JPH043255B2 - - Google Patents

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JPH043255B2
JPH043255B2 JP60233562A JP23356285A JPH043255B2 JP H043255 B2 JPH043255 B2 JP H043255B2 JP 60233562 A JP60233562 A JP 60233562A JP 23356285 A JP23356285 A JP 23356285A JP H043255 B2 JPH043255 B2 JP H043255B2
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contraction
flow
pressure
expansion nozzle
particles
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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/0015Feeding of the particles in the reactor; Evacuation of the particles out of the reactor

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、微粒子の移送手段や吹き付け手段等
として利用される微粒子の吹き付け装置に関する
もので、例えば、微粒子による、成膜加工、複合
素材の形成、ドープ加工、または微粒子の新たな
形成場等への応用が期待されるものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a particle spraying device used as a means for transporting or spraying particles. It is expected to be applied to formation, doping processing, and new formation sites for fine particles.

本明細書において、微粒子とは、原子、分子、
超微粒子及び一般微粒子をいう。ここで超微粒子
とは、例えば、気相反応を利用した、ガス中蒸発
法、プラズマ蒸発法、気相化学反応法、更には液
相反応を利用した、コロイド学的な沈殿法、溶液
噴霧熱分解法等によつて得られる、超微細な(一
般には0.5μm以下)粒子をいう。一般微粒子と
は、機械的粉砕や析出沈殿処理等の一般的手法に
よつて得られる微細粒子をいう。また、ビームと
は、ほぼ一定の軌跡をもつて流れる直線的な流れ
をいい、その断面形状は問わないものである。
In this specification, fine particles refer to atoms, molecules,
Refers to ultrafine particles and general fine particles. Here, ultrafine particles include, for example, in-gas evaporation method, plasma evaporation method, gas phase chemical reaction method using gas phase reaction, colloidal precipitation method using liquid phase reaction, solution spray heat Refers to ultrafine particles (generally 0.5 μm or less) obtained by decomposition methods. General fine particles refer to fine particles obtained by general methods such as mechanical crushing and precipitation treatment. Moreover, a beam refers to a linear flow that flows with a substantially constant trajectory, and its cross-sectional shape is not limited.

[従来の技術] 一般に微粒子は、キヤリアガス中に分散浮遊さ
れて、キヤリアガスの流れによつて移送されてい
る。
[Prior Art] Generally, fine particles are dispersed and suspended in a carrier gas and transported by the flow of the carrier gas.

従来、上記微粒子の移送に伴う微粒子の流れ制
御は、上流側と下流側の差圧によつてキヤリアガ
スと共に流れる微粒子の全流路を、管材又は筺体
で区画することによつて行われているに過ぎな
い。従つて、微粒子の流れは、その強弱はあるも
のの必然的に、微粒子の流路を区画する管材又は
筺体内全体に分散した状態で生ずることになる。
Conventionally, control of the flow of the particles during the transfer of the particles has been carried out by dividing the entire flow path of the particles flowing together with the carrier gas with a pipe or a housing due to the differential pressure between the upstream and downstream sides. Not too much. Therefore, although the flow of particles varies in strength and weakness, the flow of particles inevitably occurs in a dispersed state throughout the pipe material or housing that defines the flow path for particles.

また、微粒子を基体へ吹き付ける場合等におい
ては、ノズルを介してキヤリアガスと共に微粒子
を噴出させることが行われている。この微粒子の
吹き付けに用いられているノズルは、単なる平行
管又は先細ノズルで、確かに噴出直後の微粒子の
噴流断面はノズル端口面の面積に応じて絞られ
る。しかし、噴流はノズルの出口面で拡散される
ので、単に一時的に流路を絞つただけのものに過
ぎず、また噴流の速度が音速を越えることはな
い。
Furthermore, when spraying fine particles onto a substrate, the fine particles are ejected together with a carrier gas through a nozzle. The nozzle used for spraying the fine particles is a simple parallel pipe or a tapered nozzle, and the jet cross section of the fine particles immediately after being ejected is certainly narrowed down according to the area of the nozzle end face. However, since the jet is diffused at the exit surface of the nozzle, the flow path is merely temporarily constricted, and the speed of the jet does not exceed the speed of sound.

[発明が解決しようとする問題点] ところで、微粒子の全流路を管材又は筺体で区
画し、上流側と下流側の差圧によつて、この流路
に沿つてキヤリアガスと共に微粒子を移送するの
では、それほど高速の移送速度は望み得ない。ま
た、微粒子の流路を区画する管材や筺体の壁面と
微粒子の接触を、全移送区間に亘つて避け難い。
このため、特に活性を有する微粒子をその捕集位
置まで移動させる際に、経時的活性の消失や、管
材や筺体の壁面との接触による活性の消失を生み
やすい問題がある。また、管材や筺体での微粒子
の全流路を区画したのでは、流れのデツドスペー
スの発生等によつて、移送微粒子の捕集率が低下
したり、キヤリアガスの微粒子移送への利用効率
も低下する。
[Problems to be Solved by the Invention] By the way, it is possible to divide the entire flow path of fine particles with a pipe material or a casing, and to transport the fine particles together with a carrier gas along this flow path using a differential pressure between the upstream side and the downstream side. Therefore, it is impossible to expect such a high transfer speed. Furthermore, it is difficult to avoid contact between the particles and the wall surface of the tube or casing that defines the flow path of the particles throughout the entire transfer section.
For this reason, there is a problem in that when moving particularly active fine particles to their collection position, the activity tends to disappear over time or due to contact with the tube material or the wall surface of the casing. In addition, if the entire flow path for particles is divided by pipe material or a housing, the collection rate of transferred particles will decrease due to the generation of dead spaces in the flow, and the efficiency of using carrier gas for particle transfer will also decrease. .

一方、従来の平行管や先細ノズルは、流過した
噴流内の微粒子の密度分布が大きい拡散流とな
る。従つて、微粒子を基体へ吹き付ける場合等に
おいて、均一な吹き付け制御が行い難い問題があ
る。また、均一な吹き付け領域の制御も困難であ
る。
On the other hand, in conventional parallel tubes and tapered nozzles, the jet stream that passes through it becomes a diffuse flow with a large density distribution of particles. Therefore, when spraying fine particles onto a substrate, it is difficult to control uniform spraying. Furthermore, it is difficult to control a uniform spray area.

[問題点を解決するための手段] 上記問題点を解決するために講じられた手段
を、本発明の一実施例に対応する第1図で説明す
ると、本発明は、流路に縮小拡大ノズル1を設
け、この縮小拡大ノズル1の流出口1cにおける
圧力と、縮小拡大ノズル1の下流側における圧力
とを検出する圧力検出手段10,12と、検出さ
れた圧力に基づいてかかる縮小拡大ノズルから噴
出された微粒子の流れが安定したビーム状の流れ
となるように上流室の給気を制御する制御器2を
備えた微粒子の吹き付け装置で、微粒子の流れを
ビーム化できるようにして上記問題点を解決した
ものである。
[Means for Solving the Problems] The means taken to solve the above problems will be explained with reference to FIG. 1, which corresponds to an embodiment of the present invention. 1, pressure detecting means 10, 12 for detecting the pressure at the outlet 1c of the contraction/expansion nozzle 1 and the pressure on the downstream side of the contraction/expansion nozzle 1, and pressure detection means 10, 12 for detecting the pressure at the outlet 1c of the contraction/expansion nozzle 1; A particle spraying device equipped with a controller 2 that controls the air supply in the upstream chamber so that the flow of ejected particles becomes a stable beam-like flow, and the above problem can be solved by making the flow of particles into a beam. This is the solution.

本発明における縮小拡大ノズル1とは、流入口
1aから中間部に向つて徐々に開口面積が絞られ
てのど部1bとなり、こののど部1bから流出口
1cに向つて徐々に開口面積が拡大されているノ
ズルをいう。第1図においては、説明の便宜上、
縮小拡大ノズル1の流入側と流出側は、各々密閉
系である上流室3と下流室4になつている。しか
し、本発明における縮小拡大ノズル1の流入側と
流出側は、上流側の圧力P1と下流側の圧力P2
圧力比P2/P1を臨界圧力比以下の圧力比にする
ことができれば、密閉系であつても開放系であつ
てもよい。
The contracting/expanding nozzle 1 in the present invention has an opening area gradually narrowed from an inlet 1a toward an intermediate portion to form a throat portion 1b, and an opening area gradually expanded from this throat portion 1b toward an outlet 1c. This refers to the nozzle that is In FIG. 1, for convenience of explanation,
The inflow side and outflow side of the contraction/expansion nozzle 1 form an upstream chamber 3 and a downstream chamber 4, respectively, which are closed systems. However, in the inflow side and the outflow side of the contraction/expansion nozzle 1 in the present invention, the pressure ratio P 2 /P 1 between the upstream pressure P 1 and the downstream pressure P 2 cannot be made equal to or lower than the critical pressure ratio. If possible, it may be a closed system or an open system.

[作用] 例えば第1図に示されるように、上流室3内に
微粒子を分散含有させたキヤリアガスを供給する
一方、下流室4内を真空ポンプ5で排気すると、
上流室3と下流室4間に圧力差を生じる。従つ
て、供給された微粒子を含むキヤリアガスは、上
流室3から縮小拡大ノズル1を流過して下流室4
へと流入することになる。
[Function] For example, as shown in FIG. 1, when a carrier gas containing dispersed particles is supplied into the upstream chamber 3 and the downstream chamber 4 is evacuated by the vacuum pump 5,
A pressure difference is created between the upstream chamber 3 and the downstream chamber 4. Therefore, the supplied carrier gas containing fine particles flows from the upstream chamber 3 through the contraction/expansion nozzle 1 to the downstream chamber 4.
It will flow into.

ここで、縮小拡大ノズルを流過する流れが縮小
拡大ノズル1内で断熱膨張するとし、縮小拡大ノ
ズル1の上流側の圧力P1と下流側の圧力P2の圧
力比P2/P1が臨界圧力比以下であるとすると、
縮小拡大ノズル1から噴出される流れの速度は超
音速となり、その到達マツハ数Mは次式で求めら
れる。但し、流れの速度をu、その点における音
速をa、流れの比熱比をγとする。
Here, assuming that the flow passing through the contraction/expansion nozzle expands adiabatically within the contraction/expansion nozzle 1 , the pressure ratio P 2 /P 1 of the pressure P 1 on the upstream side of the contraction/expansion nozzle 1 and the pressure P 2 on the downstream side is Assuming that the pressure ratio is below the critical pressure ratio,
The speed of the flow ejected from the contraction/expansion nozzle 1 becomes supersonic, and the Matsush number M reached at that speed is determined by the following equation. However, the velocity of the flow is u, the sound velocity at that point is a, and the specific heat ratio of the flow is γ.

尚、音速は、局所温度をT、気体定数をRとす
ると、次式で求めることができる。
Note that the sound speed can be determined by the following equation, where T is the local temperature and R is the gas constant.

a=√ また、流出口1c開口面積A及びのど部1bの
開口面積A*と到達マツハ数Mとの間には次の関
係がある。
a=√ Furthermore, the following relationship exists between the opening area A of the outlet 1c, the opening area A * of the throat portion 1b, and the reached Matsuha number M.

そしてA/A*からこの(2)式で定まるマツハ数
Mと、前記(1)式で求められるマツハ数Mとが等し
くなるようP2/P1を調整すれば、縮小拡大ノズ
ル1から噴出される流れは適正膨張流となる。こ
の適正膨張流とは、縮小拡大ノズル1から噴出さ
れる流れであつて、流出口1cにおける圧力Po
が下流側の圧力P2とほぼ等しくなる流れをいう。
また、ほぼPo=P2となる適正膨張流に対し、Po
<P2となる流れを不足膨張流といい、Po>P2
なる流れを過膨張流という。
Then, if P 2 /P 1 is adjusted so that the Matsuha number M determined by this equation (2) from A/A * is equal to the Matsuha number M determined by the above equation (1), the ejection from the contraction/expansion nozzle 1 The resulting flow is a properly expanded flow. This proper expansion flow is a flow ejected from the contraction/expansion nozzle 1, and the pressure P o at the outlet 1c is
is a flow in which the pressure P2 on the downstream side is approximately equal to the pressure P2 .
Also, for the proper expansion flow where P o = P 2 , P o
A flow where <P 2 is called an underexpansion flow, and a flow where P o >P 2 is called an overexpansion flow.

縮小拡大ノズル1から噴出される流れが超音速
の適正膨張流となると、流れは、縮小拡大ノズル
1の流出口1c内壁面方向に沿つた、断面方向に
ほぼ均一な速度分布を有する流れとなり、ビーム
化される。従つて、ビーム化された流れとして移
送される微粒子は、最小限の拡散で下流室4内の
空間中を、下流室4の壁面と干渉のない空間的に
独立状態で、かつ超音速で移送されることにな
る。
When the flow ejected from the contraction-expansion nozzle 1 becomes a proper expansion flow of supersonic speed, the flow becomes a flow having a substantially uniform velocity distribution in the cross-sectional direction along the inner wall surface direction of the outlet 1c of the contraction-expansion nozzle 1, Beamed. Therefore, the particles transported as a beam-formed flow are transported through the space within the downstream chamber 4 with minimal diffusion, in a spatially independent state without interference with the wall surface of the downstream chamber 4, and at supersonic speed. will be done.

このようなことから、活性微粒子をそのままビ
ーム化移送すれば、超音波による、しかも空間的
に独立状態にあるビームとして移送することがで
き、例えば下流室4内に設けた基体6上に付着捕
集することができる。従つて、良好な活性状態の
まま微粒子を捕集することが可能となる。また、
噴流断面が流れ方向にほぼ一定のビームとして微
粒子が基板6上に吹き付けられるので、この吹き
付け領域を容易に制御できるものである。
For this reason, if the active particles are directly transferred as a beam, they can be transferred as spatially independent beams using ultrasonic waves. can be collected. Therefore, it becomes possible to collect fine particles in a good active state. Also,
Since the fine particles are sprayed onto the substrate 6 as a beam whose jet cross section is substantially constant in the flow direction, the spray area can be easily controlled.

ところで、前記(1)及び(2)式は、流れが縮小拡大
ノズル1内で断熱膨張するときに成立するもの
で、縮小拡大ノズル1内で流れに発熱又は吸熱が
あるときには成立しない。従つて、単にA/A*
に合わせたP2/P1の調整のみでは、確実に適正
膨張流を得難い場合もある。そこで本発明では、
縮小拡大ノズル1の流出口1cにおける圧力Po
と、縮小拡大ノズル1の下流側における圧力P2
とがほぼ等しくなるよう上流側の給気を制御して
いるのである。即ち、Po>P2となると上流側の
給気を促進してP2を高め、ほぼPo=P2となるよ
う圧力調整が行われ、Po<P2となると、上流側
の給気を抑えてP2を下げ、やはりほぼPo=P2
なるよう圧力調整が行われるものである。
Incidentally, the above equations (1) and (2) hold true when the flow undergoes adiabatic expansion within the contraction/expansion nozzle 1, but do not hold when the flow generates heat or absorbs heat within the contraction/expansion nozzle 1. Therefore, simply A/A *
In some cases, it may be difficult to reliably obtain an appropriate expansion flow only by adjusting P 2 /P 1 according to. Therefore, in the present invention,
Pressure P o at the outlet 1c of the contraction/expansion nozzle 1
and the pressure P 2 on the downstream side of the contraction/expansion nozzle 1
The air supply on the upstream side is controlled so that they are almost equal. In other words, when P o > P 2 , the upstream air supply is promoted to increase P 2 , and the pressure is adjusted so that P o = P 2 , and when P o < P 2 , the upstream air supply is increased. The pressure is adjusted so that P 2 is lowered by suppressing energy so that P o = P 2 .

上記制御は制御器2によつて行われるもので、
これによつて、縮小拡大ノズル1内での流れの吸
発熱や、上流側の圧力P1の若干の変動にも拘ら
ず、確実な適正膨張流の形成とその維持が図られ
る。従つて、前記した流れのビーム化が定常的に
得られるものである。
The above control is performed by the controller 2,
This ensures the formation and maintenance of an appropriate expansion flow despite the heat absorption and heat absorption of the flow within the contraction/expansion nozzle 1 and slight fluctuations in the upstream pressure P1 . Therefore, the beam formation of the above-mentioned flow can be constantly obtained.

[実施例] 第1図に示されるように、縮小拡大ノズル1を
介して上流室3と下流室4が連結されている。
[Example] As shown in FIG. 1, an upstream chamber 3 and a downstream chamber 4 are connected via a contraction/expansion nozzle 1.

上流室3には、微粒子を分散含有させたキヤリ
アガスを供給する供給バルブ7が接続されてい
る。また、上流室3内の圧力P1は、圧力計8に
よつて検出される。この圧力計8は、上流室3内
の圧力P1を確認するためのものである。
A supply valve 7 is connected to the upstream chamber 3 for supplying a carrier gas containing fine particles dispersed therein. Further, the pressure P 1 in the upstream chamber 3 is detected by a pressure gauge 8 . This pressure gauge 8 is for checking the pressure P 1 in the upstream chamber 3.

縮小拡大ノズル1は、第2図に示されるよう
に、その流出口1cに近接して静圧孔9が形成さ
れており、この静圧孔9を介して流出口1cにお
ける圧力Poを圧力計10で検出できるようにな
つている。静圧孔9は、縮小拡大ノズル1内の流
れを乱すことがないよう、内面にバリ等を突出さ
せることなくできるだけ小径の孔とすることが好
ましい。また、静圧孔9は、できるだけ正確に流
出口1cにおける圧力を検出できるよう、流出口
1cに十分接近させて形成することが好ましい。
As shown in FIG. 2, the contraction / expansion nozzle 1 has a static pressure hole 9 formed in the vicinity of its outlet 1c. It is now possible to detect a total of 10. It is preferable that the static pressure hole 9 has a diameter as small as possible without causing any burrs or the like to protrude from the inner surface so as not to disturb the flow inside the contraction/expansion nozzle 1. Further, the static pressure hole 9 is preferably formed sufficiently close to the outlet 1c so that the pressure at the outlet 1c can be detected as accurately as possible.

静圧孔9は、第3図a,bに示されるように、
中心軸に対して傾きを持つた内面に開口させても
よいが、第2図に示されるように、中心軸に平行
な面に開口させることが好ましい。縮小拡大ノズ
ル1内の流れを乱しにくいためである。このこと
からすると、縮小拡大ノズル1は、その流路が円
形断面のものより、第2図のような矩形断面のも
のの方が、中心軸に対して平行な内面を残しやす
いので好ましい。
As shown in FIGS. 3a and 3b, the static pressure hole 9 is
Although the opening may be made on the inner surface inclined with respect to the central axis, it is preferable that the opening be made on a plane parallel to the central axis, as shown in FIG. This is because it is difficult to disturb the flow inside the contraction/expansion nozzle 1. From this point of view, it is preferable for the contraction/expansion nozzle 1 to have a rectangular cross section as shown in FIG. 2 rather than a circular cross section for the contraction/expansion nozzle 1 because it is easier to leave an inner surface parallel to the central axis.

縮小拡大ノズル1としては、前述のように、流
入口1aから徐々に開口面積が絞られてのど部1
bとなり、再び徐々に開口面積が拡大して流出口
1cとなつているものであればよいが、第3図a
に拡大して示してあるように、流出口1c付近の
内周面が、中心軸に対してほぼ平行であることが
好ましい。これは、噴出されるキヤリアガス及び
微粒子の流れ方向が、ある程度流出口1c付近の
内周面の方向によつて影響を受けるので、できる
だけ平行流にさせやすくするためである。しか
し、第3図bに示されるように、のど部1bから
流出口1cへ至る内周面の中心軸に対する角度α
を、7゜以下好ましくは5゜以下とすれば、剥離現象
を生じにくく、噴出するキヤリアガス及び微粒子
の流れはほぼ均一に維持されるので、この場合は
ことさら上記平行部を形成しなくともよい。平行
部の形成を省略することにより、縮小拡大ノズル
1の作製が容易となる。
As described above, the contraction/expansion nozzle 1 has an opening area gradually narrowed from the inlet 1a to the throat portion 1.
b, and the opening area gradually expands again to form the outflow port 1c.
As shown in the enlarged view, it is preferable that the inner circumferential surface near the outlet 1c is substantially parallel to the central axis. This is to facilitate parallel flow as much as possible since the flow direction of the ejected carrier gas and fine particles is influenced to some extent by the direction of the inner circumferential surface near the outlet 1c. However, as shown in FIG. 3b, the angle α of the inner circumferential surface extending from the throat portion 1b to the outlet 1c with respect to the central axis is
If the angle is set to 7° or less, preferably 5° or less, peeling phenomenon is less likely to occur and the flow of the ejected carrier gas and fine particles is maintained almost uniformly, so in this case, it is not necessary to form the above-mentioned parallel portion. By omitting the formation of the parallel portion, the contraction/expansion nozzle 1 can be manufactured easily.

ここで、前記剥離現象とは縮小拡大ノズル1の
内面に突起物等があつた場合に、縮小拡大ノズル
1の内面と流過流体間の境界層が大きくなつて、
流れが不均一になる現象をいい、噴出流が高速に
なるほど生じやすい。前述の角度αは、この剥離
現象防止のために、縮小拡大ノズル1の内面仕上
げ精度が劣るものほど小さくすることが好まし
い。縮小拡大ノズル1の内面は、JIS B 0601に
定められる、表面仕上げ精度を表わす逆三角形マ
ークで三つ以上、最適には四つ以上が好ましい。
特に、縮小拡大ノズル1の拡大部における剥離現
象が、その後のキヤリアガス及び微粒子の流れに
大きく影響するので、上記仕上げ精度を、この拡
大部を重点にして定めることによつて、縮小拡大
ノズル1の作製を容易にできる。また、やはり剥
離現象の発生防止のため、のど部1bは滑らかな
湾曲面とし、断面積変化率における微係数が∞と
ならないようにする必要がある。
Here, the above-mentioned separation phenomenon means that when there is a protrusion on the inner surface of the contraction/expansion nozzle 1, the boundary layer between the inner surface of the contraction/expansion nozzle 1 and the flowing fluid becomes large.
This is a phenomenon in which the flow becomes non-uniform, and the higher the speed of the jet flow, the more likely it is to occur. In order to prevent this peeling phenomenon, the above-mentioned angle α is preferably made smaller as the inner surface finish accuracy of the contraction/expansion nozzle 1 is inferior. The inner surface of the contraction/expansion nozzle 1 has three or more, preferably four or more, inverted triangular marks indicating surface finish accuracy as defined in JIS B 0601.
In particular, the peeling phenomenon in the enlarged part of the converging/expanding nozzle 1 greatly affects the subsequent flow of carrier gas and particles, so by determining the finishing accuracy with emphasis on this enlarged part, the Easy to manufacture. Furthermore, in order to prevent the occurrence of a peeling phenomenon, the throat portion 1b needs to have a smooth curved surface so that the differential coefficient in the rate of change in cross-sectional area does not become ∞.

縮小拡大ノズル1の長さは、装置の大きさ等に
よつて任意に定めることができる。ところで、縮
小拡大ノズル1を流過するときに、キヤリアガス
及び微粒子は、保有する熱エネルギーが運動エネ
ルギーに変換される。そして、特に超音速で噴出
されるので、熱エネルギーは著しく小さくなつて
過冷却状態とすることもできる。キヤリアガス中
に凝縮成分が含まれている場合、上記過冷却状態
によつて積極的にこれらを凝縮させ、これによつ
て微粒子を形成させることも可能である。これに
よる微粒子の形成によつて、均質な微粒子を得る
こともできる。また、この場合、十分な凝縮を行
うために、縮小拡大ノズル1は長い方が好まし
い。一方、上記のような凝縮を生ずると、これに
よつて熱エネルギーが増加して速度エネルギーは
低下する。従つて、高速噴出の維持を図る上で
は、縮小拡大ノズル1は短い方が好ましい。
The length of the contraction/expansion nozzle 1 can be arbitrarily determined depending on the size of the device and the like. By the way, when the carrier gas and the particles flow through the contraction/expansion nozzle 1, the thermal energy they possess is converted into kinetic energy. In particular, since it is ejected at supersonic speed, the thermal energy is significantly reduced and a supercooled state can be created. If the carrier gas contains condensed components, it is also possible to actively condense them by the supercooled state and thereby form fine particles. By forming fine particles in this way, homogeneous fine particles can also be obtained. Further, in this case, in order to perform sufficient condensation, it is preferable that the contraction/expansion nozzle 1 be long. On the other hand, when condensation occurs as described above, thermal energy increases and velocity energy decreases. Therefore, in order to maintain high-speed jetting, it is preferable that the contraction/expansion nozzle 1 be short.

下流室4には、流入するキヤリアガスを系外へ
排出するために、排気バルブ11を介してポンプ
5が接続されている。下流室4内の圧力P2は、
圧力計12によつて検出され、その信号は、前述
の圧力計10で検出された流出口1cにおける圧
力Poの信号と共に制御器2へ送られる。制御器
2は、送られて来るPoとP2の信号並びにあらか
じめ制御器2に設定された下流室4の圧力Pput
ら、排気バルブ11を開閉して、下流室4内の圧
力を一定に保持すると共に、供給バルブ7を開閉
して、上流室3への給気、即ち微粒子を伴うキヤ
リアガスの供給を制御する。また、下流室4内に
は、縮小拡大ノズル1によつてビーム化された流
れとして移送されて来る微粒子を捕集するための
基体6が設けられている。
A pump 5 is connected to the downstream chamber 4 via an exhaust valve 11 in order to discharge the inflowing carrier gas out of the system. The pressure P 2 in the downstream chamber 4 is
It is detected by the pressure gauge 12, and its signal is sent to the controller 2 together with the signal of the pressure P o at the outlet 1c detected by the pressure gauge 10 described above. The controller 2 opens and closes the exhaust valve 11 based on the received P o and P 2 signals and the pressure P put in the downstream chamber 4 set in advance in the controller 2 to keep the pressure in the downstream chamber 4 constant. At the same time, the supply valve 7 is opened and closed to control the supply of air to the upstream chamber 3, that is, the supply of carrier gas accompanied by fine particles. Further, in the downstream chamber 4, a base body 6 is provided for collecting fine particles transferred as a beam-formed flow by the contraction/expansion nozzle 1.

次に、本装置の作動状態について説明する。 Next, the operating state of this device will be explained.

まず、制御器2に、所望の下流室4の設定圧
Pputを設定し、排気バルブ11を開いてポンプ5
を作動させつつ供給バルブ7を開いて微粒子をキ
ヤリアガスと共に上流室3へ供給する。このとき
上流室3内の圧力P1は、圧力計8で確認するこ
とができる。
First, the controller 2 is instructed to set the desired set pressure of the downstream chamber 4.
Set P put , open exhaust valve 11, and pump 5.
While operating the supply valve 7, the fine particles are supplied to the upstream chamber 3 together with the carrier gas. At this time, the pressure P 1 in the upstream chamber 3 can be confirmed with the pressure gauge 8.

一方、上流室3内に供給された微粒子は、キヤ
リアガスと共に縮小拡大ノズル1を通つて下流室
4へと流入することになる。そして、特に下流室
4内の圧力P2が上流室3内の圧力P1より十分に
低く、P2/P1が臨界圧力比以下となると、微粒
子とキヤリアガスは、超音速にて縮小拡大ノズル
1から下流室4へと噴出する。
On the other hand, the fine particles supplied into the upstream chamber 3 flow into the downstream chamber 4 through the contraction/expansion nozzle 1 together with the carrier gas. In particular, when the pressure P 2 in the downstream chamber 4 is sufficiently lower than the pressure P 1 in the upstream chamber 3, and P 2 /P 1 becomes less than the critical pressure ratio, the fine particles and the carrier gas move at supersonic speed through the contracting and expanding nozzle. 1 to the downstream chamber 4.

縮小拡大ノズル1の流出口1cにおける圧力
Poは圧力計10で検出され、下流室4内の圧力
P2は圧力計12で検出されて、各々信号が制御
器2へと送られる。制御器2は、第4図に示され
るように、P2とPoを比較し、Po>P2のときは供
給バルブ11を閉方向に作動させ、逆にPo>P2
のときは供給バルブ11を開方向に作動させる。
従つて、P2が低過ぎるときには、縮小拡大ノズ
ル1からの微粒子及びキヤリアガスの流入量が増
えてP2が上昇し、逆にP2が高過ぎるときには、
縮小拡大ノズル1からの微粒子及びキヤリアガス
の流入量が減つてP2が下降し、ほぼPo=P2に維
持される。これによつて、縮小拡大ノズル1から
噴出される微粒子とキヤリアガスの流れは適正膨
張流となり、ビーム化される。そして、ビーム化
された流れとなつて移送される微粒子は、基本6
に衝突して捕集され、キヤリアガスは順次排気バ
ルブ11を介して系外へ排出される。
Pressure at the outlet 1c of the contraction/expansion nozzle 1
P o is detected by the pressure gauge 10 and the pressure inside the downstream chamber 4
P 2 is detected by a pressure gauge 12 and a signal is sent to the controller 2, respectively. As shown in FIG. 4, the controller 2 compares P 2 and P o and operates the supply valve 11 in the closing direction when P o > P 2 and vice versa.
At this time, the supply valve 11 is operated in the opening direction.
Therefore, when P 2 is too low, the inflow of particles and carrier gas from the contraction/expansion nozzle 1 increases, causing P 2 to rise, and conversely, when P 2 is too high,
The inflow amount of particles and carrier gas from the contraction/expansion nozzle 1 decreases, and P 2 decreases, and is maintained at approximately P o =P 2 . As a result, the flow of fine particles and carrier gas ejected from the contraction/expansion nozzle 1 becomes a properly expanded flow and is converted into a beam. The particles transported as a beam-formed flow are basically 6
The carrier gas collides with and is collected, and the carrier gas is sequentially discharged to the outside of the system via the exhaust valve 11.

上記動作のみでも流れのビーム化を図ることは
できるが、より安定したビーム化を得る上で、下
流室4内の圧力P2を一定に保持することが好ま
しい。即ち、やはり第4図に示されるように、あ
らかじめ設定した下流室4の設定圧Pputと現実の
圧力P2を比較し、Pput>P2のときは排気バルブ1
1を閉方向に作動させ、Pput<P2のときは排気バ
ルブ11を開方向に作動させる。この作動がある
と、P2が変化するので、前段で行つたPo=P2
調整がずれて来るので、再びPo=P2とする調整
を行い、徐々にPo=P2かつPput=P2へと収れんさ
せる。
Although it is possible to form a flow into a beam with only the above operation, it is preferable to maintain the pressure P 2 in the downstream chamber 4 constant in order to obtain a more stable beam formation. That is, as shown in FIG. 4, the preset pressure P put of the downstream chamber 4 and the actual pressure P 2 are compared, and when P put > P 2 , the exhaust valve 1 is
1 in the closing direction, and when P put <P 2 , the exhaust valve 11 is operated in the opening direction. When this operation occurs, P 2 changes, so the adjustment of P o = P 2 made in the previous stage becomes deviated, so the adjustment is made again to make P o = P 2 , and gradually P o = P 2 and Converge to P put = P 2 .

本実施例に係る装置は以上のようなものである
が、次のような変更が可能である。
Although the apparatus according to this embodiment is as described above, the following modifications can be made.

まず、縮小拡大ノズル1は、上下左右への傾動
や一定間隔でのスキヤン可能とすることもでき
る。このようにすると、例えば微粒子を基体6へ
吹き付けて成膜するときに、広い範囲に亘つて成
膜することができる。特に第2図の矩形ノズルと
組合わせると有利である。
First, the contraction/expansion nozzle 1 can be tilted vertically and horizontally, and can be scanned at regular intervals. In this way, for example, when forming a film by spraying fine particles onto the substrate 6, it is possible to form a film over a wide range. Particularly advantageous is the combination with the rectangular nozzle of FIG.

縮小拡大ノズル1を透光体で形成して、紫外、
赤外の、レーザー光等の各種波長を持つ光を流れ
に照射できるようにしてもよい。このようにする
と、光の照射により、縮小拡大ノズル1内で微粒
子を活性化したり、上流室3には原料ガスとキヤ
リアガスを供給して、縮小拡大ノズル1内で微粒
子を生成させることが可能となる。
The contraction/expansion nozzle 1 is made of a transparent material to emit ultraviolet light,
The flow may be irradiated with light having various wavelengths such as infrared light and laser light. In this way, by irradiating light, it is possible to activate fine particles within the contraction/expansion nozzle 1, or to supply raw material gas and carrier gas to the upstream chamber 3 to generate fine particles within the contraction/expansion nozzle 1. Become.

縮小拡大ノズル1を複数個設けて、一度に複数
のビームを発生させることもできる。特に、複数
個の縮小拡大ノズル1を設ける場合、各々独立し
た上流室3に接続しておくことによつて、異なる
微粒子のビームを同時に走行させることができ、
異なる微粒子の積層又は混合捕集や、ビーム同志
を交差させることによる、異なる微粒子同志の衝
突によつて、新たな微粒子を形成させることも可
能となる。
It is also possible to provide a plurality of contraction/expansion nozzles 1 to generate a plurality of beams at once. In particular, when a plurality of contraction/expansion nozzles 1 are provided, by connecting each to an independent upstream chamber 3, beams of different particles can be run simultaneously.
It is also possible to form new particles by stacking or collecting different particles together, or by colliding different particles with each other by crossing beams.

基体6を、上下左右に移動可能又は回転可能に
保持し、広い範囲に亘つてビームを受けられるよ
うにすることもできる。また、基体6をロール状
に巻取つて、これを順次送り出しながらビームを
受けるようにすることによつて、長尺の基体6に
微粒子による処理を施すこともできる。更には、
ドラム状の基体6を回転させながら微粒子による
処理を施してもよい。
The base body 6 can also be held movably or rotatably in the vertical and horizontal directions so that it can receive the beam over a wide range. Further, by winding up the base body 6 into a roll and receiving the beam while sequentially feeding the base body 6, a long base body 6 can also be treated with fine particles. Furthermore,
The treatment with fine particles may be performed while rotating the drum-shaped base 6.

[発明の効果] 本発明によれば、空間的に独立した状態でかつ
超音速で微粒子を移送することができる。従つ
て、活性微粒子をそのままの状態で捕集位置まで
確実に移送できると共に、ビームの照射面を制御
することによつて、その吹き付け領域を正確に制
御することができる。また、ビームという集束し
た超高速平行流となることや、ビーム化されると
きに熱エネルギーが運動エネルギーに変換され
て、ビーム内の微粒子は凍結状態となるので、こ
れらを利用した新しい反応場を得ることにも大き
な期待を有するものである。更に、本発明の微粒
子の吹き付け装置によれば、上記凍結状態になる
ことから、流体中の分子のミクロな状態を規定
し、一つの状態からある状態への遷移を取り扱う
ことも可能である。即ち、分子の持つ各種のエネ
ルギー準位までも規定し、その準位に相当するエ
ネルギーを付与するという、新たな方式による気
相の化学反応が可能である。また、従来とは異な
るエネルギー授受の場が提供されることにより、
水素結合やフアンデアワールス結合等の比較的弱
い分子間力で形成される分子間化合物を容易に生
み出すこともできる。
[Effects of the Invention] According to the present invention, fine particles can be transported at supersonic speed in a spatially independent state. Therefore, the active particles can be reliably transported as they are to the collection position, and by controlling the beam irradiation surface, the spraying area can be accurately controlled. In addition, it becomes a focused ultra-high-speed parallel flow called a beam, and when it is made into a beam, thermal energy is converted to kinetic energy, and the fine particles in the beam become frozen, so we can create a new reaction field that utilizes these. I have high hopes for what I will achieve. Furthermore, according to the particle spraying device of the present invention, since the fluid is in the frozen state, it is also possible to define the microscopic state of molecules in the fluid and handle the transition from one state to another. In other words, it is possible to perform chemical reactions in the gas phase using a new method in which various energy levels of molecules are defined and energy corresponding to the levels is imparted. In addition, by providing a place for energy exchange that is different from the conventional one,
It is also possible to easily create intermolecular compounds formed by relatively weak intermolecular forces such as hydrogen bonds and Van der Waals bonds.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の一実施例を示す説明図、第2
図は縮小拡大ノズルの一例を示す一部切欠斜視
図、第3図a,bは各々縮小拡大ノズルの他の例
をしめるす縦断面図、第4図は制御器のフローチ
ヤートである。 1:縮小拡大ノズル、1a:流入口、1b:流
出口、1c:のど部、2:制御器、3:上流室、
4:下流室、5:ポンプ、6:基体、7:供給バ
ルブ、8,10,12:圧力計、9:静圧孔、1
1:排気バルブ。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing one embodiment of the present invention, and FIG.
The figure is a partially cutaway perspective view showing an example of a contraction/expansion nozzle, FIGS. 3a and 3b are longitudinal sectional views showing other examples of the contraction/expansion nozzle, and FIG. 4 is a flowchart of the controller. 1: contraction/expansion nozzle, 1a: inlet, 1b: outlet, 1c: throat, 2: controller, 3: upstream chamber,
4: downstream chamber, 5: pump, 6: base, 7: supply valve, 8, 10, 12: pressure gauge, 9: static pressure hole, 1
1: Exhaust valve.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 縮小拡大ノズルを介して接続された上流室と
下流室とを備え、前記縮小拡大ノズルを流過した
微粒子を下流室に設けられた基体へ吹き付ける微
粒子の吹き付け装置であつて、前記縮小拡大ノズ
ルの流出口における圧力と縮小拡大ノズルの下流
側における圧力とを検出する圧力検出手段と、検
出された圧力に基づいて前記縮小拡大ノズルから
噴出された微粒子の流れが安定したビーム状の流
れとなるように上流室の給気を制御する制御器を
備えたことを特徴とする微粒子の吹き付け装置。
1. A particle spraying device comprising an upstream chamber and a downstream chamber connected via a contraction/expansion nozzle, and sprays particles that have passed through the contraction/expansion nozzle onto a base provided in the downstream chamber, wherein the contraction/expansion nozzle pressure detecting means for detecting the pressure at the outlet and the pressure downstream of the contraction/expansion nozzle, and based on the detected pressure, the flow of particles ejected from the contraction/expansion nozzle becomes a stable beam-shaped flow. A particulate spraying device characterized in that it is equipped with a controller for controlling air supply in an upstream chamber.
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