CN112930416A - 粉末供给装置、喷镀装置、粉末供给方法以及喷镀方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种粉末供给装置,其用于自送料器向喷嘴供给粉末,该粉末供给装置包括:盒部,其具有:口部,其用于放入、取出粉末；以及开闭阀,其用于开闭上述口部,并且该盒部用于在气密状态下收纳上述粉末；以及送料器,其具有:连接部,其用于可装卸地连接上述盒部；补给口,其用于将与上述连接部连接的上述盒部内的上述粉末补给至上述送料器内；以及开闭阀,其用于开闭上述补给口,并且该送料器用于将自上述补给口补给的上述粉末投入上述喷嘴,上述盒部以及上述送料器通过上述盒部连接于上述连接部,从而在上述口部与上述补给口之间形成密闭空间。

Description

粉末供给装置、喷镀装置、粉末供给方法以及喷镀方法

技术领域

本发明涉及粉末供给装置、喷镀装置、粉末供给方法以及喷镀方法。

背景技术

如下喷镀装置为人所知:对自充填有惰性气体的容器供给的喷镀材料的粉末进行加热而使其熔融,并且通过将熔融的粉末喷附于被处理对象物而在被处理对象物上形成喷镀膜(例如,参照专利文献1)。

<现有技术文献>

<专利文献>

专利文献1:日本国特开2014-172696号公报

发明内容

<本发明要解决的问题>

本发明提供一种能够不与水分、氮、以及氧反应地向送料器的容器中补给粉末的技术。

<用于解决问题的手段>

根据本发明的一个方式的粉末供给装置是用于自送料器向喷嘴供给粉末的粉末供给装置,该粉末供给装置具有:盒部,其具有:口部,其用于放入、取出粉末；以及开闭阀,其用于开闭上述口部,并且该盒部在气密状态下收纳上述粉末；以及送料器,其具有:连接部,其用于可装卸地连接上述盒部；补给口,其用于将与上述连接部连接的上述盒部内的上述粉末补给至上述送料器内；以及开闭阀,其用于开闭上述补给口,并且该送料器将自上述补给口补给的上述粉末投入上述喷嘴,上述盒部以及上述送料器通过上述盒部连接于上述连接部,从而在上述口部与上述补给口之间形成密闭空间。

<发明的效果>

根据本发明,能够不与水分、氮、以及氧反应地向送料器的容器中补给粉末。

附图说明

图1是示出第一实施方式的等离子体喷镀装置的构成例的剖视图。

图2是示出图1的等离子体喷镀装置的粉末补给机构的图。

图3是示出图1的等离子体喷镀装置的回收废弃机构的图。

图4是示出等离子体喷镀装置的动作的一个例子的工序图(1)。

图5是示出等离子体喷镀装置的动作的一个例子的工序图(2)。

图6是示出等离子体喷镀装置的动作的一个例子的工序图(3)。

图7是示出等离子体喷镀装置的动作的一个例子的工序图(4)。

图8是示出第一变形例的粉末补给机构的图。

图9是示出第二变形例的粉末补给机构的图。

图10是示出第三变形例的粉末补给机构的图。

图11是示出第四变形例的粉末补给机构的图。

图12是示出第五变形例的粉末补给机构的图。

图13是示出图12的粉末补给机构的闸门部的其他的构成例的图。

图14是图13的闸门部的动作的说明图(1)。

图15是图13的闸门部的动作的说明图(2)。

图16是图13的闸门部的动作的说明图(3)。

图17A是示出设于送料器的闸门部的构成例的图(1)。

图17B是示出设于送料器的闸门部的构成例的图(1)。

图18A是示出设于送料器的闸门部的构成例的图(2)。

图18B是示出设于送料器的闸门部的构成例的图(2)。

图19是示出设于第二实施方式的等离子体喷镀装置的构成例的剖视图。

具体实施方式

以下,参照附上的附图,对本发明的非限定的举例示出的实施方式进行说明。在附上的全部附图中,对于相同或相对应的构件或部件,付与相同或相对应的参考附图标记,并省略重复的说明。

〔第一实施方式〕

(等离子体喷镀装置)

对于第一实施方式的等离子体喷镀装置,参照图1进行说明。图1是示出第一实施方式的等离子体喷镀装置的构成例的剖视图。

如图1所示,等离子体喷镀装置1是用于在封入了惰性气体的气氛调整(环境控制)后的腔室C内进行等离子体喷镀的装置。在等离子体喷镀装置1中,自喷嘴11的顶端部的开口11b喷射喷镀材料的粉末(以下称为“粉末R1”。),该粉末在由高速的气体形成的等离子流P的热量作用下熔融,并且朝向气氛调整后的腔室C内的基材W的表面喷出。由此,在基材W的表面形成喷镀材料的被膜(以下称为“喷镀膜”。)F1。

作为基材W的一个例子,可以举出铜(Cu)等的电极,作为粉末R1的一个例子,可以举出锂(Li)的粉末。例如,使用等离子体喷镀装置1使锂粉末完全熔融且在铜的电极上成膜,从而能够向锂二次电池中使用的电极掺杂锂离子。但是,粉末R1不限于锂的粉末,其可以为例如铝(Al)、铜(Cu)、银(Ag)、金(Au)等的粉末,也可以为其混合粉末。

由于等离子体喷镀装置1以低能量使喷镀材料熔融,因此喷镀材料的粉末不升华而以液体的状态存在,从而能够进行成膜。因此,作为等离子体喷镀装置1的一个优点,可以举出即使是融点较低的锂等的特定的喷镀材料也能够通过喷镀进行成膜这点。因此,特别是在将锂等的融点较低的金属的粉末作为喷镀材料的情况下,等离子体喷镀装置1是合适的。

等离子体喷镀装置1包括供给部10、控制部30、气体供给部40、等离子体生成部60、腔室C、粉末补给机构90、回收废弃机构83以及干燥室88。

供给部10具有喷嘴11以及送料器20,通过等离子体生成气体来运输粉末R1,并且自顶端部的开口进行喷射。送料器20用于将粉末R1供给至喷嘴11。粉末R1收纳于送料器20内的容器21中。粉末R1是中心粒径为1μm～20μm的微粉末。

在送料器20中设有致动器22。喷嘴11是棒状的环状构件,在其内部形成有用于运输粉末R1的流路11a。喷嘴11的流路11a与容器21内连通。粉末R1在致动器22的动力作用下自容器21投入喷嘴11内的流路11a。送料器20可以是例如碗式送料器。

在喷嘴11中,与粉末R1一同供给等离子体生成气体。等离子体生成气体是用于生成等离子体的气体。另外,等离子体生成气体也作为在流路11a中运输粉末R1的载气起作用。在气体供给部40中,自气体供给源41供给等离子体生成气体,其通过阀46以及质量流量控制器(MFC:Mass Flow Controller)进行开闭以及流量控制,通过管部42供给至喷嘴11内的流路11a。而作为等离子体生成气体,可以利用氩气(Ar)、氦气(He)、氮气(N₂)、氢气(H₂)、以及组合这些各种气体的气体等的气体。在第一实施方式中,举出作为等离子体生成气体供给氩气的情况为例进行说明。

喷嘴11贯通等离子体生成部60的主体部12,其顶端部在等离子体生成空间U内突出。粉末R1通过等离子体生成气体被搬运至喷嘴11的顶端部,并且与等离子体生成气体一同自顶端部的开口11b向等离子体生成空间U内喷射。

主体部12由绝缘材料形成。主体部12在中央部具有贯通口12a。喷嘴11的前方部分11c插入主体部12的贯通口12a。喷嘴11的前方部分11c与直流电源50连接,其也作为自直流电源50供给电流的电极(负极)起作用。喷嘴11由金属形成。

等离子体生成空间U主要是由主体部12的凹陷部12b和伸出部12d所界定的空间,喷嘴11的顶端部在等离子体生成空间U内突出。伸出部12d在其一端部与设于主体部12的外壁的金属板12c连结。金属板12c与直流电源50连接。由此,金属板12c以及伸出部12d作为电极(正极)起作用。

在电极之间自直流电源50供给500W～10kW的电力,从而在喷嘴11的顶端部与伸出部12d的另一端部之间产生放电。由此,等离子体生成部60在等离子体生成空间U中使自喷嘴11喷射的氩气电离(分解),从而生成氩等离子体。

另外,在等离子体生成空间U内,氩气成为回旋流而被供给。自气体供给源41供给氩气,其通过阀46以及质量流量控制器(MFC)进行开闭以及流量控制,其通过管部43在主体部12内流动,并且自横方向供给至等离子体生成空间U。

在图1中,虽然被导入等离子体生成空间U的氩气的供给流路仅图示了一个,但是在主体部12中设有多个供给流路。由此,氩气自多个供给流路在横方向成为回旋流而被供给至等离子体生成空间U。因此,防止了生成的等离子体的扩散,等离子流P成为直线偏转。其结果,等离子体生成部60使自喷嘴11的顶端部喷射的等离子体生成气体分解,生成轴芯O与喷嘴11共通的等离子流P。需要说明的是,“轴芯共通”是指,供给部10(喷嘴11)的中心轴线与等离子流P的吹附方向的中心轴线一致或在大致同一方向一致。

通过该构成,供给部10使粉末R1和氩气在喷嘴11的内部形成的流路11a中直行,从而自顶端部的开口11b向等离子体生成空间U进行喷射。喷射的粉末R1在由高速的氩气形成的等离子流P的热量作用下熔融且朝向基材W的表面被喷出,从而在基材W的表面形成喷镀膜F1。

在主体部12的内部形成有制冷剂流路72。自冷却单元70供给的制冷剂通过阀74、75的开闭而通过制冷剂管71、制冷剂流路72、制冷剂管73进行循环,然后返回冷却单元70。由此,主体部12被冷却,能够防止主体部12因等离子体的热量而变得高温。需要说明的是,在腔室C的侧壁装有用于目视腔室C的内部的窗部82。

(腔室)

参照图1对腔室C进行说明。如图1所示,腔室C是圆柱状的中空的容器。腔室C由例如铝、不锈钢、石英等形成。腔室C在顶部支承主体部12,并且使供给部10以及等离子体生成部60成为闭空间。基材W载置于在腔室C的底部81配置的载台80上。腔室C的内部例如被减压至规定的圧力。但是,腔室C的内部不一定必须被减压。

在粉末R1中存在例如Li粉末那样接触水分会爆炸的物质。另外,若粉末R1例如如Li粉末那样与氮、氧反应,则成为氮化物、氧化物,从而自活性状态成为稳定状态。在该情况下,通过锂离子在正极和负极之间移动来进行充电、放电的锂离子电池的功能降低。

因此,对于粉末R1,优选将其安置于极力减少水分、氧、氮的各成分的空间内。因此,等离子体喷镀装置1通过腔室C使供给部10以及等离子体生成部60成为闭空间,从而自容纳有粉末R1的容器21内、包括喷嘴11内以及等离子体生成空间U的腔室C内极力减少水分、氧、以及氮。

另外,腔室C的内部被氩气填充。氩气自气体供给源41通过管部45供给至腔室C内。但是,腔室C的内部填充的气体不限于氩气,只要是惰性气体即可。由此,例如使腔室C的内部的氧浓度降低至约1ppm(10^-4％)或小于1ppm(10^-4％),从而能够例如使成膜于Cu电极(基板)的Li膜中的氧浓度成为约0.5％。由此,根据第一实施方式的等离子体喷镀装置1,通过不使粉末R1与水分、氧、以及氮反应地进行成膜,使膜的特性提高,从而能够改善电池効率。

(粉末补给机构)

参照图2对粉末补给机构90进行说明。图2是示出图1的等离子体喷镀装置1的粉末补给机构90的图。

如图2所示,粉末补给机构90向送料器20的容器21补给粉末R1。粉末补给机构90具有盒部91以及补给器92。

盒部91是用于在气密状态下收纳粉末R1的可移动性的容器。在盒部91内收纳粉末R1的情况下,例如在设于被环境控制的干室内的干燥箱内,自在气密状态下保管的保管容器向盒部91内填充粉末R1。干室被保持为例如2％～4％的湿度。干燥箱被保持为例如0.5％～1.5％的湿度。由此,能够防止向盒部91内填充之前的粉末R1与水分、氧、以及氮反应。另外,在干燥箱内,也可以通过加热器等的加热机构对粉末R1进行加热之后向盒部91内填充。

盒部91具有口部91a、闸门部91b、以及推出机构91c。

口部91a是用于放入、取出粉末R1的开口。口部91a形成于如下位置,即,在盒部91容纳于补给器92中的状态下与后述补给口92c对应的位置。

闸门部91b是能够开闭口部91a的例如板状构件。若打开闸门部91b,则盒部91的内部与外部通过口部91a连通,从而盒部91的内部的粉末R1能够通过口部91a向外部喷出。另一方面,若关闭闸门部91b,则盒部91的内部与外部的连通被切断,盒部91的内部的粉末R1不向外部喷出。由此,只要在关闭闸门部91b的状态下,即使将盒部91自干燥箱内取出至大气中,也能够防止在盒部91内填充的粉末R1与水分、氧、以及氮反应。

推出机构91c是用于将在盒部91的内部收纳的粉末R1推出的机构。推出机构91c可以构成为能够连续推出粉末R1,也可以构成为能够间歇地推出粉末R1。通过在打开闸门部91b的状态下借助推出机构91c将收纳于盒部91的内部的粉末R1推出,从而盒部91的内部的粉末R1通过口部91a向外部喷出。作为推出机构91c,可以举出例如螺旋送料器。在作为推出机构91c使用螺旋送料器的情况下,例如通过控制螺旋状物的旋转速度能够对每单位时间的粉末R1的喷出量进行调节。

补给器92可装卸地容纳盒部91,并且在维持气密状态的同时将盒部91的内部的粉末R1补给至送料器20的容器21。补给器92具有主体92a、盖体92b、补给口92c、以及闸门部92d。

主体92a具有例如大致长方体形状,其上端开口。由此,能够自主体92a的上方插入并容纳盒部91。但是,主体92a也可以例如侧端开口,在该情况下,能够自主体92a的侧方插入并容纳盒部91。

盖体92b在主体92a的上端之上通过O型环等的密封构件92e以可装卸且可气密密封的方式安装。盖体92b用于开闭主体92a的上端的开口。主体92a以及盖体92b作为用于容纳盒部91的容纳部起作用。

补给口92c是用于将容纳于由主体92a以及盖体92b形成的容纳部内的盒部91内的粉末R1补给至送料器20的容器21的开口。

闸门部92d是能够开闭补给口92c的例如板状构件。若打开闸门部92d,则容纳部与送料器20的容器21内通过补给口92c连通。另一方面,若关闭闸门部92d,则容纳部与送料器20的容器21内的连通被切断。

补给器92的内部的密闭空间S构成为可加圧。密闭空间S被例如氩气吹扫。由此,能够不与水分、氮、以及氧反应地将盒部91内的粉末R1补给至送料器20的容器21。因此,能够实现使用粉末R1的喷镀膜的膜质的稳定性的提高。氩气自气体供给源41通过设有阀47的管部44,从而自设于补给器92的孔部92f供给至补给器92内。但是,氩气也可以自与气体供给源41分开设置的供给源进行供给。需要说明的是,在补给器92的内部充填的气体不限于氩气,只要是惰性气体即可,例如可以是氦气。另外,补给器92的内部也可以是能够通过排气机构(未图示)进行排气。

(回收废弃机构)

参照图3对回收废弃机构83进行说明。图3是示出图1的等离子体喷镀装置1的回收废弃机构83的图。

如图3所示,回收废弃机构83通过阀85的开闭而通过排气管84吸入腔室C的内部的氩气以及粉末,并且将粉末废弃。回收废弃机构83具有液体密封泵100、马达101、叶轮103、配管104、罐体106、配管108、以及废弃机构109。

液体密封泵100用于吸入在腔室C的内部的等离子体喷镀中未使用的喷镀材料(以下,称为“喷镀废弃物”。)以及氩气,并且将吸入的喷镀废弃物以及氩气通过工作液体进行密封。

液体密封泵100在内部填充有氟类溶剂、油。在本实施方式中,为了不产生喷镀废弃物的起火,在喷镀废弃物的回收中使用的工作液体不能使用水,而是使用氟类溶剂、油。另外,液体密封泵100由能够吸入混入有喷镀废弃物的气体的洗涤塔类型的泵形成。例如,推测涡轮分子泵、干式泵若吸入混入有固态喷镀废弃物的气体则产生故障,因此在本实施方式难以使用。液体密封泵100的泵流量为例如800L/min～1200L/min。

液体密封泵100通过马达101的动力使轴102,从而使叶轮103旋转。由此,自腔室C通过排气管84以及打开的阀85将喷镀废弃物以及氩气自吸入口I吸入泵内,并且通过工作液体进行密封。工作液体在对喷镀废弃物以及氩气进行密封的状态下自喷出口J通过配管104被送至罐体106。

废弃机构109具有过滤部110以及焚烧部107,其用于对喷镀废弃物进行废弃。过滤部110通过过滤器等抽出喷镀废弃物。通过过滤部110抽出的喷镀废弃物需要以不因水分等而着火的方式进行废弃。

于是,焚烧部107用于将抽出的喷镀废弃物焚烧、废弃。去除了喷镀废弃物的工作液体通过配管108返回罐体106,作为液体密封泵100的工作液体被再利用。根据本实施方式的回收废弃机构83,能够不因水分等产生着火地将喷镀废弃物安全地废弃。另外,能够对废弃中使用的热量、工作液体进行再利用。

(干燥室)

干燥室88与腔室C相邻设置,其形成为除湿至规定的湿度的闭空间。另外,干燥室88通过排气装置89减压至规定的圧力。但是,干燥室88也可以不被减压。

成膜后的基材W被搬运至干燥室88,然后被运输至下一个工序。成膜后的基材W自门阀86、87直接搬入干燥室88,从而在成膜后的基材W的搬运工序中极力使喷镀膜F1不与氮、氧反应。

(控制部)

等离子体喷镀装置1具有控制部30。控制部30用于控制等离子体喷镀装置1。具体而言,控制部30用于控制气体供给源41、送料器20(致动器22)、直流电源50、冷却单元70、回收废弃机构83、粉末补给机构90等。

控制部30具有CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、以及HDD(Hard Disk Drive)。CPU选择使特定的金属的喷镀材料通过等离子体喷镀进行成膜的程序(方案),并在RAM中进行设定。CPU基于RAM中储存的程序,向各部分发送控制信号。由此,能够在基材W上喷镀期望的特性的喷镀膜F1。需要说明的是,控制部30的功能可以使用软件实现,也可以使用硬件实现。

(喷镀装置的动作)

参照图4至图7对第一实施方式的等离子体喷镀装置1的动作(喷镀方法)的一个例子进行说明。以下说明的等离子体喷镀装置1的动作中的阀47的开闭、闸门部91b的开闭、闸门部92d的开闭、以及推出机构91c的动作通过例如控制部30执行。图4至图7是示出等离子体喷镀装置1的动作的一个例子的工序图。在图4至图7中,用白色示出阀47打开的状态,用黑色示出阀47关闭的状态。

首先,在设于被环境控制的干室内的干燥箱内,自在气密状态下保管的保管容器向盒部91内填充粉末R1。在本实施方式中,在干燥箱内打开盒部91的闸门部91b而自口部91a向盒部91内填充粉末R1。由此,能够防止向盒部91内填充前的粉末R1与水分、氧、以及氮反应。需要说明的是,也可以在盒部91设置与口部91a分开的开口,并且自该开口向盒部91内填充粉末R1。在该情况下,可以设置能够气密地对该开口进行密封的闸门部。接下来,粉末R1的填充完成后关闭闸门部91b,将盒部91自干燥箱内取出。由此,即使将盒部91自干燥箱内取出至大气中,也能够防止在盒部91内填充的粉末R1与水分、氧、以及氮反应。

接下来,如图4所示,在关闭补给器92的闸门部92d的状态下,将盖体92b自主体92a拆下。由此,补给器92的容纳部与送料器20的容器21内的连通被切断,因此防止在盒部91的交换时送料器20的容器21内暴露于大气环境下,从而能够防止容器21内的粉末R1与水分、氧、以及氮反应。因此,能够以不停止自送料器20向喷嘴11投入粉末R1,使投入的粉末R1熔融,并且通过熔融的粉末R1在基材W上进行成膜的等离子体喷镀的动作的方式进行盒部91的交换。

接下来,如图5所示,将填充有粉末R1的盒部91插入主体92a而进行安装。另外,将盖体92b安装于主体92a而使补给器92内成为气密状态。需要说明的是,在主体92a中安装有使用完的盒部91的情况下,在将使用完的盒部91拆下后将填充有粉末R1的盒部91插入主体92a而进行安装。

接下来,如图6所示,打开阀47而自气体供给源41通过管部44向补给器92内填充氩气,从而通过氩气对补给器92内进行吹扫。

接下来,如图7所示,在关闭阀47而使自气体供给源41向补给器92内的氩气的填充停止后,打开闸门部91b以及闸门部92d而使盒部91内与容器21内连通。接下来,通过推出机构91c将盒部91内的粉末R1推出从而补给至容器21。此时,由于在盒部91内、补给器92内、以及容器21内均填充有氩气,因此在将盒部91内的粉末R1补给至送料器20的容器21时能够防止粉末R1与水分、氧、以及氮反应。需要说明的是,在打开闸门部91b以及闸门部92d而使盒部91内与容器21连通时,可以不关闭阀47地继续自气体供给源41向补给器92内的氩气的填充。

如上所述,根据第一实施方式的等离子体喷镀装置1,在气密状态下将收纳有粉末R1的盒部91安装于补给器92,并且维持气密状态地自盒部91内将粉末R1补给至送料器。由此,能够不与水分、氮、以及氧反应地将盒部91内的粉末R1补给至送料器20的容器21。因此,能够实现使用了粉末R1的喷镀膜的膜质的稳定性的提高。

另外,在关闭补给器92的闸门部92d的状态下,将盖体92b自主体92a拆下而对盒部91进行交换。由此,防止在盒部91的交换时送料器20的容器21内暴露于大气环境下,从而能够防止容器21内的粉末R1与水分、氧、以及氮反应。因此,能够以不停止自送料器20向喷嘴11投入粉末R1,使投入的粉末R1熔融,并且通过熔融的粉末R1对基材W进行成膜的等离子体喷镀的动作方式进行盒部91的交换。

但是,粉末R1是中心粒径为1μm～20μm的微粉末的情况下,由于与一般使用的中心粒径为50μm～100μm的粉末相比较,每单位体积的表面积较大,因此若暴露于大气中则容易与水分、氧、以及氮反应。因此,若在大气中进行向送料器20的粉末的补给,则有时粉末R1与水分、氧、以及氮反应而凝聚。若粉末R1凝聚,则难以熔融,从而喷镀膜的膜质恶化。因此,在第一实施方式的等离子体喷镀装置1中,对送料器20内、喷嘴11内、以及腔室C内进行环境控制,并且在通过粉末补给机构90向送料器20补给粉末R1时,实现了粉末R1不暴露于大气中的环境。由此,在向送料器20补给粉末R1时,能够防止粉末R1凝聚所引起的喷镀膜的膜质的恶化。

(第一变形例)

参照图8对粉末补给机构的第一变形例进行说明。图8是示出第一变形例的粉末补给机构的图。

如图8所示,第一变形例的粉末补给机构90A在具有用于对补给器92内进行排气的排气机构120这点与粉末补给机构90不同。需要说明的是,对于其他的构成,可以为与粉末补给机构90相同的构成。以下,以不同点为中心进行说明。

排气机构120通过孔部92f对补给器92内(密闭空间S)进行排气。排气机构120具有排气装置120a、排气管120b、以及阀120c。排气装置120a可以为例如真空泵。另外,作为排气装置120a,可以利用用于对干燥室88进行减圧的排气装置89(参照图1)。排气管120b与排气装置120a和孔部92f连接。阀120c设于排气管120b的途中。在排气机构120中,通过打开阀120c,孔部92f与排气装置120a连通,从而通过排气装置120a对补给器92内(密闭空间S)进行排气。

根据第一变形例,由于设有用于对补给器92内进行排气的排气机构120,因此能够缩短由于向补给器92内的氩气的供给与补给器92内的排气的组合(或者切换)导致补给器92内的吹扫所需要的时间(吹扫时间)。

(第二变形例)

参照图9对粉末补给机构的第二变形例进行说明。图9是示出第二变形例的粉末补给机构的图。

如图9所示,第二变形例的粉末补给机构90B在排气机构120通过与孔部92f分开设置额孔部92g而对补给器92内(密闭空间S)进行排气这点与第一变形例的粉末补给机构90A不同。需要说明的是,对于其他的构成,可以为与粉末补给机构90A相同的构成。以下,以不同的点为中心进行说明。

根据第二变形例,由于具有两个孔部92f、92g,因此能够一边通过孔部92g对补给器92内进行排气,一边通过孔部92f向补给器92内供给氩气。其结果,能够缩短补给器92内的吹扫所需要的时间。

(第三变形例)

参照图10对粉末补给机构的第三变形例进行说明。图10是示出第三变形例的粉末补给机构的图。

如图10所示,第三变形例的粉末补给机构90C在图2所示补给器92与送料器20一体形成这点与粉末补给机构90不同。换言之,送料器20C的一部分作为补给器92起作用。需要说明的是,对于其他的点,可以为与粉末补给机构90相同的构成。以下,以不同的点为中心进行说明。

送料器20C具有主体部23、连接部24、补给口25、以及闸门部26。

主体部23构成壳体的一部分,其用于容纳容器21以及致动器22。自气体供给源41通过管部42以及孔部27a向容器21内供给氩气。

连接部24构成壳体的一部分,其以可装卸的方式连接盒部91。连接部24设于主体部23的上方。盒部91通过O型环等的密封构件28以可装卸且可气密密封的方式安装于连接部24。若盒部91连接于连接部24,则通过连接部24和盒部91在补给口25与口部91a之间形成密闭空间S。氩气自气体供给源41通过管部44以及孔部27b供给至密闭空间S。另外,密闭空间S通过孔部27c以及排气管120b而由排气装置120a进行排气。由此,密闭空间S通过气体供给源41的氩气的供给以及排气装置120a的排气而被吹扫。需要说明的是,如使用图8说明的那样,可以通过一个孔部进行向密闭空间S的氩气的供给以及密闭空间S的排气。

补给口25是用于将与连接部24连接的盒部91内的粉末R1补给至送料器20C内的开口。补给口25形成于主体部23的上表面,并且其设于盒部91连接于连接部24的状态下与口部91a对应的位置。

闸门部26是能够开闭补给口25的例如板状构件。若打开闸门部26,则密闭空间S与送料器20C的容器21内通过补给口25连通。另一方面,若关闭闸门部26,则密闭空间S与送料器20C的容器21内的连通被切断。

根据第三变形例,由于补给器92与送料器20C一体形成,因此构造简单。

(第四变形例)

对于粉末补给机构的第四变形例,参照图11进行说明。图11是示出第四变形例的粉末补给机构的图。

如图11所示,第四变形例的粉末补给机构90D在盒部91以于送料器20D的上方形成密闭空间S的方式进行连接这点与第三变形例的粉末补给机构90C不同。需要说明的是,对于其他的构成,可以为与粉末补给机构90C相同。需要说明的是,在图11所示例子中,虽然用于自气体供给源41向密闭空间S供给氩气的孔部27b形成于盒部91,但是孔部27b也可以与孔部27c相同地形成于连接部24。

根据第四变形例,由于在送料器20D的上方形成密闭空间S地连接盒部91,因此起到能够一次补给大量的粉末的效果。

(第五变形例)

参照图12至16对粉末补给机构的第五变形例进行说明。图12是示出第五变形例的粉末补给机构的图。

如图12所示,第五变形例的粉末补给机构90E在推出机构91c未设于盒部91内而是设于送料器20E内这点与第四变形例的粉末补给机构90D不同。需要说明的是,对于其他的构成,可以为与粉末补给机构90D相同。

图13是示出图12的粉末补给机构90E的闸门部91b的其他的构成例的图。图14至图16是图13的闸门部91b的动作的说明图。

如图13所示,闸门部91b具有阀体901、轴部902、把手903、阀体倾斜机构904、以及锁定机构905。

阀体901设置为能够通过O型环等的密封构件901a对口部91a进行气密密封。阀体901以旋转自如的方式安装于轴部902的下端。在阀体901上安装有阀体倾斜机构904,通过阀体倾斜机构904的操作使阀体901相对于轴部902旋转而成为可倾斜。

轴部902是通过贯通盒部91的内部和外部的贯通部91d而自盒部91的内部向外部延伸的棒状构件。在贯通部91d中设有例如O型环等的密封构件91e,其以能够在气密密封的状态下在长度方向移动的方式支承轴部902。在轴部902的下端旋转自如地安装有阀体901,在轴部902的上端安装有把手903。例如,如图14所示,若通过向上方拉把手903而使轴部902向上方移动,则阀体901与轴部902一体地向上方移动,从而由阀体901气密密封的口部91a开口。另外,例如如图15所示,若在使阀体901以及轴部902向上方移动的状态下向上方拉阀体倾斜机构904,则阀体901相对于轴部902旋转倾斜。另外,例如如图16所示,若使轴部902向下方移动,阀体901与轴部902一体地向下方移动,从而由阀体901气密密封的口部91a开口。

把手903安装于轴部902的上端,其由例如环状构件形成。把手903在使轴部902向上方或下方移动时使用。通过向上方拉伸把手903,轴部902与把手903一体地向上方移动。把手903可以由操作者进行操作,也可以由自动控制的机械臂等进行操作。

阀体倾斜机构904是通过贯通盒部91的内部和外部的贯通部91f而自盒部91的内部向外部延伸的棒状构件,其用于调整阀体901相对于轴部902的角度。在贯通部91f中设有例如O型环等的密封构件91g,其以能够在气密密封的状态下移动的方式支承阀体倾斜机构904。在阀体倾斜机构904的下端安装有阀体901,阀体倾斜机构904的上端在盒部91的上方突出。通过将阀体倾斜机构904的上端向上方拉伸或将上端向下方按压,从而阀体901相对于轴部902旋转倾斜。

锁定机构905用于锁定轴部902向下方的移动。由此,防止阀体901自盒部91的内部向外部移动而导致由阀体901气密密封的口部91a开口。锁定机构905可以为例如在径向贯通轴部902且可插拔的锁定销。

在向具有该闸门部91b的盒部91内填充粉末R1的情况下,首先,以盒部91的阀体901侧成为上方的方式保持盒部91。接下来,如图16所示,使阀体901向盒部91的外部移动,从而使口部91a开口。接下来,自口部91a向盒部91内填充粉末R1。向盒部91内的粉末R1的填充完成后,通过使阀体901移动至口部91a,从而通过阀体901将口部91a气密密封。

另外,在将填充于盒部91内的粉末R1补给至送料器20E内的情况下,首先,如图13所示,在使盒部91的口部91a朝向下方的状态下将盒部91连接于送料器20E的连接部24,从而形成密闭空间S。接下来,对密闭空间S进行吹扫,密闭空间S的吹扫完成后,打开闸门部26。另外,在使阀体901向上方移动而使口部91a开口后(参照图14),使阀体901相对于轴部902旋转倾斜(参照图15)。由此,盒部91内的粉末R1通过口部91a、密闭空间S、以及补给口25补给至送料器20E内。此时,由于阀体901相对于轴部902倾斜,因此能够顺畅地将盒部91内的粉末R1补给至送料器20E内。另外,能够防止在阀体901之上残留粉末R1。

根据第五变形例,由于推出机构91c未设于盒部91内而是设于送料器20内,因此能够使盒部91的部件构成单纯化,其结果,起到能够削减交换部件的成本的效果。

接下来,对于闸门部的具体的构成例,举出设于送料器20C～20E的闸门部26为例进行说明。但是,以下说明的闸门部的具体的构成例也可以适用于参照图2等进行了说明的闸门部91b、92d。参照图17A、图17B、图18A以及图18B进行说明。图17A、图17B、图18A以及图18B是示出设于图10的粉末补给机构90C的送料器20C的闸门部26的构成例的图。图17A以及图17B示出关闭闸门部26的状态,图17A是剖视图,图17B是俯视图。图18A以及图18B示出打开闸门部26的状态,图18A是剖视图,图18B是俯视图。

如图17A、图17B、图18A以及图18B所示,闸门部26具有闸门部容纳部261以及开闭用滑动部262。

闸门部容纳部261具有主体261a以及密封构件261b、261c。主体261a通过密封构件261b、261c安装于补给器92的主体92a,从而形成密闭空间Sa。在主体261a中形成有俯视为例如大致矩形状的凹部261d。在凹部261d的底面上,在与补给口92c对应的位置形成有贯通主体261a的贯通口261e。在贯通口261e的内周面设有用于与后述滑动板262a的下表面接触的密封构件261f。

开闭用滑动部262具有滑动板262a、轴部262b、以及把手部262c。滑动板262a构成为能够在凹部261d内滑动。滑动板262a通过在图17A、图17B、图18A以及图18B中的箭头的方向上在凹部261d内滑动,从而开闭补给口92c。轴部262b的一端安装于滑动板262a,其另一端安装于把手部262c。在具有该构成的开闭用滑动部262中,如图17A以及图17B所示,通过相对于主体261a按入把手部262c,滑动板262a通过轴部262b向按入方向移动,从而通过滑动板262a关闭补给口92c。另一方面,如图18A以及图18B所示,通过相对于主体261a拉伸把手部262c,滑动板262a通过轴部262b向拉伸方向移动,俯视时滑动板262a的开口262d与补给口92c重合,从而打开补给口92c。

根据具有该构成的闸门部26,由于在移动开闭用滑动部262,从而使补给口92c与密闭空间S相通的过程中也会产生向外部的泄露,因此起到不用担心混入水分的效果。

〔第二实施方式〕

参照图19对第二实施方式的等离子体喷镀装置进行说明。图19是示出第二实施方式的等离子体喷镀装置的构成例的剖视图。

如图19所示,等离子体喷镀装置1A是在大气中进行等离子体喷镀的装置。在等离子体喷镀装置1A中,自喷嘴11的顶端部的开口11b喷射粉末R1,并且一边使其在由高速的气体形成的等离子流P的热量作用下熔融,一边将其朝向大气中的基材W的表面喷出。由此,在基材W的表面形成喷镀膜F1。

作为基材W,可以举出例如树脂、金属、陶瓷、金属纤维,也可以是由这些材料构成的平板、3D造型物。作为粉末R1,可以举出例如金属氧化物、金属氮化物的粉末。

等离子体喷镀装置1A包括供给部10、控制部30、气体供给部40、等离子体生成部60、粉末补给机构90、回收废弃机构83、送风机121、以及集尘罩122。

对于供给部10、控制部30、气体供给部40、等离子体生成部60、粉末补给机构90、以及回收废弃机构83,由于是与第一实施方式相同的构成,因此省略说明

送风机121用于朝向自喷嘴11的顶端部的开口11b喷射粉末R1而形成的等离子流P吹送气体。送风机121的风量为例如50000L/min～70000L/min。

集尘罩122用于对自喷嘴11的顶端部的开口11b喷射的粉末R1进行集尘。集尘罩122配置于通过送风机121形成的气体流的下游侧。换言之,送风机121与集尘罩122隔着等离子流P相对配置。集尘罩122与回收废弃机构83连接,通过集尘罩122收集的粉末被回收废弃机构83吸入,从而废弃。

在等离子体喷镀装置1A中,可以一边使基材W移动一边进行喷镀,也可以一边使喷嘴11移动一边进行喷镀。在一边使基材W移动一边进行喷镀的情况下,例如可以一边使载置有基材W的载台80在水平方向移动一边进行喷镀。在一边使喷嘴11移动一边进行喷镀的情况下,例如可以将供给部10固定于能够在水平方向移动的机械臂(例如多关节机械臂),从而一边通过机械臂使供给部10在水平方向移动一边进行喷镀。

如上所述,根据第二实施方式的等离子体喷镀装置1A,将在气密状态下收纳粉末R1的盒部91安装于补给器92,并且维持气密状态地自盒部91内向送料器补给粉末R1。由此,能够不与水分、氮、以及氧反应地将盒部91内的粉末R1补给至送料器20的容器21。因此,能够实现使用粉末R1的喷镀膜的膜质的稳定性的向上。

另外,在关闭补给器92的闸门部92d的状态下,将盖体92b自主体92a拆下从而交换盒部91。由此,防止在盒部91的交换时送料器20的容器21内暴露于大气环境下,从而能够防止容器21内的粉末R1与水分、氧、以及氮反应。因此,能够以不停止自送料器20向喷嘴11投入粉末R1,使投入的粉末R1熔融,并且通过熔融的粉末R1在基材W上进行成膜的等离子体喷镀的动作的方式进行盒部91的交换。

需要说明的是,在上述实施方式中,基材W是被处理对象物的一个例子,推出机构91c是控制机构的一个例子。另外,管部44是气体供给路的一个例子,阀47是第三开闭阀的一个例子。另外,气体供给部40以及排气机构120是圧力调整机构的一个例子,容器21以及致动器22是供给机构的一个例子。

应认为此次发明的实施方式的所有的点均为例示,并不受其限制。上述实施方式可以不超出附上的权利要求书及其主旨地以各种方式进行省略、置换、变更。

在上述的实施方式中,对通过等离子体喷镀在基材W上形成喷镀膜的等离子体喷镀装置进行了说明,但是不限于此,也可以为通过例如电弧喷镀、火焰喷镀在基材W上形成喷镀膜的喷镀装置。

另外,在上述实施方式中,对将粉末供给装置适用于喷镀装置的情况进行了说明,但是不限于此。粉末供给装置也可以适用于例如以固体的状态将粉末朝向被处理对象物的表面喷射而进行被处理对象物的表面处理(例如,喷砂处理)的装置。另外,粉末供给装置还可以适用于例如使粉末升华而形成气体,并且以气体的状态向被处理对象物的表面喷射而在被处理对象物的表面形成膜的装置。

本国际申请要求基于2018年10月29日申请的日本国专利申请第2018-203266号的优先权,并且在本国际申请中引用该申请的全部内容。

附图标记说明

1、1A 等离子体喷镀装置

11 喷嘴

20 送料器

90 粉末补给机构

91 盒部

91a 口部

91b 闸门部

92 补给器

92a 主体

92b 盖体

92c 补给口

92d 闸门部

Claims (19)

1.一种粉末供给装置,其用于自送料器向喷嘴供给粉末,该粉末供给装置包括:

盒部,其具有:口部,其用于放入、取出粉末；以及开闭阀,其用于开闭上述口部,并且该盒部用于在气密状态下收纳上述粉末；以及

送料器,其具有:连接部,其用于可装卸地连接上述盒部；补给口,其用于将与上述连接部连接的上述盒部内的上述粉末补给至上述送料器内；以及开闭阀,其用于开闭上述补给口,并且该送料器用于将自上述补给口补给的上述粉末投入上述喷嘴,

上述盒部以及上述送料器通过使上述盒部连接于上述连接部,从而在上述口部与上述补给口之间形成密闭空间。

2.一种粉末供给装置,其用于自送料器向喷嘴供给粉末,该粉末供给装置包括:

盒部,其具有:口部,其用于放入、取出粉末；以及开闭阀,其用于开闭上述口部,并且该盒部在气密状态下收纳上述粉末；

补给器,其具有:容纳部,其用于可装卸地容纳上述盒部；补给口,其用于将容纳于上述容纳部的上述盒部内的上述粉末补给至上述送料器；以及开闭阀,其用于开闭上述补给口；以及

送料器,其用于将自上述补给口补给的上述粉末投入上述喷嘴,

上述盒部以及上述补给器通过在上述补给器中容纳上述盒部,从而在上述口部与上述补给口之间形成密闭空间。

3.根据权利要求1或2所述的粉末供给装置,其中,

还包括用于对上述密闭空间进行减圧以及加圧的圧力调整机构。

4.根据权利要求3所述的粉末供给装置,其中,

上述圧力调整机构具有:

气体供给部,其用于向上述密闭空间供给惰性气体；以及

排气机构,其用于对上述密闭空间进行排气。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的粉末供给装置,其中,

上述送料器具有用于对向上述喷嘴供给的上述粉末的流量进行控制的供给机构,

上述盒部具有用于对向上述供给机构供给的上述粉末的流量进行控制的推出机构。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的粉末供给装置,其中,

上述送料器具有:

供给机构,其用于对向上述喷嘴供给的上述粉末的流量进行控制；以及

推出机构,其用于对自上述盒部内向上述供给机构供给的上述粉末的流量进行控制。

7.根据权利要求6所述的粉末供给装置,其中,

用于开闭上述口部的开闭阀具有:

阀体,其用于开闭上述口部；以及

轴部,其旋转自如地安装于上述阀体,

通过使上述轴部在长度方向移动来开闭上述口部。

8.根据权利要求7所述的粉末供给装置,其中,

上述阀体能够移动至上述盒部的内部以及外部。

9.根据权利要求7或8所述的粉末供给装置,其中,

用于开闭上述口部的开闭阀具有用于对上述阀体相对于上述轴部的角度进行调整的阀体倾斜机构。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的粉末供给装置,其中,

还包括用于对上述开闭阀的动作进行控制的控制部,

在形成上述密闭空间的情况下，上述控制部执行以下工序:

吹扫工序,其通过向上述密闭空间供给惰性气体而对上述密闭空间内进行吹扫；以及

补给工序,其在上述密闭空间内被吹扫后,打开用于开闭上述口部的开闭阀以及用于开闭上述补给口的开闭阀,从而将上述盒部内的上述粉末补给至上述送料器。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的粉末供给装置,其中,

上述粉末的中心粒径为1μm～20μm。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的粉末供给装置,其中,

上述粉末是从由锂、铝、铜、银、金构成的组中选择的至少一种粉末。

13.一种喷镀装置,该喷镀装置是使自送料器投入喷嘴的喷镀材料的粉末熔融,并且通过熔融的粉末对被处理对象物进行成膜的喷镀装置,

该喷镀装置包括权利要求1至12中任一项所述的粉末供给装置。

14.根据权利要求13所述的喷镀装置,其中,

还包括用于容纳上述被处理对象物,并且内部被惰性气体填充的腔室。

15.根据权利要求14所述的喷镀装置,其中,

还包括用于吸入上述腔室内的惰性气体以及粉末,并且通过工作液体对其进行密封的液体密封泵。

16.根据权利要求15所述的喷镀装置,其中,还包括:

集尘罩,其用于对自上述喷嘴喷射的粉末进行集尘；

液体密封泵,其与上述集尘罩连接,用于通过工作液体对由上述集尘罩集尘的粉末进行密封；以及

送风机,其用于朝向上述粉末以及上述集尘罩吹送气体。

17.根据权利要求13至16中任一项所述的喷镀装置,其中,

通过等离子体使上述粉末熔融。

18.一种粉末供给方法,其用于自送料器向喷嘴供给粉末,该粉末供给方法具有以下工序:

形成工序,其将用于在气密状态下收纳喷镀材料的粉末的盒部与上述送料器连接,从而在上述盒部与上述送料器之间形成密闭空间；

吹扫工序,其通过向上述密闭空间供给惰性气体而对上述密闭空间进行吹扫；

连通工序,其在上述密闭空间被吹扫后,使上述盒部内与上述送料器内连通；以及

补给工序,其将上述盒部内的上述粉末补给至与上述盒部内连通的上述送料器内。

19.一种喷镀方法,其使自送料器投入喷嘴的喷镀材料的粉末熔融,并且通过熔融的粉末对被处理对象物进行成膜,该喷镀方法包括以下工序:

形成工序,其将用于在气密状态下收纳喷镀材料的粉末的盒部与上述送料器连接,从而在上述盒部与上述送料器之间形成密闭空间；

吹扫工序,其通过向上述密闭空间供给惰性气体而对上述密闭空间进行吹扫；

连通工序,其在上述密闭空间被吹扫后,使上述盒部内与上述送料器内连通；以及

补给工序,其将上述盒部内的上述粉末补给至与上述盒部内连通的上述送料器内；以及

喷射工序,其将补给至上述送料器内的上述粉末自上述喷嘴进行喷射。

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