(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料物を撹拌する撹拌部と、
撹拌された前記原料物とキャリアガスとを取り込み、前記原料物をエアロゾル化してエアロゾルを生成するエアロゾル化部と、
前記エアロゾルを吐出する吐出口と、を備え、
前記撹拌部と前記エアロゾル化部との間に隔壁が設けられ、
前記隔壁には、前記撹拌部側から前記エアロゾル化部側に向かって開口面積が拡大し、撹拌された前記原料物をエアロゾル化部に導出する導出孔が形成されている粉体供給器。
【請求項２】
前記導出孔の前記撹拌部側の最小開口幅が撹拌された前記原料物の平均粒径の１００倍以上１０００００倍以下とされている請求項１に記載の粉体供給器。
【請求項３】
前記導出孔の開口面積の拡大率が１０倍以上１０００倍以下とされている請求項１又は請求項２に記載の粉体供給器。
【請求項４】
前記撹拌部には、軸線を中心に回転可能な撹拌羽根が備えられ、
前記撹拌羽根には、前記原料物を通過させる孔部又は切欠が形成されている請求項１から請求項３のうち何れか一項に記載の粉体供給器。
【請求項５】
前記隔壁と前記吐出口との間に、多数の細孔を有する部材が設けられている請求項１から請求項４のうち何れか一項に記載の粉体供給器。
【請求項６】
前記隔壁の前記撹拌部側に粉砕用メディアが挿入されている請求項１から請求項５のうち何れか一項に記載の粉体供給器。
【請求項７】
請求項１から請求項６のうち何れか一項に記載の粉体供給器を一以上備え、
成膜対象となる基材を収容する成膜室と、
前記粉体供給器から前記成膜室に導入されたエアロゾルを前記基材に向けて噴射させる噴射部と、を備えている成膜装置。
【請求項８】
請求項１から請求項６のうち何れか一項に記載の粉体供給器、或いは、請求項７に記載の成膜装置を用いて、基材上に薄膜を成膜する成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物品移動具及び陳列棚に関する。本願は、２０１４年９月１７日に日本に出願された特願２０１４−１８９１３４号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
基材の表面に薄膜を形成する方法の一つに、エアロゾルデポジション法（以下、ＡＤ法と記載する）がある。ＡＤ法とは、原料物である粉体を解砕してナノサイズの微粒子とし、この微粒子をエアロゾル化させた後、生成したエアロゾルを窒素等の不活性ガスからなるキャリアガスを用いて、亜音速から超音速程度まで加速させて物理的に基材に吹き付ける方法である。ＡＤ法では、衝撃硬化現象により、原料物と基材、又は、原料物同士が強く接合するので、基材の表面に低い温度条件と高い成膜速度で薄膜が形成される。ＡＤ法は、常温下での成膜が可能であり、基材の特性の制限が少ない等の利点を有する。そのため、ＡＤ法を用いて形成した薄膜を備えた各種電子部品等の開発が、盛んに行われている。【０００３】
上述のように、ＡＤ法においては、原料物をエアロゾル化させることが必須である。従来は、予め調製したエアロゾル化が可能な原料物を容器内に収容し、その容器にキャリアガスを導入することでエアロゾルを生成させる方法が採用されていた。
例えば、特許文献１には、原料物を収容する収容機構と、この収容機構に収容された原料物をキャリアガス中に分散させてエアロゾルを形成するエアロゾル化機構と、を備えた複合構造物形成システムが開示されている。当該システムでは、収容機構とエアロゾル化機構との間に、収容機構からエアロゾル化機構に原料物を供給する供給機構が設けられている。さらに、供給機構には、収容機構内の圧力とエアロゾル化機構内の圧力とに圧力差を設け、収容機構とエアロゾル化機構との間のキャリアガスの流れを遮断する圧力遮断機構が設けられている。この構成により、複合構造物形成システムを稼働させたままの状態で、収容機構への原料物の補充が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２０６９７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の複合構造物形成システムでは、圧力遮断の手段として収容機構とエアロゾル化機構との間で原料物を押し固める方法が用いられているので、原料物が凝集され、エアロゾル化機構への原料物の導出量にばらつきが生じ、エアロゾルが不安定になるという問題があった。
特許文献１には、収容機構から押し出され且つ圧縮された原料物を解砕手段により解きほぐすことができる旨が開示されているが、エアロゾルが安定して生成される程度に充分に原料物が解きほぐされていないおそれがあった。【０００６】
本発明は上記事情を鑑みてなされたものであり、原料物を押し固めることなく、再凝集を抑制し、エアロゾルを安定して効率良く生成することが可能な粉体供給器、及び、この粉体供給器を備えた成膜装置、並びに、それらを用いた成膜方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
［１］原料物を撹拌する撹拌部と、撹拌された前記原料物とキャリアガスとを取り込み、前記原料物をエアロゾル化してエアロゾルを生成するエアロゾル化部と、前記エアロゾルを吐出する吐出口と、を備え、前記撹拌部と前記エアロゾル化部との間に隔壁が設けられ、前記隔壁には、前記撹拌部側から前記エアロゾル化部側に向かって拡大し、撹拌された前記原料物をエアロゾル化部に導出する導出孔が形成されている粉体供給器。
［２］前記導出孔の前記撹拌部側の最小開口幅が撹拌された前記原料物の平均粒径の１００倍以上１０００００倍以下とされている前記［１］に記載の粉体供給器。
［３］前記導出孔の開口面積の拡大率が１０倍以上１０００倍以下とされている前記［１］又は前記［２］に記載の粉体供給器。
［４］前記撹拌部には、軸線を中心に回転可能な撹拌羽根が備えられ、前記撹拌羽根には、前記原料物を通過させる孔部又は切欠が形成されている前記［１］〜［３］の何れか一項に記載の粉体供給器。
［５］前記隔壁と前記吐出口との間に、多数の細孔を有する部材が設けられている前記［１］〜［４］の何れか一項に記載の粉体供給器。
［６］前記隔壁の前記撹拌部側に粉砕用メディアが挿入されている前記［１］〜［５］の何れか一項に記載の粉体供給器。
［７］前記［１］〜［６］の何れか一項に記載の粉体供給器を一以上備え、成膜対象となる基材を収容する成膜室と、前記粉体供給器から前記成膜室に導入されたエアロゾルを前記基材に向けて噴射させる噴射部と、を備えている成膜装置。
［８］前記［１］〜［６］の何れか一項に記載の粉体供給器、或いは、前記［７］に記載の成膜装置を用いて、基材上に薄膜を成膜する成膜方法。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、原料物を押し固めることなく、再凝集を抑制し、エアロゾルを安定して効率良く生成することが可能な粉体供給器、及び、この粉体供給器を備えた成膜装置、並びに、それらを用いた成膜方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態である粉体供給器を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態である粉体供給器の第一変形例を示す断面図である。
【図３】本発明の一実施形態である粉体供給器の第二変形例を示す断面図である。
【図４】本発明の一実施形態である粉体供給器の第三変形例を示す断面図である。
【図５】本発明の一実施形態である粉体供給器の第四変形例を示す断面図である。
【図６】本発明の一実施形態である粉体供給器の第五変形例を示す断面図である。
【図７】本発明の一実施形態である粉体供給器の第六変形例を示す断面図である。
【図８】本発明の一実施形態である粉体供給器の第七変形例を示す断面図である。
【図９】本発明の一実施形態である粉体供給器の使用方法を説明するための概略図である。
【図１０】本発明の一実施形態である粉体供給器の使用方法を説明するための概略図である。
【図１１】本発明の一実施形態である粉体供給器の使用方法を説明するための概略図である。
【図１２】本発明の一実施形態である粉体供給器を備えた成膜装置の構成を示す概略図である。
【図１３】本発明の一実施形態である粉体供給器の第八変形例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を適用した一実施形態である粉体供給器、及び、この粉体供給器を備えた成膜装置、並びに、それらを用いた成膜方法について、図１から図８を参照して説明する。以下の説明で用いる図面は模式的なものであり、長さ、幅、及び厚みの比率等は実際のものと同一とは限らず、適宜変更することができる。以下の説明において例示される材料等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
【００１１】
［粉体供給器］
図１から図７は、本発明の第一実施形態の粉体供給器１を示す断面図である。図１から図７に示すように、本実施形態の粉体供給器１は、少なくとも撹拌部３と、エアロゾル化部４と、吐出口５３と、を備えている。本実施形態の粉体供給器１は、撹拌部３、エアロゾル化部４及び吐出口５３を収容する生成容器５を備えている。
【００１２】
生成容器５は、粉体供給器１の筐体であり、撹拌部３、エアロゾル化部４、吐出口５３及び隔壁８の各々を同一空間内に備えている。生成容器５は、エアロゾル６２を連続的に生成して外部に送出する容器状の部材であり、充填された原料物を撹拌しやすいように略筒状に形成されている。
生成容器５には、二箇所のキャリアガスの導入口として上部導入口５１及び下部導入口５２が設けられている。さらに、生成容器５の底部（エアロゾル化部４の下流側）には、生成されたエアロゾル６２を外部に送出する吐出口５３が設けられている。キャリアガスは特に限定されないが、例えば、酸素、窒素、希ガス、空気（大気）等が使用される。
【００１３】
撹拌部３は、原料物６を解砕及び撹拌するための場所であり、エアロゾル６２の原料となる原料物６を収容する場所を兼ねている。撹拌部３は、生成容器５の内部において、エアロゾル化部４と隔壁８の導出孔８Ｈを介して連通するように構成されている。
撹拌部３に原料物６が充填されるための構成は、特に限定されない。詳細な図示を省略するが、撹拌部３に原料物６を充填するためには、例えば、生成容器５の上部に蓋体が設けられていてもよく、生成容器５の高さ方向の何れかの位置で生成容器５の内部を上下に分割して開閉可能な構成とされていてもよい。
生成容器５に管材等で別の容器が接続され、その容器内に原料物６が充填されると共に、当該容器から生成容器５に原料物６が供給されてもよく、図１から図１１に例示する配置及び構成に限定されない。
【００１４】
撹拌部３は、原料物６を解砕及び撹拌する解砕撹拌手段から構成されている。解砕撹拌手段としては、撹拌部３をなす空間（以下、撹拌空間という）を切るようにして撹拌し、原料物６を解砕及び撹拌可能な手段が好ましい。このような解砕撹拌手段としては、例えば、図１及び図２に示す回転体３Ｃ、図３及び図４に示す撹拌棒３Ｄ、３Ｅ、図５に示すかご３Ｊ、図６に示す撹拌部材３Ｍ等が挙げられる。
生成容器５の上部側面の一部に開口するように、キャリアガスを攪拌部３に導入するための上部導入口５１が配置されている。キャリアガスの撹拌部３への導入条件は、原料物６の特性等を勘案して適宜決定されていることが好ましい。撹拌部３に導入されるキャリアガスの流量は、図１２に示す成膜室１１内における噴射部１９からの噴射速度等を勘案して適宜決定され、例えば、０．１Ｌ／ｍｉｎから１０．０Ｌ／ｍｉｎ程度の範囲内に設定されていればよく、０．５Ｌ／ｍｉｎから５Ｌ／ｍｉｎの範囲内であることが好ましい。
【００１５】
図１及び図２に示すように、回転体３Ｃは、撹拌部３の長手方向に沿って、且つ、生成容器５の上方視で略中心付近に設けられた回転軸３Ａと、平面視略長方形状で板状の撹拌羽根３Ｂと、を有する。
回転軸３Ａは、生成容器５の外部に設けられる図示略のモータによって回転することにより、撹拌羽根３Ｂを回転させるものである。回転軸３Ａの中心は、撹拌羽根３Ｂの回転の軸線Ｊを構成している。
撹拌羽根３Ｂの一方の長辺端は、回転軸３Ａに接続されている。撹拌羽根３Ｂは、回転軸３Ａ側の前記長辺端を基端として、生成容器５の内周面に向かって延在している。このような構成により、生成容器５の上面視において、撹拌空間は撹拌羽根３Ｂによって複数の小空間に分割されている。
【００１６】
回転軸３Ａの長さ及び撹拌羽根３Ｂの大きさは、生成容器５の直径及び長さを勘案して設定されていることが好ましい。撹拌羽根３Ｂの底端の一部又は全部が隔壁８の撹拌部３側に接していることが好ましい。このような構成により、隔壁８の直上での原料物６の凝集がさらに抑制される。
図１及び図２には二枚の撹拌羽根３Ｂ，３Ｂを有する回転体３Ｃを例示しているが、撹拌羽根３Ｂの数は二枚に限定されず、撹拌空間を切るようにして撹拌できるように適宜設定されていることが好ましい。撹拌羽根の数は特に限定されないが、原料物６の解砕効率や粒度分布の安定性が高まる観点から、撹拌羽根３Ｂの数は二枚以上八枚以下であることが好ましい。
【００１７】
図１に示す撹拌羽根３Ｂには、小空間同士を連通させる孔Ｈが形成されている。図２に示す撹拌羽根３Ｂには、小空間同士を連通させる切欠Ｃが形成されている。に原料物６を小空間同士で流通させることができる大きさであれば孔Ｈ又は切欠Ｃの大きさや形状は特に限定されない。
小空間同士での原料物６の撹拌を促進するため、図１３に示すように、生成容器５の内部に邪魔板３Ｆが設けられていてもよい。邪魔板３Ｆは、所謂バッフルプレートであり、生成容器５内部の側壁に固定されている。このような構成によれば、回転体３Ｃが撹拌空間を切るようにして原料物６を撹拌する際に、切欠Ｃが邪魔板３Ｆを順次通過する。従って、邪魔板３Ｆによって切欠Ｃ付近の原料物６が回転体３Ｃの回転方向前方の小空間から回転方向後方の小空間へと移動すると共に、回転体３Ｃの回転方向前方から回転方向後方への移動もし易くなり、前述のように小空間同士での原料物６の撹拌が促進される。
【００１８】
図１及び図２には三個の孔Ｈ，Ｈ，Ｈ又は切欠Ｃ，Ｃ，Ｃが形成された撹拌羽根３Ｂを例示しているが、各々の撹拌羽根３Ｂに形成されている孔Ｈ又は切欠Ｃの数は三個に限定されない。孔Ｈ又は切欠Ｃの形状は図示例のように円形に限定されず、楕円形、三角形、四角形、その他の多角形、十字形、星形、或いはこれら以外の形状であってもよい。各々の撹拌羽根３Ｂに形成される孔Ｈ又は切欠Ｃの数及び形状は、回転体３Ｃが撹拌空間を切るようにして原料物６を撹拌し、その際に原料物６が小空間同士で流通できるように適宜設定されていることが好ましい。
孔Ｈや切欠Ｃには、メッシュ等多数の細孔が開いている部材が設置されていてもよい。
【００１９】
回転体３Ｃは、上記形状とされることで、原料物６を解砕及び撹拌するものである。その際に、原料物６は、孔Ｈ又は切欠Ｃを通して複数の小空間同士を流通することで、撹拌空間の一部分に留まることなく撹拌され、再凝集が抑制される。
【００２０】
図３に示すように、撹拌棒３Ｄは、撹拌部３の長手方向に対して螺旋状に形成された棒状の部材である。図４に示すように、撹拌棒３Ｅは、撹拌部３の長手方向に沿って複数の屈折部を有する棒状の部材である。撹拌棒３Ｄ，３Ｅの太さ及び形状は、生成容器５の直径及び長さを勘案して設定されていることが好ましい。撹拌棒３Ｄ，３Ｅの底端は隔壁８の撹拌部３側に接していることが好ましい。このような構成により、隔壁８の直上での原料物６の凝集がさらに抑制される。
撹拌棒３Ｄの螺旋形状及び撹拌棒３Ｅの屈折部の内角や数は、撹拌棒３Ｄ，３Ｅが撹拌空間を切るようにして原料物６を撹拌し、その際に原料物６が小空間同士で流通できるように適宜設定されていることが好ましい。
撹拌棒３Ｄ，３Ｅは、生成容器５の外部に設けられる図示略のモータによって矢印の方向に回転可能とされている。撹拌棒３Ｄ，３Ｅは前記モータには接続されずに図示しないスプリング板等により回転軸３Ａに接続されていてもよい（図６参照）。
【００２１】
撹拌棒３Ｄ，３Ｅは、上記形状とされることで、原料物６を解砕及び撹拌する。その際に、原料物６は、撹拌棒３Ｄ，３Ｅの隙間を通り抜けることで、撹拌空間の一部分に留まることなく撹拌され、再凝集が抑制される。
【００２２】
図５に示すように、かご３Ｊは、メッシュ形状に加工された金属等の細孔を有する材料から構成されている。前記材料の細孔の大きさは、原料物６を解砕、撹拌できる大きさであれば特に限定されないが、０．０１ｍｍメッシュから１ｍｍメッシュ程度の孔寸法が好ましい。かご３Ｊの底端の一部又は全部が隔壁８の撹拌部３側に接していることが好ましい。このような構成により、隔壁８の直上での原料物６の凝集がさらに抑制される。
かご３Ｊは、支持部材３Ｋ等によって生成容器５内に支持され、生成容器５の外部に設けられる図示略のモータによって矢印の方向に回転可能とされている。
【００２３】
かご３Ｊは、上記形状とされることで、原料物６を解砕及び撹拌する。その際に、原料物６は、細孔からかご３Ｊの外部と内部との間を流通することで、撹拌空間の定位置に留まることなく撹拌され、再凝集が抑制される。
【００２４】
図６に示すように、撹拌部材３Ｍは、回転軸３Ａと、スクレーパー３Ｎと、回転軸３Ａとスクレーパー３Ｎとを接続するスプリング板３Ｐと、を有する。
スプリング板３Ｐの基端は、回転軸３Ａに接続されている。スプリング板３Ｐの先端は、スクレーパー３Ｎに接続されている。
スクレーパー３Ｎは、撹拌部３の軸線Ｊに沿って延在すると共に、生成容器５の内周面近傍に配置されている。
スクレーパー３Ｎ及び最下部に設けられたスプリング板３Ｐの底端の一部又は全部が隔壁８の撹拌部３側に接していることが好ましい。このような構成により、隔壁８の直上での原料物６の凝集がさらに抑制される。
【００２５】
撹拌部材３Ｍは、上記形状とされることで、原料物６を解砕及び撹拌する。その際に、原料物６は、回転軸３Ａ及びスクレーパー３Ｎ並びに上下のスプリング板３Ｐ，３Ｐで囲まれた空間部を通り抜けることで、撹拌空間の一部分に留まることなく撹拌され、再凝集が抑制される。
【００２６】
解砕撹拌手段は、上記説明した回転体３Ｃ、撹拌棒３Ｄ、３Ｅ、かご３Ｊ、撹拌部材３Ｍに限定されない。解砕撹拌手段は原料物６を撹拌空間内で自由に移動させる構造を採用することが好ましい。
解砕撹拌手段は、上記説明した構成例のうち二以上を組み合わせてもよく、その他の構成であってもよい。例えば、解砕撹拌手段は、長手方向に複数の湾曲部と屈折部とを有する撹拌棒とされていてもよい。
隔壁８直上での原料物６の凝集を抑制できる観点から、解砕撹拌手段等は、隔壁８の撹拌部３側に接していることが好ましい。
上記説明した回転体３Ｃ、撹拌棒３Ｄ，３Ｅ、かご３Ｊ、撹拌部材３Ｍ及びその他の解砕撹拌手段において隔壁８の撹拌部３側に接している部分の構造は特に限定されず、平面構造やスクレーパーのような構造で接していてもよい。
【００２７】
解砕撹拌手段は、原料物６よりも高い硬度の材料からなることが好ましく、例えば、モース硬度が６以上であることがより好ましい。このような硬度を有する材料としては、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、チタン、タングステン、炭化ケイ素、酸化アルミニウム等の各種金属材料が挙げられる。
【００２８】
原料物６を解砕及び撹拌する際の解砕撹拌手段の回転数は、特に限定されないが、例えば、１ｒｐｍ以上１０００ｒｐｍ以下の範囲とすることが好ましく、１ｒｐｍ以上１０ｒｐｍ以下の範囲とすることがより好ましい。回転体からなる撹拌部３の回転数を前記範囲にすることで、原料物６が良好に解砕及び撹拌され、エアロゾル化部４に向けて導出される。これにより、原料物６の再凝集がさらに効果的に抑制され、エアロゾル化部４においてエアロゾル６２が安定して効率良く生成される。
【００２９】
隔壁８は、撹拌部３とその下方のエアロゾル化部４との間に介在する仕切り部材である。隔壁８には導出孔８Ｈが形成されている。導出孔８Ｈは、撹拌部３側からエアロゾル化部４側に向かって拡大するように形成されている。導出孔８Ｈの断面形状は円形とされているが、例えば楕円形であってもよく、三角形や四角形等の多角形や星形等であってもよく、適宜変更されても構わない。
原料物６は、解砕撹拌手段の回転作動により、導出孔８Ｈに集められ、押し出される。この際、導出孔８Ｈのより狭い部分を通り、その直後に拡大されている導出孔８Ｈ内に放出されることで、適度に分散される。
【００３０】
撹拌された状態の原料物６を導出させる観点から、撹拌部３側の導出孔８Ｈの最小開口幅は、撹拌された原料物６の平均粒径の１００倍以上１０００００倍以下であることが好ましく、１００倍以上１００００倍以下であることがより好ましい。ここで、「開口幅」とは、導入孔８Ｈの断面形状が円形の場合は直径を指し、楕円形の場合は短径を指し、三角形や四角形等の多角形の場合は最も短い辺の長さを指す。そして、「最小開口幅」が上記の範囲にあるということは、複数設けられた導入孔８Ｈの合計個数の８０％以上、好ましくは９０％以上について、その最上部から最下部に亘る孔全体における最小の開口幅が上記の範囲内にあることを意味する。
導出孔８Ｈを通過する原料物６の分散度が適度に調整される観点から、導出孔８Ｈの開口面積の拡大率が１０倍以上１０００倍以下であることが好ましい。ここで、「開口面積の拡大率」とは、各々の導出孔８Ｈについて最大の開口面積の最小の開口面積に対する比率を示す。
導出孔８Ｈの開口面積は、図１に示すように一定の割合で拡大していてもよく、図７に示すように段階的且つ不連続に拡大していてもよい。
撹拌部３側の導出孔８Ｈの最小開口幅は、撹拌された原料物６の平均粒径の１００倍以上であり、導出孔８Ｈの開口面積の拡大率が１０倍以上であることが、より好ましい。
【００３１】
図１から図７に示すように、隔壁８の撹拌部３側にはビーズやボール２０等の粉砕用メディア等が挿入されている。ビーズやボール２０等の粉砕用メディア等が挿入されていることで、原料物６は解砕され、撹拌部３で撹拌され易くなり、導出孔８Ｈに効率よく集められる。
原料物６が解砕される観点から、ビーズやボール２０等の粉砕用メディア等の平均粒径は、撹拌部３側の導出孔８Ｈの最小開口幅の２倍以上２００倍以下であることが好ましく、解砕効果の観点から、２倍以上１００倍以下であることがより好ましい。ビーズやボール２０等の粉砕用メディア等の平均粒径の測定方法としては、撹拌された原料物６の平均粒径の測定方法と同様の方法を採用することができる他、ノギスや定規を用いてもよい。
ビーズやボール２０等の粉砕用メディア等は、単一粒径の物を用いてもよく、異径粒子を組み合わせて用いてもよい。
ビーズやボール２０等の粉砕用メディア等の材料としては、シリカ、酸化アルミニウム、炭化ケイ素、ジルコニア、ガラス、ナイロン、テフロン（登録商標）等が挙げられるが、これらに限定されない。
【００３２】
エアロゾル化部４は、撹拌部３で撹拌された原料物６を、生成容器５内に導入されるキャリアガスによってエアロゾル化することで、エアロゾル６２を生成させるための空間である。
エアロゾル化部４の近傍には、生成容器５の側面の一部に開口するように、キャリアガスが取り入れられる下部導入口５２が配置されている。隔壁８から導出された原料物６は、下部導入口５２から導入されたキャリアガス中に分散され、エアロゾル化する。
【００３３】
エアロゾル６２は、生成容器５の底部に設けられた吐出口５３から吐出される。
図１から図７に示すように、隔壁８と吐出口５３との間には、多数の細孔を有する部材２１が設けられている。部材２１の細孔の最小開口幅は、撹拌された原料物６の平均粒径の１００倍以上１０００００倍以下であることが好ましく、１００倍以上１００００倍以下であることがより好ましく、１００倍以上１０００倍以下であることが更に好ましい。部材２１の細孔の最小開口幅を上記範囲内とすることで、凝集したエアロゾル６２等は部材２１を通過できず、吐出口５３に達することができない。従って、部材２１が設置されることによってエアロゾル６２の凝集が抑制される。
【００３４】
粉体供給器１においては、先ず、生成容器５の上部に設けられた上部導入口５１から、キャリアガスを導入し、撹拌部３を作動させる。次に、生成容器５の下部に設けられた下部導入口５２から、キャリアガスを導入すると、エアロゾル化部４において原料物６がエアロゾル化されると共に、生成されたエアロゾル６２が生成容器５の外部に送出される。エアロゾル６２は、吐出口５３から、図１２に示す成膜装置１０の成膜室１１内に設置された噴射部１９に向けて、搬送される。
【００３５】
エアロゾル６２の生成効率は、エアロゾル化部４に導入されるキャリアガスの流量等に依存する。従って、エアロゾル化部４に導入されるキャリアガスの流量等の条件は、原料物６の特性やエアロゾル６２の生成効率等を勘案して設定されていることが好ましい。
エアロゾル化部４に導入されるキャリアガスの流量は、図１２に示す成膜室１１内における噴射部１９からの噴射速度等を勘案して適宜決定され、キャリアガス中に効果的に原料物６を分散させてエアロゾル化し、高速で吐出口５３から送出できる流速が、例えば、０．１Ｌ／ｍｉｎ・ｃｍ２から１０００Ｌ／ｍｉｎ・ｃｍ２程度の範囲内になるように設定されていればよく、１Ｌ／ｍｉｎ・ｃｍ２から１００Ｌ／ｍｉｎ・ｃｍ２の範囲内になるように設定されていることが好ましい。
【００３６】
図１から図７に示す粉体供給器１には、キャリアガスの導入口として、上部導入口５１と下部導入口５２の二つの導入口が設けられているが、この形態には限定されない。例えば、生成容器５における導入口の配置を適正化することで、導入口が一箇所のみとされた構成であってもよい。
【００３７】
生成されたエアロゾル６２を効率的に外部に送出する観点から、吐出口５３は、エアロゾル化部４の近傍であって、生成容器５の底部側に設けられることが好ましい。
図１から図７に示す粉体供給器１の例では、生成容器５の下部の開口面積は下方に進むに従って縮小し、エアロゾル化部４は生成容器５の下部内に配置されている。しかしながら、図８に示すように、生成容器５の下部（隔壁８の下方）は、生成容器５の上部（隔壁８の上方、或いは撹拌部３）と略同一の幅を有していても構わない。このように生成容器５の開口幅が略均一とされている場合は、図８に示すように、生成容器５の底部に下部導入口５２が設けられていてもよく、生成容器５の高さ方向における略中央部であって、隔壁８の直下部近傍に吐出口５３が設けられていてもよい。
【００３８】
［粉体供給器の使用方法］
先ず、図９に示すように、原料物６を生成容器５の隔壁８の上方に、撹拌羽根３Ｂの上端と同程度の高さになるまで充填する。例えば、生成容器５に設けられた図示略の蓋体を開放し、撹拌部３に原料物６を収容することで、粉体供給器１へ原料物６を充填することができる。上部導入口５１は充填された原料物６の上方に位置している。
この後、上部導入口５１に向けて、例えば窒素等からなるキャリアガスを供給する。これにより、粉体供給器１にキャリアガスが導入される。
続いて、撹拌部３の解砕撹拌手段を作動させる。撹拌部３に装填された原料物６は、キャリアガスの導入及び撹拌部３の回転により、解砕及び撹拌され、キャリアガスと共に導出孔８Ｈに導かれる。解砕撹拌手段の回転作動を継続する程、撹拌部３内の原料物６の量が図１０、図１１に示すように徐々に減少する。原料物６を使い切った場合（図１１参照）は、粉体供給器１への原料物６の装填を行う。
原料物６は、撹拌部３へのキャリアガスの導入と解砕撹拌手段の回転に伴って導出孔８Ｈからエアロゾル化部４に導出される。
原料物６を撹拌部３で良好に撹拌し、エアロゾル化部４に向けて効果的に導出させるためには、生成容器５の高さ寸法を勘案して、キャリアガスの流量や解砕撹拌手段の回転数の各々を適正に調整することが有益である。
【００３９】
続いて、下部導入口５２に向けてキャリアガスを供給する。これにより、エアロゾル化部４にキャリアガスが導入される。導出孔８Ｈからエアロゾル化部４に導出された原料物６が下部導入口５２から導入されたキャリアガス中に分散されることでエアロゾル化され、エアロゾル６２が生成される。エアロゾル６２は、吐出口５３から送出される。
【００４０】
［成膜装置］
図１２は、粉体供給器１を備え、ＡＤ法を採用した成膜装置１０を示す模式図である。図１２において、粉体供給機１の構成要素のうち、攪拌部３、解砕攪拌手段、エアロゾル化部４、隔壁８及び導出孔８Ｈ等の図示は、省略されている。
成膜装置１０は、粉体供給器１を少なくとも一以上備え、成膜対象となる基材４１を収容可能とし、その一方の面４１ａに図示略の薄膜を形成するための成膜室１１と、粉体供給器１から成膜室１１に導入されたエアロゾル６２を基材４１に向けて噴射させる噴射部１９と、を備えている。
【００４１】
成膜室１１内には、基材４１を配置するための配置面１２ａを有するステージ１２が設けられている。ステージ１２は、基材４１を配置した状態で水平方向に移動可能とされている。
成膜室１１には、真空ポンプ１３が接続されている。真空ポンプ１３の吸引により、成膜室１１内は陰圧可能とされている。
成膜室１１内には、噴射部１９が配設されている。噴射部１９の吐出口１９ａの開口部は、ステージ１２の配置面１２ａ上に配置された基材４１の一方の面４１ａと対向するように設けられている。
【００４２】
噴射部１９は、輸送管１５を介して、ガスボンベ１６と接続されている。
輸送管１５の経路には、ガスボンベ１６側から順に、マスフロー制御器１７、粉体供給器１が設けられている。粉体供給器１と噴射部１９との間には、解砕器２５及び分級器１８が設けられていることが好ましい。粉体供給器１の後段に解砕器２５が設けられていることで、エアロゾル６２の凝集が抑制される。粉体供給器１の後段に分級器１８が設けられていることで、エアロゾル６２の粒度分布が適正範囲内に抑制される。
【００４３】
成膜装置１０においては、上記説明した輸送管１５、ガスボンベ１６、マスフロー制御器１７、粉体供給器１、解砕器２５及び分級器１８によって粉体輸送機構が構成されている。
キャリアガスは、ガスボンベ１６から輸送管１５へ供給される。キャリアガスの流速は、マスフロー制御器１７で調整される。マスフロー制御器１７で調整されたキャリアガスは、二本の輸送管１５によって粉体供給器１に導入される。
【００４４】
粉体供給器１の内部構成については、前述のとおりであるため、説明を省略する。
最終的に、エアロゾル６２が噴射部１９から亜音速以上超音速以下の噴射速度で、基材４１の一方の面４１ａに向けて吐出及び噴射される。
【００４５】
［成膜方法］
以下に、上記構成の粉体供給器１、或いは、成膜装置１０を用いてエアロゾル６２を生成する工程、及び、粉体供給器１を成膜装置１０に適用した場合のエアロゾル６２の生成を含む成膜工程について説明する。以下では、成膜装置１０を用いて、ＡＤ法によって薄膜を成膜する一例として、色素増感太陽電池の光電極を形成する方法を挙げて説明する。
【００４６】
本実施形態の成膜方法においては、無機物質等の原料物６をエアロゾル化し、得られたエアロゾル６２を基材４１に吹き付けて、基材４１と原料物６とを接合させると共に、原料物６同士を接合させることによって、基材４１上に無機物質の薄膜を成膜する。
【００４７】
先ず、成膜室１１内のステージ１２の配置面１２ａに、基材４１を配置する。
基材４１としては、例えば、色素増感太陽電池に用いられる光電極等の各種電子部品に使用される透明基板やプラスチックが挙げられるが、特に限定されない。
透明基板としては、例えば、ガラスやプラスチックからなる基板、又は、フィルムが挙げられる。基材４１の材料であるガラスとしては、ソーダライムガラス、硼珪酸ガラス、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、バイコールガラス、無アルカリガラス、青板ガラス及び白板ガラス等の一般的なガラスが挙げられる。
基材４１の材料であるプラスチックとしては、ポリアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂及びポリアミド樹脂等が挙げられる。これらのプラスチックの中でも、透明耐熱フィルムとして大量に生産及び使用されている観点から、ポリエステル樹脂、特に、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）は、基材４１の材料として好適である。さらに、薄く、軽く、且つフレキシブルな色素増感太陽電池を製造する観点から、特に、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムは、基材４１の材料として好適である。
【００４８】
次に、真空ポンプ１３を作動させて、成膜室１１内を真空にする。
その後、輸送管１５を介して、ガスボンベ１６から成膜室１１内に窒素を供給し、成膜室１１内を窒素雰囲気とする。
【００４９】
次に、スズドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化スズ、アンチモンドープ酸化スズ（ＡＴＯ）、酸化インジウム／酸化亜鉛（ＩＺＯ）、酸化ガリウム／酸化亜鉛（ＧＺＯ）等の導電材を原料物６として用い、基材４１の一方の面４１ａに前記導電材からなる導電層を形成する。予め上記導電材からなる導電層が形成された基材４１を使用してもよい。
【００５０】
次に、基材４１の一方の面４１ａに形成された導電層上に、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ２）等の金属酸化物からなる光電変換層を形成する。光電変換層を形成するためには、始めに、粉体供給器１の撹拌部３に、上記金属酸化物からなる原料物６を充填する。
【００５１】
次に、撹拌部３の解砕撹拌手段を回転作動させ、上部導入口５１から撹拌部３にキャリアガスを導入する。解砕撹拌手段の回転力によって、原料物６を解砕及び撹拌する。さらに、解砕撹拌手段の回転作動、及びキャリアガスにより、原料物６を導出孔８Ｈから導出させ、エアロゾル化部４に導入する。原料物６は、下部導入口５２からエアロゾル化部４に導入されるキャリアガス中に分散されてエアロゾル化する。その後、生成されたエアロゾル６２を、吐出口５３から輸送管１５に吐出し、解砕器２５及び分級器１８へこの順に介して搬送し、さらに成膜室１１内に設置された噴射部１９へ搬送する。
そして、噴射部１９の吐出口１９ａから、基材４１の一方の面４１ａに形成された導電層の表面に、エアロゾル６２を吹き付ける。
【００５２】
基材４１上に形成された導電層の表面に衝突した原料物６は、少なくともその一部が導電層の表面に食い込んで、容易には剥離しない状態となる。導電層と原料物６との衝突により、導電層の表面と原料物６の表面に新生面が形成される。主に、この新生面において導電層と原料物６とが接合する。
エアロゾル６２の吹き付けを継続することにより、導電層の表面に食い込んだ原料物６に対して、別の原料物６が衝突する。このような原料物６同士の衝突によって、互いの原料物６の表面に新生面が形成され、主にこの新生面において原料物６同士が接合する。このような原料物６同士の衝突は、原料物６が溶融するような高温度では行われないため、温度上昇は発生し難い。原料物６同士が接合した界面には、ガラス質からなる粒界層は実質的に存在しない。
さらに、原料物６の吹き付けを継続することによって、次第に、基材４１上に形成された導電層の表面に多数の原料物６が接合してなる薄膜（図示略）が形成される。形成された薄膜は、色素増感太陽電池の導電層として充分な強度を有する。更に焼成を行い、強度を増加させる処理を行うこともできる。
【００５３】
上記の成膜方法により、基材４１の一方の面４１ａに形成された導電層の表面に、ＴｉＯ２粒子を高速で吹き付けて、導電層とＴｉＯ２粒子とを接合させるとともに、ＴｉＯ２粒子同士を接合させることによって、導電層上にＴｉＯ２粒子からなる薄膜状の光電極を形成することができる。
上記の手順で得られる薄膜は、いわゆる圧粉体とは異なり、圧粉体よりも強度が強く、圧粉体よりも基材４１から剥離し難いものとなる。
【００５４】
［粉体供給器１、成膜装置１０及び本発明に係る成膜方法の作用効果］
以上説明したように、本発明に係る粉体供給器１によれば、撹拌部３とエアロゾル化部４との間に隔壁８が設けられている。隔壁８には、撹拌部３側からエアロゾル化部４側に向かって拡大し、原料物６をエアロゾル化部４に導出する導出孔８Ｈが形成されている。
上記構成により、原料物６は、導出孔８Ｈに集められて撹拌部３側から押し出された直後から導出孔８Ｈ内で拡散可能となる。従って、撹拌部３からエアロゾル化部４に導出する際に、従前のように原料物６を押し固めることなく、再凝集を効果的に抑制することが可能となる。エアロゾル化部４において、エアロゾル６２を安定して効率良く生成させることができる。
【００５５】
本発明に係る粉体供給器１によれば、撹拌部３側の導出孔８Ｈの最小開口幅は、撹拌された原料物６の平均粒径の１００倍以上１０００００倍以下とされていることが好ましく、導出孔８Ｈの開口面積の拡大率が１０倍以上１０００倍以下とされていることが好ましい。
上記構成により、撹拌部３から解砕及び撹拌された原料物６のみが導出孔８Ｈに侵入可能になり、導出孔８Ｈを通過する間の原料物６の分散度が適度に調整される。従って、原料物６の再凝集を効果的に抑制しながら、エアロゾル６２を安定して効率良く生成させることができる。
【００５６】
本発明に係る粉体供給器１によれば、撹拌部３に軸線Ｊを中心に回転可能な撹拌羽根３Ｂが備えられ、撹拌羽根３Ｂには原料物６を通過させる孔部Ｈ又は切欠Ｃが形成されていること、或いは、撹拌部３に軸線Ｊの方向に沿って螺旋状に形成された撹拌棒３Ｄが設けられていることが好ましい。
上記構成により、回転体３Ｃ或いは撹拌棒３Ｄが回転作動することで、原料物６は、撹拌羽根３Ｂで区画された撹拌部３の小空間内を孔部Ｈ又は切欠Ｃを介して流通する。原料物６は撹拌され、撹拌部３の定位置に留まることがない。従って、原料物６の再凝集を効果的に抑制しながら、エアロゾル６２を安定して効率良く生成させることができる。
【００５７】
本発明に係る粉体供給器１によれば、隔壁８と吐出口５３との間に、多数の細孔を有する部材２１が設けられていることが好ましい。部材２１の細孔の大きさは、原料物６の平均粒径の１００倍以上１０００００倍以下とされていることがより好ましい。
上記構成により、解砕されたエアロゾル６２のみが部材２１の細孔を通過可能になり、吐出口５３に到達する。従って、生成したエアロゾル６２の凝集を効果的に抑制することができる。
【００５８】
本発明に係る粉体供給器１によれば、隔壁８の撹拌部３側に、例えばビーズやボール２０等の粉砕用メディアが挿入されていることが好ましい。
上記構成により、隔壁８の撹拌部３側に装填された原料物６がビーズやボール２０等の粉砕用メディアによって解砕され、上部導入口５１から導入されたキャリアガスによる気流等によって容易且つ速やかに、エアロゾル化部４に運ばれる。
【００５９】
本発明に係る成膜装置１０によれば、上記の粉体供給器１を備えているので、装置内において原料物６の再凝集が抑制され、基材４１上に、優れた特性を有する薄膜を生産性良く成膜することが可能になるという効果を奏する。
【００６０】
本発明に係る成膜方法よれば、上記の粉体供給器１或いは成膜装置１０を用いて基材４１上に薄膜を形成するので、優れた特性を有する薄膜を生産性良く成膜することが可能になるという効果を奏する。
【００６１】
以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る一実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
例えば、詳細な図示を省略するが、成膜装置１０は、複数の粉体供給器１を備えていてもよい。複数の粉体供給器１において、異なる粒度分布を有していてもよく、平均粒径が異なるエアロゾル６２を生成させ、成膜室１１に導入される構成としてもよい。粒度分布の異なるエアロゾル６２を成膜室１１に導入する構成を採用することで、例えば、エアロゾル６２の分率の調整により、基材４１上に成膜された薄膜中の粒度分布を任意に調整することできる。また、粒度分布を任意に調整するだけではなく、例えば、基材４１に対して異なる粒度分布の原料物６を吹き付けることもでき、薄膜のバリエーションが得られる。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明は、粉体供給器、成膜装置、及び、成膜方法をはじめとして、これらを利用する薄膜形成に関する分野において広く適用可能である。
【符号の説明】
【００６３】
１…粉体供給器
３…撹拌部
３Ｂ…撹拌羽根
３Ｄ…撹拌棒
４…エアロゾル化部
６…原料物
８…隔壁
８Ｈ…導出口
１０…成膜装置
１１…成膜室
２０…ボール（粉砕用メディア）
２１…部材
４１…基材
５３…吐出口
６２…エアロゾル
Ｃ…切欠
Ｈ…孔部
Ｊ…軸線
【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】
0006568535.tif 000006
【図６】
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【図７】
0006568535.tif 000008
【図８】
0006568535.tif 000009
【図９】
0006568535.tif 000010
【図１０】
0006568535.tif 000011
【図１１】
0006568535.tif 000012
【図１２】
0006568535.tif 000013
【図１３】
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