DE112012000642T5

DE112012000642T5 - Plasmabearbeitungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112012000642T5
Application number: DE112012000642.9T
Authority: DE
Inventors: Kazuhiko Katsumata
Original assignee: IHI Corp; IHI Machinery and Furnace Co Ltd
Current assignee: IHI Corp; IHI Machinery and Furnace Co Ltd
Priority date: 2011-02-02
Filing date: 2012-02-02
Publication date: 2014-01-02
Also published as: JP2012158819A; WO2012105641A1; JP5767819B2; US20130305985A1; CN103459651B; CN103459651A

Abstract

Eine Plasmabearbeitungsvorrichtung (S1) wird bereit gestellt, welche ausgestaltet ist, eine Oberflächenreformierung an einem aus einem metallischen Material hergestellten Werkstück (X) in einem Vakuumofen (1) mittels eines Plasmas durchzuführen, und welche eine bewegliche Energiezufuhrvorrichtung (14 und 15) aufweist, die in dem Vakuumofen (1) bewegbar ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Plasmabearbeitungsvorrichtung. Diese Anmeldung beansprucht die Priorität und den Vorteil der japanischen Offenlegungsschrift mit der Nummer 2011-20665 , welche am 2. Februar 2011 eingereicht worden ist und deren Offenbarung durch Bezugnahme hiermit eingefügt ist.
Stand der Technik
Eine Plasmabearbeitungsvorrichtung, welche ausgestaltet ist, eine Oberfläche eines aus einem metallischen Material hergestellten Werkstücks mittels eines Plasmas zu reformieren, wird im Stand der Technik verwendet. Die Plasmabearbeitungsvorrichtung weist einen Vakuumofen auf, wie er z. B. in dem Patentdokument 1 beschrieben ist. Wenn ein Plasma in dem Vakuumofen unter einer Umgebung mit einem niedrigen Druck erzeugt wird, wird die Reformierung der Oberfläche des Werkstücks, wie z. B. eine Karburierungsbehandlung mittels eines Plasmas durchgeführt.
Liste der Referenzen
Patentdokument

[Patentdokument 1] japanische Offenlegungsschrift, erste Veröffentlichung Nummer 2009-149961

Zusammenfassung der Erfindung
Technische Aufgabe
Bei der oben beschriebenen Plasmabearbeitungsvorrichtung wird das Werkstück normalerweise auf eine leitende Ablageschale aufgebracht und somit in den Vakuumofen eingebracht. Zusätzlich ist die Innenwand des Vakuumofens geerdet und eine negative Spannung wird an die Ablageschale angelegt. Demzufolge wird ein elektrisches Feld zwischen der inneren Wand und dem Werkstück gebildet, so dass ein Prozessgas in einem Plasma-Zustand ist und die Oberfläche des Werkstücks reformiert wird.
Allerdings sind die Arten von Werkstücken, welche mittels Plasma in der Plasmabearbeitungsvorrichtung behandelt werden, ziemlich verschieden. Daher unterscheidet sich der Abstand von der Innenwand des Vakuumofens nach dem Werkstück. Die Änderung des Abstandes von dem Werkstück zu der Innenwand des Vakuumofens bedeutet eine Änderung im elektrischen Feld, welches zwischen dem Werkstück und der Innenwand des Vakuumofens ausgebildet wird. Daher wird die Umgebung der Plasmabearbeitung verändert und somit treten Abweichungen in der Oberflächenbeschaffenheit des bearbeiteten Werkstücks auf.
Ferner, selbst wenn Werkstücke mit der gleichen Form behandelt werden sollen, um die Oberflächeneigenschaften oder die Bearbeitungszeit des Werkstücks zu ändern, kann es Fälle geben, in denen der Wunsch besteht, absichtlich das gebildete elektrische Feld zu ändern.
Bei der Plasmabearbeitungsvorrichtung nach dem Stand der Technik kann ein Leistungszuführungspunkt an der Ablageschale oder der Innenwand des Vakuumofens nicht verändert werden. Daher kann das elektrische Feld letztendlich nicht wahlweise verändert werden, wie oben beschrieben wurde, und es ist schwierig, Abweichungen in der Oberflächenbeschaffenheit des Werkstücks zu unterdrücken oder gezielt die Oberflächeneigenschaften des Werkstücks zu verändern.
Angesichts dieser Überlegungen, ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Plasmabearbeitungsvorrichtung bereit zu stellen, welche ausgestaltet ist, eine Oberflächenreformierung an einem Werkstück in einem Vakuumofen mittels eines Plasmas durchzuführen, um es zu ermöglichen, wahlweise die Stärke des elektrischen Feldes zur Erzeugung des Plasmas zu verändern, wodurch die Freiheitsgrade bei der Reformierung der Oberfläche des Werkstückes verbessert werden.
Lösung der Aufgabe
Als Maßnahmen zur Lösung der obigen Aufgabe verwendet die vorliegende Erfindung die folgenden Konfigurationen.
Nach einem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist eine Plasmabearbeitungsvorrichtung ausgestaltet eine Oberflächenreformierung an einem aus einem metallischen Material hergestellten Werkstück in einem Vakuumofen mittels eines Plasmas durchzuführen, und sie weist auf: eine erste Energiezufuhrvorrichtung, welche eine erste Spannung an das Werkstück anlegt, und eine zweite Energiezufuhrvorrichtung, welche eine zweite Spannung, die sich von der ersten Spannung unterscheidet, an einem Metallkörper anlegt, der angeordnet ist dem Werkstück gegenüber zu liegen, wobei mindestens eine von der ersten Energiezufuhrvorrichtung und der zweite Energiezufuhrvorrichtung als eine bewegliche Energiezufuhrvorrichtung ausgestaltet ist, die in dem Vakuumofen beweglich ist.
Nach einem zweiten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung weist bei der Plasmabearbeitungsvorrichtung nach dem ersten Gesichtspunkt die bewegliche Energiezufuhrvorrichtung ein leitendes Stabbauteil, welches in den Vakuumofen von außerhalb des Vakuumofens eingeführt wird, und ein leitendes Netzbauteil auf, welches mit dem Stabbauteil verbunden ist.
Nach einem dritten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist bei der Plasmabearbeitungsvorrichtung nach dem zweiten Gesichtspunkt eine Mehrzahl an Netzbauteilen vorgesehen ist.
Nach einem vierten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist bei der Plasmabearbeitungsvorrichtung nach einem der ersten bis dritten Gesichtspunkte die bewegliche Energiezufuhrvorrichtung näher an einer öffnenden und schließenden Tür als an einer Mitte des Vakuumofens angeordnet.
Nach einem fünften Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist bei der Plasmabearbeitungsvorrichtung nach einem der ersten bis vierten Gesichtspunkte der metallische Körper, an den die zweite Spannung von der zweiten Energiezufuhrvorrichtung angelegt wird, eine Elektrode, welche abnehmbar in den Vakuumofen eingebracht und aus dem Vakuumofen herausgenommen wird.
Nach einem sechsten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist bei der Plasmabearbeitungsvorrichtung nach einem der ersten bis fünften Gesichtspunkte ein Befestigungsteil, welches das Werkstück in dem Vakuumofen hält, isoliert.
Nach einem siebten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung weist bei der Plasmabearbeitungsvorrichtung nach einem der ersten bis sechsten Gesichtspunkte die Plasmabearbeitungsvorrichtung ferner einen Heizer, welcher in dem Vakuumofen installiert ist, eine Zufuhrvorrichtung eines Karburierungsgases, welche ein Karburierungsgas dem Inneren des Vakuumofens zuführt, und eine Kühlvorrichtung auf, welche das Innere des Vakuumofens kühlt.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Bei der vorliegenden Erfindung ist mindestens eine von der ersten Energiezufuhrvorrichtung, welche eine erste Spannung an das Werkstück anlegt, und der zweiten Energiezufuhrvorrichtung, welche eine zweite Spannung, die sich von der ersten Spannung unterscheidet, an einem Metallkörper anlegt, der angeordnet ist, um dem Werkstück gegenüber zu liegen, als eine bewegliche Energiezufuhrvorrichtung ausgestaltet, die in dem Vakuumofen beweglich ist
Nach der vorliegenden Erfindung kann der Zuführungspunkt an die Ablageschale oder an die Innenwand des Vakuumofens mittels der beweglichen Energiezufuhrvorrichtung verändert werden. Weiterhin ist der metallische Körper mit einer beliebigen Form angeordnet, um dem Werkstück gegenüber zu liegen, so dass die Leistung dem metallischen Körper zugeführt werden kann.
Nach der vorliegenden Erfindung kann somit die Stärke des elektrischen Feldes wahlweise verändert werden, so dass der Freiheitsgrad bei der Reformierung der Oberfläche verbessert werden kann.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Darstellung einer Plasmabearbeitungsvorrichtung nach einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine seitliche Querschnittsansicht eines Vakuumofens, welcher in der Plasmabearbeitungsvorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung enthalten ist.
3A ist eine vordere Querschnittsansicht des Vakuumofens, welcher in der Plasmabearbeitungsvorrichtung nach dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung enthalten ist.
3B ist eine vordere Querschnittsansicht des Vakuumofens, welcher in der Plasmabearbeitungsvorrichtung nach dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung enthalten ist.
4 ist eine vergrößerte Ansicht eines Hauptteils mit einer ersten Leistungszuführung des Vakuumofens, welcher in der Plasmabearbeitungsvorrichtung nach dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung enthalten ist.
5A ist eine vergrößerte Ansicht eines Hauptteils mit einer zweiten Leistungszuführung des Vakuumofens, welcher in der Plasmabearbeitungsvorrichtung nach dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung enthalten ist.
5B ist eine vergrößerte Ansicht eines Hauptteils mit einer zweiten Leistungszuführung des Vakuumofens, welcher in der Plasmabearbeitungsvorrichtung nach dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung enthalten ist.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Nachfolgend wird eine Plasmabearbeitungsvorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Derweil wird in der folgenden Beschreibung der Maßstab von jedem Bauteil geeignet verändert, um jedes Bauteil identifizierbar zu machen.
Die 1 ist eine schematische Darstellung einer Plasmabearbeitungsvorrichtung S1 nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel. Wie in der 1 dargestellt ist, weist die Plasmabearbeitungsvorrichtung S1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels einen Vakuumofen 1, eine Vakuumpumpe 2, eine Prozessgaszufuhrvorrichtung 3, eine Kühlgaszufuhrvorrichtung 4, eine Leistungszufuhrvorrichtung 5 und eine Steuerungsvorrichtung 6 auf.
Der Vakuumofen 1 behandelt ein Werkstück X, welches auf einer Ablageschaleschale aufgebracht ist, die aus einem metallischen Material gefertigt wurde.
2 ist eine seitliche Querschnittsansicht des Vakuumofens 1. Die 3A und 3B sind vordere Querschnittsansichten des Vakuumofens 1, bei dem 3A eine Querschnittsansicht entlang einer Linie A-A in der 2 ist und 3B eine Querschnittsansicht entlang einer Linie B-B in der 2 ist.
Wie in den 2 bis 3B dargestellt ist, weist der Vakuumofen 1 einen Kessel 11, eine seitliche Abschirmplatte 12, ein Aufbringteil 13, eine erste Leistungszuführung 14 (eine erste Leistungszufuhrvorrichtung), eine zweite Leistungszuführung 5 (eine zweite Leistungszufuhrvorrichtung), einen Heizer 16 und eine Kühlvorrichtung 17 auf.
Der Kessel 11 weist eine im Wesentlichen zylindrische Form auf, welche ein äußeres Erscheinungsbild des Vakuumofens 1 bildet und das Aufbringteil 13, den Heizer 16 und die Kühlvorrichtung 17 aufnimmt. Ein Kessel, welcher z. B. eine Kühlwasser-Doppelwand aufweist, kann als der Kessel 11 verwendet werden.
Wie in der 2 dargestellt ist, weist der Kessel 11 eine horizontal öffnende und schließende Tür 11a auf, welche an einem Ende in horizontaler Richtung angebracht ist. Außerdem wird die öffnende und schließende Tür 11a so geöffnet, dass das Werkstück X hineingebracht und aus dem Vakuumofen 1 herausgenommen werden kann.
Die seitliche Abschirmplatte 12 ist eingerichtet, einen Bereich (einen Bereich eines zentralen Teilbereiches in dem inneren Bereich des Kessels 11) zu umgeben, in welchem das Werkstück X der Plasmabearbeitung in dem Kessel 11 unterworfen wird, und drückt ein wärmeisolierendes Material 12c, welches verhindert, dass Wärme und dergleichen zu dem Kessel 11 übertragen wird.
Wie in den 3A und 3B dargestellt ist, wird überdies die seitliche Abschirmplatte 12 von einer inneren Täfelung 12b durch das wärmeisolierende Material 12c unterstützt, bei welchem die innere Täfelung 12b an dem Kessel 11 mit einer Befestigung 12a befestigt ist.
Außerdem weisen die seitliche Abschirmplatte 12, die innere Täfelung 12b und das wärmeisolierende Material 12c einen Entlüftungsbereich, wie z. B. eine Durchgangsöffnung auf, um dadurch ein Gas, wie z. B. ein Prozessgas und dergleichen hindurchzuführen.
Außerdem kann als die seitliche Abschirmplatte 12 z. B. ein Kohlenstoffverbundmaterial mit einer Dicke von ungefähr 1 mm oder eine Molybdän-Platte (Mo) mit einer Dicke von ungefähr 0,3 mm verwendet werden.
Außerdem kann als die innere Täfelung 12b z. B. ein SS-Material oder ein SUS-Material mit einer Dicke von ungefähr von 4,5 mm bis 5 mm verwendet werden.
Weiterhin kann als das wärmeisolierende Material 12c z. B. eine keramische Abdeckung, welche aus Aluminiumoxid (Al₂O₃) hergestellt worden ist, verwendet werden.
Weiterhin wird bei der Plasmabearbeitungsvorrichtung S1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels der Kessel 11 geerdet und die Spannung des Kessels 11 und der seitlichen Abschirmplatte 12 geht auf das Niveau der Masse.
Das Aufbringteil 13 bringt eine Ablageschale T mit dem darauf angebrachten Werkstück X in den Vakuumofen 1 und weist eine Anbringungsbalken 13a, an welchen die Ablageschale T direkt aufgebracht ist, und einen Unterstützungsbalken 13b auf, welcher den Anbringungsbalken 13a unterstützt.
Außerdem ist der Unterstützungsbalken 13b z. B. aus Graphit oder dergleichen hergestellt worden. Weiterhin ist die seitliche Abschirmplatte 12 von dem Unterstützungsbalken 13b mittels Keramiken, welche an der Umfangsoberfläche des Unterstützungsbalkens 13b angebracht sind, oder mittels Keramiken isoliert, welche an der seitlichen Abschirmplatte 12 angebracht sind, so dass sich der Unterstützungsbalken 13b nicht in einem überhitzten Zustand befindet. Da der Unterstützungsbalken 13b von der seitlichen Abschirmplatte 12 isoliert ist, ist das gesamte Aufbringteil 13 in einem isolierten Zustand.
Die erste Leistungszuführung 14 dient als eine bewegliche Leistungszufuhrvorrichtung der vorliegenden Erfindung, welche eine negative Spannung (eine erste Spannung) an das Werkstück X anlegt und ausgestaltet ist, sich in dem Vakuumofen 1 zu bewegen.
Im Einzelnen weist die erste Leistungszuführung 14 ein leitendes Stabbauteil 14a, welches in den Vakuumofen 1 von außerhalb des Vakuumofens 1 eingeführt wird, und leitende Netzbauteile 14b auf, welche mit dem Stabbauteil 14a verbunden sind. Die erste Leistungszuführung 14 ist ausgestaltet, um die leitenden Netzbauteile 14b mit dem Werkstück X oder mit einem beliebigen Ort der Ablageschale T zu verbinden, auf welche das Werkstück X aufgebracht ist.
Die 4 ist eine vergrößerte Ansicht eines Hauptteils mit einer ersten Leistungszuführung 14. Wie in der 4 dargestellt wird, ist ein keramisches Rohr 12d ausgestaltet, durch die innere Täfelung 12b, das wärmeisolierende Material 12c und die seitliche Abschirmplatte 12 hindurch zu dringen. Das leitende Stabbauteil 14a der ersten Leistungszuführung 14 ist bis zu der Innenseite der seitlichen Abschirmplatte 12 über das keramische Rohr 12d eingefügt. Darüber hinaus ist eine Anzahl (z. B. drei bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel) an Durchgangsöffnungen 14d in einem Spitzenbereich 14c gebildet, welcher in einem inneren Raum angeordnet ist, welcher von der seitlichen Abschirmplatte 12 umgeben ist.
Das Netzbauteil 14b ist durch die Durchgangsöffnung geführt, welche an dem Spitzenbereich des Stabbauteils 14a gebildet ist, und an das Stabbauteil 14a gebunden und ist somit mit dem Stabbauteil 14a verbunden.
Ein Netzbauteil 14b ist durch die Durchgangsöffnung 14d geführt und an das Stabbauteil 14a gebunden. Das heißt, dass bei der Plasmabearbeitungsvorrichtung nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel drei Netzbauteile 14b ausgestaltet sein können, um mit dem Stabbauteil 14a verbunden zu sein.
Das Netzbauteil 14b kann z. B. mittels eines Graphitgarns gebildet werden.
Um einen Einfluß auf die Plasmabearbeitung in dem Vakuumofen 1 auszuschließen, ist es außerdem bevorzugt, die Wärmeerzeugung von dem Netzbauteil 14b maximal zu unterdrücken.
Ein Heizwert des Netzbauteils 14b beruht auf der Stromdichte in dem Netzbauteil 14b. Um den Einfluß auf die Plasmabearbeitung in dem Vakuumofen 1 auszuschließen, kann z. B. die Stromdichte des Netzbauteils 14b auf 1,2 A/mm² oder weniger eingestellt werden.

Die Tabelle 1 zeigt Werte der physikalischen Eigenschaften des Graphitgarns, die Tabelle 2 zeigt verschiedene Werte, wenn ein Netzdurchmesser d auf 10 mm eingestellt wird, die Tabelle 3 zeigt verschiedene Werte, wenn der Netzdurchmesser d auf 20 mm eingestellt wird, und der Tabelle 4 zeigt verschiedene Werte, wenn der Netzdurchmesser d auf 30 mm eingestellt wird. Weiterhin weist die Leistung, welche dem Netzbauteil 14b zugeführt wird eine Spannung von 700 V und einen Strom von 300 A auf. [Tabelle 1]

[Tabelle 2]

[Tabelle 3]

Durchmesser d des Netzbauteils	15 mm
Anzahl N1 der Zwirngarne	19
Befüllungsrate f	90%
Querschnittsfläche S1 des Netzbauteils	159,04 mm²
Länge L des Netzbauteils	1300 mm
Widerstand R des Netzbauteils	0,082 Ω
Wärmeerzeugungsmenge W des Netzbauteils	7,36 kW
Stromdichte des Netzbauteils	1,89 A/mm²
Flächenlastdichte des Netzbauteils	13,20 W/cm²

[Tabelle 4]

Durchmesser d des Netzbauteils	20 mm
Anzahl N1 der Zwirngarne	25
Befüllungsrate f	90%
Querschnittsfläche S1 des Netzbauteils	282,74 mm²
Länge L des Netzbauteils	1300 mm
Widerstand R des Netzbauteils	0,046 Ω
Wärmeerzeugungsmenge W des Netzbauteils	4,14 kW
Stromdichte des Netzbauteils	1,06 A/mm²
Flächenlastdichte des Netzbauteils	7,43 W/cm²

Wenn, wie in den Tabellen 1 bis 4 gezeigt ist, der Durchmesser d des Netzbauteils auf 20 mm eingestellt ist, wird die Querschnittsfläche S1 des Netzbauteils 282,74 mm² und wird die Stromdichte des Netzbauteils 1,06 A/mm², um die Bedingungen von 1,2 A/mm² wie oben beschrieben zu erfüllen. Indem der Durchmesser d des Netzbauteils auf 20 mm eingestellt wird, kann nur ein Netzbauteil 14b dem Werkstück X Energie zuführen, ohne die Umgebung der Plasmabearbeitung zu beeinflussen.
Weiterhin sind, wie oben beschrieben, bei der Plasmabearbeitungsvorrichtung S1 drei Netzbauteile 14b ausgestaltet, parallel zueinander mit dem Stabbauteil 14a verbunden zu werden. Daher ist es bevorzugt, eine Mehrzahl an Netzbauteile 14b einzubauen, bei denen jeweils deren Gewicht verringert ist, eher als nur ein Netzbauteil mit einem Durchmesser d des Netzbauteils von 20 mm anzubringen.
Im Einzelnen können zu der Zeit des Einbauens der Anzahl an Netzbauteilen 14b, der Durchmesser d2 des Netzbauteils und dergleichen von jedem der Netzbauteile eingestellt werden, wie es in den nachfolgenden Tabellen 5 und 6 gezeigt wird. [Tabelle 5]
[Tabelle 6]

Anzahl N2 der Netzbauteile 3

für ein Netzbauteil erforderliche Querschnittsfläche S2 94,25 mm²

Durchmesser d2 des Netzbauteils 10,95 mm

erforderliche Anzahl n2 der Zwirngarne 14
Weiterhin ist bei der Plasmabearbeitungsvorrichtung S1 nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die erste Energiezuführung 14 angeordnet, näher an der öffnenden und schließenden Tür 11a als an der Mitte des Vakuumofens 1 zu sein.
Im Einzeln ist die erste Energiezuführung 14 an einer Position angeordnet, an welcher die Hand eines Arbeiters das Netzbauteil 14b der ersten Energiezuführung 14 in einem Zustand erreicht, bei dem das Werkstück X in dem Vakuumofen 1 aufgenommen ist und wenn die öffnende und schließende Tür 11a geöffnet ist.
Die zweite Energiezuführung 15 unterstützt die seitliche Abschirmplatte 12 und dient als eine bewegliche Energiezufuhrvorrichtung der vorliegenden Erfindung, welche ein Masseniveau der Spannung (eine zweite Spannung) an die seitliche Abschirmplatte 12 zuführt und ausgestaltet ist, sich in dem Vakuumofen 1 zu bewegen.
Die 5A und 5B sind vergrößerte Darstellungen mit der zweiten Energiezuführung 15, bei welchen die 5a eine vergrößerte Darstellung eines Teils des Vakuumofens mit der zweiten Energiezuführung 15 ist und die 5B eine vergrößerte Darstellung nur von der zweiten Energiezuführung 15 ist.
Wie in den 5A und 5B dargestellt ist, weist bei der Plasmabearbeitungsvorrichtung S1 nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die zweite Energiezuführung 15 ein Stabbauteil 15a, ein festes Bauteil 15b und ein Netzbauteil 15c auf.
Das leitende Stabbauteil 15a durchdringt die innere Täfelung 12b, das wärmeisolierende Material 12c und die seitliche Abschirmplatte 12; und ein Spitzenbereich 15a1 davon ist in einem inneren Raum angeordnet, welcher von der seitlichen Abschirmplatte 12 umgeben ist. Das Stabbauteil 15 kann z. B aus einem Molybdän-Material (Mo) oder einem Kohlefaserverbundwerkstoff gebildet worden sein.
Weiter ist eine Anzahl an Durchgangsöffnungen 15a2, in welche die Netzbauteile 15c eingeführt werden, an dem Spitzenbereich 15a1 des Stabbauteils 15a gebildet.
Das befestigte Bauteil 15b befestigt das Stabbauteil 15a. Das befestigte Bauteil 15b weist eine Schraube 15b1, welche das Stabbauteil 15a an der inneren Täfelung 12b befestigt, eine Anschlagplatte 15b2, durch welche das Stabbauteil 15a durchgeführt wird und eine Innenwand der seitlichen Abschirmplatte 12 kontaktiert, und ein Drahtbauteil 15b3 auf, welches in eine der Durchgangsöffnungen 15a2 durchgeführt wird und das Stabbauteil 15a durch die Anschlagplatte 12b hindurch befestigt.
Außerdem werden z. B. die Anschlagplatte 15b2 aus einem Kohlefaserverbundwerkstoff und das Drahtbauteil 15b3 aus einem Molybdän-Material (Mo) gebildet.
Das Netzbauteil 15c ist ausgestaltet, ein Ende, welches in die Durchgangsöffung 15a2 eingeführt wird, die an dem Spitzenbereich 15a1 des Stabbauteils 15a gebildet ist, und ein anderes Ende aufzuweisen, welches wie nachfolgend beschrieben mit einer später angebrachten Elektrode (Anbringungselektrode 100) verbindbar ist. Ein Beispiel einer später angebrachten Elektrode kann eine Lichtbogenelektrode aufweisen.
Das Netzbauteil 15c kann frei in dem Vakuumofen 1 bewegt werden. Daher kann das Netzbauteil 15c mit der Anbringungselektrode 100 unter Berücksichtigung von nur der Länge und ungeachtet der Form der der Anbringungselektrode 100 verbunden werden.
Weiterhin ist z. B. die Beispiel die Anzahl der zweiten Leistungszuführungen 15 so eingestellt, dass jeweils die Stromdichte der zweiten Leistungszuführungen 5 die Plasmabildungsumgebung des Vakuumofens 1 nicht beieinflußt.
Im einzeln ist die die Anzahl der zweiten Leistungszuführungen 15 so eingestellt, dass die Stromdichte des Netzbauteils 15c 1,2 A/mm² oder weniger beträgt.
Darüber hinaus ist bei der Plasmabearbeitungsvorrichtung S1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels, wie in der 5A dargestellt ist, eine Halterung 18 zusammen mit der zweiten Leistungszuführungen 15 angeordnet.
Die Halterung 18 ist eine Befestigung, welche die Anbringungselektrode 100 an der Innenseite des Vakuumofens 1 hält. Die Halterung 18 wird gebildet, indem ein Stiftglied 12c verlängert wird, welches von der inneren Täfelung 12b hervorsteht, um die seitliche Abschirmplatte 12 bis zu der Innenseite der seitlichen Abschirmplatte 12 zu unterstützen. Derweil ist an dem Spitzenbereich der Halterung 18 eine Schraube vorgesehen, welche mit einer Mutter befestigt wird, um einfach die Anbringungselektrode 100 anzubringen, wodurch sie eine konkav-konvexe Form aufweist.
Darüber hinaus ist bei der Plasmabearbeitungsvorrichtung S1 des vorlegenden Ausführungsbeispiels, wie in der 3A und 3B dargestellt ist, die Anbringungselektrode 100 (ein metallischer Körper) ausgestaltet, um an der Innenseite des Vakuumofens 1 angebracht zu sein.
Die die Anbringungselektrode 100 wird unterstützt, indem sie von der Halterung 18 gehalten wird, und sie wird mit dem Netzbauteil 15c so verbunden, dass das Masseniveau von der zweiten Leistungszuführung 15 daran angelegt wird.
Derweil ist die Form der Anbringungselektrode 100, wie sie in den 3A und 3B dargestellt wird, ein Beispiel und diese kann wahlweise geändert werden, um an die Form des Werkstückes X und dergleichen angewendet zu werden.
Dies wird unter erneuten Bezug auf die 2 beschrieben. Wie in der 2 dargestellt ist, heizt der Heizer 16 das Werkstück X, welches in dem Vakuumofen 1 eingebracht ist. Von der Seite der öffnenden und schließenden Tür 11a des Vakuumofens 1 aus gesehen ist, eine Anzahl (z. B. sechs bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel) an Heizern 16 angeordnet. Wie in der 3a dargestellt ist, ist jeder Heizer 16 in einer kreisförmiger Form ausgestaltet, indem ein Bereich (ein zentraler Bereich in dem inneren Bereich des Kessels 11) umgeben wird, in welchem das Werkstück X der Plasmabearbeitung unterworden wird.
Die Kühlvorrichtung 17 zirkuliert und kühlt ein Kühlgas, welches dem Kessel 11 zugeführt wird. Die Kühlvorrichtung 17 weist einen Ventilator 17a, welcher das Kühlgas zirkuliert, einen Motor 17b, welcher drehbar den Ventilator 17a treibt, einen Wärmetauscher 17c, welcher das Kühlgas kühlt, und dergleichen auf.
Unter erneuten Bezug auf die 1 ist die Vakuumpumpe 2 mit einer Auslassöffnung 11b des Kessels 11 (siehe 3A und 3B) verbunden, um ein Gas in den Kessel 11 einzulassen.
Die Prozessgaszufuhrvorrichtung 3 ist mit dem Kessel 11 verbunden, um ein Prozessgas (ein Karbonierungsgas) in den Kessel 11 einzuführen.
Die Kühlgaszufuhrvorrichtung 4 ist mit einer Sammelleitung und dergleichen verbunden, welche in dem Kessel 11 angeordnet sind, um das Kühlgas in den Kessel 11 einzuführen.
Die Leistungszufuhrvorrichtung 5 ist elektrisch mit der ersten Leistungszuführung 14 verbunden und erzeugt die negative Spannung, welche an die Ablageschale T über die erste Leistungszuführung 14 angelegt wird.
Die Steuervorrichtung 6 steuert den gesamten Betrieb der Plasmabearbeitungsvorrichtung S1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels. Die Steuervorrichtung 6 ist elektrisch mit dem Vakuumofen 1, der Vakuumpumpe 2, der Prozessgaszufuhrvorrichtung 4 und der Leistungszufuhrvorrichtung 5 verbunden.
Als nächstes wird der Betrieb der Plasmabearbeitungsvorrichtung S1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels mit der vorhergehenden Konfiguration beschrieben.
Derweil wird ein Fall des Anbringens der Anbringungselektrode 100 und des Durchführens der Plasmabearbeitung beschrieben.
Zuerst wird die Ablageschale T, auf welcher das Werkstück X aufgebracht ist, in dem Vakuumofen 1 aufgenommen. Im Einzelnen wird das Werkstück X in dem Vakuumofen 1 aufgenommen, indem die Ablageschale T auf dem Aufbringteil 13 aufgebracht wird.
Als nächste wird die Anbringungselektrode 100 angebracht. Im Einzelnen wird die Anbringungselektrode 100 auf der Halterung 18 gehalten und das Netzbauteil 15c der zweiten Leistungszuführung 15 wird mit der Anbringungselektrode 100 verbunden.
Derweil ist die Anbringungselektrode 100, welche von der Halterung 18 gehalten wird, angeordnet, um dem Werkstück X auf eine kontaktlose Weise gegenüber zu liegen. Weiterhin wird ein Masseniveau einer Spannung an die gehaltene Anbringungselektrode 100 über die zweite Leistungszuführung 15 angelegt.
Dann wird ein Netzbauteil 14b der ersten Leistungszuführung 14 mit der Ablageschale T verbunden. Derweil weist das Netzbauteil 14b der ersten Leistungszuführung 14 eine Kabelbaumform mit einem Anschluss auf und die Ablageschale T ist mit einem Anschluss versehen, welcher mit dem Anschluss des Netzbauteils 14b verbunden werden kann. Daher kann das Netzbauteil einfach mit der Ablageschale T verbunden werden.
Das Werkstück X wird in dem Vakuumofen 1 aufgenommen, die Anbringungselektrode 100 wird an dem Vakuumofen 1 angebracht und die öffnende und schließende Tür 11a des Kessels 11 wird geschlossen. Dann führt die Steuervorrichtung 6, die Wärmebehandlung, die Plasmabearbeitung und die Kühlbehandlung an dem Werkstück X basierend auf den Anweisungen von einer (nicht dargestellten) Betriebsvorrichtung und dergleichen durch.
Zum Beispiel steuert die Steuervorrichtung 6 den Heizer 16, um das Werkstück X zu heizen, wenn die Wärmebehandlung an dem Werkstück X durchgeführt wird.
Im Einzelnen steuert die Steuervorrichtung 6 die Vakuumpumpe 2, um Luft in den Kessel 11 einzulassen, und die Prozessgaszufuhrvorrichtung 3, um das Prozessgas dem Kessel 11 zuzuführen. Darüber hinaus erzeugt die Steuervorrichtung 6 Wärme in dem Heizer 16, um das Werkstück X zu heizen.
Weiterhin steuert die Steuervorrichtung 6 die Leistungszufuhrvorrichtung 5, um die negative Spannung an das Werkstück X über die erste Leistungszuführung anzulegen, wenn das Werkstück X der Plasmabearbeitung unterworfen wird.
Demzufolge befindet sich das Prozessgas aufgrund des elektrischen Feldes, welches zwischen dem Werkstück X und der Anbringungselektrode 100 erzeugt wird, in einem Plasmazustand, um die Oberfläche des Werkstückes X derart zu exponieren, dass die exponierte Oberfläche der Plasmabearbeitung unterworfen wird.
Darüber hinaus steuert die Steuervorrichtung 6 die Kühlvorrichtung 17, um das Werkstück X zu kühlen, wenn die Kühlbearbeitung an dem Werkstück X durchgeführt wird.
Im Einzelnen steuert die Steuervorrichtung 6 die Vakuumpumpe 2, um das Prozessgas in den Kessel einzulassen, und die Kühlgaszufuhrvorrichtung, um das Kühlgas dem Kessel 11 zuzuführen. Darüber hinaus steuert die Steuervorrichtung 6 die Kühlvorrichtung 17, um das Kühlgas zu kühlen und zu zirkulieren, wodurch das Werkstück X gekühlt wird.
Wenn die Wärmebehandlung, die Plasmabearbeitung und die Kühlbehandlung an dem Werkstück X beendet sind, wird außerdem das Innere des Kessels 11 zur Atmosphäre geöffnet, indem die öffnende und schließende Tür 11a geöffnet und das Werkstück X zusammen mit der Ablageschale T herausgenommen wird.
Bei der Plasmabearbeitungsvorrichtung S1 des vorstehend genannten vorliegenden Ausführungsbeispiels sind die erste Leistungszuführung 14, welche die negative Spannung (erste Spannung) an das Werkstück X anlegt, und die zweite Leistungszuführung 15, welche das Masseniveau der Spannung (die zweite Spannung) an die Anbringungselektrode 100 anlegt, welche angeordnet ist, dem Werkstück X gegenüber zu liegen, als die bewegliche Leistungszuführung ausgestaltet, welche in dem Vakuumofen 1 bewegt werden kann.
Nach der Plasmabearbeitungsvorrichtung 51 des vorliegenden Ausführungsbeispiels kann ein Zuführungspunkt an die Ablageschale T oder an die Anbringungselektrode 100 einfach verändert werden. Daher kann die Stärke des elektrischen Felds zur Erzeugung des Plasmas wahlweise geändert werden. Demzufolge können Maßnahmen, welche an Veränderungen der Form des Werkstückes X und dergleichen angepasst sind, einfach durchgeführt werden und der Freiheitsgrad bei der Reformierung der Oberfläche des Werkstückes X kann verbessert werden.
Bei der Plasmabearbeitungsvorrichtung S1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels weist darüber hinaus die erste Leistungszuführung 14 das leitende Stabbauteil 14a, welches in den Vakuumofen 1 von außerhalb des Vakuumofens 1 eingeführt wird, und das leitende Netzbauteil 14b auf, welches mit dem Stabbauteil 14a verbunden ist.
Daher kann die erste Leistungszuführung 14 mit einem beliebigen Punkt an der Ablageschale T verbunden werden, indem der Spitzenbereich des Netzbauteils 14b bewegt wird.
Bei der Plasmabearbeitungsvorrichtung S1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels sind darüber hinaus eine Anzahl an Netzbauteilen 14b angeordnet.
Daher können die Netzbauteile 14b jeweils leichtgewichtig sein.
Bei der Plasmabearbeitungsvorrichtung 51 des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist weiterhin die erste Leistungszuführung 14 näher an der öffnenden und schließenden Tür 11a als an der Mitte des Vakuumofens 1 angeordnet.
Somit kann ein Arbeiter einfach einen Verbindungsvorgang an der ersten Leistungszuführung 14 und der Ablageschale T durchführen.
Bei der Plasmabearbeitungsvorrichtung 51 des vorliegenden Ausführungsbeispiels wird weiterhin die Anbringungselektrode 100 als ein metallischer Körper verwendet, welcher an die zweite Leistungszuführung 15 angebracht bzw. von der zweiten Leistungszuführung 15 entfernt werden kann und welcher von der zweiten Leistungszuführung 15 gespeist wird.
Daher kann der räumliche Abstand zwischen der Anbringungselektrode 100 und dem Werkstück X, das heißt der räumliche Abstand zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode eng sein. Demzufolge kann die Stärke des elektrischen Feldes, welches zwischen der Anbringungselektrode 100 und dem Werkstück X erzeugt wird, erhöht werden und das Plasma kann effektiv erzeugt werden.
Bei der Plasmabearbeitungsvorrichtung S1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist weiterhin das Aufbringteil 13, welches das Werkstück X darauf angebracht hat, in dem Vakuumofen 1 elektrisch isoliert.
Somit kann verhindert werden, dass das Aufbringteil 13 geladen wird, und es kann verhindert werden, dass Staub und dergleichen sich an das Aufbringteil 13 anheftet.
Weiterhin weist die Plasmabearbeitungsvorrichtung S1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels den Heizer 16, welcher in dem Vakuumofen 1 eingebracht ist, die Prozessgaszufuhrvorrichtung 3 (die Karbonisierungsgaszufuhrvorrichtung), welche das Prozessgas (das Karbonisierungsgas) in den Vakuumofen 1 zuführt, und die Kühlvorrichtung 17 (Kühlvorrichtung) auf, welche das Innere des Vakuumofens 1 kühlt.
Daher kann der Heizer 16 die Temperatur auf eine Temperatur erhöhen, bei welcher die Plasmabearbeitung stabil durchgeführt werden kann. Demzufolge kann eine einzelne Plasmabearbeitungsvorrichtung 51 die Wärmebehandlung, die Plasmabearbeitung und die Kühlbehandlung an dem Werkstück X durchführen.
Obwohl die beispielhaften Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben wurden, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehenden Ausführungsbeispiele beschränkt. Alle Formen oder Kombinationen von jedem Bauteil, welche in den vorstehenden Ausführungsbeispielen beschrieben wurden, sind nur beispielhaft; und demzufolge kann basierend auf den Designerfordernissen und dergleichen Verschiedenes verändert werden, ohne von dem Geist der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Zum Beispiel beschreibt das vorstehende Ausführungsbeispiel eine Plasmabearbeitungsvorrichtung mit einer Einzelraumausgestaltung, welche nur einen Vakuumofen 1 aufweist.
Allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt und kann auf eine Plasmabearbeitungsvorrichtung mit einer Mehrfachraumausgestaltung angewandt werden, welche eine Anzahl an Vakuumöfen 1 aufweist, um die Plasmabearbeitung an einer Anzahl an Werkstücken X parallel durchzuführen.
Weiterhin weist bei dem vorstehen Ausführungsbeispiel die bewegliche Leistungszuführung der vorliegenden Erfindung die Netzbauteile 14b und 15b auf, so dass die bewegliche Leistungszufuhrvorrichtung ausgestaltet ist, sich in dem Vakuumofen 1 zu bewegen.
Allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt und das Stabbauteil kann drehbar oder schiebbar ausgestaltet sein, ein Plattenbauteil oder ein Stabbauteil mit Beweglichkeit kann anstelle des Netzbauteils verwendet werden, oder ein Streifenbauteil kann so verwendet werden, dass die bewegliche Leistungszufuhrvorrichtung ausgestaltet ist, sich in dem Vakuumofen 1 zu bewegen.
Weiterhin wurde das Ausführungsbeispiel unter der Voraussetzung beschrieben, dass alle Netzbauteile 14b mit der Ablageschale T verbunden sind und alle Netzbauteile 15c mit der Anbringungselektrode 100 verbunden sind.
Allerdings ist es nicht notwendig, alle Netzbauteile 14b mit der Ablageschale T zu verbinden und alle Netzbauteile 15c mit der Anbringungselektrode 100 zu verbinden.
Damit das Netzbauteil 14b, das nicht mit der Ablageschale T verbunden ist, oder das Netzbauteil 15c, das nicht mit der Anbringungselektrode 100 verbunden ist, während der Behandlung des Werkstücks exponiert wird, ist es allerdings bevorzugt, eine Maßnahme des Rollens der Netzbauteile 14b und 15c vorzunehmen, welche nicht mit der Ablageschale T oder der Anbringungselektrode 100 verbunden sind, oder ein Gegengewicht zu den Netzbauteilen 14b und 15c anzubringen, welche nicht mit der Ablageschale T oder der Anbringungselektrode 100 verbunden sind.
Darüber hinaus beschreiben die vorhergehenden Ausführungsbeispiele eine Konfiguration mit der Anbringungselektrode 100 als die positive Elektrode, indem die Anbringungselektrode 100 befestigt wird, an welche eine Masseniveau der Ladung an das Werkstück X angelegt wird, an welches die negative Ladung angelegt wird.
Allerding ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt und die seitliche Abschirmplatte 12 kann als die positive Elektrode benutzt werden, ohne die Anbringungselektrode 100 anzubringen.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Nach der vorliegenden Erfindung kann der Energiezuführungspunkt an die Ablageschale oder an die Innenwand des Vakuumofens verändert werden, indem eine bewegliche Energiezufuhrvorrichtung verwendet wird. Weiterhin ist der metallische Körper mit einer beliebigen Form angeordnet, um dem Werkstück gegenüber zu liegen, so dass die Energie dem metallischen Körper zugeführt werden kann. Außerdem kann die Stärke des elektrischen Feldes zur Erzeugung des Plasmas wahlweise geändert werden und es kann der Freiheitsgrad bei der Reformierung der Oberfläche verbessert werden.
Bezugszeichenliste

S1: Plasmabearbeitungsvorrichtung
1: Vakuumofen
3: Prozessgaszufuhrvorrichtung (Karburierungsgaszufuhrvorrichtung)
11: Kessel
11a: öffnende und schließenden Tür
12: seitliche Abschirmplatte
13: Aufbringteil
14: erste Energiezuführung (erste Energiezufuhrvorrichtung)
14a: Stabbauteil
14b: Netzbauteil
15: zweite Energiezuführung (zweite Energiezufuhrvorrichtung)
16: Heizer
17: Kühlvorrichtung (Kühlvorrichtung)
T: Ablageschale
X: Werkstück

Claims

Plasmabearbeitungsvorrichtung, welche ausgestaltet ist, eine Oberflächenreformierung an einem aus einem metallischen Material hergestellten Werkstück in einem Vakuumofen mittels eines Plasmas durchzuführen, wobei die Plasmabearbeitungsvorrichtung aufweist: eine erste Energiezufuhrvorrichtung, welche eine erste Spannung an das Werkstück anlegt, und eine zweite Energiezufuhrvorrichtung, welche eine zweite Spannung, die sich von der ersten Spannung unterscheidet, an einem Metallkörper anlegt, der angeordnet ist, dem Werkstück gegenüber zu liegen, wobei mindestens eine von der ersten Energiezufuhrvorrichtung und der zweite Energiezufuhrvorrichtung als eine bewegliche Energiezufuhrvorrichtung ausgestaltet ist, die in dem Vakuumofen beweglich ist.
Plasmabearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die bewegliche Energiezufuhrvorrichtung ein leitendes Stabbauteil, welches in den Vakuumofen von außerhalb des Vakuumofens eingeführt wird, und ein leitendes Netzbauteil aufweist, welches mit dem Stabbauteil verbunden ist.
Plasmabearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei eine Mehrzahl an Netzbauteilen vorgesehen ist.
Plasmabearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die bewegliche Energiezufuhrvorrichtung näher an einer öffnenden und schließenden Tür als an einer Mitte des Vakuumofens angeordnet ist.
Plasmabearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der metallische Körper, an den die zweite Spannung von der zweiten Energiezufuhrvorrichtung angelegt wird, eine Elektrode ist, welche abnehmbar in den Vakuumofen eingebracht und aus dem Vakuumofen herausgenommen wird.
Plasmabearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Aufbringteil, welches das Werkstück in dem Vakuumofen aufnimmt, isoliert ist.
Plasmabearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, welche ferner einen Heizer, welcher in dem Vakuumofen installiert ist, eine Karburierungsgaszufuhrvorrichtung, welche ein Karburierungsgas dem Inneren des Vakuumofens zuführt, und eine Kühlvorrichtung aufweist, welche das Innere des Vakuumofens kühlt.