JPS59123017A - 発光放電用の安定電源装置 - 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】 減圧状態の下で発光放電を使用している業界は多い。種
々の利用可能な技欝によシ、現時点では未だ実験室段階
の域を出ない陰極マグネトロンスパッタリング、あるい
はイオン沈積といった技法を開発している表面処理業界
でも同様である。多くの場合、減圧状態の下で放電を行
うことは、上述した２つの技法の場合、同じではなく、
これらの技法の場合、実施に際して通常使用される装置
は需要に対して極めて不完全にしか対応しないものであ
る。

実際、希薄な気圧の下で、２つの電極の間に十分な値を
有する電圧を発生せしめると、残留ガスが部分的にイオ
ン化し、これが導体となって電流路となる。これらの電
極間に印加する電圧Ｖを変えて対応する電流の強さ■を
測定すると、添伺図面の第１図に示す１′電圧−電流強
さ′”曲線が得られるが、該曲線に於いて、極めて特徴
的外４つの部分を区別しうる。

０転移に対応する部分。

０電圧が一定であシ、■／Ｉの比率が最大値と最少値の
間で固定されていないところの“正常放電″に対応する
部分。

Ｏ電圧と電流強さが同時的ビ増大するところの゛′異常
放電゛′に対応する部分。

０″アークイａ域″の形成に対応する部分。強くイオン
化された雰囲気が導体となシ、かつ、弱い電圧の下で大
きな電’ｉｇ路が得られる。

陰極マグネトロンスパッタリング、あるいはイオン沈積
を行う場合、゛′異異常放電領領域通常使用する。通常
、電源に剤する外的要因（例えば、電極にたまるほこシ
、高温、不良導体の酸化物）の故に、との異常放電領域
を安定させることは因蛙であシ、従って“アーク領域″
を発生せし検がちである。このことは、この技法によシ
形成する沈積の品質という鑑点から特に不都合である。

現段階の技術において、放電は、基本的な２個の部分集
合体、つまシ、 ０所望の強さの電流を流すところの、特に、電圧若しく
は電流の強さの調整装置を含むｔ′給電回路″と、 ０この調整装置を制御しうるところの“制御回路”と、 から成る電流供給システムにょシ発生維持せしめられて
いる。

給電回路は、予め定めた値に調整した電圧若しくは電流
の大きさを有する直流を供給する機能を有する。

励起時若しくは短絡の場合のため、給電回路は通常、自
己誘導装置、いわゆる１′衝撃の自己誘導装置”を備え
ておシ、それは、誘導され乞電流の変動によシ、動作の
異常に対応する電流のピークラカットする役割をになっ
ている。

短絡−が長びく場合のため、リレーが制御回路を開き、
これによシ給電回路を遮断するように構成している。

給電回路を調整するため、現時点ではサイリヌタによる
調整か、あるいは、いわゆ茗′飽和、可能な自己誘導”
による調整のいずれかの方式を使用している。

いずれの場合も給電回路は、地域送電源から所望の特性
を有する動作電離を出方するように構成された１個若し
くは複数個のトランスを有している。

通常の場合、給電回路は少くとも１個のトランスを有し
ているので、給電回路は、回路を遮断した瞬間に大きな
反作用を有する巻線を具備し、その結果、励起にょシリ
レーを作動して制御回路を遮断しても、数ミリセカンド
の間、給電回路内を直流電流が流れることになる。この
数ミリセカンドという時間は、部材、特に整流ダイオー
ドの場合、不可逆少化を時として生ぜしめるに十分な時
間であシ、従って整流ダイオ−１は極めて過度な大きさ
に形成しなければならない。これは電源が小出力の場合
は比較的簡単であるが、大出力の場合は極めて困難であ
る。回路内にα衝撃型自己誘導装置”′を直列に配備す
ることにょシ、部分的にこの問題は解決されるが、出力
が大きくなると、との賀撃型自己誘導装置は、その大き
さ及び重量が急速に増大するもので、これは使用者にと
って不都合なことである。

本発明の目的は、第２図に略示するように、接続された
安定した電源Ａと、電気的開閉器Ｅと、抵抗Ｒとから成
る本発明に係るシステムによシ、大出力の発光放電を生
せしめることにある。電源を、極性を付与する部材に接
続する電気回路は、２個の並列分岐部■とＨに分割され
、その一方は抵抗Ｒであシ、他方は開閉器Ｅである。

尚、該開閉器の開閉は、電源Ａから送られる電流の大き
さに対応して制御される電子システムによシ制御される
。

本発明に於いて、 ０使用する電源は６衝撃型自己誘導装置”を有さない。

該’ＡＭは不用である。

０本発明は、調整電圧若しくは調整電流を送る電源を使
用した場合にも適応でき、該電流は直流でも変調電流で
もいずれでも良い。

０使用する開閉器Ｅの応答時間は極めて短かく、いずれ
の場合も１ミリセ力ンド未満である。

０抵抗Ｒが構成する回路の分岐部のインピーダンスは、
放電によシ構成される回路の分岐部のインピーダンスと
同じ位であシ、そして、電源によシ供給される電流が変
調電流の場合、このインピーダンスはその値の少くとも
８０％で抵抗性を有するように、抵抗Ｒを計算している
。

次に、本発明の動作について説明する。

まず、正常動作の場合、つまシ、１′異常放電”領域で
動作する場合、第２図に示す開閉器Ｅは閉鎖されておシ
、分岐部■の抵抗は、全体の電流をうける分岐部■よシ
も無限に大きい。

励起の場合、つｔｂ、゛′アーク領域”内に激しい電流
が流れた場合、電源はその大きさの電流を供給しうる。

この電流が予め設定した値を超えると、開閉器Ｅが開き
、そして、回路の分岐部■が開くので、抵抗Ｒは電源と
直列になるとともに電源によって供給される電流が増大
するのを制限す、る。トランジスター開閉器を使用する
と、アークの励起出力と回路の開口との間の時間が数マ
イクロセカンドを超えることがないように構成すること
ができる。

なるべくは、抵抗Ｒが形成する回路分岐部のインピーダ
ンスが、′異常放電”領域の放電によって構成される回
路分岐部りのインピーダンスと同一になるような値を、
抵抗Ｒに選択することが望しい。

次Ｋ、本システムの利点について述べる。

特に、３つの構成部材を上記のように配備することによ
シ、完全にアークを排除することができ、このことから
、電源の構成部材、形成される被覆の品質、及び被処理
部材の安全性が保証されるとともに、これは電源の重量
や寸法をそれ程増大す、　　ることなく実現されるもの
である。

アークをこのように排除することにょシ、給電回路から
供給される電流の調整が良好に行なえる。

更に亦、本発明に係る構成部拐は、出力の大きい場合で
も、通常の市場で簡単に入手しうるものであシ、特に、
本発明はあらゆる種類の電源に適用して、その動作及び
信頼性を高度に改良しうるという利点がある。

次に、本発明の実施例を例示の目的で示す。

実施例１ 急速陰極ヌパッタリング（マグネトロンシステム）によ
シ、鋼の被加工物にチタン沈積を行う場合、数ボルトの
電圧の下で５０アンペアを供給する直流電流安定電源を
使用する。電流の大きさは自己飽和システムにょシ約２
％調整可能であシ、構成部材を保持しうる最大電流は１
ｏｏアンペアである。この電源を純粋チタンのターゲッ
トに接続し、そして、放電が安定した時に、放電が構成
する回路のインピーダンスは７オームとなる。ターゲッ
トが新しくなる度に、安定した電気放電を得ることは極
めて困難であることが判明した。特に、電気アークが常
時形成され、オシロスコープで測定したその電流の大き
さは５ミリセカンドの間で既に１００アンペアに到達し
、他方、第３図の曲線に示すように、電流の実際の遮断
はアークの励起後９ミリセカンド後にしか生じなかった
。

電流の大きさがこのように過′度に大きくなるのは、電
源動作の頻繁な変調と整流ダイオードの破壊によるもの
である。というのも、１０ｏアンペアの最大値は短時間
の間に頻繁に超えられておシ、そして、このことはター
ゲットが適切な表面状態に　　、−到達しない場合に生
じるのである。本発明に於いては、第４図に略示する電
気開閉器を使用し、それを上述の電源及び、第２図の概
略図に示す６オームの抵抗に接続する。そして、アーク
の励起時に、電流は５０から５１アンペア流れ、そして
安定したが、これはアーク発生後３ミリセカンドの間で
あった。アークを遮断すること即座に開閉器が閉じ、抵
抗が直列接続から並列接続となった。

実施例２ イオン沈積技法を使用した沈積装置の場合、アルゴン雰
囲気で、ｌＯ−”ｔｎバールの真空状態で、１１００ボ
／Ｌ’）の電圧を印加して、被処理部材に極性を付与し
なければならず、これは、２．３アンペアの電流の大き
さに対応する。従来は、θ〜５０００ポルトの範囲でサ
イリヌタシステムによシ調整した電圧を付与する安定電
源を使用していた。この電源は１０アンペアに相等する
最大電流を供給することができる。

この沈積を行うためには、蒸着がはじまる前に放電を行
って被処理部材のイオン除去を行う必要があるが、これ
を行う場合、大きな励起を生ぜしめることな（１１００
ボルトの電圧を直接印加することは不可能であることが
判明している。アーク励起の間、オシロヌコープ大測定
した電流は、励起開始後１０ミリセカンドの間、５０ア
ンペアを超えた。この励起は電源それ自体の破壊を招く
のみならず、被処理部材の表面状態を劣化せしめ、その
結果、θ〜３０００ポルトの範囲で電圧を極めてゆっく
シと上昇せしめる必要があシ、これは時間の浪費である
とともに危険でもある。

更に亦、放電が安定したとき、放電が構成する回路部分
のインピーダンスは４８０オームであった。

本発明に於いて、第４図に概略示するような電気開閉器
を使用し、それを５００オームの抵抗と、上述の安定電
源に接続する。この場合、オペレータは動作の開始時か
ら、電源が供給する１１００ボルトの電圧を印加するこ
とができることが判明している。−シロスコープによシ
ミ流の大きさの変動を測定すると、アークが開始した場
合、１２ミリセカンドの間、２．８から２．４５アンペ
アとなシ、その時から抵抗は回路に直列に接続され、電
流は２．４５アンペアで一定であることが判明している
。かくして、被処理部材は初期状態に保持され、特に、
大孔は一切形成されなかった。

【図面の簡単な説明】

第１図は電極間に印加する電圧と電流の強さとの関係を
示すグラフ図、第２図は本発明において使用する電気回
路の概略図、第３図は電流の遮断状態を示すグラフ図、
第４図は本発明において使用する電気開閉器の回路図で
ある。 特許出願人 サントウル　ステファノワ　ドウ　ルシエルシュ　メカ
ニイドロメカニック　エ　フロットマン

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）電源Ａと、迅速応答型の開閉器Ｅと、抵抗Ｒの８
   個の部分集合体から成シ、該電源Ａから供給される電流
   の大きさによシ、抵抗Ｒを該電源Ａと直列に任意に接続
   したシ、あるいは抵抗Ｒを除外したシしうるよう開閉器
   Ｅを配備したことを特徴−とする発光放電用の安定電源
   装置。 （２）該開閉器Ｅの応答時間は１ミリセ力ンド未満であ
   ることを特徴とする特許請求範囲第（１）項に記載の発
   光放電用の安定電源装置。 （３）該開閉器Ｅはトランジスタを使用した電子システ
   ムによ多構成されていることを特徴とする特許請求の範
   囲第（１）乃至第（２）項のいずれかに記載の発光放電
   用の安定電源装置。 （４）該開閉器Ｅの応答時間は１５ミリセ力ンド未満で
   あることを特徴とする特許請求の範囲第（１）乃至第（
   ３）項のいずれかに記載の発光放電用の安定電源装置。 （５）該電源Ａによシ供給される電流は直流であること
   を特徴とする特許請求の範囲第（１）乃至第（４）項の
   いずれかに記載の発光放電用の安定電源装置。 （６）該電源Ａによシ供給される電流は変調電流である
   ことを特徴とする特許請求範囲第（１）乃至第（４）項
   のいずれかに記載の発光放電用の安定電源装置。 σ）抵抗Ｒが構成する回路の分岐部のインピーダンスが
   、６異常放電”領域の電気放電によ多構成される回路分
   岐部りのインピーダンスと等しくなるように抵抗Ｒを計
   算することを特徴とする特許請求範囲第（１）乃至第（
   ６）項のいずれかに記載の発光放電用の安定電源装置。 （８）抵抗Ｒによ多構成される回路分岐部のインピーダ
   ンスは、その値の少くとも８０％で抵抗性を有すること
   を特徴とする特許請求ｉ門弟（１）乃至第（７）項のい
   ずれかに記載の発光放電用の安定電源装置０