JPS6380817A - 微粒子の捕集装置 - 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、飛散しやすい微粒子を捕集する装置に関する
。更に詳しくは、例えばガス中蒸発法、プラズマ蒸発法
、気相化学反応法等の気相反応法や、コロイド学的な沈
殿法、溶液噴霧熱分解法等の液相反応法等によって生成
され、複合素材の形成やファインセラミック材料への応
用等が期待される、超微細な（一般には粒径０．５　ｐ
、ｙｒ以下）微粒子（一般に「超微粒子」と呼ばれてい
る）の捕集に適した装置に関する。

［従来の技術］ 従来、微粒子の捕集装置としては、浮遊微粒子をも捕集
すべく、サイクロンを利用したものや、分散媒をシャワ
ー状に吹き付けるもの等が知られている。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、従来の捕集装置では、特にａ微粒子のよ
うに小さな粒径のものとなると、捕集しきれずに系外へ
排出されてしまう微粒子の量が増大する問題がある。こ
の排出微粒子の増大は、単に微粒子の捕集取得量を減少
させるだけでなく、微粒子が空気中に漂うことにより１
人体への悪影響をもたらす。

超微粒子の場合、その粒径が極めて小さいことと同時に
、比較的歴史が浅いことから、効果的な捕集が確立され
ていないのが現状である。

［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、微粒子２を
噴射するノズルｌの下流側に、フィルター３と、バイン
ダー噴射装置４とを設けた微粒子の捕集装置とすること
によって前記問題点を解決したものである。

［作　用］ ノズル１を介して送り出される微粒子２は、ノズルｌか
らの噴出によって、大きな拡散なくフィルター３へと送
り込まれる。従って、ノズル１とフィルター３の間で微
粒子２が拡散し、系外へ飛散しやすくなるのを防止する
ことができる。また、フィルター３へ送り込まれた微粒
子２は、バインダー噴射装置４から噴射されたバインダ
ーで固化されて取出されるので、フィルター３からの分
離取出し後の取扱い性がよいと共に、フィルター３から
の分離取出し時並びにその後の取扱い時の微粒子２の飛
散も防止することができる。

［実施例］ 第１図に示されるように、上流室５と下流室６がノズル
１を介して連通されている。

下流室６内には、ノズル１と相対向する位置にフィルタ
ー３が設けられている。このフィルター３は、ノズル１
から噴射される微粒子を受ける領域を縮小・拡大できる
よう、ノズル１に対して進退可能に設けることが好まし
い、また、ノズル１とフィルター３の間には、バインダ
ー噴射装置４が設けられている。

下流室６は、フィルター３よりも下流側で、バルブ７を
介してポンプ８に連結されており、内部を減圧できるよ
うになっている。

上流室５は、上記ポンプ８の作動による下流室６側との
圧力差によって、微粒子２をノズル１を介して下流室６
側へと噴出させるものである。この上流室５は、微粒子
２の生成装置を兼ねるものでも、他の生成装置で生成さ
れた微粒子２の供給を受けるものでもよい。

上流室５からノズル１を介して下流室６へと噴出された
微粒子は、ノズルｌと相対向して下流室６に設けられて
いるフィルター３の表面に均一に堆積されると共に、微
粒子２と共に流れて来た搬送気体は、フィルター３を通
過してポンプ８で排出される。一方、フィルター３の表
面に堆積された微粒子２は、バインダー噴゛射装置４か
ものバインダーによって固化されて取出されるものであ
る。

フィルター３としては、フッ化樹脂、アルミ焼結材等を
用いることができる。微粒子２のバインダーによる成形
性を高めるためには、バインダーは、霧状に供給したり
、蒸気状に供給することが好ましい。

ノズル１としては、平行ノズルや先細ノズルでもよいが
、第２図に拡大して示しであるように、縮小拡大ノズル
であることが好ましい。この縮小拡大ノズルとは、流入
口１ａから徐々に開口面積が絞られてのど部ＩＣとなり
、再び開口面積が拡大して流出口１ｂとなっているもの
をいう。

縮小拡大ノズルは、上流室５の圧力Ｐｏと下流室６の圧
力Ｐの圧力比Ｐ／ＰＯと、のど部ＩＣの開口面積Ａ”と
流出口１ｂの開口面ｙｉＡとの比Ａ／Ａ　”とを調節す
ることによって、噴出する微粒子２の流れを高速化でき
る。そして、上流室５と下流室６内の圧力比Ｐ／Ｐ　Ｏ
が臨界圧力比より大きければ、縮小拡大ノズルの出口流
速が亜音速以下の流れとなり、微粒子２は減速噴出され
る。また、上記圧力比が臨界圧力比以下であれば、縮小
拡大ノズルの出口流速は超音速となり、微粒子２を超音
速にて噴出させることができる。

ここで、臨界圧力比とは次の値をいう。即ち、縮小拡大
ノズルｌののど部１ｃで原料ガスＡの流速が音速に一致
すると、流出口ｉｂでの流速は、理想的にはのど部１ｃ
の断面積Ａ・と流出Ｄｌｂの断面積Ａとの開口面積比Ａ
／Ａ　”で決まるマツハ数Ｍに一致する。この関係は、
具体的には後述する（３）式で決まる。そして、このよ
うなマツハ数Ｍに対し、次の（１）式で定まる上流室５
の圧力Ｐｏと下流室６の圧力Ｐとの圧力比Ｐ／Ｐ、を臨
界圧力比と呼ぶ、尚、γは微粒子２の流れの比熱比であ
る。

゛ここで、流れの速度をＵ、その点における音速をａと
し、微粒子２の流れを圧縮性の一次元流で断８膨張する
と仮定すれば、流れの到達マツハ数Ｍは、Ｆ、流側の圧
力Ｐｏと下流側の圧力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５Ｍは１以上となる。

尚、音速ａ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。

ａ＝「７１１Ｆ また、流出口１ｂの開口面積Ａ及びのど部ＩＣ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（３）式から定ま
るＭに応じて圧力比Ｐ／Ｐｏを臨界圧力比に調整するこ
とによって、拡大縮小ノズルから噴出する微粒子２を超
音速の適正膨張流として噴出させることができる。ここ
で、上流室５と下流室６の圧力比が臨界圧力比に等しく
なっているときの微粒子２の流れの膨張を適正膨張とい
う、また、このときの流れの速度Ｕは、次の（４）式に
よって求めることができる。

ここでＴｏは上流室５の気体温度である。

上述のようなａ音速の適正膨張流として微粒子２を一定
方向へ噴出させると、微粒子２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。これによって
微粒子２は、最小限の拡散で下流室６内の空間中を、下
流室６の壁面とのモ渉のない空間的に独立状態で、かつ
超音速で噴出されることになる。従って、下流室６内壁
に微粒子２が付着すること等による無駄も確実に防止で
きる。

ノズルｌとして縮小拡大ノズルを用いる場合、第２図（
ａ）に示されるように、流出口１ｂ位置で内周面が中心
軸に対してほぼ平行になっていることが好ましい、これ
は、噴出される微粒子２の流れ方向が、流出口１ｂ内周
面の方向によっ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２図（ｂ）に
示されるように、のど部１ｃから流出口１ｂ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、！１敲現象を生じにくく、噴出する微粒
子２の流れはほぼ均一に維持されるので、この場合はこ
とさら上記のように平行にしなくともよい。平行部の形
成を省略することにより、縮小拡大ノズルの作製が容易
となる。

ここで、前記剥離現象とは縮小拡大ノズルの内面に突起
物等があった場合に、縮小拡大ノズルの内面と流過流体
間の境界層が大きくなって、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
ノズルの拡大部における剥離現象が、その後の成膜ガス
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って、縮小拡大ノズ
ル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ｌｃは
滑らかな湾曲面とし、断面積変化率における微係数が美
とならないようにする必要がある。

縮小拡大ノズルの材質としては、例えば鉄、ステンレス
スチールその他の金属の他、テトラフロロエチレン、ア
クリル樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリスチ
レン、ポリプロピレン等の合成樹脂、セラミック材料、
石英、ガラス等、広く用いることができる。この材質の
選択は、微粒子２との非反応性、加工性、真空系内にお
けるガス放出性等を考慮して行えばよい。また、縮小拡
大ノズルの内面に、微粒子２の付着・反応を生じにくい
材料をメッキ又はコートすることもできる。具体例とし
ては、ポリフッ化エチレン、セラミックス材のコート等
を挙げることができる。

［発明の効果］ 本発明によれば、飛散しやすい微粒子を、一連の系内で
成形した後に取出すことができ、系外への微粒子の飛散
を防止できるので、飛散による捕集効率の低下、周囲の
環境悪化を防止できる。また、成形して取出されるので
、その後の取扱いがしやすいと共にその時の飛散をも防
止できるものである。また、ノズルとして縮小拡大ノズ
ルを用いることにより、微粒子流の拡散を最小限にとど
めることができ、捕集効率及び時間を大幅に改善するこ
とができる。

以上より、本発明は微粒子の捕集効率を上げ、取扱いを
簡便にしてセラミックス技術へ応用するだけでなく、新
規材料の製造に関しての可能性も考えられる。

【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（ａ）、　
（ｂ）は各々ノズルの例を示す断面図である。 １：ノズル、２：微粒子、３：フィルター、４：バイン
ダー噴射装置、５：上流室、６：下流室、７：バルブ、
８：ポンプ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）微粒子を噴射するノズルの下流側に、フィルターと
   、バインダー噴射装置とを設けたことを特徴とする微粒
   子の捕集装置。