(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバー内部のターゲットに対して平行な回転軸を有する薄肉ドラムを備え、前記薄肉ドラムの外周に前記ターゲットをスパッタ成膜するプラズマ方式のスパッタ装置であって、前記真空チャンバー外部から内部の前記薄肉ドラムの軸心に送気および排気の配管がされ、前記配管に気体又は液体の冷却材を還流させて前記薄肉ドラムを冷却する冷却部を具備することを特徴とするアモルファス円筒製造装置。
【請求項２】
請求項１に記載のアモルファス円筒の製造装置において、前記薄肉ドラムの外径に勘合した薄肉治具ベルトを備え、前記薄肉治具ベルトにスパッタすることを特徴とするアモルファス円筒の製造装置。
【請求項３】
真空チャンバー内部のターゲットに対して平行な回転軸を有する薄肉ドラムを備え、前記真空チャンバー外部から内部の前記薄肉ドラムの軸心に送気および排気の配管がされ、前記配管に気体又は液体の冷却材を還流させて前記薄肉ドラムを冷却する冷却部を備えたプラズマ方式のスパッタ装置において、前記ターゲットと前記薄肉ドラムとのあいだに電圧を印加しプラズマを発生させ、前記薄肉ドラムを回転させながら前記薄肉ドラムの表面に前記ターゲットをスパッタ吸着させると同時に冷却する工程を連続して実行し、ベルト状の薄膜を生成することを特徴とするアモルファス円筒製法。
【請求項４】
請求項３に記載のアモルファス円筒製法において、薄肉ドラムの外径に勘合した薄肉治具ベルトを備え、該薄肉治具ベルトにスパッタをするアモルファス円筒製法。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載のアモルファス円筒製法において、前記薄肉ドラムの軸回転数を１０〜２００ｒｐｍとすることを特徴とするアモルファス円筒製法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は主として印刷機、複写機、各種のＯＡ機器、医療用機器などの、モーターの駆動力を回転精度良く減速するベルト式変速機構へ適用するベルトの素材となるアモルファス円筒製造装置及びアモルファス円筒製法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
パソコンのプリンターや複写機などの動力伝達部に利用されている減速機は歯車を使用しているものが主流であり、他には歯付ベルトあるいは平ベルトを使用しているものがある。歯車を使用したものは、歯の特性に基づく音や振動の発生がありプリンターなどの回転精度の要求をされるものではその振動の影響が画質に悪い影響を及ぼす。
また、アミューズメントロボットなどにガタの有る歯車減速機を使用すると、予期しない振動などの発生原因となっている。
【０００３】
ゴム製のベルトを使用したものは、ベルトの剛性が低いため装置の負荷変動によりベルトの長さ変化を生じ速度変動が発生する。
【０００４】
平ベルトを使用しているものは、回転精度は良く伝達することができるが、ベルトとプーリ間の摩擦力を利用したものであるため、伝達負荷能力が低く構造が大型化する。特にその減速比が大きくなると入力軸側のプーリに対して出力側のプーリ径は減速比の逆数倍となるので大型となる。しかし、ベルトの応力はプーリ径に逆比例するため、あまり小さなプーリ径にすることはできない。
このため、２段減速とすることが必要となり、構造が複雑となる。
【０００５】
回転精度が良く、伝達負荷能力の大きなものとして、アモルファス材などのベルトが望まれるが、その円筒製法は確立されたものがない状況である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は平ベルトのように回転をスムーズに伝達するベルトにアモルファス材を選択し、新しい製法開発により、従来の平ベルトよりもトルク伝達能力が大きくできる減速駆動機構ベルトの素材となるアモルファス円筒製造装置及びアモルファス円筒製法を提供するもので、動力伝達系における振動あるいは動力伝達系における低い剛性及び減速機サイズに対する低い伝達負荷能力などの課題を解決しようとするものである。
【０００７】
具体的にはベルト減速機の小型化のキーパーツとなる円筒状のアモルファスベルトの作成をスパッタリングによる手法によって作成するに当たっての課題を記述する。
【０００８】
スパッタは、平面基板に行うものが普通であるが、基板に相当する位置に設けた剛体の回転するドラムにスパッタをすると、ドラムと環状材の組み合わせが、平面であれば取りはずせる材質の組み合わせであっても、ドラムからスッパタされた環状材だけを取り出すことはきわめて困難である。
【０００９】
薄肉ドラムの内部に冷却回路のない場合、アモルファスの環状材はプラズマの発生するエネルギーのため加熱される。ドラムは軸受に支持されているが、ドラム周辺は真空状態にあるため、プラズマの発生するエネルギーが蓄熱され、スパッタ時間の経過とともにアモルファス化に必要な冷却速度が得られなくなる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
１．本発明のアモルファス製造装置は真空チャンバー内部のターゲットに対して平行な回転軸を有する薄肉ドラムを備え、前記薄肉ドラムの外周に前記ターゲットをスパッタ成膜するプラズマ方式のスパッタ装置であって、前記真空チャンバー外部から内部の前記薄肉ドラムの軸心に送気および排気の配管がされ、前記配管に気体又は液体の冷却材を還流させて前記薄肉ドラムを冷却する冷却部を具備することを特徴とする。
２．本発明のアモルファス製造装置は，前述のアモルファス円筒の製造装置において、前記薄肉ドラムの外径に勘合した薄肉治具ベルトを備え、前記薄肉治具ベルトにスパッタすることを特徴とする。
３．本発明のアモルファス製法は、真空チャンバー内部のターゲットに対して平行な回転軸を有する薄肉ドラムを備え、前記真空チャンバー外部から内部の前記薄肉ドラムの軸心に送気および排気の配管がされ、前記配管に気体又は液体の冷却材を還流させて前記薄肉ドラムを冷却する冷却部を備えたプラズマ方式のスパッタ装置において、前記ターゲットと前記薄肉ドラムとのあいだに電圧を印加しプラズマを発生させ、前記薄肉ドラムを回転させながら前記薄肉ドラムの表面に前記ターゲットをスパッタ吸着させると同時に冷却する工程を連続して実行し、ベルト状の薄膜を生成することを特徴とする。
４．本発明のアモルファス製法は、前述のアモルファス円筒製法において、薄肉ドラムの外径に嵌合した薄肉治具ベルトを備え、該薄肉治具ベルトにスパッタをすることを特徴とする。
５．本発明のアモルファス製法は，前述２つのアモルファス円筒製法において、前記薄肉ドラムまたは該薄肉治具ベルトの軸回転数を１０〜２００ｒｐｍとすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
現在市場で使われている金属ベルトの材質ＳＵＳ３０４と比較すると、アモルファスの中には引張強度が強く、縦弾性係数が小さい値を示すものが多数見受けられる。
これ等を前述の課題を解決する手法により加工することにより、アモルファスを円筒状に加工できる。これにより、ベルト減速機のサイズは従来のものより大幅に縮小ができ、重量的にも軽量化ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明のアモルファス円筒製造装置について以下に詳細説明する。
図１は本発明のアモルファス円筒製造装置の断面図、図２は本発明実施例１のドラム部分の拡大断面図である。
【実施例１】
【００１３】
図１に示すように本発明の、アモルファス円筒製造装置１００は真空チャンバー１とチャンバー蓋２との間に設けた、Ｏリング３により密閉状態を保持できる構造となっておりその内部にターゲット４と、対面する位置にモーター３２で回転する薄肉ドラム１０を備え、真空チャンバー１の外部から送気及び排気の配管がされ、これにつながる送気管３６および排気管３７の内部を流れる気体又は液体により、この薄肉ドラムを支持する軸１４の軸心を通して前述の冷却材を還流させ薄肉ドラム１０の円筒内面を冷却する構造を具備している。
【００１４】
ターゲット４は作成しようとするベルトの材質で作られた素材に相当するもので、真空チャンバー１に固定されているターゲット押さえ５との間の面６にインジュ-ムなどの金属を溶かした接着剤で固定する。
【００１５】
シャッター７はチャンバー1のセンターを貫通する軸８により支持されており、外部より回転することにより本番スパッタをする場合は孔９のある位置がターゲット４の上に位置決めされ、本番スパッタ前のターゲット４を空焚きするような場合は回転することにより板の部分により、プラズマ現象により粒子がターゲット４から薄肉ドラム１０に付着することを防止する。
薄肉ドラム１０はディスク１１に図示はされていないがボルトで締結されたＳＵＳ、アルミ等の通電可能な材料で製作された筐体１２に設けられたブッシュ１３により回転可能に支持された軸１４と、該軸１４の外径に嵌合支持された、ＳＵＳ製の管部付きディスク内筒側１５、管部付きディスク外筒側１６、の外径部に嵌合している。
【００１６】
該管部付きディスク内筒側１５と管部付きディスク外筒側１６はワッシャー１７をはさみスナップリング１８により軸１４に軸方向に「がた」の発生がないように止められている。
【００１７】
さらに、軸１４と該管部付きディスク内筒側１５との間にＯリング１９、軸１４と管部付きディスク外筒側１６との間にＯリング２０、該管部付きディスク内筒側１５と薄肉ドラム１０との間にＯリング２１、管部付きディスク外筒側１６と薄肉ドラム１０との間にＯリング２２を設け、管部付きディスク内筒側１５、内部の空間２３とチャンバー内の空間２４とが完全に通気性のない状況に保たれている。ここで、薄肉ドラム１０はニッケルメッキなどで作られた厚さ０．１ｍｍ以下のものであり、柔軟性に富んでいる。
【００１８】
図１においてガス導入系１０１、真空排気系１０２、スパッタ用電源１０３はそれぞれ、すでに汎用に使用されているスパッタ装置につけられているものと同等の特性を持つものである。
冷却系１０４は工業用の圧搾空気や水道水に流量コントロールのできる装置のついたものなどである。
また、ドラム回転用電源１０５はモータ３２の回転数を可変する必要な電流、電圧を制御する一般の装置である。
【００１９】
次に図２と、図２のＡ−Ａ断面図、図３を使って説明をする。冷却系の冷媒は気体でも液体でも良いがここでは空気を使うことで以下に説明する。
冷却空気の入出力用ポートを有するスリーブ２５は中央に軸１４を貫通しており、軸方向は筐体１２との間にワッシャー２６、ワッシャー２７、筐体１２と大歯車２８との間にワッシャー２９をはさみ、大歯車２８に孔設された雌ねじ３０、に止めねじ３１により軸方向は適正な隙間を保持し・回転方向は相対動きがないように止められている。
【００２０】
スリーブ２５の内径側と軸１４の外径の間には冷却系の回路から真空空間を保持するためのＯリング２５ａ、２５ｂ、２５ｃが設置されている。
【００２１】
スリーブ２５は冷却空気の入口・出口用ポートを有するため回転しない。このスリーブ２５の中心を貫通する軸１４はモーター３２の軸に固定された小歯車３３により回転する大歯車２８により回転する。
スリーブ２５には入口側ポート３４及び出口側ポート３５を有しており、このそれぞれに、真空チャンバー１の外部から配管される送気管３６、と排気管３７が接続されている。
【００２２】
スリーブ２５の入口側ポート３４及び出口側ポート３５の内側には環状の空気回路３８、３９が設けられおり、これに隣接して、軸１４に放射状に孔設された空気回路４０、４１がつながっている。
【００２３】
さらにこの回路は軸１４のセンターに段差をもって設けられた穴４２，４３に中間ばめ程度の嵌合で挿入されている内側軸４４の空気回路４５，４６につながっている。
【００２４】
送気側のこの空気回路は内側軸４４の中央から放射状に孔設された空気回路４７、軸１４の内側軸４４と同じ位置に放射状に孔設された空気回路４８と、管部付きディスク外筒側１６の内径側に設けられた環状の空気回路４９と管部付きディスク外筒側１６に放射状に孔設された空気回路５０へとつながっている。
【００２５】
送気は空気回路５０から薄肉ドラム１０の内径と管部付きディスク外筒側１６の外径との円筒状の空間５１、管部付きディスク内筒側１５の外径と管部付きディスク外筒側１６の内径で作られる円筒状空間５２から管部付きディスク内筒側１５内部の空間２３とつながり、軸１４に孔設された放射状の孔５３から軸１４の内径と内側軸４４の外径とでできる円筒状の空気回路５４、軸１４に放射状に孔設された空気回路４１、スリーブ２５の環状の空気回路３９、排気管３７につながっている。
【００２６】
内側軸４４の軸端部近くにはＯリング用溝５５が設けられ、ここに冷却空気系とチャンバー内部の真空とを完全に遮断するためＯリング５６が設置され最端部には軸１４の内径に設けられた溝５７にスナップリング５８により内側軸４４の抜け出しを防止している。
【００２７】
冷却配管３７はモーターの冷却機構５９、チャンバー７の外部につながる冷却配管６０にながっている。なお、６１はスパッタの原子の飛散から配管を保護する配管カバーである。
【００２８】
実施例１によれば、真空チャンバー１と、その内部にターゲット４と、対面する位置にモーター３２で回転する薄肉ドラム１０を備え、真空チャンバー１の外部から送気及び排気の配管がされ、これにつながる送気管３６および排気管３７の内部を流れる気体又は液体により、この薄肉ドラムを支持する軸14の軸心を通して前述の冷却材を還流させ薄肉ドラム１０の円筒内面を冷却する構造を具備したことにより、スパッタ終了後表面に管状のアモルファス薄膜ベルト６３の付いた薄肉ドラム１０をとりだし、変形させることにより、スッパタされた管状のアモルファス薄膜ベルト６３だけを分離取り出すことが簡単にできるようになった。
【００２９】
この管状のアモルファス薄膜ベルト６３はそのままで広幅のベルトにすることができるがこれをいくつかの幅の円筒に切断すると普通の動力駆動用のベルトとして多数個取りができる。
【００３０】
以上装置の構造について説明してきたが、以下に本装置の作動、作用とアモルファス円筒及びベルトの製法について図４アモルファス円筒作成フローに沿って記述する。
【００３１】
真空チャンバー１内のターゲット４を作ろうとするベルト材質のものに設定、チャンバー蓋２の内側に前述した装置を全て取り付け、ドラム回転用配線、及び冷却空気系の配管接続を装置との間で行い、真空チャンバー１内に組み入れる。ガス導入、ドラム回転用電源、冷却空気系、スパッタ用電源をそれぞれ遮断して真空排気系を作動する（ｆ１、ｆ２）。
【００３２】
十分な真空条件に達したら、アルゴンガスを導入、プラズマが安定して発生する条件になるように真空排気系・アルゴンガスの調整を行い、シャッター７を閉の位置としてスパッタ用電源を投入する。ターゲット４の新しい面の不純物など「からし」条件で放出し、本番のスパッタ条件とする（ｆ３、ｆ４）。
【００３３】
本番のスパッタを適用する前にドラム回転用電源と冷却空気循環系の電源を「ＯＮ」とする。シャッター７を開の位置、即ちドラム１０の真下にシャッター７の孔９がくる位置に設定を行う。これにより、プラズマ領域がターゲット４とシャッター７との間で行われていたものが、図１示したプラズマ領域に広がりドラム１０の表面にスパッタがされる（ｆ５、ｆ６、ｆ７）。
【００３４】
この間モーターは小歯車３３、大歯車２８をとうして薄肉ドラム１０を回転するが、この回転がゆっくりであるとドラム１０のターゲット４側のみの板厚が厚くなり反対側のドラムには極微量ではあるがプラズマ領域で活性化した粒子により真空空間に浮遊するスラッジ状の粒子を付着する。
したがって、このスラッジ状の付着が面状になり、さらに厚くならないような回転条件とする（ｆ７）。
【００３５】
また、薄肉ドラム１０の回転を早くすると、送気管内の圧力と真空チャンバー内の境界にあるＯリング２５ａ、２５ｂ、２５ｃが発熱したり、磨耗が発生することにより真空の確保を損なうことになるため、ドラムの回転は１０〜２００rpmが望ましい（ｆ７）。
【００３６】
図にない外部装置で生成した圧縮空気は送気管３６からスリーブ２５の入口側ポート３４、環状の空気回路３８、放射状に孔設された空気回路４０, 空気回路４５、放射状に孔設された空気回路４７、４８、環状の空気回路４９、放射状に孔設された空気回路５０を通って圧送され、円筒状の空間を通る時にプラズマの熱で過熱された薄肉ドラム１０の内径部を冷却、円筒状の空間５２、空間２３、放射状に孔設された空気回路５３、円筒状の空間５４、放射状に孔設された空気回路４１環状の空気回路３９、出口側ポート３５、排気管３７を通ってモーターの冷却機構５９でモーターを冷却、冷却配管６０を通って外気に放出される（ｆ６）。
【００３７】
スパッタを所期の厚さまで行ったら、全ての電源を「ＯＦＦ」とし、チャンバーより薄肉ドラム１０を取り出す。ドラム外径には管状のアモルファス薄膜６３が形成されており、これをドラムと共に円筒状から凹まし、ひょうたん型に変形させることを数回繰り返すと薄肉ドラム１０と管状のアモルファス薄膜との間に隙間が生じ剥離することができる（ｆ８、ｆ９、ｆ１０、ｆ１１、ｆ１２）。
【００３８】
この管状のアモルファス薄膜はそのままで広幅のベルトにすることができるが
これをいくつかの幅の円筒に切断すると普通の動力駆動用のベルトとして多数個取りができる（ｆ１３）。
【００３９】
ここで、管状のアモルファス薄膜は薄いため薄肉ドラム１０から取り外す時にキズをつけやすく、またこの管状のアモルファス薄膜を動力駆動用の狭い幅のベルトに切断することは簡単にはできない（ｆ１３）。
【実施例２】
【００４０】
図５は本発明の実施例２薄肉治具ベルト６２の説明図であり、薄肉ドラム１０の外径に作成しようとするアモルファスベルトと同じ幅の薄肉治具ベルト６２を並列に並べたものである。実施例２の装置の作動、作用とアモルファス円筒及びベルトの製法は、薄肉治具ベルト６２の設置を除き、図４に示す実施例１のアモルファス円筒作成フローと同様である（ｆ１）。
【００４１】
この状態でスパッタをするため真空引きをはじめると、薄肉ドラム１０の内径側は大気圧で外形径側は真空となるため、この圧力差で薄肉ドラム１０の径が拡張して薄肉治具ベルト６２とは締め代のある圧入状態のように隙間のないはめあいとすることができ、薄肉治具ベルト６２のスパッタによる発熱を薄肉ドラム１０にばらつきのない形で伝達冷却することができる。管状のアモルファスベルト６３は傷や破損することなく作成することができる（ｆ２〜ｆ８）。
【００４２】
スパッタを終了し、薄肉ドラム１０の外径から薄肉治具ベルト６２の外径にアモルファスベルト６３の付着しているリングを取り出し、円筒状から凹まし、ひょうたん型に変形させることを数回繰り返すと薄肉治具ベルト６２と管状のアモルファスベルト６３との間に隙間が生じ剥離することができる（ｆ１４、ｆ１５、ｆ１６、ｆ１７）。
【００４３】
実施例２によれば前記実施例１の薄肉ドラム１０の外径に嵌合した完成目標のベルト幅とおなじ幅の薄肉治具ベルト６１を薄肉ドラム１０外表面に並べ、前記薄肉治具ベルト６２にスパッタすることにより、アモルファス薄膜の狭い幅のベルトに切断することなく薄肉治具ベルト６２と同じ動力駆動用の幅の狭い管状のアモルファス薄膜ベルト６２を作ることができる。
【実施例３】
【００４４】
図６は本発明の実施例３の全体を示した装置の中央断面図である。以下にその装置の構造について説明をする。図６は図１と比べてモーター６４と減速機構部分だけをチャンバアー６５の外部に取り出した方式としたものである。
モーター６４の回転力は小歯車６６とこれにかみ合う大歯車６７により減速され駆動軸６８をとうして内部に伝達される。
駆動軸６８はチャンバアー６５に設けたＯリング６９によりにより、チャンバアー６５内部の真空を確保している。
【００４５】
また、駆動軸６８のチャンバアー６５側の端部には入力側ドッグクラッチ７０が止めねじ７１で固定されている。受側ドッグクラッチ７２は軸７３の端部に止めねじ７４で固定されている。
図６に示されているクラッチの状態は「開」即ちクラッチの接続がされていない状況を示したものである。これは受側ドッグクラッチ７２と軸７３を含むドラムの回転部分全体を含むチャンバーの蓋７５を閉めた直後と、スパッタを終了しチャンバーの蓋７５を明ける寸前の状態を示している。
ここで、モーターからの駆動力は駆動軸６８を図６において右方向に「a」移動させ、駆動軸６８と大歯車６７を固定する止めねじ７６を締めることによりクラッチを「閉」即ち接続の状態・動力を接続する状態にすることが出きる。
なお、７７、７８はそれぞれ、入力側ドッグクラッチ７０、受側ドッグクラッチ７２の表面に設けた放射状にきられた歯の部分である。
このような方式とすることにより、モーター６４の発熱によるスパッタ工程への影響を少なくすることができる。
【００４６】
また、図示はされていないが図１におけるセンターを貫通する軸８の中央に孔をあけ2重軸とすることによりこれより動力を入れ、傘歯車を組み合わせることにより、軸７３を回転させることもできる。
【００４７】
さらに、図２に示されたディスク１１を除く、斜線部分のパーツはディスク１１にプラズマ領域上部になる位置に複列に並べ、それぞれに歯車などで連結して回転させることにより多数個取りとすることもできる。
【００４８】
「実施例３」に付いての製法に関しては、（図４）アモルファス円筒作成フォローにおいて（ｆ５）「空焚き完了でモーターの電源を入れドラムの回転」の前に「クラッチの接続」をする項が追加される。
また、（図４）「アモルファス円筒作成フォロー」において（ｆ８）「スパッタ
終了で全ての電源ＯＦＦ」のあとに「クラッチの切断」をする項が追加される。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明アモルファス円筒製造装置の断面図
【図２】本発明実施例１のドラム部分の拡大断面図
【図３】図２のＡ−Ａ断面図
【図４】アモルファス円筒製造フロー
【図５】本発明実施例２の薄肉治具ベルトの説明図
【図６】本発明の実施例３の全体を示した装置の中央断面図
【符号の説明】
【００５０】
１・・・・真空チャンバアー  １５・・・・管部付きディスク内筒側
２・・・・チャンバアー蓋    １６・・・・管部付きディスク外筒側
４・・・・ターゲット        ２５・・・・スリーブ
１０・・・・薄肉ドラム        ４４・・・・内側軸
１１・・・・ディスク          ６２・・・・薄肉治具ベルト
１２・・・・筐体              ６３・・・・アモルファス薄肉ベルト
【図１】
0005163875.tif 000002
【図２】
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【図３】
0005163875.tif 000004
【図４】
0005163875.tif 000005
【図５】
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【図６】
0005163875.tif 000007