JP5808198B2 - スプラインシャフトのｄｌｃ被膜の形成方法 - Google Patents

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Description

本発明は、熱陰極ＰＩＧプラズマＣＶＤ装置によってスプラインシャフトの雄スプライン部にＤＬＣ被膜を形成する方法に関するものである。
例えば、車両のプロペラシャフトなどにおいて、軸方向に摺動可能とするために２つのシャフトをスプライン嵌合させている。そして、スプライン部には、摺動性および耐摩耗性が要求される。そこで、スプライン部には、ＤＬＣ（Diamond Like Carbon）被膜を形成することが知られている（特許文献１参照）。
また、ＤＬＣ被膜の形成方法として、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、ＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法、イオン蒸着法などが知られている。ＣＶＤ法の中には、熱陰極ＰＩＧ（Penning Ionization Gauge）型プラズマ源を用いて行う熱陰極ＰＩＧプラズマＣＶＤ法がある（特許文献２参照）。
特開2011-122663号公報 特開2006-169589号公報
ところで、一般に、装置内に複数のスプラインシャフトを配置し、複数のスプラインシャフトの雄スプライン部に対して同時にＤＬＣ被膜を形成する。そして、複数の雄スプライン部の性能の個体差を低減するために、それぞれの雄スプライン部に形成されるＤＬＣ被膜の膜厚のばらつきを小さくすることが望まれる。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、熱陰極ＰＩＧプラズマＣＶＤ法によって雄スプライン部にＤＬＣ被膜を形成する場合に、ＤＬＣ被膜の膜厚のばらつきを小さくすることができるスプラインシャフトのＤＬＣ被膜の形成方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明者らは鋭意研究を重ね、熱陰極ＰＩＧプラズマＣＶＤ法とＤＬＣ被膜の膜厚の関係を見出し、本発明をなすに至った。
（請求項１）本発明に係るスプラインシャフトのＤＬＣ被膜の形成方法は、熱陰極ＰＩＧプラズマＣＶＤ装置によってスプラインシャフトの雄スプライン部にＤＬＣ被膜を形成する方法であって、前記熱陰極ＰＩＧプラズマＣＶＤ装置は、前記スプラインシャフトを配置する真空室と、プラズマガン、真空室内に配置された反射電極、前記プラズマガンを囲むように配置された第一コイル、および、前記第一コイルに対向し前記反射電極側に配置された第二コイルを含んで構成され、前記真空室に中央部が膨らんだ柱状のプラズマを形成させる熱陰極ＰＩＧ型プラズマ源と、前記真空室内へ前記ＤＬＣ被膜の材料となる材料ガスを導入する材料ガス導入部と、を備え、前記真空室内において、前記柱状のプラズマの周囲に複数の前記スプラインシャフトを配置すると共に、前記柱延在方向に複数の前記スプラインシャフトを同軸状に並べて配置し、同軸状に並べて配置された複数の前記スプラインシャフトの前記雄スプライン部は、前記プラズマの前記柱延在方向の中央部の軸方向間を有して配置される。
（請求項２）また、前記真空室内にて前記柱延在方向に並べて配置される複数の前記スプラインシャフトは、偶数本としてもよい。
（請求項３）また、前記スプラインシャフトは、前記雄スプライン部と、他部材と連結可能なＵ字形状に形成されると共に前記雄スプライン部と別体にて形成された後に前記雄スプライン部に一体的に接合されるヨーク部とを備え、前記真空室内には、前記スプラインシャフトのうち前記雄スプライン部のみを配置し、前記真空室内にて前記柱延在方向に並べて配置される複数の前記雄スプライン部は、４以上であり、前記柱延在方向の中央部寄りに配置された２つの前記雄スプライン部は、前記柱延在方向の中央部の前記軸方向間を有して配置され、前記柱延在方向の中央部以外に配置された２つの前記雄スプライン部は、隣り合う前記柱延在方向の中央部寄りに配置された前記雄スプライン部と当接した状態で配置されるようにしてもよい。
（請求項４）また、前記スプラインシャフトは、前記雄スプライン部と、前記雄スプライン部に一体的に形成され他部材と連結するＵ字形状のヨーク部とを備え、前記真空室内にて前記柱延在方向に並べて配置される複数の前記スプラインシャフトは、それぞれの前記ヨーク部を向かい合わせて軸方向に重なり合わせるように配置し、同軸状に並べて配置された複数の前記スプラインシャフトの前記雄スプライン部における前記柱延在方向の中央部の前記軸方向間には、それぞれの前記ヨーク部が配置されるようにしてもよい。
（請求項５）また、それぞれの前記ヨーク部を向かい合わせて前記柱延在方向に並べて配置される複数の前記スプラインシャフトを第一群とし、それぞれの前記ヨーク部を外方に向けて前記柱延在方向に並べて配置される複数の前記スプラインシャフトを第二群とし、柱状の前記プラズマの周囲に、前記第一群と前記第二群を周方向に交互に配置するようにしてもよい。
（請求項６）また、前記第一群の前記雄スプライン部と前記第二群の前記雄スプライン部とは、前記柱延在方向に同一位置に配置されるようにしてもよい。
（請求項１）本発明者らは、真空室に形成されるプラズマが中央部の膨らんだ柱状であって、このプラズマの膨らみの大きさとＤＬＣ被膜の膜厚とに相関があることを発見した。具体的には、プラズマの膨らみが大きい位置ほど、ＤＬＣ被膜が厚くなる関係となることが分かった。そこで、本発明は、柱延在方向に並べて配置される複数の雄スプライン部の軸方向間は、プラズマの柱延在方向の中央部に位置するようにしている。つまり、プラズマの柱延在方向の中央部には、雄スプライン部が配置されない。換言すると、プラズマの膨らみが最も大きな中央部を、雄スプライン部のＤＬＣ被膜処理に用いないようにしている。そして、プラズマの中央部以外の部位を用いて、雄スプライン部のＤＬＣ被膜処理を行っている。その結果、雄スプライン部のＤＬＣ被膜の膜厚のばらつきを小さくすることができる。
（請求項２）プラズマの中央部の膨らみが最も大きく、プラズマの両端側ほど膨らみが小さくなっていく。そして、本発明のように、並べて配置される複数のスプラインシャフトを偶数本とすることで、ＤＬＣ被膜の膜厚のばらつきを低減しつつ、プラズマの両端側を有効利用できる。つまり、多くのスプラインシャフトを真空室内に配置して、一度に多数のスプラインシャフトの雄スプライン部のＤＬＣ被膜を形成することができる。
（請求項３）プラズマの柱延在方向の中央部以外に配置された２つのスプラインシャフトの雄スプライン部を当接した状態で配置することで、確実に、多くのスプラインシャフトの雄スプライン部を真空室内に配置することができる。
（請求項４）スプラインシャフトが雄スプライン部とそれに一体的に形成されるヨーク部とを備える場合に、ヨーク部にはＤＬＣ被膜を形成する必要がないため、真空室内においてヨーク部の領域は無駄な領域となる。しかし、並べて配置される複数のスプラインシャフトのそれぞれのヨーク部を向かい合わせて軸方向に重なり合わせるように配置することで、ＤＬＣ被膜を形成する必要のない領域をできる限り狭くすることができる。さらに、プラズマの柱延在方向の中央部に、向かい合うそれぞれのヨーク部の重なり部分を配置することで、複数の雄スプライン部の軸方向間を有効利用できる。このように、真空室内を有効に利用できるため、ＤＬＣ被膜の膜厚のばらつきを低減しつつ、多くのスプラインシャフトを真空室内に配置することができる。
（請求項５）真空室内における周方向に配置する複数のスプラインシャフト全てを、それぞれのヨーク部を向かい合わせて軸方向に重なり合わせるように配置した場合、周方向の隣りにヨーク部同士が当接しないようにするために、周方向の間隔を大きくとる必要がある。しかし、本発明のように、ヨーク部を向かい合わせて配置される第一群と、ヨーク部を外方に向けて配置される第二群とを周方向に交互に配置することで、周方向の間隔を狭くすることができる。つまり、真空室内において周方向により多くのスプラインシャフトを配置することができる。
（請求項６）第一群と第二群とを周方向に交互に配置する場合に、それぞれの雄スプライン部をプラズマの柱延在方向に同一位置に配置することで、第一群の雄スプライン部におけるＤＬＣ被膜の膜厚と、第二群の雄スプライン部におけるＤＬＣ被膜の膜厚とのばらつきを小さくできる。
本発明のスプラインシャフトとしての第一シャフトを含むプロペラシャフトの全体構成であり、一部を断面図で表す図である。 図１のプロペラシャフトを構成する第一シャフトを示す図である。 摩擦圧接により一体化される前における図２の第一シャフトを形成する二部材を示す図である。 図３に示す第一シャフトの雄スプライン部の表面側の断面図である。 第一実施形態：図３に示す雄スプライン部に表面処理を行うための熱陰極ＰＩＧプラズマ装置を示す図である。 図５のＡ−Ａ断面図であり、熱陰極ＰＩＧプラズマ装置の径方向断面図である。 図５に示す装置を用いて、図３に示す雄スプライン部の表面処理方法を示すフローチャートである。 図５に示す装置における軸方向位置と雄スプライン部におけるＤＬＣ被膜の膜厚との関係を示すグラフである。 第二実施形態：図２に示す一体的な第一シャフトを収容して雄スプライン部に表面処理を行うための熱陰極ＰＩＧプラズマ装置を示す図である。 図９のＢ−Ｂ断面図であり、熱陰極ＰＩＧプラズマ装置の径方向断面図である。 図９，１０に示す装置の真空室内に配置された複数の第一シャフトを周方向に展開した状態の配置図である。 図９に示す装置における軸方向位置と雄スプライン部におけるＤＬＣ被膜の膜厚との関係を示すグラフである。
＜第一実施形態＞
（プロペラシャフトの構成）
本発明のスプラインシャフトとして、車両のプロペラシャフトの第一シャフトを例に挙げて説明する。プロペラシャフトの構成について、図１〜図４を参照して説明する。プロペラシャフト１は、エンジンからディファレンシャル装置へ動力を伝達するためのシャフトである。このプロペラシャフト１には、駆動方式によって異なるが、フロントプロペラシャフトとリアプロペラシャフトがある。これらは、何れも、エンジンとディファレンシャル装置との間を連結しており、車両前後方向に延びるように配置されている。
図１に示すように、プロペラシャフト１は、第一シャフト１０と、第一シャフト１０に対して軸方向に摺動可能に配置された第二シャフト２０とを備えている。第一シャフト１０は、例えば、エンジン側の部材３０に連結されており、第二シャフト２０は、ディファレンシャル装置側の部材４０に連結されている。
第一シャフト１０は、図１および図２に示すように、第一ヨーク部１１と、雄スプライン部１６とを備えている。第一ヨーク部１１は、他部材３０に対して角度を付与した状態で連結されるユニバーサルジョイントの一部を構成する。この第一ヨーク部１１は、先端側（図２の左側）に開口するＵ字形状に形成されている。雄スプライン部１６は、筒状に形成されており、第一ヨーク部１１のＵ字形状の底部に一体的に接合され、第一ヨーク部１１と同軸状に配置されている。
第二シャフト２０は、第二ヨーク部２１と、雌スプライン部２２と、中間筒部２３とにより構成され、それぞれ別体に形成された後に摩擦圧接によって一体的に接合されている。第二シャフト２０の第二ヨーク部２１は、他部材４０に対して角度を付与した状態で連結されるユニバーサルジョイントの一部を構成する。この第二ヨーク部２１は、先端側（図１の右側）に開口するＵ字形状に形成されている。第二シャフト２０の雌スプライン部２２は、第一シャフト１０の雄スプライン部１６にスプライン嵌合し、相対的に軸方向に摺動可能である。中間筒部２３は、第二ヨーク部２１および雌スプライン部２２に同軸状に、一体的に接合されている。
また、本実施形態においては、図２および図３に示すように、第一シャフト１０は、第一ヨーク部１１と雄スプライン部１６とを別体にて形成した後に、摩擦圧接によって両部材を一体的に接合することにより形成されている。そして、第一シャフト１０の雄スプライン部１６には、摺動性および耐摩耗性を向上するために、表面処理が施されている。図４に示すように、雄スプライン部１６は、鉄を主成分とする基材１６ａの表面側に、クロムを主成分とする中間層被膜１６ｂを形成し、その表面側にＤＬＣ被膜１６ｃを形成している。中間層被膜１６ｂは、ＰＶＤ法、特にスパッタリング法によって形成され、ＤＬＣ被膜１６ｃは、熱陰極ＰＩＧプラズマＣＶＤ法によって形成される。この表面側のＤＬＣ被膜１６ｃは、Ｓｉの含有量が表面に近づくに従って低くなる傾斜組成を有する。
（熱陰極ＰＩＧプラズマ装置の構成）
次に、第一シャフト１０の雄スプライン部１６の表面処理を施す熱陰極ＰＩＧプラズマ装置５０について、図５および図６を参照して説明する。熱陰極ＰＩＧプラズマ装置は、熱陰極ＰＩＧプラズマを発生させた状態で、雄スプライン部１６の基材１６ａの表面側に、ＰＶＤ法によって中間層被膜１６ｂを形成すると共に、ＣＶＤ法によってＤＬＣ被膜１６ｃを形成する装置である。
図５および図６に示すように、当該装置５０は、真空室６０と、熱陰極ＰＩＧ型プラズマ源７０と、支持装置１１０と、材料ガス導入部１２０と、スパッタ源１３０と、ヒータ１４０とを備えて構成される。
真空室６０は、耐食性および耐熱性の高い金属、例えばステンレスにより円筒形状に形成され、壁部は接地電位（ＧＮＤ）に接続されている。真空室６０には、中心軸から離れた位置、図５においては周壁面に、排気口６１が形成されている。また、真空室６０の中心軸方向一方の端壁面（図５の上端壁面）には、プラズマを供給する開口部６２が形成されている。この真空室６０には、表面処理を施す対象物である雄スプライン部１６が複数配置されている。
熱陰極ＰＩＧ型プラズマ源７０は、真空室６０に中央部が膨らんだ柱状のプラズマ７０ａを形成させる。この熱陰極ＰＩＧ型プラズマ源７０は、プラズマガン８０、反射電極９１、第一コイル９２、第二コイル９３を備えて構成される。
プラズマガン８０は、真空室６０のうち開口部６２の外部に配置されている。プラズマガン８０は、筐体８１と、絶縁体８２と、熱陰極８３と、陽極８４と、電子注入電極８５と、ガスノズル８６とにより構成される。筐体８１は、例えばステンレスにより円筒形状に形成され、真空室６０の開口部６２を被覆するように設けられている。この筐体８１と真空室６０の端壁面との間には、フッ素樹脂やアルミナ等の絶縁体８２を介在させている。
熱陰極８３、陽極８４および電子注入電極８５は、筐体８１の内部に配位置されている。熱陰極８３は、例えば、タングステン製フィラメントで構成されており、筐体８１のうち開口部６２から最も遠い位置（図５の上端側）に配置されている。熱陰極８３は、直流電源１０１に接続されており、直流電源１０１から直流電力（カソード電力とも称する）を供給されることにより加熱される。そして、熱陰極８３は、熱電子が放出される温度に加熱されることによって、熱電子を放出する。
陽極８４は、モリブデン製の扁平な環状体に形成され、中空部を開口部６２に対向するように、熱陰極８３と開口部６２との間に配置されている。陽極８４には、アノード電源１０２によって熱陰極８３に対して正の電圧が印加される。電子注入電極８５は、陽極８４と同様に形成され、電子注入電源１０３を介して熱陰極８３に接続されるとともに、接地されている。また、熱陰極８３、陽極８４および電子注入電極８５は、プラズマガン８０の筐体８１に対して浮遊している。
ガスノズル８６は、外部から筐体８１の内部に、放電用ガス、例えばアルゴンガスおよび水素ガスを導入する。つまり、熱陰極８３、陽極８４および電子注入電極８５に通電して、ガスノズル８６から放電用ガスを導入することによって、筐体８１内にプラズマが発生する。
反射電極９１は、スチール製またはステンレス製からなり、プラズマガン８０に対向するように、真空室６０内に配置されている。この反射電極９１は、プラズマガン８０から真空室６０内に供給されるプラズマ７０ａの粒子をプラズマガン８０側へ向けて反射する。この反射電極９１は、絶縁電位とされている。
第一コイル９２は、プラズマガン８０の筐体８１の周囲を囲むように、かつ、真空室６０の一方の端壁面（図５の上側面）の外面に対向するように配置される。この第一コイル９２は、直流電流を供給されることによって、プラズマガン８０の筐体８１内の放電を助勢する磁場を発生する。第二コイル９３は、第一コイル９２に対向し、真空室６０の他方の端壁面（図５の下側面）の外面に対向するように配置される。つまり、第二コイル９３は、反射電極９１側に配置される。この第二コイル９３は、直流電流を供給されることによって、真空室６０内にプラズマ７０ａを柱状（ビーム状）に閉じ込めるための磁場を発生する。つまり、プラズマ７０ａは、開口部６２と反射電極９１を両端とする柱状であって、柱延在方向の中央部が膨らんだ形状となる。
支持装置１１０は、真空室６０内の他方の端壁面側（図５の下側）に設けられており、プラズマ７０ａの周囲に複数の雄スプライン部１６を支持することができる。図５および図６に示すように、支持装置１１０は、第一回転台１１１、第二回転台１１２、モータ１１３、支柱１１４、および、パルス電源装置１１５を備える。第一回転台１１１は、円盤状に形成され、真空室６０の壁面に対して回転可能に設けられている。この第一回転台１１１は、モータ１１３によって回転駆動される。第二回転台１１２は、第一回転台１１１上に周方向に複数設けられ、第一回転台１１１に対して回転可能に設けられている。第二回転台１１２は、歯車機構によって第一回転台１１１の回転に伴って回転する。第二回転台１１２上には、支柱１１４が固定されている。この支柱１１４は、複数の雄スプライン部１６を挿通することができる。つまり、モータ１１３を駆動することによって、雄スプライン部１６が第一回転台１１１の中心回りに公転しつつ、支柱１１４の中心回りに自転する。
さらに、真空室６０の外部には、バイアス電圧としての非対称パルス電圧を第一回転台１１１、第二回転台１１２、支柱１１４を介して、雄スプライン部１６に印加するパルス電源装置１１５が設けられている。
材料ガス導入部１２０は、周壁面に設けられ、外部から真空室６０に、雄スプライン部１６の表面にＤＬＣ被膜を形成するための材料ガスとしてのＴＭＳ（テトラメチルシラン）ガスおよびアセチレンガスを導入する。スパッタ源１３０は、真空室６０内のうち外周壁の近傍に配置され、当該スパッタ源１３０のターゲットはクロムを主成分とする材料により形成されている。ヒータ１４０は、真空室６０内のうち外周壁の近傍に配置され、被処理物としての雄スプライン部１６を加熱するために用いられる。
（真空室内における雄スプライン部の配置）
次に、真空室６０内において、複数の雄スプライン部１６の配置について、図５および図６を参照して説明する。それぞれの支柱１１４に、４つの雄スプライン部１６を挿通させる。つまり、真空室６０内において、プラズマ７０ａの周囲に複数の雄スプライン部１６を配置すると共に、プラズマ７０ａの柱延在方向に複数列の雄スプライン部を同軸状に並べて配置している。
具体的には、以下のようにして、真空室６０内に複数の雄スプライン部１６を配置する。まず、それぞれの支柱１１４に、第一列の雄スプライン部１６を、雄スプライン部１６における第一ヨーク部１１との接合側の面から挿入する。続いて、支柱１１４に、第二列の雄スプライン部１６を、雄スプライン部１６における第一ヨーク部１１との接合とは反対側の面から挿入する。このとき、第一列の雄スプライン部１６と第二列の雄スプライン部１６とは、第一ヨーク部１１とは反対側の面同士が当接している。
第二列の雄スプライン部１６の次には、円筒形状の間座部材１５０を支柱１１４に挿入する。次に、支柱１１４に、第三列の雄スプライン部１６を、雄スプライン部１６における第一ヨーク部１１との接合側の面から挿入する。続いて、支柱１１４に、第四列の雄スプライン部１６を、雄スプライン部１６における第一ヨーク部１１との接合とは反対側の面から挿入する。このとき、第三列の雄スプライン部１６と第四列の雄スプライン部１６とは、第一ヨーク部１１とは反対側の面同士が当接している。
従って、４列の雄スプライン部１６が同軸状に並べて配置されており、中央寄りの第二列と第三列の雄スプライン部１６の間に軸方向隙間が形成されるように配置されている。そして、間座部材１５０を挟んで、二列ずつの雄スプライン部１６が配置されているため、間座部材１５０が配置されている雄スプライン部１６の軸方向隙間は、プラズマ７０ａの柱延在方向の中央部に位置することになる。つまり、プラズマ７０ａの中央部の最も膨らんでいる部分の外周側には、間座部材１５０が配置されており、雄スプライン部１６が配置されていない。
（雄スプライン部の表面処理方法）
次に、雄スプライン部１６の表面処理方法について図７のフローチャートを参照して説明する。まず、モータ１１３を駆動すると共に、ヒータ１４０に通電して、被処理物としての雄スプライン部１６を加熱する。これによって、雄スプライン部１６の脱ガス処理を行う（Ｓ１）。
続いて、ヒータ１４０への通電を停止し、放電洗浄処理を行う（Ｓ２）。放電洗浄処理は、プラズマガン８０の筐体８１に、ガスノズル８６によりアルゴンガスおよび水素ガスを導入する。さらに、熱陰極８３、陽極８４、電子注入電極８５、第一コイル９２および第二コイル９３に通電する。そうすると、熱陰極８３が加熱されて熱電子を放出し、熱電子は陽極８４に向かって加速される。加速された熱電子は、アルゴンガスの粒子および水素ガスの粒子に衝突して、当該衝突によってアルゴンガスの粒子および水素ガスの粒子が電離して、筐体８１内にてプラズマが発生する。
筐体８１にて発生したプラズマは、開口部６２から真空室６０に供給され、反射電極９１に向かって移動する。しかし、反射電極９１は絶縁電位とされているので、プラズマ内の電子は、反射電極９１にて反射してプラズマガン８０に向かって移動する。ところが、プラズマガン８０の筐体８１も絶縁電位とされているので、真空室６０内にて、プラズマ内の電子は、プラズマガン８０と反射電極９１との間で電界振動する。さらに、第一コイル９２および第二コイル９３によって、プラズマ７０ａを柱状に閉じ込めるように磁場が作用しているため、中央部が膨らんだ柱状のプラズマ７０ａが、真空室６０内に発生する。
さらに、パルス電源装置１１５により、雄スプライン部１６にバイアス電圧を印加する。従って、雄スプライン部１６の表面に、プラズマ７０ａのアルゴンイオンおよび水素イオンが衝突する。これによって、雄スプライン部１６の表面が洗浄される。洗浄が終了すると、水素ガスの導入が停止される。
続いて、ＰＶＤ法のうちスパッタリング法により、中間層被膜１６ｂを形成する（Ｓ３）。スパッタ源１３０のターゲットに通電する。そうすると、ターゲットの表面にアルゴンイオンが衝突することによって、ターゲットからクロム粒子が叩き出される。このクロム粒子が雄スプライン部１６の表面に衝突して、堆積する。このようにして、雄スプライン部１６の基材１６ａの表面に、クロムを主成分とする中間層被膜１６ｂが形成される。そして、スパッタ源１３０のターゲットへの通電が停止される。
続いて、熱陰極ＰＩＧプラズマＣＶＤ法により、ＤＬＣ被膜１６ｃを形成する（Ｓ４）。真空室６０内に、ＴＭＳガスおよびアセチレンガスを、材料ガス導入部１２０により導入する。そうすると、真空室６０において、プラズマ７０ａの作用によって、ＴＭＳガスおよびアセチレンガスが電離され、プラズマ化される。そして、プラズマ化されたＴＭＳガスおよびアセチレンガスは、雄スプライン部１６の表面において化学反応を起こし、Ｓｉ含有のＤＬＣ被膜１６ｃが形成される。
（雄スプライン部におけるＤＬＣ被膜の膜厚）
次に、同一の支柱１１４に並べて配置された第一列から第四列の雄スプライン部１６のＤＬＣ被膜１６ｃの膜厚について、図８を参照して説明する。図８において、縦軸を真空室６０における軸方向（図５の上下方向）の位置とし、横軸を雄スプライン部１６のＤＬＣ被膜１６ｃの膜厚とする。
図８に示すように、真空室６０に形成されるプラズマ７０ａが中央部の膨らんだ柱状の場合には、このプラズマ７０ａの膨らみの大きさとＤＬＣ被膜１６ｃの膜厚とに相関があることが分かった。具体的には、プラズマ７０ａの膨らみが大きい位置ほど、ＤＬＣ被膜１６ｃが厚くなる関係となることが分かった。つまり、プラズマ７０ａの柱延在方向の中央が、最も膜厚が大きくなり、柱延在方向の端部に行くに従って膜厚が小さくなる。
ここで、上述したように、真空室６０に第一列から第四列の雄スプライン部１６を配置している。つまり、第一列の雄スプライン部１６のうち雄スプラインが形成されている範囲は、Ｙ１からＹ２の範囲に位置している。第二列の雄スプライン部１６のうち雄スプラインが形成されている範囲は、Ｙ２からＹ３の範囲に位置している。第三列の雄スプライン部１６のうち雄スプラインが形成されている範囲は、Ｙ４からＹ５の範囲に位置している。第四列の雄スプライン部１６のうち雄スプラインが形成されている範囲は、Ｙ５からＹ６の範囲に位置している。そして、間座部材１５０は、Ｙ３からＹ４の範囲、すなわち、プラズマ７０ａの柱延在方向の中央部に位置している。
従って、第一列と第二列の雄スプライン部１６のＤＬＣ被膜１６ｃの膜厚は、Ｔ１からＴ２の範囲となる。また、第三列と第四列の雄スプライン部１６のＤＬＣ被膜１６ｃの膜厚も、同様に、Ｔ１からＴ２の範囲となる。Ｔ１は、必要な最小の膜厚であるＶ１以上であり、Ｔ２は、必要な最大の膜厚であるＶ２以下である。そして、仮に雄スプライン部１６を配置してＤＬＣ被膜１６ｃを形成した場合にＤＬＣ被膜１６ｃの膜厚が最も大きくなる範囲には、雄スプライン部１６が位置していない。このＤＬＣ被膜１６ｃの膜厚の最も大きい部分とその近傍の膜厚は、必要な最大の膜厚であるＶ２よりも大きくなっている。従って、同時にＤＬＣ被膜１６ｃを形成する雄スプライン部１６において、ＤＬＣ被膜１６ｃの膜厚のばらつきを小さくできる。
なお、本実施形態は、説明を容易にするために、Ｙ１における膜厚とＹ６における膜厚とはともにＴ１となっているとともに、Ｙ３における膜厚とＹ４における膜厚とはともにＴ２となっているが、それぞれ異なっていてもよく、通常、異なる値となる。Ｙ１における膜厚とＹ６における膜厚とが必要な最小の膜厚であるＶ１以上であり、Ｙ３における膜厚とＹ４における膜厚とが必要な最大の膜厚であるＶ２以下であればよい。つまり、第一列、第二列、第三列、および、第四列の雄スプライン部１６のＤＬＣ被膜１６ｃの膜厚は、必要な最小の膜厚であるＶ１以上となっていて、かつ、必要な最大の膜厚であるＶ２以下となっている。
また、支柱１１４に偶数本の雄スプライン部１６を挿入しており、間座部材１５０の両側に同数の雄スプライン部１６を配置している。従って、ＤＬＣ被膜１６ｃの膜厚のばらつきを低減しつつ、プラズマ７０ａの両端側を有効利用できる。つまり、多くの雄スプライン部１６を真空室６０内に配置して、一度に多数の雄スプライン部１６のＤＬＣ被膜１６ｃを形成することができる。
特に、第一シャフト１０を第一ヨーク部１１と雄スプライン部１６とに分離した状態とし、雄スプライン部１６のみを真空室６０内に配置することで、多数の雄スプライン部１６を真空室６０に配置することができる。さらに、プラズマ７０ａの柱延在方向の中央部以外に配置された２つの雄スプライン部１６を当接した状態で配置することにより、より多くの雄スプライン部１６を確実に真空室６０に配置することができる。
なお、上記実施形態において、それぞれの支柱１１４に４本の雄スプライン部１６を挿入したが、２本の雄スプライン部１６を挿入するようにしてもよいし、６本以上の偶数本の雄スプライン部１６を挿入するようにしてもよい。
＜第二実施形態＞
第二実施形態におけるＤＬＣ被膜１６ｃの形成方法について説明する。本実施形態においては、真空室６０内に配置する被処理物は、図２に示す第一シャフト１０である。つまり、第一ヨーク部１１と雄スプライン部１６とが一体的に形成されている第一シャフト１０を、真空室６０内に配置する。
図９に示すように、一つの支柱１１４には、２本の第一シャフト１０を挿入する。ここで、２本の第一シャフト１０の挿入方法によって、第一群Ａ１の２本の第一シャフト１０と、第二群Ａ２の２本の第一シャフト１０と区別する。
第一群Ａ１としての２本の第一シャフト１０は、それぞれの第一ヨーク部１１を向かい合わせて軸方向に重なり合わせるようにプラズマ７０ａの柱延在方向に並べて配置されている。具体的には、それぞれの第一ヨーク部１１が相互に９０度軸回りにずれた状態、すなわちユニバーサルジョイントの両ヨーク部が配置されるような状態にしている。つまり、第一群Ａ１の２本の第一シャフト１０の雄スプライン部１６の軸方向間には、それぞれの第一ヨーク部１１が配置されている。ただし、支柱１１４には、最初に間座部材２００が挿入され、その後に２本の第一シャフト１０が挿入されている。そして、それぞれの雄スプライン部１６の軸方向間が、プラズマ７０ａの柱延在方向の中央部に位置するように、間座部材２００の長さが調整されている。そして、第一群Ａ１は、周方向に一つおきの第二回転台１１２に配置されている。
また、第二群Ａ２としての２本の第一シャフト１０は、それぞれの第一ヨーク部１１を外方に向けてプラズマ７０ａの柱延在方向に並べて配置されている。そして、第二群Ａ２の２本の第一シャフト１０の軸方向間には、間座部材２１０が配置されている。この間座部材２１０の軸方向長さは、第一群Ａ１の雄スプライン部１６と第二群Ａ２の雄スプライン部１６とが、プラズマ７０ａの柱延在方向に同一位置に配置されるように設定されている。つまり、間座部材２１０の軸方向中央が、プラズマ７０ａの柱延在方向の中央部に位置する。そして、第二群Ａ２は、周方向に一つおきの第二回転台１１２に配置されている。つまり、図１０に示すように、プラズマ７０ａの周囲に、第一群Ａ１と第二群Ａ２を周方向に交互に配置している。
また、真空室６０内において、それぞれの第一ヨーク部１１は、表面処理を施されないようにマスク部材２２０により被覆されている。図９および図１１においては、マスク部材２２０は、二点差線にて示す。
次に、同一の支柱１１４に並べて配置された２本の第一シャフト１０の雄スプライン部１６のＤＬＣ被膜１６ｃの膜厚について、図１２を参照して説明する。図１２において、縦軸を真空室６０における軸方向（図９の上下方向）の位置とし、横軸を雄スプライン部１６のＤＬＣ被膜１６ｃの膜厚とする。
図１２に示すように、第一列の雄スプライン部１６のうち雄スプラインが形成されている範囲は、Ｙ１１からＹ１２の範囲に位置している。第二列の雄スプライン部１６のうち雄スプラインが形成されている範囲は、Ｙ１３からＹ１４の範囲に位置している。そして、第一群Ａ１の２本の第一シャフト１０の雄スプライン部１６の軸方向間に位置する第一ヨーク部１１は、Ｙ１２からＹ１３の範囲内、すなわち、プラズマ７０ａの柱延在方向の中央部に位置している。また、第二群Ａ２の２本の第一シャフト１０の軸方向間に配置された間座部材２１０は、Ｙ１２からＹ１３の範囲内に位置している。
従って、２本の第一シャフト１０の雄スプライン部１６のＤＬＣ被膜１６ｃの膜厚は、Ｔ１１からＴ１２の範囲となる。Ｔ１１は、必要な最小の膜厚であるＶ１１以上であり、Ｔ１２は、必要な最大の膜厚であるＶ１２以下である。そして、仮に雄スプライン部１６を配置してＤＬＣ被膜１６ｃを形成した場合にＤＬＣ被膜１６ｃの膜厚が最も大きくなる範囲には、雄スプライン部１６が位置していない。このＤＬＣ被膜１６ｃの膜厚の最も大きい部分とその近傍の膜厚は、必要な最大の膜厚であるＶ１２よりも大きくなっている。従って、同時にＤＬＣ被膜１６ｃを形成する雄スプライン部１６において、ＤＬＣ被膜１６ｃの膜厚のばらつきを小さくできる。
なお、本実施形態は、説明を容易にするために、Ｙ１１における膜厚とＹ１４における膜厚とはともにＴ１１となっているとともに、Ｙ１２における膜厚とＹ１３における膜厚とはともにＴ１２となっているが、それぞれ異なっていてもよく、通常、異なる値となる。Ｙ１１における膜厚とＹ１４における膜厚とが必要な最小の膜厚であるＶ１１以上であり、Ｙ１２における膜厚とＹ１３における膜厚とが必要な最大の膜厚であるＶ１２以下であればよい。つまり、第一群Ａ１の第一列および第二列、並びに、第二群Ａ２の第一列および第二列の雄スプライン部１６のＤＬＣ被膜１６ｃの膜厚は、必要な最小の膜厚であるＶ１１以上となっていて、かつ、必要な最大の膜厚であるＶ１２以下となっている。
ここで、第一ヨーク部１１にはＤＬＣ被膜を形成する必要がないため、真空室６０内において第一ヨーク部１１の領域は無駄な領域となる。しかし、並べて配置される複数の第一シャフト１０のそれぞれの第一ヨーク部１１を向かい合わせて軸方向に重なり合わせるように配置することで、ＤＬＣ被膜を形成する必要のない領域をできる限り狭くすることができる。さらに、プラズマ７０ａの柱延在方向の中央部に、向かい合うそれぞれの第一ヨーク部１１の重なり部分を配置することで、複数の雄スプライン部１６の軸方向間を有効利用できる。このように、真空室６０内を有効に利用できるため、ＤＬＣ被膜１６ｃの膜厚のばらつきを低減しつつ、多くの第一シャフト１０を真空室内に配置することができる。
さらに、第一群Ａ１の２本の第一シャフト１０の周方向の隣りの２本の第一シャフト１０を、第二群Ａ２とすることで、第一ヨーク部１１同士が周方向に当接しないようにすることができる。つまり、第一群Ａ１と第二群Ａ２とを周方向に交互に配置することで、第一群Ａ１と第二群Ａ２との周方向の間隔を狭くすることができる。つまり、真空室６０内において周方向により多くの第一シャフト１０を配置することができる。
１：プロペラシャフト、 １０：第一シャフト、 １１：第一ヨーク部、 １６：雄スプライン部、 １６ａ：基材、 １６ｂ：中間層被膜、 １６ｃ：被膜、 ５０：熱陰極ＰＩＧプラズマ装置、 ６０：真空室、 ７０：熱陰極ＰＩＧ型プラズマ源、 ７０ａ：プラズマ、 ８０：プラズマガン、 ８３：熱陰極、 ８４：陽極、 ９１：反射電極、 ９２：第一コイル、 ９３：第二コイル、 １２０：材料ガス導入部、 Ａ１：第一群の２本の第一シャフト、 Ａ２：第二群の２本の第一シャフト

Claims (6)

  1. 熱陰極ＰＩＧプラズマＣＶＤ装置によってスプラインシャフトの雄スプライン部にＤＬＣ被膜を形成する方法であって、
    前記熱陰極ＰＩＧプラズマＣＶＤ装置は、
    前記スプラインシャフトを配置する真空室と、
    プラズマガン、真空室内に配置された反射電極、前記プラズマガンを囲むように配置された第一コイル、および、前記第一コイルに対向し前記反射電極側に配置された第二コイルを含んで構成され、前記真空室に中央部が膨らんだ柱状のプラズマを形成させる熱陰極ＰＩＧ型プラズマ源と、
    前記真空室内へ前記ＤＬＣ被膜の材料となる材料ガスを導入する材料ガス導入部と、
    を備え、
    前記真空室内において、前記柱状のプラズマの周囲に複数の前記スプラインシャフトを配置すると共に、前記柱延在方向に複数の前記スプラインシャフトを同軸状に並べて配置し、
    同軸状に並べて配置された複数の前記スプラインシャフトの前記雄スプライン部は、前記プラズマの前記柱延在方向の中央部の軸方向間を有して配置されるスプラインシャフトのＤＬＣ被膜の形成方法。
  2. 請求項１において、
    前記真空室内にて前記柱延在方向に並べて配置される複数の前記スプラインシャフトは、偶数本であるスプラインシャフトのＤＬＣ被膜の形成方法。
  3. 請求項２において、
    前記スプラインシャフトは、前記雄スプライン部と、他部材と連結可能なＵ字形状に形成されると共に前記雄スプライン部と別体にて形成された後に前記雄スプライン部に一体的に接合されるヨーク部とを備え、
    前記真空室内には、前記スプラインシャフトのうち前記雄スプライン部のみを配置し、
    前記真空室内にて前記柱延在方向に並べて配置される複数の前記雄スプライン部は、４以上であり、
    前記柱延在方向の中央部寄りに配置された２つの前記雄スプライン部は、前記柱延在方向の中央部の前記軸方向間を有して配置され、
    前記柱延在方向の中央部以外に配置された２つの前記雄スプライン部は、隣り合う前記柱延在方向の中央部寄りに配置された前記雄スプライン部と当接した状態で配置されるスプラインシャフトのＤＬＣ被膜の形成方法。
  4. 請求項１または２において、
    前記スプラインシャフトは、前記雄スプライン部と、前記雄スプライン部に一体的に形成され他部材と連結するＵ字形状のヨーク部とを備え、
    前記真空室内にて前記柱延在方向に並べて配置される複数の前記スプラインシャフトは、それぞれの前記ヨーク部を向かい合わせて軸方向に重なり合わせるように配置し、
    同軸状に並べて配置された複数の前記スプラインシャフトの前記雄スプライン部における前記柱延在方向の中央部の前記軸方向間には、それぞれの前記ヨーク部が配置されるスプラインシャフトのＤＬＣ被膜の形成方法。
  5. 請求項４において、
    それぞれの前記ヨーク部を向かい合わせて前記柱延在方向に並べて配置される複数の前記スプラインシャフトを第一群とし、
    それぞれの前記ヨーク部を外方に向けて前記柱延在方向に並べて配置される複数の前記スプラインシャフトを第二群とし、
    柱状の前記プラズマの周囲に、前記第一群と前記第二群を周方向に交互に配置するスプラインシャフトのＤＬＣ被膜の形成方法。
  6. 請求項５において、
    前記第一群の前記雄スプライン部と前記第二群の前記雄スプライン部とは、前記柱延在方向に同一位置に配置されるスプラインシャフトのＤＬＣ被膜の形成方法。
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