(57)【要約】  体積の大きな構成部品にプラズマコーティングを施すための装置と方法とを提案する。そのために、１つまたは複数のポンプを有する真空チャンバ（３）と、構成部品（１，１７）を前記真空チャンバ（３）内へ搬入するための搬送装置（２）と、前記構成部品（１，１７）と前記真空チャンバ（３）との間にある絶縁部（４）と、高周波発生器（５）を有する発振回路と、前記発振回路の調整可能なキャパシタンスおよび調整可能なインダクタンスと、前記発振回路を前記構成部品（１）に接続するための少なくとも１つの接続部と、前記構成部品（１，１７）用コーティング材料を調製するための、前記真空チャンバ（３）に接続された少なくとも１つのプラズマトーチ（１９）が具備されている。
2008538797.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つまたは複数のポンプを有する真空チャンバ（３）と、
構成部品（１，１７）を前記真空チャンバ（３）内へ搬入するための搬送装置（２）と、
前記構成部品（１，１７）と前記真空チャンバ（３）との間にある絶縁部（４）と、
高周波発生器（５）を有する発振回路と、
前記発振回路の調整可能なキャパシタンスおよび調整可能なインダクタンスと、
前記発振回路を前記構成部品（１）に接続するための少なくとも１つの接続部と、
前記構成部品（１，１７）用コーティング材料を調製するための、前記真空チャンバ（３）に接続された少なくとも１つのプラズマトーチ（１９）を具備する、
体積の大きな構成部品にプラズマコーティングを施すための装置。
【請求項２】
前記搬送装置が１つまたは複数のレール（２）と駆動装置とを有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記レール（２）が電気絶縁部（４）を有し、該電気絶縁部が構成部品（１，１７）を真空チャンバ（３）に対して絶縁することを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記発振回路が１つまたは複数の高周波線路（８）を有すること、および前記真空チャンバ（３）に、電気絶縁を有する高周波線路用高周波フィードスルー（９）が設けられていることを特徴とする請求項１または２または３に記載の装置。
【請求項５】
前記真空チャンバ（３）内に金属製の薄板（１０）および／または格子が設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
前記高周波発生器（５）が、調整可能なインダクタンスを備えたフィードバックコイル（１１）を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
前記発振回路のキャパシタンスおよび／またはインダクタンスを前記構成部品（１）に合わせて調節するために、スイッチを介して発振回路に接続されるキャパシタ（１２）および／またはインダクタ（１４）が設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
交流電流を前記発振回路に供給するための送信管（１６）が設けられていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
前記プラズマトーチが、陰極（２１）と陽極（２２）とを有するアークプラズマトーチ（１９）であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
前記アークプラズマトーチ（１９）が、異なったコーティング材料を混合するための複数の膨張段（２３，２４）を有することを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
各膨張段（２３，２４）が、気体、液体および／または粉体をプラズマ内へ導き入れるための送給機構（２６，２７）を有することを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記膨張段（２３，２４）に、流れ方向に混合チャンバが接続されていることを特徴とする請求項１０または１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記プラズマトーチ（１９）と前記混合チャンバとが相まってダブル・ラバールノズルを形成することを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記混合チャンバが陽極（２２）として接続されるか、あるいは該混合チャンバが陽極（２２）と同じ電位を有することを特徴とする請求項１２または１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記構成部品（１，１７）が真空チャンバ（３）内に配置され、該真空チャンバが排気されること、
前記構成部品（１，１７）が高周波発生器（５）を有する発振回路に接続されること、
該発振回路のインダクタンスおよび／またはキャパシタンスが前記構成部品（１，１７）に合わせて調節されること、
プラズマトーチ（１９）によってプラズマジェット（２０）が生成されること、
該プラズマジェット（２０）に単数または複数のコーティング材料が添加されること、
該コーティング材料を供給されたプラズマジェット（２０）が、真空チャンバ（３）内へ導き入れられること
を特徴とする、特に請求項１〜１４のいずれか１項に記載の装置を用いて体積の大きな構成部品にプラズマコーティングを施すための方法。
【請求項１６】
前記構成部品（１）と前記発振回路との間にある接点が、低出力のもとで高周波交流電流を供給することによって検査されることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
作動ガスが前記真空チャンバ（３）内へ与えられることを特徴とする請求項１５または１６に記載の方法。
【請求項１８】
液体が気化され、バルブを介して前記真空チャンバ内へ与えられることを特徴とする請求項１５または１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記高周波発生器（５）を介して、０．１ＭＨｚから１０ＭＨｚ、特に好ましくは１ＭＨｚから４ＭＨｚの間の交流電圧が前記発振回路へ供給されることを特徴とする請求項１５〜１８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２０】
前記真空チャンバ（３）が０．０５Ｐａから１，０００Ｐａの間の圧力に排気されることを特徴とする請求項１５〜１９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２１】
前記真空チャンバ（３）内に薄板（１０）および／または格子が配設されることを特徴とする請求項１５〜２０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２２】
前記構成部品（１，１７）の表面のプラズマが、交流電流を前記発振回路へ供給する送信管の陽極電圧を変更することによって調整されることを特徴とする請求項１５〜２１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２３】
前記発振回路を前記構成部品（１．１７）に合わせて粗調節するために、追加的なキャパシタ（１２）および／またはインダクタ（１４）が該発振回路に挿入されることを特徴とする請求項１５〜２２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２４】
前記発振回路を構成部品（１，１７）に合わせて微調節するために、該発振回路のフィードバックコイル（１１）のインダクタンスが変更されることを特徴とする請求項１５〜２３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２５】
前記構成部品（１，１７）のインダクタンスとキャパシタンスとが測定されること、および前記発振回路のインダクタンスとキャパシタンスとが該構成部品のインダクタンスとキャパシタンスとに適合されることを特徴とする請求項１５〜２４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２６】
前記プラズマトーチ（１９）に複数の膨張段（２３，２４）が装備されること、および、該膨張段（２３，２４）の各々を介して、コーティング材料またはコーティング材料の成分が、前記プラズマトーチ（１９）のプラズマジェット（２０）に添加されることを特徴とする請求項１５〜２５のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波電磁界を用いて体積の大きな構成部品にプラズマコーティングを施す装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
構成部品の表面がプラズマにさらされるとき、圧力、温度、プラズマ組成のようなプラズマパラメータを適当に選択することで、意図的に該表面の機能性および特性に作用を与え、それらを変化させることができる。従来の技術において、任意の材料からなる表面を処理、改質またはコーティングする方法が知られており、これらの方法では、プラズマの粒子流またはエネルギー流が利用される。それらには、とりわけ、プラズマ溶射、アークプラズマ溶融、プラズマ熱処理法、プラズマＣＶＤ法およびプラズマクリーニングが含まれる。被加工物表面の機能性の変更は、プラズマ粒子を意図的に作用させることによって行われる。これは、特定の化学特性を有する粒子との相互作用によって、あるいはプラズマから発せられる放射の作用によって可能となる。構成部品にプラズマコーティングを施す方法では、コーティング材料が、エネルギーの供給によって蒸気状態または気体状態にされ、蒸気相または気相から構成部品上に析出される。
【０００３】
プラズマを生成するために、プラズマトーチが用いられる。アークプラズマトーチの場合、流れるガスがアーク放電によってイオン化され、１０，０００Ｋから２０，０００Ｋの温度に加熱される。高周波プラズマトーチの場合、流れるガスが、高周波の電磁界を円筒コイルに印加することによってイオン化される。誘電体で作られた円筒形の放電容器では、エネルギー密度の高い、比較的高密度なプラズマが発生する。この場合も、プラズマ温度は２０，０００Ｋにまで達することが可能である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の熱プラズマは、ある程度耐熱性に秀でた構成部品を加工するのに適している。プラスチック構成部品の場合、または、最大１００−２００℃の温度にまでしかさらすことが許されていない、既に塗装された構成部品の場合、この種の方法は利用できない。
【０００５】
この種のプラズマ処理は、確かに小さな構成部品の場合には向いているが、大きな構成部品には適していない。プラズマは、非常に限られた範囲でしか生じず、構成部品全体にわたって形成されることはない。従って、大きな構成部品の表面全体をプラズマ処理するためには、プラズマジェットが構成部品全体に導かれねばならない。これは、例えば車両の車体のような構成部品の場合、要する時間と費用とが増大することにつながる。
【０００６】
エネルギー密度が比較的小さな、薄いプラズマを生成する場合にも、高周波発生器が用いられる。その周波数範囲は、数百キロヘルツから数十ギガヘルツの間である。プラズマは、電極の表面またはアンテナの表面に湧出するように生成され、空中へ広がっていく。コーティング材料は、スパッタリングによって、いわゆるスパッタリングターゲットから溶出されるか、あるいは物理蒸着法（略称ＰＶＤ法）の場合、気化されて、その後、構成部品面に析出する。短所として明らかになっていることは、プラズマの組成と温度とが、プラズマトーチからの間隔が増大するにつれて変化する点である。これにより、構成部品の表面全体に均一な膜が析出することが困難となる。また、これらの方法では、限られた数のコーティング材料によるコーティングしか実施できない。
【０００７】
ＰＶＤ法を用いて大きな構成部品の表面全体をプラズマ処理する際の短所は、平均自由行程が大きくなければならず、さらに真空チャンバ内の圧力が非常に小さくなければならないことである。これは、構成部品の大きさに関連する真空チャンバの大きさのために、技術的および財政的なコストが増大することにつながる。
【０００８】
さらに、これらの公知の方法は、車両の車体の場合に生じる間隙、つなぎ目、中空部およびアンダーカット部を処理するためには適していない。プラズマ源の方を向いていない面は、均一なプラズマにさらされていない。プラズマ源の方を向いた面では、傾きが大きいために均一な加工が保証されない。これは、特に、照射工程が主となる加工工程に当てはまる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
それに対して、請求項１の特徴を有する本発明に係る装置および請求項１５の特徴を有する本発明に係る方法は、大きな構成部品が、表面全体にわたって、均一に作用するプラズマ処理を受けることができ、該構成部品に均一のコーティングを施すことができるという効果を有する。この処理およびコーティングには、外面だけでなく内面も含まれている。間隙、つなぎ目、中空部およびアンダーカット部も、同様に加工される。この種の領域は、特に、複数の部材からなる構成部品の場合に生じる。
【００１０】
本発明に係る装置および本発明に係る方法は、さまざまな大きさの任意の構成部品に利用できる。これらは、特に大きな構成部品、例えば数例だけを挙げると、車両の車体、飛行機の部品および機械の部品などに適している。これの前提は、真空チャンバが必要な大きさを有していること、および搬送装置が構成部品に適合していることである。
【００１１】
構成部品は、本プラズマコーティング装置の真空チャンバ内へ搬入される。次に、構成部品は、高周波発生器を備えた発振回路に接続される。そのために、発振回路の１つの極または２つの極が構成部品に接続される。前者の場合、第２の極はアースされる。構成部品は、これにより発振回路の一部を形成する。高周波交流電流が構成部品の中を流れる。その際、構成部品のインダクタンスとキャパシタンスは、発振回路のインダクタンスとキャパシタンスに影響を及ぼす。構成部品への電力の最適な接続供給を確実に行うために、加工すべき構成部品と回路自体のキャパシタおよびインダクタとからなる発振回路は、適当に調整されねばならない。これは、発振回路のキャパシタおよびインダクタを変更することによって行われる。キャパシタとインダクタの調整は、手動または自動で行うことができる。自動調整の場合、まず、構成部品のキャパシタンスとインダクタンスが検出される。発振回路のキャパシタとインダクタとが変更されることによって、周波数の変化が生じる。発振回路のこれらのパラメータが、構成部品の表面においてプラズマが点火するように調整されるとすぐに、真空チャンバに接続されている、付加されたプラズマトーチが着火され、単数または複数のコーティング材料が、プラズマジェットの中へ導き入れられる。コーティング材料が供給されたプラズマジェットは、次に、真空チャンバ内へ膨張し、構成部品の周囲にあるプラズマと相互作用を始める。その際、構成部品の表面全体に、同質かつ均一なコーティングがコーティング材料から析出される。
【００１２】
構成部品の大きさ、形状、数に応じて、１つまたは複数のプラズマトーチを真空チャンバに配置できる。そのために、真空チャンバには、プラズマトーチ接続用の複数の開口部を設けることが可能である。この開口部が使用されない場合、フランジによって閉じることができる。
【００１３】
本発明に係る装置および本発明に係る方法を用いることで、構成部品の異なった加工が可能である。プラズマ粒子の化学的作用を通じて、プラズマコーティングを行う前に構成部品の表面を化学加工することができる。プラズマ照射を通じて、表面の物理特性に影響を与えることができる。これには、例えば、ＵＶ塗料の架橋が含まれる。表面放電の発生によって、表面に電気的な作用が生じ、この作用を表面の加工に利用することができる。
【００１４】
電極装置とは異なり、構成部品に対する電極の間隔を調整する必要がない。プラズマは、構成部品の表面での渦電流の発生によって生成される。
【００１５】
構成部品の中を流れる交流電流は、振動する磁界を発生させ、この磁界は、構成部品の形状に応じてその周囲に広がっていく。磁界の時間的な変化は電界を発生させ、この電界が構成部品の周囲におけるプラズマの生成と維持をつかさどる。
【００１６】
発振回路によって構成部品の表面に生成されるプラズマは、比較的低いエネルギー密度を有する。それと関連する温度は、一般的にそれだけではコーティング材料を気化するには不十分である。前記付加されたプラズマトーチが、任意のコーティング材料を蒸気相または気相において利用できる状態にする。材料がコーティング材料として用いることができるかどうかは、沸点ではなく、この付加されたプラズマトーチにおけるエネルギー密度によって決まる。コーティング材料の例としては、二酸化チタン、水素化チタンブトキシド（Titan-H-Butoxid ）、セラミック、塩化ジルコニウムまたはオキシクロライドである。これらのコーティング材料は、固体、液体または気体の状態で送給機構を介してプラズマトーチのプラズマ内へ導き入れられる。その際、コーティング材料は、純粋な形でも、化合物として他の物質と組み合わされていてもよい。固体のコーティング材料は、また溶液中にあってもよい。これは、コーティング材料として使える材料の幅をさらに広げることになる。
【００１７】
前記付加されたプラズマトーチは、陰極と陽極とを有するアークプラズマトーチであることが好ましい。アークプラズマトーチでは、作動ガスが、まず非常に高い温度に加熱される。次に、陰極と陽極との間に点火されたプラズマに、単数または複数のコーティング材料が混合される。その際、プラズマトーチ内に広がる温度と圧力は、各々のコーティングに伴う化学的要件に従って調整される。これは、例えば、ガスフローの選択、直流電流の出力の選択、ならびにプラズマトーチ内の流路の適切な形状によって行われる。プラズマトーチのジェットの中心では、１０，０００から２０，０００ケルビンの温度に達することが可能である。
【００１８】
本発明の有利な構成では、構成部品を真空チャンバ内へ搬入するための搬送装置が、１つまたは複数のレールと駆動装置とを有する。その際、該レールは構成部品に適合させることができる。レールに接して、またはレール領域に電気絶縁部が設けられており、構成部品を真空チャンバに対して絶縁することができる。
【００１９】
本発明のもう１つの有利な構成では、発振回路が高周波線路を有する。真空チャンバには、電気絶縁を有する高周波線路用フィードスルーが設けられている。
【００２０】
本発明のもう１つの有利な構成では、真空チャンバ内に金属製の薄板、管および／または格子が設けられている。構成部品はアンテナとなり、そこから電磁波が真空チャンバの空間内へ放射される。この作用は、構成部品の周囲にあるその他のアンテナ状の部材によって支援することができる。この部材としては、金属製の薄板または格子などがある。螺旋状に配置された、例えば銅製の管も、同様にこの作用を実現することができる。これらの部品の中へ電磁波が入射し、構成部品からある程度の間隔を置いて追加的なプラズマを生成する働きをする。この方法で、プラズマの放射束を構成部品の方向へ操作することができる。
【００２１】
本発明のもう１つの有利な構成では、アークプラズマトーチは、異なったコーティング材料を混合するための複数の膨張段を有する。各膨張段は、気体、液体および／粉体をプラズマ内に導き入れるための送給機構を有する。これらの複数の膨張段は、ちょうどプラズマジェットの放射方向へ前後に並べて配置されている。この場合、この複数の膨張段の断面は異なっていてもよい。有利な１つの構成では、断面が、膨張段ごとに放射方向へ進むにつれて大きくなる。また、適切な膨張比を選択することによって、コーティング材料を供給されたプラズマが、真空チャンバの中へは流れ込むが、プラズマトーチの陰極の方向へは流れないようにすることが実現される。プラズマトーチから真空チャンバへ膨張する際、プラズマジェットは、構成部品面にあるプラズマとの相互作用に入る前に冷却される。
【００２２】
本発明のもう１つの有利な構成では、膨張段に流れ方向に混合チャンバが接続されている。混合チャンバ内では、プラズマジェットの渦流によって、異なったコーティング材料の攪拌が行われる。その際、プラズマトーチは、混合チャンバとともにダブル・ラバールノズルを形成する。混合チャンバの断面は流れ方向に狭くなり、それに続いて再び広がり、もう１度新たに狭くなる。
【００２３】
本発明のもう１つの有利な構成では、混合チャンバは陽極として接続されるか、あるいは陽極と同じ電位に設定される。これにより、プラズマトーチ内の温度が高い値に維持される。また、このようにしてプラズマトーチ内の化学反応を制御することができる。
【００２４】
本発明のもう１つの有利な構成では、作動ガスが真空チャンバ内へ与えられる。これにより、真空チャンバ内の圧力を高めることができる。例えば、１，０００Ｐａまでの圧力が可能である。作動ガスは、構成部品の表面と化学的に相互作用を始める。作動ガスとして、要件に応じてさまざまなガスを使用することができる。
【００２５】
本発明のもう１つの有利な構成では、追加された液体が気化され、バルブを介して真空チャンバ内へ与えられる。この液体蒸気は、作動ガスと同じ役割を果たす。
【００２６】
本発明のもう１つの有利な構成では、高周波発生器を通じて、０．１ＭＨｚから１０ＭＨｚの交流電圧が発振回路へ供給される。交流電圧は１ＭＨｚから４ＭＨｚの間であることが特に好ましい。
【００２７】
本発明のもう１つの有利な構成では、真空チャンバは、０．０５Ｐａから１，０００Ｐａまでの圧力に排気される。従来技術において知られている方法とは異なり、作動圧は、用途に応じて数十mbarまで高めることができる。従って、加工すべき構成部品の表面と相互作用を始める粒子の数を制御するために利用できるツールが１つ増えることになる。
【００２８】
本発明のその他の効果および有利な構成は、以下の説明、図面および請求項に記載されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
図面には、プラズマコーティングを施すための本発明に係る１つの装置の実施例が示されている。以下で、この装置について説明する。
【００３０】
図１および図２は、プラズマコーティングを施すための装置の正面図と平面図である。加工すべき構成部品１は、レール２と図からは分からないローラとを介して真空チャンバ３内へ搬入される。レール２には絶縁部４が設けられており、該絶縁部が構成部品１を真空チャンバ３に対して絶縁する。構成部品が終端位置へ達すると同時に、高周波発振回路と構成部品との間の接点が閉じられる。これは、図からは分からない摺動接点を介して行われ、該摺動接点は形状結合によって構成部品１に密着する。この時点で、構成部品は発振回路の一部となっている。発振回路は、構成部品１以外に、図３に示されたフィードバックコイル１１を備えた高周波発生器５と同軸ケーブル６と外部発振回路７と高周波供給線路８とからなり、該高周波供給線路の終端に摺動接点が設けられている。真空チャンバ３内には、高周波供給線路８用の高周波フィードスルー９が設けられている。構成部品の上方には、プラズマ用のリフレクタ１０が設けられている。
【００３１】
図３は、図１および図２に示された装置の概略的な回路図である。この回路は、プラズマコーティングを最適化することを可能にする。高周波発生器５は、同軸ケーブル６を介して発振回路に交流電流を供給する。高周波発生器５は、フィードバックコイル１１を具備しており、該コイルのインダクタンスは自動的に調整することができる。外部発振回路７内には、３つのコンデンサ１２が設けられている。これらのコンデンサは、全てまたは一部のみを発振回路へ組み込むことができ、これにより、総キャパシタンスを変化させることができる。発振回路のインダクタンスは、実質上、構成部品１によって決まる。構成部品１は、高周波供給線路８を介して外部発振回路７に接続されている。発振回路のインダクタンスを調節するために、コイル１３が外部発振回路に設けられている。それに加えて、高周波供給線路８にタップを有するもう１つのコイル１４が、直接、コイル１３に接続して設けられている。これらのコイルは、必要な場合にのみ、総インダクタンスを調節するために発振回路へ組み込まれる。この場合には、高周波供給線８の代わりに高周波供給線路８ａが用いられる。構成部品１は選択的にアース線路１５を介して接地することができる。
【００３２】
非常に低い出力で高周波交流電流を供給することによって、構成部品１と発振回路との間の接点が検査される。接点が要件を満たす場合、真空チャンバ３は排気される。真空チャンバ３内の圧力が、処理の種類に応じた所定の値に達した後、高周波交流電流が発振回路へ供給される。構成部品１の表面に、構成部品の処理に必要とされるプラズマが発生する。構成部品の表面におけるプラズマ作用の制御は、交流電流を発振回路へ供給する送信管１６の陽極電圧を調整することによって行われる。送信管は図には描かれていない。発振回路の送信管１６の電流−電圧特性曲線を監視することによって、プラズマへの電力の伝達効率が制御される。プラズマ処理中の発振回路の微調節は、発振回路のフィードバックコイルのインダクタンスを変更することによって行われる。さらに、それに先んじて、システムの粗調節を追加的なインダクタ１４またはキャパシタ１２を組み入れることによって行うことも可能である。
【００３３】
図４は、図１および図２に示されたプラズマコーティングを施す装置の側面図である。図１および図２と異なり、図４では、上下に並べて配置された複数の構成部品１７が真空チャンバ３内にある。これらの構成部品を配置するために、レール２上にフレーム１８が用意されている。この図では、アークプラズマトーチ１９が見て取れ、これがプラズマジェット２０を生成する。プラズマジェット２０は、真空チャンバ３内において構成部品１７の上方に延びている。プラズマジェット２０のジェット形状は、アークプラズマトーチ１９からの間隔が大きくなるにつれて広がっていく。プラズマジェット２０の広がりは、プラズマトーチ内の圧力と真空チャンバ内の圧力との間の圧力比によって決まる。圧力の相違が大きい場合、プラズマトーチのプラズマジェットは大きく広がり、構成部品の全体または一部分がプラズマトーチのプラズマジェット内に含まれる。これが限界条件のために不可能である場合、必要であれば、第２または第３のプラズマトーチを真空チャンバに接続することも可能である。
【００３４】
図５は、陽極２１と陰極２２と２つの膨張段２３および２４とを有するプラズマトーチ１９を示す。陰極は、円筒の形状を有し、その先端が円錐形になっている。陽極２２は、管状であり、陰極２１を取り囲んでいる。陰極２１と陽極２２は、互いに対して同軸上に延びている。イオン化されるべきガスは、陽極と陰極との間にあるスロット状のノズル２５を介して送給される。第１の膨張段２３では、送給機構２６を介して第１のコーティング材料が、陽極２２と陰極２１との間のアークによって点火されたプラズマの中へ導き入れられる。第２の膨張段２４では、送給機構２７を介して第２のコーティング材料が、陽極２２と陰極２１との間のアークによって点火されたプラズマの中へ導き入れられる。送給機構２６および２７は、前駆体送給部とも呼ばれる。これらは、陽極および陰極の軸に対して垂直に延びる凹部２９と漏斗状部分３０とからなる。用途に応じて、凹部と漏斗状部分は、陽極および陰極の軸に対して９０°以外の角度で延びていてもよい。コーティング材料の導入は、また、陽極および陰極の軸に対して接線方向に渦として行うこともできる。漏斗状部分３０には、粉体供給装置、計量ポンプまたは計量バルブを備えたパイプまたはホースを接続することができる。これらは、図には示されていない。
【００３５】
両膨張段は開口断面が異なる。第２の膨張段２４の内径は、第１の膨張段２３の内径よりも大きい。これにより、送給機構２６および２７によって導き入れられたコーティング材料が、陰極２１の方へ逆流することが防止される。コーティング材料が供給されたプラズマジェット２０は、開口部２８からアークプラズマトーチ１９の外へ噴出し、真空チャンバ３内へ達する。このために、アークプラズマトーチ１９は自らの固定部材３１で直接真空チャンバ３に固定されている。プラズマの高温を開口部２８まで維持するために、第１および第２の膨張段２３および２４は、陽極２２と同じ電位にある。これが図６に示されている。図５に示されたアークプラズマトーチ１９の場合、陽極２２と第１の膨張段２３と第２の膨張段２４とは単体として構成されている。しかし、それに代えて別個の構成部品を用いて、それらを互いに接合して設けることも可能である。これにより、モジュール構造が実現される。各々の膨張段は、この場合、用途とコーティング材料とに応じて構設することができる。
【００３６】
アークプラズマトーチ１９が着火されるのは、真空チャンバ３内の構成部品１７にまで、発振回路と高周波発生器５とによって生成されたプラズマが広がった瞬間である。コーティング材料が供給された、アークプラズマトーチ１９のプラズマジェット２０は、開口部２８を通じて真空チャンバ内へ膨張する。プラズマジェットは、構成部品１７の面上にあるプラズマと相互作用を始める。その際、コーティング材料が構成部品１７の表面に均一に析出する。この表面に所望の厚さの膜が形成されるとすぐに、アークプラズマトーチ１９と高周波発生器５のスイッチは切られる。用途とコーティング材料とに応じて、まず、アークプラズマトーチ１９のスイッチが切られ、次に、ある程度の時間的な遅れがあって高周波発生器５のスイッチが切られる。両プラズマトーチのスイッチが切られてようやく、真空チャンバ３が通気される。発振回路との接点は解放され、構成部品１または構成部品１７は真空チャンバ３から外に搬出される。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】プラズマコーティングを施す装置の正面図である。
【図２】プラズマ処理を行う装置の平面図である。
【図３】図１および図２に示された装置の回路図である。
【図４】プラズマ処理を行う装置の側面図である。
【図５】アークプラズマトーチの長手方向の断面図である。
【図６】図５に示されたアークプラズマトーチの概念図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  構成部品
２  レール
３  真空チャンバ
４  絶縁部
５  高周波発生器
６  同軸ケーブル
７  外部発振回路
８  高周波供給線路
９  高周波フィードスルー
１０  リフレクタ
１１  フィードバックコイル
１２  外部発振回路のコンデンサ
１３  コイル
１４  コイル
１５  アース線路
１６  送信管
１７  構成部品
１８  フレーム
１９  アークプラズマトーチ
２０  プラズマジェット
２１  陰極
２２  陽極
２３  第１の膨張段
２４  第２の膨張段
２５  陰極と陽極との間のノズル
２６  送給機構
２７  送給機構
２８  開口部
２９  凹部
３０  漏斗状部分
３１  固定部材
【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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【国際調査報告】
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