JP4750436B2 - 表面処理物の製造方法、表面処理方法及び表面処理装置 - Google Patents
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Description
本発明は、表面処理物、表面処理方法及び表面処理装置に係わり、特に、めっき法のように廃液の処理が必要なく、環境に対する負荷が小さい表面処理物、表面処理方法及び表面処理装置に関する。
亜鉛は鉄鋼の表面保護に利用されている。その理由は、亜鉛が鉄よりもイオン化傾向が大きいこと、亜鉛は空気中の酸素と反応し表面に酸化皮膜を作ること、また亜鉛皮膜の表面が傷つき下地の鉄が露出しても、亜鉛皮膜が鉄よりも先に溶解して下地を保護するといった犠牲材的なメカニズムにより防食作用を付与できること、からである。また、亜鉛皮膜を施した鋼鉄製品は再利用が可能であるといった利点も持つ。
以下、鋼鉄製品に亜鉛皮膜を修飾する従来の方法について説明する。
（１）溶融めっき法
溶融めっき法は、めっきする製品を洗浄した後に、４５０〜６５０℃の溶融亜鉛浴に浸すことによりめっきする方法である。但し、ボルトやナットを溶融めっき法でめっきすると、ねじの溝部に亜鉛がたまり、噛み合わせが悪くなる。そのため、めっき専用のボルトやナットを作製する必要がある。また、めっき法は毒性の強い廃液を処理する必要があり、環境に対する負荷が非常に大きい。更に、高温での作業が危険である。また、めっき浴は定期的なメンテナンスが必要であり、これに多大な費用がかかる。このような欠点が溶融めっき法にはある。
（１）溶融めっき法
溶融めっき法は、めっきする製品を洗浄した後に、４５０〜６５０℃の溶融亜鉛浴に浸すことによりめっきする方法である。但し、ボルトやナットを溶融めっき法でめっきすると、ねじの溝部に亜鉛がたまり、噛み合わせが悪くなる。そのため、めっき専用のボルトやナットを作製する必要がある。また、めっき法は毒性の強い廃液を処理する必要があり、環境に対する負荷が非常に大きい。更に、高温での作業が危険である。また、めっき浴は定期的なメンテナンスが必要であり、これに多大な費用がかかる。このような欠点が溶融めっき法にはある。
（２）電解めっき法
電解めっき法は、室温下での電解プロセスによる亜鉛めっき法である。しかし、電解めっき法では、めっきを施すための前処理に時間がかかること、処理工程で不純物の混入が避けられないこと、めっき処理後のめっき液の処理に大きな環境負荷がかかること、めっき膜を薄膜化することが困難であること、といった欠点がある。
電解めっき法は、室温下での電解プロセスによる亜鉛めっき法である。しかし、電解めっき法では、めっきを施すための前処理に時間がかかること、処理工程で不純物の混入が避けられないこと、めっき処理後のめっき液の処理に大きな環境負荷がかかること、めっき膜を薄膜化することが困難であること、といった欠点がある。
（３）熱拡散式亜鉛めっき技術
熱拡散式亜鉛めっき技術は、被めっき物（ボルト、ナット等）をディステック社が開発した特殊な亜鉛粉と一緒にドラムまたはコンテナー内に入れ、混入しながら加熱することで表面層へ亜鉛分を満遍なく拡散、被覆する方法である。
しかし、上記技術では、粉末を使用して表面処理を施すため、表面には粒子径程度のむら、膜厚のむらとピンホールの存在が残ること、また完全に薄膜として修飾することが難しいこと、といった欠点がある。
熱拡散式亜鉛めっき技術は、被めっき物（ボルト、ナット等）をディステック社が開発した特殊な亜鉛粉と一緒にドラムまたはコンテナー内に入れ、混入しながら加熱することで表面層へ亜鉛分を満遍なく拡散、被覆する方法である。
しかし、上記技術では、粉末を使用して表面処理を施すため、表面には粒子径程度のむら、膜厚のむらとピンホールの存在が残ること、また完全に薄膜として修飾することが難しいこと、といった欠点がある。
上述したように従来のめっき法では、毒性の強い廃液を処理する必要があり、環境に対する負荷が非常に大きいこと、むらなく均一に表面処理を施すことが難しいこと、不純物の混入が避けられないことといった問題点がある。
本発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、めっき法のように廃液の処理が必要なく、環境に対する負荷が小さい表面処理物、表面処理方法及び表面処理装置を提供することにある。
上記課題を解決するため、本発明に係る表面処理物は、スパッタリング法によって被処理体の表面に耐食性物質又は犠牲物質からなる薄膜が被覆されたことを特徴とする。
尚、前記被処理体としては、種々の材質及び形状からなるものを用いることが可能であり、例えばボルトやナット等の部品を用いることも可能である。また、耐食性物質とは、耐食性を有する物質、即ち腐食しない物質のことである。また、犠牲物質とは、犠牲剤となる物質のことである。
尚、前記被処理体としては、種々の材質及び形状からなるものを用いることが可能であり、例えばボルトやナット等の部品を用いることも可能である。また、耐食性物質とは、耐食性を有する物質、即ち腐食しない物質のことである。また、犠牲物質とは、犠牲剤となる物質のことである。
本発明に係る表面処理物は、スパッタリング法によって被処理体の表面に薄膜が被覆され、前記被処理体と前記薄膜を反応させて該被処理体の表面に反応層が形成されたことを特徴とする。尚、前記薄膜としては種々の材質を用いることも可能である。
また、本発明に係る表面処理物において、前記スパッタリング法は、内部の断面形状が略円形又は多角形を有する真空容器を、前記断面に対して略垂直方向を回転軸として回転させることにより、該真空容器内の被処理体を攪拌あるいは回転させながらスパッタリングを行うものであることも可能である。
また、本発明に係る表面処理物において、前記スパッタリング法は、内部の断面形状が略円形又は多角形を有する真空容器を、前記断面に対して略垂直方向を回転軸として回転させることにより、該真空容器内の被処理体を攪拌あるいは回転させながらスパッタリングを行うものであることも可能である。
本発明に係る表面処理物は、ＣＶＤ法によって被処理体の表面に耐食性物質又は犠牲物質からなる薄膜が被覆されたことを特徴とする。
本発明に係る表面処理物は、ＣＶＤ法によって被処理体の表面に薄膜が被覆され、前記被処理体と前記薄膜を反応させて該被処理体の表面に反応層が形成されたことを特徴とする。
また、本発明に係る表面処理物において、前記ＣＶＤ法は、内部の断面形状が略円形又は多角形を有する容器を、前記断面に対して略垂直方向を回転軸として回転させることにより、該容器内の被処理体を攪拌あるいは回転させながらＣＶＤを行うものであることも可能である。
本発明に係る表面処理物は、ＣＶＤ法によって被処理体の表面に薄膜が被覆され、前記被処理体と前記薄膜を反応させて該被処理体の表面に反応層が形成されたことを特徴とする。
また、本発明に係る表面処理物において、前記ＣＶＤ法は、内部の断面形状が略円形又は多角形を有する容器を、前記断面に対して略垂直方向を回転軸として回転させることにより、該容器内の被処理体を攪拌あるいは回転させながらＣＶＤを行うものであることも可能である。
本発明に係る表面処理物は、蒸着法によって被処理体の表面に耐食性物質又は犠牲物質からなる薄膜が被覆されたことを特徴とする。
本発明に係る表面処理物は、蒸着法によって被処理体の表面に薄膜が被覆され、前記被処理体と前記薄膜を反応させて該被処理体の表面に反応層が形成されたことを特徴とする。
本発明に係る表面処理物は、蒸着法によって被処理体の表面に薄膜が被覆され、前記被処理体と前記薄膜を反応させて該被処理体の表面に反応層が形成されたことを特徴とする。
また、本発明に係る表面処理物において、前記被処理体と前記薄膜を反応させる際に前記被処理体が加熱されることも可能である。
また、本発明に係る表面処理物において、前記反応層がＦｅ−Ｚｎ合金層であることも可能である。
また、本発明に係る表面処理物において、前記被処理体が鉄系合金からなり、前記薄膜が亜鉛からなることも可能である。
また、本発明に係る表面処理物において、前記反応層がＦｅ−Ｚｎ合金層であることも可能である。
また、本発明に係る表面処理物において、前記被処理体が鉄系合金からなり、前記薄膜が亜鉛からなることも可能である。
本発明に係る表面処理方法は、容器内に被処理体を収容し、
スパッタリング法、ＣＶＤ法及び蒸着法のいずれかによって、前記被処理体の表面に耐食性物質又は犠牲物質からなる薄膜を被覆することを特徴とする。
スパッタリング法、ＣＶＤ法及び蒸着法のいずれかによって、前記被処理体の表面に耐食性物質又は犠牲物質からなる薄膜を被覆することを特徴とする。
本発明に係る表面処理方法は、容器内に被処理体を収容し、
スパッタリング法、ＣＶＤ法及び蒸着法のいずれかによって、前記被処理体の表面に薄膜を被覆し、前記被処理体と前記薄膜を反応させて該被処理体の表面に反応層を形成することを特徴とする。
スパッタリング法、ＣＶＤ法及び蒸着法のいずれかによって、前記被処理体の表面に薄膜を被覆し、前記被処理体と前記薄膜を反応させて該被処理体の表面に反応層を形成することを特徴とする。
本発明に係る表面処理方法は、重力方向に対して略平行な断面の内部形状が略円形又は多角形である容器内に被処理体を収容し、
前記断面に対して略垂直方向を回転軸として前記容器を回転させることにより該容器内の被処理体を攪拌あるいは回転させながらスパッタリング又はＣＶＤを行うことで、前記被処理体の表面に耐食性物質又は犠牲物質からなる薄膜を被覆することを特徴とする。
前記断面に対して略垂直方向を回転軸として前記容器を回転させることにより該容器内の被処理体を攪拌あるいは回転させながらスパッタリング又はＣＶＤを行うことで、前記被処理体の表面に耐食性物質又は犠牲物質からなる薄膜を被覆することを特徴とする。
本発明に係る表面処理方法は、重力方向に対して略平行な断面の内部形状が略円形又は多角形である容器内に被処理体を収容し、
前記断面に対して略垂直方向を回転軸として前記容器を回転させることにより該容器内の被処理体を攪拌あるいは回転させながらスパッタリング又はＣＶＤを行うことで、前記被処理体の表面に薄膜を被覆し、前記被処理体と前記薄膜を反応させて該被処理体の表面に反応層を形成することを特徴とする。
前記断面に対して略垂直方向を回転軸として前記容器を回転させることにより該容器内の被処理体を攪拌あるいは回転させながらスパッタリング又はＣＶＤを行うことで、前記被処理体の表面に薄膜を被覆し、前記被処理体と前記薄膜を反応させて該被処理体の表面に反応層を形成することを特徴とする。
また、本発明に係る表面処理方法において、前記被処理体と前記薄膜を反応させる際に前記被処理体を加熱することも可能である。
本発明に係る表面処理装置は、スパッタリングによって被処理体の表面に耐食性物質又は犠牲物質からなる薄膜を被覆する表面処理装置であって、
被処理体を収容する容器と、
前記容器を収容するチャンバーと、
前記チャンバー内に配置されたスパッタリングターゲットと、
を具備することを特徴とする。
被処理体を収容する容器と、
前記容器を収容するチャンバーと、
前記チャンバー内に配置されたスパッタリングターゲットと、
を具備することを特徴とする。
本発明に係る表面処理装置は、被処理体を収容する容器と、
前記容器を収容するチャンバーと、
前記チャンバー内に配置されたスパッタリングターゲットと、
を具備し、
スパッタリングを行うことにより、前記被処理体の表面に薄膜を被覆し、前記被処理体と前記薄膜を反応させて該被処理体の表面に反応層を形成することを特徴とする。
前記容器を収容するチャンバーと、
前記チャンバー内に配置されたスパッタリングターゲットと、
を具備し、
スパッタリングを行うことにより、前記被処理体の表面に薄膜を被覆し、前記被処理体と前記薄膜を反応させて該被処理体の表面に反応層を形成することを特徴とする。
本発明に係る表面処理装置は、被処理体を収容する容器であって重力方向に対して略平行な断面の内部形状が略円形又は多角形である容器と、
前記断面に対して略垂直方向を回転軸として前記容器を回転させる回転機構と、
前記容器内に配置されたスパッタリングターゲットと、
を具備し、
前記回転機構を用いて前記容器を回転させることにより該容器内の被処理体を攪拌あるいは回転させながらスパッタリングを行うことで、前記被処理体の表面に耐食性物質又は犠牲物質からなる薄膜を被覆することを特徴とする。
前記断面に対して略垂直方向を回転軸として前記容器を回転させる回転機構と、
前記容器内に配置されたスパッタリングターゲットと、
を具備し、
前記回転機構を用いて前記容器を回転させることにより該容器内の被処理体を攪拌あるいは回転させながらスパッタリングを行うことで、前記被処理体の表面に耐食性物質又は犠牲物質からなる薄膜を被覆することを特徴とする。
本発明に係る表面処理装置は、被処理体を収容する容器であって重力方向に対して略平行な断面の内部形状が略円形又は多角形である容器と、
前記断面に対して略垂直方向を回転軸として前記容器を回転させる回転機構と、
前記容器内に配置されたスパッタリングターゲットと、
を具備し、
前記回転機構を用いて前記容器を回転させることにより該容器内の被処理体を攪拌あるいは回転させながらスパッタリングを行うことで、前記被処理体の表面に薄膜を被覆し、前記被処理体と前記薄膜を反応させて該被処理体の表面に反応層を形成することを特徴とする。
前記断面に対して略垂直方向を回転軸として前記容器を回転させる回転機構と、
前記容器内に配置されたスパッタリングターゲットと、
を具備し、
前記回転機構を用いて前記容器を回転させることにより該容器内の被処理体を攪拌あるいは回転させながらスパッタリングを行うことで、前記被処理体の表面に薄膜を被覆し、前記被処理体と前記薄膜を反応させて該被処理体の表面に反応層を形成することを特徴とする。
本発明に係る表面処理装置は、プラズマＣＶＤ法を用いることにより、被処理体の表面に耐食性物質又は犠牲物質からなる薄膜を被覆する表面処理装置であって、
被処理体を収容する容器と、
前記容器を収容するチャンバーと、
前記チャンバー内に原料ガスを導入するガス導入機構と、
前記チャンバー内に配置され、前記容器に対向するように配置された電極と、
を具備することを特徴とする。
被処理体を収容する容器と、
前記容器を収容するチャンバーと、
前記チャンバー内に原料ガスを導入するガス導入機構と、
前記チャンバー内に配置され、前記容器に対向するように配置された電極と、
を具備することを特徴とする。
本発明に係る表面処理装置は、被処理体を収容する容器と、
前記容器を収容するチャンバーと、
前記チャンバー内に原料ガスを導入するガス導入機構と、
前記チャンバー内に配置され、前記容器に対向するように配置された電極と、
を具備し、
プラズマＣＶＤ法を用いることにより、前記被処理体の表面に薄膜を被覆し、前記被処理体と前記薄膜を反応させて該被処理体の表面に反応層を形成することを特徴とする。
前記容器を収容するチャンバーと、
前記チャンバー内に原料ガスを導入するガス導入機構と、
前記チャンバー内に配置され、前記容器に対向するように配置された電極と、
を具備し、
プラズマＣＶＤ法を用いることにより、前記被処理体の表面に薄膜を被覆し、前記被処理体と前記薄膜を反応させて該被処理体の表面に反応層を形成することを特徴とする。
本発明に係る表面処理装置は、被処理体を収容する容器であって、重力方向に対して略平行な断面の内部形状が略円形又は多角形である容器と、
前記断面に対して略垂直方向を回転軸として前記容器を回転させる回転機構と、
前記容器内に配置された電極と、
前記容器内に原料ガスを導入するガス導入機構と、
を具備し、
前記回転機構を用いて前記容器を回転させることにより該容器内の被処理体を攪拌あるいは回転させながらプラズマＣＶＤ法を用いることで、前記被処理体の表面に耐食性物質又は犠牲物質からなる薄膜を被覆することを特徴とする。
前記断面に対して略垂直方向を回転軸として前記容器を回転させる回転機構と、
前記容器内に配置された電極と、
前記容器内に原料ガスを導入するガス導入機構と、
を具備し、
前記回転機構を用いて前記容器を回転させることにより該容器内の被処理体を攪拌あるいは回転させながらプラズマＣＶＤ法を用いることで、前記被処理体の表面に耐食性物質又は犠牲物質からなる薄膜を被覆することを特徴とする。
本発明に係る表面処理装置は、被処理体を収容する容器であって、重力方向に対して略平行な断面の内部形状が略円形又は多角形である容器と、
前記断面に対して略垂直方向を回転軸として前記容器を回転させる回転機構と、
前記容器内に配置された電極と、
前記容器内に原料ガスを導入するガス導入機構と、
を具備し、
前記回転機構を用いて前記容器を回転させることにより該容器内の被処理体を攪拌あるいは回転させながらプラズマＣＶＤ法を用いることで、前記被処理体の表面に薄膜を被覆し、前記被処理体と前記薄膜を反応させて該被処理体の表面に反応層を形成することを特徴とする。
前記断面に対して略垂直方向を回転軸として前記容器を回転させる回転機構と、
前記容器内に配置された電極と、
前記容器内に原料ガスを導入するガス導入機構と、
を具備し、
前記回転機構を用いて前記容器を回転させることにより該容器内の被処理体を攪拌あるいは回転させながらプラズマＣＶＤ法を用いることで、前記被処理体の表面に薄膜を被覆し、前記被処理体と前記薄膜を反応させて該被処理体の表面に反応層を形成することを特徴とする。
本発明に係る表面処理装置は、蒸着法により被処理体の表面に耐食性物質又は犠牲物質からなる薄膜を被覆する表面処理装置であって、
被処理体を収容するチャンバーと、
前記チャンバー内に配置された蒸発源と、
を具備することを特徴とする。
被処理体を収容するチャンバーと、
前記チャンバー内に配置された蒸発源と、
を具備することを特徴とする。
本発明に係る表面処理装置は、被処理体を収容するチャンバーと、
前記チャンバー内に配置された蒸発源と、
を具備し、
蒸着法により前記被処理体の表面に薄膜を被覆し、前記被処理体と前記薄膜を反応させて該被処理体の表面に反応層を形成することを特徴とする。
前記チャンバー内に配置された蒸発源と、
を具備し、
蒸着法により前記被処理体の表面に薄膜を被覆し、前記被処理体と前記薄膜を反応させて該被処理体の表面に反応層を形成することを特徴とする。
また、本発明に係る表面処理装置において、前記被処理体を加熱する加熱機構をさらに具備し、前記被処理体と前記薄膜を反応させる際に前記加熱機構によって前記被処理体を加熱することも可能である。
本発明に係る表面処理装置は、サーマルＣＶＤ法を用いることにより、被処理体の表面に耐食性物質又は犠牲物質からなる薄膜を被覆する表面処理装置であって、
被処理体を収容する容器と、
前記容器を収容するチャンバーと、
前記容器に収容された被処理体を加熱する加熱機構と、
前記チャンバー内に原料ガスを導入するガス導入機構と、
を具備することを特徴とする。
被処理体を収容する容器と、
前記容器を収容するチャンバーと、
前記容器に収容された被処理体を加熱する加熱機構と、
前記チャンバー内に原料ガスを導入するガス導入機構と、
を具備することを特徴とする。
本発明に係る表面処理装置は、被処理体を収容する容器と、
前記容器を収容するチャンバーと、
前記容器に収容された被処理体を加熱する加熱機構と、
前記チャンバー内に原料ガスを導入するガス導入機構と、
を具備し、
サーマルＣＶＤ法を用いることにより、前記被処理体の表面に薄膜を被覆し、前記被処理体と前記薄膜を反応させて該被処理体の表面に反応層を形成することを特徴とする。
前記容器を収容するチャンバーと、
前記容器に収容された被処理体を加熱する加熱機構と、
前記チャンバー内に原料ガスを導入するガス導入機構と、
を具備し、
サーマルＣＶＤ法を用いることにより、前記被処理体の表面に薄膜を被覆し、前記被処理体と前記薄膜を反応させて該被処理体の表面に反応層を形成することを特徴とする。
本発明に係る表面処理装置は、被処理体を収容する容器であって、重力方向に対して略平行な断面の内部形状が略円形又は多角形である容器と、
前記断面に対して略垂直方向を回転軸として前記容器を回転させる回転機構と、
前記容器内に収容された被処理体を加熱する加熱機構と、
前記容器内に原料ガスを導入するガス導入機構と、
を具備し、
前記回転機構を用いて前記容器を回転させることにより該容器内の被処理体を攪拌あるいは回転させながらサーマルＣＶＤ法を用いることで、該被処理体の表面に耐食性物質又は犠牲物質からなる薄膜を被覆することを特徴とする。
前記断面に対して略垂直方向を回転軸として前記容器を回転させる回転機構と、
前記容器内に収容された被処理体を加熱する加熱機構と、
前記容器内に原料ガスを導入するガス導入機構と、
を具備し、
前記回転機構を用いて前記容器を回転させることにより該容器内の被処理体を攪拌あるいは回転させながらサーマルＣＶＤ法を用いることで、該被処理体の表面に耐食性物質又は犠牲物質からなる薄膜を被覆することを特徴とする。
本発明に係る表面処理装置は、被処理体を収容する容器であって、重力方向に対して略平行な断面の内部形状が略円形又は多角形である容器と、
前記断面に対して略垂直方向を回転軸として前記容器を回転させる回転機構と、
前記容器内に収容された被処理体を加熱する加熱機構と、
前記容器内に原料ガスを導入するガス導入機構と、
を具備し、
前記回転機構を用いて前記容器を回転させることにより該容器内の被処理体を攪拌あるいは回転させながらサーマルＣＶＤ法を用いることで、前記被処理体の表面に薄膜を被覆し、前記被処理体と前記薄膜を反応させて該被処理体の表面に反応層を形成することを特徴とする。
前記断面に対して略垂直方向を回転軸として前記容器を回転させる回転機構と、
前記容器内に収容された被処理体を加熱する加熱機構と、
前記容器内に原料ガスを導入するガス導入機構と、
を具備し、
前記回転機構を用いて前記容器を回転させることにより該容器内の被処理体を攪拌あるいは回転させながらサーマルＣＶＤ法を用いることで、前記被処理体の表面に薄膜を被覆し、前記被処理体と前記薄膜を反応させて該被処理体の表面に反応層を形成することを特徴とする。
以上説明したように本発明によれば、めっき法のように廃液の処理が必要なく、環境に対する負荷が小さい表面処理物、表面処理方法及び表面処理装置を提供することができる。また、他の本発明によれば、被処理体の表面に薄膜を形成する際に均一な膜厚制御が可能となる。また、他の本発明によれば、被処理体の表面に形成された薄膜にピンホールが発生することを極めて少なくすることができる。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１による表面処理装置の概略を示す構成図である。この表面処理装置は、鋼鉄、ステンレスなどの鉄系合金からなる被処理体（例えばボルトやナット等の部品）の表面にスパッタリング法により薄膜を被覆するという表面処理を行う装置である。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１による表面処理装置の概略を示す構成図である。この表面処理装置は、鋼鉄、ステンレスなどの鉄系合金からなる被処理体（例えばボルトやナット等の部品）の表面にスパッタリング法により薄膜を被覆するという表面処理を行う装置である。
表面処理装置は、被処理体３に薄膜を被覆させる真空容器１を有しており、この真空容器１は直径２００ｍｍの円筒部１ａとその内部に設置された断面が六角形のバレル（六角型バレル）１ｂとを備えている。ここで示す断面は、重力方向に対して略平行な断面である。なお、本実施の形態では、六角形のバレル１ｂを用いているが、これに限定されるものではなく、六角形以外の多角形のバレルを用いることも可能である。
真空容器１には回転機構（図示せず）が設けられており、この回転機構により六角型バレル１ｂを矢印のように回転させることで該六角型バレル１ｂ内の被処理体３を攪拌あるいは回転させながら被覆処理を行うものである。前記回転機構により六角型バレルを回転させる際の回転軸は、ほぼ水平方向（重力方向に対して垂直方向）に平行な軸である。また、真空容器１内には円筒の中心軸上に亜鉛（Ｚｎ）からなるスパッタリングターゲット２が配置されており、このターゲット２は角度を自由に変えられるように構成されている。これにより、六角型バレル１ｂを回転させながら被覆処理を行う時、ターゲット２を被処理体３の位置する方向に向けることができ、それによってスパッタ効率を上げることが可能となる。なお、本実施の形態では、Ｚｎターゲットを用いているが、Ｚｎ以外の材料（例えばＰｄ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｓｎ等）を被処理体に被覆することも可能であり、その場合は被覆する材料からなるターゲットを用いることとなる。
真空容器１には配管４の一端が接続されており、この配管４の他端には第１バルブ１２の一方側が接続されている。第１バルブ１２の他方側は配管５の一端が接続されており、配管５の他端はターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）１０の吸気側に接続されている。ターボ分子ポンプ１０の排気側は配管６の一端に接続されており、配管６の他端は第２バルブ１３の一方側に接続されている。第２バルブ１３の他方側は配管７の一端に接続されており、配管７の他端はポンプ（ＲＰ）１１に接続されている。また、配管４は配管８の一端に接続されており、配管８の他端は第３バルブ１４の一方側に接続されている。第３バルブ１４の他方側は配管９の一端に接続されており、配管９の他端は配管７に接続されている。
本装置は、真空容器１内の被処理体３を直接加熱するためのヒータ１７ａと、間接的に加熱するためのヒータ１７ｂを備えている。また、本装置は、真空容器１内の被処理体３に振動を加えるためのバイブレータ１８を備えている。また、本装置は、真空容器１の内部圧力を測定する圧力計１９を備えている。また、本装置は、真空容器１内に窒素ガスを導入する窒素ガス導入機構１５を備えていると共に真空容器１内にアルゴンガスを導入するアルゴンガス導入機構１６を備えている。また、本装置は、真空容器１内に他のガスを導入するガス導入機構２０を備えている。また、本装置は、ターゲット２と六角型バレル１ｂとの間に高周波を印加する高周波印加機構（図示せず）を備えている。
次に、上記表面処理装置を用いて被処理体３に薄膜を被覆する方法について説明する。
まず、六角型バレル１ｂ内に複数の被処理体３を導入する。この被処理体３としては例えばボルト、ナットを用いた。また、ターゲット２にはＺｎを用いた。なお、本表面処理方法を用いれば、幅広い材料からなる被処理体に薄膜を被覆することが可能である。
まず、六角型バレル１ｂ内に複数の被処理体３を導入する。この被処理体３としては例えばボルト、ナットを用いた。また、ターゲット２にはＺｎを用いた。なお、本表面処理方法を用いれば、幅広い材料からなる被処理体に薄膜を被覆することが可能である。
次いで、ターボ分子ポンプ１０を用いて六角型バレル１ｂ内に高真空状態を作り、ヒータ１７で六角型バレルを２００℃まで加熱しながら、六角型バレル内を５×１０−４Ｐａに減圧した。その後、アルゴンガス供給機構１６又は窒素ガス供給機構１５によりアルゴン又は窒素などの不活性ガスを六角型バレル１ｂ内に導入する。この際の六角型バレル内の圧力は２Ｐａ程度である。場合によっては酸素と水素の混合ガスを六角型バレル１ｂ内に導入しても良い。そして、回転機構により六角型バレル１ｂを１００Ｗで３０分間、２０ｒｐｍで回転させることで、六角型バレル１ｂ内の被処理体３を回転させ、攪拌させる。その際、ターゲットは被処理体の位置する方向に向けられる。その後、高周波印加機構によりターゲット２と六角型バレル１ｂとの間に高周波を印加することで、被処理体３の表面にＺｎをスパッタリングする。このようにして被処理体３の表面にＺｎ薄膜を被覆する。次いで、Ｚｎ薄膜が被覆された被処理体３をヒータ１７ａ，１７ｂによって１００〜７００℃の温度に加熱する。これにより、Ｚｎ薄膜と被処理体３を反応させ、被処理体３の表面にＦｅ−Ｚｎ合金からなる反応層を形成する。尚、反応層を形成する際は、六角型バレルを回転させる。また、ここではＺｎ薄膜が被覆された被処理体３を加熱することによりＺｎ薄膜と被処理体を反応させて反応層を形成しているが、被処理体の加熱は必須ではなく、被処理体の加熱を行わないことも可能であるし、また十分な反応層が形成されない程度で且つ被処理体とＺｎ薄膜との密着性を向上させる程度の加熱を行うことも可能である。
図２は、図１に示す表面処理装置によって表面処理された被処理体の一部を示す断面図である。被処理体３の表面にはＦｅ−Ｚｎ合金からなる反応層３ａが形成されている。尚、ここでは、被覆されたＺｎ薄膜の全部を反応させてＦｅ−Ｚｎ合金化しているが、Ｚｎ薄膜の一部を反応させて合金化することも可能である。
上記実施の形態１によれば、六角型バレル自体を回転させることで被処理体自体を回転させ攪拌でき、更にバレルを六角型とすることにより、被処理体を重力により定期的に落下させることができる。このため、攪拌効率を飛躍的に向上させることができ、被処理体の大きさが非常に小さい場合にしばしば問題となる水分や静電気力による被処理体の凝集を防ぐことができる。したがって、非常に小さい被処理体の三次元表面に金属、酸化物等の薄膜を均一性よく被覆することができ、その薄膜を均一性よく反応させることが可能となる。具体的には、外径が５０μｍ以下の被処理体に薄膜を被覆することが可能となるが、外径が５０μｍより大きい被処理体においても問題なく薄膜を被覆することができる。被処理体の表面にＺｎ薄膜又はＦｅ−Ｚｎ合金層を形成することにより、被処理体に防食作用を持たせることができる。つまり、ＺｎはＦｅに対して犠牲剤となる物質であるから、ＦｅがＦｅ２＋となって溶解するのを部分電池の作用でＺｎ２＋が溶解してＦｅの溶解を防ぐことにより、被処理体に防食作用を持たせることができる。
また、本実施の形態では、多角バレルスパッタ方法を用いた表面処理方法により被処理体３の表面にＺｎ薄膜を被覆しているため、従来技術のめっき法のように廃液の処理が必要なく、環境に対する負荷も小さくできるという利点がある。
また、本実施の形態では、被処理体に被覆する薄膜の膜厚が均一になるように制御することが可能である。また、被処理体に被覆した薄膜にピンホールが生じるのを極めて少なくできるか、又は無くすことができる。
また、本実施の形態は、従来の方法に比べて修飾工程が非常に短いこと、不純物の混入がほとんど無いことといった利点を有している。また、本実施の形態による表面処理装置の場合、めっき浴のメンテナンスを考慮すると初期設備投資は決して高くない。
また、本実施の形態では、被処理体に被覆する薄膜の膜厚が均一になるように制御することが可能である。また、被処理体に被覆した薄膜にピンホールが生じるのを極めて少なくできるか、又は無くすことができる。
また、本実施の形態は、従来の方法に比べて修飾工程が非常に短いこと、不純物の混入がほとんど無いことといった利点を有している。また、本実施の形態による表面処理装置の場合、めっき浴のメンテナンスを考慮すると初期設備投資は決して高くない。
また、本実施の形態の表面処理装置は、ヒータ１７ａ，１７ｂを備えており、このヒータにより六角型バレル１ｂを１００〜７００℃まで加熱することができる。このため、真空容器１の内部を真空にする際、ヒータで六角型バレルを加熱することにより、該六角型バレル内の水分を気化させ排気することができる。したがって、非常に小さい被処理体を扱う時に問題となる水を六角型バレル内から除去することができるため、被処理体の凝集をより効果的に防ぐことができる。
また、本実施の形態では、真空容器１の外側にバイブレータ１８を取り付けており、このバイブレータ１８により六角型バレル内の被処理体３に振動を加えることができる。これにより、大きさの非常に小さい被処理体を扱う時に問題となる凝集をより効果的に防ぐことが可能となる。
尚、上記実施の形態では、バイブレータ１８により六角型バレル内の粉体３に振動を加えているが、バイブレータ１８の代わりに、又は、バイブレータ１８に加えて、六角型バレル内に棒状部材を収容した状態で該六角型バレルを回転させることにより、粉体３に振動を加えることも可能である。これにより、大きさの非常に小さい被処理体を扱う時に問題となる凝集をより効果的に防ぐことが可能となる。
次に、上記表面処理方法によりボルトとナットの表面に均一なＡｕ薄膜を被覆した表面処理物について説明する。
まず、六角型バレル１ｂ内に複数の被処理体３としてはボルトとナット（図６（Ａ）に示す）を導入する。また、ターゲット２にはＡｕ（４Ｎ）を用いた。次いで、ターボ分子ポンプ１０を用いて六角型バレル１ｂ内に１×１０−３Ｐａの高真空状態を作り、ヒータ１７で六角型バレルを３００℃まで加熱する。その後、アルゴンガス供給機構１６によりスパッタリングガスとしてＡｒガスを六角型バレル１ｂ内に導入する。この際のＡｒガスの圧力は２ＰａでＡｒガスの流量が２０ｓｃｃｍである。そして、回転機構により六角型バレル１ｂを２００Ｗで３０分間、３．５ｒｐｍで回転させることで、六角型バレル１ｂ内の被処理体３を回転させ、攪拌させる。その際、ターゲットは被処理体の位置する方向に向けられる。その後、高周波印加機構によりターゲット２と六角型バレル１ｂとの間に高周波を印加することで、被処理体３の表面にＡｕ薄膜をＲＦマグネトロンスパッタリングによって被覆する。
図６（Ｂ）は、上述したように被処理体であるボルトとナットの表面にＡｕ薄膜が被覆された様子を示す図である。図７（Ｂ）は、図６（Ｂ）に示すナットの表面を拡大した図である。図８（Ｂ）は、図６（Ｂ）に示すボルトのねじ山を拡大した図である。
図７（Ａ）は、図６（Ａ）に示すナットの表面を拡大した図である。図８（Ａ）は、図６（Ａ）に示すボルトのねじ山を拡大した図である。
図６乃至図８に示すように、上記表面処理方法を用いることにより被処理体にピンホールのないＡｕ薄膜を被覆することができる。つまり、被処理体の表面を腐食しない物質であるＡｕの薄膜で被覆し、このＡｕ薄膜にはピンホールがないため、被処理体に防食作用を持たせることができる。
まず、六角型バレル１ｂ内に複数の被処理体３としてはボルトとナット（図６（Ａ）に示す）を導入する。また、ターゲット２にはＡｕ（４Ｎ）を用いた。次いで、ターボ分子ポンプ１０を用いて六角型バレル１ｂ内に１×１０−３Ｐａの高真空状態を作り、ヒータ１７で六角型バレルを３００℃まで加熱する。その後、アルゴンガス供給機構１６によりスパッタリングガスとしてＡｒガスを六角型バレル１ｂ内に導入する。この際のＡｒガスの圧力は２ＰａでＡｒガスの流量が２０ｓｃｃｍである。そして、回転機構により六角型バレル１ｂを２００Ｗで３０分間、３．５ｒｐｍで回転させることで、六角型バレル１ｂ内の被処理体３を回転させ、攪拌させる。その際、ターゲットは被処理体の位置する方向に向けられる。その後、高周波印加機構によりターゲット２と六角型バレル１ｂとの間に高周波を印加することで、被処理体３の表面にＡｕ薄膜をＲＦマグネトロンスパッタリングによって被覆する。
図６（Ｂ）は、上述したように被処理体であるボルトとナットの表面にＡｕ薄膜が被覆された様子を示す図である。図７（Ｂ）は、図６（Ｂ）に示すナットの表面を拡大した図である。図８（Ｂ）は、図６（Ｂ）に示すボルトのねじ山を拡大した図である。
図７（Ａ）は、図６（Ａ）に示すナットの表面を拡大した図である。図８（Ａ）は、図６（Ａ）に示すボルトのねじ山を拡大した図である。
図６乃至図８に示すように、上記表面処理方法を用いることにより被処理体にピンホールのないＡｕ薄膜を被覆することができる。つまり、被処理体の表面を腐食しない物質であるＡｕの薄膜で被覆し、このＡｕ薄膜にはピンホールがないため、被処理体に防食作用を持たせることができる。
尚、本実施の形態では、六角形のバレル１ｂを用いているが、六角形のバレルを略円形又は略楕円形のバレルに変更して実施することも可能である。このような変形例においても、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。
また、本実施の形態では、六角型バレル自体を回転させることで被処理体自体を回転させ攪拌しているが、被処理体を静止させた状態で該被処理体の表面にスパッタリング法により薄膜を被覆することも可能であるし、また、被処理体を静止させた状態で該被処理体の表面にスパッタリング法により薄膜を被覆し、この薄膜と被処理体を加熱することで、被処理体の表面に反応層を形成することも可能である。
（実施の形態２）
図３（Ａ）は、本発明の実施の形態２による表面処理装置の概略を示す断面図であり、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）に示す４Ｂ−４Ｂ線に沿った断面図である。この表面処理装置は、被処理体の表面に薄膜をサーマルＣＶＤ法により被覆するという表面処理を行う装置である。
図３（Ａ）は、本発明の実施の形態２による表面処理装置の概略を示す断面図であり、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）に示す４Ｂ−４Ｂ線に沿った断面図である。この表面処理装置は、被処理体の表面に薄膜をサーマルＣＶＤ法により被覆するという表面処理を行う装置である。
表面処理装置は円筒形状のチャンバー２３を有している。このチャンバー２３の両端はチャンバー蓋２４によって閉じられている。チャンバー２３の内部には容器２２が配置されている。この容器２２は、図３（Ｂ）に示すようにその断面が六角形のバレル形状（六角型バレル形状）を有しており、この六角型バレルの内部に鉄系合金からなる被処理体（例えばボルトやナット等）３が収容されるようになっている。図３（Ｂ）で示す断面は、重力方向に対して略平行な断面である。なお、本実施の形態では、六角型バレル形状の容器２２を用いているが、これに限定されるものではなく、六角形以外の多角形のバレル形状の容器を用いることも可能である。
容器２２には回転機構（図示せず）が設けられており、この回転機構により容器２２を矢印のように回転させることで該容器２２内の被処理体３を攪拌あるいは回転させながら被覆処理を行うものである。前記回転機構により容器２２を回転させる際の回転軸は、略水平方向（重力方向に対して垂直方向）に平行な軸である。また、容器２２の外面には、被処理体３を加熱する加熱機構としてのヒータ２１が配置されている。
また、表面処理装置は、容器２２の内部にガスを導入するガス導入機構（図示せず）を備えている。また、表面処理装置は、チャンバー２３の内部を真空引きする真空ポンプ（図示せず）を備えている。
次に、上記表面処理装置を用いて被処理体３に薄膜を被覆する方法について説明する。
まず、容器２２内に複数のボルトとナット等の被処理体３を収容する。尚、被処理体３としては種々の材質を用いることが可能であるが、本実施の形態では実施の形態１と同様に鉄鋼製のものを用いる。
まず、容器２２内に複数のボルトとナット等の被処理体３を収容する。尚、被処理体３としては種々の材質を用いることが可能であるが、本実施の形態では実施の形態１と同様に鉄鋼製のものを用いる。
次いで、ヒータ４で容器２２を介して被処理体３を所定の温度（例えば１００〜７００℃程度）まで加熱しながら、真空ポンプを用いてチャンバー３内を所定の圧力（例えば１０−２〜１０−４Ｔｏｒｒ程度）まで減圧する。そして、ガス導入機構によって流量制御された原料ガス（例えば、Ｚｎ（Ｃ２Ｈ５）２、Ｚｎ（Ｃ５Ｈ７Ｏ２）２）を容器２２の内部に導入する。そして、回転機構により容器２２を所定の回転速度（例えば１０〜２０ｒｐｍ）で所定時間（例えば６０分程度）回転させることで、容器２２内の被処理体３を回転させ、攪拌させる。これにより、被処理体３の表面にＺｎ薄膜を均一性よく被覆する。次いで、Ｚｎ薄膜が被覆された被処理体３をヒータ２１によって１００〜７００℃の温度に加熱する。これにより、Ｚｎ薄膜と被処理体３を反応させ、被処理体３の表面にＦｅ−Ｚｎ合金からなる反応層を形成する。尚、反応層を形成する際は、容器２２を回転させる。また、ここではＺｎ薄膜が被覆された被処理体３を加熱することによりＺｎ薄膜と被処理体を反応させて反応層を形成しているが、被処理体の加熱は必須ではなく、被処理体の加熱を行わないことも可能であるし、また十分な反応層が形成されない程度で且つ被処理体とＺｎ薄膜との密着性を向上させる程度の加熱を行うことも可能である。
上記実施の形態２によれば、実施の形態１と同様に、非常に小さい被処理体の三次元表面に金属、酸化物等の薄膜を均一性よく被覆することができ、その薄膜を均一性よく反応させることが可能となる。具体的には、外径が５０μｍ以下の被処理体に薄膜を被覆することが可能となるが、外径が５０μｍより大きい被処理体においても問題なく薄膜を被覆することができる。被処理体の表面にＺｎ薄膜又はＦｅ−Ｚｎ合金層を形成することにより、被処理体に防食作用を持たせることができる。
また、本実施の形態では、多角バレルＣＶＤ法を用いた表面処理方法により被処理体３の表面にＺｎ薄膜を被覆しているため、従来技術のめっき法のように廃液の処理が必要なく、環境に対する負荷も小さくできるという利点がある。
また、本実施の形態では、被処理体に被覆する薄膜の膜厚が均一になるように制御することが可能である。また、被処理体に被覆した薄膜にピンホールが生じるのを極めて少なくできるか、又は無くすことができる。
また、本実施の形態は、従来の方法に比べて修飾工程が非常に短いこと、不純物の混入がほとんど無いことといった利点を有している。また、本実施の形態による表面処理装置の場合、めっき浴のメンテナンスを考慮すると初期設備投資は決して高くない。
また、本実施の形態では、被処理体に被覆する薄膜の膜厚が均一になるように制御することが可能である。また、被処理体に被覆した薄膜にピンホールが生じるのを極めて少なくできるか、又は無くすことができる。
また、本実施の形態は、従来の方法に比べて修飾工程が非常に短いこと、不純物の混入がほとんど無いことといった利点を有している。また、本実施の形態による表面処理装置の場合、めっき浴のメンテナンスを考慮すると初期設備投資は決して高くない。
尚、本実施の形態では、断面が六角形の容器２２を用いているが、六角形の容器を断面が略円形又は略楕円形の容器に変更して実施することも可能である。このような変形例においても、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。
また、本実施の形態では、六角形の容器２２自体を回転させることで被処理体自体を回転させ攪拌しているが、被処理体を静止させた状態で該被処理体の表面にサーマルＣＶＤ法により薄膜を被覆することも可能であるし、また、被処理体を静止させた状態で該被処理体の表面にサーマルＣＶＤ法により薄膜を被覆し、この薄膜と被処理体を加熱することで、被処理体の表面に反応層を形成することも可能である。
（実施の形態３）
図４（Ａ）は、本発明の実施の形態３による表面処理装置の概略を示す断面図であり、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）に示す８Ｂ−８Ｂ線に沿った断面図である。この表面処理装置は、被処理体の表面に薄膜をプラズマＣＶＤ法により被覆するという表面処理を行う装置である。
図４（Ａ）は、本発明の実施の形態３による表面処理装置の概略を示す断面図であり、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）に示す８Ｂ−８Ｂ線に沿った断面図である。この表面処理装置は、被処理体の表面に薄膜をプラズマＣＶＤ法により被覆するという表面処理を行う装置である。
表面処理装置は円筒形状のチャンバー２３を有している。このチャンバー２３の両端はチャンバー蓋２４によって閉じられている。チャンバー２３の内部には容器３０が配置されている。この容器３０は、図４（Ｂ）に示すようにその断面が六角形のバレル形状（六角型バレル形状）を有しており、この六角型バレルの内部に被処理体３が収容されるようになっている。また、容器３０は、電極としても機能し、プラズマ電源３１又は接地電位に接続されるようになっており、両者はスイッチ３２により切り替え可能に構成されている。図４（Ｂ）で示す断面は、重力方向に対して略平行な断面である。なお、本実施の形態では、六角型バレル形状の容器３０を用いているが、これに限定されるものではなく、六角形以外の多角形のバレル形状の容器を用いることも可能である。
容器３０には回転機構（図示せず）が設けられており、この回転機構によりガスシャワー電極２６を回転中心として容器３０を矢印のように回転させることで該容器３０内の被処理体３を攪拌あるいは回転させながら表面処理を行うものである。前記回転機構により容器３０を回転させる際の回転軸は、略水平方向（重力方向に対して垂直方向）に平行な軸である。また、チャンバー２３内の気密性は、容器３０の回転時においても保持されている。また、容器３０の外面には、被処理体３を加熱する加熱機構としてのヒータ（図示せず）が配置されている。
また、表面処理装置は、チャンバー２３内に原料ガスを導入する原料ガス導入機構を備えている。この原料ガス導入機構は筒状のガスシャワー電極２６を有しており、このガスシャワー電極２６は容器３０内に配置されている。即ち、容器３０の一方側には開口部が形成されており、この開口部からガスシャワー電極２６が挿入されている。ガスシャワー電極２６には、単数又は複数の原料ガスをシャワー状に吹き出すガス吹き出し口が複数形成されている。このガス吹き出し口は容器に収容された被処理体３と対向するように配置されている。ガス吹き出し口は、図４（Ｂ）に示すように重力方向３０に対して容器３０の回転方向に１°〜９０°程度の方向に配置されている。
また、ガスシャワー電極２６は、真空バルブ、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）、真空バルブ、フィルター、原料ガス発生源に接続されている（図示せず）。この原料ガス発生源は、被処理体に被覆する薄膜によって発生させる原料ガスの種類が異なるが、例えばＺｎ薄膜を成膜する場合はアルゴンガスで気化されたＺｎ（Ｃ２Ｈ５）２又はＺｎ（Ｃ５Ｈ７Ｏ２）２を発生させることが好ましい。
また、表面処理装置はプラズマパワー供給機構を備えており、このプラズマパワー供給機構はガスシャワー電極２６にスイッチ３３を介して接続されたプラズマ電源２５を有している。プラズマ電源２５，３１は、高周波電力（ＲＦ出力）を供給する高周波電源、マイクロ波用電源、ＤＣ放電用電源、及びそれぞれパルス変調された高周波電源、マイクロ波用電源、ＤＣ放電用電源のいずれかであればよい。例えばプラズマ電源が高周波電力を供給するものである場合、図示せぬインピーダンス整合器（マッチングボックス）を高周波電源とガスシャワー電極２６との間に配置することが好ましい。つまり、この場合、ガスシャワー電極２６はマッチングボックスに接続されており、マッチングボックスは同軸ケーブルを介して高周波電源（ＲＦ電源）に接続されている。
尚、ガスシャワー電極２６及び容器３０のいずれか一方にプラズマ電源が接続され、他方に接地電位が接続されていても良いし、ガスシャワー電極２６及び容器３０の両方にプラズマ電源が接続されていても良い。また、表面処理装置は、チャンバー２３内を真空排気する真空排気機構を備えている。例えば、ガスシャワー電極２６にはチャンバー２３内を排気する排気口（図示せず）が複数設けられており、排気口は真空ポンプ（図示せず）に接続されている。
次に、上記表面処理装置を用いて被処理体３に薄膜を被覆する方法について説明する。
まず、複数の被処理体３を容器３０内に収容する。尚、被処理体３としては種々の材質を用いることが可能であるが、本実施の形態では実施の形態１と同様に鉄系合金の被処理体を用いる。この後、真空ポンプを作動させることによりチャンバー２３内を所定の圧力（例えば１０−２〜１０−４Ｔｏｒｒ程度）まで減圧する。これと共に、回転機構により容器３０を回転させることで、その内部に収容された被処理体３が容器内面において攪拌又は回転される。
まず、複数の被処理体３を容器３０内に収容する。尚、被処理体３としては種々の材質を用いることが可能であるが、本実施の形態では実施の形態１と同様に鉄系合金の被処理体を用いる。この後、真空ポンプを作動させることによりチャンバー２３内を所定の圧力（例えば１０−２〜１０−４Ｔｏｒｒ程度）まで減圧する。これと共に、回転機構により容器３０を回転させることで、その内部に収容された被処理体３が容器内面において攪拌又は回転される。
次いで、原料ガス発生源において原料ガス（例えば、Ｚｎ（Ｃ２Ｈ５）２、Ｚｎ（Ｃ５Ｈ７Ｏ２）２などのガス）を発生させ、この原料ガスをマスフローコントローラによって流量制御し、この流量制御された原料ガスをガスシャワー電極２６の内側に導入する。そして、ガスシャワー電極のガス吹き出し口から原料ガスを吹き出させる。これにより、容器３０内を攪拌又は回転しながら動いている微粒子１に原料ガスが吹き付けられ、制御されたガス流量と排気能力のバランスによって、ＣＶＤ法による成膜に適した圧力に保たれる。
この後、ガスシャワー電極２６に例えばマッチングボックスを介してプラズマ電源２５の一例である高周波電源（ＲＦ電源）から例えば１３．５６ＭＨｚのＲＦ出力が供給される。この際、容器３０は接地電位に接続されている。これにより、ガスシャワー電極２６と容器３０との間にプラズマを着火する。このとき、マッチングボックスは、容器３０とガスシャワー電極２６のインピーダンスに、インダクタンスＬ、キャパシタンスＣによって合わせている。これによって、容器３０内にプラズマが発生し、Ｚｎ薄膜が被処理体３の表面に被覆される。つまり、容器３０を回転させることによって被処理体３を攪拌し、回転させているため、被処理体３の表面全体に薄膜を均一に被覆することが容易にできる。次いで、Ｚｎ薄膜が被覆された被処理体３をヒータによって１００〜７００℃の温度に加熱する。これにより、Ｚｎ薄膜と被処理体３を反応させ、被処理体３の表面にＦｅ−Ｚｎ合金からなる反応層を形成する。尚、反応層を形成する際は、容器３０を回転させる。また、ここではＺｎ薄膜が被覆された被処理体３を加熱することによりＺｎ薄膜と被処理体を反応させて反応層を形成しているが、被処理体の加熱は必須ではなく、被処理体の加熱を行わないことも可能であるし、また十分な反応層が形成されない程度で且つ被処理体とＺｎ薄膜との密着性を向上させる程度の加熱を行うことも可能である。
上記実施の形態３においても実施の形態２と同様の効果を得ることができる。
尚、本実施の形態では、断面が六角形の容器２２を用いているが、六角形の容器を断面が略円形又は略楕円形の容器に変更して実施することも可能である。このような変形例においても、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。
また、本実施の形態では、六角形の容器２０自体を回転させることで被処理体自体を回転させ攪拌しているが、被処理体を静止させた状態で該被処理体の表面にプラズマＣＶＤ法により薄膜を被覆することも可能であるし、また、被処理体を静止させた状態で該被処理体の表面にプラズマＣＶＤ法により薄膜を被覆し、この薄膜と被処理体を加熱することで、被処理体の表面に反応層を形成することも可能である。
（実施の形態４）
図５（Ａ）は、本発明の実施の形態４による表面処理装置の概略を示す構成図である。図５（Ｂ）〜（Ｄ）は、図５（Ａ）に示す表面処理装置を用いて表面処理を行う様子を模式的に示す図である。この表面処理装置は、被処理体の表面に薄膜を蒸着法により被覆するという表面処理を行う装置である。
図５（Ａ）は、本発明の実施の形態４による表面処理装置の概略を示す構成図である。図５（Ｂ）〜（Ｄ）は、図５（Ａ）に示す表面処理装置を用いて表面処理を行う様子を模式的に示す図である。この表面処理装置は、被処理体の表面に薄膜を蒸着法により被覆するという表面処理を行う装置である。
図５（Ａ）に示すように、表面処理装置はチャンバー２７を有している。チャンバー２７の内部には容器２８（又は載置台）が配置されている。この容器２８は、鉄系合金からなる被処理体（例えばボルトやナット等）３が収容されるようになっている。容器２７の外面には、被処理体３を加熱する加熱機構としてのヒータ２９が配置されている。
また、表面処理装置は、容器２８に収容又は載置された被処理体３に蒸発ガスを供給する蒸発源を備えている。この蒸発源は、ヒータ３４及び原料３５を有し、容器２８に対向するように配置されている。原料３５はＺｎ金属である。蒸発源は、原料３５がヒータ３４によって加熱されて蒸発するように構成されている。また、表面処理装置は、チャンバー２７の内部を真空引きする真空ポンプ（図示せず）を備えている。
次に、上記表面処理装置を用いて被処理体３に薄膜を被覆する方法について図５（Ｂ）〜（Ｄ）を参照しつつ説明する。
まず、図５（Ｂ）に示すように、容器２８内に複数のボルトとナット等の被処理体３を収容又は載置する。尚、被処理体３としては種々の材質を用いることが可能であるが、本実施の形態では実施の形態１と同様に鉄系合金製のものを用いる。
まず、図５（Ｂ）に示すように、容器２８内に複数のボルトとナット等の被処理体３を収容又は載置する。尚、被処理体３としては種々の材質を用いることが可能であるが、本実施の形態では実施の形態１と同様に鉄系合金製のものを用いる。
次いで、真空ポンプを用いてチャンバー３内を所定の圧力（例えば１０−２〜１０−４Ｔｏｒｒ程度）まで減圧する。そして、蒸発源において原料３５をヒータ３４によって加熱して融解蒸発させる。
次いで、図５（Ｃ）に示すように、融解した原料が蒸発して発散し、この蒸発ガス３５ａが被処理体３の表面に供給される。これにより、図５（Ｄ）に示すように、被処理体３の表面に蒸発ガスが付着してＺｎ薄膜を均一性よく被覆する。
次いで、Ｚｎ薄膜が被覆された被処理体３をヒータ２９によって１００〜７００℃の温度に加熱する。これにより、Ｚｎ薄膜と被処理体３を反応させ、被処理体３の表面にＦｅ−Ｚｎ合金からなる反応層を形成する。尚、ここではＺｎ薄膜が被覆された被処理体３を加熱することによりＺｎ薄膜と被処理体を反応させて反応層を形成しているが、被処理体の加熱は必須ではなく、被処理体の加熱を行わないことも可能であるし、また十分な反応層が形成されない程度で且つ被処理体とＺｎ薄膜との密着性を向上させる程度の加熱を行うことも可能である。
次いで、Ｚｎ薄膜が被覆された被処理体３をヒータ２９によって１００〜７００℃の温度に加熱する。これにより、Ｚｎ薄膜と被処理体３を反応させ、被処理体３の表面にＦｅ−Ｚｎ合金からなる反応層を形成する。尚、ここではＺｎ薄膜が被覆された被処理体３を加熱することによりＺｎ薄膜と被処理体を反応させて反応層を形成しているが、被処理体の加熱は必須ではなく、被処理体の加熱を行わないことも可能であるし、また十分な反応層が形成されない程度で且つ被処理体とＺｎ薄膜との密着性を向上させる程度の加熱を行うことも可能である。
上記実施の形態４によれば、被処理体の三次元表面に金属、酸化物等の薄膜を均一性よく被覆することができる。また、その薄膜を均一性よく反応させることも可能である。被処理体の表面にＺｎ薄膜又はＦｅ−Ｚｎ合金層を形成することにより、被処理体に防食作用を持たせることができる。
また、本実施の形態では、蒸着法を用いた表面処理方法により被処理体３の表面にＺｎ薄膜を被覆しているため、従来技術のめっき法のように廃液の処理が必要なく、環境に対する負荷も小さくできるという利点がある。
また、本実施の形態では、被処理体に被覆する薄膜の膜厚が均一になるように制御することが可能である。また、被処理体に被覆した薄膜にピンホールが生じるのを極めて少なくできるか、又は無くすことができる。
また、本実施の形態は、従来の方法に比べて修飾工程が非常に短いこと、不純物の混入がほとんど無いことといった利点を有している。また、本実施の形態による表面処理装置の場合、めっき浴のメンテナンスを考慮すると初期設備投資は決して高くない。
また、本実施の形態では、被処理体に被覆する薄膜の膜厚が均一になるように制御することが可能である。また、被処理体に被覆した薄膜にピンホールが生じるのを極めて少なくできるか、又は無くすことができる。
また、本実施の形態は、従来の方法に比べて修飾工程が非常に短いこと、不純物の混入がほとんど無いことといった利点を有している。また、本実施の形態による表面処理装置の場合、めっき浴のメンテナンスを考慮すると初期設備投資は決して高くない。
尚、本発明は上記実施の形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することが可能である。例えば、被処理体に薄膜を被覆する条件を適宜変更することも可能である。
また、上記実施の形態１〜４では、被処理体の表面に薄膜を被覆した後に、被処理体を加熱して反応層を形成しているが、薄膜を被覆する際の温度を調整すること、例えば薄膜を被覆する際に被処理体を瞬時に加熱することにより、被処理体の表面に薄膜を被覆しながら反応層を形成することも可能である。
１…真空容器
１ａ…円筒部
１ｂ…六角型バレル
２…ターゲット
３…被処理体
３ａ…反応層
４〜９…配管
１０…ターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）
１１…ポンプ（ＲＰ）
１２〜１４…第１〜第３バルブ
１５…窒素ガス導入機構
１６…アルゴンガス導入機構
１７ａ，１７ｂ，２１，２９，３４…ヒータ
１８…バイブレータ
１９…圧力計
２０…ガス導入機構
２２，２８，３０…容器
２３，２７…チャンバー
２４…チャンバー蓋
２５，３１…プラズマ電源
２６…ガスシャワー電極
３２，３３…スイッチ
３５…原料
３５ａ…蒸発ガス
１ａ…円筒部
１ｂ…六角型バレル
２…ターゲット
３…被処理体
３ａ…反応層
４〜９…配管
１０…ターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）
１１…ポンプ（ＲＰ）
１２〜１４…第１〜第３バルブ
１５…窒素ガス導入機構
１６…アルゴンガス導入機構
１７ａ，１７ｂ，２１，２９，３４…ヒータ
１８…バイブレータ
１９…圧力計
２０…ガス導入機構
２２，２８，３０…容器
２３，２７…チャンバー
２４…チャンバー蓋
２５，３１…プラズマ電源
２６…ガスシャワー電極
３２，３３…スイッチ
３５…原料
３５ａ…蒸発ガス
Claims (21)
- 内部の断面形状が略円形又は多角形を有する真空容器内に被処理体を収容し、前記真空容器を前記断面に対して略垂直方向を回転軸として回転させることにより、該真空容器内の被処理体を攪拌あるいは回転させながらスパッタリングを行うことによって、前記被処理体の表面に薄膜を被覆し、前記真空容器内で前記被処理体を加熱することにより前記被処理体と前記薄膜を反応させて該被処理体の表面に反応層を形成することを特徴とする表面処理物の製造方法。
- 内部の断面形状が略円形又は多角形を有する容器内に被処理体を収容し、前記容器を前記断面に対して略垂直方向を回転軸として回転させることにより、該容器内の被処理体を攪拌あるいは回転させながらＣＶＤを行うことによって、前記被処理体の表面に薄膜を被覆し、前記容器内で前記被処理体を加熱することにより前記被処理体と前記薄膜を反応させて該被処理体の表面に反応層を形成することを特徴とする表面処理物の製造方法。
- 請求項１又は２において、前記被処理体の表面に薄膜を被覆しながら前記被処理体を加熱することにより前記被処理体の表面に前記反応層を形成することを特徴とする表面処理物の製造方法。
- 請求項１乃至３のいずれか一項において、前記反応層がＦｅ−Ｚｎ合金層であることを特徴とする表面処理物の製造方法。
- 請求項１乃至４のいずれか一項において、前記被処理体が鉄系合金からなり、前記薄膜が亜鉛からなることを特徴とする表面処理物の製造方法。
- 請求項１乃至３のいずれか一項において、前記薄膜が耐食性物質又は犠牲物質からなることを特徴とする表面処理物の製造方法。
- 請求項１乃至６のいずれか一項において、前記被処理体の外径が５０μｍ以下であることを特徴とする表面処理物の製造方法。
- 重力方向に対して略平行な断面の内部形状が略円形又は多角形である容器内に被処理体を収容し、
前記断面に対して略垂直方向を回転軸として前記容器を回転させることにより該容器内の被処理体を攪拌あるいは回転させながらスパッタリング又はＣＶＤを行うことで、前記被処理体の表面に薄膜を被覆し、前記容器内で前記被処理体を加熱することにより前記被処理体と前記薄膜を反応させて該被処理体の表面に反応層を形成することを特徴とする表面処理方法。 - 請求項８において、前記被処理体の表面に薄膜を被覆しながら前記被処理体を加熱することにより前記被処理体の表面に前記反応層を形成することを特徴とする表面処理方法。
- 請求項８又は９において、前記反応層がＦｅ−Ｚｎ合金層であることを特徴とする表面処理方法。
- 請求項８乃至１０のいずれか一項において、前記被処理体が鉄系合金からなり、前記薄膜が亜鉛からなることを特徴とする表面処理方法。
- 請求項８又は９において、前記薄膜が耐食性物質又は犠牲物質からなることを特徴とする表面処理方法。
- 請求項８乃至１２のいずれか一項において、前記被処理体の外径が５０μｍ以下であることを特徴とする表面処理方法。
- 被処理体を収容する容器であって重力方向に対して略平行な断面の内部形状が略円形又は多角形である容器と、
前記断面に対して略垂直方向を回転軸として前記容器を回転させる回転機構と、
前記容器内に配置されたスパッタリングターゲットと、
前記容器に収容された前記被処理体を加熱する加熱機構と、
を具備し、
前記回転機構を用いて前記容器を回転させることにより該容器内の被処理体を攪拌あるいは回転させながらスパッタリングを行うことで、前記被処理体の表面に薄膜を被覆し、前記容器内で前記被処理体を加熱することにより前記被処理体と前記薄膜を反応させて該被処理体の表面に反応層を形成することを特徴とする表面処理装置。 - 被処理体を収容する容器であって、重力方向に対して略平行な断面の内部形状が略円形又は多角形である容器と、
前記断面に対して略垂直方向を回転軸として前記容器を回転させる回転機構と、
前記容器内に配置された電極と、
前記容器内に原料ガスを導入するガス導入機構と、
前記容器に収容された前記被処理体を加熱する加熱機構と、
を具備し、
前記回転機構を用いて前記容器を回転させることにより該容器内の被処理体を攪拌あるいは回転させながらプラズマＣＶＤ法を用いることで、前記被処理体の表面に薄膜を被覆し、前記容器内で前記被処理体を加熱することにより前記被処理体と前記薄膜を反応させて該被処理体の表面に反応層を形成することを特徴とする表面処理装置。 - 被処理体を収容する容器であって、重力方向に対して略平行な断面の内部形状が略円形又は多角形である容器と、
前記断面に対して略垂直方向を回転軸として前記容器を回転させる回転機構と、
前記容器内に収容された被処理体を加熱する加熱機構と、
前記容器内に原料ガスを導入するガス導入機構と、
を具備し、
前記回転機構を用いて前記容器を回転させることにより該容器内の被処理体を攪拌あるいは回転させながらサーマルＣＶＤ法を用いることで、前記被処理体の表面に薄膜を被覆し、前記容器内で前記被処理体を加熱することにより前記被処理体と前記薄膜を反応させて該被処理体の表面に反応層を形成することを特徴とする表面処理装置。 - 請求項１４乃至１６のいずれか一項において、前記被処理体の表面に薄膜を被覆しながら前記被処理体を加熱することにより前記被処理体の表面に前記反応層を形成することを特徴とする表面処理装置。
- 請求項１４乃至１７のいずれか一項において、前記反応層がＦｅ−Ｚｎ合金層であることを特徴とする表面処理装置。
- 請求項１４乃至１８のいずれか一項において、前記被処理体が鉄系合金からなり、前記薄膜が亜鉛からなることを特徴とする表面処理装置。
- 請求項１４乃至１７のいずれか一項において、前記薄膜が耐食性物質又は犠牲物質からなることを特徴とする表面処理装置。
- 請求項１４乃至２０のいずれか一項において、前記被処理体の外径が５０μｍ以下であることを特徴とする表面処理装置。
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