液相レーザーアブレーション方法及び装置
【課題】装置を構成する光学部品等に液体が付着せず、光学部品の汚損損傷が少なく、長期にわたってレーザーアブレーション操作を連続的に安定的して継続できる液相レーザーアブレーション装置及び方法を提供する。
【解決手段】被微細化成分を配置した液体を貯留する容器と、上記液体を介して上記被微細化成分に照射するレーザー光を発振するためのレーザー発振装置と、上記液体の液面に対するレーザー光の入射角度を変更自在に構成した反射ミラーと、上記レーザー発振装置から発振されたレーザー光を集光する集光レンズと、上記容器の上面を覆う蓋体と、上記蓋体又は上記容器の側面で上記液体の液面上方に設けられたレーザー光導入口とを備えたことを特徴とする液相レーザーアブレーション装置である。
【解決手段】被微細化成分を配置した液体を貯留する容器と、上記液体を介して上記被微細化成分に照射するレーザー光を発振するためのレーザー発振装置と、上記液体の液面に対するレーザー光の入射角度を変更自在に構成した反射ミラーと、上記レーザー発振装置から発振されたレーザー光を集光する集光レンズと、上記容器の上面を覆う蓋体と、上記蓋体又は上記容器の側面で上記液体の液面上方に設けられたレーザー光導入口とを備えたことを特徴とする液相レーザーアブレーション装置である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液相中でパルスレーザー光を用いて被微細化成分のアブレーションを行って粒径がナノメートルオーダーの微細な粒子を生成する液相レーザーアブレーション方法および装置に係り、特に装置を構成する光学部品等に液体が付着せず、光学部品の消耗損傷が少なく、長期にわたってレーザーアブレーション操作を連続的に安定的して継続できる液相レーザーアブレーション方法及び液相レーザーアブレーション装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種粉末の成形体にパルスレーザー光を照射して、微細化成分として放出された粒径がナノメートルオーダーの微細粒子を生成する方法は、従来は主として真空容器中などの減圧条件下の気相中で実施されてきた。
【０００３】
上記気相レーザーアブレーション方法に対して、
ａ）ナノ粒子の飛散が少なく、生成したナノ粒子を全て製品として利用できる点、
ｂ）高価な真空装置が不要であり、装置構成が簡素で設備費が安価である点、
ｃ）生成したナノ粒子の粒度分布がシャープであり、粒径のばらつきが少ない点、
ｄ）生成したナノ粒子が外気に接触しないために、不純物の混入が無く、高純度のナノ粒子が得られる点、
ｅ）生成したナノ粒子が気相中よりも凝集しにくく、ナノ粒子が液相中に均一に分散した状態で取り出すことができ、ナノ粒子の濃度の調整も容易である点、
等の理由で、液相中でアブレーション操作を行う液相レーザーアブレーション方法の研究が鋭意進められている。
【０００４】
図８は、特開２００４−９００８１号公報（特許文献１）に開示された従来の液相レーザーアブレーション装置の構成例を示している。レーザー発振装置２１から発振されたレーザー光Ｌは反射ミラー２２で液体２４方向に反射され、液体面に垂直に入射される。すなわち、上記特許文献１には、上記液相レーザーアブレーション装置において、容器（セル）１１中の液体２４に浸漬されて被微細化成分を含有するターゲット３２の表面に、集光レンズ２３により集束されたレーザー光Ｌを上方より照射して、ターゲット３２を構成する例えば金属や酸化物などのナノ粒子を生成する方法が開示されている。
【０００５】
また図７は、特開２００６−１２２８４５号公報（特許文献２）に開示された従来の他の液相レーザーブレーション装置の構成例を示している。すなわち、上記特許文献２には液相レーザーブレーション装置において、液体２４を満たしたガラス製の容器１１の側壁に貫通口１６を設け、この貫通口１６にレーザー光導入窓（窓体）１４が嵌め込まれている。容器１１内の液体２４中に浸漬されているターゲット３２の表面にレーザー光の焦点が形成されるように、レーザー発振装置２１から水平方向に発振されたレーザー光Ｌを集光レンズ２３により集束させた後に、レーザー光導入窓１４を経由して水平方向にレーザー光を照射して、ターゲット３２成分を原子、分子、イオン又はクラスター状の微細化粒子として生成する液相レーザーアブレーション装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−０９００８１号公報
【特許文献２】特開２００６−１２２８４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１に記載された従来の液相レーザーアブレーション装置においては、レーザー光が液面に入射した際に発生する衝撃力により、あたかも水面に石を投げ落とした場合に水が跳ね返ると同様の態様で、入射した場所の液面から「液体の跳ね返り現象」が生じる結果、入射点の上方及びその周囲に液滴が飛び散り、周辺設備を汚損する問題点があった。
【０００８】
この液滴の飛散量はレーザー光の出力によっても異なるが、液面から通常２０〜３０ｃｍもの範囲で跳ね返るのが一般的である。これらの跳ね返った液体が集光レンズや反射用ミラーなどの光学部品に付着すると、その付着部分においてレーザー光の吸収、散乱、反射などが起こるため、上記光学部品を破壊したり、また付着部分が部分的に削れて（剥離して）発生した光学部品の微細成分が液中に混入してコンタミネーションを起こす結果、製品としてのナノ粒子群に混入して製品の純度を低下させたりする等の危険性が高かった。
【０００９】
また、光学部品の汚損損傷によりレーザー光の照射条件が一定にならず不安定に変化することになり、ターゲットに対してレーザー光を長期間安定して照射することができず、装置の運転制御が煩雑になる等の問題点も生起していた。
【００１０】
一方、特許文献２に記載された従来の液相レーザーアブレーション装置においては、液面にレーザー光を照射させる方式ではないために、「液体の跳ね返り」という現象は生じないが、窓材（レーザー光導入窓）が、たとえレーザー光に対して透過性の高い石英ガラスやフッ化カルシウムなどの材質で形成されたレーザー光導入窓であっても、容器内の液体と接触している部分（界面）においては、前記特許文献１に記載された装置と同様に、レーザー光の吸収、散乱、反射などが起こる。そして、窓材に傷が生じて、その損傷部位においてレーザー光の透過率が低下し、効率的なアブレーション操作が実施できなくなるばかりか、削れて発生した窓材片がコンタミネーションとして製品に混入し、ナノ粒子の製品純度を低下させる問題点もあった。
【００１１】
さらに、窓材についた傷の部位に繰り返してレーザー光が照射されることにより、そこにクラックが生じ、最終的には窓材が破損されてしまうという危険性も高く、部品交換に多くの手間とコストを要する難点もあった。また、特許文献１の場合と同様に、レーザー光の照射条件が一定にならず、ターゲットに対してレーザー光を長期間安定して照射することができず、装置の運転制御が煩雑になる等の問題点も生起していた。
【００１２】
本発明は、上記従来技術が有する課題を解決するためになされたものであり、液体が跳ね返っても集光レンズや反射用ミラー、容器の窓材などの光学部品には付着せず、またこれらの光学部品に液体を接触させないことにより、連続的に安定してレーザーアブレーションを実施することが可能であり、微細化粒子を安定して生成することが可能な液相レーザーアブレーション方法および装置を提供することを目的とする。
【００１３】
また、被微細化成分を含有するターゲットにレーザー光を照射して微細化粒子を生成する場合は、レーザー光をターゲットに安定して照射することにより、連続的にレーザーアブレーションを行って、微細化粒子を効率的に生成する液相レーザーアブレーション方法および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】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明に係る液相レーザーブレーション装置は、被微細化成分を配置した液体を貯留する容器と、上記液体を介して上記被微細化成分に照射するレーザー光を発振するためのレーザー発振装置と、上記液体の液面に対するレーザー光の入射角度を変更自在に構成した反射ミラーと、上記レーザー発振装置から発振されたレーザー光を集光する集光レンズと、上記容器の上面を覆う蓋体と、上記蓋体又は上記容器の側面で上記液体の液面上方に設けられたレーザー光導入口とを備えたことを特徴とする。
【００１５】
また上記液相レーザーアブレーション装置において、前記被微細化成分は被微細化成分を含有するターゲット成形体として上記液体中に配置されていることが好ましい。
【００１６】
一方、上記液相レーザーアブレーション装置において、前記被微細化成分は被微細化成分の粒子が上記液体中に分散したスラリーとして配置されるように構成しても良い。
【００１７】
すなわち、本発明に係る液相レーザーアブレーション装置において、被微細化成分を液体中に配置する形態に応じて、下記の２通りの液相レーザーアブレーション法によって微細化粒子を生成する方法が採用できる。つまり、被微細化成分を含有するターゲットを用いて、このターゲットを液体中に浸漬しターゲットにレーザー光を照射して微細化粒子を生成する方法と、被微細化成分の比較的大きな粒子（粒径がサブμｍ〜数ｍｍ）が分散したスラリー（分散液）を用いて、このスラリー中の粒子にレーザー光を照射して微細化粒子を生成する方法が採用できる。
【００１８】
容器の上面が蓋体で覆われているので、レーザー光の照射によって跳ね返った液体またはスラリーが集光レンズや反射ミラーに付着することが無いので、長期間にわたってレーザーアブレーションを安定して継続することができ、ナノ粒子を効率的に生成できる。
【００１９】
さらに、上記液相レーザーアブレーション装置において、前記液体の液面に対するレーザー光の入射角度が０度を超え９０度未満であることが好ましい。このレーザー光の入射角度が０度を超え９０度未満であることは、補角で表示すると「９０度を超え１８０度未満」と同義である。
【００２０】
この場合、レーザー光の液体液面に対する入射角度が垂直以外の角度と成るために、入射した場所の液面からレーザー光導入方向と同じ方向への「液体の跳ね返り現象」が生じることが無く、入射点付近の周辺設備を汚損する恐れが全く無い。また、跳ね返った液体が集光レンズや反射用ミラーなどの光学部品に付着することが無いために、レーザー光の吸収、散乱、反射などが起こらず、しかも光学部品の剥離片による汚染が解消され製品の純度低下を効果的に防止することができる。
【００２１】
なお、上記液体の液面に対するレーザー光の入射角度は１０度以上８０度以下であることがより好ましく、２０度以上７０度以下であることがさらに好ましい。
【００２２】
また、光学部品の汚損損傷が少ないために、レーザー光の照射条件が一定になり、レーザー光を長期間安定して照射することができ、装置の運転制御が容易に成るという格別なる効果が得られる。
【００２３】
さらに上記液相レーザーアブレーション装置において、前記レーザー光導入口に、光透過性を有する窓体が嵌め込まれていることが好ましい。この場合、レーザー光の導入口又はそこから導出したレーザー光導入管の先端部に窓体を嵌め込んで容器を密閉にした場合であっても、レーザー光の照射によって跳ね返った液体又はスラリーがこの窓体に付着することがないので、レーザー光の照射条件が変わることが無く、連続的に安定した状態でレーザーアブレーションを継続することが可能になり、微細化粒子を効率的に生成することができる。
【００２４】
また、上記窓体を設置することにより、液体および生成したナノ粒子が外気に接触しないために、製品に混入する不純物量を大幅に低減できる。
【００２５】
また、上記液相レーザーアブレーション装置において、前記レーザー光の導入口に、液面に対するレーザー光の入射角度と同じ取付け角度でレーザー光導入管を配置することが好ましい。このようにレーザー光導入管を配置することにより、レーザー光の入射角度と同じ角度でレーザー光の導入経路が形成できる。
【００２６】
しかも、レーザー光導入管がレーザー光の入射角度と同じ取付け角度で設けられているために、レーザー光導入管を通ってレーザー光が照射された場合においても、前記のような「液体の跳ね返り」による付着がレーザー光導入管には生じない。
【００２７】
さらに上記液相レーザーアブレーション装置において、前記レーザー光導入管の先端部に、光透過性を有する窓体が嵌め込まれていることが好ましい。この窓体を設置することにより、液体および生成したナノ粒子が外気に接触しないために、製品に混入する不純物量を低減できる。
【００２８】
また本発明に係る液相レーザーアブレーション方法は、被微細化成分を配置した液体にレーザー光を照射して被微細化成分をアブレーションして微細化粒子を生成する液相レーザーアブレーション方法において、上記液体の液面に対するレーザー光の入射角度を、０度を超え９０度未満の範囲に設定することを特徴とする。
【００２９】
さらに上記液相レーザーアブレーション方法において、前記装置構成と同様に、前記被微細化成分は被微細化成分を含有するターゲット成形体として上記液体中に配置したり、または前記被微細化成分は被微細化成分の粒子を上記液体中に分散したスラリーとして配置したりすることが可能である。
【発明の効果】
【００３０】
上記液相レーザーアブレーション装置および方法によれば、液体中に配置された被微細化成分を含有するターゲット又は被微細化成分の粒子が分散したスラリーにレーザー光を照射するに際して、液面に対して垂直以外の角度から照射することが可能であり、また蓋体によって容器の上面も覆うことにより、レーザー光の照射によって跳ね返った液体又はスラリーが集光レンズや反射用ミラー等の光学部品に付着することがない。したがって、レーザー光の吸収、散乱、反射などが起こらず、しかも光学部品の剥離による汚染が解消され製品の純度低下を効果的に防止することができる。
【００３１】
また、レーザー光の照射によって跳ね返った液体又はスラリーの光学系への付着がないので、レーザー光の照射条件が変動することが無く、連続的に安定した状態でレーザーアブレーションを継続することが可能になり、微細化粒子を効率的に生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係る液相レーザーアブレーション装置の一実施形態の全体構成を示す断面図。
【図２】本発明に係る液相レーザーアブレーション装置の他の実施形態の要部構成を示す断面図。
【図３】本発明に係る液相レーザーアブレーション装置の他の実施形態の要部構成を示す断面図。
【図４】本発明に係る液相レーザーアブレーション装置の他の実施形態の要部構成を示す断面図。
【図５】本発明に係る液相レーザーアブレーション装置の他の実施形態の要部構成を示す断面図。
【図６】本発明に係る液相レーザーアブレーション装置の他の実施形態の要部構成を示す断面図。
【図７】従来の液相レーザーアブレーション装置の全体構成を示す断面図。
【図８】従来の他の液相レーザーアブレーション装置の全体構成を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
図１は、本発明の液相レーザーアブレーション装置の一実施形態の全体構成を示す断面図である。本実施形態は、被微細化成分を含有するターゲット成形体を液体中に配置した例を示している。
【００３４】
すなわち、本実施形態に係る液相レーザーアブレーション装置は、被微細化成分を配置した液体３１を貯留する容器１１と、上記液体３１を介して上記被微細化成分に照射するレーザー光Ｌを発振するためのレーザー発振装置２１と、上記液体３１の液面に対するレーザー光Ｌの入射角度θを変更自在に構成した反射ミラー２２と、上記レーザー発振装置２１から発振されたレーザー光Ｌを集光する集光レンズ２３と、上記容器１１の上面を覆う蓋体１２と、上記蓋体１２に設けられたレーザー光導入口１３とを備えて構成される。
【００３５】
また、上記被微細化成分は、被微細化成分を含有するターゲット成形体３２として上記液体３１中に浸漬配置されている。
【００３６】
容器１１は上面が開口された、断面が略矩形の容器である。容器１１の開口部には平板状の蓋体１２が装着される。容器１１の上端面と蓋体１２の周縁部との間には、リング状パッキン（図示省略）が介装されており、両者を密着できる構造になっている。
【００３７】
蓋体１２の一部は開口されレーザー光導入口１３を構成している。図１では蓋体１２にレーザー光導入口１３を開口したが、容器１１の側面で液体の液面上方に開口しても良い。
【００３８】
レーザー光Ｌを発振するレーザー発振装置２１と、レーザー光Ｌの反射ミラー２２と、レーザー光Ｌを集光する集光レンズ２３とで光学系が構成されている。レーザー光の波長としては、特に制限されないが、例えばパルスレーザー光を発振するＮｄ：ＹＡＧレーザーの基本波（波長：１０６４ｎｍ）、２倍波（５３２ｎｍ）、３倍波（３５５ｎｍ）、４倍波（２６６ｎｍ）が好適に使用される。他の照射条件の一例としては、出力：１００ｍＪ／パルス、パルス回数：１０パルス／ｓｅｃも好適である。
【００３９】
容器１１内には液体３１が貯留され、液体３１中にはターゲット３２が浸漬されている。容器１１及び蓋体１２の材質等は特に制限されず、ポリプロピレン等の合成樹脂製で構成できるし、ガラス製でも良い。
【００４０】
液体３１は透明性（透光性）が高いものが好ましいが、特に限定されない。例えば、エタノール、メタノール、イソプロパノール、トルエン、キシレン、アセトン、水等を使用することができる。
【００４１】
集光レンズ３１によって集束されたレーザー光Ｌは、ほぼその焦点位置で液体３１中のターゲット３２の表面に照射されるように構成している。
【００４２】
なお、図１に示す液相レーザーアブレーション装置では、ターゲット３２を容器１１の底面に水平に配置しているが、照射されたレーザー光Ｌがターゲット３２の平面に対して略垂直に照射されるように、ターゲット３２を傾斜させて配置しても良い。
【００４３】
また、レーザー光Ｌがターゲット３２表面の同じ位置に繰り返して照射され、ターゲット３２のその位置のみがアブレーションされないために、公知の方法や機構により、容器１１そのものを左右・前後に平行移動させたり、公知の各種駆動装置によってターゲット３２のみを左右・前後に平行移動又は偏心回転させたりすることにより、ターゲット全体にレーザー光Ｌが均一に照射されるように構成することが、より好ましい。
【００４４】
上記実施形態に係る液相レーザーアブレーション装置において、レーザー発振装置２１から発振されたレーザー光Ｌは、反射面が回動自在な反射ミラー２２によって所定角度の方向に反射される。反射されたレーザー光Ｌの、液体３１の液面に対する入射角度θは０度を超え９０度未満、好ましくは、１０度以上８０度以下に設定される。反射されたレーザー光Ｌは、さらに集光レンズ２３によって集光されてレーザー光導入口１３を経て、液体３１の底部に配置されたターゲット３２に照射される。このとき、ターゲット３２に含有される被微細化成分はレーザー光によってアブレーションされて微細粒径のナノ粒子が生成される。
【００４５】
上記実施形態に係る液相レーザーアブレーション装置によれば、レーザー光の液体液面に対する入射角度θが０度を超え９０度未満であり、垂直以外の角度と成るために、入射した場所の液面からレーザー光導入方向と同じ方向への液体の跳ね返り現象が生じることが無く、入射点付近の周辺部品を汚損する恐れが少ない。また、跳ね返った液体３１が集光レンズ２３や反射用ミラー２２などの光学部品に付着することが無いために、レーザー光Ｌの吸収、散乱、反射などが起こらず、しかも光学部品からの剥離片による汚染が解消され、製品の純度低下を効果的に防止することができる。
【００４６】
また、光学部品の汚損損傷が少ないために、レーザー光の照射条件が一定になり、レーザー光を長期間安定して照射することができ、装置の運転制御が容易に成るという効果が得られる。
【００４７】
図２は、本発明に係る液相レーザーアブレーション装置の他の実施形態を示す要部断面図である。この液相レーザーアブレーション装置は、レーザー光導入口１３に透光性を有する窓体１４を嵌め込んだ点を除き、図１に示した実施形態と同様な構成である。
【００４８】
上記窓体１４としては、レーザー光Ｌの反射による損失を防止するために、反射防止コーティングが施された透明性（透光性）が高い円板状の石英ガラスで構成されている。
【００４９】
レーザー光導入口１３に上記窓体１４を嵌め込んで設置することにより、蓋体１２の作用と共に、容器１１内をほぼ密閉状態にすることが可能であり、液体３１および生成したナノ粒子が外気に接触しないために、製品に混入する不純物量を低減できる。
【００５０】
なお、容器１１を密閉系にするか、それとも開放系にするかは、使用する液体３１、ターゲット３２を構成する被微細化成分の物性等により、適宜選択される。また、密閉系にする場合は、公知の方法で容器１１内及びその中に保持されている液体３１内の空気を、不活性ガスや窒素ガスと置換して容器内部を外気と遮断し実質的に密閉系にすることもできる。
【００５１】
図３は本発明に係る液相レーザーアブレーション装置の他の実施形態を示す要部断面図である。この液相レーザーアブレーション装置は、レーザー光導入口１３から、液面に対するレーザー光Ｌの入射角度θと同じ取付け角度で筒状のレーザー光導入管１５を導出した点を除き、図１に示した実施形態と同様な構成である。
【００５２】
このようにレーザー光導入管１５を配置することにより、レーザー光の入射角度と同じ角度でレーザー光の導入経路が形成できる。しかも、レーザー光導入管がレーザー光の入射角度θと同じ取付け角度で設けられているために、レーザー光導入管１５を通ってレーザー光Ｌが照射された場合においても、前記のような「液体の跳ね返り」による付着がレーザー光導入管１５の内部には生じない。
【００５３】
図４は、本発明の液相レーザーアブレーション装置の他の実施形態を示す要部断面図である。この液相レーザーアブレーション装置は、レーザー光導入管１５の他端（先端側）に、光透過性を有する窓体１４を嵌め込んだ点以外は、図３に示した実施形態と同様な構成である。なお、上記レーザー光導入管１５の材質は、前記容器１１の材質と同様である。
【００５４】
この窓体１４を嵌め込み設置することにより、液体および生成したナノ粒子が外気に接触しないために、製品に混入する不純物量を低減できる。また、飛び散った液体やスラリーが窓体１４に付着することが無いのでレーザー光の照射条件を一定に保持できる。
【００５５】
図５は本発明に係る液相レーザーアブレーション装置の他の実施形態を示す要部断面図である。この液相レーザーアブレーション装置は、容器１１の側面で上記液体３１の液面上方にレーザー光導入口１３を設け、このレーザー光導入口１３からレーザー光導入管１５を導出した点以外は、図３に示した実施形態と同様な構成である。また、レーザー光Ｌの入射角度θと同じ取付け角度で筒状のレーザー光導入管１５が導出されている。
【００５６】
この実施形態では、容器１１の側面で液体３１の液面上方にレーザー光導入口１３を設け、この導入口１３に筒状のレーザー光導入管１５の一端を接続して斜め上方に導出しているために、レーザー光導入管１５が液体３１とは接触せず、図７に示すような液体２４に浸かった窓体１４のようにレーザー光のよる損傷は発生しない。
【００５７】
図６は本発明に係る液相レーザーアブレーション装置の他の実施形態を示す要部断面図である。この液相レーザーアブレーション装置は、レーザー光導入管１５の他端（上端部）に透光性を有する窓体１４を嵌め込み設置した点以外は、図５に示した実施形態と同様な構成である。
【００５８】
この窓体１４を嵌め込み設置することにより、液体３１および生成したナノ粒子が外気に接触しないために、製品に混入する不純物量を低減できる。また、飛び散った液体３１やスラリーが窓体１４に付着することが無いのでレーザー光の照射条件を一定に保持できる。
【００５９】
次に、図示はしないが、前記ターゲット３２に代えて被微細化成分の粒子が分散したスラリーを使用した実施形態を以下に説明する。この液相レーザーアブレーション装置は、例えば、被微細化成分の粒子が分散したスラリーを保持する容器と、該スラリー中の粒子にレーザー光を照射するためのレーザー発振装置と、このレーザー発振装置から発振されたレーザー光を集光する集光レンズと、上記スラリーの液面に対するレーザー光の入射角度を変更自在に構成した反射ミラーと、上記容器の上面を覆う蓋体と、該蓋体又は上記容器の側面にレーザー光の導入口とを備えて構成される。また、スラリーの液面に対するレーザー光の入射角度は、ターゲットを使用する場合と同様に、０度を超え９０度未満、好ましくは１０度以上８０度以下に設定される。
【００６０】
また、上記の液相レーザーアブレーション装置を使用して被微細化成分の粒子が分散したスラリーにレーザー光を照射する場合は、スラリー中の粒子に均一にレーザー光が照射されるように、回転軸に取り付けられた各種形状の攪拌子を容器内のスラリー中に挿入して、スラリーを攪拌しておくことが有効である。またテフロン（登録商標）等で表面コーティングした攪拌子（棒状磁石）を容器内に封入し、容器１１の外部から回転する磁界で攪拌子に回転動力を伝達するマグネティックスターラーでスラリーを攪拌することも有効である。
【００６１】
このように被微細化成分の粒子が分散したスラリーを使用した本実施形態においても、ターゲットを使用した前記実施形態と同様に、レーザー光のスラリー液面に対する入射角度が０度を超え９０度未満であり、垂直以外の角度と成るために、入射した場所の液面からレーザー光導入方向と同じ方向への液体の跳ね返り現象が生じることが無く、周辺設備を汚損する恐れが少ない。また、跳ね返った液体が光学部品に付着することが無いために、レーザー光の吸収、散乱、反射などが起こらず、しかも光学部品の剥離による汚染が解消され製品の純度低下を効果的に防止することができる。また、光学部品の汚損損傷が少ないために、レーザー光の照射条件が一定になり、レーザー光を長期間安定して照射することができ、装置の運転制御が容易に成るという効果が得られる。
【００６２】
次に具体的な実施例及び比較例に係る液相レーザーアブレーション装置を使用して以下の比較実験を行った。実施例と比較例とにおいて共通して使用される部品の仕様および条件は以下の通りである。
（１）容器としては、内のり寸法が縦５０ｍｍ×横７５ｍｍ×深さ５２ｍｍの寸法を有する内容積が２００ｃｍ３である箱状のガラス容器であり、充填される液体の有効内容積が１６０ｃｍ３である容器を使用した。
（２）容器に充填する液体は純水とした。
（３）ターゲットとしては金（Ａｕ）を使用した。
（４）レーザー発振装置としては、波長が２６６ｎｍである紫外線領域のレーザー光を発振し、出力が１００ｍＪ／パルスであり、パルス回数が１０パルス／ｓｅｃであるＮｄ：ＹＡＧレーザー発振装置を使用した。
【００６３】
まず比較例として図８に示す従来の液相レーザーアブレーション装置を使用してアブレーション操作を実施した。ここでレーザー光Ｌは液体２４の液面に対して垂直に入射するように固定した。
【００６４】
一方、図８に示す液相レーザーアブレーション装置の光学系を改造して図１に示すような実施例に係る液相レーザーアブレーション装置を作製した。すなわち、反射ミラー２２を回動させることにより、容器１１に充填した液体（純水）３１の液面に対するレーザー光Ｌの入射角度θが３０度〜６０度の範囲内でそれぞれ変化させて固定した。
【００６５】
そして、上記実施例および比較例に係る液相レーザーアブレーション装置を同一条件で運転したときに、レーザー光の照射によって跳ね返った液体又はスラリーが集光レンズ等の光学系に付着したために、レーザー光の照射条件が５％以上変化するまでの時間および１回の連続運転によって製造できるナノ粒子量を比較した。
【００６６】
その結果、実施例装置においてはレーザー光の照射によって跳ね返った液体又はスラリーが集光レンズ等の光学部品に付着することがなかった。そのために、比較例装置を使用した場合ではレーザー光の照射条件が５％以上変化するまでの時間は５分程度であったのに対し、実施例装置の場合では５時間以上照射を続けても、レーザー光の照射条件に５％以上の変化は生じなかった。また、１回の連続運転によって製造できるナノ粒子重量は、比較例装置と比較して、５〜７倍に増加させることができ、ナノ粒子の製造効率を大幅に改善できることが判明した。
【００６７】
以上説明した通り、何れの実施形態においても、液体またはスラリーに照射されたレーザー光によって跳ね返った液体またはスラリーが集光レンズや反射用ミラー、窓体などの光学部品に付着しないようにレーザ光の入射角度を調整することが本発明の基本的な構成である。すなわち、少なくともレーザー光は液面に対して垂直以外の角度から照射することが必須の要件である。なお、実施形態によっても異なるが、レーザー光の液面に対する入射角度をθとすると、θは次の関係式：０°＜θ＜９０°又は９０°＜θ＜１８０°の中から任意に選択することができる。またレーザーブレーション操作中にレーザー光の液面に対する入射角度を適宜変更しても良い。
【符号の説明】
【００６８】
１１…容器(セル)、１２…上蓋、１３…レーザー光導入口、１４…窓体（レーザー光導入窓）、１５…レーザー光導入管、１６…貫通口、２１…レーザー発振装置、２２…反射ミラー、２３…集光レンズ、２４…液体、３１…液体（又は粒子が分散したスラリー）、３２…ターゲット、Ｌ…レーザー光。
【技術分野】
【０００１】
本発明は液相中でパルスレーザー光を用いて被微細化成分のアブレーションを行って粒径がナノメートルオーダーの微細な粒子を生成する液相レーザーアブレーション方法および装置に係り、特に装置を構成する光学部品等に液体が付着せず、光学部品の消耗損傷が少なく、長期にわたってレーザーアブレーション操作を連続的に安定的して継続できる液相レーザーアブレーション方法及び液相レーザーアブレーション装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種粉末の成形体にパルスレーザー光を照射して、微細化成分として放出された粒径がナノメートルオーダーの微細粒子を生成する方法は、従来は主として真空容器中などの減圧条件下の気相中で実施されてきた。
【０００３】
上記気相レーザーアブレーション方法に対して、
ａ）ナノ粒子の飛散が少なく、生成したナノ粒子を全て製品として利用できる点、
ｂ）高価な真空装置が不要であり、装置構成が簡素で設備費が安価である点、
ｃ）生成したナノ粒子の粒度分布がシャープであり、粒径のばらつきが少ない点、
ｄ）生成したナノ粒子が外気に接触しないために、不純物の混入が無く、高純度のナノ粒子が得られる点、
ｅ）生成したナノ粒子が気相中よりも凝集しにくく、ナノ粒子が液相中に均一に分散した状態で取り出すことができ、ナノ粒子の濃度の調整も容易である点、
等の理由で、液相中でアブレーション操作を行う液相レーザーアブレーション方法の研究が鋭意進められている。
【０００４】
図８は、特開２００４−９００８１号公報（特許文献１）に開示された従来の液相レーザーアブレーション装置の構成例を示している。レーザー発振装置２１から発振されたレーザー光Ｌは反射ミラー２２で液体２４方向に反射され、液体面に垂直に入射される。すなわち、上記特許文献１には、上記液相レーザーアブレーション装置において、容器（セル）１１中の液体２４に浸漬されて被微細化成分を含有するターゲット３２の表面に、集光レンズ２３により集束されたレーザー光Ｌを上方より照射して、ターゲット３２を構成する例えば金属や酸化物などのナノ粒子を生成する方法が開示されている。
【０００５】
また図７は、特開２００６−１２２８４５号公報（特許文献２）に開示された従来の他の液相レーザーブレーション装置の構成例を示している。すなわち、上記特許文献２には液相レーザーブレーション装置において、液体２４を満たしたガラス製の容器１１の側壁に貫通口１６を設け、この貫通口１６にレーザー光導入窓（窓体）１４が嵌め込まれている。容器１１内の液体２４中に浸漬されているターゲット３２の表面にレーザー光の焦点が形成されるように、レーザー発振装置２１から水平方向に発振されたレーザー光Ｌを集光レンズ２３により集束させた後に、レーザー光導入窓１４を経由して水平方向にレーザー光を照射して、ターゲット３２成分を原子、分子、イオン又はクラスター状の微細化粒子として生成する液相レーザーアブレーション装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−０９００８１号公報
【特許文献２】特開２００６−１２２８４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１に記載された従来の液相レーザーアブレーション装置においては、レーザー光が液面に入射した際に発生する衝撃力により、あたかも水面に石を投げ落とした場合に水が跳ね返ると同様の態様で、入射した場所の液面から「液体の跳ね返り現象」が生じる結果、入射点の上方及びその周囲に液滴が飛び散り、周辺設備を汚損する問題点があった。
【０００８】
この液滴の飛散量はレーザー光の出力によっても異なるが、液面から通常２０〜３０ｃｍもの範囲で跳ね返るのが一般的である。これらの跳ね返った液体が集光レンズや反射用ミラーなどの光学部品に付着すると、その付着部分においてレーザー光の吸収、散乱、反射などが起こるため、上記光学部品を破壊したり、また付着部分が部分的に削れて（剥離して）発生した光学部品の微細成分が液中に混入してコンタミネーションを起こす結果、製品としてのナノ粒子群に混入して製品の純度を低下させたりする等の危険性が高かった。
【０００９】
また、光学部品の汚損損傷によりレーザー光の照射条件が一定にならず不安定に変化することになり、ターゲットに対してレーザー光を長期間安定して照射することができず、装置の運転制御が煩雑になる等の問題点も生起していた。
【００１０】
一方、特許文献２に記載された従来の液相レーザーアブレーション装置においては、液面にレーザー光を照射させる方式ではないために、「液体の跳ね返り」という現象は生じないが、窓材（レーザー光導入窓）が、たとえレーザー光に対して透過性の高い石英ガラスやフッ化カルシウムなどの材質で形成されたレーザー光導入窓であっても、容器内の液体と接触している部分（界面）においては、前記特許文献１に記載された装置と同様に、レーザー光の吸収、散乱、反射などが起こる。そして、窓材に傷が生じて、その損傷部位においてレーザー光の透過率が低下し、効率的なアブレーション操作が実施できなくなるばかりか、削れて発生した窓材片がコンタミネーションとして製品に混入し、ナノ粒子の製品純度を低下させる問題点もあった。
【００１１】
さらに、窓材についた傷の部位に繰り返してレーザー光が照射されることにより、そこにクラックが生じ、最終的には窓材が破損されてしまうという危険性も高く、部品交換に多くの手間とコストを要する難点もあった。また、特許文献１の場合と同様に、レーザー光の照射条件が一定にならず、ターゲットに対してレーザー光を長期間安定して照射することができず、装置の運転制御が煩雑になる等の問題点も生起していた。
【００１２】
本発明は、上記従来技術が有する課題を解決するためになされたものであり、液体が跳ね返っても集光レンズや反射用ミラー、容器の窓材などの光学部品には付着せず、またこれらの光学部品に液体を接触させないことにより、連続的に安定してレーザーアブレーションを実施することが可能であり、微細化粒子を安定して生成することが可能な液相レーザーアブレーション方法および装置を提供することを目的とする。
【００１３】
また、被微細化成分を含有するターゲットにレーザー光を照射して微細化粒子を生成する場合は、レーザー光をターゲットに安定して照射することにより、連続的にレーザーアブレーションを行って、微細化粒子を効率的に生成する液相レーザーアブレーション方法および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】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明に係る液相レーザーブレーション装置は、被微細化成分を配置した液体を貯留する容器と、上記液体を介して上記被微細化成分に照射するレーザー光を発振するためのレーザー発振装置と、上記液体の液面に対するレーザー光の入射角度を変更自在に構成した反射ミラーと、上記レーザー発振装置から発振されたレーザー光を集光する集光レンズと、上記容器の上面を覆う蓋体と、上記蓋体又は上記容器の側面で上記液体の液面上方に設けられたレーザー光導入口とを備えたことを特徴とする。
【００１５】
また上記液相レーザーアブレーション装置において、前記被微細化成分は被微細化成分を含有するターゲット成形体として上記液体中に配置されていることが好ましい。
【００１６】
一方、上記液相レーザーアブレーション装置において、前記被微細化成分は被微細化成分の粒子が上記液体中に分散したスラリーとして配置されるように構成しても良い。
【００１７】
すなわち、本発明に係る液相レーザーアブレーション装置において、被微細化成分を液体中に配置する形態に応じて、下記の２通りの液相レーザーアブレーション法によって微細化粒子を生成する方法が採用できる。つまり、被微細化成分を含有するターゲットを用いて、このターゲットを液体中に浸漬しターゲットにレーザー光を照射して微細化粒子を生成する方法と、被微細化成分の比較的大きな粒子（粒径がサブμｍ〜数ｍｍ）が分散したスラリー（分散液）を用いて、このスラリー中の粒子にレーザー光を照射して微細化粒子を生成する方法が採用できる。
【００１８】
容器の上面が蓋体で覆われているので、レーザー光の照射によって跳ね返った液体またはスラリーが集光レンズや反射ミラーに付着することが無いので、長期間にわたってレーザーアブレーションを安定して継続することができ、ナノ粒子を効率的に生成できる。
【００１９】
さらに、上記液相レーザーアブレーション装置において、前記液体の液面に対するレーザー光の入射角度が０度を超え９０度未満であることが好ましい。このレーザー光の入射角度が０度を超え９０度未満であることは、補角で表示すると「９０度を超え１８０度未満」と同義である。
【００２０】
この場合、レーザー光の液体液面に対する入射角度が垂直以外の角度と成るために、入射した場所の液面からレーザー光導入方向と同じ方向への「液体の跳ね返り現象」が生じることが無く、入射点付近の周辺設備を汚損する恐れが全く無い。また、跳ね返った液体が集光レンズや反射用ミラーなどの光学部品に付着することが無いために、レーザー光の吸収、散乱、反射などが起こらず、しかも光学部品の剥離片による汚染が解消され製品の純度低下を効果的に防止することができる。
【００２１】
なお、上記液体の液面に対するレーザー光の入射角度は１０度以上８０度以下であることがより好ましく、２０度以上７０度以下であることがさらに好ましい。
【００２２】
また、光学部品の汚損損傷が少ないために、レーザー光の照射条件が一定になり、レーザー光を長期間安定して照射することができ、装置の運転制御が容易に成るという格別なる効果が得られる。
【００２３】
さらに上記液相レーザーアブレーション装置において、前記レーザー光導入口に、光透過性を有する窓体が嵌め込まれていることが好ましい。この場合、レーザー光の導入口又はそこから導出したレーザー光導入管の先端部に窓体を嵌め込んで容器を密閉にした場合であっても、レーザー光の照射によって跳ね返った液体又はスラリーがこの窓体に付着することがないので、レーザー光の照射条件が変わることが無く、連続的に安定した状態でレーザーアブレーションを継続することが可能になり、微細化粒子を効率的に生成することができる。
【００２４】
また、上記窓体を設置することにより、液体および生成したナノ粒子が外気に接触しないために、製品に混入する不純物量を大幅に低減できる。
【００２５】
また、上記液相レーザーアブレーション装置において、前記レーザー光の導入口に、液面に対するレーザー光の入射角度と同じ取付け角度でレーザー光導入管を配置することが好ましい。このようにレーザー光導入管を配置することにより、レーザー光の入射角度と同じ角度でレーザー光の導入経路が形成できる。
【００２６】
しかも、レーザー光導入管がレーザー光の入射角度と同じ取付け角度で設けられているために、レーザー光導入管を通ってレーザー光が照射された場合においても、前記のような「液体の跳ね返り」による付着がレーザー光導入管には生じない。
【００２７】
さらに上記液相レーザーアブレーション装置において、前記レーザー光導入管の先端部に、光透過性を有する窓体が嵌め込まれていることが好ましい。この窓体を設置することにより、液体および生成したナノ粒子が外気に接触しないために、製品に混入する不純物量を低減できる。
【００２８】
また本発明に係る液相レーザーアブレーション方法は、被微細化成分を配置した液体にレーザー光を照射して被微細化成分をアブレーションして微細化粒子を生成する液相レーザーアブレーション方法において、上記液体の液面に対するレーザー光の入射角度を、０度を超え９０度未満の範囲に設定することを特徴とする。
【００２９】
さらに上記液相レーザーアブレーション方法において、前記装置構成と同様に、前記被微細化成分は被微細化成分を含有するターゲット成形体として上記液体中に配置したり、または前記被微細化成分は被微細化成分の粒子を上記液体中に分散したスラリーとして配置したりすることが可能である。
【発明の効果】
【００３０】
上記液相レーザーアブレーション装置および方法によれば、液体中に配置された被微細化成分を含有するターゲット又は被微細化成分の粒子が分散したスラリーにレーザー光を照射するに際して、液面に対して垂直以外の角度から照射することが可能であり、また蓋体によって容器の上面も覆うことにより、レーザー光の照射によって跳ね返った液体又はスラリーが集光レンズや反射用ミラー等の光学部品に付着することがない。したがって、レーザー光の吸収、散乱、反射などが起こらず、しかも光学部品の剥離による汚染が解消され製品の純度低下を効果的に防止することができる。
【００３１】
また、レーザー光の照射によって跳ね返った液体又はスラリーの光学系への付着がないので、レーザー光の照射条件が変動することが無く、連続的に安定した状態でレーザーアブレーションを継続することが可能になり、微細化粒子を効率的に生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係る液相レーザーアブレーション装置の一実施形態の全体構成を示す断面図。
【図２】本発明に係る液相レーザーアブレーション装置の他の実施形態の要部構成を示す断面図。
【図３】本発明に係る液相レーザーアブレーション装置の他の実施形態の要部構成を示す断面図。
【図４】本発明に係る液相レーザーアブレーション装置の他の実施形態の要部構成を示す断面図。
【図５】本発明に係る液相レーザーアブレーション装置の他の実施形態の要部構成を示す断面図。
【図６】本発明に係る液相レーザーアブレーション装置の他の実施形態の要部構成を示す断面図。
【図７】従来の液相レーザーアブレーション装置の全体構成を示す断面図。
【図８】従来の他の液相レーザーアブレーション装置の全体構成を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
図１は、本発明の液相レーザーアブレーション装置の一実施形態の全体構成を示す断面図である。本実施形態は、被微細化成分を含有するターゲット成形体を液体中に配置した例を示している。
【００３４】
すなわち、本実施形態に係る液相レーザーアブレーション装置は、被微細化成分を配置した液体３１を貯留する容器１１と、上記液体３１を介して上記被微細化成分に照射するレーザー光Ｌを発振するためのレーザー発振装置２１と、上記液体３１の液面に対するレーザー光Ｌの入射角度θを変更自在に構成した反射ミラー２２と、上記レーザー発振装置２１から発振されたレーザー光Ｌを集光する集光レンズ２３と、上記容器１１の上面を覆う蓋体１２と、上記蓋体１２に設けられたレーザー光導入口１３とを備えて構成される。
【００３５】
また、上記被微細化成分は、被微細化成分を含有するターゲット成形体３２として上記液体３１中に浸漬配置されている。
【００３６】
容器１１は上面が開口された、断面が略矩形の容器である。容器１１の開口部には平板状の蓋体１２が装着される。容器１１の上端面と蓋体１２の周縁部との間には、リング状パッキン（図示省略）が介装されており、両者を密着できる構造になっている。
【００３７】
蓋体１２の一部は開口されレーザー光導入口１３を構成している。図１では蓋体１２にレーザー光導入口１３を開口したが、容器１１の側面で液体の液面上方に開口しても良い。
【００３８】
レーザー光Ｌを発振するレーザー発振装置２１と、レーザー光Ｌの反射ミラー２２と、レーザー光Ｌを集光する集光レンズ２３とで光学系が構成されている。レーザー光の波長としては、特に制限されないが、例えばパルスレーザー光を発振するＮｄ：ＹＡＧレーザーの基本波（波長：１０６４ｎｍ）、２倍波（５３２ｎｍ）、３倍波（３５５ｎｍ）、４倍波（２６６ｎｍ）が好適に使用される。他の照射条件の一例としては、出力：１００ｍＪ／パルス、パルス回数：１０パルス／ｓｅｃも好適である。
【００３９】
容器１１内には液体３１が貯留され、液体３１中にはターゲット３２が浸漬されている。容器１１及び蓋体１２の材質等は特に制限されず、ポリプロピレン等の合成樹脂製で構成できるし、ガラス製でも良い。
【００４０】
液体３１は透明性（透光性）が高いものが好ましいが、特に限定されない。例えば、エタノール、メタノール、イソプロパノール、トルエン、キシレン、アセトン、水等を使用することができる。
【００４１】
集光レンズ３１によって集束されたレーザー光Ｌは、ほぼその焦点位置で液体３１中のターゲット３２の表面に照射されるように構成している。
【００４２】
なお、図１に示す液相レーザーアブレーション装置では、ターゲット３２を容器１１の底面に水平に配置しているが、照射されたレーザー光Ｌがターゲット３２の平面に対して略垂直に照射されるように、ターゲット３２を傾斜させて配置しても良い。
【００４３】
また、レーザー光Ｌがターゲット３２表面の同じ位置に繰り返して照射され、ターゲット３２のその位置のみがアブレーションされないために、公知の方法や機構により、容器１１そのものを左右・前後に平行移動させたり、公知の各種駆動装置によってターゲット３２のみを左右・前後に平行移動又は偏心回転させたりすることにより、ターゲット全体にレーザー光Ｌが均一に照射されるように構成することが、より好ましい。
【００４４】
上記実施形態に係る液相レーザーアブレーション装置において、レーザー発振装置２１から発振されたレーザー光Ｌは、反射面が回動自在な反射ミラー２２によって所定角度の方向に反射される。反射されたレーザー光Ｌの、液体３１の液面に対する入射角度θは０度を超え９０度未満、好ましくは、１０度以上８０度以下に設定される。反射されたレーザー光Ｌは、さらに集光レンズ２３によって集光されてレーザー光導入口１３を経て、液体３１の底部に配置されたターゲット３２に照射される。このとき、ターゲット３２に含有される被微細化成分はレーザー光によってアブレーションされて微細粒径のナノ粒子が生成される。
【００４５】
上記実施形態に係る液相レーザーアブレーション装置によれば、レーザー光の液体液面に対する入射角度θが０度を超え９０度未満であり、垂直以外の角度と成るために、入射した場所の液面からレーザー光導入方向と同じ方向への液体の跳ね返り現象が生じることが無く、入射点付近の周辺部品を汚損する恐れが少ない。また、跳ね返った液体３１が集光レンズ２３や反射用ミラー２２などの光学部品に付着することが無いために、レーザー光Ｌの吸収、散乱、反射などが起こらず、しかも光学部品からの剥離片による汚染が解消され、製品の純度低下を効果的に防止することができる。
【００４６】
また、光学部品の汚損損傷が少ないために、レーザー光の照射条件が一定になり、レーザー光を長期間安定して照射することができ、装置の運転制御が容易に成るという効果が得られる。
【００４７】
図２は、本発明に係る液相レーザーアブレーション装置の他の実施形態を示す要部断面図である。この液相レーザーアブレーション装置は、レーザー光導入口１３に透光性を有する窓体１４を嵌め込んだ点を除き、図１に示した実施形態と同様な構成である。
【００４８】
上記窓体１４としては、レーザー光Ｌの反射による損失を防止するために、反射防止コーティングが施された透明性（透光性）が高い円板状の石英ガラスで構成されている。
【００４９】
レーザー光導入口１３に上記窓体１４を嵌め込んで設置することにより、蓋体１２の作用と共に、容器１１内をほぼ密閉状態にすることが可能であり、液体３１および生成したナノ粒子が外気に接触しないために、製品に混入する不純物量を低減できる。
【００５０】
なお、容器１１を密閉系にするか、それとも開放系にするかは、使用する液体３１、ターゲット３２を構成する被微細化成分の物性等により、適宜選択される。また、密閉系にする場合は、公知の方法で容器１１内及びその中に保持されている液体３１内の空気を、不活性ガスや窒素ガスと置換して容器内部を外気と遮断し実質的に密閉系にすることもできる。
【００５１】
図３は本発明に係る液相レーザーアブレーション装置の他の実施形態を示す要部断面図である。この液相レーザーアブレーション装置は、レーザー光導入口１３から、液面に対するレーザー光Ｌの入射角度θと同じ取付け角度で筒状のレーザー光導入管１５を導出した点を除き、図１に示した実施形態と同様な構成である。
【００５２】
このようにレーザー光導入管１５を配置することにより、レーザー光の入射角度と同じ角度でレーザー光の導入経路が形成できる。しかも、レーザー光導入管がレーザー光の入射角度θと同じ取付け角度で設けられているために、レーザー光導入管１５を通ってレーザー光Ｌが照射された場合においても、前記のような「液体の跳ね返り」による付着がレーザー光導入管１５の内部には生じない。
【００５３】
図４は、本発明の液相レーザーアブレーション装置の他の実施形態を示す要部断面図である。この液相レーザーアブレーション装置は、レーザー光導入管１５の他端（先端側）に、光透過性を有する窓体１４を嵌め込んだ点以外は、図３に示した実施形態と同様な構成である。なお、上記レーザー光導入管１５の材質は、前記容器１１の材質と同様である。
【００５４】
この窓体１４を嵌め込み設置することにより、液体および生成したナノ粒子が外気に接触しないために、製品に混入する不純物量を低減できる。また、飛び散った液体やスラリーが窓体１４に付着することが無いのでレーザー光の照射条件を一定に保持できる。
【００５５】
図５は本発明に係る液相レーザーアブレーション装置の他の実施形態を示す要部断面図である。この液相レーザーアブレーション装置は、容器１１の側面で上記液体３１の液面上方にレーザー光導入口１３を設け、このレーザー光導入口１３からレーザー光導入管１５を導出した点以外は、図３に示した実施形態と同様な構成である。また、レーザー光Ｌの入射角度θと同じ取付け角度で筒状のレーザー光導入管１５が導出されている。
【００５６】
この実施形態では、容器１１の側面で液体３１の液面上方にレーザー光導入口１３を設け、この導入口１３に筒状のレーザー光導入管１５の一端を接続して斜め上方に導出しているために、レーザー光導入管１５が液体３１とは接触せず、図７に示すような液体２４に浸かった窓体１４のようにレーザー光のよる損傷は発生しない。
【００５７】
図６は本発明に係る液相レーザーアブレーション装置の他の実施形態を示す要部断面図である。この液相レーザーアブレーション装置は、レーザー光導入管１５の他端（上端部）に透光性を有する窓体１４を嵌め込み設置した点以外は、図５に示した実施形態と同様な構成である。
【００５８】
この窓体１４を嵌め込み設置することにより、液体３１および生成したナノ粒子が外気に接触しないために、製品に混入する不純物量を低減できる。また、飛び散った液体３１やスラリーが窓体１４に付着することが無いのでレーザー光の照射条件を一定に保持できる。
【００５９】
次に、図示はしないが、前記ターゲット３２に代えて被微細化成分の粒子が分散したスラリーを使用した実施形態を以下に説明する。この液相レーザーアブレーション装置は、例えば、被微細化成分の粒子が分散したスラリーを保持する容器と、該スラリー中の粒子にレーザー光を照射するためのレーザー発振装置と、このレーザー発振装置から発振されたレーザー光を集光する集光レンズと、上記スラリーの液面に対するレーザー光の入射角度を変更自在に構成した反射ミラーと、上記容器の上面を覆う蓋体と、該蓋体又は上記容器の側面にレーザー光の導入口とを備えて構成される。また、スラリーの液面に対するレーザー光の入射角度は、ターゲットを使用する場合と同様に、０度を超え９０度未満、好ましくは１０度以上８０度以下に設定される。
【００６０】
また、上記の液相レーザーアブレーション装置を使用して被微細化成分の粒子が分散したスラリーにレーザー光を照射する場合は、スラリー中の粒子に均一にレーザー光が照射されるように、回転軸に取り付けられた各種形状の攪拌子を容器内のスラリー中に挿入して、スラリーを攪拌しておくことが有効である。またテフロン（登録商標）等で表面コーティングした攪拌子（棒状磁石）を容器内に封入し、容器１１の外部から回転する磁界で攪拌子に回転動力を伝達するマグネティックスターラーでスラリーを攪拌することも有効である。
【００６１】
このように被微細化成分の粒子が分散したスラリーを使用した本実施形態においても、ターゲットを使用した前記実施形態と同様に、レーザー光のスラリー液面に対する入射角度が０度を超え９０度未満であり、垂直以外の角度と成るために、入射した場所の液面からレーザー光導入方向と同じ方向への液体の跳ね返り現象が生じることが無く、周辺設備を汚損する恐れが少ない。また、跳ね返った液体が光学部品に付着することが無いために、レーザー光の吸収、散乱、反射などが起こらず、しかも光学部品の剥離による汚染が解消され製品の純度低下を効果的に防止することができる。また、光学部品の汚損損傷が少ないために、レーザー光の照射条件が一定になり、レーザー光を長期間安定して照射することができ、装置の運転制御が容易に成るという効果が得られる。
【００６２】
次に具体的な実施例及び比較例に係る液相レーザーアブレーション装置を使用して以下の比較実験を行った。実施例と比較例とにおいて共通して使用される部品の仕様および条件は以下の通りである。
（１）容器としては、内のり寸法が縦５０ｍｍ×横７５ｍｍ×深さ５２ｍｍの寸法を有する内容積が２００ｃｍ３である箱状のガラス容器であり、充填される液体の有効内容積が１６０ｃｍ３である容器を使用した。
（２）容器に充填する液体は純水とした。
（３）ターゲットとしては金（Ａｕ）を使用した。
（４）レーザー発振装置としては、波長が２６６ｎｍである紫外線領域のレーザー光を発振し、出力が１００ｍＪ／パルスであり、パルス回数が１０パルス／ｓｅｃであるＮｄ：ＹＡＧレーザー発振装置を使用した。
【００６３】
まず比較例として図８に示す従来の液相レーザーアブレーション装置を使用してアブレーション操作を実施した。ここでレーザー光Ｌは液体２４の液面に対して垂直に入射するように固定した。
【００６４】
一方、図８に示す液相レーザーアブレーション装置の光学系を改造して図１に示すような実施例に係る液相レーザーアブレーション装置を作製した。すなわち、反射ミラー２２を回動させることにより、容器１１に充填した液体（純水）３１の液面に対するレーザー光Ｌの入射角度θが３０度〜６０度の範囲内でそれぞれ変化させて固定した。
【００６５】
そして、上記実施例および比較例に係る液相レーザーアブレーション装置を同一条件で運転したときに、レーザー光の照射によって跳ね返った液体又はスラリーが集光レンズ等の光学系に付着したために、レーザー光の照射条件が５％以上変化するまでの時間および１回の連続運転によって製造できるナノ粒子量を比較した。
【００６６】
その結果、実施例装置においてはレーザー光の照射によって跳ね返った液体又はスラリーが集光レンズ等の光学部品に付着することがなかった。そのために、比較例装置を使用した場合ではレーザー光の照射条件が５％以上変化するまでの時間は５分程度であったのに対し、実施例装置の場合では５時間以上照射を続けても、レーザー光の照射条件に５％以上の変化は生じなかった。また、１回の連続運転によって製造できるナノ粒子重量は、比較例装置と比較して、５〜７倍に増加させることができ、ナノ粒子の製造効率を大幅に改善できることが判明した。
【００６７】
以上説明した通り、何れの実施形態においても、液体またはスラリーに照射されたレーザー光によって跳ね返った液体またはスラリーが集光レンズや反射用ミラー、窓体などの光学部品に付着しないようにレーザ光の入射角度を調整することが本発明の基本的な構成である。すなわち、少なくともレーザー光は液面に対して垂直以外の角度から照射することが必須の要件である。なお、実施形態によっても異なるが、レーザー光の液面に対する入射角度をθとすると、θは次の関係式：０°＜θ＜９０°又は９０°＜θ＜１８０°の中から任意に選択することができる。またレーザーブレーション操作中にレーザー光の液面に対する入射角度を適宜変更しても良い。
【符号の説明】
【００６８】
１１…容器(セル)、１２…上蓋、１３…レーザー光導入口、１４…窓体（レーザー光導入窓）、１５…レーザー光導入管、１６…貫通口、２１…レーザー発振装置、２２…反射ミラー、２３…集光レンズ、２４…液体、３１…液体（又は粒子が分散したスラリー）、３２…ターゲット、Ｌ…レーザー光。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被微細化成分を配置した液体を貯留する容器と、上記液体を介して上記被微細化成分に照射するレーザー光を発振するためのレーザー発振装置と、上記液体の液面に対するレーザー光の入射角度を変更自在に構成した反射ミラーと、上記レーザー発振装置から発振されたレーザー光を集光する集光レンズと、上記容器の上面を覆う蓋体と、上記蓋体又は上記容器の側面で上記液体の液面上方に設けられたレーザー光導入口とを備えたことを特徴とする液相レーザーアブレーション装置。
【請求項２】
請求項１記載の液相レーザーアブレーション装置において、前記被微細化成分は被微細化成分を含有するターゲット成形体として上記液体中に配置されていることを特徴とする液相レーザーアブレーション装置。
【請求項３】
請求項１記載の液相レーザーアブレーション装置において、前記被微細化成分は被微細化成分の粒子が上記液体中に分散したスラリーとして配置されていることを特徴とする液相レーザーアブレーション装置。
【請求項４】
請求項１記載の液相レーザーアブレーション装置において、前記液体の液面に対するレーザー光の入射角度が０度を超え９０度未満であることを特徴とする液相レーザーアブレーション装置。
【請求項５】
請求項１記載の液相レーザーアブレーション装置において、前記レーザー光の導入口に、光透過性を有する窓体が嵌め込まれていることを特徴とする液相レーザーアブレーション装置。
【請求項６】
請求項１記載の液相レーザーアブレーション装置において、前記レーザー光の導入口から、液面に対するレーザー光の入射角度と同じ取付け角度でレーザー光導入管を導出したことを特徴とする液相レーザーアブレーション装置。
【請求項７】
請求項６記載の液相レーザーアブレーション装置において、前記レーザー光導入管の先端部に、光透過性を有する窓体が嵌め込まれていることを特徴とする液相レーザーアブレーション装置。
【請求項８】
被微細化成分を配置した液体にレーザー光を照射して被微細化成分をアブレーションして微細化粒子を生成する液相レーザーアブレーション方法において、上記液体の液面に対するレーザー光の入射角度を、０度を超え９０度未満の範囲に設定することを特徴とする液相レーザーアブレーション方法。
【請求項９】
請求項８記載の液相レーザーアブレーション方法において、前記被微細化成分は被微細化成分を含有するターゲット成形体として上記液体中に配置することを特徴とする液相レーザーアブレーション方法。
【請求項１０】
請求項８記載の液相レーザーアブレーション方法において、前記被微細化成分は被微細化成分の粒子を上記液体中に分散したスラリーとして配置することを特徴とする液相レーザーアブレーション方法。
【請求項１】
被微細化成分を配置した液体を貯留する容器と、上記液体を介して上記被微細化成分に照射するレーザー光を発振するためのレーザー発振装置と、上記液体の液面に対するレーザー光の入射角度を変更自在に構成した反射ミラーと、上記レーザー発振装置から発振されたレーザー光を集光する集光レンズと、上記容器の上面を覆う蓋体と、上記蓋体又は上記容器の側面で上記液体の液面上方に設けられたレーザー光導入口とを備えたことを特徴とする液相レーザーアブレーション装置。
【請求項２】
請求項１記載の液相レーザーアブレーション装置において、前記被微細化成分は被微細化成分を含有するターゲット成形体として上記液体中に配置されていることを特徴とする液相レーザーアブレーション装置。
【請求項３】
請求項１記載の液相レーザーアブレーション装置において、前記被微細化成分は被微細化成分の粒子が上記液体中に分散したスラリーとして配置されていることを特徴とする液相レーザーアブレーション装置。
【請求項４】
請求項１記載の液相レーザーアブレーション装置において、前記液体の液面に対するレーザー光の入射角度が０度を超え９０度未満であることを特徴とする液相レーザーアブレーション装置。
【請求項５】
請求項１記載の液相レーザーアブレーション装置において、前記レーザー光の導入口に、光透過性を有する窓体が嵌め込まれていることを特徴とする液相レーザーアブレーション装置。
【請求項６】
請求項１記載の液相レーザーアブレーション装置において、前記レーザー光の導入口から、液面に対するレーザー光の入射角度と同じ取付け角度でレーザー光導入管を導出したことを特徴とする液相レーザーアブレーション装置。
【請求項７】
請求項６記載の液相レーザーアブレーション装置において、前記レーザー光導入管の先端部に、光透過性を有する窓体が嵌め込まれていることを特徴とする液相レーザーアブレーション装置。
【請求項８】
被微細化成分を配置した液体にレーザー光を照射して被微細化成分をアブレーションして微細化粒子を生成する液相レーザーアブレーション方法において、上記液体の液面に対するレーザー光の入射角度を、０度を超え９０度未満の範囲に設定することを特徴とする液相レーザーアブレーション方法。
【請求項９】
請求項８記載の液相レーザーアブレーション方法において、前記被微細化成分は被微細化成分を含有するターゲット成形体として上記液体中に配置することを特徴とする液相レーザーアブレーション方法。
【請求項１０】
請求項８記載の液相レーザーアブレーション方法において、前記被微細化成分は被微細化成分の粒子を上記液体中に分散したスラリーとして配置することを特徴とする液相レーザーアブレーション方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１７０８８１（Ｐ２０１２−１７０８８１Ａ）
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３５０６０（Ｐ２０１１−３５０６０）
【出願日】平成２３年２月２１日（２０１１．２．２１）
【出願人】（０００１５２１８１）株式会社奈良機械製作所 (15)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２１日（２０１１．２．２１）
【出願人】（０００１５２１８１）株式会社奈良機械製作所 (15)
【Ｆターム（参考）】
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