JP2000254554A - 微粒化ノズル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 金属イオンの溶出がなく、更には、耐薬品
性、耐熱性、の特徴を備えるとともに、軽量化を実現し
た渦流方式の微粒化ノズルの提供。 【解決手段】 ノズルボディ２の外周部２０７に形成さ
れた気体導入口２０２と、該気体導入口２０２から導入
された気体Ａを外部に噴出する気体噴出口２０１と、を
備えた中空のノズルボディ２と、液体通路管３０９と、
該液体通路管３０９の先端に開口し、前記気体噴出口２
０１に臨むように配置される液体噴出口３０１を備えた
前記ノズルボディ２内部に挿着される中子様の部材であ
って、前記ノズルボディ２内側に前記気体導入口２０２
及び前記気体噴出口２０１と連通する気体通路７を形成
するとともに、前記ノズルボディ２の尖頭部２０３の内
側領域には、該尖頭部２０３の内周壁２０８と協働して
高速渦流発生部３０３を形成する液体通路部材３と、を
備えた微粒化ノズル１において、前記液体通路部材３
を、非金属材料で形成することとした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液体を微粒化して
噴霧吐出するノズルに関し、更に詳細には、半導体製
造、薄膜精密コーティング、医療分析、科学分析等に適
する微粒化ノズルに関する。

【０００２】

【従来の技術】液体を微粒化して噴霧吐出するノズル
は、塗装、造粒、燃焼、窯業における釉薬吹き付け、磁
気ディスク等の薄膜精密コーティング等の多種多様な産
業分野で使用されてきた。

【０００３】特に、本出願人が、特開昭４−２１５５１
号報、特開昭４−５９０２３号報等で提案した渦流方式
の微粒化ノズル、即ち、ノズル内部に導入された気体に
高速の渦流を生ぜしめ、この高速渦流によって液体を粉
砕して微粒化するノズルは、精密かつ安定的に、所望の
超微粒子を得る事ができることから、各産業分野におい
て普及している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記微
粒化ノズルにおいては、従来その材質がステンレス、高
力黄銅、黄銅等の金属製に限定されていたことから、酸
性又はアルカリ性の液体を微粒化する場合では、液体が
ノズルを通過する過程において、金属イオンが溶出して
しまうことが懸念されていた。このため、半導体製造
業、医薬・薬品製造業、医療分析、微量化学分析、各種
科学分析等の分野からは、金属イオン溶出防止に対する
改善が強く要請されていた。

【０００５】また、酸性又はアルカリ性の液体等を微粒
化する場合においては、耐薬品性ノズルが強く求められ
ているとともに、合成樹脂製のノズル開発においては、
２５０℃以上の高温液体を処理することができるよう
に、耐熱性も強く求められていた。

【０００６】更には、金属製からなる上記従来のノズル
は、重量が嵩むため、ノズルを取り付ける各種部材に余
分な負荷を与えてしまう等の問題も指摘されており、軽
量化が要請されていた。

【０００７】そこで、本発明の目的は、金属イオン溶出
がなく、更には、耐薬品性、耐熱性、の特徴を備えると
ともに、軽量化を実現した非金属製の微粒化ノズルを提
供し、微粒化特性に優れた渦流式ノズルの汎用性を拡大
することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、以下の手段を採用する。請求項１では、
ノズル内部に気体を導入する気体導入口と、該気体導入
口から導入された気体を外部に噴出させて、外部混合に
より液体を微粒化する気体噴射口と、を備えた中空の
「ノズルボディ」と、ノズル内部に送り込まれてきた液
体を通過させる液体通路管と、該液体通路管の先端に開
口し、前記気体噴射口に臨むように配置される液体噴出
口と、を備える、前記ノズルボディ内部に挿着される中
子様の部材であって、前記ノズルボディ内側に前記気体
導入口及び前記気体噴射口と連通する気体通路領域を形
成するとともに、前記ノズルボディの尖頭部内側領域
に、該尖頭部内壁と協働して高速渦流発生部を形成する
「液体通路部材」と、を備えた微粒化ノズルにおいて、
前記液体通路部材を非金属材料で形成する。この手段で
は、前記液体通路部材が非金属材料で形成されているた
め、微粒化対象の液体に、鉄イオン、アルミニウムイオ
ン、銅イオン等の金属イオンを溶出させてしまうことが
ない。

【０００９】請求項２では、請求項１記載のノズルボデ
ィを、非金属材料で形成する。この手段により、微粒化
ノズル全体が、非金属材料で形成されることになるた
め、金属イオンの溶出防止をより徹底できる。

【００１０】請求項３では、請求項１又は２に記載され
た液体通路部材を、合成樹脂から形成する。この手段で
は、金属イオンの溶出防止をより徹底できるだけでな
く、ノズルの軽量化をも図ることができる。

【００１１】請求項４では、請求項１から３のいずれか
に記載の液体通路部材を、耐薬品性の合成樹脂から形成
する。この手段では、酸性またはアルカリ性の液体、有
機溶剤等による腐食を有効に防止することができるとと
もに、ノズルの軽量化をも図ることができる。

【００１２】請求項５では、請求項１から４のいずれか
に記載のノズルボディを、合成樹脂から形成する。この
手段により、微粒化ノズルの軽量化が一層促進される。

【００１３】請求項６では、請求項５記載のノズルボデ
ィの尖頭部を、前記気体噴出口に向けて先細りになるテ
ーパー形状を備えるようにする。この手段では、ノズル
ボディの気体噴出口からの気体噴出に際し、該気体噴出
口周辺において、ノズルボディの尖頭部周辺からの巻き
込み気流を形成させることなく、気体噴出口から噴出さ
れた気体とともに前方へ流れる気流を形成するので、気
体噴出口周辺に微粒化対象の液体が付着するおそれがな
くなる。また、ノズルボディの尖頭部の肉厚を多くする
ことによって、該尖頭部の強度を確保することができ
る。

【００１４】以上のような手段を採用することにより、
本発明は、微粒化特性に優れた渦流式ノズルの汎用性を
拡大することができるという技術上の意義を有する。特
に、シリコンウエハーへのコーティング技術等において
は、半導体の電流の流れを乱す原因となる金属イオン
が、微粒化されるコーティング液体中に混入することを
無くすことができる。

【００１５】また、医薬製造業、医療分析、科学分析等
の分野において本発明に係る渦流式ノズルが使用される
ことによって、従来困難であった医薬製造、医療分析、
科学分析等が可能となる。従って、本願発明は、各種産
業の発達に寄与することになる。

【００１６】

【発明の実施の形態】次に、本発明の好適な実施形態に
ついて、添付図面を参照しながら説明する。図１は、本
発明に係る微粒化ノズルの実施形態を表す全体斜視図、
図２は、同微粒化ノズルの部品構成を示す分解斜視図
で、同図（Ａ）は、ノズルボディを示す斜視図、同図
（Ｂ）は、同ノズルボディに螺着される液体通路部材を
示す斜視図、同図（Ｃ）は、同液体通路部材に螺着され
るナット部材を示す斜視図、同図（Ｄ）は、ナット部材
に固着されるホース部材の端部を示す斜視図、である。

【００１７】図３は、本発明に係る微粒化ノズルの内部
構成を示す図で、液体通路部材の一部を切り裂いて示す
縦断面図、図４は、同ノズルにおいて、ノズルボディの
気体噴出口内側領域に高速渦流発生部を形成する液体通
路部材上端部の構成を示す部分斜視図、図５は、同ノズ
ルを使用して液体を微粒化する場合の具体的な実施例を
示す、簡略化したレイアウト図、である。

【００１８】まず、図１から図３及び図４に示す符号１
は、本発明に係る微粒化ノズル本体を示している。図１
に示すように、ノズル本体１の外観構成は、先細りのテ
ーパー形状の尖頭部２０３を備えた中空のノズルボディ
２と、該ノズルボディ２の内側に螺着された液体通路部
材３と、から構成され、該液体通路部材３には、ナット
部材４を介して液体ホース５が螺着ている。

【００１９】ノズルボディ２は、該ボディ２の外周部２
０７を垂直方向に刳り抜いて形成され、その内周面にネ
ジ山２０２１が形成されてなる気体導入口２０２と、前
記尖頭部２０３の先端に形成された開口部であって、前
記気体導入口２０２から導入される気体Ａを外部に噴出
する気体噴出口２０１と、ノズルボディ２の外周部２０
７に対向形成された一対の凹状平坦部２０４と、から外
観上構成されている。

【００２０】尚、上記一対の凹状平坦部２０４は、微粒
化ノズル１を把持部材で挟んで、周辺部材に固定し易く
したり、スパナで把持される部位となってノズルの組立
てを容易化したり等するために、設けられたものであ
る。

【００２１】次に、図２（Ｂ）を参照して、液体通路部
材３の外観構成を説明する。液体通路部材３は、上記ノ
ズルボディ２の中空内部に挿入され、微粒化対象の液体
Ｒの通路となる部材である。

【００２２】液体通路部材３は、液体Ｒの通路となる円
筒状の管部３０５と、該管部３０５の上端部に開口形成
され、液体Ｒを外部に吐出する液体噴出口３０１と、該
液体噴出口３０１のやや下方位置に管部３０５の周方向
にリング状に突設され、気体Ａを渦流化するための渦流
形成溝３０４が複数設けられたリング部３０２と、該リ
ング部３０２で囲まれた内側領域に前記渦流形成溝３０
４と連通するように形成されて、上方に開口するリング
状溝部３０３と、管部３０５の下方に雄ねじが周設さ
れ、ノズルボディ２下方内周に形成された雌ネジ部２０
６に螺着する螺合部３０８と、該螺合部３０８の下方に
周方向に凸設して設けられ、リング状の（ゴム製）パッ
キン６が装着されるパッキン装着部８と、該パッキン装
着部８の更に下方に形成された、組立て時のスパナ把持
部位となるスパナ把持部３０９と、から構成されてい
る。

【００２３】図２（Ｃ）に示すナット部材４は、上下に
貫通する液体通路４０１と、上方に形成された雄ネジ部
４０２と、多角柱状に形成されたナット部４０３と、か
ら構成されている。尚、雄ネジ部４０２は、上記液体通
路部材３の下方内周に形成された雌ネジ部２０６に螺着
され、液体通路部材３の液体通路３０９と液体通路４０
１は、連通するようになる。

【００２４】図２（Ｄ）に示す液体ホース５は、合成樹
脂等で形成された管部材であって、その上端５０１は、
ナット部材４の下方内周部に嵌入され、液体通路４０１
と連通することになる。即ち、微粒化対象の液体Ｒは、
液体ホース５を通過して、ナット部材４に至り、さらに
液体通路部材３を通過して、液体噴出口３０１から吐出
されることになる。

【００２５】ここで、各部材の材質について、説明す
る．まず、液体通路部材３は、微粒化対象の液体Ｒに金
属イオン（例えば、鉄イオン，銅イオン，アルミニウム
イオンなど）を溶出させないようにするという目的か
ら、非金属材料で形成する。特に、軽量化をも図ること
ができるため、合成樹脂が好適である。

【００２６】合成樹脂の中でも，日本ポリペンコ株式会
社製の熱可塑性のエンジニアリングプラスチックである
ポリペンコ（登録商標）ＰＥＥＫ（ピーク）は、機械的
強度に優れ、２５０℃以上の高温下での連続使用に耐え
得る耐熱性、有機溶剤、酸性、塩基性の広範な薬品に対
して優れた耐性を示す耐薬品性の性質を合わせ持つた
め、ノズル１の用途を更に拡大することができる。尚、
液体通路となるナット部材４、液体ホース５も合成樹脂
で形成する。

【００２７】他に、耐熱性合成樹脂の例としては、アル
キッド樹脂（特にグリプタル樹脂）、メラミン樹脂、フ
ェノール樹脂、ケイ素樹脂、芳香族ポリアミド、ポリイ
ミド、ポリベンズイミダゾールなどが挙げられ、耐薬品
性の合成樹脂の例では、フッ素樹脂等が挙げあれる。

【００２８】ここで、ノズルボディ２は、該ノズルボデ
ィ２の尖頭部２０３が先細りのテーパー形状を備える構
成とされていることにより、気体噴出の際に該尖頭部２
０３周辺の空気を巻き込んで気体噴出口２０１周辺に乱
気流を発生さることなく、専ら前方流Ａ′（図３参照）
を発生させる構成とされているため、液体Ｒはノズルボ
ディ２に直接接触することがない。

【００２９】このため、微粒化対象の液体に金属イオン
を溶出させないと言う点だけから言えば、ノズルボディ
２は、ステンレスや黄銅等の金属材料で形成しても良
い。しかし、ノズル１全体の軽量化を図る必要がある場
合、例えば、複数のノズルを取り付け必要がある場合や
ロボットに取り付ける場合等には、合成樹脂製とするの
が好適である。

【００３０】このように、本発明に係る微粒化ノズル１
を、合成樹脂を含む非金属材料で形成できるのは、ノズ
ルボディ２とノズルボディ２内部に挿着される液体通路
部材３の二つの部材から構成される、その構造が極めて
簡易なものであって、しかも、ノズルボディ２と液体通
路部材３のそれぞれが、成形しやすい形状を備えている
からである。即ち、他のノズルのように、構造が複雑な
構成のものでは、合成樹脂等で成形すること自体が困難
である。

【００３１】更には、本発明に係る微粒化ノズル１は、
高速渦流気体Ｔによって液体Ｒを外部混合して、微粒化
液体Ｒｍとする方式を採用しているため、液体噴出口３
０１の口径を比較的大きくした構成（例えば、５ｍｍ以
上の口径）であっても、５ミクロン（μｍ）粒子径の微
粒化を確実に達成できるという特性を備えている。

【００３２】このため、ノズル１の形状は、高度の微粒
化レベルを保持しながら該ノズル１の用途に応じて変え
ることができ、しかもその変形許容範囲も広いことか
ら、非金属材料、特に成形容易な合成樹脂が、ノズル１
には、特に好適な材料となる。従って、微粒化特性に特
に優れた渦流方式微粒化ノズルにおいて、合成樹脂を含
む非金属材料で形成できた、本発明の意義は極めて大き
いものと言える。

【００３３】ここで、本発明に係る微粒化ノズル１の好
適な実施形態の内部構成について、図３に基づき説明す
る。ノズルボディ２の内周壁２０５と、液体通路部材３
の管部３０５で囲まれた領域は、気体導入孔２０２から
導入された気体Ａが通過する気体通路７を形成し、該気
体通路７を通って、気体Ａは上方へ向かい、下記する高
速渦流発生部Ｗを経て、高速渦流気体（Ｔ）とされる。

【００３４】この高速渦流発生部Ｗは、液体通路部材３
のリング部３０２に形成された渦流形成溝３０４と、該
渦流形成溝３０４に連通するリング状溝部３０３と、こ
のリング状溝部３０３から気体噴出口２０１へ至る領域
と、ノズルボディ２の尖頭部２０３の内周壁２０８と、
から構成され、これらの部材３０４等及び領域が協働し
て形成される、高速渦流気体Ｔを発生させる領域であ
る。

【００３５】尚、ノズルボディ２の尖頭部２０３は、徐
々に先細りするテーパー形状とすることにより、肉厚
（図３、圧符号Ｌ参照）を確保して、内外からの圧力に
耐え得る強度を備えている。

【００３６】図４にも示すように、渦流形成溝３０４
は、リング部３０２にスパイラル状に溝切りされて形成
されており、本実施形態では、計６カ所、等間隔に形成
されている。

【００３７】この渦流形成溝３０４の形状特性によっ
て、気体通路７（図３参照）を上昇してきた気体Ａは、
上記高速渦流発生部Ｗにおいて、平均化された気流へ整
流されながら上方へ向かう（先細りの）略円錐状の高速
渦流気体Ｔに変換され、気体噴出口２０１から噴出され
る。そして、図３に示す焦点Ｆの位置で、液体噴出口３
０１から吐出されてくる液体Ｒは、高速渦流気体Ｔと接
触して破砕され、微粒化液体Ｒｍとされて前方へ噴霧さ
れる。

【００３８】尚、ノズル１に送り込まれる気体Ａの体積
（圧力）と液体Ｒの体積比を変化させることにより、粒
径を３００μｍから５μｍ以下までに制御することがで
き、また、噴霧パターンを変化させることができる。

【００３９】以下、図５を参照して、本発明に係る微粒
化ノズル１を使用して液体Ｒを微粒化する場合におい
て、液体Ｒ、気体Ａのそれぞれを、ノズル１に送り込む
方法の実施形態について説明する。

【００４０】まず、液体ホース５からノズル１に送り込
まれる微粒化対象の液体Ｒは、液体タンク５０４に、必
要量貯めておく。そして、液体Ｒは、該タンク５０４か
らストレーナ５０３で濾過した後、液送ポンプ５０２に
よる圧力によって、液体送量調整バルブ（オリフィス又
は電磁バルブなど）５０１で送量調整を行いノズル１へ
送り込む。尚、符号５０５は、液体送量調整過程で、余
分な液体Ｒを再び液体タンク５０４に戻す返送管を示し
ている。

【００４１】一方、液体を微粒化するための気体Ａは、
エアーコンプレサ９０３からオンオフバルブ９０２及び
圧力微調整用バルブ９０１を経て、ノズル１の気体導入
孔２０２からノズル１内部へ送り込まれる。

【００４２】尚、液体Ｒ、気体Ａのそれぞれを、ノズル
１に送り込む方法は、上記実施形態に限定するものでは
なく、液体タンク５０４をエアーコンプレッサ９０３か
ら導入される気体で加圧し、圧力調整弁を介して液体を
ノズル１に送り込む、タンク加圧方式等も採用し得る。

【００４３】

【発明の効果】本願によって開示される発明によれば、
液体微粒化性能に優れた、渦流方式の微粒化ノズルの汎
用性を高めることげできる。即ち、微粒化ノズルの液体
通路部材を非金属材料で形成することによって、微粒化
対象の液体に金属イオンを溶出させてしまうことがなく
なるため、半導体製造業、医薬製造、薬品製造、医療機
器、科学分析等の分野でも使用することができる。ま
た、微粒化ノズルを合成樹脂で形成すれば、軽量化を図
ることができるためノズルが扱いやすくなるとともに、
量産化も達成する事ができる。更に、ノズルの材料とな
る合成樹脂を、耐熱性又は耐薬品性及びその両方の性質
を兼ね備えたものの中から適宜選択して形成すれば、種
々の産業分野からのニーズにきめ細かく対応できるよう
になり、産業の発達に広く貢献できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る微粒化ノズルの実施形態を表す全
体斜視図

【図２】同微粒化ノズルの部品構成を示す分解斜視図 （Ａ）ノズルボディを示す斜視図 （Ｂ）同ノズルボディに螺着される液体通路部材を示す
斜視図 （Ｃ）同液体通路部材に螺着されるナット部材を示す斜
視図 （Ｄ）ナット部材に固着されるホース部材の端部を示す
斜視図

【図３】本発明に係る微粒化ノズルの内部構成を示す図
で、液体通路部材の一部を切り裂いて示す縦断面図

【図４】同ノズルにおいて、ノズルボディの気体噴出口
内側領域に高速渦流発生部を形成する液体通路部材上端
部の構成を示す部分斜視図

【図５】同ノズルを使用して液体を微粒化する場合の具
体的な実施例を示す、簡略化したレイアウト図

【符号の説明】

１ 微粒化ノズル本体 ２ ノズルボディ ３ 液体通路部材 ２０１ 気体噴出口 ２０２ 気体導入孔 ２０３ 尖頭部 ２０８ 尖頭部内壁 ３０９ 液体通路管 ３０１ 液体噴出口 ７ 気体通路 Ｗ 高速渦流発生部

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ノズル内部に気体を導入する気体導入口
   と、該気体導入口から導入された気体を外部に噴出させ
   て、外部混合により液体を微粒化する気体噴射口と、を
   備えた中空のノズルボディと、 ノズル内部に送り込まれてきた液体を通過させる液体通
   路管と、該液体通路管の先端に開口し、前記気体噴射口
   に臨むように配置される液体噴出口と、を備える、前記
   ノズルボディ内部に挿着される中子様の部材であって、
   前記ノズルボディ内側に前記気体導入口及び前記気体噴
   射口と連通する気体通路領域を形成するとともに、前記
   ノズルボディの尖頭部内側領域に、該尖頭部内壁と協働
   して高速渦流発生部を形成する液体通路部材と、 を備えた微粒化ノズルにおいて、 前記液体通路部材は、非金属材料で形成されたことを特
   徴とする微粒化ノズル。
2. 【請求項２】 前記ノズルボディは、非金属材料で形成
   されたことを特徴とする請求項１記載の微粒化ノズル。
3. 【請求項３】 前記液体通路部材は、合成樹脂から形成
   されたことを特徴とする請求項１又は２記載の微粒化ノ
   ズル。
4. 【請求項４】 前記液体通路部材は、耐薬品性の合成樹
   脂から形成されたことを特徴とする請求項１から３のい
   ずれかに記載の微粒化ノズル。
5. 【請求項５】 前記ノズルボディは、合成樹脂から形成
   されたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記
   載の微粒化ノズル。
6. 【請求項６】 前記ノズルボディの尖頭部は、前記気体
   噴出口に向けて先細りになるテーパー形状を備えたこと
   を特徴とする請求項５に記載の微粒化ノズル。