JP2866070B2

JP2866070B2 - 加熱ローラ装置

Info

Publication number: JP2866070B2
Application number: JP9006352A
Authority: JP
Inventors: 宮　　行男; 杉山　　修; ▲龍▼太小池; 孝志戸井田; 深沢　　裕二
Original assignee: SHICHIZUN TOKEI KK
Current assignee: SHICHIZUN TOKEI KK
Priority date: 1996-01-19
Filing date: 1997-01-17
Publication date: 1999-03-08
Anticipated expiration: 2017-01-17
Also published as: JPH1029762A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、糸条またはフィ
ルムなどを加熱した状態で延伸するためにために使用さ
れる加熱ローラ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】糸条またはフィルムなどを加熱した状態
で延伸するために加熱ローラ装置が使用されるが、従来
の加熱ローラ装置としては、たとえば特開平２−３３３
４４号公報に見られるようなものがある。この加熱ロー
ラ装置は、中心軸と、その中心軸に支持されて回転する
熱ローラと、その熱ローラの内側に設けられた加熱手段
とを備えている。そして、その熱ローラはクロムモリブ
デン鋼で円筒状に形成され、その外表面は硬質クロムメ
ッキによって形成された硬質クロム膜で被覆されてい
る。

【０００３】このような加熱ローラ装置の熱ローラの表
面は、糸条やフィルムなどを加熱した状態で延伸するた
め、張力を印加して摺動する糸条やフィルムとの摺接に
よって摩耗が発生する。そのため、従来の熱ローラでは
上述のように、外表面にビッカース硬度１０００程度の
硬質クロム膜を形成している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、熱ロー
ラを高速で回転させているため、硬質クロム膜を形成し
ても熱ローラの表面の摩耗の発生を避けられなかった。

【０００５】加熱ローラ装置の使用により、その熱ロー
ラの表面に摩耗が発生すると、その断面形状が溝形状に
なり、複数本のフィラメントをより合わせた糸条を延伸
する場合にそのフィラメント切れが発生する。さらに摩
耗により生ずる溝のコーナ部分が鋭角になると糸条が断
線するという問題点が生じる。また、フィルムを延伸す
る場合においても、フイルムの表面に傷が発生したり、
切断するという問題が発生する。

【０００６】そのため、熱ローラに摩耗が発生すると、
加熱ローラ装置の運転を止めて、その摩耗した熱ローラ
を新しい熱ローラと交換して対応している。したがっ
て、その熱ローラの交換作業に手間がかかるばかりか、
加熱ローラ装置の稼動率が低下し、糸条やフィルムなど
の延伸作業が遅れるという問題があった。

【０００７】この発明は、従来の加熱ローラ装置におけ
る上述のような問題を解決するためになされたものであ
り、熱ローラの外表面の耐摩耗性を飛躍的に向上させ
て、加熱ローラ装置の熱ローラを交換せずに使用できる
時間を大幅に延ばし、その稼動率を格段に高めることを
目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は上記の目的を
達成するため、上述のような加熱ローラ装置における熱
ローラの外表面に、水素化アモルファスカーボンによる
硬質カーボン膜を、熱ローラの外表面への密着性を高め
る中間層を介して形成してなり、その中間層が、金属と
周期律表第ＩＶｂ族の元素との２層膜からなるものであ
る。

【０００９】あるいはまた、その熱ローラの中間層を、
熱ローラの外表面に直接形成される第１の中間層と、そ
の第１の中間層上に形成される第２の中間層とによって
形成し、その第２の中間層上に前記硬質カーボン膜を形
成するようにし、その第１の中間層がチタン（Ｔｉ）又
はクロム（Ｃｒ）からなり、第２の中間層がシリコンカ
ンーバイト（ＳｉＣ）又はタングステンカーバイト（Ｗ
Ｃ）からなるようにしてもよい。

【００１０】また、加熱ローラ装置における熱ローラの
外表面に硬質層を形成し、その硬質層上に密着性を高め
る中間層を介して水素化アモルファスカーボンによる硬
質カーボン膜を形成するとさらによい。

【００１１】その場合の中間層も、チタン（Ｔｉ）又は
クロム（Ｃｒ）からなる第１の中間層と、シリコンカー
バイト（ＳｉＣ）又はタングステンカーバイト（ＷＣ）
からなる第２の中間層によって形成するとよい。上記熱
ローラの硬質層は、硬質クロムメッキによって形成され
た硬質クロム膜，あるいは基材の浸炭層または焼き入れ
層により形成される。

【００１２】この発明による加熱ローラ装置において、
熱ローラの外表面に形成する水素化アモルファスカーボ
ンによる硬質カーボン膜は、黒色を有し、ダイヤモンド
によく似た性質をもつため、ＤＬＣ(diamond like carb
on) 膜とも呼ばれる。この硬質カーボン膜は、ビッカー
ス硬度４０００という高い機械的硬度をもち、さらに摩
擦係数は０．１程度と、従来の熱ローラの外表面に形成
していた硬質クロム膜の１／５から１／１０という低い
摩擦係数を有している。その上、この硬質カーボン膜の
表面粗さは１ｎｍ以下であり、表面平滑性に優れてい
る。

【００１３】そのため、外表面に硬質カーボン膜を形成
したこの発明の加熱ローラ装置における熱ローラは、耐
摩耗性に極めて優れ、従来の硬質クロム膜を設けた熱ロ
ーラと比較すると、１０倍以上の長寿命化を達成するこ
とができる。しかも、この硬質カーボン膜を熱ローラの
外表面に、上述した各種の中間層を介して形成すること
により、より一層熱ローラに対する硬質カーボン膜の密
着力が高くなり、さらに耐摩耗性が向上する。

【００１４】その中間層を２層で構成し、硬質カーボン
膜の下にシリコンカーバイトまたはタングステンカーバ
イトによる第２の中間層を設けることにより耐アルカリ
性にも優れた熱ローラになる。

【００１５】すなわち、加熱ローラ装置は、熱ローラの
表面に形成した硬質カーボン膜の表面に固着した油剤や
糸屑や繊維補助剤をエッチング除去するとき、アルカリ
溶液を用いるが、このときに、硬質カーボン膜にごくま
れに発生するピンホールを介して、アルカリ溶液が侵入
しても、第２の中間層はエッチングされない。そのた
め、硬質カーボン膜の剥離などの劣化が発生する恐れが
なくなる。また、熱ローラの表面に直接形成するチタン
またはクロムによる第１の中間層は、熱ローラの基材
（クロムモリブデン鋼等）との密着性を強固にする役割
を果たす。

【００１６】さらに、上記中間層の下層に硬質層を設
け、熱ローラの外表面に形成する被膜を、硬質層−中間
層−硬質カーボン膜の構造にすると、摩耗試験の結果、
その硬質カーボン膜の耐久性が、硬質層を設けないとき
と比較してより一層向上することが確かめられた。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面に基づいて説明する。まず、この発明を実施する加熱
ローラ装置の構成を図１によって説明する。この加熱ロ
ーラ装置は、図１に示すように、中空の中心軸１の外周
部に一対のフランジ２，３を介して、円筒形状の熱ロー
ラ５を支持している。

【００１８】一対のフランジ２，３はそれぞれ円盤状を
なし、中心軸１より内径が大きい円筒部２ａ，３ａを一
体に設けた対称な形状をなし、その各円筒部２ａ，３ａ
と中心軸１との間にそれぞれ軸受６，７を設け、熱ロー
ラ５が中心軸１の回りで回転自在となるようにしてい
る。

【００１９】熱ローラ５とフランジ２，３とは、図示し
ないネジ等による固定手段により固着される。そして、
フランジ２，３のいずれか一方を図示しないモータを回
転駆動源とする回転機構により回転させることにより、
熱ローラ５が中心軸１のまわりで回転する。そのための
ギアあるいはプーリがフランジ２，３の一方に装着され
るが、図示を省略している。

【００２０】さらに、中心軸１には一対のフランジ部１
ａ，１ｂが形成されており、その間に磁性材料からなる
鉄心８を介してコイル９を装着している。そして、この
コイル９の端子は、図１には図示していないが中心軸１
の中空部１ｃを通して外部に導き出され、低周波の交流
電圧が印加される。このコイル９に交流電圧を印加する
と交番磁束が発生し、その交番磁束によって熱ローラ５
の内周壁に円周方向の短絡電流を誘導し、熱ローラ５を
ジュール熱による誘導発熱によって発熱させる。

【００２１】また、この円筒形状の熱ローラ５には、中
空のジャケット室５ａを設けており、このジャケット室
５ａの内部に気体液体二相の熱媒体（例えばナフタレ
ン）を封入する。このジャケット室５ａ内に封入された
熱媒体は、熱ローラ５の発熱によって蒸発気化し、その
蒸発気化したものが熱ローラ５の温度が低い表面部分の
ジャケット室５ａの内壁に触れたとき、凝集して潜熱を
発生する。この潜熱の発生により、温度が低い表面部分
のジャケット室５ａの内壁を加熱する。

【００２２】そして、凝縮した熱媒体は、熱ローラ５の
温度が高い表面部分のジャケット室５ａの内壁に触れる
と、その熱によって蒸発気化する。この熱媒体の蒸発気
化による熱の吸収と凝集による潜熱の発生とを繰り返す
ことによって、熱ローラ５の表面温度は均一化されるこ
とになる。したがって、この加熱ローラ装置において
は、鉄心８とコイル９とジャケット室５ａ内の熱媒体と
によって、温度制御機能を有する加熱手段を構成してい
る。

【００２３】次に、この加熱ローラ装置における熱ロー
ラ５の外表面に形成した被膜の構成例を、図２から図４
によって説明する。図２は図１に示した加熱ローラ装置
における熱ローラ５の第１の実施形態の外表面５ｂ付近
の一部を拡大して示す断面図である。

【００２４】この熱ローラ５はクロムモリブデン鋼から
なり、その外表面５ｂに水素化アモルファスカーボンに
よる硬質カーボン膜１０を、外表面５ｂへの密着性を高
める中間層１１を介して形成している。この硬質カーボ
ン膜１０の膜厚は、用途によって変えればよいが、おお
むね１μｍから５μｍの範囲で均一な厚さにする。

【００２５】その硬質カーボン膜１０は、水素を含むア
モルファス構造で黒色をなし、ダイヤモンドによく似た
性質を備えている。すなわち、この硬質カーボン膜１０
は、ビッカース硬度で４０００という高い機械的硬度を
もち、摩擦係数は０．１と極めて低い。その上、表面粗
さは１ｎｍ以下であり、極めて表面平滑性に優れてい
る。そのため、外表面に硬質カーボン膜１０を形成した
この熱ローラ５は、耐摩耗性に優れ、従来の外表面に硬
質クロム膜を設けた熱ロールと比較すると、１０倍以上
の長寿命化を達成することができる。

【００２６】その硬質カーボン膜１０の下層に設ける中
間層１１としては、金属と周期律表第ＩＶｂ族の元素と
の２層膜（積層膜）で形成する。

【００２７】具体的な中間層１１の材料としては、金属
としてチタン，クロム，アルミニウム，タンタル，モリ
ブデン，あるいはタングステンなどが適用可能であり、
周期律表第ＩＶｂ族の元素としてシリコン，ゲルマニウ
ム，あるいは炭素などを適用することができる。

【００２８】この中間層１１の膜厚は、積層膜で構成す
る各層につきそれぞれ約０．５μｍで、合計１．０μｍ
程度とする。このように、この第１の実施形態の熱ロー
ル５は、その表面に２層膜からなる中間層１１を介して
硬質カーボン膜１０を形成しているので、その中間層１
１によって、硬質カーボン膜１０と熱ローラ５の基材
（クロムモリブデン鋼）との密着性が高められる。

【００２９】この中間層１１を金属と周期律表第ＩＶｂ
族の元素との２層膜で形成したが、その下層の金属膜は
熱ローラ５の外表面との密着力を高くする役割をもち、
周期律表第ＩＶｂ族の元素は硬質カーボン膜１０と共有
結合して密着力を高くする役割をもつ。したがって、こ
の中間層１１を設けた実施形態によれば、熱ローラ５に
対する硬質カーボン膜１０の密着力が高くなり、熱ロー
ラ５の耐摩耗性が一層高まり、加熱ローラ装置の稼動率
をより高めることができる。

【００３０】つぎに、図２と同様な断面図である図３を
用いて、この発明による加熱ローラ装置における熱ロー
ラの第２の実施形態を説明する。この第２の実施形態の
熱ローラ５は、熱ローラ５の外表面に、下層の第１の中
間層１１ａと上層の第２の中間層１１ｂとからなる中間
層１１を介して硬質カーボン膜１０を形成している。

【００３１】その第１の中間層１１ａは、チタン（Ｔ
ｉ）またはクロム（Ｃｒ）被膜で形成し、第２の中間層
１１ｂはシリコンカーバイト（ＳｉＣ）またはタングス
テンカーバイト（ＷＣ）で形成する。

【００３２】第１の中間層１１ａのチタンまたはクロム
被膜は、熱ローラ５の基材であるクロムモリブデン鋼と
の密着性を高める働きをもつ。また、第２の中間層１１
ｂのシリコンカーバイトやタングステンカーバイトは、
耐アルカリ性に優れている。そのため、熱ローラ５に形
成した硬質カーボン膜１０表面に固着する油剤あるいは
糸屑や繊維補助剤がスラッジ化したり炭化した付着物な
どをアルカリ溶液を用いてエッチング除去するとき、硬
質カーボン膜１０内にアルカリ溶液が侵入しても、第２
の中間層１１ｂはエッチングされない。したがって、硬
質カーボン膜１０の剥離現象は発生しない。

【００３３】上述のアルカリ溶液としては、水酸化ナト
リウム（ＮａＯＨ）溶液を使用している。すなわち、水
酸化ナトリウム溶液を、強アルカリであるペーハ（ｐ
Ｈ）が１１〜１３になるように調整して、熱ローラ５の
表面の付着物除去剤として使用する。この水酸化ナトリ
ウム溶液を用いて熱ローラ５に表面に固着した油剤，あ
るいは糸屑や繊維補助剤がスラッジ化したり炭化した付
着物を除去する処理は、綿ウエスに上述の水酸化ナトリ
ウム溶液を含ませて、熱ローラ５の表面に固着した付着
物をこすりながら除去する。あるいは前述の水酸化ナト
リウム溶液に熱ローラ５を浸漬して表面付着物をエッチ
ング除去する。

【００３４】このとき、硬質カーボン膜１０内にごくま
れに発生するピンホールを通して、たとえアルカリ溶液
が侵入しても、この硬質カーボン膜１０下層に設けた第
２の中間層１１ｂはアルカリ溶液に対して耐性があるた
め、エッチングされることはない。そのため、硬質カー
ボン膜１０は剥離などの劣化を生じない。なお、チタン
またはクロム被膜からなる第１の中間層１１ａは０．５
μｍ程度の厚さとし、シリコンカーバイトまたはタング
ステンカーバイトからなる第２の中間層１１ｂも０．５
μｍ程度の厚さとする。

【００３５】つぎに、図２と同様な断面図である図４に
よって、この発明による加熱ローラ装置における熱ロー
ラの第３の実施形態を説明する。この第３の実施形態の
熱ローラ５は、その外表面に硬質層１２を形成し、その
硬質層１２上に、下層の第１の中間層１１ａと上層の第
２の中間層１１ｂとからなる中間層１１を介して硬質カ
ーボン膜１０を形成している。

【００３６】この硬質層１２は、硬質クロム膜，浸炭
層，または焼き入れ層で構成する。この硬質層１２とし
て用いる硬質クロム膜の厚さは１０μｍから３０μｍ程
度とし、浸炭層は０．１ｍｍから１．０ｍｍ程度とす
る。焼き入れ層は熱ロール５の外表面だけに設けてもよ
いが、熱ロール５の全体を焼き入れ層として形成して、
その硬度を高くしてもよい。

【００３７】そして、硬質層１２を硬質クロム膜で形成
する場合は、電解メッキ法による硬質クロムメッキを熱
ローラ５の表面に施して、上述の膜厚に硬質クロム膜を
形成する。熱ローラ５の外表面付近に浸炭層を形成して
硬質層１２とする場合には、メタン（ＣＨ₄）やエチレ
ン（Ｃ₂Ｈ₄）などの炭素を含む浸炭性ガスと窒素(Ｎ₂)
のキャリアガスとの混合ガス雰囲気中で、次に示すよう
な条件で浸炭処理を行なう。

【００３８】（浸炭条件）温度１１００℃ 時間３０分浸炭深さ０．５ｍｍこの例では、硬質層１２として浸炭層を形成する熱ロー
ラ５の基材であるクロムモリブデン鋼として、日本工業
規格(ＪＩＳ)の種類の記号で、ＳＣＭ４２０を使用す
る。

【００３９】硬質層１２として焼き入れ層を形成する場
合には、熱ローラ５の基材であるクロムモリブデン鋼と
して、日本工業規格の種類の記号で、ＳＣＭ４３５ま
たはＳＣＭ４４０を使用する。焼き入れ条件は、熱ロ
ーラ５の外表面にのみ焼き入れ層を形成するか、あるい
は全体に焼き入れ層を形成するかによって異なり、最適
な処理条件を選択して行なう。そして焼き入れ処理の
後、焼き戻し処理も行なう。

【００４０】その一例を記載すれば、温度８３０〜８８
０℃に加熱した後、油冷して焼き入れ処理を行ない、そ
の後、温度５３０〜６３０℃に加熱したのち急冷して焼
き戻し処理を行なう。このとき必要があれば、熱ローラ
５の外表面の研磨加工を行なう。

【００４１】第１の中間層１１ａは、前述の第３の実施
形態の場合と同様に、膜厚が０．５μｍ程度のチタンま
たはクロム被膜で形成し、第２の中間層１１ｂも、膜厚
が０．５μｍ程度のシリコンカーバイト（ＳｉＣ）また
はタングステンカーバイト（ＷＣ）で形成する。

【００４２】この第３の実施形態は、第１の中間層１１
ａの下層に硬質層１２を設けた点だけが前述の第２の実
施形態と異なる。すなわち、この第３の実施形態におけ
る熱ローラ５の外表面の被覆は、硬質層−中間層−硬質
カーボン膜の構造となっている。そして、摩耗試験の結
果、このように構成することによって、硬質カーボン膜
１０の耐久性が、硬質層１２を設けないものと比較して
２倍程度高くなり、熱ローラの寿命も２倍程度延びるこ
とが判った。しかし、その理由は明らかではない。

【００４３】なお、図１に示した加熱ローラ装置におい
ては、温度制御機能を有する加熱手段として、鉄心８と
コイル９とによるジュール熱と、熱ローラ５のジャケッ
ト室５ａに封入する熱媒体の蒸発と凝縮を利用する実施
形態で説明したが、ヒータ線を用いる手段や、温度制御
した液体を熱ローラ５内に導入する手段なども、温度制
御機能を有する加熱手段として使用することが可能であ
る。

【００４４】さらに、熱ローラの形状を円筒形状にした
例で説明したが、その外形形状および内形形状を、用途
に合致するように変えることもできる。また、図１に示
した加熱ローラ装置では、熱ローラ５が中心軸１に対し
て回転自在に支持されているが、熱ローラ５を中心軸１
に固着して、中心軸１をモータによって回転させること
により、熱ローラ５を一体に回転させるようにしてもよ
い。

【００４５】熱ローラの表面に形成する硬質カーボン膜
は、上述の各実施形態の説明では１μｍから５μｍ程度
としたが、高い耐摩耗性が要求される熱ローラの場合に
は硬質カーボン膜を厚めに形成し、それほど高い耐摩耗
性が要求されない熱ローラの場合には硬質カーボン膜を
薄めに形成すればよい。すなわち、用途によって熱ロー
ラの表面に形成する硬質カーボン膜の膜厚を調整すれば
よい。

【００４６】ここで、この発明による加熱ローラ装置の
熱ローラの外表面に硬質カーボン膜と中間層とを形成す
る被膜形成方法について、図５から図８を用いて説明す
る。始めに、硬質カーボン膜の各種の形成方法を図５か
ら図７によって説明する。

【００４７】まず、図５に示す被膜形成装置を用いる硬
質カーボン膜の形成方法は、ガス導入口２１と排気口２
２とを有する真空槽２０内に、クロムモリブデン鋼から
なる熱ローラ５を配置する。この熱ローラ５を真空槽２
０内で支持する部材は図示を省略している。この真空層
２０内には、アノード３０とフィラメント３２も設けら
れている。

【００４８】そして、この真空層２０内を排気口２２か
ら図示しない真空ポンプ等の排気手段により真空排気し
て、その真空度が３×１０-⁵torr以下になるようにす
る。その後、ガス導入口２１から炭素を含むガスとして
ベンゼン（Ｃ₆Ｈ₆）を真空槽２０内に導入して、真空槽
２０内の圧力を１〜５×１０-³torrになるように制御す
る。

【００４９】その後、アノード３０にはアノード電源３
１から直流電圧を印加し、フィラメント３２にはフィラ
メント電源３３から交流電圧を印加する。このとき、ア
ノード電源３１からアノード３２に印加する直流電圧
は、プラス１０Ｖの直流正電圧とする。また、フィラメ
ント電源３３からフィラメント３２に印加する電圧は、
フィラメント３２に３０Ａの電流が流れるように、１０
Ｖの交流電圧とする。

【００５０】また、熱ローラ５には直流電源３４からマ
イナス３ｋＶの直流負電圧を印加する。そして、真空槽
２０内に配置した熱ローラ５の周囲領域にプラズマを発
生させ、熱ローラ５の表面に硬質カーボン膜を形成す
る。この硬質カーボン膜の形成膜厚は１μｍから５μｍ
とする。このとき熱ローラ５を回転させると、より均一
な膜厚で硬質カーボン膜を形成することができる。

【００５１】次に、上述の例と異なる硬質カーボン膜の
形成方法を図６によって説明する。この図６に示す例で
は、ガス導入口２１と排気口２２とを有する真空槽２０
内に、クロムモリブデン鋼からなる熱ローラ５を配置す
る。そして排気口２２から真空槽２０内を図示しない真
空ポンプ等の排気手段により真空排気し、その真空度が
３×１０-⁵torr以下になるようにする。

【００５２】その後、ガス導入口２１から炭素を含むガ
スとしてメタン（ＣＨ₄）を真空槽２０内に導入して、
真空度が０.１torr になるように調整する。そして、熱
ローラ５には、マッチング回路３５を介して発振周波数
１３.５６ＭＨｚのを有する高周波電源３７から４００
Ｗの高周波電力を印加する。その結果、熱ローラ５の周
囲領域にプラズマを発生させ、熱ローラ５の表面に１μ
ｍから５μｍの膜厚の硬質カーボン膜を形成する。この
とき、熱ローラ５を回転させることにより、より均一な
膜厚で硬質カーボン膜を形成することができる。

【００５３】上述の各例とさらに異なる硬質カーボン膜
の形成方法を、図７によって説明する。この図７に示す
例では、図６に示した例と同等な条件で、熱ローラ５に
高周波電力を印加する代わりに、直流電源３９からマイ
ナス６００Ｖの直流負電圧を印加する点だけが相違す
る。このようにしても、熱ローラ５の周囲領域にプラズ
マを発生させて、熱ローラ５の表面に１μｍから５μｍ
の膜厚の硬質カーボン膜を形成することができる。

【００５４】上述した熱ローラの表面への硬質カーボン
膜の形成方法の各例では、硬質カーボン膜を形成するた
めの炭素を含むガスとして、メタンあるいはベンゼンを
用いるように説明したが、これら以外でも炭素を含むガ
スであれば使用可能であり、例えばエチレン（Ｃ₂Ｈ₄）
も適用可能である。さらに、これらの炭素を含むガスに
アルゴン（Ａｒ）やヘリウム（Ｈｅ）あるいは水素（Ｈ
₂）を添加した混合ガスを用いても、上述の各例と同様
に熱ローラの表面に硬質カーボン膜を形成することがで
きる。

【００５５】次に、この硬質カーボン膜の下層に形成す
る中間層の形成方法について、図８によって説明する。
この図８に示すように、真空槽２０内に、スパッタカバ
ー４２によって保持された中間層材料からなるターゲッ
ト４０と中間層を形成する熱ローラ５とを対向させて配
置する。

【００５６】その後、この真空槽２０内を排気口２２か
ら真空排気する。そして、ガス導入口２１からスパッタ
ガスとしてアルゴン（Ａｒ）ガスを導入する。さらにそ
の後、ターゲット４０にターゲット電源４１から負の直
流電圧を印加し、熱ローラ５には直流電源３９からマイ
ナス５０Ｖの直流負電圧を印加する。

【００５７】すると、真空槽２０の内部にプラズマが発
生し、そのプラズマ中のイオンによって中間層材料から
なるターゲット４０表面をスパッタする。それによっ
て、ターゲット４０の表面からたたき出された中間層材
料が熱ローラ５の表面に付着し、中間層を形成すること
ができる。

【００５８】なお、熱ローラ５の外表面に第１の中間層
と第２の中間層からなる２層の中間層を形成する場合に
は、その各中間層の形成方法はほとんど同じであり、異
なるのはターゲット４０を各中間層を形成するための材
料変えるだけでよい。

【００５９】例えば、第１の中間層を形成する場合に
は、ターゲット４０をチタン又はクロムとし、第２の中
間層を形成する場合には、ターゲット４０をシリコンカ
ーバイト又はタングステンカーバイトにする。なお、第
２の中間層としてシリコンカーバイト又はタングステン
カーバイトを用いるときは、シリコンと炭素、またはタ
ングステンと炭素との原子パーセントは５０％（１：
１）とする。

【００６０】その後、この１層又は２層の中間層の上面
に硬質カーボン膜を形成する。この中間層の上面に硬質
カーボン膜を被膜形成する方法は、図５乃至図７によっ
て前述した方法を採用すればよいので、説明を省略す
る。中間層の被膜形成方法は、このようなスパッタ法に
限るものではなく、真空蒸着法やイオンプレーティング
法などの他の物理的気相成長（ＰＶＤ）法を用いること
もできる。

【００６１】また、上記各実施例では、熱ローラ５の基
材がクロムモリブデン鋼であるものについて説明した
が、用途に応じて、ステンレス鋼やＫＳ鋼、あるいはそ
の他の金属や、セラミックなどの非金属を熱ローラの基
材として用いることも可能である。セラミックのような
絶縁体で熱ローラを形成した場合には、中間層のチタン
またはクロムのような金属材料を電圧印加を必要としな
いＰＶＤ法によって形成した後、その中間層に電圧を印
加して前述のようなプラズマＣＶＤ法によって硬質カー
ボン膜を形成することができる。

【００６２】

【発明の効果】以上説明してきたように、この発明によ
る加熱ローラ装置は、その熱ローラの外表面に密着力を
める中間層を介して硬質カーボン膜を形成したため、耐
摩耗性に極めて優れ、従来の硬質クロム膜を設けた熱ロ
ーラと比較すると、１０倍以上の長寿命化を達成するこ
とができる。したがって、加熱ローラ装置の熱ローラを
交換せずに使用できる時間を大幅に延ばし、その稼動率
を格段に高めることができる。

【００６３】熱ローラの外表面に、実施形態に記載した
２層膜からなる中間層を介して硬質カーボン膜を形成す
ることにより、より一層熱ローラに対する硬質カーボン
膜の密着力が高くなり、さらに耐摩耗性が向上する。

【００６４】その２層膜からなる中間層として、硬質カ
ーボン膜の下にシリコンカーバイトまたはタングステン
カーバイトによる第２の中間層を設けることにより耐ア
ルカリ性にも優れた熱ローラになる。また、熱ローラの
表面に直接形成するチタンまたはクロムによる第１の中
間層は、熱ローラの基材（クロムモリブデン鋼等）との
密着性を強固にする役割を果たす。

【００６５】さらに、上記中間層の下層に硬質層を設
け、熱ローラの外表面に形成する被膜を、硬質層−中間
層−硬質カーボン膜の構造にすると、その硬質カーボン
膜の耐久性が、硬質層を設けないときと比較してより一
層向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明を実施する加熱ローラ装置の構成を示
す軸方向に沿う断面図である。

【図２】図１に示した加熱ローラ装置の熱ローラの外表
面付近の一部を拡大して示す第１の実施形態の断面図で
ある。

【図３】同じくその第２の実施形態の断面図である。

【図４】同じくその第３の実施形態の断面図である。

【図５】この発明による加熱ローラ装置の熱ローラの外
表面に硬質カーボン膜を形成する方法の一例を説明する
ための装置の略断面図である。

【図６】同じく熱ローラの外表面に硬質カーボン膜を形
成する方法の他の例を説明するための装置の略断面図で
ある。

【図７】同じく熱ローラの外表面に硬質カーボン膜を形
成する方法のさらに他の例を説明するための装置の略断
面図である。

【図８】この発明による加熱ローラ装置の熱ローラの外
表面に中間層を形成する方法の一例を説明するための装
置の略断面図である。

【符号の説明】

１：中心軸２，３：フランジ５：熱ローラ５ａ：ジャケット室５ｂ：熱ローラの外表面６，７：軸受８：鉄心９：コイル１０：硬質カーボン膜１１：中間層１１ａ：第１の中間層１１ｂ：第２の中間層１２：硬質層２０：真空層２１：ガス導入孔２２：排気孔３０：アノード３１：アノード電源３２：フィラメント３３：フィラメント電源３４，３９：直流電源３５：マッチング回路３７：高周波電源４０：ターゲット４１：ターゲット電源４２：スパッタカバー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＤ０２Ｊ 13/00 Ｄ０２Ｊ 13/00 ＫＨ０５Ｂ 6/02 Ｈ０５Ｂ 6/02 Ｚ (72)発明者戸井田孝志埼玉県所沢市大字下富字武野840番地シチズン時計株式会社所沢事業所内 (72)発明者深沢裕二東京都田無市本町６丁目１番12号シチズン時計株式会社田無製造所内 (56)参考文献特開平３−240957（ＪＰ，Ａ) 実開平５−69164（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B65H 51/04 C23C 16/00 - 16/56 C23C 24/00 - 30/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】中心軸と、該中心軸に支持されて回転す
る熱ローラと、該熱ローラの内側に設けられた加熱手段
とを備えた加熱ローラ装置において、前記熱ローラの外表面に、水素化アモルファスカーボン
による硬質カーボン膜を、前記外表面への密着性を高め
る中間層を介して形成してなり、該中間層が、金属と周期律表第ＩＶｂ族の元素との２層
膜からなることを特徴とする加熱ローラ装置。
【請求項２】中心軸と、該中心軸に支持されて回転す
る熱ローラと、該熱ローラの内側に設けられた加熱手段
とを備えた加熱ローラ装置において、前記熱ローラの外表面に、水素化アモルファスカーボン
による硬質カーボン膜を、前記外表面への密着性を高め
る中間層を介して形成してなり、該中間層が、前記熱ローラの外表面に直接形成される第
１の中間層と、その第１の中間層上に形成される第２の
中間層とからなり、その第２の中間層上に前記硬質カー
ボン膜が形成され、前記第１の中間層がチタン（Ｔｉ）又はクロム（Ｃｒ）
からなり、前記第２の中間層がシリコンカンーバイト
（ＳｉＣ）又はタングステンカーバイト（ＷＣ）からな
ることを特徴とする加熱ローラ装置。
【請求項３】中心軸と、該中心軸に支持されて回転す
る熱ローラと、該熱ローラの内側に設けられた加熱手段
とを備えた加熱ローラ装置において、前記熱ローラの外表面に硬質層を形成し、その硬質層上
に密着性を高める中間層を介して水素化アモルファスカ
ーボンによる硬質カーボン膜を形成してなることを特徴
とする加熱ローラ装置。
【請求項４】前記熱ローラの中間層が、前記硬質層上
に直接形成される第１の中間層と、その第１の中間層上
に形成される第２の中間層とからなり、その第２の中間
層上に前記硬質カーボン膜が形成され、前記第１の中間層がチタン（Ｔｉ）又はクロム（Ｃｒ）
からなり、前記第２の中間層がシリコンカンーバイト
（ＳｉＣ）又はタングステンカーバイト（ＷＣ）からな
る請求項３に記載の加熱ローラ装置。
【請求項５】前記熱ローラの硬質層が、硬質クロムメ
ッキによって形成された硬質クロム膜からなる請求項３
又は４に記載の加熱ローラ装置。
【請求項６】前記熱ローラの硬質層が、該熱ローラの
基材の表面付近に形成した浸炭層からなる請求項３又は
４に記載の加熱ローラ装置。
【請求項７】前記熱ローラの硬質層が、該熱ローラの
基材の少なくとも表面付近に形成した焼き入れ層からな
る請求項３又は４に記載の加熱ローラ装置。