JP5368114B2 - Pt / Rh electrode for plasma generation, plasma generation apparatus, and plasma processing apparatus - Google Patents

Pt / Rh electrode for plasma generation, plasma generation apparatus, and plasma processing apparatus Download PDF

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本発明は、プラズマ生成用電極に関し、更に詳細には、放電によって供給ガスのプラズマを発生させるプラズマ生成用電極、この電極を用いてプラズマを生成するプラズマ生成装置及び被処理物表面をプラズマ処理するプラズマ処理装置に関する。   The present invention relates to a plasma generating electrode, and more particularly, a plasma generating electrode that generates plasma of a supply gas by discharge, a plasma generating apparatus that generates plasma using this electrode, and a surface of an object to be processed. The present invention relates to a plasma processing apparatus.

プラズマ生成装置は、電極形状、印加電圧の特性、原料物質やその供給形態等に応じて、放電により発生するプラズマの特性が設定され、プラズマを発生させる放電現象としては、グロー放電、異常グロー放電、Radio Frequency(RF)放電又はコロナ放電等がある。例えば、アーク放電により生成されるアークプラズマは、射出方向に外周から気流や水冷壁などによって冷却することにより安定化されるから、制御性に優れると共に、高温でエネルギー密度が高いことから、各種の加工や表面処理等に用いられている。更に、アーク放電は、真空中から大気圧以上の幅広い圧力下において生起される放電であり、種々の原料ガス(以下「作動ガス」と呼ぶ)を容易にプラズマ化することができ、原料ガスに応じて所望の表面処理を行うことが可能である。半導体製品、金属製品、ガラス製品、加工用部材等の被処理物表面をプラズマ処理することにより、原料ガスや供給電力に応じて表面加工(エッチング、表面コーティングなど)、表面改質(濡れ性改善、接着性改善、生体融和性改善)、洗浄及びデスミア処理、粉体合成、薄膜形成等を行うことが可能である。   The plasma generator has characteristics of the plasma generated by the discharge according to the electrode shape, applied voltage characteristics, raw material and its supply form, etc., and the discharge phenomenon that generates plasma is glow discharge, abnormal glow discharge Radio Frequency (RF) discharge or corona discharge. For example, arc plasma generated by arc discharge is stabilized by cooling with an air flow or water cooling wall from the outer periphery in the injection direction, so that it has excellent controllability and high energy density at high temperatures. Used for processing and surface treatment. Furthermore, arc discharge is a discharge that occurs in a wide range of pressures from vacuum to atmospheric pressure, and various source gases (hereinafter referred to as “working gases”) can be easily converted into plasma. Accordingly, a desired surface treatment can be performed. Surface processing (etching, surface coating, etc.) and surface modification (improvement of wettability) according to the raw material gas and power supply by plasma processing the surface of workpieces such as semiconductor products, metal products, glass products, and processing members , Improvement of adhesiveness, improvement of biocompatibility), washing and desmear treatment, powder synthesis, thin film formation, and the like.

前記プラズマ生成用電極には、高融点で小さな仕事関数を有する金属が使用され、タングステン(W)やモリブデン(Mo)などが電極材料として用いられている。特開平10−296445号公報(特許文献1)及び特開平11−285834号公報(特許文献2)に記載されるプラズマアークトーチは、図37に示すように、タングステン製の棒状電極108が内装され、その棒状電極108の先端外周にノズル状電極116が配設されている。即ち、棒状電極108とノズル状電極116の間に電圧を印加してプラズマを発生させて、ノズル状電極116の射出口116aからプラズマPをジェット状に射出するように構成されている。   A metal having a high melting point and a small work function is used for the plasma generating electrode, and tungsten (W), molybdenum (Mo), or the like is used as an electrode material. As shown in FIG. 37, the plasma arc torch described in Japanese Patent Laid-Open No. 10-296445 (Patent Document 1) and Japanese Patent Laid-Open No. 11-285834 (Patent Document 2) is provided with a rod-shaped electrode 108 made of tungsten. A nozzle electrode 116 is disposed on the outer periphery of the tip of the rod electrode 108. That is, a voltage is applied between the rod-shaped electrode 108 and the nozzle-shaped electrode 116 to generate plasma, and the plasma P is ejected from the ejection port 116a of the nozzle-shaped electrode 116 in a jet shape.

上述のように、図37は従来のプラズマ生成用電極におけるプラズマ生成の模式図であり、プラズマ生成用電極として特許文献1及び2に記載されるタングステン製の棒状電極108を用いた場合、電極先端面108aの電極点108bから損耗材料粒子109が放出される。特開2004−358623公報(特許文献3)に記載される放電加工技術では、上述のような電極損耗を低減化するため、WやMoに銅(Cu)又は銀(Ag)を配合した合金が放電加工用の電極材料として用いられ、電極損耗の低減化が図られているが、損耗の大幅な抑制は実現されていなかった。   As described above, FIG. 37 is a schematic diagram of plasma generation in the conventional plasma generation electrode. When the tungsten rod-shaped electrode 108 described in Patent Documents 1 and 2 is used as the plasma generation electrode, the tip of the electrode is formed. The wear material particles 109 are released from the electrode points 108b on the surface 108a. In the electric discharge machining technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-358623 (Patent Document 3), an alloy in which copper (Cu) or silver (Ag) is blended with W or Mo is used to reduce electrode wear as described above. Although it is used as an electrode material for electric discharge machining to reduce electrode wear, significant suppression of wear has not been realized.

また、アークプラズマの生成装置に用いられるプラズマ生成用電極としては、グラインディングアーク型電極があり、A.Czemichowski:Gliding Arc.Applications to engineering and environment control, Pure and Applied Chemical, Vol.666(1994)pp.1301−1310(非特許文献1)などに記載されている。グラインディングアーク型電極では、大気圧又はその近傍の圧力下において、アーク放電を生起してアークプラズマを生成することができ、より長寿命で安定して高純度のアークプラズマを生成するグラインディングアーク型電極用材料が要望されていた。
尚、後述するように、本件明細書では、“THE PGM DATABASE” http://www.platinummetalsreview.com/jmpgm/index.jsp(非特許文献2)に記載されるデータを引用している。
特開平10−296445号公報 特開平11−285834号公報 特開2004−358623公報 A.Czemichowski:Gliding Arc.Applications to engineering and environment control, Pure and Applied Chemical, Vol.66(1994)pp.1301-1310 “THE PGM DATABASE”http://www.platinummetalsreview.com/jmpgm/index.jsp
In addition, as a plasma generating electrode used in an arc plasma generating apparatus, there is a grinding arc type electrode. Czemichowski: Gliding Arc. Applications to engineering and environment control, Pure and Applied Chemical, Vol. 666 (1994) pp. 1301-1310 (Non-Patent Document 1) and the like. Grinding arc electrodes can generate arc plasma by generating arc discharge at or near atmospheric pressure, creating a long-life, stable, high-purity arc plasma. There has been a demand for a mold electrode material.
As will be described later, in this specification, data described in “THE PGM DATABASE” http://www.platinummetalsreview.com/jmpgm/index.jsp (Non-patent Document 2) is cited.
JP-A-10-296445 Japanese Patent Laid-Open No. 11-285834 JP 2004-358623 A A. Czemichowski: Gliding Arc. Applications to engineering and environment control, Pure and Applied Chemical, Vol. 66 (1994) pp.1301-1310 “THE PGM DATABASE” http://www.platinummetalsreview.com/jmpgm/index.jsp

前述のように、図37に示すタングステン製の棒状電極108が用いられた場合、電極点108bからプラズマPと共に損耗材料粒子109が放出される。これは、電極点108bの爆発現象による火花損耗や酸化した電極先端面108aが剥離する酸化損耗によって引起される。従って、従来のプラズマ生成用電極を用いてプラズマ処理を行った場合、被処理物122の表面に多量の損耗材料粒子109が付着し、高精度の表面加工や均一な表面処理等を行うことができなかった。なお、損耗材料粒子の放出を伴わず、電極材料が昇華・蒸発して減少・損耗する現象として、ジュール熱やプラズマ放射による表面加熱による蒸発損耗がある。   As described above, when the rod-shaped electrode 108 made of tungsten shown in FIG. 37 is used, the wear material particles 109 are discharged together with the plasma P from the electrode point 108b. This is caused by spark wear due to an explosion phenomenon of the electrode point 108b or oxidation wear that peels off the oxidized electrode front end surface 108a. Therefore, when plasma processing is performed using a conventional plasma generating electrode, a large amount of wear material particles 109 adhere to the surface of the workpiece 122, and high-precision surface processing, uniform surface processing, or the like can be performed. could not. As a phenomenon in which the electrode material sublimates and evaporates and decreases and wears without being accompanied by the release of wear material particles, there is evaporation wear due to surface heating by Joule heat or plasma radiation.

図38は、従来のW又はCuからなる棒状電極108を用いてアークプラズマを発生させた場合の電極先端の拡大写真図である。(38A)上段及び中段の拡大写真図に示すように、タングステン(W)製の棒状電極における先端周縁には、酸化により剥離仕懸かった酸化タングステンが形成されており、多量の損耗材料粒子が棒状電極先端から放出されたことが分かる。(38A)下段に示めす電子顕微鏡像からは、棒状電極先端面が酸化により脆くなり、剥離し易い状態になっていることが分かる。即ち、高融点の電極材料(Wの融点:3704℃)を用いても、金属材料が酸化し易い場合、プラズマ生成用電極材料として適しておらず、特許文献1及び2に記載されるようなプラズマトーチを被処理物の加工に用いた場合、多量の不純物を付着させていた。   FIG. 38 is an enlarged photograph of the electrode tip when arc plasma is generated using a conventional rod-shaped electrode 108 made of W or Cu. (38A) As shown in the enlarged photograph of the upper and middle stages, tungsten oxide that has been peeled off by oxidation is formed on the periphery of the tip of the tungsten (W) rod-shaped electrode, and a large amount of wear material particles are rod-shaped. It can be seen that it was released from the electrode tip. (38A) From the electron microscope image shown in the lower part, it can be seen that the end surface of the rod-like electrode becomes brittle due to oxidation and is easily peeled off. That is, even when a high melting point electrode material (melting point of W: 3704 ° C.) is used, if the metal material is easily oxidized, it is not suitable as an electrode material for plasma generation and is described in Patent Documents 1 and 2. When a plasma torch is used for processing an object to be processed, a large amount of impurities are adhered.

更に、図38の(38B)は、比較的融点の低い銅製の棒状電極(Cuの融点:1084℃)を用いて、アークプラズマを発生させた場合の棒状電極先端の状態を示している。(38B)上段の拡大写真図では、銅製の棒状電極先端の損耗が激しく、多量に損耗材料粒子が放出されていることが分かる。(38B)中段に示した拡大写真図には、数10μm〜100μm程度以上の大きなクレーター状の損耗部が形成されている。更に、(38B)下段の電子顕微鏡像には、10μm程度若しくはそれ以下の微細な損耗部が形成されており、(38B)中段及び下段に示した拡大写真図から、大小様々な損耗材料粒子が棒状電極先端から放出されていることが分かる。   Further, (38B) of FIG. 38 shows the state of the tip of the rod-shaped electrode when arc plasma is generated using a copper rod-shaped electrode (Cu melting point: 1084 ° C.) having a relatively low melting point. (38B) In the upper enlarged photograph, it can be seen that the tip of the copper rod-shaped electrode is severely worn and a large amount of wear material particles are released. (38B) In the enlarged photograph shown in the middle stage, a large crater-like wear part of about several tens of μm to 100 μm or more is formed. Furthermore, (38B) the lower stage electron microscope image has fine wear parts of about 10 μm or less. (38B) From the enlarged photograph shown in the middle and lower stages, various wear material particles of various sizes can be seen. It turns out that it discharge | releases from the rod-shaped electrode front-end | tip.

WやCuからなる棒状電極を用いたプラズマ生成試験の結果は、特許文献3において、WとCuからなる合金を電極材料として用いた場合に、アーク放電による電極損耗の効果的な低減化が為されなかったことを追認する結果となっている。即ち、W、Cu及びこれらの合金がアーク放電用電極に好適な電極材料ではないことを示している。従って、従来の電極材料から形成されるアーク放電用電極に用いてアークプラズマ生成し、このアークプラズマにより表面加工や表面改質等を行った場合、損耗材料粒子が放出されて被処理物表面に付着し、損耗材料粒子が不純物としてコーティング膜中に混入するため、均一な表面処理を行うことができなかった。   As a result of the plasma generation test using the rod-shaped electrode made of W or Cu, in Patent Document 3, when an alloy made of W and Cu is used as an electrode material, electrode wear due to arc discharge is effectively reduced. The result confirms that it was not done. That is, it is shown that W, Cu, and alloys thereof are not suitable electrode materials for arc discharge electrodes. Therefore, when arc plasma is generated using an electrode for arc discharge formed from a conventional electrode material, and surface processing or surface modification is performed by this arc plasma, wear material particles are released to the surface of the workpiece. Since the adhering material particles are mixed as impurities in the coating film, uniform surface treatment cannot be performed.

図38には、アークプラズマの発生に用いられる従来のプラズマ生成用電極に関する結果を示したが、グロー放電、異常グロー放電、RF放電又はコロナ放電によってプラズマを発生させる場合においても同様の結果が得られる。即ち、プラズマ発生時に電極表面は、酸化や蒸発などが引起され得る温度に達し、従来のプラズマ生成用電極を用いた場合、電極損耗により損耗材料粒子が発生し、所望のプラズマ処理を行うことが困難であった。特に、異常グロー放電では、電極が高温になるため、耐熱性の高いプラズマ生成用電極が求められていた。   FIG. 38 shows the results of a conventional plasma generating electrode used for generating arc plasma, but similar results are obtained when plasma is generated by glow discharge, abnormal glow discharge, RF discharge or corona discharge. It is done. That is, when the plasma is generated, the electrode surface reaches a temperature at which oxidation or evaporation can occur, and when a conventional plasma generation electrode is used, wear material particles are generated due to electrode wear, and a desired plasma treatment can be performed. It was difficult. In particular, in the abnormal glow discharge, since the electrode becomes high temperature, an electrode for plasma generation having high heat resistance has been demanded.

本発明の目的は、放電によりプラズマを発生させた場合に損耗材料粒子の放出が大幅に低減化され、電極損耗が極めて少なく、長寿命のプラズマ生成用電極及びプラズマ生成装置を提供すると同時に、被処理物表面に高精度な表面加工や所望の物性を付与する表面改質等を行うプラズマ処理装置を提供することである。   The object of the present invention is to provide an electrode for plasma generation and a plasma generation apparatus that can significantly reduce the emission of wear material particles when the plasma is generated by electric discharge, reduce electrode wear, and have a long life. It is an object of the present invention to provide a plasma processing apparatus that performs high-precision surface processing or surface modification that imparts desired physical properties to the surface of the processing object.

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の第1の形態は、放電によって供給ガスのプラズマを発生させるプラズマ生成装置のプラズマ生成用電極であって、このプラズマ生成用電極の少なくとも放電表面がPt1−YRh(0<Y<1)で表されるPt・Rh系金属の電極材料から形成されるプラズマ生成用電極である。The present invention has been made to solve the above problems, and a first aspect of the present invention is a plasma generation electrode of a plasma generation apparatus that generates plasma of a supply gas by discharge, and this plasma generation At least the discharge surface of the electrode for plasma is a plasma generating electrode formed from an electrode material of Pt.Rh metal represented by Pt 1 -Y Rh Y (0 <Y <1).

本発明の第2の形態は、第1の形態において、前記Pt・Rh系金属の格子定数aが3.80Å〜3.92Åの範囲にあるプラズマ生成用電極である。   A second aspect of the present invention is the plasma generating electrode according to the first aspect, wherein the Pt / Rh-based metal has a lattice constant a in the range of 3.80 to 3.92.

本発明の第3の形態は、第1又は第2の形態において、前記Pt・Rh系金属の融点が1773℃〜1966℃の範囲にあるプラズマ生成用電極である。   A third aspect of the present invention is the plasma generating electrode according to the first or second aspect, wherein the melting point of the Pt / Rh metal is in the range of 1773 ° C. to 1966 ° C.

本発明の第4の形態は、第1〜第3の形態のいずれかにおいて、前記Pt・Rh系金属の結晶構造が面心立方格子(FCC)構造であるプラズマ生成用電極である。   A fourth aspect of the present invention is the plasma generating electrode according to any one of the first to third aspects, wherein the crystal structure of the Pt / Rh-based metal is a face-centered cubic lattice (FCC) structure.

本発明の第5の形態は、第1〜第4の形態のいずれかにおいて、前記Pt・Rh系金属の結晶粒径が0.5μm〜100μmの範囲にあるプラズマ生成用電極である。   A fifth aspect of the present invention is the plasma generating electrode according to any one of the first to fourth aspects, wherein the crystal grain size of the Pt / Rh-based metal is in the range of 0.5 μm to 100 μm.

本発明の第6の形態は、第1〜第5の形態のいずれかにおいて、前記Pt・Rh系金属の密度ρが12.41g/cm〜21.45g/cmの範囲にあるプラズマ生成用電極である。In a sixth aspect of the present invention, in any one of the first to fifth aspects, the density ρ of the Pt · Rh-based metal is in the range of 12.41 g / cm 3 to 21.45 g / cm 3. Electrode.

本発明の第7の形態は、第1〜第6の形態のいずれかにおいて、前記Pt・Rh系金属のビッカース硬度HVが50Hv〜130Hvの範囲にあるプラズマ生成用電極である。   A seventh aspect of the present invention is the plasma generating electrode according to any one of the first to sixth aspects, wherein the Pt / Rh metal has a Vickers hardness HV in the range of 50 Hv to 130 Hv.

本発明の第8の形態は、第1〜第7の形態のいずれかにおいて、前記Pt・Rh系金属に占めるRhの重量比率をX重量%とするとき、前記Pt・Rh系金属の格子定数a(Å)と前記X重量%のa−X関係式が
a=−0.00113X+3.908±0.02
で表され、前記Rhの重量比率を調整して前記格子定数aが設定されるプラズマ生成用電極である。
According to an eighth aspect of the present invention, in any one of the first to seventh aspects, when the weight ratio of Rh to the Pt / Rh-based metal is X wt%, the lattice constant of the Pt / Rh-based metal is The a-X relational expression between a (Å) and the X weight% is a = −0.00113X + 3.908 ± 0.02.
This is a plasma generating electrode in which the lattice constant a is set by adjusting the weight ratio of Rh.

本発明の第9の形態は、第1〜第8の形態のいずれかにおいて、前記Pt・Rh系金属に占めるRhの重量比率をX重量%とするとき、前記Pt・Rh系金属の融点T(℃)と前記X重量%のT−X関係式が
T=−1.4890X+1836.3±70
で表される又は前記X重量%が0≦X≦30の範囲にあるときT−X関係式が
T=−5.255X+1785.3±15
で表され、前記Rhの重量比率を調整して前記融点Tが設定されるプラズマ生成用電極である。
According to a ninth aspect of the present invention, in any of the first to eighth aspects, when the weight ratio of Rh to the Pt / Rh metal is X wt%, the melting point T of the Pt / Rh metal (° C.) and the X-wt% TX relational expression is T = −1.4890X + 1836.3 ± 70
Or when the X weight% is in the range of 0 ≦ X ≦ 30, the TX relational expression is T = −5.255X + 1785.3 ± 15
And the melting point T is set by adjusting the weight ratio of Rh.

本発明の第10の形態は、第1〜第9の形態のいずれかにおいて、前記Pt・Rh系金属に占めるRhの重量比率がX重量%であるとき、前記Pt・Rh系金属の密度ρ(g/cm)と前記X重量%のρ−X関係式が
ρ=−0.08401X+20.87±0.6
で表され、前記Rhの重量比率を調整して前記密度ρが設定されるプラズマ生成用電極である。
According to a tenth aspect of the present invention, in any one of the first to ninth aspects, when the weight ratio of Rh to the Pt / Rh metal is X wt%, the density ρ of the Pt / Rh metal is ρ. (G / cm 3 ) and the ρ-X relational expression of X weight% is ρ = −0.08401X + 20.87 ± 0.6
And the density ρ is set by adjusting the weight ratio of the Rh.

本発明の第11の形態は、第1〜第10の形態のいずれかにおいて、前記Pt・Rh系金属に占めるRhの重量比率がX重量%であるとき、前記Pt・Rh系金属のビッカース硬度HV(Hv)と前記X重量%のHV−X関係式が
HV=−2.76X+51.85±15
で表され、前記Rhの重量比率を調整して前記ビッカース硬度HVが設定されるプラズマ生成用電極である。
In an eleventh aspect of the present invention, in any one of the first to tenth aspects, when the weight ratio of Rh to the Pt / Rh-based metal is X wt%, the Vickers hardness of the Pt / Rh-based metal The HV-X relational expression of HV (Hv) and the X weight% is HV = −2.76X + 51.85 ± 15
And the Vickers hardness HV is set by adjusting the weight ratio of the Rh.

本発明の第12の形態は、第1〜第11の形態のいずれかにおいて、前記Pt・Rh系金属に占めるRhの重量比率が0重量%〜40重量%の範囲に設定されるプラズマ生成用電極である。   In a twelfth aspect of the present invention, in any one of the first to eleventh aspects, the weight ratio of Rh in the Pt / Rh-based metal is set to a range of 0 wt% to 40 wt%. Electrode.

本発明の第13の形態は、第1〜第12の形態のいずれかにおいて、前記放電が生起される電極が高電界電極(=高電圧電極;絶対値のより大きな電圧が印加されている電極)と低電界電極(=低電圧電極;絶対値のより小さな電圧が印加されている電極、例えば接地電極)を対向させて構成され、前記高電界電極の前記対向面に前記放電表面を配置し、少なくとも前記高電界電極の放電表面が前記電極材料から形成されるプラズマ生成用電極である。   According to a thirteenth aspect of the present invention, in any one of the first to twelfth aspects, the electrode in which the discharge is generated is a high electric field electrode (= high voltage electrode; an electrode to which a voltage having a larger absolute value is applied. ) And a low electric field electrode (= low voltage electrode; an electrode to which a voltage having a smaller absolute value is applied, for example, a ground electrode), and the discharge surface is disposed on the opposing surface of the high electric field electrode. A plasma generating electrode in which at least a discharge surface of the high electric field electrode is formed of the electrode material.

本発明の第14の形態は、第13の形態において、前記高電界電極が棒状電極であり、前記低電界電極がプラズマ射出口を有するノズル状電極であり、前記電極がペンジェット型電極を構成する請求項11に記載のプラズマ生成用電極。   In a fourteenth aspect of the present invention, in the thirteenth aspect, the high electric field electrode is a rod-shaped electrode, the low electric field electrode is a nozzle-shaped electrode having a plasma injection port, and the electrode constitutes a pen jet electrode. The plasma generating electrode according to claim 11.

本発明の第15の形態は、第14の形態において、前記棒状電極の少なくとも先端部が前記電極材料から形成されるプラズマ生成用電極である。   A fifteenth aspect of the present invention is the plasma generating electrode according to the fourteenth aspect, wherein at least the tip of the rod-shaped electrode is formed from the electrode material.

本発明の第16の形態は、第13の形態において、前記高電界電極が放電表面側に1つ以上の突起を有する突起型電極であるプラズマ生成用電極である。   A sixteenth aspect of the present invention is the plasma generating electrode according to the thirteenth aspect, wherein the high electric field electrode is a protruding electrode having one or more protrusions on the discharge surface side.

本発明の第17の形態は、第1〜16の形態のいずれかのプラズマ生成用電極を用いてプラズマを生成するプラズマ生成装置である。   A seventeenth aspect of the present invention is a plasma generation apparatus that generates plasma using the plasma generation electrode according to any one of the first to sixteenth aspects.

本発明の第18の形態は、第15の形態のプラズマ生成装置により被処理物表面をプラズマ処理するプラズマ処理装置である。   An eighteenth aspect of the present invention is a plasma processing apparatus for performing plasma processing on the surface of an object to be processed by the plasma generation apparatus according to the fifteenth aspect.

本発明の第1の形態によれば、プラズマを発生させるプラズマ生成用電極の少なくとも放電表面がPt1−YRh(0<Y<1)で表されるPt・Rh系金属の電極材料から形成されるから、電極損耗を大幅に低減化して損耗材料粒子の放出を極めて微量に抑制することができる。前記Pt・Rh系金属は、Pt−Rh合金から形成され、前記Pt金属やPt−Rh合金が結晶子を形成し、この結晶子が多結晶体金属を構成している。本発明に係るPt−Rh合金が結晶子を形成していることは、走査型イオン顕微鏡による観察により確かめられている。従来のプラズマ生成用電極に用いられているWなどの高融点電極材料に比べ、本発明に係るPt・Rh系金属の融点は低く、Wの融点が3704℃であるのに対して、Ptのバルク金属の融点は1773。5℃、Rhのバルク金属の融点は1960℃〜1966℃である。尚、後述するように、前記Pt・Rh系金属がPt−Rh合金である場合、Rh元素の含有比率は、重量比率で示されており、組成比Yと重量比率を示すX重量%は、X=100×102.9×Y/{195.1×(1−Y)+102.9×Y}で表される関係を有しており、Ptの原子量195.1、Rhの原子量102.9を用いている。従って、組成比Yは、X重量%を用いて、Y=195.1×X/{102.9×(100−X)+195.1×X}で表される。According to the first aspect of the present invention, at least the discharge surface of the plasma generating electrode for generating plasma is made of Pt.Rh-based metal electrode material represented by Pt 1 -Y Rh Y (0 <Y <1). Since it is formed, electrode wear can be greatly reduced, and release of wear material particles can be suppressed to a very small amount. The Pt / Rh-based metal is formed of a Pt—Rh alloy, and the Pt metal or Pt—Rh alloy forms a crystallite, and the crystallite constitutes a polycrystalline metal. It has been confirmed by observation with a scanning ion microscope that the Pt—Rh alloy according to the present invention forms crystallites. Compared to high melting point electrode materials such as W used for conventional plasma generation electrodes, the melting point of the Pt / Rh metal according to the present invention is low, and the melting point of W is 3704 ° C. The melting point of the bulk metal is 1773.degree. C., and the melting point of the bulk metal of Rh is 1960.degree. As will be described later, when the Pt / Rh-based metal is a Pt—Rh alloy, the content ratio of the Rh element is indicated by a weight ratio, and the composition ratio Y and the X weight% indicating the weight ratio are: X = 100 × 102.9 × Y / {195.1 × (1−Y) + 102.9 × Y}, the atomic weight of Pt is 195.1, and the atomic weight of Rh is 102.9. Is used. Therefore, the composition ratio Y is expressed by Y = 195.1 × X / {102.9 × (100−X) + 195.1 × X} using X wt%.

本発明者らは、鋭意研究の結果、耐酸化性がプラズマ生成用電極の損耗に対して重要な要素であることを想到し、PtやRhが優れた耐酸化性及び耐熱性を有していることに着目して、少なくとも前記放電表面がPt・Rh系金属から形成されるプラズマ生成用電極(「プラズマ生成用Pt・Rh系電極」とも呼ぶ)を完成するに到った。このプラズマ生成用電極は、アーク放電、グロー放電、異常グロー放電、RF放電又はコロナ放電によるプラズマの生成に利用することができ、プラズマ発生時の電極損耗を抑制することができ、異常グロー放電のように前記放電表面が高温になる程、電極損耗抑制効果がより顕著になる。更に、本発明に係るプラズマ生成用電極を用いれば、損耗材料粒子の放出が極めて微量に抑制されるから、作動ガスをプラズマ化して原料物質粉体又は原料物質ガスを混入させることにより、プラズマ溶射、熱プラズマCVD法等により被処理物表面に高純度のコーティング膜を形成することができる。
更に、損耗材料粒子の放出が大幅に抑制されることにより、薄膜加工(例えば、ダイヤモンド薄膜の微細加工・除去、ダイヤモンドライクカーボン膜の微細加工・除去)では、高精度に微細加工を行うことができる。また、被処理物が金属材料である場合、金属の溶解精錬や熱分解、金属酸化物の還元などに本発明に係るプラズマ生成用電極によって生成されたプラズマを利用すれば、被処理物への損耗材料粒子の混入が防止される。更に、所望の作動ガスをプラズマ化して被処理物表面に照射すれば、損耗材料粒子の放出が抑制されることにより、均一な表面改質(濡れ性改善、接着性改善、生体融和性改善など)、洗浄及びデスミア処理等を高効率に行うことができる。
As a result of diligent research, the present inventors have conceived that oxidation resistance is an important factor for wear of the plasma generating electrode, and Pt and Rh have excellent oxidation resistance and heat resistance. Attention has been paid to the fact that a plasma generating electrode (also referred to as a “Pt / Rh-based electrode for plasma generation”) in which at least the discharge surface is formed of a Pt / Rh-based metal has been completed. This electrode for plasma generation can be used for generation of plasma by arc discharge, glow discharge, abnormal glow discharge, RF discharge or corona discharge, and can suppress electrode wear at the time of plasma generation. Thus, the electrode wear suppression effect becomes more remarkable as the discharge surface becomes higher in temperature. Furthermore, if the electrode for plasma generation according to the present invention is used, the release of wear material particles is suppressed to a very small amount. Therefore, plasma spraying can be performed by converting the working gas into plasma and mixing raw material powder or raw material gas. A high-purity coating film can be formed on the surface of the object to be processed by a thermal plasma CVD method or the like.
Furthermore, since the release of wear material particles is greatly suppressed, fine processing can be performed with high precision in thin film processing (for example, micro processing / removal of diamond thin film, micro processing / removal of diamond-like carbon film). it can. In addition, when the object to be processed is a metal material, if the plasma generated by the plasma generating electrode according to the present invention is used for melting and refining metal, thermal decomposition, reduction of metal oxide, etc., Mixing of wear material particles is prevented. Furthermore, if the desired working gas is turned into plasma and irradiated onto the surface of the object to be processed, the release of wearable material particles is suppressed, resulting in uniform surface modification (improvement of wettability, improvement of adhesion, improvement of biocompatibility, etc.) ), Cleaning, desmear treatment, etc. can be performed with high efficiency.

本発明の第2の形態によれば、前記格子定数aが3.80Å〜3.92Åの範囲にあるから、本発明に係るPt・Rh系金属は、不純物の固溶が少なく、好適な加工性を有する電極材料となり、この電極材料から所望の物性と形状を有するプラズマ生成用電極の放電表面提供することができる。即ち、前記格子定数が3.80Åより小さくなると硬度が増加して加工が困難となる。また、前記格子定数aが3.92Åより大きくなると、不純物が固溶し易くなり、所望の特性をプラズマ生成用電極に付与することが困難となる。本発明者等は、鋭意研究の結果、前記電極材料として好適な格子定数を明らかにして、前記格子定数の範囲を特定するに到ったものである。   According to the second embodiment of the present invention, since the lattice constant a is in the range of 3.80 to 3.92 mm, the Pt / Rh-based metal according to the present invention has less solid solution of impurities and suitable processing. It is possible to provide a discharge surface of an electrode for plasma generation having desired physical properties and shape from this electrode material. That is, when the lattice constant is smaller than 3.80 mm, the hardness increases and machining becomes difficult. On the other hand, when the lattice constant a is larger than 3.92 mm, impurities are easily dissolved, and it is difficult to impart desired characteristics to the plasma generating electrode. As a result of intensive studies, the present inventors have clarified a lattice constant suitable as the electrode material and have specified the range of the lattice constant.

本発明の第3の形態によれば、前記Pt・Rh系金属の融点が1773℃〜1966℃の範囲に設定されるから、プラズマ生成時に前記放電表面が好適に軟化され、前記損耗材粒子の放出を抑制することができる。損耗材粒子発生の要因の1つとして、前記放電表面における爆発現象(火花損耗)があり、高融点金属材料(W、Moなど)を電極材料として用いた場合、高温においても所定以上の硬度が維持されるため火花損耗による損耗材粒子の放出され易いと考えられる。本発明に係るPt・Rh系金属の場合、優れた耐酸化性を有すると共に、融点を好適な範囲に設定することができ、プラズマ生成時に前記放電表面が好適に軟化され、火花損耗による損耗材料粒子の放出を極めて微量に抑制することができる。プラズマ生成用電極の少なくとも放電表面がPt−Rh合金から形成される場合、プラズマの用途や作動ガスの種類に応じてPtに対するRhの含有量を調整し、1773℃〜1966℃の範囲で電極材料の融点を好適な温度に設定することができる。また、他の卑金属(Niなど)、好ましくは他の貴金属(Irなど)を更に含有させることも可能であるが、その場合においても1773℃〜1966℃の範囲に融点が設定されることにより、火花損耗の発生を抑制することができる。更に、前記電極材料の機械的強度を考慮した場合、前記融点が1773℃〜1932℃の範囲に設定されることがより好ましく、1850℃〜1932℃の範囲にある場合に最適となり得ることが実験から明らかにしている。   According to the third aspect of the present invention, since the melting point of the Pt / Rh metal is set in a range of 1773 ° C. to 1966 ° C., the discharge surface is suitably softened during plasma generation, and the wear material particles Release can be suppressed. One of the causes of the generation of wear material particles is an explosion phenomenon (spark wear) on the discharge surface. When a refractory metal material (W, Mo, etc.) is used as an electrode material, a hardness of a predetermined level or higher is obtained even at a high temperature. Since it is maintained, it is considered that the wear material particles are likely to be released due to spark wear. In the case of the Pt / Rh-based metal according to the present invention, it has excellent oxidation resistance, the melting point can be set in a suitable range, the discharge surface is suitably softened during plasma generation, and the wear material due to spark wear The release of particles can be suppressed to a very small amount. When at least the discharge surface of the plasma generating electrode is formed from a Pt—Rh alloy, the content of Rh relative to Pt is adjusted according to the application of the plasma and the type of working gas, and the electrode material is in the range of 1773 ° C. to 1966 ° C. The melting point of can be set to a suitable temperature. Further, other base metals (Ni and the like), preferably other noble metals (Ir and the like) can be further contained, but in that case, the melting point is set in the range of 1773 ° C. to 1966 ° C., The occurrence of spark wear can be suppressed. Furthermore, in consideration of the mechanical strength of the electrode material, the melting point is more preferably set in the range of 1773 ° C. to 1932 ° C., and it can be optimized when it is in the range of 1850 ° C. to 1932 ° C. It is clear from.

本発明の第4の形態によれば、前記Pt・Rh系金属を形成するPt金属又はPt−Rh合金が結晶子を形成し、この結晶子の結晶構造が面心立方格子(FCC)構造を有している。一般的に、面心立方格子の金属は加工し易く、充填率が高いため不純物の固溶が抑制される。従って、本発明に係るPt・Rh系金属を前記電極材料に用いれば、好適な電気的特性を有すると共に、前記電極材料を所定形状に容易に加工してプラズマ生成用電極を構成することができる。   According to the fourth aspect of the present invention, the Pt metal or Pt—Rh alloy forming the Pt · Rh-based metal forms a crystallite, and the crystal structure of the crystallite is a face-centered cubic lattice (FCC) structure. Have. In general, a face-centered cubic lattice metal is easy to process and has a high filling rate, so that solid solution of impurities is suppressed. Therefore, if the Pt / Rh metal according to the present invention is used for the electrode material, it has suitable electrical characteristics, and the electrode material can be easily processed into a predetermined shape to constitute a plasma generating electrode. .

本発明の第5の形態によれば、前記Pt・Rh系金属の結晶粒径が0.5μm〜100μmの範囲にあるから、前記電極材料に好適な耐スパッタ性が付与され、前記放電表面を均一に保持することができる。結晶粒径が100μmより大きくなると耐スパッタ性が悪くなり、プラズマの生成に好適な放電表面を保持できなくなることが確かめられている。結晶粒径が0.5μmより小さな場合、耐スパッタ性は向上するが、極めて微小な損耗粒子が多量に発生し易くなる傾向にあった。従って、前記結晶粒径が0.5μm〜100μmの範囲に設定されることにより、本発明に係るプラズマ生成用電極を用いて均一で損耗粒子の少ないプラズマを生成することができる。   According to the fifth aspect of the present invention, since the crystal grain size of the Pt / Rh-based metal is in the range of 0.5 μm to 100 μm, suitable sputtering resistance is imparted to the electrode material, and the discharge surface is formed. It can be kept uniform. It has been confirmed that when the crystal grain size is larger than 100 μm, the sputtering resistance is deteriorated and a discharge surface suitable for plasma generation cannot be maintained. When the crystal grain size is smaller than 0.5 μm, the sputter resistance is improved, but a very large amount of wear particles tends to be easily generated. Therefore, by setting the crystal grain size in the range of 0.5 μm to 100 μm, it is possible to generate uniform plasma with less wear particles using the plasma generating electrode according to the present invention.

本発明の第6の形態によれば、前記Pt・Rh系金属の密度ρが12.41g/cm〜21.45g/cmの範囲にあるから、前記電極材料に含有される不純物量を低減化できると共に、電極形成時及び/又はプラズマ生成時における放電表面のポーラス化を抑制することができる。密度ρが21.45g/cmより大きくなると、不純物の絶対量が増大すると共に不純物の混入を抑制することが困難となり、プラズマ生成用電極の電気的特性を所定値に設定することが困難となる可能性があると共に、損耗粒子と共にプラズマ中に前記不純物が混入する惧れがあった。また、密度ρが12.41g/cmより小さくなると、電極形成時及び/又はプラズマ生成時において、放電表面がポーラス化する傾向が現れ易くなり、損耗粒子の発生を増大させる要因の1つとなる惧れがあった。従って、前記Pt・Rh系金属の密度ρを12.41g/cm〜21.45g/cmの範囲に設定することにより、プラズマに不純物や損耗粒子が混入することを低減化することができる。According to the sixth aspect of the present invention, since the density ρ of the Pt · Rh-based metal is in the range of 12.41 g / cm 3 to 21.45 g / cm 3 , the amount of impurities contained in the electrode material is increased. In addition to the reduction, the porous surface of the discharge surface can be suppressed during electrode formation and / or plasma generation. When the density ρ is greater than 21.45 g / cm 3 , the absolute amount of impurities increases and it becomes difficult to suppress the mixing of impurities, and it is difficult to set the electrical characteristics of the plasma generating electrode to a predetermined value. In addition, there is a possibility that the impurities are mixed in the plasma together with the wear particles. Further, if the density ρ is smaller than 12.41 g / cm 3 , the discharge surface tends to become porous during electrode formation and / or plasma generation, which is one of the factors that increase the generation of wear particles. There was a concern. Therefore, by setting the density ρ of the Pt · Rh-based metal in the range of 12.41 g / cm 3 to 21.45 g / cm 3 , it is possible to reduce the contamination of impurities and wear particles into the plasma. .

本発明の第7の形態によれば、前記Pt・Rh系金属のビッカース硬度HVが50Hv〜130Hvの範囲にあるから、損耗粒子の発生を低減化できると共に、好適な硬度を前記放電表面に付与することができる。前記ビッカース硬度HVが130Hvを越えると放電表面が脆くなり、所定形状にプラズマ生成用電極を加工することが困難となる。また、前記損耗粒子の発生が増大する傾向にあった。従って、本発明に係るPt・Rh系金属は、ビッカース硬度HVが50Hv〜130Hvの範囲に設定されるから、好適な耐久性を有すると共に、損耗粒子の発生量が少なく、所望の形状を有するプラズマ生成用電極を提供することができる。   According to the seventh aspect of the present invention, since the Vickers hardness HV of the Pt / Rh-based metal is in the range of 50 Hv to 130 Hv, generation of wear particles can be reduced and suitable hardness is imparted to the discharge surface. can do. If the Vickers hardness HV exceeds 130 Hv, the discharge surface becomes brittle, and it becomes difficult to process the plasma generating electrode into a predetermined shape. Further, the generation of the wear particles tends to increase. Therefore, the Pt / Rh-based metal according to the present invention has a Vickers hardness HV set in a range of 50 Hv to 130 Hv, so that it has a suitable durability, generates a small amount of wear particles, and has a desired shape. A generating electrode can be provided.

本発明の第8の形態によれば、前記Pt・Rh系金属の格子定数a(Å)と前記X重量%のa−X関係式が
a=−0.00113X+3.908±0.02
で表されるから、前記Rhの重量比率を調整して所定の格子定数aを有する電極材料から前記放電表面を形成することができる。本発明者等は、プラズマ生成用電極を用いたプラズマ処理の結果とその電極材料のX線回折(XRD)測定に基づく分析から、好適な電極材料の格子定数を明らかにし、これらの実験結果から前記a−X関係式を導出している。即ち、Rhの重量比率を変化させ、良好なプラズマ生成が可能な範囲において、前記格子定数aが前記X重量%に対してどのような依存性を持つかを導出したものである。従って、所望の格子定数を有する電極材料をRhの含有量により選択し、プラズマ生成用電極を形成することができる。Rhの重量比率が30重量%である場合、前記格子定数aを3.874±0.02Åに設定することができる。即ち、3.854Å〜3.894Åの範囲内に格子定数aを設定することができる。Rhの重量比率が40重量%である場合は、前記格子定数aを3.863±0.02Å(3.843Å〜3.883Åの範囲内)に設定することができる。従って、Rhの重量比率を調整して、第2の形態に示した前述した格子定数の範囲3.80Å〜3.92Åに前記格子定数aを容易に設定することができる。
According to the eighth embodiment of the present invention, the a-X relational expression of the lattice constant a (Å) of the Pt · Rh-based metal and the X weight% is a = −0.00113X + 3.908 ± 0.02.
Therefore, the discharge surface can be formed from an electrode material having a predetermined lattice constant a by adjusting the weight ratio of Rh. The present inventors clarified the lattice constant of a suitable electrode material from the results of plasma treatment using the electrode for plasma generation and the analysis based on the X-ray diffraction (XRD) measurement of the electrode material, and from these experimental results The aX relational expression is derived. That is, the dependence of the lattice constant a on the X weight% is derived in a range in which a good plasma generation is possible by changing the weight ratio of Rh. Therefore, an electrode material having a desired lattice constant can be selected according to the content of Rh to form a plasma generating electrode. When the weight ratio of Rh is 30% by weight, the lattice constant a can be set to 3.874 ± 0.02Å. That is, the lattice constant a can be set within the range of 3.854 to 3.894. When the weight ratio of Rh is 40% by weight, the lattice constant a can be set to 3.863 ± 0.02 mm (within a range of 3.843 mm to 3.883 mm). Therefore, by adjusting the weight ratio of Rh, the lattice constant a can be easily set in the above-described lattice constant range of 3.80 to 3.92 示 し shown in the second embodiment.

本発明の第9の形態によれば、前記Pt・Rh系金属の融点T(℃)と前記X重量%の第1のT−X関係式が
T=−1.4890X+1836.3±70
で表されるから、前記Rhの重量比率を調整して前記融点T(℃)を所定の温度範囲に設定することができる。前記X重量%が30重量%である場合、前記融点T(℃)を1881±70℃(約1811℃〜約1951℃の範囲内)に設定することができ、前記X重量%が40重量%である場合、前記融点T(℃)を1896±70℃(約1826℃〜約1966℃の範囲内)に設定することができる。
更に、前記X重量%が0≦X≦30の範囲にあるとき第2のT−X関係式は、
T=−5.255X+1785.3±15
で表すことができ、誤差範囲が小さいから、0≦X≦30の範囲において、前記Rhの重量比率を調整し、前記融点T(℃)をより確実に所定の温度範囲内に設定することができる。第9の形態では、近似的に線形の関数によって前記融点T(℃)のRh含有量依存性を導出している。後述するように、Rh含有量依存性が厳密には線形関数ではないため、0≦X≦30の範囲と30<X≦100の範囲では、T−X関係式の傾きが大きく変化する。従って、0≦X≦30の範囲の測定データに基づき、第2のT−X関係式を導出し、前記X重量%が0重量%〜30重量%の前記Pt・Rh系金属に適用することにより、より高精度に前記融Tを設定することができる。第2のT−X関係式を適用すれば、前記X重量%が30重量%である場合、前記融点T(℃)を1890±15℃(約1875℃〜約1905℃の範囲内)に設定することができる。
前述のように、前記融点T(℃)を所定の温度範囲に設定することにより、前記電極材料の加工性等を向上させ、プラズマ生成時における前記損耗粒子の発生量を抑制することができる。従って、前記Pt・Rh系金属のRh含有量により前記融点T(℃)を簡易に設定できるから、高性能のプラズマ生成用電極を低コストで製造することができる。
According to the ninth embodiment of the present invention, the first T-X relational expression of the melting point T (° C.) of the Pt · Rh-based metal and the X weight% is T = −1.4890X + 1836.3 ± 70.
Therefore, the melting point T (° C.) can be set to a predetermined temperature range by adjusting the weight ratio of the Rh. When the X wt% is 30 wt%, the melting point T (° C.) can be set to 1881 ± 70 ° C. (within a range of about 1811 ° C. to about 1951 ° C.), and the X wt% is 40 wt% In this case, the melting point T (° C.) can be set to 1896 ± 70 ° C. (within a range of about 1826 ° C. to about 1966 ° C.).
Further, when the X weight% is in the range of 0 ≦ X ≦ 30, the second TX relational expression is
T = −5.255X + 1785.3 ± 15
Since the error range is small, the weight ratio of the Rh can be adjusted in the range of 0 ≦ X ≦ 30, and the melting point T (° C.) can be more reliably set within the predetermined temperature range. it can. In the ninth embodiment, the Rh content dependency of the melting point T (° C.) is derived by an approximately linear function. As will be described later, since the Rh content dependency is not strictly a linear function, the slope of the TX relational expression changes greatly in the range of 0 ≦ X ≦ 30 and 30 <X ≦ 100. Accordingly, based on the measurement data in the range of 0 ≦ X ≦ 30, the second TX relational expression is derived and applied to the Pt / Rh-based metal in which the X wt% is 0 wt% to 30 wt%. Thus, the melting T can be set with higher accuracy. When the second TX relational expression is applied, when the X wt% is 30 wt%, the melting point T (° C.) is set to 1890 ± 15 ° C. (within a range of about 1875 ° C. to about 1905 ° C.). can do.
As described above, by setting the melting point T (° C.) within a predetermined temperature range, it is possible to improve the workability of the electrode material and to suppress the generation amount of the wear particles during plasma generation. Therefore, since the melting point T (° C.) can be easily set by the Rh content of the Pt / Rh-based metal, a high-performance plasma generating electrode can be manufactured at a low cost.

本発明の第10の形態によれば、前記Pt・Rh系金属の密度ρ(g/cm)と前記X重量%のρ−X関係式が
ρ=−0.08401X+20.87±0.6
で表されるから、前記Rhの重量比率を調整して前記密度ρを所定の密度範囲内に設定することができる。前記ρ−X関係式は、プラズマ生成用電極を用いたプラズマ処理の結果と密度測定に基づき、好適な電極材料の密度を明らかにして導出されたものである。前述のように、前記密度ρ(g/cm)に応じて不純物の含有量等が変化し、抵抗値など、プラズマ生成用電極の電気的特性に影響を及ぼす。従って、前記ρ−X関係式を用いて、前記Pt・Rh系金属の密度ρを容易に制御できるから、所望の電気的特性を有するプラズマ生成用電極を提供することができる。前記X重量%が30重量%である場合、前記密度ρを18.26±0.6g/cm(約17.66g/cm〜約18.86g/cmの範囲内)に設定することができ、前記X重量%が40重量%である場合、前記融点T(℃)を17.51±0.6g/cm(約16.91g/cm〜18.11約g/cmの範囲内)に設定することができる。
本発明の第11の形態によれば、前記Pt・Rh系金属のビッカース硬度HV(Hv)と前記X重量%のHV−X関係式が
HV=−2.76X+51.85±15
で表されるから、前記Rhの重量比率を調整して前記ビッカース硬度HVを所定範囲内に設定することができる。前述のように、前記ビッカース硬度HVを所定範囲内に設定することにより、前記電極材料に好適な加工性が付与されると共に、プラズマ生成時における損耗粒子の発生を抑制することができる。例えば、前記X重量%が30重量%である場合、前記ビッカース硬度HVを135±15Hv(約120Hv〜約150Hvの範囲内)に設定することができ、前記X重量%が20重量%である場合、前記ビッカース硬度HV(Hv)を107±15Hv(約92Hv〜約122Hvの範囲内)に設定することができる。
According to the tenth aspect of the present invention, the density ρ (g / cm 3 ) of the Pt · Rh-based metal and the ρ-X relational expression of the X weight% is ρ = −0.08401X + 20.87 ± 0.6
Therefore, the density ρ can be set within a predetermined density range by adjusting the weight ratio of the Rh. The ρ-X relational expression is derived by clarifying the density of a suitable electrode material based on the result of plasma processing using a plasma generating electrode and density measurement. As described above, the impurity content and the like change according to the density ρ (g / cm 3 ), which affects the electrical characteristics of the plasma generating electrode such as the resistance value. Therefore, since the density ρ of the Pt / Rh metal can be easily controlled using the ρ-X relational expression, it is possible to provide a plasma generation electrode having desired electrical characteristics. When X wt% is 30% by weight, by setting the density ρ in 18.26 ± 0.6g / cm 3 (in the range of from about 17.66 g / cm 3 ~ about 18.86g / cm 3) It can be the case X wt% is 40 wt%, the melting point T (° C.) and 17.51 ± 0.6g / cm 3 (about 16.91g / cm 3 ~18.11 about g / cm 3 (Within range).
According to the eleventh aspect of the present invention, the HV-X relational expression of the Vickers hardness HV (Hv) of the Pt · Rh-based metal and the X weight% is HV = −2.76X + 51.85 ± 15
Therefore, the Vickers hardness HV can be set within a predetermined range by adjusting the weight ratio of the Rh. As described above, by setting the Vickers hardness HV within a predetermined range, it is possible to impart suitable workability to the electrode material and to suppress the generation of wear particles during plasma generation. For example, when the X weight% is 30 weight%, the Vickers hardness HV can be set to 135 ± 15 Hv (within a range of about 120 Hv to about 150 Hv), and the X weight% is 20 weight%. The Vickers hardness HV (Hv) can be set to 107 ± 15 Hv (within a range of about 92 Hv to about 122 Hv).

本発明の第12の形態によれば、前記Pt・Rh系金属に占めるRhの重量比率が0重量%〜40重量%の範囲に設定されるから、前記電極材料が好適な機械的強度を有し、プラズマ生成用電極の長寿命化が図れると共に、容易に所望の形状に加工することができる。従って、ペンジェット用やグラインディングアーク用など、用途に応じて種々の形状のプラズマ生成用電極を提供することができる。本発明者等は、前記Pt・Rh系金属のRh含有量が増大するとアーク放電における電極の損耗量が減少するが、Rhの重量比率が40重量%より大きくなるとプラズマ生成用電極の機械的強度が顕著に低下することが実験から確かめられている。即ち、前記Pt・Rh系金属に含有されるRhの重量比率が0〜40重量%の範囲に設定されることにより、本発明に係るプラズマ生成用電極に好適な硬度、引張り強度や靱性などが付与される。更に、上記の実験結果では、Rhの重量比率が10〜30重量%に設定される場合に、より好適な機械的強度を得ることができる。   According to the twelfth aspect of the present invention, since the weight ratio of Rh in the Pt / Rh metal is set in the range of 0 wt% to 40 wt%, the electrode material has a suitable mechanical strength. In addition, the life of the plasma generating electrode can be extended and can be easily processed into a desired shape. Therefore, it is possible to provide plasma generation electrodes having various shapes according to applications, such as for pen jets and grinding arcs. When the Rh content of the Pt / Rh-based metal increases, the amount of wear of the electrode in the arc discharge decreases. The mechanical strength of the plasma generating electrode increases when the Rh weight ratio exceeds 40% by weight. It has been confirmed from experiments that the remarkably decreases. That is, when the weight ratio of Rh contained in the Pt / Rh metal is set in the range of 0 to 40% by weight, the hardness, tensile strength, toughness and the like suitable for the plasma generating electrode according to the present invention are obtained. Is granted. Furthermore, in the above experimental results, a more suitable mechanical strength can be obtained when the weight ratio of Rh is set to 10 to 30% by weight.

更に、第8〜第11の形態で用いられる各関係式を用いれば、Rhの重量比率が0〜40重量%の範囲にある場合、前記格子定数aは3.863±0.02Å〜3.908±0.02Åの範囲に設定することができる。更に、前記融点Tは、1836±70℃〜1896±70℃の範囲に設定することができ、前記密度ρを17.51±0.6g/cm〜20.87±0.6g/cmの範囲に設定することができる。Further, using the relational expressions used in the eighth to eleventh embodiments, when the weight ratio of Rh is in the range of 0 to 40% by weight, the lattice constant a is 3.863 ± 0.02Å to 3. It can be set in the range of 908 ± 0.02 mm. Further, the melting point T can be set in a range of 1836 ± 70 ° C. to 1896 ± 70 ° C., and the density ρ is set to 17.51 ± 0.6 g / cm 3 to 20.87 ± 0.6 g / cm 3. Can be set in the range.

本発明の第13の形態によれば、高電界電極と低電界電極を対向させて構成される電極に放電が生起される場合に、前記高電界電極の前記対向面側にある放電表面が前記電極材料から形成されるから、高電界による損耗材料粒子の放出を抑制することができる。ここで、前記高電界電極は、絶対値のより大きな電圧が印加され、電子を放出する高電圧電極(陰極)に相当し、前記低電界電極は、例えば接地電極のように、絶対値のより小さな電圧が印加される低電圧電極(陽極)に対応している。ただし、電圧の印加方法によっては、高電界電極が陽極、低電界電極が陰極の場合のように逆の場合もありうる。放電を生起させる電極に電界を集中させる放電表面の構造、例えば電極面に設けられた突起先端や針状電極の先端などが形成される場合、このような構造を有する電極は対向する電極に比べ、電界が集中して高電界電極を構成する。ここで、前記対向する電極は、高電界電極に比べて電界または印加電圧が低く、低電界電極を構成する。従って、少なくとも高電界電極の放電表面を前記Pt・Rh系金属の電極材料から形成すれば、損耗材料粒子の発生が抑制され、高純度のプラズマを生成することができる。   According to the thirteenth aspect of the present invention, when a discharge is generated in an electrode configured by facing a high field electrode and a low field electrode, the discharge surface on the facing surface side of the high field electrode is Since it is formed from an electrode material, it is possible to suppress the emission of wear material particles due to a high electric field. Here, the high electric field electrode corresponds to a high voltage electrode (cathode) to which a voltage having a larger absolute value is applied and emits electrons, and the low electric field electrode has an absolute value higher than that of a ground electrode, for example. It corresponds to a low voltage electrode (anode) to which a small voltage is applied. However, depending on how the voltage is applied, the reverse may be the case, such as when the high field electrode is the anode and the low field electrode is the cathode. When the structure of the discharge surface that concentrates the electric field on the electrode that causes the discharge, such as the tip of a protrusion provided on the electrode surface or the tip of a needle electrode, is formed, the electrode having such a structure is compared with the opposite electrode. The electric field concentrates to form a high field electrode. Here, the opposing electrode has a lower electric field or applied voltage than the high electric field electrode, and constitutes a low electric field electrode. Therefore, if at least the discharge surface of the high electric field electrode is formed from the electrode material of the Pt / Rh metal, the generation of wear material particles can be suppressed and high purity plasma can be generated.

本発明の第14の形態によれば、前記高電界電極が棒状電極であり、前記低電界電極が前記ノズル状電極であり、前記電極がペンジェット型電極を構成するから、本発明に係るプラズマ生成用電極を用いて、前記損耗材料粒子の含有量が極めて少なく、高純度のジェット状プラズマ流を生成することができる。ペンジェット型電極は、前記棒状電極の先端側にプラズマ射出口を有するノズル状電極から構成され、前記棒状電極とノズル状電極に電圧が印加して、前記棒状電極の先端面及び先端面近傍の放電表面に電界を集中させる。従って、前記棒状電極の少なくとも先端面及び先端面近傍の放電表面をPt・Rh系金属から形成されることにより、電界を集中する先端面及び先端面近傍から前記損耗材料粒子が放出されることを抑制することができる。   According to the fourteenth aspect of the present invention, since the high electric field electrode is a rod-shaped electrode, the low electric field electrode is the nozzle-shaped electrode, and the electrode constitutes a pen jet electrode, the plasma according to the present invention. Using the generation electrode, it is possible to generate a high-purity jet plasma flow with an extremely low content of the wear material particles. The pen jet electrode is composed of a nozzle-like electrode having a plasma injection port on the tip side of the rod-like electrode, and a voltage is applied to the rod-like electrode and the nozzle-like electrode so that the tip surface of the rod-like electrode and the vicinity of the tip surface are Concentrate the electric field on the discharge surface. Therefore, by forming at least the tip surface of the rod-shaped electrode and the discharge surface near the tip surface from a Pt / Rh-based metal, the wear material particles are released from the tip surface and the tip surface vicinity where the electric field is concentrated. Can be suppressed.

更に、ペンジェット型電極では、プラズマ発生部の外周に水冷部を設ける又は気流を流入させることによりプラズマ流を冷却して、その流束の大きさを容易に制御すると共に安定化を図ることができる。従って、前記放電表面をPt・Rh系金属から形成して高純度のジェット状プラズマ流を生成することにより、プラズマを被処理物表面の所定領域に照射して、不純物を堆積・混入させることなく、均一な表面加工や表面改質等を行うことができる。また、前記棒状電極として管状の電極を用いることができ、管内に作動ガスを供給し、管状電極先端とノズル状電極内面に電圧を印加することにより、作動ガスのアークプラズマを生成することができる。   Further, in the pen jet type electrode, it is possible to cool the plasma flow by providing a water cooling part on the outer periphery of the plasma generating part or by introducing an air flow, to easily control the size of the flux and to stabilize it. it can. Therefore, by forming the discharge surface from a Pt / Rh-based metal and generating a high-purity jet plasma flow, the plasma is irradiated to a predetermined region on the surface of the object to be processed without depositing / mixing impurities. Uniform surface processing and surface modification can be performed. Moreover, a tubular electrode can be used as the rod-shaped electrode, and an arc plasma of the working gas can be generated by supplying a working gas into the tube and applying a voltage to the tip of the tubular electrode and the inner surface of the nozzle-like electrode. .

本発明の第15の形態によれば、前記棒状電極の少なくとも先端部がPt・Rh系金属により一体形成されるから、電極損耗が極めて少なく長寿命のプラズマ生成用電極を簡易に製造することができる。即ち、前記棒状電極の少なくとも先端部全体が前記電極材料から形成されるから、前記Pt・Rh系金属の棒状電極へのコーティング等の特殊な加工が必要とされず、前記放電表面がPt・Rh系金属からなる前記棒状電極を製造することができる。更に、前記棒状電極の少なくとも先端部全体が前記Pt・Rh系金属から形成されるから、微量な電極損耗の蓄積により前記Pt・Rh系金属の放電表面が失われることが無く、プラズマ生成用電極の長寿命化を図ることができる。また、前記Pt・Rh系金属から形成される先端部のみを交換することにより、プラズマ生成用電極として使用することができ、棒状電極全体を高価なPt・Rh系金属から形成する場合に比べて、プラズマ生成用電極の製造コストを低減化することができる。   According to the fifteenth aspect of the present invention, since at least the tip of the rod-shaped electrode is integrally formed of a Pt / Rh-based metal, it is possible to easily manufacture a plasma generating electrode with very little electrode wear and a long life. it can. That is, since at least the entire tip of the rod-shaped electrode is formed of the electrode material, no special processing such as coating of the rod-shaped electrode of the Pt / Rh metal is required, and the discharge surface is made of Pt / Rh. The rod-shaped electrode made of a base metal can be manufactured. Furthermore, since at least the entire tip of the rod-shaped electrode is formed of the Pt / Rh metal, the discharge surface of the Pt / Rh metal is not lost due to the accumulation of a small amount of electrode wear, and the plasma generating electrode It is possible to extend the service life. Also, by exchanging only the tip formed from the Pt / Rh metal, it can be used as a plasma generating electrode, compared to the case where the entire rod-shaped electrode is formed from an expensive Pt / Rh metal. The manufacturing cost of the plasma generating electrode can be reduced.

本発明の第16の形態によれば、前記高電界電極が放電表面側に1つ以上の突起を有する突起型電極であるから、前記放電表面に形成された1つ以上の突起に電界を集中させ、高効率にプラズマを生成することができる。更に、上述のように、電界を集中する前記突起型電極の放電表面が前記Pt・Rh系金属から形成されるから、電極損耗が抑制され、損耗材料粒子の混入が極めて少ない高純度のプラズマを高効率に生成することができる。   According to the sixteenth aspect of the present invention, since the high electric field electrode is a protruding electrode having one or more protrusions on the discharge surface side, the electric field is concentrated on the one or more protrusions formed on the discharge surface. And plasma can be generated with high efficiency. Furthermore, as described above, since the discharge surface of the protruding electrode that concentrates the electric field is formed from the Pt / Rh-based metal, the electrode wear is suppressed, and high-purity plasma with very little contamination of wear material particles is generated. It can be generated with high efficiency.

本発明の第17の形態によれば、第1〜7のいずれかの形態のプラズマ生成用電極を用いてプラズマを生成するから、長時間安定して高純度のプラズマを射出するプラズマ生成装置を提供することができる。本発明に係るプラズマ生成装置の供給される作動ガスは、気体・蒸気状であればなんでもよく、例えば、室内空気、乾燥空気、加湿空気、ヘリウム、アルゴン、酸素、窒素、水素、硫化水素、炭化水素ガス及びこれらの混合気体から目的に応じて適宜選択して、前記損耗材料粒子の混入が極めて少ない高純度のプラズマを生成することができる。また、それらの作動ガスに粉体を混合させることもできる。前記作動ガスの圧力範囲は、以下の範囲に特定されるものではないが、圧力の下限が電極の蒸発の少ない圧力条件として大気圧の1/10程度(0.1atm程度)であり、圧力の上限は、作動ガスを安全に利用できる値として10atm程度までが好ましい。更に、前記作動ガスの圧力は、0.5〜5atmの範囲に設定されることがより好ましく、ペンジェット型電極やグラインディングアーク型電極を具備するプラズマ生成装置により、所望のプラズマを安定に発生させることができる。   According to the seventeenth aspect of the present invention, since the plasma is generated using the plasma generation electrode according to any one of the first to seventh aspects, a plasma generation apparatus that emits high-purity plasma stably for a long time is provided. Can be provided. The working gas supplied to the plasma generating apparatus according to the present invention may be any gas or vapor. For example, indoor air, dry air, humidified air, helium, argon, oxygen, nitrogen, hydrogen, hydrogen sulfide, carbonization By appropriately selecting hydrogen gas and a mixed gas thereof according to the purpose, it is possible to generate high-purity plasma with very little contamination of the wear material particles. Moreover, powder can also be mixed with those working gas. The pressure range of the working gas is not limited to the following range, but the lower limit of the pressure is about 1/10 (about 0.1 atm) of atmospheric pressure as a pressure condition with little electrode evaporation, The upper limit is preferably up to about 10 atm as a value at which the working gas can be safely used. Furthermore, it is more preferable that the pressure of the working gas is set in a range of 0.5 to 5 atm, and a desired plasma is stably generated by a plasma generation apparatus equipped with a pen jet type electrode or a grinding arc type electrode. Can be made.

本発明の第18の形態によれば、第8の形態のプラズマ生成装置により被処理物表面をプラズマ処理するから、前記被処理物表面へ損耗材料粒子が不純物として付着・堆積・混入することを防止することができる。更に、電極損耗が抑制されることにより、被処理物表面の表面処理を連続的に長時間実施することができる。本発明に係るプラズマ処理装置によれば、前述したプラズマ溶射、熱プラズマCVD法、薄膜加工、金属の溶解精錬や熱分解、金属酸化物の還元、表面改質、洗浄及びデスミア処理、粉体合成・処理、薄膜形成等のプラズマ処理を前記損耗材料粒子の混入・堆積を極めて低減化して行うことができる。   According to the eighteenth aspect of the present invention, since the surface of the object to be processed is subjected to plasma processing by the plasma generating apparatus of the eighth aspect, the wear material particles adhere to, deposit, and mix as impurities on the surface of the object to be processed. Can be prevented. Furthermore, by suppressing electrode wear, the surface treatment of the surface of the workpiece can be continuously performed for a long time. According to the plasma processing apparatus of the present invention, the above-described plasma spraying, thermal plasma CVD method, thin film processing, metal refining and thermal decomposition, metal oxide reduction, surface modification, cleaning and desmear treatment, powder synthesis -Plasma processing such as processing and thin film formation can be performed with extremely reduced contamination / deposition of the wear material particles.

図1は、本発明に係るペンジェット型電極を有するプラズマ処理装置の構成概略図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a plasma processing apparatus having a pen jet electrode according to the present invention. 図2は、本発明に係るペンジェット型プラズマ処理装置の射出口から射出されるプラズマを撮像した写真図であるFIG. 2 is a photograph showing an image of plasma emitted from the injection port of the pen jet type plasma processing apparatus according to the present invention. 図3は、本発明に係る両電極水冷ペンジェット型電極を有するプラズマ生成装置の断面概略図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a plasma generating apparatus having a dual-electrode water-cooled pen jet electrode according to the present invention. 図4は、本発明に係る電極先端部の断面概略図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the electrode tip according to the present invention. 図5は、本発明に係るPt・Rh系金属製電極先端部と比較例のPt−Ir合金製の各電極先端部をアーク放電後に撮像した電極先端部の拡大写真図である。FIG. 5 is an enlarged photograph of an electrode tip portion obtained by imaging the Pt / Rh metal electrode tip portion according to the present invention and each electrode tip portion made of a comparative Pt—Ir alloy after arc discharge. 図6は、本発明に係るPt金属製電極先端部をプラズマ生成後に撮像した拡大写真図である。FIG. 6 is an enlarged photograph of the Pt metal electrode tip according to the present invention imaged after plasma generation. 図7は、比較例であるPt−Ir合金(7A)及びPt−W合金(7B)からなる各電極先端部の放電後の拡大写真図である。FIG. 7 is an enlarged photograph after discharge of each electrode tip portion made of a Pt—Ir alloy (7A) and a Pt—W alloy (7B) as comparative examples. 図8は、本発明に係るPt金属及びPt−Rh合金の電極先端部と比較例のPt−Ir合金電極先端部を用いた電極損耗量の電力依存性を示すグラフ図である。FIG. 8 is a graph showing the power dependence of the electrode wear amount using the electrode tip of Pt metal and Pt—Rh alloy according to the present invention and the Pt—Ir alloy electrode tip of the comparative example. 図9は、本発明に係るプラズマ処理装置によりプラズマ処理された被処理物表面の光学顕微鏡写真図である。FIG. 9 is an optical micrograph of the surface of the workpiece processed by the plasma processing apparatus according to the present invention. 図10は、本発明に係るPt・Rh系金属製と比較例である各種金属からなる電極先端部の積算放電時間(min)に対する積算損耗量(mg)を示すグラフ図である。FIG. 10 is a graph showing the accumulated wear amount (mg) with respect to the accumulated discharge time (min) of the electrode tip portion made of the Pt / Rh-based metal according to the present invention and various metals as comparative examples. 図11は、本発明に係るPt−Rh合金を電極材料として用いたプラズマ生成用電極における損耗量の放電時間依存性を示すグラフ図である。FIG. 11 is a graph showing the discharge time dependence of the amount of wear in a plasma generating electrode using the Pt—Rh alloy according to the present invention as an electrode material. 図12は、本発明に係るPt・Ph系金属のXRD分析の結果を示すグラフ図である。FIG. 12 is a graph showing the results of XRD analysis of a Pt / Ph metal according to the present invention. 図13は、図12の破線内を拡大したグラフ図である。FIG. 13 is an enlarged graph showing the inside of the broken line in FIG. 図14は、本発明に係るPt・Rh系金属のRh含有量(重量%)に対する格子定数を示すグラフ図である。FIG. 14 is a graph showing a lattice constant with respect to the Rh content (% by weight) of the Pt / Rh metal according to the present invention. 図15は、本発明に係る電極材料であるPt−Rh合金の状態図である。FIG. 15 is a state diagram of a Pt—Rh alloy which is an electrode material according to the present invention. 図16は、本発明に係るPt・Rh系金属と他の金属及び合金の融点を記載した表図である。FIG. 16 is a table showing melting points of the Pt / Rh metal and other metals and alloys according to the present invention. 図17は、本発明に係るPt・Rh系金属の融点をRhの重量比率(X重量%)に対してプロットしたグラフ図である。FIG. 17 is a graph in which the melting point of the Pt / Rh metal according to the present invention is plotted against the weight ratio of Rh (X wt%). 図18は、本発明に係るPt・Rh系金属の融点をRhの重量比率(X重量%)に対してプロットしたグラフ図である。(0重量%〜30重量%)FIG. 18 is a graph plotting the melting point of the Pt / Rh metal according to the present invention against the weight ratio of Rh (X wt%). (0% to 30% by weight) 図19は、本発明に係るPt・Rh系金属の密度ρをRhの重量比率(X重量%)に対してプロットしたグラフ図である。FIG. 19 is a graph in which the density ρ of the Pt / Rh metal according to the present invention is plotted against the weight ratio (X wt%) of Rh. 図20は、本発明に係るPt・Rh系金属のビッカース硬度HVをRhの重量比率(X重量%)に対してプロットしたグラフ図である。FIG. 20 is a graph in which the Vickers hardness HV of the Pt / Rh metal according to the present invention is plotted against the weight ratio (X wt%) of Rh. 図21は、Pt電極表面における2次電子像(21A)と反射電子像(21B)である。(倍率:1000倍)FIG. 21 shows a secondary electron image (21A) and a reflected electron image (21B) on the surface of the Pt electrode. (Magnification: 1000 times) 図22は、Pt電極表面における2次電子像(22A)と反射電子像(22B)である。(倍率:10000倍)FIG. 22 shows a secondary electron image (22A) and a reflected electron image (22B) on the surface of the Pt electrode. (Magnification: 10,000 times) 図23は、Pt電極表面における2次電子像(23A)と反射電子像(23B)である。(倍率:30000倍)FIG. 23 shows a secondary electron image (23A) and a reflected electron image (23B) on the surface of the Pt electrode. (Magnification: 30000 times) 図24は、本発明に係るPt・Rh系金属(Rhが10重量%)の電極表面における2次電子像(24A)と反射電子像(24B)である。倍率:1000倍)FIG. 24 shows a secondary electron image (24A) and a reflected electron image (24B) on the electrode surface of the Pt / Rh metal (Rh is 10% by weight) according to the present invention. (Magnification: 1000 times) 図25は、本発明に係るPt・Rh系金属(Rhが10重量%)の電極表面における2次電子像(25A)と反射電子像(25B)である。(倍率:10000倍)FIG. 25 is a secondary electron image (25A) and a reflected electron image (25B) on the electrode surface of the Pt / Rh metal (Rh is 10% by weight) according to the present invention. (Magnification: 10,000 times) 図26は、本発明に係るPt・Rh系金属(Rhが10重量%)の電極表面における2次電子像(26A)と反射電子像(26B)である。(倍率:30000倍)FIG. 26 is a secondary electron image (26A) and a reflected electron image (26B) on the electrode surface of the Pt / Rh metal (Rh is 10% by weight) according to the present invention. (Magnification: 30000 times) 図27は、本発明に係るPt・Rh系金属(Rhが20重量%)の電極表面における2次電子像(27A)と反射電子像(27B)である。(倍率:1000倍)FIG. 27 is a secondary electron image (27A) and a reflected electron image (27B) on the electrode surface of the Pt / Rh metal (Rh is 20% by weight) according to the present invention. (Magnification: 1000 times) 図28は、本発明に係るPt・Rh系金属(Rhが20重量%)の電極表面における2次電子像(28A)と反射電子像(28B)である。(倍率:10000倍)FIG. 28 is a secondary electron image (28A) and a backscattered electron image (28B) on the electrode surface of the Pt / Rh metal (Rh is 20% by weight) according to the present invention. (Magnification: 10,000 times) 図29は、本発明に係るPt・Rh系金属(Rhが20重量%)の電極表面における2次電子像(29A)と反射電子像(29B)である。(倍率:30000倍)FIG. 29 is a secondary electron image (29A) and a reflected electron image (29B) on the electrode surface of the Pt / Rh-based metal (Rh is 20% by weight) according to the present invention. (Magnification: 30000 times) 図30は、本発明に係るPt・Rh系金属(Rhが30重量%)の電極表面における2次電子像(30A)と反射電子像(30B)である。(倍率:1000倍)FIG. 30 shows a secondary electron image (30A) and a reflected electron image (30B) on the electrode surface of the Pt / Rh metal (Rh is 30% by weight) according to the present invention. (Magnification: 1000 times) 図31は、本発明に係るPt・Rh系金属(Rhが30重量%)の電極表面における2次電子像(31A)と反射電子像(31B)である。(倍率:10000倍)FIG. 31 shows a secondary electron image (31A) and a reflected electron image (31B) on the electrode surface of the Pt / Rh metal (Rh is 30% by weight) according to the present invention. (Magnification: 10,000 times) 図32は、本発明に係るPt・Rh系金属(Rhが30重量%)の電極表面における2次電子像(32A)(32C)と反射電子像(32B)である。(倍率:30000倍、5000倍)FIG. 32 is a secondary electron image (32A) (32C) and a reflected electron image (32B) on the electrode surface of the Pt / Rh metal (Rh is 30% by weight) according to the present invention. (Magnification: 30000 times, 5000 times) 図33は、本発明に係るPt・Ph系金属のXRD分析の結果を示すグラフ図である。FIG. 33 is a graph showing the results of XRD analysis of a Pt / Ph metal according to the present invention. 図34は、本発明に係る管状の棒状電極を有するペンジェット型プラズマ処理装置の構成概略図である。FIG. 34 is a schematic configuration diagram of a pen jet type plasma processing apparatus having a tubular bar electrode according to the present invention. 図35は、本発明に係るプラズマ生成用電極がグラインディングアーク型電極であるプラズマ発生部の構成概略図である。FIG. 35 is a schematic configuration diagram of a plasma generating unit in which the plasma generating electrode according to the present invention is a grinding arc type electrode. 図36は、本発明に係るプラズマ発生用電極が鋸刃状電極を具備する場合の概略構成図である。FIG. 36 is a schematic configuration diagram when the plasma generating electrode according to the present invention includes a sawtooth electrode. 図37は、従来のプラズマ生成用電極におけるプラズマ生成の模式図である。FIG. 37 is a schematic diagram of plasma generation in a conventional plasma generation electrode. 図38は、従来のW又はCuからなる棒状電極を用いてアークプラズマを発生させた場合の電極先端の拡大写真図である。FIG. 38 is an enlarged photograph of the electrode tip when arc plasma is generated using a conventional rod-shaped electrode made of W or Cu.

符号の説明Explanation of symbols

2 プラズマ処理装置
4 プラズマ生成器
4a プラズマ発生部
6 電源部
7 プラズマ生成装置
8 棒状電極
10 電極先端部
10a 電極先端面
10b コーティング膜
10c 電極先端部本体
12 電極基端部
14 スリーブ
15 水冷部
15a 冷却水
16 ノズル状電極
16b 射出口
18 水冷電極キャップ
18a 冷却水
20 アース
22 被処理物
24 ガイド本体
26 絶縁部
28 作動ガス
30 ガス導入口
31 三相交流電源
32 パルスモジュレータ
34 電力調整器
36 電力計
38 高電圧トランス
40 コイル
41 アース
42 コンデンサ
44 管状電極
46 管状電極先端部
46a 電極先端面
50 ガス導入口
56 第2ガス導入口
60 グラインディングアーク型電極
60a 電極
60b 電極
61 電流路
62a 電流線
62b 電流線
63a 放電表面
63b 放電表面
65 弱電離プラズマ
70 プラズマ発生用電極
72a 鋸刃状電極
72b 鋸刃状電極
74 アース型電極
76a 電源
76b 電源
77a 突起
77b 突起
108 棒状電極
108a 電極先端面
108b 電極点
109 損耗材料粒子
116 ノズル状電極
116a 射出口
122 被処理物
d 照射距離
P プラズマ
厚さ
厚さ
2 Plasma processing apparatus 4 Plasma generator 4a Plasma generator 6 Power supply 7 Plasma generator 8 Rod electrode 10 Electrode tip 10a Electrode tip 10b Coating film 10c Electrode tip body 12 Electrode base 14 Sleeve 15 Water cooling part 15a Cooling Water 16 Nozzle-like electrode 16b Injection port 18 Water-cooled electrode cap 18a Cooling water 20 Ground 22 Object to be processed 24 Guide body 26 Insulating portion 28 Working gas 30 Gas inlet 31 Three-phase AC power supply 32 Pulse modulator 34 Power regulator 36 Power meter 38 High voltage transformer 40 Coil 41 Ground 42 Capacitor 44 Tubular electrode 46 Tubular electrode tip 46a Electrode tip surface 50 Gas inlet 56 Second gas inlet 60 Grinding arc type electrode 60a Electrode 60b Electrode 61 Current path 62a Current line 62b Current line 63a Discharge surface 63b Electrode surface 65 Weakly ionized plasma 70 Plasma generating electrode 72a Saw blade electrode 72b Saw blade electrode 74 Ground electrode 76a Power source 76b Power source 77a Projection 77b Projection 108 Rod electrode 108a Electrode tip surface 108b Electrode point 109 Abrasion material particle 116 Nozzle Electrode 116a Injection port 122 Object to be processed d Irradiation distance P Plasma T 1 thickness T 2 thickness

以下に、本発明の実施形態を添付する図面に従って詳細に説明する。
図1は、本発明に係るペンジェット型電極を有するプラズマ処理装置2(以下「ペンジェット型プラズマ処理装置」とも呼ぶ)の構成概略図である。プラズマ処理装置2は、プラズマ生成器4及び電源部6からなるプラズマ生成装置7と被処理物22が載置される処理部(図示せず)から構成される。前記プラズマ生成器4には、棒状電極8とノズル状電極16からなるペンジェット型電極が配設されている。前記プラズマ生成器4を構成するガイド本体24には、前記棒状電極8が内装され、ガイド本体24の射出口16b側に前記ノズル状電極16が配設されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a plasma processing apparatus 2 having a penjet electrode according to the present invention (hereinafter also referred to as “penjet plasma processing apparatus”). The plasma processing apparatus 2 includes a plasma generation apparatus 7 including a plasma generator 4 and a power supply unit 6 and a processing unit (not shown) on which an object to be processed 22 is placed. The plasma generator 4 is provided with a pen jet electrode composed of a rod-like electrode 8 and a nozzle-like electrode 16. The guide body 24 constituting the plasma generator 4 is provided with the rod-shaped electrode 8, and the nozzle-like electrode 16 is disposed on the injection port 16 b side of the guide body 24.

ガス導入口30から供給される作動ガス28は、前記ガイド本体24内を流通し、プラズマ発生部4aに供給されてプラズマ化され、前記作動ガス28のガス供給圧により、前記ノズル状電極16の射出口16bからプラズマPが流束として射出される。図2には、本発明に係るペンジェット型プラズマ処理装置2の射出口16bから射出されるプラズマPを撮像した写真図を示している。後述する試験では、乾燥空気が作動ガス28として用いられ、ガス供給圧が0.2MPa、ガス流量が20L/minに設定されている。乾燥空気が作動ガス28として用いられ場合、N やO 等からなるプラズマ流が被処理物22に照射される。The working gas 28 supplied from the gas introduction port 30 circulates in the guide main body 24, is supplied to the plasma generation unit 4a, and is converted into plasma. The gas supply pressure of the working gas 28 causes the nozzle electrode 16 to Plasma P is ejected as a flux from the ejection port 16b. FIG. 2 shows a photograph of the plasma P ejected from the ejection port 16b of the pen jet type plasma processing apparatus 2 according to the present invention. In the test described later, dry air is used as the working gas 28, the gas supply pressure is set to 0.2 MPa, and the gas flow rate is set to 20 L / min. When dry air is used as the working gas 28, the workpiece 22 is irradiated with a plasma flow composed of N 2 + , O 2 +, or the like.

本発明に係るペンジェット型プラズマ処理装置によれば、前記作動ガス28として、乾燥空気、加湿空気、ヘリウム、アルゴン、酸素、窒素、水素、硫化水素、炭化水素ガス及びこれらの混合気体から目的に応じて適宜選択し、所望のプラズマPを生成することができる。図示していないが、前記ガス導入口30への作動ガスの供給は、市販のガスボンベ、コンプレッサ、ブロア、窒素ガス供給装置などを利用できる。また、作動ガスの流量制御には、市販のバルブ、マスフローコントローラやロタメーターなどを利用することができ、流量計測器を加えても良く、ガス供給圧を制御するレギュレータ(図示せず)が配置される。   According to the pen jet type plasma processing apparatus of the present invention, the working gas 28 can be selected from dry air, humidified air, helium, argon, oxygen, nitrogen, hydrogen, hydrogen sulfide, hydrocarbon gas, and a mixed gas thereof. The desired plasma P can be generated by selecting as appropriate. Although not shown, a commercially available gas cylinder, compressor, blower, nitrogen gas supply device, or the like can be used to supply the working gas to the gas inlet 30. In addition, commercially available valves, mass flow controllers, rotameters, etc. can be used to control the flow rate of the working gas. A flow rate meter may be added, and a regulator (not shown) that controls the gas supply pressure is installed. Is done.

図1に示すように、ガイド本体24の外周には、水冷電極キャップ18が設けられ、前記ノズル状電極16は水冷電極キャップ18を介してアース20に接続されている。冷却水18aを循環させることにより、前記ノズル状電極16及びプラズマ発生部4aが冷却され、ノズル状電極16の損傷とプラズマの拡散が防止される。また、プラズマ発生部4a周辺には絶縁部26が形成され、アース20に接続される水冷電極キャップ18と棒状電極8の間に電界が形成されることを防止している。   As shown in FIG. 1, a water-cooled electrode cap 18 is provided on the outer periphery of the guide body 24, and the nozzle electrode 16 is connected to the ground 20 through the water-cooled electrode cap 18. By circulating the cooling water 18a, the nozzle electrode 16 and the plasma generating part 4a are cooled, and damage to the nozzle electrode 16 and plasma diffusion are prevented. Further, an insulating portion 26 is formed around the plasma generating portion 4a to prevent an electric field from being formed between the water-cooled electrode cap 18 connected to the earth 20 and the rod-shaped electrode 8.

更に、前記棒状電極8は、Pt・Rh系金属からなる電極先端部10と、タングステンやステンレスなど高融点の卑金属から形成される電極基端部12から構成され、前記電極先端部10と前記電極基端部12とは、電気伝導性の良いCu又はNiなどから形成されるスリーブ14により電気的に導通状態で接続される。従って、長期間の使用により電極先端部10の損耗が増大した場合、Pt・Rh系金属からなる電極先端部10のみを交換することができる。この実施例において、前記電極先端部10は、直径1.6mm、長さ9〜10mmの電極材料を用いている。この電極先端部10の長さ及び直径は適宜に変更可能であるが、図1のペンジェット型電極の場合、前記電極先端部10の直径は、電界を電極先端面10aに集中させるために0.5mm〜3mm程度に設定されることが好ましい。   Further, the rod-shaped electrode 8 is composed of an electrode tip portion 10 made of a Pt / Rh metal and an electrode base end portion 12 made of a base metal having a high melting point such as tungsten or stainless steel, and the electrode tip portion 10 and the electrode The base end portion 12 is electrically connected to the base end portion 12 by a sleeve 14 made of Cu or Ni having good electrical conductivity. Therefore, when the wear of the electrode tip 10 increases due to long-term use, only the electrode tip 10 made of Pt / Rh metal can be replaced. In this embodiment, the electrode tip 10 uses an electrode material having a diameter of 1.6 mm and a length of 9 to 10 mm. The length and diameter of the electrode tip 10 can be changed as appropriate, but in the case of the pen jet electrode of FIG. 1, the diameter of the electrode tip 10 is 0 in order to concentrate the electric field on the electrode tip surface 10a. It is preferably set to about 5 mm to 3 mm.

前述のように、前記作動ガス18は、前記プラズマ生成器4のガス導入口30から前記棒状電極8の側面とガイド本体24の間を流通して作動ガス18がプラズマ発生部4aに供給される。電極先端面10a又はこの電極先端面10aとその近傍が放電表面となり、前記プラズマ発生部4aに供給された作動ガス28は、前記電極先端面10aとノズル状電極内面16aの間のアーク放電によりプラズマ化され、射出口16bからプラズマPが被処理物22の表面に照射される。後述の試験では、棒状電極8の電極先端面10aからノズル状電極の最近接位置までの電極間ギャップは、約2mmに設定され、前記射出口16aと被処理物22間の照射距離dは、10mmに設定されている。   As described above, the working gas 18 flows between the side surface of the rod-shaped electrode 8 and the guide body 24 from the gas inlet 30 of the plasma generator 4 and is supplied to the plasma generating unit 4a. . The electrode front end surface 10a or the electrode front end surface 10a and its vicinity serve as a discharge surface, and the working gas 28 supplied to the plasma generator 4a is plasma by arc discharge between the electrode front end surface 10a and the nozzle-like electrode inner surface 16a. The surface of the workpiece 22 is irradiated with the plasma P from the injection port 16b. In the test described later, the inter-electrode gap from the electrode tip surface 10a of the rod-shaped electrode 8 to the closest position of the nozzle-shaped electrode is set to about 2 mm, and the irradiation distance d between the injection port 16a and the workpiece 22 is It is set to 10 mm.

前記棒状電極8に印加される電位は、前記電源部6から供給されるパルス電流によって付与される。この実施例において、前記電源部6は、三相交流電源31に接続されたパルスモジュレータ32と、コイル40とコンデンサ42からなるLC直列回路及びアース41に接続された高電圧トランス38から構成される。パルスモジュレータ32により、パルス周波数及びパルス幅を自在に調整することができる。更に、高電圧トランス38により昇圧され、高電圧パルスが棒状電極8と接地されたノズル状電極16の間に印加される。また、上記LC直列回路では、コンデンサ42における充電電圧の低下がコイル40によって抑制され、コンデンサ42からの放電によって電極先端面10aに付与される電位が放電可能電位に保持される。後述する各種の電極先端部10を用いた電極損耗の試験では、印加される高電圧パルスのパルス幅が約2μs、パルス周波数が約20kHzに設定されている。   The potential applied to the rod-shaped electrode 8 is applied by a pulse current supplied from the power supply unit 6. In this embodiment, the power supply unit 6 includes a pulse modulator 32 connected to a three-phase AC power supply 31, an LC series circuit composed of a coil 40 and a capacitor 42, and a high voltage transformer 38 connected to the ground 41. . With the pulse modulator 32, the pulse frequency and the pulse width can be freely adjusted. Further, the voltage is boosted by the high voltage transformer 38 and a high voltage pulse is applied between the rod-shaped electrode 8 and the grounded nozzle-shaped electrode 16. Further, in the LC series circuit, the decrease in the charging voltage in the capacitor 42 is suppressed by the coil 40, and the potential applied to the electrode tip surface 10a by the discharge from the capacitor 42 is held at the dischargeable potential. In an electrode wear test using various electrode tip portions 10 to be described later, the pulse width of the applied high voltage pulse is set to about 2 μs and the pulse frequency is set to about 20 kHz.

図1の実施例では、水冷電極キャップ18を介してアース20に接続される前記ノズル状電極16と電極先端面10aの間に高電圧パルスによってアーク放電が生起され、熱電子放出,電界放出,またはショットキー放出された電子によりプラズマPが生成される。このとき、前記電極間ギャップには、前記高電圧パルスにより10〜15kVの電圧が印加され、アーク放電により前記電極間ギャップの電圧はおよそ5kV程度に低下する。更に、前記パルスモジュレータ32には、電力調整器34及び電力計36が付設されており、供給電力を自在に調整することができ、上記アーク放電電位を保持するため、後述の試験においては100W〜500Wの範囲に設定されている。   In the embodiment of FIG. 1, arc discharge is generated by a high voltage pulse between the nozzle-like electrode 16 connected to the ground 20 through the water-cooled electrode cap 18 and the electrode tip surface 10a, and thermionic emission, field emission, Alternatively, plasma P is generated by electrons emitted by Schottky. At this time, a voltage of 10 to 15 kV is applied to the inter-electrode gap by the high voltage pulse, and the voltage of the inter-electrode gap is reduced to about 5 kV by arc discharge. Further, the pulse modulator 32 is provided with a power regulator 34 and a wattmeter 36, so that the supplied power can be freely adjusted, and in order to maintain the arc discharge potential, in the test described later, 100W to It is set in the range of 500W.

本発明に係るペンジェット型プラズマ処理装置おいて、Pt・Rh系金属からなる電極先端部10の直径が約1.6mm(電極先端面10aの断面積:約2mm)であり、前記パルス周波数が約30kHz、前記パルス幅が約2μs、供給される作動ガスの流量が約20L/minである場合、前記供給電力が以下の値に設定されるとき、アーク放電により好適なプラズマを連続的又は間欠的に生成することができる。この場合、平均電力が200W(100W/mm)以下、最大印加電圧が約5kV、最大ピーク電流が10A(5A/mm)以下に設定されることが好ましい。換言すれば、供給される電流の平均電流密度が所定値以下に設定されることが好ましく、前記断面積を大きくすれば、供給電力を増大させ、プラズマの生成量を増大させることができる。即ち、前記平均電力の密度を100W/mm以下に設定すれば、前記断面積に応じてプラズマの生成量を適宜に調整することができる。In the pen jet type plasma processing apparatus according to the present invention, the diameter of the electrode tip portion 10 made of a Pt / Rh metal is about 1.6 mm (cross-sectional area of the electrode tip surface 10a: about 2 mm 2 ), and the pulse frequency Is about 30 kHz, the pulse width is about 2 μs, and the flow rate of the supplied working gas is about 20 L / min. When the supplied power is set to the following value, a suitable plasma is continuously generated by arc discharge or It can be generated intermittently. In this case, it is preferable that the average power is set to 200 W (100 W / mm 2 ) or less, the maximum applied voltage is set to about 5 kV, and the maximum peak current is set to 10 A (5 A / mm 2 ) or less. In other words, the average current density of the supplied current is preferably set to a predetermined value or less, and if the cross-sectional area is increased, the supplied power can be increased and the plasma generation amount can be increased. That is, if the density of the average power is set to 100 W / mm 2 or less, the plasma generation amount can be appropriately adjusted according to the cross-sectional area.

また、図3は本発明に係る両電極水冷ペンジェット型電極を有するプラズマ生成装置7の断面概略図であり、電極基端部12の外周に水冷部15が設けられている。尚、図1と同一の部材に関しては、符号及びその説明を一部省略する。冷却水15aを循環させることにより電極基端部12と共に電極先端部10が冷却され、電極材料の蒸発が抑制されて電極の損耗量を低減化できる。従って、長時間に亘ってプラズマPを生成することができる。更に、前記電極先端面近傍の外周からプラズマが発生することや電極材料が蒸発することを防止することができ、好適なジェット状のプラズマPが生成される。また、プラズマPの射出量に応じて冷却水15a、18aの流量及び/又は温度を調整し、プラズマ生成装置7の長時間に亘る安定した動作を実現することができる。更に、前記水冷部15を電極先端面10aに近付ければ、前記電極先端面10aの外縁周辺も冷却されてプラズマの拡散が抑制され、生成されるプラズマPの流束を絞ることが可能である。   FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a plasma generating apparatus 7 having a double-electrode water-cooled pen jet electrode according to the present invention, and a water-cooling portion 15 is provided on the outer periphery of the electrode base end portion 12. In addition, about a member same as FIG. 1, some code | symbols and the description are abbreviate | omitted. By circulating the cooling water 15a, the electrode tip portion 10 is cooled together with the electrode base end portion 12, and evaporation of the electrode material is suppressed, so that the amount of wear of the electrode can be reduced. Therefore, the plasma P can be generated over a long time. Furthermore, it is possible to prevent plasma from being generated from the outer periphery in the vicinity of the electrode front end surface and evaporation of the electrode material, and a suitable jet plasma P is generated. Further, the flow rate and / or temperature of the cooling water 15a, 18a is adjusted according to the injection amount of the plasma P, and the stable operation of the plasma generator 7 over a long time can be realized. Furthermore, if the water cooling part 15 is brought close to the electrode front end surface 10a, the periphery of the outer edge of the electrode front end surface 10a is also cooled, so that the diffusion of plasma is suppressed and the flux of the generated plasma P can be reduced. .

図4は、本発明に係る電極先端部10の断面概略図である。図1では、電極先端部10全体がPt・Rh系金属から形成されているが、(4A)に示すように、前記電極先端部本体10cにメッキコート、蒸着等によりPt・Rh系金属のコーティング膜10bを形成して電極先端部を構成することができる。Pt−Rh合金は、一般に、Pt純金属に比べ高価であり、Pt−Rh合金の使用量を削減することにより、本発明に係るプラズマ生成用電極の製造コストを低減化することができる。コーティング膜10bが比較的Rhを多量に含有するPt−Rh合金から形成され、前記電極先端部本体10cがPt金属から構成される場合、金属元素の拡散により界面及び界面近傍にPt−Rh合金が形成される。電界が集中する電極先端面10aに被膜されるコーティング膜10bの厚さTは、側面のコーティング膜10bの厚さTより厚く被膜されることが好ましい。また、(4B)に示すように、放電表面を含む所定領域にのみコーティング膜10bを形成しても良い。厚さTは、0.1mm以上であることが好ましく、0.5mm以上であることがより好ましい。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the electrode tip 10 according to the present invention. In FIG. 1, the entire electrode tip 10 is made of Pt / Rh metal, but as shown in (4A), the electrode tip body 10c is coated with Pt / Rh metal by plating, vapor deposition or the like. The electrode tip can be formed by forming the film 10b. The Pt—Rh alloy is generally more expensive than the Pt pure metal, and the production cost of the plasma generation electrode according to the present invention can be reduced by reducing the amount of the Pt—Rh alloy used. When the coating film 10b is made of a Pt—Rh alloy containing a relatively large amount of Rh, and the electrode tip body 10c is made of Pt metal, the Pt—Rh alloy is formed at the interface and in the vicinity of the interface due to diffusion of the metal element. It is formed. Coating film 10b of the second thickness T 2 that is coated on the electrode front end surface 10a of the electric field concentrates is preferably thicker coating than the thickness T 1 of the coating film 10b of the side surface. Further, as shown in (4B), the coating film 10b may be formed only in a predetermined region including the discharge surface. The second thickness T 2 is preferably 0.1mm or more, more preferably 0.5mm or more.

図5は、本発明に係るPt・Rh系金属製電極先端部と比較例のPt−Ir合金製の各電極先端部をアーク放電後に撮像した電極先端部の拡大写真図である。図1示した電極先端部10の電極材料として、本発明に係るPt−Rh合金、比較例としてPt−Ir合金が用いられている。10分間アーク放電によるプラズマ生成を行った後、前記電極先端面10aを拡大撮像している。用いられた各電極先端部の直径は約1.6mmであり、電極先端面10aの表面積は同一である。電極材料として用いられたPt−Rh合金のRh含有量は10重量%であり、Pt−Ir合金のIr含有量は20重量%である。Pt−Rh合金製電極先端部を用いた場合には、前記パルスモジュレータに500Wの電力が供給され、Pt−Ir合金製の電極先端部を用いた場合には、400Wの電力が供給されている。また、作動ガスとして乾燥空気を用いている。   FIG. 5 is an enlarged photograph of an electrode tip portion obtained by imaging the Pt / Rh metal electrode tip portion according to the present invention and each electrode tip portion made of a comparative Pt—Ir alloy after arc discharge. As the electrode material of the electrode tip 10 shown in FIG. 1, a Pt—Rh alloy according to the present invention and a Pt—Ir alloy as a comparative example are used. After plasma generation by arc discharge for 10 minutes, the electrode tip surface 10a is enlarged and imaged. The diameter of each electrode tip used is about 1.6 mm, and the electrode tip surface 10a has the same surface area. The Rh content of the Pt—Rh alloy used as the electrode material is 10% by weight, and the Ir content of the Pt—Ir alloy is 20% by weight. When a Pt—Rh alloy electrode tip is used, 500 W of power is supplied to the pulse modulator, and when a Pt—Ir alloy electrode tip is used, 400 W of power is supplied. . Further, dry air is used as the working gas.

(5A)に示すように、Pt−Rh合金製の電極先端部を用いた場合、供給電力が500Wの場合において、電極先端部の形状は放電前とほぼ同じ形状を有している。(5B)に示すように、Pt−Ir合金製の電極先端部を用いた場合には、供給電力400Wにおいて、電極先端部の形状に顕著な変形が見られる。これは、電極先端がイオン衝突等により加熱されて融解すると共に、金属蒸発、酸化損耗、火花損耗等によって電極損耗が増大したものと思料される。(5A)に示すように、本発明に係るPt−Rh合金製電極先端部は、電極損耗が殆ど無く、損耗材料粒子の放出が極めて低減化されており、Pt−Rh合金を用いたプラズマ生成用電極では、高電圧を印加して高エネルギーのアークプラズマを高効率に生成できることを示している。   As shown in (5A), when an electrode tip made of a Pt—Rh alloy is used, the shape of the electrode tip has substantially the same shape as before discharge when the supplied power is 500 W. As shown in (5B), when an electrode tip made of a Pt—Ir alloy is used, a remarkable deformation is seen in the shape of the electrode tip at a supplied power of 400 W. It is considered that this is because the electrode tip is heated and melted by ion collision or the like, and the electrode wear is increased by metal evaporation, oxidation wear, spark wear and the like. As shown in (5A), the electrode tip portion made of the Pt—Rh alloy according to the present invention has almost no electrode wear, and the emission of wear material particles is extremely reduced. Plasma generation using the Pt—Rh alloy This shows that high-voltage arc plasma can be generated with high efficiency by applying a high voltage.

図6には、本発明に係るPt金属製電極先端部をプラズマ生成後に撮像した拡大写真図を示し、図7には、比較例であるPt−Ir合金(7A)及びPt−W合金(7B)からなる各電極先端部の放電後の拡大写真図を示す。図6及び図7の結果は、供給電力が300Wでアーク放電を10分間行ったものである。また、各電極先端部の直径は約1.6mm、長さは9mmである。(6A)、(6B)に示すように、本発明に係るPt金属製電極は、良好な耐酸化性を有し、プラズマ生成後も電極先端部の表面は、放電前と同じ形状を有している。また、(6C)に示す走査型電子顕微鏡像(SEM像)においても微細孔が僅かに形成されているが、略放電前の表面状態を保持している。   FIG. 6 shows an enlarged photograph of the Pt metal electrode tip according to the present invention taken after plasma generation. FIG. 7 shows a comparative example of a Pt—Ir alloy (7A) and a Pt—W alloy (7B). The enlarged photograph figure after discharge of each electrode front-end | tip which consists of) is shown. The results shown in FIGS. 6 and 7 are obtained when arc discharge is performed for 10 minutes with a supplied power of 300 W. Each electrode tip has a diameter of about 1.6 mm and a length of 9 mm. As shown in (6A) and (6B), the Pt metal electrode according to the present invention has good oxidation resistance, and the surface of the electrode tip after plasma generation has the same shape as before discharge. ing. In addition, in the scanning electron microscope image (SEM image) shown in (6C), micropores are slightly formed, but the surface state before the discharge is substantially maintained.

一方、(7A)に示すように、Pt−Ir合金(Ir含有量:20重量%)から形成される電極先端部の場合、貴金属に共通する良好な耐酸化性を有するが、放電前と比べて形状が変化している。即ち、Pt金属を用いた場合に比べ、Pt−Ir合金は損耗量が大きく、前述のように、供給電力及び放電時間の増大に伴って電極損耗が急激に増大する。更に、(7B)に示すように、Pt−W合金製電極先端部の場合、300Wで10分間の放電することにより、著しい変形が引起されている。これは、酸化タングステンの形成による電気抵抗の増加に伴って、放電表面におけるジュール熱発生の大幅な増大が要因の1つとして考えられる。またSEM像から、Wの含有によって電極材料の耐酸化性が低下して放電表面が脆くなり、損耗材料粒子が多量に放出されていることが分かる。   On the other hand, as shown in (7A), in the case of an electrode tip formed from a Pt—Ir alloy (Ir content: 20% by weight), it has good oxidation resistance common to noble metals, but compared to before discharge. The shape has changed. That is, compared with the case where Pt metal is used, the amount of wear of the Pt—Ir alloy is large, and as described above, the electrode wear increases rapidly as the supply power and the discharge time increase. Furthermore, as shown in (7B), in the case of the electrode tip made of Pt—W alloy, significant deformation was caused by discharging at 300 W for 10 minutes. This is considered to be caused by a significant increase in Joule heat generation on the discharge surface as the electrical resistance increases due to the formation of tungsten oxide. Further, it can be seen from the SEM image that the inclusion of W reduces the oxidation resistance of the electrode material, the discharge surface becomes brittle, and a large amount of wear material particles are released.

次に、本発明に係るPt金属製電極先端部及び図5に示した各電極先端部を用いて、供給電力に対する電極損耗を定量的に測定した結果を示す。図8は、本発明に係るPt金属及びPt−Rh合金の電極先端部と比較例のPt−Ir合金電極先端部を用いた電極損耗量の電力依存性を示すグラフ図である。横軸は供給される電力(Electric power(W))、縦軸は損耗量(Erosion amount(mg))を示し、放電時間(Discharge duration time)を10分間に設定して、プラズマ生成前後における電極先端部の質量差から損耗量が見積もられている。この実験では、図3に示した両電極水冷ペンジェット型のプラズマ生成装置が用いられている。図8に示すように、供給電力が100W〜300Wの範囲において、Pt−Rh合金製の電極先端部の場合、電極損耗は殆ど無いか若しくは極めて微量に抑制され、300W〜500Wの範囲においても電極損耗の増大が抑制され、損耗量の僅かな増加が見られるだけである。従って、Pt−Rh合金を電極材料として用いることにより、損耗材料粒子の混入が格段に少ない高エネルギーで高純度のプラズマを安定して生成できることを示している。   Next, the result of quantitatively measuring the electrode wear with respect to the supplied power using the Pt metal electrode tip according to the present invention and each electrode tip shown in FIG. 5 is shown. FIG. 8 is a graph showing the power dependence of the electrode wear amount using the electrode tip of Pt metal and Pt—Rh alloy according to the present invention and the Pt—Ir alloy electrode tip of the comparative example. The horizontal axis indicates the supplied power (Electric power (W)), the vertical axis indicates the amount of wear (Erosion amount (mg)), the discharge duration time is set to 10 minutes, and the electrodes before and after plasma generation The amount of wear is estimated from the mass difference at the tip. In this experiment, the double-electrode water-cooled pen jet type plasma generator shown in FIG. 3 is used. As shown in FIG. 8, in the case of the electrode tip made of Pt—Rh alloy in the range of supplied power of 100 W to 300 W, there is little or very little electrode wear, and the electrode is also in the range of 300 W to 500 W. The increase in wear is suppressed and only a slight increase in wear is observed. Therefore, it is shown that by using a Pt—Rh alloy as an electrode material, high-energy and high-purity plasma can be stably generated with much less contamination of wear material particles.

Pt金属製電極先端部の場合、供給電力が300Wまでは、殆ど損耗しないか若しくは損耗量が極めて微少な量に抑制されている。供給電力が400Wになると急激な損耗量の増大が見られ、高エネルギーで高純度のアークプラズマを生成する場合には電極材料としては不適当である。しかしながら、図6は、供給電力が400W以下である場合には、Pt金属が優れた電極材料であることを示している。   In the case of a Pt metal electrode tip, the wear power is hardly worn or the wear amount is suppressed to a very small amount up to 300 W. When the supplied power reaches 400 W, the amount of wear increases rapidly, and is not suitable as an electrode material when generating high-energy and high-purity arc plasma. However, FIG. 6 shows that Pt metal is an excellent electrode material when the supplied power is 400 W or less.

一方、Pt−Ir合金製電極先端部の場合、300Wで既に損耗量の顕著な増大が見られ、供給電力が400Wになると損耗量は急激に増大している。更に、400Wを越えると電極としての機能自体が低下する傾向にあり、500Wでの測定は行っていない。即ち、Pt−Ir合金製電極先端部では、供給電力が300Wになると明らかな損耗量の増加が見られ、300Wを越えた範囲で電極損耗が急激な増加傾向を示しており、Pt−Ir合金を電極材料として用いることは困難であることを示している。なお、逆に言えば、プラズマへの供給電力が300W以下であれば、Pt−Ir電極も利用可能である。   On the other hand, in the case of the electrode tip portion made of Pt—Ir alloy, the wear amount has already been significantly increased at 300 W, and the wear amount has been rapidly increased when the supplied power is 400 W. Furthermore, when it exceeds 400 W, the function itself as an electrode tends to deteriorate, and measurement at 500 W is not performed. That is, at the tip of the electrode made of Pt—Ir alloy, when the power supplied reaches 300 W, a clear increase in the amount of wear is observed, and the electrode wear shows a rapid increase in the range exceeding 300 W. Pt—Ir alloy It is difficult to use as an electrode material. In other words, if the power supplied to the plasma is 300 W or less, a Pt—Ir electrode can also be used.

図9は、本発明に係るプラズマ処理装置によりプラズマ処理された被処理物表面の光学顕微鏡写真図である。被処理物には、Si基板が用いられ、光学顕微鏡によりプラズマ処理後のSi基板表面の暗視野像を撮像したものであり、(9A)は、未処理基板(Unprocessed substrate,Untreated substrate)の表面を示している。Pt−Rh合金のプラズマ生成用電極を具備するプラズマ処理装置を用いた場合、(9B)及び(9C)に示すように、供給電力100Wと200Wでは、損耗材料粒子が殆ど付着しておらず、(9A)の未処理基板表面と同様の状態であることが分かる。更に、供給電力を200Wから400Wに増加させていった場合、(9D)と(9E)に示すように、僅かに損耗材料粒子が付着するのみである。(9F)〜(9H)に示した本発明に係るPt金属のプラズマ生成用電極を用いた場合と比べ、極めて損耗材料粒子の付着が少ないことが分かる。   FIG. 9 is an optical micrograph of the surface of the workpiece processed by the plasma processing apparatus according to the present invention. An Si substrate is used as an object to be processed, and a dark field image of the surface of the Si substrate after plasma processing is taken by an optical microscope. (9A) is a surface of an unprocessed substrate (Untreated substrate). Is shown. When using a plasma processing apparatus equipped with a Pt—Rh alloy plasma generation electrode, as shown in (9B) and (9C), almost no wear material particles adhere to the supplied power of 100 W and 200 W, It turns out that it is the same state as the untreated substrate surface of (9A). Further, when the supply power is increased from 200 W to 400 W, the wear material particles are only slightly adhered as shown in (9D) and (9E). Compared to the case of using the Pt metal plasma generation electrode according to the present invention shown in (9F) to (9H), it can be seen that there is very little attachment of wear material particles.

本発明に係るプラズマ処理装置にPt金属製電極先端部を用いた場合、(9F)に示すように、供給電力200Wでは、殆ど損耗粒子が付着されておらず、(9G)に示す供給電力300Wの場合においても、微量な損耗材料粒子がSi基板表面全体に付着しているだけである。更に、(9H)に示す供給電力400Wの場合では、Pt金属からなる比較的大きな損耗材料粒子が電極から放出され、Si基板表面全体に付着していることが分かる。図8に示した結果と良い一致を示しており、Pt金属製電極先端部が供給電力300W程度までは、損耗材料粒子の放出が抑制され、極めて優れたプラズマ生成用電極として利用できることを示している。   When the tip of the Pt metal electrode is used in the plasma processing apparatus according to the present invention, as shown in (9F), almost no wear particles are attached with the supplied power of 200W, and the supplied power of 300W shown in (9G). Even in this case, only a small amount of wear material particles adheres to the entire surface of the Si substrate. Further, in the case of the supply power of 400 W shown in (9H), it can be seen that relatively large wear material particles made of Pt metal are released from the electrode and adhere to the entire surface of the Si substrate. FIG. 8 shows a good agreement with the results shown in FIG. 8, showing that the Pt metal electrode tip can be used as an extremely excellent plasma generation electrode, with the release of wear material particles being suppressed up to about 300 W of power supply. Yes.

次に、本発明に係るPt金属及びPt−Rh合金(Rh含有量:10重量%)のデータに比較例として、W金属、Cu金属、Pt−Ir合金(Ir含有量:20重量%)、Pt−W合金(W含有量:8重量%)のデータを加え、電極損耗量の放電時間依存性を比較した結果を示す。図10は、本発明に係るPt・Rh系金属製と比較例である各種金属からなる電極先端部の積算放電時間(Accumulated discharge time(min))に対する積算損耗量(Accumulated erosion amount(mg))を示すグラフ図である。図3示した両電極水冷ペンジェット型プラズマ生成装置に上記電極材料から形成される電極先端部を用いて、放電時間毎の電極損耗量が測定され、それらの値がプロットされている。この測定において供給電力は、300Wに設定されている。また、各電極先端部の直径は、全て約1.6mmであり、同一の先端表面積を有している。   Next, as a comparative example to the data of Pt metal and Pt—Rh alloy (Rh content: 10 wt%) according to the present invention, W metal, Cu metal, Pt—Ir alloy (Ir content: 20 wt%), The result of adding the data of Pt-W alloy (W content: 8 weight%) and comparing the discharge time dependence of the amount of electrode wear is shown. FIG. 10 shows an accumulated wear amount (Accumulated erosion amount (mg)) with respect to an accumulated discharge time (Accumulated discharge time (min)) of an electrode tip made of Pt / Rh metal according to the present invention and various comparative examples. FIG. Using the electrode tip formed from the above electrode material in the dual electrode water-cooled pen jet type plasma generating apparatus shown in FIG. 3, the amount of electrode wear for each discharge time is measured, and these values are plotted. In this measurement, the supplied power is set to 300W. Moreover, the diameter of each electrode front-end | tip part is all about 1.6 mm, and has the same front-end | tip surface area.

図10に示すように、Pt−Rh合金の電極先端部では、長時間の放電に対しても損耗量が極めて微量に抑制されている。60分間の放電でPt−Ph合金製電極先端部の損耗量は約0.6mg程度であり、他の金属に比べ格段の差がある。Pt金属製電極先端部では、比較例の金属に比べ損耗量の増大が抑制されており、60分間の放電で損耗量が約2.4mg程度となっている。   As shown in FIG. 10, at the electrode tip portion of the Pt—Rh alloy, the wear amount is suppressed to a very small amount even for a long-time discharge. The amount of wear at the tip of the electrode made of Pt—Ph alloy after about 60 minutes of discharge is about 0.6 mg, which is much different from other metals. In the tip part of the Pt metal electrode, an increase in the wear amount is suppressed as compared with the metal of the comparative example, and the wear amount is about 2.4 mg after 60 minutes of discharge.

一方、Pt−Ir合金製電極先端部では、損耗量が2.9mg程度に達している。また、Cu金属では損耗量が30分間の放電で既に2.4mg程度に達し、W金属やPt−W合金の場合、5分間の放電に対して、W金属で約50mg程度、Pt−W合金で約7mg程度の損耗量となっている。Pt金属とその合金であるPt−Rh合金、Pt−Ir合金、Pt−W合金を対比した場合、Rhを含有することによりプラズマ生成用電極の安定性が格段に向上し、IrやWと合金を形成する場合、電極性能が低下していることが分かる。   On the other hand, the amount of wear reaches about 2.9 mg at the tip of the electrode made of Pt—Ir alloy. Further, the wear amount of Cu metal has already reached about 2.4 mg after 30 minutes of discharge, and in the case of W metal and Pt—W alloy, about 50 mg of W metal and Pt—W alloy for 5 minutes of discharge. The amount of wear is about 7 mg. When Pt metal and its alloys, Pt-Rh alloy, Pt-Ir alloy, and Pt-W alloy are compared, the stability of the plasma generating electrode is remarkably improved by containing Rh, and Ir and W alloys When forming the electrode, it can be seen that the electrode performance is degraded.

図11は、本発明に係るPt−Rh合金を電極材料として用いたプラズマ生成用電極における積算損耗量(Accumulated wear amount(mg))の積算放電時間Accumulated discharge time(min))依存性を示すグラフ図であり、Pt−Rh合金のRh含有量を変化させ、電極の損耗量が測定されている。この実験は、図3に示した両電極水冷ペンジェット型プラズマ生成装置が用いられ、より長時間に亘る損耗量を比較されている。前記Pt−Rh合金におけるRhの質量比率が10%場合を丸印(○)、20%の場合を三角(△)、30%の場合を四角(□)で示している。供給電力は300W、各電極先端部の直径は、比較例であるPt製電極(◆)を含めて、全て約1.6mmに設定されている。尚、図10と同様に、放電時間毎の損耗量が測定され、それらを積算した値がプロットされている。   FIG. 11 is a graph showing the dependence of the accumulated wear amount (Accumulated wear amount (mg)) on the accumulated discharge time (min) in the plasma generation electrode using the Pt—Rh alloy according to the present invention as an electrode material. It is a figure and the amount of wear of an electrode is measured by changing the Rh content of the Pt—Rh alloy. In this experiment, the double-electrode water-cooled pen jet type plasma generator shown in FIG. 3 is used, and the amount of wear over a longer time is compared. The case where the mass ratio of Rh in the Pt—Rh alloy is 10% is indicated by a circle (◯), the case of 20% is indicated by a triangle (Δ), and the case of 30% is indicated by a square (□). The supplied power is 300 W, and the diameter of each electrode tip is set to about 1.6 mm, including the Pt electrode (♦) as a comparative example. As in FIG. 10, the amount of wear for each discharge time is measured, and the values obtained by integrating them are plotted.

図11に示すように、Pt−Rh合金のRh含有量が増大するに伴って電極の損耗量が低減しており、Rhの質量比率が30%の場合には、Pt製電極に比べて損耗量が約1/2程度まで低減されている。換言すれば、プラズマ生成用電極の寿命が約2倍になると共に、不純物の発生も半分程度まで抑制されており、Rh含有量を増大させることによって、より好適なプラズマ生成用電極が得られている。尚、Pt金属製電極先端部は、Pt−Rh合金を用いた場合に比べ積算損耗量が大きくなっているが、図10に示した他の金属に比べ、積算損耗量の増大が僅かであることは云うまでもない。   As shown in FIG. 11, as the Rh content of the Pt—Rh alloy increases, the wear amount of the electrode decreases, and when the Rh mass ratio is 30%, the wear amount is less than that of the Pt electrode. The amount is reduced to about ½. In other words, the lifetime of the plasma generating electrode is approximately doubled, and the generation of impurities is suppressed to about half, and a more suitable plasma generating electrode can be obtained by increasing the Rh content. Yes. The tip of the Pt metal electrode has a larger amount of accumulated wear than when the Pt—Rh alloy is used, but the amount of accumulated wear is slightly increased compared to the other metals shown in FIG. Needless to say.

尚、前記電極材料の機械的強度に関する試験では、Rhの質量比率が40%より大きくなるとプラズマ生成用電極の機械的強度が顕著に低下する結果が得られている。即ち、Rhの質量比率が1〜40%の範囲に設定されることにより、本発明に係るプラズマ生成用電極に好適な硬度、引張り強度や靱性などが付与される。更に、機械的強度に関する上記の試験では、Rhの質量比率が10〜30%に設定される場合に、より好適な機械的強度が得られている。   In the test on the mechanical strength of the electrode material, the mechanical strength of the plasma generating electrode is remarkably lowered when the mass ratio of Rh exceeds 40%. That is, by setting the mass ratio of Rh in the range of 1 to 40%, suitable hardness, tensile strength, toughness, and the like are imparted to the plasma generating electrode according to the present invention. Furthermore, in the above-described test regarding the mechanical strength, a more suitable mechanical strength is obtained when the mass ratio of Rh is set to 10 to 30%.

本発明者等は、Pt・Rh系金属がプラズマ生成用電極の電極材料として、優れた特性を有することを金属のより本質的な物性に基づいて解明するため、本発明に係るPt・Rh系金属の種々の物性値を測定し、電極性能との対応関係から、好適な物性値を特定している。以下に、Pt・Rh系金属に関する各種物性値の測定結果を示す。   In order to elucidate that Pt / Rh-based metals have excellent characteristics as electrode materials for plasma generation electrodes based on the more essential physical properties of the metals, the present inventors have developed the Pt / Rh-based metals according to the present invention. Various physical property values of the metal are measured, and suitable physical property values are specified from the correspondence with the electrode performance. Below, the measurement result of the various physical-property values regarding a Pt * Rh type metal is shown.

本発明者等は、本発明に係るPt・Rh系金属が電極材料に好適である要因として格子定数に着目し、X線回折(XRD)分析からPt・Rh系金属の格子定数を導出している。図12は、本発明に係るPt・Ph系金属のXRD分析の結果を示すグラフ図である。図の各データは、CaのKα線(λ=1.54060Å)照射による回折角2θに対するX線回折強度(Intensity)を示しており、それぞれ、Pt金属(Pt)、Rhを10重量%含有するPt−Rh合金(Pt−Rh10%)、Rhを20重量%含有するPt−Rh合金(Pt−Rh20%)及びRhを30重量%含有するPt−Rh合金(Pt−Rh30%)のX線回折強度グラフを示している。実験では、図12の破線内にあるPt・Rh系金属の(111)面に対応するXRDの回折角2θから面間隔dを算出し、格子定数aを求めている。図13には、図12の破線内を拡大したグラフ図を示しており、本発明に係るPt・Rh系金属の格子定数がRhの含有量に応じて明確に変化していることがわかる。尚、図示しないが、Rhのバルク金属を用いたXRM分析も行っている。   The present inventors pay attention to the lattice constant as a factor that the Pt / Rh metal according to the present invention is suitable for the electrode material, and derive the lattice constant of the Pt / Rh metal from the X-ray diffraction (XRD) analysis. Yes. FIG. 12 is a graph showing the results of XRD analysis of a Pt / Ph metal according to the present invention. Each data in the figure shows the X-ray diffraction intensity (Intensity) with respect to the diffraction angle 2θ by irradiation of Ca Kα rays (λ = 1.54060Å), and each contains 10 wt% of Pt metal (Pt) and Rh. X-ray diffraction of a Pt—Rh alloy (Pt—Rh 10%), a Pt—Rh alloy containing 20% by weight of Rh (Pt—Rh 20%), and a Pt—Rh alloy containing 30% by weight of Rh (Pt—Rh 30%). An intensity graph is shown. In the experiment, the lattice constant a is obtained by calculating the interplanar distance d from the diffraction angle 2θ of XRD corresponding to the (111) plane of the Pt · Rh metal in the broken line in FIG. FIG. 13 is an enlarged graph showing the inside of the broken line in FIG. 12, and it can be seen that the lattice constant of the Pt / Rh-based metal according to the present invention clearly changes according to the content of Rh. Although not shown, XRM analysis using a bulk metal of Rh is also performed.

表1には、前記Rhの重量%(Weight Percent of Rh)と前記XRD分析から求めた格子定数a(Lattice Constant)を実施例1〜4として記載している。比較例として示したRh金属(表中のRh100重量%)は、加工性が悪く、電極材料として用いることが困難である。即ち、表1における格子定数aが3.797Å以上となると、電極材料の加工性が低下し、プラズマ生成用電極として利用することが困難であることを示している。本発明者等は、前記電極材料の加工性に関するRh含有量の依存性から電極材料として好ましい金属の格子定数aを3.80以上と判断している。   Table 1 shows the weight percent of Rh (Weight Percent of Rh) and the lattice constant a (Lattice Constant) obtained from the XRD analysis as Examples 1-4. The Rh metal (Rh 100% by weight in the table) shown as a comparative example has poor workability and is difficult to use as an electrode material. That is, when the lattice constant a in Table 1 is 3.797 mm or more, the workability of the electrode material is lowered, which indicates that it is difficult to use as an electrode for plasma generation. The inventors of the present invention have determined that the lattice constant a of a metal preferable as an electrode material is 3.80 or more from the dependence of the Rh content on the workability of the electrode material.

例えば、Cu金属の格子定数は、約3.608Åであり、W金属の格子定数は約3.158Åであるが、図10に示したように、Cu金属やW金属は、プラズマ生成用電極に用いた場合、損耗量が多量であった。従って、電極材料の格子定数が3.80Åより小さくなると加工性が悪化するだけでなく、損耗粒子の発生にも寄与する可能性が大きい。更に、一般的に、金属の格子定数が大きくなると不純物が固溶し易くなるため、前記電極材料の格子定数は、Pt金属(表1中のRh0重量%)の格子定数(約3.92Å)より小さいことが好ましい。即ち、本発明に係るPt・Rh系金属は、格子定数aを3.80Å〜3.92Åの範囲に設定することが好ましく、3.87Å〜3.92Åの範囲に設定することがより好ましい。更に、Pt・Rh系金属に他の金属元素を添加する場合においても、格子定数aを3.80Å〜3.92Åの範囲に設定することにより、好適な電極材料として用いることができる。   For example, the lattice constant of Cu metal is about 3.608 mm, and the lattice constant of W metal is about 3.158 mm. However, as shown in FIG. 10, Cu metal and W metal are used as plasma generation electrodes. When used, the amount of wear was large. Therefore, when the lattice constant of the electrode material is smaller than 3.80 mm, not only the workability is deteriorated but also the possibility of contributing to the generation of wear particles is high. Furthermore, generally, as the lattice constant of the metal increases, the impurities easily dissolve, so the lattice constant of the electrode material is the lattice constant of Pt metal (Rh0 wt% in Table 1) (about 3.92Å). Preferably it is smaller. That is, in the Pt / Rh metal according to the present invention, the lattice constant a is preferably set in the range of 3.80 to 3.92 and more preferably set in the range of 3.87 to 3.92. Furthermore, even when other metal elements are added to the Pt / Rh-based metal, it can be used as a suitable electrode material by setting the lattice constant a in the range of 3.80 to 3.92.

図14は、本発明に係るPt・Rh系金属のRh含有量(重量%)に対する格子定数を示すグラフ図である。図13に示したXRD分析によって求めた格子定数aをRh含有量(Weight Percent of Rh)に対してプロットしており、以下に示すように、格子定数aをRh含有量の関係を近似的に導出している。実線で示す線形関数は、プロットしたデータに対するフィッティング関数であり、最小二乗法により最適化が行われている。更に、実験値の誤差範囲から求めた格子定数の上限値を一点鎖線の線形関数で示し、下限値を二点鎖線の線形関数で示している。即ち、誤差範囲を含めた場合、前記Rh含有量をX重量%として、このRh含有量と格子定数aの関係を示すa−X関係式は、次のように表される。
a=−0.00113X+3.908±0.02
前述のように、格子定数aを所望の範囲内に設定することにより、好適な電極材料を得ることができる。上記a−X関係式を用いてRhの含有量を調整又は選択すれば、本発明に係るPt・Rh系金属の格子定数を所望の範囲内に設定できるから、加工性の良い電極材料を得ることができる。従って、この電極材料を用いて、高耐久性のプラズマ生成用電極を容易に製造することができる。
FIG. 14 is a graph showing a lattice constant with respect to the Rh content (% by weight) of the Pt / Rh metal according to the present invention. The lattice constant a obtained by the XRD analysis shown in FIG. 13 is plotted against the Rh content (Weight Percent of Rh), and the relationship between the lattice constant a and the Rh content is approximated as shown below. Derived. A linear function indicated by a solid line is a fitting function for plotted data, and is optimized by a least square method. Further, the upper limit value of the lattice constant obtained from the error range of the experimental value is indicated by a one-dot chain line linear function, and the lower limit value is indicated by a two-dot chain line linear function. That is, when the error range is included, the ah relational expression showing the relationship between the Rh content and the lattice constant a, where the Rh content is X wt%, is expressed as follows.
a = −0.00113X + 3.908 ± 0.02
As described above, a suitable electrode material can be obtained by setting the lattice constant a within a desired range. If the content of Rh is adjusted or selected using the a-X relational expression, the lattice constant of the Pt / Rh metal according to the present invention can be set within a desired range, so that an electrode material with good workability is obtained. be able to. Therefore, a highly durable plasma generating electrode can be easily manufactured using this electrode material.

図15は、本発明に係る電極材料であるPt−Rh合金の状態図である。縦軸は温度(℃)、横軸はPtに対するRhの含有量(重量%)を示し、曲線Aは固相線、曲線Bは液相線、曲線Cは溶解度線を示している。この状態図は、前述の“THE PGM DATABASE”http://www.platinummetalsreview.com/jmpgm/index.jsp(非特許文献2)に記載されるデータを引用したものである。状態(1)は、PtとRhは均一融液状態であり、曲線Aと曲線Bの間では、液相と固相の混合状態となっている。低温側の状態(2)は、完全固溶体状態を示し、固溶度限である曲線Cより低温側の状態(3)は、Ptを主成分としてRhが固溶及び/又は晶出したPt相とRhを主成分としてPtが固溶及び/又は晶出したRh相が混在する(Pt+Rh)相状態を示している。また、曲線Cの両端では、Rh含有量が少ない場合にPt相(4)となり、Rh含有量が多い場合にはRh相(5)となっている。   FIG. 15 is a state diagram of a Pt—Rh alloy which is an electrode material according to the present invention. The vertical axis represents temperature (° C.), the horizontal axis represents the content (% by weight) of Rh with respect to Pt, curve A represents a solid phase line, curve B represents a liquidus line, and curve C represents a solubility line. This state diagram is obtained by quoting data described in “THE PGM DATABASE” http://www.platinummetalsreview.com/jmpgm/index.jsp (Non-patent Document 2). In the state (1), Pt and Rh are in a homogeneous melt state, and between the curve A and the curve B, the liquid phase and the solid phase are mixed. The state (2) on the low temperature side shows a complete solid solution state, and the state (3) on the low temperature side from the curve C, which is the solid solubility limit, is a Pt phase in which Rh is solid solution and / or crystallized with Pt as a main component. And a Rh phase in which Pt is dissolved and / or crystallized mainly composed of Rh and Rh (Pt + Rh). Further, at both ends of the curve C, when the Rh content is low, the Pt phase (4) is obtained, and when the Rh content is high, the Rh phase (5) is obtained.

図15に示すように、液相線及び固相線は、全含有量に亘ってPt金属のバルク融点(1773.5℃)とRh金属のバルク融点(1963℃)の範囲内にある。2成分系合金の融点が完全に2つの金属結晶の融点の範囲内にあることは、一般的なことではなく、2成分系合金では、配合比が所定範囲にある場合、融点が2つの金属結晶の融点より降下する場合が多い。例えば、Au−Ni合金、Ti−Zr合金、Cr−Mo合金、Pb−Sn合金、Ag−Sr合金などが挙げられる。本発明に係るPt−Rh合金では、Rh含有量が5重量%の場合に融点が約1820℃、10重量%では約1850℃、20重量%では約1900℃〜1903℃、30重量%では約1930℃〜1933℃、40重量%では約1953℃となり、Pt金属のバルク融点より降下することなく、Rh含有量の増大に従って合金の融点も上昇し、Rh金属の融点に近づいていく。   As shown in FIG. 15, the liquidus and solidus are in the range of the bulk melting point of Pt metal (1773.5 ° C.) and the bulk melting point of Rh metal (1963 ° C.) over the entire content. It is not common that the melting point of the binary alloy is completely within the melting point range of the two metal crystals. In the binary alloy, when the compounding ratio is within a predetermined range, the melting point of the two metals It often falls below the melting point of the crystal. For example, Au-Ni alloy, Ti-Zr alloy, Cr-Mo alloy, Pb-Sn alloy, Ag-Sr alloy and the like can be mentioned. In the Pt—Rh alloy according to the present invention, when the Rh content is 5% by weight, the melting point is about 1820 ° C., 10% by weight is about 1850 ° C., 20% by weight is about 1900 ° C. to 1903 ° C., and 30% by weight is about At 1930 ° C. to 1933 ° C. and 40% by weight, the temperature becomes about 1953 ° C., and the melting point of the alloy rises as the Rh content increases without decreasing from the bulk melting point of the Pt metal, and approaches the melting point of the Rh metal.

図16には、本発明に係るPt・Rh系金属と他の金属及び合金の融点を記載した表図を示す。前述のように、損耗材粒子発生の要因の1つとして火花損耗があり、この火花損耗はプラズマ生成時における前記放電表面での爆発現象により引起される。この火花損耗は高融点の電極材料(W、Moなど:図16参照)を用いた場合に引起され易い傾向にあることから、比較的融点が低く、プラズマ生成時に電極先端が適度に軟化されることが好ましいと判断される。本発明に係るPt−Rh合金の場合、優れた耐酸化性を有すると共に、Rhの含有量を選択して融点を適当な範囲に設定することができる。前記電極材料がPt金属の融点(1773.5℃)からRh金属の融点(1960〜1966℃)の範囲内にある場合、火花損耗が抑制され、前記電極材料の機械的強度を考慮した場合、1773℃〜1953℃の範囲に設定されることがより好ましく、1850℃〜1933℃の範囲にある場合に最適となり得ることが実験から明らかとなっている。
Pt−W合金の融点は、1870℃であり、上述した好適な融点1768℃〜1963℃の範囲内にある。しかしながら、図7に示したように、Pt−W合金の電極材料を用いたプラズマ生成用電極では、損耗や融解によって顕著な電極の変形が観察されている。Pt−W合金の耐酸化性が低いことに起因していると考えられ、Pt−W合金は、プラズマ生成用電極の電極材料として用いることは不適当であることを示している。
In FIG. 16, the table | surface which described melting | fusing point of Pt * Rh type metal which concerns on this invention, another metal, and an alloy is shown. As described above, spark wear is one of the causes of the generation of wear material particles, and this spark wear is caused by an explosion phenomenon on the discharge surface during plasma generation. Since this spark wear tends to be caused when a high melting point electrode material (W, Mo, etc .: see FIG. 16) is used, the melting point is relatively low and the tip of the electrode is moderately softened during plasma generation. Is determined to be preferable. In the case of the Pt—Rh alloy according to the present invention, it has excellent oxidation resistance, and the Rh content can be selected to set the melting point within an appropriate range. When the electrode material is in the range of the melting point of Pt metal (1773.5 ° C.) to the melting point of Rh metal (1960-1966 ° C.), spark wear is suppressed, and considering the mechanical strength of the electrode material, It is more preferable that the temperature is set in the range of 1773 ° C. to 1953 ° C., and it is clear from experiments that the temperature can be optimum when the temperature is in the range of 1850 ° C. to 1933 ° C.
The melting point of the Pt—W alloy is 1870 ° C., which is within the range of the preferred melting point of 1768 ° C. to 1963 ° C. described above. However, as shown in FIG. 7, in the electrode for plasma generation using the electrode material of the Pt—W alloy, remarkable electrode deformation is observed due to wear and melting. This is considered to be due to the low oxidation resistance of the Pt—W alloy, which indicates that the Pt—W alloy is inappropriate for use as an electrode material for the plasma generating electrode.

図15では、Pt・Rh系金属の融点がRhの重量比率に応じて一義的に決定されるように記載されていた。しかしながら、実際には、Rhの重量比率に対して常に同一の融点が測定されるものではなく、合金の作製条件や不純物量等によりある程度の分布を有している。本発明者等は、実測したPt・Rh系金属の融点に基づき、上記した融点の分布を反映し、Rhの重量比率(X重量%)から融点T(℃)を簡易に導出できる近似的な線形関数を求めている。図17は、本発明に係るPt・Rh系金属の融点をRhの重量比率(X重量%)に対してプロットしたグラフ図である。更に、プロットしたデータに対し、線形関数をフィッティグして前記T−X関係式を導出し、分布範囲の大きさを考慮した上限値(一点鎖線)と下限値(二店鎖線)を記載している。これらのデータから近似的に導出したT−X関係式は、次のように表される。
T=−1.4890X+1836.3±70
この第1のT−X関係式を用いれば、Rhの重量比率を調整してPt・Rh系金属の融点T(℃)を所定の温度範囲に設定することができる。
In FIG. 15, the melting point of the Pt / Rh metal is described so as to be uniquely determined according to the weight ratio of Rh. However, in practice, the same melting point is not always measured with respect to the weight ratio of Rh, and has a certain distribution depending on the production conditions of the alloy, the amount of impurities, and the like. Based on the measured melting point of the Pt / Rh-based metal, the present inventors reflect the above-described melting point distribution and can easily derive the melting point T (° C.) from the Rh weight ratio (X wt%). Finding a linear function. FIG. 17 is a graph in which the melting point of the Pt / Rh metal according to the present invention is plotted against the weight ratio of Rh (X wt%). Furthermore, a linear function is fitted to the plotted data to derive the TX relational expression, and an upper limit value (one-dot chain line) and a lower limit value (double store chain line) taking into account the size of the distribution range are described. Yes. The TX relational expression approximately derived from these data is expressed as follows.
T = −1.4890X + 1836.3 ± 70
By using this first TX relational expression, the melting point T (° C.) of the Pt / Rh metal can be set within a predetermined temperature range by adjusting the weight ratio of Rh.

また、図15に示したに、本発明に係るPt・Rh系金属は、Rhの重量比率の重量比率に対して線形では無く、0重量%〜30重量%程度までは、Rhの重量比率に対して比較的大きな傾きで融点温度が上昇する。従って、図18では、Rhの重量比率が0重量%〜30重量%までのデータに線形関数をフィッティングすることにより、第2のT−X関係式を近似的に導出している。図に示すように、Rhが0重量%〜30重量%までの範囲では、線形関数と良い一致を示しており、上限値(一点鎖線)と下限値(二点鎖線)を考慮すれば、第2のT−X関係式は、次の式で表される。
T=−5.255X+1785.3±15
この第2のT−X関係式を用いれば、0≦X≦30の範囲において、前記Rhの重量比率を調整し、前記融点T(℃)をより確実に所定の温度範囲内に設定することができる。
Further, as shown in FIG. 15, the Pt / Rh-based metal according to the present invention is not linear with respect to the weight ratio of the Rh weight ratio, and the weight ratio of the Rh is about 0 to 30% by weight. On the other hand, the melting point temperature rises with a relatively large slope. Accordingly, in FIG. 18, the second TX relational expression is approximately derived by fitting a linear function to data in which the weight ratio of Rh is 0 wt% to 30 wt%. As shown in the figure, when Rh is in the range of 0 wt% to 30 wt%, it shows a good agreement with the linear function, and if the upper limit value (one-dot chain line) and the lower limit value (two-dot chain line) are considered, The TX relational expression 2 is expressed by the following expression.
T = −5.255X + 1785.3 ± 15
Using this second TX relational expression, the weight ratio of Rh is adjusted in the range of 0 ≦ X ≦ 30, and the melting point T (° C.) is more reliably set within a predetermined temperature range. Can do.

図19は、本発明に係るPt・Rh系金属の密度ρをRhの重量比率(X重量%)に対してプロットしたグラフ図である。Rhの重量比率が異なるPt・Rh系金属の密度ρを実測してプロットしたものであり、線形関数を用いて密度ρ(g/cm)の前記X重量%に対する傾向を近似的に導出している。本発明に係るPt・Rh系金属をプラズマ生成用電極に用いる場合、密度ρが21.45g/cmより大きくなると、電極の電気的特性を所定値に設定することが困難となる傾向にあることが分かっている。これは、密度の増加と伴に不純物の含有量が増大し易くなることに起因するものと考えられる。また、密度ρが12.41g/cmより小さくなると、電極形成時及び/又はプラズマ生成時において、放電表面がポーラス化する傾向にあり、損耗粒子の発生を増大させる要因の1つとなる可能性がある。従って、前記Pt・Rh系金属の密度ρを12.41g/cm〜21.45g/cmの範囲に設定することが好ましく、プラズマ生成用電極に安定して所定の電気的特性を付与できると共に、プラズマ中に不純物や損耗粒子が混入することを低減化することが可能である。FIG. 19 is a graph in which the density ρ of the Pt / Rh metal according to the present invention is plotted against the weight ratio (X wt%) of Rh. The density ρ of Pt · Rh-based metals with different Rh weight ratios was measured and plotted, and the tendency of the density ρ (g / cm 3 ) with respect to the X weight% was derived approximately using a linear function. ing. When the Pt / Rh metal according to the present invention is used for a plasma generating electrode, if the density ρ is greater than 21.45 g / cm 3 , it tends to be difficult to set the electrical characteristics of the electrode to a predetermined value. I know that. This is considered to be due to the fact that the impurity content tends to increase with increasing density. Further, if the density ρ is smaller than 12.41 g / cm 3 , the discharge surface tends to become porous during electrode formation and / or plasma generation, which may be one of the factors that increase the generation of wear particles. There is. Therefore, it is preferable to set the density ρ of the Pt · Rh-based metal in the range of 12.41 g / cm 3 to 21.45 g / cm 3 , and can stably impart predetermined electrical characteristics to the plasma generating electrode. In addition, it is possible to reduce the contamination of impurities and wear particles in the plasma.

上述したように、図19では、前記ρ−X関係式が実測値に対するフィッティングから導出しており、測定誤差から見積もられた図中の上限値(一点鎖線)及び下限値(二点鎖線)に基づき、次に式で表される。
ρ=−0.08401X+20.87±0.6
このρ−X関係式によれば、前記Rhの重量比率を調整して前記密度ρを所定の密度範囲内に設定することができる。即ち、前述の好適な密度範囲(12.41g/cm〜21.45g/cm)内に本発明に係るPt・Rh系金属の密度を容易に設定することができる。
As described above, in FIG. 19, the ρ-X relational expression is derived from the fitting to the actual measurement value, and the upper limit value (one-dot chain line) and the lower limit value (two-dot chain line) in the figure estimated from the measurement error. Based on the following,
ρ = −0.08401X + 20.87 ± 0.6
According to this ρ-X relational expression, the density ρ can be set within a predetermined density range by adjusting the weight ratio of the Rh. That is, the density of the Pt / Rh metal according to the present invention can be easily set within the above-mentioned preferred density range (12.41 g / cm 3 to 21.45 g / cm 3 ).

図20は、本発明に係るPt・Rh系金属のビッカース硬度HVをRhの重量比率(X重量%)に対してプロットしたグラフ図である。Rhの重量比率が異なるPt・Rh系金属のビッカース硬度HVを実測してプロットしたものである。前記X重量%が0〜30重量%の範囲においては、ほぼ線形にビッカース硬度HVが増加しており、線形関数を用いてビッカース硬度HV(Hv)のX重量%に対する傾向を近似的に導出している。Pt・Rh系金属をプラズマ生成用電極に用いる場合、前記ビッカース硬度HVが130Hvを越えると放電表面が脆くなり、所定形状にプラズマ生成用電極を加工することが困難となると共に、前記損耗粒子の発生が増大する。また、ビッカース硬度HVが50Hvより小さくなると耐久性が明確な低下を示す。即ち、プラズマ生成用電極の電極性能に基づき、Pt・Rh系金属は、電極材料として、ビッカース硬度HVが50Hv〜130Hvの範囲に設定されることが好ましい。   FIG. 20 is a graph in which the Vickers hardness HV of the Pt / Rh metal according to the present invention is plotted against the weight ratio (X wt%) of Rh. It is a plot of measured Vickers hardness HV of Pt / Rh metals with different Rh weight ratios. The Vickers hardness HV increases almost linearly in the range of X wt% from 0 to 30 wt%, and the tendency of the Vickers hardness HV (Hv) to X wt% is approximately derived using a linear function. ing. When a Pt / Rh-based metal is used for the plasma generating electrode, if the Vickers hardness HV exceeds 130 Hv, the discharge surface becomes brittle, and it becomes difficult to process the plasma generating electrode into a predetermined shape. Incidence increases. Moreover, when Vickers hardness HV becomes smaller than 50 Hv, durability shows a clear fall. That is, based on the electrode performance of the plasma generating electrode, it is preferable that the Pt / Rh-based metal is set to have a Vickers hardness HV in the range of 50 Hv to 130 Hv as an electrode material.

前述のように、図20では、前記ビッカース硬度HV(Hv)と前記X重量%のHV−X関係式が導出されており、ビッカース硬度HVの上限値(一点鎖線)及び下限値(二点鎖線)に基づき、次に式で表される。
HV=−2.76X+51.85±15
このHV−X関係式により前記ビッカース硬度HVを所定範囲内に設定することができ、前記電極材料に好適な加工性が付与されると共に、プラズマ生成時における損耗粒子の発生を抑制することができる。
As described above, in FIG. 20, the HV-X relational expression of the Vickers hardness HV (Hv) and the X weight% is derived, and the upper limit value (one-dot chain line) and the lower limit value (two-dot chain line) of the Vickers hardness HV. ) Based on the following formula:
HV = -2.76X + 51.85 ± 15
By this HV-X relational expression, the Vickers hardness HV can be set within a predetermined range, the workability suitable for the electrode material can be imparted, and the generation of wear particles during plasma generation can be suppressed. .

図21〜図32は、本発明に係るPt・Rh系金属の走査型電子顕微鏡(SEM)像であり、各図面には、SEMによる2次電子像と反射電子像が示されている。図6等に示したように、Pt金属製電極先端部の2次電子像では、電極表面の凹凸が観察されていたが、反射電子像では、Pt・Rh系金属表面を構成する金属結晶の構造や構成元素に依存して、観察像の白黒及びそれらの濃淡として表示される。即ち、結晶面の方向やPt−Rh合金におけるRhの重量比率の違いが反射電子像により観察することができる。   FIGS. 21 to 32 are scanning electron microscope (SEM) images of Pt / Rh metals according to the present invention. In each drawing, a secondary electron image and a reflected electron image by SEM are shown. As shown in FIG. 6 and the like, in the secondary electron image of the tip part of the Pt metal electrode, irregularities on the electrode surface were observed, but in the reflected electron image, the metal crystals constituting the Pt / Rh metal surface were observed. Depending on the structure and constituent elements, the observation images are displayed as black and white and their shades. That is, the difference in the crystal plane direction and the weight ratio of Rh in the Pt—Rh alloy can be observed by the reflected electron image.

図21〜図23は、Rhを含まないPt電極表面のSEM像であり、各SEM像の倍率は、図21が1000倍、図22が10000倍、図23が30000倍となっている。図21において、(21A)は2次電子像、(21B)は反射電子像となっている。(21B)では、単一元素から形成されるPt電極では、結晶子において電子線が反射される結晶面の方向の違いにより、結晶粒毎に白黒の濃淡に違いが現れている。Pt金属のみの(21B)では、結晶粒径が1μm程度のサイズを有することがわかる。図22には、倍率を10000倍にした場合、図23には、倍率を30000倍にしたSEM像を示している。   21 to 23 are SEM images of the surface of the Pt electrode not containing Rh. The magnification of each SEM image is 1000 times in FIG. 21, 10,000 times in FIG. 22, and 30000 times in FIG. In FIG. 21, (21A) is a secondary electron image, and (21B) is a reflected electron image. In (21B), in the Pt electrode formed from a single element, a difference appears in the density of black and white for each crystal grain due to the difference in the direction of the crystal plane where the electron beam is reflected in the crystallite. It can be seen that (21B) containing only Pt metal has a crystal grain size of about 1 μm. FIG. 22 shows an SEM image with a magnification of 30,000, and FIG. 23 shows an SEM image with a magnification of 30,000.

図24〜図26は、Rhが10重量%含むPt−Rh合金の電極表面における2次電子像と反射電子像であり、図24では倍率が1000倍、図25では10000倍、図26では30000倍となっている。倍率が大きな反射電子像(25B)、(26B)では、明確に結晶粒径を観察することができる。図27〜29は、本発明に係るPt・Rh系金属(Rhが20重量%)の電極表面における2次電子像と反射電子像であり、(28B)と(29B)では、結晶粒径が明確に観察されている。さらに、Rhが10重量%の場合に比べ、明らかに結晶粒径が大きくなっている。   FIGS. 24 to 26 are secondary electron images and reflected electron images on the electrode surface of the Pt—Rh alloy containing 10% by weight of Rh. In FIG. 24, the magnification is 1000 times, in FIG. 25 is 10000 times, and in FIG. It has doubled. In the reflected electron images (25B) and (26B) having a large magnification, the crystal grain size can be clearly observed. 27 to 29 are secondary electron images and reflected electron images on the electrode surface of the Pt / Rh-based metal (Rh is 20% by weight) according to the present invention. In (28B) and (29B), the crystal grain size is Observed clearly. Furthermore, the crystal grain size is clearly larger than when Rh is 10% by weight.

図30〜図32は、Rhが30重量%含むPt−Rh合金の2次電子像と反射電子像である。反射電子像(30B)〜(32B)では、Rhの重量比率の増加に伴い、さらに結晶粒径の大きさが成長しており、1μm〜10μm以上の結晶粒径を持つものも存在している。従って、本発明に係るPt−Rh合金では、結晶粒径が0.5μm〜100μmの範囲にあることがわかる   30 to 32 are secondary electron images and backscattered electron images of a Pt—Rh alloy containing 30% by weight of Rh. In the backscattered electron images (30B) to (32B), as the weight ratio of Rh increases, the crystal grain size further grows, and some have a crystal grain size of 1 μm to 10 μm or more. . Therefore, it can be seen that the Pt—Rh alloy according to the present invention has a crystal grain size in the range of 0.5 μm to 100 μm.

図33は、本発明に係るPt・Ph系金属のXRD分析の結果を示すグラフ図である。図12と同様に、(33A)の各データはCuのKα線(λ=1.54060Å)照射による回折角2θに対するX線回折強度(Intensity)を示している。図12では、Pt金属の(111)面に対応するXRDの回折角2θから面間隔dを算出し、格子定数aを求めたが、図33では、さらにPt金属の(200)面、(220)面及び(311)面に対応するXRDを測定し、格子定数aを求めている。(33B)には、Rhが10重量%、20重量%、30重量%の場合と前述したPt又はRhが100%の場合の格子定数aがプロットされている。これらのデータは、全て図14に示したa−X関係式(Rh含有量と格子定数aの関係)に従っている。   FIG. 33 is a graph showing the results of XRD analysis of a Pt / Ph metal according to the present invention. Similarly to FIG. 12, each data of (33A) indicates an X-ray diffraction intensity (Intensity) with respect to a diffraction angle 2θ by irradiation of Cu Kα rays (λ = 1.54060 Å). In FIG. 12, the plane distance d is calculated from the diffraction angle 2θ of XRD corresponding to the (111) plane of the Pt metal, and the lattice constant a is obtained. In FIG. 33, the (200) plane of the Pt metal, (220 ) Plane and XRD corresponding to the (311) plane are measured to obtain the lattice constant a. (33B) plots the lattice constant a when Rh is 10% by weight, 20% by weight and 30% by weight and when Pt or Rh described above is 100%. These data all follow the aX relational expression (relationship between Rh content and lattice constant a) shown in FIG.

図34は、本発明に係る管状の棒状電極(以下「管状電極44」と呼ぶ)を有するペンジェット型プラズマ処理装置の構成概略図である。以下、同一の部材に関しては、符号及びその説明を一部省略する。このペンジェット型プラズマ処理装置は、前記管状電極44にガス導入口50が設けられ、作動ガス28が前記ガス導入口50から前記管状電極44内を流通して、プラズマ発生部4aに供給される。管状電極先端部46の電極先端面46aとノズル状電極16の間に高電圧パルスを印加してアーク放電を生起し、プラズマを生成する。更に、この実施例では、第2ガス導入口56が設けられ、前記作動ガス28と同一のガス又は目的に応じて種々の物質を作動ガスとして供給することができる。本発明に係るプラズマ生成用電極は、前記管状電極44の電極先端面46a及び/又はその近傍の放電表面がPt・Rh系金属から形成され、電極損耗及び損耗材料粒子の発生が抑制される。   FIG. 34 is a schematic configuration diagram of a pen jet type plasma processing apparatus having a tubular rod-shaped electrode (hereinafter referred to as “tubular electrode 44”) according to the present invention. Hereinafter, a part of reference numerals and explanations of the same members are omitted. In this pen jet type plasma processing apparatus, a gas introduction port 50 is provided in the tubular electrode 44, and the working gas 28 flows through the tubular electrode 44 from the gas introduction port 50 and is supplied to the plasma generating unit 4a. . A high voltage pulse is applied between the electrode tip surface 46a of the tubular electrode tip 46 and the nozzle electrode 16 to generate arc discharge and generate plasma. Furthermore, in this embodiment, the second gas introduction port 56 is provided, and various substances can be supplied as the working gas according to the same gas or purpose as the working gas 28. In the electrode for generating plasma according to the present invention, the electrode front end surface 46a of the tubular electrode 44 and / or the discharge surface in the vicinity thereof is formed of a Pt / Rh-based metal, and electrode wear and wear material particles are suppressed.

図35は、本発明に係るプラズマ生成用電極がグラインディングアーク型電極60である場合のプラズマ発生部4aの構成概略図である。前記グラインディングアーク型電極では、流通する作動ガス28中に配置した末広がり状(下流側に広がる)の電極60a、60bが電流線62a、62bに接続され、電極間に高電圧パルスを印加してアーク放電を生起することによりプラズマPが発生する。アーク放電の電流路61を形成している強電離プラズマ(陽光柱(「コラム」とも言う)、あるいはストリーマ)と、電流がほとんど流れない弱電離プラズマ65(プラズマプルーム)とが混在して発生する。前記電極60a、60bの放電表面63a、63bがPt・Rh系金属から形成されることにより、グラインディングアーク型電極60の電極損耗を抑制し、損耗材料粒子の発生を低減化することができる。   FIG. 35 is a schematic configuration diagram of the plasma generating unit 4a when the plasma generating electrode according to the present invention is a grinding arc type electrode 60. FIG. In the grinding arc type electrode, divergently shaped electrodes 60a and 60b arranged in the flowing working gas 28 are connected to current lines 62a and 62b, and a high voltage pulse is applied between the electrodes. Plasma P is generated by causing arc discharge. A strong ionized plasma (positive column (also referred to as “column”) or streamer) forming a current path 61 for arc discharge and a weakly ionized plasma 65 (plasma plume) in which almost no current flows are generated. . By forming the discharge surfaces 63a and 63b of the electrodes 60a and 60b from a Pt / Rh-based metal, electrode wear of the grinding arc electrode 60 can be suppressed and generation of wear material particles can be reduced.

本発明に係るプラズマ処理装置がグラインディングアーク型電極60を有する場合、Pt・Rh系金属からなる電極60a、60bの断面直径が約1.6mm(断面積:約2mm)であり、前記パルス周波数が約30kHz、前記パルス幅が約3μs、供給される作動ガスの流量が約40L/minである場合、前記供給電力が以下の値に設定されるとき、大気や種々の作動ガスに好適なアーク放電を生起して、プラズマを連続的又は間欠的に生成することができる。この場合、平均電力が300W(150W/mm)以下、最大印加電圧が約7kV、最大ピーク電流が3A(1.5A/mm)以下に設定されることが好ましい。ここで、単位面積は、電極60a、60bの単位断面積としている。前記グラインディングアーク型電極60の場合、放電表面63a、63bの間にアーク放電が発生するから、放電面積が大きく、前記供給電力を比較的大きな値に設定することができ、比較的多量の作動ガスを流通させてプラズマ化することができる。従って、前記平均電力の密度を150W/mm以下に設定すれば、前記断面積に応じてプラズマの生成量を適宜に調整することができる。When the plasma processing apparatus according to the present invention includes the grinding arc type electrode 60, the cross-sectional diameters of the electrodes 60a and 60b made of Pt / Rh metal are about 1.6 mm (cross-sectional area: about 2 mm 2 ), and the pulse When the frequency is about 30 kHz, the pulse width is about 3 μs, and the flow rate of the supplied working gas is about 40 L / min, when the supplied power is set to the following values, it is suitable for the atmosphere and various working gases. Arc discharge can be generated to generate plasma continuously or intermittently. In this case, it is preferable to set the average power to 300 W (150 W / mm 2 ) or less, the maximum applied voltage to about 7 kV, and the maximum peak current to 3 A (1.5 A / mm 2 ) or less. Here, the unit area is the unit cross-sectional area of the electrodes 60a and 60b. In the case of the grinding arc type electrode 60, since arc discharge occurs between the discharge surfaces 63a and 63b, the discharge area is large, the supply power can be set to a relatively large value, and a relatively large amount of operation is performed. A gas can be circulated and converted into plasma. Therefore, if the density of the average power is set to 150 W / mm 2 or less, the plasma generation amount can be appropriately adjusted according to the cross-sectional area.

図36は、本発明に係るプラズマ発生用電極70が鋸刃状電極72a、72bを具備する場合の構成概略図である。このプラズマ発生用電極70には、両外側の鋸刃状電極72a、72b及びアース型電極74から構成され、これらの電極には、電源76a、76bが接続されている。前記鋸刃状電極72a、72bには、各々、先鋭な突起77a、77bが複数設けられ、この先鋭な突起77a、77bに電界を集中させることにより、アーク放電が容易に生起され、プラズマPが生成される。前記鋸刃状電極72a、72bの放電表面がPt・Rh系金属から形成されることによって、突起77a、77bへの電界集中による電極損耗を抑制し、損耗材料粒子の発生を低減化することができる。   FIG. 36 is a schematic configuration diagram in the case where the plasma generating electrode 70 according to the present invention includes saw-toothed electrodes 72a and 72b. The plasma generating electrode 70 includes saw-tooth electrodes 72a and 72b on both outer sides and a ground electrode 74, and power sources 76a and 76b are connected to these electrodes. Each of the sawtooth electrodes 72a and 72b is provided with a plurality of sharp projections 77a and 77b. By concentrating the electric field on the sharp projections 77a and 77b, arc discharge is easily generated, and the plasma P is generated. Generated. By forming the discharge surfaces of the sawtooth electrodes 72a and 72b from a Pt / Rh metal, electrode wear due to electric field concentration on the protrusions 77a and 77b can be suppressed, and generation of wear material particles can be reduced. it can.

本発明は、上記実施形態や変形例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲における種々変形例、設計変更などをその技術的範囲内に包含するものであることは云うまでもない。   The present invention is not limited to the above-described embodiments and modifications, and includes various modifications and design changes within the technical scope without departing from the technical idea of the present invention. Needless to say.

本発明に係るプラズマ生成用電極は、少なくとも前記放電表面がPt・Rh系金属から形成されるから、優れた耐酸化性を有し、好適な融点を有するから、種々の放電によるプラズマ生成時の電極損耗及び損耗材料粒子の放出を極めて微量に抑制することができる。従って、プラズマ生成用電極を用いて高純度なプラズマを発生させるプラズマ生成装置を提供することができる。更に、プラズマ生成装置による不純物の付着を抑制し、均一な被処理物表面のプラズマ処理を実現することができる。例えば、本発明に係るプラズマ生成装置により生成されたアークプラズマは、各種の加工や表面処理等に用いられ、大気圧程度の圧力下において生成可能なプラズマであり、種々の原料ガス(以下「作動ガス」と呼ぶ)から容易にプラズマを生成することができる。半導体製品、金属製品、ガラス製品、加工用部材等の被処理物表面をプラズマ処理することにより、原料ガスや供給電力に応じて表面加工(エッチング、表面コーティングなど)、表面改質(濡れ性改善、接着性改善、生体融和性改善)、洗浄及びデスミア処理等を行うことができる。   The plasma generating electrode according to the present invention has excellent oxidation resistance and a suitable melting point because at least the discharge surface is formed from a Pt / Rh-based metal, and therefore has a suitable melting point. Electrode wear and release of wear material particles can be suppressed to a very small amount. Therefore, it is possible to provide a plasma generation apparatus that generates high-purity plasma using the plasma generation electrode. Furthermore, it is possible to suppress the adhesion of impurities by the plasma generation apparatus and realize a uniform plasma treatment of the surface of the workpiece. For example, the arc plasma generated by the plasma generation apparatus according to the present invention is a plasma that can be generated under a pressure of about atmospheric pressure and is used for various processing and surface treatments. It is possible to easily generate plasma from gas). Surface processing (etching, surface coating, etc.) and surface modification (improvement of wettability) according to the raw material gas and power supply by plasma processing the surface of workpieces such as semiconductor products, metal products, glass products, and processing members , Improvement of adhesiveness, improvement of biocompatibility), washing, desmear treatment, and the like.

Claims (16)

放電によって供給ガスのプラズマを発生させるプラズマ生成装置のプラズマ生成用電極であって、このプラズマ生成用電極の少なくとも放電表面がPt1−YRh(0<Y<1)で表されるPt・Rh系金属の電極材料から形成され、前記Pt・Rh系金属の格子定数aが3.80Å〜3.92Åの範囲にあり、前記Pt・Rh系金属の結晶粒径が0.5μm〜100μmの範囲にあることを特徴とするプラズマ生成用電極。 A plasma generation electrode of a plasma generation apparatus that generates plasma of a supply gas by discharge, wherein at least a discharge surface of the plasma generation electrode is expressed by Pt 1 −Y Rh Y (0 <Y <1). It is formed from an electrode material of Rh metal, the lattice constant a of the Pt / Rh metal is in the range of 3.80 to 3.92 mm, and the crystal grain size of the Pt / Rh metal is 0.5 μm to 100 μm. An electrode for plasma generation characterized by being in a range . 前記Pt・Rh系金属の融点が1773℃〜1966℃の範囲にある請求項に記載のプラズマ生成用電極。 2. The plasma generating electrode according to claim 1 , wherein the melting point of the Pt · Rh-based metal is in a range of 1773 ° C. to 1966 ° C. 3. 前記Pt・Rh系金属の結晶構造が面心立方格子(FCC)構造である請求項1又は2に記載のプラズマ生成用電極。 The electrode for plasma generation according to claim 1 or 2 , wherein the crystal structure of the Pt / Rh metal is a face-centered cubic lattice (FCC) structure. 前記Pt・Rh系金属の密度ρが12.41g/cm〜21.45g/cmの範囲にある請求項1〜のいずれかに記載のプラズマ生成用電極。 The electrode for plasma generation according to any one of claims 1 to 3 , wherein the density ρ of the Pt · Rh-based metal is in a range of 12.41 g / cm 3 to 21.45 g / cm 3 . 前記Pt・Rh系金属のビッカース硬度HVが50Hv〜130Hvの範囲にある請求項1〜のいずれかに記載のプラズマ生成用電極。 The electrode for plasma generation according to any one of claims 1 to 4 , wherein the Pt · Rh metal has a Vickers hardness HV in a range of 50Hv to 130Hv. 前記Pt・Rh系金属に占めるRhの重量比率をX重量%とするとき、前記Pt・Rh系金属の格子定数a(Å)と前記X重量%のa−X関係式が
a=−0.00113X+3.908±0.02
で表され、前記Rhの重量比率を調整して前記格子定数aが設定される請求項1〜に記載のプラズマ生成用電極。
When the weight ratio of Rh in the Pt / Rh metal is X wt%, the a-X relational expression of the lattice constant a (Å) of the Pt / Rh metal and the X wt% is a = −0. 00113X + 3.908 ± 0.02
In the represented, plasma generation electrode according to claim 1 to 5, wherein the lattice constant a by adjusting the weight ratio of the Rh is set.
前記Pt・Rh系金属に占めるRhの重量比率をX重量%とするとき、前記Pt・Rh系金属の融点T(℃)と前記X重量%のT−X関係式が
T=−1.4890X+1836.3±70
で表される又は前記X重量%が0≦X≦30の範囲にあるときT−X関係式が
T=−5.255X+1785.3±15
で表され、前記Rhの重量比率を調整して前記融点Tが設定される請求項1〜のいずれかに記載のプラズマ生成用電極。
When the weight ratio of Rh to the Pt / Rh metal is X wt%, the melting point T (° C.) of the Pt / Rh metal and the TX relation of the X wt% is T = −1.4890X + 1836 .3 ± 70
Or when the X weight% is in the range of 0 ≦ X ≦ 30, the TX relational expression is T = −5.255X + 1785.3 ± 15
In the represented, plasma generation electrode according to any one of claims 1 to 6, wherein the melting point T is set by adjusting the weight ratio of the Rh.
前記Pt・Rh系金属に占めるRhの重量比率がX重量%であるとき、前記Pt・Rh系金属の密度ρ(g/cm)と前記X重量%の関係式が
ρ=−0.08401X+20.87±0.6
で表され、前記Rhの重量比率を調整して前記密度ρが設定される請求項1〜のいずれかに記載のプラズマ生成用電極。
When the weight ratio of Rh to the Pt · Rh metal is X wt%, the relational expression between the density ρ (g / cm 3 ) of the Pt · Rh metal and the X wt% is ρ = −0.08401X + 20 .87 ± 0.6
In the represented, plasma generation electrode according to any one of claims 1 to 7, wherein the density ρ is set by adjusting the weight ratio of the Rh.
前記Pt・Rh系金属に占めるRhの重量比率がX重量%であるとき、前記Pt・Rh系金属のビッカース硬度HV(Hv)と前記X重量%の関係式が
HV=−2.76X+51.85±15
で表され、前記Rhの重量比率を調整して前記ビッカース硬度HVが設定される請求項1〜のいずれかに記載のプラズマ生成用電極。
When the weight ratio of Rh to the Pt / Rh metal is X wt%, the relational expression between the Vickers hardness HV (Hv) of the Pt / Rh metal and the X wt% is HV = −2.76X + 51.85 ± 15
The electrode for plasma generation according to any one of claims 1 to 8 , wherein the Vickers hardness HV is set by adjusting a weight ratio of the Rh.
前記Pt・Rh系金属に占めるRhの重量比率が0重量%〜40重量%の範囲に設定される請求項1〜のいずれかに記載のプラズマ生成用電極。 The electrode for plasma generation according to any one of claims 1 to 9 , wherein a weight ratio of Rh to the Pt / Rh metal is set in a range of 0 wt% to 40 wt%. 前記放電が生起される電極が高電界電極と低電界電極を対向させて構成され、前記高電界電極の前記対向面に前記放電表面を配置し、少なくとも前記高電界電極の放電表面が前記電極材料から形成される請求項1〜10のいずれかに記載のプラズマ生成用電極。 The electrode in which the discharge is generated is configured such that a high field electrode and a low field electrode are opposed to each other, the discharge surface is disposed on the facing surface of the high field electrode, and at least the discharge surface of the high field electrode is the electrode material The electrode for plasma generation according to any one of claims 1 to 10 , formed from: 前記高電界電極が棒状電極であり、前記低電界電極がプラズマ射出口を有するノズル状電極であり、前記電極がペンジェット型電極を構成する請求項11に記載のプラズマ生成用電極。 The plasma generating electrode according to claim 11 , wherein the high electric field electrode is a rod-shaped electrode, the low electric field electrode is a nozzle electrode having a plasma injection port, and the electrode constitutes a pen jet electrode. 前記棒状電極の少なくとも先端部が前記電極材料から形成される請求項12に記載のプラズマ生成用電極。 The electrode for plasma generation according to claim 12 , wherein at least a tip portion of the rod-shaped electrode is formed of the electrode material. 前記高電界電極が放電表面側に1つ以上の突起を有する突起型電極である請求項11に記載のプラズマ生成用電極。 12. The plasma generating electrode according to claim 11 , wherein the high electric field electrode is a protruding electrode having one or more protrusions on the discharge surface side. 請求項1〜14のいずれかに記載のプラズマ生成用電極を用いてプラズマを生成することを特徴とするプラズマ生成装置。 The plasma generating apparatus and generating plasma using the plasma generation electrode according to any of claims 1-14. 請求項15に記載のプラズマ生成装置により被処理物表面をプラズマ処理することを特徴とするプラズマ処理装置。 A plasma processing apparatus, wherein a surface of an object to be processed is subjected to plasma processing by the plasma generating apparatus according to claim 15 .
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US8362386B2 (en) * 2010-06-09 2013-01-29 General Electric Company Power delivery unit, plasma spray system, and method of using plasma spray system

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03225727A (en) * 1990-01-17 1991-10-04 Esab Welding Prod Inc Electrode for plasma arc torch
JPH0780724A (en) * 1993-09-14 1995-03-28 Fuji Xerox Co Ltd Electric discharge machining device for nonconductive material
JPH07282953A (en) * 1994-04-07 1995-10-27 Toshiba Corp Corona discharging electrode and static electricity eliminating device
JPH08250056A (en) * 1995-03-07 1996-09-27 Himu Electro Kk Ion generating device and cleaning device using this ion generating device
JP2002118000A (en) * 2000-10-05 2002-04-19 Hitachi Kokusai Electric Inc Plasma processor
JP2002313599A (en) * 2001-04-18 2002-10-25 Matsushita Electric Works Ltd Plasma processing device and plasma lighting method
JP2002343535A (en) * 2001-05-21 2002-11-29 Daikin Ind Ltd Gas treatment device
JP2005123159A (en) * 2003-05-27 2005-05-12 Matsushita Electric Works Ltd Plasma processing apparatus, method for manufacturing reaction vessel for plasma generation, and plasma processing method
JP2006278191A (en) * 2005-03-30 2006-10-12 Iwasaki Electric Co Ltd Plasma jet generating electrode
JP2007294229A (en) * 2006-04-25 2007-11-08 Sharp Corp Electrode for atmospheric-pressure plasma generation

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03225727A (en) * 1990-01-17 1991-10-04 Esab Welding Prod Inc Electrode for plasma arc torch
JPH0780724A (en) * 1993-09-14 1995-03-28 Fuji Xerox Co Ltd Electric discharge machining device for nonconductive material
JPH07282953A (en) * 1994-04-07 1995-10-27 Toshiba Corp Corona discharging electrode and static electricity eliminating device
JPH08250056A (en) * 1995-03-07 1996-09-27 Himu Electro Kk Ion generating device and cleaning device using this ion generating device
JP2002118000A (en) * 2000-10-05 2002-04-19 Hitachi Kokusai Electric Inc Plasma processor
JP2002313599A (en) * 2001-04-18 2002-10-25 Matsushita Electric Works Ltd Plasma processing device and plasma lighting method
JP2002343535A (en) * 2001-05-21 2002-11-29 Daikin Ind Ltd Gas treatment device
JP2005123159A (en) * 2003-05-27 2005-05-12 Matsushita Electric Works Ltd Plasma processing apparatus, method for manufacturing reaction vessel for plasma generation, and plasma processing method
JP2006278191A (en) * 2005-03-30 2006-10-12 Iwasaki Electric Co Ltd Plasma jet generating electrode
JP2007294229A (en) * 2006-04-25 2007-11-08 Sharp Corp Electrode for atmospheric-pressure plasma generation

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