JPH05271923A - 粉末コーティング用スパッタリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 回転ドラム何宙吊り状態で配置されるスパッ
タリング装置の剛体強度を上げると共に熱変形を抑制
し、スパッタリングを安定化させ、均一な粉末コーティ
ングを可能にする。 【構成】 内部が補強プレート１１により分割された半
円筒状のケーシングに、水冷パイプ３２を内周面に備え
たターゲットリング３０を取り付ける。ターゲットリン
グ３０には、バッキングプレート４０を介してターゲッ
トプレート５０が装着される。また、ケーシング１０の
内面に水冷ジャケット２０を取り付け、ケーシング１０
の昇温を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、回転ドラム内でスパッ
タリングにより粉末コーティングする際に使用されるス
パッタリング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】金属，セラミックス，プラスチックス等
の粉末粒子に金属皮膜，無機質皮膜等を形成すると、当
初の粉末粒子と異なる特性を与えることができる。たと
えば、タングステン粒子，ダイヤモンド粒子等に銅を被
覆すると、焼結性が向上し、熱伝導性に優れた焼結体が
得られる。また、銅被覆した粉末は、電磁シールド用の
フィラーとしても使用される。

【０００３】粉末粒子にコーティングを施す手段として
は、粉末を懸濁状態にして電気めっき又は無電解めっき
を行う方法，流動状態にした粉末に対しスパッタリング
によって所定の皮膜を形成する方法等が知られている。
本発明者等も、スパッタリングによって粉末をコーティ
ングする装置として、回転ドラムを使用したスパッタリ
ング装置を特開平２−１５３０６８号公報で紹介した。

【０００４】この粉末コーティング装置は、図１に示す
ように、コーティング前の粉末粒子Ｐが収容された減圧
加熱処理室１を、スパッタリング源３を内蔵した回転ド
ラム２に接続している。

【０００５】粉末粒子Ｐは、加熱コイル１ａを備えた容
器１ｂに収容されており、モータ１ｃで駆動されるスク
リューフィーダ１ｄにより、供給導管１ｅを経て回転ド
ラム２の内部に供給される。供給導管１ｅは、回転ドラ
ム２の一側端面に設けた軸受け２ｆで支持されている。
また、回転ドラム２の内部に不活性ガスを送り込むた
め、供給導管１ｅと同心円状にガス導入管１ｇが設けら
れている。

【０００６】回転ドラム２は、駆動ロール２ａ及び従動
ロール２ｂで支持されている。駆動ロール２ａは、モー
タ２ｃから動力を受け、回転ドラム２を水平軸回りに回
転させる。スパッタリング装置３は、供給導管１ｅが挿
入された端面とは反対側の端面（図２では右側）で軸受
け３ａで気密支持されたアーム３ｂによって回転ドラム
２内に固定配置されており、回転ドラム２の軸方向長さ
より若干短いターゲットプレート３ｃを斜め下向きに配
置している。

【０００７】供給導管１ｅから回転ドラム２の軸方向端
部に供給された粉末粒子Ｐは、回転ドラム２の回転に伴
ってドラム軸全長に分配され、回転ドラム２の内側底面
上を流動する。Ａｒ等のプラズマによる衝撃でターゲッ
トプレート３ｃからコーティング材料が叩き出され、回
転ドラム２内を飛翔して流動状態にある粉末粒子Ｐに被
着する。所定の被覆層が形成されたとき、回転ドラム２
を開放してコーティングされた粉末粒子Ｐを取り出す。

【０００８】また、生産能力を上げた粉末コーティング
装置として、図２に示すように真空チャンバー４の両側
にターゲットプレート駆動ユニット５及びドラム駆動ユ
ニット６をガイドレール５ａ，５ｂに沿って退避可能に
配置した装置を開発した。ターゲットプレート駆動ユニ
ット５は、図１に示したものと同様なスパッタリング装
置３を片持ち支持する。ドラム駆動ユニット６は、真空
チャンバー４内の駆動軸と噛み合い、真空チャンバー４
の内部で回転ドラム２を回転させる駆動軸を備えてい
る。

【０００９】ターゲットプレート駆動ユニット５及びド
ラム駆動ユニット６は、それぞれの前進位置で気密継ぎ
手５ｂ，６ａを介し真空チャンバー４に接続される。ガ
イドレール６ａが移動架台６ｃの上面に設けられている
ため、ドラム駆動ユニット６は、真空チャンバー４から
後退するＸ方向、更に直交するＹ方向に移動する。

【００１０】図２に示した初期位置Ｐ₀ で回転ドラム２
の内部を清浄化し、スパッタリングされる原料粉末を仕
込んだ後、移動架台６ｃの走行によって回転ドラム２及
びドラム駆動ユニット６を真空チャンバー４の軸線に一
致する待機位置Ｐ₁ まで移動させる。次いで、ターゲッ
トプレート駆動ユニット５及びドラム駆動ユニット６を
作動位置Ｐ₂ に前進させ、気密継ぎ手５ｂ，６ｂを介し
て真空チャンバーに接続する。

【００１１】真空チャンバー４の内部を真空系７のロー
タリポンプ７ａ及び拡散ポンプ７ｂによって真空引きし
た後、真空チャンバー４の内部で回転ドラム２を回転さ
せながら、スパッタリングによって原料粉末に所定のコ
ーティングを施す。そして、待機位置Ｐ₁ を経て初期位
置Ｐ₀ に送り、コーティングされた粉末を回転ドラム２
から取り出す。この方式によるとき、大径の回転ドラム
２が使用可能なため、生産能力が向上する。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】スパッタリング装置３
により回転ドラム２に装入された原料粉末をコーティン
グするとき、均一なコーティングを施すためにスパッタ
リング条件を安定させることが必要である。スパッタリ
ング条件の安定化には、スパッタリング装置３のターゲ
ットプレート３ｃから回転ドラム２の内側底部に形成さ
れた原料粉末の流動層までの距離が大きく影響する。

【００１３】回転ドラム２内でスパッタリング装置３が
片持ち支持されている構造では、ドラム回転時の振動，
衝撃等がスパッタリング装置３に伝播し、ターゲットプ
レート３ｃから原料粉末の流動層までの距離が不規則に
変動し易い。また、スパッタリング時の昇温でスパッタ
リング装置３の構成部材が熱変形を起こし、回転ドラム
２の軸方向に関してターゲットプレート３ｃから原料粉
末の流動層までの距離が変化する。

【００１４】ターゲットプレート３ｃから原料粉末の流
動層までの距離が小さいと、局部的に多量のスパッタ粒
子が粉末粒子に被着し、厚いコーティング層が形成され
る。他方、比較的遠いターゲットプレート３ｃから飛翔
するスパッタ粒子は、飛翔距離に応じ広範囲に広がり、
個々の粉末粒子に対する被着量が少なくなる。その結
果、粉末粒子の表面に形成されるコーティング層にバラ
ツキが発生する。また、熱変形が極端な場合には異常放
電を生じ、操業継続が不可能になることもある。

【００１５】本発明は、このような問題を解消すべく案
出されたものであり、スパッタリング装置の構造強度を
向上させると共に、冷却機構を組み込み熱変形を抑制
し、一定した条件下でのスパッタリングを可能とし、粉
末粒子表面に均一なコーティング層を形成することを目
的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明の粉末コーティン
グ用スパッタリング装置は、その目的を達成するため、
内部が補強プレートにより分割された半円筒状のケーシ
ングと、該ケーシングに取り付けられたターゲットリン
グと、該ターゲットリングの内周面に取り付けられた水
冷パイプと、前記ターゲットリングにバッキングプレー
トを介して装着されたターゲットプレートと、前記半円
筒状ケーシングの内面に固着された水冷ジャケットとを
備え、回転ドラムの軸方向に宙吊り状態で挿入されるこ
とを特徴とする。

【００１７】

【実施例】以下、図面を参照しながら、実施例によって
本発明を具体的に説明する。本実施例のスパッタリング
装置は、図３に示すように、半円筒状のケーシング１０
を備えている。ケーシング１０の内部は、補強プレート
１１で二分され、図４に示すようにケーシング１０の長
手方向に関して複数の仕切り板１３_L1，１３_L2・・・，
１３_R1，１３_R2で更に分割され、空洞部１２_L1，１２_L2
・・・１２_Ln，１２_R1，１２_R2・・・１２_Rnとなってい
る。

【００１８】それぞれの空洞部１２_L1，１２_L2・・・１
２_Ln，１２_R1，１２_R2・・・１２_Rnに臨むケーシング１
０の内壁には、水冷ジャケット２０_L1，２０_L2・・・２
０_Ln，２０_R1，２０_R2・・・２０_Rnが固着されている。
水冷ジャケット２０_Lnの内部空間２０_Lnに、給水管（図
示せず）に接続される給水口２２_Lnが開口している。ま
た、内部空間２０_Lnに開口した排水口２３_Lnは、隣接す
る水冷ジャケット２０_Ln-1の給水口２２_Ln-1に接続され
ている。このようにして、ケーシング１０の内側に、水
冷ジャケット２０_Ln，２０_Ln-1，・・・２０_Rn-1，２０
_Rnを順次通過する冷却水通路が形成される。水冷ジャケ
ット２０_Rnの冷却水は、排水口２３_Rnに接続された排水
管（図示せず）を介して系外に送り出される。

【００１９】ケーシング１０の両端縁に、矩形状の内周
面３１をもつフランジ３０が固着されている。内周面３
１には、水冷パイプ３２がろう付けされている。また、
フランジ３０の下面には、シール材３３が挿入される凹
溝が形成され、適宜の間隔でボルト孔３４が刻設されて
いる。

【００２０】バッキングプレート４０は、熱伝導性の良
好な銅製で、取付け部４１を介してボルト４２をボルト
孔３４にねじ込むことによりフランジ３０に固着され
る。バッキングプレート４０の裏面には複数の凹凸が形
成されており、スパッタ粒子の飛翔方向を規制するマグ
ネット４３ａ〜４３ｃが配置されている。バッキングプ
レート４０の裏面には、冷却水通路４４が内部に形成さ
れた水冷ジャケット４５が設けられている。

【００２１】バッキングプレート４０の前面側に取付け
られるターゲットプレート５０は、図５に示すように、
ケーシング１０の長手方向及び幅方向に分割された分割
プレート５０₁ ，５０₂ ・・・５０_n となっており、ぞ
れぞれが固定金具５１（図３参照）でバッキングプレー
ト４０に固定されている。また、バッキングプレート４
０の裏面に、マグネット４３ａ〜４３ｃからの磁束が外
部に漏洩することを防止する磁気シールド５２，５３
（図３参照）が二重に設けられている。更に、フランジ
３０の外周に、Ａｒガスをターゲットプレート５０に向
けて送り込む噴出管５４が配置されている。ターゲット
プレート５０の外周には、冷却水を通過させるジャケッ
ト５９が設けられている。

【００２２】このスパッタリング装置Ａは、図２で説明
した粉末コーティング装置に組み込むとき、図６に示す
ようにターゲット駆動ユニット６０で片持ち支持され
る。すなわち、スパッタリング装置Ａの一端に接続金具
６１を固定し、ターゲット駆動ユニット６０に挿通した
アーム６２に接続金具６１を介しスパッタリング装置Ａ
を接続する。アーム６２は軸受け６３〜６４により回転
可能に支持されているので、スパッタリング装置Ａのタ
ーゲットプレート５０を適宜の傾斜角度で回転ドラム８
０内に配置することができる。

【００２３】ターゲット駆動ユニット６０及びドラム駆
動ユニット７０は、図２を使用して説明したように、図
６において左右方向に移動する。図２に示すターゲット
駆動ユニット５は真空チャンバー４に向けて前進した作
動位置にあり、ターゲット駆動ユニット５の前面に設け
たフランジ板５ｃが真空チャンバー４の端部に設けたフ
ランジ部４ａに気密接続される。ドラム駆動ユニット６
のフランジ板６ｄも、真空チャンバー４の反対側端部に
あるフランジ部４ｂと気密接続される。

【００２４】ドラム駆動ユニット７０の駆動軸７１に
は、モータ７２からの動力が変速機７３を介して伝達さ
れる。駆動軸７１は、磁性シール等の気密継ぎ手７４を
介して真空チャンバー１０の内部に突出し、カップリン
グ７５を介してチャンバー内駆動軸７６に接続される。
チャンバー内駆動軸７６は、真空チャンバー１０の内面
に取り付けられた軸受け７７ａ，７７ｂで回転可能に支
持されている。チャンバー内駆動軸７６に装着された駆
動歯車７８ａ，７８ｂは、回転ドラム８０側の外歯歯車
８２ａ及び８２ｂとそれぞれ噛み合う。

【００２５】駆動軸７１及びチャンバー内駆動軸７６
は、モータ７２からの動力を外歯歯車８２ａ及び８２ｂ
に伝達し、ドラム本体６１を回転させるものである。ま
た、ドラム本体８１の内部に供給された原料粉末をスパ
ッタリング中に撹拌して均一な粉末被覆を行わせる粉末
撹拌機構，スパッタリング中にドラム本体８１の昇温を
抑制する水冷機構等を、駆動軸７１〜チャンバー内駆動
軸７６の動力伝達系と同様に設けることもできる。

【００２６】真空チャンバー４の内部を真空雰囲気にし
た後、ターゲットプレート５０に４００Ｖの高電圧を印
加しながら、噴出管５４からプラズマ化したＡｒガスを
ターゲットプレート５０の表面に向けて送り出す。ター
ゲットプレート５０の構成原子は、Ａｒプラズマにより
励起され、回転ドラム２，８０の底部にある原料粉末に
向けて飛翔し、個々の粉末粒子の表面に被着する。

【００２７】このとき、ターゲットプレート５０は、バ
ッキングプレート４０を介して抜熱され、５００℃以下
の低温に保持される。また、バッキングプレート４０と
ケーシング１０との間にある空洞部１２_L1，１２_L2・・
・，１２_Ln，１２_R1，１２_R2・・・１２_Rnが断熱層とし
て働き、且つ水冷ジャケット２０_L1，２０_L2・・・，２
０_Ln，２０_R1，２０_R2・・・２０_Rnの水冷作用によっ
て、ケーシング１０は常温に維持され、熱変形が生じな
い。また、ケーシング１０の剛体強度は、ケーシング１
０の内側に配置されている補強プレート１１及び仕切り
板１３_L1，１３_L2・・・，１３_Ln，１３_R1，１３_R2・・
・１３_Rnによって高くなっている。

【００２８】このケーシング１０によって支持されてい
るスパッタリング装置Ａは、図６に示すように片持ち支
持された状態であっても、熱変形によってスパッタリン
グ装置Ａの自由端側が垂れ下がることがなく、ターゲッ
トプレート５０と回転ドラム８０の底部内面との間の距
離は、回転ドラム８０の軸方向に関して一定に保たれ
る。したがって、異常放電等のトラブルが発生せず、回
転ドラム８０に装入された原料粉末が安定した条件下で
スパッタリングされ、個々の粉末粒子の表面に均一なコ
ーティング層が形成される。

【００２９】なお、以上の実施例においては、スパッタ
リング装置Ａを片持ち支持して回転ドラム２，８０内に
配置した。しかし、本発明はこれに拘束されることな
く、スパッタリング装置Ａの両端をターゲット駆動ユニ
ット５，６０及びドラム駆動ユニット６，３０の双方で
支持することも可能である。この場合、スパッタリング
装置Ａの自重による変形が抑制され、ターゲットプレー
ト５０から回転ドラム２，８０の内面までの距離は一層
正確に保たれる。

【００３０】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、ターゲットプレートを円筒状のケーシングで支持
し、ケーシング内面に水冷ジャケットを取り付けること
により、回転ドラムの内部で宙吊り状態に配置されるに
も拘らず、ターゲットプレートとドラム内面との距離が
一定に保たれる。そのため、スパッタリング条件が安定
化し、均一なコーティングが施された粉末を高い歩留り
で製造することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明者等が先に提案した小型の粉末コーテ
ィング装置

【図２】 本発明者等が開発した大型の粉末コーティン
グ装置

【図３】 本発明実施例のスパッタリング装置の軸方向
断面図

【図４】 ターゲットプレートを外して同スパッタリン
グ装置を下からみた図

【図５】 ターゲットプレートを装着して同スパッタリ
ング装置を下からみた図

【図６】 同スパッタリング装置を片持ち支持して回転
ドラム内に配置した状態

【符号の説明】

Ａ スパッタリング装置 ２ 回転ドラム １０
ケーシング １１ 補強プレート ２０_L1，２０_L2・・・２０
_Ln，２０_R1，２０_R2・・・２０_Rn 水冷ジャケット ３
０ ターゲットリング ３２ 水冷パイプ ４０ バッキングプレート ５０ ターゲットプレート

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部が補強プレートにより分割された半
   円筒状のケーシングと、該ケーシングに取り付けられた
   ターゲットリングと、該ターゲットリングの内周面に取
   り付けられた水冷パイプと、前記ターゲットリングにバ
   ッキングプレートを介して装着されたターゲットプレー
   トと、前記半円筒状ケーシングの内面に固着された水冷
   ジャケットとを備え、回転ドラムの軸方向に宙吊り状態
   で挿入されることを特徴とする粉末コーティング用スパ
   ッタリング装置。