特許 6182708 成膜装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6182708

(24)【登録日】2017年8月4日

(45)【発行日】2017年8月23日

(54)【発明の名称】成膜装置

(51)【国際特許分類】

   C23C 24/08 20060101AFI20170814BHJP

【ＦＩ】

   C23C24/08 A

【請求項の数】5

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2013-29687(P2013-29687)

(22)【出願日】2013年2月19日

(65)【公開番号】特開2014-159607(P2014-159607A)

(43)【公開日】2014年9月4日

【審査請求日】2016年2月17日

(73)【特許権者】

【識別番号】502350504

【氏名又は名称】学校法人上智学院

(73)【特許権者】

【識別番号】513039850

【氏名又は名称】株式会社国際先端技術コンサルティング

(74)【代理人】

【識別番号】110001081

【氏名又は名称】特許業務法人クシブチ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】坂本 治久

(72)【発明者】

【氏名】大坪 利行

【審査官】 祢屋 健太郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−１６８８４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０１７４８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−３３４５６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００４−５０４１４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−３３５９１５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２３Ｃ ４／００−６／００

Ｃ２３Ｃ ２４／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

微粒子状の成膜材料を溶かして基材に成膜する成膜装置において、
前記成膜材料を前記基材の成膜位置に向けて供給する供給機構と、
前記成膜材料を加熱溶融するレーザー光を前記基材の成膜位置に向けて供給する処理媒体供給機構と、
前記基材の成膜位置を通過した前記成膜材料を回収する回収機構と、
を備えたことを特徴とする成膜装置。

【請求項2】

前記処理媒体供給機構は、前記成膜位置における一定の範囲に、局所的に前記レーザー光を供給し、前記供給機構は、該一定の範囲よりも大きい範囲に前記成膜材料を供給する、ことを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。

【請求項3】

前記供給機構と前記回収機構とが、再利用循環機構により連結され、この再利用循環機構の機能により、回収された前記成膜材料が前記供給機構で再利用される、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の成膜装置。

【請求項4】

前記供給機構が供給用ノズルを、前記回収機構が回収用ノズルを有し、これらノズルが対向し、前記供給用ノズル及び前記基材のなす角度が、前記回収用ノズル及び前記基材のなす角度よりも小さい角度で前記成膜材料を供給する、ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の成膜装置。

【請求項5】

前記処理媒体供給機構は、前記レーザー光の出力を制御する制御機構を備えた、ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の成膜装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、微粒子状の成膜材料を溶かして基材に成膜するための成膜装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、基材に対しての防錆処理や耐摩耗性処理等を目的にして、基材の面に成膜材料の被膜を形成する成膜装置が知られている。例えば、特許文献１記載の成膜装置では、燃焼ガスを膨張ノズルにより加速させた高速フレーム（炎）を射出し、当該高速フレーム内に成膜材料を投入して、高速フレームにより成膜材料を溶融し基材表面にぶつけて付着させることで被膜を形成している。また、例えば、特許文献２記載の成膜装置では、プラズマジェット中に成膜材料を投入して溶融させ、溶融した成膜材料を加速ノズルにより加速させて、基材の表面に衝突させて被膜を形成している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００１−１８１８１７号公報

【特許文献2】特開２０１０−１４９０９５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、例えばフレーム(炎)やプラズマ等の処理媒体により成膜材料を溶融して基材上に噴射（吹き付ける）する成膜方法（溶射）では、基材上に溶射された成膜材料のうち基材上に成膜されずに破棄される材料が大半をしめていた。そのため、溶射による成膜では、成膜材料の利用効率が極めて悪いという問題があった。
また、これまでの溶射による成膜では、基材の材料によっては、処理媒体による熱ダメージや溶融した成膜材料の衝突により基材が変形或いは変質するため、成膜できる基材が限られていた。
本発明は、上述した従来の技術が有する課題を解消し、成膜材料の利用効率の向上、及び、対象基材の拡張ができる成膜装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記目的を達成するために、本発明は、微粒子状の成膜材料を溶かして基材に成膜する成膜装置において、前記成膜材料を前記基材の成膜位置に向けて供給する供給機構と、前記成膜材料を加熱溶融するレーザー光を前記基材の成膜位置に向けて供給する処理媒体供給機構と、前記基材の成膜位置を通過した前記成膜材料を回収する回収機構と、を備えたことを特徴とする。

【0006】

また本発明は、上記成膜装置において、前記処理媒体供給機構は、前記成膜位置における一定の範囲に、局所的に前記レーザー光を供給し、前記供給機構は、該一定の範囲よりも大きい範囲に前記成膜材料を供給する、ことを特徴とする。

【0007】

また本発明は、上記成膜装置において、前記供給機構と前記回収機構とが、再利用循環機構により連結され、この再利用循環機構の機能により、回収された前記成膜材料が前記供給機構で再利用される、ことを特徴とする。

【0008】

また本発明は、上記成膜装置において、前記供給機構が供給用ノズルを、前記回収機構が回収用ノズルを有し、これらノズルが対向し、前記供給用ノズル及び前記基材のなす角度が、前記回収用ノズル及び前記基材のなす角度よりも小さい角度で前記成膜材料を供給する、ことを特徴とする。

【0009】

また本発明は、上記成膜装置において、前記処理媒体供給機構は、前記レーザー光の出力を制御する制御機構を備えた、ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、成膜材料を基材の成膜位置に向けて供給する供給機構と、成膜材料を加熱溶融する処理媒体を基材の成膜位置に向けて供給する処理媒体供給機構と、基材の成膜位置を通過した成膜材料を回収する回収機構と、を備えたため、基材上に成膜されずに、基材面を通過した成膜材料を回収機構で回収することができ、成膜材料の利用効率を高めることができる。また、処理媒体供給機構により処理媒体の供給を独立制御することができ、対象基材の拡張ができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の第１実施形態に係る成膜装置の構成を示す模式図である。

【図2】成膜位置での成膜結果を示す図である。

【図3】本発明の第２実施形態に係る成膜装置の構成を示す模式図である。

【図4】本発明の第３実施形態に係る成膜装置の構成を示す模式図である。

【図5】回収機構の変更例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

＜第１実施形態＞
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明を適用した第１実施形態に係る成膜装置１の構成を示す模式図である。成膜装置１は、微粒子状の成膜材料としての微粒子材料（成膜材料）３を加熱溶融させ、基材２の表面の所定の成膜位置Ｐに成膜を行う、成膜装置である。成膜装置１は、例えば、融点の低いアルミ合金の基材２に、融点の高いタングステンカーバイトを含む微粒子材料３の被膜４を生成するのに好適に用いることができる装置であり、微粒子材料３の利用効率の向上と、被膜４の硬質膜化を図ることができる。一実施例としては、成膜装置１は、飛行機の翼についているフラップの摺動部に、耐摩耗性処理を目的として被膜４を生成する際に好適に用いることができる。

【0014】

成膜装置１は、金属製の基材２の表面に、金属製の微粒子材料３を加熱溶融させて成膜する他に、シリコーン、セラミック、樹脂等を材料とした基材２及び微粒子材料３に適用することができる。そして、成膜装置１は、航空機部品の他にも、自動車部品（特にエンジン部品）や、ガスタービン、半導体製造装置等に耐摩耗、耐熱、耐薬品腐食、絶縁、導電等の為の被膜を形成するために用いることができる。

【0015】

成膜装置１は、図１に示すように、基材２の表面に成膜するための微粒子材料３を循環させる循環機構２０と、微粒子材料３を加熱溶融させるための処理媒体であるレーザー光１５を供給するための処理媒体供給機構１０と、を備える。なお、本実施形態では、収束性が良く、狭い面積に高密度の光エネルギーを集中させることができるレーザー光１５を処理媒体として用いているが、集光性の良い他のビーム状の処理媒体を用いる構成であっても良い。
処理媒体供給機構１０は、レーザー発振器１１と、光ファイバー１２と、光出射位置制御用光学系１３と、集光レンズ１４と、を備える。レーザー発振器１１は、処理媒体供給機構１０が出力するレーザー光１５の出力を制御する制御手段を備える制御機構として機能する。処理媒体供給機構１０は、レーザー発振器１１の制御機能により、レーザー波長、レーザーパワー、発振形態（連続発振／パルス発信）、照射時間等が制御可能に構成されている。成膜装置１は、基材２、及び／又は、微粒子材料３に基づく成膜条件や所望する膜厚や膜の硬度に基づく成膜品質等に応じて、レーザー光１５の出力の制御を行うことができるように構成されている。この構成によれば、処理媒体供給機構１０によりレーザー光１５の照射条件、例えば、連続照射／パルス照射の切り替えや焦点の絞り、の制御を微粒子材料３の供給とは独立して行うことができる。これにより、成膜位置周辺への基材の熱ダメージを抑制することができ、成膜対象の基材の適用範囲を樹脂や有機材料等に拡張することができる。

【0016】

レーザー発振器１１により発生したレーザー光は、光ファイバー１２により、光出射位置制御用光学系１３に伝送される。光出射位置制御用光学系１３は、例えば、複数のミラーを備え、これらのミラーを適宜に振ることで、照射点を所定の位置に動かすことができる。光出射位置制御用光学系１３から出射されたレーザー光１５は、集光レンズ１４を通り、集光レンズ１４から所定距離の位置で集光する。なお、本実施形態では、集光レンズ１４は、対物レンズである構成とした。なお、光ファイバー１２は必須の構成ではなく、複数枚のミラーを介してレーザー光を光出射位置制御用光学系１３に入射する構成であっても良い。
このように、レーザー光１５は、局所性のある処理媒体であり、基材２の表面の任意の位置に設けられた成膜位置Ｐにおける一定の範囲に局所的に供給することができる。これにより、レーザー光１５が供給された一定の範囲でのみ微粒子材料３を加熱溶融させて、基材２の表面の成膜位置Ｐにおける一定の範囲に局所的に成膜を行うことができる。よって、該成膜装置１を用いて基材２の表面に成膜を行う場合には、成膜を行う箇所以外へのマスキングを行う必要がなく、成膜の作業性を向上することができる。レーザー光１５は、成膜位置Ｐに局所的に供給することができるため、成膜したい部分の外部で基材２に熱ダメージを与えることなく、成膜を行うことができる。

【0017】

また、処理媒体供給機構１０は、処理媒体送り機構１６を有する。処理媒体送り機構１６は、レーザー光１５の照射位置と、焦点距離とを調整可能とすべく、光出射位置制御用光学系１３及び集光レンズ１４を一体にＸ軸方向、Ｙ軸方向、及び、Ｚ軸方向に移動させることができるように構成されている。処理媒体送り機構１６は、図１に示したように、光出射位置制御用光学系１３及び集光レンズ１４が保持される保持部１７がＸ軸方向及びＹ軸方向に移動可能に取り付けられたテーブル１８と、当該テーブル１８がＺ軸方向に移動可能に取り付けられた脚部１９と、から成る構成であっても良い。また、図示は省略するが、処理媒体送り機構１６は、光出射位置制御用光学系１３及び集光レンズ１４を、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及び、Ｚ軸方向に一体に移動可能に保持するロボットアーム／ロボットハンドである構成であっても良い。なお、処理媒体送り機構１６は、基材２に形状に応じて事前にティーチング可能に構成され、例えば基材２の表面が平面ではない場合等には、基材２の形状に沿って光出射位置制御用光学系１３及び集光レンズ１４を適宜に移動可能な構成であっても良い。

【0018】

循環機構２０は、微粒子材料３を基材２の表面に供給する供給機構２１と、基材２の表面を成膜されずに通過した微粒子材料３を回収する回収機構２５と、微粒子材料３を回収機構２５、供給機構２１間で循環させる循環パイプ（再利用循環機構）２９と、から構成される。
供給機構２１は、加圧ポンプ２２と、供給配管２３と、供給用ノズル２４と、を備える。加圧ポンプ２２は、図示は省略するが、例えば送風ファンを備え、微粒子材料３を基材２の表面に供給するための空気の流れを形成する。加圧ポンプ２２は、微粒子材料３が基材２の表面に当たった際に、微粒子材料３が損傷を受けない圧力で供給されるように、送風するように構成されている。供給用ノズル２４は、微粒子材料３が、基材２の表面に対して小さい角度で供給されるように設けられる。微粒子材料３は、加圧ポンプ２２により形成された空気の流れに乗って、供給配管２３を通り、供給用ノズル２４から、基材２の表面に供給される。
これらの構成によれば、供給機構２１で基材２の表面に供給された微粒子材料３が、基材２に当たって跳ね返る等して加圧ポンプ２２により形成された気流から外れ、周囲に飛び散ることがなく、微粒子材料３を所望の成膜範囲に供給することができる。

【0019】

回収機構２５は、吸引ポンプ２６と、回収配管２７と、回収用ノズル２８と、を備える。吸引ポンプ２６は、例えば吸込ファンを備え、基材２の表面に成膜されずに、基材２の表面の成膜位置を通過した微粒子材料３を回収するための空気の流れを形成する。吸引ポンプ２６は、吸引ファンを備える構成の他に、非接触型の吸引機構を備え、当該非接触型の吸引機構により回収機構２５の内部を減圧することにより、微粒子材料３を回収する構成であっても良い。

【0020】

回収用ノズル２８は、供給用ノズル２４に対向するように設けられる。回収用ノズル２８の回収口２８Ａは、供給用ノズル２４の供給口２４Ａよりも広く形成され、微粒子材料３を供給範囲よりも広い範囲から回収できるように構成されている。また、回収用ノズル２８は、回収口２８Ａが、供給用ノズル２４よりも大きな角度で基材２の表面に対して向けられている構成であっても良い。微粒子材料３は、吸引ポンプ２６により形成された空気の流れに乗って、回収用ノズル２８から回収されて、回収配管２７を通り、循環パイプ２９に送られる。

【0021】

供給機構２１と、回収機構２５とは、循環パイプ２９により連結され、循環パイプ２９により、回収機構２５で回収された微粒子材料３は、供給機構２１で再利用される。この構成によれば、基材２の表面に供給され、基材２の表面に成膜されずに、基材２の表面上を通過した微粒子材料３を回収機構２５で回収し、循環パイプ２９により、供給機構２１で再利用することができる。このように、微粒子材料３を供給機構２１と回収機構２５との間で循環供給することで、微粒子材料３の利用効率を高めることができる。
また、微粒子材料３は、粒径が１００μｍ以下の材料であり、望ましくは、粒径が５０μｍ以下の材料である。このように、微粒子材料３は、粒径が小さい微粒子であるため、供給機構２１と、回収機構２５と、の間に気流を形成することで、当該気流に微粒子材料３を乗せて、基材２の表面を微粒子材料３が通過する粒子の流れを形成することができる。

【0022】

処理媒体供給機構１０は、基材２の表面に供給された微粒子材料３を、供給機構２１と、回収機構２５との間で、成膜位置Ｐにおける一定の範囲に、レーザー光１５を局所的に供給し過熱溶融させて成膜を行う。
図２は、プリ／ポスト照射無しで、成膜位置Ｐに微粒子材料３及びレーザー光１５を供給して、成膜を行った際の結果を示す図である。図２に示した成膜結果は、アルミ合金の基材２に、タングステンカーバイトを含む微粒子材料３を供給し、超硬膜の成膜を行ったものである。本願の成膜装置１を用いて、レーザー光１５は、レーザー波長を１０７０ｎｍ、レーザーパワーを２００ワットに設定して連続発振し、照射径を直径５ｍｍに設定した場合、当該照射条件下で、６０秒未満のレーザー照射時間で、１００μｍより厚い膜厚の超硬膜が成膜されることが実験から証明された。

【0023】

図２に成膜結果を示した実験では、プリ／ポスト照射無しで、成膜を行ったが、成膜装置１は、より硬質な膜を成膜する為に、プリ／ポスト照射を行うように設定可能である。成膜装置１は、微粒子材料３の供給を開始する前の成膜工程初期において、まず、レーザー光１５の出力を、所定の基材２及び所定の微粒子材料３により成膜を行う通常の出力よりも低く設定して、基材２の表面の成膜位置Ｐに、低い出力のレーザー光１５を供給する（プリ照射）。これにより、基材２の表面を加熱溶融させる。続いて、微粒子材料３の循環供給を開始し、レーザー光１５の出力を通常の出力に設定する。これにより、過熱溶融された基材２の表面に微粒子材料３を付着させてから、微粒子材料３を加熱溶融させて、基材２の表面に成膜を行うことができる。これにより、基材２と微粒子材料３との強い結合を可能とすることができる。

【0024】

そして、微粒子材料３が複数層に重ねて成膜された、成膜工程後期において、レーザー光１５の出力を、通常の出力よりも高く設定して、高い出力のレーザー光１５を成膜位置Ｐに供給する（ポスト照射）。これにより、積層された微粒子材料３同士が加熱溶融されて結合し、膜が一体となる。よって、基材２の表面に供給された微粒子材料３間に微小気孔や微小空間の無い膜を形成することができ、硬度を向上させた硬質膜を形成し、基材２の耐摩耗性を向上することができる。

【0025】

以上説明したように、本発明を適用した実施形態によれば、微粒子状の成膜材料である微粒子材料３を溶かして基材２に成膜する成膜装置１において、微粒子材料３を基材２の成膜位置Ｐに向けて供給する供給機構２１と、成膜材料を加熱溶融するレーザー光１５を基材２の成膜位置Ｐに向けて供給する処理媒体供給機構１０と、基材２の成膜位置Ｐを通過した微粒子材料３を回収する回収機構２５と、を備えた。この構成によれば、基材２の面に成膜するための微粒子材料３を供給する供給機構２１と、基材２の面の成膜位置Ｐに供給された微粒子材料３を加熱溶融させるためのレーザー光１５を供給する処理媒体供給機構１０と、を別に設ける構成としたため、材料の供給機能と、材料の加熱溶融機能と、を独立させることができ、各機能の制御性を向上することができる。また、基材２の成膜位置Ｐを通過した微粒子材料３を回収する回収機構２５を設けたため、基材２の表面に成膜されずに基材２の表面を通過した微粒子材料３を回収することができ、回収された微粒子材料３を再利用可能とし、微粒子材料３の利用効率を高めることができる。また、処理媒体供給機構１０によりレーザー光１５の照射条件の制御を微粒子材料３の供給とは独立して行うことができる。これにより、成膜位置周辺への基材の熱ダメージを抑制することができ、成膜対象の基材の適用範囲を樹脂や有機材料等に拡張することができる。

【0026】

また、本発明を適用した実施形態によれば、処理媒体供給機構１０は、成膜位置Ｐにおける一定の範囲に、局所的にレーザー光１５を供給し、供給機構２１は、該一定の範囲よりも大きい範囲に微粒子材料３を供給する。この構成によれば、処理媒体供給機構１０は、成膜位置Ｐにおける一定の範囲に、局所的にレーザー光１５を供給するため、レーザー光１５が供給された一定の範囲内で微粒子材料３を局所的に加熱溶融させて成膜することができる。これにより、レーザー光１５が供給された一定の範囲外では、微粒子材料３に熱損傷が及ばず、これらの微粒子材料３を再利用して、微粒子材料３の利用効率を高めることができる。また、成膜位置Ｐの周辺へのマスキングを行うことなく、所望の位置にのみ局所的に成膜を行うことができ、微粒子材料３の利用効率を向上することができるとともに、成膜の作業性を向上することができる。

【0027】

また、本発明を適用した実施形態によれば、供給機構２１と回収機構２５とが、循環パイプ２９により連結され、この循環パイプの機能により、回収された微粒子材料が供給機構２１で再利用される。この構成によれば、回収機構２５で回収された微粒子材料３を、供給機構２１に循環させて、効率的に再利用することができ、微粒子材料３の利用効率を向上することができる。

【0028】

また、本発明を適用した実施形態によれば、供給機構２１が供給用ノズル２４を、回収機構２５が回収用ノズル２８を有し、これらノズル２４，２８が対向し、供給用ノズル２４が成膜位置Ｐに小さい角度で微粒子材料３を供給する。この構成によれば、基材２の表面を通過し、供給用ノズル２４から回収用ノズル２８に向かって流れる気流を形成することができ、当該気流に乗せて微粒子材料３を基材２の表面に供給することで、微粒子材料３を供給機構２１と、回収機構２５との間で循環させることができる。また、供給用ノズル２４が成膜位置Ｐに小さい角度で微粒子材料３を供給するため、微粒子材料３が基材２の表面に当たる際の衝撃を抑え、微粒子材料３が周辺に散らばるのを防ぐことができる。

【0029】

また、本発明を適用した実施形態によれば、処理媒体供給機構１０は、レーザー光１５の出力を制御する制御機構としてレーザー発振器１１を備えたため、レーザー光１５の出力を制御して、成膜条件や、成膜する膜の膜厚や硬度等の成膜品質を適宜に制御することができ、機能性の高い膜を形成することができる。

【0030】

また、本発明を適用した実施形態によれば、レーザー光１５の出力を制御して、成膜工程初期にレーザー光１５の出力を通常よりも低く設定する。この構成によれば、微粒子材料３の供給に先行して、出力が低く設定されたレーザー光１５を基材２の表面に提供し、基材２に熱損傷を与えることなく表面（例えば酸化層）を加熱溶融させ、溶融した基材２の表面に微粒子材料３を供給し、微粒子材料３を基材２の表面に付着させることができる。これにより、基材２の表面で、基材２と微粒子材料３とが一体となった被膜を形成することができ、基材２の表面により密着力の高い被膜を形成することができる。

【0031】

＜第２実施形態＞
上述した第１実施形態では、供給機構２１と、回収機構２５と、を循環パイプ２９により連結して、回収機構２５で回収した微粒子材料３を循環パイプ２９により供給機構２１で再利用させる構成とした。この第２実施形態では、図３に示すように、供給機構３１及び回収機構３５が各々、微粒子材料３を一時的に蓄えるバッファータンク３２，３６を備えた成膜装置１０１について説明する。なお、第２実施形態において、上述した第１実施形態と同一の構成については、同一の符号を付し、その説明を省略する。

【0032】

図３は、本発明を適用した第２実施形態に係る成膜装置１０１の構成を示す模式図である。図３に示すように、成膜装置１０１は、処理媒体供給機構１０と、供給機構３１と、回収機構３５と、を備える。
供給機構３１は、微粒子材料３を一時的に蓄える供給用バッファータンク３２を備える。供給機構３１は、供給用バッファータンク３２に蓄えられた微粒子材料３を、加圧ポンプ２２により、供給配管２３を介して、供給用ノズル２４から基材２の表面の成膜位置Ｐに供給する。

【0033】

回収機構３５は、微粒子材料３を一時的に蓄える回収用バッファータンク３６を備える。回収機構３５は、吸引ポンプ２６により、基材２の表面を通過して成膜されなかった微粒子材料３を回収用ノズル２８から回収配管２７を介して回収し、回収用バッファータンク３６に蓄える。
処理媒体供給機構１０は、光出射位置制御用光学系１３及び集光レンズ１４が一体に、Ｚ軸方向に移動可能に構成され、レーザー光１５の焦点距離が調整可能に構成されている。また、基材２が載置される駆動テーブル６は、成膜位置Ｐを所定の位置に移動可能に、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に移動可能に構成されている。

【0034】

成膜装置１０１は、供給機構３１から供給され、基材２の表面の成膜位置Ｐに成膜されなかった微粒子材料３を、回収機構３５で回収して、回収用バッファータンク３６に蓄える。回収用バッファータンク３６に蓄えられた微粒子材料３は、再び供給用バッファータンク３２に充填して、再利用することができ、微粒子材料の利用効率を高めることができる。

【0035】

＜第３実施形態＞
上述した第１実施形態、及び、第２実施形態では、レーザー光１５を、基材２の表面の成膜位置Ｐで集光させ、レーザー光１５の集光位置で微粒子材料３を加熱溶融させて、成膜位置Ｐの一定範囲に成膜する構成とした。この第３実施形態では、図４に示すように、レーザー光１５の集光位置Ｃを、集光レンズ１４と、基材２の表面との間に設定し、当該集光位置Ｃに微粒子材料３を、レーザー光１５の光軸と同軸に供給する成膜装置２０１を示す図である。なお、第３実施形態において、上述した第１実施形態あるいは第２実施形態と同一の構成については、同一の符号を付し、その説明を省略する。

【0036】

図４は、本発明を適用した第３実施形態に係る成膜装置２０１の構成を示す模式図である。図４に示すように、成膜装置２０１は、処理媒体供給機構１０と、供給機構４１と、回収機構３５と、を備える。
供給機構４１は、供給用ノズル４２の先端に、微粒子材料３の供給口４３Ａをレーザー光１５の光軸と同軸にする供給管４３が設けられている。供給管４３は、微粒子材料３よりも融点の高い材料から形成されている。供給管４３は、供給口４３Ａが集光レンズ１４と、集光レンズ１４の集光位置Ｃとの間に配置されるように、供給用ノズル４２から延在する。

【0037】

供給機構４１から、供給管４３、供給口４３Ａを介して、レーザー光１５の光軸と同軸に供給される微粒子材料３は、レーザー光１５の集光位置Ｃで加熱溶融される。レーザー光１５の集光位置Ｃで加熱溶融された微粒子材料３は、基材２の表面の成膜位置Ｐに滴下される。基材２の表面には、レーザー光１５がリング状に照射される。駆動テーブル６をＸ軸方向及びＹ軸方向に動かすことで、基材２が移動され、基材２の表面に照射されるレーザー光１５の位置が移動する。

【0038】

例えば、Ｘ軸方向に駆動テーブル６を移動させた場合、基材２の表面にリング状に照射されたレーザー光１５は、プレ照射位置Ｐ１に照射され、当該プレ照射位置Ｐ１において基材２の表面を加熱溶融する。そして、加熱溶融された基材２の表面に、成膜位置Ｐにおいて、微粒子材料３が供給される。さらに、ポスト照射位置Ｐ２において、基材２の表面に成膜された微粒子材料３同士が加熱されて結合され、硬質膜が形成される。

【0039】

レーザー光１５の集光位置Ｃを通過して溶融されず、基材２の表面を成膜されずに通過した微粒子材料３は、回収機構３５により回収されて、回収用バッファータンク３６に蓄えられる。回収用バッファータンク３６に蓄えられた微粒子材料３は、再び供給用バッファータンク３２に充填して、再利用することができ、微粒子材料の利用効率を高めることができる。

【0040】

なお、上記実施形態は本発明を適用した具体的態様の例に過ぎず、本発明を限定するものではなく、上記実施形態とは異なる態様として本発明を適用することも可能である。例えば、供給機構２１，３１，４１は、加圧ポンプ２２を必ずしも備えている必要はなく、回収機構２５，３５側で吸引することで、微粒子材料３を基材２の表面を通過させる気流を形成する構成であっても良い。

【0041】

また、図５は、回収機構の変形例である回収機構４０を示す図であり、成膜装置１は、図５に示したように、上から下に流れる気流を形成し、この気流に乗せて微粒子材料３を、気流に対して斜めに配置された基材２の表面に供給する構成であっても良い。基材２の下部には、基材２の表面を通過した微粒子材料３を回収する回収機構４０が設けられる。基材２の表面を通過する、基材２の上から下に流れる気流は、基材２の上部に設けられた不図示の供給機構からの送風で形成される構成であっても良いし、または、基材２の下部に設けられた回収機構４０の内部を低圧にすることで形成される構成であっても良いし、或いは、供給機構の送風と、回収機構４０の吸引との組み合わせにより形成される構成であっても良い。このように、所定の密度及び粒径の微粒子材料３を、所定の流速の気流に乗せて基材２の表面に供給することで、微粒子材料３を基材２の表面を上から下に流れる気流に乗せて、当該気流から外れて周辺外部に散らばることはなく、基材２の表面を滑り落ちるようにして回収機構４０により回収することができる。

【0042】

そして、基材２は、必ずしもテーブル等に固定されている構成である必要はなく、成膜装置１は、供給機構及び回収機構を処理媒体供給機構と共に、基材２に沿って移動可能に備える構成であっても良い。この構成により、成膜装置１を、補修などのメンテナンスの工程においても広く用いることができる。

【符号の説明】

【0043】

１、１０１、１０２ 成膜装置
２ 基材
３ 微粒子材料（成膜材料）
１０ 処理媒体供給機構
１１ レーザー発振器（制御機構）
１５ レーザー光（処理媒体）
２０ 循環機構
２１、３１、４１ 供給機構
２４、４２ 供給用ノズル
２５、３５、４０ 回収機構
２８ 回収用ノズル
２９ 循環パイプ（再利用循環機構）
Ｐ 成膜位置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】