JPS637680B2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- JPS637680B2 JPS637680B2 JP57054971A JP5497182A JPS637680B2 JP S637680 B2 JPS637680 B2 JP S637680B2 JP 57054971 A JP57054971 A JP 57054971A JP 5497182 A JP5497182 A JP 5497182A JP S637680 B2 JPS637680 B2 JP S637680B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- plasma
- electromagnet
- arc
- anode
- guide
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 claims description 4
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 claims description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 3
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims 4
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims 1
- 210000002381 plasma Anatomy 0.000 description 132
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 16
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 10
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 7
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 6
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 4
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 3
- 239000010406 cathode material Substances 0.000 description 3
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 3
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 3
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 229920002972 Acrylic fiber Polymers 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000002542 deteriorative effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 238000010849 ion bombardment Methods 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 238000000992 sputter etching Methods 0.000 description 1
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 1
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Landscapes
- Plasma Technology (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- ing And Chemical Polishing (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はプラズマ技術に係り、特に、アークプ
ラズマ発生器、及びこれを備えた被加工片の表面
処理用のプラズマアーク装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to plasma technology, and more particularly to an arc plasma generator and a plasma arc apparatus equipped with the same for surface treatment of a workpiece.
本発明は真空中での金属表面の表面加工、清掃
及びエツチングに最も役立つと分つている。特
に、金属プラズマの真空凝縮を用いて、耐摩耗
性、耐腐食性、耐摩滅性、耐熱性、超伝導性、光
学性及びその他の被膜を作ることができる。 The present invention has been found to be most useful for surface processing, cleaning and etching of metal surfaces in vacuum. In particular, vacuum condensation of metal plasmas can be used to create wear-resistant, corrosion-resistant, abrasion-resistant, heat-resistant, superconducting, optical, and other coatings.
これまで、アークプラズマ発生器により発生さ
れたプラズマ流によつて、高さが0.025ないし
0.5μmのあらさを有する金属表面を処理するよう
に試みられているが、このような表面あらさ値を
保持することはできない。これはカソードスポツ
トにより発生されたプラズマ流に、カソード材料
の小滴や固体断片のような巨大粒子が非常に多く
存在するためである。これらの巨大粒子は、プラ
ズマ技術によつて付着される被膜の表面仕上げ状
態を悪くすることはさておき、凝縮体に穴や盛り
上がり部を形成して、被膜の機械的、電気的、光
学的及びその他の特性を悪くし、従つて種々の被
膜を付着することによる効果(耐摩耗性、優れた
耐摩滅性、及び耐腐食性、等々)が実際上完全に
得られないことになる。 Until now, the plasma flow generated by an arc plasma generator has a height of 0.025 or more.
Attempts have been made to treat metal surfaces with a roughness of 0.5 μm, but it is not possible to maintain such surface roughness values. This is because the plasma stream generated by the cathode spot is highly populated with large particles such as droplets and solid fragments of cathode material. Apart from impairing the surface finish of coatings deposited by plasma techniques, these large particles can form holes and bulges in the condensate that can cause mechanical, electrical, optical, and other damage to the coating. properties, so that the effects of applying the various coatings (abrasion resistance, good abrasion resistance, corrosion resistance, etc.) are practically not completely obtained.
或る公知のアークプラズマ発生器が米国特許第
3625848号に開示されている。このアークプラズ
マ発生器はアノードの内部にこれと軸方向に整列
して配置された消耗性カソードと、このカソード
とアノードとの間にアークを作る手段(点弧手
段)と、アノード及びカソードに電気的接続され
たアーク維持用の電源装置とを具備している。点
弧手段はカソードとアノードとの間にアーク放電
を開始させる。カソードは、カソード材料の原子
及びイオンより成るプラズマを発生する。上記し
たように、プラズマ流はカソード材料の小滴及び
固体断片のような巨大粒子を相当数含んでおり、
これらは被膜の質をそこなうので望ましいもので
はない。 A known arc plasma generator is covered by U.S. Patent No.
Disclosed in No. 3625848. The arc plasma generator includes a consumable cathode disposed within the anode in axial alignment with the anode, means for creating an arc between the cathode and the anode (igniting means), and an electrical connection between the anode and the cathode. It is equipped with a power supply device for arc maintenance which is connected to the mains. The ignition means initiates an arc discharge between the cathode and the anode. The cathode generates a plasma consisting of atoms and ions of the cathode material. As mentioned above, the plasma stream contains a significant number of large particles such as droplets and solid fragments of cathode material;
These are not desirable because they impair the quality of the coating.
プラズマ流の巨大粒子は、カソードスポツトの
ような強力で集中的な熱源によつてカソードの活
性面が局部的及び一般的に過熱されることにより
生じる(スポツトの温度は数千度であり、電流密
度は約106ないし約107A/cm2程の大きさである)。 Giant particles in the plasma stream result from local and general superheating of the active surface of the cathode by a strong, concentrated heat source, such as the cathode spot (the temperature of the spot is several thousand degrees, and the current The density is on the order of about 10 6 to about 10 7 A/cm 2 ).
又、円筒状アノードと同軸的に配置された消耗
性カソードと、点弧パルス発生器に接続されカソ
ードとアノードとの間にアークを開始させる点弧
電極と、アークを維持する電源装置とを具備した
アークプラズマ発生器も知られている(1972年、
Proc.IEEE、第60巻、第8号、第977頁に掲載さ
れたA.S.Gilmour,D.L.Lochuood氏の“パルス
式金属―プラズマ発生器”)。このアークプラズマ
発生器はアノード上に配置された集束ソレノイド
も具備している。 It also includes a consumable cathode disposed coaxially with the cylindrical anode, an ignition electrode connected to an ignition pulse generator for starting an arc between the cathode and the anode, and a power supply for maintaining the arc. An arc plasma generator is also known (1972,
ASGilmour, DL Lochuood, “Pulsed Metal-Plasma Generator” published in Proc. IEEE, Volume 60, No. 8, Page 977). The arc plasma generator also includes a focusing solenoid located on the anode.
このアークプラズマ発生器は、数十ヘルツ程度
の周波数の点弧パルスを点弧電極に与えることに
よつて作動される。アノードとカソードとの間に
パルス状のアーク放電が生じると、上記の周波数
でプラズマ流が発生される。このアークプラズマ
発生器でも金属プラズマ中の巨大粒子によつて問
題が生じる。この装置の軸に対して或る角度に集
束ソレノイドの軸を回転することにより、プラズ
マ流の荷電成分の速度ベクトルの方向を変えるこ
とができる。この場合には、巨大粒子及び荷電成
分(イオン及び電子)がプラズマ流から空間に或
る程度分離されることによりプラズマ流から多数
の巨大粒子が除去される。然し乍ら、この公知の
アークプラズマ発生器では、その出口に到達して
被加工片に当たる全ての巨大粒子を取り除くこと
はできない。というのは、集束ソレノイドを回転
する範囲(15゜及びこれ以上)ではカソードから
プラズマ発生器の出口までみわたせる状態となつ
てこの方向に巨大粒子が突進するからである。 This arc plasma generator is operated by applying an ignition pulse to an ignition electrode at a frequency on the order of tens of hertz. When a pulsed arc discharge occurs between the anode and the cathode, a plasma stream is generated at the above-mentioned frequency. Problems also arise with this arc plasma generator due to large particles in the metal plasma. By rotating the axis of the focusing solenoid at an angle relative to the axis of the device, the direction of the velocity vector of the charged component of the plasma stream can be changed. In this case, large numbers of large particles are removed from the plasma stream by spatially separating the large particles and charged components (ions and electrons) from the plasma stream to some extent. However, this known arc plasma generator is not able to remove all the large particles that reach its outlet and impinge on the workpiece. This is because in the range in which the focusing solenoid is rotated (15 degrees and above), giant particles rush in this direction, with a view from the cathode to the exit of the plasma generator.
本発明は、磁界中でプラズマ流の成分を空間的
に分離することによりプラズマ流から巨大粒子を
効果的に除去するように電磁系統が構成されたア
ークプラズマ発生器及びこれを備えた被加工片の
表面処理用のプラズマアーク装置を提供するもの
である。 The present invention relates to an arc plasma generator in which an electromagnetic system is configured to effectively remove giant particles from a plasma flow by spatially separating components of the plasma flow in a magnetic field, and a work piece equipped with the same. The present invention provides a plasma arc device for surface treatment.
本発明の目的は前記の欠点を解消することであ
る。 The aim of the invention is to eliminate the above-mentioned drawbacks.
本発明のこの目的は、消耗性カソードと、円筒
状アノードと、集束ソレノイドとを具備し、アノ
ード及びソレノイドは上記消耗性カソードと同軸
的に配置され、そして更に、上記消耗性カソード
及びアノードに電気的に接続されたアーク維持用
の電源装置も具備したアークプラズマ発生器であ
つて、上記アノードの端面には管状のプラズマガ
イドが連結され、この管状プラズマガイド内には
その軸線上に電磁石が配置され、この電磁石は非
磁性材で作られたハウジングに収容されそして上
記プラズマガイドを通して上記カソードの方向に
見た時に上記カソードが見えないようにするに充
分な断面積を有しており、上記集束ソレノイドは
上記管状プラズマガイド上に配置されそして上記
電磁石のコイルとは逆向きに接続されることを特
徴とするアークプラズマ発生器を提供することに
よつて達成される。 This object of the invention comprises a consumable cathode, a cylindrical anode, and a focusing solenoid, the anode and solenoid being disposed coaxially with the consumable cathode, and further providing electrical power to the consumable cathode and the anode. The arc plasma generator is also equipped with a power supply device for arc maintenance connected to the anode, and a tubular plasma guide is connected to the end face of the anode, and an electromagnet is arranged on the axis of the tubular plasma guide. the electromagnet is housed in a housing made of non-magnetic material and has a cross-sectional area sufficient to hide the cathode when viewed through the plasma guide in the direction of the cathode; This is achieved by providing an arc plasma generator characterized in that the solenoid is arranged on the tubular plasma guide and is connected in the opposite direction to the coil of the electromagnet.
このような構成では、巨大粒子はカソードの端
面から飛び出して、電磁石のハウジングの壁又は
プラズマガイドの壁に当たり、プラズマ発生器の
出口に到達することはない。一方、プラズマ流の
荷電成分(イオン及び電子)は、互いに逆向きに
接続された集束ソレノイド及び電磁石によつて誘
起される磁界の磁力線に沿う経路をたどり、電磁
石の周りを飛び、容易にプラズマ発生器の出口に
達する。それ故、出力されるプラズマは巨大粒子
が全くなく、従つてざらざらの高さが0.025ない
し0.05μm以下である表面仕上げ状態を悪化する
ことなく、被加工片の表面を処理する(被膜を作
つたり、プラズマによる清掃を行なつたりイオン
によるエツチングを行なつたりする)ようにこの
アークプラズマ発生器を用いることができる。 In such a configuration, the giant particles fly out from the end face of the cathode, hit the wall of the electromagnet housing or the wall of the plasma guide, and do not reach the outlet of the plasma generator. On the other hand, the charged components (ions and electrons) of the plasma flow follow the path along the lines of magnetic force of the magnetic field induced by the focusing solenoid and electromagnet connected in opposite directions, fly around the electromagnet, and easily generate plasma. Reach the outlet of the vessel. Therefore, the output plasma is completely free of macroparticles and therefore treats the surface of the workpiece without deteriorating the surface finish with a roughness height of less than 0.025 to 0.05 μm (creating a coating). The arc plasma generator can be used for plasma cleaning, ion etching, etc.
絶縁ライナによつてアノードからプラズマガイ
ドを絶縁することが好ましく、これによりプラズ
マガイドを通るプラズマ流の効率が高められる。 Preferably, the plasma guide is insulated from the anode by an insulating liner, which increases the efficiency of plasma flow through the plasma guide.
荷電粒子は、そのラーモア半径が装置の大きさ
に比して小さい時だけ磁力線をたどることが知ら
れている。真空中のカソードスポツトから放射さ
れる大部分の金属のイオンは数十電子ボルトのエ
ネルギを有している。従つて、プラズマガイドと
電磁石ハウジングとの間のギヤツプが10cmである
本発明のプラズマ発生器をこれらのイオンが通過
できるのは、磁界強度が数キロエルステツドの時
だけである。通常はこのような磁界を誘起するこ
とは困難である。然し乍ら、磁気系統に真空プラ
ズマが満たされている時にはこの問題が解消され
る。というのは、この場合にはプラズマのイオン
を磁化するのに充分であるだけの実質的に小さい
磁化力があれば本発明のプラズマ発生器にイオン
成分を通過させることができるからである。この
場合は、プラズマの電子導通性は、磁力線に沿つ
て保持されるが、横方向には急激に低下する。電
界はプラズマを貫通する。この装置の電界は電子
が磁力線と交差した時の電位によつて誘起され
る。これが生じると、磁力線は、電極又はこれが
交差する装置壁の電位を得る。従つてプラズマガ
イドがカソードに対して正の電位にある時には、
その軸の方向にプラズマ流に電界が誘起される。
この電界はプラズマ流を縮径(集束)し、プラズ
マガイドの壁における正イオンの損失を減らすと
共に、出口に達するイオン、即ちプラズマガイド
と電磁石との環状ギヤツプを通過するイオンの数
を増大する。プラズマガイドとアノードとの間に
絶縁ライナがあると、高速度のイオン衝撃により
プラズマガイドはアノードよりも高い電位を得
る。プラズマガイドの壁付近の電界は強力なもの
となり、プラズマガイドに沿つたプラズマ流は更
に効果的なものとなる。 It is known that charged particles follow magnetic field lines only when their Larmor radius is small compared to the size of the device. Most metal ions emitted from a cathode spot in vacuum have an energy of several tens of electron volts. Therefore, these ions can only pass through the plasma generator of the present invention, where the gap between the plasma guide and the electromagnet housing is 10 cm, when the magnetic field strength is several kiloersteds. Normally, it is difficult to induce such a magnetic field. However, this problem is overcome when the magnetic system is filled with vacuum plasma. This is because in this case a substantially small magnetizing force sufficient to magnetize the ions of the plasma is sufficient to pass the ionic components through the plasma generator of the present invention. In this case, the electronic conductivity of the plasma is maintained along the magnetic lines of force, but rapidly decreases in the lateral direction. The electric field penetrates the plasma. The electric field in this device is induced by the potential when electrons intersect magnetic field lines. When this occurs, the magnetic field lines acquire the potential of the electrodes or device walls they intersect. Therefore, when the plasma guide is at a positive potential with respect to the cathode,
An electric field is induced in the plasma stream in the direction of its axis.
This electric field constricts (focuses) the plasma stream, reducing the loss of positive ions at the walls of the plasma guide and increasing the number of ions that reach the exit, ie, pass through the annular gap between the plasma guide and the electromagnet. With an insulating liner between the plasma guide and the anode, the plasma guide gains a higher potential than the anode due to high velocity ion bombardment. The electric field near the walls of the plasma guide becomes stronger and the plasma flow along the plasma guide becomes more effective.
プラズマガイドの壁ではね返つた巨大粒子が出
口へ達するのを防ぐため、管状プラズマガイドの
内面には、予想されるプラズマ流に対して或る角
度で延びるリブが設けられるのが好ましい。 In order to prevent large particles bouncing off the walls of the plasma guide from reaching the outlet, the inner surface of the tubular plasma guide is preferably provided with ribs extending at an angle to the expected plasma flow.
プラズマガイド内に配置される電磁石は軸方向
に流線型の形状を有しそしてそのハウジングも同
様の形状を有するように構成するのが好ましい。
これはプラズマ流がプラズマガイドと電磁石との
間の環状のギヤツプに入り易くなるようにし、ひ
いてはプラズマ発生器の出口に達するプラズマ流
を増大させる。 Preferably, the electromagnet arranged in the plasma guide has an axially streamlined shape and its housing has a similar shape.
This facilitates the plasma flow to enter the annular gap between the plasma guide and the electromagnet, thus increasing the plasma flow reaching the outlet of the plasma generator.
ハウジング及びその中のソレノイドの好ましい
形状は、円錐形、又は2つの円錐をそれらの底で
互いに当接した形状である。 The preferred shape of the housing and the solenoid therein is a cone, or two cones abutting each other at their bases.
又、予想されるプラズマ流の方向にみて電磁石
の後方の管状プラズマガイド上にある集束ソレノ
イドの単位長さ当たりの巻回数はプラズマガイド
の他部分上にある集束ソレノイドの単位長さ当た
りの巻回数より多いのが望ましい。これにより、
到来するプラズマ流を集束し、その密度を高く
し、ひいては被膜形成速度を速くすることができ
る。 Also, the number of turns per unit length of the focusing solenoid on the tubular plasma guide behind the electromagnet when viewed in the direction of the expected plasma flow is the number of turns per unit length of the focusing solenoid on the other part of the plasma guide. More is desirable. This results in
The incoming plasma stream can be focused, increasing its density and thus increasing the rate of film formation.
又、本発明は、アークプラズマ発生器と、処理
さるべき被加工片を保持する組立体とを備えた、
被加工片の表面を処理するプラズマアーク装置で
あつて、上記アークプラズマ発生器は前記で述べ
たように構成されたものであり、被加工片を保持
する上記組立体はプラズマガイドの非支持端面に
固定された蓋であり、この蓋は非磁性材で作られ
そして処理さるべき被加工片を保持する開口を有
し、上記蓋にはデイスクコイルが取り付けられて
集束ソレノイドと助勢式に接続されることを特徴
とするプラズマアーク装置にも関する。 The present invention also provides an arc plasma generator and an assembly for holding a workpiece to be processed.
This is a plasma arc apparatus for treating the surface of a work piece, in which the arc plasma generator is configured as described above, and the assembly that holds the work piece is connected to the unsupported end face of the plasma guide. a lid fixed to the lid, the lid being made of non-magnetic material and having an opening for holding the workpiece to be processed; said lid having a disc coil mounted thereon and connected in auxiliary manner to a focusing solenoid; The present invention also relates to a plasma arc device characterized by:
ここで用いられる“デイスクコイル”という語
は、半径方向寸法が長手方向(軸方向)寸法より
大きいコイルを意味する。被加工片は上記蓋と電
磁石のハウジングとの間でプラズマ発生器の軸線
上に保持されねばならない。この場合、磁力線は
プラズマ発生器の軸線に近ずくように蓋の手前で
鋭く曲げられる。このため、プラズマ流もプラズ
マ発生器の軸線に向けられて、プラズマガイドと
電磁石のハウジングとの間の環状ギヤツプを通る
経路をたどり、被加工片の側面に当たる。これに
より被加工片を軸方向に回転する必要性がなくな
り、従つて被加工片を強制冷却したり、被加工片
がイオン清掃及び表面加工を受ける時に被加工片
に大電流を流したりすることを考えれば、上記の
技術によつてプラズマ発生器の構造が相当に簡単
化される。被加工片が固定されているので、被加
工片が表面加工を受ける時の温度の取り出しも簡
単化される。 As used herein, the term "disc coil" refers to a coil whose radial dimension is larger than its longitudinal (axial) dimension. The workpiece must be held on the axis of the plasma generator between the lid and the electromagnet housing. In this case, the magnetic field lines are sharply bent in front of the lid so as to approach the axis of the plasma generator. For this purpose, the plasma stream is also directed towards the axis of the plasma generator and follows a path through the annular gap between the plasma guide and the housing of the electromagnet and impinges on the side of the workpiece. This eliminates the need for axial rotation of the workpiece and therefore the need for forced cooling of the workpiece or the application of large currents to the workpiece as it undergoes ionic cleaning and surface machining. Considering this, the above technique considerably simplifies the structure of the plasma generator. Since the workpiece is fixed, it is also easier to extract the temperature when the workpiece undergoes surface processing.
以下、添付図面を参照し、本発明を一例として
説明する。 The invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings.
第1図を参照すれば、アークプラズマ発生器は
消耗性カソード1と、円筒状アノード2とを備
え、カソード1は直径60mmの円柱形であり(この
大きさは説明上のものに過ぎない)、そして例え
ばグレードBT―1のチタンようなプラズマ形成
物質で作られ、一方アノード2はカツプ状であ
り、その底の中央部にはアノード2内にカソード
1を軸方向に取り付けるための開口が配置されて
いる(アノードの長さは200mmであり、直径は260
mmである)。 Referring to Figure 1, the arc plasma generator comprises a consumable cathode 1 and a cylindrical anode 2, the cathode 1 having a cylindrical shape with a diameter of 60 mm (this size is for illustrative purposes only). , and made of a plasma-forming material, for example titanium of grade BT-1, while the anode 2 is cup-shaped, with an opening arranged in the center of its bottom for axially mounting the cathode 1 into the anode 2. (The length of the anode is 200mm and the diameter is 260mm.
mm).
アノード2の非支持端面には管状のプラズマガ
イド3が取り付けられ、このガイドは長さが360
mmであり直径が260mmであり、非磁性鋼で作られ
る。 A tubular plasma guide 3 is attached to the unsupported end face of the anode 2, and this guide has a length of 360 mm.
mm, has a diameter of 260 mm, and is made of non-magnetic steel.
プラズマガイド3を通してプラズマを効率よく
流せるようにするため、プラズマガイド3とアノ
ード2との間には絶縁ライナ4が配置されている
(このライナは例えばアクリルプラスチツクで作
られる)。この場合は、プラズマガイドに最高の
速度のイオンが当たるので、プラズマガイドはア
ノードよりも高い電位を得る。プラズマガイドの
壁付近の電界は強いものとなり、プラズマガイド
に沿つたプラズマ流は効率的なものとなる。 To enable an efficient flow of the plasma through the plasma guide 3, an insulating liner 4 is arranged between the plasma guide 3 and the anode 2 (this liner is made of acrylic plastic, for example). In this case, the plasma guide gains a higher potential than the anode since the highest velocity ions hit the plasma guide. The electric field near the walls of the plasma guide will be strong and the plasma flow along the plasma guide will be efficient.
プラズマガイド3の内面には、予想されるプラ
ズマ流に対して或る角度に延びるリブ5が設けら
れるのが好ましい。これにより、プラズマガイド
3の壁ではね返つた巨大粒子が出口へ通過するの
を防止できる。プラズマガイド3の軸線に垂直の
平行な平面内で一方が他方の後になるように配置
されたリングの形態でリブを形成するのが最も好
ましい。 The inner surface of the plasma guide 3 is preferably provided with ribs 5 extending at an angle to the expected plasma flow. This can prevent giant particles that have bounced off the walls of the plasma guide 3 from passing through to the exit. Most preferably, the ribs are formed in the form of rings arranged one behind the other in parallel planes perpendicular to the axis of the plasma guide 3.
プラズマガイド3内でこれと軸方向に配置され
ているのは電磁石6であり、この電磁石は非磁性
の鋼で作られたハウジング7内に収容される。 Arranged axially within the plasma guide 3 is an electromagnet 6, which is housed in a housing 7 made of non-magnetic steel.
電磁石6及びそのハウジング7は第2図に示す
ように円筒形であつてもよいが、流線型、例えば
円錐形であるのが好ましく(図示せず)、或いは
又、第1図に示すように2つの円錐を互いにそれ
らの底において当接したもので構成されてもよい
(各円錐の底の直径は100mmであり高さは180mmで
ある)。このような形状の電磁石では、プラズマ
ガイド3と電磁石6との間の環状ギヤツプへプラ
ズマ流が入り易くなり、ひいてはプラズマ発生器
の出口に達するプラズマ流が増大することが実験
で分つた。 The electromagnet 6 and its housing 7 may be cylindrical, as shown in FIG. It may consist of two cones abutting each other at their bases (the diameter at the base of each cone is 100 mm and the height is 180 mm). It has been experimentally found that with an electromagnet having such a shape, the plasma flow easily enters the annular gap between the plasma guide 3 and the electromagnet 6, and as a result, the plasma flow reaching the outlet of the plasma generator increases.
プラズマガイド3の出口の端面からハウジング
7の中心までの距離は175mmである。この特定の
構造、並びにプラズマガイド3、ハウジング7、
カソード1の特定の寸法及びそれらの相対的な位
置では、ハウジング7は、プラズマガイド3を通
じてカソード1の方向に見た時にカソードが見え
ないようにするに充分な断面積をもつ。 The distance from the end face of the outlet of the plasma guide 3 to the center of the housing 7 is 175 mm. This particular structure as well as plasma guide 3, housing 7,
For the particular dimensions of the cathodes 1 and their relative positions, the housing 7 has a cross-sectional area sufficient to prevent the cathodes from being visible when looking through the plasma guide 3 in the direction of the cathodes 1.
ハウジング7は中空の支柱8によつて位置保持
され、リード9及びこの支柱を経て電磁石6のコ
イルに電流が供給される。 The housing 7 is held in place by a hollow post 8, and current is supplied to the coil of the electromagnet 6 via a lead 9 and this post.
カソード1、アノード2、プラズマガイド3及
び電磁石6は水で冷却される(冷却系統は図示せ
ず)。 The cathode 1, anode 2, plasma guide 3, and electromagnet 6 are cooled with water (the cooling system is not shown).
モリブデンで作られたロツド形状の点弧電極1
1はセラミツクの接続部片10を介してカソード
1の側面に当接する。 Rod-shaped ignition electrode 1 made of molybdenum
1 abuts against the side surface of the cathode 1 via a ceramic connecting piece 10.
第1図の参照番号12及び13は、カソード1
と点弧電極11との間のスパークギヤツプへ点弧
パルス発生器14から点弧パルスを供給するリー
ドである。 Reference numbers 12 and 13 in FIG.
This lead supplies the ignition pulse from the ignition pulse generator 14 to the spark gap between the ignition electrode 11 and the ignition electrode 11 .
ここに示すもの以外の一般の手段によつてもア
ノードとカソードとの間にアークを点弧できるこ
とを理解されたい。アークを維持する電源装置1
5の一方の端子は消耗性カソード1に接続され、
そして他方の端子はアノード2に接続される。リ
ード12,13はアノード2の底の開口及び真空
密絶縁シール16を通つてアノード2内へ入る。 It should be understood that the arc can be ignited between the anode and cathode by conventional means other than those shown here. Power supply device 1 that maintains the arc
one terminal of 5 is connected to the consumable cathode 1;
The other terminal is connected to the anode 2. Leads 12, 13 enter the anode 2 through openings in the bottom of the anode 2 and vacuum-tight insulating seals 16.
プラズマガイド3は集束ソレノイド17によつ
て包囲される。この点については、電磁石6の後
方の管状プラズマガイド3上にある集束ソレノイ
ド17の単位長さ当たりの巻回数が、プラズマガ
イドの他部分上にある集束ソレノイドの単位長さ
当たりの巻回数より多いのが好ましい。これによ
り、到来するプラズマ流を最も効果的に集束で
き、その密度を高くでき、従つて、このプラズマ
発生器を被加工片の表面加工に用いた場合には被
膜形成速度を高めることができる。 The plasma guide 3 is surrounded by a focusing solenoid 17. In this regard, the number of turns per unit length of the focusing solenoid 17 on the tubular plasma guide 3 behind the electromagnet 6 is greater than the number of turns per unit length of the focusing solenoid on other parts of the plasma guide. is preferable. This allows the incoming plasma stream to be focused most effectively and to increase its density, thus increasing the rate of coating formation when the plasma generator is used for surface processing of a workpiece.
参照番号18は処理さるべき被加工片を示して
いる(第2図及び第3図)。第3図には被加工片
の表面を処理するプラズマアーク装置が示されて
おり、この装置は前記のアークプラズマ発生器
と、処理さるべき被加工片を保持する組立体とを
具備しており、この組立体は非磁性の鋼で作られ
た蓋19の形態であり、これはプラズマガイド3
の端に取り付けられる。この蓋の外面には直径
260mm厚み60mmのデイスクコイル20があり、こ
れは集束ソレノイドと助勢式に接続される。この
場合は、被加工片キヤリヤ22が中央開口19及
び絶縁材21を経てプラズマガイド3に受け入れ
られる。 Reference number 18 designates the workpiece to be processed (FIGS. 2 and 3). FIG. 3 shows a plasma arc apparatus for treating the surface of a workpiece, which apparatus comprises the arc plasma generator described above and an assembly for holding the workpiece to be treated. , this assembly is in the form of a lid 19 made of non-magnetic steel, which is connected to the plasma guide 3.
attached to the end of the The outer surface of this lid has a diameter
There is a disc coil 20 with a thickness of 260 mm and a thickness of 60 mm, which is connected in an auxiliary manner to a focusing solenoid. In this case, the workpiece carrier 22 is received into the plasma guide 3 via the central opening 19 and the insulating material 21.
作動に際し、集束ソレノイド17及び電磁石6
に給電する電源(図示せず)がオンにされ、第2
図に点線で示されたような磁力線パターンを有す
る電磁界が誘起される。 In operation, the focusing solenoid 17 and the electromagnet 6
A power supply (not shown) is turned on to power the second
An electromagnetic field having a magnetic field line pattern as shown by dotted lines in the figure is induced.
電源装置15及びパルス発生器14もオンにさ
れる。高圧点弧パルスが点弧電極11に送られる
と、電極11とカソード1との間のギヤツプにセ
ラミツクの接続部片10を介してスパーク放電が
生じる。このスパーク放電によりカソード1とア
ノード2との間にアーク放電が開始され、カソー
ド1の活性面にカソードスポツトが現われ、この
カソードスポツトによりカソード1の材料のプラ
ズマ流が作り出される。このプラズマ流に含まれ
たイオン及び電子は磁力線をたどつて電磁石6の
ハウジング7を越えそしてプラズマガイド3の出
口部を通つて被加工片18の表面に到達する。第
2図の矢印はプラズマ流の荷電成分(イオン及び
電子)の方向を示している。 Power supply 15 and pulse generator 14 are also turned on. When a high-voltage ignition pulse is delivered to the ignition electrode 11, a spark discharge occurs in the gap between the electrode 11 and the cathode 1 via the ceramic connection piece 10. This spark discharge initiates an arc discharge between the cathode 1 and the anode 2, and a cathode spot appears on the active surface of the cathode 1, which creates a plasma stream of the material of the cathode 1. The ions and electrons contained in this plasma flow follow the magnetic field lines, cross the housing 7 of the electromagnet 6, and reach the surface of the workpiece 18 through the outlet of the plasma guide 3. The arrows in FIG. 2 indicate the direction of the charged components (ions and electrons) of the plasma stream.
中性の蒸気及び巨大粒子は直線経路(第2図の
1点鎖線)をたどり、プラズマガイド3及びハウ
ジング7の面に付着する。それ故、プラズマ発生
器の出口、ひいては被加工片18の面の付近で
は、プラズマ流に巨大粒子がない。 The neutral vapor and giant particles follow a straight path (dotted chain line in FIG. 2) and adhere to the surfaces of the plasma guide 3 and the housing 7. Therefore, near the exit of the plasma generator and thus the surface of the workpiece 18, there are no macroparticles in the plasma stream.
回転体の外面を処理する場合には、デイスクコ
イル20により磁力線が被加工片の面に向けて偏
向される(第3図の点線)。このため、プラズマ
流のイオン化成分も装置の軸線に向つて偏向され
て被加工片の面に到達する。巨大粒子はハウジン
グ7により被加工片の面への経路から遮蔽され
る。 When processing the outer surface of a rotating body, the magnetic field lines are deflected by the disk coil 20 toward the surface of the workpiece (dotted line in FIG. 3). Therefore, the ionized components of the plasma stream are also deflected toward the axis of the apparatus and reach the surface of the work piece. The large particles are blocked by the housing 7 from their path to the surface of the workpiece.
本発明をその好ましい実施例について説明した
が、特許請求の範囲内でその他の態様も考えられ
る。 Although the invention has been described in terms of its preferred embodiments, other embodiments are possible within the scope of the claims.
第1図は本発明のアークプラズマ発生器を軸方
向断面で示した図、第2図はプラズマ流の成分を
本発明のアークプラズマ発生器において分離する
原理を示した図、そして第3図は本発明のアーク
プラズマ発生器を備えた被加工片の表面処理用の
プラズマアーク装置の長手方向部分断面図であ
る。
1……カソード、2……アノード、3……プラ
ズマガイド、4……絶縁ライナ、5……プラズマ
ガイドのリブ、6……電磁石、7……電磁石のハ
ウジング、15……アークを維持する電源装置、
17……集束ソレノイド、18……被加工片、1
9……プラズマガイドの蓋、20……デイスクコ
イル。
FIG. 1 is an axial cross-sectional view of the arc plasma generator of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing the principle of separating plasma flow components in the arc plasma generator of the present invention, and FIG. 1 is a longitudinal partial sectional view of a plasma arc apparatus for surface treatment of a workpiece, which is equipped with an arc plasma generator of the present invention; FIG. 1... Cathode, 2... Anode, 3... Plasma guide, 4... Insulating liner, 5... Plasma guide rib, 6... Electromagnet, 7... Electromagnet housing, 15... Power source for maintaining the arc. Device,
17... Focusing solenoid, 18... Work piece, 1
9...Plasma guide lid, 20...Disc coil.
Claims (1)
集束ソレノイド17とを具備し、上記アノード及
びソレノイドは上記消耗性カソード1と同軸的に
配置され、更に、上記消耗性カソード1及びアノ
ード2に電気的接続されたアーク維持用の電源装
置15を具備しているアークプラズマ発生器にお
いて、上記アノード2の端面には管状のプラズマ
ガイド3が連結されており、そしてこの管状プラ
ズマガイド3内でその軸線上に電磁石6が配置さ
れ、この電磁石は非磁性材で作られたハウジング
7内に収容され、そしてこの電磁石は上記プラズ
マガイド3を通してカソード1の方向を見た時に
カソード1が見えないようにするに充分な断面積
を有し、上記集束ソレノイド17は上記管状プラ
ズマガイド3の外側に配置されそして上記電磁石
6のコイルとは逆向きに接続されて上記ソレノイ
ド17と電磁石6との間のギヤツプに電磁石6の
発生する磁束と同じ向きの磁束を発生することを
特徴とするアークプラズマ発生器。 2 上記管状プラズマガイド3と上記アノード2
との間には絶縁ライナ4が配置される特許請求の
範囲第1項に記載のアークプラズマ発生器。 3 上記管状プラズマガイド3の内面には、プラ
ズマ流に対して或る角度に延びるリブ5が設けら
れている特許請求の範囲第1項又は第2項に記載
のアークプラズマ発生器。 4 上記電磁石6は軸方向に流線型の形状を有
し、上記ハウジング7も同様の形状を有する特許
請求の範囲第1項ないし第3項のいずれかに記載
のアークプラズマ発生器。 5 上記電磁石6は、上記消耗性カソード1に頂
点が向いた円錐の形状である特許請求の範囲第4
項に記載のアークプラズマ発生器。 6 上記電磁石6は2つの円錐をそれらの底で互
いに当接した形状である特許請求の範囲第4項に
記載のアークプラズマ発生器。 7 予想されるプラズマ流の上流からみて電磁石
6の後方の管状プラズマガイド3上にある集束ソ
レノイド17の単位長さ当たりの巻回数は、管状
プラズマガイドの他の部分上にある集束ソレノイ
ドの単位長さ当たりの巻回数より多い特許請求の
範囲第1項ないし第6項のいずれかに記載のアー
クプラズマ発生器。 8 アークプラズマ発生器と、処理さるべき被加
工片を保持する組立体とを備えた、被加工片の表
面を処理するプラズマアーク装置において、上記
アークプラズマ発生器は消耗性カソード1と、円
筒状アノード2と、集束ソレノイド17とを具備
し、上記アノード及びソレノイドは上記消耗性カ
ソード1と同軸的に配置され、更に、上記消耗性
カソード1及びアノード2に電気的接続されたア
ーク維持用の電源装置15も具備しているアーク
プラズマ発生器であつて、上記アノード2の端面
には管状のプラズマガイド3が連結されており、
そしてこの管状プラズマガイド3内でその軸線上
に電磁石6が配置され、この電磁石は非磁性材で
作られたハウジング7内に収容され、そしてこの
電磁石は上記プラズマガイド3を通してカソード
1の方向に見た時にカソード1が見えないように
するに充分な断面積を有し、上記集束ソレノイド
17は上記管状プラズマガイド3上に配置されそ
して上記電磁石6のコイルとは逆向きに接続され
て上記ソレノイド17と電磁石6との間のギヤツ
プに電磁石6の発生する磁束と同じ向きの磁束を
発生するものであり、処理さるべき被加工片18
を保持する上記組立体は非磁性材で作られた蓋1
9であり、この蓋は被加工片18を保持する開口
を有しそして上記管状プラズマガイド3の出口端
面に固定され、上記蓋19にはデイスクコイル2
0が取り付けられて上記集束ソレノイド17と助
勢式に接続されることを特徴とするプラズマアー
ク装置。[Claims] 1. A consumable cathode 1, a cylindrical anode 2,
a focusing solenoid 17, the anode and the solenoid being arranged coaxially with the consumable cathode 1, and a power supply device 15 for arc maintenance electrically connected to the consumable cathode 1 and the anode 2. In this arc plasma generator, a tubular plasma guide 3 is connected to the end face of the anode 2, and an electromagnet 6 is arranged on the axis of the tubular plasma guide 3. The electromagnet is housed in a housing 7 made of material and has a cross-sectional area sufficient to prevent the cathode 1 from being visible when looking in the direction of the cathode 1 through the plasma guide 3, and the electromagnet is is arranged outside the tubular plasma guide 3 and connected in the opposite direction to the coil of the electromagnet 6 to generate a magnetic flux in the same direction as the magnetic flux generated by the electromagnet 6 in the gap between the solenoid 17 and the electromagnet 6. An arc plasma generator characterized by: 2 The tubular plasma guide 3 and the anode 2
The arc plasma generator according to claim 1, wherein an insulating liner 4 is arranged between. 3. The arc plasma generator according to claim 1 or 2, wherein the inner surface of the tubular plasma guide 3 is provided with a rib 5 extending at a certain angle with respect to the plasma flow. 4. The arc plasma generator according to claim 1, wherein the electromagnet 6 has a streamlined shape in the axial direction, and the housing 7 also has a similar shape. 5. The electromagnet 6 is in the shape of a cone with its apex facing the consumable cathode 1.
The arc plasma generator described in section. 6. The arc plasma generator according to claim 4, wherein the electromagnet 6 has a shape of two cones abutting each other at their bottoms. 7 The number of turns per unit length of the focusing solenoid 17 on the tubular plasma guide 3 behind the electromagnet 6 when viewed upstream of the expected plasma flow is equal to the unit length of the focusing solenoid on the other parts of the tubular plasma guide. The arc plasma generator according to any one of claims 1 to 6, wherein the number of turns is greater than the number of turns per round. 8. A plasma arc apparatus for treating the surface of a workpiece, comprising an arc plasma generator and an assembly holding the workpiece to be treated, the arc plasma generator comprising a consumable cathode 1 and a cylindrical an anode 2 and a focusing solenoid 17, the anode and the solenoid being arranged coaxially with the consumable cathode 1, and an arc maintenance power source electrically connected to the consumable cathode 1 and the anode 2. The arc plasma generator is also equipped with a device 15, in which a tubular plasma guide 3 is connected to the end face of the anode 2,
And within this tubular plasma guide 3 an electromagnet 6 is arranged on its axis, this electromagnet is housed in a housing 7 made of non-magnetic material, and this electromagnet looks through the plasma guide 3 in the direction of the cathode 1. The focusing solenoid 17 is arranged on the tubular plasma guide 3 and is connected in the opposite direction to the coil of the electromagnet 6 so that the solenoid 17 has a sufficient cross-sectional area so that the cathode 1 is not visible when It generates magnetic flux in the same direction as the magnetic flux generated by the electromagnet 6 in the gap between the electromagnet 6 and the work piece 18 to be processed.
The above assembly holding the lid 1 made of non-magnetic material
9, this lid has an opening for holding the work piece 18 and is fixed to the outlet end face of the tubular plasma guide 3, and the lid 19 has a disk coil 2.
0 is attached and connected to the focusing solenoid 17 in an auxiliary manner.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57054971A JPS58178999A (en) | 1982-04-02 | 1982-04-02 | Arc plasma generator and plasma arc device for surface-treating piece to be machined with same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57054971A JPS58178999A (en) | 1982-04-02 | 1982-04-02 | Arc plasma generator and plasma arc device for surface-treating piece to be machined with same |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58178999A JPS58178999A (en) | 1983-10-20 |
| JPS637680B2 true JPS637680B2 (en) | 1988-02-17 |
Family
ID=12985536
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57054971A Granted JPS58178999A (en) | 1982-04-02 | 1982-04-02 | Arc plasma generator and plasma arc device for surface-treating piece to be machined with same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58178999A (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7498587B2 (en) * | 2006-05-01 | 2009-03-03 | Vapor Technologies, Inc. | Bi-directional filtered arc plasma source |
| UA97584C2 (en) * | 2010-11-08 | 2012-02-27 | Национальный Научный Центр "Харьковский Физико-Технический Институт" | METHOD For TRANSPORTATION vacuum-arc cathode plasma with FILTERING OF MACROparticles AND DEVICE FOR realization thereof |
-
1982
- 1982-04-02 JP JP57054971A patent/JPS58178999A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58178999A (en) | 1983-10-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4452686A (en) | Arc plasma generator and a plasma arc apparatus for treating the surfaces of work-pieces, incorporating the same arc plasma generator | |
| US4551221A (en) | Vacuum-arc plasma apparatus | |
| CN104364416B (en) | Filtering cathode arc deposited equipment and method | |
| RU2369664C2 (en) | Filtered vacuum arc plasma source | |
| EP1055013B1 (en) | Cathode arc vapor deposition | |
| KR100361620B1 (en) | apparatus for a vaccum arc discharge, plasma duct for a vaccum arc discharge, apparatus for generating a beam of plasma and method for controlling an arc discharge | |
| KR101575145B1 (en) | Method and device for transporting vacuum arc plasma | |
| JP3730867B2 (en) | Plasma deposition method and apparatus with magnetic bucket and concentric plasma and material source | |
| US6812648B2 (en) | Method of cleaning ion source, and corresponding apparatus/system | |
| JPH10259477A (en) | Method of generating ionized metal plasma using electron beam and magnetic field | |
| US4810347A (en) | Penning type cathode for sputter coating | |
| JPH04504025A (en) | ion gun | |
| JP4689843B2 (en) | Rectangular cathode arc source and arc spot pointing method | |
| US4122347A (en) | Ion source | |
| GB2117610A (en) | An arc plasma generator and a plasma arc apparatus for treating the surfaces of work-pieces, incorporating the same arc plasma generator | |
| US6246059B1 (en) | Ion-beam source with virtual anode | |
| JPH06508001A (en) | Linear magnetron sputtering method and apparatus | |
| US4937456A (en) | Dielectric coated ion thruster | |
| JPH0676773A (en) | Method for generation and ignition of low- pressure discharge, vacuum working apparatus and cathode chamber for avobe apparatus | |
| WO2012138311A1 (en) | Vacuum-arc evaporator for generating a cathode plasma | |
| US4542321A (en) | Inverted magnetron ion source | |
| EP1099235A4 (en) | Ion source | |
| JP2002512310A (en) | Small diameter coils enhance the uniformity of metal films formed by inductively coupled plasma deposition | |
| JPH06502892A (en) | Method for carrying out sputter coating treatment and sputter coating apparatus | |
| JPS637680B2 (en) |