(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-02-16
(45)【発行日】2024-02-27
(54)【発明の名称】超音波霧化装置
(51)【国際特許分類】
B05B 17/06 20060101AFI20240219BHJP
【ＦＩ】
B05B17/06
【請求項の数】
9
(21)【出願番号】P 2023546250
(86)(22)【出願日】2022-12-20
(86)【国際出願番号】 JP2022046883
【審査請求日】2023-07-31
(73)【特許権者】
【識別番号】501137636
【氏名又は名称】東芝三菱電機産業システム株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100088672
【弁理士】
【氏名又は名称】吉竹 英俊
(74)【代理人】
【識別番号】100088845
【弁理士】
【氏名又は名称】有田 貴弘
(72)【発明者】
【氏名】平松 孝浩
(72)【発明者】
【氏名】織田 容征
【審査官】鏡 宣宏
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１５／０１９４６８（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２００４－３５８４５７（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２００６／０９５８１６（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ０５Ｂ １／００－１７／０８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
原料溶液を収容する内部空間を有し、上面にミスト出力用配管が設けられた原料溶液用容器と、前記原料溶液用容器の下方に設けられた超音波振動子と、
前記ミスト出力用配管を含む前記原料溶液用容器と接触することなく、前記原料溶液用容器の上方に配置される非接触型ミスト供給配管と、
前記原料溶液用容器を下方から支持し、かつ、前記原料溶液用容器、前記超音波振動子及び前記原料溶液を含む測定対象物の重量を測定する重量測定器とを備え、
前記超音波振動子による超音波振動動作によって、前記原料溶液をミスト化して前記内部空間内で原料溶液ミストが生成され、
前記非接触型ミスト供給配管は重複配管部と前記重複配管部以外の非重複配管部とを有し、前記重複配管部は前記ミスト出力用配管の上部領域との間でミスト出力方向に沿った配管重複領域を有し、前記重複配管部と前記上部領域との間に配管重複空間が設けられ、
前記原料溶液ミストは、前記ミスト出力用配管及び前記非接触型ミスト供給配管の内部を前記ミスト出力方向に沿って流れ、前記非接触型ミスト供給配管から出力される、
超音波霧化装置。
【請求項2】
請求項１記載の超音波霧化装置であって、前記配管重複空間内に前記ミスト出力用配管及び前記非接触型ミスト供給配管に接触することなく設けられ、漏洩防止ガスを前記ミスト出力方向に沿って出力するためのガス出力口を有する漏洩防止ガス供給管をさらに備える、
超音波霧化装置。
【請求項3】
請求項２記載の超音波霧化装置であって、前記原料溶液用容器に設けられ、輸送ガスを前記内部空間に供給するための輸送ガス用供給管と、
前記ミスト出力用配管に設けられ、希釈ガスを前記ミスト出力用配管内に供給するための希釈ガス用供給管とをさらに備え、
前記輸送ガス及び前記希釈ガスによって、前記原料溶液ミストは前記ミスト出力用配管及び前記非接触型ミスト供給配管の内部を前記ミスト出力方向に沿って流れる、
超音波霧化装置。
【請求項4】
請求項２記載の超音波霧化装置であって、前記原料溶液用容器に設けられ、輸送ガスを前記内部空間に供給するための輸送ガス用供給管をさらに備え、
前記輸送ガスによる輸送ガス流量と前記漏洩防止ガスによる漏洩防止ガス流量との和が原料溶液ミストの総ガス流量として規定される、
超音波霧化装置。
【請求項5】
請求項２から請求項４のうち、いずれか１項に記載の超音波霧化装置であって、前記漏洩防止ガス供給管は内部に漏洩防止ガス流通経路を有する円環体構造を呈し、
前記ガス出力口は前記漏洩防止ガス供給管の上部に離散して設けられる複数の部分ガス出力口を含む、
超音波霧化装置。
【請求項6】
請求項５記載の超音波霧化装置であって、前記漏洩防止ガス流通経路は一定値となる流通経路断面積を有し、
前記複数の部分ガス出力口それぞれの面積は同一に設定され、
前記複数の部分ガス出力口の総面積は前記流通経路断面積より狭い、
超音波霧化装置。
【請求項7】
請求項２から請求項４のうち、いずれか１項に記載の超音波霧化装置であって、前記漏洩防止ガス供給管は内部に漏洩防止ガス流通経路を有する円環体構造を呈し、
前記ガス出力口は前記漏洩防止ガス供給管の上部に円環状に設けられる単一ガス出力口を含む、
超音波霧化装置。
【請求項8】
請求項７記載の超音波霧化装置であって、前記漏洩防止ガス流通経路は一定値となる流通経路断面積を有し、
前記単一ガス出力口の面積は前記流通経路断面積より狭い、
超音波霧化装置。
【請求項9】
請求項１から請求項４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カップを有し、
前記超音波霧化装置は、
内部に超音波伝達媒体を収容する水槽をさらに備え、前記水槽及び前記セパレータカップは、前記セパレータカップ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カップの下方に位置する前記水槽の底面に設けられ、
前記重量測定器は前記超音波振動子に接触することなく、前記水槽の底面から前記水槽を支持し、
前記測定対象物は、前記セパレータカップ、前記水槽及び前記超音波伝達媒体をさらに含む、
超音波霧化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、超音波振動子を用いて原料溶液を霧化して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。
【背景技術】
【0002】
従来、原料溶液を霧化（ミスト化）して得られる原料溶液ミストを基板等の基材上に吹き付け、機能性薄膜を得る成膜装置として、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る超音波霧化装置が用いられている。超音波霧化装置において、原料溶液用容器内で生成された原料溶液ミストは輸送ガスにより、原料溶液用容器からノズル等のミスト噴射部に供給され、ミスト噴射部から基材上に原料溶液ミストを吹き付けて薄膜を形成している。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。
【0003】
基材上に安定で均一な薄膜を形成するには、超音波霧化装置から供給される原料溶液ミストの量を安定化させる必要があるため、超音波霧化装置から単位時間あたりに供給されるミスト量を正確に把握する必要がある。
【0004】
（第１のミスト供給量測定）
図８は従来の第１の構成である超音波霧化装置３００を模式的に示す説明図である。図８にＸＹＺ直交座標系を記している。以下、図８を参照して、従来の超音波霧化装置３００の構成を説明する。
図８は従来の第１の構成である超音波霧化装置３００を模式的に示す説明図である。図８にＸＹＺ直交座標系を記している。以下、図８を参照して、従来の超音波霧化装置３００の構成を説明する。
【0005】
超音波霧化装置３００において霧化容器１及びセパレータカップ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カップ１２となる。このように、霧化容器１及びセパレータカップ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。
【0006】
霧化容器１の上部と連通してセパレータカップ１２の上方に管部１Ａが設けられる。管部１Ａの配管出口１Ｘは図示しないミスト供給配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。したがって、超音波霧化装置３００の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及びミスト供給配管を介してミスト噴射部に供給される。
【0007】
超音波霧化装置３００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及びセパレータカップ１２は、セパレータカップ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。
【0008】
セパレータカップ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版２Ｔを有しており、各超音波振動子２は、超音波振動版２Ｔの平面形状に合致したサイズの超音波Ｗ２を超音波振動版２Ｔから発生する超音波振動動作を行う。
【0009】
霧化容器１の上部側面に輸送ガス用供給管であるガス供給管４が設けられ、ガス供給管４から輸送ガスＧ４が霧化容器１内の内部空間１Ｈに供給される。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。
【0010】
管部１Ａの側面に希釈ガス用供給管であるガス供給管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管部１Ａ内に供給される希釈ガスＧ３の流量が制御される。
【0011】
前述したように、原料溶液１５は、霧化容器１とセパレータカップ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カップ１２となる。
【0012】
さらに、霧化容器１及びセパレータカップ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との間に原料溶液供給管３１が設けられる。原料溶液供給管３１を介して原料タンク３５から原料溶液１５を原料溶液用容器に供給することができる。
【0013】
原料溶液供給管３１には吸引用ポンプ３２及び流量計３３を含む原料溶液供給機構８が設けられている。
【0014】
さらに、従来の第１の構成である超音波霧化装置３００は、原料タンク３５及び原料タンク３５内の原料溶液１５を測定対象物として重量を測定するはかり５１を有している。重量測定器であるはかり５１は測定対象物の重量を測定重量として測定することができる。
【0015】
なお、原料溶液供給機構８及び原料溶液供給管３１は、はかり５１の測定対象物から除外される。例えば、吸引用ポンプ３２及び流量計３３は、はかり５１の重量測定に影響しないように、別の設置台上に設置される。ただし、原料溶液供給管３１において流量計３３から原料タンク３５までの部分（以下、「供給管測定対象部分」と略記）は、はかり５１の測定対象物に含まれる。
【0016】
しかしながら、上記供給管測定対象部分の重量は一定値となるため、測定対象物に供給管測定対象部分が含まれていても、測定対象物の重量変化を正確に測定することができる。したがって、超音波霧化装置３００は、はかり５０によって測定される測定対象物の重量変化から、原料溶液用容器への原料溶液１５の供給量を推定することができるため、特に問題はない。
【0017】
超音波霧化装置３００は、はかり５１により測定された測定重量に基づき、原料タンク３５から原料溶液用容器に供給された原料溶液１５の供給量を求めることができる。
【0018】
すなわち、時刻ｔ１における測定対象物の測定重量を測定重量Ｐ１とし、時刻ｔ１後の時刻ｔ２における測定対象物の測定重量を測定重量Ｐ２とすると、重量減少量ΔＰ１２（＝Ｐ１－Ｐ２）に基づき、原料タンク３５から原料溶液用容器への原料溶液１５の供給量を求めることができる。
【0019】
原料溶液１５の供給量は、原料溶液ミストＭＴのミスト供給量を間接的に示す値となる。なぜならば、原料溶液１５の供給量は、霧化容器１内の原料溶液１５の消費量に合致し、原料溶液１５の消費量分、原料溶液ミストＭＴが発生していると推測できるからである。
【0020】
したがって、超音波霧化装置３００は、はかり５１により測定された測定対象物の測定重量に基づき得られた原料溶液１５の供給量から、原料溶液ミストＭＴのミスト供給量を求めることができる。
【0021】
このような構成の従来の超音波霧化装置３００において、各々が超音波振動版２Ｔを有する複数の超音波振動子２から超音波振動が印加する超音波振動動作が実行されると、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。
【0022】
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１の内部空間１Ｈ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を印加する超音波振動動作を実行することにより、原料溶液１５を霧化して原料溶液ミストＭＴが生成される。
【0023】
超音波振動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内をミスト出力方向ＤＭに沿って流れた後、管部１Ａの配管出口１Ｘからミスト供給配管及びミスト噴射部に供給される。
【0024】
従来の超音波霧化装置３００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、ノズル等のミスト噴射部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。
【0025】
複数の超音波振動子２による超音波振動動作によって霧化容器１の内部空間１Ｈ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１外の管部１Ａの配管出口１Ｘから、図示しないミスト供給配管及びミスト噴射部に供給される。霧化容器１の内部空間１Ｈ内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１からミスト噴射部に供給される原料溶液ミストＭＴのミスト量は、ガス供給管４から供給される輸送ガスＧ４の輸送ガス流量ＬＣにより増減させることができる。
【0026】
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、ミスト噴射部から出力される原料溶液ミスト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を一定するとミスト噴射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からである。なお、ミスト噴射部であるノズルの開口部は例えばスリット状に設けられる。
【0027】
前述したように、原料溶液ミストＭＴは、輸送ガスＧ４により霧化容器１の外部に供給される。この外部への原料溶液ミストＭＴの輸送（搬送）に伴い、原料溶液用容器内の原料溶液１５は減少する。ミスト発生量を安定化させるためには、原料溶液用容器内の原料溶液１５の量を一定に保つ必要がある。なぜなら、原料溶液ミストＭＴの発生量は複数の超音波振動子２からの原料溶液１５の液面１５Ａの高さに応じて変動するからである。
【0028】
このため、原料溶液用容器内の原料溶液１５の液面１５Ａの高さを液面検出器１９により検知し、液面１５Ａの高さに基づき原料溶液１５の減少量を求め、原料溶液１５の減少量に応じて原料タンク３５より原料溶液１５を適宜供給している。すなわち、原料溶液用容器内の原料溶液１５の減少量を補うべく、原料タンク３５から原料溶液供給管３１を介して原料溶液１５が補充される。
【0029】
原料タンク３５からの原料溶液１５の補充によって、原料溶液用容器内における原料溶液１５の液面１５Ａの高さは一定に保たれるため、原料タンク３５からの原料溶液１５の供給量は、結果的には原料溶液用容器における原料溶液１５の減少量と等しくなる。そこで、超音波霧化装置３００では、原料タンク３５からの原料溶液１５の供給量に基づき、原料溶液ミストＭＴのミスト発生量を推定している。
【0030】
このように、従来の第１の構成である超音波霧化装置３００は、原料タンク３５からの原料溶液１５の供給量に基づき、原料溶液ミストＭＴのミスト発生量、すなわち、ミスト噴射部へのミスト供給量を測定し、原料溶液ミストＭＴの生成プロセスの安定性を図っていた。
【0031】
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、これに伴い原料溶液ミストＭＴの総ガス流量ＬＴも増減する。
【0032】
したがって、総ガス流量ＬＴを一定に保つために、図９に示すように、霧化容器１の近くの管部１Ａに輸送ガスＧ４とは別系統の希釈ガスＧ３をガス供給管３から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ＬＤ１とすると、輸送ガス流量ＬＣ、希釈ガス流量ＬＤ１及び総ガス流量ＬＴの関係は以下の式(1)で決定する。
【0033】
ＬＴ＝ＬＣ＋ＬＤ１…(1)
なお、輸送ガス流量ＬＣ、希釈ガス流量ＬＤ１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。
なお、輸送ガス流量ＬＣ、希釈ガス流量ＬＤ１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。
【0034】
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ＬＤ１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。
【0035】
このように、従来の超音波霧化装置３００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、原料溶液ミストＭＴの総ガス流量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。
【0036】
（第２のミスト供給量測定）
図９は従来の第２の構成である超音波霧化装置３０１を模式的に示す説明図である。図９にＸＹＺ直交座標系を記している。以下、図９を参照して、従来の第２の構成である超音波霧化装置３０１の構成を説明する。なお、超音波霧化装置３０１の構成において、図８で示した超音波霧化装置３００と同様な構成要素は同一の参照符号を付して説明を適宜省略する。
図９は従来の第２の構成である超音波霧化装置３０１を模式的に示す説明図である。図９にＸＹＺ直交座標系を記している。以下、図９を参照して、従来の第２の構成である超音波霧化装置３０１の構成を説明する。なお、超音波霧化装置３０１の構成において、図８で示した超音波霧化装置３００と同様な構成要素は同一の参照符号を付して説明を適宜省略する。
【0037】
図９で図示を省略しているが、超音波霧化装置３０１においても、超音波霧化装置３００と同様、原料溶液供給管３１、原料溶液供給機構８及び原料溶液１５を収容する原料タンク３５が存在する。ただし、超音波霧化装置３０１では、原料タンク３５及び原料溶液１５を測定対象物としたはかり５１は設けていない。
【0038】
従来の第２の構成である超音波霧化装置３０１は、原料溶液用容器（霧化容器１＋セパレータカップ１２）、水槽１０、複数の超音波振動子２、霧化容器１内の原料溶液１５、及び、水槽１０内の超音波伝達水９を測定対象物として重量を測定するはかり５２を有している。重量測定器であるはかり５２は測定対象物の重量を測定重量として測定している。
【0039】
なお、ガス供給管３、ガス供給管４及び原料溶液供給管３１は、はかり５２の測定対象物から除外されている。例えば、ガス供給管３、ガス供給管４及び原料溶液供給管３１に対し複数の支持箇所を設け、複数の支持箇所によってガス供給管３、ガス供給管４及び原料溶液供給管３１それぞれを吊す態様で安定性良く支持する。その結果、ガス供給管３、ガス供給管４及び原料溶液供給管３１を、はかり５２の測定対象物から除外することができる。
【0040】
なお、重量測定器であるはかり５２は、複数の超音波振動子２に接触することなく、支持部材５３によって水槽１０の底面から水槽１０を支持し、かつ、原料溶液用容器（霧化容器１＋セパレータカップ１２）、複数の超音波振動子２、水槽１０、原料溶液１５及び超音波伝達水９を含む測定対象物の重量を測定している。
【0041】
そして、超音波霧化装置３０１では、はかり５２により測定された測定重量に基づき、原料溶液用容器内で消費された原料溶液１５の消費量を求めることができる。
【0042】
すなわち、時刻ｔ１における測定対象物の測定重量を測定重量Ｐ１とし、時刻ｔ１後の時刻ｔ２における測定対象物の測定重量を測定重量Ｐ２とすると、重量減少量ΔＰ１２（＝Ｐ１－Ｐ２）から原料溶液用容器の原料溶液１５の消費量を求めることができる。この際、原料溶液１５の消費量分、原料溶液ミストＭＴが発生していると推測できる。
【0043】
したがって、従来の第２の構成である超音波霧化装置３０１は、はかり５２により測定された測定対象物の測定重量に基づき測定された原料溶液１５の消費量から、原料溶液ミストＭＴのミスト供給量を求めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0044】
【文献】国際公開第２０１５／０１９４６８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0045】
図８で示した従来の第１の構成である超音波霧化装置３００による第１のミスト供給量測定方法は、霧化容器１の内部空間１Ｈ内で発生した原料溶液ミストＭＴがミスト噴射部に供給される結果、原料溶液用容器内の原料溶液１５が減少し、これを検知したタイミングで原料タンク３５から原料溶液用容器に原料溶液１５が供給される原料溶液供給特性を利用している。
【0046】
したがって、超音波霧化装置３００による原料タンク３５からの原料溶液１５の供給量は、原料溶液ミストＭＴが発生し外部に供給されているその瞬間をとらえた情報ではなく、遅延のある情報となってしまう。このため、超音波霧化装置３００が用いる原料溶液１５の供給量は、ミスト供給量を一定に制御するための情報としては、応答性に劣るという第１の問題点を有している。
【0047】
一方、図９で示した従来の第２の構成である超音波霧化装置３０１による第２のミスト供給量測定方法は、原料溶液用容器内の原料溶液１５を含む測定対象物の重量を測定し、その重量変化よりミスト供給量を見積もる方法である。したがって、第２のミスト供給量測定方法は上述した第１の問題点の解消を図っている。
【0048】
しかしながら、霧化容器１に対し、ミストをノズル等のミスト噴射部に供給するためのミスト供給配管が管部１Ａの配管出口１Ｘに接続されており、このミスト供給配管には、耐薬品性や機械的強度が要求されるために、剛性の高い金属製の配管や、フッ素樹脂製の配管が用いられることが多い。そして、ミスト供給配管の少なくとも一部は、はかり５２の測定対象物に含まれてしまう。
【0049】
このため、ミスト供給配管は、はかり５２の測定重量における重量分散の効果を生むため、従来の超音波霧化装置３０１は、測定対象物の重量を正確に測定することができない第２の問題点を有している。
【0050】
なお、重量の分散効果とは、ミスト供給配管を管部１Ａに取り付ける際に、霧化容器１を図９の上方に向けた力が霧化容器１を引っ張り上げる力としてかかるため、測定対象物の重量を正確に測定できない特性を意味している。
【0051】
このように、超音波霧化装置３００及び超音波霧化装置３０１を含む従来の超音波霧化装置は、原料溶液ミストＭＴのミスト供給量を応答性良く、かつ正確に求めることができないという問題点があった。
【0052】
本開示では、上記のような問題点を解決し、原料溶液ミストのミスト供給量を応答性良く、かつ正確に求め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。
【課題を解決するための手段】
【0053】
本開示における超音波霧化装置は、原料溶液を収容する内部空間を有し、上面にミスト出力用配管が設けられた原料溶液用容器と、前記原料溶液用容器の下方に設けられた超音波振動子と、前記ミスト出力用配管を含む前記原料溶液用容器と接触することなく、前記原料溶液用容器の上方に配置される非接触型ミスト供給配管と、前記原料溶液用容器を下方から支持し、かつ、前記原料溶液用容器、前記超音波振動子及び前記原料溶液を含む測定対象物の重量を測定する重量測定器とを備え、前記超音波振動子による超音波振動動作によって、前記原料溶液をミスト化して前記内部空間内で原料溶液ミストが生成され、前記非接触型ミスト供給配管は重複配管部と前記重複配管部以外の非重複配管部とを有し、前記重複配管部は前記ミスト出力用配管の上部領域との間でミスト出力方向に沿った配管重複領域を有し、前記重複配管部と前記上部領域との間に配管重複空間が設けられ、前記原料溶液ミストは、前記ミスト出力用配管及び前記非接触型ミスト供給配管の内部を前記ミスト出力方向に沿って流れ、前記非接触型ミスト供給配管から出力される。
【発明の効果】
【0054】
本開示の超音波霧化装置における非接触型ミスト供給配管は、ミスト出力用配管を含む原料溶液用容器と接触関係を有していないため、比較的容易に非接触型ミスト供給配管を重量測定器の測定対象物から除外することができる。
【0055】
一方、重量測定器の測定対象物に原料溶液用容器内の原料溶液が含まれており、かつ、測定対象物において原料溶液を除く重量は一定値となっている。このため、測定対象物の重量変化から原料溶液の消費量を精度良く求めることができる。加えて、原料溶液の消費量と原料溶液ミストの発生量との間に遅延は生じていない。
【0056】
その結果、本開示の超音波霧化装置は、超音波振動動作の実行期間中において、測定対象物の重量変化から原料溶液の消費量を求め、原料溶液の消費量に基づき原料溶液ミストの供給量を応答性良く、かつ正確に求めることができる。
【0057】
加えて、ミスト出力用配管の重複配管部とミスト出力用配管の上部領域との間に配管重複空間が設けられる。このため、本開示の超音波霧化装置は、原料溶液ミストが配管重複空間を介して非接触型ミスト供給配管外に漏れるミスト漏洩現象を抑制することができる。
【0058】
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。
【図面の簡単な説明】
【0059】
【図1】本開示の実施の形態１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6】実施の形態１の超音波霧化装置における原料溶液の流量制御系の構成を模式的に示す説明図である。
【図7】本開示の実施の形態２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8】従来の第１の構成例である超音波霧化装置を模式的に示す説明図である。
【図9】従来の第２の構成例である超音波霧化装置を模式的に示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0060】
＜実施の形態１＞
図１は本開示の実施の形態１である超音波霧化装置１０１の構成を模式的に示す説明図である。図１にＸＹＺ直交座標系を記している。以下、図１を参照して、実施の形態１の超音波霧化装置１０１の構成を説明する。
図１は本開示の実施の形態１である超音波霧化装置１０１の構成を模式的に示す説明図である。図１にＸＹＺ直交座標系を記している。以下、図１を参照して、実施の形態１の超音波霧化装置１０１の構成を説明する。
【0061】
超音波霧化装置１０１において霧化容器１及びセパレータカップ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カップ１２となる。このように、霧化容器１及びセパレータカップ１２から構成される原料溶液用容器の内部空間１Ｈ内に原料溶液１５を収容している。
【0062】
霧化容器１の上面と連通してセパレータカップ１２の上方にミスト出力用配管１ｔが設けられる。すなわち、霧化容器１は上面にミスト出力用配管１ｔを有している。
【0063】
超音波霧化装置１０１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及びセパレータカップ１２は、セパレータカップ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。霧化容器１と水槽１０との間にセパレータカップ１２の端部を挟むことにより、霧化容器１、水槽１０及びセパレータカップ１２は一体的に構成される。
【0064】
セパレータカップ１２の下方における水槽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版２Ｔを有しており、各超音波振動子２は、超音波振動版２Ｔの平面形状に合致したサイズの超音波を超音波振動版２Ｔから発生する超音波振動動作を行う。
【0065】
霧化容器１の上部側面にガス供給管４が設けられ、輸送ガス用供給管であるガス供給管４から輸送ガスＧ４が霧化容器１内の内部空間１Ｈに供給される。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の流量である輸送ガス流量ＬＣが制御される。
【0066】
ミスト出力用配管１ｔの側面にガス供給管３が設けられ、希釈ガス用供給管であるガス供給管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ミスト出力用配管１ｔ内に供給される希釈ガスＧ３の流量である希釈ガス流量ＬＤ１が制御される。
【0067】
ミスト出力用配管１ｔを含む霧化容器１と接触することなく、霧化容器１の上方に非接触型ミスト供給配管２０が配置される。非接触型ミスト供給配管２０は下流配管部２１、テーパー状配管部２２及び連結用配管部２３を有している。
【0068】
連結用配管部２３はミスト出力用配管１ｔの上部領域Ａ１ｔを囲むように配置される。したがって、連結用配管部２３とミスト出力用配管１ｔの上部領域Ａ１ｔとの間でミスト出力方向ＤＭに沿った配管重複領域Ｒ１２を有し、連結用配管部２３と上部領域Ａ１ｔとの間に配管重複空間ＳＰ１２が設けられる。このように、連結用配管部２３は上部領域Ａ１ｔとの重複配管部となる。
【0069】
一方、テーパー状配管部２２及び下流配管部２１は上部領域Ａ１ｔとの間にミスト出力方向ＤＭに沿った配管重複領域Ｒ１２を有していない。すなわち、テーパー状配管部２２及び下流配管部２１は、重複配管部以外の非重複配管部となる。
【0070】
連結用配管部２３は内径が一定の図中Ｚ方向に延びて形成される配管部であり、テーパー状配管部２２は内径が図中＋Ｚ方向に従い狭くなる配管部であり、下流配管部２１は内径が一定の図中Ｚ方向に延びて形成される配管部である。テーパー状配管部２２の上端の内径が下流配管部２１の内径と一致し、テーパー状配管部２２の下端の内径が連結用配管部２３の内径と一致する。
【0071】
このように、非接触型ミスト供給配管２０は、＋Ｚ方向に沿って連続的に設けられる連結用配管部２３、テーパー状配管部２２及び下流配管部２１を有している。なお、下流配管部２１はミスト出力用配管１ｔの上方に位置し、ミスト出力用配管１ｔに対し＋Ｚ方向の延長線上に設けられる。
【0072】
連結用配管部２３の内径はミスト出力用配管１ｔの内径より十分に長いため、連結用配管部２３はミスト出力用配管１ｔの上部領域Ａ１ｔと接触することなく、連結用配管部２３と上部領域Ａ１ｔとの間に配管重複空間ＳＰ１２が設けられる。一方、非重複配管部であるテーパー状配管部２２及び下流配管部２１とミスト出力用配管１ｔとの間には配管重複空間ＳＰ１２が設けられない。
【0073】
配管重複空間ＳＰ１２内にミスト出力用配管１ｔ及び非接触型ミスト供給配管２０それぞれと接触することなく漏洩防止ガス供給管２５が設けられる。
【0074】
図２は漏洩防止ガス供給管２５の断面構造及びその周辺を模式的に示す説明図である。図２にＸＹＺ直交座標系を記している。漏洩防止ガス供給管２５は内部に漏洩防止ガス流通経路を有する円環体構造を呈しており、漏洩防止ガス流通経路のＸＺ断面において円状の流通経路断面領域２５ｄを有している。
【0075】
図２に示すように、漏洩防止ガス供給管２５は供給管本体部２５ｍ及びガス出力口２８を主要構成要素として含み、供給管本体部２５ｍの上部にガス出力口２８が設けられている。
【0076】
図２に示すように、漏洩防止ガス制御機器５５から外部配管５６を介してミスト漏洩防止用ガスＧ２が非接触型ミスト供給配管２０の漏洩防止ガス流通経路に供給される。外部配管５６は、例えば、ミスト出力用配管１ｔ及び非接触型ミスト供給配管２０それぞれと接触することなく、漏洩防止ガス供給管２５の下部に連結される。なお、外部配管５６と連結される漏洩防止ガス供給管２５の下部にはミスト漏洩防止用ガスＧ２が流通可能な開口部が設けられる。
【0077】
このような構造の漏洩防止ガス供給管２５において、漏洩防止ガス流通経路を流れるミスト漏洩防止用ガスＧ２をガス出力口２８から＋Ｚ方向に向けて出力される。
【0078】
また、漏洩防止ガス供給管２５は、ミスト出力用配管１ｔ、非接触型ミスト供給配管２０及び外部配管５６それぞれと接触することなく、漏洩防止ガス供給管２５の下方から図示しない支持部材等で安定性良く支持することができる。
【0079】
【0080】
同図に示すように、配管重複空間ＳＰ１２内に漏洩防止ガス供給管２５Ａは配置され、漏洩防止ガス供給管２５Ａは供給管本体部２５ｍと複数の部分ガス出力口２８Ａとを主要構成要素として有している。
【0081】
複数の部分ガス出力口２８Ａは供給管本体部２５ｍの上部に離散して均等間隔で設けられる。すなわち、漏洩防止ガス供給管２５Ａは、ガス出力口２８として複数の部分ガス出力口２８Ａを有している。
【0082】
漏洩防止ガス供給管２５Ａは、漏洩防止ガス制御機器５５から外部配管５６を介してミスト漏洩防止用ガスＧ２を漏洩防止ガス流通経路内に取り込み、漏洩防止ガス流通経路内を循環させつつ、供給管本体部２５ｍの上部に設けられる複数の部分ガス出力口２８Ａから＋Ｚ方向に向けてミスト漏洩防止用ガスＧ２を出力する。すなわち、複数の部分ガス出力口２８Ａは漏洩防止ガス流通経路に連通している。
【0083】
【0084】
同図に示すように、配管重複空間ＳＰ１２内に漏洩防止ガス供給管２５Ｂは配置され、漏洩防止ガス供給管２５Ｂは供給管本体部２５ｍと単一ガス出力口２８Ｂとを主要構成要素として有している。スリット状の単一ガス出力口２８Ｂは円環構造を呈している。すなわち、漏洩防止ガス供給管２５Ｂはガス出力口２８として単一ガス出力口２８Ｂを有している。
【0085】
漏洩防止ガス供給管２５Ｂは、漏洩防止ガス供給管２５Ａと同様、漏洩防止ガス制御機器５５から外部配管５６を介してミスト漏洩防止用ガスＧ２を漏洩防止ガス流通経路内に取り込み、漏洩防止ガス流通経路内を循環させつつ、供給管本体部２５ｍの上部に設けられる単一ガス出力口２８Ｂから＋Ｚ方向に向けてミスト漏洩防止用ガスＧ２を出力する。すなわち、単一ガス出力口２８Ｂは漏洩防止ガス流通経路に連通している。
【0086】
図５は非接触型ミスト供給配管２０を含むミスト供給系統を模式的に示す説明図である。同図に示すように、非接触型ミスト供給配管２０の配管出口２０Ｘとミスト供給配管５の一端とが連結される。ミスト供給配管５の他端にミスト噴射部であるノズル１７が連結される。
【0087】
ノズル１７の下方に基材となる基板１８が配置される。基板１８は例えば図示しない載置台上に載置される。ミスト噴射部であるノズル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図示しない開口部から基板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。ノズル１７の開口部は例えばスリット状に設けられる。
【0088】
図１では図示省略しているが、実施の形態１の超音波霧化装置１０１は、図８で示した超音波霧化装置３００と同様、霧化容器１及びセパレータカップ１２を含む原料溶液用容器とは独立して設けられる原料タンク３５を有している。図８で示したように、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。また、超音波霧化装置１０１は、図８で示した超音波霧化装置３００と同様に、原料溶液供給管３１及び原料溶液供給機構８を有している。ただし、原料タンク３５を含む測定対象物の重量を測定するはかり５１は設けられていない。
【0089】
実施の形態１の超音波霧化装置１０１は、原料溶液用容器（霧化容器１＋セパレータカップ１２）、水槽１０、複数の超音波振動子２、原料溶液用容器内の原料溶液１５、及び水槽１０内の超音波伝達水９を測定対象物として重量を測定するはかり５０を有している。重量測定器であるはかり５０は測定対象物の重量を測定重量として測定している。
【0090】
実施の形態１の超音波霧化装置１０１において、例えば、ガス供給管３、ガス供給管４及び原料溶液供給管３１に対し複数の支持箇所を設け、複数の支持箇所によってガス供給管３、ガス供給管４及び原料溶液供給管３１それぞれを吊す態様で安定性良く支持する。その結果、ガス供給管３、ガス供給管４及び原料溶液供給管３１は、はかり５０の測定対象物から除外することができる。
【0091】
なお、重量測定器であるはかり５０は、複数の超音波振動子２に接触することなく、支持部材５３によって水槽１０の底面から水槽１０を支持し、かつ、原料溶液用容器（霧化容器１＋セパレータカップ１２）、複数の超音波振動子２、水槽１０、原料溶液１５及び超音波伝達水９を含む測定対象物の重量を測定している。このように、はかり５０は、原料溶液用容器を下方から支持し、測定対象物の重量を測定している。
【0092】
超音波霧化装置１０１において、非接触型ミスト供給配管２０及び図５で示したミスト供給系統は、ミスト出力用配管１ｔを含む霧化容器１と接触関係を有していないため、はかり５０の測定対象物から確実に除外することができる。また、漏洩防止ガス供給管２５も霧化容器１と接触関係を有していないため、はかり５０の測定対象物から確実に除外することができる。
【0093】
実施の形態１の超音波霧化装置１０１は、はかり５０により測定された測定重量に基づき、原料溶液用容器内で消費された原料溶液１５の消費量を求めることができる。
【0094】
すなわち、時刻ｔ１における測定対象物の測定重量を測定重量Ｐ１とし、時刻ｔ１後の時刻ｔ２における測定対象物の測定重量を測定重量Ｐ２とすると、実施の形態１の超音波霧化装置１０１は、重量減少量ΔＰ１２（＝Ｐ１－Ｐ２）から原料溶液用容器の原料溶液１５の消費量を求めることができる。
【0095】
したがって、実施の形態１の超音波霧化装置１０１は、図９で示した超音波霧化装置３０１と同様、はかり５０により測定された測定対象物の測定重量の重量変化に基づき得られた原料溶液１５の消費量から、原料溶液ミストＭＴのミスト供給量を求めることができる。
【0096】
図６は実施の形態１の超音波霧化装置１０１における原料溶液１５の流量制御系の構成を模式的に示す説明図である。図６に示すように、流量制御系は、はかり５０、原料溶液供給機構８及び流量制御部６０を主要構成要素としている。原料溶液供給機構８は吸引用ポンプ３２及び流量計３３を含んでいる。
【0097】
流量計３３は原料溶液供給管３１を流れる流量を測定して、測定した流量を示す流量情報Ｓ３３を得る。はかり５０は測定対象物の重量を測定し重量を示す測定重量情報Ｓ５０を出力する。
【0098】
流量制御部６０は、流量計３３より流量情報Ｓ３３を受け、はかり５０より測定重量情報Ｓ５０を受ける。したがって、流量制御部６０は、流量情報Ｓ３３が示す測定流量によって、原料溶液供給管３１を流れる流量を常に認識している。
【0099】
流量制御部６０は、測定重量情報Ｓ５０が示す測定重量の重量変化から、原料溶液用容器内の原料溶液１５の消費量を常に求めることができる。なお、原料タンク３５から原料溶液用容器の内部空間１Ｈに原料溶液１５に供給されている場合、流量制御部６０は、流量情報Ｓ３３が示す測定流量から原料溶液１５の供給量を求め、原料溶液１５の供給量を加味して原料溶液１５の消費量を正確に求めることができる。
【0100】
したがって、流量制御部６０は、流量情報Ｓ３３及び測定重量情報Ｓ５０に基づき、内部空間１Ｈ内における原料溶液１５の消費量を補うように、吸引用ポンプ３２の駆動量を指示する制御信号ＳＣ３２を出力する原料供給制御処理を実行することができる。
【0101】
このように、流量制御部６０は、吸引用ポンプ３２及び流量計３３を含む原料溶液供給機構８に対し、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制御する原料供給制御処理を実行している。
【0102】
原料溶液供給機構８による原料溶液供給動作が実行されると、内部空間１Ｈ内に原料溶液１５が供給される。
【0103】
このような構成の実施の形態１の超音波霧化装置１０１において、各々が超音波振動版２Ｔを有する複数の超音波振動子２から超音波振動が印加する超音波振動動作が実行されると、複数の超音波振動子２からの超音波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。
【0104】
すると、図１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の内部空間１Ｈ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から超音波を印加する超音波振動動作を実行することにより、原料溶液１５を霧化して原料溶液ミストＭＴを生成することができる。
【0105】
超音波振動動作の実行時に霧化容器１の内部空間１Ｈ内で生成された原料溶液ミストＭＴは、輸送ガスＧ４及び希釈ガスＧ３によってミスト出力用配管１ｔの内部をミスト出力方向ＤＭに沿って流れる。原料溶液ミストＭＴは、ミスト出力用配管１ｔの配管出口１Ｘから出力された後も、輸送ガスＧ４、希釈ガスＧ３及びミスト漏洩防止用ガスＧ２によって、非接触型ミスト供給配管２０の内部をミスト出力方向ＤＭに沿って流れる。その後、原料溶液ミストＭＴは、非接触型ミスト供給配管２０からミスト供給配管５及びノズル１７を含むミスト供給系統に供給される。
【0106】
実施の形態１の超音波霧化装置１０１に接続させるガス系統は、輸送ガスＧ４と希釈ガスＧ３とミスト漏洩防止用ガスＧ２との３系統となる。希釈ガスＧ３は、ノズル等のミスト噴射部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。ミスト漏洩防止用ガスＧ２は原料溶液ミストＭＴが配管重複空間ＳＰ１２を介して外部に漏洩するミスト漏洩現象を回避させるためのガスである。なお、ミスト漏洩防止用ガスＧ２は、希釈ガスＧ３と同様に原料溶液ミストＭＴのガス総量を一定化させる働きも補助的に有している。
【0107】
超音波振動動作により霧化容器１の内部空間１Ｈ内に発生した原料溶液ミストＭＴは、希釈ガスＧ３、輸送ガスＧ４及びミスト漏洩防止用ガスＧ２により霧化容器１外のミスト出力用配管１ｔ、非接触型ミスト供給配管２０及びミスト供給配管５を流れ、ノズル１７（ミスト噴射部）に供給される。この際、原料溶液ミストＭＴは、ミスト出力用配管１ｔ及び非接触型ミスト供給配管２０の内部をミスト出力方向ＤＭ（＋Ｚ方向）に沿って流れる。
【0108】
霧化容器１の内部空間１Ｈ内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１からミスト噴射部に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。
【0109】
一方、前述したように、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、ミスト噴射部に供給する原料溶液ミスト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を一定するとミスト噴射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。
【0110】
複数の超音波振動子２による超音波振動動作により内部空間１Ｈ内で発生した原料溶液ミストＭＴは、輸送ガスＧ４、希釈ガスＧ３及びミスト漏洩防止用ガスＧ２により霧化容器１の外部に供給される。この外部への原料溶液ミストＭＴの輸送に伴い、原料溶液用容器内の原料溶液１５の量は減少する。前述したように、原料溶液ミストＭＴのミスト発生量を安定化させるためには、原料溶液用容器内の原料溶液１５の量を一定に保つ必要がある。
【0111】
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Ｇ４の輸送ガス流量ＬＣを増減させた場合、これに伴い原料溶液ミストＭＴの総ガス流量ＬＴも増減する。
【0112】
したがって、総ガス流量ＬＴを一定に保つために、図１に示すように、霧化容器１近くのミスト出力用配管１ｔにガス供給管３を設け、希釈ガス用供給管であるガス供給管３から輸送ガスＧ４とは別系統の希釈ガスＧ３を供給している。ここで、希釈ガスＧ３のガス流量を希釈ガス流量ＬＤ１、ミスト漏洩防止用ガスＧ２のガス流量を漏洩防止ガス流量ＬＤ２とし、輸送ガスＧ４のガス流量を輸送ガス流量ＬＣとする。この場合、輸送ガス流量ＬＣ、希釈ガス流量ＬＤ１、漏洩防止ガス流量ＬＤ２及び総ガス流量ＬＴの関係は以下の式(2)で決定する。
【0113】
ＬＴ＝ＬＣ＋ＬＤ１＋ＬＤ２…(2)
なお、輸送ガス流量ＬＣ、希釈ガス流量ＬＤ１、漏洩防止ガス流量ＬＤ２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。
なお、輸送ガス流量ＬＣ、希釈ガス流量ＬＤ１、漏洩防止ガス流量ＬＤ２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。
【0114】
希釈ガス総流量ＬＤは希釈ガス流量ＬＤ１と漏洩防止ガス流量ＬＤ２との和となる。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ＬＤ１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。この際、漏洩防止ガス流量ＬＤ２は一定値で固定しておく。したがって、漏洩防止ガス流量ＬＤ２の増減制御は特に必要としない。
【0115】
このように、実施の形態１の超音波霧化装置１０１は、希釈ガスＧ３を用いて総ガス流量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。
【0116】
実施の形態１の超音波霧化装置１０１における非接触型ミスト供給配管２０は、ミスト出力用配管１ｔを含む霧化容器１と接触関係を有していないため、非接触型ミスト供給配管２０を比較的容易に重量測定器であるはかり５０の測定対象物から除外することができる。
【0117】
一方、重量測定器であるはかり５０の測定対象物に原料溶液用容器内の原料溶液１５が含まれており、かつ、測定対象物において原料溶液１５を除く重量は一定値となっている。
【0118】
具体的には、霧化容器１、セパレータカップ１２、水槽１０、複数の超音波振動子２及び超音波伝達水９の総重量は一定値となっている。なお、超音波伝達水９の重量は超音波振動動作によって増減することはない。
【0119】
このため、実施の形態１の超音波霧化装置１０１は、測定対象物の重量変化から原料溶液用容器内の原料溶液１５の消費量を精度良く求めることができる。この際、原料溶液１５の消費量と原料溶液ミストＭＴの発生量との間に遅延は生じていない。
【0120】
その結果、実施の形態１の超音波霧化装置１０１は、複数の超音波振動子２による超音波振動動作の実行期間中において、測定対象物の重量変化から原料溶液１５の消費量を求め、原料溶液１５の消費量に基づき原料溶液ミストＭＴの供給量を応答性良く、かつ正確に求めることができる。
【0121】
ここで、原料溶液供給機構８の原料溶液供給動作によって、原料タンク３５から原料溶液用容器の内部空間１Ｈ内に原料溶液１５が供給されている場合を想定する。
【0122】
この場合、流量制御部６０は、原料溶液供給機構８の流量計３３から受ける流量情報Ｓ３３に基づき、原料タンク３５から内部空間１Ｈに供給される原料溶液１５の供給量を求め、測定対象物の重量変化から原料溶液１５の供給量分を適切に除外することができる。
【0123】
加えて、重複配管部である連結用配管部２３とミスト出力用配管１ｔの上部領域Ａ１ｔとの間に配管重複空間ＳＰ１２が設けられる。このため、実施の形態１の超音波霧化装置１０１は、原料溶液ミストＭＴが配管重複空間ＳＰ１２内を－Ｚ方向（ミスト出力方向ＤＭと反対方向）に流れ、配管重複空間ＳＰ１２を介して非接触型ミスト供給配管２０外に漏れるミスト漏洩現象を抑制することができる。
【0124】
さらに、実施の形態１の超音波霧化装置１０１は漏洩防止ガス供給管２５のガス出力口２８からミスト漏洩防止用ガスＧ２をミスト出力方向ＤＭに沿って出力することにより、上記ミスト漏洩現象を確実に回避することができる。
【0125】
なお、実施の形態１の超音波霧化装置１０１において、配管重複空間ＳＰ１２内に漏洩防止ガス供給管２５を設けない構成を採用しても、配管重複空間ＳＰ１２の存在により、ミスト漏洩現象の抑制効果を発揮することができる。
【0126】
実施の形態１の超音波霧化装置１０１は、輸送ガス用供給管であるガス供給管４と希釈ガス用供給管であるガス供給管３とを備えている。このため、輸送ガスＧ４の輸送ガス流量ＬＣが増減した際、輸送ガス流量ＬＣの増減分を補うように希釈ガス総流量ＬＤを増減させることにより、原料溶液ミストＭＴの総ガス流量ＬＴを常に一定に保つことができる。実施の形態１では、希釈ガス流量ＬＤ１及び漏洩防止ガス流量ＬＤ２の合計流量（ＬＤ１＋ＬＤ２）が希釈ガス総流量ＬＤとなる。
【0127】
さらに、実施の形態１の超音波霧化装置１０１は、漏洩防止ガス供給管２５として漏洩防止ガス供給管２５Ａを採用した場合に以下の効果を奏する。
【0128】
実施の形態１の超音波霧化装置１０１は、円環体構造の漏洩防止ガス供給管２５Ａの上部に設けられた複数の部分ガス出力口２８Ａから分散して複数の部分漏洩防止ガスを出力する。この際、複数の部分漏洩防止ガスの集合体がミスト漏洩防止用ガスＧ２となる。したがって、実施の形態１の超音波霧化装置１０１は、円環体構造の漏洩防止ガス供給管２５Ａからミスト出力方向ＤＭに沿ってミスト漏洩防止用ガスＧ２を偏りなく出力することができる。
【0129】
また、実施の形態１の超音波霧化装置１０１は、漏洩防止ガス供給管２５として漏洩防止ガス供給管２５Ｂを採用した場合に以下の効果を奏する。
【0130】
円環状の単一ガス出力口２８Ｂから漏洩防止用ガスを出力することにより、実施の形態１の超音波霧化装置１０１は、単一ガス出力口２８Ｂ内で偏りを生じさせることなくミスト漏洩防止用ガスＧ２をミスト出力方向ＤＭに沿って出力することができる。
【0131】
さらに、実施の形態１の超音波霧化装置１０１は、水槽１０及び原料溶液用容器（霧化容器１＋セパレータカップ１２）を含むダブルチャンバー方式を採用し、はかり５０の測定対象物はセパレータカップ１２、水槽１０及び超音波伝達水９（超音波伝達媒体）をさらに含んでいる。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１０１において、原料溶液ミストＭＴのミスト供給量を応答性良く、かつ正確に求めることができる。
【0132】
＜実施の形態２＞
図７は本開示の実施の形態２である超音波霧化装置１０２の構成を模式的に示す説明図である。図７にＸＹＺ直交座標系を記している。以下、図７を参照して、実施の形態２の超音波霧化装置１０２の構成を説明する。なお、図１で示した実施の形態１の超音波霧化装置１０１と同様な部分は同一参照符号を付して説明を適宜省略する。
図７は本開示の実施の形態２である超音波霧化装置１０２の構成を模式的に示す説明図である。図７にＸＹＺ直交座標系を記している。以下、図７を参照して、実施の形態２の超音波霧化装置１０２の構成を説明する。なお、図１で示した実施の形態１の超音波霧化装置１０１と同様な部分は同一参照符号を付して説明を適宜省略する。
【0133】
実施の形態２の超音波霧化装置１０２の霧化容器１の上面に設けられたミスト出力用配管１ｔの側面に希釈ガス用供給管は設けられていない。
【0134】
一方、実施の形態２の超音波霧化装置１０２においても、実施の形態１の超音波霧化装置１０１と同様、配管重複空間ＳＰ１２に漏洩防止ガス供給管２５が設けられる。
【0135】
また、実施の形態２においても、実施の形態１と同様、漏洩防止ガス制御機器５５から外部配管５６を介してミスト漏洩防止用ガスＧ２が非接触型ミスト供給配管２０の漏洩防止ガス流通経路に供給される。
【0136】
また、実施の形態２の超音波霧化装置１０２においても、実施の形態１と同様、図５で示したミスト供給系統を有している。
【0137】
図７では図示省略しているが、実施の形態２の超音波霧化装置１０２は、図８で示した超音波霧化装置３００と同様、霧化容器１及びセパレータカップ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。また、実施の形態２の超音波霧化装置１０２は、実施の形態１と同様、原料溶液供給管３１及び原料溶液供給機構８を有しているが、原料タンク３５を含む測定対象物の重量を測定するはかり５１は設けられていない。
【0138】
実施の形態２の超音波霧化装置１０２は、実施の形態１と同様、原料溶液用容器（霧化容器１＋セパレータカップ１２）、水槽１０、複数の超音波振動子２、原料溶液用容器内の原料溶液１５、及び水槽１０内の超音波伝達水９を測定対象物として重量を測定するはかり５０を有している。重量測定器であるはかり５０は測定対象物の重量を測定重量として測定している。
【0139】
また、実施の形態２の超音波霧化装置１０２は、実施の形態１と同様、ガス供給管４及び原料溶液供給管３１は、はかり５０の測定対象物から除外されている。
【0140】
なお、重量測定器であるはかり５０は、複数の超音波振動子２に接触することなく、支持部材５３によって水槽１０の底面から水槽１０を支持し、かつ、原料溶液用容器（霧化容器１＋セパレータカップ１２）、複数の超音波振動子２、水槽１０、原料溶液１５及び超音波伝達水９を含む測定対象物の重量を測定している。
【0141】
一方、非接触型ミスト供給配管２０及び図５で示したミスト供給系統は、ミスト出力用配管１ｔを上面に有する霧化容器１と接触関係を有していないため、はかり５０の測定対象物から確実に除外することができる。また、漏洩防止ガス供給管２５も霧化容器１と接触関係を有していないため、はかり５０の測定対象物から確実に除外することができる。
【0142】
実施の形態２の超音波霧化装置１０２では、実施の形態１と同様、はかり５０により測定された測定対象物の測定重量の重量変化から、原料溶液用容器内で消費された原料溶液１５の消費量を求めることができる。
【0143】
なお、実施の形態２の超音波霧化装置１０２においても、実施の形態１と同様、流量制御部６０の制御下で、原料溶液供給機構８に対し、原料溶液用容器に原料溶液１５を給する原料溶液供給動作を制御する原料供給制御処理を実行している。
【0144】
このような構成の実施の形態２の超音波霧化装置１０２において、複数の超音波振動子２から超音波振動が印加する超音波振動動作が実行されると、複数の超音波振動子２からの超音波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。
【0145】
すると、図７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の内部空間１Ｈ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から超音波を印加する超音波振動動作を実行することにより、原料溶液１５を霧化して原料溶液ミストＭＴが生成される。
【0146】
超音波振動動作の実行時に霧化容器１の内部空間１Ｈ内で生成された原料溶液ミストＭＴは、輸送ガスＧ４によってミスト出力用配管１ｔの内部をミスト出力方向ＤＭに沿って流れる。原料溶液ミストＭＴは、ミスト出力用配管１ｔの配管出口１Ｘから出力された後も、輸送ガスＧ４及びミスト漏洩防止用ガスＧ２によって、非接触型ミスト供給配管２０の内部をミスト出力方向ＤＭに沿って流れる。その後、原料溶液ミストＭＴは、非接触型ミスト供給配管２０の配管出口２０Ｘからミスト供給配管５及びノズル１７を含むミスト供給系統に供給される。
【0147】
実施の形態２の超音波霧化装置１０２に接続させるガス系統は、輸送ガスＧ４とミスト漏洩防止用ガスＧ２との２系統となる。ミスト漏洩防止用ガスＧ２は、原料溶液ミストＭＴが配管重複空間ＳＰ１２を介して外部に漏洩するミスト漏洩現象を回避させるためのガスである。さらに、実施の形態２の超音波霧化装置１０２において、ミスト漏洩防止用ガスＧ２は、原料溶液ミストＭＴのガス総量を一定化させる唯一の希釈ガスとしても機能する。
【0148】
したがって、実施の形態２の超音波霧化装置１０２において、漏洩防止ガス制御機器５５は漏洩防止ガス流量ＬＤ２の増減制御機能を備える必要がある。
【0149】
超音波振動動作により霧化容器１の内部空間１Ｈ内に発生した原料溶液ミストＭＴは、輸送ガスＧ４及びミスト漏洩防止用ガスＧ２により霧化容器１外のミスト出力用配管１ｔ、非接触型ミスト供給配管２０及びミスト供給配管５を流れ、ノズル１７（ミスト噴射部）に供給される。この際、原料溶液ミストＭＴは、ミスト出力用配管１ｔ及び非接触型ミスト供給配管２０の内部をミスト出力方向ＤＭ（＋Ｚ方向）に沿って流れる。
【0150】
霧化容器１の内部空間１Ｈ内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１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。
【0151】
前述したように、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。
【0152】
複数の超音波振動子２による超音波振動動作により内部空間１Ｈ内で発生した原料溶液ミストＭＴは、輸送ガスＧ４により霧化容器１の外部に供給される。この外部への原料溶液ミストＭＴの輸送に伴い、原料溶液用容器内の原料溶液１５の量は減少する。前述したように、ミスト発生量を安定化させるためには、原料溶液用容器内の原料溶液１５の量を一定に保つ必要がある。
【0153】
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Ｇ４の輸送ガス流量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。
【0154】
したがって、総ガス流量ＬＴを一定に保つために、実施の形態２では、漏洩防止ガス供給管２５から出力されるミスト漏洩防止用ガスＧ２を唯一の希釈ガスとして利用している。ここで、ミスト漏洩防止用ガスＧ２のガス流量を漏洩防止ガス流量ＬＤ２とし、輸送ガスＧ４のガス流量を輸送ガス流量ＬＣとする。この場合、輸送ガス流量ＬＣ、漏洩防止ガス流量ＬＤ２及び総ガス流量ＬＴの関係は以下の式(3)で決定する。
【0155】
ＬＴ＝ＬＣ＋ＬＤ２…(3)
なお、輸送ガス流量ＬＣ、漏洩防止ガス流量ＬＤ２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、式(3)において、漏洩防止ガス流量ＬＤ２が希釈ガス総流量ＬＤとなる。
なお、輸送ガス流量ＬＣ、漏洩防止ガス流量ＬＤ２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、式(3)において、漏洩防止ガス流量ＬＤ２が希釈ガス総流量ＬＤとなる。
【0156】
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、漏洩防止ガス流量ＬＤ２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。
【0157】
このように、実施の形態２の超音波霧化装置１０２は、ミスト漏洩防止用ガスＧ２を唯一の希釈ガスとして用いて総ガス流量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。
【0158】
実施の形態２の超音波霧化装置１０２における非接触型ミスト供給配管２０は、ミスト出力用配管１ｔを有する霧化容器１との間で接触関係を有していないため、非接触型ミスト供給配管２０を比較的容易に重量測定器であるはかり５０の測定対象物から外すことができる。
【0159】
一方、重量測定器であるはかり５０の測定対象物に原料溶液用容器内の原料溶液１５が含まれており、かつ、測定対象物において原料溶液１５を除く重量は一定値となっている。
【0160】
その結果、実施の形態２の超音波霧化装置１０２は、実施の形態１と同様、超音波振動動作の実行期間中において、測定対象物の重量変化から原料溶液１５の消費量を求め、原料溶液１５の消費量に基づき原料溶液ミストＭＴの供給量を応答性良く、かつ正確に求めることができる。
【0161】
加えて、実施の形態２の超音波霧化装置１０２は、配管重複空間ＳＰ１２が設けられ、かつ、漏洩防止ガス供給管２５のガス出力口２８からミスト漏洩防止用ガスＧ２をミスト出力方向ＤＭに沿って出力することにより、上記ミスト漏洩現象を確実に回避することができる。
【0162】
実施の形態２の超音波霧化装置１０２は、輸送ガス用供給管であるガス供給管４及び非接触型ミスト供給配管２０を備えている。このため、輸送ガス流量ＬＣが増減した際、輸送ガス流量ＬＣの増減分を補うように、希釈ガス総流量ＬＤを増減させることにより、原料溶液ミストＭＴの総ガス流量ＬＴを常に一定に保つことができる。実施の形態２では、希釈ガス総流量ＬＤは漏洩防止ガス流量ＬＤ２となる。
【0163】
加えて、実施の形態２の超音波霧化装置１０２は、実施の形態１のガス供給管３に相当する専用の希釈ガス用供給管を設ける必要がない分、実施の形態１の超音波霧化装置１０１と比較して超音波霧化装置１０２の装置構成の簡略化を図ることができる。
【0164】
さらに、実施の形態２の超音波霧化装置１０２は、実施の形態１と同様、ダブルチャンバー方式を採用した装置構造において、原料溶液ミストＭＴのミスト供給量を精度良く求めることができる。
【0165】
実施の形態２の超音波霧化装置１０２は、実施の形態１と同様、漏洩防止ガス供給管２５として図３で示した漏洩防止ガス供給管２５Ａを採用することができ、実施の形態１と同様な効果を奏する。
【0166】
ただし、実施の形態２の超音波霧化装置１０２では、ミスト漏洩防止用ガスＧ２を唯一の希釈ガスとして用いるため、ミスト漏洩防止用ガスＧ２の漏洩防止ガス流量ＬＤ２を精度良く制御する必要がある。したがって、漏洩防止ガス供給管２５Ａに対し以下の寸法設定を行っている。
【0167】
漏洩防止ガス供給管２５Ａにおいて、漏洩防止ガス流通経路における流通経路断面領域２５ｄは円状を呈し、一定値の流通経路断面積Ｓ２５を有している。そして、複数の部分ガス出力口２８Ａはそれぞれ円状に設けられ、径は同一に設定される。すなわち、複数の部分ガス出力口２８Ａそれぞれの面積Ｓ２８Ａは同一に設定される。ここで、複数の部分ガス出力口２８Ａの個数をＮ個とすると、流通経路断面積Ｓ２５及び面積Ｓ２８Ａは以下の式(4)を満足する。
【0168】
Ｓ２５＞Ｎ×Ｓ２８Ａ…(4)
式(4)に示すように、複数の部分ガス出力口２８Ａの総面積は流通経路断面積Ｓ２５より狭い。
式(4)に示すように、複数の部分ガス出力口２８Ａの総面積は流通経路断面積Ｓ２５より狭い。
【0169】
漏洩防止ガス供給管２５Ａは式(4)を満足するため、複数の部分ガス出力口２８Ａ全体に亘って圧力がかかるため、漏洩防止ガス制御機器５５（図５参照）によって漏洩防止ガス流量ＬＤ２を精度良く制御することができる。
【0170】
このように、実施の形態２の超音波霧化装置１０２において、漏洩防止ガス供給管２５Ａを採用する場合、複数の部分ガス出力口２８Ａの総面積を流通経路断面積Ｓ２５より狭くすることにより、複数の部分ガス出力口２８Ａそれぞれから均一にミスト漏洩防止用ガスＧ２を出力させることができる。
【0171】
したがって、実施の形態２の超音波霧化装置１０２は、漏洩防止ガス供給管２５として漏洩防止ガス供給管２５Ａを採用した場合、漏洩防止ガス流量ＬＤ２を安定性良く制御することにより、原料溶液ミストＭＴの総ガス流量ＬＴを精度良く一定に保つことができる。
【0172】
その結果、漏洩防止ガス供給管２５Ａを採用した実施の形態２の超音波霧化装置１０２は、ミスト漏洩防止用ガスＧ２を唯一の希釈ガスとして用いても、原料溶液ミストＭＴの総ガス流量ＬＴを精度良く一定に保つことができる。
【0173】
実施の形態２の超音波霧化装置１０２は、実施の形態１と同様、漏洩防止ガス供給管２５として図４で示した漏洩防止ガス供給管２５Ｂを採用することができ、実施の形態２と同様な効果を奏する。
【0174】
ただし、実施の形態２の超音波霧化装置１０２では、ミスト漏洩防止用ガスＧ２を唯一の希釈ガスとして用いるため、ミスト漏洩防止用ガスＧ２の漏洩防止ガス流量ＬＤ２を精度良く制御する必要がある。したがって、漏洩防止ガス供給管２５Ｂに対し以下の寸法設定を行っている。
【0175】
漏洩防止ガス供給管２５Ｂにおいて、漏洩防止ガス流通経路における流通経路断面領域２５ｄは一定値の流通経路断面積Ｓ２５を有している。そして、単一ガス出力口２８Ｂは円環状に設けられ、単一ガス出力口２８Ｂは形成面積Ｓ２８Ｂを有している。流通経路断面積Ｓ２５及び形成面積Ｓ２８Ｂは以下の式(5)を満足する。
【0176】
Ｓ２５＞Ｓ２８Ｂ…(5)
式(5)に示すように、単一ガス出力口２８Ｂの形成面積Ｓ２８Ｂは流通経路断面積Ｓ２５より狭い。
式(5)に示すように、単一ガス出力口２８Ｂの形成面積Ｓ２８Ｂは流通経路断面積Ｓ２５より狭い。
【0177】
漏洩防止ガス供給管２５Ｂは式(5)を満足するため、単一ガス出力口２８Ｂの全体に亘って圧力がかかるため、漏洩防止ガス制御機器５５（図５参照）によって漏洩防止ガス流量ＬＤ２を精度良く制御することができる。
【0178】
このように、実施の形態２の超音波霧化装置１０２において、漏洩防止ガス供給管２５Ｂを採用する場合、単一ガス出力口２８Ｂの形成面積Ｓ２８Ｂを流通経路断面積Ｓ２５より狭くすることにより、単一ガス出力口２８Ｂの全体から均一にミスト漏洩防止用ガスＧ２を出力することができる。
【0179】
したがって、実施の形態２の超音波霧化装置１０２は、漏洩防止ガス供給管２５として漏洩防止ガス供給管２５Ｂを採用した場合、漏洩防止ガス流量ＬＤ２を安定性良く制御することにより、原料溶液ミストＭＴの総ガス流量ＬＴを精度良く一定に保つことができる。
【0180】
その結果、漏洩防止ガス供給管２５Ｂを採用した実施の形態２の超音波霧化装置１０２は、ミスト漏洩防止用ガスＧ２を唯一の希釈ガスとして用いても、原料溶液ミストＭＴの総ガス流量ＬＴを精度良く一定に保つことができる。
【0181】
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。
【符号の説明】
【0182】
１ 霧化容器
１ｔ ミスト出力用配管
２ 超音波振動子
３，４ ガス供給管
５ ミスト供給配管
１０ 水槽
１２ セパレータカップ
１５ 原料溶液
１７ ノズル
２０ 非接触型ミスト供給配管
２１ 下流配管部
２２ テーパー状配管部
２３ 連結用配管部
２５，２５Ａ，２５Ｂ 漏洩防止ガス供給管
２８ ガス出力口
２８Ａ 部分ガス出力口
２８Ｂ 単一ガス出力口
３５ 原料タンク
５０ はかり
Ｇ２ ミスト漏洩防止用ガス
Ｇ３ 希釈ガス
Ｇ４ 輸送ガス
ＭＴ 原料溶液ミスト
ＳＰ１２ 配管重複空間
１ｔ ミスト出力用配管
２ 超音波振動子
３，４ ガス供給管
５ ミスト供給配管
１０ 水槽
１２ セパレータカップ
１５ 原料溶液
１７ ノズル
２０ 非接触型ミスト供給配管
２１ 下流配管部
２２ テーパー状配管部
２３ 連結用配管部
２５，２５Ａ，２５Ｂ 漏洩防止ガス供給管
２８ ガス出力口
２８Ａ 部分ガス出力口
２８Ｂ 単一ガス出力口
３５ 原料タンク
５０ はかり
Ｇ２ ミスト漏洩防止用ガス
Ｇ３ 希釈ガス
Ｇ４ 輸送ガス
ＭＴ 原料溶液ミスト
ＳＰ１２ 配管重複空間
【要約】
本開示は、原料溶液ミストのミスト供給量を応答性良く、かつ正確に求め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（１０１）は、ミスト出力用配管（１ｔ）を含む霧化容器（１）と接触することなく、霧化容器（１）の上方に非接触型ミスト供給配管（２０）を有している。非接触型ミスト供給配管（２０）の連結用配管部（２３）とミスト出力用配管（１ｔ）の上部領域（Ａ１ｔ）との間に配管重複空間（ＳＰ１２）が設けられる。配管重複空間（ＳＰ１２）内にミスト出力用配管（１ｔ）及び非接触型ミスト供給配管（２０）それぞれと接触することなく漏洩防止ガス供給管（２５）が設けられる。漏洩防止ガス供給管（２５）は上部に設けられたガス出力口（２８）からミスト漏洩防止用ガス（Ｇ２）を出力する。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】