JPH04168260A - アークプラズマ発生法および製膜装置 - Google Patents
アークプラズマ発生法および製膜装置Info
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- JPH04168260A JPH04168260A JP2295721A JP29572190A JPH04168260A JP H04168260 A JPH04168260 A JP H04168260A JP 2295721 A JP2295721 A JP 2295721A JP 29572190 A JP29572190 A JP 29572190A JP H04168260 A JPH04168260 A JP H04168260A
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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。
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
本発明？！ 電気的絶縁 熱的絶縁 耐摩粍 耐蝕等
の機能膜をプラズマ溶射またはアークプラズマＣＶＤ等
で製膜する場合のアークプラズマ発生法および製膜装置
に関すム 従来の技術 従来より、溶射技術は例えば耐摩粍 耐絶縁膜等の製膜
手法として古くから利用され 燃焼ガスをその溶融手段
として使うガス溶射や電気エネルギーをその溶融エネル
ギーとして使う電気式溶射等に大きく分類される。さら
に電気式溶射ではアーク溶射やプラズマ溶射等が一般的
であり、特に最近では溶射皮膜の膜質等からプラズマ溶
射法が注目されていも 第５図はプラズマ溶射装置の従来例を示したものであａ
水冷された陰極ｌと水冷された陽極２の間に電源３に
よって電力を供給し直流アーク４を発生させ、後方から
送給するプラズマ作動ガス５をアーク４によって熱し
アークプラズマ６としてノズル７から噴出させも 溶射
材料は粉末で、キャリアガス８にのせてプラズマジェッ
トの中に吹き込み加熱溶融し かつ加速して母板９の表
面に高速で衝突させて皮膜を形成するものであムこの時
プラズマ作動ガスとしてはアルゴンや窒素あるいはこれ
らのガスにヘリウム 水素を加えている場合が多しも 発明が解決しようとする課題 しかし 従来このようなプラズマ溶射トーチにおいてｊ
！ 第５図に示すように陰極１と陽極２はその中心が
同軸上にあり、また噴出ロアの面積は出力によっても変
る力丈 最大で２〜３ｍｍ程度であり、特に電子デスプ
レイ等の大型大面積母板に対して、溶射あるいはアーク
プラズマＣＶＤによって皮膜を形成しようとすると、
トーチと母板９の距離を大きくして照射面積を拡大する
力＼ 第６図に示すように母板１０あるいはトーチ１１
を走査させなから製膜領域１２を形成していく必要があ
った 母板１０とトーチ１１間の距離を太き（すると、母板１
０に到達する溶融粒子の衝突速度が遅くなり、そのため
溶射皮膜としては気孔が多（凹凸の激しい皮膜となム
また第６図のように母板１０あるいはトーチ１１を走査
する方法では走査する限 特に図のＹ軸方向１３への移
動方向に膜厚むらが生じたり、走査装置が高価になるな
どの欠点を有していも また製膜に要す時間が長くなり
、量産には不向きである等の欠点を有してい九本発明は
このような点に鑑へ プラズマ溶射皮膜やアークプラズ
マＣＶＤ皮膜を母材またはトーチの１回の走行で大面積
の製膜ができるアークプラズマ発生法およびそれを用い
た製膜装置を提供することを目的とするものであも 課題を解決するための手段 上記目的を達成するために対向する極めて扁平な管体の
切口形状の端面を有する一対の電極間でアークを発生さ
せ、対向する電極面で同極となる磁界を発生させて前記
アークを磁気駆動により電極端面上の管体の扁平な切口
上を周回移動させ、アーク発生領域にプラズマ作動ガス
を供給するとともＥ、 前記の対向する電極を前記プ
ラズマ作動ガスの上流側から下流側に向って複数段設Ｃ
す、各々の対向する電極間でアークを電極端面の管体の
切口上を周回移動させることにより電極長手方向に扁平
なアークプラズマを形成するものであり、複数段の電極
対の各々の電極間で発生するアーク発生点の位置が同一
時点では電極対ごとに電極端面の切口上で異なるように
したものであも作用 上記した本発明の手段によれば 対向する端面が極めて
扁平な管体の切口形状を有する対となった電極へ 対向
する電極面が同極となるように電極に磁界を与え 電極
間には直流電流によるアークを発生させているので、ア
ークは磁界によってフレミング左手の法則に従った力を
受はアークは電極の端面間を移動しようとすも 対向す
る電極に与えられた磁界は同極であるか収 両電極間を
貫通する磁束は存在せず、全ての磁束は端面の扁平な管
体形状の中から外へ向う方向に急激に曲り、直流電流が
作るアークと交差しアークに駆動力を与えも 扁平な管
体形状の電極端面において、アークは同一周回方向の駆
動力を受けるの玄 アークは電極端面の扁平な管体の切
口の形状に沿って周回移動すも このアークの周回移動
速度は非常に速いので、アークにプラズマ作動ガスを供
給すると高温のアークプラズマは幅の広いシート状とな
って発生する。そのシート状の高温アークプラズマに製
膜材料として粉末またはＣＶＤ用ガスを供給すると、溶
射またはＣＶＤによる製膜は幅の広いものとなり、大面
積の製膜を製膜装置または母材の一回の走行で行うこと
ができも 実施例 第１図は本発明の第１の実施例におけるアークプラズマ
発生法および製膜装置を具体化する構成を示す縦断面図
であム １４はプラズマ作動ガスであり、 １５はこの
ガスの導入経路であり、その下方には一対の電極１６お
よび電極１７がある所定間隙ｇを挟んで対向していも
電極１６と電極１７は第２図に示す第１図におけるＡ−
Ａ線断面図が示すように電極の端面は第１図の奥行き方
向（以下奥行方向とは全て第１図における奥行方向をい
う）に長い極めて扁平な管体の切口の形状であも また
画電極の周囲には電極内に磁界を発生させる励磁コイル
１８と１９がその周囲に設けられていも さらにまたこ
電極１６と１７の下部には次の段の電極２０と２１が絶
縁体２２を介し電極１６と１７と同様にその周囲に磁界
発生用の励磁コイル２３と２４が設けられて配置されて
いも 電極２０と２１の端面の形状は電極１６と１７の
同じであも さらにその下部には熱プラズマの噴出口２
５が設けられており、その側面には溶射材料としての粉
末またはＣＶＤ原料としてのガスをキャリアガス２６に
のせてプラズマ中に供給する供給ボート２７が設けられ
ていも また電極１６と１７および電極２０と２１は各
々が直流電源２８または２９に接続されており、アーク
発生のための電力が供給されていも また励磁コイル１
８と１９および２３と２４には励磁電流が供給されてい
る。また対向する電極間で形成される間隙ｇの領域３０
は下面から見ればスリットの形状をしていも 以上のように構成されたこの実施例のアークプラズマ発
生法および製膜装置について、以下その動作を説明すも まず各々の対向する電極１６と１７のどちらかと電極２
０と２１のどちらかを陰極および陽極とし 別設または
直流電源に内蔵されたパルス電流発生機等によって電極
間の空隙ｇにアークを発生させ、引続いて電源２８およ
び２９から低電圧で高電流の電力を供給しアーク３１お
よび３２を安定に維持すム その後電極１６と１７に設
けた励磁コイル１８と１９および電極２０と２１に設け
た励磁コイル２３と２４に通電し 各々の電極に磁界を
発生させも このとき磁界は対向する両電極端面でそれ
ぞれ同極となるようにすると、磁束が扁平な管体形状の
電極の中から外方に向き、アーク電流の向きと直交する
磁束の成分が発生するた八 フレミングの左手法則によ
ってアークに駆動力が加わり、アークはエンドレスな極
めて扁平な管体の切口形状の両電極端面を第２図の一点
鎖線３３と３４で示すように高速で周回移動するアーク
となａ この時アークの周回駆動力は次式によって表さ
れ 磁束密嵐 アーク電え アーク長の積に比例すム ＦＯＣＢＸＩＸＬ ここて Ｆは駆動力 Ｂは磁束密ヱ ■はアーク電え
Ｌはアーク長であム 上式よりアーク周回駆動力を高めるためにアーク電力
アーク長を大きくすることもできる力（本発明ではでき
るだけ低電流でかつアーク発生空間をスリット状にする
ためく 磁束密度を高める方がよし兎 な耘 第２図に
おいて１５ａはガス導入経路に続（ノズ）ｔ、、２７は
第１図と同じく製膜用材料粉末またはガスの供給ボート
であａこのようにして対向する電極で形成される領域３
０に発生したアーク領域に上部のプラズマ作動ガス１４
を導入経路１５より供給すム この時プラズマ作動ガス
としてはアルゴン、窒魚 水魚ヘリウム等が用いられも
アーク中に供給されたプラズマ作動ガスが高温に加熱
されてプラズマ状態になるとともに熱ピンチ効果によっ
て電流密塞エネルギー密度が上昇し超高温のアークプラ
ズマ３５となり、噴出口２５より高速度で噴出すもこの
時装置下部に設けた粉末あるいはガス供給ボート２７よ
り、溶射の場合には今風 セラミック等の溶射材料をア
ークプラズマ内に供給すると、それらが加熱され溶融し
高速度のプラズマジェットに乗って母材３６に衝突し
扁平化され所望の皮膜３７を形成すも さらにアークプ
ラズマＣｖＤの場合に（よ この供給ボート２７より原
料ガスを熱プラズマ内に供給することにより、熱プラズ
マの高温状態での非平衡過程を利用したＣＶＤが可能と
なム 本発明では対向するアーク発生電極を複数段設けていも
各々の段で発生しているアーク３８および３９の位置
を第２図に示すように同一時点では電極対ごとにアーク
の周回経路の異なる点にずらすように設定していも そ
れは 対向する電極対の間隔を周回経路の一ケ所だけ間
隙を狭くする等により起動時に最初にアークが発生する
点をずらすことによって実現できも 各々の段でのアー
クは基本的にはかなりの高速で扁平な管体の切口形状の
エンドレス電極端面を周回しているパ ある時間での電
極奥行き長手方向での熱プラズマの温度分布は第３図に
示すようになっていも すなわち第３図において、Ｘ軸
は奥行き長手方向の位置を示し 縦軸はその温度を示し
第２図の各々の電極で発生するアーク発生状況に対応
していもすなわち電極１６および１７間で発生している
移動アーク３８のその瞬間での奥行き方向のプラズマ温
度分布は第３図の曲線ａのようになり、当然アーク発生
点でピークとなっていも また次段の電極２０および２
１間で発生している移動アーク３９のその瞬間での奥行
き方向のプラズマ温度分布は第３図の曲線すに示すよう
になっていも したがって、第１図の噴出口では全体の
プラズマ温度分布が第３図の曲線Ｃに示すような奥行き
方向にほぼ平坦な分布となり、粉末あるいはガスを供給
する供給口２７から供給される粉末あるいはガスがアー
クの移動方向 すなわち奥行き方向で均一に加熱され
シート状のアークプラズマを発生するととも番ミ シー
ト状の製膜が可能となａまたこの隊 上記方法はアーク
を発生させる電極に供給する電流電圧を複数の電極の対
で同じにし かつアーク駆動用の磁界強度が同じ場合で
あり、アークの初期発生点をずらしたり、励磁コイルへ
の電流印加を時間的にずらしたりしている力（次のよう
な方法でも同様の効果をもたらすことが可能となるもの
であも すなわち複数段での電極でのアーク移動速度をそれぞれ
異なるようにする方法であり、その手段としては前述し
たアーク移動速度を決定するパラメータのどれかを各々
の電極対で異なるようにさせることにより、時間的にア
ーク発生点位置をずらすことと同様の効果をもたらすこ
とができも以上のように本発明によるアークプラズマ発
生法および製膜装置によれζ瓜 アークプラズマとして
奥行き方向に所定幅を有したシート状の形状とすること
が可能で、母板幅に対応した幅での製膜が可能となム
また本発明ではアーク発生電極を複数段とし さらに各
々のアーク発生位置を時間的にずらしているためにプラ
ズマ噴出口でのプラズマ温度分布が均一になり、奥行き
幅方向に均一な製膜が可能となａ また従来母板あるい
はトーチを走査させながら製膜していたものを、−回の
走行で基板幅方向全体にわたって製膜できるものであり
、さらに従来例におけるトーチ半径方向での粒子の速度
分布 温度分布の変化を小さくすることもでき、製膜時
に膜厚むらが発生しにくいという特徴を有した製膜が可
能となム 第４図は本発明の第２の実施例を示したアークプラズマ
発生法および製膜装置を具体化する構成を示す縦断面図
である 基本的には第１図に示す構成と同様であり、プラズマ作
動ガス導入経路４０と、その下部には第１段目の一対の
アーク発生用電極４１と４２、第２段目のアーク発生用
電極４３と４４、第３段目のアーク発生用電極４５と４
６があり、電極端面の形状は第１図に示す実施例の場合
と同じであａ各々の電極には対向する端面で同極となる
ような磁界発生用励磁コイル４７、４８．４９、５０゜
５１および５２が設けられていａ 本発明で特徴的であ
るのＣｔ 第１段目の電極４１と４２、第２段目の電
極４３と４４、第３段目の電極４５と４６それぞれの下
部に製膜用の粉末材料あるいはガス供給用の供給口５３
、５４および５５が設けられていることで、第１段目下
部の供給口５３へζ友溶射の場合を例にとればより高融
点の材料を供給し 下段に行くほど低融点の材料を供給
するようにしたものであり、ＣＶＤ製膜の場合でも上段
の供給口ほど分解反応に高エネルギーが必要なガスを供
給するようにしたものであも また各電極で発生するア
ーク５６、５７および５８は第１図に示す実施例と同様
に電極端面形状に従って周回移動し かつ各段でその発
生点位置が時間的にずれてるようにしているものであム 以上のように構成されたこの実施例のアークプラズマ発
生法と製膜装置において、以下その動作を説明すも 基本的には第１の実施例と同様であり、第１段よ 第２
段目および第３段目の各々一対の電極４１と４２肌 電
極４３と４４皿 電極４５と４６間に第１の実施例と同
様の方法でアークを発生させるとともにアークを電極端
面形状に従って周回移動させも 同時に製膜用の材料を
電極の下部に設けた複数の供給口５３．５４および５５
よりプラズマ内に供給する力交 上段部より供給された
材料はプラズマ内の滞留時間が長く、さらく 第１段か
ら第３段までのアークエネルギーを受けも一方最下段よ
り供給された材料は上段のアークエネルギーの影響が小
さいので受けるエネルギーが小さｔ〜 皮膜として複合
材料あるいは化合物等を製膜する場合、単独成分材料を
その反応に必要なエネルギー塩 すなわちより高エネル
ギーの必要な材料は第１段目の電極４１と４２の下の供
給口５３く また低エネルギーでもよいものは第３段目
の電極４５と４６下の供給口５５へ またその中間材料
は第２段目の電ｔｉ！ｉ４３と４４の下の供給口５４に
供給し 各々のエネルギーレベルに合わせて材料を供給
することで最適の複合材料組成あるいは化合物の製膜が
可能となるものであも またこの時各々の電極で発生し
移動するアークは各々の発生点位置が時間的にずらされ
ているので、プラズマ噴出口５９では均一な温度分布と
なっており、また供給する製膜材料粉体またはガスも均
一速度分布になっており、膜厚分布も奥行き幅方向に均
一であも 本発明では第１の発明と同様へ 発生するアークプラズ
マがシート状になり、−度に大面積の製膜が可能で、さ
らに次のような効果をも有すもすなわち本発明ではアー
ク発生用の電極を複数段とし かつ製膜材料供給をそれ
ぞれ製膜に必要なエネルギーが得られるようＬ 各複
数段電極下部に設けた材料供給口に任意に供給すること
により、複合材料や複合化合物の製膜が均一に効率よく
行えるものであも なお本発明の実施例で４表 電極形状として扁平な管体
の切口形状のエンドレスの構成としている力交 この形
状に限るものでなく、アークが奥行長手方向に周回移動
できる構成の電極であればよいことは言うまでもなｌ、
Ｘｏ また電極段数 供給口段数に制限はない。
の機能膜をプラズマ溶射またはアークプラズマＣＶＤ等
で製膜する場合のアークプラズマ発生法および製膜装置
に関すム 従来の技術 従来より、溶射技術は例えば耐摩粍 耐絶縁膜等の製膜
手法として古くから利用され 燃焼ガスをその溶融手段
として使うガス溶射や電気エネルギーをその溶融エネル
ギーとして使う電気式溶射等に大きく分類される。さら
に電気式溶射ではアーク溶射やプラズマ溶射等が一般的
であり、特に最近では溶射皮膜の膜質等からプラズマ溶
射法が注目されていも 第５図はプラズマ溶射装置の従来例を示したものであａ
水冷された陰極ｌと水冷された陽極２の間に電源３に
よって電力を供給し直流アーク４を発生させ、後方から
送給するプラズマ作動ガス５をアーク４によって熱し
アークプラズマ６としてノズル７から噴出させも 溶射
材料は粉末で、キャリアガス８にのせてプラズマジェッ
トの中に吹き込み加熱溶融し かつ加速して母板９の表
面に高速で衝突させて皮膜を形成するものであムこの時
プラズマ作動ガスとしてはアルゴンや窒素あるいはこれ
らのガスにヘリウム 水素を加えている場合が多しも 発明が解決しようとする課題 しかし 従来このようなプラズマ溶射トーチにおいてｊ
！ 第５図に示すように陰極１と陽極２はその中心が
同軸上にあり、また噴出ロアの面積は出力によっても変
る力丈 最大で２〜３ｍｍ程度であり、特に電子デスプ
レイ等の大型大面積母板に対して、溶射あるいはアーク
プラズマＣＶＤによって皮膜を形成しようとすると、
トーチと母板９の距離を大きくして照射面積を拡大する
力＼ 第６図に示すように母板１０あるいはトーチ１１
を走査させなから製膜領域１２を形成していく必要があ
った 母板１０とトーチ１１間の距離を太き（すると、母板１
０に到達する溶融粒子の衝突速度が遅くなり、そのため
溶射皮膜としては気孔が多（凹凸の激しい皮膜となム
また第６図のように母板１０あるいはトーチ１１を走査
する方法では走査する限 特に図のＹ軸方向１３への移
動方向に膜厚むらが生じたり、走査装置が高価になるな
どの欠点を有していも また製膜に要す時間が長くなり
、量産には不向きである等の欠点を有してい九本発明は
このような点に鑑へ プラズマ溶射皮膜やアークプラズ
マＣＶＤ皮膜を母材またはトーチの１回の走行で大面積
の製膜ができるアークプラズマ発生法およびそれを用い
た製膜装置を提供することを目的とするものであも 課題を解決するための手段 上記目的を達成するために対向する極めて扁平な管体の
切口形状の端面を有する一対の電極間でアークを発生さ
せ、対向する電極面で同極となる磁界を発生させて前記
アークを磁気駆動により電極端面上の管体の扁平な切口
上を周回移動させ、アーク発生領域にプラズマ作動ガス
を供給するとともＥ、 前記の対向する電極を前記プ
ラズマ作動ガスの上流側から下流側に向って複数段設Ｃ
す、各々の対向する電極間でアークを電極端面の管体の
切口上を周回移動させることにより電極長手方向に扁平
なアークプラズマを形成するものであり、複数段の電極
対の各々の電極間で発生するアーク発生点の位置が同一
時点では電極対ごとに電極端面の切口上で異なるように
したものであも作用 上記した本発明の手段によれば 対向する端面が極めて
扁平な管体の切口形状を有する対となった電極へ 対向
する電極面が同極となるように電極に磁界を与え 電極
間には直流電流によるアークを発生させているので、ア
ークは磁界によってフレミング左手の法則に従った力を
受はアークは電極の端面間を移動しようとすも 対向す
る電極に与えられた磁界は同極であるか収 両電極間を
貫通する磁束は存在せず、全ての磁束は端面の扁平な管
体形状の中から外へ向う方向に急激に曲り、直流電流が
作るアークと交差しアークに駆動力を与えも 扁平な管
体形状の電極端面において、アークは同一周回方向の駆
動力を受けるの玄 アークは電極端面の扁平な管体の切
口の形状に沿って周回移動すも このアークの周回移動
速度は非常に速いので、アークにプラズマ作動ガスを供
給すると高温のアークプラズマは幅の広いシート状とな
って発生する。そのシート状の高温アークプラズマに製
膜材料として粉末またはＣＶＤ用ガスを供給すると、溶
射またはＣＶＤによる製膜は幅の広いものとなり、大面
積の製膜を製膜装置または母材の一回の走行で行うこと
ができも 実施例 第１図は本発明の第１の実施例におけるアークプラズマ
発生法および製膜装置を具体化する構成を示す縦断面図
であム １４はプラズマ作動ガスであり、 １５はこの
ガスの導入経路であり、その下方には一対の電極１６お
よび電極１７がある所定間隙ｇを挟んで対向していも
電極１６と電極１７は第２図に示す第１図におけるＡ−
Ａ線断面図が示すように電極の端面は第１図の奥行き方
向（以下奥行方向とは全て第１図における奥行方向をい
う）に長い極めて扁平な管体の切口の形状であも また
画電極の周囲には電極内に磁界を発生させる励磁コイル
１８と１９がその周囲に設けられていも さらにまたこ
電極１６と１７の下部には次の段の電極２０と２１が絶
縁体２２を介し電極１６と１７と同様にその周囲に磁界
発生用の励磁コイル２３と２４が設けられて配置されて
いも 電極２０と２１の端面の形状は電極１６と１７の
同じであも さらにその下部には熱プラズマの噴出口２
５が設けられており、その側面には溶射材料としての粉
末またはＣＶＤ原料としてのガスをキャリアガス２６に
のせてプラズマ中に供給する供給ボート２７が設けられ
ていも また電極１６と１７および電極２０と２１は各
々が直流電源２８または２９に接続されており、アーク
発生のための電力が供給されていも また励磁コイル１
８と１９および２３と２４には励磁電流が供給されてい
る。また対向する電極間で形成される間隙ｇの領域３０
は下面から見ればスリットの形状をしていも 以上のように構成されたこの実施例のアークプラズマ発
生法および製膜装置について、以下その動作を説明すも まず各々の対向する電極１６と１７のどちらかと電極２
０と２１のどちらかを陰極および陽極とし 別設または
直流電源に内蔵されたパルス電流発生機等によって電極
間の空隙ｇにアークを発生させ、引続いて電源２８およ
び２９から低電圧で高電流の電力を供給しアーク３１お
よび３２を安定に維持すム その後電極１６と１７に設
けた励磁コイル１８と１９および電極２０と２１に設け
た励磁コイル２３と２４に通電し 各々の電極に磁界を
発生させも このとき磁界は対向する両電極端面でそれ
ぞれ同極となるようにすると、磁束が扁平な管体形状の
電極の中から外方に向き、アーク電流の向きと直交する
磁束の成分が発生するた八 フレミングの左手法則によ
ってアークに駆動力が加わり、アークはエンドレスな極
めて扁平な管体の切口形状の両電極端面を第２図の一点
鎖線３３と３４で示すように高速で周回移動するアーク
となａ この時アークの周回駆動力は次式によって表さ
れ 磁束密嵐 アーク電え アーク長の積に比例すム ＦＯＣＢＸＩＸＬ ここて Ｆは駆動力 Ｂは磁束密ヱ ■はアーク電え
Ｌはアーク長であム 上式よりアーク周回駆動力を高めるためにアーク電力
アーク長を大きくすることもできる力（本発明ではでき
るだけ低電流でかつアーク発生空間をスリット状にする
ためく 磁束密度を高める方がよし兎 な耘 第２図に
おいて１５ａはガス導入経路に続（ノズ）ｔ、、２７は
第１図と同じく製膜用材料粉末またはガスの供給ボート
であａこのようにして対向する電極で形成される領域３
０に発生したアーク領域に上部のプラズマ作動ガス１４
を導入経路１５より供給すム この時プラズマ作動ガス
としてはアルゴン、窒魚 水魚ヘリウム等が用いられも
アーク中に供給されたプラズマ作動ガスが高温に加熱
されてプラズマ状態になるとともに熱ピンチ効果によっ
て電流密塞エネルギー密度が上昇し超高温のアークプラ
ズマ３５となり、噴出口２５より高速度で噴出すもこの
時装置下部に設けた粉末あるいはガス供給ボート２７よ
り、溶射の場合には今風 セラミック等の溶射材料をア
ークプラズマ内に供給すると、それらが加熱され溶融し
高速度のプラズマジェットに乗って母材３６に衝突し
扁平化され所望の皮膜３７を形成すも さらにアークプ
ラズマＣｖＤの場合に（よ この供給ボート２７より原
料ガスを熱プラズマ内に供給することにより、熱プラズ
マの高温状態での非平衡過程を利用したＣＶＤが可能と
なム 本発明では対向するアーク発生電極を複数段設けていも
各々の段で発生しているアーク３８および３９の位置
を第２図に示すように同一時点では電極対ごとにアーク
の周回経路の異なる点にずらすように設定していも そ
れは 対向する電極対の間隔を周回経路の一ケ所だけ間
隙を狭くする等により起動時に最初にアークが発生する
点をずらすことによって実現できも 各々の段でのアー
クは基本的にはかなりの高速で扁平な管体の切口形状の
エンドレス電極端面を周回しているパ ある時間での電
極奥行き長手方向での熱プラズマの温度分布は第３図に
示すようになっていも すなわち第３図において、Ｘ軸
は奥行き長手方向の位置を示し 縦軸はその温度を示し
第２図の各々の電極で発生するアーク発生状況に対応
していもすなわち電極１６および１７間で発生している
移動アーク３８のその瞬間での奥行き方向のプラズマ温
度分布は第３図の曲線ａのようになり、当然アーク発生
点でピークとなっていも また次段の電極２０および２
１間で発生している移動アーク３９のその瞬間での奥行
き方向のプラズマ温度分布は第３図の曲線すに示すよう
になっていも したがって、第１図の噴出口では全体の
プラズマ温度分布が第３図の曲線Ｃに示すような奥行き
方向にほぼ平坦な分布となり、粉末あるいはガスを供給
する供給口２７から供給される粉末あるいはガスがアー
クの移動方向 すなわち奥行き方向で均一に加熱され
シート状のアークプラズマを発生するととも番ミ シー
ト状の製膜が可能となａまたこの隊 上記方法はアーク
を発生させる電極に供給する電流電圧を複数の電極の対
で同じにし かつアーク駆動用の磁界強度が同じ場合で
あり、アークの初期発生点をずらしたり、励磁コイルへ
の電流印加を時間的にずらしたりしている力（次のよう
な方法でも同様の効果をもたらすことが可能となるもの
であも すなわち複数段での電極でのアーク移動速度をそれぞれ
異なるようにする方法であり、その手段としては前述し
たアーク移動速度を決定するパラメータのどれかを各々
の電極対で異なるようにさせることにより、時間的にア
ーク発生点位置をずらすことと同様の効果をもたらすこ
とができも以上のように本発明によるアークプラズマ発
生法および製膜装置によれζ瓜 アークプラズマとして
奥行き方向に所定幅を有したシート状の形状とすること
が可能で、母板幅に対応した幅での製膜が可能となム
また本発明ではアーク発生電極を複数段とし さらに各
々のアーク発生位置を時間的にずらしているためにプラ
ズマ噴出口でのプラズマ温度分布が均一になり、奥行き
幅方向に均一な製膜が可能となａ また従来母板あるい
はトーチを走査させながら製膜していたものを、−回の
走行で基板幅方向全体にわたって製膜できるものであり
、さらに従来例におけるトーチ半径方向での粒子の速度
分布 温度分布の変化を小さくすることもでき、製膜時
に膜厚むらが発生しにくいという特徴を有した製膜が可
能となム 第４図は本発明の第２の実施例を示したアークプラズマ
発生法および製膜装置を具体化する構成を示す縦断面図
である 基本的には第１図に示す構成と同様であり、プラズマ作
動ガス導入経路４０と、その下部には第１段目の一対の
アーク発生用電極４１と４２、第２段目のアーク発生用
電極４３と４４、第３段目のアーク発生用電極４５と４
６があり、電極端面の形状は第１図に示す実施例の場合
と同じであａ各々の電極には対向する端面で同極となる
ような磁界発生用励磁コイル４７、４８．４９、５０゜
５１および５２が設けられていａ 本発明で特徴的であ
るのＣｔ 第１段目の電極４１と４２、第２段目の電
極４３と４４、第３段目の電極４５と４６それぞれの下
部に製膜用の粉末材料あるいはガス供給用の供給口５３
、５４および５５が設けられていることで、第１段目下
部の供給口５３へζ友溶射の場合を例にとればより高融
点の材料を供給し 下段に行くほど低融点の材料を供給
するようにしたものであり、ＣＶＤ製膜の場合でも上段
の供給口ほど分解反応に高エネルギーが必要なガスを供
給するようにしたものであも また各電極で発生するア
ーク５６、５７および５８は第１図に示す実施例と同様
に電極端面形状に従って周回移動し かつ各段でその発
生点位置が時間的にずれてるようにしているものであム 以上のように構成されたこの実施例のアークプラズマ発
生法と製膜装置において、以下その動作を説明すも 基本的には第１の実施例と同様であり、第１段よ 第２
段目および第３段目の各々一対の電極４１と４２肌 電
極４３と４４皿 電極４５と４６間に第１の実施例と同
様の方法でアークを発生させるとともにアークを電極端
面形状に従って周回移動させも 同時に製膜用の材料を
電極の下部に設けた複数の供給口５３．５４および５５
よりプラズマ内に供給する力交 上段部より供給された
材料はプラズマ内の滞留時間が長く、さらく 第１段か
ら第３段までのアークエネルギーを受けも一方最下段よ
り供給された材料は上段のアークエネルギーの影響が小
さいので受けるエネルギーが小さｔ〜 皮膜として複合
材料あるいは化合物等を製膜する場合、単独成分材料を
その反応に必要なエネルギー塩 すなわちより高エネル
ギーの必要な材料は第１段目の電極４１と４２の下の供
給口５３く また低エネルギーでもよいものは第３段目
の電極４５と４６下の供給口５５へ またその中間材料
は第２段目の電ｔｉ！ｉ４３と４４の下の供給口５４に
供給し 各々のエネルギーレベルに合わせて材料を供給
することで最適の複合材料組成あるいは化合物の製膜が
可能となるものであも またこの時各々の電極で発生し
移動するアークは各々の発生点位置が時間的にずらされ
ているので、プラズマ噴出口５９では均一な温度分布と
なっており、また供給する製膜材料粉体またはガスも均
一速度分布になっており、膜厚分布も奥行き幅方向に均
一であも 本発明では第１の発明と同様へ 発生するアークプラズ
マがシート状になり、−度に大面積の製膜が可能で、さ
らに次のような効果をも有すもすなわち本発明ではアー
ク発生用の電極を複数段とし かつ製膜材料供給をそれ
ぞれ製膜に必要なエネルギーが得られるようＬ 各複
数段電極下部に設けた材料供給口に任意に供給すること
により、複合材料や複合化合物の製膜が均一に効率よく
行えるものであも なお本発明の実施例で４表 電極形状として扁平な管体
の切口形状のエンドレスの構成としている力交 この形
状に限るものでなく、アークが奥行長手方向に周回移動
できる構成の電極であればよいことは言うまでもなｌ、
Ｘｏ また電極段数 供給口段数に制限はない。
発明の効果
以上の説明から明らかなように本発明の方法によれば
均一で幅の広いアークプラズマが得られるので、加熱溶
敵 反応が極めて均一なプラズマ溶射製膜および熱プラ
ズマＣＶＤ製膜を、製膜装置または母板の一回の走行で
、大面積で行うことが可能で、極めて生産性にすぐれた
方法および装置を提供することができも また 材料粉末またはガスの供給口を複数段に有する第
２の実施例によれば 複合材料や複合化合物９製膜が最
適のエネルギー供給により均一に効率よく行うことがで
きも
均一で幅の広いアークプラズマが得られるので、加熱溶
敵 反応が極めて均一なプラズマ溶射製膜および熱プラ
ズマＣＶＤ製膜を、製膜装置または母板の一回の走行で
、大面積で行うことが可能で、極めて生産性にすぐれた
方法および装置を提供することができも また 材料粉末またはガスの供給口を複数段に有する第
２の実施例によれば 複合材料や複合化合物９製膜が最
適のエネルギー供給により均一に効率よく行うことがで
きも
第１図は本発明のアークプラズマ発生法および製膜装置
の第１の実施例を具体化する構成を示す縦断回文 第２
図は第１図のＡ／Ａ’線による断回文 第３図は製膜装
置の第１の実施例における電極の長平方向における温度
分布医 第４図は本発明のアークプラズマ発生法および
製膜装置の他の実施例を具体化する構成を示す縦断回文
第５図は従来のアークプラズマ発生法および製膜装置
の一例を具体化する構成を示す縦断置皿 第６図は同じ
く他の例の斜視図であも １４・・・・プラズマ作動ガ入 １６． １７． ２０
゜２１・・・・電極 １８． １９． ２３． ２４・
・・・励磁コイノに２８，２９・・・・直流電＠、３１
．３２・・・・アー久 ３５・・・・アークプラズマ。 代理人の氏名 弁理士 小鍜治 明 ほか２名搗 ２！
／１ １１３図 第 ４ 図 第５図 第６図
の第１の実施例を具体化する構成を示す縦断回文 第２
図は第１図のＡ／Ａ’線による断回文 第３図は製膜装
置の第１の実施例における電極の長平方向における温度
分布医 第４図は本発明のアークプラズマ発生法および
製膜装置の他の実施例を具体化する構成を示す縦断回文
第５図は従来のアークプラズマ発生法および製膜装置
の一例を具体化する構成を示す縦断置皿 第６図は同じ
く他の例の斜視図であも １４・・・・プラズマ作動ガ入 １６． １７． ２０
゜２１・・・・電極 １８． １９． ２３． ２４・
・・・励磁コイノに２８，２９・・・・直流電＠、３１
．３２・・・・アー久 ３５・・・・アークプラズマ。 代理人の氏名 弁理士 小鍜治 明 ほか２名搗 ２！
／１ １１３図 第 ４ 図 第５図 第６図
Claims (6)
- （１）対向する極めて扁平な管体切口形状の端面を有す
る一対の電極間でアークを発生させ、対向する電極面で
同極となる磁界を発生させて前記アークを磁気駆動によ
り電極端面上の扁平な管体の切口上を周回移動させ、ア
ーク発生領域にプラズマ作動ガスを供給するとともに、
前記の対向する電極を前記プラズマ作動ガスの上流側か
ら下流側に複数段設け、各々の対向する電極間でアーク
を電極端面の管体の切口上を周回移動させることにより
電極長手方向に扁平なアークプラズマを形成するアーク
プラズマ発生法。 - （２）複数段の対向する電極間で発生するアークのアー
ク発生点の位置が同一時点では電極対ごとに電極端面の
切口上で異なることを特徴とする請求項１記載のアーク
プラズマ発生法。 - （３）複数段の各々の対向電極に供給する電流または各
々の対向電極に印加する磁界強度が各一対の電極毎に異
なることを特徴とする請求項１記載のアークプラズマ発
生法。 - （４）間隙を有して対向し端面が極めて扁平な管体の切
口形状を有する一対の陰極および陽極よりなる電極とそ
の電極の対向する端面が同極となる磁界を発生させる電
極周囲に設けた励磁コイルとからなる上下に配置された
複数段のアーク発生手段と、前記各々の電極に直流電力
を供給する電極対と同数の直流電源と、前記間隙にプラ
ズマ作動ガスを供給する前記上段アーク発生手段の上部
に設けたプラズマ作動ガス供給経路と、下段アーク発生
手段の下部にアークプラズマ中に製膜用の材料粉末また
はガスを供給する供給口とを具備したことを特徴とする
製膜装置。 - （５）間隙を有して対向し端面が極めて扁平な管体の切
口形状を有する一対の陰極および陽極よりなる電極とそ
の電極の対向する端面が同極となる磁界を発生させる電
極周囲に設けた励磁コイルとからなる上下に配置された
複数段のアーク発生手段と、前記各々の電極に直流電流
を供給する電極対と同数の直流電源と、前記間隙にプラ
ズマ作動ガスを供給する前記上段アーク発生手段の上部
に設けたプラズマ作動ガス供給経路と、各々のアーク発
生手段ごとにその下にアークプラズマ中に製膜用の材料
粉末またはガスを供給する供給口とを具備したことを特
徴とする製膜装置。 - （６）製膜に高エネルギーの必要な材料を上段の供給口
に供給し、製膜に必要なエネルギーがより小さい材料ほ
ど下段の供給口に供給し、皮膜として複合材料または化
合物の皮膜を製膜することを特徴とする請求項５記載の
製膜装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2295721A JPH04168260A (ja) | 1990-10-31 | 1990-10-31 | アークプラズマ発生法および製膜装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2295721A JPH04168260A (ja) | 1990-10-31 | 1990-10-31 | アークプラズマ発生法および製膜装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04168260A true JPH04168260A (ja) | 1992-06-16 |
Family
ID=17824305
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2295721A Pending JPH04168260A (ja) | 1990-10-31 | 1990-10-31 | アークプラズマ発生法および製膜装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04168260A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013098018A (ja) * | 2011-11-01 | 2013-05-20 | Nagano Japan Radio Co | プラズマ処理装置 |
-
1990
- 1990-10-31 JP JP2295721A patent/JPH04168260A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013098018A (ja) * | 2011-11-01 | 2013-05-20 | Nagano Japan Radio Co | プラズマ処理装置 |
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