JPH0438928B2 - - Google Patents
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- JPH0438928B2 JPH0438928B2 JP60233561A JP23356185A JPH0438928B2 JP H0438928 B2 JPH0438928 B2 JP H0438928B2 JP 60233561 A JP60233561 A JP 60233561A JP 23356185 A JP23356185 A JP 23356185A JP H0438928 B2 JPH0438928 B2 JP H0438928B2
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
- B01J8/0015—Feeding of the particles in the reactor; Evacuation of the particles out of the reactor
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は、微粒子の移送手段や吹き付け手段等
として利用される微粒子の吹き付け装置に関する
もので、例えば、微粒子による、成膜加工、複合
素材の形成、ドープ加工、または微粒子の新たな
形成場等への応用が期待されるものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a particle spraying device used as a means for transporting or spraying particles. It is expected to be applied to formation, doping processing, and new formation sites for fine particles.
本明細書において、微粒子とは、原子、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つて得られる、超微細な（一
般には0.5μm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
よつて得られる微細粒子をいう。また、ビームと
は、ほぼ一定の軌跡をもつて流れる直線的な流れ
をいい、その断面形状は問わないものである。 In this specification, fine particles refer to atoms, molecules,
Refers to ultrafine particles and general fine particles. Here, ultrafine particles include, for example, in-gas evaporation method, plasma evaporation method, gas phase chemical reaction method using gas phase reaction, colloidal precipitation method using liquid phase reaction, solution spray heat Refers to ultrafine particles (generally 0.5 μm or less) obtained by decomposition methods. General fine particles refer to fine particles obtained by general methods such as mechanical crushing and precipitation treatment. Moreover, a beam refers to a linear flow that flows with a substantially constant trajectory, and its cross-sectional shape is not limited.
［従来の技術］
一般に微粒子は、キヤリアガス中に分散浮遊さ
れて、キヤリアガスの流れによつて移送されてい
る。[Prior Art] Generally, fine particles are dispersed and suspended in a carrier gas and transported by the flow of the carrier gas.
従来、上記微粒子の移送に伴う微粒子の流れ制
御は、上流側と下流側の差圧によつてキヤリアガ
スと共に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つて行われているに過ぎな
い。従つて、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。 Conventionally, the control of the flow of fine particles accompanying the transfer of fine particles has been carried out by dividing the entire flow path of fine particles flowing together with a carrier gas with a pipe material or a housing due to the differential pressure between the upstream side and the downstream side. It's nothing more than that. Therefore, although the flow of particles may vary in strength or weakness, the flow of particles inevitably occurs in a dispersed state throughout the pipe or housing that defines the flow path for particles.
また、微粒子を基体へ吹き付ける場合等におい
ては、ノズルを介してキヤリアガスと共に微粒子
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面で拡散される
ので、単に一時的に流路を絞つただけのものに過
ぎず、また噴流の速度が音速を越えることはな
い。 Furthermore, when spraying fine particles onto a substrate, the fine particles are ejected together with a carrier gas through a nozzle. The nozzle used for spraying the fine particles is a simple parallel pipe or a tapered nozzle, and the jet cross section of the fine particles immediately after being ejected is certainly narrowed down according to the area of the nozzle end face. However, since the jet is diffused at the exit surface of the nozzle, the flow path is merely temporarily constricted, and the speed of the jet does not exceed the speed of sound.
［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筐体で区
画し、上流側と下流側の差圧によつて、この流路
に沿つてキヤリアガスと共に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、全移送区間に亘つて避け難い。
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、流れのデツドスペース
の発生等によつて、移送微粒子の捕集率が低下し
たり、キヤリアガスの微粒子移送への利用効率も
低下する。[Problems to be Solved by the Invention] By the way, the entire flow path for fine particles is divided by a pipe material or a housing, and the fine particles are transported along this flow path together with a carrier gas by the differential pressure between the upstream side and the downstream side. Therefore, a very high transfer speed cannot be expected. Further, it is difficult to avoid contact between the particles and the wall surface of the tube or casing that defines the flow path of the particles throughout the entire transfer section.
For this reason, there is a problem in that, particularly when moving active fine particles to a collection position, the activity tends to disappear over time or due to contact with the tube material or the wall surface of the casing. In addition, if the entire flow path for particles is divided by pipe material or a housing, the collection rate of transferred particles will decrease due to the generation of dead spaces in the flow, and the efficiency of using carrier gas for particle transfer will also decrease. .
一方、従来の平行管や先細ノズルは、流過した
噴流内の微粒子の密度分布が大きい拡散流とな
る。従つて、微粒子を基体へ吹き付ける場合等に
おいて、均一な吹き付け制御が行い難い問題があ
る。また、均一な吹き付け領域の制御も困難であ
る。 On the other hand, in conventional parallel tubes and tapered nozzles, the jet stream that passes through it becomes a diffuse flow with a large density distribution of particles. Therefore, when spraying fine particles onto a substrate, it is difficult to control uniform spraying. Furthermore, it is difficult to control a uniform spray area.
［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、本発明は、流路に縮小拡大ノズル１を設
け、この縮小拡大ノズル１の流出口１ｃにおける
圧力と、縮小拡大ノズル１の下流側におけるこの
縮小拡大ノズル１の上流側の圧力P1と、縮小拡
大ノズル１の流出口１cにおける圧力Poと、縮小
拡大ノズル１の下流側の圧力P2とが、P2／P1が
臨界圧力比以下でかつほぼPo＝P2となるように
下流室３の排気を制御する制御器２を設けた微粒
子の吹き付け装置で、微粒子の流れをビーム化で
きるようにして上記問題点を解決したものであ
る。[Means for Solving the Problems] The means taken to solve the above problems will be explained with reference to FIG. 1, which corresponds to an embodiment of the present invention. 1 is provided, and the pressure at the outlet 1c of the contraction/expansion nozzle 1, the pressure P1 on the downstream side of the contraction/expansion nozzle 1 on the upstream side of this contraction/expansion nozzle 1, and the pressure at the outlet 1c of the contraction/expansion nozzle 1. A controller that controls the exhaust of the downstream chamber 3 so that P o and the pressure P 2 on the downstream side of the contraction/expansion nozzle 1 are such that P 2 /P 1 is below the critical pressure ratio and approximately P o = P 2 . This problem is solved by making it possible to convert the flow of particles into a beam using a particle spraying device equipped with the above-mentioned particle spraying device.
本発明における縮小拡大ノズル１とは、流入口
１ａから中間部に向つ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に向つて徐々に開口面積が拡大されているノ
ズルをいう。第１図においては、説明の便宜上、
縮小拡大ノズル１の流入側と流出側は、各々密閉
系である上流室３と下流室４になつている。しか
し、本発明における縮小拡大ノズル１の流入側と
流出側は、上流側の圧力P1と下流側の圧力P2の
圧力比P2／P1を臨界圧力比以下の圧力比にする
ことができれば、密閉系であつても開放系であつ
てもよい。 The contracting/expanding nozzle 1 in the present invention has an opening area gradually narrowed from an inlet 1a toward an intermediate portion to form a throat portion 1b, and an opening area gradually expanded from this throat portion 1b toward an outlet 1c. This refers to the nozzle that is In FIG. 1, for convenience of explanation,
The inflow side and outflow side of the contraction/expansion nozzle 1 form an upstream chamber 3 and a downstream chamber 4, respectively, which are closed systems. However, in the inflow side and the outflow side of the contraction/expansion nozzle 1 in the present invention, the pressure ratio P 2 /P 1 between the upstream pressure P 1 and the downstream pressure P 2 cannot be made equal to or lower than the critical pressure ratio. If possible, it may be a closed system or an open system.
［作用］
例えば第１図に示されるように、上流室３内に
微粒子を分散含有させたキヤリアガスを供給する
一方、下流室４内を真空ポンプ５で排気すると、
上流室３と下流室４間に圧力差を生じる。従つ
て、供給された微粒子を含むキヤリアガスは、上
流室３から縮小拡大ノズル１を流過して下流室４
へと流入することになる。[Function] For example, as shown in FIG. 1, when a carrier gas containing dispersed fine particles is supplied into the upstream chamber 3 and the downstream chamber 4 is evacuated by the vacuum pump 5,
A pressure difference is created between the upstream chamber 3 and the downstream chamber 4. Therefore, the supplied carrier gas containing fine particles flows from the upstream chamber 3 through the contraction/expansion nozzle 1 to the downstream chamber 4.
It will flow into.
ここで、縮小拡大ノズルを流過する流れが縮小
拡大ノズル１内で断熱膨張するとし、縮小拡大ノ
ズル１の上流側の圧力P1と下流側の圧力P2の圧
力比P2／P1が臨界圧力比以下であるとすると、
縮小拡大ノズル１から噴出される流れの速度は超
音速となり、その到達マツハ数Ｍは次式で求めら
れる。但し、流れの速度をｕ、その点における音
速をａ、流れの比熱比をｒとする。 Here, assuming that the flow passing through the contraction/expansion nozzle expands adiabatically within the contraction/expansion nozzle 1 , the pressure ratio P 2 /P 1 of the pressure P 1 on the upstream side of the contraction/expansion nozzle 1 and the pressure P 2 on the downstream side is Assuming that the pressure ratio is below the critical pressure ratio,
The speed of the flow ejected from the contraction/expansion nozzle 1 becomes supersonic, and the Matsush number M reached at that speed is determined by the following equation. However, the velocity of the flow is u, the sound velocity at that point is a, and the specific heat ratio of the flow is r.
尚、音速は、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。 Note that the sound speed can be determined by the following equation, where T is the local temperature and R is the gas constant.
ａ＝√
また、流出口１ｃ開口面積Ａ及びのど部１ｂの
開口面積A〓と到達マツハ数Ｍとの間には次の関
係がある。 a=√ Furthermore, the following relationship exists between the opening area A of the outflow port 1c, the opening area A of the throat portion 1b, and the reached Matsuha number M.
そして、Ａ／A〓からこの(2)式で定まるマツハ
数Ｍと、前記(1)式で求められるマツハ数Ｍとが等
しくなるようP2／P1を調整すれば、縮小拡大ノ
ズル１から噴出される流れは適正膨張流となる。
この適正膨張流とは、縮小拡大ノズル１から噴出
される流れであつて、流出口１ｃにおける圧力
Poが下流側の圧力P2とほぼ等しくなる流れをい
う。また、ほぼPo＝P2となる適正膨張流に対し、
Po＞P2となる流れを不足膨張流といい、Po＜P2
となる流れを過膨張流という。 Then, if P 2 /P 1 is adjusted so that the Matsuha number M determined by this formula (2) from A/A = is equal to the Matsuha number M determined by the above formula (1), from the contraction/expansion nozzle 1 The ejected flow becomes a properly expanded flow.
This proper expansion flow is a flow ejected from the contraction/expansion nozzle 1, and the pressure at the outlet 1c is
This refers to a flow in which P o is approximately equal to the downstream pressure P 2 . Also, for the appropriate expansion flow where P o = P 2 ,
A flow where P o > P 2 is called an underexpansion flow, and P o < P 2
The flow that follows is called an overexpanded flow.
縮小拡大ノズル１から噴出される流れが超音速
の適正膨張流となると、流れは、縮小拡大ノズル
１の流出口１ｃ内壁面方向に沿つた、断面方向に
ほぼ均一な速度分布を有する流れとなり、ビーム
化される。従つて、ビーム化された流れとして移
送される微粒子は、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。 When the flow ejected from the contraction-expansion nozzle 1 becomes a proper expansion flow of supersonic speed, the flow becomes a flow having a substantially uniform velocity distribution in the cross-sectional direction along the inner wall surface direction of the outlet 1c of the contraction-expansion nozzle 1, Beamed. Therefore, the particles transported as a beam-formed flow are transported through the space within the downstream chamber 4 with minimal diffusion, in a spatially independent state without interference with the wall surface of the downstream chamber 4, and at supersonic speed. will be done.
このようなことから、活性微粒子をそのままビ
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、例えば下流室４内に設けた基体６上に付着捕
集することができる。従つて、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
粒子が基板６上に吹き付けられるので、この吹き
付け領域を容易に制御できるものである。 For this reason, if the active particles are directly transferred in the form of a beam, they can be transferred at supersonic speed and as a spatially independent beam. can be collected. Therefore, it becomes possible to collect fine particles in a good active state. Also,
Since the fine particles are sprayed onto the substrate 6 as a beam whose jet cross section is substantially constant in the flow direction, the spray area can be easily controlled.
ところで、前記(1)及び(2)式は、流れが縮小拡大
ノズル１内で断熱膨張するときに成立するもの
で、縮小拡大ノズル１内で流れに発熱又は吸熱が
あるときには成立しない。従つて、単にＡ／A〓
に合わせたP2／P1の調整のみでは、確実に適正
膨張流を得難い場合もある。そこで本発明では、
縮小拡大ノズル１の流出口１ｃにおける圧力Po
と、縮小拡大ノズル１の下流側における圧力P2
とがほぼ等しくなるよう下流側の排気を制御して
いるのである。即ち、Po＞P2となると下流側の
排気を抑えてP2を高め、ほぼPo＝P2となるよう
圧力調整が行われ、Po＜P2となると、下流側の
排気を促進してP2を下げ、やはりほぼPo＝P2と
なるよう圧力調整が行われるものである。 Incidentally, the above equations (1) and (2) hold true when the flow undergoes adiabatic expansion within the contraction/expansion nozzle 1, but do not hold when the flow generates heat or absorbs heat within the contraction/expansion nozzle 1. Therefore, simply A/A〓
In some cases, it may be difficult to reliably obtain an appropriate expansion flow only by adjusting P 2 /P 1 according to. Therefore, in the present invention,
Pressure P o at the outlet 1c of the contraction/expansion nozzle 1
and the pressure P 2 on the downstream side of the contraction/expansion nozzle 1
The exhaust gas on the downstream side is controlled so that they are almost equal. In other words, when P o > P 2 , the downstream exhaust is suppressed and P 2 is increased, and the pressure is adjusted so that P o = P 2 , and when P o < P 2 , the downstream exhaust is promoted. Then, P 2 is lowered, and the pressure is adjusted so that P o =P 2 approximately.
上記制御は制御器２によつて行われるもので、
これによつて、縮小拡大ノズル１内での流れの吸
発熱や、上流側の圧力P1の若干の変動にも拘ら
ず、確実な適正膨張流の形成とその維持が図られ
る。従つて、前記した流れのビーム化が定常的に
得られるものである。 The above control is performed by the controller 2,
This ensures the formation and maintenance of an appropriate expansion flow despite the heat absorption and heat absorption of the flow within the contraction/expansion nozzle 1 and slight fluctuations in the upstream pressure P1 . Therefore, the beam formation of the above-mentioned flow can be constantly obtained.
［実施例］
第１図に示されるように、縮小拡大ノズル１を
介して上流室３と下流室４が連結されている。[Example] As shown in FIG. 1, an upstream chamber 3 and a downstream chamber 4 are connected via a contraction/expansion nozzle 1.
上流室３には、微粒子を分散含有させたキヤリ
アガスを供給する供給バルブ７が接続されてい
る。また、上流室３内の圧力P1は、圧力計８に
よつて検出され、この圧力P1に基づいて制御器
９によつて供給バルブ７の開閉が制御されるよう
になつている。 A supply valve 7 is connected to the upstream chamber 3 for supplying a carrier gas containing fine particles dispersed therein. Further, the pressure P 1 in the upstream chamber 3 is detected by a pressure gauge 8, and the opening and closing of the supply valve 7 is controlled by a controller 9 based on this pressure P 1.
縮小拡大ノズル１は、第２図に示されるよう
に、その流出口１ｃに近接して静圧孔１０が形成
されており、この静圧孔１０を介して流出口１ｃ
における圧力Poを圧力計１１で検出できるよう
になつている。静圧孔１０は、縮小拡大ノズル１
内の流れを乱すことがないよう、内面にバリ等を
突出させることなくできるだけ小径の孔とするこ
とが好ましい。また、静圧孔１０は、できるだけ
正確に流出口１ｃにおける圧力を検出できるよ
う、流出口１ｃに十分接近させて形成することが
好ましい。 As shown in FIG. 2, the contraction/expansion nozzle 1 has a static pressure hole 10 formed adjacent to its outlet 1c.
The pressure P o at can be detected by a pressure gauge 11. The static pressure hole 10 is a contraction/expansion nozzle 1
It is preferable to make the hole as small as possible without causing any burrs or the like to protrude from the inner surface so as not to disturb the flow inside. Further, it is preferable that the static pressure hole 10 be formed sufficiently close to the outlet 1c so that the pressure at the outlet 1c can be detected as accurately as possible.
静圧孔１０は、第３図ａ，ｂに示されるよう
に、中心軸に対して傾きを持つた内面に開口させ
てもよいが、第２図に示されるように、中心軸に
平行な面に開口させることが好ましい。縮小拡大
ノズル１内の流れを乱しにくいためである。この
ことからすると、縮小拡大ノズル１は、その流路
が円形断面のものより、第２図のような矩形断面
のものの方が、中心軸に対して平行な内面を残し
やすいので好ましい。 The static pressure hole 10 may be opened on the inner surface inclined with respect to the central axis, as shown in FIGS. Preferably, the opening is made in the surface. This is because it is difficult to disturb the flow inside the contraction/expansion nozzle 1. From this point of view, it is preferable for the contraction/expansion nozzle 1 to have a rectangular cross section as shown in FIG. 2 rather than a circular cross section for the contraction/expansion nozzle 1 because it is easier to leave an inner surface parallel to the central axis.
縮小拡大ノズル１としては、前述のように、流
入口１ａから徐々に開口面積が絞られてのど部１
ｂとなり、再び徐々に開口面積が拡大して流出口
１ｃとなつているものであればよいが、第３図ａ
に拡大して示してあるように、流出口１ｃ付近の
内周面が、中心軸に対してほぼ平行であることが
好ましい。これは、噴出されるキヤリアガス及び
微粒子の流れ方向が、ある程度流出口１ｃ付近の
内周面の方向によつ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３図ｂに示されるように、のど部１ｂから
流出口１ｃ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、剥離現象
を生じにくく、噴出するキヤリアガス及び微粒子
の流れはほぼ均一に維持されるので、この場合は
ことさら上記平行部を形成しなくともよい。平行
部の形成を省略することにより、縮小拡大ノズル
１の作製が容易となる。 As described above, the contraction/expansion nozzle 1 has an opening area gradually narrowed from the inlet 1a to the throat portion 1.
b, and the opening area gradually expands again to form the outflow port 1c.
As shown in the enlarged view, it is preferable that the inner circumferential surface near the outlet 1c is substantially parallel to the central axis. This is to facilitate parallel flow as much as possible since the flow direction of the ejected carrier gas and fine particles is influenced to some extent by the direction of the inner circumferential surface near the outlet 1c. However, as shown in FIG. 3b, the angle α of the inner circumferential surface extending from the throat portion 1b to the outlet 1c with respect to the central axis is
If the angle is set to 7° or less, preferably 5° or less, the separation phenomenon is less likely to occur and the flow of the ejected carrier gas and fine particles is maintained almost uniformly, so in this case, it is not necessary to form the above-mentioned parallel portion. By omitting the formation of the parallel portion, the contraction/expansion nozzle 1 can be manufactured easily.
ここで、前記剥離現象とは縮小拡大ノズル１の
内面に突起物等があつた場合に、縮小拡大ノズル
１の内面と流過流体間の境界層が大きくなつて、
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１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１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１の拡大部における剥離現
象が、その後のキヤリアガス及び微粒子の流れに
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つて、縮小拡大
ノズル１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１ｂは滑らかな
湾曲面とし、断面積変化率における微係数が∞と
ならないようにする必要がある。 Here, the above-mentioned separation phenomenon means that when there is a protrusion on the inner surface of the contraction/expansion nozzle 1, the boundary layer between the inner surface of the contraction/expansion nozzle 1 and the flowing fluid becomes large.
This is a phenomenon in which the flow becomes non-uniform, and the higher the speed of the jet flow, the more likely it is to occur. In order to prevent this peeling phenomenon, the above-mentioned angle α is preferably made smaller as the inner surface finish accuracy of the contraction/expansion nozzle 1 is inferior. The inner surface of the contraction/expansion nozzle 1 has three or more, preferably four or more, inverted triangular marks indicating surface finish accuracy as defined in JIS B 0601.
In particular, the peeling phenomenon in the enlarged part of the converging/expanding nozzle 1 greatly affects the subsequent flow of carrier gas and particles, so by determining the finishing accuracy with emphasis on this enlarged part, the Easy to manufacture. Furthermore, in order to prevent the occurrence of a peeling phenomenon, the throat portion 1b needs to have a smooth curved surface so that the differential coefficient in the rate of change in cross-sectional area does not become ∞.
縮小拡大ノズル１の長さは、装置の大きさ等に
よつて任意に定めることができる。ところで、縮
小拡大ノズル１を流過するときに、キヤリアガス
及び微粒子は、保有する熱エネルギーが運動エネ
ルギーに変換される。そして、特に超音速で噴出
されるので、熱エネルギーは著しく小さくなつて
過冷却状態とすることもできる。キヤリアガス中
に凝縮成分が含まれている場合、上記過冷却状態
によつて積極的にこれらを凝縮させ、これによつ
て微粒子を形成させることも可能である。これに
よる微粒子の形成によつて、均質な微粒子を得る
こともできる。また、この場合、十分な凝縮を行
うために、縮小拡大ノズル１は長い方が好まし
い。一方、上記のような凝縮を生ずると、これに
よつて熱エネルギーが増加して速度エネルギーは
低下する。従つて、高速噴出の維持を図る上で
は、縮小拡大ノズル１は短い方が好ましい。 The length of the contraction/expansion nozzle 1 can be arbitrarily determined depending on the size of the device and the like. By the way, when the carrier gas and the particles flow through the contraction/expansion nozzle 1, the thermal energy they possess is converted into kinetic energy. In particular, since it is ejected at supersonic speed, the thermal energy is significantly reduced and a supercooled state can be created. If the carrier gas contains condensed components, it is also possible to actively condense them by the supercooled state and thereby form fine particles. By forming fine particles in this way, homogeneous fine particles can also be obtained. Further, in this case, in order to perform sufficient condensation, it is preferable that the contraction/expansion nozzle 1 be long. On the other hand, when condensation occurs as described above, thermal energy increases and velocity energy decreases. Therefore, in order to maintain high-speed jetting, it is preferable that the contraction/expansion nozzle 1 be short.
下流室４には、流入するキヤリアガスを系外へ
排出するために、排気バルブ１２を介してポンプ
５が接続されている。下流室４内の圧力P2は、
圧力計１３によつて検出され、その信号は、前述
の圧力計１１で検出された流出口１ｃにおける圧
力Poの信号と共に制御器２へ送られる。制御器
２は、送られて来るPoとP2の信号から、排気バ
ルブ１２を開閉し、下流室４の排気を制御するも
のである。また、下流室４内には、縮小拡大ノズ
ル１によつてビーム化された流れとして移送され
て来る微粒子を捕集するための基体６が設けられ
ている。 A pump 5 is connected to the downstream chamber 4 via an exhaust valve 12 in order to discharge the inflowing carrier gas out of the system. The pressure P 2 in the downstream chamber 4 is
It is detected by the pressure gauge 13, and its signal is sent to the controller 2 together with the signal of the pressure P o at the outlet 1c detected by the pressure gauge 11 described above. The controller 2 opens and closes the exhaust valve 12 based on the sent P o and P 2 signals, and controls the exhaust of the downstream chamber 4 . Further, in the downstream chamber 4, a base body 6 is provided for collecting fine particles transferred as a beam-formed flow by the contraction/expansion nozzle 1.
次に、本装置の作動状態について説明する。 Next, the operating state of this device will be explained.
まず、制御器９に、所望の設定圧Pioを設定し、
排気バルブ１２を開いてポンプ５を作動させつつ
供給バルブ７を開いて微粒子をキヤリアガスと共
に上流室３へ供給する。 First, set the desired set pressure P io on the controller 9,
While the exhaust valve 12 is opened and the pump 5 is operated, the supply valve 7 is opened to supply the fine particles to the upstream chamber 3 together with the carrier gas.
上流室３内の圧力P1は、圧力計８で検知され、
その信号が制御器９へ送られる。制御器９は、圧
力計８からの圧力P1と設定された設定圧力Pioと
を比較し、第４図ａに示されるように、Pio＞P1
のときは供給バルブ７を開方向に作動させ、逆に
Pio＜P1のときは供給バルブ７を閉方向に作動さ
せる。従つて、上流室３内の圧力P1は、ほぼ設
定圧力Pioに維持されることになる。 The pressure P 1 in the upstream chamber 3 is detected by the pressure gauge 8,
The signal is sent to the controller 9. The controller 9 compares the pressure P 1 from the pressure gauge 8 with the set pressure P io , and as shown in FIG. 4a, P io >P 1
In this case, operate the supply valve 7 in the opening direction, and vice versa.
When P io <P 1 , the supply valve 7 is operated in the closing direction. Therefore, the pressure P 1 in the upstream chamber 3 is maintained approximately at the set pressure P io .
一方、上流室３内に供給された微粒子は、キヤ
リアガスと共に縮小拡大ノズル１を通つて下流室
４へと流入することになる。そして、特に下流室
４内の圧力P2が上流室３内の圧力P1より十分に
低く、P2／P1が臨界圧力比以下となると、微粒
子とキヤリアガスは、超音速にて縮小拡大ノズル
１から下流室４へと噴出する。 On the other hand, the fine particles supplied into the upstream chamber 3 flow into the downstream chamber 4 through the contraction/expansion nozzle 1 together with the carrier gas. In particular, when the pressure P 2 in the downstream chamber 4 is sufficiently lower than the pressure P 1 in the upstream chamber 3 and P 2 /P 1 becomes less than the critical pressure ratio, the fine particles and the carrier gas move at supersonic speed through the contracting and expanding nozzle. 1 to the downstream chamber 4.
縮小拡大ノズル１の流出口１ｃにおける圧力
Poは圧力計１１で検出され、下流室４内の圧力
P2は圧力計１３で検出されて、各々信号が制御
器２へと送られる。制御器２は、第４図ｂに示さ
れるように、P2とPoを比較し、Po＞P2のときは
排気バルブ１２を閉方向に作動させ、逆にPo＜
P2のときは排気バルブ１２を開方向に作動させ
る。従つて、ほぼPo＝P2に維持され、縮小拡大
ノズル１から噴出される微粒子とキヤリアガスの
流れは、適正膨張流となり、ビーム化される。そ
して、ビーム化された流れとなつて移送される微
粒子は、基体６に衝突して捕集され、キヤリアガ
スは順次排気バルブ１２を介して系外へ排出され
ることになる。 Pressure at the outlet 1c of the contraction/expansion nozzle 1
P o is detected by the pressure gauge 11, and the pressure inside the downstream chamber 4 is
P 2 is detected by a pressure gauge 13 and a signal is sent to the controller 2, respectively. As shown in FIG. 4b, the controller 2 compares P 2 and P o , and operates the exhaust valve 12 in the closing direction when P o > P 2 , and vice versa.
When P2 , the exhaust valve 12 is operated in the opening direction. Therefore, P o =P 2 is maintained approximately, and the flow of fine particles and carrier gas ejected from the contraction/expansion nozzle 1 becomes a properly expanded flow and becomes a beam. Then, the fine particles transferred in the form of a beam flow collide with the base body 6 and are collected, and the carrier gas is successively discharged to the outside of the system via the exhaust valve 12.
本実施例に係る装置は以上のようなものである
が、次のような変更が可能である。 Although the apparatus according to this embodiment is as described above, the following modifications can be made.
まず、縮小拡大ノズル１は、上下左右への傾動
や一定間隔でのスキヤン可能とすることもでき
る。このようにすると、例えば微粒子を基体６へ
吹き付けて成膜するときに、広い範囲に亘つて成
膜することができる。特に第２図の矩形ノズルと
組合わせると有利である。 First, the contraction/expansion nozzle 1 can be tilted vertically and horizontally, and can be scanned at regular intervals. In this way, for example, when forming a film by spraying fine particles onto the substrate 6, it is possible to form a film over a wide range. Particularly advantageous is the combination with the rectangular nozzle of FIG.
縮小拡大ノズル１を透光体で形成して、紫外、
赤外の、レーザー光等の各種波長を持つ光を流れ
に照射できるようにしてもよい。このようにする
と、光の照射により、縮小拡大ノズル１内で微粒
子を活性化したり、上流室３には原料ガスとキヤ
リアガスを供給して、縮小拡大ノズル１内で微粒
子を生成させることが可能となる。 The contraction/expansion nozzle 1 is made of a transparent material to emit ultraviolet light,
The flow may be irradiated with light having various wavelengths such as infrared light and laser light. In this way, by irradiating light, it is possible to activate fine particles within the contraction/expansion nozzle 1, or to supply raw material gas and carrier gas to the upstream chamber 3 to generate fine particles within the contraction/expansion nozzle 1. Become.
縮小拡大ノズル１を複数個設けて、一度に複数
のビームを発生させることもできる。特に、複数
個の縮小拡大ノズル１を設ける場合、各々独立し
た上流室３に接続しておくことによつて、異なる
微粒子のビームを同時に走行させることができ、
異なる微粒子の積層又は混合捕集や、ビーム同志
を交差させることによる、異なる微粒子同志の衝
突によつて、新たな微粒子を形成させることも可
能となる。 It is also possible to provide a plurality of contraction/expansion nozzles 1 to generate a plurality of beams at once. In particular, when a plurality of contraction/expansion nozzles 1 are provided, by connecting each to an independent upstream chamber 3, beams of different particles can be run simultaneously.
It is also possible to form new particles by stacking or collecting different particles together, or by colliding different particles with each other by crossing beams.
基体６を、上下左右に移動可能又は回転可能に
保持し、広い範囲に亘つてビームを受けられるよ
うにすることもできる。また、基体６をロール状
に巻取つて、これを順次送り出しながらビームを
受けるようにすることによつて、長尺の基体６に
微粒子による処理を施すこともできる。更には、
ドラム状の基体６を回転させながら微粒子による
処理を施してもよい。 The base body 6 can also be held movably or rotatably in the vertical and horizontal directions so that it can receive the beam over a wide range. Further, by winding up the base body 6 into a roll and receiving the beam while sequentially feeding the base body 6, a long base body 6 can also be treated with fine particles. Furthermore,
The treatment with fine particles may be performed while rotating the drum-shaped base 6.
［発明の効果］
本発明によれば、空間的に独立した状態でかつ
超音速で微粒子を移送することができる。従つ
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
することによつて、その吹き付け領域を正確に制
御することができる。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運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、本発明の微粒
子の吹き付け装置によれば、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、
水素結合やフアンデアワ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。[Effects of the Invention] According to the present invention, fine particles can be transported at supersonic speed in a spatially independent state. Therefore, the active particles can be reliably transported as they are to the collection position, and by controlling the beam irradiation surface, the spraying area can be accurately controlled. In addition, it becomes a focused ultra-high-speed parallel flow called a beam, and when it is made into a beam, thermal energy is converted to kinetic energy, and the particles in the beam become frozen, so we can create a new reaction field that utilizes these. I have high hopes for what I will achieve. Furthermore, according to the particle spraying device of the present invention, since the fluid is in the frozen state, it is also possible to define the microscopic state of molecules in the fluid and handle the transition from one state to another. In other words, it is possible to perform chemical reactions in the gas phase using a new method in which various energy levels of molecules are defined and energy corresponding to the levels is imparted. In addition, by providing a place for energy exchange that is different from conventional ones,
It is also possible to easily create intermolecular compounds formed by relatively weak intermolecular forces such as hydrogen bonds and Van der Waals bonds.
第１図は本発明の一実施例を示す説明図、第２
図は縮小拡大ノズルの一例を示す一部切欠斜視
図、第３図ａ，ｂは各々縮小拡大ノズルの他の例
をしめるす縦断面図、第４図ａ，ｂは各々制御器
のフローチヤートである。
１……縮小拡大ノズル、１ａ……流入口、１ｂ
……流出口、１ｃ……のど部、２，９……制御
器、３……上流室、４……下流室、５……ポン
プ、６……基体、７……供給バルブ、８，１１，
１３……圧力計、１０……静圧孔、１２……排気
バルブ。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing one embodiment of the present invention, and FIG.
The figure is a partially cutaway perspective view showing an example of a contraction/expansion nozzle, Figures 3a and b are longitudinal sectional views showing other examples of the contraction/expansion nozzle, and Figures 4a and b are flowcharts of the controller. It is. 1...Reduction/expansion nozzle, 1a...Inflow port, 1b
... Outlet, 1c... Throat, 2, 9... Controller, 3... Upstream chamber, 4... Downstream chamber, 5... Pump, 6... Base, 7... Supply valve, 8, 11 ，
13...Pressure gauge, 10...Static pressure hole, 12...Exhaust valve.
Claims (1)
下流室とを備え、前記縮小拡大ノズルを流下した
微粒子を下流室に設けられた基本へ吹き付ける微
粒子の吹き付け装置であつて、前記縮小拡大ノズ
ルの上流側の圧力P1、縮小拡大ノズルの流出口
における圧力Po及び縮小拡大ノズルの下流側の
圧力P2を検出する圧力検出手段と、検出された
圧力P1，P2及びPoに基づいて、P2／P1が臨界圧
力比以下でかつほぼPo＝P2となるように下流室
の排気を制御する制御器とを備えたことを特徴と
する微粒子の吹き付け装置。1. A particle spraying device comprising an upstream chamber and a downstream chamber connected via a contraction/expansion nozzle, and sprays particles flowing down the contraction/expansion nozzle onto a base provided in the downstream chamber, pressure detection means for detecting the upstream pressure P 1 , the pressure P o at the outlet of the contraction/expansion nozzle, and the pressure P 2 on the downstream side of the contraction/expansion nozzle; and based on the detected pressures P 1 , P 2 and P o and a controller for controlling the exhaust of the downstream chamber so that P 2 /P 1 is below the critical pressure ratio and approximately P o =P 2 .
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23356185A JPS6295126A (en) | 1985-10-21 | 1985-10-21 | Unit for controlling flow of fine particle |
| US07/325,021 US4875810A (en) | 1985-10-21 | 1989-03-20 | Apparatus for controlling fine particle flow |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23356185A JPS6295126A (en) | 1985-10-21 | 1985-10-21 | Unit for controlling flow of fine particle |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6295126A JPS6295126A (en) | 1987-05-01 |
| JPH0438928B2 true JPH0438928B2 (en) | 1992-06-26 |
Family
ID=16956995
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP23356185A Granted JPS6295126A (en) | 1985-10-21 | 1985-10-21 | Unit for controlling flow of fine particle |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6295126A (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102017119704B4 (en) | 2017-08-28 | 2022-11-10 | Norma Germany Gmbh | Line coupling and container herewith |
Citations (6)
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| JPS544869A (en) * | 1977-06-15 | 1979-01-13 | Babcock Hitachi Kk | Mixer for reducing agent and diluting agent |
| JPS61223308A (en) * | 1985-03-27 | 1986-10-03 | Canon Inc | Minute particle flow controller |
| JPS61223311A (en) * | 1985-03-27 | 1986-10-03 | Canon Inc | Minute particle transferring apparatus |
| JPS61223309A (en) * | 1985-03-27 | 1986-10-03 | Canon Inc | Minute particle flow controller |
| JPS61223307A (en) * | 1985-03-27 | 1986-10-03 | Canon Inc | Minute particle flow controller |
-
1985
- 1985-10-21 JP JP23356185A patent/JPS6295126A/en active Granted
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| JPS61223307A (en) * | 1985-03-27 | 1986-10-03 | Canon Inc | Minute particle flow controller |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6295126A (en) | 1987-05-01 |
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