JPS63134658A - 中空体内面へのコ−テイング方法 - 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〕 この発明は、イオンビームを用いたスパッタリングによ
り中空な物体の内面に密着性のよい膜を均一にコーティ
ングする方法に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、中空物体の内面にコーティングする方法としては
、例えば真空器械工業（株）研究部「抵抗加熱蒸着技術
」や応用物理、第５５巻第２号（１９８６）における電
子ビーム蒸着およびレーザビーム蒸着がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のようなコーティング方法は、いずれの場合におい
てもコーティングした膜の中空物体との密着性が悪く膜
の質も均一ではなく化合物や合金のコーティングが難し
いと共に、コーティング中に中空物体に熱的悪影響を及
ぼす。また抵抗加熱蒸着では純度の高い金属膜や高融点
物質の膜が形成できず、中空物体の内径が金属抵抗体の
形状により制限される。一方、電子ビーム蒸着では電子
のもつ電荷によるチャージアップにより絶縁物の膜の形
成が難しい等の問題があった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、中空体の内面に密着性がよく高密度で、機能
性に冨んだ膜のコーティング方法を得ることを目的とす
る。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る中空体内面へのコーティング方法は、中
空体の内部に配置したターゲットに膜を形成する過程に
おいて、中空体や膜性状に影響を及ぼさないように制御
したイオンビームを照射し、コーティング物質をスパッ
タさせると同時に、中空体とイオンビームを照射してい
るターゲットとの間に相対運動を与えて中空体内面に膜
を形成するものである。

〔作用〕

この発明におけるコーティング方法は、中空体内に配置
したターゲットのスパッタ面にイオンビームが照射され
ると、イオンビームとターゲットとの相互作用により放
出されたスパック粒子が中空体内面にコーティング膜を
形成していく。

〔実施例］ 以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図は中空体となる円筒体の内面に所望の膜をコーティン
グする装置の斜視図、第２図は同しく断面図を示す。図
において、１は中空体となる円筒体で、ワークホルダー
２により保持されている。ワークホルダー２はコーティ
ング物質としてのターゲット３の外径よりも大きく、か
つ円筒体１の保持される部分のが外径より小径の穴を有
し、この穴内でターゲット３がターゲットホルダー４に
保持されている。このターゲットホルダー４上に保持さ
れたターゲット３のスパッタ面１８にはイオンビーム５
が矢印方向１０より照射され、イオンビーム５とターゲ
ット３との相互作用により放出されたスバ、り粒子６が
円筒体１の内面にコーティング膜７を形成していく。こ
こでターゲットホルダー４およびターゲット３の外径は
円筒体１の最小内径から所望のコーティング膜厚の２倍
を差引いた値を越えてはならないこと、そしてイオンビ
ーム５はコーティング膜７の形成過程においてコーティ
ングしようとする中空物体や所望の膜性状に悪影響を及
ぼさないようなビーム径に集束しておく必要がある。な
お、１１は円筒体１の中心軸２３に沿った上下運動方向
を示し、実際には円筒体ｌを保持するワークホルダー２
を上下させて行なう。

第３図はコーティング方法の原理図で、平面へのコーテ
ィングを示したものである。８はコーティングする平面
１３をもつ基板であり、ターゲット３とこの軸に沿って
スパック面１日に照射しているイオンビーム５との相互
作用によりターゲット３よりスパック粒子６が放出され
る。スパック粒子６はイオンビーム５のエネルギー、タ
ーゲット３の種類と性状および加工雲囲気等のスパッタ
条件により決定される初期の運動エネルギーを継持し、
殆んど散乱を受けることなく基板８に到達する。

したがって任意の加工時間後、基板８の平面１３上には
上記のスパッタ条件の他、第３図の正面図となる第４図
に示すようにイオンビーム５のターゲット３上での照射
中心点Ａ１２を含み、かつ平面１３に平衡なＸ−Ｙ平面
１４においてスパッタ粒子６の運動軌跡１６をＸ−Ｙ平
面１４に投影したときの運動軌跡２０とイオンビーム５
の中心軸２２とのなす角αと、第３図の側面図となる第
５図に示すようにＸ−Ｙ平面１４の法線をＺ軸とするｙ
−ｚ平面１５において運動軌跡１６をＹ−Ｚ平面１５に
投影したときの運動軌跡２１とイオンビーム５の中心軸
２２とのなす角βと、Ｘ−Ｙ平面１４と平面１３とのな
す距’Ｑｌとで主に決定される任意の膜厚分布をもった
密着性のよいコーティング膜９が形成される。

第６図は上記平面１３上に形成されたコーティング膜９
の膜圧分布の一例を等膜厚線１７で示した図で、この平
面１３へのコーティングをこの発明に適用する場合、コ
ーティング膜厚の均一化が重要となる。第１回および第
２図中の円筒体１の上下運動１１は膜（膜厚と膜性状）
の均一化のために行なうものであり、膜厚や膜性状に応
し最適速度に制御された上方あるいは下方の一方向運動
または上下の往復運動である。

ところで、上記した機構ではターゲット３を固定し、円
筒体１を上下運動させているが、この上下運動をターゲ
ット３と円筒体１との相対運動と考えると、ターゲット
３を固定し円筒体ｌを運動させる方法以外に円筒体１を
固定させターゲット３を運動させる方法と、双方を同時
に運動させる方法がある。しかしクーゲット３を上下運
動させるとイオンビーム５の照射条件の変化からスパッ
タ条件が大きく変化し、均一な膜の形成のためには複雑
な制御系をもつ加ニジステムが必要とされることから、
通常はターゲット３は固定し円筒体ｌに上下運動１１を
与える方法が適当である。

なお、上記実施例では円筒体１の中心軸２３とイオンビ
ーム５の中心軸２２が−敗し、かつイオンビーム５がタ
ーゲット３のスパッタ面１８に垂直に照射している場合
について述べているが、第７図に示すように円筒体ｌの
中心軸２３とイオンビーム５の中心軸２２とが偏心して
いる場合には、ターゲット３上のイオンビーム照射部と
円筒体ｌの円周方向の距離の違いによるコーティング面
へのスパッタ粒子６の到達量の違いから、また第８図に
示すようにイオンビーム５の中心軸２２に対してターゲ
ット３のスパッタ面１８が角度θ傾斜している場合には
円周方向のスパッタ粒子６の放出量の違いから円筒体１
の上下運動１１だけでは円周方向の膜の不均一が発生す
る。したがって第７図ではターゲット３を固定し円筒体
ｌを運動させ、第８図では円筒体１およびターゲット３
の両方または、いずれか一方を運動させるというターゲ
ット３と円筒体ｌの円周方向の相対運動１９を上記の上
下運動１１に加えることにより円筒体１の内面に均一な
膜を形成することが可能となる。また、上記した相対運
動１９および上下運動１１はイオンビーム５の中心軸２
２と円筒体ｌの中心軸２３が偏心し、かつターゲット３
のスパッタ面１８が角度θ傾斜している場合の均一膜の
形成に有効であることは勿論のこと、第９図に示すよう
にイオンビーム加工の一つの特性であるスパッタリング
率（単位照射イオンに対するクーゲット３の原子の放出
量）のイオンビーム５のスパッタ面１８への入射角θの
依存性を利用し、イオンビーム５のスパッタ面１８への
相対入射角、すなわちイオンビーム５の中心軸２２とス
パッタ面１８の法線２４とのなす角θを制御し、最適な
膜厚あるいはコーティング速度を最適に制御する内面コ
ーティング法にも有効である。なお、膜厚およびコーテ
ィング速度の制御にはイオンビームのエネルギーとイオ
ン電流密度の制御により行なえることは言うまでもなく
、上記方法とスパッタリング率のスパッタ面１８への入
射角依存性を利用する制御方法以外にスパッタリング率
のスパッタ面温度依存性を利用し、スパッタ面の温度を
制御する方法があるが、これらの種の制御方法を併用す
るとより良い効果が得られる。

上記の説明では円筒体内面へのコーティングの場合につ
いて述べたが、その他、フューエルインジェクタバルブ
シートあるいはＶＴＲ動圧グループ軸受等の中空物体あ
るいは軸対称な中空物体の内面へのコーティングに対し
てもスパッタ条件。

中空物体とターゲットとの相対運動の最適制御により上
記実施例と同様に行なうことができる。また、コーティ
ング物質はクーゲットに金属、非金属、化合物あるいは
合金等を用いれば、容易な加工条件の制御により上記物
質の膜も形成できる。

さらにイオンビームのスパッタリングを利用したコーテ
ィング法は、加工室雰囲気を高真空に保てることから不
純物の含まない高純度の膜を形成できる上、イオンビー
ムによるスパッタリングは低温プロセスであることから
中空物体への熱的悪影響を与えることもない。

〔発明の効果〕

以上説明したようにこの発明によれば、中空体内部に配
置したクーゲットに所望の膜の形成過程において、中空
体やコーティング中の膜の性状に悪影響を及ぼさないよ
うに制＜ｎ　したイオンビームを照射し、コーティング
物質をスパッタさせると同時に中空体とイオンビームを
照射しているターゲットとの間に相対運動を与えるよう
にしたことにより、中空体の内面に機能性に冨み、かつ
密着性のよい膜を制御性よく均一にコーティングするこ
とができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による中空体内面へのコー
ティング方法を実施するための装置の斜視図、第２閏は
第１図の断面図、第３図はコーティング方法の原理図、
第４図および第５図は第３図の正面図と側面図、第６図
は膜の等膜厚線図、第７図は円筒体の中心軸とイオンビ
ームの中心軸が偏心している場合のコーティング方法の
装置断面図、第８図はターゲットのスパッタ面とイオン
ビームとが角度を有している場合のコーティング方法の
装置断面図、第９図はイオンビームのスパッタリングに
おけるイオンビームの入射角依存性を示す図である。 １・・・円筒体、２・・・ワークホルダー、３・・・タ
ーゲット、４・・・ターゲットホルダー、５・・・イオ
ンビーム、７・・・コーティングＭ、８・・・Ｍ板、１
３・・・コーティング面、１８・・・スパッタ面。 なお、図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）コーティングを必要とする中空体の内部へ配置し
   たコーティング物質としてのターゲットに所望の膜を形
   成する過程において、上記中空体や膜性状に悪影響を及
   ぼさないように制御したイオンビームを照射し、コーテ
   ィング物質をスパッタさせると同時に、中空体とイオン
   ビームを照射しているターゲットとの間に相対運動を与
   えて、中空体の内面に膜を形成することを特徴とする中
   空体内面へのコーティング方法。
2. （２）中空体が軸対称な中空物体であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の中空体内面へのコーティ
   ング方法。
3. （３）中空体が円筒形状であることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の中空体内面へのコーティング方法
   。
4. （４）中空体が軸受であることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の中空体内面へのコーティング方法。
5. （５）軸受がＶＴＲの動圧グループ軸受であることを特
   徴とする特許請求の範囲第４項記載の中空体内面へのコ
   ーティング方法。
6. （６）中空体がフユーエルインジェクタバルブシートで
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の中空
   体内面へのコーティング方法
7. （７）ターゲットが金属、非金属、化合物あるいは合金
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の中
   空体内面へのコーティング方法。
8. （８）中空体のコーティング面の温度を制御することで
   、コーティング膜の質や膜の密着性を制御することを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の中空体内面へのコ
   ーティング方法。
9. （９）ターゲットの温度を制御することで、コーティン
   グ速度を最適に制御することを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の中空体内面へのコーティング方法。
10. （１０）イオンビームのターゲットのスパッタ面への相
    対入射角を制御することで、コーティング速度を最適に
    制御することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
    中空体内面へのコーティング方法。