(57)【要約】【課題】長尺方向と短尺方向とを有する射出開口を備え、気体に固体粒子を分散させて成るエアロゾルを噴射するエアロゾル噴射ノズルであって、このノズルから噴射されるエアロゾルの空間分布や速度分布をより均一なものとするための構造を提案する。【解決手段】エアロゾルを導入する導入開口３６と、略直交する長尺方向と短尺方向とを有しエアロゾルを噴射する射出開口３１と、導入開口３６から射出開口３１までエアロゾルが通過する流路であって流体が進むにつれて流路面積が小さくなる面積漸減部３３を有するエアロゾル流路３０をエアロゾル噴射ノズル２５に備える。面積漸減部３３の流路断面積を、射出開口３１の長尺方向と略平行な二本の線分８２，８２と二つの円弧８１，８１とで画成されるトラック形（競技場形）とする。【選択図】図６
2010221161.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エアロゾルを導入する導入開口と、略直交する長尺方向と短尺方向とを有しエアロゾルを噴射する射出開口と、前記導入開口から前記射出開口までエアロゾルが通過する流路であって流体が進むにつれて流路面積が小さくなる面積漸減部を有するエアロゾル流路とを備え、
前記エアロゾル流路の前記面積漸減部における流路横断面は、
前記射出開口の長尺方向と略平行であって或点を対称の中心とする二本の直線と
前記或点を中心とする円の前記二本の直線により挟まれた二つの円弧と
で画成される形（以下、「トラック形」という）状である、
エアロゾル噴射ノズル。
【請求項２】
前記エアロゾル流路の前記面積漸減部は、二つの平面と二つの部分円錐面とで画成されている、
請求項１に記載のエアロゾル噴射ノズル。
【請求項３】
前記射出開口はトラック形状であって、前記射出開口の長尺方向長さは前記導入開口の長尺方向長さよりも小さい、
請求項１又は請求項２に記載のエアロゾル噴射ノズル。
【請求項４】
前記面積漸減部は、前記エアロズル流路の中心線方向に沿って前記射出開口に近づくにつれて、前記二本の直線の間隔が徐々に狭まるとともに前記二つの円弧が属する前記円が徐々に縮径している、
請求項３に記載のエアロゾル噴射ノズル。
【請求項５】
エアロゾルデポジション法を実現する装置にエアロゾルを噴射するために備えられた、
請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のエアロゾル噴射ノズル。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載のエアロゾル噴射ノズルと、
前記エアロゾル噴射ノズルの前記導入開口に接続されたレデューサーとを備え、
前記レデューサーは、エアロゾルを導入する略円形の入口開口と、前記エアロゾル噴射ノズルの導入開口と密接して接続される出口開口と、前記入口開口から前記出口開口までエアロゾルが通過する流路であって流体が進むにつれて流路面積が大きくなる面積漸増部を設けたエアロゾル流路とを有する、
レデューサー付きエアロゾル噴射ノズル。
【請求項７】
前記エアロゾル噴射ノズルの前記導入開口、前記レデューサーの前記出口開口、及び前記レデューサーの前記エアロゾル流路の前記面積漸減部における流路横断面は、共にトラック形状である、
請求項６に記載のレデューサー付きエアロゾル噴射ノズル。
【請求項８】
前記エアロゾル噴射ノズルの前記導入開口及び前記レデューサーの前記出口開口は共に円形状であり、前記レデューサーの前記エアロゾル流路は軸に対する母線の傾きが６°以下の円錐台形状である、
請求項６に記載のレデューサー付きエアロゾル噴射ノズル。
【請求項９】
前記エアロゾル噴射ノズルと前記レデューサーとが一体的に形成されている、
請求項６〜請求項８のいずれか一項に記載のレデューサー付きエアロゾル噴射ノズル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブラスト工法やエアロゾルデポジション法で利用される噴射用ノズルに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、金属，セラミック，ガラス，プラスチック等で成るワークの部分的な表面研削処理を行う方法として、エアブラスト工法が知られている。この方法は、圧縮気体中に分散させた投射材（研磨剤などの微小な固体粒子）をノズルから噴射し、高速でワークに衝突させることによって、前記ワークの部分的な切削や研磨を行うものである。以下、気体中に分散されて気体中を浮遊している微小な固体粒子を「エアロゾル」と呼ぶ。
【０００３】
また、従来、圧電アクチュエータ等として用いられるセラミックス薄膜を形成する方法として、エアロゾルデポジション法が知られている。この方法は、気体中にセラミックス微粒子を分散してなるエアロゾルをノズルから噴射し、高速で基板表面に吹き付けることによって、当該基板上で微粒子を粉砕し堆積させてセラミックス薄膜を形成するものである。エアロゾルデポジション法はセラミックス微粒子の常温衝撃固化現象を利用し、従来のセラミックス薄膜形成法において実施されていた１０００℃以上での焼結プロセスを不要とするものである。そのため、寸法精度を考慮した薄膜設計を行う必要がなくなり、また、微粒子の破砕によって緻密なナノ結晶組織が形成され、きわめて平滑な表面を持つセラミックス薄膜を製造することができる。
【０００４】
上述のエアブラスト工法を用いた加工やエアロゾルデポジション法を用いた成膜において、広い範囲において均一深さに研削したり均一厚さに成膜したりすることが必要となる場合がある。そこで、特許文献１では、射出開口が円形のノズルと比較してより広い範囲にエアロゾルを噴射するために有利なノズルの構造が提案されている。特許文献１に記載されたノズルは、エアロゾルを噴射する長尺方向と短尺方向とを有する矩形の導出開口を有し、前記ノズルの内部に、前記導出開口の短尺方向は開口に向けて短尺方向寸法が連続的に減少し且つ前記導出開口の長尺方向は開口に向けて長尺方向寸法が連続的に拡大する形状の断面積減少部分と、この断面積減少部分に続く断面積一定部分とを併せ持つ流路が設けられている。かかる構成により、前記ノズルの前記導出開口の長尺方向にわたって濃度が均一なエアロゾルを噴射させるとともに、噴射されたエアロゾルの飛散する方向及び速度を一定にする効果がうたわれている。
【特許文献１】特開２００３−２４７０８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ノズルを通過するエアロゾル中の固体粒子が気流に追従しているか否かは、ストークス数Ｓを用いて判断することができる。ストークス数Ｓが１よりも十分に小さい場合は、固体粒子は気流にほぼ追従し、ストークス数Ｓが１より大きい場合は、固体粒子は気流の動きに関係なく運動し、ストークス数Ｓが１に近ければ、固体粒子は気流にほぼ追従するものの完全には一致せず複雑な動きをする。これを前提にストークス数Ｓが１に近い固体粒子のノズル内の動きを考えると、ノズルの流路面積が急激に縮小すれば、固体粒子は気流の動きに追従しきれずにノズル内壁に衝突し、逆に、ノズルの流路面積が急激に拡大すれば、固体粒子は流路全体に均一に分散せず流路の略中央部分の固体粒子密度が他と比較して高くなることとなる。つまり、ノズルを通過する固体粒子のストークス数Ｓが１に近い場合にもノズルから噴射されたエアロゾルの濃度（固体粒子の空間分布）や、エアロゾルの速度分布を均一とするためには、ノズルの流路形状の変化をより緩やかにする必要がある。
【０００６】
本発明は上記のような課題を解決するためになされたものであって、例えば、上記特許文献１に記載されているような長尺方向と短尺方向とを有する射出開口を備え、気体に固体粒子を分散させて成るエアロゾルを噴射するエアロゾル噴射ノズルであって、このノズルから噴射されるエアロゾルの空間分布や速度分布をより均一なものとするための構造を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のエアロゾル噴射ノズルは、エアロゾルを導入する導入開口と、略直交する長尺方向と短尺方向とを有しエアロゾルを噴射する射出開口と、前記導入開口から前記射出開口までエアロゾルが通過する流路であって流体が進むにつれて流路面積が小さくなる面積漸減部を有するエアロゾル流路とを備え、前記エアロゾル流路の前記面積漸減部における流路横断面は、前記射出開口の長尺方向と略平行であって或点を対称の中心とする二本の直線と前記或点を中心とする円の前記二本の直線により挟まれた二つの円弧とで画成される形（以下、「トラック形」という）状であるものである。
【０００８】
前記エアロゾル流路の前記面積漸減部は、二つの平面と二つの部分円錐面とで画成されているものであることがよい。
【０００９】
また、前記射出開口はトラック形状であって、前記射出開口の長尺方向長さは前記導入開口の長尺方向長さよりも小さいものであってよい。
【００１０】
さらに、前記面積漸減部は、前記エアロズル流路の中心線方向に沿って前記射出開口に近づくにつれて、前記二本の直線の間隔が徐々に狭まるとともに前記二つの円弧が属する前記円が徐々に縮径しているものであってよい。
【００１１】
前記エアロゾル噴射ノズルは、エアロゾルデポジション法を実現する装置にエアロゾルを噴射するために備えることができる。
【００１２】
本発明のレデューサー付きエアロゾル噴射ノズルは、前記エアロゾル噴射ノズルと、前記エアロゾル噴射ノズルの前記導入開口に接続されたレデューサーとを備え、前記レデューサーは、エアロゾルを導入する略円形の入口開口と、前記エアロゾル噴射ノズルの導入開口と密接して接続される出口開口と、前記入口開口から前記出口開口までエアロゾルが通過する流路であって流体が進むにつれて流路面積が大きくなる面積漸増部を設けたエアロゾル流路とを有するものである。
【００１３】
前記エアロゾル噴射ノズルの前記導入開口、前記レデューサーの前記出口開口、及び前記レデューサーの前記エアロゾル流路の前記面積漸減部における流路横断面は、共にトラック形状とすることができる。
【００１４】
または、前記エアロゾル噴射ノズルの前記導入開口及び前記レデューサーの前記出口開口は共に円形状であり、前記レデューサーの前記エアロゾル流路は軸に対する母線の傾きが６°以下の円錐台形状とすることができる。
【００１５】
また、本発明は、前記レデューサー付きエアロゾル噴射ノズルにおいて、前記エアロゾル噴射ノズルと前記レデューサーとが一体的に形成されているものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、以下に示すような効果を奏する。
【００１７】
本発明によれば、面積漸減部の流路は射出開口の長尺方向と略平行な二つの平面部で挟み込まれ且つ流路面積が漸減しているので、面積漸減部を通過するエアロゾルは、射出開口の長尺方向と略平行な方向にわたって均一に加速される。さらに、面積漸減部では、流路面積が滑らかに縮小されているのでエアロゾル流の流れの剥離は起こりにくく、しかも、流路横断面の形状の変化が緩やかであるのでエアロゾル中の固体粒子は気流の動きに追従して均一に分散される。よって、長尺方向と短尺方向とを有する射出開口を備えたエアロゾル噴射ノズルから噴射されるエアロゾルの空間分布や速度分布をより均一なものとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の好ましい実施の形態を図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複説明を省略する。
【００１９】
本発明に係るエアロゾル噴射ノズル及びレデューサー付きエアロゾル噴射ノズルは、例えば、エアブラスト工法を用いた加工やエアロゾルデポジション法を用いた成膜の工程で、気体中に分散されている微小な固体粒子（以下、「エアロゾル」という）を噴射するために用いることができる。ここでは、エアロゾルデポジション法を用いた成膜の工程で使用するエアロゾル噴射ノズル及びレデューサー付きエアロゾル噴射ノズルについて説明するが、本発明に係るエアロゾル噴射ノズル及びレデューサー付きエアロゾル噴射ノズルの用途は、本実施の形態に限定されない。
［成膜装置１０］
まず、エアロゾル噴射ノズル（以下、単に「噴射ノズル２５」という）を備える成膜装置１０について説明する。なお、成膜装置１０は噴射ノズル２５及びレデューサー２６を除いて公知のものを利用することができ、また、本発明は成膜装置１０そのものの構成には限定されないので、ここでは成膜装置１０の概略構成のみを説明する。
【００２０】
図１はエアロゾルデポジション法を用いた成膜装置の概略構成を示した図である。図１に示すように、成膜装置１０は、キャリアガスに材料粒子を分散させてエアロゾルを発生させるエアロゾル発生器１３と、内部で成膜を行うためのチャンバ１４とを備えている。エアロゾル発生器１３は、内部に材料粒子が収納された容器であり、この容器内にガスボンベ１１からキャリアガス搬送管１２を通じてキャリアガスを導入することにより、エアロゾルを発生させる。エアロゾル発生器１３の上部にはエアロゾル搬送管２４の一端が挿入され、このエアロゾル搬送管２４の他端にはレデューサー２６を介して噴射ノズル２５が接続されている。
【００２１】
前記材料粒子を構成する材料としては、エアロゾルデポジション法に使用できるものであれば特に限定されず、例えば、圧電材料であるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）や、アルミナ等の無機粉体、樹脂等の有機粉体を使用することができる。本形態では、前記材料粒子を構成する材料としてセラミックスを用いる。前記材料粒子の粒径としても、エアロゾルデポジション法に使用可能な粒径であればよいが、例えば、数μｍ〜数十μｍ程度のものでよい。また、前記キャリアガスとしては、エアロゾルデポジション法に使用できるものであれば特に限定されず、例えば、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガスや、窒素、空気、酸素等を使用することができる。
【００２２】
チャンバ１４は、内部を減圧するための排気ポンプ１８が接続された減圧容器であり、該チャンバ１４の内部において、被処理物である基材１６を保持するための基板ホルダ１７が天井に設けられ、該基板ホルダ１７の下方に噴射ノズル２５が配置されている。基板ホルダ１７には、基材１６をその水平面を維持させながら前後方向及び左右方向に移動する移動機構（図示略）が備えられている。かかる構成により、チャンバ１４の内部において、基板ホルダ１７の下面に略水平方向に移動可能に吊り下げられた状態に保持されている基材１６と、噴射ノズル２５とが対向している。なお、基板２３の材料としては特に限定されず、例えば、金属、シリコン、半導体、樹脂等であってよい。
【００２３】
また、チャンバ１４内において、噴射ノズル２５と基材１６との間には、噴射ノズル２５から噴出するエアロゾルの濃度を測定するためのセンサ装置２１が配設されている。このセンサ装置２１から出力される信号は、フィードバック制御回路２２へ送られて処理される。フィードバック制御回路２２は、噴射ノズル２５から基材１６に噴射されるエアロゾルの濃度や基材１６に衝突するエアロゾルの量を調整するために、エアロゾル発生器１３やガスボンベ１１を制御する。
【００２４】
上記構成の成膜装置１０を利用した成膜工程では、まず、エアロゾル発生器１３でキャリアガスに材料粒子を分散させ、エアロゾルを発生させる。ここで、チャンバ１４の内圧をエアロゾル発生器１３の内圧と比較して低圧にすると、その差圧によって、エアロゾル発生器１３内のエアロゾルは、エアロゾル搬送管２４に吸い込まれ、これを経由してレデューサー２６に供給される。さらに、エアロゾルはレデューサー２６及び噴射ノズル２５を通じて加速されて該噴射ノズル２５から外部に噴出して基材１６に吹き付けられる。このように、噴射ノズル２５から噴射したエアロゾルを基材１６の表面に高速で衝突させることにより、基板２３の表面に衝突した材料粒子が破砕し、堆積することによって、セラミックス薄膜が形成される。
［噴射ノズル２５］
続いて、噴射ノズル２５について説明する。
【００２５】
噴射ノズル２５は、エアロゾルを導入する導入開口３６と、エアロゾルを噴射する射出開口３１と、導入開口３６から射出開口３１までエアロゾルが通過するエアロゾル流路３０を備えている。射出開口３１は長尺方向と短尺方向とを有する開口であり、導入開口３６は略円形状の開口である。噴射ノズル２５は、エアロゾル流路３０の形状に特徴を有しており、ここでは、エアロゾル流路３０について説明する。
【００２６】
図２は本発明の実施の形態に係る噴射ノズルのエアロゾル流路形状の正面図、図３は噴射ノズルのエアロゾル流路形状の側面図、図４は噴射ノズルのエアロゾル流路形状の平面図、図５は図３におけるＶ−Ｖ矢視断面端面図、図６は噴射ノズルのエアロゾル流路形状の斜視図である。図２〜６では、噴射ノズル２５の内部に設けられたエアロゾル流路３０という空間の形状を理解するために、エアロゾル流路３０の外形形状を実線で概念的に示し、噴射ノズル２５の外形形状を二点鎖線で示している。エアロゾル流路３０の外形形状は、すなわち、噴射ノズル２５の内壁（内周）形状である。
【００２７】
図２〜６に示すように、エアロゾル流路３０は、射出開口３１と連続し流路面積が略一定である面積一定部３２と、面積一定部３２と連続し流体が進むにつれて流路面積が小さくなる面積漸減部３３とを、備えている。本実施の形態においては、面積漸減部３３は導入開口３６と連続している。ここで、導入開口３６の中心と射出開口３１の中心とを繋ぐ直線を「流路中心線６０」といい、この流路中心線６０と略直交するエアロゾル流路３０の断面を「流路横断面」といい、この流路横断面の面積を「流路面積」という。
【００２８】
エアロゾル流路３０の面積一定部３２は、射出開口３１と略同一の流路横断面形状を有し、流路中心線６０と略平行に延びている。射出開口３１は、該射出開口３１の中心となる点（中心点）を対称の中心とする二本の直線と、前記中心点を円心とする円の前記二本の直線により挟まれた二つの円弧とで画成される形（以下、「トラック形（競技場形）」という）状を有している。射出開口３１は、例えば、前記円弧部分の弦の長さＷが０．４ｍｍ、前記直線部分の線分の長さＤが１０ｍｍというレベルであり（図２、参照）、スリット状の開口である。射出開口３１はトラック形状であるが、前記円弧部分の弦の長さＷは前記直線部分の線分の長さＤと比較して十分に小さいので、射出開口３１は略直交する長尺方向と短尺方向とを有する略矩形状であるとみなすことができる。
【００２９】
なお、射出開口３１はトラック形状又は略矩形状の開口であることに限定されず、比較的広範囲に対して一度にエアロゾルを吹き付けることができるように略直交する長尺方向と短尺方向とを有する開口であれば、例えば、長丸形状又は面取り矩形状の開口であってもかまわない。但し、射出開口３１の開口の大きさや長尺方向と短尺方向との長さの比は限定しないが、射出開口３１の長尺方向長さは導入開口３６の長尺方向長さ（直径）よりも小さいものとする。例えば、射出開口３１の長尺方向寸法を１０ｍｍ、導入開口３６の直径を１８ｍｍというレベルに噴射ノズル２５を設計することができる。
【００３０】
エアロゾル流路３０の面積漸減部３３は、図６に示すように、射出開口３１の長尺方向寸法を上円９１の直径とし、導入開口３６の直径を下円９２の直径とする円錐台９３の両肩９４，９４を、流路中心線６０に対して対称な二つの平面９７，９７でそれぞれ切り欠いた外形形状を有している。平面９７は、射出開口３１の長尺方向と略平行であって、面積一定部３２と面積漸減部３３との境界に形成される直線９５を含み、円錐台９３の軸と重複する流路中心線６０に対して円錐台９３の母線９６よりも大きい傾きを有している。
【００３１】
このような面積漸減部３３の流路横断面は、図５に示すように、射出開口３１の長尺方向と略平行であって流路中心線上の或点Ｇを対称の中心とする二本の直線Ｌ１，Ｌ２と、同じ点Ｇを中心とする円Ｃの二本の直線Ｌ１，Ｌ２により挟まれた二つの円弧８１，８１とで画成される形（トラック形）状である。つまり、面積漸減部３３の流路横断面は、対峙する二つの円弧８１，８１と、射出開口３１の長尺方向と略平行な二本の線分８２，８２とで画成されるトラック形形状を有している。ここで、面積漸減部３３の流路横断面の円弧８１が連続することにより形成している面を「部分円錐面部３５」、同じく線分８２が連続することにより形成している面を「平面部３４」ということとする。面積漸減部３３の外周形状は噴射ノズル２５の内周（内壁）形状であることから、平面部３４並びに部分円錐面部３５はともに噴射ノズル２５の内周面（内壁面）を形成している。
【００３２】
面積漸減部３３では、流路中心線６０に沿って射出開口３１に近づくにつれて、流路横断面のトラック形状を形成している二本の線分８２，８２の間隔は略平行な関係を維持しながら徐々に狭まり、同じく二つの円弧８１，８１が属する円は徐々に縮径している。また、面積漸減部３３の上流側では、流路横断面のトラック形を形成している線分８２と比較して円弧８１の弦が長いが、面積漸減部３３の下流側では線分８２と比較して円弧８１の弦が短い。このように、面積漸減部３３では、射出開口３１（面積一定部３２）に近づくにつれて流路横断面のトラック形を形成している線分８２と円弧８１の弦とのアスペクト比（長さの比）が増大して、噴射ノズル２５の流路面積が漸次減少している。
【００３３】
上記のような流路横断面の形状を有する面積漸減部３３では、略円形状の導入開口３６から、長尺方向と短尺方向とを有するトラック状（略矩形状）の導入開口３６と略等しい流路横断面形状を有する面積一定部３２まで、流路面積が滑らかに縮小され、且つ、流路横断面の形状の変化が抑制されている。
【００３４】
上記構成のエアロゾル流路３０を通過するエアロゾルは、流路面積が漸減する面積漸減部３３を通過するうちに加速され、さらに、面積一定部３２を通過して、射出開口３１から噴出する。
【００３５】
このとき、面積漸減部３３の流路は射出開口３１の長尺方向と略平行な二つの平面部３４，３４で挟み込まれ且つ流路面積が漸減しているので、面積漸減部３３を通過するエアロゾルは、射出開口３１の長尺方向と略平行な方向にわたって均一に加速される。さらに、面積漸減部３３では、流路面積が滑らかに縮小されているのでエアロゾル流の流れの剥離は起こりにくく、しかも、流路横断面の形状の変化が緩やかであるのでエアロゾル中の固体粒子は気流の動きに追従して均一に分散される。
【００３６】
また、エアロゾル流路３０の面積一定部３２を通過するエアロゾルの流れの方向は、面積一定部３２が延びる方向、即ち、流路中心線６０の延びる方向と略平行となるように整えられるので、射出開口３１から噴出するエアロゾル流は、射出開口３１の長尺方向にわたって固体粒子の飛散する方向及び速度が一定となる。
【００３７】
図７は本発明の実施の形態に係る噴射ノズルから噴射される固体粒子の速度又は密度と噴射ノズルの射出開口の長尺方向位置との関係を示す図である。この図に示されるように、上述のエアロゾル流路３０を有する噴射ノズル２５を通じて噴射されたエアロゾル流は、エアロゾルが面積漸減部３３と面積一定部３２とを通過することにより、射出開口３１の長さ方向にわたって均一な空間分布（密度）及び速度分布を有することとなる。
［レデューサー２６］
ここで、噴射ノズル２５の導入開口３６に接続されたレデューサー２６について説明する。
【００３８】
レデューサー２６は、エアロゾルを導入する略円形の入口開口４１と、噴射ノズル２５の導入開口３６と密接して接続される出口開口４６と、入口開口４１から出口開口４６までエアロゾルが通過するエアロゾル流路４０を有している。レデューサー２６もそのエアロゾル流路４０の形状に特徴を有しており、ここでは、エアロゾル流路４０について説明する。
【００３９】
図８はレデューサー付きエアロゾル噴射ノズルのエアロゾル流路形状の側面図である。図８では、噴射ノズル２５の内部に設けられたエアロゾル流路３０及びレデューサー２６の内部に設けられたエアロゾル流路４０という空間の形状を理解するために、エアロゾル流路３０及びエアロゾル流路４０の外形形状を概念的に実線で示し、噴射ノズル２５及びレデューサー２６の外形形状を二点鎖線で示している。エアロゾル流路３０及びエアロゾル流路４０の外形形状は、すなわち、噴射ノズル２５及びレデューサー２６の内壁（内周）形状である。
【００４０】
図８に示すように、レデューサー２６のエアロゾル流路４０は、エアロゾル搬送管２４に接続される入口開口４１と連続し流路面積が略一定である入口部４２と、入口部４２と出口開口４６との間に設けられて流体が進むにつれて流路面積が大きくなる面積漸増部４３を有している。本実施の形態では、面積漸増部４３と出口開口４６とが連続している。ここで、入口開口４１の中心と出口開口４６の中心とを繋ぐ直線を「流路中心線６１」といい、この流路中心線６１と略直交するエアロゾル流路４０の断面を「流路横断面」といい、この流路横断面の面積を「流路面積」という。
【００４１】
エアロゾル搬送管２４は、管径が大き過ぎるとエアロゾルを運搬するために多くのガス流量を必要とするため、管径は数ｍｍ程度が妥当である。従って、エアロゾル搬送管２４に接続される入口部４２の流路横断面は、エアロゾル搬送管２４の管径に合わせた数ｍｍ程度の径を有する円状に形成されている。
【００４２】
面積漸増部４３は、エアロゾル搬送管２４と噴射ノズル２５の導入開口３６との間の径の差を吸収する部分である。面積漸増部４３の外形形状、即ち、レデューサー２６の面積漸増部４３の内周形状は、入口部４２を上円とし出口開口４６を下円とし緩やかな広がり角θを有する円錐台形状である。ここで、面積漸増部４３の外形形状を成している円錐台の母線と該円錐台の軸と重複している流路中心線６１との間の角度を１／２θとしたときに、広がり角θは２〜１２°の範囲内とされる。なお、図１９に示すように、発明者らにより面積漸増部４３の広がり角θが２〜１２°であれば流体の流れが壁から剥離しないことが確認されたので、広がり角θを２〜１２°に設定している。
【００４３】
このように、面積漸増部４３は、その流路面積が滑らかに拡大し且つ流路横断面の形状の変化が緩やかであるので、レデューサー２６を通じて噴射ノズル２５の導入開口３６へ搬送されるエアロゾル中の固体粒子をガス流に十分追従させ、均一に分散させた状態とすることができる。
［実施の形態１］
次に、本発明の実施の形態１に係る噴射ノズル２５及びレデューサー２６を説明する。噴射ノズル２５は上述したエアロゾル流路３０を有し、レデューサー２６は上述したエアロゾル流路４０を有している。これらのエアロゾル流路３０，４０についての詳細な説明は省略する。
【００４４】
図９は本発明の実施の形態１に係る噴射ノズルの正面図、図１０は実施の形態１に係る噴射ノズルの側面図、図１１は実施の形態１に係る噴射ノズルの平面図、図１２は実施の形態１に係る噴射ノズルの背面図、図１３は実施の形態１に係るレデューサー付きエアロゾル噴射ノズルの側面図、図１４は実施の形態１に係るレデューサー付きエアロゾル噴射ノズルの平面図である。
【００４５】
図９〜１２に示すように、噴射ノズル２５は、エアロゾル流路３０と成る溝が形成された二つのノズル部材５０，５０と、このノズル部材５０，５０の溝が形成された面同士を合わせて締結するボルト等の締結具５４，５４，，，等で構成されている。ノズル部材５０，５０に形成された溝は、何れも略同一形状であって、この溝の内壁によってエアロゾル流路３０の外形形状が形作られている。このように構成されている噴射ノズル２５の一端（正面）にはエアロゾルを噴射する射出開口３１が現れ、他端（背面）にはエアロゾルを導入する導入開口３６が現れている。
【００４６】
また、図１３〜１４に示すように、レデューサー２６は、エアロゾル流路４０と成る溝が形成された二つのレデューサー部材６５，６５と、このレデューサー部材６５，６５の溝が形成された面同士を合わせて締結するボルト等の締結具６２，６２，，，等で構成されている。レデューサー部材６５，６５に形成された溝は、何れも略同一形状であって、この溝の内壁によってエアロゾル流路４０の外形形状が形作られている。このように構成されているレデューサー２６の一端にはエアロゾルが流出する出口開口４６が現れ、他端にはエアロゾルが流入する入口開口４１が現れている。
【００４７】
そして、レデューサー２６の出口開口４６と噴射ノズル２５の導入開口３６とが密接するようにレデューサー２６と噴射ノズル２５とが接合されて、レデューサー付きエアロゾル噴射ノズル２７が構成されている。このレデューサー付きエアロゾル噴射ノズル２７には、その内部にレデューサー２６のエアロゾル流路４０と噴射ノズル２５のエアロゾル流路３０とが連続して形成されている。
［実施の形態２］
次に、本発明の実施の形態２に係る噴射ノズル２５及びレデューサー２６を説明する。実施の形態２では、一体型のレデューサー付きエアロゾル噴射ノズル２７として、噴射ノズル２５とレデューサー２６とが一体的に形成されている。
【００４８】
図１５は実施の形態２に係るレデューサー付きエアロゾル噴射ノズルの側面図、図１６は実施の形態２に係るレデューサー付きエアロゾル噴射ノズルの平面図、図１７は図１５におけるＸＶII−ＸＶII矢視断面図、図１８は図１５におけるＸＶIII−ＸＶIII矢視断面図である。
【００４９】
図１５〜１８に示すように、レデューサー付きエアロゾル噴射ノズル２７は、噴射ノズルとして機能するエアロゾル流路３０、及び、レデューサーとして機能するエアロゾル流路４０と成る溝が形成された二つのノズル部材７０，７０と、このノズル部材７０，７０の溝が形成された面同士を合わせて締結するボルト等の締結具（図示略）等で構成されている。ノズル部材７０，７０に形成された溝は、何れも略同一形状であって、この溝の内壁によって噴射ノズルとして機能するエアロゾル流路３０とレデューサーとして機能するエアロゾル流路４０との外形形状が連続して形作られている。このように構成されているレデューサー付きエアロゾル噴射ノズル２７の一端にはエアロゾルを噴射する射出開口３１が現れ、他端にはエアロゾル搬送管２４と接続される入口開口４１が現れている。
【００５０】
噴射ノズルとして機能するエアロゾル流路３０の導入開口３６は、射出開口３１の長尺方向と略平行であって流路中心線上の或点を対称の中心とする二本の直線と、前記或点を中心とする円の前記二本の直線により挟まれた二つの円弧とで画成されるトラック形の開口である。つまり、略直交する長尺方向と短尺方向とを有する射出開口３１と、面積一定部３２及び面積漸減部３３で成るエアロゾル流路３０の流路横断面と、エアロゾル流路３０にエアロゾルを導入する導入開口とは、何れもトラック形状を有している。
【００５１】
一方、レデューサーとして機能するエアロゾル流路４０の出口開口４６は、導入開口３６と略同一のトラック形状を有している。このために、レデューサーとして機能するエアロゾル流路４０も、噴射ノズルとして機能するエアロゾル流路３０と同様に、射出開口３１の長尺方向と略平行な二枚の平面で円錐台を切り欠いた外形形状を有し、この結果、面積漸増部４３の流路横断面もトラック形状を有している。
【００５２】
このように、噴射ノズルとして機能するエアロゾル流路３０の導入開口３６及びレデューサーとして機能するエアロゾル流路４０の出口開口４６は、円形状ではなくトラック形状とすることができる。かかる構成によれば、レデューサー付きエアロゾル噴射ノズル２７は、その機能を維持しながらコンパクト化を実現させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、例えば、エアブラスト工法やエアロゾルデポジション法などの、気体中に分散された微小な固体粒子を噴射するプロセスにおいて、気体中に分散された微小な固体粒子を噴射するためのノズル及びレデューサー付きノズルとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】エアロゾルデポジション法を用いた成膜装置の概略構成を示した図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る噴射ノズルのエアロゾル流路形状の正面図である。
【図３】噴射ノズルのエアロゾル流路形状の側面図である。
【図４】噴射ノズルのエアロゾル流路形状の平面図である。
【図５】図３におけるＶ−Ｖ矢視断面端面図である。
【図６】噴射ノズルのエアロゾル流路形状の斜視図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る噴射ノズルから噴射される固体粒子の速度又は密度と噴射ノズルの射出開口の長尺方向位置との関係を示す図である。
【図８】レデューサー付きエアロゾル噴射ノズルのエアロゾル流路形状の側面図である。
【図９】本発明の実施の形態１に係る噴射ノズルの正面図である。
【図１０】実施の形態１に係る噴射ノズルの側面図である。
【図１１】実施の形態１に係る噴射ノズルの平面図である。
【図１２】実施の形態１に係る噴射ノズルの背面図である。
【図１３】実施の形態１に係るレデューサー付きエアロゾル噴射ノズルの側面図である。
【図１４】実施の形態１に係るレデューサー付きエアロゾル噴射ノズルの平面図である。
【図１５】実施の形態２に係るレデューサー付きエアロゾル噴射ノズルの側面図である。
【図１６】実施の形態２に係るレデューサー付きエアロゾル噴射ノズルの平面図である。
【図１７】図１５におけるＸＶII−ＸＶII矢視断面図である。
【図１８】図１５におけるＸＶIII−ＸＶIII矢視断面図である。
【図１９】レデューサーの広がり角と流れの剥離との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
１０  成膜装置
１１  ガスボンベ
１２  キャリアガス搬送管
１３  エアロゾル発生器
１４  チャンバ
１５  ノズル
１６  基材
１７  基板ホルダ
１８  排気ポンプ
２１  センサ装置
２２  フィードバック制御回路
２４  エアロゾル搬送管
２５  噴射ノズル
２６  レデューサー
２７  レデューサー付きエアロゾル噴射ノズル
３０  エアロゾル流路
３１  射出開口
３２  出口部
３３  面積漸減部
３４  平面部
３５  部分円錐面部
３６  導入開口
４０  エアロゾル流路
４１  入口開口
４２  入口部
４３  面積漸増部
４６  出口開口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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