JP2014153122A

JP2014153122A - 粒子計数器の試験方法、エアロゾル発生装置、及びエアロゾルの発生方法

Info

Publication number: JP2014153122A
Application number: JP2013021530A
Authority: JP
Inventors: Shinsuke Yamazaki; 信介山▲崎▼
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2013-02-06
Filing date: 2013-02-06
Publication date: 2014-08-25
Also published as: US20140218732A1

Abstract

【課題】凝集粒子を分散させるエアロゾル発生装置を提供する。
【解決手段】粒子１を格納する容器２と、容器２の壁を貫通する圧縮気体の導入流路３であって、容器２内部に格納されている粒子１に圧縮気体を吹きつけるための導入流路３と、容器２に設けられたノズル４であって、圧縮気体を吹きつけられた粒子１を容器２の外部に噴出するための外形が円錐状であるノズル４と、噴出された粒子を含むエアロゾルの気流の圧力が周囲の気体の圧力と比較して低くなるよう、導入流路３を介して容器２内部に圧縮気体を送り込む圧縮機と、を備える、エアロゾル発生装置。
【選択図】図１

Description

本発明は環境技術に関し、特に粒子計数器の試験方法、エアロゾル発生装置、及びエアロゾルの発生方法に関する。

例えば半導体製造工場のクリーンルームでは、室内の空気中に飛散する粒子の量が、粒子計数器で監視されている。粒子計数器の粒子捕捉性能を評価する際には、試験環境において飛散している粒子の量と、粒子計数器の検出結果と、の相関が検査される。その際、試験環境において飛散している粒子の量が正確に制御されていることが望ましい（例えば、特許文献１ないし４参照。）。

特開２００４−１５９５０８号公報特開２００８−２２７６４号公報特開２００８−２２７６５号公報米国特許出願公開第２０１１／０１３２１０８号明細書

本発明者は、鋭意研究の結果、飛散している粒子が凝集していると、粒度が不揃いとなり、粒子計数器の計数効率等の計数能力を正確に評価できないことを見出した。そこで、本発明は、粒子計数器の計数能力を正確に評価可能な粒子計数器の試験方法、凝集粒子を分散させるエアロゾル発生装置、及びエアロゾルの発生方法を提供することを目的の一つとする。

本発明の態様によれば、（ａ）容器に粒子を格納することと、（ｂ）容器の壁を貫通する導入流路を介して、容器内部に格納されている粒子に圧縮気体を吹きつけることと、（ｃ）容器に設けられたノズルを介して、圧縮気体を吹きつけられた粒子を容器の外部に噴出することと、（ｄ）粒子計数器で粒子の数を計測することと、を含み、（ｅ）ノズルの外形が円錐状であり、（ｆ）噴出された粒子を含むエアロゾルの気流の圧力が周囲の気体の圧力と比較して低くなるよう、導入流路を介して容器内部に圧縮気体が送り込まれる、粒子計数器の試験方法が提供される。

また、本発明の態様によれば、（ａ）粒子を格納する容器と、（ｂ）容器の壁を貫通する圧縮気体の導入流路であって、容器内部に格納されている粒子に圧縮気体を吹きつけるための導入流路と、（ｃ）容器に設けられた外形が円錐状であるノズルであって、圧縮気体を吹きつけられた粒子を容器の外部に噴出するためのノズルと、（ｄ）噴出された粒子を含むエアロゾルの気流の圧力が周囲の気体の圧力と比較して低くなるよう、導入流路を介して容器内部に圧縮気体を送り込む圧縮機と、を備える、エアロゾル発生装置が提供される。圧縮機は、例えば、粒子を含む低圧の気流に向かって周囲の気体が引き込まれ、乱流が発生するよう容器内部に圧縮気体を送り込む。また、圧縮機は、例えば、乱流によって凝集した粒子が分散するよう容器内部に圧縮気体を送り込む。これにより、粒子が乱流によって攪拌され、凝集していた粒子が分散される。

さらに、本発明の態様によれば、（ａ）容器に粒子を格納することと、（ｂ）容器の壁を貫通する導入流路を介して、容器内部に格納されている粒子に圧縮気体を吹きつけることと、（ｃ）容器に設けられた外形が円錐状であるノズルを介して、圧縮気体を吹きつけられた粒子を容器の外部に噴出することと、を含み、（ｄ）噴出された粒子を含むエアロゾルの気流の圧力が周囲の気体の圧力と比較して低くなるよう、導入流路を介して容器内部に圧縮気体が送り込まれる、エアロゾルの発生方法が提供される。

本発明によれば、粒子計数器の計数能力を正確に評価可能な粒子計数器の試験方法、凝集粒子を分散させるエアロゾル発生装置、及びエアロゾルの発生方法を提供可能である。

本発明の第１の実施の形態に係るエアロゾル発生装置の模式図である。本発明の第１の実施の形態に係るノズルの模式図である。本発明の第２の実施の形態に係る試験室を側方から見た斜視図である。本発明の比較例に係るノズルの模式図である。

以下に本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものである。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

（第１の実施の形態）
図１に示すように、第１の実施の形態に係るエアロゾル発生装置３０は、粒子１を格納する容器２と、容器２の壁を貫通する圧縮気体の導入流路３であって、容器２内部に格納されている粒子１に圧縮気体を吹きつけるための導入流路３と、容器２に設けられた外形が円錐状であるノズル４であって、圧縮気体を吹きつけられた粒子１を容器２の外部に噴出するためのノズル４と、噴出された粒子を含むエアロゾルの気流の圧力が周囲の気体の圧力と比較して低くなるよう、導入流路３を介して容器２内部に圧縮気体を送り込む圧縮機と、を備える。

粒子１の粒径は、例えば１ないし４μｍであるが、これに限定されない。粒子１は乾燥している。容器２は、高圧に耐える金属等からなる。導入流路３はパイプであり、容器２に格納された粒子１と対向する端部が円錐状に広がっている。換言すれば、導入流路３の端部開口はラッパ状に広がっている。導入流路３の端部をラッパ状に広げることにより、ノズル４から噴出されるエアロゾルに含まれる粒子数が一定になる傾向にある。導入流路３も、高圧に耐える金属等からなる。ノズル４には、例えば、直径１ｍｍの貫通孔が設けられている。貫通孔は、例えば、ノズル４の断面において環状に複数設けられていてもよい。ノズル４も、高圧に耐える金属等からなる。ノズル４としては、例えば、ジェットノズル、及びスプレーノズルが使用可能である。

圧縮機によって、導入流路３のラッパ状の開口から粒子１に圧縮気体が吹きつけられると、容器２内部で粒子が吹き上げられる。また、容器２内部の気圧が上昇する。そのため、ノズル４から、容器２内部の粒子を含むエアロゾルが噴出する。容器２内部の気圧が容器２外部の気圧と比較して高いことと、ノズル４の貫通孔の径が細いことから、ノズル４からエアロゾルが高速で噴出される。エアロゾルの気流の流速は、例えば４０ないし１００ｍ／ｓである。

エアロゾルの高速気流の気圧は、周囲の気体の気圧と比較して低いため、図２に示すように、粒子を含む低圧の気流に向かって周囲の気体が引き込まれる。また、ノズル４の外形が円錐状であるため、周囲の気体がノズル４の側面に沿ってエアロゾルの高速気流に向かって効率的に引き込まれる。周囲の気体を引き込むことにより、エアロゾルの高速気流の体積は大きくなり、拡散していく。また、エアロゾルの高速気流に向かって周囲の気体が引き込まれるため、乱流が発生する。エアロゾルに凝集した粒子が含まれている場合、乱流によって凝集した粒子が攪拌され、分散されることによって、エアロゾルが単分散系となる。

（第２の実施の形態）
第２の実施の形態に係る粒子計数器の試験方法は、例えば図３に示すような試験室１００で実施される。試験室１００は、骨格をなす例えばアルミニウム製のフレームと、フレームにはめ込まれた、側壁をなすポリカーボネート製の透明パネルと、を備えるチャンバである。ただし、試験室１００の形状は、ダクト等であってもよい。試験室１００内部の体積は、例えば３ｍ³であるが、これに限定されない。試験室１００には、例えば給気装置１１Ａ、１１Ｂが設けられている。給気装置１１Ａ、１１Ｂは、ＨＥＰＡ（ＨｉｇｈＥｆｆｉｃｉｅｎｃｙＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅＡｉｒＦｉｌｔｅｒ）及びＵＬＰＡ（ＵｌｔｒａＬｏｗＰｅｎｅｔｒａｔｉｏｎＡｉｒＦｉｌｔｅｒ）等の超高性能エアフィルタを通して、試験室１００内部に清浄な空気を送り込む。試験室１００の側壁には、扉が設けられていてもよい。

試験室１００の床中央には、第１の実施の形態で説明したエアロゾル発生装置３０が配置されている。第１の実施の形態で説明したように、エアロゾル発生装置３０は、単分散系であるエアロゾルを発生させる。試験室１００内には、攪拌装置としての攪拌ファン１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄが配置されている。攪拌ファン１０Ａ−１０Ｄは、試験室１００内部の空気等の気体を攪拌し、試験室１００内部に散布された粒子の自重による自然沈降を防止する。

また、試験室１００内には、清浄化装置としてのエアクリーナー６が配置されている。エアクリーナー６は、試験室１００内部の空気等の気体に含まれる粒子を除去して、気体を清浄化する。例えば、エアロゾル発生装置３０から試験室１００内に粒子を含むエアロゾルの気流を噴出する前に、エアクリーナー６を運転することによって、エアロゾル発生装置３０が噴出するエアロゾルに含まれる粒子以外の粒子をあらかじめ試験室１００内部から除去することが可能である。なお、図３においては、エアクリーナー６は試験室１００内部底面に配置されているが、エアクリーナー６を試験室１００の壁面または天井部に配置してもよい。

またさらに試験室１００には、参照用粒子計数器２０Ａの吸引口と、試験対象用粒子計数器２０Ｂの吸引口と、が設けられる。参照用粒子計数器２０Ａ及び試験対象用粒子計数器２０Ｂのそれぞれは、試験室１００内部の気体を吸引し、気体に含まれる浮遊粒子に光を照射することによって、粒子で生じる散乱光を検出し、検出した散乱光に基づいて、浮遊粒子の粒径、個数、及び濃度等を測定する。参照用粒子計数器２０Ａは、試験対象用粒子計数器２０Ｂが計数可能な粒子の最小粒径に近い粒径の粒子の全てを計数するよう、校正されている。ここで、参照用粒子計数器２０Ａが計測した粒子の濃度に対する、試験対象用粒子計数器２０Ｂが計測した粒子の濃度の比が、試験対象用粒子計数器２０Ｂの計数効率として算出される。粒子の濃度は、例えば、一立方メートルあたりの粒子の個数として定義される。

試験対象用粒子計数器２０Ｂの計数効率を試験する際には、試験対象用粒子計数器２０Ｂが計数可能な粒子の最小粒径に近い粒径の粒子と、当該最小粒径の１．５倍から２倍の大きさの粒径の粒子と、が用いられる。ここで、本発明者は、鋭意研究の結果、従来のエアロゾル発生装置から発生されるエアロゾルは、凝集した粒子をランダムに含み、また、凝集した粒子は、粒径の大きな粒子として粒子計数器に検出されることから、計数効率の試験結果が試験を行うたびにばらつくことを見出した。これに対し、第２の実施の形態に係る粒子計数器の試験方法によれば、第１の実施の形態で説明した、凝集粒子を分散させるエアロゾル発生装置３０が用いられるため、計数効率試験の結果のばらつきを抑制することが可能となる。

（実施例）
０．５μｍのチャネルを有する２台のパーティクルカウンターを用意した。次に、第１の実施の形態で説明した、直径１ｍｍの貫通孔が設けられた円錐状のノズルを有するエアロゾル発生装置に、ＪＩＳＺ８９０１の試験用粉体１１種を格納した。ＪＩＳＺ８９０１の試験用粉体１１種は、粒径１μｍの粒子を６０ないし７０％を含むが、凝集した粒子も含む。次に、エアロゾル発生装置からエアロゾルを発生させ、２台のパーティクルカウンターで粒径を９０回測定したところ、粒径の平均値は１．０９５２３９、粒径の標準偏差は０．０２５３４７、変動係数は２．３％であった。

（比較例１）
実施例と同じ２台のパーティクルカウンターを用意した。次に、貫通孔の径が６ｍｍであり、図４に示すように円錐形ではなく、円筒形のノズルをエアロゾル発生装置に設けた。エアロゾル発生装置のその他の構成、及び圧縮気体の気圧等は、実施例と同じにした。実施例と同じ粉体をエアロゾル発生装置に格納した。次に、エアロゾル発生装置からエアロゾルを発生させ、２台のパーティクルカウンターで粒径を９０回測定したところ、粒径の平均値は１．３３８６９２、粒径の標準偏差は０．１５７５１６、変動係数は１１．８％であった。したがって、凝集した粉体が分散せずにパーティクルカウンターで検出されていた。

（比較例２）
実施例と同じ２台のパーティクルカウンターを用意した。次に、実施例と同じエアロゾル発生装置に、粒度が高く、ほぼ凝集していない１．０μｍのビーズを格納した。次に、エアロゾル発生装置からエアロゾルを発生させ、２台のパーティクルカウンターで粒径を９０回測定したところ、粒径の平均値は１．１１０２３０６、粒径の標準偏差は０．０１９７７５、変動係数は１．８％であった。これにより、実施例においては、エアロゾルにおいて凝集していた粉体がほぼ分散され、凝集粉体が無くなっていたことが示された。

上記のように、本発明を実施の形態と実施例によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施の形態及び運用技術が明らかになるはずである。本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。

１粒子
２容器
３導入流路
４ノズル
６エアクリーナー
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ攪拌ファン
１１Ａ、１１Ｂ給気装置
２０Ａ参照用粒子計数器
２０Ｂ試験対象用粒子計数器
３０エアロゾル発生装置
１００試験室

Claims

容器に粒子を格納することと、
前記容器の壁を貫通する導入流路を介して、前記容器内部に格納されている前記粒子に圧縮気体を吹きつけることと、
前記容器に設けられたノズルを介して、前記圧縮気体を吹きつけられた粒子を前記容器の外部に噴出することと、
粒子計数器で前記粒子の数を計測することと、
を含み、
前記ノズルの外形が円錐状であり、
前記噴出された粒子を含むエアロゾルの気流の圧力が周囲の気体の圧力と比較して低くなるよう、前記導入流路を介して前記容器内部に前記圧縮気体が送り込まれる、
粒子計数器の試験方法。
前記粒子を含む低圧の気流に向かって前記周囲の気体が引き込まれ、乱流が発生するよう前記容器内部に前記圧縮気体を送り込む、請求項１に記載の粒子計数器の試験方法。
前記乱流によって凝集した前記粒子が分散するよう前記容器内部に前記圧縮気体を送り込む、請求項２に記載の粒子計数器の試験方法。
前記乱流により前記粒子が攪拌される、請求項２又は３に記載の粒子計数器の試験方法。
前記導入流路がパイプであり、前記格納された粒子と対向する前記導入流路の端部が円錐状に広がっている、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の粒子計数器の試験方法。
粒子を格納する容器と、
前記容器の壁を貫通する圧縮気体の導入流路であって、前記容器内部に格納されている前記粒子に前記圧縮気体を吹きつけるための導入流路と、
前記容器に設けられた外形が円錐状であるノズルであって、前記圧縮気体を吹きつけられた粒子を前記容器の外部に噴出するためのノズルと、
前記噴出された粒子を含むエアロゾルの気流の圧力が周囲の気体の圧力と比較して低くなるよう、前記導入流路を介して前記容器内部に前記圧縮気体を送り込む圧縮機と、
を備える、エアロゾル発生装置。
前記圧縮機が、前記粒子を含む低圧の気流に向かって前記周囲の気体が引き込まれ、乱流が発生するよう前記容器内部に前記圧縮気体を送り込む、請求項６に記載のエアロゾル発生装置。
前記圧縮機が、前記乱流によって凝集した前記粒子が分散するよう前記容器内部に前記圧縮気体を送り込む、請求項７に記載のエアロゾル発生装置。
前記乱流により前記粒子が攪拌される、請求項７又は８に記載のエアロゾル発生装置。
前記導入流路がパイプであり、前記格納された粒子と対向する前記導入流路の端部が円錐状に広がっている、請求項６ないし９のいずれか１項に記載のエアロゾル発生装置。
容器に粒子を格納することと、
前記容器の壁を貫通する導入流路を介して、前記容器内部に格納されている前記粒子に圧縮気体を吹きつけることと、
前記容器に設けられた外形が円錐状であるノズルを介して、前記圧縮気体を吹きつけられた粒子を前記容器の外部に噴出することと、
を含み、
前記噴出された粒子を含むエアロゾルの気流の圧力が周囲の気体の圧力と比較して低くなるよう、前記導入流路を介して前記容器内部に前記圧縮気体が送り込まれる、
エアロゾルの発生方法。
前記粒子を含む低圧の気流に向かって前記周囲の気体が引き込まれ、乱流が発生するよう前記容器内部に前記圧縮気体を送り込む、請求項１１に記載のエアロゾルの発生方法。
前記乱流によって凝集した前記粒子が分散するよう前記容器内部に前記圧縮気体を送り込む、請求項１２に記載のエアロゾルの発生方法。
前記乱流により前記粒子が攪拌される、請求項１２又は１３に記載のエアロゾルの発生方法。
前記導入流路がパイプであり、前記格納された粒子と対向する前記導入流路の端部が円錐状に広がっている、請求項１１ないし１４のいずれか１項に記載のエアロゾルの発生方法。