JPH1025564A - Coating method and coating device - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、真空アーク放電に
より中空体の内面にコーティング膜を形成するコーティ
ング方法およびコーティング装置に関する。The present invention relates to a coating method and a coating apparatus for forming a coating film on the inner surface of a hollow body by vacuum arc discharge.
【０００２】[0002]
【従来の技術】化学プラント、石油プラント等において
用いられるパイプは、耐薬品性および耐蝕性が要求され
る。そこで、パイプの内面に合金、セラミック等のコー
ティング膜（皮膜）を形成することにより耐薬品性およ
び耐蝕性を高めることができる。2. Description of the Related Art Pipes used in chemical plants and petroleum plants are required to have chemical resistance and corrosion resistance. Therefore, chemical resistance and corrosion resistance can be enhanced by forming a coating film (film) of an alloy, ceramic, or the like on the inner surface of the pipe.
【０００３】従来、パイプ等の中空体の内面をコーティ
ングするためには、プラズマＣＶＤ（化学的気相成長）
法が用いられている。プラズマＣＶＤ法を用いてパイプ
の内面にＴｉＮ膜を形成する場合には、パイプの内部を
真空に排気して反応ガスとしてＴｉＣｌ4 およびＮＨ4
の混合ガスを導入し、パイプに高周波電力を印加してグ
ロー放電を生じさせる。それにより、チタンと窒素が反
応し、パイプの内面にＴｉＮ膜が堆積する。Conventionally, to coat the inner surface of a hollow body such as a pipe, plasma CVD (chemical vapor deposition) has been used.
Method is used. When a TiN film is formed on the inner surface of a pipe using a plasma CVD method, the inside of the pipe is evacuated to a vacuum and TiCl 4 and NH 4 are used as reaction gases.
And a high frequency power is applied to the pipe to generate glow discharge. Thereby, titanium and nitrogen react, and a TiN film is deposited on the inner surface of the pipe.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
プラズマＣＶＤ法によるコーティングにおいては、コー
ティング膜の密着性が良好でなく、またパイプの長手方
向での一様な膜の形成が難しいという問題があった。However, in the above-mentioned coating by the plasma CVD method, there is a problem that the adhesion of the coating film is not good and it is difficult to form a uniform film in the longitudinal direction of the pipe. Was.
【０００５】一方、基板上に金属、合金等のコーティン
グ膜を形成するためにアークプラズマ放電を利用した真
空アーク蒸着が用いられている。この真空アーク蒸着で
は、真空室内にコーティング材料からなる陰極および基
板を配置し、陰極と陽極との間でアークプラズマ放電を
発生させる。アークは、アーク電流により発生する自己
磁場により陰極の表面上を移動する。アークプラズマ放
電の結果、陰極の表面にアークスポットが形成され、そ
のアークスポットにおいて陰極物質が溶解して蒸発し、
基板上にコーティング膜が形成される。On the other hand, vacuum arc evaporation utilizing arc plasma discharge has been used to form a coating film of a metal, an alloy or the like on a substrate. In this vacuum arc deposition, a cathode and a substrate made of a coating material are arranged in a vacuum chamber, and arc plasma discharge is generated between the cathode and the anode. The arc moves on the surface of the cathode by a self-magnetic field generated by the arc current. As a result of the arc plasma discharge, an arc spot is formed on the surface of the cathode, and the cathode material dissolves and evaporates at the arc spot,
A coating film is formed on the substrate.
【０００６】アークスポットの移動速度が遅く、アーク
スポットの電流維持時間が長い場合には、陰極物質の深
部まで溶解が生じる。この場合、不均一溶解により突沸
現象が起こり、数μｍ程度の蒸発粒子が発生し、それが
ドロップレット（飛沫）として基板に付着する。これに
より、化合物の生成が妨げられるとともにコーティング
膜の緻密性が低下するという問題が生じる。[0006] When the moving speed of the arc spot is slow and the current maintaining time of the arc spot is long, melting occurs deep into the cathode material. In this case, bumping occurs due to non-uniform dissolution, and evaporating particles of about several μm are generated and adhere to the substrate as droplets (splashes). As a result, there arises a problem that formation of the compound is prevented and the denseness of the coating film is reduced.
【０００７】また、真空アーク蒸着により大面積のコー
ティングを行うためにはアーク電流を大きくする必要が
ある。しかしながら、アーク電流を大電流化すると、ア
ークスポットが大きくなり、ドロップレットが多数発生
するという問題が生じる。そのため、大面積で良質のコ
ーティング膜を形成することが困難である。Further, in order to perform a large-area coating by vacuum arc evaporation, it is necessary to increase the arc current. However, when the arc current is increased, there is a problem that the arc spot becomes large and many droplets are generated. Therefore, it is difficult to form a high-quality coating film in a large area.
【０００８】特開平５−１０６０２５号公報には、電磁
コイルを用いてアークの移動速度を制御する真空アーク
放電装置が提案されている。図８は、特開平５−１０６
０２５号公報に開示された真空アーク放電装置の概略図
である。Japanese Patent Application Laid-Open No. HEI 5-10625 proposes a vacuum arc discharge device that controls the moving speed of an arc using an electromagnetic coil. FIG.
It is the schematic of the vacuum arc discharge device disclosed by No. 025 gazette.
【０００９】図８において、陽極となる真空室５１の内
部にロッド形状の陰極５２が配置されている。陰極５２
はアーク電源５３の負極に接続され、真空室５１はアー
ク電源５３の陽極に接続されている。陰極５２の端部に
位置するストライカ５４によってアークが間欠的に発生
される。螺旋状の電磁コイル５５が陰極５２と同軸に配
置されている。この電磁コイル５５はコイル電源５６に
接続されている。コーティングされる１または複数の基
板５７は電磁コイル５５の周囲に配置されている。In FIG. 8, a rod-shaped cathode 52 is disposed inside a vacuum chamber 51 serving as an anode. Cathode 52
Is connected to the negative electrode of the arc power supply 53, and the vacuum chamber 51 is connected to the anode of the arc power supply 53. An arc is generated intermittently by a striker 54 located at the end of the cathode 52. A spiral electromagnetic coil 55 is disposed coaxially with the cathode 52. This electromagnetic coil 55 is connected to a coil power supply 56. One or more substrates 57 to be coated are arranged around the electromagnetic coil 55.
【００１０】この真空アーク放電装置においては、アー
ク電流による自己磁場および電磁コイル５５による磁場
によってアークスポット５８が陰極５２の表面を螺旋状
に移動する。その結果、アークスポットの電流密度が低
減し、ドロップレットの発生が低減される。In this vacuum arc discharge device, the arc spot 58 spirally moves on the surface of the cathode 52 by the self-magnetic field due to the arc current and the magnetic field due to the electromagnetic coil 55. As a result, the current density of the arc spot is reduced, and the generation of droplets is reduced.
【００１１】しかしながら、電磁コイル５５の温度が上
昇すると、電磁コイル５５に付着した酸化膜等の汚染物
が剥離し、あるいは熱応力ではじけて基板５７上のコー
ティング膜に混入する。これを防止するためには、電磁
コイル５５の断面積を大きくして電磁コイル５５に冷却
パイプを設ける必要がある。ところが、電磁コイル５５
の断面積が大きくなると、基板５７のコーティングが阻
害されるという問題が生じる。そのため、コーティング
膜への汚染物の混入を回避することが難しいまた、アー
クプラズマ放電においては、ドロップレットが飛散する
際にアークが短絡することがある。アークの短絡が生じ
ると、アークスポットに多大な電流が流れ、より多くの
ドロップレットが生じることになる。この場合、ドロッ
プレットの大きさは数十μｍに及び、その数は非常に多
い。このようなドロップレットの発生を回避するために
は、アークの短絡が生じたときに極めて短時間（１μ秒
以内）に短絡電流を遮断する必要がある。However, when the temperature of the electromagnetic coil 55 rises, contaminants such as an oxide film adhered to the electromagnetic coil 55 are peeled off, or are released by thermal stress and mixed into the coating film on the substrate 57. In order to prevent this, it is necessary to increase the sectional area of the electromagnetic coil 55 and provide a cooling pipe for the electromagnetic coil 55. However, the electromagnetic coil 55
When the cross-sectional area of is large, there arises a problem that coating of the substrate 57 is hindered. Therefore, it is difficult to avoid contaminants from entering the coating film. In arc plasma discharge, the arc may be short-circuited when the droplets scatter. When an arc short circuit occurs, a large amount of current flows through the arc spot, resulting in more droplets. In this case, the size of the droplet is several tens of μm, and the number is very large. In order to avoid the generation of such droplets, it is necessary to interrupt the short-circuit current in a very short time (within 1 μsec) when an arc short-circuit occurs.
【００１２】しかしながら、図８の真空アーク放電装置
においては、電磁コイル５５によるインダクタンスが存
在するので、短絡電流を遮断しようとするとインダクタ
ンスに蓄積された電荷により高電圧が発生し、短絡電流
の遮断を阻止するように作用する。そのため、短絡電流
を高速に遮断することが困難となる。However, in the vacuum arc discharge device shown in FIG. 8, since an inductance is present due to the electromagnetic coil 55, when an attempt is made to cut off the short-circuit current, a high voltage is generated due to the electric charge accumulated in the inductance, and the short-circuit current is cut off. Acts to prevent. Therefore, it is difficult to cut off the short-circuit current at high speed.
【００１３】そこで、本発明の目的は、中空体の内面に
密着性および緻密性の高い良質のコーティング膜を均一
に形成することができ、大面積コーティングが可能でか
つアーク短絡時に短絡電流の高速遮断が可能なコーティ
ング方法およびコーティング装置を提供することであ
る。Accordingly, an object of the present invention is to form a high-quality coating film having high adhesion and denseness uniformly on the inner surface of a hollow body, to enable large-area coating, and to increase the short-circuit current during arc short-circuiting. An object of the present invention is to provide a coating method and a coating apparatus capable of blocking.
【００１４】[0014]
【課題を解決するための手段】第１の発明に係るコーテ
ィング方法は、中空体の内面にコーティング膜を形成す
るコーティング方法において、中空体の内部にコーティ
ング材料からなる棒状部材を配設するとともに中空体の
内部に棒状部材を部分的に囲むように棒状部材と同軸構
造の導電性部材を配設し、中空体の内部空間を囲む反応
室を形成し、反応室内を排気し、中空体を導電性部材に
対して電気的にバイアスするとともに棒状部材と導電性
部材との間にアーク放電を発生させるものである。According to a first aspect of the present invention, there is provided a coating method for forming a coating film on an inner surface of a hollow body, wherein a rod-shaped member made of a coating material is provided inside the hollow body and the hollow body is formed. A conductive member having a coaxial structure with the rod-shaped member is disposed so as to partially surround the rod-shaped member inside the body, a reaction chamber surrounding the internal space of the hollow body is formed, the reaction chamber is evacuated, and the hollow body is electrically conductive. It electrically biases the conductive member and generates an arc discharge between the rod-shaped member and the conductive member.
【００１５】このコーティング方法においては、棒状部
材と導電性部材との間に発生するアークにより棒状部材
がスポット溶解してコーティング材料が蒸発し、アーク
プラズマが生成される。このとき、中空体は導電性部材
に対してバイアスされているので、アークプラズマ中の
イオンが中空体に向かって加速される。In this coating method, an arc generated between the rod-shaped member and the conductive member causes the rod-shaped member to be spot-melted, evaporating the coating material, and generating arc plasma. At this time, since the hollow body is biased with respect to the conductive member, ions in the arc plasma are accelerated toward the hollow body.
【００１６】一方、アーク電流により自己磁場が発生す
るため、電流および磁界による力が棒状部材の長手方向
に作用し、アークが棒状部材の長手方向に移動する。そ
れにより、中空体の内面の全体にコーティング材料から
なるコーティング膜が均一に形成される。アークプラズ
マのイオン化率は高く、また中空体のバイアスによりア
ークプラズマ中のイオンが中空体に向かって加速される
ので、コーティング膜の密着性および緻密性が高くな
る。On the other hand, since a self-magnetic field is generated by the arc current, a force due to the current and the magnetic field acts in the longitudinal direction of the rod-shaped member, and the arc moves in the longitudinal direction of the rod-shaped member. Thereby, a coating film made of the coating material is uniformly formed on the entire inner surface of the hollow body. The ionization rate of the arc plasma is high, and the ions in the arc plasma are accelerated toward the hollow body by the bias of the hollow body, so that the adhesion and the denseness of the coating film are increased.
【００１７】棒状部材の長手方向に沿ったアークの移動
速度は自己磁場の強度に依存する。棒状部材および導電
性部材からなる同軸構造では、棒状部材と導電性部材と
の間の距離およびアーク電流の大きさにより自己磁場の
強度が決定される。このような同軸構造においては、ア
ーク電流回路が低インダクタンスとなり、かつ棒状部材
と導電性部材との間の距離を短くすることができる。そ
のため、アーク電流を大きくして強力な自己磁場を形成
することにより、アークプラズマを棒状部材の長手方向
に高速に移動させることができる。The moving speed of the arc along the longitudinal direction of the rod-shaped member depends on the strength of the self-magnetic field. In the coaxial structure including the rod-shaped member and the conductive member, the strength of the self-magnetic field is determined by the distance between the rod-shaped member and the conductive member and the magnitude of the arc current. In such a coaxial structure, the arc current circuit has low inductance, and the distance between the rod-shaped member and the conductive member can be reduced. Therefore, the arc plasma can be moved at high speed in the longitudinal direction of the rod-shaped member by increasing the arc current to form a strong self-magnetic field.
【００１８】その結果、棒状部材に生成されるアークス
ポットの電流維持時間が短くなり、棒状部材の表面のみ
が溶解して蒸発することとなるので、蒸発粒子は小さ
く、すなわち数μｍに及ぶドロップレットが発生しな
い。このように、棒状部材および導電性部材の低インダ
クタンスの同軸構造によって高速度アークが実現し、そ
れによりドロップレットの発生を抑制して緻密な膜を形
成することができる。As a result, the time for maintaining the current of the arc spot generated on the rod-shaped member is shortened, and only the surface of the rod-shaped member is dissolved and evaporated, so that the evaporated particles are small, that is, droplets of several μm. Does not occur. As described above, a high-speed arc is realized by the low-inductance coaxial structure of the rod-shaped member and the conductive member, thereby suppressing generation of droplets and forming a dense film.
【００１９】また、自己磁場を強くしてアークの移動速
度を速くすることができるので、アーク電流を大電流化
してもドロップレットの発生が抑制される。したがっ
て、アーク電流の大電流化により大面積のコーティング
が可能となる。Further, since the moving speed of the arc can be increased by increasing the self-magnetic field, the generation of droplets is suppressed even when the arc current is increased. Therefore, a large-area coating can be performed by increasing the arc current.
【００２０】さらに、棒状部材および導電性部材が低イ
ンダクタンスの同軸構造となっているので、アークの短
絡が生じたときに、短絡電流を極めて短時間に遮断する
ことができる。その結果、アークの短絡による大きなド
ロップレットの発生およびコーティング膜への汚染物の
混入が回避される。Further, since the rod-shaped member and the conductive member have a low-inductance coaxial structure, a short-circuit current can be cut off in a very short time when an arc short-circuit occurs. As a result, generation of large droplets due to arc short-circuit and contamination of the coating film with contaminants are avoided.
【００２１】特に、導電性部材が棒状部材の周囲を部分
的に囲むように配置された部分円筒状部材からなり、棒
状部材と部分円筒状部材との間にアーク放電を発生させ
つつ部分円筒状部材を棒状部材を中心として回転させる
ことが好ましい。In particular, the conductive member is composed of a partial cylindrical member arranged so as to partially surround the periphery of the rod-shaped member, and a partial cylindrical member is formed while generating arc discharge between the rod-shaped member and the partial cylindrical member. Preferably, the member is rotated about a bar.
【００２２】この場合、部分円筒状部材が回転すること
によりアークプラズマが長手方向および円周方向に移動
するので、アークスポットが棒状部材の特定の箇所に長
く留まることなく棒状部材の表面上を一様にかつ高速に
移動する。それにより、棒状部材の周囲にアークプラズ
マが一様に生成されるため、ドロップレットが少なくか
つ小さくなり、より良質のコーティング膜がより均一か
つ緻密に形成される。In this case, the arc plasma moves in the longitudinal direction and the circumferential direction due to the rotation of the partial cylindrical member, so that the arc spot does not stay at a specific portion of the rod member for a long time on the surface of the rod member. Move fast and fast. Thereby, the arc plasma is uniformly generated around the rod-shaped member, so that the number of droplets is small and small, and a higher quality coating film is formed more uniformly and densely.
【００２３】また、部分円筒状部材は冷却が可能な体積
および形状を有するので、容易にかつ十分に冷却可能と
なる。したがって、部分円筒状部材に付着した汚染物が
コーティング膜に混入することが防止される。Further, since the partially cylindrical member has a volume and a shape that can be cooled, it can be easily and sufficiently cooled. Therefore, it is possible to prevent contaminants attached to the partial cylindrical member from being mixed into the coating film.
【００２４】特に、反応室内を排気した後に反応室に反
応ガスを導入してもよい。この場合、コーティング材料
と反応ガスに含まれる元素により化合物が生成され、化
合物からなるコーティング膜が形成される。In particular, a reaction gas may be introduced into the reaction chamber after exhausting the reaction chamber. In this case, a compound is generated by the elements contained in the coating material and the reaction gas, and a coating film made of the compound is formed.
【００２５】また、中空体の内部にそれぞれ異なる種類
のコーティング材料からなる複数の棒状部材を配設して
もよい。この場合、複数のコーティング材料に含まれる
元素の化合物または合金からなるコーティング膜が形成
される。また、異なるタイミングで各棒状部材と導電性
部材との間にアーク放電を発生させることにより多層構
造のコーティング膜を形成することができる。Also, a plurality of rod-shaped members made of different types of coating materials may be provided inside the hollow body. In this case, a coating film made of a compound or alloy of an element contained in a plurality of coating materials is formed. Further, by generating an arc discharge between each rod-shaped member and the conductive member at different timings, a coating film having a multilayer structure can be formed.
【００２６】さらに、中空体の内面に形成されたコーテ
ィング膜にエネルギービームを照射することが好まし
い。それにより、気孔（ポア）が存在しない緻密なコー
ティング膜が形成される。Furthermore, it is preferable that the coating film formed on the inner surface of the hollow body is irradiated with an energy beam. As a result, a dense coating film having no pores is formed.
【００２７】第２の発明に係るコーティング装置は、中
空体の内面にコーティング膜を形成するコーティング装
置であって、中空体を保持するとともに中空体の内部空
間を囲む反応室を形成する保持部材と、中空体の内部に
コーティング材料からなる棒状部材を支持する支持手段
と、中空体の内部に棒状部材を部分的に囲むように棒状
部材と同軸に配設された導電性部材と、反応室内を排気
するための排気部と、中空体を導電性部材に対して電気
的にバイアスするバイアス手段と、棒状部材と導電性部
材との間にアーク放電を発生させるアーク放電発生手段
とを備えたものである。[0027] A coating apparatus according to a second aspect of the present invention is a coating apparatus for forming a coating film on the inner surface of a hollow body, comprising a holding member for holding the hollow body and forming a reaction chamber surrounding the internal space of the hollow body. A supporting means for supporting a rod-shaped member made of a coating material inside the hollow body, a conductive member disposed coaxially with the rod-shaped member so as to partially surround the rod-shaped member inside the hollow body, and a reaction chamber. An exhaust unit for exhausting, bias means for electrically biasing the hollow body to the conductive member, and arc discharge generating means for generating an arc discharge between the rod-shaped member and the conductive member It is.
【００２８】このコーティング装置においては、アーク
放電発生手段により棒状部材と導電性部材との間にアー
ク放電が発生され、そのアークにより棒状部材がスポッ
ト溶解してコーティング材料が蒸発するとともに、コー
ティング材料の元素がアークプラズマ化される。このと
き、中空体はバイアス手段により導電性部材に対して電
気的にバイアスされているので、アークプラズマ中のイ
オンが中空体に向かって加速される。In this coating apparatus, an arc discharge is generated between the rod-shaped member and the conductive member by the arc discharge generating means, and the arc dissipates the rod-shaped member to evaporate the coating material and evaporate the coating material. The elements are converted to arc plasma. At this time, since the hollow body is electrically biased with respect to the conductive member by the bias means, ions in the arc plasma are accelerated toward the hollow body.
【００２９】一方、アーク電流により自己磁場が発生す
るため、電流および磁界による力が棒状部材の長手方向
に作用し、アークが棒状部材の長手方向に移動する。そ
れにより、中空体の内面の全体にコーティング材料から
なるコーティング膜が均一に形成される。アークプラズ
マのイオン化率は高く、また中空体のバイアスによりア
ークプラズマ中のイオンが中空体に向かって加速される
ので、コーティング膜の密着性および緻密性が高くな
る。On the other hand, since the self-magnetic field is generated by the arc current, the force by the current and the magnetic field acts in the longitudinal direction of the rod-shaped member, and the arc moves in the longitudinal direction of the rod-shaped member. Thereby, a coating film made of the coating material is uniformly formed on the entire inner surface of the hollow body. The ionization rate of the arc plasma is high, and the ions in the arc plasma are accelerated toward the hollow body by the bias of the hollow body, so that the adhesion and the denseness of the coating film are increased.
【００３０】棒状部材および導電性部材が低インダクタ
ンスの同軸構造となっているので、アーク電流を大きく
して強力な自己磁場を形成することにより、アークプラ
ズマを棒状部材の長手方向に高速に移動させることがで
きる。その結果、棒状部材に生成されるアークスポット
の電流維持時間が短くなり、棒状部材の表面のみが溶解
して蒸発することとなるので、大きなドロップレットが
発生しない。このように、棒状部材および導電性部材の
低インダクタンスの同軸構造によって高速度アークが実
現し、それによりドロップレットの発生を抑制して緻密
な膜を形成することができる。Since the rod-shaped member and the conductive member have a low-inductance coaxial structure, the arc current is increased to form a strong self-magnetic field, thereby moving the arc plasma at a high speed in the longitudinal direction of the rod-shaped member. be able to. As a result, the current maintaining time of the arc spot generated on the rod-shaped member is shortened, and only the surface of the rod-shaped member is dissolved and evaporated, so that large droplets are not generated. As described above, a high-speed arc is realized by the low-inductance coaxial structure of the rod-shaped member and the conductive member, thereby suppressing generation of droplets and forming a dense film.
【００３１】また、自己磁場を強くしてアークの移動速
度を速くすることができるので、アーク電流を大電流化
してもドロップレットの発生が抑制される。したがっ
て、アーク電流の大電流化により大面積のコーティング
が可能となる。Further, since the moving speed of the arc can be increased by increasing the self-magnetic field, the generation of droplets is suppressed even when the arc current is increased. Therefore, a large-area coating can be performed by increasing the arc current.
【００３２】さらに、棒状部材および導電性部材が低イ
ンダクタンスの同軸構造となっているので、アークの短
絡が生じたときに、短絡電流を極めて短時間に遮断する
ことができる。その結果、アークの短絡による大きなド
ロップレットの発生およびコーティング膜への汚染物の
混入が回避される。Further, since the rod-shaped member and the conductive member have a low-inductance coaxial structure, a short-circuit current can be cut off in a very short time when an arc short-circuit occurs. As a result, generation of large droplets due to arc short-circuit and contamination of the coating film with contaminants are avoided.
【００３３】特に、導電性部材が棒状部材の周囲を部分
的に囲むように配置された部分円筒状部材からなり、部
分円筒状部材を棒状部材を中心として回転可能に支持す
る回転支持手段と、部分円筒状部材を回転支持手段を介
して回転駆動手段とをさらに備えることが好ましい。[0033] In particular, rotation support means comprising a partial cylindrical member in which the conductive member is arranged so as to partially surround the periphery of the rod member, and rotatably supporting the partial cylindrical member about the rod member; It is preferable that the partial cylindrical member is further provided with rotation driving means via rotation support means.
【００３４】この場合、部分円筒状部材が回転すること
によりアークプラズマが長手方向および円周方向に移動
するので、アークスポットが棒状部材の特定の箇所に長
く留まることなく棒状部材の表面上を一様にかつ高速に
移動する。それにより、棒状部材の周囲にアークが一様
に生成されるため、ドロップレットが少なくかつ小さく
なり、より良質のコーティング膜がより均一かつ緻密に
形成される。In this case, the arc plasma moves in the longitudinal direction and the circumferential direction due to the rotation of the partial cylindrical member, so that the arc spot does not stay at a specific portion of the rod member for a long time on the surface of the rod member. Move fast and fast. As a result, the arc is uniformly generated around the rod-shaped member, so that the number of droplets is small and small, and a higher quality coating film is formed more uniformly and densely.
【００３５】また、反応室にガスを導入するガス導入部
をさらに備えてもよい。この場合、ガス導入部から反応
室に反応ガスを導入することにより、コーティング材料
と反応ガスにより化合物が生成され、化合物からなるコ
ーティング膜が形成される。Further, a gas introducing section for introducing a gas into the reaction chamber may be further provided. In this case, a reaction gas is introduced into the reaction chamber from the gas introduction section, whereby a compound is generated by the coating material and the reaction gas, and a coating film made of the compound is formed.
【００３６】また、導電性部材を冷却する冷却手段をさ
らに備えてもよい。これにより、導電性部材に付着した
汚染物がコーティング膜に混入することが防止される。
さらに、中空体の内面に形成されたコーティング膜にエ
ネルギービームを照射するエネルギービーム照射手段を
さらに備えることが好ましい。それにより、気孔が存在
しない緻密なコーティング膜が形成される。In addition, a cooling means for cooling the conductive member may be further provided. This prevents contaminants attached to the conductive member from being mixed into the coating film.
Further, it is preferable to further include energy beam irradiation means for irradiating the coating film formed on the inner surface of the hollow body with an energy beam. Thereby, a dense coating film having no pores is formed.
【００３７】[0037]
【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施例における
コーティング装置の模式的縦断面図であり、図２はその
コーティング装置の模式的横断面図である。FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view of a coating apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic transverse sectional view of the coating apparatus.
【００３８】図１および図２のコーティング装置１は、
導電性の中空体の内面を所望の材料でコーティングする
ために用いられる。本実施例では、被コーティング体と
して金属等の導電性材料からなる円筒状のパイプ１００
を用いる場合を説明する。The coating apparatus 1 shown in FIGS.
It is used to coat the inner surface of a conductive hollow body with a desired material. In the present embodiment, a cylindrical pipe 100 made of a conductive material such as metal is used as the object to be coated.
Will be described.
【００３９】コーティング装置１において、パイプ１０
０は金属等の導電性材料からなる円筒状保持部材２ａ，
２ｂ間に保持される。パイプ１００内の中心部には、所
望の材料からなる棒状のコーティング材３が配置され、
そのコーティング材３の周囲に金属等の導電性材料から
なる半円筒状の接地導体４が配置されている。In the coating apparatus 1, the pipe 10
0 is a cylindrical holding member 2a made of a conductive material such as a metal,
It is held between 2b. A rod-shaped coating material 3 made of a desired material is disposed at a central portion in the pipe 100.
Around the coating material 3, a semi-cylindrical ground conductor 4 made of a conductive material such as metal is arranged.
【００４０】コーティング材３の材料としては、例え
ば、Ｔｉ（チタン）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｈｆ（ハ
フニウム）、Ｔａ（タンタル）、Ｃｒ（クロム）、 Ｗ
（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）等の高融点金
属、ＴｉＡｌ等の合金、Ａｌ（アルミニウム）、Ｃｕ
（銅）、Ｎｉ（ニッケル）等の金属が用いられる。As a material of the coating material 3, for example, Ti (titanium), Zr (zirconium), Hf (hafnium), Ta (tantalum), Cr (chromium), W
(Tungsten), refractory metals such as Mo (molybdenum), alloys such as TiAl, Al (aluminum), Cu
Metals such as (copper) and Ni (nickel) are used.
【００４１】円筒状保持部材２ａの開口端部および円筒
状保持部材２ｂの開口端部には、それぞれ金属等の導電
性材料からなる円形の蓋部材２ｃ，２ｄが取り付けら
れ、反応室２が形成される。Circular lid members 2c and 2d made of a conductive material such as metal are attached to the open end of the cylindrical holding member 2a and the open end of the cylindrical holding member 2b, respectively, to form the reaction chamber 2. Is done.
【００４２】コーティング材３は、蓋部材２ｃの中心部
にセラミック等の絶縁体５を介して固定されている。ま
た、接地導体４は、セラミック等の絶縁体６を介してコ
ーティング材３に対して回転自在に取り付けられてい
る。この接地導体４は、回転駆動軸１９を介して回転駆
動装置４０に連結される。回転駆動軸１９は蓋部材２ｄ
の中心部にセラミック等の絶縁体６を介して回転自在に
支持されている。接地導体４の外周面には水冷パイプ８
が配設されている。また、円筒状保持部材２ａには、コ
ーティング材３と接地導体４との間にアーク放電を発生
させるためのトリガーシリンダ９が設けられている。The coating material 3 is fixed to the center of the lid member 2c via an insulator 5 such as ceramic. The ground conductor 4 is rotatably attached to the coating material 3 via an insulator 6 such as a ceramic. The ground conductor 4 is connected to the rotation drive device 40 via the rotation drive shaft 19. The rotation drive shaft 19 is a lid member 2d
Are rotatably supported at the center portion thereof via an insulator 6 such as a ceramic. A water cooling pipe 8 is provided on the outer peripheral surface of the ground conductor 4.
Are arranged. The cylindrical holding member 2 a is provided with a trigger cylinder 9 for generating an arc discharge between the coating material 3 and the ground conductor 4.
【００４３】接地導体４は導線１０を介して接地されて
いる。この導線１０はセラミック等の絶縁体１１により
蓋部材２ｃに対して電気的に絶縁されている。コーティ
ング材３にはアーク電源１２が接続されている。また、
パイプ１００には、円筒状保持部材２ａおよび蓋部材２
ｃを介してバイアス電源１３により負のバイアス電圧が
印加される。The ground conductor 4 is grounded via a conductor 10. The conducting wire 10 is electrically insulated from the lid member 2c by an insulator 11 such as a ceramic. An arc power supply 12 is connected to the coating material 3. Also,
The pipe 100 includes a cylindrical holding member 2 a and a lid member 2.
A negative bias voltage is applied from the bias power supply 13 via the terminal c.
【００４４】一方、蓋部材２ｄには、排気口１４および
ガス導入口１５が設けられ、排気口１４には排気系１６
が接続され、ガス導入口１５にはガス導入系１７が接続
されている。On the other hand, an exhaust port 14 and a gas introduction port 15 are provided in the lid member 2d.
Are connected, and a gas introduction system 17 is connected to the gas introduction port 15.
【００４５】次に、図１および図２のコーティング装置
を用いたコーティング方法を説明する。ここでは、一例
として、パイプ１００の内面にＴｉＮからなるコーティ
ング膜を形成する場合を説明する。パイプ１００の長さ
は例えば５ｍであり、その内径は例えば３インチであ
る。Next, a coating method using the coating apparatus shown in FIGS. 1 and 2 will be described. Here, a case where a coating film made of TiN is formed on the inner surface of the pipe 100 will be described as an example. The length of the pipe 100 is, for example, 5 m, and its inner diameter is, for example, 3 inches.
【００４６】まず、被コーティング体となるパイプ１０
０を円筒状保持部材２ａ，２ｂ間に保持するとともに、
Ｔｉからなるコーティング材３および接地導体４をパイ
プ１００内の中心部に装着し、蓋部材２ｃ，２ｄを取り
付けて反応室２を形成する。その後、排気系１６により
反応室２内を高真空に排気し、ガス導入系１７から反応
ガスとして圧力１０-2Ｔｏｒｒの窒素ガス（Ｎ2 ）を反
応室２内に導入する。First, the pipe 10 to be coated is
0 between the cylindrical holding members 2a and 2b,
The coating material 3 made of Ti and the grounding conductor 4 are attached to the center of the pipe 100, and the cover members 2c and 2d are attached to form the reaction chamber 2. Thereafter, the inside of the reaction chamber 2 is evacuated to a high vacuum by the exhaust system 16, and nitrogen gas (N 2 ) at a pressure of 10 −2 Torr is introduced into the reaction chamber 2 from the gas introduction system 17 as a reaction gas.
【００４７】次に、アーク電源１２によりコーティング
材３に電圧を印加するとともに、バイアス電源１３によ
りパイプ１００に−２００Ｖ〜−４００Ｖ程度の負のバ
イアス電圧を印加する。このとき、接地導体４の溶解を
防止するために、水冷パイプ８に冷却水を流して接地導
体４を冷却する。Next, a voltage is applied to the coating material 3 by the arc power supply 12, and a negative bias voltage of about −200 V to −400 V is applied to the pipe 100 by the bias power supply 13. At this time, in order to prevent the ground conductor 4 from melting, cooling water is caused to flow through the water cooling pipe 8 to cool the ground conductor 4.
【００４８】この状態で、トリガーシリンダ９によりト
リガー電極９ａをコーティング材３に一瞬接触させて離
すことによりコーティング材３と接地導体４との間にア
ーク放電を生じさせる。コーティング材３と接地導体４
との間に発生するアークＡによりコーティング材３がス
ポット溶解してＴｉが蒸発し、チタンイオン（Ｔｉ+）
および窒素イオン（Ｎ+ ）を含むアークプラズマが生成
される。図２に点線で示すように、真空中ではアークプ
ラズマは広がり、アークスポットは不連続的に回転す
る。このとき、パイプ１００は負の電圧にバイアスされ
ているので、アークプラズマ中のＴｉ+ およびＮ+ が矢
印で示すようにパイプ１００に向かって加速される。In this state, an arc discharge is generated between the coating material 3 and the ground conductor 4 by momentarily bringing the trigger electrode 9a into contact with the coating material 3 and separating the trigger electrode 9a from the coating material 3 by the trigger cylinder 9. Coating material 3 and ground conductor 4
The coating material 3 is spot-dissolved due to the arc A generated between the Ti and Ti, and Ti evaporates, and titanium ions (Ti + )
And an arc plasma containing nitrogen ions (N + ) is generated. As shown by the dotted line in FIG. 2, the arc plasma spreads in a vacuum and the arc spot rotates discontinuously. At this time, since the pipe 100 is biased to a negative voltage, Ti + and N + in the arc plasma are accelerated toward the pipe 100 as indicated by arrows.
【００４９】一方、図１に示すアークＡによるアーク電
流回路によって自己磁場が発生する。それにより、フレ
ミングの左手の法則によりアークＡに矢印Ｆで示す方向
に力が作用し、アークＡがパイプ１００の長手方向に移
動する。アークＡの移動速度はアーク電流に依存する。
このアーク電流は例えば数１０Ａ〜数１００Ａ程度であ
る。このとき、接地導体４を回転駆動軸１９を介して回
転駆動装置４０により回転させることにより、パイプ１
００の内面の長手方向および円周方向にＴｉＮからなる
コーティング膜１８が均一に形成される。このようにし
て、パイプ１００の内面の全面に密着性の高いコーティ
ング膜１８が形成される。On the other hand, a self-magnetic field is generated by the arc current circuit by the arc A shown in FIG. Accordingly, a force acts on the arc A in the direction indicated by the arrow F according to Fleming's left-hand rule, and the arc A moves in the longitudinal direction of the pipe 100. The moving speed of the arc A depends on the arc current.
This arc current is, for example, about several tens A to several hundreds A. At this time, the grounding conductor 4 is rotated by the rotation driving device 40 via the rotation driving shaft 19, so that the pipe 1
The coating film 18 made of TiN is uniformly formed in the longitudinal direction and the circumferential direction of the inner surface of No. 00. In this manner, the coating film 18 having high adhesion is formed on the entire inner surface of the pipe 100.
【００５０】なお、コーティング膜１８の密着性をより
良好にするために、パイプ１００の外周面上にヒータ
（図示せず）を取り付けてパイプ１００を０℃〜４００
℃の適切な温度に保ってもよい。In order to improve the adhesion of the coating film 18, a heater (not shown) is attached on the outer peripheral surface of the pipe 100, and the pipe 100 is heated to 0 ° C. to 400 ° C.
It may be kept at an appropriate temperature of ° C.
【００５１】また、バイアス電源１３の代わりに−１０
０ｋＶのパルス電圧を発生するパルス発生源を用いても
よい。この場合、パルス幅を適当に選択することにより
プラズマシースの広がりを規制することができる。Also, instead of the bias power supply 13, -10
A pulse generation source that generates a pulse voltage of 0 kV may be used. In this case, the spread of the plasma sheath can be regulated by appropriately selecting the pulse width.
【００５２】パイプ１００の内面に金属からなるコーテ
ィング膜を形成する場合には、ガス導入系１７から反応
室２内に圧力１０-4ＴｏｒｒのＡｒ（アルゴン）等の不
活性ガスを導入する。また、パイプ１００の内面にセラ
ミックからなるコーティング膜を形成する場合には、ガ
ス導入系１７から反応室２内にＮ2 、ＣＨ4 、Ｃ2 Ｈ 4
等の反応ガスを導入する。A coating made of metal is provided on the inner surface of the pipe 100.
When forming a cooling film, the reaction from the gas introduction system 17 is performed.
Pressure 10 in chamber 2-FourNo such as Torr Ar (argon)
An active gas is introduced. In addition, the inside of the pipe 100
When forming a coating film consisting of
N from the gas introduction system 17 into the reaction chamber 2Two, CHFour, CTwoH Four
Is introduced.
【００５３】上記の例で、ガス導入系１７からＮ2 の代
わりにＡｒを導入した場合には、Ｔｉからなるコーティ
ング膜１８が形成される。また、ガス導入系１７からＮ
2 の代わりにＣＨ4 またはＣ2 Ｈ4 を導入した場合に
は、ＴｉＣからなるコーティング膜１８が形成される。In the above example, when Ar is introduced instead of N 2 from the gas introduction system 17, a coating film 18 made of Ti is formed. In addition, N
When CH 4 or C 2 H 4 is introduced instead of 2, a coating film 18 made of TiC is formed.
【００５４】また、上記の例では、ＴｉＮからなるコー
ティング膜１８を形成する場合を説明したが、コーティ
ング材３の材料および反応ガスを選択することにより種
々のコーティング膜を形成することができる。In the above example, the case where the coating film 18 made of TiN is formed has been described. However, various coating films can be formed by selecting the material of the coating material 3 and the reaction gas.
【００５５】本実施例のコーティング方法およびコーテ
ィング装置においては、棒状のコーティング材３および
半円筒状の接地導体４が低インダクタンスの同軸構造と
なっているので、アーク電流を大きくして強力な自己磁
場を形成することにより、アークプラズマをコーティン
グ材３の長手方向に高速に移動させることができる。ま
た、接地導体４を回転させることによりアークプラズマ
がコーティング材３の長手方向および円周方向に移動す
るので、アークスポットがコーティング材３の特定の箇
所に長く留まることなくコーティング材３の表面上を一
様にかつ高速に移動する。それにより、ドロップレット
が少なくかつ小さくなり、より良質のコーティング膜を
より均一かつ緻密に形成することができる。In the coating method and the coating apparatus of the present embodiment, the rod-shaped coating material 3 and the semi-cylindrical ground conductor 4 have a low inductance coaxial structure, so that the arc current is increased and the strong self-magnetic field is increased. Is formed, the arc plasma can be moved at high speed in the longitudinal direction of the coating material 3. In addition, since the arc plasma moves in the longitudinal direction and the circumferential direction of the coating material 3 by rotating the ground conductor 4, the arc spot does not stay at a specific place of the coating material 3 for a long time, and then moves on the surface of the coating material 3. Move uniformly and fast. As a result, the number of droplets is reduced and reduced, so that a higher quality coating film can be formed more uniformly and densely.
【００５６】また、自己磁場を強くしてアークの移動速
度を速くすることができるので、アーク電流を大電流化
してもドロップレットの発生が抑制される。したがっ
て、アーク電流の大電流化により大面積のコーティング
を行うことができる。Further, since the moving speed of the arc can be increased by increasing the self-magnetic field, the generation of droplets is suppressed even when the arc current is increased. Therefore, a large-area coating can be performed by increasing the arc current.
【００５７】さらに、コーティング材３および接地導体
４が低インダクタンスの同軸構造となっているので、ア
ークの短絡が生じたときに、短絡電流を極めて短時間に
遮断することができる。その結果、アークの短絡による
大きなドロップレットの発生およびコーティング膜への
汚染物の混入を回避することができる。Further, since the coating material 3 and the grounding conductor 4 have a low inductance coaxial structure, when an arc short-circuit occurs, the short-circuit current can be cut off in a very short time. As a result, it is possible to avoid generation of large droplets due to arc short-circuiting and contamination of the coating film with contaminants.
【００５８】また、接地導体４を冷却することができる
ので、接地導体４に付着した汚染物がコーティング膜に
混入することを防止することができる。パイプ１００の
内面に形成されたコーティング膜１８を気孔（ポア）の
存在しない緻密な膜にするためには、コーティング膜１
８の形成後、電子ビーム溶解法またはレーザビーム溶解
法によりコーティング膜１８を溶解することが好まし
い。Further, since the ground conductor 4 can be cooled, it is possible to prevent contaminants adhering to the ground conductor 4 from entering the coating film. In order to make the coating film 18 formed on the inner surface of the pipe 100 a dense film having no pores, the coating film 1
After the formation of 8, the coating film 18 is preferably melted by an electron beam melting method or a laser beam melting method.
【００５９】図３は電子ビーム溶解法に用いる電子ビー
ム照射ユニットの模式的断面図である。図３の電子ビー
ム照射ユニット２０は、電子ビームガン２１、磁石２
２，２３、回転駆動軸２４およびシリンダ２５からな
る。電子ビームガン２１の周囲に磁石２２，２３が取り
付けられ、電子ビームガン２１は回転駆動軸２４により
磁石２２，２３とともに回転駆動され、かつシリンダ２
５によりパイプ１００の長手方向に移動可能となってい
る。FIG. 3 is a schematic sectional view of an electron beam irradiation unit used for the electron beam melting method. An electron beam irradiation unit 20 shown in FIG.
2, 23, a rotary drive shaft 24 and a cylinder 25. Magnets 22 and 23 are mounted around the electron beam gun 21, and the electron beam gun 21 is rotationally driven together with the magnets 22 and 23 by a rotary drive shaft 24, and
5 allows the pipe 100 to move in the longitudinal direction.
【００６０】電子ビームガン２１から発生した電子ビー
ム２６は磁石２２，２３によって直角に曲げられてパイ
プ１００の内面のコーティング膜に照射される。電子ビ
ーム２６の電流値は例えば１Ａ程度である。図３
（ａ），（ｂ）に示すように電子ビームガン２１を回転
させることにより電子ビーム２６がパイプ１００の内面
の円周方向に走査される。また、シリンダ２５によって
電子ビームガン２１をパイプ１０の長手方向に移動させ
ることによりパイプ１００の内面の長手方向に電子ビー
ム２６が走査される。それにより、コーティング膜の全
面が均一に溶解され、コーティング膜が気孔を有さない
緻密な膜に改質される。The electron beam 26 generated from the electron beam gun 21 is bent at right angles by the magnets 22 and 23 and irradiates the coating film on the inner surface of the pipe 100. The current value of the electron beam 26 is, for example, about 1A. FIG.
By rotating the electron beam gun 21 as shown in (a) and (b), the electron beam 26 is scanned in the circumferential direction on the inner surface of the pipe 100. The electron beam 26 is scanned in the longitudinal direction of the inner surface of the pipe 100 by moving the electron beam gun 21 in the longitudinal direction of the pipe 10 by the cylinder 25. Thereby, the entire surface of the coating film is uniformly dissolved, and the coating film is modified into a dense film having no pores.
【００６１】図４はレーザビーム溶解法に用いるレーザ
ビーム照射ユニットの模式的断面図である。図４のレー
ザビーム照射ユニット３０は、レーザ発生装置３１、レ
ーザ整形装置３２、ミラー３３および回転駆動軸３４か
らなる。レーザ発生装置３１は、ＣＯ2 レーザまたはＹ
ＡＧレーザからなり、数ｋＷ〜数１０ｋＷのレーザ光を
発生する。レーザ整形装置３２は、レーザ発生装置３１
により発生されたレーザ光を平行レーザビーム３５に整
形する。ミラー３３は回転駆動軸３４により回転駆動さ
れ、レーザ整形装置３２から出射される平行レーザビー
ム３５を反射および集光してパイプ１００の内面にレー
ザスポット３６を形成する。レーザスポット３６のエネ
ルギーは例えば数ｍＪ（ミリジュール）程度である。FIG. 4 is a schematic sectional view of a laser beam irradiation unit used for the laser beam melting method. The laser beam irradiation unit 30 shown in FIG. 4 includes a laser generator 31, a laser shaping device 32, a mirror 33, and a rotary drive shaft. The laser generator 31 is a CO 2 laser or Y
It is composed of an AG laser and generates laser light of several kW to several tens kW. The laser shaping device 32 includes the laser generating device 31
Is shaped into a parallel laser beam 35. The mirror 33 is driven to rotate by a rotation drive shaft 34, and reflects and converges a parallel laser beam 35 emitted from the laser shaping device 32 to form a laser spot 36 on the inner surface of the pipe 100. The energy of the laser spot 36 is, for example, about several mJ (millijoules).
【００６２】回転駆動軸３４によりミラー３３を回転さ
せながらパイプ１００の長手方向に移動させることによ
り、パイプ１００の内面の円周方向および長手方向にレ
ーザスポット３６が移動してパイプ１００の内面のコー
ティング膜１８が溶解する。それにより、コーティング
膜１８が気孔を有さない緻密な膜に改質される。The laser spot 36 moves in the circumferential direction and the longitudinal direction of the inner surface of the pipe 100 by moving the mirror 33 in the longitudinal direction of the pipe 100 while rotating the mirror 33 by the rotary drive shaft 34, thereby coating the inner surface of the pipe 100. The film 18 dissolves. Thereby, the coating film 18 is modified into a dense film having no pores.
【００６３】このようにして得られたコーティング膜１
８は、１５μｍ程度の薄膜であっても気孔を有さない緻
密な膜となるので、耐蝕性に優れている。図５は本発明
の他の実施例におけるコーティング装置の模式的横断面
図である。The coating film 1 thus obtained
No. 8 is excellent in corrosion resistance because it is a dense film having no pores even if it is a thin film of about 15 μm. FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a coating apparatus according to another embodiment of the present invention.
【００６４】図５のコーティング装置１においては、パ
イプ１００の内部に異なる種類の材料からなる複数のコ
ーティング材３ａ，３ｂが配設されている。これらのコ
ーティング材３ａ，３ｂはそれぞれ独立したバイアス電
源１２ａ，１２ｂに接続されている。In the coating apparatus 1 shown in FIG. 5, a plurality of coating materials 3a and 3b made of different types of materials are disposed inside a pipe 100. These coating materials 3a and 3b are connected to independent bias power supplies 12a and 12b, respectively.
【００６５】以下の説明では、コーティング材３ａがＴ
ｉからなり、コーティング材３ｂがＡｌからなるものと
し、反応室２内に反応ガスしてＮ2 を導入するものとす
る。アーク電源１２ａ，１２ｂによりコーティング材３
ａ，３ｂに同時に電圧を印加してコーティング材３ａ，
３ｂと接地導体４との間に同時にアーク放電を発生させ
た場合には、図６（ａ）に示すように、パイプ１００の
内面にＴｉＡｌＮ膜５０が形成される。In the following description, the coating material 3a is T
i, the coating material 3b is made of Al, and a reaction gas is introduced into the reaction chamber 2 to introduce N 2 . Coating material 3 by arc power supplies 12a and 12b
a, 3b are applied simultaneously to the coating materials 3a, 3b.
When an arc discharge is simultaneously generated between 3b and the ground conductor 4, a TiAlN film 50 is formed on the inner surface of the pipe 100 as shown in FIG.
【００６６】一方、アーク電源１２ａ，１２ｂによりコ
ーティング材３ａ，３ｂに交互に電圧を印加してコーテ
ィング材３ａと接地導体４との間およびコーティング材
３ｂと接地導体４との間に交互にアーク放電を発生させ
た場合には、図６（ｂ）に示すように、パイプ１００の
内面にＴｉＮ膜５１、ＡｌＮ膜５２、ＴｉＮ膜５３およ
びＡｌＮ膜５４からなる多層構造のコーティング膜１８
が形成される。On the other hand, a voltage is alternately applied to the coating materials 3a and 3b by the arc power supplies 12a and 12b to alternately cause arc discharge between the coating material 3a and the ground conductor 4 and between the coating material 3b and the ground conductor 4. 6B, the coating film 18 having a multilayer structure including the TiN film 51, the AlN film 52, the TiN film 53, and the AlN film 54 is formed on the inner surface of the pipe 100, as shown in FIG.
Is formed.
【００６７】このように、コーティング膜１８を多層構
造にすることによりコーティング膜１８の硬度を向上さ
せることができる。なお、上記実施例では、導電性部材
として半円筒状（１／２円筒状）の接地導体４を用いて
いるが、導電性部材の形状は上記実施例に限定されな
い。例えば、図７（ａ）に示すように、導電性部材とし
て１／２以上の円筒状の接地導体４ａを用いてもよく、
図７（ｂ）に示すように、あまり長尺でない場合は、導
電性部材として１／２以下の円筒状の接地導体４ｂを用
いてもよい。As described above, the hardness of the coating film 18 can be improved by forming the coating film 18 into a multilayer structure. In the above embodiment, the semi-cylindrical (1/2 cylindrical) ground conductor 4 is used as the conductive member, but the shape of the conductive member is not limited to the above embodiment. For example, as shown in FIG. 7A, a 1/2 or more cylindrical ground conductor 4a may be used as the conductive member.
As shown in FIG. 7B, when the conductor is not very long, a cylindrical ground conductor 4b of 1/2 or less may be used as the conductive member.
【００６８】また、上記実施例では、円筒状のパイプ１
００の内面にコーティング膜１８を形成する場合を説明
したが、本発明のコーティング方法およびコーティング
装置は多角形の断面形状を有するパイプ状体、その他の
断面形状を有する種々の中空体の内面にコーティング膜
を形成する場合にも適用することができる。In the above embodiment, the cylindrical pipe 1
00, the coating method and the coating apparatus according to the present invention are applied to the inner surface of a pipe-shaped body having a polygonal cross-section and various hollow bodies having other cross-sections. The present invention can be applied to the case of forming a film.
【００６９】なお、本発明のコーティング方法およびコ
ーティング装置は、化学プラント、石油プラント、ガス
プラント、原子力プラント、発電プラント等の種々の分
野で用いられる種々のパイプおよびその他の中空体の内
面をコーティングするために用いることができる。The coating method and the coating apparatus of the present invention coat the inner surfaces of various pipes and other hollow bodies used in various fields such as chemical plants, petroleum plants, gas plants, nuclear power plants, and power plants. Can be used for
【００７０】[0070]
【発明の効果】以上のように、第１および第２の発明に
よれば、棒状部材および導電性部材が低インダクタンス
の同軸構造となっているので、アーク電流を大きくして
強力な自己磁場を形成することにより、アークプラズマ
を棒状部材の長手方向に高速に移動させることができ
る。したがって、ドロップレットの発生を抑制して緻密
な膜を形成することができる。As described above, according to the first and second aspects of the present invention, since the rod-shaped member and the conductive member have a low-inductance coaxial structure, a strong self-magnetic field can be generated by increasing the arc current. By forming the arc plasma, the arc plasma can be moved at a high speed in the longitudinal direction of the rod-shaped member. Therefore, a dense film can be formed while suppressing the generation of droplets.
【００７１】また、自己磁場を強くしてアークの移動速
度を速くすることができるので、アーク電流を大電流化
してもドロップレットの発生が抑制される。したがっ
て、アーク電流の大電流化により大面積のコーティング
を行うことができる。Further, since the moving speed of the arc can be increased by increasing the self-magnetic field, the generation of droplets is suppressed even if the arc current is increased. Therefore, a large-area coating can be performed by increasing the arc current.
【００７２】さらに、棒状部材および導電性部材が低イ
ンダクタンスの同軸構造となっているので、アークの短
絡が生じたときに、短絡電流を極めて短時間に遮断する
ことができる。したがって、アークの短絡による大きな
ドロップレットの発生およびコーティング膜への汚染物
の混入を回避することができる。Further, since the rod-shaped member and the conductive member have a low-inductance coaxial structure, a short-circuit current can be cut off in a very short time when an arc short-circuit occurs. Therefore, generation of large droplets due to arc short-circuiting and contamination of the coating film with contaminants can be avoided.
【００７３】特に、部分円筒状部材からなる導電性部材
を棒状部材を中心として回転させた場合には、、アーク
プラズマを長手方向および円周方向に移動させることが
できるので、アークスポットが棒状部材の特定の箇所に
長く留まることなく棒状部材の表面上を一様にかつ高速
に移動する。それにより、ドロップレットが少なくかつ
小さくなり、より良質のコーティング膜をより均一かつ
緻密に形成することができる。In particular, when the conductive member made of a partially cylindrical member is rotated about the rod-shaped member, the arc plasma can be moved in the longitudinal direction and the circumferential direction. Move uniformly and at high speed on the surface of the rod-shaped member without staying at a specific place for a long time. As a result, the number of droplets is reduced and reduced, so that a higher quality coating film can be formed more uniformly and densely.
【００７４】また、ガス導入部から反応室に反応ガスを
導入することにより、コーティング材料と反応ガスより
化合物を生成させ、化合物からなるコーティング膜を形
成することができる。Further, by introducing a reaction gas from the gas introduction part into the reaction chamber, a compound is generated from the coating material and the reaction gas, and a coating film made of the compound can be formed.
【００７５】また、導電性部材を冷却することにより、
導電性部材に付着した汚染物がコーティング膜に混入す
ることを防止することができる。さらに、中空体の内面
に形成されたコーティング膜にエネルギービームを照射
することにより、気孔が存在しない緻密なコーティング
膜を形成することができる。Further, by cooling the conductive member,
It is possible to prevent contaminants attached to the conductive member from being mixed into the coating film. Further, by irradiating the coating film formed on the inner surface of the hollow body with an energy beam, a dense coating film having no pores can be formed.
【図１】本発明の一実施例におけるコーティング装置の
模式的縦断面図である。FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view of a coating apparatus according to an embodiment of the present invention.
【図２】図１のコーティング装置の模式的横断面図であ
る。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the coating apparatus of FIG.
【図３】電子ビーム照射ユニットの模式的断面図であ
る。FIG. 3 is a schematic sectional view of an electron beam irradiation unit.
【図４】レーザビーム照射ユニットの模式的断面図であ
る。FIG. 4 is a schematic sectional view of a laser beam irradiation unit.
【図５】本発明の他の実施例におけるコーティング装置
の模式的横断面図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a coating apparatus according to another embodiment of the present invention.
【図６】図５のコーティング装置により形成されるコー
ティング膜の断面図である。FIG. 6 is a sectional view of a coating film formed by the coating apparatus of FIG.
【図７】接地導体の他の例を示す模式的横断面図であ
る。FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing another example of the ground conductor.
【図８】従来の真空アーク放電蒸着装置の概略図であ
る。FIG. 8 is a schematic view of a conventional vacuum arc discharge vapor deposition apparatus.
１ コーティング装置 ２ 反応室 ２ａ，２ｂ 円筒状部材 ２ｃ，２ｄ 蓋部材 ３，３ａ，３ｂ コーティング材 ４，４ａ，４ｂ，４ｃ 接地導体 ９ トリガーシリンダ ９ａ トリガー電極 １２ アーク電源 １３ バイアス電源 １４ 排気口 １５ ガス導入口 １６ 排気系 １７ ガス導入系 ２０ 電子ビーム照射ユニット ２１ 電子ビームガン ３０ レーザビーム照射ユニット ３１ レーザ発生装置 ３２ レーザ成形装置 ３３ ミラー DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Coating apparatus 2 Reaction chamber 2a, 2b Cylindrical member 2c, 2d Lid member 3, 3a, 3b Coating material 4, 4a, 4b, 4c Ground conductor 9 Trigger cylinder 9a Trigger electrode 12 Arc power supply 13 Bias power supply 14 Exhaust port 15 Gas Inlet 16 Exhaust system 17 Gas introduction system 20 Electron beam irradiation unit 21 Electron beam gun 30 Laser beam irradiation unit 31 Laser generator 32 Laser forming device 33 Mirror
Claims (10)
るコーティング方法において、前記中空体の内部にコー
ティング材料からなる棒状部材を配設するとともに前記
中空体の内部に前記棒状部材を部分的に囲むように前記
棒状部材と同軸構造の導電性部材を配設し、前記中空体
の内部空間を囲む反応室を形成し、前記反応室内を排気
し、前記中空体を前記導電性部材に対して電気的にバイ
アスするとともに前記棒状部材と前記導電性部材との間
にアーク放電を発生させることを特徴とするコーティン
グ方法。1. A coating method for forming a coating film on an inner surface of a hollow body, wherein a rod-shaped member made of a coating material is disposed inside the hollow body, and the rod-shaped member is partially surrounded inside the hollow body. Thus, a conductive member having a coaxial structure with the rod-shaped member is disposed, a reaction chamber surrounding the internal space of the hollow body is formed, the reaction chamber is evacuated, and the hollow body is electrically connected to the conductive member. And applying an electric discharge between the rod-shaped member and the conductive member.
部分的に囲むように配置された部分円筒状部材からな
り、 前記棒状部材と前記部分円筒状部材との間にアーク放電
を発生させつつ前記部分円筒状部材を前記棒状部材を中
心として回転させることを特徴とする請求項１記載のコ
ーティング方法。2. The method according to claim 1, wherein the conductive member includes a partial cylindrical member disposed so as to partially surround a periphery of the rod member, and generates an arc discharge between the rod member and the partial cylindrical member. 2. The coating method according to claim 1, wherein the partial cylindrical member is rotated around the rod-shaped member.
に反応ガスを導入することを特徴とする請求項１または
２記載のコーティング方法。3. The coating method according to claim 1, wherein a reaction gas is introduced into the reaction chamber after exhausting the reaction chamber.
のコーティング材料からなる複数の棒状部材を配設する
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のコー
ティング方法。4. The coating method according to claim 1, wherein a plurality of rod-shaped members made of different types of coating materials are disposed inside the hollow body.
ング膜にエネルギービームを照射することを特徴とする
請求項１〜４のいずれかに記載のコーティング方法。5. The coating method according to claim 1, wherein the coating film formed on the inner surface of the hollow body is irradiated with an energy beam.
るコーティング装置であって、 前記中空体を保持するとともに前記中空体の内部空間を
囲む反応室を形成する保持部材と、 前記中空体の内部にコーティング材料からなる棒状部材
を支持する支持手段と、 前記中空体の内部に前記棒状部材を部分的に囲むように
前記棒状部材と同軸に配設された導電性部材と、 前記反応室内を排気するための排気部と、 前記中空体を前記導電性部材に対して電気的にバイアス
するためのバイアス手段と、 前記棒状部材と前記導電性部材との間にアーク放電を発
生させるアーク放電発生手段とを備えたことを特徴とす
るコーティング装置。6. A coating apparatus for forming a coating film on an inner surface of a hollow body, comprising: a holding member for holding the hollow body and forming a reaction chamber surrounding an internal space of the hollow body; A support member for supporting a rod-shaped member made of a coating material, a conductive member disposed coaxially with the rod-shaped member so as to partially surround the rod-shaped member inside the hollow body, and exhausting the reaction chamber. An exhaust unit for performing an electric discharge, a bias unit for electrically biasing the hollow body with respect to the conductive member, and an arc discharge generating unit for generating an arc discharge between the rod-shaped member and the conductive member. A coating apparatus comprising:
部分的に囲むように配置された部分円筒状部材からな
り、 前記部分円筒状部材を前記棒状部材を中心として回転可
能に支持する回転支持手段と、 前記部分円筒状部材を前記回転支持手段を介して回転駆
動する回転駆動手段をさらに備えたことを特徴とする請
求項６記載のコーティング装置。7. The rotating member comprises a partial cylindrical member disposed so as to partially surround a periphery of the rod member, and the conductive member rotatably supports the partial cylindrical member so as to be rotatable about the rod member. The coating apparatus according to claim 6, further comprising: a support unit; and a rotation driving unit configured to rotationally drive the partial cylindrical member through the rotation support unit.
をさらに備えたことを特徴とする請求項６または７記載
のコーティング装置。8. The coating apparatus according to claim 6, further comprising a gas introduction unit for introducing a gas into the reaction chamber.
らに備えたことを特徴とする請求項６〜８のいずれかに
記載のコーティング装置。9. The coating apparatus according to claim 6, further comprising cooling means for cooling the conductive member.
ィング膜にエネルギービームを照射するエネルギービー
ム照射手段をさらに備えたことを特徴とする請求項６〜
９のいずれかに記載のコーティング装置。10. An energy beam irradiation means for irradiating an energy beam to a coating film formed on the inner surface of the hollow body.
10. The coating apparatus according to any one of 9 above.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17902496A JP3742462B2 (en) | 1996-07-09 | 1996-07-09 | Coating method and coating apparatus |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1025564A true JPH1025564A (en) | 1998-01-27 |
| JP3742462B2 JP3742462B2 (en) | 2006-02-01 |
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|---|---|
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Cited By (3)
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1996
- 1996-07-09 JP JP17902496A patent/JP3742462B2/en not_active Expired - Fee Related
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| US10811235B2 (en) | 2014-05-13 | 2020-10-20 | Argor Aljba Sa | Method to filter macro particles in a cathodic arc physical vapor deposition (PVD), in vacuum |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3742462B2 (en) | 2006-02-01 |
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