JP2000212729A - 真空ア―ク蒸着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 陰極プレートからアーク放電によって蒸発さ
せたイオン粒子を、真空室内で基材表面へ付着堆積させ
るようにした真空アーク蒸着装置において、粒径の粗い
溶融粒子を減らすために陰極プレートの裏面部で永久磁
石を円周移動させるようにしたものがある。従来、この
永久磁石の円周移動は、電動モータと歯車機構との組み
合わせにより行っていた。そのため、構造が複雑且つ大
型化していた。 【解決手段】 一般に、陰極プレート３の裏面部へは水
等の冷媒が供給されているため、この冷媒にできる水流
を駆動源として有効利用する。即ち、永久磁石９を偏心
軸１８で保持させ、この偏心軸１８に水流ロータ２２を
設け、この水流ロータ２２が冷媒の水流で回転する構造
にした。従って、永久磁石９は偏心軸１８の回転に伴っ
て円周移動する。これにより、構造簡潔化及び小型化が
できた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、真空アーク蒸着装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】切削工具、機械部品、電子部品、光学機
器部品等において耐磨耗性コーティング等を施すための
真空アーク蒸着装置は、被処理対象となる基材を真空室
内へ収納したうえで、この基材に負のバイアスを印加さ
せ、陰極プレートを負極、真空室側を陽極としてアーク
放電を行わせることで、陰極プレートから蒸発させたイ
オン粒子を基材表面へ付着堆積させるようになってい
る。この種、真空アーク蒸着装置では、基材表面に付着
堆積した被膜密度を高密で均一なものとさせるうえで不
適物質となる、粒径の粗い溶融粒子を減らすことが要請
されている。

【０００３】そこで、この要請に応えるための技術とし
て、陰極プレートの裏側（真空室外側）に多数の永久磁
石を設けて、各永久磁石の極性が隣接するもの相互間で
逆になるようにし、これによって複雑な磁界を発生させ
て、所期の目的を達成しようとしたもの（特開平８−２
８３９３３号公報参照）や、陰極プレートから基材まで
の中間位置に粒子通路の径小化部分を設けたうえで、こ
のまわりにリング状の電磁コイルを設け、これによって
磁力線を収束させて、所期の目的を達成しようとしたも
の（特開平２−１９４１６７号公報参照）等、種々様々
なものが提案されている。

【０００４】しかし、これらの装置では、発生磁場等を
想定通りの状態に制御するのが困難であって、期待した
ほどの効果が得られ難いということがあり、また装置が
複雑で大型化する等の点も指摘されている。一方、これ
らとは別構成の装置として、陰極プレートの裏面側（真
空室外側）で、この面方向に沿って永久磁石を機械的に
移動させるものが知られている（特開昭６４−２６２号
公報参照）。この構成の装置は、粒径の粗い溶融粒子を
確実に減らすことができる方法として着目されている。

【０００５】ところが、この装置において、永久磁石の
移動は、モータを駆動源として歯車機構を動作させるこ
とで行っているという事情があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のように永久磁石
を移動させる構成の装置では、この移動のための構造自
体（歯車機構等）において複雑化や大型化を招来してお
り、また、モータを作動させるための別電源及び別制御
が必要となることから、それだけ動作の信頼性について
不安要因が増えることになり、更にランニングコスト的
にも高騰化する等、種々の問題があった。また、陰極プ
レートの周囲は高温雰囲気であるため、永久磁石の磁力
低下や材質劣化、及びモータや歯車機構の故障等に繋が
る等の問題もあった。

【０００７】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であって、装置の複雑化や大型化等を招来することな
く、また困難な制御を行わなくとも、粒径の粗い溶融粒
子を確実に減らすことができるようにした真空アーク蒸
着装置を提供することを目的とする。なお、この発明で
は、陰極プレートの裏面部にアークスポット誘導に用い
る磁場発生体を設けるものとするが、この磁場発生体が
高温雰囲気を原因として品質低下や破損等することがな
いようにできる真空アーク上記発生装置を提供すること
をも目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明では、上記目的を
達成するために、次の技術的手段を講じた。即ち、本発
明に係る真空アーク蒸着装置では、陰極プレートからア
ーク放電によって蒸発させたイオン粒子を、真空室内で
基材表面へ付着堆積させるものにおいて、陰極プレート
の裏面部（真空室に対して室外側となる方）に、アーク
スポット誘導用の磁場発生体（永久磁石等）と、この磁
場発生体を陰極プレート裏面に沿って移動自在に保持す
る移動保持手段と、陰極プレートに対して供給される冷
媒の流れから磁場発生体の移動力を取り出す駆動手段と
が設けられた構成となっている。

【０００９】このように、磁場発生体を移動させるため
の駆動手段が冷媒の流れから移動力を得るものであれ
ば、この冷媒が、元来、陰極プレートを冷却させるため
にその周部まで供給されているものであることを考え合
わせれば、別途、モータを具備させた場合とは異なって
別電源や別制御が不要となり、それだけでも、構造的な
簡潔化や小型化等が図れることになり、そのうえ、制御
の容易さも図れるものとなる。移動保持手段は、陰極プ
レートの裏面部に直交する軸心まわりで回転自在となっ
て、且つ、その軸心の偏心位置で磁場発生体を支持する
保持部材を有した構造とすればよい。またこの場合、駆
動手段は、前記保持部材に対してその回転軸心まわりに
設けられた水流ロータと、この水流ロータへ冷媒を誘導
する冷媒通路とを有した構造とすればよい。

【００１０】この水流ロータとしての形体は、プロペラ
型、水車型、スクリュウネジ軸型等、冷媒の流れに接触
することで回転力を生じるようにしたものと、スプリン
クラー型のように冷媒の噴射力の反動で回転力を生じる
ようにしたものとに大別することができる。従って、こ
れらの型式に応じて、冷媒通路も水流ロータに対する外
部供給型と内部供給型とに分かれることになる。駆動手
段において、冷媒通路の一部に、陰極プレートの裏面部
に臨んだ状態で磁場発生体の移動領域を取り囲むような
冷却槽を設けておくと、磁場発生体が常時又は一回転す
るごとにこの冷却槽内で滞留する冷媒中へ浸し漬けられ
ることになる。

【００１１】従って、磁場発生体が永久磁石である場合
に、これを陰極プレートの高温雰囲気による磁力低下や
材質劣化等から保護できる点で、特に顕著な効果が得ら
れるものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態を説明する。図１及び図２は、本発明に係る真
空アーク蒸着装置１の第１実施形態を示している。この
真空アーク蒸着装置１は、真空室２と、この真空室２の
内壁に設けられた陰極プレート３とを有しており、真空
室２内には、被処理対象となる基材Ｗを保持可能な材料
台５が設けられている。

【００１３】陰極プレート３は、チタンやクロム等によ
り形成されたもので、真空室２内へ面する方を蒸発面３
ａとしている。図示は省略するが、陰極プレート３及び
材料台５は、いずれも真空室２に対して電気的な絶縁状
態に保持されており、陰極プレート３を負極、真空室２
側を陽極としてアーク放電電圧を印加可能になってお
り、これに伴って陰極プレート３から真空室２へ向けた
アーク放電（図１中の矢符Ｘ参照）を行わせることが可
能になっている。

【００１４】また、材料台５を通じて基材Ｗに負のバイ
アスを印加可能になっており、これにより上記アーク放
電に伴って陰極プレート３から蒸発したイオン粒子を基
材Ｗの表面へ付着堆積できるようになっている。そし
て、この真空室２では、必要に応じて開閉可能とされた
ガス供給口６及び排気口７（開閉機構の図示は省略し
た）を具備しており、窒素やメタン等の反応ガスを供給
・排気できるようになっている。この陰極プレート３の
裏面部には、その裏面全体を内包するかたちで冷却槽８
が設けられており、この冷却槽８内に、永久磁石等によ
って形成された磁場発生体９が設けられている。

【００１５】冷却槽８は、水や液体窒素等に代表される
冷媒を循環させる冷媒通路１０の一部とされており、こ
の冷媒通路１０に設けられたポンプ１１等を作動させる
ことにより、槽内部が常に冷媒で満たされて、給水口１
２から排水口１３へ向かう水流が生じるようになってい
る。磁場発生体９は、冷却槽８内において、移動保持手
段１５及び駆動手段１６により、陰極プレート３の裏面
に沿うような機械的な移動が可能になっている。すなわ
ち、移動保持手段１５は、陰極プレート３の裏面部に直
交する軸心回りに回転自在となって該軸心の偏心位置で
磁場発生体９を支持する保持部材２０を有しており、具
体的に本実施形態では、前記保持部材２０は、軸受部材
１７と、この軸受部材１７に回転自在に保持された保持
軸１８とを有し、保持軸１８の軸心が保持部材２０の回
転軸心となって陰極プレート３の裏面部に直交する方向
に保持されている。そして、この保持軸１８は、先端部
に設けられたブラケット部材１９を介して、軸心から偏
心した位置で磁場発生体９を支持可能になっている。

【００１６】従って、この保持軸１８の回転により、磁
場発生体９は陰極プレート３の裏面に沿って円周移動を
することになる。一方、駆動手段１６は、上記した冷媒
通路１０（特に、冷却槽８の部分）を構成の一部とする
と共に、これに移動保持手段１５の保持軸１８に対して
その軸心まわりに設けられた水流ロータ２２とを有した
ものとなっている。この水流ロータ２２としては、ボス
部２３まわりに複数の羽根板２４が等配状に突設されて
成るプロペラ型のものを採用してある。

【００１７】また、冷却槽８において、上記した給水口
１２は水流ロータ２２の背面側に位置付けられ、排水口
１３は水流ロータ２２の径方向外方に位置付けられたも
のとなっている。このようなことから、冷媒通路１０に
おいて冷媒の循環が行われるときには、冷却槽８内を通
過する冷媒の流れが水流ロータ２２を直接に回転させる
ことになり、これによって磁場発生体９の移動力が取り
出されるものである。なお、この第１実施形態のように
水流ロータ２２にプロペラ型を採用する場合、羽根板２
４の取付数は２〜４枚程度にするのが好適である。ま
た、水流ロータ２２（磁場発生体９）の回転方向は、特
に限定されるものではない。

【００１８】このような構成の真空アーク蒸着装置１で
は、真空室２内の材料台５上へ基材Ｗを設置してこの基
材Ｗに負のバイアスを印加させ、陰極プレート３を負
極、真空室２側を陽極としてアーク放電を行わせる。ま
た、必要に応じてガス供給口６から真空室２内へ反応ガ
スを供給する。この状況下にあって、冷媒通路１０にお
いて冷媒の循環を行わせると、冷媒が冷却槽８内を通過
するときに、その水流を受けて水流ロータ２２が回転す
るようになり、その結果、磁場発生体９は陰極プレート
３の裏面部で円周移動をするようになる。

【００１９】従って、陰極プレート３の蒸発面３ａで
は、磁場発生体９の円周移動に合わせて万遍なく、適度
な粒径の（即ち、粒径の粗い溶融粒子を殆ど含まない状
態で）イオン粒子が蒸発するようになり、このイオン粒
子が順次、基材Ｗの表面へ付着堆積されることになる。
そして、このとき、陰極プレート３及び磁場発生体９
は、共に冷媒によって冷却され続け、高温雰囲気から保
護されることになる。なお、本実施形態では、真空室２
側を陽極としてアーク放電電圧を印加するものといてい
るが、この陽極として真空室２とは電気的に絶縁状態と
された独立電極を用いてもよい。

【００２０】図３は、本発明に係る真空アーク蒸着装置
１の第２実施形態を示している。この第２実施形態にお
いて、第１実施形態と異なるところは、駆動手段１６に
設けられる水流ロータ２２として、水車型のものが採用
されている点にある。すなわち、この水流ロータ２２
は、ボス部２３まわりに複数本の支持杆２７が放射状に
突出され、各支持杆２７の先端部に、ピンポン玉を半分
に割ったような中空半球体状の羽根２８が、周方向一方
側に向きを揃えて取り付けられたものとなっている。

【００２１】また、このような水流ロータ２２を採用し
ていることに伴い、冷却槽８における給水口１２及び排
水口１３は、水流ロータ２２の回転方向に準じた接線方
向に配されたものとなっており、冷媒の水流に対して水
流ロータ２２が効率よく回転するようになっている。そ
の他の構成及び作用効果は、第１実施形態と略同じであ
る。図４は、本発明に係る真空アーク蒸着装置１の第３
実施形態を示している。この第３実施形態でも、第１実
施形態との相違点は、駆動手段１６に設けられる水流ロ
ータ２２にあるが、これに加えて、この水流ロータ２２
が、移動保持手段１５の保持軸１８を一体的に兼ねた構
造になっているところにも、顕著な相違点がある。

【００２２】すなわち、この第３実施形態の水流ロータ
２２は、保持軸１８を径大化してその軸外周面に螺旋状
の溝３０を凹設することによって形成されている。そし
て、この保持軸１８は、その基端部１８ａと先端部１８
ｂとを除いた略全長が軸受具３１に外嵌された状態で回
転自在となっており、このとき、軸受具３１の内周面と
溝３０との間で、冷媒を通す流路が形成されるものであ
る。また、この溝３０は、保持軸１８の先端部１８ｂ寄
りでは軸受具３１内から冷却槽８内へ露出する位置まで
延びている。これに対し、保持軸１８の基端部１８ａ側
では、軸受具３１に対する保持軸１８の位置決め構造や
回転保持構造等が設けられる（図例ではスナップリング
３２を用いているだけであるが、その他、水封型ベアリ
ング等を設けることも可能である）関係上、溝３０が基
端部１８ａへは突き抜けないものとし、代わりに、基端
部１８ａから溝３０へ連通する内部連通路３３を設けて
ある。

【００２３】そして、軸受具３１には、その基端側（図
４左側）に、保持軸１８の上記内部連通路３３へ冷媒を
供給可能にするためのカプラー器具３５が結合されてい
る。このようなことから、カプラー器具３５を介して保
持軸１８の基端部１８ａ側へ冷媒を供給すると、この冷
媒は内部連通路３３から溝３０へと導かれ、この溝３０
を流路として冷却槽８内へ吹き出すようになる。そし
て、これに伴い、溝３０の内側面が直進しようとする冷
媒によって押圧されることになり、この押圧力で保持軸
１８（即ち、水流ロータ２２）が、溝３０のねじれ方向
とは逆向きに回転されることになる。

【００２４】このように、この第３実施形態の水流ロー
タ２２は、いわゆるスクリュウネジ軸式となっているも
のである。なお、溝３０は、軸受具３１の内周面との間
にできる流路の開口面積を可及的に大きくして押圧力を
強くさせるのが好適であるが、保持軸１８（水流ロータ
２２）に対してそのまわりで均一な回転力が得られるよ
うにすることの方が更に重要であるため、多条ネジ状に
複数本の溝３０を等配状に設けるようにするとよい（図
例では２条ネジ状とした）。すなわち、溝３０は、保持
軸１８の軸径が許す範囲で、可及的に条数を多くし、そ
のうえで溝幅や溝深さをも可及的に大きくするのが好適
である。

【００２５】図５及び図６は、本発明に係る真空アーク
蒸着装置１の第４実施形態を示している。この第４実施
形態も、第１実施形態との相違点は、駆動手段１６に設
けられる水流ロータ２２にある。ただ、上記した第１実
施形態乃至第３実施形態は、冷媒が水流ロータ２２に対
してその外面に接触して回転力を与える外部供給型とさ
れていたのに対し、この第４実施形態の水流ロータ２２
は、冷媒が水流ロータ２２の内部へ通される内部供給型
となっている。

【００２６】すなわち、この第４実施形態の水流ロータ
２２は、保持軸１８が中空パイプにより形成されたもの
としてあり、この保持軸１８の先端部１８ｂには、磁場
発生体９を偏心支持するブラケット部材１９用の保持部
を兼ねた噴射管接続具３７が連結されている。そして、
この噴射管接続具３７の周方向等配位置に対して、複数
本（図例では２本）の噴射管３８が接続されている。こ
れら噴射管３８は、保持軸１８の軸心から径方向外方へ
突出した状態で、突出端側が周方向へ折曲されており、
その内部が保持軸１８の中空部分と内部連通している。

【００２７】なお、図示は省略したが、保持軸１８の回
転を保持する軸受部材（図１中の符号１７参照）には、
ロータリ管継手（図示略）等が接続され、保持軸１８の
中空部分へ冷媒を供給可能になっている。このようなこ
とから、保持軸１８内へ冷媒を供給すると、この冷媒が
噴射管接続具３７を介して各噴射管３８へと導かれ、そ
の突出端側から冷却槽８内へ噴射されることになり、こ
の噴射力の反動で保持軸１８が回転されることになる。
このように、この第４実施形態の水流ロータ２２は、い
わゆるスプリンクラー型となっている。

【００２８】図７及び図８は、本発明に係る真空アーク
蒸着装置１の第５実施形態を示している。この第５実施
形態において、第１実施形態と異なるところは、移動保
持手段１５の保持部材２０として、軸受部材１７及び保
持軸１８を備えない構成とし、これらに代えて、冷却槽
８の外周部に設けた周方向の係合溝４１と、水流ロータ
２２の羽根板２４外端部に設けられていて前記係合溝４
１に対して周方向移動自在に係合する係合片４２とを備
えたものとしている。

【００２９】また、水流ロータ２２のボス部２３先端に
ブラケット部材１９が設けられ、このブラケット部材１
９を介してボス部２３から偏心した位置に磁場発生体９
が設けられている。すなわち、本実施形態では、水流ロ
ータ２２が保持部材２０の一部を兼ねるものであり、係
合溝４１及び係合片４２により水流ロータ２２及びブラ
ケット部材１９を介して磁場発生体９が支持され、冷媒
の循環が行われると、係合片４２が係合溝４１により周
方向に案内されながらボス部２３を回転軸心として水流
ロータ２２が回転し、磁場発生体９が円周移動するもの
となっている。

【００３０】なお、その他の構成及び作用効果は第１実
施形態と略同じである。図９及び図１０は、本発明に係
る真空アーク蒸着装置１の第６実施形態を示している。
この第６実施形態においては、移動保持手段１５の保持
部材２０として軸受部材１７及び保持軸１８を備えない
点、及び冷却槽８の外周部に係合溝４１を形成した点で
第５実施形態と同様であるが、この係合溝４１に係合す
る係合片４２を、ブラケット部材１９の両外端部を延長
することにより構成したものである。

【００３１】したがって、本実施形態における保持部材
２０は、係合溝４１、係合片４２、ブラケット部材１９
により構成され、保持部材２０の回転軸心位置に相当す
る部分に水流ロータ２２のボス部２３を固定したものと
なっている。なお、その他の構成及び作用効果は第１実
施形態と略同じである。ところで、本発明は、上記各実
施形態に限定されるものではない。例えば、磁場発生体
９には、電磁石を用いることも可能である。また、この
磁場発生体９の移動は、上記各実施形態で説明したよう
な単純な円周移動にすることに限定されるものではな
く、カム機構やリンク機構等を具備した移動保持手段１
５を採用することで、複雑な平面移動を行わせるように
してもよい。

【００３２】このように、移動保持手段１５をはじめ、
駆動手段１６、冷媒通路１０（冷却槽８を含む）、真空
室２等の細部にわたる構成は、実施の形態に応じて適宜
変更可能である。

【００３３】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
に係る真空アーク蒸着装置では、陰極プレートの裏面部
で、アークスポット誘導用の磁場発生体を機械的に移動
させる構成とするうえで、このための駆動手段として、
陰極プレートに対して供給される冷媒の流れから磁場発
生体の移動力を取り出す構成としている。そのため、こ
の冷媒の持つ動的エネルギーを有効活用したことにな
り、構造的な簡潔化及び小型化が図れるものとなる。

【００３４】このようなことから、装置の複雑化や大型
化を招来することなく、また困難な制御を何ら行うこと
なく、粒径の粗い溶融粒子を確実に減らすことができる
ようになる。また、冷媒通路として、陰極プレート及び
磁場発生体を内包する冷却槽を備えた構成とすれば、こ
れら陰極プレートや磁場発生体が効率的に冷却され、高
温雰囲気による磁力低下や材質劣化等を防止できること
になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る真空アーク蒸着装置における第１
実施形態を示す側断面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線拡大断面図である。

【図３】本発明に係る真空アーク蒸着装置における第２
実施形態の主要部を図２と比較し易いように示した図で
ある。

【図４】本発明に係る真空アーク蒸着装置における第３
実施形態の主要部を拡大して示す側断面図である。

【図５】本発明に係る真空アーク蒸着装置における第４
実施形態の主要部を拡大して示す側断面図である。

【図６】図５のＢ−Ｂ線断面図である。

【図７】本発明に係る真空アーク蒸着装置における第５
実施形態の主要部を拡大して示す側断面図である。

【図８】同移動保持手段及び駆動手段の正面図である。

【図９】本発明に係る真空アーク蒸着装置における第６
実施形態の主要部を拡大して示す側断面図である。

【図１０】同移動保持手段及び駆動手段の正面図であ
る。

【符号の説明】

１ 真空アーク蒸着装置 ２ 真空室 ３ 陰極プレート ８ 冷却槽 ９ 磁場発生体 １０ 冷媒通路 １５ 移動保持手段 １６ 駆動手段 ２０ 保持部材 ２２ 水流ロータ Ｗ 基材

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 陰極プレート（３）からアーク放電によ
   って蒸発させたイオン粒子を真空室（２）内で基材
   （Ｗ）表面へ付着堆積させる真空アーク蒸着装置におい
   て、 陰極プレート（３）の裏面部には、アークスポット誘導
   用の磁場発生体（９）と、該磁場発生体（９）を陰極プ
   レート（３）裏面に沿って移動自在に保持する移動保持
   手段（１５）と、陰極プレート（３）に対して供給され
   る冷媒の流れから磁場発生体（９）の移動力を取り出す
   駆動手段（１６）とが設けられていることを特徴とする
   真空アーク蒸着装置。
2. 【請求項２】 前記移動保持手段（１５）は、陰極プレ
   ート（３）の裏面部に直交する軸心まわりで回転自在と
   なって軸心の偏心位置で磁場発生体（９）を支持する保
   持部材（２０）を有しており、前記駆動手段（１６）
   は、前記保持部材（２０）に対してその回転軸心まわり
   に設けられた水流ロータ（２２）と、該水流ロータ（２
   ２）へ冷媒を誘導する冷媒通路（１０）とを有している
   ことを特徴とする請求項１記載の真空アーク蒸着装置。
3. 【請求項３】 前記駆動手段（１６）において、冷媒通
   路（１０）の一部に、陰極プレート（３）の裏面部に臨
   んだ状態で磁場発生体（９）の移動領域を取り囲む冷却
   槽（８）が設けられていることを特徴とする請求項２記
   載の真空アーク蒸着装置。