(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エアロゾルを作り出すための装置であって、
第１のエアロゾル噴流を作り出すための第１のアトマイザ（１）と、
第２のエアロゾル噴流を作り出すための第２のアトマイザ（２）と
を備え、
前記第１および第２のエアロゾル噴流は、１つ以上の液体先駆体から作り出され、前記アトマイザ（１，２）の排出口（８ａ，８ｂ）を通って前記アトマイザ（１，２）から排出され、
前記アトマイザ（１，２）の各々は、液体が噴霧されて、噴霧されるエアロゾル噴流になる噴霧ヘッド（３）を備え、
前記アトマイザ（１，２）は、さらに、時間通りのエアロゾル噴流を提供するために前記噴霧されるエアロゾル噴流を抑制するように構成された焦点調節部品を備え、
前記焦点調節部品は、前記噴霧ヘッド（３）から直接的に延在し、
前記第１および第２のアトマイザ（１，２）は、前記エアロゾル噴流を互いに衝突させるために前記アトマイザ（１，２）が互いに向けて位置整合されるように、アトマイザの対を形成し、
前記第１および第２のアトマイザ（１，２）は、該アトマイザ（１，２）の前記排出口（８ａ，８ｂ）が堆積チャンバ（１０）内で実質的に同軸に配置されるように、鉛直方向に配置される
装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置であって、
前記焦点調節部品は、前記時間通りのエアロゾル噴流の総開口角度（α）が１０度未満になるように前記噴霧されるエアロゾル噴流を抑制する手段を備える
装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の装置であって、
対向する前記アトマイザ（１，２）の前記排出口（８ａ，８ｂ）間の距離は、０．５ｍｍ以上かつ１５ｍｍ以下の範囲にある
装置。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の装置であって、
対向する前記アトマイザ（１，２）の前記排出口（８ａ，８ｂ）間の距離は、１ｍｍ以上かつ１０ｍｍ以下の範囲にある
装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の装置であって、
前記焦点調節部品は、狭窄流れ部分（４）であり、
前記狭窄流れ部分（４）には、前記エアロゾル噴流の平均液滴サイズを低減する態様で、前記噴霧ヘッド（３）から前記狭窄流れ部分（４）内に排出される前記エアロゾル噴流の流体力学的特性を変化させるために、１つ以上の流れ抑制部（５）が配置された
装置。
【請求項６】
請求項５に記載の装置であって、
前記１つ以上の流れ抑制部（５）は、該１つ以上の流れ抑制部（５）が、連続して、もしくは、隣接して、または、互いに対して対応するように配置されるように、前記狭窄流れ部分（４）に配置される
装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の装置であって、
前記第１および第２のアトマイザ（１，２）は、同軸に配置される
装置。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の装置であって、
前記アトマイザ（１，２）は、
前記アトマイザ（１，２）の前記噴霧ヘッド（３）のところの気体によって、液体を噴霧してエアロゾルにするための気体分散式アトマイザであり、
噴霧されるべき少なくとも１つの液体を前記噴霧ヘッド（３）内に供給するための少なくとも１つの液体導管と、前記液体を噴霧するために少なくとも１つの気体を前記噴霧ヘッド（３）内に供給するための少なくとも１つの気体導管と、を備える
装置。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８のいずれか一項に記載の装置であって、
前記第１および第２のアトマイザ（１，２）は、堆積チャンバ（１０）内に配置される
装置。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項９のいずれか一項に記載の装置であって、
前記第１および第２のアトマイザ（１，２）は、前記第１および第２のアトマイザ（１，２）の周りに自由空間が存在するように、前記堆積チャンバの中央領域に配置される
装置。
【請求項１１】
エアロゾルを製造するための方法であって、
互いに対向する第１のアトマイザ（１）および第２のアトマイザ（２）を、前記第１のアトマイザ（１）の排出口（８ａ）が前記第２のアトマイザ（２）の排出口（８ｂ）と対向するように配置する工程を備え、
前記第１および第２のアトマイザ（１，２）は、エアロゾル噴流を噴霧するための噴霧ヘッド（３）を備え、
前記方法は、さらに、
少なくとも１つの液体先駆体を、前記第１の噴霧ヘッド（３）において噴霧して第１のエアロゾル噴流にするとともに、前記第２の噴霧ヘッド（３）において噴霧して第２のエアロゾル噴流にする工程と、
前記第１および第２の噴霧されるエアロゾル噴流が衝突位置（Ｃ）において直接的に互いに衝突する態様で、前記排出口（８ａ，８ｂ）から出る前記噴霧されるエアロゾル噴流が実質的に直接的に互いに向けて方向付けられるように、前記噴霧されるエアロゾル噴流を前記アトマイザ（１，２）の前記排出口（８ａ，８ｂ）から排出する工程と、
前記衝突位置（Ｃ）において互いに衝突するときの前記第１および第２の噴霧されるエアロゾル噴流が、前記衝突位置（Ｃ）から逃げるエアロゾルを形成する圧力で、前記少なくとも１つの液体を前記第１および第２のアトマイザ（１，２）内に供給する工程と、
前記エアロゾル噴流の前記衝突において形成される前記エアロゾルが、前記衝突位置（Ｃ）から逃げるときに、実質的に水平なエアロゾル平面を形成するように、前記第１および第２のアトマイザ（１，２）を実質的に鉛直方向に配置する工程と
を備える方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法であって、
さらに、コーティングされるべき基板（１１）を、重力のもとで落下する前記エアロゾル平面によって前記基板（１１）がコーティングされるように、前記実質的に水平なエアロゾル平面に平行に配置する工程を備える
方法。
【請求項１３】
請求項１１または請求項１２に記載の方法であって、
さらに、前記噴霧ヘッド（３）から延在する焦点調節部品において前記第１の噴霧されるエアロゾル噴流を抑制して、第１の時間通りのエアロゾル噴流にするとともに、前記第２の噴霧されるエアロゾル噴流を抑制して、第２の時間通りのエアロゾル噴流にする工程を備える
方法。
【請求項１４】
請求項１１または請求項１２に記載の方法であって、
さらに、狭窄流れ部分（４）を前記アトマイザ（１，２）のうちの少なくとも１つに配置することによって、前記噴霧される液体が、前記排出口を通って排出される前に前記狭窄流れ部分（４）を通るように構成されるように、前記エアロゾル噴流の平均液滴サイズを低減する工程を備える
方法。
【請求項１５】
請求項１１ないし請求項１４のいずれか一項に記載の方法であって、
さらに、前記アトマイザ（１，２）と、コーティングされるべき基板（１１）と、を同一の堆積チャンバ内に配置する工程を備える
方法。
【請求項１６】
アトマイザ（１，２）用の焦点調節部品（９）であって、
前記アトマイザ（１，２）は、噴霧されるエアロゾル噴流を１つ以上の液体先駆体から作り出すための噴霧ヘッド（３）を備え、
前記焦点調節部品（９）は、狭窄流れ部分と平滑化部分とから形成されたチューブであり、
前記狭窄流れ部分において、１つ以上の流れ抑制部が、管状の前記焦点調節部品の内面から突出して、前記エアロゾル噴流の平均液滴サイズを低減する態様で、前記噴霧ヘッドから前記狭窄流れ部分内へ排出される前記噴霧されるエアロゾル噴流の流体力学的特性を変化させ、
前記平滑化部分は、前記管状の焦点調節部品の前記内面に突出する流れ抑制部を有しておらず、
前記平滑化部分は、該平滑化部分における前記焦点調節部品の内径の少なくとも１０倍の長さを有し、
前記焦点調節部品（９）は、
前記噴霧ヘッド（３）から直接的に延在するように構成され、
時間通りのエアロゾル噴流を提供するために、前記噴霧されるエアロゾル噴流を抑制するように構成され、
前記焦点調節部品（９）は、前記時間通りのエアロゾル噴流を排出するための排出口（８ａ，８ｂ）を備える
焦点調節部品。
【請求項１７】
請求項１６に記載の焦点調節部品（９）であって、
前記平滑化部分は、前記管状の焦点調節部品の残りの部分の内径よりも小さい内径を有する部分（１２）を備える
焦点調節部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エアロゾルを製造するための装置に関し、より詳細には、独立請求項１のプリアンブルに記載のものに関する。
【０００２】
また、本発明は、エアロゾルを製造するための方法に関し、より詳細には、独立請求項１２のプリアンブルに記載のものに関する。
【０００３】
また、本発明は、アトマイザ用の焦点調節部品に関し、より詳細には、独立請求項１８のプリアンブルに記載のものに関する。
【背景技術】
【０００４】
従来技術によれば、複数の異なる技術（例えば、気体分散式アトマイザ、圧力分散式アトマイザ、超音波式アトマイザ）によって、液体は、噴霧されて小さな液滴になり得る。
【０００５】
複数のエアロゾル噴流が作り出され、それによって、互いに直接的に衝突する態様で、２つのアトマイザが実質的に直接的に互いに向けて方向付けられて配置され得ることが先行技術において公知である。互いに対して好ましく実質的に直接的にエアロゾル噴流を方向付けることによって、直接的な衝突に起因して、無視できる程度の正味の運動量を有するエアロゾルが作り出される。換言すれば、従来技術の衝突式のアトマイザでは、エアロゾルが実質的に静的になるので、エアロゾルは、実質的にエアロゾル噴流の衝突位置に方向付けられた分離したガス流を有して、所望の方向に移動され得る。このエアロゾルは、堆積チャンバ内で基板をコーティングするために使用される。
【０００６】
コーティングされるべき基板は、通常、堆積チャンバの底部に配置され、アトマイザは、分離したガス流が、実質的に鉛直方向にガスを排出し、エアロゾルを基板に向けて下方に方向付けるように構成されるように、水平方向に配置される。アトマイザは、典型的には、アトマイザの各対のアトマイザが互いに向けて実質的に直接的に同軸に方向付けられ、それによって、アトマイザの各対のエアロゾル噴流が直接的に互いに衝突する態様で、１つ以上のアトマイザの対を構成するために、対で配置される。アトマイザの対は、さらに、連続して、または、鉛直方向もしくは水平方向に隣接して、デバイス内に配置される。このアイデアは、分離したガス流が、エアロゾル噴流の衝突位置に実質的に向けられ、コーティングされるべき基板に実質的に向けられるということである。その結果、エアロゾルが基板に向けて方向付けられ、これは、アトマイザが、コーティングされるべき基板と実質的に平行であることを意味する。分離したガス流の助けによって、エアロゾルは、基板のコーティングを補助するための線状エアロゾルに形状付けられ得る。
【０００７】
上述の構成に関する欠点の１つは、分離したガス流の助けによって方向付けられたエアロゾルが、基板に接触する際に均一ではない場合があることである。従来技術の構成は、ガス流の助けによってエアロゾルを分散させるための分離したガスノズルや、あらゆる追加的な部品がコストを増大させることが、どうしても必要である。上述のアトマイザで製造されるエアロゾルは、大きな液滴を有しており、大きな液滴は、コーティングにおける均一性および均等性を低下させ、その結果、大きな表面張力を有する厚い液膜が必要になるとともに、基板の表面上において均一になるのに長時間が必要になる。エアロゾルを作り出すエアロゾルの噴霧は、均一なエアロゾルを作り出すことはなく、エアロゾルビームは一様ではない。これは、コーティングされるべき対象または噴霧を移動させることによって、または、その両方を移動させる（これは、非常に複雑である）ことによって補償される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
したがって、本発明の目的は、上述の欠点を緩和するようにこの方法を実施するための方法およ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１による装置によって達成される。本発明の目的は、さらに、独立請求項１２による方法によって、また、独立請求項１８による焦点調節部品によって達成される。
【０００９】
本発明の好ましい実施形態は、従属請求項に開示されている。
【００１０】
本願において、エアロゾルとの用語は、単なるエアロゾルに加えて、空気中に浮遊する液滴の集合である霧も意味している。視認性を低下させることにおいて表される霧の濃度は、霧が視認性を１ｋｍ未満まで低下させるようなものである。エアロゾルは、気体中の細かい液滴の浮遊をいうが、この文脈では、液体粒子を含む混合物をいう霧のこともいい、その平均サイズは、エアロゾルよりも大きい。液滴は、固体粒子を含んでいてもよい。
【００１１】
本願において、エアロゾル噴流は、少なくとも１つの液体の液滴と、少なくとも１つの気体と、の混合物の噴流を意味する。
【００１２】
本発明の装置および方法は、アトマイザの出口位置において、アトマイザから出るエアロゾルの速度が音速に近くなるか、あるいは、音速すら超える（超音速）ように、２つの噴霧されるエアロゾル噴流が直接的に衝突することの驚くべき実現に基づいている。衝突位置における静圧は、主に、エアロゾルビームの速度圧に起因している。換言すれば、速度圧は、エアロゾル噴流の衝突において静圧に変化する。この意味において、速度圧は、William C. Hinds（A Wiley-Interscience Publication）による文献Aerosol Technologyにおいて定義されているようなものである。エアロゾル噴流からの圧力によって、エアロゾルは、エアロゾル噴流の方向に直交する平面にほぼ沿って、衝突位置から離れる方に出る。しかしながら、気体分子が低イナーシャである場合には、気体分子の一部分は、エアロゾル噴流の反対方向にエアロゾル噴流に近づくように移動し、アトマイザの各々の表面に近い僅かな反対方向ガス流を生じさせる。また、エアロゾル噴流の衝突は、比較的大きな液滴の分裂を生じさせる。また、いくつかの望ましくない液滴は、アトマイザの外面上を漂うことがあり、これによって、アトマイザの外面が濡れることになる。上述の反対方向ガス流は、上記の望ましくない液滴をアトマイザヘッドから離れる方向に押し、したがって、望ましくない湿潤および液滴を取り除いた状態にアトマイザヘッドを維持する。比較的大きな液滴の分裂が良好に働くとともに、ガス流がアトマイザの出口面を、アトマイザの外面上に堆積された液滴がない状態に維持する複数のアトマイザ間の距離は、２〜５ｍｍであることが見出された。
【００１３】
２つの噴霧されるエアロゾル噴流が、それらを互いに衝突させるような態様で方向付けられる場合、比較的小さい液滴を有するエアロゾルが作り出される。換言すれば、衝突において、比較的大きな液滴は、分裂して比較的小さな液滴に分裂する。エアロゾル噴流は衝突位置までは混合されないので、上記装置は、少なくとも２つの異なる液体（例えば、水およびメタノールから噴霧された液滴）を含有するエアロゾルを作り出すのに使用されてもよく、上記液体は、互いに混ざらなくてもよく（例えば、水とガソリン）、あるいは、それらを一緒に同一のアトマイザに案内することができない（例えば、複数の液体が一緒にゲル状の混合物（例えば、金属塩とオルトケイ酸テトラメチル（ＴＥＯＳ）とを含有する水）を形成することによる）態様で、互いによく反応するものであってもよい。また、本発明の装置は、混合物、液体（溶媒と、そこに溶解した金属塩とを含有する）、または、異なる複数の液体（例えば、１つがコロイド溶液であってもよい）からエアロゾルを作り出すのに使用されてもよい。
【００１４】
本発明によるエアロゾルの製造方法では、第１のアトマイザと第２のアトマイザとが、第１のアトマイザの排出口が第２のアトマイザの排出口と対向するように、互いに反対に配置される。第１および第２のアトマイザは、エアロゾル噴流を噴射するための噴射ヘッドを備えている。少なくとも１つの液体先駆体が、第１の噴霧ヘッドにおいて噴霧されて第１の噴霧されるエアロゾル噴流になるとともに、第２の噴霧ヘッドにおいて噴霧されて第２の噴霧されるエアロゾル噴流になる。上記の噴霧されるエアロゾル噴流は、排出口から出た噴霧されるエアロゾル噴流が、第１のおよび第２の噴霧されるエアロゾル噴流が衝突位置において互いに直接的に衝突するような態様で、実質的に直接的に互いに向けられる（好ましくは、鉛直方向に）ように、アトマイザの排出口から排出される。少なくとも１つの液体は、衝突位置において互いに衝突する際の第１のおよび第２の噴霧されるエアロゾル噴流が衝突位置から逃げるエアロゾルを形成する圧力で、第１のおよび第２のアトマイザに供給される。エアロゾルは、径方向に実質的に対称に衝突位置から逃げる。衝突位置で形成されたエアロゾルは、衝突して、アトマイザから吹き出すエアロゾル噴流の方向に対して垂直な平面に入った後に、広がる。アトマイザの対が、アトマイザの対のまわりに適切な自由空間を有する状態で堆積チャンバの中央領域内に位置決めされるとともに、実質的に鉛直方向に配置される場合、噴霧されるエアロゾル噴流の衝突において形成されるエアロゾル平面は、衝突位置から逃げるときの実質的に水平なエアロゾル平面を形成し、堆積チャンバの水平方向に均一に広がり、非常に均一なエアロゾルでチャンバを満たす。アトマイザの近傍領域から遠く離れたところで、エアロゾル濃度は、全ての方向に実質的に均一になる。エアロゾルの移動は、多数の衝突によって落ち着き、ゼロに近い正味の運動量を有するエアロゾルの熱に変換される。溶媒の蒸発エネルギーは高いので、この熱作用は、比較的小さい。アトマイザから離れたところで、コーティングされるべき基板に向けたエアロゾルの主要な移動は、重力によって生じ、液滴は、基板上に緩やかに落ちる。コーティングされるべき基板は、好ましくは、堆積チャンバの底部に配置され、好ましくは、重力下で落ちる上記のエアロゾル平面によって基板がコーティングされるように、水平または実質的に水平なエアロゾル平面に平行に配置される。基板およびエアロゾルは、好ましくは、実質的に同じ温度にある。本発明の一実施形態では、方法は、さらに、噴霧ヘッドから延在する焦点調節部品において、第１の噴霧されるエアロゾル噴流を抑制して第１の時間通りのエアロゾル噴流にするとともに、第２の噴霧されるエアロゾル噴流を抑制して第２の時間通りのエアロゾル噴流にする工程を備えている。本発明の一実施形態では、この方法は、さらに、狭められた流れ部分（狭窄流れ部分）をアトマイザの少なくとも１つに配置し、排出口を通って排出される前に、噴霧される液体が上記狭窄流れ部分を通るように構成することによって、エアロゾル噴流の平均液滴サイズを低減する工程を備えている。本発明による方法では、アトマイザ、および、コーティングされるべき基板は、同一の堆積チャンバ内に配置される。
【００１５】
本発明による装置では、第１の噴霧されるエアロゾル噴流を作り出すために第１のアトマイザが使用され、第２の噴霧されるエアロゾル噴流を作り出すために第２のアトマイザが使用される。これらの噴霧されるエアロゾル噴流は、１つ以上の液体先駆体から作られ、アトマイザにおいて、アトマイザの排出口を通ってアトマイザから排出される。アトマイザの各々は、噴霧ヘッドを備えており、この噴霧ヘッドでは、液体は、噴霧されて、噴霧されるエアロゾル噴流になる。上記アトマイザは、さらに、時間通りのエアロゾル噴流を提供するために、噴霧されるエアロゾル噴流を抑制するように構成された焦点調節部品を備えている。この焦点調節部品は、噴霧ヘッドから直接的に延在する。第１のおよび第２のアトマイザは、エアロゾル噴流を互いに衝突させるために、これらのアトマイザが互いに向けて位置整合されるように、アトマイザの対を一緒に形成する。
【００１６】
本発明の一実施形態では、焦点調節部品は、狭窄流れ部分である。狭窄流れ部分では、１つ以上の流れの抑制部が、エアロゾル噴流の平均液滴サイズを低減する態様で、噴霧ヘッドから狭窄流れ部分内に排出されるエアロゾル噴流の流体力学的特性を変化させるように構成される。１つ以上の流れ抑制部は、連続して、または、隣接して、または、互いに対して対応するように配置されるように、狭窄流れ部分に配置される。
【００１７】
本発明によるアトマイザ用の焦点調節部品では、焦点調節部品は、噴霧ヘッドから直接的に延在するように構成されており、時間通りのエアロゾル噴流を提供するために、噴霧されるエアロゾル噴流を抑制するように構成される。この焦点調節部品は、時間通りのエアロゾル噴流を排出するための排出口を備えている。焦点調節部品は、エアロゾル流の方向において噴霧ヘッドよりも後段に設けられた実質的に管状の丸い部分である。焦点調節部品の目的は、エアロゾルによって運ばれるエネルギーが衝突位置に集中されるように、衝突位置に入るエアロゾルを平行にし、最適な噴霧および比較的大きな液滴の分裂を生じさせることである。焦点調節部品の長さは、焦点調節部品の内径の少なくとも１０倍、好ましくは、１５倍である。
【００１８】
本発明の一実施形態では、焦点調節部品は、直線状の管状部品であり、エアロゾル噴流の形状を円形または丸みのある形状に変えるために、内径が、管状部品の残りの部分の内径よりも小さい断面を有している。
【００１９】
本発明の他の実施形態では、焦点調節部品は、エアロゾル流の方向において、第１の狭窄流れ部分を備えている。第１の狭窄流れ部分では、１つ以上の流れ抑制部が配置され、したがって、流れ抑制部は、形状および大きさが、狭窄流れ部分のスロット状の開口から、焦点調節部品の残りの部分（平滑化領域と呼ばれる）の円形の形状に円滑に変化する部分である。これによって、乱流、および、噴霧ヘッドまたは焦点調節部品の表面への材料の堆積が最小限に抑えられる。
【００２０】
焦点調節部品は、好ましくは、噴霧ヘッドから出る噴霧されるエアロゾル噴流が、２つの反対方向の時間通りのエアロゾル噴流が衝突位置において互いに衝突し、時間通りの衝突が達成されるように、時間通りのエアロゾル噴流に抑制されるようなものである。換言すれば、焦点調節部品は、時間通りのエアロゾル噴流の総開口角度が１０度未満となるように、噴霧されるエアロゾル噴流を抑制する手段を有している。このため、アトマイザから排出されるエアロゾル噴流の総開口角度が１０度未満（本発明の好ましい実施形態では、５度未満）である場合に、時間通りの衝突が達成される。総開口角度は、アトマイザの対に平行な平面上で計測する場合の、アトマイザから出るとき、すなわち、排出口から出て広がるときにエアロゾル噴流が形成する角度である。総開口角度は、アトマイザの長手方向軸線に対する角度を意味するものではない。
【００２１】
本発明の一実施形態では、焦点調節部品は、エアロゾル噴流の平均液滴サイズを低減する態様で噴霧ヘッドから狭窄流れ部分内に排出される噴霧されるエアロゾル噴流の流体力学的特性を変化させるように１つ以上の流れ抑制部が構成された狭窄流れ部分であってもよい。狭窄流れ部分は、噴霧ヘッドから直接的に延在する。狭窄流れ部分は、時間通りのエアロゾル噴流を平滑化するための平滑化領域を、排出口と、当該排出口に最も近い流れ抑制部と、の間に備えている。平滑化領域は、１０〜２０ｍｍの長さを有している。本発明の他の実施形態では、平滑化領域は、平滑化領域における焦点調節部品の内径の１０〜１５倍の長さを有している。
【００２２】
本願の全体に亘って、平滑化領域との用語は、焦点調節部品における三次元の容積をいい、そこでは、時間通りのエアロゾル噴流が平滑化される。平滑化領域は、管状の部位、容積であり、排出口と、最も近い流れ抑制部と、の間にある。最も近い流れ抑制部とは、排出口に最も近いことを意味している。
【００２３】
液滴の平均径が３マイクロメータ未満（好ましくは、１マイクロメータ未満）のエアロゾルは、エアロゾル噴流またはエアロゾルの流速が十分であるならば、エアロゾル噴流、または、空気式アトマイザで作り出されたエアロゾルを、流れ抑制部にさらすことによって作り出される。これは、例えば、気体分散式アトマイザで作り出されたエアロゾルを、チューブ（その内部に配置された複数の流れ抑制部を備える）内に供給することによって実施されてもよい。それによって、液滴と気体との混合物（すなわち、エアロゾル）がチューブ内で十分に高速で移動するならば、非常に小さい液滴サイズを有するエアロゾルを作り出すことができる。流れ抑制部は、エアロゾルの平均液滴サイズを低減する態様で、作り出されるエアロゾルの流体力学的特性を変化させるために使用される。このメカニズムは、衝突エネルギー、および、流れ抑制部によって生じる圧力変化の両方に基づいている。換言すれば、流れ抑制部は、エアロゾルの液滴サイズを低減するために、噴霧ヘッドから排出されるエアロゾルの液滴が１つ以上の流れ抑制部と衝突する態様、および／または、互いに衝突する態様で構成される。これに加えて、または、これに代えて、流れ抑制部は、エアロゾルの液滴サイズを低減するために、それらが、圧力変化、および／または、噴霧ヘッドから排出されるエアロゾルの流れにおける絞りを生じさせるように構成される。結果として、極めて小さい液滴がノズルから排出される。
【００２４】
狭窄流れ部分は、エアロゾル噴流、または、噴霧ヘッドで作り出されたエアロゾルが流れ抑制をうけるように、小さな液滴を有するエアロゾルを作り出すために使用される。こうして、エアロゾルは、液滴の平均径が３マイクロメータ未満（好ましくは、１マイクロメータ未満）であるように作り出されることができる。狭窄流れ部分は、チューブである。このチューブは、その内部に配置された複数の流れ抑制部を備えている。噴霧ヘッドから出る気体と液滴との混合物（すなわち、エアロゾル）は、非常に小さい液滴サイズを有するエアロゾルが作り出されるように、チューブ内を十分な高速で移動する必要がある。流れ抑制部は、エアロゾルの平均液滴サイズを低減する態様で作り出されるエアロゾルの流体力学的特性を変化させるために使用される。流れ抑制部は、エアロゾル噴流が流れる絞りオリフィスが存在するように、狭窄流れ部分におけるアトマイザの断面積を低減する。
【００２５】
互いに衝突させるためのエアロゾル噴流を得るために、第１および第２のアトマイザは、これらのアトマイザが互いに対して位置整合されるように、アトマイザの対を形成する。本発明の好ましい実施形態では、これらのアトマイザは、アトマイザから排出されるエアロゾル噴流が実質的に鉛直方向に方向付けられるように、鉛直方向に配置される。その結果、エアロゾル噴流が衝突位置において互いに衝突したときに、エアロゾル噴流の衝突によって作り出されるエアロゾルが水平または実質的に水平な平面に広がる。エアロゾル噴流の衝突によって、圧点が作り出され、この圧点から平坦なエアロゾル領域が広がり、これによって、主要エアロゾル流が作り出されるが、一部のガス流は、アトマイザに向けられ、これは、アトマイザが清浄に維持されるように、アトマイザに作用する。このため、圧流も、噴霧ヘッドのための非汚染効果および非湿潤効果を有している。
【００２６】
本発明の方法および装置の利点は、濃度の薄いエアロゾルを上向きに押すことによって濃度の薄いエアロゾルを移動させるので、重力がエアロゾルの濃度を均一化し、エアロゾルの濃度の濃い部分がより広い領域に広げられることである。可動部品を使用することなく、より均一な液体コーティングが基板の表面上に形成され、依然として良好な堆積収率を有し、簡素な構成が得られる。また、本発明の利点は、エアロゾル噴流の衝突、および、その圧力によって、エアロゾルがアトマイザから離れる方向に衝突位置から逃がされるので、また、液滴が気体よりも重いことから、アトマイザの排出口に戻るガス流のみが存在し、開口が清浄に維持されるように開口を拭き取るので、アトマイザの排出口が清浄に維持されることである。
【００２７】
次に、本発明について、好ましい実施形態によって添付図面を参照してより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明による装置の概略側面図を示しており、２つのアトマイザが鉛直方向において互いに対して実質的に直接的に対向して方向付けられている。
【図２】図１の詳細を示している。
【図３ａ】本発明による焦点調節部品の一実施形態を示している。
【図３ｂ】本発明による焦点調節部品の他の実施形態を示している。
【図３ｃ】本発明による焦点調節部品のさらに別の実施形態を示している。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図１は、エアロゾルを作り出すための本発明による装置を示している。この装置の側面図は、２つのアトマイザ１，２を示している。アトマイザ１，２は、実質的に互いに向けて方向付けられており、装置の本体に固定されている。第１および第２のアトマイザ１，２は、好ましくは、そのエアロゾル噴流６ａ，６ｂ（図２に示される）が実質的に直接的に互いに対して衝突するように、互いに反対方向に実質的に同軸に配置される。図１は、一対のアトマイザ１，２を示しているが、この装置は、より多くのアトマイザを同様に備えていてもよい。アトマイザ１，２は、好ましくは、アトマイザの対の各々のアトマイザ１，２が実質的に直接的に（好ましくは、同軸に）互いに向けて方向付けられ、それによって、アトマイザの対の各々のエアロゾル噴流６ａ，６ｂが互いに直接的に衝突するように１つ以上のアトマイザの対を構成するために、対で配置される。アトマイザ１，２は、アトマイザの対がチャンバ１０の中央領域に好ましく配置されるように、堆積チャンバ１０内に配置される。第１および第２のアトマイザ１，２は、アトマイザ１，２の排出口８ａ，８ｂ（図２に示される）が堆積チャンバ内で実質的に同軸に配置され、その結果、排出口が互いに向けられるように、鉛直方向に配置される。このため、第１のアトマイザ１は、堆積チャンバ１０の底部に向けられた排出口を有しており、第２のアトマイザ２は、堆積チャンバ１０の頂部に向けられた開口を有している。第１および第２のアトマイザ１，２の排出口は、互いに対して近くにあり、対向するアトマイザ１，２の排出口間の距離は、０．５〜１５ｍｍの範囲（より好ましくは、１〜１０ｍｍの範囲）にある。対向するアトマイザの排出口間の最も好ましい距離は、２〜５ｍｍである。排出口が互いに対して近いほど、衝突位置Ｃ（図２に示される）から逃げるエアロゾル平面は平坦になる。エアロゾル平面では、アトマイザ１，２から排出されるエアロゾル噴流が互いに衝突する。それぞれ、排出口が互いから離れるほど、エアロゾル平面は扇状になる。噴霧されるべき液体および噴霧ガスが、アトマイザ１，２に供給される。液体は、アトマイザ１，２の噴霧ヘッドにおいて噴霧され、エアロゾル噴流は、第１および第２のアトマイザ１，２から排出される。対向するアトマイザ１，２からのエアロゾル噴流６ａ，６ｂは、互いに衝突し、それによって、非常に小さい液滴からなるエアロゾルが作り出される。エアロゾルを作り出す方法では、少なくとも１つの液体が、衝突位置Ｃ（図２）において互いに衝突するときの第１および第２のエアロゾル噴流６ａ，６ｂが衝突位置から逃げるエアロゾルを形成する圧力で、第１および第２のアトマイザ１，２内に供給される。衝突位置Ｃ（図２）において形成されるエアロゾルは、それが実質的に水平な平面を形成するように、衝突位置Ｃ（図２）から逃げる。水平なエアロゾルは、堆積チャンバ１０の内部のエアロゾル噴流の方向に垂直な平面上において、径方向に均一に広がる。換言すれば、対向するエアロゾル噴流６ａ，６ｂの衝突の後、ディスク状のエアロゾルフラックスが形成され、これは、衝突位置Ｃ（図２）から径方向に逃げる。したがって、エアロゾルは、特定の方向を有していないが、エアロゾル噴流６ａ，６ｂの衝突位置の近くにおいて平面に沿って径方向に広がる。噴霧が目視観察される場合、衝突において生成されるエアロゾルは、エアロゾルからなるとともに２つのアトマイザ間の中心を有する円形の薄いディスクのようである。エアロゾルは、重力の助けによって、堆積チャンバ１０の底部にあるコーティングされるべき基板１１に向けて移動される。このため、エアロゾルの主要な移動は、アトマイザの近傍の外部の重力によって生じる。エアロゾルは、主に、堆積チャンバ１０において、コーティングされるべき基板１１（これは、チャンバ１０の底部にある）に向けて広がるが、エアロゾルの一部は、堆積チャンバ１０の上部に広がることがある。このため、好ましくは、先駆体材料を再利用してコーティングプロセスで再び使用するようにエアロゾルの余剰分を収集するために、吸引構成または類似の構成がチャンバ１０の上部に配置される。本発明の他の実施形態は、堆積チャンバの底部にあるエアロゾルの余剰分を取り除くために、吸引構成または他の類似の構成を配置することである。エアロゾルの一部として堆積チャンバの底部または壁に堆積する先駆体液体は、堆積チャンバの底部上を重力によって移送され、そこから、液体として除去され得る。先駆体は高価になる場合があるので、この液体を収集することは非常に有利である。基板１１がチャンバ１０の底部の全てを覆わないように、また、エアロゾルの一部が基板１１を越えて移動するように、基板１１が配置される場合には、余剰分のエアロゾルは、チャンバ１０の底部においても収集され得る。図２にさらに詳細に示される場所は、図１に文字Ａで表されている。
【００３０】
図２には、図１の詳細が示されており、第１および第２のアトマイザ１，２は、アトマイザ１，２の排出口８ａ，８ｂが堆積チャンバ内の仮想垂直線に沿って同軸に配置されるように、鉛直方向において同軸に配置されている。アトマイザ１，２は、アトマイザ１，２の噴霧ヘッド３のところの気体によって液体を噴霧してエアロゾルにするための気体分散式アトマイザである。アトマイザ１，２は、噴霧されるべき少なくとも１つの液体を噴霧ヘッド３内に供給するための少なくとも１つの液体導管と、液体を噴霧するために少なくとも１つの気体を噴霧ヘッド３内に供給するための少なくとも１つの気体導管と、を備えている（これらは、図示されていない）。この装置は、同一または異なる液体が２つ以上のアトマイザ１，２に供給され得る態様で達成されてもよい。換言すれば、同一または異なる液体は、必要に応じて、アトマイザの対の各々のアトマイザ１，２に供給されてもよい。
【００３１】
アトマイザ１，２は、さらに、時間通りのエアロゾル噴流を提供するために、噴霧されるエアロゾル噴流を抑制するように構成された焦点調節（focusing）部品９を備えている。この焦点調節部品は、噴霧ヘッド３から直接的に延在しており、排出口８ａ，８ｂを有している。本発明の一実施形態によれば、焦点調節部品９は、狭窄流れ部分４である。狭窄流れ部分４では、噴霧ヘッド３から焦点調節部品９内へ排出されているエアロゾル噴流の流体力学的特性を変化させるために、１つ以上の流れ抑制部５が配置される。焦点調節部品９は、エアロゾル噴流の平均液滴サイズを低減する態様の狭窄流れ部分４である。狭窄流れ部分４は、噴霧ヘッド３から直接的に延在している。狭窄流れ部分４は、エアロゾル噴流６ａ，６ｂが噴霧ヘッド３から狭窄流れ部分４へ排出される際に、エアロゾル噴流６ａ，６ｂが、噴霧ヘッド３を出た後に狭窄流れ部分４に即座に到達するように、噴霧ヘッド３から延在している。図２は、アトマイザ１，２の両方が狭窄流れ部分４を備える実施形態を示している。ただし、これらのアトマイザのうちの一方のみが狭窄流れ部分４を備えていることや、アトマイザ１，２のいずれも狭窄流れ部分４を備えていないことも可能である。狭窄流れ部分４では、１つ以上の流れ抑制部５が、連続して、または、隣接して、または、互いに態様するように位置するように、配置される。このため、噴霧される液体が、排出口８ａ，８ｂを通って排出される前に、狭窄流れ部分４を通るように構成されるように狭窄流れ部分４をアトマイザ１，２のうちの少なくとも一方に配置することによって、エアロゾル噴流の平均液滴サイズが低減される。図２における詳細は、噴霧ヘッド３から排出されるエアロゾル噴流の総開口角度αを示している。総開口角度αは、１０度未満である。
【００３２】
図３ａは、本発明による焦点調節部品９の実施形態を示している。この実施形態では、焦点調節部品９は、排出口８ａ，８ｂと、排出口８ａ，８ｂに最も近い流れ抑制部と、の間に、時間通りのエアロゾル噴流を平滑化するための平滑化領域１３を備える狭窄流れ部分４である。焦点調節部品９は、焦点調節部品の内径の少なくとも１０倍の最小長さを有しているが、平滑化領域１３のための好ましい長さは、平滑化領域１３における焦点調節部品９の内径の少なくとも１０倍である。このことは、本実施形態において、狭窄流れ部分４が短くてもよく、もしくは、少なくとも平滑化領域１３よりも短くてもよく、または、焦点調節部品９の総長さがより長くてもよいことを意味している。平滑化領域１３の好ましい長さは、焦点調節部品９の他の実施形態にも適用される。
【００３３】
図３ｂは、本発明の他の実施形態による焦点調節部品９を示しており、この実施形態では、焦点調節部品９は、エアロゾル流の方向における噴霧ヘッド３よりも後段の実質的に管状の丸い部分である。焦点調節部品９の長さは、焦点調節部品９の内径の少なくとも１０倍、好ましくは１５倍である。図３ｂに示される本発明の実施形態では、焦点調節部品９は、狭窄流れ部分４を備えている。この狭窄流れ部分４には、エアロゾル噴流の平均液滴サイズを低減する態様で、噴霧ヘッド３から狭窄流れ部分４内に排出されるエアロゾル噴流の流体力学的特性を変化させるために、１つ以上の流れ抑制部５が配置されている。狭窄流れ部分４は、エアロゾル流の方向における流れ抑制部５よりも後段において、排出口８ａ，８ｂと、排出口８ａ，８ｂに最も近い流れ抑制部と、の間に、時間通りのエアロゾル噴流を平滑化するための管状の平滑化領域１３を備えている。平滑化領域１３は、平滑化領域１３の残りの部分の内径よりも小さい内径を有する部分１２を備えている。平滑化領域１３の残りの部分の内径よりも小さい内径を有する部分は、好ましくは、排出口８ａ，８ｂよりも流れ抑制部５の近くに配置される。
【００３４】
図３ｃは、本発明による焦点調節部品９の他の実施形態を示している。この実施形態では、焦点調節部品９は、噴霧されるエアロゾル噴流を抑制するための部分１２を備える管状部分である。部分１２は、管状部分の残りの部分の内径よりも小さい内径を有している。管状部分は、噴霧されるエアロゾル噴流を制限するための部分１２よりも後段において、エアロゾル噴流が排出口８ａ，８ｂを通って排出される前段に配置された平滑化領域１３を備えている。エアロゾルをつくりだすための本発明の方法では、１つ以上の液体が噴霧されて２つ以上のエアロゾル噴流６ａ，６ｂになる。エアロゾル噴流６ａ，６ｂ自体は、エアロゾルを構成してもよい。本発明によれば、少なくとも２つのエアロゾル噴流６ａ，６ｂは、エアロゾル噴流６ａ，６ｂを直接的に互いに衝突させる態様で、実質的に直接的に互いに向けて方向付けられる。２つのエアロゾル噴流６ａ，６ｂは、好ましくは、エアロゾル噴流６ａ，６ｂを実質的に直接的に互いに対して衝突させる態様で、互いに向けて実質的に同軸に方向付けられる。同軸とは、エアロゾル噴流６ａ，６ｂが実質的に同軸に直接的に互いに向けて移動し、したがって、エアロゾル噴流６ａ，６ｂ間の衝突角度が約１８０度になることを意味している。
【００３５】
第１および第２のアトマイザ１，２は、エアロゾル噴流６ａ，６ｂの衝突から形成されるエアロゾルが、衝突位置Ｃから逃げるときに水平なエアロゾル平面を形成するように、鉛直方向に配置される。コーティングされるべき基板１１は、コーティングされるべき表面が、重力のもとで落下するエアロゾル平面によって基板１１がコーティングされるように実質的に水平なエアロゾル平面と平行になるように、堆積チャンバ１０内に配置される。
【００３６】
技術の進展につれて発明の概念が様々な方法で実施され得ることが当業者には明らかであろう。本発明およびその実施形態は、上述の例に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲内において変わり得る。
【符号の説明】
【００３７】
１…第１のアトマイザ
２…第２のアトマイザ
３…噴霧ヘッド
４…狭窄流れ部分
５…流れ抑制部
６ａ，６ｂ…エアロゾル噴流
８ａ，８ｂ…排出口
９…焦点調節部品
１０…堆積チャンバ
１１…基板
１２…部分
１３…平滑化領域
Ｃ…衝突位置
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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