JP2010221161A - Aerosol injection nozzle, and aerosol injection nozzle with reducer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ブラスト工法やエアロゾルデポジション法で利用される噴射用ノズルに関する。 The present invention relates to an injection nozzle used in a blasting method or an aerosol deposition method.
従来、金属,セラミック,ガラス,プラスチック等で成るワークの部分的な表面研削処理を行う方法として、エアブラスト工法が知られている。この方法は、圧縮気体中に分散させた投射材(研磨剤などの微小な固体粒子)をノズルから噴射し、高速でワークに衝突させることによって、前記ワークの部分的な切削や研磨を行うものである。以下、気体中に分散されて気体中を浮遊している微小な固体粒子を「エアロゾル」と呼ぶ。 Conventionally, an air blasting method is known as a method for performing partial surface grinding of a workpiece made of metal, ceramic, glass, plastic, or the like. This method performs partial cutting and polishing of the workpiece by injecting a projection material (fine solid particles such as an abrasive) dispersed in a compressed gas from a nozzle and colliding with the workpiece at a high speed. It is. Hereinafter, the fine solid particles dispersed in the gas and floating in the gas are referred to as “aerosol”.
また、従来、圧電アクチュエータ等として用いられるセラミックス薄膜を形成する方法として、エアロゾルデポジション法が知られている。この方法は、気体中にセラミックス微粒子を分散してなるエアロゾルをノズルから噴射し、高速で基板表面に吹き付けることによって、当該基板上で微粒子を粉砕し堆積させてセラミックス薄膜を形成するものである。エアロゾルデポジション法はセラミックス微粒子の常温衝撃固化現象を利用し、従来のセラミックス薄膜形成法において実施されていた1000℃以上での焼結プロセスを不要とするものである。そのため、寸法精度を考慮した薄膜設計を行う必要がなくなり、また、微粒子の破砕によって緻密なナノ結晶組織が形成され、きわめて平滑な表面を持つセラミックス薄膜を製造することができる。 Conventionally, an aerosol deposition method is known as a method of forming a ceramic thin film used as a piezoelectric actuator or the like. In this method, an aerosol formed by dispersing ceramic fine particles in a gas is sprayed from a nozzle and sprayed onto the substrate surface at a high speed, whereby fine particles are pulverized and deposited on the substrate to form a ceramic thin film. The aerosol deposition method utilizes a normal temperature impact solidification phenomenon of ceramic fine particles and eliminates the sintering process at 1000 ° C. or higher, which has been performed in the conventional ceramic thin film forming method. Therefore, it is not necessary to design a thin film in consideration of dimensional accuracy, and a fine nanocrystal structure is formed by crushing fine particles, and a ceramic thin film having an extremely smooth surface can be manufactured.
上述のエアブラスト工法を用いた加工やエアロゾルデポジション法を用いた成膜において、広い範囲において均一深さに研削したり均一厚さに成膜したりすることが必要となる場合がある。そこで、特許文献1では、射出開口が円形のノズルと比較してより広い範囲にエアロゾルを噴射するために有利なノズルの構造が提案されている。特許文献1に記載されたノズルは、エアロゾルを噴射する長尺方向と短尺方向とを有する矩形の導出開口を有し、前記ノズルの内部に、前記導出開口の短尺方向は開口に向けて短尺方向寸法が連続的に減少し且つ前記導出開口の長尺方向は開口に向けて長尺方向寸法が連続的に拡大する形状の断面積減少部分と、この断面積減少部分に続く断面積一定部分とを併せ持つ流路が設けられている。かかる構成により、前記ノズルの前記導出開口の長尺方向にわたって濃度が均一なエアロゾルを噴射させるとともに、噴射されたエアロゾルの飛散する方向及び速度を一定にする効果がうたわれている。
ところで、ノズルを通過するエアロゾル中の固体粒子が気流に追従しているか否かは、ストークス数Sを用いて判断することができる。ストークス数Sが1よりも十分に小さい場合は、固体粒子は気流にほぼ追従し、ストークス数Sが1より大きい場合は、固体粒子は気流の動きに関係なく運動し、ストークス数Sが1に近ければ、固体粒子は気流にほぼ追従するものの完全には一致せず複雑な動きをする。これを前提にストークス数Sが1に近い固体粒子のノズル内の動きを考えると、ノズルの流路面積が急激に縮小すれば、固体粒子は気流の動きに追従しきれずにノズル内壁に衝突し、逆に、ノズルの流路面積が急激に拡大すれば、固体粒子は流路全体に均一に分散せず流路の略中央部分の固体粒子密度が他と比較して高くなることとなる。つまり、ノズルを通過する固体粒子のストークス数Sが1に近い場合にもノズルから噴射されたエアロゾルの濃度(固体粒子の空間分布)や、エアロゾルの速度分布を均一とするためには、ノズルの流路形状の変化をより緩やかにする必要がある。 Incidentally, whether or not the solid particles in the aerosol passing through the nozzle follow the airflow can be determined using the Stokes number S. When the Stokes number S is sufficiently smaller than 1, the solid particles substantially follow the air flow. When the Stokes number S is larger than 1, the solid particles move regardless of the air flow, and the Stokes number S becomes 1. If they are close, the solid particles follow the airflow, but do not match perfectly but move in a complicated manner. Considering the movement in the nozzle of solid particles with a Stokes number S close to 1 on the assumption of this, if the flow path area of the nozzle is rapidly reduced, the solid particles do not follow the movement of the air flow and collide with the inner wall of the nozzle. On the contrary, if the flow channel area of the nozzle is rapidly expanded, the solid particles are not uniformly dispersed throughout the flow channel, and the solid particle density at the substantially central portion of the flow channel becomes higher than the others. In other words, even when the Stokes number S of the solid particles passing through the nozzle is close to 1, in order to make the concentration of the aerosol sprayed from the nozzle (solid distribution of the solid particles) and the velocity distribution of the aerosol uniform, It is necessary to make the change in the flow path shape more gradual.
本発明は上記のような課題を解決するためになされたものであって、例えば、上記特許文献1に記載されているような長尺方向と短尺方向とを有する射出開口を備え、気体に固体粒子を分散させて成るエアロゾルを噴射するエアロゾル噴射ノズルであって、このノズルから噴射されるエアロゾルの空間分布や速度分布をより均一なものとするための構造を提案することを目的とする。
The present invention has been made in order to solve the above-described problems. For example, the present invention includes an injection opening having a long direction and a short direction as described in
本発明のエアロゾル噴射ノズルは、エアロゾルを導入する導入開口と、略直交する長尺方向と短尺方向とを有しエアロゾルを噴射する射出開口と、前記導入開口から前記射出開口までエアロゾルが通過する流路であって流体が進むにつれて流路面積が小さくなる面積漸減部を有するエアロゾル流路とを備え、前記エアロゾル流路の前記面積漸減部における流路横断面は、前記射出開口の長尺方向と略平行であって或点を対称の中心とする二本の直線と前記或点を中心とする円の前記二本の直線により挟まれた二つの円弧とで画成される形(以下、「トラック形」という)状であるものである。 The aerosol injection nozzle of the present invention includes an introduction opening for introducing aerosol, an injection opening for injecting aerosol having a longitudinal direction and a short direction substantially perpendicular to each other, and a flow through which the aerosol passes from the introduction opening to the injection opening. And an aerosol flow path having an area gradually decreasing portion that reduces the area of the flow path as the fluid advances, and the flow path cross-section of the area gradually decreasing portion of the aerosol flow path is the longitudinal direction of the injection opening. A shape defined by two arcs that are substantially parallel and centered at a point, and two arcs sandwiched by the two straight lines of a circle centered on the point (hereinafter, “ Track shape)).
前記エアロゾル流路の前記面積漸減部は、二つの平面と二つの部分円錐面とで画成されているものであることがよい。 The area gradually decreasing portion of the aerosol flow path may be defined by two planes and two partial conical surfaces.
また、前記射出開口はトラック形状であって、前記射出開口の長尺方向長さは前記導入開口の長尺方向長さよりも小さいものであってよい。 The injection opening may have a track shape, and the length of the injection opening in the longitudinal direction may be smaller than the length of the introduction opening in the longitudinal direction.
さらに、前記面積漸減部は、前記エアロズル流路の中心線方向に沿って前記射出開口に近づくにつれて、前記二本の直線の間隔が徐々に狭まるとともに前記二つの円弧が属する前記円が徐々に縮径しているものであってよい。 In addition, the area gradually decreasing portion gradually decreases the distance between the two straight lines and gradually reduces the circle to which the two arcs belong as the distance between the two straight lines decreases along the center line direction of the aerosol flow path. It may be a diameter.
前記エアロゾル噴射ノズルは、エアロゾルデポジション法を実現する装置にエアロゾルを噴射するために備えることができる。 The aerosol injection nozzle may be provided for injecting the aerosol to a device that realizes the aerosol deposition method.
本発明のレデューサー付きエアロゾル噴射ノズルは、前記エアロゾル噴射ノズルと、前記エアロゾル噴射ノズルの前記導入開口に接続されたレデューサーとを備え、前記レデューサーは、エアロゾルを導入する略円形の入口開口と、前記エアロゾル噴射ノズルの導入開口と密接して接続される出口開口と、前記入口開口から前記出口開口までエアロゾルが通過する流路であって流体が進むにつれて流路面積が大きくなる面積漸増部を設けたエアロゾル流路とを有するものである。 An aerosol injection nozzle with a reducer according to the present invention includes the aerosol injection nozzle and a reducer connected to the introduction opening of the aerosol injection nozzle, and the reducer includes a substantially circular inlet opening for introducing aerosol, and the aerosol An aerosol provided with an outlet opening that is intimately connected to the introduction opening of the injection nozzle, and a channel through which the aerosol passes from the inlet opening to the outlet opening, and the area gradually increasing as the fluid advances And a flow path.
前記エアロゾル噴射ノズルの前記導入開口、前記レデューサーの前記出口開口、及び前記レデューサーの前記エアロゾル流路の前記面積漸減部における流路横断面は、共にトラック形状とすることができる。 The inlet cross-section of the aerosol injection nozzle, the outlet opening of the reducer, and the channel cross-section at the area gradually decreasing portion of the aerosol channel of the reducer can all have a track shape.
または、前記エアロゾル噴射ノズルの前記導入開口及び前記レデューサーの前記出口開口は共に円形状であり、前記レデューサーの前記エアロゾル流路は軸に対する母線の傾きが6°以下の円錐台形状とすることができる。 Alternatively, both the introduction opening of the aerosol injection nozzle and the outlet opening of the reducer may be circular, and the aerosol flow path of the reducer may have a truncated cone shape with an inclination of a generatrix with respect to an axis of 6 ° or less. .
また、本発明は、前記レデューサー付きエアロゾル噴射ノズルにおいて、前記エアロゾル噴射ノズルと前記レデューサーとが一体的に形成されているものである。 In the aerosol spray nozzle with a reducer according to the present invention, the aerosol spray nozzle and the reducer are integrally formed.
本発明は、以下に示すような効果を奏する。 The present invention has the following effects.
本発明によれば、面積漸減部の流路は射出開口の長尺方向と略平行な二つの平面部で挟み込まれ且つ流路面積が漸減しているので、面積漸減部を通過するエアロゾルは、射出開口の長尺方向と略平行な方向にわたって均一に加速される。さらに、面積漸減部では、流路面積が滑らかに縮小されているのでエアロゾル流の流れの剥離は起こりにくく、しかも、流路横断面の形状の変化が緩やかであるのでエアロゾル中の固体粒子は気流の動きに追従して均一に分散される。よって、長尺方向と短尺方向とを有する射出開口を備えたエアロゾル噴射ノズルから噴射されるエアロゾルの空間分布や速度分布をより均一なものとすることができる。 According to the present invention, the flow path of the area gradually decreasing portion is sandwiched between two plane portions substantially parallel to the longitudinal direction of the injection opening and the flow path area is gradually decreased. It is uniformly accelerated over a direction substantially parallel to the longitudinal direction of the injection opening. Further, in the area gradually decreasing portion, the flow area is smoothly reduced, so that the separation of the flow of the aerosol flow hardly occurs, and the change in the shape of the cross section of the flow path is gentle, so that the solid particles in the aerosol Is uniformly distributed following the movement of the. Therefore, the spatial distribution and velocity distribution of the aerosol ejected from the aerosol ejection nozzle having the ejection opening having the long direction and the short direction can be made more uniform.
以下、本発明の好ましい実施の形態を図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複説明を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same or corresponding elements are denoted by the same reference symbols throughout the drawings, and redundant description thereof is omitted.
本発明に係るエアロゾル噴射ノズル及びレデューサー付きエアロゾル噴射ノズルは、例えば、エアブラスト工法を用いた加工やエアロゾルデポジション法を用いた成膜の工程で、気体中に分散されている微小な固体粒子(以下、「エアロゾル」という)を噴射するために用いることができる。ここでは、エアロゾルデポジション法を用いた成膜の工程で使用するエアロゾル噴射ノズル及びレデューサー付きエアロゾル噴射ノズルについて説明するが、本発明に係るエアロゾル噴射ノズル及びレデューサー付きエアロゾル噴射ノズルの用途は、本実施の形態に限定されない。
[成膜装置10]
まず、エアロゾル噴射ノズル(以下、単に「噴射ノズル25」という)を備える成膜装置10について説明する。なお、成膜装置10は噴射ノズル25及びレデューサー26を除いて公知のものを利用することができ、また、本発明は成膜装置10そのものの構成には限定されないので、ここでは成膜装置10の概略構成のみを説明する。
The aerosol injection nozzle and the aerosol injection nozzle with a reducer according to the present invention are, for example, fine solid particles dispersed in a gas in a process using an air blast method or a film forming process using an aerosol deposition method ( (Hereinafter referred to as “aerosol”). Here, the aerosol injection nozzle and the aerosol injection nozzle with a reducer used in the film forming process using the aerosol deposition method will be described, but the application of the aerosol injection nozzle and the aerosol injection nozzle with a reducer according to the present invention is implemented in this embodiment. It is not limited to the form.
[Film Forming Apparatus 10]
First, the
図1はエアロゾルデポジション法を用いた成膜装置の概略構成を示した図である。図1に示すように、成膜装置10は、キャリアガスに材料粒子を分散させてエアロゾルを発生させるエアロゾル発生器13と、内部で成膜を行うためのチャンバ14とを備えている。エアロゾル発生器13は、内部に材料粒子が収納された容器であり、この容器内にガスボンベ11からキャリアガス搬送管12を通じてキャリアガスを導入することにより、エアロゾルを発生させる。エアロゾル発生器13の上部にはエアロゾル搬送管24の一端が挿入され、このエアロゾル搬送管24の他端にはレデューサー26を介して噴射ノズル25が接続されている。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a film forming apparatus using an aerosol deposition method. As shown in FIG. 1, the
前記材料粒子を構成する材料としては、エアロゾルデポジション法に使用できるものであれば特に限定されず、例えば、圧電材料であるチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)や、アルミナ等の無機粉体、樹脂等の有機粉体を使用することができる。本形態では、前記材料粒子を構成する材料としてセラミックスを用いる。前記材料粒子の粒径としても、エアロゾルデポジション法に使用可能な粒径であればよいが、例えば、数μm〜数十μm程度のものでよい。また、前記キャリアガスとしては、エアロゾルデポジション法に使用できるものであれば特に限定されず、例えば、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガスや、窒素、空気、酸素等を使用することができる。 The material constituting the material particles is not particularly limited as long as it can be used in the aerosol deposition method. For example, lead zirconate titanate (PZT) which is a piezoelectric material, inorganic powder such as alumina, resin Organic powders such as can be used. In this embodiment, ceramics are used as the material constituting the material particles. The particle size of the material particles may be any particle size that can be used for the aerosol deposition method, but may be, for example, about several μm to several tens of μm. The carrier gas is not particularly limited as long as it can be used in the aerosol deposition method, and for example, inert gas such as helium and argon, nitrogen, air, oxygen and the like can be used.
チャンバ14は、内部を減圧するための排気ポンプ18が接続された減圧容器であり、該チャンバ14の内部において、被処理物である基材16を保持するための基板ホルダ17が天井に設けられ、該基板ホルダ17の下方に噴射ノズル25が配置されている。基板ホルダ17には、基材16をその水平面を維持させながら前後方向及び左右方向に移動する移動機構(図示略)が備えられている。かかる構成により、チャンバ14の内部において、基板ホルダ17の下面に略水平方向に移動可能に吊り下げられた状態に保持されている基材16と、噴射ノズル25とが対向している。なお、基板23の材料としては特に限定されず、例えば、金属、シリコン、半導体、樹脂等であってよい。
The
また、チャンバ14内において、噴射ノズル25と基材16との間には、噴射ノズル25から噴出するエアロゾルの濃度を測定するためのセンサ装置21が配設されている。このセンサ装置21から出力される信号は、フィードバック制御回路22へ送られて処理される。フィードバック制御回路22は、噴射ノズル25から基材16に噴射されるエアロゾルの濃度や基材16に衝突するエアロゾルの量を調整するために、エアロゾル発生器13やガスボンベ11を制御する。
In the
上記構成の成膜装置10を利用した成膜工程では、まず、エアロゾル発生器13でキャリアガスに材料粒子を分散させ、エアロゾルを発生させる。ここで、チャンバ14の内圧をエアロゾル発生器13の内圧と比較して低圧にすると、その差圧によって、エアロゾル発生器13内のエアロゾルは、エアロゾル搬送管24に吸い込まれ、これを経由してレデューサー26に供給される。さらに、エアロゾルはレデューサー26及び噴射ノズル25を通じて加速されて該噴射ノズル25から外部に噴出して基材16に吹き付けられる。このように、噴射ノズル25から噴射したエアロゾルを基材16の表面に高速で衝突させることにより、基板23の表面に衝突した材料粒子が破砕し、堆積することによって、セラミックス薄膜が形成される。
[噴射ノズル25]
続いて、噴射ノズル25について説明する。
In the film forming process using the
[Injection nozzle 25]
Subsequently, the
噴射ノズル25は、エアロゾルを導入する導入開口36と、エアロゾルを噴射する射出開口31と、導入開口36から射出開口31までエアロゾルが通過するエアロゾル流路30を備えている。射出開口31は長尺方向と短尺方向とを有する開口であり、導入開口36は略円形状の開口である。噴射ノズル25は、エアロゾル流路30の形状に特徴を有しており、ここでは、エアロゾル流路30について説明する。
The
図2は本発明の実施の形態に係る噴射ノズルのエアロゾル流路形状の正面図、図3は噴射ノズルのエアロゾル流路形状の側面図、図4は噴射ノズルのエアロゾル流路形状の平面図、図5は図3におけるV−V矢視断面端面図、図6は噴射ノズルのエアロゾル流路形状の斜視図である。図2〜6では、噴射ノズル25の内部に設けられたエアロゾル流路30という空間の形状を理解するために、エアロゾル流路30の外形形状を実線で概念的に示し、噴射ノズル25の外形形状を二点鎖線で示している。エアロゾル流路30の外形形状は、すなわち、噴射ノズル25の内壁(内周)形状である。
2 is a front view of the aerosol flow path shape of the injection nozzle according to the embodiment of the present invention, FIG. 3 is a side view of the aerosol flow path shape of the injection nozzle, FIG. 4 is a plan view of the aerosol flow path shape of the injection nozzle, FIG. 5 is a sectional end view taken along the line VV in FIG. 3, and FIG. 6 is a perspective view of the aerosol flow path shape of the injection nozzle. 2-6, in order to understand the shape of the space called the
図2〜6に示すように、エアロゾル流路30は、射出開口31と連続し流路面積が略一定である面積一定部32と、面積一定部32と連続し流体が進むにつれて流路面積が小さくなる面積漸減部33とを、備えている。本実施の形態においては、面積漸減部33は導入開口36と連続している。ここで、導入開口36の中心と射出開口31の中心とを繋ぐ直線を「流路中心線60」といい、この流路中心線60と略直交するエアロゾル流路30の断面を「流路横断面」といい、この流路横断面の面積を「流路面積」という。
As shown in FIGS. 2 to 6, the
エアロゾル流路30の面積一定部32は、射出開口31と略同一の流路横断面形状を有し、流路中心線60と略平行に延びている。射出開口31は、該射出開口31の中心となる点(中心点)を対称の中心とする二本の直線と、前記中心点を円心とする円の前記二本の直線により挟まれた二つの円弧とで画成される形(以下、「トラック形(競技場形)」という)状を有している。射出開口31は、例えば、前記円弧部分の弦の長さWが0.4mm、前記直線部分の線分の長さDが10mmというレベルであり(図2、参照)、スリット状の開口である。射出開口31はトラック形状であるが、前記円弧部分の弦の長さWは前記直線部分の線分の長さDと比較して十分に小さいので、射出開口31は略直交する長尺方向と短尺方向とを有する略矩形状であるとみなすことができる。
The
なお、射出開口31はトラック形状又は略矩形状の開口であることに限定されず、比較的広範囲に対して一度にエアロゾルを吹き付けることができるように略直交する長尺方向と短尺方向とを有する開口であれば、例えば、長丸形状又は面取り矩形状の開口であってもかまわない。但し、射出開口31の開口の大きさや長尺方向と短尺方向との長さの比は限定しないが、射出開口31の長尺方向長さは導入開口36の長尺方向長さ(直径)よりも小さいものとする。例えば、射出開口31の長尺方向寸法を10mm、導入開口36の直径を18mmというレベルに噴射ノズル25を設計することができる。
The
エアロゾル流路30の面積漸減部33は、図6に示すように、射出開口31の長尺方向寸法を上円91の直径とし、導入開口36の直径を下円92の直径とする円錐台93の両肩94,94を、流路中心線60に対して対称な二つの平面97,97でそれぞれ切り欠いた外形形状を有している。平面97は、射出開口31の長尺方向と略平行であって、面積一定部32と面積漸減部33との境界に形成される直線95を含み、円錐台93の軸と重複する流路中心線60に対して円錐台93の母線96よりも大きい傾きを有している。
As shown in FIG. 6, the area gradually decreasing
このような面積漸減部33の流路横断面は、図5に示すように、射出開口31の長尺方向と略平行であって流路中心線上の或点Gを対称の中心とする二本の直線L1,L2と、同じ点Gを中心とする円Cの二本の直線L1,L2により挟まれた二つの円弧81,81とで画成される形(トラック形)状である。つまり、面積漸減部33の流路横断面は、対峙する二つの円弧81,81と、射出開口31の長尺方向と略平行な二本の線分82,82とで画成されるトラック形形状を有している。ここで、面積漸減部33の流路横断面の円弧81が連続することにより形成している面を「部分円錐面部35」、同じく線分82が連続することにより形成している面を「平面部34」ということとする。面積漸減部33の外周形状は噴射ノズル25の内周(内壁)形状であることから、平面部34並びに部分円錐面部35はともに噴射ノズル25の内周面(内壁面)を形成している。
As shown in FIG. 5, the cross section of the flow path of the area gradually decreasing
面積漸減部33では、流路中心線60に沿って射出開口31に近づくにつれて、流路横断面のトラック形状を形成している二本の線分82,82の間隔は略平行な関係を維持しながら徐々に狭まり、同じく二つの円弧81,81が属する円は徐々に縮径している。また、面積漸減部33の上流側では、流路横断面のトラック形を形成している線分82と比較して円弧81の弦が長いが、面積漸減部33の下流側では線分82と比較して円弧81の弦が短い。このように、面積漸減部33では、射出開口31(面積一定部32)に近づくにつれて流路横断面のトラック形を形成している線分82と円弧81の弦とのアスペクト比(長さの比)が増大して、噴射ノズル25の流路面積が漸次減少している。
In the area gradually decreasing
上記のような流路横断面の形状を有する面積漸減部33では、略円形状の導入開口36から、長尺方向と短尺方向とを有するトラック状(略矩形状)の導入開口36と略等しい流路横断面形状を有する面積一定部32まで、流路面積が滑らかに縮小され、且つ、流路横断面の形状の変化が抑制されている。
In the area gradually decreasing
上記構成のエアロゾル流路30を通過するエアロゾルは、流路面積が漸減する面積漸減部33を通過するうちに加速され、さらに、面積一定部32を通過して、射出開口31から噴出する。
The aerosol passing through the
このとき、面積漸減部33の流路は射出開口31の長尺方向と略平行な二つの平面部34,34で挟み込まれ且つ流路面積が漸減しているので、面積漸減部33を通過するエアロゾルは、射出開口31の長尺方向と略平行な方向にわたって均一に加速される。さらに、面積漸減部33では、流路面積が滑らかに縮小されているのでエアロゾル流の流れの剥離は起こりにくく、しかも、流路横断面の形状の変化が緩やかであるのでエアロゾル中の固体粒子は気流の動きに追従して均一に分散される。
At this time, the flow path of the area gradually decreasing
また、エアロゾル流路30の面積一定部32を通過するエアロゾルの流れの方向は、面積一定部32が延びる方向、即ち、流路中心線60の延びる方向と略平行となるように整えられるので、射出開口31から噴出するエアロゾル流は、射出開口31の長尺方向にわたって固体粒子の飛散する方向及び速度が一定となる。
In addition, since the direction of the aerosol flow that passes through the
図7は本発明の実施の形態に係る噴射ノズルから噴射される固体粒子の速度又は密度と噴射ノズルの射出開口の長尺方向位置との関係を示す図である。この図に示されるように、上述のエアロゾル流路30を有する噴射ノズル25を通じて噴射されたエアロゾル流は、エアロゾルが面積漸減部33と面積一定部32とを通過することにより、射出開口31の長さ方向にわたって均一な空間分布(密度)及び速度分布を有することとなる。
[レデューサー26]
ここで、噴射ノズル25の導入開口36に接続されたレデューサー26について説明する。
FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the velocity or density of the solid particles ejected from the ejection nozzle according to the embodiment of the present invention and the longitudinal position of the ejection opening of the ejection nozzle. As shown in this figure, the aerosol flow injected through the
[Reducer 26]
Here, the
レデューサー26は、エアロゾルを導入する略円形の入口開口41と、噴射ノズル25の導入開口36と密接して接続される出口開口46と、入口開口41から出口開口46までエアロゾルが通過するエアロゾル流路40を有している。レデューサー26もそのエアロゾル流路40の形状に特徴を有しており、ここでは、エアロゾル流路40について説明する。
The
図8はレデューサー付きエアロゾル噴射ノズルのエアロゾル流路形状の側面図である。図8では、噴射ノズル25の内部に設けられたエアロゾル流路30及びレデューサー26の内部に設けられたエアロゾル流路40という空間の形状を理解するために、エアロゾル流路30及びエアロゾル流路40の外形形状を概念的に実線で示し、噴射ノズル25及びレデューサー26の外形形状を二点鎖線で示している。エアロゾル流路30及びエアロゾル流路40の外形形状は、すなわち、噴射ノズル25及びレデューサー26の内壁(内周)形状である。
FIG. 8 is a side view of the aerosol flow path shape of the aerosol spray nozzle with a reducer. In FIG. 8, in order to understand the shape of the space of the
図8に示すように、レデューサー26のエアロゾル流路40は、エアロゾル搬送管24に接続される入口開口41と連続し流路面積が略一定である入口部42と、入口部42と出口開口46との間に設けられて流体が進むにつれて流路面積が大きくなる面積漸増部43を有している。本実施の形態では、面積漸増部43と出口開口46とが連続している。ここで、入口開口41の中心と出口開口46の中心とを繋ぐ直線を「流路中心線61」といい、この流路中心線61と略直交するエアロゾル流路40の断面を「流路横断面」といい、この流路横断面の面積を「流路面積」という。
As shown in FIG. 8, the
エアロゾル搬送管24は、管径が大き過ぎるとエアロゾルを運搬するために多くのガス流量を必要とするため、管径は数mm程度が妥当である。従って、エアロゾル搬送管24に接続される入口部42の流路横断面は、エアロゾル搬送管24の管径に合わせた数mm程度の径を有する円状に形成されている。
If the tube diameter is too large, the
面積漸増部43は、エアロゾル搬送管24と噴射ノズル25の導入開口36との間の径の差を吸収する部分である。面積漸増部43の外形形状、即ち、レデューサー26の面積漸増部43の内周形状は、入口部42を上円とし出口開口46を下円とし緩やかな広がり角θを有する円錐台形状である。ここで、面積漸増部43の外形形状を成している円錐台の母線と該円錐台の軸と重複している流路中心線61との間の角度を1/2θとしたときに、広がり角θは2〜12°の範囲内とされる。なお、図19に示すように、発明者らにより面積漸増部43の広がり角θが2〜12°であれば流体の流れが壁から剥離しないことが確認されたので、広がり角θを2〜12°に設定している。
The area gradually increasing
このように、面積漸増部43は、その流路面積が滑らかに拡大し且つ流路横断面の形状の変化が緩やかであるので、レデューサー26を通じて噴射ノズル25の導入開口36へ搬送されるエアロゾル中の固体粒子をガス流に十分追従させ、均一に分散させた状態とすることができる。
[実施の形態1]
次に、本発明の実施の形態1に係る噴射ノズル25及びレデューサー26を説明する。噴射ノズル25は上述したエアロゾル流路30を有し、レデューサー26は上述したエアロゾル流路40を有している。これらのエアロゾル流路30,40についての詳細な説明は省略する。
As described above, the area gradually increasing
[Embodiment 1]
Next, the
図9は本発明の実施の形態1に係る噴射ノズルの正面図、図10は実施の形態1に係る噴射ノズルの側面図、図11は実施の形態1に係る噴射ノズルの平面図、図12は実施の形態1に係る噴射ノズルの背面図、図13は実施の形態1に係るレデューサー付きエアロゾル噴射ノズルの側面図、図14は実施の形態1に係るレデューサー付きエアロゾル噴射ノズルの平面図である。
9 is a front view of the injection nozzle according to the first embodiment of the present invention, FIG. 10 is a side view of the injection nozzle according to the first embodiment, FIG. 11 is a plan view of the injection nozzle according to the first embodiment, and FIG. FIG. 13 is a rear view of the injection nozzle according to
図9〜12に示すように、噴射ノズル25は、エアロゾル流路30と成る溝が形成された二つのノズル部材50,50と、このノズル部材50,50の溝が形成された面同士を合わせて締結するボルト等の締結具54,54,,,等で構成されている。ノズル部材50,50に形成された溝は、何れも略同一形状であって、この溝の内壁によってエアロゾル流路30の外形形状が形作られている。このように構成されている噴射ノズル25の一端(正面)にはエアロゾルを噴射する射出開口31が現れ、他端(背面)にはエアロゾルを導入する導入開口36が現れている。
As shown in FIGS. 9 to 12, the
また、図13〜14に示すように、レデューサー26は、エアロゾル流路40と成る溝が形成された二つのレデューサー部材65,65と、このレデューサー部材65,65の溝が形成された面同士を合わせて締結するボルト等の締結具62,62,,,等で構成されている。レデューサー部材65,65に形成された溝は、何れも略同一形状であって、この溝の内壁によってエアロゾル流路40の外形形状が形作られている。このように構成されているレデューサー26の一端にはエアロゾルが流出する出口開口46が現れ、他端にはエアロゾルが流入する入口開口41が現れている。
As shown in FIGS. 13 to 14, the
そして、レデューサー26の出口開口46と噴射ノズル25の導入開口36とが密接するようにレデューサー26と噴射ノズル25とが接合されて、レデューサー付きエアロゾル噴射ノズル27が構成されている。このレデューサー付きエアロゾル噴射ノズル27には、その内部にレデューサー26のエアロゾル流路40と噴射ノズル25のエアロゾル流路30とが連続して形成されている。
[実施の形態2]
次に、本発明の実施の形態2に係る噴射ノズル25及びレデューサー26を説明する。実施の形態2では、一体型のレデューサー付きエアロゾル噴射ノズル27として、噴射ノズル25とレデューサー26とが一体的に形成されている。
Then, the
[Embodiment 2]
Next, the
図15は実施の形態2に係るレデューサー付きエアロゾル噴射ノズルの側面図、図16は実施の形態2に係るレデューサー付きエアロゾル噴射ノズルの平面図、図17は図15におけるXVII−XVII矢視断面図、図18は図15におけるXVIII−XVIII矢視断面図である。
15 is a side view of an aerosol injection nozzle with a reducer according to
図15〜18に示すように、レデューサー付きエアロゾル噴射ノズル27は、噴射ノズルとして機能するエアロゾル流路30、及び、レデューサーとして機能するエアロゾル流路40と成る溝が形成された二つのノズル部材70,70と、このノズル部材70,70の溝が形成された面同士を合わせて締結するボルト等の締結具(図示略)等で構成されている。ノズル部材70,70に形成された溝は、何れも略同一形状であって、この溝の内壁によって噴射ノズルとして機能するエアロゾル流路30とレデューサーとして機能するエアロゾル流路40との外形形状が連続して形作られている。このように構成されているレデューサー付きエアロゾル噴射ノズル27の一端にはエアロゾルを噴射する射出開口31が現れ、他端にはエアロゾル搬送管24と接続される入口開口41が現れている。
As shown in FIGS. 15 to 18, the
噴射ノズルとして機能するエアロゾル流路30の導入開口36は、射出開口31の長尺方向と略平行であって流路中心線上の或点を対称の中心とする二本の直線と、前記或点を中心とする円の前記二本の直線により挟まれた二つの円弧とで画成されるトラック形の開口である。つまり、略直交する長尺方向と短尺方向とを有する射出開口31と、面積一定部32及び面積漸減部33で成るエアロゾル流路30の流路横断面と、エアロゾル流路30にエアロゾルを導入する導入開口とは、何れもトラック形状を有している。
The introduction opening 36 of the
一方、レデューサーとして機能するエアロゾル流路40の出口開口46は、導入開口36と略同一のトラック形状を有している。このために、レデューサーとして機能するエアロゾル流路40も、噴射ノズルとして機能するエアロゾル流路30と同様に、射出開口31の長尺方向と略平行な二枚の平面で円錐台を切り欠いた外形形状を有し、この結果、面積漸増部43の流路横断面もトラック形状を有している。
On the other hand, the outlet opening 46 of the
このように、噴射ノズルとして機能するエアロゾル流路30の導入開口36及びレデューサーとして機能するエアロゾル流路40の出口開口46は、円形状ではなくトラック形状とすることができる。かかる構成によれば、レデューサー付きエアロゾル噴射ノズル27は、その機能を維持しながらコンパクト化を実現させることができる。
Thus, the introduction opening 36 of the
本発明は、例えば、エアブラスト工法やエアロゾルデポジション法などの、気体中に分散された微小な固体粒子を噴射するプロセスにおいて、気体中に分散された微小な固体粒子を噴射するためのノズル及びレデューサー付きノズルとして有用である。 The present invention relates to a nozzle for injecting fine solid particles dispersed in a gas in a process of injecting fine solid particles dispersed in a gas, such as an air blasting method or an aerosol deposition method. It is useful as a nozzle with a reducer.
10 成膜装置
11 ガスボンベ
12 キャリアガス搬送管
13 エアロゾル発生器
14 チャンバ
15 ノズル
16 基材
17 基板ホルダ
18 排気ポンプ
21 センサ装置
22 フィードバック制御回路
24 エアロゾル搬送管
25 噴射ノズル
26 レデューサー
27 レデューサー付きエアロゾル噴射ノズル
30 エアロゾル流路
31 射出開口
32 出口部
33 面積漸減部
34 平面部
35 部分円錐面部
36 導入開口
40 エアロゾル流路
41 入口開口
42 入口部
43 面積漸増部
46 出口開口
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記エアロゾル流路の前記面積漸減部における流路横断面は、
前記射出開口の長尺方向と略平行であって或点を対称の中心とする二本の直線と
前記或点を中心とする円の前記二本の直線により挟まれた二つの円弧と
で画成される形(以下、「トラック形」という)状である、
エアロゾル噴射ノズル。 An introduction opening for introducing an aerosol, an injection opening for injecting aerosol having a longitudinal direction and a short direction substantially orthogonal to each other, and a flow path through which the aerosol passes from the introduction opening to the injection opening. An aerosol flow path having an area gradually decreasing portion where the flow path area is reduced,
The flow path cross section in the area gradually decreasing part of the aerosol flow path is
The image is defined by two straight lines that are substantially parallel to the longitudinal direction of the injection opening and centered on a point, and two arcs sandwiched between the two straight lines of a circle centered on the point. A shape formed (hereinafter referred to as “track shape”),
Aerosol spray nozzle.
請求項1に記載のエアロゾル噴射ノズル。 The area gradually decreasing portion of the aerosol flow path is defined by two planes and two partial conical surfaces,
The aerosol injection nozzle according to claim 1.
請求項1又は請求項2に記載のエアロゾル噴射ノズル。 The injection opening has a track shape, and the longitudinal length of the injection opening is smaller than the longitudinal length of the introduction opening.
The aerosol injection nozzle according to claim 1 or 2.
請求項3に記載のエアロゾル噴射ノズル。 As the area gradually decreases, the distance between the two straight lines gradually decreases and the circle to which the two arcs belong is gradually reduced in diameter as it approaches the injection opening along the center line direction of the aerosol flow path. ing,
The aerosol injection nozzle according to claim 3.
請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載のエアロゾル噴射ノズル。 Equipped to inject aerosol into a device that realizes the aerosol deposition method,
The aerosol injection nozzle as described in any one of Claims 1-4.
前記エアロゾル噴射ノズルの前記導入開口に接続されたレデューサーとを備え、
前記レデューサーは、エアロゾルを導入する略円形の入口開口と、前記エアロゾル噴射ノズルの導入開口と密接して接続される出口開口と、前記入口開口から前記出口開口までエアロゾルが通過する流路であって流体が進むにつれて流路面積が大きくなる面積漸増部を設けたエアロゾル流路とを有する、
レデューサー付きエアロゾル噴射ノズル。 The aerosol injection nozzle according to any one of claims 1 to 5,
A reducer connected to the introduction opening of the aerosol injection nozzle,
The reducer is a substantially circular inlet opening for introducing aerosol, an outlet opening connected in close contact with the inlet opening of the aerosol injection nozzle, and a flow path through which the aerosol passes from the inlet opening to the outlet opening. An aerosol flow path provided with an area gradually increasing portion in which the flow path area increases as the fluid advances,
Aerosol spray nozzle with reducer.
請求項6に記載のレデューサー付きエアロゾル噴射ノズル。 The introduction cross-section of the aerosol injection nozzle, the outlet opening of the reducer, and the channel cross section in the area gradually decreasing portion of the aerosol flow channel of the reducer are all track-shaped.
The aerosol injection nozzle with a reducer according to claim 6.
請求項6に記載のレデューサー付きエアロゾル噴射ノズル。 The introduction opening of the aerosol injection nozzle and the outlet opening of the reducer are both circular, and the aerosol flow path of the reducer has a truncated cone shape with an inclination of a generatrix with respect to an axis of 6 ° or less.
The aerosol injection nozzle with a reducer according to claim 6.
請求項6〜請求項8のいずれか一項に記載のレデューサー付きエアロゾル噴射ノズル。 The aerosol spray nozzle and the reducer are formed integrally;
The aerosol injection nozzle with a reducer according to any one of claims 6 to 8.
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JP2009072904A JP2010221161A (en) | 2009-03-24 | 2009-03-24 | Aerosol injection nozzle, and aerosol injection nozzle with reducer |
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EP4130338A4 (en) * | 2020-03-31 | 2024-03-20 | Osaka Gas Co Ltd | Film formation device, film formation method, and formed film |
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