アーク蒸着装置
【課題】カソード電極とトリガ電極との間の短絡を効果的に抑止でき、メンテナンスフリーの状態における使用期間をより長期間とする（または使用回数をより多くする）ことのできるアーク蒸着装置を提供する。
【解決手段】カソード電極１と、これを包囲する絶縁ガイシ４と、この外周に設けられたＣリング３と、この外周に設けられたトリガ電極２と、が一つのユニット体を形成して筒状のアノード電極６内に収容され、これが減圧容器８内に収容されてできるアーク蒸着源１０を具備するアーク蒸着装置１００であり、カソード電極１を構成する蒸着材料の消耗に応じて該カソード電極１を絶縁ガイシ４に対して相対的に移動させる第１の送り出し手段９Ａと、少なくとも絶縁ガイシ４をＣリング３の端部から突出させる第２の送り出し手段９Ｂとを備え、Ｃリング３の切欠き３１はトリガ電極２側からカソード電極１側に向ってその切欠き幅が広くなっている。
【解決手段】カソード電極１と、これを包囲する絶縁ガイシ４と、この外周に設けられたＣリング３と、この外周に設けられたトリガ電極２と、が一つのユニット体を形成して筒状のアノード電極６内に収容され、これが減圧容器８内に収容されてできるアーク蒸着源１０を具備するアーク蒸着装置１００であり、カソード電極１を構成する蒸着材料の消耗に応じて該カソード電極１を絶縁ガイシ４に対して相対的に移動させる第１の送り出し手段９Ａと、少なくとも絶縁ガイシ４をＣリング３の端部から突出させる第２の送り出し手段９Ｂとを備え、Ｃリング３の切欠き３１はトリガ電極２側からカソード電極１側に向ってその切欠き幅が広くなっている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえば燃料電池用触媒層の触媒を製造するためのアーク蒸着装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、環境負荷影響等に優しい車両としてハイブリッド自動車、電気自動車が注目されており、その一層の小型化、高性能化を目指した開発が日々進められている。中でも、電気自動車等に車載される燃料電池は内燃機関と発電原理を大きく異にするもので、清浄な排ガスの排出、静粛な走行などを実現する上で極めて重要な車載機器である。
【０００３】
比較的低温で作動する高分子電界質を使用してなる燃料電池においては、正負極の触媒層に比較的高価な白金が使用されており、より具体的には、カーボンからなる粉状担体表面に白金が担持されることによって燃料電池用触媒層を形成する触媒が製造されている。
【０００４】
ところで、特許文献１には蒸着装置に関する技術が開示されている。この蒸着装置は、棒状の蒸着材料と同型で棒状のカソードとをコネクタにて接続し、この蒸着材料が絶縁管の内部を貫通した姿勢で移動できるようにしたものであり、蒸着材料とカソードの移動を直線駆動機構にて実行するものである。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−３５０１１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
白金をはじめとする各種金属からなるカソードを蒸着源としたアーク蒸着装置においては、カソード電極とトリガ電極との間の絶縁を確保するために設けられた絶縁ガイシの表面にアーク蒸着の過程で飛散した金属微粒子（荷電微粒子）が付着し、これを介してカソード電極とトリガ電極とが短絡することがある。したがって、メンテナンスが無い状態での蒸着装置の耐久期間もしくは耐久回数（使用可能期間もしくは使用可能回数）は、この短絡までの期間もしくは回数といっても過言ではなく、そのために、一定回数のプラズマ照射の後にメンテナンスが余儀なくされているのが現状である。
【０００７】
ここで、現在使用されているアーク蒸着装置のアーク蒸着源の一つの形態を説明する。この蒸着源は、図５ａの側面図とそのｂ−ｂ矢視図である図５ｂの平面図で示すように、トリガ電極Ａの一端から金属製のＣリングＢが突出した姿勢で形成され、このＣリングＢにて支持される筒状の絶縁ガイシＣの端部を該ＣリングＢから突出させ、絶縁ガイシＣに支持された棒状のカソードＤを該絶縁ガイシＣから突出させ、この姿勢でアーク蒸着をおこなうものである。アーク蒸着の過程で発生する金属微粒子ｍが絶縁ガイシＣの露出面に付着し、この付着が進行すると付着金属微粒子ｍを介してカソードＤとＣリングＢ（およびトリガ電極Ａ）との間で短絡が生じてしまうことから（図５ａにおける矢印Ｙ１）、この短絡を回避する必要がある。なお、切欠きＢ１を有するＣリングＢにて絶縁ガイシＣを支持することにより、このＣリングＢが緩衝材としての作用を果たし、トリガ電極Ａの熱膨張によって絶縁ガイシＣの破損を効果的に抑止していることから、切欠きＢ１を有するＣリングＢは図示する蒸着源にとって重要な構成要素となっている。
【０００８】
そこで、図６で示すように、絶縁ガイシＣおよびカソードＤをＣリングＢから単純に押出すことが考えられるが（図中の矢印Ｙ２）、図示する従来形状の切欠きＢ１を具備するＣリングＢでは、絶縁ガイシＣの露出面に図示のごとき略Ｔの字状の金属微粒子付着領域が形成され、切欠きＢ１以外の露出面の長さ：Ｌ１を基準に絶縁ガイシＣおよびカソード電極ＤをＣリングＢから送り出しただけでは短絡は回避できない。すなわち、略Ｔの字状の下端までの長さ：Ｌ２を基準として、少なくとも、ＣリングＢの端部からこの略Ｔの字状の下端までを送り出してはじめて短絡が完全に回避されることになり、したがって、送り出し量は非常に多くなってしまう。
【０００９】
絶縁ガイシ（およびカソード）の送り出し量が多いことにより、絶縁ガイシのメンテナンス期間が短くなることは理解に易い。これに加えて、絶縁ガイシの送り出し量が多いことにより、その端部から突出するカソードとトリガ電極との距離も長くなってしまうことから、双方の間の電位差も大きくなり、場合によってはプラズマ照射ができなくなるという課題も生じ得る。
【００１０】
本発明は、上記する問題に鑑みてなされたものであり、図５，６で示す従来のアーク蒸着源の構造に改良を加えることにより、従来構造に比してＣリングからの絶縁ガイシおよびカソード電極の送り出し量を格段に少なくしながら、カソード電極とトリガ電極との間の短絡を効果的に抑止でき、もってメンテナンスのない状態での使用期間をより長期間とする（または使用回数をより多くする）ことのできるアーク蒸着装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記目的を達成すべく、本発明によるアーク蒸着装置は、蒸着材料からなるカソード電極と、該カソード電極の外周を包囲する絶縁ガイシと、該絶縁ガイシの外周に設けられたＣリングと、該Ｃリングの外周に設けられたトリガ電極と、が一つのユニット体を形成し、該ユニット体が筒状のアノード電極内に収容され、該アノード電極が減圧容器内に収容されてできるアーク蒸着源を具備するアーク蒸着装置において、前記カソード電極の一端は前記絶縁ガイシの端部から突出し、該絶縁ガイシの端部は前記Ｃリングの端部から突出し、該突出したカソード電極の側面と前記トリガ電極の一端との間で沿面放電がなされるものであり、前記カソード電極を構成する蒸着材料の消耗に応じて該カソード電極を前記絶縁ガイシに対して相対的に移動させ、カソード電極の前記一端を絶縁ガイシの端部から突出させる第１の送り出し手段と、少なくとも前記絶縁ガイシを前記Ｃリングの端部から突出させる第２の送り出し手段とをさらに具備しており、前記Ｃリングを構成する切欠きは、トリガ電極の前記一端から該Ｃリングの前記端部に向って切欠き幅が広くなっているものである。
【００１２】
本発明のアーク蒸着装置は、カソード電極とトリガ電極間の短絡を防止することによってその使用可能期間を従来の装置に比して格段に長くすることができるものであり（または、使用可能回数が格段に多くなるもの）、カソード電極に使用される蒸着材料は金属全般もしくは金属合金全般を含むものである。さらに、その用途は、半導体装置や液晶表示装置等を構成する基盤上に金属薄膜を形成することは勿論のこと、燃料電池の電極触媒層を形成する触媒の製造にも好適である。
【００１３】
アーク蒸着装置を構成するアーク蒸着源は、蒸着材料からなるカソード電極と、該カソード電極の外周を包囲する絶縁ガイシと、該絶縁ガイシの外周に設けられたＣリングと、該Ｃリングの外周に設けられたトリガ電極とが一つのユニット体を形成し、該ユニット体が筒状のアノード電極内に収容され、これらが減圧容器内に収容されて形成されるものである。ここで、蒸着材料からなるカソード電極は、たとえば蒸着材料が長細状に成形されたものを電極ホルダに締結し、これを筒状の絶縁ガイシ内に収容することで形成できる。なお、絶縁ガイシは、たとえばシリカ（ＳｉＯ２）等から成形される。
【００１４】
アノード電極とカソード電極の間に電圧を印加するとともにトリガ電極に電圧を印加すると、トリガ電極と蒸着材料からなるカソード電極との間に沿面放電が発生し、これにより、アノード電極と蒸着材料（カソード電極）の間にアーク放電が励起される。このアーク放電によって蒸着材料が蒸発し、アノード電極に向かう荷電微粒子が放出される。この荷電微粒子は、アノード電極内に生じる磁場の影響により、たとえば減圧容器内のアノード電極の開放端に対向する位置に載置された基盤に飛ばされ、該基盤上で薄膜を成長させることになる。
【００１５】
本発明のアーク蒸着装置は、絶縁ガイシを支持するＣリングの切欠き形状をトリガ電極の一端から該Ｃリングの端部に向ってその切欠き幅が広くなるような形状とすることにより、該Ｃリング表面に金属微粒子（荷電微粒子）が付着し、これを介してカソード電極とトリガ電極とが短絡するのを回避するべく絶縁ガイシを送り出す際の送り出し量を、従来構造のＣリングを具備するアーク蒸着装置に比して格段に少なくすることができるものである。
【００１６】
そのための切欠きの端辺は、たとえば、テーパー状もしくは湾曲状とすることができる。
【００１７】
また、このアーク蒸着装置は２つの送り出し手段を有し、その一つは、カソード電極を構成する蒸着材料の消耗に応じて該カソード電極を絶縁ガイシに対して相対的に移動させ、カソード電極の一端を絶縁ガイシの端部から突出させる送り出し手段であり（第１の送り出し手段）、他の一つは、少なくとも絶縁ガイシをＣリングの端部から突出させる送り出し手段（第２の送り出し手段）である。ここで、「少なくとも絶縁ガイシをＣリングの端部から突出させる」とは、絶縁ガイシのみを移動させることのほか、絶縁ガイシとカソード電極の双方を移動させることをも含む意味である。
【００１８】
なお、この第２の送り出し手段に関し、絶縁ガイシが送り出される際に該絶縁ガイシが回転してしまうと絶縁ガイシの切欠き部分に付着した金属微粒子がＣリングと接触して電極間の短絡の原因となることから、絶縁ガイシの送り出しは直線的である必要がある。したがって、絶縁ガイシの回転（自転）を抑制するような回転防止機構もしくは送り案内部材を該絶縁ガイシの側面外周に設けておいてもよい。
【００１９】
また、アーク蒸着の過程で、絶縁ガイシの側面に付着した金属微粒子を介し、Ｃリングを介してカソード電極とトリガ電極とが短絡することが防止されるように、前記第２の移動調整手段によって少なくとも絶縁ガイシがＣリングに対して相対移動するような送り出し制御が実行される。
【００２０】
この送り出し制御は、経験則や実験等で既に得られている、絶縁ガイシの突出長に関するデータと、該絶縁ガイシの突出部に付着した金属微粒子が電極間を短絡させるまでのアーク照射回数に関するデータに基づいて、照射回数に応じて第２の送り出し手段を稼動させ、絶縁ガイシのみを、もしくは絶縁ガイシとカソード電極の双方を、所定量だけ自動的に送り出すようになっているのがよい。
【００２１】
なお、第１の送り出し手段による、絶縁ガイシに対してカソード電極を送り出すタイミングや送り出し量に関しても、アーク照射回数に応じたカソード電極の消耗量に関するデータに基づいて自動的に実行されるのがよい。
【００２２】
なお、上記する第１、第２の送り出し手段の具体的な実施形態は特に限定されるものではないが、たとえば、油圧、水圧、空気圧シリンダユニット装置や、送りねじ装置などを使用でき、手動操作の場合には、所定厚のスペーサを蒸着源の後方から嵌めこんで、絶縁ガイシおよびカソード電極を送り出したり、カソード電極のみを送り出すことができる。
【００２３】
また、本発明によるアーク蒸着装置の他の実施の形態において、前記減圧容器内のアノード電極の開放端に対向する位置には被蒸着物を収容する収容部が具備されており、該収容部は前記減圧容器の軸心まわりに回転自在な皿状のチャンバーを有しており、これに粉体の被蒸着物が収容された姿勢でチャンバーの回転によって攪拌され、アークプラズマが該攪拌された粉体に照射されるものである。
【００２４】
本実施の形態は、減圧容器内のアノード電極の開放端に対向する位置に回転自在のチャンバーを備えていて、このチャンバー内で被処理対象の粉体を効率的に微小単位にばらばらにしながら、微小単位の粉体表面にアークプラズマ照射することで金属触媒を担持させるものである。プラズマ照射に際して粉体を微小単位に粉々にすることで、粉体の凝集によって金属触媒が凝集体の一部にしか形成されないといった問題を解消し、もって金属触媒の有効面積を大きくし、微小粉体表面に均一に金属触媒を担持させることができる。しかも、メンテナンス無しで当該アーク蒸着装置を長期に亘って使用することができるため、あるいは多数回に亘って使用することができるため、高品質な製品（たとえば電極触媒）を従来の装置に比して格段に安価に製造することができる。
【００２５】
上記実施の形態において、たとえば前記粉体が粉状のカーボン担体であり、該カーボン担体に白金または白金合金をドライ担持させるのに供されるのが好ましい。この白金は比較的高価であるため、本発明の上記装置を使用することでその単位重量あたりの有効面積を大きくすることが可能となり、もって白金使用量を低減することに繋がる。本発明の上記装置を使用することにより、昨今その研究開発が盛んとなっており、その生産が拡大しつつある燃料電池自動車の電極触媒層用の触媒の生産に好適である。なお、そのほか、ディーゼルエンジンの触媒等の生産にも適用できることは言うまでもない。
【発明の効果】
【００２６】
以上の説明から理解できるように、本発明のアーク蒸着装置によれば、Ｃリングからの絶縁ガイシおよびカソード電極の送り出し量を従来構造のアーク蒸着装置に比して格段に少なくしながら、カソード電極とトリガ電極の間の短絡を効果的に抑止でき、もってメンテナンスのない状態での使用可能期間が格段に長い、もしくは使用可能回数が格段に多いアーク蒸着装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【実施例】
【００２８】
図１は本発明のアーク蒸着装置の一実施の形態を概略説明した図である。このアーク蒸着装置１００は、アークプラズマガンを構成する電源２０とこれに固定された減圧容器８の長手方向であってプラズマ照射方向を水平面に対してθ傾斜させた姿勢で該アーク蒸着装置１００が位置決め固定され、この減圧容器８の先端に粉状カーボン担体Ｃが収容されたチャンバーを有する収容部３０が装着され、この収容部３０はさらに先端のサーボモータ４０（たとえばオリエンタルモーター株式会社製のＡＸＵ４２５）にて所定速度で回転自在に構成されている（Ｘ１方向）。減圧容器８内には該減圧容器８をその構成要素とするアーク蒸着源１０が設けてあるが、その詳細は後述する。また、アーク蒸着装置１００は真空ポンプ５０（たとえばターボ分子ポンプで、株式会社アルバック製のＹＴＰ１５０）、補助真空用のロータリーポンプ６０に連通しており、これによって減圧容器８内を減圧し（場合によっては真空とし）、放電させるようになっている。なお、上記する角度θ方向はチャンバーの自転軸とも一致しているが、このθの範囲はカーボン担体をチャンバー内壁から落下させるのを促進する等の観点から、３０〜６０度の範囲に設定されるのが好ましい。
【００２９】
また、アーク蒸着装置１００は不図示のパーソナルコンピュータに繋がっており、このコンピュータ内には、アーク蒸着装置１００にパルス信号を送信しながらプラズマのパルス照射を実行できる構成となっている。また、サーボモータ４０の回転速度もコンピュータにて制御できるようになっており、この回転速度とパルス信号送信のタイミングの双方が調整されるようになっている。さらには、後述するシリンダユニット機構の制御もこのコンピュータにて実行されるものであり、たとえば３００００回のアークプラズマ照射の段階で、カソード電極を前方へ１ｍｍ前進させるといった具合に、プラズマ照射段階に応じてカソード電極を所定長だけ送り出し制御できるようになっている。
【００３０】
たとえば、粉状カーボン担体Ｃへの白金触媒のドライ担持条件として、減圧容器８内の真空度は１．０×１０−４Ｐａ、アーク電圧を２００Ｖ、トリガ電圧を３．４ｋＶ、温度は常温とし、アークプラズマ照射はパルス照射するものとしてその照射間隔は４パルス／秒、サーボモータ４０の回転数は４５ｒｐｍにて電極触媒の製造を実施することができる。
【００３１】
上記する本発明のアーク蒸着装置１００によれば、粉状カーボン担体Ｃをチャンバーの回転によって随時落下させながらその凝集を防止するとともに、微小単位の粉状のカーボン担体Ｃを生成でき、これにアークプラズマが照射されることで、カーボン担体表面に均一な白金触媒を担持させることが可能となる。
【００３２】
次に、図２に基づいてアーク蒸着装置１００を形成するアーク蒸着源１０の構成を詳述する。
【００３３】
アーク蒸着源１０は、蒸着材料である白金から成形され、その内部に溝孔１ａを有するカソード電極１と、該カソード電極１の溝孔１ａ内に挿通されたボルト７を介してカソード電極１の端部１ｃと接続される電極ホルダ５と、このカソード電極１および電極ホルダ５の外周を包囲する筒状の絶縁ガイシ４と、該絶縁ガイシ４の外周に設けられたＣリング３とその外周に設けられた筒状のトリガ電極２と、が一つのユニット体を形成し、このユニット体が筒状のアノード電極６内に収容され、これらが筒状の減圧容器８内に収容されて形成される。
【００３４】
カソード電極１の一端１ｂは絶縁ガイシ４の端部４ａからたとえば１ｍｍ程度突出しており、この突出したカソード電極の側面１ｂ’とトリガ電極２の一端２ａとの間で沿面放電がなされる。
【００３５】
蒸着源１０は、減圧容器８の内部の電源２０側に、絶縁ガイシ４内で電極ホルダ５およびカソード電極１を前方に移動させる第１の送り出し手段を備えており、図示例では、この第１の送り出し手段が、シリンダユニット機構９Ａから構成されるものである。
【００３６】
シリンダユニット機構９Ａは、シリンダ９Ａ１内を摺動し、その端部から伸張するピストン９Ａ２を有しており、ピストン９Ａ２の端部がアノード電極６の端面に形成された開口を介して電極ホルダ５の端部に固着されている。
【００３７】
所定回数のアークプラズマ照射が実行されてカソード電極１の端部１ｂが消耗した段階で、不図示のコンピュータからシリンダユニット機構９Ａにピストン９Ａ２を所定長だけ前進させる指令信号が送信され、この信号に基づいて自動的にピストン９Ａ２が前進し（Ｘ２方向）、これによってカソード電極１の一端１ｂが絶縁ガイシ４に対して相対的に所定長だけ送り出される（Ｘ３方向）。
【００３８】
蒸着源１０はさらに、Ｃリング３に対して絶縁ガイシ４を前方に移動させる第２の送り出し手段をも備えており、図示例では、この第２の送り出し手段も第１の送り出し手段と同様の機構であるシリンダユニット機構９Ｂから構成されるものである。
【００３９】
図示例では２つのシリンダユニット機構９Ｂを有するものとなっており、これらは、シリンダ９Ｂ１とその端部から伸張するピストン９Ｂ２とから構成され、ピストン９Ｂ２の端部がアノード電極６の端面に形成された開口を介して絶縁ガイシ４の端部に固着されている。
【００４０】
所定回数のアークプラズマ照射が実行されて絶縁ガイシ４の表面に金属微粒子が付着し、これを介してカソード電極１とトリガ電極２とが短絡しない段階で、不図示のコンピュータからシリンダユニット機構９Ｂにピストン９Ｂ２を所定長だけ前進させる指令信号が送信され、この信号に基づいて自動的にピストン９Ｂ２が前進し（Ｘ４方向）、これによって絶縁ガイシ４の一端４ａがＣリング３に対して相対的に所定長だけ前進する（Ｘ５方向）。なお、このＣリング３は、Ｃリング固定部材３２にてアノード電極６の内面に固定されている。
【００４１】
ここで、第１の送り出し手段と第２の送り出し手段はインターフェイス回路を介して同期制御され、第２の送り出し手段による絶縁ガイシ４の送り出し制御に同期するように、第１の送り出し手段によって絶縁ガイシ４の内部に位置するカソード電極１も同程度に送り出されるようになっている。
【００４２】
なお、双方の送り出し手段を同期制御させるまでもなく、第２の送り出し手段によって絶縁ガイシ４が送り出される際に、この絶縁ガイシ４とカソード電極１との間の静止摩擦力により、カソード電極１が絶縁ガイシ４と同時に送り出されるものであってもよい。
【００４３】
図３は、アーク蒸着源１０を構成するＣリング３の切欠き形状を説明した模式図である。
【００４４】
図３ａは、切欠き端辺３ａがテーパー状を成して、トリガ電極２側からカソード電極１側へ向って切欠き幅が広くなるように形成された切欠き３１を具備するＣリング３を示している。
【００４５】
一方、図３ｂは、切欠き端辺３ｂが湾曲状を成して、同様にトリガ電極２側からカソード電極１側へ向って切欠き幅が広くなるように形成された切欠き３１’を具備するＣリング３Ａを示している。
【００４６】
ここで、図４に基づき、図３ａで示すＣリング３を有するアーク蒸着源を例に、該Ｃリング３から絶縁ガイシ４およびカソード電極１を送り出す場合を説明する。
【００４７】
アーク蒸着が進行する過程で、図４ａで示すように、Ｃリング３およびその切欠き３１から露出する絶縁ガイシ４の表面に金属微粒子ｍが付着する。
【００４８】
この付着金属微粒子ｍによってカソード電極１とトリガ電極２とが短絡しないように、上記のごとく第１、第２の送り出し手段にてカソード電極１と絶縁ガイシ４がＣリング３に対して送り出されるものであり、送り出された状態を図４ｂに示している。なお、同図において、送り出し方向である矢印Ｘ５は図２における移動方向：Ｘ５と同義である。
【００４９】
図４ｂより、切欠き３１がトリガ電極２側からカソード電極１側へ向ってその切欠き幅が広くなるように形成されていることで、微小な送り出し量（ここでは、Ｌ３でもよいし、Ｌ４でもよい）にて、絶縁ガイシ４表面の金属微粒子ｍとＣリング３とを離間させることができる。
【００５０】
同図と従来構造を説明した図６と比較することにより、双方の送り出し量の相違が顕著であることが理解できる。
【００５１】
図示するように、本発明のアーク蒸着装置１００は、そのアーク蒸着源１０の構成要素であるＣリングの切欠き形状を改良したこと、２つの送り出し手段にてカソード電極および絶縁ガイシの送り出し量やそのタイミングを短絡しないように制御すること、により、メンテナンスフリーの状態におけるアーク照射回数を従来構造のアーク蒸着装置に比して格段に多くすることが可能となる。
【００５２】
さらに、本発明のアーク蒸着装置１００は、その先端に粉状カーボン担体Ｃを収容する回転自在のチャンバーを具備する収容部３０を備えており、このチャンバーの回転によって粉状カーボン担体Ｃを効率的に微小単位にばらばらにしながら、微小単位の粉体表面にアークプラズマ照射することにより、金属触媒の有効面積を大きくし、微小粉体表面に均一に金属触媒を担持させることが可能となるものである。
【００５３】
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明のアーク蒸着装置の一実施の形態の側面図である。
【図２】蒸着源を拡大した縦断面図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）はともにＣリングの切欠き形状の実施の形態を説明した側面図である。
【図４】図３ａで示すＣリングを有するアーク蒸着源に関し、（ａ）は絶縁ガイシの露出面に金属微粒子が付着した状態を説明した図であり、（ｂ）は絶縁ガイシおよびカソード電極をＣリングに対して相対的に移動させた状態を説明した図である。
【図５】（ａ）は、従来のアーク蒸着装置のアーク蒸着源において、特にＣリングの切欠き形状を説明した側面図であり、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ矢視図である。
【図６】図５で示すアーク蒸着源において、絶縁ガイシおよびカソード電極をＣリングに対して相対的に移動させた状態を説明した図である。
【符号の説明】
【００５５】
１…カソード電極、１ａ…溝孔、１ｂ…端部（一端）、１ｃ…端部（他端）、２…トリガ電極、２ａ…トリガ電極の端部、３，３Ａ…Ｃリング、３１，３１’…切欠き、３ａ、３ｂ…切欠き端辺、３２…Ｃリング固定部材、４…絶縁ガイシ、４ａ…絶縁ガイシの端部、５…電極ホルダ、６…アノード電極、７…ボルト、８…減圧容器、９Ａ…シリンダユニット機構（第１の送り出し手段）、９Ｂ…シリンダユニット機構（第２の送り出し手段）、９Ａ１、９Ｂ１…シリンダ、９Ａ２、９Ｂ２…ピストン、１０…アーク蒸着源、２０…電源、３０…収容部、４０…サーボモータ、５０…真空ポンプ、６０…回転ポンプ、１００…アーク蒸着装置、Ｃ…粉状カーボン担体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえば燃料電池用触媒層の触媒を製造するためのアーク蒸着装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、環境負荷影響等に優しい車両としてハイブリッド自動車、電気自動車が注目されており、その一層の小型化、高性能化を目指した開発が日々進められている。中でも、電気自動車等に車載される燃料電池は内燃機関と発電原理を大きく異にするもので、清浄な排ガスの排出、静粛な走行などを実現する上で極めて重要な車載機器である。
【０００３】
比較的低温で作動する高分子電界質を使用してなる燃料電池においては、正負極の触媒層に比較的高価な白金が使用されており、より具体的には、カーボンからなる粉状担体表面に白金が担持されることによって燃料電池用触媒層を形成する触媒が製造されている。
【０００４】
ところで、特許文献１には蒸着装置に関する技術が開示されている。この蒸着装置は、棒状の蒸着材料と同型で棒状のカソードとをコネクタにて接続し、この蒸着材料が絶縁管の内部を貫通した姿勢で移動できるようにしたものであり、蒸着材料とカソードの移動を直線駆動機構にて実行するものである。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−３５０１１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
白金をはじめとする各種金属からなるカソードを蒸着源としたアーク蒸着装置においては、カソード電極とトリガ電極との間の絶縁を確保するために設けられた絶縁ガイシの表面にアーク蒸着の過程で飛散した金属微粒子（荷電微粒子）が付着し、これを介してカソード電極とトリガ電極とが短絡することがある。したがって、メンテナンスが無い状態での蒸着装置の耐久期間もしくは耐久回数（使用可能期間もしくは使用可能回数）は、この短絡までの期間もしくは回数といっても過言ではなく、そのために、一定回数のプラズマ照射の後にメンテナンスが余儀なくされているのが現状である。
【０００７】
ここで、現在使用されているアーク蒸着装置のアーク蒸着源の一つの形態を説明する。この蒸着源は、図５ａの側面図とそのｂ−ｂ矢視図である図５ｂの平面図で示すように、トリガ電極Ａの一端から金属製のＣリングＢが突出した姿勢で形成され、このＣリングＢにて支持される筒状の絶縁ガイシＣの端部を該ＣリングＢから突出させ、絶縁ガイシＣに支持された棒状のカソードＤを該絶縁ガイシＣから突出させ、この姿勢でアーク蒸着をおこなうものである。アーク蒸着の過程で発生する金属微粒子ｍが絶縁ガイシＣの露出面に付着し、この付着が進行すると付着金属微粒子ｍを介してカソードＤとＣリングＢ（およびトリガ電極Ａ）との間で短絡が生じてしまうことから（図５ａにおける矢印Ｙ１）、この短絡を回避する必要がある。なお、切欠きＢ１を有するＣリングＢにて絶縁ガイシＣを支持することにより、このＣリングＢが緩衝材としての作用を果たし、トリガ電極Ａの熱膨張によって絶縁ガイシＣの破損を効果的に抑止していることから、切欠きＢ１を有するＣリングＢは図示する蒸着源にとって重要な構成要素となっている。
【０００８】
そこで、図６で示すように、絶縁ガイシＣおよびカソードＤをＣリングＢから単純に押出すことが考えられるが（図中の矢印Ｙ２）、図示する従来形状の切欠きＢ１を具備するＣリングＢでは、絶縁ガイシＣの露出面に図示のごとき略Ｔの字状の金属微粒子付着領域が形成され、切欠きＢ１以外の露出面の長さ：Ｌ１を基準に絶縁ガイシＣおよびカソード電極ＤをＣリングＢから送り出しただけでは短絡は回避できない。すなわち、略Ｔの字状の下端までの長さ：Ｌ２を基準として、少なくとも、ＣリングＢの端部からこの略Ｔの字状の下端までを送り出してはじめて短絡が完全に回避されることになり、したがって、送り出し量は非常に多くなってしまう。
【０００９】
絶縁ガイシ（およびカソード）の送り出し量が多いことにより、絶縁ガイシのメンテナンス期間が短くなることは理解に易い。これに加えて、絶縁ガイシの送り出し量が多いことにより、その端部から突出するカソードとトリガ電極との距離も長くなってしまうことから、双方の間の電位差も大きくなり、場合によってはプラズマ照射ができなくなるという課題も生じ得る。
【００１０】
本発明は、上記する問題に鑑みてなされたものであり、図５，６で示す従来のアーク蒸着源の構造に改良を加えることにより、従来構造に比してＣリングからの絶縁ガイシおよびカソード電極の送り出し量を格段に少なくしながら、カソード電極とトリガ電極との間の短絡を効果的に抑止でき、もってメンテナンスのない状態での使用期間をより長期間とする（または使用回数をより多くする）ことのできるアーク蒸着装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記目的を達成すべく、本発明によるアーク蒸着装置は、蒸着材料からなるカソード電極と、該カソード電極の外周を包囲する絶縁ガイシと、該絶縁ガイシの外周に設けられたＣリングと、該Ｃリングの外周に設けられたトリガ電極と、が一つのユニット体を形成し、該ユニット体が筒状のアノード電極内に収容され、該アノード電極が減圧容器内に収容されてできるアーク蒸着源を具備するアーク蒸着装置において、前記カソード電極の一端は前記絶縁ガイシの端部から突出し、該絶縁ガイシの端部は前記Ｃリングの端部から突出し、該突出したカソード電極の側面と前記トリガ電極の一端との間で沿面放電がなされるものであり、前記カソード電極を構成する蒸着材料の消耗に応じて該カソード電極を前記絶縁ガイシに対して相対的に移動させ、カソード電極の前記一端を絶縁ガイシの端部から突出させる第１の送り出し手段と、少なくとも前記絶縁ガイシを前記Ｃリングの端部から突出させる第２の送り出し手段とをさらに具備しており、前記Ｃリングを構成する切欠きは、トリガ電極の前記一端から該Ｃリングの前記端部に向って切欠き幅が広くなっているものである。
【００１２】
本発明のアーク蒸着装置は、カソード電極とトリガ電極間の短絡を防止することによってその使用可能期間を従来の装置に比して格段に長くすることができるものであり（または、使用可能回数が格段に多くなるもの）、カソード電極に使用される蒸着材料は金属全般もしくは金属合金全般を含むものである。さらに、その用途は、半導体装置や液晶表示装置等を構成する基盤上に金属薄膜を形成することは勿論のこと、燃料電池の電極触媒層を形成する触媒の製造にも好適である。
【００１３】
アーク蒸着装置を構成するアーク蒸着源は、蒸着材料からなるカソード電極と、該カソード電極の外周を包囲する絶縁ガイシと、該絶縁ガイシの外周に設けられたＣリングと、該Ｃリングの外周に設けられたトリガ電極とが一つのユニット体を形成し、該ユニット体が筒状のアノード電極内に収容され、これらが減圧容器内に収容されて形成されるものである。ここで、蒸着材料からなるカソード電極は、たとえば蒸着材料が長細状に成形されたものを電極ホルダに締結し、これを筒状の絶縁ガイシ内に収容することで形成できる。なお、絶縁ガイシは、たとえばシリカ（ＳｉＯ２）等から成形される。
【００１４】
アノード電極とカソード電極の間に電圧を印加するとともにトリガ電極に電圧を印加すると、トリガ電極と蒸着材料からなるカソード電極との間に沿面放電が発生し、これにより、アノード電極と蒸着材料（カソード電極）の間にアーク放電が励起される。このアーク放電によって蒸着材料が蒸発し、アノード電極に向かう荷電微粒子が放出される。この荷電微粒子は、アノード電極内に生じる磁場の影響により、たとえば減圧容器内のアノード電極の開放端に対向する位置に載置された基盤に飛ばされ、該基盤上で薄膜を成長させることになる。
【００１５】
本発明のアーク蒸着装置は、絶縁ガイシを支持するＣリングの切欠き形状をトリガ電極の一端から該Ｃリングの端部に向ってその切欠き幅が広くなるような形状とすることにより、該Ｃリング表面に金属微粒子（荷電微粒子）が付着し、これを介してカソード電極とトリガ電極とが短絡するのを回避するべく絶縁ガイシを送り出す際の送り出し量を、従来構造のＣリングを具備するアーク蒸着装置に比して格段に少なくすることができるものである。
【００１６】
そのための切欠きの端辺は、たとえば、テーパー状もしくは湾曲状とすることができる。
【００１７】
また、このアーク蒸着装置は２つの送り出し手段を有し、その一つは、カソード電極を構成する蒸着材料の消耗に応じて該カソード電極を絶縁ガイシに対して相対的に移動させ、カソード電極の一端を絶縁ガイシの端部から突出させる送り出し手段であり（第１の送り出し手段）、他の一つは、少なくとも絶縁ガイシをＣリングの端部から突出させる送り出し手段（第２の送り出し手段）である。ここで、「少なくとも絶縁ガイシをＣリングの端部から突出させる」とは、絶縁ガイシのみを移動させることのほか、絶縁ガイシとカソード電極の双方を移動させることをも含む意味である。
【００１８】
なお、この第２の送り出し手段に関し、絶縁ガイシが送り出される際に該絶縁ガイシが回転してしまうと絶縁ガイシの切欠き部分に付着した金属微粒子がＣリングと接触して電極間の短絡の原因となることから、絶縁ガイシの送り出しは直線的である必要がある。したがって、絶縁ガイシの回転（自転）を抑制するような回転防止機構もしくは送り案内部材を該絶縁ガイシの側面外周に設けておいてもよい。
【００１９】
また、アーク蒸着の過程で、絶縁ガイシの側面に付着した金属微粒子を介し、Ｃリングを介してカソード電極とトリガ電極とが短絡することが防止されるように、前記第２の移動調整手段によって少なくとも絶縁ガイシがＣリングに対して相対移動するような送り出し制御が実行される。
【００２０】
この送り出し制御は、経験則や実験等で既に得られている、絶縁ガイシの突出長に関するデータと、該絶縁ガイシの突出部に付着した金属微粒子が電極間を短絡させるまでのアーク照射回数に関するデータに基づいて、照射回数に応じて第２の送り出し手段を稼動させ、絶縁ガイシのみを、もしくは絶縁ガイシとカソード電極の双方を、所定量だけ自動的に送り出すようになっているのがよい。
【００２１】
なお、第１の送り出し手段による、絶縁ガイシに対してカソード電極を送り出すタイミングや送り出し量に関しても、アーク照射回数に応じたカソード電極の消耗量に関するデータに基づいて自動的に実行されるのがよい。
【００２２】
なお、上記する第１、第２の送り出し手段の具体的な実施形態は特に限定されるものではないが、たとえば、油圧、水圧、空気圧シリンダユニット装置や、送りねじ装置などを使用でき、手動操作の場合には、所定厚のスペーサを蒸着源の後方から嵌めこんで、絶縁ガイシおよびカソード電極を送り出したり、カソード電極のみを送り出すことができる。
【００２３】
また、本発明によるアーク蒸着装置の他の実施の形態において、前記減圧容器内のアノード電極の開放端に対向する位置には被蒸着物を収容する収容部が具備されており、該収容部は前記減圧容器の軸心まわりに回転自在な皿状のチャンバーを有しており、これに粉体の被蒸着物が収容された姿勢でチャンバーの回転によって攪拌され、アークプラズマが該攪拌された粉体に照射されるものである。
【００２４】
本実施の形態は、減圧容器内のアノード電極の開放端に対向する位置に回転自在のチャンバーを備えていて、このチャンバー内で被処理対象の粉体を効率的に微小単位にばらばらにしながら、微小単位の粉体表面にアークプラズマ照射することで金属触媒を担持させるものである。プラズマ照射に際して粉体を微小単位に粉々にすることで、粉体の凝集によって金属触媒が凝集体の一部にしか形成されないといった問題を解消し、もって金属触媒の有効面積を大きくし、微小粉体表面に均一に金属触媒を担持させることができる。しかも、メンテナンス無しで当該アーク蒸着装置を長期に亘って使用することができるため、あるいは多数回に亘って使用することができるため、高品質な製品（たとえば電極触媒）を従来の装置に比して格段に安価に製造することができる。
【００２５】
上記実施の形態において、たとえば前記粉体が粉状のカーボン担体であり、該カーボン担体に白金または白金合金をドライ担持させるのに供されるのが好ましい。この白金は比較的高価であるため、本発明の上記装置を使用することでその単位重量あたりの有効面積を大きくすることが可能となり、もって白金使用量を低減することに繋がる。本発明の上記装置を使用することにより、昨今その研究開発が盛んとなっており、その生産が拡大しつつある燃料電池自動車の電極触媒層用の触媒の生産に好適である。なお、そのほか、ディーゼルエンジンの触媒等の生産にも適用できることは言うまでもない。
【発明の効果】
【００２６】
以上の説明から理解できるように、本発明のアーク蒸着装置によれば、Ｃリングからの絶縁ガイシおよびカソード電極の送り出し量を従来構造のアーク蒸着装置に比して格段に少なくしながら、カソード電極とトリガ電極の間の短絡を効果的に抑止でき、もってメンテナンスのない状態での使用可能期間が格段に長い、もしくは使用可能回数が格段に多いアーク蒸着装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【実施例】
【００２８】
図１は本発明のアーク蒸着装置の一実施の形態を概略説明した図である。このアーク蒸着装置１００は、アークプラズマガンを構成する電源２０とこれに固定された減圧容器８の長手方向であってプラズマ照射方向を水平面に対してθ傾斜させた姿勢で該アーク蒸着装置１００が位置決め固定され、この減圧容器８の先端に粉状カーボン担体Ｃが収容されたチャンバーを有する収容部３０が装着され、この収容部３０はさらに先端のサーボモータ４０（たとえばオリエンタルモーター株式会社製のＡＸＵ４２５）にて所定速度で回転自在に構成されている（Ｘ１方向）。減圧容器８内には該減圧容器８をその構成要素とするアーク蒸着源１０が設けてあるが、その詳細は後述する。また、アーク蒸着装置１００は真空ポンプ５０（たとえばターボ分子ポンプで、株式会社アルバック製のＹＴＰ１５０）、補助真空用のロータリーポンプ６０に連通しており、これによって減圧容器８内を減圧し（場合によっては真空とし）、放電させるようになっている。なお、上記する角度θ方向はチャンバーの自転軸とも一致しているが、このθの範囲はカーボン担体をチャンバー内壁から落下させるのを促進する等の観点から、３０〜６０度の範囲に設定されるのが好ましい。
【００２９】
また、アーク蒸着装置１００は不図示のパーソナルコンピュータに繋がっており、このコンピュータ内には、アーク蒸着装置１００にパルス信号を送信しながらプラズマのパルス照射を実行できる構成となっている。また、サーボモータ４０の回転速度もコンピュータにて制御できるようになっており、この回転速度とパルス信号送信のタイミングの双方が調整されるようになっている。さらには、後述するシリンダユニット機構の制御もこのコンピュータにて実行されるものであり、たとえば３００００回のアークプラズマ照射の段階で、カソード電極を前方へ１ｍｍ前進させるといった具合に、プラズマ照射段階に応じてカソード電極を所定長だけ送り出し制御できるようになっている。
【００３０】
たとえば、粉状カーボン担体Ｃへの白金触媒のドライ担持条件として、減圧容器８内の真空度は１．０×１０−４Ｐａ、アーク電圧を２００Ｖ、トリガ電圧を３．４ｋＶ、温度は常温とし、アークプラズマ照射はパルス照射するものとしてその照射間隔は４パルス／秒、サーボモータ４０の回転数は４５ｒｐｍにて電極触媒の製造を実施することができる。
【００３１】
上記する本発明のアーク蒸着装置１００によれば、粉状カーボン担体Ｃをチャンバーの回転によって随時落下させながらその凝集を防止するとともに、微小単位の粉状のカーボン担体Ｃを生成でき、これにアークプラズマが照射されることで、カーボン担体表面に均一な白金触媒を担持させることが可能となる。
【００３２】
次に、図２に基づいてアーク蒸着装置１００を形成するアーク蒸着源１０の構成を詳述する。
【００３３】
アーク蒸着源１０は、蒸着材料である白金から成形され、その内部に溝孔１ａを有するカソード電極１と、該カソード電極１の溝孔１ａ内に挿通されたボルト７を介してカソード電極１の端部１ｃと接続される電極ホルダ５と、このカソード電極１および電極ホルダ５の外周を包囲する筒状の絶縁ガイシ４と、該絶縁ガイシ４の外周に設けられたＣリング３とその外周に設けられた筒状のトリガ電極２と、が一つのユニット体を形成し、このユニット体が筒状のアノード電極６内に収容され、これらが筒状の減圧容器８内に収容されて形成される。
【００３４】
カソード電極１の一端１ｂは絶縁ガイシ４の端部４ａからたとえば１ｍｍ程度突出しており、この突出したカソード電極の側面１ｂ’とトリガ電極２の一端２ａとの間で沿面放電がなされる。
【００３５】
蒸着源１０は、減圧容器８の内部の電源２０側に、絶縁ガイシ４内で電極ホルダ５およびカソード電極１を前方に移動させる第１の送り出し手段を備えており、図示例では、この第１の送り出し手段が、シリンダユニット機構９Ａから構成されるものである。
【００３６】
シリンダユニット機構９Ａは、シリンダ９Ａ１内を摺動し、その端部から伸張するピストン９Ａ２を有しており、ピストン９Ａ２の端部がアノード電極６の端面に形成された開口を介して電極ホルダ５の端部に固着されている。
【００３７】
所定回数のアークプラズマ照射が実行されてカソード電極１の端部１ｂが消耗した段階で、不図示のコンピュータからシリンダユニット機構９Ａにピストン９Ａ２を所定長だけ前進させる指令信号が送信され、この信号に基づいて自動的にピストン９Ａ２が前進し（Ｘ２方向）、これによってカソード電極１の一端１ｂが絶縁ガイシ４に対して相対的に所定長だけ送り出される（Ｘ３方向）。
【００３８】
蒸着源１０はさらに、Ｃリング３に対して絶縁ガイシ４を前方に移動させる第２の送り出し手段をも備えており、図示例では、この第２の送り出し手段も第１の送り出し手段と同様の機構であるシリンダユニット機構９Ｂから構成されるものである。
【００３９】
図示例では２つのシリンダユニット機構９Ｂを有するものとなっており、これらは、シリンダ９Ｂ１とその端部から伸張するピストン９Ｂ２とから構成され、ピストン９Ｂ２の端部がアノード電極６の端面に形成された開口を介して絶縁ガイシ４の端部に固着されている。
【００４０】
所定回数のアークプラズマ照射が実行されて絶縁ガイシ４の表面に金属微粒子が付着し、これを介してカソード電極１とトリガ電極２とが短絡しない段階で、不図示のコンピュータからシリンダユニット機構９Ｂにピストン９Ｂ２を所定長だけ前進させる指令信号が送信され、この信号に基づいて自動的にピストン９Ｂ２が前進し（Ｘ４方向）、これによって絶縁ガイシ４の一端４ａがＣリング３に対して相対的に所定長だけ前進する（Ｘ５方向）。なお、このＣリング３は、Ｃリング固定部材３２にてアノード電極６の内面に固定されている。
【００４１】
ここで、第１の送り出し手段と第２の送り出し手段はインターフェイス回路を介して同期制御され、第２の送り出し手段による絶縁ガイシ４の送り出し制御に同期するように、第１の送り出し手段によって絶縁ガイシ４の内部に位置するカソード電極１も同程度に送り出されるようになっている。
【００４２】
なお、双方の送り出し手段を同期制御させるまでもなく、第２の送り出し手段によって絶縁ガイシ４が送り出される際に、この絶縁ガイシ４とカソード電極１との間の静止摩擦力により、カソード電極１が絶縁ガイシ４と同時に送り出されるものであってもよい。
【００４３】
図３は、アーク蒸着源１０を構成するＣリング３の切欠き形状を説明した模式図である。
【００４４】
図３ａは、切欠き端辺３ａがテーパー状を成して、トリガ電極２側からカソード電極１側へ向って切欠き幅が広くなるように形成された切欠き３１を具備するＣリング３を示している。
【００４５】
一方、図３ｂは、切欠き端辺３ｂが湾曲状を成して、同様にトリガ電極２側からカソード電極１側へ向って切欠き幅が広くなるように形成された切欠き３１’を具備するＣリング３Ａを示している。
【００４６】
ここで、図４に基づき、図３ａで示すＣリング３を有するアーク蒸着源を例に、該Ｃリング３から絶縁ガイシ４およびカソード電極１を送り出す場合を説明する。
【００４７】
アーク蒸着が進行する過程で、図４ａで示すように、Ｃリング３およびその切欠き３１から露出する絶縁ガイシ４の表面に金属微粒子ｍが付着する。
【００４８】
この付着金属微粒子ｍによってカソード電極１とトリガ電極２とが短絡しないように、上記のごとく第１、第２の送り出し手段にてカソード電極１と絶縁ガイシ４がＣリング３に対して送り出されるものであり、送り出された状態を図４ｂに示している。なお、同図において、送り出し方向である矢印Ｘ５は図２における移動方向：Ｘ５と同義である。
【００４９】
図４ｂより、切欠き３１がトリガ電極２側からカソード電極１側へ向ってその切欠き幅が広くなるように形成されていることで、微小な送り出し量（ここでは、Ｌ３でもよいし、Ｌ４でもよい）にて、絶縁ガイシ４表面の金属微粒子ｍとＣリング３とを離間させることができる。
【００５０】
同図と従来構造を説明した図６と比較することにより、双方の送り出し量の相違が顕著であることが理解できる。
【００５１】
図示するように、本発明のアーク蒸着装置１００は、そのアーク蒸着源１０の構成要素であるＣリングの切欠き形状を改良したこと、２つの送り出し手段にてカソード電極および絶縁ガイシの送り出し量やそのタイミングを短絡しないように制御すること、により、メンテナンスフリーの状態におけるアーク照射回数を従来構造のアーク蒸着装置に比して格段に多くすることが可能となる。
【００５２】
さらに、本発明のアーク蒸着装置１００は、その先端に粉状カーボン担体Ｃを収容する回転自在のチャンバーを具備する収容部３０を備えており、このチャンバーの回転によって粉状カーボン担体Ｃを効率的に微小単位にばらばらにしながら、微小単位の粉体表面にアークプラズマ照射することにより、金属触媒の有効面積を大きくし、微小粉体表面に均一に金属触媒を担持させることが可能となるものである。
【００５３】
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明のアーク蒸着装置の一実施の形態の側面図である。
【図２】蒸着源を拡大した縦断面図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）はともにＣリングの切欠き形状の実施の形態を説明した側面図である。
【図４】図３ａで示すＣリングを有するアーク蒸着源に関し、（ａ）は絶縁ガイシの露出面に金属微粒子が付着した状態を説明した図であり、（ｂ）は絶縁ガイシおよびカソード電極をＣリングに対して相対的に移動させた状態を説明した図である。
【図５】（ａ）は、従来のアーク蒸着装置のアーク蒸着源において、特にＣリングの切欠き形状を説明した側面図であり、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ矢視図である。
【図６】図５で示すアーク蒸着源において、絶縁ガイシおよびカソード電極をＣリングに対して相対的に移動させた状態を説明した図である。
【符号の説明】
【００５５】
１…カソード電極、１ａ…溝孔、１ｂ…端部（一端）、１ｃ…端部（他端）、２…トリガ電極、２ａ…トリガ電極の端部、３，３Ａ…Ｃリング、３１，３１’…切欠き、３ａ、３ｂ…切欠き端辺、３２…Ｃリング固定部材、４…絶縁ガイシ、４ａ…絶縁ガイシの端部、５…電極ホルダ、６…アノード電極、７…ボルト、８…減圧容器、９Ａ…シリンダユニット機構（第１の送り出し手段）、９Ｂ…シリンダユニット機構（第２の送り出し手段）、９Ａ１、９Ｂ１…シリンダ、９Ａ２、９Ｂ２…ピストン、１０…アーク蒸着源、２０…電源、３０…収容部、４０…サーボモータ、５０…真空ポンプ、６０…回転ポンプ、１００…アーク蒸着装置、Ｃ…粉状カーボン担体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸着材料からなるカソード電極と、該カソード電極の外周を包囲する絶縁ガイシと、該絶縁ガイシの外周に設けられたＣリングと、該Ｃリングの外周に設けられたトリガ電極と、が一つのユニット体を形成し、該ユニット体が筒状のアノード電極内に収容され、該アノード電極が減圧容器内に収容されてできるアーク蒸着源を具備するアーク蒸着装置において、
前記カソード電極の一端は前記絶縁ガイシの端部から突出し、該絶縁ガイシの端部は前記Ｃリングの端部から突出し、該突出したカソード電極の側面と前記トリガ電極の一端との間で沿面放電がなされるものであり、
前記カソード電極を構成する蒸着材料の消耗に応じて該カソード電極を前記絶縁ガイシに対して相対的に移動させ、カソード電極の前記一端を絶縁ガイシの端部から突出させる第１の送り出し手段と、少なくとも前記絶縁ガイシを前記Ｃリングの端部から突出させる第２の送り出し手段とをさらに具備しており、
前記Ｃリングを構成する切欠きは、トリガ電極の前記一端から該Ｃリングの前記端部に向って切欠き幅が広くなっている、アーク蒸着装置。
【請求項２】
前記Ｃリングの切欠きの端辺が、テーパー状もしくは湾曲状となっている、請求項１に記載のアーク蒸着装置。
【請求項３】
アーク蒸着の過程で、前記第２の移動調整手段によって少なくとも前記絶縁ガイシがＣリングに対して送り出し制御されることにより、絶縁ガイシの側面に付着した金属微粒子を介し、Ｃリングを介してカソード電極とトリガ電極とが短絡することが防止されている、請求項１または２に記載のアーク蒸着装置。
【請求項４】
前記減圧容器内のアノード電極の開放端に対向する位置には被蒸着物を収容する収容部が具備されており、該収容部は前記減圧容器の軸心まわりに回転自在な皿状のチャンバーを有しており、これに粉体の被蒸着物が収容された姿勢でチャンバーの回転によって攪拌され、アークプラズマが該攪拌された粉体に照射されるものである、請求項１〜３のいずれかに記載のアーク蒸着装置。
【請求項５】
前記蒸着材料が白金からなり、前記粉体が粉状のカーボン担体からなり、該カーボン担体に白金または白金合金を担持させるのに供される、請求項４に記載のアーク蒸着装置。
【請求項１】
蒸着材料からなるカソード電極と、該カソード電極の外周を包囲する絶縁ガイシと、該絶縁ガイシの外周に設けられたＣリングと、該Ｃリングの外周に設けられたトリガ電極と、が一つのユニット体を形成し、該ユニット体が筒状のアノード電極内に収容され、該アノード電極が減圧容器内に収容されてできるアーク蒸着源を具備するアーク蒸着装置において、
前記カソード電極の一端は前記絶縁ガイシの端部から突出し、該絶縁ガイシの端部は前記Ｃリングの端部から突出し、該突出したカソード電極の側面と前記トリガ電極の一端との間で沿面放電がなされるものであり、
前記カソード電極を構成する蒸着材料の消耗に応じて該カソード電極を前記絶縁ガイシに対して相対的に移動させ、カソード電極の前記一端を絶縁ガイシの端部から突出させる第１の送り出し手段と、少なくとも前記絶縁ガイシを前記Ｃリングの端部から突出させる第２の送り出し手段とをさらに具備しており、
前記Ｃリングを構成する切欠きは、トリガ電極の前記一端から該Ｃリングの前記端部に向って切欠き幅が広くなっている、アーク蒸着装置。
【請求項２】
前記Ｃリングの切欠きの端辺が、テーパー状もしくは湾曲状となっている、請求項１に記載のアーク蒸着装置。
【請求項３】
アーク蒸着の過程で、前記第２の移動調整手段によって少なくとも前記絶縁ガイシがＣリングに対して送り出し制御されることにより、絶縁ガイシの側面に付着した金属微粒子を介し、Ｃリングを介してカソード電極とトリガ電極とが短絡することが防止されている、請求項１または２に記載のアーク蒸着装置。
【請求項４】
前記減圧容器内のアノード電極の開放端に対向する位置には被蒸着物を収容する収容部が具備されており、該収容部は前記減圧容器の軸心まわりに回転自在な皿状のチャンバーを有しており、これに粉体の被蒸着物が収容された姿勢でチャンバーの回転によって攪拌され、アークプラズマが該攪拌された粉体に照射されるものである、請求項１〜３のいずれかに記載のアーク蒸着装置。
【請求項５】
前記蒸着材料が白金からなり、前記粉体が粉状のカーボン担体からなり、該カーボン担体に白金または白金合金を担持させるのに供される、請求項４に記載のアーク蒸着装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００９−２７５２６４（Ｐ２００９−２７５２６４Ａ）
【公開日】平成２１年１１月２６日（２００９．１１．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１２８２６４（Ｐ２００８−１２８２６４）
【出願日】平成２０年５月１５日（２００８．５．１５）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月２６日（２００９．１１．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月１５日（２００８．５．１５）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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