JP2012523960A - 核で生じた粒子をその場で捕集するための方法および装置 - Google Patents

核で生じた粒子をその場で捕集するための方法および装置 Download PDF

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Abstract

粒子捕集装置が開示される。該装置は、入口ポート、捕集ポート、前記入口ポートおよび前記捕集ポート間に構成されたバグハウス、および前記バグハウスに連結された真空ポートを備えるバグハウスハウジングを含む。前記装置はまた、前記捕集ポートに連結された捕集機構と、前記バグハウスに連結された圧縮機構と、を含む。

Description

本出願は、「Concentric Flow-Through Plasma Reactor And Methods Therefor」と題された２００７年７月１０日出願の米国特許出願第１１／７７５，５０９号の一部継続出願である、２００９年４月１５日出願の米国特許出願第１２／４２４，２７７号の優先権を主張するものであり、その参照によって本明細書に組み込む。
本発明は、概してその場の粒子核生成（in-situ particle nucleation）に関し、特に核で生じた粒子（nucleated particles）を、その場で実質的に連続して捕集するための方法および装置するものである。
一般に、気相合成は比較的純粋な粒子を生成するのに効果的な方法である。プラズマ熱分解であれ、レーザー熱分解であれ、あるいはその他の方法であれ、一組の前駆気体が反応ゾーンに流入し、その一組の前駆第１気体中の原子および／または分子がイオン化し、核となる。一旦これが存在すれば、核で生じた粒子が凝固して軟質粒子凝集物（soft particle agglomerates）となる傾向があり、十分なエネルギーが存在していれば、焼結して硬質凝集物となる傾向にある。しかしながら、実際には、これらの凝集物は、ポンプ，ブロックフィルターを詰まらせたり、それらが接触する表面を概ね被覆してしまったりする傾向がある。
例えば、一般的なタイプの粒子捕集装置としてバグハウス（baghouse）が知られている。粒子および凝集物を濾過し、分離するのに布地のバッグを用いる場合、バグハウスは、慣性捕集（inertial collection）、ブラウン運動および静電気力を通じてダスト微粒子（dust particulate）が捕集される表面を提供する。布地のバッグは、織物、フェルト状コットン（felted cotton）、合成繊維またはガラス繊維材を、チューブ形状あるいは封筒（envelope）形状としたものとすることができる。
慣性捕集は、気体流に垂直に配置された布の繊維に、（気体の流れとともに方向を変化させる代わりに）粒子を衝突させること（striking）を含む。ブラウン運動は、粒子の拡散による粒子捕集装置内での粒子および表面間の接触の可能性に関わっている。そして、静電気力は、粒子捕獲を増進する目的で、粒子および繊維フィルターの双方を帯電させることを含んでいる。
しかしながら、これらの粒子捕集メカニズムは、粒子捕集装置の内面上、特に繊維フィルター上で固化する粒子凝集物の形成をもたらし、気体流の抵抗を増大させて真空ポンプに背圧を生じさせるものともなる。よって、フィルターを定期的に清掃しなければならず、気相合成装置をオフライン状態にする必要がしばしばあり、全体的な生産速度を実質的に低下させ得るものであった。
上述した観点から、粒子の捕集をその場で連続して行うために改善された方法および装置が要望されていた。
一実施形態において、本発明は、粒子捕集装置に関連する。その装置は、入口ポート、捕集ポート、前記入口ポートおよび前記捕集ポート間に構成されたバグハウス、および、前記バグハウスに連結された真空ポートを備えるバグハウスハウジングを含んでいる。前記装置はまた、捕集ポートに連結された捕集機構と、前記バグハウスに連結された圧縮機構とを含んでいる。
本発明に係るプラズマ反応器を簡単化して示す模式図である。 本発明に係るプラズマ反応器を簡単化して示す断面図である。 角のある側方拡張構造（angular lateral expansion structure）を用いて構成された本発明に係る粒子捕集装置を示す一連の略図である。 角のある側方拡張構造を用いて構成された本発明に係る粒子捕集装置を示す一連の略図である。 角のある側方拡張構造を用いて構成された本発明に係る粒子捕集装置を示す一連の略図である。 角のある側方拡張構造を用いて構成された本発明に係る粒子捕集装置を示す一連の略図である。 円筒状側方拡張構造（cylindrical lateral expansion structure）を用いて構成された本発明に係る粒子捕集装置を示す一連の略図である。 円筒状側方拡張構造を用いて構成された本発明に係る粒子捕集装置を示す一連の略図である。 円筒状側方拡張構造を用いて構成された本発明に係る粒子捕集装置を示す一連の略図である。 本発明に係る磁気アクチュエーター示す一連の略図である。 本発明に係る粒子捕集装置を示す一連の略図である。 本発明に係る粒子捕集装置を示す一連の略図である。 本発明に係る粒子捕集装置を示す一連の略図である。 本発明に係る粒子捕集装置を示す一連の略図である。 本発明に係る粒子捕集装置を示す一連の略図である。 本発明に係る粒子捕集装置を示す一連の略図である。
以下、添付の図面に示されたようないくつかの好適実施形態を参照して本発明を詳細に説明する。以下の説明においては、本発明に対する深い理解を提供する目的で、多くの特定の細部が説明される。しかしながら、当業者であれば、いくつかのまたはすべてのこれら特定の細部をもつことなく本発明を実施できることが明白であろう。その他の場合には、本発明を不必要に曖昧にしないようにするために、周知の処理ステップおよび／または構造については詳述しない。
上述したように、気相合成からの凝集物は、ポンプ，ブロックフィルターを詰まらせたり、それらが接触する表面を概ね被覆してしまったりする傾向がある。本発明者らは、有利な方法においては、真空ポンプに連結され、粒子の流れに垂直に位置づけられた最適化された圧縮可能なバグハウスを用い、粒子および凝集物を実質的に連続して捕集するのに用いてもよいと考えている。
図１Ａ〜図１Ｂを参照するに、本発明に係る粒子捕集装置の連結することのできる一組のプラズマ反応器の略図が示されている。図１Ａは簡略化した模式図であり、一方図１Ｂは簡略化した断面図である。
概して、プラズマ反応器は、内部電極と、内部電極上にある内部誘電層と、内部誘電層上にある外部誘電層と、外部誘電層の少なくとも一部分上にある外部電極と、を含んでいる。内部電極の外面と、これに向き合う外部電極の外表面（ここでは外部電極の「内面」として参照する）との間にはチャネルが画成されている。チャネルはプラズマ反応器のプラズマ反応器チャンバーを画成している。一形態においては、外部電極は、内部電極のまわりに、内部電極に対して同軸に配置されている。かかる場合において、内部電極の外面と外部電極の内面との間には環状チャネルが画成される。
有利な方法では、１以上の前駆気体をプラズマ反応器チャンバー内に連続的に流入させ、プラズマ反応器の内部電極または外部電極のいずれかにＲＦ電力を適用してプラズマ反応器チャンバー内に前駆気体のプラズマを形成する（すなわち点火する（igniting））ことによって、粒子を生成することができる。
内部電極は内部誘電層に接触していてもよいし、外部電極は外部誘電層の少なくとも一部分と接触していてもよい。内部誘電層および外部誘電層は分離しており、それらの間に空間が形成されている。この空間がチャネルを画成しており、プラズマ反応器のプラズマ反応器チャンバーとしても参照される。１以上の前駆気体はプラズマ反応器チャンバーを通って移動（direct）する。
一形態では、プラズマ反応器は管状である。すなわち、内部誘電層および外部誘電層は管状すなわち管形状である。内部誘電管は内部電極を囲み、外部誘電管は内部誘電管を囲み、そして外部電極は外側誘電管を囲んでいる。内部誘電管と外部電極管との間の空間が環状チャネルを画成する。
プラズマ反応器（以下、「同心電極」反応器としても参照される）は、内部電極１２４；内部電極１２４を囲む内部誘電管１１５；内部誘電管１１５の周りにこれと同心に配置された外部電極管１１４（これにより内部誘電管１１５の外面と外部電極管１１４の内面との間に環状チャネルが画成される）；および、外部電極管の少なくとも一部分のまわりに配置された（すなわちこれを囲んでいる）外部電極１２５を備える。
内部誘電管１１５は内部電極１２４の外面と接触したものとすることができる。外部電極１２５は外部誘電管１１４の外面上に配置されている。外部電極１２５は外部誘電管１１４の外面の少なくとも一部分と接触したものとすることができる。内部電極１２４および外部電極１２５は共同してプラズマ反応器１００の電極アセンブリ１２０を画成する。以下により詳細に説明するように、プラズマ反応器１００は複数の電極アセンブリ１２０を備えることができる。
環状チャネルがプラズマ反応器チャンバー１０５を画成する。一形態では、内部電極１２４はロッド形状である。しかしながら、内部電極１２４は種々の幾何学的形状および寸法を有することができる。例えば、内部電極１２４は長方形状であってもよい。内部誘電管１１４および外部誘電管１１５は石英などの誘電物質で好ましく形成される。誘電管１１４はプラズマ反応器１００のプラズマ反応器チャンバー１０５の外壁を形成する。プラズマ反応器チャンバー１０５は粒子前駆気体の流路を提供する。プラズマ反応器チャンバー１０５は、プラズマ反応器１００の対向端でフランジ１１８および１１９により、周囲の雰囲気から封止することができる。誘電管１１５は、プラズマ反応器１００が作動する際に、内部電極１２４のスパッタリングを防止する。これにより、内部電極１２４を形成する物質による粒子の汚染が有利に防止される。
一般に、プラズマ反応器１００が作動すると、粒子前駆気体はプラズマ反応器１００の上流端からプラズマ反応器１００の下流端に向って流れる。粒子前駆気体のプラズマがプラズマ反応器チャンバー１０５反応ゾーン内で形成される。反応ゾーンは、ＲＦ電力密度に加えて、内部電極１２４および外部電極１２５によって画成されるプラズマ反応器チャンバー１０５内のエリアである。ＲＦ電力密度は、外部電極１２５に関する内部電極１２４の配置（disposition）とともに、内部電極１２４および外部電極１２５の表面間の分離距離の関数である。
プラズマ形成の過程で、粒子前駆気体の分子は分離し、プラズマ励起された種類の粒子前駆気体の分子を形成する。プラズマ励起された種類の粒子前駆気体の分子の少なくともいくらかが核となり、成長して粒子になる。粒子前駆気体は、搬送気体（carrier gas）として作用する緩衝気体（buffer gas）が混合されたものであることが望ましい。前駆気体は一般的には熱伝導率の低い不活性気体である。概して、緩衝気体には、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｋｒ、ＸｅおよびＮ2からなるグループから選択された１以上の不活性ガスが含まれる。
加えて、前駆気体は、分離することで前駆種（precursor species）を提供する前駆分子を包含することができる。前駆種は、反応により所要の成分をもつ粒子を形成する。プラズマ反応室チャンバーに向けられる前駆気体は、所望の粒子の種類によって決まることになる。ドープグループＩＶの半導体ナノ粒子が所望されるのでれば、１以上の前駆気体は１以上の半導体前駆気体（例えばＳｉＨ4，Ｓｉ2Ｈ6）および１以上のドーパント気体（例えばＰＨ3，Ｂ2Ｈ6）を含むことができる。
内部電極１２４および外部電極１２５がプラズマ反応器チャンバー１０５の全体に及んでいる場合、反応ゾーンをプラズマ反応器チャンバー１０５の全長に及ぶものとすることができる。一般に、反応ゾーンは、外部電極１２５およびＲＦ電力密度の関数である。大まかな数字で言えば、反応ゾーンは内部電極１２４および外部電極１２５の間のプラズマ反応器チャンバー１０５の部分にわたっており、ほぼ外側電極１２５の幅とすることができる。
概して、前駆気体のプラズマは反応ゾーン内で形成され、粒子は少なくとも一部が反応ゾーン内で形成される。一形態では、粒子は専ら反応ゾーン内で形成される。プラズマ反応器１００が複数の電極アセンブリ１２０を備える他の形態では、プラズマ反応器１００は複数の反応ゾーンを備えることができ、その場合前駆気体のプラズマはそれぞれの反応ゾーン内で形成される。これは、コアシェル粒子（core-shell particles）の形成に有利であり得る。
図２Ａ〜図２Ｄを参照するに、角のある側方拡張構造を有する本発明に係る粒子捕集装置を示す一組の略図が示されている。有利な方法では、圧縮可能なバグハウスの長手軸が真空ポンプに連結され、概して加熱された粒子が流出する流れに実質的に直交する態様にて位置づけられている。真空ポンプが粒子捕集装置からバグハウスを通して気体分子を除去するとき、粒子の大部分（substantial portion）は流出する流れの中に（軟質および硬質の）凝集物を形成する傾向がある。
これらの（凝集した、および凝集していない）粒子の第１部分は、バグハウスハウジングの比較的冷えた内面に捕集された後に、そこから剥れる傾向にある。粒子の第２部分は、核で生じた粒子が排出される流れに平行に位置づけられた捕集装置内に直接捕集される。しかしながら、残りの粒子は真空ポンプによって吸引され、バグハウスの外面上で凝集する。一端を閉じ、さらに真空ポンプ出口ポートのまわりにバグハウスハウジングを固定することで、バグハウスは、角のある側方拡張構造のまわりに位置づけられる多孔質織物のシリンダとして構成され、実質的に張った（substantially taught）織物が保持される（例えばばね、コイル状Teflon（登録商標）チューブなどによる）。一般に、織物の織り寸法（weave size）は、排出する気体分子よりも大きいが、粒子の大部分よりは小さい。適切な織物の例は、約０．２５ｍｍの厚み、約９７９Ｎ／ｃｍの引っ張り強さ、および０．０２〜４０μｍのポアサイズをもつようにポリテトラフルオロエチレンを展張したＧＯＲＥ（登録商標）である
一般に、真空ポンプは粗引き（roughing）ポンプないしは２段（two-stage）ポンプとして構成され、第１段では約１×１０-3Ｔｏｒｒまでの真空が生成され、第２段では０．５ミリＴｏｒｒなどの、より低い真空が生成される。粗引き（roughing）ポンプの例には、回転翼式、ルーツローブ式、回転ピストン式、スクロール式、ダイヤフラム式、フックアンドクロー式、スクリューロータ式、ドライピストン式およびソープション式のものが含まれる。一般的な形態においては、真空ポンプは、フラッパ機構をもつバタフライ弁をさらに含んでいる。周囲にＯリングをもつ円盤として概ね構成される場合、フラッパ機構はその直径のまわりに、バタフライ弁の円錐状ボア内で回転する。
ここで、粒子がまず核で生じてバグハウス織物に付着すると、バタフライ弁はフラッパを調節して実質的に一定の圧力を維持しようとする（フラッパを開けば真空が増大する一方、フラッパを閉じれば真空が減少する）。しかしながら、バグハウスの外面は粒子によって実質的に覆われることになるので、真空ポンプの背圧が増大し、これは続いて補償の目的でバタフライ弁の開放を生じさせる。一形態では、圧力の変化に応答して、バグハウスはその長手軸（粒子の排出方向と直交する）に沿った圧縮が許容されている。代替的な形態では、バグハウスは固定され、背圧の変化を自動的にまたは手動で調節することができる。
有利な態様では、フラッパが完全に開いたとき（すなわち流れに平行となったとき）など、背圧が閾値に達した後には、バグハウス織物付着物（baghouse fabric pours）を除去し、粒子の大部分の剥落および捕集装置内への捕集を許容する目的で、あたかもタオルを絞るように、バグハウスを圧縮および回転させることができる。背圧が減少すると、バグハウスが拡張され、それ自体のプロセスが繰り返される。従って、核で生じた粒子を、バグハウスの開放および清掃を要さずに、長期間にわたって捕集することができる。
図２Ａは、バグハウスばねが実質的に圧縮されていない状態で粒子捕集装置を示している。初めに、核で生じた粒子２０８が入口ポート２０２を通ってバグハウスハウジング２０６に進入する。そして、粒子２０８の一部分は、バグハウスハウジング２０６の内面を覆い、あるいは捕集ポート２３１を通って捕集装置２３６に直接捕集されるが、真空ポート２４６に連結された真空ポンプ（不図示）によって維持される圧力差によって、かなりの割合の粒子はバグハウス２０５に引き付けられる（織物２２６ａ上で粒子塊２１６ａを形成する）。一般に、捕集装置２３６は典型的にはベッセルであり、（移送のために）封止可能であるとともに、比較的低真空に耐えることができるもの（すなわちステンレス鋼など）である。
その長手軸が排出流と直交するように位置づけることによって、バグハウス２０５は、一端が閉じられるとともに真空ポンプに対する出口ポートのまわりでバグハウスハウジングに固定された実質的に円筒状のチューブとして構成され、バグハウスは側方拡張構造のまわりに位置づけられて実質的に張られた織物を維持する多孔質織物のシリンダとして構成することができる。円筒状チューブの第１端（真空ポート２４６の反対側に位置する）には、閉塞された断面円形状のキャップ２２８が位置づけられ、粒子からバグハウスの内部を封止するとともに、圧縮機構２１９のための側方支持構造を提供している。一般的な形態では、閉塞された断面円形状のキャップ２２８は不活性で堅固な物質（すなわちTeflon（登録商標）など）を含んでいる。これに対し、円筒状チューブの第２端には、核で生じた粒子の排出流から円筒状チューブの内部を実質的に閉鎖する目的で、真空ポート２４６のまわりで断面円形状の開口２４７をバグハウスハウジング２０６の内面に直接取り付けることができる。
圧縮およびねじることができるようバグハウス２０５を構成するために、バグハウス圧縮機構２１９はバグハウス機械力伝達構造２１７を含んでおり、これは一組のベアリング２２４ａ，２２４ｂを介してバグハウス圧縮機構ハウジング２１８に位置づけられる。断面円形状のキャップ２２８を直接連結するために、バグハウス機械力伝達構造２１７はロッドやシリンダなどとして構成でき、陽極酸化アルミニウム、ステンレス鋼またはその他適切な材料で構成することができる。
一形態において、バグハウス機械力伝達構造２１７は、（１）バグハウス圧縮機構ハウジング２１８内部でバグハウス機械力伝達構造２１７に連結される強磁性材（すなわち鉄など）で作製された内部スライド２２０、および、（２）圧縮機構ハウジング２１８の外側に位置づけられ、内部スライド２２０と磁気的に接続される一組の強力な永久磁石を含むヨーク２２２を備える磁気アクチュエーターを介して移動させることができる。一形態では、ヨーク２２２はランタニド類を含む希土類磁石（例えばネオジム，サマリウムコバルトなど）から構成される。
例えば、約１Ｔｏｒｒ〜約３０Ｔｏｒｒの真空が真空ポート２４６で維持される典型的な作動構成においては、５ポンドの直線力（linear force）および６０オンス−インチ（oz-in）の回転力（rotary force）をもつように構成された磁気アクチュエーターであれば、粒子塊２１６ａを織物２２６ａから実質的に除去する目的でバグハウス２０５を圧縮および回転させるのに十分である。
さらに、粒子の様々なサブコンポーネントを排除するために不活性気体が用いられてもよい。例えば、捕集された粒子を除去する目的で、捕集装置２３６はバグハウスハウジング２０６から取り外されるようにされているべきである。従って、環境汚染を最小限にする目的で、不活性気体（例えば窒素２３８など）が一般に捕集装置２３６に注入される。初めに、捕集装置２３６は遮断バルブ２３２およびバルブ２３３を閉鎖することで絶縁される。そして、不活性気体バルブ２３７を開放することによって不活性気体２３８の捕集装置２３６への流入が許容される。その後、絶縁バルブ２３２および絶縁バルブ２３４を閉鎖することで、捕集装置２３６の取り外しが許容される。
加えて、圧縮時にバグハウス２０５から粒子を排除するのを助けるために不活性気体を用いてもよい。初めに、絶縁バルブ２０４、絶縁バルブ２４５および絶縁バルブ２４８が閉鎖される。次に、不活性気体バルブ２４４が開放されることで、不活性気体２４２のバグハウス２０５への流入が許容されるとともに、織物２２６ａ上で固まっていた粒子を除去することができる。
図２Ｂは、図２Ａの粒子捕集装置を、バグハウスばねが実質的に圧縮され、捩られている状態で示している。有利な態様においては、バグハウス２０５を圧縮し、核で発生して固まっていた粒子を螺旋状に捩れた織物２２６ｂから実質的に除去する目的で、時計回りあるいは反時計回りに捩ることができる。加えて、上述したように、バグハウス２０５から粒子を排除するのを助けるために不活性気体２４２を用いてもよい。
図２ｃは、非圧縮のバグハウスの外側に、その長手軸に沿って配置したメッシュスクリーンをもつ本発明に係る図２Ａの粒子捕集装置を示す。有利な態様では、粒子排出流は入口ポート２０２を通ってバグハウス２０５に向う際、この流れのかなりの量は、排出流に垂直に形成されたメッシュスクリーンによって妨害され、捕集される。従って、粒子捕集装置は、図２Ａ〜図２Ｂの粒子捕集装置に比べ、より長期にわたって作動できる。
一般的な形態において、メッシュスクリーン２５０は、Teflon（登録商標）など実質的に堅固な不活性（化学的に不活性）の物質で構成され、メッシュサイズは約０．２μｍ〜約２μｍである。加えて、メッシュスクリーン２５０は円筒状あるいは半円筒状のものとして構成できる。さらに、メッシュスクリーン２５０は、不活性の取り付け支持構造２５６を介し粒子捕集装置の内側表面に固定されていてもよい。
さらに、メッシュスクリーン２５０の外側表面のまわりに長手軸に沿ってメッシュスクレーパー２５２が位置づけられ、これは、スクレーパー圧縮機構２６７によりメッシュスクリーン２５０の外側表面に沿って摺動して粒子塊２１６ａを除去するように構成されている。さらに、メッシュスクレーパー圧縮機構２６７は、一組のベアリング２２４ａ，２２４ｂを介してメッシュスクレーパー圧縮機構ハウジング２１８に位置づけられるメッシュスクレーパー機械力伝達構造２６８を含んでいる。メッシュスクレーパーの円形断面キャップ２５２を直接連結するために、メッシュスクレーパー機械力伝達構造２６８はロッドやシリンダなどとして構成でき、陽極酸化アルミニウム、ステンレス鋼またはその他適切な材料で構成することができる。
一形態において、メッシュスクリーン機械力伝達構造２６７は、（１）バグハウス圧縮機構ハウジング２６８内部でメッシュスクレーパー機械力伝達構造２６７に連結される強磁性材（すなわち鉄など）で作製されたメッシュスクレーパー内部スライド２６０、および、（２）メッシュスクレーパー圧縮機構ハウジング２６８の外側に位置づけられ、スクレーパーアンカー６２０と磁気的に接続される一組の強力な永久磁石を含むメッシュスクレーパーヨーク２６２を備えるメッシュスクレーパー磁気アクチュエーターを介して移動させることができる。一形態では、メッシュスクレーパーヨーク２６２はランタニド類を含む希土類磁石（例えばネオジム，サマリウムコバルトなど）から構成される。
例えば、約１Ｔｏｒｒ〜約３０Ｔｏｒｒの真空が真空ポート２４６で維持される典型的な作動構成においては、５ポンドの直線力および６０オンス−インチの回転力をもつように構成されたメッシュスクレーパー磁気アクチュエーターであれば、粒子塊２１６ａをメッシュスクリーン２５０から実質的に除去する目的でバグハウス２０５を圧縮および回転させるのに十分である。
図３Ａ〜図３Ｃを参照するに、円筒状側方拡張構造を有して構成された本発明に係る粒子捕集装置の一組の略図が示されている。すなわち、図２Ａ〜図２Ｂの直線状側方拡張構造２０７とは異なり、実質的に張られた織物を維持する目的で一組の多孔質シリンダ３７０および３７２がバグハウス３０５内に構成されている。第１のシリンダの径は第２のシリンダの径より小さく、両シリンダが自由に伸縮できるようになっている。
図３Ａは側方拡張構造が実質的に圧縮されていない状態での粒子捕集装置を示す。上述のように、核で生じた粒子２０８が入口ポート２０２を通ってバグハウスハウジング２０６に進入する。そして、粒子２０８の一部分は、バグハウスハウジング２０６の内面を覆い、あるいは捕集装置２３６に直接捕集されるが、真空ポート２４６に連結された真空ポンプ（不図示）によって維持される圧力差によって、かなりの割合の粒子はバグハウス２０５に引き付けられる（織物２２６ａ上で粒子塊２１６ａを形成する）。一般に、捕集装置２３６は典型的にはベッセルであり、移送のために封止可能であるとともに、比較的低真空に耐えることができるもの（すなわちステンレス鋼など）である。
その長手軸が排出流と直交するように位置づけることによって、バグハウス２０５は、一端が閉じられるとともに真空ポンプに対する出口ポートのまわりでバグハウスハウジングに固定された実質的に円筒状のチューブとして構成され、バグハウスは側方拡張構造のまわりに位置づけられて実質的に張られた織物を維持する多孔質織物のシリンダとして構成することができる。円筒状チューブの第１端（真空ポート２４６の反対側に位置する）には、閉塞された断面円形状のキャップ２２８が位置づけられ、粒子からバグハウスの内部を封止するとともに、圧縮機構２１９のための側方支持構造を提供している。一般的な形態では、閉塞された断面円形状のキャップ２２８は不活性で堅固な物質（すなわちTeflon（登録商標）など）を含んでいる。これに対し、円筒状チューブの第２端には、核で生じた粒子の排出流から円筒状チューブの内部を実質的に閉鎖する目的で、真空ポート２４６のまわりで断面円形状の開口２４７をバグハウスハウジング２０６の内面に直接取り付けることができる。
圧縮できるようバグハウス３０５を構成するために、バグハウス圧縮機構２１９はバグハウス機械力伝達構造２１７を含んでおり、これは一組のベアリング２２４ａ，２２４ｂを介してバグハウス圧縮機構ハウジング２１８に位置づけられる。断面円形状のキャップ３２８を直接連結するために、バグハウス機械力伝達構造２１７はロッドやシリンダなどとして構成でき、陽極酸化アルミニウム、ステンレス鋼またはその他適切な材料で構成することができる。
一形態において、バグハウス機械力伝達構造２１７は、（１）バグハウス圧縮機構ハウジング２１８内部でバグハウス機械力伝達構造２１７に連結される強磁性材（すなわち鉄など）で作製された内部スライド２２０、および、（２）圧縮機構ハウジング２１８の外側に位置づけられ、内部スライド２２０と磁気的に接続される一組の強力な永久磁石を含むヨーク２２２を備える磁気アクチュエーターを介し、圧縮機構ポート２７４を通って移動させることができる。一形態では、ヨーク２２２はランタニド類を含む希土類磁石（例えばネオジム，サマリウムコバルトなど）から構成される。
例えば、約１Ｔｏｒｒ〜約３０Ｔｏｒｒの真空が真空ポート２４６で維持される典型的な作動構成においては、５ポンドの直線力（linear force）および６０オンス−インチ（oz-in）の回転力（rotary force）をもつように構成された磁気アクチュエーターであれば、粒子塊２１６ａを織物２２６ａから実質的に除去する目的でバグハウス２０５を圧縮および回転させるのに十分である。
さらに、粒子の様々なサブコンポーネントを排除するために不活性気体が用いられてもよい。例えば、捕集された粒子を除去する目的で、捕集装置２３６はバグハウスハウジング２０６から取り外されるようにされているべきである。従って、環境汚染を最小限にする目的で、不活性気体（例えば窒素など）２３８が一般に捕集装置２３６に注入される。初めに、捕集装置２３６は遮断バルブ２３２およびバルブ２３３を閉鎖することで絶縁される。そして、不活性気体バルブ２３７を開放することによって不活性気体２３８の捕集装置２３６への流入が許容される。その後、絶縁バルブ２３２および絶縁バルブ２３４を閉鎖することで、捕集装置２３６の取り外しが許容される。
加えて、圧縮時にバグハウス３０５から粒子を排除するのを助けるために不活性気体を用いてもよい。初めに、絶縁バルブ２０４、絶縁バルブ２４５および絶縁バルブ２４８が閉鎖される。次に、不活性気体バルブ２４４が開放されることで、不活性気体２４２のバグハウス３０５への流入が許容されるとともに、織物２２６ａ上で固まっている粒子を除去することができる。
図３Ｂは、図３Ａに示すようにバグハウス３０５の内部に構成された一組の多孔質シリンダ（外側シリンダ３７０および内側シリンダ３７２を備える）を示す。外側シリンダ３７０は、Teflon（登録商標）など実質的に堅固な多孔質の不活性材料で構成され、外側シリンダのポア径は約１／１６インチ〜約３／１６インチである。外側シリンダ３７０の第１端は概して断面円形状のキャップに取り付けられ、上述のように、それ自体が圧縮機構ポート２７４を通ってバグハウス機械力伝達構造２１７に連結される。
外側シリンダ３７０の第２端は開放されており、内側シリンダ３７２上を摺動するよう構成され、低真空の条件で作動する際、内側シリンダ自体が外側シリンダ３７０の構造的支持部を提供する。
内側シリンダ３７２も、Teflon（登録商標）など実質的に堅固な多孔質の不活性材料で構成され、内側シリンダのポア径は約１／１６インチ〜約３／１６インチである。加えて、外側シリンダ３７０とは異なり、内側シリンダ３７２は、Teflon（登録商標）など実質的に強固で不活性の材料でなる一組のリング支持構造３７６で構成されている。内側シリンダ３７２の第１端は概して断面円形状のキャップ３８２に取り付けられ、それ自体が真空ポート２４６に連結される。内側シリンダ３７２の第２端は開放され、外側シリンダ３７０内を摺動するよう構成されている。
図３Ｃは、図３Ａの粒子捕集装置を、円筒状側方拡張構造が実質的に圧縮され、随意に（optionally）捩られている状態で示している。有利な態様においては、バグハウス３０５を圧縮し、核で発生して固まっていた粒子を螺旋状に捩れた織物３２６ｂから実質的に除去する目的で、随意に、時計回りあるいは反時計回りに捩ることができる。加えて、上述のように、バグハウス３０５から粒子を排除するのを助けるために不活性気体２４２を用いてもよい。
図４を参照するに、本発明に係る磁気アクチュエーターの略図が示されている。内部スライド４０８は概してシリンダーバレル４０２で構成され、ヨーク４０４からの直線力を、内部フランジ４０８を介し、空洞部４０６を通ってシリンダーバレル４０２に連結される機械力伝達構造（不図示）に伝達するように構成されている。加えて、一組の内部スライドフランジ４０８は、概して、一組の強力な永久磁石を含むヨーク４０４に対し磁気的に連結される。一般的な形態では、磁気アクチュエーターは、約２００ポンドの直線力，約６５ポンドの最大負荷、約３５０オンス−インチのトルク、および１２インチの移動あたり０．００６の直線運動（straightness of motion of .006 per 12" of travel）を受容するように構成される。
図５Ａ〜図５Ｆを参照するに、本発明に係る粒子捕集装置の一組の略図が示されている。図５Ａは粒子捕集装置の外観の側面図であり、入口ポート２０２、真空ポート２４６および捕集ポート２３１が示されている。図５Ｂは粒子捕集装置の外観の等角図であり、入口ポート２０２、真空ポート２４６および捕集ポート２３１が示されている。
図５Ｃ〜図５Ｄは粒子捕集装置の外観の側面図であり、圧縮機構ポート２７４、入口ポート２０２、真空ポート２４６および捕集ポート２３１が示されている。図５Ｅは粒子捕集装置の底面図であり、捕集ポート２３１、圧縮機構ポート２７４および真空ポート２４６が示されている。
図５Ｆは粒子捕集装置の上面図であり、入口ポート２０２、圧縮機構ポート２７４および真空ポート２４６が示されている。
有利な態様においては、圧縮可能なバグハウスの長手軸が真空ポンプに連結され、全体的に加熱された粒子排出流に対し実質的に垂直となるように位置づけられる。真空ポンプが粒子捕集装置からバグハウスを通して気体分子を除去するので、粒子の大部分は排出流内に（軟質および硬質の）凝集物を形成する傾向にある。
本明細書で例示的に説明した本発明は、何らかの要素、複数の要素、何らかの限定あるいは複数の限定がないときにも適切に実施可能である。よって、例えば、「備える（comprising）」、「含む（including）」、「包含する（containing）」などの用語は、広く解釈されるべきであり、限定のためのものではない。加えて、本明細書において用いられる用語および表現は説明のための語として用いられているものであり、限定のために用いられているのではない。そして、かかる用語および表現の使用は、明らかにされ、かつ説明された特徴およびその部分の同等物の排除を企図したものではなく、特許請求の範囲に記載の発明の範囲内において種々の修正が可能なものである。
よって、好適な実施形態および付加的な特徴により本発明を具体的に開示したが、ここに開示した本発明の修正（modification）、改善（improvement）および変更（variation）は当業者によって行われ得るものであり、かかる修正、改善および変更は本発明の範囲内にあるものと考察されることを理解するべきである。ここで備えられた材料、方法および例は好適実施形態の典型的なものであって、例示的なものであり、本発明の範囲の限定を企図したものではない。
当業者であれば理解できるであろうが、あらゆる目的に対して、特に明細書（written description）の規定に関して、ここに開示されたすべての範囲はまた、可能なあらゆる部分的な範囲（subranges）およびその組み合わせを網羅するものである。記載されたいかなる範囲も、２分の１ずつ、３分の１ずつ、４分の１ずつ、５分の１ずつ、１０分の１ずつに分けられた同じ範囲を十分に説明し、可能にするものとして容易に認識可能である。限定されない例として、ここで議論した各範囲は、低部３分の１、中部３分の１および上部３分の１等に容易に分けることができる。また、当業者であれば理解できるであろうが、「までの」、「少なくとも」、「〜より大きい」、「〜より小さい」などのすべての用語は、記載された数を含むとともに、その後上述のように部分的な範囲に分けることができる範囲を参照するものである。
本明細書において参照されたすべての公報、特許出願、交付された特許およびその他の文献は、個々の公報、特許出願、交付された特許またはその他の文献が具体的かつ個々に参照することによってその全体が含まれるものであるように、参照によりここに包含されるものである。参照により包含されるテキストに含まれる定義は、本願の開示における定義と矛盾する範囲では排除される。
本願の開示の目的に関して、かつ特定しない限りにおいては、不定冠詞（‘a’または‘an’）は１以上を意味する。ここで引用したすべての特許、出願、参考文献および公報は、参照するよって含まれるものであるように、参照によりそれらの全体が同じ範囲に包含されるものである。加えて、語集合（word set）は１以上の事項（item）あるいは物（object）を集めたもの（collection）として参照される。
核で生じた粒子を実質的にそのまま捕集することに本発明の方法および装置の利点がある。
開示された例示的な実施形態およびベストモード、修正および変更は、特許請求の範囲によって定義されるような本発明の主題および精神の範囲にとどまりながら、開示された実施形態が有することができるようにされたものである。

Claims (11)

  1. バグハウスハウジングであって、
    入口ポート、
    捕集ポート、
    前記入口ポートおよび前記捕集ポート間に構成されたバグハウス、および
    前記バグハウスに連結された真空ポートを備えるバグハウスハウジングと、
    前記捕集ポートに連結された捕集機構と、
    前記バグハウスに連結された圧縮機構と、
    を具えたことを特徴とする粒子捕集装置。
  2. 前記バグハウスが、
    多孔質織物シリンダ、
    該多孔質織物シリンダを張った状態に維持するように構成されたばね、
    前記多孔質の織物シリンダの第１端に位置づけられた円形キャップ、および
    前記多孔質の織物シリンダの第２端に位置づけられた真空ポート
    を含むことを特徴とする請求項１に記載の粒子捕集装置。
  3. 前記圧縮機構が、
    前記円形キャップに連結された機械力伝達構造、
    該機械力伝達構造に連結された内部スライド、
    該内部スライドに磁気的に連結されたヨーク
    を含むことを特徴とする請求項２に記載の粒子捕集装置。
  4. 前記機械力伝達構造が陽極酸化アルミニウムおよびステンレス鋼の１つで構成されていることを特徴とする請求項３に記載の粒子捕集装置。
  5. 前記入口ポートがプラズマ反応器に連結されていることを特徴とする請求項１に記載の粒子捕集装置。
  6. 前記真空ポートがポンプに連結され、該ポンプが前記バグハウス内を約１Ｔｏｒｒおよび約３０Ｔｏｒｒの間の真空に維持することを特徴とする請求項１に記載の粒子捕集装置。
  7. 前記真空ポートに連結された不活性気体バルブをさらに具え、該不活性気体バルブが開放されたときに不活性気体が前記バグハウスに流入することを特徴とする請求項１に記載の粒子捕集装置。
  8. 前記バグハウスハウジングが、
    前記入口ポートと前記バグハウスとの間に構成されたメッシュスクリーン、
    該メッシュスクリーンと前記入口ポートとの間に構成されたメッシュスクレーパー、および
    該メッシュスクレーパーに連結されたメッシュスクレーパー圧縮機構
    をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の粒子捕集装置。
  9. 前記メッシュスクリーンはテフロン（登録商標）を含むことを特徴とする請求項８に記載の粒子捕集装置。
  10. 前記バグハウスが、
    多孔質織物シリンダ、
    前記多孔質織物シリンダを支持するように構成された側方拡張構造、
    前記多孔質織物シリンダの第１端に位置づけられた円形キャップ、および
    前記多孔質の織物シリンダの第２端に位置づけられた真空ポート
    を含むことを特徴とする請求項１に記載の粒子捕集装置。
  11. 前記圧縮機構が、
    前記円形キャップに連結された機械力伝達構造、
    該機械力伝達構造に連結された内部スライド、
    該内部スライドに磁気的に連結されたヨーク
    を含むことを特徴とする請求項１０に記載の粒子捕集装置。
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