JPH1071367A - 分級装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 定在衝撃波を利用した分級装置において、超
音速流発生手段の壁面に付着する固体粒子の量を減少さ
せて、固体粒子の無駄を少なくする。 【解決手段】 配管(6) とラバール管(30)との間に流路
断面積を拡大する混合室(20)を設ける。固気混合流(F1
1) は混合室(20)に流入する際に減速して、混合室(20)
内で粒子は拡散する。また、流れの乱れは低減する。そ
して、ラバール管(30)に流入する固気混合流は、単位空
間当たりの粒子密度分布が均一な固気混合流となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、分級装置に係り、
特に、超音速流を用いて発生させた定在衝撃波を利用し
て固体粒子を分級する分級装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、超音速流を用いて発生させた
定在衝撃波を利用して固体粒子を分級する分級装置とし
て、例えば、特開平５−１１５８４８号公報及び特開平
７−２０４５８５号公報に開示されているものがある。

【０００３】従来の分級装置では、図１８に示すよう
に、分級室(a1)にラバール管(b1)が連設されるととも
に、分級室(a1)に粒子回収手段(c1)が収納されて構成さ
れている。粒子回収手段(c1)は、一対の平行平板である
区画壁(c2,c2) を備え、区画壁(c2,c2) の間が粗粒子回
収通路(a2)を、区画壁(c2,c2) の両外側が細粒子回収通
路(a3,a3) を、それぞれ形成している。

【０００４】ラバール管(b1)は、微粒子状の固体粒子と
搬送ガスとから成る固気混合ガス(G) を超音速で流出口
(b2)より分級室(a1)に噴出させる。そして、ラバール管
(b1)から噴出した固気混合ガス(G) は、粗粒子回収通路
(a2)に向かって超音速で分級室(a1)に流入する。その
際、粗粒子回収通路(a2)の一端（図示しないが、図１８
の下端）が閉塞されているので、他端の流入口(a4)に向
かって流れる固気混合ガス(G) に対して粗粒子回収通路
(a2)が障害物となる。この結果、粗粒子回収通路(a2)の
流入口(a4)の近傍における固気混合ガス(G) の超音速流
場で定在衝撃波(S) が発生する。

【０００５】この定在衝撃波(S) の波面の前後におい
て、固気混合ガス(G) の流速と流れ方向とが急激に変更
することになる（図１８のF1参照）。そして、固気混合
ガス(G) における固体粒子のうち比較的慣性力の小さな
細粒子(Pf)は、固気混合ガス(G) の流れに伴って細粒子
回収通路(a3)に流れ（図１８のF2参照）、慣性力の大き
な粗粒子(Pf)はそのまま直進し（図１８のF3参照）、粗
粒子回収通路(a2)を流れる。このようにして、ラバール
管(b1)から分級室(a1)に流入した固体粒子は粗粒子(Pr
1) と細粒子(Pf1) とに分級される。

【０００６】また、このような定在衝撃波を用いた分級
作用を利用して分級と製膜とを同時に行う装置が、特開
平５−１１５７７３号公報に開示されている。

【０００７】この公報に開示された装置では、図１９に
示すように、ラバール管(c3)の出口の近傍に、基板(d1)
とその支持および移動手段(e1)が設けられている。そし
て、製膜室内にラバール管(c3)に対向して基板(d1)を配
置しておく。

【０００８】この装置では、多分散の微粒子材料を含ん
だ搬送ガス(G1)を基板(d1)に衝突させることにより、製
膜と分級を同時に行う。薄膜材料の微粒子を含んだ固気
混合ガス(G1)は、ラバール管(c3)内で超音速流となり、
基板(d1)と衝突する。このとき、基板(d1)上に定在衝撃
波(c4)が発生する。ラバール管(c3)の出口ノズルから流
出した固気混合流は、定在衝撃波(c4)によって急激に減
速し、流れの方向が大きく曲がる。その際、慣性力の大
きい粗粒子は、気流の方向変化に追随できないので基板
(d1)に衝突する。一方、慣性力の小さい微粒子は気流の
方向変化に追随するので基板(d1)に衝突しない。その結
果、粗粒子と微粒子とが分離され、つまり分級され、基
板(d1)上には一定粒径以上の粒子からなる均一な膜が形
成される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来の分級装置では、
固気混合ガス中の固体粒子は、配管(h1,h2) を流れる際
に、粒子密度分布に偏りが生じやすかった。つまり、同
一流路断面において、ある領域の平均粒径と他の領域の
平均粒径との相違が生じやすかった。したがって、配管
(h1,h2) からラバール管(b1,c3) に流入した固気混合ガ
ス中の固体粒子(Pa1,Pa2) は、ラバール管(b1,c3) の断
面積が縮小していく部分（以下、「流路断面積縮小部」
と称する）の壁面に付着しやすいという問題があった。
そのため、例えば製膜を行う場合では、一定の膜厚の薄
膜を形成するために、より多くの固体粒子が必要であっ
た。つまり、材料（固体粒子）の無駄が多かった。

【００１０】また、ラバール管(b1,c3) の流路断面積縮
小部の壁面に付着した固体粒子を頻繁に取り除かなけれ
ばならないため、メンテナンス期間が短く、上記装置を
長時間にわたって連続運転することができないという問
題があった。

【００１１】特に、上記装置内の圧力を調節するために
配管(h1,h2) 内にオリフィスを設けた場合には、固気混
合ガスの粒子密度分布の偏りが大きいため、このような
問題が顕著であった。

【００１２】本発明はかかる点に鑑みてなされたもので
あり、その目的とするところは、ラバール管等の超音速
流発生手段の壁面に付着する固体粒子を減少させること
である。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、固体粒子が付着しやすかったラバール管
等の超音速流発生手段の上流側において、固気混合ガス
の流れを緩和し、固体粒子を拡散することにより、粒子
密度分布の偏りが生じにくいようにした。

【００１４】具体的には、請求項１に記載の発明が講じ
た手段は、固体粒子が搬送ガスに混入してなる固気混合
ガスが流れる混合ガス供給通路(6,63)を有する搬送手段
(6A)の下流側には、流路断面積が縮小した縮小部(32)を
有する超音速流発生手段(30)が設けられ、超音速流発生
手段(30)の流出口が連通するチャンバ(40,140)内には、
定在衝撃波を発生させる衝撃波発生手段(50,150)が設け
られ、チャンバ(40,140)内に流入した固気混合ガス中の
固体粒子を定在衝撃波によって分級する分級装置におい
て、搬送手段(6A)の下流端部には、固気混合ガスが流通
する流路の断面積が上記混合ガス供給通路(6,63)の流路
断面積より大きい拡大部(20)が形成されている構成とし
たものである。

【００１５】上記発明特定事項により、搬送手段(6A)を
流れてきた固気混合ガスは、拡大部(20)で減速するの
で、固気混合ガス中の粒子は拡大部(20)で拡散し、粒子
密度分布は均一になる。また、流れの乱れが減少する。
そのため、超音速流発生手段(30)の流路断面積縮小部(3
2)には粒子密度分布の均一な安定した固気混合流が流れ
るので、粒子は付着しにくくなる。

【００１６】また、請求項２に記載の発明が講じた手段
は、請求項１に記載の分級装置において、衝撃波発生手
段(50)は、粗粒子回収通路(53)と細粒子回収通路(54)と
を有し、粗粒子(Pr)と細粒子(Pf)とを個別に回収する構
成としたものである。

【００１７】上記発明特定事項により、精度の高い分級
を行うことができる。

【００１８】一方、請求項３に記載の発明が講じた手段
は、請求項１に記載の分級装置において、衝撃波発生手
段(150) は、超音速流発生手段(130) の流出口に対向す
るように基板(155) を支持し、この基板(155) 上に、分
級によって選択された粒子の膜を形成させる構成とした
ものである。

【００１９】上記発明特定事項により、製膜と分級を同
時に行うことができる。

【００２０】また、請求項４に記載の発明が講じた手段
は、請求項２または３のいずれか一つに記載の分級装置
において、搬送手段(6A)は、チャンバ(40,140)内の圧力
を調節する調節手段(7) を有する構成としたものであ
る。

【００２１】上記発明特定事項により、チャンバ内の圧
力を調節することができる。

【００２２】また、請求項５に記載の発明が講じた手段
は、請求項１〜４のいずれか一つに記載の分級装置にお
いて、搬送手段(6A)は更に、搬送ガスが流れる搬送ガス
供給通路(86)を備え、搬送ガス供給通路(86)と混合ガス
供給通路(63)とが拡大部(20)で集合されている構成とし
たものである。

【００２３】上記発明特定事項により、搬送ガス供給通
路(86)を流通した搬送ガスと混合ガス供給通路(63)を流
通した固気混合ガスとを拡大部(20)で合流することによ
り、更に粒子密度分布の均一化と流れの安定化を図るこ
とができるので、超音速流発生手段(30)の流路断面積縮
小部(32)に付着する粒子の量を更に低減することができ
る。

【００２４】また、請求項６に記載の発明が講じた手段
は、請求項１〜４のいずれか一つに記載の分級装置にお
いて、拡大部(20)は、搬送手段(6A)に連通する入口と、
超音速流発生手段(30)に連通する出口と、上記入口から
流路断面積が連続的に増加する流路断面増加部(91)と、
上記出口に向かって流路断面積が連続的に減少する流路
断面減少部(93)とを有する構成としたものである。

【００２５】上記発明特定事項により、固気混合ガスが
流通する流路の断面積が連続的に変化するので、分級装
置内での二次流れは生じにくく、固気混合流の圧力損失
は小さくなる。

【００２６】

【発明の実施の形態１】以下、本発明の実施の形態を図
面に基づいて説明する。

【００２７】図１および図２に示すように、本分級装置
(1) は粒径の測定等に用いられる装置であって、搬送手
段(6A)と、超音速流発生手段としてのラバール管(30)
と、チャンバとしての分級室(40)と、図示しない真空ポ
ンプとが固気混合ガスが流通可能に順に接続されて構成
されている。

【００２８】ここで、搬送手段(6A)は、気相法、粉砕
法、超臨界圧法、液相法等を使用する各種の微粒子製造
装置（図示せず）と、配管(6) と、拡大部としての混合
室(20)とが固気混合ガスが流通可能に順に接続されて構
成されている。

【００２９】配管(6) は断面積が一定の円管である。な
お、この配管(6) の断面形状は、混合室(20)との連通が
可能であれば、正方形、長方形、楕円形など、他の形状
でも構わない。ここで、配管(6) は固気混合ガスを混合
室(20)に搬送するように構成されている。固気混合ガス
は、図示しない微粒子製造装置で生成した金属やセラミ
ックス等の粒径が１μｍ以下の固体粒子を、空気やＨ
ｅ、Ａｒ等の不活性ガスの搬送ガスに混入することによ
り生成されている。

【００３０】混合室(20)は、主に略直方体形状の密閉型
容器で形成されている。図１に示す上面には円形の開口
で成る混合室入口(21)が形成され、下面には矩形状の開
口で成る混合室出口(22)が形成されている。そして、混
合室入口(21)は配管(6) の出口と、混合室出口(22)はラ
バール管(30)の入口と、それぞれ連通している。混合室
(20)の流路断面（流路方向に直交する断面であり、図２
のＸＹ平面）の面積（以下、流路断面積と称する）は、
配管(6) の断面積よりも数倍大きく、例えば９倍程度大
きい。この混合室(20)の流路断面積は、配管(6) を流れ
てきた固気混合ガス(F11) が混合室入口(21)を通過して
混合室(20)内に流入する際に減速して、固気混合ガス(F
11) 中の粒子が拡散するように設定されている。また、
混合室(20)の流路断面積はラバール管(30)の入口の断面
積よりも数倍大きく、例えば３倍程度大きい。混合室内
の上面の内壁と下面の内壁との間の距離、つまり混合室
内の高さ(L1)は、混合室内の側面間の距離、つまり混合
室の幅(D1)の約２倍弱程度である。混合室の高さ(L1)と
幅(D1)とは、粒子の拡散作用が十分に得られるように設
定されている。

【００３１】ラバール管(30)は一定の断面積を有する入
口部(31)、下流側に向かって流路断面積が連続的に減少
していく流路断面積縮小部(32)、流路断面積が最小であ
るスロート部(33)、流路断面積が連続的に増大していく
流路断面積拡大部(34)とが順に一体形成されて構成され
ている。なお、所定の超音速流を安定して発生するため
に、ラバール管の内面は滑らかに連続している。このラ
バール管(30)は、図２に示すように、流路断面が矩形状
に構成されており、サイズアップしやすくなっている。
なお、入口部(31)、流路断面積縮小部(32)、スロート部
(33)、および流路断面積拡大部(34)の図２に示すＹ方向
（奥行き方向）の長さは互いに等しく、それらの長さは
混合室の断面の幅(D1)とほぼ等しい。

【００３２】分級室(40)は、図２に示すように、矩形状
の箱体に形成されている。分級室(40)はその上面の中央
部において、ラバール管(30)の出口と連通する開口を有
している。この開口は、図２のＹ方向に延びる矩形に形
成されている。

【００３３】分級室(40)の内部には粒子回収手段(50)が
設けられている。粒子回収手段(50)は、２枚の区画壁(5
1,51) を備え、この区画壁(51,51) は所定間隔を存して
平行に配置され、分級室(40)の上下方向に設けられてい
る。

【００３４】そして、両区画壁(51,51) の間の空間は、
分級室の中央部に位置して、粗粒子回収通路(53)を形成
している。両区画壁(51,51) の各上端の間は、粗粒子回
収通路(53)の流入口(55)を形成している。この両区画壁
(51,51) は、流入口(55)がラバール管(30)の流出口に所
定間隔を存して対面するように配置されている。粗粒子
回収通路(53)の下端は閉塞され、区画壁(51,51) および
粗粒子回収通路(53)は、ラバール管(30)より分級室(40)
に流入した超音速の固気混合流(F14) の障害物となって
いる。つまり、区画壁(51,51) および粗粒子回収通路(5
3)は、ラバール管(30)の流出口と粗粒子回収通路(53)の
流入口(55)との間の位置に、ラバール管(30)の流出口(5
5)に面する定在衝撃波(56)を発生させるように形成され
ている。

【００３５】一方、細粒子回収通路(54)の下端には図示
しない真空ポンプが接続されており、この真空ポンプに
よって分級室(40)の内部のガスを吸引可能となってい
る。

【００３６】各区画壁(51,51) の上端には、鍔部(52)が
形成されている。この鍔部(52)は、粗粒子回収通路(53)
の中心側である内側に向かって突出している。そして、
鍔部(52)の上面であってラバール管(30)の流出口の対向
面が平坦面に形成されている。つまり、鍔部(52)の上面
は、超音速の固気混合流の流れを妨げるのに十分な面積
を有するように形成されている。

【００３７】また、鍔部(52)の内面は、鍔部(52)の先端
から区画壁(51,51) の内面に連続するように形成され、
鍔部(52)の先端から区画壁(51,51) の内面に向かって真
っ直ぐに傾斜する傾斜面で形成されている。

【００３８】−分級装置(1) の動作− 次に、上記分級装置(1) の動作について説明する。

【００３９】まず、真空ポンプ（図示せず）を作動して
分級室(40)内のガスを吸引することにより、分級室(40)
の圧力およびラバール管(30)の出口圧力を大気圧よりも
低い圧力、すなわち真空にする。すると、配管(6) 内の
圧力と分級室(40)の圧力との差により、配管(6) を通じ
て混合室(20)内へ固気混合ガス(F11) が流れ込み、分級
装置内を流通する固気混合流が発生する。

【００４０】この際、粒径の違いによる固体粒子の慣性
の差などに基づき、配管(6) 内を流れる固気混合流(F1
1) は、粒子密度分布の偏りが大きな固気混合流となっ
ている。また、この固気混合流は乱れの大きい流れにな
っている。そして、この固気混合流(F11) は配管(6) か
ら混合室入口(21)を通じて混合室(20)内に流入する。

【００４１】このとき、配管(6) から混合室(20)内に流
入する際に流路断面積が拡大するため、固気混合流(F1
1) は減速する（F12 参照）。そして、混合室(20)内で
固体粒子は拡散し、粒子密度分布が均一になる。また、
流れの乱れが減少し、固気混合流は整流される。つま
り、混合室(20)は、配管(6) 内を流れてきた固気混合ガ
ス(F11) の流れを緩和し整流するいわば緩和タンクとし
ての作用を行う。その後、整流された固気混合流(F13)
は、混合室出口(22)を通じてラバール管入口部(31)に流
入する。

【００４２】ラバール管入口部(31)を通過した固気混合
流は、ラバール管(30)の流路断面積縮小部(32)で増速
し、スロート部(33)で音速になった後、さらに流路断面
積拡大部(34)で所定の超音速にまで増速する。

【００４３】超音速流となった固気混合流(F14) はラバ
ール管(30)から流出した後、分級室(40)内に流入する。
その際、粗粒子回収通路(53)は、下端が閉塞しているの
で、粗粒子回収通路(53)および鍔部(52)の上面が固気混
合流の障害物となる。したがって、流入口(55)の上方近
傍においてラバール管の流出口に面する定在衝撃波(56)
が発生する。鍔部(52)の上面は平坦面になっているの
で、この定在衝撃波(56)はほぼ平坦になる。

【００４４】そして、図１に示すように、この定在衝撃
波(56)によって、固気混合流(F14)中の搬送ガスの流れ
(Fg)の方向は、ほぼ直角に変化する。この固気混合流(F
14)中の固体粒子のうち細粒子(Pf)は慣性力が小さいの
で、搬送ガス(Fg)の方向変化に追随して流れ方向が確実
に変化し、区画壁(51,51) の外側の細粒子回収通路(54)
に流れ込んで回収される。

【００４５】一方、固気混合流(F14) 中の固体粒子のう
ちの粗粒子(Pr)は、慣性力が大きいので、搬送ガスの方
向変化に関わりなく直進する流れ(Fr)となり、区画壁(5
1,51) の内側の粗粒子回収通路(53)に流入口(55)より流
入して回収される。

【００４６】以上のようにして、固気混合流中の固体粒
子は細粒子(Pf)と粗粒子(Pr)とに分級される。

【００４７】したがって、以上のように動作する分級装
置(1) は、以下の効果を奏する。

【００４８】すなわち、配管(6) とラバール管(30)との
間に流路断面積を拡大する混合室(20)が設けられている
ので、配管(6) 内を流れてきた固気混合流(F11) は、そ
のまま粒子密度分布が不均一な状態でラバール管(30)に
流入するのではなく、混合室入口(21)で減速する。その
ため、混合室(20)内では流速が減少するので固気混合流
中の粒子は一様に拡散することができ、粒子密度分布は
均一になる。また、混合室(20)内の流れが整流されるた
め、流れの乱れは減少する。したがって、ラバール管(3
0)に流入する固気混合流は、粒子密度分布の偏りがな
く、乱れの少ない安定した固気混合流(F3)となる。

【００４９】その結果、ラバール管(30)の流路断面積縮
小部(32)には粒子密度分布が均一で安定した固気混合流
が流れるので、ラバール管(30)の流路断面積縮小部(32)
の壁面に付着する固体粒子の量は少なくなる。したがっ
て、回収されずに無駄になる固体粒子の量は少なくな
る。

【００５０】また、ラバール管(30)に流入する固気混合
流は安定した流れなので、安定した超音速流を発生する
ことができ、分級室(40)内で安定した定在衝撃波(56)を
発生することができる。この結果、分級室(40)内で精度
の高い分級を行うことができる。

【００５１】さらに、ラバール管(30)に付着する固体粒
子の量が減ることにより、本分級装置(1) ではメンテナ
ンス期間は長くなる。ここで、メンテナンス期間とは、
ラバール管(30)に付着した固体粒子をいったん取り除い
た時から、その後運転を再開し、再びラバール管(30)に
付着した固体粒子を取り除く必要が生じるまでの期間で
ある。そのため、長時間に渡る連続運転が可能となり、
分級動作の効率は向上する。

【００５２】−変形例− 次に、図３に、上記分級装置(1) の変形例として、混合
室(20)、ラバール管(30)、および分級室(40)が円形の断
面形状を有する分級装置(1) を示す。混合室(20)は中空
円筒形状の密閉型容器で形成されている。この混合室(2
0)には、一方の端面に混合室入口部(21)となる円形の開
口が設けられ、他方の端面には混合室出口部(22)となる
円形の開口が設けられている。混合室入口部(21)には配
管(6) が連通され、混合室出口部(22)にはラバール管(3
0)の入口部が連通され、固気混合流が配管(6) から混合
室(20)を経てラバール管(30)に流通可能となっている。

【００５３】この分級装置(1) では、分級による粒径の
変化方向は分級室(40)の半径方向である。混合室(20)の
高さは断面直径の２倍弱程度の長さである。その他の構
成は、上記分級装置(1) と同様である。

【００５４】したがって、以上の構成を有する本分級装
置(1) も、上記分級装置(1) と同様の作用効果を奏す
る。

【００５５】更に、上記の各分級装置(1) において、図
４に示すように、配管(6) 内の混合室(20)に近接する部
分に分級室(40)等の圧力を調節する手段として、オリフ
ィス(7) を設けることが好ましい。このようにオリフィ
ス(7) を設けることにより、オリフィス(7) の絞りを調
整して、オリフィス(7) 前後の圧力差を制御することが
可能となる。そして、分級室内の圧力を調節することが
できるとともに、分級装置(1) 内を流れる固気混合流の
速度を調整することもでき、分級の精度を一層高めるこ
とができる。

【００５６】

【発明の実施の形態２】次に、図５に示すように、実施
形態２の分級装置(1) について説明する。

【００５７】本分級装置(1) は、主として混合室(20)
と、ラバール管(30)と、チャンバとしての分級室(40)
と、第一搬送ガス供給部(85)と、搬送ガス供給通路とし
ての搬送ガス供給配管(86)と、第二搬送ガス供給部(83)
と、粒子供給部(84)と、混合ガス供給通路としての混合
ガス供給配管(63)とで構成されている。そして、第一搬
送ガス供給部(85)と、搬送ガス供給配管(86)と、第二搬
送ガス供給部(83)と、粒子供給部(84)と、混合ガス供給
配管(63)と、混合室(20)は、本発明でいうところの搬送
手段(6A)を構成している。

【００５８】第一搬送ガス供給部(85)と混合室(20)とは
搬送ガス供給配管(86)を介して搬送ガスが流通可能に順
に接続されている。また、第二搬送ガス供給部(83)と粒
子供給部(84)とは配管(86b) を通じて連通され、粒子供
給部(84)は混合ガス供給配管(63)を通じて混合室(20)と
通じている。

【００５９】第一搬送ガス供給部(85)は、ＨｅやＡｒ等
の不活性ガスや空気等の搬送ガスを混合室(20)に供給す
る部分である。

【００６０】一方、第二搬送ガス供給部(83)は、粒子供
給部(84)に蓄えられた固体粒子を混合室(20)内へ導くた
めの搬送ガスを供給する部分である。搬送ガスにはＨｅ
やＡｒ等の不活性ガスや空気等が用いられる。

【００６１】粒子供給部(84)は、製膜材料となる各種金
属やセラミックス等の固体粒子を供給する部分である。
固体粒子には、気相法、粉砕法、超臨界圧法、液相法等
を使用する各種の微粒子製造装置（図示せず）によって
生成された固体微粒子が用いられる。

【００６２】次に、混合室(20)、ラバール管(30)および
分級室(40)の詳細について説明する。 図６に示すよう
に、搬送ガス供給配管(86)と、拡大部としての混合室(2
0)と、超音速流発生手段としてのラバール管(30)と、チ
ャンバとしての分級室(40)とは、搬送ガスが流通可能に
順に接続され、かつ、混合室(20)の一側面に混合ガス供
給配管(63)が挿入されて構成されている。

【００６３】混合室(20)に連通された搬送ガス供給配管
(86)は、断面積が一定の円管である。しかし、搬送ガス
供給配管(86)の断面形状は、混合室(20)との連通が可能
であれば正方形、長方形、楕円形など、他の形状でも構
わない。

【００６４】搬送ガス供給配管(86)内にはオリフィス
(7) が設けられており、分級室(40)内の圧力を調節可能
としている。

【００６５】混合室(20)は、実施形態１の分級装置(1)
の混合室(20)と同様である。

【００６６】ただし、実施形態２の分級装置(1) では、
混合室(20)の少なくとも一つの側面の上方に、混合ガス
供給配管(63)を挿入するための開口(68)が設けられてい
る。そして、混合ガス供給配管(63)は、この開口(68)を
貫通している。混合ガス供給配管(63)は円管であるが、
他の形状の管でもよい。この混合ガス供給配管(63)は、
混合室(20)内で下方に向かって約９０度緩やかに曲がっ
ており、混合ガス供給配管(63)の先端の導出口(64)から
混合室(20)内に流入する固気混合流(F18) の進行方向
と、搬送ガス供給配管(86)から混合室(20)内に流入する
搬送ガスの進行方向とがほぼ一致するように構成されて
いる。そして、混合ガス供給配管(63)の導出口(64)は混
合室(20)の流路の中心に位置している。つまり、導出口
(64)は、混合ガス供給配管(63)を流れてきた固気混合流
(F17) が搬送ガス供給配管(86)を流れて混合室(20)内に
流入した搬送ガス(F16) によって搬送されるような位置
に設けられている。

【００６７】ラバール管(30)および分級室(40)は、実施
形態１の分級装置(1) と同様なので、説明を省略する。

【００６８】次に、本分級装置(1) の動作を説明する。

【００６９】図５に示すように、真空ポンプ（図示せ
ず）により分級室(40)内は吸引されて負圧となり、第一
搬送ガス供給部(85)と分級室(40)との圧力差、および第
二搬送ガス供給部(83)と分級室(40)との圧力差に基づ
き、搬送ガス(F15) および固気混合ガス(F17) を混合室
(20)内に導く気流が発生する。

【００７０】第一搬送ガス供給部(85)から搬送ガス供給
配管(86)を通じて流れてきた搬送ガス(F15) は、混合室
入口(21)を通過する際に減速し、混合室(20)内で安定し
た流れ(F16) になる。一方、第二搬送ガス供給部(84)か
ら配管(86b) を通じて粒子供給部(84)内に流入した搬送
ガスは、粒子供給部(84)内で固体粒子と混合し、固気混
合流(F17) となって混合ガス供給配管(63)を混合室(20)
に向かって流れる。固気混合流(F17) は、導出口(64)か
ら混合室(20)内に流入する際に減速する。そして、導出
口(64)から流出した固気混合流(F18) は、安定した搬送
ガス流(F16) と合流した後、ラバール管(30)に流入す
る。

【００７１】その後は実施形態１の分級装置(1) と同様
にして、分級室(40)で分級が行われる。

【００７２】以上のように、実施形態２における分級装
置(1) では、混合ガス供給配管(63)から流入した固気混
合流は、混合室(20)内で減速する。その結果、固気混合
ガス(F18) 中の粒子は一様に拡散することができ、粒子
密度分布は均一になる。また、流れの乱れは減少する。

【００７３】また、搬送ガス供給配管(86)から混合室(2
0)に流入した搬送ガス流(F15) も減速し、流れが安定す
る。そして、固気混合流(F18) と搬送ガス流(F16) とは
混合室(20)内で合流する。その結果、固気混合流(F18)
は、安定した搬送ガス流(F16) と合流することによって
更に整流されるため、流れの乱れは一層減少する。した
がって、ラバール管(30)に流入する固気混合流は、粒子
密度分布の偏りがなく、非常に乱れの少ない安定した固
気混合流(F19) となる。

【００７４】したがって、ラバール管(30)の流路断面積
縮小部の壁面に付着する固気混合流中の固体粒子の量は
減少する。その結果、無駄になる固体粒子の量が減る
等、実施形態１の分級装置と同様の効果をより効率的に
達成することができる。

【００７５】なお、実施形態２の分級装置(1) において
も、混合室(20)、ラバール管(30)、分級室(40)の断面形
状を円形状にすることも可能である。

【００７６】また、第一搬送ガス供給部(85)と第二搬送
ガス供給部(83)とを分離しないで、第二搬送ガス供給部
(83)の搬送ガスを、搬送ガス供給配管(86)を通じて混合
室(20)内に直接流入させてもよい。

【００７７】

【発明の実施の形態３】図７は実施形態３の分級装置
(1) を示す。この分級装置(1) は、実施形態１の分級装
置(1) の略直方体形状の混合室(20)を、図７に示すＸＺ
平面の断面形状が八角形の混合室(20)に置き換えるとと
もに、配管(6) を矩形状の配管(6) に置き換えたもので
ある。

【００７８】混合室(20)は、流路断面積が連続的に増加
する流路断面増加部(91)、流路断面積が一定の流路断面
拡大部(92)、流路断面積が連続的に減少する流路断面減
少部(93)の順に並んだ三つの部分で構成される。流路断
面増加部(91)、流路断面拡大部(92)、および流路断面減
少部(93)の奥行き方向、つまりＹ方向の長さはすべて等
しく、一定である。

【００７９】混合室(20)の上端には配管(6) の断面積と
等しい断面積を有する矩形状の開口が設けられ、この開
口を通じて混合室(20)と配管(6) とが連通されている。
また、混合室(20)の下端には矩形の開口が設けられ、こ
の開口を通じて混合室(20)と超音速流発生手段たるラバ
ール管(30)とが連通されている。混合室(20)の下端の開
口の面積は、ラバール管(30)の入口の面積と等しい。そ
して、混合室(20)と配管(6) との間には、分級室(40)内
の圧力を調節可能にするオリフィス(7) が設けられてい
る。

【００８０】したがって、本分級装置(1) では、オリフ
ィス(7) の前後以外は、流路断面積が連続的に変化する
構成となっている。

【００８１】なお、流路断面拡大部(92)の流路断面積
は、配管(6) の断面積の数倍程度である。

【００８２】本分級装置(1) では、配管(6) を流れてき
た固気混合流は、オリフィス(7) を通過して混合室(20)
内に流入する際に減速する。その結果、実施形態１の分
級装置(1) と同様の効果を有する。

【００８３】さらに、本分級装置(1) では、オリフィス
(7) の前後以外は流路断面積が連続的に変化しており、
混合室(20)内に流入した直後の固気混合流は流路断面積
が連続的に増加する流路断面増加部を通過するので、混
合室の隅部に発生する淀みがなくなる。そのため、流れ
の澱みによる無駄なエネルギ損失がなくなり、真空ポン
プ（図示せず）等の気流発生手段の負荷が低減する効果
も有する。

【００８４】また、混合室(20)からラバール管(30)に向
かって流路断面積は連続して減少しているので、混合室
(20)からラバール管(30)に流入する際の固気混合流の圧
力損失は小さく、エネルギ損失は小さい。したがって、
真空ポンプ（図示せず）等の気流発生手段の負荷を低減
することができる。

【００８５】

【発明の実施の形態４】次に、本発明による分級装置を
製膜装置として利用した実施形態４を説明する。実施形
態４の分級装置は、固体粒子を含んだ搬送ガスを基板に
衝突させることにより、分級をしつつ製膜を行う装置で
ある。

【００８６】まず、図８に示すように、本実施形態４の
分級装置(101) の構成の概要を説明する。

【００８７】分級装置(101) は、搬送ガス供給部(103)
、粒子供給部(104) 、拡大部としての混合室(20)、超
音速流発生手段としてのラバール管(30)、チャンバとし
ての膜形成室(140) 、バックアップフィルタ(105) 、お
よび真空ポンプ(102) が、混合ガス供給通路としての配
管(6) を介して、固気混合ガスが流通可能に順に接続さ
れて構成されている。なお、搬送ガス供給部(103) 、粒
子供給部(104) 、配管(6) 、および混合室(20)は、本発
明でいうところの搬送手段(6A)を構成している。

【００８８】搬送ガス供給部(103) は、粒子供給部(10
4) に蓄えられた固体粒子を混合室(20)内へ導くための
搬送ガスを供給する部分である。搬送ガスには、Ｈｅや
Ａｒ等の不活性ガスや空気等が用いられる。

【００８９】一方、粒子供給部(104) は、製膜材料とな
る各種金属やセラミックス等の固体粒子を供給する部分
である。固体粒子には、気相法、粉砕法、超臨界圧法、
液相法等を使用する各種の微粒子製造装置（図示せず）
によって生成された粗粒子を除いた細粒子(b) と超微粒
子(c) との混合体が用いられる。

【００９０】バックアップフィルタ(105) は、膜形成室
(140) と真空ポンプ(102) との間に設けられ、製膜に使
用されなかった固体粒子を回収するように設けられてい
る。

【００９１】そして、真空ポンプ(102) は、膜形成室(1
40) 内のガスを吸引して、膜形成室(140) 内の圧力を搬
送ガス供給部(103) 内の圧力よりも小さくすることによ
り搬送ガスを膜形成室(140) に導き、分級装置(101) 内
に気流を発生させるように設けられている。

【００９２】次に、混合室(20)、ラバール管(30)および
膜形成室(140) の詳細を説明する。

【００９３】本分級装置(101) は、膜形成室(140) 内
で、所定のサイズにカットした基板(155) 上に、連続的
に次々と膜を形成するいわゆるバッチ式の装置である。

【００９４】図９および１０に示すように、配管(6)
と、配管(6) に連通された拡大部としての混合室(20)
と、超音速流発生手段としてのラバール管(30)と、チャ
ンバとしての膜形成室(140) とは、固気混合ガスが流通
可能に順に接続されて構成されている。

【００９５】混合室(20)に連通された配管(6) は断面積
が一定の円管である。しかし、配管(6) の断面形状は、
混合室(20)との連通が可能であれば、正方形、長方形、
楕円形など、他の形状でも構わない。

【００９６】混合室(20)は、主に略直方体形状の密閉型
容器で形成され、上記配管(6) と共に搬送手段を構成し
ている。一方の側面には円形の開口で成る混合室入口(2
1)が形成され、この側面と対向する側面には矩形形状の
開口で成る混合室出口(22)が形成されている。そして、
混合室入口(21)は配管(6) の出口と、混合室出口(22)は
ラバール管(30)の入口と、それぞれ開通している。混合
室(20)の流路断面（流路方向に直交する断面であり、図
１０のＸＹ平面）における面積（以下、流路断面積と称
する）は、配管(6) の断面積よりも数倍大きく、例えば
９倍程度大きい。この混合室(20)の流路断面積は、配管
(6) を流れてきた固気混合流が混合室入口(21)を通過し
て混合室(20)内に流入する際に減速して、固気混合ガス
(F11) 中の粒子が拡散するように設定されている。ま
た、混合室(20)の流路断面積はラバール管(30)の入口の
断面積よりも数倍大きく、例えば３倍程度大きい。混合
室(20)内の上面の内壁と下面の内壁との間の距離、つま
り混合室(20)内の高さ(L1)は、混合室(20)内の側面間の
距離、つまり混合室(20)の幅(D1)の約２倍である。混合
室の高さ(L1)と幅(D1)とは、粒子の拡散作用が十分に得
られるように設定されている。

【００９７】ラバール管(30)は一定の断面積を有する入
口部(31)、流路断面積が連続的に減少していく流路断面
積縮小部(32)、流路断面積が最小であるスロート部(3
3)、流路断面積が連続的に増大していく流路断面積拡大
部(34)とが順に一体形成されて構成されている。なお、
所定の超音速流を安定して発生するために、ラバール管
(30)の内面は滑らかに連続している。このラバール管(3
0)は、図１０に示すように、流路断面が矩形形状に構成
されており、サイズアップしやすくなっている。なお、
入口部(31)、流路断面積縮小部(32)、スロート部(33)、
および流路断面積拡大部(34)の図１０に示すＹ方向（奥
行き方向）の長さは互いに等しく、それらの長さは混合
室の断面のＹ方向長さとほぼ等しい。

【００９８】チャンバとしての膜形成室(140) は、図１
１に示すように、ケーシング(141)によって形成された
断面が矩形形状の半密閉型の容器でできている。膜形成
室(140) のＹ方向長さは、ラバール管(30)のＹ方向長さ
とほぼ等しい。膜形成室(140) の内部には、基板(155)
を支持する基板支持手段(150) と、基板支持手段(150)
を移動する移動手段(152) とが設けられている。基板支
持手段(150) は、支持棒(153) と、支持棒(153) の上端
に配設された基板(155) を載せる載置台(151)とからな
る。この載置台(151) は、基板(155) がラバール管(30)
の出口に対向するように配設されている。基板(155) は
矩形形状の薄板であり、図１１に示すように、ケーシン
グ(141) の二つの側面(141a)および(141b)の間に配置さ
れる。

【００９９】また、膜形成室(140) には、図示しない
が、膜形成室(140) に連続して設けられ、固体粒子が付
着しないように多数の基板(155) を収納しておく収納部
と、この収納部と基板支持手段(150) の載置台(151) と
の間で基板(155) を搬送する搬送手段とが配設されてい
る。

【０１００】−分級装置(101) の動作− 次に、分級装置(101) の動作について説明する。

【０１０１】まず、真空ポンプ(102) を作動して膜形成
室(140) 内のガスを吸引することにより、膜形成室(14
0) の圧力およびラバール管(30)の出口圧力を大気圧よ
りも低い圧力、すなわち真空にする。すると、搬送ガス
供給部(103) および粒子供給部(104) の圧力と膜形成室
(140) の圧力との差異により、搬送ガス供給部(103) か
ら混合室(20)に向かって分級装置(101) 内を流れる固気
混合流が発生する。すなわち、搬送ガス供給部(103) か
ら搬送ガスが供給され、この搬送ガスは粒子供給部(10
4) において固体粒子と混合し、その後固体粒子を含ん
だ固気混合流となって配管(6) 内に流れ込む。

【０１０２】この際、粒径の違いによる固体粒子の慣性
の差などに基づき、配管(6) 内を流れる固気混合流(F1
1) は、粒子密度分布の偏りが大きな固気混合流となっ
ている。また、この固気混合流は乱れの大きい流れにな
っている。そして、この固気混合流(F11) は配管(6) か
ら混合室入口(21)を通じて混合室(20)内に流入する。

【０１０３】このとき、配管(6) から混合室(20)内に流
入する際に流路断面積が拡大するため、固気混合流(F1
1) は減速する（F12 参照）。そして、混合室(20)内で
固体粒子は拡散し、粒子密度分布が均一になる。また、
流れの乱れが減少し、固気混合流は整流される。つま
り、混合室(20)は、配管(6) 内を流れてきた固気混合ガ
ス(F11) の流れを緩和し整流するいわば緩和タンクとし
ての作用を行う。その後、整流された固気混合流(F13)
は、混合室出口(22)を通じてラバール管入口部(31)に流
入する。

【０１０４】ラバール管入口部(31)を通過した固気混合
流は、ラバール管(30)の流路断面積縮小部(32)で増速
し、スロート部(33)で音速になった後、さらに流路断面
積拡大部(34)で所定の超音速にまで増速する。

【０１０５】超音速流となった固気混合流(F14) はラバ
ール管(30)から流出した後、膜形成室(140) 内に流入し
て、載置台(151) 上の基板(155) と衝突する。このと
き、基板(155) 上にラバール管(30)の流出口に面する定
在衝撃波(56)が生じる。この定在衝撃波(56)は、圧力波
であって、ラバール管出口(34)と基板(155) との間の一
定位置に発生する。定在衝撃波(56)はＹ方向に一様で、
ラバール管(30)の出口に向かって凸状の曲面形状を有す
る。

【０１０６】そして、固気混合流(F14) は、定在衝撃波
(56)の前後で急減速するとともに、固気混合流(F14) 中
の気体は載置台(151) の左右方向（Ｘ方向）の外方へ向
かって流れる。このため、供給される固体粒子のうち慣
性力の大きい細粒子(b) はそのまま直進する一方、慣性
力の小さい超微粒子(c) は気流にのって載置台(151)の
左右方向（Ｘ方向）の外方へ進行する。

【０１０７】このようにして、固体粒子は、固気混合流
(F14) の中心から載置台(151) の左右の外方へ向かって
大粒径から小粒径へと変化するように分級される。そし
て、分級された粒子は基板(155) に衝突して堆積し、薄
膜を形成する。

【０１０８】図１２に示すような基板(155) の位置で
は、非常に粒径のそろった細粒子(b)だけを基板に衝突
させることができ、細粒子(b) による均一な粒径の薄膜
を形成することができる。

【０１０９】また、基板(155) を配置する位置を変える
ことによって、薄膜を構成する固体粒子の粒径を変化さ
せることができる。例えば、移動手段(152) によって基
板(155) を粒径の変化方向（Ｘ方向）に移動し、超微粒
子(c) が流通する領域に基板(155) を位置付けることに
より、基板(155) に超微粒子(c) の薄膜を形成すること
ができる。

【０１１０】そして、基板(155) に堆積しなかった固体
粒子は、膜形成室(140) を通過し、バックアップフィル
タ(105) に捕捉され、バックアップフィルタ(105) に滞
留した後、回収される。

【０１１１】以上のようにして動作する本分級装置(10
1) は、以下の効果を奏する。

【０１１２】すなわち、配管(6) とラバール管(30)との
間に流路断面積を拡大する混合室(20)が設けられたこと
によって、配管(6) 内を流れてきた固気混合流(F11)
は、そのまま粒子密度分布が不均一な状態でラバール管
(30)に流入するのではなく、混合室入口(21)で減速す
る。そのため、混合室(20)内では流速が減少するので固
気混合流中の粒子は一様に拡散することができ、粒子密
度分布は均一になる。また、混合室(20)内の流れが整流
されるため、流れの乱れは減少する。したがって、ラバ
ール管(30)に流入する固気混合流は、粒子密度分布の偏
りがなく、乱れの少ない安定した固気混合流(F13) とな
る。

【０１１３】その結果、ラバール管(30)の流路断面積縮
小部(32)には粒子密度分布が均一で安定した固気混合流
が流れるので、ラバール管(30)の流路断面積縮小部(32)
の壁面に付着する固体粒子の量は少なくなる。したがっ
て、実際に薄膜を形成する形成物とならずに無駄になる
固体粒子の量は少なくなる。

【０１１４】また、ラバール管(30)に流入する固気混合
流は安定した流れなので、安定した超音速流を発生する
ことができ、膜形成室(140) 内で安定した定在衝撃波(5
6)を発生することができる。この結果、膜形成室(140)
内で品質の高い薄膜を効率よく製造することができる。

【０１１５】さらに、ラバール管(30)に付着する固体粒
子の量が減ることにより、本分級装置(101) ではメンテ
ナンス期間は長くなる。そのため、長時間に渡る連続運
転が可能となり、製膜の生産性は向上する。

【０１１６】−変形例− 次に、図１３に、上記分級装置(101) の変形例として、
混合室(20)、ラバール管(30)、および膜形成室(140) が
円形の断面形状を有する分級装置(101) を示す。混合室
(20)は中空円筒形状の密閉型容器で形成されている。こ
の混合室(20)には、一方の端面に混合室入口部(21)とな
る円形の開口が設けられ、他方の端面には混合室出口部
(22)となる円形の開口が設けられている。混合室入口部
(21)には配管(6) が連通され、混合室出口部(22)にはラ
バール管(30)の入口部が連通され、固気混合流が配管
(6) から混合室(20)を経てラバール管(30)に流通可能と
なっている。

【０１１７】この分級装置(101) では、分級による粒径
の変化方向は膜形成室(140) の半径方向である。混合室
(20)の高さは断面の直径の２倍弱程度の長さである。そ
の他の構成は、上記分級装置(101) と同様である。

【０１１８】したがって、本分級装置(101) でも、上記
分級装置(101) と同様の作用効果を奏する更に、上記の
各分級装置(101) において、図１４に示すように、配管
(6) 内の混合室(20)に近接する部分に、膜形成室(140)
等の圧力を調節する手段として、オリフィス(7) を設け
ることが好ましい。このようにオリフィス(7) を設ける
ことにより、オリフィス(7) の絞りを調整して、オリフ
ィス(7) 前後の圧力差を制御することが可能となる。そ
して、膜形成室(140) の圧力を調節することができると
ともに、ラバール管(30)から基板(155) に衝突する固気
混合流の流速を調整することができ、薄膜の品質をより
高いものにすることができる。

【０１１９】

【発明の実施の形態５】次に、図１５に示すように、実
施形態５の分級装置(101) について説明する。

【０１２０】−製膜装置(101) の構成− まず、本実施形態５の分級装置(101) の構成の概要を説
明する。本分級装置(101) は主に、第一搬送ガス供給部
(85)、搬送ガス供給通路としての搬送ガス供給配管(8
6)、第二搬送ガス供給部(83)、粒子供給部(84)、混合ガ
ス供給通路としての混合ガス供給配管(63)、混合室(2
0)、ラバール管(30)、膜形成室(140) 、バックアップフ
ィルタ(105) 、および真空ポンプ(102) から構成され
る。第一搬送ガス供給部(85)、混合室(20)、ラバール管
(30)、膜形成室(140) 、バックアップフィルタ(105) 、
および真空ポンプ(102) は配管を介して搬送ガスが流通
可能に順に接続されている。さらに、第二搬送ガス供給
部(83)と粒子供給部(84)は配管(86b) を通じて連通さ
れ、粒子供給部(84)は混合ガス供給配管(63)を通じて混
合室(20)と連通している。第一搬送ガス供給部(85)、搬
送ガス供給配管(86)、第二搬送ガス供給部(83)、粒子供
給部(84)、混合ガス供給配管(63)、および混合室(20)
は、本発明でいうところの搬送手段(6A)を構成してい
る。

【０１２１】第一搬送ガス供給部(85)は、ＨｅやＡｒ等
の不活性ガスや空気等の搬送ガスを混合室(20)に供給す
る部分である。

【０１２２】一方、第二搬送ガス供給部(83)は、粒子供
給部(84)に蓄えられた固体粒子を混合室(20)内へ導くた
めの搬送ガスを供給する部分である。

【０１２３】粒子供給部(84)は、製膜材料となる各種金
属やセラミックス等の固体粒子を供給する部分である。
固体粒子には、気相法、粉砕法、超臨界圧法、液相法等
を使用する各種の微粒子製造装置（図示せず）によって
生成された固体微粒子が用いられる。

【０１２４】バックアップフィルタ(105) および真空ポ
ンプ(102) は実施形態４と同様である。つまり、バック
アップフィルタ(105) は、製膜に使用されなかった固体
粒子を回収するように設けられ、真空ポンプ(102) は、
第一搬送ガス供給部の搬送ガスと第二搬送ガス供給部の
搬送ガスとを混合室(20)に導くように設けられている。

【０１２５】次に、混合室(20)、ラバール管(30)および
膜形成室(140) の詳細について説明する。

【０１２６】本分級装置(101) は、実施形態４の分級装
置(101) と同様、膜形成室(140) 内で、所定のサイズに
カットした基板上に、連続的に次々と膜を形成するいわ
ゆるバッチ式の装置である。

【０１２７】図１６に示すように、分級装置(101) は、
搬送ガス供給配管(86)に連通された拡大部としての混合
室(20)と、超音速流発生手段としてのラバール管(30)
と、膜形成室(140) とが搬送ガスが流通可能に順に接続
されて構成されている。

【０１２８】混合室(20)に連通された搬送ガス供給配管
(86)は断面積が一定の円管である。しかし、混合室(20)
との連通が可能であれば、搬送ガス供給配管(86)の断面
形状は正方形、長方形、楕円形など、他の形状でも構わ
ない。

【０１２９】搬送ガス供給配管(86)内にはオリフィス
(7) が設けられており、膜形成室(140) 内の圧力の調節
が可能である。

【０１３０】混合室(20)は、実施形態４の分級装置(10
1) の混合室(20)と同様である。

【０１３１】ただし、実施形態５の分級装置(101) で
は、混合室(20)の少なくとも一つの側面の上方には、混
合ガス供給配管(63)を挿入するための開口(68)が設けら
れている。そして、混合ガス供給配管(63)は、この開口
(68)を貫通している。混合ガス供給配管(63)は円管であ
るが、他の形状の管でもよい。この混合ガス供給配管(6
3)は、混合室(20)内で下方に向かって約９０度緩やかに
曲がっており、混合ガス供給配管(63)の先端の導出口(6
4)から混合室(20)内に流入する固気混合流(F18)の進行
方向と、搬送ガス供給配管(86)から混合室(20)内に流入
する搬送ガスの進行方向とがほぼ一致するように構成さ
れている。そして、混合ガス供給配管(63)の導出口(64)
は混合室(20)の流路の中心に位置している。つまり、導
出口(64)は、混合ガス供給配管(63)を流れてきた固気混
合流(F17) が搬送ガス供給配管(86)を流れて混合室(20)
内に流入した搬送ガス(F16) によって搬送されるような
位置に設けられている。

【０１３２】ラバール管(30)および膜形成室(140) は、
実施形態４の分級装置(101) と同様なので、説明を省略
する。

【０１３３】−分級装置(101) の動作− 次に、本分級装置(101) の動作を説明する。

【０１３４】真空ポンプ(102) により吸引された膜形成
室(140) は真空状態となり、第一搬送ガス供給部(85)と
膜形成室(140) との圧力差、および第二搬送ガス供給部
(83)と膜形成室(140) との圧力差に基づき、搬送ガス(F
15) および固気混合流(F17)を混合室(20)内に導く気流
が発生する。

【０１３５】第一搬送ガス供給部(85)から搬送ガス供給
配管(86)を通じて流れてきた搬送ガス(F15) は、混合室
入口(21)を通過する際に減速し、混合室(20)内で安定し
た流れ(F16) になる。一方、第二搬送ガス供給部(84)か
ら搬送ガス供給配管(86)を通じて粒子供給部(84)内に流
入した搬送ガスは、粒子供給部(84)内で固体粒子と混合
し、固気混合流(F17) となって混合ガス供給配管を混合
室(20)に向かって流れる。固気混合流(F17) は、導出口
(64)から混合室(20)内に流入する際に減速する。そし
て、導出口(64)から流出した固気混合流(F18) は、安定
した搬送ガス流(F16) と合流した後、ラバール管(30)に
流入する。

【０１３６】その後は実施形態４の分級装置(101) と同
様にして、膜形成室(140) で製膜が行われる。

【０１３７】以上のように、本実施形態５における分級
装置(101) では、混合ガス供給配管(63)からに流入した
固気混合流は、混合室(20)内で減速する。その結果、固
気混合ガス(F18) 中の粒子は一様に拡散することがで
き、粒子密度分布は均一になる。また、流れの乱れは減
少する。

【０１３８】また、搬送ガス供給配管(86)から混合室(2
0)に流入した搬送ガス流(F15) も減速し、流れが安定す
る。そして、固気混合流(F18) と搬送ガス流(F16) とは
混合室(20)内で合流する。その結果、固気混合流(F18)
は、安定した搬送ガス流(F16) と合流することによって
更に整流されるため、流れの乱れは一層減少する。した
がって、ラバール管(30)に流入する固気混合流は、粒子
密度分布の偏りがなく、非常に乱れの少ない安定した固
気混合流(F19) となる。

【０１３９】したがって、ラバール管(30)の流路断面積
縮小部(32)の壁面に付着する固気混合流中の固体粒子の
量は減少する。その結果、無駄になる固体粒子の量が減
る等、実施形態４の分級装置と同様の効果をより効率的
に達成することができる。

【０１４０】なお、実施形態５の分級装置(101) におい
ても、混合室(20)、ラバール管(30)、膜形成室(140) の
断面形状を円形状にすることも可能である。

【０１４１】また、第一搬送ガス供給部(85)と第二搬送
ガス供給部(83)とを分離しないで、第二搬送ガス供給部
(83)の搬送ガスを、搬送ガス供給配管(86)を通じて混合
室(20)内に直接流入させてもよい。

【０１４２】

【発明の実施の形態６】図１７は実施形態６の分級装置
(101) を示す。この分級装置(101) は、実施形態４の分
級装置(101) の略直方体形状の混合室(20)を、図１７に
示すＸＺ平面の断面形状が八角形の混合室(20)に置き換
えるとともに、配管(6) を矩形状の配管(6) に置き換え
たものである。

【０１４３】混合室(20)は、流路断面積が連続的に増加
する流路断面増加部(91)、流路断面積が一定の流路断面
拡大部(92)、流路断面積が連続的に減少する流路断面減
少部(93)の順に並んだ三つの部分で構成される。流路断
面増加部(91)、流路断面拡大部(92)、および流路断面減
少部(93)の奥行き方向、つまりＹ方向の長さはすべて等
しく、一定である。

【０１４４】混合室(20)の上端には配管(6) の断面積と
等しい断面積を有する矩形の開口が設けられ、この開口
を通じて混合室(20)と配管(6) とが連通されている。ま
た、混合室(20)の下端には矩形の開口が設けられ、この
開口を通じて混合室(20)と超音速流発生手段たるラバー
ル管(30)とが連通されている。混合室の下端の開口の面
積は、ラバール管(30)の入口の面積と等しい。そして、
混合室(20)と配管(6)との間には、分級装置(101) 内の
圧力を調節可能にするオリフィス(7) が設けられてい
る。

【０１４５】したがって、本分級装置(101) では、オリ
フィス(7) の前後以外は、流路断面積が連続的に変化す
る構成となっている。

【０１４６】なお、流路断面拡大部の流路断面積は、配
管(6) の断面積の数倍程度である。

【０１４７】本分級装置(101) では、配管(6) を流れて
きた固気混合流は、オリフィス(7)を通過して混合室(2
0)内に流入する際に減速する。その結果、実施形態４の
分級装置(101) と同様の効果を有する。

【０１４８】さらに、本分級装置(101) では、オリフィ
ス(7) の前後以外は流路断面積が連続的に変化してお
り、混合室(20)内に流入した直後の固気混合流は流路断
面積が連続的に増加する流路断面増加部を通過するの
で、混合室の隅部に発生する淀みがなくなる。そのた
め、流れの澱みによる無駄なエネルギ損失がなくなり、
真空ポンプ（図示せず）等の気流発生手段の負荷が低減
する効果も有する。

【０１４９】また、混合室(20)からラバール管(30)に向
かって流路断面積は連続して減少しているので、混合室
(20)からラバール管(30)に流入する際の固気混合流の圧
力損失は小さく、エネルギ損失は小さい。したがって、
真空ポンプの負荷を低減することができる。

【０１５０】

【発明の効果】以上のように、請求項１に記載の発明に
よれば、搬送手段の下流端部に、流路断面積を拡大する
拡大部を設けたことによって、搬送手段内を流れてきた
固気混合ガスの流速は減少する。そして、固気混合ガス
中の粒子は、拡大部内で一様に拡散することができ、粒
子密度分布は均一になる。また、拡大部内で固気混合ガ
スの流れが整流される。したがって、超音速流発生手段
には、粒子密度分布が均一で乱れの少ない固気混合流が
流入するので、超音速流発生手段の流路断面積縮小部の
壁面に付着する固体粒子の量を少なくすることができ
る。

【０１５１】その結果、回収されずに無駄になる固体粒
子の量を減少させることができる。

【０１５２】また、メンテナンス期間の長期化が図れ、
長時間に渡る連続運転が可能となるので、分級動作の効
率を向上させることができる。

【０１５３】また、超音速流発生手段で安定した超音速
流を発生させることができ、チャンバ内で安定した定在
衝撃波を発生させることができる。この結果、チャンバ
内で精度の高い分級を行うことができる。

【０１５４】また、請求項２に記載の発明によれば、チ
ャンバ内に粗粒子と細粒子とを個別に回収する衝撃波発
生手段を設けたことにより、上記効果に加えて、分級し
た粒子を確実に回収することができ、精度の高い分級を
行うことができる。

【０１５５】また、請求項３に記載の発明によれば、チ
ャンバ内に超音速流発生手段の流出口に対向するように
基板を支持し、この基板上に分級によって選択された粒
子の膜を形成させる衝撃波発生手段を設けたことによ
り、上記効果に加えて、分級と製膜とを同時に行うこと
ができる。しかも、品質の高い薄膜を効率的に形成する
ことができる。

【０１５６】また、請求項４に記載の発明によれば、搬
送手段内に、チャンバ内の圧力を調整する手段を設けた
ことにより、チャンバ内の圧力を調節することが可能と
なり、分級または製膜をより効率的に行うことができ
る。

【０１５７】また、請求項５に記載の発明によれば、拡
大部で固気混合ガスと搬送ガスとを合流させることによ
り、更に粒子密度分布の均一化と流れの安定化を図るこ
とができる。その結果、超音速流発生手段の流路断面積
縮小部に付着する粒子の量を更に減少することができ
る。

【０１５８】また、請求項６に記載の発明によれば、固
気混合流が流通する流路の断面積を連続的に変化させた
ことにより、混合室内での二次流れは生じにくく、固気
混合流の圧力損失を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態１に係る分級装置の断面図である。

【図２】実施形態１に係る分級装置の斜視図である。

【図３】実施形態１に係る分級装置の変形例を示す斜視
図である。

【図４】実施形態１に係る分級装置の断面図である。

【図５】分級装置システムを示す図である。

【図６】実施形態２に係る分級装置の断面図である。

【図７】実施形態３に係る分級装置の断面図である。

【図８】分級装置システムを示す図である。

【図９】実施形態４に係る分級装置の断面図である。

【図１０】実施形態４に係る分級装置の斜視図である。

【図１１】膜形成室の断面図である。

【図１２】膜形成室での製膜動作を説明するための図で
ある。

【図１３】実施形態４に係る分級装置の変形例を示す斜
視図である。

【図１４】実施形態４に係る分級装置の斜視図である。

【図１５】製膜装置システムを示す図である。

【図１６】実施形態５に係る分級装置の断面図である。

【図１７】実施形態６に係る分級装置の断面図である。

【図１８】従来の分級装置の断面図である。

【図１９】従来の分級と製膜とを同時に行う装置の断面
図である。

【符号の説明】

6 配管 20 混合室 30 ラバール管 40 分級室 50 基板支持手段 63 混合ガス供給配管 83 第二搬送ガス供給部 84 粒子供給部 85 第一搬送ガス供給部 86 搬送ガス供給配管 140 膜形成室

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固体粒子が搬送ガスに混入してなる固気
   混合ガスが流れる混合ガス供給通路(6,63)を有する搬送
   手段(6A)の下流側には、流路断面積が縮小した縮小部(3
   2)を有する超音速流発生手段(30)が設けられ、 該超音速流発生手段(30)の流出口が連通するチャンバ(4
   0,140)内には、定在衝撃波を発生させる衝撃波発生手段
   (50,150)が設けられ、 上記チャンバ(40,140)内に流入した固気混合ガス中の固
   体粒子を定在衝撃波によって分級する分級装置におい
   て、 上記搬送手段(6A)の下流端部には、固気混合ガスが流通
   する流路の断面積が上記混合ガス供給通路(6,63)の流路
   断面積よりも大きい拡大部(20)が形成されていることを
   特徴とする分級装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の分級装置において、 衝撃波発生手段(50)は、粗粒子回収通路(53)と細粒子回
   収通路(54)とを有し、粗粒子(Pr)と細粒子(Pf)とを個別
   に回収することを特徴とする分級装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の分級装置において、 衝撃波発生手段(150) は、超音速流発生手段(30)の流出
   口に対向するように基板(155) を支持し、該基板(155)
   上に、分級によって選択された粒子の膜を形成させるこ
   とを特徴とする分級装置。
4. 【請求項４】 請求項２または３のいずれか一つに記載
   の分級装置において、 搬送手段(6A)は、チャンバ(40,140)内の圧力を調節する
   調節手段(7) を有することを特徴とする分級装置。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれか一つに記載の分
   級装置において、 搬送手段(6A)は更に、搬送ガスが流れる搬送ガス供給通
   路(86)を備え、該搬送ガス供給通路(86)と混合ガス供給
   通路(63)とが拡大部(20)で集合されていることを特徴と
   する分級装置。
6. 【請求項６】 請求項１〜４のいずれか一つに記載の分
   級装置において、 拡大部(20)は、 搬送手段(6A)に連通する入口と、 超音速流発生手段(30)に連通する出口と、 上記入口から流路断面積が連続的に増加する流路断面増
   加部(91)と、 上記出口に向かって流路断面積が連続的に減少する流路
   断面減少部(93)と、 を有することを特徴とする分級装置。