JPH0311226Y2 - - Google Patents

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JPH0311226Y2
JPH0311226Y2 JP11021886U JP11021886U JPH0311226Y2 JP H0311226 Y2 JPH0311226 Y2 JP H0311226Y2 JP 11021886 U JP11021886 U JP 11021886U JP 11021886 U JP11021886 U JP 11021886U JP H0311226 Y2 JPH0311226 Y2 JP H0311226Y2
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electrode
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conduit
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【考案の詳細な説明】[Detailed explanation of the idea]

(産業上の利用分野) 本考案はアーク蒸発型蒸着装置に係り、より詳
細には、アーク放電を発生させるアーク・カソー
ドの水冷構造に関する。 (従来の技術) 表面に硬質物質等の皮膜をコーテイングする方
法には種々の方式があるが、その中でもアーク蒸
発による蒸着法は低温コーテイングを可能にする
方法として近年注目されてきている。 第2図は上記アーク蒸発法の実施に用いる装置
の一例を示している。(特公昭58−3033号公報参
照)。図中、1は真空チヤンバで、その中にワー
ク2及びビーム銃3が配置されており、このビー
ム銃3を構成するカソード電極4と陽極5の間に
低電圧(<100V)大電流(50〜300A)を供給し
てアーク放電を発生させ、ソース金属の粒子をビ
ーム銃3から射出させてワーク上に堆積する。な
お、6は直流電源7はトリガー、8は火花供給電
源である。 かゝる装置において、電子ビーム3は、第3図
にその詳細を示すように、冷媒用の導管9を備え
た内側ハウジング10とカソード円板4を支持す
るための外側ハウジング15を有しており、内側
ハウジング10はその前面にマンホール空洞11
を形成する形状で、この空洞内に配置した円板状
シールド12とこれに連接する管状導管13によ
つて水冷ジヤケツトを構成している。 内側ハウジング10の前面端部には、マンホー
ル空洞11を閉じるようにカソード円板4がOリ
ングシール14を介して当接されており、カソー
ド円板4の端部を支持する外側ハウジング15を
ネジ止め金具(ボルト)16で内側ハウジング1
0に締め付けることにより、カソード円板4が固
定されている。なお、5は陽極、7は陽極5の溝
17を貫通して設けられたトリガー、18はカソ
ードと陽極の間に設けられた絶縁物、19は磁界
コイルである。 (考案が解決しようとする問題点) ところで、上記構成の装置によりコーテイング
処理を実施した場合、ビーム銃から水漏れが発生
するという問題がある。これは、コーテイング処
理時に真空チヤンバー内を真空引きし、カソード
円板を冷却する冷媒に圧力を掛ける必要があるの
で、これらの圧力によつてカソード円板固定用の
ボルトがしばしば緩み、Oリング面が外れ、その
装着部から冷媒が洩れるためであり、このため、
特に冷媒の供給圧力を効果的に増大できない欠点
がある。また、アーク放電が異常に走り回つてO
リングを損傷することも原因である。 本考案は、上記従来技術の欠点を解消し、冷媒
の供給圧力を増大させても水洩れの発生がないア
ーク蒸発型蒸着装置を提供することを目的とする
ものである。 (問題点を解決するための手段) 上記目的を達成するため、本考案者は、従来の
ようにOリングを用いたシール構造はシール面が
真空チヤンバー内に開放し易い直接冷却方式であ
る点に鑑み、他の冷却方式によりカソード円板を
効果的に、かつ、安全に冷却できる構造を研究し
た結果、カソード円板の背面に密閉型のジヤケツ
トを金属−金属接触させる方式を見い出し、本考
考案をなしたものである。 すなわち、本考案は、上記アーク蒸発型蒸着装
置において、カソード電極は板状の電極面と、底
面部及び立設部を有する略T字型のカソード本体
とからなり、かつ、該板状電極面の背面と該底面
とを当接し、両者を金属製パツキンを介してボル
トにてかしめてなり、ハウジング導管とこの中に
挿入した該カソード本体との間でジヤケツトを形
成したことを特徴とするものである。 以下に本考案を実施例に基づいて詳細に説明す
る。 (実施例) 第1図は本考案の一実施例に係るアーク蒸発型
蒸着装置におけるビーム銃構造を示している。 図中、4はカソード電極であり、5は円錐円筒
状の陽極で、ハウジング10のハウジング導管9
の外側に絶縁物18を介して取付けられている。
7はトリガーで、陽極5に設けた溝17を貫通し
てカソード電極4に接触されている。 カソード電極4は、1.5〜2.0mm程度の厚さの板
状の電極面40と、略T字型のカソード本体50
とで別体に構成され、カソード本体50は底面部
51と立設部52とからなり、底面部51は板状
電極面40の背面と金属パツキン20を介して当
接するように配され、立設部52はハウジング1
0のハウジング導管9内に挿入するように配され
ている。金属パツキンとしてはCu、Alなどの熱
伝導度の良い金属箔を用いる。 カソード本体50と板状電極面40とは、金属
パツキン20を介して相互に対向する面側に設け
たネジ溝内にボルト21を嵌合することによりか
しめられ、固定される。なお、カソード本体50
の底面部51はその端部においてハウジング10
の端部と溶接などにより接合されている。 上記構成により、ハウジング導管9とカソード
本体50との間に円板状シールド12を設けると
水冷ジヤケツト22が形成される。このシール構
造は、Oリングを備えておらず、シール面が密閉
された一体構造であるので、熱及び圧力に対して
強固であり、アーク放電の異常な走り周りによつ
ても損傷する部分を備えていない。また、ボルト
21には冷媒の圧力がかからないので緩むような
こともない。 なお、上記実施例では、ハウジング導管9の内
面やカソード本体50の底面部51及び立設部5
2をフラツト状にしたが、冷却効果を向上させる
ためにヒレを設ける構造にすることができる。 使用例 上記構造のビーム銃を備えたアーク蒸発型蒸着
装置を用いて、Tiをカソードとし、これを水冷
しつつ、真空チヤンバー内にN2ガスを導入して
100A、23Vの条件でTiをアーク放電させ、ドリ
ルにTiN皮膜の蒸着を行つた。また、比較のた
め、従来構造のビーム銃を備えたアーク蒸発型蒸
着装置を用いて同様の条件で蒸着を行つた。 水冷条件としては、冷媒の入口温度を18〜20℃
で一定にし、いずれも同一の供給圧力とし、蒸発
時間の経過毎に冷媒の出口温度を測定した。その
結果を第1表に示す。
(Industrial Application Field) The present invention relates to an arc evaporation type deposition apparatus, and more particularly to a water-cooled structure for an arc cathode that generates arc discharge. (Prior Art) There are various methods for coating a surface with a film of hard material, among others, vapor deposition using arc evaporation has recently attracted attention as a method that enables low-temperature coating. FIG. 2 shows an example of an apparatus used to carry out the above arc evaporation method. (See Special Publication No. 58-3033). In the figure, 1 is a vacuum chamber in which a workpiece 2 and a beam gun 3 are arranged, and a low voltage (<100 V) and a large current (50 ~300 A) is supplied to generate an arc discharge, and source metal particles are ejected from the beam gun 3 and deposited on the workpiece. Note that 6 is a DC power source 7 for a trigger, and 8 is a spark supply power source. In such a device, the electron beam 3 has an inner housing 10 with a conduit 9 for the coolant and an outer housing 15 for supporting the cathode disk 4, as shown in detail in FIG. The inner housing 10 has a manhole cavity 11 on its front surface.
A water-cooled jacket is constituted by a disk-shaped shield 12 disposed within this cavity and a tubular conduit 13 connected thereto. The cathode disc 4 is abutted on the front end of the inner housing 10 via an O-ring seal 14 so as to close the manhole cavity 11, and the outer housing 15 supporting the end of the cathode disc 4 is screwed into place. Inner housing 1 with fasteners (bolts) 16
By tightening to 0, the cathode disk 4 is fixed. In addition, 5 is an anode, 7 is a trigger provided by penetrating the groove 17 of the anode 5, 18 is an insulator provided between the cathode and the anode, and 19 is a magnetic field coil. (Problems to be Solved by the Invention) By the way, when a coating process is performed using the apparatus having the above configuration, there is a problem in that water leaks from the beam gun. This is because during the coating process, it is necessary to evacuate the vacuum chamber and apply pressure to the refrigerant that cools the cathode disk. These pressures often loosen the bolts that fix the cathode disk, causing the O-ring surface to become loose. This is because the refrigerant comes off and the refrigerant leaks from the mounting part.
In particular, there is a drawback that the supply pressure of the refrigerant cannot be effectively increased. Also, the arc discharge is running around abnormally.
Damage to the ring is also a cause. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an arc evaporation type evaporation apparatus that eliminates the drawbacks of the prior art described above and does not cause water leakage even when the supply pressure of refrigerant is increased. (Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, the present inventor points out that the conventional seal structure using an O-ring is a direct cooling method in which the sealing surface is easily opened into the vacuum chamber. In view of this, we researched structures that can effectively and safely cool the cathode disc using other cooling methods, and as a result, we discovered a method in which a metal-to-metal contact is made with a sealed jacket on the back of the cathode disc. It was invented. That is, the present invention provides the above-mentioned arc evaporation type vapor deposition apparatus, in which the cathode electrode is composed of a plate-shaped electrode surface and a substantially T-shaped cathode body having a bottom surface portion and an upright portion; The back surface of the cathode is brought into contact with the bottom surface of the cathode, and both are caulked with a bolt through a metal gasket, and a jacket is formed between the housing conduit and the cathode body inserted therein. It is. The present invention will be explained in detail below based on examples. (Embodiment) FIG. 1 shows a beam gun structure in an arc evaporation type deposition apparatus according to an embodiment of the present invention. In the figure, 4 is a cathode electrode, 5 is a conical cylindrical anode, and the housing conduit 9 of the housing 10
It is attached to the outside of the insulator 18 via an insulator 18.
A trigger 7 penetrates through a groove 17 provided in the anode 5 and comes into contact with the cathode electrode 4. The cathode electrode 4 includes a plate-shaped electrode surface 40 with a thickness of about 1.5 to 2.0 mm, and a cathode body 50 that is approximately T-shaped.
The cathode main body 50 consists of a bottom part 51 and an upright part 52, and the bottom part 51 is arranged so as to come into contact with the back surface of the plate-shaped electrode surface 40 via the metal packing 20. The installation part 52 is the housing 1
It is arranged to be inserted into the housing conduit 9 of 0. As the metal packing, metal foil with good thermal conductivity such as Cu or Al is used. The cathode main body 50 and the plate-shaped electrode surface 40 are caulked and fixed by fitting bolts 21 into thread grooves provided on surfaces facing each other via the metal packing 20. In addition, the cathode body 50
The bottom part 51 of the housing 10 is connected to the housing 10 at its end.
It is joined to the end of the wire by welding, etc. With the above configuration, when the disc-shaped shield 12 is provided between the housing conduit 9 and the cathode body 50, a water cooling jacket 22 is formed. This seal structure does not have an O-ring and is a one-piece structure with a sealed seal surface, so it is strong against heat and pressure, and is resistant to damage caused by abnormal arc discharge. Not prepared. Furthermore, since no refrigerant pressure is applied to the bolts 21, they will not loosen. In the above embodiment, the inner surface of the housing conduit 9, the bottom surface portion 51 of the cathode body 50, and the upright portion 5
2 is made into a flat shape, but it is also possible to have a structure in which fins are provided in order to improve the cooling effect. Example of use: Using an arc evaporation type evaporation device equipped with a beam gun with the above structure, Ti is used as a cathode, and N2 gas is introduced into the vacuum chamber while cooling it with water.
A TiN film was deposited on the drill by arc discharging Ti under the conditions of 100A and 23V. For comparison, vapor deposition was performed under similar conditions using an arc evaporation type vapor deposition apparatus equipped with a beam gun of a conventional structure. For water cooling conditions, set the refrigerant inlet temperature to 18 to 20℃.
The supply pressure was kept constant in both cases, and the outlet temperature of the refrigerant was measured every time the evaporation time elapsed. The results are shown in Table 1.

【表】 同表より、従来法と本法とで冷媒の出口温度に
殆ど差がなく、カソードの冷却効果がいずれも良
好である。 なお、本法の場合、以後、長時間運転しても水
洩れ事故は全くみられなかつた。 (考案の効果) 以上詳述したように、本考案によれば、アーク
蒸発型蒸着装置におけるアーク・カソードの冷却
構造をOリングを使用せずに間接冷却方式の構成
にしたので、水洩れのおそれが全くなく、良好な
冷却効果を有し、安定したコーテイング処理を安
全に実施することが可能となる。
[Table] From the same table, there is almost no difference in the refrigerant outlet temperature between the conventional method and this method, and the cathode cooling effect is good in both cases. In addition, in the case of this method, no water leakage accidents were observed even after long-term operation. (Effects of the invention) As detailed above, according to the invention, the cooling structure of the arc cathode in the arc evaporation type evaporation apparatus is configured as an indirect cooling method without using an O-ring, thereby preventing water leakage. There is no fear, it has a good cooling effect, and it becomes possible to safely perform stable coating processing.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本考案の一実施例に係るアーク蒸発型
蒸着装置におけるビーム銃を示す断面図、第2図
及び第3図は従来のアーク蒸発型蒸着装置を示す
図で、第2図は装置全体の断面図、第3図はビー
ム銃を示す断面図である。 1……真空チヤンバー、2……ワーク、3……
ビーム銃、4……カソード電極、5……陽極、7
……トリガー、9……ハウジング導管、10……
ハウジング、12……シールド板、17……溝、
18……絶縁物、20……金属パツキン、21…
…ボルト、22……ジヤケツト、40……板状電
極面、50……カソード本体、51……底面部、
52……立設部。
FIG. 1 is a sectional view showing a beam gun in an arc evaporation type deposition apparatus according to an embodiment of the present invention, FIGS. 2 and 3 are views showing a conventional arc evaporation type evaporation apparatus, and FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view showing the beam gun. 1...Vacuum chamber, 2...Workpiece, 3...
Beam gun, 4... cathode electrode, 5... anode, 7
...Trigger, 9...Housing conduit, 10...
Housing, 12... Shield plate, 17... Groove,
18...Insulator, 20...Metal packing, 21...
... Bolt, 22 ... Jacket, 40 ... Plate electrode surface, 50 ... Cathode body, 51 ... Bottom part,
52... Erected part.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] ハウジングに取付けた板状のカソード電極と、
該カソード電極の近傍に配置した円錐円筒状の陽
極及びトリガーとを有し、該カソード電極がハウ
ジングの導管内に供給される冷媒により水冷され
る構造のビーム銃を真空チヤンバ内に備えたアー
ク蒸発型蒸着装置において、前記カソード電極は
板状の電極面と、底面部及び立設部を有する略T
字型のカソード本体とからなり、かつ、該板状電
極面の背面と該底面とを当接し、両者を金属パツ
キンを介してボルトにてかしめてなり、前記ハウ
ジング導管とこの中に挿入した該カソード本体と
の間でジヤケツトを形成したことを特徴とするア
ーク蒸発型蒸着装置におけるアーク・カソードの
シールレス水冷電極。
A plate-shaped cathode electrode attached to the housing,
An arc evaporator comprising a beam gun in a vacuum chamber, which has a conical cylindrical anode and a trigger disposed near the cathode electrode, and the cathode electrode is water-cooled by a refrigerant supplied into a conduit of a housing. In the mold vapor deposition apparatus, the cathode electrode has a plate-shaped electrode surface, a bottom surface portion, and an upright portion.
The back surface of the plate-shaped electrode surface and the bottom surface are in contact with each other, and both are caulked with bolts via a metal gasket, and the housing conduit and the cathode body inserted into the housing conduit are A sealless water-cooled electrode for an arc cathode in an arc evaporation type deposition apparatus, characterized in that a jacket is formed between the electrode and the cathode body.
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