(57)【要約】ＩＭＳ用のモレキュラーシーブ（２０）は、密接して嵌め込まれるハウジング（２１）内にてゼオライトの中実ブロック（２４）から形成される。ブロック（２４）は、ブロックに沿ってガスを流すことができる、複数の流路（２５）〜（２８）を有する。また、ブロックは、鋳造又は押出成形により製造することができ、シーブ材にはドーパントを含めることができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部を通る多数のガス流路（２５〜２８）を有し、モレキュラーシーブ材からなる中実ブロック（２４）により形成してなることを特徴とするモレキュラーシーブ。
【請求項２】
請求項１に記載のモレキュラーシーブであって、前記モレキュラーシーブ（２０）内を通るガスは、前記ブロック（２４）内にて実質的に局限されて通ることを特徴とするモレキュラーシーブ。
【請求項３】
外側ハウジング（２１）及び該ハウジング内にモレキュラーシーブ材を含むモレキュラーシーブユニット（２０）において、
前記モレキュラーシーブ材は、前記ハウジング（２１）の内部形状と合致した外部形状を有するモレキュラーシーブ材の中実ブロック（２４）であることを特徴とするモレキュラーシーブユニット。
【請求項４】
請求項３に記載のモレキュラーシーブユニット（２０）であって、前記モレキュラーシーブ材のブロック（２４）は、その内部を通る多数のガス流路（２５〜２８）を有することを特徴とするモレキュラーシーブユニット。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載のものであって、前記モレキュラーシーブ材（２４）はゼオライトであることを特徴とするモレキュラーシーブ又はモレキュラーシーブユニット。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載のものであって、前記モレキュラーシーブ材（２４）は、ドーパントを含むことを特徴とするモレキュラーシーブ又はモレキュラーシーブユニット。
【請求項７】
モレキュラーシーブを形成する方法であって、該方法は、
シーブ材のスラリー（４１）を提供するステップと、
該スラリー（４１）から、その内部を通る多数のガス流路（２５〜２８）を有する中実ブロック（２４）を形成するステップと、
該ブロックを外側ハウジング内に配置するステップとを含むことを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法であって、前記スラリー（４１）をブロック形状に成型し、次いで、それを加熱して中実ブロックを形成することを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項７に記載の方法であって、前記スラリー（４１）を押出成形し、次いで、それを加熱して中実ブロックを形成することを特徴とする方法。
【請求項１０】
モレキュラーシーブ材のブロック（２４）を形成する方法であって、該方法は、
モレキュラーシーブ材の粉末（４１）を提供するステップと、
該粉末の連続層（５１）を堆積させるステップと、
モレキュラーシーブ材からなり、堆積された層の選択領域に該粉末同士が結合するに充分なエネルギーを付与して、その内部を通る多数のガス流路（２５〜２８）を有する中実ブロックを提供するステップとを含むことを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項７〜１０のいずれか一項に記載の方法により形成されることを特徴とするモレキュラーシーブブロック（２４）。
【請求項１２】
試料ガスをチャンバ（４）内に送る入口（１）、モレキュラーシーブ（２０）を介してガスを該チャンバ内に送るガスフロー手段（９、２０、１１）及びガス中に物質が存在することを表示する電気的出力部（６）を有する検出装置において、
前記モレキュラーシーブは、モレキュラーシーブ材からなり、その内部を通る複数のガスの経路（２５〜２８）を有する中実ブロック（２４）を含むことを特徴とする検出装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の検出装置であって、前記チャンバはイオン移動度ドリフトチャンバ（４）であることを特徴とする検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、モレキュラーシーブに関するものである。この発明は、特には、イオン移動度スペクトロメータ（ＩＭＳ）及びその他の検出装置に使用されるモレキュラーシーブに関するものである。
【０００２】
モレキュラーシーブはＩＭＳ及びその他の検出装置に使用され、それら装置に供給されるガスから所望されない化学物質を取り除くことができる。モレキュラーシーブには、特許文献１に記載の方法により、ドーパント物質を含めることができる。一般に、モレキュラーシーブは、約２ｍｍの直径を有する多数の球体のゼオライトを材料として、ガス流路に接続した外側ハウジング内に詰め込まれたパックとして供給される。かかるパック内を流れるガスは、その一部が球体内を通過しつつ、球体の外側にて曲がりくねった経路を通過する。これらのモレキュラーシーブパックは、有効、かつ、相当に安価ではあるが、寸法が大きくなり過ぎてしまう欠点を有する。かかる欠点は、多くの装置では問題とならないが、人間が携帯し得る寸法の装置の場合に問題となる。
【０００３】
【特許文献１】米国特許第６８２５４６０号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、この発明の目的は、それらに替わるモレキュラーシーブを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
第一発明は、モレキュラーシーブであって、かかるモレキュラーシーブは、モレキュラーシーブ材から形成され、その内部を通る多数のガス流路を有する中実ブロック（いわゆる「ソリッドブロック」）であることを特徴とする。
【０００６】
また、モレキュラーシーブ内を通過するガスは、ブロック内にて局限されて通過することが好ましい。
【０００７】
第二発明は、外側ハウジング及びかかるハウジング内にモレキュラーシーブ材を含むモレキュラーシーブユニットであって、かかるモレキュラーシーブ材は、ハウジングの内部形状に合致するような外部形状を有するモレキュラーシーブ材の中実ブロックであることを特徴とする。
【０００８】
また、モレキュラーシーブ材のブロックは、その内部を通る多数のガス流路を有することが好ましい。更に、モレキュラーシーブ材は、ゼオライトであることが好ましく、また、ドーパントを含むことが好ましい。
【０００９】
第三発明は、モレキュラーシーブを形成する方法であって、かかる方法は、シーブ材のスラリーを提供するステップと、かかるスラリーからその内部を通る多数のガス流路を有する中実ブロックを形成するステップと、そのブロックを外側ハウジング内に配するステップとを含むことを特徴とする。
【００１０】
また、スラリーをブロック形状に成型し、次いで、それを加熱することで中実ブロックを形成することが好ましい。あるいは、スラリーをブロック形状に押出成形し、次いで、それを加熱することにより中実ブロックを形成することが好ましい。
【００１１】
第四発明は、モレキュラーシーブ材のブロックを形成する方法であって、かかる方法は、モレキュラーシーブ材の粉末を提供するステップと、粉末の層を連続して堆積させるステップと、かかる堆積層の選択領域に粉末が結合するに充分なエネルギーを付与することで、その内部に通る複数のガス経路を有するモレキュラーシーブ材の中実ブロックを提供するステップとを含むことを特徴とする。
【００１２】
第五発明は、第三発明及び第四発明の方法により形成されるモレキュラーシーブブロックであることを特徴とする。
【００１３】
第六発明は、試料ガスをチャンバ内に送る入口、モレキュラーシーブを介してガスをチャンバ内に送るガスフロー手段及びガス中の物質の存在を表示する電気的出力部を含む検出装置であって、かかるモレキュラーシーブは、その内部を通る複数のガス経路を有するモレキュラーシーブ材の中実ブロックを含むことを特徴とする。
【００１４】
また、上記チャンバは、イオン移動度ドリフトチャンバであることが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
この発明に従うモレキュラーシーブを含むＩＭＳ装置を、概略図を参照して例示しつつ、以下に説明する。
【００１６】
図１に示すスペクトロメータは入口１を有し、大気中の化学物質及び蒸気がかかる入口１から入り、更に、それらがイオン化されるイオン化チャンバ２まで入り込む。ゲート３は、ドリフトチャンバ４の左方端からイオンを取り込み、かかるイオンは電極５により印加された電界によりドリフトチャンバ４の右方端へと流れる。それらイオンは、イオンを検出する捕集プレート６にて捕集され、そのことがプロセッシングユニット７に出力され、次いで、かかるユニット７から、ディスプレイ８やその他の利用可能な手段に出力され、検出された化学物質の性質が表示される。ポンプ９は、ドリフトチャンバ４内にて、イオンの流れる方向とは反対の方向、すなわち右方から左方にドリフトガスを循環させる。ポンプ９の出口側は、管１１及びモレキュラーシーブユニット２０を介して、ドリフトチャンバの右方端にある入口１０に接続している。一方、ポンプ９の入口側は、管１３を介して、ドリフトチャンバ４の左方端の出口１２に接続している。
【００１７】
図２及び３はモレキュラーシーブユニット２０を示しており、かかるモレキュラーシーブユニット２０は、その一端に入口開口２２を、その他端に出口開口２３を具え、矩形断面を有する外側プラスチックハウジング２１を具える。また、かかるモレキュラーシーブユニット２０は、モレキュラーシーブ材として機能する、焼結したゼオライト材からなる、単一の中実ブロック２４を具える。かかるブロック２４は、ハウジング２１の内部と同一の形状を有し、ブロック内を連通し、両方の端面２９及び３０に開口する多数のガス経路２５〜２８を有する。ガス流路は、円形状２５、三角形状２６、矩形状２７、五角形状２８などの、規則性を有する又は不規則な任意の断面形状とすることができる。断面積及びガス流路２５〜２８の長さは、ブロック２４により所望されない物質をどの程度除去することが必要とされているかによって異なる。断面積が小さく、流路が長いガス流路２５〜２８は、所望されない物質を相当量除去することができるが、同時にガスの流れに抗する抵抗が大きくなる。ブロック２４は、ハウジング内にてガス気密シールを形成することから、ガスはブロック２４内にて局限されて流れる。ガス気密シールは、ブロックの外側とハウジング２１の内側との間にある、分離シーリング部材（図示せず）の手段により達成することができる。ブロック２４の端面２９及び３０は、ハウジング２１の端部から僅かに離間していることから、ブロックの端面全域からガスが効率的に流れることを確実にしている。あるいは、ハウジング２１の内側端又はブロック２４の端面を、所望のガス流路とし得るような形状にすることも可能である。
【００１８】
モレキュラーシーブは、矩形の断面形状のみならず、種々の異なる断面形状とし得ることには留意されたい。モレキュラーシーブは、長くしたり、薄くしたり、短くしたり、厚くしたりすることができる。モレキュラーシーブ材としては、ゼオライトなどの多様な材料を使用することができる。モレキュラーシーブは単一のブロックである必要は無く、並べた又は端部に配した複数のブロックから構成することもできる。
【００１９】
ブロック形状のモレキュラーシーブは、その体積を３０％小さくしたとしても、従来の遊離したゼオライト球体のパックと同等の機能を有するとされている。あるいは、モレキュラーシーブによる回収効率を高める必要がある場合には、球状のパックと同体積のブロック状のモレキュラーシーブを提供することも可能である。中実ブロック構造の更なる利点は、化学物質を用いてシーブブロックを洗浄することができること、又は、汚染された場合に熱処理することでブロックを再利用することができることにある。中実シーブブロックは、特許文献１に記載の方法により、ドーパントを含めることができる。
【００２０】
シーブ材のブロック２４は様々な方法により製造することができるが、図４に示すような押出成形技術により製造することが好ましい。ホッパー４０は、押出ヘッド４２に供給される、ゼオライト粉末のスラリー４１及び水等の液体を含む。ヘッド４２は、外形及び製造されたブロックの内部のガス流路２５〜２８を画定する金型４３を具える。押出成形物４４は、連続棒状にてヘッド４２から排出され、次いで、これを切断ステーション４５にて切断され、次いで、これを熱処理ステージ４６にて焼結するまで焼かれる。かかる押出成形プロセスにより、低コストにて様々な形状のブロックを形成することが可能である。製造されたブロックは、ブロックの外形と一致する内部形状を有する外側ハウジング内に配置される。
【００２１】
あるいは、ブロックは、ガス流路を画定するピンを有する金型内にて成型して、単純に形成することもできる。その他の技術では、ブロックを成型する又は後から除去可能な材料要素を含めて形成することができる。これら要素は、焼結プロセスにて溶解される細い棒状の材料要素とすることができ、あるいは、水等の溶媒により溶解する材料要素とすることができる。
【００２２】
ブロックを製造するその他の方法は、図５に示すように、ゼオライト粉末の連続層が堆積して、選択性レーザー焼結装置により、かかる堆積層の選択された領域に粉末同士を結合させるに充分なエネルギーを付与するものである。かかる装置は、ゼオライト粉末５１を含んだホッパー５０を有し、かかるホッパー５０は、基材５２上を往復して、粉末の連続した薄層を堆積させる。プロセッサ５５により制御され、基材５２上に配置されている高エネルギーレーザースキャナ５４は、エネルギーを有するビームを堆積層５３の選択された領域に照射する。ビームのエネルギーは、照射された領域内の粉末顆粒同士を充分に結合させる。粉末が照射対象となっていない領域では、粉末が遊離した状態にて維持されており、かかる粉末が（空気噴射等の手段により）連続層間から除去される又は操作の最後に除去される。従って、ブロック内のガス流路は、レーザービームにより結合しなかった領域により形成される。この方法により、ブロック内に相当に複雑で、曲がりくねったガス流路を三次元的に構築することが可能となる。レーザービームにより付与されるエネルギーが、ゼオライト粉末顆粒を焼結するに充分でない場合には、ゼオライト粉末に、レーザーエネルギーに曝されると結合する結合材を混合することで対応することができる。かかる方法で製造されたブロックは、その後、炉内にて高温処理して、完全に焼結させることで、結合剤を除去することが可能である。
【００２３】
上述した構成である、ハウジングとシーブブロックとは夫々異なる要素である。しかし、プラスチック材にゼオライト材を混合することで、その双方を統合した装置を製造することも可能である。この方法では、例えば、検出装置のハウジングの壁部の厚さにてシーブ材を内蔵させることができる。
【００２４】
この発明は、ＩＭＳ装置以外のその他の検出装置に適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】装置の概略図である。
【図２】モレキュラーシーブの斜視図である。
【図３】異なる種々の形状のガス流路を示す、モレキュラーシーブのＩＩＩ―ＩＩＩ線拡大断面図である。
【図４】モレキュラーシーブを製造し得る押出成形技術を示した図である。
【図５】モレキュラーシーブを製造するレーザー焼結技術を示した図である。
【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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【国際調査報告】
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