DE69420925T2

DE69420925T2 - Herstellungsverfahren für diamantähnlichen Kohlenstoffilm und Bandantriebsgerät

Info

Publication number: DE69420925T2
Application number: DE1994620925
Authority: DE
Inventors: Hideo Kurokawa; Hirokazu Nakaue; Sadayasu Ueda
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-10-28
Filing date: 1994-10-26
Publication date: 2000-05-18
Anticipated expiration: 2014-10-27
Also published as: EP0651385A2; EP0651385B1; KR100195605B1; DE69420925D1; EP0651385A3

Description

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer diamantähnlichen Kohlenstoffschicht und eine Antriebsvorrichtung für ein Magnetband, die in einem Videorecorder, einem Kassettendeck und dgl. eingesetzt wird.

Beschreibung des Standes der Technik

Bisher wird in einem magnetischen Aufzeichnungs/Wiedergabe-Gerät wie einem Videorecorder, einem Kassettenrecorder und dgl. ein Magnetband von einer Andruckrolle gegen eine Bandantriebsrolle gedrückt und durch konstante Umdrehung der Bandantriebsrolle angetrieben.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Fig. 1A und 1B eine Bandantriebsvorrichtung erläutert. Die Vorrichtung von Fig. 1 weist eine Bandantriebsrolle 21 und eine Andruckrolle 22 auf, die in Richtung auf die Antriebsachse beweglich ist und sich dreht, während sie ein Magnetband 23 an die Bandantriebsrolle 21 andrückt.
Weil die Andruckrolle 22 das Magnetband 23 an die Bandantriebsrolle 21 anpreßt, wird das Magnetband 23 in der Drehrichtung der Bandantriebsrolle 21 und gemäß der Umdrehungsgeschwindigkeit der Bandantriebsrolle 21 weiterbefördert. Um Bandrutschen zu vermeiden, beträgt die Andruckkraft der Andruckrolle 22 an die Bandantriebsrolle 21 normalerweise 1 kg oder mehr. Durch die Bildung von kleinen Unebenheiten auf der Oberfläche der Bandantriebsrolle 21 wird die Reibungskraft zwischen der Oberfläche der Bandlantriebsrolle 21 und dem Magnetband 23 und wiederum die Antriebskraft erhöht, wodurch Bandrutschen unterdrückt wird. Zusätzlich offenbart die unveröffentlichte japanische Patentanmeldung 3-209 161 eine Bandantriebsvorrichtung mit einer Bandantriebsrolle 21 auf einer Oberfläche, auf der eine diamantartige Kohlenstoffschicht (nachfolgend als "DLC-Schicht" bezeichnet) gebildet wird, um die Bandantriebskraft zu erhöhen, indem von den Reibungsantriebseigenschaften und der Abriebbeständigkeit der DLC-Schicht Gebrauch gemacht wird.
In dem von Nakaue et al. veröffentlichten Artikel "Applications of Diamond-like Films to Electronic Components" ("Thin Solid Films", Band 212 (1992), 15. Mai, Heft 1/2, Lausanne, Schweiz), der den nächstkommenden Stand der Technik darstellt, von dem die Erfindung ausgeht, wird beschrieben, daß DLC-Schichten bemerkenswerte Eigenschaften wie z. B. mechanische Härte, geringe Reibung und chemische Stabilität aufweisen, so daß solche Schichten als Schutzschichten sehr geeignet sind. In diesem Artikel werden DLC-Schichten als Schutzschichten für metallbedampfte Bänder, Zylinder und Bandantriebe untersucht, die in Videorecordern Verwendung finden.
Weil die DLC-Schicht amorph ist, jedoch Eigenschaften ähnlich wie Diamant hat, wird erwartet, daß man eine Vielzahl von Anwendungen findet, die das Gebiet der Tribotechnik einschließen. Als Syntheseverfahren für DLC-Schichten offenbart die japanische Patentanmeldung 3-209 161 ein Ionisierungsdampfabscheidungsverfahren, welches auch als Ionenstrahlverfahren bekannt ist. Bei diesem Verfahren wird ein Gas als Ausgangsmaterial zur Erzeugung eines Plasmas ersetzt, indem man in einem relativ hohen Vakuum Thermoionen aus einer Heizwendel mit dem Gas des Ausgangsmaterials kollidieren läßt, den Ionen im Plasma durch Anlegen einer hohen Vorspannung an das Substrat eine hohe Beschleunigungsenergie verleiht und auf dem Substrat die DLC-Schicht bildet. Mit diesem Verfahren kann eine DLC-Schicht erzeugt werden, die sehr gute Schichteigenschaften und Haftung auf dem Substrat hat. Als Syntheseverfahren für die DLC-Schicht wurden daneben das Plasma-CVD- Verfahren, das Verfahren der Ionenstrahlzerstäubung (Ionenstrahlsputterverfahren) oder das Ionenplattierungsverfahren und dgl. berichtet.
Das Plasma-CVD-Verfahren verwendet als Ausgangsmaterial ein Gas wie z. B. einen Kohlenwasserstoff oder Kohlenmonoxid, erzeugt aus dem Ausgangsmaterial ein Plasma unter Einsatz von Hochfrequenz, einer Mikrowellenfrequenz oder eines Gleichstroms und erzeugt die DLC-Schicht durch Einsatz von Ionen oder Radikalen im Plasma (siehe beispielsweise JP-B-1 479 432).
Das Ionenstrahlsputterverfahren umfaßt das Bestrahlen eines festen Targets wie beispielsweise einer Kohlenstoffquelle (z. B. Graphit) mit einem Ionenstrahl von beispielsweise Argon oder Xenon, um Kohlenstoffatome oder Cluster davon durch die Energie der Ionen aus dem Target herauszulösen und die Kohlenstoffatome oder ihre Cluster auf einem Substrat abzuscheiden (siehe z. B. JP-A-122 197/1986).
Das Ionenplattierungsverfahren verwendet als Kohlenstoffquelle ein Kohlenwasserstoffgas oder ein festes Target. Wenn ein Kohlenstoffgas eingesetzt wird, erzeugt das Verfahren ein Plasma des Ausgangsmaterials wie beim Plasma-CVD-Verfahren, beschleunigt die Ionen im Plasma durch Anlegen eines negativen Potentials an das Substrat und scheidet sie auf dem Substrat ab. Wenn ein festes Target eingesetzt wird, umfaßt das Verfahren das Schmelzen des Targets, beispielsweise durch Bestrahlen mit einem Elektronenstrahl, die Ionisierung eines Teils der verdampften Teilchen beispielsweise durch Hochfrequenz und dessen Abscheiden auf einem Substrat.
Keine der vorstehenden Verfahren mit Ausnahme des Ionenstrahlverfahrens kann jedoch eine DLC-Schicht erzeugen, die Filmeigenschaften oder eine Haftung zeigt, die für die Herstellung einer Antriebsrolle ausreichend ist. Dies ergibt sich daraus, daß die zersetzten Komponenten des Gases als Ausgangsmaterial oder des Targets oder der verdampften Teilchen keine ausreichend hohe kinetische Energie für die Synthese einer Komponente mit einer Diamantbindung haben. Dementsprechend kann eine DLC-Schicht mit guter Qualität nicht erzeugt werden. Zusätzlich hat die unzureichende kinetische Energie einen nachteiligen Effekt auf die Haftung der DLC-Schicht auf dem Substrat, so daß die Schicht leicht abgeschält wird. Weil auf die Bandantriebsrolle durch das Anpressen der Andruckrolle eine hohe Scherkraft ausgeübt wird, muß die DLC-Schicht gute Schichteigenschaften und eine gute Haftung zeigen. Aus diesen Gründen wird das Ionenstrahlverfahren eingesetzt.
Verwendet man eine DLC-Schicht, die durch das Ionenstrahlverfahren erzeugt wurde und die gute Abriebfestigkeit oder Antriebseigenschaften zeigt, wird die Antriebskraft der Bandantriebsvorrichtung erhöht.
Bei magnetischen Aufzeichnungs/Wiedergabe-Geräten wie Videorecordern, Kassettendecks und dgl. ist ein Mechanismus für einen stabilen Antrieb des Magnetbands eine wichtige technische Maßnahme. Der stabile Bandantrieb wird verwirklicht durch Anpressen des Bands an die Bandantriebsrolle durch die Andruckrolle mit einer geeigneten Anpreßkraft. Wenn die Anpreßkraft zu klein ist, erfolgt Schlupf bzw. Rutschen zwischen der Bandantriebsrolle und dem Magnetband, so daß der stabile Antrieb des Magnetbands schwierig ist.
Seit geraumer Zeit werden Teile, die einen mechanischen Teil oder ein Chassis darstellen, klein und mit an die Grenzen gehendem geringen Gewicht gebaut, um die Größe und das Gewicht insbesondere von Videokameras herabzusetzen. Der mechanische Teil wie z. B. der Andruckarm und dgl. wird deshalb leicht belastet oder verformt, wenn er durch die Andruckrolle angepreßt wird. Weil die Größe der Bandantriebsrolle oder des Lagers für die Bandantriebsrolle kleiner wird, wird außerdem die hinzunehmende Belastung verringert. Wenn die Andruckkraft der Andruckrolle groß ist, ergibt dies eine kürzere Lebensdauer des Lagers.
Deshalb muß die Anpreßkraft der Andruckrolle verringert werden. Dies bedeutet, daß es wichtig ist, die Anpreßkraft der Andruckrolle so weit wie möglich herabzusetzen, wobei jedoch ein Rutschen des Bandes vermieden werden soll.
Die Antriebskraft der Bandantriebsrolle zur Beförderung des Bands wird erzeugt durch die Reibungskräfte zwischen der Bandantriebsrolle und dem Band und zwischen der Andruckrolle und dem Band. Bei einer herkömmlichen Bandantriebsrolle ist jedoch anzunehmen, daß die Antriebskraft durch die Reibungskraft zwischen der Andruckrolle und dem Band erzeugt wird. Der Grund für diese Annahme kann folgender sein.
Bei herkömmlichen Bandantriebsvorrichtungen steht ein Teil der Andruckrolle direkt mit der Bandantriebsrolle in Kontakt, weil die Breite der Andruckrolle größer ist als die des Magnetbands. Dann wird ein Teil der Drehkraft der Bandantriebsrolle direkt auf die Andruckrolle und weiter von der Andruckrolle auf das Band übertragen. Weil die Andruckrolle aus einem elastischen Material hergestellt ist wie Gummi, wogegen die Oberfläche der Bandantriebsrolle in der Größenordnung einiger Mikrometer oder weniger geglättet ist, ist der Reibungskoeffizient zwischen dem Band und der Andruckrolle oder zwischen der Bandantriebsrolle und der Andruckrolle größer als zwischen dem Band und der Bandantriebsrolle.
Zur Erhöhung der Reibungskraft zwischen der Bandantriebsrolle und dem Band wurde erwogen, auf der Oberfläche der Bandantriebsrolle kleinere Unebenheiten vorzusehen. Dies würde bedeuten, daß mit den Unebenheiten auf der Oberfläche der Bandantriebsrolle der Reibungskoeffizient zwischen der Bandantriebsrolle und dem Band erhöht wird, so daß ein stabiler Bandlauf verwirklicht wird. In diesem Fall verschwinden jedoch die Unebenheiten langsam, und die Oberfläche der Bandantriebsrolle wird geglättet. Die Bandantriebskraft nimmt dann ab.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Bandantriebsvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die eine Bandantriebsrolle mit einem speziellen diamantartigen Film auf ihrer äußeren Oberfläche aufweist.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß eine Bandantriebsvorrichtung zur Verfügung gestellt, aufweisend eine Bandantriebsrolle und eine Andruckrolle, die ein Magnetband an die Bandantrielbsrolle anpreßt, wobei die Bandantriebsrolle als äußerste Schicht eine diamandartige Kohlenstoffschicht aufweist, die eine Knoop- Härte von mindestens 5.000 kg/mm² hat, dadurch gekennzeichnet, daß die diamandartige Kohlenstoffschicht der Bandantriebsrolle eine Dichte von nicht größer als 3 g/cm³ hat und das Verhältnis der Breite des Anteils der mit der Andruckrolle in Kontakt stehenden Bandantriebsrolle zur Breite des Anteils der mit dem Magnetband direkt in Kontakt stehenden Bandantriebsrolle nicht größer als 0,8 ist.
Weitere vorteilhafte Ausbildungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Die Fig. 1A und 1B ist eine Seitenansicht bzw. eine Draufsicht einer Bandantriebsvorrichtung.
Fig. 2A ist eine perspektivische Ansicht eines ersten Beispiels einer erfindungsgemäßen Bandantriebsrolle.
Fig. 2B ist eine vergrößerte Ansicht eines Teilschnitts der Bandantriebsrolle von Fig. 2A.
Fig. 3 zeigt eine Vorrichtung zur Erzeugung einer DLC-Schicht oder einer Silicium enthaltenden Kohlenstoffschicht.
Fig. 4 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen der Knoop-Härte und der Substratvorspannung in Beispiel 1 zeigt.
Fig. 5 zeigt die Raman-Spektren der in Beispiel 1 erzeugten Schichten (a) und (b).
Fig. 6 zeigt die Elektronenbeugungsmuster der in Beispiel 1 erzeugten Schichten (a) und (b).
Fig. 7 sind die Transmissions-Elekaronenmikroskopaufnahmen der in Beispiel 1 erzeugten Schichten (a) und (b).
Fig. 8 ist ein Graph, der das Alterungsverhalten der Antriebskraft der in Beispiel 1 hergestellten Bandantriebsrolle zeigt.
Fig. 9 ist ein Graph, der das Alterungsverhalten der Antriebskraft der in Beispiel 2 hergestellten Bandantriebsrolle zeigt.
Fig. 10 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen der Antriebskraft und dem Verhältnis der Breite B zur Breite A in Fig. 1B zeigt.
Fig. 11 ist ein Graph, der den Einfluß der Dicke der DLC-Schicht auf die Antriebskraft zeigt.
Fig. 12 ist eine vergrößerte Ansicht eines Schnitts eines zweiten Beispiels der erfindungsgemäßen Bandantriebsrolle.
Fig. 13 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen der Knoop-Härte der DLC-Schicht und der Substratvorspannung zeigt.
Fig. 14 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen der Antriebskraft und der Alterungszeit von Beispiel 2 zeigt.
Fig. 15 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen der Antriebskraft und dem Verhältnis der Breite B zur Breite A in Fig. 1b von Beispiel 2 zeigt.
Fig. 16 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen der Bandantriebskraft und der Alterungszeit von Beispiel 2 zeigt.
Fig. 17 ist ein Graph, der die Beziehungen zwischen der Knoop-Härte und der Substratvorspannung von Beispiel 3 zeigt.
Fig. 18 ist ein Graph, der die Beziehungen zwischen der Schichtwachstumsgeschwindigkeit und der Substratvorspannung von Beispiel 3 zeigt.
Fig. 19 ist eine Aufzeichnung mit der Auger-Elektronenspektroskopie von Versuch 3 von Beispiel 5 und
Fig. 20 ist eine Aufzeichnung mit der Auger-Elektronenspektroskopie von Versuch 6 von Beispiel 5.

Detailbeschreibung der Erfindung

Eine DLC-Schicht ist eine Schicht aus Kohlenstoff mit ähnlichen Eigenschaften wie Diamant, sie ist jedoch amorph. Ihre Struktur scheint ein Gemisch aus einer Komponente mit Diamantbindung (sp³-Bindung), einer Komponente mit einer Graphitbindung (sp²-Bindung) und amorphem Kohlenstoff zu sein.
Die Eigenschaften der DLC-Schicht stehen in enger Beziehung zum Verhältnis der Komponenten. Wenn der Gehalt der Komponente mit Diamantbindung größer ist, liegen die Eigenschaften der DLC-Schicht näher bei denen von Diamant. Zusätzlich ist die DLC-Schicht dadurch gekennzeichnet, daß der Reibungskoeffizient in hohem Ausmaß von der Geschwindigkeit abhängt und niedrig ist, wenn das Band auf der DLC-Schicht entlanggleitet, wogegen der Koeffizient der statischen Reibung oder der Koeffizient der kinetischen Reibung bei sehr niedriger Geschwindigkeit groß ist. Wenn die erfindungsgemäße DLC-Schicht mit einer Knoop-Härte von 5.000 kg/mm² und einer Dichte von nicht größer als 3 g/cm³ auf der äußeren Oberfläche der Bandantriebsrolle erzeugt wird, erhöht sich die Bandantriebskraft, und die Bandantriebsvorrichtung hat eine um mindestens 20% bessere Antriebsausbeute als eine Bandantriebsrolle mit einer herkömmlichen DLC-Schicht.
Der genaue Grund für die hohe Antriebskraft der erfindungsgemäßen DLC-Schicht wurde noch nicht aufgeklärt; es wurde jedoch gefunden, daß eine DLC-Schicht mit einer vergleichsweisen großen Anzahl an Diamantbindungen eine niedrige Dichte aufweist.
Beim Verfahren zur Herstellung der DLC-Schicht wird das aus dem Gas des Ausgangsmaterials erzeugte Plasma beschleunigt und dann auf dem Substrat abgeschieden, wodurch in einem sehr kleinen Bereich auf dem Substrat ein energetisch hoch angeregter Zustand entsteht, der die Diamantbindung erzeugt. Dadurch können in der Schicht viele Diamantkomponenten verteilt werden, und die Schicht kann in einem vollständig amorphen Zustand sein. Als Ergebnis hat die Schicht einen kleinen Elastizitätsmodul, und die Antriebskraft wird vergrößert. Zusätzlich kann die hohe Antriebskraft stabil über lange Zeit aufrechterhalten werden, weil die DLC-Schicht eine sehr gute Abriebbeständigkeit hat.
Weil die DLC-Schicht außerdem innere Spannungen aufweist, ist die Haftkraft zwischen der DLC-Schicht und dem Substrat wichtig. Wenn die Silicium enthaltende Kohlenstoffschicht auf einer Zwischenschicht zwischen dem Substrat wie beispielsweise der Bandantriebsrolle und der DLC-Schicht gebildet wird, nimmt die Haftung der DLC-Schicht auf dem Substrat zu.
Die Zwischenschicht aus Silicium enthaltendem Kohlenstoff kann mit weitgehend dem gleichen Verfahren hergestellt werden wie das Verfahren zur Erzeugung der DLC-Schicht, beispielsweise durch Erzeugung eines Plasmas aus einem Gas, welches Silicium- und Kohlenstoffatome enthält, Beschleunigen der Ionen im Plasma und Abscheiden auf dem Substrat. Als Kohlenstoffquelle können alle herkömmlich eingesetzte Kohlenwasserstoffe oder andere organische Verbindungen verwendet werden. Als Siliciumquelle können alle herkömmlich eingesetzte Silicium enthaltende Verbindungen wie Silan- und Silazanverbindungen verwendet werden.
Das Siliciumatom bildet leicht Bindungen mit dem Kohlenstoffatom und ist ein geeignetes Element als eines der Elemente der Zwischenschicht.
Weil die Zwischenschicht auch Kohlenstoffatome enthält, bildet ein Teil von ihnen während der Erzeugung der Zwischenschicht Diamantbindungen und ergibt eine Zwischenschicht ähnlich der DLC-Schicht. Weil ein solches Verfahren die Härte der Zwischenschicht verbessern kann, wird die Zwischenschicht erzeugt - diese kann den von der Andruckrolle erzeugten Scherkräften widerstehen -, wobei die Haftung der Schicht verbessert wird. Dies bedeutet, wenn die Härte der Zwischenschicht 1.000 kg/mm² beträgt, wird die Haftung der DLC-Schicht am meisten verbessert.
Weil wie erwähnt durch die Andruckrolle auf die Bandantriebsrolle eine hohe Anpreßkraft ausgeübt wird, kann bei einer Härte der Zwischenschicht von kleiner als 1.000 kg/mm² die DLC-Schicht aufgrund von Bruch der Zwischenschicht abgezogen werden, auch dann, wenn die DLC-Schicht hart ist. Die Zwischenschicht mit geeigneter Härte verbessert dann die Haftung aller Schichten. Die Silicium enthaltende Kohlenstoffschicht und die DLC-Schicht können auch nacheinander in der gleichen Reaktionskammer erzeugt werden, wobei nur die Ausgangsmaterialien gewechselt werden müssen. Die Bandantriebsrolle mit zwei Kohlenstoffschichten kann deshalb in einem einzigen Verfahren hergestellt werden, ohne daß die Produktivität darunter leidet.
Bei der Erzeugung der DLC-Schicht wird bevorzugt ein Alkylbenzol mit mindestens einer Alkylgruppe am Benzolring als Kohlenstoffquelle eingesetzt, wobei jedoch üblich eingesetzte Kohlenwasserstoffe oder organische Verbindungen auch als Kohlenstoffquelle Verwendung finden können.
Beispiele für das Alkylbenzol sind Toluol, Xylol, Trimethylbenzole, Ethylbenzol, Triethylbenzol und dgl.
Mit Alkylbenzol kann eine DLC-Schicht mit geringen inneren Spannungen hergestellt werden. Außerdem wird die Härte der DLC-Schicht verbessert.
Üblicherweise hat das Metallsubstrat auf seiner Oberfläche eine oxidierte Schicht. Beispielsweise hat ein Substrat aus rostfreiem Stahl normalerweise eine Oxidschicht mit einer Dicke von 30 bis 50 Å, die Fe&sub2;O&sub3;, Fe&sub3;O&sub4;, Cr&sub2;O&sub3; und dgl. enthält. Die oxidierte Schicht verschlechtert die Haftung der DLC-Schicht auf dem Substrat. Die Kohlenstoffatome der DLC-Schicht bilden mit den Sauerstoffatomen kaum Bindungen. Wenn sie Bindungen bilden, bilden die Kohlenstoffatome Kohlenmonoxid oder Kohlendioxid und werden verdampft.
Vergleicht man die Bildungsenthalpien von Oxiden wie Fe&sub2;O&sub3;, Fe&sub3;O&sub4; und Cr&sub2;O&sub3; mit der von Carbiden wie Fe&sub3;C, Cr&sub3;C&sub2; und SiC, hat erstere eine kleinere Bildungsenthalpie als letztere, wie nachfolgend gezeigt ist. Dies bedeutet, daß das Oxid leichter gebildet wird als das Carbid und bei der Bildung der DLC-Schicht das Oxid auf dem Substrat nicht durch das Carbid ersetzt werden kann. Wenn dementsprechend auf dem Substrat das Oxid vorhanden ist, wird die Haftung der DLC- Schicht auf dem Substrat nicht verbessert.

Material Bildungsenthalpie (kJ/mol)

Fe&sub2;O&sub3; - 824
Fe&sub3;O&sub4; - 1118
Cr&sub2;O&sub3; - 1140
Fe&sub3;C + 25
Cr&sub3;C&sub2; - 81
SiC - 63
Wenn die oxidierte Schicht durch die Strahlung von ionisiertem inerten Gas wie Argon, Neon, Krypton und dgl. entfernt und die DLC-Schicht auf dem Substrat erzeugt wird, ohne daß das Substrat der Luft ausgesetzt ist, wird die Haftung der DLC-Schicht auf dem Substrat sehr verbessert.
Wie der Tabelle der Bildungsenthalpien entnommen werden kann, sind Chrom und Silicium Elemente, die eine niedrige Bildungsenthalpie für ein Carbid haben und die Haftung der DLC-Schicht auf dem Substrat verbessern. Diese Elemente bilden ihre Carbide leichter als Eisen.
Die Bildungsenthalpie von Fe&sub3;C ist positiv. Dies bedeutet, daß die Bindungen zwischen Eisen- und Kohlenstoffatomen aufgebrochen werden, es sei denn, die Energie von + 25 kJ/mol wird immer aufgebracht. Dann leisten die Chromatome im rostfreien Stahl einen großen Beitrag zur Zunahme der Haftkraft zwischen der DLC- Schicht und dem Substrat aus rostfreiem Stahl, und zwar als Ergebnis der Entfernung der Oxidschicht.
Wenn der rostfreie Stahl thermisch behandelt wird, damit sich durch Abscheidung von Chrom auf der Oberfläche eine mit Chrom angereicherte Schicht bildet, wird die Haftung der DLC-Schicht weiter verbessert. Den gleichen Effekt kann man erreichen durch Dotieren von Chromatomen mit einer Ionenkanone.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im Detail erläutert.
Fig. 2A zeigt eine perspektivische Ansicht eines Beispiels der erfindungsgemäßen Bandantriebsrolle 1; Fig. 2B zeigt eine vergrößerte Ansicht eines teilweisen Schnitts der Bandantriebsrolle 1, die einen Antriebskörper 1a und eine DLC-Schicht 1b aufweist, beispielsweise mit einer Dicke von 0,3 um, sowie einer Knoop-Härte von 5.000 kg/mm² und einer Dichte von 2,5 kg/cm³.
Fig. 3 zeigt eine Vorrichtung zur Erzeugung der DLC-Schicht. In einer Vakuumkammer 10 ist eine Ionenquelle 15 vorgesehen und oberhalb der Ionenquelle 15 eine Halteeinrichtung 12 für den Antrieb angeordnet. Die Halteeinrichtung 12 ist zum Drehen der Halteeinrichtung 12 direkt mit einem Motor 13 verbunden. Die Halteeinrichtung ist mit einer Gleichspannungsquelle 14 verbunden, um an ein Substrat 11 (welches von der Halteeinrichtung 12 gehalten wird) eine Gleichspannung anzulegen.
Nachfolgend wird das Verfahren zur Herstellung der DLC-Schicht erläutert.
Das Innere der Vakuumkammer 12 wird mit einer Vakuumpumpe (nicht gezeigt) auf einen Druck von 10&supmin;&sup4; bis 10&supmin;&sup6; Torr evakuiert. Es wird ein Ausgangsmaterial wie Benzol in die Ionenquelle 15 eingeleitet und an eine Heizwendel (nicht gezeigt) in der Quelle 15 eine Spannung angelegt, um durch Thermoelektronen aus der Wendel ein Plasma zu erzeugen.
Die Bandantriebsrolle 11 als Substrat ist mit der Halteeinrichtung 12 verbunden und an die Bandantriebswelle 11 eine negative Vorspannung angelegt, um ein elektrisches Feld zu erzeugen, welches die Ionen 16 beschleunigt. Dann kollidieren die Ionen 16 mit der Bandantriebsrolle und bilden die DLC-Schicht.

Beispiel 1

Beim ersten Beispiel wurde Benzol als Gas für das Ausgangsmaterial eingesetzt, die DLC-Schicht auf einem Siliciumwafer mit der Vorrichtung von Fig. 3 erzeugt und die Eigenschaften von DLC untersucht.
Der Druck in der Vakuumkammer 10 wurde auf den Bereich von 5 · 10&supmin;&sup4; bis 1,5 · 10&supmin;³ Torr eingestellt und die Qualität der DLC-Schicht durch Veränderung der an das Substrat angelegten Vorspannung gesteuert.
Typische Bedingungen für die Bildung der DLC-Schicht waren folgende.
Druck: 1,2 · 10&supmin;³ Torr
Flußgeschwindigkeit des Ausgangsmaterialgases: 6,0 SCCM
Substratpotential: -0,3 bis -3,0 V
Strom im Substrat: 10 mA
Entladungsstrom: 1,5 A
Fig. 4 zeigt die Beziehung zwischen der Knoop-Härte der DLC-Schicht und der Substratvorspannung.
Die Härte der DLC-Schicht hatte ein Maximum in der Nähe einer Vorspannung von - 0,75 V.
Die Eigenschaften von zwei mit dem obigen Verfahren hergestellten DLC-Schichten wurden untersucht, die
(a) eine Knoop-Härte von 5.000 kg/mm² und
(b) eine Knoop-Härte von 3.000 kg/mm²
aufwiesen.
Fig. 5 zeigt die Raman-Spektren der Schichten (a) bzw. (b).
Beide zeigen die typischen Spektren der DLC-Schichten, wobei zwei breite Peaks bei 1.360 cm&supmin;¹ und 1.560 cm&supmin;¹ beobachtet wurden.
Aus dem Flächenverhältnis der zwei Peaks ist zu entnehmen, daß die Schicht (a) mehr sp³-Komponente (d. h. die Komponente mit Diamantbindungen) enthielt als die Schicht (b).
Fig. 6 zeigt die Elektronenbeugungsmuster von Schicht (a) bzw. (b). Das Beugungsmuster von Schicht (a) war ein vollständiges Halo-Muster, wogegen im Beugungsmuster von Schicht (b) ein glanzloser Beugungsring beobachtet wurde.
Fig. 7 sind Transmissions-Elektronenmikroskopaufnahmen der Schichten (a) und (b). Bei Schicht (a) wurden keine kristallinen Teilchen beobachtet, wogegen Schicht (b) in geringem Umfang regelmäßig war.
Aus den obigen Ergebnissen ist zu entnehmen, daß Film (a) vollständig amorph sein könnte, wogegen Film (b) eine geringfügig kristalline Struktur haben könnte.
In der niedrigen Ordnung von Schicht (b) wurde ein Abstand von etwa 0,35 bis 0,4 nm berechnet.
Weil Schicht (b) im Vergleich zu Schicht (a) eine geringe elektrische Leitfähigkeit aufwies, kann die Struktur von Schicht (b) näher an Graphit liegen.
Tabelle 1 zeigt die Dichten und die Wasserstoffgehalte der Schichten (a) und (b), die mit dem Rückstreuverfahren nach Rutherford (Rutherford back scattering, RBS) und mit ERDA gemessen wurden. Tabelle 1
Schicht (a) hatte eine kleinere Dichte als Schicht (b); dies deutet darauf hin, daß Schicht (a) weniger kristallin und dicht ist und verträgt sich gut mit den Befunden der Elektronenbeugung und der Transmissions-Elektronenmikroskopie. Der Wasserstoffgehalt der Schichten (a) und (b) war im wesentlichen gleich.
Den vorstehenden Ergebnissen ist zu entnehmen, daß die Schicht mit einer Knoop- Härte von 5.000 kg/mm² mehr sp³-Bindungen enthielt (d. h. Diamantbindungen) und dieser Bindungszustand in der Schicht statistisch verteilt war. Außerdem war die Dichtheit dieser Schicht kleiner als die Schicht mit einer Knoop-Härte von 3.000 kg/mm².
Es wurden nun die obigen DLC-Schichten jeweils auf dem äußeren Umfang der Bandantriebsrolle erzeugt, wie es in Fig. 2A gezeigt ist. Die Bandantriebsrolle hatte einen Durchmesser von 2 mm und eine Länge von 32 mm.
Unter Verwendung der Bandantriebsrolle wurde die in Fig. 1 gezeigte Bandantriebskraft aufgenommen, wobei die Bandantriebskraft wie folgt gemessen wurde.
Der Anpreßdruck der Andruckrolle 22 an die Bandantriebsrolle 21 wurde bei konstant 600 g gehalten und das Magnetband 23 angetrieben, wobei auf das Band 23 eine Bandspannung T in umgekehrter Richtung zur Antriebsrichtung ausgeübt wurde. Das Band wurde angetrieben, wobei die Bandspannung T verändert wurde. Die Bandspannung T, bei der ein Schlupf bzw. ein Rutschen von 0,5% zwischen der Umdrehungsgeschwindigkeit der Bandantriebsrolle 21 und der Bandgeschwindigkeit erzeugt wurde, wurde als Bandantriebskraft definiert.
Die Andruckrolle 22 hatte einen Durchmesser von 5 mm und eine Länge von 13 mm, das Magnetband eine Breite von 12,7 mm.
Fig. 8 zeigt die Alterungseigenschaften der Antriebskraft der folgenden Bandantriebsrollen:
(a) Bandantriebsrolle mit der erfindungsgemäßen DLC-Schicht mit einer Knoop- Härte von 5.000 kg/mm², einer Dichte von 2,49 g/cm³ und einem Wasserstoffgehalt von 25%.
(b) Bandantriebsrolle mit der DLC-Schicht mit einer Knoop-Härte von 3.000 kg/mm², einer Dichte von 3,10 g/cm³ und einem Wasserstoffgehalt von 26%.
(c) Bandantriebsrolle ohne DLC-Schicht.
Die Bandantriebsrolle hatte eine Oberflächenrauheit Rmax von 0,2 um, die Dicke der DLC-Schicht betrug 0,3 um. Die beschichtete Breite der DLC-Schicht betrug 17 mm.
Die unbehandelte Bandantriebsrolle (c) hatte eine sehr niedrige Antriebskraft. Während die Bandantriebsrolle (b) eine größere Antriebskraft hatte als die Bandantriebsrolle (c), veränderte sich die Antriebskraft sehr mit Zunahme der Alterungszeit.
Im Vergleich zur Bandantriebs rolle (b) zeigte die erfindungsgemäße Bandantriebsrolle (a) eine geringere Veränderung der Antriebskraft und einen größeren Sättigungswert.
Aus dem obigen Ergebnis folgt, daß Bandantriebsrolle (a) mit DLC-Schicht (a) von den drei Bandantriebsrollen die beste Antriebskraft hatte.
Zur Verkleinerung des Einflusses der Oberflächenrauheit der Bandantriebsrolle auf die Antriebskraft wurde die Oberflächenrauheit der Bandantriebsrolle auf 0,02 bis 0,04 um herabgesetzt und mit der unbehandelten Bandantriebsrolle (c') der gleiche Alterungstest durchgeführt, wobei die Bandantriebsrolle mit DLC-Schicht eine Knoop-Härte von 5.000 kg/mm² (a') und die Bandantriebswelle mit DLC-Schicht eine Knoop-Härte von 3.000 kg/mm² (b') hatte.
Die Ergebnisse sind in Fig. 9 gezeigt.
Obwohl die Bandantriebsrollen (a') und (b') die gleiche Oberflächenrauheit der zugrunde liegenden Bandantriebsrolle hatten, wurde die gleiche Tendenz wie bei Fig. 8 beobachtet.
Dieses Ergebnis deutet darauf hin, daß der Unterschied in der Antriebskraft nicht signifikant mit der Oberflächenrauheit zusammenhängt, sondern mit den physikalischen Eigenschaften der DLC-Schichten.
Aus der obigen Analyse der DLC-Schichten ist zu folgern, daß die Dichtheiten der DLC-Schicht die Alterung der Antriebskraft der Bandantriebsrolle beeinflussen können. Dies bedeutet, daß Schicht (a), die amorph ist und eine geringe Dichtheit hat, von einer äußeren Kraft elastisch verformt werden kann und einen niedrigen Elastizitätsmodul aufweist. Als Ergebnis wird der Reibungskoeffizient gegenüber dem Magnetband groß, so daß die Antriebskraft zunimmt.
Die Beziehung zwischen der Antriebskraft und dem Verhältnis der Breite B zur Breite A von Fig. 1b wurde untersucht.
Fig. 10 zeigt diese Beziehung.
Wie beschrieben wurde, hat die DLC-Schicht bezüglich des Magnetbands gute Antriebseigenschaften. Wenn die Breite B der Bandantriebsrolle, die mit der Andruckrolle in Kontakt steht, zu groß ist im Vergleich zur Breite A der Bandantriebsrolle, die direkt mit dem Magnetband in Kontakt steht, neigt die Bandantriebsfähigkeit der DLC-Schicht zur Verschlechterung. Dies bedeutet, daß bei einem Verhältnis von B/A von größer als 0,8 die Bandantriebskraft abnimmt, wie aus Fig. 10 entnommen werden kann.
Der Einfluß der Dicke der DLC-Schicht auf die Antriebskraft wurde untersucht, indem die Dicke der DLC-Schicht auf (d) 0,1 um und (e) 0,5 um verändert wurde.
Die Ergebnisse sind in Fig. 11 gezeigt.
Wenn die Dicke der DLC-Schicht klein ist (im Fall von (d)), wurden die hervorstehenden Teile der Bandantriebsrolle abgescheuert, so daß das Material des Antriebskörpers freigelegt wurde und die Antriebskraft abnahm. Es ist dann bevorzugt, daß die DLC-Schicht mit genügender Dicke beschichtet wird, um zu verhindern, daß das Basismaterial beim Abscheuern der hervorstehenden Teile freigelegt wird.
Wenn die Dicke der DLC-Schicht groß ist (im Fall von (e)), wurde die Haftung der Schicht an der Antriebsoberfläche herabgesetzt, so daß sich die Schicht abschälte. Als Ergebnis nahm die Antriebskraft ab.
Wenn infolgedessen die Oberflächenrauheit der Bandantriebsrolle 0,2 um beträgt, beträgt die Dicke der DLC-Schicht bevorzugt 0,2 bis 0,4 um.

Vergleichsbeispiele

Zum Vergleich wurde auf der Oberfläche des in Beispiel 1 eingesetzten Siliciumwafers mit dem Hochfrequenz-Plasma-CVD-Verfahren mit Benzol als Ausgangsmaterial eine DLC-Schicht erzeugt. Die Bedingungen zur Schichterzeugung waren die folgenden.
Benzol: 5 SCCM
Wasserstoff: 5 SCCM
Hochfrequenzleistung: 150 W
Druck: 1 · 10&supmin;² Torr
Die auf dem Siliciumwafer erzeugte DLC-Schicht hatte eine Knoop-Härte von 1.500 kg/mm², was wesentlich kleiner war als die Knoop-Härte des mit dem Ionenstrahlverfahren erzeugten DLC-Films.
Auf der gleichen Bandantriebsrolle wie bei Beispiel 1 wurde mit dem gleichen Hochfrequenz-Plasma-CVD-Verfahren eine DLC-Schicht erzeugt. Die Schicht schälte sich von der Bandantriebsrolle ab, und ihre Eigenschaften konnten nicht untersucht werden.

Beispiel 2

Fig. 12 zeigt einen vergrößerten Schnitt eines zweiten Beispiels der erfindungsgemäßen Bandantriebsrolle.
Der Antriebskörper 1a war aus rostfreiem unmagnetischen Stahl hergestellt. Auf der äußeren Oberfläche des Antriebskörpers 1a wurde als Zwischenschicht eine Schicht 1c erzeugt, die Silicium und Kohlenstoff enthielt und eine Knoop-Härte von 3.000 kg/mm² und eine Dicke von 0,05 um hatte; auf der Schicht 1c wurde eine DLC-Schicht 1b mit einer Knoop-Härte von 5.000 kg/mm², einer Dichte von 2,5 g/cm³, einem Wasserstoffgehalt von 25% und einer Dicke von 0,3 um erzeugt.
Die Silicium und Kohlenstoff enthaltende Schicht wurde mit der Vorrichtung von Fig. 3 erzeugt, indem als Gas für das Ausgangsmaterial Tetramethylsilan eingeleitet wurde.
Die Härte dieser Schicht 1c wurde verändert, indem die Substratvorspannung wie im Fall der DLC-Schicht verändert wurde.
Die Beziehung zwischen der an das Substrat angelegten Vorspannung und der Knoop-Härte ist in Fig. 13 gezeigt. In diesem Fall wurde die Schicht mit einer Knoop-Härte von 3.000 kg/mm² bei einer relativ niedrigen Vorspannung erhalten.
Die erhaltene Silicium enthaltende Kohlenstoffschicht wurde mit der Raman-Spektroskopie analysiert, und es wurde gefunden, daß die Raman-Verschiebungen Peaks bei 1.580 cm&supmin;¹ bzw. 1360 cm&supmin;¹ aufwiesen, wenn die Schicht eine Knoop- Härte von 3.000 kg/mm² aufwies. Dies deutet darauf hin, daß die Silicium enthaltende Kohlenstoffschicht eine Struktur hatte, die der DLC-Schicht sehr nahe kam. Die Silicium enthaltende Kohlenstoffschicht mit einer Knoop-Härte von 500 kg/mm² kann jedoch gemäß den Raman-Verschiebungen eine Struktur ähnlich der einer Schicht aus einem organischen Polymer haben.
Auf der Schicht 1c wurde die DLC-Schicht 1b in gleicher Weise wie bei Beispiel 1 erzeugt.
Es wurden dann zwei weitere Bandantriebsrollen (f) und (g) erzeugt, indem die Eigenschaften der Schicht 1c verändert wurden, jedoch die Eigenschaften der DLC- Schicht unverändert blieben. Die Zwischenschicht 1c hatte die Knoop-Härten von
(f) 500 kg/mm²
(g) 2.000 kg/mm².
Die Schichteigenschaften der DLC-Schicht waren die gleichen wie bei Schicht (a) von Beispiel 1. Die Dicken der Zwischenschicht 1c und der DLC-Schicht 1b betrugen 25 nm bzw. 0,3 um.
Die Ergebnisse des Alterungstestes sind in Fig. 14 gezeigt.
Wenn die Zwischenschicht weich war wie im Fall von Schicht (f), wurden in der Anfangsphase des Alterungstests unstabile Antriebskräfte beobachtet. Dies ist darauf zurückzuführen, daß aufgrund der zu weichen Zwischenschicht die Zwischenschicht der von der Andruckrolle erzeugten Scherkraft nicht standhalten konnte und sich von der Bandantriebsrolle abschälte. Im Fall der Schicht (g) schälte sich die Schicht nicht ab, weil die Zwischenschicht relativ hart war, und es wurden gute Eigenschaften erhalten.
Zum Vergleich wurde mit dem gleichen Plasma-CVD-Verfahren wie bei Vergleichsbeispiel 2 auf der Bandantriebsrolle eine DLC-Schicht erzeugt und ihre Eigenschaften untersucht. Als Zwischenschicht wurde die Schicht (d) verwendet. Aufgrund der Anwesenheit der Zwischenschicht konnte die DLC-Schicht auf der Bandantriebsrolle nicht erzeugt werden, ohne daß sie sich abschälte. Jedoch betrug die Antriebskraft nur etwa 80 g, was derselbe Wert war wie bei einer herkömmlichen Bandantriebsrolle. Außerdem war die Standzeit schlecht, und die Antriebskraft nahm bereits 20 Stunden nach Beginn des Alterungstests ab.
Auf gleiche Weise wie zuvor wurde eine Bandantriebsrolle mit einer DLC-Schicht hergestellt, wobei jedoch als Zwischenschicht anstatt der Silicium enthaltenden Schicht eine amorphe Siliciumschicht erzeugt wurde. Die amorphe Siliciumschicht wurde mit dem Dampfabscheidungsverfahren erzeugt. Die Antriebskraft war im wesentlichen gleich wie bei Einsatz von Schicht (f). Die amorphe Siliciumschicht hatte eine Knoop-Härte von etwa 800 kg/mm². Durch die starke Antriebskraft der Andruckrolle kann sich die DLC-Schicht von der Zwischenschicht abschälen.
Nun wurde wie bei Beispiel 1 die Beziehung zwischen der Antriebskraft und dem Verhältnis B/A untersucht; die Ergebnisse sind in Fig. 15 gezeigt. Bei diesem Beispiel war die Beziehung im wesentlichen die gleiche wie bei Beispiel 1.
Dies bedeutet, daß bei einem Verhältnis B/A von größer als 0,8 die Breite B des Teils der Bandantriebsrolle, die mit der Andruckrolle in Kontakt steht, groß ist im Vergleich zur Breite A des Teils der Andruckrolle, die direkt mit dem Magnetband in Kontakt steht, daß die Wirkung der DLC-Schicht kleiner war und die Bandantriebskraft abnahm.
Wie im Fall von Schicht (g) wurde eine DLC-Schicht mit einer Dicke von 0,1 um (Antrieb (h)) oder 0,5 um (Antrieb (i)) auf der Zwischenschicht erzeugt. Die Ergebnisse des Alterungstests sind in Fig. 16 gezeigt.
Wenn die Dicke der DLC-Schicht klein und die Oberflächenrauheit groß war, wurde das Material des Antriebskörpers wie bei Fig. 11 abgescheuert und freigelegt und wiederum die Antriebskraft verringert.
Wenn die Dicke der DLC-Schicht groß war (abweichend vom Fall von Fig. 11), wurde die Haftung der DLC-Schicht erhöht aufgrund der Anwesenheit der Zwischenschicht. Dementsprechend hatte Bandantriebsrolle (i) im wesentlichen die gleichen Eigenschaften wie Bandantriebsrolle (g).
Es ist zu sehen, daß dann, wenn die Dicke der DLC-Schicht größer ist als die maximale Höhe der Oberflächenrauheit des Antriebskörpers, gute Eigenschaften erhalten werden.
Es folgt daraus, daß bei Anwesenheit einer Silicium enthaltenden Schicht mit einer Knoop-Härte von 3.000 kg/mm² als Zwischenschicht die Haftung der DLC-Schicht verbessert und eine hohe Antriebskraft erhalten wird, die über eine lange Zeit stabil ist.

Beispiel 3

Auf gleiche Weise wie bei Beispiel 1 wurde auf der äußeren Oberfläche der Bandantriebsrolle eine DLC-Schicht erzeugt, wobei jedoch anstelle von Benzol Toluol oder Methan eingesetzt wurden.
Fig. 17 zeigt die Beziehung zwischen der Knoop-Härte und der Substratvorspannung, Fig. 18 die Beziehung zwischen der Schichtwachstumsgeschwindigkeit und der Substratvorspannung.
Wie aus Fig. 17 gesehen werden kann, war die mit Toluol erzeugte DLC-Schicht am härtesten, wobei die mit Benzol erzeugte weicher war als die mit Toluol erzeugte. Die mit Methan erzeugte IDLC-Schicht war am weichsten.
Wie aus Fig. 18 gesehen werden kann, lagen die Filmwachstumsgeschwindigkeiten in der Reihenfolge Toluol, Benzol, Methan.

Beispiel 4

Auf einem rechteckigen Siliciumwafer wurde eine DLC-Schicht erzeugt. Dann wurde aus dem Ausmaß der Schichtverformung nach der Herstellung die inneren Spannungen der Schicht berechnet.
Fig. 2 zeigt die innere Spannung der Schicht, die erhalten wurde, wenn die härteste DLC-Schicht jeweils aus den Ausgangsmaterialien Toluol, Benzol und Methan erzeugt wurde.
Die Haftung der Schicht wurde folgendermaßen untersucht.
Auf einem post nach SUS 420 J2, der mit Ultraschall gereinigt worden war, wurde eine DLC-Schicht mit einer Dicke von 0,4 um erzeugt und einem thermischen Schocktest unterworfen (Lagerung bei -40ºC und +80ºC jeweils für 1 Stunde, 10 Zyklen). Tabelle 2
Die aus Toluol erzeugte DLC-Schicht war am härtesten und hatte die geringste innere Spannung.
Wie aus den obigen Ergebnissen ersehen werden kann, kann bei Verwendung von Toluol als Ausgangsmaterial eine DLC-Schicht erzeugt werden, die eine gute Härte und geringe innere Spannungen aufweist, wobei Haftung und Produktivität gut sind und die Schicht bessere Eigenschaft hat als die aus Benzol erzeugte DLC-Schicht.
Wenn ein anderes Alkylbenzol wie z. B. Xylol verwendet wird, erhält man eine DLC- Schicht mit im wesentlichen den gleichen Eigenschaften wie oben.

Beispiel 5

In die Vorrichtung von Fig. 3 wurde Argon eingeleitet und ein Argonplasma erzeugt. Unter Anlegung einer negativen Vorspannung an die Bandantriebsrolle wurden Argonionen auf die Antriebsoberfläche gestrahlt. Danach wurde die DLC- Schicht unter Einsatz von Toluol wie bei Beispiel 4 erzeugt.
Die Beziehung zwischen den Argon-Bestrahlungsbedingungen und der Haftung der DLC-Schicht auf der Bandantriebsrolle ist in Tabelle 3 gezeigt. Tabelle 3
Hinweis: *1) Obwohl kein Abschälen erfolgte, wurden kleine Bereiche der Schicht überflutet.
Mit den in den Versuchen 3 und 6 erzeugten Schichten wurden Elementaranalysen an der Grenzschicht zwischen der Bandantriebsrolle und der DLC-Schicht mit der Auger-Elektronenspektroskopie durchgeführt. Die Ergebnisse von Versuch 3 und 6 sind in Fig. 19 bzw. 20 gezeigt.
An der Grenzschicht der bei Versuch 3 erzeugten Schicht waren Sauerstoffatome vorhanden, wogegen an der Grenzschicht der bei Versuch 6 erzeugten Schicht kein Sauerstoff festgestellt wurde. Dies bedeutet, daß unter den Bedingungen von Versuch 3 die oxidierte Schicht von der Oberfläche der Bandantriebsrolle nicht ausreichend entfernt wurde. Dadurch kann sich die Haftung der DLC-Schicht an der Bandantriebsrolle verschlechtern. Wenn dementsprechend die oxidierte Schicht von der Oberfläche der Bandantriebsrolle gründlich entfernt wird, kann die Haftung der DLC-Schicht verbessert werden.
Es ist schwierig festzustellen, ob die oxidierte Schicht bei der Erzeugung der DLC- Schicht gründlich entfernt wird oder nicht. Die Entfernung der oxidierten Schicht kann indirekt wie folgt festgestellt werden.
Während der Bestrahlung mit Argonionen nimmt der Entladungsstrom (der durch die Gitterelektrode fließende Strom) oder der Substratstrom mit der Entfernung der oxidierten Schicht und dem Fortschritt der Reinigung langsam ab, wobei andere Parameter, wie z. B. der Strom durch die Heizwendel, die Substratvorspannung und die Spannung der Gitterelektrode gleich bleiben. Dies bedeutet, daß bei vorhandener oxidierter Schicht leicht Sekundärelektronen emittiert werden, wenn die Ionen mit dem Substrat kollidieren. Als Ergebnis nimmt die Plasmadichte zu, so daß der Entladungsstrom oder der Substratstrom zunimmt. Mit der Entfernung der oxidierten Schicht nehmen die Emission von Sekundärelektronen und dann der Entladungsstrom oder der Substratstrom ab.
Bei diesem Beispiel wird die vollständige Entfernung der oxidierten Schicht damit beurteilt, daß die Abnahme des Entladungsstroms oder des Substratstroms endet. Dieses Beurteilungsverfahren verträgt sich mit den Ergebnissen der Auger-Elektronenspektroskopie. Wenn die Bestrahlung mit Argonionen beendet wurde und der Entladungsstrom oder Substratstrom weiterhin abnahm, bedeutet dies, daß auf der Grenzschicht Sauerstoffatome festgestellt wurden. Wenn die DLC-Schicht erzeugt wurde, nachdem die Abnahme des Entladungsstroms oder Substratstroms endete, wurden an der Grenzschicht keine Sauerstoffatome festgestellt.
Dementsprechend kann durch Entfernen der oxidierten Schicht von der Oberfläche der Bandantriebsrolle die Haftung der DLC-Schicht am Antrieb sehr verbessert werden.

Beispiel 6

Ein anderer Grund für die Verbesserung der Haftung der DLC-Schicht durch die Entfernung der oxidierten Schicht kann die Ausscheidung von Chromatomen auf der Oberfläche des Antriebs sein.
In diesem Beispiel wurde der in den vorhergehenden Beispielen eingesetzte Antriebskörper aus rostfreiem Stahl 2 Stunden lang bei 400ºC thermisch behandelt, um auf der Oberfläche Chrom auszuscheiden. Danach wurde mit Argonionen bestrahlt, um die oxidierte Schicht zu entfernen, und es wurde die DLC-Schicht auf gleiche Weise erzeugt wie bei Beispiel 5.
Gemäß der Auger-Elektronenspektroskopie erhöhte diese thermische Behandlung das Verhältnis von Chrom zu Eisen (Cr/Fe-Verhältnis) auf der Antriebsoberfläche auf 0,33 ausgehend von einem Cr/Fe-Verhältnis von 0,15 bis 0,18 bei einer Bandantriebsrolle, die nicht thermisch behandelt wurde.
Als Ergebnis ist festzustellen, daß durch die thermische Behandlung und die Entfernung der oxidierten Schicht die Haftung der DLC-Schicht am Antriebskörper signifikant verbessert wird.
Tabelle 4 zeigt das Ergebnis des Alterungstests der Bandantriebsrolle, die als Teil der Bandantriebsvorrichtung gemäß Beispiel 1 eingesetzt wurde.
Die DLC-Schicht schälte sich durch die Kombination des thermischen Schocktests und des Zugtests nicht ab, und beim Alterungstest wurden gute Antriebseigenschaften erhalten. Es gab keinen Materialunterschied hinsichtlich des Antriebsvermögens zwischen Schichten, die aus Toluol und aus Benzol erzeugt wurden. Tabelle 4
Hinweis: *1) Der Schichtzustand wurde beobachtet nach einem Bandlauf von 500 Stunden bei einem Anpreßdruck der Andruckrolle von 600 g.

Beispiel 7

Wie vorstehend erläutert wurde, leisten die Silicium- oder Chromelemente einen Beitrag zur Erhöhung der Haftung der DLC-Schicht an der Bandantriebsrolle. Wenn das Substratmaterial diese Elemente nicht enthält, können diese Elemente in dem Material dotiert werden, um den gleichen Effekt zu erreichen.
Als Substrat wurde Kohlenstoffwerkzeugstahl eingesetzt, mit Chrom dotiert und getempert. Nach dem Entfernen der oxidierten Schicht wurde auf dem Substrat eine DLC-Schicht erzeugt.
Das Dotieren wurde mit einer Ionenenergie von 10 keV durchgeführt, die Menge an dotiertem Chrom betrug 5 · 10¹&sup4; Atome/cm².
Nach dem Dotieren wurde das Substrat bei 550ºC getempert und die oxidierte Schicht durch Bestrahlung mit Argonionen entfernt.
Die DLC-Schicht wurde bei folgenden Bedingungen erzeugt:
Ausgangsmaterial: Toluol
Substratvorspannung: -1 kV
Substratstrom: 10 mA
Entladungsstrom: 1,5 A
Schichtdicke: 0,2 um
Die Haftung der DLC-Schicht wurde mit dem thermischen Schocktest und dem Zugtest beurteilt. Vom SK3-Substrat, welches mit Chrom dotiert war, schälte sich die DLC-Schicht nicht ab, und die Haftung der DLC-Schicht war beim gleichen Wert wie im Fall des Substrats aus rostfreiem Stahl.
Von dem SK3-Substrat, welches nicht mit Chrom dotiert war, schälte sich die DLC- Schicht ab, nachdem das Substrat aus der Abscheidungsvorrichtung entnommen wurde.
Die DLC-Schicht kann mit guter Haftung auf einem kein Chrom enthaltenden Substrat erzeugt werden, wenn das Chrom in einer Oberflächenschicht des Substrats dotiert wird.
Der Effekt der Chromdotierung kann mit jedem Metallmaterial erzielt werden, welches kein Chrom enthält.
Anstelle von Chrom kann das Dotieren mit Silicium oder Kohlenstoff, welches eine ähnliche Bildungsenthalpie wie Chrom hat, die gleichen Effekte wie beim Dotieren mit Chrom erzielen.
Durch die vorliegende Erfindung kann auf dem Antriebskörper eine DLC-Schicht erzeugt werden, die eine Qualität hat, wie die aus Benzol erzeugte. Die Bandantriebsrolle mit einer erfindungsgemäßen DLC-Schicht ergibt eine Bandantriebsvorrichtung mit sehr guter Zuverlässigkeit und gutem Antriebsverhalten.

Claims

1. Bandantriebsvorrichtung, aufweisend eine Bandantriebsrolle (1; 21) und eine Andruckrolle (22), die ein Magnetband (23) an die Bandantriebsrolle (1; 21) anpreßt, wobei die Bandantriebsrolle (1) als äußerste Schicht eine diamandartige Kohlenstoffschicht (1b) aufweist, die eine Knoop-Härte von mindestens 5.000 kg/mm² hat, dadurch gekennzeichnet, daß die diamandartige Kohlenstoffschicht (1b) der Bandantriebsrolle (1) eine Dichte von nicht größer als 3 g/cm³ hat und das Verhältnis der Breite des Anteils der mit der Andruckrolle (22) in Kontakt stehenden Bandantriebsrolle (1; 21) zur Breite des Anteils der mit dem Magnetband (23) direkt in Kontakt stehenden Bandantriebsrolle (1; 21) nicht größer als 0,8 ist.

2. Bandantriebsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Bandantriebsrolle (1) außerdem eine Dünnschicht (1c) aufweist, die Silicium und Kohlenstoff enthält und zwischen der Oberfläche eines Körpers (1a) der Bandantriebsrolle (1) und der diamantartigen Schicht (1b) eine Knoop-Härte von mindestens 1.000 kg/mm² hat.

3. Bandantriebsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Dicke der diamantartigen Kohlenstoffschicht (1b) mindestens 0,2 um ist.

4. Bandantriebsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Bandantriebsrolle (1) zwischen der Oberfläche eines Körpers (1a) der Bandantriebsrolle (1) und der diamantartigen Schicht (1b) eine chromreiche Schicht (1c) aufweist.

5. Bandantriebsvorrichtung nach Anspruch 4, bei der die chromreiche Schicht (1c) durch Dotieren von Chromelementen in die Oberfläche des Körpers (1a) gebildet wurde.

6. Bandantriebsvorrichtung nach Anspruch 4, bei der der Körper (1a) Chromelemente enthält und die chromreiche Schicht (1c) durch Ausscheidung von Chromelementen auf der Oberfläche des Körpers (1a) gebildet wurde.