JP2000325729A - 微粒子濃縮装置及びこれを用いた微粒子分析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ０．５μｍ以下の微粒子も濃縮することを可
能とし、微粒子の数、大きさ、成分の分析を可能とす
る。 【解決手段】 微粒子を含む気体の流れ方向にレーザ光
を集光し、その焦点付近に微粒子を集中させた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばクリーンル
ーム内に浮遊する微粒子の数や成分を計測するための前
段として用いられる微粒子の濃縮装置及びこれを用いた
微粒子発光装置に関し、更に詳しくは粒子径が１μｍ以
下の微粒子の濃縮／発光に用いて好適な濃縮装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】図５は微粒子濃縮装置の従来例を示す構
成図である。図において，１はサイクロンであり，その
内壁は鏡面に仕上げられている。２ａはサイクロンの下
部１ｂとフィルターホルダー３を結ぶチューブ，４はフ
ィルターホルダー３に収納されたフィルター，５は例え
ば５ｌ／ｍｉｎ程度の小流量の流体を吸引して吐出する
ポンプ，２ｂはフィルターホルダー３とポンプ５を結ぶ
チューブ，６は流量計，７は例えば１ｍ３／ｍｉｎ程度
の大流量の流体を吸引して吐出するブロアー，２ｄはサ
イクロンの上部１ａとブロア７を結ぶチューブである。

【０００３】なお，ポンプ５の吸引量は流量計の流量を
見ながらニードル弁６ａにより所望の値に調整する。上
記の構成においてブロア７が駆動されるとサイクロン１
は，その入り口から例えば１ｍ３／ｍｉｎ程度の大容量
の空気を吸入する。このようにして吸引された空気は図
の破線で示すように，サイクロン１内で円運動をしなが
らサイクロン１内で下方に移動し，その後一気にサイク
ロンの上部１ａに吸上げられる。

【０００４】また，サイクロン１内に吸引された空気に
含まれている微粒子は遠心力によってサイクロン１の内
壁に押付けられ，その後鏡面に加工されたサイクロン１
の下部へ落下する。このようにして落下した微粒子はポ
ンプ５により吸引され，チューブ２ａを通ってフィルタ
ー４上の例えば５〜１０ｍｍ程度の極く小さな面積上に
補集される。

【０００５】１１はパーティクルカウンターであり、フ
ィルター４側に吸引されるパーティクルの数を計数して
過不足のない微粒子をフィルター上に収集するためのも
のである。なお、フィルター上に収集された微粒子は図
示しない分析装置により粒径や成分の計測が行われる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のようなダストサ
ンプラーはクリーンルームに配置され，その部屋の清浄
度を測定するための集塵手段として用いるものである
が，例えば微粒子の径が０．５μｍ以下のものでは遠心
力によるサイクロン１の内壁への押付け力が働かず、空
気と共に排出されてしまうのでサイクロンとしての機能
を果たせないという問題があった。なお、フィルターに
収集された微粒子は図示しない別の測定手段により付着
した微粒子が吸引され、発光手段により発光されて大き
さや成分が分析される。

【０００７】 本発明は上記従来技術の問題を解決する
ためになされたもので，サイクロンとは異なる方式によ
り０．５μｍ以下の微粒子でも濃縮が可能な微粒子濃縮
装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このような問題点を解決
するために、請求項１においては、微粒子を含む気体の
流れ方向にレーザ光を集光し、その焦点付近に前記微粒
子を集中させたことを特徴とする。

【０００９】請求項２においては、請求項１記載の微粒
子濃縮装置において、濃縮されたされた微粒子を含む気
体を所定の場所に搬送する搬送手段を有することを特徴
とする。

【００１０】請求項３においては、微粒子を含む気体を
第１パイプに導入し、この第１パイプの流れ方向にレー
ザ光を集光し、その焦点付近に前記微粒子を集中させて
濃縮し、濃縮されたされた微粒子を含む気体を前記第１
パイプ内の流速と同等か遅い流速となる速度で前記第１
パイプより小さな径のパイプに吸引することを特徴とす
る微粒子濃縮装置。

【００１１】請求項４においては、請求項１記載の微粒
子濃縮装置において、レーザをパルス光として前記微粒
子を発光させ、発光した光の強度から前記微粒子の粒子
径をスペクトルから成分を計測するようにしたことを特
徴とする。

【００１２】請求項５においては、請求項１記載の微粒
子濃縮装置において、微粒子を含む気体の流れ方向にレ
ーザ光を集光し、その焦点付近に前記微粒子を集中させ
た微粒子に他のレーザから光を照射し、その散乱光から
微粒子の数及び又は微粒子の大きさを計測するようにし
たことを特徴とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明を詳細
に説明する。図１，図２は本発明の請求項１及び２記載
の実施形態の一例を示す概略構成図である。図におい
て、１はレンズ、２はレーザ光であり、例えばフラッシ
ュランプ励起Ｎｄ：ＹＡＧレーザである。レンズの焦点
距離は例えば５０ｍｍ、レーザの波長は１０６４ｎｍで
ある。

【００１４】これらレンズ２とレーザ光は図の上方から
下方に向かって移動する微粒子４を含む気体が浮遊する
空間に配置されている。３はパイプで、このパイプの他
端は微粒子をブレークダウンさせて発光させる装置（図
示省略）に延長されている。

【００１５】上記の構成において、微粒子にレーザ光の
ビームを集光すると光の運動力が変化するが、その場
合、運動量保存の法則に従って微粒子に放射圧（光圧）
が働く。この力は微粒子が照射レーザ光の波長に対して
透明でかつ、その屈折率が周囲の媒質より高い場合、レ
ーザの焦点位置の方向を向きそれが重力等の外力とつり
合った状態になると微粒子がトラップされる。

【００１６】即ち、上方から下方に向かって移動する微
粒子はレーザの焦点位置に濃縮収集され、パイプ３の端
部からブレークダウン箇所まで搬送される。このような
レーザ２とレンズ１を用いたレーザトラップでは０．５
μｍ以下の微粒子をがトラップ可能である。図２は本発
明の請求項３に関する実施例を示すもので、図１と同一
要素には同じ符号を付している。この例においては微粒
子４を含む気体を第１パイプ３ａに導入し、この第１パ
イプ３ａの流れ方向にレーザ光２を集光し、その焦点付
近に微粒子４を集中させて濃縮し、濃縮されたされた微
粒子を含む気体を第１パイプ内の流速と同等か遅い流速
となる速度で第１パイプ３ａより小さな径のパイプ３ｂ
に吸引する。このような構成によれば、微粒子濃度の高
い気体を次工程の分析手段に送付することができる。

【００１７】図３は本発明の請求項４の実施例を示すも
ので、図１と同一要素には同じ符号を付している。この
例では、パイプ３ａ内を微粒子が上方から下方に流れて
いる。そして、レーザをパルス光とし、レーザの集光ｆ
での光パワー密度が微粒子のブレークダウン値（１０¹⁰
Ｗ／ｃｍ程度）を超えるようなパワーで照射する（具体
的には波長１０６４ｎｍ、パルス幅１０ｎｓ、３６ｍｊ
／ｐｕｌｓｅ、最大繰り返し周波数５０Ｈｚ程度）。

【００１８】そして、ブレークダウンにより発光した光
を検出器４により検出する。その発光した光の強度から
微粒子の粒子径を知ることができ、スペクトルから成分
を計測することができる。なお、どのような成分がどの
ような波長で発光し、また、その光の強さによる粒度の
大きさは予め求めておくものとする。

【００１９】図４は本発明の請求項５の実施例を示すも
ので、この例では微粒子４を含む気体が上方から下方に
流れており、レーザ光２を集光し、その焦点付近に前記
微粒子を集中させる。そして、他のレーザから焦点付近
に連続的に光を照射するとレーザ光は微粒子で散乱され
る。その散乱光から微粒子の数及び又は微粒子の大きさ
を計測する。なお、散乱光の強さによる粒度の大きさは
予め求めておくものとする。

【００２０】本発明の以上の説明は、説明および例示を
目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。し
たがって本発明はその本質から逸脱せずに多くの変更、
変形をなし得ることは当業者に明らかである。特許請求
の範囲の欄の記載により定義される本発明の範囲は、そ
の範囲内の変更、変形を包含するものとする。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
微粒子を含む気体の流れ方向にレーザ光を集光し、その
焦点付近に前記微粒子を集中させた。この結果、従来に
比較して０．５μｍ以下の微粒子も濃縮することが可能
になり、また微粒子の数、大きさ、成分の分析をするこ
とが可能となった。

【００２２】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の微粒子濃縮装置の実施形態の一例を示
す構成図である。

【図２】本発明の微粒子濃縮装置の実施形態の一例を示
す構成図である。

【図３】本発明の微粒子濃縮装置及び分析装置の実施形
態の一例を示す構成図である。

【図４】本発明の微粒子濃縮装置及び分析装置の実施形
態の一例を示す構成図である。

【図５】従来の微粒子濃縮装置の一例を示す構成図であ
る。

【符号の説明】

１１ レンズ １２ レーザ光 １３ パイプ １４ 検出器

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】微粒子を含む気体の流れ方向にレーザ光を
   集光し、その焦点付近に前記微粒子を集中させたことを
   特徴とする微粒子濃縮装置。
2. 【請求項２】濃縮されたされた微粒子を含む気体を所定
   の場所に搬送する搬送手段を有することを特徴とする請
   求項１記載の微粒子濃縮装置。
3. 【請求項３】微粒子を含む気体を第１パイプに導入し、
   この第１パイプの流れ方向にレーザ光を集光し、その焦
   点付近に前記微粒子を集中させて濃縮し、濃縮されたさ
   れた微粒子を含む気体を前記第１パイプ内の流速と同等
   か遅い流速となる速度で前記第１パイプより小さな径の
   パイプに吸引することを特徴とする微粒子濃縮装置。
4. 【請求項４】レーザをパルス光として前記微粒子を発光
   させ、発光した光の強度から前記微粒子の粒子径をスペ
   クトルから成分を計測するようにしたことを特徴とする
   請求項１記載の微粒子濃縮装置及びこれを用いた微粒子
   分析装置。
5. 【請求項５】微粒子を含む気体の流れ方向にレーザ光を
   集光し、その焦点付近に前記微粒子を集中させた微粒子
   に他のレーザから光を照射し、その散乱光から微粒子の
   数及び又は微粒子の大きさを計測するようにしたことを
   特徴とする請求項１記載の微粒子濃縮装置及びこれを用
   いた微粒子分析装置。