(57)【要約】【課題】ワークの自転速度を確実に制御することが可能なワーク回転装置を提供する。【解決手段】ワーク回転装置３は、固定側の本体部４と、ワークを保持して自転軸の回りに自転可能な自転部５と、自転部５を公転させる自転部移動部６とを備える。自転部５は、大径の第１の自転歯列部３３と、小径の第２の自転歯列部３４とを有する。本体部４は、第１の自転歯列部３３に噛み合うことが可能な第１の本体歯列部３１と、第２の自転歯列部３４に噛み合うことが可能な第２の本体歯列部３２とを有する。大径の第１の自転歯列部３３が第１の本体歯列部３１に噛み合うときには、小径の第２の自転歯列部３４が第２の本体歯列部３２との噛み合いが解除される。小径の第２の自転歯列部３４が第２の本体歯列部３２に噛み合うときには、大径の第１の自転歯列部３３が第１の本体歯列部３１との噛み合いが解除される。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成膜される外周面を有するワークを、所定の自転軸の回りに自転させながら当該自転軸が延びる方向と異なる所定の移動方向へ移動させるワーク回転装置であって、
本体部と、
前記ワークを保持して前記自転軸の回りに自転可能な自転部と、
前記自転部を前記移動方向へ移動させる自転部移動部と、
を備え、
前記自転部は、前記ワークを保持して前記自転軸の回りに自転可能な保持部と、前記保持部に連結され、当該保持部とともに前記自転軸の回りに自転可能であり、前記自転軸を中心とする第１のピッチ円に沿って並ぶ複数の歯を有する第１の自転歯列部と、前記保持部に連結され、当該前記保持部とともに前記自転軸の回りに自転可能であり、前記自転軸を中心とする前記第１のピッチ円よりも小さい第２のピッチ円に沿って並ぶ複数の歯を有する第２の自転歯列部とを有し、
前記本体部は、前記第１の自転歯列部の歯に噛み合うことが可能な位置で前記移動方向に沿って並ぶ複数の歯を有する第１の本体歯列部と、前記第２の自転歯列部の歯に噛み合うことが可能な位置で前記移動方向に沿って並ぶ複数の歯を有する第２の本体歯列部とを有し、
前記第１の自転歯列部、前記第２の自転歯列部、前記第１の本体歯列部、および前記第２の本体歯列部は、前記第１の自転歯列部が前記第１の本体歯列部に噛み合うときには、前記第２の自転歯列部が前記第２の本体歯列部との噛み合いが解除され、かつ、前記第２の自転歯列部が前記第２の本体歯列部に噛み合うときには、前記第１の自転歯列部が前記第１の本体歯列部との噛み合いが解除されていることが可能な位置に、それぞれ配置されている、
ワーク回転装置。
【請求項２】
前記移動方向は、前記自転軸と平行に延びる公転軸を回転中心として前記自転部が公転する方向であり、
前記第１の本体歯列部は、前記公転軸を中心とする第１の公転円に沿って配置され、
前記第２の本体歯列部は、前記公転軸を中心とする前記第１の公転円よりも大きい第２の公転円に沿って配置されている、
請求項１に記載のワーク回転装置。
【請求項３】
前記本体部は、前記第１の本体歯列部を有する第１の本体ギアと、前記第２の本体歯列部を有する第２の本体ギアとを有し、前記第１の本体ギアおよび前記第２の本体ギアは、前記公転軸に沿って同軸に連結され、
前記自転部は、前記第１の自転歯列部を有する第１の自転ギアと、前記第２の自転歯列部を有する第２の自転ギアとを有し、前記第１の自転ギアおよび前記第２の自転ギアは、前記自転軸に沿って同軸に連結されている、
請求項２に記載のワーク回転装置。
【請求項４】
前記本体部は、前記第１の本体歯列部および前記第２の本体歯列部が前記公転軸に直交する同一の平面に配置されるように形成された１枚の共通本体ギアを備え、
前記自転部は、前記第１の自転歯列部および前記第２の自転歯列部が前記自転軸に直交する同一の平面に配置されるように形成された１枚の共通自転ギアを備えている、
請求項２に記載のワーク回転装置。
【請求項５】
前記移動方向は、前記自転軸と直交する方向へ直進する直進方向であり、
前記第１の本体歯列部および前記第２の本体歯列部は、互いに平行に並んで前記直進方向に沿って直線的に配置されている、
請求項１に記載のワーク回転装置。
【請求項６】
前記自転部は、前記自転軸を中心とする前記第１のピッチ円より小さく、かつ、前記第２のピッチ円よりも大きい第３のピッチ円に沿って配置された複数の歯を有する第３の自転歯列部をさらに有し、
前記本体部は、前記第３の自転歯列部の歯に噛み合うことが可能な位置で前記移動方向に沿って並ぶ複数の歯を有する第３の本体歯列部とを有し、
前記第３の自転歯列部および前記第３の本体歯列部は、前記第３の自転歯列部が前記第３の本体歯列部に噛み合うときには、前記第１の自転歯列部と前記第１の本体歯列部との噛み合いおよび前記第２の自転歯列部と前記第２の固定噛合との噛み合いが解除され、かつ、前記第１の自転歯列部と前記第１の本体歯列部との噛み合いおよび前記第２の自転歯列部と前記第２の本体歯列部との噛み合いのいずれかが行われている状態のときには、前記第３の自転歯列部が前記第３の本体歯列部との噛み合いが解除されていることが可能な位置に配置されている、
請求項１〜５のいずれか１項に記載のワーク回転装置。
【請求項７】
請求項１に記載のワーク回転装置と、
当該ワーク回転装置の前記自転部に保持される前記ワークの外周面に成膜するための材料となる粒子が飛び出す出射面を有する蒸発源と、
を備え、
前記自転部の前記移動方向への移動領域は、前記ワークの外周面のうち皮膜を厚く形成すべき特定部分を含む範囲が前記蒸発源が設けられている側に対向する第１領域と、当該第１領域以外の第２領域とを有し、
前記第１の自転歯列部、前記第２の自転歯列部、前記第１の本体歯列部、および前記第２の本体歯列部は、前記第１領域では、前記第１の自転歯列部が前記第１の本体歯列部に噛み合い、かつ、前記第２の自転歯列部が前記第２の本体歯列部との噛み合いが解除され、一方、前記第２領域では、前記第２の自転歯列部が前記第２の本体歯列部に噛み合い、かつ、前記第１の自転歯列部が前記第１の本体歯列部との噛み合いが解除されていることが可能な位置にそれぞれ配置されている、
ことを特徴とする成膜装置。
【請求項８】
前記移動方向は、前記自転軸と平行に延びる公転軸を回転中心として前記自転部が公転する方向であり、
前記第１の本体歯列部は、前記公転軸を中心とする第１の公転円に沿って配置され、
前記第２の本体歯列部は、前記公転軸を中心とする前記第１の公転円よりも大きい第２の公転円に沿って配置され、
前記蒸発源は、前記自転部が前記公転軸を回転中心として公転する軌道よりも外側に配置されている、
請求項７に記載の成膜装置。
【請求項９】
前記移動方向は、前記自転軸と平行に延びる公転軸を回転中心として前記自転部が公転する方向であり、
前記第１の本体歯列部は、前記公転軸を中心とする第１の公転円に沿って配置され、
前記第２の本体歯列部は、前記公転軸を中心とする前記第１の公転円よりも大きい第２の公転円に沿って配置され、
前記蒸発源は、前記第１の公転円の内側に配置されている、
請求項７に記載の成膜装置。
【請求項１０】
前記蒸発源は、前記公転軸に沿うように配置され、
前記出射面は、前記公転軸の周囲を取り囲むように配置され、前記公転軸から離れる方向を向く、
請求項９に記載の成膜装置。
【請求項１１】
前記ワークは、円環の一部が途切れた形状を有する部材であり、
前記ワークの特定部分は、前記円環の一部が途切れた部分の周辺部である、
請求項７〜１０のいずれか１項に記載の成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワーク回転装置およびそれを備えた成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンのピストンリングなどのワークの耐摩耗性を向上するために、当該ワークの外周面に窒化クロムなどの硬質皮膜をＰＶＤなどの成膜方法によって形成することが行われる。
【０００３】
ピストンリングは、円環の一部が途切れた形状を有する金属製の部材であり、円環の一部が途切れることにより形成された開口部分、すなわち、合口部を有している。ピストンリングは、その外径を小さくするように合口部が閉じる方向へ変形させながらエンジンのシリンダに挿入された状態で使用される。この使用状態では、ピストンリングの合口部の周辺部には、外側に開こうとする力が最も大きくかかる。このため、当該周辺部は、シリンダ内壁に最も強く押し付けられるので、エンジンの使用時に最も摩耗しやすい。
【０００４】
そこで、ピストンリングの合口部の周辺部の摩耗を防止するために、当該周辺部に部分的に上記の硬質皮膜を厚く形成することが考えられる。
【０００５】
従来では、ピストンリングにおける合口部の周辺部における硬質皮膜の膜厚を他の部位の膜厚よりも厚くする成膜方法として、特許文献１の記載の成膜方法が知られている。
【０００６】
この成膜方法では、ピストンリングを自転および公転させる回転テーブルに載せ、当該回転テーブルを駆動するモータに対して速度指令を与えることにより、ピストンリングの合口部が蒸発源にほぼ正対するときにピストンリングの自転速度が遅くなるようにモータを制御する。これにより、ピストンリングの合口部が蒸発源に正対するときのピストンリングの自転速度を、合口部以外の部位が蒸発源に正対するときよりも遅くして、合口部の周辺部において硬質皮膜を厚く形成することを可能にしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許４６８０３８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上記のようにモータを制御してピストンリングの自転速度を変える成膜方法を行う場合、モータに対して速度指令を与えてから回転テーブル上のピストンリングが所定の自転速度に達するまでにはタイムラグが生じる。そのタイムラグは、ピストンリングなどのワークの重量、または回転テーブルの状態や温度などにより成膜処理中に変化するので、ピストンリングの自転速度の制御に関する再現性が低くなる。そのため、ピストンリングの合口部およびその周辺部が蒸発源に向いているときにピストリンリングの自転速度を遅くする速度制御を確実に行うことが難しい。その結果、合口部の周辺部における膜厚を精度良く制御するのは非常に困難である。
【０００９】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、ワークの自転速度を確実に制御することが可能なワーク回転装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するためのものとして、本発明のワーク回転装置は、成膜される外周面を有するワークを、所定の自転軸の回りに自転させながら当該自転軸が延びる方向と異なる所定の移動方向へ移動させるワーク回転装置であって、本体部と、前記ワークを保持して前記自転軸の回りに自転可能な自転部と、前記自転部を前記移動方向へ移動させる自転部移動部と、を備え、前記自転部は、前記ワークを保持して前記自転軸の回りに自転可能な保持部と、前記保持部に連結され、当該保持部とともに前記自転軸の回りに自転可能であり、前記自転軸を中心とする第１のピッチ円に沿って並ぶ複数の歯を有する第１の自転歯列部と、前記保持部に連結され、当該前記保持部とともに前記自転軸の回りに自転可能であり、前記自転軸を中心とする前記第１のピッチ円よりも小さい第２のピッチ円に沿って並ぶ複数の歯を有する第２の自転歯列部とを有し、前記本体部は、前記第１の自転歯列部の歯に噛み合うことが可能な位置で前記移動方向に沿って並ぶ複数の歯を有する第１の本体歯列部と、前記第２の自転歯列部の歯に噛み合うことが可能な位置で前記移動方向に沿って並ぶ複数の歯を有する第２の本体歯列部とを有し、前記第１の自転歯列部、前記第２の自転歯列部、前記第１の本体歯列部、および前記第２の本体歯列部は、前記第１の自転歯列部が前記第１の本体歯列部に噛み合うときには、前記第２の自転歯列部が前記第２の本体歯列部との噛み合いが解除され、かつ、前記第２の自転歯列部が前記第２の本体歯列部に噛み合うときには、前記第１の自転歯列部が前記第１の本体歯列部との噛み合いが解除されていることが可能な位置に、それぞれ配置されていることを特徴とする。
【００１１】
かかる構成では、成膜されるワークを保持する自転部が自転部移動部によって所定の移動方向へ一定の速度で移動されたときに、自転部の第１および第２の自転歯列部のいずれかがそれぞれに対応する本体部の第１および第２の本体歯列部に択一的に噛み合うことによって、ワークを所定の移動方向へ一定の速度で移動させながら当該ワークの自転速度を変えて自転させることを可能にする。
【００１２】
具体的には、ワークを保持する自転部は、自転軸を中心とする第１のピッチ円に沿って配置された複数の歯を有する第１の自転歯列部と、前記第１のピッチ円よりも小さい第２のピッチ円に沿って配置された複数の歯を有する第２の自転歯列部を有する。したがって、第１の自転歯列部は、第２の自転歯列部よりも大きい曲率半径を有し（すなわち大径であり）、第２の自転歯列部は、第１の自転歯列部よりも小さい曲率半径を有する（すなわち小径である）。
【００１３】
ワークを保持する自転部が自転しながら前記移動方向に移動している間、大径の第１の自転歯列部が第１の本体歯列部に噛み合い、かつ、小径の第２の自転歯列部が第２の本体歯列部との噛み合いが解除された状態では、自転部および当該自転部に保持されるワークの自転速度が遅くなる。
【００１４】
一方、小径の第２の自転歯列部が第２本体歯列部に噛み合い、かつ、大径の第１の自転歯列部が第１の本体歯列部との噛み合いが解除された状態では、自転部およびワークの自転速度が速くなる。
【００１５】
このように、自転部の第１の自転歯列部および第２の自転歯列部がそれに対応する本体部の第１の本体歯列部および第２の本体歯列部に択一的に噛み合うことによって、当該自転部の自転速度を確実に変速することが可能になる。その結果、自転部に保持されたワークの自転速度を確実に制御することが可能になる。
【００１６】
前記移動方向は、前記自転軸と平行に延びる公転軸を回転中心として前記自転部が公転する方向であり、前記第１の本体歯列部は、前記公転軸を中心とする第１の公転円に沿って配置され、前記第２の本体歯列部は、前記公転軸を中心とする前記第１の公転円よりも大きい第２の公転円に沿って配置されているのが好ましい。
【００１７】
かかる構成によれば、ワークを保持する自転部が自転部移動部によって公転軸を回転中心として公転するときに、自転部の第１および第２の自転歯列部のいずれかがそれに対応する本体部の第１および第２の本体歯列部に択一的に噛み合うことによって、ワークを公転させならがら当該ワークの自転速度を変えて自転させることを可能にすることが可能である。
【００１８】
具体的には、第１の本体歯列部は、公転軸を中心とする第１の公転円に沿って配置されている。第２の本体歯列部は、公転軸を中心とする前記第１の公転円よりも大きい第２の公転円に沿って配置されている。したがって、第１の本体歯列部は、第２の本体歯列部よりも小さい曲率半径を有し（すなわち小径であり）、第２の本体歯列部は、第１の本体歯列部よりも大きい曲率半径を有する（すなわち大径である）。
【００１９】
ワークを保持する自転部が自転しながら公転軸回りに公転している間、大径の第１の自転歯列部が小径の第１の本体歯列部に噛み合い、かつ、小径の第２の自転歯列部が大径の第２の本体歯列部との噛み合いが解除された状態では、自転部および当該自転部に保持されるワークの自転速度が遅くなる。
【００２０】
一方、小径の第２の自転歯列部が大径の第２本体歯列部に噛み合い、かつ、大径の第１の自転歯列部が小径の第１の本体歯列部との噛み合いが解除された状態では、自転部およびワークの自転速度が速くなる。
【００２１】
このように、自転部の第１の自転歯列部および第２の自転歯列部がそれに対応する本体部の第１の本体歯列部および第２の本体歯列部に択一的に噛み合うことによって、当該自転部は公転軸の回りに公転しながら自転速度を確実に変速することが可能になる。その結果、自転部に保持されたワークを公転させながら当該ワークの自転速度を確実に制御することが可能になる。
【００２２】
前記本体部は、前記第１の本体歯列部を有する第１の本体ギアと、前記第２の本体歯列部を有する第２の本体ギアとを有し、前記第１の本体ギアおよび前記第２の本体ギアは、前記公転軸に沿って同軸に連結され、前記自転部は、前記第１の自転歯列部を有する第１の自転ギアと、前記第２の自転歯列部を有する第２の自転ギアとを有し、前記第１の自転ギアおよび前記第２の自転ギアは、前記自転軸に沿って同軸に連結されているのが好ましい。
【００２３】
かかる構成によれば、本体部が具備する２枚の本体ギアの組み合わせ、および自転部が具備する２枚の自転ギアの組み合わせによって、ワークの自転速度を容易に設定することが可能である。したがって、回転装置の設計および製造を容易に行なうことが可能である。
【００２４】
前記本体部は、前記第１の本体歯列部および前記第２の本体歯列部が前記公転軸に直交する同一の平面に配置されるように形成された１枚の共通本体ギアを備え、前記自転部は、前記第１の自転歯列部および前記第２の自転歯列部が前記自転軸に直交する同一の平面に配置されるように形成された１枚の共通自転ギアを備えていてもよい。
【００２５】
かかる構成によれば、第１の本体歯列部および第２の本体歯列部は、１枚の共通本体ギアにおいて同一の平面に並ぶように配置され、かつ、第１の自転歯列部および第２の自転歯列部は、１枚の共通自転ギアにおいて同一の平面に並ぶように配置されるので、本体部および自転部の占有スペースが小さくなり、回転装置の小型化が可能になる。
【００２６】
前記移動方向は、前記自転軸と直交する方向へ直進する直進方向であり、前記第１の本体歯列部および前記第２の本体歯列部は、互いに平行に並んで前記直進方向に沿って直線的に配置されていてもよい。
【００２７】
かかる構成によれば、ワークを保持する自転部が自転部移動部によって自転軸と直交する方向へ真っ直ぐに移動されたときに、自転部の第１および第２の自転歯列部のいずれかがそれに対応する本体部の第１および第２の本体歯列部に択一的に噛み合うことによって、ワークを直進させならがら自転速度を変えて自転させることを可能にすることが可能である。
【００２８】
すなわち、ワークを保持する自転部が自転しながら直進している間、大径の第１の自転歯列部が直線的に延びる第１の本体歯列部に噛み合い、小径の第２の自転歯列部が直線的に延びる第２の本体歯列部との噛み合いが解除された状態では、自転部および当該自転部に保持されるワークの自転速度が遅くなる。
【００２９】
一方、小径の第２の自転歯列部が第２本体歯列部に噛み合い、かつ、大径の第１の自転歯列部が第１の本体歯列部との噛み合いが解除された状態では、自転部およびワークの自転速度が速くなる。
【００３０】
このように、自転部は第１の自転歯列部および第２の自転歯列部がそれに対応する本体部の直線的に延びる第１の本体歯列部および第２の本体歯列部に択一的に噛み合うことによって、自転部は直進しながら自転速度を確実に変速することが可能になる。その結果、自転部に保持されたワークを直進させながら当該ワークの自転速度を確実に制御することが可能になる。
【００３１】
前記自転部は、前記自転軸を中心とする前記第１のピッチ円より小さく、かつ、前記第２のピッチ円よりも大きい第３のピッチ円に沿って配置された複数の歯を有する第３の自転歯列部をさらに有し、前記本体部は、前記第３の自転歯列部の歯に噛み合うことが可能な位置で前記移動方向に沿って並ぶ複数の歯を有する第３の本体歯列部とを有し、前記第３の自転歯列部および前記第３の本体歯列部は、前記第３の自転歯列部が前記第３の本体歯列部に噛み合うときには、前記第１の自転歯列部と前記第１の本体歯列部との噛み合いおよび前記第２の自転歯列部と前記第２の本体歯列部との噛み合いが解除され、かつ、前記第１の自転歯列部と前記第１の本体歯列部との噛み合いおよび前記第２の自転歯列部と前記第２の本体歯列部との噛み合いのいずれかが行われている状態のときには、前記第３の自転歯列部が前記第３の本体歯列部との噛み合いが解除されていることが可能な位置に配置されていてもよい。
【００３２】
かかる構成によれば、自転部が第１の自転歯列部および第２の自転歯列部の他に第３の自転歯列部をさらに有し、かつ、本体部が第３の本体歯列部をさらに有しているので、ワークの自転速度を多段階に変えることが可能であり、ワークの自転速度をより円滑に変えることが可能である。
【００３３】
本発明の成膜装置は、上記のワーク回転装置と、当該ワーク回転装置の前記自転部に保持される前記ワークの外周面に成膜するための材料となる粒子が飛び出す出射面を有する蒸発源と、を備え、前記自転部の前記移動方向への移動領域は、前記ワークの外周面のうち皮膜を厚く形成すべき特定部分を含む範囲が前記蒸発源が設けられている側に対向する第１領域と、当該第１領域以外の第２領域とを有し、前記第１の自転歯列部、前記第２の自転歯列部、前記第１の本体歯列部、および前記第２の本体歯列部は、前記第１領域では、前記第１の自転歯列部が前記第１の本体歯列部に噛み合い、かつ、前記第２の自転歯列部が前記第２の本体歯列部との噛み合いが解除され、一方、前記第２領域では、前記第２の自転歯列部が前記第２の本体歯列部に噛み合い、かつ、前記第１の自転歯列部が前記第１の本体歯列部との噛み合いが解除されていることが可能な位置にそれぞれ配置されていることを特徴とする。
【００３４】
かかる構成によれば、ワーク回転装置の自転部が自転しながら前記移動方向に移動している間、当該自転部に保持されたワークの外周面のうち皮膜を厚く形成すべき特定部分を含む範囲が蒸発源が設けられている側に対向している自転部の第１領域では、大径の第１の自転歯列部が第１の本体歯列部に噛み合い、かつ、小径の第２の自転歯列部が第２の本体歯列部との噛み合いが解除されるので、自転部および当該自転部に保持されるワークの自転速度が遅くなる。その結果、ワークの外周面のうち当該特定部分を含む範囲は、蒸発源の出射面に対向している時間が長くなり、当該特定部分に厚い皮膜を形成することが可能になる。
【００３５】
一方、ワークの外周面のうち前記特定部分が蒸発源が設けられている側に対向していない自転部の第２領域では、小径の第２の自転歯列部が第２本体歯列部に噛み合い、かつ、大径の第１の自転歯列部が第１の本体歯列部との噛み合いが解除されるので、自転部およびワークの自転速度が速くなる。その結果、特定部分以外の部分は、蒸発源の出射面に対向している時間が短くなり、当該特定部分以外の部分に形成される皮膜の厚さを低減することが可能になる。
【００３６】
このように、自転部は第１の自転歯列部および第２の自転歯列部がそれに対応する本体部の第１の本体歯列部および第２の本体歯列部に択一的に噛み合うことによって、ワークの特定部分が蒸発源が設けられている側に対向している間だけワークの自転速度を確実に減速させて、当該特定部分の成膜時間を長くし、当該特定部分に厚い皮膜を確実に形成することが可能になる。その結果、ワークの外周面における特定部分の成膜面の厚さと当該特定部分以外の部分の成膜面の厚さの比である膜厚比を精度良く制御することが可能である。
【００３７】
前記移動方向は、前記自転軸と平行に延びる公転軸を回転中心として前記自転部が公転する方向であり、前記第１の本体歯列部は、前記公転軸を中心とする第１の公転円に沿って配置され、前記第２の本体歯列部は、前記公転軸を中心とする前記第１の公転円よりも大きい第２の公転円に沿って配置され、前記蒸発源は、前記自転部が前記公転軸を回転中心として公転する軌道よりも外側に配置されているのが好ましい。
【００３８】
かかる構成によれば、蒸発源が自転部の公転軌道よりも外側に配置されているので、蒸発源を自転部および本体部に干渉しない位置に自由に配置することが可能である。また、蒸発源を本体部の外周を取り囲む位置に複数個配置することが可能である。
【００３９】
前記移動方向は、前記自転軸と平行に延びる公転軸を回転中心として前記自転部が公転する方向であり、前記第１の本体歯列部は、前記公転軸を中心とする第１の公転円に沿って配置され、前記第２の本体歯列部は、前記公転軸を中心とする前記第１の公転円よりも大きい第２の公転円に沿って配置され、前記蒸発源は、前記第１の公転円の内側に配置されていてもよい。
【００４０】
かかる構成によれば、蒸発源が第１の公転円の内側、すなわち、第１の本体歯列部および第２の本体歯列部よりも公転軸に近い位置に配置されているので、本体部および自転部の外周側に蒸発源を設置するためのスペースが不要になる。その結果、成膜装置の小型化が可能である。
【００４１】
前記蒸発源は、前記公転軸に沿うように配置され、前記出射面は、前記公転軸の周囲を取り囲むように配置され、前記公転軸から離れる方向を向くのが好ましい。
【００４２】
かかる構成によれば、公転軸に沿って配置された蒸発源によって、複数のワークを同時に成膜することが可能である。したがって、蒸発源の数が少なくて済む。
【００４３】
前記ワークは、円環の一部が途切れた形状を有する部材であり、前記ワークの特定部分は、前記円環の一部が途切れた部分の周辺部であってもよい。
【００４４】
上記のように成膜されるワークとして円環の一部が途切れた形状を有するピストンリングなどの部材が適用される場合には、ワークの特定部分である前記円環の一部が途切れた部分（いわゆる合口部）の周辺部が蒸発源の出射面に対して対向している間だけワークの自転速度を確実に減速させて、当該周辺部に厚い皮膜を確実に形成することが可能になる
。
【発明の効果】
【００４５】
以上説明したように、本発明のワーク回転装置によれば、ワークの自転速度を確実に制御することが可能である。
【００４６】
また、本発明の成膜装置によれば、上記のワーク回転装置を備えた成膜装置によって、ワークの特定部分に厚い皮膜を確実に形成することが可能になり、ワークの特定の向きの成膜面とそれ以外の成膜面の膜厚比を精度良く制御することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施形態に係わるワーク回転装置を備えた成膜装置の全体構成を示す断面図である。
【図２】図１のワーク回転装置の正面図である。
【図３】図２の自転部のワーク載置部およびそれに載置されたピストンリングの平面図である。
【図４】図１の成膜装置を用いたピストンリングの成膜方法を説明するための図であって、ピストンリングの合口部の向きおよびそれに関連する第１の本体歯列部と第１の自転歯列部との噛合状態ならびに第２の本体歯列部と第２の自転歯列部との噛合状態を示す説明図である。
【図５】本発明のワーク回転装置の変形例として、第１の本体歯列部および第２の本体歯列部を有する共通本体ギアと第１の自転歯列部および第２の自転歯列部を有する共通自転ギアとを備えたワーク回転装置の構成を概略的に説明した図である。
【図６】本発明のワーク回転装置の他の変形例として、複数の歯が直線的に並ぶ第１の本体歯列部および第２の本体歯列部の組とこれらの本体歯列部に択一的に噛み合うことが可能な第１の自転歯列部および第２の自転歯列部の組とを備えた構成を概略的に説明した図である。
【図７】本発明のワーク回転装置のさらに他の変形例として、３段階の自転速度の変更が可能な構成として、第１の本体歯列部、第２の本体歯列部、および第３の本体歯列部の組とこれら３つの本体歯列部に択一的に噛み合うことが可能な第１の自転歯列部、第２の自転歯列部、および第３の自転歯列部の組とを備えた構成を概略的に説明した図である。
【図８】本発明の成膜装置の変形例として、蒸発源が自転部の公転軌道の内側、例えば、公転軸Ｓ１に沿う位置に配置された構成を概略的に示す平面図である。
【図９】本発明の成膜装置で成膜されるワークの他の例としての切削加工用のバイトの斜視図である。
【図１０】図９のバイトが自転部の保持部に立直状態で保持されている状態を示す斜視説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
つぎに、図面を参照しながら本発明の成膜装置およびそれを用いた成膜方法の実施形態について詳細に説明する。
【００４９】
図１に示される成膜装置１は、成膜されるワークである複数のピストンリング１００を自公転させながらピストンリング１００の外周面にＰＶＤなどによって成膜処理を行なう装置である。成膜装置１は、チャンバ２と、複数のピストンリング１００を自公転させるワーク回転装置３と、ターゲット２０を含む蒸発源１９とを備えている。
【００５０】
チャンバ２は、中空の筐体からなり、具体的には、天壁２ａと、天壁２ａの下方に位置する底壁２ｂと、当該天壁２ａおよび底壁２ｂの側縁同士を連結する複数の側壁２ｃと、側壁２ｃに形成された開口２ｄを開閉する扉２ｆとを有する。これら天壁２ａ、底壁２ｂ、複数の側壁２ｃ、および扉２ｆによって、密閉された空間２ｅが形成される。この空間２ｅには、ピストンリング１００およびワーク回転装置３が収納される。扉２ｆが開かれた状態では、ワーク回転装置３を、ピストンリング１００を保持した状態で開口２ｄを通してチャンバ２から外部へ取り出し、またはチャンバ２内部へ挿入することが可能である。
【００５１】
蒸発源１９は、ターゲット２０と、ターゲット２０と電気的に接続されたターゲット電極２１と、ターゲット電極２１を介してターゲット２０に電圧を印加するアーク電源２２とを有する。
【００５２】
ターゲット２０は、当該ワーク回転装置３の後述の自転部５に保持されるピストンリング１００の外周面に成膜するための材料（例えば、例えば、窒化クロムや窒化チタンの硬質皮膜を形成するためのチタンやクロムなどの材料）を含む。ターゲット２０は、当該材料となる粒子が飛び出す出射面２０ａを有する。蒸発源１９のターゲット２０は、自転部５が公転軸Ｓ１を回転中心として公転する軌道Ｑ（図４参照）よりも外側に配置されている。
【００５３】
ワークであるピストンリング１００は、図３に示されるように、円環の一部が途切れた形状を有する部材である。すなわち、ピストンリング１００は、円環の一部が途切れた開口部分である合口部１０１を有する。ピストンリング１００の外周面には、摩耗防止のために上記の成膜装置１によって硬質皮膜が形成される。ピストンリング１００の外周面のうち皮膜を厚く形成すべき周辺部１０２は、エンジンの使用時にシリンダの内部で最も磨耗が激しい合口部１０１の周辺部１０２である。
【００５４】
ピストンリング１００の成膜を行う場合、チャンバ２内部がほぼ真空状態まで減圧された環境下で、ピストンリング１００は、ワーク回転装置３を介してバイアス電位印加部２３からバイアス電位が印加される。この状態で、アーク電源２２からターゲット２０へ電圧を印加することにより、ターゲット２０の出射面２０ａから当該ターゲット２０の材料が蒸発して高エネルギーの粒子が飛び出てピストンリング１００の外周面に衝突することにより、ピストンリング１００の外周面に被膜が形成される。
【００５５】
ワーク回転装置３は、成膜プロセス中に、ピストンリング１００を所定の自転軸Ｓ２の回りに自転させながら当該自転軸Ｓ２が延びる方向と異なる所定の移動方向として公転方向Ｓへ移動させる装置である。ここで、公転方向Ｓとは、自転軸Ｓ２と平行に延びる公転軸Ｓ１を回転中心として自転部５が公転する方向のことである。
【００５６】
図１〜２に示されるように、ワーク回転装置３は、本体部４と、積層された複数のピストンリング１００を保持して自転軸Ｓ２の回りに自転可能な複数の自転部５と、当該複数の自転部５を公転方向Ｓへ回転移動させる自転部移動部６とを備える。自転部５は、自転軸Ｓ２が円環状のピストンリング１００の中心に位置するように、当該ピストンリング１００を保持する。
【００５７】
ワーク回転装置３の本体部４は、チャンバ２の内部に静止状態で配置され、図示されない固定手段によってチャンバ２の内部に固定される。
【００５８】
本体部４は、具体的には、台車部７と、当該台車部７に搭載された第１の本体ギア８、第２の本体ギア９、および円形案内部１０とを備えている。第２の本体ギア９は、第１の本体ギア８の上に配置されている。第１の本体ギア８および第２の本体ギア９は、公転軸Ｓ１に沿って同軸に連結されている。
【００５９】
台車部７は、テーブルベース７ａと、当該テーブルベース７ａの下部に取り付けられた複数の車輪７ｂとを備えている。車輪７ｂがチャンバ２外部の平坦面（例えば、ワーク回転装置３を搬送するための搬送台車の載置面、または建物の床面など）の上を転がることにより、ワーク回転装置３は、チャンバ２の内部と外部との間を自由に移動することが可能である。なお、車輪７ｂを省略して、テーブルベース７ａがチャンバ２の底壁２ｂに固定されていてもよい。
【００６０】
テーブルベース７ａの上面には、環状の突起７ｃが形成されている。第１の本体ギア８および第２の本体ギア９は、テーブルベース７ａ上面の環状の突起７ｃの上端に回転できないように固定されている。
【００６１】
図２および図４に示されるように、第１の本体ギア８は、その外周面の全周において、公転方向Ｓに沿って並ぶ複数の歯を有する第１の本体歯列部３１を有する。第１の本体歯列部３１は、公転軸Ｓ１を中心とする第１の公転円Ｄ１に沿って配置される。第１の公転円Ｄ１は、第１の本体歯列部３１のピッチ円である。
【００６２】
第２の本体ギア９は、第１の本体ギア８よりも大きい直径を有する歯車である。第２の本体ギア９は、公転方向Ｓに沿って並ぶ複数の歯を有する第２の本体歯列部３２を有する。具体的には、その外周面の全周において、第２の本体歯列部３２は、公転軸Ｓ１を中心とする第２の公転円Ｄ２に沿って配置される。第２の公転円Ｄ２の直径は、上記の第１の公転円Ｄ１よりも大きい。第２の公転円Ｄ２は、第２の本体歯列部３２のピッチ円である。
【００６３】
したがって、第２の本体歯列部３２は、第１の本体歯列部３１よりも大きい曲率半径を有する（すなわち大径である）。言い換えれば、第１の本体歯列部３１は、第２の本体歯列部３２よりも小さい曲率半径を有する（すなわち小径である）。
【００６４】
第１の本体ギア８および第２の本体ギア９の上面には、後述の自転移動部６の回転テーブル１５を公転軸Ｓ１を回転中心として回転できるように当該公転軸Ｓ１の周方向に案内する円形案内部１０が取り付けられている。円形案内部１０は、環状のレール部１０ａと、当該レール部１０ａに沿って設けられた複数のボール１０ｂとを備えている。レール部１０ａは、第１の本体ギア８および第２の本体ギア９の上面に固定されている。ボール１０ｂは、レール部１０ａの上面において当該レール部１０ａに沿って転動自在に配置されている。
【００６５】
自転部移動部６は、複数の自転部５のそれぞれの自転を許容しながら当該複数の自転部５を公転方向Ｓへ回転移動させる構成を有する。具体的は、自転部移動部６は、回転テーブル１５と、駆動モータ１６と、駆動モータ１６の駆動軸１６ａに固定された駆動ギア１７と、駆動ギア１７に噛み合う従動ギア１８とを有する。
【００６６】
回転テーブル１５は、円盤状の部材であり、複数の自転部５を自転可能に保持するための複数の貫通孔１５ａを有する。複数の貫通孔１５ａは、公転軸Ｓ１回りに等間隔に配置されている。回転テーブル１５は、上記の本体部４の円形案内部１０のボール１０ｂによって下方から支持されている。そのため、ボール１０ｂがレール部１０ａ上で転がることによって、回転テーブル１５が公転軸Ｓ１を回転中心として回転することが許容される。このように構成された回転テーブル１５は、ピストンリング１００を保持する自転部５とともにで公転軸Ｓ１回りに回転することが可能である。
【００６７】
回転テーブル１５は、その下面から公転軸Ｓ１に沿って下方に延びる軸部１５ａを有する。軸部１５ａは、上記のテーブルベース７ａおよび第１の本体ギア８および第２の本体ギア９の中央部にそれぞれ形成された貫通孔を通してテーブルベース７ａの下方に突出している。これら貫通孔の内径は、軸部１５ａの回転を許容する大きさに設定されている。軸部１５ａの下端には、従動ギア１８が当該軸部１５ａと同軸に固定されている。従動ギア１８は、チャンバ２内部に配置された駆動ギア１７に噛み合っている。駆動ギア１７は、モータ１６の駆動軸１６ａに連結されている。モータ１６の回転駆動力は、駆動ギア１７および従動ギア１８を介して回転テーブル１５に伝達され、当該回転テーブル１５および自転部５を公転軸Ｓ１回りに公転させる。
【００６８】
自転部５は、図２〜４に示されるように、保持部１１と、第１の自転ギア１３と、当該保持部１１と第１の自転ギア１３とを連結する軸部１３と、第２の自転ギア１４とを有する。第１の自転ギア１３および第２の自転ギア１４は、自転軸Ｓ２に沿って同軸に連結されている。
【００６９】
軸部１３は、回転テーブル１５の貫通孔１５ａに回転可能に挿入されている。これにより、自転部５は、回転テーブル１５の貫通孔１５ａが形成された部分において回転自在に支持される。自転部５は、回転テーブル１５とともに公転軸Ｓ１を回転中心として公転方向Ｓへ公転することが可能である。自転部５は、公転している間、第１の自転ギア１３および第２の自転ギア１４が上記の本体部４の第１の本体ギア８および第２の本体ギア９に択一的に噛み合うことにより、自転軸Ｓ２を回転中心として自転することが可能である。なお、択一的な噛み合いについては、後段で詳述する。
【００７０】
保持部１１は、ピストンリング１００を保持して自転軸Ｓ２の回りに自転可能な構成を有する。保持部１１は、積層された複数のピストンリング１００が載置される台座部１１ａと、自転軸Ｓ２に沿って延びる円柱状の支柱部１１ｂとを有する。支柱部１１ｂは、積層された複数のピストンリング１００の内部に挿入されることにより、これらのピストンリング１００を内側から保持する。支柱部１１ｂの周面には、ピストンリング１００の合口部１０１の周辺部１０２の向く方向を決めるためのリブ１１ｂ１が形成されている。リブ１１ｂ１は、自転軸Ｓ２と同じ方向に延び、ピストントンリング１００の合口部１０１に挿入可能な幅を有する。
【００７１】
第１の自転ギア１３は、軸部１２を介して保持部１１に連結され、当該保持部１１とともに自転軸Ｓ２の回りに自転可能である。第１の自転ギア１３は、自転軸Ｓ２を中心とする第１のピッチ円Ｃ１に沿って並ぶ複数の歯を有する第１の自転歯列部３３を有する。
【００７２】
図２および図４に示されるように、第１の自転歯列部３３は、第１の自転ギア１３の外周面の一部に形成されている。当該第１の自転ギア１３の外周面の他の部分は、滑らかな円弧状の周面が形成されている。
【００７３】
第２の自転ギア１４は、保持部１１に連結され、当該保持部１１とともに自転軸Ｓ２の回りに自転可能であり、自転軸Ｓ２を中心とする第１のピッチ円Ｃ１よりも小さい第２のピッチ円Ｃ２に沿って並ぶ複数の歯を有する第２の自転歯列部３４を有する。したがって、第２の自転歯列部３４は、第１の自転歯列部３３よりも小さい曲率半径を有する（すなわち小径である）。言い換えれば、第１の自転歯列部３３は、第２の自転歯列部３４よりも大きい曲率半径を有する（すなわち大径である）。
【００７４】
図２および図４に示されるように、第２の自転歯列部３４は、第２の自転ギア１４の外周面のうち上記の第１の自転歯列部３３と当該第２の自転ギア１４の径方向において重なり合わない範囲に形成されている。当該第１の自転ギア１４の外周面のうち上記の第１の自転歯列部３３と上記の径方向において重なり合う範囲には、滑らかな円弧状の周面が形成されている。
【００７５】
これらの第１の自転歯列部３３および第２の自転歯列部３４は、本体部４における第１の本体歯列部３１および第２の本体歯列部３２に対して択一的に噛み合うことが可能な位置に配置されている。第１の自転歯列部３３および第２の自転歯列部３４の具体的な配置は、以下のようにして決定される。
【００７６】
図４に示されるように、自転部５の公転方向Ｓへの移動領域は、ピストンリング１００の外周面のうち皮膜を厚く形成すべき特定部分である合口部１０１の周辺部１０２を含む範囲がターゲット２０が設けられている側（具体的には、自転部５の公転軌道Ｑの外側）に対向する第１領域Ｐ１と、当該第１領域Ｐ１以外の第２領域Ｐ２とを有する。第２領域Ｐ２では、当該合口部１０１の周辺部１０２を含む範囲がターゲット２０のが設けられている側に対向していない。
【００７７】
したがって、第１の自転歯列部３３、第２の自転歯列部３４、第１の本体歯列部３１、および第２の本体歯列部３２は、第１領域Ｐ１では、第１の自転歯列部３３が第１の本体歯列部３１に噛み合い、かつ、第２の自転歯列部３４が第２の本体歯列部３２との噛み合いが解除され、一方、第２領域Ｐ２では、第２の自転歯列部３４が第２の本体歯列部３２に噛み合い、かつ、第１の自転歯列部３３が第１の本体歯列部３１との噛み合いが解除されていることが可能な位置にそれぞれ配置されている。
【００７８】
すなわち、第１の自転歯列部３３は、第１の自転ギア１３の外周面において、第１領域Ｐ１において第１の本体ギア８の第１の本体歯列部３１に噛み合う範囲に配置されている。具体的には、図２および図４に示されるように、第１の自転歯列部３３は、自転軸Ｓ２に関して、ピストンリング１００の合口部１０１の周辺部１０２および当該周辺部１０２の方向を決めるリブ１１ｂ１と反対側の位置を向くように配置されている。
【００７９】
第２の自転歯列部３４は、第２の自転ギア１４の外周面において、第２領域Ｐ２において第２の本体ギア９の第２の本体歯列部３３に噛み合う範囲に配置されている。
【００８０】
上記のように構成された本実施形態のワーク回転装置３では、成膜されるピストンリング１００を保持する自転部５が自転部移動部６からの駆動力を受けて公転軸Ｓ１を回転中心として所定の公転方向Ｓへ一定の回転速度で公転するときに、自転部５の第１自転歯列部３３および第２の自転歯列部３４のいずれかがそれぞれに対応する本体部４の第１の本体歯列部３２および第２の本体歯列部３３に択一的に噛み合うことによって、ピストンリング１００を一定の回転速度で公転させながら当該ピストンリング１００の自転速度を変えて自転させることを可能にする。
【００８１】
具体的には、ピストンリング１００を保持する自転部５が自転しながら公転軸Ｓ１を回転中心として公転している間、大径の第１の自転歯列部３３が小径の第１の本体歯列部３１に噛み合い、かつ、小径の第２の自転歯列部３４が大径の第２の本体歯列部３２との噛み合いが解除される状態になったときには、自転部５および当該自転部５に保持されるピストンリング１００の自転速度が遅くなる。
【００８２】
一方、小径の第２の自転歯列部３４が大径の第２本体歯列部に噛み合い、かつ、大径の第１の自転歯列部３３が小径の第１の本体歯列部３１との噛み合いが解除された状態になったときには、自転部５およびピストンリング１００の自転速度が速くなる。
【００８３】
ここで、ピストンリング１００の自転速度の比率は以下のようにして考えられる。まず、半径ｒ１の第１の自転歯列部３３および当該半径ｒ１よりも小さい半径ｒ２の第２の自転歯列部３４がそれぞれ自転軸Ｓ２の全周に亘って形成されていると仮定する。ピストンリング１００が公転軸Ｓ１の周囲を半径Ｒの公転軌道Ｑに沿って１回公転する間、大径（半径ｒ１）の第１の自転歯列部３３がそれに対応する第１の本体歯列部３１に噛み合う場合のピストンリング１００の自転数は、（Ｒ―ｒ１）／ｒ１＋１＝Ｒ／ｒ１回である。
【００８４】
一方、小径（半径ｒ２）の第２の自転歯列部３４がそれに対応する第２の本体歯列部３２に噛み合う場合のピストンリング１００の自転数は、（Ｒ―ｒ２）／ｒ２＋１＝Ｒ／ｒ２回である。したがって、大径（半径ｒ１）の第１の自転歯列部３３が噛み合うときの自転数（Ｒ／ｒ１）は、小径（半径ｒ２）の第２の自転歯列部３４が噛み合うときの自転数（Ｒ／ｒ２）よりも小さい。したがって、自転数の逆比である自転速度を考えた場合、大径（半径ｒ１）の第１の自転歯列部３３が噛み合うときの自転速度ｖ１と小径（半径ｒ２）の第２の自転歯列部３４が噛み合うときの自転速度ｖ２との比は、ｖ１／ｖ２＝ｒ２／ｒ１になる。
【００８５】
このように、自転部５の第１の自転歯列部３３および第２の自転歯列部３４がそれに対応する本体部４の第１の本体歯列部３１および第２の本体歯列部３２に択一的に噛み合うことによって、当該自転部５は公転軸の回りに公転しながら自転速度を確実に変速することが可能になる。その結果、自転部５に保持されたピストンリング１００を公転させながら当該ピストンリング１００の自転速度を確実に制御することが可能になる。
【００８６】
したがって、上記のように構成されたワーク回転装置３を備えた成膜装置１では、ピストンリング１００の外周面において皮膜を厚く形成すべき合口部１０１の周辺部１０２における成膜厚さと他の部分との成膜厚さとの比である膜厚比を精度良く制御することが可能になる。すなわち、図４に示されるように、ワーク回転装置３の自転部５が自転しながら公転方向Ｓに移動している間、当該自転部５に保持されたピストンリング１００の外周面のうち皮膜を厚く形成すべき合口部１０１の周辺部１０２を含む範囲が蒸発源１９のターゲット２０が設けられている側（具体的には、自転部５の公転軌道Ｑの外側）に対向している第１領域Ｐ１では、大径の第１の自転歯列部３３が第１の本体歯列部３１に噛み合い、かつ、小径の第２の自転歯列部３４が第２の本体歯列部３２との噛み合いが解除されるので、自転部５および当該自転部５に保持されるピストンリング１００の自転速度が遅くなる。その結果、ピストンリング１００の外周面のうち合口部１０１の周辺部１０２を含む範囲は、蒸発源１９のターゲット２０の出射面２０ａに対向している時間が長くなり、当該周辺部１０２に厚い皮膜を形成することが可能になる。
【００８７】
例えば、複数のピストンリング１００が自転しながら公転軸Ｓ１回りを公転するとき、各ピストンリング１００の周辺部１０２を含む範囲が公転軌道Ｑの外側を向いたときに自転速度が遅くなる。このとき、複数のピストンリング１００のうちの少なくとも１個のピストンリング１００の周辺部１０２を含む範囲がターゲット２０の出射面２０ａに対向することにより、当該周辺部１０２に厚い皮膜を形成することが可能になる。
【００８８】
なお、複数のピストンリング１００について周辺部１０２とそれ以外の膜厚比を精度良く（すなわち、膜厚比が自転ピッチ円半径比ｒ２／ｒ１になるように）制御するためには、複数のピストンリング１００の成膜条件（すなわち、周辺部１０２がターゲット２０の出射面２０ａを向く時間や頻度など）を同等の条件にする必要がある。そのためには、特定のピストンリング１００のみの周辺部１０２が出射面２０ａに頻繁に向かないように、自公転のためのギア比、すなわち、自転部５の第１の自転歯列部３３と本体部４の第１の本体歯列部３１とのギア比、および第２の自転歯列部３４と第２の本体歯列部３２とのギア比をそれぞれ整数ではないギア比（例えば、１．３３など）に設定すればよい。これにより、複数のピストンリング１００のそれぞれのピストンリング１００が公転軌道Ｑの外側を向く位置は、１公転ごとに公転方向Ｓにずれていくので、複数のピストンリング１００の成膜条件（すなわち、周辺部１０２がターゲット２０の出射面２０ａを向く時間や頻度など）を同等の条件にすることが可能になる。その結果、ターゲット２０もピストンリング１００の移動方向（すなわち公転方向Ｓ）に自由に配置することが可能である。一方、ピストンリング１００の外周面のうち当該周辺部１０２がターゲット２０が設けられている側に対向していない自転部５の第２領域Ｐ２では、小径の第２の自転歯列部３４が第２本体歯列部に噛み合い、かつ、大径の第１の自転歯列部３３が第１の本体歯列部３１との噛み合いが解除されるので、自転部５およびピストンリング１００の自転速度が速くなる。その結果、周辺部１０２以外の部分は、ターゲット２０の出射面２０ａに対向している時間が短くなり、当該周辺部１０２以外の部分に形成される皮膜の厚さを低減することが可能になる。
【００８９】
このように、自転部５は第１の自転歯列部３３および第２の自転歯列部３４がそれに対応する本体部４の第１の本体歯列部３１および第２の本体歯列部３２に択一的に噛み合うことによって、ピストンリング１００の周辺部１０２がターゲット２０が設けられている側（具体的には、自転部５の公転軌道Ｑの外側）に対向している間だけピストンリング１００の自転速度を確実に減速させて、当該周辺部１０２の成膜時間を長くし、当該周辺部１０２に厚い皮膜を確実に形成することが可能になる。その結果、ピストンリング１００の外周面における周辺部１０２の成膜面の厚さと当該周辺部１０２以外の部分の成膜面の厚さの比である膜厚比を精度良く制御することが可能である。
【００９０】
また、本実施形態の成膜装置１では、蒸発源１９のターゲット２０が自転部５の公転軌道Ｑよりも外側に配置されているので、ターゲット２０を自転部５および本体部４に干渉しない位置に自由に配置することが可能である。また、ターゲット２０を本体部４の外周を取り囲む位置に複数個配置することが可能である。
【００９１】
本実施形態のワーク回転装置３では、本体部４が第１の本体ギア８および第２の本体ギア９を有し、自転部５が第１の自転ギア１３および第２の自転ギア１４を有している。そのため、本体部４が具備する２枚の本体ギア８、９の組み合わせ、および自転部５が具備する２枚の自転ギア１３、１４の組み合わせによって、ピストンリング１００の自転速度を容易に設定することが可能である。したがって、ワーク回転装置３の設計および製造を容易に行なうことが可能である。
【００９２】
（変形例）
（Ａ）
上記の実施形態のワーク回転装置３は、本体部４が第１の本体ギア８および第２の本体ギア９を有し、自転部５が第１の自転ギア１３および第２の自転ギア１４を有しているが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明では、本体部４が第１の本体歯列部３１および第２の本体歯列部３２を有し、自転部５が第１の自転歯列部３３および第２の自転歯列部３４を有していれば他の構成でもよい。
【００９３】
例えば、本発明のワーク回転装置の変形例として、図５に示されるように、本体部４が第１の本体歯列部３１および第２の本体歯列部３２が公転軸に直交する同一の平面に配置されるように形成された１枚の共通本体ギア３５を備え、それに対応して、自転部５が、第１の自転歯列部３３および第２の自転歯列部３４が自転軸Ｓ２に直交する同一の平面に配置されるように形成された１枚の共通自転ギア３６を備えていてもよい。
【００９４】
第１の本体歯列部３１は、共通本体ギア３５の外周面のうち、ピストンリング１００の合口部１０１の周辺部１０２を含む範囲がターゲット２０が設けられている側（具体的には、自転部５の公転軌道Ｑの外側）に対向する第１領域Ｐ１の範囲に形成されている。また、第２の本体歯列部３２は、周辺部１０２が出射面２０ａに対向しない第２領域Ｐ２の範囲に形成されている。
【００９５】
図５に示されるワーク回転装置の構成においても、上記図４に示される成膜装置と同様に、自転部５は第１の自転歯列部３３および第２の自転歯列部３４がそれに対応する本体部４の第１の本体歯列部３１および第２の本体歯列部３２に択一的に噛み合うことによって、ピストンリング１００の周辺部１０２がターゲット２０の出射面２０ａに対向している間だけピストンリング１００の自転速度を確実に減速させて、当該周辺部１０２の成膜時間を長くし、当該周辺部１０２に厚い皮膜を確実に形成することが可能になる。
【００９６】
この図５に示されるワーク回転装置の構成では、第１の本体歯列部３１および第２の本体歯列部３２は、１枚の共通本体ギア３５において同一の平面に並ぶように配置されている。しかも、第１の自転歯列部３３および第２の自転歯列部３４は、１枚の共通自転ギア３６において同一の平面に並ぶように配置されている。したがって、本体部４および自転部５の占有スペースが小さくなり、回転装置の小型化が可能になる。
【００９７】
（Ｂ）
上記の実施形態のワーク回転装置３では、図４に示されるように、固定側の本体部４の第１の本体歯列部３１および第２の本体歯列部３２が公転軸Ｓ１を中心とする第１および第２の公転円Ｄ１、Ｄ２に沿って円弧状に形成されているが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明の他の変形例として、図６に示されるワーク回転装置は、自転部５が自転軸Ｓ２と直交する方向へ直進しながら自転することが可能な構成であってもよい。この場合の自転部５の直進方向は、自転軸Ｓ２と直交する方向で、かつ、ターゲット２０の出射面２０ａに沿う方向に設定される。
【００９８】
図６のワーク回転装置の構成では、本体部４の第１の本体歯列部４１および第２の本体歯列部４２は、互いに平行に並んで自転部５の直進方向に沿って直線的に配置されている。例えば、平行に延びる２本の直線状のラックのそれぞれにおいて、上記の第１の本体歯列部４１および第２の本体歯列部４２が形成されている。さらに、図６に示されるワーク回転装置は、自転部５を直進方向へ移動させる自転部移動部４３を備える。自転部移動部４３は、直進方向へ移動可能（往復直線移動または一方向への直線移動どちらでもよい）な構成を有しており、自転部５の軸部１２を回転自在に支持する支持孔４３ａを有する。自転部移動部４３は、軸部１２から自転部５へ直進駆動力を与えることにより、自転部５を自転させながら直線移動（往復直線移動または一方向への直線移動）させることが可能である。
【００９９】
図６に示されるワーク回転装置の構成では、ピストンリング１００を保持する自転部５が自転部移動部４３によって自転軸Ｓ２と直交する方向へ真っ直ぐに移動されたときに、自転部５の第１および第２の自転歯列部３３、３４のいずれかがそれに対応する本体部４の第１および第２の本体歯列部３２に択一的に噛み合うことによって、ピストンリング１００を直進させながら自転速度を変えて自転させることを可能にすることが可能である。
【０１００】
すなわち、ピストンリング１００を保持する自転部５が自転しながら直進している間、ピストンリング１００の合口部１０１の周辺部１０２がターゲット２０が設けられている側（具体的には、第１の本体歯列部４１および第２の本体歯列部４２に対して反対側）に対向する第１領域Ｐ１では、大径の第１の自転歯列部３３が直線的に延びる第１の本体歯列部４１に噛み合い、かつ、小径の第２の自転歯列部３４が直線的に延びる第２の本体歯列部４２との噛み合いが解除された状態では、自転部５および当該自転部５に保持されるピストンリング１００の自転速度が遅くなる。
【０１０１】
一方、周辺部１０２が出射面２０ａに対向しない第２領域Ｐ２では、小径の第２の自転歯列部３４が第２の本体歯列部４２に噛み合い、かつ、大径の第１の自転歯列部３３が第１の本体歯列部４１との噛み合いが解除された状態になり、自転部５およびピストンリング１００の自転速度が速くなる。
【０１０２】
このように、自転部５は第１の自転歯列部３３および第２の自転歯列部３４がそれに対応する本体部４の直線的に延びる第１の本体歯列部４１および第２の本体歯列部４２に択一的に噛み合うことによって、自転部５は直進しながら自転速度を確実に変速することが可能になる。その結果、自転部５に保持されたピストンリング１００を直進させながら当該ピストンリング１００の自転速度を確実に制御することが可能になる。
【０１０３】
自転部移動部４３は、自転部５を自転させながら往復直線移動させることにより、ピストンリング１００の自転および直進移動を連続的に実行することが可能になり、ピストンリング１００をターゲット２０の出射面２０ａの前を複数回横切って当該ピストンリング１００の成膜を行うことが可能である。
【０１０４】
（Ｃ）
上記の実施形態のワーク回転装置３は、ピストンリング１００の自転速度を２段階に変更する構成を有しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、多段階（３段階以上）にピストンリング１００の自転速度を変更可能な構成であってもよい。
【０１０５】
図７に示されるように、本発明の他の変形例のワーク回転装置では、自転部５は、第１および第２の自転ギア１３、１４の他に、第３の自転ギア５１を有する。第３の自転ギア５１は、第３の自転歯列部５２を有する。第３の自転歯列部５２は、自転軸Ｓ２を中心とする第１のピッチ円Ｃ１より小さく、かつ、第２のピッチ円Ｃ２よりも大きい第３のピッチ円Ｃ３に沿って配置された複数の歯を有する。第３の自転歯列部５２は、自転軸Ｓ２の周方向において、第１および第２の自転歯列部３３、３４が形成されていない範囲に形成されている。
【０１０６】
一方、本体部４は、、第１および第２の本体ギア８、９の他に、第３の本体ギア５３を有する。第３の本体ギア５３は、第３の本体歯列部５４を有する。第３の本体歯列部５４は、第３の自転歯列部５２の歯に噛み合うことが可能な位置で公転方向Ｓに沿って並ぶ複数の歯を有する。第３の自転歯列部５２および第３の本体歯列部５４は、第３の自転歯列部５２が第３の本体歯列部５４に噛み合うときには、第１の自転歯列部３３と第１の本体噛合部３１との噛み合いおよび第２の自転歯列部３４と第２の本体歯列部３２との噛み合いが解除され、かつ、第１の自転歯列部３３と第１の本体歯列部３１との噛み合いおよび第２の自転歯列部３４と第２の本体歯列部３２との噛み合いのいずれかが行われている状態のときには、第３の自転歯列部５２が第３の本体歯列部５４との噛み合いが解除されていることが可能な位置に配置されている。
【０１０７】
図７に示されるワーク回転装置の構成によれば、自転部５が第１の自転歯列部３３および第２の自転歯列部３４の他に第３の自転歯列部５２をさらに有し、かつ、本体部４が当該第３の自転歯列部５２に対応する第３の本体歯列部５４をさらに有している。そのため、ピストンリング１００の自転速度を多段階に変えることが可能であり、ピストンリング１００の自転速度をより円滑に変えることが可能である。
【０１０８】
（Ｄ）
上記の実施形態の成膜装置１では蒸発源１９のターゲット２０が自転部５の公転軌道Ｑの外側に配置されているが、本発明はこれに限定されるのものではない。本発明の成膜装置１の他の変形例として、図８に示されるように、蒸発源のターゲット６１は、第１の公転円Ｄ１の内側に配置されていてもよい。
【０１０９】
図８に示される成膜装置では、ターゲット６１は、公転軸Ｓに沿うように配置された円筒状の出射面２０ａを有する。円筒状の出射面２０ａは、公転軸Ｓ１の周囲を取り囲むように配置され、公転軸Ｓ１から離れる方向を向く。
【０１１０】
図８に示される成膜装置では、自転部５の移動領域のうちの第１領域Ｐ１では、ピストンリング１００の合口部１０１の周辺部１０２は、ターゲット６１が設けられている側、すなわち、公転軌道Ｑの内側を向き、そのとき円筒状の出射面２０ａを向く。第１の自転歯列部３３は、第１の自転ギア１３の外周面において、当該第１領域Ｐ１において、第１の本体ギア８の第１の本体歯列部３１に噛み合う範囲に配置されている。具体的には、第１の自転歯列部３３は、自転軸Ｓ２に関して、ピストンリング１００の合口部１０１の周辺部１０２と同じ側に配置されている。この構成であっても、ピストンリング１００の合口部１０１の周辺部１０２がターゲット６１が設けられている側を向く第１領域Ｐ１において、大径の第１の自転歯列部３３がそれに対応する第１の本体歯列部３１に噛み合うことにより、ピストンリング１００の自転速度を遅くして、当該周辺部１０２の成膜時間を長くして、厚い皮膜を形成することが可能である。
【０１１１】
第２の自転歯列部３４は、上記図４の第２の第２の自転歯列部３４と同様に、自転ギア１４の外周面において、第２領域Ｐ２において第２の本体ギア９の第２の本体歯列部３３に噛み合う範囲に配置されている。
【０１１２】
図８に示される成膜装置では、蒸発源のターゲット６１が第１の公転円Ｄ１の内側、すなわち、第１の本体歯列部３１および第２の本体歯列部３２よりも公転軸Ｓ１に近い位置に配置されている。そのため、本体部４および自転部５の外周側に蒸発源のターゲットを設置するためのスペースが不要になる。その結果、成膜装置１の小型化が可能である。
【０１１３】
また、図８に示される成膜装置１では、公転軸Ｓ１に沿って配置されたターゲット６１によって、複数のピストンリング１００を同時に成膜することが可能である。したがって、蒸発源のターゲットの数が少なくて済む。
【０１１４】
なお、蒸発源のターゲットは、第１の公転円の内側に配置されていれば、公転軸Ｓ１からずれた位置に配置されていてもよい。その場合も本体部４および自転部５の外周側に蒸発源のターゲットを設置するためのスペースが不要になり、成膜装置１の小型化が可能である。
【０１１５】
（Ｅ）
上記実施形態では、成膜装置で成膜されるワークの一例として、ピストンリング１００を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されない。本発明の成膜装置で成膜されるワークには、当該ワークの外周面のうち皮膜を厚く形成すべき特定部分を有するものであれば、円筒状のワークや種々の形状のワークが含まれる。円筒状のワークの場合、自転軸が円筒状のワークの中心にあるようにワーク回転装置の自転部を構成すればよい。
【０１１６】
例えば、図９に示される切削加工用のバイト２００をワークとして採用することも可能である。バイト２００は、高速回転する切削加工対象（回転ワーク）に当接するすくい面２０１と、当該回転ワークとの接触を避ける方向に延びる逃げ面２０２と、当該すくい面２０１と逃げ面２０２との間に形成された鋭利な切れ刃２０３とを有する。バイト２００のすくい面２０１は、回転ワークに当接して摩耗しやすいので、厚い硬質皮膜が必要である。他方、バイト２００のすくい面２０１以外の部分に硬質皮膜を厚く形成すると、バイト２００が折れやすくなるので、硬質皮膜を厚くしない方が好ましい。
【０１１７】
このようなバイト２００の成膜を行う場合に、上記の実施形態の成膜装置を用いれば、バイト２００のすくい面２０１における硬質皮膜の膜厚を厚くする制御が可能である。例えば、図１０に示されるように、複数のバイト２００は、複数の自転部５の保持部１１にそれぞれ立直状態で取り付られる。自転部移動部６の回転テーブル１５を回転すれば、自転部５に保持されたバイト２００は、上記の成膜装置のように、バイト２００の自転速度を変えながら自公転することが可能である。この場合も、自転部５の移動領域のうち、バイト２００のすくい面２０１がターゲット２０が設けられている側に対向している範囲では、バイト２００の自転速度を遅くして、すくい面２０１の成膜時間を長くして形成される皮膜の厚さを厚くする。一方、すくい面２０１がターゲット２０が設けられている側に対向していない範囲では、バイト２００の自転速度を速くして、すくい面２０１以外の部分における皮膜の厚さを抑えることが可能である。
【符号の説明】
【０１１８】
１  成膜装置
３  ワーク回転装置
４  本体部
５  自転部
６、４３  自転部移動部
８  第１の本体ギア
９  第２の本体ギア
１１  保持部
１３  第１の自転ギア
１４  第２の自転ギア
１９  蒸発源
２０、６１  ターゲット
２０ａ、６２  出射面
３１、４１  第１の本体歯列部
３２、４２  第２の本体歯列部
３３  第１の自転歯列部
３４  第２の自転歯列部
３５  本体共通ギア
３６  自転共通ギア
５２  第３の自転歯列部
５４  第３の本体歯列部
Ｓ１  公転軸
Ｓ２  自転軸
Ｃ１  第１のピッチ円
Ｃ２  第２のピッチ円
Ｄ１  第１の公転円
Ｄ２  第２の公転円
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2018135558.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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