(57)【要約】【課題】粉体に蒸着を行うことが効率よく行える粉体蒸着装置を得る。【解決手段】真空容器内に配置され、垂直方向に回転するドラム状の回転体１０と、ドラム状の回転体の内部に配置した蒸着源１２と、筒状の粉体供給回収部材２０と、筒状の粉体供給回収部材の下面近傍に設けた蓋部材２５とを備える。筒状の粉体供給回収部材２０は、ドラム状の回転体１０の内壁１０ａに近接して配置し、上面２２から入る粉体を回収すると共に、下面２３から粉体を内壁１０ａに供給する。蓋部材２５は、開状態とすることで、粉体供給回収部材２０の下面２３から粉体を内壁１０ａに供給し、閉状態とすることで、上面２２から粉体供給回収部材２０内に入った粉体を溜める。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器内に配置され、垂直方向に回転するドラム状の回転体と、
前記ドラム状の回転体の内部に配置した蒸着源と、
前記ドラム状の回転体の内壁に近接して配置し、上面から入る粉体を回収すると共に、粉体を下面から前記内壁に供給する筒状の粉体供給回収部材と、
前記粉体供給回収部材の下面近傍に設け、開状態とすることで、前記粉体供給回収部材の下面から粉体を前記内壁に供給し、閉状態とすることで、上面から前記粉体供給回収部材内に入った粉体を溜める蓋部材とを備えた
粉体蒸着装置。
【請求項２】
前記蓋部材は、粉体が前記内壁から落下しない遠心力が生じる程度の速度で前記ドラム状の回転体を回転させた状態で、閉状態から開状態に徐々に変化させて、粉体を前記内壁に供給する
請求項１記載の粉体蒸着装置。
【請求項３】
前記粉体供給回収部材は、上面が前記ドラム状の回転体の内壁から離れた状態と、前記ドラム状の回転体の内壁に接触または近接した状態とに移動可能とし、
前記蓋部材を閉状態から開状態に徐々に変化させて、粉体を前記内壁に供給する際には、前記上面が前記ドラム状の回転体の内壁から離れた状態とし、
粉体を前記内壁から回収する際には、前記上面が前記ドラム状の回転体の内壁に接触または近接した状態とする
請求項２記載の粉体蒸着装置。
【請求項４】
前記上面が前記ドラム状の回転体の内壁に接触または近接した状態として、前記ドラム状の回転体の内壁から前記粉体供給回収部材が粉体を回収しながら、前記蓋部材の開状態で前記粉体供給回収部材の下面から粉体の前記ドラム状の回転体の内壁への粉体の供給を行なった後、前記蓋部材を閉状態として、前記粉体供給回収部材内に粉体を溜める
請求項３記載の粉体蒸着装置。
【請求項５】
前記粉体供給回収部材の下面に、粉体を攪拌させる部材を配置した
請求項４記載の粉体蒸着装置。
【請求項６】
真空容器内に、垂直方向に回転するドラム状の回転体を配置するステップと、
前記ドラム状の回転体の内部に、蒸着源を配置するステップと、
ドラム状の回転体を回転させた状態で、筒状の粉体供給回収部材の底部を開状態として、粉体を前記ドラム状の回転体の内壁に供給した後、前記蒸着源による蒸着を行うステップと、
前記ドラム状の回転体の内壁に供給した粉体を、前記筒状の粉体供給回収部材の上面から回収ステップと、
前記筒状の粉体供給回収部材の下面の近傍を閉状態とすることで、回収した粉体を前記筒状の粉体供給回収部材に溜めるステップとを含む
粉体蒸着方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、粉体の表面に蒸着を施す粉体蒸着装置、および粉体の表面に蒸着を施す粉体蒸着方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
粉体の表面に何らかの物質を付着させる場合に、蒸着で行うことが提案されている。蒸着を行う場合、皮膜にしたい材料を加熱などで蒸発させ、蒸発した材料を粉体の表面に衝突させる。このようにして、粉体の表面に被膜が形成される。
【０００３】
従来、粉体の表面を蒸着するためには、複雑な構成の蒸着装置を必要とした。すなわち、蒸着は上方に向かってしか出来ないため、微粒子を蒸着源の上方に配置する必要がある。このため、高速で回転する円筒容器内に粉体を納め、その円筒容器内に配置した蒸着源で蒸着を行うことが従来から提案されている。高速で円筒容器を回転させることで、遠心力で粉体が円筒容器の内部の上部を通過するようになる。そして、粉体が円筒容器の内部の上部を通過する際に、蒸着源から蒸発した材料が届くようにすることで、粉体の表面に被膜が形成される。
特許文献１には、このような円筒容器を使って、粉体に蒸着を行う構成についての記載がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−４５１９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したような円筒容器を使用して粉体に蒸着を行う場合、円筒容器への粉体の供給作業と、蒸着後の粉体の回収作業が難しいという問題がある。すなわち、粉体が円筒容器の内面に均等に分散するためには、最初に円筒容器を水平に回転させて、円筒容器の円形内面に粉体が張り付くように遠心力が加わった状態とする。そして、その回転が維持された状態で、円筒容器を垂直に直立させた上で、円筒容器内で蒸着源による蒸着を行う。
【０００６】
あるいは、直立状態に維持された円筒容器を十分に高速な速度で回転させた状態で、その円筒容器内に粉体を供給して、蒸着を行う。
【０００７】
ところが、いずれの方法であっても、装置の構成が複雑化する問題があった。例えば、円筒容器を水平状態から垂直状態に移動させる場合、そのような円筒容器が移動できる空間が真空容器内に必要であり、非常に大型な真空容器が必要になる。また、真空空間に配置された、高速で回転する円筒容器内に粉体を供給する方法の場合には、非常に複雑な粉体供給機構を真空容器内に配置する必要があった。
さらに、いずれの構成の場合でも、蒸着終了後に、円筒容器内から粉体を回収する作業の作業性が悪い問題があった。例えば、蒸着終了後に真空容器から取り出した円筒容器を開けて、その容器内に分散した粉体を、吸引装置で吸い出して回収する作業が必要である。このような回収作業は、非常に煩雑な作業であり、作業性が悪い問題があった。
【０００８】
本開示は、粉体に蒸着を行うことが効率よく行える粉体蒸着装置および粉体蒸着方法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】
【０００９】
本開示の粉体蒸着装置は、真空容器内に配置され、垂直方向に回転するドラム状の回転体と、ドラム状の回転体の内部に配置した蒸着源と、筒状の粉体供給回収部材と、筒状の粉体供給回収部材の下面近傍に設けた蓋部材とを備える。
筒状の粉体供給回収部材は、ドラム状の回転体の内壁に近接して配置し、上面から入る粉体を回収すると共に、下面から粉体を内壁に供給する。
蓋部材は、開状態とすることで、粉体供給回収部材の下面から粉体を内壁に供給し、閉状態とすることで、上面から粉体供給回収部材内に入った粉体を溜める。
【００１０】
また本開示の粉体蒸着方法は、以下の各ステップを行う。
（１）真空容器内に、垂直方向に回転するドラム状の回転体を配置するステップ。
（２）ドラム状の回転体の内部に、蒸着源を配置するステップ。
（３）ドラム状の回転体を回転させた状態で、筒状の粉体供給回収部材の底部を開状態として、粉体をドラム状の回転体の内壁に供給した後、蒸着源による蒸着を行うステップ。
（４）ドラム状の回転体の内壁に供給した粉体を、筒状の粉体供給回収部材の上面から回収ステップ。
（５）筒状の粉体供給回収部材の下面の近傍を閉状態とすることで、回収した粉体を筒状の粉体供給回収部材に溜めるステップ。
【発明の効果】
【００１１】
本開示によると、筒状の粉体供給回収部材を使用して、蒸着源が配置されたドラム状の回転体への粉体の供給と回収とが真空容器内で行える。したがって、粉体を蒸着する際の、粉体の供給と回収を効率よく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本開示の一実施の形態の例による粉体蒸着装置の構成を示す側面図である。
【図２】本開示の一実施の形態の例による粉体蒸着装置の構成を示す斜視図である。
【図３】本開示の一実施の形態の例による粉体蒸着装置が備える粉体供給回収部材の下部を示す斜視図である。
【図４】本開示の一実施の形態の例による蒸着作業の流れを示すフローチャートである。
【図５】本開示の一実施の形態の例による蒸着作業工程（その１）を示す説明図である。
【図６】本開示の一実施の形態の例による蒸着作業工程（その２）を示す説明図である。
【図７】本開示の一実施の形態の例による蒸着作業工程（その３）を示す説明図である。
【図８】本開示の一実施の形態の例による蒸着作業工程（その４）を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本開示の一実施の形態に係る粉体蒸着装置および粉体蒸着方法の例を、図面を参照しながら、以下の順で説明する。
１．粉体蒸着装置の構成（図１，図２）
２．粉体蒸着作業の流れ（図３〜図８）
３．変形例
【００１４】
［１．粉体蒸着装置の構成］
図１および図２は、本開示の一実施の形態の例の粉体蒸着装置の構成を示す図である。図１は側面図であり、図２は斜視図である。
粉体蒸着装置は、真空容器３０内に配置された回転体１０を備える。真空容器３０は、回転体１０を収納できる形状であればよい。回転体１０は、例えば直径５０cm程度のサイズとする。
図１および図２に示すように、回転体１０は、ドラム状の回転体であり、所定の幅の内壁１０ａを備える。回転体１０の側面は、塞ぐ部材を設けていないが、側面板で回転体１０の側面を塞ぐ構成としてもよい。
回転体１０は、回転中心軸１１を中心として回転する。この回転体１０の回転速度は、遠心力で粉体が内壁１０ａに張り付くように、比較的高速に設定する。図面では、回転体１０を回転駆動させる駆動源や回転機構は省略している。
【００１５】
そして、回転体１０の内側の上部に、蒸着源１２が配置される。蒸着源１２は、被膜を形成したい材料を加熱して、蒸発させる。蒸着源１２内で蒸発した気体は、蒸着源１２の上部１２ａから回転体１０の内壁１０ａの上部に届く。
【００１６】
また、回転体１０の内部には、粉体供給回収装置２０が配置される。この粉体供給回収装置２０は、断面が四角の筒状の部材よりなる筒部２１で本体が構成される。この筒部２１の上面２２と下面２３は、開放状態となっている。また、筒部２１の長さは、内部で粉体を攪拌する作用を持たせるために、比較的長く設定される。
粉体供給回収装置２０は、図１に仮想線で示すように、下端の回動支点２４を中心に回動する可倒式とする。すなわち、粉体供給回収装置２０は、回動支点２４を中心とした回動θ１で、筒部２１が直立した状態と、筒部２１が傾斜した状態との２つの状態を設定できる。
【００１７】
粉体供給回収装置２０の筒部２１が直立した状態のときには、筒部２１の上面２２の縁２２ａが、回転体１０の内壁１０ａと接触する。粉体供給回収装置２０の筒部２１が傾斜した状態のときには、筒部２１の上面２２の縁２２ａが、回転体１０の内壁１０ａから離れる。
【００１８】
図３は、粉体供給回収装置２０の筒部２１の下部を拡大して示す図である。この図３に示すように、筒部２１の下面２３は、約４５°傾斜した斜面になっている。この傾斜した下面２３には、網目部材２８が配置される。網目部材２８は、筒部２１の下面２３から外部に出る粉体を攪拌させる部材として機能する。網目部材２８を使用して粉体を攪拌させるのは１つの例であり、その他の部材で粉体を攪拌させてもよい。
【００１９】
また、筒部２１の下面２３の近傍には、対向した２つのスリット２６，２７が設けられる。この２つのスリット２６，２７に、板状の蓋部材２５を挿入することで、筒部２１の下部を閉じた状態にする。この蓋部材２５は、図２に示す矢印Ｍ１のように水平に移動させることで、スリット２６から抜き取ることができる。蓋部材２５を駆動する機構については図示を省略する。
筒部２１は、スリット２６から蓋部材２５を抜き取ることで、下部が開いた状態になり、筒部２１内の粉体が下面２３から回転体１０内に排出される。この場合、蓋部材２５は、スリット２６から抜き取る量の設定で、筒部２１の下部が開く程度が半開き状態などに調整できる。粉体が回転体１０内に排出される量は、この筒部２１の下部が開く程度で調整できる。
【００２０】
なお、粉体蒸着装置は、真空容器３０の外部に設置された制御装置を備える。その制御装置は、回転体１０の回転と、粉体供給回収装置２０の回動と、蓋部材２５の開閉を制御する。これらの制御は、蒸着源１２による蒸着と連動して行われる。
【００２１】
［２．粉体蒸着作業の流れ］
次に、図４のフローチャートと、各工程での状態を示した図５〜図８を参照して、粉体の表面に蒸着で材料を付着させる処理の流れについて説明する。各工程での状態を示した図５〜図８では、粉体を符号３１として示す。使用する粉体３１は、例えば直径が数μから数十μ程度の金属などの微粒子である。また、蒸着材料としては、例えば銅が使用される。
まず、図５に示すように、粉体供給回収装置２０は、蓋部材２５がスリット２６，２７の間を塞ぐ状態とする。このように閉状態となった粉体供給回収装置２０の筒部２１には、粉体３１が入れられる。このとき、粉体供給回収装置２０の筒部２１は傾斜した状態とし、筒部２１の上面２２の縁２２ａが、回転体１０の内壁１０ａと接触しないようにする。
【００２２】
そして、作業者が、このように粉体が入れられた粉体供給回収装置２０に配置された真空容器３０の内部を真空にする作業を開始する。この真空作業の開始は、制御装置が自動的に行ってもよい。
そして、蒸着をするために必要な真空度になった後、制御装置が回転体１０を高速で回転させる。このときの回転速度は、遠心力で粉体３１が回転体１０の内壁１０ａに張り付く程度の速度にする。このような速度は、例えば毎分、百数十回転となる程度の速度である。また、回転方向は、粉体供給回収装置２０の下面２３から供給された粉体３１が、上部の蒸着源１２の近傍を通過して、粉体供給回収装置２０の上面２２に届く方向とする。この回転方向は、図１では時計の針が回転する方向である。
【００２３】
そして、このように回転体１０が高速で回転した状態で、粉体供給回収装置２０の下部の蓋部材２５が、スリット２６から抜き取られる。粉体供給回収装置２０の下面２３から内壁１０ａへの粉体の供給が、この蓋部材２５の抜き取りで、開始される（ステップＳ１１）。
図６は、このときの状態を示す図である。図６に示す例では、蓋部材２５をスリット２６から抜き取る量を調整して、半開き状態になっている。このようにすることで、粉体３１が、少しずつ内壁１０ａに供給される。このように粉体３１が供給されることで、粉体３１が、高速回転中の回転体１０の内壁１０ａに、遠心力で張り付いた状態になる。
【００２４】
そして、ある程度の量の粉体３１が内壁１０ａに供給された後、制御装置は、粉体供給回収装置２０が直立状態となるようにする（ステップＳ１２）。この粉体供給回収装置２０を直立状態にしたときには、筒部２１の上面２２の縁２２ａが、回転体１０の内壁１０ａと接触する。その上で、蒸着源１２が蒸着を開始する。この蒸着の開始で、蒸着材料が蒸発される（ステップＳ１３）。
図７は、このときの状態を示す図である。図７に示すように、蒸着源１２による蒸着を行うことで、内壁１０ａに張り付いて上部に到達した粉体３１に蒸発した材料が届き、粉体３１の表面が蒸着材料による膜が形成される。
【００２５】
そして、回転体１０が回転することで、蒸着された粉体３１が、筒部２１の上面２２の縁２２ａと接触した箇所に届く。このとき、回転体１０の内壁１０ａと縁２２ａとの接触箇所が、粉体３１を掻き取る。このため、粉体３１が、粉体供給回収装置２０の上面２２から筒部２１内に回収される。
さらに、図７に示すように、回収された粉体３１が、比較的長さがある筒部２１の内部で攪拌された後、筒部２１の下面２３から回転体１０の内壁１０ａに排出される。この下面２３からの排出時にも、粉体３１は、網目部材２８で攪拌される。
この図７に示す状態の作業が継続して行われることで、粉体３１の供給と、その供給された粉体３１への蒸着と、蒸着された粉体３１の回収とが、繰り返し行われる。
【００２６】
そして、この図７に示した状態での蒸着が、規定した時間以上行われたか否かを制御部が判断し（ステップＳ１４）、規定した時間が経過するまでステップＳ１３での蒸着を行う。規定した時間は、例えば１時間から数十時間程度の比較的長い時間とする。このように規定した時間、連続して蒸着を行うことで、例えば金属粒子の表面に、１０ｗｔ％程度、銅を蒸着することができる。
【００２７】
そして、ステップＳ１４で規定した時間が経過したと判断したとき、蒸着源１２は蒸着を停止する共に、粉体供給回収装置２０の下部の蓋部材２５をスリット２６から挿入し、下部を閉状態とする（ステップＳ１５）。このようにすることで、粉体供給回収装置２０の筒部２１内に、回収された粉体３１が溜まる。
図８は、このときの状態を示す図である。図８に示すように、粉体３１が掻き取られ、粉体供給回収装置２０の筒部２１の内部に、回収された粉体３１が溜まっていく。
【００２８】
そして、この粉体３１が溜まる程度の時間が経過した後、回転体１０の回転を停止する（ステップＳ１６）。その後、真空容器３０の真空度を下げてから、真空容器３０が開かれて、粉体供給回収装置２０に溜まった粉体３１が取り出される。
【００２９】
このように蒸着を行うことで、粉体３１の表面に蒸着材料を付着させる作業が、簡単かつ非常に効率良く行うことができる。例えば、図１に示す粉体蒸着装置を製作して、金属粒子に銅を蒸着したとき、蒸着終了後の粉体供給回収装置２０が、９０％以上の金属粒子を回収することができた。また、このように粉体の回収率が高いことは、作業時の粉体の飛散の防止と、蒸着源の汚染防止の効果も有する。
さらに、回転体１０内に配置した粉体供給回収装置２０は、構成が比較的簡単であり、粉体蒸着装置の構成を簡単にすることができる。
【００３０】
［３．変形例］
なお、上述した実施の形態では、粉体供給回収装置２０が粉体を回収する際には、粉体供給回収装置２０の上面２２の縁２２ａが、回転体１０の内壁１０ａに接触するようにした。このような接触した状態とする代わりに、粉体供給回収装置２０の上面２２の縁２２ａが、回転体１０の内壁１０ａと、わずかな隙間を開けて近接した状態として、粉体供給回収装置２０が、回転体１０の内壁１０ａから粉体を回収するようにしてもよい。
【００３１】
また、上述した実施の形態では、粉体供給回収装置２０の下面２３には、拡散部材としての網目部材２８を配置した。これに対して、その他の形状の拡散部材を下面２３に配置して、粉体を拡散させるようにしてもよい。また、網目部材２８を配置する代わりに、蓋部材２５をスリット２６から抜き取った際に、微小な孔が多数配置されたパンチングメタル板をスリット２６から挿入して、そのパンチングメタル板で粉体を拡散させるようにしてもよい。
【００３２】
また、上述した実施の形態では、粉体供給回収装置２０の下部を開閉する部材として、板状の蓋部材２５を使用した。これに対して、その他の構成で下部が開閉する構成としてもよい。また、蓋部材２５などで開閉を行う際の開き量は、使用する粉体の量や径などに応じて、調整してもよい。
【００３３】
また、上述した実施の形態では、粉体供給回収装置２０の筒部２１の内部は、比較的長さが長い空洞として、その空洞内を粉体が通過することで、粉体が攪拌される構成とした。これに対して、筒部２１の内部に、粉体を攪拌させる部材を配置して、積極的に攪拌する構成としてもよい。
【００３４】
また、上述した実施の形態の例では、金属粒子の表面に銅を蒸着する例を示したが、粒子の素材や蒸着材料は一例であり、蒸着可能な素材であれば、どのような組み合わせであってもよい。
【００３５】
なお、本開示は以下のような構成も取ることができる。
（１）  真空容器内に配置され、垂直方向に回転するドラム状の回転体と、
前記ドラム状の回転体の内部に配置した蒸着源と、
前記ドラム状の回転体の内壁に近接して配置し、上面から入る粉体を回収すると共に、粉体を下面から前記内壁に供給する筒状の粉体供給回収部材と、
前記粉体供給回収部材の下面近傍に設け、開状態とすることで、前記粉体供給回収部材の下面から粉体を前記内壁に供給し、閉状態とすることで、上面から前記粉体供給回収部材内に入った粉体を溜める蓋部材とを備えた
粉体蒸着装置。
【００３６】
（２）前記蓋部材は、粉体が前記内壁から落下しない遠心力が生じる程度の速度で前記ドラム状の回転体を回転させた状態で、閉状態から開状態に徐々に変化させて、粉体を前記内壁に供給する
前記（１）記載の粉体蒸着装置。
【００３７】
（３）前記粉体供給回収部材は、上面が前記ドラム状の回転体の内壁から離れた状態と、前記ドラム状の回転体の内壁に接触または近接した状態とに移動可能とし、
前記蓋部材を閉状態から開状態に徐々に変化させて、粉体を前記内壁に供給する際には、前記上面が前記ドラム状の回転体の内壁から離れた状態とし、
粉体を前記内壁から回収する際には、前記上面が前記ドラム状の回転体の内壁に接触または近接した状態とする
前記（１）または（２）記載の粉体蒸着装置。
【００３８】
（４）前記上面が前記ドラム状の回転体の内壁に接触または近接した状態として、前記ドラム状の回転体の内壁から前記粉体供給回収部材が粉体を回収しながら、前記蓋部材の開状態で粉体供給回収部材の下面から粉体の前記ドラム状の回転体の内壁への粉体の供給を行なった後、前記蓋部材を閉状態として、前記粉体供給回収部材内に粉体を溜める
前記（１）〜（３）のいずれか１項に記載の粉体蒸着装置。
【００３９】
（５）前記粉体供給回収部材の下面に、粉体を拡散させる部材を配置した
前記（１）〜（４）のいずれか１項に記載の粉体蒸着装置。
【００４０】
（６）真空容器内に、垂直方向に回転するドラム状の回転体を配置するステップと、
前記ドラム状の回転体の内部に、蒸着源を配置するステップと、
ドラム状の回転体を回転させた状態で、筒状の粉体供給回収部材の底部を開状態として、粉体を前記ドラム状の回転体の内壁に供給した後、前記蒸着源による蒸着を行うステップと、
前記ドラム状の回転体の内壁に供給した粉体を、前記筒状の粉体供給回収部材の上面から回収ステップと、
前記筒状の粉体供給回収部材の下面の近傍を閉状態とすることで、回収した粉体を前記筒状の粉体供給回収部材に溜めるステップとを含む
粉体蒸着方法。
【符号の説明】
【００４１】
１０…回転体、１０ａ…内壁、１１…回転中心軸、１２…蒸着源、１２ａ…上部、２０…粉体供給回収装置、２１…筒部、２２…上面、２２ａ…縁、２３…下面、２４…回動支点、２５…蓋部材、２６，２７…スリット、２８…網目部材、３０…真空容器、３１…粉体
【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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