(57)【要約】【課題】イオナイザー用電極を始めとする種々の放電用途に適用する放電用電極として、イオン発生効率が高く、耐久性に優れて非常に長寿命であり、被覆層の界面剥離による発塵を生じる懸念がなく、安価に製作できるものを提供する。【解決手段】金属電極１の表面部に、ペネトロン処理による金属の拡散硬化層１１が形成されてなる。【選択図】図２
2010225422.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属電極の表面部に、ペネトロン処理による金属の拡散硬化層が形成されてなる放電用電極。
【請求項２】
電極母材がチタン、タングステン、ステンレス鋼から選ばれる一種であると共に、拡散硬化層の拡散金属がチタン、タングステン、ニッケル、銅、金から選ばれる一種からなる請求項１に記載の放電用電極。
【請求項３】
電極母材がチタンであり、拡散硬化層の拡散金属がタングステンである請求項１に記載の放電用電極。
【請求項４】
金属電極がイオナイザー用電極である請求項１〜３の何れかに記載の放電用電極。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電気除去に用いるイオナイザー用電極、放電加工用電極、グローランプ用電極、ガスレーザー用電極等の種々の放電を行う用途に好適な放電用電極に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、クリーンルームの如き清浄空間内で行われる半導体集積回路、液晶ディスプレイ、精密電子機器等の製造工程では、静電吸着による微粒子の被加工物への付着が重大な欠陥に繋がると共に、被加工物自体の回路や絶縁層の帯電破壊によって歩留り低下を招くことから、イオナイザーと称される静電気除電装置が使用されている。このイオナイザーは、針状の電極間に高電圧を印加することにより、コロナ放電を発生させて気体分子をイオン化し、生成した正、負のイオンによって除電対象物の逆極性の電荷を中和するものである。
【０００３】
ところが、上記イオナイザーの針状電極は、放電に伴って次第に減耗してゆくが、この減耗による先端形状の変化でイオン発生効率が低下すると共に、電極材料の飛散による逆汚染を生じる懸念があった。また、該針状電極の単価は概して低いが、減耗によって早期に寿命が尽きる場合、液晶工程用等の使用本数が多いイオナイザーでは、減耗電極を新品と交換するのに非常に手間がかかるため、メンテナンス費用が嵩むという問題もある。
【０００４】
そこで、従来においては、イオナイザー用電極として、その減耗を抑えるために、金属電極の表面をセラミックスチューブ（特許文献１）、ニッケルメッキ層（特許文献２）、ダイヤモンド（特許文献３）等で覆ったもの、電極材料に酸化チタン系の導電性酸化物（特許文献４，５）や炭化シリコンの如き炭化物（特許文献６）を用いたもの、珪素からなる棒材の外周面に炭化珪素層１２を設けたもの（特許文献７）、多結晶珪素からなる棒材の外周面に導電層を設けたもの（特許文献８）等が提案され、そのいくつかは実用化されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平３−２３０４９９号公報
【特許文献２】特開平５−２１１３１号公報
【特許文献３】特開２００５−１９１６４号公報
【特許文献４】特開平６−２４３９５１号公報
【特許文献５】特開２００１−２１７０９５号公報
【特許文献６】特開２００６−１０８１０１号公報
【特許文献７】特開平６−８４５８１号公報
【特許文献８】特開平６−１４０１２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の金属電極の表面をセラミックスチューブで覆った電極では、電極の金属とセラミックスとの熱膨張率の違いにより、セラミックスチューブが割れ易いという問題がある。また、電極材料に導電性酸化物、炭化物、珪素、多結晶珪素等を用いた電極では、材質的に熱拡散性に乏しいため、熱劣化の進行が早く耐久性に難がある。更に、金属電極の表面をニッケルメッキ層やダイヤモンド（特許文献３）等で覆った電極では、被覆層によって減耗の進行は遅くなるが、経時的に被覆層が薄くなって母材金属の一部が露呈した段階で、その露呈部分から一挙に減耗が進むと共に、その周辺部において被覆層が母材金属との界面で剥離して発塵するという問題があり、また被覆層の形成コストが高くつくという難点もある。
【０００７】
本発明は、上述の事情に鑑みて、イオナイザー用電極を始めとする種々の放電用途に適用する放電用電極として、イオン発生効率が高い上、耐久性に優れて非常に長寿命であり、且つ被覆層の界面剥離による発塵を生じる懸念がなく、しかも安価に製作できるものを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る放電用電極は、金属電極の表面部に、ペネトロン処理による金属の拡散硬化層が形成されてなるものとしている。
【０００９】
請求項２の発明は、上記請求項１の放電用電極において、電極母材がチタン、タングステン、ステンレス鋼から選ばれる一種であると共に、拡散硬化層の拡散金属がチタン、タングステン、ニッケル、銅、金から選ばれる一種からなるものとしている。
【００１０】
請求項３の発明は、上記請求項１の放電用電極において、電極母材がチタンであり、拡散硬化層の拡散金属がタングステンであるものとしている。
【００１１】
請求項４の発明は、上記請求項１〜３の何れかの放電用電極において、金属電極がイオナイザー用電極であるものとしている。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１の発明に係る放電用電極では、金属電極の表面部にペネトロン処理による金属の拡散硬化層を有するが、この拡散硬化層が打ち込まれた金属によって高密度化（比重増大）している上、この打ち込まれた金属が電極表面から深くなるほど密度を低くするように拡散した状態で、母材との間で隔絶した界面を形成せずに該母材と完全に一体化している。従って、この放電用電極によれば、その表面部を含む全体が金属材質であるために高いイオン発生効率を確保でき、しかも上記の拡散硬化層が高硬度で減耗しにくいことに加え、放電の際に飛び出す電子数が上記拡散硬化層のない場合と同じであっても、上記の高密度化によって減耗に伴う形状変化が少なく、且つ経時的に拡散硬化層が薄くなっても急速な減耗や発塵に繋がる界面剥離を生じることがなく、もって非常に長寿命になると共に電極材料の飛散による逆汚染の懸念もなく、また電極表面が極めて硬いので取り扱い中に傷付くこともない。一方、拡散硬化層を形成するペネトロン処理では、母材金属を負極として、この負電極と拡散させる金属材料からなる正極とを直流電界の印加状態で電磁的振動によって離接させるだけで、その離間時の両極間の放電に伴って正極側の金属材料が負極側へ打ち込まれて拡散硬化層を生成するから、操作的に極めて簡単で且つ短時間で処理を行え、メッキやＣＶＤ法等で被覆層を形成するのに比較して放電用電極の製作コストが格段に低減されると共に生産能率も大きく向上する。
【００１３】
請求項２の発明によれば、電極母材及び拡散硬化層の拡散金属として特定の金属材料を用いることから，表面部に拡散硬化層を有する放電用電極をペネトロン処理によって確実に容易に製作できる。
【００１４】
請求項３の発明によれば、電極母材がチタンで、拡散硬化層の拡散金属がタングステンであるため、１６００Ｈｖといった高硬度の表面部を有する放電用電極が提供される。
【００１５】
請求項４の発明によれば、イオナイザー用電極として、イオン発生効率が高く、耐久性に優れて非常に長寿命であり、且つ被覆層の界面剥離による発塵を生じる懸念がなく、安価に製作できるものが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明を適用するイオナイザー用電極の一例を示す側面図である。
【図２】本発明を適用したイオナイザー用電極の先端側の軸方向断面図である。
【図３】本発明の実施例における放電試験に用いたイオナイザーの背面図である。
【図４】本発明の実施例に係る放電用電極の表面からの深さと硬度との関係を示す相関図である。
【図５】同放電試験における実施例の放電用電極の初期及び１カ月経過後の先端側の拡大写真図である。
【図６】同放電試験における比較例の放電用電極の初期及び１カ月経過後の先端側の拡大写真図である。
【図７】図５における番号２の写真図を更に拡大した写真図である。
【図８】図６における番号４の写真図を更に拡大した写真図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の放電用電極は、既述のように金属電極の表面部に、ペネトロン処理による金属の拡散硬化層が形成されている。この拡散硬化層は、打ち込まれた金属によって高密度化（比重増大）及び高硬度化している上、この打ち込まれた金属が電極表面から深くなるほど密度を低くするように拡散した状態で、母材との間で隔絶した界面を形成せずに該母材と完全に一体化している。従って、この放電用電極においては、その表面部を含む全体が金属材質であるために高いイオン発生効率を確保でき、しかも該表面部が高硬度で減耗しにくいことに加え、放電の際に飛び出す電子数が上記拡散硬化層のない場合と同じであっても、上記の高密度化している分だけ減耗に伴う形状変化が少なくなり、且つ経時的に拡散硬化層が薄くなっても急速な減耗や発塵に繋がる界面剥離を生じることがなく、もって非常に耐久性に優れて長寿命であると共に電極材料の飛散による逆汚染の懸念もなく、また電極表面が極めて硬いので取り扱い中に傷付くこともない。
【００１８】
そして、上記の拡散硬化層を形成するペネトロン処理は、放電硬化処理とも称され、従来より金属切削用工具類、金属成形用ダイス、刃物等の表面部の硬度を高めて長寿命化する手段として利用されている。このペネトロン処理では、被処理物を負極、拡散させる金属材料を正極とし、両極間に直流電界を印加した状態で、両極を電磁的振動で離接させて短絡と離間を繰り返すことにより、その離間時の放電に伴って負極の被処理物の表面層に正極の金属物質が移行して拡散し、極めて高硬度の拡散硬化層が形成される。なお、処理は一般的に大気中で行うが、上記放電によって負極表面が局部的な超高温（通常１５，０００℃以上）でイオン化して大気中の酸化性ガスの作用を排除する雰囲気を生じ、同時に局部的な超高温で膨張した負極物質の原子間にイオン化した正極物質が打ち込まれて拡散し、この打ち込まれた正極物質が冷却収縮に伴って転移して負極の原子と置換する。
【００１９】
本発明の放電用電極は、金属母材を負極側、拡散させる金属材料を正極側として上記のペネトロン処理を行うことにより、金属電極の表面部に金属の拡散硬化層を形成したものであり、メッキやＣＶＤ法等で被覆層を形成するのに比較し、操作的に簡単で且つ短時間で拡散硬化層を形成できるから、その製作コストが格段に低減されると共に生産能率も大きく向上する。
【００２０】
この放電用電極の母材金属としては、電極の用途によって適合性が異なるために特に制約されないが、チタン、タングステン、ステンレス鋼が好適なものとして挙げられる。また、拡散硬化層の拡散金属としては、同様に特に制約されないが、チタン、タングステン、ニッケル、銅、金等が好適なものとして挙げられる。なお、母材金属と拡散硬化層の拡散金属とは同じものであってもよい。しかして、イオナイザー用電極としては、特にチタンを母材金属として、拡散金属にタングステンを用いた構成が最適である。
【００２１】
ペネトロン処理の条件としては、放電用電極のサイズと形態、電極母材及び拡散硬化層の拡散金属の種類等によって好適範囲が異なるが、出力が０．５〜２ｍｍＡ程度、正負電極の離接サイクルが１０〜２００Ｈｚ程度の範囲が一般的である。また、拡散硬化層の厚さは、やはり放電用電極のサイズや電極母材及び拡散硬化層の拡散金属の種類等によって好適範囲が異なるが、電極表面から拡散最深部までの厚さとして１〜５０μｍ程度が好ましい。
【００２２】
なお、ペネトロン処理を施すことよって電極表面に凹凸や尖端の歪みを生じることがあるが、その対策として処理後の電極表面を研磨しても差し支えない。
【実施例】
【００２３】
次に、本発明をイオナイザー用電極に適用した実施例について、比較例と対比して具体的に説明する。
【００２４】
図１は実施例及び比較例のイオナイザー用電極を示す。このイオナイザー用電極１は、全長２２ｍｍ、径２．０ｍｍの丸軸状で、長さ６．５ｍｍの先端部１ａが円錐状をなし、チタンにて形成されている。しかして、実施例のイオナイザー用電極については、ペネトロン装置（スイス国ユニツール社製、電源ＡＣ１００／２００Ｖ、５０／６０Ｈｚ）により、このチタン製の金属電極を負極、タングステン電極を正極として、出力１．０ｍｍＡ，離接サイクル１００Ｈｚでペネトロン処理を施すことにより、図２で示すように、チタンからなる母材１０の表面部に、タングステンを打ち込んで電極表面から拡散最深部までの厚さが約３０μｍの拡散硬化層１１を形成した。
【００２５】
なお、上記の拡散硬化層１１を形成した実施例のイオナイザー用電極について、その表面からの深さ（ｍｍ）と硬度（マイクロピッカース硬度Ｈｖ）との関係を調べたところ、図４で示す結果が得られた。この図４で示すように、硬度は表面から深くなるに従って低下するが、表面では１，６００Ｈｖ以上もの高硬度を示し、深さ５０μｍ付近でも１，２００Ｈｖ程度の硬さを有している。
【００２６】
〔イオナイザーでの電極減耗試験〕
上記実施例（処理品）及び比較例（未処理品・・・ペネトロン処理なし）の各４本のイオナイザー用電極１を用い、各々２本ずつを正負の対として、図３に示すように、イオナイザー２（ＭＫＳ社製イオナイザー５８０２）の通気口３の周囲に装着し、風速ＬＯＷの設定で、各電極に５〜６Ｖの正又は負の電圧が常時印加されてコロナ放電を発生する状態で１カ月間の連続運転を行い、各電極の先端形状の変化を調べた。
【００２７】
その結果、実施例の処理品の電極（番号１，２，５，６）では、図５の写真図（５０倍拡大）に示すように、正負極共に１カ月後でも先端形状の変化がなく、殆ど減耗を生じていないことが判明した。これに対し、比較例の未処理品の電極（番号３，４，７，８）では、図６の写真図（５０倍拡大）に示すように、１カ月後の先端形状は初期に比べて欠けるように変化しており、とりわけ正極（番号４，８）の変化が大きく、かなりの減耗を生じていることが確認された。なお、実施例の番号２の処理品と比較例の番号４の未処理品について、図７及び図８で示す更に拡大（１５０倍）した写真図に基づいて初期からの減耗量を算出したところ、番号２の処理品の減耗量が約０．０１ｍｍ3 であったのに対し、番号４の未処理品の減耗量は約０．０７ｍｍ3 であった。なお、図５，６の写真図は、撮影前に電極を１０分間超音波洗浄している。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明の放電用電極は、イオナイザー用電極として特に好適であるが、このイオナイザー用電極に限らず、放電加工用電極、グローランプ用電極、ガスレーザー用電極等の種々の放電を行う用途に供し得る。そして、放電用電極のサイズ及び形態は、これら用途に応じて種々設定できる。
【符号の説明】
【００２９】
１    イオナイザー用電極
１０  母材
１１  拡散硬化層
２    イオナイザー
【図１】
2010225422.tif 000003
【図２】
2010225422.tif 000004
【図３】
2010225422.tif 000005
【図４】
2010225422.tif 000006
【図５】
2010225422.tif 000007
【図６】
2010225422.tif 000008
【図７】
2010225422.tif 000009
【図８】
2010225422.tif 000010