JP2001133387A - Ultra-fine particle classifying device - Google Patents
Ultra-fine particle classifying deviceInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は超微粒子分級装置に
関するものであり、特に静電界中での荷電粒子の粒径に
依存した電気移動度を利用した微分型電気移動度分級装
置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrafine particle classifier, and more particularly, to a differential electric mobility classifier utilizing electric mobility depending on the particle size of charged particles in an electrostatic field.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、静電界中での荷電粒子の粒径に依
存した電気移動度を利用した超微粒子分級装置である微
分型電気移動度分級装置は、サブミクロンの超微粒子を
高効率で捕集分離する高性能エアフィルターの性能テス
トや、浄化雰囲気のモニタリング等における標準エアロ
ゾルの生成および超微粒子の粒径測定に用いられてき
た。2. Description of the Related Art Conventionally, a differential type electric mobility classifier, which is an ultrafine particle classifier utilizing electric mobility depending on a particle diameter of a charged particle in an electrostatic field, has been capable of producing submicron ultrafine particles with high efficiency. It has been used for performance tests of high-performance air filters that collect and separate, generation of standard aerosols and monitoring of the particle size of ultrafine particles in monitoring the purification atmosphere.
【0003】図4は、例えばエアロゾル研究Vol.
2,No.2,p106(1987)あるいは粉体工学
会誌Vol.21,No.12,p753(1984)
に記載された、従来の微分型電気移動度分級装置400
の概略図である。FIG. 4 shows, for example, Aerosol Research Vol.
2, No. 2, p106 (1987) or Journal of the Society of Powder Technology, Vol. 21, No. 12, p753 (1984)
, A conventional differential mobility classifier 400
FIG.
【0004】図4において、荷電された超微粒子401
はキャリアガス402により搬送され、二重円筒型分級
装置の上端部から流入し、内側を流れるシースガス40
3である清浄空気と合流する。荷電された超微粒子40
1とシースガス403の混合ガスは、層流として二重円
筒部分を流れる。この二重円筒部分では、前記の混合ガ
スの流れの方向と垂直に、直流電源404により静電界
が印可されている。従って荷電された超微粒子401は
各々の電気移動度に応じた軌道を描く。前記電気移動度
は超微粒子401の粒径に依存しているため、ある特定
粒径の超微粒子401だけが下部のスリット405に達
し、分級されてキャリアガス排気口406より取り出さ
れる。その他の粒径の超微粒子は、シースガスと共にシ
ースガス排気口407から排気されるか、あるいは内側
の集電極408へ移動、付着する。In FIG. 4, charged ultrafine particles 401
Is transported by the carrier gas 402, flows in from the upper end of the double cylindrical classifier, and flows inside the sheath gas 40.
3. Merge with clean air that is 3. Charged ultrafine particles 40
The mixed gas of 1 and the sheath gas 403 flows through the double cylindrical portion as a laminar flow. In this double cylindrical portion, an electrostatic field is applied by the DC power supply 404 in a direction perpendicular to the flow direction of the mixed gas. Therefore, the charged ultrafine particles 401 draw a trajectory corresponding to each electric mobility. Since the electric mobility depends on the particle diameter of the ultrafine particles 401, only the ultrafine particles 401 having a specific particle diameter reach the lower slit 405, are classified, and are taken out from the carrier gas exhaust port 406. The ultrafine particles having other particle diameters are exhausted from the sheath gas exhaust port 407 together with the sheath gas, or move and adhere to the inner collecting electrode 408.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】希ガス中パルスレーザ
ー堆積法により粒径が数nmから数十nmの超微粒子を
生成する場合、その雰囲気ガス圧力は通常、数Torr
から数百Torrである。従って希ガス中パルスレーザ
ー堆積法により生成した超微粒子を、差圧により搬送し
分級するためには、微分型電気移動度分級装置は前記雰
囲気ガス圧力より低い圧力で動作する必要がある。ここ
で、図4に示した従来の二重円筒型分級装置の場合、例
えば粉体工学会誌Vol.21,No.12,p753
(1984)に記載された装置寸法はL=400mm,
R1=15mm,R2=25mmであり、二重円筒型分級
装置内を流れるシースガス容量は大きく、シースガスと
して大量の清浄空気を必要とする。従って、従来の二重
円筒型分級装置を前記雰囲気ガス圧力より低い圧力で動
作させるためには、排気速度の大きい、大型の真空ポン
プが必要となる。When ultrafine particles having a particle size of several nm to several tens of nm are produced by pulse laser deposition in a rare gas, the atmospheric gas pressure is usually several Torr.
To several hundred Torr. Therefore, in order to transport and classify the ultrafine particles generated by the pulse laser deposition method in a rare gas using a differential pressure, the differential electric mobility classifier needs to operate at a pressure lower than the atmospheric gas pressure. Here, in the case of the conventional double-cylindrical classifier shown in FIG. 21, No. 12, p753
(1984) is L = 400 mm,
Since R 1 = 15 mm and R 2 = 25 mm, the capacity of the sheath gas flowing through the double cylindrical classifier is large, and a large amount of clean air is required as the sheath gas. Therefore, in order to operate the conventional double-cylindrical classifier at a pressure lower than the atmospheric gas pressure, a large-sized vacuum pump having a high pumping speed is required.
【0006】さらに、この二重円筒型分級装置を動作さ
せて、実際に超微粒子を分級し検出するのに必要な(荷
電部、超微粒子分級部、検出部、真空ポンプ等を含め
た)超微粒子分級検出装置全体の寸法が大型になる。こ
れにより、前記超微粒子分級検出装置を取り付けられる
かどうかは、超微粒子生成装置側の形状や大きさに依存
してしまう。[0006] Further, by operating the double cylindrical classifier, it is necessary to actually classify and detect the ultrafine particles (including the charging unit, the ultrafine particle classification unit, the detection unit, the vacuum pump, etc.). The overall size of the particle classification and detection device becomes large. As a result, whether or not the ultrafine particle classification detection device can be attached depends on the shape and size of the ultrafine particle generation device.
【0007】また、キャリアガスにより搬送される超微
粒子は、その搬送時間が長い(搬送距離が長い)場合、
搬送途中で凝集してしまう。従って、生成された超微粒
子の粒径や形状を保持したまま微分型電気移動度分級装
置により分級し、検出するには、前記凝集の影響を小さ
くする必要がある。[0007] Ultra-fine particles transported by the carrier gas may have a long transport time (long transport distance).
Agglomeration occurs during transportation. Therefore, it is necessary to reduce the influence of the aggregation in order to classify and detect the generated ultrafine particles with a differential type electromobility classifier while maintaining the particle size and shape.
【0008】本発明は、かかる点に鑑みてなされたもの
であり、微分型電気移動度分級装置を大気圧より低圧で
動作させるために、微分型電気移動度分級装置内のシー
スガスを効率良く、高排気速度で排気することを目的と
する。[0008] The present invention has been made in view of the above point, and in order to operate the differential-type electric mobility classifier at a pressure lower than the atmospheric pressure, the sheath gas in the differential-type electric mobility classifier is efficiently used. The purpose is to exhaust at a high exhaust speed.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明は、微分型電気移
動度分級装置の形状を二重円筒型から矩形型に改良し、
微分型電気移動度分級装置の装置寸法を小さくした。こ
れにより、微分型電気移動度分級装置内のシースガスを
効率良く、高排気速度で排気できる。この結果、微分型
電気移動度分級装置を大気圧より低圧で動作することが
できる。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention improves the shape of a differential type electric mobility classifier from a double cylindrical type to a rectangular type.
The size of the differential electric mobility classifier was reduced. Thereby, the sheath gas in the differential electric mobility classifier can be efficiently evacuated at a high evacuation speed. As a result, the differential electric mobility classifier can be operated at a pressure lower than the atmospheric pressure.
【0010】また、本発明は、微分型電気移動度分級装
置内のシースガス容量を小さくし、シースガスの排気効
率(シースガス流入容量に対する排気容量の比率)を向
上させた。Further, the present invention reduces the sheath gas capacity in the differential type electric mobility classifier and improves the exhaust efficiency of sheath gas (the ratio of the exhaust capacity to the sheath gas inflow capacity).
【0011】さらに、本発明は、微分型電気移動度分級
装置を小型化し、シースガスの排気効率を向上させた事
により、より小さい排気量(すなわち、より小型)の真
空ポンプでの微分型電気移動度分級装置の低圧動作を可
能とした。これにより、荷電部、超微粒子分級部、検出
部、真空ポンプ等を含めた超微粒子分級検出装置全体を
小型化し、どの様な形状の超微粒子生成装置にも取り付
け可能で、持ち運び可能で、汎用性の高い超微粒子分級
装置を実現した。Further, the present invention reduces the size of the differential electric mobility classifier and improves the exhaust efficiency of the sheath gas, so that the differential electric mobility classifier using a vacuum pump having a smaller displacement (ie, a smaller size) can be obtained. The low pressure operation of the degree classifier was enabled. As a result, the entire ultra-fine particle classification and detection device including the charging unit, ultra-fine particle classification unit, detection unit, vacuum pump, etc. can be miniaturized and can be attached to any type of ultra-fine particle generation device. A highly efficient ultrafine particle classifier has been realized.
【0012】また、前記超微粒子分級検出装置の小型化
により、取込から分級・検出に要する超微粒子の搬送時
間(搬送距離)を短くすることができ、超微粒子の搬送
過程での凝集の影響を小さくすることが可能となった。[0012] Further, by miniaturizing the ultra-fine particle classification and detection device, it is possible to shorten the transport time (transport distance) of the ultra-fine particles required from taking-in to classification and detection. Can be reduced.
【0013】[0013]
【発明の実施の形態】本発明の第1の態様にかかる超微
粒子分級装置は、直線的に層流として流れるシースガス
流路に略平行に設置され、導入された荷電超微粒子を粘
性流体中で静電界が印加された際の荷電粒子の粒径に依
存した電気移動度を利用して分級し、前記シースガス流
路に沿った断面形状が略矩形型である分級領域を具備し
た。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An ultrafine particle classifier according to a first embodiment of the present invention is installed substantially parallel to a sheath gas flow path which flows linearly as a laminar flow, and introduces charged ultrafine particles into a viscous fluid. Classification was performed using electric mobility depending on the particle size of charged particles when an electrostatic field was applied, and a classification region having a substantially rectangular cross section along the sheath gas flow path was provided.
【0014】この構成により、断面略矩形型の分級領域
で、超微粒子を分級することが可能となる。これによ
り、分級領域内のシースガス容量を小さくし、シースガ
スの排気効率(シースガス流入容量に対する排気容量の
比率)を向上させることができる。この結果、小さい排
気量(すなわち、より小型)の真空ポンプでの超微粒子
分級装置の低圧動作が可能となった。With this configuration, it is possible to classify the ultrafine particles in the classification region having a substantially rectangular cross section. Thus, the sheath gas capacity in the classification region can be reduced, and the exhaust efficiency of the sheath gas (the ratio of the exhaust capacity to the sheath gas inflow capacity) can be improved. As a result, low-pressure operation of the ultrafine particle classification device with a small displacement (that is, smaller) vacuum pump has become possible.
【0015】本発明の第2の態様は、第1の態様にかか
る超微粒子分級装置において、前記シースガス流路に略
平行に設置され、荷電された超微粒子を前記分級領域に
噴出するための超微粒子噴出機構を有し、形状が略矩形
である第1の平面部と、前記分級領域を挟んで前記第1
の平面部に平行に配置され、前記分級領域で分級された
均一粒径の超微粒子を選別するための超微粒子選別機構
を有し、形状が略矩形である第2の平面部と、を具備
し、前記超微粒子分級領域は、前記第1の平面部と前記
第2の平面部とに挟まれることにより形成されている。According to a second aspect of the present invention, there is provided the ultrafine particle classification apparatus according to the first aspect, wherein the ultrafine particles are installed substantially parallel to the sheath gas flow path and are used to eject charged ultrafine particles to the classification area. A first plane portion having a substantially rectangular shape having a fine particle ejection mechanism, and the first plane portion sandwiching the classification region;
A second flat portion having a substantially rectangular shape, having an ultrafine particle sorting mechanism for sorting ultrafine particles having a uniform particle size classified in the classification region, arranged in parallel with the flat portion of The ultrafine particle classification region is formed by being sandwiched between the first plane portion and the second plane portion.
【0016】従来の二重円筒型の微分型電気移動度分級
装置において、単一な粒径の超微粒子を分級するために
は、円筒の半径方向に当方的な流れを形成する必要があ
る。このため、超微粒子分級装置から多方向へのシース
ガスの排気等を行うことのできる構造が必要である。こ
の構造を実現するためには、装置の外形寸法は大きくな
る。しかしながら、本発明の第2の態様に示した構成に
すれば、ガスの多方向への排気等を行う必要はなく、従
って、超微粒子分級装置の外形寸法を小さくすることが
可能となる。In the conventional double-cylinder type differential mobility classifier, in order to classify ultrafine particles having a single particle size, it is necessary to form an isotropic flow in the radial direction of the cylinder. For this reason, a structure capable of exhausting the sheath gas in multiple directions from the ultrafine particle classifier is required. In order to realize this structure, the external dimensions of the device become large. However, according to the configuration shown in the second embodiment of the present invention, it is not necessary to exhaust gas in multiple directions, and therefore, it is possible to reduce the outer dimensions of the ultrafine particle classification device.
【0017】本発明の第3の態様は、第1の態様または
第2の態様にかかる超微粒子分級装置において、前記分
級領域の断面積が、前記シースガス導入口に接続された
シースガス配管の断面積と同等か大きくなされている。According to a third aspect of the present invention, in the ultrafine particle classification device according to the first aspect or the second aspect, the cross-sectional area of the classification area is the cross-sectional area of a sheath gas pipe connected to the sheath gas inlet. Has been made equal or larger.
【0018】このように、分級領域の断面積をシースガ
ス導入口上流の配管の断面積と同等まで小さくすること
により超微粒子分級領域内のシースガス容量を小さく
し、シースガス排気口下流に設置する真空ポンプの有効
排気速度・排気容量を低減化することができる。また、
分級領域の断面積をシースガス導入口上流の配管の断面
積と同等にした場合は、シースガス導入口前後での急激
なコンダクタンスの変化を防ぎ、シースガスの流れに淀
みが生じるのを抑制することができる。As described above, by reducing the cross-sectional area of the classification region to the same as the cross-sectional area of the pipe upstream of the sheath gas inlet, the sheath gas volume in the ultrafine particle classification region is reduced, and a vacuum pump installed downstream of the sheath gas exhaust port Effective pumping speed and pumping capacity can be reduced. Also,
When the cross-sectional area of the classification region is made equal to the cross-sectional area of the pipe upstream of the sheath gas inlet, a sudden change in conductance before and after the sheath gas inlet can be prevented, and stagnation can be suppressed in the sheath gas flow. .
【0019】本発明の第4の態様は、第1の態様から第
3の態様のいずれかにかかる超微粒子分級装置におい
て、前記シースガス導入口に接続されたシースガス配管
の断面形状が、前記分級領域の断面形状へと連続的に変
化するようになされている。According to a fourth aspect of the present invention, in the ultrafine particle classification apparatus according to any one of the first to third aspects, the cross-sectional shape of the sheath gas pipe connected to the sheath gas inlet is the same as the classification area. It changes continuously to the cross-sectional shape.
【0020】この構成により、シースガス導入口前後で
の急激なガス流路形状の変化を防ぐことによりシースガ
ス流の乱れを抑制し、層流を保つという作用を有する。According to this configuration, the abrupt change in the shape of the gas flow path before and after the sheath gas inlet is prevented, thereby suppressing the disturbance of the sheath gas flow and maintaining the laminar flow.
【0021】本発明の第5の態様は、第1の態様から第
4の態様のいずれかにかかる超微粒子分級装置におい
て、前記分級領域断面の四隅が円形に面取りしてある。According to a fifth aspect of the present invention, in the ultrafine particle classification apparatus according to any one of the first to fourth aspects, four corners of the cross section of the classification area are chamfered in a circular shape.
【0022】このように面取りすることにより、シース
ガス導入口上流の円筒形配管から流入してくるシースガ
スが、矩形型超微粒子分級領域内で層流に保たれやすく
なるという作用を有する。By chamfering in this manner, the sheath gas flowing from the cylindrical pipe upstream of the sheath gas inlet is easily maintained in a laminar flow in the rectangular ultrafine particle classification region.
【0023】本発明の第6の態様にかかる超微粒子分級
検出装置は、超微粒子を取り込むための取込部と、取り
込まれた超微粒子を荷電するための荷電部と、荷電され
た超微粒子を分級するための請求項1に記載の超微粒子
分級装置と、分級された超微粒子の濃度計測や基板への
堆積を行う検出部と、前記超微粒子分級装置および前記
検出部下流に設置されたシースガスおよびキャリアガス
を排気するための差動排気手段とから構成され、大気圧
以下で動作する。[0023] The ultrafine particle classification detecting apparatus according to a sixth aspect of the present invention comprises: a capturing section for capturing the ultrafine particles; a charging section for charging the captured ultrafine particles; The ultrafine particle classification device according to claim 1 for classification, a detection unit for measuring the concentration of the classified ultrafine particles or depositing the ultrafine particles on a substrate, and a sheath gas installed downstream of the ultrafine particle classification device and the detection unit. And a differential exhaust means for exhausting the carrier gas, and operates under atmospheric pressure.
【0024】この構成により、大気圧以下の圧力で生成
された超微粒子を取込部で取込み、荷電部でイオン化し
つつ、差動排気で超微粒子分級装置に搬送し、分級した
後、検出部で検出することが可能となる。According to this configuration, the ultrafine particles generated at a pressure equal to or lower than the atmospheric pressure are taken in by the intake section, ionized by the charging section, conveyed to the ultrafine particle classification apparatus by differential exhaust, classified, and then detected. Can be detected.
【0025】本発明の第7の態様は、第6の態様にかか
る超微粒子分級検出装置において、超微粒子分級装置の
分級領域の動作圧力が50Torr以下である。According to a seventh aspect of the present invention, in the ultrafine particle classification detecting device according to the sixth aspect, the operating pressure in the classification region of the ultrafine particle classification device is 50 Torr or less.
【0026】この構成により、50Torr以下の圧力
で生成された超微粒子を取込部で取込み、荷電部でイオ
ン化しつつ、差動排気で超微粒子分級装置に搬送し、分
級した後、検出部で検出することが可能となる。With this configuration, the ultrafine particles generated at a pressure of 50 Torr or less are taken in by the intake unit, ionized by the charging unit, transported to the ultrafine particle classifier by differential exhaust, classified, and then classified by the detection unit. It becomes possible to detect.
【0027】本発明の第8の態様は、第6の態様または
第7の態様にかかる超微粒子分級検出装置において、取
込部から検出部まで超微粒子が搬送されるのに要する時
間が1秒以内である。According to an eighth aspect of the present invention, in the ultrafine particle classification and detection apparatus according to the sixth or seventh aspect, the time required for ultrafine particles to be transported from the intake section to the detection section is 1 second. Within.
【0028】このように超微粒子が取り込まれてから検
出されるまでの搬送時間を短くすることにより、搬送過
程における超微粒子の凝集の影響を小さくすることが可
能となる。As described above, by shortening the transport time from the capture of the ultrafine particles to the detection thereof, the influence of the aggregation of the ultrafine particles in the transport process can be reduced.
【0029】以下、本発明の一実施の形態について、添
付図面を用いて詳細に説明する。Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
【0030】まず、図1(a)および図1(b)を用い
て上記実施の形態にかかる超微粒子分級装置について説
明する。図1(a)は、上記実施の形態にかかる超微粒
子分級装置を上面から見た断面図であり、図1(b)
は、上記実施の形態にかかる超微粒子分級装置を側面か
ら見た断面図の概略図である。上記実施の形態にかかる
超微粒子分級装置は、従来の超微粒子分級装置を大気圧
より低圧で動作させるために改良したものである。超微
粒子分級装置を大気圧より低圧で動作させるためには、
超微粒子分級装置内のシースガスを効率良く、高排気速
度で排気する必要がある。発明者らは、この課題を解決
するために、超微粒子分級装置の断面形状を従来の二重
円筒型から矩形型に改良している。First, the ultrafine particle classification apparatus according to the above embodiment will be described with reference to FIGS. 1 (a) and 1 (b). FIG. 1A is a cross-sectional view of the ultrafine particle classification device according to the above-described embodiment as viewed from above, and FIG.
FIG. 2 is a schematic view of a cross-sectional view of the ultrafine particle classification device according to the embodiment as viewed from the side. The ultrafine particle classifier according to the above-described embodiment is an improved ultrafine particle classifier for operating at a pressure lower than the atmospheric pressure. In order to operate the ultrafine particle classifier at a pressure lower than atmospheric pressure,
It is necessary to efficiently exhaust the sheath gas in the ultrafine particle classifier at a high exhaust speed. In order to solve this problem, the inventors have improved the cross-sectional shape of the ultrafine particle classification device from a conventional double cylindrical type to a rectangular type.
【0031】超微粒子分級装置101は、断面形状が矩
形であり、内部に断面略矩形の空間部102を有する外
殻部103から構成されている。外殻部103の左右の
両内側面には、夫々一定の間隔Rで平行に設置された平
面部A104、平面部B105が形成されている。平面
部A104および平面部B105の形状は、ともに矩形
になされている。The ultrafine particle classifier 101 has a rectangular cross-sectional shape and includes an outer shell 103 having a space 102 with a substantially rectangular cross-section inside. On both left and right inner side surfaces of the outer shell portion 103, a flat portion A104 and a flat portion B105 which are respectively installed in parallel at a predetermined interval R are formed. Each of the flat portion A104 and the flat portion B105 has a rectangular shape.
【0032】外殻部103の平面部A104側であっ
て、中央やや上方には、荷電された超微粒子を含むキャ
リアガス117を搬送し導入するためのキャリアガス導
入口106が設けられている。また、平面部A104の
キャリアガス導入口106の近傍には、導入された荷電
超微粒子を含むキャリアガス117を分級領域107へ
噴出する超微粒子噴出機構であるキャリアガス噴出口1
08が設けられている。A carrier gas inlet 106 for carrying and introducing a carrier gas 117 containing charged ultrafine particles is provided on the plane portion A104 side of the outer shell portion 103 and slightly above the center. Further, in the vicinity of the carrier gas inlet 106 of the plane portion A104, a carrier gas outlet 1 as an ultrafine particle ejecting mechanism for ejecting the introduced carrier gas 117 containing charged ultrafine particles to the classification region 107 is provided.
08 is provided.
【0033】分級領域107は、平面部A104および
平面部B105により挟まれた一定間隔Rの空間と、キ
ャリアガス噴出口108および均一粒径の超微粒子を選
別するスリット109から構成される。The classifying region 107 is composed of a space having a constant interval R sandwiched between the plane portions A104 and B105, a carrier gas outlet 108, and a slit 109 for selecting ultrafine particles having a uniform particle diameter.
【0034】また、外殻部103のスリット109の近
傍であって、外側の側面には、均一粒径に選別された超
微粒子を取り出すためのキャリアガス排気口110が設
けられている。A carrier gas exhaust port 110 for taking out ultra-fine particles selected to have a uniform particle size is provided on the outer side surface near the slit 109 of the outer shell portion 103.
【0035】また、外殻部103の分級領域107側の
側面には、金属平板111が設けられている。つまり、
平面部B105の分級領域107側の側面部は、金属平
板111で構成されている。また、外殻部103の平面
部B105に対して金属平板111の外側の側面には、
絶縁体112が設けられている。これにより、金属平板
111は絶縁体112により完全に絶縁されている。ま
た、絶縁体112は、外殻部103の平面部B105の
部分を除いて、外殻部103の内側部を覆うように設け
られている。A metal flat plate 111 is provided on the side surface of the outer shell 103 on the classification region 107 side. That is,
The side surface of the plane portion B105 on the classification region 107 side is formed of a metal flat plate 111. Further, on the outer side surface of the metal flat plate 111 with respect to the plane portion B105 of the outer shell portion 103,
An insulator 112 is provided. Thereby, the metal flat plate 111 is completely insulated by the insulator 112. The insulator 112 is provided so as to cover the inner portion of the outer shell 103 except for the plane portion B105 of the outer shell 103.
【0036】また、外殻部103の平面部B105側に
は、直流電圧電源113が接続されている。そして直流
電圧電源113により、外殻部103の外側は接地され
ている。また、金属平板111は、直流電圧電源113
によりプラスあるいはマイナスの電圧がかけられてい
る。Further, a DC voltage power supply 113 is connected to the flat portion B105 side of the outer shell portion 103. The outside of the outer shell 103 is grounded by the DC voltage power supply 113. Further, the metal flat plate 111 has a DC voltage power supply 113.
A positive or negative voltage is applied.
【0037】また、分級領域107のシースガス流路の
上流には、シースガス導入口119が設けられており、
また分級領域107のシースガス流路の下流には、シー
スガス排気口114が設けられている。シースガス導入
口119の下流であって外殻部103の内部には、シー
スガス導入口119から導入されるシースガス115を
均一な流れにするためのフィルター116が設けられて
いる。また、シースガス導入口119の上流には、シー
スガス導入口119にシースガス115を導入するシー
スガス配管が設けられている。Further, a sheath gas inlet 119 is provided upstream of the sheath gas flow path in the classification area 107.
Further, a sheath gas exhaust port 114 is provided downstream of the sheath gas flow path in the classification area 107. A filter 116 is provided downstream of the sheath gas inlet 119 and inside the outer shell 103 to make the sheath gas 115 introduced from the sheath gas inlet 119 uniform flow. A sheath gas pipe for introducing the sheath gas 115 into the sheath gas inlet 119 is provided upstream of the sheath gas inlet 119.
【0038】次に、図1に示す超微粒子分級装置101
において、以下に示す動作により超微粒子の分級を行っ
た。シースガス115はシースガス導入口119より超
微粒子分級装置101に導入され、フィルター116を
通過した後、分級領域107を層流状態で通過しシース
ガス排気口114より排気される。一方、荷電された超
微粒子はキャリアガス117により搬送され、キャリア
ガス導入口106より超微粒子分級装置101に導入さ
れ、キャリアガス噴出口108より分級領域107へ噴
出される。Next, the ultrafine particle classifier 101 shown in FIG.
In the above, ultrafine particles were classified by the following operation. The sheath gas 115 is introduced into the ultrafine particle classification device 101 through the sheath gas inlet 119, passes through the filter 116, passes through the classification region 107 in a laminar flow state, and is exhausted through the sheath gas exhaust port 114. On the other hand, the charged ultrafine particles are transported by the carrier gas 117, introduced into the ultrafine particle classification device 101 through the carrier gas inlet 106, and ejected from the carrier gas outlet 108 into the classification region 107.
【0039】上記分級領域107には、平面部A104
および平面部B105間に直流電圧電源113によりシ
ースガス流に垂直な方向に静電界が印加されているた
め、キャリアガス噴出口108より噴出された超微粒子
は、シースガス115により下方に搬送されつつ、その
荷電数と粒径に依存した電気移動度に応じた軌跡を描き
ながら平面部A104から平面部B105の方向に偏曲
される。上記偏曲された超微粒子において、平面部B1
05下部に設けたスリット109に到達したもののみが
分級された超微粒子としてキャリアガス排気口110よ
り取り出される。The classifying region 107 includes a flat portion A104
Since an electrostatic field is applied in a direction perpendicular to the sheath gas flow by the DC voltage power supply 113 between the flat portion B105 and the flat portion B105, the ultrafine particles ejected from the carrier gas ejection port 108 are transported downward by the sheath gas 115, It is deflected in the direction from the plane portion A104 to the plane portion B105 while drawing a trajectory corresponding to the electric mobility depending on the number of charges and the particle size. In the bent ultrafine particles, the flat portion B1
Only those that have reached the slit 109 provided at the lower portion of the fuel cell 05 are extracted from the carrier gas exhaust port 110 as classified ultrafine particles.
【0040】図1に示した超微粒子分級装置101にお
ける分級分解能を向上させるためには、分級領域107
を通過するシースガス115が層流状態になっている必
要がある。この層流状態を実現するためには、分級領域
107断面の形状として、淀みの生じ易い鋭角的な形状
は避け、できる限り滑らかな曲線であることが望まし
い。従って、矩形型の超微粒子分級装置101の分級領
域107の断面の四隅118a〜118dは、円形に面
取されている。これにより、シースガス115のより一
様な層流状態を作り出すことができ、超微粒子分級装置
101の超微粒子の分級分解能を向上させることを可能
とした。In order to improve the classification resolution in the ultrafine particle classification apparatus 101 shown in FIG.
Is required to be in a laminar flow state. In order to realize this laminar flow state, it is desirable that the cross-sectional shape of the classification area 107 has a smooth curve as much as possible, avoiding an acute shape in which stagnation is likely to occur. Therefore, the four corners 118a to 118d of the cross section of the classification region 107 of the rectangular ultrafine particle classification device 101 are chamfered in a circular shape. As a result, a more uniform laminar flow state of the sheath gas 115 can be created, and the resolution of the ultrafine particle classification device 101 for classification of ultrafine particles can be improved.
【0041】一般に、管の排気コンダクタンスは、粘性
流領域では、その管の断面積の2乗に比例する。そこ
で、超微粒子分級装置101の分級領域107の断面積
を、シースガス導入口119上流でのシースガス配管の
断面積と同等か、より大きくすることにより、超微粒子
分級装置101の分級領域107のコンダクタンスを、
シースガス導入口119上流でのシースガス配管のコン
ダクタンスと同等か、より大きくした。これにより、シ
ースガス配管からシースガス導入口119を通して分級
領域107に流入するシースガス115に淀みをなく
し、分級領域107を通過するシースガス115が層流
状態になることを可能とした。In general, the exhaust conductance of a pipe in the viscous flow region is proportional to the square of the cross-sectional area of the pipe. Therefore, the conductance of the classification region 107 of the ultrafine particle classification device 101 is increased by making the cross-sectional area of the classification region 107 of the ultrafine particle classification device 101 equal to or larger than the cross-sectional area of the sheath gas pipe upstream of the sheath gas inlet 119. ,
The conductance of the sheath gas pipe upstream of the sheath gas inlet 119 was equal to or larger than the conductance. Thus, the sheath gas 115 flowing from the sheath gas pipe into the classification area 107 through the sheath gas inlet 119 is eliminated, and the laminar flow of the sheath gas 115 passing through the classification area 107 is enabled.
【0042】さらに、シースガス導入口119上流のシ
ースガス配管断面の形状を、超微粒子分級装置101の
分級領域107断面の形状へと連続的に変化させ、シー
スガス導入口119前後での急激なシースガス流路形状
の変化を防ぐことにより、シースガス流の淀みや乱れを
抑制し、分級領域107を通過するシースガス115が
層流状態になることを可能とした。すなわち、良好な分
級性能を持った超微粒子分級装置101の実現を可能と
した。Further, the shape of the cross section of the sheath gas pipe upstream of the sheath gas inlet 119 is continuously changed to the shape of the cross section of the classification region 107 of the ultrafine particle classifier 101, so that a sharp sheath gas flow path around the sheath gas inlet 119 is obtained. By preventing the change in shape, stagnation and turbulence of the sheath gas flow are suppressed, and the sheath gas 115 passing through the classification region 107 can be in a laminar flow state. That is, it is possible to realize the ultrafine particle classification device 101 having good classification performance.
【0043】特に、超微粒子分級装置101の分級領域
107の断面積が、シースガス導入口119上流でのシ
ースガス配管の断面積と同程度の場合は、シースガス導
入口119前後での滑らかで連続的なシースガス流路形
状の変化は、シースガス流が層流状態を保持するのに極
めて有効である。In particular, when the cross-sectional area of the classification region 107 of the ultrafine particle classifier 101 is substantially the same as the cross-sectional area of the sheath gas pipe upstream of the sheath gas inlet 119, a smooth and continuous flow around the sheath gas inlet 119 is obtained. The change in the sheath gas flow path shape is extremely effective in maintaining the laminar flow of the sheath gas flow.
【0044】図2は、本発明の一実施の形態にかかる超
微粒子分級検出装置の構成図である。上記実施の形態に
かかる超微粒子分級検出装置により、生成した超微粒子
を荷電し、図1に示した超微粒子分級装置101を用い
て分級し、検出することが可能となる。FIG. 2 is a configuration diagram of an ultrafine particle classification detecting apparatus according to an embodiment of the present invention. With the ultrafine particle classification detecting device according to the above-described embodiment, the generated ultrafine particles can be charged, classified using the ultrafine particle classification device 101 shown in FIG. 1, and detected.
【0045】まず、超微粒子分級検出装置200の全体
構成について説明する。超微粒子分級検出装置200
は、生成した超微粒子を取り込むための取込部201
と、取込部201により取り込まれた超微粒子をイオン
化するための荷電部202と、荷電部202により荷電
された超微粒子を分級するための分級部203と、分級
部203により単一粒径に分級された超微粒子の基板上
への堆積および粒径計測を行うための検出部204とか
ら構成される。First, the overall configuration of the ultrafine particle classification detecting device 200 will be described. Ultrafine particle classification detector 200
Is a capturing unit 201 for capturing the generated ultrafine particles.
A charging unit 202 for ionizing the ultrafine particles captured by the capturing unit 201, a classifying unit 203 for classifying the ultrafine particles charged by the charging unit 202, and a single particle size by the classifying unit 203. A detection unit 204 for depositing the classified ultrafine particles on the substrate and measuring the particle size.
【0046】取込部201と分級部203とは超微粒子
搬送管205で連結されており、荷電部202は、前記
超微粒子搬送管205の途中に設置されている。分級部
203と検出部204とは分級後超微粒子搬送管206
で連結されている。The intake unit 201 and the classifying unit 203 are connected by an ultrafine particle transport tube 205, and the charging unit 202 is installed in the middle of the ultrafine particle transport tube 205. The classification unit 203 and the detection unit 204 are connected to the ultrafine particle transport pipe 206 after classification.
Are connected by
【0047】次に、超微粒子分級検出装置200の各部
の構成について説明する。まず取込部201について説
明する。取込部201には、超微粒子生成室207が設
けられている。超微粒子生成室207には、超微粒子生
成室207の内部を減圧するための真空排気系208
と、超微粒子搬送管205と、導入窓209とが設けら
れている。導入窓209により、光源から出射されたパ
ルスレーザービームを超微粒子生成室207内に設置さ
れた図示しない固体ターゲットに向けて導入することが
できる。固体ターゲットから放出された超微粒子は、超
微粒子搬送管205を介して、荷電部202へ送給され
る。超微粒子搬送管205の一端は、超微粒子生成室2
07内の固体ターゲット設置部分近辺まで延びている。
また、超微粒子搬送管205の先端には、図示しない超
微粒子取込口が設けられている。超微粒子取込口は、超
微粒子生成室207で生成された超微粒子を収集する。Next, the configuration of each part of the ultrafine particle classification detecting device 200 will be described. First, the capturing unit 201 will be described. The intake unit 201 is provided with an ultrafine particle generation chamber 207. The ultrafine particle generation chamber 207 has a vacuum evacuation system 208 for reducing the pressure inside the ultrafine particle generation chamber 207.
, An ultrafine particle transport tube 205, and an introduction window 209. Through the introduction window 209, a pulsed laser beam emitted from the light source can be introduced toward a solid target (not shown) installed in the ultrafine particle generation chamber 207. The ultrafine particles released from the solid target are sent to the charging unit 202 via the ultrafine particle transport pipe 205. One end of the ultrafine particle transport tube 205 is connected to the ultrafine particle generation chamber 2
07, near the solid target installation portion.
At the tip of the ultrafine particle transport tube 205, an ultrafine particle intake port (not shown) is provided. The ultrafine particle inlet collects the ultrafine particles generated in the ultrafine particle generation chamber 207.
【0048】また、真空排気系208として、ターボ分
子ポンプ210が超微粒子生成室207に接続されてい
る。また、ターボ分子ポンプ210には、ロータリーポ
ンプ211が接続されている。As a vacuum evacuation system 208, a turbo molecular pump 210 is connected to the ultrafine particle generation chamber 207. Further, a rotary pump 211 is connected to the turbo molecular pump 210.
【0049】また、超微粒子生成室207には、ドライ
ポンプ212が接続されている。ドライポンプ212
は、超微粒子生成室207の内部に雰囲気希ガスが導入
された際、これを差動排気し、一定の雰囲気希ガス圧力
を設定する働きをする。さらに、超微粒子生成室207
には、マスフローコントローラ213が接続されてい
る。マスフローコントローラ213は、超微粒子生成室
207の内部に導入する雰囲気希ガスの流量を制御す
る。A dry pump 212 is connected to the ultrafine particle generation chamber 207. Dry pump 212
When the atmospheric rare gas is introduced into the ultrafine particle generation chamber 207, the rare gas is differentially evacuated to set a constant atmospheric rare gas pressure. Further, the ultrafine particle generation chamber 207
Is connected to a mass flow controller 213. The mass flow controller 213 controls the flow rate of the atmospheric rare gas introduced into the ultrafine particle generation chamber 207.
【0050】次に荷電部202について説明する。超微
粒子搬送管205には、超微粒子をイオン化する荷電部
202が設けられている。荷電部202内部には、放射
性同位元素の一つであるアメリシウムAmを設置してい
る。これにより、荷電部202を通過する超微粒子を荷
電する。さらに、荷電部202で超微粒子をArFエキ
シマレーザー光(波長193nm)のような高密度紫外
光源で荷電することにより、高効率で超微粒子を単極荷
電することができる。これにより、分級される超微粒子
の収率を向上することができる。なお、この形態ではA
rFエキシマレーザー光を用いたが、紫外光源としてエ
キシマランプや真空紫外(Deep Ultra Vi
olet:DUV)ランプを用いることもできる。Next, the charging section 202 will be described. The ultrafine particle transport tube 205 is provided with a charging unit 202 for ionizing ultrafine particles. Americium Am, which is one of the radioisotopes, is provided inside the charging unit 202. Thereby, the ultrafine particles passing through the charging unit 202 are charged. Further, by charging the ultrafine particles with a high-density ultraviolet light source such as ArF excimer laser light (wavelength 193 nm) in the charging unit 202, the ultrafine particles can be monopolarly charged with high efficiency. Thereby, the yield of the ultrafine particles to be classified can be improved. In this embodiment, A
Although an rF excimer laser beam was used, an excimer lamp or vacuum ultraviolet (Deep Ultra Vi
olet (DUV) lamps can also be used.
【0051】次に分級部203について説明する。分級
部203の荷電部202に連なる位置には、超微粒子分
級装置101が設置されている。超微粒子分級装置10
1は、図1に示した矩形型の超微粒子分級装置101で
構成されている。超微粒子分級装置101には、マスフ
ローコントローラ214が設けられている。マスフロー
コントローラ214は、超微粒子を分級する際に不可欠
となる、超微粒子分級装置101内部に導入するシース
ガス115の流量を制御する。Next, the classification section 203 will be described. The ultrafine particle classification device 101 is installed at a position of the classification unit 203 connected to the charging unit 202. Ultrafine particle classifier 10
Reference numeral 1 denotes a rectangular type ultrafine particle classification device 101 shown in FIG. The ultrafine particle classification device 101 is provided with a mass flow controller 214. The mass flow controller 214 controls the flow rate of the sheath gas 115 introduced into the ultrafine particle classification device 101, which is indispensable when classifying ultrafine particles.
【0052】また、マスフローコントローラ214に
は、超微粒子分級装置101内に、シースガス115を
搬送するためのシースガス搬送管が接続されている。ま
た、超微粒子分級装置101底部には、超微粒子分級装
置101の内部のシースガス115を排気するためのシ
ースガス差動排気系215が設けられている。また、超
微粒子分級装置101の側壁には、超微粒子分級装置1
01で単一な粒径に分級済みの超微粒子を含むキャリア
ガス117を検出部204に搬送し、検出部204内部
に噴出するための分級後超微粒子搬送管206が設けら
れている。The mass flow controller 214 is connected to a sheath gas transfer pipe for transferring the sheath gas 115 into the ultrafine particle classification device 101. A sheath gas differential exhaust system 215 for exhausting the sheath gas 115 inside the ultrafine particle classifier 101 is provided at the bottom of the ultrafine particle classifier 101. In addition, the ultrafine particle classifier 1
A post-classified ultrafine particle transport pipe 206 for transporting the carrier gas 117 containing ultrafine particles classified into a single particle size at 01 to the detection unit 204 and jetting the same into the detection unit 204 is provided.
【0053】最後に検出部204について説明する。検
出部204には、分級された超微粒子を堆積するための
堆積室216が設けられている。また、堆積室216
は、分級後超微粒子搬送管206を介して超微粒子分級
装置101に接続されている。さらに、堆積室216に
は、堆積室216が一定圧力に保持されるようにキャリ
アガス117の差動排気を行うためのキャリアガス差動
排気系217が設けられている。Finally, the detection unit 204 will be described. The detection unit 204 is provided with a deposition chamber 216 for depositing the classified ultrafine particles. In addition, the deposition chamber 216
Is connected to the ultrafine particle classification device 101 via the ultrafine particle transport pipe 206 after classification. Further, the deposition chamber 216 is provided with a carrier gas differential exhaust system 217 for performing differential exhaust of the carrier gas 117 so that the deposition chamber 216 is maintained at a constant pressure.
【0054】また、堆積室216には、超微粒子分級装
置101において分級された荷電状態の超微粒子が、図
示しない堆積基板に堆積される際に、超微粒子と基板と
の間で行われる荷電子の授受(電流)を測定する微小電
流計218が設けられている。When the charged ultrafine particles classified by the ultrafine particle classifying apparatus 101 are deposited on a deposition substrate (not shown), the charged electrons generated between the ultrafine particles and the substrate are deposited in the deposition chamber 216. Ammeter 218 is provided to measure the transfer (current) of the current.
【0055】図2に示す超微粒子分級検出装置200に
おいて、以下に示す動作により超微粒子の生成と、取込
と、荷電と、分級と、検出とを行った。In the ultrafine particle classification detecting apparatus 200 shown in FIG. 2, generation, take-in, charging, classification, and detection of ultrafine particles were performed by the following operations.
【0056】前記超微粒子生成室207内に、まず固体
ターゲットを配置した後、真空排気系208により超微
粒子生成室207内部を減圧し、その後マスフローコン
トローラ213を介して雰囲気希ガスを導入する。次
に、ドライポンプ212により、雰囲気希ガスを差動排
気し、一定の雰囲気希ガス圧力を設定する。次いで、そ
の状態で超微粒子生成室207の外部の光源から出射さ
れたパルスレーザビームを導入窓209を介して超微粒
子生成室207に導入して、固体ターゲットにパルスレ
ーザビームを照射する。パルスレーザーを固体ターゲッ
トに照射することにより励起された固体ターゲット表面
からは、原子、イオン、およびクラスタが射出される。
これらは雰囲気希ガス分子(原子)とも衝突を繰り返す
うちに、会合、融合し、気相中で超微粒子に成長する。
この段階での超微粒子は粒径分布を持っている。生成さ
れた超微粒子は、超微粒子搬送管205の超微粒子取込
口から収集されて、差動排気により超微粒子搬送管20
5を通って荷電部202へ搬送される。First, a solid target is placed in the ultra-fine particle generation chamber 207, and then the inside of the ultra-fine particle generation chamber 207 is depressurized by the vacuum exhaust system 208, and then an atmosphere rare gas is introduced through the mass flow controller 213. Next, the atmospheric rare gas is differentially evacuated by the dry pump 212 to set a constant atmospheric rare gas pressure. Next, in this state, a pulsed laser beam emitted from a light source outside the ultrafine particle generation chamber 207 is introduced into the ultrafine particle generation chamber 207 through the introduction window 209, and the solid target is irradiated with the pulsed laser beam. Atoms, ions, and clusters are emitted from the surface of the solid target excited by irradiating the solid target with the pulsed laser.
They repeatedly associate and fuse with rare gas molecules (atoms) in the atmosphere, and grow into ultrafine particles in the gas phase.
The ultrafine particles at this stage have a particle size distribution. The generated ultra-fine particles are collected from the ultra-fine particle inlet of the ultra-fine particle transport tube 205 and are subjected to differential evacuation.
5 to the charging unit 202.
【0057】荷電部202を通過することによって荷電
された超微粒子は、超微粒子搬送管205を通って超微
粒子分級装置101へ搬送される。The ultrafine particles charged by passing through the charging unit 202 are transported to the ultrafine particle classification device 101 through the ultrafine particle transport tube 205.
【0058】超微粒子分級装置101に搬送された超微
粒子は、単一な粒径に分級され、キャリアガス117に
より分級後超微粒子搬送管206を通して、差動排気に
より堆積室216に搬送される。The ultrafine particles conveyed to the ultrafine particle classifier 101 are classified into a single particle size, and after classification by the carrier gas 117, are conveyed to the deposition chamber 216 by differential exhaust through the ultrafine particle conveying pipe 206.
【0059】堆積室216内部には、図示しない堆積基
板が設置されており、超微粒子分級装置101から分級
後超微粒子搬送管206を通して搬送されてきた単一粒
径に分級済みの超微粒子は、前記堆積基板上に堆積され
る。堆積基板上に堆積された超微粒子は、電子顕微鏡観
察や光学測定により、粒径や形状を評価される。また、
堆積室216内に設置された微小電流計218により、
超微粒子の粒子濃度が測定される。A deposition substrate (not shown) is installed inside the deposition chamber 216. The ultrafine particles classified to a single particle size and transported from the ultrafine particle classification device 101 through the ultrafine particle transport tube 206 after classification are: It is deposited on the deposition substrate. The ultrafine particles deposited on the deposition substrate are evaluated for particle diameter and shape by observation with an electron microscope and optical measurement. Also,
By the minute ammeter 218 installed in the deposition chamber 216,
The particle concentration of the ultrafine particles is measured.
【0060】図2に示した超微粒子分級装置101を大
気圧より低圧力で動作させるためには、シースガス11
5を高排気速度で排気しなければならない。あるいは、
限られた排気速度の真空ポンプで構成されたシースガス
差動排気系215で効率よくシースガス115を排気し
なければならない。本発明においては、従来の二重円筒
型をした微分型電気移動度分級装置の形状を矩形型に改
良することにより、分級領域107の断面積をシースガ
ス導入口上流の配管の断面積と同程度まで小さくできる
超微粒子分級装置101を実現した。これにより、超微
粒子分級装置101内のシースガス容量を格段に小さく
することが出来、小型の真空ポンプで構成されたシース
ガス差動排気系215で効率良くシースガス115を排
気し、超微粒子分級装置101の低圧力動作を実現し
た。In order to operate the ultrafine particle classification device 101 shown in FIG.
5 must be evacuated at a high evacuation rate. Or,
The sheath gas 115 must be efficiently evacuated by the sheath gas differential evacuation system 215 constituted by a vacuum pump having a limited evacuation speed. In the present invention, the cross-sectional area of the classification region 107 is made to be substantially the same as the cross-sectional area of the piping upstream of the sheath gas inlet by improving the shape of the conventional dual-cylindrical differential mobility classifier to a rectangular shape. An ultrafine particle classification device 101 that can be reduced to as small as possible has been realized. Thereby, the sheath gas capacity in the ultrafine particle classification device 101 can be significantly reduced, and the sheath gas 115 is efficiently exhausted by the sheath gas differential evacuation system 215 composed of a small vacuum pump. Low pressure operation was realized.
【0061】具体的には、例えば図1に示したシースガ
ス導入口119上流でのシースガス配管として直径0.
5インチ(約12.7mm)の円筒配管を用い、超微粒
子分級装置101の分級領域107の断面積を前記シー
スガス円筒配管の断面積と同程度(約130mm2)ま
で小さくした。キャリアガス噴出口108とスリット1
09の投影距離Lは20mmとした。これにより、超微
粒子分級装置101内のシースガス容量を、図4に示し
た従来の微分型電気移動度分級装置の約200分の1に
した。その結果、シースガス差動排気系215およびキ
ャリアガス差動排気系217を構成する真空ポンプとし
て小型の130l/minのものを用いた場合でも、図
2に示した超微粒子分級検出装置200により20〜5
0Torrの低圧動作が可能となった。また、超微粒子
分級装置101の分級領域107の断面の形状は長方形
の四隅118a〜118dを円形に面取りした形とし、
前記シースガス円筒配管の円形断面から前記分級領域1
07の断面へと連続的に変化させ、シースガス導入口前
後での急激なガス流路形状の変化を防ぐことにより、シ
ースガス流の乱れを抑制し、層流を保った。More specifically, for example, a sheath gas pipe upstream of the sheath gas inlet 119 shown in FIG.
Using a 5-inch (about 12.7 mm) cylindrical pipe, the cross-sectional area of the classification area 107 of the ultrafine particle classifier 101 was reduced to about the same as the cross-sectional area of the sheath gas cylindrical pipe (about 130 mm 2 ). Carrier gas outlet 108 and slit 1
The projection distance L of 09 was 20 mm. As a result, the sheath gas capacity in the ultrafine particle classifier 101 was reduced to about 200 times that of the conventional differential mobility classifier shown in FIG. As a result, even when a small vacuum pump of 130 l / min is used as the vacuum pump constituting the sheath gas differential pumping system 215 and the carrier gas differential pumping system 217, 20 to 20 micrometer is detected by the ultrafine particle classification detecting apparatus 200 shown in FIG. 5
A low pressure operation of 0 Torr has become possible. Further, the cross-sectional shape of the classification region 107 of the ultrafine particle classification device 101 has a shape in which four corners 118a to 118d of a rectangle are chamfered into a circle,
From the circular cross section of the sheath gas cylindrical pipe, the classification area 1
The cross section was continuously changed to a cross section of 07 to prevent a sudden change in the shape of the gas flow path before and after the sheath gas inlet, thereby suppressing the disturbance of the sheath gas flow and maintaining the laminar flow.
【0062】図2に示す取込部201により超微粒子分
級検出装置200に取り込まれた超微粒子は、検出部2
04で検出されるまでに、キャリアガス117およびシ
ースガス115の流速に依存した搬送時間を要する。一
般に、ガス中に浮遊した超微粒子においては、ブラウン
拡散の影響で超微粒子同士が会合・凝集し、超微粒子の
粒径は時間とともに増大していく。また、前記凝集に伴
い、ガス中に浮遊した超微粒子の個数濃度は時間ととも
に減少していく。基本的には、初期粒径の揃った超微粒
子の場合、個数濃度は時間に反比例して減少する。ま
た、ガス中に浮遊した超微粒子の初期個数濃度が大きい
場合、超微粒子同士が凝集する割合も大きくなる。結果
として、個数濃度の時間と初期個数濃度に対する依存性
は、初期個数濃度の逆数とその時点の個数濃度の逆数の
差が、時間に比例するとして表現される。従って、前記
搬送時間が長いと、超微粒子の凝集の影響が無視できな
くなる。この凝集の影響を小さくするためには、前記搬
送時間を短くする(すなわち、キャリアガス117およ
びシースガス115の流速を速くするか、取込部201
から検出部204までの距離を短くする)か、超微粒子
の初期の個数濃度を小さくするかのいずれかが考えられ
る。このうち、超微粒子の初期の個数濃度は、超微粒子
の生成方法にも依存する。従って、超微粒子分級検出装
置200において、超微粒子分級装置101を小型化
し、さらにシースガス差動排気系215およびキャリア
ガス差動排気系217を構成する真空ポンプも小型のも
のを用い、取込部201から検出部204までの距離を
短くするのが最も有効である。The ultrafine particles captured by the ultrafine particle classification detecting device 200 by the capturing unit 201 shown in FIG.
A transport time depending on the flow rates of the carrier gas 117 and the sheath gas 115 is required until the detection is performed at 04. Generally, in ultrafine particles suspended in a gas, the ultrafine particles associate and aggregate under the influence of Brownian diffusion, and the particle diameter of the ultrafine particles increases with time. Further, with the aggregation, the number concentration of the ultrafine particles suspended in the gas decreases with time. Basically, in the case of ultrafine particles having a uniform initial particle size, the number concentration decreases in inverse proportion to time. Further, when the initial number concentration of the ultrafine particles floating in the gas is high, the ratio of the ultrafine particles aggregating with each other also increases. As a result, the dependence of the number concentration on the time and the initial number concentration is expressed as the difference between the reciprocal of the initial number concentration and the reciprocal of the number concentration at that time is proportional to time. Therefore, if the transport time is long, the influence of the aggregation of the ultrafine particles cannot be ignored. In order to reduce the influence of the aggregation, the transfer time is shortened (that is, the flow rate of the carrier gas 117 and the sheath gas 115 is increased, or
It is conceivable either to shorten the distance from to the detection unit 204) or to reduce the initial number concentration of the ultrafine particles. Among these, the initial number concentration of the ultrafine particles also depends on the method of producing the ultrafine particles. Therefore, in the ultrafine particle classification detecting device 200, the ultrafine particle classification device 101 is downsized, and the vacuum pumps constituting the sheath gas differential exhaust system 215 and the carrier gas differential exhaust system 217 are also small, and the intake unit 201 is used. It is most effective to shorten the distance from to the detection unit 204.
【0063】図3に、ガス中に浮遊した初期粒径10n
mの超微粒子における個数濃度の時間依存性を示す。図
3より、例えば初期粒径10nmの超微粒子の初期個数
濃度が101 2個/m3以下の場合、この初期個数濃度が
半分になるのに要する時間は約1.0sec以上である
ことがわかる。つまり、取込部201から検出部204
まで超微粒子が搬送されるのに要する時間が1.0秒以
内である場合、超微粒子の個数濃度が半分にまで減少す
るのを抑制することができ、超微粒子の凝集の影響をか
なり抑制することが可能といえる。FIG. 3 shows an initial particle diameter of 10 n suspended in a gas.
5 shows the time dependency of the number concentration in the ultrafine particles of m. From FIG. 3, it for example the initial number concentration of ultrafine particles of an initial particle size 10nm 10 1 2 / m 3 in the following cases, the time required for the initial number concentration is halved is about 1.0sec or more Understand. That is, from the capturing unit 201 to the detecting unit 204
When the time required for the ultrafine particles to be transported is within 1.0 second, it is possible to suppress the number concentration of the ultrafine particles from decreasing to half, and to considerably suppress the influence of the aggregation of the ultrafine particles. It can be said that it is possible.
【0064】具体的には、図2に示した超微粒子分級検
出装置200において、取込部201から検出部204
までの搬送経路を直径0.5インチの配管とし、取込部
201から検出部204までの搬送距離を50cmとし
た。またキャリアガス117の流速を1 SLM(0
℃、1気圧下でのl/min)とした。この条件下にお
いて、超微粒子分級装置101の動作圧力が約50To
rrの時(すなわちキャリアガス配管内の圧力が約50
Torrの時)の超微粒子の搬送速度は約2.2m/s
ecであり、搬送に要する時間は約0.23secと見
積もられる。この取込部201から検出部204まで超
微粒子が搬送されるのに要する時間が1.0秒以内であ
る超微粒子分級検出装置200において、超微粒子分級
装置101の動作圧力が20〜50Torrの時、粒径
10nmの超微粒子を分級し検出することができた。Specifically, in the ultrafine particle classification detecting device 200 shown in FIG.
The transport path to the pipe was 0.5 inches in diameter, and the transport distance from the intake unit 201 to the detection unit 204 was 50 cm. Further, the flow rate of the carrier gas 117 is set to 1 SLM (0
1 ° C. and 1 atm). Under these conditions, the operating pressure of the ultrafine particle classifier 101 is about 50 To
rr (that is, when the pressure in the carrier gas piping is about 50
The transfer speed of the ultrafine particles at Torr) is about 2.2 m / s
ec, and the time required for transport is estimated to be about 0.23 sec. When the operation pressure of the ultrafine particle classification device 101 is 20 to 50 Torr in the ultrafine particle classification detection device 200 in which the time required for transporting the ultrafine particles from the intake unit 201 to the detection unit 204 is within 1.0 second. And ultrafine particles having a particle diameter of 10 nm were classified and detected.
【0065】以上説明したように、上記実施の形態によ
れば、超微粒子分級装置101内のシースガス115を
効率良く、高排気速度で排気できる。この結果、超微粒
子分級装置101を大気圧より低圧で動作することがで
きる。また、超微粒子分級装置101のシースガス容量
を小さくし、シースガス115の排気効率(シースガス
流入容量に対する排気容量の比率)を向上させた。さら
に、超微粒子分級装置101を小型化し、シースガス1
15の排気効率を向上させた事により、より小さい排気
量(すなわち、より小型)の真空ポンプでの超微粒子分
級装置101の低圧動作を可能とした。As described above, according to the above embodiment, the sheath gas 115 in the ultrafine particle classification device 101 can be efficiently exhausted at a high exhaust speed. As a result, the ultrafine particle classification device 101 can be operated at a pressure lower than the atmospheric pressure. Further, the sheath gas capacity of the ultrafine particle classification device 101 was reduced, and the exhaust efficiency of the sheath gas 115 (the ratio of the exhaust capacity to the sheath gas inflow capacity) was improved. Furthermore, the ultrafine particle classifier 101 is downsized, and the sheath gas 1
By improving the exhaust efficiency of No. 15, the ultra-fine particle classification device 101 can be operated at a low pressure by a vacuum pump having a smaller exhaust amount (that is, a smaller size).
【0066】また、上記実施の形態によれば、超微粒子
分級検出装置200全体を小型化することにより、持ち
運びが簡単で、どのような種類の超微粒子生成装置にも
取り付けが簡単に行える超微粒子分級検出装置200を
提供できる。Further, according to the above-described embodiment, by miniaturizing the entire ultrafine particle classification and detection device 200, the ultrafine particle classification device 200 is easy to carry and can be easily attached to any type of ultrafine particle generation device. A classification detection device 200 can be provided.
【0067】また、上記実施の形態は、キャリアガス1
17により搬送される超微粒子の搬送時間を短くするこ
とで、搬送途中での超微粒子の凝集を抑制することがで
きる。これにより、生成された超微粒子の粒径や形状を
保持したまま超微粒子分級装置101により分級し、検
出できる。In the above embodiment, the carrier gas 1
By shortening the transport time of the ultrafine particles transported by 17, the aggregation of the ultrafine particles during the transport can be suppressed. This allows the ultrafine particles to be classified and detected by the ultrafine particle classification device 101 while maintaining the particle diameter and shape of the generated ultrafine particles.
【0068】[0068]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
微分型電気移動度分級装置内のシースガスを効率良く、
高排気速度で排気できるので、微分型電気移動度分級装
置を大気圧より低圧で動作させることができる。As described above, according to the present invention,
The sheath gas in the differential mobility classifier can be efficiently
Since the gas can be evacuated at a high evacuation speed, the differential electric mobility classifier can be operated at a pressure lower than the atmospheric pressure.
【0069】また、本発明によれば、大気圧以下の圧力
領域での動作も小型の真空ポンプで実現でき、装置全体
も持ち運べる程度に小型化できる超微粒子分級検出装置
を作製することが可能となる。Further, according to the present invention, it is possible to produce an ultrafine particle classification detecting device which can be operated in a pressure range below the atmospheric pressure with a small vacuum pump and which can be downsized so that the whole device can be carried. Become.
【図1】(a) 本発明の一実施の形態にかかる超微粒
子分級装置を上面から見た断面図 (b) 本発明の一実施の形態にかかる超微粒子分級装
置を側面から見た断面図FIG. 1A is a cross-sectional view of an ultrafine particle classification device according to an embodiment of the present invention as viewed from above. FIG. 1B is a cross-sectional view of an ultrafine particle classification device according to an embodiment of the present invention as viewed from the side.
【図2】上記実施の形態にかかる超微粒子分級検出装置
の構成を示す図FIG. 2 is a diagram showing a configuration of an ultrafine particle classification detecting apparatus according to the embodiment.
【図3】ガス中に浮遊した初期粒径10nmの超微粒子
における個数濃度の時間依存性を示す図FIG. 3 is a diagram showing the time dependence of the number concentration of ultrafine particles having an initial particle diameter of 10 nm suspended in a gas.
【図4】従来の微分型電気移動度分級装置の構成を示す
図FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a conventional differential mobility classifier.
101 超微粒子分級装置 103 外殻部 104 平面部A 105 平面部B 106 キャリアガス導入口 107 分級領域 108 キャリアガス噴出口 109 スリット 110 キャリアガス排気口 111 金属平板 112 絶縁体 113 直流電圧電源 114 シースガス排気口 116 フィルター 200 超微粒子分級検出装置 201 取込部 202 荷電部 203 分級部 204 検出部 205 超微粒子搬送管 206 分級後超微粒子搬送管 207 超微粒子生成室 208 真空排気系 214 マスフローコントローラ 215 シースガス差動排気系 216 堆積室 217 キャリアガス差動排気系 218 微小電流計 DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Ultrafine particle classifier 103 Outer shell part 104 Plane part A 105 Plane part B 106 Carrier gas inlet 107 Classification area 108 Carrier gas outlet 109 Slit 110 Carrier gas exhaust 111 Metal plate 112 Insulator 113 DC voltage power supply 114 Sheath gas exhaust Mouth 116 Filter 200 Ultrafine particle classification detection device 201 Intake unit 202 Charging unit 203 Classification unit 204 Detection unit 205 Ultrafine particle transport tube 206 Ultrafine particle transport tube after classification 207 Ultrafine particle generation chamber 208 Vacuum exhaust system 214 Mass flow controller 215 Sheath gas differential Exhaust system 216 Deposition chamber 217 Carrier gas differential exhaust system 218 Micro ammeter
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 岳人 神奈川県川崎市多摩区東三田3丁目10番1 号 松下技研株式会社内 (72)発明者 山田 由佳 神奈川県川崎市多摩区東三田3丁目10番1 号 松下技研株式会社内 Fターム(参考) 4D054 GA02 GA10 GB06 GB09 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Taketo Yoshida 3-1-1, Higashi-Mita, Tama-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture Inside Matsushita Giken Co., Ltd. (72) Yuka Yamada 3-chome, Higashi-Mita, Tama-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa No. 10 No. 1 Matsushita Giken Co., Ltd. F term (reference) 4D054 GA02 GA10 GB06 GB09
Claims (8)
路に略平行に設置され、導入された荷電超微粒子を粘性
流体中で静電界が印加された際の荷電粒子の粒径に依存
した電気移動度を利用して分級し、前記シースガス流路
に沿った断面形状が略矩形型である分級領域を具備した
ことを特徴とする超微粒子分級装置。1. An electric device which is installed substantially parallel to a sheath gas flow path which flows linearly as a laminar flow, and which depends on the particle diameter of charged particles when an electrostatic field is applied to a charged ultrafine particle in a viscous fluid. An ultrafine particle classification device, wherein the classification is performed using mobility, and a classification region having a substantially rectangular cross section along the sheath gas flow path is provided.
れ、荷電された超微粒子を前記分級領域に噴出するため
の超微粒子噴出機構を有し、形状が略矩形である第1の
平面部と、前記分級領域を挟んで前記第1の平面部に平
行に配置され、前記分級領域で分級された均一粒径の超
微粒子を選別するための超微粒子選別機構を有し、形状
が略矩形である第2の平面部と、を具備し、前記超微粒
子分級領域は、前記第1の平面部と前記第2の平面部と
に挟まれることにより形成されていることを特徴とする
請求項1に記載の超微粒子分級装置。2. A first flat portion, which is installed substantially parallel to the sheath gas flow path, has an ultrafine particle ejection mechanism for ejecting charged ultrafine particles to the classification region, and has a substantially rectangular shape. An ultrafine particle sorting mechanism arranged in parallel with the first plane portion with the classification region interposed therebetween, for selecting ultrafine particles having a uniform particle size classified in the classification region, and having a substantially rectangular shape. A second flat portion, wherein the ultrafine particle classification region is formed by being sandwiched between the first flat portion and the second flat portion. 2. The ultrafine particle classification device according to 1.).
ス導入口に接続されたシースガス配管の断面積と同等か
大きくなされていることを特徴とする請求項1または請
求項2に記載の超微粒子分級装置。3. The ultrafine particle according to claim 1, wherein a cross-sectional area of the classification region is equal to or larger than a cross-sectional area of a sheath gas pipe connected to the sheath gas inlet. Classifier.
スガス配管の断面形状が、前記分級領域の断面形状へと
連続的に変化するようになされていることを特徴とする
請求項1から請求項3のいずれかに記載の超微粒子分級
装置。4. The sectional shape of a sheath gas pipe connected to the sheath gas inlet is continuously changed to the sectional shape of the classification region. The ultrafine particle classification device according to any one of the above.
してあることを特徴とする請求項1から請求項4のいず
れかに記載の超微粒子分級装置。5. The ultrafine particle classification apparatus according to claim 1, wherein four corners of the cross section of the classification area are chamfered in a circular shape.
り込まれた超微粒子を荷電するための荷電部と、荷電さ
れた超微粒子を分級するための請求項1に記載の超微粒
子分級装置と、分級された超微粒子の濃度計測や基板へ
の堆積を行う検出部と、前記超微粒子分級装置および前
記検出部下流に設置されたシースガスおよびキャリアガ
スを排気するための差動排気手段とから構成され、大気
圧以下で動作することを特徴とする超微粒子分級検出装
置。6. An ultrafine particle classification apparatus according to claim 1, wherein an intake section for capturing the ultrafine particles, a charging section for charging the captured ultrafine particles, and a classifying apparatus for classifying the charged ultrafine particles. And a detection unit for measuring the concentration of the classified ultrafine particles and depositing the ultrafine particles on the substrate, and a differential exhaust unit for exhausting the sheath gas and the carrier gas installed downstream of the ultrafine particle classification device and the detection unit. An ultrafine particle classification detection device which is configured and operates at a pressure lower than the atmospheric pressure.
圧力が50Torr以下であることを特徴とする請求項
6記載の超微粒子分級検出装置。7. The ultrafine particle classification detecting device according to claim 6, wherein the operating pressure in the classification region of the ultrafine particle classification device is 50 Torr or less.
が搬送されるのに要する時間が1秒以内であることを特
徴とした請求項6または請求項7に記載の超微粒子分級
検出装置。8. The ultrafine particle classification and detection device according to claim 6, wherein the time required for ultrafine particles to be transported from the intake section to the detection section is within one second. .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31788299A JP2001133387A (en) | 1999-11-09 | 1999-11-09 | Ultra-fine particle classifying device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31788299A JP2001133387A (en) | 1999-11-09 | 1999-11-09 | Ultra-fine particle classifying device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001133387A true JP2001133387A (en) | 2001-05-18 |
Family
ID=18093116
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP31788299A Pending JP2001133387A (en) | 1999-11-09 | 1999-11-09 | Ultra-fine particle classifying device |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2001133387A (en) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1999
- 1999-11-09 JP JP31788299A patent/JP2001133387A/en active Pending
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