WO2024084545A1 - 超音波霧化装置 - Google Patents

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WO2024084545A1
WO2024084545A1 PCT/JP2022/038553 JP2022038553W WO2024084545A1 WO 2024084545 A1 WO2024084545 A1 WO 2024084545A1 JP 2022038553 W JP2022038553 W JP 2022038553W WO 2024084545 A1 WO2024084545 A1 WO 2024084545A1
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raw
solution
liquid level
raw material
raw solution
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PCT/JP2022/038553
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孝浩 平松
容征 織田
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東芝三菱電機産業システム株式会社
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Priority to PCT/JP2022/038553 priority patent/WO2024084545A1/ja
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B05B17/00—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups
    • B05B17/04—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods
    • B05B17/06—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods using ultrasonic or other kinds of vibrations
    • B05B17/0607—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods using ultrasonic or other kinds of vibrations generated by electrical means, e.g. piezoelectric transducers
    • B05B17/0615—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods using ultrasonic or other kinds of vibrations generated by electrical means, e.g. piezoelectric transducers spray being produced at the free surface of the liquid or other fluent material in a container and subjected to the vibrations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B17/00—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups
    • B05B17/04—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods
    • B05B17/06—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods using ultrasonic or other kinds of vibrations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B05B12/00—Arrangements for controlling delivery; Arrangements for controlling the spray area
    • B05B12/004—Arrangements for controlling delivery; Arrangements for controlling the spray area comprising sensors for monitoring the delivery, e.g. by displaying the sensed value or generating an alarm
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B12/00—Arrangements for controlling delivery; Arrangements for controlling the spray area
    • B05B12/08—Arrangements for controlling delivery; Arrangements for controlling the spray area responsive to condition of liquid or other fluent material to be discharged, of ambient medium or of target ; responsive to condition of spray devices or of supply means, e.g. pipes, pumps or their drive means
    • B05B12/081—Arrangements for controlling delivery; Arrangements for controlling the spray area responsive to condition of liquid or other fluent material to be discharged, of ambient medium or of target ; responsive to condition of spray devices or of supply means, e.g. pipes, pumps or their drive means responsive to the weight of a reservoir or container for liquid or other fluent material; responsive to level or volume of liquid or other fluent material in a reservoir or container
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/30—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by floats
    • G01F23/56—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by floats using elements rigidly fixed to, and rectilinearly moving with, the floats as transmission elements
    • G01F23/60—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by floats using elements rigidly fixed to, and rectilinearly moving with, the floats as transmission elements using electrically actuated indicating means

Definitions

  • This disclosure relates to an ultrasonic atomization device that uses an ultrasonic vibrator to atomize a raw material solution into a fine mist to obtain the raw material solution mist.
  • Ultrasonic atomizers are sometimes used at sites where electronic devices are manufactured.
  • ultrasonic atomizers use ultrasonic waves emitted from an ultrasonic vibrator to atomize (mist) a solution, and send the atomized raw solution mist to the outside using a carrier gas.
  • the raw solution mist transported to the outside is sprayed onto a substrate from a nozzle or the like, forming a thin film for an electronic device on the substrate.
  • An example of such a conventional ultrasonic atomizer is the atomizer disclosed in Patent Document 1.
  • mist amount more precisely means the mass or total volume of the raw solution mist per unit time. Therefore, the mist amount is expressed in units such as "mg/sec” or "ml/sec.”
  • FIG. 8 is an explanatory diagram that shows a schematic configuration of a conventional ultrasonic atomization device 200. Below, the configuration of the ultrasonic atomization device 200 will be explained with reference to FIG. 8.
  • the atomization container 71 and the separator cup 82 constitute a raw solution container.
  • the bottom surface of the raw solution container becomes the separator cup 82.
  • the raw solution container contains the raw solution 15 inside.
  • a pipe section 71A is provided above the separator cup 82, communicating with the top of the atomizing container 71.
  • the pipe section 71A is connected to the nozzle 17 via the mist supply pipe 5.
  • the raw solution mist MT generated in the raw solution container is supplied to the nozzle 17 via the pipe section 71A and the mist supply pipe 5.
  • the ultrasonic atomization device 200 further includes a water tank 80 that contains ultrasonic transmission water 9, which serves as an ultrasonic transmission medium.
  • the water tank 80 and the separator cup 82 are positioned so that the bottom surface of the separator cup 82 is immersed in the ultrasonic transmission water 9.
  • a number of ultrasonic transducers 2 are provided on the bottom surface of the water tank 80. Two ultrasonic transducers 2 are shown in FIG. 8. Each of the ultrasonic transducers 2 has an ultrasonic vibration plate 27, and each ultrasonic transducer 2 performs ultrasonic vibrations that generate ultrasonic waves W2 from the ultrasonic vibration plate 27 in a size that matches the planar shape of the ultrasonic vibration plate 27.
  • a gas supply pipe 4 is provided on the upper side of the atomizing container 71, and transport gas G4 is supplied from the gas supply pipe 4.
  • a flow controller 54 and valves 63 and 64 are attached to the gas supply pipe 4 on both sides of the flow controller 54.
  • the flow controller 54 includes a flowmeter and controls the aperture opening of the valves 63 and 64 so that the flow rate of the transport gas G4 flowing through the gas supply pipe 4 becomes the set flow rate.
  • the flow rate of the transport gas G4 supplied to the atomization vessel 71 is controlled by the gas control device including the flow controller 54 and the valves 63 and 64.
  • a gas supply pipe 3 is provided on the side of the pipe section 71A, and dilution gas G3 is supplied from the gas supply pipe 3.
  • a flow rate controller 53 and valves 61 and 62 are attached to the gas supply pipe 3 on both sides of the flow rate controller 53.
  • the flow controller 53 includes a flow meter and controls the aperture of the valves 61 and 62 so that the flow rate of the dilution gas G3 flowing through the gas supply pipe 3 becomes the set flow rate.
  • the flow rate of the dilution gas G3 supplied into the pipe section 71A is controlled by the gas control device including the flow controller 53 and the valves 61 and 62.
  • the raw solution 15 is contained in a raw solution container consisting of the atomizing container 71 and the separator cup 82.
  • the bottom surface of the raw solution container becomes the separator cup 82.
  • a liquid level detector 19 is provided in the raw solution container to detect the position of the liquid level 15A of the raw solution 15.
  • a raw material tank 35 is provided separately from the raw material solution container, and the raw material tank 35 contains the raw material solution 15 therein for supplying to the raw material solution container.
  • a raw material solution supply pipe 31 is provided between the raw material solution container and the raw material tank 35.
  • the raw solution supply pipe 31 is provided with a suction pump 32 and a flow meter 33, and the raw solution 15 in the raw material tank 35 can be supplied at a predetermined flow rate through the raw solution supply pipe 31 into the raw solution container by the suction pump 32.
  • the mist supply pipe 5 is connected to a nozzle 17, and an opening (not shown) is provided on the bottom surface of the nozzle 17.
  • a substrate 18 on which a film is to be formed is placed below the nozzle 17.
  • the vibration energy of the ultrasonic waves W2 from the plurality of ultrasonic vibrators 2 is transmitted to the raw solution 15 in the raw solution container via the ultrasonic transmission water 9 and the separator cup 82.
  • a liquid column 6 rises from the liquid surface 15A, the raw solution 15 transitions into droplets and mist, and raw solution mist MT is obtained in the atomization container 71.
  • an atomization operation is performed in which the raw solution 15 is atomized to generate the raw solution mist MT.
  • the raw material solution mist MT generated in the atomization container 71 during the atomization operation is supplied to the nozzle 17 via the tube section 71A and the mist supply tube 5 by the transport gas G4 supplied from the gas supply tube 4 and the dilution gas G3 supplied from the gas supply tube 3.
  • the raw material solution mist MT supplied to the nozzle 17 is sprayed onto the surface of the substrate 18 from an opening provided on the bottom surface of the nozzle 17, thereby forming a thin film on the surface of the substrate 18 in a heated state.
  • the conventional ultrasonic atomization device 200 is connected to two gas systems: a transport gas G4 and a dilution gas G3.
  • the dilution gas G3 is a gas for making the total amount of gas in the raw material solution mist MT sprayed from the nozzle 17 constant. Therefore, two systems of gas control equipment, including flow meters (flow controllers) and valves required for gas flow control, are required, which results in an increase in the manufacturing cost of the device.
  • the flow controller 53, valves 61 and 62 shown in FIG. 8 are required as gas control equipment for the dilution gas G3, and the flow controller 54, valves 63 and 64 shown in FIG. 8 are required as gas control equipment for the transport gas G4.
  • the raw solution mist MT generated in the atomizing vessel 71 by ultrasonic vibration is supplied to the tube section 71A outside the atomizing vessel 71, the mist supply pipe 5, and the nozzle 17 by the dilution gas G3 and the transport gas G4.
  • the amount of raw solution mist MT generated in the atomizing vessel 71 is kept constant, the amount of raw solution mist MT supplied from the atomizing vessel 71 can be increased or decreased by the transport gas flow rate LC of the transport gas G4.
  • the blowing speed of the raw solution mist MT sprayed from the opening of the nozzle 17 can be made constant.
  • the opening of the nozzle 17 is, for example, formed in a slit shape.
  • the total gas flow rate LT increases or decreases accordingly.
  • the gas flow rate of dilution gas G3 is the dilution gas flow rate LD
  • the relationship between the transport gas flow rate LC, the dilution gas flow rate LD, and the total gas flow rate LT is determined by the following formula (1).
  • the transport gas flow rate LC, the dilution gas flow rate LD, and the total gas flow rate LT indicate volume amounts per unit time and are expressed in units such as "l (liter)/min.”
  • the total gas flow rate LT can be kept constant by increasing the dilution gas flow rate LD by ⁇ LC.
  • the conventional ultrasonic atomization device 200 can maintain the total gas flow rate LT constant regardless of changes in the transport gas flow rate LC by adding a dilution gas system for the dilution gas G3.
  • the ultrasonic waves W2 generated by the ultrasonic vibrator reach the raw solution 15 via the ultrasonic transmission water 9 and the separator cup 82, and then raise the liquid surface 15A of the raw solution 15, which is the interface with the air, and generate raw solution mist MT from the tip.
  • the generated raw solution mist MT is pushed toward the pipe section 71A by the transport gas G4, causing the liquid level 15A of the raw solution 15 to drop.
  • the suction pump 32 is driven to suck the raw solution 15 from the raw material tank 35, thereby replenishing the raw solution 15 in the raw solution container.
  • the present disclosure aims to solve the above problems and provide an ultrasonic atomization device that can accurately detect the liquid level of the raw material solution.
  • the ultrasonic atomization device disclosed herein comprises a raw solution container for containing raw solution, an ultrasonic vibrator provided below the raw solution container, and a raw solution separation tube provided on the side of the raw solution container and having a raw solution storage space for containing the raw solution, the raw solution separation tube having a raw solution passage port for supplying and discharging the raw solution between the raw solution container and the raw solution container, and further comprising a liquid level detector for detecting the liquid level of the raw solution in the raw solution storage space.
  • the liquid level detector in the ultrasonic atomization device disclosed herein detects the liquid level of the raw solution in the raw solution storage space.
  • the liquid level of the raw solution in the raw solution container becomes unstable due to the oscillation of ultrasonic waves from the ultrasonic vibrator.
  • the raw solution storage space is formed in a raw solution separation tube provided on the side of the raw solution container, the liquid level of the raw solution is stable and not affected by the ultrasonic waves from the ultrasonic vibrator.
  • the liquid level detector in the ultrasonic atomization device disclosed herein detects the raw solution in the raw solution storage space, and can therefore accurately detect the liquid level of the raw solution.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating a schematic configuration of an ultrasonic atomization device according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing the structure of the raw solution separation tube shown in FIG. 1 and its surroundings.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram showing the configuration of a liquid level detector using a guide pulse system.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram showing the configuration of a liquid level detector using a float sensor method.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram showing the configuration of a liquid level detector using a capacitance method.
  • 4 is an explanatory diagram showing details of a gas control device for a transport gas and a raw material solution increase/decrease mechanism in the ultrasonic atomization device according to the embodiment.
  • FIG. FIG. 2 is an explanatory diagram showing a control system of the ultrasonic atomization device according to the embodiment.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a conventional ultrasonic atomization device.
  • the gas system that determines the total gas flow rate LT of the raw material solution mist MT has been changed from the conventional two systems (transport gas G4 and dilution gas G3) to one system (transport gas G4 only).
  • transport gas G4 and dilution gas G3 the conventional two systems
  • transport gas G4 only the number of gas control devices required for gas control of the dilution gas G3
  • the manufacturing cost of the device can be reduced.
  • the ultrasonic atomization device disclosed herein controls the amount of mist in the raw solution mist MT by changing the liquid level height d15, which is the height from the surface of the ultrasonic vibration plate 27 in the ultrasonic vibrator 2 to the liquid level 15A of the raw solution 15.
  • the amount of mist in the raw solution mist MT is increased or decreased by intentionally changing the liquid level height d15 without changing the transport gas flow rate LC.
  • Fig. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of an ultrasonic atomization device 100 according to an embodiment of the present disclosure.
  • Fig. 2 is an explanatory diagram showing the structure of the raw solution separation tube 20 and its surroundings shown in Fig. 1. The configuration of the ultrasonic atomization device 100 will be described below with reference to Figs. 1 and 2.
  • the atomization container 1 and the separator 12 constitute a raw solution container.
  • the bottom surface of the raw solution container becomes the separator 12.
  • the raw solution 15 is contained in the raw solution container composed of the atomization container 1 and the separator 12.
  • a tube section 1A is provided above the separator 12, communicating with the top of the atomizing container 1.
  • the tube section 1A is connected to a mist spray section such as a nozzle (not shown) via a mist supply pipe (not shown).
  • the raw solution mist MT generated in the raw solution container is supplied to a mist spray section such as a nozzle via the tube section 1A and the mist supply pipe.
  • the mist supply pipe corresponds to, for example, the mist supply pipe 5 shown in FIG. 8, and the mist spraying part such as a nozzle (not shown) corresponds to, for example, the nozzle 17 shown in FIG. 8.
  • the ultrasonic atomization device 100 further includes a water tank 10 that contains ultrasonic transmission water 9, which serves as an ultrasonic transmission medium.
  • the water tank 10 and the separator 12 are positioned so that the bottom surface of the separator 12 is immersed in the ultrasonic transmission water 9.
  • a number of ultrasonic transducers 2 are provided on the bottom surface of the water tank 10 below the separator 12. Two ultrasonic transducers 2 are shown in FIG. 1.
  • Each of the ultrasonic transducers 2 has an ultrasonic vibration plate 27, and each ultrasonic transducer 2 performs ultrasonic vibrations that generate ultrasonic waves W2 from the ultrasonic vibration plate 27 in a size that matches the planar shape of the ultrasonic vibration plate 27.
  • a gas supply pipe 4 is provided on the upper side of the atomizing container 1, and a transport gas G4 is supplied from the gas supply pipe 4.
  • a gas control device (not shown) is attached to the gas supply pipe 4, and the flow rate of the transport gas G4 supplied to the atomizing container 1 is controlled by the gas control device.
  • the gas control device corresponds to, for example, the flow controller 54 and the valves 63 and 64 shown in FIG. 8.
  • the raw solution 15 is contained in a raw solution container consisting of the atomization container 1 and the separator 12.
  • the bottom surface of the raw solution container becomes the separator 12.
  • a raw material tank 35 is provided independent of the raw material solution container including the atomization container 1 and the separator 12.
  • the raw material tank 35 contains the raw material solution 15 therein for supplying to the raw material solution container.
  • a raw material solution pipe 30 is provided between the raw material solution container and the raw material tank 35. The raw material solution 15 can be circulated between the raw material solution container and the raw material tank 35 via the raw material solution pipe 30.
  • the raw solution piping 30 is provided with a raw solution increase/decrease mechanism 8 including a suction pump 32 and a flow meter 33.
  • the raw solution increase/decrease mechanism 8 performs a raw solution supply operation to supply the raw solution 15 contained in the raw solution tank 35 into the raw solution container, and a raw solution discharge operation to discharge the raw solution 15 contained in the raw solution container into the raw solution tank 35.
  • the raw solution separation tube 20 is provided on the side of the atomization vessel 1, and has a raw solution storage space 22 for storing the raw solution 15.
  • the raw solution separation tube 20 has a raw solution passage port 20B at the bottom for supplying and discharging the raw solution 15 between the raw solution separation tube 20 and the raw solution container.
  • the raw solution passage port 20B is formed at a height position above the separator 12 and below the expected minimum height of the liquid level 15A.
  • the opening area of the raw solution passage port 20B may be any area that allows the raw solution 15 to pass through without hindrance.
  • an opening 20A is provided above the raw solution separation tube 20, which connects the raw solution storage space 22 with the space inside the atomization container 1.
  • the position of the opening 20A in the height direction is set above the maximum height of the expected liquid level 15A.
  • a side space 20S is provided between the side of the raw solution separation tube 20 and the side of the atomization container 1. Therefore, the raw solution 15 flows between the raw solution storage space 22 and the raw solution container via the raw solution passage port 20B and the relatively narrow raw solution passage area 22B. Similarly, the gas component flows between the raw solution storage space 22 and the raw solution container via the opening 20A and the relatively narrow gas component passage area 22A.
  • the raw solution storage space 22 in the raw solution separation tube 20 is a space that is not affected by ultrasonic waves W2 from the multiple ultrasonic transducers 2, unlike the raw solution container.
  • the ultrasonic atomization device 100 of this embodiment stores the raw solution 15 separately in the raw solution container and the raw solution separation tube 20.
  • a liquid level detector 40 is provided adjacent to the raw solution separation tube 20.
  • the liquid level detector 40 detects the height of the liquid level 15A of the raw solution 15 in the raw solution storage space 22, and outputs a liquid level detection signal S40 indicating the height of the detected liquid level 15A.
  • the vibration energy of the ultrasonic waves W2 from the plurality of ultrasonic vibrators 2 is transmitted to the raw solution 15 in the raw solution container via the ultrasonic transmission water 9 and the separator 12.
  • the raw material solution mist MT generated in the atomization container 1 during the atomization operation is supplied to the mist supply pipe and mist spraying section such as a nozzle via the pipe section 1A by the transport gas G4 supplied from the gas supply pipe 4.
  • the raw material solution mist MT is finally sprayed onto the surface of the substrate from an opening such as a nozzle, thereby forming a thin film on the surface of the heated substrate.
  • the liquid level detector 40 in the ultrasonic atomization device 100 of this embodiment detects the height of the liquid level 15A of the raw solution 15 in the raw solution storage space 22.
  • the liquid level 15A of the raw solution 15 in the raw solution container is unstable because liquid columns 6 and the like are generated by the oscillation of ultrasonic waves W2 from the multiple ultrasonic vibrators 2.
  • the raw solution storage space 22 is formed in a raw solution separation tube 20 provided on the side of the raw solution container, the liquid level 15A of the raw solution 15 in the raw solution storage space 22 is stable without being affected by the ultrasonic waves W2 from the multiple ultrasonic vibrators 2.
  • the liquid level detector 40 in the ultrasonic atomization device 100 of this embodiment detects the raw solution 15 in the raw solution storage space 22, and can accurately detect the liquid level height d15 from the ultrasonic vibration plate 27 to the liquid level 15A.
  • the liquid level detector 40 may be, for example, a liquid level detector 41 using a guide pulse method, a liquid level detector 42 using a float sensor method, or a liquid level detector 43 using a capacitance method.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram showing the configuration of a liquid level detector 41 using the guide pulse method.
  • the liquid level detector 41 includes a guide probe 41A and a sensor 41C as its main components.
  • the guide probe 41A is arranged in such a way that it extends in the height direction within the raw solution storage space 22 of the raw solution separation tube 20.
  • the sensor 41C applies a pulsed electric signal to the guide probe 41A, and outputs a liquid level detection signal S41 based on a reflected signal from the liquid level 15A of the raw solution 15 in the raw solution storage space 22.
  • the liquid level detection signal S41 is a signal that indicates the liquid level height d15.
  • the liquid level detection signal S41 output from the sensor 41C of the liquid level detector 41 is obtained using a guide pulse method. Therefore, with respect to the liquid level 15A of the raw solution 15 in the raw solution storage space 22, the liquid level detection signal S41 can accurately indicate the liquid level height d15 from the ultrasonic vibration plate 27 of the ultrasonic vibrator 2.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing the configuration of a liquid level detector 42 that uses a float sensor system.
  • the liquid level detector 42 includes a float 42A, a guide rod 42B, and a sensor 42C as its main components.
  • the guide rod 42B is arranged so as to extend in the height direction within the raw solution storage space 22.
  • the float 42A is attached to the guide rod 42B and moves up and down depending on the height of the liquid surface 15A of the raw solution 15 within the raw solution storage space 22.
  • a magnet is provided inside the float 42A.
  • the sensor 42C detects the position of the float 42A via the guide rod 42B and outputs a liquid level detection signal S42.
  • the liquid level detection signal S42 is a signal that indicates the liquid level height d15.
  • the sensor 42C activates a group of reed switches inside the guide rod 42B.
  • a number of reed switches are provided along the height direction inside the guide rod 42B.
  • the reed switches one reed switch that is located at the same height as the float 42A is turned on by the magnetic force of the magnet in the float 42A. Therefore, the sensor 42C can recognize the position of the liquid surface 15A of the raw solution 15 in the raw solution storage space 22 by detecting the mounting position of the float 42A on the guide rod 42B from the reed switch among the reed switches that is in the on state.
  • the liquid level detection signal S42 output from the sensor 42C is obtained using a float sensor method. Therefore, with respect to the liquid level 15A of the raw solution 15 in the raw solution storage space 22, the liquid level detection signal S42 can accurately indicate the liquid level height d15 from the ultrasonic vibration plate 27 of the gas supply pipe 3.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing the configuration of a liquid level detector 43 using the capacitance method.
  • the liquid level detector 43 includes a pair of electrodes 43A and 43B and a detection circuit 43C as its main components.
  • the pair of electrodes 43A and 43B are attached to the side of the raw solution separation tube 20 so that they face each other across the raw solution storage space 22.
  • the detection circuit 43C is electrically connected to the pair of electrodes 43A and 43B, and has an oscillator circuit and the like inside.
  • the detection circuit 43C calculates the capacitance between the pair of electrodes 43A and 43B using an existing method, and outputs a liquid level detection signal S43 based on the calculated capacitance.
  • the liquid level detection signal S43 is a signal that indicates the liquid level height d15.
  • the liquid level detection signal S43 output from the detection circuit 43C is obtained using a capacitance method. Therefore, with respect to the liquid level 15A of the raw solution 15 in the raw solution storage space 22, the liquid level detection signal S43 can accurately indicate the liquid level height d15 from the ultrasonic vibration plate 27 of the gas supply pipe 3.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing the details of the gas control device for the transport gas G4 and the raw material solution increase/decrease mechanism 8 in the ultrasonic atomization device 100.
  • a flow controller 54 and valves 63 and 64 are attached to both sides of the flow controller 54 on the gas supply pipe 4.
  • the gas control device is made up of the flow controller 54 and the valves 63 and 64 as its main components.
  • the flow controller 54 includes a flowmeter and controls the aperture opening of the valves 63 and 64 so that the flow rate of the transport gas G4 flowing through the gas supply pipe 4 becomes the set flow rate.
  • the flow rate of the transport gas G4 supplied to the atomization vessel 71 is controlled by the gas control device including the flow controller 54 and the valves 63 and 64.
  • the ultrasonic atomization device 100 of this embodiment since the dilution gas G3 is not supplied, there is no need to provide a gas control device for the dilution gas G3.
  • the raw solution increase/decrease mechanism 8 includes as its main components a raw solution piping 30 (raw solution supply pipe 30A + raw solution discharge pipe 30B), a suction pump 32, a flowmeter 33, a discharge pump 36, and a flowmeter 37.
  • the raw solution pipe 30 has a tip opening 30t at a position lower than the raw solution passage port 20B inside the raw solution container.
  • the suction pump 32 which is a raw solution supply pump, performs a raw solution supply operation under the control of the control unit 50.
  • the discharge pump 36 which is a raw solution discharge pump, performs a raw solution discharge operation under the control of the control unit 50.
  • the suction pump 32 and the discharge pump 36 are provided independently of each other.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram showing the control system of the ultrasonic atomization device 100 according to the embodiment.
  • the control unit 50 receives the liquid level detection signal S40 from the liquid level detector 40.
  • the liquid level detector 40 includes the liquid level detectors 41 to 43, and the liquid level detection signal S40 includes the liquid level detection signals S41 to S43.
  • the control unit 50 also receives a setting signal S1 from the outside.
  • the setting signal S1 may be, for example, a signal that directly indicates the liquid level height, such as the optimal liquid level height d0 at which the amount of mist of the raw material solution mist MT is at its maximum, or a signal that indicates the amount of mist.
  • the control unit 50 calculates the liquid level height d15 at which the indicated amount of mist can be produced as the set liquid level height d50.
  • the control unit 50 recognizes the indicated liquid level height as the set liquid level height d50. This set liquid level height d50 becomes the "predetermined height" that is the control target of the control unit 50.
  • the control unit 50 receives the liquid level detection signal S40 from the liquid level detector 40, the flow rate signal S33 from the flowmeter 33, and the flow rate signal S37 from the flowmeter 37, and applies control signals SC32 and SC36 to the raw solution increase/decrease mechanism 8 to control the raw solution increase/decrease mechanism 8.
  • the flow rate signal S33 indicates the flow rate of the raw solution 15 flowing through the raw solution supply pipe 30A
  • the flow rate signal S37 indicates the flow rate of the raw solution 15 flowing through the raw solution discharge pipe 30B.
  • the control unit 50 causes the raw solution increase/decrease mechanism 8 to execute the above-mentioned raw solution supply operation and raw solution discharge operation so that the height of the liquid level 15A of the raw solution 15 in the raw solution container becomes a predetermined height, that is, a set liquid level height d50.
  • control unit 50 applies a control signal SC32 to the suction pump 32, which is a raw solution supply pump, to drive the suction pump 32 and execute control to supply the raw solution 15 contained in the raw material tank 35 into the raw solution container.
  • control unit 50 applies a control signal SC36 to the discharge pump 36, which is a raw solution discharge pump, to drive the discharge pump 36 and execute control to discharge the raw solution 15 contained in the raw solution container into the raw material tank 35.
  • the control unit 50 controls the flow rate of the raw solution 15 flowing through the raw solution supply pipe 30A based on the flow rate signal S33 during the raw solution supply operation, and controls the raw solution supply operation so that the liquid level d15 of the raw solution 15 in the raw solution container rises to the set liquid level d50.
  • the control unit 50 controls the flow rate of the raw solution 15 flowing through the raw solution discharge pipe 30B based on the flow rate signal S37 during the raw solution discharge operation, and controls the raw solution discharge operation so that the liquid level d15 of the raw solution 15 in the raw solution container drops to the set liquid level d50.
  • the raw solution increase/decrease mechanism 8 executes the raw solution supply operation and raw solution discharge operation so that the liquid level height d15 of the raw solution 15 becomes the set liquid level height d50, which is a predetermined height, based on the liquid level detection signal S40 obtained from the liquid level detector 40.
  • the ultrasonic atomization device 100 of this embodiment can obtain a desired amount of raw solution mist MT from the raw solution 15 in the raw solution container by setting the liquid level height d15 of the raw solution 15 to a constant set liquid level height d50 during the atomization operation period in which the raw solution 15 is turned into droplets by ultrasonic vibrations caused by the ultrasonic vibrator 2 to obtain raw solution mist MT.
  • the raw solution supply operation by the suction pump 32 which is a raw solution supply pump
  • the raw solution discharge pump by the discharge pump 36 which is a raw solution discharge pump
  • the ultrasonic atomization device 100 of this embodiment employs a double chamber system including a water tank 10 and a raw solution container (atomization container 1 + separator 12). Therefore, in the ultrasonic atomization device 100 employing the double chamber system, raw solution mist MT can be obtained with high accuracy from the raw solution 15 in the raw solution container.
  • the ultrasonic atomization device 100 can transport the generated raw solution mist MT to the outside using only the transport gas G4 supplied from the gas supply pipe 4 to the raw solution container.
  • the relationship between the amount of atomization of the raw solution mist MT and the liquid level height d15 is characterized in that the amount of mist generated decreases as the height changes from the optimal liquid level height d0, with the optimal liquid level height d0 being the peak, and the amount of mist generated decreasing. Therefore, the amount of mist of the raw solution mist MT is determined in a negative correlation with the absolute value
  • the optimum liquid level height d0 also varies depending on the type of raw solution 15 to be atomized, the type of ultrasonic transmission water 9 for transmitting ultrasonic waves W2, the material and thickness of the separator 12, etc.
  • the liquid level 15A of the raw material solution 15 in the raw material solution container tends to fluctuate drastically due to the transmission of ultrasonic waves W2 from the ultrasonic transducer 2.
  • the raw solution separation tube 20 is attached to the side of the atomization container 1. Compared to the liquid level 15A of the raw solution 15 in the raw solution container to which the ultrasonic waves W2 are transmitted, the liquid level 15A of the raw solution 15 in the raw solution storage space 22 of the raw solution separation tube 20, which is not affected by the ultrasonic waves W2, is stable.
  • the liquid level 15A of the raw solution 15 contained in the raw solution storage space 22 of the raw solution separation tube 20 is stable, so by detecting the height of the liquid level 15A of the raw solution 15 in the raw solution storage space 22, the liquid level detector 40 can accurately recognize the liquid level height d15.
  • a raw material tank 35 is provided independent of the raw material solution container.
  • the raw material solution container and raw material tank 35 are connected via raw material solution piping 30 (raw material solution supply pipe 30A + raw material solution discharge pipe 30B).
  • the raw material solution piping 30 is equipped with a raw material solution increase/decrease mechanism 8.
  • the raw solution increase/decrease mechanism 8 When the liquid level height d15 is to be raised, the raw solution increase/decrease mechanism 8 is caused to execute a raw solution supply operation to supply raw solution 15 from the raw solution tank 35 to the raw solution container under the control of the control unit 50. Conversely, when the liquid level height d15 is to be lowered, the raw solution increase/decrease mechanism 8 is caused to execute a raw solution discharge operation to discharge raw solution 15 from the raw solution container to the raw solution tank 35 under the control of the control unit 50.
  • the ultrasonic atomization device 100 of this embodiment can precisely control the amount of mist of the raw solution mist MT by raising/lowering the liquid level height d15.

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Abstract

本開示は、原料溶液の液面高さを精度良く検出することができる超音波霧化装置を提供することを目的とする。そして、本開示の超音波霧化装置（１００）において、霧化容器（１）の側面に原料溶液分離管（２０）が設けられる。原料溶液分離管（２０）は、原料溶液（１５）を収容するための原料溶液収容空間（２２）、及び原料溶液用容器との間で原料溶液（１５）の供給及び排出を行うための原料溶液通過口（２０Ｂ）を有している。原料溶液分離管（２０）に近接して液面検出器（４０）が設けられる。液面検出器（４０）は、原料溶液収容空間（２２）内における原料溶液（１５）の液面（１５Ａ）の高さを検出し、検出した液面（１５Ａ）の高さを示す液面検出信号（Ｓ４０）を出力する。

Description

超音波霧化装置
　本開示は、超音波振動子を用いて原料溶液を微細なミストに霧化し、原料溶液ミストを得る超音波霧化装置に関するものである。
　電子デバイスの作製の現場において、超音波霧化装置が利用されることがある。当該電子デバイス製造の分野では、超音波霧化装置は、超音波振動子から発振される超音波を利用して溶液を霧化（ミスト化）し、霧化された原料溶液ミストを搬送ガスによって外部へと送り出す。当該外部に搬送された原料溶液ミストがノズル等から基板に噴霧されることにより、基板上には、電子デバイス用の薄膜が成膜される。このような従来の超音波霧化装置として、例えば、特許文献１で開示された霧化装置がある。
　このように、従来の超音波霧化装置は、原料溶液に超音波振動を印加して原料溶液ミストを発生させている。超音波霧化装置から供給（排出）されるミスト量（霧化量）は、原料溶液ミストを超音波霧化装置からその外部に搬送させるために用いられる輸送ガスの流量に伴い変化（増減）する。
　一方、原料溶液ミストを利用した薄膜の作製を安定的に行うためには、超音波霧化装置から供給される原料溶液ミストのミスト量を安定化させ、かつ、ミストが含まれるガス流量も一定化させる必要がある。なお、「ミスト量」とは、正確には単位時間当たりの原料溶液ミストの質量または総体積を意味する。したがって、ミスト量の単位は「ｍｇ／ｓｅｃ」や「ｍｌ／ｓｅｃ」等で表される。
　図８は従来の超音波霧化装置２００の構成を模式的に示す説明図である。以下、図８を参照して、超音波霧化装置２００の構成を説明する。
　従来の超音波霧化装置２００において、霧化容器７１及びセパレータカップ８２により原料溶液用容器を構成している。原料溶液用容器の底面がセパレータカップ８２となる。原料溶液用容器は原料溶液１５を内部に収容している。
　霧化容器７１の上部と連通してセパレータカップ８２の上方に管部７１Ａが設けられる。管部７１Ａはミスト供給管５を介してノズル１７に接続される。原料溶液用容器内で生成された原料溶液ミストＭＴは管部７１Ａ及びミスト供給管５を介してノズル１７に供給される。
　超音波霧化装置２００は内部に超音波伝達媒体となる超音波伝達水９を収容する水槽８０をさらに有している。水槽８０及びセパレータカップ８２は、セパレータカップ８２の底面が超音波伝達水９に浸るように位置決めされている。
　水槽８０の底面に複数の超音波振動子２が設けられている。図８では２つの超音波振動子２が示されている。複数の超音波振動子２はそれぞれ超音波振動板２７を有しており、各超音波振動子２は、超音波振動板２７の平面形状に合致したサイズの超音波Ｗ２を超音波振動板２７から発生する超音波振動を行う。
　霧化容器７１の上部側面にガス供給管４が設けられ、ガス供給管４から輸送ガスＧ４が供給される。ガス供給管４には流量制御器５４並びに流量制御器５４の両側にバルブ６３及び６４が取り付けられている。
　流量制御器５４は流量計を含み、ガス供給管４を流れる輸送ガスＧ４の流量が設定された流量になるようにバルブ６３及び６４の絞り開度を制御している。流量制御器５４並びにバルブ６３及び６４を含むガス制御機器によって霧化容器７１に供給される輸送ガスＧ４の流量が制御される。
　管部７１Ａの側面にガス供給管３が設けられ、ガス供給管３から希釈ガスＧ３が供給される。ガス供給管３には流量制御器５３並びに流量制御器５３の両側にバルブ６１及び６２が取り付けられている。
　流量制御器５３は流量計を含み、ガス供給管３を流れる希釈ガスＧ３の流量が設定された流量になるようにバルブ６１及び６２の絞り開度を制御している。流量制御器５３並びにバルブ６１及び６２を含むガス制御機器により、管部７１Ａ内に供給される希釈ガスＧ３の流量が制御される。
　前述したように、原料溶液１５は、霧化容器７１とセパレータカップ８２とからなる原料溶液用容器内に収容されている。原料溶液用容器の底面がセパレータカップ８２となる。
　さらに、原料溶液用容器内に原料溶液１５の液面１５Ａの位置を検出するための液面検出器１９が設けられる。
　また、原料溶液用容器とは独立して原料タンク３５が設けられ、原料タンク３５は原料溶液用容器に供給するための原料溶液１５を内部に収容している。原料溶液用容器と原料タンク３５との間に原料溶液供給管３１が設けられる。
　原料溶液供給管３１には吸引用ポンプ３２及び流量計３３が設けられており、吸引用ポンプ３２によって、所定の流量で原料タンク３５内の原料溶液１５を原料溶液供給管３１を介して原料溶液用容器内に供給することができる。
　一方、ミスト供給管５はノズル１７に接続され、ノズル１７の底面に図示しない開口部が設けられる。ノズル１７の下方には例えば成膜対象の基板１８が配置される。
　このような構成の超音波霧化装置２００において、各々が超音波振動板２７を有する複数の超音波振動子２から超音波振動が印加されると、複数の超音波振動子２からの超音波Ｗ２の振動エネルギーが超音波伝達水９及びセパレータカップ８２を介して、原料溶液用容器内の原料溶液１５に伝達される。
　すると、図８に示すように、液面１５Ａから液柱６が立上り、原料溶液１５は、液粒及びミストへと移行し、霧化容器７１内で原料溶液ミストＭＴが得られる。このように、超音波振動子２から超音波Ｗ２を印加することにより、原料溶液１５を霧化して原料溶液ミストＭＴを生成する霧化動作が実行される。
　霧化動作の実行時に霧化容器７１内で生成された原料溶液ミストＭＴは、ガス供給管４から供給された輸送ガスＧ４及びガス供給管３から供給された希釈ガスＧ３によって、管部７１Ａ及びミスト供給管５を介してノズル１７に供給される。
　ノズル１７に供給された原料溶液ミストＭＴは、ノズル１７の底面に設けられた開口部から基板１８の表面に噴出されることにより、加熱状態の基板１８の表面に薄膜を成膜することができる。
国際公開第２０１５／０１９４６８号
　上述したように、従来の超音波霧化装置２００に接続させるガス系統は、輸送ガスＧ４と希釈ガスＧ３との２系統となる。希釈ガスＧ３は、ノズル１７から噴出される原料溶液ミストＭＴのガス総量を一定化させるためのガスである。したがって、ガス流量制御に必要な流量計（流量制御器）やバルブ等を含むガス制御機器は全て２系統分必要となり、結果として装置の製造コストを増加させる要因となっている。具体的には、希釈ガスＧ３用のガス制御機器として、図８で示した流量制御器５３、バルブ６１及び６２が必要となり、輸送ガスＧ４用のガス制御機器として図８で示した流量制御器５４、バルブ６３及び６４が必要となる。
　超音波振動により霧化容器７１内に発生した原料溶液ミストＭＴは、希釈ガスＧ３及び輸送ガスＧ４により霧化容器７１外の管部７１Ａ、ミスト供給管５及びノズル１７に供給される。霧化容器７１で発生する原料溶液ミストＭＴが一定量に保たれている場合、霧化容器７１から供給される原料溶液ミストＭＴのミスト量は、輸送ガスＧ４の輸送ガス流量ＬＣにより増減させることができる。
　一方、原料溶液ミストＭＴを用いた薄膜の成膜には、安定したミスト量に加えて、原料溶液ミストＭＴの総ガス流量ＬＴを一定に保つ必要がある。総ガス流量ＬＴを一定するとノズル１７の開口部から噴出される原料溶液ミストＭＴの吹き出し速度を一定にすることができる。ノズル１７の開口部は例えばスリット状に設けられる。
　一方、原料溶液ミストＭＴのミスト供給量を制御するために、輸送ガス流量ＬＣを増減させた場合、これに伴い総ガス流量ＬＴが増減する。
　したがって、総ガス流量ＬＴを一定に保つために、図８に示すように、霧化容器７１近くの管部７１Ａに輸送ガスＧ４とは別系統の希釈ガスＧ３を供給する必要がある。ここで、希釈ガスＧ３のガス流量を希釈ガス流量ＬＤとすると、輸送ガス流量ＬＣ、希釈ガス流量ＬＤ及び総ガス流量ＬＴの関係は以下の式(1)で決定する。
　ＬＴ＝ＬＣ＋ＬＤ…(1)
　なお、輸送ガス流量ＬＣ、希釈ガス流量ＬＤ及び総ガス流量ＬＴは、単位時間当たりの体積量を示し、「ｌ（リットル）／ｍｉｎ」等の単位で表される。
　例えば、原料溶液ミストＭＴのミスト供給量を減少させるために、輸送ガス流量ＬＣをΔＬＣ分減少させた場合、希釈ガス流量ＬＤをΔＬＣ分増加させることにより、総ガス流量ＬＴを一定に保つことができる。
　このように、従来の超音波霧化装置２００は、希釈ガスＧ３用の希釈ガス系統を追加することによって、総ガス流量ＬＴを輸送ガス流量ＬＣの変化に関係なく一定に保つことができる。
　しかしながら、前述したように、希釈ガスＧ３のガス制御に必要な流量計（流量制御器）やバルブなどのガス制御機器が１系統分追加されることになり、結果として装置製造コストが増加するという問題点があった。
　また、従来の超音波霧化装置２００では、超音波振動子で発生した超音波Ｗ２は、超音波伝達水９及びセパレータカップ８２を介して原料溶液１５に到達し、さらに空気との界面である原料溶液１５の液面１５Ａを持ち上げ、その先端から原料溶液ミストＭＴを発生させている。
　発生した原料溶液ミストＭＴは輸送ガスＧ４によって管部７１Ａに向けて押し出され、原料溶液１５の液面１５Ａは低下していく、液面検出器１９により液面１５Ａの低下が検出されると、吸引用ポンプ３２を駆動して原料タンク３５から原料溶液１５を吸引することにより、原料溶液用容器内に原料溶液１５を補給することができる。
　しかし、超音波Ｗ２で押し上げられた原料溶液１５の液柱６により液面１５Ａは大きく揺れるため、液面検出器が液面１５Ａの高さを正確に計測することが実用上困難であるという問題点があった。
　本開示では、上記のような問題点を解決し、原料溶液の液面高さを精度良く検出することができる超音波霧化装置を提供することを目的とする。
　本開示の超音波霧化装置は、原料溶液を収容する原料溶液用容器と、前記原料溶液用容器の下方に設けられる超音波振動子と、前記原料溶液用容器の側面に設けられ、前記原料溶液を収容するための原料溶液収容空間を有する原料溶液分離管とを備え、前記原料溶液分離管は、前記原料溶液用容器との間で前記原料溶液の供給及び排出を行うための原料溶液通過口を有し、前記原料溶液収容空間内における前記原料溶液の液面高さを検出する液面検出器をさらに備える。
　本開示の超音波霧化装置における液面検出器は、原料溶液収容空間内における原料溶液の液面高さを検出している。原料溶液用容器内の原料溶液は、超音波振動子からの超音波の発振に伴い液面が不安定な状態になっている。一方、原料溶液収容空間は原料溶液用容器の側面に設けられた原料溶液分離管内に形成されるため、超音波振動子からの超音波の影響を受けることなく原料溶液の液面は安定している。
　このように、本開示の超音波霧化装置における液面検出器は、原料溶液収容空間内の原料溶液を検出対象としているため、原料溶液の液面高さを精度良く検出することができる。
　本開示の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
本開示の実施の形態である超音波霧化装置の構成を模式的に示す説明図である。 図１で示した原料溶液分離管及びその周辺の構造を示す説明図である。 ガイドパルス方式を用いた液面検出器の構成を示す説明図である。 フロートセンサ方式を用いた液面検出器の構成を示す説明図である。 静電容量方式を用いた液面検出器の構成を示す説明図である。 実施の形態の超音波霧化装置における輸送ガスのガス制御機器、及び原料溶液増減機構の詳細を示す説明図である。 実施の形態である超音波霧化装置の制御系を示す説明図である。 従来の超音波霧化装置の構成を模式的に示す説明図である。
　＜本開示の原理＞
　本開示の超音波霧化装置では、原料溶液ミストＭＴの総ガス流量ＬＴを決定するガス系統を従来の２系統（輸送ガスＧ４と希釈ガスＧ３）から１系統に（輸送ガスＧ４のみ）に変更している。ガス系統を１系統にすることによって、希釈ガスＧ３のガス制御に必要なガス制御機器の数を減らし、装置製造コストを低減することができる。この場合、輸送ガス流量ＬＣ及び総ガス流量ＬＴの関係は｛ＬＴ＝ＬＣ｝となる。
　一方、原料溶液ミストＭＴにおける霧化量の増減を輸送ガス流量ＬＣのみで制御する場合、総ガス流量ＬＴを一定に保つことができないという問題がある。
　この問題の対策として、本開示の超音波霧化装置では、超音波振動子２における超音波振動板２７の表面から原料溶液１５の液面１５Ａまでの高さである液面高さｄ１５を変化させることにより、原料溶液ミストＭＴのミスト量の制御を行っている。すなわち、輸送ガス流量ＬＣを変化させることなく、液面高さｄ１５を意図的に変化させることにより、原料溶液ミストＭＴのミスト量を増減させている。
　＜実施の形態＞
　図１は本開示の実施の形態である超音波霧化装置１００の構成を模式的に示す説明図である。図２は図１で示した原料溶液分離管２０及びその周辺の構造を示す説明図である。以下、図１及び図２を参照して、超音波霧化装置１００の構成を説明する。
　本実施の形態の超音波霧化装置１００において霧化容器１及びセパレータ１２により原料溶液用容器を構成している。原料溶液用容器の底面がセパレータ１２となる。このように、霧化容器１及びセパレータ１２から構成される原料溶液用容器内に原料溶液１５を収容している。
　霧化容器１の上部と連通してセパレータ１２の上方に管部１Ａが設けられる。管部１Ａは図示しないミスト供給管を介して図示しないノズル等のミスト噴射部に接続される。原料溶液用容器内で生成された原料溶液ミストＭＴは管部１Ａ及びミスト供給管を介してノズル等のミスト噴射部に供給される。
　図示しないミスト供給管は、例えば図８で示したミスト供給管５に相当し、図示しないノズル等のミスト噴射部は、例えば図８で示したノズル１７に相当する。
　超音波霧化装置１００は内部に超音波伝達媒体となる超音波伝達水９を収容する水槽１０をさらに有している。水槽１０及びセパレータ１２は、セパレータ１２の底面が超音波伝達水９に浸るように位置決めされている。
　セパレータ１２下方における水槽１０の底面に複数の超音波振動子２が設けられている。図１では２つの超音波振動子２が示されている。複数の超音波振動子２はそれぞれ超音波振動板２７を有しており、各超音波振動子２は、超音波振動板２７の平面形状に合致したサイズの超音波Ｗ２を超音波振動板２７から発生する超音波振動を行う。
　霧化容器１の上部側面にガス供給管４が設けられ、ガス供給管４から輸送ガスＧ４が供給される。ガス供給管４には図示しないガス制御機器が取り付けられており、ガス制御機器によって霧化容器１に供給される輸送ガスＧ４の流量が制御される。ガス制御機器は、例えば、図８で示した流量制御器５４、バルブ６３及び６４に相当する。
　前述したように、原料溶液１５は、霧化容器１とセパレータ１２とからなる原料溶液用容器内に収容されている。原料溶液用容器の底面がセパレータ１２となる。
　さらに、霧化容器１及びセパレータ１２を含む原料溶液用容器とは独立して原料タンク３５が設けられる。原料タンク３５は原料溶液用容器に供給するための原料溶液１５を内部に収容している。原料溶液用容器と原料タンク３５との間に原料溶液用配管３０が設けられる。原料溶液用配管３０を介して原料溶液用容器と原料タンク３５との間で原料溶液１５を流通させることができる。
　原料溶液用配管３０には吸引用ポンプ３２及び流量計３３を含む原料溶液増減機構８が設けられている。原料溶液増減機構８は、後述する制御部５０の制御下で原料タンク３５に収容された原料溶液１５を原料溶液用容器内に供給する原料溶液供給動作と、原料溶液用容器に収容された原料溶液１５を原料タンク３５に排出する原料溶液排出動作とを実行する。
　以下、図２を参照して、原料溶液分離管２０及び液面検出器４０について説明する。原料溶液分離管２０は霧化容器１の側面に設けられ、原料溶液１５を収容するための原料溶液収容空間２２を有している。
　原料溶液分離管２０は、原料溶液用容器との間で原料溶液１５の供給及び排出を行うための原料溶液通過口２０Ｂを下方に有している。原料溶液通過口２０Ｂの高さ方向の形成位置は、セパレータ１２の上方で、かつ、想定される液面１５Ａの最低高さより下方に設定される。なお、原料溶液通過口２０Ｂの開口面積は原料溶液１５が支障なく通過できる面積であれば良い。
　また、原料溶液分離管２０の上方に原料溶液収容空間２２と霧化容器１内の空間とを連通する開口部２０Ａが設けられている。開口部２０Ａの高さ方向の形成位置は、想定される液面１５Ａの最高高さの上方に設定される。
　さらに、原料溶液分離管２０の側面と霧化容器１の側面との間に側面空間２０Ｓが設けられている。したがって、原料溶液１５は、原料溶液通過口２０Ｂ及びから比較的狭い原料溶液通過領域２２Ｂを介して、原料溶液収容空間２２，原料溶液用容器間を流通する。同様に、気体成分は、開口部２０Ａ及び比較的狭い気体成分通過領域２２Ａを介して、原料溶液収容空間２２，原料溶液用容器間を流通する。
　したがって、原料溶液分離管２０内の原料溶液収容空間２２は、原料溶液用容器と異なり、複数の超音波振動子２からの超音波Ｗ２の影響を受けない空間となる。このように、本実施の形態の超音波霧化装置１００は、原料溶液用容器と原料溶液分離管２０とで原料溶液１５を分離して収容している。
　そして、原料溶液分離管２０に近接して液面検出器４０が設けられる。液面検出器４０は、原料溶液収容空間２２内における原料溶液１５の液面１５Ａの高さを検出し、検出した液面１５Ａの高さを示す液面検出信号Ｓ４０を出力する。
　このような構成の超音波霧化装置１００において、各々が超音波振動板２７を有する複数の超音波振動子２から超音波振動が印加されると、複数の超音波振動子２からの超音波Ｗ２の振動エネルギーが超音波伝達水９及びセパレータ１２を介して、原料溶液用容器内の原料溶液１５に伝達される。
　すると、図１及び図２に示すように、液面１５Ａから液柱６が立上り、原料溶液１５は、液粒及びミストへと移行し、霧化容器１内で原料溶液ミストＭＴが得られる。このように、超音波振動子２から超音波Ｗ２を印加することにより、原料溶液１５を霧化して原料溶液ミストＭＴを生成する霧化動作が実行される。
　霧化動作の実行時に霧化容器１内で生成された原料溶液ミストＭＴは、ガス供給管４から供給された輸送ガスＧ４によって、管部１Ａを介してミスト供給管及びノズル等のミスト噴射部に供給される。
　そして、原料溶液ミストＭＴは、最終的にノズル等の開口部から基板の表面に噴出されることにより、加熱状態の基板の表面に薄膜を成膜することができる。
　本実施の形態の超音波霧化装置１００における液面検出器４０は、原料溶液収容空間２２内における原料溶液１５の液面１５Ａの高さを検出している。原料溶液用容器内の原料溶液１５は、複数の超音波振動子２からの超音波Ｗ２の発振に伴い液柱６等が発生するため、液面１５Ａが不安定な状態になっている。一方、原料溶液収容空間２２は原料溶液用容器の側面に設けられた原料溶液分離管２０内に形成されるため、複数の超音波振動子２からの超音波Ｗ２の影響を受けることなく原料溶液収容空間２２内の原料溶液１５の液面１５Ａは安定している。
　このように、本実施の形態の超音波霧化装置１００における液面検出器４０は、原料溶液収容空間２２内の原料溶液１５を検出対象としているため、超音波振動板２７から液面１５Ａまでの液面高さｄ１５を精度良く検出することができる。
　液面検出器４０として、例えば、ガイドパルス方式を用いた液面検出器４１、フロートセンサ方式を用いた液面検出器４２または静電容量方式を用いた液面検出器４３等が考えられる。
　図３はガイドパルス方式を用いた液面検出器４１の構成を示す説明図である。同図に示すように、液面検出器４１は、ガイドプローブ４１Ａ及びセンサ４１Ｃを主要構成要素として含んでいる。
　ガイドプローブ４１Ａは、原料溶液分離管２０の原料溶液収容空間２２内において高さ方向に延在する態様で配置される。センサ４１Ｃは、ガイドプローブ４１Ａに対し、パルス状の電気信号を印加し、原料溶液収容空間２２内の原料溶液１５の液面１５Ａからの反射信号に基づき、液面検出信号Ｓ４１を出力している。液面検出信号Ｓ４１は液面高さｄ１５を示す信号となる。
　液面検出器４１のセンサ４１Ｃから出力される液面検出信号Ｓ４１は、ガイドパルス方式を利用して得られる。このため、原料溶液収容空間２２内の原料溶液１５の液面１５Ａに関し、液面検出信号Ｓ４１は、超音波振動子２の超音波振動板２７からの液面高さｄ１５を精度良く示すことができる。
　図４はフロートセンサ方式を用いた液面検出器４２の構成を示す説明図である。同図に示すように、液面検出器４２は、フロート４２Ａ、ガイド棒４２Ｂ、及びセンサ４２Ｃを主要構成要素として含んでいる。
　ガイド棒４２Ｂは、原料溶液収容空間２２内において高さ方向に延在する態様で配置される。フロート４２Ａは、ガイド棒４２Ｂに取り付けられ、原料溶液収容空間２２内の原料溶液１５の液面１５Ａの高さに応じて上下動する。フロート４２Ａ内部には磁石が設けられる。
　センサ４２Ｃは、ガイド棒４２Ｂを介してフロート４２Ａの位置を検出して、液面検出信号Ｓ４２を出力する。液面検出信号Ｓ４２は液面高さｄ１５を示す信号となる。
　具体的には、センサ４２Ｃは，ガイド棒４２Ｂ内のリードスイッチ群を作動させる。ガイド棒４２Ｂ内には高さ方向に沿って複数のリードスイッチが設けられている。複数のリードスイッチのうちフロート４２Ａと配置高さが一致する一つのリードスイッチがフロート４２Ａの磁石の磁力によりオン状態となる。したがって、センサ４２Ｃは、複数のリードスイッチのうちオン状態のリードスイッチから、ガイド棒４２Ｂ上におけるフロート４２Ａの取付位置を検出することにより、原料溶液収容空間２２内の原料溶液１５の液面１５Ａの位置を認識することができる。
　センサ４２Ｃセンサから出力される液面検出信号Ｓ４２は、フロートセンサ方式を利用して得られる。このため、原料溶液収容空間２２内の原料溶液１５の液面１５Ａに関し、液面検出信号Ｓ４２は、ガス供給管３の超音波振動板２７からの液面高さｄ１５を精度良く示すことができる。
　図５は静電容量方式を用いた液面検出器４３の構成を示す説明図である。同図に示すように、液面検出器４３は、一対の電極４３Ａ及び４３Ｂ並びに検出回路４３Ｃを主要構成要素として含んでいる。
　一対の電極４３Ａ及び４３Ｂは、原料溶液収容空間２２を挟んで互いに対向するように、原料溶液分離管２０の側面に取り付けられる。
　検出回路４３Ｃは、一対の電極４３Ａ及び４３Ｂに電気的に接続され、発振回路等を内部に有している。検出回路４３Ｃは、既存の方法により、一対の電極４３Ａ及び４３Ｂ間の静電容量を算出して、算出した静電容量に基づき液面検出信号Ｓ４３を出力する。液面検出信号Ｓ４３は液面高さｄ１５を示す信号となる。
　検出回路４３Ｃから出力される液面検出信号Ｓ４３は、静電容量方式を利用して得られる。このため、原料溶液収容空間２２内の原料溶液１５の液面１５Ａに関し、液面検出信号Ｓ４３は、ガス供給管３の超音波振動板２７からの液面高さｄ１５を精度良く示すことができる。
　図６は超音波霧化装置１００における輸送ガスＧ４のガス制御機器、及び原料溶液増減機構８の詳細を示す説明図である。
　同図に示すように、ガス供給管４には流量制御器５４並びに流量制御器５４の両側にバルブ６３及び６４が取り付けられている。流量制御器５４並びにバルブ６３及び６４を主要構成要素としてガス制御機器が構成される。
　流量制御器５４は流量計を含み、ガス供給管４を流れる輸送ガスＧ４の流量が設定された流量になるようにバルブ６３及び６４の絞り開度を制御している。流量制御器５４並びにバルブ６３及び６４を含むガス制御機器によって霧化容器７１に供給される輸送ガスＧ４の流量が制御される。
　本実施の形態の超音波霧化装置１００では、希釈ガスＧ３を供給しないため、希釈ガスＧ３用のガス制御機器を設ける必要はない。
　原料溶液増減機構８は、原料溶液用配管３０（原料溶液供給管３０Ａ＋原料溶液排出管３０Ｂ）、吸引用ポンプ３２、流量計３３、吐出用ポンプ３６、及び流量計３７を主要構成要素として含んでいる。
　原料溶液用配管３０は原料溶液用容器内において原料溶液通過口２０Ｂよりも低い位置に先端開口部３０ｔを有している。
　原料溶液供給ポンプである吸引用ポンプ３２は制御部５０の制御下で原料溶液供給動作を実行する。原料溶液排出ポンプである吐出用ポンプ３６は制御部５０の制御下で原料溶液排出動作を実行する。吸引用ポンプ３２と吐出用ポンプ３６とは互いに独立して設けられる。
　図７は実施の形態である超音波霧化装置１００の制御系を示す説明図である。同図に示す様に、制御部５０は、液面検出器４０より液面検出信号Ｓ４０を取り込んでいる。なお、液面検出器４０は液面検出器４１～４３を含み、液面検出信号Ｓ４０は液面検出信号Ｓ４１～Ｓ４３を含んでいる。
　また、制御部５０は外部より設定信号Ｓ１を受けている。設定信号Ｓ１として、例えば、原料溶液ミストＭＴのミスト量が最大となる最適液面高さｄ０等の液面高さを直接指示する信号、または、ミスト量を指示する信号等が考えられる。
　制御部５０は、設定信号Ｓ１がミスト量を指示する信号の場合、指示されたミスト量が生成できる液面高さｄ１５を設定液面高さｄ５０として算出する。制御部５０は、設定信号Ｓ１が液面高さ自体を指示する信号の場合、指示された液面高さを設定液面高さｄ５０さとして認識する。この設定液面高さｄ５０が制御部５０の制御目標となる「所定の高さ」となる。
　制御部５０は、液面検出器４０より液面検出信号Ｓ４０を受け、流量計３３より流量信号Ｓ３３を受け、流量計３７より流量信号Ｓ３７を受け、制御信号ＳＣ３２及びＳＣ３６を原料溶液増減機構８に付与して原料溶液増減機構８を制御する。流量信号Ｓ３３は原料溶液供給管３０Ａを流れる原料溶液１５の流量を示しており、流量信号Ｓ３７は原料溶液排出管３０Ｂを流れる原料溶液１５の流量を示している。
　具体的には、制御部５０は、液面検出信号Ｓ４０に基づき、原料溶液用容器内の原料溶液１５の液面１５Ａの高さが所定の高さである設定液面高さｄ５０になるように、上述した原料溶液供給動作及び原料溶液排出動作を原料溶液増減機構８に実行させる。
　制御部５０は、液面検出信号Ｓ４０が示す液面高さｄ１５が設定液面高さｄ５０を下回る場合、制御信号ＳＣ３２を原料溶液供給ポンプである吸引用ポンプ３２に付与して吸引用ポンプ３２を駆動し、原料タンク３５に収容された原料溶液１５を原料溶液用容器内に供給する原料溶液供給動作を実行制御する。
　制御部５０は、液面検出信号Ｓ４０が示す液面高さｄ１５が設定液面高さｄ５０を上回る場合、制御信号ＳＣ３６を原料溶液排出ポンプである吐出用ポンプ３６に付与して吐出用ポンプ３６を駆動し、原料溶液用容器に収容された原料溶液１５を原料タンク３５に排出する原料溶液排出動作を実行制御する。
　制御部５０は、原料溶液供給動作時において、流量信号Ｓ３３に基づき原料溶液供給管３０Ａを流れる原料溶液１５の流量を制御しつつ、原料溶液用容器内の原料溶液１５の液面高さｄ１５が設定液面高さｄ５０まで上昇するように、原料溶液供給動作を実行制御する。
　制御部５０は、原料溶液排出動作時において、流量信号Ｓ３７に基づき原料溶液排出管３０Ｂを流れる原料溶液１５の流量を制御しつつ、原料溶液用容器内の原料溶液１５の液面高さｄ１５が設定液面高さｄ５０まで下降するように、原料溶液排出動作を実行制御する。
　本実施の形態の超音波霧化装置１００は、制御部５０の制御下で、液面検出器４０より得られた液面検出信号Ｓ４０に基づき、原料溶液１５の液面高さｄ１５さが所定の高さである設定液面高さｄ５０になるように、原料溶液供給動作及び原料溶液排出動作を原料溶液増減機構８に実行させている。
　その結果、本実施の形態の超音波霧化装置１００は、超音波振動子２による超音波振動によって原料溶液１５を液滴化して原料溶液ミストＭＴを得る霧化動作期間中において、原料溶液１５の液面高さｄ１５を一定の設定液面高さｄ５０にすることにより、原料溶液用容器内の原料溶液１５から、所望のミスト量の原料溶液ミストＭＴを得ることができる。
　加えて、原料溶液供給ポンプである吸引用ポンプ３２による原料溶液供給動作と原料溶液排出ポンプである吐出用ポンプ３６による原料溶液排出ポンプとをそれぞれ独立して行うことにより、原料溶液供給動作及び原料溶液排出動作を精度良く行うことができる。
　さらに、本実施の形態の超音波霧化装置１００は、水槽１０及び原料溶液用容器（霧化容器１＋セパレータ１２）を含むダブルチャンバー方式を採用している。したがって、ダブルチャンバー方式を採用した超音波霧化装置１００において、原料溶液用容器内の原料溶液１５から精度良く原料溶液ミストＭＴを得ることができる。
　そして、超音波霧化装置１００は、ガス供給管４から原料溶液用容器に供給される輸送ガスＧ４のみによって、生成された原料溶液ミストＭＴを外部に輸送することができる。
　（超音波霧化装置１００のまとめ）
　以下、図１～図７で示した本実施の形態の超音波霧化装置１００の特徴箇所について説明する。
　原料溶液ミストＭＴの霧化量と液面高さｄ１５との関係は、最も多いミスト量が得られる高さである最適液面高さｄ０をピークとして、最適液面高さｄ０から高さが変化することによって、発生する原料溶液ミストＭＴのミスト量が減少するという特徴がある。したがって、設定液面高さｄ５０と最適液面高さｄ０との差の絶対値｜ｄ５０－ｄ０｜に対し負の相関を持って原料溶液ミストＭＴのミスト量が決定することになる。
　なお、最適液面高さｄ０は、霧化をさせる原料溶液１５の種類や、超音波Ｗ２を伝達させるための超音波伝達水９の液種、セパレータ１２の材質、厚さなどによっても変化する。
　液面高さｄ１５の変化によるミスト量制御を応答性よく行うためには、原料溶液用容器内に収容されている原料溶液１５の液面１５Ａの高さを正確に検出することが重要となる。
　前述したように、原料溶液用容器内の原料溶液１５の液面１５Ａは、超音波振動子２からの超音波Ｗ２の伝達により、激しく変動する傾向がある。
　本実施の形態の超音波霧化装置１００では、上記傾向を考慮して、霧化容器１の側面に原料溶液分離管２０を取付けている。超音波Ｗ２が伝達される原料溶液用容器内の原料溶液１５の液面１５Ａに比べ、超音波Ｗ２の影響を受けない原料溶液分離管２０の原料溶液収容空間２２内の原料溶液１５の液面１５Ａは安定している。
　このように、原料溶液分離管２０の原料溶液収容空間２２内に収容される原料溶液１５の液面１５Ａは安定しているため、原料溶液収容空間２２内における原料溶液１５の液面１５Ａの高さを検出することにより、液面検出器４０は液面高さｄ１５を正確に認識することができる。
　液面高さｄ１５を変化させるために、原料溶液用容器とは独立して原料タンク３５を設けている。そして、原料溶液用容器と原料タンク３５とを原料溶液用配管３０（原料溶液供給管３０Ａ＋原料溶液排出管３０Ｂ）を介して接続している。原料溶液用配管３０には原料溶液増減機構８が備えられている。
　液面高さｄ１５を上昇させる場合には、制御部５０の制御下で原料タンク３５から原料溶液用容器に原料溶液１５を供給する原料溶液供給動作を原料溶液増減機構８に実行させている。反対に液面高さｄ１５を下降させる場合は、制御部５０の制御下で原料溶液用容器から原料タンク３５に原料溶液１５を排出する原料溶液排出動作を原料溶液増減機構８に実行されている。本実施の形態の超音波霧化装置１００は、液面高さｄ１５の上昇／下降により原料溶液ミストＭＴのミスト量を精度良く制御することができる。
　本開示は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、本開示がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、本開示の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
　１　霧化容器
　２　超音波振動子
　４　ガス供給管
　８　原料溶液増減機構
　１０　水槽
　１２　セパレータ
　１５　原料溶液
　２０　原料溶液分離管
　２０Ｂ　原料溶液通過口
　２２　原料溶液収容空間
　２７　超音波振動板
　３２　吸引用ポンプ
　３５　原料タンク
　３６　吐出用ポンプ
　４０～４３　液面検出器
　５０　制御部

Claims (7)

  1. 　原料溶液を収容する原料溶液用容器と、
    　前記原料溶液用容器の下方に設けられる超音波振動子と、
    　前記原料溶液用容器の側面に設けられ、前記原料溶液を収容するための原料溶液収容空間を有する原料溶液分離管とを備え、前記原料溶液分離管は、前記原料溶液用容器との間で前記原料溶液の供給及び排出を行うための原料溶液通過口を有し、
    　前記原料溶液収容空間内における前記原料溶液の液面高さを検出する液面検出器をさらに備える、
    超音波霧化装置。
  2. 　請求項１記載の超音波霧化装置であって、
    　前記原料溶液用容器とは独立して設けられ、前記原料溶液を収容する原料タンクと、
    　前記原料タンクに収容された前記原料溶液を前記原料溶液用容器内に供給する原料溶液供給動作と、前記原料溶液用容器に収容された前記原料溶液を前記原料タンクに排出する原料溶液排出動作とを実行する原料溶液増減機構とをさらに備え、
    　前記液面検出器は、前記原料溶液の液面高さを示す液面検出信号を出力し、
    　前記超音波霧化装置は、
    　前記液面検出器より前記液面検出信号を受け、前記原料溶液増減機構を制御する制御部をさらに備え、
    　前記制御部は、前記液面検出信号に基づき、前記原料溶液の液面高さが所定の高さになうように、前記原料溶液供給動作及び前記原料溶液排出動作を前記原料溶液増減機構に実行させる、
    超音波霧化装置。
  3. 　請求項２記載の超音波霧化装置であって、
    　前記原料溶液増減機構は、
    　前記制御部の制御下で前記原料溶液供給動作を実行する原料溶液供給ポンプと、
    　前記制御部の制御下で前記原料溶液排出動作を実行する原料溶液排出ポンプとを含み、
    　前記原料溶液供給ポンプと前記原料溶液排出ポンプとは互いに独立して設けられる
    超音波霧化装置。
  4. 　請求項２または請求項３に記載の超音波霧化装置であって、
    　前記液面検出器は、
    　前記原料溶液収容空間内において高さ方向に延在する態様で配置されるガイドプローブと、
    　前記ガイドプローブに対し、パルス状の電気信号を印加し、前記原料溶液からの反射信号に基づき、前記液面検出信号を出力するセンサとを含む、
    超音波霧化装置。
  5. 　請求項２または請求項３に記載の超音波霧化装置であって、
    　前記液面検出器は、
    　前記原料溶液収容空間内において高さ方向に延在する態様で配置されるガイド棒と、
    　前記ガイド棒に取り付けられ、前記原料溶液の液面高さに応じて上下動するフロートと、
    　前記ガイド棒を介して前記フロートの位置を検出して、前記液面検出信号を出力するセンサとを含む、
    超音波霧化装置。
  6. 　請求項２または請求項３に記載の超音波霧化装置であって、
    　前記液面検出器は、
    　前記原料溶液収容空間を挟んで互いに対向するように、前記液面検出器の側面に取り付けられた一対の電極と、
    　前記一対の電極に電気的に接続され、前記一対の電極間の静電容量を算出して、算出した静電容量に基づき前記液面検出信号を出力する検出回路とを含む、
    超音波霧化装置。
  7. 　請求項１から請求項６のうち、いずれか１項に記載の超音波霧化装置であって、
    　前記原料溶液用容器は底面にセパレータを有し、
    　前記超音波霧化装置は、
    　前記原料溶液用容器に輸送ガスを供給するガス供給管と、
    　内部に超音波伝達媒体を収容する水槽とをさらに備え、前記水槽及び前記セパレータは、前記セパレータの底面が前記超音波伝達媒体に浸るように位置決めされ、
    　前記超音波振動子は前記セパレータの下方に位置する前記水槽の底面に設けられる、
    超音波霧化装置。
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