JP2017031450A - 粉末コーティング装置及びその使用方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、成膜するときに粉末の表面を均す機構を有する粉末コーティング装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明に係る粉末コーティング装置は、バレル３と、バレル内を真空引きする排気手段４と、バレル内に設置されたスパッタリング装置２と、を有し、バレルは、主軸Ｃが水平方向を向いており、かつ、主軸Ｃを中心に回転し、スパッタリング装置は、バレルに入れられた粉末７の表面にコーティング膜を形成する粉末コーティング装置１００において、バレルの内側側壁３ａのうち、バレルの回転によって上方向に移動する部分の側壁に接した状態で配置され、粉末が迫り上がる上限位置を定める粉末上昇抑制部品１３と、粉末上昇抑制部品よりも下方の位置で、バレルの内側側壁に間隔をあけて配置され、主軸Ｃを回転中心として搖動運動をする粉末の均し部品９と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、粉末の各粒子の表面に薄膜をコーティングするための粉末コーティング装置に関し、特に粉末の攪拌及び均しの機構に関する。

粉末に機能を与えるために、粒子の表面に薄膜をコーティングする場合がある。乾式法でコーティングする技術としてスパッタリング法があり、スパッタリング法を用いた粉末へのコーティング装置が各種提案されている（例えば、特許文献１〜４を参照。）。

特許文献１では、内部が真空に保持された回転バレルと、前記回転バレル内に配置したターゲットユニットと、前記ターゲットユニットに接続されプラズマを発生可能な直流式のスパッタリング電源と、を備えたスパッタリング装置を用いて、カーボン粉末に白金をスパッタリングする技術が開示されている。ここで、回転バレルを回転させながらターゲットをスパッタリングしてコーティングを行う。そして、攪拌翼がバレル内に配置されており、回転バレルの回転軸を中心に±αの角度の範囲内を搖動し、カーボン粉末の凝集を防止する。

特許文献２では、回転バレルを有するスパッタリング装置を用いて、磁性を有する粉末の表面に各種金属をコーティングする技術が開示されている。本文献においても、攪拌翼がバレル内に配置されており、回転バレルの回転軸を中心に±αの角度の範囲内を搖動し、磁性粉末の凝集を防止する。

特許文献３では、回転ドラムに装入された原料粉末を攪拌すると共にドラム内壁に付着した原料粉末を掻き落としながら、粉末粒子表面に均一なコーティング層を形成する粉末コーティング装置が開示されている。ここで、攪拌板によって、流動層を形成する上層部及び下層部の粉末粒子が互いに混ざり合い、個々の粉末粒子が等しくスパッタリングにさらされる。また、スクレーバは、ドラム内面に付着しドラム本体を共回りしようとする粉末をそぎ落とし、粉末粒子を流動層に戻す。さらにワイパーはケーシングの上面に落下・堆積した粉末粒子を流動層に戻す。

特許文献４では、真空容器自体を回転させると構造が複雑になることから、真空容器の中に回転する筒状の容器を配置した粉末コーティング装置が開示されている。ここで、ドラムとの間にクリアランスを設けて配置した攪拌バーを、独立した駆動ユニットにより回転または搖動させる。また、攪拌バーと連動して動き、かつ、ドラムと当たる攪拌部材を設けている。

特開２０１２−１８２０６７号公報 特許第４１８３０９８号公報 特開平５‐２７１９２２号公報 特開２０１４−１５９６２３号公報

スパッタリング装置を用いて基板に成膜するとき、ターゲットに対して基板は平行に配置される。これに準ずれば、粉末コーティング装置では、粉末の表面、すなわち微粒子の集合体が形成する表面が、円筒形のドラムの内壁面に沿って平らになっていることが理想的である。

しかし、特許文献１〜４に記載された粉末コーティング装置ではいずれも粉末が回転するドラム内に入れられる。したがって、粉末の表面、すなわち微粒子の集合体が形成する表面が、成膜途中で山形状を形成するとともに絶えず変形する。これらの装置の粉末攪拌機構は、粉末の表面を均すように整える働きはしない。

粉末の表面に山形状があると、例えば、斜めから粉末に向かってくるスパッタ粒子が山に遮られて当たらない部分が生じ、或いは、特定の部分だけ当たりやすい状況が生まれる。したがって、成膜するときに粉末の表面が均されていることが求められる。

さらに複数種類のターゲットを同時にスパッタする多元スパッタリング装置では、スパッタ粒子の進む方向がターゲットの種類によって異なるため、粉末の表面が均されていることがより一層求められる。

そこで本発明は、特許文献１〜４に記載された粉末コーティング装置を用いた場合に回避することができなかった問題点を解決した粉末コーティング装置、すなわち、成膜するときに粉末の表面を均す機構を有する装置を提供することを目的とする。

本発明者らは、鋭意検討した結果、（１）バレルに付着した粉末を掻き落とす部品をバレルの回転に依存しないように固定し、かつ、当該部品が粉末の迫り上がりの上限位置を定めることとし、（２）バレルの主軸を回転中心として搖動運動をする粉末の均し部品を設けることによって、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。すなわち、本発明に係る粉末コーティング装置は、バレルと、該バレル内を真空引きする排気手段と、前記バレル内に設置されたスパッタリング装置と、を有し、前記バレルは、主軸が水平方向を向いており、かつ、該主軸を中心に回転し、前記スパッタリング装置は、前記バレルに入れられた粉末の表面にコーティング膜を形成する粉末コーティング装置において、前記バレルの内側側壁のうち、前記バレルの回転によって上方向に移動する部分の側壁に接した状態で配置され、前記粉末が迫り上がる上限位置を定める粉末上昇抑制部品と、該粉末上昇抑制部品よりも下方の位置で、前記バレルの内側側壁に間隔をあけて配置され、前記主軸を回転中心として搖動運動をする前記粉末の均し部品と、を有することを特徴とする。

本発明に係る粉末コーティング装置では、前記粉末上昇抑制部品は、ブラシ又はヘラであることが好ましい。ブラシ又はヘラは、粉末をバレルから効率よく掻き落とすことができる。

本発明に係る粉末コーティング装置では、前記均し部品は、棒又は板であることが好ましい。棒又は板は、山形状となった粉末を容易に均一にならすことができる。

本発明に係る粉末コーティング装置では、前記均し部品は、前記バレルの回転方向とは反対方向に搖動運動をするときに、前記バレルの内側側壁のうち、最も低い位置又は該位置を越えたところで折り返すことが好ましい。均し部品が、粉末全体を均一に均すことができる。

本発明に係る粉末コーティング装置では、前記均し部品は、前記バレルの回転方向に沿って搖動運動をするときに、前記粉末上昇抑制部品の下方で折り返すことが好ましい。均し部品は、粉末の中を通りながら粉末全体を攪拌することができる。

本発明に係る粉末コーティング装置の使用方法は、本発明に係る粉末コーティング装置の使用方法であって、前記バレルに入れる粉末量は、前記均し部品が、前記バレルの回転方向に搖動運動をするときに前記粉末の山の内部を通過し、かつ、前記バレルの回転方向とは反対方向に搖動運動をするときに前記粉末の山をならす量であることを特徴とする。

本発明の粉末コーティング装置は、バレルの回転によって、粉末がバレルと一緒に回転してしまうことを阻止できる。このとき粉末の迫上がりの上限位置を決めているため、粉末にスパッタ粒子を効率的に当てることができる。さらに、バレルの回転によって粉末が山形状となりやすいところ、この山を均すことによって、スパッタ粒子を粉末全体に均一に当てやすくできる。

本実施形態に係る粉末コーティング装置の全体構成図である。 ターゲットユニット、バレル、粉末上昇抑制部品及び均し部品についてのＡ−Ａ断面の概略図である。 ターゲットユニットとバレルについての斜視概略図である。 ターゲットの向きと粉末の位置との関係を説明するための概略図である。 ターゲットユニットの角度調整機構による動きを説明するための概略図である。 本実施形態に係る粉末コーティング装置において、粉末を攪拌し、均す動きを説明する概略図である。均し部品は、時系列順に（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）の順に動き、再び（ａ）に戻って繰り返される。 均し部品の断面形状の別例を示す概略図であり、（ａ）は、均し部品が板形状であるときの例、（ｂ）は均し部品が断面半円形状であるときの第１例、（ｃ）は均し部品が断面半円形状であるときの第２例を示した。 均し部品がバレルの回転方向Ｒに動くときの粉末の動きを説明するための概略図である。 均し部品がバレルの回転方向Ｒとは反対方向に動くときの粉末の動きを説明するための概略図である。

以降、本発明について実施形態を示して詳細に説明するが本発明はこれらの記載に限定して解釈されない。本発明の効果を奏する限り、実施形態は種々の変形をしてもよい。

粉末の表面を均す機構を説明するに先立って成膜機構を先に説明する。本実施形態に係る粉末コーティング装置は、粉末の粒子表面全体に被膜を施すことができる回転バレル式スパッタリング装置である。ここでは多元スパッタリング装置を例示しながら説明をする。なお、引用文献１〜４に記載の装置は、単元スパッタリング装置である。本実施形態では、多元又は単元のどちらのスパッタリング装置でも粉末の表面を均す機構を装着することができる。

まず、図１〜図３を参照する。図１は、本実施形態に係る粉末コーティング装置の全体構成図である。図２は、ターゲットユニット、バレル、粉末上昇抑制部品及び均し部品についてのＡ−Ａ断面の概略図である。図３は、ターゲットユニットとバレルについての斜視概略図である。図１に示すように、本実施形態に係る粉末コーティング装置１００は、バレル３と、バレル３内を真空引きする排気手段４と、バレル３内に設置されたスパッタリング装置２と、を有し、バレル３は、主軸Ｃが水平方向を向いており、かつ、主軸Ｃを中心に回転し、スパッタリング装置２は、バレル３に入れられた粉末７の表面にコーティング膜を形成する。ここで、図２に示すようにスパッタリング装置２は２つ以上のターゲット６(６ａ，６ｂ，６ｃ、図２では３つ)を取り付けるために、ターゲット一つに付き固定部１０（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ）を１つ有する。また、図３に示すように、スパッタリング装置２は、固定部１０（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ）にターゲット６（６ａ，６ｂ，６ｃ）を取り付けたときに、各ターゲット６ａ，６ｂ，６ｃは、主軸Ｃの方向に対して同一水準位置に互いに並列に配置されている。

本実施形態に係る粉末コーティング装置１００は、粉末の粒子表面全体に被膜を施すことができる回転バレル式多元スパッタリング装置である。この装置は、２つ以上のターゲットを同時にスパッタでき、各ターゲットは個別に電源１と接続されている。例えば、２種類以上のターゲットを装着すれば、複数の物質を同時にスパッタすることが可能である。また、各ターゲットは出力を個別に調整できるので、任意の割合でスパッタすることが可能である。

バレル３は、駆動ロール５ａ及び従動ロール５ｂで支持されている。駆動ロール５ａは、駆動モーター５からの動力を受けて、バレル３の主軸Ｃを水平軸として回転させることができる。バレル３には、円筒上端が開口したバレル本体３ｄ及びそれをふさぐ蓋体３ｅが設けられており、Ｏ‐リング（不図示）でシールされている。バレル本体３ｄの開口部からバレル３内に粉末７を投入する。また、バレル３はバレル本体３ｄ及び蓋体３ｅを有する代わりに縦割り又は横割りの分割構造を有していてもよく、この場合は分割時に粉末７を投入する。

バレル３は真空容器を兼ねている。真空引きする排気手段４は、バレル３の内部空間のガスを排気する。排気手段４は、真空シール型軸受け４ａによって気密保持されている。

バレル３の中に設置されたスパッタリング装置２は、バレル３の外に設置されたスパッタリング電源１に接続されている。スパッタリング電源１は、直流電源又は高周波電源のいずれでもよい。スパッタリング装置２は、真空シール型軸受け１ａで気密保持されたアーム１ｂによってバレル３の中に装入されている。この気密保持されたアーム１ｂの中には、ターゲット冷却水通路入口１ｃ、ターゲット冷却水通路出口１ｄ及びアルゴンガス入口１ｅが内蔵されている。

スパッタリング装置２は、バレル３の中に２つ以上設置されており（図２においては、３つのスパッタリング装置２ａ，２ｂ，２ｃが設置されている）、これによって、バレル３の中には２つ以上のターゲット６が設置できる（図２においては、３つのターゲット６ａ，６ｂ，６ｃが設置されている。）。スパッタリング装置２は、ターゲット一つに付き固定部１０（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ）を１つ有している。すなわち、図２では、３つのスパッタリング装置２ａ，２ｂ，２ｃがそれぞれ固定部１０ａ，１０ｂ，１０ｃを有している。また、スパッタリング装置２ａ，２ｂ，２ｃには、それぞれ別々にスパッタリング電源１が接続され、別々に出力が制御される。これによって、スパッタリング装置２は、多元スパッタリング装置となる。

固定部１０は、ターゲット６を保持するバッキングプレートである。バッキングプレートの表側には、取付け金具によってターゲット６が取り付けられている。バッキングプレートの表側には、プラズマを発生させるときの対極になるシールドカバーがバッキングプレートと所定の距離を保って取り付けられている。一方、バッキングプレートの裏側には、マグネットを収容する複数の凹部が形成されている。また、バッキングプレートの裏側には、ターゲット冷却水通路入口１ｃ及びターゲット冷却水通路出口１ｄとつながっている冷却水通路が配置されている。

固定部１０にターゲット６を取り付けたときに、図３に示すように、各ターゲット６ａ，６ｂ，６ｃは、主軸Ｃの方向に対して同一水準位置に互いに並列に配置されている。例えば、ターゲット６ａ，６ｂ，６ｃの主軸Ｃの方向における重心位置が互いに揃っていることが好ましい。また、ターゲット６ａ，６ｂ，６ｃの主軸Ｃの方向における大きさが同じ場合には、主軸Ｃの方向における各ターゲットの両端の位置が互いに揃っていることが好ましい。バレル３は、主軸Ｃを中心に回転するため、各ターゲット６ａ，６ｂ，６ｃを、主軸Ｃの方向に対して同一水準位置に互いに並列に配置すれば、各ターゲット６ａ，６ｂ，６ｃから飛び出したスパッタ粒子は、回転するバレル３に入れられた粉末に、万遍なく当たるため、組成ムラが生じにくい。また、各ターゲット６ａ，６ｂ，６ｃの主軸Ｃの方向の長さは、干渉を避けるため、バレル３の軸方向長さより若干短いことが好ましい。

図３に示したターゲットの配置とせずに、各ターゲットを主軸Ｃの方向に沿って順に配置すると、粉末が主軸Ｃの方向に混ざりにくいため、１つのターゲットから飛び出したスパッタ粒子しか当たらず、膜に組成ムラが生じてしまう。すなわち、複数のターゲットから飛び出した複数種類のスパッタ粒子が同時に粉末粒子の表面に到達しないため、均一な合金膜、複酸化物膜、複窒化物膜、又は、複炭化物膜を作ることができない。仮に各ターゲットを主軸Ｃの方向に沿って順に配置し、各ターゲットから飛び出したターゲット粒子が所定の領域に集まるようにターゲット面の向きを調整すれば、上記問題は解決するが、その領域は主軸Ｃ方向においてバレル側壁の一部分に限られてしまう。そうすると、バレルの容積当たり処理可能な粉末量が少量となってしまうため、生産性が劣る。同じ種類のターゲットを用いたとしても同様に生産性が劣る。

次に図４を参照する。図４は、ターゲットの向きと粉末の位置との関係を説明するための概略図である。本実施形態に係る粉末コーティング装置１００では、図４に示すように、各ターゲット６ａ，６ｂ，６ｃは、ターゲット面の法線ｈａ，ｈｂ，ｈｃと平行にターゲット面をバレル３の内側側壁３ａに向かって投影したときに、内側側壁３ａに到達する手前で投影図が重なり合う向きに向けられていることが好ましい。各ターゲット６ａ，６ｂ，６ｃから飛び出した元素（スパッタ粒子）が、バレル３に入れられた粉末７に対してより混ざり合った状態で到達するため、各ターゲットから万遍なくそれぞれの元素を取り込んだ薄膜を粉末の粒子の表面に成膜することができる。内側側壁３ａに到達する手前とは、具体的には、粉末７の表面であることが好ましく、例えばバレル３の半径（主軸Ｃと内側側壁３ａとの距離）をｒとすると、内側側壁３ａから主軸Ｃに向かって０．０５ｒ〜０．１５ｒの範囲である。また、各ターゲット６ａ，６ｂ，６ｃは、ターゲット面の重心を通る法線が内側側壁３ａ上又は粉末７の粒子の表面上で重なり合う向きに向けられていることがより好ましい。図３では、ターゲット面の重心を通る法線（ｈａ，ｈｂ，ｈｃ）が粉末の粒子の表面上で重なり合う向きに向けられている形態を図示した。各ターゲット６ａ，６ｂ，６ｃの大きさが揃っていない場合であっても、各ターゲット６ａ，６ｂ，６ｃから飛び出した元素がより混ざり合って粉末に到達することが可能となる。さらに内側側壁３ａ上又は粉末の粒子の表面上で投影図が完全に重なり合うように、ターゲットの大きさ又はシールドカバーの開口部、及び、ターゲットの向きを設定することが好ましく、この場合、膜の組成ムラが一層抑制される。

本実施形態に係る粉末コーティング装置１００では、各ターゲット６ａ，６ｂ，６ｃは、組成が互いに異なることが好ましい。合金膜、複酸化物膜、複窒化物膜、又は、複炭化物膜などを成膜する際に組成ムラを少なくすることができる。合金膜としては、白金ターゲットと金ターゲットを用いてＰｔ‐Ａｕ合金膜をガラスビーズの表面に成膜する例がある。なお、各ターゲット６ａ，６ｂ，６ｃの組成を同じとすれば、所定時間内での成膜量を増やしたことと同じ効果が得られる。すなわち、成膜速度を上げることができる。各ターゲット６ａ，６ｂ，６ｃの組成の組み合わせは、適宜選択することができるが、例えばＳｉＯ_２，ＴｉＯ_２など酸化物ターゲットを用いる場合、成膜速度が遅いため，２枚又は３枚同時スパッタすることによって、成膜速度を上げることが出来る。例えば、ターゲットが３枚のとき、各ターゲット（６ａ，６ｂ，６ｃ）を（ＳｉＯ_２，ＳｉＯ_２，ＳｉＯ_２）、（ＴｉＯ_２，ＴｉＯ_２，ＴｉＯ_２）などにする。また，成膜速度の速いターゲット（例えば金属）と成膜速度の遅いターゲット（例えば酸化物）を用いて複合膜を形成したい場合、成膜速度の遅いターゲットの速度を相対的に上げるため、成膜速度の遅いターゲットの枚数を成膜速度の速いターゲットの枚数よりも多くセットする。例えば、ターゲットが３枚のとき、成膜速度の遅いターゲットを２枚セットし、成膜速度の速いターゲットを１枚セットする。一例をあげれば、各ターゲット（６ａ，６ｂ，６ｃ）を（Ｐｔ，ＳｉＯ_２，ＳｉＯ_２）にする。

次に図５を参照する。図５は、ターゲットユニットの角度調整機構による動きを説明するための概略図である。本実施形態に係る粉末コーティング装置１００では、図５に示すように、各固定部１０ａ，１０ｂ，１０ｃは、取り付けられた各ターゲットの相対的な向き関係を固定化するために、ターゲットユニット２Ｕに組み込まれており、ターゲットユニット２Ｕは、主軸Ｃを中心に回転可能に取り付けられており、ターゲットユニット２Ｕの角度調整機構８がさらに設けられていることが好ましい。バレル３を回転させると粉末７が迫上がるが、この迫上がりの程度に対応して、ターゲットユニット２Ｕの角度を調整することができる。ターゲットユニット２Ｕは、例えば、１つの筐体に各スパッタリング装置２ａ，２ｂ，２ｃを固定することによって各固定部１０ａ，１０ｂ，１０ｃを固定する形態、又は、図５のように各スパッタリング装置２ａ，２ｂ，２ｃをアーム１２で固定することによって各固定部１０ａ，１０ｂ，１０ｃを固定する形態がある。角度調整機構８は、各固定部１０ａ，１０ｂ，１０ｃに取り付けられた各ターゲット６ａ，６ｂ，６ｃについて、それぞれ主軸Ｃとの距離を一定に保ちながら、角度の調整を行う。角度調整機構８によって、粉体７がバレル３の回転に伴って迫上がったとしても、各ターゲット６ａ，６ｂ，６ｃと粉体７との相対的位置関係を一定に保つことができる。

次に粉末の表面を均す機構を、図１及び図６を参照しながら説明する。図６は、本実施形態に係る粉末コーティング装置において、粉末を攪拌し、均す動きを説明する概略図である。均し部品は、時系列順に（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）の順に動き、再び（ａ）に戻って繰り返される。本実施形態に係る粉末コーティング装置１００では、図１及び図６に示すように、バレル３の内側側壁３ａのうち、バレル３の回転によって上方向に移動する部分の側壁に接した状態で配置され、粉末７が迫り上がる上限位置を定める粉末上昇抑制部品１３と、粉末上昇抑制部品１３よりも下方の位置で、バレル３の内側側壁３ａに間隔をあけて配置され、主軸Ｃを回転中心として搖動運動をする粉末７の均し部品９と、を有する。バレル３の内側側壁３ａのうち、バレル３の回転によって上方向に移動する部分の側壁とは、図６（ａ）で説明すると、バレル３の側壁が作る円の右半分の部分である。図６では、均し部品９が断面円形の丸棒型である場合を示した。

粉末上昇抑制部品１３は、ブラシ又はヘラであることが好ましい。ブラシ又はヘラは、粉末７をバレル３から効率よく掻き落とすことができる。粉末上昇抑制部品１３は、例えば、図１のスパッタリング装置２を支持している部分に固定されている。粉末上昇抑制部品１３は、バレル３が回転してもそれと一緒に動かない部分に固定されていればよい。そうすることで、粉末上昇抑制部品１３は、バレル３の回転によって粉末７がバレル３と同様に回転してしまうことを阻止できる。また、粉末上昇抑制部品１３の位置は固定されているため、その位置が粉末７の迫上がりの上限位置となる。粉末上昇抑制部品１３の位置と、スパッタ粒子の照射領域の境界位置と一致させることで、スパッタ粒子をより効率的に粉末７に照射できる。すなわち、粉末７の迫上がりを粉末上昇抑制部品１３によって滞留させた状態でスパッタ粒子を当てることができるため、スパッタ粒子の照射効率を高めることができる。

均し部品９は、棒又は板であることが好ましい。均し部品９が棒であるとき、断面の形状が円形、半円形、楕円形、半楕円形又は、三角形・四角形などの多角形である形態がある。また、均し部品９が板であるとき、断面の形状が長辺と短辺をもつ矩形である形態がある。棒又は板は、粉末７の山７ｂを容易に均一にならすことができる。均し部品９は、図１に示した真空シール型軸受け９ａによって気密保持された撹拌モーター９ｂの回転軸に固定されており、この回転軸を中心に図６（ｂ）に示す角度θの範囲内を揺動する。この回転軸は、バレル３の回転軸である主軸Ｃと同軸関係にある。また、本実施形態では、角度θの範囲は、バレル回転時における粉末７の存在範囲を包含していることが好ましい。揺動角度および揺動速度は、粉末７の凝集状態に応じて適宜調節可能であるが、揺動速度が速すぎて粉末が舞ってしまうことが無い様な速度に設定する必要がある。例えば揺動速度は、２往復／分間に設定するが、１〜１０往復／分間であればよい。均し部品９を間欠的に揺動させてもよい。

均し部品９は、バレル３の回転方向Ｒに沿って搖動運動をするときに（例えば図６（ａ）〜図６（ｃ）を参照。）、粉末上昇抑制部品１３の下方で折り返すことが好ましい。粉末７の山７ａの山頂と粉末上昇抑制部品１３との間の箇所を折り返し地点とすることが好ましい。例えば、均し部品９が粉末上昇抑制部品１３に接触する箇所を折り返し地点とするか、又は、粉末上昇抑制部品１３よりも下方２０ｍｍ以内の箇所を折り返し地点とすることがより好ましい。均し部品９が、バレル３の回転方向Ｒとは反対方向に搖動運動をするときに、粉末７の全体を均一に均すことができる。

均し部品９は、バレル３の回転方向Ｒとは反対方向に搖動運動をするときに（例えば図６（ｄ）〜図６（ｅ）を参照。）、バレル３の内側側壁３ａのうち、最も低い位置３ｂを越えた位置３ｃで折り返すことが好ましい（例えば図６（ｅ）〜図６（ａ）を参照。）。均し部品９が、バレル３の回転方向に搖動運動をするときに、粉末７の全体を攪拌することができる。最も低い位置３ｂを越えた位置３ｃは、粉末７が存在する境界部分を越えた位置であることが好ましい。例えば、鉛直方向を０°として、回転方向Ｒとは反対方向に１〜４５°の位置を折り返し地点とする場合がある。

均し部品９の搖動運動と、粉体７の動きとの関係について説明する。まず、粉体７は、バレル３の回転によって、回転方向Ｒに迫上がる動きをする。このとき、粉体７は、山７ａを作りながら迫上がる。ここで均し部品９は、バレル３の回転方向Ｒに沿って搖動運動をするときに（例えば図６（ａ）〜図６（ｃ）を参照。）、粉末７の山７ａの中に入り込み（図６（ｂ）を参照。）、さらに粉末上昇抑制部品１３の手前まで動くときに、山７ａを抜ける（図６（ｃ）を参照。）。この結果、粉末７は、内部も含めて攪拌される。次に均し部品９が反転し、バレル３の回転方向Ｒとは反対方向に搖動運動をするときに（例えば図６（ｄ）〜図６（ｅ）を参照。）、粉末７の山７ｂを均しながら移動する（図６（ｄ）を参照。）。均し部品９の折り返し地点に到達すると（図６（ｅ）を参照。）、粉末７の表面は平坦に均されている。この結果、スパッタ粒子が粉末７の全体に均一に当たりやすくなり、特に多元スパッタリングの場合には膜の組成ムラを抑制できる。なお、粉末７の表面が平坦化されるとは、当該表面がバレルの側壁の内面の形状に沿って均されることを意味する。ここで、バレル３に入れる粉末量は、均し部品９が、バレル３の回転方向Ｒに搖動運動をするときに粉末７の山７ａの内部を通過し、かつ、バレルの回転方向Ｒとは反対方向に搖動運動をするときに粉末の山７ｂをならす量とする。

さらに図７〜図９を用いて、均し部品９によって粉体７を攪拌する形態及び粉体７を均す形態についてより詳細に説明する。図７は、均し部品の断面形状の別例を示す概略図であり、（ａ）は均し部品が板形状であるときの例、（ｂ）は均し部品が断面半円形状であるときの第１例、（ｃ）は均し部品が断面半円形状であるときの第２例を示した。図８は、均し部品がバレルの回転方向Ｒに動くときの粉末の動きを説明するための概略図である。図８中、均し部品９を起点として延びる実線の矢印は、均し部品９の動いている方向（Ｒ方向と同じ方向）を示す。図９は、均し部品がバレルの回転方向Ｒとは反対方向に動くときの粉末の動きを説明するための概略図である。図９中、均し部品９を起点として延びる実線の矢印は、均し部品９の動いている方向（Ｒ方向とは逆方向）を示す。図７（ａ）及び図７（ｃ）に示すように、均し部品９は、バレル３の回転方向Ｒに向いた第１面９ｃを有する。第１面９ｃは、主軸Ｃ（図７では不図示。図６を参照。）に近づくにつれて、回転方向Ｒとは逆方向に傾いていることが好ましい。すなわち、粉末上昇抑制部品１３に近づくときは粉末７をすくい上げるように傾いていることが好ましい。図８に示すように、均し部品９が回転方向Ｒに動くときに、粉末７は第１面９ｃですくい上げられる。すなわち、第１面９ｃの下端から上方にある粉末７は、均し部品９の上方を通り、粉末７の流れ７ｆ１を形成する。一方、第１面９ｃの下端よりも下方にある粉末７は、均し部品９の下方を通り、粉末７の流れ７ｆ２を形成する。このように、均し部品９が第１面９ｃを有することによって、粉末７の攪拌の効率をより高めることができる。第１面９ｃは凹凸を有することが好ましく、粉末７を第１面９ｃですくい上げるときに、粉末７が混ざり合いやすくなる。なお、図７（ｂ）に示す均し部品９が回転方向Ｒに動くときに、均し部品９に当たった粉末７は、上下に分かれて粉末の流れを形成するため、粉末の攪拌は行われることとなる。

次に、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、均し部品９は、バレル３の回転方向Ｒとは逆方向に向いた第２面９ｄを有する。第２面９ｄは、バレルの半径方向を基準に傾いている、具体的には、主軸Ｃ（図７では不図示。Ｃ軸の位置に関しては図６を参照。）に近づくにつれて、回転方向Ｒとは逆方向に傾いていることが好ましい。すなわち、粉末上昇抑制部品１３から遠ざかるときは粉末７を押し均すように傾いていることが好ましい。図９に示すように、均し部品９が回転方向Ｒとは逆方向に動くときに、粉末７は第２面９ｄで押し下げられる。すなわち、第２面９ｄの上端から下方にある粉末７は、回転方向Ｒとは逆方向に動かされるとともに、均し部品９の下方を通りやすくなり、粉末７の流れ７ｆ４を形成する。一方、第２面９ｄの上端よりも上方にある粉末７は、均し部品９の上方を通り、粉末７の流れ７ｆ３を形成する。なお、粉末７の量を少なくした場合には、粉末７の流れ７ｆ３は見られない。そして均し部品９が通過した後の粉末７は、その表面が均されていることとなる。このように、均し部品９が第２面９ｄを有することによって、均し部品９が回転方向Ｒとは逆方向に動くときに、粉末７の表面を第２面９ｄで均すことができる。第２面９ｄは平滑面を有することが好ましく、粉末７を第２面９ｄでスムーズに押し下げることができる。なお、図７（ｃ）に示す均し部品９が回転方向Ｒとは逆方向に動くときに、均し部品９に当たった粉末７は、上下に分かれて粉末の流れを形成するため、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示す均し部品９を用いた場合と比較して粉末７を厚めに均すことができる。

なお、均し部品９は、角棒又は板の形状としたとき、角があると異常放電の原因となる場合があるため、角を丸ませておくことが好ましい。

均し部品９の搖動運動の速度は、バレル３の回転方向Ｒに沿って動かすときと、その反対方向に動かすときとで、同じであることが好ましい。また、均し部品９の搖動運動の速度を、回転方向Ｒに沿って動かすときと、その反対方向に動かすときとで、異なることとしてもよい。

（変形例形態１）
バレル３を不図示の真空室に入れてもよい。この場合、バレル３にはシールを施す必要がなくなるため、バレルの構造を簡易にすることができる。

以下、実施例を示しながら本発明についてさらに詳細に説明するが、本発明は実施例に限定して解釈されない。

（実施例１）
図１に示した粉末コーティング装置を用いて、ガラスビーズの表面にＰｔ‐Ａｕ合金薄膜を成膜した粉末を作製する。まず初めに、Ｐｔターゲット（純度９９．９％、ターゲット面は１５０×３５ｍｍ）を１枚準備し、固定部１０ａに取り付けた。またＡｕターゲット（純度９９．９９％、ターゲット面は１５０×３５ｍｍ）を１枚準備し、固定部１０ｃに取り付けた。固定部１０ｂにはターゲットを取り付けずにブランクとした。スパッタリング電源１は高周波電源（周波数１３．５６ＭＨｚ）とした。次に、バレル３内に粉末を入れない状態で３×１０^−３Ｐａ以下まで真空に引いた後、アルゴンガスを流して、０．４Ｐａの圧力を保つように調整し、スパッタを行い、高周波電源の出力に応じたＰｔターゲットとＡｕターゲットそれぞれのレートを確認した。続いて、バレル３に直径１ｍｍのガラスビーズ１５０ｇを投入し，１．３×１０^−３Ｐａまで真空引きを行いった後、アルゴンガスを流して，０．４Ｐａの圧力を保つように調整した。その後、Ｐｔターゲットに２００Ｗ、Ａｕターゲットに１００Ｗの出力をかけ、バレル３を回転させ、均し部品９（丸棒型）を搖動させながら、ガラスビーズ表面に成膜を行った。バレルに入れる粉末量（１５０ｇ）は、均し部品が、バレルの回転方向に搖動運動をするときに粉末の山の内部を通過し、かつ、バレルの回転方向とは反対方向に搖動運動をするときに粉末の山をならす量であった。なお、上記の高周波電源の出力は、前述で確認したスパッタレートから、Ｐｔ−５０ｗｔ％Ａｕになるように計算して求めた。成膜時間は３０分間とした。成膜後取り出したガラスビーズを分析したところ、Ｐｔ−４８ｗｔ％Ａｕ合金薄膜が表面に成膜されていることが確認された。薄膜の組成は、ＩＣＰ発光分光分析装置（リガク製ＳＰＥＣＴＲＯ‐ＣＩＲＯＳ）を用いて求めた。

（実施例２）
図１に示した粉末コーティング装置を用いて、ガラスビーズの表面にＴｉ薄膜（下層）、Ａｕ薄膜（上層）の２層膜を成膜した粉末を作製する。まず初めに、Ｔｉターゲット（純度９９．９％、ターゲット面は１５０×３５ｍｍ）を１枚準備し、固定部１０ｂに取り付けた。またＡｕターゲット（純度９９．９９％、ターゲット面は１５０×３５ｍｍ）を１枚準備し、固定部１０ｃに取り付けた。固定部１０ａにはターゲットを取り付けずにブランクとした。スパッタリング電源１は高周波電源（周波数１３．５６ＭＨｚ）とした。次に、バレル３内に粉末を入れない状態でスパッタを行い、３×１０^−３Ｐａ以下まで真空に引いた後，アルゴンガスを流して、０．４Ｐａの圧力を保つように調整し、高周波電源の出力に応じたＴｉターゲットとＡｕターゲットそれぞれのレートを確認した。続いて、バレル３に直径１ｍｍのガラスビーズ１５０ｇを投入し，２．１×１０^−３Ｐａまで真空引きを行った後、アルゴンガスを流して、０．４Ｐａの圧力を保つように調整した。その後、まずＴｉターゲットのみに２００Ｗを印可し、バレル３を回転させ、均し部品９（丸棒型）を搖動させながら、３０分間スパッタを行い、ガラスビーズ表面にＴｉ膜を成膜した。続いて、Ａｕターゲットのみに２００Ｗを印可し、バレル３を回転させ、均し部品９（丸棒型）を搖動させながら、１時間スパッタを行い、Ｔｉ膜の表面にさらにＡｕ膜を成膜した。その結果、途中でバレル３を大気開放することなく、Ｔｉ（下層）／Ａｕ（上層）の２層が成膜されたガラスビーズを得られた。バレルに入れる粉末量（１５０ｇ）は、均し部品が、バレルの回転方向に搖動運動をするときに粉末の山の内部を通過し、かつ、バレルの回転方向とは反対方向に搖動運動をするときに粉末の山をならす量であった。成膜した薄膜は密着性が良好であった。なお、Ａｕ膜をガラスビーズに直接成膜すると密着性が悪い。そこでＴｉ膜を密着性向上のための中間層として成膜した。

１ スパッタリング電源
１ａ 真空シール型軸受け
１ｂ アーム
１ｃ ターゲット冷却水通路入口
１ｄ ターゲット冷却水通路出口
１ｅ アルゴンガス入口
２ スパッタリング装置
３ バレル
３ａ バレルの内側側壁
３ｂ バレルの最も低い位置
３ｃ バレルの最も低い位置を越えた位置
３ｄ バレル本体
３ｅ 蓋体
４ 排気手段
４ａ 真空シール型軸受け
５ 駆動モーター
５ａ 駆動ロール
５ｂ 従動ロール
６，６ａ，６ｂ，６ｃ ターゲット
７ 粉末
７ａ，７ｂ 粉末の山
７ｆ１，７ｆ２，７ｆ３，７ｆ４ 粉末の流れ
８ 角度調整機構
９ 均し部品
９ａ 真空シール型軸受け
９ｂ 撹拌モーター
９ｃ 第１面
９ｄ 第２面
１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ 固定部
１２ アーム
１３ 粉末上昇抑制部品
ｈａ，ｈｂ，ｈｃ ターゲット面の法線
２Ｕ ターゲットユニット
１００ 粉末コーティング装置
Ｒ バレルの回転方向
Ｃ 主軸

本発明者らは、鋭意検討した結果、（１）バレルに付着した粉末を掻き落とす部品をバレルの回転に依存しないように固定し、かつ、当該部品が粉末の迫り上がりの上限位置を定めることとし、（２）バレルの主軸を回転中心として搖動運動をする粉末の均し部品を設けることによって、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。すなわち、本発明に係る粉末コーティング装置は、バレルと、該バレル内を真空引きする排気手段と、前記バレル内に設置されたスパッタリング装置と、を有し、前記バレルは、主軸が水平方向を向いており、かつ、該主軸を中心に回転し、前記スパッタリング装置は、前記バレルに入れられた粉末の表面にコーティング膜を形成する粉末コーティング装置において、前記バレルの内側側壁のうち、前記バレルの回転によって上方向に移動する部分の側壁に接した状態で配置され、前記粉末が迫り上がる上限位置を定める粉末上昇抑制部品と、該粉末上昇抑制部品よりも下方の位置で、前記バレルの内側側壁に間隔をあけて配置され、前記主軸を回転中心として搖動運動をする前記粉末の均し部品と、を有し、前記粉末上昇抑制部品の位置は、固定されており、前記均し部品は、前記バレルの回転方向に沿って搖動運動をするときに、前記粉末上昇抑制部品の下方で折り返し、かつ、前記均し部品の搖動運動の折り返し地点は、前記均し部品が前記粉末上昇抑制部品に接触する箇所であるか、又は、前記粉末上昇抑制部品よりも下方２０ｍｍ以内の箇所であることを特徴とする。

本発明に係る粉末コーティング装置では、前記粉末上昇抑制部品の位置とスパッタ粒子の照射領域の境界位置とが一致していることが好ましい。

本発明者らは、鋭意検討した結果、（１）バレルに付着した粉末を掻き落とす部品をバレルの回転に依存しないように固定し、かつ、当該部品が粉末の迫り上がりの上限位置を定めることとし、（２）バレルの主軸を回転中心として搖動運動をする粉末の均し部品を設けることによって、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。すなわち、本発明に係る粉末コーティング装置は、バレルと、該バレル内を真空引きする排気手段と、前記バレル内に設置されたスパッタリング装置と、を有し、前記バレルは、主軸が水平方向を向いており、かつ、該主軸を中心に回転し、前記スパッタリング装置は、前記バレルに入れられた粉末の表面にコーティング膜を形成する粉末コーティング装置において、前記バレルの内側側壁のうち、前記バレルの回転によって上方向に移動する部分の側壁に接した状態で配置され、前記粉末が迫り上がる上限位置を定める粉末上昇抑制部品と、該粉末上昇抑制部品よりも下方の位置で、前記バレルの内側側壁に間隔をあけて配置され、前記主軸を回転中心として搖動運動をする前記粉末の均し部品と、を有し、前記粉末上昇抑制部品の位置は、該粉末上昇抑制部品が前記スパッタリング装置を支持している部分に連結することによって、固定されており、前記均し部品は、前記バレルの回転方向に沿って搖動運動をするときに、前記粉末上昇抑制部品の下方で折り返し、かつ、前記均し部品の搖動運動の折り返し地点は、前記均し部品が前記粉末上昇抑制部品に接触する箇所であるか、又は、前記粉末上昇抑制部品よりも下方２０ｍｍ以内の箇所であることを特徴とする。

Claims (6)

1. バレルと、該バレル内を真空引きする排気手段と、前記バレル内に設置されたスパッタリング装置と、を有し、前記バレルは、主軸が水平方向を向いており、かつ、該主軸を中心に回転し、前記スパッタリング装置は、前記バレルに入れられた粉末の表面にコーティング膜を形成する粉末コーティング装置において、
   前記バレルの内側側壁のうち、前記バレルの回転によって上方向に移動する部分の側壁に接した状態で配置され、前記粉末が迫り上がる上限位置を定める粉末上昇抑制部品と、
   該粉末上昇抑制部品よりも下方の位置で、前記バレルの内側側壁に間隔をあけて配置され、前記主軸を回転中心として搖動運動をする前記粉末の均し部品と、を有することを特徴とする粉末コーティング装置。
2. 前記粉末上昇抑制部品は、ブラシ又はヘラであることを特徴とする請求項１に記載の粉末コーティング装置。
3. 前記均し部品は、棒又は板であることを特徴とする請求項１又は２に記載の粉末コーティング装置。
4. 前記均し部品は、前記バレルの回転方向とは反対方向に搖動運動をするときに、前記バレルの内側側壁のうち、最も低い位置又は該位置を越えたところで折り返すことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の粉末コーティング装置。
5. 前記均し部品は、前記バレルの回転方向に沿って搖動運動をするときに、前記粉末上昇抑制部品の下方で折り返すことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の粉末コーティング装置。
6. 請求項１〜５のいずれか一つに記載の粉末コーティング装置の使用方法であって、
   前記バレルに入れる粉末量は、前記均し部品が、前記バレルの回転方向に搖動運動をするときに前記粉末の山の内部を通過し、かつ、前記バレルの回転方向とは反対方向に搖動運動をするときに前記粉末の山をならす量であることを特徴とする粉末コーティング装置の使用方法。
   

Images