JPH02217465A - プラズマビーム発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明はドライブレーティング処理に用いるプラズマ
ビーム発生装置、とくに広幅板などへの被膜形成に有利
に適合する、へん平なプラズマビームを発生する装置に
関する。

（従来の技術） 近年、各種素材の表面に別の物質になる薄膜を形成する
ことによって素材の緒特性を向上する処理が、ドライブ
レーティングの手法によって盛んに行われている。例え
ば鋼板（鋼帯）への亜鉛蒸着による耐食性の向上や、ド
リル刃またはバイトなどの切削工具へのＴ１Ｎｉ着によ
る耐摩耗性の向上が挙げられる。

ドライブレーティング処理は被膜の形成物質を蒸発させ
ることが必須で、具体的には高融点金属塊を加工してく
ぼみをつくり、このくぼみに被膜の形成物質（蒸発源）
を収容し、高融点金属塊に直接通電して蒸発源を加熱、
蒸発させる方法および、蒸発源をるつぼに収容し、るつ
ぼに抵抗加熱などを施して蒸発源を加熱、蒸発させる方
法等があるが、Ｔｉなどの高融点金属を蒸発させること
が困難で汎用性に劣る。なおスッパタリング法を用いれ
ば高融点金属を蒸発さセることかできるが、成膜速度が
遅いという欠点を克服することができない。したがって
蒸発源の加熱、蒸発には、電流量の大きい、すなわら出
力の大きなプラズマビームまたは電子ビームを蒸発源に
直接照射することが有利である。

一方鋼帯などの長尺物に対してドライブレーティング処
理を連続的に施す技術が開発され、この場合は長尺物の
幅が１ｍをこえることもあり、従来のるつぼからの蒸発
では被膜の幅方向における厚みが不均一になって膜質や
形状の不良をまねき、得られる製品の特性が劣化する。

この問題を解決する方法として、長尺物をロールに巻き
つけ溶融位置からの蒸気をダクトによって導き、長尺物
の幅方向へ均一に成膜することが、鉄と鋼、　ｖｏｌ、
７２（１９８６）、Ｐ、１０７０に記載されている。

この方法は亜鉛のような低融点金属を蒸発する場合は適
しているが、Ｔｉのような高融点金属を蒸発する場合に
は不利である。

（発明が解決しようとする課題） そこでこの発明は、幅の広い大面積の基板上にとくに高
融点金属の被膜を均一に形成する際に有利に適合する、
へん平なプラズマビームの発生装置にういて提案するこ
とを目的とする。

（課題を解決するための手段） この発明は、ホローカソードガンとこのホローカソード
ガンから照射されるプラズマビームの幅を拡大してへん
平化する磁場発生器とをそなえ、ボローカソードガンの
中空陰極は内側に中実の柱状体を同心配置してなること
を特徴とするプラズマビーム発生装置である。

また実施に当たり、中空陰極はＴａ、、、Ｗ、およびＬ
ａＢｈのうちから選ばれる１種以上からなることが有利
に適合する。

ところで電子銃にて発生させた電子ビームを磁場制御に
より線状に走査することは可能でかつ、一般に高電圧、
低電流の特徴から蒸発量は大きくできるが、蒸発粒子と
電子との衝突確率が低くなって蒸発粒子のイオン化が不
十分となる。これは亜鉛を蒸発源とする場合はとくに問
題とはならないが、蒸発させたＴｉをＮＺと反応させて
ＴｉＮを形成するような反応を伴なう場合は、イオン化
率が低いと反応性も低下し被膜欠陥が発生し易くなる。

したがって蒸発に供する熱源としては電流量の大きいビ
ーム、すなわちホローカソード方式のプラズマビームを
用いることが好ましい。

さてこの発明に従うプラズマビーム発生装置は、ホロー
カソードガンの中空陰極の内側に中実の柱状体を同心配
置したもので、例えば第１図（ａ）〜（ｃ）に示す構造
の中空陰極が有利に適合する。同図（ａ）〜（ｃ）の中
空陰極ｌはそれぞれ断面が円、だ円および矩形の筒ＩＡ
の内側に同様の断面の柱状体ＩＢを同心配置したもので
、いずれもプラズマ発生部の断面形状を環状にしたこと
を特徴とする。

また磁場発生装置は、平板状の磁石を水平に、一定の間
隔を開け、同一極を対向させて配置するなど石ｎ力線を
水平に形成させるような装置を使用することができる。

両磁石の中間にビームを通過させることでビームをへん
平化することができる。

（作　用） 従来のホローカソードガンの筒状中空陰極にて発生させ
たプラズマビームの端面ば第２図（ａ）に示すように円
形で、このビームを磁場発生器でへん平化すると、同図
（ｂ）に示すようにビームの端面は円形から長だ円形に
変化する。端面形状、すなわちビーム照射痕が長だ円の
プラズマビームは、プラズマ密度が中央部に比べ両端部
で低く、そのプラズマ密度分布はうようど凸レンズ状に
なる。

したがってこのプラズマビームを蒸発源に照射する七、
蒸発量は中央部に比べ両端部で少なく、製品の膜厚は不
均一になる。

これに対してこの発明に従うホローカソードガンにて発
生させたプラズマビームの端面ば第３図（ａ）に示すよ
うに環状で中心部のプラズマ密度は低く、したがってこ
のビームを磁場発生器でへん平化すると、同図（ｂ）に
示すようにビームの端面ば長方形状となりそのプラズマ
密度分布を均一にすることができる。

（実施例） 第４図にこの発明に従うプラズマビーム発生装置の好適
例を示す。

図中１はホローカソードガンの中空陰極で、円筒ＩＡと
円柱ＩＢとからなり、２はこの中空陰極１にて発生させ
たプラズマビーム、３は磁場発生器で、所定の間隙を隔
て対向配置とした磁石３Ａおよび３Ｂからなり、４は磁
場発生器３にてへん平化されたプラズマビーム、５はる
つぼ、そして６は蒸発源である。

中空陰極１で発生させたプラズマビーム２は、図示のよ
うに磁場発生器３にて発生させた磁場を通過させること
によってへん平化されて板状のプラズマビーム４となり
、次いでこのプラズマビーム４を基板の幅方向に延びる
るつぼ５に照射してビーム形状と相似の蒸発流を形成さ
せれば、基板の幅方向に均一な厚さの被膜を蒸着できる
。

次に同図に示したプラズマビーム発生装置を用いて、板
幅５００　ｍｍ、板厚０．３ｍｍのステンレス鋼帯の基
板上に、下記の条件にてＴｉＮの被膜を中央の厚さ０．
５μｍ目標で形成し、得られた製品の板幅方向のＴｉＮ
膜厚分布を調べた。また比較として、中空陰極を従来の
円筒状としたプラズマビーム発生装置を用いて、同様の
条件での処理も行った。

それぞれの調査結果を、第１表に示す。

第　　１　　表 第１表において、銅帯通板速度３ｍ／ｍｉｎ、ビーム電
流量は１０００　Ａ　、へん平後のビーム幅は３００　
ｍｍである。

上記のように発明例においては、板幅の端部から中央の
範囲において良好な膜厚分布が得られている。

（発明の効果） この発明はとくに幅広の長尺物に対する連続的な蒸着処
理を存利に適合し、すなわちこの発明を用いれば、幅広
の基板であっても幅方向に均質な被膜を形成することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｃ）は中空陰極の構造を示す端面図、
第２図（ａ）　、　（ｂ）および第３図（ａ）　、　（
ｂ）はプラズマビームの照射痕を示す模式図、 第４図はこの発明に従うプラズマビーム発生装置を示す
模式図である。 １−中空陰極　　　　　２．４・−プラズマビーム３　
磁場発生器　　　　５−るつぼ ６−蒸発源 第１図 第２図 （ａ） （ｂ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ホローカソードガンとこのホローカソードガンから
   照射されるプラズマビームの幅を拡大してへん平化する
   磁場発生器とをそなえ、ホローカソードガンの中空陰極
   は内側に中実の柱状体を同心配置してなることを特徴と
   するプラズマビーム発生装置。 ２、中空陰極は、Ｔａ、Ｗ、およびＬａＢ＿６のうちか
   ら選ばれる１種以上からなることを特徴とする請求項１
   に記載のプラズマビーム発生装置。