JP5767819B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents
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Description
また、同一形状の被処理物を処理する場合であっても、表面特性を変化させたり、処理時間を変化させたりするために、形成される電界を意図的に変化させたい場合もある。
このような本発明によれば、可動式給電手段を用いることによって、トレーや真空炉の内壁への給電ポイントを変更することが可能となる。また、任意の形状の金属体を被処理物に対向配置して当該金属体に給電することもできる。
このため、本発明によれば、プラズマ生成のための電界強度を任意に変更することが可能となり、これによって被処理物の表面改質における自由度を向上させることが可能となる。
図2は、真空炉1の側断面図である。また、図3は真空炉1の正断面図であり、(a)が図2におけるA−A線断面図、(b)が図2におけるB−B線断面図である。
これらの図に示すように、真空炉1は、容器11と、側面シールド板12と、載置部13と、第1給電部14(第1給電手段)と、第2給電部15(第2給電手段)と、ヒータ16と、冷却装置17とを備えている。
図2に示すように、この容器11は、水平方向の一端に、水平方向に開閉可能な開閉扉11aを備えている。そして、当該開閉扉11aが開放されることによって、真空炉1に対して被処理物Xの出し入れを行うことができる。
なお、側面シールド板12は、図3に示すように、固定具12aによって容器11に対して固定されたインターナルパネル12bによって断熱材12cを介して支持されている。
また、これらの側面シールド板12、インターナルパネル12b及び断熱材12cは、処理ガス等の気体が通過可能に貫通孔等の通気領域を有している。
なお、側面シールド板12としては、例えば、厚さ1mm程度のカーボンコンポジット材あるいは厚さ0.3mm程度のモリブデン(Mo)板を用いることができる。
また、インターパネル12bとしては、例えば、厚さが4.5mm〜5m程度のSS材あるいはSUS材を用いることができる。
また、断熱材12cとしては、例えば、アルミナ(Al2O3)からなるセラミックブランケットを用いることができる。
なお、支持棒13bは、例えば黒鉛等によって形成されている。そして、支持棒13bが過熱状態とならない程度に当該支持棒13bの周面に貼付されるセラミックスや側面シールド板12に貼付されるセラミックスによって支持棒13bが側面シールド板12に対して絶縁されている。このように支持棒13bが側面シールド板12に対して絶縁されていることにより、載置部13全体が絶縁された状態となっている。
詳細には、第1給電部14は、真空炉1の外部から真空炉1の内部に挿通された導電性の棒部材14aと、当該棒部材14aに連結される導電性の綱部材14bとを備えており、綱部材14bを、被処理物Xあるいは被処理物Xが載置されたトレーTの任意の箇所に接続可能に構成されている。
この図に示すように、インターパネル12b、断熱材12c及び側板シールド板12には、セラミックチューブ12dが貫通して配置されており、第1給電部14の棒部材14aは、セラミックチューブ12dを介して側面シールド板12の内部まで挿通されている。そして、側面シールド板12に囲まれた内部空間に位置する先端部14cには、複数(本実施形態においては3つ)の貫通孔14dが形成されている。
一本の綱部材14bは、一つの貫通孔14dを通過して括り付けられている。つまり、本実施形態のプラズマ処理装置S1においては、棒部材14aに対して、3本の綱部材14bが連結可能とされている。
なお、真空炉1の内部におけるプラズマ処理環境への影響を排除するためにも、綱部材14bにおける発熱は出来る限り抑えることが好ましい。
具体的には、第1給電部14は、被処理物Xが真空炉1に収容された状態でかつ開閉扉11aが開放された場合に、第1給電部14の綱部材14bに作業者の手が届く位置に配置されている。
図5は、第2給電部15を含む拡大図であり、(a)が第2給電部15を含む真空炉の一部を拡大した図であり、(b)が第2給電部15のみを拡大した図である。
また、この棒部材15aの先端部15a1には、綱部材15cを挿入するための貫通孔15a2が複数設けられている。
なお、止め板15b2は、例えばカーボンコンポジット材によって形成され、ワイヤ部材15b3はモリブデン(Mo)材によって形成されている。
このような綱部材15cは、真空炉1の内部で自由に移動させることができるため、長さのみを考慮することで取付電極100の形状に関わらず当該取付電極100に接続することが可能となる。
具体的には、綱部材15cにおける電流密度が1.2A/mm2以下となるように第2給電部15の数を設定する。
この吊り冶具18は、取付電極100を真空炉1の内部に吊るすための冶具であり、インターナルパネル12bから突出して側面シールド板12を支持するピン部材12cが側面シールド板12の内部まで延びることによって形成されている。なお、吊り冶具18の先端は、取付電極100を吊り易いようにネジ切りされてナットが取り付けられることによって凹凸を有する形状とされている。
この取付電極100は、上記吊り冶具18によって吊られることによって支持されており、綱部材15cと接続されて第2給電部15からグランドレベルの電圧が印加される。
なお、図3に示す取付電極100の形状は、あくまでも一例であり、被処理物Xの形状等により任意に変更可能である。
処理ガス供給装置3は、容器11内に処理ガス(浸炭ガス)を供給するためのものであり、容器11に接続されている。
冷却ガス供給装置4は、容器11内に冷却ガスを供給するためのものであり、容器11内に配設されたヘッダ管等に接続されている。
電源装置5は、第1給電部14を介してトレーTに印加される負電圧を生成するものであり、第1給電部14に対して電気的に接続されている。
制御装置6は、本実施形態のプラズマ処理装置S1の動作全体を制御するものであり、真空炉1と、真空ポンプ2と、処理ガス供給装置3と、冷却ガス供給装置4と、電源装置5とに対して電気的に接続されている。
なお、以下の説明においては、取付電極100を取り付けてプラズマ処理を行うことを前提として説明を行う。
なお、吊り冶具18によって吊られた取付電極100は、被処理物Xに非接触にて対向配置される。そして、このように吊られた取付電極100には、第2給電部15を介してグランドレベルの電圧が印加される。
具体的には、制御装置6は、真空ポンプ2によって容器11内の空気を排気すると共に処理ガス供給装置3によって容器11内に処理ガスを供給する。そして、制御装置6は、ヒータ16を発熱させて被処理物Xを加熱する。
この結果、被処理物Xと取付電極100との間に発生する電界によって処理ガスがプラズマ化され、被処理物Xの表面がプラズマに晒されてプラズマ処理される。
具体的には、制御装置6は、真空ポンプ2によって容器11内の処理ガスを排気すると共に冷却ガス供給装置4によって容器11内に冷却ガスを供給する。そして、制御装置6は、冷却装置17によって冷却ガスを冷却しつつ循環させることによって被処理物Xを冷却する。
このような本実施形態のプラズマ処理装置S1によれば、トレーTや取付電極への給電ポイントを容易に変更することが可能となる。このため、プラズマ生成のための電界強度を任意に変更することが可能となり、被処理物Xの形状変化等に柔軟に対応することができ、被処理物Xの表面改質における自由度を向上させることが可能となる。
このため、綱部材14bの先端を移動させることにより、容易に第1給電部14をトレーTの任意の箇所に接続することができる。
このため、一本当たりの綱部材14bを軽量化することが可能となる。
このため、作業者が第1給電部14とトレーTとの接続作業を容易に行うことが可能となる。
このため、取付電極100と被処理物Xとの離間距離、すなわち正電極と負電極との離間距離を狭くすることができ、取付電極100と被処理物Xとの間に発生する電界の強度を高め効率的にプラズマを生成することができる。
このため、載置部13が帯電することを抑制し、載置部13に対して埃等が付着することを抑止することができる。
このため、プラズマ処理が安定して行える温度までヒータ16を用いて昇温ができると共に、単一のプラズマ処理装置S1で被処理物Xに対する熱処理、プラズマ処理及び冷却処理を行うことができる。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、複数の真空炉1を備え、複数の被処理物Xに対して並列してプラズマ処理が行える多室型のプラズマ処理装置に適用することも可能である。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、棒部材を回動可能あるいはスライド可能に構成したり、綱部材に換えて可撓性を有する板部材や棒部材を用いたり、紐部材を用いることによって可動式給電手段が真空炉1の内部を移動可能な構成を採用することもできる。
しかしながら、必ずしも全ての綱部材14bをトレーTに繋げ、全ての綱部材15cを取付電極100に繋げる必要はない。
ただし、トレーTに繋げていない綱部材14bあるいは取付電極100に繋げていない綱部材15cが、被処理物Xの処理中に暴れることを抑制するために、繋がっていない綱部材14b,15cを巻き取るあるいは繋がっていない綱部材14b,15cにカウンターウェイトを取り付ける対応を行うことが好ましい。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、取付電極100を取り付けず、側面シールド板12を正電極として用いることも可能である。
Claims (7)
- 真空炉内部にて金属材料からなる被処理物に対してプラズマによる表面改質を行うプラズマ処理装置であって、
前記被処理物に第1電圧を印加する第1給電手段と、前記被処理物に対して対向配置される金属体に対して前記第1電圧と異なる第2電圧を印加する第2給電手段とを備え、前記第1給電手段及び前記第2給電手段の少なくともいずれか一方は前記真空炉内部にて移動可能とされた可動式給電手段からなり、
前記真空炉内部に浸炭ガスを供給する浸炭ガス供給手段をさらに備える
ことを特徴とするプラズマ処理装置。 - 前記可動式給電手段は、真空炉外部から真空炉内部に挿通された導電性の棒部材と、当該棒部材に連結される導電性の綱部材とを備えることを特徴とする請求項1記載のプラズマ処理装置。
- 前記綱部材が、複数本設置されていることを特徴とする請求項2記載のプラズマ処理装置。
- 前記可動式給電手段は、前記真空炉の中央よりも開閉扉寄りに配置されていることを特徴とする請求項1〜3いずれかに記載のプラズマ処理装置。
- 前記第2給電手段によって第2電圧が印加される金属体が前記真空炉の内部に出し入れ可能な脱着可能電極であることを特徴とする請求項1〜4いずれかに記載のプラズマ処理装置。
- 前記真空炉内部にて前記被処理物を載置する載置部が絶縁されていることを特徴とする請求項1〜5いずれかに記載のプラズマ処理装置。
- 前記真空炉内部に設置されるヒータと、前記真空炉内部を冷却する冷却手段とを備えることを特徴とする請求項1〜6いずれかに記載のプラズマ処理装置。
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