DE19735962A1

DE19735962A1 - Führungsbuchse und Verfahren des Bildens eines harten Kohlenstoffilms auf der inneren Oberfläche der Führungsbuchse

Info

Publication number: DE19735962A1
Application number: DE19735962A
Authority: DE
Inventors: Ryota Koike; Yukio Miya; Osamu Sugiyama; Takashi Toida; Toshiichi Sekine
Original assignee: Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 1996-08-19
Filing date: 1997-08-19
Publication date: 1998-03-19
Also published as: US6096390A; CN1065573C; CN1175489A; US5941647A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Führungsbuchse, die derart in einer automa tischen Drehmaschine montiert ist, daß sie ein stabähnliches Werkstück zum Dre hen und axialen Verschieben an einer Position nahe an einem Schneidewerkzeug (Abschneider) stützt, und ein Verfahren des Bildens eines harten Kohlenstoffilms auf der inneren Oberfläche der Führungsbuchse, die in gleitenden Kontakt mit dem Werkstück sein soll.

Führungsbuchsen, die an dem Ständer einer automatischen Drehmaschine derart montiert sind, daß sie stabähnliche Werkstücke zum Drehen an einer Position nahe an einem Schneidwerkzeug halten, sind in Drehführungsbuchsen und stationäre Führungsbuchsen eingeteilt. Eine Drehführungsbuchse dreht sich zusammen mit einem Werkstück und hält das Werkstück zum axialen Gleiten. Eine stationäre Füh rungsbuchse bleibt stationär und hält ein Werkstück zum Drehen und axialen Glei ten.

Eine Führungsbuchse von jedem der beiden Typen weist einen Abschnitt mit einer sich verjüngenden äußeren Oberfläche, die mit Schlitzen derart vorgesehen ist, daß derselbe Abschnitt elastisch gemacht wird, einen mit einem Gewinde versehe nen Abschnitt zum Halten der Führungsbuchse an dem Ständer und eine innere Oberfläche zum Halten eines Werkstückes auf. Die innere Oberfläche, die immer in gleitendem Kontakt mit einem Werkstück ist, ist anfällig abgenutzt zu werden und speziell die innere Oberfläche einer stationären Führungsbuchse wird schnell ab genutzt.

Eine in der JP-A Nr. 4-141303 vorgeschlagene Führungsbuchse weist eine innere Oberfläche auf, die in gleitendem Kontakt mit einem Werkstück ist, das auf der in neren Oberfläche gleitet und sich dreht. Auf der inneren Oberfläche ist ein Sinter karbid (sehr harte Legierungsbuchse) oder ein keramisches Material durch Hartlö ten oder ähnlichem angebracht.

Wenn auf der inneren Oberfläche einer Führungsbuchse ein Sinterkarbid oder ein keramisches Material angebracht ist, das ausgezeichnet in Intensität bzw. Stärke und Wärmebeständigkeit ist, kann die Abnutzung der inneren Oberfläche der Füh rungsbuchse zu einem gewissen Ausmaß verringert werden.

Wenn jedoch das Werkstück einer starken Bearbeitung, bei der die Schnittiefe groß ist und die Schnittgeschwindigkeit hoch ist, in der automatischen Drehmaschine ausgesetzt ist, wird das Werkstück beschädigt oder ein Festfressen (Blockieren) tritt aufgrund einer Abnahme des diametralen Spiels zwischen der Führungsbuchse und dem Werkstück auf, sogar wenn auf der inneren Oberfläche der Führungs buchse ein Sinterkarbid oder ein keramisches Material angebracht ist, da das Sin terkarbid und das keramische Material einen vergleichsweise hohen Reibungskoef fizienten und eine niedrige thermische Leitfähigkeit aufweisen. Daher ist es schwierig, die Schnittiefe und Schnittgeschwindigkeit zu erhöhen.

Die stationäre Führungsbuchse weist die Vorteile auf, daß ein Werkstück genau in einer großen Rundheit bearbeitet werden kann, da das Werkstück so gehalten werden kann, daß seine Achse nicht weg läuft, daß weniger Lärm erzeugt wird und daß die automatische Drehmaschine aus einer einfachen und kompakten Kon struktion gebildet sein kann.

Die innere Oberfläche der stationären Führungsbuchse wird jedoch viel schneller als die der Drehführungsbuchse abgenutzt, und daher ist es noch schwieriger die Schnittiefe und die Schnittgeschwindigkeit zu erhöhen, wenn die stationäre Füh rungsbuchse verwendet wird.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Führungsbuchse zur Verfügung zu stellen, die in der Lage ist, solche Schwierigkeiten zu lösen, die eine innere Ober fläche mit einer verbesserten Haltbarkeit, die in Kontakt mit einem Werkstück sein soll, aufweist und die in der Lage ist, einer automatischen Drehmaschine zu er möglichen, ein Werkstück mit einer erhöhten Schnittiefe und einer erhöhten Schnittgeschwindigkeit, ohne das Werkstück zu beschädigen oder ein Blockieren zwischen der Führungsbuchse und dem Werkstück zu verursachen, zu verarbeiten.

Weiterhin soll ein Verfahren des effizienten Herstellens einer solchen Führungs buchse vorgesehen werden.

Die Aufgabe wird durch die Führungsbuchse nach Anspruch 1 oder durch das Verfahren des Bildens eines harten Kohlenstoffilms des Anspruchs 5, 6, 7 oder 8 gelöst.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Führungsbuchse ist im wesentlichen in einer zylindrischen Form gebildet und weist eine Mittelbohrung in ihrer axialen Richtung auf. Weiterhin weist sie eine ko nisch, äußere Oberfläche, eine innere Oberfläche, die in gleitendem Kontakt mit einem Werkstück sein soll, und Schlitze, die an einem Ende von ihr vorgesehen sind, auf. Sie hält das in die Mittelbohrung eingefügte Werkstück drehbar und gleit bar in der axialen Richtung nahe einem Schneidwerkzeug, wenn die Führungs buchse in einer automatischen Drehmaschine montiert ist, wobei die innere Ober fläche, die in gleitendem Kontakt mit dem Werkstück ist, mit einem harten Kohlen stoffilm in einer solchen Art beschichtet ist, daß die Dicke des harten Kohlenstof films an einem Abschnitt nahe dem offenen Ende der Führungsbuchse größer ist als die an dem inneren Abschnitt.

Der harte Kohlenstoffilm ist aus einem hydrierten, amorphen Kohlenstoff gebildet, der in seinen Eigenschaften sehr ähnlich zu Diamant ist. Daher wird der hydrierte amorphe Kohlenstoff auch diamantähnlicher Kohlenstoff (DLC) genannt.

Der harte Kohlenstoffilm (DLC-Film) weist eine große Härte (nicht geringer als Vickers 3000 Hv) auf, ist exzellent bei der Verschleißbeständigkeit und Korrosions beständigkeit und weist einen kleinen Reibungskoeffizienten (ungefähr 1/8 von Sinterkarbid) auf.

Die Führungsbuchse mit einer inneren Oberfläche, die in gleitendem Kontakt mit einem Werkstück sein soll und mit einem harten Kohlenstoffilm beschichtet ist, weist eine Verschleißbeständigkeit auf, die besser ist als die einer der Anmelderin bekannten Führungsbuchse, die eine innere Oberfläche aufweist, an der Sinter karbid oder ein keramisches Material angebracht ist.

Folglich kann ein automatischer Drehautomat, der die stationäre Führungsbuchse von Anspruch 1 verwendet, eine schwere Verarbeitung, bei der die Schnittiefe groß ist und die Schnittgeschwindigkeit hoch ist, mit hoher Genauigkeit für eine verlän gerte Zeitdauer, ohne das Werkstück zu beschädigen oder ein Blockieren zu verur sachen, durchführen.

Weiterhin kann, da der harte Kohlenstoffilm in einer solchen Art gebildet ist, daß die Dicke des harten Kohlenstoffilms an dem Abschnitt nahe dem offenen Ende der inneren Oberfläche, bei der häufiger gleitender Kontakt der inneren Oberfläche der Führungsbuchse mit dem Werkstück auftritt und der harte Kohlenstoffilm stark ab genutzt wird, größer ist als die an dem inneren Abschnitt (ein Abschnitt entfernt von dem offenen Ende), die Verschleißbeständigkeit weiter verbessert werden.

Wenn ein harter Kohlenstoffilm auf einer Zwischenschicht, die auf der inneren Oberfläche der Führungsbuchse derart gebildet ist, daß die Haftung verbessert wird, oder auf einer sehr harten Zwischenlage, wie zum Beispiel eine sehr harte Verbindung oder Keramik, und die sehr harte Zwischenlage auf der inneren Ober fläche der Führungsbuchse gebildet ist, gebildet ist, kann die Standfestigkeit weiter verbessert werden.

Ein Verfahren des Bildens eines harten Kohlenstoffilms auf der inneren Oberfläche der Führungsbuchse weist folgende Schritte auf.

Eine Führungsbuchse, auf der der harte Kohlenstoffilm noch nicht gebildet ist, wird in einem Vakuumbehälter, der mit einem Gaseinlaßanschluß und einem Auslaßan schluß vorgesehen ist, plaziert und eine stabähnliche Hilfselektrode, die mit einem gestuften Abschnitt mit einer Spitze, die kleiner ist als ein anderer Abschnitt, in die Mittelbohrung, die die innere Oberfläche der Führungsbuchse bildet, in einer sol chen Art eingeführt, daß die Spitze nahe dem offenen Ende der inneren Oberfläche der Führungsbuchse, die in gleitendem Kontakt mit einem Werkstück sein soll, positioniert wird, und wobei die Hilfselektrode auf einem Massepotential gehalten wird.

Es wird ein Gas, das Kohlenstoff enthält, durch den Gaseinlaßanschluß in den Va kuumbehälter derart eingeführt, daß ein Plasma darin erzeugt wird, nachdem der Vakuumbehälter evakuiert wurde, und ein harter Kohlenstoffilm aus hydriertem amorphen Kohlenstoff wird auf der inneren Oberfläche der Führungsbuchse durch das Plasma-CVD-Verfahren (Plasma-Verfahren des chemischen Abscheidens aus der Gasphase) gebildet.

Somit wird ein harter Kohlenstoffilm fest auf der inneren Oberfläche der Führungs buchse, die in gleitendem Kontakt mit dem Werkstück sein soll, in einer Art gebil det, daß die Filmdicke nahe dem offenen Ende größer ist als die an dem inneren Abschnitt.

Für die Hilfselektrode kann eine stabähnliche Hilfselektrode, die mit einem koni schen Teil an dem Ende vorgesehen ist, in die Mittelbohrung derart eingefügt wer den, daß der Abschnitt des Endes des konischen Teiles nahe dem offenen Ende der inneren Oberfläche der Führungsbuchse angeordnet wird.

Weiterhin kann ein positive Gleichstromspannung an diese Elektroden angelegt werden, anstatt diese auf dem Massepotential zu halten.

Zum Erzeugen eines Plasmas in dem Vakuumbehälter gibt es ein Verfahren des Erzeugens eines Plasmas durch Vorsehen einer Anode und eines Heizdrahtes in dem Vakuumbehälter und Anlegen einer Gleichstromspannung an die Führungs buchse, einer Gleichstromspannung an die Anode und einer Wechselstromspan nung an den Heizdraht.

Es gibt ein anderes Verfahren zur Erzeugung eines Plasmas durch Anlegen einer Hochfrequenz bzw. Hochfrequenzleistung oder einer Gleichstromspannung an die Führungsbuchse, ohne eine Anode oder ein Heizdraht in dem Vakuumbehälter vor zusehen.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aufgrund der Beschreibung von Ausführungsformen anhand der Figuren. Von den Figuren zei gen:

Fig. 1 eine longitudinale Querschnittsansicht einer Führungsbuchse einer bevorzugten Ausführungsform,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht der Führungsbuchse von Fig. 1,

Fig. 3 eine longitudinale Querschnittsansicht einer Führungsbuchse ent sprechend einer anderen Ausführungsform,

Fig. 4 bis 6 vergrößerte Teilansichten der Abschnitte A, die durch Kreise in den Fig. 1 bis 3 umgeben sind,

Fig. 7 eine typische vergrößerte Querschnittsansicht eines Abschnittes von Fig. 5 zum Unterstützen der Erklärung des Aufbaus einer Zwischen schicht,

Fig. 8 eine schematische Querschnittsansicht einer ersten Vorrichtung zum Bilden eines harten Kohlenstoffilms zum Ausführen eines Bildungsver fahrens eines harten Kohlenstoffilms auf der inneren Oberfläche auf der Führungsbuchse,

Fig. 9 eine schematische Querschnittsansicht einer zweiten Vorrichtung zum Bilden eines harten Kohlenstoffilms zum Ausführen eines Bildungsver fahrens eines harten Kohlenstoffilms auf der inneren Oberfläche einer Führungsbuchse,

Fig. 10 eine schematische Querschnittsansicht einer dritten Vorrichtung zum Bilden eines harten Kohlenstoffilms zum Ausführen eines Bildverfah rens eines harten Kohlenstoffilms auf der inneren Oberfläche einer Führungsbuchse,

Fig. 11 eine Querschnittsansicht ähnlich zu Fig. 8 der Vorrichtung zum Bilden des harten Kohlenstoffilms von Fig. 8, die zusätzlich mit einem Ab deckteil vorgesehen ist,

Fig. 12 eine schematische Querschnittsansicht ähnlich zu Fig. 8 einer Vorrich tung zum Bilden eines harten Kohlenstoffilms zum Ausführen eines Bildungsverfahrens eines harten Kohlenstoffilms einer anderen Aus führungsform,

Fig. 13 eine perspektivische Ansicht eines Dummy-Teils, das beim Ausführen des Bildungsverfahrens eines harten Kohlenstoffilms durch die Vor richtung zum Bilden eines harten Kohlenstoffilms von Fig. 12 verwen det wird,

Fig. 14 und 15 schematische Querschnittsansichten ähnlich zu Fig. 9 bzw. 10 von Vorrichtungen zum Bilden eines harten Kohlenstoffilms zum Ausfüh ren eines Bildungsverfahrens eines harten Kohlenstoffilms nach einer weiteren Ausführungsform,

Fig. 16 eine schematische Querschnittsansicht ähnlich zu Fig. 12 einer Vor richtung zum Bilden eines harten Kohlenstoffilms zum Ausführen ei nes Bildungsverfahrens eines harten Kohlenstoffilms in einer weiteren Ausführungsform,

Fig. 17 und 18 schematische Querschnittsansichten ähnlich zu Fig. 14 bzw. 15 von Vorrichtungen zum Bilden eines harten Kohlenstoffilms zum Ausfüh ren eines Bildungsverfahrens eines harten Kohlenstoffilms in einer bevorzugten Ausführungsform,

Fig. 19 ein Diagramm, das die Abhängigkeit der Dicke eines harten Kohlen stoffilms von einer an einer Hilfselektrode angelegten positiven Gleichstromspannung,

Fig. 20 eine Querschnittsansicht eines konkreten Beispiels einer Stützstruktur einer Hilfselektrode,

Fig. 21 eine Querschnittsansicht, die einen Zustand zeigt bei dem eine Hilf selektrode einer anderen Form in die Mittelbohrung der Führungs buchse eingefügt ist,

Fig. 22 eine Querschnittsansicht einer Spindel und zugehöriger Teile, die in einer automatischen Drehmaschine, die mit einer eine Führungsbuch se verwendenden stationären Führungsbuchseneinheit vorgesehen ist, enthalten sind,

Fig. 23 eine Querschnittsansicht einer Spindel und zugehöriger Teile, die in einer automatischen Drehmaschine, die mit einer eine Führungsbuch se verwendenden Drehführungsbuchseneinheit vorgesehen ist, ent halten sind.

Der Aufbau einer automatischen Drehmaschine (eines Drehautomatens), die eine Führungsbuchse verwendet, wird im folgenden kurz beschrieben.

Fig. 22 zeigt nur eine Spindel und zugehörige Teile einer nummerisch gesteuerten automatischen Drehmaschine in einer Querschnittsansicht. Die automatische Drehmaschine ist mit einer stationären Führungsbuchseneinheit 37 vorgesehen, die eine Führungsbuchse 11 derart fixiert hält, daß ein Werkstück 51 (durch Strich punktlinien angedeutet) drehbar auf der inneren Oberfläche 11b der Führungs buchse gestützt wird.

Ein Spindelstock 17 ist auf dem nicht gezeigten Bett der numerisch gesteuerten Drehmaschine für eine gleitende Bewegung in Querrichtungen, wie in der Figur gezeigt ist, montiert.

Eine Spindel 19 wird für eine Drehung in Lagern 21 in dem Spindelstock 17 gela gert und eine Spannzange bzw. ein Spannfutter 13 ist an der Nase/dem vorderen Ende der Spindel 19 montiert.

Die Spannzange 13, die einen konischen Kopf mit einer sich verjüngenden äußeren Oberfläche 13a aufweist, ist in die Mittelbohrung einer Spannbuchse 41 mit der sich verjüngenden äußeren Oberfläche 13a in engem Kontakt mit einer sich verjün genden inneren Oberfläche 41a, die in einem vorderen Abschnitt der Spannbuchse 41 gebildet ist, eingefügt.

Eine durch Wickeln eines Federbandes gebildete Schraubenfeder 25 ist in einer Zwischenbuchse 29 an dem hinteren Ende der Spannzange 13 eingefügt. Die Spannzange 13 kann aus der Zwischenbuchse 29 durch die Kraft der Schrauben feder 25 herausgedrückt werden.

Die Position des vorderen Endes der Spannzange 13 wird durch eine Hutmutter 27, die an dem vorderen Ende der Spindel 19 mit Schrauben befestigt ist und die in Kontakt mit dem vorderen Ende der Spannzange ist, bestimmt. Die Hutmutter 27 hindert die Spannzange 13 daran, von der Zwischenbuchse 29 durch die Kraft der Schraubenfeder 25 herausgedrückt zu werden.

Ein Einspannbetriebsmechanismus 31, der mit Spannbetriebshebeln 33 vorgese hen ist, ist an dem hinteren Ende der Zwischenbuchse 29 vorgesehen. Die Spann betriebshebel 33 werden derart betrieben, daß sie die Spannzange 13 öffnen oder schließen, so daß die Spannzange 13 das Werkstück 51 frei läßt oder einspannt.

Wenn die Spannbetriebshebel 33 des Einspannbetriebsmechanismus 31 so ge dreht werden, daß die vorderen Enden davon voneinander weg bewegt werden, bewegen sich die Betriebsabschnitte der Spannbetriebshebel 33, die in Kontakt mit der Zwischenbuchse 29 sind, derart nach links, daß, wie in Fig. 22 gezeigt ist, die Zwischenbuchse 29 nach links gedrückt wird. Folglich bewegt sich die Spannbuch se 41 in Kontakt mit dem linken Ende der Zwischenbuchse 29 nach links.

Die Spannzange 13 wird am Herausdrücken aus der Spindel 19 durch die Hutmut ter 27, die an dem vorderen Ende der Spindel 19 mit Schrauben befestigt ist, ge hindert.

Daher wird, wenn die Spannbuchse 41 nach links bewegt wird, die sich verjüngen de innere Oberfläche 41a der Spannbuchse 41 gegen die sich verjüngende äußere Oberfläche 13a des geschlitzten, konischen Kopfabschnittes der Spannzange 13 gedrückt und die sich verjüngende innere Oberfläche 41a der Spannbuchse 41 be wegt sich nach links entlang der sich verjüngenden äußeren Oberfläche 13a der Spannzange 13.

Folglich wird die Spannzange 13 zusammengedrückt und der innere Durchmesser der Spannzange 13 wird derart reduziert, daß das Werkstück 51 eingespannt wird.

Wenn das Werkstück 51 aus der Spannzange 13 durch Ausdehnen der Spannzan ge 13, so daß der innere Durchmesser der Spannzange 13 erhöht wird, ausge spannt wird, werden die Spannbetriebshebel 33 so gedreht, daß die vorderen En den davon zueinander derart bewegt werden, daß die Kraft, die nach links auf die Spannbuchse 41 wirkt entfernt wird.

Dann werden die Zwischenbuchse 29 und die Spannbuchse 41, wie in Fig. 22 ge zeigt ist, durch die gespeicherte Energie der Schraubenfeder 25 nach rechts be wegt.

Folglich wird der auf die sich verjüngende äußere Oberfläche 13a der Spannzange 13 durch die sich verjüngende innere Oberfläche 41a der Spannbuchse 41 wirken de Druck derart entfernt, daß sich die Spannzange 13 aufgrund ihrer eigenen Fe derkraft ausdehnt, so daß sich der innere Durchmesser der Spannzange 13 derart erhöht, daß das Werkstück 51 ausgespannt wird.

Es ist ein Ständer 35 vor dem Spindelstock 17 angeordnet und die Führungsbuch seneinheit 37 ist an dem Ständer 35 plaziert, wobei ihre Mittelachse mit der der Spindel ausgerichtet ist.

Die Führungsbuchseneinheit 37 ist aus einem stationären Typ, die die Führungs buchse 11 derart festhält, daß das Werkstück 51 drehbar auf der inneren Oberflä che 11b der Führungsbuchse 11 gehalten bzw. gestützt wird.

Eine Buchsenhülse 23 ist in der Mittelbohrung einer Halterung 39, die an dem Ständer 35 fixiert ist, eingefügt bzw. eingepaßt. Eine sich verjüngende innere Oberfläche 23a ist in dem vorderen Abschnitt der Buchsenhülse 23 gebildet.

Die Führungsbuchse 11, die einen vorderen Abschnitt aufweist, der mit einer sich verjüngenden äußeren Oberfläche 11a und Schlitzen 11c vorgesehen ist, ist in die Mittelbohrung der Buchsenhülse 23 eingepaßt.

Das Spiel zwischen der inneren Oberfläche der Führungsbuchse 11 und der äuße ren Oberfläche des Werkstückes 51 kann durch Drehen einer Einstellmutter 43, die auf dem Gewindeabschnitt der Führungsbuchse 11 aufgeschraubt ist und die an das hintere Ende der Führungsbuchseneinheit 37 angrenzt, eingestellt werden.

Wenn die Einstellmutter 43 im Uhrzeigersinn gedreht wird, bewegt sich die Füh rungsbuchse 11 nach rechts, wie in Fig. 22 gezeigt ist, relativ zu der Buchsenhülse 23 und die sich verjüngende äußere Oberfläche 11a der Führungsbuchse 11 wird ähnlich zu der sich verjüngenden äußeren Oberfläche der Spannzange 13 durch die sich verjüngende innere Oberfläche 23a der Buchsenhülse 23 zusammenge drückt und der innere Durchmesser des geschlitzten Frontabschnitts der Führungs buchse wird reduziert.

Es ist ein Schneidwerkzeug bzw. Zerspanungswerkzeug (Schneideeinheit) 45 in einem vorderen Ende der Führungsbuchseneinheit 37 vorgesehen.

Das Werkstück 51 wird durch die Spannzange 13, die auf der Spindel 19 montiert ist, eingespannt und durch die Führungsbuchseneinheit 37 getragen bzw. gelagert. Ein Abschnitt des Werkstückes 51, der von der Führungsbuchseneinheit 37 in ei nen Bearbeitungsbereich hineinragt, wird für eine vorbestimmte Verarbeitung durch eine kombinierte Bewegung der Querbewegung des Schneidwerkzeuges 45 und der longitudinalen Querbewegung des Spindelstocks 17 bearbeitet.

Eine Drehführungsbuchseneinheit, die eine Führungsbuchse, die ein Werkstück einspannt, drehbar lagert, wird mit Bezug zu Fig. 23 beschrieben, in der Teile, die denen, die in Fig. 22 gezeigt sind, ähnlich sind oder entsprechen durch die glei chen Bezugszeichen bezeichnet sind.

Drehführungsbuchseneinheit sind in solche, die eine Führungsbuchse 11 derart halten, daß es sich synchron mit der Spannzange 13 drehen, und in solche, die eine Führungsbuchse 11 derart halten, daß sie sich asynchron mit der Spannzange 13 drehen, eingeteilt. Eine in Fig. 23 gezeigte Führungsbuchseneinheit 37 hält die Führungsbuchse 11 derart, daß sie sich synchron mit der Spannzange 13 dreht.

Die Drehführungseinheit 37 wird durch eine Antriebsstange 47, die von der an der Spindel 19 montierten Hutmutter 27 hervorsteht, angetrieben. Ein Getriebe- bzw. Zahnradgetriebemechanismus oder ein Mechanismus mit Riemen und Riemen scheibe können anstatt der Antriebsstange 47 zum Antrieb der Führungsbuchsen einheit 37 verwendet werden.

Die Drehführungsbuchseneinheit 37 weist eine Halterung 39 auf, die an dem Stän der 35 fixiert ist. Es ist eine Buchsenhülse 23 in die Mittelbohrung der Halterung 39 eingefügt und in den Lagern 21 in der Halterung 39 gelagert und die Führungs buchse 11 ist in die Mittelbohrung der Buchsenhülse 23 eingepaßt.

Die Buchsenhülse 23 und die Führungsbuchse 11 sind ähnlich im Aufbau zu denen, die in Fig. 22 gezeigt sind. Das Spiel zwischen der inneren Oberfläche der Füh rungsbuchse 11 und der äußeren Oberfläche des Werkstückes 51 kann durch Dre hen einer Einstellmutter 43, die auf dem Gewindeabschnitt der Führungsbuchse 11 aufgeschraubt ist und die an das hintere Ende der Führungsbuchseneinheit 37 an grenzt, eingestellt werden.

Diese automatische Drehmaschine ist im Aufbau die gleiche wie die in Fig. 22 dar gestellte automatische Drehmaschine, außer daß diese automatische Drehmaschi ne mit einer Drehführungsbuchseneinheit 37 vorgesehen ist. Daher wird die weitere Beschreibung von dieser weggelassen.

Im folgenden werden Führungsbuchsen in bevorzugten Ausführungsformen be schrieben.

Fig. 1 und 2 sind eine longitudinale Querschnittsansicht bzw. eine perspektivische Ansicht einer Führungsbuchse einer bevorzugten Ausführungsform.

Mit Bezug zu Fig. 1 und 2 ist eine Führungsbuchse 11 in einem freien Zustand ge zeigt, in dem ein vorderer Endabschnitt offen ist. Die Führungsbuchse 11 ist in ei ner im wesentlichen zylindrischen Form gebildet und weist eine Zentrums- bzw. Mittelbohrung 11j in ihrer axialen Richtung auf und weist auch eine sich verjüngen de, abgeschrägte bzw. konische äußere Oberfläche 11a an einem longitudinalen Ende und einen Gewindeabschnitt 11f an dem anderen longitudinalen Ende auf.

Weiterhin weist die Mittelbohrung 11j der Führungsbuchse 11 eine innere Oberflä che 11b zum Halten eines Werkstückes 51 an der inneren Seite des einen Endes, das die konische, äußere Oberfläche 11a aufweist, und einen ausgeweiteten Ab schnitt 11g, der einen inneren Durchmesser aufweist, der größer ist als der der in neren Oberfläche 11b, auf.

Es sind drei Schlitze 11c in Winkelintervallen von 120° derart gebildet, daß sie sich durch den Kopfabschnitt mit der konischen, äußeren Oberfläche 11a und einen elastisch biegbaren Abschnitt 11d erstrecken.

Das Spiel zwischen der inneren Oberfläche 11b und dem Werkstück 51, das durch die Strichpunkt-Linien in Fig. 1 dargestellt ist, kann durch Drücken der konischen, äußeren Oberfläche 11a der Führungsbuchse 11 durch die konische bzw. abge schrägte innere Oberfläche der Buchsenhülse eingestellt werden, so daß der ela stisch biegbare Abschnitt 11d gebogen wird.

Die Führungsbuchse 11 weist einen Paßabschnitt 11e zwischen dem elastisch biegbaren Abschnitt 11d und dem Gewindeabschnitt 11f auf. Wenn die Führungs buchse 11 in die Zentrumsbohrung der Buchsenhülse 23 (Fig. 22 und 23) einge paßt wird, paßt der Paßabschnitt 11e genau in die Zentrumsbohrung derart hinein, daß die Führungsbuchse 11 mit ihrer Achse ausgerichtet mit der Zentrumsachse der Spindel gesetzt ist.

Die Führungsbuchse 11 wird aus einem legierten Werkzeugstahl (SKS-Stahl) ge bildet. Wenn die Führungsbuchse 11 gebildet wird, wird ein Werkstück aus Kohlenstoffwerkzeugstahl bzw. unlegiertem Werkzeugstahl in vorbestimmte externe und interne Formen bearbeitet und das bearbeitete Werkstück wird einem Ab schrecken bzw. Abkühlen und einem Glühen bzw. Anlassen ausgesetzt.

Bevorzugt wird eine sehr harte Zwischenlage (superhard lining) 12 mit einer Dicke in dem Bereich von 2 bis 5 mm an der inneren Oberfläche 11b der Führungsbuchse 11, wie in Fig. 3 gezeigt ist, durch Hartlöten angebracht. Die Zusammensetzung der sehr harten Zwischenlage 12 besteht aus 85% bis 90% Wolfram (W), 5% bis 7% Kohlenstoff (C) und 3% bis 10% Kobald (Co) als Binder (ein Zusatzmetall).

Wenn der Kopfabschnitt mit der konischen, äußeren Oberfläche 11a zusammenge drückt wird, wird ein Spiel in dem Bereich von 5 bis 10 µm zwischen der inneren Oberfläche 11b und dem Werkstück 51 in radialer Richtung davon derart gebildet, daß das Werkstück 51 relativ zu der Führungsbuchse 11 gleiten bzw. verschoben werden kann, was die innere Oberfläche 11b abreibt.

Wenn die Führungsbuchse 11, wie in Fig. 22 gezeigt ist, in einer stationären Füh rungsbuchseneinheit verwendet wird, dreht sich das in der Führungsbuchse 11 gelagerte Werkstück 51 mit hoher Oberflächengeschwindigkeit relativ zu der inne ren Oberfläche 11b und, wenn ein übermäßig hoher Druck auf die innere Oberflä che 11b durch das Werkstück 51 angelegt wird, kann ein Blockieren bzw. Festfres sen auftreten.

Daher ist die innere Oberfläche 11b der Führungsbuchse 11 mit einem harten Kohlenstoffilm 15 (DLC-Film) beschichtet. Weiter ist der harte Kohlenstoffilm 15 nicht auf der gesamten inneren Oberfläche 11b mit einer gleichen Dicke gebildet. Der Abschnitt 15a nahe dem offenen Ende 11k an der Endflächenseite 11h ist dicker als der innere Abschnitt 15b (der der Abschnitt an der Seite des ausgeweite ten Abschnitts 11g ist).

In einem in Fig. 1 gezeigten Beispiel ist der harte Kohlenstoffilm 15 auf einer Zwi schenschicht, die später beschrieben wird und die auf dem Substrat (ein legierter Werkzeugstahl) der Führungsbuchse 11 gebildet ist, gebildet. In einem in Fig. 3 gezeigten Beispiel ist der harte Kohlenstoffilm 15 auf der sehr harten Zwischenlage 12 oder auf einer Zwischenschicht, die auf der sehr harten Zwischenlage 12 gebil det ist, gebildet.

Der harte Kohlenstoffilm ist in seinen Eigenschaften sehr ähnlich zu einem Diaman ten. Der harte Kohlenstoff weist eine große mechanische Festigkeit, einen kleinen Reibungskoeffizienten, eine zufriedenstellende Eigenschmierfähigkeit, eine zufrie denstellende elektrische Isoliereigenschaft, eine hohe thermische Leitfähigkeit und eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit auf.

Der harte Kohlenstoffilm 15, der die innere Oberfläche 11b bedeckt, erhöht die Verschleißbeständigkeit der Führungsbuchse bemerkenswert. Die Führungsbuchse 11 hält eine ausgedehnte Zeitdauer der Benutzung und starker Verarbeitung stand, die Abnutzung der inneren Oberfläche 11b, die in Kontakt mit dem Werkstück 51 ist, wird reduziert, die Wahrscheinlichkeit des Ausführens eines Abreibungsscha dens an dem Werkstück 51 wird reduziert und ein Festfressen zwischen der Füh rungsbuchse 11 und dem Werkstück 51 kann verhindert werden.

Weiterhin ist, wie oben beschrieben wurde, die Dicke des harten Kohlenstoffilmes auf der inneren Oberfläche 11b der Führungsbuchse 11 in der axialen Richtung der Führungsbuchse derart verschieden, daß der harte Kohlenstoffilm 15 an dem Ab schnitt 15a nahe dem offenen Ende 11k dick gebildet wird, wodurch die Zuverläs sigkeit der Führungsbuchse für verlängerte Zeitdauern weiter erhöht wird.

Das heißt, wenn die Führungsbuchse 11 das Werkstück 51 hält, daß das Werk stück 51 nicht gleichmäßig über den gesamten Bereich der inneren Oberfläche 11b gehalten wird, sondern an einem sehr kleinen Bereich der inneren Oberfläche 11b an der Endfläche 11h durch den Mechanismus der Führungsbuchse gehalten wird. Eine sehr kleine Spalte ist zwischen dem Werkstück 51 und der inneren Oberfläche 11b in dem Bereich des ausgeweiteten Abschnitts 11g definiert. Folglich ist es wahrscheinlich, daß der Abschnitt nahe dem offenen Ende 11k der inneren Ober fläche 11b mehr abgerieben wird als der innere Abschnitt der inneren Oberfläche 11b (, der der Abschnitt an der Seite des ausgeweiteten Abschnitts 11g ist).

So ist entsprechend der Führungsbuchse die Dicke des harten Kohlenstoffilms 15, der auf der inneren Oberfläche 11b gebildet ist, an dem Abschnitt 15a nahe dem offenen Ende 11k größer als die an dem inneren Abschnitt 15b. Folglich wird die Verschleißbeständigkeit der Führungsbuchse bemerkenswert verbessert, da das Werkstück 51 an dem Abschnitt gehalten wird, an dem der harte Kohlenstoffilm 15 dick auf der inneren Oberfläche 11b gebildet ist.

Als Ergebnis kann das Auftreten des Abriebs aufgrund des Verschiebens des Werkstücks 51 deutlich verhindert werden, wodurch die Zuverlässigkeit der Füh rungsbuchse für eine verlängerte Zeitdauer drastisch erhöht werden kann.

Verschiedene Strukturen von Schichten, die auf der inneren Oberfläche 11b der Führungsbuchse 11, die mit dem harten Kohlenstoffilm 15 vorgesehen ist, gebildet sind, werden im folgenden mit Bezug zu Fig. 4 bis 6, die Abschnitte A der umge benden Kreise in Fig. 1 und 3 in vergrößerten Querschnittsansichten zeigen, be schrieben. Fig. 5 zeigt einen Abschnitt einer Zwischenschicht, die in Fig. 7 in einer vergrößerten Ansicht gezeigt ist.

Wie in Fig. 4 gezeigt ist, die einen Abschnitt A in Fig. 1 in einer vergrößerten An sicht zeigt, ist ein harter Kohlenstoffilm auf der Zwischenschicht 16, die auf dem Substrat der inneren Oberfläche 11b der Führungsbuchse 11 gebildet ist, gebildet. Die Dicke des harten Kohlenstoffilms an dem Abschnitt 15a nahe dem offenen En de ist 30% des 50% größer als die an dem inneren Abschnitt 15b (in dem Bereich von 1 µm bis 5 µm). Wenn es das Substrat der Führungsbuchse 11 erlaubt, kann der harte Kohlenstoffilm 15 direkt auf der inneren Oberfläche 11b gebildet werden und die Zwischenschicht 16 kann weggelassen werden.

Wie in Fig. 5 und 6 gezeigt ist, die einen Abschnitt A in Fig. 3 in vergrößerten An sichten zeigen, ist eine sehr harte Zwischenlage 12 mit einer Dicke in dem Bereich von 2 bis 5 mm auf der inneren Oberfläche 11b des Substrates der Führungsbuchse 11 durch Hartlöten bzw. Schweißen oder ähnlichem angebracht und der harte Kohlenstoffilm 15 ist über der gesamten inneren Oberfläche der sehr harten Zwi schenlage 12 gebildet. Dieser Aufbau verbessert weiterhin die Beständigkeit der Führungsbuchse 11.

In dem in Fig. 5 gezeigten Beispiel ist eine Zwischenschicht 16 zwischen der sehr harten Zwischenlage 12 und dem harten Kohlenstoffilm 15 derart vorgesehen, daß die Adhäsion bzw. das Haftvermögen weiter verbessert wird.

In diesen Beispielen kann die sehr harte Zwischenlage 12, die unter dem harten Kohlenstoffilm 15 liegt aus Sinterkarbid bzw. Hartmetall, wie z. B. ein Wolframkar bid (WC), oder aus einem gesinterten Keramikmaterial, wie zum Beispiel Silizium karbid (SiC), gebildet sein. Allgemein wird Cr, Ni oder Co als Binder zu einem Ma terial zum Herstellen des gesinterten Keramikmaterials hinzugefügt. Der harte Kohlenstoffilm 15 kann direkt auf der sehr harten Zwischenlage 12 gebildet werden und die Zwischenschicht 16 kann weggelassen werden, wenn der Bindergehalt des Materials klein ist.

Ein Verfahren des Herstellens der sehr harten Zwischenlage 12 aus Siliziumkarbid (SiC) wird im folgenden als Beispiel beschrieben.

Ein Siliziumkarbidpulver mit einem Verhältnis von Silizium (Si) und Kohlenstoff (C) in Atomprozenten von 1 : 1 wird durch Druckformen unter Verwendung eines Druckes in dem Bereich von 0,5 bis 3 t in einer Form mit einem ringförmigen Hohlraum derart geformt, daß ein ringförmiges Siliziumkarbidformteil erhalten wird. Dann wird das ringförmige Siliziumkarbidformteil in einer Atmosphäre eines inerten Gases, wie z. B. Argongas, gebacken bzw. geglüht.

Das gebackene Formteil wird unter Druck bei einer Temperatur in dem Bereich von 1400 bis 1700°C, d. h. einer Temperatur nahe dem Schmelzpunkt des Siliziumkar bids, derart erwärmt, daß Nadelstichporen bzw. Mikroporosität von dem gebacke nen Siliziumkarbidformteil entfernt wird. Der Druckerwärmungsprozeß erhöht die Intensität bzw. Stärke des gebackenen Siliziumkarbidformteiles derart, daß eine Produkt, wie die sehr harte Zwischenlage 12, mit einer Vickers-Härte in dem Be reich von 2000 bis 3000 Hv fertiggestellt wird.

Dann wird die ringförmige, sehr harte Zwischenlage 12 mit einem Metallfilm eines Materiales, das Titan (Ti) als Hauptkomponente enthält, durch Metallizieren be schichtet. Die sehr harte Zwischenlage 12 wird auf der inneren Oberfläche 11 b der Führungsbuchse 11 plaziert und die Führungsbuchse 11 wird einem Wärmebe handlungsprozeß derart ausgesetzt, daß der Metallfilm schmilzt, so daß die sehr harte Zwischenlage bzw. Auskleidung 12 mit dem Substrat der Führungsbuchse 11 verbunden wird.

Dann wird die innere Oberfläche der sehr harten Zwischenlage 12 geschliffen und die Schlitze 11 werden in der Führungsbuchse 11 gebildet.

Die Zwischenlage 16 kann aus einem Element der Gruppe IVb in dem Periodensy stem der Elemente, wie z. B. Silizium (Si) oder Germanium (Ge), einer Verbindung, die Silizium oder Germanium enthält, oder einer Verbindung, die Kohlenstoff ent hält, wie z. B. Siliziumkarbid (SiC) oder Titankarbid (TiC), gebildet werden.

Die Zwischenschicht 16 kann aus einer Verbindung aus Titan (Ti), Wolfram (W), Molybdän (Mo) oder Tantal (Ta) und Silizium (Si) gebildet werden.

Die Zwischenschicht 16 kann ein Zweischichtfilm sein, der aus einer unteren Schicht 16a aus Titan (Ti) oder Chrom (Cr) und einer oberen Schicht 16b aus Sili zium (Si) oder Germanium (Ge), wie in Fig. 7 gezeigt ist, besteht.

Die untere Schicht 16a aus Titan oder Chrom verbessert die Haftfähigkeit mit der Führungsbuchse 11 und die obere Schicht 16b aus Silizium oder Germanium und der harte Kohlenstoffilm 16 bilden eine kovalente Bindung, die den harten Kohlen stoff 15 fest mit der Zwischenschicht 16 verbindet.

Die Zwischenschicht 16 kann ein Zweischichtfilm, der aus einer unteren Schicht aus einer Titan- oder Chromverbindung und einer oberen Schicht aus einer Silizi um- oder Germaniumverbindung besteht, ein Zweischichtfilm, der aus einer unteren Schicht aus Titan oder Chrom und einer oberen Schicht aus einer Silizium- oder Germaniumverbindung besteht, oder ein Zweischichtfilm, der aus einer unteren Schicht aus einer Titan- oder Chromverbindung und einer oberen Schicht aus Sili zium oder Germanium besteht, sein.

Die Dicke dieser Zwischenschicht 16 kann 0,5 µm sein. In dem Fall eines Zwei schichtfilmes kann jedoch die Dicke der oberen und unteren Schicht jeweils 0,5 µm betragen.

Die Zwischenschicht 16 kann durch einen Sputterprozeß, einen Ionenplattierungs bzw. -metallisierungsprozeß, einen Prozeß des chemischen Abscheidens aus der Gasphase (CVD) oder einem Metallsprühprozeß gebildet werden.

Wenn die sehr harte Zwischenlage 12 aus einem Siliziumkarbid (SiC) gebildet ist, kann die Zwischenschicht 16 weggelassen werden, da Siliziumkarbid eine Verbin dung von Silizium und Kohlenstoff ist, die in der Gruppe IVb des Periodensystems der Elemente enthalten sind, und Siliziumkarbid und der harte Kohlenstoffilm 15, der auf der sehr harten Zwischenlage 12 gebildet ist, kovalente Bindungen bilden, die eine starke Haftfähigkeit sicherstellen.

Verfahren des Bildens eines harten Kohlenstoffilmes über eine innere Oberfläche der Führungsbuchse

Ein Verfahren des Bildens eines harten Kohlenstoffilms über der inneren Oberflä che einer Führungsbuchse in einer bevorzugten Ausführungsform wird im folgen den beschrieben.

Es wird ein Verfahren des Bildens eines harten Kohlenstoffilms angewandt auf das Bilden des harten Kohlenstoffilms 15 (DLC-Film) über der inneren Oberfläche 11b der in Fig. 3 gezeigten Führungsbuchse 11 beschrieben.

Die in Fig. 3 gezeigte Führungsbuchse 11 wird durch Bearbeiten eines Werkstückes eines legierten Werkzeugstahls (SKS-Stahl) gebildet und weist eine abge schrägte äußere Oberfläche 11a, den elastischen biegbaren Abschnitt 11d, den Paßabschnitt 11e, den Gewindeabschnitt 11f, die Zentrums- bzw. Mittelbohrung 11j, die in einem Abschnitt der Zentrumsbohrung 11j gebildete innere Oberfläche 11b und einen ausgeweiteten Abschnitt 11g der Zentrumsbohrung 11j mit einem Durchmesser, der größer ist als der der inneren Oberfläche 11b, auf. Die zylindri sche, sehr harte Zwischenlage 12 ist fest mit der inneren Oberfläche 11b der Füh rungsbuchse 11 durch Hartlöten verbunden.

Die Schlitze 11c sind in Winkelintervallen von 120° durch eine Bearbeitung durch elektrisches Entladen derart gebildet, daß sie sich durch den Kopfabschnitt mit der konischen, äußeren Oberfläche 11a und den elastisch biegbaren Abschnitt 11d erstrecken.

Die innere Oberfläche 11b, die konische, äußere Oberfläche 11a und der Paßab schnitt 11e sind derart geschliffen, daß die Führungsbuchse 11 in einer Stufe vor dem Bilden des harten Kohlenstoffilms darauf fertiggestellt ist.

Dann wird der harte Kohlenstoffilm 15 auf der Führungsbuchse 11 gebildet. Fig. 8 zeigt eine erste Vorrichtung zum Bilden des harten Kohlenstoffilms 15.

Es ist ein Vakuumbehälter 61 mit einem Gaseinlaßanschluß 63 und einem Entlee rungs- bzw. Auslaßanschluß 65 vorgesehen. Eine Anode 79 und ein Heizfaden 81 sind in dem oberen zentralen Bereich des Innenraumes des Vakuumbehälters 61 angeordnet. Die Führungsbuchse 11 ist fest in einer aufrechten Position auf einem isolierenden Träger 80, der in dem unteren zentralen Bereich des Innenraumes des Vakuumbehälters 61 angeordnet ist, montiert.

Eine Hilfselektrode 71 mit der Form eines dünnen Stabes, der durch die innere Oberfläche des auf Masse gelegten leitenden Vakuumbehälters 61 getragen wird, ist derart angeordnet, daß sie sich in die Zentrumsbohrung 11j der Führungsbuchse 11 erstreckt. Zu dieser Zeit ist die Hilfselektrode 71 im Zentrum bzw. der Mitte (im wesentlichen koaxial mit) der Zentrumsbohrung 11j der Führungsbuchse 11 posi tioniert. Die Hilfselektrode 71 wird auf einem Massepotential über den Vakuumbe hälter 61 gehalten.

Die Hilfselektrode ist aus einem Metall, wie zum Beispiel ein nicht rostender Stahl, und weist einen stabförmigen, abgestuften Abschnitt auf, der ein vorderes Ende bzw. eine Spitze 71a aufweist, die kleiner (im Durchmesser) als ein anderer Ab schnitt 71b ist.

Die Hilfselektrode 71 ist in einer Art eingefügt, daß die Spitze 71a in dem Abschnitt nahe dem offenen Ende der inneren Oberfläche 11b der Führungsbuchse 11 posi tioniert ist. Zu dieser Zeit ist es wünschenswert, daß die Spitze 71a der Hilfselek trode 71 ungefähr 1 mm innerhalb der Führungsbuchse 11 ist und nicht von der Endfläche 11h davon hervorsteht.

Der Vakuumbehälter 61 wird auf ein Vakuum von 4×10^-3 Pa (3×10^-5 Torr) durch Ab saugen der Gase durch den Entleerungsanschluß 65 von dem Vakuumbehälter 61 evakuiert.

Dann wird Benzolgas, d. h. ein Gas, das Kohlenstoff enthält, durch den Gaseinlaß anschluß 63 in den Vakuumbehälter 61 derart geliefert, daß der Druck in dem Va kuumbehälter 61 auf einem Vakuum von 0,67 Pa (5×10^-3 Torr) gehalten wird.

Danach wird eine negative Gleichstromspannung an die Führungsbuchse 11 durch eine Gleichstromspannungsquelle 73 angelegt und eine positive Gleichstromspan nung wird an die Anode 79 durch eine Anodenstromquelle 75 angelegt und eine Wechselstromspannung wird an den Heizfaden bzw. das Filament 81 durch eine Heizfadenstromquelle 77 angelegt.

Dann wird eine negative Gleichstromspannung von ungefähr -3 kV an die Füh rungsbuchse 11 durch eine Gleichstromspannungsquelle 73 angelegt und eine positive Gleichstromspannung von ungefähr 50 V wird an die Anode 79 durch eine Anodenstromquelle 75 angelegt. Und eine Wechselstromspannung von 10 V wird an den Heizfaden 81 durch eine Heizfadenstromquelle 77 derart angelegt daß ein Strom von 30 A durch den Heizfaden 81 fließt.

Somit wird ein Plasma in einem Bereich, der die innerhalb des Vakuumbehälters 61 vorgesehene Führungsbuchse umgibt, derart erzeugt daß ein harter Kohlenstoffilm durch das Plasma-CVD-Verfahren auf der Oberfläche der Führungsbuchse 11 ge bildet wird.

Zu dieser Zeit ist die Dicke des über die innere Oberfläche 11b der Führungsbuch se 11 gebildeten harten Kohlenstoffilms 15 in dem Bereich von 1 bis 5 µm an dem inneren Abschnitt 15b an der Seite des ausgeweiteten Abschnitts 11g und der Ab schnitt 15a nahe dem offenen Ende an der Endfläche 11h ist 30% bis 50% dicker als der innere Abschnitt 15b.

Bei dem Verfahren des Bildens des harten Kohlenstoffilms auf der inneren Oberflä che der Führungsbuchse entsprechend der vorliegenden Ausführungsform ist die Hilfselektrode 71 in dem Zentrum der Zentrumsbohrung 11j der Führungsbuchse 11 vorgesehen und ist auf dem Massepotential gehalten und der Durchmesser der Hilfselektrode 71 wird in axialer Richtung der Führungsbuchse verändert. Das heißt, daß in einem Bereich, bei dem der harte Kohlenstoffilm 15 dick auf der inne ren Oberfläche 11b der Führungsbuchse 11 gebildet werden soll, der Durchmesser des vorderen Abschnittes 71a der Hilfselektrode 71 verglichen mit dem anderen Abschnitt 71b reduziert ist, so daß der Zwischenraum zwischen der Hilfselektrode 71 und der inneren Oberfläche 11b groß gemacht wird.

Wenn die Hilfselektrode 71 in die Zentrumsbohrung 11j der Führungsbuchse 11, wie oben beschrieben wurde, eingeführt ist, kann ein Plasma nicht nur an der äu ßeren Oberfläche der Führungsbuchse 11, sondern auch an der inneren Oberflä che davon erzeugt werden. Als Ergebnis stehen sich dieselben Potentiale nicht in der Zentrumsbohrung 11j gegenüber. Folglich tritt eine Glühentladung als eine nicht normale Entladung nicht auf, wodurch die Haftfähigkeit des harten Kohlen stoffilms 15 erhöht wird.

Zu dieser Zeit ist, vorausgesetzt, daß der Zwischenraum zwischen der inneren Oberfläche 11b der Führungsbuchse 11 und der Hilfselektrode 71 nicht gleichmä ßig in der axialen Richtung entsprechend der vorliegenden Ausführungsform ist, die Intensität des Plasmas, das zwischen der inneren Oberfläche 11b der Führungs buchse 11 und der Hilfselektrode 71 erzeugt ist, nicht gleichmäßig. D.h., daß die Intensität des Plasmas, das zwischen der inneren Oberfläche 11b der Führungs buchse 11 und der Hilfselektrode 71 erzeugt ist, größer ist in dem großen Zwi schenraum als die in dem kleinen Zwischenraum.

Eine Bildungsgeschwindigkeit des harten Kohlenstoffilms in dem Bereich, bei dem die Intensität des Plasmas groß ist, ist größer als die in dem Bereich, bei dem die Intensität des Plasmas gering ist, und daher kann der harte Kohlenstoffilm an dem Abschnitt nahe dem offenen Ende gegenüberliegend der Spitze 71a der Hilfselek trode an der inneren Oberfläche 11b der Führungsbuchse 11 dicker sein als der innere Abschnitt mit einem großen Durchmesser gegenüberliegend dem anderen Abschnitt 71b.

Obwohl die Hilfselektrode 71 in dieser Ausführungsform aus einem nicht rostenden Stahl gebildet ist, kann dieselbe aus einem Metall mit einem hohen Schmelzpunkt, wie zum Beispiel Wolfram (W) oder Tantal (Ta), gebildet sein. Die Hilfselektrode 71 weist einen kreisförmigen bzw. runden Querschnitt auf.

Ein Bildungsverfahren für einen harten Kohlenstoffilm nach einer anderen Ausfüh rungsform wird im folgenden mit Bezug zu Fig. 9 beschrieben, bei der zu denen in Fig. 8 gezeigten ähnliche oder entsprechende Teile durch dieselben Bezugszei chen bezeichnet sind. Die Beschreibung dieser Teile wird weggelassen.

Eine zweite Vorrichtung zum Ausführen des Bildungsverfahrens eines harten Koh lenstoffilms weist einen Vakuumbehälter 61 auf und ist nicht mit einer Anode oder einem Heizdraht vorgesehen.

Das Bildungsverfahren eines harten Kohlenstoffilms, das diese Vorrichtung ver wendet, unterscheidet sich von dem, das die Vorrichtung verwendet, die in Fig. 8 gezeigt ist, nur darin, daß eine Hochfrequenzleistung von 400 W an eine Führungs buchse 11, die in dem Vakuumbehälter 61 angeordnet ist, über eine stabähnliche, auf Masse gelegte, abgestufte Hilfselektrode 71, die sich in die Bohrung davon er streckt durch eine Hochfrequenzleistungsquelle 69 mit 13,56 MHz Schwingungsfre quenz über eine Anpassungsschaltung 67 angelegt wird und das Methangas (CH₄) als ein Gas, das Kohlenstoff enthält, in den Vakuumbehälter 61 derart angelegt wird, daß der Druck in dem Vakuumbehälter 61 bei einem Vakuum von 13,3 Pa (0,1 Torr) gehalten wird.

Sogar in einer solchen Art wird der harte Kohlenstoffilm über die innere Oberfläche 11b der Führungsbuchse 11 in dem Bereich von 1 bis 5 µm unter Verwendung des Plasma-CVD-Verfahrens, ähnlich wie in den oben beschriebenen Ausführungsfor men, gebildet und der Abschnitt nahe dem offenen Ende wird 30% des 50% dicker als der innere Abschnitt gebildet.

Ein Bildungsverfahren eines harten Kohlenstoffilms einer weiteren Ausführungs form wird mit Bezug zu Fig. 10 beschrieben, bei der zu denen in Fig. 8 gezeigten ähnliche oder entsprechende Teile durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet werden. Die Beschreibung dieser Teile wird weggelassen.

Eine dritte Vorrichtung zum Ausführen des Bildungsverfahrens eines harten Koh lenstoffilms weist einen Vakuumbehälter 61 auf und ist nicht mit einer Anode und einem Heizdraht vorgesehen.

Das Bildungsverfahren eines harten Kohlenstoffilms, das diese Vorrichtung ver wendet, unterscheidet sich von dem, das die in Fig. 8 gezeigte Vorrichtung ver wendet, nur darin, daß eine Gleichstromspannung von -600 V an eine Führungs buchse 11, die in dem Vakuumbehälter 61 angeordnet ist, über eine stabähnliche, auf Masse gelegte, abgestufte Hilfselektrode 71, die sich in die Bohrung davon er streckt, durch eine Gleichstromquelle 73′ angelegt wird und Methangas (CH₄) als ein Gas, das Kohlenstoff enthält, in den Vakuumbehälter 61 derart geliefert wird, daß der Druck in dem Vakuumbehälter 61 bei einem Vakuum von 13,3 Pa (0,1 Torr) gehalten wird.

Sogar in einer solchen Art kann der harte Kohlenstoffilm über die innere Oberfläche 11b der Führungsbuchse 11 unter Verwendung des Plasma-CVD-Verfahrens, ähn lich wie in jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen, gebildet werden.

Obwohl die Bildungsverfahren eines harten Kohlenstoffilms, die oben beschrieben wurden, den harten Kohlenstoffilm über die äußere und die innere Oberfläche der Führungsbuchse 11 bilden, kann der harte Kohlenstoffilm nur über die innere Oberfläche der Führungsbuchse 11 gebildet werden.

Wenn es gewünscht wird, daß der harte Kohlenstoffilm nur über die innere Oberflä che der Führungsbuchse 11 gebildet wird, wird die äußere Oberfläche der Fü hrungsbuchse 11 mit einem Abdeckteil 82, wie in Fig. 11 gezeigt ist, bedeckt. Eine Aluminiumfolie kann um die äußere Oberfläche der Führungsbuchse 11 als ein einfaches Mittel zum Abdecken der äußeren Oberfläche der Führungsbuchse 11 angeordnet werden.

Fig. 11 zeigt die Führungsbuchse 11, die mit dem Abdeckteil 83 bedeckt ist und die in der ersten in Fig. 8 gezeigten Vorrichtung vorgesehen ist. Der harte Kohlenstoff film mit einer variablen Dicke kann genau nur über die innere Oberfläche durch Ab decken der äußeren Oberfläche der Führungsbuchse 11 mit dem Abdeckteil 82, wie z. B. eine Aluminiumfolie, wenn die zweite Vorrichtung, die in Fig. 9 gezeigt ist, oder die dritte Vorrichtung, die in Fig. 10 gezeigt ist, verwendet wird, gebildet wer den.

Diese beschriebenen Bildungsverfahren eines harten Kohlenstoffilms sind zum Bil den des harten Kohlenstoffilms 15 über die innere Oberfläche 11b in den vorherge henden geschichteten Strukturen, die mit Bezug zu Fig. 4 bis 7 beschrieben wur den, anwendbar.

Obwohl die vorhergehenden Bildungsverfahren eines harten Kohlenstoffilms Methangas oder Benzolgas als ein Gas, das Kohlenstoff enthält, verwenden, kann Ethylen, das Kohlenstoff enthält, oder ein Dampf einer Flüssigkeit, die Kohlenstoff enthält, wie z. B. Hexan, anstatt dem Methangas oder dem Benzolgas verwendet werden.

Da die vorhergehenden Bildungsverfahren eines harten Kohlenstoffilms zum Bilden eines harten Kohlenstoffilms auf einer Führungsbuchse die Hilfselektrode auf eine Massepotential in einem Abschnitt der Bohrung der Führungsbuchse entsprechend der inneren Oberfläche 11b, auf der der harte Kohlenstoffilm gebildet werden soll, vorgesehen ist, kann die Hilfselektrode auf einem Massepotential zwischen den gegenüberliegenden inneren Oberflächen auf dem gleichen Potential vorgesehen werden. Daher liegen sich die Elektroden auf dem gleichen Potential nicht gegen über und somit tritt eine Hohlkathodenentladung, d. h. eine nicht normale Entla dung, nicht auf und somit kann ein zufriedenstellender harter Kohlenstoffilm genau über die innere Oberfläche 11b der Führungsbuchse 11 gebildet werden.

Bildungsverfahren eines harten Kohlenstoffilms in noch weiteren Ausführungsfor men zum Bilden eines harten Kohlenstoffilms über die innere Oberfläche einer Füh rungsbuchse werden mit Bezug zu Fig. 12 bis 15 beschrieben.

Die in Fig. 12, 14 und 15 gezeigten Vorrichtungen, zeigen Bildungsverfahren eines harten Kohlenstoffilms, die die erste, zweite bzw. dritte Vorrichtung, die in Fig. 8., 9 bzw. 10 gezeigt sind, verwenden. In Fig. 12, 14 und 15 sind zu denen in Fig. 8, 9 und 10 ähnliche oder entsprechende Teile durch dieselben Bezugszeichen be zeichnet und die Beschreibung von diesen wird weggelassen.

Diese Bildungsverfahren eines harten Kohlenstoffilms, die in Fig. 12, 14 und 15 gezeigt sind, unterscheiden sich von denen, die vorher mit Bezug zu Fig. 8, 9 bzw. 10 beschrieben wurden, nur darin, daß ein ringförmiges Dummy-Teil 53, wie in Fig. 13 gezeigt ist, mit einem Innendurchmesser, der im wesentlichen gleich zu dem Durchmesser der inneren Oberfläche 11b der Führungsbuchse 11 (Fig. 1) verwen det wird. Das Dummy-Teil 53, ähnlich zu der Hilfselektrode 71, ist aus einem nicht rostenden Stahl gebildet und weist einen äußeren Durchmesser auf, der im we sentlichen gleich zu dem äußeren Durchmesser der Endoberfläche der Führungs buchse 11, in der sich die Bohrung der Führungsbuchse 11 öffnet, ist.

Wie in Fig. 12 gezeigt ist, ist die Führungsbuchse 11 auf der ein harter Kohlenstof film gebildet werden soll, in dem Vakuumbehälter 61 mit dem Gaseinlaßanschluß und dem Entleerungsanschluß 65 vorgesehen und das Dummy-Teil 53 ist auf der Endfläche 11h auf der Seite der konischen, äußeren Oberfläche der Führungs buchse 11 (obere Endoberfläche in Fig. 12) so vorgesehen, daß die innere Ober fläche der Führungsbuchse 11 und die des Dummy-Teiles 53 ausgerichtet sind bzw. fluchten.

Wie oben beschrieben wurde, wird die sehr harte Zwischenlage an der inneren Oberfläche 11b der Führungsbuchse 11 vorher fixiert oder wird die Zwischen schicht auf der inneren Oberfläche 11b der Führungsbuchse 11 vorher gebildet.

Wie oben beschrieben wurde, ist die Führungsbuchse 11 in dem Vakuumbehälter 61 mit der Hilfselektrode 71 auf einem Massepotential, die sich in die Zentrumsboh rung 11j der Führungsbuchse 11 erstreckt, vorgesehen. Bevorzugt steht das vorde re Ende der Hilfselektrode 71 nicht von der oberen Endoberfläche des Dummy- Teiles 53 hervor und ist etwas unterhalb der oberen Endoberfläche des Dummy- Teiles 53.

Das Bildungsverfahren des harten Kohlenstoffilms ist in anderen Aspekten gleich zu dem vorher mit Bezug zu Fig. 8 beschriebenen. Zum Sicherstellen werden die Gase, die in dem Vakuumbehälter 61 vorherrschen, durch den Entleerungsan schluß 65 derart abgesaugt, daß der Vakuumbehälter 61 auf ein Vakuum von 4×10^-3Pa (3×10^-5 Torr) evakuiert wird.

Nachdem der Vakuumbehälter 61 so evakuiert wurde, wird Benzolgas (C₆H₆) als ein Gas, das Kohlenstoff enthält, durch den Gaseinlaßanschluß 63 in die Vakuum kammer 61 derart geliefert, daß der Druck in dem Vakuumbehälter 61 auf einem Vakuum von 0,67 Pa (5×10^-3 Torr) gehalten wird.

Eine Gleichstromspannung von -3kV wird an die Führungsbuchse 11 durch die Gleichstromspannungsquelle 73 angelegt, eine Gleichstromspannung von +50 V wird an die Anode 79 durch die Anodenstromquelle 75 angelegt und eine Wech selstromspannung von 10 V wird an den Heizdraht 81 durch die Heizdrahtstromquelle 77 derart angelegt, daß ein Strom von 30 A durch den Heizdraht 81 fließt.

Folglich wird ein Plasma in einem Bereich, der die Führungsbuchse 11 in dem Va kuumbehälter 61 umgibt, erzeugt und ein harter Kohlenstoffilm wird über der Ober fläche der Führungsbuchse 11 einschließlich der inneren Oberfläche 11b, die in Fig. 1 gezeigt ist, der Führungsbuchse 11 gebildet.

Die Hilfselektrode 71 arbeitet, wie oben beschrieben wurde, und das Dummy-Teil 53 arbeitet wie folgt.

In diesem Verfahren zum Bilden eines harten Kohlenstoffilms auf der Führungs buchse 11 wird das Plasma um die innere und die äußere Oberfläche der Füh rungsbuchse 11 erzeugt. Elektrische Ladungen neigen dazu, sich an der Endfläche 11h der Führungsbuchse 11 zu konzentrieren und das Potential eines Abschnittes der Führungsbuchse um die Endfläche neigt dazu, höher zu werden als das der inneren Oberfläche aufgrund eines Kanteneffektes. Daher ist die Intensität des Plasmas nahe der Endoberfläche 11h der Führungsbuchse 11 größer als die des Plasmas nahe der Führungsbuchse 11 und ist instabil.

Weiterhin ist ein Abschnitt der Führungsbuchse 11 um die Endfläche 11h dem Ein fluß von dem Plasma, das außerhalb der Führungsbuchse 11 erzeugt ist, und dem, das innerhalb der Führungsbuchse 11 erzeugt ist, ausgesetzt.

Wenn ein harter Kohlenstoffilm unter solchen Bedingungen gebildet wird, unter scheidet sich die Haftfähigkeit und Qualität eines Abschnittes des harten Kohlen stoffilms, der auf einem Abschnitt der inneren Oberfläche in einem Bereich von ei nigen Millimetern von der Endoberfläche 11h der Führungsbuchse gebildet ist, leicht von denen eines Abschnittes desselben, der auf anderen Abschnitten der inneren Oberfläche der Führungsbuchse 11 gebildet ist.

Wenn das Dummy-Teil 53 auf der Endfläche 11h der Führungsbuchse 11, wie in Fig. 11 gezeigt ist, während des Bildungsprozesses des harten Kohlenstoffilms vorgesehen ist, wird der Abschnitt des harten Kohlenstoffilms, der eine Haftfähig keit bzw. Haftung und Qualität aufweist, die sich von denen eines Abschnittes des selben, der auf anderen Abschnitten der inneren Oberfläche der Führungsbuchse 11 gebildet wird, nicht auf der inneren Oberfläche der Führungsbuchse 11 gebildet und wird auf der inneren Oberfläche des Dummy-Teiles 53 gebildet.

Experimente zeigten, daß ein harter Kohlenstoffilm mit einer Breite in dem Bereich von 1 bis 2 mm, der eine Haftfähigkeit und Qualität aufweist, die sich leicht von de nen eines harten Kohlenstoffilms unterscheiden, der auf anderen Abschnitten der inneren Oberfläche der Führungsbuchse 11 gebildet ist, in einer Tiefe von ungefähr 4 mm von der Endfläche der Führungsbuchse 11 gebildet wurde, wenn der harte Kohlenstoffilm durch das Bildungsverfahren des harten Kohlenstoffilms, das in Fig. 8 gezeigt ist, gebildet wurde.

Wie in Fig. 12 gezeigt ist, wurde, wenn das Dummy-Teil 53 von 10 mm Länge und einem Innendurchmesser, der im wesentlichen gleich zu dem der Bohrung der Füh rungsbuchse 11 ist, auf der Endfläche 11h der Führungsbuchse 11 positioniert wurde und das Bildungsverfahren des harten Kohlenstoffilms unter den vorherge henden Bedingungen durchgeführt wurde, ein Abschnitt des harten Kohlenstoffilms mit guter Haftfähigkeit und Qualität, die verschieden von anderen Abschnitten des harten Kohlenstoffilms sind, auf dem Dummy-Teil 53 gebildet und jeder solche Ab schnitt wurde nicht auf der inneren Oberfläche der Führungsbuchse 11 gebildet.

Das in Fig. 14 gezeigte Bildungsverfahren eines harten Kohlenstoffilms, ähnlich zu dem in Fig. 9 gezeigten Bildungsverfahren eines harten Kohlenstoffilms, ist von dem vorhergehenden Verfahren nur darin verschieden, daß eine Hochfrequenzlei stung von 400 W über die Anpaßschaltung 67 durch die Hochfrequenzleistungs quelle 69 von 13,56 MHz Schwingungsfrequenz derart angelegt wird, daß ein Plas ma in dem Vakuumbehälter 61 erzeugt wird, und daß Methangas (CH₄) als Gas, das Kohlenstoff enthält, in dem Vakuumbehälter 61 derart geliefert wird, daß der Druck in dem Vakuumbehälter 61 bei einem Vakuum von 13,3 Pa (0,1 Torr) gehal ten wird.

Das in Fig. 15 gezeigte Bildungsverfahren eines harten Kohlenstoffilms ist von dem vorher beschriebenen Verfahren nur darin unterschiedlich, daß eine Gleichstrom spannung von 600 V an die Führungsbuchse 11 durch die Gleichstromleistungs quelle 73′ derart angelegt wird, daß ein Plasma in dem Vakuumbehälter 61 erzeugt wird.

Diese Methoden sind in der Lage, einen harten Kohlenstoffilm mit gleichmäßiger Haftfähigkeit und Qualität mit einer vorbestimmten Dicke über der inneren Oberflä che 11b der Führungsbuchse 11 unter Verwendung der Hilfselektrode 71 und des Dummy-Teiles 53 zu bilden.

Der harte Kohlenstoffilm kann nur über der inneren Oberfläche der Führungsbuch se 11 durch Bedecken der äußeren Oberfläche der Führungsbuchse mit einem Ab deckteil 82, wie in Fig. 11 gezeigt ist, gebildet werden.

Wenn diese Bildungsverfahren von hartem Kohlenstoff durchgeführt werden, ist die Hilfselektrode 71 so angeordnet, daß ihre Spitze ungefähr 1 mm innerhalb des Dummy-Teiles 53 von der Endfläche des Dummy-Teiles 53 entfernt ist. Daher kann ein anormales Entladen an der Spitze der Hilfselektrode 71, das auftritt, wenn die Spitze der Hilfselektrode 71 von der Endfläche des Dummy-Teiles 53 vorsteht, verhindert werden und der harte Kohlenstoffilm 15 kann in einer zufriedenstellen den Qualität auf der inneren Oberfläche 11b der Führungsbuchse 11 gebildet wer den.

Bildungsverfahren eines harten Kohlenstoffilms von weiteren bevorzugten Ausfüh rungsformen zum Bilden eines harten Kohlenstoffilms auf einer Führungsbuchse werden mit Bezug zu Fig. 16 bis 20 beschrieben.

Fig. 16 bis 18 zeigen jeweils ein Bildungsverfahren eines harten Kohlenstoffilms. Fig. 16 bis 18 entsprechen Fig. 12, 14 bzw. 15. In Fig. 16 bis 18 sind Teile, die de nen ähnlich sind oder entsprechen, die in Fig. 12, 14 und 15 gezeigt sind, durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet und eine Beschreibung davon wird wegge lassen.

Diese Bildungsverfahren eines harten Kohlenstoffilms unterscheiden sich von den vorhergehenden Bildungsverfahren eines harten Kohlenstoffilms darin, daß die Hilfselektrode 71 von einem Isolator 85, der in der Zentrumsbohrung 11j der Füh rungsbuchse 11 eingefügt ist, getragen wird, so daß die Hilfselektrode 71 von der Führungsbuchse 11 und dem Vakuumbehälter 61 isoliert ist, und daß eine positive Gleitstromspannung von z. B. 20 V an die Hilfselektrode 71 durch eine Hilfselektro denstromquelle 83 angelegt wird.

Fig. 19 zeigt die Abhängigkeit der Dicke des harten Kohlenstoffilms, der auf der inneren Oberfläche der Führungsbuchse 11 gebildet ist, von der positiven Span nung, die an die Hilfselektrode 71 angelegt ist.

In Fig. 19 ist die Dicke des harten Kohlenstoffilms gezeigt wenn das Spiel zwi schen der inneren Oberfläche der Führungsbuchse 11 und der Hilfselektrode 71 3 mm und 5 mm beträgt, während die positive Gleichstromspannung, die an die Hilf selektrode 71 angelegt ist, zwischen 0 V bis 30 V variiert. Die charakteristischen Kurven a und b sind für das Spiel von 3 mm bzw. 5 mm.

Es ist von den Kurven a und b bekannt, daß die Abscheidungsrate des harten Kohlenstoffilms ansteigt so wie die positive Gleichstromspannung, die an die Hilf selektrode 71 angelegt ist, ansteigt und daß die Abscheidungsrate des harten Kohlenstoffilms höher ist, wenn das Spiel zwischen der inneren Oberfläche der Bohrung der Führungsbuchse 11 und der Hilfselektrode 71 größer ist.

Folglich wird der harte Kohlenstoffilm dick in dem Bereich gegenüber der dünnen Spitze 71a der Hilfselektrode 71 auf der inneren Oberfläche 11b der Führungs buchse 11 gebildet.

Es wird kein Plasma um die innere Oberfläche der Zentrumsbohrung 11j der Füh rungsbuchse 11 gebildet, noch kann irgendein harter Kohlenstoffilm gebildet wer den, wenn eine Spannung von 0 V an die Hilfselektrode 71 angelegt wird und das Potential der Hilfselektrode 71 gleich dem Massepotential ist und das Spiel zwi schen der inneren Oberfläche der Bohrung der Führungsbuchse und der Hilfselektrode 71 3 mm ist (Kurve a).

Es wird ein Plasma um die Hilfselektrode 71 innerhalb der Zentrumsbohrung 11j der Führungsbuchse 11 erzeugt und ein harter Kohlenstoffilm kann gebildet wer den, wenn die positive Gleichstromspannung, die an die Hilfselektrode 71 angelegt ist, erhöht wird, sogar wenn das Spiel zwischen der inneren Oberfläche der Zen trumsbohrung 11j und der Hilfselektrode 71 3 mm beträgt.

Daher ist dieses Bildungsverfahren eines harten Kohlenstoffilms, das eine positive Gleichstromspannung an die Hilfselektrode 71 anlegt, in der Lage, einen harten Kohlenstoffilm über der inneren Oberfläche einer Führungsbuchse mit einer Zen trumsbohrung 11j mit kleinem Durchmesser zu bilden.

Alle die Bildungsverfahren eines harten Kohlenstoffilms, die in Fig. 16 bis 18 ge zeigt sind, weisen denselben Effekt auf.

Wie mit Bezug zu Fig. 8 bis 10 beschrieben wurde, kann derselbe Effekt durch An legen einer positiven Gleichstromspannung an die Hilfselektrode 71 erhalten wer den, wenn ein harter Kohlenstoffilm ohne Verwendung des Dummy-Teiles 53 gebil det wird.

Fig. 20 zeigt ein konkretes Beispiel einer Struktur zum Tragen der Hilfselektrode 71 in der Zentrumsbohrung der Führungsbuchse 11 in einem isolierten Zustand.

Wie in Fig. 20 gezeigt ist, ist ein Isolator 85, der aus einem isolierenden kerami schen Material gebildet ist, in dem ausgeweiteten Abschnitt 11g der Zentrumsboh rung der Führungsbuchse 11 eingefügt ist, mit einer ersten Zentrumsbohrung 85a und einer zweiten Zentrumsbohrung 85b mit einem Durchmesser, der verschieden von dem der ersten Zentrumsbohrung 85 ist, vorgesehen.

Die Hilfselektrode 71 ist in die erste Zentrumsbohrung 85a eingefügt und eine Ver bindungselektrode 87, die einen vergleichsweisen großen Durchmesser aufweist und mit der Hilfselektrode 71 verbunden ist, ist in die zweite Zentrumsbohrung 85b eingefügt bzw. eingepaßt. Die Hilfselektrode 71 ist aus einem Metall, wie z. B. ei nem nicht rostenden Stahl gebildet und ist in der Form eines abgestuften Stabes gebildet und weist eine Spitze 71a und einen anderen Abschnitt 71b auf, wobei die Spitze 71a kleiner ist als der andere Abschnitt 71b.

Die Abschnitte 71b mit großem Durchmesser der Hilfselektrode 71 und die erste Zentrumsbohrung 85a sind entsprechend so bestimmt, daß ein Spiel in dem Be reich von 0,01 bis 0,03 mm zwischen den entsprechenden Oberflächen der Hilfse lektrode 71 und der ersten Zentrumsbohrung 85a gebildet ist.

Die entsprechenden Durchmesser des ausgeweiteten Abschnittes 11g der Füh rungsbuchse 11 und des Isolators 85 sind so bestimmt, daß ein Spiel in dem Be reich von 0,01 bis 0,03 mm zwischen den entsprechenden Oberflächen des ausge weiteten Abschnittes 11g der Führungsbuchse 11 und dem Isolator 85 gebildet ist.

Ein zylindrisches Futter 57 ist nahe der inneren Oberfläche 11b der Führungsbuch se 11 angeordnet. Der Innendurchmesser des zylindrischen Futters 57 ist ungefähr gleich zu dem Durchmesser der inneren Oberfläche 11b.

Wenn das zylindrische Futter 57 zwischen dem Isolator 85 und der inneren Ober fläche 11b der Führungsbuchse 11 gehalten wird und das Dummy-Teil 53 auf der Endfläche der Führungsbuchse 11 montiert ist, ist keine Stufe nahe der inneren Oberfläche 11b der Führungsbuchse 11, auf die der harte Kohlenstoffilm 15 gebil det wird, gebildet. D.h., daß der Zwischenraum zwischen dem Abschnitt nahe der inneren Oberfläche 11b, auf der der harte Kohlenstoffilm 15 gebildet wird, und der Hilfselektrode 71 durch den Durchmesser der Hilfselektrode 71 bestimmt wird und daß der Zwischenraum zwischen dem Abschnitt nahe der inneren Oberfläche 11b und der Spitze 71a groß gemacht wird.

Die Hilfselektrode 71 kann in der Mittelbohrung 11j der Führungsbuchse 11 in ge nauer Ausrichtung mit der Mittelachse der Mittelbohrung 11j durch Einführen des Isolators 85, der die Hilfselektrode 71 trägt, in den ausgeweiteten Abschnitt 11g der Führungsbuchse 11 angeordnet werden.

Wenn die Hilfselektrode 71 außerhalb der Ausrichtung mit der Mittelachse der Mit telbohrung der Führungsbuchse 11 ist, wird ein unausgeglichenes Plasma in dem Raum zwischen der Hilfselektrode 71 und der Oberfläche der Mittelbohrung erzeugt und folglich kann der harte Kohlenstoffilm 15 nicht in einer gleichmäßigen Dicke und einer gleichmäßigen Qualität gebildet werden.

Die Hilfselektrode 71 kann in genauer Ausrichtung mit der Mittelachse der Mittel bohrung der Führungsbuchse 11 vorgesehen werden und der harte Kohlenstoffilm kann in einer gleichmäßigen Dicke und einer gleichmäßigen Qualität durch Be stimmen des Durchmessers des Isolators 85 derart, daß der Isolator eng in den ausgeweiteten Abschnitt 11g der Zentrumsbohrung der Führungsbuchse 11 einge paßt werden kann, und durch Einstellen der Position der Hilfselektrode 71 durch die erste Zentrumsbohrung 85a des Isolators 85 gebildet werden.

Eine positive Gleichstromspannung wird über die Verbindungselektrode 87 an die Hilfselektrode 71 angelegt wenn die Bildungsverfahren eines harten Kohlenstoffes, die vorher mit Bezug zu Fig. 16 bis 18 beschrieben wurden, durchgeführt werden.

Da die Hilfselektrode 71 Elektronen ansammelt, wird ein Plasma mit hoher Intensi tät in der Zentrumsbohrung 11j der Führungsbuchse 11 gebildet, welches die Ab scheidungsrate des harten Kohlenstoffilms durch ein Plasma-CVD-Verfahren er höht.

Die Hilfselektrode 71 ist über die Verbindungselektrode 87 mit einem Massepoten tial verbunden, wenn die Bildungsverfahren eines harten Kohlenstoffilmes, die vor her mit Bezug zu Fig. 8 bis 15 beschrieben wurden, ausgeführt werden.

Eine negative Spannung, die niedriger ist als die, die an die Führungsbuchse 11 angelegt ist, (eine negative Spannung von ungefähr 1/10 der Spannung, die an die Führungsbuchse 11 angelegt ist) kann an die Hilfselektrode 71 angelegt werden. Wenn eine solche negative Spannung an die Hilfselektrode 71 angelegt wird, wird die Bewegung der Elektronen innerhalb der Zentrumsbohrung 11j der Führungs buchse 11 intensiviert, wodurch die Intensität des Plasmas erhöht wird und daher die Abscheidungsrate des harten Kohlenstoffilms erhöht wird.

Die isolierte Hilfselektrode 71 kann auf einem schwebendem Potential gehalten werden. Wenn die Hilfselektrode 71 auf einem schwebenden Potential ist, wird ein negatives Potential auf der Hilfselektrode 71 durch die Wechselwirkung zwischen dem Plasma und der Hilfselektrode 71 erzeugt, wobei der Effekt von diesem äqui valent zu dem Anlegen einer niedrigen negativen Spannung an die Hilfselektrode 71 ist.

Ein anderes Beispiel der Form einer Hilfselektrode, die verwendet wird, wenn der harte Kohlenstoffilm auf der inneren Oberfläche der Führungsbuchse 11 gebildet wird, ist in Fig. 21 dargestellt.

Die Hilfselektrode 71′ weist eine Form eines Stabes mit einem konischen bzw. ab geschrägten Teil 71c an der Spitze auf und ist aus Metall, wie z. B. nicht rostendem Stahl, ähnlich wie die Hilfselektrode 71, die oben beschrieben wurde, gebildet. Der Unterschied zwischen dem maximalen Durchmesser und dem minimalen Durch messer des abgeschrägten Teiles 71c ist ungefähr 1 mm.

In jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen können, sogar wenn der harte Kohlenstoffilm unter Benutzung der in Fig. 21 gezeigten Hilfselektrode 71′ anstatt der Hilfselektrode 71 gebildet wird, die gleichen Effekte, wie die der oben beschrie benen Ausführungsformen erreicht werden.

D.h., daß der harte Kohlenstoffilm fest und hart über der inneren Oberfläche 11b der Führungsbuchse 11 mit gleicher Qualität gebildet werden kann und daß die Dicke des harten Kohlenstoffilms an dem Abschnitt nahe dem offenen Ende größer sein kann als die in dem inneren der Führungsbuchse. In dem Fall, bei dem die Hilfselektrode 71′ verwendet wird, kann die Dicke des Filmes langsam kontinuier lich variiert werden.

Obwohl die vorhergehenden Bildungsverfahren eines harten Kohlenstoffilms für die Anwendung des Bildens des harten Kohlenstoffilms 15 auf der Oberfläche der sehr harten Zwischenlage 12 beschrieben wurden, können diese Bildungsverfahren ei nes harten Kohlenstoffilms auf das Bilden des harten Kohlenstoffilms 15 direkt auf der inneren Oberfläche 11b der Führungsbuchse 11, die nicht mit der sehr harten Zwischenlage 12 vorgesehen ist, auf das Bilden des harten Kohlenstoffilms 15 auf der Zwischenschicht 16, die über der inneren Oberfläche 11b der Führungsbuchse 11 gebildet ist, oder auf das Bilden des harten Kohlenstoffilms 15 auf der Zwi schenschicht 16, die auf der Oberfläche der sehr harten Zwischenlage 12, die mit der inneren Oberfläche 11b der Führungsbuchse 11 verbunden ist, gebildet ist, an gewendet werden.

Obwohl die vorhergehenden Bildungsverfahren eines harten Kohlenstoffilms Methangas (CH₄) oder Benzolgas (C₆H₆) als ein Gas, das Kohlenstoff enthält, ver wenden, können die Bildungsverfahren eines harten Kohlenstoffilms Ethylen (C₂H₄), Hexan (C₆H₁₄) oder ähnliches verwenden.

Diese Gase, die Kohlenstoff enthalten, können durch ein inertes Gas, das bei ei nem relativ niedrigen Ionisierungspotential ionisiert wird, wie z. B. Argon (Ar), derart verdünnt werden, daß das in der Zentrumsbohrung der Führungsbuchse erzeugte Plasma stabilisiert wird.

Eine geringe Menge eines Additivs (1% oder weniger) kann zu dem Gas, das Koh lenstoff enthält, zum Bilden des harten Kohlenstoffilms derart hinzugefügt werden, daß die Schmierfähigkeit oder Härte verbessert wird.

Das Hinzufügen von z. B. Fluor (F) oder Bor (B) zu dem Gas, das Kohlenstoff ent hält, erhöht die Schmierfähigkeit. Das Hinzufügen von z. B. Chrom (Cr), Molybdän (Mo) oder Wolfram (W) zu dem Gas, das Kohlenstoff enthält, erhöht die Härte.

Es ist wünschenswert, nach dem Plazieren der Führungsbuchse in dem Vakuum behälter und vor dem Bilden des harten Kohlenstoffilms ein Plasma aus Argon (Ar) oder Stickstoff (N₂) derart zu erzeugen, daß die innere Oberfläche der Führungs buchse bombadiert wird, und ein Plasma des Gases, das Kohlenstoff enthält, wie z. B. Methangas oder Benzolgas, zum Bilden des harten Kohlenstoffilms zu erzeu gen.

Diese Vorbehandlung, die die Bombadierung mit einem inerten Gas verwendet, erhöht die Temperatur der inneren Oberfläche der Führungsbuchse, aktiviert die innere Oberfläche und treibt Verunreinigungen von der inneren Oberfläche der Führungsbuchse derart aus, daß die innere Oberfläche gereinigt wird. Diese Effek te verbessern weiterhin die Haftung des harten Kohlenstoffilms, der auf der inneren Oberfläche der Führungsbuchse durch das Plasma-CVD-Verfahren gebildet wird.

Wie von der vorhergehenden Beschreibung deutlich wird, ermöglicht die Verwen dung der Führungsbuchse in der Drehführungsbuchsenvorrichtung oder der statio nären Führungsbuchsenvorrichtung einer automatischen Drehmaschine, daß die automatische Drehmaschine die normale Verarbeitung eines Werkstückes mit einer erhöhten Schnittiefe ohne Beschädigen des Werkstückes oder ohne Verursachen eines Festfressens zwischen der Führungsbuchse und dem Werkstück ausführt, und verbessert die Verarbeitungseffizienz der automatischen Drehmaschine deut lich. Die deutlich verbesserte Haltbarkeit der Führungsbuchse verlängert die Zeit, in der die Verarbeitung fortgesetzt werden kann, wodurch die Betriebsrate der au tomatischen Drehmaschine deutlich erhöht wird. Wenn die Führungsbuchse in der stationären Führungsbuchsenvorrichtung einer automatischen Drehmaschine ein gefügt wird, ist die automatische Drehmaschine in der Lage, eine präzise Verarbei tung effizient zu erreichen (speziell bei der Rundheit bzw. Verrundung).

Das Bildungsverfahren eines harten Kohlenstoffilms zum Bilden eines harten Koh lenstoffilms auf der inneren Oberfläche einer Führungsbuchse ist in der Lage, ei nen harten Kohlenstoffilm (DLC-Film), der sehr ähnlich zu Diamant ist, mit einer größeren Dicke an dem Abschnitt nahe dem offenen Ende als an der Innenseite davon auf der inneren Oberfläche der Führungsbuchse, die in gleitendem Kontakt mit einem Werkstück gebracht wird, mit einer hohen Haftung in einer kurzen Zeit zu bilden.

Somit ist das Verfahren zum Bilden eines harten Kohlenstoffilms in der Lage, eine haltbare Führungsbuchse zur Verwendung in der Führungsbuchsenvorrichtung ei ner automatischen Drehmaschine mit hoher Produktivität herzustellen.

Claims

1. Führungsbuchse,
die im wesentlichen in einer zylindrischen Form gebildet ist und eine Mittelbohrung (11j) in ihrer axialen Richtung aufweist, mit
einer abgeschrägten äußeren Oberfläche (11a), einer inneren Oberfläche (11b), die in gleitendem Kontakt mit einem Werkstück (51) sein soll, und Schlitzen (11c), die an ihrem einen Ende vorgesehen sind,
wobei die Führungsbuchse (11) das in die Mittelbohrung (11j) eingefügte Werk stück (51) drehbar und gleitbar in axialer Richtung nahe einem Schneidwerkzeug (45) hält, wenn die Führungsbuchse (11) in einer automatischen Drehmaschine montiert ist,
bei der die innere Oberfläche (11b), die in gleitendem Kontakt mit dem Werkstück (51) ist, mit einem harten Kohlenstoffilm (15) aus hydriertem, amorphen Kohlenstoff in einer solchen Art beschichtet ist, daß eine Dicke des harten Kohlenstoffilms (15) an einem Abschnitt (15a) nahe einem offenen Ende (11k) der Führungsbuchse (11) größer ist als die an einem inneren Abschnitt (15b).

2. Führungsbuchse nach Anspruch 1, bei der der harte Kohlenstoffilm (15) auf einer Zwischenschicht (16), die auf der inneren Oberfläche (11b) gebildet ist, derart gebildet ist, daß die Haftung des harten Koh lenstoffilms (15) mit der inneren Oberfläche (11b) verstärkt wird.

3. Führungsbuchse nach Anspruch 1, bei der der harte Kohlenstoffilm (15) auf einer sehr harten Zwischenlage (12), die auf der inneren Oberfläche (11b) gebildet ist, gebildet ist.

4. Führungsbuchse nach Anspruch 1, bei der der harte Kohlenstoffilm (15) auf einer sehr harten Zwischenlage (12), die auf der inneren Oberfläche (11b) gebildet ist, und auf einer Zwischenschicht (16), die auf der sehr harten Zwischenlage (12) gebildet ist, derart gebildet ist, daß die Haftung des harten Kohlenstoffilms (15) mit der sehr harten Zwischenlage (12) erhöht wird.

5. Verfahren des Bildens eines harten Kohlenstoffilms (15) auf der inneren Oberfläche (11b) einer Führungsbuchse (11), die im wesentlichen in einer zylindri schen Form gebildet ist und die eine Mittelbohrung (11j) in ihrer axialen Richtung aufweist und die weiter eine abgeschrägte äußere Oberfläche (11a), eine innere Oberfläche (11b), die in gleitendem Kontakt mit einem Werkstück (51) sein soll, und Schlitze (11c), die an ihrem einen Ende vorgesehen sind, aufweist und die das in die Mittelbohrung (11j) eingefügte Werkstück (51) drehbar und gleitbar in axialer Richtung nahe einem Schneidwerkzeug (45) hält, wenn die Führungsbuchse (11) in einer automatischen Drehmaschine montiert ist, bei dem
die Führungsbuchse (11) in einem Vakuumbehälter (61), der mit einem Gaseinlaß anschluß (63) und einem Auslaßanschluß (65) vorgesehen ist, angeordnet wird, eine stabähnliche Hilfselektrode (71), die mit einem abgestuften Abschnitt mit einer Spitze (71a), die kleiner ist als ein anderer Abschnitt (71b), vorgesehen ist, in die Mittelbohrung (11j), die die innere Oberfläche (11b) der Führungsbuchse (11) bil det, derart eingefügt wird, daß die Spitze (71a) nahe einem offenen Ende (11k) der inneren Oberfläche (11b) der Führungsbuchse (11) positioniert wird, und die Hilfse lektrode (71) auf einem Massepotential gehalten wird,
ein Gas, das Kohlenstoff enthält, durch den Gaseinlaßanschluß (63) in den Vaku umbehälter (61) nach dem Evakuieren des Vakuumbehälters (61) eingebracht wird und
ein Plasma in dem Vakuumbehälter (61) derart erzeugt wird, daß ein harter Koh lenstoffilm (15) von hydriertem, amorphen Kohlenstoff auf der inneren Oberfläche (11b) der Führungsbuchse (11) durch ein Plasma-CVD-Verfahren gebildet wird.

6. Verfahren des Bildens eines harten Kohlenstoffilms (15) auf der inneren Oberfläche (11b) einer Führungsbuchse (11), die im wesentlichen in einer zylindri schen Form gebildet ist und die eine Mittelbohrung (11j) in ihrer axialen Richtung aufweist und die weiter eine abgeschrägte äußere Oberfläche (11a), eine innere Oberfläche (11b), die in gleitendem Kontakt mit einem Werkstück (51) sein soll, und Schlitze (11c), die an ihrem einen Ende vorgesehen sind, aufweist und die das in die Mittelbohrung (11j) eingefügte Werkstück (51) drehbar und gleitbar in axialer Richtung nahe einem Schneidwerkzeug (45) hält, wenn die Führungsbuchse (11) in einer automatischen Drehmaschine montiert ist, bei dem
die Führungsbuchse (11) in einem Vakuumbehälter (61), der mit einem Gaseinlaß anschluß (63) und einem Auslaßanschluß (65) vorgesehen ist, angeordnet wird, eine stabähnliche Hilfselektrode (71), die mit einem abgestuften Abschnitt mit einer Spitze (71a), die kleiner ist als ein anderer Abschnitt (71b), vorgesehen ist, in die Mittelbohrung (11j), die die innere Oberfläche (11b) der Führungsbuchse (11) bil det, derart eingefügt wird, daß die Spitze (71a) nahe einem offenen Ende (11k) der inneren Oberfläche (11b) der Führungsbuchse (11) positioniert wird, und ein positi ver Strom an die Hilfselektrode (71) angelegt wird,
ein Gas, das Kohlenstoff enthält, durch den Gaseinlaßanschluß (63) in den Vaku umbehälter (61) nach dem Evakuieren des Vakuumbehälters (61) eingebracht wird und
ein Plasma in dem Vakuumbehälter (61) derart erzeugt wird, daß ein harter Koh lenstoffilm (15) von hydriertem, amorphen Kohlenstoff auf der inneren Oberfläche (11b) der Führungsbuchse (11) durch ein Plasma-CVD-Verfahren gebildet wird.

7. Verfahren des Bildens eines harten Kohlenstoffilms (15) auf der inneren Oberfläche (11b) einer Führungsbuchse (11), die im wesentlichen in einer zylindri schen Form gebildet ist und die eine Mittelbohrung (11j) in ihrer axialen Richtung aufweist und die weiter eine abgeschrägte äußere Oberfläche (11a), eine innere Oberfläche (11b), die in gleitendem Kontakt mit einem Werkstück (51) sein soll, und Schlitze (11c), die an ihrem einen Ende vorgesehen sind, aufweist und die das in die Mittelbohrung (11j) eingefügte Werkstück (51) drehbar und gleitbar in axialer Richtung nahe einem Schneidwerkzeug (45) hält, wenn die Führungsbuchse (11) in einer automatischen Drehmaschine montiert ist, bei dem
die Führungsbuchse (11) in einem Vakuumbehälter (61), der mit einem Gaseinlaß anschluß (63) und einem Auslaßanschluß (65) vorgesehen ist, angeordnet wird, eine stabähnlichen Hilfselektrode (71′), die mit einem abgeschrägten Abschnitt (71c) mit einer Spitze vorgesehen ist, in die Mittelbohrung (11j), die die innere Oberfläche (11b) der Führungsbuchse (11) bildet, derart eingefügt wird, daß die Spitze des abgeschrägten Abschnittes (71c) nahe einem offenen Ende (11k) der inneren Oberfläche (11b) der Führungsbuchse (11) positioniert wird, und die Hilfse lektrode (71′) auf einem Massepotential gehalten wird,
ein Gas, das Kohlenstoff enthält, durch den Gaseinlaßanschluß (63) in den Vaku umbehälter (61) nach dem Evakuieren des Vakuumbehälters (61) eingebracht wird und
ein Plasma in dem Vakuumbehälter (61) derart erzeugt wird, daß ein harter Koh lenstoffilm (15) von hydriertem, amorphen Kohlenstoff auf der inneren Oberfläche (11b) der Führungsbuchse (11) durch ein Plasma-CVD-Verfahren gebildet wird.

8. Verfahren des Bildens eines harten Kohlenstoffilms (15) auf der inneren Oberfläche (11b) einer Führungsbuchse (11), die im wesentlichen in einer zylindri schen Form gebildet ist und die eine Mittelbohrung (11j) in ihrer axialen Richtung aufweist und die weiter eine abgeschrägte äußere Oberfläche (11a), eine innere Oberfläche (11b), die in gleitendem Kontakt mit einem Werkstück (51) sein soll, und Schlitze (11c), die an ihrem einen Ende vorgesehen sind, aufweist und die das in die Mittelbohrung (11j) eingefügte Werkstück (51) drehbar und gleitbar in axialer Richtung nahe einem Schneidwerkzeug (45) hält, wenn die Führungsbuchse (11) in einer automatischen Drehmaschine montiert ist, bei dem
die Führungsbuchse (11) in einem Vakuumbehälter (61), der mit einem Gaseinlaß anschluß (63) und einem Auslaßanschluß (65) vorgesehen ist, angeordnet wird, eine stabähnlichen Hilfselektrode (71′), die mit einem abgeschrägten Abschnitt (71c) mit einer Spitze vorgesehen ist, in die Mittelbohrung (11j), die die innere Oberfläche (11b) der Führungsbuchse (11) bildet, derart eingefügt wird, daß die Spitze des abgeschrägten Abschnittes (71c) nahe einem offenen Ende (11k) der inneren Oberfläche (11b) der Führungsbuchse (11) positioniert wird, und ein positi ver Gleichstrom an die Hilfselektrode (71′) angelegt wird,
ein Gas, das Kohlenstoff enthält, durch den Gaseinlaßanschluß (63) in den Vaku umbehälter (61) nach dem Evakuieren des Vakuumbehälters (61) eingebracht wird und
ein Plasma in dem Vakuumbehälter (61) derart erzeugt wird, daß ein harter Koh lenstoffilm (15) von hydriertem, amorphen Kohlenstoff auf der inneren Oberfläche (11b) der Führungsbuchse (11) durch ein Plasma-CVD-Verfahren gebildet wird.

9. Verfahren des Bildens eines harten Kohlenstoffilms auf der inneren Oberflä che einer Führungsbuchse (11b) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, bei dem der Vakuumbehälter (61) mit einer Anode (79) und einem Heizdraht (81) derart vorge sehen ist, daß das Plasma in dem Vakuumbehälter (61) durch Anlegen einer Gleichstromspannung an die Führungsbuchse (11), einer Gleichstromspannung an die Anode (79) und einer Wechselstromspannung an den Heizdraht (81) erzeugt wird.

10. Verfahren des Bildens eines harten Kohlenstoffilms auf der inneren Oberflä che einer Führungsbuchse nach einem der Ansprüche 5 bis 8, bei dem das Plasma in dem Vakuumbehälter (61) durch Anlegen einer Hochfrequenzlei stung an die Führungsbuchse (11) erzeugt wird.

11. Verfahren des Bildens eines harten Kohlenstoffilms auf der inneren Oberflä che einer Führungsbuchse nach einem der Ansprüche 5 bis 8, bei dem das Plasma in dem Vakuumbehälter (61) durch Anlegen einer Gleichstromspan nung an die Führungsbuchse (11) erzeugt wird.