(57)【要約】前駆物質の組合せを表面処理粒子の誘導された流れとして放出する表面処理装置である。平坦な物体が、画定された平面に沿って粒子の流れを通して運ばれ、粒子の流れが当たる平坦な物体の表面上の領域が、直接衝突領域を形成する。装置は、粒子の流れを直接衝突領域の外部の延長衝突領域において平坦な物体の表面に沿って移動するように誘導するための誘導手段と、渦流を含む可能性がある延長衝突領域の広がりを制御するための流れ制御手段とを備える。粒子の流れへの処理面の露出が増加し、且つ所望の表面処理プロセスが行われる確率が増加する。【選択図】図２
2014502206.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面処理粒子の誘導された流れとして前駆物質の組合せを放出するためのソース要素と、
前記粒子の流れを通して画定された平面に沿って平坦な物体を運ぶためのコンベヤ要素と、
を備える表面処理装置であって、
前記粒子の流れを前記平坦な物体の表面に沿って移動するように誘導するための誘導手段と、
前記平坦な物体の表面に沿った前記粒子の流れの移動の広がりを制御するための流れ制御手段と、
によって特徴付けられる表面処理装置。
【請求項２】
作動中に、前記粒子の流れが実質的にその平均速度方向に当たる前記平坦な物体の表面上の領域が、直接衝突領域を形成し、
前記誘導手段が、前記粒子の流れを前記直接衝突領域の外部の延長衝突領域において前記平坦な物体の表面に沿って移動するように誘導するように構成され、
前記流れ制御手段が、前記延長衝突領域の広がりを制御するように構成される、
ことを特徴とする請求項１に記載の表面処理装置。
【請求項３】
前記ソース要素が液体混合物を放出するように構成され、前記ソース要素が前記液体混合物を液滴のジェットとして出力するためのノズルを備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の表面処理装置。
【請求項４】
前記ソース要素がまた、前記前駆物質の組合せを誘導される粒子の流れに変換するための熱反応器を提供することを特徴とする請求項１、請求項２、又は請求項３に記載の表面処理装置。
【請求項５】
前記粒子の流れの方向が、前記粒子の流れの平均速度ベクトルの方向に対応するように構成されることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかに記載の表面処理装置。
【請求項６】
前記粒子の流れの方向と前記画定された平面との間の角度が実質的に９０度になるように構成されることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれかに記載の表面処理装置。
【請求項７】
前記粒子の流れの方向と前記画定された平面との間の角度が１〜９０度の範囲内であることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれかに記載の表面処理装置。
【請求項８】
前記流れ制御手段が、前記延長衝突領域の外部の前記平坦な物体の表面から前記粒子の流れを偏向させるための偏向手段を備えることを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれかに記載の表面処理装置。
【請求項９】
前記偏向手段が、自然な分離が起こることになる領域の前の前記平坦な物体の表面から前記粒子の流れを偏向させるように構成されることを特徴とする請求項８に記載の表面処理装置。
【請求項１０】
前記誘導手段が、前記処理面に沿って移動する粒子の流れの方に不活性ガスを吹き付けるための吹き付け手段を備えることを特徴とする請求項１から請求項９までのいずれかに記載の表面処理装置。
【請求項１１】
２つ以上のノズルを備え、隣接する前記ノズル又は前記ノズルの列の粒子の流れがぶつかるように前記ノズル又は前記ノズルの列間の距離が調節されることを特徴とする請求項１から請求項１０までのいずれかに記載の表面処理装置。
【請求項１２】
２つ以上のノズルを備え、隣接する前記ノズルの粒子の流れが重なるように前記ノズル間の距離が調節されることを特徴とする請求項１から請求項１１までのいずれかに記載の表面処理装置。
【請求項１３】
表面処理方法であって、
表面処理粒子の誘導された流れとして前駆物質の組合せを放出すること、
前記粒子の流れを通して画定された平面に沿って平坦な物体を運ぶこと、
前記粒子の流れを平坦な物体の表面に沿って移動するように誘導すること、
前記領域（ｇｉｏｎ）に沿った前記粒子の流れの移動の広がりを制御すること、
を含む方法。
【請求項１４】
前記前駆物質の組合せが液体混合物を含み、前記方法が前記液体混合物を液滴のジェットとして出力することを含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記前駆物質の組合せを熱反応器の中で誘導される粒子の流れに変換することを特徴とする請求項１３又は請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記粒子の流れの方向が前記粒子の流れの平均速度ベクトルの方向に対応することを特徴とする請求項１３から請求項１５までのいずれかに記載の方法。
【請求項１７】
前記粒子の流れの方向と前記画定された平面との間の角度が実質的に９０度であることを特徴とする請求項１３から請求項１６までのいずれかに記載の方法。
【請求項１８】
前記粒子の流れの方向と前記画定された平面との間の角度が１〜９０度の範囲内で変化することを特徴とする請求項１３から請求項１７までのいずれかに記載の方法。
【請求項１９】
前記延長衝突領域の外部の前記平坦な物体の表面から前記粒子の流れを偏向させることを特徴とする請求項１３から請求項１８までのいずれかに記載の方法。
【請求項２０】
自然な偏向が起こることになる領域の前の前記平坦な物体の表面から前記粒子の流れを偏向させることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記処理面に沿って移動する前記粒子の流れの方に不活性ガスを吹き付けることを特徴とする請求項１３から請求項２０までのいずれかに記載の方法。
【請求項２２】
２つ以上のノズルを備え、隣接する前記ノズルの粒子の流れがぶつかるように前記ノズル間の距離が調節されることを特徴とする請求項１３から請求項２１までのいずれかに記載の方法。
【請求項２３】
２つ以上のノズルを備え、隣接する前記ノズルの粒子の流れが重なるように前記ノズル間の距離が調節されることを特徴とする請求項１３から請求項２２までのいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、独立請求項のプリアンブルに係る表面処理装置及び表面処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
表面処理は、ここでは、基体マトリクス中に粒子を拡散させることによって基体の表面層が改質される、又は基体上にコーティングがもたらされるように粒子が表面上に堆積される、層化プロセスを指す。この種の表面処理に用いられる粒子は、典型的に非常に小さく、そのサイズ分布は１０〜１００ｎｍの範囲である。このサイズの粒子は、一般にナノ粒子と呼ばれる。ナノ粒子は、前駆化学物質が熱反応器に曝される粒子合成プロセスで生成される。熱反応器の高熱の中で、それらは所望の粒子の合成につながる特定の熱化学的反応及び熱物理的反応を受ける。
【０００３】
工業用途では、粒子合成プロセスは、典型的に、表面処理粒子の前駆物質の組合せを放出するためのノズルと前駆物質の組合せを誘導される粒子の流れに変換するための熱反応器とを利用するソース要素を組み込む。典型的に、熱反応器は、その中に１つ又は複数のノズルからのノズル出口チャネルが材料を一緒に混合して又は別個の出口を通して送り込む、乱流水素−酸素フレームである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
慣習的に、表面処理の実施は、ナノ粒子の流れが処理面に対して直線的に誘導される直接衝突領域に厳密に集中している。直接衝突領域外の粒子の流れの影響は、残余と考えられており、工業的表面処理プロセスからのこれらの影響を効果的になくすために種々の対策が講じられている。この従来の手法は、しかしながら、かなりの量の粒子が実際に処理面でとどまらずにキャリアガスと共にプロセス雰囲気から除去されるので、まったく効率的ではない。これは、低い歩留まりと、汚染されたプロセス雰囲気を浄化する労力をかけるという形で現れる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の目的は、したがって、上記の問題のうちの１つ又は複数を克服する、又は少なくとも軽減させるように方法を実施するための方法及び装置を提供することである。本発明の目的は、独立請求項に記載される事物によって特徴付けられる表面処理装置及び表面処理方法によって達成される。本発明の好ましい実施形態は従属請求項で開示される。
【０００６】
本発明は、表面処理手順において、粒子の流れを直接衝突点から処理面に沿って制御可能に進むように誘導する流れ制御手段と、所定の距離の後の平坦な物体の表面から粒子の流れを偏向させる偏向手段とを含むことに基づいている。
【０００７】
本発明の利点は、粒子の流れへの処理面の露出が増加し、且つ所望の表面処理プロセスが行われる確率が増加することである。選択された前駆成分からの歩留まりが向上し、プロセス雰囲気から浄化されるべき前駆物質がより少なく残る。
【０００８】
以下では、幾つかの実施形態が添付の図面を参照してより詳細に説明されることになる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】表面処理装置の一実施形態のソース要素を例証する図である。
【図２】表面処理装置の一実施形態を例証する図である。
【図３】表面処理装置の流れ制御手段の別の実装を例証する図である。
【図４】表面処理装置の偏向手段の別の実装を例証する図である。
【図５】表面処理方法の一実施形態を例証する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下の実施形態は例示的なものである。本明細書は「一（ａｎ）、（ｏｎｅ）」又は「幾つかの」実施形態（単数又は複数）を言及する場合があるが、これは、それぞれのこうした言及が同じ実施形態（単数又は複数）に対するものであること、又は特徴が単一の実施形態にのみ当てはまることを必ずしも意味しない。異なる実施形態の単一の特徴はまた、さらなる実施形態を提供するために組み合わされてもよい。
【００１１】
以下では、本発明の種々の実施形態が実装されてもよい装置アーキテクチャの単純な例で本発明の特徴が説明されることになる。幾つかの実施形態を例証することに関連した要素だけが詳細に説明される。表面処理方法及び装置の種々の実装は、当業者には一般に公知の要素を備え、本明細書で具体的に説明されない場合がある。表面処理装置の構成は、定義された流れ条件を提供するように定義された装置要素が相互に調節される作動上の状況で説明される場合がある。システム要素のこうした調節は説明から明白であり、当業者による簡単な試験及び試行を通じて行うことができる。
【００１２】
表面処理装置は、ここでは、ナノ粒子を生成し及びこれらを処理されるべき表面に誘導する装置を指す。本発明の一実施形態によれば、表面処理装置は、表面処理粒子の前駆物質の組合せを放出するためのノズルと前駆物質の組合せを粒子の流れに変換するための熱反応器とを含むソース要素１００を備える。ノズルは、ここでは、前駆物質の誘導された流れを生成し、これらを熱反応器の中に導く要素を表す。熱反応器は、ここでは、その分配場所を横切る物体が適宜熱に曝されるように熱の局所的分配を提供する要素を表す。
【００１３】
以下では、少なくとも１つの液体前駆物質を利用する実施形態が例として用いられる。しかしながら、前駆物質は、保護範囲から逸脱することなく液体、蒸気、又は気体の形態で放出されてもよい。１つ又は複数の液体前駆体が用いられるときに、ノズルは、予混合された液体混合物を液滴のジェットとして都合よく出力し、この液滴のジェットを熱反応器に曝してもよく、熱反応器は、液滴のジェットをナノ粒子の誘導された流れに変換する。図１は、熱反応器が水素−酸素フレームとして実装される実施形態を例証するが、しかしながら、保護範囲から逸脱することなく他の形態の熱反応器構成が利用されてもよい。例えば、熱反応器は、ハイパワーレーザビーム又はハイパワーレーザビームの組を用いて実装されてもよい。
【００１４】
図１では、ソース要素１００は、液体ソース１０２及びノズル１０４を備える。液体ソース１０２は、ここでは、表面処理のためにもたらされるべきナノ粒子の少なくとも１つの前駆物質を含む液体供給原料の投入部を指す。液体ソース１０２は、出ていく液体を液滴のジェットに霧化するように構成されるノズル１０４につながる。液滴は、ここでは、混合物の非常に小さいサイズの滴を指し、液滴の直径ｄは、マイクロメートル以下のオーダーである。霧化は、例えば、液体フィードを液滴に細分化するのにガスが用いられる二流体噴霧器を伴うノズル１０４で実施されてもよい。液体の液滴と霧化ガスは、ノズルの外に噴霧するエアロゾルを形成する。保護範囲から逸脱することなく他の霧化方法が必然的に適用されてもよい。
【００１５】
ノズル１０４はまた、液滴のジェットを可燃性物質の流れと組み合わせるように構成される。可燃性物質は、ここでは、定義された状況において点火され、点火後に発熱反応で燃える場合がある物質を指す。可燃性物質は、典型的には可燃性ガスであり、この場合、ガスの流れは液滴のジェットの方に誘導される。可燃性ガスは、二流体噴霧器の霧化ガスとして用いられてもよく、又はノズル１０４は、フレームを生じるのに必要な霧化ガス及び可燃性ガス並びにあらゆる他のガスのための１つ又は複数の別個の出口を備えてもよい。組み合わせるにあたり、液滴のジェットと可燃性物質は、混合され又はそれらが一緒に進むように他の方法で互いの近傍に近づけられ、可燃性材料の点火後に液滴のジェットは燃えている可燃性材料からの熱に曝される。
【００１６】
ノズル１０４はさらに、出ていく可燃性物質を点火するように構成される。点火は、典型的には、ノズルの開口部の外に流れる可燃性物質が、存在する可燃性物質の外部フレームの熱に曝されたときに起こる。しかしながら、保護範囲から逸脱することなく他の点火手段が適用されてもよい。可燃性物質の流量は、フレームがノズル１０４又はさらにはノズル１０４の開口部のごく近傍には進まないように都合よく調節される。
【００１７】
ノズル１０４は、液滴のジェット１０６を最初の方向１１０に噴霧するように構成される。ジェットの方向１１０は、ジェットの平均伝搬方向を指し、最初の方向は、ノズル１０４の開口部を出る液滴の平均方向に対応する。ノズル１０４の構成に応じて、噴霧は、定義された方向パターンを有してもよく、それに基づいて最初の方向を典型的に判定することができる。例えば、液滴が円形開口部を通した圧力でエアロゾルとして噴霧される場合、最初の方向は、ノズルの開口部の中心から圧力場の方向への方向に対応する。液滴が線形開口部を通した圧力で噴霧される場合、最初の方向は、ノズルの線開口部の中心から圧力場の方向への方向に対応する。
【００１８】
フレームの熱の中で、ナノ粒子の少なくとも１つの前駆材料物質を含む液滴が、当業者に周知の様態で蒸発し、反応し、核化し、凝縮し、凝結し、及び凝集する。これらのプロセスは、液滴のジェットをフレームとも呼ばれるナノ粒子の高温の流れ１０８に変換する。粒子の流れ１１２の方向は、粒子の流れの平均伝搬方向を指し、粒子の流れの平均速度ベクトルの方向に対応する。粒子の流れ１１２の平均速度ベクトルは、粒子の流れ１１２における粒子の速度ベクトルの平均を指す。平均速度ベクトルの方向が液滴のジェットの最初の方向１１０に実質的に対応し、平均速度ベクトルの速度が液滴のジェットを噴霧するのに用いられる圧力に実質的に対応することは明らかである。粒子の流れ１０８は典型的には乱流である。
【００１９】
図１は、ナノ粒子の好ましい堆積及び収集ゾーンと考えられる粒子の流れの領域１１４を例証する。平坦な物体が処理される必要があるときに、これは慣習的にはこのゾーンにおける粒子の流れに垂直に曝されている。流れの粒子は、平坦な物体に付着し、所望の処理を実施する、例えば、その上に所望のコーティングを形成する、又は表面を所望の様態で改質する。本発明では、しかしながら、処理面への粒子の局限的露出が延長され、これは粒子が表面に付着する確率を増加させる。
【００２０】
図２は、表面処理装置の一実施形態のブロック図を示す。液体ソース１０２、ノズル１０４、粒子の流れ１０８、最初の方向１１０、及び粒子の流れ１１２の方向は、図１の要素に対応する。表面処理装置はまた、平坦な物体のための支持機構と、支持される平坦な物体を画定された平面２０２に沿って粒子の流れ１０８を通して輸送するための輸送機構とを提供するコンベヤ要素２００を備える。コンベヤ要素は、平坦な物体を画定された平面内でノズルに対して動かす、ノズルを画定された平面内で平坦な物体に対して動かす、又はノズルと平坦な物体との両方を互いに対して動かす、のいずれかのように構成されてもよい。
【００２１】
図２の実施形態では、支持機構は、支持面、ロールコンベヤとして実装される。画定された平面２０２は、ここでは、連続的なロールの上面によって形成されるレベルに対応する。このレベルは、平坦な物体のための支持面として作用する。ロールコンベヤはまた、作動中にロールを回転させ、これにより、それらの上に乗る平坦な物体をロールの上面のレベルで回転方向に動かす回転機構を備える。保護範囲から逸脱することなく他のタイプの支持機構及びコンベヤ要素が利用されてもよい。
【００２２】
図２で例証されるように、本発明に係る実施形態の表面処理装置は、粒子の流れを平坦な物体の表面に沿って移動するように誘導するための誘導手段３００を備える。移動は、直接衝突領域Ｄ２の外部の延長衝突領域Ｄ１に延長されてもよい。さらに、表面処理装置は、延長衝突領域の広がりを制御するための流れ制御手段２０６を備える。したがって、作動中に、誘導手段は、粒子の流れを平坦な物体の表面に沿って移動するように誘導する。表面に沿って移動する間に、粒子の流れの流動ダイナミクスが、粒子の流れの粒子とそれらの間で表面処理反応が起こる可能性がある表面との間の相互作用を促進する。表面処理装置は、このような相互作用で移動した距離が延長衝突領域全体に及ぶように最適に調節される。他方では、表面処理装置の流れ制御手段は、表面処理反応を促進する相互作用が制御可能に終了することを確かなものにする。
【００２３】
図２は、直接衝突領域Ｄ２及び延長衝突領域Ｄ１を生じるように構成される例示的な表面処理装置を例証する。直接衝突領域Ｄ２は、ここでは、表面処理装置の作動中に粒子の流れ１０８が実質的にその平均速度の方向に当たる、平坦な物体の表面上の領域に対応する。したがって、直接衝突領域Ｄ２では、平坦な物体の表面と粒子の流れの粒子との間の相互作用は、主に、表面に対する粒子の最初の衝突を含む。延長衝突領域Ｄ１は、粒子の流れ１０８が運ばれる平坦な物体の表面に沿って実質的に進む領域に対応する。平坦な物体の表面に衝突した後の粒子の流れ１０８は層流又は乱流であってもよい。
【００２４】
誘導手段は、明示された流れ誘導要素、並びに流れ自体の特徴を制御する要素を備えてもよい。本実施形態では、領域Ｄ１及びＤ２にわたる流れ条件は、ノズル角度αの相互調節、ノズルｖ０での流出速度、及びノズル高さｈによって制御されてもよい。例えば、誘導手段は、装置の作動中に粒子の流れが平坦な物体の表面に角度αの方向に当たるように、粒子の流れの速度とノズル及びコンベヤ要素の相互の位置決めを調節するように構成されてもよい。この角度は、伝搬方向、すなわち粒子の流れの平均速度の方向１１２と処理される平坦な物体の表面との間の角度を表すが、角度αはまた、ノズル１０４の配向及び支持面２０２の配向をもつ装置構成から直接的な方法で判定されてもよい。処理される平坦な物体の表面は、画定された平面２０２、ここでは支持面に平行であり、ノズル１０４の配向はジェット１１０の方向を示し、これはまた、粒子の流れの方向１１２に対応する。角度αは、したがって、これらの容易に測定できる物理的要素に基づいて判定されてもよい。粒子の流れが角度αの方向に当たる平坦な物体の表面上の領域が、直接衝突領域Ｄ２である。
【００２５】
直接衝突領域Ｄ２では、表面にすぐに付着しない粒子の一部が表面から跳ね返り、それて流される可能性があり、この粒子の流れの一部は、画定された平面２０２に沿う平坦な物体の表面に沿って進み続ける可能性がある。粒子が制御可能に誘導されて移動する、平坦な物体の表面上の領域は、延長衝突領域Ｄ１を形成する。この延長衝突領域Ｄ１では、粒子の流れの方向は、到着する粒子の流れの平均速度ベクトルにそれ以上位置合わせされないが、粒子の流れは、拡散、熱泳動などの影響の下で実質的に処理面に沿って横断する。粒子の流れは、したがって、平坦な物体の表面の近傍にとどまって、粒子の流れの粒子が表面上に堆積し又はその中に拡散し続ける可能性がある。
【００２６】
しかしながら、延長衝突領域Ｄ１は、好ましくは粒子の流れの好ましい堆積及び収集ゾーンを越えて延長されないべきである。１つの可能性のある限界は、高温のナノサイズにされた粒子がクラスタに凝集する傾向をもつという事実に由来する。クラスタのサイズは、典型的には、その後での表面処理プロセスがもはや最適ではない限界を有する。したがって、処理面上の粒子の流れの経路内の流れ条件は、延長衝突領域の広がりを好ましい堆積及び収集ゾーン内に保つことができるように制御できることが不可欠である。図２の表面処理装置は、したがって、延長衝突領域Ｄ１の後の平坦な物体の表面から粒子の流れ１０８を偏向させるための偏向手段２０６を備える。偏向手段は、処理面の表面から離れるように粒子を誘導し、好ましくは表面処理反応が最終結果にとってもはや最適ではないと考えられる点の後での粒子の流れへの表面の露出を終了させる。例えば、図２の場合では、粒子の流れは、直接衝突領域Ｄ２から所望の距離Ｄ１で偏向される。
【００２７】
図２の実施形態では、流れ制御手段は、直接衝突領域の外部の、しかし自然な流れの分離が起こることになる領域よりも前の平坦な物体の表面から粒子の流れを偏向させる明示された偏向手段２０６によって実装される。自然な流れの分離は、全抗力が流速を十分に減速させた領域で起こる。抗力の影響は、剪断応力に関する境界層の物理にその発端を有し、これは文献に詳細に記載されている。抗力の影響の１つの結果は、移動している流体が運動エネルギーを失うことであり、これは、粒子の流れが平坦な物体の表面に沿って横断するときに減速することを意味する。或る距離で境界層分離が起こる可能性があり、これは、浮力と共に粒子の流れを処理面から離れるように方向転換させ、最終的には引き離す。こうした自然な偏向が発生する距離は、プロセスパラメータに依存するが、当業者によって特定の構成に関して容易に判定される。
【００２８】
図２の実施形態では、自然な偏向距離は、処理面上を横切る粒子の流れの速度と組み合わせて角度αを意味する、粒子の流れの平均速度に依存することになる。自然な偏向点はまた表面の温度に依存する。図２の一実装では、ノズル出口での所与の流速ｖ０のときに表面に粒子の流れが当たって直接衝突領域Ｄ２にわたる一方向の速度場を提供するようにノズル角度α及び高さｈが調節される。延長衝突領域Ｄ１は、ブロワ２０６によって自然な偏向距離以下にとどまるように制限される。他方では、領域Ｄ１に沿った表面温度の段階的上昇は、流れの分離を促進させるであろう。流れ制御手段の別の例示的な実装は、したがって、好ましい距離Ｄ１での流れの分離を促進させるために局所レーザ励起による表面温度変更を使用できる可能性がある。保護範囲から逸脱することなく、表面から粒子の流れを偏向させるための他の機構が利用されてもよい。
【００２９】
前述のように、延長衝突領域の最適な広がりを定義する堆積及び収集ゾーンの最適な長さは、当業者が試験を通じて簡単に定義できる用途特異的パラメータである。垂直フレーム堆積のために水素／酸素フレームプロセスが用いられるときの条件では、処理面からのノズル距離は典型的には１００ｍｍのオーダーであり、粒子の速度は１００から３００ｍ／秒までの間であり、最高フレーム温度は摂氏２０００度のオーダーである。第１の堆積ゾーン、すなわち直接衝突領域Ｄ２は、ノズル開口部の下の点からおよそ２０ｍｍ延びる。如何なる明示された流れ制御手段もなしに、フレーム端は、直接衝突領域のいずれかの側部に２００ｍｍくらい広がってもよい。延長衝突領域Ｄ１は、したがって、直接衝突領域からの粒子の流れによって移動した距離が１００〜２００ｍｍのオーダーである領域に最適に制限される。
【００３０】
多くの場合、フレームが垂直ではないようにノズルを傾けることが有用である。図２の例では、粒子の流れは表面に角度αで当たる。典型的に、ノズルが傾けられるときに、ある点での角度αは、流れが一方向に方向転換する又は平坦な物体の表面に沿って移動して片側の表面上に堆積領域を形成する、臨界値に達する。このような条件では、近接した直接衝突領域は存在しない。誘導手段の一部として、角度αは、延長衝突領域Ｄ１において粒子の流れが移動した距離をより一層長くするために、臨界値からさらに減少されてもよい。或る場合には、粒子の流れの最初の方向は、既に直接衝突領域Ｄ２内にある処理面とほぼ位置合わせされてもよい、すなわち、角度αは、１．．．９０度の範囲内で変化してもよい。角度αが非常に小さい、例えば１．．．５度の範囲内で変化するとき、ほとんどの堆積は既に領域Ｄ２にわたって起こっている。例えば、前駆材料の非常に小さい角度をなす流れと水素−酸素フレームとを用いる板ガラスが銅で茶色に着色されたプロセスでは、衝突領域は、第１の直接衝突点から１５０ｍｍのオーダーの長さに延長できる可能性があり、良好な表面処理結果を提供する可能性がある。領域Ｄ１又はＤ２の長さを制御するこの能力は、処理面への材料の総合収集効率を最適化するのに非常に重要である。
【００３１】
図２に係る表面処理装置は、別個のフレーム１０８を伴う別個のノズル１０４を含んでもよい。ノズルはまた、それらがノズル間のギャップなしにフレームの一様なラインを形成するように配置されてもよい。ノズル自体は、リニアフレームを形成するように構築されてもよい。
【００３２】
垂直ノズル構成（α＝９０度）は、ノズルの真下に停滞点が生じ且つ停滞点の周りで流れが両水平方向に発散する液体フレーム堆積の典型的な条件を提供する。角度αが９０度から減少するときに、対応して停滞点が動くことは明らかである。ノズル高さ、角度、流速、及び温度の定義された組合せでは、直接衝突領域Ｄ２の前に粒子の流れに渦が現れる可能性がある。リニアフレーム配置では、この渦は管状の形状であり、容易に制御される。この渦は、他の方法では表面処理プロセスを抜け出すことになる粒子のリザーバとして作用するさらなる収集手段として用いられてもよい。直接衝突領域Ｄ２の前の渦の使用は、捕捉された粒子が堆積又は拡散する確率を増加させる。ノズル配置と組み合わせて偏向手段２０６を調節することによって、延長衝突領域Ｄ１に渦が形成される場合がある。こうした場合、粒子の流れは、表面における細長い領域を通して直線的に移動しないが、限られた延長衝突領域において循環する。粒子の流れと表面との間の増加した相互作用は、表面処理反応の確率を著しく増加させる。渦内に粒子の蓄積が起こり、局所温度もまたそこではより高い。これらは共に、渦の下の表面への粒子の付着を促し、したがって、プロセスの総合堆積効率を増加させる。
【００３３】
図３は、表面処理装置の誘導手段の別の例を例証する。この構成は、処理面に沿って移動する主要な流れに向けて不活性ガスを吹き付けるように配置されるブロワ３００を備える。ブロワ３００は、そこから粒子の流れが材料に沿って引きずられる領域に窒素又は他の流体を送り込むために、制御された手段を提供する。ブロワの送り込みが抗力の影響を補償するのに必要であるよりも高い場合、主要な流れを遮蔽する正圧が生じる。ブロワ３００からのガスの圧力は、処理面とのその直接衝突後に流れ１０８を表面の方に押し、粒子の流れを表面２０２に沿って進むように誘導するように調節されてもよい。延長衝突領域Ｄ１内の粒子の流れの不必要な冷却を避けるために、優先的にブロワガスが加熱される。水素−酸素フレームプロセスでは、この誘導効果は、受動ブロワの代わりに別のフレームによって達成されてもよい。ブロワ３００の温度制御は、延長衝突領域Ｄ１内の表面加工が熱泳動によって推進されるプロセスでは重要である。
【００３４】
また、この実施形態では、延長衝突領域Ｄ１の遠端は、図２に示すように粒子の流れを処理面から離れるように偏向させる偏向手段を装備してもよい。図３に示された配置は、円対称な粒子の流れ、並びに細長い粒子の流れ及びリニアフレーム配置に当てはまることが当業者には明らかである。さらに、図３は、最初の方向が垂直である、すなわち処理面の画定された平面に対してノズルが９０度の角度である構成を示す。ブロワ３００が粒子の流れを処理面の方に案内することによって粒子の流れの方向に関与するように、ブロワ３００を図２のノズルとコンベヤシステム２００の傾けられた相互の位置決めと組み合わせることも等しく可能である。１つの好ましい配置では、ブロワ３００は、領域Ｄ１内の粒子の流れに従って配向され、したがって、粒子の流れの上側部分における剪断応力を減少させる。結果として、周囲の雰囲気と連通する剪断によって粒子ストリームの流速が失われないので、領域Ｄ１はかなり細長くてもよい。
【００３５】
図４は、粒子の流れが別の粒子の流れによって延長衝突領域Ｄ１の後で処理面から分離される、偏向手段に関するさらなる実施形態を例証する。大きい平坦な物体の表面処理は、１つのノズル４００から別のノズル４０２までの距離Ｄ３が一定であるようにラインに配置された多数のノズル４００、４０２を備えるリニアバーナの使用を必要とする可能性がある。ノズル４００、４０２は、粒子の流れ４０８、４１０を延長衝突領域Ｄ１において処理面に沿って進むように誘導する流れ制御手段４０４、４０６で補完される。処理面からの粒子の流れの偏向は、ここでは、延長衝突領域Ｄ１を通して移動した後で隣接するノズルからの粒子の流れがぶつかって粒子の流れを表面から離れるように誘導するようにノズル４００、４０２間の距離を調節することによって実施される。延長衝突領域Ｄ１は、減少された数のノズルで大きい平坦な物体を表面処理できるようにする。さらに、延長衝突領域の端で必要とされる偏向は、別個の要素の必要なしに実施することができる。この構成は、円形パターンの代わりに平坦なフレームパターンを提供するノズル要素を用いることでさらに強化することができる。次いで、フレーム尾部が距離Ｄ３によって画定される場合の衝突領域にわたって部分的に重なるようにノズルを配置することが可能である。これは、衝突領域の下の堆積の均一性を改善する。
【００３６】
図５は、図２の装置に適用可能な表面処理方法を例証する。方法の説明の補足的詳細は、したがって図１〜図４から参照されてもよい。方法は、装置がオンにされ且つ表面処理のために作動する段階で始まる。作動中に、装置は、ノズルから液体混合物の液滴のジェット（ＪＥＴ）を放出する（ステップ５０）。有利なことに、液滴のジェットは、エアロゾルスプレーとして放出され、この場合、適用されるガス（例えば、その後の段階のために加えられる噴霧器ガス又は幾つかの他のガス）は、スプレーのジェットを選択された最初の方向に送るキャリア媒体として作用する。液滴のジェットは熱反応器に曝され、熱反応器は、液滴のジェットを誘導される粒子の流れに変換し（ステップ５２）、粒子の流れの方向（ＦＬＯＷ）は、液滴のジェットの最初の方向に対応する。
【００３７】
作動中に、装置は、その表面が処理されるべき平坦な物体（ＯＢＪ）を組み込む。装置は、粒子が平坦な物体の表面に付着し且つこれへの所望の表面処理を実施するように、粒子の流れを通して平坦な物体を運ぶ。装置は、平坦な物体を画定された平面に支持し又は固定し、平坦な物体を粒子の流れを通して動かしてもよい。装置は、代替的に、ノズルを平坦な物体に対して動かすための機構を備えてもよい。
【００３８】
平坦な物体が粒子の流れを通して送られるときに、粒子の流れは、これを処理面に沿って延長衝突領域Ｄ１に進むように誘導することによって制御される（ステップ５４）。図１〜図４で説明するように、ノズル及びコンベヤ要素は、例えば、平坦な物体に対する粒子の流れの衝突領域が、粒子の流れが実質的に平坦な物体の表面に沿って進む延長衝突領域を含むように、相互に位置決めされてもよい。延長衝突領域は、例えば、粒子の流れの方向が支持される平坦な物体の表面に１から９０度までの間で変化する角度αで当たるようにノズルの開口部を位置決めすることによって実装されてもよい。代替的に、延長衝突領域は、粒子を平坦な物体の表面の方に押すガスのストリームに粒子の流れを曝すことによって実装され又は強化されてもよい。衝突領域の延長は、堆積プロセスの効率に必要な粒子及び熱が蓄積するように渦流の形成を含んでもよい。
【００３９】
衝突領域の始点から定義された距離で、粒子の流れの冷却された部分からのあらゆる悪影響が回避されるように、粒子の流れが平坦な物体の表面から偏向される（ステップ５６）。
【００４０】
具体化された装置及び方法によって、処理面への粒子の流れの露出が延長され、所望の表面効果が起こる確率が著しく増加される。これは、無駄を減らし、プロセスをより経済的なものにする。技術の進歩に伴い、発明概念を種々の方法で実施することができることが当業者には明らかであろう。本発明及びその実施形態は、上記で説明された例に限定されないが、請求項の範囲内で変化する可能性がある。
【図１】
2014502206.tif 000003
【図２】
2014502206.tif 000004
【図３】
2014502206.tif 000005
【図４】
2014502206.tif 000006
【図５】
2014502206.tif 000007
【国際調査報告】
2014502206.tif 000008
2014502206.tif 000009
2014502206.tif 000010
2014502206.tif 000011
2014502206.tif 000012