(57)【要約】  本発明は、脆性材料の粉末（１）の噴霧により基体（３）上に脆性材料の堆積物を形成する方法に関し、この方法は以下の：いわゆるエアロゾルチャンバ（１０）において粉末（１）を含んだエアロゾルを生成し、エアロゾルをノズル（３１）を通して、エアロゾルチャンバ（１０）に対して負圧を有するいわゆる堆積チャンバ（３０）において加速させ、エアロゾルを基体（３）上に噴霧するステップを含んでなり、粉末（１）を構成している粒子は基体（３）での衝突時に砕けて堆積物を形成する。この方法は、堆積物の形成を、堆積物の三次元デジタルモデルに基づいて制御することを特徴とする。本発明は、この方法を実行するための装置にも関する。
2014533779.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
脆性材料の粉末（１）の噴霧により基体（３）上に脆性材料の堆積物を形成する方法であって、以下のステップ：
いわゆるエアロゾルチャンバ（１０）において粉末（１）を含んだエアロゾルを生成するステップ、
前記エアロゾルを、ノズル（３１）を通して、前記エアロゾルチャンバ（１０）に対して負圧を有するいわゆる堆積チャンバ（３０）において加速させるステップ、
前記エアロゾルを前記基体（３）上に噴霧するステップ
を含んでなり、
前記粉末（１）を構成している粒子は前記基体（３）での衝突時に砕けて堆積物を形成し、
前記堆積物の形成を、形成する前記堆積物の三次元デジタルモデルに基づいて制御することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記堆積物の形成が以下のステップ：
前記堆積物の三次元デジタルモデルから、前記デジタルモデルを連続的に堆積させる複数の構成要素層に分解するステップ、
堆積させる各構成要素層の再現を可能にする前記ノズル（３１）および前記基体（３）の複数の軌道を算出するステップ、
構成要素層を連続的に被覆することによって所望の堆積物厚さを得るステップを含んでなる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
堆積させる前記構成要素層の厚さが、前記基体（３）上でのエアロゾル流の衝突次元（impact dimensions）、前記堆積物の厚さの成長速度（Ｖ１）並びに前記構成要素層を堆積するための算出された軌道上での前記基体（３）に対する前記ノズル（３１）の相対移動速度（Ｖ２）に応じて特に定義される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記エアロゾルが、前記堆積物の形成中に連続的に生成される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記エアロゾル流の前記基体への衝突を一時的に防止する、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記堆積物が幾つかの別個のパターンから成り、また２つの連続するパターンをつなぐ軌道中、前記エアロゾルを前記堆積チャンバ（３０）外部に方向転換させる、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記堆積物が幾つかの別個のパターンから形成され、また２つの連続するパターンをつなぐ軌道中、前記エアロゾルを、前記ノズル（３１）と前記基体（３）との間に動的に挟まれたスクリーン（３３）に噴霧する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記堆積物が幾つかの別個のパターンで形成され、また２つの連続するパターンをつなぐ軌道中、前記ノズル（３１）と前記基体（３）との相対移動を加速させる、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記堆積物の構成要素層が、互いに隣接して位置決めされた１つまたは幾つかのノズル（３１）によって連続的に形成される、請求項２〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
幾つかの異なる粉末の１つまたは幾つかのエアロゾルを交互または同時に１つまたは幾つかの基体（３）に噴霧する、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記粉末（１）の粒子の直径が０．５〜３０μｍである、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記粉末（１）がセラミック粉末である、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記粉末（１）が、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、酸化鉄、希土類酸化物、酸化ベリリウム、酸化バナジウム、酸化ニオブ、酸化テルル、酸化タングステン、酸化カルシウム、酸化銅、酸化ハフニウム、カルシウム／銅／チタン混合酸化物、スズ／インジウム混合酸化物、アルミニウム／マグネシウム混合酸化物、チタン酸バリウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ストロンチウム、炭化ケイ素、炭化チタン、炭化タングステン、炭化ホウ素、ケイ素／チタン混合炭化物、アルミニウム／チタン混合炭化物、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化チタン、窒化ホウ素、アルミニウム／チタン混合窒化物、アルミニウム／ケイ素オキシ窒化物（ドープしたものまたはドープしていないもの）、ヒドロキシアパタイト、トリカルシウムホスフェート、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸バリウム、ケイ酸マグネシウム、アルミノシリケートから選択される脆性材料を含んでなる、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
脆性材料の粉末（１）の噴霧により基体（３）上に脆性材料の堆積物を形成する装置であって、
前記粉末（１）を含むエアロゾルを基体（３）上に噴霧するための装置を含んでなり、前記噴霧装置が前記エアロゾルを生成するための装置（１０、１１、２０）と、基体（３）のための支持体（３２）および前記エアロゾルを基体（３）に噴霧するためのノズル（３１）を含んでなる堆積チャンバ（３０）とを含んでなり、
ノズル（３１）および／または基体の支持体（３２）にしっかりと取り付けられ、３つの直交する方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ）および２つの回転軸（θ、ε）に沿って独立してノズル（３１）および／または支持体（３２）を移動させるのに適した移動手段と、
形成する堆積物の３次元デジタルモデルに基づいて前記移動手段を制御するのに適した処理ユニット
とを含んでなる制御装置を含んでなる
ことを特徴とする装置。
【請求項１５】
前記処理ユニットが、
前記３次元デジタルモデルから、複数の積み重ねられた構成要素層を形成する堆積物の分解を算出するモジュールと、
各構成要素層について前記エアロゾルを噴霧するための複数の三次元軌道を決定するためのモジュールと、
各３次元軌道について前記エアロゾルを噴霧するための一連のパラメータを確立するためのモジュールと、
前記独立した三次元移動手段および前記エアロゾルを噴霧するための装置を制御するためのモジュールとを
含んでなる、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
エアロゾル流（１´）の前記基体（３）への衝突を一時的に防止するための手段を含んでなる、請求項１４または１５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１７】
前記手段が、前記ノズル（３１）と前記基体（３）との間に一時的に挟むのに適したスクリーン（３３）を含んでなる、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記手段が、前記エアロゾル流（１´）を追加の堆積チャンバ（３０´）に方向転換させるための方向転換装置（４５）を含んでなる、請求項１６に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基体上に脆性材料の粉末の堆積物を形成するための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
いわゆるＡＤＭ（エアロゾルデポジション法の頭字語）技法には、セラミックまたは他の脆性材料の堆積物を形成するにあたって幾つかの利点がある。
【０００３】
Jun Akedo, ≪ Room Temperature Impact Consolidation of Fine Ceramic Powder by Aerosol Deposition Method and Applications to Microdevices ≫, Journal of Thermal Spray Technology, Vol. 17(2), June 2008, pp. 181-198の論文には、この方法および想定される用途が記載されている。
【０００４】
図１に、この技法の適用を可能にする公知の装置を図示する。
【０００５】
この装置はエアロゾルチャンバ１０を含んでなり、このチャンバ１０にはセラミック粉末１が入っている。
【０００６】
エアロゾルチャンバ１０はガス供給装置２０に連結され、このガス供給装置２０はガスをチャンバ１０に注入してガスとセラミック粉末１とを混合することを可能にする。
【０００７】
さらに、エアロゾルの生成に適した振動装置（図示せず）が、ガスとセラミック粉末との混合物が入ったチャンバ１０の振動を引き起こすように構成されている。
【０００８】
次に、このエアロゾルを堆積チャンバ３０にノズル３１を介して注入する。
【０００９】
任意で、１枚以上のフィルタ４０を、エアロゾルを生成するチャンバ１０と堆積チャンバ３０との間のエアロゾル通過路上に配置することによって、所望の粒径を有する粒子を保持または選択し得る。
【００１０】
堆積チャンバ３０の内部に、セラミック粉末を堆積させなくてはいけない基体３を置く。
【００１１】
基体３は支持体３２によって維持され、この支持体３２はチャンバ内を並進移動することが可能であるため、基体３をノズル３１に対して移動させることが可能となる。
【００１２】
エアロゾルの注入中、ポンプシステム５０を用いて堆積チャンバ３０は真空とされる。
【００１３】
エアロゾルに含まれるセラミック粉末粒子はノズル３１を通って加速し、ノズル３１の出口と基体３とを隔てている空間を高運動エネルギーでもって横断する（エアロゾル流を印１´で示す）。
【００１４】
基体３と接触すると、粉末粒子は砕け、局所的に凝集性堆積物を形成する。
【００１５】
この凝集力は衝突時に放出されるエネルギーによって直接誘導され、次に焼結を進めることを必要としない。
【００１６】
このため、基体３をノズル３１に対して移動させることによって、熱処理を必要とすることなく、基体３の表面でセラミック堆積物を形成することが可能である。
【００１７】
この方法には複数の利点がある。
【００１８】
一方では、得られる脆性材料堆積物は、例えば堆積物に必要とされる機械的性質（硬さ、凝集力）を付与するための高温での焼結を必要とする、セラミック粉末を塗布するための公知の方法とは異なり、焼結を必要としない程度の十分な機械的凝集力を有する。
【００１９】
この方法は室温で適用するため、脆性材料の堆積を、高温に耐えられないことから高温での焼結を伴う方法では使用できない基体など、いずれのタイプの基体上でも行うことができる。
【００２０】
したがって、この方法の用途は極めて数が多い。
【００２１】
公知の装置により、基体の表面で連続的、すなわち表面がひと続きであり且つ殆どの場合で直線の縁を有する堆積物を得ることができる。
【００２２】
実際に、堆積物を堆積させる基体表面は概して平面であり、装置は概して、エアロゾル流１´の方向に垂直な面における１つまたは２つの直交する軸に沿って、ノズルに対して基体を相対的に移動させる。
【００２３】
例えば、米国特許第６５３１１８７号明細書を参照し得る。
【００２４】
特に、堆積は、ノズルを基体表面上で素早く動かすことで達成され、所望の表面が被覆されるまでノズルは連続的な平行線に沿って進む。
【００２５】
この堆積法は、例えば、米国特許出願公開第２０１１／００７０３５９号明細書に記載されている。
【００２６】
米国特許出願公開第２００６／０２２２８６２号では、これに関し、凹凸がある物体の表面で堆積物を形成することを考えに入れており、そのためノズルは、コンピュータ制御されたアームの端部に配置され、コンピュータはノズルを表面から一定の距離に維持しながら物体の表面を追跡することを可能にする。
【００２７】
これは、物体の表面上で連続的に行われる堆積でもある。
【００２８】
しかしながら、基体の表面に不連続堆積物、すなわち基体表面上に既定のパターン（例えば、螺旋）に沿って分布しているおよび／または幾つかの別個のパターン（例えば、幾つかのディスク）から成る堆積物を堆積するという問題がある。
【００２９】
所望のパターンを画成する開口部を有するマスクをノズルと基体との間に配置することが、とりわけ上記の論文および米国特許第７４７９４６４号明細書から公知である。
【００３０】
しかしながら、このようなマスクの使用には細心の注意を要する。これは、一方で、このマスクの開口部の縁がエアロゾルの流れを変えてしまい得るからであり、これは堆積物の形成ではなく基体の浸食につながり得る。
【００３１】
そのため、エアロゾル流のパラメータ、とりわけ堆積チャンバにおける負圧、エアロゾル流の入射角度を極めて細かく調節しなくてはならない。
【００３２】
他方で、この公知のマスクでは、より複雑なパターン、例えば螺旋に沿って堆積物を形成することができない。
【００３３】
さらに、基体表面に平行な面における寸法が厚さに従って変化するパターン（例えば、基体表面に垂直な面の断面が台形または三角形であるパターン）を形成することが望ましい場合、開口部が徐々に狭くなる幾つかのマスクを連続的に使用することが必要である。
【００３４】
得られる堆積物の細かさを考えると、所望の断面を得るためのこれらの異なるマスクの取り扱いは特に複雑なものとなる。
【００３５】
どの場合であっても、このマスキング技法は、表面が平面ではない基体に適用するのは極めて困難であるように思える。
【発明の概要】
【００３６】
したがって、本発明の目的は、余分なコストおよび製造遅延を強い得るマスクに頼ることなく、１つ以上の事前に定義されたパターンから成る堆積物の形成を可能にする、脆性材料の粉末を基体上に堆積させる方法を提供することである。
【００３７】
本発明の別の目的は、製造コストが高く且つ寿命が短い幾つかの連続マスクに頼ることなく、堆積物の厚さによって寸法が異なる堆積物の形成を可能にする、脆性材料の粉末を基体上に堆積する方法を提案することである。
【００３８】
言い換えると、本発明の目的は、堆積物の形状に関して、マスクを使用する現行の方法より高い融通性を提供することである。
【００３９】
本発明において、脆性材料の粉末を噴霧することによって脆性材料の堆積物を基体上に形成する方法を提案し、この方法は、以下の：
いわゆるエアロゾルチャンバにおいて粉末を含んだエアロゾルを生成するステップ、
このエアロゾルを、ノズルを通して、エアロゾルチャンバに対して負圧を有するいわゆる堆積チャンバ内へと加速させるステップ、
エアロゾルを基体上に噴霧する
ステップを含んでなり、この粉末を構成している粒子は基体での衝突時に砕け、堆積物を形成する。
【００４０】
この方法は、堆積物の形成を、形成する堆積物の３次元デジタルモデルに基づいて制御することを特徴とする。この制御によって、その厚さの変化に関わらず、いずれの形態の堆積物を構築することも可能である。
【００４１】
「堆積物」とは、本発明において、粉砕および基体に噴霧した粉末の凝集から生じる材料実体を意味する。したがって、堆積物は、基体表面において連続的な薄層または別個のパターンから成り得る。
【００４２】
物体の「三次元デジタルモデル」とは、例えば物体をコンピュータ支援製造装置（ＣＡＭ）で製造するための、コンピュータ等のデジタルプロセッサとのその使用に適した形態にある、物体の三次元表現を意味する。典型的には、この三次元デジタルモデルを作成してから、コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）ソフトウェアパッケージにより製造プロセスを適用する。
【００４３】
「脆性材料」とは、本明細書において、脆く、すなわち弾性荷重が加わっている最中に塑性変形が先行することなく、また応力が局地的に原子間分離の臨界閾値に達した途端に壊れることを特徴とする材料を意味する。これに関しては、P. Boch, "Proprietes et applications des ceramiques", (Properties and applications of ceramics), "Mecanique et Ingenierie des Materiaux" collection, Hermes Science Publications", 2001, ISBN 2-7462-0192-5の教科書を参照し得る。
【００４４】
セラミック粉末はとりわけ、この方法によく適している。
【００４５】
例えば、また非限定的な形で、この方法を、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、酸化鉄、希土類酸化物、酸化ベリリウム、酸化バナジウム、酸化ニオブ、酸化テルル、酸化タングステン、酸化カルシウム、酸化銅、酸化ハフニウム、カルシウム／銅／チタン混合酸化物、スズ／インジウム混合酸化物、アルミニウム／マグネシウム混合酸化物、チタン酸バリウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ストロンチウム、炭化ケイ素、炭化チタン、炭化タングステン、炭化ホウ素、ケイ素／チタン混合炭化物、アルミニウム／チタン混合炭化物、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化チタン、窒化ホウ素、アルミニウム／チタン混合窒化物、アルミニウム／ケイ素オキシ窒化物（ドープしたものまたはドープしていないもの）、ヒドロキシアパタイト、トリカルシウムホスフェート、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸バリウム、ケイ酸マグネシウム、アルミノシリケートから選択される脆性材料を含んでなる粉末を使用して適用し得る。
【００４６】
より有利には、この堆積物の形成は以下の：
堆積物の三次元デジタルモデルから、このデジタルモデルを連続的に堆積させる複数の構成要素層（ｅｌｅｍｅｎｔａｒｙ  ｌａｙｅｒ）に分解するステップ、
堆積させる各構成要素層の再現を可能にするノズルと基体との複数の相対軌道を計算するステップ、
構成要素層の連続的な被覆により所望の堆積物厚さを得るステップ
を含んでなる。
【００４７】
堆積させる構成要素層の厚さは特には、基体上でのエアロゾル流の衝突の次元（dimensions）、堆積物の厚さの成長速度および構成要素層を堆積するための計算された軌道上での基体に対するノズルの相対移動速度に従って定義され得る。
【００４８】
より有利には、エアロゾルを、堆積物の形成中に連続的に生成する。
【００４９】
しかしながら、エアロゾル流の基体への衝突を一時的に防止することが可能である。
【００５０】
したがって、本発明のある実施形態において、堆積物は幾つかの異なるパターンから成り、２つの連続したパターンをつなぐ軌道中、エアロゾルを堆積チャンバ外部に方向転換させる。
【００５１】
別の実施形態において、堆積物は幾つかの別個のパターンから形成され、２つの連続したパターンをつなぐ軌道中、エアロゾルを、ノズルと基体との間に動的に挟まれたスクリーンに噴霧する。
【００５２】
「動的に挟まれた」は、本明細書においては、スクリーンがノズルと共に移動可能であることを意味する。
【００５３】
本発明の別の実施形態において、堆積物は幾つかの異なるパターンから形成され、２つの連続したパターンをつなぐ軌道中、ノズルおよび基体の相対的な移動を加速させる。
【００５４】
本発明の特定の実施形態において、堆積物の構成要素層は、隣接して位置決めされた１つまたは幾つかのノズルで連続的に形成される。
【００５５】
１つまたは幾つかの基体上に、幾つかの異なる粉末の１つまたは幾つかのエアロゾルを交互または同時に噴霧することも可能である。
【００５６】
粉末の粒子の直径は典型的には０．５〜３０μｍである。
【００５７】
本発明の別の目的は、脆性材料の粉末を噴霧することによって、基体上に脆性材料の堆積物を形成する装置に関し、この粉末を含むエアロゾルを基体上に噴霧する装置を含んでなり、この噴霧装置は、エアロゾルを生成するための装置並びに基体のための支持体およびエアロゾルを基体に噴霧するためのノズルを含んでなる堆積チャンバを含んでなり、この装置は、
ノズルおよび／または基体の支持体にしっかりと取り付けられ、３つの直交する方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ）および２つの回転軸（θ、ε）に沿って独立してノズルおよび／または支持体を移動させるのに適した移動手段と、
形成する堆積物の３次元デジタルモデルに基づいて移動手段を制御するための適切な処理ユニット
とを含んでなる制御装置を含んでなることを特徴とする。
【００５８】
好ましくは、この処理ユニットは
３次元デジタルモデルから、複数の積み重ねられた構成要素層を形成する堆積物の分解を算出するモジュールと、
各構成要素層についてエアロゾルの噴霧の複数の三次元軌道を決定するためのモジュールと、
各３次元軌道についてエアロゾルを噴霧するための一連のパラメータを確立するためのモジュールと、
独立した三次元移動装置およびエアロゾルを噴霧するための装置を制御するためのモジュールとを
含んでなる。
【００５９】
さらに、この装置は有利には、エアロゾル流の基体への衝突を一時的に防止するための手段を含んでなる。
【００６０】
この手段は、ノズルと基体との間に一時的に挟むための適切なスクリーンを含んでなり得る。
【００６１】
あるいは、この手段は、エアロゾル流を追加の堆積チャンバに方向転換させるための方向転換装置を含んでなる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
本発明の他の特徴および利点は、続く詳細な説明から、添付の図面を参照しながら明らかとなる。
【図１】エアロゾルで堆積物を形成するための公知の装置の全体図である。
【図２】本発明の装置の実施形態の全体図である。
【図３】基体の支持体およびノズルの移動軸を詳細に示す図である。
【図４】堆積物を製造するための、積み重ねる連続層の厚さを計算するのに必要なパラメータを示す図である。
【図５】Ｚ軸に沿った厚みの小さい、Ｘ、Ｙ面における螺旋堆積物の例を詳細に示す図である。
【図６】Ｘ、Ｙ面で矩形形状、Ｘ、ＺおよびＹ、Ｚ面において台形形状を有する平行六面堆積物の例を詳細に示す図である。
【図７】非平面基体上の、幅の狭い直線堆積物の例を詳細に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００６３】
噴霧装置
図２を参照するが、噴霧装置は、脆性材料の粉末１が入ったエアロゾルチャンバ１０と、非反応性ガスをエアロゾルチャンバ１０に供給するための装置２０とを含んでなる。
【００６４】
エアロゾルチャンバ１０はガス供給装置２０に連結されていて、このガス供給装置２０が、ガスと脆性材料の粉末１とを混合するために、チャンバ１０内へのガスの注入を可能にする。
【００６５】
非反応性ガスは好ましくは、窒素、ヘリウム、アルゴン、空気および／またはこれらのガスの少なくとも２つの混合物から選択される。
【００６６】
ガス供給装置２０は、脆性材料の粉末１との非反応性ガスの流量を制御および調節するための装置２１を含んでなる。
【００６７】
流量値は典型的には０〜３０Ｌ／分である。
【００６８】
さらに、エアロゾルチャンバ１０を作動させる装置１１は、エアロゾル１´を適切に生成するためにガスと脆性材料の粉末との混合物をエアロゾルチャンバ１０において均質化するように構成される。
【００６９】
エアロゾルチャンバ１０の作動は例えば、振動、回転または遠心分離によって行われる。
【００７０】
噴霧装置は更に、形成する堆積物を受けとめるべき基体３およびこの基体３に噴霧するエアロゾル流が通過するノズル３１が収容される堆積チャンバ３０を含んでなる。
【００７１】
これを目的として、チャンバ３０は、基体のための支持体３２を含んでなる。
【００７２】
基体は、堆積物形成中に基体の完全な固定を保証し且つ堆積物が一旦形成されたら基体を迅速に引き出すことを可能にする把持システムによって支持体上に維持される。
【００７３】
この把持システムは、例えば、留め具、ウェッジまたは磁石を含んでなる。
【００７４】
のちに更に明らかとなるが、決定されたパターンに従って基体上に堆積物を形成するために、支持体３２を一方向におよび／または回転移動させ得る。
【００７５】
エアロゾルチャンバ１０において生成されたドライエアロゾル１´を堆積チャンバ３０に、堆積チャンバ３０において基体３に対して移動可能であるノズル３１を介して注入する。
【００７６】
のちに更に明らかとなるように、ノズル３１は好ましくは１つまたは２つの軸に沿って並進移動可能であり、基体の支持体は、これに関して、並進移動および／または回転して移動可能であることから、堆積物の厚さに応じて、基体上に堆積物を、堆積物の形状および基体の変化に関係なく堆積することが可能である。
【００７７】
任意ではあるが有利には、噴霧装置は、エアロゾルを装填乾燥材料の粒子選択およびエアロゾルの水分含有量に応じて処理する手段も含んでなる。
【００７８】
したがって、乾燥装置４１を、ガス供給装置２０とエアロゾルチャンバ１０との間またはエアロゾルチャンバ１０内のみまたはエアロゾルチャンバ１０と堆積チャンバ３０との間に配置し得る。
【００７９】
この乾燥装置４１のおかげで、エアロゾルチャンバ１０において生成され且つ堆積チャンバ３０まで循環するエアロゾルは乾燥エアロゾル１´となる。
【００８０】
このため、エアロゾルに含まれる固体は塊にならず、また噴霧装置の様々な部材を閉塞させることがない。
【００８１】
さらに、粒子選択装置４２をエアロゾルチャンバ１０と堆積チャンバ３０との間に配置することによって、基体３に噴霧するための、必要とされるサイズを有する粉末１の粒子だけを選択し得る。
【００８２】
基体３に噴霧し得る粉末１の粒子の直径は概して０．５〜３０μｍである。
【００８３】
この粒子選択装置４２に加えて、１つまたは幾つかのフィルタ４０をエアロゾルチャンバ１０と堆積チャンバ３０との間に配置し得る。
【００８４】
これらのフィルタ４０も、０．５〜３０μｍのサイズの粒子の選択を可能にする。
【００８５】
さらに、エアロゾル装填量を制御するための装置４３をエアロゾルチャンバ１０と堆積チャンバ３０との間に配置することによってリアルタイムで基体３に噴霧する粉末の量を測定および調節し得る。
【００８６】
この装置４３は例えば透明チューブから成り、この中をエアロゾルチャンバ１０からのエアロゾルが堆積チャンバ３０へと循環し、また検出器が回収するレーザー光線がこの透明チューブを横断する。
【００８７】
この装置４３は、乾燥エアロゾルの粉末粒子の粒径分布およびエアロゾルチャンバ１０から堆積チャンバ３０に向かう、ｍｇ／ｃｍ３で表されるエアロゾルの質量装填量（ｍａｓｓ  ｌｏａｄ）の決定を可能にする。
【００８８】
ポンプシステム５０は、堆積チャンバ３０に流体連結されている。
【００８９】
このシステム５０は、真空を堆積チャンバ３０内に引くことを可能にする。
【００９０】
このシステム５０は一次ポンプおよびターボポンプを含んでなり、堆積チャンバ３０において１０〜１０００Ｐａの絶対圧力を獲得することができる。
【００９１】
さらに、このシステム５０をエアロゾルチャンバ１０に流体連結し得て、このことによってエアロゾルチャンバ１０の内に真空を引くことも可能になる。
【００９２】
このため、例えば、エアロゾルチャンバ１０と堆積チャンバ３０との圧力差を制御および調節することが可能である。
【００９３】
いずれの場合であっても、堆積チャンバ３０は、堆積物の形成中、エアロゾルチャンバに対して負圧を有する。
【００９４】
システム５０により、ノズル３１を介した堆積チャンバ３０へのエアロゾル注入中に真空を維持することができる。
【００９５】
エアロゾル流を注入する際、堆積チャンバ３０における獲得圧力は好ましくは１０〜１０００Ｐａである。
【００９６】
説明したばかりの、脆性材料の粉末の堆積物を形成するための装置は更に、マルチノズルを形成するおよび／または同じ基体もしくは同じ支持体３２上に位置決めされた異なる複数の基体上に多材料堆積物を形成するために適合可能である。
【００９７】
したがって、図示していない実施形態においては、幾つかのエアロゾルチャンバを平行に位置決めすることによって幾つかのノズルへの供給を行い得て、各ノズルは、脆性材料の粉末のエアロゾル流を噴霧することができる。
【００９８】
ある構成例（図示せず）は、同じ脆性材料粉末の、同じ粉末が入った幾つかのエアロゾルチャンバからの幾つかのエアロゾルが供給される幾つかのノズルを通しての噴霧である。
【００９９】
別の構成例（図示せず）は、幾つかの脆性材料の幾つかの異なる粉末の、それぞれ異なる粉末が入った幾つかのエアロゾルチャンバからの幾つかのエアロゾルが供給される幾つかのノズルを通しての噴霧である。
【０１００】
堆積物の形成を制御するための装置
決定されたパターンに従って、エアロゾルを平面または非平面の基体上に噴霧ノズルを介して噴霧するために、装置は更に、３つの基準方向および２つの独立した回転軸に沿った、独立した、ノズルおよび／または基体の支持体の三次元移動のための手段を含んでなる。
【０１０１】
図３に示すように、軸Ｘ、Ｙが水平面において直角であり軸Ｚ（概してノズルの方向に対応する）が垂直面にある直交基準系Ｘ、Ｙ、Ｚ。
【０１０２】
２つの回転角度もまた定義される。角度θは垂直軸Ｚを中心とした回転に対応し、角度εは水平軸Ｙを中心とした回転に対応する。
【０１０３】
適切な移動手段により、ノズルおよび基体の支持体を独立して移動させることができる。
【０１０４】
有利には、限定するものではないが、ノズル３１は、ノズルのＸ軸に沿った移動を可能にするモーター駆動式移動手段にしっかり取り付けられる。
【０１０５】
さらに、基体の支持体３２は、Ｙ軸に沿った移動およびＺ軸に沿った移動をそれぞれ可能にする２つのモーター駆動式手段とθおよびεに従った回転のためのモーター駆動式手段とにしっかりと取り付けられている。
【０１０６】
制御装置は好ましくは、ノズル３１の基体表面に対するまたは逆に基体表面のノズル３１に対する移動をサーボ制御することができる情報処理ユニットも含んでなるため、基体が平面ではない時でさえ、エアロゾル流は常に、衝突点で衝突点から一定の距離でもって基体表面に対して垂直である。
【０１０７】
エアロゾルの入射のこの直角度を維持することによって、堆積物の質、とりわけパターンの正確さおよび粒子の凝集力を確保することが可能である。
【０１０８】
基体上で形成する堆積物のパターンに応じて、したがって、ノズルおよび基体の支持体の運動を組み合わせて適切なエアロゾル流軌道を得ることが可能である。
【０１０９】
移動を全ての考えられ得る自由度に沿って常に行う必要はない。実際、単純なパターン（例えば、直線構成のストリップ）に従って堆積物を形成するためには、異なる考えられ得る移動の幾つかだけで十分な場合もある。
【０１１０】
したがって、また非限定的な形で、以下の例：
ノズル３１はＸ軸に沿って運動し、基体３を担持している支持体３２はＹおよび／もしくはＺに沿って並びに／またはθおよび／もしくはεに沿って固定され、
ノズル３１はＸ軸に沿って固定され、基体３を担持している支持体３２はＹおよび／もしくはＺに沿って並びに／またはθおよび／もしくはεに沿って運動し、
ノズル３１はＸ軸に沿って運動し、基体３を担持している支持体３２はＹおよび／もしくはＺに沿って並びに／またはθおよび／もしくはεに沿って運動する
を挙げ得る。
【０１１１】
当然のことながら、ノズルにより高い自由度を付与し、これに対応して、基体の支持体により低い自由度を付与することが可能である。
【０１１２】
上述したようなマルチノズル構成の場合、ノズルは有利にはＸ方向に沿って基体３に対して並進移動することが可能であり、また基体３の支持体３２は方向Ｙ、Ｚに沿って並進移動することが可能であるおよび／またはノズル３１に対してθ、εに沿って回転することが可能である。
【０１１３】
支持体３２およびノズル３１の移動速度は０．０１０〜１００ｍｍ／秒、優先的には０．１２５〜１０ｍｍ／秒である。
【０１１４】
さらに、制御装置内の情報処理ユニットもまた、基体３上に形成する堆積物の三次元形状およびコーティングする基体３の三次元形状に応じて上記の移動手段を制御することを意図する。
【０１１５】
これを目的として、この処理ユニットは、堆積物および必要に応じて基体の三次元モデルに基づいて、好ましくは等しい厚さの積み重ねられた複数の構成要素層へとコンピュータにより分解するためのモジュールを含んでなる。
【０１１６】
処理ユニットは更に、各構成要素層についてエアロゾルを噴霧するための複数の三次元軌道を決定するためのモジュールを含んでなる。
【０１１７】
三次元軌道とは、ノズル３１の基体３に対する相対軌道を意味する。
【０１１８】
処理ユニットはまた、各三次元軌道についてエアロゾルの一連のパラメータ（とりわけ、非限定的ではあるが、ガス流量、ノズル／基体距離、移動速度、ノズルの出口セクション、粒径分布、エアロゾル装填量を含む）を確立するためのモジュールを含んでなる。
【０１１９】
処理ユニットはまた、独立した三次元移動のための手段並びにエアロゾルを生成および噴霧するための手段を制御するためのモジュールを含んでなる。
【０１２０】
最後に、制御装置は、三次元移動および噴霧パラメータを測定するための、処理ユニットに連結され、また噴霧軌道およびパラメータが決定された軌道およびパラメータに準拠しているか否かをチェックすることができる手段を含んでなり得る。
【０１２１】
特に有利な形において、基体上での堆積物の形成を、エアロゾルの生成を中断することなく一時的に中断するように制御装置を更に適合させる。
【０１２２】
堆積を中断させるためのこの装置は、堆積物が連続パターンを形成しない場合、例えば互いに離れた複数の表面として生じる場合に特に有利である。
【０１２３】
実際、エアロゾルの生成および中断は即時とはいかない。
【０１２４】
このため、堆積物形成中にエアロゾルの生成を一時的に停止することは不利益である。
【０１２５】
したがって、制御装置は好ましくは、連続的にエアロゾルを生成しながら、エアロゾル流の基体への衝突を、ノズル３１および基体３を担持している支持体３２を移動させるための手段と同期させて、コンピューティングモジュールが決定した軌道に従って一時的に防止するための手段を含んでなる。
【０１２６】
ある実施形態において、この手段は、ノズル３１と基体３との間に一時的に配置するのに適した動的マスキングスクリーン３３（図２に図示）を含んでなる。
【０１２７】
この動的マスキングスクリーン３３は例えば、平面体（ディスク、プレート、ブレード）から成り、この平面体を例えば、関節腕によって、ノズル３１と期待３との間であって、ノズル３１から出るエアロゾル流１´と垂直になるような面に配置することができる。
【０１２８】
代替案（図示せず）においては、動的マスキングスクリーン３３に例えば、必要に応じてエアロゾル流の一部だけを通すために、特定の形状のオリフィスを有するように凹所を形成し得る。
【０１２９】
次に、この凹所を形成した動的マスキングスクリーンは、基体に噴霧するエアロゾル流の二次元形状の画成を可能にする。
【０１３０】
次に、凹所を形成した動的マスキングスクリーンはノズルと共に移動可能である。
【０１３１】
基体３上でのエアロゾル流１´を中断するための別の手段は例えば、エアロゾルチャンバ１０と堆積チャンバ３０との間に配置された、エアロゾル流を方向転換させるための装置４５を含んでなる。
【０１３２】
この方向転換装置４５により、エアロゾルチャンバ１０と堆積チャンバ３０との間を循環するエアロゾル流１´を追加の堆積チャンバ３０´に向かって方向転換させることができる。
【０１３３】
このような方向転換装置４５および追加の堆積チャンバ３０´も図２に示すが、スクリーン３３および方向転換装置４５が、堆積物の形成を一時的に中断させるための代替手段であること、また、これらを必ずしも組み合わせる必要がないことは明白である。
【０１３４】
この追加の堆積チャンバ３０´を、流体連結によりポンプシステム５０に連結し得る。
【０１３５】
したがって、ポンプシステム５０により、堆積チャンバ３０と同じ圧力値を追加チャンバ３０´において獲得することができる。
【０１３６】
この追加チャンバ３０´には、エアロゾル流１´を犠牲基体３´に噴霧することを可能にするノズル３１´が収容されている。
【０１３７】
エアロゾル流のこの方向転換の目的は決定された堆積物を犠牲基体３´上に形成することではなく、堆積チャンバ３０における粉末粒子の基体３への衝突を一時的に防止することである。
【０１３８】
スクリーン３３の設置および引き抜きまたは装置４５による方向転換の適用および停止は、事実上瞬時に、エアロゾル生成の中断および再開よりはるかに迅速に行われ得る。
【０１３９】
あるいは、ノズルおよび／または基体の支持体を移動させるための手段を加速させ得て、その結果、この加速中、覆われた表面上の基体上に形成される堆積物は、意図的に形成した堆積物に対してごくわずかである。
【０１４０】
堆積物の形成方法
基体表面での堆積物の形成は以下のステップを含んでなる。
【０１４１】
基体上に位置決めされた堆積物Ｄの三次元デジタルモデルから開始し、基体は平面または非平面であり得る。
【０１４２】
このモデルは、処理ユニットと互換性があるフォーマットのいずれのコンピュータ支援設計ソフトウェアパッケージによっても作成することができる。
【０１４３】
堆積物の幾何学的体積を、等しい厚さの複数の構成要素層に切断する。
【０１４４】
構成要素層の厚さそれ自体は、コーティングする表面全体上に１回の輸送で堆積される材料の量から算出される。
【０１４５】
図４を参照するが、この材料量は、
基体３上でのエアロゾルビーム衝突面（Ｘ、Ｙ）における次元（エアロゾルビーム衝突面は左図のように円形または右図のように矩形になり得て、ノズルの形状に左右される）、
Ｚ軸に沿った堆積物の厚さにおける成長速度（Ｖ１とする）、
基体に対するノズルの相対速度に対応する、基体に平行な方向でのエアロゾル流の移動速度（Ｖ２とする）
から算出される。
【０１４６】
次に、堆積物の各構成要素層を基体上にきちんと位置決めして構築するために、ノズル３１および基体３の相対軌道を算出する。
【０１４７】
軌道は連続的になり得て、例えばセグメント等の連続パターンの構築が可能になる。
【０１４８】
軌道はまた不連続になり得て、例えば点線等の不連続パターンの構築を可能にする。
【０１４９】
必要に応じて、手段（例えば、スクリーン３３または方向転換装置４５）を始動または停止させるための瞬間を算出することによって算出された軌道をエアロゾル流の一時的な停止と同期させ、これによってエアロゾル流の基体３への噴霧を一時的に中断することができる。
【０１５０】
次に、軌道および速度Ｖ１、Ｖ２のデータを処理ユニットによりコンピュータ支援製造（ＣＡＭ）装置に送信する。
【０１５１】
エアロゾル流をノズル３１およびＣＡＭ装置を通じて生成するために、噴霧装置を始動させ、速度Ｖ１、Ｖ２および固定ノズル／基体距離（ｄ）でもって軌道を物理的に再現するために移動手段を作動させる。
【実施例】
【０１５２】
実施例１
図５に図示される実施例において、基体３は平面である。
【０１５３】
製造する堆積物は螺旋パターンであり、幅５００μｍ、Ｘ、Ｙ軸に沿った最大寸法３０ｍｍおよび厚さ１μｍを特徴とする。
【０１５４】
エアロゾルの衝突直径は２００μｍである。
【０１５５】
基体３を担持している支持体３２に対するノズル３１の移動速度Ｖは０．２ｍｍ／秒である。
【０１５６】
構成要素層の厚さは１μｍに等しい。
【０１５７】
構成要素層の厚さ成長速度は６μｍ／分である。
【０１５８】
螺旋パターンは連続的に、すなわちエアロゾル流１´を中断することなく製造される。
【０１５９】
螺旋パターンは、制御装置によって制御される、Ａ点とＢ点とをつなぐ１本の軌道から製造される。
【０１６０】
ノズル３１により噴霧するエアロゾル流１´の軌道は、噴霧装置のモーター駆動軸によって再現される。
【０１６１】
噴霧装置のモーター駆動軸は、螺旋パターンを再現するために、軸Ｘおよび／またはＹおよび／またはθおよび／またはεに沿った組み合わせ運動を可能にする。
【０１６２】
上記の噴霧パラメータでもって厚さ１μｍを得るために、Ａ点からＢ点へおよびＢ点からＡ点へと軌道を１０回再現する。
【０１６３】
実施例２
図６を参照するが、製造する堆積物は、断面（Ｘ、Ｚ）が面（Ｘ、Ｙ）の平面基体上で台形であるパターンであり、このパターンは、ＸおよびＹ軸に沿ったそれぞれ１０ｍｍおよび１ｍｍの最大寸法と、Ｚ軸に沿った厚さ１００μｍを特徴とする。
【０１６４】
エアロゾル流の衝突直径は２００μｍである。
【０１６５】
基体３を担持している支持体３２に対するノズル３１の移動速度Ｖは０．２ｍｍ／秒である。
【０１６６】
層の厚さ成長速度は１０μｍ／分である。
【０１６７】
台形断面パターンは連続的に、すなわちエアロゾル流１´を中断することなく、Ａ点とＢ点とをつなぐ１本の軌道（点線）から製造される。
【０１６８】
ノズル３１で噴霧するエアロゾル流の軌道は、噴霧装置のモーター駆動軸によって再現される。
【０１６９】
噴霧装置のモーター駆動軸は、台形パターンを再現するために、軸Ｘおよび／またはＹおよび／またはＺおよび／またはθおよび／またはεに沿った組み合わせ運動を可能にする。
【０１７０】
この例において、Ｚ厚さが増大する場合、堆積物のＸ、Ｙに沿った寸法は減少し、この堆積物は、厚さが増大する場合、減少する寸法の一連のマスクを使用することなく得られる。
【０１７１】
実施例３
図７を参照するが、基体は平面ではないが、面（Ｘ、Ｙ）で断面が矩形であり、面（Ｘ、Ｚ）および（Ｙ、Ｚ）において断面が台形の平行六面体形状を有する。
【０１７２】
基体の最大寸法は、それぞれＸ軸に沿って１０ｍｍ、Ｙ軸に沿って１ｍｍ、Ｚ軸に沿って１ｍｍである。
【０１７３】
製造する堆積物は、基体の２つの隣接する面上に形成される、幅２００μｍおよび厚さ１μｍを有するストリップである。
【０１７４】
エアロゾル流の衝突直径は２００μｍである。
【０１７５】
基体３を担持している支持体３２に対するノズル３１の移動速度Ｖは０．２ｍｍ／秒である。
【０１７６】
厚さ成長速度は６μｍ／分である。
【０１７７】
さらに、堆積物は、堆積物の製造を可能にする軌道が段を上ることを特徴とする事実を特徴とする。
【０１７８】
ストリップパターンは連続的に、すなわちエアロゾル１´を中断することなく、Ａ点とＢ点とをつなぐ１本の軌道から製造される。
【０１７９】
ノズル３１で噴霧するエアロゾル流１´の軌道は、噴霧装置のモーター駆動軸によって再現される。
【０１８０】
噴霧装置のモーター駆動軸は、台形パターンを再現するために、軸Ｘおよび／またはＹおよび／またはＺおよび／またはθおよび／またはεに沿った組み合わせ運動を可能にする。
【０１８１】
この例において、ノズル３１と基体３との距離は、非平面基体３上に材料ストリップを製造するために、基体３をＺに沿ってサーボ制御することによって一定に維持される。
【０１８２】
幾つかの平行ストリップを基体上に堆積したい場合、第１ストリップの堆積後に、例えばエアロゾル流を方向転換させることによってまたはスクリーンをノズルと基体との間に挟むことによって堆積物の形成を一時的に中断することが適当であり、その間にノズルを第２ストリップへと直角に移動させ、次に第２軌道を追うためにノズルが一旦正しく位置決めされたら、堆積物の形成を再開する。
【０１８３】
１つの代替案は、基体へのエアロゾルの噴霧を中断することなく、第１ストリップの位置と第２ストリップの位置との間で基体に対するノズルの相対速度を実質的に加速させることである。
【０１８４】
当然のことながら、本明細書で挙げた実施例は純粋に説明のためのものであり、本発明はこれらの特定の実施形態に限定されない。
【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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【国際調査報告】
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2014533779.tif 000011
2014533779.tif 000012
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