JPS6154868B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、グロー放電処理方法に関し、さらに
詳しくは、減圧した気密性容器内でグロー放電を
発生させて材料の熱処理、特に窒化処理等の表面
処理を行なう方法に関するものである。

〔発明の背景〕

金属材料の表面処理技術の１種であるグロー放
電による表面処理は近年脚光をあびてきている。
その代表例として、イオン窒化処理があるが、こ
の技術は、少なくとも10^-1Torr以下に減圧した
気密容器内にグロー放電用のガス体、例えば水素
ガスと窒素ガスを導入し、被処理品を陰極として
外部の直流電源から電圧を印加してグロー放電を
発生させ、表面窒化処理を行なうものである。

第１図に、イオン窒化を行なう代表的なグロー
放電処理装置の概略断面図を示す。この装置は、
ガス導入口４および排出口５を有する気密容器１
と、該容器壁に設けられた陽極端子３と、該容器
内に懸架された被処理品２とからなる。なお、図
中６は、真空計端子である。一般には、被処理品
２が陰極となり、気密容器１が陽極になる。気密
容器１は、グロー放電の輻射熱によつて容器外周
部の機器や部品が加熱劣化しないようにするた
め、水冷構造になつている。

上記装置を用いて、イオン窒化を行なう場合に
は、まず気密容器１内を10^-1Torr以下に減圧
し、次いで、水素ガスと窒素ガス、またはアンモ
ニアガス単独、もしくは前記水素ガスと窒素ガス
の少なくとも一方とアンモニアガスとの混合ガス
を導入して0.1〜10Torrの圧力にする。そして、
気密容器１を陽極とし、被処理品を陰極として、
300〜1500Vの直流電圧を印加し、グロー放電を
発生させて窒素原子を被処理品の材料内部に拡散
させて表面硬化を行なう。グロー放電によつて、
被処理品は、窒化温度（約500〜570℃）まで加熱
されるので、一般に外部からの加熱源は不要であ
る。

グロー放電表面処理などイオン衝撃エネルギー
を熱エネルギーとして被処理品を加熱して、ある
温度に保持して表面処理する場合の熱の収受は、
イオンエネルギーの熱交換、被処理品間や電極な
どからの輻射熱であり、熱放出による熱損失は輻
射熱、処理ガスの対流、電極からの熱電導などで
ある。上記装置の加熱状態をみれば、グロー放電
面はお互いに他の表面に対して加熱源（輻射の上
で）となる。一方、被処理品２からみると陽極と
なつている水冷構造の気密容器１は輻射熱の吸収
体となるので、被処理品２は気密容器からの距離
によつて異なるような冷却を受ける。このため、
形状および大きさが同一の被処理品が互いに対称
になるように配置し、被処理品からの輻射エネル
ギーまたは気密容器からの冷却の影響が均一にな
るように考慮している。

しかしながら、被処理品の大きさや形状が異な
るものを同一の気密容器内で同時に処理する場合
には、被処理品のグロー放電の面積率（体積に対
する表面積）の差、被処理品の相互の輻射熱、気
密容器からの距離に応じた放射量の差などによ
り、被処理品の温度が不均一となり、特に気密容
器からの相対的位置関係、被処理品間の相対的位
置関係などにより、被処理品内でも位置により温
度差を生じ、均質な表面処理が困難になるという
問題がある。この現象は、電圧を高くして加熱温
度を高くするほど顕著となり、従つて、イオン浸
炭など700℃以上の処理を要するものは、上記従
来の装置では、温度分布の差が大きくなり、均一
な処理が困難であつた。

一方、グロー放電の加熱における昇温過程で
は、被処理品表面からの吸着分子の放出により、
グローが不安定となり、アーク放電に移行すると
いう問題がある。特に、複雑な形状で狭い間隔の
ある部品、焼ばめなどのある部品、焼入れして充
分に洗浄をすることが困難である部品の処理で
は、アーク放電への移行により均一な処理が困難
になるとともに、アークによる表面粗化が大きな
問題になつている。このような現象は、被処理品
を予め真空中で加熱して脱ガス処理を行なうこと
により、防止することができる。例えば、気密性
容器内にグラフアイトクロスまたはモリブデンヒ
ータなどを装備し、それにグロー電源とは別個の
電源（交流電源）を加え、電圧を印加して予め加
熱処理する方法が考えられる。しかし、この場合
には、脱ガス用電源とイオン窒化用電源の２つが
必要になるので、電源切換えと温度制御の系統が
複雑になるという欠点がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、グロー放電処理における上記
従来の欠点を除き、被処理品の予備熱処理を効率
よく行なうとともに、異なる形状の被処理品も一
様な温度分布で表面処理することできるグロー放
電処理方法を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、気密容器を陽極とし、被処理品を陰
極とするグロー放電処理法において、上記被処理
品の周囲に別の陰極を設け、上記気密容器と上記
被処理品との間でグロー放電を生じさせる前に、
上記別の陰極と上記陽極とによつてグロー放電を
生じさせて被処理品を予熱し、その後、上記容器
と上記別の陰極によるグロー放電を継続したまま
で上記容器と上記被処理品とによつてグロー放電
を行うものである。

気密容器と上記別の陰極との間で発生させるグ
ロー放電は、気密容器と被処理品との間でグロー
放電させている最中にも継続する。このようにし
て被処理品の加熱を継続することにより、被処理
品と容器間でのグロー放電における電圧を加熱を
継続しないときにくらべて下げることができ、温
度むら防止効果を一段と高めることができる。

本発明を実施する装置は、従来の一般的な処理
装置において、気密容器内の被処理品の周囲の位
置に別の陰極を設け、該陰極を上記容器と上記被
処理品とを接続する直流電源回路に接続すること
によつて得られる。

本発明によれば、被処理品が加熱されるときの
温度むらが著しく軽減される。このため、良好な
処理品が得られる。又、アーク放電に移行するこ
とが非常に少なくなるので、被処理品の表面粗化
を抑制できる。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を図面により、さらに詳細に説明
する。

第２図は、本発明の一実施例を示すグロー放電
処理装置の概略断面図である。

この装置は、第１図の従来装置において、気密
容器１の壁と被処理品２の間に別の陰極すなわち
積層板状の中間陰極（例えばニツケル板）７を設
けたものである。上記構成において、グロー放電
による表面処理を行なう前の予備熱処理は、中間
陰極７と容器壁との間にグロー放電を発生させる
ことによつて行なわれる。その後、中間陰極７を
オン状態にして容器壁とによるグロー放電を継続
したまま容器壁を陽極とし被処理品を陰極として
グロー放電させることにより、被処理品の、表面
処理が行なわれる。このようにして、従来の交流
電源を用いたヒーター等による熱処理の場合に較
べて、共通の直流電源を用いて予備熱処理も行な
うことができ、装置を簡略化することができる。

第３図は、本発明の他の実施例を示すもので、
第２図の実施例において、中間陰極７と容器壁と
の間にさらに中間壁８を設けたものである。この
ように中間壁８は、熱しやへい板の役割をし、輻
射熱、対流、電極からの熱伝導等による装置外へ
の熱損失を減少させ、また、被処理品の温度分布
をより均一にすることができる。

〔発明の効果〕

以上、本発明によれば、被処理品の予熱段階お
よびグロー放電表面処理段階において、加熱が一
様に行なわれ、かつグロー放電がアーク放電に移
行することがないので、温度分布が均一になり、
また、アークによる表面粗化を防止することがで
きる。さらに、被処理品の予備加熱をグロー放電
によつて行うことにより、後の表面処理の際のグ
ロー放電の場合と共通の直流電源を用いることが
でき、装置を簡略化することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来のグロー放電処理装置を示す概
略断面図、第２図および第３図は、それぞれ本発
明の実施例を示すグロー放電処理装置の概略断面
図である。 １…気密容器、２…被処理品、３…陽極端子、
４…ガス導入口、５…ガス排出口、７…中間電
極、８…中間壁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 陽極となる気密容器内に、陰極となる被処理
   品を設置してグロー放電を生じさせ、該グロー放
   電により上記容器内のガスをイオン化して上記被
   処理品を放電処理する方法において、上記容器内
   の上記被処理品の周囲に別の陰極を設けて、上記
   容器壁との間でグロー放電を生じさせて上記被処
   理品を予熱したのち、上記別の陰極によるグロー
   放電を継続したままで上記被処理品と上記容器壁
   とによつてグロー放電を生じさせることを特徴と
   するグロー放電処理方法。