JPH075245U - プラズマ発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 初期放電が容易に発生し、しかも製造が容易
なプラズマ発生装置を提供する。 【構成】 作動ガスＧ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７、１１を設け、アノード７、１１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
発生させるためのターゲット９を設けたプラズマ発生装
置において、アノード１１のカソード側を凸形状に形成
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てプラズマを発 生させる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、作動ガスＧが導入される筒体２の下流側に環状のＬａＢ ₆ （六硼化ランタン）ディスク３が設けられたカソードである。カソード１内に はＷ（タングステン）からなるＷフィラメント４が内蔵され、このＷフィラメン ト４は発熱用電源５に接続されている。カソード１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金属からなる環状のアノード６、７が対向して 設けられている。Ｗフィラメント４およびカソード１は直流高圧電源８の陰極に 接続され、アノード６、７は抵抗器Ｒ₁ 、Ｒ₂ を介して直流高圧電源８の陽極に それぞれ接続されている。主にこれらカソード１、Ｗフィラメント４、発熱用電 源５、アノード６、７、直流高圧電源８および抵抗器Ｒ₁ 、Ｒ₂ でプラズマ銃が 形成されている。

【０００５】 プラズマ銃の下流側には差動排気される図示しない処理室（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 生させるためのターゲット９が設けられている。

【０００６】 このプラズマ発生装置は、Ｗフィラメント４とアノード６、７との間でアーク 放電（初期放電）を発生させると共に、Ｗフィラメント４の熱でＬａＢ₆ ディス ク３を加熱して熱電子を放出させ、熱電子の供給が十分となった時にＷフィラメ ント４の発熱を停止し、ＬａＢ₆ ディスク３のみでプラズマを発生させ、ターゲ ット９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】 また、図４は従来の他のプラズマ発生装置の概略図である。

【０００８】 図３に示したプラズマ発生装置との相違点はＷフィラメントの代わりにＴａ（ タンタル）パイプを用いて初期放電を発生しやすくした点である。

【０００９】 このプラズマ発生装置は、Ｔａパイプ１０とアノード６、７との間でアーク放 電（初期放電）を発生させると共に、初期放電時の熱でＬａＢ₆ ディスク３を加 熱して熱電子を放出させ、ＬａＢ₆ ディスク３とターゲット９との間に発生した アーク放電でプラズマを発生させ、ターゲット９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。

【００１０】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、上述したプラズマ発生装置はいずれも初期放電が容易に発生せ ず、カソード内にフィラメントやＴａパイプを設けた構造となっているため、プ ラズマ銃を形成する際にはこれらフィラメントやＴａパイプとＬａＢ₆ ディスク とが接触しないように、その近傍に設けなければならないので製造が容易ではな い。

【００１１】 そこで、本考案の目的は、上記課題を解決し、初期放電が容易に発生し、しか も製造が容易なプラズマ発生装置を提供することにある。

【００１２】

【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、作動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ターゲットを設けたプラズマ 発生装置において、アノードのカソード側を凸形状に形成したものである。

【００１３】 また、本考案のプラズマ発生装置は、アノードに初期放電時のみアーク放電電 圧を印加し、かつ、安定アーク生成後にアノードをフローティングにするための スイッチを設けたものである。

【００１４】

【作用】

上記構成によれば、アノードのカソード側が凸形状に形成されているので、こ の凸形状の先端部とカソードとの間でアーク放電が発生しやすくなり、すなわち 初期放電の発生が容易となる。初期放電によりカソードが加熱された後はカソー ドとターゲットとの間で安定なアークプラズマが形成される。

【００１５】 ＷフィラメントやＴａパイプを用いることなく初期放電がアノードの先端部と カソードとの間で発生するため、フィラメントやＴａパイプが不要となり、構造 が簡略化される。

【００１６】

【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。

【００１７】 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、前述した従 来例と共通の部材には共通の符号を用いた。

【００１８】 同図において、１は、作動ガス（例えばアルゴンガス）Ｇが導入される筒体２ の下流側に環状のＬａＢ₆ ディスク３が設けられたカソードである。カソード１ 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２つの環状のアノ ード７、１１が対向して設けられている。これら２つのアノード７、１１のうち 、カソード１に近い方のアノード１１は、そのカソード側が中心に向かって凸形 状に形成されている。

【００１９】 カソード１は直流高圧電源８の陰極に接続され、アノード７、１１は抵抗器Ｒ ₁ 、Ｒ₂ を介して直流高圧電源８の陽極に接続されている。主にこれらカソード １、アノード、抵抗器Ｒ₁ 、Ｒ₂ および直流高圧電源８でプラズマ銃が形成され ている。

【００２０】 プラズマ銃の下流側には差動排気される図示しない処理室（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 生させるためのターゲット９が配置されている。

【００２１】 このプラズマ発生装置は、カソード１とアノード７、１１との間でアーク放電 （初期放電）を発生させ、ＬａＢ₆ ディスク３を加熱して熱電子を放出させ、Ｌ ａＢ₆ ディスク３とターゲットとの間でプラズマを発生させ、ターゲット９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。

【００２２】 次に実施例の作用を述べる。

【００２３】 作動ガスＧがカソード１内に導入され、カソード１とアノード７、１１・ター ゲット９との間に直流高電圧が印加されると、アノード１１の凸形状に形成され た先端部１１ａとカソード１のＬａＢ₆ ディスク３との間でアーク放電（初期放 電）が発生し、略同時にＬａＢ₆ ディスク３とアノード７との間でアーク放電が 発生する。初期放電によりＬａＢ₆ ディスク３が加熱された後はＬａＢ₆ ディス ク３とターゲット９との間で安定したアーク放電（安定アーク）が発生し、安定 なアークプラズマが形成される。このアークプラズマによって被加工物の表面処 理が行われる。

【００２４】 以上において本実施例によれば、アノード１１のカソード側を凸形状に形成し たので、初期放電がアノード１１の先端部１１ａとカソード１との間で容易に発 生するため、従来のようにＷフィラメントやＴａパイプを用いることなく、構造 が簡略化され、製造が容易なプラズマ発生装置を実現することができる。

【００２５】 図２は本考案の他の実施例の概念図である。

【００２６】 図１に示した実施例との相違点は、アノードと抵抗器との間にスイッチを設け た点である。

【００２７】 図２に示すように、アノード７、１１と抵抗器Ｒ₁ 、Ｒ₂ との間にそれぞれス イッチ１２、１３が接続されている。これら両スイッチ１２、１３は連動してお り、同時にオンオフになるようになっている。スイッチ１２、１３は、アノード ７、１１に初期放電時のみアーク放電電圧を印加し（オン）、かつ、安定アーク 生成後にアノード７、１１をフローティングにする（オフ）ためのものである（ 図はスイッチ１２、１３がオフの状態を示している）。尚、スイッチ１２、１３ のオンオフは操作者が行ってもよいが、タイマやセンサおよびマイクロコンピュ ータ等を用いて初期放電時のみ直流高電圧が印加されるようにしてもよい。

【００２８】 このため、従来は初期放電時だけでなく安定アーク生成後にもカソード１、ア ノード７、１１間にアーク電流が流れていたが（図３、４参照）、本実施のプラ ズマ発生装置は初期放電時にはカソード１とアノード７、１１との間に全アーク 電流が流れ、安定アーク生成後にはカソード１とターゲット９との間に全アーク 電流が流れるようになっているので、アーク柱（破線で示す）が長くなって作動 ガスＧのイオン化効率が向上し、高密度のプラズマによりＣＶＤ、ＰＶＤ、イオ ン窒化等の表面処理を行うことができる。

【００２９】 以上において本実施例によれば、アノードに初期放電時のみアーク放電電圧を 印加し、かつ、安定アーク生成後にアノードをフローティングにするためのスイ ッチを設けたので、イオン化効率がよく、初期放電が容易に発生し、しかも製造 が容易なプラズマ発生装置を実現することができる。

【００３０】 尚、本実施例ではアノードの数が２つの場合で説明したが、これに限定される ものではなく１つでも３つ以上であってもよい。

【００３１】

【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。

【００３２】 アノードのカソード側を凸形状に形成したので、初期放電が容易に発生し、し かも製造が容易な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。

【図４】従来の他のプラズマ発生装置の概略図である。

【符号の説明】

１ カソード ２ 筒 体 ３ 陰極（ＬａＢ₆ ディスク） ７、１１ アノード ９ ターゲット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 中本 一朗 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 ▲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 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】 作動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
   ターゲットを設けたプラズマ発生装置において、前記ア
   ノードの前記カソード側を凸形状に形成したことを特徴
   とするプラズマ発生装置。
2. 【請求項２】 前記アノードに初期放電時のみアーク放
   電電圧を印加し、かつ、安定アーク生成後に前記アノー
   ドをフローティングにするためのスイッチを設けたこと
   を特徴とする請求項１記載のプラズマ発生装置。