(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器内に棒状電極を設置するとともに該棒状電極の周囲に該電極から所定間隔をおいてリング状電極を設置し、該リング状電極に被成膜管体を連ねて配置し、該真空容器内を所定の成膜真空度とし、前記両電極間に成膜原料ガスを導入し、該両電極間に該ガスをプラズマ化する電力を印加するとともに磁場を印加し、該磁場は該電力印加により該両電極間に発生する電界とともに作用して該プラズマを前記管体内へ向かわせる電磁力を発生させる方向性を有する磁場とし、該電界と磁場によって、発生したプラズマを前記管体内に送り込んで該プラズマのもとで管体内面に膜形成を行うことを特徴とする内周面に膜形成した管体の製法。
【請求項２】
真空容器と、前記容器内に設置した棒状電極及び該電極から所定間隔をおいて該電極周りを囲むリング状電極並びに該リング状電極に連ねて被成膜管体を支持するホルダと、前記両電極間に成膜用ガスを導入する手段と、前記両電極間に前記ガスをプラズマ化するための電力を印加する手段と、前記両電極間に発生するプラズマに磁場を印加する手段とを備えており、該磁場印加手段は、前記電力印加手段による電力印加により発生する該両電極間の電界とともに作用して、前記両電極間に発生するプラズマを前記ホルダに支持される管体内へ送り込む電磁力を発生させる方向性を有する磁場を該プラズマに印加するものであることを特徴とする内周面に膜形成した管体の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、各種ガラス配管、原子力装置の冷却水の細管、医療用カテーテル等の管体の内面に、該管体内周面の保護等の目的で所定の膜を形成する方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に管体内周面への膜形成は、真空蒸着により行われている。
このような真空蒸着を行う装置の一例として図２に示す装置について説明すると、この装置は真空容器１０を有し、その中に図示しないホルダに支持されて被成膜管体Ｓ２が設置され、管体Ｓ２内には管体Ｓ２とほぼ同じだけの長さを有する線状又は棒状等の蒸着物質９が配置され、蒸着物質９両端には直流電源６０が接続されている。また、容器１０には排気装置８０が配管接続されている。
【０００３】
この装置によると、管体Ｓ２が容器１０内に搬入されて図示しないホルダに支持され、管体Ｓ２内に蒸着物質９が配置された後、排気装置８０の運転にて容器１０内が所定の真空度とされるとともに直流電源６０により蒸着物質９両端に直流電力が印加され、これにより蒸着物質９が加熱されて管体Ｓ２内周面に真空蒸着され、管体Ｓ２内周面に所望の膜が形成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記の真空蒸着装置を用いた成膜では、管体Ｓ２の内径が小さいときには、それに合わせて蒸着物質９の直径も小さくなければならず、電力印加による蒸着物質の蒸発に伴い蒸着物質が途中で切れ易い。この場合、管体内面への成膜が行えなくなるため、新たな蒸着物質と交換しなければならないが、この交換に際して容器１０内を一旦大気圧に戻して新しい蒸着物質を設置した後、再び容器１０内を所定の真空度にしなければならず、手間がかかり、生産性が悪い。
【０００５】
また、真空を破らずに成膜原料を供給できる方法としてプラズマＣＶＤ法が考えられるが、この場合管体の内径が小さいとプラズマを発生させるための電力印加電極を管体内に配置できないため、プラズマを管体内に発生させることができず、該管体内周面に成膜を行うことができない。また、管体外でプラズマを発生させてもこれを管体内へ送り込めない。
【０００６】
そこで本発明は、内径の小さい管体でもその内周面に均一に、又は均一状に成膜を行うことができ、しかも、成膜を行う容器内の真空を破ることなく必要に応じて成膜原料の追加を行うことができ、それによって生産性よく内周面に膜形成した管体を得ることができる方法及び装置を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決する本発明の内周面に膜形成した管体を得る方法は、真空容器内に棒状電極を設置するとともに該棒状電極の周囲に該電極から所定間隔をおいてリング状電極を設置し、該リング状電極に被成膜管体を連ねて配置し、該真空容器内を所定の成膜真空度とし、前記両電極間に成膜原料ガスを導入し、該両電極間に該ガスをプラズマ化する電力を印加するとともに磁場を印加し、該磁場は該電力印加により該両電極間に発生する電界とともに作用して該プラズマを前記管体内へ向かわせる電磁力を発生させる方向性を有する磁場とし、該電界と磁場によって、発生したプラズマを前記管体内に送り込んで該プラズマのもとで管体内面に膜形成を行うことを特徴とする。
【０００８】
また、前記課題を解決する本発明の内周面に膜形成した管体の製造装置は、真空容器と、前記容器内に設置した棒状電極及び該電極から所定間隔をおいて該電極周りを囲むリング状電極並びに該リング状電極に連ねて被成膜管体を支持するホルダと、前記両電極間に成膜用ガスを導入する手段と、前記両電極間に前記ガスをプラズマ化するための電力を印加する手段と、前記両電極間に発生するプラズマに磁場を印加する手段とを備えており、該磁場印加手段は、前記電力印加手段による電力印加により発生する該両電極間の電界とともに作用して、前記両電極間に発生するプラズマを前記ホルダに支持される管体内へ送り込む電磁力を発生させる方向性を有する磁場を該プラズマに印加するものであることを特徴とする。
【００１０】
【作用】
本発明方法及び装置によると、真空容器内に被成膜管体が搬入され、リング状電極に連ねて配置される。その後、該容器内が所定の成膜真空度にされるとともに棒状電極と該電極を囲むように所定間隔をおいて設置された前記リング状電極との間に成膜原料ガスが導入され、両電極間にプラズマ生成用の電力が印加され、該ガスがプラズマ化される。また、該リング状電極内部には磁場が印加される。該磁場は、前記印加された電力による電界とともに作用して、電力印加により発生したプラズマを、前記リング状電極に連ねて配置された被成膜管体の方向に移行させ、該被成膜管体内部に進入、拡散させる。このようにして該プラズマのもとで該管体内周面に連続的に均一に、又は均一状に成膜が行われる。しかも、成膜を行う真空容器内の真空を破ることなく、必要に応じて成膜原料ガスを供給することができる。
【００１１】
【実施例】
以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。
図１は本発明の管体の製造装置の一実施例を示す図である。この装置は真空容器１を有し、容器１内には中空の棒状の中心電極２と、該電極２から所定距離をおいてそれを取り囲むように、被処理管体内径とほぼ同じ外径を有するリング状電極３が設置されている。電極２及び３の間にはリング状の絶縁体４ａが嵌装されている。これらは図示しない支持部により容器１に支持されている。中心電極２には成膜原料ガスのガス供給部５が配管接続され、電極２周囲に等間隔で所定個数設けられたガス吹き出し孔２ａから成膜原料ガスを吹き出すことができるようになっている。ガス供給部５には１又は２以上のマスフローコントローラ５１１、５１２・・・及び開閉弁５２１、５２２・・・を介して接続された、成膜原料ガスのガス源５３１、５３２・・・が含まれる。また、電極２及び３には電源部６が接続されている。電源部６は一方で電極２に接続されるとともに他方で充電用スイッチ６ｈ、開閉スイッチ６ｇを介して電極３に接続された直流電源６ａと、この回路中に互いに並列に接続された放電開始用コンデンサ６ｂ、成膜速度制御用コンデンサ６ｃ及びクローバー回路用スイッチ６ｄと、コンデンサ６ｂに直列の放電開始用スイッチ６ｅと、コンデンサ６ｃに直列の成膜速度制御用スイッチ６ｆとからなっている。なお、電源部６に代えてインバータ等の半導体スイッチを含む電源回路を用いてもよい。また真空容器１外周には、図示しない直流電源に接続された磁場印加用のソレノイド７が配置され、図中Ｂで示す方向に磁場を印加できるようになっている。なお、ここではソレノイド７を用いているが、これに代えて永久磁石を用いてもよい。さらに容器１には排気装置１１が配管接続されている。また、電極３の前方には被成膜管体Ｓ１の支持ホルダ１２を設けてある。支持ホルダ１２は図示しない部材により容器１に保持されている。
【００１２】
この装置によると、容器１内部にはソレノイド７により図中Ｂで示す方向に縦磁場が印加される。当初は電源部６の全てのスイッチは開けられて真空容器１内に被処理管体Ｓ１が搬入されて、ホルダ１２に支持されてリング状電極３に連ねて配置された後、容器１内が排気装置８の運転にて所定の真空度とされる。次いで、ガス供給部５から成膜原料ガスが導入されて中心電極２のガス吹き出し孔２ａから電極２及び３の間に吹き出されるとともに放電開始用スイッチ６ｅ、成膜速度制御用スイッチ６ｆ及びスイッチ６ｈが閉じられて直流電源６ａから電力が印加されて放電開始用コンデンサ６ｂ及び成膜速度制御用コンデンサ６ｃに充電される。充電の終了はスイッチ６ｅ、６ｆ、６ｈを開けることで行われる。次いでスイッチ６ｇ及び放電開始用スイッチ６ｅが閉じられて、放電開始用コンデンサ６ｂにより中心電極２からリング状電極３の方向に直流電力が印加され、前記導入された成膜原料ガスのプラズマ化が始まる。その後のプラズマ保持は、スイッチ６ｇを閉じたままとしておいてスイッチ６ｅを開けるとともに成膜速度制御用スイッチ６ｆを閉じ、成膜速度制御用コンデンサ６ｃによる電力印加で行う。またプラズマ放電が安定すると、スイッチ６ｇを開けるとともにクローバー回路用スイッチ６ｄを閉じた状態とする。その後はスイッチ６ｇ、６ｆの閉成によるコンデンサ６ｃの接続と、クローバースイッチ６ｄの閉成を交互に繰り返すことで前記原料ガスのプラズマ化を継続させる。一方、図中Ｊで示すように、中心電極２からリング状電極３に向けて印加される電界と、図中Ｂで示すように、リング状電極内の上半分と下半分とで逆方向に印加される磁界の作用で、被処理管体Ｓ１の方へ向けて電磁力が生じる。この電磁力により、発生したプラズマが図中に示すように螺旋状に管体Ｓ１内部に進入、拡散し、該プラズマのもとで管体Ｓ１内周面に均一に所望の膜が形成される。
【００１３】
次に、本発明方法及び装置による、内周面にチタン（Ｔｉ）膜を形成したガラス管体の製造の具体例を示す。
例１
被処理ガラス管体サイズ
・直径１０ｍｍ（内径９ｍｍ）×長さ１ｍ
装置サイズ
・中心電極２        直径２ｍｍ×放電担当長さ１０ｍｍ
・リング状電極３    直径８ｍｍ×放電担当長さ８ｍｍ
・ガス吹き出し孔    直径０．５ｍｍ、４個
成膜条件
・成膜真空度        ５０ｍＴｏｒｒ
・放電開始電力      １ｋＶ、１８０ｍＡ
・成膜速度制御電力  １ｋＶ、  １０ｍＡ
・磁場強度          １００Ｇａｕｓｓ
・成膜原料ガス      四塩化チタン（ＴｉＣｌ4 ）、２０ｓｃｃｍ
成膜結果
・成膜時間          ２ｓｅｃ
・膜厚（成膜速度）  ２μｍ（１μｍ／ｓｅｃ）
・膜厚均一性        ±１０％
例２
被処理ガラス管体サイズ
・直径５ｍｍ（内径４ｍｍ）×長さ５０ｃｍ
装置サイズ
・中心電極２        直径１ｍｍ×放電担当長さ１０ｍｍ
・リング状電極３    直径３ｍｍ×放電担当長さ８ｍｍ
・ガス吹き出し孔    直径０．２ｍｍ、４個
成膜条件
・成膜真空度        ５０ｍＴｏｒｒ
・放電開始電力      １ｋＶ、１５０ｍＡ
・成膜速度制御電力  １ｋＶ、  １０ｍＡ
・磁場強度          １００Ｇａｕｓｓ
・成膜原料ガス      四塩化チタン（ＴｉＣｌ4 ）、１０ｓｃｃｍ
成膜結果
・成膜時間          ２ｓｅｃ
・膜厚（成膜速度）  １．５μｍ（０．７５μｍ／ｓｅｃ）
・膜厚均一性        ±１０％
例３
被処理ガラス管体サイズ
・直径２ｍｍ（内径１．４ｍｍ）×長さ１０ｃｍ
装置サイズ
・中心電極２        直径０．５ｍｍ×放電担当長さ１０ｍｍ
・リング状電極３    直径１．０ｍｍ×放電担当長さ８ｍｍ
・ガス吹き出し孔    直径０．２ｍｍ、２個
成膜条件
・成膜真空度        ５０ｍＴｏｒｒ
・放電開始電力      １ｋＶ、１２０ｍＡ
・成膜速度制御電力  １ｋＶ、  １０ｍＡ
・磁場強度          １００Ｇａｕｓｓ
・成膜原料ガス      四塩化チタン（ＴｉＣｌ4 ）、５ｓｃｃｍ
成膜結果
・成膜時間          ２ｓｅｃ
・膜厚（成膜速度）  １μｍ（０．５μｍ／ｓｅｃ）
・膜厚均一性        ±２０％
このことから、直径１０ｍｍ（内径９ｍｍ）で長さ１ｍ、直径５ｍｍ（内径４ｍｍ）で長さ５０ｃｍ、直径２ｍｍ（内径１．４ｍｍ）で長さ１０ｃｍ程度の内径の小さい、また内径に比べて十分長い管体でもその内周面に、均一に、又は均一状にしかも短時間で成膜が行えたことが分かる。
【００１４】
【発明の効果】
本発明によると、内径の小さい管体でもその内周面に均一に、又は均一状に成膜を行うことができ、しかも、成膜を行う容器内の真空を破ることなく必要に応じて成膜原料の追加を行うことができ、それによって生産性よく内周面に膜形成した管体を得ることができる方法及び装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である、内周面に膜形成された管体の製造装置の概略構成を示す図である。
【図２】従来の、内周面に膜形成された管体の製造装置例の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
１、１０  真空容器
２  中心電極
２ａ  ガス吹き出し孔
３  リング状電極
４ａ  絶縁体
５  成膜原料ガス供給部
６  電源部
６ａ、６０  直流電源
６ｂ  放電開始用コンデンサ
６ｃ  成膜速度制御用コンデンサ
６ｄ  クローバー回路用スイッチ
６ｅ  放電開始用スイッチ
６ｆ  成膜速度制御用スイッチ
６ｈ  充電用スイッチ
６ｇ  開閉スイッチ
７  ソレノイド
１１、８０  排気装置
９  蒸着物質
Ｓ１、Ｓ２  被成膜管体
１２  管体Ｓ１の支持ホルダ
【図１】
0003661211.tif 000002
【図２】
0003661211.tif 000003