專利名稱：在導(dǎo)向套筒內(nèi)表面形成硬質(zhì)碳膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在導(dǎo)向套筒的與被加工件滑動接觸的內(nèi)表面形成硬質(zhì)碳膜的方法，該導(dǎo)向套筒安裝于自動車床上，使圓棒狀的被加工件可以在切削工具(刀具)的附近旋轉(zhuǎn)和沿軸的方向滑動。
裝在自動車床的自動車床立柱上，使圓棒狀的被加工件可以在切削工具的附近旋轉(zhuǎn)的導(dǎo)向套筒分為旋轉(zhuǎn)型和固定型兩種。旋轉(zhuǎn)型的平時與被加工件一起旋轉(zhuǎn)并同時使被加工件可沿軸的方向滑動；固定型的則不旋轉(zhuǎn)但可以使被加工件旋轉(zhuǎn)并沿軸的方向滑動。
各種型式的導(dǎo)向套筒均包括呈錐面的外周部，其上有保持彈力用的開槽；將其安裝在立柱上用的螺紋和保持被加工件的內(nèi)表面；由于該內(nèi)表面平時與被加工件滑動接觸所以容易磨耗，特別是在固定型的場合上述磨耗就更加嚴(yán)重。
因此由于該被加工件的旋轉(zhuǎn)與滑動，在與被加工件滑動接觸導(dǎo)向套筒的內(nèi)表面上如日本專利公報特開平4-141303號中所提議的利用釬焊將超硬合金和陶瓷等固定其上。
這樣，由于在導(dǎo)向套筒的內(nèi)表面設(shè)置有耐磨耗性和耐熱性均優(yōu)越的超硬合金和陶瓷，可以達到一定程度抑制磨耗的效果。
但是即便在其內(nèi)表面設(shè)有超硬合金和陶瓷，對于自動車床切削量大、加工速度大的重切削時由于超硬合金和陶瓷的摩擦系數(shù)大而熱傳導(dǎo)率低，會出現(xiàn)在被加工件上發(fā)生缺陷，或產(chǎn)生使導(dǎo)向套筒和被加工件直徑方向的間隙減小的燒接等問題，因此限制了切削量和加工速度的提高。
固定型的導(dǎo)向套筒因為可以使被加工件保持軸心不偏斜，具有可以達到高精度的真圓度加工，并且噪音小，自動車床的構(gòu)造簡單且小型化的優(yōu)點。
但是因為較之旋轉(zhuǎn)型的場合導(dǎo)向套筒內(nèi)表面的磨耗大得多，使得切削量和加工速度的提高變得更加困難。
為了解決該問題，我們提出了在該種導(dǎo)向套筒與被加工件滑動接觸的內(nèi)表面形成一層硬質(zhì)的碳膜，極大地提高了內(nèi)表面的耐磨耗性，使得被加工件不會發(fā)生缺陷和燒接，從而可以提高自動車床的切削量和加工速度的方案。
所謂硬質(zhì)碳膜是一種氫化非晶碳膜，因為具有與鉆石相似的性質(zhì)，故也稱為類鉆石碳(DLC-Diamond Like Carbon)。
這種硬質(zhì)碳膜DLC具有硬度高(維氏硬度3000HV以上)，耐磨耗性好，磨擦系數(shù)小(超硬合金的1/8)，耐腐蝕性好的優(yōu)點。
作為在該導(dǎo)向套筒的內(nèi)表面形成硬質(zhì)碳膜的方法有例如，在含有碳的氣體的霧圍中將薄膜形成的壓力減到5×10-3torr，在導(dǎo)向套筒上加上-3KV的直流電壓產(chǎn)生等離子體，從而形成硬質(zhì)碳膜的等離子體CVD法(等離子體化學(xué)蒸汽涂敷加工)。
但是，這種等離子體CVD法因為是以導(dǎo)向套筒周圍區(qū)域中產(chǎn)生的等離子體為主，將含碳的氣體分解形成硬質(zhì)碳膜，在導(dǎo)向套筒的外表面可以形成均勻的硬質(zhì)碳膜，而在導(dǎo)向套筒的內(nèi)表面所形成的硬質(zhì)碳膜的粘著性不好，不僅如此還有硬度等膜的質(zhì)量低劣的問題。
其原因是因為在導(dǎo)向套筒的中心開口之中，因為形成同電位的電極相互間相對的空間，從而在該中心開口中會發(fā)生被稱為空穴放電的等離子體異常放電。由于這種空穴放電所形成的硬質(zhì)碳膜為類似聚合物的粘著性不好的薄膜，容易從導(dǎo)向套筒的內(nèi)表面剝離，硬度也低。
而且上述硬質(zhì)碳膜的形成方法是在薄膜形成壓力為5×10-3torr時在導(dǎo)向套筒11上加上由電源73提供的-3KV的直流電壓。
在這種真空槽中的壓力為5×10-3torr左右的狀態(tài)，真空槽中的空間中具有大量的電子等電荷，空間阻抗低。因此在等離子體開始發(fā)電的瞬間，容易在導(dǎo)向套筒中發(fā)生作為異常放電的電弧放電現(xiàn)象。
不僅如此，在等離子體放電開始時，因為是硬質(zhì)碳膜的薄膜形成的初期，在該薄膜形成初期所形成的膜的質(zhì)量決定著導(dǎo)向套筒的粘著性。
因此，等離子體放電的最初的時期，一旦發(fā)生作為異常放電的電弧放電，硬質(zhì)碳膜的膜的質(zhì)量和粘著性就將下降，出現(xiàn)容易從導(dǎo)向套筒的內(nèi)表面剝離的問題。
所以，本發(fā)明的目的就是解決上述問題，在導(dǎo)向套筒與被加工件滑動接觸的內(nèi)表面形成膜的質(zhì)量和粘著性好的硬質(zhì)碳膜。
本發(fā)明為了達到上述目的，由在沿軸方向有中心開口的大體為圓筒狀的物體構(gòu)成，在其一端具有錐形外周面與被加工件滑動接觸的內(nèi)表面和開槽；在安裝于自動車床時，將被插入上述中心開口的被加工件保持在可在切削工具附近旋轉(zhuǎn)及沿軸的方向滑動的導(dǎo)向套筒的內(nèi)表面上按下述的順序形成硬質(zhì)碳膜。
將上述導(dǎo)向套筒放入具有氣體導(dǎo)入口和排氣口及陽極和燈絲的真空槽中，在形成導(dǎo)向套筒的內(nèi)表面的中心開口中插入輔助電極并將其接在地電位。
上述真空槽中排氣之后，由上述氣體導(dǎo)入口將含有碳的氣體引入該真空槽，在經(jīng)電抗器使上述導(dǎo)向套筒加上直流電壓的同時，分別給上述陽極加上直流電壓，燈絲加上交流電壓，真空槽中產(chǎn)生等離子體，利用等離子體CVD法在該導(dǎo)向套筒的內(nèi)表面形成硬質(zhì)碳膜。
又，作為在真空槽中產(chǎn)生等離子體的方法也可在真空槽中不設(shè)陽極與燈絲，而借助電抗器在導(dǎo)向套筒上加上直流電壓來產(chǎn)生等離子體。
并且，在真空槽中放置若干個導(dǎo)向套筒，分別給各個導(dǎo)向套筒插入輔助電極，各導(dǎo)向套筒分別經(jīng)電抗器加上直流電壓從而在真空槽內(nèi)產(chǎn)生等離子體，可以在一個真空槽中使若干個導(dǎo)向套筒的內(nèi)表面同時形成硬質(zhì)碳膜。
此時，若干個導(dǎo)向套筒既可經(jīng)同一個電抗器加上直流電壓，也可以分別經(jīng)各自的電抗器由各自的直流電源或共同的直流電源加上直流電壓。
這樣，經(jīng)電抗器在導(dǎo)向套筒上加上直流電壓后，真空槽中產(chǎn)生等離子體，在導(dǎo)向套筒的內(nèi)表面形成決定硬質(zhì)碳膜的質(zhì)量的薄膜的形成初期，不發(fā)生作為異常放電的電弧放電，從而可形成膜的質(zhì)量和粘著性好的硬質(zhì)碳膜。
此外，導(dǎo)向套筒的中心開口中插入接地電位的輔助電極時，真空槽內(nèi)引入含碳的氣體的同時產(chǎn)生等離子體，可在導(dǎo)向套筒的內(nèi)表面迅速的，且由開口端到深處形成均勻的硬質(zhì)碳膜。
不僅如此，也可在導(dǎo)向套筒的內(nèi)表面放置提高粘著性的中間層后，再以上述方法形成硬質(zhì)碳膜。
下面將結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。


圖1為適用于本發(fā)明的導(dǎo)向套筒一個例子的縱剖面圖。
圖2為其外觀的斜視圖。
圖3為適用于本發(fā)明的導(dǎo)向套筒的另一個例子的縱剖面圖。
圖4至圖7為相應(yīng)于圖1和圖3中圓A所包圍的部分的放大的剖面圖。
圖8為對圖5的局部進一步放大的中間層結(jié)構(gòu)地示意圖。
圖9為對在導(dǎo)向套筒內(nèi)表面中間層形成方法的一個例子進行說明的裝置的概要剖面圖。
圖10為對本發(fā)明的在導(dǎo)向套筒內(nèi)表面形成硬質(zhì)碳膜的方法的第一實施例進行說明的裝置的要的剖面圖。
圖11為圖10所示的絕緣體支撐物80的具體結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖12至圖18分別為對本發(fā)明的在導(dǎo)向套筒內(nèi)表面形成硬質(zhì)碳膜方法的第2至第8實施例進行說明的裝置的概要剖面圖。
圖19為在圖10的實施例中追加被覆材料時和圖10有同樣的剖面圖。
圖20為對采用偽構(gòu)件在導(dǎo)向套筒的內(nèi)表面形成硬質(zhì)碳膜的方法的實施例進行說明的和裝置的圖10有同樣的概要剖面圖。
圖21為圖20實施例中使用的偽構(gòu)件的斜視圖。
圖22為對在使用偽構(gòu)件的導(dǎo)向套筒的內(nèi)表面形成硬質(zhì)碳膜的方法的另一個實施例進行說明的，和裝置圖15為同樣的概要剖面圖。
圖23采用適用于本發(fā)明的導(dǎo)向套筒的裝備有固定型導(dǎo)向套筒的自動車床主軸附近區(qū)域的剖面圖。
圖24為采用適用于本發(fā)明的導(dǎo)向套筒的裝備有旋轉(zhuǎn)型導(dǎo)向套稠的自動車床主軸附近區(qū)域的剖面圖。
以下將根據(jù)附圖對本發(fā)明的實施例加以說明。
首先采用對適用于本發(fā)明的方法的在與本加工件滑動接觸的內(nèi)表面形成了硬質(zhì)碳膜的導(dǎo)向套筒的自動車床的結(jié)構(gòu)作簡單的說明。
圖23為數(shù)控自動車床主軸附近區(qū)域的剖面圖。在該自動車床上固定著導(dǎo)向套筒11，以其內(nèi)表面11b將被加工件51(用假想線表示)保持在旋轉(zhuǎn)自如的狀態(tài)，為設(shè)置有固定型導(dǎo)向套筒裝置37的設(shè)備。
主軸臺17可以在該數(shù)控自動車床圖中沒有示出的皮帶上方沿圖的左右方向滑動。
在主軸臺17上設(shè)有由軸承21支撐可以旋轉(zhuǎn)的主軸19。在主軸19的前端安裝著彈簧卡盤13。
該彈簧卡盤13裝在卡盤套筒41的中心孔中。彈簧卡盤13的前端的外表面為錐面13a，和長盤套筒41的內(nèi)表面的錐面41a相互之間以面接觸。
不僅如此，在中間套筒29中彈簧卡盤13的后端部設(shè)有由帶狀彈簧材料制成的線圈狀的彈簧25。因此由于該彈簧25的動作可將彈簧卡盤13由中間套筒29中壓出。
彈簧卡盤13的前端位置，受與位于主軸19的前端的彈簧固定用的鎖緊螺母27接觸的位置的限制。因此可以防止彈簧卡盤13在彈簧25的彈力的作用下由中間套筒29中飛出。
在中間套筒29的后端部設(shè)有借助中間套筒29的卡盤開閉機構(gòu)31。而且通過使長盤開閉爪33開閉可以使彈簧卡盤13開閉從而使被加工件51被夾持或釋放。
即，隨卡盤開閉機構(gòu)31的卡盤開閉爪33的前端部向相互打開的狀態(tài)移動，卡盤開閉爪33和中間套筒29相接觸的部分沿圖23向左的方向移動，將中間套筒29向左推。由于該中間套筒29向左移動，與中間套筒29的左端相接觸的卡盤筒41向左移動。
而且，彈簧卡盤13在主軸19的前端的彈簧止動用的鎖緊螺母27的作用下防止其由主軸19飛出。
因此，由于向該卡盤套筒41的左方向移動，彈簧卡盤13的具有開槽的外周錐面13a與長盤套筒41的內(nèi)圓錐面41a被壓緊，相互沿錐面運動。
作為其結(jié)果，彈簧卡盤13的內(nèi)表面的直徑變小，可將被加工件51夾持住。
當(dāng)彈簧卡盤13的內(nèi)表面直徑變大從而將被加工件51釋放時，卡盤開閉爪33的前端部向相互閉合的狀態(tài)移動，消除將卡盤套筒41向左方壓緊的力。
于是由于彈簧25的復(fù)原力使中間套筒29和卡盤套筒41向圖的右方向移動。
這使得彈簧卡盤13的外周錐面13a和卡盤套筒41的內(nèi)周錐面41a的壓緊力被除去。從而使彈簧卡盤13在本身具有的彈性力作用下使內(nèi)表面的直徑變大，將被加工件51釋放。
主軸臺17的前方還設(shè)有立柱35，其配置方式使導(dǎo)向套筒裝置37的中心軸線和主軸中心線相一致。
該導(dǎo)向套筒裝置37將導(dǎo)向套筒11固定，為以該導(dǎo)向套筒11的內(nèi)表面11b使被加工件51保持在可以旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)的固定型的導(dǎo)向套筒裝置37。
在立柱35上固定的夾具39的中心孔中嵌入套筒套管23，在該套筒套管23的前端的內(nèi)表面為錐面23a。
而且在該套筒套管23的中心孔中嵌入了前端部的外周為錐面11a且其上形成有開槽11c的導(dǎo)向套筒11。
在導(dǎo)向套筒裝置37的后端部位，可以利用轉(zhuǎn)動安裝于導(dǎo)向套筒11的螺紋部拉的調(diào)整螺母43來調(diào)整導(dǎo)向套筒11的內(nèi)徑和被加工件51的外形之間的間隙大小。
即當(dāng)將調(diào)整螺母43右旋時，導(dǎo)向套筒11相對于套筒套管23向圖中的右方向移動，和彈簧卡盤13時同樣，套筒套管23的內(nèi)周錐面23a和導(dǎo)向套筒11的外周錐面11a相互壓緊，使導(dǎo)向套筒11的前端部的內(nèi)徑變小。
在導(dǎo)向套筒27的更前端裝有切削工具(刀具)45。
并且，在將被加工件51用主軸19的彈簧卡盤13夾持的同時還以導(dǎo)向套筒裝置37支撐，且對貫通該導(dǎo)向套筒裝置37并在加工領(lǐng)域中突出的被加工件51，根據(jù)切削工具45的進退和主軸臺17的移動所構(gòu)成的合成運動進行所定的切削加工。
其次，對于將夾持被加工件的導(dǎo)向套筒11以旋轉(zhuǎn)狀態(tài)使用的旋轉(zhuǎn)型的導(dǎo)向套筒裝置利用圖24來加以說明。圖24中與圖23相對應(yīng)的部分采用相同的符號。
作為旋轉(zhuǎn)型的導(dǎo)向套筒裝置，包括彈簧卡盤13和導(dǎo)向套筒11同步旋轉(zhuǎn)的導(dǎo)向套筒裝置和不同步旋轉(zhuǎn)的導(dǎo)向套筒裝置。圖示的導(dǎo)向套筒裝置37為彈簧卡盤13和導(dǎo)向套筒11同步旋轉(zhuǎn)的裝置。
該旋轉(zhuǎn)型導(dǎo)向套筒裝置37，由從主軸19的鎖緊螺母27突出的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動棒47將其驅(qū)動。也可利用齒輪和皮帶輪代替旋轉(zhuǎn)驅(qū)動棒47驅(qū)動導(dǎo)向套筒裝置37。
這種旋轉(zhuǎn)型的導(dǎo)向套筒裝置37具有在固定在立柱35上的夾具39的中心孔中嵌入的借助軸承21處于可以旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的套筒套管23。此外在該套筒套管23的中心孔中嵌入導(dǎo)向套筒11。
套筒套管23和導(dǎo)向套筒11具有如圖23所示的部件同樣的結(jié)構(gòu)。而在導(dǎo)向套筒裝置37的后端部根據(jù)安裝在導(dǎo)向套筒11的螺紋部分的調(diào)整螺母43的旋轉(zhuǎn)，可以縮小導(dǎo)向套筒11的內(nèi)徑，調(diào)整導(dǎo)向套筒11的內(nèi)徑和被加工件51的外形之間的間隙大小。
導(dǎo)向套筒裝置37旋轉(zhuǎn)部分以外的結(jié)構(gòu)和圖23所表示的自動車床結(jié)構(gòu)相同，故將其說明略去。
以下將適用于本發(fā)明的內(nèi)表面上形成硬質(zhì)碳膜的導(dǎo)向套筒的結(jié)構(gòu)加以說明。
圖1為該類導(dǎo)向套筒的一個例子的縱剖面圖，圖2為其外觀的斜視圖。
上述圖中所示的導(dǎo)向套筒11前端部為開放的自由狀態(tài)。該導(dǎo)向套筒11為軸方向具有中心開口11j的大體圓筒形的物體，縱向的一端形成有外周錐面11a，另一端則為螺紋部11f。
而且該導(dǎo)向套筒11的中心開口11j中在外周為錐面11a的一端的內(nèi)側(cè)，具有夾持被加工件51的內(nèi)表面11b；該內(nèi)表面11b以外的區(qū)域為具有比內(nèi)表面11b的內(nèi)徑要大的內(nèi)徑的臺階部11g。
并且，該導(dǎo)向套筒11從外周錐面11a到彈簧部11d具有沿120°間隔將外周錐面11a沿圓周方向分為三等分的3個開槽11c。
由于上述套筒套管的內(nèi)周錐面擠壓該導(dǎo)向套筒11的外周錐面11a，彈簧部11d彎曲，可以調(diào)整內(nèi)表面11b和圖1中以假想線所表示的被加工件51之間的間隙的大小。
不僅如此，在該導(dǎo)向套管11中在彈簧部11d和螺紋部11f之間設(shè)有配合部11e。而且利用該配合部與圖23和圖24中所示的套筒套管23的中心孔相配合，可使導(dǎo)向套筒11位于主軸的中心線上，而且與主軸的中心線相平行。
作為該導(dǎo)向套筒11的材料采用合金工具鋼(SKS)，在內(nèi)、外形狀均加工完成后，進行淬火處理與回火處理。
不僅如此，最好在該導(dǎo)向套管11的內(nèi)表面11b上如圖3所示將超硬構(gòu)件12用釬焊方法加以固定。該種超硬構(gòu)件12由85％～90％的鎢，5％～7％的碳和3％～10％作為粘合劑用的鈷構(gòu)成。
可是，該導(dǎo)向套筒11外周錐面11a為閉合的狀態(tài)時，內(nèi)表面11b被加工件之間的徑向具有5μm～10μm的間隙。因此，被加工件51出入時會與內(nèi)表面11b發(fā)生滑動接觸，產(chǎn)生磨耗的問題。
此外，在使用如圖23所示的固定型的導(dǎo)向套筒裝置時，因為在固定的導(dǎo)向套管11中保持的被加工件51被以高速旋轉(zhuǎn)加工，內(nèi)表面11b和被加工件51之間產(chǎn)生高速滑動，并且由于切削負荷向內(nèi)表面產(chǎn)生過大的被加工件51的壓緊壓力，會出現(xiàn)燒接的問題。
因此，在該導(dǎo)向套筒11的內(nèi)表面11b上設(shè)有上述的硬質(zhì)碳膜(DLC)15。該硬質(zhì)碳膜15膜的厚度為1μm～5μm。
在圖1所示的例中為在導(dǎo)向套筒的基材(合金工具鋼)上借助后述的中間層形成硬質(zhì)碳膜15，在圖3的例中則為超硬構(gòu)件12上直接或借助后述的中間層形成硬質(zhì)碳膜15。
該硬質(zhì)碳膜具有類似鉆石的性質(zhì)。即機械強度高，摩擦系數(shù)小具有潤滑性，并且還具有良好的電氣絕緣性能和高的熱傳導(dǎo)率，及優(yōu)良的抗腐蝕性等特征。
因此在內(nèi)表面上設(shè)有硬質(zhì)碳膜15的導(dǎo)向套筒11的耐磨耗性得到很大的提高，即便長期使用和在重切削加工時也可以抑制與被加工件51相接觸的內(nèi)表面11b的磨耗。而且可以抑制被加工件51缺陷的發(fā)生和導(dǎo)向套筒與被加工件燒接的發(fā)生。
因此，該導(dǎo)向套筒11可以大幅度提高長時間使用的可靠性，可以在固定型的導(dǎo)向套筒裝置中充分使用。
這里對該導(dǎo)向套筒11內(nèi)表面11b上形成硬質(zhì)碳膜15的部分的各種結(jié)構(gòu)的例子參照表示與圖1和圖3圓A圍住部分相應(yīng)的放大剖面4至圖7及表示圖5的局部放大的中間層的結(jié)構(gòu)的圖8加以說明。
圖4為圖1A部的放大圖，在導(dǎo)向套筒11的內(nèi)表面11b的基材(合金工具鋼)上借助以提高粘著性為目的的中間層16形成膜厚為1μm～5μm的硬質(zhì)碳膜。而，根據(jù)導(dǎo)向套筒基材的材質(zhì)，也可以不利用中間層16而直接在其表面上形成硬質(zhì)碳膜。
圖5和圖6為圖3A部的放大圖，在導(dǎo)向套筒11的內(nèi)表面11b的基材上都用釬焊固定一層厚度為2mm～5mm的超硬構(gòu)件12，在其內(nèi)表面再形成硬質(zhì)碳膜15。這種方法可以進一步提高導(dǎo)向套筒11的耐久性。
圖5所示的例中在超硬構(gòu)件12的內(nèi)表面上借助為進一步提高粘著性用的中間層16形成硬質(zhì)碳膜15。
在這些例中在硬質(zhì)碳膜15的下面設(shè)置的超硬構(gòu)件12可采用碳化鎢(WC)等超硬合金和碳化硅(Sic)等陶瓷燒結(jié)體。在陶瓷燒結(jié)時通常添加作為粘結(jié)劑的Cr，Ni，Co等，當(dāng)添加劑少時不用借助中間層可直接在超硬件12上形成硬質(zhì)碳膜15。
圖7為在導(dǎo)向套筒11的內(nèi)表面11b不用超硬構(gòu)件12，而在其內(nèi)表面11b的附近的基材上形成滲碳層11K，利用該滲碳層11K在內(nèi)表面11b上形成硬質(zhì)碳膜15的例子。
所謂滲碳作為鋼材表面硬化的一種方法使表層硬化而深部則仍保持強韌的性質(zhì)的處理為人們所共知。比如在甲烷(CH4)和乙烯(C2H4)等含碳的滲碳氣體和作為載體的氮氣(N2)的混合氣體的霧圍中按下述條件進行滲碳處理。
滲碳條件溫度100℃時間30分鐘滲碳深度0.5mm
這樣在導(dǎo)向套筒11的內(nèi)表面11b的表層形成滲層11K時可在其表面直接形成硬質(zhì)碳膜15，或在其表面再形成提高粘著性的中間層16，借助該中間層形成硬質(zhì)碳膜15。
作為中間層16采用周期表第IVb族的硅(Si)和鍺(Ge)或硅和鍺的化合物均可。也可用含碳的化合物碳化硅(SiC)和碳化鈦(TiC)。
而且，作為中間層16也可用鈦(Ti)、鎢(W)、鉬(Mo)或鉭(Ta)和硅(Si)的化合物。
此外，中間層16也可如圖8所示采用由鈦(Ti)或鉻(Cr)形成下層16a，硅(Si)或鍺(Ge)形成上層16b的雙層膜的結(jié)構(gòu)。
這樣，中間層16的下層16a的鈦和鉻達到保證與導(dǎo)向套筒11的基材粘著的效果，上層16b的硅和鍺為與硬質(zhì)碳膜15形成共價鍵從而達到與該硬質(zhì)碳膜15結(jié)合緊密的目的。
此外，作為中間層16也可采用鈦化合物或鉻化合物作為下層而以硅化合物或鍺化合物作為上層的雙層膜的結(jié)構(gòu)，或采用鈦或鉻構(gòu)成的下層和硅化合物或鍺化合物的上層構(gòu)成的兩層膜，也可采用鈦化合物或鉻化合物的下層和硅或鍺的上層形成的兩層膜。
作為上述中間層16的形成方法有濺射法、離子鍍敷法、化學(xué)蒸汽涂敷法(CVD)和噴鍍法。
以下利用圖9對采用濺射法形成中間層16的方法加以說明。
如圖9所示，在真空槽19的壁91a的內(nèi)側(cè)固定著靶蓋9b，在其中裝有作為中間層材料的靶90。而且將導(dǎo)向套筒11的內(nèi)表面11b一側(cè)的端部布置得與該靶90相對。此時導(dǎo)向套筒11的中心開口11j的軸線和靶90的表面相垂直。
靶90為由上述列舉的中間材料鈦(Yi)、鉻(Cr)、硅(Si)、碳化硅(SiC)或碳化鎢(WC)制成。
其后，將導(dǎo)向套筒11和直流電源92相連接。靶90與靶電源97相連接。利用圖中沒有示出的排氣裝置使真空槽91中的真空度達到10-5torr以下，由排氣口95作真空排氣。
其后由氣體導(dǎo)入口93將作為濺射氣體用的氬(Ar)氣引入，將真空槽中的真空度調(diào)整到3×10-3torr。
此后，給導(dǎo)向套筒11加上由直流電源92提供的負50V的直流電壓，給靶90加上由靶電源97提供的負600V直流電壓。此時真空槽91中產(chǎn)生等離子體，由于等離子體中的離子作用在靶90的表面濺射。
這樣，由靶90的表面被轟出的中間層材料附著在導(dǎo)向套筒11的沒被覆蓋材料94覆蓋的部分，如圖4所示，形成中間層16?；蛉鐖D5所示，也可在固定在導(dǎo)向套筒11的內(nèi)表面11b的超硬構(gòu)件12上形成中間層16。該中間層16的膜厚為0.5μm左右。
但是如圖8所示，將中間層16分為下層16a和上層16b兩層膜時，開始使用下層材料(如鈦或Cr)作為靶90形成0.5μm左右的下層16a，其后使用上層材料(如硅或鍺)作為靶90形成0.5μm左右的上層16b。
如圖9所示，在形成中間層時，將導(dǎo)向套筒11的外表面用鋁箔等覆蓋材料94加以覆蓋，從而可僅在導(dǎo)向套筒11的內(nèi)表面形成中間層。
又，使用碳化硅(SiC)作為上述超硬構(gòu)件12時，要以不用形成該中間層16。因為碳化硅為周期表第Ivb族的硅和碳的化合物，和其表面形成的硬質(zhì)碳膜形成共價鍵，可以得到高的粘著性。
以下將對根據(jù)本發(fā)明在導(dǎo)向套筒的內(nèi)表面形成硬質(zhì)碳膜的方法的各種實施例加以說明。
首先，以圖3的導(dǎo)向套筒11為例對在其內(nèi)表面11b形成硬質(zhì)碳膜之前導(dǎo)向套筒的制造過程加以說明。
導(dǎo)向套筒11為對合金工具鋼(SKS)進行切削加工，形成外圍錐面11a，彈簧部11d，配合部11e和螺部11f，在中心開口11j中形成內(nèi)表面11b和比其內(nèi)徑大的臺階部11g。其后將圓筒狀的超硬合金構(gòu)件12利用釬焊固定在導(dǎo)向套筒11的內(nèi)表面11b。
然后，進行放電加工，在該導(dǎo)向套筒11的外周錐面11a一側(cè)形成間隔為120°的開槽11c。
其后再進行研磨加工對內(nèi)表面11b，外周錐面11a和配合部11e進行研磨，得到硬質(zhì)碳膜形成前的導(dǎo)向套筒11。
其后以如圖9所示的方法形成一層或二層中間層。
以下，根據(jù)圖10對采用本發(fā)明的在導(dǎo)向套筒內(nèi)表面形成硬質(zhì)碳膜方法的第一實施例加以說明。
圖10中61為具有氣體導(dǎo)入口63和排氣口65的真空槽，在其內(nèi)中部的上方裝有陽極79和燈絲78。
在真空槽61內(nèi)中部的下方，將上述導(dǎo)向套筒11下部垂直固定在絕緣支持物80上。
此外，在該導(dǎo)向套筒11的中心開口11j中插有借助真空槽61與接地電位相連接的細棒狀的輔助電極71。圖中輔助電極71位于導(dǎo)向套筒11中心開口11j中心的部位(大體為軸線上)。
又，該輔助電極71是用不銹鋼等金屬材料制成。此外，該輔助電極71其前端不由導(dǎo)向套筒11的開口端11h突出，最好位于內(nèi)部1mm左右。
而且為使真空槽內(nèi)真空度達到3×10-5torr，由排氣口65真空排氣。
其后，由氣體導(dǎo)入口63向真空槽61中引入作為含碳氣體的苯，將真空槽61中的壓力控制在5×10-3torr。
其后在導(dǎo)向套筒11上加上由直流電源73借助電抗器74提供的負直流電壓，在陽極79上加上由陽極電源75所提供的正直流電壓，在燈絲78上加上由燈絲電源77提供的交流電壓，使真空槽內(nèi)產(chǎn)生等離子體，利用等離子體CVD法在導(dǎo)向套筒11的內(nèi)表面11b上形成氫化非晶碳的硬質(zhì)碳膜。
此時由直流電源73加在導(dǎo)向套筒11上的直流電壓為負3KV，由陽極電源75加在陽極79上的直流電壓為正50V。并且，電燈絲電源77加在燈絲78上的交流電壓在流過電流為30A時為10V左右的交流電壓。
電抗器74為在磁性材料作成的心上以銅線繞制而成，其電抗值設(shè)定為100mH左右。
這樣，由直流電源73經(jīng)過電抗器74加在導(dǎo)向套筒11上的負直流電壓，就可在放于真空槽61中的導(dǎo)向套筒11的周圍產(chǎn)生穩(wěn)定的等離子體。
決定硬質(zhì)碳膜質(zhì)量的薄膜形成的初期，導(dǎo)向套筒11中因為不發(fā)生作為異常放電的弧放電，硬質(zhì)碳膜的質(zhì)量和粘著性均得到提高。
此外因為將插入導(dǎo)向套筒11的中心開口11j中的輔助電極71接地，可以不僅在導(dǎo)向套筒11的外周部并且在開口11j內(nèi)部均產(chǎn)生充分的等離子體。
并且，由于不產(chǎn)生作為異常放電的空穴放電，也提高了導(dǎo)向套筒11的內(nèi)表面11b上的硬質(zhì)碳膜的粘著性。
此外，由于在導(dǎo)向套筒11的內(nèi)表面縱向電位特性均勻，內(nèi)表面11b上形成的硬質(zhì)碳膜的膜厚的分布也均勻。并且，因為成膜速度快，可以由開口端面到里面在短時間內(nèi)即生成均勻膜厚的硬質(zhì)碳膜。
輔助電極71的外徑比導(dǎo)向套筒11的中心開口11j的內(nèi)徑小既可，最好與形成了硬質(zhì)碳膜的內(nèi)表面11b之間有5mm左右的間隙，即希望具有等離子體形成的區(qū)域。希望輔助電極71的直徑與導(dǎo)向套筒11的開口的直徑之比為1/10以下，可以用細線狀的輔助電極。
前已說過，該輔助電極71用不銹鋼制成，也可以用鎢(W)和鉭(Ta)等高熔點的金屬材料制成。并且該輔助電極71的剖面形狀為圓形。
圖11所示為將圖10加以簡化得到的導(dǎo)向套筒11和輔助電極71支撐用的絕緣支撐物80的具體構(gòu)造。
絕緣支撐物80，如圖11所示，具有和導(dǎo)向套筒11電氣連接用的第一電極板85，其露出的面以由陶瓷和樹脂材料構(gòu)成的第一絕緣構(gòu)件87和第二絕緣構(gòu)件88加以覆蓋。該第一電極板85經(jīng)過電抗器74與直流電源73相連接。
并且，在導(dǎo)向套筒11的內(nèi)表面11b形成硬質(zhì)碳膜時，將具有不在內(nèi)表面11b附近的臺階部11g引起臺階的作用的，導(dǎo)電性的插入構(gòu)件83裝在導(dǎo)向套筒11的中心開口11j中。
插入構(gòu)件83內(nèi)徑的尺寸與導(dǎo)向套筒11的內(nèi)表面11b的開口尺寸大體相同。且插入構(gòu)件83的外形形狀與導(dǎo)向套筒11的中心開口11j的內(nèi)表面11b附近的內(nèi)壁形狀相同。
此外，支承插入構(gòu)件83的第一絕緣子81和支承第一絕緣子81的第二絕緣子82被安裝在導(dǎo)向套筒的中心開口11j內(nèi)的臺階部11g中。第一絕緣子81和第二絕緣子82均由陶瓷絕緣材料制成。
在第一絕緣子81和第二絕緣子82上具有將輔助電極71和該輔助電極71插入并加以支撐的輔助電極支撐構(gòu)件72插入的通孔，并且在第二絕緣子82上有由導(dǎo)向套筒11突出的突出部82a。輔助電極在輔助電極支撐構(gòu)件72的作用下裝在導(dǎo)向套筒11中心開口11j內(nèi)的中央。
第一絕緣子81上具有和輔助電極間的間隙為0.01mm到0.05mm左右的小直徑的通孔81a，和決定輔助電極支撐構(gòu)件72的粗直徑部72a的大直徑的孔81b。即在第一絕緣子81上設(shè)有階梯狀的孔。
與之相應(yīng)，在第二絕緣子82上具有確定輔助電極支撐構(gòu)件72的大直徑部72a和小直徑部72b的位置的階梯狀孔82b。該第二絕緣子82的上述突出的部分82a嵌入第一電極板85的孔85a中。
此外，導(dǎo)向套筒11的螺紋部11f的陽螺紋與具有陰螺紋的導(dǎo)向套筒支承物84相連接。該導(dǎo)向套筒支承物84起著防止第一絕緣子81和第二絕緣子82由導(dǎo)向套筒11的中心開口11j中脫落的作用。該導(dǎo)向套筒支承物84用不銹鋼材料制成。在第一絕緣構(gòu)件87上設(shè)有與該導(dǎo)向套筒支承物84的外形尺寸相一致的開口部87a。
因?qū)蛱淄仓С形?4的底面和電極板85的上表面相接觸，加大了導(dǎo)向套筒11與電極板85的接觸面積。這樣可以使由直流電源73經(jīng)電抗器施加的直流負電壓穩(wěn)定，抑制硬質(zhì)碳膜的厚度和質(zhì)量的偏差。
在放置第二絕緣構(gòu)件88的第三絕緣構(gòu)件89上設(shè)有凹部89a，使得第二電極板86嵌入后仍保持平面。而輔助電極支撐構(gòu)件72的小直徑部72b由第二絕緣子82向下突出，貫通第二絕緣構(gòu)件88，嵌入第二電極板86的中心孔86a中。
若干個垂直設(shè)立的與第二電極板82的背面相接觸，嵌入第三絕緣構(gòu)件89中的金屬制機架100，如圖所示安裝于導(dǎo)電材料制成的真空槽62的底面。
因此輔助電極71經(jīng)輔助電極支撐構(gòu)件72，第二電極板86，機架100和真空槽61接地。
這樣，在導(dǎo)向套筒11的臺階部11g借助第一絕緣子81和第二絕緣子82來配置輔助電極71和輔助電極支撐構(gòu)件72，可以將輔助電極71正確地配置于導(dǎo)向套筒11的中心開口11j的中心。
如輔助電極71的配置與導(dǎo)向套筒11的中心開口11j的中心偏離，輔助電極71和導(dǎo)向套筒11的內(nèi)表面11b之間的等離子體放電不平衡，硬質(zhì)碳膜的厚度和質(zhì)量均發(fā)生偏差。
這里將與導(dǎo)向套筒11的臺階部11g的內(nèi)徑尺寸相符合的第一絕緣子81和第二絕緣子82插入，進一步以絕緣子81和82的孔部81a，81b和82b對輔助電極71的位置加以限制，可以將輔助電極71正確地配置于導(dǎo)向套筒11的中心開口11j的中心。因此，內(nèi)表面11b上形成的硬質(zhì)碳膜的厚度和質(zhì)量就不會發(fā)生偏差。
此外，因為第二絕緣子82由導(dǎo)向套筒11突出的突出部82a如前所述與第一電極板85的孔相配合，利用該突出部82a，可以使導(dǎo)向套筒11和輔助電極71實現(xiàn)完全地絕緣隔離。
以下，根據(jù)圖12對本發(fā)明的在導(dǎo)向套筒的內(nèi)表面生成硬質(zhì)碳膜方法的第二實施例加以說明。
該第二實施例和此后將說明的第三、第四實施例，如圖10所示，為在同樣的真空槽中裝有若干個導(dǎo)向套筒，它們的各自的內(nèi)表面上，同時形成硬質(zhì)碳膜的實施例。
圖12所示的第二實施例在真空槽61中有兩個導(dǎo)向套筒11A，11B，在各自的中心開口11j的中央分別插入輔助電極71A，71B。兩個導(dǎo)向套筒11A，11B裝于具有通過輔助電極71A，71B的開口55a，55b的導(dǎo)電板55上，將輔助電極71A，71B分別置于各自中心開口11j的中心部位。
輔助電極71A，71B垂直安裝在由導(dǎo)電材料制成的真空槽61的底面，經(jīng)該真空槽61接地。
導(dǎo)電板55經(jīng)絕緣材料制成的機架56安裝在真空槽61底面上并與之絕緣。
因此，該導(dǎo)電板55經(jīng)電抗器74由直流電源73供給負直流電壓，該負直流電壓被加到各導(dǎo)向套筒11A和11B上。即在該實施例中兩個導(dǎo)向套筒11A，11B經(jīng)同一個電抗器施加直流電壓。
因其他條件與圖10說明的第一實施例相同，真空槽61中產(chǎn)生等離子體，利用等離子體CVD方法在各個導(dǎo)向套筒11A，11B的內(nèi)表面11b上同時形成硬質(zhì)碳膜。
以下，借助圖13對本發(fā)明的在導(dǎo)向套筒內(nèi)表面上形成硬質(zhì)碳膜的方法的第三實施例加以說明。
第三實施例中與上述第二實施例不同的地方如圖13所示，僅是兩個導(dǎo)向套筒11A，11B分別經(jīng)在真空槽61內(nèi)底面上的機架56A，56B裝于各自的導(dǎo)電板55A，55B上，各自的直流電源73A，73B經(jīng)各自的電抗器74A，74B和導(dǎo)電板55A，55B，分別在導(dǎo)向套筒11A，11B上加上負直流電壓。電抗器74A，74B的電抗值一同設(shè)定為100MH左右。
在該實施例中，若干個導(dǎo)向套筒11A，11B間等離子體放電的獨立性可以得到提高。因此不會發(fā)生相互之間等離子體放電的干擾，等離子體放電穩(wěn)定，可以在導(dǎo)向套筒11A，11B各自的內(nèi)表面11b形成膜質(zhì)量好，粘著性好的硬質(zhì)碳膜。
以下根據(jù)圖14對本發(fā)明的在導(dǎo)向套筒內(nèi)表面形成硬質(zhì)碳膜方法的第四實施例加以說明。
在第四實施例中和第三實施例不同的僅是如圖14所示，兩個導(dǎo)向套筒11A，11B由共同的直流電源73，經(jīng)各自的電抗器74A，74B和導(dǎo)電板55A，55B施加負的直流電壓。
該實施例中提高了若干個導(dǎo)向套筒11A，11B之間等離子體放電的獨立性，而由于使用同一個直流電源73，可以降低裝置的價格。
以下參照圖15對本發(fā)明的在導(dǎo)向套筒的內(nèi)表面形成硬質(zhì)碳膜的方法的第五個實施例加以說明。
圖15中與圖10中相應(yīng)的部分采用同一符號并略去對其的說明。
在該實施方式中所使用的真空槽61中沒有圖10所示的陽極79和燈絲78。
第五實施例與圖1所示的第一實施例中的硬質(zhì)碳膜形成方法不同的點是在真空槽中插入了接地的輔助電極的導(dǎo)向套筒11，由直流電源73′經(jīng)電抗器74施加負600V的直流電壓，和作為含碳的氣體甲烷(CH4)被導(dǎo)入真空槽61中將真空度調(diào)整為0.1Torr。
這樣，在導(dǎo)向套筒的外表面?zhèn)群蛢?nèi)表面?zhèn)染a(chǎn)生穩(wěn)定的等離子體，導(dǎo)向套筒11整個表面形成質(zhì)量和粘著性好的硬質(zhì)碳膜。具體地說，在和輔助電極71相對的內(nèi)表面11b可以在整個長度上短時間內(nèi)形成膜厚大體均勻的硬質(zhì)碳膜15。
以下結(jié)合圖16對本發(fā)明的在導(dǎo)向套筒的內(nèi)表面形成硬質(zhì)碳膜的方法的第六實施例加以說明。
該第六實施例和其后說明的第七、第八實施例和圖12至圖14說明的第二至第四實施例相同均為在真空槽中放置若干個導(dǎo)向套筒，在它們各自的內(nèi)表面同時形成硬質(zhì)碳膜的實施例。
在圖16中和圖12相同的部分采用同一符號但略去對其的說明。
圖16所示的第六實施例中和圖12所示的第二實施例不同處在于和圖15所示的第五實施例相同，所使用的真空槽61不具有陽極79和燈絲81，在其內(nèi)部放置的兩個導(dǎo)向套筒11A，11B經(jīng)單一的電抗器74由直流電源73′施加負600V的直流電壓，在真空槽61中產(chǎn)生等離子體。
用這種方法可以得到與上述第二實施例同樣的效果。
以下根據(jù)圖17對本發(fā)明的在導(dǎo)向套筒的內(nèi)表面形成硬質(zhì)碳膜的方法的第七實施例加以說明。
圖17中與圖13相同的部分采用同一符號但略去對其的說明。
圖17所示的第七實施例和圖13所示的第三實施例不同的地方在于和圖15所示的第五實施例同樣，采用不具有陽極79和燈絲78的真空槽61，在其內(nèi)部放置的兩個導(dǎo)向套筒11A，11B分別經(jīng)各自的電抗器74A，74B由各自的直流電源73′A，73′B施加負600V直流電壓，在真空槽61中產(chǎn)生等離子體。
采用這種方法可以得到與上述第三實施例同樣的效果。
以下，結(jié)合圖18對本發(fā)明的在導(dǎo)向套筒的內(nèi)表面形成硬質(zhì)碳膜的方法的第八實施例加以說明。
圖18中與圖14中相同的地方采用同一符號，略去對其的說明。
圖18所示的第八實施例和圖14所示的第四實施例不同的點在于和圖15所示的第五實施例相同，使用了不具有陽極79和燈絲78的真空槽61，在其內(nèi)部放置的兩個導(dǎo)向套筒11A，11B由共同的直流電源73′經(jīng)各自的電抗器74A，74B分別施加負600V的直流電壓，在真空槽61中產(chǎn)生等離子體。
用這種方法可以得到和上述的第四實施例同樣的效果。
以上說明的方法既可以在導(dǎo)向套筒11的外表面和內(nèi)表面兩面均形成硬質(zhì)碳膜，也可僅在內(nèi)表面上形成硬質(zhì)碳膜。
該實施例如圖19所示。圖19與圖10不同的點僅在于將導(dǎo)向套筒的外表面用鋁箔等覆蓋構(gòu)件加以覆蓋。
這樣，可僅在含有導(dǎo)向套筒11的內(nèi)表面11b的中心開口11j的內(nèi)壁形成堅固的硬質(zhì)碳膜。
這樣，可以使導(dǎo)向套筒的外形尺寸保持高精度，且可以防止由于導(dǎo)向套筒整個表面均形成硬質(zhì)碳膜使得開槽部分的韌性降低。
以下結(jié)合圖20和圖21對本發(fā)明的在導(dǎo)向套筒的內(nèi)表面形成硬質(zhì)碳膜的方法的第十實施例加以說明。
圖20中和圖10相同的部分采用同樣的符號，略去對其的說明。
圖20和圖10不同的點在于使用具有與導(dǎo)向套筒11的內(nèi)表面11b的直徑大體相同的內(nèi)徑的，圖21所示的環(huán)狀的偽構(gòu)件53。該偽構(gòu)件53和輔助電極71相同由不銹鋼制成。該偽構(gòu)件53的外徑尺寸和導(dǎo)向套筒11的開口端面11h的大小大體相同。
如圖20所示，在具有氣體導(dǎo)入口63和排氣口65的真空槽61中放置有要形成硬質(zhì)碳膜的導(dǎo)向套筒11。而在導(dǎo)向套筒11的開口端面11h上放在偽構(gòu)件53。
此時，導(dǎo)向套筒11的內(nèi)表面11b和偽構(gòu)件53的內(nèi)表面一致。
在該導(dǎo)向套筒11的內(nèi)表面11b，可如上所述予先將硬質(zhì)材料粘著形成中間層。
但是，和圖10相同，在該導(dǎo)向套筒11的中心開口11j的中心插有處于接地電位的輔助電極71。此時輔助電極71的端部不從偽構(gòu)件53的上端面突出而在略低于其的位置。
其他和圖10所示的方法相同，為慎重起見，加以說明，真空槽內(nèi)使真空度達到3×10-5torr，由排氣口65進行真空排氣。
其后，由氣體導(dǎo)入口63將作為含碳的氣體的苯(C6H6)導(dǎo)入真空槽61中，將真空槽61中的壓力控制在5×10-3torr。
其后，導(dǎo)向套筒11由直流電源73經(jīng)電抗器74施加負3KV的直流電壓，由陽極電源75向陽極79施加正50V的直流電壓，由燈絲電源77向燈絲78施加流過電流為30A時10V的交流電壓。
這樣真空槽內(nèi)導(dǎo)向套筒11周圍的區(qū)域產(chǎn)生等離子體，利用等離子體CVD法在包括導(dǎo)向套筒11的內(nèi)表面11b的表面上形成硬質(zhì)碳膜。
此時輔助電極的作用和上述第一實施例的場合相同，偽構(gòu)件53的作用如下所述。
即，在上述導(dǎo)向套筒11中形成硬質(zhì)碳膜的方法中，導(dǎo)向套筒的內(nèi)表面和外表面均產(chǎn)生等離子體。而且在導(dǎo)向套筒11的端面容易產(chǎn)生電荷集中；與里面相比，開口端面區(qū)處于高電位的狀態(tài)，產(chǎn)生所謂的邊緣效應(yīng)。從而使導(dǎo)向套筒11的開口端面11h的附近的等離子體強度比其他區(qū)域要大，而且不穩(wěn)定。
不僅如此，在導(dǎo)向套筒11的端部區(qū)域受到里面的等離子體和外表面的等離子體雙方的影響。
而且，在這種狀態(tài)下形成的硬質(zhì)碳膜在由導(dǎo)向套筒11的開口端部到幾mm內(nèi)側(cè)的區(qū)域，和在其他區(qū)域的硬質(zhì)碳膜的粘著性間有一定區(qū)別，甚至膜的質(zhì)量也不同。
因此如圖20所示，在導(dǎo)向套筒11的開口端面11h上放置偽構(gòu)件53形成硬質(zhì)碳膜時，膜的質(zhì)量和粘著性不同的區(qū)域不會在導(dǎo)向套筒11的里面形成，而將形成在偽構(gòu)件53的開口里面。
實驗表明在以圖10所示的方法在導(dǎo)向套筒上形成硬質(zhì)碳膜時由導(dǎo)向套筒11的開口端面到4mm左右的里面形成寬度為1mm到2mm的膜，且其的質(zhì)量和粘著性有差異的區(qū)域。
但以圖20所示的方法將具有與導(dǎo)向套筒11的開口的尺寸大體相同的開口，長度為10mm的偽構(gòu)件53置于導(dǎo)向套筒開口端面11h之上時，在以上述硬質(zhì)碳膜形成的同樣條件下進行薄膜形成時，膜的質(zhì)量與粘著性有差異的區(qū)域在偽構(gòu)件53的內(nèi)表面形成而在導(dǎo)向套筒11的內(nèi)表面11b則完全沒有形成膜的質(zhì)量和粘著性有差異的區(qū)域。
以下根據(jù)圖22對本發(fā)明的在導(dǎo)向套筒的內(nèi)表面形成硬質(zhì)碳膜的方法的第十一實施例加以說明。
圖20中和圖15相同的部分采用同樣的符號，但略去對其的說明。
第十一實施例和第15圖相同使用不具有陽極和燈絲的真空槽61，導(dǎo)向套筒11的開口端面11h上放置有偽構(gòu)件，進行硬質(zhì)碳膜的形成。
該實施例可以得到與上述第十實施例同樣的效果。
在前述的應(yīng)用中在真空槽中放置有若干導(dǎo)向套筒11，使它們各個內(nèi)表面11b同時形成硬質(zhì)碳膜的方法，也可用于在各個導(dǎo)向套筒11的開口端面11h上放置偽構(gòu)件53，來形成硬質(zhì)碳膜。
而且上述各實施例中對于一個真空槽中放置一個或兩個導(dǎo)向套筒使它們各自的內(nèi)表面同時形成硬質(zhì)碳膜進行了說明，也可以在其中放置3個以上的導(dǎo)向套筒并在各自的內(nèi)表面同時形成硬質(zhì)碳膜。
此外，在所有的實施例中，在將導(dǎo)向套筒放入硬質(zhì)碳膜形成用的真空槽中之前，有以圖9所述的方法，在導(dǎo)向套筒的內(nèi)表面11b上形成將硬質(zhì)碳膜的粘著性提高的中間層的過程。在此場合，以上述各實施例中以等離子體CVD法形成硬質(zhì)碳膜的過程，在導(dǎo)向套筒11的內(nèi)表面11b的中間層上形成硬質(zhì)碳膜。
在上述利用本發(fā)明在導(dǎo)向套筒的內(nèi)表面形成硬質(zhì)碳膜的方法的各實施例中作為含碳的氣體以甲烷(CH4)或苯(C6H6)為例進行了說明，也可以利用乙烯(C2H4)和己烷(C6H14)。
此外上述含碳氣體可以用氬(Ar)等電離電壓低的惰性氣體加以稀釋。此時可以使導(dǎo)向套筒的圓筒內(nèi)的等離子體更加穩(wěn)定。
也可在硬質(zhì)碳膜形成時加入少量(1％以下)添加物以提高其潤滑性的硬度。
比如添加氟(F)或硼(B)可增加潤滑性，添加鉻(Cr)，鉬(Mo)或鎢(W)可增加硬度。
而在真空槽中放置導(dǎo)向套筒之后，而在硬質(zhì)碳膜形成之前，氬(Ar)和氮(N2)等等離子體發(fā)生，轟擊導(dǎo)向套筒的圓筒內(nèi)表面；其后甲烷和苯等含碳氣體產(chǎn)生等離子體，形成硬質(zhì)碳膜。
這樣，由于利用惰性氣體進行轟擊的前處理，導(dǎo)向套筒的圓筒內(nèi)壁的溫度上升進入活性狀態(tài)。同時將圓筒內(nèi)壁表面的雜質(zhì)轟出，使表面清潔。由此使得導(dǎo)向套筒內(nèi)表面形成的硬質(zhì)碳膜的粘著性得到進一步提高。
權(quán)利要求
1.一種在導(dǎo)向套筒的內(nèi)表面形成硬質(zhì)碳膜的方法，所述該導(dǎo)向套筒在軸方向具有中心開口且大體為圓筒狀，其一端的外周為錐面，具有和被加工件滑動接觸的內(nèi)表面和開槽當(dāng)裝在自動車床上時，插入上述中心開口的被加工件在其保持作用下可以在切削工具附近旋轉(zhuǎn)并沿軸的方向滑動，上述方法的特征在于上述導(dǎo)向套筒被放置于具有氣體導(dǎo)入口和排氣口與陽極和燈絲的真空槽中；在該導(dǎo)向套筒的形成上述內(nèi)表面的中心開口中插入輔助電極并將該電極接到地電位；在將上述真空槽中排氣后由上述氣體導(dǎo)入口將含碳的氣體導(dǎo)入該真空槽中；在上述導(dǎo)向套筒經(jīng)電抗器被施加上直流電壓的同時，在上述陽極上施加直流電壓，上述燈絲上施加交流電壓，上述真空槽中產(chǎn)生等離子體，利用等離子體CVD法在上述導(dǎo)向套筒的上述內(nèi)表面形成氫化非晶碳的硬質(zhì)碳膜。
2.一種在導(dǎo)向套筒的內(nèi)表面形成硬質(zhì)碳膜的方法，所述導(dǎo)向套筒在軸方向具有中心開口且大體為圓筒狀，其一端的外周為錐面，具有和被加工件滑動接觸的內(nèi)表面和開槽；當(dāng)裝在自動車床上時，插入上述中心開口的被加工件在其保持作用下可以在切削工具附近旋轉(zhuǎn)并沿軸的方向滑動，上述方法的特征在于上述導(dǎo)向套筒被放置于具有氣體導(dǎo)入口和排氣口的真空槽中；在該導(dǎo)向套筒的形成上述內(nèi)表面的中心開口中插入輔助電極并將該電極接到地電位；在將上述真空槽中排氣后由上述氣體導(dǎo)入口將含碳的氣體導(dǎo)入該真空槽中；在上述導(dǎo)向套筒經(jīng)電抗器被施加上直流電壓的同時，上述真空槽中產(chǎn)生等離子體，利用等離子體CVD法在上述導(dǎo)向套筒的上述內(nèi)表面形成氫化非晶碳的硬質(zhì)碳膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的在導(dǎo)向套筒的內(nèi)表面形成硬質(zhì)碳膜的方法，其特征在于在將上述導(dǎo)向套筒放置于上述真空槽中之前，具有在導(dǎo)向套筒的上述內(nèi)表面形成提高上述硬質(zhì)碳膜的粘著性的中間層的過程；利用上述等離子體CVD法形成硬質(zhì)碳膜的過程中，在上述導(dǎo)向套筒內(nèi)表面的上述中間層上形成上述的硬質(zhì)碳膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的在導(dǎo)向套筒的內(nèi)表面形成硬質(zhì)碳膜的方法，其特征在于在上述真空槽中放置有若干個上述導(dǎo)向套筒；在上述各導(dǎo)向套筒的上述中心開口中分別插入輔助電極，并將各輔助電極接到地電位；上述各導(dǎo)向套筒經(jīng)同一個電抗器被施加上直流電壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的在導(dǎo)向套筒的內(nèi)表面形成硬質(zhì)碳膜的方法，其特征在于在將上述導(dǎo)向套筒放置于上述真空槽中之前，具有在導(dǎo)向套筒的上述內(nèi)表面形成提高上述硬質(zhì)碳膜的粘著性的中間層的過程；利用上述等離子體CVD法形成硬質(zhì)碳膜的過程中，在上述導(dǎo)向套筒內(nèi)表面的上述中間層上形成上述的硬質(zhì)碳膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的在導(dǎo)向套筒的內(nèi)表面形成硬質(zhì)碳膜的方法，其特征在于在上述真空槽中放置有若干個上述導(dǎo)向套筒；在上述各導(dǎo)向套筒的上述中心開口中分別插入輔助電極，并將各輔助電極接到地電位；上述各導(dǎo)向套筒分別由各自的電源經(jīng)各自的電抗器被施加上直流電壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的在導(dǎo)向套筒的內(nèi)表面形成硬質(zhì)碳膜的方法，其特征在于在將上述導(dǎo)向套筒放置于上述真空槽中之前，具有在導(dǎo)向套筒的上述內(nèi)表面形成提高上述硬質(zhì)碳膜的粘著性的中間層的過程；利用上述等離子體CVD法形成硬質(zhì)碳膜的過程中，在上述導(dǎo)向套筒內(nèi)表面的上述中間層上形成上述的硬質(zhì)碳膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的在導(dǎo)向套筒的內(nèi)表面形成硬質(zhì)碳膜的方法，其特征在于在上述真空槽中放置有若干個上述導(dǎo)向套筒；在上述各導(dǎo)向套筒的上述中心開口中分別插入輔助電極，并將各輔助電極接到地電位；上述各導(dǎo)向套筒由同一個電源經(jīng)各自的電抗器被施加上直流電壓。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的在導(dǎo)向套筒的內(nèi)表面形成硬質(zhì)碳膜的方法，其特征在于在將上述導(dǎo)向套筒放置于上述真空槽中之前，具有在導(dǎo)向套筒的上述內(nèi)表面形成提高上述硬質(zhì)碳膜的粘著性的中間層的過程；而在利用上述等離子體CVD法形成硬質(zhì)碳膜的過程中，在上述導(dǎo)向套筒內(nèi)表面的上述中間層上分別形成上述的硬質(zhì)碳膜。
全文摘要
本發(fā)明將自動車床中用于保持被加工件使之可以旋轉(zhuǎn)和沿軸向運動的導(dǎo)向套筒放置在真空槽中,在導(dǎo)向套筒和被加工件滑動接觸的內(nèi)表面上,形成質(zhì)量均勻粘著性好的硬質(zhì)碳膜。為此,將導(dǎo)向套筒放置于真空槽中,在構(gòu)成上述內(nèi)表面的中心開口處插入輔助電極,將該電極接地;在將真空槽排氣后,經(jīng)氣體導(dǎo)入口將含碳的氣體導(dǎo)入真空槽中,在上述導(dǎo)向套筒上經(jīng)電抗器加上直流電壓后,在真空槽中產(chǎn)生等離子體,利用等離子體CVD法在導(dǎo)向套筒的內(nèi)表面形成氫化非晶狀碳的硬質(zhì)碳膜。
文檔編號B23B13/02GK1178257SQ9711606
公開日1998年4月8日 申請日期1997年8月19日 優(yōu)先權(quán)日1997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:時至準(zhǔn)鐘表股份有限公司