JPH0730446B2 - 細物への膜被覆方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、例えばマイクロドリル、ポンチ、マイクロ
カッター、ピン、針等のような細物への膜被覆方法に関
する。

〔従来の技術〕

上記のような細物以外の一般の工具類に、切削性向上、
耐摩耗性向上、耐蝕性向上等のために、真空蒸着、スパ
ッタリング、イオンプレーティング、真空蒸着とイオン
照射の併用等のPVD法（物理気相成長法）によって、例
えばTiN、TiC、AlN、ZrN等の高硬度膜を被覆する方法が
従来から採られている。

その場合に通常は、被覆されるもの、即ちこの例では工
具類に対する加熱が併用される。これは、加熱によって
被覆前の工具類のクリーニングを行って被覆する膜の密
着性向上を図ったり、工具類の温度制御を行うことによ
って膜の密着性や膜質の向上を図ったり等するためであ
る。

そのような工具類の加熱は、通常、真空中で効率良く加
熱が行えるようにするため、輻射式のヒータを工具類の
周囲に配置し、主にそれからの輻射熱で行われている。

そして加熱の際の工具類の温度測定には、対象物からの
赤外線の輻射を測定するパイロメータや、対象物に取り
付けて測温する熱電対が通常用いられている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが従来は、マイクロドリル（ここではドリル径が
数mmφ程度以下のものを言う）等のような細物に対する
膜の被覆は、他の工具類に対する程には工業的な規模で
行われていない。その理由は、従来の方法では、細物に
対する被覆の効果が、他の工具類に対する程には顕著に
得られないからであると考えられる。

この原因には、大別すれば次の二つが考えられる。

一つは、細物の加熱に上述したような輻射式の加熱方
法を用いると、刃先部のように特に細くなっている先端
部が集中して過度に加熱されることによる。

これは、従来の方法では細物全体に輻射熱を供給するた
め、表面積が体積の割に大きい先端部に対する熱入力が
過大になるからである。

もう一つは、細物の先端部の温度測定が極めて困難で
あるため温度制御が難しいことによる。

これは、パイロメータの場合はある程度以上の視野が必
要なのに細物ではそれが得られないからであり、また熱
電対の場合は大きさに制約があってそれを細物に取付け
られないからである。

例えばマイクロドリルを例に取ると、細い刃先部に均一
に膜を被覆することが要求されており、そのためには加
熱温度が一様でしかも精密な温度制御が必要である。ま
たマイクロドリルの材質は例えばタングステンカーバイ
ド（WC）であり、加熱温度が低すぎると膜の密着性等が
悪く、逆に高過ぎると脱炭現象を起こして脆くなってし
まう。また回路基板の穴あけ用のものの場合には、被削
材がFRP等のような高硬度で粘着性の高い複合材料であ
るので、膜質をそのようなものに対して最適にするため
の精密な温度制御が必要である。

そこでこの発明は、膜を被覆する際の細物の加熱に当
り、当該細物の先端部の過度の加熱を防ぐと共に当該先
端部の温度測定が容易に行えるようにした膜被覆方法を
提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明の膜被覆方法は、細物にPVD法によって膜を被
覆する際に、細物をその柄部で治具に取付け、当該治具
を加熱することによってそれからの熱伝導で細物を加熱
すると共に当該治具の温度を測定することを特徴とす
る。

〔作用〕

細物をその柄部で治具に取り付けて当該治具を加熱する
と、それからの熱伝導で細物の柄部が加熱されると共に
柄部からの熱伝導で先端部が加熱される。そのため、細
物の先端部に対する熱入力が過大になることはなく、当
該先端部の過度の加熱が防止される。

また、治具の温度測定はパイロメータや熱電対等によっ
て容易に行うことができ、しかも治具の温度と細物の先
端部の温度との間にほぼ一義的に定まる関係があるた
め、治具の測温によって細物の先端部の温度を容易にし
かも大きな誤差無しに測定することができる。

〔実施例〕

第１図は、この発明に係る方法を実施する装置の一例を
示す概略断面図である。

真空排気装置４によって真空排気される真空容器２内
に、円筒状の治具10aが収納されている。この治具10a
は、上下の真空シール部６、６を介して真空容器２を貫
通する回転軸８の中間に取り付けられており、この回転
軸８および治具10aは、真空容器２外の回転駆動装置26
によって例えば矢印Ａのように回転させられる。

治具10aの外周面側には、膜を被覆しようとするマイク
ロドリル等の細物12の柄部（シャンク部）13を挿入・保
持することができる複数の穴11があけられている。ちな
みにこの治具10aの厚さは、取り付ける細物12の柄部13
の長さ（例えば約25mm）より厚くしている。

治具10aの細物12を取り付ける面と反対側には、即ちこ
の例では治具10aの内側には、複数本のヒータ14aが収納
されており、加熱電源20からの電力を、この例では絶縁
トランス18およびブラシ16を介してかつ回転軸８内の導
体を通して、このヒータ14aに供給してそれを加熱する
ようにしている。

一方、真空容器２の壁面には、治具10aの外周面に向け
て、この例では複数台のアーク式の蒸発源28aが取り付
けられている。この蒸発源28aは、細物12に対して被覆
しようとする物質から成るカソード30を有しており、そ
れと真空容器２間にアーク電源32から例えば数十Ｖ〜数
百Ｖ程度の電圧を印加して両者間に真空直流アーク放電
を行わせることによって、カソード物質31を蒸発させる
ことができる。その場合、カソード30は放電点のみが局
部的に溶融されるため、蒸発源28aをこの例のように横
向きにしても、溶融物がこぼれ落ちる恐れはない。尚、
アーク放電起動用のトリガ等は図示を省略している。

また、真空容器２の壁面にこの例ではパイロメータ34a
を取り付けており、それによって治具10aの外周面の温
度を測定するようにしている。

またこの例では、治具10a、回転軸８、ヒータ14a等はア
ースから電気的に絶縁しており、バイアス電源24からブ
ラシ22および回転軸８を介して治具10a、ひいてはそこ
に装着された細物12に、例えば数百Ｖ〜1000V程度の負
のバイアス電圧を印加できるようにしている。これによ
って、加熱と共に細物12の放電洗浄を行ったり、細物12
にバイアス電圧を印加した状態で膜の被覆を行ったりす
ることができる。

膜の被覆に際しては、被覆しようとする複数の細物12の
柄部13を治具10aの各穴11にそれぞれ差し込み、真空容
器２内を所定の真空度（例えば10^-5〜10^-7Torr程度）に
排気し、ヒータ14aによって治具10aをその内側から加熱
する。そして各蒸発源28aを動作させて、それからのカ
ソード物質31を各細物12の先端部等の所望領域に蒸着さ
せて膜を被覆する。その際、処理の均一性を高める等の
ために、治具10aを回転させる。また化合物膜を被覆す
る場合は、真空容器２内にカソード物質31と反応する反
応ガスを導入しても良い。

上記の場合、各細物12は、従来のようにヒータからの輻
射熱で直接加熱するのと違って、治具10aからの熱伝導
で柄部13が加熱されると共に、柄部13からの熱伝導で先
端部が加熱される。そのため、細物12の先端部に対する
熱入力が過大になることはなく、当該先端部の過度の加
熱が防止される。

また、被覆の際は、パイロメータ34aによって治具10aの
外周面の温度を測定するが、この場合はパイロメータ34
aに必要な視野を十分に確保することができるため、容
易にかつ正確に測温することができる。しかも、治具10
aの温度を細物12の先端部の温度との間には、ほぼ一義
的に定まる関係があるため、予めその関係を把握してお
けば、パイロメータ34aによって細物12の先端部の温度
を容易にしかも大きな誤差無しに測定することができ
る。その結果、細物12の先端部の温度管理（温度制御）
が容易にかつ正確に行える。

以上の結果、従来困難とされていたマイクロドリル等の
細物12に対して、膜の被覆を良好に行うことができる。
即ち、複数の細物12の先端部等に、密着性や膜質等の良
好な膜を工業的規模で被覆することができる。

またこの例では、ヒータ14aによって治具10aを加熱すれ
ば良いため、ヒータ14aを治具10aの内側や内部に組み込
むことができ、また従来の輻射式ヒータの場合のような
リフレクターが不要となるため、それによってヒータ取
付けに伴うスペースが削減でき、真空容器２の小形化を
図ることもできる。

またこの例では、ヒータ14aが治具10aによって、蒸発源
28aによる被覆雰囲気から隔離されるため、ヒータ14aに
カソード物質31が付着しにくく、従ってヒータ4aの頻繁
な清掃を必要としない。

尚、ヒータ14aは、摺動部を設ける等して、治具10aの回
転に拘らず回転しないようにしても良く、そのようにす
ればヒータ14aへの給電がより行い易くなる。

また、真空シール部６、特に上側の真空シール部６は、
ヒータ14aによる熱から内部のＯリング等を保護するた
めに、冷却水等によって冷却するようにしても良い。

また、治具10aは、それへの細物12の着脱を容易にする
等のために、円周方向および／または軸方向に複数分割
できるような構造にしても良い。

第２図は、この発明に係る方法を実施する装置の他の例
を示す概略断面図である。第１図の例と相違点を主に説
明すると、この例では、真空容器２内に円筒状の治具10
bを収納して絶縁物から成る台52の上に固定している。
この治具10bと真空容器２間には、上記例の場合と同様
にバイアス電源24が接続されている。

そして治具10bの内周面側に、前述したような細物12の
柄部13を挿入・保持することができる複数の穴11をあけ
ている。

また治具10bの内側であってそのほぼ中心軸上に、電子
ビーム式の蒸発源28bを設けている。この蒸発源28bは、
るつぼ36内に、細物12に対して被覆しようとする物質か
ら成る蒸発材料38を有しており、それに電子銃40から電
子ビーム42を照射することによって当該蒸発材料38を蒸
発させることができる。しかも複数の細物12に対する処
理の均一性を高めるために、直線駆動装置50によって軸
46を介して、るつぼ36を矢印Ｂのように上下動させるこ
とができるようにしている。48は軸46のための真空シー
ル部である。

一方、治具10bの外周面内には、コイル状のヒータ14bを
巻いており、加熱電源20からの電力を絶縁トランス18を
介して当該ヒータ14bに供給するようにしている。54は
給電のための真空シール部である。

またこの例では、治具10b内に、その温度測定のための
熱電対34bを埋め込んでいる。

膜の被覆に際しては、細物12をその柄部13で治具10bに
取付け、ヒータ14bによって治具10bを加熱し、それから
の熱伝導によって各細物12の加熱を行う。また熱電対34
bによって、その際の治具10bの温度を測定する。

従ってこの例の場合も、上記例の場合と同様に、細物12
の加熱を均一に行えると共にその温度管理も容易に行え
るため、マイクロドリル等の細物12に対して膜の被覆を
良好に行うことができる。また、真空容器２の小形化を
図ることができることやヒータ14bの頻繁な清掃を必要
としないことも上記例の場合と同様である。

またこの例の場合も、治具10bを円周方向および／また
は軸方向に複数分割できる構造にしても良い。また真空
シール部54を、ヒータ14bによる熱から保護するために
冷却しても良い。

尚、上記２例はいずれも真空蒸着によって細物12に膜を
被覆する場合を説明したが、それ以外の前述したような
PVD法によって膜を被覆しても良い。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば、膜を被覆する際の細物
の加熱に当り、当該細物の先端部の過度の加熱を防ぐこ
とができると共に当該先端部の温度測定が容易に行える
ため、従来困難とされていたマイクロドリル等の細物に
対して、膜の被覆を良好に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明に係る方法を実施する装置の一例を
示す概略断面図である。第２図は、この発明に係る方法
を実施する装置の他の例を示す概略断面図である。 ２……真空容器、10a,10b……治具、12……細物、13…
…柄部、14a,14b……ヒータ、28a,28b……蒸発源、34a
……パイロメータ、34b……熱電対。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】細物にPVD法によって膜を被覆する際に、
   細物をその柄部で治具に取付け、当該治具を加熱するこ
   とによってそれからの熱伝導で細物を加熱すると共に当
   該治具の温度を測定することを特徴とする細物への膜被
   覆方法。