(57)【要約】【課題】陰極ワイヤの量産性を向上した成膜装置を提供すること。【解決手段】気体放電により導体ワイヤ１８表面に炭素膜を成膜する成膜装置においてその気体放電を行う気体放電発生装置において、内側が断面円形で内外二重に配置された筒状電極８，１０と、内側筒状電極８を陽極として両筒状電極８，１０間に直流電圧を印加して内側筒状電極近傍に気体放電を発生させる直流電源１２とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体放電により導体ワイヤ表面に炭素膜を成膜する成膜装置においてその気体放電を発生させる気体放電発生装置において、
内側が断面円形で内外二重に配された複数の筒状電極と、
内側筒状電極を陽極、外側筒状電極を陰極として両筒状電極間に直流電圧を印加して両筒状電極間に気体放電を発生させる直流電源と、
内側筒状電極の外周面近傍に該内側筒状電極の長手方向に沿って複数の導体ワイヤを円周方向一定間隔で配置する配置機構と、
を備えたことを特徴とする気体放電発生装置。
【請求項２】
両筒状電極を内外同心に配置した二重円筒形とした、ことを特徴とする請求項１に記載の気体放電発生装置。
【請求項３】
外側筒状電極の中に複数の内側筒状電極を並置した、ことを特徴とする請求項１に記載の気体放電発生装置。
【請求項４】
内側筒状電極の中空内部に冷却液を供給して該内側筒状電極を冷却することが可能になっている、ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の気体放電発生装置。
【請求項５】
上記内側筒状電極の外周面に該内側筒状電極の長手方向に沿って縦長溝を一定間隔で形成し、上記各縦長溝に対向して上記導体ワイヤを配置可能とした、ことを特徴とする請求項１または２に記載の気体放電発生装置。
【請求項６】
上記導体ワイヤを自転させることが可能になっている、ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の気体放電発生装置。
【請求項７】
上記気体放電が、プラズマ放電またはコロナ放電である、ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の気体放電発生装置。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかに記載の気体放電発生装置と、上記気体放電発生装置の両筒状電極間に炭素膜成膜用のガスを導入するガス導入機構と、両筒状電極間の圧力を所要の真空状態に制御する圧力制御機構と、を備えたことを特徴とする成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導体ワイヤの表面にプラズマ放電やコロナ放電等の気体放電を用いて電界電子放出用の炭素膜を成膜する際に該気体放電を行うための気体放電発生装置およびこれを用いて導体ワイヤの表面に上記炭素膜を成膜するための成膜装置に関するものである。
【０００２】
本発明は、特にプラズマ放電により導体ワイヤの表面に炭素膜を成膜して陰極ワイヤを製造する成膜装置に好ましく適用することができる。この陰極ワイヤは、フィールドエミッションランプ、マイクロマシンデバイス、電子顕微鏡、赤外センサー等の各種の真空デバイスに用いることができる。例えば、フィールドエミッションランプは、ガラス管内面に蛍光体付き陽極を形成し、そのガラス管内に管長手方向に陰極ワイヤを電子エミッタとして架設し、電界放射により陰極ワイヤ表面から電子放出を行い、この放出した電子を蛍光体に衝突させて、蛍光体を励起発光させることにより照明光を得るものである。
【背景技術】
【０００３】
フィールドエミッションランプには、上記したように、細長いガラス管内周面に蛍光体付きの陽極を膜状ないしは面状に形成し、このガラス管内の略中心にその長手方向に陰極ワイヤ（導体ワイヤ表面に電界電子放出用炭素膜を成膜したワイヤ）を空中架設し、陽極と陰極ワイヤとの間に電界を印加して陰極ワイヤ表面の電界電子放出用の炭素膜から電界放射により電子を放出させ、放出した電子を蛍光体に電子衝突させて蛍光体を励起発光させるものがある。
【０００４】
このような導体ワイヤの表面に炭素膜を成膜する技術として、本出願人は、特許文献１に示す成膜装置を既に提案している。この成膜装置は、真空チャンバ内にプラズマ放電発生用のコイルを備え、真空チャンバ内に炭素膜成膜用の原料ガスを導入しながらそのコイル内にプラズマ放電を発生させ、該コイル内に配置した導体ワイヤの表面に、電界電子放出用の炭素膜を成膜するものである。しかしながら、この成膜装置には、陰極ワイヤの量産性において改善すべき余地が残されている。
【特許文献１】特開２００５−３０７３５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、陰極ワイヤの量産性を向上した成膜装置を提供することを解決すべき課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る気体放電発生装置は、気体放電により導体ワイヤ表面に炭素膜を成膜する成膜装置においてその気体放電を発生させる気体放電発生装置において、内側が断面円形で内外二重に配された複数の筒状電極と、内側筒状電極を陽極、外側筒状電極を陰極として両筒状電極間に直流電圧を印加して両筒状電極間に気体放電を発生させる直流電源と、内側筒状電極の外周面近傍に該内側筒状電極の長手方向に沿って複数の導体ワイヤを円周方向一定間隔で配置する配置機構とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
本発明の気体放電発生装置においては、内側筒状電極周囲に多数の導体ワイヤを配置しこれら周囲に炭素膜成膜のための気体放電を行うことができるので、これを備えた成膜装置では、一度に多数の陰極ワイヤを製造することができ、陰極ワイヤの量産性を向上することができる。
【０００８】
上記では、内側筒状電極の内部を冷却することが好ましい。
【０００９】
上記では、内側筒状電極の外周面に縦長溝を一定間隔で形成し、上記各縦長溝に対向して上記導体ワイヤを配置することが好ましい。
【００１０】
上記では、導体ワイヤを自転させることが好ましい。
【００１１】
上記では、気体放電が、プラズマ放電またはコロナ放電であることが好ましい。コロナ放電が生じると、その雰囲気はプラズマ状態になる。
【００１２】
本発明に係る成膜装置は、上記気体放電発生装置と、上記気体放電発生装置の両筒状電極間に炭素膜成膜用のガスを導入するガス導入機構と、両筒状電極間の圧力を所要の真空状態に制御する圧力制御機構と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、陰極ワイヤの量産性を向上した成膜装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施の形態に係る成膜装置を説明する。図１ないし図８を参照して実施の形態の成膜装置を説明する。図１は同成膜装置の概略化した断面図、図２は図１に示すプラズマ放電発生装置のＡ−Ａ線断面図、図３はプラズマ放電発生装置の部分斜視図、図４は内側筒状電極の斜視図、図５は内側筒状電極の外周に導体ワイヤを配置した状態を示す斜視図、図６は図５で示す導体ワイヤの回転支持機構を示す斜視図、図７は内側筒状電極と外側筒状電極と導体ワイヤとを拡大して示す平面図、図８は図７の一部をさらに拡大して示す平面図である。
【００１５】
この成膜装置は、導体ワイヤの表面に電子放出部としての炭素膜を成膜するための装置である。この炭素膜は電界電子放出用として、カーボンナノチューブ、カーボンナノウォール、針状炭素膜、等のｎｍサイズの微小な先端エッジを持つカーボンファイバの構成を備え、電界中においてその先端エッジに電界が集中して電界電子放出することができるものである。
【００１６】
まず、図１ないし図３を参照して、実施の形態の成膜装置は、真空チャンバ２を備える。真空チャンバ２にはガス導入部４とガス排気部６とが設けられている。
【００１７】
ガス導入部４は、詳細の図示は略するが、真空チャンバ２の天井面の開孔やパイプ等を介してガス導入機構からのガスをシャワー状に真空チャンバ２内に導入することができるようになっている。
【００１８】
ガス排気部６は、詳細の図示は略するが、真空チャンバ２の底面に設置され多数のガス通孔やパイプ等を介して真空チャンバ２内のガスを真空チャンバ２外に排気することができるようになっている。
【００１９】
上記ガスは、炭素膜成膜用ガスとして、原料ガスである例えば炭化水素ガスとプラズマ発生用ガスである例えば水素ガスとの混合ガスを用いることができる。原料ガスやプラズマ発生用ガスはこれに限定されるものではない。水素ガスに代えて窒素ガス、アルゴンガスを用いることができる。
【００２０】
真空チャンバ２の内圧は１０Ｐａから１００００Ｐａの範囲となるよう図示略の圧力制御機構であるガス導入制御弁やガス排気制御弁の開度制御により制御される。
【００２１】
真空チャンバ２の内部には、プラズマ放電発生装置を構成する２つの大径と小径の筒状電極８，１０が内外同心に配置されている。
【００２２】
内側筒状電極８は、ＭｏやＳＵＳ等の金属からなる陽極として、接地されている。
【００２３】
外側筒状電極１０は、Ｍｏ等の金属からなる陰極として、直流電源１２の負極側の電圧が印加される。
【００２４】
直流電源１２の正極側は接地されている。
【００２５】
この電圧の印加により、内側筒状電極８と外側筒状電極１０との間に水素ガスによるプラズマ放電が発生するようになっている。
【００２６】
この場合、圧力を高くすることにより、内側筒状電極８側と外側筒状電極１０側とに２つのプラズマを分離発生させることができるようになっている。
【００２７】
内側筒状電極８にはその中空内部に冷却水供給機構１４から冷却用水を供給して冷却できるようにしてもよい。冷却は冷却水に特に限定されない。
【００２８】
図４を参照して、内側筒状電極８の外周面には該内側筒状電極８の円筒中心軸に平行した、断面が半円形をなす縦長溝１６が円周方向一定間隔で複数形成されている。
【００２９】
図５を参照して、この内側筒状電極８の外周に、これら各縦長溝１６に対向して導体ワイヤ１８が配置される。導体ワイヤ１８は内側筒状電極８の外径を通る円周上に配置されている。
【００３０】
図６を参照して、導体ワイヤ１８は、回転駆動機構２０により自転させられることにより、その表面に炭素膜が均等膜厚に成膜することができるようになっている。
【００３１】
導体ワイヤ回転駆動機構２０は、駆動モータ２２と、この駆動モータ２２により回転駆動される大径ギヤ２４と、この大径ギヤ２４に噛合回転させられかつ内側筒状電極８の縦長溝１６と同数でかつ縦長溝１６の長手方向延長線上に位置決め固定された小径ギヤ２６とを備える。導体ワイヤ１８の上端は、小径ギヤ２６の回転中心軸に固定される。導体ワイヤ１８の下端は引っ張りテンションを付与された状態で導体ワイヤ支持部２８に回転自在に支持される。制御部３０は、導体ワイヤ１８の表面への炭素膜の成膜速度等の成膜条件に対応して大径ギヤ２４の回転速度を制御することができる。
【００３２】
図７を参照して、各導体ワイヤ１８は、外側筒状電極１０に円形断面の表側半分が向き、内側筒状電極８に円形断面の裏側半分が向いている。上記縦長溝１６は断面形状が好ましくは半円形であり、その半円形中心ないしはその近傍に好ましくは導体ワイヤ１８が位置している。内側筒状電極８近傍に発生したプラズマ放電により、導体ワイヤ１８表面への炭素膜の成膜はほぼ均等に行われる。
【００３３】
以上の構成を備えた成膜装置においては、真空チャンバ２の内圧を上記圧力範囲で減圧しかつガス導入部４から水素ガスと炭化水素系ガスとを導入し、内側筒状電極８と外側筒状電極１０との間に直流電源１２を印加すると、内側筒状電極８の外周電極面上に発生したプラズマにより炭化水素ガスが分解される結果、導体ワイヤ１８表面に炭素膜が成膜される。
【００３４】
図８を参照して、このように内側筒状電極８の外周電極面に沿わせて（ただし、縦長溝１６により導体ワイヤ１８は外周電極面とは非接触）導体ワイヤ１８を配置した場合、内側筒状電極８の外径Ｒ１、外側筒状電極１０の内径Ｒ２、両筒状電極８，１０間の電界強度ＥはＶ／ｒ・ｌｎ（Ｒ２／Ｒ１）に比例する。Ｖは外側筒状電極１０と内側筒状電極８との電位差、ｒは円筒の中心からの距離である。そのため、内側筒状電極８と外側筒状電極１０との間の電界は、内側筒状電極８を中心として中心対称に分布し、かつ内側筒状電極８からの距離（半径ｒ）が小さいほど電界が強くなるので、両筒状電極８，１０間に十分な電界強度を発生させたまま、内側筒状電極８の電圧を低電圧化することが可能となり、陰極ワイヤの製造が容易な成膜装置を提供することができる。
【００３５】
本出願人が実験により確認したところ、内側筒状電極８の近傍に導体ワイヤ１８を配置し、その近傍のプラズマ中で導体ワイヤ１８の表面に炭素膜を成膜した場合、その炭素膜の膜厚は均一化されるようになった。特に、導体ワイヤ１８を自回転させるので、炭素膜の膜厚を一層均一化することができるようになった。炭素膜はカーボンナノウォール膜に限定されない。導体ワイヤ１８の表面には長手方向においても円周方向においても炭素膜が膜厚均一に成膜されている。
【００３６】
図９で示すように楕円形の外側筒状電極１０の内部に複数の内側筒状電極８を配置した形態、図１０で示すようにほぼ円形の外側筒状電極１０を複数連通連結し、各外側筒状電極１０の内部にそれぞれ内側筒状電極８を配置した形態、図１１で示すように外側筒状電極１０や内側筒状電極８を網目状、柵状、等の開口を形成した形態でもよい。
【００３７】
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内で、種々な変更ないしは変形を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】図１は本発明の実施の形態に係る成膜装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】図２は図１に示すプラズマ放電発生装置のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図３はプラズマ放電発生装置の部分斜視図である。
【図４】図４は内側筒状電極の斜視図である。
【図５】図５は内側筒状電極の外周に導体ワイヤを配置した状態を示す斜視図である。
【図６】図６は図５で示す導体ワイヤの回転支持機構を示す斜視図である。
【図７】図７は内側筒状電極と外側筒状電極と導体ワイヤとを拡大して示す平面図である。
【図８】図８は図７の一部をさらに拡大して示す平面図である。
【図９】図９は内側筒状電極と外側筒状電極の他の変形を示す図である。
【図１０】図１０は内側筒状電極と外側筒状電極のさらに他の変形を示す図である。
【図１１】図１１は内側筒状電極と外側筒状電極のさらに他の変形を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
２  真空チャンバ
８  内側筒状電極
１０  外側筒状電極
１２  直流電源
１４  冷却水供給機構
１６  縦長溝
１８  導体ワイヤ
２０  回転駆動機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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