JP2021034209A - プラズマ溶射装置及びプラズマ溶射方法 - Google Patents

プラズマ溶射装置及びプラズマ溶射方法 Download PDF

Info

Publication number
JP2021034209A
JP2021034209A JP2019152532A JP2019152532A JP2021034209A JP 2021034209 A JP2021034209 A JP 2021034209A JP 2019152532 A JP2019152532 A JP 2019152532A JP 2019152532 A JP2019152532 A JP 2019152532A JP 2021034209 A JP2021034209 A JP 2021034209A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
plasma
magnetic field
central axis
powder
gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2019152532A
Other languages
English (en)
Other versions
JP7278174B2 (ja
Inventor
遼 大西
Haruka Onishi
遼 大西
西田　辰夫
Tatsuo Nishida
辰夫 西田
敦城 古屋
Atsuki Furuya
敦城 古屋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokyo Electron Ltd
Original Assignee
Tokyo Electron Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tokyo Electron Ltd filed Critical Tokyo Electron Ltd
Priority to JP2019152532A priority Critical patent/JP7278174B2/ja
Priority to KR1020200100275A priority patent/KR20210023701A/ko
Priority to CN202010819371.8A priority patent/CN112410717A/zh
Publication of JP2021034209A publication Critical patent/JP2021034209A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7278174B2 publication Critical patent/JP7278174B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/26—Plasma torches
    • H05H1/32—Plasma torches using an arc
    • H05H1/34—Details, e.g. electrodes, nozzles
    • H05H1/40—Details, e.g. electrodes, nozzles using applied magnetic fields, e.g. for focusing or rotating the arc
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
    • C23C4/134—Plasma spraying
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/26—Plasma torches
    • H05H1/32—Plasma torches using an arc
    • H05H1/42—Plasma torches using an arc with provisions for introducing materials into the plasma, e.g. powder, liquid

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)
  • Nozzles (AREA)

Abstract

【課題】プラズマジェットの形状を制御できる技術を提供する。【解決手段】本開示の一態様によるプラズマ溶射装置は、溶射材料の粉末を第１のガスにより運び、先端部の開口から噴射する供給部と、噴射された前記第１のガスを用いて前記供給部と軸芯が共通するプラズマを生成するプラズマ生成部と、前記プラズマの生成空間に前記供給部の中心軸を旋回軸とする旋回流を形成する第２のガスを供給するガス流路と、前記プラズマの生成空間に前記供給部の中心軸に対して所望の分布の磁場を発生させる磁場発生部と、を備える。【選択図】図１

Description

本開示は、プラズマ溶射装置及びプラズマ溶射方法に関する。
溶射に使用される粒子の粉末を高速のガスから形成されたプラズマジェットの熱により溶融しながら基材の表面に向かって噴き出し、基材の表面に被膜を形成するプラズマ溶射が知られている（例えば、特許文献１〜４を参照）。
特開平６−３２５８９５号公報 特開平８−２２５９１６号公報 特許第５７９９１５３号明細書 特開２０１４−１７２６９６号公報
本開示は、プラズマジェットの形状を制御できる技術を提供する。
本開示の一態様によるプラズマ溶射装置は、溶射材料の粉末を第１のガスにより運び、先端部の開口から噴射する供給部と、噴射された前記第１のガスを用いて前記供給部と軸芯が共通するプラズマを生成するプラズマ生成部と、前記プラズマの生成空間に前記供給部の中心軸を旋回軸とする旋回流を形成する第２のガスを供給するガス流路と、前記プラズマの生成空間に前記供給部の中心軸に対して所望の分布の磁場を発生させる磁場発生部と、を備える。
本開示によれば、プラズマジェットの形状を制御できる。
プラズマ溶射装置の全体構成例を示す図 プラズマ溶射装置の磁場発生部の一例を示す図 プラズマ溶射装置の磁場発生部の別の例を示す図 プラズマ溶射装置の磁場発生部の更に別の例を示す図 旋回流を形成するＡｒ＋が磁場から受ける力を説明するための図（１） 旋回流を形成するＡｒ＋が磁場から受ける力を説明するための図（２） 旋回流を形成するＡｒ＋が磁場から受ける力を説明するための図（３） 磁場分布のシミュレーション結果を示す図（１） 磁場分布のシミュレーション結果を示す図（２） 磁場分布のシミュレーション結果を示す図（３） プラズマ溶射方法の一例を示すフローチャート プラズマジェットの形状及び溶射膜の成膜量の評価結果を示す図 アノード−カソード間電圧の評価結果を示す図
以下、添付の図面を参照しながら、本開示の限定的でない例示の実施形態について説明する。添付の全図面中、同一又は対応する部材又は部品については、同一又は対応する参照符号を付し、重複する説明を省略する。
〔プラズマ溶射装置〕
図１は、プラズマ溶射装置１の全体構成例を示す図である。図１に示されるように、プラズマ溶射装置１は、溶射材料の粉末(パウダー)（以下「溶射用粉末Ｒ１」という。）をノズル１１の先端部の開口１１ｂから噴射して、高速のガスにより形成されたプラズマジェットＰの熱により溶融しながら基材Ｗの表面に向かって噴き出し、基材Ｗの表面に被膜Ｆ１を形成する装置である。
プラズマ溶射装置１は、供給部１０と、制御部３０と、ガス供給部４０と、プラズマ生成部６０と、磁場発生部８０と、を含む。
供給部１０は、ノズル１１及びフィーダ２０を有し、溶射用粉末Ｒ１をプラズマ生成ガスにより運び、先端部の開口１１ｂから噴射する。溶射用粉末Ｒ１の粒径は、例えば１μｍ〜１０μｍである。
フィーダ２０は、溶射用粉末Ｒ１をノズル１１に供給する。溶射用粉末Ｒ１は、フィーダ２０内の容器２１に収納されている。溶射用粉末Ｒ１は、例えば銅（Ｃｕ）、リチウム（Ｌｉ）、鉄（Ｆｅ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、モリブデン（Ｍｏ）等の金属の微粉末であってよい。また、溶射用粉末Ｒ１は、ポリエステル等の樹脂の微粉末であってもよい。また、溶射用粉末Ｒ１は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、ムライト（Ａｌ６Ｏ１３Ｓｉ２）、スピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）等のセラミックス又はこれらのセラミックスの複合材料の微粉末であってもよい。
フィーダ２０には、アクチュエータ２２が設けられている。ノズル１１は棒状の環状部材であり、その内部に溶射用粉末Ｒ１が運ばれる流路１１ａが形成されている。ノズル１１の流路１１ａと容器２１内とは連通し、溶射用粉末Ｒ１は、アクチュエータ２２の動力により容器２１から流路１１ａ内に投入される。
ノズル１１には、溶射用粉末Ｒ１と共に第１のガスとしてプラズマ生成ガスが供給される。プラズマ生成ガスは、プラズマを生成するためのガスである。また、プラズマ生成ガスは、流路１１ａにて溶射用粉末Ｒ１を運ぶキャリアガスとしても機能する。ガス供給部４０は、ガス供給源４１からプラズマ生成ガスを供給する。プラズマ生成ガスは、バルブ４６及びマスフローコントローラ（ＭＦＣ）４４を通って流量制御され、パイプ４２を通って流路１１ａに供給される。プラズマ生成ガスとしては、例えばアルゴン（Ａｒ）ガス、窒素（Ｎ２）ガス、ヘリウム（Ｈｅ）ガスやこれらの混合ガスが利用できる。以下では、プラズマ生成ガスとしてＡｒガスを利用する場合を例に挙げて説明する。
ノズル１１は、プラズマ生成部６０の本体部１２を貫通し、その先端部がプラズマ生成空間Ｕに突出した構造を有する。溶射用粉末Ｒ１は、プラズマ生成ガスによりノズル１１の先端部まで運搬され、プラズマ生成ガスと共に先端部の開口１１ｂからプラズマ生成空間Ｕに噴射される。
本体部１２は、樹脂材料により形成されている。本体部１２は、中央部に貫通口１２ａを有している。ノズル１１の前方部分１１ｃは、本体部１２の貫通口１２ａに挿入されている。ノズル１１の前方部分１１ｃは、直流電源５０に接続され、直流電源５０から電流が印加される電極（カソード）としても機能する。ノズル１１は、金属により形成されている。
プラズマ生成空間Ｕは、本体部１２の凹み部１２ｂと張出部１２ｄとにより形成された空間であり、プラズマ生成空間Ｕにはノズル１１の先端部が突出している。張出部１２ｄは、本体部１２の外壁に設けられた金属板１２ｃと一端で連結している。金属板１２ｃは、直流電源５０に接続されている。これにより、金属板１２ｃ及び張出部１２ｄは電極（アノード）として機能する。
これにより、ノズル１１の先端部と張出部１２ｄの他端とがカソード及びアノードの電極として機能し、放電が生じる。これにより、ノズル１１から噴射したＡｒガスが電離し、プラズマ生成空間Ｕにてプラズマが生成される。
また、プラズマ生成空間Ｕには、第２のガスとしてＡｒガスが旋回流となって供給される。Ａｒガスは、ガス供給源４１から供給され、バルブ４６及びマスフローコントローラ（ＭＦＣ）４５を通って流量制御され、ガス流路であるパイプ４３を通って本体部１２内を流れ、横方向からプラズマ生成空間Ｕに供給される。これにより、プラズマ生成空間Ｕに供給部１０の中心軸Ｏを旋回軸とする旋回流が形成される。
図１では、プラズマ生成空間Ｕに導入されるＡｒガスの供給流路が１つだけ図示されているが、本体部１２には複数の供給流路が設けられている。これにより、Ａｒガスは、複数の供給流路から横方向に旋回流となってプラズマ生成空間Ｕに供給される。これにより、生成されるプラズマの拡散を防ぎ、プラズマジェットＰが直線偏向となる。これにより、プラズマ生成部６０は、ノズル１１の先端部から噴射したプラズマ生成ガスを用いて、ノズル１１と軸芯が共通するプラズマジェットＰを生成する。なお、一実施形態にて「軸芯が共通する」とは、供給部１０（ノズル１１）の中心軸ＯとプラズマジェットＰの吹き付け方向の中心軸とが一致する又はほぼ同一方向に一致することをいう。
係るプラズマ溶射装置１では、供給部１０は、ノズル１１の内部に形成された流路１１ａに溶射用粉末Ｒ１とＡｒガスとを直進させ、先端部の開口１１ｂからプラズマ生成空間Ｕに噴射する。噴射した溶射用粉末Ｒ１は、高速のＡｒガスにより形成されたプラズマジェットＰの熱により溶融しながら基材Ｗの表面に向かって噴き出され、基材Ｗの表面に溶射による被膜Ｆ１を形成する。このとき、基材Ｗを移動させながら溶射を行ってもよく、ノズル１１を移動させながら溶射を行ってもよい。基材Ｗを移動させながら溶射を行う場合、例えば基材Ｗが載置されたステージ（図示せず）を水平方向に移動させながら溶射を行うことができる。ノズル１１を移動させながら溶射を行う場合、例えば水平方向に移動可能なアーム（多関節アーム）に供給部１０を固定し、アームにより供給部１０を水平方向に移動させながら溶射を行うことができる。
プラズマ生成空間Ｕの外周部には、プラズマ生成空間Ｕに磁場を発生させる磁場発生部８０が設けられている。磁場発生部８０は、例えばカソードとして機能するノズル１１の前方部分１１ｃよりも下方に配置されている。磁場発生部８０は、プラズマ生成空間Ｕに供給部１０の中心軸Ｏに対して所望の分布の磁場を発生させる。所望の分布の磁場は、中心軸Ｏに沿ってノズル１１の先端部の下方に略垂直方向（Ｚ方向）に形成される磁場の分布を含むことが好ましい。ただし、所望の分布の磁場は、これに限定されず、例えば中心軸Ｏに対して所定の角度を有してノズル１１の先端部の下方に形成される磁場の分布を含んでいてもよく、中心軸Ｏに対して扇状又はテーパ状にノズル１１の先端部の下方に形成される磁場の分布を含んでもよい。
磁場発生部８０は、例えば供給部１０の中心軸Ｏを中心とする円環状（リング状）の永久磁石を有する。永久磁石は、本体部１２に固定されていてもよく、供給部１０の中心軸Ｏの方向に移動自在であってもよい。また、永久磁石は、１つであってもよく、複数であってもよい。永久磁石が複数である場合、例えば供給部１０の中心軸Ｏの方向に間隔を空けて複数配置される。また、磁場発生部８０は、供給部１０の中心軸Ｏを中心とするコイルを含む電磁石を有していてもよい。電磁石は、１つであってもよく、複数であってもよい。電磁石が複数である場合、例えば供給部１０の中心軸Ｏの方向に間隔を空けて複数配置される。さらに、磁場発生部８０は、供給部１０の中心軸Ｏを中心とする１又は複数の円環状の永久磁石と、供給部１０の中心軸Ｏを中心とするコイルを含む１又は複数の電磁石と、を有していてもよい。なお、磁場発生部８０の詳細については後述する。
本体部１２の内部には、冷媒流路７２が形成されている。チラーユニット７０から供給された冷媒は、バルブ７４、冷媒管７１、冷媒流路７２、冷媒管７３及びバルブ７５をこの順に通って循環し、チラーユニット７０に戻る。これにより、本体部１２は冷却され、本体部１２がプラズマの熱により高温になることを防ぐことができる。また、バルブ７４と冷媒管７１との間に設けられたフローメータ（ＦＭ）７６により、本体部１２の温度が一定に制御される。
プラズマ溶射装置１には、例えばコンピュータからなる制御部３０が設けられている。制御部３０は、プログラム、メモリ、ＣＰＵからなるデータ処理部などを備えている。プログラムには、制御部３０からプラズマ溶射装置１の各部に制御信号を送り、プラズマ溶射を実行するように命令が組み込まれている。その制御信号によりガス供給源４１、フィーダ２０（アクチュエータ２２）、直流電源５０、チラーユニット７０等の動作が制御され、基材Ｗの表面に被膜Ｆ１を形成する処理が行われる。プログラムは、コンピュータ記憶媒体、例えばフレキシブルディスク、コンパクトディスク、ハードディスク、ＭＯ（光磁気ディスク）、メモリーカード等の記憶媒体に格納されて制御部３０にインストールされる。
〔磁場発生部〕
図２は、プラズマ溶射装置１の磁場発生部８０の一例を示す図である。図２に示されるように、磁場発生部８０は、供給部１０の中心軸Ｏを中心とする円環状の永久磁石８１ａ，８１ｂ，８１ｃを有する。
永久磁石８１ａ，８１ｂ，８１ｃは、プラズマ生成空間Ｕの外周部に、供給部１０の中心軸Ｏの方向（図２のＺ方向）に間隔を空けて配置されている。永久磁石８１ａ，８１ｂ，８１ｃは、例えば本体部１２の内部に設けられている。永久磁石８１ａ，８１ｂ，８１ｃは、プラズマ生成空間Ｕにおいて供給部１０の中心軸Ｏと平行な磁場を発生させる。永久磁石８１ａ，８１ｂ，８１ｃは、すべてが同じ磁力の磁石であってもよく、異なる磁力の磁石であってもよく、プラズマ生成空間Ｕに発生させる所望の磁場に応じて選択される。永久磁石８１ａ，８１ｂ，８１ｃは、例えばネオジム磁石である。
なお、図２の例では、永久磁石８１ａ，８１ｂ，８１ｃが本体部１２の内部に設けられている場合を示したが、永久磁石８１ａ，８１ｂ，８１ｃの配置はこれに限定されない。例えば、永久磁石８１ａ，８１ｂ，８１ｃの少なくとも１つが本体部１２の張出部１２ｄよりも下方に配置されていてもよい。この場合、本体部１２の張出部１２ｄよりも下方に配置される永久磁石により、プラズマ生成空間Ｕの下方の空間にも供給部１０の中心軸Ｏと平行な磁場を発生させることができる。
図３は、プラズマ溶射装置１の磁場発生部８０の別の例を示す図である。図３に示されるように、磁場発生部８０は、供給部１０の中心軸Ｏを中心とする永久磁石８２ａ〜８２ｅと、永久磁石８２ａ〜８２ｅを供給部１０の中心軸Ｏに沿って昇降（移動）させる昇降機構８２ｆと、を有する。
永久磁石８２ａ〜８２ｅは、プラズマ生成空間Ｕの外周部に、供給部１０の中心軸Ｏの方向（図３のＺ方向）に間隔を空けて配置されている。永久磁石８２ａ〜８２ｅは、可動式であり、供給部１０の中心軸Ｏの方向に移動自在である。これにより、プラズマ生成空間Ｕにおいて発生させる供給部１０の中心軸Ｏと平行な磁場の長さを制御できる。例えば、図３（ａ）に示されるように、永久磁石８２ａ〜８２ｅの間隔を狭くすることにより、供給部１０の中心軸Ｏと平行な磁束線の長さは短くなるが、磁力が強くなるため、細く密度の高いプラズマジェットＰを発生させることができる。一方、例えば図３（ｂ）に示されるように、永久磁石８２ａ〜８２ｅの間隔を広げると、磁力が弱まるが、供給部１０の中心軸Ｏと平行な磁束線の長さが長くなるため、長く安定したプラズマジェットＰを発生させることができる。永久磁石８２ａ〜８２ｅは、例えばネオジム磁石である。
昇降機構８２ｆは、永久磁石８２ａ〜８２ｅを供給部１０の中心軸Ｏに沿って昇降させる。昇降機構８２ｆは、例えば本体部１２の外壁に設けられた金属板１２ｃに固定されている。昇降機構８２ｆは、例えば制御部３０により制御される。昇降機構８２ｆは、例えばモータを含む。
図４は、プラズマ溶射装置１の磁場発生部８０の更に別の例を示す図である。図４に示されるように、磁場発生部８０は、電磁石８３ａ，８３ｂ，８３ｃを有する。
電磁石８３ａ，８３ｂ，８３ｃは、それぞれ供給部１０の中心軸Ｏを中心とするコイル８３ａ１，８３ｂ１，８３ｃ１と、可変電源８３ａ２，８３ｂ２，８３ｃ２と、配線８３ａ３，８３ｂ３，８３ｃ３と、を含む。
コイル８３ａ１，８３ｂ１，８３ｃ１は、プラズマ生成空間Ｕの外周部に、供給部１０の中心軸Ｏの方向（図４のＺ方向）に間隔を空けて配置されている。コイル８３ａ１，８３ｂ１，８３ｃ１は、例えば本体部１２の内部に設けられている。コイル８３ａ１，８３ｂ１，８３ｃ１は、通電することにより、プラズマ生成空間Ｕにおいて供給部１０の中心軸Ｏと平行な磁場を発生させる。
なお、図４の例では、コイル８３ａ１，８３ｂ１，８３ｃ１が本体部１２の内部に設けられている場合を示したが、コイル８３ａ１，８３ｂ１，８３ｃ１の配置はこれに限定されない。例えば、コイル８３ａ１，８３ｂ１，８３ｃ１の少なくとも１つが本体部１２の張出部１２ｄよりも下方に配置されていてもよい。この場合、本体部１２の張出部１２ｄよりも下方に配置されるコイルにより、プラズマ生成空間Ｕの下方の空間にも供給部１０の中心軸Ｏと平行な磁場を発生させることができる。
可変電源８３ａ２，８３ｂ２，８３ｃ２は、それぞれ配線８３ａ３，８３ｂ３，８３ｃ３を介してコイル８３ａ１，８３ｂ１，８３ｃ１に電流を流す。可変電源８３ａ２，８３ｂ２，８３ｃ２によりコイル８３ａ１，８３ｂ１，８３ｃ１に流す電流の値及び向きを調整することで、プラズマ生成空間Ｕにおいて発生させる供給部１０の中心軸Ｏと平行な磁場の分布を制御できる。可変電源８３ａ２，８３ｂ２，８３ｃ２は、例えば制御部３０により制御される。
配線８３ａ３，８３ｂ３，８３ｃ３は、それぞれコイル８３ａ１，８３ｂ１，８３ｃ１と可変電源８３ａ２，８３ｂ２，８３ｃ２とを電気的に接続する。
〔プラズマジェット形状の制御〕
図５は、旋回流を形成するアルゴンイオン（Ａｒ＋）が磁場から受ける力を説明するための図であり、供給部１０の中心軸Ｏに対して一方の側の磁束線、旋回流の向き及びＡｒ＋が磁場から受ける力の向きを示す。図６及び図７は、旋回流を形成するＡｒ＋が磁場から受ける力を説明するための図であり、溶射用粉末Ｒ１の噴射方向の上流側からプラズマ生成空間Ｕを見たときの磁場Ｂの向き、旋回流の向き及びＡｒ＋が磁場から受ける力Ｆの向きを示す。
まず、図５に示されるように、供給部１０（ノズル１１）の中心軸Ｏを中心とする円環状の永久磁石Ｍ１、Ｍ２を、中心軸Ｏの方向に間隔を空け、溶射用粉末Ｒ１の噴射方向の上流側がＳ極、下流側がＮ極となるように配置した場合を考える。より具体的には、プラズマ生成空間Ｕの外周部であって、ノズル１１の先端部の開口１１ｂと略同じ高さの位置に、供給部１０の中心軸Ｏを中心とし、溶射用粉末Ｒ１の噴射方向の上流側がＳ極、下流側がＮ極となるように永久磁石Ｍ１を配置する。また、プラズマ生成空間Ｕの外周部であって、ノズル１１の先端部の開口１１ｂよりも下方の位置に、供給部１０の中心軸Ｏを中心とし、溶射用粉末Ｒ１の噴射方向の上流側がＳ極、下流側がＮ極となるように永久磁石Ｍ２を配置する。
この場合、プラズマ生成空間Ｕにおける磁束線Ｍｆ（磁場Ｂ）の向きは、供給部１０の中心軸Ｏに沿って溶射用粉末Ｒ１の噴射方向の下流側から上流側に向かう方向（図中の−Ｚ方向）となる。プラズマ生成空間Ｕにおける磁束線Ｍｆの向きが、溶射用粉末Ｒ１の噴射方向の下流側から上流側に向かう方向である場合、図５及び図６に示されるように、溶射用粉末Ｒ１の噴射方向に向かって右回りの旋回流（以下「右旋回流」という。）に含まれるＡｒ＋は、磁場Ｂにより、供給部１０の中心軸Ｏに近づく方向の力Ｆを受ける。これにより、Ａｒ＋は中心軸Ｏに近づく方向に移動する。そのため、プラズマジェットＰの形状がＺ方向に細長く伸びる形状となり、溶射用粉末Ｒ１が通過する供給部１０の中心軸Ｏ近傍のプラズマ密度が高まる。その結果、溶射用粉末Ｒ１への入熱効率が向上し、溶射膜の成膜効率及び膜質が向上する。また、プラズマが本体部１２の内壁から遠ざかるため、プラズマによる本体部１２の損傷が抑制され、本体部１２の寿命が延びる。
一方、図５における永久磁石Ｍ１，Ｍ２をＮ極とＳ極とを入れ替えて配置した場合を考える。より具体的には、プラズマ生成空間Ｕの外周部であって、ノズル１１の先端部の開口１１ｂと略同じ高さの位置に、供給部１０の中心軸Ｏを中心とし、溶射用粉末Ｒ１の噴射方向の上流側がＮ極、下流側がＳ極となるように永久磁石Ｍ１を配置する。また、プラズマ生成空間Ｕの外周部であって、ノズル１１の先端部の開口１１ｂよりも下方の位置に、供給部１０の中心軸Ｏを中心とし、溶射用粉末Ｒ１の噴射方向の上流側がＮ極、下流側がＳ極となるように永久磁石Ｍ２を配置する。
この場合、プラズマ生成空間Ｕにおける磁束線Ｍｆ（磁場Ｂ）の向きは、供給部１０の中心軸Ｏに沿って溶射用粉末Ｒ１の噴射方向の上流側から下流側に向かう方向（図中の＋Ｚ方向）となる。プラズマ生成空間Ｕにおける磁束線Ｍｆの向きが、溶射用粉末Ｒ１の噴射方向の上流側から下流側に向かう方向である場合、図７に示されるように、右旋回流に含まれるＡｒ＋は、磁場Ｂにより、供給部１０の中心軸Ｏから離れる方向の力Ｆを受ける。これにより、Ａｒ＋は中心軸Ｏから離れる方向に移動する。その結果、プラズマジェットＰの形状が太くなり、溶射される面における断面分布がブロードになり、溶射膜の面内均一性が向上する。
以上に説明したように、永久磁石Ｍ１，Ｍ２のＮ極とＳ極の配置を入れ替えて磁束線Ｍｆの向きを変更することで、プラズマジェットＰの形状を制御できる。
なお、図５〜図７の例では、永久磁石Ｍ１，Ｍ２のＮ極とＳ極の配置を入れ替えて磁束線の向きを変更することで、プラズマジェットＰの形状を制御する場合を説明したが、本開示はこれに限定されない。例えば、永久磁石Ｍ１，Ｍ２の磁力を変更することで、プラズマジェットＰの形状を制御してもよい。また、例えば永久磁石の個数を変更することで、プラズマジェットＰの形状を制御してもよい。また、例えば永久磁石Ｍ１，Ｍ２に代えて、電磁石を利用して磁束線の向きを変更することで、プラズマジェットＰの形状を制御してもよい。
また、図５〜図７の例では、溶射用粉末Ｒ１の噴射方向に向かって右回りの旋回流を形成する場合を説明したが、本開示はこれに限定されない。例えば、溶射用粉末Ｒ１の噴射方向に向かって左回りの旋回流（以下「左旋回流」という。）を形成してもよい。この場合、プラズマ生成空間Ｕにおける磁束線Ｍｆの向きが、溶射用粉末Ｒ１の噴射方向の下流側から上流側に向かう方向である場合、左旋回流に含まれるＡｒ＋は、供給部１０の中心軸Ｏから離れる方向の力を受け、中心軸Ｏから離れる方向に移動する。一方、プラズマ生成空間Ｕにおける磁束線Ｍｆの向きが、溶射用粉末Ｒ１の噴射方向の上流側から下流側に向かう方向である場合、左旋回流に含まれるＡｒ＋は、供給部１０の中心軸Ｏに近づく方向の力を受け、中心軸Ｏに近づく方向に移動する。
〔磁石配置と磁場〕
図８〜図１０は、磁場分布のシミュレーション結果を示す図であり、供給部１０の中心軸Ｏに対して一方の側の磁束線の分布を示す。
図８には、プラズマ生成空間Ｕの外周部に、供給部１０の中心軸Ｏを中心とし、溶射用粉末Ｒ１の噴射方向の上流側がＮ極、下流側がＳ極となるように３つの円環状の永久磁石Ｍ１〜Ｍ３を配置した場合の磁束線Ｍｆの分布のシミュレーション結果を示す。図８の例では、永久磁石Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３は、それぞれプラズマ生成空間Ｕの高さ方向における上部位置、中間位置及び下部位置の外周部に配置されている。なお、上部位置はノズル１１の先端部と略同じ高さの位置であり、中間位置はプラズマ生成空間Ｕの高さ方向の略中間の位置であり、下部位置は本体部１２の下端と略同じ高さの位置である。
図８に示されるように、永久磁石Ｍ１〜Ｍ３により形成される磁束線Ｍｆは、プラズマ生成空間Ｕの高さ方向における上部位置からプラズマ生成空間Ｕの下方までの範囲で中心軸Ｏに沿った向きとなる。これにより、プラズマ生成空間Ｕにおいて旋回流を形成するＡｒ＋に対して永久磁石Ｍ１〜Ｍ３の半径方向に磁場が作用するため、Ａｒ＋が中心軸Ｏに近づく方向又は離れる方向に移動する。具体的には、例えばプラズマ生成空間Ｕに導入されるＡｒガスによりプラズマ生成空間Ｕにおいて右旋回流が形成される場合、Ａｒ＋が中心軸Ｏから離れる方向に移動する。そのため、プラズマジェットＰの形状が太くなり、溶射される面における断面分布がブロードになり、溶射膜の面内均一性が向上する。一方、例えばプラズマ生成空間Ｕに導入されるＡｒガスによりプラズマ生成空間Ｕにおいて左旋回流が形成される場合、Ａｒ＋が中心軸Ｏに近づく方向に移動する。そのため、プラズマジェットＰの形状がＺ方向に細長く伸びる形状となり、溶射用粉末Ｒ１が通過する供給部１０の中心軸Ｏ近傍のプラズマ密度が高まる。その結果、溶射用粉末Ｒ１への入熱効率が向上し、溶射膜の成膜効率及び膜質が向上する。
図９には、プラズマ生成空間Ｕの外周部に、供給部１０の中心軸Ｏを中心とし、溶射用粉末Ｒ１の噴射方向の上流側がＮ極、下流側がＳ極となるように２つの円環状の永久磁石Ｍ２，Ｍ３を配置した場合の磁束線Ｍｆの分布のシミュレーション結果を示す。図９の例では、永久磁石Ｍ２，Ｍ３は、それぞれプラズマ生成空間Ｕの高さ方向における中間位置及び下部位置の外周部に配置されている。
図９に示されるように、永久磁石Ｍ２，Ｍ３により形成される磁束線Ｍｆは、プラズマ生成空間Ｕの高さ方向における中間位置からプラズマ生成空間Ｕの下方までの範囲で中心軸Ｏに沿った向きとなる。これにより、プラズマ生成空間Ｕにおいて旋回流を形成するＡｒ＋に対して永久磁石Ｍ２，Ｍ３の半径方向に磁場が作用するため、Ａｒ＋が中心軸Ｏに近づく方向又は離れる方向に移動する。具体的には、例えばプラズマ生成空間Ｕに導入されるＡｒガスによりプラズマ生成空間Ｕにおいて右旋回流が形成される場合、Ａｒ＋が中心軸Ｏから離れる方向に移動する。そのため、プラズマジェットＰの形状が太くなり、溶射される面における断面分布がブロードになり、溶射膜の面内均一性が向上する。一方、例えばプラズマ生成空間Ｕに導入されるＡｒガスによりプラズマ生成空間Ｕにおいて左旋回流が形成される場合、Ａｒ＋が中心軸Ｏに近づく方向に移動する。そのため、プラズマジェットＰの形状がＺ方向に細長く伸びる形状となり、溶射用粉末Ｒ１が通過する供給部１０の中心軸Ｏ近傍のプラズマ密度が高まる。その結果、溶射用粉末Ｒ１への入熱効率が向上し、溶射膜の成膜効率及び膜質が向上する。
図１０には、プラズマ生成空間Ｕの外周部に、供給部１０の中心軸Ｏを中心とし、溶射用粉末Ｒ１の噴射方向の上流側がＮ極、下流側がＳ極となるように２つの円環状の永久磁石Ｍ１，Ｍ２を配置した場合の磁束線Ｍｆの分布のシミュレーション結果を示す。図１０の例では、永久磁石Ｍ１，Ｍ２は、それぞれプラズマ生成空間Ｕの高さ方向における上部位置及び中間位置の外周部に配置されている。
図１０に示されるように、永久磁石Ｍ１，Ｍ２により形成される磁束線Ｍｆは、プラズマ生成空間Ｕの高さ方向における上部位置からプラズマ生成空間Ｕの中間位置までの範囲で中心軸Ｏに沿った向きとなる。これにより、プラズマ生成空間Ｕにおいて旋回流を形成するＡｒ＋に対して永久磁石Ｍ２，Ｍ３の半径方向に磁場が作用するため、Ａｒ＋が中心軸Ｏに近づく方向又は離れる方向に移動する。具体的には、例えばプラズマ生成空間Ｕに導入されるＡｒガスによりプラズマ生成空間Ｕにおいて右旋回流が形成される場合、Ａｒ＋が中心軸Ｏから離れる方向に移動する。そのため、プラズマジェットＰの形状が太くなり、溶射される面における断面分布がブロードになり、溶射膜の面内均一性が向上する。一方、例えばプラズマ生成空間Ｕに導入されるＡｒガスによりプラズマ生成空間Ｕにおいて左旋回流が形成される場合、Ａｒ＋が中心軸Ｏに近づく方向に移動する。そのため、プラズマジェットＰの形状がＺ方向に細長く伸びる形状となり、溶射用粉末Ｒ１が通過する供給部１０の中心軸Ｏ近傍のプラズマ密度が高まる。その結果、溶射用粉末Ｒ１への入熱効率が向上し、溶射膜の成膜効率及び膜質が向上する。
以上、図８〜図１０を用いて説明したように、永久磁石の数及びプラズマ生成空間Ｕに対する永久磁石の配置を変更することで、プラズマ生成空間Ｕにおける磁場の分布が変化する。これにより、旋回流に含まれるＡｒ＋が永久磁石の磁場から受ける力が変わり、プラズマジェットＰの形状が変化する。例えば、３つの永久磁石Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３を配置することで、２つの永久磁石Ｍ２，Ｍ３又は２つの永久磁石Ｍ１，Ｍ２を配置するよりも、供給部１０の中心軸Ｏと平行な磁束線Ｍｆの長さが長くなるため、長く安定したプラズマジェットＰを形成できる。
〔プラズマ溶射方法〕
図１１は、プラズマ溶射装置１によるプラズマ溶射方法の一例を示すフローチャートである。図１１に示されるプラズマ溶射方法による処理は、制御部３０により実行される。
図１１に示されるプラズマ溶射方法が開始されると、制御部３０は、ガス供給源４１を制御して、Ａｒガスを供給部１０とプラズマ生成空間Ｕに導入する（ステップＳ１）。これにより、流路１１ａに溶射用粉末Ｒ１を運ぶ流れを形成すると共にプラズマ生成空間Ｕに旋回流を形成する。
続いて、制御部３０は、直流電源５０を制御して、プラズマ生成部６０の電極に電流を印加し、プラズマを生成する（ステップＳ２）。これにより、プラズマ生成空間ＵにＡｒガスのプラズマジェットＰが生成される。また、制御部３０は、フィーダ２０からノズル１１に溶射用粉末Ｒ１を供給し（ステップＳ３）、溶射による成膜を実行する（ステップＳ４）。これにより、溶射用粉末Ｒ１は、プラズマジェットＰの熱により溶融しながら基材Ｗの表面に向かって噴き出し、基材Ｗの表面に溶射による被膜Ｆ１が形成される。このとき、プラズマ生成空間Ｕには、磁場発生部８０により、供給部１０の中心軸Ｏと平行な磁場が印加され、磁場を印加しない場合に対してプラズマジェットＰの形状が変化する。
続いて、制御部３０は、溶射を終了するか否かを判定する（ステップＳ５）。制御部３０は、溶射を終了すると判定した場合、処理を終了する。一方、制御部３０は、溶射を終了しないと判定した場合、ステップＳ４に戻り、成膜を続ける。
以上に説明したプラズマ溶射方法によれば、溶射による成膜を実行している間、磁場発生部８０により、プラズマ生成空間Ｕに供給部１０の中心軸Ｏと平行な磁場を印加する。これにより、プラズマジェットＰの形状を変化させることができる。また、磁場発生部８０が可動式の永久磁石を含む場合、溶射による成膜の途中で永久磁石の位置を変えることで、溶射による成膜の途中でプラズマジェットＰの形状を変化させることができる。また、磁場発生部８０が電磁石を含む場合、溶射による成膜の途中で磁場の向きや磁力を変えることで、溶射による成膜の途中でプラズマジェットＰの形状を変化させることができる。
〔プラズマジェット形状と溶射膜の成膜量〕
図１２は、プラズマジェットＰの形状及び溶射膜の成膜量の評価結果を示す図であり、溶射条件Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅでプラズマ溶射を実施したときの溶射膜の成膜量［ｇ／ｐａｓｓ］及びプラズマジェットＰの形状の観察結果を示す。なお、成膜量［ｇ／ｐａｓｓ］は、基材Ｗを所定の速度で水平方向に往復移動させながらプラズマ溶射したときの１パスあたりの溶射膜の成膜量を意味する。また、図１２では、溶射条件Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅにおいてノズル１１から噴射されるプラズマジェットＰを、それぞれプラズマジェットＰＡ，ＰＢ，ＰＣ，ＰＤ，ＰＥで示す。また、プラズマジェットＰＡ，ＰＢ，ＰＣ，ＰＤ，ＰＥを、第１の明るさを有する第１明部ＰＡ１，ＰＢ１，ＰＣ１，ＰＤ１，ＰＥ１と、第２の明るさを有する第２明部ＰＡ２，ＰＢ２，ＰＣ２，ＰＤ２，ＰＥ２と、に区別して示す。第２の明るさは、第１の明るさよりも暗い明るさである。
溶射条件Ａは、プラズマ生成空間Ｕに、磁場を印加しない条件である。
溶射条件Ｂは、プラズマ生成空間Ｕの高さ方向における上部位置及び中間位置に溶射用粉末Ｒ１の噴射方向の上流側がＳ極、下流側がＮ極となるように永久磁石Ｍ１，Ｍ２をそれぞれ配置し、プラズマ生成空間Ｕに磁場を印加する条件である。溶射条件Ｂでは、プラズマ生成空間Ｕにおいて、溶射用粉末Ｒ１の噴射方向に対して逆方向の磁場が印加される。
溶射条件Ｃは、プラズマ生成空間Ｕの高さ方向における中間位置及び下部位置に溶射用粉末Ｒ１の噴射方向の上流側がＳ極、下流側がＮ極となるように永久磁石Ｍ２，Ｍ３をそれぞれ配置し、プラズマ生成空間Ｕに磁場を印加する条件である。溶射条件Ｃでは、プラズマ生成空間Ｕにおいて、溶射用粉末Ｒ１の噴射方向に対して逆方向の磁場が印加される。
溶射条件Ｄは、プラズマ生成空間Ｕの高さ方向における上部位置、中間位置及び下部位置に溶射用粉末Ｒ１の噴射方向の上流側がＳ極、下流側がＮ極となるように永久磁石Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３をそれぞれ配置し、プラズマ生成空間Ｕに磁場を印加する条件である。溶射条件Ｄでは、溶射用粉末Ｒ１の噴射方向に対して逆方向の磁場が印加される。
溶射条件Ｅは、プラズマ生成空間Ｕの高さ方向における上部位置、中間位置及び下部位置に溶射用粉末Ｒ１の噴射方向の上流側がＮ極、下流側がＳ極となるように永久磁石Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３をそれぞれ配置し、プラズマ生成空間Ｕに磁場を印加する条件である。溶射条件Ｅでは、プラズマ生成空間Ｕにおいて、溶射用粉末Ｒ１の噴射方向と同じ方向の磁場が印加される。
なお、溶射条件Ａ〜Ｅでは、プラズマ生成空間ＵにＡｒガスを供給することで、プラズマ生成空間Ｕに溶射用粉末Ｒ１の噴射方向に向かって右旋回流を形成した。
図１２に示されるように、溶射条件Ｂ，Ｃ，Ｄにおける第１明部ＰＢ１，ＰＣ１，ＰＤ１の長さＬＢ１，ＬＣ１，ＬＤ１は、溶射条件Ａにおける第１明部ＰＡ１の長さＬＡ１よりも長くなっていることが分かる。一方、溶射条件Ｅにおける第１明部ＰＥ１の長さＬＥ１は、溶射条件Ａにおける第１明部ＰＡ１の長さＬＡ１と略同じであることが分かる。また、溶射条件Ｂ，Ｃ，Ｄにおける第２明部ＰＢ２，ＰＣ２，ＰＤ２の長さＬＢ２，ＬＣ２，ＬＤ２は、溶射条件Ａにおける第２明部ＰＡ２の長さＬＡ２よりも長くなっていることが分かる。一方、溶射条件Ｅにおける第２明部ＰＥ２の長さＬＥ２は、溶射条件Ａにおける第２明部ＰＡ２の長さＬＡ２と略同じであることが分かる。これらの結果から、溶射条件Ｂ，Ｃ，Ｄでプラズマ溶射を実施することで、溶射条件Ａでプラズマ溶射を実施するよりも細長い形状のプラズマジェットＰＢ，ＰＣ，ＰＤを形成できると言える。すなわち、プラズマ生成空間Ｕに右旋回流を形成し、溶射用粉末Ｒ１の噴射方向に対して逆方向の磁場を印加することで、細長く伸びる形状のプラズマジェットＰを形成できると言える。
特に、溶射条件Ｄにおける第１明部ＰＤ１の長さＬＤ１及び第２明部ＰＤ２の長さＬＤ２は、溶射条件Ｂ，Ｃにおける第１明部ＰＢ１，ＰＣ１の長さＬＢ１，ＬＣ１及び第２明部ＰＢ２，ＰＣ２の長さＬＢ２，ＬＣ２よりも長い。この結果から、溶射条件Ｄでプラズマ溶射を実施することで、溶射条件Ｂ，Ｃでプラズマ溶射を実施するよりも細長い形状のプラズマジェットＰＤを形成できると言える。すなわち、プラズマ生成空間Ｕに右旋回流を形成し、プラズマ生成空間Ｕの上部位置から下部位置までの範囲で溶射用粉末Ｒ１の噴射方向に対して逆方向の磁場を印加することで、より細長く伸びる形状のプラズマジェットＰを形成できると言える。
また、図１２に示されるように、溶射条件Ｄでは溶射膜の成膜量は０．００６３ｇ／ｐａｓｓであった。これに対し、溶射条件Ａでは溶射膜の成膜量は０．００３５ｇ／ｐａｓｓであり、溶射条件Ｂ，Ｃでは溶射膜の成膜量は０．００３６ｇ／ｐａｓｓであり、溶射条件Ｅでは溶射膜の成膜量は０．００３９ｇ／ｐａｓｓであった。これらの結果から、プラズマ生成空間Ｕに右旋回流を形成し、プラズマ生成空間Ｕの上部位置から下部位置までの範囲で溶射用粉末Ｒ１の噴射方向に対して逆方向の磁場を印加することで、１パスあたりの溶射膜の成膜量を増加させることができると言える。すなわち、溶射膜の成膜効率を高めることができると言える。
〔アノード−カソード間電圧〕
図１３は、アノード−カソード間電圧の評価結果を示す図であり、前述した溶射条件Ａ，Ｄ，Ｅでプラズマ溶射を実施したときのアノード−カソード間電圧を示す。図１３中、横軸に時間［ｍｉｎ］を示し、縦軸にアノード−カソード間電圧［Ｖ］を示す。
図１３に示されるように、溶射条件Ｄにおけるアノード−カソード間電圧は、溶射条件Ａにおけるアノード−カソード間電圧よりも高くなっている。この結果から、プラズマ生成空間Ｕに右旋回流を形成し、プラズマ生成空間Ｕの上部位置から下部位置までの範囲で溶射用粉末Ｒ１の噴射方向に対して逆方向の磁場を印加することで、溶射用粉末Ｒ１への入熱量が増加すると考えられる。一方、溶射条件Ｅにおけるアノード−カソード間電圧は、溶射条件Ａにおけるアノード−カソード間電圧よりも低くなっている。この結果から、プラズマ生成空間Ｕに右旋回流を形成し、プラズマ生成空間Ｕの上部位置から下部位置までの範囲で溶射用粉末Ｒ１の噴射方向と同じ方向の磁場を印加すると、溶射用粉末Ｒ１への入熱量が減少すると考えられる。
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
例えば、一実施形態のプラズマ溶射装置１によれば、アノードに堆積した膜を除去するクリーニングを行うことができる。具体的には、プラズマ溶射の際に電磁石のコイルに流す電流の値及び向きを調整して磁場の向きや磁力を制御し、プラズマ中に含まれるＡｒ＋を中心軸Ｏから離れる方向に移動させることで、アノードとして機能する張出部１２ｄに衝突させてもよい。これにより、アノードとして機能する張出部１２ｄに衝突したＡｒ＋によるスパッタ効果によってアノードとして機能する張出部１２ｄに堆積した膜を除去（クリーニング）できる。また、膜の除去は、ノズル１１に溶射用粉末Ｒ１を供給しない状態で行ってもよい。
１ プラズマ溶射装置
１０ 供給部
１１ ノズル
１１ｂ 開口
４０ ガス供給部
４１ ガス供給源
４３ パイプ
６０ プラズマ生成部
８０ 磁場発生部
８１ａ，８１ｂ，８１ｃ 永久磁石
８２ａ，８２ｂ，８２ｃ 永久磁石
８３ａ，８３ｂ，８３ｃ 電磁石
Ｍ１〜Ｍ３ 永久磁石
Ｏ 中心軸
Ｒ１ 溶射用粉末
Ｕ プラズマ生成空間

Claims (22)

  1. 溶射材料の粉末を第１のガスにより運び、先端部の開口から噴射する供給部と、
    噴射された前記第１のガスを用いて前記供給部と軸芯が共通するプラズマを生成するプラズマ生成部と、
    前記プラズマの生成空間に前記供給部の中心軸を旋回軸とする旋回流を形成する第２のガスを供給するガス流路と、
    前記プラズマの生成空間に前記供給部の中心軸に対して所望の分布の磁場を発生させる磁場発生部と、
    を備える、プラズマ溶射装置。
  2. 前記磁場発生部は、前記中心軸と平行な磁場を発生させる、
    請求項１に記載のプラズマ溶射装置。
  3. 前記磁場発生部は、前記中心軸を中心とする円環状の永久磁石を有する、
    請求項１又は２に記載のプラズマ溶射装置。
  4. 前記永久磁石は、前記中心軸の方向に間隔を空けて複数配置されている、
    請求項３に記載のプラズマ溶射装置。
  5. 前記永久磁石は、前記中心軸の方向に移動自在である、
    請求項３又は４に記載のプラズマ溶射装置。
  6. 前記磁場発生部は、前記中心軸を中心とするコイルを含む電磁石を有する、
    請求項１乃至５のいずれか一項に記載のプラズマ溶射装置。
  7. 前記ガス流路は、前記粉末の噴射方向に向かって右回りの旋回流を形成し、
    前記磁場発生部は、前記粉末の噴射方向に対して逆方向の磁場を発生させる、
    請求項１乃至６のいずれか一項に記載のプラズマ溶射装置。
  8. 前記ガス流路は、前記粉末の噴射方向に向かって左回りの旋回流を形成し、
    前記磁場発生部は、前記粉末の噴射方向と同じ方向の磁場を発生させる、
    請求項１乃至６のいずれか一項に記載のプラズマ溶射装置。
  9. 前記供給部は、粒径が１μｍ〜１０μｍの溶射用粉末を噴射する、
    請求項１乃至８のいずれか一項に記載のプラズマ溶射装置。
  10. 溶射材料の粉末を第１のガスにより運び、先端部の開口から噴射する供給部と、
    噴射された前記第１のガスを用いて前記供給部と軸芯が共通するプラズマを生成するプラズマ生成部と、
    前記プラズマの生成空間に前記供給部の中心軸を旋回軸とする旋回流を形成する第２のガスを供給するガス流路と、
    前記供給部の中心軸を中心とする円環状の永久磁石を有する磁場発生部と、
    を備える、プラズマ溶射装置。
  11. 前記磁場発生部は、前記中心軸と平行な磁場を発生させる、
    請求項１０に記載のプラズマ溶射装置。
  12. 前記永久磁石は、前記中心軸の方向に間隔を空けて複数配置されている、
    請求項１０又は１１に記載のプラズマ溶射装置。
  13. 前記永久磁石は、前記中心軸の方向に移動自在である、
    請求項１０乃至１２のいずれか一項に記載のプラズマ溶射装置。
  14. 前記ガス流路は、前記粉末の噴射方向に向かって右回りの旋回流を形成し、
    前記磁場発生部は、前記粉末の噴射方向に対して逆方向の磁場を発生させる、
    請求項１０乃至１３のいずれか一項に記載のプラズマ溶射装置。
  15. 前記ガス流路は、前記粉末の噴射方向に向かって左回りの旋回流を形成し、
    前記磁場発生部は、前記粉末の噴射方向と同じ方向の磁場を発生させる、
    請求項１０乃至１３のいずれか一項に記載のプラズマ溶射装置。
  16. 前記供給部は、粒径が１μｍ〜１０μｍの溶射用粉末を噴射する、
    請求項１０乃至１５のいずれか一項に記載のプラズマ溶射装置。
  17. 溶射材料の粉末を第１のガスにより運び、先端部の開口から噴射する供給部と、
    噴射された前記第１のガスを用いて前記供給部と軸芯が共通するプラズマを生成するプラズマ生成部と、
    前記プラズマの生成空間に前記供給部の中心軸を旋回軸とする旋回流を形成する第２のガスを供給するガス流路と、
    前記供給部の中心軸を中心とするコイルを含む電磁石を有する磁場発生部と、
    を備える、プラズマ溶射装置。
  18. 前記磁場発生部は、前記中心軸と平行な磁場を発生させる、
    請求項１７に記載のプラズマ溶射装置。
  19. 前記ガス流路は、前記粉末の噴射方向に向かって右回りの旋回流を形成し、
    前記磁場発生部は、前記粉末の噴射方向に対して逆方向の磁場を発生させる、
    請求項１７又は１８に記載のプラズマ溶射装置。
  20. 前記ガス流路は、前記粉末の噴射方向に向かって左回りの旋回流を形成し、
    前記磁場発生部は、前記粉末の噴射方向と同じ方向の磁場を発生させる、
    請求項１７又は１８に記載のプラズマ溶射装置。
  21. 前記供給部は、粒径が１μｍ〜１０μｍの溶射用粉末を噴射する、
    請求項１７乃至２０のいずれか一項に記載のプラズマ溶射装置。
  22. 供給部にて溶射材料の粉末を第１のガスにより運び、前記供給部の先端部の開口から噴射するステップと、
    噴射された前記第１のガスを用いて前記供給部と軸芯が共通するプラズマを生成するステップと、
    前記プラズマの生成空間に前記供給部の中心軸を旋回軸とする旋回流を形成する第２のガスを供給するステップと、
    前記プラズマの生成空間に前記供給部の中心軸に対して所望の分布の磁場を発生させるステップと、
    を有する、プラズマ溶射方法。
JP2019152532A 2019-08-23 2019-08-23 プラズマ溶射装置及びプラズマ溶射方法 Active JP7278174B2 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019152532A JP7278174B2 (ja) 2019-08-23 2019-08-23 プラズマ溶射装置及びプラズマ溶射方法
KR1020200100275A KR20210023701A (ko) 2019-08-23 2020-08-11 플라즈마 용사 장치 및 플라즈마 용사 방법
CN202010819371.8A CN112410717A (zh) 2019-08-23 2020-08-14 等离子体喷镀装置和等离子体喷镀方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019152532A JP7278174B2 (ja) 2019-08-23 2019-08-23 プラズマ溶射装置及びプラズマ溶射方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2021034209A true JP2021034209A (ja) 2021-03-01
JP7278174B2 JP7278174B2 (ja) 2023-05-19

Family

ID=74676207

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019152532A Active JP7278174B2 (ja) 2019-08-23 2019-08-23 プラズマ溶射装置及びプラズマ溶射方法

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP7278174B2 (ja)
KR (1) KR20210023701A (ja)
CN (1) CN112410717A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114672758A (zh) * 2022-03-02 2022-06-28 郑州轻工业大学 一种磁场调控超音速等离子体热喷涂装置
CN114737148A (zh) * 2022-04-20 2022-07-12 四川真火等离子研究院有限公司 一种磁旋转电弧阴极中心送粉等离子体冶金熔融喷涂工艺

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000096247A (ja) * 1998-09-22 2000-04-04 Komatsu Ltd 表面処理装置
CN207251996U (zh) * 2017-08-25 2018-04-17 徐州科融环境资源股份有限公司 一种磁旋弧等离子发生器
JP2018078054A (ja) * 2016-11-10 2018-05-17 東京エレクトロン株式会社 プラズマ溶射装置及び溶射制御方法
JP2020506052A (ja) * 2017-01-23 2020-02-27 エドワーズ コリア リミテッド 窒素酸化物還元装置及びガス処理装置

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06325895A (ja) 1993-03-19 1994-11-25 Aisin Seiki Co Ltd プラズマ溶射法及びプラズマ溶射装置
JPH08225916A (ja) 1995-02-16 1996-09-03 Hitachi Ltd 溶射方法及び溶射装置
JPH10102228A (ja) * 1996-09-25 1998-04-21 Kinden:Kk 磁界制御プラズマによる溶射法
JP5284774B2 (ja) * 2008-12-26 2013-09-11 トーカロ株式会社 粒子加速ノズル付きプラズマ溶射装置およびプラズマ溶射方法
JP5683822B2 (ja) * 2009-03-06 2015-03-11 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置及びプラズマ処理装置用の電極
US20120199070A1 (en) * 2011-02-03 2012-08-09 Vapor Technologies, Inc. Filter for arc source
JP6122666B2 (ja) 2013-03-07 2017-04-26 東京エレクトロン株式会社 ホッパー及び溶射装置
JP5799153B1 (ja) 2014-10-23 2015-10-21 株式会社金星 プラズマトーチ、プラズマ溶射装置、およびプラズマトーチの制御方法
KR20170055927A (ko) * 2015-11-12 2017-05-22 전북대학교산학협력단 아크 기둥 요동 제어하기 위한 다중극 자기장이 인가된 공동형 플라즈마 토치
KR102646623B1 (ko) * 2017-01-23 2024-03-11 에드워드 코리아 주식회사 플라즈마 발생 장치 및 가스 처리 장치

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000096247A (ja) * 1998-09-22 2000-04-04 Komatsu Ltd 表面処理装置
JP2018078054A (ja) * 2016-11-10 2018-05-17 東京エレクトロン株式会社 プラズマ溶射装置及び溶射制御方法
JP2020506052A (ja) * 2017-01-23 2020-02-27 エドワーズ コリア リミテッド 窒素酸化物還元装置及びガス処理装置
CN207251996U (zh) * 2017-08-25 2018-04-17 徐州科融环境资源股份有限公司 一种磁旋弧等离子发生器

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114672758A (zh) * 2022-03-02 2022-06-28 郑州轻工业大学 一种磁场调控超音速等离子体热喷涂装置
CN114672758B (zh) * 2022-03-02 2024-02-02 郑州轻工业大学 一种磁场调控超音速等离子体热喷涂装置
CN114737148A (zh) * 2022-04-20 2022-07-12 四川真火等离子研究院有限公司 一种磁旋转电弧阴极中心送粉等离子体冶金熔融喷涂工艺
CN114737148B (zh) * 2022-04-20 2024-03-26 四川真火等离子研究院有限公司 一种磁旋转电弧阴极中心送粉等离子体冶金熔融喷涂工艺

Also Published As

Publication number Publication date
CN112410717A (zh) 2021-02-26
JP7278174B2 (ja) 2023-05-19
KR20210023701A (ko) 2021-03-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6854628B2 (ja) プラズマ溶射装置及び溶射制御方法
JP2021034209A (ja) プラズマ溶射装置及びプラズマ溶射方法
JP2005060841A (ja) カソードスパッタリング装置
JPWO2013179548A1 (ja) マグネトロンスパッタ装置、マグネトロンスパッタ方法及び記憶媒体
US9426875B2 (en) Method for producing plasma flow, method for plasma processing, apparatus for producing plasma, and apparatus for plasma processing
KR100274433B1 (ko) 스퍼트링장치 및 스퍼트링방법
WO2011021281A1 (ja) アーク蒸発源及び真空蒸着装置
KR100701267B1 (ko) 저전류 구동형 펄스 아크 발생장치
JP2023038080A (ja) プラズマ溶射装置
JPH11269634A (ja) 真空アーク蒸発源
JP5118599B2 (ja) 荷電粒子流収束機構、荷電粒子流収束機構の使用方法および真空成膜装置
CN103691589B (zh) 铁磁性粉末电磁驱动送粉方法及装置
JP5340848B2 (ja) プラズマ処理装置および光学素子成形型の製造方法
CN105834175A (zh) 霍尔推力器放电通道污染膜自清洗方法
JP6895813B2 (ja) プラズマ溶射ヘッド、プラズマ溶射装置及びプラズマ溶射方法
JP2595365B2 (ja) 熱プラズマジェット発生装置
JPH0713290B2 (ja) 溶射トーチ
JP7134980B2 (ja) 所定のカソード材料除去を伴うカソードアーク蒸発
JP7332169B2 (ja) 磁化プラズモイド射出装置
JPH10102228A (ja) 磁界制御プラズマによる溶射法
Anders et al. Asymmetric injection of cathodic arc plasma into a macroparticle filter
KR20240066094A (ko) 아크 증발원
JP2022515745A (ja) プラズマ処理を実行するためのプラズマ源のための磁石構成
JPH06150830A (ja) 熱プラズマ発生方法及び製膜装置並びにディスプレイ装置
JP2004010921A (ja) 真空アーク蒸着方法及びその装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20220517

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20230131

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20230207

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230213

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20230411

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230509

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7278174

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150