JP2980058B2 - Columnar metal part, method for manufacturing the same, and apparatus for manufacturing the same - Google Patents

Columnar metal part, method for manufacturing the same, and apparatus for manufacturing the same

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JP2980058B2
JP2980058B2 JP9127988A JP12798897A JP2980058B2 JP 2980058 B2 JP2980058 B2 JP 2980058B2 JP 9127988 A JP9127988 A JP 9127988A JP 12798897 A JP12798897 A JP 12798897A JP 2980058 B2 JP2980058 B2 JP 2980058B2
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carbon layer
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久典 大原
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、AV機器、輸送・搬送
などに用いられるローラ状(円柱状)の機械部品に関す
る。特に、軸受、ローラ、回転軸、ピストンなどの回転
運動、往復運動に用いられ耐摩耗性と摺動特性が求めら
れるローラ部品(円柱状金属部品)に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a roller-shaped (cylindrical) mechanical part used for AV equipment, transportation and transportation. In particular, the present invention relates to a roller component (cylindrical metal component) which is used for rotating and reciprocating motion of a bearing, a roller, a rotating shaft, a piston and the like, and which requires wear resistance and sliding characteristics.

【0002】[0002]

【従来の技術】AV機器、輸送・搬送機器などに用いら
れる軸受、ローラ、回転軸、ピストンなどの摺動部材
は、相手部材と常時接触している。そのため相手材との
摩擦により摩耗が生じ易い部品である。摩耗によって、
製品寿命が短縮され部品精度が低下する。そのためこれ
ら円柱状部材について、摩耗しにくい部材の開発が望ま
れる。
2. Description of the Related Art Sliding members such as bearings, rollers, rotating shafts, and pistons used in AV equipment, transportation / transportation equipment, etc. are in constant contact with mating members. Therefore, it is a component that is liable to be worn due to friction with a partner material. By wear
The product life is shortened and the accuracy of the parts is reduced. Therefore, with respect to these cylindrical members, it is desired to develop members that are hard to wear.

【0003】一般に耐摩耗性の不足する部材において、
耐摩耗性を得るためには部材の表面にTiNなどの硬質
の膜をコ−テイングする方法がしばしば用いられる。一
方、摺動部品の母材としてはコスト、加工性の点から一
般的にSUJ又はSUS420J2製などの鉄鋼材料が
用いられる。しかしこれらの材料は200℃以上に加熱
されると変質するという欠点がある。TiNをコ−テイ
ングするためには400℃以上の温度に母材を加熱する
必要がある。従ってTiNをコ−テイングして耐摩耗性
を高めるという方法は通常のSUJ又はSUS420J
2製のロ−ラ−に対しては使えない。
[0003] Generally, in a member having insufficient wear resistance,
In order to obtain wear resistance, a method of coating a hard film such as TiN on the surface of a member is often used. On the other hand, a steel material such as SUJ or SUS420J2 is generally used as a base material of the sliding component in terms of cost and workability. However, these materials have a disadvantage that they are deteriorated when heated to 200 ° C. or higher. In order to coat TiN, it is necessary to heat the base material to a temperature of 400 ° C. or higher. Therefore, the method of coating TiN to increase abrasion resistance is based on ordinary SUJ or SUS420J.
It cannot be used for 2-rollers.

【0004】SUJ又はSUS420J2製の部品の耐
摩耗性を改良するには、200℃以下の温度で成膜でき
る薄膜材料が必要である。200℃以下の温度領域でコ
−テイングできる硬質の材料としては、硬質炭素膜が挙
げられる。これは多くの半導体や絶縁体との密着性が良
いので、半導体、絶縁体の被覆材料として用いられてい
る。しかし硬質炭素膜は金属との密着性が非常に悪い。
通常のCVD法、蒸着法、スパッタ法などを用いてSU
J又はSUS420J2の上に硬質炭素層を成膜しても
すぐに剥がれてしまう。このような難点を解決するた
め、SUJ又はSUS420J2製母材へ、イオンビ−
ム蒸着法と呼ばれる方法によって硬質炭素層を被覆した
という報告がある。これによってできたものは、金属母
材/硬質炭素層という構造になる。
In order to improve the wear resistance of SUJ or SUS420J2 parts, a thin film material that can be formed at a temperature of 200 ° C. or less is required. As a hard material that can be coated in a temperature range of 200 ° C. or less, a hard carbon film can be used. Since it has good adhesion to many semiconductors and insulators, it is used as a coating material for semiconductors and insulators. However, the hard carbon film has very poor adhesion to metal.
SU using ordinary CVD, vapor deposition, sputtering, etc.
Even if a hard carbon layer is formed on J or SUS420J2, it is immediately peeled off. In order to solve such difficulties, a base material made of SUJ or SUS420J2 was
There is a report that a hard carbon layer was coated by a method called a vapor deposition method. The result is a structure of metal matrix / hard carbon layer.

【0005】また、母材と硬質炭素層間の密着性を改善
する方法として、特開昭56−6920号や特開昭63
−9543号は、金属母材と硬質炭素層の間にシリコン
結晶膜、二酸化シリコン結晶膜、ゲルマニウム結晶膜な
どからなる中間層を介在させる方法を提案している。
Further, as a method for improving the adhesion between the base material and the hard carbon layer, JP-A-56-6920 and JP-A-63
No. 9543 proposes a method in which an intermediate layer made of a silicon crystal film, a silicon dioxide crystal film, a germanium crystal film, or the like is interposed between a metal base material and a hard carbon layer.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】通常の蒸着法やCVD
法は生産性は優れるものの材料がイオンではなく原子ま
たは分子状態であり、運動エネルギ−を殆ど持たないの
で金属の内部に入らない。イオンビ−ム蒸着法はメタン
等の炭化水素をイオン源においてプラズマとし引出電極
系の作用で加速したイオンビ−ムとして引き出して被処
理物に照射するものである。加速エネルギ−が大きいの
で、蒸着などに比較して炭素が被処理物の内部まで進入
する。運動エネルギ−によって金属の表面が活性化され
ることもあって炭素原料と母材との密着性が良い。この
ため200℃以下の温度であっても金属に硬質炭素層を
被覆できる。
SUMMARY OF THE INVENTION Normal vapor deposition and CVD
According to the method, although the productivity is excellent, the material is not ion but in an atomic or molecular state and has little kinetic energy, so that it does not enter the inside of the metal. In the ion beam evaporation method, a hydrocarbon such as methane is converted into plasma in an ion source, extracted as an ion beam accelerated by the operation of an extraction electrode system, and irradiated to an object to be processed. Since the acceleration energy is large, carbon penetrates into the object to be processed as compared with vapor deposition or the like. The kinetic energy activates the metal surface, so that the adhesion between the carbon material and the base material is good. Therefore, the metal can be coated with the hard carbon layer even at a temperature of 200 ° C. or less.

【0007】しかしイオンビ−ム蒸着法は成膜速度が遅
く、一度に処理できる本数が少ない等生産性が低いとい
う難点がある。炭化水素をプラズマとするのにエネルギ
−が必要で、これをイオンビ−ムとするのにも大電力が
必要であるから、イオンビ−ム電流をあまり大きくでき
ない。装置を改良してイオンビ−ム電流を増やしても今
度は金属表面に与える機械的、熱的衝撃が過大になって
金属の表面を荒らしたり成膜した部分が再び剥離したり
する可能性がある。イオンビ−ム蒸着法を用いる限り生
産性をある程度以上に昂揚させることはできない。他の
方法によって硬質炭素層を金属母材に密着性良く形成す
ることが望ましい。
[0007] However, the ion beam evaporation method has the disadvantage that the film formation rate is low and the number of pieces that can be processed at one time is small, and the productivity is low. Since energy is required to convert hydrocarbons into plasma and large power is required to convert them into ion beams, the ion beam current cannot be too large. Even if the ion beam current is increased by improving the apparatus, the mechanical and thermal shocks applied to the metal surface may be excessive, which may cause the metal surface to be roughened or the film-formed portion to be peeled again. . As long as the ion beam evaporation method is used, the productivity cannot be increased to a certain degree. It is desirable to form the hard carbon layer with good adhesion to the metal base material by another method.

【0008】一方前記の特開昭56−6920号や特開
昭63−9543号に示された結晶中間層を設ける方法
は、低速低負荷での膜の密着性が改善される。しかし高
速で摺動する部材や高負荷が掛かる用途ではなお密着性
が悪く硬質炭素層が剥離してしまう。さらにこのように
中間層を設ける方法は、中間層被覆装置と、硬質炭素層
被覆装置が異なるので設備費用が高くなる。処理時間が
かかるので、処理能力の問題も派生する。さらに、中間
層を被覆した後、硬質炭素層を被覆するまで大気中にあ
るから汚れが中間層に付着することがある。この場合は
硬質炭素層が剥離し易い。ゲルマニウム中間層被覆の場
合は、ゲルマニウムが高価であるという問題もあった。
On the other hand, the method of providing a crystal intermediate layer described in JP-A-56-6920 and JP-A-63-9543 improves the adhesion of the film at low speed and low load. However, in a member that slides at a high speed or an application under a high load, the adhesion is still poor and the hard carbon layer is peeled off. Further, in the method of providing the intermediate layer in this manner, the equipment cost is high because the intermediate layer coating device and the hard carbon layer coating device are different. Since processing time is long, the problem of processing power also arises. Further, after coating the intermediate layer, dirt may adhere to the intermediate layer because it is in the air until the hard carbon layer is coated. In this case, the hard carbon layer is easily peeled. In the case of the germanium intermediate layer coating, there is also a problem that germanium is expensive.

【0009】このような従来法の難点を解決し、円柱部
材(ローラ状)に、硬質炭素膜を密着性良く、低温で安
価に生産性良く被覆する方法、装置を提供すること、お
よびそれによって製造されたローラ部品を提供する事が
本発明の目的である。
It is an object of the present invention to provide a method and an apparatus for solving the problems of the conventional method and for coating a cylindrical member (roller) with a hard carbon film with good adhesion, low temperature and low cost with good productivity. It is an object of the present invention to provide a manufactured roller component.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明の方法は、円柱状
金属母材の表面にアモルファスシリコン中間層を設け、
その上に硬質炭素層を形成するものである。好適には、
母材の上に、膜厚5nm〜500nm程度のアモルファ
スシリコン中間層を形成し、その上に膜厚100nm〜
1μm程度の硬質素層を形成する。アモルファスシリコ
ン中間層は、イオンプレ−テイング法やイオンビ−ムア
シスト蒸着法などのPVD法で成膜する。さらに成膜装
置内の真空状態を破る事なく、引き続き、アモルファス
シリコン中間層の上にプラズマCVD法によって硬質炭
素層を被覆する。
According to the method of the present invention, an amorphous silicon intermediate layer is provided on the surface of a cylindrical metal base material,
A hard carbon layer is formed thereon. Preferably,
An amorphous silicon intermediate layer having a thickness of about 5 nm to 500 nm is formed on the base material, and a 100 nm
A hard element layer of about 1 μm is formed. The amorphous silicon intermediate layer is formed by a PVD method such as an ion plating method or an ion beam assisted vapor deposition method. Further, a hard carbon layer is coated on the amorphous silicon intermediate layer by a plasma CVD method without breaking the vacuum state in the film forming apparatus.

【0011】アモルファスシリコンを中間層とする事
と、中間層形成と硬質炭素層形成を真空状態のまま連続
して行うところが重要である。アモルファスシリコン中
間層の介在によって、母材と硬質炭素膜の密着性を著し
く改善できる。アモルファスシリコン中間層と硬質炭素
層を同一装置内で大気に戻す事なく処理することにより
汚染の可能性を排除し中間層と硬質炭素層の密着性を確
実にする。
It is important to use amorphous silicon as the intermediate layer and to form the intermediate layer and the hard carbon layer continuously in a vacuum state. The adhesion between the base material and the hard carbon film can be remarkably improved by the interposition of the amorphous silicon intermediate layer. The treatment of the amorphous silicon intermediate layer and the hard carbon layer in the same apparatus without returning to the atmosphere eliminates the possibility of contamination and ensures the adhesion between the intermediate layer and the hard carbon layer.

【0012】[0012]

【作用】本発明における円柱状金属部品は、金属母材/
アモルファスシリコン中間層/硬質炭素層という構造に
なる。前記特開昭56−6920はシリコン中間層を提
案している。しかしシリコンを介在させても最外被膜の
密着性が改善されないことがある。実際には母材と外被
膜の密着性には著しいばらつきがみられる。そこで本発
明者は、シリコン中間層の膜構造と硬質炭素膜の親和性
について詳しく調査した。その結果、シリコンがアモル
ファスの時に親和性が良く密着性も優れているというこ
とが分かった。反対にシリコンが結晶質の膜である場
合、親和性に乏しく硬質炭素膜が容易に剥離するという
ことが分かった。
According to the present invention, the cylindrical metal part is made of a metal base material /
The structure is an amorphous silicon intermediate layer / hard carbon layer. Japanese Patent Application Laid-Open No. 56-6920 proposes a silicon intermediate layer. However, even if silicon is interposed, the adhesion of the outermost coating may not be improved. Actually, there is a remarkable variation in the adhesion between the base material and the outer coating. Therefore, the present inventors have investigated in detail the affinity between the film structure of the silicon intermediate layer and the hard carbon film. As a result, it was found that when silicon was amorphous, it had good affinity and good adhesion. Conversely, it was found that when silicon was a crystalline film, the affinity was poor and the hard carbon film was easily peeled off.

【0013】単結晶シリコン膜の上に硬質炭素膜を被覆
し、その密着力を、ヌープ硬度計圧子による圧痕周りの
硬質炭素膜の剥離状態を調べた。圧子の荷重が25gの
時に剥離が始まった。また、アモルファスシリコン膜の
上に硬質炭素膜を被覆し、同じヌープ硬度計で密着力を
調べた。圧子の荷重を250gに増やしても硬質炭素膜
は剥離しない事が分かった。つまり中間層として同じシ
リコンでも結晶質ではなく、アモルファスでなければな
らない、という事である。
A hard carbon film was coated on the single-crystal silicon film, and the adhesion of the hard carbon film was examined by examining the peeling state of the hard carbon film around the indentation using a Knoop hardness meter indenter. Peeling started when the load of the indenter was 25 g. Further, a hard carbon film was coated on the amorphous silicon film, and the adhesion was examined with the same Knoop hardness meter. It was found that even if the load of the indenter was increased to 250 g, the hard carbon film did not peel off. In other words, the same silicon as the intermediate layer must be not crystalline but amorphous.

【0014】その理由は次のようなことであろう。上層
の硬質炭素膜がアモルファス構造を取るので中間層が結
晶質であると結合性が悪い。上層の硬質炭素層に合わせ
て、中間層もアモルファスシリコンの方が親和性が高く
なる、というものである。そこで、本発明はアモルファ
スシリコンを中間層とする。つまり本発明では硬質炭素
層/アモルファスシリコン中間層/金属という構造を提
案する。
The reason may be as follows. Since the upper hard carbon film has an amorphous structure, the bonding property is poor if the intermediate layer is crystalline. In accordance with the upper hard carbon layer, the intermediate layer also has higher affinity for amorphous silicon than for amorphous silicon. Therefore, the present invention uses amorphous silicon as the intermediate layer. That is, the present invention proposes a structure of hard carbon layer / amorphous silicon intermediate layer / metal.

【0015】本発明で採用するアモルファスシリコン中
間層の膜厚は50Å(5nm)〜5000Å(500n
m)程度とする。50Å(5nm)以下の膜厚では、母
材の表面を完全にシリコンで覆うことが困難であり、S
i中間層導入効果が顕著に現れない。中間層膜厚の下限
はこれによって決まる。シリコン膜厚は数μmであって
も機械的強度など問題は無い。しかし生産性を考慮する
と膜厚は薄い方が好都合であるから500nm以下が良
い。生産性の観点から特に望ましいのは5nm〜300
nmである。
The thickness of the amorphous silicon intermediate layer employed in the present invention ranges from 50 (5 nm) to 5000 (500 n).
m). If the thickness is less than 50 ° (5 nm), it is difficult to completely cover the surface of the base material with silicon.
The effect of introducing the i intermediate layer does not appear remarkably. The lower limit of the thickness of the intermediate layer is determined by this. Even if the silicon film thickness is several μm, there is no problem such as mechanical strength. However, in consideration of productivity, the thinner the film thickness, the better. Particularly desirable from the viewpoint of productivity is 5 nm to 300 nm.
nm.

【0016】アモルファスシリコン中間層の成膜には例
えばPVD法を用いる。これはイオンプレ−テイング
法、イオンビ−ムアシスト蒸着法などがある。イオンプ
レ−テイング法は、Arガスなど稀ガスによるグロ−放
電中でシリコンを蒸着する方法である。シリコンはルツ
ボに入れておき電子ビ−ム等で加熱蒸発させる。Arイ
オンが加速されて金属母材に衝突し運動エネルギ−によ
って表面を活性化するので、母材が低温であってもシリ
コンと母材がよく密着するのである。またシリコンをア
モルファス構造にするためにも母材は低温である事が必
要である。
For forming the amorphous silicon intermediate layer, for example, a PVD method is used. These include an ion plating method and an ion beam assisted vapor deposition method. The ion plating method is a method of depositing silicon in a glow discharge using a rare gas such as an Ar gas. Silicon is put in a crucible and heated and evaporated with an electron beam or the like. Since the Ar ions are accelerated and collide with the metal base material to activate the surface by kinetic energy, the silicon and the base material adhere well even when the base material is at a low temperature. In addition, the base material needs to be at a low temperature in order to make silicon have an amorphous structure.

【0017】イオンビ−ムアシスト蒸着法はイオン蒸着
法ということもある。Arなど稀ガスのプラズマをイオ
ン源において生成しこれを加速して金属母材に照射す
る。シリコンはルツボに入れておき電子ビ−ム加熱など
によって加熱蒸発させる。稀ガスの運動エネルギ−、電
流量を自由に変化させることができる。Ar等イオンの
エネルギ−によって母材の表面が活性化される。低温で
あってもシリコンが母材に密着する。イオンプレーティ
ング法の場合と同様、アモルファス構造のシリコンを得
るためには母材が低温であることが望ましい。しかし同
一の真空チャンバの中にイオン源と蒸発源の2つを収容
しなければならない。
The ion beam assisted vapor deposition method is sometimes called an ion vapor deposition method. A rare gas plasma such as Ar is generated in an ion source, accelerated, and irradiated to a metal base material. Silicon is put in a crucible and heated and evaporated by electron beam heating or the like. The kinetic energy and current amount of the rare gas can be freely changed. The surface of the base material is activated by the energy of ions such as Ar. Even at low temperatures, silicon adheres to the base material. As in the case of the ion plating method, it is desirable that the base material has a low temperature in order to obtain silicon having an amorphous structure. However, both the ion source and the evaporation source must be housed in the same vacuum chamber.

【0018】いずれにしてもシリコン自体をイオンビ−
ムにするイオンビ−ム蒸着法とは異なる。シリコンは原
子状の蒸気として飛ぶ。運動エネルギ−は少ない。しか
し稀ガスがイオンとして高い運動エネルギ−をもって母
材に衝突するから表面を活性化しシリコンの密着性を高
揚させる。いずれの方法によってもシリコン中間層を金
属母材の上に形成できる。しかしイオンビ−ムアシスト
法は照射面積が限定されるため、バッチ当たりのチャ−
ジ量を高めるためにはイオンプレ−テイング法の方が適
している。
In any case, the silicon itself is ion-beamed.
It is different from the ion beam evaporation method for forming a beam. Silicon flies as atomic vapor. Kinetic energy is low. However, since the rare gas collides with the base material with high kinetic energy as ions, it activates the surface and enhances the adhesion of silicon. Either method can form the silicon intermediate layer on the metal base material. However, since the irradiation area is limited in the ion beam assist method, the charge per batch is limited.
The ion plating method is more suitable for increasing the amount of dicing.

【0019】最上層は硬質炭素層である。硬質炭素層
は、ダイヤモンド状炭素、アモルファスカ−ボン、i−
Cなどと呼ばれる。アモルファス状のカ−ボン膜であ
る。グラファイトなど結晶炭素ではなくダイヤモンド自
体でもない。硬質炭素層の特性はダイヤモンドに類似し
た点が多い。特にヌ−プ硬度が2000〜10000k
g/mm2 であって非常に硬い材料である。本発明では
この硬い硬質炭素層を円柱状金属部品(ロ−ラ−)の表
面にコ−テイングすることによって円柱状金属部品の摩
耗を防ぐ。硬質の被覆層によって摩擦係数が低下するの
で同時に接触する相手部品の損傷をも防ぐことができ
る。これによる経済的な効果も大きい。
The uppermost layer is a hard carbon layer. The hard carbon layer is made of diamond-like carbon, amorphous carbon, i-
It is called C or the like. It is an amorphous carbon film. It is neither crystalline carbon such as graphite nor diamond itself. The properties of the hard carbon layer are often similar to diamond. In particular, the loop hardness is 2000 to 10000k
g / mm 2 , a very hard material. In the present invention, the hard metal layer is coated on the surface of the cylindrical metal part (roller) to prevent wear of the cylindrical metal part. Since the coefficient of friction is reduced by the hard coating layer, it is possible to prevent damage to the mating parts that come into contact at the same time. This has a great economic effect.

【0020】硬質炭素層の膜厚は、1000Å(100
nm)〜10000Å(1μm)であることが望まし
い。摺動部品の保護膜として十分であるためには100
0Å以上の厚みが必要である。反対に生産性の点であま
り厚いのは望ましくない。さらに硬質炭素層は大きい圧
縮応力を持つので膜厚が大きいと応力が強くなり剥離し
やすくなる。それで1μmより薄いほうが良い。
The thickness of the hard carbon layer is 1000Å (100
nm) to 10000 ° (1 μm). 100 to be sufficient as a protective film for sliding parts
A thickness of 0 ° or more is required. On the contrary, it is not desirable to be too thick in terms of productivity. Further, since the hard carbon layer has a large compressive stress, if the film thickness is large, the stress becomes strong and the hard carbon layer is easily peeled. Therefore, it is better to be thinner than 1 μm.

【0021】硬質炭素層の成膜には例えばプラズマCV
D法を用いる。これは高周波放電、直流放電、マイクロ
波放電などの作用で炭素を含む原料をプラズマとしてか
ら金属母材に堆積させるものである。プラズマで金属母
材を叩くので表面を活性化できる。熱CVD法などに比
べると薄膜形成温度が低くて良いという長所がある。イ
オンビ−ム蒸着法と比較すると、プラズマとするのは同
じであるが、これをイオンビ−ムとして取り出すのでは
なく同一の空間内にある母材に直接に堆積させるので成
膜が迅速である。プラズマCVD法は、イオンビ−ム蒸
着法に比べて成膜速度は3倍以上、バッチ当たりの処理
数が数倍〜数十倍である。高速処理できるので生産性が
飛躍的に向上する。
For forming the hard carbon layer, for example, plasma CV
Method D is used. In this method, a raw material containing carbon is made into plasma by the action of high frequency discharge, direct current discharge, microwave discharge or the like, and then deposited on a metal base material. Since the metal base material is hit with plasma, the surface can be activated. There is an advantage that a thin film forming temperature can be lower than that of a thermal CVD method or the like. Compared with the ion beam evaporation method, the plasma is the same, but the plasma is not taken out as an ion beam but is deposited directly on the base material in the same space, so that the film is formed quickly. The plasma CVD method has a film formation speed of three times or more and the number of processes per batch is several times to several tens times as compared with the ion beam evaporation method. High-speed processing dramatically improves productivity.

【0022】プラズマCVD法とイオンビ−ム蒸着法を
一般的に比較すると、イオンビ−ム蒸着法の方が、密着
性が良いと言われている。しかし本発明ではアモルファ
スシリコンの中間層を設けているからプラズマCVD法
で硬質炭素層を形成しても実用上十分な密着性が得られ
る。両工程を通じて、金属母材の温度は200℃以下に
保つことができる。低温成膜できるから母材を変質させ
る惧れがない。なお、生産性を向上させ、高い密着力を
安定して得るためには、アモルファスシリコン中間層と
硬質炭素層の被覆は同一の真空装置内において、真空を
破る事なく、連続して行うのが効果的である。
When the plasma CVD method and the ion beam evaporation method are generally compared, it is said that the ion beam evaporation method has better adhesion. However, in the present invention, since an amorphous silicon intermediate layer is provided, practically sufficient adhesion can be obtained even if a hard carbon layer is formed by a plasma CVD method. Through both steps, the temperature of the metal base material can be kept at 200 ° C. or lower. Since the film can be formed at a low temperature, there is no fear of deteriorating the base material. In order to improve productivity and stably obtain high adhesion, the coating of the amorphous silicon intermediate layer and the hard carbon layer should be performed continuously in the same vacuum apparatus without breaking vacuum. It is effective.

【0023】もしも、それぞれの被覆を異なる装置で行
うとすると、それぞれの工程に真空排気、部品セット、
部品取りだし等の工程に時間が掛かるので生産性が落ち
る。それに加えて一旦大気圧にすると、アモルファスシ
リコン中間層の表面が空気中の酸素、水蒸気、ゴミ等に
よって汚染される。そのためアモルファスシリコン中間
層と硬質炭素層との間の密着力が低下し製品歩留まりも
低下する。そこで本発明は、同一真空装置内で、アモル
ファスシリコン中間層の被覆と硬質炭素層の被覆を連続
して行うことにする。アモルファスシリコン中間層の表
面が汚染されることなく保持されその上に硬質炭素層が
被覆されるので、常に優れた密着力の被覆を実現するこ
とができる。
If each coating is performed by a different apparatus, each step is evacuated, a part set,
The productivity is reduced because it takes time to take out parts and the like. In addition, once at atmospheric pressure, the surface of the amorphous silicon intermediate layer is contaminated by oxygen, water vapor, dust and the like in the air. Therefore, the adhesion between the amorphous silicon intermediate layer and the hard carbon layer is reduced, and the product yield is also reduced. Therefore, in the present invention, the coating of the amorphous silicon intermediate layer and the coating of the hard carbon layer are continuously performed in the same vacuum apparatus. Since the surface of the amorphous silicon intermediate layer is retained without being contaminated and the hard carbon layer is coated thereon, it is possible to always achieve coating with excellent adhesion.

【0024】さらにまた生産性を上げたり高負荷の用途
に対しては、母材にマイナスの直流電圧を印加しなが
ら、アモルファスシリコン中間層及び硬質炭素層の被覆
作業するのが有効である。真空中に放出されたシリコン
や炭素、炭化水素などのプラスイオンおよびプラスに荷
電されたクラスターなどが マイナスバイアスによって
加速されるために、母材に到着する粒子の数が増える。
ために成膜速度が上がり、その結果生産性が向上する。
マイナスバイアスの効果はそれだけではない。母材がマ
イナス電位になるので、母材に到達する粒子は加速され
運動エネルギーが増える。高い運動エネルギーを持ちつ
つ母材に反射された粒子は母材をエッチングし表面を清
浄にする。高い運動エネルギーを持ちつつ注入されたシ
リコンや炭素はそのエネルギーのために密着力がさらに
強化される。母材をマイナスにバイアスするとこのよう
に二重の効果がある。
Further, for increasing the productivity or applying a high load, it is effective to coat the amorphous silicon intermediate layer and the hard carbon layer while applying a negative DC voltage to the base material. The number of particles arriving at the base material increases because positive ions such as silicon, carbon, and hydrocarbons released in a vacuum and positively charged clusters are accelerated by a negative bias.
Therefore, the film forming speed is increased, and as a result, the productivity is improved.
The negative bias effect is not the only one. Since the base material has a negative potential, the particles reaching the base material are accelerated and the kinetic energy increases. Particles having high kinetic energy and reflected by the base material etch the base material to clean the surface. Silicon and carbon implanted while having a high kinetic energy further strengthen the adhesion due to the energy. Biasing the base material negatively has this double effect.

【0025】[0025]

【実施例】直径2mm、長さ30mmのSUJ又はSU
S420J2製の円柱状金属母材に、アモルファスシリ
コン中間層と硬質炭素層のコ−テイングを同一の真空装
置にて、真空を大気圧に戻すことなく連続して2層コー
トを行った。比較のため、同じ母材に、イオンビ−ム蒸
着法により硬質炭素層のみを被覆した。そして円柱状金
属部品の性能の比較と、コ−テイング処理能力の比較を
行った。まずコ−テイングプロセスの概要について説明
する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS SUJ or SU having a diameter of 2 mm and a length of 30 mm
A two-layer coating of an amorphous silicon intermediate layer and a hard carbon layer was continuously applied to a cylindrical metal base material made of S420J2 by using the same vacuum apparatus without returning the vacuum to atmospheric pressure. For comparison, the same base material was coated with only a hard carbon layer by an ion beam evaporation method. Then, a comparison of the performance of the cylindrical metal parts and a comparison of the coating processing ability were performed. First, an outline of the coating process will be described.

【0026】[実施例(同一の真空装置内で2段階被覆
する例]まず始めに、アモルファスシリコン中間層のコ
ーテイングについて説明する。本発明に係る連続コート
用の装置の一例を図1に示す。これは共通の真空槽を用
いて連続コートする装置の例である。
[Embodiment (Example of Two-Step Coating in the Same Vacuum Apparatus)] First, the coating of the amorphous silicon intermediate layer will be described with reference to Fig. 1 showing an example of an apparatus for continuous coating according to the present invention. This is an example of an apparatus for performing continuous coating using a common vacuum chamber.

【0027】真空槽1は真空に引くことのできる空間で
ある。円盤型のホルダー2は5枚の円盤を軸方向に並べ
たもので、端面円周上にローラー(円柱状母材)を入れ
る多数の孔が穿たれている。対向する円盤の孔に母材3
の端を挿入して円盤を合体し、ホルダー回転軸8に取り
付けるようにする。ホルダー2は真空槽1の内部上方に
設けられる。このホルダー2の数は任意に増減できる。
円柱状金属母材3の近傍にはこれを適当な温度に加熱す
るためのヒ−タがあるが、簡単のため図示を略した。真
空槽1の下方にはシリコン蒸発源4が設けられる。これ
は水冷ルツボ12にシリコン材料13を入れたものであ
る。電子ビ−ム等によって加熱蒸発させられる。ここで
は簡単のため加熱源の図示を略した。シリコン蒸発源4
の上方にはシャタ−5がある。これは開閉することがで
き、開くとシリコン蒸気が上昇し、上方の円柱状金属母
材3に到達できる。閉じると蒸気は遮断される。
The vacuum chamber 1 is a space that can be evacuated. The disk-shaped holder 2 is formed by arranging five disks in the axial direction, and is provided with a large number of holes for accommodating rollers (cylindrical base materials) on the circumference of the end face. Base material 3 in the hole of the opposite disk
And the discs are united and attached to the holder rotating shaft 8. The holder 2 is provided above the inside of the vacuum chamber 1. The number of the holders 2 can be arbitrarily increased or decreased.
In the vicinity of the columnar metal base material 3, there is a heater for heating the metal base material 3 to an appropriate temperature. A silicon evaporation source 4 is provided below the vacuum chamber 1. This is obtained by putting a silicon material 13 into a water-cooled crucible 12. It is heated and evaporated by an electron beam or the like. Here, the illustration of the heating source is omitted for simplicity. Silicon evaporation source 4
Above is a shutter 5. This can be opened and closed, and when opened, the silicon vapor rises and can reach the upper cylindrical metal base material 3. When closed, steam is shut off.

【0028】さらにこの上には高周波電極6がある。こ
れは高周波電源9によって高周波電力が与えられるよう
になっている。真空槽1の外部には基板回転用モ−タ7
がある。これは水平に真空槽を貫く回転軸8を回転させ
る。前記の円盤型ホルダー2は回転軸8の適当な箇所に
固定されるので、回転軸8とともに回転する。これは全
ての円柱状金属母材3に均一にコ−テイングするように
するためである。また回転軸8を介して円柱状金属母材
3には負の電圧を印加する。高周波電極6との間には直
流と高周波の重畳した電圧が掛かることになる。真空槽
1の壁面には、ガス入口10があってここからArなど
の稀ガスが内部に導入される。真空排気装置に接続され
た排気口11からガスが排気される。
Furthermore, there is a high-frequency electrode 6 thereon. The high frequency power is supplied by the high frequency power supply 9. A motor 7 for rotating the substrate is provided outside the vacuum chamber 1.
There is. This causes the rotating shaft 8 to pass horizontally through the vacuum chamber. The disk-shaped holder 2 is fixed to an appropriate portion of the rotating shaft 8 and rotates together with the rotating shaft 8. This is for uniformly coating all the columnar metal base materials 3. Further, a negative voltage is applied to the columnar metal base material 3 via the rotating shaft 8. A voltage in which a direct current and a high frequency are superimposed is applied between the high frequency electrode 6 and the high frequency electrode 6. The wall of the vacuum chamber 1 has a gas inlet 10 through which a rare gas such as Ar is introduced. Gas is exhausted from the exhaust port 11 connected to the vacuum exhaust device.

【0029】本発明の方法を行うために、先ず、有機溶
剤による超音波洗浄でSUJ又はSUS420J2製円
柱状母材3の表面の汚れを落とした。直径30mmの円
盤ホルダー2において、円盤と円盤との間に100本ず
つこの円柱状母材をセットし、図1に示すシリコン中間
層コ−テイングのための装置にセットした。合計400
本の円柱状金属母材を処理する。
In order to carry out the method of the present invention, first, the surface of the cylindrical base material 3 made of SUJ or SUS420J2 was cleaned by ultrasonic cleaning with an organic solvent. In a disk holder 2 having a diameter of 30 mm, 100 columnar base materials were set between each disk, and set in the apparatus for coating a silicon intermediate layer shown in FIG. 400 in total
Processing of a cylindrical metal base material.

【0030】まず真空槽1を1×10-6Torr以下の
真空になるまで排気した。ついでヒ−タにより母材を1
50℃まで加熱した。さらにArガスを5×10-4To
rrまで導入した。これは高周波電極6と母材3の間で
生ずる高周波放電の作用でプラズマになる。ホルダー
2、円柱状金属母材3は回転させる。ホルダー2、円柱
状金属母材3には−500Vの負バイアスを印加してお
く。母材側は負の電圧が印加してあるので正のArイオ
ンが母材に衝突し母材の表面をスパッタして清浄化す
る。10分間放電処理し母材表面を清浄化した。
First, the vacuum chamber 1 was evacuated to a vacuum of 1 × 10 −6 Torr or less. Then, the parent material was reduced to 1 by a heater.
Heated to 50 ° C. Further, 5 × 10 −4 To Ar gas is supplied.
rr. This is turned into plasma by the action of high-frequency discharge generated between the high-frequency electrode 6 and the base material 3. The holder 2 and the columnar metal base material 3 are rotated. A negative bias of -500 V is applied to the holder 2 and the columnar metal base material 3 in advance. Since a negative voltage is applied to the base material side, positive Ar ions collide with the base material and sputter the surface of the base material to clean it. Discharge treatment was performed for 10 minutes to clean the surface of the base material.

【0031】このあと、高周波放電は継続したままシリ
コンの蒸発を開始した。ルツボに入れたシリコンを電子
ビ−ム等で加熱し蒸気を発生させた。シリコンの蒸気が
上昇し加熱された母材3の表面に付着する。Arイオン
によって一部の蒸気はイオン化していることもある。母
材の表面がArイオンの衝突によって活性化されている
のでシリコン蒸気の密着性がより良くなる。所望の膜厚
になったらシャッター5を閉じて、シリコンコーテイン
グを終了する。そして、真空の状態を維持したまま、引
き続き硬質炭素膜のコーテイングを行った。
Thereafter, evaporation of silicon was started while the high-frequency discharge was continued. The silicon put in the crucible was heated with an electron beam or the like to generate steam. Silicon vapor rises and adheres to the surface of the heated base material 3. Some vapors may be ionized by Ar ions. Since the surface of the base material is activated by the collision of Ar ions, the adhesion of silicon vapor is improved. When the film thickness reaches a desired value, the shutter 5 is closed to terminate the silicon coating. Then, while maintaining the vacuum state, the hard carbon film was continuously coated.

【0032】シリコンコーテイングと同一の真空槽1に
おける硬質炭素層のコ−テイングについて述べる。真空
槽1の真空度を1×10-6Torr以下の真空になるま
で上げる。ガス導入口10から水素ガスH2 を5×10
-4Torrになるまで導入し、ホルダー2に高周波を印
加した。これによってH2 がプラズマになる。水素プラ
ズマが円柱状金属母材に衝突してこれの表面を清浄化す
る。10分間の放電洗浄の後、導入ガスをメタンCH4
に切り替えた。CH4 が高周波放電によってプラズマと
なり、円柱状金属母材の表面において炭素となって堆積
する。これがプラズマCVDによる硬質炭素層のコ−テ
イングである。所定の膜厚に達したら、CH4 の導入を
停止し、コ−テイングを終了する。その後、室温まで冷
却し、ここから取り出した円柱状金属母材の寿命を評価
した。
The coating of the hard carbon layer in the same vacuum chamber 1 as the silicon coating will be described. The degree of vacuum in the vacuum chamber 1 is increased to a vacuum of 1 × 10 −6 Torr or less. 5 × 10 hydrogen gas H 2 from gas inlet 10
-4 Torr, and a high frequency was applied to the holder 2. This turns H 2 into plasma. The hydrogen plasma collides with the cylindrical metal base material and cleans the surface thereof. After discharge cleaning for 10 minutes, the introduced gas is methane CH 4
Switched to. CH 4 becomes plasma by high frequency discharge, it is deposited a carbon on the surface of a cylindrical metal matrix. This is the coating of the hard carbon layer by plasma CVD. When the film thickness reaches a predetermined value, the introduction of CH 4 is stopped, and the coating is terminated. Then, it cooled to room temperature and evaluated the life of the cylindrical metal base material taken out from this.

【0033】また、シリコンコーテイング及び硬質炭素
膜コーテイングされた部品の5本について、硬質炭素膜
を除去したもののX線回折ピークを調べた。結晶質シリ
コンの回折ピークは見られなかった。これによって、コ
ーテイングされたシリコンはアモルファスであることを
が確かめられた。
Further, the X-ray diffraction peaks of the five parts coated with the silicon coating and the hard carbon film from which the hard carbon film was removed were examined. No diffraction peak of crystalline silicon was observed. This confirmed that the coated silicon was amorphous.

【0034】[比較例] イオンビ−ム蒸着による場合 比較のためイオンビ−ム蒸着法により硬質炭素膜単層を
コ−テイングしたサンプルも作製した。これは、炭化水
素原料をイオンビ−ムとして母材に照射するものであ
る。本発明と異なりアモルファスシリコン中間層を設け
ない。ここで用いた装置はイオンビ−ム径が50mmで
ある。ホルダーは直径50mmの円盤状のものを使用し
た。直径2mm長さ30mmの円柱状金属母材を20本
このホルダーにセットした。これを装置の内部に装入
し、装置内部を1×10-6Torr以下の真空まで排気
した後、ホルダーを回転させながらArイオンを照射し
表面洗浄を行った。Arによる表面処理の条件は、
Comparative Example In the case of ion beam evaporation For comparison, a sample in which a hard carbon film single layer was coated by an ion beam evaporation method was also manufactured. In this method, a base material is irradiated with a hydrocarbon raw material as an ion beam. Unlike the present invention, no amorphous silicon intermediate layer is provided. The apparatus used here has an ion beam diameter of 50 mm. A disk-shaped holder having a diameter of 50 mm was used. Twenty cylindrical metal base materials having a diameter of 2 mm and a length of 30 mm were set in this holder. This was charged into the inside of the apparatus, the inside of the apparatus was evacuated to a vacuum of 1 × 10 −6 Torr or less, and then the surface was cleaned by irradiating Ar ions while rotating the holder. The conditions for the surface treatment with Ar are as follows:

【0035】 [Arの表面処理] Arイオンの加速エネルギ− 3keV Arビ−ム電流密度 0.5mA/cm2 Ar照射時間 3分 であった。Arイオンによる表面処理後、Arに代えて
CH4 ガスを導入し以下の条件で硬質炭素層をコ−テイ
ングした。
[Ar Surface Treatment] The acceleration energy of Ar ions was 3 keV, the Ar beam current density was 0.5 mA / cm 2, and the Ar irradiation time was 3 minutes. After the surface treatment with Ar ions, CH 4 gas was introduced instead of Ar, and the hard carbon layer was coated under the following conditions.

【0036】 [硬質炭素層形成] 原料ガス CH4 CH4 イオンの加速エネルギ− 500eV イオンビ−ム電流密度 0.2mA/cm2 所定の膜厚まで成膜した後、室温まで冷却して外部に取
り出した。
[Formation of Hard Carbon Layer] Source gas CH 4 CH 4 ion acceleration energy: 500 eV Ion beam current density: 0.2 mA / cm 2 After forming a film to a predetermined film thickness, it is cooled to room temperature and taken out to the outside. Was.

【0037】本発明は、アモルファスシリコン中間層の
成膜と硬質炭素層の成膜とを同一の反応槽を用いて連続
コートするものであるが、アモルファスシリコン中間層
と硬質炭素層の膜の組成および厚さを個々に調べる為
に、それぞれの成膜を別異の反応槽にて行った。また、
生産性の評価を行うために処理能力も調べた。これらの
結果及び従来例の結果を表1に示す。また、生成された
シリコンは、X線回折のピークからアモルファスシリコ
ンであることを確認した。
In the present invention, the formation of the amorphous silicon intermediate layer and the formation of the hard carbon layer are continuously coated using the same reaction tank. In order to individually examine the thickness and the thickness, each film was formed in a different reaction tank. Also,
The throughput was also examined to assess productivity. Table 1 shows these results and the results of the conventional example. In addition, it was confirmed from the peak of X-ray diffraction that the generated silicon was amorphous silicon.

【0038】[0038]

【表1】 [Table 1]

【0039】表1において、最左欄は硬質炭素層の膜
厚、製法、処理能力を示す。第2欄はアモルファスシリ
コン中間層の膜厚、製法、処理能力を示す。第3欄は寿
命を示す。上から7つ目までの試料についてはアモルフ
ァスシリコン中間層の膜厚を500Å、とし硬質炭素層
の膜厚を500Å〜12000Åに変化させている。8
番目〜16番目の試料は硬質炭素層の膜厚を3000Å
とし、アモルファスシリコン中間層の膜厚を0Å〜10
000Åに変化させている。17番目の試料は従来法に
属するイオンビ−ム蒸着によるものである。
In Table 1, the leftmost column shows the thickness of the hard carbon layer, the production method, and the processing capacity. The second column shows the thickness, manufacturing method and processing capacity of the amorphous silicon intermediate layer. The third column shows the life. For the seventh sample from the top, the thickness of the amorphous silicon intermediate layer was set to 500 °, and the thickness of the hard carbon layer was changed to 500 ° to 12000 °. 8
In the 16th to 16th samples, the thickness of the hard carbon layer was 3000
And the film thickness of the amorphous silicon intermediate layer is 0Å-10
000. The seventeenth sample was obtained by ion beam evaporation which belongs to the conventional method.

【0040】寿命は、AV用機器に本部品を組込みテス
トを行って評価した結果である。コ−テイングが施され
ていないSUJ又はSUS420J2母材の寿命を1と
してこれに対する比によって寿命を表現している。それ
ぞれのプロセスについて単位時間あたりの処理能力を本
数で示した。硬質炭素層の膜厚が1000Å以上になる
と、円柱状金属部品の寿命が無被覆のものに比べて格段
に増加するのが分かる。アモルファスシリコン中間層が
500Åの時、硬質炭素層が1000Åを越えると円柱
状金属部品の寿命は7倍以上になる。しかし硬質炭素層
の膜厚が10000Å(1μm)を越えると剥離が生じ
た。これは厚過ぎるのである。硬質炭素層の膜厚は従っ
て1000Å〜10000Åが最適であるということが
分かる。
The service life is a result of evaluation by assembling the component into an AV device and performing a test. The life is expressed by the ratio of the life of the uncoated SUJ or SUS420J2 base material to one. The processing capacity per unit time for each process is indicated by the number. It can be seen that when the thickness of the hard carbon layer is 1000 ° or more, the life of the cylindrical metal part is significantly increased as compared with the case of the uncoated metal part. When the thickness of the hard carbon layer exceeds 1000 ° when the amorphous silicon intermediate layer is 500 °, the life of the columnar metal part is increased seven times or more. However, peeling occurred when the thickness of the hard carbon layer exceeded 10,000 ° (1 μm). This is too thick. Therefore, it can be seen that the film thickness of the hard carbon layer is optimally from 1,000 to 10,000.

【0041】アモルファスシリコン中間層については、
これがないと硬質炭素層は完全に剥離した。アモルファ
スシリコン中間層があっても50Å以下の場合は、やは
り剥離した。アモルファスシリコン中間層が50Å以上
であれば硬質炭素層の剥離は起こらなくなり、寿命も無
被覆のものに比べて5倍以上になる。アモルファスシリ
コン中間層の厚みが300Åを越えると硬質炭素層の接
合強度は増強され寿命は10倍以上になる。アモルファ
スシリコン中間層の厚みを増やしても剥離するというこ
とはなく機械的強度の観点からは厚みに上限は存在しな
い。しかしアモルファスシリコン中間層の厚みを増やす
とコ−テイング時間が余分にかかるので処理能力が減少
する。処理能力の点では、アモルファスシリコン中間層
の膜厚は5000Å以下であるのが良い。
As for the amorphous silicon intermediate layer,
Without this, the hard carbon layer was completely peeled off. Even if there was an amorphous silicon intermediate layer, if it was 50 ° or less, it was also peeled off. If the thickness of the amorphous silicon intermediate layer is 50 ° or more, the hard carbon layer does not peel off, and the service life is at least five times longer than that of the uncoated one. If the thickness of the amorphous silicon intermediate layer exceeds 300 °, the bonding strength of the hard carbon layer will be enhanced and the life will be 10 times or more. Even if the thickness of the amorphous silicon intermediate layer is increased, it does not peel off, and there is no upper limit to the thickness from the viewpoint of mechanical strength. However, if the thickness of the amorphous silicon intermediate layer is increased, the coating time will be extra and the processing capacity will be reduced. In terms of processing ability, the thickness of the amorphous silicon intermediate layer is preferably 5000 ° or less.

【0042】従って、アモルファスシリコン中間層の厚
みをd1 、硬質炭素層の膜厚をd2とすると、最適の範
囲は、 50Å≦d1 ≦5000Å (1) 1000Å≦d2 ≦1μm (2)
Therefore, assuming that the thickness of the amorphous silicon intermediate layer is d 1 and the thickness of the hard carbon layer is d 2 , the optimum range is 50 ° ≦ d 1 ≦ 5000 ° (1) 1000 ° ≦ d 2 ≦ 1 μm (2)

【0043】ということになる。この範囲でいずれも寿
命は無被覆の物に比べ5倍以上である。処理能力はアモ
ルファスシリコン中間層に関しては180〜250本/
時間である。硬質炭素層に関しては、92〜300本/
時間である。本発明では2工程を含むので、全体として
の処理能力は低い方が律速する。この範囲外であって
も、硬質炭素層の膜厚が500Å〜1000Åの範囲
で、無被覆のものに比して2〜7倍程度に寿命を延長す
ることはできる。
That is to say. In this range, the service life is at least 5 times longer than that of the uncoated product. The processing capacity is 180-250 / amorphous silicon intermediate layer.
Time. As for the hard carbon layer, 92 to 300 /
Time. In the present invention, since two steps are included, the lower the processing capacity as a whole, the lower the rate. Even outside this range, when the thickness of the hard carbon layer is in the range of 500 ° to 1000 °, the life can be extended to about 2 to 7 times as compared with the uncoated one.

【0044】さらにイオンビ−ム蒸着によるものは無被
覆のものに比較して10倍以上の寿命を持つが、処理能
力が13本/時間であって極めて低い。処理能力の点で
本発明に及ぶものではない。アモルファスシリコン中間
層の形成はイオンプレ−テイングによって行うと処理能
力を高めることができる。
Furthermore, the ion beam vapor deposition has a life ten times or more longer than that of the uncoated one, but has a very low processing capacity of 13 wires / hour. It does not extend to the invention in terms of processing capacity. When the amorphous silicon intermediate layer is formed by ion plating, the processing capability can be increased.

【0045】本発明ではホルダーとは独立した高周波電
極を適用する例を示ている。ホルダーは接地でもよいが
マイナスの直流電圧を印加した方が成膜速度は向上す
る。例えば、高周波電極に400Wの電力を印加した場
合、ホルダーが接地の時は600Å/hの成膜速度であ
るがホルダ−にマイナス500Vの直流電圧を印加する
と2000Å/hまで成膜速度が向上する。
The present invention shows an example in which a high-frequency electrode independent of the holder is applied. The holder may be grounded, but applying a negative DC voltage improves the film forming speed. For example, when a power of 400 W is applied to the high-frequency electrode, the film forming speed is 600 ° / h when the holder is grounded, but the film forming speed is increased to 2000 ° / h when a DC voltage of −500 V is applied to the holder. .

【0046】また、本装置では円柱状金属母材の円周方
向の膜厚の均一化のため図2に示す様なホルダ−を使用
した。円柱状金属母材をホ−ルドする穴の内径を円柱状
金属母材外径より大きくすることによって、ホルダ−の
公転運動にともない円柱状金属母材が自転をするという
ものである。さらにホルダ−を多段に積み重ねることで
処理本数も増やす事が出来る。この様な連続コ−ト装置
を用いることにより処理能力は2倍以上、人件費は半
分、設備投資も半分以下になり、大幅な生産性向上が達
成された。
In this apparatus, a holder as shown in FIG. 2 was used to make the thickness of the cylindrical metal base material uniform in the circumferential direction. By making the inner diameter of the hole for holding the columnar metal base material larger than the outer diameter of the columnar metal base material, the columnar metal base material rotates with the revolving motion of the holder. Further, by stacking the holders in multiple stages, the number of processing units can be increased. By using such a continuous coating apparatus, the processing capacity was more than doubled, the labor cost was reduced by half, and the capital investment was reduced by less than half, and a significant improvement in productivity was achieved.

【0047】本発明のロ−ラ−(円柱状金属部品)は、
無被覆のSUJ又はSUS420J2製のものに比べて
工程が増えるが、寿命が格段に高揚する。本発明は2層
の薄膜をコ−テイングする必要があるが、イオンビ−ム
蒸着法による硬質炭素層1層の形成よりも処理能力が高
く生産性において勝っている。
The roller (cylindrical metal part) of the present invention comprises:
Although the number of steps is increased as compared with those made of uncoated SUJ or SUS420J2, the service life is significantly increased. In the present invention, it is necessary to coat a two-layered thin film, but the processing ability is higher than the formation of a single hard carbon layer by the ion beam evaporation method, and the productivity is superior.

【0048】[0048]

【発明の効果】本発明は、円柱状金属母材の表面にアモ
ルファスシリコン中間層と硬質炭素層を被覆している。
硬質炭素層によって高い耐摩耗性が得られ摩耗が少なく
なる。またアモルファスシリコン中間層によって金属母
材と硬質炭素層の密着性が得られるので、膜形成に時間
のかかるイオンビ−ム蒸着法を用いることなく硬質炭素
層を母材に被覆できる。膜形成のための処理時間が短縮
できるので、イオンビ−ム蒸着法を用いるものよりも生
産性が向上する。
According to the present invention, the surface of the columnar metal base material is coated with an amorphous silicon intermediate layer and a hard carbon layer.
The hard carbon layer provides high wear resistance and reduces wear. In addition, the adhesion between the metal base material and the hard carbon layer can be obtained by the amorphous silicon intermediate layer, so that the base material can be coated with the hard carbon layer without using an ion beam evaporation method that takes a long time to form a film. Since the processing time for forming the film can be shortened, the productivity is improved as compared with the method using the ion beam evaporation method.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】アモルファスシリコン中間層と硬質炭素膜とを
連続して形成する装置の概略断面図。
FIG. 1 is a schematic sectional view of an apparatus for continuously forming an amorphous silicon intermediate layer and a hard carbon film.

【図2】自公転型ホルダ−の1枚の板の穴と円柱状金属
母材との関係を示す図。
FIG. 2 is a diagram showing a relationship between a hole of one plate of a self-revolution type holder and a columnar metal base material.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 真空槽 2 ホルダー 3 円柱状金属母材 4 シリコン蒸発源 5 シャッタ− 6 高周波電極 7 基板回転用モ−タ 8 回転軸 9 高周波電源 10 ガス導入口 11 ガス排気口 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vacuum tank 2 Holder 3 Columnar metal base material 4 Silicon evaporation source 5 Shutter 6 High frequency electrode 7 Motor for substrate rotation 8 Rotating shaft 9 High frequency power supply 10 Gas inlet 11 Gas exhaust port

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川合 弘 兵庫県伊丹市昆陽北一丁目1番1号住友 電気工業株式会社伊丹製作所内 (56)参考文献 特開 平3−240957(JP,A) 特開 平3−76639(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C23C 28/04 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Hiroshi Kawai 1-1-1, Koyokita, Itami-shi, Itami-shi, Hyogo Sumitomo Electric Industries, Ltd. Itami Works (56) References JP-A-3-240957 (JP, A) JP-A-3-76639 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) C23C 28/04

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 円柱状金属母材の外周面の少なくとも一
部にアモルファスシリコン中間層が被覆され、その上に
硬質炭素層が被覆されていることを特徴とする円柱状金
属部品。
1. A cylindrical metal component, wherein at least a part of an outer peripheral surface of a cylindrical metal base material is coated with an amorphous silicon intermediate layer, and a hard carbon layer is coated thereon.
【請求項2】 アモルファスシリコン中間層、硬質炭素
層の膜厚をそれぞれd1 、d2 とすると、50Å≦d1
≦5000Å、1000Å≦d2 ≦1μmであることを
特徴とする請求項1に記載の円柱状金属部品。
2. Assuming that the thicknesses of the amorphous silicon intermediate layer and the hard carbon layer are d 1 and d 2 respectively, 50 ° ≦ d 1
2. The cylindrical metal part according to claim 1, wherein ≦ 5000 ° and 1000 ° ≦ d 2 ≦ 1 μm. 3.
【請求項3】 円柱状金属母材が鉄を主成分とする鉄鋼
材料であることを特徴とする請求項1に記載の円柱状金
属部品。
3. The cylindrical metal part according to claim 1, wherein the cylindrical metal base material is a steel material containing iron as a main component.
【請求項4】 真空装置内で、円柱状金属母材の上に、
PVD法によってアモルファスシリコン中間層を被覆
し、同一装置内で、装置内の真空を維持したまま引き続
き、プラズマCVD法によって前記アモルファスシリコ
ン中間層の上に硬質炭素層を被覆する事を特徴とする円
柱状金属部品の製造方法。
4. In a vacuum apparatus, on a cylindrical metal base material,
A circle characterized in that the amorphous silicon intermediate layer is coated by the PVD method, and the hard carbon layer is coated on the amorphous silicon intermediate layer by the plasma CVD method in the same apparatus while continuously maintaining the vacuum in the apparatus. Manufacturing method of columnar metal parts.
【請求項5】 円柱状金属母材にマイナスの直流電圧を
印加した状態で、アモルファスシリコン中間層の形成お
よび硬質炭素層の形成を行うようにした事を特徴とする
請求項4に記載の円柱状金属部品の製造方法。
5. The circle according to claim 4, wherein the amorphous silicon intermediate layer and the hard carbon layer are formed while a negative DC voltage is applied to the columnar metal base material. Manufacturing method of columnar metal parts.
【請求項6】 真空に引く事のできる真空槽と、真空槽
内に設けられたシリコン蒸発源と、アルゴン、炭化水素
等のガス及びシリコン蒸気を高周波励起するため真空槽
内のシリコン蒸発源の上方に設けられた高周波コイル
と、アルゴン、炭化水素を含む原料ガスを真空槽に導入
するためのガス導入口と、複数の円柱状金属母材を真空
槽内で保持する為のホルダ−と、ホルダ−を回転する回
転機構と、ホルダ−にマイナスの直流電圧を印加するた
めの機構とを備えてなることを特徴とする円柱状金属部
品の製造装置。
6. A vacuum chamber that can be evacuated, a silicon evaporation source provided in the vacuum chamber, and a silicon evaporation source in the vacuum chamber for exciting a gas such as argon and hydrocarbon and silicon vapor at a high frequency. A high-frequency coil provided above, a gas inlet for introducing a source gas containing argon and hydrocarbons into the vacuum chamber, and a holder for holding a plurality of columnar metal base materials in the vacuum chamber; An apparatus for manufacturing a columnar metal part, comprising: a rotating mechanism for rotating a holder; and a mechanism for applying a negative DC voltage to the holder.
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