JP4940959B2 - ノズル - Google Patents
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Description
例えば、少なくとも一対のノズルブロックと、これら一対のノズルブロックの間に挟持され、かつ、互いに間隔を隔てて対向配置される少なくとも2枚のシムプレートとを構成要素として備え、これらのノズルブロックとシムプレートとにより形成されるエアロゾル噴射通路の形状をシムプレートの交換により変更し得るように構成したノズルがある(例えば、特許文献1参照。)。
これにより、回動手段を介して、吐出口の開口端側縁に回動可能に取り付けられた角度変更部材を噴射方向に対して広がり方向へ所定角度回動させると共にこの所定角度回動した状態で保持することが可能となる。そして、この角度変更部材を噴射方向に対して広がり方向へ所定角度回動させた状態で、吐出口からエアロゾルを超音速で噴射した場合には、この吐出口から超音速で噴射されるエアロゾルの噴射角度は、角度変更部材の基端部で発生する膨張波及び自由境界面で反射する圧縮波によって、該角度変更部材によって形成される傾斜面側へ偏向される。このため、このノズル内のエアロゾルが流れる流路に噴射方向を変更するための曲げ部を設けることなく、ノズルの吐出口から噴射されるエアロゾルの噴射角度を変更することが可能となる。また、ノズル内のエアロゾルが流れる流路に噴射方向を変更するための曲げ部を設ける必要がないため、ノズル内の摩耗を防止して長寿命化を図ることが可能となると共に、エアロゾルに摩耗粉等の不純物が混入することを防止することが可能となる。更に、回動手段は、角度変更部材を噴射方向に対して所定角度回動させた状態で保持することが可能なため、該回動手段を介してエアロゾルの噴射角度を所定範囲内で任意に偏向することが可能となる。また、回動手段は、角度変更部材の外側方向に延出される延出部を介して該角度変更部材を所定角度回動させるため、回動手段を角度変更部材に取り付ける構成の自由度が増すと共に、角度変更部材の小型化を図ることが可能となる。
図1に示すように、ノズル4が装着される成膜装置1は、金属、セラミックス等の所定粒径(例えば、粒径は約0.5μm〜100μmである。)の原料粉末をヘリウム、窒素、水素、空気等の搬送ガス中に分散させたエアロゾルを発生させるエアロゾル発生機構2と、内部が真空に設定される成膜室3と、この成膜室3内に固定されるノズル4と、一端がエアロゾル発生機構2に接続され他端がノズル4に接続されてエアロゾル発生機構2で発生したエアロゾルをノズル4に導入するエアロゾル導入管5とから構成されている。
図3に示すように、ノズル4の吐出口11から超音速で噴射されるエアロゾルの流れ(矢印15方向である。)は、ノズル4の吐出口11での開口端と壁部材13の傾斜面12の基端部との角部で発生する膨張波16によって角度θ2(この場合は、角度θ2は、ほぼ角度θ1に等しい。)だけ傾斜面12側へ曲げられる。更に、各膨張波16は、自由境界面17で各圧縮波18として反射されるため、エアロゾルの流れ(矢印15方向である。)は、各圧縮波18によって角度θ3(この場合は、角度θ3は、ほぼ角度θ1に等しい。)だけ傾斜面12側へ更に曲げられる。従って、ノズル4の吐出口11から超音速で噴射されたエアロゾルは、吐出口11での噴射方向に対して角度(θ2+θ3)(この場合は、ほぼ角度θ1の2倍の角度である。)だけ傾斜面12側へ偏向されて噴射される。
これにより、この壁部材13の傾斜面12の傾斜角θ1を設定することによって、このノズル4内のエアロゾルが流れる流路に噴射方向を変更するための曲げ部を設けることなく、ノズル4の吐出口11から噴射されるエアロゾルの噴射角度を所定角度だけ偏向させて、基板6の表面上に噴射することが可能となる。また、ノズル4内のエアロゾルが流れる流路に噴射方向を変更するための曲げ部を設ける必要がないため、ノズル4内の摩耗を防止して長寿命化を図ることが可能となると共に、エアロゾルに摩耗粉等の不純物が混入することを防止することが可能となる。また、板状の壁部材13を設けることによって、簡易な構成でノズル4の吐出口11から噴射されるエアロゾルの噴射角度を変更することが可能となり、低コスト化を図ることが可能となる。
ここで、実施例2に係るノズル21は、上記実施例1に係るノズル4に替えて成膜室3内に固定されている。また、一端がエアロゾル発生機構2に接続されるエアロゾル導入管5の他端が、このノズル21に接続され、エアロゾル発生機構2で発生したエアロゾルがノズル21に導入されるように構成されている。また、ノズル21は、吐出口22の開口端での噴射方向が、基板ホルダ7に保持される基板6の皮膜形成面に対してほぼ垂直になるように成膜室3内に固定されている。
また、ノズル21の吐出口22側の端縁部には、壁部材23に対向する部分の全幅に渡って斜めに切り欠かれた切欠部24が形成されている。これにより、壁部材23が回動された際に、このノズル21の先端部との干渉を避けることができる。
これにより、アクチュエータ25を駆動することによって、壁部材23の吐出口22側の表面部は、噴射方向に対して広がり方向に所定角度θ4(例えば、約0度乃至45度の角度である。)だけ傾斜した状態で保持されて、吐出口22の開口端の側縁から連続する傾斜面27が形成される。また、このアクチュエータ25を駆動することによって、傾斜面27の傾斜角θ4を所定角度範囲(例えば、約0度乃至45度の角度範囲である。)で任意に設定することができる。
そして、この吐出口22からエアロゾルを超音速で噴射した場合には、この吐出口22から超音速で噴射されるエアロゾルの噴射角度は、吐出口22の開口端と壁部材23の傾斜面27の基端部との角部で発生する膨張波16と、自由境界面17で反射される圧縮波18とによって、この壁部材23の傾斜面27側へ、吐出口22での噴射方向に対して、この傾斜面27の傾斜角θ4に対応する所定角度だけ偏向されて噴射される。
ここで、実施例3に係るノズル31は、上記実施例2に係るノズル21に替えて成膜室3内に固定されている。また、一端がエアロゾル発生機構2に接続されるエアロゾル導入管5の他端が、このノズル31に接続され、エアロゾル発生機構2で発生したエアロゾルがノズル31に導入されるように構成されている。また、ノズル31は、吐出口22の開口端での噴射方向が、基板ホルダ7に保持される基板6の皮膜形成面に対してほぼ垂直になるように成膜室3内に固定されている。
これにより、各アクチュエータ25を駆動することによって、各延出部32、33を介して壁部材23の吐出口22側の表面部は、噴射方向に対して広がり方向に所定角度θ4(例えば、約0度乃至45度の角度である。)だけ傾斜した状態で保持されて、吐出口22の開口端の側縁から連続する傾斜面27が形成される。また、各アクチュエータ25を駆動することによって、各延出部32、33を介して傾斜面27の傾斜角θ4を所定角度範囲(例えば、約0度乃至45度の角度範囲である。)で任意に設定することができる。
そして、この吐出口22からエアロゾルを超音速で噴射した場合には、この吐出口22から超音速で噴射されるエアロゾルの噴射角度は、吐出口22の開口端と壁部材23の傾斜面27の基端部との角部で発生する膨張波16と、自由境界面17で反射される圧縮波18とによって、この壁部材23の傾斜面27側へ、吐出口22の開口端での噴射方向に対して、この傾斜面27の傾斜角θ4に対応する所定角度だけ偏向されて噴射される。
ここで、実施例4に係るノズル41は、上記実施例1に係るノズル4に替えて成膜室3内に固定されている。また、一端がエアロゾル発生機構2に接続されるエアロゾル導入管5の他端が、このノズル41に接続され、エアロゾル発生機構2で発生したエアロゾルがノズル41に導入されるように構成されている。また、ノズル41は、吐出口42の開口端での噴射方向が、基板ホルダ7に保持される基板6の皮膜形成面に対してほぼ垂直になるように成膜室3内に固定されている。
尚、断面円弧状の壁部材43を周方向の複数箇所で分割して吐出口42の開口端の複数箇所に設ける場合には、この断面円弧状の各壁部材43の周方向の円弧の長さの和が、この開口端の円周部の約1/6以上になるように設ければよい。
ここで、実施例5に係るノズル51は、上記実施例1に係るノズル4に替えて成膜室3内に固定されている。また、一端がエアロゾル発生機構2に接続されるエアロゾル導入管5の他端が、このノズル51に接続され、エアロゾル発生機構2で発生したエアロゾルがノズル51に導入されるように構成されている。また、ノズル51は、吐出口52の開口端での噴射方向が、基板ホルダ7に保持される基板6の皮膜形成面に対してほぼ垂直になるように成膜室3内に固定されている。
これにより、この壁部材53の傾斜面54の傾斜角θ1を設定することによって、このノズル51内のエアロゾルが流れる流路に噴射方向を変更するための曲げ部を設けることなく、ノズル51の吐出口52から噴射されるエアロゾルの噴射角度を所定角度だけ偏向させて、基板6の表面上に噴射することが可能となる。また、ノズル51内のエアロゾルが流れる流路に噴射方向を変更するための曲げ部を設ける必要がないため、ノズル51内の摩耗を防止して長寿命化を図ることが可能となると共に、エアロゾルに摩耗粉等の不純物が混入することを防止することが可能となる。また、板状の壁部材53を設けることによって、簡易な構成でノズル51の吐出口52から噴射されるエアロゾルの噴射角度を変更することが可能となり、低コスト化を図ることが可能となる。
また、上記実施例1のように、吐出口52の開口端の一方の長辺側に、全幅に渡って壁部材53が設けられていない場合でも、この長辺の1/3以上の幅(図8では、長辺の約4/5の幅である。)に渡って壁部材53が設けられている場合には、この壁部材53の幅方向両端部分においては、傾斜面54に影響されて傾斜角θ1から傾斜角θ1の約2倍より少ない角度だけ偏向されて噴射される。
例えば、図9に示すように、ノズル51の壁部材53が設けられた長辺の両側の辺の側縁から、この各辺の全幅又は1/3以上の幅(図9では、各辺の約1/2の幅である。)に渡って、斜め外側方向(図9中、左右斜め外側方向である。)に所定長さ(例えば、約2mm乃至3mmである。)延出されて噴射方向に対して広がり方向に所定角度θ1(例えば、約10度乃至45度の角度である。)だけ傾斜して、この吐出口52の開口端の各辺の側縁から連続する各傾斜面56、57を形成する角度変更部としての板状の各壁部材58、59を設けるようにしてもよい。
ここで、実施例6に係るノズル61は、上記実施例1に係るノズル4に替えて成膜室3内に固定されている。また、一端がエアロゾル発生機構2に接続されるエアロゾル導入管5の他端が、このノズル61に接続され、エアロゾル発生機構2で発生したエアロゾルがノズル61に導入されるように構成されている。また、ノズル61は、吐出口62の開口端での噴射方向が、基板ホルダ7に保持される基板6の皮膜形成面に対してほぼ垂直になるように成膜室3内に固定されている。
尚、湾曲した板状の壁部材63を周方向の複数箇所で分割して吐出口62の開口端の複数箇所に設ける場合には、この湾曲した板状の各壁部材63の周方向の円弧の長さの和が、この開口端の全周部の約1/6以上になるように設ければよい。
また、上記実施例1のように、吐出口62の開口端の長径に対して相対向する半周部分の一方の全円弧部分に渡って壁部材63が設けられていない場合でも、この半周部分の1/3以上の周縁部分(図10では、この半周部分の約2/3の周縁部分である。)に渡って壁部材63が設けられている場合には、この壁部材63の幅方向両端部分においては、傾斜面64に影響されて傾斜角θ1から傾斜角θ1の約2倍より少ない角度だけ偏向されて噴射される。
例えば、図11に示すように、長辺側の幅の約2/3の幅の板状の壁部材71を設けるようにしてもよい。この壁部材71は、吐出口11の一方の長辺側から斜め外側方向(図11中、斜め下側方向である。)に所定長さ(例えば、約2mm乃至3mmである。)延出されて噴射方向に対して広がり方向に所定角度θ1(例えば、約10度乃至45度の角度である。)だけ傾斜して、この吐出口11の開口端の長辺側の側縁から連続する傾斜面72を形成している。これにより、この吐出口11の壁部材71に対向する部分では、傾斜面72の傾斜角θ1に対応する所定角度(例えば、傾斜角θ1の約2倍の角度である。)だけ偏向されて噴射される。また、吐出口11の壁部材71の幅方向両端部分においては、傾斜面72に影響されて傾斜角θ1から傾斜角θ1の約2倍より少ない角度だけ偏向されて噴射される。
例えば、図12に示すように、吐出口11の長辺側の幅寸法の約1/4の幅寸法の板状の各壁部材81〜83をこの長辺側の側縁に配置するようにしてもよい。各壁部材81〜82は、吐出口11の一方の長辺側から斜め外側方向(図12中、斜め下側方向である。)に所定長さ(例えば、約2mm乃至3mmである。)延出されて噴射方向に対して広がり方向に所定角度θ1(例えば、約10度乃至45度の角度である。)だけ傾斜して、この吐出口11の開口端の長辺側の側縁から連続する各傾斜面85〜87を形成している。これにより、この吐出口11の各壁部材81〜83に対向する部分では、各傾斜面85〜87の傾斜角θ1に対応する所定角度(例えば、傾斜角θ1の約2倍の角度である。)だけ偏向されて噴射される。また、吐出口11の各壁部材81、82間、及び各壁部材82、83間においては、各傾斜面85〜87に影響されて傾斜角θ1から傾斜角θ1の約2倍より少ない角度だけ偏向されて噴射される。
例えば、図13に示すように、ノズル91の先端部にエアロゾルが噴射される微小な断面積を有する長方形状(例えば、横幅が約10mm〜15mmで、高さが約0.3〜0.5mmの長方形である。)の吐出口92が形成されている。そして、吐出口92の開口端の一方の長辺側が正面視連続する三角溝状の場合には、長辺方向の幅の約2/3の幅の板状の壁部材93を設けるようにしてもよい。この壁部材93は、吐出口92の正面視連続する三角溝状の長辺側から斜め外側方向(図13中、斜め下側方向である。)に所定長さ(例えば、約2mm乃至3mmである。)延出されて噴射方向に対して広がり方向に所定角度θ1(例えば、約10度乃至45度の角度である。)だけ傾斜して、この吐出口92の開口端の正面視連続する三角溝状の長辺側の側縁から連続する傾斜面94を形成している。これにより、この吐出口92の壁部材93に対向する部分では、傾斜面94の傾斜角θ1に対応する所定角度(例えば、傾斜角θ1の約2倍の角度である。)だけ偏向されて噴射される。また、吐出口92の壁部材93の幅方向両端部分においては、傾斜面94に影響されて傾斜角θ1から傾斜角θ1の約2倍より少ない角度だけ偏向されて噴射される。
2 エアロゾル発生機構
3 成膜室
4、21、31、41、51、61、91、101、111 ノズル
5 エアロゾル導入管
6 基板
7 基板ホルダ
8 移動機構
11、22、42、52、62、92、102、112 吐出口
12、27、44、54、64、72、85〜87、94、104、114 傾斜面
13、23、43、53、63、71、81〜83、93、103、113 壁部材
25 アクチュエータ
26 可動軸
32、33 延出部
Claims (2)
- 微粒子をガス中に分散させて発生させたエアロゾルを超音速で噴射するノズルにおいて、
吐出口の開口端側縁に一側端縁部が噴射方向に対して広がり方向に回動可能に取り付けられて、前記開口端側縁から広がり方向に所定角度傾斜した傾斜面を形成する角度変更部材と、
前記角度変更部材を噴射方向に対して広がり方向へ所定角度回動させると共にこの所定角度回動した状態を保持する回動手段と、
を備え、
前記角度変更部材は、噴射方向に対して直角な方向の両側縁部のうちの少なくとも一方の側縁部から外側方向に延出される延出部を有し、
前記回動手段は、前記延出部を介して該角度変更部材を所定角度回動させることを特徴とするノズル。 - 前記角度変更部材は、板状の壁部材であることを特徴とする請求項1に記載のノズル。
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