(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二酸化炭素からなる粒子生成ガスを通過させて超高速均一ナノ粒子を生成するノズルであって、
前記粒子生成ガスを急速に膨張させるオリフィスと、
前記オリフィスの出口側に設けられ、ノズルの出口側に進むにつれて断面積が広くなる形状の膨張部と、を備え、
前記膨張部は、
前記オリフィスの出口側より前記ノズルの出口側に向けて、第１の膨張部、第２の膨張部、第３の膨張部の順に備えてなり、
前記第２の膨張部の平均膨張角が前記第１の膨張部の膨張角よりも大きく、
前記第２の膨張部は、前記第１の膨張部との連結部が前記第１の膨張部の出口側の膨張角と同じ膨張角を有する第１領域と、前記第１領域から前記第２の膨張部の中心部に向けて膨張角を増加した第２領域と、前記第２領域から前記第２の膨張部の出口側に向けて膨張角を減少させた第３領域とを有し、
前記第３の膨張部は、前記第２の膨張部の出口の前記第３領域に連結され、
前記第３の膨張部の膨張角は、前記第２の膨張部の平均膨張角よりも大きいことを特徴とする超高速均一ナノ粒子生成ノズル。
【請求項２】
前記第１の膨張部は、０°超え３０°以下の膨張角を有し、
前記第２の膨張部は、前記第１の膨張部の膨張角に比べて１０°〜４５°増加した平均膨張角を有することを特徴とする請求項１に記載の超高速均一ナノ粒子生成ノズル。
【請求項３】
前記第３の膨張部は、前記第２の膨張部の平均膨張角に比べて１０°〜４５°増加し、最大９０°未満の膨張角を有することを特徴とする請求項１に記載の超高速均一ナノ粒子生成ノズル。
【請求項４】
前記ノズルの入口側に設けられる圧縮部をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の超高速均一ナノ粒子生成ノズル。
【請求項５】
前記膨張部の出口は、前記ノズルが対象物に近付くようにノズル軸を基準として斜めに切断された形状であることを特徴とする請求項１に記載の超高速均一ナノ粒子生成ノズル。
【請求項６】
前記ノズルの外周面を取り囲む断熱部をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の超高速均一ナノ粒子生成ノズル。
【請求項７】
二酸化炭素からなる粒子生成ガスをノズルに通過させて超高速均一ナノ粒子を生成し、
前記ノズルは、前記ノズルの出口側に進むにつれて断面積が増加する膨張部を備え、
前記膨張部は、
前記ノズルの出口側に向かって、第１の膨張部、第２の膨張部、第３の膨張部の順に備えてなり、前記第１の膨張部、第２の膨張部、第３の膨張部は膨張角が互いに異なり、
前記第２の膨張部の平均膨張角が前記第１の膨張部の膨張角よりも大きく、
前記第２の膨張部は、前記第１の膨張部との連結部が前記第１の膨張部の出口側の膨張角と同じ膨張角を有する第１領域と、前記第１領域から前記第２の膨張部の中心部に向けて膨張角が増加された第２領域と、前記第２領域から前記第２の膨張部の出口側に向けて膨張角が減少された第３領域とを有し、
前記第３の膨張部は、前記第２の膨張部の出口の前記第３領域に連結され、
前記第３の膨張部の膨張角は、前記第２の膨張部の平均膨張角よりも大きいことを特徴とする超高速均一ナノ粒子生成装置。
【請求項８】
前記ノズルのノズルスロートに配設され、前記ノズルスロートの開閉断面積を調節するオリフィスをさらに備えることを特徴とする請求項７に記載の超高速均一ナノ粒子生成装置。
【請求項９】
前記粒子生成ガスの供給圧力を調節する圧力調節器をさらに備え、前記粒子生成ガスは、５ｂａｒ以上６０ｂａｒ以下の圧力にて前記ノズルに供給されることを特徴とする請求項７に記載の超高速均一ナノ粒子生成装置。
【請求項１０】
前記粒子生成ガスは、キャリアガスと混合されて供給され、
前記粒子生成ガスとキャリアガスとの混合比を調節する混合チャンバーをさらに備えることを特徴とする請求項７に記載の超高速均一ナノ粒子生成装置。
【請求項１１】
前記キャリアガスは、窒素またはヘリウムからなり、
前記混合比は、前記キャリアガスの体積比が１０％以上９９％以下になるように決定されることを特徴とする請求項１０に記載の超高速均一ナノ粒子生成装置。
【請求項１２】
前記粒子生成ガスとキャリアガスが混合された混合ガスの供給圧力を調節する圧力調節器をさらに備え、
前記粒子生成ガスは、５ｂａｒ以上１２０ｂａｒ以下の圧力にて前記ノズルに供給されることを特徴とする請求項１１に記載の超高速均一ナノ粒子生成装置。
【請求項１３】
前記第１の膨張部は、０°超え３０°以下の膨張角を有し、前記第２の膨張部は、前記第１の膨張部の膨張角に比べて１０°〜４５°増加した平均膨張角を有することを特徴とする請求項７に記載の超高速均一ナノ粒子生成装置。
【請求項１４】
前記第３の膨張部は、前記第２の膨張部の膨張角に比べて１０°〜４５°増加するが、最大９０°未満の平均膨張角を有することを特徴とする請求項７に記載の超高速均一ナノ粒子生成装置。
【請求項１５】
前記ノズルの出口は、前記ノズルが対象物に近付くようにノズル軸を基準として斜めに切断された形状であることを特徴とする請求項７に記載の超高速均一ナノ粒子生成装置。
【請求項１６】
二酸化炭素からなる粒子生成ガスをノズルに通過させて超高速均一ナノ粒子を生成する方法であって、
前記ノズルは、ノズルの出口側に進むにつれて断面積が広くなる形状の膨張部と、前記膨張部の入口に設けられて前記粒子生成ガスを急速に膨張させるオリフィスと、を備え、
前記膨張部は、前記オリフィスの出口側より前記ノズルの出口側に向けて、第１の膨張部、第２の膨張部、第３の膨張部の順に備えてなり、前記第２の膨張部の平均膨張角が前記第１の膨張部の膨張角よりも大きく、前記第３の膨張部の膨張角が前記第２の膨張部の平均膨張角よりも大きく、前記第２の膨張部は、前記第１の膨張部との連結部が前記第１の膨張部の出口側の膨張角と同じ膨張角を有する第１領域と、前記第１領域から前記第２の膨張部の中心部に向けて膨張角を増加させた第２領域と、前記第２領域から前記第２の膨張部の出口側に向けて膨張角を減少させた第３領域とを有し、前記第２の膨張部の出口の前記第３領域に連結された前記第３の膨張部の膨張角は、前記第２の膨張部の平均膨張角よりも大きく形成され、
前記粒子生成ガスが前記ノズルのノズルスロートに設けられたオリフィスを通過しながら急速に膨張されて核の生成が行われる核生成ステップと、
前記核生成ステップを経た後、ノズルスロートの出口からつながる０°超え３０°未満の膨張角を有する第１の膨張部を通過しながら核の成長が行われて昇華性粒子が生成される粒子生成ステップと、
前記粒子生成ステップを経た後、前記第１の膨張部の出口からつながり、前記第１の膨張部の膨張角よりも１０°〜４５°増加した平均膨張角を有する第２の膨張部を通過しながら境界層の成長を打ち消して前記昇華性粒子の噴射速度が上昇する粒子加速ステップと、
前記粒子加速ステップを経た後、前記第２の膨張部の出口からつながり、前記第２の膨張部の平均膨張角よりも１０°〜４５°増加するが、最大９０°未満の膨張角を有する第３の膨張部を通過しながら昇華性粒子の等エントロピコアをノズルの外部に形成させる流動調節ステップと、
を含む超高速ナノ粒子の生成方法。
【請求項１７】
前記核生成ステップの前ステップであって、
前記粒子生成ガスの圧力を調節する圧力調節ステップをさらに含むことを特徴とする請求項１６に記載の超高速ナノ粒子の生成方法。
【請求項１８】
前記圧力調節ステップを経た前記粒子生成ガスの圧力は、５ｂａｒ以上６０ｂａｒ以下に調節されて前記ノズルに流入することを特徴とする請求項１７に記載の超高速ナノ粒子の生成方法。
【請求項１９】
前記核生成ステップの前ステップであって、
前記粒子生成ガスとキャリアガスを混合させて混合ガスを形成する混合ステップと、
前記混合ステップを経た混合ガスの圧力を調節する圧力調節ステップと、
をこの順に含むことを特徴とする請求項１６に記載の超高速ナノ粒子の生成方法。
【請求項２０】
前記キャリアガスは、窒素またはヘリウムからなり、
前記圧力調節ステップを経た前記混合ガスの圧力は、５ｂａｒ以上１２０ｂａｒ以下に調節されて前記ノズルに流入することを特徴とする請求項１９に記載の超高速ナノ粒子の生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超高速均一ナノ粒子生成ノズル、生成装置および生成方法に係り、さらに詳しくは、常温の条件下で均一な寸法のナノ粒子を生成し、これを超高速にて噴射する超高速均一ナノ粒子生成ノズル、生成装置および生成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、超高速均一ナノ粒子生成ノズル、生成装置および生成方法に関する。本発明は、ナノ汚染物質の除去、ナノ寸法の溝堀り、表面粗さの調節などの様々な用途に活用可能であるが、一般に、高速微粒子の生成および噴射装置は、フラットディスプレイパネル（ＦＰＤ：Ｆｌａｔ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｐａｎｅｌ）、半導体素子などを対象とする乾式洗浄装置に盛んに活用されるため、以下、乾式洗浄装置に用いられる微粒子の生成および噴射装置を基準として本発明の背景となる技術について説明する。
洗浄装置または方法は、湿式洗浄方式および乾式洗浄方式に大別される。中でも、乾式洗浄方式とは、昇華性粒子を生成してこれを汚染された対象物の表面に噴射して汚染物を離脱させて除去する方式のことをいう。
昇華性粒子を生成するに当たっては、一般に、気体、液体または気体−液体の混合物をノズルに供給してこれを固体粒子に変換して噴射する方式が用いられる。
【０００３】
米国登録特許第５，０６２，８９８号には、極低温のエアロゾールを用いる表面洗浄方法が開示されている。具体的には、混合ガスを膨張させることによりアルゴンガスをエアロゾールとして形成して汚染された対象物の表面を洗浄する方法に相当し、エアロゾールの極低温の実現のために液化点まで冷却させる熱交換過程を含む。
一方、大韓民国公開特許第１０−２００６−００７９５６１号には、別途の冷却装置を設けて二酸化炭素およびアルゴンを用いて固体粒子を生成し、キャリアガスを用いてこれを噴射する洗浄装置が開示されている。また、大韓民国公開特許第１０−２００４−０１０１９４８号には、キャリアガスを加熱するための別途の加熱装置を備える噴射ノズルが開示されている。
一方、乾式洗浄装置の性能は、洗浄粒子の粒径、寸法の均一性、数密度、噴射速度などにより決定される。
【０００４】
まず、洗浄粒子の粒径の側面からみて、洗浄対象となる汚染物質が小さければ小さいほど、それに比例して昇華性粒子の粒径も小さくならなければならない。１００ｎｍ以下の寸法の汚染物を除去するためには、ナノ寸法の昇華性粒子が求められる。
また、洗浄力の側面からみて、高い洗浄力を有するためには、昇華性粒子の噴射速度が速くならなければならず、１０ｎｍ級の汚染物を除去するためには超音速が求められる。
しかしながら、上述した従来の技術による乾式洗浄装置は、粒子の粒径および速度が非常に制限的であるという問題がある。
【０００５】
まず、アルゴンガスを用いて昇華性粒子を生成する場合には、別途の冷却装置を設けて窒素の液化温度に近付く程度に予冷して供給しなければならないため、これにより、昇華性粒子の噴射速度の減少が必然的である。また、予冷時における温度の調節し難さにより数密度および均一性の高い昇華性粒子を生成することが困難であるという問題がある。
これに対し、二酸化炭素を用いて昇華性粒子を生成する場合には、常温における別途の温度調節なしに比較的に手軽に昇華性粒子を生成することができるというメリットがある。しかしながら、二酸化炭素を用いてマイクロ寸法以上の昇華性粒子は手軽に生成することができるが、ナノ寸法の昇華性粒子を生成することに多大な技術的困難さが伴う。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上述した問題を解消するために案出されたものであり、別途の冷却装置なしにナノ寸法の常温の昇華性粒子を生成するとともに、これを超高速にて噴射して洗浄効率を大幅に高めることのできる超高速均一ナノ粒子生成ノズル、生成装置および生成方法を提供するところにその目的がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した目的を達成するために案出された本発明による超高速均一ナノ粒子生成ノズル、生成装置および生成方法は、二酸化炭素からなる粒子生成ガスを通過させて超高速均一ナノ粒子を生成するものであって、ノズルスロートの開閉断面積を調節するオリフィスを設けて別途の冷却装置なしに均一な核の生成を誘導し、ノズルの出口側に進むにつれて断面積および膨張角が増加する膨張部を設けて比較的に緩やかな第１の膨張部を通じて核を成長させて粒子の生成を図り、第１の膨張部に比べて急激な膨張角を有する第２の膨張部を通じて生成された粒子を加速させることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、別途の冷却装置なしにナノ寸法の常温の昇華性粒子を生成するとともに、これを超高速にて噴射して洗浄効率を大幅に高めることができるという効果がある。
より具体的には、オリフィスを設けることにより、急速膨張を通じて別途の冷却装置なしに数密度および均一度の高い核生成を誘導することができる。
また、緩やかな膨張角を有する第１の膨張部を通じて生成された核を成長させてナノ寸法の昇華性粒子を形成することができ、第２の膨張部を通じて増加した膨張角にて膨張させることにより形成された粒子を加速させることができる。
さらに、第３の膨張部を設けて剥離地点を調節して洗浄効率をさらに高めることができる一方で、ノズルの出口面を斜めに切断して洗浄対象物への近接性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態による超高速均一ナノ粒子生成ノズルの横断面を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態による超高速均一ナノ粒子生成ノズルの横断面を示す断面図であり、膨張部の膨張角を示す。
【図３】本発明の一実施形態による超高速均一ナノ粒子生成ノズルと対象物との間の近接関係を示す概念図であり、（ａ）は、通常の場合のノズルの出口面と対象物との間の位置関係を示し、（ｂ）は、ノズルの出口面を斜めに切断して、ノズルを対象物に近づけた場合の位置関係を示す。
【図４】本発明の一実施形態による超高速均一ナノ粒子生成装置の主な構成を示す構成図である。
【図５】本発明の一実施形態による混合ガスを用いる場合の超高速均一ナノ粒子の生成方法を示す手順図である。
【図６】本発明の一実施形態による純粋粒子生成ガスを用いる場合の超高速均一ナノ粒子の生成方法を示す手順図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面に基づき、本発明を実施するための具体的な内容について詳細に説明する。
図１および図２は、本発明の一実施形態による超高速均一ナノ粒子生成ノズルの横断面を示す断面図である。
本発明の一実施形態による超高速均一ナノ粒子生成ノズルは、ノズルスロート１１に設けられたオリフィス１２と、ノズルスロート１１の出口からつながる膨張部と、を備えてなる。
【００１１】
まず、オリフィス１２は、ノズルスロート１１の開閉断面積を調節して、ノズルスロート１１の断面積を微細孔で減少させる。オリフィス１２を通過する粒子生成ガス（または、粒子生成ガスとキャリアガスの混合ガス）は急速に膨張されてナノ寸法の核を生成する。
また、オリフィス１２はノズルスロート１１に設けられることを想定しているが、ここでのノズルスロート１１は、ノズル１０における断面積の最狭部を意味するため、膨張部の入口側にオリフィス１２のみが取り付けられる場合も含むといえる。すなわち、オリフィス１２そのものを一つのノズルスロート１１として見なしてもよい。
【００１２】
一方、従来の技術による粒子生成装置のノズルの場合、核の生成のために粒子生成ガスを冷却させる過程を必須的に含まなければならないが、本発明によるノズル１０の場合、微細孔を有するオリフィス１２を設けて急速に膨張させることにより別途の冷却装置なしに常温下で核の生成を誘導することができる。なお、急速膨張に伴い、均一な寸法の核も生成可能であるといえる。
また、オリフィス１２は、微細孔の孔径が変わらない形状を呈してもよく、微細孔の孔径が調節可能な絞り状を呈してもよく、一方では、ノズル１０に取り付けられるオリフィス１２が取替え可能な形状に設けられて微細孔の孔径を調節する方式も考えられる。
【００１３】
さらに、本発明による超高速均一ナノ粒子生成ノズルは、ノズルスロート１１の出口側またはオリフィス１２の出口側に設けられる膨張部を備える。膨張部は、従来の技術による粒子生成ノズルとは異なり、出口側に進むにつれて断面積が増加する形状を呈する。従来の技術による粒子生成ノズルは、粒子の成長のために断面積が繰り返し増加／減少する形状を呈する。
より具体的に、膨張部は、膨張角が互いに異なる第１の膨張部１４および第２の膨張部１５を備えてなる。
【００１４】
第１の膨張部１４は、０°超え３０°未満の膨張角θ１を有することが好ましく、第１の膨張部１４を通過しながら核の成長が行われる。第１の膨張部１４は、第２の膨張部１５に比べて比較的に緩やかな膨張角θ１を有するように形成され、核の成長が行われるのに十分な時間を提供する。
第１の膨張部１４は、比較的に緩やかな膨張角θ１をもって比較的に長く形成されて核の成長を誘導するのに対し、境界層が増加して有効面積を減少させるため流動速度の減少を招く。このため、これを補償するために追加の加速力が得られる第２の膨張部１５を設ける。
【００１５】
第２の膨張部１５の平均膨張角θ２は、第１の膨張部１４の膨張角θ１に比べて１０°〜４５°増加した膨張角θ２を有することが好ましい。第２の膨張部１５は、第１の膨張部１４に比べて急激な膨張角を有するように形成されて入口および出口の高い面積比を形成するため粒子を十分に加速させる。一方、第２の膨張部１５は、第１の膨張部１４および第３の膨張部とは異なり、単一の膨張角を有さないため平均膨張角と称する。
第２の膨張部１５は、第１の膨張部１４から延びるに当たって、その連結部の膨張角が断続的に大幅に変わる場合に内部衝撃波が発生する。このため、第２の膨張部１５はうねりを有する形状に形成されることが好ましい。より具体的に、第２の膨張部１５の第１の膨張部１４との連結部は、第１の膨張部１４の出口側の膨張角θ１と同じ膨張角を有するように形成するが、第２の膨張部１５の中心部に進むにつれて膨張角が次第に増加して中心部の近くにおいて急激な傾斜角を形成し、再び中心部から第２の膨張部１５の出口側に進むにつれて膨張角が減少するように形成して内部衝撃波の発生を防げるように形成されることが好ましい。
【００１６】
本発明の一実施形態による超高速均一ナノ粒子生成ノズルの膨張部は、上述したように、第１の膨張部１４および第２の膨張部１５を備えてなることが考慮されるが、他方では、第３の膨張部１６をさらに備えることが考慮される。
第３の膨張部１６は、第２の膨張部１５の出口に連結され、膨張部の最終出口を形成する。第３の膨張部１６は、ノズル１０の内部流動の剥離地点を調節する役割を果たす。
第３の膨張部１６は、第２の膨張部１５の膨張角θ２よりも１０°〜４５°増加するが、最大９０°未満の膨張角θ３を有することが好ましい。
ノズル１０の後端の背圧が低い場合には剥離地点がノズルスロート１１から遠ざかるため流動長がさらに成長可能であるため、第３の膨張部１６は、十分な長さを確保するとともに、剥離地点を膨張部の先端に誘導するように形成されることが好ましい。等エントロピコア（ｉｓｅｎｔｒｏｐｉｃ  ｃｏｒｅ）がノズル１０の外部に形成されて洗浄効率を大幅に高めることができるためである。
【００１７】
これに対し、ノズル１０の後端の背圧が高く形成された場合には剥離地点がノズルスロート１１に近付くため流動長が既に十分に成長された状態であるといえるため、第３の膨張部１６の長さを短縮させて等エントロピコアをノズル１０の外部に露出させることが好ましい。
一方、ノズル１０の外部面は、断熱部１８により取り囲まれることが好ましい。断熱部１８は、外部断熱管とその内部に充填される断熱材からなる。断熱部１８は、ノズル１０の断熱性を維持して粒子の成長を促すとともに、ノズル１０が高圧ガスに耐えるように外壁を形成して機械的強度を提供する。なお、ノズル１０の側面の全体を取り囲むように一体形に形成されることが好ましい。
【００１８】
一方、図３は、本発明の一実施形態による超高速均一ナノ粒子生成ノズルと対象物との間の近接関係を示す概念図である。
図３の（ａ）は、通常の場合のノズル１０の出口面と対象物１との間の位置関係を示し、図３の（ｂ）は、ノズルの出口面を斜めに切断して、ノズルを対象物１に近づけた場合の位置関係を示したものである。
図３の（ａ）に示すように、ノズル１０は、一般に、所定の角度だけ傾いた状態で洗浄作業を行う。この場合、円筒状の特性からみて、ノズル１０の出口が対象物１に完全に近付かないため洗浄効率が低下するという問題が発生する。
このため、このような問題を解消するために、図３の（ｂ）に示すように、ノズル１０の出口面をノズル１０の作業角度であるように斜めに切断された形状に形成することが好ましい。このようにして切断された形状の切断角θ４は、ノズル軸１９を基準として２０°以上９０°未満の範囲を有することが好ましい。
【００１９】
以上では、本発明の一実施形態による超高速均一ナノ粒子生成ノズルについて説明した。以下、このようなノズル１０を備える超高速均一ナノ粒子生成装置について説明する。
図４は、本発明の一実施形態による超高速均一ナノ粒子生成装置の主な構成を示す構成図である。
本発明による超高速均一ナノ粒子生成装置は、ｉ）粒子生成ガスにキャリアガスを混入して用いる場合と、ｉｉ）粒子生成ガスのみを用いる場合に分けられる。
【００２０】
まず、ｉ）粒子生成ガスにキャリアガスを混入して用いる場合には、図１に示すように、粒子生成ガス貯留部４０およびキャリアガス貯留部５０を有するガス貯留部と、混合チャンバー３０と、圧力調節器２０およびノズル１０を備える。
また、ｉｉ）粒子生成ガスのみを用いる場合には、キャリアガス貯留部５０および混合部を備えていない。
粒子生成ガスとキャリアガスを混合して用いる場合、粒子生成ガス貯留部４０およびキャリアガス貯留部５０は、混合チャンバー３０に連結される。上述したように、粒子生成ガスとしては二酸化炭素が用いられ、キャリアガスとしては窒素またはヘリウムが用いられることが好ましい。混合チャンバー３０は、粒子生成ガスとキャリアガスを十分に混合するとともに、混合比を調節する役割を果たす。混合比は、キャリアガスの体積比が混合ガスの総体積の１０％以上９９％以下になるように決定して、二酸化炭素混合ガスを形成することが好ましい。
【００２１】
混合チャンバー３０において混合された混合ガスは、圧力調節器２０に流入する。圧力調節器２０は、混合ガスのノズル１０への供給圧力を調節する。
一方、二酸化炭素からなる粒子生成ガスのみを用いる場合には、混合チャンバー３０を経ることなく粒子生成ガス貯留部４０を圧力調節器２０に直結して粒子生成ガスを圧力調節器２０に供給することが考えられる。以下、混合ガスに対比する概念であって、粒子生成ガスのみを用いる場合の粒子生成ガスを純粋粒子生成ガスと称する。
【００２２】
また、圧力調節器２０からの出力圧力は、生成される昇華性粒子の粒径および噴射速度を考慮して、ｉ）混合ガスの場合に５〜１２０ｂａｒ、ｉｉ）純粋粒子生成ガスの場合に５〜６０ｂａｒの範囲内において形成されることが好ましい。
圧力調節器２０を通過した混合ガスまたは純粋粒子生成ガスは、ノズル１０の入口に供給される。
ノズル１０の入口に供給された混合ガスまたは純粋粒子生成ガスは、上述したように、オリフィス１２と、第１の膨張部１４および第２の膨張部１５をこの順に通過して昇華性ナノ粒子を対象物１に噴射する。ノズル１０の詳細な内部構造については上述した通りであるため、ここでは重複する説明を省略する。
【００２３】
以下、本発明の一実施形態による超高速均一ナノ粒子の生成方法について説明する。
本発明の一実施形態による超高速均一ナノ粒子の生成方法は、二酸化炭素からなる粒子生成ガスをノズル１０に通過させて超高速均一ナノ粒子を生成する方法である。ここで、粒子生成ガスは、キャリアガスと混合されて混合ガスのノズル１０に供給されてもよく、純粋粒子生成ガスの形で供給されてもよい。
【００２４】
まず、混合ガスの形で供給される場合、粒子生成ガスとキャリアガスを混合して混合ガスを形成する混合ステップおよび混合ステップを経た混合ガスの圧力を調節する圧力調節ステップをこの順に含むことが好ましい。
ここで、キャリアガスは、窒素またはヘリウムからなり、圧力調節ステップを経た混合ガスの圧力は５ｂａｒ以上１２０ｂａｒ以下に調節されてノズル１０に流入することが好ましい。
【００２５】
圧力調節ステップを経た後、粒子生成ガスがノズル１０のノズルスロート１１に設けられたオリフィス１２を通過しながら急速に膨張されて核の生成が行われる核生成ステップを経る。
また、核生成ステップを経た後、ノズルスロート１１の出口からつながる０°超え３０°未満の膨張角θ１を有する第１の膨張部１４を通過しながら核の成長が行われて昇華性粒子が生成される粒子生成ステップを経る。
さらに、粒子生成ステップを経た後、第１の膨張部１４の出口からつながり、第１の膨張部１４の膨張角θ１よりも１０°〜４５°増加した平均膨張角θ２を有する第２の膨張部１５を通過しながら境界層の成長を打ち消して昇華性粒子の噴射速度が上昇する粒子加速ステップを経る。
【００２６】
粒子加速ステップを経た後、第２の膨張部１５の出口からつながり、第２の膨張部１５の平均膨張角θ２よりも１０°〜４５°増加するが、最大９０°未満の膨張角θ３を有する第３の膨張部１６を通過しながら昇華性粒子の等エントロピコアをノズル１０の外部に形成する流動調節ステップをさらに含むことが好ましい。
一方、純粋粒子生成ガスのみが供給される場合、混合ステップを経ることなく、粒子生成ガスの圧力を調節する圧力調節ステップを経る。
ここで、圧力調節ステップを経た粒子生成ガスの圧力は、５ｂａｒ以上６０ｂａｒ以下に調節されてノズル１０に流入することが好ましい。
以降のステップは、上述した核生成ステップと、粒子生成ステップと、粒子加速ステップおよび流動調節ステップと同様である。
【００２７】
本発明の好適な実施形態を説明するために用いられた位置関係は、添付図面に基づいて説明されたものであり、実施態様によってその位置関係は異なってくる。
また、特に断りのない限り、技術的または科学的な用語をはじめとして本発明において用いられるあらゆる用語はこの考案が属する技術分野において通常の知識を有する者によって一般的に理解されるものと同じ意味を有しているといえる。なお、この出願において明らかに定義しない限り、理想的な意味として、あるいは、過度に形式的な意味として解釈されてはならない。
【００２８】
以上、本発明の好適な実施形態を挙げて説明したが、これらの実施形態はもとより、本発明に既存の公知の技術を単に組み合わせたか、あるいは、本発明を単に変形した実施形態もまた当然のことながら本発明の権利範囲に属するものであるといえる。
【００２９】
本発明は、汚染物質の除去だけではなく、ナノ寸法の溝堀り、表面粗さの調節などの超高速昇華性ナノ粒子の噴射が求められる様々な分野において様々な用途に適用可能である。
【符号の説明】
【００３０】
１：対象物
１０：ノズル
１１：ノズルスロート
１２：オリフィス
１３：オリフィスブロック
１４：第１の膨張部
１５：第２の膨張部
１６：第３の膨張部
１７：ガス供給管
１８：断熱部
１９：ノズル軸
２０：圧力調節器
３０：混合チャンバー
４０：粒子生成ガス貯留部
５０：キャリアガス貯留部
θ１、θ２、θ３：膨張角
θ４：切断角
【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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