2013年1月27日日曜日

ハンダ吸取り器

 
ここで紹介しましたハンダ吸い取り器 を使ってみました。
中華製で安かったのですが、220V仕様ということでトランスを介しての利用ということになります。トランスはこのときに安いものを手に入れていたので問題無しと。

下の写真ではわかりにくいですが、プラグの形状が合っておりませんので、そこだけ改造しました。


ついでに中を拝見。
ポンプはモーター軸にオフセットされたピンを介してダイアフラムを前後運動させています。
なるほど。


基板はこんな。


結構簡単なので、100V化も難しくなさそうです。
きょうはとりあえずこのまま使用。


プラグを付け替えました。
100V仕様のプラグですが、これをトランスの220V OUTに突っ込みます。ちなみに、このまま100Vに挿すと、ヒータは暖かくなりましたが、モータは回りませんでした。


ということで、このときに入手したテレビ基板から部品をサルベージします。


開始わずか3分でフライバックトランス回収。速すぎ。大感動です。
あてて吸ってちょっと揺らして引っ張るだけ。なんという楽さ。


調子に乗ってもう一枚の基板も含めていろいろ回収。
フライバックトランス駆動用の大電力トランジスタ、高圧コンデンサ、大電流ダイオード、ブリッジ、セメント抵抗、精密抵抗等々宝の山ざくざく。小一時間の作業でごらんの通りです。
すばらしい。







こんな強力なツールがわずか8000円ばかりで手に入るとは。すばらしい。
よい買い物でした。



2013年1月26日土曜日

スパッタリング条件検討

 
条件検討などとえらそうなことを言えるようなものではないですが、電極の形状や圧力、電圧などをいくつか変えてプラズマの状態を観察してみました。

まずは電極間隔を大きくして印加電圧を高くした例。


真空度が高いとプラズマが生成されやすくなり写真のように陰極全体がプラズマで包まれてしまいます。で、スパッタしたい基板の近く(写真の上部の円盤の下に基板がついています)にはまったくプラズマがありません。当然膜はつきません。

これを防いで対極との間にプラズマを閉じ込めるためには容器内の圧力を上げるとよいです。当たり前ですが圧力を上げると放電電圧が上がりますので、対極に近い電位勾配が大きなところだけしかプラズマができなくなります。
たとえばこんな感じ。


しかしながら、これをやると電極の酸化が激しくなります。
一般的なというかまともなスパッタであれば圧力調整はアルゴンか窒素でやるのですが、この実験の場合純ガスの設備なんてありませんから圧力調整は大気です。当然酸素が入ります、で酸化します。電極が酸化銅の膜で覆われると、銅のスパッタリングではなく酸化銅のスパッタリングになってしまいます。これは避けねばなりません。

ということで、容器内圧力を下げて酸化を出来るだけ防ぎつつ、電極間隔を狭くしてプラズマを基板に触れさせた例。容器内圧力を下げていますので陰極全体がプラズマに包まれていますが、基板もプラズマに触れています。この場合放電開始電圧は下がります。


こうしてしばらくプラズマ内に基板をおきますと、なにやら膜が出来ます。
大部分は酸化膜のようですが、一部には金属光沢が見られます。


ということで、さらに改造。
次は床面に銅板を置き、床面全体をターゲットにします。そしてその中央部、床面にぎりぎり触れないくらいの位置に対極兼基板保持の銅線を吊り下げます。


このような構造にすると床面全体がプラズマに包まれ、プラズマ化している体積というか領域が大きくなります。ここまでの印象では、どうも対極の位置や形状はあまり関係ないようです。

で、このプラズマの中に基板をどっぷりと沈めて待つこと10分ほど。


なにやら膜が出来ます。あいかわらず酸化も激しいようですが、中央部には金属光沢らしきものが。


基板が十分に冷えるのを待って取り出します。プラズマを消してすぐに大気を入れると膜は一瞬で酸化してしまいます。

基板をひっくり返すと...

おお! 銅の金属膜が出来ています。すばらしい!
面積は小さなものですが確かに銅がスパッタされています。


こんな感じに鏡面が出来ています。上の写真はピンボケに見えますが、よく見るとフォーカスが鏡面に反射した天井に合っているのがわかります。銅の鏡なので反射像もなんとなく赤っぽいですよね。

で、フォーカス位置を変えると、


こんな感じに下の文字が透けて見えます。銅の膜は緑っぽく見えます。銅の赤色の補色(白色から赤色を反射するので補色の緑が透過して来る)が見えているようです。これこそ目標にしているハーフミラーです。
この方向で検討を進めればうまくいきそうな気がしてきました。

買ったもの

 
あいかわらずいろいろ買い物

まずはハンダ吸い取り器。すごく欲しかったのです。
Aliexpress で$87。安い。日本で買う価格の1/3以下です。
でも220V仕様(笑
先日購入したトランスを使えば問題なしです。気が向いたら100V仕様に改造する予定。


高圧ダイオード。Aliexpress。 12kV 350mA 定格。
10本で$4.75。国内価格の1/10ですね。すばらしい。
スパッタ電源のブリッジ整流用に購入。


なんか写真がひっくり返ってますが、サンワのテスター CD711。我が家にもやっとまともなテスターがやってきました。Amazonで7500円くらいだったかな。
それなりに使えるテスターはいくつもあるのですが、最近高圧を扱い始めたので高圧プローブがつながるものが欲しかったのです。


で、その高圧プローブ。30kVまで測定可能ですので、とりあえずの用は足します。Amazonで 5000円くらいと稼働率に対してはお高めな値段。しかもでかい。


ダイヤルゲージ。ヤフオクで2000円+送料。
CNCステージの平坦度測定のために購入。


デジトラ100個。ダイヤルゲージと同じ出品者様から。300円だったかな。安かったのでつい。


そしてついに買ってしまったネオントランス。ひとつ3000円。ヤフオクで。
100V入力で 出力 15kV 20mA。
でかくて重いです。もちろんレーザ駆動用として。


安定化電源。KENWOOD のPA18-3Aです。ヤフオクで3800円だったかな。
会社にはたくさん転がっているのですが、自宅の机の上にあると新鮮な景色です。
今使っている電源が定電圧のみなので、定電流のものも欲しかったのです。


ふう。

2013年1月14日月曜日

ニコニコ動画

 
ここまでの活動をニコ動にアップしました。

  自作CO2レーザ加工機への道 その1

  

  自作CO2レーザ加工機への道 その2



三連休というのに、自室にこもったままというのはいかがなものかという気もしますが、まあたのしいからいいでしょう。

2013年1月13日日曜日

スパッタ装置作製予備実験


警告

この記事では高電圧かつ大電流を扱っています。安易に真似をしないで下さい。参考にしていただくことはかまいませんが、その結果何がおきても私は責任を取ることができません。

フライバックトランスの記事も危険ですが、電流が数mAであり、感電しても大事に至る可能性はそれほど高くはないと思われます。しかしながら、この記事で使用しているMOTは2000V以上の電圧と100mA以上の電流を出力します。


これは即死レベルです。

感電による生死の分かれ目は40mAとされています。MOTはそれを軽々と超える力を持っております。

物理を完全に理解し、すべての責任を自分で取れる方だけが手を出せる世界です。
繰り返します。
いい加減な理解で真似をすると死にます。

ではどうぞ。

 
アクリルパイプを使ってスパッタを作る予備実験です。
銅をスパッタして反射ミラーとハーフミラーを作るために必要であるとの結論に至りました。

まずは材料入手。左側の5mm厚のアクリルパイプと丸板で作ることに決定。


丸板に排気と電極のための穴を開けます。


そこにワンタッチジョイントをねじ込んで隙間をエポキシで埋め、丸板とパイプをやはりエポキシで接着します。丸板の上のビンは単なる重石です。


接着ができたら、パイプの肉にあわせてシリコンゴムを切り出します。


ちょっとわかりにくいですが、丸板中央部にあけた下穴にタップを立てて、M3のながねじをねじ込みます。


次に、銅ワッシャと銅の針金で正極を作ります。なんとこれがスパッタのターゲット(笑


こんな感じにぶら下げられるような細工をして。


クリップをつければ完成です。これで丸板のM3ねじに噛み付いて電気的なコンタクトを得ます。


次に、電源。
リサイクルの電子レンジから取り出したMOTを下のように配線します。
一次側はそのまま端子台へ。二次側はヒータ用の出力は短く切って使わず。そしてマグネトロン用の高圧出力にワニ口クリップをつけます。二次側のもう片方はMOTの本体につながっていますので、MOTをアルミの板に乗せて、アルミの板を対極(負極)とします。


先ほど作ったチャンバの電極用M3ねじに電子レンジから取り出した高圧ダイオードをねじ側がカソードになるように取り付けます。
ほんとはブリッジを組みたいところなのですが、ダイオードが二本しかないのでとりあえずは半波整流で実験。(高圧用ダイオードはAliExpressで注文済)


 負極はアルミ板のままでもいいのですが、こんな台を作ってみました。ワッシャに半田付けで銅の針金を固定し、足を曲げて作製。正極と対応する位置に置けば電極対の完成。いいかげんすぎ。


MOTを100Vにつなぐととんでもないことになるので、スライダックを介してコンセントに接続。
チャンバの中を真空ポンプで排気します。


さて通電、とやってみたのですが、プラズマが立ってさて写真を撮るか、と思った瞬間に銅ワッシャで作った台が崩れ去りました。半田が溶けてばらばらです。負極は結構熱くなるのね。

ということで、急遽台を探しました。正極とまったく形が違うのであんまりよろしくないと思いますが、まあ予備実験ということでその辺に転がっていたヒートシンクを使用。上に乗っているワッシャは基板のつもり。


ところが、この状態で放電させるとヒートシンクのねじ穴に電界集中部ができてしまうようでプラズマが美しくありません、そこで、ヒートシンク全体をアルミホイルで覆ってみました。


この状態でようやくそこそこのプラズマが立ちました。


暗くするとこんな感じ。
ほんとはアルゴンを入れてやりたいところですが、アルゴンは高いので入手できておりません。
まあ窒素(というか大気を減圧しただけ)でもいけるんじゃないかと。


この写真の状態で、スライダックは1/3回転くらい。つまり入力は30Vくらいと思います。二次側の電圧は怖くて計っておりませんが、下のほうで実験したときの結果をリニアに外挿すると、おそらくrmsで500Vくらいではないかと思います。電流もあんまり流れてないでしょう。

とりあえずはこれでMOTが使えることがわかりました。今後はちゃんとした電極と基板台を作ってプラズマを安定化したいと思います。
そして電流をもう少したくさん流さないといけません。今のままでは現実的なスピードでの製膜は難しいと思われます。

最後にプラズマの様子がわかる動画を二本アップしておきます。

video

video

フライバックトランスのサルベージ

 
このときに入手した3枚のテレビの基板のうちの一枚からフライバックトランスを外しました。
なれると作業が速いこと。


忘れないように基板の配線を記録しておきます。


 パワートランジスタの出力が直結されている一次側のマイナス端子と、二次側のプラス端子はすぐにわかるんですが、残りの端子が不明。この基板にはヒントとなる記載もありません。
一次側はテスターで何とかなりますが、二次側は「もっともよい火花が飛ぶ端子」を探すことになりそうです。


スライダックのオーバーホール

  
このときにオークションで買ったスライダックをオーバーホールしました。

これ。

端子を外して。


本体を木箱から取り出して、軸を外しました。
スライダックってこんなふうになってるのね。単純な作りです。コイルの上に接点のカーボンの粉がべっとりついてましたのでアルコールでふき取り。そして溝にたまった埃をきれいにふき取りました。ワイヤブラシで磨こうかとも思いましたが、せっかくの風格が失われそうなのでそのまま組み付けることにしました。


改めて確認。7Aまでいけますね。私の目的には十分な容量です。
シリアルNo.が130番です。いつのだろう。


マツナガ製。スライダックというのは実は東芝の登録商標なので他社は使えません。ここではスライドレギュレータと書いてあります。海外ではスライドトランスかバリアック。たしかバリアックも登録商標じゃなかったかな。


古いものなので説明も味があります。戦時中ということはないと思いますが、なんかそんな感じがしますね。「赤色ねぢヲ廻サナイデ下サイ」とありますが、当然廻してばらばらにしました。


元通り組み付ければオーバーホールはおわりです。ついでに電圧リミットのねじを外しましたので、90V以上まで出力できるようになりました。
元の木箱に納めて作業を終了しました。