特許 7130593 成膜装置及び成膜方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-08-26

(45)【発行日】2022-09-05

(54)【発明の名称】成膜装置及び成膜方法

(51)【国際特許分類】

   C23C 14/50 20060101AFI20220829BHJP

   C23C 14/54 20060101ALI20220829BHJP

   F02F 5/00 20060101ALI20220829BHJP

【ＦＩ】

C23C14/50 H

C23C14/54 A

F02F5/00 F

F02F5/00 N

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2019084235

(22)【出願日】2019-04-25

(65)【公開番号】P2019194354

(43)【公開日】2019-11-07

【審査請求日】2021-10-26

(31)【優先権主張番号】P 2018086197

(32)【優先日】2018-04-27

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000001199

【氏名又は名称】株式会社神戸製鋼所

(74)【代理人】

【識別番号】100067828

【弁理士】

【氏名又は名称】小谷 悦司

(74)【代理人】

【識別番号】100115381

【弁理士】

【氏名又は名称】小谷 昌崇

(74)【代理人】

【識別番号】100109058

【弁理士】

【氏名又は名称】村松 敏郎

(72)【発明者】

【氏名】藤井 博文

【審査官】西田 彩乃

(56)【参考文献】

【文献】特許第４６８０３８０（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】実開平６－８２４６５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特表２０１６－５２０７７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－２０００１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／１４７１２２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１８－１３５５５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１２７６７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１８１３８５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ２３Ｃ １４／５４

Ｃ２３Ｃ １４／５０

Ｆ０２Ｆ ５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ワークを所定の公転中心軸線周りに公転させながら前記ワークのうち前記公転中心軸線と直交する方向を向く側面に皮膜を形成する成膜装置であって、
前記皮膜を形成するための材料となる粒子が飛び出す出射面を有する少なくとも１つの第１蒸発源であって、当該第１蒸発源は基準線に対して対称に配置され、当該基準線は前記公転中心軸線が延びる方向に沿って見たときに前記公転中心軸線を通過し且つ境界線に直交し、前記境界線は前記公転中心軸線周りに公転する前記ワークが描く軌道円の径方向に延びる、少なくとも１つの第１蒸発源と、前記境界線を挟んで前記第１蒸発源と反対の側に位置するとともに前記基準線に対して対称となるように配置される少なくとも１つの第２蒸発源と、
前記第１蒸発源の出射面から前記皮膜を形成するための粒子を飛び出させるための電気エネルギーを前記第１蒸発源に与える第１電源と、
前記第２蒸発源の出射面から前記皮膜を形成するための粒子を飛び出させるための電気エネルギーを前記第２蒸発源に与える第２電源と、
前記ワークの側面のうち他の領域よりも前記皮膜が厚く形成されるべき特定領域が前記軌道円の径方向の中から選ばれる特定径方向を向く姿勢を前記ワークが保つように前記ワークを支持しながら、前記ワークを前記公転中心軸線周りに公転させるワーク回転装置と、
前記ワークに形成される皮膜のうち前記第１蒸発源の出射面から飛び出す粒子によって形成される部分である第１皮膜部分が前記第２蒸発源の出射面から飛び出す粒子によって形成される部分である第２皮膜部分よりも厚くなるように、前記第１電源から前記第１蒸発源への電気エネルギーの付与及び前記第２電源から前記第２蒸発源への電気エネルギーの付与を制御する制御装置と、を備える、成膜装置。

【請求項2】

請求項１に記載の成膜装置であって、
前記制御装置は、前記皮膜を形成する期間において前記第１蒸発源に与えられる電気エネルギーの総量を前記第２蒸発源に与えられる電気エネルギーの総量よりも大きくする、成膜装置。

【請求項3】

請求項２に記載の成膜装置であって、
前記制御装置は、単位時間当たりに前記第１蒸発源に与えられる電気エネルギーの量を単位時間当たりに前記第２蒸発源に与えられる電気エネルギーの量よりも大きくする、成膜装置。

【請求項4】

請求項２に記載の成膜装置であって、
前記制御装置は、前記皮膜を形成する期間において前記第１蒸発源に与えられる電気エネルギーの総量が前記第２蒸発源に与えられる電気エネルギーの総量よりも大きくなるように、前記第１電源が前記第１蒸発源に対して電気エネルギーを与える期間である第１電源運転期間を前記第２電源が前記第２蒸発源に対して電気エネルギーを与える期間である第２電源運転期間よりも長くする、成膜装置。

【請求項5】

請求項４に記載の成膜装置であって、
前記制御装置は、前記第２電源運転期間の少なくとも一部を前記第１電源運転期間の一部に重複させるように、前記第１電源運転期間及び前記第２電源運転期間の開始及び終了を制御する、成膜装置。

【請求項6】

請求項１～５の何れか１項に記載の成膜装置であって、
前記ワーク回転装置は、
前記公転中心軸線周りに旋回可能な公転テーブルと、
前記公転中心軸線から前記公転テーブルの径方向に離れて配置され、前記公転テーブルに対して前記公転中心軸線と平行な自転中心軸線周りに回転可能に配置された少なくとも１つの自転テーブルと、
前記公転中心軸線が延びる方向に沿って見たときに前記軌道円から前記境界線が延びる方向にずれた位置で環状をなすガイド溝が形成されたガイド部材と、
前記自転テーブルに当該自転テーブルと一体に前記自転中心軸線周りに回転するように当該自転テーブルに連結され、前記公転テーブルの公転に伴って前記ガイド溝内を移動することにより前記ワークの前記側面の前記特定領域が前記特定径方向を向く姿勢を維持するように前記ガイド溝に係合される被ガイド部材と、をさらに備える、成膜装置。

【請求項7】

請求項１～６の何れか１項に記載の成膜装置であって、
前記第２蒸発源は、前記第１蒸発源を構成する材料とは異なる材料によって形成されている、成膜装置。

【請求項8】

ワークの被成膜面に皮膜を形成する成膜方法であって、
前記ワークの前記被成膜面のうち他の領域よりも前記皮膜が厚く形成されるべき特定領域が特定方向を向くように前記ワークを配置する工程であって、前記特定方向は第１配置領域と第２配置領域との境界を規定する境界線に対して交差する方向であり、前記第１配置領域は当該第１配置領域内に前記皮膜を形成するための材料となる粒子が飛び出す出射面を有する少なくとも１つの第１蒸発源が配置される領域であり、前記第２配置領域は当該第２配置領域内に前記皮膜を形成するための材料となる粒子が飛び出す出射面を有する少なくとも１つの第２蒸発源が配置される領域である、ワーク配置工程と、
前記皮膜のうち前記第１蒸発源の出射面から飛び出す粒子によって形成される部分である第１皮膜部分が前記第２蒸発源の出射面から飛び出す粒子によって形成される部分である第２皮膜部分よりも厚くなるように、前記皮膜を形成する期間において前記第１蒸発源の出射面から前記皮膜を形成するための粒子を飛び出させるために前記第１蒸発源に与える電気エネルギーの総量を前記第２蒸発源の出射面から前記皮膜を形成するための粒子を飛び出させるために前記第２蒸発源に与える電気エネルギーの総量よりも大きくするとともに前記ワークの被成膜面のうち前記特定領域が前記特定方向を向くようにして、前記ワークの被成膜面に前記皮膜を形成する成膜工程と、を備える、成膜方法。

【請求項9】

請求項８に記載の成膜方法であって、
前記成膜工程は、単位時間当たりに前記第１蒸発源に与えられる電気エネルギーの量を単位時間当たりに前記第２蒸発源に与えられる電気エネルギーの量よりも大きくする、成膜方法。

【請求項10】

請求項８に記載の成膜方法であって、
前記成膜工程は、前記第１蒸発源に電気エネルギーが与えられる期間である第１電源運転期間を前記第２蒸発源に電気エネルギーが与えられる期間である第２電源運転期間よりも長くする、成膜方法。

【請求項11】

請求項１０に記載の成膜方法であって、
前記成膜工程は、前記第２電源運転期間の少なくとも一部を前記第１電源運転期間の一部に重複させるように、前記第１電源運転期間を前記第２電源運転期間よりも長くする、成膜方法。

【請求項12】

請求項８～１１の何れか１項に記載の成膜方法であって、
前記成膜工程は、前記ワークの前記被成膜面に前記皮膜を形成するときに、前記第１蒸発源の出射面に平行な方向に延びる公転中心軸線周りに前記ワークを公転させながら前記ワークの前記被成膜面の前記特定領域が前記特定方向を向くように前記ワークを前記公転中心軸線と平行な自転中心軸線周りに自転させることを含む、成膜方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ワークの被成膜面に皮膜を形成するための成膜装置及び成膜方法に関する。

【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、当該ワークの被成膜面、例えば外周面、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ている。

【0003】

例えば、前記ピストンリングは、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、その途切れた部分である空間を挟んで互いに向かい合う一対の対向端部を有している。前記ピストンリングは、当該ピストンリングの外径を小さくする方向、すなわち前記一対の対向端部が互いに近づく方向、に変形しながらエンジンのシリンダに挿入されて使用される。この使用状態では、前記一対の対向端部に、外側に開こうとする力が最も大きくかかる。すなわち、当該一対の対向端部は、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、前記一対の対向端部の摩耗を防止するために、前記ピストンリングの外周面に硬質皮膜を形成するとともに当該硬質皮膜の厚みを前記対向端部において部分的に厚くすることが考えられる。

【0005】

従来、ピストンリングの一対の対向端部での硬質皮膜の膜厚を他の部位の硬質皮膜の膜厚よりも大きくする成膜方法として、特許文献１に記載の成膜方法が知られている。

【0006】

この成膜方法は、ピストンリングを回転テーブルに載せることと、当該回転テーブルをモータにより駆動して前記ピストンリングを自転及び公転させることと、前記モータに対して速度指令を与えることにより、前記ピストンリングの一対の対向端部が蒸発源にほぼ正対するときに当該ピストンリングの自転速度が遅くなるように前記モータを制御することと、を含む。このモータの制御は、前記一対の対向端部における硬質皮膜の厚みを他の部位における硬質皮膜の厚みよりも大きくすることを可能にしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特許第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では、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の実際の自転速度が目標自転速度に達するまでにタイムラグがある。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の再現性が低い。すなわち、ピストンリングの対向端部が蒸発源に向いているときに当該ピスト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。このことは、当該対向端部における膜厚を精度良く制御することを困難にする。この課題は、ピストンリング以外のワークの表面に形成される膜の厚みをその周方向について異ならせるような成膜についても同様に生じ得る。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の目的は、ワークの被成膜面に形成される皮膜の周方向の膜厚分布を精度良く制御することが可能な成膜装置及び成膜方法を提供することである。

【0010】

提供されるのは、ワークを所定の公転中心軸線周りに公転させながら前記ワークのうち前記公転中心軸線と直交する方向を向く側面に皮膜を形成する成膜装置である。当該成膜装置は、前記皮膜を形成するための材料となる粒子が飛び出す出射面を有する少なくとも１つの第１蒸発源であって、当該第１蒸発源は基準線に対して対称に配置され、前記基準線は前記公転中心軸線が延びる方向に沿って見たときに前記公転中心軸線を通過し且つ境界線に直交し、前記境界線は前記公転中心軸線周りに公転する前記ワークが描く軌道円の径方向に延びる、少なくとも１つの第１蒸発源と、前記境界線を挟んで前記第１蒸発源と反対の側に位置するとともに前記基準線に対して対称となるように配置される少なくとも１つの第２蒸発源と、前記第１蒸発源の出射面から前記皮膜を形成するための粒子を飛び出させるための電気エネルギーを前記第１蒸発源に与える第１電源と、前記第２蒸発源の出射面から前記皮膜を形成するための粒子を飛び出させるための電気エネルギーを前記第２蒸発源に与える第２電源と、前記ワークの側面のうち他の領域よりも前記皮膜が厚く形成されるべき特定領域が前記軌道円の径方向の中から選ばれる特定径方向を向く姿勢を前記ワークが保つように前記ワークを支持しながら、前記ワークを前記公転中心軸線周りに公転させるワーク回転装置と、前記ワークに形成される皮膜のうち前記第１蒸発源の出射面から飛び出す粒子によって形成される部分が前記第２蒸発源の出射面から飛び出す粒子によって形成される部分よりも厚くなるように、前記第１電源から前記第１蒸発源への電気エネルギーの付与及び前記第２電源から前記第２蒸発源への電気エネルギーの付与を制御する制御装置と、を備える。

【0011】

前記成膜装置においては、第１蒸発源及び第２蒸発源に与える電気エネルギーの制御により、も高い精度で、前記第１皮膜部分を前記第２皮膜部分よりも厚くすることができる。前記皮膜の厚さの制御は、ワークの自転速度を調整することによっても可能であるが、このような機械的な動きの制御では応答遅れが生じ易い。これに対し、前記第１蒸発源及び前記第２蒸発源にそれぞれ付与される電気エネルギーの制御では応答遅れが生じ難い。このことはワークの側面に形成される皮膜を部分的に厚くする制御を再現性良く行うことを可能にする。その結果、ワークの側面に形成される皮膜の周方向の膜厚分布を精度良く制御することができる。

【0012】

前記制御装置は、好ましくは、前記皮膜を形成する期間において前記第１蒸発源に与えられる電気エネルギーの総量を前記第２蒸発源に与えられる電気エネルギーの総量よりも大きくする。

【0013】

前記制御装置は、例えば、単位時間当たりに前記第１蒸発源に与えられる電気エネルギーの量を単位時間当たりに前記第２蒸発源に与えられる電気エネルギーの量よりも大きくする。

【0014】

前記制御装置は、あるいは、前記第１電源から前記第１蒸発源に対して電気エネルギーが与えられる期間である第１電源運転期間を前記第２電源から前記第２蒸発源に対して電気エネルギーが与えられる第２電源運転期間よりも長くする。

【0015】

前記制御装置は、より好ましくは、前記第２電源運転期間の少なくとも一部を前記第１電源運転期間の一部に重複させるように、前記第１電源運転期間及び前記第２電源運転期間の開始及び終了を制御する。

【0016】

このような第１及び第２電源運転期間の部分的な重複は、前記第１及び第２電源運転期間の一方が終了した後に他方が開始する場合と比べて、全皮膜を形成するのに要する総成膜期間を短くすることができる。

【0017】

前記ワーク回転装置は、好ましくは、前記公転中心軸線周りに旋回可能な公転テーブルと、前記公転中心軸線から前記公転テーブルの径方向に離れた位置において前記公転テーブルに対して前記公転中心軸線と平行な自転中心軸線周りに回転可能に配置された少なくとも１つの自転テーブルと、前記公転中心軸線が延びる方向に沿って見たときに前記軌道円から前記境界線が延びる方向にずれた位置で環状をなすガイド溝が形成されたガイド部材と、前記自転テーブルに当該自転テーブルと一体に前記自転中心軸線周りに回転するように当該自転テーブルに連結され、前記公転テーブルの公転に伴って前記ガイド溝内を移動することにより前記ワークの前記側面の前記特定領域が前記特定径方向を向く姿勢を維持するように前記ガイド溝に係合される被ガイド部材と、をさらに備える。

【0018】

このような態様においては、前記ワークの前記側面の前記特定領域が特定径方向を向くような姿勢を維持しながら前記ワークを前記公転中心軸線周りに公転させることにより、小さいスペース内で少なくとも１つのワークに対して当該ワークの側面に形成される皮膜を部分的に厚くする成膜を施すことができる。

【0019】

前記第２蒸発源は、前記第１蒸発源を構成する材料と異なる材料によって形成されていてもよい。

【0020】

このことは、前記第１蒸発源の出射面から飛び出す粒子によって形成される前記第１皮膜部分の特性と前記第２蒸発源の出射面から飛び出す粒子によって形成される前記第２皮膜部分の特性とを互いに異ならせることができる。

【0021】

また、提供されるのは、ワークの被成膜面に皮膜を形成する成膜方法である。当該成膜方法は、前記ワークの前記被成膜面のうち他の領域よりも前記皮膜が厚く形成されるべき特定領域が特定方向を向くように前記ワークを配置する工程であって、前記特定方向は第１配置領域と第２配置領域との境界を規定する境界線に対して交差する方向であり、前記第１配置領域は当該第１配置領域内に前記皮膜を形成するための材料となる粒子が飛び出す出射面を有する少なくとも１つの第１蒸発源が配置される領域であり前記第２配置領域は当該第２配置領域内に前記皮膜を形成するための材料となる粒子が飛び出す出射面を有する少なくとも１つの第２蒸発源が配置される領域である、ワーク配置工程と、前記皮膜のうち前記第１蒸発源の出射面から飛び出す粒子によって形成される部分である第１皮膜部分が前記第２蒸発源の出射面から飛び出す粒子によって形成される部分である第２皮膜部分よりも厚くなるように、前記皮膜を形成する期間において前記第１蒸発源の出射面から前記皮膜を形成するための粒子を飛び出させるために前記第１蒸発源に与える電気エネルギーの総量を前記第２蒸発源の出射面から前記皮膜を形成するための粒子を飛び出させるために前記第２蒸発源に与える電気エネルギーの総量よりも大きくするとともに前記ワークの被成膜面のうち前記特定領域が前記特定方向を向くようにして、前記ワークの前記被成膜面に前記皮膜を形成する成膜工程とを備える。

【0022】

前記成膜方法においては、前記第１蒸発源及び第２蒸発源にそれぞれ与えられる電気エネルギーを制御することにより、高い精度で前記第１皮膜部分を前記第２皮膜部分よりも厚くすることができる。前記皮膜の厚さの制御は、ワークの自転速度を調整することによっても可能であるが、このような機械的な動きの制御では応答遅れが生じ易い。これに対し、前記第１蒸発源及び前記第２蒸発源にそれぞれ付与される電気エネルギーの制御では応答遅れが生じ難く、このことはワークの被成膜面に形成される皮膜を部分的に厚くする制御を再現性良く行うことを可能にする。その結果、ワークの側面に形成される皮膜の周方向の膜厚分布を精度良く制御することができる。

【0023】

前記成膜工程は、例えば、単位時間当たりに前記第１蒸発源に与えられる電気エネルギーの量を単位時間当たりに前記第２蒸発源に与えられる電気エネルギーの量よりも大きくすることを、含む。

【0024】

前記成膜工程は、あるいは、前記第１蒸発源に電気エネルギーが与えられる期間である第１電源運転期間を前記第２蒸発源に電気エネルギーが与えられる期間である第２電源運転期間よりも長くすることを、含む。

【0025】

前記成膜工程は、より好ましくは、前記第２電源運転期間の少なくとも一部を前記第１電源運転期間の一部に重複させるように前記第１電源運転期間を前記第２電源運転期間よりも長くすることを含む。

【0026】

前記第１及び第２電源運転期間の重複は、第１電源運転期間及び第２電源運転期間の一方が終了した後に他方を開始する態様と比べて、全皮膜を形成するのに要する総成膜期間を短くすることができる。

【0027】

前記成膜工程は、好ましくは、前記ワークの被成膜面に前記皮膜を形成するときに、前記第１蒸発源の出射面に平行な方向に延びる公転中心軸線周りに前記ワークを公転させながら前記ワークの前記被成膜面の前記特定領域が前記特定方向を向くように前記ワークを前記公転中心軸線と平行な自転中心軸線周りに自転させることを、含む。

【0028】

このような成膜工程では、前記ワークの前記被成膜面の特定領域が特定方向を向くような姿勢を維持しながら前記ワークを前記公転中心軸線周りに公転させることにより、小さいスペース内で前記ワークに対して当該ワークの前記被成膜面に形成される皮膜を部分的に厚くする成膜を施すことを、可能にする。

【発明の効果】

【0029】

以上のように、ワークの側面に形成される皮膜の周方向の膜厚分布を精度良く制御することが可能な成膜装置及び成膜方法が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0030】

【図1】本発明の実施の形態による成膜装置の平面図である。

【図2】前記成膜装置により成膜が施されるワークであるピストンリングを示す平面図である。

【図3】前記成膜装置における公転テーブルの回転に伴って複数の自転テーブルをそれぞれ回転させるワーク操作機構を示す平面図である。

【図4】前記ワーク操作機構を示す側面図である。

【図5】図１に示す成膜装置を用いて行われる成膜方法を示すフローチャートである。

【図6】本発明の実施の形態の変形例３による成膜装置の平面図である。

【図7】本発明の実施の形態の変形例４による成膜装置の平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0031】

以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳述する。

【0032】

図１は、本発明の実施の形態による成膜装置１０を示す平面図である。

【0033】

前記成膜装置１０は、それぞれがワークである複数のピストンリング１００を所定の公転中心軸線ＣＬ１周りに公転させながら前記複数のピストンリング１００の各々の側面に物理蒸着法、例えば、アークイオンプレーティングやスパッタリング、によって図２に示される皮膜９０を形成するための装置である。前記複数のピストンリング１００のそれぞれの側面は、前記公転中心軸線ＣＬ１と直交する方向（この実施の形態では水平方向）を向く当該ピストンリング１００の外周面１１０であって、その上に成膜が施される被成膜面である。前記外周面１１０は、この実施の形態では略円筒状をなす。

【0034】

前記成膜装置１０は、チャンバ２０と、第１ターゲット３０（第１蒸発源）と、第２ターゲット４０（第２蒸発源）と、第１ターゲット３０にアーク電流を供給する第１アーク電源５０（第１電源）と、第２ターゲット４０にアーク電流を供給する第２アーク電源６０（第２電源）と、前記複数のピストンリング１００の各々を公転させるワーク回転装置７０と、第１アーク電源５０及び第２アーク電源６０の電流制御を行う制御装置８０とを備える。

【0035】

以下の説明では、第１ターゲット３０と第２ターゲット４０とが互いに対向する方向であるターゲット対向方向（この実施の形態では水平方向であって図１の紙面上における上下方向）をＹ方向とし、前記Ｙ方向と直交する水平方向（図１の紙面上における左右方向）をＸ方向とし、これらＸ方向及びＹ方向の各々に垂直な方向（この実施の形態では上下方向であって図１の紙面に対して垂直な方向）をＺ方向とする。

【0036】

前記チャンバ２０は、それぞれが成膜対象すなわちワークである前記複数のピストンリング１００と、前記第１ターゲット３０と、前記第２ターゲット４０とを収容する筐体である。前記チャンバ２０は、複数の側壁と、複数の側壁２２の各々の上縁に連結された天壁と、複数の側壁の各々の下縁に連結された底壁とを有する。前記複数の側壁は、この実施の形態では、互いに前記Ｙ方向に対向する一対の側壁２２Ａ，２２Ｂと、互いに前記Ｘ方向に対向する一対の側壁２２Ｃ，２２Ｄと、を含む。当該複数の側壁２２Ａ～２２Ｄ、当該天壁及び当該底壁は内部空間２４を囲む。前記複数のピストンリング１００と、前記第１ターゲット３０と、前記第２ターゲット４０とは、前記内部空間２４内に位置する。

【0037】

前記第１蒸発源である前記第１ターゲット３０及び前記第２蒸発源である前記第２ターゲット４０は、それぞれ、前記ピストンリング１００の前記外周面１１０に図２に示すような皮膜９０を形成するための成膜材料を含む。当該成膜材料は、この実施の形態では硬質皮膜を形成するための材料、例えば、窒化クロムや窒化チタンのような硬質皮膜を形成する場合にはクロムやチタン、である。本実施の形態に係る前記第１ターゲット３０及び前記第２ターゲット４０は、互いに同じ材料で形成されている。つまり、前記第１ターゲット３０及び前記第２ターゲット４０によって前記ピストンリング１００の前記外周面１１０に形成される皮膜９０を構成する材料は互いに同じである。

【0038】

前記第１ターゲット３０は第１出射面３２を有し、当該第１出射面３２から前記皮膜材料、つまり、前記外周面１１０に形成されるべき前記皮膜９０の材料、となる粒子が飛び出す。第２ターゲット４０は第２出射面４２を有し、当該第２出射面４２から前記皮膜材料、つまり、前記外周面１１０に形成されるべき前記皮膜９０を構成する材料、となる粒子が飛び出す。前記第１ターゲット３０は、前記複数の側壁２２Ａ～２２Ｄのうち前記Ｙ方向に互いに対向する一対の側壁２２Ａ，２２Ｂの一方の側壁２２Ａに取り付けられる。前記第２ターゲット４０は、前記Ｙ方向に対向する一対の側壁２２Ａ，２２Ｂの他方の側壁（つまり、第１ターゲット３０が取り付けられた側壁２２Ａとは反対側に位置する側壁）２２Ｂに取り付けられる。前記第２ターゲット４０の前記第２出射面４２は、前記第１ターゲット３０の前記第１出射面３２と前記Ｙ方向に対向している。換言すれば、前記第２出射面４２は、前記チャンバ２０の高さ方向（図１における紙面に垂直な方向、つまり、Ｚ方向）に対して直交する方向において前記第１出射面３２と対向している。前記第１及び第２出射面３２，４２は、それぞれ、後述する公転テーブル７４の旋回中心である前記公転中心軸線ＣＬ１に平行である。

【0039】

前記第１ターゲット３０は、前記境界線ＢＬを挟んで前記第２ターゲット４０と反対の側に配置されている。前記境界線ＢＬは、図１において、すなわち前記チャンバ２０の上方から見て（つまり、後述する公転テーブル７４の公転中心軸線ＣＬ１が延びる方向に沿って見て）前記チャンバ２０の前記内部空間２４における第１配置領域と第２配置領域との境界を規定する。前記第１配置領域は、当該第１配置領域内に前記第１ターゲット３０が配置される領域であり、前記第２配置領域は当該第２配置領域内に前記第２ターゲット４０が配置される領域である。前記境界線ＢＬは、前記チャンバ２０の上方から見て前記公転テーブル７４の旋回中心である前記公転中心軸線ＣＬ１を通過している。つまり、前記境界線ＢＬは前記公転テーブル７４の旋回径方向に延びている。

【0040】

前記第１ターゲット３０及び前記第２ターゲット４０は、当該第１及び第２ターゲット３０，４０のそれぞれの中心を基準線ＳＬが通過するように配置されている。つまり、前記第１ターゲット３０及び前記第２ターゲット４０は、それぞれ、前記基準線ＳＬを中心として対称（前記Ｘ方向に対称）となるように配置されている。前記基準線ＳＬは、図１において、すなわち前記チャンバ２０の上方から見て（つまり、前記公転中心軸線ＣＬ１が延びる方向から見て）前記境界線ＢＬと直交している。前記基準線ＳＬは、前記公転中心軸線ＣＬ１を通過している。

【0041】

前記第１電源としての前記第１アーク電源５０は、前記第１出射面３２から粒子が飛び出すための電気エネルギーを前記第１ターゲット３０に与える。具体的に、この実施の形態に係る前記第１アーク電源５０は、前記第１ターゲット３０に前記電気エネルギーに相当するアーク電流を流す。前記第２電源としての前記第２アーク電源６０は、第２出射面４２から粒子が飛び出すための電気エネルギーを前記第２ターゲット４０に与える。具体的に、この実施の形態に係る前記第２アーク電源６０は、前記第２ターゲット４０に前記電気エネルギーに相当するアーク電流を流す。前記第１アーク電源５０及び前記第２アーク電源６０は、それぞれ、陰極及び陽極を有する。前記第１アーク電源５０の前記陰極は前記第１ターゲット３０に接続され、前記第１アーク電源５０の前記陽極は前記チャンバ２０に接続される。前記第２アーク電源６０の前記陰極は前記第２ターゲット４０に接続され、前記第２アーク電源６０の前記陽極は前記チャンバ２０に接続される。

【0042】

前記ワークである前記複数のピストンリング１００のそれぞれについて、図２を参照しながら説明する。図２は、前記ピストンリング１００を示す平面図である。

【0043】

前記ピストンリング１００は、円環の一部が途切れた形状、つまり、周方向に略３６０°に亘って延びる形状、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部分である空間１０１を挟んで互いに対向する一対の対向端部１０２，１０２を有する。従って、当該ピストンリング１００の前記外周面１１０は平面視で略円弧状をなす。

【0044】

前記外周面１１０には、当該外周面１１０の摩耗防止のために上記の成膜装置１０によって皮膜９０が形成される。前記皮膜９０は、前記第１ターゲット３０からの粒子によって形成される第１皮膜部分９２と、前記第２ターゲット４０からの粒子によって形成される第２皮膜部分９４と、を含む。前記第２皮膜部分９４は、前記ピストンリング１００の前記外周面１１０のうち少なくとも前記第１皮膜部分９２によって覆われていない領域を覆う。前記皮膜９０のうち前記第１ターゲット３０からの粒子によって形成される前記第１皮膜部分９２の少なくとも一部は、前記第２ターゲット４０からの粒子によって形成される前記第２皮膜部分９４の厚みよりも大きな厚みを有する。

【0045】

前記ピストンリング１００の外周面１１０は、その周方向についての一部の領域である特定領域を含む。当該特定領域は、当該特定領域以外の他の領域に形成される皮膜よりも厚い皮膜が形成されるべき領域である。当該特定領域は、前記ピストンリング１００がエンジンに使用される時に当該エンジンのシリンダの内部で最も激しく磨耗する部分に相当する領域、一般には、前記一対の対向端部１０２、１０２の各々の外周面１１０に相当する領域、である。

【0046】

前記外周面１１０に形成される前記皮膜９０のうち前記第１ターゲット３０からの粒子によって形成される部分、すなわち前記第１皮膜部分９２、の少なくとも一部は、ピストンリング１００の外周面１１０のうち前記一対の対向端部１０２、１０２にそれぞれ相当する領域（つまり前記特定領域）を覆う。すなわち、前記第１皮膜部分９２は、前記外周面１１０に形成される前記皮膜９０の一部であって前記第１ターゲット３０からの粒子によって形成される部分であり、且つ、前記第２ターゲット４０からの粒子によって形成される前記第２皮膜部分９４の厚みよりも大きな厚みを有し、前記外周面１１０のうち前記一対の対向端部１０２、１０２の各々の外周面を覆う。

【0047】

図１に示される前記ワーク回転装置７０は、前記複数のピストンリング１００の各々が前記第１出射面３２と第２出射面４２とを結ぶ前記基準線ＳＬを順次通過するように、前記複数のピストンリング１００を前記公転中心軸線ＣＬ１周りに公転させる。当該複数のピストンリング１００の公転中、前記ワーク回転装置７０は、図２に示されるように前記複数のピストンリング１００のそれぞれの外周面１１０のうちの特定領域、すなわち、当該特定領域以外の領域よりも厚い皮膜９０（図２参照）が厚く形成されるべき領域であって前記一対の対向端部１０２、１０２にそれぞれ対応する領域、が常に前記Ｙ方向、すなわち前記第１ターゲット３０と前記第２ターゲット４０とが互いに対向する方向である前記ターゲット対向方向（図１の紙面における上下方向）に沿って前記第１ターゲット３０の前記第１出射面３２が存在する側（図１の紙面における上側；以下、「第１ターゲット側」と称する。）を向くように、前記複数のピストンリング１００の各々を支持している。つまり、前記ワーク回転装置７０は、チャンバ２０の上方から見て（つまり前記公転中心軸線ＣＬ１が延びる方向から見て）ピストンリング１００の外周面１１０のうち前記一対の対向端部１０２、１０２の各々の外周面が前記境界線ＢＬに対して交差する方向（図１に示す例では、直交する方向）である前記Ｙ方向において前記第１ターゲット側（前記第１出射面３２が存在する側；図１の紙面における上側）を向くように、前記複数のピストンリング１００の各々を支持している。要するに、前記ピストンリング１００の外周面１１０のうち前記一対の対向端部１０２、１０２の各々の外周面は、前記公転テーブル７４の径方向の中から選ばれる特定径方向を向いている。

【0048】

前記一対の対向端部１０２、１０２の各々の外周面が前記ターゲット対向方向すなわち前記Ｙ方向において前記第１ターゲット側を向く状態は、前記ピストンリング１００における一対の対向端部１０２、１０２が当該ピストンリング１００の中心（例えば、当該ピストンリング１００が完全な円環形状であると仮定した場合の中心）よりも前記ターゲット対向方向すなわちＹ方向において前記第１ターゲット側に位置する状態である。当該状態は、より好ましくは、前記ピストンリング１００の中心を通過して前記Ｙ方向に延びる直線が前記一対の対向端部１０２、１０２の間を通過するような位置に当該一対の対向端部１０２、１０２が存在する状態である。

【0049】

前記ワーク回転装置７０は、回転テーブル７２と、図示されない駆動源と、を含む。前記回転テーブル７２は、前記公転中心軸線ＣＬ１周りに旋回可能となるように配置され、その旋回に伴って前記複数のピストンリング１００の各々が前記公転中心軸線ＣＬ１周りに公転するように当該複数のピストンリング１００を支持する。前記公転中心軸線ＣＬ１は、前記第１ターゲット３０と前記第２ターゲット４０との間の位置で前記Ｚ方向に延びる。

【0050】

前記回転テーブル７２は、前記公転テーブル７４と、複数の自転テーブル７６と、を含む。前記公転テーブル７４は、前記Ｚ方向に延びる前記公転中心軸線ＣＬ１周りに、図１に矢印ＡＲ１で示される公転方向に旋回可能となるように、配置される。前記複数の自転テーブル７６は、前記公転テーブル７４の周方向に並ぶように配置され、当該複数の自転テーブル７６の各々はその上に前記ピストンリング１００を支持しながら前記公転テーブル７４に対して当該自転テーブル７６の中心を通る前記Ｚ方向の自転中心軸線ＣＬ２周りに、図１に矢印ＡＲ２で示される自転方向に回転可能である。

【0051】

前記公転テーブル７４は、前記駆動源からの駆動力の供給を受けて前記公転中心軸線ＣＬ１周りに回転する。前記公転中心軸線ＣＬ１は、前記チャンバ２０の高さ方向すなわち前記Ｚ方向に延び、かつ、当該チャンバ２０の高さ方向に沿って見たときの前記公転テーブル７４の中心を通る。前記公転テーブル７４は、円板形状を有する。前記公転テーブル７４は、前記第１出射面３２と前記第２出射面４２との間に配置されている。

【0052】

前記複数の自転テーブル７６のそれぞれは、当該自転テーブル７６の上に前記ピストンリング１００を支持しながら前記自転中心軸線ＣＬ２周りに自転するとともに、前記公転テーブル７４の前記公転中心軸線ＣＬ１周りの旋回に伴って当該公転中心軸線ＣＬ周りに公転する。つまり、前記自転中心軸線ＣＬ２は前記複数の自転テーブル７６のそれぞれについて設定された回転中心軸線であり、前記公転中心軸線ＣＬ１は前記公転テーブル７４の旋回中心軸線であると同時に前記複数の自転テーブル７６のそれぞれの公転中心軸線である。前記複数の自転テーブル７６のそれぞれについて設定された前記自転中心軸線ＣＬ２は、前記チャンバ２０の高さ方向すなわち前記Ｚ方向に延び、かつ、前記チャンバ２０の高さ方向から見たときの前記自転テーブル７６の中心を通る。従って、前記自転中心軸線ＣＬ２は前記公転中心軸線ＣＬ１に平行である。

【0053】

前記複数の自転テーブル７６のそれぞれには、前記公転テーブル７４の旋回に伴って回転駆動力が与えられ、当該回転駆動力により、前記複数の自転テーブル７６のそれぞれは、前記公転中心軸線ＣＬ１周りに公転しながら前記自転中心軸線ＣＬ２周りに自転する。このことは、前記公転テーブル７４の旋回に伴って前記複数の自転テーブル７６の上の前記複数のピストンリング１００を当該ピストンリング１００の対向端部１０２，１０２が前記第１ターゲット側を向く姿勢を常に維持したまま公転させることを可能にする。

【0054】

このような前記複数のピストンリング１００の動きを実現するための機構であるワーク操作機構について図３及び図４を参照しながら説明する。

【0055】

前記ワーク操作機構は、図４に示されるような複数の被ガイド部材７７とガイド部材７８とを有する。前記複数の被ガイド部材７７は、前記複数の自転テーブル７６のそれぞれに設けられ、前記ガイド部材７８は前記複数の被ガイド部材７７のそれぞれを一括してガイドするように配置される。

【0056】

前記複数の被ガイド部材７７のそれぞれは、回転シャフト７７１と、連結片７７３と、被ガイド突起７７２と、を有する。前記回転シャフト７７１は、前記Ｚ方向に延び、前記自転テーブル７６と一体に回転するように当該自転テーブル７６の中心部分に連結されるとともに前記公転テーブル７４に支持される。前記回転シャフト７７１は、例えば、前記公転テーブル７４を厚さ方向すなわち前記Ｚ方向に貫通するように形成された貫通孔７４１に挿通され、これにより、前記公転テーブル７４の上側で前記自転テーブル７６につながる上側連結部分と前記公転テーブル７４よりも下側に突出する下側突出部分とを有する。前記連結片７７３は前記回転シャフト７７１の前記下側突出部分から前記自転テーブル７６の回転半径方向（この実施の形態では水平方向）に延びる。前記連結片７７３は、前記公転テーブル７４の裏側、つまり、前記公転テーブル７４の厚さ方向すなわち前記Ｚ方向において前記公転テーブル７４を挟んで前記自転テーブル７６と反対の側（この実施の形態では下側）に位置している。前記被ガイド突起７７２は、前記連結片７７３の両端部のうち前記回転シャフト７７１と反対側の端部である先端部から下方に突出する。すなわち、当該被ガイド突起７７２は、前記回転シャフト７７１と平行に且つ前記公転テーブル７４とは反対の側に延びている。

【0057】

前記ガイド部材７８は、前記チャンバ２０の底壁の上に固定されている。前記ガイド部材７８には、前記複数の被ガイド部材７７の前記被ガイド突起７７２と係合可能なガイド溝７８１が形成されている。当該ガイド溝７８１は上向きに開口し、当該ガイド溝７８１内に前記被ガイド突起７７２が嵌入される。図３に示すように、当該ガイド溝７８１は、前記自転テーブル７６の公転軌道円Ｃ１の直径と略同等の直径を有する円環状をなし、その中心は、前記公転中心軸線ＣＬ１が延びる方向（前記Ｚ方向）から見て前記公転軌道円Ｃ１の中心から前記境界線ＢＬが延びる方向（前記Ｘ方向）にオフセットされている。前記公転軌道円Ｃ１は、前記自転テーブル７６の公転に伴って当該自転テーブル７６の中心（前記自転中心軸線ＣＬ２）が描く軌跡である。前記ガイド溝７８１の直径は、当該ガイド溝７８１の幅方向の中央位置を通る円であるガイド基礎円の直径である。

【0058】

前記複数の自転テーブル７６の各々は、前記回転シャフト７７１が前記貫通孔７４１に挿通された状態で当該回転シャフト７７１の中心軸に相当する前記自転中心軸線ＣＬ２周りに回転可能となるように前記公転テーブル７４に支持されながら、前記公転テーブル７４の前記公転中心軸線ＣＬ１周りの回転に伴って当該公転中心軸線ＣＬ１周りに公転する。このとき、前記回転シャフト７７１に前記連結片７７３を介して連結される前記被ガイド突起７７２が前記ガイド溝７８１に沿って移動する、すなわち、前記ガイド基礎円に沿ってガイドされる、ことにより、前記複数の自転テーブル７６の公転にかかわらず前記連結片７７３の先端部（被ガイド突起７７２とつながる端部）のいずれもが前記Ｘ方向の一方（図４では左方向）を向く状態が維持される。このことは、前記複数の自転テーブル７６のそれぞれが当該複数の自転テーブル７６の前記公転中心軸線ＣＬ１周りの公転に伴って前記自転中心軸線ＣＬ２周りに自転し、これにより、当該複数の自転テーブル７６の公転中に前記複数のピストンリング１００の前記一対の対向端部１０２、１０２のそれぞれが前記ターゲット対向方向すなわち前記Ｙ方向において前記第１ターゲット側（図１では上側）を向いた状態を維持することを可能にする。つまり、複数の自転テーブル７６の各々は、前記公転テーブル７４の前記公転中心軸線ＣＬ２周りの旋回に伴って、当該公転テーブル７４に対してそれぞれの前記自転中心軸線ＣＬ２周りに自転し、これにより、当該複数の自転テーブル７６のそれぞれに支持される前記複数のピストンリング１００の前記一対の対向端部１０２，１０２が常に前記第１ターゲット側を向いた状態を維持することができる。

【0059】

図３に示す例では、前記複数のピストンリング１００のそれぞれの対向端部１０２，１０２が前記被ガイド突起７７２よりも前記第１ターゲット側に位置している。しかし、当該対向端部１０２，１０２と当該被ガイド突起７７２との位置関係は限定されない。前記被ガイド突起７７２に対する対向端部１０２の相対位置は、前記第１及び第２ターゲット３０，４０の位置に応じて適宜変更可能である。

【0060】

前記複数の自転テーブル７６は、前記公転テーブル７４の周方向、つまり前記公転テーブル７４の旋回方向、に並ぶように配置される。前記複数の自転テーブル７６のそれぞれは円板形状を有する。前記複数の自転テーブル７６は前記第１出射面３２と前記第２出射面４２との間に配置される。

【0061】

前記複数の自転テーブル７６のそれぞれは上を向くワーク載置面を有し、当該ワーク載置面上に前記複数のピストンリング１００のそれぞれが載置される。前記ワーク載置面には、単一のピストンリング１００であってもよいし、前記自転テーブル７６の厚さ方向すなわち前記自転中心軸線ＣＬ２と平行な前記Ｚ方向に積層された複数のピストンリング１００であってもよい。

【0062】

前記複数の自転テーブル７６の各々には、当該自転テーブル７６の上に載置される前記ピストンリング１００を保持するためのワーク保持部材が設けられている。当該ワーク保持部材は、支柱７６２とリブ７６３とを有する。前記支柱７６２は、前記ワーク載置面から前記公転中心軸線ＣＬ２に沿って上向きに延び、前記ピストンリング１００の内側に挿入された状態で当該ピストンリング１００を支持する。前記リブ７６３は、前記自転テーブル７６の自転方向について当該自転テーブル７６に対する前記一対の対向端部１０２，１０２の位置を決めるための位置決め部材である。当該リブ７６３は、前記支柱７６２の外周面における周方向の特定位置から前記自転テーブル７６の自転半径方向に突出し、かつ上下方向（前記Ｚ方向）に延びる。当該リブ７６３は、前記支柱７６２が前記ピストンリング１００の内側に位置する状態で当該ピストンリング１００における前記一対の対向端部１０２、１０２の間に介在することにより、当該一対の対向端部１０２、１０２の各々が前記ターゲット対向方向（図１の紙面における上下方向）において前記第１ターゲット側（図１の紙面における上側）を向く状態が前記自転テーブル７６の自転によって維持されるように、当該自転テーブル７６に対して相対的に当該ピストンリング１００を位置決めする。

【0063】

前記制御装置８０は、前記ピストンリング１００の前記外周面１１０に形成される皮膜９０のうち第１ターゲット３０の前記第１出射面３２から飛び出す粒子によって形成される前記第１皮膜部分９２が前記第２ターゲット４０の前記第２出射面４２から飛び出す粒子によって形成される前記第２皮膜部分９４よりも厚くなるように、第１アーク電源５０及び第２アーク電源６０の駆動を制御する。より具体的に、前記制御装置８０は、前記第１出射面３２から飛び出して前記複数のピストンリング１００の各々の外周面に付着する粒子の総量が前記第２出射面４２から飛び出して前記複数のピストンリング１００の各々の外周面に付着する粒子の総量よりも多くなるように、前記第１アーク電源５０が前記第１ターゲット３０に流すアーク電流を前記第２アーク電源６０が前記第２ターゲット４０に流すアーク電流よりも大きくする。このことは、前記外周面１１０に形成される前記皮膜９０のうち前記一対の対向端部１０２、１０２の各々の外周面を覆う部分（つまり、前記第１皮膜部分９２の少なくとも一部）が前記第２皮膜部分９４の厚みよりも大きな厚みを有することを可能にする。

【0064】

前記第１皮膜部分９２に前記第２皮膜部分９４の厚みよりも大きな厚みを与えることが可能であれば、前記第１アーク電源５０が前記第１ターゲット３０に前記アーク電流を与える第１電源運転期間は、前記第２アーク電源６０が前記第２ターゲット４０にアーク電流を与える第２電源運転期間と同じであってもよいし、異なっていてもよい。

【0065】

前記制御装置８０は、具体的には、図１に示すような第１電流制御部８２と前記第２電流制御部８４とを有する。前記第１電流制御部８２は、前記第１アーク電源５０の電流制御を行う。前記第２電流制御部８４は、前記第２アーク電源６０の電流制御を行う。

【0066】

このような成膜装置１０を用いた成膜方法について、図５を参照しながら説明する。この成膜方法ではアークイオンプレーティング（ＡＩＰ）が採用される。

【0067】

前記成膜方法は、準備工程Ｓ１１と、ワーク配置工程Ｓ１２と、成膜工程Ｓ１３とを備える。以下、これらの工程について説明する。

【0068】

前記準備工程Ｓ１１は、前記成膜装置１０を準備する工程である。

【0069】

前記ワーク配置工程Ｓ１２は、前記複数のピストンリング１００を前記複数の自転テーブル７６の前記ワーク載置面の上に配置する工程である。前記複数の自転テーブル７６の各々に支持される前記ピストンリング１００は、図１に示すように、当該ピストンリング１００における前記一対の対向端部１０２、１０２が前記第１ターゲット３０と前記第２ターゲット４０とが互いに対向する方向である前記ターゲット対向方向（図１の紙面における上下方向）において前記第１ターゲット側（図１の紙面における上側）を向くように、前記自転テーブル７６上のリブ７６３によって周方向について位置決めされる。

【0070】

前記成膜工程Ｓ１３は、図２に示されるように前記複数のピストンリング１００の各々の外周面１１０に皮膜９０を形成する工程である。当該皮膜９０の形成すなわち成膜は、前記複数のピストンリング１００の各々を前記公転中心軸線ＣＬ１周りに公転させるとともに、当該公転にかかわらず各ピストンリング１００の一対の対向端部１０２、１０２が常に前記ターゲット対向方向において前記第１ターゲット側を向くように前記自転中心軸線ＣＬ２周りに自転させながら、行われる。当該成膜工程Ｓ１３は、チャンバ２０内において減圧された環境下で行われる。

【0071】

前記複数のピストンリング１００の各々には、図示されないバイアス電位印加装置から前記ワーク回転装置７０を通じてバイアス電位が印加される。このようにバイアス電位が前記複数のピストンリング１００のそれぞれに印加された状態で、第１アーク電源５０が第１ターゲット３０にアーク電流を流すとともに、第２アーク電源６０が第２ターゲット４０にアーク電流を流す。これにより、前記第１ターゲット３０と前記チャンバ２０の内面との間でアーク放電が発生し、前記第１ターゲット３０の第１出射面３２から当該第１ターゲット３０の材料が蒸発して高エネルギーの粒子が飛び出す。当該粒子は前記ピストンリング１００の外周面１１０に衝突する。また、前記第２ターゲット４０と前記チャンバ２０の内面との間でアーク放電が発生し、前記第２ターゲット４０の前記第２出射面４２から当該第２ターゲット４０の材料が蒸発して高エネルギーの粒子が飛び出す。当該粒子も前記ピストンリング１００の外周面１１０に衝突する。このようにして当該ピストンリング１００の外周面１１０に図２に示されるような前記皮膜９０が形成される。従って、当該皮膜９０は、前記第１ターゲット３０からの粒子によって形成される前記第１皮膜部分９２と、前記第２ターゲット４０からの粒子によって形成される前記第２皮膜部分９４と、を含む。

【0072】

前記成膜工程Ｓ１３において、前記複数のピストンリング１００の各々は、当該ピストンリング１００の前記一対の対向端部１０２、１０２が前記ターゲット対向方向において前記第１ターゲット側を向いた状態で、前記第１出射面３２の前方及び前記第２出射面４２の前方を交互に通過する。このようにして前記複数のピストンリング１００の各々の外周面１１０にその全周に亘って図２に示されるような前記皮膜９０が形成される。

【0073】

前記制御装置８０は、前記第１アーク電源５０が前記第１ターゲット３０に与えるアーク電流が、前記第２アーク電源６０が前記第２ターゲット４０に与えるアーク電流よりも大きくなるように、当該第１及び第２アーク電源５０，６０の作動を制御する。このことは、図２に示されるように、前記第１ターゲット３０からの粒子によって単位時間当たりに形成される前記第１皮膜部分９２の厚みを、前記第２ターゲット４０からの粒子によって単位時間当たりに形成される前記第２皮膜部分９４の厚みよりも大きくする。従って、最終的に前記ピストンリング１００の外周面に形成される皮膜９０の前記第１皮膜部分９２が前記第２皮膜部分９４よりも厚くなる。前記第１皮膜部分９２は、前記ピストンリング１００の外周面１１０のうち前記一対の対向端部１０２、１０２の各々の外周面を覆い、前記第２皮膜部分９４は、前記外周面１１０のうち前記ピストンリング１００の径方向について当該ピストンリング１００の中心を挟んで前記一対の対向端部１０２、１０２と反対の側に位置する部分の外周面を覆う。

【0074】

前記第１アーク電源５０が前記第１ターゲット３０に与えるアーク電流を前記第２アーク電源６０が前記第２ターゲット４０に与えるアーク電流よりも大きくする期間（以下「電流差付与期間」と称する。）は、前記皮膜９０を形成するための期間である総成膜期間と同等であってもよいし、当該総成膜期間の一部であってもよい。前記電流差付与期間が前記総成膜期間の一部である態様は、例えば、当該総成膜期間が複数の電流差付与期間を含む態様である。要するに、前記第１ターゲット３０からの粒子によって単位時間当たりに形成される皮膜の厚みを前記第２ターゲット４０からの粒子によって単位時間当たりに形成される皮膜の厚みよりも大きくするという条件を満たす範囲で、前記電流差付与期間の長さは任意に設定されることが可能である。

【0075】

以上説明した成膜装置１０及びこれを用いた成膜方法においては、従来のようなピストンリング１００の公転速度の調整を要することなく、前記第１及び第２アーク電源５０，６０の駆動の制御により、前記皮膜９０のうち前記第１出射面３２から飛び出す粒子によって形成される前記第１皮膜部分９２の厚みを前記第２出射面４２から飛び出す粒子によって形成される前記第２皮膜部分９４の厚みよりも大きくすることができる。前記制御、すなわち、前記ピストンリング１００の外周面１１０に形成される皮膜９０を部分的に厚くするための電源制御、は、前記公転速度の制御に比べて再現性が高い。このことは、前記外周面１１０に形成される前記皮膜９０の周方向の膜厚分布を精度良く制御することを可能にする。

【0076】

前記成膜装置１０において、前記ワーク回転装置７０の前記回転テーブル７２は、前記第１ターゲット３０と前記第２ターゲット４０との間においてＺ方向に延びる前記公転中心軸線ＣＬ１周りに旋回可能に配置され、その旋回に伴って前記複数のピストンリング１００の各々が前記公転中心軸線ＣＬ１周りに公転するように複数のピストンリング１００を支持する。つまり、前記成膜装置１０を用いた前記成膜方法は、前記第１ターゲット３０と前記第２ターゲット４０との間において前記Ｚ方向に延びる前記公転中心軸線ＣＬ１周りに前記複数のピストンリング１００の各々を公転させること、すなわち、前記複数のピストンリング１００を前記第１ターゲット３０と前記第２ターゲット４０との間に位置する所定の前記公転軌跡円上に沿って移動させること、を含む。換言すれば、前記複数のピストンリング１００の移動範囲は前記公転軌跡円上に限定される。このことは、前記成膜を目的として前記複数のピストンリング１００を移動させるために必要な空間を小さくすることを可能にする。

【0077】

前記成膜装置１０及びこれを用いた前記成膜方法において、前記第２ターゲット４０を用いた前記皮膜９０の形成、すなわち前記第２皮膜部分９４の形成、は前記第１ターゲット３０を用いた前記皮膜９０の形成、すなわち前記第１皮膜部分９２の形成、が終了した後に行われてもよい。或いは、前記第２皮膜部分９４の形成が前記第１皮膜部分９２の形成中に、つまり当該形成の終了前に、開始されてもよい。

【0078】

［実施の形態の変形例１］
前記実施の形態に係る成膜装置１０の前記第１ターゲット３０及び前記第２ターゲット４０は互いに同じ材料で形成されているが、本発明は、第１ターゲット３０と第２ターゲット４０とが異なる材料で形成された変形例１も包含する。

【0079】

前記変形例１においては、ピストンリング１００の外周面に形成される皮膜９０のうち前記第１ターゲット３０の第１出射面３２から飛び出す粒子によって形成される第１皮膜部分９２と、前記第２ターゲット４０の第２出射面４２から飛び出す粒子によって形成される第２皮膜部分９４と、の特性を異ならせることができる。例えば、前記第２ターゲット４０を構成する材料よりも硬質な材料によって前記第１ターゲット３０を形成することにより、前記第１皮膜部分９２の硬度を前記第２皮膜部分９４の硬度よりも高くすることができる。このことは、前記皮膜９０のうち前記ピストンリング１００における一対の対向端部１０２、１０２の各々の外周面を覆う部分（つまり、前記第１皮膜部分９２）の摩耗を抑制することを可能にする。

【0080】

［実施の形態の変形例２］
前記実施の形態に係る成膜装置１０の制御装置８０は、前記第１皮膜部分９２が前記第２皮膜部分９４よりも厚くなるように、前記第１アーク電源５０が前記第１ターゲット３０に与えるアーク電流を前記第２アーク電源６０が前記第２ターゲット４０に与えるアーク電流よりも大きくしているが、前記第１皮膜部分９２を前記第２皮膜部分９４よりも厚くするための方策は、これに限定されない。本発明は、第１アーク電源５０が第１ターゲット３０にアーク電流を与える期間である第１電源運転期間を、第２アーク電源６０が第２ターゲット４０にアーク電流を与える期間である第２電源運転期間よりも長くする変形例２も包含する。この変形例２によれば、皮膜９０を形成する全期間すなわち総成膜期間内に前記第１ターゲット３０のみを用いて当該皮膜９０を形成する期間が存在する。このことは、前記第１ターゲット３０の第１出射面３２から飛び出す粒子によって形成される前記第１皮膜部分９２を、前記第２ターゲット４０の第２出射面４２から飛び出す粒子によって形成される第２皮膜部分９４よりも厚くすることを可能にする。

【0081】

前記第１電源運転期間すなわち前記第１ターゲット３０を用いた成膜期間を前記第２電源運転期間すなわち前記第２ターゲット４０を用いた成膜期間よりも長くする場合、好ましくは、前記第２電源運転期間の少なくとも一部が前記第１電源運転期間の一部に重複する。つまり、前記皮膜９０を形成するための全期間である総成膜期間において前記第１ターゲット３０及び第２ターゲット４０を同時に使用する期間が存在することが、好ましい。このことは、前記総成膜期間を短くすることを可能にする。

【0082】

前記第２電源運転期間は前記第１電源運転期間の終了後に開始してもよい。或いは、前記第１電源運転期間が前記第２電源運転期間の終了後に開始してもよい。

【0083】

前記第１電源運転期間は、前記総成膜期間内に存在していればよい。例えば、前記第１電源運転期間と前記第２電源運転期間とが同時に開始して前記総成膜期間の最後に前記第１ターゲット３０のみを用いて皮膜９０を形成する期間が存在してもよい。つまり、総成膜期間の最後に前記第１電源運転期間のみが存在してもよい。あるいは、前記第１電源運転期間が前記第２電源運転期間よりも先に開始することにより、前記総成膜期間の最初に前記第１ターゲット３０のみを用いて皮膜９０を形成する期間が存在してもよい。つまり、総成膜期間の最初に前記第１電源運転期間のみが存在してもよい。あるいは、前記第１電源運転期間と前記第２電源運転期間が同時に開始しかつ終了するが、その途中で前記第２電源運転期間が中断すること、すなわち、前記総成膜期間の途中に前記第１ターゲット３０のみを用いて皮膜９０を形成する期間が存在すること、によっても前記第１電源運転期間を前記第２電源運転期間より長くすることができる。

【0084】

上記変形例１または２に係る成膜装置及びこれを用いた成膜方法においても、前記第１アーク電源５０及び前記第２アーク電源６０の駆動の制御により、前記実施の形態と同様に、ピストンリング１００の外周面に形成される皮膜９０の周方向の膜厚分布を精度良く制御することができる。

【0085】

つまり、前記第１皮膜部分９２が前記第２皮膜部分９４よりも厚くなるのであれば、前記第１アーク電源５０が前記第１ターゲット３０に与えるアーク電流は、前記第２アーク電源６０が前記第２ターゲット４０に与えるアーク電流と同じであってもよいし、異なっていてもよい。

【0086】

［実施の形態の変形例３］
図１に示す前記成膜装置１０は、単一の第１ターゲット３０を備えるが、図６に示される変形例３に係る成膜装置１０は２つの第１ターゲット３０を備える。当該２つの第１ターゲット３０は、基準線ＳＬに対して互いに対称となるように配置される。前記２つの第１ターゲット３０には、それぞれ、互いに独立した２つの第１アーク電源５０が接続されている。当該２つの第１アーク電源５０は共通の第１電流制御部８２に接続され、当該第１電流制御部８２は、前記２つの第１アーク電源５０が前記２つの第１ターゲット３０にそれぞれ与えるアーク電流を制御する。

【0087】

［実施の形態の変形例４］
図１に示す前記成膜装置１０は、単一の第２ターゲット４０を備えるが、図７に示される変形例４に係る成膜装置１０は、２つの第２ターゲット４０を備える。前記２つの第２ターゲット４０は、基準線ＳＬに対して互いに対称となるように配置される。前記２つの第２ターゲット４００には、それぞれ、互いに独立した２つの第２アーク電源６０が接続されている。当該２つの第２アーク電源６０は共通の第２電流制御部８４に接続され、当該第２電流制御部８４は、前記２つの第２アーク電源６０が前記２つの第２ターゲット４０にそれぞれ与えるアーク電流を制御する。

【0088】

以上説明した実施の形態及びその変形例はあくまでも例示である。本発明は、上述の実施の形態等の記載によって、何等、限定的に解釈されるものではない。

【0089】

前記実施の形態では、蒸発源に与えられる電気エネルギーが、ＡＩＰ用の蒸発源であるターゲットに与えられるアーク電流であるが、本発明において蒸発源に与えられる電気エネルギーは前記アーク電流に限定されない。蒸発源に与えられる電気エネルギーは、例えば、スパッタリング用の蒸発源に供給されるスパッタ電力などでもよい。

【0090】

前記実施の形態では、成膜されるワークがピストンリングであるが、本発明に係るワークはピストンリングに限定されない。被膜を厚く形成すべき特定領域が設定された外周面を有するワークであれば、本発明に係る成膜装置によって当該特定領域における皮膜を部分的に厚くする成膜を行うことが可能である。例えば、ワークは切削加工に用いられるバイトでもよい。このようなバイトでは、例えば、当該バイトの外周面のうち高速回転する切削対象に接触する部分（すなわち、すくい面）が皮膜を厚く形成すべき特定領域として設定される。

【0091】

前記実施の形態に係る成膜装置１０は、第１ターゲット３０及び第２ターゲット４０を備えるが、本発明に係る成膜装置は、第１及び第２ターゲットを用いた成膜の形成を補助するためのさらなるターゲットを含んでもよい。

【符号の説明】

【0092】

１０ 成膜装置
３０ 第１ターゲット
３２ 出射面
４０ 第２ターゲット
４２ 出射面
５０ 第１アーク電源
６０ 第２アーク電源
７０ ワーク回転装置
７２ 回転テーブル
８０ 制御装置
１００ ピストンリング
１０２ 対向端部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】