(57)【要約】【課題】比較的大径の回転軸の回転振れを確実に低減でき、メンテナンス性が良好な軸受装置及びこれを用いた真空成膜装置を提供する。【解決手段】軸受装置１が、複数のローラ５を、主回転軸３の外周面の同一円周上に常時当接するよう軸受ハウジングのベース２に配設したものであって、ベース２には、主回転軸３に平行に設けられた取付軸部材１５により回動可能にローラ保持体６が支持されていると共に、ローラ保持体６の回動中心から等距離の両側部分に、対をなす２つの同一直径のローラ６が主回転軸３に平行な軸心を中心にそれぞれ遊転するよう設けられている。【選択図】図１
2007113601.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のローラを、主回転軸の外周面の同一円周上に常時当接するよう軸受ハウジングに配設した軸受装置であって、
前記軸受ハウジングには、前記主回転軸に平行に設けられた回動軸により回動可能にローラ保持体が支持されていると共に、前記ローラ保持体の回動中心の両側部分に、前記複数のローラの対をなす２つのローラが前記主回転軸に平行な軸心を中心にそれぞれ遊転するよう設けられていることを特徴とする軸受装置。
【請求項２】
前記対をなす２つのローラは、同一直径を有し、かつ該ローラの２つの前記軸心が前記ローラ保持体の回動中心から等距離に位置することを特徴とする請求項１記載の軸受装置。
【請求項３】
前記ローラは、前記主回転軸に平行な回転軸を設けて装着されたベアリング、またはスタッドを前記主回転軸に平行となるように取り付けたカムフォロアであることを特徴とする請求項１または請求項２記載の軸受装置。
【請求項４】
前記ローラ保持体は、前記軸受ハウジングに前記主回転軸の半径方向における位置が調整可能に支持されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の軸受装置。
【請求項５】
真空チャンバと、この真空チャンバ内に設けられた被成膜材を保持する保持部材と、前記真空チャンバ内に配置され前記被成膜材への成膜を行う成膜材料源と、この成膜材料源と前記被成膜材との相対位置を対向させながら変えるよう駆動する回転機構と、この回転機構に設けられた請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の軸受装置とを備えたことを特徴とする真空成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば真空成膜装置の回転ドラムの縦方向回転軸を回転支持する軸受装置及びこれを用いた真空成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
真空成膜装置には、被成膜基板等が保持される保持部材である回転ドラムの比較的大径の縦方向回転軸を、回転軸と支持筐体の間に嵌め込んだ、例えば直径２００ｍｍ以上の軸径に対応した大径のラジアルベアリングにより回転支持したものがある。こうした大径のラジアルベアリングを用いる場合、大径のものは汎用品としては入手が不可能なために、軸径に対応したものを特別に注文しなければならず、装置コストを高いものとし、ラジアルベアリングを交換する際には購入単価が高いものとなり、メンテナンスコストを高くする要因となっていた。また、大径のラジアルベアリングを回転軸と支持筐体の間に嵌め込み使用する構造であるため、ラジアルベアリングの交換時や保守時に回転軸の軸方向に出し入れしなければならず、その作業に手間がかかりメンテナンス性が悪いものとなっていた。
【０００３】
また、大径のラジアルベアリングを用いず、小径のラジアルベアリングを複数用い、回転軸の同一円周に接触するよう１つずつ配置して回転軸の支持を行ったとすると、回転軸の回転振れ等による半径方向の力が、そのままラジアルベアリングを固定している個々の支持部に作用することになり、回転負荷が過大となり、回転軸が円滑に回転できなくなる虞がある。またラジアルベアリングや支持部には振れや振動による衝撃荷重が加わり、それらが比較的短い時間で破損してしまう虞がある。
【０００４】
このような状況から、上記の真空成膜装置等で用いられる比較的大径の縦方向回転軸を、特別注文品となる大径のラジアルベアリングを用いることなく、汎用品の比較的小型のベアリングを用いて回転支持することができる低コストでメンテナンス性がよく、長寿命の軸受装置の実現が強く望まれている。また、真空成膜装置、例えばカルーセル型の真空スパッタリング装置においては、被成膜基板を周面に複数保持する保持部材の回転ドラムが、スパッタリング原子を放出するターゲットの前方を、被成膜基板がその成膜面をターゲットに対向させるようにして通過するよう大径の縦方向回転軸によって回転支持されている。そして、被成膜基板への成膜に際しては、膜品質を高いものとするために、成膜面とターゲットとの距離を所定の値に安定的に保持しながら、回転ドラムを一定の回転数で回転させる必要がある。このため、回転ドラムの回転には、回転振れをより少ないものとすることが強く望まれている。
【０００５】
一方、比較的大径の縦方向回転軸を回転支持する軸受装置として、回転軸の周囲に複数箇所にわたって転がり軸受を、各軸受の外輪が回転軸の軸受座面に対向するように配設し、さらに油溜室を設け、回転軸の軸受座面と転がり軸受との間に油膜を形成することで、滑り軸受を用いた場合には、回転軸の軸受座面と軸受との間の隙間調整が難しくなるのを解消できるとしたものがある（例えば、特許文献１参照）。しかし、特許文献１に示された構成のものでは、回転軸に振れが生じた場合、大きな振れに対しては転がり軸受で支持できるが、軸受座面と軸受の間の隙間分は回転振れを止めることができないことになる。また転がり軸受を取り付ける際には、回転軸の外周面である軸受座面と転がり軸受との間に適正な隙間が設けられるよう調節する必要があり、転がり軸受の交換等を要するメンテナンスに手間がかかってしまう虞がある。
【０００６】
また、縦方向回転軸の振れ止めを目的とした振止め装置として、回転軸周囲のフレーム等の固定部に固着された支持板に、複数個の硬質ゴム等にて形成されたローラを回転軸の半径方向に移動可能に取り付け、各ローラが回転軸外周面に当接するよう取付位置を微調整可能にしたものがある（例えば、特許文献２参照）。そして、特許文献２に示されたものは、ローラが回転軸と接触回転しながら回転軸を軸承し、回転軸のわずかな振れに際してはローラ自体が変形して支持板などが損傷することがないとしている。しかし、ローラの変形許容量以上の回転軸の振れに際しては、ローラや支持板に過大な力が作用することになり、支持板などが損傷する虞がある。
【特許文献１】特開平５−１７２１３７号公報
【特許文献２】特開昭５３−７０２４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のような状況に鑑みて本発明はなされたもので、その目的とするところは、比較的大径の回転軸を回転支持するための回転振れを確実に低減できる低コストで、メンテナンス性が良好な軸受装置を提供することにあり、また、被成膜基板を複数保持する保持部材の回転振れが少なく、高膜品質の成膜を行うことができる低コストで、メンテナンス性が良好な真空成膜装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の軸受装置及びこれを用いた真空成膜装置は、
軸受装置が、
複数のローラを、主回転軸の外周面の同一円周上に常時当接するよう軸受ハウジングに配設した軸受装置であって、前記軸受ハウジングには、前記主回転軸に平行に設けられた回動軸により回動可能にローラ保持体が支持されていると共に、前記ローラ保持体の回動中心の両側部分に、前記複数のローラの対をなす２つのローラが前記主回転軸に平行な軸心を中心にそれぞれ遊転するよう設けられていることを特徴とするものであり、
さらに、前記対をなす２つのローラは、同一直径を有し、かつ該ローラの２つの前記軸心が前記ローラ保持体の回動中心から等距離に位置することを特徴とするものであり、
さらに、前記ローラは、前記主回転軸に平行な回転軸を設けて装着されたベアリング、またはスタッドを前記主回転軸に平行となるように取り付けたカムフォロアであることを特徴とするものであり、
さらに、前記ローラ保持体は、前記軸受ハウジングに前記主回転軸の半径方向における位置が調整可能に支持されていることを特徴とするものであり、
また、真空成膜装置が、
真空チャンバと、この真空チャンバ内に設けられた被成膜材を保持する保持部材と、前記真空チャンバ内に配置され前記被成膜材への成膜を行う成膜材料源と、この成膜材料源と前記被成膜材との相対位置を対向させながら変えるよう駆動する回転機構と、この回転機構に設けられた上記の本発明の軸受装置とを備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、
軸受装置は、比較的大径の回転軸を回転支持した際に回転振れを確実に低減でき、低コストであって、メンテナンス性が良好であり、
また、真空成膜装置は、被成膜基板を複数保持する保持部材の回転振れが少なく、高膜品質の成膜を行うことができ、低コストであって、メンテナンス性が良好である
等の効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下本発明の実施の形態を、図１乃至図５を参照して説明する。図１は軸受装置の平面図であり、図２は図１のＡ−Ｏ線における縦断面図であり、図３は図１のＢ−Ｏ線における縦断面図であり、図４は図１のＣ−Ｏ線における縦断面図であり、図５は真空スパッタリング装置の縦断面図である。
【００１１】
先ず、図１乃至図４において、軸受装置１は、軸受ハウジングを構成する円環状ベース２の主回転軸３が貫通する内円４の周縁部に、対をなすよう２つのローラ５がそれぞれ主回転軸３の軸心Oに平行な軸を中心に回転可能に保持された３つのローラ保持体６を、周縁に沿って等間隔となる位置に、それぞれ主回転軸３の軸心Oに平行な軸を中心に回動するよう支持して構成される。
【００１２】
そして、ローラ保持体６は、部分円環状の形状をなす板状のもので、その中心には板面に直交する方向の支持孔７が形成され、また支持孔７の両側部分である両端部には、支持孔７から等距離の位置にローラ５を取り付けるための、同じく板面に直交する方向の取付け孔８が形成されている。さらに、各取付け孔８には、ボール９を転動体とし、外輪１０ａが同直径であるラジアルベアリング１０を、それぞれ内輪１０ｂを段付形状の保持軸１１の小径部に圧入、固定して構成される２つのローラ５が、ベアリング１０の回転中心軸方向を板面直交方向とするよう取付ねじ１２により取り付けられている。
【００１３】
一方、ベース２は、３つのローラ保持体６を内円４の周方向に沿って等間隔で支持することができるように、１つのローラ保持体６を支持するためのベース２の半径方向に並べて形成した２つの固定用孔１３と、この固定用孔１３から周方向に１２０°の角度となる位置に、残り２つのローラ保持体６を支持するための長径が、同じく半径方向となるようそれぞれ形成した２つの調整用長孔１４とが設けられている。
【００１４】
そして、ベース２の固定用孔１３が形成された部分と、調整用長孔１４が形成された部分の取付面には、それぞれ２つのローラ５を保持したローラ保持体６が、取付軸部材１５を支持孔７に挿入し、その板面を主回転軸３の軸方向に直交する方向として、固定用ねじ１６により、主回転軸３の軸心Oに平行な回動中心軸をもって回動するように取り付けられている。なお、回動が滑らかに行われるよう回動時の摺接部分となる支持孔７には、滑り軸受を構成する潤滑性に富んだ材料で形成されたブッシュ１７が嵌め込まれ、ブッシュ１７の両端面部分には、同じく潤滑性に富んだ材料で形成されたワッシャ１８が挟み込まれている。また、１９はベース２の取付面裏面との間に設けた当て板である。
【００１５】
また、上記のように３つのローラ保持体６が主回転軸３の軸心Oに平行な軸を中心として回動可能に支持されているベース２は、中空に形成された主回転軸３が設けられた装置筐体の固定部２０に、主回転軸３がベース２の内円４を貫通するように設けられるようにして、固定ねじ２１により固定される。このベース２の固定部２０への固定に際しては、先ず、主回転軸３がベース２の内円４を貫通するように設け、続いてベース２の２つの固定用孔１３形成部分に取り付けられたローラ保持体６の２つのローラ５が、主回転軸３の外周面に当接するよう位置決めし、固定ねじ２１によりベース２を固定部２０に固定する。なお、ここではベース２を固定部２０とは別体のものとしたが、一体のものであってもよい。
【００１６】
その後、ベース２の２つの調整用長孔１４が形成された部分において、この部分に取り付ける２つのローラ保持体６を、各ローラ保持体６のそれぞれのローラ５が、主回転軸３の外周面に当接するように、調整用長孔１４の長径部分を使いローラ保持体６を半径方向に移動させ、取り付け位置を最適位置に調整する。そして、各ローラ保持体６のローラ５が主回転軸３の外周面に当接した状態で、各ローラ保持体６を固定用ねじ１６でベース２に固定する。これにより、３つのローラ保持体６が有する合計６つのローラ５が、主回転軸３の外周面の同一円周上で常時当接することになる。
【００１７】
そして、上記のように構成されたものでは、主回転軸３が回転することにより、主回転軸３に当接する各ローラ保持体６のローラ５が従動する。この時、何らかの要因によって主回転軸３に半径方向の回転振れが生じようとすると、振れ方向に主回転軸３の外周面が押そうとする力、すなわちローラ保持体６の一方のローラ５に作用する力は、ローラ保持体６が回動可能に取り付けられていることから、ローラ保持体６の他方のローラ５の作用力となり、他方のローラ５が主回転軸３の外周面を押し戻す力に変換され、回転振れは抑制される。その結果、回転振れによりローラ５と主回転軸３の外周面との間の力によって、ローラ５を支持する部分が破損したり、ローラ５と主回転軸３の外周面との摩擦が大きくなり、回転負荷が増大して円滑に回転しなくなる等する虞がなくなる。
【００１８】
さらに、主回転軸３の回転にローラ５が従動して回転する時、主回転軸３の外周面が、加工精度や組立精度等の関係で回転中心に対し真円となっておらず、特に主回転軸３が大直径であればあるほど大きくなる凹凸、うねりを有するものであるため、その主回転軸３に当接するローラ５は、凹凸、うねりに応じて振れ動くことになる。しかし、ローラ５を保持し、ベース２に回動可能に支持されたローラ保持体６がローラ５の動きに応じて回動すると共に、ローラ５が回転して凹凸による振れを吸収することになる。このとき、ローラ保持体６が回動し、ローラ５の動きを拘束することがないから、ローラ５やその支持部であるローラ保持体６、ローラ保持体６の取付部等を破損してしまう虞がない。
【００１９】
なお、上記実施形態では、ローラ保持体６に保持されたローラ５が、ラジアルベアリング１０と、これが締まり嵌めされ固定された保持軸１１とで構成したが、いわゆる、スタッドの片端に針状ころを間に介在させて遊転可能に円筒外輪を設けたカムフォロアで構成してもよい。
【００２０】
また、上記実施形態において、３つのローラ保持体６は、それぞれ２つのローラ５を回動中心から等距離の位置で回転するようになっており、さらに、ベース２には、内円４の周方向に沿って等間隔、すなわち主回転軸３の軸心Oから見て隣接するものと１２０°の角度となる位置に支持されている。そして、隣接する２つのローラ保持体６のローラ５の位置関係を見ると、図１に示すように、ローラ保持体６の回動中心とローラ５の回転中心のなす角をａ°とした場合、２つのローラ保持体６の外側となるローラ５がなす角は、（１２０＋２ａ）°となり、内側となるローラ５がなす角は、（１２０−２ａ）°となる。
【００２１】
ここで、外側のローラ５がなす角（１２０＋２ａ）°が１８０°以上の角度となった場合を考える。異なるローラ保持体６に設けられた隣接する２つのローラ５の間に主回転軸３の振れが発生した場合、振れ方向に近い２つのローラ５には主回転軸３の外周面が押そうとする力が作用し、ローラ保持体６の回動により、ローラ保持体６の他方のローラ５による主回転軸３の外周面を押し戻す力に変換される。しかし、他方（外側）の２つのローラ５がなす角（１２０＋２ａ）°が１８０°以上の角度の場合、他方の２つのローラ５による主回転軸３の外周面を押し戻す力は、主回転軸３の振れを助長する方向に作用する虞があると考えられる。このため、外側のローラ５がなす角（１２０＋２ａ）°が１８０°未満、すなわち、ローラ保持体６の回動中心とローラ５の回転中心のなす角度は、ａ°＜３０°である必要がある。しかし、ローラ保持体６の回動中心とローラ５の回転中心のなす角（ａ°）があまりに小さくなると、ラジアルベアリング１０の外輪１０ａと取付軸部材１５、あるいはラジアルベアリング１０同士の干渉の虞があり、上記実施形態のように、３つのローラ保持体６を１２０°の角度で等間隔に配置するよう構成したものでは、ローラ保持体６の回動中心とローラ５の回転中心のなす角（ａ°）は、概ね１０°〜２０°であることがより好ましい。
【００２２】
次に、上記のように構成された軸受装置１を組み込んだ真空成膜装置の実施形態であるカルーセル型の真空スパッタリング装置について説明する。
【００２３】
図５において、真空スパッタリング装置３１は、内部を所定の真空度に図示しない減圧装置により減圧可能にした真空チャンバ３２と、この真空チャンバ３２内に設けられた成膜材料源であるターゲット３３と、同じく真空チャンバ３２内に上下方向の軸を中心に回転可能に設けられ、被成膜基板３４を円筒表面に複数保持する保持部材の回転ドラム３５と、この回転ドラム３５を回転駆動する駆動機構３６と、さらにターゲット３３および被成膜基板３４を所定温度に加熱し、保持する不図示の加熱機構とを備えて構成されている。
【００２４】
そして回転ドラム３５は、上下端面から延出する主回転軸３を備えており、その下方側の主回転軸３には、駆動機構３６を構成するスラスト玉軸受３７が、真空チャンバ３２の下部に設けられた支持ベース３８に固定され、回転ドラム３５の略全重量が支える用にして設けられている。また、下方側のスラスト玉軸受３７よりも下端側の主回転軸３には、支持ベース３８に回動可能に支持されたローラ保持体６に回転可能に保持されたローラ５のラジアルベアリング１０の外輪１０ａを常時当接させて、主回転軸３の振れ止め等を行う軸受装置１が設けられている。なお、ローラ保持体６や回動可能に支持する取付軸部材１５等は、高温、真空環境下で用いるために耐熱性の高い材質、例えば二硫化モリブデン等の固体潤滑剤をコーティングして用い、ラジアルベアリング１０についても真空環境仕様のものを用いる。
【００２５】
さらに、下方側の主回転軸３には、駆動機構３６の大径のリングギア３９が取り付けられており、このリングギア３９にはアイドルギア４０が噛合し、さらにアイドルギア４０には駆動用電動機４１の回転軸に直結された駆動ギア４２が噛合している。これにより、電動機４１を起動し回転させることによって、各ギア３９，４０，４２を通じて回転ドラム３５が回転駆動され、所定の回転速度で回転する。
【００２６】
またこのとき、真空チャンバ３２内部を所定の真空度に保ち、加熱機構によって被成膜基板３４を所定温度に加熱し、この温度を保持した状態で回転ドラム３５を回転させると、円筒表面に保持された複数の被成膜基板３４は、周回しながらターゲット３３の前方に位置した際に、成膜表面をターゲット３３に向ける。このとき放電により、被成膜基板３４へのターゲット３３によるスパッタリングが行われ、また回転ドラム３５を所定時間回転させることで、被成膜基板３４表面への所定膜厚の成膜がなされる。
【００２７】
そして、このように構成した真空スパッタリング装置３１では、回転に伴って主回転軸３の回転振れ等が生じるが、下方側の主回転軸３にローラ５が常時当接するように設けた軸受装置１のローラ保持体６が、回転振れ等による作用により回動すると共に回転振れ等を抑制するようにも作用する。その結果、主回転軸３の回転振れ等は小さなものとなり、回転ドラム３５の回転振れが少なく、高膜品質の成膜を行うことができる。また、小径のラジアルベアリング１０を用い、大径のラジアルベアリングを用いないために低コストであり、ベアリング交換時の脱着作業に手間がかからず、また取り付けに当っては、ラジアルベアリング１０の外輪１０ａが主回転軸３の外周面に当接するようにローラ保持体６を固定するだけで、隙間を適値に調整するなどの作業がなく、簡単に取り付けられ、メンテナンス性が非常に良好である。
【００２８】
さらに、大径のラジアルベアリングを用いた場合よりも、小径のラジアルベアリング１０を用いたほうが、固体潤滑剤を用いている総面積を少なくすることができ、運転にともない固体潤滑剤が摩耗して発生するダスト量を低減することができ、真空チャンバ３２内がよりクリーンなものとなって、成膜工程での歩留を向上させることができると共に、高膜品質の成膜を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の軸受装置の一実施形態を示す平面図である。
【図２】図１のＡ−Ｏ線における縦断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｏ線における縦断面図である。
【図４】図１のＣ−Ｏ線における縦断面図である。
【図５】本発明に係る真空スパッタリング装置の縦断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１…軸受装置
２…ベース
３…主回転軸
５…ローラ
６…ローラ保持体
１０…ラジアルベアリング
１１…保持軸
１４…調整用長孔
１５…取付軸部材
３１…真空スパッタリング装置
３２…真空チャンバ
３３…ターゲット
３４…被成膜基板
３５…回転ドラム
３６…駆動機構
【図１】
2007113601.tif 000003
【図２】
2007113601.tif 000004
【図３】
2007113601.tif 000005
【図４】
2007113601.tif 000006
【図５】
2007113601.tif 000007