使用的裝置的示意剖面圖，對(duì)與圖1相對(duì)應(yīng)的部分標(biāo)以相同的符號(hào)，且它們的說明從略。
在該第三實(shí)施方案中所使用的真空槽61，在其內(nèi)部也不設(shè)置與圖1所示的陽(yáng)極79和白熱絲81相當(dāng)?shù)臉?gòu)件。
與上述的第一實(shí)施方案的情況相同，在該真空槽61內(nèi)配置著導(dǎo)襯11，并將輔助電極71配置在其中心開口11j內(nèi)。
然后，從排氣口65進(jìn)行真空排氣，以使真空槽61內(nèi)部的真空度為3×10-5torr以下；之后，將氧(O2)從氣體導(dǎo)入口63導(dǎo)入真空槽61內(nèi)部作為含氧的氣體，將真空度調(diào)整為0．3torr。
然后，從直流電源73’將負(fù)400V的直流電壓加在導(dǎo)襯11上，使在真空槽61內(nèi)的導(dǎo)襯11的周邊區(qū)域及中心開口11j內(nèi)產(chǎn)生等離子體。
由此，能將在導(dǎo)襯11的全部?jī)?nèi)周面上的硬質(zhì)碳膜15剝離除去。
由于該第三實(shí)施方案，除了通過只將直流電壓加在導(dǎo)襯11上而使之產(chǎn)生等離子體這一點(diǎn)之外，也與上述第一、第二實(shí)施方案一樣，其作用、效果是相同的，故說明從略。
其次，利用圖4至圖7說明本發(fā)明的第四、第五、第六實(shí)施方案。
圖4、圖5及圖6分別是在本發(fā)明的第四、第五、第六實(shí)施方案中所使用的裝置的示意剖面圖，但分別采用與圖1、圖2及圖3所示相同的等離子體發(fā)生方法。
在這些各實(shí)施方案中，與上述第一、第二、第三實(shí)施方案不同的地方僅在于利用被嵌入到導(dǎo)襯11的中心開口11j的臺(tái)階部上的絕緣子等絕緣構(gòu)件85，相對(duì)于導(dǎo)襯11及真空槽61電氣絕緣地支撐著輔助電極71，并從輔助電極電源83將直流正電壓加在該輔助電極71上。
這時(shí)的加在輔助電極上的電壓和在導(dǎo)襯內(nèi)周面上的硬質(zhì)碳膜的刻蝕速度之間的關(guān)系示于圖7。
該圖7表示當(dāng)加在輔助電極71上的直流正電壓從零V變化到30V時(shí)硬質(zhì)碳膜的刻蝕速度。但曲線88表示當(dāng)導(dǎo)襯11的開口內(nèi)表面和輔助電極71之間的間隙為3mm時(shí)的特性，而曲線91表示當(dāng)導(dǎo)襯11的開口內(nèi)表面和輔助電極71之間的間隙為5mm時(shí)的特性。
由該圖7中的曲線88、91可知，當(dāng)使從輔助電極電源83加在輔助電極71上的直流正電壓增加時(shí)，硬質(zhì)碳膜的刻蝕速度加快。另外，導(dǎo)襯11的開口內(nèi)表面和輔助電極71之間的間隙尺寸增大時(shí)，硬質(zhì)碳膜的刻蝕速度會(huì)加快。
而且，在曲線88所示的導(dǎo)襯11的開口內(nèi)表面和輔助電極71之間的間隙尺寸為3mm時(shí)，若加在輔助電極71上的電壓為零V的接地電壓，則在導(dǎo)襯11的中心開口11j內(nèi)不會(huì)產(chǎn)生氧等離子體，從而不能剝離硬質(zhì)碳膜。
但是，即使在導(dǎo)襯11的開口內(nèi)表面和輔助電極71之間的間隙尺寸為3mm時(shí)，如果提高加在輔助電極71上的電壓，在導(dǎo)襯11的中心開口11j內(nèi)的輔助電極71的周圍也會(huì)產(chǎn)生氧等離子體，從而能剝離硬質(zhì)碳膜。
因此，在本發(fā)明的圖4至圖6所示的各實(shí)施方案中，將來自輔助電極電源83的直流正電壓加在被配置在導(dǎo)襯11的中心開口11j內(nèi)的中央部分上的輔助電極71上，而將硬質(zhì)碳膜15刻蝕除去。
因此，在作為施加有直流正電壓的輔助電極71的周圍區(qū)域的導(dǎo)襯11的中心開口11j的內(nèi)表面和輔助電極71之間的區(qū)域上，會(huì)產(chǎn)生電子集中的效果，使該輔助電極71的周圍區(qū)域上的電子密度增大。
這樣，當(dāng)電子密度增大時(shí)，則含氧的氣體分子和電子之間的碰撞概率必然會(huì)增加，能促進(jìn)氣體分子的離子化，使該輔助電極71的周圍區(qū)域的等離子體密度增大。
因此，硬質(zhì)碳膜從導(dǎo)襯11的內(nèi)周面上剝離的速度與不在輔助電極71上加電壓時(shí)相比就加快了。
進(jìn)一步，當(dāng)縮小導(dǎo)襯11的開口口徑，使中心開口11j的內(nèi)表面和輔助電極71之間的間隙尺寸減小時(shí)，若不將正電壓加在輔助電極71上，即使想剝離硬質(zhì)碳膜，在中心開口11j內(nèi)也不會(huì)產(chǎn)生等離子體，從而不能進(jìn)行刻蝕。與此相反，如這些實(shí)施方案所示，通過將正電壓加在輔助電極71上，而強(qiáng)制地將電子集中在輔助電極71的周圍區(qū)域的開口內(nèi)，就能在輔助電極71的周圍產(chǎn)生等離子體。
因此，能從導(dǎo)襯11的內(nèi)周面的全部區(qū)域?qū)⒂操|(zhì)碳膜15剝離除去。
該輔助電極71的材料和形狀，與第一實(shí)施方案中的一樣，沒有變化。
在對(duì)本發(fā)明的第一至第六實(shí)施方案的說明中，作為含氧的氣體，是對(duì)使用了氧氣的情況進(jìn)行說明的，但除了氧以外，還可以使用氧和氬(Ar)的混合氣體、氧和氮(N2)的混合氣體、或氧和氫(H2)的混合氣體。而且將這些混合氣體用于上述的任何一個(gè)實(shí)施方案中時(shí)，都能獲得與各實(shí)施方案相同的效果。
另外，在使用氧和氬(Ar)的混合氣體的情況時(shí)，利用由氧產(chǎn)生的反應(yīng)刻蝕和由氬離子產(chǎn)生的物理刻蝕的相輔效果，能促進(jìn)對(duì)硬質(zhì)碳膜進(jìn)行剝離的刻蝕速度。
在使用氧和氮的混合氣體的情況時(shí)，也能利用由氧產(chǎn)生的反應(yīng)刻蝕和由氮離子產(chǎn)生的物理刻蝕的相輔效果，而促進(jìn)對(duì)硬質(zhì)碳膜進(jìn)行剝離的刻蝕速度。由氮離子產(chǎn)生的物理刻蝕的效果雖然不如氬離子的效果大，但在硬質(zhì)碳膜剝離后沒有會(huì)刻蝕導(dǎo)襯的基體材料的危險(xiǎn)。
在使用氧和氫的混合氣體的情況時(shí)，也能利用氫來促進(jìn)氧和硬質(zhì)碳膜中的碳之間的反應(yīng)，加快剝離速度。
工業(yè)實(shí)用性從以上的說明可知，依據(jù)本發(fā)明，能將在導(dǎo)襯的內(nèi)周面上所形成的硬質(zhì)碳膜在其內(nèi)周面的全部區(qū)域上迅速且可靠地剝離除去。另外，即使是對(duì)在開口口徑較小的導(dǎo)襯的內(nèi)周面上所形成的硬質(zhì)碳膜，也能容易地刻蝕除去。
因此，當(dāng)發(fā)現(xiàn)在導(dǎo)襯的內(nèi)周面上所形成的硬質(zhì)碳膜有缺陷、或由于導(dǎo)襯的長(zhǎng)期使用致使其內(nèi)周面上的硬質(zhì)碳膜劣化時(shí)，能有效且可靠地將該硬質(zhì)碳膜從導(dǎo)襯的內(nèi)周面上除去。由此，就容易通過在該導(dǎo)襯與被加工物相滑動(dòng)接觸的內(nèi)周面上形成新的硬質(zhì)碳膜而得到重新使用。
權(quán)利要求
1．導(dǎo)襯的內(nèi)周面上所形成的硬質(zhì)碳膜的剝離方法，其特征在于在將輔助電極插入到內(nèi)周面上形成有硬質(zhì)碳膜的導(dǎo)襯的中心開口內(nèi)的狀態(tài)下，將該導(dǎo)襯配置在內(nèi)部備有陽(yáng)極和白熱絲的真空槽內(nèi)，內(nèi)周面是其與被加工物相滑動(dòng)接觸的部位，將上述輔助電極接地或?qū)ζ浼由现绷髡妷?，在將上述真空槽?nèi)排氣后，將含氧的氣體導(dǎo)入該真空槽內(nèi)，將直流電壓加在上述導(dǎo)襯上，同時(shí)分別將直流電壓加在上述陽(yáng)極上，而將交流電壓加在白熱絲上，使得在上述真空槽內(nèi)產(chǎn)生等離子體，從而將上述硬質(zhì)碳膜從該導(dǎo)襯的內(nèi)周面上刻蝕除去。
2．導(dǎo)襯的內(nèi)周面上所形成的硬質(zhì)碳膜的剝離方法，其特征在于在將輔助電極插入到與被加工物相滑動(dòng)接觸的內(nèi)周面上形成有硬質(zhì)碳膜的導(dǎo)襯的中心開口內(nèi)的狀態(tài)下，將該導(dǎo)襯配置在真空槽內(nèi)，將上述輔助電極接地或?qū)ζ浼由现绷髡妷海趯⑸鲜稣婵詹蹆?nèi)排氣后，將含氧的氣體導(dǎo)入該真空槽內(nèi)，通過將高頻電力加在上述導(dǎo)襯上，使得在上述真空槽內(nèi)產(chǎn)生等離子體，從而將上述硬質(zhì)碳膜從該導(dǎo)襯的內(nèi)周面上刻蝕除去。
3．導(dǎo)襯的內(nèi)周面上所形成的硬質(zhì)碳膜的剝離方法，其特征在于在將輔助電極插入到與被加工物相滑動(dòng)接觸的內(nèi)周面上形成有硬質(zhì)碳膜的導(dǎo)襯的中心開口內(nèi)的狀態(tài)下，將該導(dǎo)襯配置在真空槽內(nèi)，將上述輔助電極接地或?qū)ζ浼由现绷髡妷?，在將上述真空槽?nèi)排氣后，將含氧的氣體導(dǎo)入該真空槽內(nèi)，通過將直流電壓加在上述導(dǎo)襯上，使得在上述真空槽內(nèi)產(chǎn)生等離子體，從而將上述硬質(zhì)碳膜從該導(dǎo)襯的內(nèi)周面上刻蝕除去。
4．根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)襯的內(nèi)周面上所形成的硬質(zhì)碳膜的剝離方法，含氧的氣體是氧氣。
5．根據(jù)權(quán)利要求2所述的導(dǎo)襯的內(nèi)周面上所形成的硬質(zhì)碳膜的剝離方法，含氧的氣體是氧氣。
6．根據(jù)權(quán)利要求3所述的導(dǎo)襯的內(nèi)周面上所形成的硬質(zhì)碳膜的剝離方法，含氧的氣體是氧氣。
7．根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)襯的內(nèi)周面上所形成的硬質(zhì)碳膜的剝離方法，含氧的氣體是氧和氬的混合氣體。
8．根據(jù)權(quán)利要求2所述的導(dǎo)襯的內(nèi)周面上所形成的硬質(zhì)碳膜的剝離方法，含氧的氣體是氧和氬的混合氣體。
9．根據(jù)權(quán)利要求3所述的導(dǎo)襯的內(nèi)周面上所形成的硬質(zhì)碳膜的剝離方法，含氧的氣體是氧和氬的混合氣體。
10．根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)襯的內(nèi)周面上所形成的硬質(zhì)碳膜的剝離方法，含氧的氣體是氧和氮的混合氣體。
11．根據(jù)權(quán)利要求2所述的導(dǎo)襯的內(nèi)周面上所形成的硬質(zhì)碳膜的剝離方法，含氧的氣體是氧和氮的混合氣體。
12．根據(jù)權(quán)利要求3所述的導(dǎo)襯的內(nèi)周面上所形成的硬質(zhì)碳膜的剝離方法，含氧的氣體是氧和氮的混合氣體。
13．根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)襯的內(nèi)周面上所形成的硬質(zhì)碳膜的剝離方法，含氧的氣體是氧和氫的混合氣體。
14．根據(jù)權(quán)利要求2所述的導(dǎo)襯的內(nèi)周面上所形成的硬質(zhì)碳膜的剝離方法，含氧的氣體是氧和氫的混合氣體。
15．根據(jù)權(quán)利要求3所述的導(dǎo)襯的內(nèi)周面上所形成的硬質(zhì)碳膜的剝離方法，含氧的氣體是氧和氫的混合氣體。
全文摘要
在將輔助電極(71)插入到與被加工物相滑動(dòng)接觸的內(nèi)周面上形成有硬質(zhì)碳膜(15)的導(dǎo)襯(11)的中心開口(11j)內(nèi)的狀態(tài)下,將該導(dǎo)襯(11)配置在內(nèi)部備有陽(yáng)極(79)和白熱絲(81)的真空槽(61)內(nèi),將輔助電極(71)接地或?qū)ζ浼由现绷髡妷?在將真空槽(61)內(nèi)排氣后,將含氧的氣體導(dǎo)入,通過將直流電壓加在導(dǎo)襯(11)上,同時(shí)分別將直流電壓加在陽(yáng)極(79)上,而將交流電壓加在白熱絲(81)上,使真空槽(61)內(nèi)產(chǎn)生等離子體,從而將上述硬質(zhì)碳膜(15)從導(dǎo)襯(11)的內(nèi)周面上刻蝕除去。
文檔編號(hào)C23G5/00GK1205038SQ97191299
公開日1999年1月13日 申請(qǐng)日期1997年8月15日 優(yōu)先權(quán)日1996年8月15日
發(fā)明者杉山修, 宮行男, 小池龍?zhí)? 戶井田孝志, 關(guān)根敏一 申請(qǐng)人:時(shí)至準(zhǔn)鐘表股份有限公司