JP2599158Y2 - プラズマ銃 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、表層処理や薄膜形成装
置等に用いられるプラズマ銃に関する。

【０００２】

【従来の技術】プラズマを用いて被加工物にイオンプレ
ーティングやＣＶＤ等の表層処理や薄膜形成が行われて
いる。プラズマを発生する装置にはプラズマ銃が用いら
れている。プラズマ銃は、プラズマ室と、プラズマ室内
に設けられた筒体の先端に設けられた環状の陰極と、そ
の筒体内に陰極のアーク放電口に向かって設けられたフ
ィラメントとを有している。このプラズマ銃は、フィラ
メントでプラズマの初期放電を発生させ、陰極を傍熱さ
せて熱電子電流の供給が十分となった時にフィラメント
の発熱を停止し、陰極のみでプラズマを発生させるよう
になっている。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のプラズマ銃は電源電圧として数ＫＶもの高電圧
が必要であり、異常放電が発生しやすく、時間もかかる
ため効率が低いという問題がある。

【０００４】そこで、本考案の目的は、上記課題を解決
し、低加熱電力で効率よくフィラメントから陰極へアー
ク放電を移行させることができるプラズマ銃を提供する
ことにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本考案のプラズマ銃は、プラズマ室内に設けられた筒
体の先端に環状の陰極を配置し、その筒体内に陰極のア
ーク放電口に向かって先端部が突起状に形成されたフィ
ラメントを設けたプラズマ銃において、フィラメントの
先端部がフィラメントの他の部分より細く形成されてい
るものである。

【０００６】本考案のプラズマ銃は、フィラメントの基
部の支持部材内に冷却媒体通路が形成されているもので
ある。

【０００７】

【０００８】

【０００９】

【００１０】

【作用】上記構成によれば、フィラメントの先端部をア
ーク放電口に臨んで突起状に形成したので、フィラメン
トの先端部に初期放電が集中すると共にフィラメント近
傍の陰極が短時間で加熱する。このため、低加熱電力で
フィラメントから陰極へ効率よくアーク放電が移行す
る。

【００１１】

【実施例】以下、本考案の一実施例を添付図面に基づい
て詳述する。

【００１２】図１は本考案の前提となったプラズマ銃の
概略図である。

【００１３】同図において、１は例えばＡｒ等の動作ガ
スが導入されるプラズマ室であり、プラズマ室１内の後
方（図の上側）には筒体２が設けられている。筒体２の
前方には、環状の陰極としてのＬａＢ₆ ディスク３が固
定されている。ＬａＢ₆ ディスク３の中央にはアーク放
電口４が形成されている。

【００１４】筒体２内には、ＬａＢ₆ ディスク３のアー
ク放電口４に向かう補助陰極としてのフィラメント５
が、支持部材としてのフィラメント支持ピン６ａ、６ｂ
によって支持されている。フィラメント５は、例えばタ
ングステン（Ｗ）からなり、その先端部５ａはアーク放
電口４に臨んで突起状に形成されている（この突起状の
先端部５ａはアーク放電口４の内壁から離隔されて配置
されている）。

【００１５】フィラメント支持ピン６ａ、６ｂは、棒状
の耐熱金属で形成されており、例えば銅からなる電流導
入端子に接続されている。

【００１６】両電流導入端子は、外部に配置された加熱
用電源（直流又は交流、数Ｖ、１００Ａ程度）７に接続
されている。加熱用電源７には例えばタイマが内蔵され
ており、プラズマ銃の起動時に所定の時間だけ作動する
ようになっている。

【００１７】プラズマ室１の前方には、環状の絶縁体８
を介して第１の環状電極９が取り付けられており、第１
の環状電極９の前方には環状の絶縁体１０を介して第２
の環状電極１１が取り付けられている。両環状電極９、
１１は抵抗器Ｒ₁ 、Ｒ₂ を介して直流電源（数百Ｖ程
度）１２の陽極に接続され、直流電源１２の陰極はフィ
ラメント５側の電流導入端子に接続されている。

【００１８】プラズマ銃の前方には、動作ガスが排気さ
れるチャンバ（破線で示す）１３が設けられており、そ
の底部には直流電源１２の陽極に接続された対向電極１
４がＬａＢ₆ ディスク３及び環状電極９、１１に対向し
て配置されている。チャンバ１３内には被加工物（図示
せず）が配置されるようになっている。

【００１９】次に図１に示したプラズマ銃の作用を述べ
る。

【００２０】プラズマ室１内に作動ガスが導入され、加
熱用電源７からフィラメント５に電流が供給されると、
フィラメント５の先端部５ａが突起状に形成されている
ため、まずフィラメント５の先端部５ａと環状電極９、
１１との間（プラズマ室１内）にアーク放電（初期放
電）が集中して発生してプラズマが発生し、これと共
に、ＬａＢ₆ ディスク３が（加熱）傍熱される。ＬａＢ
₆ ディスク３が所定時間傍熱され熱電子電流の供給が十
分となった時点で、加熱用電源からフィラメント５への
電流の供給が停止し、ＬａＢ₆ ディスク３と対向電極１
４との間（チャンバ１３内）のみでアーク放電が発生し
てプラズマが発生する。チャンバ１３でプラズマが発生
すると被加工物（図示せず）に成膜が行われる。

【００２１】以上において、図１に示したプラズマ銃
は、フィラメント５の先端部５ａが突起状に形成されて
いるため、初期放電がフィラメント５の先端部５ａに集
中し、低加熱電力で効率よくアーク放電がフィラメント
５からＬａＢ_６ディスク３（プラズマ室１内からチャン
バ１３内）へと移行する。

【００２２】図２は本考案のプラズマ銃に用いられるフ
ィラメントの一実施例の説明図である。

【００２３】図１に示した実施例との相違点は、フィラ
メントの先端部がフィラメントの他の部分より細く形成
されている点である。

【００２４】フィラメント５の先端部５ａの直径は例え
ば約０．７ｍｍであり、他の部分の直径は約１ｍｍであ
るが、これに限定されるものではない。

【００２５】フィラメント５の先端部５ａを細くするこ
とにより、先端部５ａの抵抗値が小さくなり、発熱量が
他の部分より大きくなる。このため低加熱電力で先端部
５ａのみ加熱することができ、より効率的にプラズマを
発生させることができる。

【００２６】図３は本考案の前提となったプラズマ銃に
用いられるフィラメントの説明図である。

【００２７】図２に示した実施例との相違点は、フィラ
メント、フィラメント支持ピンおよびフィラメント支持
ピンを支持するフィラメントホルダがプラズマ室に対し
て着脱自在に形成されている点である。

【００２８】ＬａＢ₆ ディスク３やフィラメント５はア
ーク放電の陰極として使用されるため消耗するので交換
する必要があり、その頻度はフィラメント５の方が高
い。フィラメント５を交換するときは、まずプラズマ室
１から筒体２を取出し、フィラメント支持ピン６ａ、６
ｂからフィラメント５を取り外して、交換用のフィラメ
ントをフィラメント支持ピン６ａ、６ｂに取り付ける。
次に筒体２内にフィラメント支持ピン６ａ、６ｂを取り
付け、筒体２をプラズマ室１に取り付けなければなら
ず、このときフィラメント５の先端部５ａがＬａＢ₆ デ
ィスク３のアーク放電口４と離隔して配置されなければ
ならず、またフィラメント５が軟弱なため変形しやすい
のでフィラメント５の交換が面倒である（図１参照）。

【００２９】そこで図３（ａ）に示すようにフィラメン
ト５、フィラメント支持ピン６ａ、６ｂおよび電流導入
端子１５ａ、１５ｂをフィラメントホルダ１６に一体的
に形成することにより、筒体２へのフィラメント５の取
り付け取り外しが容易となる。尚、図３（ｂ）は筒体２
にフィラメントホルダ１６を取り付けた様子を示す図で
ある。

【００３０】図４は本考案の他の実施例の説明図であ
る。

【００３１】図１に示した実施例との相違点は、支持部
材内に冷却媒体通路を形成した点である。

【００３２】図１に示したフィラメント５は、耐熱性の
金属からなるフィラメント支持ピン６ａ、６ｂに接続さ
れているが、プラズマ銃の動作条件によってはフィラメ
ント支持ピン６ａ、６ｂが溶けてフィラメント５の先端
部５ａがＬａＢ₆ ディスク３と接触するおそれがある。

【００３３】そこで図に示すように金属製の二重管構造
を用いて、内側の管２０ａ、２０ｂに冷却媒体（例えば
水）を注入し、外側の管２１ａ、２１ｂの管に設けた排
水口２２ａ、２２ｂから排水するようにすると共に、こ
れら二重管２３ａ、２３ｂを絶縁体２４を介して筒体２
に取り付け、加熱用電源７に接続するようにすれば、支
持部材としての二重管２３ａ、２３ｂが冷却されるの
で、プラズマ銃の作動中にフィラメント５の先端部５ａ
がＬａＢ₆ ディスク３と接触することが防止される。
尚、絶縁体にはセラミック等の耐熱性の材質が好まし
い。

【００３４】図５は本考案の前提となったプラズマ銃に
用いられるフィラメントの説明図である。

【００３５】図１に示した実施例との相違点は、支持部
材が絶縁体を介して筒体内に保持され、筒体内の放電口
側に蒸着防止板が設けられている点である。

【００３６】プラズマ銃からプラズマを出射するとき
に、フィラメント５の熱でフィラメント支持ピン６ａ、
６ｂが軟化してフィラメント５がＬａＢ₆ ディスク３の
アーク放電口４に接触し、フィラメント５の抵抗加熱が
できなくなるおそれがある。

【００３７】そこで、フィラメント支持ピン６ａ、６ｂ
の基部を、絶縁体としての略円柱状のスペーサ３０で筒
体２内に保持することにより、フィラメント支持ピン６
ａ、６ｂが軟化してもフィラメント５がアーク放電口４
に接触するのが防止される。

【００３８】また、プラズマ発生中に生じるチャンバ１
３（図１参照）内や筒体２内の金属蒸気が、スペーサ３
０の表面に付着してフィラメント支持ピン６ａ、６ｂ間
が導通状態になり、フィラメント５の抵抗加熱ができな
くなることがある。

【００３９】そこで、筒体２内のスペーサ３０とフィラ
メント５との間（アーク放電口４側）に、フィラメント
支持ピン６ａ、６ｂが貫通可能、かつ、フィラメント支
持ピン６ａ、６ｂと接触することがない穴３２ａ、３２
ｂを有する略円板状の蒸着防止板３３を配置し、この蒸
着防止板３３を筒体２に止めピン３４で固定することに
より、金属蒸気を蒸着防止板３３に付着させてスペーサ
３０の表面に金属蒸気が付着するのを防止することがで
きる。

【００４０】尚、上述した他の実施例はそれぞれ単独に
説明したが、これに限定されるものではなく組み合わせ
てもよいのはいうまでもない。また、フィラメントには
Ｗを用いたが、これに限定されるものではなくＴａ等抵
抗加熱可能な金属であれば他の金属を用いてもよい。

【００４１】

【考案の効果】以上要するに本考案によれば、次のよう
な優れた効果を発揮する。

【００４２】フィラメントの先端部をアーク放電口に臨
んで突起状に形成したので、低加熱電力で効率よくフィ
ラメントから陰極へアーク放電を移行させることができ
るプラズマ銃を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の前提となったプラズマ銃の概略図であ
る。

【図２】本考案のプラズマ銃に用いられるフィラメント
の一実施例の説明図である。

【図３】本考案の前提となったプラズマ銃に用いられる
フィラメントの説明図である。

【図４】本考案の他の実施例の説明図である。

【図５】図５は本考案の前提となったプラズマ銃に用い
られるフィラメントの説明図である。

【符号の説明】

１ プラズマ室 ２ 筒体 ３ 陰極（ＬａＢ_６ディスク） ４ アーク放電口 ５ フィラメント ５ａ 先端部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 ▲桑▼原 一 東京都江東区豊洲三丁目１番15号 石川 島播磨重工業株式会社 東二テクニカル センター内 (72)考案者 川崎 義則 東京都江東区豊洲三丁目１番15号 石川 島播磨重工業株式会社 東二テクニカル センター内 (72)考案者 白川 忠秀 東京都江東区豊洲三丁目１番15号 石川 島播磨重工業株式会社 東二テクニカル センター内 (72)考案者 瓦谷 立身 東京都江東区豊洲三丁目１番15号 石川 島播磨重工業株式会社 東二テクニカル センター内 (56)参考文献 特開 平２−125864（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−312141（ＪＰ，Ａ) 実開 平４−102154（ＪＰ，Ｕ) 実開 平３−24241（ＪＰ，Ｕ) 実開 平３−109258（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01J 27/00 - 27/26 H01J 37/08 C23C 14/32 H05H 1/48 H01L 21/205

Claims (2)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 プラズマ室内に設けられた筒体の先端に
   環状の陰極を配置し、その筒体内に陰極のアーク放電口
   に向かって先端部が突起状に形成されたフィラメントを
   設けたプラズマ銃において、前記フィラメントの先端部
   が該フィラメントの他の部分より細く形成されているこ
   とを特徴とするプラズマ銃。
2. 【請求項２】 前記フィラメントの基部の支持部材内に
   冷却媒体通路が形成されていることを特徴とする請求項
   １に記載のプラズマ銃。