JPH0368335B2 - - Google Patents
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- JPH0368335B2 JPH0368335B2 JP60032679A JP3267985A JPH0368335B2 JP H0368335 B2 JPH0368335 B2 JP H0368335B2 JP 60032679 A JP60032679 A JP 60032679A JP 3267985 A JP3267985 A JP 3267985A JP H0368335 B2 JPH0368335 B2 JP H0368335B2
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- JP
- Japan
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- nozzle
- aerosol
- screen
- layer
- velocity
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
- G01N1/02—Devices for withdrawing samples
- G01N1/22—Devices for withdrawing samples in the gaseous state
- G01N1/2202—Devices for withdrawing samples in the gaseous state involving separation of sample components during sampling
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
- G01N1/02—Devices for withdrawing samples
- G01N1/22—Devices for withdrawing samples in the gaseous state
- G01N1/2202—Devices for withdrawing samples in the gaseous state involving separation of sample components during sampling
- G01N2001/222—Other features
- G01N2001/2223—Other features aerosol sampling devices
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
この発明は微粒子を含む気体（エアロゾル）を
噴流させて光学的に微粒子の粒径等を測定する微
粒子検出器に使用する微粒子検出器用ノズルの改
良に関するものである。
噴流させて光学的に微粒子の粒径等を測定する微
粒子検出器に使用する微粒子検出器用ノズルの改
良に関するものである。
光学式による微粒子検出器により微粒子を検出
する方法は、検出セルと称する容器内で微粒子を
含有するエアロゾルがノズルより噴射され、この
噴流にレーザビームを照射し、微粒子により散乱
光を受光器で受光するものである。（特開昭50−
117489号公報参照）その場合、噴流の一定領域を
限定し、その領域内に生じた散乱光のみを受光す
る方法がとられており、この領域を検出領域とい
う。噴射された上記エアロゾルは該ノズルと対向
する位置に設けられている排気孔により排出され
るが、この場合、エアロゾルは検出領域内で層流
であることは勿論、排気に際しても乱流を生ぜ
ず、整然と排出されることが望ましい。もし、乱
流を生ずるときは、微粒子は検出セル内を漂流循
環して、再び検出領域に廻り込み、誤計測の原因
となる。
する方法は、検出セルと称する容器内で微粒子を
含有するエアロゾルがノズルより噴射され、この
噴流にレーザビームを照射し、微粒子により散乱
光を受光器で受光するものである。（特開昭50−
117489号公報参照）その場合、噴流の一定領域を
限定し、その領域内に生じた散乱光のみを受光す
る方法がとられており、この領域を検出領域とい
う。噴射された上記エアロゾルは該ノズルと対向
する位置に設けられている排気孔により排出され
るが、この場合、エアロゾルは検出領域内で層流
であることは勿論、排気に際しても乱流を生ぜ
ず、整然と排出されることが望ましい。もし、乱
流を生ずるときは、微粒子は検出セル内を漂流循
環して、再び検出領域に廻り込み、誤計測の原因
となる。
また、微粒子が検出セル内を浮遊、漂流すると
きは壁面に沈着するなど検出セルの汚染の原因と
なるので排除することが必要である。
きは壁面に沈着するなど検出セルの汚染の原因と
なるので排除することが必要である。
以上述べた点に関して、従来の微粒子検出器に
用いられているノズルの構造について第１図ａ，
ｂ，ｃにより説明する。
用いられているノズルの構造について第１図ａ，
ｂ，ｃにより説明する。
第１図ａにおいて検出セル１には微粒子を含有
する被測定エアロゾル３を導入するためのパイプ
２があり、パイプ２の先端は検出セル１内でノズ
ル６の一部を構成する。一方、被測定エアロゾル
３を安定な層流とするためにパイプ４よりグリー
ンエア５を導入して、ノズル６において前記エア
ロゾル３の外周を包囲し、かつ、これと同一方向
に流れるエアスクリーンを形成するものである。
このようにして層流とされたエアロゾル３の噴流
は検出領域７を通過し、ここで微粒子の検出が行
なわれた後、クリーンエア５とともに排出口８よ
り排気流９として排出される。
する被測定エアロゾル３を導入するためのパイプ
２があり、パイプ２の先端は検出セル１内でノズ
ル６の一部を構成する。一方、被測定エアロゾル
３を安定な層流とするためにパイプ４よりグリー
ンエア５を導入して、ノズル６において前記エア
ロゾル３の外周を包囲し、かつ、これと同一方向
に流れるエアスクリーンを形成するものである。
このようにして層流とされたエアロゾル３の噴流
は検出領域７を通過し、ここで微粒子の検出が行
なわれた後、クリーンエア５とともに排出口８よ
り排気流９として排出される。
以上において、エアロゾル３の層流状態を維持
するにはエアロゾル３およびクリーンエア５の各
速度ならびに両者の相対速度を適切にとることが
必要であり、したがつて、導入パイプ２および４
の実効口径、エアロゾル３、クリーンエア５の流
量などを合理的に設計しなければならない。ま
た、ノズル６の断面形状も重要である。
するにはエアロゾル３およびクリーンエア５の各
速度ならびに両者の相対速度を適切にとることが
必要であり、したがつて、導入パイプ２および４
の実効口径、エアロゾル３、クリーンエア５の流
量などを合理的に設計しなければならない。ま
た、ノズル６の断面形状も重要である。
流体力学によれば、流れが層流であるか、乱流
であるかを示すメジヤーとしてレイノズル数Ｒが
定義されている。直径Ｄなる水平管内を比重量
γ、粘性係数μなる流体が速度Ｖで流れるときの
レイノズル数ＲはＲ＝VDγ／μで表わされる。
この式が示すように、レイノズル数Ｒは速度Ｖに
比例しており、速度Ｖの増加によりレイノズル数
Ｒが一定値を超えるときは、流れは乱流となるも
のとされている。
であるかを示すメジヤーとしてレイノズル数Ｒが
定義されている。直径Ｄなる水平管内を比重量
γ、粘性係数μなる流体が速度Ｖで流れるときの
レイノズル数ＲはＲ＝VDγ／μで表わされる。
この式が示すように、レイノズル数Ｒは速度Ｖに
比例しており、速度Ｖの増加によりレイノズル数
Ｒが一定値を超えるときは、流れは乱流となるも
のとされている。
上述した、エアロゾル３の外周にクリーンエア
５のスクリーンがある場合に、上式のレイノズル
数Ｒを当てはめるとき、速度Ｖとしてはエアロゾ
ル３とクリーンエア５の相対速度をとることが妥
当であろう。噴流を安定な層流とするために、古
くから行なわれているダイナミツクフオーカシン
グと称される噴射方式においては、上記した２重
構造のノズルを用い、中心気体と外周のスクリー
ン気体との相対速度を小さくとるものであり、上
記の所論を裏書きしている。
５のスクリーンがある場合に、上式のレイノズル
数Ｒを当てはめるとき、速度Ｖとしてはエアロゾ
ル３とクリーンエア５の相対速度をとることが妥
当であろう。噴流を安定な層流とするために、古
くから行なわれているダイナミツクフオーカシン
グと称される噴射方式においては、上記した２重
構造のノズルを用い、中心気体と外周のスクリー
ン気体との相対速度を小さくとるものであり、上
記の所論を裏書きしている。
さて、最近における気体（空気）中の微粒子の
検出技術に対する要請はますます高度化し、粒径
においてはサブミクロンもしくはそれ以下の範囲
の検出を必要とする。また、微粒子の濃度に関し
ては、半導体製造工場におけるクリーンルームの
質の向上に対応して、極めて低濃度の状態を測定
可能とする必要がある。このような低濃度におい
て、測定データの信頼性を確保するには、可及的
に多量のエアロゾル３を検出領域７内に導入する
ことが望ましい。すなわち、検出領域７の体積が
一定であるとすれば、エアロゾル３の速度を高め
ることが必要となる。しかしながら、前述した従
来の方式では乱流を生ずるため無闇に速度を上げ
られない。これを第１図ｂ，ｃにより説明する。
第１図ｂはエアロゾル３とクリーンエア５とがノ
ズル６より噴射されている状態を示す。上述のよ
うに、エアロゾル３とクリーンエア５との相対速
度Ｖはかなり小さく保たれているので、その限り
においてはエアロゾル３は層流を維持できる条件
下にあるが、しかし、クリーンエア５自体の速度
を増加するときは、周囲の気体（検出セル１内の
静止空気）との相対速度の増加となり、クリーン
エア５のレイノズル数Ｒが増加して逐には乱流と
なる。この乱流はスクリーンの役を果さず、ひい
てはエアロゾル３を乱流とする原因となる。第１
図ｂにおけるクリーンエア５′、エアロゾル３′は
それぞれ乱流を模したものである。
検出技術に対する要請はますます高度化し、粒径
においてはサブミクロンもしくはそれ以下の範囲
の検出を必要とする。また、微粒子の濃度に関し
ては、半導体製造工場におけるクリーンルームの
質の向上に対応して、極めて低濃度の状態を測定
可能とする必要がある。このような低濃度におい
て、測定データの信頼性を確保するには、可及的
に多量のエアロゾル３を検出領域７内に導入する
ことが望ましい。すなわち、検出領域７の体積が
一定であるとすれば、エアロゾル３の速度を高め
ることが必要となる。しかしながら、前述した従
来の方式では乱流を生ずるため無闇に速度を上げ
られない。これを第１図ｂ，ｃにより説明する。
第１図ｂはエアロゾル３とクリーンエア５とがノ
ズル６より噴射されている状態を示す。上述のよ
うに、エアロゾル３とクリーンエア５との相対速
度Ｖはかなり小さく保たれているので、その限り
においてはエアロゾル３は層流を維持できる条件
下にあるが、しかし、クリーンエア５自体の速度
を増加するときは、周囲の気体（検出セル１内の
静止空気）との相対速度の増加となり、クリーン
エア５のレイノズル数Ｒが増加して逐には乱流と
なる。この乱流はスクリーンの役を果さず、ひい
てはエアロゾル３を乱流とする原因となる。第１
図ｂにおけるクリーンエア５′、エアロゾル３′は
それぞれ乱流を模したものである。
さらに上記において、ノズル６から噴射された
後の微粒子の挙動をみると、第１図ｃのように微
粒子の粒径（重量）によつて異なる分布特性をも
つことが知られている。すなわち、エアロゾル３
は、ノズル６の先端で噴射された際、外周のクリ
ーンエア６の噴流の方向が中心方向に指向してい
るため、これに押された形で、エアロゾル３の噴
流の直径は曲線３″で示すように縮小し、このと
き、微粒子のうち粒径の大きいものほど中心に近
く集中し、かつ、その保有する運動量が大きいの
で直進性が大きい。
後の微粒子の挙動をみると、第１図ｃのように微
粒子の粒径（重量）によつて異なる分布特性をも
つことが知られている。すなわち、エアロゾル３
は、ノズル６の先端で噴射された際、外周のクリ
ーンエア６の噴流の方向が中心方向に指向してい
るため、これに押された形で、エアロゾル３の噴
流の直径は曲線３″で示すように縮小し、このと
き、微粒子のうち粒径の大きいものほど中心に近
く集中し、かつ、その保有する運動量が大きいの
で直進性が大きい。
これに対して、粒径の小さい微粒子は中心に集
中することが比較的少なく、運動量が小さいこと
に相俟つて、クリーンエア５の乱流に巻き込まれ
て飛散する度合が大きいとされる。図中、黒点は
微粒子で、直径は粒径を表わしている。このよう
な状態が検出領域７に生ずるときは、粒径の小さ
い微粒子ほど測定結果の信頼性の低下を招くな
ど、低濃度でかつ極微粒子の測定の要請に対して
厚い壁をなして進歩を阻んでいる。
中することが比較的少なく、運動量が小さいこと
に相俟つて、クリーンエア５の乱流に巻き込まれ
て飛散する度合が大きいとされる。図中、黒点は
微粒子で、直径は粒径を表わしている。このよう
な状態が検出領域７に生ずるときは、粒径の小さ
い微粒子ほど測定結果の信頼性の低下を招くな
ど、低濃度でかつ極微粒子の測定の要請に対して
厚い壁をなして進歩を阻んでいる。
したがつて、この発明は上述した従来の光学式
微粒子検出器に用いられているノズルの欠点を除
いて、より高速で安定なエアロゾルの層流を構成
できる微粒子検出器用ノズルを提供することを目
的とする。
微粒子検出器に用いられているノズルの欠点を除
いて、より高速で安定なエアロゾルの層流を構成
できる微粒子検出器用ノズルを提供することを目
的とする。
この発明の要点は、エアロゾルの外周のスクリ
ーンを各層の速度が外層に向かうにしたがつて段
階的に低減する２層もしくはそれ以上の多層とな
るようになし、これら各層のスクリーン流のう
ち、最内層のスクリーン噴射流の流速をエアロゾ
ルの噴流流速とほぼ同じとなるようにしたノズル
を構成したことにある。スクリーンを２層とした
場合、中心のエアロゾルに接する第１層のスクリ
ーンの速度は従来技術と同様にエアロゾルの速度
と略同等、すなわち相対速度を零に近くするが、
第１層のスクリーンの外周に設ける第２層のスク
リーンの速度は第１層のそれより低くとる。これ
らにより、第２層のスクリーンと検出セル内の静
止気体との相対速度、および、第２層のスクリー
ンと第１層のスクリーンとの相対速度はともに小
さく押えられるので、各層のスクリーンの乱流
化、ひいては中心層のエアロゾルの乱流化が防止
できる。換言すれば、中心層のエアロゾルの速度
を増加することが可能となるものである。
ーンを各層の速度が外層に向かうにしたがつて段
階的に低減する２層もしくはそれ以上の多層とな
るようになし、これら各層のスクリーン流のう
ち、最内層のスクリーン噴射流の流速をエアロゾ
ルの噴流流速とほぼ同じとなるようにしたノズル
を構成したことにある。スクリーンを２層とした
場合、中心のエアロゾルに接する第１層のスクリ
ーンの速度は従来技術と同様にエアロゾルの速度
と略同等、すなわち相対速度を零に近くするが、
第１層のスクリーンの外周に設ける第２層のスク
リーンの速度は第１層のそれより低くとる。これ
らにより、第２層のスクリーンと検出セル内の静
止気体との相対速度、および、第２層のスクリー
ンと第１層のスクリーンとの相対速度はともに小
さく押えられるので、各層のスクリーンの乱流
化、ひいては中心層のエアロゾルの乱流化が防止
できる。換言すれば、中心層のエアロゾルの速度
を増加することが可能となるものである。
外周のスクリーンは上記の２層方式に限らず、
３層以上の多層も考えられる。多層のスクリーン
の場合においては、より外層のスクリーンほど速
度を低くとり、各層スクリーン間の相対速度を可
及的に小さくとることにより、中心層のエアロゾ
ルを安定な層流とすることに効果があることは、
上述の所論から容易に推察できるものである。
３層以上の多層も考えられる。多層のスクリーン
の場合においては、より外層のスクリーンほど速
度を低くとり、各層スクリーン間の相対速度を可
及的に小さくとることにより、中心層のエアロゾ
ルを安定な層流とすることに効果があることは、
上述の所論から容易に推察できるものである。
第２図ａ，ｂはこの発明による微粒子検出器用
ノズルの実施例における構造および気体の流れを
示す断面図で、２層のスクリーンよりなるもので
ある。これらの図において、ノズル１２として、
エアロゾル３′を噴出させるための中心層噴射孔
１２ａを有するパイプ２に対して、それと同心円
状に２層の同心円スクリーン噴射孔４ａ，１０ａ
を備えたクリーンエア５′，１１′を噴出させるた
めのパイプ４，１０を設け、内側の同心円スクリ
ーン噴射孔４ａにより第１層のスクリーンを、外
側の同心円スクリーン噴射孔１０ａにより第２層
のスクリーンを形成することができる構成となつ
ている。また、パイプ１０は軸方向にスライド可
能となつている。この場合、第２図ｂに矢印で示
すエアロゾル３′、第１層スクリーン５′および第
２層スクリーン１１′のそれぞれの速度V1、V2お
よびV3は各流体の流入量、各流体のパイプ２，
４，１０の実効断面積ならびにノズル１２の形状
などにより決まるものであるが、エアロゾル３′
を安定な層流とするためには、速度V1とV2とは
ほぼ等しく、また、速度V3は、速度V2と速度零
との中間の適切な値をとることが必要である。こ
の場合、速度V1は従来よりも大きくとることが
できることは勿論で、これにより、流速を大きく
する目的が達せられる。なお、速度V3は実験的
に決めることが必要で、この発明では、パイプ１
０にスライド機構１３，１４を設け、パイプ１０
を軸方向に移動することにより、ノズル１２の先
端１２′，１２″の間隔を変化させることにより、
速度V3を微細に調整し、適切な層流を実現する
ように工夫されているものである。
ノズルの実施例における構造および気体の流れを
示す断面図で、２層のスクリーンよりなるもので
ある。これらの図において、ノズル１２として、
エアロゾル３′を噴出させるための中心層噴射孔
１２ａを有するパイプ２に対して、それと同心円
状に２層の同心円スクリーン噴射孔４ａ，１０ａ
を備えたクリーンエア５′，１１′を噴出させるた
めのパイプ４，１０を設け、内側の同心円スクリ
ーン噴射孔４ａにより第１層のスクリーンを、外
側の同心円スクリーン噴射孔１０ａにより第２層
のスクリーンを形成することができる構成となつ
ている。また、パイプ１０は軸方向にスライド可
能となつている。この場合、第２図ｂに矢印で示
すエアロゾル３′、第１層スクリーン５′および第
２層スクリーン１１′のそれぞれの速度V1、V2お
よびV3は各流体の流入量、各流体のパイプ２，
４，１０の実効断面積ならびにノズル１２の形状
などにより決まるものであるが、エアロゾル３′
を安定な層流とするためには、速度V1とV2とは
ほぼ等しく、また、速度V3は、速度V2と速度零
との中間の適切な値をとることが必要である。こ
の場合、速度V1は従来よりも大きくとることが
できることは勿論で、これにより、流速を大きく
する目的が達せられる。なお、速度V3は実験的
に決めることが必要で、この発明では、パイプ１
０にスライド機構１３，１４を設け、パイプ１０
を軸方向に移動することにより、ノズル１２の先
端１２′，１２″の間隔を変化させることにより、
速度V3を微細に調整し、適切な層流を実現する
ように工夫されているものである。
以上の説明により明らかなように、この発明に
よる微粒子検出器用ノズルにあつては、従来のノ
ズルの外周にさらにクリーンエアによるスクリー
ンを設けるものであり、すなわち、スクリーンの
層を２層もしくはそれ以上とし、外層のスクリー
ンより内層のスクリーンに及ぶに従い、流体の速
度を段階的にあげ、しかも最内層のスクリーンの
流速をほぼエアロゾルの噴流流速と同じにしたも
ので、したがつて、各層スクリーン間の相対速度
を小さく、即ち、各層の流体のレイノズル数Ｒを
小さくすることにより乱流の発生を防止するもの
である。このような特徴を有するこの発明のノズ
ルを微粒子検出器に使用すれば、従来よりも高速
度で安定なエアロゾルの層流を構成できるので、
低濃度で、かつ極めて微細な微粒子の検出の信頼
性の向上に大きく貢献するものである。
よる微粒子検出器用ノズルにあつては、従来のノ
ズルの外周にさらにクリーンエアによるスクリー
ンを設けるものであり、すなわち、スクリーンの
層を２層もしくはそれ以上とし、外層のスクリー
ンより内層のスクリーンに及ぶに従い、流体の速
度を段階的にあげ、しかも最内層のスクリーンの
流速をほぼエアロゾルの噴流流速と同じにしたも
ので、したがつて、各層スクリーン間の相対速度
を小さく、即ち、各層の流体のレイノズル数Ｒを
小さくすることにより乱流の発生を防止するもの
である。このような特徴を有するこの発明のノズ
ルを微粒子検出器に使用すれば、従来よりも高速
度で安定なエアロゾルの層流を構成できるので、
低濃度で、かつ極めて微細な微粒子の検出の信頼
性の向上に大きく貢献するものである。
第１図ａ，ｂおよびｃは従来の微粒子検出器に
使用されているノズルの構造と流体、微粒子の流
れを示す断面図、第２図ａ，ｂはこの発明による
微粒子検出器用ノズルの構造と流体の流れを示す
断面図である。 １……検出セル、２，４，１０……パイプ、
３，３′……エアロゾル、３″……エアロゾルの縮
小曲線、５，５′，１１，１１′……クリーンエ
ア、６，１２……ノズル、１２′，１２″……ノズ
ルの先端、７……検出領域、８……排出口、９…
…排気。
使用されているノズルの構造と流体、微粒子の流
れを示す断面図、第２図ａ，ｂはこの発明による
微粒子検出器用ノズルの構造と流体の流れを示す
断面図である。 １……検出セル、２，４，１０……パイプ、
３，３′……エアロゾル、３″……エアロゾルの縮
小曲線、５，５′，１１，１１′……クリーンエ
ア、６，１２……ノズル、１２′，１２″……ノズ
ルの先端、７……検出領域、８……排出口、９…
…排気。
Claims (1)
- １ レーザビームを用いた光学式微粒子検出器の
検出セル内で被検出微粒子を含む気体からなる被
測定媒体を噴射するためのノズルであつて、該ノ
ズルはその軸中心にあつて上記被測定媒体を噴射
するための中心層噴射孔と、該中心層噴射孔から
の被測定媒体噴流の外周を多層に包囲し、かつ、
各層の速度が外層に向かうにしたがつて段階的に
低減している複数層の気体スクリーンを噴射する
ための複数個の同心円スクリーン噴射孔とからな
り、最内層のスクリーン噴射流の流速を被測定媒
体の噴流流速とほぼ同じとしたことを特徴とする
微粒子検出器用ノズル。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3267985A JPS60190834A (ja) | 1985-02-22 | 1985-02-22 | 微粒子検出器用ノズル |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3267985A JPS60190834A (ja) | 1985-02-22 | 1985-02-22 | 微粒子検出器用ノズル |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60190834A JPS60190834A (ja) | 1985-09-28 |
| JPH0368335B2 true JPH0368335B2 (ja) | 1991-10-28 |
Family
ID=12365556
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3267985A Granted JPS60190834A (ja) | 1985-02-22 | 1985-02-22 | 微粒子検出器用ノズル |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60190834A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6746539B2 (en) | 2001-01-30 | 2004-06-08 | Msp Corporation | Scanning deposition head for depositing particles on a wafer |
| JP2012145338A (ja) * | 2011-01-06 | 2012-08-02 | Ono Sokki Co Ltd | ダイバータ評価装置 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS548312A (en) * | 1977-06-22 | 1979-01-22 | Tokyu Kensetsu Kk | Method of changeeover construction of road* track* etc* to underground line |
| JPS5476292A (en) * | 1977-11-11 | 1979-06-18 | Max Planck Gesellschaft | Device for measuring specific property of particles of suspension |
-
1985
- 1985-02-22 JP JP3267985A patent/JPS60190834A/ja active Granted
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS548312A (en) * | 1977-06-22 | 1979-01-22 | Tokyu Kensetsu Kk | Method of changeeover construction of road* track* etc* to underground line |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60190834A (ja) | 1985-09-28 |
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