JPS62250944A - 流れ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、縮小拡大ノズルを用いた微粒子の流れ制御装
置に関する。更に詳しくは、縮小拡大ノズルから微粒子
を噴出させるに際し、縮小拡大ノズルの上流側と下流側
の圧力を所定圧力に維持するための圧力調整に関する。

本明細書において、微粒子とは、原子１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って得られる、
超微細な（一般には０．５ルー以下）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
によって得られる微細粒子をいう。

［従来の技術］ 一般に微粒子は、分散浮遊された流れとして移送されて
いる。そして、移送された微粒子は、例えば、基体で受
けられて成膜状態で捕集される。

従来、上記微粒子の移送に伴う微粒子の流れ制御は、上
ｖｔｇ１４と下流側の差圧によって流れる微粒子の全流
路を、管材又は筐体で区画することによって行われてい
るに過ぎない、従って、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筐
体内全体に分散した状態で生ずることになる。

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部で拡散されるので、単に一時
的に流路を絞っ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。

［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って、この流路に沿って微粒子
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筐体の壁面と
微粒子の接触を、全移送区間に亘って避は難い、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、管材や筐体の壁面との
接触による活性の消失を生みやすい問題がある。

また、管材や筐体で微粒子の全流路を区画したのでは、
流れのデッドスペースの発生等によって、移送微粒子の
捕集率が低下する。

一方、従来の平行管や先細ノズルは、流過し六噴流内の
微粒子の密度分布が大きい拡散流とゐる。従って、微粒
子を基体へ吹き付ける場合７において、均一な吹き付は
制御が行い難い問題がある。また、均一な吹き付は領域
の制御も困難である。

［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１本発明は、
縮小拡大ノズルｌの上流側と下流側の少なくとも一方に
圧力調整装置２を設ける、という手段を講じているもの
である。

本発明における縮小拡大ノズル１とは、流入口１ａから
中間部に向っ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に向って徐々に開
口面積が拡大されているノズルをいう。

［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
供給する一方、下流室４内を圧力調整装置２を介して排
気すると、上流室３と下流室４間に圧力差を生じる。従
って、供給された微粒子は、上流室３から縮小拡大ノズ
ルｌを流過して下流室４へと流入することになる。

縮小拡大ノズルｌは、上流室３の圧力Ｐｏと下流室４の
圧力Ｐの圧力比Ｐ／ＰＧを、のど部１ｂの開口面積Ａ・
と流出口１ｃの開口面積Ａとの比Ａ／Ａ・に応じて？Ａ
箇することによって、噴出する微粒子の流れを超音速に
まで高速化できる。

ここで、微粒子流の速度をＵ、その点における音速をａ
、微粒子流の比熱比をγとし、Ｗ１粒子流を圧縮性の一
次元流で断熱膨張すると仮定すれば、微粒子流の到達マ
ツハ数Ｍは、上流室の圧力Ｐｏと下流室の圧力Ｐとから
次式で定まり、特にＰ／ＰＯが臨界圧力比以下の場合、
Ｍは１以上となる。

尚、行速ａは局所温度をＴｏ、気体定数をＲとすると、
次式で求めることができる。

ａ＝Ｅ７１薯ｒ また、流出ロ１ｃ開ロ面ｉＡ及びのど部１ｂの開口面積
Ａ◆とマツハ数Ｍには次の関係がある。

従って、開口面積比Ａ／Ａ”によって（２）式から定ま
るＭに応じて圧力比Ｐ／Ｐ、を調整することによって、
拡大縮小ノズルｌから噴出する微粒子を超音速の適正膨
張流として噴出させることができる。

このときの微粒子流の速度Ｕは、次の（３）式によって
求めることができる。

上述のような超音速の適正膨張流として微粒子を一定方
向へ噴出させると、微粒子は噴出直後の噴流断面をほぼ
保ちながら直進し、ビーム化される、従って、微粒子の
流れはビーム化され、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の壁面との干渉のない空間的
に独立状態で、かつ超音速で移送されることになる。

このようなことから、縮小拡大ノズルｌ内又はその付近
で微粒子を活性化して、これをそのままビーム化移送す
れば、超音速による、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１例えば下流室４内に設
けた基体５上に付着捕集することができる。従って、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
微粒子が基体５上に吹き付けられるので、この吹き付は
領域を容易に制御できるものである。

ところで、縮小拡大ノズルｌから噴出される微粒子流を
ビーム化するためには、前述したように、開口面植比Ａ
／Ａ”に合致した圧力比Ｐ／Ｐｏとする必要がある。し
かし、系内は、微粒子の供給や排気によって圧力が変動
しやすく、ビームが不安定になる問題がある。

そこで本発明では圧力調整装置２を設けているものであ
る。圧力調整装置２は、系内が設定圧を越えると排気し
て圧力を下げ、系内が設定圧以下になると排気を遮断し
て圧力を上げるもので、これによって系内の圧力が一定
化される。従って、安定したビーム化が可能となる。

Ｃ実施例］ 第１図に示されるように、上流室３と下流室４とが、縮
小拡大ノズル１を介して連通されている。上流室３には
バルブ６ａを介して微粒子が供給できるようになってい
る。一方、下流室４内は。

圧力調整装置２を介して排気できるようになっている。

また、下流室４内には、縮小拡大ノズルｌの流出口１ｃ
と向き合う位置に、微粒子が吹き付けられる基体５が設
けられている。

上流室３内に微粒子を供給しつつ下流室４内を排気する
と、上流室３内と下流室４内の差圧によって、微粒子は
縮小拡大ノズルｌから下流室４へと噴出される。このと
き、前述したように、上流室３内の圧力Ｐａと下流室４
内の圧力Ｐの圧力比Ｐ／ＰＯが、縮小拡大ノズルｌのの
ど部１ｂの開口面積Ａ・と流出口１ｃの開口面８１Ａの
開口面植比Ａ／＾・から定まる、臨界圧力比以下の圧力
比となると、縮小拡大ノズルｌから噴出する微粒子流は
、流出口１ｃの圧力がＰとなることを条件に超音速の適
正膨張流となる。この超音速の適正膨張流となると、微
粒子は、ビーム化されてた流れとなって基体５へ吹き付
けられることになる。

圧力調整装置２は、排気しなければならない下流室４内
の圧力を一定に保ち、上流室３内への安定した微粒子の
供給と相俟ってビームを安定させるものである。

圧力調整装置２は、第１図及び第２図に示されるように
、連結ロアを介して下流室４へ連結され、更に排気口８
を介して排気系へ連結されている。また、ベローズ９を
内蔵しており、排気口８を自動的に開閉できるようにな
っている。

ベローズ９内は、バルブ８ｂを介して設定圧に調整され
るもので、この設定圧は圧力計１０で読めるようになっ
ている。ベローズ９内が設定圧に調整されたとき、ベロ
ーズ９は伸長して排気口８を覆い、排気口８の周囲に設
けられたバッキング１１と密着して排気口８を閉鎖する
ものである。従って、この状態では下流室４内の排気は
なされず、下流室４内は、微粒子の流入と共に徐々に昇
圧される。

一方、下流室４内の昇圧と共に、圧力調整装置２内の圧
力も高まり、これが設定圧を越えると、この周囲の圧力
に押されてベローズ９は縮まり、バッキング１１から離
れて排気口８が開放され、下流室４内が排気される。こ
の排気によって下流室４内の圧力が低下し、設定圧以下
となると、ベローズ９は内部圧力によって伸長し、再び
排気口８を閉鎖することになる。

第３図ないし第５図は各々他の実施例の説明図である。

第３図は、下流室４を直接排気系へ接続し、上流室３を
圧力調整装置ｉ！１２を介して排気系へ接続したもので
ある。これは、排気より微粒子の供給が不安定な場合に
有効である。また、上流室３内でプラズマを生成させて
、超微粒子の生成や微粒子の活性化を図るときに、上流
室３内の圧力が安定することによって、そこでのプラズ
マが安定しやすい利点もある。

第４図は、上流室３と下流室４を、各々圧力調整装置２
．２′を介して排気系へ接続したものである。このよう
にすると、上流室３と下流室４の両者の圧力を確実に一
定に保持することができる。

第５図は、やはり２台の圧力調整装ｒ１２　、２　’を
用いたものであるが、上流室３に接続された圧力調整装
置２′を介して排出される排気は、更に下流室４に接続
された圧力調整装置２を介して排気されるようになって
いる。このようにすると。

排気系が一系統のみで済む利点がある。

［発明の効果］ 本発明によれば、微粒子を均一な分散状態の超音速のビ
ームとして、空間的に独立した状態で移送することがで
きる。従って、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
ることによって、その吹き付は領域を正確に制御するこ
とができる。

一方、本発明によれば、系内の圧力が安定して一定に維
持されるので、上記ビームが安定して得られる。

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圧動エネルギー
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１本発明の流れ制御装置
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、水素結合やファン
デアヮ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。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の説明図、第２図は圧力調整
装置の説明図、第３図ないし第５図は各々他の実施例の
説明図である。 １：縮小拡大ノズル、１ａ：流入口。 ｌｂ＝のど部、１ｃ：流出口、 ２．２’：圧力調整装置、３：上流室、４下流室、５：
基体、８ａ、６ｂ：バルブ、７：連結口、８：排気口、
９：ベローズ、ｌＯ：圧力計、ｌｌ：パッキング。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）縮小拡大ノズルの上流側と下流側の少なくとも一方
   に圧力調整装置を設けたことを特徴とする流れ制御装置
   。