專利名稱：在導(dǎo)襯內(nèi)周面上形成硬質(zhì)碳膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在導(dǎo)襯的與被加工物相滑動接觸的內(nèi)周面上形成硬質(zhì)碳膜的方法，該導(dǎo)襯被安裝在自動車床上，并能在切削工具(刀具)的附近對圓棒狀的被加工物以可以使之產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)及沿軸向滑動的方式進(jìn)行保持。
背景技術(shù)：
設(shè)在自動車床的立柱上、并將圓棒狀的被加工物以可以進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的方式保持在切削工具附近的導(dǎo)襯，有旋轉(zhuǎn)式和固定式的類型。旋轉(zhuǎn)式的導(dǎo)襯在總是與被加工物一起旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，對該被加工物以可以進(jìn)行軸向滑動的方式進(jìn)行保持；而固定式的導(dǎo)襯自身不旋轉(zhuǎn)，并對被加工物以可以使其產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)及沿軸向滑動的方式保持著。
無任哪一種導(dǎo)襯都具有錐形外周面；用于使其具有彈力的螺旋開槽、和用于使其安裝在立柱上的螺旋部；以及保持著被加工物的內(nèi)周面，該內(nèi)周面由于經(jīng)常與被加工物相滑動接觸，所以容易產(chǎn)生磨損，特別是在固定式的情況下，這種磨損會很嚴(yán)重。
因此，例如如在特開平4-141303號公報(bào)中可見的那樣，人們提出了這樣一種方案在通過被加工物的旋轉(zhuǎn)和滑動而與被加工物相滑動接觸的導(dǎo)襯內(nèi)周面上，用釬焊等方法固定設(shè)置有超硬合金或陶瓷。
這樣，通過將耐磨性和耐熱性好的超硬合金或陶瓷設(shè)在導(dǎo)襯的內(nèi)周面上，可以確認(rèn)在某種程度上具有抑制其磨損的效果。
可是，即使這樣地將超硬合金或陶瓷設(shè)在內(nèi)周面上，但對于在自動車床上進(jìn)行切削量大、加工速度快的重切削來說，由于超硬合金和陶瓷的摩擦系數(shù)都較大、且導(dǎo)熱系數(shù)小，所以存在使被加工物產(chǎn)生損傷、或因?qū)бr和被加工物之間的沿直徑方向的間隙尺寸減小而燒傷這樣的問題，使得不能提高切削量和加工速度。
對固定式的導(dǎo)襯來說，由于能對被加工物使其軸心無錯(cuò)動地進(jìn)行保持，所以具有能進(jìn)行高精度圓度的加工、且噪音低、自動車床的結(jié)構(gòu)也不復(fù)雜而是可以緊湊化等優(yōu)點(diǎn)。
可是，由于導(dǎo)襯內(nèi)周面的磨損比旋轉(zhuǎn)式的場合要大得多，因此存在難以進(jìn)一步提高切削量和加工速度這樣的問題。
為了解決該問題，我們提出了這樣的方案通過在導(dǎo)襯的與被加工物相滑動接觸的內(nèi)周面上形成硬質(zhì)碳膜，而能極大地提高內(nèi)周面的耐磨性、且對被加工物不會產(chǎn)生損傷或燒傷，可以提高自動車床的切削量及加工速度。
所說的該硬質(zhì)碳膜是氫化非晶形碳膜，由于它具有與金剛石很相似的性質(zhì)，所以也被稱為金剛石狀碳(DLC)。
該硬質(zhì)碳膜(DLC)的硬度大(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。
作為在導(dǎo)襯的內(nèi)周面上形成該硬質(zhì)碳膜的方法，例如有以下的等離子體CVD工藝方法。
即，在真空槽內(nèi)配置導(dǎo)襯，并排氣抽真空，使其內(nèi)部的真空度達(dá)到3×10-5torr以下(將該最初達(dá)到的壓力稱為“初始到達(dá)壓力”)。
然后，將含碳的氣體導(dǎo)入該真空槽內(nèi)，使其內(nèi)部的壓力調(diào)節(jié)到作為被膜形成壓力的5×10-3torr。
此后，將負(fù)3kV的直流電壓施加在導(dǎo)襯上，并分別將直流電壓施加在與該導(dǎo)襯相對配置著的陽極上、將交流電壓施加在白燈絲上，使得在真空槽內(nèi)發(fā)生等離子體，利用該碳元素等離子體，而在導(dǎo)襯的表面上形成硬質(zhì)碳膜。
可是，在該等離子體CVD工序中，是主要在導(dǎo)襯的周圍產(chǎn)生等離子體，將含碳的氣體分解，而形成硬質(zhì)碳膜的，所以在導(dǎo)襯的外周部能很均勻地形成硬質(zhì)碳膜，但在導(dǎo)襯的內(nèi)表面上所形成的硬質(zhì)碳膜，其粘附性不好，而且還存在硬度等的膜的質(zhì)量不良的問題。
其原因是，由于在導(dǎo)襯的中心會開口內(nèi)存在著相同電位的電極之間的相對向著的空間，所以在其中心開口內(nèi)的等離子體發(fā)生稱為空心放電的異常放電。由該空心放電而形成的硬質(zhì)碳膜是一種聚合物狀的粘附性不好的被膜，容易從導(dǎo)襯的內(nèi)周面上剝離，且其硬度也低。
另外，在上述硬質(zhì)碳膜的形成方法中，是在作為被膜形成壓力的5×10-3torr下，從直流電源將負(fù)3kV的直流電壓加在導(dǎo)襯上的。
在這樣的真空槽內(nèi)的壓力為5×10-3torr左右的狀態(tài)下，真空槽內(nèi)的空間為一種電子等電荷較多的狀態(tài)，降低了其空間阻抗。因此，在等離子體放電開始的瞬間，在導(dǎo)襯上容易發(fā)生作為異常放電的電弧放電。
另外，所說的該等離子體放電開始時(shí)，由于也是硬質(zhì)碳膜的形成初期，在該被附膜形成初期所形成了的膜的質(zhì)量，決定著其與導(dǎo)襯之間的粘附性的大小。
因此，在等離子體放電的最初期間，如果發(fā)生了作為異常放電的電弧放電，就會存在使硬質(zhì)碳膜的質(zhì)量及粘附性下降，會從導(dǎo)襯的內(nèi)周面上產(chǎn)生剝離這樣的問題。
因此，本發(fā)明的目的在于，解決上述問題，在與被加工物相滑動接觸的導(dǎo)襯的內(nèi)周面上能形成膜的質(zhì)量及粘附性好的硬質(zhì)碳膜。
發(fā)明的公開為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出了包括以下各工序的在導(dǎo)襯的內(nèi)周面上形成硬質(zhì)碳膜的方法。
將自動車床用的導(dǎo)襯配置在具有排氣口及氣體導(dǎo)入口、且內(nèi)部設(shè)有陽極和白熱絲的真空槽內(nèi)，并將被接地的或被施加有直流正電壓的輔助電極插入到該導(dǎo)襯的形成著與被加工物相滑動接觸的內(nèi)周面的中心開口內(nèi)的第一工序；對上述真空槽排氣，使其達(dá)到規(guī)定的真空度以下的初始到達(dá)壓力的第二工序；此后，將直流電壓加在上述導(dǎo)襯上，同時(shí)將直流電壓加在上述陽極上，并將交流電壓加在白熱絲上的第三工序；此后，從氣體導(dǎo)入口將含碳的氣體導(dǎo)入上述真空槽內(nèi)，使該真空槽內(nèi)產(chǎn)生等離子體，并利用等離子體CVD工藝方法，在在上述導(dǎo)襯的內(nèi)周面上形成硬質(zhì)碳膜，同時(shí)控制該真空槽內(nèi)的壓力，使其達(dá)到比上述初始到達(dá)壓力要高的被膜形成壓力的第四工序，或者，也可以使用其內(nèi)部不設(shè)陽極和白熱絲的真空槽，并將上述第三工序代之以將高頻電力或直流電壓加在上述導(dǎo)襯上的工序。
在上述第四工序中，作為導(dǎo)入真空槽內(nèi)的含碳?xì)怏w，可以使用甲烷或苯。
依據(jù)本發(fā)明的在導(dǎo)襯的內(nèi)周面上形成硬質(zhì)碳膜的方法，由于是將輔助電極插入到配置在真空槽內(nèi)的導(dǎo)襯的中心開口內(nèi)，并將該輔助電極接地或?qū)ζ涫┘佑兄绷髡妷海栽趯?dǎo)襯的中心開口內(nèi)也能均勻地發(fā)生充分的等離子體。
而且，由于在將含碳的氣體導(dǎo)入真空槽內(nèi)之前，在導(dǎo)襯上施加有直流負(fù)電壓或高頻電力，并在導(dǎo)入含碳的氣體后，使其壓力從初始到達(dá)壓力開始慢慢地增加而達(dá)到被膜形成壓力的，所以在比被膜形成壓力要低的壓力下開始等離子體放電。即由于在等離子體放電開始時(shí)，為一種與被膜形成壓力時(shí)相比其空間阻抗要高的狀態(tài)，所以在硬質(zhì)碳膜的形成初期不會發(fā)生作為異常放電的電弧放電。
因此，在決定膜質(zhì)量的等離子體放電的最初期，在導(dǎo)襯上不會發(fā)生作為異常放電的電弧放電，在導(dǎo)襯的內(nèi)周面上能形成粘附性好的硬質(zhì)碳膜。因此，不會發(fā)生硬質(zhì)碳膜從導(dǎo)襯上剝離的現(xiàn)象。
另外，當(dāng)使用甲烷或苯和氬氣的混合氣體作為含碳的氣體時(shí)，則由于氬氣與甲烷或苯相比，具有其放電起始電壓(電離電壓)要低、且等離子體放電開始壓力要低的特性，所以可以使加在導(dǎo)襯上的直流負(fù)電壓或高頻電力比現(xiàn)有的方法中的要低，等離子體放電開始時(shí)的壓力也能比現(xiàn)有的方法中的要低。因此，能進(jìn)一步抑制在等離子體放電開始間的電弧放電的發(fā)生。
另外，在上述第四工序中，通過在開始時(shí)將甲烷或苯和氬氣的混合氣體作為含碳的氣體導(dǎo)入真空槽內(nèi)，使其發(fā)生等離子體，然后待該等離子體穩(wěn)定后，再將導(dǎo)入該真空槽內(nèi)的氣體僅限為甲烷或苯，就可以由氬氣的作用而有效地抑制在等離子體放電開始時(shí)的電弧放電的發(fā)生，而在等離子體穩(wěn)定后，可以通過將該抑制解除，而加快硬質(zhì)碳膜的形成速度。
附圖的簡單說明圖1至圖4、圖6及圖7分別是使本發(fā)明的往導(dǎo)襯內(nèi)周面上形成硬質(zhì)碳膜的方法的第一至第六實(shí)施方案中所使用的裝置的示意剖面圖。
圖5是在圖4、圖6及圖7所示的實(shí)施方案中所使用的假構(gòu)件的斜視圖。
圖8是表示了在本發(fā)明的第一實(shí)施方案等的真空槽內(nèi)的壓力和時(shí)間之間的關(guān)系的曲線圖。
圖9是表示了在本發(fā)明的第二實(shí)施方案等中的真空槽內(nèi)的壓力和時(shí)間之間的關(guān)系的曲線圖。
圖10是表示了在本發(fā)明的第四至第六實(shí)施方案中的輔助電極的電壓和每一小時(shí)硬質(zhì)碳膜形成厚度之間的關(guān)系的曲線圖。
圖11及圖12是由本發(fā)明而在內(nèi)周面上形成有硬質(zhì)碳膜的導(dǎo)襯的縱剖面圖及斜視圖。
圖13是只顯示了自動車床主軸附近的剖面圖，其中該自動車床設(shè)有使用導(dǎo)襯的固定式導(dǎo)襯裝置。
圖14是只顯示了自動車床主軸附近的剖面圖，其中該自動車床設(shè)有使用導(dǎo)襯的旋轉(zhuǎn)式導(dǎo)襯裝置。
實(shí)施發(fā)明的最佳方案以下，利用


用于實(shí)施本發(fā)明的最佳實(shí)施方案。
首先，對使用了作為本發(fā)明對象的導(dǎo)襯的自動車床的結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡單的說明。
圖13是只表示了數(shù)控自動車床的主軸附近的剖面圖。該自動車床是設(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)下進(jìn)行工作。
主軸箱17，能在該數(shù)控自動車床的圖中未示出的機(jī)架上沿圖的左右方向滑動。
在該主軸箱17上，設(shè)有由軸承21而可以旋轉(zhuǎn)地被支撐著的主軸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，在中間套筒29內(nèi)的彈簧夾頭13的后端部分，上設(shè)有用帶狀彈簧材料制成盤管狀的彈簧25。而且，由該彈簧25的作用，能將彈簧夾頭13從中間套筒29中推出。
彈簧夾頭13的前端位置，通過與蓋形螺母27相接觸而使其位置得到限定，其中該蓋形螺母27由螺紋而被固定在主軸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中飛出的情況。
在中間套筒29的后端部分上，通過該中間套筒29設(shè)有夾頭開閉機(jī)構(gòu)31。而且通過開閉夾頭開閉爪33，對彈簧夾頭13進(jìn)行開閉，從而對被加工物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進(jìn)行移動時(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，將中間套筒29推向左方。由該中間套筒29向左的移動，使與中間套筒29的左端相接觸著的夾頭套筒41便向左移動。
而且，利用在主軸19的前端上用螺紋固定著的蓋形螺母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的向左移動，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，使受到強(qiáng)烈的推壓互相沿錐面進(jìn)行移動。
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，而解除向左推壓夾頭套筒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。
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可以利用自己所具有的彈力使內(nèi)周面的直徑變大，從而釋放被加工物51。
另外，在主軸箱17的前方上設(shè)有立柱35，將導(dǎo)襯裝置37以使其中心軸線與主軸中心線相一致的方式配置在立柱35上。
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以可以旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)保持著的固定式的導(dǎo)襯裝置37。
在固定在立柱35上的夾具39的中心孔中，嵌入著襯套套筒23；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，能對導(dǎo)襯11的內(nèi)徑和被加工物51的外形之間的間隙尺寸進(jìn)行調(diào)整。
即，這是因?yàn)?，如果向右旋轉(zhuǎn)調(diào)整螺母43，導(dǎo)襯11就在圖中相對于襯套套筒23向右進(jìn)行移動，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。
在導(dǎo)襯裝置37的進(jìn)一步靠前處，設(shè)有切削工具(刀具)45。
這樣，在用主軸19上的彈簧夾頭13夾持著被加工物51的同時(shí)，通過切削工具45的前進(jìn)或后退和主軸箱17的移動的合成運(yùn)動，對被導(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14對在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下使用夾持被加工物的導(dǎo)襯的旋轉(zhuǎn)式的導(dǎo)襯裝置進(jìn)行說明。在該圖14中，對與圖13相對應(yīng)的部分標(biāo)以相同的符號。
作為該旋轉(zhuǎn)式的導(dǎo)襯裝置，有彈簧夾頭13和導(dǎo)襯11同步地進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的導(dǎo)襯裝置以及非同步地進(jìn)行旋轉(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同步地進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的導(dǎo)襯裝置。
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)動棒47，而對導(dǎo)襯裝置37進(jìn)行驅(qū)動。也有用齒輪或皮帶輪代替該旋轉(zhuǎn)驅(qū)動棒47，而對導(dǎo)襯裝置37進(jìn)行驅(qū)動的。
該旋轉(zhuǎn)式的導(dǎo)襯裝置37，在被固定在立柱35上的夾具39的中心孔中，通過軸承21，以可以旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)嵌入配置著襯套套筒23。另外，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具有與圖13中所說明了的相同的結(jié)構(gòu)。另外在導(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，可以使導(dǎo)襯11的內(nèi)徑縮小，從而對導(dǎo)襯11的內(nèi)徑和被加工物51的外形之間的間隙尺寸進(jìn)行調(diào)整。
對導(dǎo)襯裝置37的除旋轉(zhuǎn)式這一點(diǎn)以外的結(jié)構(gòu)，由于與用圖13所說明過的自動車床的結(jié)構(gòu)相同，所以有關(guān)它們的說明從略。
下面，對利用本發(fā)明在其內(nèi)周面上形成了硬質(zhì)碳膜的導(dǎo)襯進(jìn)行說明。
圖11是表示了該導(dǎo)襯之一例的縱剖面圖，圖12是表示其外觀的斜視圖。
在這些圖中所示的導(dǎo)襯11，表示了其前端部分為打開了的自由狀態(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的中心上，設(shè)有具有不同于開口直徑的貫穿的中心開口11j。而且，在具有外周錐面11a一側(cè)的內(nèi)周上，形成有保持被加工物51的內(nèi)周面11b。又在除該內(nèi)周面11b以外的區(qū)域上，形成有具有比內(nèi)周面11b的內(nèi)徑要大的內(nèi)徑的臺階部11g。
另外，該導(dǎo)襯11，從其外周錐面11a到彈簧部11d，以沿圓周方向?qū)⑼庵苠F面11a三等分的方式在相隔120°的3處設(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，從而可以調(diào)整內(nèi)周面11b和圖11中的假想線所表示了的被加工物51之間的間隙尺寸。
另外，在該導(dǎo)襯11上，將嵌合部11e設(shè)在彈簧部11d和螺紋部11f之間。而且，通過將該嵌合部11e嵌合在圖11及圖12中所示的襯套套筒23的中心孔中，能將導(dǎo)襯11在主軸的中心線上、且與主軸中心線相平行地得到配置。
使用合金工具鋼(SKS)作為該導(dǎo)襯11的材料；在形成外形形狀和內(nèi)形形狀后，進(jìn)行淬火處理和回火處理。
另外，如圖11所示，優(yōu)選利用釬焊方法將其厚度尺寸為2mm至5mm尺寸的超硬構(gòu)件12固定在該導(dǎo)襯11上，而形成與被加工物51相滑動接觸的內(nèi)周面11b。
作為該超硬構(gòu)件，例如使用由85％～90％的鎢(W)、5％～7％的碳(C)和作為粘結(jié)劑的3％～10％的鈷(Co)的組成者。
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之間沿半徑方向設(shè)有5μm～10μm的間隙。由此，由于被加工物51的出入會與內(nèi)周面11b相滑動接觸，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是被保持在固定著的導(dǎo)襯11上進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)而受到加工的，所以在內(nèi)周面11b和被加工物51之間存在高速滑動，而且由于切削負(fù)載會對內(nèi)周面11b產(chǎn)生過大的被加工物51的推壓力，所以還存在發(fā)生燒傷的問題。
因此，在該導(dǎo)襯11的內(nèi)周面11b上，形成著上述的硬質(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)碳膜具有很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，能極大地提高耐磨耗性，即使在長期使用或進(jìn)行重切削加工時(shí)，也能抑制與被加工物51相接觸的內(nèi)周面11b的磨損。另外，還能抑制使被加工物51上產(chǎn)生損傷，并能抑制導(dǎo)襯11和被加工物51出現(xiàn)燒傷的問題。
雖然也可以在導(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，但為了提高與內(nèi)周面11b之間的粘附性，通過薄的中間層(圖中未示出)而形成硬質(zhì)碳膜更好。
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€可以是碳化硅(SiC)或碳化鈦(TiC)之類的含碳的化合物。
又，作為該中間層也能采用鈦(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)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而形成該中間層。
這樣一來，作為中間層的下層的鈦或鉻就起著保持與導(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則與硬質(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。
以下對本發(fā)明的在導(dǎo)襯的內(nèi)周面上形成硬質(zhì)碳膜的方法的各實(shí)施方案進(jìn)行說明。
(第一實(shí)施方案)首先，參照圖1及圖8，說明本發(fā)明的在導(dǎo)襯的內(nèi)周面上形成硬質(zhì)碳膜的方法的第一實(shí)施方案。
圖1是在第一實(shí)施方案中所使用的裝置的示意剖面圖。另外，圖8是表示該第一實(shí)施方案的在導(dǎo)入含碳?xì)怏w后真空槽內(nèi)的壓力和時(shí)間之間的關(guān)系的曲線圖。
在圖1中，61是具有氣體導(dǎo)入口63和排氣口65的真空槽，在其中的中央上部，設(shè)有陽極79和白熱絲81。在該真空槽61內(nèi)的中央下部，將上述導(dǎo)襯11下部固定著垂直配置在絕緣托架80上。
而且，將通過真空槽61而接地的細(xì)桿狀的輔助電極71插入設(shè)置在該導(dǎo)襯11的中心開口11j內(nèi)。這時(shí)輔助電極71位于導(dǎo)襯11的中心開口11j的中央部位(大致為軸線上)。
另外，該輔助電極71是用不銹鋼等金屬材料所制成的。而且，期望將該輔助電極71配置為不使其前端從導(dǎo)襯11的開口端面(圖1中的上端面)中突出，而在有1mm左右的距離的內(nèi)側(cè)。
然后，從排氣口65進(jìn)行真空抽氣，使真空槽61內(nèi)的真空度達(dá)到3×10-5torr以下的初始到達(dá)壓力。
此后，從直流電源73將負(fù)的直流電壓加在該導(dǎo)襯11上，從陽極電源75將正的直流電壓加在陽極79上，再從白熱絲電源77將交流電壓加在白熱絲81上。
這時(shí)，從直流電源73加在導(dǎo)襯11上的直流電壓為負(fù)3kV，從陽極電源75加在陽極79上的直流電壓為正50V左右。另外，從白熱絲電源77加在白熱絲81上的交流電壓為10V左右的交流電壓，以便能流過30A的電流。
此后，從氣體導(dǎo)入口63將作為含碳的氣體的苯(C6H6)導(dǎo)入真空槽61內(nèi)，控制真空槽61內(nèi)的壓力，以使其達(dá)到5×10-3torr的被膜形成壓力。
由此，真空槽61內(nèi)的壓力隨著時(shí)間而如圖8所示地產(chǎn)生變化，在比5×10-3torr的被膜形成壓力要低的1×10-3torr的壓力下，在真空槽61內(nèi)的導(dǎo)襯11的周圍區(qū)域開始等離子體放電。而且，由在導(dǎo)襯11的內(nèi)周面11b和輔助電極71之間所形成的等離子體的作用，開始在導(dǎo)襯11的內(nèi)周面11b上形成硬質(zhì)碳膜。
然后，利用等離子體CVD工藝方法，在導(dǎo)襯11的內(nèi)周面11b上形成硬質(zhì)碳膜的同時(shí)，達(dá)到被膜形成壓力，然后維持該被膜形成壓力。
這樣，通過在將含碳的氣體導(dǎo)入真空槽61內(nèi)之前將直流負(fù)電壓加在導(dǎo)襯11上，就在比被膜形成壓力要低的壓力下開始等離子體放電。
即，由于在與被膜形成壓力相比空間阻抗要高的狀態(tài)下開始等離子體放電，所以不會發(fā)生作為異常放電的電弧放電。因此，由于在硬質(zhì)碳膜的被膜形成初期不會發(fā)生作為異常放電的電弧放電，所以硬質(zhì)碳膜的粘附性不會降低。因此，依據(jù)本發(fā)明的硬質(zhì)碳膜的形成方法，則在導(dǎo)襯11的內(nèi)周面11b上形成的硬質(zhì)碳膜不會從導(dǎo)襯上產(chǎn)生剝離。
另外，在該第一實(shí)施方案中，是將輔助電極71配置在導(dǎo)襯11的中心開口11j內(nèi)的中央部位上而形成硬質(zhì)碳膜15的。而且，將負(fù)的直流電壓加在導(dǎo)襯11上。
其結(jié)果是，就將呈接地電位的輔助電極71設(shè)在了同電位的各電極之間為相對著的導(dǎo)襯11的中心開口11j內(nèi)，使各相同電位之間不相對。這樣的電位狀態(tài)，對等離子體CVD工藝方法來說是最希望的狀態(tài)，此時(shí)不會發(fā)生異常放電的電弧放電。因此，能在導(dǎo)襯11的內(nèi)周面11b上形成粘附性好的硬質(zhì)碳膜。
另外，由于在導(dǎo)襯11的內(nèi)周面的縱向上電位特性均勻，所以在內(nèi)周面11b形成的硬質(zhì)碳膜的厚度分布變得均勻。而且，由于成膜速度變快，所以經(jīng)過短時(shí)間的處理，就能從開口端面一側(cè)到開口底側(cè)形成厚度均勻的硬質(zhì)碳膜。
該輔助電極71的直徑，只要比導(dǎo)襯11的開口直徑要小即可，但最好相對于形成硬質(zhì)碳膜的內(nèi)周面11b具有5mm左右的間隙，即最好設(shè)有等離子體形成區(qū)。最好使該輔助電極71的直徑和導(dǎo)襯11的開口直徑之比在1／10以下，在將輔助電極71作得較細(xì)的情況下，也可以呈線狀。
而且，在以上的說明中是用不銹鋼形成該輔助電極71的，但也可以用鎢(W)或鉭(Ta)這樣的高熔點(diǎn)金屬材料制成。
(第二實(shí)施方案)其次，參照圖2及圖9說明本發(fā)明的在導(dǎo)襯的內(nèi)周面上形成硬質(zhì)碳膜的方法的第二實(shí)施方案。
圖2是在第二實(shí)施方案中所使用的裝置的示意剖面圖，對與圖1相對應(yīng)的部分標(biāo)以相同的符號，并省略它們的說明從略。另外，圖9是表示該第二實(shí)施方案中的在導(dǎo)入含碳的氣體后真空槽內(nèi)的壓力和時(shí)間之間的關(guān)系的曲線圖。
對在該實(shí)施方案中所使用的真空槽61，在其內(nèi)部不設(shè)置陽極及白熱絲。
如圖2所示，在該第二實(shí)施方案中，也與上述第一實(shí)施方案的情況同樣地將導(dǎo)襯11和輔助電極71配置在真空槽61內(nèi)。
而且，利用圖中未示出的排氣裝置，從排氣口65進(jìn)行真空抽氣，使真空槽61內(nèi)的真空度達(dá)到3×10-5torr以下的初始到達(dá)壓力。
此后，從振蕩頻率為13．56MHz的高頻電源69，通過匹配電路67，將400W的高頻電力加在真空槽61內(nèi)的導(dǎo)襯11上。
此后，從氣體導(dǎo)入口63將作為含碳的氣體的甲烷氣(CH4)導(dǎo)入真空槽61內(nèi)，調(diào)整真空槽61內(nèi)的壓力，以使其達(dá)到0．5torr的被膜形成壓力。
由此，真空槽61內(nèi)的壓力隨著時(shí)間而如圖9所示地產(chǎn)生變化，在比0．5torr的被膜形成壓力要低的0．2torr的壓力下，在真空槽61內(nèi)的導(dǎo)襯11的周圍區(qū)域開始等離子體放電。然后，由于在導(dǎo)襯11的內(nèi)周面11b和輔助電極71之間所形成的等離子體的作用，就開始在導(dǎo)襯11的內(nèi)周面11b上形成硬質(zhì)碳膜。
然后，利用等離子體CVD工藝方法，在在導(dǎo)襯11的內(nèi)周面11b上形成硬質(zhì)碳膜的同時(shí)，達(dá)到0．5torr的被膜形成壓力，然后維持該被膜形成壓力。
這樣，在該第二實(shí)施方案中，在將含碳的氣體導(dǎo)入真空槽61內(nèi)之前，就在導(dǎo)襯11上施加有高頻電力。
由該第二實(shí)施方案，也能獲得與上述第一實(shí)施方案同樣的作用和效果，能迅速地在導(dǎo)襯11的內(nèi)周面11b上形成粘附性好、且厚度均勻的優(yōu)質(zhì)的硬質(zhì)碳膜。
(第三實(shí)施方案)其次，參照圖3及圖9說明本發(fā)明的在導(dǎo)襯的內(nèi)周面上形成硬質(zhì)碳膜的方法的第三實(shí)施方案。
圖3是在第三實(shí)施方案中所使用的裝置的示意剖面圖；對與圖1相對應(yīng)的部分標(biāo)以相同的符號，且它們的說明從略。
對該實(shí)施方案中使用的真空槽61，在其內(nèi)部也不設(shè)置陽極及白熱絲。
如圖3所示，在該第三實(shí)施方案中，也與上述第一實(shí)施方案的情況同樣地將導(dǎo)襯11和輔助電極71配置在真空槽61內(nèi)。
而且，利用圖中未示出的排氣裝置，從排氣口65進(jìn)行真空抽氣，以使真空槽61內(nèi)的真空度達(dá)到3×10-5torr以下的初始到達(dá)壓力。
此后，從直流電源73’′將負(fù)600V的直流電壓加在該導(dǎo)襯11上。
然后，從氣體導(dǎo)入口63將作為含碳的氣體的甲烷氣體(CH4)導(dǎo)入真空槽61內(nèi)，將真空度調(diào)整為0．5torr的被膜形成壓力。
因此，真空槽61內(nèi)的壓力隨著時(shí)間而如圖9所示地產(chǎn)生變化，在比0．5torr的被膜形成壓力要低的0．2torr的壓力下，在真空槽61內(nèi)的導(dǎo)襯11的周圍區(qū)域開始等離子體放電。
然后，由于在導(dǎo)襯11的內(nèi)周面11b和輔助電極71之間所形成的等離子體的作用，開始在導(dǎo)襯11的內(nèi)周面11b上形成硬質(zhì)碳膜15。
然后，利用等離子體CVD工藝方法，在導(dǎo)襯11的內(nèi)周面11b上形成硬質(zhì)碳膜的同時(shí)，達(dá)到0．5torr的被膜形成壓力，然后維持該被膜形成壓力。
這樣，在該第三實(shí)施方案中，在將含碳的氣體導(dǎo)入真空槽61內(nèi)之前，將直加在導(dǎo)襯11上施中有直流負(fù)電壓。
采用該第三實(shí)施方案，也能獲得與上述第一實(shí)施方案同樣的作用和效果，能迅速地在導(dǎo)襯11的內(nèi)周面11b上形成粘附性好、且厚度均勻的優(yōu)質(zhì)的硬質(zhì)碳膜。
這樣在第三實(shí)施方案中，在將含碳的氣體(甲烷氣體)導(dǎo)入真空槽61內(nèi)之前，就將直流負(fù)電壓加在了導(dǎo)襯11上。這樣，也能獲得與上述第一實(shí)施方案同樣的作用和效果，能迅速地在導(dǎo)襯11的內(nèi)周面11b上形成粘附性好、且厚度均勻的優(yōu)質(zhì)的硬質(zhì)碳膜。
(第四實(shí)施方案)其次，參照圖4、圖5及圖10說明本發(fā)明的在導(dǎo)襯的內(nèi)周面上形成硬質(zhì)碳膜的方法的第四實(shí)施方案。
圖4是在第四實(shí)施方案中所使用的裝置的示意剖面圖，與圖1不同的地方在于利用被嵌入在導(dǎo)襯11的中心開口11j內(nèi)的絕緣子85，而相對于導(dǎo)襯11及真空槽61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(例如正20V)加在該輔助電極71上。
另外，在第四實(shí)施方案中，使用具有與導(dǎo)襯11的內(nèi)周面11b的直徑為大致相同的內(nèi)徑的如圖5所示的環(huán)狀的假構(gòu)件53。該假構(gòu)件53與輔助電極71一樣，也是用不銹鋼所形成的。該假構(gòu)件53的外徑尺寸與導(dǎo)襯11的開口端面的大小大致為相同。
然后，如圖4所示，將要形成硬質(zhì)碳膜的導(dǎo)襯11配置在具有氣體導(dǎo)入口63和排氣口65的真空槽61內(nèi)，并在其中心開口11j內(nèi)利用絕緣子85絕緣地支撐著輔助電極71。另外，將假構(gòu)件53安裝在該導(dǎo)襯11的外周錐面一側(cè)的開口端面(圖中為上端面)上。
這時(shí)，使導(dǎo)襯11的內(nèi)周面和假構(gòu)件53的內(nèi)周面相一致。
此后的各工序與用圖1說明過的第一實(shí)施方案中的情況相同，對其說明從略。
在該實(shí)施方案中，對加在輔助電極71上的直流正電壓和在導(dǎo)襯11的內(nèi)周面11b上每單位時(shí)間所形成的硬質(zhì)碳膜的厚度之間的關(guān)系，如圖10中的曲線圖所示。
在該圖10中，示出了使加在輔助電極71上的直流正電壓從0V變化到30V，且導(dǎo)襯的內(nèi)周面11b和輔助電極71之間的間隙尺寸為3mm和5mm時(shí)所形成的硬質(zhì)碳膜的厚度。另外，曲線88表示導(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，曲線91表示導(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。
如該曲線88、91所示，如果增大加在輔助電極71上的直流正電壓，就會提高硬質(zhì)碳膜的形成速度。另外，導(dǎo)襯11的開口內(nèi)表面和輔助電極71之間的間隙尺寸越大，硬質(zhì)碳膜的形成速度就越快。
而且，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)(曲線88)，若加在輔助電極71上的電位為0V的接地電位，則在導(dǎo)襯11的中心開口11j內(nèi)不會發(fā)生等離子體，從而不能形成硬質(zhì)碳膜。
可是，即使在該情況下，如果提高加在輔助電極71上的直流正電壓，那么在導(dǎo)襯11的中心開口11j內(nèi)的輔助電極71周圍也會發(fā)生等離子體，能形成硬質(zhì)碳膜。
因此，通過將直流正電壓加在輔助電極71上進(jìn)行被膜形成處理，在其中心開口11j的直徑較小的導(dǎo)襯的內(nèi)周面上也能形成硬質(zhì)碳膜。
另外，在該第四實(shí)施方案中所使用的假構(gòu)件53有以下作用。
即，在這種往導(dǎo)襯11上形成硬質(zhì)碳膜的方法中，會在導(dǎo)襯11的內(nèi)面和外周部發(fā)生等離子體。而且，電荷容易集中在導(dǎo)襯11的端面上，使與內(nèi)面相比開口端面區(qū)域呈高電位狀態(tài)，即發(fā)生了所謂的邊緣效應(yīng)。這時(shí)，導(dǎo)襯11的端面附近的等離子體強(qiáng)度比其它區(qū)域的要大，而且也不穩(wěn)定。
另外，導(dǎo)襯11的端部區(qū)域，還受到內(nèi)面上的等離子體和外周部的等離子體雙方等離子體的影響。
而且，如果在這樣的狀態(tài)下形成硬質(zhì)碳膜，則在距導(dǎo)襯11的開口端面為數(shù)mm內(nèi)側(cè)的區(qū)域和其它區(qū)域上，硬質(zhì)碳膜的粘附性會多少有所不同，進(jìn)一步使膜的質(zhì)量也會多少有些不同。
因此，如圖4所示，如果將假構(gòu)件53配置在導(dǎo)襯11的開口端面上，形成硬質(zhì)碳膜時(shí)，則該膜的質(zhì)量和粘附性為不同的區(qū)域就不會在導(dǎo)襯11的內(nèi)表面上形成，而是形成于假構(gòu)件53的開口內(nèi)表面上。
該實(shí)施方案的其它作用和效果與上述第一實(shí)施方案中的情況相同。
(第五、第六實(shí)施方案)以下，利用圖6說明本發(fā)明的在導(dǎo)襯的內(nèi)周面上形成硬質(zhì)碳膜的方法的第五實(shí)施方案，利用圖7說明第六實(shí)施方案。
圖6及圖7是分別與圖2及圖3為相同的裝置的示意剖面圖，與它們的不同之處僅在于與圖4所示的第四實(shí)施方案中的情況一樣，利用被嵌入到導(dǎo)襯11的中心開口11j內(nèi)的絕緣子85，相對于導(dǎo)襯11及真空槽61絕緣地支撐著輔助電極71，從輔助電極電源83將直流正電壓(例如正20V)加在該輔助電極71上；并使用假構(gòu)件53。
因此在圖6所示的第五實(shí)施方案中，從振蕩頻率為13．56MHz的高頻電源69，通過匹配電路67將400W的高頻電力加在導(dǎo)襯11上，使在真空槽61內(nèi)發(fā)生等離子體。
另外，在圖7所示的第六實(shí)施方案中，從直流電源73’將負(fù)600V的直流電壓加在該導(dǎo)襯11上，使發(fā)生等離子體。
其它各工序與上述第二、第三實(shí)施方案中的各工序相同，其作用效果除了在上述第二、第三實(shí)施方案中的作用效果以外，還具有由在第四實(shí)施方案中將直流正電壓加在輔助電極上及使用假構(gòu)件所產(chǎn)生的效果。
另外，該假構(gòu)件53，也能適用于使輔助電極71呈接地電位的上述第一至第三實(shí)施方案中，在此情況下假構(gòu)件53的作用效果，與上述第四至第六實(shí)施方案中的情況相同。
(其它實(shí)施方案)其次，對作為含碳的氣體而使用甲烷或苯和氬的混合氣體的本發(fā)明的其它實(shí)施方案，只就與上述各實(shí)施例不同的地方進(jìn)行說明。
首先，對與第一實(shí)施方案同樣地使用圖1所示的裝置的實(shí)施方案進(jìn)行說明。
將導(dǎo)襯11和輔助電極71配置在圖1所示的真空槽61內(nèi)，對真空槽61內(nèi)進(jìn)行真空抽氣，使其真空度達(dá)到3×10-5torr以下的初始到達(dá)壓力。
此后，從直流電源73將負(fù)1．5kV的直流電壓加在導(dǎo)襯11上，從陽極電源75將正50V的直流電壓加在陽極79上，進(jìn)一步從白熱絲電源77以流過30A電流的方式將10V的交流電壓加在白熱絲81上。
此后，從氣體導(dǎo)入口63將作為含碳的氣體的苯(C6H6)和氬的混合氣體導(dǎo)入真空槽61內(nèi)，控制真空槽61內(nèi)的壓力，使其達(dá)到8×10-4torr的被膜形成壓力。另外，苯和氬的流量比為50％。
于是，在真空槽61內(nèi)的導(dǎo)襯11的周圍區(qū)域上，就在比5×10-3torr的被膜形成壓力要低的1×10-3torr的壓力下開始產(chǎn)生等離子體放電。
而且，由在導(dǎo)襯11的內(nèi)周面11b和輔助電極71之間所形成的等離子體的作用，開始在導(dǎo)襯11的內(nèi)周面11b上形成硬質(zhì)碳膜15。
這樣，在該實(shí)施方案中，作為導(dǎo)入真空槽61內(nèi)部的氣體，是導(dǎo)入含碳的氣體和氬氣的混合氣體。氬氣具有與作為含碳?xì)怏w的苯相比放電起始電壓(電離電壓)要低、且等離子體放電開始壓力也要低的特性。
因此，能使加在導(dǎo)襯11上的直流負(fù)電壓比現(xiàn)有的要低。另外，等離子體放電開始壓力也比現(xiàn)在的要低。由此，就可以進(jìn)一步抑制在等離子體放電瞬間的電弧放電的發(fā)生。因此，能進(jìn)一步提高硬質(zhì)碳膜的粘附性。
另外，對形成硬質(zhì)碳膜無貢獻(xiàn)的氬離子在硬質(zhì)碳膜形成時(shí)會撞擊膜表面，將鍵較弱的部分擊出，由該撞擊效果也具有提高硬質(zhì)碳膜的質(zhì)量的效果。
其次，對與第二實(shí)施方案相同地使用圖2所示的裝置的實(shí)施例進(jìn)行說明。
與第一實(shí)施方案相同，將導(dǎo)襯11和輔助電極71配置在圖2所示的真空槽61內(nèi)，對該真空槽61內(nèi)進(jìn)行真空抽氣，使其真空度達(dá)到3×10-5torr以下的初始到達(dá)壓力。
此后，從振蕩頻率為13．56MHz的高頻電源69，通過匹配電路67將250W的高頻電力加在該導(dǎo)襯11上。
然后，從氣體導(dǎo)入口63將作為含碳的氣體的甲烷(CH4)和氬氣的混合氣體導(dǎo)入真空槽61內(nèi)，將真空度調(diào)整為0．5torr的被膜形成壓力。在此情況時(shí)，也使甲烷和氬氣的流量比為50％。
于是，在真空槽61內(nèi)部的導(dǎo)襯11的周圍區(qū)域上，就在比0．5torr的被膜形成壓力要低的0．1torr的壓力下開始產(chǎn)生等離子體放電。然后，由在導(dǎo)襯11的內(nèi)周面11b和輔助電極71之間所形成的等離子體的作用，開始在導(dǎo)襯11的內(nèi)周面11b上形成硬質(zhì)碳膜15。
采用該實(shí)施方案時(shí)，也與上述的實(shí)施方案中的情況相同地，可以進(jìn)一步抑制在開始產(chǎn)生等離子體放電的瞬間的電弧放電的發(fā)生，由此就可以進(jìn)一步提高硬質(zhì)碳膜的粘附性。
其次，對與第三實(shí)施方案相同地使用圖3所示的裝置的實(shí)施例進(jìn)行說明。
與第3實(shí)施方案相同地，將導(dǎo)襯11和輔助電極71配置在圖3所示的真空槽61內(nèi)，對該真空槽61內(nèi)進(jìn)行真空抽氣，使其真空度達(dá)到3×10-5torr以下的初始到達(dá)壓力。
此后，從直流電源73’將負(fù)450V的直流電壓加在該導(dǎo)襯11上。
然后，從氣體導(dǎo)入口63將作為含碳的氣體的甲烷(CH4)和氬氣的混合氣體導(dǎo)入真空槽61內(nèi)，將真空度調(diào)整為0．5torr的被膜形成壓力。在此情況時(shí)，也使甲烷和氬氣的流量比為50％。
于是，在真空槽61內(nèi)部的導(dǎo)襯11的周圍區(qū)域上，就在比0．5torr的被膜形成壓力要低的0．1torr的壓力下開始產(chǎn)生等離子體放電。然后，由在導(dǎo)襯11的內(nèi)周面11b和輔助電極71之間所形成的等離子體的作用，開始在導(dǎo)襯11的內(nèi)周面11b上形成硬質(zhì)碳膜15。
采用該實(shí)施方案時(shí)，也與上述的實(shí)施方案中的情況相同，可以進(jìn)一步抑制在開始產(chǎn)生等離子體放電的瞬間的電弧放電的發(fā)生，由此能進(jìn)一步提高硬質(zhì)碳膜的粘附性。
這樣，與上述第四至第六實(shí)施方案一樣，使用圖4、圖6及圖7所示的裝置，也能實(shí)施作為含碳的氣體而使用苯和氬氣的混合氣體的硬質(zhì)碳膜的形成方法。
以下，對作為含碳的氣體在初期將甲烷或苯和氬氣的混合氣體導(dǎo)入真空槽內(nèi)使產(chǎn)生等離子體、而待等離子體穩(wěn)定后只將甲烷或苯導(dǎo)入真空槽內(nèi)，以加快硬質(zhì)碳膜的形成速度的實(shí)施方案，僅對與上述各實(shí)施例中不同的地方進(jìn)行說明。
首先，對與第四實(shí)施方案相同地使用圖4所示的裝置的實(shí)施方案進(jìn)行說明。
與第4實(shí)施方案相同地，將導(dǎo)襯11、輔助電極71和假構(gòu)件53配置在圖4所示的真空槽61內(nèi)，對該真空槽61內(nèi)進(jìn)行真空抽氣，使其真空度達(dá)到3×10-5torr以下的初始到達(dá)壓力。
此后，從直流電源73將負(fù)1．5kV的直流電壓加在導(dǎo)襯11上，從陽極電源75將正50V的直流電壓加在陽極79上，進(jìn)一步從白熱絲電源77以流過30A的電流的方式將10V的交流電壓加在白熱絲81上。另外，從輔助電極電源83將正20V的直流電壓加在輔助電極71上。
此后，從氣體導(dǎo)入口63將作為含碳的氣體的苯(C6H6)和氬氣的混合氣體導(dǎo)入真空槽61內(nèi)，將真空槽61內(nèi)的壓力控制為5×10-3torr的被膜形成壓力。另外，使苯和氬氣的流量比為50％。
于是，在真空槽61內(nèi)部的導(dǎo)襯11的周圍區(qū)域上，就在比5×10-3torr的被膜形成壓力要低的8×10-4torr的壓力下開始產(chǎn)生等離子體放電。然后，當(dāng)在等離子體穩(wěn)定后再經(jīng)過了2分鐘的時(shí)刻上，作為含碳的氣體只將苯導(dǎo)入真空槽61。
因此，由在導(dǎo)襯11的內(nèi)周面11b和輔助電極71之間所形成的等離子體的作用，就在導(dǎo)襯11的內(nèi)周面11b上形成硬質(zhì)碳膜15。
采用該實(shí)施方案時(shí)，與上述的實(shí)施方案中的情況相同，可以進(jìn)一步抑制在等離子體放電開始的瞬間的電弧放電的發(fā)生，且在等離子體穩(wěn)定后，由于只將苯導(dǎo)入真空槽內(nèi)，所以能加快硬質(zhì)碳膜的形成速度。
另外，由將直流正電壓加在輔助電極71上、以及使用假構(gòu)件53所產(chǎn)生的作用和效果，與上述的第四實(shí)施方案中的情況相同。
其次，對與第五實(shí)施方案相同地使用圖6所示的裝置的實(shí)施方案進(jìn)行說明。
與第五實(shí)施方案相同地，將導(dǎo)襯11、輔助電極71和假構(gòu)件53配置在圖6所示的真空槽61內(nèi)，對該真空槽61內(nèi)進(jìn)行真空抽氣，使其真空度達(dá)到3×10-5torr以下的初始到達(dá)壓力。
此后，從振蕩頻率為13．56MHz的高頻電源69，通過匹配電路67將250W的高頻電力加在該導(dǎo)襯11上。另外，從輔助電極電源83將正20V的直流電壓加在輔助電極71上。
然后，從氣體導(dǎo)入口63將作為含碳的氣體的甲烷(CH4)和氬氣的混合氣體導(dǎo)入真空槽61內(nèi)，將真空度調(diào)整為0．5torr的被膜形成壓力。另外，使甲烷和氬氣的流量比為50％。
于是，在真空槽61內(nèi)部的導(dǎo)襯11的周圍區(qū)域上，就在比0．5torr的被膜形成壓力要低的0．2torr的壓力下開始產(chǎn)生等離子體放電。此后，在待等離子體穩(wěn)定后再經(jīng)過了2分鐘的時(shí)刻上，作為含碳的氣體只將苯導(dǎo)入真空槽61。
然后，由在導(dǎo)襯11的內(nèi)周面11b和輔助電極71之間所形成的等離子體的作用，就在導(dǎo)襯11的內(nèi)周面11b上形成硬質(zhì)碳膜15。
采用該實(shí)施方案時(shí)，也能獲得與上述的實(shí)施方案中的情況相同的作用和效果。
其次，對與第六實(shí)施方案相同地使用圖7所示的裝置的實(shí)施方案進(jìn)行說明。
與第六實(shí)施方案相同地，將導(dǎo)襯11、輔助電極71和假構(gòu)件53配置在圖6所示的真空槽61內(nèi)，對該真空槽61內(nèi)進(jìn)行真空抽氣，使其真空度達(dá)到3×10-5torr以下的初始到達(dá)壓力。
此后，從直流電源73’將負(fù)450V的直流電壓加在該導(dǎo)襯11上。另外，從輔助電極電源83將正20V的直流電壓加在輔助電極71上。
然后，從氣體導(dǎo)入口63將作為含碳的氣體的甲烷(CH4)和氬氣的混合氣體導(dǎo)入真空槽61內(nèi)，將真空度調(diào)整為0．5torr的被膜形成壓力。在此情況時(shí)，也使甲烷和氬氣的流量比為50％。
于是，在真空槽61內(nèi)部的導(dǎo)襯11的周圍區(qū)域上就在比0．5torr的被膜形成壓力要低的0．1torr的壓力下開始產(chǎn)生等離子體放電。此后，在待等離子體穩(wěn)定后再經(jīng)過了2分鐘的時(shí)刻開始，作為含碳的氣體只將苯導(dǎo)入真空槽61。
然后，由于在導(dǎo)襯11的內(nèi)周面11b和輔助電極71之間所形成的等離子體的作用，就開始在導(dǎo)襯11的內(nèi)周面上形成硬質(zhì)碳膜15。
采用該實(shí)施方案時(shí)，也能獲得與上述的實(shí)施方案中的情況相同的作用和效果。
另外，與這些實(shí)施方案一樣，使用在第一至第三實(shí)施例中所用的圖1至圖3所示的裝置，也能實(shí)施這樣的方法作為含碳的氣體而將苯或甲烷和氬氣的混合氣體導(dǎo)入真空槽內(nèi)，使產(chǎn)生等離子體，待等離子體穩(wěn)定后，只導(dǎo)入苯或甲烷而形成硬質(zhì)碳膜。
在以上所說明的本發(fā)明的硬質(zhì)碳膜的形成方法的各實(shí)施方案中，作為含碳的氣體，是對使用了甲烷氣體或苯氣體的例子進(jìn)行了說明的。但除了甲烷以外，還可以使用乙烯等含碳的氣體或乙烷等含碳的液體的蒸發(fā)蒸汽。
另外，依據(jù)上述各實(shí)施方案，是在導(dǎo)襯11的外周面和內(nèi)周面兩側(cè)表面上都能形成硬質(zhì)碳膜的，但也能只是在內(nèi)周面11b上形成硬質(zhì)碳膜。
這時(shí)，只需將被覆材料配置在導(dǎo)襯11的外周部分即可，但也可以簡單地將鋁箔作為該被覆材料而纏在導(dǎo)襯11的外周部上。
工業(yè)實(shí)用性由以上說明可知，依據(jù)本發(fā)明的在導(dǎo)襯的內(nèi)周面上形成硬質(zhì)碳膜的方法，則在等離子體放電開始時(shí)不會發(fā)生作為異常放電的電弧放電，能提高硬質(zhì)碳膜的粘附性。
另外，由于是將輔助電極插入到導(dǎo)襯的中心開口內(nèi)而實(shí)施等離子體CVD工藝方法的，所以不會發(fā)生作為異常放電的空心放電。因此，也能在導(dǎo)襯的內(nèi)周面上形成粘附性好的硬質(zhì)碳膜。
再者，能在導(dǎo)襯的內(nèi)周面的全部區(qū)域上形成厚度均勻的硬質(zhì)碳膜。
因此，當(dāng)將用本發(fā)明的方法而在內(nèi)周面上形成有硬質(zhì)碳膜的導(dǎo)襯安裝在自動車床上使用時(shí)，即使是進(jìn)行切削量大、加工速度快的重切削加工，也能抑制在與被加工物相接觸的內(nèi)周面上的磨損，能大幅度地抑制在被加工物上產(chǎn)生損傷或在導(dǎo)襯和被加工物之間出現(xiàn)燒傷的情況。
權(quán)利要求
1．一種在導(dǎo)襯的內(nèi)周面上形成硬質(zhì)碳膜的方法，其特征在于包括以下各工序?qū)⒆詣榆嚧灿玫膶?dǎo)襯配置在具有排氣口及氣體導(dǎo)入口、且內(nèi)部設(shè)有陽極和白熱絲的真空槽內(nèi)，并將接地的或施加有直流正電壓的輔助電極插入到該導(dǎo)襯的形成與被加工物滑動接觸的內(nèi)周面的中心開口內(nèi)的第一工序；對上述真空槽內(nèi)進(jìn)行排氣，使其達(dá)到預(yù)定的真空度以下的初始到達(dá)壓力的第二工序；此后將直流電壓加在上述導(dǎo)襯上，同時(shí)將直流電壓加在上述陽極上，并將交流電壓加在上述白熱絲上的第三工序；此后，從上述氣體導(dǎo)入口將含碳的氣體導(dǎo)入上述真空槽內(nèi)，使該真空槽內(nèi)產(chǎn)生等離子體，并利用等離子體CVD工藝方法，在在上述導(dǎo)襯的內(nèi)周面上形成硬質(zhì)碳膜，同時(shí)控制該真空槽內(nèi)的壓力，使其到達(dá)比上述初始到達(dá)壓力要高的被膜形成壓力的第四工序。
2．一種在導(dǎo)襯的內(nèi)周面上形成硬質(zhì)碳膜的方法，其特征在于包括以下各工序?qū)⒆詣榆嚧灿玫膶?dǎo)襯配置在具有排氣口及氣體導(dǎo)入口的真空槽內(nèi)，并將接地的或施加有直流正電壓的輔助電極插入到該導(dǎo)襯的形成與被加工物滑動接觸的內(nèi)周面的中心開口內(nèi)的第一工序；對上述真空槽內(nèi)進(jìn)行排氣，使其達(dá)到預(yù)定的真空度以下的初始到達(dá)壓力的第二工序；此后，將高頻電力加在上述導(dǎo)襯上的第三工序；此后，從上述氣體導(dǎo)入口將含碳的氣體導(dǎo)入上述真空槽內(nèi)，使該真空槽內(nèi)發(fā)生等離子體，并利用等離子體CVD工藝方法，在上述導(dǎo)襯的內(nèi)周面上形成硬質(zhì)碳膜，同時(shí)控制該真空槽內(nèi)的壓力，使其達(dá)到比上述初始到達(dá)壓力要高的被膜形成壓力的第四工序。
3．一種在導(dǎo)襯的內(nèi)周面上形成硬質(zhì)碳膜的方法，其特征在于包括以下各工序?qū)⒆詣榆嚧灿玫膶?dǎo)襯配置在有排氣口及氣體導(dǎo)入口的真空槽內(nèi)，將被接地的或被施加有直流正電壓的輔助電極插入到該導(dǎo)襯的形成與被加工物滑動接觸的內(nèi)周面的中心開口內(nèi)的第一工序；對上述真空槽內(nèi)進(jìn)行排氣，使其達(dá)到預(yù)定的真空度以下的初始到達(dá)壓力的第二工序；此后，將直流電壓加在上述導(dǎo)襯上的第三工序；此后，從上述氣體導(dǎo)入口將含碳的氣體導(dǎo)入上述真空槽內(nèi)，使該真空槽內(nèi)發(fā)生等離子體，至利用等離子體CVD工藝方法，在在上述導(dǎo)襯的內(nèi)周面上形成硬質(zhì)碳膜，同時(shí)控制該真空槽內(nèi)的壓力，使其到達(dá)比上述初始到達(dá)壓力要高的被膜形成壓力的第四工序。
4．根據(jù)權(quán)利要求1所述的在導(dǎo)襯的內(nèi)周面上形成硬質(zhì)碳膜的方法，在上述第四工序中，導(dǎo)入上述真空槽內(nèi)的含碳?xì)怏w是甲烷或苯。
5．根據(jù)權(quán)利要求1所述的在導(dǎo)襯的內(nèi)周面上形成硬質(zhì)碳膜的方法，在上述第四工序中，導(dǎo)入上述真空槽內(nèi)的含碳?xì)怏w是甲烷或苯和氬氣的混合氣體。
6．根據(jù)權(quán)利要求1所述的在導(dǎo)襯的內(nèi)周面上形成硬質(zhì)碳膜的方法，在上述第四工序中，開始時(shí)將甲烷或苯和氬氣的混合氣體作為含碳的氣體導(dǎo)入上述真空槽內(nèi)，使發(fā)生等離子體；而待該等離子體穩(wěn)定后，使導(dǎo)入該真空槽內(nèi)的氣體僅為甲烷或苯。
7．根據(jù)權(quán)利要求2所述的在導(dǎo)襯的內(nèi)周面上形成硬質(zhì)碳膜的方法，在上述第四工序中，導(dǎo)入上述真空槽內(nèi)的含碳?xì)怏w是甲烷或苯。
8．根據(jù)權(quán)利要求2所述的在導(dǎo)襯的內(nèi)周面上形成硬質(zhì)碳膜的方法，在上述第四工序中，導(dǎo)入上述真空槽內(nèi)的含碳?xì)怏w是甲烷或苯和氬氣的混合氣體。
9．根據(jù)權(quán)利要求2所述的在導(dǎo)襯的內(nèi)周面上形成硬質(zhì)碳膜的方法，在上述第四工序中，開始時(shí)將甲烷或苯和氬氣的混合氣體作為含碳的氣體導(dǎo)入上述真空槽內(nèi)，使發(fā)生等離子體；而待該等離子體穩(wěn)定后，使導(dǎo)入該真空槽內(nèi)的氣體僅為甲烷或苯。
10．根據(jù)權(quán)利要求3所述的在導(dǎo)襯的內(nèi)周面上形成硬質(zhì)碳膜的方法，在上述第四工序中，導(dǎo)入上述真空槽內(nèi)的含碳?xì)怏w是甲烷或苯。
11．根據(jù)權(quán)利要求3所述的在導(dǎo)襯的內(nèi)周面上形成硬質(zhì)碳膜的方法，在上述第四工序中，導(dǎo)入上述真空槽內(nèi)的含碳?xì)怏w是甲烷或苯和氬氣的混合氣體。
12．根據(jù)權(quán)利要求3所述的在導(dǎo)襯的內(nèi)周面上形成硬質(zhì)碳膜的方法，在上述第四工序中，開始時(shí)將甲烷或苯和氬氣的混合氣體作為含碳的氣體導(dǎo)入上述真空槽內(nèi)，使發(fā)生等離子體；而待該等離子體穩(wěn)定后，使導(dǎo)入該真空槽內(nèi)的氣體僅為甲烷或苯。
全文摘要
將自動車床用的導(dǎo)襯(11)配置在真空槽(61)內(nèi),并將接地的或施加有直流正電壓的輔助電極(71)插入到形成與該被加工物滑動接觸的內(nèi)周面(11b)的中心開口(11j)內(nèi),然后對真空槽內(nèi)進(jìn)行排氣,使其達(dá)到規(guī)定的真空度以下的初始到達(dá)壓力;此后,將直流電壓加在上述導(dǎo)襯(11)上,同時(shí)將直流電壓加在陽極(79)上,并將交流電壓加在白熱絲(81)上,然后將含碳的氣體導(dǎo)入真空槽(61)內(nèi),發(fā)生等離子體;利用等離子體CVD工藝方法,在導(dǎo)襯(11)的內(nèi)周面上形成硬質(zhì)碳膜的同時(shí)控制該真空槽(61)內(nèi)的壓力,使其達(dá)到比上述初始到達(dá)壓力要高的被膜形成壓力。
文檔編號C23C16/26GK1205037SQ97191300
公開日1999年1月13日 申請日期1997年8月19日 優(yōu)先權(quán)日1996年8月19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 申請人:時(shí)至準(zhǔn)鐘表股份有限公司