JP6865071B2 - Powder coating equipment and how to use it - Google Patents
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Description
本開示は、粉末コーティング装置及びその使用方法に関する。 The present disclosure relates to a powder coating apparatus and a method of using the same.
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。)。 A thin film may be coated on the surface of the particles to give the powder its function. There is a sputtering method as a technique for coating by a dry method, and various coating devices for powders using the sputtering method have been proposed (see, for example, Patent Documents 1 to 4).
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。 In Patent Document 1, a sputtering apparatus including a rotating barrel whose inside is held in a vacuum, a target unit arranged in the rotating barrel, and a DC type sputtering power supply connected to the target unit and capable of generating plasma. Discloses a technique for sputtering platinum onto carbon powder using the above. Here, the target is sputtered and coated while rotating the rotating barrel. Then, the stirring blade is arranged in the barrel and oscillates within a range of an angle of ± α around the rotation axis of the rotating barrel to prevent the carbon powder from agglomerating.
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。
また、本出願人は、多元スパッタリング装置を提案している(例えば、特許文献5、6を参照。)。
The applicant also proposes a multi-dimensional sputtering apparatus (see, for example,
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。 When a film is formed on a substrate using a sputtering device, the substrate is arranged parallel to the target. According to this, in a powder coating device, it is ideal that the surface of the powder, that is, the surface formed by the aggregate of fine particles, is flattened along the inner wall surface of the cylindrical drum.
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。 However, in all of the powder coating devices described in Patent Documents 1 to 4, the powder is placed in a rotating drum. Therefore, the surface of the powder, that is, the surface formed by the aggregate of fine particles, forms a mountain shape and is constantly deformed during the film formation. The powder agitation mechanism of these devices does not work to even out the surface of the powder.
特許文献5,6に記載された粉末コーティング装置は、粉末の表面を均す働きをする均し部品を備える。特許文献5,6では、均し部品をバレルの回転速度に対してどのように調整するかについては検討されていない。
The powder coating apparatus described in
本開示の目的は、成膜するときに粉末をより効率的に攪拌することができる粉末コーティング装置及びその使用方法を提供することである。 An object of the present disclosure is to provide a powder coating apparatus capable of stirring powder more efficiently when forming a film and a method of using the powder coating apparatus.
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、少なくとも1つのターゲットを有する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、該粉末コーティング装置は、さらに、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、該均し部品が前記バレルの回転方向と同じ方向に移動する最大速度は、前記バレルの回転速度よりも速く、前記均し部品が前記バレルの回転方向と同じ方向に移動する最大速度をV1、前記均し部品が前記バレルの回転方向とは反対方向に移動する最大速度をV2としたとき、条件1を満たすことを特徴とする。条件1を満たすことで、均し部品がバレルの回転方向と同じ方向に移動するとき、粉末をより均一に攪拌しながら、均し部品がバレルの回転方向とは反対方向に移動するとき、粉末をより均一に均すことができる。
(条件1)V1>V2
The powder coating apparatus according to the present invention includes a barrel, an exhaust means for vacuuming the inside of the barrel, and a sputtering apparatus installed in the barrel and having at least one target. In a powder coating device that is oriented in the horizontal direction and rotates about the main axis, and the sputtering device forms a coating film on the surface of the powder placed in the barrel, the powder coating device is further described. From the powder rise suppressing component, which is arranged in contact with the side wall of the portion of the inner side wall of the barrel that moves upward due to the rotation of the barrel, and which determines the upper limit position at which the powder approaches, and the powder rise suppressing component. Also at a lower position, the powder leveling component is arranged on the inner side wall of the barrel at intervals and oscillates around the spindle as the center of rotation, and the leveling component rotates the barrel. maximum speed of moving in the same direction as the direction, the barrel rotation speed rather fast than the the maximum speed V1 which said smoothing component is moved in the same direction as the rotation of the barrel, the smoothing part of the barrel Condition 1 is satisfied when the maximum speed of movement in the direction opposite to the rotation direction is V2 . By satisfying condition 1, when the leveling part moves in the same direction as the rotation direction of the barrel, the powder is stirred more uniformly, and when the leveling part moves in the direction opposite to the rotation direction of the barrel, the powder Can be evened out more evenly.
(Condition 1) V1> V2
本発明に係る粉末コーティング装置では、前記均し部品が前記バレルの回転方向とは反対方向に移動するとき、前記均し部品の最大移動速度は、前記バレルの回転速度よりも遅いことが好ましい。 In the powder coating apparatus according to the present invention, when the leveling component moves in a direction opposite to the rotation direction of the barrel, the maximum moving speed of the leveling component is preferably slower than the rotation speed of the barrel. No.
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位置で所定時間停止することが好ましい。流動性の悪い粉末であっても、粉末を成膜範囲に戻すことができ、スパッタ粒子を粉末全体に均一に当てやすくすることができる。 In the powder coating apparatus according to the present invention, when the leveling component oscillates in a direction opposite to the rotation direction of the barrel, the lowest position of the inner side wall of the barrel or a position beyond the position is exceeded. It is preferable to stop at for a predetermined time. Even if the powder has poor fluidity, the powder can be returned to the film forming range, and the sputtered particles can be easily applied uniformly to the entire powder.
本発明に係る粉末コーティング装置では、前記均し部品の前記粉末上昇抑制部品側とは反対側の折り返し地点は、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位置であり、前記均し部品は、前記粉末上昇抑制部品側とは反対側の折り返し地点で所定時間停止することが好ましい。流動性の悪い粉末であっても、粉末を成膜範囲に戻すことができ、スパッタ粒子を粉末全体に均一に当てやすくすることができる。
In the powder coating apparatus according to the present invention, the turning point of the opposite side of the front Symbol powder elevation suppressing component side of the smoothing part, of the inner side wall of the barrel, be a position beyond the lowest position or the position It is preferable that the leveling component is stopped for a predetermined time at a turning point on the side opposite to the powder rise suppressing component side. Even if the powder has poor fluidity, the powder can be returned to the film forming range, and the sputtered particles can be easily applied uniformly to the entire powder.
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。 The method of using the powder coating device according to the present invention is the method of using the powder coating device according to the present invention, and the amount of powder to be put into the barrel is such that the leveling component oscillates in the rotation direction of the barrel. It is characterized in that it is an amount that sometimes passes through the inside of the powder pile and smoothes the powder pile when it makes a oscillating motion in a direction opposite to the rotation direction of the barrel.
本開示によれば、成膜するときに粉末をより効率的に攪拌することができる粉末コーティング装置及びその使用方法を提供することができる。 According to the present disclosure, it is possible to provide a powder coating apparatus capable of stirring powder more efficiently when forming a film and a method of using the powder coating apparatus.
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。 Hereinafter, the present invention will be described in detail by showing embodiments, but the present invention is not construed as being limited to these descriptions. The embodiments may be modified in various ways as long as the effects of the present invention are exhibited.
粉末の攪拌方法を説明するに先立って成膜機構を先に説明する。 Prior to explaining the powder stirring method, the film forming mechanism will be described first.
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内に設置される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。
First, refer to FIGS. 1 to 3. FIG. 1 is an overall configuration diagram of a powder coating apparatus according to the present embodiment. FIG. 2 is a schematic view of the AA cross section of the target unit, the barrel, the powder rise suppressing component, and the leveling component. FIG. 3 is a schematic perspective view of the target unit and the barrel. As shown in FIG. 1, the
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、粉末コーティング装置100が複数のターゲットを備える多元スパッタリング装置である形態を例示しながら説明をするが、本発明はこれに限定されず、粉末コーティング装置100は1つのターゲットを備える単元スパッタリング装置であってもよい。
The powder coating apparatus according to the present embodiment is a rotary barrel sputtering apparatus capable of coating the entire surface of powder particles. Here, the embodiment in which the
本実施形態に係る粉末コーティング装置100は、例えば、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。ターゲット1つにつき、1つの電源に接続されることが好ましい。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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
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。
Two or
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。
The fixing portion 10 is a backing plate that holds the
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。
When the
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。 If the targets are arranged in order along the direction of the spindle C instead of the targets shown in FIG. 3, the powder is difficult to mix in the direction of the spindle C, so that only the sputtered particles protruding from one target hit the film. The composition becomes uneven. That is, since a plurality of types of sputtered particles protruding from a plurality of targets do not reach the surface of the powder particles at the same time, a uniform alloy film, a double oxide film, a double nitride film, or a double carbide film cannot be formed. If each target is arranged in order along the direction of the main axis C and the direction of the target surface is adjusted so that the target particles protruding from each target gather in a predetermined area, the above problem can be solved, but the area is the main axis. It is limited to a part of the barrel side wall in the C direction. Then, the amount of powder that can be processed per the volume of the barrel becomes small, and the productivity is inferior. Even if the same type of target is used, the productivity is similarly inferior.
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。
Next, refer to FIG. FIG. 4 is a schematic view for explaining the relationship between the orientation of the target and the position of the powder. In the
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SiO2,TiO2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(SiO2,SiO2,SiO2)、(TiO2,TiO2,TiO2)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,SiO2,SiO2)にする。
In the
次に図5を参照する。図5は、ターゲットユニットの第1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の第1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。第1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。第1角度調整機構8によって、粉末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と粉末7との相対的位置関係を一定に保つことができる。
Next, refer to FIG. FIG. 5 is a schematic view for explaining the movement of the target unit by the first angle adjusting mechanism. In the
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。
Next, the mechanism for leveling the surface of the powder will be described with reference to FIGS. 1 and 6. FIG. 6 is a schematic view illustrating a movement of stirring and leveling powder in the powder coating apparatus according to the present embodiment. The leveling parts move in the order of (a), (b), (c), (d), and (e) in chronological order, and then return to (a) and repeat. In the
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。このような構造とすることで粉末上昇抑制部品の取り付け構造を単純にすることができる。スパッタリング装置とモジュール化された部品(スパッタリング装置に固定されて一体化させられた部品)が、スパッタリング装置2を支持している部分になりえる。なお、スパッタリング装置2を支持している部分はアース対策が行われている箇所であることが好ましい。スパッタリング装置とモジュール化された部品は、例えば、図5に示したターゲットユニット2Uのアーム12である。1つの筐体に各スパッタリング装置2a,2b,2cを固定する場合には、スパッタリング装置とモジュール化された部品はその筐体である。また、粉末上昇抑制部品13は、スパッタリング装置2を支持している部分に固定される代わりに、スパッタリング装置のうちターゲット自体及びターゲットと電気的に導通している部分のどちらにも該当しない箇所、例えば、スパッタリング装置本体の筐体などアース対策が行われている箇所に連結されることによって固定されてもよい。図2において、粉末上昇抑制部品13はスパッタリング装置2c、特にターゲット自体及びターゲットと導通している部分のどちらにも該当しない箇所に連結されることによって固定されてもよい。このような構造とすることで粉末上昇抑制部品の取り付け構造を単純にすることができる。なお、粉末上昇抑制部品13は、支持棒を含んでいてもよい。支持棒を設けるときは、支持棒の一端が粉末上昇抑制部品13の本体部に接続され、支持棒の他端がスパッタリング装置のうちターゲット自体及びターゲットと導通している部分のどちらにも該当しない箇所、又は、スパッタリング装置とモジュール化された部品に連結される。このとき、支持棒はターゲット面とバレルの内壁面との間の空間を通らないように、長さと形状が決められていることが好ましい。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、少なくとも成膜中は、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。
The powder rise suppressing
均し部品9は、主軸Cを回転中心として搖動運動をする。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。図6では、一例として、均し部品9が断面円形の丸棒型である場合を示した。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攪拌モーター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=(α1+α2)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。
The
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。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。また、均し部品9は、粉末上昇抑制部品13が単にバレルの内壁に付着した粉末を掻き落とす場合よりも、攪拌効率は高くなる。
The
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又は該位置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は、主軸Cから下ろした鉛直線上の位置である。最も低い位置3bを越えた位置3cは、最も低い位置3bよりも回転方向Rとは反対方向にある位置であればよく、特に限定されないが、例えば、粉末7が存在する境界部分を越えた位置、又は鉛直方向を0°として、回転方向Rとは反対方向に1〜45°の位置であることが好ましい。
When the
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、粉末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、粉末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。
The relationship between the oscillating motion of the
本出願人は、均し部品9によって粉末をより均一に均すには、均し部品9の移動速度をバレル3の回転速度に対して適切に調整することが重要であることを見出した。本実施形態に係る粉末コーティング装置100では、均し部品9がバレル3の回転方向Rと同じ方向に移動する最大速度は、バレル3の回転速度よりも速い。これによって、バレル3の回転によってバレル3の回転方向Rに移動する粉末7よりも速く、均し部品9を移動させることができ、粉末7を効率的に攪拌することができる。本明細書において、均し部品9が移動する速度(最大速度、最大移動速度を含む。)は、均し部品9が移動する方向に関わらず、速度の絶対値をいう。例えば、均し部品9がバレル3の回転方向Rと同じ方向に移動する速度は、均し部品9が単位時間当たりにバレル3の回転方向Rと同じ方向に移動した距離の絶対値(単位:m/分)である。均し部品9がバレル3の回転方向Rとは反対方向に移動する速度は、均し部品9が単位時間当たりにバレル3の回転方向Rとは反対方向に移動した距離の絶対値(単位:m/分)である。また、本明細書において、バレル3の回転速度は、単位時間当たりにバレル3が回転する回数(単位:回転/分、rpm)に、バレル3の内側側壁3aの内周の長さ(単位:m)を乗じて、バレル3の内側側壁3a上の任意の点が単位時間当たりに移動した距離(単位:m/分)に換算した値である。
The Applicant has found that it is important to appropriately adjust the moving speed of the
本実施形態に係る粉末コーティング装置100では、均し部品9がバレル3の回転方向Rと同じ方向に移動する最大速度をV1、均し部品9がバレル3の回転方向Rとは反対方向に移動する最大速度をV2としたとき、条件1を満たすことが好ましい。条件1において、V1及びV2は、均し部品9が移動する方向に関わらず、速度の絶対値同士を比較する。
(条件1)V1≧V2
In the
(Condition 1) V1 ≧ V2
均し部品9がバレル3の回転方向Rとは反対方向に移動するとき、均し部品9の移動速度は遅ければ遅いほど、均し部品9を粉末7の存在する領域に長時間滞在させることができる。このため、条件1を満たすことで、均し部品9がバレル3の回転方向Rとは反対方向に移動するとき、粉末7をより均一に均すことができる。また、均し部品9がバレル3の回転方向Rとは反対方向に移動するとき、バレル3の回転速度に対する均し部品9の相対速度は速くなる。このため、均し部品9の移動速度をそれほど高くしなくても、効率的に粉末7を均すことができる。均し部品9がバレル3の回転方向Rとは反対方向に移動するとき、均し部品9の最大移動速度は、バレル3の回転速度よりも速いか、同じか、又は遅くてもよい。
When the
均し部品9の移動速度は、一定とするか、又は変速してもよい。変速とする場合、例えば、粉末上昇抑制部品13側の折り返し地点又は粉末上昇抑制部品13側とは反対側の折り返し地点の付近で、均し部品9の移動速度を遅くしてもよい。
The moving speed of the
図7は、粉末の流動性が悪いとき、均し部品が、粉末を攪拌し、均す動きを説明する概略図である。粉末の流動性が良いとき、図6(a)〜(e)に示すように、均し部品9を動かすと粉末7(7X)の小さな山7a,7bが形成されるものの、その山7a,7bは形成されては崩れるため、均し部品9によって粉末7(7X)が掻き分けられることがない。このため、均し部品9を揺動運動させることで粉末の攪拌を十分に行うことができる。一方、粉末の流動性が悪いとき、例えば図7(b)に示すように、均し部品9を動かすと粉末7(7Y)の山7cが形成され、その山7cは崩れにくいため、均し部品9によって粉末7(7Y)が掻き分けられてしまう。このため、均し部品9を揺動運動させただけでは粉末の攪拌が十分に行われない場合がある。そこで、均し部品9をバレル3の内側側壁3aのうち、最も低い位置3b、又は該位置3bを越えた位置3cで所定時間停止することで、流動性の悪い粉末であっても、粉末を成膜範囲に戻すことができ、スパッタ粒子を粉末全体に均一に当てやすくすることができる。
FIG. 7 is a schematic view illustrating the movement of the leveling component to stir and level the powder when the fluidity of the powder is poor. When the fluidity of the powder is good, as shown in FIGS. 6A to 6E, when the
粉末7(7Y)が流動性の悪い粉末であるとき、均し部品9の搖動運動と、粉体7(7Y)の動きとの関係について説明する。
When the powder 7 (7Y) is a powder having poor fluidity, the relationship between the oscillating motion of the
まず、均し部品9を粉末上昇抑制部品13側の折り返し地点からバレル3の回転方向Rとは反対方向に移動させると、均し部品9によって粉末7(7Y)の全部又は一部がバレル3の回転方向Rとは反対方向に移動して粉末7(7Y)の山7cが形成される場合がある(例えば図7(a)〜図7(b)を参照。)。このとき、均し部品9は、バレル3の内側側壁3aのうち、最も低い位置3b、又は該位置3bを越えた位置3cで所定時間停止することが好ましい。均し部品9の粉末上昇抑制部品13側とは反対側の折り返し地点が、均し部品9を所定時間停止させる位置と同じ位置であるとき、均し部品9を所定の位置で停止させた後、その停止させた位置で均し部品9を折り返す。また、均し部品9の粉末上昇抑制部品13側とは反対側の折り返し地点が、均し部品9を所定時間停止させる位置よりも奥側(バレル3の回転方向Rの後方側)にあるとき、均し部品9を粉末上昇抑制部品13側とは反対側の折り返し地点で折り返した後、均し部品9を所定の位置で停止させる。本実施形態では、均し部品9の粉末上昇抑制部品13側とは反対側の折り返し地点が、均し部品9を所定時間停止させる位置と同じ位置(例えば、バレル3の内側側壁3aのうち、最も低い位置3b又は位置3bを越えた位置3c)であり、均し部品9を、粉末上昇抑制部品13側とは反対側の折り返し地点で所定時間停止させることがより好ましい。
First, when the
均し部品9を停止させた状態のままバレル3の回転を継続させると、粉末7(7Y)の全部又は一部は、均し部品9の上方を越えるか、又は均し部品9の下方を通って、粉末7(7Y)の山7cの形状を崩しながらバレル3の回転方向Rに移動する。これによって、粉末7(7Y)を成膜範囲に戻すことができる(例えば図7(c)〜図7(d)を参照。)。このとき、均し部品9に当たった粉末7(7Y)が、均し部品9の上方、又は上方及び下方を通って移動することで、粉末7(7Y)の流れが形成されるため、粉末7(7Y)の攪拌が行われる。
When the rotation of the
次に、所定のタイミング、例えば、粉末7(7Y)の半分以上が均し部品9よりもバレル3の回転方向に移動した時、均し部品9を粉末上昇抑制部品13側とは反対側の折り返し地点からバレル3の回転方向Rに移動させる(例えば図7(e)を参照。)。このとき、粉末7(7Y)は、均し部品9によって押されたり、バレル3の回転によって内側側壁3aとともに移動したりして、バレル3の回転方向R側に迫り上げられる。そして、粉末7(7Y)が、バレル3の内側側壁3aの高い位置に到達すると、重力によって又は粉末上昇抑制部品13に掻き落とされることによって、バレル3の回転方向Rとは反対側に雪崩れる。このように、粉末7(7Y)が雪崩れることによって、粉末7(7Y)の攪拌が行われる。また、均し部品9をバレル3の回転方向Rに移動させるとき、均し部品9が粉末7(7Y)の山7eの中に入り込んで移動する場合もある。この場合、粉末7(7Y)は内部も含めて攪拌される。
Next, at a predetermined timing, for example, when more than half of the powder 7 (7Y) moves from the
本実施形態に係る粉末コーティング装置100は、粉末7の流動性に応じて均し部品9の動きを変えることによって、流動性の良い粉末及び流動性の悪い粉末のいずれについても攪拌することができ、スパッタ粒子を粉末全体に均一に当てやすくすることができる。
The
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3の最も低い位置
3c バレル3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
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,7c,7d 粉末の山
7X 流動性の良い粉末
7Y 流動性の悪い粉末
8 第1角度調整機構
9 均し部品
9a 真空シール型軸受け
9b 攪拌モーター
10(10a,10b,10c) 固定部
12 アーム
13 粉末上昇抑制部品
100 粉末コーティング装置
ha,hb,hc ターゲット面の法線
C 主軸
2U ターゲットユニット
R バレルの回転方向
1 Sputtering power supply 1a Vacuum sealed
Claims (5)
該粉末コーティング装置は、さらに、
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、
該均し部品が前記バレルの回転方向と同じ方向に移動する最大速度は、前記バレルの回転速度よりも速く、
前記均し部品が前記バレルの回転方向と同じ方向に移動する最大速度をV1、前記均し部品が前記バレルの回転方向とは反対方向に移動する最大速度をV2としたとき、条件1を満たすことを特徴とする粉末コーティング装置。
(条件1)V1>V2 It has a barrel, an exhaust means for evacuating the inside of the barrel, and a sputtering device installed in the barrel and having at least one target. In a powder coating device that rotates about the spindle and forms a coating film on the surface of the powder placed in the barrel, the sputtering device is used.
The powder coating device further
A powder rise suppressing component that is arranged in contact with the side wall of a portion of the inner side wall of the barrel that moves upward due to the rotation of the barrel and that determines an upper limit position at which the powder approaches.
It has a powder leveling component which is arranged on the inner side wall of the barrel at a position below the powder rise suppressing component and which oscillates around the spindle as a rotation center.
Maximum speed the homogeneous and parts move in the same direction as the rotation of the barrel, rather faster than the rotational speed of the barrel,
Condition 1 is satisfied when the maximum speed at which the leveling component moves in the same direction as the barrel rotation direction is V1 and the maximum speed at which the leveling component moves in the direction opposite to the barrel rotation direction is V2. A powder coating device characterized by that.
(Condition 1) V1> V2
前記均し部品は、前記粉末上昇抑制部品側とは反対側の折り返し地点で所定時間停止することを特徴とする請求項3に記載の粉末コーティング装置。 The turning point of the opposite side of the front Symbol powder elevation suppressing component side of the smoothing part, of the inner side wall of the barrel, a position beyond the lowest position or the position,
The powder coating apparatus according to claim 3, wherein the leveling component is stopped at a turning point on the side opposite to the powder rise suppressing component side for a predetermined time.
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。 The method of using the powder coating apparatus according to any one of claims 1 to 4.
The amount of powder to be put into the barrel is such that when the leveling component makes a pulsating motion in the direction of rotation of the barrel, it passes through the inside of the pile of powder and oscillates in a direction opposite to the direction of rotation of the barrel. A method of using a powder coating apparatus, which is an amount for smoothing a pile of the powder when the powder is applied.
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