CN108698059A - 喷雾器喷嘴、成膜装置、及成膜方法 - Google Patents
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Abstract
实现易于在狭小区域成膜的、喷雾器喷嘴、成膜装置、及成膜方法。喷雾器喷嘴1具备：载气的通道沿着该载气的流向而缩小的气体入口部(2)、载气的通道沿着该载气的流向而扩大的通路扩大部(3)、形成有将所述载气的通道与外部空间连通的一个或多个开口(4a)的开口形成部(4)、以及、所述载气的通道沿着该载气的流向而缩小的气体出口部(5)。
Description
技术领域
本发明涉及向基材同时喷射载气(Carrier Gas)及膜材料从而在该基材上成膜的、喷雾器喷嘴、成膜装置、及成膜方法。
背景技术
近年，在电子工学领域，电子部件及电路的小型化及轻量化不断发展。随之而来的是对于对微小区域进行表面处理(表面改性)以及在微小区域形成电极等的需求也不断增加。
为了满足这样的需求，近年来利用喷涂法来成膜的方法受到了关注。例如，作为喷涂法之一，例如有包括以下步骤的的冷喷涂法：(1)使温度低于膜材料的融点或软化温度的载气高速流动，(2)向该载气的气流中投入膜材料来使其加速，(3)使膜材料以固相状态高速撞击基板等从而成膜。
关于使用冷喷涂法来成膜的技术，在专利文献1～3中有所揭载。
(现有技术文献)
(专利文献)
专利文献1：日本国公开专利公报“特开2011－240314号(2011年12月1日公开)”
专利文献2：日本国公开专利公报“特开2005－95886号(2005年4月14日公开)”
专利文献3：日本国公开专利公报“特开2009－120913号(2009年6月4日公开)”
发明内容
(发明要解决的课题)
专利文献1～3所揭载的冷喷涂法均使用了载气通道沿着该载气的流向而扩大的喷雾器喷嘴。即，专利文献1～3的喷雾器喷嘴设计为喷雾器喷嘴的出口径大于入口径。其目的是为了使载气越靠近喷雾器喷嘴出口就越膨胀，从而利用该膨胀了的载气来使膜材料加速。
由于专利文献1～3的喷雾器喷嘴中出口径大于入口径，因此如果在对比其出口径小的区域进行表面处理(表面改性)以及在该区域形成电极，则需要另外设置掩模。举例来看，现在喷雾器喷嘴已经实现了标准化，该标准化喷雾器喷嘴的入口径是直径2mm，出口径是直径5mm或6mm，长度是120mm。因此，在对比出口径(直径5mm或6mm)狭小的区域进行成膜时，需要花费时间及成本来设置掩模。
另一方面，也可考虑不改变入口径的大小而只缩小出口径的方案，但是该方案下，喷雾器喷嘴内的载气膨胀受到抑制而不能使膜材料充分加速。因此，即使采用上述方案，成膜效率也低，很难在狭小的区域成膜。
本发明是鉴于上述问题而实施的，本发明的目的在于实现易于在狭小区域成膜的、喷雾器喷嘴、成膜装置、及成膜方法。
(解决课题的手段)
为解决上述课题，本发明的喷雾器喷嘴是用以向基材同时喷射载气及膜材料从而在该基材上成膜的喷雾器喷嘴，该喷雾器喷嘴具备：气体入口部，该气体入口部中，所述载气的通道沿着该载气的流向而缩小；与所述气体入口部相连的通路扩大部，该通路扩大部中，所述载气的通道沿着该载气的流向而扩大；与所述通路扩大部相连的开口形成部，该开口形成部上形成有将所述载气的通道与外部空间连通的一个或多个开口；以及与所述开口形成部相连的气体出口部，该气体出口部中，所述载气的通道沿着该载气的流向而缩小。
根据所述方案，所述喷雾器喷嘴的所述气体入口部中，所述载气的通道沿着该载气的流向而缩小。由此，所述载气的速度在所述气体入口部得到增加。
此外，所述喷雾器喷嘴具备与所述气体入口部相连的所述通路扩大部。在所述通路扩大部中，所述载气的通道沿着该载气的流向而扩大。由此，所述喷雾器喷嘴中，所述载气在所述通路扩大部得到膨胀，利用该膨胀了的载气来使膜材料加速。
所述喷雾器喷嘴进一步具备所述开口形成部及所述气体出口部。在所述气体出口部中，所述载气的通道沿着该载气的流向而缩小。因此，所述载气可能会在所述气体出口部发生逆流而妨碍所述膜材料加速。
但是，在所述开口形成部上形成有将所述载气的通道与外部空间连通的所述一个或多个开口，通过该一个或多个开口，所述载气的一部分被放出。由此，所述喷雾器喷嘴能够抑制所述载气在所述气体出口部逆流。结果是所述喷雾器喷嘴能够在不妨碍所述膜材料加速的情况下向所述基材喷射该膜材料。
并且，所述喷雾器喷嘴的所述气体出口部中，所述载气的通道沿着该载气的流向而缩小。因此，与以往的喷雾器喷嘴相比，所述喷雾器喷嘴的气体出口部的出口面积能更小。结果是所述喷雾器喷嘴能够在不降低成膜效率的情况下容易地在狭小的区域成膜。
为解决所述课题，本发明的喷雾器喷嘴是向基材同时喷射载气及膜材料从而在该基材上成膜的喷雾器喷嘴，该喷雾器喷嘴具备：气体入口部，该气体入口部中，所述载气的通道沿着该载气的流向而缩小；与所述气体入口部相连的通路扩大部，该通路扩大部中，所述载气的通道沿着该载气的流向而扩大，并且该通路扩大部上形成有将所述载气的通道与外部空间连通的一个或多个开口；以及与所述通路扩大部相连的气体出口部，该气体出口部中，所述载气的通道沿着该载气的流向而缩小。
根据所述方案，所述喷雾器喷嘴的所述气体入口部中，所述载气的通道沿着该载气的流向而缩小。由此，所述载气的速度在所述气体入口部得到增加。
此外，所述喷雾器喷嘴具备与所述气体入口部相连的所述通路扩大部。在所述通路扩大部中，所述载气的通道沿着该载气的流向而扩大。由此，所述喷雾器喷嘴中，所述载气在所述通路扩大部得到膨胀，利用该膨胀了的载气来使膜材料加速。
所述喷雾器喷嘴进一步具备所述气体出口部。在所述气体出口部中，所述载气的通道沿着该载气的流向而缩小。因此，所述载气可能会在所述气体出口部发生逆流而妨碍所述膜材料加速。
但是，在所述通路扩大部上形成有将所述载气的通道与外部空间连通的所述一个或多个开口，通过该一个或多个开口，所述载气的一部分被放出。由此，所述喷雾器喷嘴能够抑制所述载气在所述气体出口部逆流。结果是所述喷雾器喷嘴能够在不妨碍所述膜材料加速的情况下向所述基材喷射该膜材料。
并且，所述喷雾器喷嘴的所述气体出口部中，所述载气的通道沿着该载气的流向而缩小。因此，与以往的喷雾器喷嘴相比，所述喷雾器喷嘴的气体出口部的出口面积能够更小。结果是所述喷雾器喷嘴能够在不降低成膜效率的情况下容易地在狭小的区域成膜。
(发明的效果)
根据本发明，本发明的喷雾器喷嘴、成膜装置、及成膜方法能够起到易于在狭小区域成膜的效果。
附图说明
图1是本实施方式的喷雾器喷嘴的截面图。
图2是本实施方式的冷喷涂装置的概要图。
图3示出开口形成部的靠气体出口部侧的末端部上形成有开口的状态。
图4示出开口形成部上形成有多个开口的状态。
图5是气体出口部的详细说明图。
图6是开口形成部、以及气体出口部中的载气的流动状况的说明图。
图7是其他实施方式的喷雾器喷嘴的截面图。
图8是实施例的喷雾器喷嘴的主要部分的外观图。
图9是实施例的通路扩大部的截面图及仰视图。
图10是实施例的气体出口部的截面图及俯视图。
图11是实施例的开口形成部的截面图及俯视图。
图12是使用实施例的喷雾器喷嘴时的成膜情况图。
图13是使用以往喷雾器喷嘴时的成膜情况图。
<附图标记说明>
1、10 喷雾器喷嘴
2 气体入口部
3、6 通路扩大部
4 开口形成部
5 气体出口部
4a、4b、6a、8a、8b 开口
5a 外侧筒部
5b 通道界定部
7 固定用螺钉
20 基材
100 冷喷涂装置
110 罐
120 加热器
140 供料器
150 基材架
具体实施方式
以下，参照附图对各实施方式进行说明。以下说明中，对相同部件及构成要素赋予相同符号。其名称及功能也相同。因此，不对其进行反复详细说明。
〔实施方式1〕
首先，参照图2，对使用了本实施方式的喷雾器喷嘴1的冷喷涂装置(成膜装置)100进行说明。
以下说明中，以喷雾器喷嘴1适用于冷喷涂法为前提。但是，喷雾器喷嘴1也适用于其他喷涂法(火焰喷涂、高速火焰喷涂、HVOF、FVAF、等离子喷涂等)。此外，根据工作气体压，冷喷涂法大致分为高压冷喷涂与低压冷喷涂。实施方式1的喷雾器喷嘴1、及实施方式2的喷雾器喷嘴10均适用于高压冷喷涂及低压冷喷涂。
〔冷喷涂〕
近年，业界采用了被称为冷喷涂法的成膜方法。冷喷涂法是使温度低于膜材料的融点或软化温度的载气高速流动，并向该载气流中投入膜材料来使其加速，由此使膜材料以固相状态高速撞击基板等从而成膜的方法。
冷喷涂法的成膜原理如下。
为了使膜材料附着·堆积在基板上从而成膜，撞击速度需要为某一临界值以上，该临界值称为临界速度。若膜材料以低于临界速度的速度撞击基板，则只会磨耗基板而在基板上形成小的坑状凹陷。临界速度根据膜材料的材质、大小、形状、温度、含氧量、基板的材质等而不同。
若膜材料以临界速度以上的速度撞击基板，则膜材料与基板(或者已成形的膜)的界面附近会发生由强大的剪切力所引起的塑性变形。随着该塑性变形以及由撞击引起固体内产生强大冲击波，界面附近的温度上升，在此过程中，膜材料与基板之间、以及膜材料与膜(已附着的膜材料)之间形成固相结合。
作为膜材料，可以举出以下材料，但不限定为这些材料。
1.纯金属
铜(Cu)、铝(Al)、钛(Ti)、银(Ag)、镍(Ni)、锌(Zn)、锡(Sn)、钼(Mo)、铁(Fe)、钽(Ta)、铌(Nb)、硅(Si)、铬(Cr)
2.低合金钢
Ancorsteel 100
3.镍铬合金
50Ni－50Cr、60Ni－40Cr、80Ni－20Cr
4.镍基超合金
Alloy625、Alloy718、Hastelloy C、In738LC
5.不锈钢
SUS304/304L、SUS316/316L、SUS420、SUS440
6.锌合金：Zn－20Al
7.铝合金：A1100、A 6061
8.铜合金：C95800(Ni－AL Bronze)、60Cu－40Zn
9.MCrAlY：NiCrAlY、CoNiCrAlY
10.其他：非晶质(准晶)金属、复合材料、金属陶瓷、陶瓷
(冷喷涂装置100)
图2是冷喷涂装置100的概要图。如图2所示，冷喷涂装置100具备：罐110、加热器120、喷雾器喷嘴1、供料器140、基材架150、以及控制装置(未图示)。
罐110储存载气。载气从罐110向加热器120供给。作为载气的一例，可举出、氮气、氦气、空气或这些气体的混合气体。载气的压力例如调整为：在罐110的出口处为70PSI以上150PSI以下(约0.48Mpa以上且约1.03Mpa以下)。但是，载气在罐110出口处的压力不限定为所述范围，可根据膜材料的材质、大小、基板的材质等来适当调整。
加热器120对由罐110供给的载气进行加热。更具体地，将载气加热到比从供料器140向喷雾器喷嘴1供给的膜材料的融点低的温度。例如，在加热器120的出口进行测定时，载气经加热后的温度在50℃以上500℃以下的范围。但是，载气经加热后的温度不限定为所述范围，可根据膜材料的材质、大小、基板的材质等来适当调整。
载气被加热器120加热后，供给喷雾器喷嘴1。
喷雾器喷嘴1中，被加热器120加热后的载气在300m/s以上1200m/s以下的范围加速，并向基材20喷射。另外，载气的速度不限定为所述范围，可根据膜材料的材质、大小、基板的材质等来适当调整。此外，可用实施方式2中说明的喷雾器喷嘴10来代替喷雾器喷嘴1。
供料器140向被喷雾器喷嘴1加速的载气流中供给膜材料。由供料器140供给的膜材料的粒径大小为1μm以上50μm以下。由供料器140供给的膜材料与载气一起从喷雾器喷嘴1向基材20喷射。
基材架150对基材20进行固定。载气及膜材料从喷雾器喷嘴1向固定在基材架150上的基材20喷射。基材20的表面与喷雾器喷嘴1前端的距离例如调整在1mm以上30mm以下的范围。基材20的表面与喷雾器喷嘴1前端的距离若比1mm小，则成膜速度会下降。这是由于从喷雾器喷嘴1喷出的载气会逆流到喷雾器喷嘴1内的缘故。此时，由于载气逆流时所产生的压力，与喷雾器喷嘴1连接着的部件(导管等)有时会脱落。另一方面，基材20的表面与喷雾器喷嘴1前端的距离若比30mm大，则成膜效率也会下降。这是由于从喷雾器喷嘴1喷出的载气及成膜材料难以到达基材20的缘故。
但是，基材20的表面与喷雾器喷嘴1的距离不限定为所述范围，可根据膜材料的材质、大小、基板的材质等来适当调整。
控制装置根据预先存储的信息及/或操作人员输入的内容对冷喷涂装置100进行控制。具体来看，控制装置对从罐110向加热器120供给的载气的压力、由加热器120加热的载气的温度、由供料器140供给的膜材料的种类及量、基材20的表面与喷雾器喷嘴1的距离等进行控制。
(喷雾器喷嘴1)
接着，通过图1等对喷雾器喷嘴1进行说明。图1是喷雾器喷嘴1的截面图。
喷雾器喷嘴1向基材20同时喷射载气及膜材料从而在基材20上成膜。喷雾器喷嘴1具备：气体入口部2、通路扩大部3、开口形成部4、以及气体出口部5。
另外，气体入口部2、通路扩大部3、开口形成部4、及气体出口部5可相互形成为一体。或者，气体入口部2、通路扩大部3、开口形成部4、及气体出口部5可分别单独形成，并设置为能通过螺合或螺钉等而相互拆装(图中省略关于螺钉固定等的详细说明)。此外，作为气体入口部2及通路扩大部3，可直接使用市场销售的标准喷雾器喷嘴。此外，喷雾器喷嘴1可具备接收从供料器140供给的膜材料的供给口等，但图中省略其详细说明。
喷雾器喷嘴1中的载气的流动方向如图1中箭头所示(方向从附图右侧向左侧)。载气由加热器120加热后，被提供给喷雾器喷嘴1的气体入口部2。
在气体入口部2中，载气的通道沿着该载气的流向而缩小。由此，载气的速度在所述气体入口部2得到增加。
通路扩大部3与气体入口部2相连地设置。在通路扩大部3中，载气的通道沿着该载气的流向而扩大。由此，喷雾器喷嘴1中，载气在通路扩大部3得到膨胀，利用该膨胀了的载气来使膜材料加速。
开口形成部4与通路扩大部3相连地设置。在开口形成部4中，载气的通道沿着该载气的流向而均一。另外，在开口形成部4中，载气的通道可为均一式、扩大式或者缩小式中的任一者，但更优选均一式、扩大式。
开口形成部4上形成有将载气的通道与外部空间连通的开口4a。开口4a形成在开口形成部4的靠气体出口部5侧的末端部附近。另外，“末端部附近”是指末端部的近旁、附近。
(形成在开口形成部4的开口的变形例)
图1中，开口形成部4上形成有一个开口4a。但是，开口形成部4上也可形成有多个开口。此外，形成在开口形成部4的开口的位置、个数可各种各样。
通过图3、图4对开口的一例进行说明。图3示出了开口形成部4的靠气体出口部5侧的末端部上形成有开口4a的状态。图4示出了开口形成部4上形成有多个开口的状态。
图3中，开口形成部4的靠气体出口部5侧的末端部上形成有开口4a。“末端部”是指开口形成部4的端部。图3的例子中，开口4a形成在与开口形成部4的端部重叠的位置。
图4中，开口形成部4上形成有开口4a、及开口4b。即，开口形成部4上形成有多个开口。此外，图4中，开口4a、及开口4b形成在开口形成部4的、针对载气的流动方向来看的大致中央。但是，开口4a、及开口4b也可以形成在开口形成部4的靠气体出口部5侧的末端部，或形成在该末端部附近。并且，开口形成部4上可形成3个以上开口。此外，开口4a、及开口4b不需要形成在呈相互对置的位置上，也可形成在呈相互接近的位置上。
此外，开口4a及开口4b在图1等中为圆形。但是，开口4a及开口4b也可形成为矩形、椭圆、菱形、梯形等各种形状。此外，开口4a及开口4b也可不设置在开口形成部4的靠气体出口部5侧的末端部或该末端部附近，而是设置得靠通路扩大部3侧。
如上所述，形成在开口形成部4的开口可各种各样。在这一点上，后述的开口6a也一样。
气体出口部5与开口形成部4相连地设置。在气体出口部5中，载气的通道沿着该载气的流向而缩小。
通过图5对气体出口部5进行详细说明。图5是气体出口部5的详细说明图。
气体出口部5具备外侧筒部5a及通道界定部5b。通道界定部5b收纳在外侧筒部5a的内部且对载气的通道进行界定。
外侧筒部5a可由与气体入口部2、通路扩大部3及/或开口形成部4同性质的材料形成。
在气体出口部5中，载气的通道沿着该载气的流向而缩小。这是由于载气的通道在通道界定部5b中被形成为沿着该载气的流向而变窄的缘故。换言之，通道界定部5b通过其形状来对载气的通道进行界定。
通道界定部5b可由与外侧筒部5a相同性质的材料形成，也可由与外侧筒部5a不同性质的材料形成。但是，通道界定部5b优选由树脂形成。更优选地，通道界定部5b由树脂中耐磨耗性优越的树脂形成，例如由聚四氟乙烯(特氟隆(注册商标))等氟树脂、或者超高分子量高密度聚乙烯等形成。其理由如下。
采用喷涂法(冷喷涂法等)时，载气及膜材料会在喷雾器喷嘴内高速流动。通道界定部5b形成为锥状，所以膜材料会高速撞击通道界定部5b的面F。因此，通道界定部5b的面F易发生磨耗。对此，通道界定部5b优选由耐磨耗性树脂形成，从而能够延长通道界定部5b的使用年限。此外，通道界定部5b收纳在外侧筒部5a的内部。该方案中，通道界定部5b可从外侧筒部5a卸下。因此，通过预先准备锥形角度不同的各种类型的通道界定部5b，能够在各种级别上在更狭小的区域上成膜。
图5的方案中，气体出口部5设置为相对于开口形成部4可拆装。由此，根据需要，可以只对通道界定部5b进行清洗、交换、或者修理。
另外，图5的方案仅是气体出口部5的一例。因此，作为其他例子，气体出口部5也可与开口形成部4形成为一体。此外，外侧筒部5a及通道界定部5b也可相互形成为一体。
(开口形成部4、及气体出口部5中的载气的流向)
接着，通过图6对开口形成部4、及气体出口部5中的载气的流动状况进行说明。图6是开口形成部4、及气体出口部5中的载气的流动状况的说明图。另外，图6的例子中，开口形成部4的靠气体出口部5侧的末端部上形成有开口4a及开口4b。此外，图6中，载气及膜材料从附图上侧向下侧流动。
如图6所示，通道界定部5b形成为锥状，所以在气体出口部5中，载气的通道沿着该载气的流向而缩小。因此，乍看之下，(1)从气体入口部2侧流过来的载气流可能会被通道界定部5b的锥状斜面F阻挡，(2)从而该载气的一部分向气体入口部2侧逆流，(3)从而妨碍喷雾器喷嘴1内的膜材料加速。
但是，开口形成部4上形成有开口4a及开口4b。因此，载气的一部分可通过开口4a及开口4b向喷雾器喷嘴1的外部放出。由此，喷雾器喷嘴1中，喷雾器喷嘴1内的载气的逆流减轻，膜材料在其加速不受妨碍的情况下向基材20喷射。
其中，在喷雾器喷嘴1的气体出口部5中，载气的通道沿着该载气的流向而缩小。因此，喷雾器喷嘴1的气体出口部5的出口面积比以往的喷雾器喷嘴小。故而，喷雾器喷嘴1能够比以往的喷雾器喷嘴更容易地在狭小的区域成膜。
开口形成部4中，开口4a及开口4b的形成位置未必在气体出口部5侧的末端部或该末端部附近。但是，开口4a及开口4b优选形成在开口形成部4的靠气体出口部5侧的末端部，或形成在该末端部附近。这是由于载气的一部分通过开口4a及开口4b向喷雾器喷嘴1的外部放出时，若开口4a及开口4b形成在靠近气体出口部5的位置，则能更有效地减少载气在喷雾器喷嘴1内逆流的缘故。
〔实施方式2〕
接着，通过图7对其他实施方式的喷雾器喷嘴10进行说明。图7是其他实施方式的喷雾器喷嘴10的截面图。另外，对于已经说明过的内容，将省略其说明。
喷雾器喷嘴10从载气流动的方向依次具备：气体入口部2、通路扩大部6、以及气体出口部5。喷雾器喷嘴10不具备相当于喷雾器喷嘴1中开口形成部4的部件。喷雾器喷嘴10中，在通路扩大部6上形成有开口6a。
开口6a形成在通路扩大部6的靠气体出口部5侧的末端部附近。“末端部”是指通路扩大部6的端部。“末端部附近”是指末端部的近旁、附近。开口6a可形成在通路扩大部6的靠气体出口部5侧，但对其位置并无特别限定。但是，开口6a优选形成在通路扩大部6的靠气体出口部5侧的末端部，或形成在该末端部附近。这是由于能高效地减少载气在喷雾器喷嘴1内逆流的缘故。
通路扩大部6上可形成有多个开口。形成在通路扩大部6上的开口的位置、个数、形状可各种各样。在这一点上，与上述开口4a、及开口4b一样。
作为气体入口部2及通路扩大部6，可直接使用市场销售的标准喷雾器喷嘴。但是，这种情况下，需要进行处理从而在通路扩大部6上形成开口6a。
气体入口部2、通路扩大部6、及气体出口部5可相互形成为一体。或者，气体入口部2、通路扩大部6、及气体出口部5可分别单独形成，并设置为能够通过螺合或螺钉等而相互拆装(图中省略关于螺钉固定等的详细说明)。此外，喷雾器喷嘴10可具备接收从供料器140供给的膜材料的供给口等，但图中省略其详细说明。
〔实施例〕
接着，通过图8等进一步对喷雾器喷嘴1的实施例进行说明。图8是喷雾器喷嘴1的主要部位的外观图。
图8示出了喷雾器喷嘴1的通路扩大部3及开口形成部4。开口形成部4上形成有开口4a、及开口4b(未图示)。通路扩大部3及开口形成部4通过固定用螺钉7而相互固定。未图示的气体出口部5设置在开口形成部4的内部，图8中未示出。
通过图9～图11对喷雾器喷嘴1进行更详细的说明。
图9是通路扩大部3的截面图及仰视图。如图所示，通路扩大部3在载气流动方向上的长度是120mm。通路扩大部3是圆形筒状，外直径是6mm，载气出口侧的内直径是4mm。在通路扩大部3中，载气的通道沿着该载气的流向而扩大。另外，载气从图中的上侧向下侧流动。在这一点上，图10、图11也一样。
图10是气体出口部5的截面图及俯视图。如图所示，气体出口部5在载气流动方向上的长度是8mm。气体出口部5是圆形筒状，外直径是6mm，载气入口侧的内直径是4mm，载气出口侧的内直径是2mm。在气体出口部5中，载气的通道沿着该载气的流向而缩小。
图11是开口形成部4的截面图及俯视图。如图所示，开口形成部4是圆形筒状，在载气流动方向上的长度是23mm。开口形成部4上形成有圆形的开口4a及开口4b(未图示)。开口4a(开口4b)位于开口形成部4的、针对载气的流动方向来看的中心。开口4a(开口4b)直径是5mm。
此外，开口形成部4上形成有圆形的开口8a及开口8b(未图示)。用以将通路扩大部3与开口形成部4相互固定的固定用螺钉7可旋入开口8a及开口8b。开口8a及开口8b的中心定位在距离开口形成部4的靠载气入口侧的端部5mm的位置。
如图11的俯视图所示，开口形成部4是圆形筒状，外直径是10.1mm，载气入口侧的内直径是6.1mm，载气出口侧的内直径3mm。在开口形成部4中，载气的通道沿着该载气的流向而均一。
本实施例中，气体出口部5可收纳在开口形成部4的内部。图11中，影线部位是收纳气体出口部5的区域。即，在气体出口部5被收纳在开口形成部4内部的状态下，开口4a及开口4b位于开口形成部4的靠气体出口部5侧的末端部。
另外，本实施例中，针对载气的流动方向来看，气体出口部5的出口设计为位于从开口形成部4的出口起靠向通路扩大部3侧的位置。但是该设计是为了将气体出口部5收纳在开口形成部4的内部，而不会对使用喷雾器喷嘴1进行的膜材料成膜产生影响。
〔成膜的比较〕
接着，通过图12、图13，对使用本实施例的喷雾器喷嘴1时的成膜情况、以及使用以往的喷雾器喷嘴时的成膜情况进行比较。图12是使用本实施例的喷雾器喷嘴1时的成膜情况示图。图13是使用以往的喷雾器喷嘴时的成膜情况示图。
另外，以往的喷雾器喷嘴是指只由气体入口部2、及通路扩大部3形成的喷嘴。喷雾器喷嘴1的气体出口部5的气体出口侧的内直径是2mm，以往的喷雾器喷嘴的通路扩大部3的气体出口侧的内直径是5mm。
成膜条件如下。
(1)基材20：Al 1050(厚度：0.5mm)
(2)使用粉末：Ni及Sn的混合粉末(Ni：粒径8μm；Sn：粒径38μm；混合比率：Ni︰Sn＝90︰10)
(3)气体设定压力：在罐110的出口为140PSI(0.96Mpa)
(4)气体设定温度：在加热器120的出口为200℃
(5)喷雾器喷嘴与基材20的距离
(a)以往的喷嘴：从喷嘴前端部到基材20的距离为18mm
(b)喷雾器喷嘴1：从喷嘴前端部到基材20的距离为5mm
(6)膜材料的喷射时间：图12、图13中膜材料的喷雾时间相同。
图12上侧的照片示出了气体出口部5的内部情况。“2mm”是指气体出口部5的载气出口部侧的内径。载气出口部分的直接拍摄照片为圆形，但是由于用摄影透镜也进行扫描式拍摄，因此得到了矩形拍摄图像。在这一点上，图13上侧的照片也一样。
从图12及图13下侧的照片可以了解，在使用本实施例的喷雾器喷嘴1(图12)对膜材料(Ni及Sn的混合粉末)进行成膜后，基材20上的膜材料的厚度约为150μm。另一方面，使用以往的喷雾器喷嘴(图13)对膜材料(Ni及Sn的混合粉末)进行成膜后，基材20上的膜材料的厚度约为50μm。该厚度是使用喷雾器喷嘴1进行成膜时的厚度的约1/3左右。
由此可知，如果成膜为相同的厚度，则与以往的喷雾器喷嘴相比，本实施例的喷雾器喷嘴1能够大幅减少所使用的膜材料。另外，采用本实施例的喷雾器喷嘴1时，由开口4a及开口4b漏到喷雾器喷嘴1外部的膜材料的量很少，无需考虑其对成膜的影响。
如上所述，本实施例的喷雾器喷嘴1比以往的喷雾器喷嘴更能在更狭小的区域上成膜，并且能够减少膜材料的使用量。
另外，本实施例中，气体出口部5的气体出口侧的内直径2mm。但是，气体出口部5的气体出口侧的内直径不限定为2mm，可以小于2mm，也可以大于2mm。
〔实施方式1、2的效果〕
本发明的方式1的喷雾器喷嘴1具备：气体入口部2，该气体入口部2中，所述载气的通道沿着该载气的流向而缩小；与气体入口部2相连的通路扩大部3，该通路扩大部3中，所述载气的通道沿着该载气的流向而扩大；与通路扩大部3相连的开口形成部4，该开口形成部4上形成有将所述载气的通道与外部空间连通的一个或多个开口；与开口形成部4相连的气体出口部5，该气体出口部5中，所述载气的通道沿着该载气的流向而缩小。
根据所述方案，在喷雾器喷嘴1的气体入口部2中，所述载气的通道沿着该载气的流向而缩小。由此，所述载气的速度在气体入口部2得到增加。
此外，喷雾器喷嘴1具备与气体入口部2相连的通路扩大部3。在通路扩大部3中，所述载气的通道沿着该载气的流向而扩大。由此，喷雾器喷嘴1中，所述载气在通路扩大部3得到膨胀，该载气的膨胀使膜材料加速。
喷雾器喷嘴1进一步具备开口形成部4及气体出口部5。在气体出口部5中，所述载气的通道沿着该载气的流向而缩小。因此，所述载气可能会在气体出口部5发生逆流而妨碍所述膜材料加速。
但是，开口形成部4上形成有将所述载气的通道与外部空间连通的所述一个或多个开口，通过该一个或多个开口，所述载气的一部分被放出。由此，喷雾器喷嘴1能够抑制所述载气在气体出口部5逆流。结果是喷雾器喷嘴1能够在不妨碍膜材料加速的情况下向所述基材20喷射所述膜材料。
并且，喷雾器喷嘴1的气体出口部5中，所述载气的通道沿着该载气的流向而缩小。因此，与以往的喷雾器喷嘴1相比，喷雾器喷嘴1的气体出口部5的出口面积能够更小。结果是喷雾器喷嘴1能够在不降低成膜效率的情况下容易地在狭小的区域成膜。
此外，根据所述方案，本发明的方式1的喷雾器喷嘴1也能适用于低压冷喷涂。
本发明的方式2的喷雾器喷嘴1可以在上述方式1的基础上采用如下方案：所述一个或多个开口形成在开口形成部4的靠气体出口部5侧的末端部，或形成在该末端部附近。
根据所述方案，喷雾器喷嘴1能够进一步有效抑制所述载气的逆流。由于喷雾器喷嘴1具备了所述方案，因此，与以往的喷雾器喷嘴相比，喷雾器喷嘴1能够在更狭小的区域上成膜并且更高效地成膜。
本发明的方式3的喷雾器喷嘴1可以在上述方式1或2的基础上采用如下方案：气体出口部5及开口形成部4相互形成为一体并且相对于通路扩大部3可拆装。
在气体出口部5中，所述载气的通道沿着该载气的流向而缩小。因此，可能会由于各种原因(例如，膜材料、及载气的速度·温度等)而发生(1)该膜材料阻塞气体出口部5，(2)气体出口部5由于磨耗而劣化等问题。
关于这一点，根据所述方案，喷雾器喷嘴1中，气体出口部5及开口形成部4相对于通路扩大部3可拆装。由此，喷雾器喷嘴1若发生所述(1)、(2)等问题，则可以将气体出口部5及开口形成部4从通路扩大部3上拆下，并特别对气体出口部5进行清洗、交换、或者修理。即，喷雾器喷嘴1发生所述(1)、(2)等问题时，无需将气体出口部5更换为新品。由于喷雾器喷嘴1具备所述方案，因此，能够降低运营成本。
本发明的方式4的喷雾器喷嘴1可以在上述方式1或2的基础上采用如下方案：气体出口部5相对于开口形成部4可拆装。
根据所述方案，喷雾器喷嘴1中，气体出口部5相对于开口形成部4可拆装。由此，喷雾器喷嘴1若发生所述(1)、(2)等问题，则可以将气体出口部5从开口形成部4上拆下，对气体出口部5进行清洗、交换、或者修理。即，喷雾器喷嘴1发生所述(1)、(2)等问题时，无需将气体出口部5更换为新品。由于喷雾器喷嘴1具备所述方案，因此，能够降低运营成本。
本发明的方式5的喷雾器喷嘴10是用以向基材20同时喷射载气及膜材料从而在基材20上成膜的喷雾器喷嘴10，喷雾器喷嘴10具备：气体入口部2，该气体入口部2中，所述载气的通道沿着该载气的流向而缩小；与气体入口部2相连的通路扩大部6，该通路扩大部6中，所述载气的通道沿着该载气的流向而扩大，并且该通路扩大部6上形成有将所述载气的通道与外部空间连通的一个或多个开口；以及与通路扩大部6相连的气体出口部5，该气体出口部5中，所述载气的通道沿着该载气的流向而缩小。
根据所述方案，喷雾器喷嘴10的气体入口部2中，所述载气的通道沿着该载气的流向而缩小。由此，所述载气的速度在气体入口部2得到增加。
此外，喷雾器喷嘴10具备：与气体入口部2相连的通路扩大部6。在通路扩大部6中，所述载气的通道沿着该载气的流向而扩大。由此，喷雾器喷嘴10中，所述载气在通路扩大部6得到膨胀，该载气的膨胀使膜材料加速。
喷雾器喷嘴10进一步具备气体出口部5。在气体出口部5中，所述载气的通道沿着该载气的流向而缩小。因此，所述载气也可能会在气体出口部5逆流，从而妨碍所述膜材料加速。
但是，在通路扩大部6上形成有将所述载气的通道与外部空间连通的所述一个或多个开口，通过该一个或多个开口，所述载气的一部分被放出。由此，喷雾器喷嘴10能够抑制所述载气在气体出口部5逆流。结果是喷雾器喷嘴10能够在不妨碍所述膜材料加速的情况下向所述基材20喷射所述膜材料。
并且，喷雾器喷嘴10的气体出口部5中，所述载气的通道沿着该载气的流向而缩小。因此，与以往的喷雾器喷嘴相比，喷雾器喷嘴10的气体出口部5的出口面积能够更小。结果是喷雾器喷嘴10能够在更狭小的区域上成膜。
此外，根据所述方案，本发明的方式5的喷雾器喷嘴10也能适用于低压冷喷涂。
本发明的方式6的喷雾器喷嘴10也可以在上述方式5的基础上采用如下方案：所述一个或多个开口形成在通路扩大部6的靠气体出口部5侧的末端部，或形成在该末端部附近。
根据所述方案，喷雾器喷嘴10能够进一步有效抑制所述载气的逆流。结果是由于喷雾器喷嘴10具备了所述方案，因此与以前的喷雾器喷嘴相比，能够在更狭小的区域上成膜并且更高效地成膜。
本发明的方式7的喷雾器喷嘴10可以在上述方式5或6的基础上采用如下方案：气体出口部5相对于通路扩大部6可拆装。
在气体出口部5中，所述载气的通道沿着该载气的流向而变窄。因此，可能会由于各种原因(例如，膜材料、及载气的速度·温度等)而发生(1)该膜材料阻塞气体出口部5，(2)气体出口部5由于磨耗而劣化等问题。
关于这一点，喷雾器喷嘴10中，气体出口部5相对于通路扩大部6可拆装。由此，喷雾器喷嘴10若发生所述(1)、(2)等问题，则可以将气体出口部5从通路扩大部6上拆下，对气体出口部5进行清洗、交换、或者修理。即，喷雾器喷嘴10发生所述(1)、(2)等问题时，无需将气体出口部5更换为新品。因此，与气体出口部5相对于通路扩大部6不可拆装的情况相比，喷雾器喷嘴10能够使运营成本降低。
本发明的方式8的喷雾器喷嘴可以在上述方式4或7的基础上采用如下方案：气体出口部5具备外侧筒部5a、以及收纳在外侧筒部5a的内部且对所述载气的通道进行界定的通道界定部5b，通道界定部5b相对于外侧筒部5a可拆装。
根据所述方案，所述喷雾器喷嘴中，通道界定部5b相对于外侧筒部5a可拆装。由此，特别是如果在通道界定部5b发生上述(1)、(2)等问题，则可从外侧筒部5a将通道界定部5b拆下，对通道界定部5b进行清洗、交换、或者修理，然后将通道界定部5b收纳在外侧筒部5a即可。即，所述喷雾器喷嘴发生所述(1)、(2)等问题时，无需将通道界定部5b更换为新品。此外，如有必要，只需将通道界定部5b更换为新品即可，而无需将气体出口部5本身更换为新品。
因此，与通道界定部5b相对于外侧筒部5a不可拆装的情况相比，所述喷雾器喷嘴能够降低运营成本。
本发明的方式9的喷雾器喷嘴可以在上述方式8的基础上采用如下方案：通道界定部5b由树脂制成。
树脂是不易与所述膜材料产生摩擦的材料。因此，若通道界定部5b为树脂，则通道界定部5b的磨耗减少，例如与通道界定部5b为不锈钢的情况相比，能够降低运营成品。
本发明方式的冷喷涂装置100可以具备喷雾器喷嘴1或喷雾器喷嘴10。
根据所述方案，冷喷涂装置100能够容易地在狭小区域制膜。
一种成膜方法，其特征在于从所述喷雾器喷嘴同时喷射所述载气及所述膜材料从而在所述基材上成膜，该方法可以是如下方法：使用喷雾器喷嘴1或喷雾器喷嘴10，从喷雾器喷嘴1或喷雾器喷嘴10同时喷射所述载气及所述膜材料从而在基材20上成膜。
根据所述方案，所述成膜方法与使用所述喷雾器喷嘴时具有同样的效果，即，与以往的喷雾器喷嘴相比，能够容易地在狭小区域制膜。
本发明实施方式的成膜方法可以在所述方式11的基础上用于喷涂法。
根据所述方案，喷涂法能在更狭小的区域上成膜。其中，喷涂法是一种涂层技术，具体是：通过加热使膜材料熔融或软化，使该膜材料成为微粒状，并使其加速来撞击基材表面，通过被挤压成扁平状的膜材料颗粒的凝结·堆积来成膜。喷涂法分为各种不同种类，而根据所述方案，所述成膜方法能够适用于所有的喷涂法。
(备考1)
本发明的一个方式的喷雾器喷嘴的前端构造可如下。
一种喷雾器喷嘴的前端构造，其中，向基材同时喷射载气及膜材料从而在该基材上成膜，该前端构造的特征在于：
所述喷雾器喷嘴具备：气体入口部，该气体入口部中，所述载气的通道沿着该载气的流向而缩小；与所述气体入口部相连的通路扩大部，该通路扩大部中，所述载气的通道沿着该载气的流向而扩大；所述喷雾器喷嘴的前端构造具备：与所述通路扩大部相连的开口形成部，该开口形成部上形成有将所述载气的通道与外部空间连通的一个或多个开口；以及与所述开口形成部相连的气体出口部，该气体出口部中，所述载气的通道沿着该载气的流向而缩小。(备考2)
如上所述，冷喷涂法是使金属粉末以固相状态高速撞击基板等从而成膜的技术，所以金属膜中会残留金属颗粒。因此，若所述金属膜中存在该金属颗粒，则可判断该金属膜是由冷喷涂法成膜的。另一方面，火焰喷涂、电弧喷涂、或者等离子喷涂等是使金属粉末熔化并喷到基板上的技术，因此金属膜中基本不会残留金属颗粒。
因此，本领域人员可通过该金属膜的断面来分辨某个金属膜是否是由冷喷涂法成膜的。
(备考3)
通过金属膜的构造或特性来直接确定其是否是由冷喷涂法成膜的金属膜，是不可能或不切实际的。
首先，所用的金属材料的构造及该构造带来的特性随该金属材料的不同而各不相同，因此由冷喷涂法成膜的金属膜是不可能用某种特定的语句来描述的。其次，不存在能从构造上或特性上对由冷喷涂法成膜的金属膜进行描述的语句。第三，通过测定来分析由冷喷涂法成膜的金属膜并用某种特定语句来描述该金属膜，也是不可能或不切实际的。其理由在于：通过反复多次进行困难的操作及测定并进行统计处理来找出用来描述某种特征的指标，是需要经历相当多次的反复尝试的，然而这基本上是不切实际的。
本发明不限定为上述各实施方式，可在权利要求所示的范围内进行各种变更，适当组合不同实施方式中分别公开的技术手段而得到的实施方式也包含在本发明的技术范围内。
Claims (12)
1.一种喷雾器喷嘴，其中，该喷雾器喷嘴适用于通过向基材同时喷射载气及膜材料从而在该基材上成膜的成膜装置，该喷雾器喷嘴的特征在于，具备：
气体入口部，该气体入口部中，所述载气的通道沿着该载气的流向而缩小；
与所述气体入口部相连的通路扩大部，该通路扩大部中，所述载气的通道沿着该载气的流向而扩大；
与所述通路扩大部相连的开口形成部，该开口形成部上形成有将所述载气的通道与外部空间连通的一个或多个开口；以及
与所述开口形成部相连的气体出口部，该气体出口部中，所述载气的通道沿着该载气的流向而缩小。
2.根据权利要求1所述的喷雾器喷嘴，其特征在于：
所述一个或多个开口形成在所述开口形成部的靠所述气体出口部侧的末端部，或形成在该末端部附近。
3.根据权利要求1或2所述的喷雾器喷嘴，其特征在于：
所述气体出口部及所述开口形成部相互形成为一体并且相对于所述通路扩大部可拆装。
4.根据权利要求1或2所述的喷雾器喷嘴，其特征在于：
所述气体出口部相对于所述开口形成部可拆装。
5.一种喷雾器喷嘴，其中，该喷雾器喷嘴适用于通过向基材同时喷射载气及膜材料从而在该基材上成膜的成膜装置，该喷雾器喷嘴的特征在于，具备：
气体入口部，该气体入口部中，所述载气的通道沿着该载气的流向而缩小；
与所述气体入口部相连的通路扩大部，该通路扩大部中，所述载气的通道沿着该载气的流向而扩大，并且该通路扩大部上形成有将所述载气的通道与外部空间连通的一个或多个开口；以及
与所述通路扩大部相连的气体出口部，该气体出口部中，所述载气的通道沿着该载气的流向而缩小。
6.根据权利要求5所述的喷雾器喷嘴，其特征在于：
所述一个或多个开口形成在所述通路扩大部的靠所述气体出口部侧的末端部，或形成在该末端部附近。
7.根据权利要求5或6所述的喷雾器喷嘴，其特征在于：
所述气体出口部相对于所述通路扩大部可拆装。
8.根据权利要求4或7所述的喷雾器喷嘴，其特征在于：
所述气体出口部具备外侧筒部、以及收纳在所述外侧筒部的内部且对所述载气的通道进行界定的通道界定部，
所述通道界定部相对于所述外侧筒部可拆装。
9.根据权利要求8所述的喷雾器喷嘴，其特征在于：
所述通道界定部由树脂制成。
10.一种成膜装置，其特征在于：
具备权利要求1～9中任一项所述的喷雾器喷嘴。
11.一种成膜方法，其特征在于：
使用权利要求1～9中任一项所述的喷雾器喷嘴，从所述喷雾器喷嘴同时喷射所述载气及所述膜材料，从而在所述基材上成膜。
12.根据权利要求11所述的成膜方法，其特征在于：
所述成膜方法被用于喷涂法。
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