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SUPERSONIC NOZZLE USED FOR SUPERSONIC FREE JET PHYSICAL VAPOR DEPOSITION DEVICE, METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME, METHOD FOR DESIGNING SUPERSONIC NOZZLE USED FOR SUPERSONIC FREE JET PHYSICAL VAPOR DEPOSITION DEVICE, AND COMPUTER PROGRAM meetings

Patent code P190015981
File No. 16-28-01
Posted date Apr 23, 2019
Application number P2017-036799
Publication number P2018-141208A
Date of filing Feb 28, 2017
Date of publication of application Sep 13, 2018
Inventor
  • (In Japanese)湯本 敦史
Applicant
  • (In Japanese)学校法人芝浦工業大学
Title SUPERSONIC NOZZLE USED FOR SUPERSONIC FREE JET PHYSICAL VAPOR DEPOSITION DEVICE, METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME, METHOD FOR DESIGNING SUPERSONIC NOZZLE USED FOR SUPERSONIC FREE JET PHYSICAL VAPOR DEPOSITION DEVICE, AND COMPUTER PROGRAM meetings
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To deposit a film in a wider region and achieve surface roughness closer to flatness in the film deposition region.
SOLUTION: A supersonic nozzle 1 includes an inflow port part 2, an inflow port side cavity part 3, a throat part 4, an outflow port side cavity part 5 and an outflow port part 6 and has a shape in which the cross sectional area A of each of the inflow port part 2, the inflow port side cavity part 3, the outflow port side cavity part 5 and the outflow port part 6 and the cross sectional area A*of the throat part 4 satisfy a predetermined formula so that the speed of a fluid in each portion of a flow passage 10 is a Mach number M when gas having a specific heat ratio of γ flows. Therefore, the speed of the fluid in each portion of the flow passage 10 can be set to the Mach number M. Since the cross sectional shapes of the flow passage 10 in the throat part 4, the outflow port side cavity part 5 and the outflow port part 6 are rectangular, a film can be deposited in a region wider compared with a supersonic nozzle having a circular cross section having the same cross-sectional area, and surface roughness close to flatness can be achieved in the film deposition region.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

低温でも実行可能な成膜装置として、例えば超音速フリージェット(SupersonicFree Jet:SFJ)物理蒸着(Physical Vapor Deposition:PVD)装置が知られている。SFJ-PVD装置とは、不活性ガス雰囲気において成膜原料素材をレーザ等で気化させ,形成させた微粒子を、超音速ノズルを用いて微粒子を含むガスを超音速に加速させ、成膜チャンバの内部に固定された基板に噴出する。噴出ガスに含まれる微粒子は、基板上に堆積し基板上に薄膜が成膜される。例えば、特許文献1には、SFD‐PVDで用いられる超音速ノズルであって、流入口部から流出口部にかけてその各部断面が円形でその内径が変化している事を特徴とし、さらに内径が最小となるスロート部の内径が0.1mm~0.3mmである超音速ノズルが開示されている。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、超音速フリージェット物理蒸着装置で用いる超音速ノズル、超音速フリージェット物理蒸着装置で用いる超音速ノズルの製造方法、超音速フリージェット物理蒸着装置で用いる超音速ノズルの設計方法及びコンピュータプログラムに関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
流路を流体が流れる方向に直交する横断面での前記流路の断面積が前記流路の各部で変化している超音速フリージェット物理蒸着装置で用いる超音速ノズルであって、
前記流体が流入する流入口部と、
前記流体が流出する流出口部と、
前記流路の各部の中で前記断面積が最小であるスロート部と、
前記流入口部と前記スロート部とを接続する流入口側空洞部と、
前記流出口部と前記スロート部とを接続する流出口側空洞部と、
を備え、
前記流路に前記流体として比熱比(定圧比熱と定容比熱の比)γであるガスが流されたときに、前記流路の各部における前記流体の速度がマッハ数Mの速度となるように、前記流入口部、前記流入口側空洞部、前記流出口側空洞部及び前記流出口部の各部の断面積Aと、前記スロート部の断面積Aとが式(1)を満たす形状となっており、
前記スロート部、前記流出口側空洞部及び前記流出口部での前記流路を前記流体が流れる方向に直交する前記横断面の形状が矩形である、超音速フリージェット物理蒸着装置で用いる超音速ノズル。
【数1】
 
(省略)

【請求項2】
 
前記流出口側空洞部は、
前記スロート部に連続する初期膨張部と、
前記流出口部に連続する相殺部と、
を有し、
前記横断面の前記矩形の長辺に直交する縦断面での前記流路の前記流出口側空洞部の内壁面は、前記初期膨張部で発生した膨張波が膨張波同士の衝突によって角度が変化しながら前記相殺部の前記内壁面に衝突する際に発生する圧縮波を相殺するような形状である、請求項1に記載の超音速フリージェット物理蒸着装置で用いる超音速ノズル。

【請求項3】
 
前記スロート部での前記横断面の前記矩形の短辺の長さに対する前記矩形の長辺の長さの比は、0.3以上10以下である、請求項1又は2に記載の超音速フリージェット物理蒸着装置で用いる超音速ノズル。

【請求項4】
 
流路を流体が流れる方向に直交する横断面での前記流路の断面積が前記流路の各部で変化し、前記流体が流入する流入口部と、流体が流出する流出口部と、前記流路の各部の中で前記断面積が最小であるスロート部と、前記流入口部と前記スロート部とを接続する流入口側空洞部と、前記流出口部と前記スロート部とを接続する流出口側空洞部とを備えた超音速フリージェット物理蒸着装置で用いる超音速ノズルの製造方法であって、
前記流路に前記流体として比熱比(定圧比熱と定容比熱の比)γであるガスが流されたときに、前記流路の各部における前記流体の速度がマッハ数Mの速度となるように、前記流入口部、前記流入口側空洞部、前記流出口側空洞部及び前記流出口部の各部の断面積Aと、前記スロート部の断面積Aとが式(1)を満たす形状とし、
前記スロート部、前記流出口側空洞部及び前記流出口部での前記流路を前記流体が流れる方向に直交する前記横断面の形状を矩形とする、超音速フリージェット物理蒸着装置で用いる超音速ノズルの製造方法。
【数2】
 
(省略)

【請求項5】
 
前記流出口側空洞部に、前記スロート部に連続する初期膨張部と、前記流出口部に連続する相殺部とを含め、
前記横断面の前記矩形の長辺に直交する縦断面での前記流路の前記流出口側空洞部の内壁面を、前記初期膨張部で発生した膨張波が膨張波同士の衝突によって角度が変化しながら前記相殺部の前記内壁面に衝突する際に発生する圧縮波を相殺するような形状とする、請求項4に記載の超音速フリージェット物理蒸着装置で用いる超音速ノズルの製造方法。

【請求項6】
 
前記スロート部での前記横断面の前記矩形の短辺の長さに対する前記矩形の長辺の長さの比を、0.3以上10以下とする、請求項4又は5に記載の超音速フリージェット物理蒸着装置で用いる超音速ノズルの製造方法。

【請求項7】
 
流路を流体が流れる方向に直交する横断面での前記流路の断面積が前記流路の各部で変化し、前記流体が流入する流入口部と、流体が流出する流出口部と、前記流路の各部の中で前記断面積が最小であるスロート部と、前記流入口部と前記スロート部とを接続する流入口側空洞部と、前記流出口部と前記スロート部とを接続する流出口側空洞部とを備えた超音速フリージェット物理蒸着装置で用いる超音速ノズルの設計方法であって、
前記流路に前記流体として比熱比(定圧比熱と定容比熱の比)γであるガスが流されたときに、前記流路の各部における前記流体の速度がマッハ数Mの速度となるように、前記流入口部、前記流入口側空洞部、前記流出口側空洞部及び前記流出口部の各部の断面積Aと、前記スロート部の断面積Aとが式(1)を満たす形状とし、
前記スロート部、前記流出口側空洞部及び前記流出口部での前記流路を前記流体が流れる方向に直交する前記横断面の形状を矩形とする、超音速フリージェット物理蒸着装置で用いる超音速ノズルの設計方法。
【数3】
 
(省略)

【請求項8】
 
前記流出口側空洞部に、前記スロート部に連続する初期膨張部と、前記流出口部に連続する相殺部とを含め、
前記横断面の前記矩形の長辺に直交する縦断面での前記流路の前記流出口側空洞部の内壁面を、前記初期膨張部で発生した膨張波が膨張波同士の衝突によって角度が変化しながら前記相殺部の前記内壁面に衝突する際に発生する圧縮波を相殺するような形状とする、請求項7に記載の超音速フリージェット物理蒸着装置で用いる超音速ノズルの設計方法。

【請求項9】
 
前記スロート部での前記横断面の前記矩形の短辺の長さに対する前記矩形の長辺の長さの比を、0.3以上10以下とする、請求項7又は8に記載の超音速フリージェット物理蒸着装置で用いる超音速ノズルの設計方法。

【請求項10】
 
請求項7~9のいずれか1項に記載の超音速フリージェット物理蒸着装置で用いる超音速ノズルの設計方法をコンピュータに実行させるコンピュータプログラム。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2017036799thum.jpg
State of application right Published


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