JP2018053350A - 被膜形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】円筒状のワークの内面の被膜形成部位に対して高精度且つ高品質に被膜を形成可能な被膜形成装置を提供する。【解決手段】被膜形成装置１０は、シリンダボア１４の内面１４ａを露出させるとともに、クランクケース１６の内面１６ａをマスクするマスク体３４を備える。マスク体３４は、本体部１０４と、シール部材１０６と、付勢部材１０８とを有する。本体部１０４は、少なくとも一部が軸方向に沿って摺接可能な入れ子構造をなす第１管状部材１００及び第２管状部材１０２から伸縮可能に構成され、軸方向の少なくとも一端がシリンダブロック１２の内面に当接した状態で伸縮可能に配設される。シール部材１０６は、第１管状部材１００及び第２管状部材１０２の摺接面同士の間に介在する。付勢部材１０８は、本体部１０４が伸長する方向に第１管状部材１００及び第２管状部材１０２を弾発付勢する。【選択図】図１

Description

本発明は、円筒状のワークの内面に被膜を形成する被膜形成装置に関する。

例えば、特許文献１には、円筒状のワークの内面に被膜を形成する技術が開示されている。具体的には、シリンダブロックをワークとし、ピストンが摺動する円筒状のシリンダボアの内面に対し、潤滑性や耐摩耗性の向上を図るべく、ダイヤモンドライクカーボン等からなる被膜をプラズマ化学的気相成長法により形成する。

ところで、シリンダブロックをワークとする場合、ピストンが摺動するシリンダボアの内面に被膜が形成されればよく、クランクケースの内面に被膜を形成する必要は特にない。したがって、クランクケースの内面に被膜が形成されることを回避することにより、被膜の材料歩留まりを向上させることができる。このように、円筒状のワークの内面に部分的に被膜を形成するためには、被膜を形成する被膜形成部位を露出させるとともに、被膜を形成しない非形成部位をマスク部材でマスクすることが考えられる。

国際公開第２０１５／１３３４９０号パンフレット

ワークやマスク部材は、成膜時にプラズマからの入熱を受けて昇温するため熱膨張が生じ易い。ワークやマスク部材に熱膨張が生じると、被膜形成装置の真空維持ができなくなり、その結果、成膜精度や成膜品質が低下する懸念がある。

本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、円筒状のワークの内面の被膜形成部位に対して高精度且つ高品質に被膜を形成可能な被膜形成装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明は、円筒状のワークの内面の被膜形成部位に被膜を形成する被膜形成装置であって、前記被膜形成部位を露出させるとともに、前記ワークの内面の前記被膜を形成しない非形成部位をマスクするマスク体を備え、前記マスク体は、少なくとも一部が軸方向に沿って摺接可能な入れ子構造をなす複数の管状部材から伸縮可能に構成される本体部と、前記管状部材の摺接面同士の間に介在するシール部材と、前記本体部が伸長する方向に前記管状部材を弾発付勢する付勢部材と、を有し、前記本体部は、軸方向の少なくとも一端が前記ワークの内面に当接した状態で伸縮可能に配設されることを特徴とする。

本発明に係る被膜形成装置では、本体部の軸方向の少なくとも一端がワークの内面に当接するように弾発付勢された状態、換言すると、本体部が付勢部材の弾発力に抗して収縮した状態で、ワークに対してマスク体が配設される。このようにして、被膜形成部位を露出させるとともに非形成部位をマスクすることで、成膜時に、ワークやマスク体に熱膨張が生じたとしても、該熱膨張に追従するように本体部を伸縮させることができる。つまり、ワークの内面に本体部が当接した状態を維持して、ワークの内面の被膜が形成される範囲を高精度に限定することができる。

また、上記の通り、本体部を構成する管状部材の摺接面同士の間にはシール部材が介在する。これにより、成膜時に本体部の内側を良好に真空に維持することができるとともに、管状部材同士の間から本体部の外部にプラズマや被膜の原料ガス等が漏洩することを抑制できる。したがって、成膜品質が低下することを回避できる。

以上から、この被膜形成装置によれば、成膜時にワークやマスク体に熱膨張が生じた場合であっても、該ワークの内面の被膜形成部位に対して高精度且つ高品質に被膜を形成することができる。

上記の被膜形成装置において、前記ワークを収容する気密空間を形成し、前記ワークの軸方向の一端側に当接する第１壁部と、他端側に当接する第２壁部とを有する筐体と、前記第１壁部に設けられた第１開口を介して前記ワークの内側に前記被膜の原料ガスを供給可能な原料ガス供給手段と、前記第２壁部に設けられた第２開口を介して前記ワークの内側に連通し、且つアノード電極と電気的に絶縁されるアノードケースと、前記アノードケースと前記筐体との間に介在して互いを電気的に絶縁する絶縁部材と、前記アノードケースを介して前記ワークの内側及び前記筐体内を排気可能な排気手段と、をさらに備え、前記本体部の軸方向の一端が前記ワークの内面に当接し、他端が前記第２開口を介して前記絶縁部材に当接することが好ましい。

この場合、ワークの内面と絶縁部材との間で本体部が伸縮可能であるため、成膜時にマスク体等が熱膨張しても、本体部がワーク及び絶縁部材に当接した状態を維持でき、且つ本体部からワークや絶縁部材に対して、過度に大きな力が付与されることを回避できる。このため、ワークの他端が第２壁部から離間することがなく、互いの間にプラズマや原料ガス等を漏洩させるような隙間が形成されることを回避できる。同様に、絶縁部材が筐体から離間することがなく、筐体とアノードケースとの間の気密を良好に維持することができる。その結果、ワークの被膜形成部位に対して高精度且つ高品質に被膜を形成することが可能になる。

また、マスク体が、第１壁部に対してワークを弾発付勢することで、筐体内にワークを位置決め固定することができる。このため、締結固定等を行う必要がない分、簡素な構成によって効率的に筐体内にワークをセットすることができ、量産効率を向上させることができる。

上記の被膜形成装置において、複数の前記管状部材は、軸方向の一端側が前記ワークの内面に当接する第１管状部材と、前記第１管状部材よりも前記第２壁部側に配設される第２管状部材とを含み、前記第１管状部材の外周面と前記第２管状部材の内周面とが摺接することが好ましい。ここで、本体部の軸方向について、原料ガスの上流（第１開口）側が一端側であり、下流（第２開口）側が他端側である。

この場合、本体部において、第１管状部材及び第２管状部材の摺接面同士の間のシール部材に向かって気体等が流入可能となる流入口は、第１管状部材の他端部と第２管状部材の内周面との間、及び第２管状部材の一端部と第１管状部材の外周面との間となる。このうち、第１管状部材の他端部に比して、第１開口に近い第２管状部材の一端部は、第１管状部材の外周側に配置されている。すなわち、第２管状部材の一端部は、プラズマ発生空間の外側に配置されているため、該第２管状部材の一端部と第１管状部材の外周面との間からシール部材に向かってプラズマ等が流入することが抑制されている。

また、第２管状部材の内周側のプラズマ発生空間の内側に配置された第１管状部材の他端部は、第１開口から離れることで、該第１開口付近よりもプラズマの濃度が低い部位に配置されている。これによって、第１管状部材の他端部と第２管状部材の内周面との間からシール部材に向かってプラズマ等が流入することが抑制されている。その結果、シール部材が、プラズマ等との接触により劣化することを効果的に抑制できる。

本発明では、成膜時に、ワーク又はマスク体に熱膨張が生じたとしても、該熱膨張に追従するように本体部を伸縮させることができるため、ワークの内面に本体部が当接した状態を維持できる。また、本体部を構成する管状部材の摺接面同士の間にシール部材が介在することにより、成膜時に本体部の内側を良好に真空に維持できるとともに、管状部材同士の間から本体部の外部にプラズマや被膜の原料ガス等が漏洩することを抑制できる。その結果、円筒状のワークの内面の被膜形成部位に対して高精度且つ高品質に被膜を形成することができる。

本発明に係る被膜形成装置の概略要部断面図である。 図１の筐体の平面図である。 図１のマスク体及びその周辺の部分拡大図である。

本発明に係る被膜形成装置について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。

本発明に係る被膜形成装置は、被膜を形成する被膜形成部位と、被膜を形成しない非形成部位とを有する円筒状のワークの内面のうち、被膜形成部位に対して選択的に被膜を形成することが可能なものである。この被膜形成装置は、種々のワークに適用できるが、シリンダブロックの円筒状のシリンダボアの内面に被膜を形成する場合に特に好適に適用することができる。

そこで、本実施形態では、図１〜図３に示すように、被膜形成装置１０が、多気筒型のシリンダブロック１２をワークとし、シリンダボア１４の内面１４ａを被膜形成部位とし、クランクケース１６の内面１６ａを非形成部位とする例について説明するが、特にこれに限定されるものではない。

シリンダブロック１２は、４個の気筒が図２の矢印Ｙ方向（図１の紙面に直交する方向）に沿って並列するように形成された多気筒型のものである。気筒のそれぞれはシリンダボア１４及びクランクケース１６から構成される。シリンダブロック１２は、例えば、アルミニウム合金からなる鋳造品であり、各シリンダボア１４の内部をピストン（不図示）が摺動する、いわゆるライナレスタイプである。

なお、ピストンは、クランクケース１６内に収容されるクランクシャフトにコネクティングロッド（何れも不図示）を介して連結される。このため、ピストンは、クランクシャフトの回転に伴ってシリンダボア１４内を往復動作する。このシリンダボア１４の内面１４ａに対して、その潤滑性及び摺動性を高めるために、後述するように、被膜形成装置１０を用いたプラズマ化学的気相成長（プラズマＣＶＤ）法により、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜等の被膜が形成される。

被膜形成装置１０は、原料ガス供給装置（不図示）と、閉塞部材１８と、連結ケース２０と、第１絶縁部材２２と、筐体２４と、保護部材２５と、第２絶縁部材２６と、アノードケース２８と、アノード電極３０と、第３絶縁部材３２と、排気手段（不図示）が接続されたマニホールド３３と、マスク体３４とを有する。

原料ガス供給装置は、筐体２４内に収容されたシリンダブロック１２の複数の気筒の軸方向の一端側（矢印Ａ方向側）から、該気筒のそれぞれの内部に被膜の原料ガス等を供給するためのものである。具体的には、原料ガス供給装置は、ボンベと、供給管と、バルブと、マスフローコントローラとを複数個ずつ備え、さらに、複数の供給管を収斂する集合管を備えている。なお、原料ガス供給装置のこれらの構成要素については何れも不図示である。

ボンベは、酸素、アルゴン、アセチレン等のガスをそれぞれ貯留する。供給管は、ボンベ内のガスをそれぞれ流通させる。集合管は、不図示の管継手を介して閉塞部材１８と気密に接続されている。バルブは供給管や集合管を開閉し、マスフローコントローラは供給管を流通するガスの流量を調整する。つまり、原料ガス供給装置は、任意の流量の原料ガスをそれぞれ単独で又は複数種類を組み合わせて、閉塞部材１８を介して連結ケース２０内へ供給することが可能になっている。

連結ケース２０は、前記集合管から閉塞部材１８を介して原料ガス等が供給される中空部４０と、該中空部４０の軸方向の両端側（矢印Ａ、Ｂ方向側）にそれぞれ形成されるフランジ部４２ａ、４２ｂとを有する。中空部４０は、閉塞部材１８によって閉塞される。連結ケース２０と閉塞部材１８とは、一方のフランジ部４２ａを介したねじ止め等によって固定され、且つ互いの間に、例えば、セラミックス等の絶縁材料からなる絶縁シート（不図示）が介在することにより、電気的に絶縁される。

連結ケース２０の他方のフランジ部４２ｂは、ねじ止め等によって筐体２４に固定されている。第１絶縁部材２２は、例えば、セラミックス等の絶縁材料からなり、連結ケース２０の開口部周縁と筐体２４との間に介在することで、これらを電気的に絶縁する。

筐体２４は、金属等の導電性材料からなり、シリンダブロック１２を収容する気密空間を形成する。具体的には、筐体２４は、シリンダブロック１２のシリンダボア１４側の端面に当接する円板状の第１壁部５０と、シリンダブロック１２の側方を囲う矩形枠状の側壁５２と、シリンダブロック１２のクランクケース１６側の端面に当接する矩形板状の第２壁部５４とを有する。

第１壁部５０は、軸方向視の中心側に厚肉部５６が形成され、周縁側に厚肉部５６に比して厚さが小さい薄肉部５８が形成されている。厚肉部５６のシリンダボア１４に臨む部位に第１開口６０が設けられる。なお、図２では、第１開口６０の図示を省略している。

シリンダボア１４の端面と第１開口６０の周縁部との間にはシール部材６２が介在し、これによって、互いの間の気密性が維持されている。この第１開口６０を介して、原料ガス供給手段からの原料ガスをシリンダブロック１２の気筒内に供給可能となっている。すなわち、第１開口６０を介して、連結ケース２０の中空部４０とシリンダブロック１２の気筒の内部とが連通する。

薄肉部５８には、軸方向視でシリンダブロック１２の長手方向の中心を通る図２の矢印Ｘ方向の両端と、短手方向の中心を通る図２の矢印Ｙ方向の両端との合計４箇所にそれぞれ長孔６４ａ〜６４ｄが設けられている。このうち、薄肉部５８の矢印Ｘ方向の両端にそれぞれ形成される長孔６４ａ、６４ｂは、該矢印Ｘ方向を長径とし、矢印Ｙ方向を短径とする。また、薄肉部５８の矢印Ｙ方向の両端にそれぞれ形成される長孔６４ｃ、６４ｄは、該矢印Ｙ方向を長径とし、矢印Ｘ方向を短径とする。

側壁５２は、矢印Ａ方向側の一端に大内径部６６が設けられ、該大内径部６６の矢印Ｂ方向側に隣接して小内径部６８が設けられている。つまり、大内径部６６と小内径部６８との間には段部７０が形成されている。大内径部６６の内径は、第１壁部５０の薄肉部５８の外径と略等しく、該大内径部６６の内壁面に対して薄肉部５８の外周面が摺動可能となっている。段部７０には、矢印Ａ、Ｂ方向に沿って突出するピン７２が立設されている。ピン７２は、薄肉部５８の長孔６４ａ〜６４ｄにそれぞれ挿通される合計４個からなり、該ピン７２の径は、長孔６４ａ〜６４ｄの短径より僅かに小さく設定されている。

小内径部６８の内径は、第１壁部５０の厚肉部５６の外径と略等しく、該小内径部６８の内壁面に対して厚肉部５６の外周面が摺動可能となっている。この小内径部６８の内壁面と厚肉部５６の外周面との間には、筐体２４の内部を気密に維持するためのシール部材７４が介在している。

第１壁部５０と側壁５２とは、例えば、可撓性の板部材７６により連結されている。板部材７６は、矢印Ａ、Ｂ方向に直交する矢印Ｃ、Ｄ方向に延在し、該延在方向の一方側の端部が側壁５２の矢印Ａ方向側の端面に固定され、他方側の端部がボルト７８及び筒部材８０を介して第１壁部５０の厚肉部５６に対して固定されている。

具体的には、板部材７６の他方側の端部には軸方向に沿って貫通孔８２が形成され、該貫通孔８２に、筒部材８０が軸方向に沿って摺動可能に挿通されている。この筒部材８０内に挿通されたボルト７８の端部が第１壁部５０の厚肉部５６にねじ止め等によって固定されている。つまり、第１壁部５０は、板部材７６を介して側壁５２に連結され、筐体２４の気密を維持しつつ、矢印Ａ、Ｂ方向に沿って側壁５２に対して相対的に移動可能である。なお、図２では、板部材７６の図示を省略している。

側壁５２の矢印Ｂ方向側の他端には、第２壁部５４が着脱自在に取り付けられている。第２壁部５４のクランクケース１６の開口に臨む部位には第２開口８４が設けられ、該第２開口８４を介して、気筒の内部とアノードケース２８とが連通している。

筐体２４は、何れも図示しないリード線を介してバイアス電源に電気的に接続され、これによって、負のバイアスが付与される。筐体２４に接触するシリンダブロック１２にも負のバイアスが付与されるため、シリンダブロック１２はカソード電極として機能する。

保護部材２５は、連結ケース２０の内壁面及び第１開口６０の内壁面に沿って延在する円筒体である。保護部材２５の外周面は、第１絶縁部材２２と当接することにより、連結ケース２０の内壁面と離間して配置される。また、保護部材２５の外周面と第１開口６０の内壁面との間には、絶縁リング８６が介在し、該絶縁リング８６の外周面と保護部材２５の外周面とが当接する。これによって、保護部材２５の外周面は、第１開口６０の内壁面と離間して配置される。さらに、保護部材２５の軸方向の他端面（矢印Ｂ方向側の端面）は、シール部材６２に当接する。すなわち、保護部材２５は、連結ケース２０と、第１壁部５０と、シリンダブロック１２との何れとも電気的に絶縁されている。

第２絶縁部材２６は、例えば、セラミックス等の絶縁材料からなり、筐体２４とアノードケース２８との間に配設されることで、これらを電気的に絶縁する。また、図１及び図３に示すように、第２絶縁部材２６は、第２開口８４の径と略等しい内径の大内径部８８と、該大内径部８８よりも小さい内径の小内径部９０とを有し、大内径部８８と小内径部９０との間に段部９２が形成されている。

アノードケース２８は、前記第２開口８４を介して、気筒内と連通する中空部９３と、該中空部９３の軸方向の両端側にそれぞれ形成されるフランジ部９４ａ、９４ｂとを有する。アノードケース２８は、一方のフランジ部９４ａ及び第２絶縁部材２６を介したねじ止め等によって筐体２４に固定され、他方のフランジ部９４ｂ及び第３絶縁部材３２を介したねじ止め等によってマニホールド３３に固定されている。

したがって、被膜形成装置１０では、原料ガス供給装置の集合管と、連結ケース２０の中空部４０と、筐体２４の第１開口６０を介したシリンダブロック１２の気筒の内部と、筐体２４の第２開口８４を介したアノードケース２８の中空部９３と、マニホールド３３内のチャンバ９６とが互いに連通している。

アノード電極３０は、アノードケース２８に対して電気的に絶縁された状態で配置されるとともに、接地されている。これによって、負のバイアスが付与された筐体２４及びシリンダブロック１２とアノード電極３０との間に電位差を形成可能となっている。第３絶縁部材３２は、例えば、セラミックス等の絶縁材料からなり、アノードケース２８とマニホールド３３との間に配設されることで、これらを電気的に絶縁する。

図３に示すように、マスク体３４は、入れ子構造をなす第１管状部材１００及び第２管状部材１０２から軸方向に沿って伸縮可能に構成される本体部１０４と、シール部材１０６と、付勢部材１０８とを有する。

第１管状部材１００は、軸方向の一端面（矢印Ａ方向側の端面）がシリンダブロック１２内面のシリンダボア１４とクランクケース１６との境界部分に当接する。また、第１管状部材１００の軸方向の他端側（矢印Ｂ方向側）には、第２管状部材１０２の後述する大内径部１１０の内径と等しいか僅かに小さい外径の小外径部１１２が、軸方向に沿って所定の長さで延在するように設けられる。

小外径部１１２の軸方向の一端部（矢印Ａ方向側の端部）には、第１フランジ１１４が設けられている。小外径部１１２の軸方向の他端側は、第２管状部材１０２の大内径部１１０内に軸方向に沿って摺接可能に挿入される。

第２管状部材１０２の軸方向の一端部（矢印Ａ方向側の端部）には、第１管状部材１００の第１フランジ１１４と対向する第２フランジ１１６が設けられている。また、第２管状部材１０２には、その一端部から他端側に向かって所定の長さで延在する大内径部１１０と、該大内径部１１０から軸方向の他端部まで延在し、且つ大内径部１１０よりも内径が小さい小内径部１１８とが設けられている。

小内径部１１８の軸方向の他端部（矢印Ｂ方向側の端部）には、第２開口８４の内径及び第２絶縁部材２６の大内径部８８と略等しい外径の大外径部１２０が設けられている。大外径部１２０は、第２開口８４及び大内径部１１０内に挿入され、これによって、該大外径部１２０の他端面（矢印Ｂ方向側の端面）が第２絶縁部材２６の段部９２に当接する。

シール部材１０６は、第１管状部材１００の外周面と第２管状部材１０２の内周面との間、換言すると、互いの摺接面同士の間に介在する。これによって、第１管状部材１００及び第２管状部材１０２は、互いの摺接面同士の間が気密に維持された状態で、軸方方向に沿って相対的に移動可能となっている。

付勢部材１０８は、例えば、コイルバネ等の弾性部材からなり、伸縮方向（軸方向）の両端が、第１フランジ１１４及び第２フランジ１１６にそれぞれ当接するように、該第１フランジ１１４及び第２フランジ１１６との間に配設される。

第１フランジ１１４及び第２フランジ１１６の各々には、付勢部材１０８と同軸となるように貫通孔１１４ａ、１１６ａが形成される。貫通孔１１４ａ、１１６ａ及び付勢部材１０８には、軸方向に沿ってボルト１２２が挿通され、第２フランジ１１６の貫通孔１１６ａを貫通したボルト１２２の他端部にナット１２４が螺合されている。

ボルト１２２の頭部１２６とナット１２４との距離を調整することにより、付勢部材１０８を挟んだ第１フランジ１１４と第２フランジ１１６との最大離間距離を設定することができる。第１管状部材１００及び第２管状部材１０２は、第１フランジ１１４と第２フランジ１１６の間で付勢部材１０８が圧縮されることにより、本体部１０４が伸長する方向に弾発付勢される。

本実施形態に係る被膜形成装置１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、その作用効果につき、被膜形成装置１０を用いてシリンダボア１４の内面１４ａ（被膜形成部位）に被膜を形成する動作との関係で説明する。

先ず、側壁５２と第２壁部５４とを脱離させて、筐体２４内にシリンダブロック１２を収容し、該筐体２４内において、シリンダボア１４の内面１４ａを露出させるとともに、クランクケース１６の内面１６ａをマスクするようにマスク体３４を配設する。

具体的には、第１管状部材１００の軸方向の一端面を、シリンダブロック１２内面のシリンダボア１４とクランクケース１６との境界部分に当接させる。また、第２管状部材１０２の軸方向の他端側に設けられた大外径部１２０を第２開口８４及び大内径部１１０内に挿入し、該大外径部１２０の他端面を第２絶縁部材２６の段部９２に当接させる。この際、シリンダブロック１２と第２絶縁部材２６との間で、マスク体３４の本体部１０４が付勢部材１０８の弾発力に抗して一部収縮するように、ボルト１２２の頭部１２６とナット１２４との離間距離を調整する。

次に、排気手段である真空ポンプ等を駆動させて、チャンバ９６を排気する。これに伴い、アノードケース２８の中空部９３、シリンダブロック１２の気筒の内部、連結ケース２０の中空部４０、集合管内から排気がなされる。

次に、原料ガス供給手段により、集合管を介した酸素ガスの供給を開始する。この酸素ガスの供給開始と同時、又は前後して、前記バイアス電源を駆動することで、筐体２４を介してシリンダブロック１２に負のバイアスが印加される。その結果、アノード電極３０とシリンダブロック１２との間に電位差が形成され、連結ケース２０内で酸素ガスがプラズマ化されてプラズマ化酸素が生成する。プラズマ化の際には所定のエネルギが付与されるので、プラズマ化酸素は、酸素ガスに比して高温である。

このように高温となったプラズマ化酸素により、連結ケース２０の中空部４０内と、シリンダボア１４の内面１４ａと、マスク体３４の本体部１０４の内面とが清浄化され、いわゆるプラズマエッチングが行われる。

次に、原料ガス供給手段による酸素ガスの供給を停止し、該酸素ガスに代えて、アルゴンガス及びアセチレンガスの供給を開始する。アルゴンガスは、負のバイアスが印加されてカソードとして機能するシリンダブロック１２とアノード電極３０との作用下にプラズマ化される。同様に、アセチレンガスもプラズマ化され、アルゴンプラズマと、炭素プラズマ及び水素プラズマが生成される。

炭素プラズマ及び水素プラズマは、電気的作用によってシリンダブロック１２のシリンダボア１４の内面に引き寄せられ、付着して堆積する。これにより、ダイヤモンドライクカーボンからなる被膜が形成される。この被膜が所望の厚さとなったところで、原料ガス供給装置によるアルゴンガス及びアセチレンガスの供給を停止し、成膜処理を終了する。

本実施形態に係る被膜形成装置１０では、上記の通り、本体部１０４が、シリンダブロック１２と第２絶縁部材２６との間で、付勢部材１０８の弾発力に抗して一部収縮した状態で配設され、これによって、シリンダボア１４の内面１４ａが露出するとともにクランクケース１６の内面１６ａがマスクされる。

このため、成膜処理時に、プラズマからの入熱を受けて昇温したマスク体３４やシリンダブロック１２が熱膨張したとしても、該熱膨張に追従するように本体部１０４を伸縮させることができる。これによって、シリンダブロック１２の内面及び第２絶縁部材２６に本体部１０４が当接した状態を維持できるため、該シリンダブロック１２の内面のプラズマが照射される範囲を高精度に限定することができる。

この際、上記の通り、マスク体３４やシリンダブロック１２の熱膨張に追従して本体部１０４が伸縮するため、該本体部１０４から、シリンダブロック１２や第２絶縁部材２６に対して過度に大きな力が付与されることがない。つまり、シリンダブロック１２の他端面と、第２壁部５４とが離間することを回避できるため、互いの間にプラズマや原料ガス等を漏洩させるような隙間が形成されることを抑制できる。同様に、第２絶縁部材２６と、第２壁部５４とが離間することを回避できるため、筐体２４とアノードケース２８との間の気密を良好に維持することができる。

その結果、シリンダブロック１２のシリンダボア１４の内面１４ａに対して高精度且つ高品質に被膜を形成することが可能になる。また、マスク体３４が、第１壁部５０に対してシリンダブロック１２を弾発付勢することで、筐体２４内にシリンダブロック１２を位置決め固定することができる。このため、締結固定等を行う必要がない分、簡素な構成によって効率的に筐体２４内にシリンダブロック１２をセットすることができ、量産効率を向上させることができる。

また、上記の通り、本体部１０４を構成する第１管状部材１００及び第２管状部材１０２の摺接面同士の間にはシール部材１０６が介在する。これによっても、成膜時に本体部１０４の内側を良好に真空に維持することができるとともに、前記摺接面同士の間から本体部１０４の外部にプラズマや被膜の原料ガス等が漏洩することを抑制できるため、良好な成膜品質を維持できる。

ここで、本体部１０４において、第１管状部材１００及び第２管状部材１０２の摺接面同士の間のシール部材１０６に向かって気体等が流入可能となる流入口は、第１管状部材１００の他端部と第２管状部材１０２の内周面との間、及び第２管状部材１０２の一端部と第１管状部材１００の外周面との間となる。

本実施形態に係る被膜形成装置１０では、上記の通り、第２管状部材１０２の大内径部１１０に、第１管状部材１００の小外径部１１２が挿入されることにより、第１管状部材１００の外周面と第２管状部材１０２の内周面とが摺接する。このため、第１管状部材１００の軸方向の他端部に比して、第１開口６０に近い第２管状部材１０２の軸方向の一端部が、第１管状部材１００の外周側に配置されている。すなわち、第２管状部材１０２の一端部は、プラズマ発生空間の外側に配置されているため、該第２管状部材１０２の一端部と第１管状部材１００の外周面との間からシール部材１０６に向かってプラズマ等が流入することが抑制されている。

また、第２管状部材１０２の内周側のプラズマ発生空間の内側に配置された第１管状部材１００の他端部は、第１開口６０から離れることで、該第１開口６０付近よりもプラズマの濃度が低い部位に配置されている。これによって、第１管状部材１００の他端部と第２管状部材１０２の内周面との間からシール部材１０６に向かってプラズマ等が流入することが抑制されている。

その結果、シール部材１０６が、プラズマ等との接触により劣化することを効果的に抑制できる。ひいては、付勢部材１０８がプラズマ等と接触することも抑制できるため、マスク体３４の耐久性を向上させることができる。

上記の通り、被膜形成装置１０では、側壁５２に対して第１壁部５０が、筐体２４の気密を維持しつつ、矢印Ａ、Ｂ方向に沿って移動可能となるように取り付けられている。成膜時に、シリンダブロック１２に熱膨張が生じたとしても、該熱膨張に追従するように第１壁部５０が移動するため、シリンダブロック１２から第１壁部５０及び第２壁部５４に対して、互いに離間する方向に過度な大きさの力が付与されることを回避できる。したがって、成膜時に筐体２４内の真空状態を良好に維持することができ、これによって、シリンダボア１４の内面１４ａに対して高品質に被膜を形成することが可能になる。

さらに、シリンダブロック１２では、厚さが異なる各部位ごとに、熱膨張量が異なる場合がある。この熱膨張量の差により、シリンダブロック１２から、第１壁部５０の各部位に対して付与される力にばらつきが生じると、第１壁部５０が矢印Ｃ、Ｄ方向に対して傾斜する場合がある。

ここで、被膜形成装置１０では、上記の通り、第１壁部５０がピン７２に対して、矢印Ａ、Ｂ方向及び長孔６４ａ〜６４ｄの長径方向に沿って相対的に変位可能である。これによって、気筒と第１開口６０との芯ずれを抑制しつつ第１壁部５０を傾斜させることができる。

このため、第１壁部５０が傾斜した場合であっても、保護部材２５が第１開口６０の内壁面や連結ケース２０の内壁面に接触すること等を回避して、互いを電気的に絶縁した状態を良好に維持することができる。したがって、保護部材２５によって、連結ケース２０の内壁面及び第１開口６０の内壁面に被膜が付着することを回避できるとともに、該保護部材２５自体に被膜が形成されることを抑制できるため、被膜形成装置１０のメンテナンスを容易にすることができる。

本発明は、上記した実施形態に特に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

１０…被膜形成装置 １２…シリンダブロック
１４…シリンダボア １４ａ、１６ａ…内面
１６…クランクケース １８…閉塞部材
２０…連結ケース ２２…第１絶縁部材
２４…筐体 ２６…第２絶縁部材
２８…アノードケース ３０…アノード電極
３２…第３絶縁部材 ３３…マニホールド
３４…マスク体 ５０…第１壁部
５２…側壁 ５４…第２壁部
６０…第１開口 ６４ａ〜６４ｄ…長孔
７２…ピン ８４…第２開口
１００…第１管状部材 １０２…第２管状部材
１０４…本体部 １０６…シール部材
１０８…付勢部材 １１４…第１フランジ
１１６…第２フランジ １２２…ボルト
１２４…ナット １２６…頭部

Claims (3)

1. 円筒状のワークの内面の被膜形成部位に被膜を形成する被膜形成装置であって、
   前記被膜形成部位を露出させるとともに、前記ワークの内面の前記被膜を形成しない非形成部位をマスクするマスク体を備え、
   前記マスク体は、
   少なくとも一部が軸方向に沿って摺接可能な入れ子構造をなす複数の管状部材から伸縮可能に構成される本体部と、
   前記管状部材の摺接面同士の間に介在するシール部材と、
   前記本体部が伸長する方向に前記管状部材を弾発付勢する付勢部材と、
   を有し、
   前記本体部は、軸方向の少なくとも一端が前記ワークの内面に当接した状態で伸縮可能に配設されることを特徴とする被膜形成装置。
2. 請求項１記載の被膜形成装置において、
   前記ワークを収容する気密空間を形成し、前記ワークの軸方向の一端側に当接する第１壁部と、他端側に当接する第２壁部とを有する筐体と、
   前記第１壁部に設けられた第１開口を介して前記ワークの内側に前記被膜の原料ガスを供給可能な原料ガス供給手段と、
   前記第２壁部に設けられた第２開口を介して前記ワークの内側に連通し、且つアノード電極と電気的に絶縁されるアノードケースと、
   前記アノードケースと前記筐体との間に介在して互いを電気的に絶縁する絶縁部材と、
   前記アノードケースを介して前記ワークの内側及び前記筐体内を排気可能な排気手段と、
   をさらに備え、
   前記本体部の軸方向一端が前記ワークの内面に当接し、他端が前記第２開口を介して前記絶縁部材に当接することを特徴とする被膜形成装置。
3. 請求項２記載の被膜形成装置において、
   複数の前記管状部材は、
   軸方向の一端側が前記ワークの内面に当接する第１管状部材と、
   前記第１管状部材よりも前記第２壁部側に配設される第２管状部材と、
   を含み、
   前記第１管状部材の外周面と前記第２管状部材の内周面とが摺接することを特徴とする被膜形成装置。

Images