JP2005034782A - 洗浄装置及び洗浄方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 塵埃のみならず液体も除去し、被洗浄物への再付着も防止することができ、バキュームなどによる集塵機を必要とせずに洗浄が行える低コストな洗浄装置を提供する。
【解決手段】 洗浄装置は、被洗浄物２の洗浄面２ａ近傍に配置したエアーノズル１から高圧エアーを該洗浄面２ａに対して斜めに吹き付けるエアー供給手段と、エアーノズル１の吹き出し口１ａの前方に配置され、少なくとも被洗浄物２から除去した付着物３を含むエアーＡＲを、エアーガイド壁面５ａに沿って排気導入路６へと排出させ回収する回収手段とを備える。回収手段は、エアーノズル１の吹き出し口１ａの前方に配置されるエアーガイド部５と、このエアーガイド部５のエアーガイド壁面５ａに沿って流れるエアーＡＲを回収する排気導入路６を構成するエアーカバー部７とから構成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば高圧エアーを被洗浄物に吹き付けて該被洗浄物から塵埃や液体などを除去して回収する洗浄装置及び洗浄方法に関する。詳しくは、除去した塵埃などを含むエアーを壁面に沿って排気導入路へと回収させるコアンダ効果を利用した塵埃除去技術に関する。

従来、塵埃を被洗浄物から除去する技術としては、これまでに数多くの技術が提案されている。例えば、特許文献１には、鋼板に付着した液体を圧縮空気を吹き付けて除去する際に、超音波ノズルを使用し、空気に超音波を与えて吹き付けるようにした物体付着液体の除去方法が提案されている。また、特許文献２には、被洗浄物の表面に高圧気体を吹き付けると共に、その高圧気体の噴射領域に超音波振動を加えることによって粒子化した洗浄液を供給して表面に付着した付着物を除去する洗浄装置が提案されている。

しかしながら、これら特許文献１及び特許文献２に記載される技術は、何れも除去した付着物を回収する機構を備えていない。このため、除去した付着物が被洗浄物に再付着したり、洗浄装置周囲が汚れるなど環境面で問題がある。

そこで、除去した付着物を回収する機構を備えた洗浄装置も提案されている。特許文献３の洗浄装置は、超音波振動を加えた圧縮気体を被洗浄物に吹き付け、除去したダストを吸引ノズルにより吸引することによって、被洗浄物へのダストの再付着を防止している。また、特許文献４の洗浄装置は、被洗浄物である基板に吹き付けた空気に超音波振動を与えて塵埃を除去し、その除去した塵埃を吸引し回収することによって、基板への塵埃の再付着を防止している。

また、図６には、高圧エアーを吹き付けるエアーノズル１０１を、例えば電子部品などを実装させる実装基板１０２の洗浄面１０２ａに近接して配置し、そのエアーノズル１０１から洗浄面１０２ａに向かって吹き出された高圧エアー（エアーブロー）により該洗浄面１０２ａから除去した塵埃を回収する集塵機の排気ノズル１０３を、該エアーノズル１０１を取り囲むようにして設け、この排気ノズル１０３より除去した塵埃をバキュームして回収する洗浄装置が提案されている。

これら特許文献１、２及び図６に示す洗浄装置は、何れも高圧エアーを吹き出すエアーノズル１０１を被洗浄物である実装基板１０２に対してほぼ垂直に配置することによって、高圧エアーの漏洩を防止している。

特開２０００−２７１５５１号公報（第２頁、図１）

特開平７−２７５７４６号公報（第４頁、図１）

特開２００２−３１６１１０号公報（第３頁、図１）

特開２００１−２１８９９号公報（第３頁及び第４頁、図１）

しかしながら、特許文献１、２及び図６に示す洗浄装置は、何れも大容量のバキュームによる集塵機によって除去した塵埃を吸引し外部に排出する構造であるため、集塵機の停止時やメンテナンス状況によっては作業環境に除去した塵埃が飛散することが考えられ、塵埃の完全な回収には至らない。

また、前記した洗浄装置は、何れもエアーノズル１０１と被洗浄物である実装基板１０２との距離Ｈを１〜２ｍｍ程度と極めて近くに配置すると共にエアーノズル１０１を実装基板１０２に対してほぼ直角に近い角度で配置しないと集塵効果が保持できないため、装置調整作業に時間がかかる。仮に、前記距離Ｈを５ｍｍ以上とすると、集塵機の吸引力にバラツキが生じ、エアーブローが外部に漏れ、クリーナーの働きをしなくなる。また、この洗浄装置では、表面に１〜２ｍｍ以上の凹凸やうねりがある被洗浄物に対しては洗浄は不可能である。

また、これら洗浄装置では、バキュームによる大型の集塵機を使用するため、被洗浄物に付着した液体の除去ができないと共に、広い装置設置面積や高額な設備投資、電気代、メンテナンスなどのランニング費用が必要となる。また、エアーノズル１０１の周囲に排気ノズル１０３が必要なため、被洗浄物設置部分の装置形状が大型になる。さらに、集塵機を使用するため、爆発性の気体が存在する作業環境下では、この洗浄装置を使用することは困難である。

なお、被洗浄物に高圧エアーを吹き付ける方法ではなく、粘着ローラーを被洗浄物の洗浄面に接触さえるクリーニング方法もあるが、粘着物に付着した塵埃が被洗浄物に再付着する、または、この方法では液体を除去することは不可能である。

そこで、本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、塵埃のみならず液体も除去することができると共に塵埃の被洗浄物への再付着も防止でき、バキュームなどによる集塵機を必要とせずに洗浄が行える低コストな洗浄装置及び洗浄方法を提供することを目的とする。

本発明の洗浄装置は、エアーノズルから高圧エアーを被洗浄物の洗浄面に対して吹き付けるエアー供給手段と、この高圧エアーの吹き付けにより除去された塵埃を含むエアーを回収する回収手段とを備える。高圧エアーは、エアーノズルを被洗浄物の洗浄面近傍に配置し洗浄面に対して斜めに吹き付ける。回収手段は、エアーノズルの吹き出し口の前方に配置し、除去した塵埃を含むエアーを壁面に沿って排気導入路へと排出させて回収する。

このように、本発明の洗浄装置によれば、エアーノズルの吹き出し口の前方に、高圧エアーの吹き付けにより除去された塵埃を含むエアーを回収するための回収手段を設け、その回収手段の壁面に沿って除去した塵埃を含むエアーを排気導入路へと排出させるように構成しているので、高価で大きな設置面積を必要とするバキュームによる集塵機を使用することなく、簡単な構造で被洗浄物から塵埃を除去することが可能となる。

本発明の洗浄方法は、被洗浄物の洗浄面近傍に配置したエアーノズルから高圧エアーを斜めに吹き付け、洗浄面から除去した塵埃を含むエアーを、エアーノズルの吹き出し口の前方に配置した回収手段の壁面に沿って排気導入路へと排出させ回収させる。

本発明の洗浄方法によれば、高圧エアーが被洗浄物の洗浄面に対して斜めに吹き付けられると、高圧エアーによって洗浄面に付着された塵埃や液体などの付着物が除去される。そして、除去された付着物を含むエアーは、コアンダ効果によってそのエアーノズルの前方に置かれた回収手段の壁面に沿って排気導入路へと排気され回収されることになる。

本発明の洗浄装置によれば、バキュームによる集塵機を使用することなく、コアンダ効果を利用して除去した付着物を壁面に沿って排気導入路へと排出させ回収する単純な構造の回収手段としているので、設備投資の削減、ランニングコストの低減、メンテナンス費用の低減を図ることができると共に、装置設置スペースも大幅に減少させることができる。

本発明の洗浄方法によれば、被洗浄物の付着物を高圧エアーによって除去することができると共に、その除去した付着物を含むエアーをコアンダ効果によって周囲に飛散させることなくその全てを排出導入路へと排出させ回収させることができ、被洗浄物への再付着を防止することができる。その結果、塵埃が原因となる製造不良を大幅に減らすことができるため、生産性を向上させることができる。

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

「洗浄装置の構成」
本実施の形態の洗浄装置は、図１に示すように、エアーノズル１から高圧エアーを被洗浄物２の洗浄面２ａに対して斜めに吹き付けるエアー供給手段と、エアーノズル１の吹き出し口の前方に配置され、被洗浄物２から除去した付着物３を含むエアーＡＲを回収する回収手段と、被洗浄物２に吹き付ける高圧エアーに超音波を与える超音波発生手段と、洗浄面２ａに帯電する静電気を取り除く除電ノズル４を有する静電除去手段と、被洗浄物２の洗浄面２ａに表面保護コーティング液や静電気帯電防止液などの薬液を吹き付ける薬液供給手段とを備えている。

エアー供給手段は、図示を省力するコンプレッサーからエアーノズル１に高圧エアーを供給し、その高圧エアーをエアーノズル１の吹き出し口１ａより被洗浄物２に対して吹き付けるように構成されている。エアーノズル１から吹き出される高圧エアーとしては、例えば吹き出し圧力を３〜５ｋｇ／ｃｍ２程度とし、吹き出し速度を２５〜３０ｍ／ｓ程度とすることが好ましい。

エアーノズル１は、被洗浄物２の洗浄面２ａに対して直角ではなく、洗浄面２ａに対して斜めに配置される。このエアーノズル１と洗浄面２ａとのなす角度（以下、これを吹き付け角度という）は、５度〜４５度とすることが好ましい。前記吹き付け角度が５度未満であると、洗浄面２ａに吹き付けられるエアーが減り十分な洗浄効果が得られなくなり、４５度を越えると、コアンダ効果による塵埃の回収効率が悪くなる。

前記エアーノズル１の吹き付け角度は、前記角度の範囲内で任意に可変することができ、付着する付着物３などの種類に応じて調整する。洗浄の対象となる被洗浄物２は、電子部品を実装させる実装基板、シリコンウエハー，ＬＣＤパネル（液晶表示装置用パネル），ＦＥＤパネル（フィールド・エミッション・ディスプレイパネル），ＰＤＰ（プラズマ・ディスプレイパネル）などの基板、多機能フィルムなどの他、紙、ペットボトルなどである。付着物３としては、例えば数ｎｍ〜数μｍ程度の基板カットくず・糸ゴミなどの塵埃や液体である。

また、エアーノズル１と被洗浄物２との距離は、エアーノズル１を洗浄面２ａに対して斜めに配置し、そのエアーノズル１の吹き出し口１ａの前方に除去した付着物３を含むエアーを回収する回収手段を配置していることから、後述する理由により垂直に配置した場合に比べてその距離を大きく確保できる。例えば、エアーノズル１と被洗浄物２との距離を、５〜１０ｍｍ程度とすることができる。この程度の距離を確保することができれば、被洗浄物２の洗浄面２ａに１〜２ｍｍ以上の凹凸やうねりがあっても本実施の形態の洗浄装置で洗浄することができる。

除去した付着物３を含むエアーＡＲを回収する回収手段は、エアーノズル１の吹き出し口１ａの前方に配置されるエアーガイド部５と、このエアーガイド部５のエアーガイド壁面５ａに沿って流れるエアーＡＲを回収する排気導入路６を構成するエアーカバー部７とから構成されている。

エアーガイド部５は、下方に突出する半円形状のガイド壁として形成されている。このエアーガイド部５は、円弧状をなすエアーガイド壁面５ａを有し、エアーノズル１から洗浄面２ａに吹き付けられて除去された付着物３を含むエアーＡＲを、当該エアーガイド壁面５ａに沿って排気導入路６へと排出させる。これは、コアンダ効果によるものである。コアンダ効果とは、空気の流れが壁に沿って流れる壁面効果のことを言う。

エアーカバー部７は、エアーガイド部５の中心より左半分に相当する位置に対応してエアーガイド壁面５ａに沿って形成されており、このエアーガイド壁面５ａとで排気導入路６を形成している。そして、このエアーカバー部７の開口端７ａは、被洗浄物２の洗浄面２ａに近接した位置に至るまで延在している。排気導入路６は、図示を省略する排気部に接続されている。排気部では、除去した付着物３を含むエアーＡＲを回収するようになっている。

超音波発生手段は、被洗浄物２に吹き付ける高圧エアーに超音波を与えるもので、図２に示すように、超音波発振電源８と、超音波発振子９とから構成されている。超音波発振子９は、エアーノズル１に固定されており、超音波発振電源８から発振された任意の超音波周波数を受信して振動する。この超音波を受けてエアー供給口１ｂからエアーノズル１内に導入されたエアーは、超音波発信子９によって振動が与えられる。エアーノズル１の吹き出し口１ａから放出される高圧エアーには、エアーノズル１内で超音波が伝播される。

例えば、ここで高圧エアーに伝播する超音波としては、２０〜４００ＫＨｚ程度することが望ましい。周波数が２０ＫＨｚ未満であると、エアー内に疎密波が生じ難くなり、付着物３の除去効率が低下する。一方、４００ＫＨｚを越えると、それ以上の除去効果向上はあまり期待できなくなる。

このように、エアーノズル１の吹き出し口１ａより吹き出される高圧エアーに超音波が伝播された高圧エアーが被洗浄物２の洗浄面２ａに吹き付けられると、エアー内に疎密波が生じ、当該洗浄面２ａに付着した塵埃や液体などの付着物３の除去効率が高まる。

静電除去手段（静電エアーブロー装置）は、洗浄面２ａに高圧エアーが接触した際に発生する静電気を除去するためのもので、図１に示すように、エアーノズル１の吹き出し方向に除電ノズル４を配置させている。除電ノズル４は、エアーカバー部７の開口端７ａ寄りの位置であって、被洗浄物２の洗浄面２ａ近傍部に設けられている。また、この除電ノズル４の吹き出し口４ａは、エアーノズル１から吹き出される高圧エアーの吹き出し方向とは反対側に向けて洗浄面２ａに対して斜めに静電気除去エアーが吹き出されるようになっている。

薬液供給手段は、図１に示すように、被洗浄物２の洗浄面２ａをコーティングする表面保護コーティング液や洗浄面２ａに静電気が帯電しないようにする静電気帯電防止液などの薬液を貯蔵する薬液タンク１０と、この薬液タンク１０から薬液をエアーノズル１から吹き出される高圧エアーに載せて吹き出す薬液供給ノズル１１とから構成されている。

薬液供給ノズル１１は、細長い管からなり、薬液を吐出する吐出口１１ａを前記エアーノズル１の吹き出し口１ａに近接させて配置されている。薬液供給ノズル１１から吐出された薬液は、エアーノズル１から吹き出される高圧エアーの吸引力により、この高圧エアー内に薬液が拡散されてミスト状に広がり、洗浄面２ａ全体に亘って供給されることになる。

「洗浄方法」
前記した洗浄装置を使用して被洗浄物２に付着した塵埃や液体などの付着物３を除去するには、次のようにする。先ず、薬液タンク１０に静電気帯電防止及び塵埃除去を助ける液体を入れ、薬液供給ノズル１１の吐出口１１ａからこの静電気帯電防止及び塵埃除去を助ける液体を吐出する。薬液を吐出するに際しては、エアーノズル１の吹き出し口１ａから高圧エアーを吹き出し、この高圧エアーに薬液を吸引させる。

薬液供給ノズル１１は、エアーノズル１の近傍に配置されていることから、薬液タンク１０に比べて負圧となり薬液（静電気帯電防止及び塵埃除去を助ける液体）が高圧エアーに吸引されることになる。その結果、薬液は、ミスト状となって被洗浄物２の洗浄面２ａにまんべんなく均一に塗布されることになる。この静電気帯電防止及び塵埃除去を助ける液体の塗布により、塵埃など付着の原因となる静電気を予め取り除いて置くことができる塵埃の除去効果が向上する。

次に、超音波発振電源８によって超音波発振子９を振動させてエアーノズル１内に超音波を発生させ、その超音波を高圧エアーに与える。そして、超音波が与えられた高圧エアーを、エアーノズル１の吹き出し口１ａから被洗浄物２に向けて吹き出す。このとき、高圧エアーを被洗浄物２の洗浄面２ａに対して斜めから吹き付けるので、排出時まで吹き出し時の流速を維持することができる。また、エアーノズル１の吹き出し口１ａと被洗浄物２との距離を５〜１０ｍｍ程度と大きく保つことができるので、そのエアーノズル１の配置調整作業を簡略化することができると共に、洗浄面２ａに多少の凹凸やうねりがあっても洗浄可能となる。

超音波が与えられた高圧エアーがエアーノズル１から吹き出されると、この高圧エアー内には疎密波が生じ、該疎密波によって被洗浄物２の洗浄面２ａに付着した付着物３が揺すられる。その結果、付着物３は、洗浄面２ａから離れ易くなる。つまり、洗浄面２ａに付着した付着物３は、２方向以上から力が加えられるため、洗浄面２ａとの接着力から分離し易くなるため、除去され易くなる。なお、クリーナー効果が顕著に表れる対象塵埃は、１００μｍ以下の塵埃である。

高圧エアーによって洗浄面２ａから除去された付着物３を含むエアーＡＲは、コアンダ効果によりエアーカバー部７のエアーガイド壁面５ａに沿って流れ、エアーカバー部７によって形成された排気導入路６を通り、排気部へと排出されることになる。このとき、ミスト状に広がって洗浄面２ａに均一に塗布された薬液もエアーＡＲと共に回収されることになる。また、エアーノズル１で流速を速めた高圧エアーを被洗浄物２に非常に近い位置からぶつけることにより、付着物３の除去効果が増し、その流速によりコアンダ効果を効率良く発生させ、付着物３を回収することができる。

このように、本発明の方法によれば、流速の早い高圧エアーによるブロー効果と超音波による付着物３の除去効果によって除去された付着物３を含むエアーＡＲは、排出時の高圧エアーの流れに周囲の空気も巻き込まれるバキューム効果によって、そのエアーカバー部７の開口端７ａの近傍部に生じた負圧にて排気導入路６へと排出されることになる。このバキューム効果によって、洗浄面２ａに付着した付着物３を除去することができ、付着物３の除去効果を増大させることができる。

したがって、被洗浄物２の洗浄面２ａから除去された付着物３を含むエアーＡＲは、排気導入路６を通り排気部へとその全てが排気されることから、付着物３及びその付着物３を含んだエアーＡＲを作業環境に飛散させることなく除去し排出させることが可能となる。これにより、例えばＬＣＤパネル、ＦＥＤパネルなど構造上ゴミが致命的な機能上の不具合を発生させる電子部品組み立てにおける不良品の大幅な減少、生産性の向上を図ることができる。また、紙、フィルム、ペットボトルなどを被洗浄物２とした場合には、レーベル面にゴミがあると印刷不良となるが、本発明の洗浄方法を使用することにより、大幅な不良品低減及び生産性の向上を図ることができる。

また、本発明の洗浄装置によれば、エアーノズル１より吹き出した高圧エアーを１００％回収し、付着物３を周囲に飛散させることはないので、無塵室環境で使用することができるようになる。これにより、大幅な設備投資の削減、ランニングコストの低減、メンテナンス費用の削減を図れる。また、バキュームによる集塵機などのように機械的・電気的な可動部がないため、火花や温度発生部がなく、半導体などの製造工程に爆発性雰囲気内での作業工程が含まれるものでも、本発明の洗浄装置の適用により塵埃除去が可能となり、生産性の向上やプロセス改善が実現される。

「その他の実施形態」
前記した実施の形態では、超音波発振子９をエアーノズル１内に設け、超音波発振電源８より任意の超音波周波数を発生させる構造の他、図３に示すように、振動板１２をエアーノズル１内に設け、この振動板１２をエアーノズル１内に導入するエアーによって振動させることにより、超音波を発生させるようにしてもよい。または、図４に示すように、振動子１３がエアーによりチャンバー内で回転し、エアーノズル１本体を振動させて超音波を発生させるようにしてもよい。なお、図３及び図４において、振動板１２及び振動子１３の材質・寸法を適宜選択することにより、最適な超音波周波数を発生させることができる。

この他、図５に示すように、エアー供給手段、回収手段、超音波発生手段、静電除去手段及び薬液供給手段とからなる洗浄ユニット１４を、被洗浄物２の両面にそれぞれ配置するようにしてもよい。このように、被洗浄物２の両面に洗浄ユニット１４を配置すれば、同時に被洗浄物２の洗浄面２ａに付着する塵埃や液体などの付着物３を除去することができる。

また、図１において、除電ノズル４を配置した位置に、補助エアーノズルを配置すれば、エアーブロー効果を２倍とすることができる。このとき、補助エアーノズルからのエアーブローも全てメインノズルのバキューム効果により、塵埃は回収できる。

また、図１では、エアーガイド壁面５ａを半円形状としたが、被洗浄物２、塵埃の種類に応じて更に効率の良い複数のＲを持つ複合の円弧等の形状にエアーガイド壁面５ａを形成するようにしてもよい。

また、本発明では、被洗浄物２の洗浄面２ａが上向き、下向き、または横向きでもエアーノズル１によって洗浄することができる。

本発明は、例えば半導体ウエハーやＬＣＤ基板などに付着する塵埃などを高圧エアーの吹きつけにより除去し、その除去した塵埃を含むエアーを回収する技術に適用することができる。

本実施の形態の洗浄装置の概略構成図である。 エアーノズル内に超音波発信子を取り付けた構造のエアーノズルの断面図である。 エアーノズル内に振動板を設けた構造のエアーノズルの断面図である。 エアーノズル内に振動子を設けた構造のエアーノズルの断面図である。 被洗浄物の両面に洗浄ユニットを配置した例を示す洗浄装置の概略構成図である。 従来の洗浄装置の概略構成図である。

符号の説明

１…エアーノズル
２…被洗浄物
２ａ…洗浄面
３…付着物
４…除電ノズル
５…エアーガイド部
６…排気導入路
７…エアーカバー部
８…超音波発振電源
９…超音波発振子

Claims (9)

1. 被洗浄物の洗浄面近傍に配置したエアーノズルから高圧エアーを該洗浄面に対して斜めに吹き付けるエアー供給手段と、
   前記エアーノズルの吹き出し口の前方に配置され、少なくとも前記被洗浄物から除去した付着物を含むエアーを、壁面に沿って排気導入路へと排出させ回収する回収手段とを備えた
   ことを特徴とする洗浄装置。
2. 請求項１に記載の洗浄装置であって、
   前記被洗浄物に吹き付ける高圧エアーに超音波を与える超音波発生手段を備えた
   ことを特徴とする洗浄装置。
3. 請求項１に記載の洗浄装置であって、
   前記被洗浄物の洗浄面近傍部に設けられ、該洗浄面に帯電する静電気を取り除く静電除去手段を備えた
   ことを特徴とする洗浄装置。
4. 請求項１に記載の洗浄装置であって、
   前記エアーノズルに近接して薬液供給ノズルを配置し、前記被洗浄物の洗浄面にその薬液供給ノズルから薬液を吹き出す薬液供給手段を備えた
   ことを特徴とする洗浄装置。
5. 被洗浄物の洗浄面近傍に配置したエアーノズルから高圧エアーを該洗浄面に対して斜めに吹き付けるエアー供給手段と、前記エアーノズルの吹き出し口の前方に配置され、少なくとも前記被洗浄物から除去した付着物を含むエアーを、壁面に沿って排気導入路へと排出させ回収する回収手段とからなる洗浄ユニットを、前記被洗浄物の両面にそれぞれ配置した
   ことを特徴とする洗浄装置。
6. 被洗浄物の洗浄面近傍に配置したエアーノズルから高圧エアーを斜めに吹き付け、少なくとも該洗浄面から除去された塵埃を含むエアーを、エアーノズルの吹き出し口の前方に配置された回収手段の壁面に沿って排気導入路へと排出させ回収する
   ことを特徴とする洗浄方法。
7. 請求項６に記載の洗浄方法であって、
   前記高圧エアーに超音波を与えることを特徴とする洗浄方法。
8. 請求項６に記載の洗浄方法であって、
   前記被洗浄物の洗浄面に静電気除去エアーを吹き付けることを特徴とする洗浄方法。
9. 請求項６に記載の洗浄方法であって、
   前記エアーノズルに近接して設けた薬液供給ノズルから前記高圧エアーの吹き出しに合わせて薬液を吐出することを特徴とする洗浄方法。
   
   

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