JPH0688044U - プラズマ発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 アーク放電が安定して発生し、かつ、カソー
ドの消耗が少ないプラズマ発生装置を提供する。 【構成】 動作ガスが導入される筒体２の下流側に環状
の陰極３を有するカソード１を設け、カソード１の下流
側にカソード１との間で初期放電を発生させるための環
状のアノード７ｂ、８ｂを設け、アノード８ｂの下流側
にカソード１との間でアーク放電によるプラズマを発生
させるための対向電極１２を設けたプラズマ発生装置に
おいて、筒体２内の動作ガスの圧力を高めるべくアノー
ド７ｂ、８ｂの穴径を小さくしたことを特徴としてい
る。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、プラズマ発生装置に関し、特にアーク放電を利用したプラズマ発生 装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

プラズマ発生装置を用いて被加工物にＣＶＤ、ＰＶＤ、イオン窒化等の表面処 理を施すことが行われている。

【０００３】 図３は従来のプラズマ発生装置の概念図である。

【０００４】 同図において、１は、動作ガスが導入される筒体２の下流側に環状の陰極３が 設けられたカソードである。カソード１内にはフィラメント４が内蔵され、フィ ラメント４は加熱用交流電源５に接続されている。カソード１は筐体６内の上流 側に設けられており、筐体６の下流側にはカソード１との間で初期放電を発生さ せるための環状のアノード７ａ、８ａが環状の絶縁体９、１０ａを介して設けら れている。フィラメント４およびカソード１は直流高圧電源１１の陰極に接続さ れ、アノード７ａ、８ａは抵抗器Ｒ₁ 、Ｒ₂ を介して直流高圧電源１１の陽極に 接続されている。これらカソード１、アノード７ａ、８ａおよび直流高圧電源１ １でプラズマ銃が形成されている。

【０００５】 プラズマ銃のアノード８ａの下流側には図示しない処理室（チャンバ）が設け られている。チャンバ内にはカソード１との間でアーク放電によるプラズマを発 生させるための対向電極１２が配置されている。

【０００６】 プラズマ発生装置は、フィラメント４とアノード７ａ、８ａとの間でアーク放 電（初期放電）を発生させると共に、フィラメント４の熱で陰極３を加熱して熱 電子を放出させ、熱電子の供給が十分となった時にフィラメント４の発熱を停止 し、陰極３のみでプラズマを発生させ、対向電極１２上に取り付けられた被加工 物の表面処理を行うようになっている。

【０００７】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、図３に示したプラズマ発生装置は、アーク放電の発生が不安定 であり、安定したプラズマを発生させるのが容易ではなく、しかもカソードが消 耗しやすいという問題点がある。

【０００８】 そこで、本考案の目的は、上記課題を解決し、アーク放電が安定して発生し、 かつ、カソードの消耗が少ないプラズマ発生装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するために本考案は、動作ガスが導入される筒体の下流側に環 状の陰極を有するカソードを設け、カソードの下流側にカソードとの間で初期放 電を発生させるための環状のアノードを設け、アノードの下流側にカソードとの 間でアーク放電によるプラズマを発生させるための対向電極を設けたプラズマ発 生装置において、筒体内の動作ガスの圧力を高めるべくアノードの穴径を小さく したものである。

【００１０】 また、本考案は、動作ガスが導入される筒体の下流側に環状の陰極を有するカ ソードを設け、カソードの下流側にカソードとの間で初期放電を発生させるため の環状のアノードを設け、アノードの下流側にカソードとの間でアーク放電によ るプラズマを発生させるための対向電極を設けたプラズマ発生装置において、ア ノードとカソードとの間に環状の浮遊電極を設けると共に浮遊電極の穴径をアノ ードの穴径より小さくしたものである。

【００１１】

【作用】

上記構成によれば、アノードまたは浮遊電極の穴径を小さくしたので、カソー ドおよびアノード間またはカソードおよび浮遊電極間における動作ガスの圧力が 高くなる。動作ガスの圧力が高いとアーク放電は安定に発生するので、カソード 、アノード間のアーク放電すなわち初期放電が安定に発生し、初期放電が発生し てからカソード、対向電極間のアーク放電への移行時間が短くなる。従って短時 間でアーク放電が安定状態となり、安定したプラズマを得ることができる。この ため、カソードへの着火時の放電による衝撃が減少し、カソードの消耗が抑制さ れる。

【００１２】

【実施例】

以下、本考案の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。

【００１３】 図１は本考案のプラズマ発生装置の一実施例の概念図である。尚、従来例と共 通の部材には共通の符号を用いた。

【００１４】 同図において、１は、Ａｒガス等の動作ガスが導入される筒体２の下流側に環 状の陰極３が設けられたカソードである。陰極３には例えばＬａＢ₆ （六硼化ラ ンタン）ディスクが用いられる。カソード１にはフィラメント４が内蔵されてお り、外部に配置された加熱用交流電源５に接続されている。加熱用交流電源５は 例えばプラズマ発生装置の起動時にはタイマ等により所定の時間だけ作動してフ ィラメント４を加熱するようになっている。

【００１５】 カソード１は筐体６内の上流側に絶縁体（図示せず）を介して設けられており 、筐体６の下流側には銅からなる複数（図では２枚）の環状のアノード７ｂ、８ ｂが環状の絶縁体９、１０ｂを介して設けられている。アノード７ｂ、８ｂの穴 径ｄ₁ は図３に示したプラズマ発生装置のアノード７ａ、８ａの穴径ｄ₂ と比較 して小さく形成されている。

【００１６】 フィラメント４およびカソード１は、外部に配置された直流高圧電源１１の陰 極に接続されており、アノード７ｂ、８ｂは抵抗器Ｒ₁ 、Ｒ₂ を介して直流高圧 電源１１の陽極に接続されている。これらカソード１、アノード７ｂ、８ｂおよ び直流高圧電源１１でプラズマ銃が形成されている。

【００１７】 プラズマ銃のアノード８ｂの下流側には図示しない処理室（チャンバ）が設け られており、チャンバ内にはカソード１との間でアーク放電によるプラズマを発 生させるための対向電極１２が配置されている。対向電極１２は直流高圧電源１ １の陽極に接続されている。対向電極１２上には表面処理が行われるべく被加工 物が取り付けられるようになっている。

【００１８】 次に実施例の作用を述べる。

【００１９】 起動時にはカソード１内に動作ガスが導入され、加熱用交流電源５からフィラ メント４に電流が供給され、直流高圧電源１１からカソード１、アノード７ｂ、 ８ｂおよび対向電極１２間に印加される。フィラメント４が加熱されフィラメン ト４とアノード７ｂ、８ｂとの間でアーク放電（初期放電）が発生し、この熱で ＬａＢ₆ ディスク３を加熱して熱電子を放出させ、熱電子電流の供給が十分とな った時に加熱用交流電源５からフィラメント４への電流の供給が停止してフィラ メント４の発熱が停止し、ＬａＢ₆ ディスク３及び対向電極１２間のアーク放電 に移行し、このＬａＢ₆ ディスク３のみでプラズマが発生する。

【００２０】 このときアノード７ｂ、８ｂの穴径ｄ₁ が従来のものより小さくなっているの で、筐体６内の動作ガスの圧力が高くなり、フィラメント４、アノード７ｂ、８ ｂ間のアーク放電（初期放電）が安定に発生し、初期放電が発生してからＬａＢ ₆ ディスク３、対向電極１２間のアーク放電へ移行するまでの時間が短縮される 。従って短時間で安定状態となり、安定したプラズマを得ることができる。また 、カソード１への着火時の放電による衝撃が減少し、カソード１の消耗が抑制さ れる。さらに、筐体６内の圧力がチャンバ内の圧力より高いため、動作ガスの逆 流が防止される。尚、本実施例ではアノード７ｂ、８ｂの数が２枚の場合で説明 したが、これに限定されるものではなく１枚であっても３枚以上であってもよい が、穴径が小さく形成されているのはいうまでもない。

【００２１】 図２は本考案のプラズマ発生装置の他の実施例の概念図である。

【００２２】 図１に示したプラズマ発生装置との相違点は、カソードとアノードとの間に環 状の絶縁体を介して環状の浮遊電極を設けると共に、この浮遊電極の穴径をアノ ードの穴径より小さくした点である。

【００２３】 同図において、銅からなる環状の浮遊電極１３の穴径ｄ₃ をアノード８ｃの内 径ｄ₂ より小さくしたことにより、筐体６内の動作ガスの圧力が高くなり、しか も動作ガスの逆流が防止される。従って前述と同様に、初期放電が発生してから ＬａＢ₆ ディスク３、対向電極１２間のアーク放電へ移行するまでの時間が短縮 され、カソード１の消耗が軽減される。また、浮遊電極１３がカソード１、対向 電極１２間のアーク放電路を狭めるので、アノード８ｃが浮遊電極１３の陰にな り消耗も軽減される。

【００２４】 以上において本実施例によれば、アノードまたは浮遊電極の穴径を小さくした ので、筐体内の動作ガスの圧力が高くなり、アーク放電が安定に発生するため、 カソード、アノード間のアーク放電すなわち初期放電が安定に発生し、初期放電 が発生してからカソード、対向電極間のアーク放電への移行時間が短くなる。従 って短時間でアーク放電が安定状態となり、安定したプラズマを得ることができ る。このため、カソードへの着火時の放電による衝撃が減少し、カソードの消耗 が抑制される。

【００２５】 また、本実施例では加熱用電源は起動時にタイマにより所定の時間だけ作動す るようにした場合で説明したが、これに限定されるものではなく、温度センサを 用いて陰極の温度が所定の温度になったときに停止するように構成してもよい。 さらに、フィラメントの加熱に加熱用交流電源を用いたが、これに限定されるも のではなく直流電源を用いてもよい。

【００２６】

【考案の効果】

以上要するに本考案によれば、次のような優れた効果を発揮する。

【００２７】 筒体内の動作ガスの圧力を高めるべくアノードまたは浮遊電極の穴径を小さく したので、アーク放電が安定して発生し、かつ、カソードの消耗が少ないプラズ マ発生装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案のプラズマ発生装置の一実施例の概念図
である。

【図２】本考案のプラズマ発生装置の他の実施例の概念
図である。

【図３】従来のプラズマ発生装置の概念図である。

【符号の説明】

１ カソード ２ 筒体 ３ 陰極（ＬａＢ₆ ディスク） ７ｂ、８ｂ アノード １２ 対向電極

フロントページの続き (72)考案者 ▲桑▼原 一 東京都江東区豊洲三丁目１番15号 石川島 播磨重工業株式会社東二テクニカルセンタ ー内 (72)考案者 川崎 義則 東京都江東区豊洲三丁目１番15号 石川島 播磨重工業株式会社東二テクニカルセンタ ー内 (72)考案者 白川 忠秀 東京都江東区豊洲三丁目１番15号 石川島 播磨重工業株式会社東二テクニカルセンタ ー内 (72)考案者 瓦谷 立身 東京都江東区豊洲三丁目１番15号 石川島 播磨重工業株式会社東二テクニカルセンタ ー内

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 動作ガスが導入される筒体の下流側に環
   状の陰極を有するカソードを設け、該カソードの下流側
   に該カソードとの間で初期放電を発生させるための環状
   のアノードを設け、該アノードの下流側に前記カソード
   との間でアーク放電によるプラズマを発生させるための
   対向電極を設けたプラズマ発生装置において、筒体内の
   動作ガスの圧力を高めるべく、前記アノードの穴径を小
   さくしたことを特徴とするプラズマ発生装置。
2. 【請求項２】 動作ガスが導入される筒体の下流側に環
   状の陰極を有するカソードを設け、該カソードの下流側
   に該カソードとの間で初期放電を発生させるための環状
   のアノードを設け、該アノードの下流側に前記カソード
   との間でアーク放電によるプラズマを発生させるための
   対向電極を設けたプラズマ発生装置において、前記アノ
   ードと前記カソードとの間に環状の浮遊電極を設けると
   共に該浮遊電極の穴径を前記アノードの穴径より小さく
   したことを特徴とするプラズマ発生装置。