特許 7391160 粉末供給装置、溶射装置、粉末供給方法及び溶射方法

(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】

(24)【登録日】2023-11-24

(45)【発行日】2023-12-04

(54)【発明の名称】粉末供給装置、溶射装置、粉末供給方法及び溶射方法

(51)【国際特許分類】

   C23C 4/134 20160101AFI20231127BHJP

   B05B 7/14 20060101ALI20231127BHJP

   B05B 7/22 20060101ALI20231127BHJP

   B65G 53/66 20060101ALI20231127BHJP

   B65G 65/40 20060101ALI20231127BHJP

【ＦＩ】

C23C4/134

B05B7/14

B05B7/22

B65G53/66 B

B65G65/40 B

【請求項の数】 16

(21)【出願番号】P 2022146945

(22)【出願日】2022-09-15

(62)【分割の表示】P 2018203266の分割

【原出願日】2018-10-29

(65)【公開番号】P2022173300

(43)【公開日】2022-11-18

【審査請求日】2022-09-15

(73)【特許権者】

【識別番号】000219967

【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000106760

【氏名又は名称】ＣＫＤ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】小林 義之

(72)【発明者】

【氏名】板藤 寛

【審査官】祢屋 健太郎

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１７／０６４８６７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１８／１０５７００（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特公昭４２－０００３６２（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】特開平０８－０４４１７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－３１１３８５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ２３Ｃ ４／１３４

Ｂ０５Ｂ ７／１４

Ｂ０５Ｂ ７／２２

Ｂ６５Ｇ ５３／６６

Ｂ６５Ｇ ６５／４０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

フィーダからノズルに粉末を供給する粉末供給装置であって、
粉末を出し入れする口部と、前記口部を開閉する開閉弁とを有し、気密状態で前記粉末を収納するカートリッジと、
前記カートリッジを着脱可能に収容する収容部と、前記収容部に収容された前記カートリッジ内の前記粉末を前記フィーダに補給する補給口と、前記補給口を開閉する開閉弁とを有する補給器と、
前記補給口から補給された前記粉末を前記ノズルに投入するフィーダと、
を備え、
前記カートリッジ及び前記補給器は、前記補給器に前記カートリッジが収容されることにより、前記口部と前記補給口との間に密閉空間を形成する、
粉末供給装置。

【請求項2】

前記密閉空間を減圧及び加圧する圧力調整機構を備える、
請求項１に記載の粉末供給装置。

【請求項3】

前記圧力調整機構は、
前記密閉空間に不活性ガスを供給するガス供給部と、
前記密閉空間を排気する排気機構と、
を有する、
請求項２に記載の粉末供給装置。

【請求項4】

前記フィーダは、前記ノズルに供給する前記粉末の流量を制御するフィード機構を有し、
前記カートリッジは、前記フィード機構に供給する前記粉末の流量を制御する押出機構を有する、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の粉末供給装置。

【請求項5】

前記フィーダは、
前記ノズルに供給する前記粉末の流量を制御するフィード機構と、
前記カートリッジ内から前記フィード機構に供給する前記粉末の流量を制御する押出機構と、
を有する、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の粉末供給装置。

【請求項6】

前記口部を開閉する開閉弁は、
前記口部を開閉する弁体と、
前記弁体に回転自在に取り付けられた軸部と、
を有し、
前記軸部を長手方向に移動させることにより前記口部が開閉する、
請求項５に記載の粉末供給装置。

【請求項7】

前記弁体は、前記カートリッジの内部及び外部に移動可能である、
請求項６に記載の粉末供給装置。

【請求項8】

前記口部を開閉する開閉弁は、前記軸部に対する前記弁体の角度を調整する弁体傾斜機構を有する、
請求項６又は７に記載の粉末供給装置。

【請求項9】

前記開閉弁の動作を制御する制御部を備え、
前記制御部は、
前記密閉空間が形成された場合、
前記密閉空間に不活性ガスを供給することで前記密閉空間内をパージする工程と、
前記密閉空間内がパージされた後、前記口部を開閉する開閉弁及び前記補給口を開閉する開閉弁を開いて前記カートリッジ内の前記粉末を前記フィーダに補給する工程と、
を実行する、
請求項１乃至８のいずれか一項に記載の粉末供給装置。

【請求項10】

フィーダからノズルに投入した溶射材料の粉末を溶融し、溶融した粉末により被対象物に成膜する溶射装置であって、
請求項１乃至９のいずれか一項に記載の粉末供給装置を備える、
溶射装置。

【請求項11】

前記被対象物を収容し、内部が不活性ガスで充填されるチャンバを備える、
請求項１０に記載の溶射装置。

【請求項12】

前記チャンバ内の不活性ガス及び粉末を吸い込み、作動液体によりシールする液体シールポンプを備える、
請求項１１に記載の溶射装置。

【請求項13】

前記ノズルから噴射される粉末を集塵する集塵フードと、
前記集塵フードと接続され、前記集塵フードにより集塵された粉末を作動液体によりシールする液体シールポンプと、
前記粉末及び前記集塵フードに向けて気体を流す送風機と、
を備える、
請求項１２に記載の溶射装置。

【請求項14】

前記粉末をプラズマにより溶融させる、
請求項１０乃至１３のいずれか一項に記載の溶射装置。

【請求項15】

請求項１乃至９のいずれか一項に記載の粉末供給装置を用いてフィーダからノズルに粉末を供給する粉末供給方法であって、
前記カートリッジを前記補給器の前記収容部に収容し、前記カートリッジの前記口部と前記補給器の前記補給口との間に密閉空間を形成する工程と、
前記密閉空間に不活性ガスを供給することで前記密閉空間をパージする工程と、
前記密閉空間がパージされた後、前記カートリッジ内と前記フィーダ内とを連通させる工程と、
前記カートリッジ内の前記粉末を、前記カートリッジ内と連通した前記フィーダ内に補給する工程と、
を有する、
粉末供給方法。

【請求項16】

請求項１乃至９のいずれか一項に記載の粉末供給装置を用いてフィーダからノズルに投入した溶射材料の粉末を溶融し、溶融した粉末により被対象物に成膜する溶射方法であって、
前記カートリッジを前記補給器の前記収容部に収容し、前記カートリッジの前記口部と前記補給器の前記補給口との間に密閉空間を形成する工程と、
前記密閉空間に不活性ガスを供給することで前記密閉空間をパージする工程と、
前記密閉空間がパージされた後、前記カートリッジ内と前記フィーダ内とを連通させる工程と、
前記カートリッジ内の前記粉末を、前記カートリッジ内と連通した前記フィーダ内に補給する工程と、
前記フィーダ内に補給された前記粉末を前記ノズルから噴射する工程と、
を有する、
溶射方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、粉末供給装置、溶射装置、粉末供給方法及び溶射方法に関する。

【背景技術】

【0002】

不活性ガスが充填された容器から供給される溶射材料の粉末を加熱して溶融し、溶融された粉末を被対象物に吹き付けることで被対象物に溶射膜を形成する溶射装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１４－１７２６９６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本開示は、水分、窒素、及び酸素と反応させずにフィーダの容器に粉末を補給できる技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一態様による粉末供給装置は、フィーダからノズルに粉末を供給する粉末供給装置であって、粉末を出し入れする口部と、前記口部を開閉する開閉弁とを有し、気密状態で前記粉末を収納するカートリッジと、前記カートリッジを着脱可能に収容する収容部と、前記収容部に収容された前記カートリッジ内の前記粉末を前記フィーダに補給する補給口と、前記補給口を開閉する開閉弁とを有する補給器と、前記補給口から補給された前記粉末を前記ノズルに投入するフィーダと、を備え、前記カートリッジ及び前記補給器は、前記補給器に前記カートリッジが収容されることにより、前記口部と前記補給口との間に密閉空間を形成する。

【発明の効果】

【0006】

本開示によれば、水分、窒素、及び酸素と反応させずにフィーダの容器に粉末を補給できる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】第１の実施形態に係るプラズマ溶射装置の構成例を示す断面図

【図2】図１のプラズマ溶射装置の粉末補給機構を示す図

【図3】図１のプラズマ溶射装置の回収廃棄機構を示す図

【図4】プラズマ溶射装置の動作の一例を示す工程図（１）

【図5】プラズマ溶射装置の動作の一例を示す工程図（２）

【図6】プラズマ溶射装置の動作の一例を示す工程図（３）

【図7】プラズマ溶射装置の動作の一例を示す工程図（４）

【図8】第１変形例の粉末補給機構を示す図

【図9】第２変形例の粉末補給機構を示す図

【図10】 第１参考例の粉末補給機構を示す図

【図11】 第２参考例の粉末補給機構を示す図

【図12】 第３参考例の粉末補給機構を示す図

【図13】図１２の粉末補給機構のシャッタの別の構成例を示す図

【図14】図１３のシャッタの動作の説明図（１）

【図15】図１３のシャッタの動作の説明図（２）

【図16】図１３のシャッタの動作の説明図（３）

【図17】フィーダに設けられたシャッタの構成例を示す図（１）

【図18】フィーダに設けられたシャッタの構成例を示す図（２）

【図19】第２の実施形態に係るプラズマ溶射装置の構成例を示す断面図

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、添付の図面を参照しながら、本開示の限定的でない例示の実施形態について説明する。添付の全図面中、同一又は対応する部材又は部品については、同一又は対応する参照符号を付し、重複する説明を省略する。

【0009】

〔第１の実施形態〕
（プラズマ溶射装置）
第１の実施形態に係るプラズマ溶射装置について、図１を参照しながら説明する。図１は、第１の実施形態に係るプラズマ溶射装置の構成例を示す断面図である。

【0010】

図１に示されるように、プラズマ溶射装置１は、不活性ガスを封入し雰囲気調整（環境制御）されたチャンバＣ内でプラズマ溶射を行う装置である。プラズマ溶射装置１では、溶射材料の粉末（以下「粉末Ｒ１」という。）をノズル１１の先端部の開口１１ｂから噴射し、高速のガスにより形成されたプラズマジェットＰの熱により溶融しながら、雰囲気調整されたチャンバＣ内の基材Ｗの表面に向かって噴き出す。これにより、基材Ｗの表面に溶射材料の皮膜（以下「溶射膜」という。）Ｆ１が形成される。

【0011】

基材Ｗの一例としては、銅（Ｃｕ）等の電極が挙げられ、粉末Ｒ１の一例としては、リチウム（Ｌｉ）の粉末が挙げられる。例えば、プラズマ溶射装置１を用いて銅の電極にリチウム粉末を完全に溶融して成膜することで、リチウム二次電池に使用される電極へのリチウムイオンのドーピングが可能になる。但し、粉末Ｒ１は、リチウムの粉末に限定されず、例えばアルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）等の粉末であってもよく、これらを混合した粉末であってもよい。

【0012】

プラズマ溶射装置１は、低エネルギーで溶射材料を溶融するため、溶射材料の粉末が昇華せずに、液体の状態で存在し、成膜できる。このため、プラズマ溶射装置１の利点の一つとしては、融点の低いリチウム等の特定の溶射材料であっても溶射により成膜できる点が挙げられる。よって、プラズマ溶射装置１は、特にリチウム等の融点の低い金属の粉末を溶射材料とした場合に好適である。

【0013】

プラズマ溶射装置１は、供給部１０、制御部３０、ガス供給部４０、プラズマ生成部６０、チャンバＣ、粉末補給機構９０、回収廃棄機構８３及びドライ室８８を含む。

【0014】

供給部１０は、ノズル１１及びフィーダ２０を有し、粉末Ｒ１をプラズマ生成ガスにより運び、先端部の開口から噴射する。フィーダ２０は、粉末Ｒ１をノズル１１に供給する。粉末Ｒ１は、フィーダ２０内の容器２１に収納されている。粉末Ｒ１は、中心粒径が１μｍ～２０μｍの微粉末である。

【0015】

フィーダ２０には、アクチュエータ２２が設けられている。ノズル１１は棒状の環状部材であり、その内部に粉末Ｒ１が運ばれる流路１１ａが形成されている。ノズル１１の流路１１ａと容器２１内とは連通する。粉末Ｒ１は、アクチュエータ２２の動力により容器２１からノズル１１内の流路１１ａに投入される。フィーダ２０は、例えばボウルフィーダであってよい。

【0016】

ノズル１１には、粉末Ｒ１と共にプラズマ生成ガスが供給される。プラズマ生成ガスは、プラズマを生成するためのガスである。また、プラズマ生成ガスは、流路１１ａにて粉末Ｒ１を運ぶキャリアガスとしても機能する。ガス供給部４０では、ガス供給源４１からプラズマ生成ガスが供給され、バルブ４６及びマスフローコントローラ（ＭＦＣ：Mass Flow Controller）を通って開閉及び流量制御され、パイプ４２を通ってノズル１１内の流路１１ａに供給される。プラズマ生成ガスとしては、アルゴンガス（Ａｒ）、ヘリウムガス（Ｈｅ）、窒素ガス（Ｎ_２）、水素ガス（Ｈ_２）、これら各種ガスを組み合わせたガス等のガスが利用できる。第１の実施形態では、プラズマ生成ガスとしてアルゴンガスを供給する場合を例に挙げて説明する。

【0017】

ノズル１１は、プラズマ生成部６０の本体部１２を貫通し、その先端部がプラズマ生成空間Ｕに突出する。粉末Ｒ１は、プラズマ生成ガスによりノズル１１の先端部まで運搬され、プラズマ生成ガスと共に先端部の開口１１ｂからプラズマ生成空間Ｕに噴射される。

【0018】

本体部１２は、絶縁材料により形成されている。本体部１２は、中央部に貫通口１２ａを有している。ノズル１１の前方部分１１ｃは、本体部１２の貫通口１２ａに挿入されている。ノズル１１の前方部分１１ｃは、直流電源５０に接続され、直流電源５０から電流が供給される電極（カソード）としても機能する。ノズル１１は、金属により形成されている。

【0019】

プラズマ生成空間Ｕは、主に本体部１２の凹み部１２ｂと張出部１２ｄとにより画定された空間であり、プラズマ生成空間Ｕにはノズル１１の先端部が突出している。張出部１２ｄは、本体部１２の外壁に設けられた金属板１２ｃと一端部で連結している。金属板１２ｃは、直流電源５０に接続されている。これにより、金属板１２ｃ及び張出部１２ｄは電極（アノード）として機能する。

【0020】

電極間には、直流電源５０から５００Ｗ～１０ｋＷの電力が供給され、ノズル１１の先端部と張出部１２ｄの他端部との間で放電が生じる。これにより、プラズマ生成部６０は、プラズマ生成空間Ｕにおいてノズル１１から噴射したアルゴンガスを電離（分解）させ、アルゴンプラズマを生成する。

【0021】

また、プラズマ生成空間Ｕには、アルゴンガスが旋回流となって供給される。アルゴンガスは、ガス供給源４１から供給され、バルブ４６及びマスフローコントローラ（ＭＦＣ）を通って開閉及び流量制御され、パイプ４３を通って本体部１２内を流れ、横方向からプラズマ生成空間Ｕに供給される。

【0022】

図１では、プラズマ生成空間Ｕに導入されるアルゴンガスの供給流路が１つだけ図示されているが、本体部１２には複数の供給流路が設けられている。これにより、アルゴンガスは、複数の供給流路から横方向に旋回流となってプラズマ生成空間Ｕに供給される。このため、生成されるプラズマの拡散が防止され、プラズマジェットＰが直線偏向となる。その結果、プラズマ生成部６０は、ノズル１１の先端部から噴射したプラズマ生成ガスを分解して、ノズル１１と軸芯Ｏが共通するプラズマジェットＰを生成する。なお、「軸芯が共通する」とは、供給部１０（ノズル１１）の中心軸とプラズマジェットＰの吹き付け方向の中心軸とが一致する又は略同一方向に一致することをいう。

【0023】

係る構成により、供給部１０は、ノズル１１の内部に形成された流路１１ａに粉末Ｒ１とアルゴンガスとを直進させ、先端部の開口１１ｂからプラズマ生成空間Ｕに噴射する。噴射した粉末Ｒ１は、高速のアルゴンガスにより形成されたプラズマジェットＰの熱により溶融しながら基材Ｗの表面に向かって噴き出され、基材Ｗの表面に溶射膜Ｆ１を形成する。

【0024】

本体部１２の内部には冷媒流路７２が形成されている。チラーユニット７０から供給された冷媒は、バルブ７４、７５の開閉により冷媒管７１、冷媒流路７２、冷媒管７３を通って循環し、チラーユニット７０に戻る。これにより、本体部１２は冷却され、本体部１２がプラズマの熱により高温になることを防止できる。なお、チャンバＣの側壁には、チャンバＣの内部を目視するための窓８２が付けられている。

【0025】

（チャンバ）
チャンバＣについて、図１を参照しながら説明する。図１に示されるように、チャンバＣは、円柱状の中空の容器である。チャンバＣは、例えばアルミニウム、ステンレス、石英等により形成されている。チャンバＣは、天井部にて本体部１２を支持し、供給部１０及びプラズマ生成部６０を閉空間とする。基材Ｗは、チャンバＣの底部８１に配置されたステージ８０に載置されている。チャンバＣの内部は、例えば所定の圧力に減圧されている。但し、チャンバＣの内部は必ずしも減圧されなくてもよい。

【0026】

粉末Ｒ１には、例えばＬｉ粉末のように水分に触れると爆発するものがある。また、粉末Ｒ１は、例えばＬｉ粉末のように窒素や酸素と反応すると、窒化物や酸化物になり、活性な状態から安定した状態になる。その場合、正極と負極との間をリチウムイオンが移動することで充電や放電を行うリチウムイオン電池の機能が低下する。

【0027】

したがって、粉末Ｒ１は、水分、酸素、窒素の各成分を極力減らした空間に置いておくことが好ましい。よって、プラズマ溶射装置１は、チャンバＣにより供給部１０及びプラズマ生成部６０を閉空間とすることで、粉末Ｒ１が収容されている容器２１内やノズル１１内及びプラズマ生成空間Ｕを含むチャンバＣ内から極力、水分、酸素、及び窒素を減らす。

【0028】

また、チャンバＣの内部は、アルゴンガスにより充填されている。アルゴンガスは、ガス供給源４１からパイプ４５を通ってチャンバＣ内に供給される。但し、チャンバＣの内部に充填されるガスは、アルゴンガスに限らず、不活性ガスであればよい。これにより、例えばチャンバＣの内部の酸素濃度を１ｐｐｍ（１０^－４％）程度又はそれ以下に低下させ、例えばＣｕ電極（基板）に成膜されたＬｉ膜中の酸素濃度を０．５％程度にすることができる。よって、第１の実施形態に係るプラズマ溶射装置１によれば、粉末Ｒ１を、水分、酸素、及び窒素と反応させずに成膜を行うことで膜の特性を向上させ、電池効率を改善することができる。

【0029】

（粉末補給機構）
粉末補給機構９０について、図２を参照しながら説明する。図２は、図１のプラズマ溶射装置１の粉末補給機構９０を示す図である。

【0030】

図２に示されるように、粉末補給機構９０は、フィーダ２０の容器２１に粉末Ｒ１を補給する。粉末補給機構９０は、カートリッジ９１及び補給器９２を有する。

【0031】

カートリッジ９１は、粉末Ｒ１を気密状態で収納する可搬性の容器である。カートリッジ９１内に粉末Ｒ１を収納する場合、例えば環境制御されたドライブース内に設けられたドライボックス内で、気密状態で保管されている保管容器からカートリッジ９１内に粉末Ｒ１を充填する。ドライブースは、例えば２％～４％の湿度に保持されている。ドライボックスは、例えば０．５％～１．５％の湿度に保持されている。これにより、カートリッジ９１内に充填される前の粉末Ｒ１が水分、酸素、及び窒素と反応することを防止できる。また、ドライボックス内において、ヒータ等の加熱手段により粉末Ｒ１を加熱してからカートリッジ９１内に充填してもよい。

【0032】

カートリッジ９１は、口部９１ａ、シャッタ９１ｂ、及び押出機構９１ｃを有する。

【0033】

口部９１ａは、粉末Ｒ１を出し入れする開口である。口部９１ａは、カートリッジ９１が補給器９２に収容された状態で、後述する補給口９２ｃと対応する位置に形成されている。

【0034】

シャッタ９１ｂは、口部９１ａを開閉可能な、例えば板状部材である。シャッタ９１ｂを開くと、口部９１ａを介してカートリッジ９１の内部と外部とが連通し、カートリッジ９１の内部の粉末Ｒ１が口部９１ａを介して外部に吐出可能となる。一方、シャッタ９１ｂを閉じると、カートリッジ９１の内部と外部との連通が遮断され、カートリッジ９１の内部の粉末Ｒ１は外部に吐出されない。これにより、シャッタ９１ｂを閉じた状態であれば、カートリッジ９１をドライボックス内から大気中に取り出しても、カートリッジ９１内に充填された粉末Ｒ１が水分、酸素、及び窒素と反応することを防止できる。

【0035】

押出機構９１ｃは、カートリッジ９１の内部に収納された粉末Ｒ１を押し出す機構である。押出機構９１ｃは、粉末Ｒ１を連続的に押出可能に構成されていてもよく、粉末Ｒ１を間欠的に押出可能に構成されていてもよい。シャッタ９１ｂを開いた状態で押出機構９１ｃによりカートリッジ９１の内部に収納された粉末Ｒ１を押し出すことで、カートリッジ９１の内部の粉末Ｒ１が口部９１ａを介して外部に吐出される。押出機構９１ｃとしては、例えばスクリューフィーダが挙げられる。押出機構９１ｃとしてスクリューフィーダを用いる場合、例えばスクリューの回転速度を制御することにより単位時間あたりの粉末Ｒ１の吐出量を調節することができる。

【0036】

補給器９２は、カートリッジ９１を着脱可能に収容し、気密状態を維持しながらカートリッジ９１の内部の粉末Ｒ１をフィーダ２０の容器２１に補給する。補給器９２は、本体９２ａ、蓋体９２ｂ、補給口９２ｃ、及びシャッタ９２ｄを有する。

【0037】

本体９２ａは、例えば略直方体形状を有し、上端が開口されている。これにより、本体９２ａの上方からカートリッジ９１を挿入して収容することができる。但し、本体９２ａは、例えば側端が開口されていてもよく、この場合、本体９２ａの側方からカートリッジ９１を挿入して収容することができる。

【0038】

蓋体９２ｂは、本体９２ａの上端の上にＯ－リング等のシール部材９２ｅを介して着脱可能且つ気密封止可能に取り付けられている。蓋体９２ｂは、本体９２ａの上端の開口を開閉する。本体９２ａ及び蓋体９２ｂは、カートリッジ９１を収容する収容部として機能する。

【0039】

補給口９２ｃは、本体９２ａ及び蓋体９２ｂにより形成される収容部に収容されたカートリッジ９１内の粉末Ｒ１をフィーダ２０の容器２１に補給する開口である。

【0040】

シャッタ９２ｄは、補給口９２ｃを開閉可能な、例えば板状部材である。シャッタ９２ｄを開くと、補給口９２ｃを介して収容部とフィーダ２０の容器２１内とが連通する。一方、シャッタ９２ｄを閉じると、収容部とフィーダ２０の容器２１内との連通が遮断される。

【0041】

補給器９２の内部の密閉空間Ｓは、加圧可能に構成されている。密閉空間Ｓは、例えばアルゴンガスによりパージされる。これにより、カートリッジ９１内の粉末Ｒ１を水分、窒素、及び酸素と反応させずにフィーダ２０の容器２１に補給することができる。このため、粉末Ｒ１を用いた溶射膜の膜質の安定性の向上を図ることができる。アルゴンガスは、ガス供給源４１からバルブ４７が介設されたパイプ４４を通って、補給器９２に設けられたポート９２ｆから補給器９２内に供給される。但し、アルゴンガスは、ガス供給源４１とは別に設けられた供給源から供給されてもよい。なお、補給器９２の内部に充填されるガスは、アルゴンガスに限定されず、不活性ガスであればよく、例えばヘリウムガスであってもよい。また、補給器９２の内部は、排気機構（図示せず）により排気可能であってもよい。

【0042】

（回収廃棄機構）
回収廃棄機構８３について、図３を参照しながら説明する。図３は、図１のプラズマ溶射装置１の回収廃棄機構８３を示す図である。

【0043】

図３に示されるように、回収廃棄機構８３は、バルブ８５の開閉により排気管８４を通ってチャンバＣの内部のアルゴンガス及び粉末を吸い込み、粉末を廃棄する。回収廃棄機構８３は、液体シールポンプ１００、モータ１０１、羽根車１０３、配管１０４、タンク１０６、配管１０８、及び廃棄機構１０９を有する。

【0044】

液体シールポンプ１００は、チャンバＣの内部のプラズマ溶射に使用されなかった溶射材料（以下、「溶射廃棄物」という。）及びアルゴンガスを吸い込み、吸い込んだ溶射廃棄物及びアルゴンガスを作動液体によりシールする。

【0045】

液体シールポンプ１００は、内部にフッ素系溶剤やオイルを充填している。本実施形態では、溶射廃棄物の発火が発生しないように、溶射廃棄物の回収に使用する作動液体に水を使用することはできず、フッ素系溶剤やオイルを使用する。また、液体シールポンプ１００は、溶射廃棄物が混入したガスを吸い込むことができるスクラバータイプのポンプで形成されている。例えば、ターボ分子ポンプやドライポンプは、固形の溶射廃棄物が混入したガスを吸い込むと故障することが想定されるため、本実施形態では使用が困難である。液体シールポンプ１００のポンプ流量は、例えば８００Ｌ／ｍｉｎ～１２００Ｌ／ｍｉｎである。

【0046】

液体シールポンプ１００は、モータ１０１の動力によりシャフト１０２を回転させ、羽根車１０３を回転させる。これにより、チャンバＣから溶射廃棄物及びアルゴンガスを排気管８４及び開いたバルブ８５に通し、吸込口Ｉからポンプ内に吸い込み、作動液体によりシールする。作動液体は、溶射廃棄物及びアルゴンガスをシールした状態で吐出口Ｊから配管１０４を通ってタンク１０６に送られる。

【0047】

廃棄機構１０９は、濾過部１１０及び焼却部１０７を有し、溶射廃棄物を廃棄する。濾過部１１０は、フィルタ等により溶射廃棄物を抽出する。濾過部１１０にて抽出された溶射廃棄物は、水分等により発火しないように廃棄する必要がある。

【0048】

そこで、焼却部１０７は、抽出された溶射廃棄物を焼却し、廃棄する。溶射廃棄物が除去された作動液体は、配管１０８を通ってタンク１０６に戻され、液体シールポンプ１００の作動液体として再利用される。本実施形態に係る回収廃棄機構８３によれば、溶射廃棄物を水分等により発火させずに安全に廃棄することができる。また、廃棄に使用した熱や作動液体を再利用することができる。

【0049】

（ドライ室）
ドライ室８８は、チャンバＣに隣接して設けられ、所定の湿度に除湿された閉空間を形成している。また、ドライ室８８は、排気装置８９により所定の圧力に減圧されている。但し、ドライ室８８は、減圧されていなくてもよい。

【0050】

成膜後の基材Ｗは、ドライ室８８に搬送され、次工程へと運ばれる。成膜後の基材Ｗの搬送工程において溶射膜Ｆ１を窒素や酸素と極力反応させないように、成膜後の基材Ｗをゲートバルブ８６、８７から直ちにドライ室８８に搬入する。

【0051】

（制御部）
プラズマ溶射装置１は、制御部３０を有する。制御部３０は、プラズマ溶射装置１を制御する。具体的には、制御部３０は、ガス供給源４１、フィーダ２０（アクチュエータ２２）、直流電源５０、チラーユニット７０、回収廃棄機構８３、粉末補給機構９０等を制御する。

【0052】

制御部３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、及びＨＤＤ（Hard Disk Drive）を有する。ＣＰＵは、特定の金属の溶射材料をプラズマ溶射により成膜するためのプログラム（レシピ）を選択し、ＲＡＭに設定する。ＣＰＵは、ＲＡＭに記憶したプログラムに基づき、各部に制御信号を送る。これにより、基材Ｗに所望の特性の溶射膜Ｆ１を溶射することができる。なお、制御部３０の機能は、ソフトウエアを用いて実現されてもよく、ハードウエアを用いて実現されてもよい。

【0053】

（溶射装置の動作）
第１の実施形態に係るプラズマ溶射装置１の動作（溶射方法）の一例について、図４から図７を参照しながら説明する。以下に説明するプラズマ溶射装置１の動作におけるバルブ４７の開閉、シャッタ９１ｂの開閉、シャッタ９２ｄの開閉、及び押出機構９１ｃの動作は、例えば制御部３０によって実行される。図４から図７は、プラズマ溶射装置１の動作の一例を示す工程図である。図４から図７では、バルブ４７が開いている状態を白色で示し、バルブ４７が閉じている状態を黒色で示す。

【0054】

まず、環境制御されたドライブース内に設けられたドライボックス内で、気密状態で保管されている保管容器からカートリッジ９１内に粉末Ｒ１を充填する。本実施形態では、ドライボックス内でカートリッジ９１のシャッタ９１ｂを開いて口部９１ａからカートリッジ９１内に粉末Ｒ１を充填する。これにより、カートリッジ９１内に充填される前の粉末Ｒ１が水分、酸素、及び窒素と反応することを防止できる。なお、カートリッジ９１に口部９１ａとは別の開口を設けて、該開口からカートリッジ９１内に粉末Ｒ１を充填してもよい。この場合、該開口を気密に封止可能なシャッタを設ければよい。続いて、粉末Ｒ１の充填が完了した後にシャッタ９１ｂを閉じ、カートリッジ９１をドライボックス内から取り出す。これにより、カートリッジ９１をドライボックス内から大気中に取り出しても、カートリッジ９１内に充填された粉末Ｒ１が水分、酸素、及び窒素と反応することを防止できる。

【0055】

続いて、図４に示されるように、補給器９２のシャッタ９２ｄを閉じた状態で、蓋体９２ｂを本体９２ａから取り外す。これにより、補給器９２の収容部とフィーダ２０の容器２１内との連通が遮断されるので、カートリッジ９１の交換時にフィーダ２０の容器２１内が大気環境下に曝露されることを防止し、容器２１内の粉末Ｒ１が水分、酸素、及び窒素と反応することを防止できる。このため、フィーダ２０からノズル１１に粉末Ｒ１を投入し、投入した粉末Ｒ１を溶融し、溶融した粉末Ｒ１により基材Ｗに成膜するプラズマ溶射の動作を停止させることなく、カートリッジ９１の交換を行うことができる。

【0056】

続いて、図５に示されるように、粉末Ｒ１が充填されたカートリッジ９１を本体９２ａに挿入して取り付ける。また、蓋体９２ｂを本体９２ａに取り付けて補給器９２内を気密状態にする。なお、本体９２ａに使用済みのカートリッジ９１が取り付けられている場合、使用済みのカートリッジ９１を取り外してから粉末Ｒ１が充填されたカートリッジ９１を本体９２ａに挿入して取り付ける。

【0057】

続いて、図６に示されるように、バルブ４７を開いてガス供給源４１からパイプ４４を介して補給器９２内にアルゴンガスを充填し、補給器９２内をアルゴンガスによりパージする。

【0058】

続いて、図７に示されるように、バルブ４７を閉じてガス供給源４１から補給器９２内へのアルゴンガスの充填を停止させた後、シャッタ９１ｂ及びシャッタ９２ｄを開いてカートリッジ９１内と容器２１内とを連通させる。続いて、カートリッジ９１内の粉末Ｒ１を押出機構９１ｃにより押し出して容器２１に補給する。このとき、カートリッジ９１内、補給器９２内、及び容器２１内にはいずれもアルゴンガスが充填されているため、カートリッジ９１内の粉末Ｒ１をフィーダ２０の容器２１に補給する際に粉末Ｒ１が水分、酸素、及び窒素と反応することを防止できる。なお、シャッタ９１ｂ及びシャッタ９２ｄを開いてカートリッジ９１内と容器２１とを連通させる際、バルブ４７を閉じることなく、ガス供給源４１から補給器９２内へのアルゴンガスの充填を継続してもよい。

【0059】

以上に説明したように、第１の実施形態のプラズマ溶射装置１によれば、気密状態で粉末Ｒ１を収納したカートリッジ９１を補給器９２に装着し、カートリッジ９１内から気密状態を維持してフィーダに粉末Ｒ１を補給する。これにより、カートリッジ９１内の粉末Ｒ１を水分、窒素、及び酸素と反応させずにフィーダ２０の容器２１に補給することができる。このため、粉末Ｒ１を用いた溶射膜の膜質の安定性の向上を図ることができる。

【0060】

また、補給器９２のシャッタ９２ｄを閉じた状態で、蓋体９２ｂを本体９２ａから取り外してカートリッジ９１を交換する。これにより、カートリッジ９１の交換時にフィーダ２０の容器２１内が大気環境下に曝露されることを防止し、容器２１内の粉末Ｒ１が水分、酸素、及び窒素と反応することを防止できる。このため、フィーダ２０からノズル１１に粉末Ｒ１を投入し、投入した粉末Ｒ１を溶融し、溶融した粉末Ｒ１により基材Ｗに成膜するプラズマ溶射の動作を停止させることなく、カートリッジ９１の交換を行うことができる。

【0061】

ところで、粉末Ｒ１の中心粒径が１μｍ～２０μｍの微粉末である場合、一般に用いられる中心粒径が５０μｍ～１００μｍの粉末と比較して単位体積当たりの表面積が大きいため、大気中に曝露されると水分、酸素、及び窒素との反応が生じやすい。そのため、フィーダ２０への粉末の補給を大気中で行うと、粉末Ｒ１が水分、酸素、及び窒素と反応して凝集する場合がある。粉末Ｒ１が凝集すると、溶融しにくいため、溶射膜の膜質が悪化する。そこで、第１の実施形態のプラズマ溶射装置１では、フィーダ２０内、ノズル１１内、及びチャンバＣ内を環境制御すると共に、粉末補給機構９０によりフィーダ２０へ粉末Ｒ１を補給する際も、粉末Ｒ１が大気中に曝露されない環境を実現している。これにより、フィーダ２０へ粉末Ｒ１を補給する際、粉末Ｒ１が凝集することによる溶射膜の膜質の悪化を防止できる。

【0062】

（第１変形例）
粉末補給機構の第１変形例について、図８を参照しながら説明する。図８は、第１変形例の粉末補給機構を示す図である。

【0063】

図８に示されるように、第１変形例の粉末補給機構９０Ａは、補給器９２内を排気する排気機構１２０を有する点で、粉末補給機構９０と異なる。なお、その他の構成については、粉末補給機構９０と同様の構成であってよい。以下、異なる点を中心に説明する。

【0064】

排気機構１２０は、ポート９２ｆを介して補給器９２内（密閉空間Ｓ）を排気する。排気機構１２０は、排気装置１２０ａと、排気管１２０ｂと、バルブ１２０ｃと、を有する。排気装置１２０ａは、例えば真空ポンプであってよい。また、排気装置１２０ａとしては、ドライ室８８を減圧する排気装置８９（図１参照）を利用してもよい。排気管１２０ｂは、排気装置１２０ａとポート９２ｆとを接続する。バルブ１２０ｃは、排気管１２０ｂの途中に設けられている。排気機構１２０においては、バルブ１２０ｃが開かれることにより、ポート９２ｆと排気装置１２０ａとが連通し、排気装置１２０ａにより補給器９２内（密閉空間Ｓ）が排気される。

【0065】

第１変形例によれば、補給器９２内を排気する排気機構１２０が設けられているので、補給器９２内へのアルゴンガスの供給及び補給器９２内の排気の組合せ（あるいは切替）により補給器９２内のパージに要する時間（パージ時間）を短縮できる。

【0066】

（第２変形例）
粉末補給機構の第２変形例について、図９を参照しながら説明する。図９は、第２変形例の粉末補給機構を示す図である。

【0067】

図９に示されるように、第２変形例の粉末補給機構９０Ｂは、排気機構１２０がポート９２ｆとは別に設けられたポート９２ｇを介して補給器９２内（密閉空間Ｓ）を排気する点で、第１変形例の粉末補給機構９０Ａと異なる。なお、その他の構成については、粉末補給機構９０Ａと同様の構成であってよい。以下、異なる点を中心に説明する。

【0068】

第２変形例によれば、２つのポート９２ｆ，９２ｇを有するので、ポート９２ｇを介して補給器９２内を排気しながら、ポート９２ｆを介して補給器９２内にアルゴンガスを供給できる。その結果、補給器９２内のパージに要する時間を短縮できる。

【0069】

（第１参考例）
粉末補給機構の第１参考例について、図１０を参照しながら説明する。図１０は、第１参考例の粉末補給機構を示す図である。

【0070】

図１０に示されるように、第１参考例の粉末補給機構９０Ｃは、図２に示される補給器９２がフィーダ２０と一体として形成されている点で、粉末補給機構９０と異なる。言い換えると、フィーダ２０Ｃの一部が補給器９２として機能する。なお、その他の点については、粉末補給機構９０と同様の構成であってよい。以下、異なる点を中心に説明する。

【0071】

フィーダ２０Ｃは、本体部２３と、接続部２４と、補給口２５と、シャッタ２６と、を有する。

【0072】

本体部２３は、筐体の一部を構成し、容器２１及びアクチュエータ２２を収容する。容器２１内には、ガス供給源４１からパイプ４２及びポート２７ａを介してアルゴンガスが供給される。

【0073】

接続部２４は、筐体の一部を構成し、カートリッジ９１を着脱可能に接続する。接続部２４は本体部２３の上方に設けられている。カートリッジ９１は、接続部２４にＯ－リング等のシール部材２８を介して着脱可能、且つ気密封止可能に取り付けられる。接続部２４にカートリッジ９１が接続されると、接続部２４とカートリッジ９１とにより、補給口２５と口部９１ａとの間に密閉空間Ｓを形成する。密閉空間Ｓには、ガス供給源４１からパイプ４４及びポート２７ｂを介してアルゴンガスが供給される。また、密閉空間Ｓは、ポート２７ｃ及び排気管１２０ｂを介して排気装置１２０ａにより排気される。このように、密閉空間Ｓは、ガス供給源４１によるアルゴンガスの供給及び排気装置１２０ａによる排気によってパージされる。なお、図８を用いて説明したように、密閉空間Ｓへのアルゴンガスの供給及び密閉空間Ｓの排気を１つのポートにより行ってもよい。

【0074】

補給口２５は、接続部２４に接続されたカートリッジ９１内の粉末Ｒ１をフィーダ２０Ｃ内に補給する開口である。補給口２５は、本体部２３の上面に形成されており、接続部２４にカートリッジ９１が接続された状態で、口部９１ａと対応する位置に設けられている。

【0075】

シャッタ２６は、補給口２５を開閉可能な、例えば板状部材である。シャッタ２６を開くと、補給口２５を介して密閉空間Ｓとフィーダ２０Ｃの容器２１内とが連通する。一方、シャッタ２６を閉じると、密閉空間Ｓとフィーダ２０Ｃの容器２１内との連通が遮断される。

【0076】

第１参考例によれば、補給器９２がフィーダ２０Ｃと一体として形成されているので、構造がシンプルである。

【0077】

（第２参考例）
粉末補給機構の第２参考例について、図１１を参照しながら説明する。図１１は、第２参考例の粉末補給機構を示す図である。

【0078】

図１１に示されるように、第２参考例の粉末補給機構９０Ｄは、カートリッジ９１がフィーダ２０Ｄの上方に密閉空間Ｓを形成して接続される点で、第１参考例の粉末補給機構９０Ｃと異なる。なお、その他の構成については、粉末補給機構９０Ｃと同様であってよい。なお、図１１に示される例では、ガス供給源４１から密閉空間Ｓにアルゴンガスを供給するためのポート２７ｂがカートリッジ９１に形成されているが、ポート２７ｂはポート２７ｃと同様に接続部２４に形成されていてもよい。

【0079】

第２参考例によれば、フィーダ２０Ｄの上方に密閉空間Ｓを形成してカートリッジ９１が接続されるので、一度に大量の粉末を補給できるという効果が奏される。

【0080】

（第３参考例）
粉末補給機構の第３参考例について、図１２から図１６を参照しながら説明する。図１２は、第３参考例の粉末補給機構を示す図である。

【0081】

図１２に示されるように、第３参考例の粉末補給機構９０Ｅは、押出機構９１ｃがカートリッジ９１内に設けられておらず、フィーダ２０Ｅ内に設けられている点で、第２参考例の粉末補給機構９０Ｄと異なる。なお、その他の構成については、粉末補給機構９０Ｄと同様であってよい。

【0082】

図１３は、図１２の粉末補給機構９０Ｅのシャッタ９１ｂの別の構成例を示す図である。図１４から図１６は、図１３のシャッタ９１ｂの動作の説明図である。

【0083】

図１３に示されるように、シャッタ９１ｂは、弁体９０１と、軸部９０２と、ノブ９０３と、弁体傾斜機構９０４と、ロック機構９０５と、を有する。

【0084】

弁体９０１は、Ｏ－リング等のシール部材９０１ａにより口部９１ａを気密封止可能に設けられている。弁体９０１は、軸部９０２の下端に回転自在に取り付けられている。弁体９０１には、弁体傾斜機構９０４が取り付けられており、弁体傾斜機構９０４の操作により軸部９０２に対して弁体９０１を回転させて傾斜可能となっている。

【0085】

軸部９０２は、カートリッジ９１の内部と外部とを貫通する貫通部９１ｄを介してカートリッジ９１の内部から外部に延びる棒状部材である。貫通部９１ｄには、例えばＯ－リング等のシール部材９１ｅが設けられており、軸部９０２を気密にシールした状態で長手方向に移動可能に支持している。軸部９０２の下端には弁体９０１が回転自在に取り付けられており、軸部９０２の上端にはノブ９０３が取り付けられている。例えば、図１４に示されるように、ノブ９０３を上方に引っ張ることで軸部９０２を上方に移動させると、軸部９０２と一体となって弁体９０１が上方へ移動し、弁体９０１により気密封止された口部９１ａが開口される。また、例えば図１５に示されるように、弁体９０１及び軸部９０２を上方に移動させた状態で弁体傾斜機構９０４を上方に引っ張ると、弁体９０１が軸部９０２に対して回転し傾斜する。また、例えば図１６に示されるように、軸部９０２を下方に移動させると、軸部９０２と一体となって弁体９０１が下方へ移動し、弁体９０１により気密封止された口部９１ａが開口する。

【0086】

ノブ９０３は、軸部９０２の上端に取り付けられており、例えばリング状部材により形成されている。ノブ９０３は、軸部９０２を上方又は下方に移動させる際に使用される。ノブ９０３を上方に引っ張ることにより、ノブ９０３と一体となって軸部９０２が上方に移動する。ノブ９０３は、作業者により操作されてもよく、自動制御されるアーム等により操作されてもよい。

【0087】

弁体傾斜機構９０４は、カートリッジ９１の内部と外部とを貫通する貫通部９１ｆを介してカートリッジ９１の内部から外部に延びる棒状部材であり、軸部９０２に対する弁体９０１の角度を調整する。貫通部９１ｆには、例えばＯ－リング等のシール部材９１ｇが設けられており、弁体傾斜機構９０４を気密にシールした状態で移動可能に支持している。弁体傾斜機構９０４の下端には弁体９０１が取り付けられており、弁体傾斜機構９０４の上端はカートリッジ９１の上方に突出している。弁体傾斜機構９０４の上端を上方に引っ張る又は上端を下方に押し込むことにより、軸部９０２に対して弁体９０１が回転して傾斜する。

【0088】

ロック機構９０５は、軸部９０２の下方への移動をロックする。これにより、弁体９０１がカートリッジ９１の内部から外部へ移動し、弁体９０１によって気密封止された口部９１ａが開口されるのを防止する。ロック機構９０５は、例えば軸部９０２を径方向に貫通して抜き差し可能なロックピンであってよい。

【0089】

係るシャッタ９１ｂを有するカートリッジ９１内に粉末Ｒ１を充填する場合、まず、カートリッジ９１の弁体９０１側が上方となるようにカートリッジ９１を保持する。続いて、図１６に示されるように、弁体９０１をカートリッジ９１の外部に移動させて、口部９１ａを開口させる。続いて、口部９１ａからカートリッジ９１内に粉末Ｒ１を充填する。カートリッジ９１内への粉末Ｒ１の充填が完了した後、弁体９０１を口部９１ａまで移動させることにより、弁体９０１により口部９１ａを気密封止する。

【0090】

また、カートリッジ９１内に充填された粉末Ｒ１をフィーダ２０Ｅ内に補給する場合、まず、図１３に示されるように、カートリッジ９１の口部９１ａを下方に向けた状態で、カートリッジ９１をフィーダ２０Ｅの接続部２４に接続し、密閉空間Ｓを形成する。続いて、密閉空間Ｓをパージし、密閉空間Ｓのパージが完了した後、シャッタ２６を開く。また、弁体９０１を上方に移動させて口部９１ａを開口させた後（図１４参照）、弁体９０１を軸部９０２に対して回転させて傾斜させる（図１５参照）。これにより、カートリッジ９１内の粉末Ｒ１は、口部９１ａ、密閉空間Ｓ、及び補給口２５を介してフィーダ２０Ｅ内に補給される。このとき、弁体９０１が軸部９０２に対して傾斜するので、カートリッジ９１内の粉末Ｒ１をフィーダ２０Ｅ内にスムーズに補給できる。また、弁体９０１上に粉末Ｒ１が残存することを防止できる。

【0091】

第３参考例によれば、押出機構９１ｃがカートリッジ９１内に設けられておらず、フィーダ２０内に設けられているので、カートリッジ９１の部品構成を単純化でき、その結果として交換部品のコストが削減できるという効果が奏される。

【0092】

次に、シャッタの具体的な構成例について、フィーダ２０Ｃ～２０Ｅに設けられたシャッタ２６を例に挙げて説明する。ただし、以下で説明するシャッタの具体的な構成例は、図２等を参照して説明したシャッタ９１ｂ、９２ｄにも適用可能である。図１７及び図１８を参照しながら説明する。図１７及び図１８は、図１０の粉末補給機構９０Ｃのフィーダ２０Ｃに設けられたシャッタ２６の構成例を示す図である。図１７はシャッタ２６を閉じた状態を示し、図１７（ａ）は断面図であり、図１７（ｂ）は平面図である。図１８はシャッタ２６を開いた状態を示し、図１８（ａ）は断面図であり、図１８（ｂ）は平面図である。

【0093】

図１７及び図１８に示されるように、シャッタ２６は、シャッタ収容部２６１と、開閉用摺動部２６２と、を有する。

【0094】

シャッタ収容部２６１は、本体２６１ａと、シール部材２６１ｂ，２６１ｃと、を有する。本体２６１ａは、シール部材２６１ｂ，２６１ｃを介して補給器９２の本体９２ａに取り付けられることで、密閉空間Ｓａを形成する。本体２６１ａには、平面視で例えば略矩形状の凹部２６１ｄが形成されている。凹部２６１ｄの底面には、補給口９２ｃと対応する位置に、本体２６１ａを貫通する貫通口２６１ｅが形成されている。貫通口２６１ｅの内周面には、後述する摺動板２６２ａの下面と接触するシール部材２６１ｆが設けられている。

【0095】

開閉用摺動部２６２は、摺動板２６２ａと、軸部２６２ｂと、取っ手部２６２ｃと、を有する。摺動板２６２ａは、凹部２６１ｄ内を摺動できるように構成されている。摺動板２６２ａは、凹部２６１ｄ内を図１７及び図１８における矢印の方向に摺動することで、補給口９２ｃを開閉する。軸部２６２ｂは、一端が摺動板２６２ａに取り付けられ、他端が取っ手部２６２ｃに取り付けられている。係る構成を有する開閉用摺動部２６２では、図１７に示されるように、取っ手部２６２ｃを本体２６１ａに対して押し込むことにより、軸部２６２ｂを介して摺動板２６２ａが押し込み方向に移動し、摺動板２６２ａによって補給口９２ｃが閉じられる。一方、図１８に示されるように、取っ手部２６２ｃを本体２６１ａに対して引っ張ることにより、軸部２６２ｂを介して摺動板２６２ａが引っ張り方向に移動し、平面視で摺動板２６２ａの開口２６２ｄが補給口９２ｃと重なって補給口９２ｃが開かれる。

【0096】

係る構成を有するシャッタ２６によれば、開閉用摺動部２６２を動かし、補給口９２ｃと密閉空間Ｓとがつながる過程でも外部へリークが発生することがないので、水分混入の心配がないという効果が奏される。

【0097】

〔第２の実施形態〕
第２の実施形態に係るプラズマ溶射装置について、図１９を参照しながら説明する。図１９は、第２の実施形態に係るプラズマ溶射装置の構成例を示す断面図である。

【0098】

図１９に示されるように、プラズマ溶射装置１Ａは、大気中でプラズマ溶射を行う装置である。プラズマ溶射装置１Ａでは、粉末Ｒ１をノズル１１の先端部の開口１１ｂから噴射して、高速のガスにより形成されたプラズマジェットＰの熱により溶融しながら、大気中の基材Ｗの表面に向かって噴き出す。これにより、基材Ｗの表面に溶射膜Ｆ１が形成される。

【0099】

基材Ｗとしては、例えば樹脂、金属、セラミックス、金属繊維が挙げられ、これらからなる平板や３Ｄ造形品であってもよい。粉末Ｒ１としては、例えば金属酸化物、金属窒化物の粉末が挙げられる。

【0100】

プラズマ溶射装置１Ａは、供給部１０、制御部３０、ガス供給部４０、プラズマ生成部６０、粉末補給機構９０、回収廃棄機構８３、送風機１２１、及び集塵フード１２２を含む。

【0101】

供給部１０、制御部３０、ガス供給部４０、プラズマ生成部６０、粉末補給機構９０、及び回収廃棄機構８３については、第１の実施形態と同様の構成であるため、説明を省略する。

【0102】

送風機１２１は、ノズル１１の先端部の開口１１ｂから粉末Ｒ１を噴射して形成されたプラズマジェットＰに向けて気体を流す。送風機１２１の風量は、例えば５００００Ｌ／ｍｉｎ～７００００Ｌ／ｍｉｎである。

【0103】

集塵フード１２２は、ノズル１１の先端部の開口１１ｂから噴射された粉末Ｒ１を集塵する。集塵フード１２２は、送風機１２１により形成された気体の流れの下流側に配置される。言い換えると、送風機１２１と集塵フード１２２とは、プラズマジェットＰを挟んで対向配置される。集塵フード１２２は、回収廃棄機構８３に接続されており、集塵フード１２２により集められた粉末は、回収廃棄機構８３によって吸い込まれ、廃棄される。

【0104】

プラズマ溶射装置１Ａでは、基材Ｗを移動させながら溶射を行ってもよく、ノズル１１を移動させながら溶射を行ってもよい。基材Ｗを移動させながら溶射を行う場合、例えば基材Ｗが載置されたステージ８０を水平方向に移動させながら溶射を行うことができる。ノズル１１を移動させながら溶射を行う場合、例えば水平方向に移動可能なアーム（例えば多関節アーム）に供給部１０を固定し、アームにより供給部１０を水平方向に移動させながら溶射を行うことができる。

【0105】

以上に説明したように、第２の実施形態のプラズマ溶射装置１Ａによれば、気密状態で粉末Ｒ１を収納したカートリッジ９１を補給器９２に装着し、カートリッジ９１内から気密状態を維持してフィーダに粉末Ｒ１を補給する。これにより、カートリッジ９１内の粉末Ｒ１を水分、窒素、及び酸素と反応させずにフィーダ２０の容器２１に補給することができる。このため、粉末Ｒ１を用いた溶射膜の膜質の安定性の向上を図ることができる。

【0106】

また、補給器９２のシャッタ９２ｄを閉じた状態で、蓋体９２ｂを本体９２ａから取り外してカートリッジ９１を交換する。これにより、カートリッジ９１の交換時にフィーダ２０の容器２１内が大気環境下に曝露されることを防止し、容器２１内の粉末Ｒ１が水分、酸素、及び窒素と反応することを防止できる。このため、フィーダ２０からノズル１１に粉末Ｒ１を投入し、投入した粉末Ｒ１を溶融し、溶融した粉末Ｒ１により基材Ｗに成膜するプラズマ溶射の動作を停止させることなく、カートリッジ９１の交換を行うことができる。

【0107】

なお、上記の実施形態において、基材Ｗは被対象物の一例であり、押出機構９１ｃは制御機構の一例である。また、パイプ４４はガス供給路の一例であり、バルブ４７は第３開閉弁の一例である。また、ガス供給部４０及び排気機構１２０は圧力調整機構の一例であり、容器２１及びアクチュエータ２２はフィード機構の一例である。

【0108】

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。

【0109】

上記の実施形態では、プラズマ溶射により基材Ｗに溶射膜を形成するプラズマ溶射装置を説明したが、これに限定されず、例えばアーク溶射やフレーム溶射により基材Ｗに溶射膜を形成する溶射装置であってもよい。

【0110】

また、上記の実施形態では、粉末供給装置を溶射装置に適用する場合を説明したが、これに限定されない。粉末供給装置は、例えば粉末を固体の状態で被対象物の表面に噴射させて被対象物の表面処理（例えば、ブラスト処理）を行う装置にも適用可能である。また、粉末供給装置は、例えば粉末を昇華させて気体を形成し、気体の状態で被対象物の表面に噴射させて被対象物の表面に膜を形成する装置にも適用可能である。

【符号の説明】

【0111】

１、１Ａ プラズマ溶射装置
１１ ノズル
２０ フィーダ
９０ 粉末補給機構
９１ カートリッジ
９１ａ 口部
９１ｂ シャッタ
９２ 補給器
９２ａ 本体
９２ｂ 蓋体
９２ｃ 補給口
９２ｄ シャッタ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】