[发明专利]电弧式蒸发源

说明书

技术领域

本发明涉及电弧式蒸发源，其在例如工具、模具、装饰件、机械部件等的基体材料外部表面，形成用于提高耐磨损性和降低摩擦损失、或者附加颜色的硬质碳被膜。 

背景技术

为了在基体材料的外部表面形成被膜，提高耐磨损性和耐久性，降低摩擦损失，进而实现表面形状等的保护，使用通过电弧放电使阴极物质熔化而蒸发的电弧式蒸发源。电弧式蒸发源在通过电弧放电而在阴极前方的空间形成的电弧等离子区的作用下，将蒸发后的阴极物质的大部分电离。然后，利用电弧等离子区，对被成膜基体材料施加规定的电压，由此将电离后的阴极物质吸附到基体材料上，从而在基体材料表面形成被膜。 

使用了这样的电弧式蒸发源的电弧离子镀法，通过电弧放电而使阴极物质熔化，由此能够大量生成阴极物质的蒸气，因此成膜速度快，且被膜和基体材料之间的密接性优越。因此，使用该方法的成膜装置生产性优越，从而在机械部件或切削工具等的表面广泛地用作金属或其碳化物、氮化物等的被膜形成装置。 

电弧式蒸发源利用由磁铁或线圈形成的磁场，以电弧放电的电弧点靠近阴极前方的蒸发面的方式进行控制。然而，存在电弧点偶发性地向偏离阴极蒸发面的部位转移的情况。 

因此，作为抑制电弧点的转移的技术，公开了具备包围阴极蒸发面的周围、且至少在前部具有圆锥状的斜面的细头环(先細リング)的电弧式蒸发源(专利文献1的图1～图3)。该技术利用磁力线中的电弧点朝着磁力线与斜面构成的锐角的方向移动的性质。这种情况如图5所示，在线圈的作用下与阴极蒸发面大致垂直地产生的磁力线M’与细头环64’的圆锥状的斜面64’a形成锐角α的角度。因此，通过上述性质，从阴极蒸发面偏离 而移动到细头环斜面的电弧点，如图5的轨迹A’所示返回到阴极蒸发面。 

另外，公开了在作为成膜材料的材料杆周围设置薄壁环状的内侧层、且由磁性体构成该内侧层的技术(专利文献2的图3)。这样，由于将磁力线从磁性体吸附到内侧层，且扩大等离子束，因此能够比较均匀地加热材料杆的上表面，且能够稳定地成膜。 

另外，公开了在阴极的周围设置由强磁性体构成的阴极护罩的技术(专利文献3的第1图) 

[专利文献1]日本特开2001-181829号公报(图1～图3、段落0020)； 

[专利文献2]日本特开2002-30422号公报(图3、段落0033)； 

[专利文献3]日本实开平02-38463号公报(第1图)。 

然而，专利文献1记载的技术，由于细头环由与阴极等电位的导电性材料构成，因此若从阴极蒸发面偏离的电弧点向细头环的圆锥状斜面转移，则斜面(特别在靠近阴极蒸发面的斜面前端)在电弧放电的作用下蒸发从而消耗。若细头环的斜面消耗，则斜面和磁力线形成的角不为锐角，使电弧点返回到阴极蒸发面的效果降低，因此需要定期地更换环。 

另外，在电弧放电电流大的情况下，或在使用了碳系或Cr系高熔点材料作为阴极的情况下，有时从阴极熔化的高温的微小粒子(熔滴)飞溅。熔滴在通过等离子区中时电子附着而带负电荷，但有时由于质量比较大因此实质上不受磁场的影响而运动，并到达细头环表面。此时，存在以下情况，即，由于熔滴为高温且带负电，因此在细头环表面温度瞬间上升，且带电的电子向细头环侧放电，从而起到与在开始电弧放电时使用的触发电路相同的机能。这种情况下，产生电弧放电不连续地变换地点而运动的现象，即使设置细头环，熔滴也越过细头环而飞溅到与阴极等电位的任意的地点，使电弧放电转移。其结果是，存在以下情况：在阴极构成物质以比较弱的附着力堆积在阴极的侧面或细头环的表面后，再次剥离并飞溅，附着在被膜的表面而形成膜厚过小部，或者进入被膜中而使被膜表面的平滑性和被膜强度降低。进而，剥离、飞溅后的堆积物可能附着在成膜装置的构成部件上而产生各种问题。 

专利文献2记载的技术由于采用了将作为阴极的等离子源配置在与蒸发源不同的位置、且将等离子束导入作为阳极的膜材料的方式，因此将等 离子束从阴极直接吸附到阳极。从而，与将膜材料施加到阴极侧的专利文献1记载的技术不同，由于本来不会产生电弧点向膜材料的蒸发面之外转移的问题，因此为了改善电弧点的转移而使用专利文献2记载的技术存在困难。