(57)【要約】【課題】微粒子をより確実に捕集できるようにする。【解決手段】捕集容器１２０内をガスおよび微粒子が流れていく過程で、ガス流変動機構による捕集容器１２０のガス流通経路におけるガスの流速変動により、ガスとともに捕集容器１２０の内部に導入される微粒子を捕集板１２２の上に沈降させて捕集する。【選択図】  図１
2018149505.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の微粒子が含まれたガスが導入される導入配管と、
前記導入配管が接続される導入口および前記導入口より導入されるガスが排出される排気口を備える捕集容器と、
前記排気口に接続される排気配管と、
前記排気配管に接続されて前記捕集容器内部のガスを排気する排気機構と、
前記排気配管の途中に設けられて前記排気配管で排気されるガスの流速を変動させるガス流変動機構と、
前記捕集容器の内部に配置された捕集板と
を備え、
前記捕集板は、前記導入口の中心軸と前記排気口の中心軸とを結ぶ線と大地との間に配置され、
前記ガス流変動機構による前記導入口と前記排気口との間におけるガスの流速変動により、ガスともに前記捕集容器の内部に導入される前記微粒子を前記捕集板の上に捕集する
ことを特徴とする粒子捕集装置。
【請求項２】
請求項１記載の粒子捕集装置において、
前記ガス流変動機構は、
前記排気配管の途中に設けられた三方分岐配管と、
前記三方分岐配管に接続するガス供給機構と、
前記ガス供給機構と前記三方分岐配管との間に設けられたゲート弁と
を備えることを特徴とする粒子捕集装置。
【請求項３】
請求項１記載の粒子捕集装置において、
前記ガス流変動機構は、
前記排気機構による排気を第１の流量とする第１流量制御機構と、
前記排気機構による排気を第１の流量とは異なる第２の流量とする第２流量制御機構と、
前記第１流量制御機構と第２流量制御機構との経路を切り替える経路切替機構と
を備えることを特徴とする粒子捕集装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微粒子を捕集する粒子捕集装置。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ガラス製回路基板にビアホールなどを形成では、レーザ加工が用いられている。この種のレーザ加工では、デブリと呼ばれる微粒子の再付着が問題となっている。レーザを照射した箇所におけるアブレーションにより、照射箇所の表面から飛散した物質であるデブリが、加工対象の表面に再付着し、加工部周辺を汚染する。このデブリの発生は、レーザ加工において避けることができない現象とされている。
【０００３】
上述したデブリの再付着を防止するために、レーザ照射箇所の近傍に吸引機構を配置し、レーザ照射により発生したデブリを捕集する粒子捕集装置を備えるレーザ加工装置がある。この装置について図７を用いて説明する。
【０００４】
このレーザ加工装置は、まず、ＣＯ2レーザ光を照射する光源３０１、レーザ照射と吸引機能を有するノズルを備える鏡筒部３０２、鏡筒部３０２の内部に取り付けられた内管部３０３、内管部３０３の上部に取り付けられたＺｎＳｅレンズ３０４を備える。内管部３０３は、ガス導入管３０５を介して大気圧以上に設定するためのガス供給機構（不図示）が接続されている。また、鏡筒部３０２の先端部は、先細りのオリフィス部３０６を備え、内管部３０３の先端部も、先細りのオリフィス部３０７を備える。
【０００５】
鏡筒部３０２の先端部の先には、加工対象のガラス製回路基板３０８が配置される。光源３０１から照射されて内管部３０３中心部を通過したレーザ光が照射される箇所に、例えば、加工途中のビアホール３０９が形成される。
【０００６】
また、鏡筒部３０２の上部には、排気管３１１が接続されている。また、排気管３１１は、配管３１２に接続し、配管３１２は配管３１３に接続し、配管３１３には、フィルタ３１４を経由して配管３１５が接続されている。また、配管３１５の後段には、流量計３１６が接続され、この後段には、手動で調整可能な真空レギュレータ３１７および真空ポンプ３１８が接続されている。
【０００７】
上述した光源３０１、鏡筒部３０２、内管部３０３、ＺｎＳｅレンズ３０４、ガス導入管３０５、オリフィス部３０６、オリフィス部３０７、排気管３１１により、レーザデブリ吸引排気機能を有するビームデリバリ装置（ＢＤ3Ａ：Beam Delivery Device equipped with Laser Debris Absorption)が構成される。
【０００８】
ここで、ガス導入管３０５より供給されるガスは、鏡筒部３０２の内部を経由してオリフィス部３０７の先端よりガラス製回路基板３０８の側に吐出される。一方、真空ポンプ３１８を動作させることで、ガラス製回路基板３０８の上部空間のガスが、オリフィス部３０７およびオリフィス部３０６の先端部の間より、鏡筒部３０２と内管部３０３との間、排気管３１１、配管３１２、配管３１３、フィルタ３１４、配管３１５、真空レギュレータ３１７（デブリ微粒子排気系）を経由して排気される。従って、オリフィス部３０７の先端より吐出されるガスは、オリフィス部３０７およびオリフィス部３０６の先端部の間に取り込まれ、上述した配管経路により排気されている。
【０００９】
光源３０１より出射されたレーザの照射による加工（レーザアブレーション）により、デブリ微粒子３１０が発生する。デブリ微粒子３１０には、図７の（ａ）に示すように、大粒子３１０ａおよび小粒子３１０ｂが存在する。上述したガスの流れにより、発生したデブリ微粒子３１０は、鏡筒部３０２と内管部３０３との間を通り、鏡筒部３０２の上部に接続された排気管３１１より外部に排出される。このＢＤ3Ａによって吸引されたデブリ微粒子３１０を含むガスは、排気管３１１より、配管３１２および配管３１３を経由し、フィルタ３１４において吸引される。
【００１０】
フィルタ３１４は、ホルダに取り付けられており、例えば、最小孔径０．４５μｍのメンブレンフィルタである。メンブレンフィルタは入り組んだ孔形状が重なりあった樹脂（例えば、ポリカーボネート、ＰＴＦＥなど）から構成されており、フィルタ孔径は一般に０．１〜５μｍ程度とされ、市販されている。ガス中のデブリ微粒子３１０は、フィルタ３１４でろ過・捕集される。捕集された微粒子は、例えば、表面を顕微鏡などにより観察することで分析される。なお、大粒子３１０ａの粒径は、フィルタ３１４の平均孔径より大きい。一方、小粒子３１０ｂの粒径は、フィルタ３１４の平均孔径より小さい。従って、フィルタ３１４により、大粒子３１０ａは、ろ過され、小粒子３１０ｂは通過する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】「ＡＤＶＡＮＴＥＣ科学機器／濾紙  総合カタログ  ２０１５／２０１６」、「フィルターホルダーの選定ガイド  濾過形態と濾過器」、アドバンテック東洋株式会社、８３２−８３３頁、２０１５年。
【非特許文献２】田口善弘、「“砂上楼閣”の物理学」、科学、岩波書店、vol. 64、no. 8、５０４−５１１頁、１９９４年。
【非特許文献３】K. A. RODGERS et al., "Laser Raman identification of silica phases  comprising microtextural components of sinters", Mineralogical Magazine, vol. 67, no. 1, pp. 1-13, 2003.
【非特許文献４】J. B. Bates, "Raman Spectra of α and β Cristobalite", The Journal of Chemical Physics, vol. 57, pp. 4042-4047, 1972.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述したように、フィルタ孔径より小さい小粒子３１０ｂは、フィルタ３１４を通過するため捕集することができない。また、フィルタ３１４の耐熱性の問題で捕集できない場合も発生する。また、デブリ微粒子３１０によりフィルタ３１４が目詰まりするという問題がある。フィルタ３１４が目詰まりすると、吸引排気速度が低下し、デブリ微粒子吸引機能が劣化してしまう。例えば、フィルタ孔径より小さい粒径の微粒子であっても、フィルタ孔径の６分の１程度以上の粒子径を有する微粒子は目詰まりを起こす。また、捕集したデブリ微粒子が微量であり、加えてフィルタ孔に埋没している場合、分析に供することが困難となる。
【００１３】
上述したように、従来では、レーザ照射により発生するレーザデブリなど、微粒子を確実に捕集することが容易ではないという問題があった。
【００１４】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、微粒子をより確実に捕集できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係る粒子捕集装置は、複数の微粒子が含まれたガスが導入される導入配管と、導入配管が接続される導入口および導入口より導入されるガスが排出される排気口を備える捕集容器と、排気口に接続される排気配管と、排気配管に接続されて捕集容器内部のガスを排気する排気機構と、排気配管の途中に設けられて排気配管で排気されるガスの流速を変動させるガス流変動機構と、捕集容器の内部に配置された捕集板とを備え、捕集板は、導入口の中心軸と排気口の中心軸とを結ぶ線と大地との間に配置され、ガス流変動機構による導入口と排気口との間におけるガスの流速変動により、ガスともに捕集容器の内部に導入される微粒子を捕集板の上に捕集する。
【００１６】
上記粒子捕集装置において、ガス流変動機構は、排気配管の途中に設けられた三方弁と、三方弁に接続するガス供給機構と、ガス供給機構と三方弁との間に設けられたゲート弁とを備える。
【００１７】
上記粒子捕集装置において、ガス流変動機構は、排気機構による排気を第１の流量とする第１流量制御機構と、排気機構による排気を第１の流量とは異なる第２の流量とする第２流量制御機構と、第１流量制御機構と第２流量制御機構との経路を切り替える経路切替機構とを備える。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように、本発明によれば、捕集容器の排気口に接続される排気配管と排気機構との間に、ガス流変動機構を設けたので、微粒子がより確実に捕集できるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１における粒子捕集装置の構成を示す構成図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態１における粒子捕集装置の構成を示す構成図である。
【図３】図３は、本発明における微粒子の運動の概念について説明するための説明図である。
【図４】図４は、図３の説明図における微粒子のゲート通過率を計算した結果を示す特性図である。
【図５】図５は、実施の形態１における粒子捕集装置１００により捕集板１２２の上に捕集した微粒子について顕微ラマン分光分析を行った結果を示す説明図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態２における粒子捕集装置の構成を示す構成図である。
【図７】図７は、従来の粒子捕集装置の構成を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【００２１】
［実施の形態１］
はじめに、本発明の実施の形態１における粒子捕集装置１００について、図１，図２を用いて説明する。図１，図２では、粒子捕集装置１００を、公知のレーザ加工装置１５１に接続して用いる場合を例に示している。
【００２２】
レーザ加工装置１５１は、まず、ＣＯ2レーザ光を照射する光源１０１、レーザ照射と吸引機能を有するノズルを備える鏡筒部１０２、鏡筒部１０２の内部に取り付けられた内管部１０３、内管部１０３の上部に取り付けられたＺｎＳｅレンズ１０４を備える。内管部１０３は、ガス導入管１０５を介して大気圧以上に設定するためのガス供給機構（不図示）が接続されている。また、鏡筒部１０２の先端部は、先細りのオリフィス部１０６を備え、内管部１０３の先端部も、先細りのオリフィス部１０７を備える。
【００２３】
鏡筒部１０２の先端部の先には、加工対象のガラス製回路基板１０８が配置される。光源１０１から照射されて内管部１０３中心部を通過したレーザ光が照射される箇所に、例えば、加工途中のビアホール１０９が形成される。また、鏡筒部１０２の上部には、排気管１１１が接続されている。また、排気管１１１は、配管１１２に接続している。配管１１２は、例えば、外径φ６ｍｍ、内径φ４ｍｍの、内面が滑らかな光沢面のウレタン製チューブである。
【００２４】
上述したレーザ加工装置１５１は、配管１１２に接続する導入配管１１３により、粒子捕集装置１００に接続する。粒子捕集装置１００は、導入配管１１３、排気配管１１５、流量計１１６、真空レギュレータ１１７、真空ポンプ１１８、三方分岐配管１１９、捕集容器１２０、基台１２１、捕集板１２２、ガス供給配管１２３、ゲート弁１２４、ゲート弁制御機構１２５、ガス供給配管１２６、コンプレッサー１２７、配管１２８を備える。導入配管１１３は、例えば、外径φ６ｍｍ、内径φ４ｍｍの、内面が滑らかな光沢面のウレタン製チューブである。
【００２５】
捕集容器１２０は、導入配管１１３が接続される導入口１２０ａ、および導入口１２０ａより導入されるガスが排出される排気口１２０ｂを備える。排気口１２０ｂに排気配管１１５が接続される。また、排気配管１１５には、流量計１１６、真空レギュレータ１１７、および真空ポンプ１１８が接続されている。
【００２６】
排気配管１１５の途中に設けられた三方分岐配管１１９の三次配管側に、ガス供給配管１２３が接続される。三方分岐配管１１９には、一方の排気配管１１５、他方の排気配管１１５、およびガス供給配管１２３が接続される。ガス供給配管１２３には、ゲート弁１２４を介してガス供給配管１２６が接続する。また、ガス供給配管１２６には、コンプレッサー１２７が接続する。なお、ゲート弁１２４には、電磁ゲート弁装置などのゲート弁１２４の開閉を制御するゲート弁制御機構１２５が設けられている。
【００２７】
ここで、導入口１２０ａの中心軸と排気口１２０ｂの中心軸とを結ぶ線と大地との間に捕集板１２２が配置されている。例えば、捕集容器１２０の導入口１２０ａの中心軸と排気口１２０ｂの中心軸とが、大地の平面に平行とされた同一の線の上に配置されている。また、基台１２１の上に載置される捕集板１２２が、導入口１２０ａと排気口１２０ｂとの間の、上記中心軸間を結ぶガス流通経路より大地の側に配置されている。
【００２８】
上述した実施の形態１では、流量計１１６、真空レギュレータ１１７、真空ポンプ１１８により、捕集容器１２０の内部のガスを排気する排気機構が構成されている。また、三方分岐配管１１９、ガス供給配管１２３、ゲート弁１２４、ゲート弁制御機構１２５、ガス供給配管１２６、コンプレッサー１２７により、排気配管１１５で排気されるガスの流速を変動させるガス流変動機構を構成している。
【００２９】
ここで、ガス導入管１０５より供給されるガスは、鏡筒部１０２の内部を経由してオリフィス部１０７の先端よりガラス製回路基板１０８の側に吐出される。一方、真空ポンプ１１８を動作させることで、ガラス製回路基板１０８の上部空間のガスが、オリフィス部１０７およびオリフィス部１０６の先端部の間より、鏡筒部１０２と内管部１０３との間、排気管１１１、配管１１２、導入配管１１３、捕集容器１２０、排気配管１１５、真空レギュレータ１１７を経由して排気される。従って、オリフィス部１０７の先端より吐出されるガスは、オリフィス部１０７およびオリフィス部１０６の先端部の間に取り込まれ、上述した配管経路により排気されている。
【００３０】
例えば、光源１０１より出射されたレーザの照射による加工（レーザアブレーション）により、デブリ微粒子が発生する。上述したガスの流れにより、発生したデブリ微粒子は、鏡筒部１０２と内管部１０３との間を通り、鏡筒部１０２の上部に接続された排気管１１１より外部に排出される。このように排出されたデブリ微粒子を含むガスは、排気管１１１より、配管１１２および導入配管１１３を経由し、捕集容器１２０を通過する。
【００３１】
本発明では、上述したガスおよび微粒子が流れていく過程で、ガス流変動機構による捕集容器１２０のガス流通経路におけるガスの流速変動により、ガスとともに捕集容器１２０の内部に導入される微粒子を捕集板１２２の上に捕集する。
【００３２】
例えば、図１は、ゲート弁１２４が閉じている状態を示し、図２は、ゲート弁１２４が開いている状態を示している。
【００３３】
図１に示すように、ゲート弁１２４が閉じられている状態では、三次配管側からのガス（例えば空気）は二次配管側に流入せず、微粒子は実線の矢印にそって流れていく。このとき、流量計１１６で５．１［ｌ／ｍｉｎ］、真空レギュレータ１１７による真空レギュレータ圧−２．５［ｋＰａ］の設定で真空排気していれば、各配管の径と流量とから、層流状態が保たれていると考えられる。ここで、臨界レイノルズ数は、２，３００としており、流量は６．５４［ｌ／ｍｉｎ］以下、ガス密度ρ＝１．２０４５８［ｇ／ｃｍ3］、粘性率μ＝１．８１９×１０-5［Ｐａ・ｓ］とした。この条件であれば、各配管においては層流状態が保たれており、捕集容器１２０では管径が大きくなるが概ね定常流とみてよいと考えられる。
【００３４】
一方、図２に示すように、ゲート弁１２４が、間欠的に開および閉が周期的に行われると、微粒子の流れが乱れる。コンプレッサー１２７の動作により、配管１２８より導入されるガスがガス供給配管１２６の側に圧送されている。このため、ゲート弁制御機構１２５の制御によりゲート弁１２４が開くと、圧送されているガスがガス供給配管１２３の側に供給され、三方分岐配管１１９を介して排気配管１１５に流れ込む。ゲート弁１２４が間欠的に開閉すると、上述した排気配管１１５へのガスの流入が、周期的に発生し、この結果、排気配管１１５に連通している捕集容器１２０などにおけるガス流に乱れが発生し、これに伴い微粒子の流れが乱れる。
【００３５】
ゲート弁１２４の開閉を周期ｆで実施することで、例えば、流速５．５［ｌ／ｍｉｎ］⇔５．２５［ｌ／ｍｉｎ］の周期的な速度変化を、排気配管１１５、捕集容器１２０において生じさせる。これにより、捕集容器１２０においては、定常状態での微粒子の流れが乱れる。この流速の変化は、捕集容器１２０側に向かっては、実質的な逆流現象（三方分岐配管１１９の引き出し図内の速度ｖfに相当する）と等価であり、微粒子同士間の非弾性的衝突（非特許文献２参照）頻度が上昇し、微粒子の水平方向の運動エネルギーが失われ、微粒子間隙が狭まった滞留状態から沈降へと移行する。
【００３６】
特に、捕集容器１２０の内部では、導入配管１１３から管径が広がった結果として、一旦微粒子が散逸して広がるが、再度、排気配管１１５に集められるために、微粒子間距離が縮まることになる。この結果、上記の衝突頻度が、捕集容器１２０の内部（導入口１２０ａと排気口１２０ｂとの間の領域）で上昇することになり、結果的に捕集容器１２０の内部での微粒子沈降１１０が生じやすくなるものと考えられる。このように、実施の形態１によれば、上述したガス流の変動による粒子沈降により、微粒子がより確実に捕集できるようになる。
【００３７】
次に、本発明における微粒子の運動の概念について、図３を用いて説明する。図３中には、初期状態（時刻ｔ＝０）として、配管内を左から右に等速度ｖで進む微粒子が丸印で示されている。１０個の微粒子の初期座標を決定するために、乱数を生成し、２種類の配列座標を取り決め、決定した配管内でのおおまかな位置座標を、図３の配置図（ａ），配置図（ｂ）に示した。
【００３８】
また、図３の配置図（ａ）において生成した微粒子座標を以下の表１に示した。また、図３の配置図（ｂ）において生成した微粒子座標を以下の表２に示した。また、図３において、配管の右先端部分には仮想的なゲート（太線で示されている。座標位置はｘ＝８．５Ｌに設定）が設けられており、これが閉じている状態とは、逆方向からの空気流入により、ｘの正方向に対して運動する微粒子にとっての障壁に相当すると考える。
【００３９】
【表１】
2018149505.tif 000003
【００４０】
微粒子は、図３において、左から右へ吸引圧力差に乗って運ばれるが、ゲートが閉じている場合（すなわちコンプレッサーからのガスの流入がある場合）、この仮想的なゲートと反射係数１で微粒子が衝突すると考え、微粒子の進行方向は逆転して、＋ｖから−ｖに転じる。ここでは、逆方向（−方向）からの空気流入の影響は、仮想的なゲート位置に到達した微粒子のみ影響を受けると考え、ゲート未到達の後段からの微粒子には影響を与えないと考える。結果として、後段から等速度ｖで続いてくる微粒子と逆方向に転じた微粒子との衝突が発生して、衝突した微粒子同士が運動エネルギーを失うとともに沈降し、これらの微粒子はリザーバ―内に捕集されると考える。
【００４１】
一方、仮想ゲートが開いている時、すなわち、コンプレッサーからの空気流入がないタイミングで、他の微粒子と衝突することなく、微粒子がゲート位置に到達した場合には、このままゲートを通過すると考える。
【００４２】
計算結果を図４に示す。（ａ）は、表１で示した乱数生成微粒子座標配列パタンを用いた結果、（ｂ）は、表２で示した乱数生成微粒子座標配列パタンを用いた結果である。表１および表２で示した乱数生成微粒子座標配列パタンのどちらを用いても、微粒子のゲート通過率はゲート開閉周波数に依存性があることが分かる。また、最大の微粒子のゲート透過率（逆に最大の微粒子捕捉率）を示すゲート開閉周期は両者で一致せず、配列パタン依存性があることが分かる。また、捕集率を上げる場合には、配管の後段にて微粒子ゲート通過率のモニタを行い、ゲート開閉の周期チューニングを行うことで、ねらいとする微粒子捕集率を得られるものと考えられる。
【００４３】
以上述べたような過程を経て、層流定常状態で移送されていた微粒子は間欠的な空気の流入によって微粒子間の衝突が促進され、その水平方向の運動エネルギーが徐々に低下し、基板への沈降効率を高め、微粒子捕集に寄与したものと考えられる。
【００４４】
図５に、実施の形態１における粒子捕集装置１００により、シリコン基板から構成した捕集板１２２の上に捕集した微粒子について顕微ラマン分光分析を行った結果を示す。顕微ラマン分光測定においては５３２ｎｍ光で励起を行ったラマンスペクトラムを示している。図５のグラフ内に示した顕微鏡写真に示すように、微粒子（Ｐａｒｔｉｃｌｅ＃１，＃２，＃３，＃４）の沈着が観察された。各微粒子のサイズは平均半径として０．８μｍであった。図５のグラフには、顕微鏡写真のＰａｒｔｉｃｌｅ＃２の微粒子にプローブして得られた測定結果が示されている。
【００４５】
この実験結果に示すように、捕集板１２２からのシリコンの散乱光検出の影響があり、５２０ｃｍ-1の大きなバンドが見られるが、２１８ｃｍ-1のバンドが得られた。これは、石英ガラスを起源とするレーザアブレーションが行われたことにより発生したレーザデブリ微粒子を捕集していることから、シリカ結晶の多相構造の１つと考えると、モガナイト（moganite）が検出された可能性を示唆する結果が得られた（非特許文献３参照）。また、他に、２８６ｃｍ-1ならびに４２６ｃｍ-1のラマンバンドについては、シリカβ−クリストバライト（cristobalite）のバンドが対で検出されたものと考えられる（非特許文献４参照）。
【００４６】
［実施の形態２］
次に、本発明の実施の形態２における粒子捕集装置２００について、図６を参照して説明する。図６では、粒子捕集装置２００を、レーザ加工装置１５１に接続して用いる場合を例に示している。なお、レーザ加工装置１５１は、前述した実施の形態１と同様であり。詳細な説明は省略する。
【００４７】
上述したレーザ加工装置１５１は、配管１１２に接続する導入配管１１３により、粒子捕集装置２００に接続する。粒子捕集装置２００は、導入配管１１３、排気配管１１５、流量計１１６、真空レギュレータ１１７ａ、真空レギュレータ１１７ｂ、真空ポンプ１１８、捕集容器１２０、基台１２１、捕集板１２２、排気配管１２９、三方路電磁弁１３０ａ、三方路電磁弁１３０ｂ、排気配管１３１ａ、排気配管１３１ｂ、排気配管１３２ａ、排気配管１３２ｂ、排気配管１３３、制御装置１３４を備える。
【００４８】
導入配管１１３、捕集容器１２０、基台１２１、捕集板１２２、導入口１２０ａ、排気口１２０ｂは、前述した実施の形態１と同様である。また、実施の形態２では、排気口１２０ｂに一端が接続する排気配管１１５の他端に、流量計１１６が接続されている。
【００４９】
実施の形態２では、流量計１１６の後段に排気配管１２９、三方路電磁弁１３０ａが接続される。また、三方路電磁弁１３０ａの一方に、排気配管１３１ａ、真空レギュレータ１１７ａ、排気配管１３２ａが接続されている。また、三方路電磁弁１３０ａの他方に、排気配管１３１ｂ、真空レギュレータ１１７ｂ、排気配管１３２ｂが接続されている。また、排気配管１３２ａおよび排気配管１３２ｂは、三方路電磁弁１３０ｂに接続され、三方路電磁弁１３０ｂは、排気配管１３３に接続されている。
【００５０】
実施の形態２では、排気配管１３１ａ、真空レギュレータ１１７ａ、排気配管１３２ａによる第１流路制御機構と、排気配管１３１ｂ、真空レギュレータ１１７ｂ、排気配管１３２ｂによる第２流量制御機構と、三方路電磁弁１３０ａ、三方路電磁弁１３０ｂによる経路切替機構とからガス流変動機構を構成している。
【００５１】
第１流量制御機構では、真空レギュレータ１１７ａの調整により、排気機構による排気を第１の流量としている。また、第２流量制御機構では、真空レギュレータ１１７ｂの調整により、排気機構による排気を第１の流量とは異なる第２の流量としている。
【００５２】
また、三方路電磁弁１３０ａおよび三方路電磁弁１３０ｂにおける流路の切り替えにより、第１流量制御機構と第２流量制御機構との経路を切り替える。例えば、制御装置１３４にプログラムされた自動制御により、三方路電磁弁１３０ａにおける流路の切り替え、および三方路電磁弁１３０ｂにおける流路の切り替えを実施する。三方路電磁弁１３０ａおよび三方路電磁弁１３０ｂにおける流路の切り替えにより、排気配管１３１ａ、真空レギュレータ１１７ａ、排気配管１３２ａによる第１経路と、排気配管１３１ｂ、真空レギュレータ１１７ｂ、排気配管１３２ｂによる第２経路とを切り替える。
【００５３】
実施の形態２においても、捕集容器１２０内において、導入口１２０ａと排気口１２０ｂとの間をガスおよび微粒子が流れていく過程で、ガス流変動機構による捕集容器１２０のガス流通経路におけるガスの流速変動により、ガスとともに捕集容器１２０の内部に導入される微粒子を捕集板１２２の上に捕集する。このように、実施の形態２においても、前述した実施の形態１と同様に、ガス流の変動による粒子沈降により、微粒子がより確実に捕集できるようになる。
【００５４】
例えば、初期に、第１経路が、排気配管１２９および排気配管１３３に接続された状態とする。なお、第１経路への接続状態、第２経路への接続状態のいずれにおいても、層流状態とする。また、真空レギュレータ１１７ａでは、圧力−２．８ｋＰａに流量制御し、真空レギュレータ１１７ｂでは、圧力−２．５ｋＰａに流量制御するものとする。
【００５５】
ここで、制御装置１３４により、三方路電磁弁１３０ａ、三方路電磁弁１３０ｂによる流路切り替えを、２Ｔ（変数β＝１）の周期で切り替えると、Ｔ時間は、第２経路を取り、圧力−２．５ｋＰａに設定された真空レギュレータ１１７ｂを経て、真空ポンプ１１８で排気される。第２経路では、流量計１１６から５．２５［ｌ／ｍｉｎ］と測定された。
また、他のＴ時間は、第１経路を取り、圧力−２．８ｋＰａに設定された真空レギュレータ１１７ａを経て、真空ポンプ１１８で排気される。第２経路では、流量計１１６から５．２５［ｌ／ｍｉｎ］と測定された。
【００５６】
上述したＴ時間毎の、流速５．５［ｌ／ｍｉｎ］→５．２５［ｌ／ｍｉｎ］への速度変更は、実質的な逆流現象と等価であり、前述した実施の形態１と同様に、滞留と非弾性衝突誘起による微粒子沈降にともなう微粒子捕捉効率の向上と等価であると考えることができる。特に、導入配管１１３から捕集容器１２０で微粒子の流れ分布が一旦広げられた後に、再度より細い排気配管１１５に収れんする際には微粒子の集合密度が高まるが、この流速の急激な変化によって、微粒子がさらに滞留を起こし、非弾性衝突による運動エネルギーの低下の結果、捕集容器１２０において、微粒子の滞留による群形成ならびに沈降が生じ、より捕集効率が高めることができた。
【００５７】
ところで、上述では、三方路電磁弁１３０ａ、三方路電磁弁１３０ｂの切り替えによりガス流変動を実現したが、これに限るものではない。例えば、プログラマブルな真空レギュレータを用いることで、１つの経路で真空吸引圧制御を一定周期で変化を与え、これによりガス流変動を実現しても、同様の効果が得られるのはいうまでもない。
【００５８】
以上に説明したように、本発明によれば、捕集容器の排気口に接続される排気配管と排気機構との間に、ガス流変動機構を設けたので、微粒子がより確実に捕集できるという優れた効果が得られる。
【００５９】
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。
【符号の説明】
【００６０】
１００…粒子捕集装置、１０１…光源、１０２…鏡筒部、１０３…内管部、１０４…ＺｎＳｅレンズ、１０５…ガス導入管、１０６…オリフィス部、１０７…オリフィス部、１０８…ガラス製回路基板、１０９…ビアホール、１１０…微粒子沈降、１１１…排気管、１１２…配管、１１３…導入配管、１１５…排気配管、１１６…流量計、１１７…真空レギュレータ、１１８…真空ポンプ、１１９…三方分岐配管、１２０…捕集容器、１２０ａ…導入口、１２０ｂ…排気口、１２１…基台、１２２…捕集板、１２３…ガス供給配管、１２４…ゲート弁、１２５…ゲート弁制御機構、１２７…コンプレッサー、１２８…配管。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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