JP2005105377A - Device for generating aerosol, and apparatus for producing composite structure provided with the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、粉体をガス中に分散させてエアロゾルを発生させるエアロゾル発生装置に係り、特に脆性材料の微粒子をガス中に分散させたエアロゾルを基板に吹き付け、微粒子の構成材料からなる構造物を基板上に形成させる複合構造物作製装置に好適なエアロゾル発生装置に関する発明である。 The present invention relates to an aerosol generator that generates aerosol by dispersing powder in a gas, and in particular, an aerosol in which fine particles of a brittle material are dispersed in a gas is sprayed onto a substrate to form a structure made of a constituent material of the fine particles. The invention relates to an aerosol generator suitable for a composite structure manufacturing apparatus formed on a substrate.
基材表面に脆性材料を主体とする構造物を形成させる方法として、エアロゾルデポジション法と呼ばれる手法が認知されている。これは脆性材料などの微粒子をガス中に分散させたエアロゾルをノズルから基材に向けて噴射し、金属やガラス、セラミックスやプラスチックなどの基材に微粒子を衝突させ、この衝突の衝撃により脆性材料微粒子を変形あるいは破砕させてこれらを接合させ、基材上に微粒子の構成材料からなる構造物をダイレクトで形成させることを特徴としており、特に加熱手段を必要としない常温で構造物が形成可能なプロセスにて、焼成体同等の機械的強度を保有する構造物を得ることができる。この方法に用いられる装置は、基本的にエアロゾルを発生させるエアロゾル発生器と、エアロゾルを基材に向けて噴射するノズルとからなり、ノズルの開口よりも大きな面積で構造物を作製する場合には、基材とノズルを相対的に移動・揺動させる位置制御手段を有し、減圧下で作製を行う場合には構造物を形成させるチャンバーと真空ポンプを有し、またエアロゾルを発生させるためのガス発生源を有することが一般的である。 As a method for forming a structure mainly composed of a brittle material on the surface of a substrate, a technique called an aerosol deposition method has been recognized. This is because an aerosol in which fine particles such as brittle materials are dispersed in a gas is sprayed from the nozzle toward the base material, and the fine particles collide with the base material such as metal, glass, ceramics, and plastic. It is characterized in that the fine particles are deformed or crushed and joined together to directly form the structure made of the constituent material of the fine particles on the base material, and the structure can be formed especially at room temperature that does not require heating means. In the process, a structure having mechanical strength equivalent to the fired body can be obtained. The apparatus used in this method basically consists of an aerosol generator for generating aerosol and a nozzle for injecting the aerosol toward the base material. When a structure is produced with a larger area than the opening of the nozzle, In addition, it has a position control means that moves and swings the base material and the nozzle relative to each other, and has a chamber and a vacuum pump for forming a structure when producing under reduced pressure, and also generates aerosol It is common to have a gas source.
エアロゾルデポジション法のプロセス温度は常温であり、微粒子材料の融点より十分に低い温度、すなわち数百℃以下で構造物形成が行われるところにひとつの特徴がある。 The process temperature of the aerosol deposition method is room temperature, and one feature is that the structure is formed at a temperature sufficiently lower than the melting point of the particulate material, that is, several hundred degrees C. or less.
また、使用される微粒子はセラミックスや半導体などの脆性材料を主体とし、異種の脆性材料微粒子を混合させたり、複合させて用いることが可能であり、また一部金属材料や有機物材料などを脆性材料微粒子に混合させたり、脆性材料微粒子表面にコーティングさせて用いることも可能である。これらの場合でも構造物形成の主となるものは脆性材料である。 The fine particles used are mainly brittle materials such as ceramics and semiconductors, and can be used by mixing or combining different kinds of fine particles of brittle materials, and some metal materials and organic materials can be used as brittle materials. It can also be used by mixing with fine particles or coating the surface of brittle material fine particles. Even in these cases, the main component of structure formation is a brittle material.
この手法によって形成される構造物において、結晶性の脆性材料微粒子を原料として用いる場合、その構造物の脆性材料部分は、その結晶子サイズが原料微粒子のそれに比べて小さい多結晶体であり、その結晶は実質的に結晶配向性がない場合が多く、脆性材料結晶同士の界面にはガラス層からなる粒界層が実質的に存在しないと言え、さらに構造物の一部は基材表面に食い込むアンカー層を形成することが多いという特徴がある。 In a structure formed by this method, when crystalline brittle material fine particles are used as a raw material, the brittle material portion of the structure is a polycrystalline body whose crystallite size is smaller than that of the raw material fine particles, In many cases, crystals have substantially no crystal orientation, and it can be said that there is substantially no grain boundary layer composed of a glass layer at the interface between brittle material crystals, and part of the structure bites into the substrate surface. The anchor layer is often formed.
この方法により形成される構造物は、微粒子同士が圧力によりパッキングされ、物理的な付着で形態を保っている状態のいわゆる圧粉体とは明らかに異なり、十分な強度を保有している。 The structure formed by this method clearly has a sufficient strength unlike a so-called green compact in which fine particles are packed by pressure and keeps a form by physical adhesion.
この構造物形成において、脆性材料微粒子が破砕・変形を起していることは、原料として用いる脆性材料微粒子および形成された脆性材料構造物の結晶子サイズをX線回折法で測定することにより判断できる。すなわちエアロゾルデポジション法で形成される構造物の結晶子サイズは、原料微粒子の結晶子サイズよりも小さくなっていることに大きな特徴がある。微粒子が破砕や変形をすることで形成されるずれ面や破面には、もともと内部に存在し別の原子と結合していた原子が剥き出しの状態となった新生面が形成される。この表面エネルギーが高い活性な新生面が、隣接した脆性材料表面や同じく隣接した脆性材料の新生面あるいは基板表面と接合することにより構造物が形成されるものと考えられる。また微粒子の表面に水酸基が程よく存在する場合では、微粒子の衝突時に微粒子同士や微粒子と構造物との間に生じる局部のずり応力により、メカノケミカルな酸塩基脱水反応が起き、これら同士が接合するということも考えられる。外部からの連続した機械的衝撃力の付加は、これらの現象を継続的に発生させ、微粒子の変形、破砕などの繰り返しにより接合の進展、緻密化が行われ、脆性材料構造物が成長するものと考えられる。 In this structure formation, the brittle material fine particles are crushed and deformed by measuring the brittle material fine particles used as a raw material and the crystallite size of the formed brittle material structure by X-ray diffraction. it can. That is, the crystallite size of the structure formed by the aerosol deposition method is greatly characterized by being smaller than the crystallite size of the raw material fine particles. A new surface in which atoms originally present inside and bonded to other atoms are exposed is formed on the slip surface or fracture surface formed by crushing or deforming fine particles. This active new surface having a high surface energy is considered to be formed by joining the surface of the adjacent brittle material, the new surface of the adjacent brittle material, or the substrate surface. In addition, when hydroxyl groups are present on the surface of the fine particles moderately, a mechanochemical acid-base dehydration reaction occurs due to local shear stress generated between the fine particles and between the fine particles and the structure when the fine particles collide with each other. It can be considered. The addition of continuous mechanical impact force from the outside causes these phenomena to occur continuously, and the progress and densification of joints are performed by repeated deformation and crushing of fine particles, and brittle material structures grow. it is conceivable that.
従来、この種の装置としてテーブルフィーダがあり、図12に示すような回転駆動される円盤テーブルと、その外側から内側へ延び、上下方向に位置調整可能なように架台に固定され、粉体粒を前期テーブル上で均一な厚さの粉体層に形成する第1スクレーパと、前記テーブルの周縁に沿って架台に固定され、第1スクレーパにより前記テーブルの外周方向に移動する粉粒体を前記テーブル上に維持させる案内板と、前記テーブルの外側から内側に延び、水平方向に位置調整可能に架台に固定され、前記第1スクレーパにより形成された粉粒体層を掻き取って排出管に粉体を供給する第2スクレーパを備えたものが提案されている。(特許文献1参照) Conventionally, there is a table feeder as an apparatus of this type, and a disk table that is driven to rotate as shown in FIG. 12 and extends from the outside to the inside and is fixed to a frame so that the position can be adjusted in the vertical direction. A first scraper that forms a powder layer with a uniform thickness on the table, and a granular material that is fixed to a frame along the periphery of the table and moves in the outer peripheral direction of the table by the first scraper. A guide plate that is maintained on the table, extends from the outside of the table to the inside, is fixed to a frame so that the position of the table can be adjusted in the horizontal direction, and scrapes off the granular material layer formed by the first scraper to powder into the discharge pipe. Proposed with a second scraper for feeding the body. (See Patent Document 1)
しかしながら、上述の粉体供給装置をエアロゾルデポジション法でのエアロゾル発生装置として使用すると、第1スクレーパで粉体を均一層に形成する過程でほとんどの粉体が回転テーブルの外に排出されてしまう。このため粉体の仕様効率が悪く、実用的ではない。特に粉体が高価な場合、実用化はより困難になる。また、循環機構を付加し前記排出された粉体を再度利用することは可能であるが、装置が複雑化し粉体搬送過程での不純物混入の原因となる。さらにエアロゾルデポジション法の場合この粉体搬送は真空中で行なうため、設置される循環装置が真空系内に収納される必要があり、装置の複雑化、大型化は大きなコストアップとなる。
さらに問題となるのが凝集粉体の搬送である。エアロゾルデポジション法で使用する粉体は微粉体であるため、凝集力が強く搬送性が悪い。このため第2スクレーパまで搬送された粉体は凝集しているものが多く最終的に凝集粒が発達し粗大粒として排出管に供給されるが、筆者らの実験では前記粗大粒の大きさが3mm程度に達するものがありこれが原因となってエアロゾルデポジション法では安定して複合構造部を作製できないという問題点があった。
However, when the above-described powder supply apparatus is used as an aerosol generation apparatus in the aerosol deposition method, most of the powder is discharged out of the rotary table in the process of forming the powder into a uniform layer by the first scraper. . For this reason, the specification efficiency of the powder is poor and is not practical. In particular, when the powder is expensive, practical application becomes more difficult. Further, it is possible to add the circulation mechanism and reuse the discharged powder, but the apparatus becomes complicated and causes impurities to be mixed in the powder conveying process. Further, in the case of the aerosol deposition method, since the powder conveyance is performed in a vacuum, it is necessary to store the circulating device to be installed in the vacuum system, so that the complexity and size of the device are greatly increased.
Further problematic is the conveyance of the agglomerated powder. Since the powder used in the aerosol deposition method is a fine powder, it has a strong cohesive force and poor transportability. For this reason, most of the powder conveyed to the second scraper is agglomerated and eventually agglomerated particles develop and are supplied as coarse particles to the discharge pipe. In our experiments, the size of the coarse particles is There are some that reach about 3 mm, and this has caused a problem that the composite structure cannot be stably produced by the aerosol deposition method.
本発明は上記問題を解決するためになされたもので、本発明の課題は、安定した濃度で長時間エアロゾルを発生させることが可能であり、かつ粗大粒子を含まないエアロゾルを発生させることが可能なエアロゾル発生装置を提供することである。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to generate an aerosol at a stable concentration for a long time and to generate an aerosol containing no coarse particles. Is to provide a simple aerosol generating device.
上記目的を達成するために請求項1記載の発明のよれば、脆性材料の微粒子をガス中に分散させたエアロゾルを基材に向けてノズルより噴射して、前記エアロゾルを前記基板表面に衝突させ、この衝突の衝撃によって前記微粒子を破砕・変形させて接合させ、前記微粒子の構成材料からなる構造物を前記基材上に形成させる複合構造物作製装置に用いるエアロゾル発生装置であって、該エアロゾル発生装置が、前記脆性材料の微粒子からなる粉体を収容する粉体収容部と、前記粉体収容部内に設置され前記粉体にその一部が接するように配置される搬送手段と、前記粉体をガス中に分散させるエアロゾル化部と、前記搬送手段上で前記粉体の形状整え、該粉体を前記エアロゾル化部に導くスクレーパ部と、を備え、前記搬送手段が重力方向に対して傾斜しており、前記搬送手段によって前記粉体の一部が重力に逆らう方向へ搬送され、該保持された粉体が前記スクレーパ部を介し前記エアロゾル化部へ供給されることを特徴とする。
これによって、粉体収容部内の粉体のほとんどは前記スクレーパにより粉体容器内に返され再度搬送用の粉体として回収される。また、搬送手段が重力方向に対して傾斜していることから圧粉粗大粒子は重力によって下方にとどまる。一方、粉体収容部内の底板の壁面に保持され搬送された粉体はエアロゾル発生器へと供給される。この方法によればスクレーパで擦り切られた粉体は重力により粉体容器内に返され粉体容器内に回収可能である。これにより粉体の使用効率を大幅に高めることが可能となる。
さらに搬送手段を重力方向に対して傾斜させており、前記粉体の保持は、前記粉体収容部の壁面と粉体との摩擦力によるもの、あるいは前記粉体供給部の壁面と粉体との摩擦力によるものである。これとスクレーパによる粉体形状を均一に形成する作用によって、一定量の粉体を連続してエアロゾル化部へ供給できるので、一定濃度のエアロゾルを発生させることができる。また、摩擦力に影響を与える搬送手段の表面粗さを変更することによって、粉体の分級も可能になる。更に、粉体収容部に投入する粉体に圧粉粗大粒子が混入していても、壁面の摩擦力によって粉体を保持分離する際に圧粉粗大粒子が強制的に落下せしめられるので、圧粉粗大粒子がエアロゾル化部へ供給されることがない。
更に、粉体収容部の回転速度を変化させることによって、エアロゾル濃度を制御することができる。
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, an aerosol in which fine particles of a brittle material are dispersed in a gas is sprayed from a nozzle toward a base material, and the aerosol is made to collide with the substrate surface. An aerosol generator for use in a composite structure manufacturing apparatus for crushing, deforming and joining the fine particles by the impact of the collision, and forming a structure made of the constituent material of the fine particles on the base material. A generator containing a powder made of fine particles of the brittle material; conveying means installed in the powder containing part and in contact with the powder; and the powder An aerosolizing unit that disperses a body in a gas; and a scraper unit that adjusts the shape of the powder on the conveying unit and guides the powder to the aerosolizing unit. And a part of the powder is conveyed in a direction against gravity by the conveying means, and the held powder is supplied to the aerosolization unit via the scraper unit. To do.
As a result, most of the powder in the powder container is returned to the powder container by the scraper and collected again as a powder for conveyance. Moreover, since the conveying means is inclined with respect to the direction of gravity, the coarse powder particles remain below due to gravity. On the other hand, the powder held and conveyed on the wall surface of the bottom plate in the powder container is supplied to the aerosol generator. According to this method, the powder scraped off by the scraper is returned to the powder container by gravity and can be collected in the powder container. As a result, the use efficiency of the powder can be greatly increased.
Further, the conveying means is inclined with respect to the direction of gravity, and the powder is held by frictional force between the wall surface of the powder container and the powder, or the wall surface of the powder supply unit and the powder. This is due to the frictional force. By this and the action of uniformly forming the powder shape by the scraper, a constant amount of powder can be continuously supplied to the aerosol-generating part, so that a constant concentration of aerosol can be generated. Further, the powder can be classified by changing the surface roughness of the conveying means that affects the frictional force. Furthermore, even if coarse powder particles are mixed in the powder put into the powder container, the coarse powder particles are forced to fall when the powder is held and separated by the frictional force of the wall surface. Coarse powder particles are not supplied to the aerosolization unit.
Furthermore, the aerosol concentration can be controlled by changing the rotational speed of the powder container.
また、請求項2記載の発明によれば 脆性材料の微粒子をガス中に分散させたエアロゾルを基材に向けてノズルより噴射して、前記エアロゾルを前記基板表面に衝突させ、この衝突の衝撃によって前記微粒子を破砕・変形させて接合させ、前記微粒子の構成材料からなる構造物を前記基材上に形成させる複合構造物作製装置に用いるエアロゾル発生装置であって、該エアロゾル発生装置が、前記脆性材料の微粒子からなる粉体を収容する粉体収容部と、前記粉体収容部に収容された前記粉体にその一部が接するように配置される粉体供給部と、前記粉体供給部を軸周りに回転させる回転手段と、前記粉体をガス中に分散させるエアロゾル化部と、前記回転手段上で前記粉体の形状を整え、該粉体を前記エアロゾル化部に導くスクレーパ部と、を備え、前記回転手段の回転軸が重力方向に対して傾斜しており、前記粉体供給部の回転によって、前記粉体の一部が重力に逆らう方向に搬送され、該保持された粉体が前記スクレーパ部を介し前記エアロゾル化部へ供給されることを特徴とする。
これによって請求項1記載の発明の効果に加えて搬送手段を回転テーブルとすることで第1スクレーパで粉体容器内返される粉体の回収が確実に行なえ、且つ粉体が堆積するデッドスペースがほとんど無い最適な構造を構成することが可能となり、且つ装置構造を簡略化することが可能となる。
According to a second aspect of the present invention, an aerosol in which fine particles of a brittle material are dispersed in a gas is sprayed from a nozzle toward a base material, the aerosol is made to collide with the substrate surface, and the impact of this collision An aerosol generator for use in a composite structure manufacturing apparatus in which the fine particles are crushed, deformed and bonded, and a structure made of the constituent material of the fine particles is formed on the base material, the aerosol generator being the brittle A powder container that contains powder made of fine particles of material, a powder supply part that is arranged so that a part of the powder is contained in the powder container, and the powder supply part A rotation means for rotating the powder around an axis, an aerosolization part for dispersing the powder in a gas, a scraper part for adjusting the shape of the powder on the rotation means, and guiding the powder to the aerosolization part, The A rotating shaft of the rotating means is inclined with respect to the direction of gravity, and by rotation of the powder supply unit, a part of the powder is conveyed in a direction against gravity, and the held powder is It is supplied to the aerosol generating unit through the scraper unit.
Thus, in addition to the effect of the invention of
また、請求項3記載の発明のよれば、請求項1記載の搬送手段が循環型ベルトであることを特徴とし、これによって請求項1記載の発明の効果に加え、搬送されてきた粉体のどの箇所でも粉体の搬送量が略一定のため搬送手段のベルト幅を精スクレーパに比べ十分に広くすることで多数の第3のスクレーパを設置しエアロゾル発生部に粉体を供給することが可能となり一つの搬送手段から複数のエアロゾル導出口を設定可能となる。 According to a third aspect of the present invention, the conveying means according to the first aspect is a circulation belt, and in addition to the effect of the first aspect of the present invention, Since the amount of powder transport is almost constant at any location, it is possible to install a large number of third scrapers and supply the powder to the aerosol generator by making the belt width of the transport means sufficiently wider than the precision scraper. Thus, a plurality of aerosol outlets can be set from one transport means.
また、請求項4記載の発明のよれば、前記スクレーパ部が略均一な厚さの粉体層にさせる第1のスクレーパと、前記粉体層の幅方向端部を整える第2のスクレーパと、前記第1のスクレーパと前記第2のスクレーパとにより形成された粉体層の粉体の一部を前記エアロゾル化部に供給する第3のスクレーパとを有してなることを特徴とする。
第1の粗スクレーパと搬送手段の隙間を調整し形成粉体の厚みを変えることにより、粉体の分級も可能になる。更に、粉体収容部に投入する粉体に圧粉粗大粒子が混入していても、壁面の摩擦力によって粉体を保持分離する際に圧粉粗大粒子が強制的に落下せしめられるので、圧粉粗大粒子がエアロゾル化部へ供給されることが防げる。
According to the invention of
By adjusting the gap between the first coarse scraper and the conveying means to change the thickness of the formed powder, it is possible to classify the powder. Furthermore, even if coarse powder particles are mixed in the powder put into the powder container, the coarse powder particles are forced to fall when the powder is held and separated by the frictional force of the wall surface. It is possible to prevent coarse powder particles from being supplied to the aerosolization unit.
また、請求項5記載の発明のよれば、粉体の保持が、前記粉体供給部の壁面と粉体との摩擦力、あるいは粉体同士による摩擦力、ファンデルワールス力、静電気によるものであることを特徴としており、これとスクレーパによる粉体形状を均一に形成する作用によって、一定量の粉体を連続してエアロゾル化部へ供給可能となり、一定濃度のエアロゾルを発生させることができる。また、摩擦力に影響を与える搬送手段の表面粗さを変更するもしくは第1の粗スクレーパと搬送手段の隙間を調整し形成粉体の厚みを変えることにより、粉体の分級も可能になる。更に、粉体収容部に投入する粉体に圧粉粗大粒子が混入していても、壁面もしくは粉体同士の摩擦力によって粉体を保持分離する際に圧粉粗大粒子が強制的に重力により落下せしめられるので、圧粉粗大粒子がエアロゾル化部へ供給されることがない。
According to the invention described in
また、請求項6記載の発明のよれば、前記粉体の保持が前記粉体収容部の壁面あるいは前記粉体供給部の壁面に形成された少なくとも一つ以上の突起や窪みによるものであることを特徴とする。
これによって、壁面の摩擦力によって保持し難い粉体、例えば壁面との摩擦力が極めて弱い粉体であっても確実に供給できる。また、壁面との摩擦力が時間と共に変化する粉体であっても、安定した濃度で長時間エアロゾルを発生させることができる。
According to a sixth aspect of the present invention, the powder is held by at least one protrusion or depression formed on the wall surface of the powder container or the wall surface of the powder supply unit. It is characterized by.
Thus, even a powder that is difficult to hold by the frictional force of the wall surface, for example, a powder that has a very weak frictional force with the wall surface, can be reliably supplied. Moreover, even in the case of powder whose frictional force with the wall surface changes with time, aerosol can be generated for a long time with a stable concentration.
また、請求項6記載の発明のよれば、前記エアロゾル発生装置において、前記エアロゾル化部が少なくともガス導入部とエアロゾル導出部で構成され、前記第3のスクレーパより供給される前記粉体に、前記ガス導入部から導入されたガスを吹付けて分散させるとともに、前記エアロゾル導出部から導出させることを特徴としており、この効果と、エアロゾル化部での重力分級効果が加わるので、より確実に粗大粒子を含まない微粒子からなるエアロゾルを発生させることができる。さらに第3スクレーパの掻き取り量を搬送粉体の極表面に調整することにより、表面に存在する微粒子のみを選択導出できる。 According to a sixth aspect of the present invention, in the aerosol generation device, the aerosol generation unit is configured by at least a gas introduction unit and an aerosol extraction unit, and the powder supplied from the third scraper is It is characterized by spraying and dispersing the gas introduced from the gas introduction part and deriving from the aerosol derivation part, and this effect and the gravity classification effect in the aerosolization part are added, so coarse particles are more reliably It is possible to generate an aerosol composed of fine particles not containing. Furthermore, only the fine particles existing on the surface can be selectively derived by adjusting the scraping amount of the third scraper to the extreme surface of the conveyed powder.
また、請求項7記載の発明のよれば、 前記エアロゾル発生装置において、前記粉体を保持させる部分に振動を加える加振手段を備えたことを特徴としており、これによって、何らかの不具合で大量の粉体や凝集粒が保持されてしまった場合でも、振動によって落下が促進されるので、エアロゾル化部へ大量の粉体や凝集粒が供給されることなく安定した濃度でエアロゾルを発生させることができる。 According to a seventh aspect of the present invention, the aerosol generating apparatus further comprises a vibration means for applying vibration to a portion for holding the powder. Even when the body and aggregated particles are held, the fall is accelerated by vibration, so that aerosol can be generated at a stable concentration without supplying a large amount of powder or aggregated particles to the aerosolization part. .
また、請求項8記載の発明によれば、前記エアロゾル発生装置において、前記粉体収容部に前記粉体を追加補充する粉体補充手段を備えたことを特徴としており、これによって、長時間エアロゾルを発生するにあたり、粉体を追加補充するために装置を停止する必要がない。あるいは予め大量の粉体を収容するために粉体収容部を大型にする必要がない。また、回転する粉体収容部あるいは粉体供給部との摩擦によって性状が変化し易い粉体の場合にも、摩擦を受ける時間が短くなるので有利である。さらに粉体を大量に入れると粉体自体の重量で粉体の性状が容易に変化するの場合、影響を受けないよう少量づつの投入が可能となり、より安定して粉体を供給できるようになる。 According to an eighth aspect of the present invention, the aerosol generating device further comprises a powder replenishing means for additionally replenishing the powder in the powder container, whereby a long-term aerosol is provided. It is not necessary to stop the device to replenish powder. Alternatively, it is not necessary to enlarge the powder container in order to accommodate a large amount of powder in advance. Also, in the case of a powder whose properties are likely to change due to friction with the rotating powder container or powder supply unit, it is advantageous because the time for receiving the friction is shortened. In addition, if the powder properties change easily due to the weight of the powder itself when a large amount of powder is added, it is possible to supply a small amount so as not to be affected, so that the powder can be supplied more stably. Become.
また、請求項9記載の発明によれば、前記エアロゾル発生装置において、粉体が接する部分に加熱機構を備えたことを特徴としておりこれによって長時間エアロゾルを発生スルにあたり、粉体の付着、スクレーパ部の詰まりやブリッジングを防止できる。粉体は多少の水分を含んでおりこれが原因となって付着や凝集が促進される。熱で水分を常に取り除いてやることで安定した粉体の性状を維持し、つまりは安定した粉体供給が可能となる。 According to a ninth aspect of the present invention, in the aerosol generating apparatus, a heating mechanism is provided at a portion in contact with the powder, whereby the aerosol is generated for a long time and the powder adheres to the scraper. Blocking and bridging of parts can be prevented. The powder contains some moisture, which promotes adhesion and aggregation. By constantly removing moisture with heat, stable powder properties can be maintained, that is, stable powder supply becomes possible.
また、請求項10記載の発明によれば、前記エアロゾル発生装置において、スクレーパ部に超音波振動子を備えたことを特徴としており、これによって凝集粒の解砕効果を持たせている。凝集粒がスクレーパと搬送機向の隙間でブリッジングを起こした場合でもスクレーパの超音波振動より粉体を微粒子に解砕しブリッジングを抑えることができる。これにより安定供給が可能となり、かつ凝集粒や粗大粒の発達抑制にもなる。 According to a tenth aspect of the present invention, the aerosol generating apparatus is characterized in that the scraper portion is provided with an ultrasonic vibrator, thereby providing an effect of crushing the aggregated particles. Even when the agglomerated particles cause bridging in the gap between the scraper and the conveyor, the powder can be broken into fine particles by ultrasonic vibration of the scraper to suppress bridging. As a result, stable supply is possible, and the development of aggregated grains and coarse grains is suppressed.
また、請求項11記載の発明によれば、前記エアロゾル発生装置において、第3スクレイーパ部がアクチュエータなどにより前記粉体搬送手段に対し位置決め可能としたことを特徴としており、これによって粉体のエアロゾル化部への供給量を制御することが可能となる。つまり、前期第3のスクレーパと搬送手段の隙間を調整することにより掻き取る粉体の量が調整可能となりこの掻き取った粉体をエアロゾル化部へ供給することでエアロゾルの濃度の微調整を行うことができる、 According to the eleventh aspect of the present invention, in the aerosol generating apparatus, the third scraper portion can be positioned with respect to the powder conveying means by an actuator or the like, whereby the powder is aerosolized. It becomes possible to control the supply amount to the section. That is, the amount of powder to be scraped can be adjusted by adjusting the gap between the third scraper and the conveying means in the previous period, and the concentration of the aerosol is finely adjusted by supplying the scraped powder to the aerosol-generating unit. be able to,
また、請求項12記載の発明のよれば、エアロゾル発生装置と、エアロゾルを基材に吹き付けるためのノズルを備える複合構造物作製装置であって、エアロゾル発生装置として請求項1〜11記載のエアロゾル発生装置を備えることを特徴とする。
これによって、安定した濃度で長時間エアロゾルを発生させることができるので、物性ばらつきの少ない複合構造物を効率良く作製することができる。また、圧粉粗大粒子を生じることがないので、圧粉粗大粒子がエアロゾル内に混入して複合構造物に欠陥を生じることがない。
Moreover, according to invention of Claim 12, it is a composite structure preparation apparatus provided with the aerosol generator and the nozzle for spraying an aerosol on a base material, Comprising: The aerosol generation of Claims 1-11 as an aerosol generator A device is provided.
Accordingly, aerosol can be generated for a long time at a stable concentration, and thus a composite structure with little variation in physical properties can be efficiently produced. In addition, since no coarse dust particles are generated, the coarse dust particles are not mixed in the aerosol to cause defects in the composite structure.
本発明によれば、安定した濃度で長時間エアロゾルを発生させることができ、さらに粗大粒子を含まないエアロゾルを発生させることが可能なエアロゾル発生装置を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the aerosol generator which can generate an aerosol for a long time with the stable density | concentration and can generate the aerosol which does not contain a coarse particle can be provided.
以下、発明を実施するための最良の形態を図面により詳細に説明する。
まず、本発明によるエアロゾル発生器を備えた複合構造物作製装置の一般的な構成例について図1を用いて説明する。窒素を内蔵するガスボンベ51はホース状の搬送管52を介してエアロゾル発生器53に連結され、さらに搬送管52を通じて構造物形成室54内に円形の導入部と矩形の開口を持つ開口部を備えたノズル55が設置される。図示されない制御手段によって、上下(Z)、前後左右(XY)に制動できる基板ホルダ57に基材56がノズル55に対向して配置される。構造物形成室54は排気ポンプ58に接続されている。
Hereinafter, the best mode for carrying out the invention will be described in detail with reference to the drawings.
First, a general configuration example of a composite structure manufacturing apparatus including an aerosol generator according to the present invention will be described with reference to FIG. A gas cylinder 51 containing nitrogen is connected to an aerosol generator 53 via a hose-shaped transfer pipe 52, and further includes an opening having a circular introduction part and a rectangular opening in the structure forming chamber 54 through the transfer pipe 52. A nozzle 55 is installed. A base material 56 is arranged opposite to the nozzle 55 on a
また、ノズル55と基材56の間にエアロゾル濃度を測定するためのセンサ装置61を配置し、センサ装置61から出力される信号は、フィードバック制御回路62へ送られ、そして処理され、エアロゾル発生器53やガスボンベ51それぞれの制御部へ配線63を通って送られ、エアロゾル濃度を制御するように、また、基材に衝突するエアロゾルの量を任意量供給するように制御を行う。 In addition, a sensor device 61 for measuring the aerosol concentration is disposed between the nozzle 55 and the base material 56, and a signal output from the sensor device 61 is sent to the feedback control circuit 62 and processed to generate an aerosol generator. Control is performed so as to control the aerosol concentration and to supply an arbitrary amount of aerosol that collides with the substrate.
次に、本発明によるエアロゾル発生器の一つの形態について、その構成を説明する。図2は本発明によるエアロゾル発生器の外観図である。真空容器71は円盤状の真空容器天板72および真空容器底板73と円筒状の真空容器胴体74で構成され、各々はOリング75を介して気密に締結されるとともに、真空容器天板72と真空容器胴体74は必要に応じて容易に着脱可能となっている。前記真空容器71は真空容器ホルダ76を介して支柱77に支えられており、支柱77はベースプレート78に固定されている。真空容器71はX軸周りに回転自在であるとともに、図示されない機構によって任意の角度で固定できるようになっている。
Next, the configuration of one embodiment of the aerosol generator according to the present invention will be described. FIG. 2 is an external view of an aerosol generator according to the present invention. The
図3は、図2において真空容器71を鉛直方向と45°をなす角度で固定した図である。ここで真空容器ホルダ76、支柱77、ベースプレート78は図示していない。
真空容器71には粉体79が収納されており本事例では真空容器71は粉体収納容部80の役割を兼ねている。
前記粉体収容部80の内部は円盤状の粉体搬送テーブル81と前記粉体79を掻き取るための第1スクレーパ84と第2スクレーパ85および第3スクレーパ86が粉体収容部80に固定されて、且つ粉体搬送テーブルと所定の位置関係を持って配置され(図4)、その位置関係は前記第1スクレーパと第2スクレーパの粉体掻き取り面が搬送テーブル81の搬送面に対して垂直もしくは70度〜120度の角度をもって設置され、且つシャフト83に対しては搬送テーブルの外周方向に放射状に置かれ、重力方向を0度、時計回り方向をプラスとすると0度〜+90度の位置に、第2スクレーパは+90度〜+180度の位置に配置され、且つ搬送テーブルの外周からややはみ出し配置され、その長さは第1スクレーパに比べ十分に短い長さである。また第1スクレーパは搬送テーブルと一定の隙間をもって配置されるが、第2スクレーパは搬送テーブルと接しはしないものの、なるべく隙間を空けない状態で設置されている。第3スクレーパは搬送回転テーブルに対し+180度〜270度の位置に配置され、第2スクレーパが粉体を掻き取る回転テーブルの半径方向位置より内側に配置され、搬送テーブルとの隙間は第1スクレーパより狭く調整されている。このとき搬送テーブルの回転方向は時計回りとなっている。
FIG. 3 is a view in which the
The
Inside the
また、前記粉体搬送テーブル81の中央部にはシャフト83が締結され、シャフト83とこれを保持するベアリングホルダ間には真空シール部材としてOリングシールやVシール、磁気シールなどが介在しており、シャフト83を図示Y軸周りに回転させても真空容器71内の気密を損なうことは無い。
シャフト83の他端はタイミングプーリとタイミングベルトなどを介してモータなどの駆動装置につながっており、これらの回転手段によって粉体収容部80を重力方向に対して傾斜したY軸まわりに任意の回転速度で回転させることが可能である。加振手段となるエアシリンダ88も図示するようにシャフト83の後方に配設されており、図示されない制御・駆動手段によってエアシリンダ88を駆動することによって、任意の周期および力でシャフト83の端面を叩くことが可能である。その結果、シャフト83の他端に保持された粉体収納部80にY軸方向の振動を加えることができる。
A
The other end of the
図5は図3に示したエアロゾル化部87の拡大断面図である。エアロゾル化部87はガス導入部となるガス導入管91とエアロゾル導出部となるエアロゾル導出管92から構成されている。
ガス導入管91の一端は真空容器天板72に配設されたジョイントを介して搬送管52およびガスボンベ51に連結され、他端であるガス導入口91は粉体搬送テーブル81近傍でエアロゾル導出管92方向に曲げられている。エアロゾル導出管92の一端であるエアロゾル導出口は第3スクレーパと接続され、他端は真空容器天板72に配設されたジョイントを介して搬送管52およびノズル55に連結されている。
なお、エアロゾル化部87は真空容器天板72に固定されているので粉体収容部80を回転させても移動することはない。
FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of the aerosol-generating
One end of the gas introduction pipe 91 is connected to the transport pipe 52 and the gas cylinder 51 via a joint disposed on the vacuum vessel top plate 72, and the gas introduction port 91, which is the other end, is connected to the
In addition, since the
図6は図3に示したエアロゾル化部87のもうひとつの形態の拡大断面図である。エアロゾル化部87はガス導入部となるガス導入管91とエアロゾル導出部となるエアロゾル導出管92から構成されている。ガス導入管91とエアロゾル導出管は同心の二重配管となっており、ガス導入管91の一端は真空容器天板72に配設されたジョイントを介して搬送管52およびガスボンベ51に連結されている。
エアロゾル導出管92の一端であるエアロゾル導出口は第3スクレーパの上方に配置され、他端は真空容器天板72に配設されたジョイントを介して搬送管52およびノズル55に連結されている。エアロゾル収容部の外でガス導入管91とエアロゾル導出管92は分岐され、ガス導入管は途中から曲げられガスボンベに連結され、エアロゾル導出管はなるべく曲げられることなくノズル55に連結される。
なお、エアロゾル化部87は真空容器天板72に固定されているので粉体収容部80を回転させても移動することはない。
FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view of another form of the aerosol-generating
The aerosol lead-out port, which is one end of the aerosol lead-out
In addition, since the
次に、これまで述べてきた構成からなる本発明によるエアロゾル発生器の一つの形態について、その動作を説明する。シャフト83の回転軸(Y軸)が重力方向に対して所望の角度で傾斜するように真空容器71をセットする。真空容器71の真空容器天板72を開け粉体収納容器80内に粉体79を投入する。真空容器天板72を閉めた後、排気ポンプ58によって排気を開始すると、構造物形成室54とノズル55と搬送管52を通じて連結されている真空容器71の内部が減圧される。所定圧力まで減圧されたらガスを所定流量で流す。真空容器71と構造物形成室54の圧力が一定になった後、モータ91を所定回転速度で回転させると共にエアシリンダ88を駆動して粉体収納容器80に振動を与える。これによって略一定量の粉体がエアロゾル化部87へ送られる。
Next, the operation of one embodiment of the aerosol generator according to the present invention having the above-described configuration will be described. The
ここで、本実施形態による粉体の供給原理について詳しく説明する。まず、真空容器天板72をはずし、粉体79を投入する。粉体は重力の力で粉体収容部80の下方に堆積する。次に搬送テーブル81を回転させると粉体79の搬送が始まり、粉体79はまず第1スクレーパ84によりほとんどは掻き取られ、少量は搬送テーブルと第1スクレーパ84の平行な隙間を通過することで均一な厚さの粉体層89に形成される。均されずに掻き取られた粉体79は第1スクレーパ84の全段の位置に重力の力で落下し、再度搬送テーブルにより第1スクレーパに搬送され、搬送テーブルと第1スクレーパ84の平行な隙間を通過するまで循環、落下が繰り返される。
第1スクレーパ84により均された粉体層89は搬送テーブル壁面と粉体の摩擦力あるいは粉体同士の摩擦力などにより搬送テーブル壁面に保持され第2スクレーパ85に到達するが、粉体層89の外周部は形状が安定しておらず、たとえば粉体が搬送テーブルから多少はみ出している場合や、粉体層89が薄く連続層でない場合があり、これらの粉体層89は搬送テーブル壁面への保持力が弱く、搬送途中で落下する場合がある。粉体の落下がエアロゾル化部の上方で発生しか場合、この粉体がエアロゾル導出管内に取り込まれる場合がありこれがエアロゾル濃度を不安定にする。第2スクレーパ85は粉体搬送テーブルの外周部に、搬送テーブルとほとんど隙間を保つことが無く設置されており、外周部近傍に保持された粉体の不安定部分を掻き取り形状を整え落下を防止する効果がある。第2スクレーパ85を通過した粉体層89は第3スクレーパ86に到達し、第3スクレーパにより、設定された粉体量を粉体表層部から掻き取りエアロゾル化部に粉体を供給する。第3スクレーパにより掻き取られなかった粉体層89は搬送テーブルに表面保持され第1スクレーパ84へ搬送され循環される。
Here, the principle of powder supply according to the present embodiment will be described in detail. First, the vacuum vessel top plate 72 is removed and the
The powder layer 89 leveled by the
図3に示した粉体供給方法について、図7を用いて更に詳しく説明する。図7は、図4における第1スクレーパ84を通過した後段G部のD−D断面である。
粉体搬送テーブル81の壁面と接していない粉体粒子Eには、重力による落下力と粉体粒子間摩擦力が作用する。
搬送テーブルの傾斜角度を大きくするにつれて落下力は大きく、粉体粒子間摩擦力は小さくなるので、落下力>粉体粒子間摩擦力となる傾斜角度で粉体粒子Eは落下する。
同様に、粉体容器底板81の壁面と接する粉体粒子Fには、重力による落下力と粉体粒子−壁面間摩擦力が作用する。搬送テーブルの傾斜角度を大きくするにつれて落下力は大きく、粉体粒子−壁面間摩擦力は小さくなり、落下力>粉体粒子−壁面間摩擦力となる傾斜角度で粉体粒子Fは落下する。そこで、粉体粒子−壁面間摩擦力>落下力>粉体粒子間摩擦力なる状態を作り出すことにより、粉体容器底板81の壁面上に粉体の一部を保持した状態、すなわち図3の状態を作り出すことができる。
The powder supply method shown in FIG. 3 will be described in more detail with reference to FIG. 7 is a DD cross section of the rear stage G section that has passed through the
A drop force due to gravity and a frictional force between the powder particles act on the powder particles E that are not in contact with the wall surface of the powder transport table 81.
As the inclination angle of the transfer table is increased, the drop force increases and the friction force between the powder particles decreases, so that the powder particle E falls at an inclination angle that satisfies drop force> powder particle friction force.
Similarly, a drop force due to gravity and a friction force between the powder particles and the wall surface act on the powder particles F in contact with the wall surface of the powder
粉体粒子−壁面間摩擦力>落下力>粉体粒子間摩擦力なる状態を作り出すにあたり、まず、同一の傾斜角度で、粉体粒子−壁面間摩擦力>粉体粒子間摩擦力となるようにする。同一の傾斜角度であれば、粉体粒子間摩擦力は粉体の性状によって決まるので、その粉体粒子間摩擦力より粉体粒子−壁面間摩擦力が大きくなるようにすれば良い。例えば、壁面との摩擦を生じ難い粉体の場合には、粉体搬送テーブル81の材質に粉体との摩擦を生じやすいものを選定し、粉体と接する壁面を粗くすれば粉体粒子−壁面間摩擦力を大きくすることができる。同一の傾斜角度で粉体粒子−壁面間摩擦力>粉体粒子間摩擦力なる状態を作り出せたら、搬送テーブル傾斜角度を調整することによって、粉体粒子−壁面間摩擦力>落下力>粉体粒子間摩擦力なる状態を作り出すことは容易である。従って、粉体粒子−壁面間摩擦力が粉体粒子間摩擦力よりも大きいほど、図3の状態を生み出せる傾斜角度の範囲は広くなる。 In order to create a state where the friction force between the powder particles and the wall surface> the drop force> the friction force between the powder particles, first, the friction force between the powder particles and the wall surface> the friction force between the powder particles at the same inclination angle. To. If the inclination angle is the same, the friction force between the powder particles is determined by the properties of the powder. Therefore, the friction force between the powder particles and the wall surface may be larger than the friction force between the powder particles. For example, in the case of a powder that does not easily cause friction with the wall surface, a material that easily generates friction with the powder is selected as the material of the powder conveyance table 81, and the powder particle is reduced by roughening the wall surface in contact with the powder. The frictional force between the wall surfaces can be increased. After creating a state where the friction force between the powder particles and the wall surface> the friction force between the powder particles at the same tilt angle, the friction force between the powder particles and the wall surface> drop force> powder is adjusted by adjusting the transport table tilt angle. It is easy to create a state of interparticle friction force. Therefore, as the friction force between the powder particles and the wall surface is larger than the friction force between the powder particles, the range of the inclination angle that can produce the state of FIG. 3 becomes wider.
例えば、平均1次粒径0.4ミクロンのアルミナ粉体を用いて、粉体容器底板81の粉体と接する面に#400のサンドペーパを貼り付けた場合、搬送テーブル傾斜角度が35〜60度の範囲で粉体を分離・保持することができ、より安定した分離・保持が可能なのは40〜55度の範囲であった。同じ粉体を使用し、粉体搬送テーブル81を表面粗さRa0.17ミクロンのアルミ板とした場合、傾斜角度αが32〜42度の範囲で粉体を供給することができ、より安定した供給が可能なのは34〜40度の範囲であった。更に、粉体容器底板81を表面粗さRa0.05ミクロンのステンレス板とした場合、傾斜角度αが32〜40度の範囲で粉体を供給することができ、より安定した供給が可能なのは34〜38度の範囲であった。
摩擦力の生じ難い粉体の場合は、粉体搬送テーブル81の粉体と接する壁面をショットブラストによって粗くしても良い。摩擦力の生じ易い粉体の場合、あるいは壁面への付着性が高い粉体の場合は、粉体搬送テーブル81の粉体と接する壁面にフッ素処理をしたり、あるいは粉体搬送テーブル81自体をフッ素樹脂で製作しても良い。
For example, when # 400 sandpaper is pasted on the surface of the powder
In the case of powder that does not easily generate frictional force, the wall surface of the powder conveying table 81 that contacts the powder may be roughened by shot blasting. In the case of powder that easily generates frictional force or powder that has high adhesion to the wall surface, the wall surface in contact with the powder of the powder transfer table 81 is treated with fluorine, or the powder transfer table 81 itself is removed. You may manufacture with a fluororesin.
本粉体供給方法においては、ほとんど圧縮力を加えることなく粉体を定量供給するので、粉体が装置に固着することがなく、安定した濃度で長時間エアロゾルを発生させることができる。また、ほとんど圧縮力を加えることなく粉体を供給するので、圧粉粗大粒子を生じることがない。更に、エアロゾル発生器に投入する粉体に圧粉粗大粒子が混入していても、圧粉粗大粒子がエアロゾル化部へ供給されない効果がある。図9は混入した圧粉粗大粒子の動きを表す模式図である。圧粉粗大粒子はその大きさのために、周囲の粒子の落下にともなって落下方向の力を受け、そのほとんどが強制的に落下せしめられる。その結果、圧粉粗大粒子が粉体搬送テーブル81の壁面に保持されたままエアロゾル化部へ供給されることはない。また、粉体層89内部に残った圧粉粗大粒子についても第3スクレーパが表層だけを掻き取るのでエアロゾル化部へ供給されることはない。
更に、本粉体供給方法においては、加振手段となるエアシリンダ88によって粉体搬送テーブルに振動を加えている。何らかの不具合によって粉体79が十分に落下せず、粉体搬送テーブルに多くの粉体が残ってしまった場合でも、この振動によって落下が促進されるので、エアロゾル化部へ大量の粉体が供給されることなく安定した濃度でエアロゾルを発生させることができる。なお、本実施例では加振手段としてエアシリンダを用いてY軸方向の振動を発生させているが、電磁石やエアーを用いたバイブレータや不釣合いを持った物体をモータで回転させて振動を発生させても良く、振動の方向もY軸方向に限られるものではない。
In the present powder supply method, since the powder is quantitatively supplied with almost no compressive force, the powder does not adhere to the apparatus, and aerosol can be generated at a stable concentration for a long time. Moreover, since powder is supplied almost without applying a compressive force, coarse powder particles are not produced. Furthermore, even if the coarse powder particles are mixed in the powder to be charged into the aerosol generator, there is an effect that the coarse powder particles are not supplied to the aerosolization unit. FIG. 9 is a schematic diagram showing the movement of mixed coarse powder particles. Due to its size, the coarse powder particles are subjected to a force in the dropping direction as the surrounding particles fall, and most of them are forcibly dropped. As a result, the coarse powder particles are not supplied to the aerosolization unit while being held on the wall surface of the powder conveyance table 81. Further, the coarse powder particles remaining inside the powder layer 89 are not supplied to the aerosolization unit because the third scraper scrapes only the surface layer.
Furthermore, in this powder supply method, vibration is applied to the powder transport table by an
次にエアロゾル化部87の動作について図5を用いて説明する。図5は図3に示したエアロゾル化部87の断面図である。エアロゾル化部87はガス導入部となるガス導入管91とエアロゾル導出部となるエアロゾル導出管92から構成されている。ガス導入管91の一端は真空容器天板72に配設されたジョイントを介して搬送管52およびガスボンベ51に連結され、他端であるガス導入口91は粉体搬送テーブル81近傍でエアロゾル導出管92方向に曲げられている。エアロゾル導出管92の一端であるエアロゾル導出口は第3スクレーパと接続され、他端は真空容器天板72に配設されたジョイントを介して搬送管52およびノズル55に連結されている。
粉体が搬送テーブル81の壁面に保持されて第3スクレーパにより掻き出されエアロゾル化部87へ供給された粉体は、ガス導入口91から噴出するガスによる衝撃で粉砕・解砕されエアロゾル発生部93でエアロゾル化される。発生したエアロゾルはエアロゾル導出管93から吸い出されて、搬送管52およびノズル55を経由して構造物形成室54内で基材56に高速で吹き付けられる。本実施例では、粉体搬送テーブル81の回転速度を変化させることにより単位時間あたりの粉体供給量を任意に変えることができ、その結果エアロゾル濃度を任意に変えることができる。また、第3スクレーパ86の高さを任意に設定することで粉体の掻き取り量を制御し、エアロゾル濃度を調整することができる。
なお、エアロゾル化部87は真空容器天板72に固定されているので粉体収容部80を回転させても移動することはない。
Next, operation | movement of the aerosol-
The powder held on the wall surface of the transfer table 81, scraped out by the third scraper, and supplied to the
In addition, since the
図6は図3に示したエアロゾル化部87のもうひとつの形態の断面図である。エアロゾル化部87はガス導入部となるガス導入管91とエアロゾル導出部となるエアロゾル導出管92から構成されている。ガス導入管91とエアロゾル導出管は同心の二重配管となっており、ガス導入管91の一端は真空容器天板72に配設されたジョイントを介して搬送管52およびガスボンベ51に連結されている。エアロゾル導出管92の一端であるエアロゾル導出口は第3スクレーパの上方に配置され、他端は真空容器天板72に配設されたジョイントを介して搬送管52およびノズル55に連結されている。エアロゾル収容部の外でガス導入管91とエアロゾル導出管92は分岐され、ガス導入管は途中から曲げられガスボンベに連結され、エアロゾル導出管はなるべく曲げられることなくノズル55に連結される。
粉体が搬送テーブル81の壁面に保持されて第3スクレーパにより掻き出され、エアロゾル化部87へ供給された粉体は、スクレーパを囲うように配置されたガス導入口91から噴出するガスによる衝撃で粉砕・解砕され、エアロゾル発生部93でエアロゾル化される。発生したエアロゾルはエアロゾル導出管93から吸い出されて、搬送管52およびノズル55を経由して構造物形成室54内で基材56に高速で吹き付けられる。本実施例では、粉体搬送テーブル81の回転速度を変化させることにより単位時間あたりの粉体供給量を任意に変えることができ、その結果エアロゾル濃度を任意に変えることができる。また、第3スクレーパ86の高さを任意に設定することで粉体の掻き取り量を制御し、エアロゾル濃度を調整することができる。
なお、エアロゾル化部87は真空容器天板72に固定されているので粉体収容部80を回転させても移動することはない。
FIG. 6 is a cross-sectional view of another form of the aerosol-generating
The powder is held on the wall surface of the transfer table 81, scraped out by the third scraper, and the powder supplied to the
In addition, since the
次に、本発明によるエアロゾル発生器のもう一つの形態について、その構成を説明する。図9は本発明によるもう一つ形態のエアロゾル発生器の外観図である。真空容器71は直方体などの形状で構成されている。真空容器内には粉体を収納する粉体収納部81と循環ベルト型搬送手段90を備え、搬送手段の粉体送り方向には傾斜は付けられ、前記傾斜角度α(図10の側面図参照)は図示されない機構によって任意の角度で固定できるようになっている。また前記循環ベルト型搬送手段90上で、前記粉体を概均一な厚さの粉体層を形成させる第1のスクレーパ84と前記粉体層の片側端部もしくは両端部上で一定の形状に整える第2のスクレーパ85と前記第1のスクレーパ84と前記第2のスクレーパ85とにより形成された粉体層をエアロゾル化部に導く管に供給する第3のスクレーパ86と前記粉体をガス中に分散させるエアロゾル化部87とを備えている。更に、本粉体供給方法においては、加振手段となるエアシリンダ88によって循環ベルト型搬送手段90に振動を加えている。何らかの不具合によって粉体79が十分に落下せず、粉体搬送テーブルに多くの粉体が残ってしまった場合でも、この振動によって落下が促進されるので、エアロゾル化部へ大量の粉体が供給されることなく安定した濃度でエアロゾルを発生させることができる。なお、本実施例では加振手段としてエアシリンダを用いてY軸方向の振動を発生させているが、電磁石やエアーを用いたバイブレータや不釣合いを持った物体をモータで回転させて振動を発生させても良く、振動の方向もY軸方向に限られるものではない。さらに加振手段88は複数個設置する場合もある。
本形態においては搬送されてきた粉体のどの箇所でも粉体の搬送量が略一定のため搬送手段のベルト幅を精スクレーパに比べ十分に広くすることで多数の第3のスクレーパを設置しエアロゾル発生部に粉体を供給することが可能となり一つの搬送手段から複数のエアロゾル導出口を設定可能となる。たとえば、図中には両端部に第3スクレーパを設定しているが、真空容器71の上部に第3スクレーパを複数個固定し粉体搬送方向に対して水平方向直角に並べ、エアロゾルを発生させることも可能である。
Next, the configuration of another form of the aerosol generator according to the present invention will be described. FIG. 9 is an external view of an aerosol generator according to another embodiment of the present invention. The
In this embodiment, since the amount of powder transported is almost constant at any part of the transported powder, a large number of third scrapers are installed and aerosols by making the belt width of the transport means sufficiently wider than the precision scraper. It is possible to supply powder to the generation unit, and it is possible to set a plurality of aerosol outlets from one transport means. For example, in the figure, a third scraper is set at both ends, but a plurality of third scrapers are fixed to the upper part of the
図11は、粉体補充手段を備えた場合の実施例である。エアロゾルを発生するにつれて
粉体79が少なくなるので、粉体容器80内に粉体を追加補充する粉体補充手段を備えた。これによって、予め大量の粉体を投入するために粉体収容部となる粉体容器80を大型にする必要がないので、エアロゾル発生器を小型にすることができ、回転手段に必要とされる動力も小さくできる。また、減圧・加圧環境下でエアロゾル発生器を使用する場合には、粉体を追加補充するために装置を停止する必要がなく特に有効である。更に、回転する粉体容器80との摩擦によって性状が変化し易い粉体の場合も、粉体補充手段によって少しずつ追加した方が摩擦の影響が少なくなり有利である。
FIG. 11 shows an embodiment in which a powder replenishing means is provided. Since the
本発明のエアロゾル発生器または該エアロゾル発生器を備えた装置により、金属やガラス、セラミックスやプラスチックなどの基材上に脆性材料などの微粒子の構成材料からなる構造物をダイレクトで形成し、特に加熱手段を必要としない常温で構造物が形成させることができ、焼成体同等の機械的強度を保有する構造物を得られることから、各種の保護膜や機能膜を有した構造物の作製に利用できる。 By using the aerosol generator of the present invention or a device equipped with the aerosol generator, a structure made of a constituent material of fine particles such as a brittle material is directly formed on a substrate such as metal, glass, ceramics, or plastic, and in particular heating The structure can be formed at room temperature that does not require any means, and a structure having mechanical strength equivalent to that of the fired body can be obtained, so it can be used for the manufacture of structures with various protective films and functional films. it can.
51…ガスボンベ
52…搬送管
53…エアロゾル発生器
54…構造物形成室
55…ノズル
56…基材
57…基材ホルダ
58…排気ポンプ
61…センサ装置
62…フィードバック制御回路
63…配線
71…真空容器
72…真空容器天板
73…真空容器底板
74…真空容器胴体
79…粉体
80…粉体収容部
81…搬送テーブル
82…粉体容器
83…シャフト
84…第1スクレーパ
85…第2スクレーパ
86…第3スクレーパ
87…エアロゾル化部
88…加振手段
89…粉体層
90…循環ベルト型搬送手段
91…ガス導入管
92…エアロゾル導出管
93…エアロゾル発生部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 51 ... Gas cylinder 52 ... Conveying pipe 53 ... Aerosol generator 54 ... Structure formation chamber 55 ... Nozzle 56 ...
Claims (12)
該エアロゾル発生装置が、前記脆性材料の微粒子からなる粉体を収容する粉体収容部と、
前記粉体収容部内に設置され前記粉体にその一部が接するように配置される搬送手段と、
前記粉体をガス中に分散させるエアロゾル化部と、
前記搬送手段上で前記粉体の形状を整え、該粉体を前記エアロゾル化部に導くスクレーパ部と、
を備え、前記搬送手段が重力方向に対して傾斜しており、前記搬送手段によって前記粉体の一部が重力に逆らう方向へ搬送され、該保持された粉体が前記スクレーパ部を介し前記エアロゾル化部へ供給されることを特徴とするエアロゾル発生装置。 An aerosol in which fine particles of a brittle material are dispersed in a gas is sprayed from a nozzle toward a base material, the aerosol is made to collide with the substrate surface, and the fine particles are crushed and deformed by the impact of the collision, and joined. An aerosol generator used in a composite structure manufacturing apparatus for forming a structure made of a constituent material of the fine particles on the base material,
The aerosol generating device contains a powder container for storing powder composed of fine particles of the brittle material;
Conveying means installed in the powder container and disposed so that a part of the powder comes into contact with the powder;
An aerosolization part for dispersing the powder in a gas;
Adjusting the shape of the powder on the conveying means, and a scraper part for guiding the powder to the aerosolization part;
The conveying means is inclined with respect to the direction of gravity, and a part of the powder is conveyed by the conveying means in a direction against gravity, and the held powder is passed through the scraper portion to the aerosol. An aerosol generation device, characterized in that the aerosol generation device is supplied to a gasification unit.
該エアロゾル発生装置が、前記脆性材料の微粒子からなる粉体を収容する粉体収容部と、
前記粉体収容部に収容された前記粉体にその一部が接するように配置される粉体供給部と、
前記粉体供給部を軸周りに回転させる回転手段と、
前記粉体をガス中に分散させるエアロゾル化部と、
前記回転手段上で前記粉体の形状を整え、該粉体を前記エアロゾル化部に導くスクレーパ部と、
を備え、前記回転手段の回転軸が重力方向に対して傾斜しており、前記粉体供給部の回転によって、前記粉体の一部が重力に逆らう方向に搬送され、該保持された粉体が前記スクレーパ部を介し前記エアロゾル化部へ供給されることを特徴とするエアロゾル発生装置。 An aerosol in which fine particles of a brittle material are dispersed in a gas is sprayed from a nozzle toward a base material, the aerosol is made to collide with the substrate surface, and the fine particles are crushed and deformed by the impact of the collision, and joined. An aerosol generator used in a composite structure manufacturing apparatus for forming a structure made of a constituent material of the fine particles on the base material,
The aerosol generating device contains a powder container for storing powder composed of fine particles of the brittle material;
A powder supply unit arranged so that a part thereof is in contact with the powder stored in the powder storage unit;
A rotating means for rotating the powder supply unit around an axis;
An aerosolization part for dispersing the powder in a gas;
Adjusting the shape of the powder on the rotating means, and a scraper part for guiding the powder to the aerosolization part;
A rotating shaft of the rotating means is inclined with respect to the direction of gravity, and a part of the powder is conveyed in a direction against gravity by rotation of the powder supply unit, and the held powder Is supplied to the aerosol generating unit through the scraper unit.
It is a composite structure preparation apparatus provided with the aerosol generator and the nozzle for spraying aerosol on a base material, Comprising: The aerosol generator according to any one of claims 1 to 11 is provided as an aerosol generator. Composite structure manufacturing equipment.
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