JP2021527565A - 基板上への大気圧プラズマジェットコーティング堆積のための改善された方法および装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プラズマ蒸着の技術分野に関する。したがって、本発明は、IPC H05H 1/24および/またはIPC B01J 19/08に関係し得る。
プラズマ蒸着によるコーティングは、他のコーティング技法に対して、特に、物体をコーティング物質を含む液体にさらすことによってコーティングが被着される湿式技法に対して、多くの利点を提供する。例えば、プラズマコーティングは非常に薄いコーティング層を可能にする、あらゆる種類の形状を有する物体のコーティングを可能にする、コーティング物質の損失がわずかである、などの利点がある。
第1の態様では、本発明は、請求項1に記載の、大気圧プラズマジェットを介してコーティングを堆積するための方法を提供する。
−ジェット出口(12)を備える大気圧プラズマジェット発生器(1)を提供するステップと、
−ジェット入口(22)、ノズル出口(24)、およびジェット入口からノズル出口まで延在する側壁(21)を備えるシールド(2)を提供するステップと、
−シールドをプラズマジェット発生器に取り外し可能に取り付け、以てジェット入口とジェット出口とを連通可能に結合するステップと、
−プラズマジェット発生器を介してシールド内にプラズマジェットを提供し、シールド内のプラズマジェットにコーティング前駆体を注入するステップであり、以て環境に対してシールド内に過圧を発生させる、ステップと、
−基板の表面とノズル出口とを相対的に動かし、以て上記表面にコーティングを堆積させるステップと
を含む、方法を提供する。
図面の説明
本発明は、大気圧プラズマジェットを介してコーティングを堆積するための装置および方法に関する。本発明はさらにキットに関する。本発明は、上記の対応する節に要約されている。以下では、本発明を詳細に説明し、好ましい実施形態を論じ、本発明を実施例を介して例示する。
本明細書において使用される場合の「1つの(a)」、「1つの(an)」、および「その(the)」は、文脈が明確に別段の指示をしない限り、単数形と複数形の両方の指示対象を指す。例として、「1つの区画(a compartment)」は、1つまたは複数の区画を指す。
a.ジェット入口(22)、ノズル出口(24)、およびジェット入口からノズル出口まで延在する側壁(21)を備える交換可能なシールド(2)を製造するステップであり、ノズル出口は、物体プロファイルの少なくとも一部と本質的に一致する縁部(25)を含む、製造するステップと、
b.交換可能なシールドをプラズマジェット発生器のジェット出口に取り外し可能に取り付けるステップと、
c.物体プロファイルがノズル出口縁部に近密に嵌合するように物体をノズル出口に配置するステップであり、以てノズル出口と物体との間の間隙を最小限に抑える、配置するステップと、
d.プラズマジェット発生器を介してシールド内にプラズマジェットを提供し、シールド内のプラズマジェットにコーティング前駆体を注入し、以て、大気圧より高い、好ましくは最大10%だけ高い動作圧力を生成することによって、当該動作圧力において、低温の無酸素プラズマによって物体をプラズマコーティングするステップと
を含み、以て、酸素欠乏プラズマゾーン内で物体をプラズマコーティングする。
−ジェット出口(12)を備えるプラズマジェット発生器(1)と、
−アダプタ(3)および交換可能なシールド(2)を備えるノズルであって、シールドは、ジェット入口(22)、ノズル出口(24)、およびジェット入口からノズル出口まで延在する側壁(21)を備える、ノズルと
を備え、
アダプタは、シールドをプラズマジェット発生器に取り外し可能に取り付けるように構成され、以て、ジェット出口とジェット入口とを連通可能に結合する。
実施例1:第1の装置
本発明による装置の第1の実施形態の少なくとも一部が図1aに示されている。この装置は、大気圧プラズマジェット発生器(1)と、アダプタ(3)およびシールド(2)を備えるノズルとを備える。
本発明による装置の第2の実施形態の少なくとも一部が図1bに示されている。この装置は、大気圧プラズマジェット発生器(1’)と、アダプタ(3’)およびシールド(2’)を備えるノズルとを備える。
この実施例では、図2a、図2b、図2c、および図2dが参照される。この実施例で開示されている特定の機能は、上記の実施例1および2のシールドに関与し得る。
図3を参照すると、シールドは、少なくとも1つ、好ましくは少なくとも2つの前駆体入口(27)を含むことができる。前駆体入口は、好ましくは、側壁を介して、より好ましくは、シールドの長さの最大50%のジェット入口の距離内で、シールドに連通可能に結合される。前駆体入口は、側壁(図3)の先細り部分(21a)を介して、または代替的に、側壁の真っ直ぐな部分、すなわち長さ方向に平行な部分を介して結合することができる。
図7は、粉末のプラズマコーティングに特に好ましい、本発明によるシールドを備えた装置の断面図を示す。
図8は、繊維のプラズマコーティングに特に好ましい、本発明によるシールドを備えた装置の断面図を示す。
図9は、軸対称の物体と一致するように特に製造された縁部を備えた、本発明によるシールドの斜視図を示す。
Claims (27)
- 物体プロファイルを含む物体をプラズマコーティングするための方法であって、
a.ジェット入口(22)、ノズル出口(24)、および前記ジェット入口から前記ノズル出口まで延在する側壁(21)を備える交換可能なシールド(2)を製造するステップであり、前記ノズル出口は、前記物体プロファイルの少なくとも一部と本質的に一致する縁部(25)を含む、製造するステップと、
b.前記交換可能なシールドをプラズマジェット発生器のジェット出口に取り外し可能に取り付けるステップと、
c.前記物体プロファイルが前記ノズル出口縁部に近密に嵌合するように前記物体を前記ノズル出口に配置するステップであり、以て前記ノズル出口と前記物体との間の間隙を最小限に抑える、配置するステップと、
d.前記プラズマジェット発生器を介して前記シールド内にプラズマジェットを提供し、前記シールド内の前記プラズマジェットにコーティング前駆体を注入し、以て、大気圧より高い、好ましくは最大10%だけ高い動作圧力を生成することによって、前記動作圧力において、低温の無酸素プラズマによって前記物体をプラズマコーティングするステップと
を含み、
以て、酸素欠乏プラズマゾーン内で前記物体をプラズマコーティングする、方法。 - 前記プラズマが、ステップdにおいて、120℃より低い、好ましくは70℃より低い温度でコーティングされる、請求項1に記載の方法。
- 前記シールドは、前記プラズマジェット発生器に前記シールドを取り外し可能に取り付けるように構成されたアダプタ(3)によって前記ジェット出口に取り外し可能に取り付けられ、以て、前記プラズマジェット発生器の前記ジェット出口と前記シールドの前記ジェット入口とが連通可能に結合される、請求項1または2のいずれか1項に記載の方法。
- 複数のタイプの物体をプラズマコーティングするためのものであり、各タイプの物体が、異なる物体プロファイルを含み、ステップaが、各タイプの物体に対して実施され、以て、複数の交換可能なシールドが製造され、各シールドは、それぞれの前記物体の前記物体プロファイルの少なくとも一部と本質的に一致しているノズル出口縁部を有するノズル出口を備える、請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。
- 前記シールドの前記側壁が少なくとも1つの前駆体入口(27)を含み、以て、前記コーティング前駆体が、前記シールド内の前記プラズマジェット内の前記少なくとも1つの前駆体入口を介して注入される、請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。
- ステップdが、
e.表面にコーティングを堆積させるために、前記物体の前記表面と前記ノズル出口とを相対的に動かすステップ
を含む、請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。 - 表面にコーティングを堆積させるために、前記物体の前記表面と前記ノズル出口とを相対的に動かすステップe中に、前記縁部は、前記基板の前記表面の少なくとも0.1mmかつ最大5mm、好ましくは少なくとも0.2mmかつ最大2mm、より好ましくは少なくとも0.5mmかつ最大1mmの距離に維持され、以て、前記表面にコーティングを堆積させる、請求項6に記載の方法。
- 前記物体プロファイルは、長手方向に沿って本質的に同じであり、前記相対運動は、前記長手方向に沿った相対並進を含む、請求項6または7のいずれか1項に記載の方法。
- 前記縁部は、前記物体プロファイルに円周方向に一致する第1の縁部であり、以て、前記シールドは、前記物体プロファイルに円周方向に一致する物体入口縁部である第2の縁部を含み、以て、前記相対運動は、前記物体入口縁部から前記シールド内の処理チャンバを通じて前記第1の縁部までの前記長手方向の前記物体の動きを含む、請求項8に記載の方法。
- 前記物体プロファイルは、中心軸を中心として本質的に軸対称であり、前記相対運動は、前記中心軸を中心とした相対回転を含む、請求項6または7のいずれか1項に記載の方法。
- −前記物体は、長手方向に同じである本質的に円形の断面を含むプロファイルを有する繊維であり、好ましくは以て、請求項9に記載の方法が使用され、前記第1の縁部および前記第2の縁部が前記繊維の前記断面と一致する直径を有する円形の開口部を含み、以て、前記繊維が前記第1の縁部および前記第2の縁部の前記開口部を通過することが可能になり、または
−前記物体は、長手方向に沿って吹き付けられ、以て、長手方向に同じであるかまたは前記長手方向に変化する直径を有する本質的に円形の断面を含むプロファイルを有する粉末ビームが形成される粉末であり、好ましくは以て、請求項9に記載の方法が使用され、前記第1の縁部および前記第2の縁部は、それぞれ前記第1の縁部および前記第2の縁部の位置において前記粉末ビームの前記断面に一致するそれぞれの直径を有するそれぞれの円形開口部を含み、以て、前記粉末が前記第1の縁部および前記第2の縁部の前記開口部を通過することが可能になる、
請求項1〜10のいずれか1項に記載の方法。 - 前記シールドが、3D印刷技法を使用して製造される、請求項1〜11のいずれか1項に記載の方法。
- 請求項1〜12のいずれか1項に記載の方法を実施するためのキットであって、複数の交換可能なシールド(2)を備え、各シールドは、ジェット入口(22)、ノズル出口(24)、および前記ジェット入口から前記ノズル出口まで延在する側壁(21)を含み、各シールドの前記ノズル出口は、物体の物体プロファイルの少なくとも一部と本質的に一致するノズル出口縁部を含み、好ましくは、各シールドは、物体プロファイルのそれぞれの部分または複数のタイプの物体のそれぞれの物体プロファイルの少なくとも一部と本質的に一致するノズル出口縁部を有するノズル出口を含む、キット。
- プラズマジェット発生器に前記シールドの少なくとも1つ、好ましくは前記シールドの各々を取り外し可能に取り付け、以て前記プラズマジェット発生器のジェット出口と、前記プラズマジェット発生器に取り付けられているシールドの前記ジェット入口とを連通可能に結合するように構成されたアダプタ(3)を備える、請求項13に記載のキット。
- 前記複数のシールドの各々を取り付けることができるプラズマジェット発生器を備える、請求項13または14に記載のキット。
- 大気圧プラズマジェットを介してコーティングを堆積させるための装置であって、
−ジェット出口(12)を備えるプラズマジェット発生器(1)と、
−アダプタ(3)および交換可能なシールド(2)を備えるノズルであって、前記シールドは、ジェット入口(22)、ノズル出口(24)、および前記ジェット入口から前記ノズル出口まで延在する側壁(21)を備える、ノズルと
を備え、
前記アダプタは、前記シールドを前記プラズマジェット発生器に取り外し可能に取り付けるように構成され、以て、前記ジェット出口と前記ジェット入口とを連通可能に結合する、装置。 - 前記シールドは、前記ジェット入口(22)に、前記側壁(21)に取り付けられたフランジ(26)を含み、前記アダプタは、前記フランジを保持するのに適合されたサイズおよび形状を備えた開口部(32)を含む保持壁(31)を含む、請求項16に記載の装置。
- 前記シールドがモノリシックである、請求項16または17のいずれか1項に記載の装置。
- 前記シールドが絶縁材料を含む、請求項16〜18のいずれか1項に記載の装置。
- 前記シールドがポリマー材料を含み、好ましくはポリマー材料から作成される、請求項16〜19のいずれか1項に記載の装置。
- 前記シールドの前記ノズル出口が平坦でない縁部(25’’’)を含む、請求項16〜20のいずれか1項に記載の装置。
- 前記ジェット出口(24)が開口部を含み、前記ジェット入口(22)が前記ジェット出口の前記開口部よりも大きい開口部を含む、請求項16〜21のいずれか1項に記載の装置。
- 前記側壁が先細り部分(21a)を含む、請求項16〜22のいずれか1項に記載の装置。
- 前記シールドの前記側壁が少なくとも1つの前駆体入口(27)を含む、請求項16〜23のいずれか1項に記載の装置。
- 前記ノズルが均質化手段(28)を備え、好ましくは前記シールドが流れ擾乱要素を備える、請求項16〜24のいずれか1項に記載の装置。
- 前記ノズルが冷却用に適合され(29a、29b、29c)、好ましくは前記シールドの前記側壁が、冷却流体を通過させるためのチャネルを含む、請求項16〜25のいずれか1項に記載の装置。
- 前記装置が、連続する基板の平坦な表面または平坦でない表面のインライン処理のための輸送手段を備え、前記シールドの前記ノズル出口(24)が縁部(25)を含み、前記装置が、前記基板の前記表面の少なくとも0.1mmかつ最大5mm、好ましくは少なくとも0.2mmかつ最大2mm、より好ましくは少なくとも0.5mmかつ最大1mmの距離に前記縁部を維持するように構成されている、請求項16〜26のいずれか1項に記載の装置。
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