JPH03193879A - プラズマｃｖｄ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は管状基材、特に複雑な形状を有する管状基材の
内側表面のコーティングに適したプラズマＣＶＤ装置に
関するものである。

［従来の技術］ 管状基材の内側表面にセラミックスや金属等をコーティ
ングすることにより基材表面の耐食性、耐摩耗性を向上
させ、基材の安全性、信頼性を向上させることが近年盛
んに行われているが、このコーティングは第２図に示す
ような装置で実施されている。図において１０は真空容
器を示し、真空容器１Ｇの中心にその底部より原料ガス
供給パイプ先端につながるノズル３が突出して配置され
る。

該ノズルは、図に示すようにパイプ状で被コーティング
基材１の上端から下端に至る間に、配列を決めてノズル
３の内外に連通ずる複数の細孔３″が放射状、且つ上下
方向において一様に形成される。この複数の細孔３′を
有するノズル３を囲んで同軸状に真空容器１０の底部に
絶縁体７が設置され、この絶縁体７上に被コーティング
基材１を載置する導電性の被コーティング支持台５が固
定される。４は、真空容器ｌＧの外側に設置されたヒー
ターで１１は真空容器ｌＯの底部に設けた排気パイプで
ある。

前記ノズル３は金属製であって、接地され、導電性の支
持台５は高周波電源８と接続される。

前記絶縁された支持台５の上に被コーティング基材１を
載置し、真空容器ｌＯを閉じ、排気パイプ１１を介して
真空引きし、ノズル３より原料ガスを供給し、これを細
孔３゛より吹出し、高周波電源８を印加すると、前記基
材１とノズル３とが電極となってグロー放電を生じ、細
孔３゛より導入された原料ガスを反応、分解させ、基材
１の内側表面に薄膜を形成することができる。

又、別の方式のものとしては、プラズマ中で管状被コー
ティング基材に回転運動を与えながら薄膜をコーティン
グするものもある。

［発明が解決しようとする課題］ 前記、従来のプラズマＣＶＤ装置において、原料ガスは
高周波電極（管状被コーティング基材）と対向電極（ノ
ズル）の間に起こるグロー放電により励起、活性化され
る。従って高品質な薄膜を得る目的で原料ガスの励起、
活性化を高いものにしようとするならば、グロー放電の
強度を増加させねばならず、それには極めて大きな投入
出力を必要とするという欠点があった。その一方で投入
出力を大きくすれば、グロー放電により被コーティング
基材が加熱され、被コーティング基材が熱的損傷を受け
るという問題があった。

［課題を解決するための手段］ 本発明は前記課題を解決するためになされたものであっ
て、真空容器内でグロー放電によりノズルから導入され
たガスを反応、分解させ、被コーティング基材表面に薄
膜を形成するプラズマＣＶＤ装置において、前記ノズル
は真空容器内中心に突出して配置されたパイプ状で、複
数の細孔が放射状、且つ上下方向に一様に形成されてお
り、該ノズルを囲む同軸状にメツシュ電極を配置し、さ
らに該メツシュ電極外周部に被コーティング基材が同軸
状に載置できるようになされており、前記ノズルは接地
され、前記メツシュ電極は高周波電源と接続し、前記被
コーティング基材にはメツシュ電極に対し負の電位が印
加できるように直流電源を接続し、真空容器外部又は内
部にはヒーターを設けるように構成したものである。

以下、第１図に示す実施例について本発明の説明をする
。図は、本発明装置の概略図の一例を示し、第２図と同
一部分は同一符号を用いる。図に示すように真空容器ｌ
Ｏの内部にはその中心より、ノズル３、メツシュ電極２
、被コーティング基材支持台５の順で各々同軸状に配置
されている。ノズル３は原料ガス供給パイプの先端につ
ながり、第２図で示した従来装置のそれと同様に多数の
細孔３′を有するパイプ状で、真空容器内中心に突出し
て配置されている。このノズル３を囲んで同軸状に真空
容器内底部より絶縁体７に支持された導電性のメツシュ
電極支持台６が設置され、該支持台６の上には金属製で
網目状のメツシュ電極２が固定されている。又、前記メ
ツシュ電極の外周部には、管状被コーティング基材が同
軸状に載置できるように絶縁体７上に固定された導電性
の被コーティング基材支持台５が配置されている。

高周波電源８の一方の端子はメツシュ電極支持台６に接
続され、他方の端子は接地される。可変電圧直流電源９
の負の端子は被コーティング基材支持台５に接続され、
正の端子は接地される。

尚、ノズル３は図に示すように接地されている。

これらを備えた真空容器は、その外部に設けられたヒー
ター４により所定の温度まで昇温、維持できるように構
成されており、排気パイプ１１を介して真空引きし、高
周波電源８の印加によりメツシュ電極２と基材１との間
でグロー放電が起こり、ノズル３に設けられた細孔３゛
より吹出される原料ガスはメツシュ電極２の網目を通り
ぬけ励起活性化され基材１の表面に達し薄膜が形成され
る。

［作用コ 先に述べたように、ノズル３は多数のＩｉｎ孔３’ヲ有
しており、この細孔壁よりイオン、自由電子等の供給が
活発に行われることにより原料ガスの励起、高活性化が
達成される。又、コーティング時にはメツシュ電極に高
周波電圧を印加し、被コーティング基材に負の電圧を印
加し、これらの間でグロー放電を起こさせるため、コー
ティング時の被コーティング基材の温度は低温でありそ
の熱的損傷を避けることが可能となる。

ところで、前記メツシュ電極の目のサイズについてであ
るが、該サイズが大きすぎるとメツシュ模様が薄膜上に
形成されるため、目のサイズは一辺が５０１ｍ以下のも
のを用いるのが適当である。

又、被コーティング基材とメツシュ電極との間隔ｄ、及
びメツシュ電極とノズルとの間隔ｄ２との比率は、ホロ
カソード放電の効果が生かせて、かつメツシュ模様が薄
膜上に形成されない程度がよい。

これに関し、前記比率を変化させてＴＩＮコーティング
の密着性及び色調に関する実験を行った。

被コーティング基材として直径５０ｍａ１内径４４１１
長さ５０ｈｍのステンレス製パイプヲ用い、メツシュ電
極の目のサイズは５ｍｍのものを使用し、原料ガスとし
てＴｌＣｆ４及びＮＨ３を用いた。

そして、前記比率を変化させＮ　Ｏ，３Ｔｏｒｒまで真
空引きした容器中で、被コーティング基材に一１００Ｖ
の直流電圧を印加しメツシュ電極には出力１ｋｍｌの１
３．５８ＭＨｚの高周波電源を印加してコーティングを
行ったＴＩＮ膜について各々の条件で密着性と色調につ
いての評価を行った。その結果を表１に示す。

表　　１ ＊　メツシュ電極が薄膜にうつる。

表１に示すようにｄ８とｄＱの比率を１：２ｏ及至２゜
：１とすれば、高い密着性を育し外観上光沢のある黄金
色を呈した高品質な薄膜が形成されることがわかる。前
記比率が１＝３０のときは、密着性が低く色調も不良な
上、メツシュ模様が薄膜上に形成されてしまう。以上と
は異なり、前記比率を３０：１とした場合、メツシュ模
様が薄膜上に形成されることはなかったが、密着性が低
く、色調の点でも不良であった。

［試作例コ 以下において本発明のプラズマＣＶＤ装置によるＴＩＮ
膜のコーティング試作例を示す。

被コーティング基材として長さ５００ｍｍ１外径５０■
、内径４４１ｎ１Ｍのステンレス製パイプを用い、直径
３０ｍｍで目のサイズが６■の金属製メツシュ電極を前
記比率ｄ、：ｄ２が１：１となるように各々支持台７及
び６の上にセットした上、高周波電源をメツシュ電極支
持台に接続し、直流電源をステンレスパイプの載置され
た被コーティング基材支持台に接続し、ノズルは接地を
行った。

容器内を０．３Ｔｏｒｒまで真空引きし、外部ヒーター
により所定の温度まで昇温する。コーティングを行う前
に、　Ａｒガスを０．ＩＴｏｒｒまでノズルを介して導
入し、ステンレパイプに一１０００ｖを印加して直流放
電によりパイプ内側のクリーニングを行った。クリーニ
ングの後、ステンレスパイプにマイナス！００ｖの直流
電圧を印加した状態でメツシュ電極に１３．５６翼［１
ｚの高周波を印加し、ノズルより原料ガスとしてＴｌＣ
ｆ４及びＮ１１Ｇを供給してＴＩＮコーティングを行っ
た。この際のステンレスパイプの表面温度は５００℃で
あった。

このようにしてＴＩＮコーティングを行った結果、膜厚
は２及至３ｊｍと均一な膜厚で外観上光沢のある黄金色
を呈しており、密着度はステンレスパイプの全長にわた
り３０±５Ｎと高い値を示した。

メツシュ電極を用いずに従来装置同様、被コーティング
基材とノズルとの間のグロー放電によりτＩＮコーティ
ングを行った場合、薄膜には電場の影響による光沢むら
が生じており、密着度は２ＯＮ以下であった。

［発明の効果コ 以上説明したように、ノズルに形成された細孔よりイオ
ン、自由電子等の供給が活発に行われるため原料ガスの
励起、高活性化がなされ、コーティング時には、メツシ
ュ電極に高周波が印加され、被コーティング基材に負の
電圧が印加され、これらの間でグロー放電を行うため、
被コーティング基材は低温であり熱的損傷を避けること
ができる。このため被コーティング基材に高周波を印加
し、これとノズルとの間でグロー放電を起こすことによ
りコーティングを行った従来のプラズマＣＶＤ装置に比
べ、同じ消費電力によって被コーｌｔ ティング基材がより低温状態で、密着−、硬度が高く、
色調も良好な高品質な薄膜を形成することができる。

特に被コーティング基材が管状の複雑形状を存する場合
にも本発明により高品質な薄膜を形成することが可能で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例装置の概略図を示し、第２図は従
来装置の概略図を示す。 １・・・被コーティング基材、２・・・メツシュ電極、
３・・・ノズル、３′・・・細孔、４・・・ヒーター、
５・・・被コーティング基材支持台、６・・・メツシュ
電極支持台、７・・・絶縁物、８・・・高周波電源、９
・・・直流電源、ｌＯ・・・真空容器、１１・・・排気
パイプ。 ′＃、　１　図 ３′

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）真空容器内でグロー放電によりノズルから導入さ
   れたガスを反応分解させ、被コーティング基材表面に薄
   膜を形成するプラズマＣＶＤ装置において、前記真空容
   器内に多数の細孔が放射状かつ長さ方向に一様に形成さ
   れるパイプ状のノズルを配置し、該ノズルを囲んで同軸
   状にメッシュ電極を配置し、該メッシュ電極の外側に被
   コーティング基材を同軸状に配置できるようにし、前記
   ノズルを接地するとともに前記メッシュ電極に高周波電
   源を接続し、前記被コーティング基材に負の電位を与え
   るようにし、前記真空容器外側又は内側にヒーターを設
   けたことを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
2. （２）メッシュ電極のメッシュの目のサイズを５０ｍｍ
   以下とし、被コーティング基材とメッシュ電極の間隔及
   びメッシュ電極とノズルの間隔との比率が２０：１及至
   １：２０とすることを特徴とする請求項（１）のプラズ
   マＣＶＤ装置。