(57)【要約】【課題】微粒の材料を供給可能なホッパーを提供する。【解決手段】直径が０．１μｍ〜１０μｍの粉末状の材料を収納する容器と、前記容器の内部に周期的な圧力差を与える圧力制御部と、前記容器に振動を与える加振器と、を有し、前記周期的な圧力差と前記振動とにより前記容器の内部の材料を該容器に設けられた穴から供給し、キャリアガスによって運ぶ、ことを特徴とするホッパーが提供される。【選択図】図２
2014172696.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直径が０．１μｍ〜１０μｍの粉末状の材料を収納する容器と、
前記容器の内部に周期的な圧力差を与える圧力制御部と、
前記容器に振動を与える加振器と、を有し、
前記周期的な圧力差と前記振動とにより前記容器の内部の材料を該容器に設けられた穴から供給し、キャリアガスによって運ぶ、
ことを特徴とするホッパー。
【請求項２】
前記容器の内部は、不活性ガスで充填されている、
ことを特徴とする請求項１に記載のホッパー。
【請求項３】
前記キャリアガスによって運ばれた材料を加熱する加熱部を更に有する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のホッパー。
【請求項４】
前記圧力制御部は、正圧として（７６０＋３０）Ｔｏｒｒ〜（７６０＋２００）Ｔｏｒｒの範囲、負圧として（７６０−３０）Ｔｏｒｒ〜（７６０−２００）Ｔｏｒｒの範囲に、前記容器の内部を正圧及び負圧に交互に切り替える、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のホッパー。
【請求項５】
前記圧力制御部は、正圧として（７６０＋４０）Ｔｏｒｒ〜（７６０＋６０）Ｔｏｒｒの範囲、負圧として（７６０−４０）Ｔｏｒｒ〜（７６０−６０）Ｔｏｒｒの範囲に、前記容器の内部を正圧及び負圧に交互に切り替える、
ことを特徴とする請求項４に記載のホッパー。
【請求項６】
前記圧力制御部は、１Ｈｚ〜１０Ｈｚの周期で前記容器の内部に圧力差を与える、
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のホッパー。
【請求項７】
前記加振器は、１Ｈｚ〜１００Ｈｚの周期で振動する、
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のホッパー。
【請求項８】
前記加振器は、５Ｈｚ〜５０Ｈｚの周期で振動する、
ことを特徴とする請求項７に記載のホッパー。
【請求項９】
前記圧力制御部は、前記容器の内部への気体の流入と前記容器の内部からの気体の流出との切り替え、該気体の流量及び該気体の流速を制御することで、前記容器の内部に周期的な圧力差を与える請求項１〜８のいずれか一項に記載のホッパー。
【請求項１０】
前記圧力制御部は、前記伸縮可能なポンプ状部材により前記容器の内部に周期的な圧力差を与える請求項１〜８のいずれか一項に記載のホッパー。
【請求項１１】
被対象物を搬出入可能な処理室と、
直径が０．１μｍ〜１０μｍの粉末状の材料を収納する容器と、
前記容器の内部に周期的な圧力差を与える圧力制御部と、
前記容器に振動を与える加振器と、
前記周期的な圧力差と前記振動とにより前記容器に設けられた穴から供給された該容器の内部の材料をキャリアガスによって運ぶ材料供給部と、
前記キャリアガスによって運ばれた材料を溶融する加熱ガスを供給する加熱部と、を有し、
前記加熱ガスにより溶融した材料を前記処理室内に搬入された前記被対象物上に吹き付けて溶射することを特徴とする溶射装置。
【請求項１２】
前記処理室の内部を排気して所定の真空圧力にする排気装置、
を更に有することを特徴とする請求項１１に記載の溶射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ホッパー及び溶射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ホッパーは、容器に収納した材料を必要量に応じて送り出す、いわゆる材料供給器である。ホッパーは、容器に収納した粉末状の材料をふるい落とす。溶射装置では、ふるい落とされた粉末状の材料を加熱して溶融し、溶融された材料を被対象物に吹き付けることで被対象物に溶射皮膜を形成する。例えば、特許文献１では、大気環境で溶射するコールドスプレー溶射技術が開示されている。
【０００３】
溶射皮膜は、一般的にポーラスであり、その物性は純材料よりも劣る。これを改善するためには、溶射により緻密膜を形成する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−２０１８９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、粉末状の材料は、数十μｍ程度の粒径の造粒粉であり、加熱して溶融する際、粒が大きすぎて溶かしきれない部分が残る。よって、溶射により緻密膜を形成するためには、一般的な造粒粉よりも粒径が小さい微粒の材料を供給することが重要である。
【０００６】
ところが、微粒の材料を使用すると、ホッパーに設けられた材料をふるい落とすための穴に目詰まりが生じたりスピッティング現象が発生したりする。
【０００７】
上記課題に対して、一側面では、微粒の材料を供給することが可能な、ホッパー及び溶射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】
【０００８】
上記課題を解決するために、一の態様によれば、
直径が０．１μｍ〜１０μｍの粉末状の材料を収納する容器と、
前記容器の内部に周期的な圧力差を与える圧力制御部と、
前記容器に振動を与える加振器と、を有し、
前記周期的な圧力差と前記振動とにより前記容器の内部の材料を該容器に設けられた穴から供給し、キャリアガスによって運ぶ、
ことを特徴とするホッパーが提供される。
【０００９】
また、上記課題を解決するために、他の態様によれば、
被対象物を搬出入可能な処理室と、
直径が０．１μｍ〜１０μｍの粉末状の材料を収納する容器と、
前記容器の内部に周期的な圧力差を与える圧力制御部と、
前記容器に振動を与える加振器と、
前記周期的な圧力差と前記振動とにより前記容器に設けられた穴から供給された該容器の内部の材料をキャリアガスによって運ぶ材料供給部と、
前記キャリアガスによって運ばれた材料を溶融する加熱ガスを供給する加熱部と、を有し、
前記加熱ガスにより溶融した材料を前記処理室内に搬入された前記被対象物上に吹き付けて溶射することを特徴とする溶射装置が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
一の態様によれば、微粒の材料を供給することで、緻密な溶射膜を形成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】一実施形態に係る溶射装置の概略構成図。
【図２】一実施形態に係る溶射装置の断面構成図。
【図３】一実施形態に係る粉末状の材料の粒径と落下状態との関係を示した図。
【図４】一実施形態に係る溶射処理を示したフローチャート。
【図５】一実施形態に係るホッパーの容器内の圧力制御例。
【図６】一実施形態に係る圧力制御部の構成例。
【図７】一実施形態に係るフリットガラスの溶射例。
【図８】一実施形態に係る溶射装置の他の例。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く。なお、以下の説明では、１ａｔｍ＝７６０Ｔｏｒｒ＝１．０１３２５×１０５Ｐａとして各単位を変換することが可能である。
【００１３】
［溶射装置の構成］
まず、一実施形態に係る溶射装置の概略構成について、図１を参照しながら説明する。図１（ａ）は、一実施形態に係る溶射装置の概略構成図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ平面図であり、溶射装置の内部の天井側を下側から平面視している。
【００１４】
本実施形態に係る溶射装置１は、処理室１０とホッパー２０とを有する。処理室１０は、ホッパー２０の下方に設けられている、処理室１０とホッパー２０とは、材料供給部２４により連結されている。
【００１５】
図１（ａ）に示した溶射装置１は、Ｏを中心線とした円筒型の処理室１０を有している。処理室１０内では、溶射により対象物（被対象物）に溶射皮膜が形成される。処理室１０は天井部にて開口し、その開口には蓋体１２が設置され、これにより、開口は閉塞される。図１（ａ）では、説明の便宜上、処理室１０の側壁の一部と蓋体１２の一部とが省略され、内部が見えるように図示されているが、実際には、処理室１０の内部は密閉されている。処理室１０の底部には、ステージ１４が設けられている。ステージ１４上には、被対象物Ｃが載置されている。
【００１６】
蓋体１２の上部には、ホッパー２０が取り付けられている。また、蓋体１２の上部から蓋体１２を貫通して、３本の加熱部３０が取り付けられている。ホッパー２０は、容器２２と圧力制御部５０と加振器６０とを有する。ホッパー２０は、容器２２に収納した材料を必要量に応じて処理室１０に供給する、いわゆる材料供給器である。容器２２の内部の材料は、材料供給部２４を通って被対象物Ｃに向けて処理室１０内に導入される。ホッパー２０の構成については後程詳述する。
【００１７】
図１（ａ）及び図１（ｂ）に示したように、加熱部３０は棒状に形成され、本実施形態では周方向に１２０℃で等間隔に３本設けられている。ただし、加熱部３０は、周方向に等間隔に２本又はそれ以上設けられてもよい。
【００１８】
ガス供給源４０は、処理室１０、材料供給部２４、加熱部３０にアルゴンガスを供給する。処理室１０内に供給されるアルゴンガスは、環境制御ガスであり、溶射時に窒素、酸素、水分等のような不純物が溶射皮膜に混入することを防ぐ。材料供給部２４に供給されるアルゴンガスは、キャリアガスであり、容器２２の内部の材料を処理室１０まで運ぶ。加熱部３０に供給されるアルゴンガスは、加熱部３０内を通る際に加熱され、加熱ガスとして処理室１０内に供給される。加熱部３０の先端部３０ａは、材料供給部２４の先端部２４ｂから材料が落下する落下経路に加熱ガスが供給されるように傾斜して配置されている。これにより、材料供給部２４の先端部２４ｂから処理室１０内に供給された材料は、加熱部３０の先端部３０ａから噴出された加熱ガスにより溶融する。溶融した材料は、被対象物Ｃ上に吹き付けられる。これにより、被対象物Ｃに溶射皮膜が形成される。
【００１９】
ステージ１４は、ＸＹ軸方向に及びＺ軸方向に制御可能となっている。ステージ１４の回転により、被対象物Ｃに周方向に溶射皮膜を成膜することができる。ステージ１４をＸＹ軸方向へ移動させることにより、被対象物Ｃを走査しながら溶射したり、溶射ポイントまで移動したりしてもよい。ステージ１４を遊星運動させながら溶射を実行してもよい。また、水平方向の移動及び回転に加えて、ステージ１４を適宜Ｚ軸方向に昇降させることができる。
【００２０】
図２を参照しながら、ホッパー２０及びホッパー２０が取り付けられた溶射装置１について更に詳細に説明する。図２は、図１（ｂ）のＢ−Ｂ断面図である。ホッパー２０の容器２２には、圧力制御部５０と加振器６０とが接続されている。図２には、圧力制御部５０の内部構成が示されている。
【００２１】
容器２２には、直径が０．１μｍ〜１０μｍの粉末状の材料が収納されている。本実施形態では、アルミニウムの微粒が収納されているが、これに限らず直径が０．１μｍ〜１０μｍのアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の微粒や他の金属の微粒等、溶射皮膜の用途に応じて様々な材料を収納できる。容器２２の内部は、アルゴンガスで充填されている。アルゴンガスは、ガス供給源４０から供給される。アルゴンガスは容器２２の内部の環境制御ガスとして機能し、これにより、大気中の窒素，酸素、水素を含まない純度の高いアルミニウムの溶射皮膜を成膜できる。なお、アルゴンガスは不活性ガスの一例であり、アルゴンガスの替わりにキセノンガス等を使用してもよい。また、容器２２の内部に不活性ガスを導入する替わりに、ドライエアーを導入してもよい。
【００２２】
処理室１０の側壁には、ゲートバルブ１６が設けられ、ゲートバルブ１６の開閉により、被対象物Ｃを処理室１０に搬出入可能となっている。処理室１０の内部は、排気装置１８により所定の真空圧力に排気されてもよい。これにより、減圧環境下で溶射することができる。これによれば、溶射皮膜に大気中の酸素や窒素が混入することを抑止できる。
【００２３】
容器２２の底部を構成するバッフル２２ａには、複数の穴ＨＬが形成されている。圧力制御部５０は、容器２２の内部の圧力を正圧及び負圧に周期的に制御する。加振器６０は、容器２２に振動を与える。このように、本実施形態に係るホッパー２０は、容器２２の内部を正圧（加圧）及び負圧（減圧）に周期的に制御し、かつ振動を与えることによって材料を容器２２に設けられた複数の穴ＨＬにふるい落とし、複数の穴ＨＬと連通する材料供給部２４の内部によどみなく供給する。なお、容器２２から供給される材料の供給量は、バッフル２２ａに形成された複数の穴ＨＬの直径φと長さＬと穴数とで制御される。
【００２４】
材料供給部２４には、キャリアガスを導入する導入口２４ａが設けられている。材料供給部２４の内部には、ガス供給源４０から供給されたアルゴンガスが導入口２４ａから導入される。アルミニウムの微粒は、アルゴンガスをキャリアガスとして処理室１０まで運ばれる。アルミニウムの微粒は、材料供給部２４の先端部２４ｂから被対象物の上方に供給される。
【００２５】
加熱部３０の筒状のガス管３１の周りにはヒータ３２が巻かれている。ヒータ３２の周りには、石英ガラス等で形成されたガラス管３４が設けられている。ガス管３１の基端はセラミック等で構成された支持部３３により支持されている。支持部３３は、加熱部３０の先端部３０ａが材料供給部２４の先端部２４ｂの近傍に位置するように、斜めに蓋体１２を貫通している。
【００２６】
加熱部３０には、ガス供給源４０から供給されたアルゴンガスが導入される。アルゴンガスは、ガス管３１を通過する際にヒータ３２により加熱され、加熱ガスとなる。加熱ガスは、加熱部３０の先端部３１ａから噴射され、被対象物の上方に供給されたアルミニウムの微粒を溶融し、被対象物に吹き付ける。これにより、被対象物上にアルミニウムの微粒によって形成された緻密な溶射皮膜が形成される。
【００２７】
制御部１００は、ＣＰＵ１０１（Central  Processing  Unit），ＲＯＭ１０２（Read  Only  Memory）、ＲＡＭ１０３（Random  Access  Memory）、ＨＤＤ１０４（Hard Disk Drive）を有している。ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３又はＨＤＤ１０４に格納された各種レシピに従って溶射処理を実行する。レシピには、圧力制御部５０によって実行される加圧及び減圧の制御情報やソレノイドバルブの切り替え周期、加振器６０の振動周期、ヒータ３２の温度、アルゴンガスの供給量、処理室１０内の排気などに関する情報が記憶されている。
【００２８】
以上、本実施形態に係る溶射装置１の全体構成について説明した。次に、溶射装置１の一部を構成するホッパー２０の圧力制御部５０の内部構成について、図２を参照しながら説明する。
【００２９】
［圧力制御部の内部構成］
本実施形態では、圧力制御部５０は、容器２２の内部に流体を流入させる、又は内部から流体を流出させることを周期的に行うことで、容器２２の内部の圧力を周期的に正圧又は負圧に制御する。
【００３０】
圧力制御部５０は、ソレノイドバルブＶ１，Ｖ２、レギュレータ５３、５４、フローメータ５５、エジェクタ５６、調圧容器５７、フィルタ５８、圧力計Ｐ１，Ｐ２を有している。
【００３１】
レギュレータ５３、５４は、圧力を制御する。フローメータ５５は、ドライエアーの流量を測定する。圧力計Ｐ１は、調圧容器５７の内部の圧力を測定する。圧力計Ｐ２は、容器２２の内部の圧力を測定する。エジェクタ５６は、配管Ｌ２内のドライエアーを加速させる。ドライエアーは、アルゴンガス等の不活性ガスに替えてもよい。アルゴンガスは、窒素や酸素や水素を含まないため、ドライエアーより溶射の環境を制御し易い。
【００３２】
ドライエアーは、配管Ｌ１及び配管Ｌ２内に常に供給され続けている。レギュレータ５３は（７６０＋４０）Ｔｏｒｒ、レギュレータ５４は（７６０−４０）Ｔｏｒｒに設定されている。この状態でソレノイドバルブＶ１を開き、ソレノイドバルブＶ２を閉じる。この結果、ドライエアーが配管Ｌ１から容器２２の内部に流入する。これにより、容器２２の内部は（７６０＋４０）Ｔｏｒｒに加圧され、正圧状態となる。
【００３３】
配管Ｌ２を通ったドライエアーは、エジェクタ５６内で加速される。このため、ベンチュリー効果によって調圧容器５７のガスがエジェクタ５６側に流入され、調圧容器５７の内部の圧力は下がる。このとき、材料がガスとともにエジェクタ５６側に吸い込まれないようにフィルタ５８が設けられている。この状態で、ソレノイドバルブＶ２を開き、ソレノイドバルブＶ１を閉じたとき、容器２２の内部は（７６０−４０）Ｔｏｒｒに減圧され、負圧状態となる。
【００３４】
圧力制御部５０は、制御部１００の指示に基づきソレノイドバルブＶ１、Ｖ２の切り替えを行う。例えば、１Ｈｚの周期で容器２２の内部を正圧と負圧とに制御する場合、圧力制御部５０は、０．５秒毎にソレノイドバルブＶ１、Ｖ２の開閉を切り替える。
【００３５】
圧力制御部５０は、レギュレータ５３の圧力を（７６０＋３０）Ｔｏｒｒ〜（７６０＋２００）Ｔｏｒｒの範囲で所定値に設定してもよい。また、圧力制御部５０は、レギュレータ５４の圧力を（７６０−３０）Ｔｏｒｒ〜（７６０−２００）Ｔｏｒｒの範囲で所定値に設定してもよい。これにより、容器２２の内部は、正圧として（７６０＋３０）Ｔｏｒｒ〜（７６０＋２００）Ｔｏｒｒの範囲、負圧として（７６０−３０）Ｔｏｒｒ〜（７６０−２００）Ｔｏｒｒの範囲に交互に切り替えることができる。
【００３６】
さらに、圧力制御部５０は、レギュレータ５３の圧力を（７６０＋４０）Ｔｏｒｒ〜（７６０＋６０）Ｔｏｒｒの範囲で所定値に設定するとより好ましい。また、圧力制御部５０は、レギュレータ５４の圧力を（７６０−４０）Ｔｏｒｒ〜（７６０−６０）Ｔｏｒｒの範囲で所定値に設定するとより好ましい。
【００３７】
また、圧力制御部５０は、１Ｈｚ〜１０Ｈｚの周期で容器２２の内部を正圧と負圧とに制御してもよい。この場合、圧力制御部５０は、設定された周期の１／２のタイミングでソレノイドバルブＶ１、Ｖ２の開閉を切り替える。
【００３８】
また、加振器６０は、１Ｈｚ〜１００Ｈｚの周期で振動してもよく、５Ｈｚ〜５０Ｈｚの周期で振動することが好ましい。
【００３９】
以上に説明したように、圧力制御部５０は、容器２２の内部にドライエアーやアルゴンガス等の気体を流入又は流出するための切り替え、及び該気体の流量及び流速を制御する。これにより、容器２２の内部を正圧及び負圧に周期的に制御することができる。
【００４０】
粉末状の材料が数十μｍ程度の粒径の造粒粉の場合、加熱して溶融する際、粒が大きすぎて溶かしきれない部分が残り、溶かしきれない部分が緻密膜を溶射により形成する妨げとなっていた。よって、溶射により緻密膜を形成するためには、微粒の材料を供給することが重要である。
【００４１】
ところが、微粒の材料を使用すると、ホッパーに設けられた材料をふるい落とすための穴に目詰まりが生じる。粉末の材料が容器２２の穴ＨＬから自由落下する状態を、図３を参照しながら説明する。図３では、２種類の粒径のアルミナの粉末を用いた。一つは、粒径が約４４μｍの造粒焼結粉末であり、もう一つは、粒径が約８．４μｍの溶融紛砕粉末である。また、直径φ及び長さＬが異なる４種類のバッフル２２ａを使用した。
【００４２】
その結果、いずれのバッフル２２ａ（（φ＝１．０，Ｌ＝０．５）、（φ＝０．７，Ｌ＝０．５）、（φ＝０．５，Ｌ＝１．３）、（φ＝０．５，Ｌ＝１．６）（単位はｍｍ））においても、粒径が約４４μｍの造粒焼結粉末は、穴ＨＬから自由落下した。一方、いずれのバッフル２２ａにおいても、粒径が約８．４μｍの溶融紛砕粉末は、穴ＨＬから自由落下しなかった。
【００４３】
しかしながら、本実施形態に係る溶射装置１では、圧力制御部５０によって容器２２の内部の圧力を正圧及び負圧に周期的に制御し、かつ加振器６０によって容器２２に振動を与える。これにより、直径が０．１μｍ〜１０μｍの微粒の材料であっても容器２２に収納された材料を容器２２に設けられた穴ＨＬからふるい落とすことができる。この結果、加熱部３０が微粒の材料を溶融したとき、材料中に溶かしきれない部分は生じない。よって、本実施形態に係る溶射装置１によれば、加熱ガスにより溶融した微粒の材料を被対象物Ｃ上に吹き付けて緻密な溶射膜を形成することができる。
【００４４】
[溶射処理]
次に、本実施形態に係る溶射処理について、図４を参照しながら説明する。図４は、本実施形態に係る溶射処理を示したフローチャートである。
【００４５】
まず、ガス供給源４０から容器２２の内部にアルゴンガスが導入される（Ｓ１０）。アルゴンガスにより、溶射時に窒素、酸素、水分等のような不純物が溶射皮膜に混入することを防ぐことができる。
【００４６】
次に、ガス供給源４０から材料供給部２４の内部にアルゴンガスが導入される（Ｓ１２）。このアルゴンガスは、キャリアガスであり、容器２２からふるい落とされた微粒の材料を処理室１０まで運ぶ。なお、ステップＳ１０及びステップＳ１２の順序は入れ替えても、同時でもよい。
【００４７】
次に、圧力制御部５０は、容器２２の内部の圧力を１秒周期で（７６０＋４０）Ｔｏｒｒの正圧と（７６０−４０）Ｔｏｒｒの負圧とに交互に制御する(ステップＳ１４)。図５は、圧力制御部５０による制御を示す。これによれば、図２のソレノイドバルブＶ１，Ｖ２を０．５秒周期で切り替えたことで、容器２２の内部の圧力は、１秒周期で（７６０＋４０）Ｔｏｒｒの正圧と（７６０−４０）Ｔｏｒｒの負圧とに交互に制御される。また、加振器６０により容器２２に振動が加えられる（ステップＳ１６）。なお、ステップＳ１４、Ｓ１６の処理順は、同時でもいずれが先でもよい。
【００４８】
次に、加熱部３０は、ふるい落とされた微粒のアルミニウムを加熱ガスにより溶融し、被対象物に吹き付ける（ステップＳ１８）。次に、制御部１００は、溶射が終了したかを判定する（ステップＳ２０）。溶射が終了していない場合には、適宜、ステージ１４を移動させながらステップＳ１８に戻り、溶射を続ける。溶射が終了した場合には、本処理を終了する。
【００４９】
以上に説明したように、本実施形態に係る溶射装置１によれば、微粒の材料をふるい落とすことが可能なホッパー２０が設けられている。即ち、本実施形態のホッパー２０によれば、圧力制御部５０により容器２２の内部に周期的な圧力差が加えられるとともに、加振器６０により容器２２に振動が与えられる。これにより、容器２２の穴ＨＬから微粒の材料をふるい落とすことができる。ふるい落とされた粉末状の材料は、本実施形態に係る溶射装置１の処理室に運ばれる。その際、直径が０．１μｍ〜１０μｍ程の微粒であるため、加熱部３０で完全に溶融される。材料が完全に溶融されているため、その材料を被対象物に吹き付けることで被対象物に緻密膜を形成することができる。また、材料を複合材ワイヤーやロッドやペーストではなく、粉末状で扱うことができる。このため、材料のコストを低減できる。また、成膜及びアニールの各工程を同一の処理室１０で行えるため、成膜形成が容易になる。また、溶射により被膜を形成するため、平面ではない被対象物に対しての成膜が可能であり、多様な場面で利用できる。
【００５０】
［溶射装置の変形例］
次に、本実施形態の変形例に係る溶射装置１について、図６を参照しながら説明する。図６（ａ）及び図６（ｂ）は、本実施形態の変形例に係るホッパー２０の構成及び動作を説明する。図６では、ホッパー２０の下部の溶射装置１の処理室１０等は省略されている。
【００５１】
変形例に係るホッパー２０は、圧力制御部５０の構成及び動作のみが本実施形態に係るホッパー２０と異なる。つまり、本実施形態に係る圧力制御部５０は、容器２２の内部にドライエアーを流入又は容器２２の内部からドライエアーを流出するための切り替え、及びドライエアーの流量及び流速を制御することで、容器２２の内部に周期的な圧力差を与えた。これに対して、変形例に係る圧力制御部５０は、容器２２の体積を実質的に変化させることで、容器２２の内部に周期的な圧力差を与える。
【００５２】
例えば、図６に示した変形例に係るホッパー２０には、容器２２の内部と連通するポンプ状部材５９が設けられている。ポンプ状部材５９は、ベローズ５９ａにより内部を閉塞され、伸縮可能となっている。ポンプ状部材５９を押下し、図６（ａ）から図６（ｂ）の状態にベローズ５９ａを縮ませると、ポンプ状部材５９と連通する容器２２の内部が加圧状態となる。また、図６（ｂ）から図６（ａ）の状態にベローズ５９ａを伸ばすと、ポンプ状部材５９と連通する容器２２の内部が減圧状態となる。よって、本変形例においても、１Ｈｚ〜１０Ｈｚの周期で図６（ａ）の加圧状態及び図６（ｂ）の減圧状態を繰り返すことにより、容器２２の内部に圧力差を与えることができる。また、これに並行して加振器６０により容器２２に振動を与えることによって、本変形例においても容器２２の穴ＨＬから微粒の材料をふるい落とすことができる。これにより、被対象物Ｃに緻密膜を形成することができる。なお、上記実施形態に開示した圧力制御部５０と変形例に係る圧力制御部５０とを組み合わせてもよい。
【００５３】
［適用例１］
上記実施形態及び変形例に係る溶射装置１では、アルミニウムやアルミナ等の金属を含む微粒を材料として溶射が行われた。この溶射は、例えば、プラズマ処理装置等に用いられる電極の基材が金属でない場合に基材上にアルミニウムの溶射被膜（電極層）を形成する際や、電極の基材上にアルミナの溶射被膜を形成する際に使用され得る。しかしながら、本実施形態及び変形例に係る溶射装置１は、他の材料を溶射する場合にも適用可能である。
【００５４】
例えば、本実施形態及び変形例に係る溶射装置１は、直径が０．１μｍ〜１０μｍの粉末状のガラス（以下、フリットガラスという。）を材料とした溶射にも適用できる。フリットガラスは、ディスプレイパネルや各種電子部品の封着（封止及び接着）、被覆、絶縁等に使用され得る。例えば、図７（ａ）では、フリットガラス３００により、２つの被対象物２００を貼り合わせて封着する。また、例えば、図７（ｂ）では、フリットガラス３００にて電極２１０を被覆することにより、電極２１０等の下層を保護する。図７（ｃ）では、フリットガラス３００により、導体２２０間の絶縁性を保つ。
【００５５】
従来、フリットガラスを図７の用途に使用する場合、初めにフリットガラスの粉末に接着剤を混ぜて練り、ペースト状にして被対象物に塗った後、仮焼成及び本焼成を行っていた。仮焼成では、３００℃に加熱した炉に１〜２時間程度置いて接着剤を取り除く。次に、本焼成では、フリットガラスに絶縁性と密着性の効果が出るまで、６００℃に加熱した炉に１時間程度置く。この方法では、炉が２つ必要になり、さらに仮焼成及び本焼成に時間がかかっていた。
【００５６】
一方、本実施形態及び変形例に係る溶射装置１では、容器２２に微粒のフリットガラスを収納し、ふり落とされたフリットガラスを加熱部３０から供給される加熱ガスにより溶融して噴き付ける。これにより、フリットガラスを被対象物の所定の位置に溶射することができる。このため、フリットガラスをペースト状にする工程もアニール工程も不要となり、処理時間を数時間から数秒〜数十秒に短縮でき、スループットを向上させることができる。また、同一処理室内で溶射工程のすべてが完了し、複数の炉を必要としないため、設備を構築するコストを下げることができる。なお、フリットガラスを溶射する位置は、制御部１００の指示に応じてステージ１４を移動させることで局所的に定めることが可能である。さらに、フリットガラスに接着剤を混ぜる必要がないため、材料の純度が高い溶射皮膜を形成することができる。
【００５７】
［適用例２］
また、例えば、本実施形態及び変形例に係る溶射装置１は、ハンダを材料とした溶射にも適用できる。一般的なハンダの使用では、「こて」を用いて棒状のハンダを溶かして使用する。
【００５８】
一方、本実施形態及び変形例に係る溶射装置１では、直径が０．１μｍ〜１０μｍのスズと鉛との配合物を容器２２に収納し、ふり落とされた配合物を加熱部３０から供給される加熱ガスにより溶融して噴き付ける。これにより、ハンダを被対象物の所定の位置に溶射することでハンダ接点を形成できる。このため、処理時間を数秒〜数十秒に短縮することができる。
【００５９】
なお、フリットガラスや、スズと鉛との配合物を材料とした溶射を行う際にも、金属を材料とした溶射を行う場合と同様に、容器２０の内部を不活性ガスで充填したり、減圧することが好ましい。また、減圧処理室１０の内部を排気し、減圧環境下で溶射することが好ましい。これにより、溶射皮膜に大気中の酸素や窒素が混入することを抑止できる。
【００６０】
以上、本発明のホッパー及び溶射装置を実施例により説明したが、本発明のホッパー及び溶射装置は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。また、上記実施例及び変形例を矛盾しない範囲で組み合わせることができる。
【００６１】
例えば、上記実施形態では、７６０Ｔｏｒｒ（１気圧）を基準として、容器２２の内部を正圧又は負圧に周期的に制御したが、本発明はこれに限らない。圧力制御部は、容器２２の内部に周期的な圧力差を与えることができればどのような圧力制御を行ってもよい。
【００６２】
また、上記実施形態及び変形例に係る溶射装置１では、加熱ガスを加熱部３０から噴射して、ホッパー２０からふり落とされた材料を溶融しながら被対象物に吹き付けた。しかしながら、加熱部３０の替わりにガスを加熱せずにコールドスプレーにして被対象物に衝突させる溶射も適用できる。
【００６３】
また、本発明のホッパー及び溶射装置は、プラズマによる加熱を用いて溶射を行ってもよい。つまり、金属やその他の材料の融点に応じて、低融点の材料はヒータによる加熱を選択し、高融点の材料はプラズマによる加熱を選択することが好ましい。例えば、材料がハンダの場合、融点は２５０℃程度であるため、ヒータにより加熱することが好ましい。材料がアルミニウム等の金属の粉末の場合、融点は６００℃程度であるため、ヒータによる加熱でもよく、プラズマによる加熱でもよい。
【００６４】
一方、プラズマによる加熱は１０００℃程度になる。よって、例えばアルミナ等の粉末等は融点が高いためプラズマによる加熱が好ましい。プラズマによる加熱を用いた溶射装置１について、図８を参照しながら簡単に説明すると、溶射装置１には本実施形態に係るホッパー２０が取り付けられている。ホッパー２０からは微粒の溶射用粉末が供給され、アルゴンガス等のキャリアガスにより運ばれる。
【００６５】
トーチ部７２にプラズマ生成ガスとしてのアルゴンガスや窒素ガスやドライエアーが供給され、高周波電源７０から高周波電力が印加されると、トーチ部７２からプラズマのアーク放電７４が発生する。これにより、プラズマの加熱によって溶射用粉末は溶融し、被対象物Ｃに吹き付けられる。この結果、被対象物Ｃ上に溶射皮膜が形成される。なお、プラズマにより加熱する機構も、キャリアガスによって運ばれた材料を加熱する加熱部の一例である。
【符号の説明】
【００６６】
１：溶射装置、１０：処理室、１２：１４蓋体、：ステージ、１８：排気装置、２０：ホッパー、２２：容器、２２ａ：バッフル、２４：材料供給部、３０：加熱部、３２：ヒータ、４０：ガス供給源、５０：圧力制御部、５３、５４：レギュレータ、５５：フローメータ、５６：エジェクタ、５７：調圧容器、６０：加振器、１００：制御部、Ｖ１，Ｖ２：ソレノイドバルブ、Ｃ：被対象物
【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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