JP3924051B2 - 被膜形成用治具およびそれを用いてガイドブッシュの内周面に硬質カーボン膜を形成する方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、自動旋盤に装着され、丸棒状の被加工物を切削工具（刃物）の近くで回転及び軸方向に摺動可能に保持するガイドブッシュの被加工物と摺接する内周面に硬質カーボン膜を形成する際に使用する被膜形成用治具と、それを用いてガイドブッシュの内周面に硬質カーボン膜を形成する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動旋盤のコラムに設けられ、丸棒状の被加工物を切削工具の近くで回転可能に保持するガイドブッシュには、回転型と固定型とがある。回転型のものは常に被加工物と共に回転しながらその被加工物を軸方向に摺動可能に保持し、固定型のものは回転せずに被加工物を回転及び軸方向に摺動可能に保持する。
【０００３】
いずれの型のガイドブッシュも、外周テーパ面と、それに弾力を持たせるための摺り割り、コラムに取り付けるためのネジ部と、被加工物を保持する内周面とを備えており、その内周面は常に被加工物と摺接するため摩耗しやすく、特に固定型の場合はその摩耗が激しい。
【０００４】
そのため、この被加工物の回転や摺動により被加工物と摺接するガイドブッシュの内周面に、超硬合金やセラミックスをロー付けなどによって固着して設けるものが、たとえば特開平４−１４１３０３号公報に見られるように提案されている。このように、耐摩耗性や耐熱性に優れた超硬合金やセラミックスをガイドブッシュの内周面に設けることにより、ある程度のその摩耗を抑制する効果が認められる。
【０００５】
しかしながら、このように超硬合金やセラミックスを内周面に設けても、自動旋盤で切削量が大きく加工速度が大きな重切削に対しては、超硬合金やセラミックスも摩擦係数が大きく熱伝導率が低いため、被加工物にキズが発生したり、ガイドブッシュと被加工物との直径方向の隙間寸法が減少して焼き付きが発生したりするという問題があり、切削量及び加工速度を上げることができなかった。
【０００６】
固定型のガイドブッシュの方が、被加工物をその軸心のブレがなく保持できるので、真円度が高く精度のよい加工ができ、しかも騒音が少なく、自動旋盤の構造も複雑にならずコンパクトにできるなどの利点がある。
しかしながら、ガイドブッシュの内周面の摩耗は、回転型の場合よりはるかに大きくなるため、一層切削量及び加工速度を上げることが困難であるという問題があった。
【０００７】
この問題を解決するために、我々はこのようなガイドブッシュにおける被加工物と摺接する内周面に硬質カーボン膜を形成することにより、内周面の耐摩耗性を飛躍的に高め、被加工物へのキズの発生や焼き付きを発生することなく、自動旋盤による切削量及び加工速度を上げることができるようにすることを提案した。
【０００８】
この硬質カーボン膜とは、水素化アモルファス・カーボン膜であり、ダイアモンドによく似た性質をもつため、ダイアモンドライクカーボン（ＤＬＣ）とも云われるものである。
この、硬質カーボン膜（ＤＬＣ）は、硬度が高く（ビッカース硬度で３０００Ｈｖ以上）、耐摩耗性に優れ、摩擦係数が小さく（超硬合金の１／８位）、耐蝕性にも優れている。
【０００９】
この硬質カーボン膜をガイドブッシュの内周面に形成する方法としては、たとえば、真空槽内の炭素を含むガスの雰囲気中で被膜形成圧力である５×１０^-3
torrにして、ガイドブッシュに直流電源からマイナス３ｋＶの直流電圧を印加してプラズマを発生させて硬質カーボン膜を形成するプラズマＣＶＤ法がある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このプラズマＣＶＤ法では、ガイドブッシュの周囲領域に発生するプラズマが主になって、炭素を含むガスを分解して硬質カーボン膜を形成しているため、ガイドブッシュの外周部には、硬質カーボン膜を均一性よく形成することができるが、ガイドブッシュの中心開口の内面に形成する硬質カーボン膜は、密着性が悪く、硬度などの膜質も劣るという問題がある。
【００１１】
この原因は、ガイドブッシュの中心開口内は同電位の電極同士が対向している空間となっているため、その中心開口内でのプラズマはホロー放電と呼ばれる異常放電を発生するからである。このホロー放電によって形成される硬質カーボン膜は、ポリマーライクな密着性の悪い被膜であり、ガイドブッシュの内周面から剥離しやすく、その硬度も低い。
【００１２】
また、上述した硬質カーボン膜の形成方法においては、被膜形成圧力である５×１０^-3torrにて、ガイドブッシュ１１に直流電源７３からマイナス３ｋＶの直流電圧を印加する。
このように、真空槽内部の圧力が５×１０^-3torrのように高い状態では、真空槽内の空間に電子などの電荷が多い状態となり、空間インピーダンスが低い。そのため、プラズマ放電開始の瞬間にガイドブッシュに異常放電であるアーク放電が発生しやすい。
【００１３】
さらに、このプラズマ放電開始時というのは、硬質カーボン膜の被膜形成初期でもあるため、この被膜形成初期に形成される膜質によって、ガイドブッシュとの密着性を左右する重要な時間である。
したがって、プラズマ放電の最初期に、異常放電であるアーク放電が発生すると、硬質カーボン膜の膜質及び密着性が低下し、ガイドブッシュから剥離するという問題点が発生する。
【００１４】
この発明は、これらの問題を解決して、ガイドブッシュの被加工物と摺接する内周面に、プラズマＣＶＤ法によって膜質のよい硬質カーボン膜を密着性よく、容易に形成できるようにすることを目的とする。
【００１５】
【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、次のような被膜形成用治具を提供するとともに、その被膜形成用治具を使用してガイドブッシュの内周面に硬質カーボン膜を形成する方法を提案する。
【００１６】
この発明による被膜形成用治具は、自動旋盤に装着されるガイドブッシュの被加工物と摺接する内周面に、プラズマＣＶＤ法によって硬質カーボン膜を形成する際に、真空槽内で該ガイドブッシュを支持すると共にそれに通電するための被膜形成用治具である。
【００１７】
そして、この被膜形成用治具は、ガイドブッシュの内周面を形成する中心開口内に挿入されるロッド状の補助電極と、
その補助電極を中心開口の軸線に沿ってその内周面と対向するように支持する導電材料からなる補助電極支持部材と、
ガイドブッシュの中心開口内の内周面より内径が大きい段差部に嵌入され、上記補助電極支持部材を該ガイドブッシュに固定すると共に上記軸線に沿って補助電極と反対方向に突出させる補助電極絶縁部材と、
【００１８】
ガイドブッシュを上記軸線を垂直方向にして上記段差部側の端部を電気的に導通させて載置する導電材料からなる第１の電極板と、
真空槽内でその底面上に載置される導電材料からなる脚部と、
その脚部と一体的に設けられ上記補助電極支持部材の上記補助電極絶縁部材から突出する部分と接続する導電材料からなる第２の電極板と、
その第１の電極板と第２の電極板とを絶縁して上記脚部に固定する絶縁部材とからなる。
【００１９】
この被膜形成用治具にさらに、ガイドブッシュの上記段差部側の端部または上記第１の電極板に装着され、両者の接触面積を広げるための導電材料からなるガイドブッシュ受けを設けるとよい。
また、ガイドブッシュの中心開口の上記内周面を形成する部分と同じ内径を有する円筒状の導電材料からなり、上記中心開口内の段差部の上記内周面と補助電極絶縁部材との間に挿入される挿入部材を設けるとよい。
【００２０】
上記補助電極絶縁部材を、ガイドブッシュの中心開口の軸線方向に分割された２個の碍子とし、その２個の碍子によって補助電極支持部材を挟持すると共に、その一方の碍子から該補助電極支持部材に支持された補助電極を突出させ、他方の碍子から該補助電極支持部材の一部を突出させるようにすることができる。
【００２１】
さらに、上記第１の電極板と第２の電極板とを絶縁して脚部に固定する絶縁部材を、上記第１の電極板と第２の電極板の間に介在する絶縁板と、第１の電極板と第２の電極板のそれぞれ露出部分を被覆する絶縁部材とによって構成するとよい。
【００２２】
また、ガイドブッシュの中心開口の内周面を形成する部分と略同じ内径を有する円筒状の導電材料からなり、該ガイドブッシュの上記内周面が開口する端面上に載置されるダミー部材を設けるとよい。
【００２３】
なお、上記補助電極と補助電極支持部材と補助電極絶縁部材とを、複数のガイドブッシュにそれぞれ装着するために複数個ずつ設け、上記第１の電極板と第２の電極板と脚部と絶縁部材とは、複数のガイドブッシュに対して共通に設けて、複数のガイドブッシュ用の被膜形成用治具を構成することもできる。
【００２４】
この発明によるガイドブッシュの内周面に硬質カーボン膜を形成する方法は、上記被膜形成用治具を使用して、次のようにして行なう。
被膜形成用治具の補助電極を支持する補助電極支持部材を補助電極絶縁部材によってガイドブッシュの中心開口内に固定して、補助電極をその中心開口の軸線に沿って内周面と対向するように配設する。
【００２５】
一方、真空槽内の底面上に、被膜形成用治具の脚部とそれに固定された第２の電極板と絶縁部材を介して設けた第１の電極板とを載置する。
そして、上記ガイドブッシュをその中心開口の軸線を垂直方向にして段差部側の端部を第１の電極板上に載置して該第１の電極板と電気的に導通させ、その第１の電極板を電源に接続すると共に、補助電極支持部材の補助電極絶縁部材から突出する部分を第２の電極板と接続して、上記補助電極を補助電極支持部材，第２の電極板，脚部，および真空槽を介して接地する。
【００２６】
次いで、上記真空槽内を排気した後、炭素を含むガスを該真空槽内に導入し、上記ガイドブッシュに電源から第１の電極板を介して給電して、真空槽内にプラズマを発生させ、該ガイドブッシュの上記内周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形成する。
【００２７】
上記プラズマを発生させる方法としては、上記真空層として、内部にアノードとフィラメントを備えたものを使用し、上記ガイドブッシュに電源から第１の電極板を介して直流電圧を印加するとともに、アノードに直流電圧を、フィラメントに交流電圧をそれぞれ印加する方法がある。
【００２８】
あるいは、上記ガイドブッシュに電源から第１の電極板を介して高周波電力を印加して、上記真空槽内にプラズマを発生させることもできる。
さらに、上記ガイドブッシュに電源から第１の電極板を介して直流電圧を印加するだけで上記真空槽内にプラズマを発生させることもできる。
【００２９】
このように、この発明による被膜形成用治具を用いることにより、ガイドブッシュを真空槽内でその中心開口の軸線を垂直にして確実に支持し、その中心開口内に軸線に沿って補助電極を配置してそれを容易に接地でき、ガイドブッシュへの給電も容易に安定して行なうことができるので、ガイドブッシュの中心開口内に安定したプラズマを発生させ、その内周面に良質な硬質カーボン膜を密着性よく形成することができる。
【００３０】
また、ガイドブッシュと第１の電極板との接触面積を広げるためのガイドブッシュ受けを該ガイドブッシュと第１の電極板との間に設けることにより、プラズマ放電がより安定し、硬質カーボン膜の膜厚や膜質のばらつきをさらに抑制することができる。
【００３１】
上記ガイドブッシュの中心開口内の段差部に上記被膜形成用治具の挿入部材を上記内周面に隣接させるように挿入すれば、ガイドブッシュの硬質カーボン膜を形成する内周面の奥側の段差をなくして、補助電極との間の隙間寸法が均一になり、補助電極の周囲領域に形成されるプラズマも均一になり、硬質カーボン膜をその膜質および膜厚共一層均一に形成することができる。
【００３２】
また、上記ダミー部材をガイドブッシュの上記内周面が開口する端面上に上記中心開口と中心を一致させて配置することにより、内周面の開口部でも均一な硬質カーボン膜を形成することができる。
【００３３】
さらに、上記第１の電極板と第２の電極板のそれぞれの露出部分を絶縁部材によって被覆することにより、硬質カーボン膜の膜厚を厚くするために被膜形成時間を長くしても、これらの電極板の露出部で異常放電であるアーク放電等が発生する恐れもなくなる。
【００３４】
上記被膜形成用治具を複数組み用いるか、上記複数のガイドブッシュ用被膜形成用治具を使用すれば、一つの真空槽内で、複数のガイドブッシュの各内周面に同時に硬質カーボン膜を形成することができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。
〔ガイドブッシュを用いる自動旋盤の説明：図１４，１５〕
先ず、この発明の対象とするガイドブッシュを用いる自動旋盤の構造について簡単に説明する。
【００３６】
図１４は、数値制御自動旋盤の主軸近傍のみを示す断面図である。この自動旋盤は、ガイドブッシュ１１を固定して、その内周面１１ｂで被加工物５１（仮想線で示す）を回転自在に保持する状態で使用する固定型のガイドブッシュ装置３７を設けたものである。
主軸台１７は、この数値制御自動旋盤の図示しないベッド上を、図で左右方向に摺動可能となっている。
【００３７】
この主軸台１７には、軸受２１によって回転可能な状態で支持された主軸１９を設けている。そして主軸１９の先端部には、コレットチャック１３を取り付けている。
このコレットチャック１３は、チャックスリーブ４１の中心孔内に配置する。そしてコレットチャック１３の先端の外周テーパ面１３ａと、チャックスリーブ４１の内周テーパ面４１ａとが互いに面接触している。
【００３８】
さらに中間スリーブ２９内のコレットチャック１３の後端部に、帯状のバネ材をコイル状にしたスプリング２５を設けている。そして、このスプリング２５の働きによって、中間スリーブ２９内からコレットチャック１３を押し出すことができる。
コレットチャック１３の先端位置は、主軸１９の先端にネジ固定するキャップナット２７に接触して位置を規制している。このため、コレットチャック１３がスプリング２５のバネ力によって、中間スリーブ２９から飛び出すことを防止している。
【００３９】
中間スリーブ２９の後端部には、この中間スリーブ２９を介してチャック開閉機構３１を設ける。そしてチャック開閉爪３３を開閉することによって、コレットチャック１３は開閉し、被加工物５１を把持したり解放したりする。
すなわち、チャック開閉機構３１のチャック開閉爪３３の先端部が相互に開くように移動すると、チャック開閉爪３３の中間スリーブ２９と接触している部分が、図１４で左方向に移動して中間スリーブ２９を左方向に押す。この中間スリーブ２９の左方向への移動により、中間スリーブ２９の左端に接触しているチャックスリーブ４１が左方向に移動する。
【００４０】
そして、コレットチャック１３は、主軸１９の先端にネジ止めしているキャップナット２７によって、主軸１９から飛び出すのを防止されている。
このため、このチャックスリーブ４１の左方向への移動によって、コレットチャック１３の摺り割りが形成されている部分の外周テーパ面１３ａと、チャックスリーブ４１の内周テーパ面４１ａとが強く押されて、互いにテーパ面に沿って移動することになる。
【００４１】
その結果、コレットチャック１３の内周面の直径が小さくなり、被加工物５１を把持することができる。
コレットチャック１３の内周面の直径を大きくして被加工物５１を解放するときは、チャック開閉爪３３の先端部が相互に閉じるように移動することにより、チャックスリーブ４１を左方向に押す力を除く。
するとスプリング２５の復元力によって中間スリーブ２９とチャックスリーブ４１とが、図で右方向に移動する。
【００４２】
このため、コレットチャック１３の外周テーパ面１３ａと、チャックスリーブ４１の内周テーパ面４１ａとの押圧力が除かれることになる。それによって、コレットチャック１３は自己のもつ弾性力で内周面の直径が大きくなり、被加工物５１を解放することができる。
さらに、主軸台１７の前方にはコラム３５が設けられており、そこに、ガイドブッシュ装置３７をその中心軸線を主軸中心線と一致させるようにして配置している。
【００４３】
このガイドブッシュ装置３７は、ガイドブッシュ１１を固定して、このガイドブッシュ１１の内周面１１ｂで被加工物５１を回転可能な状態で保持する固定型のガイドブッシュ装置３７である。
コラム３５に固定したホルダ３９の中心孔に、ブッシュスリーブ２３を嵌入し、そのブッシュスリーブ２３の先端部には内周テーパ面２３ａを設けている。 そして、このブッシュスリーブ２３の中心孔に、先端部に外周テーパ面１１ａ及び摺り割り１１ｃを形成したガイドブッシュ１１を嵌入させて配置している。
【００４４】
ガイドブッシュ装置３７の後端部に、ガイドブッシュ１１のネジ部に螺着して設けた調整ナット４３を回転することによって、ガイドブッシュ１１の内径と被加工物５１の外形との隙間寸法を調整することができる。
すなわち、調整ナット４３を右回転させると、ブッシュスリーブ２３に対してガイドブッシュ１１が図で右方向に移動し、コレットチャック１３の場合と同様に、ブッシュスリーブ２３の内周テーパ面２３ａとガイドブッシュ１１の外周テーパ面１１ａとが相互に押圧されて、ガイドブッシュ１１の先端部の内径が小さくなるためである。
【００４５】
ガイドブッシュ装置３７のさらに前方には、切削工具(刃物)４５を設けている。そして、被加工物５１を主軸１９のコレットチャック１３で把持すると共に、ガイドブッシュ装置３７で支持し、しかもこのガイドブッシュ装置３７を貫通して加工領域に突き出した被加工物５１を、切削工具４５の前進後退と主軸台１７の移動との合成運動によって所定の切削加工を行なう。
【００４６】
つぎに、被加工物を把持するガイドブッシュ１１を回転する状態で使用する回転型のガイドブッシュ装置を備えた自動旋盤について、図１５によって説明する。この図１５において、図１４と対応する部分には同一の符号を付している。
回転型のガイドブッシュ装置としては、コレットチャック１３とガイドブッシュ１１とが同期して回転するガイドブッシュ装置と、同期しないで回転するガイドブッシュ装置とがある。この図に示すガイドブッシュ装置３７は、コレットチャック１３とガイドブッシュ１１とが同期して回転するものである。
【００４７】
この回転型のガイドブッシュ装置３７は、主軸１９のキャップナット２７から突き出した回転駆動棒４７によって、ガイドブッシュ装置３７を駆動する。この回転駆動棒４７に代えて、歯車やベルトプーリによってガイドブッシュ装置３７を駆動するものもある。
この回転型のガイドブッシュ装置３７は、コラム３５に固定するホルダ３９の中心孔に、軸受２１を介して回転可能な状態にブッシュスリーブ２３を嵌入させて配置している。さらに、このブッシュスリーブ２３の中心孔にガイドブッシュ１１を嵌入させて配置している。
【００４８】
ブッシュスリーブ２３とガイドブッシュ１１とは、図１４によって説明したものと同様な構成である。そして、このガイドブッシュ装置３７の後端部に、ガイドブッシュ１１のネジ部に螺着して設けた調整ナット４３を回転することによって、ガイドブッシュ１１の内径を小さくして、ガイドブッシュ１１の内径と被加工物５１の外形との隙間寸法を調整することができる。
【００４９】
この図１５に示す自動旋盤において、ガイドブッシュ装置３７が回転型である以外の構成は、図１４によって説明した自動旋盤の構成と同じであるのでそれらの説明は省略する。
【００５０】
〔ガイドブッシュの説明：図１２，１３〕
つぎに、上述した自動旋盤に装着されるガイドブッシュの被加工物と摺接する内周面に、この発明の方法によって硬質カーボン膜を形成したガイドブッシュの構造例を、図１２および図１３によって説明する。
【００５１】
図１２はそのガイドブッシュの縦断面図、図１３は外観を示す斜視図である。 これらの図に示すガイドブッシュ１１は、先端部が開いた自由な状態を示している。このガイドブッシュ１１は、軸方向に中心開口１１ｊを有する略円筒状に形成され、長手方向の一端部に外周テーパ面１１ａを形成し、他端部にネジ部１１ｆを有する。
【００５２】
そして、このガイドブッシュ１１の中心開口１１ｊは、外周テーパ面１１ａを設けた一端部の内側に、被加工物５１を保持する内周面１１ｂを形成し、この内周面１１ｂ以外の領域には、内周面１１ｂの内径より大きな内径をもつ段差部１１ｇを形成している。
また、このガイドブッシュ１１は、外周テーパ面１１ａからバネ部１１ｄにまで、外周テーパ面１１ａを円周方向に３等分するように摺り割り１１ｃを、１２０°間隔で３箇所に設けている。
【００５３】
そして、前述したブッシュスリーブの内周テーパ面にこのガイドブッシュ１１の外周テーパ面１１ａを押圧することによって、バネ部１１ｄが撓み、内周面１１ｂと図１２に仮想線で示す被加工物５１との隙間寸法を調整することができる。
さらに、このガイドブッシュ１１には、バネ部１１ｄとネジ部１１ｆとの間に嵌合部１１ｅを設けている。そして、この嵌合部１１ｅを図１４及び図１５に示したブッシュスリーブ２３の中心孔に嵌合させることによって、ガイドブッシュ１１を主軸の中心線上で、しかも主軸中心線に平行に配置することができる。
【００５４】
このガイドブッシュ１１の材料としては、合金工具鋼（ＳＫＳ）を用い、外形形状と内形形状とを形成した後、焼き入れ処理と焼き戻し処理とを行なう。
さらに、好ましくはこのガイドブッシュ１１の内周面１１ｂに、図１２に示すように肉厚が２ｍｍから５ｍｍの寸法を有する超硬部材１２をロウ付け手段により固定する。
【００５５】
この超硬部材としては、例えばタングステン（Ｗ）が８５％〜９０％と、炭素（Ｃ）が５％〜７％と、バインダーとしてコバルト（Ｃｏ）が３％〜１０％の組成のものを用いる。
しかし、このガイドブッシュ１１は、外周テーパ面１１ａが閉じた状態で、内周面１１ｂと被加工物５１との間に半径方向で５μｍ〜１０μｍの隙間を設けている。それにより、被加工物５１が出入りして内周面１１ｂと摺接するため、その摩耗が問題となる。
【００５６】
さらに、固定型のガイドブッシュ装置に使用する場合は、固定されたガイドブッシュ１１に保持され被加工物５１が高速で回転して加工されるため、内周面１１ｂと被加工物５１との間で高速摺動し、しかも切削負荷による内周面１１ｂへの過大な被加工物５１の押圧力によって、焼き付きを発生させる問題がある。
そのため、このガイドブッシュ１１の内周面１１ｂに、前述した硬質カーボン膜（ＤＬＣ）１５を設けている。その硬質カーボン膜１５の膜厚は１μｍから５μｍとする。
【００５７】
この硬質カーボン膜は、前述したようにダイアモンドとよく似た性質をもち、機械的強度が高く、摩擦係数が小さく潤滑性があり、腐食性にも優れている。
そのため、内周面１１ｂに硬質カーボン膜１５を設けたこのガイドブッシュ１１は、耐摩耗性が飛躍的に向上し、長期間の使用や重切削加工においても、被加工物５１と接触する内周面１１ｂの摩耗を抑えることができる。また、被加工物５１へのキズの発生を抑えることも可能になり、ガイドブッシュ１１と被加工物５１との焼き付きの発生を抑制することもできる。
【００５８】
ガイドブッシュ１１の基材（ＳＫＳ）の内周面、あるいは超硬部材１２の内周面にこの硬質カーボン膜を直接形成することもできるが、内周面１１ｂとの密着性を高めるために薄い中間層（図示はしていない）を介して、硬質カーボン膜を形成するとよい。
【００５９】
この中間層としては、周期律表の第ＩＶｂ族のシリコン（Ｓｉ）やゲルマニウム（Ｇｅ）、あるいはシリコンやゲルマニウムの化合物、またはシリコンカーバイト（ＳｉＣ）やチタンカーバイト（ＴｉＣ）のような炭素を含む化合物を用いるとよい。また、この中間層１６として、チタン（Ｔｉ），タングステン（Ｗ），モリブデン（Ｍｏ），あるいはタンタル（Ｔａ）とシリコン（Ｓｉ）との化合物も適用できる。
さらに、この中間層１６を、チタン（Ｔｉ）又はクロム（Ｃｒ）による下層と、シリコン（Ｓｉ）又はゲルマニウム（Ｇｅ）による上層との２層膜に形成してもよい。
【００６０】
このようにすると、中間層の下層のチタンやクロムはガイドブッシュ１１の基材あるいは超硬部材１２との密着性を保つ役割を果たし、上層のシリコンやゲルマニウムは硬質カーボン膜１５と共有結合して、この硬質カーボン膜１５と強く結合する役割を果たす。
これらの中間層の形成膜厚は０．５μｍ程度とする。ただし、２層の場合は上層と下層共に０．５μｍ程度とする。
【００６１】
そして、この中間層形成方法としては、スパッタリング法やイオンプレーティング法、あるいは化学気相成長（ＣＶＤ）法や溶射法を適用すればよい。
なお、硬質部材１２としてシリコンカーバイト（ＳｉＣ）を用いる場合には、この中間層の形成を省略することができる。なぜなら、シリコンカーバイトは周期律表の第ＩＶｂ族のシリコンと炭素との化合物であり、その表面に形成される硬質カーボン膜１５と共有結合して、高い密着性が得られるからである。
【００６２】
このガイドブッシュ１１の内周面１１ｂに直接、あるいはそこに形成された中間層上への硬質カーボン膜の形成は、真空槽内でこの発明による被膜形成用治具を用いてプラズマＣＶＤ法によって行なうが、その詳細は後述する。
【００６３】
〔この発明による被膜形成用治具：図１，２〕
つぎに、この発明による被膜形成用治具の最良の実施形態を図１と図２によって説明する。図１はその被膜形成用治具の構造を使用状態で示す断面図であり、図２はそのガイドブッシュに装着される部材のみを示す断面図である。
なお、この図１と図２に示すガイドブッシュ１１は、図１に示した超硬部材１２を設けずに内周面１１ｂを形成した例を示している。しかし、超硬部材を設けて内周面１１ｂを形成したガイドブッシュにも全く同様に使用できる。
【００６４】
この被膜形成用治具８０は、ガイドブッシュ１１に装着される部材と、真空槽内の底面上に固定設置される部材とからなる。
ガイドブッシュ１１に装着される部材は、ロッド状の補助電極７１と、補助電極支持部材７２と、補助電極絶縁部材である第１の碍子８１および第２の碍子８２と、挿入部材８３と、ガイドブッシュ受け８４と、ダミー部材５３とからなる。
【００６５】
補助電極７１は、補助電極支持部材７２の太径部７２ａに嵌入して支持され、ガイドブッシュ１１の内周面１１ｂを形成する中心開口１１ｊ内に挿入される。この補助電極７１は、ステンレスのような金属材料でロッド状に形成される。
補助電極絶縁部材である第１の碍子８１および第２の碍子８２は、ガイドブッシュ１１の中心開口１１ｊの軸線方向に分割されており、共に段差部１１ｇに嵌入される。この第１の碍子８１と第２の碍子８２とは、いずれもセラミックスからなる絶縁材料で構成される。
【００６６】
そして、この第１の碍子８１と第２の碍子８２とに、補助電極７１と、この補助電極７１を嵌入させて支持する補助電極支持部材７２を挿入する貫通孔を設け、さらに第２の碍子８２にはガイドブッシュ１１から突き出すような突出部８２ａを設けている。補助電極７１は補助電極支持部材７２によって、ガイドブッシュ１１の中心開口１１ｊ内の中央部に配置されるように支持される。
【００６７】
第１の碍子８１には、補助電極７１を０．０１ｍｍから０．０５ｍｍ程度の隙間寸法をもって通す小径の孔部８１ａと、補助電極支持部材７２の太径部７２ａを位置決めする大径の孔部８１ｂとを設ける。すなわち第１の碍子８１には段付きの孔部を設けている。
【００６８】
これに対して、第２の碍子８２には、補助電極支持部材７２の太径部７２ａと細径部７２ｂとを位置決めする段付き孔部８２ｂを設ける。
この２個の碍子８１，８２によって補助電極支持部材７２の太径部７２ａを挟持し、第２の碍子８２の突出部８２ａから補助電極支持部材７２の細径部７２ｂを突出させる。
【００６９】
また、挿入部材８３は、ガイドブッシュ１１の中心開口１１ｊの内周面１１ｂを形成する部分と同じ内径を有する円筒状の導電材料からなり、その外形形状はガイドブッシュ１１の中心開口１１ｊの内周面１１ｂの近傍の内面形状に合わせている。そして、この挿入部材８３は、ガイドブッシュ１１の中心開口１１ｊの段差部１１ｇにおける内周面１１ｂの近傍に嵌入され、第１の碍子８１によってその下端面が押さえられる。
【００７０】
さらに、ガイドブッシュ１１の段差部１１ｇ側の端部に設けられたネジ部１１ｆの雄ネジに、雌ネジを設けたガイドブッシュ受け８４を螺着する。このガイドブッシュ受け８４は、ステンレスのような金属材料で構成され、その面積の大きい底面によって、ガイドブッシュ１１と後述する第１の電極板８５との接触面積を大きくすると共に、第１の碍子８１と第２の碍子８２がガイドブッシュ１１の中心開口１１ｊ内から脱落するのを防止する役割をもつ。
【００７１】
ダミー部材５３は、ガイドブッシュ１１の中心開口１１ｊの内周面１１ｂを形成する部分と略同じ内径を有する円筒状の導電材料からなり、該ガイドブッシュの前記内周面が開口する端面１１ｈ上に載置され、端面相互の離脱容易な接着等によって固定される。
なお、これらのうち挿入部材８３とガイドブッシュ受け８４、およびダミー部材５３は必須のものではないが、これらを全てガイドブッシュ１１に装着すると、図２に示すようになる。
【００７２】
一方、真空槽内の底面上に固定設置される部材は、図１に示ように、ガイドブッシュ１１と電気的に接続するための第１の電極板８５と、真空槽の底面上に載置される脚部１００と、補助電極支持部材７２と電気的に接続するための第２の電極板８６と、第１の電極板８５と第２の電極板８６とを絶縁して脚部１００に固定する絶縁部材とからなる。第１の電極板８５と第２の電極板８６および脚部１００は、いずれもステンレス鋼等の導電材料で構成される。
【００７３】
絶縁部材は、第１の電極板８５の露出部分を被覆する第１の絶縁部材８７と、第２の電極板８６の露出部分を被覆する第２の絶縁部材８９と、第１の電極板８５と第２の電極板８６の間に介在する絶縁板である第３の絶縁部材８８とからなる。これらはいずれも絶縁性材料であるアルミナやジルコニアなどのセラミックス、またはテフロン（登録商標）などのフッ素樹脂材料で構成するとよい。
【００７４】
第１の絶縁部材８７には、ガイドブッシュ受け８４の外形寸法に合致する開口部８７ａを設けている。また、第１の電極板８５には、第２の碍子８２の突出部８２ａを嵌入させる孔部８５ａを形成し、第２の電極板８６にはその突出部８２ａから突出する補助電極支持部材７２の細径部７２ｂを嵌入させる中心孔８６ａを設けている。
第３の絶縁部材８８にも補助電極支持部材７２の細径部７２ｂを貫通させる孔部を設けている。この第３の絶縁部材８８を載置する第２の絶縁部材８９に凹部８９ａを設け、そこに第２の電極板８６を嵌合させて面一に保持している。
【００７５】
この被膜形成用治具８０を使用する際には、図２に示すようにガイドブッシュ１１の中心開口１１ｊ内に、挿入部材８３と、補助電極および補助電極支持部材７２を保持する第１の碍子８１と第２の碍子８２を挿入した後、ガイドブッシュ受け８４をネジ部１１ｆにねじ込んでこれらを固定保持し、このガイドブッシュ１１の内周面１１ｂが開口する端面１１ｈ上にダミー部材を載置固定する。
【００７６】
そして、このガイドブッシュ１１を持って、そのガイドブッシュ受け８４を第１の絶縁部材８７の開口部８７ａに嵌合させ、図１に示すようにそのガイドブッシュ受け８４の底面を第１の電極板８５の上面に接触させて、ガイドブッシュ１１を軸線を垂直方向にして第１の電極板８５上に載置する。
【００７７】
このとき、ガイドブッシュ受け８４を設けているため、ガイドブッシュ１１と第１の電極板８５との接触面積が大きくなる。そのため第１の電極板８５に直流電源７３を接続すれば、ガイドブッシュ１１に直流負電圧を安定して印加することができる。なお、このガイドブッシュ受け８４を、第１の電極板８５側に固定して設けるようにしてもよい。
【００７８】
この時また、第２の碍子８２の突出部８２ａが第１の電極板８５の孔部８５ａに嵌入する。そして、補助電極支持部材７２の細径部７２ｂは、第２の碍子８２から下方に突出して、第３の絶縁部材８８を貫通し、第２の電極板８６の中心孔８６ａに嵌入する。
したがって、補助電極７１は、補助電極支持部材７２，第２の電極板８６，脚部１００，及び図示しない真空槽を介して接地されることになる。
【００７９】
そして、ガイドブッシュ１１の段差部１１ｇに、第１の碍子８１と第２の碍子８２を介して補助電極７１を支持する補助電極支持部材７２を保持することにより、ガイドブッシュ１１の中心開口１１ｊの中心に正確に補助電極７１を配置することができる。
補助電極７１がガイドブッシュ１１の中心開口１１ｊの中心からずれて配置されると、補助電極７１とガイドブッシュ１１の内周面１１ｂとの間のプラズマ放電のバランスがくずれ、硬質カーボン膜の膜厚や膜質にばらつきが生じる。
【００８０】
そこで、ガイドブッシュ１１の段差部１１ｇの内径寸法に合うように第１の碍子８１と第２の碍子８２の外形を設定し、さらにこの碍子８１，８２の孔部８１ａ，８１ｂ，８２ｂで補助電極７１を位置規制することにより、ガイドブッシュ１１の中心開口１１ｊの中心に補助電極７１を正確に配置することができる。そのため、内周面１１ｂに形成される硬質カーボン膜の膜厚や膜質にばらつきが発生しない。
【００８１】
さらに、第２の碍子８２のガイドブッシュ１１から突き出す突出部８２ａが、前述のように第１の電極板８５の孔部８５ａに嵌合するので、この突出部８２ａによって、ガイドブッシュ１１と補助電極７１との絶縁分離を完全に行なうことができる。
補助電極７１の先端位置は、ダミー部材５３を使用する場合には、図示のようにダミー部材５３の上端面より１ｍｍ〜２ｍｍ内側になるようにし、ダミー部材５３を使用しない場合には、ガイドブッシュ１１の上端面１１ｈより１ｍｍ〜２ｍｍ内側になるようにする。
【００８２】
また、この被膜形成用治具８０において、ガイドブッシュ１１に電圧を印加する第１の電極板８５は、その露出する面が第１の絶縁部材８７で覆われているため、硬質カーボン膜を厚く形成するために長時間の成膜処理を行なっても、第１の電極板８５でアーク放電などの異常放電が発生することはない。
【００８３】
なお、この実施形態では、ガイドブッシュ受け８４を設け、その底面が第１の電極板８５の上面と接触するようにして、ガイドブッシュ１１を第１の電極板８５上に載置することにより、その安定性を高めると共にガイドブッシュ１１への通電面積を増加させることができるが、このガイドブッシュ受け８４を省略して、ガイドブッシュ１１を直接第１の電極板８５上に載置することも可能である。
【００８４】
つぎに、この被膜形成用治具８０、あるいは後述する複数のガイドブッシュ用の被膜形成用治具８０′を用いてガイドブッシュ１１の内周面１１ｂに硬質カーボン膜を形成する方法の各実施例について図３乃至図１１を用いて説明する。
【００８５】
〔方法の第１実施例：図３〕
図３は、この発明によるガイドブッシュの内周面に硬質カーボン膜を形成する方法の第１実施例を説明するための装置の断面図である。
この第１実施例では、図３に示すようにガス導入口６３と排気口６５とを有する真空槽６１内に、前述した被膜形成用治具８０を用いてガイドブッシュ１１を設置する。そのガイドブッシュ１１と被膜形成用治具８０の各部材との関係は図１に詳細に示したとおりであるから、その説明は省略する。
【００８６】
真空槽６１は接地されており、第１の電極板８５は直流電源７３の負極に接続される。この真空槽６１は内部の上方にアノード７９とフィラメント９０を備えており、アノード７９はアノード電源７５に、フィラメント９０はフィラメント電源７７にそれぞれ接続されている。
そして、この真空槽６１内を真空度が３×１０−５torr以下になるように、図示しない排気手段によって排気口６５から真空排気する。
【００８７】
その後、ガス導入口６３から炭素を含むガスとしてベンゼン（Ｃ6 Ｈ6 ）を真空槽６１内に導入して、真空槽６１内の圧力を５×１０^-3torrになるように制御する。
ついで、ガイドブッシュ１１に直流電源７３から第１の電極板８５を介してマイナス３ｋＶの直流電圧を印加し、さらにアノード７９にはアノード電源７５からプラス５０Ｖの直流電圧を印加し、さらにフィラメント９０にはフィラメント電源７７から３０Ａの電流が流れるように１０Ｖの交流電圧を印加する。
【００８８】
すると、真空槽６１内のガイドブッシュ１１の周囲領域にプラズマが発生して、プラズマＣＶＤプロセスによって、ガイドブッシュ１１の内周面を含む表面に、水素化アモルファス・カーボンによる硬質カーボン膜が形成される。
【００８９】
この場合、ガイドブッシュ１１の中心開口の中央に補助電極７１が配置されているため、中心開口内の領域において同電位どうしが対向することがなくなるため、異常放電であるホロー放電の発生はなく、ガイドブッシュ１１の内周面１１ｂに形成される硬質カーボン膜の密着性が向上する。さらに、ガイドブッシュ１１の中心開口内の長手方向で電位特性が均一になり、硬質カーボン膜の膜厚が、内周面１１ｂの開口端面側から開口奥側まで均一な膜厚で形成される。
【００９０】
この実施例および以下に説明する各実施例でもダミー部材５３を使用しているが、その効果について説明する。
図示の硬質カーボン膜の被膜形成方法においては、ガイドブッシュ１１の内面と外周部とにプラズマが発生する。そして、ダミー部材５３を使用しない場合には、ガイドブッシュ１１の端面に電荷が集中しやすく、ガイドブッシュ１１の内面に比べて端面領域は電荷が高い状態、いわゆるエッジ効果が発生する。
【００９１】
ここでは、ガイドブッシュ１１の端面近傍のプラズマ強度は他の領域より大きく、しかも不安定でもある。さらにガイドブッシュ１１の端部領域は、ガイドブッシュ１１内面のプラズマと外周部のプラズマとの双方のプラズマの影響を受けることになる。
【００９２】
そのような状態で硬質カーボン膜を形成すると、ガイドブッシュ１１の開口端面から数ｍｍ奥側の領域と他の領域とでは、硬質カーボン膜の密着性および膜質が若干異なる。そこで、ガイドブッシュ１１の開口端面にダミー部材５３を配置して硬質カーボン膜を形成すれば、この膜質や密着性が異なる領域はガイドブッシュ１１内面に形成されず、ダミー部材５３の開口内面に形成されることになる。その結果、ガイドブッシュ１１の内面には膜質や密着性が異なる領域はまったく形成されなくなる。
【００９３】
また、この実施例によれば、第１の電極板８５の露出部分を第１の絶縁部材８７で覆っている。そのため、膜形成時間を長くしても、第１の電極板８５でアーク放電が発生するようなことがなく、長時間のプラズマ放電が可能となったことにより、ガイドブッシュ１１の内周面１１ｂに形成する硬質カーボン膜の厚膜化を達成でき、ガイドブッシュの寿命を大幅に伸ばし、長期使用に対する信頼性を向上させることができる。さらに、ガイドブッシュ１１の内周面１１ｂに形成する硬質カーボン膜の膜質と膜厚の再現性も向上する。
【００９４】
さらに、この実施例においては、ガイドブッシュ１１の内周面１１ｂの近傍領域に、挿入部材８３を配置している。この挿入部材８３の内径は、ガイドブッシュの中心開口１１ｊの内周面１１ｂを形成する部分の内径と略同じである。そのため、ガイドブッシュ１１の内周面１１ｂの近傍に段差がなくなる。
【００９５】
すなわち、ガイドブッシュ１１の硬質カーボン膜を形成する内周面１１ｂおよびその近傍と補助電極７１との間の隙間寸法が均一になり、補助電極７１の周囲領域に形成されるプラズマが均一になり、プラズマ放電も安定する。したがって、ガイドブッシュ内周面に形成する硬質カーボン膜の膜厚の均一性と膜質とを向上させることができる。
【００９６】
〔方法の第２実施例：図４〕
図４は、この発明によるガイドブッシュの内周面に硬質カーボン膜を形成する方法の第２実施例を説明するための装置の断面図である。
この図４において、図３と対応する部分には同一の符号を付してあり、またガイドブッシュ１１と被膜形成用治具８０の各部材との関係は図１に示したとおりであるから、それらの説明は省略する。
【００９７】
この第２実施例に使用する真空槽６１は、図１に示したアノード７９とフィラメント９０は備えていない。
この真空槽６１内に、前述の第１実施例の場合と同様に被膜形成用治具８０を用いて、ガイドブッシュ１１を設置する。
【００９８】
そして、この真空槽６１内を図示しない排気手段によって、真空度が３×
１０^-5torr以下になるように、排気口６５から真空排気した後、ガス導入口６３から炭素を含むガスとしてメタンガス（ＣＨ4 ）を真空槽６１内に導入して、真空度を０．１torrになるように調整する。
その後、ガイドブッシュ１１と接続する第１の電極板８５に、発振周波数が１３．５６ＭＨｚの高周波電源６９からマッチング回路６７を介して高周波電力を印加して、真空槽６１内にプラズマを発生させる。
【００９９】
この第２実施例においても、ガイドブッシュ１１の中心開口内に補助電極７１を配置しているので、ガイドブッシュ１１の外周部だけでなく中心開口内にも均一なプラズマが発生し、その内周面１１ｂに良質の硬質カーボン膜を均一に形成することができる。その他の作用・効果についても前述の第１実施例の場合と同様である。
【０１００】
〔方法の第３実施例：図５〕
図５は、この発明によるガイドブッシュの内周面に硬質カーボン膜を形成する方法の第３実施例を説明するための装置の断面図である。
この図５において、図３と対応する部分には同一の符号を付してあり、またガイドブッシュ１１と被膜形成用治具８０の各部材との関係は図１に示したとおりであるから、それらの説明は省略する。
【０１０１】
この第３実施例において、図３に示した第１実施例の硬質カーボン膜の形成方法と相違する点は、真空槽６１の内部にアノード７９及びフィラメント９０を設けないことと、真空槽６１内を真空度が３×１０^-5torr以下になるように真空排気した後、ガス導入口６３から炭素を含むガスとしてメタンガス(ＣＨ4）を真空槽６１内に導入して、真空度を０．１torrになるように調整することと、ガイドブッシュ１１に接続する第１の電極板８５に直流電源７４からマイナス６００Ｖの直流電圧を印加して、真空槽６１内にプラズマを発生させることである。
【０１０２】
この第３実施例においても、ガイドブッシュ１１の内周面１１ｂに良質の硬質カーボン膜を均一に形成することができる。その他の作用・効果についても、前述の各実施例の場合と同様である。
【０１０３】
〔方法の第４実施例：図６〕
つぎに、図６から図８によって、複数の被膜形成治具８０を用いて複数のガイドブッシュの内周面に同時に硬質カーボン膜を形成する方法の実施例を説明する。
【０１０４】
図６に示す第４実施例は、図３によって説明した第１実施例と同じプラズマ発生方法によるものである。そして、一つの真空槽６１内に複数（図では２組）の被膜形成治具８０，８０を用いて複数のガイドブッシュ１１，１１を設置し、その各被膜形成用治具８０，８０の第１の電極板８５，８５に、それぞれ独立した直流電源７３，７３から、マイナス３ｋＶの直流電圧を印加するようにしたこと以外は、図３の第１実施例の場合と同じである。
【０１０５】
このように、それぞれに独立した直流電源７３，７３から、各ガイドブッシュ１１，１１に直流負電圧を印加することにより、プラズマ放電の独立性を高めることができ、プラズマ放電間の干渉がなく、各ガイドブッシュ１１の中心開口内におけるプラズマ放電が安定する。したがって、各ガイドブッシュ１１の内周面１１ｂに形成される硬質カーボン膜の膜厚のばらつきが少なく、膜質や密着性を向上させることができる。
【０１０６】
この実施例によれば、複数のガイドブッシュ１１の各内周面１１ｂに、同時に良質の硬質カーボン膜を均一に形成することができる。その他の作用・効果については前述の第１実施例の場合と同様である。
なお、一つの真空槽６１内で、２個のガイドブッシュ１１の内周面１１ｂに同時に硬質カーボン膜を形成する例を示したが、３個以上のガイドブッシュ１１の内周面１１ｂに同時に硬質カーボン膜を形成することもできる。
【０１０７】
〔方法の第５実施例：図７〕
図７に示す第５実施例は、図４によって説明した第２実施例と同じプラズマ発生方法によるものである。そして、一つの真空槽６１内に複数（図では２組）の被膜形成治具８０，８０を用いて複数のガイドブッシュ１１，１１を設置し、その各被膜形成用治具８０，８０の第１の電極板８５，８５に、それぞれ独立した高周波電源６９，６９から、それぞれマッチング回路６７，６７を介して周波数が１３．５６ＭＨｚの高周波電力を印加するようにしたこと以外は、図４の第２実施例の場合と同じである。
【０１０８】
この実施例においても、それぞれに独立した高周波電源６９，６９から各ガイドブッシュ１１，１１に高周波電力を印加することにより、プラズマ放電の独立性を高めることができ、プラズマ放電間の干渉がなく、各ガイドブッシュ１１の中心開口内におけるプラズマ放電が安定し、前述の第４実施例と同等な効果がある。
【０１０９】
この実施例によっても、複数のガイドブッシュ１１の各内周面１１ｂに、同時に良質の硬質カーボン膜を均一に形成することができる。その他の作用・効果については前述の第２実施例の場合と同様である。
【０１１０】
〔方法の第６実施例：図８〕
図８に示す第６実施例は、図５によって説明した第３実施例と同じプラズマ発生方法によるものである。そして、一つの真空槽６１内に複数（図では２組）の被膜形成治具８０，８０を用いて複数のガイドブッシュ１１，１１を設置し、その各被膜形成用治具８０，８０の第１の電極板８５，８５に、それぞれ独立した直流電源７４，７４からマイナス６００Ｖの直流電圧を印加するようにしたこと以外は、図５の第３実施例の場合と同じである。
【０１１１】
この実施例においても、それぞれに独立した直流電源７４，７４から各ガイドブッシュ１１，１１に直流正電圧を印加することにより、プラズマ放電の独立性を高めることができ、プラズマ放電間の干渉がなく、各ガイドブッシュ１１の中心開口内におけるプラズマ放電が安定し、前述の第４実施例と同等な効果がある。
【０１１２】
この実施例によっても、複数のガイドブッシュ１１の各内周面１１ｂに、同時に良質の硬質カーボン膜を均一に形成することができる。その他の作用・効果については前述の第３実施例の場合と同様である。
【０１１３】
〔複数のガイドブッシュ用の被膜形成用治具：図９，図１０，図１１）
図９乃至図１１に示す複数のガイドブッシュの内周面に同時に硬質カーボン膜を形成する方法に使用する被膜形成用治具８０′は、複数のガイドブッシュ１１，１１の内周面１１ｂを形成する中心開口内にそれぞれ挿入されるロッド状の複数の補助電極７１，７１と、その各補助電極７１，７１をそれぞれ支持する複数の補助電極支持部材７２，７２と、各ガイドブッシュ７１，７１の中心開口内の段差部に嵌入され、各補助電極支持部材７２，７２を各ガイドブッシュ１１，１１に固定する複数組の碍子（補助電極絶縁部材）８１，８１，８２，８２とを備えている。
【０１１４】
また、複数のガイドブッシュ受け８４，８４と、複数のガイドブッシュ１１，１１に挿入される複数の挿入部材８３，８３と、各ガイドブッシュ１１，１１の開口端面上に載置される複数のダミー部材５３，５３も備えている。これらは、前述した被膜形成用治具８０の各部材と同じである。
これらの、各部材は２個ずつに限らず、同時に設置し得るガイドブッシュ１１の数に対応する数だけ備える。
【０１１５】
さらに、この被膜形成用治具８０′は、複数のガイドブッシュ１１，１１をそれぞれ軸線を垂直方向にして電気的に導通させて載置する導電材料からなる共通の第１の電極板８５′と、真空槽６１内でその底面上に載置される導電材料からなる共通の脚部１００と、その脚部１００と一体的に設けられ各補助電極支持部材７２，７２の細径部を嵌入させる導電材料からなる共通の第２の電極板８６′と、第１の電極板８５′と第２の電極板８６′とを絶縁して脚部１００′に固定する共通の絶縁部材８７′，８８′，８９′とを備えている。
第１の絶縁部材８７′には、複数のガイドブッシュ受け８４，８４を嵌入させる複数の開口部を設けている。
【０１１６】
〔方法の第７実施例：図９〕
つぎに、上述した被膜形成用治具８０′を用いて複数のガイドブッシュの内周面に同時に硬質カーボン膜を形成する方法の実施例を説明する。
図９は、この発明によるガイドブッシュの内周面に硬質カーボン膜を形成する方法の第７実施例を説明するための装置の断面図である。この図９において、図６と対応する部分には同一の符号を付し、それらの説明は省略する。
【０１１７】
この第７実施例は、複数のガイドブッシュ用の被膜形成用治具８０′を用いて、真空槽６１内に複数のガイドブッシュ１１，１１を設置し、共通の直流電源７３から、共通の第１の電極板８５′を通して各ガイドブッシュ１１，１１にマイナス３ｋＶの直流電圧を印加するようにした以外は、図６に示した第４実施例と同じである。
【０１１８】
したがって、その作用・効果も第４実施例とほとんど同じであるが、被膜形成用治具の真空槽内６１に固設する部材を複数のガイドブッシュ１１に対して共通にし、各ガイドブッシュ１１にマイナス３ｋＶの直流電圧を印加する直流電源７３も共通にしたので、より安価に効率よく、多数のガイドブッシュの内周面に同時に硬質カーボン膜を形成することができる。
【０１１９】
〔方法の第８実施例：図１０〕
図１０は、この発明によるガイドブッシュの内周面に硬質カーボン膜を形成する方法の第８実施例を説明するための装置の断面図である。この図１０において、図７と対応する部分には同一の符号を付し、それらの説明は省略する。
【０１２０】
この第８実施例は、複数のガイドブッシュ用の被膜形成用治具８０′を用いて、真空槽６１内に複数のガイドブッシュ１１，１１を設置し、共通の高周波電源６９から、共通のマッチング回路６７と第１の電極板８５′を通して各ガイドブッシュ１１，１１に高周波電力を印加するようにした以外は、図７に示した第５実施例と同じである。
【０１２１】
したがって、その作用・効果も第５実施例とほとんど同じであるが、被膜形成用治具の真空槽内６１に固設する部材を複数のガイドブッシュ１１に対して共通にし、各ガイドブッシュ１１に高周波電力を印加する高周波電源６９およびマッチング回路６７も共通にしたので、より安価に効率よく、多数のガイドブッシュの内周面に同時に硬質カーボン膜を形成することができる。
【０１２２】
〔方法の第９実施例：図１１〕
図１１は、この発明によるガイドブッシュの内周面に硬質カーボン膜を形成する方法の第９実施例を説明するための装置の断面図である。この図１１において、図８と対応する部分には同一の符号を付し、それらの説明は省略する。
【０１２３】
この第９実施例は、複数のガイドブッシュ用の被膜形成用治具８０′を用いて、真空槽６１内に複数のガイドブッシュ１１，１１を設置し、共通の直流電源７４から、共通の第１の電極板８５′を通して各ガイドブッシュ１１，１１にマイナス６００Ｖの直流電圧を印加するようにした以外は、図８に示した第６実施例と同じである。
【０１２４】
したがって、その作用・効果も第６実施例とほとんど同じであるが、被膜形成用治具の真空槽内６１に固設する部材を複数のガイドブッシュ１１に対して共通にし、各ガイドブッシュ１１にマイナス６００Ｖの直流電圧を印加する直流電源７４も共通にしたので、より安価に効率よく、多数のガイドブッシュの内周面に同時に硬質カーボン膜を形成することができる。
【０１２５】
〔補足説明〕
以上の図３乃至図１１を用いて説明したこの発明による硬質カーボン膜の形成方法においては、炭素を含むガスとしてメタンガスやベンゼンガスを用いる実施例を説明したが、メタン以外にエチレンなどの炭素を含むガスや、あるいはヘキサンなどの炭素を含む液体の蒸発蒸気も使用することができる。
さらに、炭素を含むガスであるメタンガスやベンゼンガスやエチレンガスにアルゴン(Ａｒ)ガス，窒素(Ｎ2)ガス，ヘリウム(Ｈｅ)ガス，水素(Ｈ2)ガス等を添加してもよい。
【０１２６】
このように、炭素を含むガスにアルゴンガスや窒素ガスを添加すると、膜形成速度を制御することができる。それらによって、硬質カーボン膜を緻密化することができ、さらに窒素やアルゴンによって硬質カーボン膜の表面をスパッタし、密着性や膜質が悪い硬質カーボン膜を除去することができ、膜質が向上する。さらに炭素を含むガスに水素を添加すると、炭素のダングリングボンドを水素で埋めることができ、硬質カーボン膜の膜質を向上させる効果がある。
【０１２７】
【発明の効果】
以上説明してきたように、この発明による被膜形成用治具を使用して、この発明による方法でガイドブッシュの内周面に硬質カーボン膜を形成すれば、膜質のよい硬質カーボン膜をガイドブッシュの内周面に密着性よく容易に形成することができ、それによってガイドブッシュの耐久性を飛躍的に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による被膜形成治具の最良の実施形態の構造を使用状態で示す断面図である。
【図２】同じくそのガイドブッシュに装着される部材のみを示す断面図である。
【図３】この発明によるガイドブッシュの内周面に硬質カーボン膜を形成する方法の第１実施例を説明するための装置の断面図である。
【図４】同じく第２実施例を説明するための装置の断面図である。
【図５】同じく第３実施例を説明するための装置の断面図である。
【図６】同じく第４実施例を説明するための装置の断面図である。
【図７】同じく第５実施例を説明するための装置の断面図である。
【図８】同じく第６実施例を説明するための装置の断面図である。
【図９】この発明による被膜形成用治具の他の実施形態の構造とそれを使用したこの発明によるガイドブッシュの内周面に硬質カーボン膜を形成する方法の第７実施例を説明するための装置の断面図である。
【図１０】同じく第８実施例を説明するための装置の断面図である。
【図１１】同じく第９実施例を説明するための装置の断面図である。
【図１２】この発明の方法によって内周面に硬質カーボン膜を形成したガイドブッシュの一例を示す縦断面図である。
【図１３】同じくその斜視図である。
【図１４】固定型のガイドブッシュ装置を設けた自動旋盤の主軸近傍のみを示す断面図である。
【図１５】回転型のガイドブッシュ装置を設けた自動旋盤の主軸近傍のみを示す断面図である。
【符号の説明】
１１：ガイドブッシュ １１ａ：外周テーパ面
１１ｂ：内周面 １１ｃ：摺り割り １１ｄ：バネ部
１１ｅ：嵌合部 １１ｆ：ネジ部 １１ｇ：段差部
１１ｈ：端面 １１ｊ：中心開口
５３：ダミー部材 ６１：真空槽
６３：ガス導入口 ６５：排気口
６７：マッチング回路 ６９：高周波電源
７１：補助電極 ７２：補助電極支持部材
７３，７４：直流電源 ７５：アノード電源
７７：フィラメント電源 ７９：アノード
８０，８０′：被膜形成用治具
８１：第１の碍子 ８２：第２の碍子
８３：挿入部材 ８４：ガイドブッシュ受け
８５，８５′：第１の電極板 ８６，８６′：第２の電極板
８７，８７′：第１の絶縁部材
８８，８８′：第３の絶縁部材
８９，８９′：第２の絶縁部材
９０：フィラメント １００，１００′：脚部

Claims (20)

1. 自動旋盤に装着されるガイドブッシュの被加工物と摺接する内周面に、プラズマＣＶＤ法によって硬質カーボン膜を形成する際に、真空槽内で該ガイドブッシュを支持すると共にそれに通電するための被膜形成用治具であって、
   前記ガイドブッシュの内周面を形成する中心開口内に挿入されるロッド状の補助電極と、
   該補助電極を前記中心開口の軸線に沿って前記内周面と対向するように支持する導電材料からなる補助電極支持部材と、
   前記ガイドブッシュの中心開口内の前記内周面より内径が大きい段差部に嵌入され、前記補助電極支持部材を該ガイドブッシュに固定すると共に前記軸線に沿って前記補助電極と反対方向に突出させる補助電極絶縁部材と、
   前記ガイドブッシュを前記軸線を垂直方向にして前記段差部側の端部を電気的に導通させて載置する導電材料からなる第１の電極板と、
   前記真空槽内でその底面上に載置される導電材料からなる脚部と、
   該脚部と一体的に設けられ前記補助電極支持部材の前記補助電極絶縁部材から突出する部分と接続する導電材料からなる第２の電極板と、
   前記第１の電極板と前記第２の電極板とを絶縁して前記脚部に固定する絶縁部材とからなることを特徴とする被膜形成用治具。
2. 請求項１記載の被膜形成用治具において、前記ガイドブッシュの前記段差部側の端部または前記第１の電極板に装着され、両者の接触面積を広げるための導電材料からなるガイドブッシュ受けを有することを特徴とする被膜形成用治具。
3. 請求項１又は２記載の被膜形成用治具において、前記ガイドブッシュの中心開口の前記内周面を形成する部分と同じ内径を有する円筒状の導電材料からなり、前記中心開口内の段差部の前記内周面と前記補助電極絶縁部材との間に挿入される挿入部材を有することを特徴とする被膜形成用治具。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の被膜形成用治具において、前記補助電極絶縁部材が、前記ガイドブッシュの中心開口の軸線方向に分割された２個の碍子からなり、該２個の碍子によって前記補助電極支持部材を挟持すると共に、その一方の碍子から該補助電極支持部材に支持された前記補助電極を突出させ、他方の碍子から該補助電極支持部材の一部を突出させるようにしたことを特徴とする被膜形成用治具。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の被膜形成用治具において、前記第１の電極板と第２の電極板とを絶縁して前記脚部に固定する絶縁部材が、前記第１の電極板と第２の電極板の間に介在する絶縁板と、前記第１の電極板と第２の電極板のそれぞれ露出部分を被覆する絶縁部材とからなる被膜形成用治具。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の被膜形成用治具において、前記ガイドブッシュの中心開口の前記内周面を形成する部分と略同じ内径を有する円筒状の導電材料からなり、該ガイドブッシュの前記内周面が開口する端面上に載置されるダミー部材を有することを特徴とする被膜形成用治具。
7. 請求項１又は２記載の被膜形成用治具を用いてガイドブッシュの内周面に硬質カーボン膜を形成する方法であって、
   前記補助電極を支持する補助電極支持部材を前記補助電極絶縁部材によってガイドブッシュの中心開口内に固定して、前記補助電極を前記中心開口の軸線に沿って前記内周面と対向するように配設し、
   ガス導入孔と排気孔を備えた真空槽内の底面上に、前記脚部および該脚部に固定された前記第１の電極板と前記第２の電極板と前記絶縁部材とを載置し、
   前記ガイドブッシュを前記中心開口の軸線を垂直方向にして前記段差部側の端部を前記第１の電極板上に載置して該第１の電極板と電気的に導通させ、該第１の電極板を電源に接続すると共に、前記補助電極支持部材の前記補助電極絶縁部材から突出する部分を前記第２の電極板と接続して、前記補助電極を該補助電極支持部材，前記第２の電極板，前記脚部，および前記真空槽を介して接地し、
   前記真空槽内を排気した後、前記ガス導入口から炭素を含むガスを該真空槽内に導入し、
   前記ガイドブッシュに前記電源から前記第１の電極板を介して給電して、前記真空槽内にプラズマを発生させ、該ガイドブッシュの前記内周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形成することを特徴とするガイドブッシュの内周面に硬質カーボン膜を形成する方法。
8. 請求項３記載の被膜形成用治具を用いてガイドブッシュの内周面に硬質カーボン膜を形成する方法であって、
   前記ガイドブッシュの中心開口内の段差部に前記挿入部材を前記内周面に隣接させるように挿入し、
   前記補助電極を支持する補助電極支持部材を前記補助電極絶縁部材によってガイドブッシュの中心開口内に固定して、前記補助電極を前記中心開口の軸線に沿って前記内周面と対向するように配設すると共に、該補助電極絶縁部材を前記挿入部材に当接させ、
   ガス導入孔と排気孔を備えた真空槽内の底面上に、前記脚部および該脚部に固定された前記第１の電極板と前記第２の電極板と前記絶縁部材とを載置し、
   前記ガイドブッシュを前記中心開口の軸線を垂直方向にして前記段差部側の端部を前記第１の電極板上に載置して該第１の電極板と電気的に導通させ、該第１の電極板を電源に接続すると共に、前記補助電極支持部材の前記補助電極絶縁部材から突出する部分を前記第２の電極板と接続して、前記補助電極を該補助電極支持部材，前記第２の電極板，前記脚部，および前記真空槽を介して接地し、
   前記真空槽内を排気した後、前記ガス導入口から炭素を含むガスを該真空槽内に導入し、
   前記ガイドブッシュおよび前記挿入部材に前記電源から前記第１の電極板を介して給電して、前記真空槽内にプラズマを発生させ、該ガイドブッシュの前記内周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形成することを特徴とするガイドブッシュの内周面に硬質カーボン膜を形成する方法。
9. 請求項６記載の被膜形成用治具を用いてガイドブッシュの内周面に硬質カーボン膜を形成する方法であって、
   前記ダミー部材を前記ガイドブッシュの前記内周面が開口する端面上に前記中
   心開口と中心を一致させて配置し、
   前記補助電極を支持する補助電極支持部材を前記補助電極絶縁部材によってガイドブッシュの中心開口内に固定して、前記補助電極を前記中心開口の軸線に沿って前記内周面および前記ダミー部材の内周面と対向するように配設し、
   ガス導入孔と排気孔を備えた真空槽内の底面上に、前記脚部および該脚部に固定された前記第１の電極板と前記第２の電極板と前記絶縁部材とを載置し、
   前記ガイドブッシュを前記中心開口の軸線を垂直方向にして前記段差部側の端部を前記第１の電極板上に載置して該第１の電極板と電気的に導通させ、該第１の電極板を電源に接続すると共に、前記補助電極支持部材の前記補助電極絶縁部材から突出する部分を前記第２の電極板と接続して、前記補助電極を該補助電極支持部材，前記第２の電極板，前記脚部，および前記真空槽を介して接地し、
   前記真空槽内を排気した後、前記ガス導入口から炭素を含むガスを該真空槽内に導入し、
   前記ガイドブッシュおよび前記ダミー部材に前記電源から前記第１の電極板を介して給電して、前記真空槽内にプラズマを発生させ、該ガイドブッシュの前記内周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形成することを特徴とするガイドブッシュの内周面に硬質カーボン膜を形成する方法。
10. 請求項１又は２記載の被膜形成用治具を複数組用いて複数のガイドブッシュの内周面にそれぞれ硬質カーボン膜を形成する方法であって、
    前記補助電極を支持する補助電極支持部材を前記補助電極絶縁部材によって複数のガイドブッシュの中心開口内にそれぞれ固定して、前記補助電極を該ガイドブッシュの中心開口の軸線に沿って前記内周面と対向するように配設し、
    ガス導入孔と排気孔を備えた一つの真空槽内の底面上に、複数の前記被膜形成用治具の前記脚部および該脚部に固定された前記第１の電極板と前記第２の電極板と前記絶縁部材とをそれぞれ載置し、
    前記複数の各ガイドブッシュをそれぞれ前記中心開口の軸線を垂直方向にして前記段差部側の端部を前記第１の電極板上に載置して該第１の電極板と電気的に導通させ、該第１の電極板をそれぞれ電源に接続すると共に、前記補助電極支持
    部材の前記補助電極絶縁部材から突出する部分を前記第２の電極板と接続して、前記各補助電極を該補助電極支持部材，前記第２の電極板，前記脚部，および前記真空槽を介して接地し、
    前記真空槽内を排気した後、前記ガス導入口から炭素を含むガスを該真空槽内に導入し、
    前記複数のガイドブッシュに前記電源からそれぞれ前記第１の電極板を介して給電して、前記真空槽内にプラズマを発生させ、該各ガイドブッシュの前記内周面にそれぞれ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ことを特徴とするガイドブッシュの内周面に硬質カーボン膜を形成する方法。
11. 自動旋盤に装着されるガイドブッシュの被加工物と摺接する内周面に、プラズマＣＶＤ法によって硬質カーボン膜を形成する際に、真空槽内で該ガイドブッシュを支持すると共にそれに通電するための被膜形成用治具であって、
    複数のガイドブッシュの前記内周面を形成する中心開口内にそれぞれ挿入されるロッド状の複数の補助電極と、
    その各補助電極をそれぞれ前記複数のガイドブッシュの各中心開口の軸線に沿って前記内周面と対向するように支持する導電材料からなる複数の補助電極支持部材と、
    前記各ガイドブッシュの中心開口内の前記内周面より内径が大きい段差部に嵌入され、前記各補助電極支持部材を該各ガイドブッシュに固定すると共に前記軸線に沿って前記各補助電極と反対方向に突出させる複数の補助電極絶縁部材と、
    前記複数のガイドブッシュをそれぞれ前記軸線を垂直方向にして前記段差部側の端部を電気的に導通させて載置する導電材料からなる共通の第１の電極板と、
    前記真空槽内でその底面上に載置される導電材料からなる共通の脚部と、
    該脚部と一体的に設けられ前記各補助電極支持部材の前記各補助電極絶縁部材から突出する部分と接続する導電材料からなる共通の第２の電極板と、
    前記第１の電極板と前記第２の電極板とを絶縁して前記脚部に固定する絶縁部材とからなることを特徴とする被膜形成用治具。
12. 請求項１１記載の被膜形成用治具において、前記の複数ガイドブッシュの前記各段差部側の端部または前記第１の電極板に装着され、両者の接触面積を広げるための導電材料からなる複数のガイドブッシュ受けを有することを特徴とする被膜形成用治具。
13. 請求項１１又は１２記載の被膜形成用治具において、前記複数の各ガイドブッシュの中心開口の前記内周面を形成する部分と同じ内径を有する円筒状の導電材料からなり、前記各ガイドブッシュの中心開口内の段差部の前記内周面と前記補助電極絶縁部材との間にそれぞれ挿入される複数の挿入部材を有することを特徴とする被膜形成用治具。
14. 請求項１１乃至１３のいずれか一項に記載の被膜形成用治具において、前記補助電極絶縁部材が、前記ガイドブッシュの中心開口の軸線方向に分割された２個の碍子からなり、該２個の碍子によって前記補助電極支持部材を挟持すると共に、その一方の碍子から該補助電極支持部材に支持された前記補助電極を突出させ、他方の碍子から該補助電極支持部材の一部を突出させるようにしたことを特徴とする被膜形成用治具。
15. 請求項１１乃至１４のいずれか一項に記載の被膜形成用治具において、前記第１の電極板と前記第２の電極板とを絶縁して前記脚部に固定する絶縁部材が、前記第１の電極板と第２の電極板の間に介在する絶縁板と、前記第１の電極板と第２の電極板のそれぞれ露出部分を被覆する絶縁部材とからなることを特徴とする被膜形成用治具。
16. 請求項１１乃至１５のいずれか一項に記載の被膜形成用治具において、前記複数のガイドブッシュの各中心開口の前記内周面を形成する部分と略同じ内径を有する円筒状の導電材料からなり、該各ガイドブッシュの前記内周面が開口する端面上にそれぞれ載置される複数のダミー部材を有することを特徴とする被膜形成用治具。
17. 請求項１１又は１２記載の被膜形成用治具を用いて複数のガイドブッシュの内周面にそれぞれ硬質カーボン膜を形成する方法であって、
    前記複数の各補助電極を支持する補助電極支持部材を前記補助電極絶縁部材によって複数のガイドブッシュの各中心開口内に固定して、前記補助電極を前記各中心開口の軸線に沿って前記内周面と対向するように配設し、
    ガス導入孔と排気孔を備えた一つの真空槽内の底面上に、前記共通の脚部および該脚部に固定された前記共通の第１の電極板と第２の電極板と絶縁部材とを載置し、
    前記複数のガイドブッシュをそれぞれ前記中心開口の軸線を垂直方向にして前記段差部側の各端部を前記第１の電極板上に載置して該第１の電極板と電気的に導通させ、該第１の電極板を電源に接続すると共に、前記各補助電極支持部材の前記各補助電極絶縁部材から突出する部分をそれぞれ前記第２の電極板と接続して、前記各補助電極を該各補助電極支持部材，前記第２の電極板，前記脚部，および前記真空槽を介して接地し、
    前記真空槽内を排気した後、前記ガス導入口から炭素を含むガスを該真空槽内に導入し、
    前記複数のガイドブッシュに前記電源から前記第１の電極板を介してそれぞれ給電して、前記真空槽内にプラズマを発生させ、該各ガイドブッシュの前記内周面にそれぞれ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ことを特徴とするガイドブッシュの内周面に硬質カーボン膜を形成する方法。
18. 請求項７乃至１０及び１７のいずれか一項に記載のガイドブッシュの内周面に硬質カーボン膜を形成する方法において、
    前記真空槽として、内部にアノードとフィラメントを備えたものを使用し、前記ガイドブッシュに前記電源から前記第１の電極板を介して直流電圧を印加するとともに、前記アノードに直流電圧を、前記フィラメントに交流電圧をそれぞれ印加して、前記真空槽内にプラズマを発生させることを特徴とするガイドブッシュの内周面に硬質カーボン膜を形成する方法。
19. 請求項７乃至１０及び１７のいずれか一項に記載のガイドブッシュの内周面に硬質カーボン膜を形成する方法において、
    前記ガイドブッシュに前記電源から前記第１の電極板を介して高周波電力を印加して、前記真空槽内にプラズマを発生させることを特徴とするガイドブッシュの内周面に硬質カーボン膜を形成する方法。
20. 請求項７乃至１０及び１７のいずれか一項に記載のガイドブッシュの内周面に硬質カーボン膜を形成する方法において、
    前記ガイドブッシュに前記電源から前記第１の電極板を介して直流電圧を印加して、前記真空槽内にプラズマを発生させることを特徴とするガイドブッシュの内周面に硬質カーボン膜を形成する方法。

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