特開 2021-89819 表面改質装置および表面改質方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2021-89819(P2021-89819A)

(43)【公開日】2021年6月10日

(54)【発明の名称】表面改質装置および表面改質方法

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/30 20060101AFI20210514BHJP

   H05H 1/24 20060101ALI20210514BHJP

   G21K 1/00 20060101ALI20210514BHJP

   G21K 5/04 20060101ALI20210514BHJP

   H01J 37/20 20060101ALI20210514BHJP

   B01J 19/08 20060101ALI20210514BHJP

【ＦＩ】

   H01J37/30 Z

   H05H1/24

   G21K1/00 E

   G21K5/04 E

   H01J37/30 A

   H01J37/20 A

   B01J19/08 E

【審査請求】有

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2019-218552(P2019-218552)

(22)【出願日】2019年12月3日

(11)【特許番号】特許第6744694号(P6744694)

(45)【特許公報発行日】2020年8月19日

(71)【出願人】

【識別番号】000132725

【氏名又は名称】株式会社ソディック

(72)【発明者】

【氏名】井上 基弘

【テーマコード（参考）】

2G084

4G075

5C001

5C034

【Ｆターム（参考）】

2G084AA07

2G084BB30

2G084CC02

2G084CC08

2G084CC21

2G084CC33

2G084DD12

2G084DD18

2G084FF03

2G084FF27

2G084FF29

4G075AA30

4G075AA61

4G075BA05

4G075CA47

4G075DA02

4G075DA18

4G075EB41

4G075EC21

4G075ED13

4G075FB02

4G075FB04

4G075FC15

5C001AA03

5C001CC08

5C034AA01

5C034AA02

5C034AB04

5C034AB07

5C034AB09

5C034BB10

(57)【要約】

【課題】 シンプルな構造で製造費、維持管理費などの費用を大幅に低減可能であり、かつ被照射体の照射孔の内側面を容易に改質可能な表面改質装置および表面改質方法を提供すること。
【解決手段】 本発明は、被照射体（７）の照射孔（７Ａ）の内側面（７Ｂ）に向けて電子を放出する円柱状のカソード電極（５Ａ）と、前記カソード電極（５Ａ）から放出された電子を回収するコレクタ（５Ｃ）を備えた表面改質装置（１００）であって、前記コレクタ（５Ｃ）と前記被照射体（７）との間に絶縁部材（８）が設けられていることを特徴とする。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

被照射体の照射孔の内側面に向けて電子を放出する円柱状のカソード電極と、前記カソード電極から放出された電子を回収するコレクタを備えた表面改質装置であって、前記コレクタと前記被照射体との間に絶縁部材が設けられていることを特徴とする表面改質装置。

【請求項2】

前記コレクタは平板状のテーブルであって、前記コレクタの上に前記絶縁部材が配置され、前記絶縁部材の上に前記被照射体が配置されていることを特徴とする請求項１記載の表面改質装置。

【請求項3】

前記絶縁部材は、一対の平板状の部材であって、前記コレクタの上に前記絶縁部材が隙間を空けて配置され、前記絶縁部材の上に前記隙間と前記被照射体の照射孔が連通するように前記被照射体が配置されていることを特徴とする請求項１または２記載の表面改質装置。

【請求項4】

前記表面改質装置は前記コレクタを移動させる移動機構と、前記カソード電極に電圧パルスを印加するための電子発生用電源と、前記移動機構の駆動および前記電圧パルスの印加タイミングを制御する制御装置を備え、前記制御装置は、前記移動機構を駆動して前記カソード電極の先端部を前記照射孔に挿入し、前記電圧パルスを印加して前記カソード電極から電子の照射を行うことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の表面改質装置。

【請求項5】

前記制御装置は、前記移動機構を駆動して前記カソード電極の先端部と前記被照射体の相対位置を変更し、前記電圧パルスを印加して前記カソード電極から電子の照射を行うことを複数回繰り返すことを特徴とする請求項４記載の表面改質装置。

【請求項6】

前記カソード電極の断面の直径は１ｍｍオーダーであることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項記載の表面改質装置。

【請求項7】

前記カソード電極はタングステン、チタン、銅または真鍮を材質として機械加工されて形成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項記載の表面改質装置。

【請求項8】

円柱状のカソード電極と、前記カソード電極から放出された電子を回収するコレクタと、前記コレクタと前記被照射体との間に設けられた絶縁部材を有し、被照射体の照射孔の内側面に向けて電子を放出する表面改質方法であって、
前記カソード電極の先端部と前記被照射体の相対位置を変更する移動工程と、電圧パルスを印加して前記カソード電極から電子の照射を行う照射工程とを複数回繰り返して前記内側面全体を改質することを特徴とする表面改質方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、被照射体の表面を改質する表面改質装置および表面改質方法であり、特に、被照射体に形成されている照射孔の側面を改質することができる表面改質装置および表面改質方法に関する。

【背景技術】

【0002】

一般的に直径数十ｍｍφ以上の電子柱を形成し、低エネルギ密度の大面積の電子ビームを被照射体の表面に照射する表面改質装置が知られている。直径数ｍｍφ未満の電子柱の電子ビームを走査する、いわゆるスポット照射に比べて大面積の電子柱を得ることができる表面改質装置は、特許文献１に代表的に開示されているように、カソード電極とコレクタ電極とを鉛直線上に配置し、カソード電極とコレクタ電極との間に円環形状のアノード電極とソレノイドを設けている。

【0003】

このような表面改質装置においては、アノードで生成されるプラズマによって電子が励起され、ソレノイドで形成される磁場によって電子が集束し加速して、大量の電子が照射エネルギを保持した状態でカソードから遠く離れたコレクタまで到達する。このとき、電子は、カソードとコレクタとの間において、直線距離で最短の経路を移動しようとする。そのため、被照射体の被照射面に穴が形成されている場合は、多くの電子が穴の入口の周囲、とりわけエッジに集中し、残りの殆どの電子が穴の底面に衝突して、電子が衝突した部位が改質される。
このようなことから、表面改質装置においては、被照射体の被照射面に形成されている穴の底面と側面を含めた全面にわたって均一に電子ビームを照射することが困難である。

【0004】

上述の課題を解決すべく、カソード電極と磁石を筒形状の被照射体の中空空間に配置して電子を励起することによって筒形状の被照射体の内面に電子ビームを照射することができる装置（特許文献２）や、多数の金属突起を有するカソード電極を使用することで一度の照射で照射穴の側面の広範囲に電子ビームを衝突させることができる装置（特許文献３）が開発されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００６−３４４３８７号公報

【特許文献2】特許第５１８７８７６号公報

【特許文献3】特許第６４５０８０９号公報

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献２の電子ビーム照射表面改質装置においては、カソード電極に磁石を設ける必要があるため部品点数が多くなって製造コストが増大し、さらにカソード電極を製造する際の組立作業が煩雑となってしまう。
また特許文献３の表面改質装置においてもカソード電極に多数の金属突起を設ける必要があるため、カソード電極の構造が複雑化して加工および生産が難しく、カソード電極のメンテナンス費用が増大してしまう。

【0007】

よって本発明は上記課題に鑑みて、シンプルな構造で製造費、維持管理費などの費用を大幅に低減可能であり、かつ被照射体の照射孔の内側面を容易に改質可能な表面改質装置および表面改質方法を提供することを主たる目的とする。本発明の表面改質装置および表面改質方法が有するいくつかの有利な点は、発明の実施の形態の説明において、その都度、詳しく説明される。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本願発明者らは上記課題について鋭意検討を行った結果、表面改質装置において（１）円柱状のカソード電極を使用すること、（２）被照射体とコレクタの間に絶縁体を設けること、この（１）、（２）を行うことにより、カソード電極と被照射体の照射孔の内側面の間でスパークを伴った放電が発生し、このエネルギにより穴の内側面が適切に改質されることを見出した。
ここでスパークとは、放電によってカソード電極の先端部と被照射体の内側面との間に起こる火花現象である。

【0009】

本発明は、被照射体の照射孔の内側面に向けて電子を放出する円柱状のカソード電極と、前記カソード電極から放出された電子を回収するコレクタを備えた表面改質装置であって、前記コレクタと前記被照射体の間に絶縁部材が設けられていることを特徴とする。
一般的には、カソード電極から放出された電子はカソード電極とコレクタとの間において直線距離で最短の経路を移動しようとする。しかしながら本発明においては、コレクタと被照射体の間に絶縁部材が設けられているため電子が直線距離でコレクタに移動することができず、カソード電極から放出された電子は最も近接した被照射体の内側面に飛び、スパークを伴った放電が発生する。このスパークによる熱エネルギおよびその後の被照射体の内側面に流れる電流の熱エネルギにより内側面が平滑化されて照射孔の内部を改質することができる。

【0010】

本発明の表面改質装置は、前記コレクタが平板状のテーブルであって、前記コレクタの上に前記絶縁部材が配置され、前記絶縁部材の上に前記被照射体が配置されていることを特徴とする。
本発明によれば、コレクタが被照射体を載置するテーブルを兼ねており、テーブルの上に絶縁部材を載置し絶縁部材の上に被照射体を載置するだけで被照射体の内側面を平滑化することが可能となるため、部品点数が最小限かつ簡単な構造で被照射体の照射孔の内側面を改質することが可能となる。

【0011】

本発明の表面改質装置は、前記絶縁部材が一対の平板状の部材であって、前記コレクタの上に前記絶縁部材が隙間を空けて配置され、前記絶縁部材の上に前記隙間と前記被照射体の照射孔が連通するように前記被照射体が配置されていることを特徴とする。
本発明においてはカソード電極から被照射体の内側面に向けて電子を照射すると内側面が溶融され、被照射体の照射孔内に溶融ガスが発生し滞留する。この溶融ガスを照射孔から排出するためには、被照射体の下方に外部と連通する隙間を設ける必要がある。
本発明によれば、一対の平板状の部材である絶縁部材が隙間を開けて配置されており、さらに絶縁部材の上に隙間と被照射体の照射孔が連通するように被照射体が配置されているため、照射孔から外部へ溶融ガスを排出することが可能となり、照射孔内に溶融ガスが滞留することを防ぐことが可能となる。

【0012】

本発明の表面改質装置は、前記コレクタを移動させる移動機構と、前記カソード電極に電圧パルスを印加するための電子発生用電源と、前記移動機構の駆動および前記電圧パルスの印加タイミングを制御する制御装置を備え、前記制御装置は、前記移動機構を駆動して前記カソード電極の先端部を前記照射孔に挿入し、前記電圧パルスを印加して前記カソード電極から電子の照射を行うことを特徴とする。
本発明によれば、円柱状のカソード電極の先端部を被照射体の照射孔に挿入するだけで被照射体の内側面を平滑化することが可能であるため、カソード電極に多数の金属突起を設けることやカソード電極の近傍に磁石を設ける等の追加の構造変更を行う必要がなく、簡単な構成で被照射体の照射孔の内側面を改質することが可能となる。

【0013】

本発明の表面改質装置は、前記制御装置が前記移動機構を駆動して前記カソード電極の先端部と前記被照射体の相対位置を変更し、前記電圧パルスを印加して前記カソード電極から電子の照射を行うことを複数回繰り返すことを特徴とする。
また本発明は、円柱状のカソード電極と、前記カソード電極から放出された電子を回収するコレクタと、前記コレクタと前記被照射体との間に設けられた絶縁部材を有し、被照射体の照射孔の内側面に向けて電子を放出する表面改質方法であって、前記カソード電極の先端部と前記被照射体の相対位置を変更する移動工程と、電圧パルスを印加して前記カソード電極から電子の照射を行う照射工程とを複数回繰り返して前記内側面全体を改質することを特徴とする。
本発明によれば、カソード電極の先端部と被照射体の相対位置を変更しながら複数回電子の照射を行うことが可能であるため、被照射体の照射孔が深い場合であっても内側面全体を溶融して平滑化することが可能となる。

【0014】

本発明の表面改質装置は、前記カソード電極の断面の直径が１ｍｍオーダーであることを特徴とする。
従来、表面改質装置で使用していたカソード電極の断面の直径が数十ｍｍであるのに対して、本発明においてはカソード電極の断面の直径は従来よりも小さい１ｍｍオーダーのものが使用されている。カソード電極の断面の直径を小さいものに変更することで、カソード電極と被照射体の照射孔の内側面の間でスパークを伴った放電が発生しやすくなり、被照射体の内側面を簡単な構造で平滑化することが可能となる。

【0015】

本発明の表面改質装置は、前記カソード電極がタングステン、チタン、銅または真鍮を材質として機械加工されて形成されていることを特徴とする。
本発明のカソード電極は、銅、銅タングステン、チタン、ステンレス鋼、スチール、アルミ等の金属が機械加工されて用いられる。好ましくはタングステン、チタン、銅または真鍮を材質として機械加工されて形成されていることが望ましい。このような材質で形成されたカソード電極は、電子を放出しやすくなるとともに放電を起こしやすくするからである。

【発明の効果】

【0016】

本発明の表面改質装置は、円柱状で断面の直径が１ｍｍオーダーのカソード電極およびコレクタと被照射体の間に配置された絶縁部材を使用するといったシンプルな構造で被照射体の照射孔の内側面を改質することが可能であるため、製造費、維持管理費などの費用を大幅に低減することができる。
また本発明によれば、カソード電極の先端部と被照射体の相対位置を変更しながら複数回電子の照射を行うことが可能であるため、被照射体の照射孔が深い場合であっても内側面全体を溶融して平滑化することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の表面改質装置１００を示す右側面の断面図である。

【図2】本発明の表面改質装置１００による表面改質処理の流れを示すフロー図である。

【図3】本発明の表面改質処理におけるカソード電極５Ａと被照射体７との配置関係を示す模式図である。

【図4】本発明の表面改質処理におけるカソード電極５Ａと被照射体７との配置関係を示すその他の模式図である。

【図5】本発明の表面改質処理における電子の流れを示す模式図である。

【図6】本発明の被照射体７、絶縁部材８およびテーブル５Ｃの配置関係を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

図１は、本発明の表面改質装置１００の望ましい実施の形態を模式的に示す。図１における付属装置の位置は、実際の表面改質装置の配置と異なる。図１は、真空チャンバ１における被照射体７を出し入れするための開口を閉鎖する密閉扉１Ａが設けられている面を正面として、表面改質装置を右側面の方向から見たときの断面図である。

【0019】

表面改質装置１００は、真空チャンバ１と、テーブル移動機構２と、真空装置３と、稀ガス供給装置４と、電子発生装置５と、浄化装置６と、絶縁部材８と、制御装置９とを含んでなる。被照射体７は、テーブル移動機構２の上に絶縁部材８を介して載置されている。図１に示される表面改質装置においては、被照射体７は円筒状に形成されており、中央部に円形の照射孔７Ａが形成されている。

【0020】

真空チャンバ１は、被照射体７を収容し気密性を保つハウジングであり、基台の上に設置されている。
また真空チャンバ１は、表面改質装置の前面で被照射体７を出し入れするための開口を有し、開口を閉鎖する密閉扉１Ａが設けられている。密閉扉１Ａを閉鎖することによって、真空チャンバ１を密閉することができる。

【0021】

テーブル移動機構２は、水平１軸方向と、その水平１軸方向に直交する他の水平１軸方向と、鉛直方向とにテーブル５Ｃを移動させる装置である。テーブル移動機構２は、水平１軸方向に往復移動できる移動体２Ａと、その水平１軸方向に直交する他の水平１軸方向に往復移動できるとともに上下方向に往復移動できる移動体２Ｂとを備える。また、絶縁部材８を介して被照射体７を載置するテーブル５Ｃが載置されている。

【0022】

真空装置３は、密閉された真空チャンバ１の中を減圧して気圧０．１Ｐａ以下の実質真空にする装置である。真空装置３は、真空ポンプによって真空チャンバ１の中の空気を抜く、いわゆる真空引きをして、真空チャンバ１の中を減圧する。真空ポンプは、第１のポンプ３Ａと第２のポンプ３Ｂとでなる。具体的に、第１のポンプ３Ａは、スクロールポンプまたはロータリポンプ、第２のポンプ３Ｂは、ターボ分子ポンプまたは油拡散ポンプが適する。

【0023】

真空チャンバ１の中の空気を抜いた後は、流量調整弁３Ｃ，３Ｄを閉じて真空チャンバ１の中を真空に近い状態に保持する。真空ポンプは、電子を照射している間稼働しており、真空チャンバ１の排気をして真空チャンバ１の中の減圧状態を維持している。

【0024】

稀ガス供給装置４は、真空チャンバ１の中に稀ガスを供給する装置である。稀ガスは、プラズマの発生を促す。稀ガスは、長周期表第１８族元素であるヘリウム，ネオン，アルゴン，クリプトン，キセノン，ラドンを示す。本発明では、稀ガスと窒素ガスのような化学反応性の低い気体とを含めて不活性ガスという。

【0025】

稀ガス供給装置４は、具体的に、液化アルゴンを封入したボンベ４Ａと、真空チャンバ１に接続する配管４Ｂと、ボンベ４Ａを開放するバルブ４Ｃと、を含んでなる。実施の形態の表面改質装置は、チャンバ１の中の気圧を０．０３Ｐａ以上０．１Ｐａ以下の範囲で減圧状態を維持することができるように設計されている。

【0026】

電子発生装置５は、真空チャンバ１内に電子を発生させて被照射体７の内側面７Ｂを溶融させるための装置である。電子発生装置５は、電子銃である細幅かつ長尺状のカソード電極５Ａと、プラズマを生成する円環形状のアノード電極５Ｂと、電子を収集するテーブル５Ｃと、磁場を形成するソレノイド５Ｄと、カソード電極５Ａを保持するカソード保持体５Ｅと、テーブル５Ｃを接地するグランドライン５Ｆと、電子発生用電源装置５Ｈと、プラズマ発生用電源装置５Ｊとを備える。

【0027】

カソード電極５Ａは先端部５１Ａからスパークを発生させながら電子を放出する電極であり、上端部がカソード保持体５Ｅに固定されている。
カソード電極５Ａを被照射体７の照射孔７Ａに挿入し、カソード電極５Ａとテーブル５Ｃとの間に直流高電圧パルス（数ｋＶ〜数１０ｋＶ）が印加されることにより、気体プラズマを介して電子がスパークを伴って先端部５１Ａから放出される。
カソード電極５Ａは細幅かつ長尺で断面円形の円柱状をしている。カソード電極５Ａの断面の直径Φの最適なサイズは被照射体７の照射孔７Ａの直径によって変わるものであり、カソード電極５Ａの断面の直径Φが大きすぎると照射のバランスが崩れて被照射体７の内側面７Ｂを溶融することができない。よって直径Φは１．０ｍｍ以上１０．０ｍｍ以下が好ましく、より好ましくは照射孔７Ａの直径の大きさが１０．０ｍｍの場合は直径Φを１．５ｍｍとするのがよく、照射孔７Ａの直径の大きさが２０．０ｍｍの場合、直径Φを５．０ｍｍとするのがよい。
またカソード電極５Ａは使用していくうちに先端部５１Ａが摩耗し形状が丸く変化してしまうため、カソード電極５Ａの長さは１００．０ｍｍ以上のものを使用することが好ましく、より好ましくは長さ２００．０ｍｍである。カソード電極５Ａが短すぎるとカソード電極５Ａの交換回数が増えメンテナンスの手間が増大するからである。
またカソード電極５Ａは、銅、銅タングステン、チタン、ステンレス鋼、スチール、アルミ等の金属が機械加工されて用いられる。好ましくはタングステン、チタン、銅または真鍮を材質として機械加工されて形成されていることが望ましい。

【0028】

アノード電極５Ｂは、カソード電極５Ａの断面積よりも大きい内径を有するリング形状のプラズマ生成電極で、真空チャンバ１内空間の低圧の電離気体をプラズマ化するためのグロー放電電極（アノード）である。本実施例の場合はコンデンサ充放電回路が用いられるが、高周波電源による無極方式に代えることも出来る。

【0029】

テーブル５Ｃは、カソード電極５Ａから放出された電子を収集するコレクタの役割を担う平板状の部材であり、グランドライン５Ｆによって真空チャンバ１にアースされている。またテーブル５Ｃはテーブル移動機構２によって水平２軸方向に往復移動および上下方向に往復移動する。よってテーブル５Ｃの上に絶縁部材８を介して載置されている被照射体７もテーブル５Ｃとともに水平２軸方向および上下方向に往復移動する。

【0030】

ソレノイド５Ｄは、真空チャンバ１内に磁場を形成する部材である。ソレノイド５Ｄで形成される磁場によってカソード電極５Ａから放出された電子が集束し加速する。本実施形態においてソレノイド５Ｄは必須の構成部材ではなく、省略してもよい。

【0031】

カソード保持体５Ｅはカソード電極５Ａを保持する部材である。カソード保持体５Ｅの電極取付部位にソケット端子が設けられており、電極取付部位に取り付けるだけで、カソード電極５Ａは、配線作業なしに通電する。

【0032】

電子発生用電源装置５Ｈは、カソード電極５Ａとテーブル５Ｃに通電する高圧電源であり、制御装置９からの指示によりカソード電極５Ａと被照射体７との間に電子を発生させるために電圧パルスを印加する。

【0033】

プラズマ発生用電源装置５Ｊは、カソード電極５Ａとアノード電極５Ｂとの間に設けられ、円環形状のアノード電極５Ｂの円環内にプラズマを発生させる電圧を供給する。プラズマ発生用電源装置５Ｊは、アノードスイッチを含んでいる。

【0034】

浄化装置６は、被照射体７の被照射面から生じた滓を含む真空チャンバ１の中の汚れたガスを強制的に排出する。浄化装置６は、液化窒素ガスを封入したボンベ６Ａと、真空チャンバ１に接続する配管６Ｂと、ボンベ６Ａを開放するバルブ６Ｃと、を含んでなる。窒素ガスは、真空チャンバ１の中から汚れたアルゴンガスを追い出して真空チャンバ１の中を清浄にする。

【0035】

図６は、本発明の被照射体７、絶縁部材８およびテーブル５Ｃの配置関係を示す模式図である。
絶縁部材８は、テーブル５Ｃと被照射体７間を絶縁するための一対の平板状の部材であり、タイル等のセラミックス系材料で形成されている。特にエネルギ効率の観点からアルミナセラミックスで形成されていることが好ましい。
絶縁部材８はテーブル５Ｃの上に隙間８２を空けて載置され、そして絶縁部材８の上に隙間８２と被照射体７の照射孔７Ａが連通するように被照射体７が配置されている。具体的には絶縁部材８で形成される隙間８２の中心が照射孔７Ａの中心に一致するように被照射体７が載置されており、照射孔７Ａ内に滞留した溶融ガスを照射孔７Ａから隙間８２を通って外部に排出することが可能となっている。さらに被照射体７の外側面の一部が絶縁部材８の上に載置されることで、絶縁部材８の上に被照射体７を安定して固定するとともにテーブル５Ｃと被照射体７間を絶縁している。
本実施形態において絶縁部材８は一対の平板状の部材としたが、外部に照射孔７Ａ内の溶融ガスを排出可能である形状であればよい。例えば外部と連通した通孔を有する絶縁部材８をテーブル５Ｃの上に載置し、この通孔と照射孔７Ａが連通するように被照射体７を載置してもよい。

【0036】

制御装置９は、表面改質装置１００の全体の制御を行う装置であり、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等で構成されている。
制御装置９は、テーブル移動機構２を駆動制御してテーブル５Ｃを移動する。また、真空装置３、稀ガス供給装置４、浄化装置６の駆動制御や電子発生装置５の電圧パルスの印加タイミングの制御を行う。

【0037】

（表面改質装置１００の表面改質処理の流れ）
図２は、本発明の表面改質装置１００による表面改質処理の流れを示すフロー図であり、図３は、本発明の表面改質処理におけるカソード電極５Ａと被照射体７との配置関係を示す模式図である。また図４は、本発明の表面改質処理におけるカソード電極５Ａと被照射体７との配置関係を示すその他の模式図である。

【0038】

本発明の表面改質装置１００の表面改質処理の流れを以下記載する。
最初に被照射体７をテーブル５Ｃに載置されている絶縁部材８の上に固定する（Ｓ１）。
次に制御装置９はプラズマ発生用電源装置５Ｊを立ち上げてアノード電極５Ｂにより真空チャンバ１内にプラズマを発生させ、稀ガス供給装置４を制御して真空チャンバ１の中の気圧を減圧状態とする。また電子発生用電源装置５Ｈを立ち上げて、スタンバイ状態とする（Ｓ２）。
さらに制御装置９はテーブル移動機構２の移動体２Ａ，２Ｂを駆動してテーブル５Ｃを水平方向に移動し、被照射体７の照射孔７Ａの中心とカソード電極５Ａの中心軸が合うように調整する（Ｓ３）。
そして制御装置９は、テーブル移動機構２の移動体２Ｂを駆動してテーブル５Ｃを上方に移動させることで被照射体７を上方へ移動させ、カソード電極５Ａの先端部５１Ａを被照射体７の照射孔７Ａに挿入し、カソード電極５Ａの先端部５１ＡがＬ_１の高さになるまで被照射体７を移動させた後に停止する（Ｓ４：移動工程）。ここでＬ_ｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）は、被照射体７の底面を基準として高さ０とした場合のカソード電極５Ａの先端部５１Ａの高さである。
次に制御装置９は、電圧パルスを印加してカソード電極５Ａから複数回電子の照射を行う（Ｓ５：照射工程）。この時、カソード電極５Ａから放出された電子は、一番距離の近い被照射体７の内側面７Ｂにスパークを伴って空間移動し、その後電子は内側面７Ｂを下方に移動する。このスパークの熱エネルギおよび内側面７Ｂを電子が流れることによる熱エネルギにより、カソード電極５Ａの先端部５１Ａの近傍で内側面７Ｂの表面部分の一定の範囲Ｒ_１が溶融され（図３の斜線部分）、溶融により発生した溶融ガスが絶縁部材８で形成された隙間８２から外部へ排出される。
照射孔７Ａの深さが深い場合（Ｓ６）は、再び移動体２Ｂを駆動することで被照射体７をさらに上方へ移動させ、カソード電極５Ａの先端部５１ＡがＬ_２の高さになった場合に停止して電子を照射する。上述と同様の原理によりカソード電極５Ａの先端部５１Ａの近傍で内側面７Ｂの表面部分の一定の範囲Ｒ_２が溶融され（図４の斜線部分）、溶融ガスが外部に排出される。
被照射体７の内側面７Ｂの表面全体が溶融して改質されるまで制御装置９は被照射体７を上方へ移動させ、カソード電極５ＡをＬ_ｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）の高さにした後に電子を照射することを繰り返し、内側面７Ｂ全体が改質されたら処理を終了する。

【0039】

（表面改質装置１００の表面改質処理の原理）
図５は、本発明の表面改質処理における電子の流れを示す模式図である。
カソード電極５Ａから電子を放出するために所定以上の高電圧を印加すると、カソード電極５Ａと被照射体７の内側面７Ｂの間で絶縁崩壊が生じて火花放電が発生する。この現象により電子がカソード電極５Ａの先端部５１Ａから先端部５１Ａに最も近い内側面７Ｂへ移動するとともにスパークを発生させる。
スパークの熱エネルギにより先端部５１Ａに最も近い内側面７Ｂは溶融するとともに、火花放電により被照射体７の内側面７Ｂには一気に電流が流れ、電流が流れることにより発生する熱エネルギにより先端部５１Ａに近接した内側面７Ｂが溶融する。その後、絶縁部材８の表面に沿って沿面放電が発生し、大量の電子がグランドライン５Ｆに流れ込む。
このように被照射体７の内側面７Ｂは溶融加工されることで平滑化され、照射孔７Ａの中を表面改質することができる。

【0040】

以上に説明された実施の形態の表面改質装置は、すでにいくつかの例が示されているが、本発明の技術思想に反しない範囲で、変形が可能である。

【産業上の利用可能性】

【0041】

本発明の表面改質装置は、基本的には、導電性の材料の表面を改質することができ、金型、あるいは金属、セラミックス、プラスチックスの部品のような工業製品の表面改質に広範に有効である。特に、リブを含めて深い照射穴が形成されている被照射体の表面改質することが期待できる。本発明は、工業製品の品質の向上と発展に貢献する。

【符号の説明】

【0042】

１ 真空チャンバ
２ テーブル移動機構
３ 真空装置
４ 稀ガス供給装置
５ 電子発生装置
５Ａ カソード電極
５Ｂ アノード電極
５Ｃ テーブル（コレクタ）
５Ｄ ソレノイド
５Ｅ カソード保持体
５Ｆ グランドライン
５Ｈ 電子発生用電源装置
５Ｊ プラズマ発生用電源装置
５１Ａ 先端部
６ 浄化装置
７ 被照射体
７Ａ 照射孔
７Ｂ 内側面
８ 絶縁部材
９ 制御装置
１００ 表面改質装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】