JPS5922582B2 - プラズマ噴射方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はプラズマ噴射方法及び装置に関するものである
。

そのような装置は出口開口を有し、かつ陽極として作用
するケーシングと、保護ガスを供給する装置と、陰極と
、陰極とケーシングの間で放電アークを維持する装置と
、噴射される粉体の少くも一つの入口孔とを有し、この
粉体はプラズマの流れに、ある角度をもつた方向で導入
される。

そのような装置は基板上に噴射によつて被覆するのに用
いられうるものである。米国特許第３，５７３，０９０
号にはプラズマ流中６こ粉体を供給する装置の構成に関
しては簡単でしかも信頼がおけるがしかし被覆用粉体の
輸送ガスがプラズマ流を望ましい方向から偏倚させて基
板上への粉体の不均一な附着をもたらす危険性をなお包
蔵しているようなプラズマ噴射プロセスが記載されてい
る。

又プラズマ流中に、その中心に保護ガスを通して粉体を
充分均一に導くことができない。本発明は被覆用粉体粒
子の流れの運動量がプラズマ流への運動の径路の後の方
の部分において制御され、その結果粉体粒子はブラズマ
流によつて均一に抱持され粉体粒子の輸送ガスがプラズ
マ流の方向又は温度に影響を与えることが避けられるよ
うになるようなプラズマ噴射装置をうることをその目的
としている。

従つて本発明は被覆粉体の噴射装置において粉体の輸送
ガスを調節可能に放出する装置を備えている。

そのような圧力放出装置はプラズマ流中へ粉体粒子を吹
きこむためのガスの量を精密に正確な運動量に簡単な方
法で調節することを可能にする。

又粉体用輸送ガスが保護ガスと一しよのプラズマ流によ
つてとられる方向を偏倚させるような条件を避けること
が可能である。噴射装置はプラズマ流のまわりの多数の
噴射管から構成されてもよ４い。

本発明の一実施例によれば圧力装置は開口を有する壁を
もつ供給管、供給管上を動いて選択的に孔をふさぐ、ガ
スを通さない摺動シヤツタ一からなる。

摺動シヤツタ一は供給管上を摺動するスリーブの形状を
もつのが工合がよい。粉体粒子の正確な運動量はスリー
ブの移動によつて簡単に得られる。供給管の壁の開口は
０．１〜０．５詣の範囲の径をもつのが適当である。

又は供給管壁の開口の代りに壁のある部分を多孔質材料
で構成してもよい。この実施例の更に別の特徴によれば
、供給管の他の部分に供給管上を摺動しうる他のシヤツ
タ一によつて選択的にふさがれる孔が設けられている。
供給管中の孔は約０．００５〜０．５ｍ１ｔの間の範囲
の径をもち一つのシヤツタ一の範囲では径は０．００５
〜０．１ｍ７１Ｌの間の径をもち、別のシヤツタ一の範
囲では０．１〜０．５７ｆＬｍの径をもつのが工合がよ
い。かくて最初にのべたシヤツタ一装置によつて粉体供
給の精密な調節ができ、二番目のシヤツタ一装置によつ
て粗い調節ができる。更に孔を用いる代りに供給管の一
部分を粗い調節と精密な調節に対応して多孔質及び微細
多孔質の材料で作ることも可能である。本発明の別な実
施例によれば圧力放出装置は調節できるガス出口をもつ
渦流室からなつている。

ガス出口にはフイルタ一と制御弁を有してもよい。フイ
ルタ一はガス出口を通つて粉体粒子が逸出するのを防ぎ
、制御弁は渦流室内の放出圧力の精密な調節と輸送ガス
の必要な放出を可能にする。更に渦流室の噴射管の反対
の端部に粉体が渦流室に送られる管であつて、渦流室に
摺動して出入できる管をとりつけるのが工合がよい。こ
の管の渦流室への出入運動は粉体の供給の別の調節装置
を提供する。本願の発明を図について説明すれば、第１
，２図に示すプラズマ噴射装置はプラズマ流５の出口オ
リフイス２をもつケーシング１を有している。

ケーシング１は出口開口２につながる流れの方向に均一
な断面積の部分をもち、ケーシング１内に保護ガスの供
給装置（図示せず）と陰極とが存在する。アーク放電４
はこの陰極３と陽極としても作用するケーシング１の間
に保持される。又プラズマ流５の流れに直角に向いてい
る噴射管６からなる噴射される粉体の入口孔が設けられ
ている。噴射粉体は例えば、金属、酸化物、窒化物、硼
素化合物、硅素化合物、炭化物等である。第１図に示す
装置において拡開出口オリフイス２の延長部として機能
する外方へ拡がつている保護管７がケーシング１の中心
軸８と同心でプラズマ流５のまわりに設けられている。

追加流体の孔９がこの保護管７の壁に設けられている。
孔９の向きは半径方向でも又は切線方向でもよくプラズ
マ流５の出口オリフイスから色々な間隔に位置してもよ
い。このような装置によつて被覆１０は基板１１上に附
着される。孔９による追加流体の供給によつて保護管７
の外縁と基板１１の間の間隔からの外気の吸入が阻止さ
れる。

ケーシング１を通つて供給される大体アルゴンか窒素で
ある保護ガスと一しよになつて追加ガスは同様に保護管
７内の空間の化学的及び物理的条件を整えるのに寄与す
る。追加流体は全部又は一部が例えば液体窒素のような
液体からなり、管７の内壁の冷却及び保護を行なう。一
方第１図に示す装置ｌこおいて粉体の噴射管６はケーシ
ング１内のプラズマ管中にその出口を有し第２図の装置
はプラズマ流の方向において出口オリフイス２の下流の
地点においてプラズマ流５に直角に向く粉体噴射管６を
有している。

噴射管６につながる供給管１７は多数の精密にあけられ
′フ た開口１５を有している。

摺動可能なスリーブの形をした移動シヤツタ一１６が供
給管１７の一部を囲んでいる。粉体は輸送ガスで運ばれ
るからこのガスが噴射管６の出口に達する前に供給管１
７から輸送ガスの選択された量をシヤツタ一１６の移動
によつて供給管１７から放出することができる。この手
段によつて粉体の噴射運動量は供給管１７と噴射管６を
通しての粉体の輸送に必要な輸送ガスの最小量とは無関
係に制御されうる。これらの手段によつてプラズマ流５
を通つて基板１１への比較的制御された径路で、プラズ
マ流に直角な方向に向いた噴射管の従来の形式をとる場
合屡屡起こる粒子の非対称的な散布を何等起こすことな
く凡ての粉体粒子を輸送することが可能である。噴射管
６はしかしプラズマ流５へ９００とは別の角度で傾いて
いてもよい。開口１５は約０．０１〜０．５ｍｍの径を
もつていてもよい。開口１５を備える代りに、供給管１
７の一部はガスに対して多孔質であるが粉体粒子は通さ
ない物質で作られることもできる。第３図は第２図のも
のと近似したプラズマ噴射装置の端面図である。

しかし第３図に示した装置は一つの噴射管６ではなく一
つ以上例えば四つの噴射管６をプラズマ流５の出口オリ
フイス２のまわりに間隔をおいて設けられている。第４
図は粉体の噴射管６をもつ供給管１７の長手方向の断面
図である。

この供給管はプラズマ流５への粉体の導入の粗い調整と
精密な調整とができる。第４図でみられるように粉体の
ホース１８は噴射管６からはなれた供給管１７の他端に
接続されている。

粉体ホース１８に近い供給管の長手方向にわたつて約０
．１〜０．５ｍｍの範囲の径の孔２５が設けられている
。その代りに供給管１７が適当な多孔質の材料でできて
いてもよい。スリーブ状の摺動シヤツタ一２６は孔２５
を覆つて設けられ、このシヤツタ一によつて孔２５の選
択された数が閉じられたり開かれたりする。孔２５と摺
動シヤツタ一２６は粉体粒子の供給の制御の粗い調整を
行なう。供給管１７の噴射管に近い方の端部に約０．０
０５〜０，１ｍｕの範囲の径をもつ精密な孔１５が第２
図における開口の如く設けられる。

その代りにこの壁の部分は微細な多孔質の材料で作られ
うる。スリーフ状の移動可能な摺動シヤツタ一１６は孔
１５の上を動きうる。孔１５と摺動シヤツタ一１６は粉
体供給の精密な調整を行なう。最後に第５図には渦流室
１９とその中を摺動しうる移動可能な管２０とが噴射管
６と粉体ホース１８との間に設けられた粉体供給装置が
示されている。

噴射管６は渦流室１９の一端に取りつけられ、管２０は
室の他端に受け入れられ粉体ホース１８は管２０の自由
端に嵌合している。管２０が挿入されている渦流室１９
の他端には制御弁２２をもつ横方向のガス出口２１が設
けられている。

フイルタ一２３が渦流室１９と制御弁２２の間に設けら
れている。粉体粒子の正確な運動量の調整は第一に移動
可能な管２０を渦流室１９に対して移動させることによ
つて、第２に制御弁２２の開口の増大又は縮小により、
出口２１を通つてのガス放出がプラズマ噴射装置に関連
する作動の条件に適合しうることにより行なわれる。

第２，４，５図に図示された粉体供給装置の何れもが第
１，２，３図に示されるプラズマ噴射装置の各々の形式
に組合せることができることは理解されよう。

更に又以上の記述は本発明の原理の一例を示したものに
すぎないことも理解されよう。

この技術に充分の知識を有するものは本発明の精神から
外れることなく、発明の技術的範囲の内で多くの変形例
を考えることができよう。

【図面の簡単な説明】

第１図はプラズマ流に直角な粉体噴射管をもつプラズマ
噴射装置の概念的な断面図、第２図はプラズマ流の出口
オリフイスの外方位置にプラズマ流に直角な粉体噴射装
置をもつプラズマ噴射装置の同様な図、第３図はプラズ
マ流のまわりに対称的に配置された四つの粉体噴射管を
もつプラズマ噴射装置の概念的な端面図、第４図はプラ
ズマ噴射装置における粉体輸送ガスの放出装置の長手方
向断面図、第５図はプラズマ噴射装置における粉体の輸
送ガスの別な放出装置の長手方向断面図である。 １・・・・・・ケーシング、２・・・・・・出口オリフ
イス、３・・・・・・陰極、４・・・・・・放電アーク
、５・・・・・・プラズマ流、６・・・・・・噴射管、
７・・・・・・保護管、８・・・・・・中心軸、９・・
・・・・孔、１０・・・・・・被覆、１１・・・・・・
基板、１５・・・・・・孔、１６・・・・・・シヤツタ
一、１７・・・・・・供給管、１８・・・・・・粉体ホ
ース、１９・・・・・・渦流室、２０・・・・・・摺動
管、２２・・・・・・制御弁、２３・・・・・・フイル
タ一、２５・・・・・・孔、２６・・・・・・シヤツタ
一。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 入口オリフィスと出口オリフィスとを有するケーシ
   ングと、その入口から内部へガスを供給する装置と、そ
   の出口オリフィスから出てゆくプラズマ流を発生させる
   ため電気的アークを前記ケーシング内部において発生さ
   せる装置と、前記プラズマ流に輸送ガス中に分散した被
   覆粉体を導入するための出口を前記出口オリフィスより
   上流に配設した供給管とから構成され、前記供給管が前
   記輸送ガスの量を前記プラズマ流中に選択的に放出する
   ための調節装置を具備している事を特徴とするプラズマ
   噴射装置。 ２ 前記調節装置が前記供給管の壁の少なくとも一つの
   部分に設けられた孔と、これを選択的にふさぐ装置とか
   ら構成されている事を特徴とする前記特許請求の範囲第
   １項に記載のプラズマ噴射装置。 ３ 前記孔を選択的にふさぐ装置がガスを通さない摺動
   式のシャッターに依り構成されている事を特徴とする前
   記特許請求の範囲第２項に記載のプラズマ噴射装置。 ４ 前記シャッターが前記供給管に摺動可能に取付けら
   れたスリーブに依り構成されている事を特徴とする前記
   特許請求の範囲第３項に記載のプラズマ噴射装置。 ５ 前記孔が０．０１〜０．５ｍｍの径を有する事を特
   徴とする前記特許請求の範囲第２項に記載のプラズマ噴
   射装置。 ６ 前記調節装置が前記供給管壁の上流部および下流部
   に夫々設けられた孔と、これらを選択的にふさぐ装置と
   から構成され、更に前記孔の径が約０．０００５〜０．
   ５ｍｍの間であることを特徴とする前記特許請求の範囲
   第１項乃至第４項のうちいづれか１項に記載のプラズマ
   噴射装置。 ７ 供給管の上流部における前記孔の径が約０．１〜０
   ．５ｍｍであり、その下流部における前記孔の径が０．
   ０１〜０．５ｍｍである事を特徴とする前記特許請求の
   範囲第６項に記載のプラズマ噴射装置。 ８ 前記調節装置が前記供給管の壁の少なくとも一つの
   部分に多孔質材料が取り付けてあり、これを選択的にふ
   さぐ装置を備えている事を特徴とする前記特許請求の範
   囲第１項に記載のプラズマ噴射装置。 ９ 前記供給管の壁が上流部においては多孔質の部分を
   有し、下流部においては微細多孔質の部分を有している
   事を特徴とする前記特許請求の範囲第８項に記載のプラ
   ズマ噴射装置。 １０ 多孔質材料が取り付けてある一つの部分を選択的
   にふさぐ前記装置が前記供給管に摺動可能に取り付けら
   れた非透過性材料から成るスリーブである事を特徴とす
   る前記特許請求の範囲第８項に記載のプラズマ噴射装置
   。 １１ 前記調整装置が前記供給管の壁の少なくとも一つ
   の部分に設けられた孔と、それに連がるフィルターと、
   フィルターを通過したガスを調節するための制御弁とを
   備えた前記特許請求の範囲第１項に記載のプラズマ噴射
   装置。 １２ 前記供給管がその中間部分において渦流室を備え
   ており、該供給管の上流部分の一端が前記渦流室内へ摺
   動可能に挿通されている事を特徴とする前記特許請求の
   範囲第１１項に記載のプラズマ噴射装置。 １３ 前記供給管がプラズマ流の周囲に噴射管を介して
   複数個配設されている事を特徴とする前記特許請求の範
   囲第１項乃至第１２項のうちのいづれか１項に記載のプ
   ラズマ噴射装置。 １４ プラズマ流のまわりに保護ガスを供給する装置を
   有する事を特徴とする前記特許請求の範囲第１項乃至第
   １３項のうちのいづれか１項に記載のプラズマ噴射装置
   。 １５ プラズマ噴射によつて基板上に被覆するためのプ
   ラズマ流を形成するガス中に電気的にアークを発生する
   段階と、そのプラズマ流中へ噴射のため輸送ガス中の粉
   体を供給する段階と、その粉体を基板上へ噴射するため
   プラズマ流中へ入れる段階よりなる方法において、粉体
   をプラズマ流中に噴射するに先だつてその噴射を制御す
   るために選択的に輸送ガスを放出することを特徴とする
   プラズマ噴射方法。