特開2023-120687溶射装置、溶射装置における溶融付着物の検知方法および溶射装置用電極
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023120687
(43)【公開日】2023-08-30
(54)【発明の名称】溶射装置、溶射装置における溶融付着物の検知方法および溶射装置用電極
(51)【国際特許分類】
H05H 1/42 20060101AFI20230823BHJP
C23C 4/134 20160101ALI20230823BHJP
【ＦＩ】
H05H1/42
C23C4/134
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022023668
(22)【出願日】2022-02-18
(71)【出願人】
【識別番号】000000239
【氏名又は名称】株式会社荏原製作所
(74)【代理人】
【識別番号】230104019
【弁護士】
【氏名又は名称】大野 聖二
(74)【代理人】
【識別番号】230112025
【弁護士】
【氏名又は名称】小林 英了
(74)【代理人】
【識別番号】230117802
【弁護士】
【氏名又は名称】大野 浩之
(74)【代理人】
【識別番号】100106840
【弁理士】
【氏名又は名称】森田 耕司
(74)【代理人】
【識別番号】100131451
【弁理士】
【氏名又は名称】津田 理
(74)【代理人】
【識別番号】100167933
【弁理士】
【氏名又は名称】松野 知紘
(74)【代理人】
【識別番号】100174137
【弁理士】
【氏名又は名称】酒谷 誠一
(74)【代理人】
【識別番号】100184181
【弁理士】
【氏名又は名称】野本 裕史
(72)【発明者】
【氏名】内藤 儀彦
【テーマコード（参考）】
2G084
4K031
【Ｆターム（参考）】
2G084AA06
2G084BB25
2G084BB30
2G084CC23
2G084DD18
2G084DD22
2G084DD25
2G084FF14
2G084FF31
2G084GG02
2G084GG29
2G084HH07
2G084HH37
2G084HH43
2G084HH57
4K031DA04
4K031EA12
(57)【要約】 （修正有）
【課題】導電性粉体の溶融物の付着を早期に検知可能な溶射装置とその方法、および、メンテナンス時間を短縮可能な溶射装置用電極を提供する。
【解決手段】導電性粉体が前記第１空洞を通過する第１電極と、前記第１電極からの導電性粉体が前記第２空洞を通過する第２電極と、を備え、前記第１電極と前記第２電極との間に生じるプラズマにより導電性粉体を溶射する溶射装置であって、前記第２電極は、電極本体と、前記第２空洞が設けられており、前記第１電極からの導電性粉体が前記第２空洞を通過する、前記電極本体に着脱可能なマズル部と、を有し、前記マズル部は、絶縁性部材３２１bと、前記絶縁性部材３２１bによって互いに絶縁された複数の導電性部材３２１cと、を有し、当該溶射装置は、前記複数の導電性部材３２１cにおける２以上の導電性部材が導通しているか否かによって、前記導電性粉体の溶融物の付着を検知する付着物検知部を備える、溶射装置。
【選択図】図２Ａ
【解決手段】導電性粉体が前記第１空洞を通過する第１電極と、前記第１電極からの導電性粉体が前記第２空洞を通過する第２電極と、を備え、前記第１電極と前記第２電極との間に生じるプラズマにより導電性粉体を溶射する溶射装置であって、前記第２電極は、電極本体と、前記第２空洞が設けられており、前記第１電極からの導電性粉体が前記第２空洞を通過する、前記電極本体に着脱可能なマズル部と、を有し、前記マズル部は、絶縁性部材３２１bと、前記絶縁性部材３２１bによって互いに絶縁された複数の導電性部材３２１cと、を有し、当該溶射装置は、前記複数の導電性部材３２１cにおける２以上の導電性部材が導通しているか否かによって、前記導電性粉体の溶融物の付着を検知する付着物検知部を備える、溶射装置。
【選択図】図２Ａ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１空洞が設けられており、粉体供給部からの導電性粉体が前記第１空洞を通過する第１電極と、
第２空洞が設けられており、前記第１電極からの導電性粉体が前記第２空洞を通過する第２電極と、を備え、
前記第１電極と前記第２電極との間に生じるプラズマにより導電性粉体を溶射することによってターゲット上に成膜を行う溶射装置であって、
前記第２電極は、
電極本体と、
前記第２空洞が設けられており、前記第１電極からの導電性粉体が前記第２空洞を通過する、前記電極本体に着脱可能なマズル部と、を有し、
前記マズル部は、
絶縁性部材と、
前記絶縁性部材によって互いに絶縁された複数の導電性部材と、を有し、
当該溶射装置は、前記複数の導電性部材における２以上の導電性部材が導通しているか否かによって、前記導電性粉体の溶融物の付着を検知する付着物検知部を備える、溶射装置。
第２空洞が設けられており、前記第１電極からの導電性粉体が前記第２空洞を通過する第２電極と、を備え、
前記第１電極と前記第２電極との間に生じるプラズマにより導電性粉体を溶射することによってターゲット上に成膜を行う溶射装置であって、
前記第２電極は、
電極本体と、
前記第２空洞が設けられており、前記第１電極からの導電性粉体が前記第２空洞を通過する、前記電極本体に着脱可能なマズル部と、を有し、
前記マズル部は、
絶縁性部材と、
前記絶縁性部材によって互いに絶縁された複数の導電性部材と、を有し、
当該溶射装置は、前記複数の導電性部材における２以上の導電性部材が導通しているか否かによって、前記導電性粉体の溶融物の付着を検知する付着物検知部を備える、溶射装置。
【請求項2】
前記電極本体は、前記マズル部が嵌まる第３空洞が設けられ、
前記マズル部は、前記第３空洞に着脱可能に嵌められる、請求項１に記載の溶射装置。
前記マズル部は、前記第３空洞に着脱可能に嵌められる、請求項１に記載の溶射装置。
【請求項3】
前記電極本体の外面から前記第３空洞の内面に貫通するネジ穴が設けられ、
前記ネジ穴を介して前記電極本体の空洞に嵌められた前記マズル部がネジ止めされる、請求項２に記載の溶射装置。
前記ネジ穴を介して前記電極本体の空洞に嵌められた前記マズル部がネジ止めされる、請求項２に記載の溶射装置。
【請求項4】
前記第３空洞の内面には雌ネジが設けられ、
前記マズル部の側面には雄ネジが設けられる、請求項２に記載の溶射装置。
前記マズル部の側面には雄ネジが設けられる、請求項２に記載の溶射装置。
【請求項5】
第２実施形態
前記マズル部は、
前記雄ネジが設けられた嵌合部と、
前記嵌合部の下端面に取り付けられる、前記絶縁性部材および前記複数の導電性部材を有するセンサ部と、を有する、請求項４に記載の溶射装置。
前記マズル部は、
前記雄ネジが設けられた嵌合部と、
前記嵌合部の下端面に取り付けられる、前記絶縁性部材および前記複数の導電性部材を有するセンサ部と、を有する、請求項４に記載の溶射装置。
【請求項6】
前記マズル部の先端面は円環状になっており、前記先端面は、
その内周から外周まで径方向に延びる複数の前記絶縁性部材と、
前記複数の絶縁性部材の間に設けられる前記複数の導電性部材と、を有する、請求項１乃至５のいずれかに記載の溶射装置。
その内周から外周まで径方向に延びる複数の前記絶縁性部材と、
前記複数の絶縁性部材の間に設けられる前記複数の導電性部材と、を有する、請求項１乃至５のいずれかに記載の溶射装置。
【請求項7】
前記マズル部の先端面は円環状になっており、前記先端面は、
内周面に凹部が設けられた、前記複数の導電性部材のうちの１つである環状部と、
前記凹部内に設けられた、前記複数の導電性部材のうちの他の導電性部材である電極部と、
前記凹部内において、前記環状部と、前記電極部とを絶縁するように設けられた前記絶縁性部材と、を有する、請求項１，２および４のいずれかに記載の溶射装置。
内周面に凹部が設けられた、前記複数の導電性部材のうちの１つである環状部と、
前記凹部内に設けられた、前記複数の導電性部材のうちの他の導電性部材である電極部と、
前記凹部内において、前記環状部と、前記電極部とを絶縁するように設けられた前記絶縁性部材と、を有する、請求項１，２および４のいずれかに記載の溶射装置。
【請求項8】
前記導電性部材は、銅、タングステンまたはタンタルであり、
前記絶縁性部材は、セラミックである、請求項１乃至７のいずれかに記載の溶射装置。
前記絶縁性部材は、セラミックである、請求項１乃至７のいずれかに記載の溶射装置。
【請求項9】
溶射装置用の電極に対する導電性粉体の溶融物の付着を検知する方法であって、
前記電極は、
電極本体と、
前記電極本体に着脱可能なマズル部と、を備え、
前記マズル部は、
絶縁性部材と、
前記絶縁性部材によって互いに絶縁された複数の導電性部材と、を有し、
前記複数の導電性部材における２以上の導電性部材が導通しているか否かによって、前記導電性粉体の溶融物の付着を検知する、溶融付着物の検知方法。
前記電極は、
電極本体と、
前記電極本体に着脱可能なマズル部と、を備え、
前記マズル部は、
絶縁性部材と、
前記絶縁性部材によって互いに絶縁された複数の導電性部材と、を有し、
前記複数の導電性部材における２以上の導電性部材が導通しているか否かによって、前記導電性粉体の溶融物の付着を検知する、溶融付着物の検知方法。
【請求項10】
電極本体と、
前記電極本体に着脱可能なマズル部と、を備え、
前記マズル部は、
絶縁性部材と、
前記絶縁性部材によって互いに絶縁された複数の導電性部材と、を有する、溶射装置用電極。
前記電極本体に着脱可能なマズル部と、を備え、
前記マズル部は、
絶縁性部材と、
前記絶縁性部材によって互いに絶縁された複数の導電性部材と、を有する、溶射装置用電極。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、溶射装置、溶射装置における溶融付着物の検知方法および溶射装置用電極に関する。
【背景技術】
【0002】
溶射装置は電極間に生じるプラズマにより粉体を溶射することによってターゲット上に成膜を行うものである。粉体を溶射する際に、その溶融物が電極に付着することがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開昭５３－１１９２１１２０号公報
【特許文献2】特開２００８－８０３２３号公報
【特許文献3】特開昭５９－２０２１４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明の課題は、導電性粉体の溶融物の付着を早期に検知可能な溶射装置、溶射装置における導電性粉体の溶融物の付着を早期に検知できる方法、および、溶融物が付着した場合でも溶射装置のメンテナンス時間を短縮可能な溶射装置用電極を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明の一態様によれば、
第１空洞が設けられており、粉体供給部からの導電性粉体が前記第１空洞を通過する第１電極と、
第２空洞が設けられており、前記第１電極からの導電性粉体が前記第２空洞を通過する第２電極と、を備え、
前記第１電極と前記第２電極との間に生じるプラズマにより導電性粉体を溶射することによってターゲット上に成膜を行う溶射装置であって、
前記第２電極は、
電極本体と、
前記第２空洞が設けられており、前記第１電極からの導電性粉体が前記第２空洞を通過する、前記電極本体に着脱可能なマズル部と、を有し、
前記マズル部は、
絶縁性部材と、
前記絶縁性部材によって互いに絶縁された複数の導電性部材と、を有し、
当該溶射装置は、前記複数の導電性部材における２以上の導電性部材が導通しているか否かによって、前記導電性粉体の溶融物の付着を検知する付着物検知部を備える、溶射装置が提供される。
第１空洞が設けられており、粉体供給部からの導電性粉体が前記第１空洞を通過する第１電極と、
第２空洞が設けられており、前記第１電極からの導電性粉体が前記第２空洞を通過する第２電極と、を備え、
前記第１電極と前記第２電極との間に生じるプラズマにより導電性粉体を溶射することによってターゲット上に成膜を行う溶射装置であって、
前記第２電極は、
電極本体と、
前記第２空洞が設けられており、前記第１電極からの導電性粉体が前記第２空洞を通過する、前記電極本体に着脱可能なマズル部と、を有し、
前記マズル部は、
絶縁性部材と、
前記絶縁性部材によって互いに絶縁された複数の導電性部材と、を有し、
当該溶射装置は、前記複数の導電性部材における２以上の導電性部材が導通しているか否かによって、前記導電性粉体の溶融物の付着を検知する付着物検知部を備える、溶射装置が提供される。
【0006】
前記電極本体は、前記マズル部が嵌まる第３空洞が設けられ、
前記マズル部は、前記第３空洞に着脱可能に嵌められてもよい。
前記マズル部は、前記第３空洞に着脱可能に嵌められてもよい。
【0007】
前記電極本体の外面から前記第３空洞の内面に貫通するネジ穴が設けられ、
前記ネジ穴を介して前記電極本体の空洞に嵌められた前記マズル部がネジ止めされてもよい。
前記ネジ穴を介して前記電極本体の空洞に嵌められた前記マズル部がネジ止めされてもよい。
【0008】
前記第３空洞の内面には雌ネジが設けられ、
前記マズル部の側面には雄ネジが設けられてもよい。
前記マズル部の側面には雄ネジが設けられてもよい。
【0009】
前記マズル部は、
前記雄ネジが設けられた嵌合部と、
前記嵌合部の下端面に取り付けられる、前記絶縁性部材および前記複数の導電性部材を有するセンサ部と、を有してもよい。
前記雄ネジが設けられた嵌合部と、
前記嵌合部の下端面に取り付けられる、前記絶縁性部材および前記複数の導電性部材を有するセンサ部と、を有してもよい。
【0010】
前記マズル部の先端面は円環状になっており、前記先端面は、
その内周から外周まで径方向に延びる複数の前記絶縁性部材と、
前記複数の絶縁性部材の間に設けられる前記複数の導電性部材と、を有してもよい。
その内周から外周まで径方向に延びる複数の前記絶縁性部材と、
前記複数の絶縁性部材の間に設けられる前記複数の導電性部材と、を有してもよい。
【0011】
前記マズル部の先端面は円環状になっており、前記先端面は、
内周面に凹部が設けられた、前記複数の導電性部材のうちの１つである環状部と、
前記凹部内に設けられた、前記複数の導電性部材のうちの他の導電性部材である電極部と、
前記凹部内において、前記環状部と、前記電極部とを絶縁するように設けられた前記絶縁性部材と、を有してもよい。
内周面に凹部が設けられた、前記複数の導電性部材のうちの１つである環状部と、
前記凹部内に設けられた、前記複数の導電性部材のうちの他の導電性部材である電極部と、
前記凹部内において、前記環状部と、前記電極部とを絶縁するように設けられた前記絶縁性部材と、を有してもよい。
【0012】
前記導電性部材は、銅、タングステンまたはタンタルであり、
前記絶縁性部材は、セラミックであってもよい。
前記絶縁性部材は、セラミックであってもよい。
【0013】
本発明の別の態様によれば、
溶射装置用の電極に対する導電性粉体の溶融物の付着を検知する方法であって、
前記電極は、
電極本体と、
前記電極本体に着脱可能なマズル部と、を備え、
前記マズル部は、
絶縁性部材と、
前記絶縁性部材によって互いに絶縁された複数の導電性部材と、を有し、
前記複数の導電性部材における２以上の導電性部材が導通しているか否かによって、前記導電性粉体の溶融物の付着を検知する、溶融付着物の検知方法が提供される。
溶射装置用の電極に対する導電性粉体の溶融物の付着を検知する方法であって、
前記電極は、
電極本体と、
前記電極本体に着脱可能なマズル部と、を備え、
前記マズル部は、
絶縁性部材と、
前記絶縁性部材によって互いに絶縁された複数の導電性部材と、を有し、
前記複数の導電性部材における２以上の導電性部材が導通しているか否かによって、前記導電性粉体の溶融物の付着を検知する、溶融付着物の検知方法が提供される。
【0014】
本発明の別の態様によれば、
電極本体と、
前記電極本体に着脱可能なマズル部と、を備え、
前記マズル部は、
絶縁性部材と、
前記絶縁性部材によって互いに絶縁された複数の導電性部材と、を有する、溶射装置用電極が提供される。
電極本体と、
前記電極本体に着脱可能なマズル部と、を備え、
前記マズル部は、
絶縁性部材と、
前記絶縁性部材によって互いに絶縁された複数の導電性部材と、を有する、溶射装置用電極が提供される。
【発明の効果】
【0015】
導電性粉体の溶融物の付着を早期に検知できる。また、溶融物が付着した場合でも溶射装置のメンテナンス時間を短縮できる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】一実施形態に係る溶射装置の概略構成図。
【図2A】第１実施形態に係るアノード３２の概略図。
【図3A】付着物検知部１０の構成を模式的に示す図。
【図3B】付着物検知部１０の構成を模式的に示す図。
【図4A】第２実施形態に係るアノード３２’の概略図。
【図5】付着物検知部１０’の構成を模式的に示す図。
【図6A】第３実施形態に係るアノード３２’’の概略図。
【図7】付着物検知部１０’’の構成を模式的に示す図。
【図8】溶射システムの概略構成を示す図。
【図9A】マズル部３２１’に溶融物が付着していない状態を示す図。
【図9B】マズル部３２１’に導電性の溶融物９０が付着している状態を示す図。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。
【0018】
（第１実施形態）
図１は、一実施形態に係る溶射装置の概略構成図である。溶射装置は、粉体搬送用ガス供給部１と、粉体供給部２（フィーダ）と、溶射ノズル３と、プラズマ発生支援ガス供給部４と、チャンバ５と、ホルダ６と、圧力調整用ガス供給部７と、排気用ポンプ８と、冷却風供給部９と、付着物検知部１０とを備え、チャンバ５内のホルダ６上に保持されたターゲットＴに成膜を行う。
図１は、一実施形態に係る溶射装置の概略構成図である。溶射装置は、粉体搬送用ガス供給部１と、粉体供給部２（フィーダ）と、溶射ノズル３と、プラズマ発生支援ガス供給部４と、チャンバ５と、ホルダ６と、圧力調整用ガス供給部７と、排気用ポンプ８と、冷却風供給部９と、付着物検知部１０とを備え、チャンバ５内のホルダ６上に保持されたターゲットＴに成膜を行う。
【0019】
粉体搬送用ガス供給部１は粉体搬送用ガスを粉体供給部２に供給する。粉体搬送用ガスは、例えばアルゴン、窒素であり、その他後記プラズマ発生支援ガスと同じでもよいし、異なっていてもよい。
【0020】
粉体供給部２は粉体搬送用ガスを利用して導電性粉体を供給する。この導電性粉体に由来する材料がターゲットＴ上に成膜される。一例として、導電性粉体は銅粉であり、ターゲットＴ上に銅薄膜が形成される。
【0021】
溶射ノズル３は溶射ガンとも呼ばれ、導電性粉体を溶融してターゲットＴに吹き付ける（溶射する）。溶射ノズル３は、筐体３０と、カソード３１（第１電極）と、アノード３２（第２電極）とを有する。
【0022】
筐体３０はカソード３１およびアノード３２を収容している。そして、粉体供給部２からカソード３１へ粉体を導く粉体誘導路２１が筐体３０の上面を貫通している。また、筐体３０の下面には開口が設けられ、ホルダ６と対向している。
【0023】
カソード３１は粉体供給部２の下流側（下方）に配置される。カソード３１は内部に空洞（第１空洞）が形成されており、粉体供給部２からの導電性粉体が粉体誘導路２１を介して空洞を通過する。
【0024】
アノード３２はカソード３１の下流側（下方）においてカソード３１から離間して配置される。アノード３２は内部に空洞（第２空洞）が形成されている。この空洞は、カソード３１の空洞の下方に位置し、かつ、筐体３０の下面の開口の上方に位置する。そして、カソード３１からの導電性粉体がアノード３２における空洞の内側を通過する。アノード３２の構成の詳細は後述する。
【0025】
プラズマ発生支援ガス供給部４はプラズマ発生支援ガスを溶射ノズル３の筐体３０内に供給する。プラズマ発生支援ガスは、例えばアルゴンまたはアルゴンに水素を添加したガスである。
【0026】
チャンバ５は溶射ノズル３の下方に配置される。チャンバ５の上面には開口が設けられ、溶射ノズル３における筐体３０の下面の開口に位置合わせされている。この開口の下方に、ターゲットＴを保持するホルダ６が配置される。ホルダ６はＸＹスライダ６１（ステージ）上に載置され、ＸＹスライダ６１はホルダ６を水平面内で移動させることができる。また、ホルダ６には熱電対６２が設けられ、ＸＹスライダ６１の温度およびターゲットＴの温度を監視する。
【0027】
特にターゲットＴはその温度が高温になり過ぎると熱により破壊してしまうので、ターゲットＴの温度を熱電対６２でモニターし、ターゲットＴを破壊する温度Ｔｍａｘに至らないようモニターする。実際は安全性を考慮してＴｍａｘより低い温度Ｔｓを設定し、熱電対６２の温度がＴｓになった段階で、プラズマ溶射を停止するコントロールを行う。また、プラズマ溶射による成膜が途中の場合はプラズマ溶射を再開する必要があるので、プラズマ溶射再開するための基準温度Ｔ１を設定し、熱電対６２でターゲットＴの温度をモニターし、基準温度Ｔ１まで温度が下がったらプラズマ溶射を再開させる。
【0028】
チャンバ５は溶融した導電性粉体をターゲットＴに溶射する際の溶射環境を適切に制御すべく、圧力調整用ガス供給部７、排気用ポンプ８および冷却風供給部９が接続される。圧力調整用ガス供給部７は、アルゴンまたはアルゴンに水素を添加したガスなどの圧力調整用ガスをチャンバ５内に供給し、チャンバ５内の圧力を一定値（例えば、３００Ｔｏｒｒ）に維持する。排気用ポンプ８はチャンバ５内を真空引きする。冷却風供給部９は冷却風をチャンバ５内に配置された冷却プレート５１に供給する。
なお、プラズマ発生支援ガスはアルゴンまたはアルゴンに水素を添加したガス以外のガスであってもよい。例えば、ネオン、ヘリウム、窒素等、プロセスで用いる場合に必要とされるガスであってよい。
なお、プラズマ発生支援ガスはアルゴンまたはアルゴンに水素を添加したガス以外のガスであってもよい。例えば、ネオン、ヘリウム、窒素等、プロセスで用いる場合に必要とされるガスであってよい。
【0029】
このような溶射装置において、溶射ノズル３の筐体３０内にプラズマ発生支援ガスが供給された状態で、カソード３１およびアノード３２に高電位差が生じるよう電圧が印加される。これにより、カソード３１とアノード３２との間にアーク放電が生じる。アーク放電に起因してカソード３１とアノード３２との間にプラズマが生じ、その熱によって粉体供給部２からの導電性粉体が溶融（液状化）する。溶融した導電性粉体（液体粉）がターゲットＴ上に吹き付けられ、成膜される。
【0030】
ここで、導電性粉体を溶射する際に、その溶融物がアノード３２に付着することがある。付着物が小さければそれほど問題にならないが、例えば、アノード３２の空洞に大きな溶融物が付着すると溶射量が安定せず、ターゲットＴ上に形成される膜厚がばらつくおそれがある。さらに、アノード３２の空洞を塞ぐほどの溶融物が付着すると、溶射できなくなるおそれがある。このような場合に、仮に溶射ノズル３全体を交換せざるを得ないとなると、溶射装置のメンテナンスに時間を要してしまう。
【0031】
そこで、本実施形態では、溶射装置に付着物検知部１０を設け、導電性粉体の溶融物の付着を早期に検知できるようにする。また、本実施形態では、溶融物が付着した場合であっても、溶射ノズル３全体を交換する必要がないようなアノード３２の構成にする。以下、詳しく説明する。
【0032】
図２Ａは、第１実施形態に係るアノード３２の概略図である。アノード３２は、アノード本体３２０（電極本体）と、アノード本体３２０に着脱可能なマズル部３２１とを有する。
【0033】
アノード本体３２０は内部が空洞３２０ａ（第３空洞）になった円柱状部分３２０ｂを有する。アノード本体３２０における円柱状部分３２０ｂの内面は絶縁性材料３２０ｃで形成されるが、その他は金属などの導電性材料で形成されて電極を構成する。
【0034】
マズル部３２１は、カソード３１と反対側に設けられ、アノード本体３２０の空洞３２０ａでプラズマおよび溶融した導電性粉体を射出する開口部が形成された部材である。
【0035】
マズル部３２１は内部が空洞３２１ａ（第２空洞）になった概略円筒状であり、アノード本体３２０の空洞３２０ａに嵌められる（図２Ｂ参照）。一例として、アノード本体３２０の円柱状部分３２０ｂの外面から内面に貫通するネジ穴３２０ｄが設けられ、アノード本体３２０の空洞３２０ａに嵌められたマズル部３２１がネジ穴３２０ｄを介してネジ止めされる。
【0036】
マズル部３２１は、絶縁性部材３２１ｂと、絶縁性部材３２１ｂによって互いに絶縁された複数の導電性部材３２１ｃとを有する。図２Ａおよび図２Ｂでは、一例として４つの互いに離間された絶縁性部材３２１ｂと、これら絶縁性部材３２１ｂの間に設けられる４つの導電性部材３２１ｃが設けられる。なお、絶縁性部材３２１ｂとしては、耐熱性があるセラミック、特に快削性セラミックなどが好適である。また、導電性部材３２１ｃとしては、耐熱性がある銅、タングステン、タンタルなどが好適である。
【0037】
マズル部３２１の先端面３２１ｄ（図１において、ターゲットＴと対向する下端側の面）は円環状になっている。そして、先端面３２１ｄは、その内周の一部から外周の一部まで径方向に延びる概略長方形の複数の絶縁性部材３２１ｂ（の下端面）と、複数の絶縁性部材３２１ｂの間に設けられる環状扇形（annular sector）の複数の導電性部材３２１ｃ（の下端面）とから構成される。各絶縁性部材３２１ｂおよび各導電性部材３２１ｃはマズル部３２１の上面まで延びている。よって、マズル部３２１の水平方向断面はいずれも先端面３２１ｄと同じ構成となる。
【0038】
絶縁性部材３２１ｂおよび導電性部材３２１ｃのそれぞれは、マズル部３２１の内面の一部、外面の一部、下面（先端面３２１ｄ）の一部および上面の一部を構成しているとも言える。なお、マズル部３２１の各導電性部材３２１ｃはアノード本体３２０の内面の絶縁性材料３２０ｃによってアノード本体３２０の導電性材料とは絶縁される。
【0039】
図３Ａおよび図３Ｂは、付着物検知部１０の構成を模式的に示す図である。付着物検知部１０は、マズル部３２１の複数の導電性部材３２１ｃにおける２以上の導電性部材３２１ｃが導通しているか否かによって、マズル部３２１に対する導電性粉体の溶融物の付着を検知する。
【0040】
具体的には、付着物検知部１０は、各導電性部材３２１ｃに接続された導線１１と、これら導線１１に接続されて導電性部材３２１ｃ間の導通状態をモニタするテスタ１２とを有する。なお、図１において、導線１１はチャンバ５に設けられたフィードスルー５２を介してチャンバ５の外部に引き出され、チャンバ５の外部に設けられたテスタ１２に接続されてよい。
【0041】
図３Ａに示すように、マズル部３２１に導電性粉体の溶融物が付着していない場合、いずれの導電性部材３２１ｃ間も導通しない。これにより、マズル部３２１に導電性粉体の溶融物が付着していないこと（あるいは、付着しているとしても小さな付着物であること）が分かる。
【0042】
一方、図３Ｂに示すように、マズル部３２１における複数の導電性部材３２１ｃを跨って導電性粉体の溶融物９０が付着している場合、該当する導電性部材３２１ｃ間が導通する。これにより、マズル部３２１に導電性粉体の溶融物９０が付着していることが分かる。この場合、例えば制御盤（不図示）にアラームを発してもよい。
【0043】
図３Ａおよび図３Ｂから明らかなように、より多くの導電性部材３２１ｃを設けるほど（導電性部材３２１ｃを細かく分割するほど）、より小さな付着物を検知できる。よって、導電性部材３２１（電極）の数は、多い程付着物に対する感度が向上するので望ましいが、実用上は４～６個にするのが好ましい。
【0044】
このように、第１実施形態では、アノード３２を、アノード本体３２０と、これに着脱可能なマズル部３２１とから構成し、マズル部３２１には互いに絶縁された複数の導電性部材３２１ｃが設けられる。そして、導電性部材３２１ｃどうしの導通をモニタする付着物検知部１０により、導電性粉体の溶融物が複数の導電性部材３２１ｃを跨って付着した時点で、当該付着を早期に検知できる。付着が検知された場合、溶射ノズル３全体ではなく、アノード３２のマズル部３２１のみを交換すればよく、メンテナンスの時間を短縮できる。
【0045】
（第２実施形態）
次に説明する第２実施形態は、第１実施形態におけるアノード３２の変形例である。以下、第１実施形態との共通点は説明を省略または簡略化することがある。
次に説明する第２実施形態は、第１実施形態におけるアノード３２の変形例である。以下、第１実施形態との共通点は説明を省略または簡略化することがある。
【0046】
図４Ａは、第２実施形態に係るアノード３２’の概略図である。アノード３２’は、アノード本体３２０’（電極本体）と、アノード本体３２０’に着脱可能なマズル部３２１’とを有し、マズル部３２１’は嵌合部３３とセンサ部３４を有する。センサ部３４が嵌合部３３の下端面（ターゲットＴ側の面）に取り付けられ（図４Ｂ参照）、嵌合部３３がアノード本体３２０の空洞３２０ａ’に嵌められる（図４Ｃ参照）。
【0047】
アノード本体３２０’は第１実施形態で述べたものとほぼ同様であるが、本実施形態では空洞３２０ａ’（第３空洞）の内面に雌ネジ（不図示）が設けられている。
【0048】
マズル部３２１’の嵌合部３３は内部が空洞３３ａになった概略円筒状である。嵌合部３３の上部（カソード側）側面に雄ネジが設けられている。嵌合部３３はマズル部３２１’の一部であるから、マズル部３２１’に雄ネジが設けられているとも言える。そして、アノード本体３２０’の空洞３２０ａ’に対して嵌合部３３がねじ込まれことにより、アノード本体３２０’の空洞３２０ａ’にマズル部３２１’が嵌められる（図４Ｃ参照）。また、嵌合部３３は導電性材料で形成される。
【0049】
マズル部３２１’のセンサ部３４は円環部３４１を有し、円環部３４１の外周から径方向に突出した突出部３４２を有してもよい。
【0050】
円環部３４１の外径は嵌合部３３の下端面の外径とほぼ同じ大きさである（図４Ｂ参照）。一例として、円環部３４１および嵌合部３３の下端面にネジ穴が設けられ、これらのネジ穴を介してセンサ部３４の円環部３４１が嵌合部３３の下端面にネジ止めされる。
【0051】
円環部３４１は内部が空洞３４ａ（第２空洞）になっており（開口が形成されており）、絶縁性部材４２３と、絶縁性部材４２３によって互いに絶縁された複数の導電性部材４２４とを有する。図４Ａ～図４Ｃでは、一例として４つの互いに離間された絶縁性部材４２３と、これら絶縁性部材４２３の間に設けられる４つの導電性部材４２４が設けられる。
【0052】
詳細には、円環部３４１（マズル部３２１’の先端面とも言える）は、その内周の一部から外周の一部まで径方向に延びる概略長方形の複数の絶縁性部材４２３と、複数の絶縁性部材４２３の間に設けられる環状扇形（annular sector）の複数の導電性部材４２４と、円環部３４１の上面に設けられた絶縁性部材４２５とから構成される。絶縁性部材４２３および導電性部材４２４のそれぞれは、円環部３４１の内周面の一部、外周面の一部および下面の一部を構成し、絶縁性部材４２５が円環部３４１の上面を構成しているとも言える。なお、マズル部３２１’の各導電性部材４２４は絶縁性部材４２５によって嵌合部３３とは絶縁される。また、突出部３４２は各導電性部材４２４から突出している。
【0053】
図５は、付着物検知部１０’の構成を模式的に示す図である。付着物検知部１０’の構成は概ね第１実施形態と同様であるが、導線１１は突出部３４２に接続されてよい。突出部３４２を設けることで、導線１１を接続しやすくなる。
【0054】
このように、第２実施形態でも、導電性粉体の溶融物の付着を早期に検知できる。そして、付着が検知された場合、溶射ノズル３全体ではなく、アノード３２’のマズル部３２１’におけるセンサ部３４のみを交換すればよく、メンテナンスの時間を短縮できる。
【0055】
（第３実施形態）
次に説明する第３実施形態は、第１実施形態におけるアノード３２の別の変形例である。以下、第１実施形態および第２実施形態との共通点は説明を省略または簡略化することがある。
次に説明する第３実施形態は、第１実施形態におけるアノード３２の別の変形例である。以下、第１実施形態および第２実施形態との共通点は説明を省略または簡略化することがある。
【0056】
図６Ａは、第３実施形態に係るアノード３２’’の概略図である。アノード３２’’は、アノード本体３２０’’（電極本体）と、アノード本体３２０’’に着脱可能なマズル部３２１’’とを有する。
アノード本体３２０’’は第２実施形態で述べたものと同様である。
アノード本体３２０’’は第２実施形態で述べたものと同様である。
【0057】
マズル部３２１’’は内部が空洞３２１ａ’’（第２空洞）になった概略円筒状である。マズル部３２１’’の上部（カソード側）側面に雄ネジが設けられている。そして、アノード本体３２０’’の空洞３２０ａ’’に対してマズル部３２１’’がねじ込まれることにより、アノード本体３２０’’の空洞３２０ａ’’にマズル部３２１’’が嵌められる（図６Ｂ参照）。マズル部３２１’’は後述する絶縁性部材３２１ｂ’’を除き、導電性材料で形成される。
【0058】
マズル部３２１’’は、絶縁性部材３２１ｂ’’と、絶縁性部材３２１ｂ’’によって互いに絶縁された複数の導電性部材３２１ｃ’’，３２２とを有する。
【0059】
図６Ｃは、マズル部３２１’’を下方から見た図の一部拡大図である。また、図６Ｄは、マズル部３２１’’の下方を分解して示す図である。マズル部３２１’’の先端面（下端面）は円環状になっている。そして、先端面は、その内周に１以上の凹部３２２ａ（図６Ａの例では４つ）が設けられた環状の導電性部材３２２（環状部）と、凹部３２２ａ内に設けられた電極部（金属電極）としての導電性部材３２１ｃ’’、凹部３２２ａ内において環状の導電性部材３２２と導電性部材３２１ｃ’’とを絶縁するように設けられた絶縁性部材３２１ｂ’’とから構成される。
【0060】
具体例として、凹部３２２ａは円の一部が切り取られた形状となっている。絶縁性部材３２１ｂ’’は三日月状のスリーブである。絶縁性部材３２１ｂ’’の外周は凹部３２２ａの内径とほぼ同じ大きさであり、凹部３２２ａの内径と嵌め合いになる。導電性部材３２１ｃ’’は円の一部が直線状に切り取られた形状となっている。導電性部材３２１ｃ’’の外周は絶縁性部材３２１ｂ’’の内周とほぼ同じ大きさであり、絶縁性部材３２１ｂ’’の内周と嵌め合いになる。各凹部３２２ａ内の絶縁性部材３２１ｂ’’および導電性部材３２１ｃ’’はマズル部３２１’’の途中あるいは上面まで延びている。導電性部材３２２は上方に延びて円柱状になっている。
【0061】
図７は、付着物検知部１０’’の構成を模式的に示す図である。付着物検知部１０’’の構成は概ね第１実施形態と同様であるが、導線１１は電極部としての導電性部材３２１ｃ’’のみならず導電性部材３２２にも接続されてよい。これにより、複数の導電性部材３２１ｃ’’を跨って導電性粉体の溶融物が付着した場合のみならず、１つの導電性部材３２１ｃ’’と導電性部材３２２とに跨って導電性粉体の溶融物が付着した場合でも、当該付着を検知できる。
【0062】
このように、第３実施形態でも、導電性粉体の溶融物の付着を早期に検知できる。そして、付着が検知された場合、溶射ノズル全体ではなく、アノード３２’’のマズル部３２１’’のみを交換すればよく、メンテナンスの時間を短縮できる。
【0063】
【0064】
図８を参照すると、コントローラ１００はマズル部３２１における付着量を検知する付着物検知部１０によって受信した測定結果信号を受け取ることができるとともに、溶射装置の、粉体搬送用ガス供給部１、粉体供給部２、（電源ユニット３’を介して）溶射ノズル３を制御している。
【0065】
一実施例においては、付着物検知部１０からの測定結果信号がマズル部３２１に導電性粉体溶融物が付着していることを示す場合、制御盤にアラームを発してもよい。また、コントローラ１００は測定結果信号に基づいてマズル部３２１の交換時期を判定してもよい。
【0066】
一実施例においては、このコントローラ１００は、継続的にマズル部３２１における付着物の有無を測定し、フィードバックループにより、カソード３１およびアノード３２間の高電位差が生じるような印加電圧量を制御して、単位時間あたりの導電性粉体の溶融量を制御している。
【0067】
一実施例においては、コントローラ１００は、マズル部３２１における付着物を初めて検知した後に、粉体搬送用ガスの供給を停止して、溶射を停止処理するように粉体搬送用ガス供給部１への制御信号を出力する。そして、コントローラ１００は、２回目の付着物の検知があるまでは、導電性粉体の溶融を継続するように、カソード３１およびアノード３２間の高電位差が生じるような印加電圧量を維持する。そして、コントローラ１００は、２回目の付着物の検知信号をセンサから受け取った後に、複数のターゲットに対して連続的に処理が継続される際のその後の溶射処理を停止させてもよい。
【0068】
これにより、付着物検知部１０自体が故障していることによる誤作動の場合と、正しく検知できた場合とを区別することができる。
【0069】
別の実施形態においては、コントローラ１００は、予めマズル部３２１における付着量の許容付着量を設定しておき、許容値以下である場合には、そのまま溶射を継続してもよいと判定して、溶射を継続するように溶射装置を制御してもよい。
【0070】
なお、上述した各実施形態では、２以上の導電性部材が導通しているか否かによってマズル部に導電性粉体の溶融物の付着を検知するものであった。変形例として、導電性部材間の静電容量の変化によって溶融物の付着を検知してもよい。以下、第２実施形態で説明したアノード３２’（図４Ａ等）を例に取って説明する。
【0071】
図９Ａは、マズル部３２１’に溶融物が付着していない状態を示している。このとき、嵌合部３３とセンサ部３４における１つの導電性部材４２４１との間の静電容量がＣ１（既知の値）であるとする。静電容量Ｃ１は導電性部材４２４１を電極と考えた時の面積と比例する。
【0072】
図９Ｂは、マズル部３２１’に導電性の溶融物９０が付着している状態を示している。このとき、テスタ１２によって計測される嵌合部３３ａと導電性部材４２４１との間の静電容量はＣ１とは異なる値Ｃ１’となる。溶融物によって電極の面積が変動する（例えば、導電性部材４２４１と隣接する他の導電性部材４２４２とが短絡して電極の面積が大きくなる）ためである。そこで、テスタ１２は、その差Ｃ１’－Ｃ１が基準値Ｃ０を超えた場合、溶融物が付着していると判定できる。
【0073】
上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうることである。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲とすべきである。
【符号の説明】
【0074】
１ 粉体搬送ガス供給部
２ 粉体供給部
２１ 粉体誘導路
３ 溶射ノズル
３０ 筐体
３１ カソード
３２，３２’，３２’’ アノード
３２０，３２０’，３２０’’ アノード本体
３２０ａ，３２０ａ’，３２０ａ’’ 空洞
３２０ｂ 円柱状部分
３２０ｃ 絶縁性材料
３２０ｄ ネジ穴
３２１，３２１’，３２１’’ マズル部
３２１ａ，３２１ａ’’，３４ａ 空洞
３２１ｂ，４２３，４２５，３２１ｂ’’ 絶縁性部材
３２１ｃ，４２４，３２１ｃ’’，３２２ 導電性部材
３２１ｄ 先端面
３２２ａ 凹部
３３ 嵌合部
３３ａ 空洞
３４ センサ部
３４１ 円環部
３４２ 突出部
４ プラズマ発生支援ガス供給部
５ チャンバ
５１ 冷却プレート
５２ フィードスルー
６ ホルダ
６１ ＸＹスライダ
６２ 熱電対
７ 圧力調整用ガス供給部
８ 排気用ポンプ
９ 冷却風供給部
１０，１０’，１０’’ 付着物検知部
１１ 導線
１２ テスタ
９０ 導電性粉体の溶融物
２ 粉体供給部
２１ 粉体誘導路
３ 溶射ノズル
３０ 筐体
３１ カソード
３２，３２’，３２’’ アノード
３２０，３２０’，３２０’’ アノード本体
３２０ａ，３２０ａ’，３２０ａ’’ 空洞
３２０ｂ 円柱状部分
３２０ｃ 絶縁性材料
３２０ｄ ネジ穴
３２１，３２１’，３２１’’ マズル部
３２１ａ，３２１ａ’’，３４ａ 空洞
３２１ｂ，４２３，４２５，３２１ｂ’’ 絶縁性部材
３２１ｃ，４２４，３２１ｃ’’，３２２ 導電性部材
３２１ｄ 先端面
３２２ａ 凹部
３３ 嵌合部
３３ａ 空洞
３４ センサ部
３４１ 円環部
３４２ 突出部
４ プラズマ発生支援ガス供給部
５ チャンバ
５１ 冷却プレート
５２ フィードスルー
６ ホルダ
６１ ＸＹスライダ
６２ 熱電対
７ 圧力調整用ガス供給部
８ 排気用ポンプ
９ 冷却風供給部
１０，１０’，１０’’ 付着物検知部
１１ 導線
１２ テスタ
９０ 導電性粉体の溶融物
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図3A】
【図3B】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図6D】
【図7】
【図8】
【図9A】
【図9B】
