JP2006082023A - Composite structure formation system and formation method - Google Patents

Composite structure formation system and formation method Download PDF

Info

Publication number
JP2006082023A
JP2006082023A JP2004269869A JP2004269869A JP2006082023A JP 2006082023 A JP2006082023 A JP 2006082023A JP 2004269869 A JP2004269869 A JP 2004269869A JP 2004269869 A JP2004269869 A JP 2004269869A JP 2006082023 A JP2006082023 A JP 2006082023A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
aerosol
fine particles
composite structure
gas
forming system
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2004269869A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tomokazu Ito
朋和 伊藤
Junji Hiraoka
純治 平岡
Naoya Terada
直哉 寺田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toto Ltd
Original Assignee
Toto Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toto Ltd filed Critical Toto Ltd
Priority to JP2004269869A priority Critical patent/JP2006082023A/en
Publication of JP2006082023A publication Critical patent/JP2006082023A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a composite structure formation system capable of stabilizing a particulate concentration of aerosol, and formation method. <P>SOLUTION: The composite structure formation system is for forming a composite structure of a structure produced from a component material in the form of particulates and a substrate by hitting aerosol containing the particulates dispersed in a gas against a substrate and comprises a storage mechanism for storing the particulates, an aerosol formation mechanism for forming aerosol by dispersing the particulates in a gas, a supply mechanism for supplying the aerosol to the aerosol formation mechanism from the storage mechanism, a gas supply mechanism for supplying the gas to the aerosol formation mechanism, a jetting outlet for jetting the aerosol toward the substrate, and a quantifying mechanism for quantifying the concentration of the particulates in the aerosol. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、複合構造物形成システム及び形成方法に関し、より詳細には、脆性材料の微粒子をガス中に分散させた「エアロゾル」を基材に吹き付け、微粒子の構成材料からなる構造物を基材上に形成させる複合構造物形成システム及び形成方法に関する。   The present invention relates to a composite structure forming system and a forming method. More specifically, the present invention relates to a structure composed of fine particle constituent materials by spraying “aerosol” in which fine particles of a brittle material are dispersed in a gas. The present invention relates to a composite structure forming system and a forming method to be formed thereon.

基材の表面に脆性材料の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」がある(例えば、特許文献1及び特許文献2)。これは、脆性材料を含む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に変形や破砕を起させしめ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膜状構造物をダイレクトに形成させる方法である。この方法によれば、特に加熱手段などを必要とせず、常温で膜状構造物が形成が可能であり、焼成体と同等以上の機械的強度を有する膜状構造物を得ることができる。また、微粒子を衝突させる条件や微粒子の形状、組成などを制御することにより、膜状構造物の密度や機械強度、電気特性などを多様に変化させることが可能である。
特許第3348154号公報 特開2000−212766号公報
As a method for forming a brittle material structure on the surface of a substrate, there is an “aerosol deposition method” (for example, Patent Document 1 and Patent Document 2). This is because "aerosol" in which fine particles containing brittle materials are dispersed in a gas is sprayed from a nozzle toward the base material, and the microparticles collide with a base material such as metal, glass, ceramics or plastic, and the impact of this collision In this method, the brittle material fine particles are deformed or crushed and joined together to directly form a film-like structure made of the constituent material of the fine particles on the substrate. According to this method, a film-like structure can be formed at room temperature without requiring any heating means, and a film-like structure having mechanical strength equal to or higher than that of the fired body can be obtained. In addition, the density, mechanical strength, electrical characteristics, and the like of the film-like structure can be varied in various ways by controlling the conditions under which the fine particles collide and the shape and composition of the fine particles.
Japanese Patent No. 3348154 JP 2000-212766 A

エアロゾルデポジション法により膜状構造物を形成する際には、エアロゾルに含まれる微粒子の濃度を制御することが重要である。例えば、微粒子の濃度が変化すると、膜状構造物の膜厚が目的値からずれるという問題が生ずる。
また、大面積の基材上に膜状構造物を形成する場合、エアロゾルを噴出するノズルを基材に対向させつつ、これらを相対的に移動させることにより、ノズルよりも大面積の膜状構造物を形成する必要がある。この場合に、ノズルから噴出されるエアロゾルの微粒子濃度が変動すると、基材上に形成される膜状構造物の膜厚が不均一になってしまう。
When forming a film-like structure by the aerosol deposition method, it is important to control the concentration of fine particles contained in the aerosol. For example, when the concentration of the fine particles changes, there arises a problem that the film thickness of the film-like structure deviates from the target value.
In addition, when forming a film-like structure on a large-area substrate, a film-like structure having a larger area than that of the nozzle is achieved by moving the nozzles for ejecting the aerosol while facing the substrate. Things need to be formed. In this case, if the fine particle concentration of the aerosol ejected from the nozzle fluctuates, the film thickness of the film-like structure formed on the substrate becomes non-uniform.

また、特にエアロゾルの濃度に突発的(極端)な変動がある場合では、膜状構造物の内部に欠陥が導入されたり、表面粗さが大きくなるなど、膜質が不均一となるといった不具合も生ずることがある。従って、長時間に亘る安定性のみならず、短い時間間隔においてもエアロゾル中の微粒子の濃度を安定させることが望ましい。   In particular, when there is an abrupt (extreme) variation in the concentration of the aerosol, defects such as defects are introduced into the film-like structure or the surface roughness increases, resulting in non-uniform film quality. Sometimes. Accordingly, it is desirable to stabilize the concentration of the fine particles in the aerosol not only for stability over a long period of time, but also in a short time interval.

実際にエアロゾルデポジションを実施すると、例えば、湿度や化学的な安定性などの点で粉体(微粒子)の状態が経時的に変化したり、あるいは粉体の充填残量に応じてエアロゾルの供給能力が変動するなど様々な要因により、エアロゾルの濃度が短期的あるいは長期的に変動することもある。   When aerosol deposition is actually performed, for example, the state of the powder (fine particles) changes over time in terms of humidity and chemical stability, or the supply of aerosol according to the remaining amount of powder filling Due to various factors such as the ability to vary, the concentration of the aerosol may vary in the short or long term.

本発明は、かかる課題の認識に基づいてなされたものであり、その目的は、エアロゾルの微粒子濃度を安定させることができる複合構造物形成システム及び形成方法を提供することにある。   The present invention has been made on the basis of recognition of such problems, and an object thereof is to provide a composite structure forming system and a forming method capable of stabilizing the concentration of aerosol fine particles.

上記目的を達成するため、本発明の一態様によれば、
微粒子をガス中に分散させたエアロゾルを基材に衝突させて前記微粒子の構成材料からなる構造物と前記基材との複合構造物を形成する複合構造物形成システムであって、
前記微粒子を収容する収容機構と、
前記微粒子を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、
前記収容機構から前記エアロゾル化機構に前記微粒子を供給する供給機構と、
前記エアロゾル化機構に前記ガスを供給するガス供給機構と、
前記エアロゾルを前記基材に向けて噴射する吐出口と、
前記エアロゾル中の前記微粒子の濃度を定量化する定量化機構と、
を備えたことを特徴とする複合構造物形成システムが提供される。
In order to achieve the above object, according to one aspect of the present invention,
A composite structure forming system that forms a composite structure of a structure made of a constituent material of the fine particles and the base material by causing an aerosol in which fine particles are dispersed in a gas to collide with the base material,
A storage mechanism for storing the fine particles;
An aerosolization mechanism for forming an aerosol by dispersing the fine particles in a gas;
A supply mechanism for supplying the fine particles from the storage mechanism to the aerosolization mechanism;
A gas supply mechanism for supplying the gas to the aerosolization mechanism;
A discharge port for injecting the aerosol toward the substrate;
A quantification mechanism for quantifying the concentration of the fine particles in the aerosol;
A composite structure forming system is provided.

上記構成によれば、定量化機構を設けることにより、エアロゾルに含有される微粒子の濃度を安定させることができる複合構造物形成システムを提供することができる。   According to the said structure, the composite structure formation system which can stabilize the density | concentration of the microparticles contained in aerosol can be provided by providing a quantification mechanism.

ここで、「定量化機構」とは、単位時間あたりに供給されるエアロゾル中の微粒子の濃度を調節し、所定の濃度を継続維持させる働きをする機構である。定量性を決定するための単位時間は、要求される構造物の精度によって適宜設定することができ、数10秒オーダー以下(10〜50秒以下)の単位時間で定量性を維持するものであってもよく、より好ましくは、数秒オーダー(1〜5秒以下)程度の単位時間で定量性を維持するものであってもよい。   Here, the “quantification mechanism” is a mechanism that adjusts the concentration of fine particles in the aerosol supplied per unit time and continuously maintains a predetermined concentration. The unit time for determining the quantification can be appropriately set depending on the required accuracy of the structure, and maintains the quantification in the unit time of several tens of seconds or less (10 to 50 seconds or less). More preferably, the quantitative property may be maintained in a unit time on the order of several seconds (1 to 5 seconds or less).

ここで、前記ガス供給機構は、加圧されたガスを供給するものとすれば、エアロゾル化機構におけるエアロゾルの生成を確実且つ容易に実施でき、さらに吐出口から噴射させるエアロゾルの流速も高くすることにより高速で基材に衝突させて構造物を確実に形成することができる。   Here, if the gas supply mechanism supplies pressurized gas, the aerosol generation in the aerosol generation mechanism can be reliably and easily performed, and the flow rate of the aerosol injected from the discharge port can be increased. Thus, the structure can be reliably formed by colliding with the substrate at a high speed.

また、前記吐出口と前記基材とを収容する構造物作製室と、前記構造物作製室の内部空間を大気圧よりも減圧状態に維持可能とした排気手段と、をさらに備えたものとすれば、吐出口の上流側と構造物作製室との間に使用ずる差圧によりエアロゾルを加速させ高速で基材に衝突させることにより構造物を確実に形成することができる。また、余剰の微粒子を構造物作製室内に閉じこめて回収することも可能となり、周囲への飛散などの問題を解消できる。   Further, the apparatus is further provided with a structure manufacturing chamber that accommodates the discharge port and the base material, and an exhaust unit that can maintain the internal space of the structure manufacturing chamber at a pressure lower than atmospheric pressure. For example, the structure can be reliably formed by accelerating the aerosol by the differential pressure used between the upstream side of the discharge port and the structure manufacturing chamber and causing it to collide with the substrate at a high speed. In addition, it is possible to confine and collect surplus fine particles in the structure manufacturing chamber, thereby solving problems such as scattering to the surroundings.

また、前記エアロゾルに含有される前記微粒子の濃度を検知する計量機構をさらに備えたものとすれば、エアロゾルの濃度を検知しその結果に基づき各種の制御が可能となる。   Further, if a measuring mechanism for detecting the concentration of the fine particles contained in the aerosol is further provided, various concentrations can be controlled based on the detection result of the aerosol concentration.

例えば、前記計量機構により検知された情報に基づき前記定量化機構を制御するものとすれば、エアロゾルの濃度を所定値に維持でき、膜厚や膜質を均一化することができる。   For example, if the quantification mechanism is controlled based on information detected by the metering mechanism, the aerosol concentration can be maintained at a predetermined value, and the film thickness and film quality can be made uniform.

またここで、前記計量機構は、前記エアロゾル化機構または前記エアロゾル化機構と前記定量化機構との間に設けられたものすれば、いわゆるフィードフォワード制御が可能となり、膜厚や膜質の均一性が高くなる。   Here, if the measuring mechanism is provided between the aerosolization mechanism or between the aerosolization mechanism and the quantification mechanism, so-called feedforward control is possible, and the uniformity of film thickness and film quality is improved. Get higher.

また、前記定量化機構は、前記エアロゾルを通過させる流路の抵抗を変化させる流路抵抗可変手段を有するものとすれば、エアロゾルの流路の抵抗を変化させることにより、エアロゾルの濃度の定量化を確実且つ容易に実施できる。   Further, if the quantification mechanism has a channel resistance variable means for changing the resistance of the channel through which the aerosol passes, the aerosol concentration is quantified by changing the resistance of the aerosol channel. Can be carried out reliably and easily.

ここで、前記計量機構により検知された情報に基づき前記流路抵抗可変手段を制御するものとすれば、エアロゾルの濃度を確実且つ容易に所定値に維持することができる。
また、前記定量化機構は、前記流路抵抗可変手段の下流側において希釈用ガスを添加するガス導入口をさらに有するものとすれば、エアロゾルの定量化を確実且つ容易に実施できる。
ここで、前記計量機構により検知された情報に基づき前記ガス導入口から添加される前記希釈用ガスの量を制御するものとすれば、エアロゾルの濃度を確実且つ容易に所定値に維持することができる。
また、前記定量化機構は、前記流路抵抗可変手段の上流側において、前記エアロゾルの少なくとも一部を前記流路抵抗可変手段の前記流路とは異なる流路に排出させる排出口をさらに有するものとすれば、エアロゾルの定量化を確実且つ容易に実施できる。
ここで、前記計量機構により検知された情報に基づき前記排出口から排出される前記エアロゾルの量を制御するものとすれば、エアロゾルの濃度を確実且つ容易に所定値に維持することができる。
また、前記エアロゾルに含まれる前記微粒子を解砕する解砕機構をさらに備えたものすれば、エアロゾル中に含まれる凝集粒や粗大粒などを解砕して粒径を揃えることが可能となる。
Here, if the flow path resistance variable means is controlled based on the information detected by the measuring mechanism, the aerosol concentration can be reliably and easily maintained at a predetermined value.
Further, if the quantification mechanism further includes a gas introduction port for adding a dilution gas on the downstream side of the flow path resistance variable means, the quantification of the aerosol can be performed reliably and easily.
Here, if the amount of the dilution gas added from the gas inlet is controlled based on the information detected by the measuring mechanism, the aerosol concentration can be reliably and easily maintained at a predetermined value. it can.
Further, the quantification mechanism further has a discharge port for discharging at least a part of the aerosol to a flow path different from the flow path of the flow path resistance variable means on the upstream side of the flow path resistance variable means. Then, the aerosol can be quantified reliably and easily.
Here, if the amount of the aerosol discharged from the discharge port is controlled based on the information detected by the measuring mechanism, the concentration of the aerosol can be reliably and easily maintained at a predetermined value.
Further, if a crushing mechanism for crushing the fine particles contained in the aerosol is further provided, it is possible to crush aggregated particles, coarse particles, etc. contained in the aerosol to make the particle sizes uniform.

また、前記エアロゾルに含まれる前記微粒子の粒度を選別する分級機構をさらに備えたものとすれば、より均一な粒子を含むエアロゾルが得られ膜厚や膜質の均一性をさらに高めた構造物を形成できる。
また、前記エアロゾルの流束を加速させる加速機構と、前記エアロゾルの流束を均一化させる整流機構の少なくともいずれかをさらに備えたものとすれば、均一やエアロゾルのビームを形成し、またエアロゾルを高速で基材に衝突させることができる。
In addition, if a classification mechanism for selecting the particle size of the fine particles contained in the aerosol is further provided, an aerosol containing more uniform particles can be obtained, and a structure with further improved film thickness and film quality uniformity can be formed. it can.
Further, if it is further provided with at least one of an acceleration mechanism for accelerating the aerosol flux and a rectifying mechanism for making the aerosol flux uniform, a uniform or aerosol beam is formed, and the aerosol is It can be made to collide with the substrate at high speed.

また、前記吐出口と前記基材との相対的な位置関係を変化させる走査機構をさらに備えたものとすれば、大面積にわたり均一な構造物を形成することが可能となる。   Further, if a scanning mechanism that changes the relative positional relationship between the discharge port and the base material is further provided, a uniform structure can be formed over a large area.

一方、本発明の他の一態様によれば、
微粒子をガス中に分散させてエアロゾルを形成する工程と、
前記エアロゾル中の前記微粒子の濃度を定量化する工程と、
前記定量化された前記エアロゾルを基材に向けて噴射することにより前記微粒子の構成材料からなる構造物と前記基材との複合構造物を形成する工程と、
を備えたことを特徴とする複合構造物形成方法が提供される。
On the other hand, according to another aspect of the present invention,
A step of dispersing fine particles in a gas to form an aerosol;
Quantifying the concentration of the fine particles in the aerosol;
Forming a composite structure of the base material and the structure made of the constituent material of the fine particles by injecting the quantified aerosol toward the base material;
A method for forming a composite structure is provided.

上記構成によれば、定量化機構を設けることにより、エアロゾルに含有される微粒子の濃度を安定させることができる複合構造物形成方法を提供することができる。   According to the said structure, the composite structure formation method which can stabilize the density | concentration of the microparticles | fine-particles contained in aerosol by providing a quantification mechanism can be provided.

なお、本願明細書において「微粒子」とは、緻密質粒子である場合は、粒度分布測定や走査型電子顕微鏡などにより同定される平均粒径が50マイクロメータ以下のものをいう。   In the specification of the present application, the term “fine particles” refers to particles having an average particle diameter of 50 micrometers or less identified by particle size distribution measurement, a scanning electron microscope, or the like in the case of dense particles.

また、本願明細書において「エアロゾル」とは、ヘリウム、窒素、アルゴン、酸素、乾燥空気、これらを含む混合ガスなどのガス中に前述の微粒子を分散させたものであり、これら微粒子が単独でガス中に分散している状態と、これら微粒子が凝集した凝集粒がガス中に分散した状態を含む。エアロゾルのガス圧力と温度は任意であるが、ガス中の微粒子の濃度は、ガス圧を1気圧、温度を摂氏20度に換算した場合に、吐出口から噴射される時点において0.0003mL/L〜0.06mL/Lの範囲内であることが構造物の形成にとって望ましい。   In the present specification, “aerosol” is obtained by dispersing the above-mentioned fine particles in a gas such as helium, nitrogen, argon, oxygen, dry air, or a mixed gas containing these, and these fine particles are used as a gas alone. A state in which the fine particles are aggregated and a state in which the aggregated particles in which these fine particles are aggregated are dispersed in the gas. The gas pressure and temperature of the aerosol are arbitrary, but the concentration of fine particles in the gas is 0.0003 mL / L at the time when the gas is injected from the discharge port when the gas pressure is converted to 1 atm and the temperature is converted to 20 degrees Celsius. It is desirable for structure formation to be in the range of ~ 0.06 mL / L.

本発明によれば、定量化機構を設けることにより、吐出口から噴射されるエアロゾル中の微粒子の濃度を制御し、基材上に形成される膜状構造物の膜厚や膜質を確実に制御できる。この場合、エアロゾル中の微粒子濃度を終始一定に維持することにより、膜状構造物の堆積速度を一定にして正確な厚みの膜状構造物を形成できる。   According to the present invention, by providing a quantification mechanism, the concentration of fine particles in the aerosol ejected from the discharge port is controlled, and the film thickness and film quality of the film-like structure formed on the substrate are reliably controlled. it can. In this case, it is possible to form a film-like structure having an accurate thickness by keeping the deposition rate of the film-like structure constant by maintaining the concentration of fine particles in the aerosol constant throughout.

また、本発明によれば、定量化機構により定量すると、大面積に亘り、均一な膜状構造物を形成することができる。すなわち、吐出口と基材とを相対的に走査させて大面積の基材の表面に膜状構造物を堆積する場合でも、エアロゾル中の微粒子濃度を一定に維持すれば、大面積に亘り膜厚や膜質を均一にできる。   Further, according to the present invention, when quantified by the quantification mechanism, a uniform film-like structure can be formed over a large area. That is, even when a film-like structure is deposited on the surface of a large area substrate by relatively scanning the discharge port and the substrate, if the fine particle concentration in the aerosol is kept constant, the film over a large area Thickness and film quality can be made uniform.

またさらに、本発明によれば、定量化機構により定量する過程において余剰となった微粒子を収容機構に戻すことも可能となる。この場合、微粒子(粉体)の利用効率を上げて、長時間に亘る連続的な成膜が可能となる。   Furthermore, according to the present invention, it is possible to return the excessive fine particles in the process of quantification by the quantification mechanism to the accommodation mechanism. In this case, the utilization efficiency of fine particles (powder) can be increased, and continuous film formation over a long period of time becomes possible.

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図1は、本発明の実施の形態にかかる複合構造物の形成システムの全体構成を例示する模式図である。すなわち、同図は、エアロゾルデポジション装置の構成を例示する概念図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic view illustrating the overall configuration of a composite structure forming system according to an embodiment of the invention. That is, this figure is a conceptual diagram illustrating the configuration of the aerosol deposition apparatus.

本具体例のエアロゾルデポジション装置は、収容機構1と、供給機構2と、ガス供給機構3と、エアロゾル化機構4と、定量化機構5と、吐出口6と、を有する。収容機構1には、エアロゾルを形成するための粉体が収容される。供給機構2は、収容機構1に収容された粉体を、後段のエアロゾル化機構4に供給する。エアロゾル化機構4には、ガス供給機構3が接続されている。また、エアロゾル化機構4の後段には、エアロゾルの微粒子濃度を制御する定量化機構5が設けられている。後に詳述するように、定量化機構5には、希釈用ガスの導入管508やエアロゾル排出用の1次排出管512などを適宜設けることができる。定量化機構5の後段には吐出口6が接続され、定量化機構5により定量化されたエアロゾルが、基材7に向けて噴射される。   The aerosol deposition apparatus of this specific example includes a storage mechanism 1, a supply mechanism 2, a gas supply mechanism 3, an aerosolization mechanism 4, a quantification mechanism 5, and a discharge port 6. The storage mechanism 1 stores powder for forming an aerosol. The supply mechanism 2 supplies the powder stored in the storage mechanism 1 to the aerosolization mechanism 4 at the subsequent stage. A gas supply mechanism 3 is connected to the aerosolization mechanism 4. Further, a quantification mechanism 5 for controlling the aerosol fine particle concentration is provided at the subsequent stage of the aerosolization mechanism 4. As will be described in detail later, the quantification mechanism 5 can be appropriately provided with a dilution gas introduction pipe 508, an aerosol discharge primary discharge pipe 512, and the like. A discharge port 6 is connected to the subsequent stage of the quantification mechanism 5, and the aerosol quantified by the quantification mechanism 5 is jetted toward the base material 7.

収容機構1には、予め乾燥・粉砕処理された例えば酸化アルミニウム粉末などの粉体が充填されており、供給機構2の回転動作などによってエアロゾル化機構4へと微量ずつ供給される。エアロゾル化機構4にはガス供給機構3によってヘリウムなどのガスが導入され、供給された粉体はここでエアロゾル化される。生成されたエアロゾルはガスの流れに乗って定量化機構5へと搬送され、例えば、導入管508から希釈用ガスを添加することにより、エアロゾルの濃度が調節される。また、後に詳述するように、例えば、定量化機構5にはある程度過剰にエアロゾルを供給し、その一部を1次排出管512から排出させながら微粒子の濃度を調節するようにしてもよい。定量化機構5によって定量化されたエアロゾルは、吐出口6から基材7に向けて噴射され、基材7上に原料微粒子からなる膜状構造物が形成される。すなわち、基材7とその上に形成された膜状構造物と、からなる複合構造物が形成される。この時、ガス供給機構3から加圧ガスを供給すると、ガス流によりエアロゾルが形成されやすく、また基材7に向けて十分な速度でエアロゾルを噴射させることができる。   The storage mechanism 1 is filled with powder such as aluminum oxide powder that has been dried and pulverized in advance, and is supplied to the aerosol generation mechanism 4 in small amounts by the rotation operation of the supply mechanism 2 or the like. A gas such as helium is introduced into the aerosol generating mechanism 4 by the gas supply mechanism 3, and the supplied powder is aerosolized here. The generated aerosol is transported to the quantification mechanism 5 along the gas flow. For example, the concentration of the aerosol is adjusted by adding a dilution gas from the introduction pipe 508. Further, as will be described in detail later, for example, the quantification mechanism 5 may be supplied with an excessive amount of aerosol, and the concentration of the fine particles may be adjusted while discharging a part thereof from the primary discharge pipe 512. The aerosol quantified by the quantification mechanism 5 is ejected from the discharge port 6 toward the base material 7, and a film-like structure composed of raw material fine particles is formed on the base material 7. That is, a composite structure composed of the base material 7 and the film-like structure formed thereon is formed. At this time, when pressurized gas is supplied from the gas supply mechanism 3, the aerosol is easily formed by the gas flow, and the aerosol can be injected toward the base material 7 at a sufficient speed.

エアロゾルデポジションのプロセスは、通常は常温で実施され、微粒子材料の融点より十分に低い温度、すなわち摂氏数100度以下で膜状構造物の形成が可能であるところにひとつの特徴がある。   The aerosol deposition process is usually carried out at room temperature, and has one feature in that a film-like structure can be formed at a temperature sufficiently lower than the melting point of the particulate material, that is, at a temperature of 100 degrees centigrade or less.

また、収容機構1に収容される粉体を構成する微粒子は、セラミックスや半導体などの脆性材料を主体とし、同一材質の微粒子を単独であるいは粒径の異なる微粒子を混合させて用いることができるほか、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る。また、金属材料や有機物材料などの微粒子を脆性材料微粒子に混合したり、脆性材料微粒子の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、膜状構造物形成の主となるものは、脆性材料である。   The fine particles constituting the powder accommodated in the accommodation mechanism 1 are mainly composed of brittle materials such as ceramics and semiconductors, and the same material fine particles can be used alone or mixed with fine particles having different particle diameters. It is possible to mix fine particles of different brittle materials or to use them in a composite. Moreover, it is also possible to mix fine particles such as metal materials and organic materials with brittle material fine particles, or to coat the surface of brittle material fine particles. Even in these cases, the main material for forming the film-like structure is a brittle material.

この手法によって形成される複合構造物において、結晶性の脆性材料微粒子を原料として用いる場合、複合構造物の膜状構造物の部分は、その結晶粒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い。また、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。また多くの場合、複合構造物の膜状構造物部分は、基材7の表面に食い込む「アンカー層」を形成する。このアンカー層が形成されている膜状構造物は、基材7に対して極めて高い強度で強固に付着して形成される。   In the composite structure formed by this method, when crystalline brittle material fine particles are used as a raw material, the portion of the film-like structure of the composite structure is a polycrystalline body whose crystal particle size is smaller than that of the raw material fine particles. In many cases, the crystal has substantially no crystal orientation. Moreover, the grain boundary layer which consists of a glass layer does not exist substantially in the interface of brittle material crystals. Further, in many cases, the film-like structure portion of the composite structure forms an “anchor layer” that bites into the surface of the base material 7. The film-like structure on which the anchor layer is formed is formed by being firmly attached to the base material 7 with extremely high strength.

エアロゾルデポジション法により形成される膜状構造物は、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 film-like structure formed by the aerosol deposition method is clearly different from the so-called “green compact” in which fine particles are packed together by pressure and kept in physical form, and possesses sufficient strength. is doing.

エアロゾルデポジション法において、飛来してきた脆性材料微粒子が基材7の上で破砕・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と、形成された脆性材料構造物の結晶子サイズとをX線回折法などで測定することにより確認できる。すなわち、エアロゾルデポジション法で形成された膜状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い。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、もともとの微粒子の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。表面エネルギーが高く活性なこの新生面が、隣接した脆性材料微粒子の表面や同じく隣接した脆性材料の新生面あるいは基材7の表面と接合することにより膜状構造物が形成されるものと考えられる。   In the aerosol deposition method, the flying brittle material fine particles are crushed and deformed on the base material 7. The brittle material fine particles used as a raw material and the crystallite size of the formed brittle material structure Can be confirmed by measuring by an X-ray diffraction method or the like. That is, the crystallite size of the film-like structure formed by the aerosol deposition method is smaller than the crystallite size of the raw material fine particles. The “developed surface” or “fracture surface” formed when the fine particles are crushed or deformed includes a “new surface” in which atoms that were originally present inside the fine particles and bonded to other atoms are exposed. Is formed. It is considered that a membrane-like structure is formed by joining this new surface, which has high surface energy and is active, with the surface of the adjacent brittle material fine particles, the new surface of the adjacent brittle material, or the surface of the substrate 7.

また、エアロゾル中の微粒子の表面に水酸基がほどよく存在する場合は、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れ応力などにより、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、脆性材料からなる膜状構造物が成長するものと考えられる。   In addition, when hydroxyl groups are present on the surface of the fine particles in the aerosol, a mechanochemical acid-base dehydration reaction occurs due to local shear stress generated between the fine particles or between the fine particles and the structure when the fine particles collide. It is also conceivable that these are joined together. The addition of continuous mechanical impact force from the outside causes these phenomena to occur continuously, and the joining progresses and densifies by repeated deformation, crushing, etc. of fine particles, and a film-like structure made of a brittle material Is considered to grow.

そして、本実施形態によれば、定量化機構5を設けることにより、吐出口6から噴射されるエアロゾル中の微粒子の濃度を制御し、基材7上に形成される膜状構造物の膜厚や膜質を確実に制御できる。この場合、エアロゾル中の微粒子濃度を終始一定に維持することにより、膜状構造物の堆積速度を一定にして正確な厚みの膜状構造物を形成できる。また、膜質も均質にできる。   And according to this embodiment, by providing the quantification mechanism 5, the density | concentration of the microparticles | fine-particles in the aerosol injected from the discharge outlet 6 is controlled, and the film thickness of the film-like structure formed on the base material 7 And film quality can be controlled reliably. In this case, it is possible to form a film-like structure having an accurate thickness by keeping the deposition rate of the film-like structure constant by maintaining the concentration of fine particles in the aerosol constant throughout. Also, the film quality can be made uniform.

またさらに、図2に矢印Rで例示した如く、定量化機構5により定量する過程において余剰となった微粒子を1次排出管512を介して取り出して収容機構1に戻すことも可能となる。このようにすれば、微粒子(粉体)の利用効率を上げて、長時間に亘る連続的な成膜が可能となる。
本発明において設ける定量化機構5をはじめとする各要素の構造の詳細については、後に具体例を参照しつつ説明する。
Furthermore, as illustrated by an arrow R in FIG. 2, it is possible to take out the excessive fine particles in the process of quantification by the quantification mechanism 5 and return them to the storage mechanism 1 through the primary discharge pipe 512. In this way, the utilization efficiency of the fine particles (powder) is increased, and continuous film formation over a long period of time becomes possible.
Details of the structure of each element including the quantification mechanism 5 provided in the present invention will be described later with reference to specific examples.

図3は、本発明の実施の形態にかかるエアロゾルデポジション装置の第2の具体例を表す模式図である。図3以降の図面に関しては、前出の図面に表したものと同様の要素については同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
本具体例においては、構造物作製室8が設けられ、吐出口6の少なくとも先端部と基材7とが、構造物作製室8の中に配置されている。構造物作製室8の内部空間は、排気機構9によって減圧状態が維持可能とされている。排気機構9としては、例えば、ロータリーポンプなどを用いることができ、構造物作製室8の内部を大気圧よりも低い減圧雰囲気に維持できる。
FIG. 3 is a schematic diagram showing a second specific example of the aerosol deposition apparatus according to the embodiment of the present invention. 3 and the subsequent drawings, the same elements as those shown in the previous drawings are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
In this specific example, a structure production chamber 8 is provided, and at least the tip portion of the discharge port 6 and the base material 7 are arranged in the structure production chamber 8. The internal space of the structure manufacturing chamber 8 can be maintained in a reduced pressure state by the exhaust mechanism 9. As the exhaust mechanism 9, for example, a rotary pump can be used, and the inside of the structure manufacturing chamber 8 can be maintained in a reduced pressure atmosphere lower than the atmospheric pressure.

定量化機構5によって定量化されたエアロゾルは、吐出口6から基材7に向けて噴射され、基材7上には原料微粒子からなる膜状構造物が形成される。この時、構造物作製室8内が負圧環境にあるために、エアロゾルは圧力差により加速されて基材7に衝突する。その結果として、強固な膜状構造物を形成することができる。また、構造物作製室8を減圧状態に維持することにより、エアロゾルが基材7に衝突して形成される「新生面」がより長い時間、活性状態を維持でき、膜状構造物の緻密性や強度を上げることが可能となる。   The aerosol quantified by the quantification mechanism 5 is ejected from the discharge port 6 toward the base material 7, and a film-like structure made of raw material fine particles is formed on the base material 7. At this time, since the inside of the structure manufacturing chamber 8 is in a negative pressure environment, the aerosol is accelerated by the pressure difference and collides with the base material 7. As a result, a strong film-like structure can be formed. Further, by maintaining the structure manufacturing chamber 8 in a reduced pressure state, the “new surface” formed by the collision of the aerosol with the base material 7 can be maintained in an active state for a longer period of time. The strength can be increased.

図4は、本発明の実施の形態にかかるエアロゾルデポジション装置の第3の具体例を表す模式図である。
本具体例においては、エアロゾル化機構4から搬送管10を介して定量化機構5へエアロゾルが搬出される。また、定量化機構5の先には加速機構11が設けられ、さらにその先には整流機構12を介して吐出口6が設けられている。
加速機構11においては、流路径に差を設けることにより得られるジェット気流や圧縮効果などを利用して、エアロゾルの流速が加速される。また、整流機構12においては、エアロゾルを等方拡散させたり、撹拌させることにより、微粒子濃度を均一にすることができる。すなわち、均一な濃度のエアロゾルのビームを得ることができる。これら要素のうちで、少なくとも吐出口6は、構造物作製室8の内側に配置されている。
FIG. 4 is a schematic diagram showing a third specific example of the aerosol deposition apparatus according to the embodiment of the present invention.
In this specific example, the aerosol is carried out from the aerosolization mechanism 4 to the quantification mechanism 5 through the carrier tube 10. Further, an acceleration mechanism 11 is provided at the tip of the quantification mechanism 5, and a discharge port 6 is provided at the tip of the quantification mechanism 5 via a rectifying mechanism 12.
In the acceleration mechanism 11, the flow velocity of the aerosol is accelerated by utilizing a jet airflow or a compression effect obtained by providing a difference in the channel diameter. Further, in the rectifying mechanism 12, the fine particle concentration can be made uniform by isotropically diffusing or stirring the aerosol. That is, an aerosol beam having a uniform concentration can be obtained. Among these elements, at least the discharge port 6 is disposed inside the structure manufacturing chamber 8.

また、構造物作製室8の中には、支持走査機構13に支持された基材7が配置される。支持走査機構13は、基材7を支持し、吐出口6に対する基材7の相対的な位置関係をXYZθ方向の少なくともいずれかに適宜相対変位させる役割を有する。すなわち、支持走査機構13により基材7を適宜走査しつつエアロゾルを吹き付けることにより、吐出口6から噴射されるエアロゾルのビームサイズよりも大面積の基材7の表面に膜状構造物を堆積できる。そして、定量化機構5でエアロゾルの濃度を定量することにより、大面積に亘り均一な膜状構造物を形成することができる。すなわち、吐出口6と基材7とを相対的に走査させて大面積の基材7の表面に膜状構造物を堆積する場合において、エアロゾル中の微粒子濃度を一定に維持すれば、大面積に亘り膜厚や膜質を均一にできる。   Further, the base material 7 supported by the support scanning mechanism 13 is disposed in the structure manufacturing chamber 8. The support scanning mechanism 13 supports the base material 7 and has a role of appropriately displacing the relative positional relationship of the base material 7 with respect to the ejection port 6 in at least one of the XYZθ directions. That is, a film-like structure can be deposited on the surface of the substrate 7 having a larger area than the beam size of the aerosol ejected from the discharge port 6 by spraying the aerosol while appropriately scanning the substrate 7 by the support scanning mechanism 13. . Then, by quantifying the aerosol concentration by the quantification mechanism 5, a uniform film-like structure can be formed over a large area. That is, in the case where a film-like structure is deposited on the surface of a large-area substrate 7 by relatively scanning the discharge port 6 and the substrate 7, if the fine particle concentration in the aerosol is kept constant, the large area It is possible to make the film thickness and film quality uniform.

図5は、本発明の実施の形態にかかるエアロゾルデポジション装置の第4の具体例を表す模式図である。   FIG. 5 is a schematic diagram showing a fourth specific example of the aerosol deposition apparatus according to the embodiment of the present invention.

本具体例においては、吐出口6が支持走査機構17により支持され、XYZθの少なくともいずれかの方向に移動可能とされている。すなわち、基材7に対して吐出口6を相対的に変位させつつエアロゾルを噴射させることにより、基材7上に大面積に亘り均一な膜状構造物を形成できる。なおこの場合、例えば、定量化機構5と加速機構11との間に、変形可能な配管18を設けることにより、支持走査機構17による吐出口6の変位を吸収させることができる。つまり、定量化機構5や構造物作製室8などを静止させた状態のままで、吐出口6を支持走査機構17により移動させることができる。変形可能な配管18としては、例えば、ゴムなどの弾性材料からなる配管や、ベローズ(じゃばら)などの配管を用いることができる。   In this specific example, the discharge port 6 is supported by the support scanning mechanism 17 and is movable in at least one direction of XYZθ. That is, a uniform film-like structure over a large area can be formed on the base material 7 by spraying the aerosol while displacing the discharge port 6 relative to the base material 7. In this case, for example, by providing a deformable pipe 18 between the quantification mechanism 5 and the acceleration mechanism 11, the displacement of the discharge port 6 by the support scanning mechanism 17 can be absorbed. That is, the discharge port 6 can be moved by the support scanning mechanism 17 while the quantification mechanism 5 and the structure manufacturing chamber 8 remain stationary. As the deformable pipe 18, for example, a pipe made of an elastic material such as rubber or a pipe such as bellows can be used.

図6は、本発明の実施の形態にかかるエアロゾルデポジション装置の第5の具体例を表す模式図である。
本具体例においても、定量化機構5により定量化されたエアロゾルは、加速機構11、整流機構12を介して吐出口6から基材7に向けて噴射される。基材7は、支持走査機構13の上に支持され、XYZθ方向の少なくともいずれかに適宜変位させながら膜状構造物を形成できる。
さらに、本具体例においては、吐出口6と基材7との間に、エアロゾルの濃度を計量する計量機構14が配置されている。計量機構14は、吐出口6から噴射されるエアロゾルに含まれる微粒子の濃度を検知する。
構造物作製室8内に計量機構14を設けることにより吐出後のエアロゾルの濃度の揺らぎや経時変化に関する情報を検知して、定量化機構5にフィードバックすることで、エアロゾルの濃度や噴出速度などの安定化を図ることができる。その結果として、均一な膜厚で均一な膜質の膜状構造物を形成できる。なお、計量機構14を構造物作製室8の内部に設ける代わりに、例えば、定量化機構5と加速機構11との間に設けても、同様のフィードバック制御が可能である。
FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a fifth specific example of the aerosol deposition apparatus according to the embodiment of the present invention.
Also in this specific example, the aerosol quantified by the quantification mechanism 5 is ejected from the discharge port 6 toward the base material 7 through the acceleration mechanism 11 and the rectification mechanism 12. The substrate 7 is supported on the support scanning mechanism 13 and can form a film-like structure while being appropriately displaced in at least one of the XYZθ directions.
Furthermore, in this specific example, a measuring mechanism 14 for measuring the concentration of the aerosol is disposed between the discharge port 6 and the base material 7. The metering mechanism 14 detects the concentration of fine particles contained in the aerosol ejected from the discharge port 6.
By providing a metering mechanism 14 in the structure manufacturing chamber 8, information related to fluctuations in aerosol concentration after discharge and changes over time are detected and fed back to the quantification mechanism 5, so that the aerosol concentration, ejection speed, etc. Stabilization can be achieved. As a result, a film-like structure having a uniform film quality and a uniform film quality can be formed. In addition, instead of providing the measuring mechanism 14 in the structure production chamber 8, for example, the same feedback control is possible even if it is provided between the quantification mechanism 5 and the acceleration mechanism 11.

図7は、本発明の実施の形態にかかるエアロゾルデポジション装置の第6の具体例を表す模式図である。   FIG. 7 is a schematic diagram showing a sixth specific example of the aerosol deposition apparatus according to the embodiment of the present invention.

本具体例においては、エアロゾル化機構4の内部にエアロゾルの濃度を計量する計量機構14が設けられている。すなわち、定量化機構5に導入される前のエアロゾルの濃度を検知して、その結果を定量化機構5へとフィードフォワードし濃度を調節することによって、基材7に対して安定した濃度のエアロゾルを供給することができる。なお、計量機構14をエアロゾル化機構4の内部に設ける代わりに、例えば、搬送管10に設けても、同様のフィードフォワード制御が可能である。   In this specific example, a measuring mechanism 14 for measuring the concentration of the aerosol is provided in the aerosol generating mechanism 4. That is, by detecting the concentration of the aerosol before being introduced into the quantification mechanism 5, and feeding the result to the quantification mechanism 5 and adjusting the concentration, the aerosol having a stable concentration with respect to the substrate 7 is obtained. Can be supplied. Note that the same feedforward control is possible if the metering mechanism 14 is provided in the transport pipe 10 instead of being provided in the aerosol generating mechanism 4.

図8は、本発明の実施の形態にかかるエアロゾルデポジション装置の第7の具体例を表す模式図である。   FIG. 8 is a schematic diagram showing a seventh specific example of the aerosol deposition apparatus according to the embodiment of the present invention.

本具体例においては、エアロゾル化機構4の後段に解砕機構15及び分級機構16が設けられ、搬送管10を介して定量化機構5が配置されている。解砕機構15は、エアロゾルに含まれる粗大粒や微粒子の凝集体などを破壊し、粒子サイズを小さくする役割を有する。一方、分級機構16は、エアロゾルに含まれる微粒子のうちで所定の範囲の粒径のもののみを選別する役割を有する。
エアロゾル化機構4において生成されたエアロゾルは、解砕機構15に導入され、エアロゾル中に含まれる凝集粒などは解砕機構15によって解砕される。そして、一部の解砕不十分な粗大粒子などは分級機構16によって取り除かれ、より均一な粒子を含むエアロゾルのみが後工程である定量化機構5へと搬送される。
In this specific example, a crushing mechanism 15 and a classification mechanism 16 are provided in the subsequent stage of the aerosolization mechanism 4, and the quantification mechanism 5 is arranged via the transport pipe 10. The crushing mechanism 15 has a role of breaking coarse particles and fine particle aggregates contained in the aerosol and reducing the particle size. On the other hand, the classification mechanism 16 has a role of selecting only particles having a particle diameter in a predetermined range among the fine particles contained in the aerosol.
The aerosol generated in the aerosolization mechanism 4 is introduced into the crushing mechanism 15, and aggregated particles and the like contained in the aerosol are crushed by the crushing mechanism 15. Then, some coarse particles that are insufficiently crushed are removed by the classification mechanism 16, and only the aerosol containing more uniform particles is conveyed to the quantification mechanism 5, which is a subsequent process.

本具体例によれば、解砕機構15と分級機構16とを設けることにより微粒子径が所定の範囲内に調整されたエアロゾルを基材7に噴射することができ、膜厚や膜質の均一性をさらに高めた膜状構造物を形成できる。
また、本具体例においては、計量機構14を構造物作製室8内に設け、定量化機構5をフィードバック制御することにより、吐出口6から噴射されるエアロゾルの流量や濃度をさらに精密に制御できる。
According to this specific example, by providing the crushing mechanism 15 and the classification mechanism 16, it is possible to inject the aerosol whose fine particle diameter is adjusted within a predetermined range onto the base material 7, and uniformity of film thickness and film quality. Can be formed.
In this specific example, the metering mechanism 14 is provided in the structure production chamber 8 and the quantification mechanism 5 is feedback-controlled, whereby the flow rate and concentration of the aerosol ejected from the discharge port 6 can be controlled more precisely. .

図9は、本発明の実施の形態にかかるエアロゾルデポジション装置の第8の具体例を表す模式図である。   FIG. 9 is a schematic diagram illustrating an eighth specific example of the aerosol deposition apparatus according to the embodiment of the present invention.

本具体例においても、解砕機構15と分級機構16とが設けられ、微粒子径が所定の範囲内に調整されたエアロゾルを基材7に噴射することができる。
また、計量機構14が構造物作製室8内に設けられ、吐出口6から噴射されたエアロゾルの濃度を計量機構14により計測して定量化機構5にフィードバックすることができる。
Also in this specific example, the crushing mechanism 15 and the classification mechanism 16 are provided, and the aerosol whose fine particle diameter is adjusted within a predetermined range can be injected onto the base material 7.
In addition, a metering mechanism 14 is provided in the structure production chamber 8, and the concentration of aerosol ejected from the discharge port 6 can be measured by the metering mechanism 14 and fed back to the quantification mechanism 5.

図10は、本発明の実施の形態にかかるエアロゾルデポジション装置の第9の具体例を表す模式図である。
本具体例においては、複数のエアロゾル発生ユニットASGが並列に設けられ、それぞれから定量化機構5にエアロゾルが供給される。これらエアロゾル発生ユニットASGのそれぞれは、図1乃至図9に関して前述したように、収容機構1と、供給機構2と、ガス供給機構3と、エアロゾル化機構4と、が設けられている。それぞれのエアロゾル発生ユニットASGは、異種材料のエアロゾルを発生するようにしてもよく、同種材料のエアロゾルを発生するようにしてもよい。異種材料のエアロゾルを発生するようにした場合には、これらを混合することにより、複数の材料からなるエアロゾルを生成し、これを基材7に噴射することにより、膜状構造物の組成を制御できる。
FIG. 10 is a schematic diagram showing a ninth specific example of the aerosol deposition apparatus according to the embodiment of the present invention.
In this specific example, a plurality of aerosol generation units ASG are provided in parallel, and the aerosol is supplied to the quantification mechanism 5 from each. Each of the aerosol generation units ASG is provided with the accommodation mechanism 1, the supply mechanism 2, the gas supply mechanism 3, and the aerosol generation mechanism 4 as described above with reference to FIGS. Each aerosol generating unit ASG may generate an aerosol of a different material or an aerosol of the same material. When aerosols of different materials are generated, they are mixed to generate an aerosol composed of a plurality of materials, and this is injected onto the base material 7 to control the composition of the film-like structure. it can.

また、複数のエアロゾル発生ユニットASGが同種材料のエアロゾルを発生するようにした場合は、収容機構1に粉体を充填することなく長時間に亘ってエアロゾルを供給できる。この場合、複数のエアロゾル発生ユニットASGのそれぞれから同時にエアロゾルを供給するようにしてもよく、順次切り替えてエアロゾルを供給するようにしてもよい。   When a plurality of aerosol generating units ASG generate the same kind of aerosol, the aerosol can be supplied for a long time without filling the storage mechanism 1 with powder. In this case, the aerosol may be supplied simultaneously from each of the plurality of aerosol generation units ASG, or the aerosol may be supplied by switching sequentially.

また、本具体例においても、定量化機構5を設けることにより、エアロゾル中の微粒子の濃度を制御し、基材7上に形成される膜状構造物の膜厚や膜質を確実に制御できる。なお、本具体例においても、図6に関して前述したように、計量機構14を構造物作製室8の中に設け、吐出口6から噴射されるエアロゾルの濃度を計測して定量化機構5にフィードバックするようにしてもよい。   Also in this specific example, by providing the quantification mechanism 5, the concentration of fine particles in the aerosol can be controlled, and the film thickness and film quality of the film-like structure formed on the substrate 7 can be reliably controlled. Also in this specific example, as described above with reference to FIG. 6, the measuring mechanism 14 is provided in the structure manufacturing chamber 8, and the concentration of the aerosol injected from the discharge port 6 is measured and fed back to the quantifying mechanism 5. You may make it do.

図11は、本発明の実施の形態にかかるエアロゾルデポジション装置の第10の具体例を表す模式図である。
本具体例においては、複数のエアロゾル発生ユニットASGが並列に設けられ、それぞれに定量化機構5が設けられている。すなわち、エアロゾル発生ユニットASGのそれぞれについて定量が可能とされている。このようにすれば、例えば、複数の材料微粒子からなるエアロゾルを混合して所定の組成の膜状構造物を形成する場合に、エアロゾルの混合比を高い精度で制御できる。その結果として、膜状構造物の組成を精密に制御できる。
FIG. 11 is a schematic diagram showing a tenth specific example of the aerosol deposition apparatus according to the embodiment of the present invention.
In this specific example, a plurality of aerosol generation units ASG are provided in parallel, and a quantification mechanism 5 is provided for each. That is, each aerosol generation unit ASG can be quantified. In this way, for example, when a film-like structure having a predetermined composition is formed by mixing an aerosol composed of a plurality of material fine particles, the mixing ratio of the aerosol can be controlled with high accuracy. As a result, the composition of the film-like structure can be precisely controlled.

なお、本具体例においても、図7に関して前述したように、エアロゾル発生ユニットASGに設けられたエアロゾル化機構4に計量機構14を設けてもよい。このようにすれば、エアロゾル発生ユニットASGにおけるエアロゾルの濃度を計測して定量化機構にフィードフォワードできるので、より精密な制御が可能となる。   Also in this specific example, as described above with reference to FIG. 7, the metering mechanism 14 may be provided in the aerosol generating mechanism 4 provided in the aerosol generating unit ASG. In this way, since the aerosol concentration in the aerosol generation unit ASG can be measured and fed forward to the quantification mechanism, more precise control becomes possible.

以上、本発明の実施の形態にかかるエアロゾルデポジション装置の全体構成について10個の具体例を挙げて説明した。以下、これらエアロゾルデポジション装置を構成する各要素について具体例を挙げて説明する。
図12は、エアロゾル発生ユニットASGの構造を例示する模式図である。すなわち、エアロゾル発生ユニットASGは、収容機構1、供給機構2、ガス供給機構3、エアロゾル化機構4などからなる。収容機構1の内部には、例えば酸化アルミニウムなどの微粒子の粉体が収容されている。収容機構1に隣接するエアロゾル化機構4には、ガス供給機構3が接続され、ヘリウムなどのガスが導入される。収容機構1とエアロゾル化機構4とは、例えば回転体201を介して隔てられている。回転体201上には、例えば、図示しないV字溝が一条あるいは複数条形成されている。そして、収容機構1に収容されている粉体は、その自重でこのV溝に充填され、回転体201が回転することで隣室のエアロゾル化機構4へと供給されるようにすることができる。供給された粉体は、ガス供給機構3により噴射されたガスによって舞い上がり、エアロゾルが生成される。このようにして生成されたエアロゾルは、搬送管10を介して搬出されて後工程へと導出される。なお、エアロゾル発生ユニットASGを構成する各要素のさらに具体的な構造については、後に具体例を参照しつつ詳述する。
Heretofore, the entire configuration of the aerosol deposition apparatus according to the embodiment of the present invention has been described with reference to ten specific examples. Hereinafter, each element constituting the aerosol deposition apparatus will be described with specific examples.
FIG. 12 is a schematic view illustrating the structure of the aerosol generation unit ASG. That is, the aerosol generation unit ASG includes a housing mechanism 1, a supply mechanism 2, a gas supply mechanism 3, an aerosolization mechanism 4, and the like. For example, fine powder such as aluminum oxide is accommodated in the accommodating mechanism 1. A gas supply mechanism 3 is connected to the aerosolization mechanism 4 adjacent to the storage mechanism 1 and a gas such as helium is introduced. The housing mechanism 1 and the aerosol generating mechanism 4 are separated by, for example, a rotating body 201. For example, one or more V-shaped grooves (not shown) are formed on the rotating body 201. The powder stored in the storage mechanism 1 is filled in the V-groove by its own weight, and can be supplied to the aerosol forming mechanism 4 in the adjacent chamber by rotating the rotating body 201. The supplied powder is soared by the gas injected by the gas supply mechanism 3 to generate an aerosol. The aerosol generated in this manner is carried out through the transport pipe 10 and led out to a subsequent process. A more specific structure of each element constituting the aerosol generation unit ASG will be described in detail later with reference to a specific example.

次に、本発明のエアロゾルデポジション装置に設けることができる定量化機構5について説明する。   Next, the quantification mechanism 5 that can be provided in the aerosol deposition apparatus of the present invention will be described.

図13は、定量化機構5の構造を例示する模式図である。
すなわち、定量化機構5は、定量化室502の中に可変絞り機構504を設けた構造とすることができる。可変絞り504は、エアロゾルを通過させる流路の抵抗を変化させる流路抵抗可変手段として作用する。可変絞り機構504の1次側には、搬入管506が接続され、エアロゾル発生ユニットASGからエアロゾルが供給される。また、可変絞り機構504の2次側には、ガス導入管508が接続され、ガス供給機構3から希釈用のガスが供給される。また、可変絞り機構504の2次側には、排出管510が接続され、定量されたエアロゾルが構造物作製室8に向けて供給される。
FIG. 13 is a schematic view illustrating the structure of the quantification mechanism 5.
That is, the quantification mechanism 5 can have a structure in which the variable throttle mechanism 504 is provided in the quantification chamber 502. The variable throttle 504 functions as a channel resistance variable means for changing the resistance of the channel through which the aerosol passes. A carry-in pipe 506 is connected to the primary side of the variable throttle mechanism 504, and aerosol is supplied from the aerosol generation unit ASG. Further, a gas introduction pipe 508 is connected to the secondary side of the variable throttle mechanism 504, and dilution gas is supplied from the gas supply mechanism 3. Further, a discharge pipe 510 is connected to the secondary side of the variable throttle mechanism 504, and a quantified aerosol is supplied toward the structure manufacturing chamber 8.

図14は、可変絞り機構504の平面構造を例示する模式図である。
すなわち、可変絞り機構504は、相対的な配置関係が可変とされた複数の絞り板504Sを有する。そして、これら絞り板504Sにより形成される開口504Aのサイズが可変とされている。なお、絞り板504Sの形状やサイズ、数、配置関係などは図14に例示したものに限定されず、その他各種の変型例を同様に用いることができる。要は、エアロゾルが通過する開口504Aのサイズあるいはコンダクタンスが可変とされていればよい。
FIG. 14 is a schematic view illustrating the planar structure of the variable aperture mechanism 504.
That is, the variable diaphragm mechanism 504 has a plurality of diaphragm plates 504S whose relative arrangement relationship is variable. The size of the opening 504A formed by these diaphragm plates 504S is variable. Note that the shape, size, number, arrangement relationship, and the like of the diaphragm plate 504S are not limited to those illustrated in FIG. 14, and other various modifications can be similarly used. In short, it is sufficient that the size or conductance of the opening 504A through which the aerosol passes is variable.

本発明によれば、このような可変絞り機構504を設けた定量化機構5を採用することにより、エアロゾルの濃度を所定の範囲に制御し、高い精度及び再現性で基材の表面に膜状構造物を形成することができる。   According to the present invention, by adopting the quantification mechanism 5 provided with such a variable aperture mechanism 504, the aerosol concentration is controlled within a predetermined range, and a film-like shape is formed on the surface of the substrate with high accuracy and reproducibility. A structure can be formed.

図15及び図16は、定量化機構5を用いた制御の方法を例示する模式図である。
すなわち、排出管510から排出されたエアロゾルの濃度や流量は、計量機構14により計測できる。この計測の結果に基づき、エアロゾル発生ユニットASG、可変絞り機構504、希釈用のガス供給機構3の少なくともいずれかを適宜制御することにより、エアロゾルの濃度を所定の範囲に制御できる。このように、計量機構14によるフィードバック制御を可能とすれば、エアロゾル発生ユニットASGの定量性が悪くても、濃度や流量が制御されたエアロゾルを得ることができる。
FIG. 15 and FIG. 16 are schematic views illustrating a control method using the quantification mechanism 5.
That is, the concentration and flow rate of the aerosol discharged from the discharge pipe 510 can be measured by the measuring mechanism 14. Based on the measurement result, the aerosol concentration can be controlled within a predetermined range by appropriately controlling at least one of the aerosol generation unit ASG, the variable throttle mechanism 504, and the gas supply mechanism 3 for dilution. Thus, if feedback control by the measurement mechanism 14 is enabled, even if the quantitative property of the aerosol generating unit ASG is poor, an aerosol having a controlled concentration and flow rate can be obtained.

より詳細に説明すると、本具体例の定量化機構5の場合、排出管510から出力されるエアロゾルの流量は、搬入管506から供給されるエアロゾルの流量と、ガス導入管508から導入される希釈用のガスの流量と、の和である。従って、主に、エアロゾル発生ユニットASGから搬入管506に供給するエアロゾルの流量と、ガス供給機構3からガス導入管508に導入する希釈用ガスの流量と、を制御することにより、エアロゾルの流量と濃度が決定されることとなる。従って、図15に例示した如く、後段に設けた計量機構14の計測値に基づき、これら搬入管506に供給するエアロゾルの流量と、ガス導入管508に導入するガスの流量とをフィードバック制御することができる。   More specifically, in the case of the quantification mechanism 5 of this specific example, the flow rate of the aerosol output from the discharge pipe 510 is equal to the flow rate of the aerosol supplied from the carry-in pipe 506 and the dilution introduced from the gas introduction pipe 508. It is the sum of the flow rate of the gas for use. Therefore, the flow rate of the aerosol is mainly controlled by controlling the flow rate of the aerosol supplied from the aerosol generation unit ASG to the carry-in pipe 506 and the flow rate of the dilution gas introduced from the gas supply mechanism 3 to the gas introduction pipe 508. The concentration will be determined. Therefore, as illustrated in FIG. 15, feedback control is performed on the flow rate of the aerosol supplied to the carry-in pipe 506 and the flow rate of the gas introduced into the gas introduction pipe 508 based on the measurement value of the measuring mechanism 14 provided in the subsequent stage. Can do.

ただしこの場合に、エアロゾル発生ユニットASGから搬入管506に供給するエアロゾルの流量を制御する代わりに、図16に例示した如く、可変絞り504を制御することによっても、後段に供給されるエアロゾルの濃度を制御することが可能である。例えば、エアロゾル発生ユニットASGの出力流量を一定とする代わりに、圧力を一定とした条件で運転させた場合、可変絞り機構504を制御することにより、エアロゾルの流路の圧力損失が変化するので供給流量を変えることができる。つまり、ガス導入管508から導入される希釈用ガスとの混合バランスを制御することができ、エアロゾルの濃度を調節できる。   However, in this case, instead of controlling the flow rate of the aerosol supplied from the aerosol generating unit ASG to the carry-in pipe 506, the concentration of the aerosol supplied to the subsequent stage can also be controlled by controlling the variable throttle 504 as illustrated in FIG. Can be controlled. For example, when operating under the condition that the pressure is constant instead of making the output flow rate of the aerosol generating unit ASG constant, the pressure loss in the aerosol flow path changes by controlling the variable throttle mechanism 504. The flow rate can be changed. That is, the mixing balance with the dilution gas introduced from the gas introduction pipe 508 can be controlled, and the aerosol concentration can be adjusted.

次に、定量化機構5の第2の具体例について説明する。
図17は、定量化機構5の第2の具体例を表す模式図である。
本具体例においても、定量化機構5は、定量化室502の中に可変絞り機構504が設けられた構造を有する。ただし、可変絞り機構504の1次側には、搬入管506とともに、1次排出管512が接続され、可変絞り機構504の1次側からエアロゾルを排出可能とされている。
Next, a second specific example of the quantification mechanism 5 will be described.
FIG. 17 is a schematic diagram illustrating a second specific example of the quantification mechanism 5.
Also in this specific example, the quantification mechanism 5 has a structure in which a variable throttle mechanism 504 is provided in the quantification chamber 502. However, the primary discharge pipe 512 is connected to the primary side of the variable throttle mechanism 504 together with the carry-in pipe 506 so that the aerosol can be discharged from the primary side of the variable throttle mechanism 504.

この場合、排出管510から出力されるエアロゾルの流量は、搬入管506から供給されるエアロゾルの流量と、ガス導入管508から導入される希釈用ガスの流量と、の和から、1次排出管512からのエアロゾルの流出量を差し引いた値となる。従って、主に、エアロゾル発生ユニットASGから搬入管506に供給するエアロゾルの流量と、ガス供給機構3からガス導入管508に導入するガスの流量と、1次排出管512からの流出量と、を適宜制御することにより、エアロゾルの流量と濃度が決定されることとなる。
このような1次排出管512を設けると、以下に説明するように、エアロゾルの定量制御の自由度が広がる。
In this case, the flow rate of the aerosol output from the discharge pipe 510 is calculated from the sum of the flow rate of the aerosol supplied from the carry-in pipe 506 and the flow volume of the dilution gas introduced from the gas introduction pipe 508. The value is obtained by subtracting the amount of aerosol flow from 512. Therefore, mainly, the flow rate of the aerosol supplied from the aerosol generation unit ASG to the carry-in pipe 506, the flow rate of the gas introduced from the gas supply mechanism 3 to the gas introduction pipe 508, and the outflow amount from the primary discharge pipe 512, By appropriately controlling, the flow rate and concentration of the aerosol are determined.
Providing such a primary discharge pipe 512 expands the degree of freedom of aerosol quantitative control, as will be described below.

図18乃至図20は、本具体例の定量化機構5を用いた場合の制御の方法を例示する模式図である。
まず、定量化機構5の後段に設けた計量機構14による計測値に基づき、図18に例示した如く、搬入管506に供給するエアロゾルの流量と、ガス導入管508に導入する希釈用ガスの流量とをフィードバック制御することができる。例えば、計量機構14における濃度の計測値が低い時には、ガス導入管508から導入する希釈用ガスに対して搬入管506から供給するエアロゾルのバランスを高くすればよい。
次に、図19に例示した如く、可変絞り機構504と、ガス導入管508に導入する希釈用ガスの流量と、をフィードバック制御してもよい。例えば、計量機構14における濃度の計測値が低い時には、可変絞り機構504の開口を拡げることにより、ガス導入管508から導入する希釈用ガスに対して搬入管506から供給するエアロゾルのバランスを高くすればよい。この制御モードは、図16に関して前述したように、エアロゾル発生ユニットASGを圧力一定の条件で運転させた場合などに適用可能である。
18 to 20 are schematic views illustrating a control method when the quantification mechanism 5 of this specific example is used.
First, as illustrated in FIG. 18, the flow rate of the aerosol supplied to the carry-in pipe 506 and the flow rate of the dilution gas introduced into the gas introduction pipe 508 based on the measurement value by the measurement mechanism 14 provided at the subsequent stage of the quantification mechanism 5. And feedback control. For example, when the measured value of the concentration in the measuring mechanism 14 is low, the balance of the aerosol supplied from the carry-in pipe 506 to the dilution gas introduced from the gas introduction pipe 508 may be increased.
Next, as illustrated in FIG. 19, the variable throttle mechanism 504 and the flow rate of the dilution gas introduced into the gas introduction pipe 508 may be feedback-controlled. For example, when the measurement value of the concentration in the metering mechanism 14 is low, the balance of the aerosol supplied from the carry-in pipe 506 to the dilution gas introduced from the gas introduction pipe 508 is increased by widening the opening of the variable throttle mechanism 504. That's fine. This control mode is applicable when the aerosol generating unit ASG is operated under a constant pressure condition as described above with reference to FIG.

またさらに、図20に例示した如く、1次排出管512からの流出量と、ガス導入管508に導入する希釈用ガスの流量と、をフィードバック制御してもよい。例えば、計量機構14における濃度の計測値が低い時には、ガス導入管508から導入する希釈用ガスの導入量と、1次排出管512から流出するエアロゾルの流出量と、の少なくともいずれかを下げればよい。この制御モードは、エアロゾル発生ユニットASGを流量一定あるいは圧力一定のいずれの条件で運転させた場合にも適用できる。   Furthermore, as illustrated in FIG. 20, the amount of outflow from the primary discharge pipe 512 and the flow rate of the dilution gas introduced into the gas introduction pipe 508 may be feedback controlled. For example, when the measurement value of the concentration in the metering mechanism 14 is low, at least one of the introduction amount of the dilution gas introduced from the gas introduction pipe 508 and the outflow amount of the aerosol flowing out from the primary discharge pipe 512 can be reduced. Good. This control mode can be applied to the case where the aerosol generating unit ASG is operated under either a constant flow rate or a constant pressure.

以上説明したように、本発明によれば、定量化機構5を設けることにより、エアロゾルの濃度を精密に制御でき、基材7の上に形成する膜状構造物の厚みや膜質を精密に制御することが可能となる。   As described above, according to the present invention, by providing the quantification mechanism 5, it is possible to precisely control the aerosol concentration and precisely control the thickness and film quality of the film-like structure formed on the substrate 7. It becomes possible to do.

以上、本発明の定量化機構5を用いた制御の方法について説明した。
次に、本発明の定量化機構5の他の具体例について説明する。
図21は、定量化機構5の第3の具体例を表す模式図である。
すなわち、本具体例においては、可変絞り機構504の1次側に、複数の搬入管506が接続されている。これは例えば、図10に関して前述したように複数のエアロゾル発生ユニットASGを並列に接続する場合に好適な具体例である。
この場合、図22にも例示したように、複数のエアロゾル発生ユニットASGから供給されるエアロゾルを定量し、ひとつの吐出口6から噴射させることができる。
The control method using the quantification mechanism 5 of the present invention has been described above.
Next, another specific example of the quantification mechanism 5 of the present invention will be described.
FIG. 21 is a schematic diagram illustrating a third specific example of the quantification mechanism 5.
That is, in this specific example, a plurality of carry-in pipes 506 are connected to the primary side of the variable throttle mechanism 504. This is, for example, a specific example suitable for connecting a plurality of aerosol generating units ASG in parallel as described above with reference to FIG.
In this case, as illustrated in FIG. 22, the aerosol supplied from the plurality of aerosol generation units ASG can be quantified and ejected from one discharge port 6.

図23は、定量化機構の第4の具体例を表す模式図である。
すなわち、本具体例においても、可変絞り機構504の1次側に、複数の搬入管506が接続されている。そして、本具体例においては、可変絞り機構504の2次側にも、複数の排出管510が接続されている。これは、例えば、図24に例示した如く複数の吐出口6を設けた装置に用いて好適な具体例である。
図25は、定量化機構の第5の具体例を表す模式図である。
本具体例においては、可変絞り機構504の1次側に、計量機構が設けられている。後に詳述するように、本発明において設ける計量機構は、例えば、レーザ1402と、その光をモニタする受光器1404などにより構成されている。例えば、エアロゾルにレーザ1402からの光を照射し、その透過光量あるいは反射光量をモニタすることにより、エアロゾルの濃度を計量できる。その結果に基づき、例えば可変絞り機構504の開口を制御できる。
本具体例の場合、制御する可変絞り機構504の1次側に計量機構を設けているので、いわゆるフィードフォワード制御が可能である。つまり、可変絞り機構504の一次側でエアロゾルの濃度を計測し、その計測値に基づいて、所定の濃度が得られるように可変絞り機構504の開口の開度を制御することができる。
FIG. 23 is a schematic diagram illustrating a fourth specific example of the quantification mechanism.
That is, also in this specific example, a plurality of carry-in pipes 506 are connected to the primary side of the variable throttle mechanism 504. In this specific example, a plurality of discharge pipes 510 are also connected to the secondary side of the variable throttle mechanism 504. This is a specific example suitable for use in an apparatus provided with a plurality of discharge ports 6 as illustrated in FIG.
FIG. 25 is a schematic diagram illustrating a fifth specific example of the quantification mechanism.
In this specific example, a metering mechanism is provided on the primary side of the variable aperture mechanism 504. As will be described in detail later, the measuring mechanism provided in the present invention includes, for example, a laser 1402 and a light receiver 1404 that monitors the light. For example, the aerosol concentration can be measured by irradiating the aerosol with light from the laser 1402 and monitoring the amount of light transmitted or reflected. Based on the result, for example, the opening of the variable aperture mechanism 504 can be controlled.
In the case of this specific example, since the measuring mechanism is provided on the primary side of the variable throttle mechanism 504 to be controlled, so-called feedforward control is possible. That is, the aerosol concentration is measured on the primary side of the variable throttle mechanism 504, and the opening degree of the variable throttle mechanism 504 can be controlled based on the measured value so as to obtain a predetermined concentration.

図26は、定量化機構の第6の具体例を表す模式図である。
本具体例においては、可変絞り機構504の2次側に、計量機構として、レーザ1402と、その光をモニタする受光器1404などが設けられている。このように、可変絞り機構504の2次側においてエアロゾルの濃度を計量してもよい。この場合、この計量の結果に基づき、可変絞り機構504をフィードバック制御することが可能となる。つまり、可変絞り機構504の2次側でエアロゾルの濃度を計測し、その計測値が所定の値になるように可変絞り機構504の開口の開度を制御することができる。
FIG. 26 is a schematic diagram illustrating a sixth specific example of the quantification mechanism.
In this specific example, on the secondary side of the variable aperture mechanism 504, a laser 1402 and a light receiver 1404 for monitoring the light are provided as a measuring mechanism. Thus, the aerosol concentration may be measured on the secondary side of the variable throttle mechanism 504. In this case, the variable aperture mechanism 504 can be feedback-controlled based on the measurement result. In other words, the aerosol concentration can be measured on the secondary side of the variable throttle mechanism 504, and the opening degree of the variable throttle mechanism 504 can be controlled so that the measured value becomes a predetermined value.

以上、本発明において用いることができる定量化機構5について説明した。   The quantification mechanism 5 that can be used in the present invention has been described above.

次に、本発明のエアロゾルデポジション装置を構成する他の要素について詳述する。
まず、エアロゾル発生ユニットASGについて説明する。
図27は、エアロゾル発生ユニットASGの具体的な構造を例示する模式図である。
本具体例においては、供給機構2としての役割を有する回転テーブル201の上に、収容機構1を構成する収容室101と、エアロゾル化機構4を構成するエアロゾル化室401とが設けられている。収容室101の中には粉体30が収容され、その内部空間は、排気ポンプなどによって適宜減圧状態とされている。回転テーブル201の水平な上面には円環状の溝203が形成され、収容室101とエアロゾル化室401とを結ぶ循環式の搬送コンベアとして作用する。すなわち、収容室101内の粉体30は、粉体30の自重や機械的動作、例えば特開平5−239627のように攪拌体を使用したり、収容室101に振動を与えるなどの手段を利用して、回転テーブル201上に設けられた溝203の中へと供給される。
そして溝203内の粉体30は、回転テーブル201の回転によってエアロゾル化室401に送られ、ここでエアロゾルが生成される。溝203の大きさを変更したり駆動手段にて回転速度を変更したりすることによって、粉体輸送量を調節することが可能である。
Next, other elements constituting the aerosol deposition apparatus of the present invention will be described in detail.
First, the aerosol generating unit ASG will be described.
FIG. 27 is a schematic view illustrating the specific structure of the aerosol generation unit ASG.
In this specific example, a storage chamber 101 that constitutes the accommodation mechanism 1 and an aerosolization chamber 401 that constitutes the aerosolization mechanism 4 are provided on a turntable 201 that serves as the supply mechanism 2. The powder 30 is stored in the storage chamber 101, and the internal space is appropriately depressurized by an exhaust pump or the like. An annular groove 203 is formed on the horizontal upper surface of the turntable 201, and acts as a circulation type conveyer that connects the storage chamber 101 and the aerosol generation chamber 401. That is, the powder 30 in the storage chamber 101 uses the weight of the powder 30 or mechanical operation, for example, using a stirrer as in JP-A-5-239627, or applying vibration to the storage chamber 101. Then, it is supplied into the groove 203 provided on the rotary table 201.
And the powder 30 in the groove | channel 203 is sent to the aerosol formation chamber 401 by rotation of the turntable 201, and an aerosol is produced | generated here. It is possible to adjust the amount of powder transport by changing the size of the groove 203 or changing the rotational speed by the driving means.

図28は、本具体例におけるエアロゾル化機構の構造を例示する一部断面図である。
また、図29は、図28のA−A線断面図である。
FIG. 28 is a partial cross-sectional view illustrating the structure of the aerosolization mechanism in this example.
FIG. 29 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.

本具体例のエアロゾル化室401は、ジョイント405を介してガス供給機構3と接続され、ガス供給機構3から供給される搬送ガスを溝203内に落とし込まれた粉体30へ吹き付けるためのガス導入口403と、溝203内で押し込められた粉体30を解して掻き出すための粉体解砕ピン402と、エアロゾル導出口404を備えている。このエアロゾル導出口404は、ジョイント406から構造物作製室8を経由して排気機構9と接続され、排気機構9及び搬送ガスが排出されるときに発生する吸引力によってエアロゾル化した粉体30を吸い出す。粉体解砕ピン402の径は、図29に表したように溝203の幅よりも小さく、粉体解砕ピン402と溝203の側面との間には隙間が形成されるようにしてもよい。この隙間を介してガス導入口403からの空気がエアロゾル導出口404方向へと流れる。
粉体解砕ピン402は、溝203と同等の形状のものを使用して溝203内に固着した粉体30をすべて掻き出すようにしてもよい。また、粉体解砕ピン402自体を可動式にして掻き出し効果を高めることができる。例えば、粉体解砕ピン402を圧電素子に取り付けて電圧を与えて振動させると効率よく掻き出しできる。また、粉体解砕ピン402をエアロゾル化室401本体に固定するのではなく可動式にして、粉体解砕ピン402にモータや錘やバネなどを付け、常に溝203の底面に粉体解砕ピン402の先端が必ず接触するようにすると、粉体30を溝203に残すことなく解し掻き出すことが可能となる。
The aerosolization chamber 401 of this specific example is connected to the gas supply mechanism 3 via a joint 405, and is a gas for blowing the carrier gas supplied from the gas supply mechanism 3 onto the powder 30 dropped into the groove 203. An introduction port 403, a powder crushing pin 402 for scraping and scraping the powder 30 pushed in the groove 203, and an aerosol outlet port 404 are provided. The aerosol outlet 404 is connected to the exhaust mechanism 9 from the joint 406 via the structure manufacturing chamber 8, and the aerosolized powder 30 is generated by the suction force generated when the exhaust mechanism 9 and the carrier gas are discharged. Suck out. The diameter of the powder crushing pin 402 is smaller than the width of the groove 203 as shown in FIG. 29, and a gap may be formed between the powder crushing pin 402 and the side surface of the groove 203. Good. Air from the gas inlet 403 flows toward the aerosol outlet 404 through this gap.
The powder crushing pin 402 may have a shape equivalent to that of the groove 203 and scrape out all the powder 30 fixed in the groove 203. Also, the powder crushing pin 402 itself can be made movable to enhance the scraping effect. For example, when the powder crushing pin 402 is attached to a piezoelectric element and a voltage is applied to vibrate it, the powder can be efficiently scraped. In addition, the powder crushing pin 402 is not fixed to the body of the aerosol chamber 401 but is made movable, and a motor, a weight, a spring or the like is attached to the powder crushing pin 402, so If the tips of the crushing pins 402 are in contact with each other, the powder 30 can be unraveled and scraped without leaving the grooves 203.

また、図28に表した具体例の場合には、粉体30の移動方向に対して、一番目にエアロゾル導出口404が配置され、次に粉体解砕ピン402が配置され、最後にガス導入口403を配置されているが、これらの配置の順番は本具体例に限定されない。例えば、ガス導入口403をエアロゾル導出口404よりも上流側に配置した場合には、固着した粉体がエアロゾル導出口404に入り込むおそれがないが、多少の粉体がエアロゾル導出口404よりも下流側に流れ、逆に図示のようにガス導入口403をエアロゾル導出口404よりも下流側に配置した場合には、若干の固着した粉体がエアロゾル導出口404に入り込むおそれがあるが、粉体がエアロゾル導出口404よりも下流側に流れてしまう無駄がない。
図30は、エアロゾル発生ユニットASGのさらに他の具体例を表す模式図である。
本具体例においては、収容室101の下部に供給機構としての供給管210が接続され、鉛直下方に設けられたエアロゾル化室401に連結されている。また、供給管210の取り付け部の近傍に振動発生手段212が設けられ、粉体30の重力による供給管210への落下排出を促進可能としている。
In the case of the specific example shown in FIG. 28, the aerosol outlet 404 is arranged first with respect to the moving direction of the powder 30, then the powder crushing pin 402 is arranged, and finally the gas Although the introduction port 403 is arranged, the order of these arrangements is not limited to this specific example. For example, when the gas inlet 403 is arranged upstream of the aerosol outlet 404, there is no risk that the fixed powder enters the aerosol outlet 404, but some powder is downstream of the aerosol outlet 404. If the gas inlet 403 is arranged downstream of the aerosol outlet 404 as shown in the figure, a slight amount of fixed powder may enter the aerosol outlet 404, but the powder There is no waste of flowing downstream from the aerosol outlet 404.
FIG. 30 is a schematic diagram showing still another specific example of the aerosol generation unit ASG.
In this specific example, a supply pipe 210 as a supply mechanism is connected to the lower part of the storage chamber 101 and is connected to an aerosolization chamber 401 provided vertically below. Further, a vibration generating means 212 is provided in the vicinity of the attachment portion of the supply pipe 210 so as to facilitate the fall discharge of the powder 30 to the supply pipe 210 due to the gravity.

エアロゾル化室401には、ガス供給機構3からガスが供給され、このガス流に粉体30が混入することによりエアロゾルが生成される。生成されたエアロゾルは、搬送管10を介して構造物作製室8に供給される。また、エアロゾル化室401は、揺動機構412により振動あるいは揺動が加えられ、粉体30のエアロゾル化が促進可能とされている。なお、供給管210をゴムなどの弾性体あるいは軟質体により形成すれば、揺動機構412による振動あるいは揺動を収容室101に伝えないようにすることも可能である。   Gas is supplied from the gas supply mechanism 3 to the aerosol generation chamber 401, and the powder 30 is mixed into the gas flow, whereby aerosol is generated. The generated aerosol is supplied to the structure manufacturing chamber 8 through the transport pipe 10. The aerosol chamber 401 is vibrated or rocked by a rocking mechanism 412 so that the aerosolization of the powder 30 can be promoted. Note that if the supply pipe 210 is formed of an elastic body such as rubber or a soft body, it is possible not to transmit the vibration or swing by the swing mechanism 412 to the storage chamber 101.

図31及び図32は、エアロゾル発生ユニットASGのさらに他の具体例を表す模式図である。
これら具体例においては、収容室101の下方に回転式の搬送手段217が設けられている。この搬送手段217は、略らせん状あるいはスクリュー状の搬送部を有し、これが回転することによって収容室101に収容されている粉体30を供給管216を介してエアロゾル化室401に供給する。エアロゾル化室401には、ガス供給機構3からガスが供給され、粉体30がこのガス流に混合されることによりエアロゾルが生成される。
31 and 32 are schematic views showing still another specific example of the aerosol generation unit ASG.
In these specific examples, a rotary conveying means 217 is provided below the storage chamber 101. The conveying means 217 has a substantially spiral or screw-shaped conveying portion, and rotates to supply the powder 30 accommodated in the accommodating chamber 101 to the aerosol-generating chamber 401 via the supply pipe 216. The aerosol generation chamber 401 is supplied with gas from the gas supply mechanism 3, and the powder 30 is mixed with this gas flow to generate aerosol.

なお、図31に例示した如く、搬送手段217により搬送された粉体30が、その下を流れるガス流に落下することによりエアロゾルが形成されるようにしてもよく、または、図32に例示した如く、搬送手段217により搬送された粉体30が、下から上に向けて吹き上がるガス流に乗ってエアロゾルが生成されるようにしてもよい。   In addition, as illustrated in FIG. 31, the powder 30 conveyed by the conveying means 217 may be dropped into a gas flow flowing thereunder to form an aerosol, or illustrated in FIG. As described above, the powder 30 conveyed by the conveying means 217 may ride on a gas flow that blows upward from below to generate aerosol.

図33は、エアロゾル発生ユニットASGのさらに他の具体例を表す模式図である。
この具体例においては、収容室101の下方に搬送管218が設けられている。搬送管218は、エアロゾル化室401に接続され、ガス供給管416と合流する。この場合、エアロゾル化室401における搬送管218の開口径とガス供給管416の開口径のサイズおよびこれら開口の配置を適宜調整すると、搬送管218の開口において、ガス供給管416から噴出するジェット流が形成される。すなわち、搬送管218の開口がジェット流によりスクリーンされた状態となり、エアロゾル化室401と収容室101の圧力を実質的に遮断できる。つまり、構造物作製室8を減圧状態に維持したまま、収容室101を大気圧に開放して粉体30を補充できる。
FIG. 33 is a schematic diagram showing still another specific example of the aerosol generating unit ASG.
In this specific example, a transport pipe 218 is provided below the storage chamber 101. The transport pipe 218 is connected to the aerosolization chamber 401 and merges with the gas supply pipe 416. In this case, if the size of the opening diameter of the transfer pipe 218 and the opening diameter of the gas supply pipe 416 in the aerosol generation chamber 401 and the arrangement of these openings are adjusted as appropriate, the jet flow ejected from the gas supply pipe 416 at the opening of the transfer pipe 218 Is formed. That is, the opening of the transfer pipe 218 is screened by the jet flow, and the pressure in the aerosol chamber 401 and the storage chamber 101 can be substantially cut off. That is, it is possible to replenish the powder 30 by opening the storage chamber 101 to atmospheric pressure while maintaining the structure manufacturing chamber 8 in a reduced pressure state.

以上、本発明において用いることができるエアロゾル発生ユニットの構造について、具体例を挙げて説明した。
次に、本発明において用いることができる解砕機構15について説明する。
The structure of the aerosol generating unit that can be used in the present invention has been described with specific examples.
Next, the crushing mechanism 15 that can be used in the present invention will be described.

図34は、解砕機構15の構造を例示する模式図である。
すなわち、解砕機構15は、エアロゾルを噴出するノズル1502と、その前方に設けられた衝撃板1504と、を有する。ノズル1502から噴出されたエアロゾルに含まれる粉体30は、衝撃板1504に衝突した時に、衝撃力を受ける。この衝撃力により、凝集した微粒子が分解したり、粗大な微粒子が破壊されて微細な微粒子に分裂する。本発明においては、特に、図32や図30に関して前述したように、粉体を圧粉体30Pに形成することがあり、このような場合に、微粒子の凝集体がエアロゾルに含まれることがある。このような場合に、解砕機構15を用いることが有効である。
FIG. 34 is a schematic view illustrating the structure of the crushing mechanism 15.
That is, the crushing mechanism 15 includes a nozzle 1502 that ejects aerosol and an impact plate 1504 provided in front of the nozzle 1502. The powder 30 contained in the aerosol ejected from the nozzle 1502 receives an impact force when it collides with the impact plate 1504. Due to this impact force, the agglomerated fine particles are decomposed, or coarse fine particles are broken and broken into fine fine particles. In the present invention, in particular, as described above with reference to FIGS. 32 and 30, the powder may be formed in the green compact 30P. In such a case, an aggregate of fine particles may be included in the aerosol. . In such a case, it is effective to use the crushing mechanism 15.

また、衝撃板1504を回転させ、その回転による衝突点の運動ベクトルが、エアロゾルの噴射の運動ベクトルと略対向するようにすると、微粒子に対する衝撃力を増加でき効果的である。   Further, if the impact plate 1504 is rotated so that the motion vector of the collision point due to the rotation is substantially opposite to the motion vector of the aerosol injection, it is effective to increase the impact force on the fine particles.

図35は、解砕機構の第2の具体例を表す模式図である。
すなわち、エアロゾルの流路に、流路径の大きい箇所1506と小さい箇所1508とを交互に設ける。このようにすると、流路径の小さい箇所1508においてはガスが圧縮され、流路径の大きい箇所1506においてはガスが膨張する。このような圧縮と膨張とを繰り返すと、エアロゾルに含まれる微粒子あるいは粉体に剪断力が作用する。この剪断力により、凝集した微粒子が分解したり、粗大な微粒子が破壊されて微細な微粒子に分裂する。
FIG. 35 is a schematic diagram illustrating a second specific example of the crushing mechanism.
That is, the locations 1506 with the larger channel diameter and the locations 1508 with the smaller channel diameter are alternately provided in the aerosol channel. If it does in this way, gas will be compressed in the location 1508 with a small flow path diameter, and gas will expand in the location 1506 with a large flow path diameter. When such compression and expansion are repeated, a shearing force acts on the fine particles or powder contained in the aerosol. By this shearing force, the aggregated microparticles are decomposed, or coarse microparticles are broken and split into fine microparticles.

次に、分級機構16について説明する。
図36は、本発明において用いることができる分級機構の構造を例示する模式図である。
Next, the classification mechanism 16 will be described.
FIG. 36 is a schematic view illustrating the structure of a classification mechanism that can be used in the present invention.

すなわち、分級機構として、エアロゾルの流路にバッフル1602、1604を適宜配置することができる。同図において、下方は鉛直下方に対応する。鉛直下方からエアロゾルを供給すると、バッフル1602、1604により屈曲した流路が形成される。この時、質量が小さい微粒子は、屈曲した流路に沿って分級機構16を通過し、後段に供給される。ところが、質量が大きい微粒子の凝集体や粗大な粒子などは慣性力が強く働くために直進しやすく、バッフル1602、1604に衝突する確率が高くなる。これら粒子がバッフル1602、1604に衝突すると、運動エネルギーに損失が生じ、重力によって下方に落下したり、また、衝突の衝撃によって微細粒子に分解あるいは分裂する。下方に落下した粒子は分級機構16を通過することなく、また、分解あるいは分裂した微細な微粒子はエアロゾルの流れに乗って分級機構16を通過し、後段に供給される。   That is, as a classification mechanism, the baffles 1602 and 1604 can be appropriately disposed in the aerosol flow path. In the figure, the lower part corresponds to the vertically lower part. When aerosol is supplied from vertically below, a flow path bent by baffles 1602 and 1604 is formed. At this time, fine particles having a small mass pass through the classification mechanism 16 along the bent flow path and are supplied to the subsequent stage. However, agglomerates of fine particles having a large mass, coarse particles, and the like have a strong inertial force, so that they tend to go straight and the probability of colliding with the baffles 1602 and 1604 increases. When these particles collide with the baffles 1602 and 1604, kinetic energy is lost, and the particles fall downward due to gravity, or are decomposed or broken into fine particles by impact of the collision. The particles falling downward do not pass through the classification mechanism 16, and the fine particles that have been decomposed or split pass through the classification mechanism 16 on the aerosol flow and are supplied to the subsequent stage.

すなわち、このようなバッフル1602、1604を設けることにより、微粒子の凝集体や粗大な粒子などを分離して微細な粒子のみを取り出すことができる。また、バッフル1602、1604の位置をそれぞれ制御することで分級精度も調整することができる。   That is, by providing such baffles 1602 and 1604, it is possible to separate fine particle aggregates and coarse particles and extract only fine particles. Further, the classification accuracy can be adjusted by controlling the positions of the baffles 1602 and 1604, respectively.

次に、加速機構11について説明する。
図37及び図38は、加速機構の構造を例示する模式図である。
すなわち、加速機構11としては、図37に表したように、流路径の狭い部分1102と、流路径の広い部分1104とを設けることにより形成されるジェット気流を利用することができる。
Next, the acceleration mechanism 11 will be described.
37 and 38 are schematic views illustrating the structure of the acceleration mechanism.
That is, as the acceleration mechanism 11, as shown in FIG. 37, a jet stream formed by providing a portion 1102 with a narrow channel diameter and a portion 1104 with a large channel diameter can be used.

また、図38に表したように、流路1106を徐々に狭めることにより得られる圧縮効果を利用してもよい。   Also, as shown in FIG. 38, a compression effect obtained by gradually narrowing the flow path 1106 may be used.

次に、整流機構12について説明する。
図39及び図40は、整流機構の構造を例示する模式図である。
すなわち、整流機構12としては、図36に表したように、流路1202の径を徐々に広げることによるエアロゾルの等方拡散効果を利用することができる。
Next, the rectifying mechanism 12 will be described.
39 and 40 are schematic views illustrating the structure of the rectifying mechanism.
That is, as shown in FIG. 36, the rectifying mechanism 12 can use the isotropic diffusion effect of aerosol by gradually widening the diameter of the flow path 1202.

また、図40に表したように、流路に障害物1204を適宜設けることによりエアロゾルを撹拌し、均一な流れを得ることもできる。   In addition, as shown in FIG. 40, the aerosol can be stirred by appropriately providing an obstacle 1204 in the flow path to obtain a uniform flow.

次に、計量機構14について説明する。
図41は、本発明において用いることができる計量機構を例示する模式図である。
図25及び図26に関して前述したように、本発明において設ける計量機構14は、例えば、レーザ1402と、その光をモニタする受光器1404などにより構成できる。例えば、エアロゾルにレーザ1402からの光を照射し、その透過量をモニタすることにより、エアロゾルの濃度を計量できる。
Next, the measuring mechanism 14 will be described.
FIG. 41 is a schematic view illustrating a weighing mechanism that can be used in the present invention.
As described above with reference to FIGS. 25 and 26, the measuring mechanism 14 provided in the present invention can be constituted by, for example, a laser 1402 and a light receiver 1404 for monitoring the light. For example, the aerosol concentration can be measured by irradiating the aerosol with light from the laser 1402 and monitoring the amount of transmission.

また、図42に例示した如く、レーザなどの投光手段1402からエアロゾルに光を照射し、その反射光をCCDなどの受光器1404によりモニタしてもよい。   Further, as illustrated in FIG. 42, the aerosol may be irradiated with light from a light projecting unit 1402 such as a laser, and the reflected light may be monitored by a light receiver 1404 such as a CCD.

また、図43に表したように、センサ1406を設け、ここに到達するエアロゾルの微粒子濃度を機械的あるいは電気的に計量してもよい。例えば、センサ1406として高感度の圧電素子を用い、エアロゾルが衝突する際の衝撃力を計量することによりその濃度を計量可能である。また、センサ1406として、水晶振動子を用い、その表面に堆積した膜状構造物の重量による振動数の変動に基づいてエアロゾルの濃度を計量することも可能である。   Further, as shown in FIG. 43, a sensor 1406 may be provided, and the concentration of aerosol particles reaching the sensor 1406 may be measured mechanically or electrically. For example, using a highly sensitive piezoelectric element as the sensor 1406, the concentration can be measured by measuring the impact force when the aerosol collides. It is also possible to measure the concentration of the aerosol based on the fluctuation of the frequency due to the weight of the film-like structure deposited on the surface of the quartz vibrator as the sensor 1406.

またさらに、図44に例示した如く、所定の体積のエアロゾルをサンプリングし、その重量を重量測定手段1408よりモニタすることによっても、エアロゾルの濃度を計量可能である。   Furthermore, as illustrated in FIG. 44, the aerosol concentration can be measured by sampling a predetermined volume of aerosol and monitoring its weight by the weight measuring means 1408.

次に、支持走査機構13、17について説明する。
図45及び図46は、本発明において用いることができる支持走査機構を例示する模式図である。
本発明においては、支持走査機構13、17を用いることにより、基材7と吐出口6とをXYZθの少なくともいずれかの方向に相対的に移動させることが可能である。このようにすれば、大面積の基材7の表面に均一な厚み及び膜質の膜状構造物を形成できる。また、特に、Z方向に移動させることにより、吐出口6と基材7との相対距離を調整すれば、膜状構造物の堆積速度を容易に調節できる。
Next, the support scanning mechanisms 13 and 17 will be described.
45 and 46 are schematic views illustrating a support scanning mechanism that can be used in the present invention.
In the present invention, by using the support scanning mechanisms 13 and 17, it is possible to relatively move the base material 7 and the discharge port 6 in at least one direction of XYZθ. In this way, a film-like structure having a uniform thickness and film quality can be formed on the surface of the substrate 7 having a large area. In particular, if the relative distance between the discharge port 6 and the substrate 7 is adjusted by moving in the Z direction, the deposition rate of the film-like structure can be easily adjusted.

以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。
例えば、本発明において使用される粉体は酸化アルミニウムだけでなく、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化珪素、チタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛等の酸化物の他、窒化物、ホウ化物、炭化物、フッ化物などの脆性材料、脆性材料を主成分とした金属や樹脂との複合材料等でも良い。
The embodiments of the present invention have been described above with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to these specific examples.
For example, the powder used in the present invention is not only aluminum oxide, but also oxides such as zirconium oxide, titanium oxide, silicon oxide, barium titanate, lead zirconate titanate, nitrides, borides, carbides, A brittle material such as fluoride, a composite material with a metal or a resin mainly composed of a brittle material may be used.

本発明において使用される搬送ガスは窒素、酸素、アルゴン、ヘリウムなどの不活性ガスの他、メタン、エタン、エチレン、アセチレンなどの有機ガス、また、フッ素ガスなどの腐食性のあるガス等でも良く、これらの必要に応じてこれらの混合ガスを使用しても良い。   The carrier gas used in the present invention may be an inert gas such as nitrogen, oxygen, argon or helium, an organic gas such as methane, ethane, ethylene or acetylene, or a corrosive gas such as fluorine gas. These mixed gases may be used as required.

その他、本発明のエアロゾルデポジション装置及び方法に関して当業者が適宜設計変更して採用したものも、本発明の要旨を有する限りにおいて本発明の範囲に包含される。   In addition, those which are appropriately modified and adopted by those skilled in the art regarding the aerosol deposition apparatus and method of the present invention are also included in the scope of the present invention as long as they have the gist of the present invention.

本発明の実施の形態にかかる複合構造物の形成システムの全体構成を例示する模式図である。It is a mimetic diagram which illustrates the whole composition system formation system concerning an embodiment of the invention. 定量化機構5により定量する過程において余剰となった微粒子を収容機構1に戻すシステムを例示する模式図である。FIG. 3 is a schematic view illustrating a system for returning the excessive fine particles in the process of quantification by the quantification mechanism 5 to the storage mechanism 1. 本発明の実施の形態にかかるエアロゾルデポジション装置の第2の具体例を表す模式図である。It is a schematic diagram showing the 2nd example of the aerosol deposition apparatus concerning embodiment of this invention. 本発明の実施の形態にかかるエアロゾルデポジション装置の第3の具体例を表す模式図である。It is a schematic diagram showing the 3rd specific example of the aerosol deposition apparatus concerning embodiment of this invention. 本発明の実施の形態にかかるエアロゾルデポジション装置の第4の具体例を表す模式図である。It is a schematic diagram showing the 4th example of the aerosol deposition apparatus concerning embodiment of this invention. 本発明の実施の形態にかかるエアロゾルデポジション装置の第5の具体例を表す模式図である。It is a schematic diagram showing the 5th example of the aerosol deposition apparatus concerning embodiment of this invention. 本発明の実施の形態にかかるエアロゾルデポジション装置の第6の具体例を表す模式図である。It is a schematic diagram showing the 6th specific example of the aerosol deposition apparatus concerning embodiment of this invention. 本発明の実施の形態にかかるエアロゾルデポジション装置の第7の具体例を表す模式図である。It is a schematic diagram showing the 7th example of the aerosol deposition apparatus concerning embodiment of this invention. 本発明の実施の形態にかかるエアロゾルデポジション装置の第8の具体例を表す模式図である。It is a schematic diagram showing the 8th example of the aerosol deposition apparatus concerning embodiment of this invention. 本発明の実施の形態にかかるエアロゾルデポジション装置の第9の具体例を表す模式図である。It is a schematic diagram showing the 9th specific example of the aerosol deposition apparatus concerning embodiment of this invention. 本発明の実施の形態にかかるエアロゾルデポジション装置の第10の具体例を表す模式図である。It is a schematic diagram showing the 10th specific example of the aerosol deposition apparatus concerning embodiment of this invention. エアロゾル発生ユニットASGの構造を例示する模式図である。It is a schematic diagram which illustrates the structure of aerosol generation unit ASG. 定量化機構5の構造を例示する模式図である。3 is a schematic view illustrating the structure of a quantification mechanism 5. FIG. 可変絞り機構504の平面構造を例示する模式図である。5 is a schematic view illustrating a planar structure of a variable aperture mechanism 504. FIG. 定量化機構5を用いた制御の方法を例示する模式図である。It is a schematic diagram which illustrates the method of control using the quantification mechanism. 定量化機構5を用いた制御の方法を例示する模式図である。It is a schematic diagram which illustrates the method of control using the quantification mechanism. 定量化機構5の第2の具体例を表す模式図である。It is a schematic diagram showing the 2nd specific example of the quantification mechanism. 本具体例の定量化機構5を用いた場合の制御の方法を例示する模式図である。It is a schematic diagram which illustrates the control method at the time of using the quantification mechanism 5 of this example. 本具体例の定量化機構5を用いた場合の制御の方法を例示する模式図である。It is a schematic diagram which illustrates the control method at the time of using the quantification mechanism 5 of this example. 本具体例の定量化機構5を用いた場合の制御の方法を例示する模式図である。It is a schematic diagram which illustrates the control method at the time of using the quantification mechanism 5 of this example. 定量化機構5の第3の具体例を表す模式図である。It is a schematic diagram showing the 3rd specific example of the quantification mechanism 5. FIG. 複数のエアロゾル発生ユニットASGから供給されるエアロゾルを定量し、ひとつの吐出口6から噴射させるシステムを例示する模式図である。FIG. 2 is a schematic view illustrating a system in which aerosol supplied from a plurality of aerosol generation units ASG is quantified and injected from one discharge port 6. 定量化機構の第4の具体例を表す模式図である。It is a schematic diagram showing the 4th specific example of a quantification mechanism. 複数の吐出口6を設けたシステムを例示する模式図である。It is a schematic diagram which illustrates the system which provided the several discharge outlet. 定量化機構の第5の具体例を表す模式図である。It is a schematic diagram showing the 5th example of a quantification mechanism. 定量化機構の第6の具体例を表す模式図である。It is a schematic diagram showing the 6th specific example of a quantification mechanism. エアロゾル発生ユニットASGの具体的な構造を例示する模式図である。It is a schematic diagram which illustrates the specific structure of the aerosol generation unit ASG. エアロゾル化機構の構造を例示する一部断面図である。It is a partial sectional view which illustrates the structure of an aerosolization mechanism. 図28のA−A線断面図である。It is the sectional view on the AA line of FIG. エアロゾル発生ユニットASGのさらに他の具体例を表す模式図である。It is a schematic diagram showing the other specific example of aerosol generation unit ASG. エアロゾル発生ユニットASGのさらに他の具体例を表す模式図である。It is a schematic diagram showing the other specific example of aerosol generation unit ASG. エアロゾル発生ユニットASGのさらに他の具体例を表す模式図である。It is a schematic diagram showing the other specific example of aerosol generation unit ASG. エアロゾル発生ユニットASGのさらに他の具体例を表す模式図である。It is a schematic diagram showing the other specific example of aerosol generation unit ASG. 解砕機構15の構造を例示する模式図である。3 is a schematic view illustrating the structure of a crushing mechanism 15. FIG. 解砕機構の第2の具体例を表す模式図である。It is a schematic diagram showing the 2nd specific example of a crushing mechanism. 本発明において用いることができる分級機構の構造を例示する模式図である。It is a schematic diagram which illustrates the structure of the classification mechanism which can be used in this invention. 加速機構の構造を例示する模式図である。It is a schematic diagram which illustrates the structure of an acceleration mechanism. 加速機構の構造を例示する模式図である。It is a schematic diagram which illustrates the structure of an acceleration mechanism. 整流機構の構造を例示する模式図である。It is a schematic diagram which illustrates the structure of a rectification | straightening mechanism. 整流機構の構造を例示する模式図である。It is a schematic diagram which illustrates the structure of a rectification | straightening mechanism. 本発明において用いることができる計量機構を例示する模式図である。It is a schematic diagram which illustrates the measurement mechanism which can be used in this invention. レーザなどの投光手段1402からエアロゾルに光を照射し、その反射光をCCDなどの受光器1404によりモニタするシステムを例示する模式図である。It is a schematic diagram which illustrates the system which irradiates light to aerosol from light projection means 1402, such as a laser, and monitors the reflected light with light receivers 1404, such as CCD. センサ1406を設け、ここに到達するエアロゾルの微粒子の数を計測するシステムを例示する模式図である。It is a schematic diagram which illustrates the system which provides the sensor 1406 and measures the number of fine particles of the aerosol which reaches | attains here. エアロゾルの重量をモニタするシステムを例示する模式図である。It is a schematic diagram which illustrates the system which monitors the weight of aerosol. 本発明において用いることができる支持走査機構を例示する模式図である。It is a schematic diagram which illustrates the support scanning mechanism which can be used in this invention. 本発明において用いることができる支持走査機構を例示する模式図である。It is a schematic diagram which illustrates the support scanning mechanism which can be used in this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 収容機構
2 供給機構
3 ガス供給機構
4 エアロゾル化機構
5 定量化機構
6 吐出口
7 基材
8 構造物作製室
9 排気機構
10 搬送管
11 加速機構
12 整流機構
13 支持走査機構
14 計量機構
15 解砕機構
16 分級機構
17 支持走査機構
18 配管
22 加圧手段
30 粉体
30P 圧粉体
73 溝
74 エアロゾル化室
101 収容室
102 加圧手段
103 圧接体
201 回転テーブル(回転体)
201、203 溝
205 ベルトコンベア
206、207 プーリ
210 供給管
212 振動発生手段
214 圧縮手段
216 供給管
217 搬送手段
218 搬送管
401 エアロゾル化室
402 粉体解砕ピン
403 ガス導入口
404 エアロゾル導出口
405、406 ジョイント
408 圧力遮断手段
409 溝封止部
412 揺動機構
414 解砕手段
416 ガス供給管
502 定量化室
504 可変絞り
504A 開口
504S 板
506 搬入管
508 ガス導入管
510 排出管
512 1次排出管
1106 流路
1202 流路
1204 障害物
1402 レーザ(投光手段)
1404 受光器
1406 センサ
1408 重量測定手段
1502 ノズル
1504 衝撃板
1602 バッフル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Storage mechanism 2 Supply mechanism 3 Gas supply mechanism 4 Aerosolization mechanism 5 Quantification mechanism 6 Discharge port 7 Base material 8 Structure preparation chamber 9 Exhaust mechanism 10 Conveyance pipe 11 Acceleration mechanism 12 Rectification mechanism 13 Support scanning mechanism 14 Measurement mechanism 15 Solution Crushing mechanism 16 Classification mechanism 17 Support scanning mechanism 18 Pipe 22 Pressurizing means 30 Powder 30P Compact 73 Groove 74 Aerosolization chamber 101 Storage chamber 102 Pressurizing means 103 Pressure contact body 201 Rotary table (rotating body)
201, 203 Groove 205 Belt conveyor 206, 207 Pulley 210 Supply pipe 212 Vibration generating means 214 Compression means 216 Supply pipe 217 Transport means 218 Transport pipe 401 Aerosolization chamber 402 Powder crushing pin 403 Gas introduction port 404 Aerosol outlet port 405, 406 Joint 408 Pressure blocking means 409 Groove sealing portion 412 Oscillating mechanism 414 Crushing means 416 Gas supply pipe 502 Quantification chamber 504 Variable throttle 504A Opening 504S Plate 506 Carry-in pipe 508 Gas introduction pipe 510 Discharge pipe 512 Primary discharge pipe 1106 Channel 1202 Channel 1204 Obstacle 1402 Laser (light projection means)
1404 Light receiver 1406 Sensor 1408 Weight measuring means 1502 Nozzle 1504 Impact plate 1602 Baffle

Claims (17)

微粒子をガス中に分散させたエアロゾルを基材に衝突させて前記微粒子の構成材料からなる構造物と前記基材との複合構造物を形成する複合構造物形成システムであって、
前記微粒子を収容する収容機構と、
前記微粒子を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、
前記収容機構から前記エアロゾル化機構に前記微粒子を供給する供給機構と、
前記エアロゾル化機構に前記ガスを供給するガス供給機構と、
前記エアロゾルを前記基材に向けて噴射する吐出口と、
前記エアロゾル中の前記微粒子の濃度を定量化する定量化機構と、
を備えたことを特徴とする複合構造物形成システム。
A composite structure forming system that forms a composite structure of a structure made of a constituent material of the fine particles and the base material by causing an aerosol in which fine particles are dispersed in a gas to collide with the base material,
A storage mechanism for storing the fine particles;
An aerosolization mechanism for forming an aerosol by dispersing the fine particles in a gas;
A supply mechanism for supplying the fine particles from the storage mechanism to the aerosolization mechanism;
A gas supply mechanism for supplying the gas to the aerosolization mechanism;
A discharge port for injecting the aerosol toward the substrate;
A quantification mechanism for quantifying the concentration of the fine particles in the aerosol;
A composite structure forming system comprising:
前記ガス供給機構は、加圧されたガスを供給することを特徴とする請求項1記載の複合構造物形成システム。   The composite structure forming system according to claim 1, wherein the gas supply mechanism supplies pressurized gas. 前記吐出口と前記基材とを収容する構造物作製室と、
前記構造物作製室の内部空間を大気圧よりも減圧状態に維持可能とした排気手段と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項1または2に記載の複合構造物形成システム。
A structure production chamber for accommodating the discharge port and the base material;
An evacuation means capable of maintaining the internal space of the structure manufacturing chamber at a pressure lower than the atmospheric pressure;
The composite structure forming system according to claim 1, further comprising:
前記エアロゾルに含有される前記微粒子の濃度を検知する計量機構をさらに備えたことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の複合構造物形成システム。   The composite structure forming system according to claim 1, further comprising a measuring mechanism that detects a concentration of the fine particles contained in the aerosol. 前記計量機構により検知された情報に基づき前記定量化機構を制御することを特徴とする請求項4記載の複合構造物形成システム。   The composite structure forming system according to claim 4, wherein the quantifying mechanism is controlled based on information detected by the measuring mechanism. 前記計量機構は、前記エアロゾル化機構または前記エアロゾル化機構と前記定量化機構との間に設けられたことを特徴とする請求項5記載の複合構造物形成システム。   6. The composite structure forming system according to claim 5, wherein the metering mechanism is provided between the aerosolization mechanism or between the aerosolization mechanism and the quantification mechanism. 前記定量化機構は、前記エアロゾルを通過させる流路の抵抗を変化させる流路抵抗可変手段を有することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1つに記載の複合構造物形成システム。   The composite structure forming system according to any one of claims 1 to 6, wherein the quantification mechanism includes a channel resistance variable unit that changes a resistance of a channel through which the aerosol passes. 前記計量機構により検知された情報に基づき前記流路抵抗可変手段を制御することを特徴とする請求項7記載の複合構造物形成システム。   8. The composite structure forming system according to claim 7, wherein the flow path resistance varying means is controlled based on information detected by the measuring mechanism. 前記定量化機構は、前記流路抵抗可変手段の下流側において希釈用ガスを添加するガス導入口をさらに有することを特徴とする請求項7または8に記載の複合構造物形成システム。   9. The composite structure forming system according to claim 7, wherein the quantification mechanism further includes a gas introduction port for adding a dilution gas downstream of the flow path resistance varying unit. 前記計量機構により検知された情報に基づき前記ガス導入口から添加される前記希釈用ガスの量を制御することを特徴とする請求項9記載の複合構造物形成システム。   10. The composite structure forming system according to claim 9, wherein the amount of the dilution gas added from the gas inlet is controlled based on information detected by the metering mechanism. 前記定量化機構は、前記流路抵抗可変手段の上流側において、前記エアロゾルの少なくとも一部を前記流路抵抗可変手段の前記流路とは異なる流路に排出させる排出口をさらに有することを特徴とする請求項7〜10のいずれか1つに記載の複合構造物形成システム。   The quantification mechanism further has a discharge port for discharging at least a part of the aerosol to a flow path different from the flow path of the flow path resistance variable means on the upstream side of the flow path resistance variable means. The composite structure forming system according to any one of claims 7 to 10. 前記計量機構により検知された情報に基づき前記排出口から排出される前記エアロゾルの量を制御することを特徴とする請求項11記載の複合構造物形成システム。   12. The composite structure forming system according to claim 11, wherein the amount of the aerosol discharged from the discharge port is controlled based on information detected by the metering mechanism. 前記エアロゾルに含まれる前記微粒子を解砕する解砕機構をさらに備えたことを特徴とする請求項1〜12のいずれか1つに記載の複合構造物形成システム。   The composite structure forming system according to any one of claims 1 to 12, further comprising a crushing mechanism that crushes the fine particles contained in the aerosol. 前記エアロゾルに含まれる前記微粒子の粒度を選別する分級機構をさらに備えたことを特徴とする請求項1〜13のいずれか1つに記載の複合構造物形成システム。   The composite structure forming system according to any one of claims 1 to 13, further comprising a classification mechanism for selecting a particle size of the fine particles contained in the aerosol. 前記エアロゾルの流束を加速させる加速機構と、前記エアロゾルの流束を均一化させる整流機構の少なくともいずれかをさらに備えたことを特徴とする請求項1〜14のいずれか1つに記載の複合構造物形成システム。   15. The composite according to claim 1, further comprising at least one of an acceleration mechanism for accelerating the aerosol flux and a rectifying mechanism for homogenizing the aerosol flux. Structure formation system. 前記吐出口と前記基材との相対的な位置関係を変化させる走査機構をさらに備えたことを特徴とする請求項1〜15のいずれか1つに記載の複合構造物形成システム。   The composite structure forming system according to claim 1, further comprising a scanning mechanism that changes a relative positional relationship between the discharge port and the base material. 微粒子をガス中に分散させてエアロゾルを形成する工程と、
前記エアロゾル中の前記微粒子の濃度を定量化する工程と、
前記定量化された前記エアロゾルを基材に向けて噴射することにより前記微粒子の構成材料からなる構造物と前記基材との複合構造物を形成する工程と、
を備えたことを特徴とする複合構造物形成方法。

A step of dispersing fine particles in a gas to form an aerosol;
Quantifying the concentration of the fine particles in the aerosol;
Forming a composite structure of the base material and the structure made of the constituent material of the fine particles by injecting the quantified aerosol toward the base material;
A method for forming a composite structure, comprising:

JP2004269869A 2004-09-16 2004-09-16 Composite structure formation system and formation method Pending JP2006082023A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004269869A JP2006082023A (en) 2004-09-16 2004-09-16 Composite structure formation system and formation method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004269869A JP2006082023A (en) 2004-09-16 2004-09-16 Composite structure formation system and formation method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2006082023A true JP2006082023A (en) 2006-03-30

Family

ID=36160950

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004269869A Pending JP2006082023A (en) 2004-09-16 2004-09-16 Composite structure formation system and formation method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2006082023A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009113463A1 (en) * 2008-03-10 2009-09-17 Toto株式会社 Composite structure forming method, prepared particles, and composite structure forming system
CN115301431A (en) * 2022-09-14 2022-11-08 华能国际电力股份有限公司 High-viscosity slurry atomizing nozzle for inner wall of boiler pipe of thermal power generating unit

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009113463A1 (en) * 2008-03-10 2009-09-17 Toto株式会社 Composite structure forming method, prepared particles, and composite structure forming system
JP2009242942A (en) * 2008-03-10 2009-10-22 Toto Ltd Composite structure forming method, prepared particle, and composite structure forming system
US8241703B2 (en) 2008-03-10 2012-08-14 Toto Ltd. Pre-formed controlled particle formed of fine particles non-chemically bonded together, composite structure formation method involving controlled particles, and composite structure formation system involving controlled particle
US9404186B2 (en) 2008-03-10 2016-08-02 Toto Ltd. Pre-formed controlled particles formed of fine particles non-chemically bonded together, pre-formed controlled particles for use in an aerosol deposition method, and composite structure formation system involving controlled particles
US9573149B2 (en) 2008-03-10 2017-02-21 Toto Ltd. Composite structure formation method, pre-formed controlled particles formed of fine particles non-chemically bonded together, and composite structure formation system involving controlled particles
US10046344B2 (en) 2008-03-10 2018-08-14 Toto Ltd. Composite structure formation method using pre-formed controlled particles formed of fine particles non-chemically bonded together
CN115301431A (en) * 2022-09-14 2022-11-08 华能国际电力股份有限公司 High-viscosity slurry atomizing nozzle for inner wall of boiler pipe of thermal power generating unit
CN115301431B (en) * 2022-09-14 2023-08-15 华能国际电力股份有限公司 High-viscosity slurry atomization nozzle for inner wall of boiler tube of thermal power generating unit

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9573149B2 (en) Composite structure formation method, pre-formed controlled particles formed of fine particles non-chemically bonded together, and composite structure formation system involving controlled particles
US8936830B2 (en) Apparatus and method for continuous powder coating
JP2006200013A (en) Film deposition method and film deposition system
US20070204865A1 (en) Aerosol generating apparatus and method, and film forming apparatus and method using the same
JP2009028709A (en) Aerosol-generating apparatus and aerosol-generating method
JP2006233334A (en) System for forming composite structure and forming method therefor
JP2006082023A (en) Composite structure formation system and formation method
JP4736022B2 (en) Composite structure forming system and forming method
JP2003166076A (en) Method and apparatus for forming composite structure
JP4115145B2 (en) Aerosol generator and composite structure manufacturing apparatus including the same
JP5428042B2 (en) Substance supply and metering device, particle processing device, coating device and coating system
JP2006249490A (en) Aerosol spraying device for film formation apparatus, and film formation apparatus
JP3825455B2 (en) Aerosol generator, composite structure manufacturing apparatus, and composite structure manufacturing method
JP5136845B2 (en) Composite structure forming method and forming system
US8163335B2 (en) Particle cluster, composite structure formation method, and formation system
JP4063187B2 (en) Aerosol generator and composite structure manufacturing apparatus including the same
JP2006219764A (en) Aerosol generator, apparatus for forming composite structure, and method of forming composite structure
JP4075719B2 (en) Aerosol generator and composite structure manufacturing device
JP4029347B2 (en) Aerosol generator and composite structure manufacturing apparatus including the same
JP4741447B2 (en) Film forming method and film forming apparatus
CN116348197A (en) Gas-conveying type ultrasonic-wave gushing micro powder quantitative supply system and gas-conveying type ultrasonic-wave gushing micro powder quantitative supply method
JP2007319756A (en) Aerosol generating apparatus and film forming apparatus
JP2022086047A (en) Powder supply device
RU2463563C1 (en) Powdered material feeder
JP4305005B2 (en) Aerosol generator and composite material manufacturing apparatus using the same

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20070913

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20090819

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090824

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20091218