JP3788632B2 - Continuous ion plating equipment - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、被処理材に連続的にイオンプレーティングする連続イオンプレーティング装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
イオンプレーティング装置は、真空中で材料を加熱して蒸発させ、蒸発材料を放電等でイオン化し、材料イオン(陽イオン)を鋼板等の被処理材(陰極)の表面に衝突・凝固させて被膜を作る成膜プロセスである。かかるイオンプレーティング装置は、通常の真空蒸着装置よりも更に緻密で強固な被膜ができる長所を有し、TiN,Al−Mn合金,Ti−Cr合金,等の成膜に用いられている。
【0003】
図3は、切板(シート材)の鋼板1にイオンプレーティングする従来のイオンプレーティング装置の構成図であり、真空成膜室6,ルツボ5,電子銃3及びその電源3a,プラズマ発生装置7,バイヤス電源8,等を備え、電子銃3による電子ビーム2でルツボ5内の材料4を加熱して蒸発させ、プラズマ発生装置7により蒸発材料にプラズマを付加してイオン化し、材料イオン(陽イオン)を電位差により鋼板1(陰極)に向けて加速し、鋼板の表面に蒸発材料を衝突・凝固させるようになっている。なお、蒸発材料をイオン化するために、RFコイル7a、アーク放電器7b等の別の手段も適用される。
【0004】
図3において、鋼板1を陰極に保持するために、鋼板1は成膜室6から絶縁して保持され、成膜室6を陽極(+)、鋼板1を陰極(−)にしてその間にバイヤス電源8(DC500〜1000V)が設置され、鋼板1と蒸発源(ルツボ5)との間にバイアスを印加し、イオンプレーティングを行うようになっている。また、電子銃3から電子ビーム(−)を放射するために、電子銃3の本体及び成膜室6を陽極(+)、電子銃3の電子発生器3bを陰極(−)にしてその間に電子銃電源3a(例えば、約DC30kV)が設置される。更に通常、成膜室6(陽極側)は接地してアースされ、漏電を防止している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
図4は、鋼板に連続的にイオンプレーティングする連続イオンプレーティング装置の模式図である。連続イオンプレーティング装置は、入側と出側の真空シール装置,予備加熱室,成膜室,等からなり、大気圧下でアンコイラーから巻き戻された鋼板1を入側の真空シール装置で真空中に通し、予備加熱室で予備加熱した後、成膜室で成膜し、成膜後の鋼板を出側の真空シール装置で大気圧中に取り出しリコイラーで巻き取るようになっている。
【0006】
しかし、図4の連続イオンプレーティング装置では、鋼板1を陰極に保持するために、鋼板1を成膜室から絶縁するばかりでなく、アンコイラー,リコイラー,入側と出側の真空シール装置,予備加熱室,等のすべての装置において、鋼板をシールライン(アース電位)から絶縁する必要があった。そのため、例えば、鋼板1を駆動するローラの軸受部等に絶縁材を用いる必要が生じ、構造が複雑になるばかりでなく、絶縁性能が低く、信頼性に乏しい問題点があった。特に、高速の連続イオンプレーティング装置では、200〜500m/minのライン速度で成膜を行い、しかも、数百時間連続して操業するため、軸受等の一部が損傷しても、運転再開に長時間かかり稼働率が大幅に低下するおそれがあった。
【0007】
本発明はかかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、鋼板をシールライン(アース電位)から絶縁することなくアース(接地)した状態で、イオンプレーティングができる連続イオンプレーティング装置を提供することにある。
【0008】
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、連続的に走行する被処理材に材料を蒸着するための真空成膜室と、該成膜室内に設置され材料を収納するルツボと、電子ビームによりルツボ内の材料を蒸発させる蒸発装置と、蒸発した材料をイオン化させるイオン化装置と、を備えた連続イオンプレーティング装置において、被処理材に対向してルツボ近傍に設けられたバイアス電極と、被処理材をアース電位としバイアス電極を+電位に印加するバイアス電源を備え、これにより、ルツボから被処理材に向かう電界を形成し、前記ルツボは、電流計を介してアースされており、前記ルツボに入射した電子ビームの電子が電流計を通過できるように構成されていることを特徴とする連続イオンプレーティング装置が提供される。
【0010】
上記本発明の構成によれば、絶縁性能が低く、構造も複雑な鋼板絶縁によるイオンプレーティングに換わり、鋼板をアース電位とし、かつルツボから被処理材に向かう電界を形成することができ、簡便な構造で鋼板をシールライン(アース電位)から絶縁することなくアース(接地)した状態で、イオンプレーティングが可能となる。また、電流計により、ルツボからアースに流れる電流を計測することができ、電子ビームの強度(電流)を正確に計測することができる。
【0011】
本発明の好ましい実施形態によれば、成膜室内に成膜室から絶縁され、かつルツボを囲むバイアス壁を備え、該バイアス壁は、前記バイアス電源により+電位に印加される。この構成により、ルツボを囲むバイアス壁にルツボと同電位のバイアス電圧を印加し、これにより蒸発した材料イオン(陽イオン)の成膜室内壁への付着を防止し、プラズマの安定化、イオン化粒子の被処理材への集中化を図ることができる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付して使用する。図1は、参考例による連続イオンプレーティング装置を示す構成図である。この図において、参考例の連続イオンプレーティング装置10は、連続的に走行する被処理材1(例えば鋼板)に材料4を蒸着するための真空成膜室16と、成膜室16内に設置され材料4を収納するルツボ15と、ルツボ15内の材料4を蒸発させる蒸発装置13と、蒸発した材料をイオン化させるイオン化装置17と、を備えている。
【0013】
真空成膜室16の内部は、図示しない真空装置により排気され、蒸着に適した真空度(例えば10-3〜10-5torr程度)に保持されている。また、真空成膜室16の上流側及び下流側には、真空シール装置9が設置され、真空成膜室16の内部を真空に保持したまま、被処理材1を外気から真空中に導入し、かつ真空中から外気に取り出すことができるようになっている。
【0014】
蒸発装置13は、この図においては、電子銃3と電子銃電源3aからなり、電子銃3による電子ビーム2でルツボ15内の材料4を加熱して蒸発させるようになっている。また、電子ビーム2の方向をルツボ15に向ける磁界を発生させる磁界発生装置(図示せず)、例えば、電磁石を備えている。イオン化装置17は、この図では、RFコイル17aとプラズマ発生装置17bからなる。RFコイル17aは、高周波を発生するコイル(Radio Frequency Coil)であり、マイクロ波等の高周波を発生させて蒸発元素(又は材料)を直接イオン化することができる。また、プラズマ発生装置17bは、内部に設けられた電極間で放電し、イオン化したガスを放出して、蒸発元素をイオン化するようになっている。なお、これらは、単独でも、併設してもよく、或いは、アーク放電等の別の手段により蒸発元素をイオン化させてもよい。
【0015】
図1の連続イオンプレーティング装置10は、更に、被処理材1をアース電位としルツボ15を+電位に印加するバイアス電源18を備えている。このバイアス電源18は、例えば、DC500〜1000Vであり、その陰極(−)がアースされ、陽極(+)がルツボ15に接続されている。また、被処理材1、被処理材1を支持又は駆動するローラ、真空シール装置9、真空成膜室16、等は全てアース(接地)されている。また、電子銃電源3aは、例えば、約DC30kVであり、その陽極(+)がアースされ、陰極(−)が電子銃3の電子発生器3bに接続されている。
【0016】
上述した構成により、連続イオンプレーティング装置10の大部分は、アース電位(0V)に保持され、ルツボ15が+電位に、電子銃3の電子発生器3bが−電位に保持される。電子銃3のルツボ15に対する電位差は、図3の例に比較してバイアス電源18の電位分が大きくなるが、この分の電子銃電源3aの電圧を下げることにより、同様の電子ビーム2を放射することができる。
【0017】
図1において、参考例の連続イオンプレーティング装置10は、更に、成膜室16内に成膜室16から絶縁され、かつルツボ15を囲むバイアス壁20を備える。このバイアス壁20は、バイアス電源18によりルツボ15と同一の+電位に印加されている。上述した構成により、絶縁性能が低く、構造も複雑な鋼板絶縁によるイオンプレーティングに換わり、被処理材1をアース電位とし、かつルツボ15から被処理材1に向かう電界を形成することができ、簡便な構造で被処理材1をシールライン(アース電位)から絶縁することなくアース(接地)した状態で、ルツボから被処理材に向かう電界を形成することができ、イオンプレーティングが可能となる。
【0018】
また、上述したバイアス壁20を備えることにより、ルツボ15を囲むバイアス壁20にルツボ15と同電位のバイアス電圧を印加することができ、これによりイオン化された蒸発粒子(陽イオン)の成膜室16の内壁への付着を防止し、プラズマの安定化、イオン化粒子の被処理材への集中化を図ることができる。
【0019】
図2は、本発明による連続イオンプレーティング装置の実施形態を示す構成図である。この図において、被処理材1に対向してルツボ15の近傍にバイアス電極22が設けられ、バイアス電源18により、被処理材1をアース電位としバイアス電極22を+電位に印加している。また、ルツボ15は、バイアス電源18の陰極(−)に接続され、かつ電流計23を介してアースされている。その他の構成は、図1の参考例と同様である。
【0020】
図2の構成により、ルツボ15をアース(接地)した状態で、バイアス電極22と被処理材1との間に、ルツボ15から被処理材1に向かう電界を形成することができる。また、電流計23により、ルツボ15からアースに流れる電流を計測することができ、電子銃3による電子ビーム2の強度(電流)を正確に計測することができる。また、図2の例では、電子銃3のルツボ15に対する電位差は、図3の例と同一であり、従来と同様の電子ビーム2を放射することができる。
【0021】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。
【0022】
【発明の効果】
上述したように、本発明の連続イオンプレーティング装置は、鋼板をシールライン(アース電位)から絶縁することなくアース(接地)した状態で、イオンプレーティングができる、優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】参考例による連続イオンプレーティング装置を示す構成図である。
【図2】本発明による連続イオンプレーティング装置の実施形態を示す構成図である。
【図3】切板(シート材)の鋼板1にイオンプレーティングする従来のイオンプレーティング装置の構成図である。
【図4】鋼板に連続的にイオンプレーティングする連続イオンプレーティング装置の模式図である。
【符号の説明】
1 被処理材(鋼板)
2 電子ビーム
3 電子銃
3a 電子銃電源
3b 電子発生器
4 材料
5 ルツボ
6 成膜室
7 プラズマ発生器
7a RFコイル
9 真空シール装置
10 連続イオンプレーティング装置
13 蒸発装置
15 ルツボ
16 真空成膜室
17 イオン化装置
17a RFコイル
17b プラズマ発生装置
18 バイアス電源
20 バイアス壁
22 バイアス電極
23 電流計[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a continuous ion plating apparatus that performs continuous ion plating on a material to be processed.
[0002]
[Prior art]
An ion plating apparatus heats and evaporates a material in a vacuum, ionizes the evaporated material by discharge or the like, and collides and solidifies the material ions (positive ions) on the surface of a material to be treated (cathode) such as a steel plate. This is a film forming process for forming a film. Such an ion plating apparatus has an advantage that a denser and stronger film can be formed than a normal vacuum vapor deposition apparatus, and is used for film formation of TiN, Al—Mn alloy, Ti—Cr alloy, and the like.
[0003]
FIG. 3 is a configuration diagram of a conventional ion plating apparatus for ion plating on a
[0004]
In FIG. 3, in order to hold the
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
FIG. 4 is a schematic diagram of a continuous ion plating apparatus for continuously ion plating a steel plate. The continuous ion plating apparatus is composed of an inlet and outlet vacuum seal device, a preheating chamber, a film forming chamber, and the like. The
[0006]
However, in the continuous ion plating apparatus of FIG. 4, in order to hold the
[0007]
The present invention has been made to solve such problems. That is, an object of the present invention is to provide a continuous ion plating apparatus capable of performing ion plating in a state where a steel plate is grounded (grounded) without being insulated from a seal line (ground potential).
[0008]
[0009]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, a vacuum film forming chamber for depositing a material on a material to be continuously run, a crucible installed in the film forming chamber to store the material, and the material in the crucible are evaporated by an electron beam. In a continuous ion plating apparatus comprising: an evaporation device that causes the material to be ionized; and a bias electrode that is provided in the vicinity of the crucible so as to face the material to be processed; A bias power source for applying an electrode to a positive potential is provided, thereby forming an electric field from the crucible toward the material to be processed. The crucible is grounded via an ammeter, and an electron beam of an electron beam incident on the crucible A continuous ion plating apparatus is provided that is configured to pass through an ammeter .
[0010]
According to the configuration of the present invention described above, the insulating performance is low and the structure is replaced by ion plating based on complicated steel plate insulation, the steel plate can be grounded, and an electric field from the crucible to the workpiece can be formed. With a simple structure, ion plating can be performed in a state where the steel plate is grounded without being insulated from the seal line (ground potential). Further, the current flowing from the crucible to the ground can be measured by the ammeter, and the intensity (current) of the electron beam can be accurately measured.
[0011]
According to a preferred embodiment of the present invention, the film forming chamber includes a bias wall insulated from the film forming chamber and surrounding the crucible, and the bias wall is applied to a positive potential by the bias power source. With this configuration, a bias voltage having the same potential as the crucible is applied to the bias wall surrounding the crucible, thereby preventing the deposition of evaporated material ions (positive ions) on the inner wall of the film formation chamber, stabilizing the plasma, and ionizing particles. Can be concentrated on the material to be processed.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each drawing, common parts are denoted by the same reference numerals. Figure 1 is a block diagram showing a continuous ion plating equipment according to the reference example. In this figure, a continuous
[0013]
The inside of the vacuum
[0014]
In this figure, the
[0015]
The continuous
[0016]
With the above-described configuration, most of the continuous
[0017]
In FIG. 1, the continuous
[0018]
Further, by providing the
[0019]
Figure 2 is a block diagram showing an implementation form of a continuous ion plating apparatus according to the present invention. In this figure, a
[0020]
With the configuration in FIG. 2, an electric field from the
[0021]
In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, Of course, it can change variously in the range which does not deviate from the summary of this invention.
[0022]
【The invention's effect】
As described above, the continuous ion plating apparatus of the present invention has an excellent effect that ion plating can be performed in a state where the steel plate is grounded (grounded) without being insulated from the seal line (ground potential).
[Brief description of the drawings]
1 is a configuration diagram showing a continuous ion plating equipment according to the reference example.
Is a block diagram showing an implementation form of a continuous ion plating apparatus according to the invention, FIG.
FIG. 3 is a configuration diagram of a conventional ion plating apparatus that performs ion plating on a
FIG. 4 is a schematic diagram of a continuous ion plating apparatus that performs continuous ion plating on a steel plate.
[Explanation of symbols]
1 Material to be treated (steel plate)
2
Claims (3)
被処理材に対向してルツボ近傍に設けられたバイアス電極と、被処理材をアース電位としバイアス電極を+電位に印加するバイアス電源を備え、これにより、ルツボから被処理材に向かう電界を形成し、
前記ルツボは、電流計を介してアースされており、前記ルツボに入射した電子ビームの電子が電流計を通過できるように構成されていることを特徴とする連続イオンプレーティング装置。A vacuum film forming chamber for depositing a material on a material to be continuously run, a crucible installed in the film forming chamber for storing the material, an evaporator for evaporating the material in the crucible by an electron beam, and an evaporation In a continuous ion plating apparatus provided with an ionization device that ionizes the obtained material,
A bias electrode provided near the crucible facing the material to be processed, and a bias power source that applies the bias electrode to a positive potential with the material to be processed as a ground potential, thereby forming an electric field from the crucible toward the material to be processed. And
The continuous ion plating apparatus , wherein the crucible is grounded through an ammeter, and is configured so that electrons of an electron beam incident on the crucible can pass through the ammeter .
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- 1995-11-17 JP JP29956995A patent/JP3788632B2/en not_active Expired - Fee Related
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