JPS5944090B2 - 混合物分離用の分離ノズル要素とその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、ガス又は蒸気の形の混合物特に同位体混合
物を分離するための分離ノズル要素とその製造方法に関
する。

この分離ノズル要素は閉鎖板と分離構造体から成り、分
離構造体には分離構造とガス制導路の断面形状に対応す
る断面を持つ貫通孔が多数作られ、閉鎖板は分離構造体
を両側からはさみ、対応個所にガス流の導入孔又は排出
孔が設けられている。

この種の分離ノズル要素の一例は西独国特許第２００９
２６５号明細書に記載されている。

分離ノズルを使用してガス混合物を分離する場合、エネ
ルギー消費を最小にするガス圧は分離構造の特性的な寸
法に逆比例することは既に発表されている。

分離を実施する際に必要なコンプレッサ、導管および弁
の比価格は動作ガス圧の上昇と共に急激に低下するから
、分離構造はできるだけ小形にする必要がある。

例えばガス導入圧を０．５ｂａｒとするとき分離スリッ
トの幅は約１０μｍとなる。

、特性寸法が特に小さい分離ノズルを製作するためにガ
ス響導路、ラバルノズノペ分離エツジ等の分離構造の断
面形状に対応する切り抜きを作った箔を互に位置合せを
して積み重ねて分離ノズルを構成することは公知である
。

箔の切り抜きをエツチングによって作ることも提案され
ている。

前に述べた理由により分離ノズル構造の寸法を更に縮小
しようとすれば、箔を積み重ねる際の位置合せはそれに
対応してより精確に行わなければならない。

同時に分離構造の各部分においての圧力差が大きくなる
ため、箔の表面に沿っての漏れ気流が避けられな（なる
。

この発明の目的は、箔を積み重ねることに基（難問題を
伴うことなく作ることができる特性寸法の小さい分離ノ
ズル要素とその効果的の製造方法を提供することである
。

この目的は、特許請求の範囲第１項に記載した分離ノズ
ル要素とすることならびに特許請求の範囲第３項に記載
した通り数階段に分けて分離構造体を製造することによ
って達成される。

こ、の発明の方法によれば、実際に使用される最小寸法
の分離構造に対して分離構造体を構成する個々の材料層
の最小切り抜き幅に対する厚さの比（縦横比）を著しく
大きくすることが可能となり、分離構造の製作に際して
照射装置と被照射材料との相互位置を繰り返し調節する
ときに不可避的に生ずる位置合せのずれが分離ノズルの
分離性能に大きな影響を及ぼさないようになる。

更に、構造材料を数段階に分けてとりつげることにより
、均質な構造体が作られ、大きな洩れ気流が発生するこ
とはない。

位置合せ操作を簡単にするためには、構造材料を充填し
た成形層を次の成形材料層の形成前に放射線に対して不
感性とするのが有効である。

これはγ線あるいは熱による処理又は化学的の方法によ
って実施することができる。

この方法により、新にとりつげられた成形材料層の照射
に際してそれまでの成形材料層が誤った照射を受けても
その構造寸法に変化を生ずることはない。

この発明の方法によって作られた分離構造体はガス和路
を備えた板を両側から押しつけて閉鎖される。

この板は、適当な形状を作りそれを構造材料で埋めるこ
とによりガス流の導入路又は排出孔を作り分離構造体に
固定すると特に有利である。

これにより部品を圧縮する必要がなくなりしかも板と分
離構造体の間の洩れ気流を避けることができる。

分離ノズル要素を箔から構成する場合には、当然分離構
造体を形成している材料部分が空間的につながっていな
げればならない。

この空間的のつながりは、分離ノズル方式の経済性を高
めるために要求される複雑な分離ノズル構造の場合構造
の設計範囲を限定し場合によっては技術的ならびに経済
的に大きな問題となる。

この発明の方法によれば、分離構造体の各部の空間的の
つながりを問題にする必要なく極めて特性寸法の小さい
分離ノズル要素を製作することができる。

この発明の方法によれば底板特にガス流の導入路又は排
出路が作られている閉鎖板上に分離構造体を段階的に構
成して行くだけでよい。

高エネルギー放射線としては電磁波を使用することがで
きるが、充分高い構造分解能を達成するため４００ｎｍ
以下の波長とする必要がある。

高い縦横比を持つ厚い層は波長が０．１ｎｍと１００ｍ
の間にある軟Ｘ線を使用して作ることができる。

この程度の軟Ｘ線はＸ線管球、電子シンクロトン又はジ
アイアントパルスレーザーによって作られたマイクロプ
ラズムを使用して発生させることができる。

電磁波によって所望の構造を作る際にはマスクが必要で
あるが、高エネルギー粒子線特に電子線を使用すると成
形材料の構造は電磁散乱によって作ることができる。

成形材料としては種々の合成樹脂例えば微小回路の蝕刻
に使用されるレジスト材料ＰＭＭＡ（ポリメチルメタク
リラート）が適している。

放射線を作用させた後材料を部分的に除去するためには
、例えばメチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）又はＭＩ
ＢＫとイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）の混合液を使
用して溶解する。

成形材料を全部除去するためにはクロルベンゾル又はア
セトンが使用される。

成形層の形成に光成形ガラス（変形ケイ酸リチウム）又
は５ｅ−Ｇｅグラスを使用することも可能である。

この場合部分的除去には希釈した酸又はアルカリを使用
する。

成形層に構造材料を充填するためには例えば化学的の析
出、蒸着、スパッタリング等種々の方法が有効である。

成形材料として電気不導体、分離構造体および底板（閉
鎖板）の材料として電気良導体を使用し、成形層の充填
を電解析出によると技術的にも経済的にも良好な結果が
得られる。

図面についてこの発明を更に詳細に説明する。

第１図乃至第６図は、成形材料としてポジ型のフォトレ
ジスト例えばＰＭＭＡを使用した製造工程の六つの段階
を示す。

第１図に示されている照射マスクは、放射線を僅かしか
吸収しない基板１１とその上に作られた放射線を強（吸
収する材料の構造体１２から成る。

この構造体１２は分離構造体の断面形状に対応するもの
である。

矢印１３は照射用の放射線を表わしている。

処理物の区域１４は照射によって可溶性となった成形材
料部分であり、区域１５は照射されなかった不溶性材料
部分である。

成形材料層は電気良導性の底板１６上に設けられ、底板
１６はガス流の流入孔（又は排出孔）１７が貫通して閉
鎖板を構成する。

第１図に示した部分的照射により成形材料区域１４は溶
解除去され、底板上に残された非照射材料１５から成る
成形層が形成される。

この成形層の欠如部分を構造材料２１例えばニッケルで
埋める。

次に第３図に示すように放射線源に向った表面に新に成
形材層３１を設け、第４図に示すようにマスク１１，１
２を通じて部分的に照射し構造材料層２１の上に可溶性
区域４１を作る。

区域４１を溶解除去すると第５図に示すように成形層１
５に続いて新しい成形層５１が作られる。

成形層５１の欠如部分にあらためて構造材料６１を充填
すると第６図に示す構造となる。

ここで構造材料６１と２１は連続して均質物体を構成す
る。

この繰り返し作業は分離構造体が所定の厚さになるまで
続け、それが終ると成形材料を総て溶解除去する。

第１図乃至第６図において破線は各工程段において作ら
れた同じ材料から成る区域の間の境界を表わしている。

これらの区域は連続して均質体を構成するから実際にこ
の境界が存在するのではない。

多くの場合にポジ型フォトレジストの代りにネガ型のフ
ォトレジストを使用する方が有効である。

ネガ型フォトレジストは放射すると溶解性が減少するか
らマスクの吸収構造は分離構造の断面形状の陰画にしな
ければならない。

どちらのフォトレジストを選べばよいかは分離構造の形
状と所望の配置に関係する。

第７図にこの発明において考えられている分離ノズル構
造の一例を示す。

これは二重偏向系であって底板のガス導入孔を通して上
方の室に吹き込まれたガスＤはその出口にある饗導板と
それに対向する湾曲面から成る偏向構造によって偏向さ
れ皮むきと呼ばれている分離エツジに当って軽フラクシ
ョンＬとその他の成分とに分けられ、後者は更に次の室
に導（偏向構造と分離エツジによって中フラクションＭ
と重フラクションＳに分けられる。

軽フラクションしは主として軽成分を含み、中フラクシ
ョンＭは被分離混合物にほぼ対応する組成とであり、重
フラクションＳは主として主成分を含む。

第７図から分るように、分離構造体を構成する部分７１
，７２，７３および７４は空間的に連結されていない。

その相互間の関係位置は図に示されていない底板にとり
つげることによって確保される。

この構造によれば、被分離混合物Ｄの導入と重フラクシ
ョンＳの排出が二つの隣り合せた分離ノズル系に共通と
なり、ガス制導路に要求される占有面積が圧力損失を一
定にして著しく減少するという長所がある。

更に軽フラクションと中フラクションが最短路を通って
続（集ガス室に達する。

この有利なガス制導方式が図に示した自立構造によって
可能となることは容易に了解される。

この発明による分離ノズル要素の一例を第８図に示す。

この実施例では分離構造体８１が底板８２の上に千鳥形
に配置されている。

底板８２を貫通する通路８３を通して被分離混合物のガ
スＤが矢印で示すように導入され、分離構造体８１によ
ってフラクションＬ 、Ｍ 、Ｓに分けられる。

フラクションしは向側に開いた脚８８と上下の閉鎖板８
２．８７によって作られたＶ字形の集ガス室８４に集め
られ、フラクションＭは前方に開いた７字形の集ガス室
８５に集められ、フラクションＳは上方の閉鎖板８７（
これは図面では上方に離して示しである）の通孔８６を
通って流れ出す。

分離構造体の脚８８に作られている分離構造は図面を見
易（するため著しく簡略化して示す。

第７図に示すように隣り合った分離ノズル構造に共通に
被分離混合ガスＤと重フラクションＳに対するガス饗導
路が分離構造体内に作られている。

分離構造としては第７図に示したものとは異ったものを
選ぶ方が有利である場合も多い。

例えば共通のガス饗導路を軽フラクションと中フラクシ
ョンの排出に使用するように分離構造を配置することが
できる。

被分離混合ガスの導入と重フラクションの排出は集ガス
室８４又は８５を通して実施する。

実際にどの構造を採用すれば良いかは現実の分離装置に
おいて分離ノズル要素がどのように組み込まれているか
に関係する。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第６図は分離構造体の製作工程の六つの段階
においての構造を示し、第７図はこの発明の方法によっ
て作られる分離構造体の一例を示し、第８図はこの発明
による分離ノズル要素の一部を分解して示す。 第８図において、８２と８７は閉鎖板、８１は分離構造
体、８３はガス導入孔、８４は集ガス室、８６はガス排
出孔である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 隣り合った分離構造が分離構造体内部を通過する共
   通のガス柵導路な持つことを特徴とする分離構造とガス
   導入路又はガス排出路の断面形状に対応する断面を持つ
   貫通孔が多数あげられている分離構造体とこの分離構造
   体を間にはさみ対応個所にガス導入孔又はガス排出孔を
   備える２枚の閉鎖板で構成されたガス又は蒸気の形の混
   合物を分離するための分離ノズル要素。 ２ 分離構造体が千鳥形でありその脚に分離用の構造が
   作られ、脚と閉鎖板によって作られたＶ形の集ガス室が
   交互に二つの異るガス流に対して設けられていることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の分離ノズル要素
   。 ３ 高エネルギー放射線の作用によって性質を変える成
   形材料の層から部分的の照射と部分的の材料除去により
   分離構造を含む成形層を作りこれに対象となる混合ガス
   に耐える構造材料を充填すること、続いて照射放射線源
   に向った層表面に成形材料層を作り部分的の照射と材料
   除去により構造を作り構造材料を充填するという操作を
   分離構造体が所定の高さに達するまで繰り返して実施し
   た後、残った成形材料を除去することを特徴とする分離
   構造とガス導入路又はガス排出路の断面形状に対応する
   断面を持つ貫通孔が多数あげられている分離構造体と、
   この分離構造体を間にはさみ対応個所にガス導入孔又は
   ガス排出孔を備える２枚の閉鎖板で構成されたガス又は
   蒸気の形の混合物を分離するための分離ノズル要素の製
   造方法。 ４ 構造材料で埋められた成形層を次の成形材料層の形
   成前に放射線に対して不感性とすることを特徴とする特
   許請求の範囲第３項記載の方法。 ５ ガス流の導入又は排出孔を備えた閉鎖板を適当な形
   を作りそれに構造材料を充填することにより分離構造体
   に固く取りつけることを特徴とする特許請求の範囲第３
   項又は第４項記載の方法。 ６ 分離構造体の段階的の形成工程を底板特にガス流の
   導入孔又は排出孔を備えた閉鎖板上に実施することを特
   徴とする特許請求の範囲第３項乃至第５項のいずれかに
   記載の方法。 ７ 高エネルギー放射線として波長４００ ｎｍ以下の
   電磁波特にＸ線を使用することを特徴とする特許請求の
   範囲第３項記載の方法。 ８ 高エネルギー放射線として粒子線特に電子線を使用
   することを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の方法
   。 ９ 成形材料として電気不導体、構造材料および底板又
   は閉鎖板材料として電気良導体を使用し、成形層の充填
   を電解によることを特徴とする特許請求の範囲第３項乃
   至第６項のいずれかに記載の方法。