(57)【要約】【課題】噴出される流体の原料の利用効率の向上を図る。【解決手段】噴出口１３から噴出領域に流体２０を噴出するスプレーノズル１０と、噴出口１３が挿入される開口部３１を有し、噴出口１３からスプレーノズル１０側とその反対側の噴出領域側とを仕切る仕切板３０と、仕切板３０の開口部３１の近傍から噴出領域側に向けて、スプレーノズル１０の軸方向に対して所定の角度で延設される側壁板４０とを備える。側壁板４０は、仕切板３０および側壁板４０を配置していない状態におけるスプレーノズルの集束前噴出領域の外側に配置される。スプレーノズル１０から流体２０を噴出させた際に、側壁板４０と対向する側から集束前噴出領域に外気が流入することにより、噴出領域が側壁板４０側に集束する。【選択図】図１
2012157840.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
噴出口から噴出領域に流体を噴出するスプレーノズルと、
前記噴出口が挿入される開口部を有し、前記噴出口から前記スプレーノズル側とその反対側の前記噴出領域側とを仕切る仕切板と、
前記仕切板の前記開口部の近傍から前記噴出領域側に向けて、前記スプレーノズルの軸方向に対して所定の角度で延設される側壁板と
を備え、
前記側壁板は、前記仕切板および前記側壁板を配置していない状態における前記スプレーノズルの集束前噴出領域の外側に配置され、
前記スプレーノズルから前記流体を噴出させた際に、前記側壁板と対向する側から前記集束前噴出領域に外気が流入することにより、前記噴出領域が前記側壁板側に集束する、スプレー機構。
【請求項２】
前記所定の角度は、９０°より小さい、請求項１に記載のスプレー機構。
【請求項３】
前記側壁板において前記仕切板と接している側の一方の端部から前記仕切板から離れている側の他方の端部までの長さをＬ、前記流体の動粘度をν、前記スプレーノズルから前記流体を噴出している際の前記他方の端部近傍における前記流体の平均流速をＵ、臨界レイノルズ数をＲｃとした場合、ＵＬ／ν＜Ｒｃの関係を満たす、請求項１または２に記載のスプレー機構。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載のスプレー機構を複数備えるスプレー機構群であって、
複数の前記スプレーノズルが所定の間隔を置いて並列に配置され、
複数の前記側壁板が所定の間隔を置いて平行に配置されている、スプレー機構群。
【請求項５】
複数の前記スプレーノズルの各々の前記噴出領域が、所定の平面内において連続している、請求項４に記載のスプレー機構群。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スプレー機構およびスプレー機構群に関する。
【背景技術】
【０００２】
スプレー機構は、厚膜および薄膜の形成用、または、冷却用などのその他の用途に広く使用されている。スプレー機構の主な利点としては、下記の点が挙げられる。
【０００３】
(Ｉ)原料の種類によらず、噴霧することが可能である。たとえば、水系、有機系の原料および粘度の高い原料についても噴霧可能であり適用範囲が広い。(ＩＩ)構造が簡単である。また、噴霧に関するパラメータが少ないため使用しやすく、メンテナンスの負担も少ない。このため、廉価な装置として構成することができる。(ＩＩＩ)原料およびガスの噴出速度が高速であるため、周囲の気流などの影響を受けにくく、ターゲットに効率よく原料を到達させることができる。このため、原料の利用効率が高い。
【０００４】
スプレー機構を備えた結晶性薄膜形成装置を開示した先行文献として特許文献１がある。特許文献１に記載された結晶性薄膜形成装置においては、加熱された基板に金属成分が溶解された溶液をスプレーノズルで噴霧して塗布する際に、溶液を予熱雰囲気を通過させて予熱している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−３２３８２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
スプレー機構においては、スプレーノズルから噴出される流体の噴出領域の形状が基本的に放射状になる。また、スプレーノズルから噴出される流体の噴出パターンは円状または楕円状となる。ここで、噴出領域の形状とは、噴出口から噴出された流体の流線群の外形である。噴出パターンとは、スプレーノズルの対面に位置する平面上における流体の噴出された形状である。
【０００７】
矩形状の基板に薄膜を形成する場合、基板の角部付近に流体を噴出すると、噴出パターンが円上または楕円状であるため基板以外の余分な部分にも流体を噴出するため、原料の利用効率が低下する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に基づくスプレー機構は、噴出口から噴出領域に流体を噴出するスプレーノズルと、噴出口が挿入される開口部を有し、噴出口からスプレーノズル側とその反対側の噴出領域側とを仕切る仕切板と、仕切板の開口部の近傍から噴出領域側に向けて、スプレーノズルの軸方向に対して所定の角度で延設される側壁板とを備える。側壁板は、仕切板および側壁板を配置していない状態におけるスプレーノズルの集束前噴出領域の外側に配置される。スプレーノズルから流体を噴出させた際に、側壁板と対向する側から集束前噴出領域に外気が流入することにより、噴出領域が側壁板側に集束する。
【０００９】
好ましくは、上記の所定の角度は、９０°より小さい。
好ましくは、側壁板において仕切板と接している側の一方の端部から仕切板から離れている側の他方の端部までの長さをＬ、流体の動粘度をν、スプレーノズルから流体を噴出している際の他方の端部近傍における流体の平均流速をＵ、臨界レイノルズ数をＲｃとした場合、ＵＬ／ν＜Ｒｃの関係を満たす。
【００１０】
本発明に基づくスプレー機構群においては、上記のいずれかに記載のスプレー機構を複数備えるスプレー機構群であって、複数のスプレーノズルが所定の間隔を置いて並列に配置される。複数の側壁板が所定の間隔を置いて平行に配置されている。
【００１１】
好ましくは、複数のスプレーノズルの各々の噴出領域が、所定の平面内において連続している。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、噴出される流体の原料の利用効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態１に係るスプレー機構の構成を示す断面図である。
【図２】図１のスプレー機構を矢印ＩＩ方向から見た図である。
【図３】仕切板および側壁板を配置していない状態におけるスプレーノズルの集束前噴出領域を示す図である。
【図４】同実施形態に係るスプレー機構における噴出領域を示す図である。
【図５】シミュレーションを行なったモデルの構成を示す概要図である。
【図６】シミュレーション結果を示す図である。
【図７】本発明の実施形態２に係るスプレー機構群の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態１に係るスプレー機構について図面を参照して説明する。以下の実施形態の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰返さない。
【００１５】
(実施形態１)
図１は、本発明の実施形態１に係るスプレー機構の構成を示す断面図である。図２は、図１のスプレー機構を矢印ＩＩ方向から見た図である。
【００１６】
図１，２に示すように、本発明の実施形態１に係るスプレー機構１００は、噴出口１３から噴出領域に流体を噴出するスプレーノズル１０を有している。スプレーノズル１０は、本体部１１と、噴出口１３に向かってテーパ状に細くなっているテーパ部１２と、噴出口１３とを含む。スプレーノズル１０の内部には、噴出される流体２０が充填されている。流体２０は、図示しない流体供給装置から供給される。なお、流体２０の動粘度はνである。
【００１７】
流体２０としては、たとえば、金属酸化物の薄膜を構成する原料を溶質として、これを溶媒に溶解させたものを用いることができる。その場合には、酢酸亜鉛を含む水溶液、酸化インジウム錫を含む水溶液および酸化錫を含む水溶液などを用いることができる。溶媒としては、水、メタノール、エタノールまたはブタノールなどを用いることができる。
【００１８】
噴出口１３の側方には、仕切板３０が配置されている。仕切板３０は、平板状の板状部材から構成され、開口部３１を有している。スプレーノズル１０の噴出口１３は、仕切板３０の開口部３１に嵌合するように挿入されている。仕切板３０は、噴出口１３からスプレーノズル１０側とその反対側の噴出領域側とを仕切っている。なお、噴出領域側とは、図１，２において、仕切板３０の下方側である。
【００１９】
仕切板３０の開口部３１の近傍から噴出領域側に向けて、スプレーノズル１０の軸方向に対して所定の角度４１で側壁板４０が延設されている。側壁板４０は、平板状の板状部材から構成されている。図１においては、スプレーノズル１０の軸方向に平行な方向を点線１４で示している。
【００２０】
側壁板４０は、仕切板３０と接している側の一方の端部から仕切板３０から離れている側の他方の端部まで、長さＬで形成されている。上記所定の角度４１は、９０°より小さい。
【００２１】
図３は、仕切板および側壁板を配置していない状態におけるスプレーノズルの集束前噴出領域を示す図である。図３に示すように、仕切板３０および側壁板４０を配置していない状態におけるスプレーノズル１０から噴出された流体２０は、噴出口１３から角度５０で放射状に広がって、集束前噴出領域６０内の全体に拡散する。
【００２２】
本実施形態のスプレー機構１００においては、側壁板４０は、集束前噴出領域６０の外側に配置されている。また、上記の所定の角度４１を角度５０の略半分となるようにしている。そのため、側壁板４０は、集束前噴出領域６０の境界線に沿うように配置されている。
【００２３】
このように側壁板４０を配置することにより、側壁板４０に噴出された流体２０が付着することを抑制して、原料の利用効率を向上することができる。ただし、側壁板４０の上記の所定の角度４１は、上記に限られず、下記の作用を得られる角度であればよい。
【００２４】
図４は、本実施形態に係るスプレー機構における噴出領域を示す図である。スプレーノズル１０から流体２０が噴出されると、噴出口１３の近傍の外気も流体２０に引きずられて流動するため、外気が少なくなった部分では圧力が低下する。圧力が低下した部分には、周囲の外気が流れ込む。
【００２５】
スプレー機構１００においては、側壁板４０が設けられているため、側壁板４０側の噴出口１３の近傍は、上記のように周囲の外気が流れ込むことが阻害されて圧力が低い状態が維持される。一方、側壁板４０と対向する側は開放されているため、仕切板３０に沿って周囲の外気が流れ込む。
【００２６】
このため、噴出された流体２０は、側壁板４０側の圧力の低い方に偏りながら流動する。また、噴出された流体２０は、側壁板４０の対向する側から流れこむ外気７０によって側壁板４０側に押さえつけられるため、流体２０は側壁板４０に沿ってあまり拡散することなく流動する。
【００２７】
すなわち、図４に示すように、スプレーノズル１０から流体２０を噴出させた際に、側壁板４０と対向する側から集束前噴出領域６０に外気７０が流入することにより、噴出領域６１が側壁板４０側に集束する。言い換えると、スプレーノズル１０から噴出された流体２０は、噴出口１３から角度５０より狭い角度５１で放射状に広がって、噴出領域６１内の全体に拡散する。噴出領域６１を集束させることにより、噴出された流体２０の到達距離を長くすることができる。
【００２８】
本実施形態においては、スプレーノズル１０から流体２０を噴出している際の他方の端部近傍における流体２０の平均流速をＵ、臨界レイノルズ数をＲｃとした場合、ＵＬ／ν＜Ｒｃの関係が満たされている。臨界レイノルズ数Ｒｃは、側壁板４０に沿って流体２０が流動する際に、流体２０の流れが層流から乱流に遷移するときのレイノルズ数である。
【００２９】
上記の関係を満たすように側壁板４０を構成することにより、噴出された流体２０は側壁板４０に沿って層流状態で流動するため、側壁板４０と流体２０との干渉を抑制して、流体２０の側壁板４０による流動抵抗の増加を低減することができる。ただし、側壁板４０の構成は、必ずしも上記の関係を満たさなくてもよい。
【００３０】
以下、本実施形態のスプレー機構１００における流体２０の流動状態についてシミュレーションした結果について説明する。
【００３１】
図５は、シミュレーションを行なったモデルの構成を示す概要図である。図６は、シミュレーション結果を示す図である。図６においては、窒素が多く流動している部分ほどドット数を多くして表示している。
【００３２】
図５に示すように、シミュレーションモデルにおいては、Ｘ方向に８５ｃｍ、Ｙ方向に６０ｃｍの大きさを有する設定領域８０の上部中央に、スプレーノズルの噴出口１３を配置した。設定領域８０の上部境界の位置に、仕切板３０を配置した。側壁板４０をスプレーノズルの軸方向に対して３０°の角度となるように配置した。側壁板４０に対向する右側部分および下側部分は、開放空間の境界条件に設定している。この条件の下で、室温の窒素を噴出口１３から、平均流束１２０ｍ／ｓで−Ｙ方向に向けて、スプレーノズルの軸に対して左右３０°までの範囲に噴出させた。
【００３３】
図６に示すように、噴出口１３から噴出された窒素は、側壁板４０に沿うように流動して、噴出領域が集束している。側壁板４０を設けなかった場合のＸ方向の流速半値幅が１１ｃｍであるのに対して、側壁板４０を設けた場合の流速半値幅は５ｃｍであった。また、噴出口１３から−Ｙ方向に６０ｃｍ離れた位置における窒素の最大流速は、側壁板４０を設けなかった場合が１４．７ｍ／ｓであるのに対して、側壁板４０を設けた場合は１６．８ｍ／ｓであった。
【００３４】
上記のように本実施形態のスプレー機構１００においては、流体２０の噴出領域を集束させて、流体２０をライン状の狭い範囲で遠くまで到達させることができる。よって、所望の位置に精度良く効率的に流体２０を塗布することが可能となる。その結果、無駄になる流体の原料を低減することができ、原料の利用効率を向上することができる。
【００３５】
従来のスプレー機構においては、流体２０の噴出時に、噴出口１３の近傍の周囲のすべての方向において圧力が低下するため、何らかの擾乱によって特定の方向で圧力変化などが起きた場合、噴出領域の形状および噴出パターンが時間的に不安定になりやすい。
【００３６】
本実施形態のスプレー機構１００においては、仕切板３０および側壁板４０により流体２０の噴出領域の形状を集束できるため、噴出口１３の周囲の擾乱の影響を受けにくくに、噴出パターンの安定性および再現性を向上することができる。
【００３７】
本発明により、原料の利用効率および製造プロセスの安定性を向上させることができる。その結果、スプレー機構の適用範囲の拡大、量産化に対応してコスト削減、製造された製品の信頼性の向上を図れる。
【００３８】
以下、本発明の実施形態２に係るスプレー機構群について図面を参照して説明する。以下の実施形態の説明においては、実施形態１のスプレー機構と同一の構成についてはその説明は繰返さない。
【００３９】
(実施形態２)
図７は、本発明の実施形態２に係るスプレー機構群の構成を示す断面図である。図７に示すように、本発明の実施形態２に係るスプレー機構群２００は、実施形態１のスプレー機構１００を複数備えている。
【００４０】
スプレー機構群２００においては、複数のスプレーノズル１０は、所定の間隔を置いて並列に配置されている。複数の側壁板４０が所定の間隔を置いて平行に配置されている。各スプレーノズル１０の噴出領域６３はライン状に集束されているため、噴出口１３から所定の距離だけ離れた平面９０上において噴出領域６３は連続させることができる。
【００４１】
このように、スプレー機構群２００を構成することにより、大基板上に連続したライン状に流体を噴出させることができる。その結果、安定した膜厚で効率よく厚膜または薄膜を大基板上に形成することができる。
【００４２】
なお、今回開示した上記実施形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【符号の説明】
【００４３】
１０  スプレーノズル、１１  本体部、１２  テーパ部、１３  噴出口、２０  流体、３０  仕切板、３１  開口部、４０  側壁板、６０  収束前噴出領域、６１，６３  噴出領域、７０  外気、８０  設定領域、９０  平面、１００  スプレー機構、２００  スプレー機構群。
【図１】
2012157840.tif 000003
【図２】
2012157840.tif 000004
【図３】
2012157840.tif 000005
【図４】
2012157840.tif 000006
【図５】
2012157840.tif 000007
【図６】
2012157840.tif 000008
【図７】
2012157840.tif 000009