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DIFFERENTIAL MOBILITY ANALYZER, PARTICLE MEASURING SYSTEM, AND PARTICLE SELECTION SYSTEM foreign

Patent code P190016270
File No. 07734
Posted date Aug 20, 2019
Application number P2010-021552
Publication number P2011-158399A
Patent number P5652851
Date of filing Feb 2, 2010
Date of publication of application Aug 18, 2011
Date of registration Nov 28, 2014
Inventor
  • (In Japanese)折井 孝彰
  • (In Japanese)工藤 聡
Applicant
  • (In Japanese)国立研究開発法人理化学研究所
Title DIFFERENTIAL MOBILITY ANALYZER, PARTICLE MEASURING SYSTEM, AND PARTICLE SELECTION SYSTEM foreign
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a differential mobility analyzer or the like capable of heightening easily an upper limit value of a particle size of classifiable charged particles, and analyzing charged particles having a changeable particle size.
SOLUTION: A DMA (Differential Mobility Analyzer) 100 includes: a classification tank 101 wherein an inlet electrode 103, an intermediate electrode 105 and an outlet electrode 107 having respectively an inlet slit 102, a slit 104 and an outlet slit 106 are arranged successively and oppositely at prescribed intervals; a gas supply part for supplying a sheath gas to the classification tank 101; and voltage sources 108, 109 for applying a prescribed voltage between the facing electrodes. The classification tank 101 has a first classification part 10 and a second classification part 20 formed on each interval between the facing electrodes, and the gas supply part controls a flow rate of the sheath gas to be supplied to the classification tank 101 by the first classification part 10 and the second classification part 20 individually.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

近年、半導体製造プロセス中における粒子汚染の抑制、量子ナノ材料の開発、又は大気中の酸性雨及びスモッグの発生機構の解明などに関連して、気体雰囲気中に浮遊する粉塵及びミストなどの微粒子が注目を集めている。

ナノメートルスケールからマイクロメートルスケールの粒径を持つエアロゾル粒子を分級する方法としては、気流中における荷電粒子の電気移動度が粒径に依存する現象を利用した、微分型電気移動度分級装置(DMA、Differential Mobility Analyzer)が用いられ、中でも、円筒型の微分型電気移動度分級装置(CDMA、Cylindrical Differential Mobility Analyzer)が広く用いられてきた(非特許文献1参照)。DMAは、近年著しい発展を遂げ、分級可能な荷電粒子の粒径の下限は10ナノメートル以下の極小サイズとなり、また、減圧状態下でも稼動可能となった(特許文献1参照)。

ここで、図9に従来のCDMAの一例を示す。図9に示すように、CDMA800は、中心ロッド(内筒)1と、囲み体(外筒)2とからなる二重円筒構造を有する。囲み体2の内周面(外筒電極)と中心ロッド1の外周面(内筒電極)との間は可変電圧源により所定の電圧が印加されている。シースガスは、囲み体2の上方にある図示しない吐出口より、囲み体2と中心ロッド1との間の空間に、層流をなすように供給される。囲み体2の上部には、荷電粒子を装置内へ導入する環状の入口スリット3が設けられている。また、中心ロッド1の下部には、分級された荷電粒子を装置から排出する環状の出口スリット4が設けられている。

CDMA800において、粒子が分級される原理について説明する。なお、CDMA800では、充分なシースガス流量に対して、荷電粒子を含む試料ガスが、入口スリット3から所定の流量Qaで導入されかつ同じ流量Qaで出口スリット4から排気されるとき、シースガスの層流条件は影響を受けないものとする。荷電したエアロゾル粒子(荷電粒子)は、入口スリット3から装置内に入ると、囲み体2と中心ロッド1との間の空間で層流をなしているシースガスと共に、囲み体2の内面壁に沿うように中心軸方向下方に移動する。これと共に、可変電圧源によって囲み体2と中心ロッド1との間に形成される電場の影響(静電引力)により、一方の極性のエアロゾル粒子のみが、その電気移動度に応じた速度で中心ロッド1の方向に引き寄せられる。電気移動度は粒子の粒径に依存するため、特定の粒径のエアロゾル粒子のみが出口スリット4に到着し、出口スリット4から装置外部に排出される。

ここで、荷電粒子の電気移動度Zpは、以下の式(1)
Zp=Qs・ln(R2/R1)/(2・π・V・L)・・・(1)
により与えられる。図9に示すように、式(1)において、Qsはシースガスの流量であり、R2は囲み体2の半径であり、R1は中心ロッド1の半径である。Lは入口スリット3と出口スリット4と間の、中心軸方向に沿った距離である。Vは、囲み体2の内周面と中心ロッド1の外周面との間に印加されている印加電圧である。

また、荷電粒子の電気移動度Zpは、以下の式(2)
Zp=q・e・Cc/(3・π・μ・Dp)・・・(2)
によっても与えられる。式(2)において、qは荷電粒子の電荷量、eは電気素量定数、Ccはカニンガム補正係数、μはシースガスの粘性係数であり、Dpは荷電粒子の粒径である。

ここで、式(1)と式(2)とを連立することにより、以下の式(3)
Dp=(2・V・L・q・e・Cc)/(3・μ・Qs・ln(R2/R1)) ・・・(3)
が得られ、分級される荷電粒子の粒径Dpと、印加電圧Vの大きさとは比例関係にあることがわかる。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は微分型電気移動度分級装置、当該装置を備えた粒子計測システム、及び当該装置を備えた粒子選別システムに関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
帯電した粒子を電気移動度に応じて分級する微分型電気移動度分級装置であって、
帯電した粒子が通過するスリットを有するn個(nは3以上の整数)の面状の電極が、所定の間隔をおいて対向するように順次配置された分級槽と、
上記分級槽にシースガスを供給するガス供給部と、
上記分級槽内の対向する上記電極間に所定の電圧を印加する電圧供給部と、を備え、
上記分級槽は、対向する上記電極間毎に形成される、帯電した粒子を分級する(n-1)段の分級部を有し、
n個の面状の上記電極は、1)互いに平行となるように上記分級槽内に配置されている平板形状の電極であるか、2)同心円状に配置された円筒状の電極であり、
上記ガス供給部は、上記分級槽に供給する上記シースガスの流量を上記分級部毎に制御し、
少なくとも一組の隣り合う上記分級部間で、上記シースガスの流線方向が互いに逆向きであることを特徴とする微分型電気移動度分級装置。

【請求項2】
 
帯電した粒子を電気移動度に応じて分級する微分型電気移動度分級装置であって、
帯電した粒子が通過するスリットを有するn個(nは3以上の整数)の面状の電極が、所定の間隔をおいて対向するように順次配置された分級槽と、
上記分級槽にシースガスを供給するガス供給部と、
上記分級槽内の対向する上記電極間に所定の電圧を印加する電圧供給部と、を備え、
上記分級槽は、対向する上記電極間毎に形成される、帯電した粒子を分級する(n-1)段の分級部を有し、
n個の面状の上記電極は、1)互いに平行となるように上記分級槽内に配置されている平板形状の電極であるか、2)同心円状に配置された円筒状の電極であり、
上記ガス供給部は、上記分級槽に供給する上記シースガスの流量を上記分級部毎に制御し、
上記スリットとして帯電した粒子を分級槽外に取出すためのものを有する上記電極が、複数個の上記スリットを当該電極における高さの異なる位置に有し、
複数個の上記スリットを高さの異なる位置に有する上記電極とこの電極に対向する電極との間に形成される分級部において、上記ガス供給部は、上記シースガスを上方から下方へ流すか下方から上方へ流すかという、シースガスの流線方向の制御を行うことを特徴とする微分型電気移動度分級装置。

【請求項3】
 
上記分級部の少なくとも一つにおいて、対向する上記電極が有するスリット同士の、上記シースガスの流線方向における相対的な位置関係が、可変であることを特徴とする請求項1又は2に記載の微分型電気移動度分級装置。

【請求項4】
 
上記電圧供給部は、対向する上記電極間毎に、印加する電圧を制御することを特徴とする請求項1~3の何れか一項に記載の微分型電気移動度分級装置。

【請求項5】
 
上記ガス供給部は、上記分級部毎に、分級部からのシースガスの排出流量と実質的に同一の流量でシースガスを供給することを特徴とする請求項1~4の何れか一項に記載の微分型電気移動度分級装置。

【請求項6】
 
請求項1~5のいずれか一項に記載の微分型電気移動度分級装置と、当該微分型電気移動度分級装置により分級された粒子の化学成分を分析する粒子成分計測装置とを備えることを特徴とする粒子計測システム。

【請求項7】
 
請求項1~5のいずれか一項に記載の微分型電気移動度分級装置と、当該微分型電気移動度分級装置により分級された特定粒径の粒子を選別して回収する粒子選別装置とを備えることを特徴とする粒子選別システム。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2010021552thum.jpg
State of application right Registered
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