(57)【要約】【課題】基板上に形成しなくとも、従来よりも薄い薄膜を容易に形成できる薄膜形成方法及び薄膜形成装置を提供する。【解決手段】薄膜形成装置１０は、超伝導コイルからなる筒状の超伝導磁石１１と、超伝導磁石１１が内部に収められているクライオスタット１２と、超伝導磁石１１によって発生した磁場に勾配磁場を発生させる勾配磁場発生器（図示せず）と、線部材で形成された環状部材１３とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の溶液が無重力状態又は無重力状態に近い状態となるように磁場を印加しつつ、環状部材の先端全体を前記溶液に浸ける浸漬工程と、
前記環状部材を前記液体から離間しつつ、前記環状部材の内側に前記溶液の膜を形成する溶液膜形成工程と、
前記環状部材に形成された前記溶液の膜から溶媒を気化させる気化工程とを有していることを特徴とする薄膜形成方法。
【請求項２】
管状部材の先端が無重力状態又は無重力状態に近い状態となるように磁場を印加しつつ、前記管状部材の内側から前記管状部材の先端に所定の溶液を送入する送入工程と、
前記管状部材の内側から気体を送り込み、前記溶液を前記管状部材の先端で膨らませて、シャボン玉状の溶液の膜を形成する溶液膜形成工程と、
前記管状部材に形成された前記溶液の膜から溶媒を気化させる気化工程とを有していることを特徴とする薄膜形成方法。
【請求項３】
前記溶液膜形成工程と、前記気化工程との間に、所定方向の磁場を前記溶液の膜にさらに印加して、溶質の配向を調整する工程を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の薄膜形成方法。
【請求項４】
所定空間が無重力状態又は無重力状態に近い状態となるように磁場を発生させる超電導磁石と、
前記所定空間内に配設されている溶液溜め部材と、
前記溶液溜め部材に溶液が存在する際、自体を前記溶液に浸漬できるように移動自在に配設されている環状部材とを備えていることを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項５】
所定空間が無重力状態又は無重力状態に近い状態となるように磁場を発生させる超電導磁石と、
前記所定空間内における無重力領域に溶液を送入するための送入部材と、
前記無重力領域に溶液が浮上している際、自体を前記溶液に浸漬できるように移動自在に配設されている環状部材とを備えていることを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項６】
所定空間が無重力状態又は無重力状態に近い状態となるように磁場を発生させる超電導磁石と、
前記所定空間内に先端部が位置するように配設されている管状部材と、
前記管状部材の内部に液体又は／及び気体を送入できる送入器とを備えていることを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項７】
前記所定空間内に所定方向の磁場をさらに発生させる磁石を備えていることを特徴とする請求項４又は５に記載の薄膜形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無重力状態又は無重力状態に近い状態の空間内における薄膜形成方法及び薄膜形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
すでに、本発明者の一部が発明者として名を連ねている下記特許文献１において、繊維状材料を溶媒に混合したものを基板の上に滴下した上で溶媒を気化させ、薄膜状の組織を無重力状態又は無重力状態に近い状態の空間内で製造する発明が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特許公開２００７−６９２８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、基板上で製膜すると、膜面が基板に密着するために膜面が汚染される可能性がある。また、基板の上に滴下した後に気化させた場合、繊維状材料が折り重なったようなある程度の厚みのある薄膜でないと、基板から取れないという問題があった。すなわち、非常に薄い薄膜を形成できても、その薄膜を基板から取る技術がさらに必要であった。
【０００５】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、膜の汚染の抑制を図れると共に、基板上に形成しなくとも、従来よりも薄い薄膜を容易に形成できる薄膜形成方法及び薄膜形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段及び効果】
【０００６】
本発明の薄膜形成方法は、所定の溶液が無重力状態又は無重力状態に近い状態となるように磁場を印加しつつ、環状部材の先端全体を前記溶液に浸ける浸漬工程と、前記環状部材を前記液体から離間しつつ、前記環状部材の内側に前記溶液の膜を形成する溶液膜形成工程と、前記環状部材に形成された前記溶液の膜から溶媒を気化させる気化工程とを有している。
【０００７】
別の観点として、本発明の薄膜形成方法は、管状部材の先端が無重力状態又は無重力状態に近い状態となるように磁場を印加しつつ、前記管状部材の内側から前記管状部材の先端に所定の溶液を送入する送入工程と、前記管状部材の内側から気体を送り込み、前記溶液を前記管状部材の先端で膨らませて、シャボン玉状の溶液の膜を形成する溶液膜形成工程と、前記管状部材に形成された前記溶液の膜から溶媒を気化させる気化工程とを有しているものであってもよい。
【０００８】
上記各構成によれば、基板上に形成せずに、従来よりも薄い薄膜を容易に形成できる。また、基板上にて膜を形成する場合には、基板が清浄である必要があるが、本発明の薄膜形成方法によれば、基板を使用しないので、基板が清浄であるかどうかを問題とせずに、清浄な膜を形成できる。
【０００９】
本発明の薄膜形成方法においては、前記溶液膜形成工程と、前記気化工程との間に、所定方向の磁場を前記溶液の膜にさらに印加して、溶質の配向を調整する工程を有しているものであってもよい。
【００１０】
上記構成によれば、膜中の溶質の配向を調整できるので、溶媒が気化した後に、配向が揃っている結晶からなる薄膜を形成できる。
【００１１】
本発明の薄膜形成装置は、所定空間が無重力状態又は無重力状態に近い状態となるように磁場を発生させる超電導磁石と、前記所定空間内に配設されている溶液溜め部材と、前記溶液溜め部材に溶液が存在する際、自体を前記溶液に浸漬できるように移動自在に配設されている環状部材とを備えている。
【００１２】
別の観点として、本発明の薄膜形成装置は、所定空間が無重力状態又は無重力状態に近い状態となるように磁場を発生させる超電導磁石と、前記所定空間内における無重力領域に溶液を送入するための送入部材と、前記無重力領域に溶液が浮上している際、自体を前記溶液に浸漬できるように移動自在に配設されている環状部材とを備えていてもよい。
【００１３】
さらに、別の観点として、本発明の薄膜形成装置は、所定空間が無重力状態又は無重力状態に近い状態となるように磁場を発生させる超電導磁石と、前記所定空間内に先端部が位置するように配設されている管状部材と、前記管状部材の内部に液体又は／及び気体を送入できる送入器とを備えているものであってもよい。
【００１４】
上記各構成の薄膜形成装置によれば、基板上に形成せずに、従来よりも薄い薄膜を容易に形成できる。また、基板上にて膜を形成する場合には、基板が清浄である必要があるが、本発明の薄膜形成装置によれば、基板を使用しないので、基板が清浄であるかどうかを問題とせずに、清浄な膜を形成できる。
【００１５】
本発明の薄膜形成装置においては、前記所定空間内に所定方向の磁場をさらに発生させる磁石を備えているものであってもよい。これにより、溶媒を気化させる前の膜中における溶質の配向を調整できるので、溶媒が気化した後に、配向が揃っている結晶からなる薄膜を形成できる装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態に係る薄膜形成装置について説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る薄膜形成装置の概略図である。なお、図１の超伝導磁石及びクライオスタットにおいては、断面図を示している。
【００１７】
薄膜形成装置１０は、超伝導コイルからなる筒状の超伝導磁石１１と、超伝導磁石１１が内部に収められているクライオスタット１２と、超伝導磁石１１によって発生した磁場に勾配磁場を発生させる勾配磁場発生器（図示せず）と、線部材で形成された環状部材１３を備えている。
【００１８】
超伝導磁石１１は超電導線のコイルからなる円筒状のものであり、磁場が鉛直方向に発生するいわゆる縦型の超電導磁石である。クライオスタット１２内に収められており、冷却器又は液体ヘリウムなどで冷却され励磁されている。なお、この超伝導磁石１１によって発生した磁場内に、例えば勾配磁場発生器を設けて、鉛直方向の高さによって磁場が変化する勾配磁場を発生させるが、この勾配磁場発生器は、超伝導磁石１１とともにクライオスタット１２内に収められた超電導線からなる逆転コイルであってもよいし、磁場内に設けられた金属のリングであってもよい。または、勾配磁場発生器を用いずに、超伝導磁石１１のみで磁場及び磁場勾配を発生させてもよい。
【００１９】
環状部材１３は、金属の針金又は非磁性材料などで形成されており、一部が同様の材料からなる線部材１４で吊り下げられている。線部材１４によって、上下方向への環状部材１３の移動が可能となっているので、超伝導磁石１１が作動している際の無重力状態空間又は無重力状態に近い状態の空間に浮いている又は溶液溜め部材（図示せず）に溜められている、溶液１５に接する又は浸漬できるようになっている。このように、無重力状態又は無重力状態に近い状態においては、溶液１５に環状部材１３を接する又は浸漬した後、溶液１５から環状部材１３を引き離すことで、環状部材１３の内側に溶液１５の膜（図示せず）を形成することができる。なお、溶液１５を無重力状態空間又は無重力状態に近い状態の空間で浮かせるには、管状の送入部材（図示せず）を用いて、溶液１５を無重力状態空間又は無重力状態に近い状態の空間に送入することで達成できるが、送入の勢いはできるだけ小さくする方が好ましい。所定箇所において浮上させることが容易となるからである。
【００２０】
溶液１５としては、ポリアクリル酸又はポリビニルアルコールが溶けている水溶液・アルコール溶液や、カーボンナノチューブを分散させたポリアクリル酸又はポリビニルアルコールが溶けている水溶液・アルコール溶液などが例として挙げられる。
【００２１】
上記構成によれば、超伝導磁石１１によって形成された無重力状態空間又は無重力状態に近い状態の空間において、環状部材１３の内側に、環状部材１３以外とは非接触で溶液１５の膜を形成することができ、この溶液１５の膜から溶媒を気化させることで、溶質からなる薄膜（図示せず）を形成することができる。したがって、基板上に形成せずに、無重力状態の空間又は無重力状態に近い状態の空間で、従来よりも薄い薄膜を容易に形成できる装置及び方法を提供できる。なお、無重力状態の空間又は無重力状態に近い状態の空間から外部に出ても、大きな外力が加えられない限り、薄膜が破瓜してしまうことはない。また、基板上にて膜を形成する場合には、基板が清浄である必要があるが、本実施形態の薄膜形成装置１０によれば、基板を使用しないので、基板が清浄であるかどうかを問題とせずに、清浄な膜を形成できる。なお、薄膜として、高分子薄膜や、結晶膜を形成することができる。
【００２２】
＜第２実施形態＞
以下、本発明の第２実施形態に係る薄膜形成装置について説明する。図２は、本発明の第２実施形態に係る薄膜形成装置の概略図である。なお、図１においては、超伝導磁石及びクライオスタットについて、断面図を示している。また、第１実施形態の符号１、２と同様の部位には、順に符号２１、２２とし、その説明を省略することがある。
【００２３】
本実施形態の薄膜形成装置２０は、第１実施形態における環状部材３、線部材４の代わりに、管状部材２３を有している点で、第１実施形態と異なっている。なお、溶液２４ａは、第１実施形態の溶液１５と同様のものが用いられる。
【００２４】
管状部材２３は、超伝導磁石１内に形成される無重力状態の空間又は無重力状態に近い状態の空間に設けられた一端部２３ａと、気体供給口と液体供給口とを別個に有する他端部２３ｂとを有している。また、図示していないが、気体供給口と液体供給口とには、気体供給器、液体供給器がそれぞれ接続されている。そして、一端部２３ａには、液体供給器を用いて他端部２３ｂの液体供給口から送入された溶液２４ａの内部に、気体供給器を用いて他端部２３ｂの気体供給口から送入された気泡２４ｂが入れられることによって、膜２４が形成される（図２においては、形成途中を示している）。なお、膜２４は、形成終了後においては、ほぼ風船状あるいはシャボン玉状の厚さが薄い薄膜（図示せず）となる。
【００２５】
上記構成によれば、無重力状態又は無重力状態に近い状態で、溶液２４ａの薄膜（図示せず）を管状部材２３以外とは非接触で形成することができ、この溶液２４ａの膜から溶媒を気化させることで、溶質からなる膜を形成することができる。したがって、基板上に形成せずに、無重力状態の空間又は無重力状態に近い状態の空間で、従来よりも薄い薄膜を容易に形成できる装置及び方法を提供できる。なお、無重力状態の空間又は無重力状態に近い状態の空間から外部に出ても、大きな外力が加えられない限り、薄膜が破瓜してしまうことはない。また、基板上にて膜を形成する場合には、基板が清浄である必要があるが、本実施形態の薄膜形成装置２０によれば、基板を使用しないので、基板が清浄であるかどうかを問題とせずに、清浄な膜を形成できる。なお、薄膜として、高分子薄膜や、結晶膜を形成することができる。
【００２６】
なお、本発明は、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で設計変更できるものであり、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記各実施形態の薄膜形成装置における無重力空間内に、所定方向の磁場をさらに発生させるための磁石が設けられていてもよい。これにより、溶媒を気化させる前の膜中における溶質の配向を調整できるので、溶媒が気化した後に、配向が揃っている結晶からなる薄膜を形成できる装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る薄膜形成装置の概略図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る薄膜形成装置の概略図である。
【符号の説明】
【００２８】
１１、２１    超電導磁石
１２、２２    クライオスタット
１３    環状部材
１４    線状部材
１５、２４ａ    溶液
２３    管状部材
２４    膜
２３ａ    （管状部材２３の）一端部
２３ｂ    （管状部材２３の）他端部
【図１】
2008273016.tif 000003
【図２】
2008273016.tif 000004