JPH05301066A - Powder beam coating method - Google Patents
Powder beam coating methodInfo
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- JPH05301066A JPH05301066A JP13011992A JP13011992A JPH05301066A JP H05301066 A JPH05301066 A JP H05301066A JP 13011992 A JP13011992 A JP 13011992A JP 13011992 A JP13011992 A JP 13011992A JP H05301066 A JPH05301066 A JP H05301066A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、ガラス基板や半導体基
板等の被加工物の表面にパウダー状の微粒子を噴射ノズ
ルから高速で噴射し、被加工物の表面に微粒子の被膜
(いわゆるデポジション)を形成するようにしたパウダ
ービームコーティング方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention ejects powdery fine particles onto a surface of an object to be processed such as a glass substrate or a semiconductor substrate at a high speed from an injection nozzle to form a film of particles (so-called deposition) on the surface of the object to be processed. ) Of the powder beam coating method.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、半導体集積回路やプリント配線回
路、さらには磁気ヘッド等の各種機能素子等の製造に際
しては、様々な微細加工が必要で、高度な薄膜形成技術
が必要となっている。2. Description of the Related Art Conventionally, in manufacturing semiconductor integrated circuits, printed wiring circuits, and various functional elements such as magnetic heads, various fine processings have been required, and advanced thin film forming techniques have been required.
【0003】このような状況から、各方面で加工技術に
関する研究が進められており、例えば半導体ウエハの表
面にセラミックスやガラス等をコーティングする方法と
して、真空中でターゲットに不活性ガスのイオンを加速
して衝突させ、ターゲットをたたき出してこれを基板上
に堆積させて薄膜を形成するスパッタ法や、イオンプレ
ーティング法等の真空装置を用いた方法、あるいは成膜
する材料例えば、セラミックスの粉体を大気中もしくは
減圧中でプラズマやバーナー等の熱により溶解し、これ
を吹きつけて薄膜を形成する溶射法がある。Under such circumstances, researches on processing techniques have been advanced in various fields. For example, as a method for coating the surface of a semiconductor wafer with ceramics, glass or the like, ions of an inert gas are accelerated in a target in a vacuum. Then, the target is knocked out, and the target is knocked out and deposited on the substrate to form a thin film, or a method using a vacuum device such as an ion plating method, or a material for film formation, for example, a ceramic powder is used. There is a thermal spraying method in which it is melted by heat of plasma or a burner in the air or under reduced pressure and is blown to form a thin film.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た真空装置を用いた方法や溶射法では、被膜のコーティ
ング加工時に被加工物の温度が高くなり、被加工物が変
形することがあったり、被加工物の表面を粗面加工しな
いと被膜の密着性が低下するといった問題があった。ま
た、上述した真空装置を用いた場合では、コーティング
加工に時間がかかる上、被加工物が大型の場合はコーテ
ィング加工が不可能になるといった問題もあった。ま
た、上述した溶射法の場合は、コーティング被膜に空孔
(いわゆる気泡)が発生し、コーティング被膜の膜質が
低下して製品性が損なわれるといた問題があった。However, in the method using the above-mentioned vacuum device and the thermal spraying method, the temperature of the work piece may become high during the coating process of the coating, and the work piece may be deformed or the work piece may be deformed. If the surface of the processed product is not roughened, there is a problem that the adhesiveness of the coating is reduced. Further, in the case of using the above-mentioned vacuum device, there is a problem that the coating process takes time and the coating process becomes impossible when the workpiece is large. Further, in the case of the above-mentioned thermal spraying method, there is a problem that pores (so-called bubbles) are generated in the coating film, the film quality of the coating film is deteriorated, and the productability is impaired.
【0005】そこで、上述した従来のコーティング技術
に代わる加工方法として、パウダー状の微粒子を噴射ノ
ズルから高速で噴射し被加工物の表面に被膜を形成する
加工法が例えば、特開平3−231096号公報等にお
いて提案されている。Therefore, as an alternative processing method to the above-mentioned conventional coating technique, a processing method in which powdery fine particles are sprayed from a spray nozzle at a high speed to form a film on the surface of a workpiece is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 231096/1993. It is proposed in the gazette and the like.
【0006】本発明は、上述したように微粒子の噴射に
より被加工物の表面にコーティング膜を形成するようよ
うにし、被加工物の表面の耐蝕性、耐磨耗性を向上する
ことのできるパウダービームコーティング方法を得るこ
とを目的とする。As described above, the present invention forms a coating film on the surface of a work piece by spraying fine particles to improve the corrosion resistance and wear resistance of the work piece surface. The purpose is to obtain a beam coating method.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
ため、本発明によるパウダービームコーティング方法
は、ガラス基板や半導体基板等の被加工物の表面にパウ
ダー状の微粒子をノズルから高速で噴射し、被加工物の
表面に微粒子の被膜を形成するようにしたパウダービー
ムコーティング方法において、ノズルから噴射した微粒
子を被加工物の表面に埋め込ませることによって微粒子
の被膜を形成するようにしたものである。In order to achieve the above-mentioned object, the powder beam coating method according to the present invention is a method of spraying powdery fine particles from a nozzle at high speed onto the surface of an object to be processed such as a glass substrate or a semiconductor substrate. In a powder beam coating method in which a fine particle coating is formed on the surface of a workpiece, the fine particle sprayed from a nozzle is embedded in the surface of the workpiece to form a fine particle coating. ..
【0008】[0008]
【作用】上述のようになされた本発明によるパウダービ
ームコーティング方法は、ガラス基板や半導体基板等の
被加工物の表面に微粒子をノズルから例えば、100〜
300m/secの高速で噴射し衝突させることで、微
粒子の一部あるいは微粒子の全体が被加工物の表面に埋
め込まれ、被加工物の表面に微粒子の被膜が形成される
ことになる。In the powder beam coating method according to the present invention as described above, fine particles are applied to the surface of an object to be processed such as a glass substrate or a semiconductor substrate from a nozzle by, for example, 100 to 100
By injecting and colliding at a high speed of 300 m / sec, a part of the fine particles or the whole of the fine particles are embedded in the surface of the workpiece, and a fine particle coating film is formed on the surface of the workpiece.
【0009】[0009]
【実施例】以下、本発明によるパウダービームコーティ
ング方法の実施例を図面に基づいて説明する。まず、本
発明方法を実施するための加工装置の構成図を図1につ
いて説明する。Embodiments of the powder beam coating method according to the present invention will be described below with reference to the drawings. First, a block diagram of a processing apparatus for carrying out the method of the present invention will be described with reference to FIG.
【0010】本例で使用される加工装置は、大別して圧
縮空気を供給するエアーコンプレッサー1と、このエア
ーコンプレッサー1より送出された圧縮空気にパウダー
状の微粒子を混合する混合室2と、圧縮空気と共に微粒
子を被加工物に噴射するための加工室3及びこの加工室
3より微粒子を回収吸引する排風機4とにより構成され
ている。The processing apparatus used in this example is roughly divided into an air compressor 1 for supplying compressed air, a mixing chamber 2 for mixing compressed air delivered from the air compressor 1 with powdery fine particles, and compressed air. At the same time, it is composed of a processing chamber 3 for injecting fine particles onto a workpiece and an air blower 4 for collecting and sucking fine particles from the processing chamber 3.
【0011】エアーコンプレッサー1からは、空気供給
パイプ5が導出され、この空気供給パイプ5は、さらに
第1の供給パイプ6と第2の供給パイプ7とに分岐さ
れ、それぞれ混合室2に接続されている。尚、空気供給
パイプ5の中途部には、混合室2へ供給される圧縮空気
の圧力を調整する調整弁8及び混合室2への圧縮空気の
供給を制御する電磁弁9が設けられ、また第2の供給パ
イプ7の中途部には、この第2の供給パイプ7への圧縮
空気の流量を調整する調整弁10が設けられている。An air supply pipe 5 is led out from the air compressor 1, and the air supply pipe 5 is further branched into a first supply pipe 6 and a second supply pipe 7, which are respectively connected to the mixing chamber 2. ing. An adjusting valve 8 for adjusting the pressure of the compressed air supplied to the mixing chamber 2 and a solenoid valve 9 for controlling the supply of the compressed air to the mixing chamber 2 are provided in the middle of the air supply pipe 5. An adjusting valve 10 that adjusts the flow rate of the compressed air to the second supply pipe 7 is provided in the middle of the second supply pipe 7.
【0012】一方、混合室2の上部には、微粒子の供給
部11が設けられており、この供給部11の蓋体12を
開蓋して微粒子を供給するようになっている。On the other hand, a fine particle supply unit 11 is provided above the mixing chamber 2, and the lid 12 of the supply unit 11 is opened to supply the fine particles.
【0013】供給部11の底部は、円錐形状とされ、そ
の中央部には混合室2への投入口11aが設けられると
共に、この投入口11aに嵌合する円錐形状の供給弁1
3が設けられている。供給弁13は、蓋体12の中央部
を貫通して配設されており、その基端部に設けられた係
止部13aと蓋体12の間にコイルばね14を介在させ
ることで図中上方に付勢されている。従って、通常は円
錐部13bの周面が投入口11aに密着することで閉塞
するようにされており、必要に応じてコイルばね14に
抗して供給弁13を押圧操作することで円錐部13bの
投入口11aへの密着状態が解除され、供給部11内の
微粒子が混合室2内に落下されるようになっている。The bottom of the supply unit 11 has a conical shape, and an inlet 11a for the mixing chamber 2 is provided in the center thereof, and a conical supply valve 1 fitted into the inlet 11a.
3 is provided. The supply valve 13 is arranged so as to penetrate through the central portion of the lid body 12, and a coil spring 14 is interposed between the locking portion 13a provided at the base end portion of the lid body 12 and the lid valve 12 in the drawing. It is biased upward. Therefore, normally, the peripheral surface of the conical portion 13b is closed by closely contacting the input port 11a, and the conical portion 13b is pressed by pressing the supply valve 13 against the coil spring 14 as necessary. The state of close contact with the charging port 11a is released, and the fine particles in the supply unit 11 are dropped into the mixing chamber 2.
【0014】混合室2は、円筒状の容器とされ、その内
部に微粒子が収容されている。混合室2の底部はやはり
円錐形状とされており、その底面にサーメット(金属粉
を焼結して形成される無数の微細孔を有する多孔質板)
等よりなる円板状のフイルタ16が設けられると共に、
エアーコンプレッサー1の第1の供給パイプ6がフイル
タ16の背面側に接続されている。従って、第1の供給
パイプ6に供給される圧縮空気は、フイルタ16を介し
て混合室2内へ導入されることになる。The mixing chamber 2 is a cylindrical container in which fine particles are stored. The bottom of the mixing chamber 2 is also conical, and a cermet (a porous plate having innumerable fine holes formed by sintering metal powder) on the bottom surface thereof.
And a disc-shaped filter 16 made of
The first supply pipe 6 of the air compressor 1 is connected to the back side of the filter 16. Therefore, the compressed air supplied to the first supply pipe 6 is introduced into the mixing chamber 2 via the filter 16.
【0015】また、フイルタ16の周囲の斜面には、複
数の振動手段17が設けられている。この振動手段17
は、例えば、上下一対の圧電素子と電極から構成され
る、いわゆるバイモルフであって、その自由端がフイル
タ16の上方に臨むように円環状に配置され、基端部が
混合室2の円錐状の斜面に固定されている。A plurality of vibrating means 17 are provided on the slope around the filter 16. This vibrating means 17
Is a so-called bimorph composed of, for example, a pair of upper and lower piezoelectric elements and electrodes, and is arranged in an annular shape so that its free end faces above the filter 16, and the base end portion has a conical shape of the mixing chamber 2. It is fixed on the slope of.
【0016】上述した振動手段17は、例えば所定の交
流電圧を印加することによってその自由端を上下方向に
振動させることができ、微粒子15を機械的に分散させ
ながらフイルタ16からの圧縮空気と攪拌混合するエア
ーバイブレーション効果を付与することができる。尚、
印加する交流電圧の周波数は、例えば、200〜400
kz程度の高周波であってよく、バイモルフの共振周波
数とほぼ等しくすることが望ましい。さらに、振動手段
16の振動の位相を逆にすると一層効果的である。The vibrating means 17 can vibrate its free end in the vertical direction by applying a predetermined AC voltage, for example, and mechanically disperse the fine particles 15 and agitate with the compressed air from the filter 16. An air vibration effect of mixing can be imparted. still,
The frequency of the applied AC voltage is, for example, 200 to 400.
A high frequency of about kz may be used, and it is desirable that the resonance frequency be substantially equal to the bimorph resonance frequency. Further, it is more effective to reverse the phase of vibration of the vibrating means 16.
【0017】また、本例では、振動手段17の基端側半
分を覆ってゴムシート18が貼着されており、振動手段
17の下側に微粒子が入り込んで振動を阻害するのを防
ぐようにしている。Further, in this embodiment, the rubber sheet 18 is adhered so as to cover the half of the vibrating means 17 on the proximal end side, so that it is possible to prevent fine particles from entering the lower side of the vibrating means 17 and inhibiting the vibration. ing.
【0018】フイルタ16の中央部には、混合室2の底
部を貫通する送り出しパイプ19が一端を混合室2内に
開口するように立設されており、混合室2で圧縮空気に
より攪拌分散された微粒子15を送出するようになって
いる。送り出しパイプ19の中途部には、第2の供給パ
イプ7の先端部7aが挿入されており、この第2の供給
パイプ7より供給される圧縮空気の空気流によって生じ
る負圧によって、送り出しパイプ19内に微粒子15が
吸い込まれ、圧縮空気と混合して送り出される。At the center of the filter 16, a delivery pipe 19 penetrating the bottom of the mixing chamber 2 is erected so that one end opens into the mixing chamber 2 and is agitated and dispersed by compressed air in the mixing chamber 2. The fine particles 15 are delivered. The tip portion 7a of the second supply pipe 7 is inserted in the middle of the delivery pipe 19, and the delivery pipe 19 is caused by the negative pressure generated by the air flow of the compressed air supplied from the second supply pipe 7. The fine particles 15 are sucked in, mixed with compressed air, and sent out.
【0019】また、送り出しパイプ19は、加工室3ま
で延長されており、その先端部にノズル20が設けられ
ると共に、中途部には振動手段21が設けられ、送り出
しパイプ19の中途部に堆積することを防止している。Further, the delivery pipe 19 is extended to the processing chamber 3, a nozzle 20 is provided at the tip end thereof, and a vibrating means 21 is provided in the middle portion thereof, and is deposited on the middle portion of the delivery pipe 19. To prevent that.
【0020】送り出しパイプ19は、例えば、ウレタン
チューブ、ナイロンチューブ、ビニールチューブ等の可
撓性チューブによって構成されており、急激に曲げるこ
とは避けて緩やかに曲げるように配置されている。また
各パイプの連結部は、段差等を避けて空気溜まりができ
ないような構造とされており、微粒子の堆積による目詰
まりを未然に防止するようにしている。さらに、混合室
2の底面において、送り出しパイプ19の周囲には、空
気吹き出し口22が開口されており、第1の供給パイプ
6から供給される圧縮空気の一部がこの空気吹き出し口
22から噴出し、送り出しパイプ19の入口19aの近
傍で乱気流を生ぜしめ微粒子15を強力に攪拌するよう
にされている。The delivery pipe 19 is made of, for example, a flexible tube such as a urethane tube, a nylon tube, and a vinyl tube, and is arranged so as to be gently bent while avoiding sudden bending. In addition, the connecting portion of each pipe is structured so as to avoid air traps by avoiding steps or the like, so that clogging due to accumulation of fine particles is prevented in advance. Further, on the bottom surface of the mixing chamber 2, an air outlet 22 is opened around the delivery pipe 19, and a part of the compressed air supplied from the first supply pipe 6 is ejected from the air outlet 22. However, a turbulent air flow is generated in the vicinity of the inlet 19a of the delivery pipe 19, and the fine particles 15 are strongly stirred.
【0021】混合室2内には、さらに供給弁13の底面
に回動軸23が固定される攪拌機構24が設けられてい
る。この攪拌機構24は、回動軸23から延長されるア
ーム部24aと、金属の細線等からなる枠体24bと、
この枠体24bの下端縁に沿って設けられるブラシ24
cとから構成されるもので、回動軸23を駆動すること
で混合室2内に凝集した微粒子15の塊を粉砕する機能
を有している。Inside the mixing chamber 2, there is further provided a stirring mechanism 24 having a rotating shaft 23 fixed to the bottom surface of the supply valve 13. The stirring mechanism 24 includes an arm portion 24a extending from the rotating shaft 23, a frame body 24b made of a thin metal wire, and the like.
The brush 24 provided along the lower edge of the frame body 24b
It has a function of crushing the lumps of the fine particles 15 aggregated in the mixing chamber 2 by driving the rotating shaft 23.
【0022】また、混合室2の送り出しパイプ19の上
方位置には、集粉器25が設けられており、この集粉器
25の底部は送り出しパイプ19の入口19aと対向す
る台形状の集粉凹部25aが形成されている。集粉器2
5の上半分は多孔質体からなるフイルタ25bとされて
おり、導出パイプ26を介して排風機4に接続されてい
る。尚、導出パイプ26の中途部には、排気の流れや量
を調整する電磁弁27や排気量調整弁28が設けられて
いる。A dust collector 25 is provided above the delivery pipe 19 of the mixing chamber 2, and the bottom of the dust collector 25 has a trapezoidal shape facing the inlet 19a of the delivery pipe 19. A recess 25a is formed. Dust collector 2
The upper half of 5 is a filter 25b made of a porous material, and is connected to the blower 4 via a lead-out pipe 26. An electromagnetic valve 27 for adjusting the flow and amount of exhaust gas and an exhaust amount adjusting valve 28 are provided in the middle of the outlet pipe 26.
【0023】排風機4は、内部にフイルタ29及び吸引
ファン30を有し、吸引ファン30によってフイルタ2
9を介して導出パイプ26より空気を吸引し排気口31
より排気するものである。従って、混合室2内からの排
気は、フイルタ29によって清浄化されて外部に排出さ
れる。またフイルタ29によって取り除かれた微粒子
は、フイルタ29の下方に設けられる溜まり部32内に
収容される。その他、混合室2の上部には、シリカゲル
等の吸湿手段33及びヒータ等の加熱手段34が設けら
れており、さらに混合室2の周囲にもヒータ35が巻回
され、混合室2内の微粒子15を乾燥状態に保ち凝集を
防止するようになされている。The blower unit 4 has a filter 29 and a suction fan 30 inside, and the suction fan 30 allows the filter 2 to pass through.
Air is drawn from the outlet pipe 26 through the exhaust port 31
It is more exhausted. Therefore, the exhaust gas from the inside of the mixing chamber 2 is cleaned by the filter 29 and discharged to the outside. Further, the fine particles removed by the filter 29 are stored in a reservoir 32 provided below the filter 29. In addition, a moisture absorbing means 33 such as silica gel and a heating means 34 such as a heater are provided on the upper part of the mixing chamber 2, and a heater 35 is further wound around the mixing chamber 2 so that the fine particles in the mixing chamber 2 are wound. 15 is kept dry to prevent agglomeration.
【0024】一方、加工室3には、混合室2からの送り
出しパイプ19の先端に取り付けられるノズル20が配
設され、これと対向して被加工物36を載置する回転テ
ーブル37が設けられている。回転テーブル37は、噴
射される微粒子が回転テーブル37で反射することによ
り例えば被加工物の側面が不用意に加工されるのを防止
するためにメッシュ状にされており、またモータ38に
より回転されるようになされている。On the other hand, the processing chamber 3 is provided with a nozzle 20 attached to the tip of the feed pipe 19 from the mixing chamber 2, and a rotary table 37 for mounting the workpiece 36 is provided facing the nozzle 20. ing. The rotary table 37 has a mesh shape for preventing, for example, the side surface of the workpiece from being carelessly processed due to the fine particles being ejected being reflected by the rotary table 37, and is rotated by the motor 38. It is designed to be.
【0025】回転テーブル37の周囲は、吸気ボックス
39によって覆われており、加工室3内への微粒子15
の散乱が防止されている。加工室3内に微粒子が散乱す
ると、例えば、作業者が加工室3の扉を開けたときに微
粒子15が外部に漏れる危険があり、また微粒子15の
回収効率も低下する。The periphery of the rotary table 37 is covered with an intake box 39, and the fine particles 15 entering the processing chamber 3
Is prevented from scattering. When the particles are scattered in the processing chamber 3, for example, there is a risk that the particles 15 leak to the outside when an operator opens the door of the processing chamber 3, and the efficiency of collecting the particles 15 is also reduced.
【0026】また、加工室3の底部はやはり円錐状にさ
れると共に返送パイプ40が設けられ、この返送パイプ
40は吸気ボックス39の返送パイプ41と共に蓋体1
2を介して供給部11へ導かれている。また、加工室3
の底部にもバイモルフ等からなる振動手段42が設けら
れており、落下する微粒子15をエアーバイブレーショ
ンによって速やかに排出するようになされている。The bottom of the processing chamber 3 is also conical and is provided with a return pipe 40. The return pipe 40 together with the return pipe 41 of the intake box 39 is covered.
It is led to the supply unit 11 via 2. In addition, processing room 3
A vibrating means 42 made of a bimorph or the like is also provided at the bottom of the device, so that the falling fine particles 15 can be quickly discharged by air vibration.
【0027】蓋体12の他端側には導出パイプ26と共
に排風機4と接続される排気パイプ43が配管されてお
り、また円筒状の仕切り板44が垂下されている。従っ
て、返送パイプ40,41を介して回収された微粒子
は、仕切り板44による迂回回路を経由することでサイ
クロンと同様の原理により大まかに分散され、供給部1
1内へと落下される。これに対して、不要な空気は排気
パイプ43を通して排風機4から排出される。尚、排気
パイプ43の中途部には、排気の流れを制御する電磁弁
45が設けられている。At the other end of the lid 12, an exhaust pipe 43 connected to the exhaust fan 4 together with the outlet pipe 26 is laid, and a cylindrical partition plate 44 hangs down. Therefore, the fine particles collected through the return pipes 40 and 41 are roughly dispersed according to the same principle as that of the cyclone by passing through the detour circuit by the partition plate 44.
It is dropped into 1. On the other hand, unnecessary air is exhausted from the blower 4 through the exhaust pipe 43. An electromagnetic valve 45 for controlling the flow of exhaust gas is provided in the middle of the exhaust pipe 43.
【0028】以上のように構成される加工装置は、次の
ように動作する。先ず、エアーコンプレッサー1から送
出された圧縮空気は、第1の供給パイプ6と第2の供給
パイプ7とに分岐され、第1の供給パイプ6に分岐され
た圧縮空気はフイルタ16あるいは空気吹き出し口22
から混合室2内へ流入される。この際、圧縮空気が微粒
子15の中を通ることにより、いわゆるエアーバイブレ
ーション効果によって微粒子15が攪拌され、その一部
が集粉器25の集粉凹部25aによって送り出しパイプ
19の入口19a付近に集められる。The processing apparatus configured as described above operates as follows. First, the compressed air sent from the air compressor 1 is branched into a first supply pipe 6 and a second supply pipe 7, and the compressed air branched into the first supply pipe 6 is a filter 16 or an air outlet. 22
Flows into the mixing chamber 2. At this time, when the compressed air passes through the fine particles 15, the fine particles 15 are agitated by a so-called air vibration effect, and a part of the fine particles 15 is collected by the dust collecting recess 25a of the dust collector 25 near the inlet 19a of the delivery pipe 19. ..
【0029】この微粒子15の攪拌に際しては、振動手
段17による機械的な分散も行われ、エアーバイブレー
ション効果が効果的に持続される。また集粉器25に接
続される導出パイプ26の中途部に設けられる電磁弁2
7と、供給部11の蓋体12に接続される排気パイプ4
3の中途部に設けられる電磁弁45は、一定の周期で開
閉状態が逆になるように制御され、これらの開閉操作に
よる圧力差によって混合室2内の微粒子15が一層攪乱
されるようになっている。尚、このとき排気量調整弁2
8によって混合室2内からの排気量をある一定量まで減
らすと圧力差が小さくなり、周期的な開閉操作を行って
も微粒子15はほぼ一定に噴射されるようになる。At the time of stirring the fine particles 15, mechanical dispersion by the vibrating means 17 is also performed, and the air vibration effect is effectively maintained. Further, the solenoid valve 2 provided in the middle of the outlet pipe 26 connected to the dust collector 25
7 and the exhaust pipe 4 connected to the lid 12 of the supply unit 11.
The solenoid valve 45 provided in the middle part of 3 is controlled so that the open / closed state is reversed at a constant cycle, and the fine particles 15 in the mixing chamber 2 are further disturbed by the pressure difference due to these open / close operations. ing. At this time, the displacement control valve 2
When the amount of exhaust gas from the inside of the mixing chamber 2 is reduced by 8 to a certain amount, the pressure difference becomes small, and the fine particles 15 are almost constantly injected even if a periodic opening / closing operation is performed.
【0030】一方、第2の供給パイプ7に分散された圧
縮空気は、送り出しパイプ19にストレートに送り込ま
れ、その空気によって負圧となることによって入口19
a付近に集められた微粒子15が吸い込まれ、送り出し
パイプ19内で圧縮空気と混合される。そして、この圧
縮空気と微粒子の混合物が送り出しパイプ19を通って
ノズル20より噴射され、被加工物36の加工面に吹き
付けられ、加工面に微粒子の被膜が形成される。尚、使
用済みの微粒子は、返送パイプ40,41を介して供給
部11に戻され、再使用に供される。On the other hand, the compressed air dispersed in the second supply pipe 7 is fed straight into the delivery pipe 19 and is negatively pressured by the air so that the inlet 19 is formed.
The fine particles 15 collected in the vicinity of a are sucked and mixed with the compressed air in the delivery pipe 19. Then, this mixture of compressed air and fine particles is jetted from the nozzle 20 through the delivery pipe 19 and sprayed on the processed surface of the workpiece 36 to form a film of fine particles on the processed surface. The used fine particles are returned to the supply unit 11 via the return pipes 40 and 41 and reused.
【0031】ここで、微粒子の種類及び微粒子が被加工
物の加工面に被膜としてコーティングされる原理につい
て説明する。微粒子は、セラミックスやガラスからな
る。詳しくは、セラミックスは、炭化珪素、アルミナ、
炭化ボロン、ダイヤモンド等からなり、また、ガラス
は、石英、ソーダガラス、鉛ガラス等からなる。そして
これら微粒子の粒径は、0.1〜2μmの極微粒子から
なる。また、被加工物としては、ステンレス、銅、アル
ミニウムまたはチタン等が用いられる。Here, the kind of fine particles and the principle of coating fine particles as a coating on the processed surface of the workpiece will be described. The fine particles are made of ceramics or glass. Specifically, ceramics include silicon carbide, alumina,
It is made of boron carbide, diamond or the like, and the glass is made of quartz, soda glass, lead glass or the like. The particle size of these particles is ultrafine particles of 0.1 to 2 μm. Further, as the workpiece, stainless steel, copper, aluminum, titanium, or the like is used.
【0032】ノズル20から圧縮空気と共に噴射される
微粒子は、100〜300/secの高速で被加工物3
6の加工面に衝突させるもので、衝突した微粒子は加工
面に埋め込まれることによって、いわゆる加工面に被膜
となって形成されることになる。The fine particles ejected from the nozzle 20 together with the compressed air are processed at a high speed of 100 to 300 / sec.
6 is made to collide with the machining surface, and the colliding fine particles are embedded in the machining surface to form a so-called coating film on the machining surface.
【0033】ここで、さらに詳しく説明すると、粒径が
0.1〜2μmに粉砕した微粒子は、その外形は凹凸形
状を呈しているため、加工面への衝突の際に微粒子15
の角部が欠け、図2aに示すようにこの欠けた微粒子の
一部15aが埋め込みに寄与するものである。More specifically, the fine particles pulverized to have a particle size of 0.1 to 2 μm have an uneven outer shape, and therefore the fine particles 15 are generated when they collide with the work surface.
The corners of the particles are chipped off, and as shown in FIG. 2a, a part 15a of the chipped particles contributes to embedding.
【0034】また、粒径が0.1〜2μmの微粒子であ
っても蒸発あるいは合成で製作した球状の微粒子は、加
工面に衝突しても微粒子の欠けがないため、図2bに示
すように微粒子15全体が埋め込みに寄与することにな
る。Further, even if the particle size is 0.1 to 2 μm, the spherical particle produced by evaporation or synthesis does not have chipping even if it collides with the processing surface. Therefore, as shown in FIG. 2b. The entire fine particles 15 contribute to embedding.
【0035】また、微粒子の被膜を加工面に選択的に行
う方法としては、図3に示すように被膜を形成する部分
以外の加工面をマスク46で覆うことによって、加工面
の選択された面へ微粒子15の被膜を形成することがで
きる。Further, as a method of selectively applying a film of fine particles on the processed surface, as shown in FIG. 3, by covering the processed surface other than the portion where the film is formed with a mask 46, the selected surface of the processed surface is selected. A coating of the fine particles 15 can be formed.
【0036】一方、加工面への微粒子の埋め込み速度
は、図4に示すように加工面に対するノズル20の角度
(θ)によって異なる。すなわち、図5に示したグラフ
から判るように加工面に対してノズル20が直角(いわ
ゆるθ=0°)のときが最も速く、角度θが大きくなる
にしたがって遅くなる。On the other hand, the embedding speed of the fine particles in the processed surface differs depending on the angle (θ) of the nozzle 20 with respect to the processed surface, as shown in FIG. That is, as can be seen from the graph shown in FIG. 5, it is fastest when the nozzle 20 is at a right angle (so-called θ = 0 °) to the processed surface, and becomes slower as the angle θ increases.
【0037】また、加工面への微粒子の埋め込み深さ
は、1〜2μmで飽和し、そして微粒子の埋め込み量
は、微粒子の粒径に依存する。例えば、粒径が0.1μ
m以下では、加工物への埋め込みは生ぜず、2μm以上
では加工面が破壊されてしまう。従って、微粒子の粒径
と埋め込み量との関係は、図6から判るように粒径が
0.1〜2μmの範囲がよく、ほぼ1μmが最も好適で
ある。Further, the embedding depth of fine particles into the processed surface is saturated at 1 to 2 μm, and the embedding amount of fine particles depends on the particle diameter of the fine particles. For example, if the particle size is 0.1μ
If it is less than m, it will not be embedded in the processed product, and if it is more than 2 μm, the processed surface will be destroyed. Therefore, as for the relationship between the particle diameter of the fine particles and the embedding amount, the particle diameter is preferably in the range of 0.1 to 2 [mu] m as shown in FIG.
【0038】図7は一例としてニッケル(Ni)と燐
(P)との合金からなる金属の加工面に炭化珪素(Si
C)の微粒子を埋め込む前の金属表面の組成分析(オー
ジェ分析)のグラフを示し、図8は同じく炭化珪素の微
粒子を埋め込んだ後の加工面表面の組成分析をグラフで
示したものであり、両グラフとも、横軸はスパッタリン
グで加工面表面を削っていった時間を示し、これは加工
面表面からの深さに相当し、1分が約6Åの深さであ
る。これによれば、図7の炭化珪素の埋め込み前の場合
は、金属の表面をスパッタしていくと、NiとPの金属
成分が殆どで、この金属成分に含まれるO、C及びSi
C成分は無視できる値である。これに対して図8の炭化
珪素を埋め込んだ場合は、コーティング面をスパッタに
より削っていってもSiCの成分が深さ480Å(80
分)になっても加工面に存在していることが理解でき
る。このことは、加工面表面に炭化珪素の被膜が確実に
形成されていることが判る。勿論、金属の加工面に微粒
子を埋め込みコーティングするものであるから、被加工
物の硬度に対して微粒子の硬度が高いことは言うまでも
ない。FIG. 7 shows, by way of example, silicon carbide (Si) on a machined surface of a metal made of an alloy of nickel (Ni) and phosphorus (P).
C) is a graph of composition analysis (Auger analysis) of the metal surface before embedding the fine particles, and FIG. 8 is a graph showing composition analysis of the processed surface after embedding the silicon carbide fine particles. In both graphs, the horizontal axis represents the time taken to grind the surface of the machined surface by sputtering, which corresponds to the depth from the surface of the machined surface, and 1 minute is a depth of about 6Å. According to this, before embedding silicon carbide in FIG. 7, as the surface of the metal is sputtered, most of the metal components of Ni and P are present, and O, C and Si contained in this metal component.
The C component has a negligible value. On the other hand, when the silicon carbide shown in FIG. 8 is embedded, the SiC component has a depth of 480Å (80
It can be understood that it exists on the processed surface even if it becomes). This indicates that the silicon carbide film is surely formed on the surface of the processed surface. Needless to say, the hardness of the fine particles is higher than the hardness of the work piece because the fine particles are embedded and coated on the processed surface of the metal.
【0039】また、金属の加工面に微粒子を埋め込みコ
ーティングすると、微粒子の色素で金属表面は変色す
る。例えば、アルミナやガラスはコーティングすると、
透明もしくは白色になるが、炭化珪素の場合は緑黒色と
なる。従って、加工面に微粒子が埋め込みコーティング
されたことを、加工面表面の色彩によって視覚的に確認
することができる。Further, when fine particles are embedded and coated on the processed surface of the metal, the metal surface is discolored by the pigment of the fine particles. For example, when coating alumina or glass,
It becomes transparent or white, but becomes green-black in the case of silicon carbide. Therefore, it is possible to visually confirm that the fine particles are embedded and coated on the processed surface by the color of the surface of the processed surface.
【0040】上述したように本発明によるパウダービー
ムコーティング方法によれば、ノズル20から噴射する
セラミックスやガラス等の微粒子を被加工物36の加工
面に衝突させ、微粒子を加工面に埋め込ませて被膜を形
成するコーティング方法としたので、真空雰囲気中でな
く、大気中でしかも室温でコーティングが可能となるた
め、被加工物が温度による影響を全く受けることがな
く、よって、被加工物が変形し製品性を損なうことがな
いので、熱的変形をきらう精密部品のコーティングに好
適である。As described above, according to the powder beam coating method of the present invention, fine particles such as ceramics or glass ejected from the nozzle 20 are made to collide with the work surface of the workpiece 36, and the fine particles are embedded in the work surface to form a film. Since the coating method is used, the coating can be performed in the air and at room temperature, not in a vacuum atmosphere.Therefore, the workpiece is not affected by the temperature at all, and therefore the workpiece is deformed. Since it does not impair the product properties, it is suitable for coating precision parts that are resistant to thermal deformation.
【0041】また、コーティングが短時間で可能である
ので、加工性及び生産性が向上できる。また、微粒子の
埋め込みによるコーティングは、組成が緻密で密着性が
よいため、耐蝕性及び耐磨耗性が大幅に向上できる。さ
らに、大型の被加工物のコーティング加工が可能である
と共に、曲面形状の被加工物のコーティングも可能であ
る。Moreover, since coating can be performed in a short time, workability and productivity can be improved. In addition, since the coating by embedding fine particles has a dense composition and good adhesion, the corrosion resistance and abrasion resistance can be greatly improved. Furthermore, it is possible to coat a large workpiece and also to coat a curved workpiece.
【0042】尚、本発明は、上述しかつ図面に示した実
施例に限定されるものでなく、その要旨を逸脱しない範
囲内で種々の変形実施が可能である。The present invention is not limited to the embodiments described above and shown in the drawings, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.
【0043】[0043]
【発明の効果】以上説明したように本発明のパウダービ
ームコーティング方法によれば、ノズルから噴射する微
粒子を被加工物の加工面に衝突させ、微粒子を加工面に
埋め込ませて被膜を形成するコーティング方法としたの
で、真空雰囲気中でなく、大気中でしかも室温でのコー
ティングが可能となるため、被加工物が温度による影響
を全く受けることがなく、この結果、被加工物が変形し
製品性を損なうことがなく、熱的変形をきらう精密部品
のコーティングに好適である。As described above, according to the powder beam coating method of the present invention, the fine particles ejected from the nozzle are made to collide with the processed surface of the workpiece, and the fine particles are embedded in the processed surface to form a coating film. Since the method is used, coating can be performed in the air and at room temperature, not in a vacuum atmosphere, so the work piece is not affected by the temperature at all, and as a result, the work piece is deformed and product properties are improved. It is suitable for coating precision parts that are resistant to thermal deformation without deteriorating heat resistance.
【0044】また、コーテヘングが短時間で可能である
ので、加工性及び生産性が向上できる。また、微粒子の
埋め込みによるコーティングは、組成が緻密で密着性が
よいため、耐蝕性及び耐磨耗性が大幅に向上でき、さら
に、大型の被加工物のコーティング加工が可能であると
共に、曲面形状の被加工物のコーティングも可能である
という効果がある。Further, since coating can be performed in a short time, workability and productivity can be improved. In addition, the coating by embedding fine particles has a dense composition and good adhesion, so the corrosion resistance and wear resistance can be greatly improved, and the coating of large workpieces is possible, and the curved surface shape is also possible. There is an effect that it is possible to coat the workpiece.
【図1】本発明のパウダービームコーティング方法に用
いられる加工装置の構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of a processing apparatus used in a powder beam coating method of the present invention.
【図2】加工面に微粒子が埋め込まれる原理を説明する
ための図である。FIG. 2 is a diagram for explaining a principle that fine particles are embedded in a processed surface.
【図3】微粒子を選択的に被膜した被加工物の断面図で
ある。FIG. 3 is a cross-sectional view of a work piece on which fine particles are selectively coated.
【図4】加工面に対するノズルの傾きを説明するための
図である。FIG. 4 is a diagram for explaining a tilt of a nozzle with respect to a processed surface.
【図5】ノズルの傾きと微粒子埋め込み速度の関係を説
明するためのグラフである。FIG. 5 is a graph for explaining the relationship between the nozzle inclination and the particle embedding speed.
【図6】微粒子の粒径と微粒子埋め込み速度との関係を
説明するためのグラフである。FIG. 6 is a graph for explaining the relationship between the particle size of fine particles and the particle embedding speed.
【図7】炭化珪素埋め込みコーティング前の加工面スパ
ッタ時の成分組成のグラフである。FIG. 7 is a graph of a composition of components at the time of processing surface sputtering before silicon carbide burying coating.
【図8】炭化珪素埋め込みコーティング後の加工面スパ
ッタ時の成分組成のグラフである。FIG. 8 is a graph of a composition of constituents at the time of processing surface sputtering after silicon carbide burying coating.
1 エアーコンプレッサー 2 混合室 3 加工室 4 排風機 15,15a 微粒子 20 ノズル 25 集粉器 36 被加工物 46 マスク DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Air compressor 2 Mixing chamber 3 Processing chamber 4 Exhaust fan 15,15a Fine particles 20 Nozzle 25 Powder collector 36 Workpiece 46 Mask
Claims (3)
表面にパウダー状の微粒子をノズルから高速で噴射し、
上記被加工物の表面に上記微粒子の被膜を形成するよう
にしたパウダービームコーティング方法において、 上記ノズルから噴射した微粒子を上記被加工物の表面に
埋め込ませることによって上記微粒子の被膜を形成する
ようにしたことを特徴とするパウダービームコーティン
グ方法。1. A powdery fine particle is jetted at high speed from a nozzle onto the surface of a workpiece such as a glass substrate or a semiconductor substrate,
In the powder beam coating method for forming the fine particle coating on the surface of the workpiece, the fine particle sprayed from the nozzle is embedded in the surface of the workpiece to form the fine particle coating. Powder beam coating method characterized in that
ることを特徴とする請求項1記載のパウダービームコー
ティング方法。2. The powder beam coating method according to claim 1, wherein the particle size of the fine particles is 0.1 to 2 μm.
からなることを特徴とする請求項1記載のパウダービー
ムコーティング方法。3. The powder beam coating method according to claim 1, wherein the fine particles are made of ceramics or glass.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13011992A JPH05301066A (en) | 1992-04-23 | 1992-04-23 | Powder beam coating method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13011992A JPH05301066A (en) | 1992-04-23 | 1992-04-23 | Powder beam coating method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05301066A true JPH05301066A (en) | 1993-11-16 |
Family
ID=15026408
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP13011992A Pending JPH05301066A (en) | 1992-04-23 | 1992-04-23 | Powder beam coating method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH05301066A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003073855A (en) * | 2001-08-27 | 2003-03-12 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | Method for making body having film formed from fine particle of brittle material at low temperature |
JP2012153980A (en) * | 2012-04-05 | 2012-08-16 | National Institute Of Advanced Industrial Science & Technology | Brittle material fine particle |
JP2024014476A (en) * | 2022-07-22 | 2024-02-01 | トーメイダイヤ株式会社 | Production method of ozone generating electrode material, and electrode material |
-
1992
- 1992-04-23 JP JP13011992A patent/JPH05301066A/en active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2003073855A (en) * | 2001-08-27 | 2003-03-12 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | Method for making body having film formed from fine particle of brittle material at low temperature |
JP2012153980A (en) * | 2012-04-05 | 2012-08-16 | National Institute Of Advanced Industrial Science & Technology | Brittle material fine particle |
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