JP2546078Y2 - 円筒物蒸着装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、石油採掘用パイプのネ
ジ部分を始めとする各種長尺円筒物の端部に対し、イオ
ンプレーティングもしくはプラズマＣＶＤ等の方法を用
いて真空蒸着による被膜形成を行う円筒物蒸着装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】石油採掘用パイプのネジ部分を始めとす
る各種長尺円筒物の端部に対しては、真空蒸着による被
膜形成を行う場合がある。この場合、前記端部のみに真
空蒸着を行う装置として、従来より例えば下記のような
ものが考案されている。

【０００３】図４は、この装置の一例を模式的に示す図
である。真空容器１内において、長尺円筒状をなす円筒
物２は環状の回転軸受３により外周側から支持され、モ
ーター４を駆動源として軸線を中心に回転可能となって
いる。更に、円筒物２には電圧印加装置（図示せず）が
接続されている。一方、真空容器１内にはヒーター（図
示せず）が設けられているとともに、円筒物２一端の直
下には、被膜形成用の蒸着物を発生させるとともにイオ
ン化させる蒸着物発生装置５が設置されている。ここ
で、この蒸着物発生装置５は前記軸線に沿って円筒物２
他端の直下（図中Ａ）まで移動可能とされている。被膜
形成の方法として、本図ではイオンプレーティングの場
合を示すが、プラズマＣＶＤでも可能である。更に、真
空容器１内の空気は、排気口６から排気設備（図示せ
ず）により排気される。

【０００４】図４の装置においては、回転軸受３内に円
筒物を設置し、真空容器１内を排気した後、モーター４
を回転させると、モーター４の回転が減速装置７を経て
円筒物２に伝達され、円筒物２が軸線を中心に回転す
る。そして、この状態で前記電圧印加装置により円筒物
２に電圧を印加し、前記ヒーターにより円筒物２を加熱
しつつ蒸着物発生装置５を作動させると、イオン化した
蒸着材料が円筒物２の端部に引き寄せられ、この端部上
に前記蒸着材料の被膜が形成される。更に、円筒物２一
端の蒸着作業終了後、蒸着物発生装置５を前記軸線に沿
って円筒物２他端の直下まで移動させて再度上記蒸着作
業を行うことにより、円筒物１の両端部が蒸着される。
また、蒸着物発生装置５を移動させつつ蒸着作業を行う
ことにより、前記端部における蒸着範囲を任意に拡大可
能である。

【０００５】図５は、この装置の他の例を示す図であ
る。真空容器１は蒸着を行う円筒物２の少なくとも２倍
以上の全長を有し、その上部には、その長手方向に沿っ
てレール８が設置され、レール８上には、モーター（図
示せず）その他を駆動源としてレール８上を走行する移
動車９が配置されている。また、移動車９からは環状の
回転軸受３が釣り下げられ、回転軸受３内には円筒物２
が挿通され、その軸線がレール８の軸線に平行となった
状態で回転軸受３により外周側から支持されている。そ
の結果、円筒物２は移動車９から釣り下げられた状態
で、レール８沿いに移動可能となっている。更に、円筒
物２は、モーター４を駆動源とし、円筒物２の移動と同
調してレール８沿いに移動する円筒物回転装置１０によ
り、移動中も自らの軸線を中心に回転可能である。ま
た、円筒物２には電圧印加装置（図示せず）が接続され
ている。

【０００６】一方、真空容器１内にはヒーター（図示せ
ず）が設けられているとともに、真空容器１の長手方向
中央下部には、図４の場合と同様の蒸着物発生装置５が
固定されている。なお、真空容器１内の空気は、排気口
６から排気設備（図示せず）により排気される。

【０００７】図５の装置においては、円筒物２の一端が
蒸着物発生装置５上に位置するよう真空容器１内に円筒
物２を設置後、真空容器１内を排気し、モーター４を回
転させると、モーター４の回転が円筒物回転装置１０を
経て円筒物２に伝達され、円筒物２が軸線を中心に回転
する。そして、この状態で前記電圧印加装置により円筒
物２に電圧を印加し、前記ヒーターにより円筒物２を加
熱しつつ蒸着物発生装置５を作動させると、イオン化し
た蒸着材料が円筒物２の一端に引き寄せられ、円筒物２
の一端上に前記蒸着材料の被膜が形成される。また、円
筒物２の一端に対する蒸着作業終了後、円筒物２の他端
が蒸着物発生装置５上に位置するまで円筒物２をレール
８沿いに移動させて再度上記蒸着作業を行うことによ
り、円筒物２の両端部が蒸着される。なお、円筒物２を
移動させつつ蒸着作業を行うことにより、各端部におけ
る蒸着範囲を任意に拡大可能である。

【０００８】

【考案が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の円筒物蒸着装置においては、円筒物２全体を真空容
器１内に収納する必要があった。そのため、真空容器１
および前記排気装置が大型化し、設備費増大の原因とな
る他、前記蒸着装置に対する円筒物２の着脱も大がかり
とならざるを得なかった。更に、蒸着物発生装置５また
は円筒物２の移動機構や円筒物回転装置１０あるいは回
転軸受３等が真空容器１内に位置するため、蒸着装置の
構造が複雑化する他、故障の発生率が上昇するという問
題もあった。

【０００９】また、蒸着作業中、回転軸受３や円筒物回
転装置１０は前記ヒーターにより加熱されるが、この場
合、軸受等の熱変形や熱膨張に伴い円筒物２の保持に支
障が生じたり、潤滑油が使用できないことに伴い可動部
の焼き付きや動作不良が生じたりする他、高温下におい
て、これら設備を構成する部材から発生するガスが前記
被膜へと混入する可能性があるため、これら装置につい
ては、耐熱に対する特別の配慮が必要であった。

【００１０】一方、蒸着が行われる円筒物２には通常市
販品を用いているが、この場合、円筒物２の製造および
流通の過程でその表面が汚れていると、この汚れが真空
蒸着作業中不純ガスとなって前記被膜に混入し、硬度や
密着力を始めとする前記被膜の物性を大幅に低下させる
場合がある。そこで、真空蒸着を行う前に、予め円筒物
２を洗浄しておく必要があるが、上記従来の円筒物蒸着
装置においては、円筒物２全体が真空容器１内に収納さ
れるため、円筒物２の洗浄に際しては、円筒物２全体を
洗浄しなければならず、作業効率が低下するという問題
があった。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本考案は、上記事情に鑑
みてなされたもので、真空容器内で円筒物に電圧を印加
して、この円筒物の端部に真空蒸着による被膜形成を行
う円筒物蒸着装置において、

【００１２】円筒状をなす第一の部材と、前記第一の部
材を、前記第一の部材の外周側からその軸線を中心に回
転可能に支持する第二の部材と、

【００１３】前記第二の部材の一端側に隣接し、前記第
二の部材の一端が前記軸線方向から挿入され、しかも、
その挿入量が相対的に可変とされる真空容器と、前記真
空容器内に設置される蒸着物発生装置と、

【００１４】前記円筒物をその軸線を中心に回転させる
回転装置および前記円筒物に電圧を印加する電圧印加装
置とを具備し、

【００１５】前記円筒物が前記第一の部材に同軸に挿通
され、前記真空容器内に突出した状態で前記第一の部材
に固定され、しかも、前記円筒物、前記第一の部材、前
記第二の部材および前記真空容器間がそれぞれ密封され
ているとともに、前記真空容器と前記円筒物が電気的に
絶縁されていることを特徴とする円筒物蒸着装置であ
る。

【００１６】

【作用】本考案の円筒物蒸着装置においては、円筒物の
端部のみを真空容器に挿入すればよいため、真空容器お
よび排気装置の小型化が可能となり、設備費が低減す
る。また、蒸着作業中、軸受、シール部、および回転装
置等がヒーターから隔離されているため、これらの故障
が減少する他、被膜に対する不純ガスの混入も起こりに
くく、作業時における信頼性が向上する。しかも、各部
品を特殊な設計とする必要がないので、一般標準品の使
用が可能となり、製作費が低減する。

【００１７】一方、蒸着作業前に円筒物の洗浄を行う場
合には、前記真空容器に挿入された部分（円筒物がパイ
プ状をなす場合にはその内周も含む）のみを洗浄すれば
よいため、洗浄作業における作業効率が大幅に向上す
る。

【００１８】更に、蒸着装置に対する円筒物の着脱を前
記真空容器外で行うことが可能であるため、着脱作業が
容易となる。

【００１９】

【実施例】以下、図面に基づき、本考案の実施例につい
て更に詳しく説明する。本考案の円筒物蒸着装置および
この装置に対する円筒物の装着状況を図１に示す。図１
において、符号１１は円筒状をなす内部可動ハウジング
（第一の部材）で、その中心孔１１ａの内周面にはその
周方向に沿って凹部１１ｂが形成され、凹部１１ｂ内に
は真空シール１２がはめ込まれている。本実施例の場
合、真空シール１２としてはＯ−リングが使用されてい
る。

【００２０】また、円筒物２は内部可動ハウジング１１
に中心孔１１ａと同軸に挿通され、その結果、円筒物２
の一端が内部可動ハウジング１１の端面から所定の長さ
だけ突出する。この場合、真空シール１２の内周側に位
置する円筒物２の外周面には、機械加工等の方法によ
り、外周面が平滑とされた真空シール部１３が形成さ
れ、その結果、真空シール部１３の外周は真空シール１
２で完全にシーリングされている。そして、円筒物２
は、このシーリングにより内部可動ハウジング１１に固
定される。なお、この真空シール部１３は、円筒物２の
他端側の同位置にも同様に形成される。

【００２１】更に、内部可動ハウジング１１の外周には
環状をなす回転軸受１４の内輪が固定金具１５により固
定され、回転軸受１４の外輪は固定金具１５ａにより円
筒状をなす外部可動ハウジング（第二の部材）１６に固
定されている。その結果、内部可動ハウジング１１は、
外部可動ハウジング１６に支持された状態で、その軸線
を中心に回転可能となっている。なお、内部可動ハウジ
ング１１と外部可動ハウジング１６間は、回転シール１
７によりシーリングされている。ここで、回転シール１
７としては、磁気シール、オイルシール、もしくはリッ
プシール等が用いられる。また、内部可動ハウジング１
１内には流路１８が形成され、流路１８内を冷却水１９
が循環している。

【００２２】そして、外部可動ハウジング１６の外周は
滑り軸受２０を介して固定ハウジング２１に前記軸線方
向に移動可能に支持され、固定ハウジング２１は真空容
器２２の一端面に開口する挿入用ハウジング２３に、前
記軸線方向に沿って挿入されている。その結果、内部可
動ハウジング１１および外部可動ハウジング１６は、固
定ハウジング２１に支持された状態で、真空容器２２内
を前記軸線方向に移動可能となっている。なお、固定ハ
ウジング２１と挿入用ハウジング２３との間には、絶縁
部２４が形成されている。

【００２３】一方、真空容器２２内には、前記軸線を挟
んで上下にそれぞれヒーター２５とイオンプレーティン
グ用の蒸着物発生装置２６が設置されている。この蒸着
物発生装置２６は、前記軸線の直下に設置された直流放
電プローブ２７と、その下部に設置された坩堝２８およ
び坩堝２８内の蒸着材料２９を加熱する電子銃３０と、
真空容器２２内に反応ガスを導入するガス導入ノズル３
１および直流放電プローブ２７に給電する直流放電プロ
ーブ電源用３１とからなっている。なお、直流放電プロ
ーブ２７と直流放電プローブ用電源３２間を連結する電
線３３は、絶縁部２４ａにより絶縁されている。なお、
符号３４は真空容器２２内を排気するための排気口で、
更に、排気口３４は排気装置（図示せず）に接続されて
いる。

【００２４】また、真空容器２２内において、外部可動
ハウジング１６を最も真空容器２２内に挿入した場合の
各可動ハウジング１１，１６先端の到達位置と、蒸着物
発生装置２６およびヒーター２５との間には、前記軸線
に対し垂直な隔壁３５が形成され、しかも、隔壁３５
と、前記軸線との交点の周囲には、この交点を中心とし
て円形状に開口する開口部３５ａが形成されている。そ
の結果、内部可動ハウジング１１に円筒物２を装着した
場合には、内部可動ハウジング１１の端面から突出した
円筒物２の端部のみが開口部３５ａを介して蒸着物発生
装置２６およびヒーター２５との間に突出する。

【００２５】他方、外部可動ハウジング１６の他端には
外周方向に向けフランジ部１６ａが形成され、フランジ
部１６ａの真空容器２２側端面と固定ハウジング２１の
フランジ部１６ａ側端面との間は伸縮シール３６でシー
リングされている。この伸縮シール３６は前記軸線方向
に伸縮可能なため、真空容器２２内における外部可動ハ
ウジング１６の移動にかかわらず、外部可動ハウジング
１６と固定ハウジング２１とは常時シーリングされる。

【００２６】また、フランジ部１６ａの後方には、円筒
物２の全長に合わせた長さの台車３７が、その長手方向
を前記軸線と一致させた状態で前記軸線に沿って移動可
能に配置され、その先端は絶縁部２４ｂを介して外部可
動ハウジング１６の後端に固定されている。

【００２７】そして、台車３７の後端部には、蒸着装置
に円筒物２を装着した場合、円筒物２の一端が搭載され
る支持台３８が形成されている。ここで、支持台３８の
位置は、円筒物２の他端側に形成された真空シール部１
３をその外周面から支持する位置とされ、また、支持台
３８上には、真空シール部１３を支持した場合、円筒物
２が前記軸線と同軸に回転可能となるよう回転軸受３９
が設けられている。また、符号１５は回転軸受３９のロ
ーラーである。なお、回転軸受３９の例としては、図２
に示すようにローラー３９ａを３箇所に配置しその中央
に真空シール部１３を搭載するものがある。この場合、
上部のローラー３９ａは容易に取り外し可能とされ、円
筒物２の搭載を容易としている。

【００２８】更に、台車３７上には、円筒物回転装置１
０が形成されている。この円筒物回転装置１０は、台車
３７上に設置されたモーター４と、前記軸線を中心に回
転する歯車４０と、モーター４の回転を減速して歯車４
０に伝達する減速歯車４０ａとから構成され、しかも、
歯車４０は、円筒物２を台車３７に搭載した場合、円筒
物２の外周面に対し着脱可能とされている。ここで、支
持台３８と回転軸受３９およびモーター４と減速歯車４
０ａとの間には、それぞれ絶縁部２４ｃ，２４ｄが形成
されている。

【００２９】すなわち、本実施例の円筒物蒸着装置にお
いては、上記各可動ハウジング１１，１６、ならびに支
持台３８および円筒物回転装置１０の各部材はいずれも
台車３７上に設置され、更に、円筒物２は専らこれら各
部材により支持されている。そのため、円筒物回転装置
１０を作動させつつ、台車３７を前記軸線方向に移動さ
せることにより、円筒物２の前記軸線を中心とした回転
運動および前記軸線方向への移動が可能となっている。

【００３０】なお、符号４１は電圧印加装置である。こ
れは、円筒物用電源４２と、それに接続された電圧印加
部４３とからなり、台車３７に円筒物２を搭載した場
合、円筒物２の外周面と電圧印加部４３とを接触させ、
円筒物用電源４２の負電圧を、円筒物２に印加するもの
である。この電圧印加装置４１においては、電圧印加部
４３が円筒物２の回転および軸線方向への運動の有無に
拘らずその外周面と接触可能なため、円筒物２への負電
圧の印加が、常時可能となっている。

【００３１】また、図１に示すように、円筒物２が中空
部４４を有するパイプ状をなしている場合には、排気時
および蒸着時における中空部４４からの空気の流入を防
止するため、蓋状の真空シール部材４５を用い、円筒物
２の他端を予め被覆した後、真空蒸着を行う。ここで、
円筒物２の端面は、真空シール部材４５によるシーリン
グを確実なものとするため、機械加工等の手段を用いて
平滑にしておく必要がある。

【００３２】次に、本実施例における真空蒸着の手順に
ついて述べる。 （１） 図１のように、円筒物蒸着装置に円筒物２を装
着した状態において、台車３７を前記軸線方向に移動
し、真空蒸着による被覆を行う範囲が真空蒸着の際生じ
る蒸着流の発生範囲（図１中矢印ｘで示した範囲）と重
なるまで円筒物２の一端を真空容器２２の隔壁３５から
突出させる。

【００３３】（２） 円筒物回転装置１０を作動させて
円筒物２を前記軸線を中心に回転させ、前記排気装置を
作動させて真空容器２２内を真空状態とする。

【００３４】（３） 真空容器２２内にガス導入ノズル
３１より反応ガスを導入して真空容器２２内を所定濃度
内に保持し、坩堝２８内の蒸着材料２９を電子銃３０に
より溶解、イオン化させるとともに、イオン化した蒸着
材料２９と反応ガスとを直流放電プローブ用電源３２に
より直流電圧が印加される直流放電プローブ２７により
正イオン化する。

【００３５】（４） この正イオンを、ヒーター２５に
より加熱され、しかも円筒物用電源４２により負電圧が
印加された円筒物２に引き寄せることにより、真空蒸着
による被膜が形成される。

【００３６】なお、本実施例においては、イオンプレー
ティングによる真空蒸着を行ったが、真空蒸着法とし
て、イオンプレーティングの代わりにプラズマＣＶＤを
用いることもできる。この場合には、真空容器２２内の
直流放電プローブ２７、坩堝２８、電子銃３０、および
直流放電プローブ用電源３２は必要ない。

【００３７】プラズマＣＶＤを用いた真空蒸着の手順に
ついて以下に述べる。 （ａ） 上記（１）の状態で真空容器２２を排気した
後、ガス導入ノズル３１から真空容器２２内にキャリア
ガスを含む原料ガス導入して真空容器２２内を所定濃度
内に保持する。

【００３８】（ｂ） 円筒物用電源４２により円筒物２
に直流電圧を印加し、真空容器２２との間にグロー放電
を起させ、キャリアガスを含む原料ガスをプラズマ化さ
せる。

【００３９】（ｃ） このプラズマ中の正イオンを、ヒ
ーター２５により加熱され、しかも円筒物用電源４２に
より負電圧が印加された円筒物２に引き寄せることによ
り、真空蒸着による被膜を形成させる。

【００４０】上記いずれの方法においても、円筒物２の
一端の被覆終了後、、円筒物２を真空容器２２から引き
抜き、台車３７上の円筒物２を逆向きとして、円筒物２
他端の被覆を行うことにより、円筒部２の両端を短時間
かつ容易に被覆することができる。また、各可動ハウジ
ング１１，１６および固定ハウジング２１と、円筒物２
の先端とは隔壁３５により遮断されているので、蒸着中
蒸着材料の蒸気が各可動ハウジング１１，１６および固
定ハウジング２１等にかかったり、各可動ハウジング１
１，１６および固定ハウジング２１がヒーター２５によ
り過剰に加熱されることはない。

【００４１】なお、上記の通り、本実施例においては、
真空容器２２内における円筒物２の位置調整等に際し、
円筒物２を搭載した台車３７を真空容器２２に対して移
動させる方法が採られているが、必要に応じ、円筒物２
を固定し、真空容器２２を円筒物２の軸線方向に移動さ
せる形式としてもよい。

【００４２】また、外部可動ハウジング１６と固定ハウ
ジング２１間のシーリング方法として、図３に示すよう
に、固定ハウジング２１を前記挿入方向後方に延長する
とともに、フランジ部１６ａを廃し、この延長部分の内
周と外部可動ハウジング１６の外周との間に、周方向に
リップシール４６を配置して両者間をシーリングするこ
ともできる。

【００４３】更に、円筒物２として市販品を用いた場
合、そのままの状態では表面粗さが粗く、真空シールが
不可能となることがある。この場合、機械加工を行う必
要があるが、上記の通り、本考案においては、真空シー
ル部１３と、円筒物２の両端のみを加工すればよいの
で、機械加工範囲が極めて少なくて済むという利点があ
る。

【００４４】

【考案の効果】以上説明した通り、本考案の円筒物蒸着
装置においては、円筒物の端部のみを真空容器に挿入す
ればよいため、真空容器および排気装置の小型化が可能
となり、設備費が低減した。また、蒸着作業中、軸受、
シール部、および回転装置等がヒーターから隔離されて
いるため、これらの故障が減少する他、被膜に対する不
純ガスの混入も起こりにくく、作業時における信頼性が
向上した。しかも、各部品を特殊な設計とする必要がな
いので、一般標準品の使用が可能となり、製作費が低減
した。

【００４５】一方、蒸着作業前に円筒物の洗浄を行う場
合には、前記真空容器に挿入された部分（円筒物がパイ
プ状をなす場合にはその内周も含む）のみを洗浄すれば
よいため、洗浄作業における作業効率が大幅に向上し
た。

【００４６】更に、円筒物蒸着装置に対する円筒物の着
脱を前記真空容器外で行うことが可能であるため、着脱
作業が容易となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の第一実施例を示す円筒物蒸着装置の断
面図である。

【図２】本考案の支持台におけるローラーの配置の例を
示すＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。

【図３】本考案における外部可動ハウジングと固定ハウ
ジング間のシーリング方法の例を示す断面図である。

【図４】従来の円筒物蒸着装置の例を示す模式図であ
る。

【図５】従来の円筒物蒸着装置の例を示す模式図であ
る。

【符号の説明】

１、２２ 真空容器 ２ 円筒物 ３，１４，３９ 回転軸受 ４ モーター ５，２６ 蒸着物発生装置 ６，３４ 排気口 ７ 減速装置 ８ レール ９ 移動車 １０ 円筒物回転装置 １１ 内部可動ハウジング（第一の部材） １１ａ 中心孔 １１ｂ 凹部 １２ 真空シール １３ 真空シール部 １５，１５ａ 固定金具 １６ 外部可動ハウジング（第二の部材） １６ａ フランジ部 １７ 回転シール １８ 流路 １９ 冷却水 ２０ 滑り軸受 ２１ 固定ハウジング ２３ 挿入用ハウジング ２４，２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ 絶縁部 ２５ ヒーター ２７ 直流放電プローブ ２８ 坩堝 ２９ 蒸着材料 ３０ 電子銃 ３１ ガス導入ノズル ３２ 直流放電プローブ用電源 ３３ 電線 ３５ 隔壁 ３５ａ 開口部 ３６ 伸縮シール ３７ 台車 ３８ 支持台 ３９ａ ローラー ４０ 歯車 ４０ａ 減速歯車 ４１ 電圧印加装置 ４２ 円筒物用電源 ４３ 電圧印加部 ４４ 中空部 ４５ 真空シール部材 ４６ リップシール Ａ 蒸着物発生装置の移動位置 ｘ イオンプレーティングを用いた真空蒸着における蒸
着流の形成範囲

Claims (2)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空容器内で円筒物に電圧を印加し
   て、この円筒物の端部に真空蒸着による被膜形成を行う
   円筒物蒸着装置において、 円筒状をなす第一の部材と、前記第一の部材を、前記第
   一の部材の外周側からその軸線を中心に回転可能に支持
   する第二の部材と、 前記第二の部材の一端側に形成され、前記第二の部材の
   一端が前記軸線方向から挿入され、しかも、その挿入量
   が相対的に可変とされる真空容器と、前記真空容器内に
   設置された蒸着物発生装置と、 前記円筒物をその軸線を中心に回転させる回転装置およ
   び前記円筒物に電圧を印加する電圧印加装置とを具備
   し、 前記円筒物が前記第一の部材に同軸に挿通され、前記真
   空容器内に突出した状態で前記第一の部材に固定され、
   しかも、前記円筒物、前記第一の部材、前記第二の部材
   および前記真空容器間がそれぞれ密封されるとともに、
   前記真空容器と前記円筒物が電気的に絶縁されているこ
   とを特徴とする円筒物蒸着装置。
2. 【請求項２】 上記真空蒸着の方法として、イオンプレ
   ーティングもしくはプラズマＣＶＤのいずれかを用いる
   ことを特徴とする請求項１記載の円筒物蒸着装置。