JPS5827344B2

JPS5827344B2 - 低電圧処理可能なグロ−放電処理法並びにその装置

Info

Publication number: JPS5827344B2
Application number: JP8470676A
Authority: JP
Inventors: 一恵小林; 寛紀田中; 兼生林
Original assignee: Fuji Electronics Industry Co Ltd
Current assignee: Fuji Electronics Industry Co Ltd
Priority date: 1976-07-16
Filing date: 1976-07-16
Publication date: 1983-06-08
Also published as: JPS5310334A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は減圧下の処理ガス雰囲気下の密閉チャンバ内で
金属製品物をグロー放電させて上記処理ガスによるイオ
ンボンバードをもって表面処理をする方法と装置の改良
に関する。

イオン窒化法にて代表される此種処理に於て、本発明の
解決課題として採り上げた所は、グロー放電の開始電圧
が比較的高いために惹起する次のような諸点である。

これを少し詳しく述べると、従来は第１図に示すような
時間−電圧、電流特性に従ってグロー放電を行なってい
た。

即ち、先づカソードテーブル上の品物とチャンバ（壁）
との間にグロー放電開始電圧Ｖｏを印加せしめると暫時
してグロー放電が開始して電圧■、に急激に降下して電
流が増加する。

この電圧■１をグロー放電維持電圧として処理すると、
アーク放電を発生する場合があるので通常は操作者の判
断によって■１以下の電圧■２に降圧させて両肩この維
持スタート電圧■２で処理をしたあと、階段的に■３．
Ｖ４゜■５と昇圧させて電圧■５にて品物６の所定の表
面温度を維持するのが一般である。

各電圧■１〜Ｖ。に対応する電流１１〜Ｉ５も同じく階
段的に上昇する（なお、こ＼でのＶ５．Ｉ５はＶｎ、Ｉ
ｎとして理解されるべきである）。

しかして、上記従来法に於ては次のような問題点がなお
残されている。

（イ）上記のようにアーク放電阻止のためにグロー発生
直后人為的にグロー維持電圧■２に降圧させる経験的判
断と操作とが必要となるのでグロー管理が煩しい。

（ロ）また、第４図を採って後述もするが、アーク放電
発生后、グロー安定器が作動して電力を遮断した后、再
びグロー放電を開始させるには少なくとも初期電圧■０
を再び与えないとグローが発生しない。

例えば維持電圧■２にてアーク放電が生起し安定器の作
動によって主回路を遮断した后その電圧■２に復帰して
もグロー放電は生起しない。

従って、人為的に初期電圧Ｖ。を再度印加してやり同時
に維持電圧■２に降圧させねばならないが、こへに於て
も電圧調整が煩しいばかりではなく初期電圧Ｖｏが高い
場合には再び第２、第３のアーク放電発生の危険がある
。

（ハ）つまり、上述の如く品物に対して急激な高電圧の
グロー放電状態を形成せしめる点に問題があり、（イ）
（ロ）によって安定なグロー放電を維持してゆく上での
自動化が困難であった。

本発明は凡そ上記問題点を解決したものであって、本処
理用グロー放電とは別個に品物と第３電極との間に常に
予備グロー放電を生起させておくことにより本処理のグ
ロー放電を従来より遥かに低電圧によってスタートさせ
得るように且つ安定したグロー放電を維持し易いように
すると共に上記の予備グセ−放電を高電圧低電流回路に
よって行なわせることにより予備グロー放電に於てもア
ーク放電をさせることのないように図ったものである。

以下本発明をグロー放電イオン窒化装置を例に採った実
施例装置に従って詳述する。

第２図に於て１は導電性密閉チャンバで、２はその上部
に突入させた不活性ガス導入パイプ、３は処理ガス導入
パイプ、４は真空ポンプＰに接続されたチャンバ内ガス
の排出パイプ、５はチャンバ１内に絶縁的に突入させた
カソードテーブル、６はその上に載置した金属製品物、
７はカソードテーブル５とチャンバ１との間に本処理用
のグロー電圧を印加せしめる電源、８は可変抵抗器、■
は主電源回路で、こ＼迄は従来のグロー放電処理装置（
イオン窒化装置にて代表される）と変らない。

さて本発明では、か５る装置に於て、品物６とチャンバ
１との間に予備グロー放電を生起せしめるためにチャン
バ１内に品物６とは非接触的に第３の電極（こ＼では第
２のアノード）を配置させてこのアノード９とチャンバ
１とに高電圧低電流の副回路■を形成したことを新規と
しており、１０はその電源、１１は高抵抗である。

このアノード９の位置は品物６に至近とすることが予備
グロー放電を効果的とする意味で望ましいが、必ずしも
その通りに限定されない。

望ましい実施例に於て、電源１０は１５００Ｖ、抵抗１
１は２０に、ＩＱでこの抵抗１１を大抵抗値とすること
によって予備グロー放電の印加電圧を犬となし併せて回
路電流を小さくし予備グロー放電中のアーク発生を極力
阻止する配慮がなされている。

なお、主回路Ｉの電源７は最高５００Ｖとしである。

次に上記装置を用いて本発明を実施する要領は、チャン
バ１内をポンプＰによって減圧にしながら導入パイプ２
より不活性ガス（Ａｒ＋Ｈｅ＋Ｈ２等）を、また処理ガ
ス導入パイプ３よりＮ２ガスを両者が所定の混合比とな
るように夫々導入して所定の真空度１０−５〜２Ｑ
’ｒｏｒｒに維持して先づ、第３電極９とチャンバ１間
に電圧を印加することによって品物６と電極９間にグロ
ー放電を予め生起させる。

この予備グロー放電を成る期間維持した宿主回路Ｉを作
動させるのであるが、この処理に於ける時間−電圧・時
間−電流特性を第２図に示す。

先づ、本処理用グロー放電は従来法と処理条件が同一で
あるとすれば、品物６と電極９との間に予めグローが発
生していることから従来法に於けるグロースタート維持
電圧■２の印加によってグローがスタートする。

この時の対応電流Ｉ２も従来の対応電流Ｉ２と同じであ
る。

一定の経時后上記電圧■２を階段的に昇圧して■３．■
４．■５に至らしめ品物６の表面温度を処理に必要な温
度となしてこの電圧■５（電流■５）にて本処理を遂行
させるのである。

上述によって本発明法と従来法との根本的相違はグロー
スタートに必要な頭初の電圧にあり、第１図、第２図の
一例に於てその差は７５０−３００＝４５０（Ｖ）であ
る。

このような低電圧によってグローをスタートし得るのは
品物６と電極９との間に高電圧低電流を用いた予備グロ
ー放電を発生せしめているためであり、この予備グロー
放電は本処理のグロー放電に係りなく処理サイクル中常
時持続されているものであり例えば、不測のアーク放電
が開始してグロー安定器の動作によって主回路Ｉが遮断
されても副回路■はなお閉成されて予備グロー放電が続
けられる。

従って、アーク放電発生后、再びグロー放電処理に浸入
る場合も第２図と殆んど同様な電圧−電流特性に従って
本処理を行うことが出来る。

そしてこの予備グロー放電は第３図のような大抵抗１１
を用いた高電圧低電流の回路■によって実施するので、
この予備グロー放電中にアークの発生がないのである。

以下に本発明法を具体的な実施例に基いて詳述する。

（実施例）ａ）処理目的：イオン窒化ｂ）ガス雰囲気：Ｎ２とＮ２との混合ガス（混合比Ｈ２
７：Ｎ２５）で減圧度ハ５ＴＯｒｒ○Ｃ）チャンバ：ア
ノード電位ｄ）品物（鍛造用金型・・・重量１００ｋｇ）：カソー
ド電位ｅ）第３電極ニアノード（鉄）ｆ）電圧・電流特性：第２図に示す如くグロー放電開始
電圧■ｏ−■２３００■より３０分毎に昇圧させて９０
分后にＶ５４５０Ｖの処理温度の維持電圧として５時間
グロー放電窒化処理をした。

ｇ）品物表面温度：５００’Ｃｈ）予備グロー放電処理：本処理に先掛けて第３電極と
品物との間に１５００Ｖ［電流０．０５Ａｍｐ）の電圧
を印加して維持してｄ）の電圧・電流特性に従った本処
理サイクルに移った。

（比較例）ａ）処理目的ｂ）ｇ、＜雰囲気実ユ例（、同。

Ｃ）チャンバｄ）品物ｆ）電圧・電流特性：第１図のように初期グｏ −放電
開始電圧的７５０■を印加して放電開始后、電圧がＶ１
４００Ｖに降圧するや否や（電流■１はこの時１２Ａ
ｍｐ）手動にて■２３００■に強制的に降圧（電流は４
．５Ａｍｐ）せしめ両肩第２図と同様なサイクルを
おいて階段的昇圧サイクルに従って同５時間処理をした
。

〔考察〕

上側より明らかなように本発明の場合は初期電圧を３０
０Ｖの低電圧より開始可能であるのに対し従来法では遥
かに高い電圧を必要としている。

従って本発明では極く簡単なステップボルトアジャスタ
を用いれば特段の管理波器を要することなくグロー放電
処理が可能であるから自動化が容易であり、自動化によ
っても段階的昇圧を採るためにアーク放電の危険がない
。

一方、従来法では（比較例）の操作に於て述べたように
アーク放電を回避するためにはグロー開始后人為的に３
００Ｖのレベルに降圧せねばならないので電圧管理に特
殊な技イ雨が必要であり、万一、自動化に踏み切るとグ
ロー開始后いきなり４００Ｖの高電圧に移行するのでア
ーク放電の発生の危険を見ることになる。

更にまた本発明処理サイクルに於て万一アーク放電が生
起してグロー安定器が作動して電力を遮断し、その后再
び出力を遂次元に戻す場合を第４図に示すと、アーク放
電によって電力を遮断した時間ｔ、より所定のグロー放
電維持電流Ａに至る時間ｔ２迄は電流は図中鎖線の如く
極めて緩やかな上昇を続け（１，とｔ２との間約１０秒
位）られるのでアーク放電の再発の心配がない。

これを電圧側からみると本発明では初期電圧Ｖｏ＝Ｖ２
が他のグロー維持電圧（Ｖ３．Ｖ４．Ｖ５）より安定器
によって元の出力が与えられた時上記勤によって容易に
スタートが出来る。

之に対して従来法に於ては同じ状態に立至った時第４図
の時間ｔ１よりｔ３に至る迄はグロー放電は行なわれな
いで時間ｔ２に至った時は急激な放電が開始して電流値
が一挙にＡｏに至る。

従って、この衝撃によって再びアーク放電に移行する可
能性が高くなるのである。

また、電圧側からみた場合、既に説明の如く安定器によ
る復帰電圧よりグロー開始初期電圧Ｖｏが高いので、グ
ローがスタートしない不都合がある。

以上述べた所から明らかなように、本発明によれば、品
物と第３電極との間に常時高電圧低電流による予備グロ
ー放電を発生維持せしめることによって、グロースター
ト電圧を低電圧で行なえ、安定したグロー放電の維持、
アーク放電の防止が可能且つ自動化の出来る優れた効果
がある。

なお、第３電極は設例の場合はアノードとして説明した
がチャンバ、品物の電位が逆転せる場合はカソードとし
て機能することは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来法に於ける時間−電圧、電流特性グラフ、
第２図は本発明法に於ける時間−電圧・電流特性図、第
３図は本発明装置の概略図、第４図はアーク放電によっ
て電力を遮断した后再びグロー放電を行なう際の時間−
電流特性グラフを示す。符号の説明、１・・・・・・チャンバ、２・・・・・・
不活性ガス導入パイプ、３・・・・・・処理ガス導入パ
イプ、４・・・・・・ガスの排出パイプ、５・・・・・
・カソードテーブル、６・・・・・・金属製品物、７・
・・・・・電源、８・・・・・・可変抵抗器、９・・・
・・・第３電極、１０・・・・・・電源、抵抗、■・・
・・・・主回路、■・・・・・・副回路。１１・・・・・・高

Claims

【特許請求の範囲】１減圧下且つ処理ガス雰囲気下の密閉チャンバ内に金
属製品物を置いてこのチャンバと、上記品物との間に所
定の電位を与えてこの間にグロー放電を生起せしめ上記
ガスによる処理をする法に於て、上記のグロー放電に先
行してチャンバ内に第３電極を配置してこの第３電極と
品部間に高電圧低電流下で予備グロー放電を生起・持続
せしめながら上記の品物とチャンバ間に本処理用のグロ
ー放電を低電圧により発生せしめることを特徴とする低
電圧処理の可能なグロー放電処理法。２導電性密閉チャンバと、このチャンバ内に設置した
電極テーブルと、この電極テーブル上に載置した金属製
品物と、この品物と非接触的に上記チャンバ内に配置せ
しめた第３電極と、前記電極テーブル並びにチャンバ間
にグロー放電を発生せしめるための主回路と、上記品物
と前記第３電極間に常時予備グロー放電を生ぜしめるた
めの高電圧低電流の副回路と、より成る低電圧処理の可
能なグロー放電処理用装置。