JPH11117068A - 円筒状部材の内周面への硬質カーボン膜形成方法 - Google Patents

円筒状部材の内周面への硬質カーボン膜形成方法

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JPH11117068A
JPH11117068A JP27703197A JP27703197A JPH11117068A JP H11117068 A JPH11117068 A JP H11117068A JP 27703197 A JP27703197 A JP 27703197A JP 27703197 A JP27703197 A JP 27703197A JP H11117068 A JPH11117068 A JP H11117068A
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hard carbon
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Osamu Sugiyama
杉山　　修
Yukio Miya
宮　　行男
Ryuta Koike
▲龍▼太 小池
Takashi Toida
孝志 戸井田
Toshiichi Sekine
敏一 関根
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Citizen Watch Co Ltd
Original Assignee
Citizen Watch Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 円筒状部材に密着性よく硬質カーボン膜を形
成することが可能な硬質カーボン膜の被膜形成方法を提
供する。 【解決手段】 接地電位と接続する補助電極２３を円筒
状部材の開口内面に挿入するように円筒状部材を真空槽
１３内に配置し、真空槽１３内を初期到達圧力に排気す
る処理工程と、そののち円筒状部材１１に直流電圧を印
加しアノード３１に直流電圧を印加しフィラメント３３
に交流電圧を印加する処理工程と、しかるのちガス導入
口から炭素を含むガスを真空槽内に導入してプラズマを
発生させ、円筒状部材に硬質カーボン膜を被膜形成圧力
にて形成する処理工程とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は中心開口を有する円
筒状部材の内周面への硬質カーボン膜の形成方法にかん
し、とくに各種のブッシュや、チャックや、ピストンリ
ングや、リニアベアリングなどの円筒状部材の内周面に
形成する硬質カーボン膜の形成方法にかんする。
【０００２】
【従来の技術】この硬質カーボン膜は黒色状の被膜で、
ダイヤモンドによく似た性質をもつ。すなわち硬質カー
ボン膜は、機械的硬度が高く、ほかの部材と接触したと
きの摩擦係数が小さく、電気的絶縁性が高く、熱伝導率
が高く、さらに耐腐食性も高いという優れた特性を備え
ている。そのため装飾品や医療機器や磁気ヘッドや工具
になどに硬質カーボン膜を被覆することが提案されてい
る。
【０００３】そしてこの硬質カーボン膜は水素化アモル
ファス・カーボン膜であり、前述のようにダイヤモンド
とよく似た性質をもつため、ダイヤモンド・ライク・カ
ーボン膜（ＤＬＣ）と呼ばれたり、あるいはｉ−カーボ
ン膜ともよばれている。
【０００４】そこで自動旋盤に装着されて棒状の被加工
物を摺動および回転可能に支持するガイドブッシュなど
の各種のブッシュや、チャックや、ピストンリングや、
リニアベアリングなどの中心開口を有する円筒状部材の
内周面に、この硬質カーボン膜を形成することによっ
て、そのほかの部材と接触する内周面の耐摩耗性を飛躍
的に高めることができる。
【０００５】そこでこの硬質カーボン膜を、従来技術に
おけるプラスマ化学気相成長法を用いて、円筒状部材の
内周面に硬質カーボン膜を形成する方法を、図１０を用
いて説明する。図１０は従来技術における硬質カーボン
膜の形成方法を説明するための断面図である。
【０００６】図１０に示すように、ガス導入口１５と排
気口１７とを有する真空槽１３内部に、その内周面１１
ｂに硬質カーボン膜を形成する円筒状部材１１を配置す
る。そして、真空槽１３の内部を、図１０に図示しない
排気手段によって、その真空度が３×１０-5ｔｏｒｒ以
下の圧力になるように、真空排気する。このはじめに真
空排気によって到達する圧力を、これ以降、「初期到達
圧力」と呼ぶことにする。
【０００７】その後、ガス導入口１５から炭素を含むガ
スを真空槽１３内に導入して、真空槽１３内部の圧力を
５×１０-3ｔｏｒｒになるように調整する。
【０００８】そしてこの円筒状部材１１には、直流電源
２５から直流電圧を印加する。さらに円筒状部材１１に
対向するように配置するアノード３１にはアノード電源
２７から直流電圧を印加し、さらにフィラメント３３に
はフィラメント電源２９から交流電圧を印加する。この
とき直流電源２５から円筒状部材１１に印加する直流電
圧はマイナス３ｋＶを印加し、さらにアノード電源２７
からアノード３１に印加する直流電圧はプラス５０Ｖを
印加する。さらにフィラメント電源２９からフィラメン
ト３３に印加する電圧は３０Ａの電流が流れるように１
０Ｖの交流電圧を印加する。
【０００９】これらによって、円筒状部材１１の中心開
口１１ａを含む真空槽１３の内部にプラズマを発生させ
て、円筒状部材１１の内周面１１ｂを含む全表面に硬質
カーボン膜を形成している。このとき真空槽１３内部の
圧力は、５×１０-3ｔｏｒｒにて硬質カーボン膜を形成
しており、硬質カーボン膜を被膜形成する圧力を、これ
以降、「被膜形成圧力」と呼ぶことにする。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】図１０を用いて説明し
たプラスマ化学的気相成長法による硬質カーボン膜の形
成方法でにおいては、円筒状部材１１の周囲領域に発生
するプラズマが主になって、炭素を含むガスを分解して
硬質カーボン膜を形成している。このため円筒状部材１
１の外周部には、硬質カーボン膜を均一性よく形成する
ことができるが、円筒状部材１１の内周面に形成する硬
質カーボン膜は密着性が悪く、しかも硬度などの膜質が
劣るという問題点がある。
【００１１】この原因は、円筒状部材１１の中心開口１
１ａは、同電位の電極どうしが対向している空間となっ
ているため、その中心開口１１ａ内でのプラズマはホロ
ー放電と呼ばれる以上放電を発生するからである。
【００１２】このホロー放電によって被膜形成される硬
質カーボン膜は、ポリマーライクな密着性が悪い被膜で
あり、円筒状部材１１の内周面１１ｂから剥離しやす
く、その硬度も低い。
【００１３】また、前述の硬質カーボン膜の形成方法に
おいては、被膜形成圧力である５×１０-3ｔｏｒｒに
て、円筒状部材１１に直流電源２５からマイナス３ｋＶ
の直流電圧を印加している。
【００１４】このような真空槽１３内の圧力が５×１０
-3ｔｏｒｒ程度の状態では、真空槽１３内の空間に電子
などの電荷が多い状態となり、空間インピーダンスが低
い。このためプラズマ放電が開始する瞬間に、円筒状部
材１１に異常放電であるアーク放電が発生しやすい。
【００１５】さらに、このプラズマ放電の開始時という
のは、硬質カーボン膜の被膜形成初期でもある。したが
って、この被膜形成初期に形成される膜質によって、円
筒状部材１１との密着性が左右される。
【００１６】このように、プラズマ放電の最初期に、異
常放電であるアーク放電が発生すると、硬質カーボン膜
の膜質の劣化および密着性が低下し、円筒状部材１１の
内周面１１ｂから剥離するという問題が発生する。
【００１７】〔発明の目的〕本発明の目的は、上記課題
点を解決して、円筒状部材の内周面に密着性よく硬質カ
ーボン膜を形成することが可能な硬質カーボン膜の被膜
形成方法を提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の円筒状部材への硬質カーボン膜の形成方法
においては、下記記載の手段を採用する。
【００１９】本発明の円筒状部材の内周面への硬質カー
ボン膜形成方法においては、排気口およびガス導入口を
有し、内部にアノードとフィラメントを設ける真空槽内
に円筒状部材を配置し、この円筒状部材の中心開口内に
接地電位と接続する補助電極を挿入するように配置する
第１の工程と、そののち、真空槽内を所定の真空度以下
の初期到達圧力に排気する第２の工程と、その後、円筒
状部材に直流電圧を印加するとともに、アノードに直流
電圧を印加し、フィラメントに交流電圧を印加する第３
の工程と、さらにその後、ガス導入口から炭素を含むガ
スを真空槽内に導入してプラズマを発生させ、円筒状部
材の内周面に硬質カーボン膜を形成しながら、真空槽内
の圧力を初期到達圧力より高い被膜形成圧力になるよう
に制御する第４の工程とを有することを特徴とする。
【００２０】本発明の円筒状部材の内周面への硬質カー
ボン膜形成方法では、排気口およびガス導入口を有する
真空槽内に円筒状部材を配置し、この円筒状部材の中心
開口内に接地電位と接続する補助電極を挿入するように
配置する第１の工程と、そののち、真空槽内を所定の真
空度以下の初期到達圧力に排気する第２の工程と、その
後、円筒状部材に高周波電力を印加する第３の工程と、
さらにその後、ガス導入口から炭素を含むガスを真空槽
の内部に導入してプラズマを発生させ、円筒状部材の内
周面に硬質カーボン膜を形成しながら、真空槽内の圧力
を初期到達圧力より高い被膜形成圧力になるように制御
する第４の工程とを有することを特徴とする。
【００２１】本発明の円筒状部材の内周面への硬質カー
ボン膜形成方法では、排気口およびガス導入口を有する
真空槽内に円筒状部材を配置し、この円筒状部材の中心
開口内に接地電位と接続する補助電極を挿入するように
配置する第１の工程と、そののち、真空槽内を所定の真
空度以下の初期到達圧力に排気する第２の工程と、その
後、円筒状部材に直流電圧を印加する第３の工程と、さ
らにその後、ガス導入口から炭素を含むガスを真空槽内
に導入してプラズマを発生させ、円筒状部材の内周面に
硬質カーボン膜を形成しながら、真空槽内の圧力を初期
到達圧力より高い被膜形成圧力になるように制御する第
４の工程とを有することを特徴とする。
【００２２】本発明の円筒状部材の内周面への硬質カー
ボン膜形成方法においては、排気口およびガス導入口を
有し、内部にアノードとフィラメントを設ける真空槽内
に円筒状部材を配置し、この円筒状部材の中心開口内に
直流正電圧と接続する補助電極を挿入するように配置す
る第１の工程と、そののち、真空槽内を所定の真空度以
下の初期到達圧力に排気する第２の工程と、その後、円
筒状部材に直流電圧を印加するとともに、アノードに直
流電圧を印加し、フィラメントに交流電圧を印加する第
３の工程と、さらにその後、ガス導入口から炭素を含む
ガスを真空槽内に導入してプラズマを発生させ、円筒状
部材の内周面に硬質カーボン膜を形成しながら、真空槽
内の圧力を初期到達圧力より高い被膜形成圧力になるよ
うに制御する第４の工程とを有することを特徴とする。
【００２３】本発明の円筒状部材の内周面への硬質カー
ボン膜形成方法では、排気口およびガス導入口を有する
真空槽内に円筒状部材を配置し、この円筒状部材の中心
開口内に直流正電圧と接続する補助電極を挿入するよう
に配置する第１の工程と、そののち、真空槽内を所定の
真空度以下の初期到達圧力に排気する第２の工程と、そ
の後、円筒状部材に高周波電力を印加する第３の工程
と、さらにその後、ガス導入口から炭素を含むガスを真
空槽内に導入してプラズマを発生させ、円筒状部材の内
周面に硬質カーボン膜を形成しながら、真空槽内の圧力
を初期到達圧力より高い被膜形成圧力になるように制御
する第４の工程とを有することを特徴とする。
【００２４】本発明の円筒状部材の内周面への硬質カー
ボン膜形成方法においては、排気口およびガス導入口を
有する真空槽内に円筒状部材を配置し、この円筒状部材
の中心開口内に直流正電圧と接続する補助電極を挿入す
るように配置する第１の工程と、そののち、真空槽内を
所定の真空度以下の初期到達圧力に排気する第２の工程
と、その後、円筒状部材に直流電圧を印加する第３の工
程と、さらにその後、ガス導入口から炭素を含むガスを
真空槽内に導入してプラズマを発生させ、円筒状部材の
内周面に硬質カーボン膜を形成しながら、真空槽内の圧
力を初期到達圧力より高い被膜形成圧力になるように制
御する第４の工程とを有することを特徴とする。
【００２５】〔作用〕本発明の円筒状部材への硬質カー
ボン膜の形成方法においては、炭素を含むガスを真空槽
内部に導入するまえに、円筒状部材に直流負電圧または
高周波電力を印加する手段を採用する。このような手段
においては、被膜形成圧力よりも低い圧力でプラズマ放
電が開始する。
【００２６】すなわちプラズマ放電開始が被膜形成圧力
より空間インピーダンスの高い状態であるので、異常放
電であるアーク放電は発生しない。このようにプラズマ
放電開始の硬質カーボン膜の被膜形成初期には、異常放
電であるアーク放電は発生しない。したがって、プラズ
マ放電の最初期の膜質を左右するときに、円筒状部材で
異常放電であるアーク放電が発生せず、硬質カーボン膜
の密着性の低下は発生しない。このために本発明の硬質
カーボン膜の形成方法においては、硬質カーボン膜が円
筒状部材から剥離するという現象は発生しない。
【００２７】さらに本発明の円筒状部材への硬質カーボ
ン膜の形成方法においては、円筒状部材の開口内面の開
口の中央部に、接地電位に接続する補助電極を配置して
硬質カーボン膜を形成する。そして円筒状部材には、負
の直流電圧あるいは高周波電圧を印加する。
【００２８】その結果、同電位の電極どうしが対向して
いる円筒状部材開口内面に、接地電位に接続する補助電
極を設けることとなり、同電位どうしが対向することが
なくなる。このような電位状態は、プラスマ化学的気相
成長法にとって最も望ましい状態であり、異常放電であ
るホロー放電は発生しない。そのため、密着性の良好な
硬質カーボン膜を円筒状部材に形成することができる。
【００２９】そのうえ本発明の円筒状部材への硬質カー
ボン膜の形成方法においては、前述のように円筒状部材
の開口内面に補助電極を配置しており、円筒状部材の長
手方向の開口内面で、電位特性が均一になる。この結
果、円筒状部材の開口内面に形成する硬質カーボン膜の
膜厚分布の発生がなく、開口端面と開口奥側とで均一な
膜厚を形成することができるという効果ももつ。
【００３０】さらに本発明の円筒状部材への硬質カーボ
ン膜の形成方法においては、円筒状部材の開口内面に配
置する補助電極に直流の正電圧を印加して硬質カーボン
膜を形成する手段を採用する。このように直流正電圧を
補助電極に印加すると、補助電極の周囲領域に電子を集
める効果を生じ、補助電極の周囲領域は電子密度が高く
なる。
【００３１】このように電子密度が高くなると、必然的
に炭素を含むガスと電子との衝突確率が増えて、ガス分
子のイオン化が促進されて、その補助電極の周囲領域の
プラズマ密度が高くなる。このため硬質カーボン膜の被
膜形成速度は補助電極に直流正電圧を印加しないときと
較べて高くなる。
【００３２】さらに円筒状部材の開口寸法が小さくな
り、開口内面と補助電極との隙間寸法が小さくなると、
補助電極に直流の正電圧を印加しないで硬質カーボン膜
を形成すると、円筒状部材の開口内面にプラズマが発生
せず、硬質カーボン膜が形成できない。
【００３３】これにたいして補助電極に直流正電圧を印
加して硬質カーボン膜を形成する本発明では、開口内面
に配置する補助電極に直流電源から正電圧を印加して電
子を強制的に補助電極の周囲領域に集めることができ、
補助電極周囲にプラズマを発生させることができる。し
たがって直流正電圧を印加しないで硬質カーボン膜を形
成できない開口寸法が小さな円筒状部材にも、本発明の
形成方法を適用すれば、硬質カーボン膜を形成すること
ができる。
【００３４】そのうえさらに円筒状部材内周面に形成す
る硬質カーボン膜は、黒色状の被膜であり、ダイヤモン
ドによく似た性質をもつ。すなわち硬質カーボン膜は、
高い機械的硬度や低い摩擦係数や良好な電気的絶縁性や
高い熱伝導率や高い耐腐食性という優れた特性をもつ。
このため本発明の円筒状部材は、ほかの部材と接触する
内周面の摩耗を抑えることができ、キズの発生を抑える
ことが可能となる。
【００３５】
【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明を実施
するための最良の実施形態における円筒状部材の内周面
への硬質カーボン膜の被膜形成方法を説明する。
【００３６】〔第１の実施形態：図１および図７〕円筒
状部材１１内周面への硬質カーボン膜の形成方法におけ
る第１の実施形態を、図１および図７を用いて説明す
る。図１は本発明の実施形態における円筒状部材への硬
質カーボン膜の形成方法を示す断面図であり、図７は本
発明の実施形態における真空槽内部の圧力と時間との関
係を示すグラフである。以下、図１と図７とを交互に参
照して説明する。
【００３７】図１に示すように、ガス導入口１５と排気
口１７とを有する真空槽１３内に、その内周面１１ｂに
硬質カーボン膜を形成する円筒状部材１１を配置する。
そしてこの円筒状部材１１の開口中心１１ａには、接地
電位に接続する補助電極２３を挿入するように設ける。
このとき補助電極２３は円筒状部材１１の開口中央部に
なるように配置する。
【００３８】そののち、図７に示すように、真空槽１３
内を真空度が３×１０-5ｔｏｒｒ以下の初期到達圧力に
なるように、図１に図示しない排気手段によって排気口
１７から真空排気する。
【００３９】その後、円筒状部材１１には直流電源２５
から直流電圧を印加し、さらにアノード３１にはアノー
ド電源２７から直流電圧を印加し、さらにフィラメント
３３にはフィラメント電源２９から交流電圧を印加す
る。このとき、直流電源２５から円筒状部材１１に印加
する直流電圧はマイナス３ｋＶを印加し、さらにアノー
ド電源２７からアノード３１に印加する直流電圧はプラ
ス５０Ｖを印加する。さらにフィラメント電源２９から
フィラメント３３に印加する電圧は３０Ａの電流が流れ
るように１０Ｖの交流電圧を印加する。
【００４０】その後、ガス導入口１５から炭素を含むガ
スとしてベンゼン（Ｃ6 Ｈ6 ）を真空槽１３内に導入し
て、真空槽１３内の圧力を５×１０-3ｔｏｒｒの被膜形
成圧力になるように制御する。すると真空槽１３内の円
筒状部材１１の周囲領域に、５×１０-3ｔｏｒｒの被膜
形成圧力より低い圧力の１×１０-3ｔｏｒｒにてプラズ
マ放電が開始した。そして、円筒状部材１１の内周面１
１ｂと補助電極２３とのあいだに形成されるプラズマの
作用を利用するプラズマ化学的気相成長法により、硬質
カーボン膜１５を円筒状部材１１に形成している。
【００４１】このように本発明の円筒状部材への硬質カ
ーボン膜の形成方法では、炭素を含むガスを真空槽１３
内部に導入するまえに、円筒状部材１１に直流負電圧を
印加する手段を採用している。
【００４２】このような手段においては、被膜形成圧力
よりも低い圧力でプラズマ放電が開始する。すなわちプ
ラズマ放電開始が被膜形成圧力より空間インピーダンス
の高い状態であるので、異常放電であるアーク放電は発
生しない。このようにプラズマ放電開始の硬質カーボン
膜１５の被膜形成初期には、異常放電であるアーク放電
は発生しない。したがって、プラズマ放電の最初期の膜
質を左右するときに、異常放電であるアーク放電が円筒
状部材で発生せず、硬質カーボン膜の密着性の低下は発
生しない。このため本発明の硬質カーボン膜の形成方法
においては、硬質カーボン膜が円筒状部材から剥離する
という現象は発生しない。
【００４３】さらに本発明の円筒状部材への硬質カーボ
ン膜の形成方法においては、円筒状部材１１の開口中心
１１ａに、接地電位に接続する補助電極２３を配置して
硬質カーボン膜１５を形成している。そして円筒状部材
１１には、負の直流電圧を印加する。その結果、同電位
の電極どうしが対向している円筒状部材１１開口内面
に、接地電位に接続する補助電極２３を設けることとな
り、同電位どうしが対向することがなくなる。このよう
な電位状態は、プラスマ化学的気相成長法にとって最も
望ましい状態であり、異常放電であるホロー放電は発生
しない。そのため、密着性の良好な硬質カーボン膜を円
筒状部材に形成することができる。
【００４４】そのうえ本発明の円筒状部材への硬質カー
ボン膜の形成方法においては、前述のように円筒状部材
１１の開口中心１１ａに補助電極２３を配置しており、
円筒状部材１１の長手方向の開口内面で、電位特性が均
一になる。この結果、円筒状部材１１の開口内面に形成
する硬質カーボン膜１５の膜厚分布の発生がなく、開口
端面と開口奥側とで均一な膜厚を形成することができる
という効果ももつ。
【００４５】この補助電極２３は、円筒状部材１１内周
面１１ｂの開口大きさより小さければよく、好ましくは
４ｍｍ程度の隙間であるプラズマ形成領域を設けるよう
にする。この補助電極２３の径寸法と円筒状部材１１の
内周面１１ｂの径寸法との寸法比を、１／１０以下にす
ることが望ましく、補助電極２３を細くする場合は線状
にすることもできる。そしてこの補助電極２３は、ステ
ンレス（ＳＵＳ）のような金属材料やタングステン
（Ｗ）またはタンタル（Ｔａ）のような高融点の金属材
料で作成する。
【００４６】さらにこの補助電極２３の断面形状は円形
状とし、円筒状部材１１に補助電極２３を挿入したと
き、円筒状部材１１の開口端面と揃えるような長さとす
るか、あるいは円筒状部材１１の開口端面から補助電極
２３を突出すような長さとするか、あるいは円筒状部材
１１の開口端面より突出せず開口端面から１ｍｍから２
ｍｍ奥側になるような長さに構成する。
【００４７】〔第２の実施形態：図２および図８〕つぎ
にこの円筒状部材の内周面への硬質カーボン膜の形成方
法における第２の実施形態を、図２および図８を用いて
説明する。図２は本発明の実施形態における円筒状部材
への硬質カーボン膜の形成方法を示す断面図であり、図
８は本発明の実施形態における真空槽内部の圧力と時間
との関係を示すグラフである。以下、図２と図８とを交
互に参照して説明する。
【００４８】図２に示すように、ガス導入口１５と排気
口１７とを有する真空槽１３内に、その内周面１１ｂに
硬質カーボン膜を形成する円筒状部材１１を配置する。
そしてこの円筒状部材１１の開口中心１１ａには、接地
電位に接続する補助電極２３を挿入するように設ける。
このとき補助電極２３は円筒状部材１１の開口中央部に
なるように配置する。
【００４９】そののち、図８に示すように、真空槽１３
内を真空度が３×１０-5ｔｏｒｒ以下の初期到達圧力に
なるように、図２に図示しない排気手段によって排気口
１７から真空排気する。
【００５０】その後、この円筒状部材１１には、マッチ
ング回路１９を介して、発振周波数が１３．５６ＭＨｚ
を有する高周波電源２１から４００Ｗの高周波電力を印
加する。
【００５１】しかるのち、ガス導入口１５から炭素を含
むガスとしてメタンガス（ＣＨ4 ）を真空槽１３内に導
入して、真空度を０．５ｔｏｒｒの被膜形成圧力になる
ように調整する。すると真空槽１３内部の円筒状部材１
１に、０．５ｔｏｒｒの被膜形成圧力より低い圧力の
０．２ｔｏｒｒにてプラズマ放電が開始した。そして、
円筒状部材１１の内周面１１ｂと補助電極２３とのあい
だに形成されるプラズマの作用を利用するプラズマ化学
的気相成長法により、硬質カーボン膜１５を円筒状部材
１１に形成している。
【００５２】このように本発明の円筒状部材への硬質カ
ーボン膜の形成方法では、炭素を含むガスを真空槽１３
内部に導入するまえに、円筒状部材１１に高周波電力を
印加する手段を採用している。
【００５３】このような被膜形成手段においては、被膜
形成圧力よりも低い圧力でプラズマ放電が開始する。す
なわちプラズマ放電開始が被膜形成圧力より空間インピ
ーダンスの高い状態であるので、異常放電であるアーク
放電は発生しない。このようにプラズマ放電開始の硬質
カーボン膜１５の被膜形成初期には、異常放電であるア
ーク放電は発生しない。したがってプラズマ放電の最初
期の膜質を左右するときに、円筒状部材に異常放電であ
るアーク放電が発生せず、硬質カーボン膜の密着性の低
下は発生しない。このため本発明の硬質カーボン膜の形
成方法においては、硬質カーボン膜が円筒状部材１１か
ら剥離するという現象は発生しない。
【００５４】さらに本発明の円筒状部材への硬質カーボ
ン膜の形成方法においては、円筒状部材１１の開口内面
の中央部に、接地電位に接続する補助電極２３を配置し
て硬質カーボン膜１５を形成している。そして円筒状部
材１１には、高周波電力を印加する。
【００５５】その結果、同電位の電極どうしが対向して
いる円筒状部材１１開口内面に、接地電位に接続する補
助電極２３を設けることとなり、同電位どうしが対向す
ることがなくなる。このような電位状態は、プラスマ化
学的気相成長法にとって最も望ましい状態であり、異常
放電であるホロー放電は発生しない。そのため、密着性
の良好な硬質カーボン膜を円筒状部材に形成することが
できる。
【００５６】そのうえ本発明の円筒状部材への硬質カー
ボン膜の形成方法においては、前述のように円筒状部材
１１の開口中心１１ａに補助電極２３を配置しており、
円筒状部材１１の長手方向の開口内面で、電位特性が均
一になる。この結果、円筒状部材１１の開口内面に形成
する硬質カーボン膜１５の膜厚分布の発生がなく、開口
端面と開口奥側とで均一な膜厚を形成することができる
という効果ももつ。
【００５７】この補助電極２３は、円筒状部材１１内周
面１１ｂの開口大きさより小さければよく、好ましくは
４ｍｍ程度の隙間であるプラズマ形成領域を設けるよう
にする。この補助電極２３の径寸法と円筒状部材１１の
内周面１１ｂの径寸法との寸法比を、１／１０以下にす
ることが望ましく、補助電極２３を細くする場合は線状
にすることもできる。そしてこの補助電極２３は、ステ
ンレス（ＳＵＳ）のような金属材料やタングステン
（Ｗ）またはタンタル（Ｔａ）のような高融点の金属材
料で作成する。
【００５８】さらにこの補助電極２３の断面形状は円形
状とし、円筒状部材１１に補助電極２３を挿入したと
き、円筒状部材１１の開口端面と揃えるような長さとす
るか、あるいは円筒状部材１１の開口端面から補助電極
２３を突出すような長さとするか、あるいは円筒状部材
１１の開口端面より突出せず開口端面から１ｍｍから２
ｍｍ奥側になるような長さに構成する。
【００５９】〔第３の実施形態：図３および図８〕つぎ
にこの円筒状部材１１内周面への硬質カーボン膜の形成
方法における第３の実施形態を、図３および図８を用い
て説明する。図３は本発明の実施形態における円筒状部
材への硬質カーボン膜の形成方法を示す断面図であり、
図８は本発明の実施形態における真空槽内部の圧力と時
間との関係を示すグラフである。以下、図３と図８とを
交互に参照して説明する。
【００６０】図３に示すように、ガス導入口１５と排気
口１７とを有する真空槽１３内に、その内周面１１ｂに
硬質カーボン膜を形成する円筒状部材１１を配置する。
そしてこの円筒状部材１１の開口中心１１ａには、接地
電位に接続する補助電極２３を挿入するように設ける。
このとき補助電極２３は円筒状部材１１の開口中央部に
なるように配置する。
【００６１】そののち、図８に示すように、真空槽１３
内を真空度が３×１０-5ｔｏｒｒ以下の初期到達圧力に
なるように、図３に図示しない排気手段によって排気口
１７から真空排気する。
【００６２】その後、この円筒状部材１１には、直流電
源２５からマイナス６００Ｖの直流電圧を印加する。
【００６３】しかるのち、ガス導入口１５から炭素を含
むガスとしてメタンガス（ＣＨ4 ）を真空槽１３内に導
入して、真空度を０．５ｔｏｒｒの被膜形成圧力になる
ように調整する。すると真空槽１３内部の円筒状部材１
１に、０．５ｔｏｒｒの被膜形成圧力より低い圧力の
０．２ｔｏｒｒにてプラズマ放電が開始した。そして、
円筒状部材１１の内周面１１ｂと補助電極２３とのあい
だに形成されるプラズマを利用するプラズマ化学的気相
成長法により、硬質カーボン膜１５を円筒状部材１１に
形成している。
【００６４】このように本発明の円筒状部材への硬質カ
ーボン膜の形成方法では、炭素を含むガスを真空槽１３
内部に導入するまえに、円筒状部材１１に直流負電圧を
印加する手段を採用している。このような手段において
は、被膜形成圧力よりも低い圧力でプラズマ放電が開始
する。
【００６５】すなわちプラズマ放電開始が被膜形成圧力
より空間インピーダンスの高い状態であるので、異常放
電であるアーク放電は発生しない。このようにプラズマ
放電開始の硬質カーボン膜１５の被膜形成初期には、異
常放電であるアーク放電は発生しない。したがって、プ
ラズマ放電の最初期の膜質を左右するときに、異常放電
であるアーク放電が円筒状部材で発生せず、硬質カーボ
ン膜の密着性の低下は発生しない。このため本発明の硬
質カーボン膜の形成方法においては、硬質カーボン膜が
円筒状部材から剥離するという現象は発生しない。
【００６６】さらに本発明の円筒状部材への硬質カーボ
ン膜の形成方法においては、円筒状部材１１の開口内面
の中央部に、接地電位に接続する補助電極２３を配置し
て硬質カーボン膜１５を形成している。そして円筒状部
材１１には、負の直流電圧を印加する。
【００６７】その結果、同電位の電極どうしが対向して
いる円筒状部材１１開口内面に、接地電位に接続する補
助電極２３を設けることとなり、同電位どうしが対向す
ることがなくなる。このような電位状態は、プラスマ化
学的気相成長法にとって最も望ましい状態であり、異常
放電であるホロー放電は発生しない。そのため、密着性
の良好な硬質カーボン膜を円筒状部材に形成することが
できる。
【００６８】そのうえ本発明の円筒状部材への硬質カー
ボン膜の形成方法においては、前述のように円筒状部材
１１の開口中心１１ａに補助電極２３を配置しており、
円筒状部材１１の長手方向の開口内面で、電位特性が均
一になる。この結果、円筒状部材１１の開口内面に形成
する硬質カーボン膜１５の膜厚分布の発生がなく、開口
端面と開口奥側とで均一な膜厚を形成することができる
という効果ももつ。
【００６９】この補助電極２３は、円筒状部材１１内周
面１１ｂの開口大きさより小さければよく、好ましくは
４ｍｍ程度の隙間であるプラズマ形成領域を設けるよう
にする。この補助電極２３の径寸法と円筒状部材１１の
内周面１１ｂの径寸法との寸法比を、１／１０以下にす
ることが望ましく、補助電極２３を細くする場合は線状
にすることもできる。そしてこの補助電極２３は、ステ
ンレス（ＳＵＳ）のような金属材料やタングステン
（Ｗ）またはタンタル（Ｔａ）のような高融点の金属材
料で作成する。
【００７０】さらにこの補助電極２３の断面形状は円形
状とし、円筒状部材１１に補助電極２３を挿入したと
き、円筒状部材１１の開口端面と揃えるような長さとす
るか、あるいは円筒状部材１１の開口端面から補助電極
２３を突出すような長さとするか、あるいは円筒状部材
１１の開口端面より突出せず開口端面から１ｍｍから２
ｍｍ奥側になるような長さに構成する。
【００７１】〔第４の実施形態：図４、図７および図
９〕つぎにこの円筒状部材の内周面への硬質カーボン膜
の形成方法における第４の実施形態を、図面を用いて説
明する。図４は本発明の実施形態における円筒状部材へ
の硬質カーボン膜の形成方法を示す断面図であり、図７
は本発明の実施形態における真空槽内部の圧力と時間と
の関係を示すグラフであり、図９は補助電極に印加する
直流正電圧と円筒状部材開口内面に形成する硬質カーボ
ン膜厚との関係を示すグラフである。以下、図４と図７
と図９とを交互に参照して説明する。
【００７２】図４に示すように、ガス導入口１５と排気
口１７とを有する真空槽１３内に、その内周面１１ｂに
硬質カーボン膜を形成する円筒状部材１１を配置する。
そしてこの円筒状部材１１の開口内面には、補助電極電
源３５から直流正電圧に接続する補助電極２３を挿入す
るように設ける。このとき補助電極２３は円筒状部材１
１の開口中央部になるように配置する。
【００７３】そののち、図７に示すように、真空槽１３
内を真空度が３×１０-5ｔｏｒｒ以下の初期到達圧力に
なるように、図４に図示しない排気手段によって排気口
１７から真空排気する。
【００７４】その後、円筒状部材１１には直流電源２５
から直流電圧を印加し、さらにアノード３１にはアノー
ド電源２７から直流電圧を印加し、さらにフィラメント
３３にはフィラメント電源２９から交流電圧を印加し、
補助電極２３には補助電極電源３５から直流正電圧を印
加する。このとき直流電源２５から円筒状部材１１に印
加する直流電圧はマイナス３ｋＶを印加し、さらにアノ
ード電源２７からアノード３１に印加する直流電圧はプ
ラス５０Ｖを印加する。さらにフィラメント電源２９か
らフィラメント３３に印加する電圧は３０Ａの電流が流
れるように１０Ｖの交流電圧を印加する。さらにまた、
補助電極２３にはプラス２０Ｖの直流電圧を印加する。
【００７５】その後、ガス導入口１５から炭素を含むガ
スとしてベンゼン（Ｃ6 Ｈ6 ）を真空槽１３内に導入し
て、真空槽１３内の圧力を５×１０-3ｔｏｒｒの被膜形
成圧力になるように制御する。すると真空槽１３内の円
筒状部材１１の周囲領域に、５×１０-3ｔｏｒｒの被膜
形成圧力より低い圧力の１×１０-3ｔｏｒｒにてプラズ
マ放電が開始した。そして、円筒状部材１１の内周面１
１ｂと補助電極２３とのあいだに形成されるプラズマを
利用するプラズマ化学的気相成長法により、硬質カーボ
ン膜１５を円筒状部材１１に形成している。
【００７６】このように本発明の円筒状部材への硬質カ
ーボン膜の形成方法では、炭素を含むガスを真空槽１３
内部に導入するまえに、円筒状部材１１に直流負電圧を
印加する手段を採用している。このような手段において
は、被膜形成圧力よりも低い圧力でプラズマ放電が開始
する。
【００７７】すなわちプラズマ放電開始が被膜形成圧力
より空間インピーダンスの高い状態であるので、異常放
電であるアーク放電は発生しない。このようにプラズマ
放電開始の硬質カーボン膜１５の被膜形成初期には、異
常放電であるアーク放電は発生しない。したがって、プ
ラズマ放電の最初期の膜質を左右するときに、異常放電
であるアーク放電が円筒状部材に発生せず、硬質カーボ
ン膜の密着性の低下は発生しない。このため本発明の硬
質カーボン膜の形成方法においては、硬質カーボン膜が
円筒状部材から剥離するという現象は発生しない。
【００７８】このときの補助電極電源３５を用いて補助
電極２３に印加する直流正電圧と、円筒状部材１１の内
周面１１ｂに形成する硬質カーボン膜厚との関係を、図
９のグラフに示す。図９のグラフでは、補助電極２３に
印加する直流の正電圧をゼロＶから３０Ｖまで変化さ
せ、さらに円筒状部材の内周面１１ｂと補助電極２３と
の間の隙間寸法が３ｍｍと５ｍｍのときの硬質カーボン
膜の膜厚を示す。なお曲線３７が円筒状部材１１の開口
内面と補助電極２３との間の隙間が３ｍｍのときの特性
を示し、曲線３９が円筒状部材１１の開口内面と補助電
極２３との間の隙間が５ｍｍのときの特性を示す。
【００７９】図９の曲線３７、３９に示すように、補助
電極電源３５から補助電極２３に印加する直流正電圧を
増加させると、硬質カーボン膜の膜形成速度は向上す
る。さらにまた円筒状部材１１の内周面１１ｂと補助電
極２３との間の隙間寸法が大きいほど、硬質カーボン膜
の膜形成速度は向上している。そして曲線３７、すなわ
ち円筒状部材１１の開口内面と補助電極２３との間の隙
間寸法が３ｍｍのときは、補助電極２３に印加する電位
がゼロＶの接地電圧では、円筒状部材１１内周面１１ｂ
にはプラズマが発生せず、硬質カーボン膜は形成できな
い。
【００８０】しかしながら、円筒状部材１１の内周面１
１ｂと補助電極２３との間の隙間が３ｍｍのときでも、
補助電極２３に印加する補助電極電源３５からの直流正
電圧を高くしていくと、補助電極２３周囲の開口内面に
プラズマが発生し、硬質カーボン膜を形成することがで
きる。
【００８１】この図４に示す硬質カーボン膜の被膜形成
方法では、前述のように、円筒状部材１１の開口中心１
１ａに挿入するように配置し、しかも直流の正電圧を印
加する補助電極２３によって、円筒状部材１１の内周面
１１ｂに硬質カーボン膜を形成している。この円筒状部
材１１の開口内面に挿入するように配置し、直流正電圧
に接続する補助電極２３により、その開口内面において
は同電位どうしが対向することがなくなる。したがって
異常放電であるホロー放電の発生はなく、硬質カーボン
膜の密着性が向上する。
【００８２】さらに、開口内に配置する補助電極２３に
よって円筒状部材１１の長手方向の開口内面で、その電
位特性が均一になり、開口内面に形成する硬質カーボン
膜の膜厚分布の発生がなく、開口端面と開口奥側とで均
一な膜厚を形成することができる。
【００８３】さらにまた本発明の硬質カーボン膜の形成
方法の実施形態においては、円筒状部材１１の開口内面
の中央部に設ける補助電極２３に、補助電極電源３５か
らの直流の正電圧を印加して硬質カーボン膜を形成して
いる。このため直流正電圧を印加する補助電極２３の周
囲領域に電子を集める効果が生じ、この補助電極２３の
周囲領域は電子密度が高くなる。
【００８４】このように電子密度が高くなると、必然的
に炭素を含むガス分子と電子との衝突確率が増え、ガス
分子のイオン化が促進されて、円筒状部材１１の開口内
面領域のプラズマ強度が高くなる。このため補助電極２
３に直流の正電圧を印加する本発明の硬質カーボン膜の
形成方法においては、硬質カーボン膜の膜形成速度は、
補助電極２３に直流の正電圧を印加しないときと比らべ
て高くなる。
【００８５】この補助電極２３は、円筒状部材１１内周
面１１ｂの開口大きさより小さければよく、好ましくは
４ｍｍ程度の隙間であるプラズマ形成領域を設けるよう
にする。この補助電極２３の径と円筒状部材１１の内周
面１１ｂの径との寸法比を、１／１０以下にすることが
望ましく、補助電極２３を細くする場合は線状にするこ
ともできる。そしてこの補助電極２３は、ステンレス
（ＳＵＳ）のような金属材料やタングステン（Ｗ）また
はタンタル（Ｔａ）のような高融点の金属材料で作成す
る。
【００８６】さらにこの補助電極２３の断面形状は円形
状とし、円筒状部材１１に補助電極２３を挿入したと
き、円筒状部材１１の開口端面と揃えるような長さとす
るか、あるいは円筒状部材１１の開口端面から補助電極
２３を突出すような長さとするか、あるいは円筒状部材
１１の開口端面より突出せず開口端面から１ｍｍから２
ｍｍ奥側になるような長さに構成する。
【００８７】〔第５の実施形態：図５、図８および図
９〕つぎにこの円筒状部材の内周面への硬質カーボン膜
の形成方法における第５の実施形態を、図面を用いて説
明する。図５は本発明の実施形態における円筒状部材へ
の硬質カーボン膜の形成方法を示す断面図であり、図８
は本発明の実施形態における真空槽内部の圧力と時間と
の関係を示すグラフであり、図９は補助電極に印加する
直流正電圧と円筒状部材開口内面に形成する硬質カーボ
ン膜厚との関係を示すグラフである。以下、図５と図８
と図９とを交互に参照して説明する。
【００８８】図５に示すように、ガス導入口１５と排気
口１７とを有する真空槽１３内に、その内周面１１ｂに
硬質カーボン膜を形成する円筒状部材１１を配置する。
そしてこの円筒状部材１１の開口中心１１ａには、補助
電極電源３５から直流正電圧に接続する補助電極２３を
挿入するように設ける。このとき補助電極２３は円筒状
部材１１の開口中央部になるように配置する。
【００８９】そののち、図８に示すように、真空槽１３
内を真空度が３×１０-5ｔｏｒｒ以下の初期到達圧力に
なるように、図５に図示しない排気手段によって排気口
１７から真空排気する。
【００９０】その後、この円筒状部材１１には、マッチ
ング回路１９を介して、発振周波数が１３．５６ＭＨｚ
を有する高周波電源２１から４００Ｗの高周波電圧を印
加する。さらにまた補助電極２３にはプラス２０Ｖの直
流電圧を印加する。
【００９１】しかるのち、ガス導入口１５から炭素を含
むガスとしてメタンガス（ＣＨ4 ）を真空槽１３内に導
入して、真空度を０．５ｔｏｒｒの被膜形成圧力になる
ように調整する。すると真空槽１３内部の円筒状部材１
１に、０．５ｔｏｒｒの被膜形成圧力より低い圧力の
０．２ｔｏｒｒにてプラズマ放電が開始した。そして、
円筒状部材１１の内周面１１ｂと補助電極２３とのあい
だに形成されるプラズマの作用を利用するプラズマ化学
的気相成長法により、硬質カーボン膜１５を円筒状部材
１１に形成している。
【００９２】このように本発明の円筒状部材への硬質カ
ーボン膜の形成方法では、炭素を含むガスを真空槽１３
内部に導入するまえに、円筒状部材１１に高周波電力を
印加する手段を採用している。このような手段において
は、被膜形成圧力よりも低い圧力でプラズマ放電が開始
する。
【００９３】すなわちプラズマ放電開始が被膜形成圧力
より空間インピーダンスの高い状態であるので、異常放
電であるアーク放電は発生しない。このようにプラズマ
放電開始の硬質カーボン膜１５の被膜形成初期には、円
筒状部材で異常放電であるアーク放電は発生しない。し
たがってプラズマ放電の最初期の膜質を左右するとき
に、異常放電であるアーク放電が発生せず、硬質カーボ
ン膜の密着性の低下は発生しない。このため本発明の硬
質カーボン膜の形成方法においては、硬質カーボン膜が
円筒状部材から剥離するという現象は発生しない。
【００９４】このときの補助電極電源３５を用いて補助
電極２３に印加する直流正電圧と、円筒状部材開口内面
に形成する硬質カーボン膜厚との関係を、図９のグラフ
に示す。図９のグラフでは、補助電極２３に印加する直
流の正電圧をゼロＶから３０Ｖまで変化させ、さらに円
筒状部材の内周面１１ｂと補助電極２３との間の隙間寸
法が３ｍｍと５ｍｍのときの硬質カーボン膜の膜厚を示
す。なお曲線３７が円筒状部材１１の開口内面と補助電
極２３との間の隙間が３ｍｍのときの特性を示し、曲線
３９が円筒状部材１１の開口内面と補助電極２３との間
の隙間が５ｍｍのときの特性を示す。
【００９５】図９の曲線３７、３９に示すように、補助
電極電源３５から補助電極２３に印加する直流正電圧を
増加させると、硬質カーボン膜の膜形成速度は向上す
る。さらにまた円筒状部材１１の内周面１１ｂと補助電
極２３との間の隙間寸法が大きいほど、硬質カーボン膜
の膜形成速度は向上している。そして曲線３７、すなわ
ち円筒状部材１１の開口内面と補助電極２３との間の隙
間寸法が３ｍｍのときは、補助電極２３に印加する電位
がゼロＶの接地電圧では、円筒状部材１１内周面１１ｂ
にはプラズマが発生せず、硬質カーボン膜は形成できな
い。
【００９６】しかしながら円筒状部材１１の内周面１１
ｂと補助電極２３との間の隙間が３ｍｍのときでも、補
助電極２３に印加する補助電極電源３５からの直流正電
圧を高くしていくと、補助電極２３周囲の開口内面にプ
ラズマが発生し、硬質カーボン膜を形成することができ
る。
【００９７】この図５に示す硬質カーボン膜の被膜形成
方法では、前述のように、円筒状部材１１の開口内面に
挿入するように配置し、しかも直流の正電圧を印加する
補助電極２３によって、円筒状部材１１の内周面１１ｂ
に硬質カーボン膜を形成している。この円筒状部材１１
の開口内面に挿入するように配置し、直流正電圧に接続
する補助電極２３により、その開口内面においては同電
位どうしが対向することがなくなる。したがって異常放
電であるホロー放電の発生はなく、硬質カーボン膜の密
着性が向上する。
【００９８】さらに開口内に配置する補助電極２３によ
って円筒状部材１１の長手方向の開口内面で、その電位
特性が均一になり、開口内面に形成する硬質カーボン膜
の膜厚分布の発生がなく、開口端面と開口奥側とで均一
な膜厚を形成することができる。
【００９９】さらにまた本発明の硬質カーボン膜の形成
方法の実施形態においては、円筒状部材１１の開口内面
の中央部に設ける補助電極２３に、補助電極電源３５か
らの直流の正電圧を印加して硬質カーボン膜を形成して
いる。このため直流正電圧を印加する補助電極２３の周
囲領域に電子を集める効果が生じ、この補助電極２３の
周囲領域は電子密度が高くなる。
【０１００】このように電子密度が高くなると、必然的
に炭素を含むガス分子と電子との衝突確率が増え、ガス
分子のイオン化が促進されて、円筒状部材１１の開口内
面領域のプラズマ強度が高くなる。このため補助電極２
３に直流の正電圧を印加する本発明の硬質カーボン膜の
形成方法においては、硬質カーボン膜の膜形成速度は、
補助電極２３に直流の正電圧を印加しないときと比らべ
て高くなる。
【０１０１】この補助電極２３は、円筒状部材１１内周
面１１ｂの開口大きさより小さければよく、好ましくは
４ｍｍ程度の隙間であるプラズマ形成領域を設けるよう
にする。この補助電極２３の径と円筒状部材１１の内周
面１１ｂの径との寸法比を、１／１０以下にすることが
望ましく、補助電極２３を細くする場合は線状にするこ
ともできる。そしてこの補助電極２３は、ステンレス
（ＳＵＳ）のような金属材料やタングステン（Ｗ）また
はタンタル（Ｔａ）のような高融点の金属材料で作成す
る。
【０１０２】さらにこの補助電極２３の断面形状は円形
状とし、円筒状部材１１に補助電極２３を挿入したと
き、円筒状部材１１の開口端面と揃えるような長さとす
るか、あるいは円筒状部材１１の開口端面から補助電極
２３を突出すような長さとするか、あるいは円筒状部材
１１の開口端面より突出せず開口端面から１ｍｍから２
ｍｍ奥側になるような長さに構成する。
【０１０３】〔第６の実施形態：図６、図７および図
９〕つぎにこの円筒状部材の内周面への硬質カーボン膜
の形成方法における第６の実施形態を、図面を用いて説
明する。図６は本発明の実施形態における円筒状部材へ
の硬質カーボン膜の形成方法を示す断面図であり、図７
は本発明の実施形態における真空槽内部の圧力と時間と
の関係を示すグラフであり、図９は補助電極に印加する
直流正電圧と円筒状部材開口内面に形成する硬質カーボ
ン膜厚との関係を示すグラフである。以下、図６と図７
と図９とを交互に参照して説明する。
【０１０４】図６に示すように、ガス導入口１５と排気
口１７とを有する真空槽１３内に、その内周面１１ｂに
硬質カーボン膜を形成する円筒状部材１１を配置する。
そして、この円筒状部材１１の開口中心１１ａには、補
助電極電源３５からの直流正電圧に接続する補助電極２
３を挿入するように設ける。このとき補助電極２３は円
筒状部材１１の開口中央部になるように配置する。
【０１０５】そののち、図７に示すように、真空槽１３
内を真空度が３×１０-5ｔｏｒｒ以下の初期到達圧力に
なるように、図６に図示しない排気手段によって排気口
１７から真空排気する。
【０１０６】その後、この円筒状部材１１には、直流電
源２５からマイナス６００Ｖの直流電圧を印加する。さ
らに補助電極２３には、補助電極電源３５からプラス２
０Ｖの直流電圧を印加する。
【０１０７】しかるのち、ガス導入口１５から炭素を含
むガスとしてメタンガス（ＣＨ4 ）を真空槽１３内に導
入して、真空度を０．５ｔｏｒｒの被膜形成圧力になる
ように調整する。すると真空槽１３内部の円筒状部材１
１に、０．５ｔｏｒｒの被膜形成圧力より低い圧力の
０．２ｔｏｒｒにてプラズマ放電が開始した。そして、
円筒状部材１１の内周面１１ｂと補助電極２３とのあい
だに形成されるプラズマの作用を利用するプラズマ化学
的気相成長法により、硬質カーボン膜１５を円筒状部材
１１に形成している。
【０１０８】このように本発明の円筒状部材への硬質カ
ーボン膜の形成方法では、炭素を含むガスを真空槽１３
内部に導入するまえに、円筒状部材１１に直流負電圧を
印加する手段を採用している。このような手段において
は、被膜形成圧力よりも低い圧力でプラズマ放電が開始
する。
【０１０９】すなわち、プラズマ放電開始が被膜形成圧
力より空間インピーダンスの高い状態であるので、異常
放電であるアーク放電は発生しない。このようにプラズ
マ放電開始の硬質カーボン膜１５の被膜形成初期には、
異常放電であるアーク放電は円筒状部材に発生しない。
したがって、プラズマ放電の最初期の膜質を左右すると
きに、異常放電であるアーク放電が発生せず、硬質カー
ボン膜の密着性の低下は発生しない。このため本発明の
硬質カーボン膜の形成方法においては、硬質カーボン膜
が円筒状部材から剥離するという現象は発生しない。
【０１１０】このときの補助電極電源３５を用いて補助
電極２３に印加する直流正電圧と、円筒状部材開口内面
に形成する硬質カーボン膜厚との関係を、図９のグラフ
に示す。図９のグラフでは、補助電極２３に印加する直
流の正電圧をゼロＶから３０Ｖまで変化させ、さらに円
筒状部材の内周面１１ｂと補助電極２３との間の隙間寸
法が３ｍｍと５ｍｍのときの硬質カーボン膜の膜厚を示
す。なお曲線３７が円筒状部材１１の開口内面と補助電
極２３との間の隙間が３ｍｍのときの特性を示し、曲線
３９が円筒状部材１１の開口内面と補助電極２３との間
の隙間が５ｍｍのときの特性を示す。
【０１１１】図９の曲線３７、３９に示すように、補助
電極電源３５から補助電極２３に印加する直流正電圧を
増加させると、硬質カーボン膜の膜形成速度は向上す
る。さらにまた円筒状部材１１の内周面１１ｂと補助電
極２３との間の隙間寸法が大きいほど、硬質カーボン膜
の膜形成速度は向上している。そして曲線３７、すなわ
ち円筒状部材１１の開口内面と補助電極２３との間の隙
間寸法が３ｍｍのときは、補助電極２３に印加する電位
がゼロＶの接地電圧では、円筒状部材１１内周面１１ｂ
にはプラズマが発生せず、硬質カーボン膜は形成できな
い。
【０１１２】しかしながら、円筒状部材１１の内周面１
１ｂと補助電極２３との間の隙間が３ｍｍのときでも、
補助電極２３に印加する補助電極電源３５からの直流正
電圧を高くしていくと、補助電極２３周囲の開口内面に
プラズマが発生し、硬質カーボン膜を形成することがで
きる。
【０１１３】この図６に示す硬質カーボン膜の被膜形成
方法では、前述のように、円筒状部材１１の開口内面に
挿入するように配置し、しかも直流の正電圧を印加する
補助電極２３によって、円筒状部材１１の内周面１１ｂ
に硬質カーボン膜を形成している。
【０１１４】この円筒状部材１１の開口内面に挿入する
ように配置し、直流正電圧に接続する補助電極２３によ
り、その開口内面においては同電位どうしが対向するこ
とがなくなる。したがって異常放電であるホロー放電の
発生はなく、硬質カーボン膜の密着性が向上する。
【０１１５】さらに開口内に配置する補助電極２３によ
って円筒状部材１１の長手方向の開口内面で、その電位
特性が均一になり、開口内面に形成する硬質カーボン膜
の膜厚分布の発生がなく、開口端面と開口奥側とで均一
な膜厚を形成することができる。
【０１１６】さらにまた本発明の硬質カーボン膜の形成
方法の実施形態においては、円筒状部材１１の開口内面
の中央部に設ける補助電極２３に、補助電極電源３５か
らの直流の正電圧を印加して硬質カーボン膜を形成して
いる。このため直流正電圧を印加する補助電極２３の周
囲領域に電子を集める効果が生じ、この補助電極２３の
周囲領域は電子密度が高くなる。
【０１１７】このように電子密度が高くなると、必然的
に炭素を含むガス分子と電子との衝突確率が増え、ガス
分子のイオン化が促進されて、円筒状部材１１の開口内
面領域のプラズマ強度が高くなる。このため補助電極２
３に直流の正電圧を印加する本発明の硬質カーボン膜の
形成方法においては、硬質カーボン膜の膜形成速度は、
補助電極２３に直流の正電圧を印加しないときと比らべ
て高くなる。
【０１１８】この補助電極２３は、円筒状部材１１内周
面１１ｂの開口大きさより小さければよく、好ましくは
４ｍｍ程度の隙間であるプラズマ形成領域を設けるよう
にする。この補助電極２３の径と円筒状部材１１の内周
面１１ｂの径との寸法比を、１／１０以下にすることが
望ましく、補助電極２３を細くする場合は線状にするこ
ともできる。そしてこの補助電極２３は、ステンレス
（ＳＵＳ）のような金属材料やタングステン（Ｗ）また
はタンタル（Ｔａ）のような高融点の金属材料で作成す
る。
【０１１９】さらにこの補助電極２３の断面形状は円形
状とし、円筒状部材１１に補助電極２３を挿入したと
き、円筒状部材１１の開口端面と揃えるような長さとす
るか、あるいは円筒状部材１１の開口端面から補助電極
２３を突出すような長さとするか、あるいは円筒状部材
１１の開口端面より突出せず開口端面から１ｍｍから２
ｍｍ奥側になるような長さに構成する。
【０１２０】さらに以上説明した本発明の硬質カーボン
膜の形成方法における実施形態の説明においては、炭素
を含むガスとしてメタンガスやベンゼンガスを用いる実
施形態で説明したが、メタン以外にエチレンなどの炭素
を含むガスや、あるいはヘキサンなどの炭素を含む液体
の蒸発蒸気も使用することができる。
【０１２１】さらに硬質カーボン膜と円筒状部材とのあ
いだに中間層を設けてもよい。そのときは中間層として
は、周期律表第ＩＶａ族のシリコン（Ｓｉ）やゲルマニ
ウム（Ｇｅ）や、あるいはシリコンやゲルマニウムの化
合物でもよい。あるいは中間層としてシリコンカーバイ
ト（ＳｉＣ）やチタンカーバイト（ＴｉＣ）のような炭
素を含む化合物でもよい。さらに中間層としてはチタン
（Ｔｉ）やクロム（Ｃｒ）と、シリコンやゲルマニウム
あるいはシリコンやゲルマニウムの炭化物との２層膜構
造としてもよい。このときは中間層下層のチタンやクロ
ムは円筒状部材との密着性を保つ役割をもち、中間層上
層のシリコンやゲルマニウムあるいはシリコンやゲルマ
ニウムの炭化物は硬質カーボン膜と共有結合して、この
硬質カーボン膜と強く結合する役割をもつ。
【０１２２】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
円筒状部材への硬質カーボン膜の形成方法においては、
炭素を含むガスを真空槽内部に導入するまえに、円筒状
部材に直流負電圧または高周波電力を印加する手段を採
用する。このような手段においては、被膜形成圧力より
も低い圧力でプラズマ放電が開始する。
【０１２３】すなわちプラズマ放電開始が被膜形成圧力
より空間インピーダンスの高い状態であるので、異常放
電であるアーク放電は発生しない。このようにプラズマ
放電開始の硬質カーボン膜の被膜形成初期には、異常放
電であるアーク放電は発生しない。したがって、プラズ
マ放電の最初期の膜質を左右するときに、円筒状部材で
異常放電であるアーク放電が発生せず、硬質カーボン膜
の密着性の低下は発生しない。このために本発明の硬質
カーボン膜の形成方法においては、硬質カーボン膜が円
筒状部材から剥離するという現象は発生しない。
【０１２４】さらに本発明の円筒状部材への硬質カーボ
ン膜の形成方法においては、円筒状部材の開口内面の開
口の中央部に、接地電位に接続する補助電極を配置して
硬質カーボン膜を形成する。そして円筒状部材には、負
の直流電圧あるいは高周波電圧を印加する。
【０１２５】その結果、同電位の電極どうしが対向して
いる円筒状部材開口内面に、接地電位に接続する補助電
極を設けることとなり、同電位どうしが対向することが
なくなる。このような電位状態は、プラスマ化学的気相
成長法にとって最も望ましい状態であり、異常放電であ
るホロー放電は発生しない。そのため、密着性の良好な
硬質カーボン膜を円筒状部材に形成することができる。
【０１２６】そのうえ本発明の円筒状部材への硬質カー
ボン膜の形成方法においては、前述のように円筒状部材
の開口内面に補助電極を配置しており、円筒状部材の長
手方向の開口内面で、電位特性が均一になる。この結
果、円筒状部材の開口内面に形成する硬質カーボン膜の
膜厚分布の発生がなく、開口端面と開口奥側とで均一な
膜厚を形成することができるという効果ももつ。
【０１２７】さらに本発明の円筒状部材への硬質カーボ
ン膜の形成方法においては、円筒状部材の開口内面に配
置する補助電極に直流の正電圧を印加して硬質カーボン
膜を形成する手段を採用する。このように直流正電圧を
補助電極に印加すると、補助電極の周囲領域に電子を集
める効果を生じ、補助電極の周囲領域は電子密度が高く
なる。
【０１２８】このように電子密度が高くなると、必然的
に炭素を含むガスと電子との衝突確率が増えて、ガス分
子のイオン化が促進されて、その補助電極の周囲領域の
プラズマ密度が高くなる。このため硬質カーボン膜の被
膜形成速度は補助電極に直流正電圧を印加しないときと
較べて高くなる。
【０１２９】さらに円筒状部材の開口寸法が小さくな
り、開口内面と補助電極との隙間寸法が小さくなると、
補助電極に直流の正電圧を印加しないで硬質カーボン膜
を形成すると、円筒状部材の開口内面にプラズマが発生
せず、硬質カーボン膜が形成できない。
【０１３０】これにたいして補助電極に直流正電圧を印
加して硬質カーボン膜を形成する本発明では、開口内面
に配置する補助電極に直流電源から正電圧を印加して電
子を強制的に補助電極の周囲領域に集めることができ、
補助電極周囲にプラズマを発生させることができる。し
たがって直流正電圧を印加しないで硬質カーボン膜を形
成できない開口寸法が小さな円筒状部材にも、本発明の
形成方法を適用すれば、硬質カーボン膜を形成すること
ができる。
【０１３１】そのうえさらに円筒状部材内周面に形成す
る硬質カーボン膜は、黒色状の被膜であり、ダイヤモン
ドによく似た性質をもつ。すなわち硬質カーボン膜は、
高い機械的硬度や低い摩擦係数や良好な電気的絶縁性や
高い熱伝導率や高い耐腐食性という優れた特性をもつ。
このため本発明の円筒状部材は、ほかの部材と接触する
内周面の摩耗を抑えることができ、キズの発生を抑える
ことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態における円筒状部材の内周面
への硬質カーボン膜の形成方法を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態における円筒状部材の内周面
への硬質カーボン膜の形成方法を示す断面図である。
【図３】本発明の実施形態における円筒状部材の内周面
への硬質カーボン膜の形成方法を示す断面図である。
【図４】本発明の実施形態における円筒状部材の内周面
への硬質カーボン膜の形成方法を示す断面図である。
【図５】本発明の実施形態における円筒状部材の内周面
への硬質カーボン膜の形成方法を示す断面図である。
【図６】本発明の実施形態における円筒状部材の内周面
への硬質カーボン膜の形成方法を示す断面図である。
【図７】本発明の実施形態における円筒状部材の内周面
への硬質カーボン膜の形成方法を示し、真空槽内部の圧
力と時間との関係を示すグラフである。
【図８】本発明の実施形態における円筒状部材の内周面
への硬質カーボン膜の形成方法を示し、真空槽内部の圧
力と時間との関係を示すグラフである。
【図９】本発明の実施形態における円筒状部材の内周面
への硬質カーボン膜の形成方法を示し、補助電極電圧と
被膜形成する硬質カーボン膜膜厚との関係を示すグラフ
である。
【図１０】従来技術における円筒状部材の内周面への硬
質カーボン膜の形成方法を示す断面図である。
【符号の説明】
１１ 円筒状部材 １１ａ 開口中心 １１ｂ 内周面 １３ 真空槽 １５ ガス導入口 １７ 排気口 １９ マッチング回路 ２１ 高周波電源 ２３ 補助電極 ２５ 直流電源 ２７ アノード電源 ２９ フィラメント電源 ３１ アノード ３３ フィラメント ３５ 補助電極電源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 戸井田 孝志 埼玉県所沢市大字下富字武野840番地 シ チズン時計株式会社所沢事業所内 (72)発明者 関根 敏一 東京都田無市本町６丁目１番12号 シチズ ン時計株式会社田無製造所内

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 排気口およびガス導入口を有し、内部に
    アノードとフィラメントを設ける真空槽内に円筒状部材
    を配置し、この円筒状部材の中心開口内に接地電位と接
    続する補助電極を挿入するように配置する第１の工程
    と、 そののち、真空槽内を所定の真空度以下の初期到達圧力
    に排気する第２の工程と、 その後、円筒状部材に直流電圧を印加するとともに、ア
    ノードに直流電圧を印加し、フィラメントに交流電圧を
    印加する第３の工程と、 さらにその後、ガス導入口から炭素を含むガスを真空槽
    内に導入してプラズマを発生させ、円筒状部材の内周面
    に硬質カーボン膜を形成しながら、真空槽内の圧力を初
    期到達圧力より高い被膜形成圧力になるように制御する
    第４の工程とを有することを特徴とする円筒状部材の内
    周面への硬質カーボン膜形成方法。
  2. 【請求項２】 第４の工程の炭素を含むガスは、 メタンまたはベンゼンであることを特徴とする請求項１
    記載の円筒状部材の内周面への硬質カーボン膜形成方
    法。
  3. 【請求項３】 円筒状部材の内周面に硬質カーボン膜の
    密着性を高めるための中間層を介して硬質カーボン膜を
    形成することを特徴とする請求項１記載の円筒状部材の
    内周面への硬質カーボン膜形成方法。
  4. 【請求項４】 排気口およびガス導入口を有する真空槽
    内に円筒状部材を配置し、この円筒状部材の中心開口内
    に接地電位と接続する補助電極を挿入するように配置す
    る第１の工程と、 そののち、真空槽内を所定の真空度以下の初期到達圧力
    に排気する第２の工程と、 その後、円筒状部材に高周波電力を印加する第３の工程
    と、 さらにその後、ガス導入口から炭素を含むガスを真空槽
    内に導入してプラズマを発生させ、円筒状部材の内周面
    に硬質カーボン膜を形成しながら、真空槽内の圧力を初
    期到達圧力より高い被膜形成圧力になるように制御する
    第４の工程とを有することを特徴とする円筒状部材の内
    周面への硬質カーボン膜形成方法。
  5. 【請求項５】 第４の工程の炭素を含むガスは、 メタンまたはベンゼンであることを特徴とする請求項４
    記載の円筒状部材の内周面への硬質カーボン膜形成方
    法。
  6. 【請求項６】 円筒状部材の内周面に硬質カーボン膜の
    密着性を高めるための中間層を介して硬質カーボン膜を
    形成することを特徴とする請求項４記載の円筒状部材の
    内周面への硬質カーボン膜形成方法。
  7. 【請求項７】 排気口およびガス導入口を有する真空槽
    内に円筒状部材を配置し、この円筒状部材の中心開口内
    に接地電位と接続する補助電極を挿入するように配置す
    る第１の工程と、 そののち、真空槽内を所定の真空度以下の初期到達圧力
    に排気する第２の工程と、 その後、円筒状部材に直流電圧を印加する第３の工程
    と、 さらにその後、ガス導入口から炭素を含むガスを真空槽
    内に導入してプラズマを発生させ、円筒状部材の内周面
    に硬質カーボン膜を形成しながら、真空槽内の圧力を初
    期到達圧力より高い被膜形成圧力になるように制御する
    第４の工程とを有することを特徴とする円筒状部材の内
    周面への硬質カーボン膜形成方法。
  8. 【請求項８】 第４の工程の炭素を含むガスは、 メタンまたはベンゼンであることを特徴とする請求項７
    記載の円筒状部材の内周面への硬質カーボン膜形成方
    法。
  9. 【請求項９】 円筒状部材の内周面に硬質カーボン膜の
    密着性を高めるための中間層を介して硬質カーボン膜を
    形成することを特徴とする請求項７記載の円筒状部材の
    内周面への硬質カーボン膜形成方法。
  10. 【請求項１０】 排気口およびガス導入口を有し、内部
    にアノードとフィラメントを設ける真空槽内に円筒状部
    材を配置し、この円筒状部材の中心開口内に直流正電圧
    と接続する補助電極を挿入するように配置する第１の工
    程と、 そののち、真空槽内を所定の真空度以下の初期到達圧力
    に排気する第２の工程と、 その後、円筒状部材に直流電圧を印加するとともに、ア
    ノードに直流電圧を印加し、フィラメントに交流電圧を
    印加する第３の工程と、 さらにその後、ガス導入口から炭素を含むガスを真空槽
    内に導入してプラズマを発生させ、円筒状部材の内周面
    に硬質カーボン膜を形成しながら、真空槽内の圧力を初
    期到達圧力より高い被膜形成圧力になるように制御する
    第４の工程とを有することを特徴とする円筒状部材の内
    周面への硬質カーボン膜形成方法。
  11. 【請求項１１】 第４の工程の炭素を含むガスは、メタ
    ンまたはベンゼンであることを特徴とする請求項１０記
    載の円筒状部材の内周面への硬質カーボン膜形成方法。
  12. 【請求項１２】 円筒状部材の内周面に硬質カーボン膜
    の密着性を高めるための中間層を介して硬質カーボン膜
    を形成することを特徴とする請求項１０記載の円筒状部
    材の内周面への硬質カーボン膜形成方法。
  13. 【請求項１３】 排気口およびガス導入口を有する真空
    槽内に円筒状部材を配置し、この円筒状部材の中心開口
    内に直流正電圧と接続する補助電極を挿入するように配
    置する第１の工程と、 そののち、真空槽内を所定の真空度以下の初期到達圧力
    に排気する第２の工程と、 その後、円筒状部材に高周波電力を印加する第３の工程
    と、 さらにその後、ガス導入口から炭素を含むガスを真空槽
    内に導入してプラズマを発生させ、円筒状部材の内周面
    に硬質カーボン膜を形成しながら、真空槽内の圧力を初
    期到達圧力より高い被膜形成圧力になるように制御する
    第４の工程とを有することを特徴とする円筒状部材の内
    周面への硬質カーボン膜形成方法。
  14. 【請求項１４】 第４の工程の炭素を含むガスは、 メタンまたはベンゼンであることを特徴とする請求項１
    ３記載の円筒状部材の内周面への硬質カーボン膜形成方
    法。
  15. 【請求項１５】 円筒状部材の内周面に硬質カーボン膜
    の密着性を高めるための中間層を介して硬質カーボン膜
    を形成することを特徴とする請求項１３記載の円筒状部
    材の内周面への硬質カーボン膜形成方法。
  16. 【請求項１６】 排気口およびガス導入口を有する真空
    槽内に円筒状部材を配置し、この円筒状部材の中心開口
    内に直流正電圧と接続する補助電極を挿入するように配
    置する第１の工程と、 そののち、真空槽内を所定の真空度以下の初期到達圧力
    に排気する第２の工程と、 その後、円筒状部材に直流電圧を印加する第３の工程
    と、 さらにその後、ガス導入口から炭素を含むガスを真空槽
    内に導入してプラズマを発生させ、円筒状部材の内周面
    に硬質カーボン膜を形成しながら、真空槽内の圧力を初
    期到達圧力より高い被膜形成圧力になるように制御する
    第４の工程とを有することを特徴とする円筒状部材の内
    周面への硬質カーボン膜形成方法。
  17. 【請求項１７】 第４の工程の炭素を含むガスは、 メタンまたはベンゼンであることを特徴とする請求項１
    ６記載の円筒状部材の内周面への硬質カーボン膜形成方
    法。
  18. 【請求項１８】 円筒状部材の内周面に硬質カーボン膜
    の密着性を高めるための中間層を介して硬質カーボン膜
    を形成することを特徴とする請求項１６記載の円筒状部
    材の内周面への硬質カーボン膜形成方法。
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