JP2003080017A - 微粒子捕集装置及びプラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 この発明は気体に含まれる微粒子の捕捉能力
を向上させることができる微粒子捕集装置を提供するこ
とにある。 【解決手段】 排気装置が接続される排気管に設けられ
る微粒子捕集装置において、上記排気装置が接続される
第１の接続部２３と上記排気管が接続される第２の接続
部２４を有する容器２１と、この容器内に設けられ上記
第１の接続部に気密に接続されるとともに周壁にフィル
タ３３が設けられた中空状のフィルタ取付け部材２６
と、上記容器内に設けられ上記排気装置の吸引力によっ
て上記排気路から上記容器内に吸引された気体が上記フ
ィルタを通過して上記容器内から流出する前にこの気体
を上記フィルタ取付け部材の周囲に沿って旋回させる流
動制御部材３５とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はとくに高温度下で
使用される微粒子捕集装置及びこの微粒子捕集装置が用
いられるプラズマ処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】プラズマ処理装置の１つとして鋼材など
の被処理材にアルミナやタングステンなどの微粒子とし
ての金属粉末（金属酸化物を含む）をプラズマ溶射によ
ってコーティングするプラズマ溶射装置が知られてい
る。

【０００３】プラズマ溶射装置は処理チャンバを有す
る。この処理チャンバ内には上記被処理材が設置され、
その状態で処理チャンバ内を減圧してプラズマジェット
を発生させるとともに金属粉末を供給することで、その
金属粉をプラズマジェットによって上記被処理材に溶射
するようにしている。

【０００４】処理チャンバ内でプラズマジェットを発生
させる場合、上述したごとく処理チャンバ内を減圧す
る。処理チャンバ内を減圧するには、この処理チャンバ
に排気路を介して排気装置を接続し、この排気装置を作
動させて減圧するようにしている。排気装置としては、
粗引き用のロータリポンプとメカニカルブースタポンプ
を直列に接続したものが用いられることが多い。

【０００５】ところで、上記排気路から排出される気体
には、処理チャンバ内で溶融しなかった金属粉末や溶融
後に凝集した金属が微粒子として多く残留することが避
けられない。微粒子が気体とともに排気装置に吸引され
ると、早期に排気装置の性能低下や損傷を招くことがあ
り、とくに排気装置がロータリポンプとメカニカルポン
プとを直列に接続したタイプであると、そのロータリポ
ンプが損傷し易いということがある。

【０００６】そこで、従来は上記排気路の上記排気装置
よりも上流側に、たとえばろ過式などのフィルタ装置を
設け、処理チャンバから排出される気体に含まれる微粒
子を除去するようにしている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ろ過式
などのフィルタ装置では、微粒子の捕集能力がフィルタ
の能力によって決まってしまうため、気体に含まれる微
粒子が多い場合には早期に目詰まりを起こすことが避け
られない。

【０００８】そのため、微粒子を多量に捕集できるよう
にするためには、装置を大型化しなければならないとい
うことがあり、しかも目詰まりが生じ易いことによって
保守点検を頻繁に行わなければならないなどのことによ
って実用的でなく、さらにプラズマ処理装置のように排
気路を通じて排気される気体が高温度であると、耐熱性
を持たせるためにコストアップや装置の複雑化を招くと
いうことがある。

【０００９】この発明は、大型化させることなく、微粒
子の捕捉能力を高めることが可能であり、しかも耐熱性
に優れた微粒子捕集装置及びプラズ処理装置を提供する
ことにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、排気
装置が接続される排気路に設けられる微粒子捕集装置に
おいて、上記排気装置が接続される第１の接続部と上記
排気路が接続される第２の接続部を有する容器と、この
容器内に設けられ上記第１の接続部に気密に接続される
とともに周壁にフィルタが設けられた中空状のフィルタ
取付け部材と、上記容器内に設けられ上記排気装置の吸
引力によって上記排気路から上記容器内に吸引された気
体が上記フィルタを通過して上記容器内から流出する前
にその気体を上記フィルタ取付け部材の周囲に沿って旋
回させる流動制御手段とを具備したことを特徴とする微
粒子捕集装置にある。

【００１１】請求項２の発明は、上記流動制御手段は、
上記容器内の上記フィルタ取付け部材と上記第２の接続
部との間に設けられた板状の流動制御部材によって構成
されていることを特徴とする請求項１記載の微粒子捕集
装置にある。

【００１２】請求項３の発明は、上記流動制御手段は、
上記排気路を、上記容器に流入する気体がこの容器の内
周面に沿って流れる角度で上記容器に接続して構成され
ていることを特徴とする請求項１記載の微粒子捕集装置
にある。

【００１３】請求項４の発明は、上記フィルタ取付け部
材は角筒状であって、その４つの側壁にそれぞれ耐熱性
の上記フィルタが設けられていることを特徴とする請求
項１記載の微粒子捕集装置にある。

【００１４】請求項５の発明は、プラズマ処理装置にお
いて、ガスを励起してプラズマを発生させるための処理
チャンバと、この処理チャンバに排気路を介して接続さ
れ上記処理チャンバ内を減圧する排気装置と、上記排気
路に設けられ上記処理チャンバから排出される微粒子を
捕捉するための微粒子捕集装置とを具備し、上記微粒子
捕集装置は請求項１に記載された構成であることを特徴
とするプラズマ処理装置にある。

【００１５】請求項６の発明は、上記排気路の末端部は
末端が閉塞されたトラップ部に形成され、上記排気路の
末端部よりも上流側の部分には分岐管が上記排気路に対
して所定の角度で一端を接続して設けられ、この分岐管
の他端が上記微粒子捕集装置の第２の接続部に接続され
ていることを特徴とする請求項５記載のプラズマ処理装
置にある。

【００１６】この発明によれば、気体が排気路から微粒
子捕集装置の容器内に流入すると、膨張及び容器内を旋
回することで温度低下するから、それによって耐熱性の
向上を図ることができ、また気体が容器内を旋回するこ
とで、気体に含まれる微粒子が自重によって本体内に沈
積するため、気体に含まれる微粒子の一部をフィルタの
目詰まりを招くことなく捕捉することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながらこの発
明の一実施の形態を説明する。

【００１８】図１はプラズマ処理装置としてのプラズマ
溶射装置を示し、このプラズマ溶射装置は処理チャンバ
１を備えている。この処理チャンバ１の一側壁には供給
口体４が設けられている。この供給口体４にはプラズマ
ジェット用のガスを供給するガス供給部２と、タングス
テンやアルミナなどの微粒子としての金属粉末（金属酸
化物を含む）を供給する原料供給部３とが接続されてい
る。

【００１９】上記処理チャンバ１内に鋼材などの被処理
物５を設置したならば、この処理チャンバ１内にプラズ
マジェット用のガスおよび金属粉末を上記被処理物に向
けて所定の速度で供給する。

【００２０】それと同時に、上記供給口体４内に設けら
れた陰極６と陽極となる上記供給口体４とに電圧を印加
して放電を発生させて上記ガス供給部２から供給される
ガスを励起すると、上記ガスがプラズマ化してプラズマ
ジェットが発生し、このプラズマジェットによって金属
粉末が上記被処理物５に溶射されることになる。つま
り、被処理物５の表面にはタングステンやアルミナなど
の金属をコーティングすることができるようになってい
る。なお、プラズマ溶射装置の構造は上述した構造に限
定されるものでない。

【００２１】上記処理チャンバ１には排気路を形成する
排気管１１が接続されている。この排気管１１の末端部
は末端を閉塞板１１ａで閉塞することで、後述するごと
く微粒子を堆積させるトラップ部１２に形成され、この
トラップ部１２の上流側である排気管１１の閉塞端より
も所定距離、たとえば１ｍ上流側には排気管１１の一部
をなす分岐管１３が上記排気管１１と所定の角度、この
実施の形態ではほぼ垂直に一端を接続している。

【００２２】なお、トラップ部１２はほぼ水平あるいは
末端が下方に向かって傾斜した状態（垂直を含む）に設
けられることが好ましい。

【００２３】上記分岐管１３の他端には微粒子捕集装置
１４を介して排気装置１５が排気管１１の一部をなす接
続管１５ａによって接続され、この排気装置１５によっ
て上記処理チャンバ１内が減圧される。減圧時に、処理
チャンバ１から排出される気体にはプラズマジェットに
よって溶融されなかった金属粉末や凝集した金属粉末、
つまり微粒子が含まれる。

【００２４】排気管１１から排出される気体に含まれる
微粒子は上記トラップ部１２と上記微粒子捕集装置１４
とで捕捉される。

【００２５】つまり、処理チャンバ１から排出される気
体が排気装置１５の吸引力によって排気管１１を流れて
くると、その気体に含まれる微粒子のうち、比較的粒径
の大きな微粒子は図４に矢印Ａで示すように慣性力によ
って分岐管１３の方向に曲がりきれずにトラップ部１２
に流れ、ここに堆積する。つまり、気体に含まれる微粒
子のうち、比較的粒径の大きな微粒子はトラップ部１２
に捕集される。

【００２６】比較的粒径が小さい微粒子は慣性力も小さ
いため、トラップ部１２に捕集されず、気体とともに同
図に矢印Ｂで示すように分岐杆１３から微粒子捕集装置
１４に流入し、この微粒子捕集装置１４で捕捉される。

【００２７】上記微粒子捕集装置１４は、中空直方体状
の容器２１を有する。この容器２１の一側面は開口して
おり、その開放面は着脱可能な蓋体２２によって気密に
閉塞されている。

【００２８】上記容器２１には、底壁に第１の接続部２
３が設けられ、上記蓋体２２が設けられた開口部と対向
する側壁には第２の接続部２４が設けられている。上記
第１の接続部２３には上記排気装置１５が接続され、上
記第２の接続部２４には上記分岐管１３の他端が接続さ
れている。

【００２９】上記容器２１の内部の上記第１の接続部２
３に対応する部分には接続管体２５が設けられている。
この接続管体２５にはフィルタ取付け部材２６が着脱可
能かつ気密に保持されている。このフィルタ取付け部材
２６は断面形状が正方形の角筒状であって、上端面が閉
塞され、下端面には上記接続管体２５に図示しないＯリ
ングを介して気密に嵌合する接続口体２７が設けられて
いる。

【００３０】上記フィルタ取付け部材２６の４つの側壁
には、図４に示すようにそれぞれ上下方向に所定間隔で
４つの取付け短管２８が設けられている。この取付け短
管２８は図５に示すように側壁に穿設された取付け孔２
９に一端部が嵌着固定されてなる。

【００３１】上記取付け短管２８内には段部３２が形成
され、この取付け短管２８の内部には短冊状に折曲され
て円形状に成形されたフィルタ３３が上記段部３２に係
合させて装着されている。このフィルタ３３は、上記取
付け短管２８の他端部に螺合されたリング状のキャップ
３４によって脱落不能に保持されている。

【００３２】上記フィルタ３３は、２００〜３００℃の
耐熱性を有する、たとえばグラスファイバなどの耐熱性
繊維あるいはその他の耐熱性の材料によって形成されて
いる。

【００３３】上記容器２１内には、上記第２の接続部２
４が設けられた一側壁と、この一側壁に対向するフィル
タ取付け部材２６の一側面との間に、容器２１の高さ方
向ほぼ全長にわたる大きさの流動制御手段を構成する流
動制御部材３５が設けられている。この流動制御部材３
５平板状であって、上端には保持部材３６が設けられて
いる。上記容器２１の上部壁には挿入孔３７が形成さ
れ、流動制御部材３５は上記挿入孔３７から容器２１内
に挿入され、上記保持部材３６を容器２１の上部壁の上
面に気密に接合固定することで保持されている。

【００３４】上記流動制御部材３５は図３に示すように
上記第２の接続部２４に接続された分岐管１３から容器
２１内に流入する気体の流入方向に対して所定の角度θ
で傾斜し、かつ幅方向両端部と容器２１の側壁内面との
間に流路３８を形成している。

【００３５】それによって、上記分岐管１３から容器２
１内に流入した気体は、同図に矢印Ｘで示すように容器
２１内を旋回する方向、つまりフィルタ取付け部材２６
の周囲に沿って旋回する方向に流れるようになってい
る。

【００３６】微粒子を含む気体が上記分岐管１３から容
器２１内に流入すると、気体は容器２１で膨張して温度
が低下するとともに、流動制御部材３５によってフィル
タ取付け部材２６の周囲を旋回しながらこのフィルタ取
付け部材２６に設けられたフィルタ３３を通過して排気
装置１５に吸引される。

【００３７】容器２１内に流入した気体が流動制御部材
３５によって容器２１内を旋回すると、その間に気体中
に含まれる微粒子が容器２１内に沈降堆積する。つま
り、処理チャンバ１から排出された気体に含まれる微粒
子のうち、比較的粒径の大きな微粒子は上記排気管１１
に設けられたトラップ部１２で除去され、容器２１内に
流入した気体に含まれる比較的粒径の小さな微粒子の一
部は容器２１内に堆積するから、気体に含まれる微粒子
が減少する。

【００３８】そして、微粒子の含有量が減少した気体が
フィルタ取付け部材２６のフィルタ３３を通過すること
で、この気体に含まれる微粒子が除去されることにな
る。つまり、フィルタ３３で除去される微粒子の量は、
処理チャンバ１から排出される気体に含まれる微粒子の
うちの一部であるから、フィルタ３３が早期に目詰まり
するのが防止される。

【００３９】容器２１内に流入する気体は膨張して温度
低下し、しかも容器２１内を旋回することによっても温
度低下する。さらに、フィルタ３３は耐熱性を備えた材
料によって形成されている。これらのことによって、微
粒子捕集装置１４の耐熱性を向上させることができる。
つまり、処理チャンバ１から排出される気体の温度が高
くても、微粒子捕集装置１４は熱影響を受け難くなる。

【００４０】フィルタ３３が設けられたフィルタ取付け
部材２６は容器２１内に着脱可能に設けられているか
ら、このフィルタ取付け部材２６に設けられたフィルタ
３３の保守点検を容易に行うことができる。

【００４１】この発明は上記一実施の形態に限定される
ものでなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形可
能である。たとえば、上記一実施の形態では容器２１内
に吸引される気体を旋回させるための流動制御手段とし
て平板状の流動制御部材３５を気体の流れ方向に対して
所定の角度で傾斜させて設けたが、この流動制御部材３
５は平板状でなく、フィルタ取付け部材２６を囲むよう
に円弧状に湾曲させてもよい。

【００４２】また、流動制御手段の他の構成としては、
図６に示すように容器２１Ａを円筒状に形成するととも
に、分岐管１３が接続される第２の接続部２４を容器２
１Ａの内周面の接線方向に沿う角度で設ける。

【００４３】上記第２の接続部２４に接続された分岐管
１３から容器２１Ａ内に流入する気体は、同図に矢印で
示すように容器２１Ａの内周面に沿って流れる。したが
って、このような構成によれば上記一実施の形態のよう
に流動制御部材３５を用いずに、容器２１Ａ内に流入す
る気体を、この容器２１Ａの内周面に沿って旋回させる
ことができる。

【００４４】この実施の形態において、容器２１Ａは円
筒状が好ましいが、角筒状であっても差し支えない。

【００４５】また、この発明の微粒子捕集装置の適用範
囲はプラズマ溶射装置に限られず、たとえばプラズマＣ
ＶＤ装置、プラズマエッチング装置など、排出される気
体が高温度で、しかもその気体に微粒子が含まれる他の
プラズマ処理装置にも適用することができ、さらにプラ
ズマ処理装置以外であっても、排出される気体に微粒子
が含まれる装置であれば適用可能である。

【００４６】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、気体に
含まれる微粒子を容器内に沈降堆積させることができる
から、フィルタを早期に目詰まりさせることなく、長期
にわたって使用することが可能となり、しかも装置全体
を比較的コンパクトに構成することも可能となる。

【００４７】さらに、気体が容器内に流入して膨張する
とともに、旋回してからフィルタを通過することで、そ
の間に気体の温度が低下するから、耐熱性の向上を図る
こともできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施の形態を示すプラズマ処理装
置の概略的構成図。

【図２】微粒子捕集装置の縦断面図。

【図３】微粒子捕集装置の横断面図。

【図４】排気管に設けられたトラップ部を説明するため
の拡大断面図。

【図５】フィルタ取付け部の一部分を示す拡大断面図。

【図６】この発明の他の実施の形態の流動制御手段の構
成を示す断面図。

【符号の説明】

１１…排気管（排気路） １５…排気装置 ２１…容器 ２３…第１の接続部 ２４…第２の接続部 ２６…フィルタ取付け部 ３３…フィルタ ３５…流動制御部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊東 憲男 宮城県仙台市太白区人来田二丁目24−35 (72)発明者 渡辺 努 宮城県仙台市太白区中田５−１−８ (72)発明者 菊田 清 宮城県仙台市泉区高森１丁目１−169 Ｆターム(参考） 4D058 JB05 JB22 KB05 KB12 KC24 QA01 QA06 QA09 SA20 TA11 UA25 4G075 AA24 AA30 BC04 BC06 CA48 EB01 EC21 FB02 FC06 4K031 AA01 AA08 DA04 EA12

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 排気装置が接続される排気路に設けられ
   る微粒子捕集装置において、 上記排気装置が接続される第１の接続部と上記排気路が
   接続される第２の接続部を有する容器と、 この容器内に設けられ上記第１の接続部に気密に接続さ
   れるとともに周壁にフィルタが設けられた中空状のフィ
   ルタ取付け部材と、 上記容器内に設けられ上記排気装置の吸引力によって上
   記排気路から上記容器内に吸引された気体が上記フィル
   タを通過して上記容器内から流出する前にその気体を上
   記フィルタ取付け部材の周囲に沿って旋回させる流動制
   御手段とを具備したことを特徴とする微粒子捕集装置。
2. 【請求項２】 上記流動制御手段は、上記容器内の上記
   フィルタ取付け部材と上記第２の接続部との間に設けら
   れた板状の流動制御部材によって構成されていることを
   特徴とする請求項１記載の微粒子捕集装置。
3. 【請求項３】 上記流動制御手段は、上記排気路を、上
   記容器に流入する気体がこの容器の内周面に沿って流れ
   る角度で上記容器に接続して構成されていることを特徴
   とする請求項１記載の微粒子捕集装置。
4. 【請求項４】 上記フィルタ取付け部材は角筒状であっ
   て、その４つの側壁にそれぞれ耐熱性の上記フィルタが
   設けられていることを特徴とする請求項１記載の微粒子
   捕集装置。
5. 【請求項５】 プラズマ処理装置において、 ガスを励起してプラズマを発生させるための処理チャン
   バと、 この処理チャンバに排気路を介して接続され上記処理チ
   ャンバ内を減圧する排気装置と、 上記排気路に設けられ上記処理チャンバから排出される
   微粒子を捕捉するための微粒子捕集装置とを具備し、 上記微粒子捕集装置は請求項１に記載された構成である
   ことを特徴とするプラズマ処理装置。
6. 【請求項６】 上記排気路の末端部は末端が閉塞された
   トラップ部に形成され、上記排気路の末端部よりも上流
   側の部分には分岐管が上記排気路に対して所定の角度で
   一端を接続して設けられ、この分岐管の他端が上記微粒
   子捕集装置の第２の接続部に接続されていることを特徴
   とする請求項５記載のプラズマ処理装置。