JP2005111575A - Co2 snow jetting device and co2 snow jetting method - Google Patents
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Abstract
Description
液体CO2を膨張させてCO2スノーを生成しワークに向けて噴射することによって精密洗浄等に用いるCO2スノー噴射装置および方法に関する。 The present invention relates to an apparatus and method for injecting CO 2 snow used for precision cleaning and the like by inflating liquid CO 2 to generate CO 2 snow and injecting it toward a work.
従来から液体CO2を膨張させてCO2スノーを生成しワークに向けて噴射することによって精密洗浄等に用いるCO2スノー噴射システムにおいて、
1.CO2スノーを加速せしめるため
2.CO2スノーを周囲雰囲気の湿分から隔離するため
3.CO2スノーの噴射形状や噴射密度を所望する状態に調整するため
等のためにアシストガスが用いられていた。上記2や3の場合はCO2スノー噴射流の外周を囲むようにアシストガスを噴射し、上記1の場合は噴射前にCO2スノーにアシストガスを合流させる。この噴射前にCO2スノーにアシストガスを合流させてCO2スノーを加速する場合において、従来は、特許文献1に示す「ドライアイス・ブラスト用噴射ガン」のように主流(液体CO2流路)の外周環状流路に垂直にアシストガスを合流させたり、特許文献2の“CO2 Cleaning System and Method”のように主流(液体CO2流路)の外周環状流路にアシストガスを合流させる際に噴射方向に傾斜したりしていた。いずれの場合も、供給する両流体の圧力又は流量の調整又は制御を行なっているものの合流個所の圧力計測は行なっていない。
In a CO 2 snow injection system used for precision cleaning or the like by conventionally inflating liquid CO 2 to generate CO 2 snow and injecting it toward a workpiece,
1. 1. To accelerate CO 2 snow 2. Isolate CO 2 snow from ambient moisture. Assist gas has been used for adjusting the injection shape and injection density of CO 2 snow to a desired state. In the case of 2 and 3, the assist gas is injected so as to surround the outer periphery of the CO 2 snow injection flow, and in the case of 1, the assist gas is joined to the CO 2 snow before the injection. In the case of accelerating the CO 2 snow by joining the assist gas to the CO 2 snow before this injection, conventionally, the mainstream (liquid CO 2 flow path as in the “dry ice / blast injection gun” shown in Patent Document 1 is used. ) Or the assist gas is joined to the main annular (liquid CO 2 channel) outer annular channel as in “CO 2 Cleaning System and Method” of
特許文献3には、液体炭酸ガス貯槽と、該液体炭酸ガスを気化させ炭酸ガスにする蒸発器と、該炭酸ガスを昇圧する圧縮機と、該炭酸ガス中の不純物を除去する精製部と、炭酸ガスを再液化する凝縮部と、液体炭酸ガス中の不純物を除去する液体フィルタと、液体炭酸ガスを膨張させる絞り部と、膨張により得られたドライアイススノーを被洗浄物に向けて噴射する洗浄ノズルとを備え、絞り部が、液体炭酸ガスを膨張させるオリフィスを有し、このオリフィスは、表面硬化処理が施されているか、または表面硬化処理により形成された表面硬化層と同等の硬度を有する材料から構成されているドライアイス噴射洗浄装置が記載されている。
噴射前にCO2スノーにアシストガスを合流させてCO2スノーを加速する場合において、
1.CO2スノーの発生個所であると共に、アシストガスとの合流個所である膨張室の圧力がアシストガスを供給することにより供給ガス圧力が高くなり過ぎると、充分なCO2スノーを発生させるための膨張が行なえなくなる。このため、供給ガス圧力の制御だけでは充分でない要因として、以下のことが考えられる。CO2スノー発生に伴う温度低下による中心部の液体CO2供給管の収縮によりアシストガスの環状供給流路の間隙が拡大するという変化が、噴射開始時から噴射継続中に発生する。断続的に噴射を繰り返すシステムで用いられる場合、噴射開始時毎に流路圧損(システムロス)が異なってしまう。長期停止状態からの起動時に合わせて調整すると、時間経過とともに合流部の圧力は低下しアシストガスによる十分な加速が得られない。温度変化が無視できる定常状態に合わせて調整すると、CO2は吹き始め時に膨張室での充分な膨張ができずCO2スノー発生量が少なくなり、定常状態に達するまでの時間も余分に掛かることになる。この影響を排除するために、温度変化が無視できる定常状態になるまでの間無駄吹きすることで対応しようとした場合、液体CO2やアシストガスの無駄な消費によるコスト上昇と、トータルのタクトタイムの上昇を招いてしまう。
In the case of accelerating the CO 2 snow by joining the assist gas to the CO 2 snow before the injection,
1. When the supply gas pressure becomes too high due to the pressure of the expansion chamber, which is a location where CO 2 snow is generated and where the assist gas is merged, by supplying the assist gas, expansion is performed to generate sufficient CO 2 snow. Cannot be done. For this reason, the following may be considered as factors that are not sufficient only by controlling the supply gas pressure. A change that the gap in the annular supply flow path of the assist gas expands due to the contraction of the liquid CO 2 supply pipe at the center due to the temperature drop due to the generation of CO 2 snow occurs from the start of the injection to the continuing of the injection. When used in a system that repeats injection intermittently, the flow path pressure loss (system loss) differs at each injection start time. If the adjustment is made at the time of starting from the long-term stop state, the pressure at the merging portion decreases with time and sufficient acceleration by the assist gas cannot be obtained. If adjusted to a steady state where the temperature change can be ignored, CO 2 cannot expand sufficiently in the expansion chamber at the start of blowing, and the amount of CO 2 snow generated decreases, and it takes extra time to reach the steady state. become. In order to eliminate this influence, when trying to cope with wasteful blowing until the steady state where the temperature change can be ignored, the cost increases due to wasteful consumption of liquid CO 2 and assist gas, and the total tact time Will lead to an increase.
2.CO2スノーとアシストガスとが合流した際、周方向の成分分布不均一が生じると、周方向の温度分布不均一、周方向の密度分布不均一、そして周方向の流速分布不均一も発生し、噴射前のノズルの絞り周辺において部分的にCO2スノーが付着堆積し、目詰まりの原因となる。側方から合流する環状流路において、ヘッダ部で拡大した流路断面積を絞ることにより周方向流速分布の均一性を得ようとすると、上記1に記載した温度変化による流路断面積変化の影響が、さらに大きくなる。
という課題の解決が求められていた。
2. When CO 2 snow and assist gas merge, if circumferential component distribution non-uniformity occurs, circumferential temperature distribution non-uniformity, circumferential density distribution non-uniformity, and circumferential flow velocity non-uniformity also occur. In the vicinity of the nozzle stop before injection, CO 2 snow partially adheres and accumulates, causing clogging. In the annular flow path that merges from the side, when trying to obtain the uniformity of the circumferential flow velocity distribution by narrowing the flow path cross-sectional area enlarged at the header portion, the flow path cross-sectional area change due to the temperature change described in 1 above The impact is even greater.
There was a need to solve this problem.
本発明は、上記の課題を解決し、温度変化によるシステムロス変化の影響を少なくしたCO2スノー噴射装置および方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a CO 2 snow injection apparatus and method that solve the above-described problems and reduce the influence of a system loss change due to a temperature change.
本発明は、上記課題を解決するために、N2ガスやCO2ガス等のアシストガスに旋回を与えてCO2スノーに包囲合流させると共に、合流個所である膨張室の圧力を計測してアシストガスの供給圧力制御に用い、温度変化によるシステムロス変化の影響を少なくしたCO2スノー噴射装置および噴射方法を提供する。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention turns the assist gas such as N 2 gas or CO 2 gas to swirl it so as to surround and join the CO 2 snow, and measures the pressure of the expansion chamber which is the joining point to assist. Provided are a CO 2 snow injection device and an injection method which are used for gas supply pressure control and which are less affected by changes in system loss due to temperature changes.
本発明によって、液体CO2を膨張させてCO2スノーを生成し、該CO2スノーにアシストガスを合流させて噴射させるCO2スノー噴射装置において、前記アシストガスに旋回を与える旋回手段を設けてアシストガスの旋回流を合流箇所である膨張室でCO2スノーの周囲に形成し、該膨張室の壁部付近の圧力を測定する圧力測定手段を設け、測定された圧力の信号に基づいて前記アシストガスの供給圧力制御を行うことを特徴とするCO2スノー噴射装置およびこれを使用したCO2スノー噴射方法が構成される。 The present invention, the liquid CO 2 is expanded to produce a CO 2 snow in CO 2 snow injection device for injecting by merging the assist gas to the CO 2 snow, provided swivel means for providing swirl to the assist gas A swirling flow of the assist gas is formed around the CO 2 snow in the expansion chamber, which is the confluence, and pressure measuring means for measuring the pressure in the vicinity of the wall of the expansion chamber is provided. Based on the signal of the measured pressure, A CO 2 snow injection device characterized by performing supply gas pressure control of the assist gas and a CO 2 snow injection method using the same are configured.
本発明によると、膨張によるCO2スノー生成を確保しつつアシストガスを追加分散媒として分散相密度低下による固体粒子速度増加を図ることができ、旋回流による成分・温度・密度・流速の周方向均一化により、および固体粒子と内壁面の間の緩衝層として存在することにより壁面への付着・堆積・目詰まりを防止することができる。 According to the present invention, it is possible to increase the solid particle velocity by reducing the density of the dispersed phase by using the assist gas as an additional dispersion medium while ensuring the generation of CO 2 snow by expansion, and the circumferential direction of the component, temperature, density, and flow velocity due to the swirl flow Adhesion / deposition / clogging on the wall surface can be prevented by homogenization and by existing as a buffer layer between the solid particles and the inner wall surface.
液体CO2を膨張させてCO2スノーを生成し、該CO2スノーにアシストガスを合流させて噴射させるCO2スノー噴射方法において、前記アシストガスに旋回を与えてアシストガスの旋回流を合流箇所である膨張室でCO2スノーの周囲に形成し、該膨張室の壁部付近の圧力を測定し、測定された圧力の信号に基づいて前記アシストガスの供給圧力制御を行ってCO2スノー噴射を行う。
また、液体CO2流量一定制御を行い、前記アシストガスの供給圧力制御を行ってCO2スノー噴射を行う。
The liquid CO 2 is expanded to produce a CO 2 snow in CO 2 snow injection method for injecting by merging the assist gas to the CO 2 snow, merging the swirling flow of the assist gas giving swirl to the assist gas portion The expansion chamber is formed around the CO 2 snow, the pressure in the vicinity of the wall of the expansion chamber is measured, and the supply pressure of the assist gas is controlled based on the measured pressure signal, thereby injecting the CO 2 snow. I do.
Further, liquid CO 2 flow rate constant control is performed, and supply pressure control of the assist gas is performed to perform CO 2 snow injection.
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図1は、実施例1の縦断面図を示し、図2は図1のA−A断面を示す。これらの図において、CO2スノー噴射装置100は、噴射ノズル6、噴射ノズル6内に形成された膨張室5、膨張室5の上部に絞り部9を介して接続形成されたアシストガスガス導入室となるアシストガスヘッダ8、アシストガスヘッダ8に接続されたアシストガス導入管7、先端部にオリフィス4を備え、周囲にスワラ10を備えてオリフィス4およびスワラ10が絞り部9内に配置された構成の円筒の液体CO2導入管22、膨張室5に接続され、噴出口23、膨張室5の周囲の壁24を貫通して設けられる管座11、この管座11内に設けられ、膨張室5の内壁付近の旋回するアシストガスの圧力を計測する圧力センサ12、およびアシストガス導入管7に接続された配管25に設けられた圧力制御弁13からなる。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a longitudinal sectional view of the first embodiment, and FIG. 2 shows an AA section of FIG. In these drawings, a CO 2
このような構成において、液体CO21はオリフィス4を通って膨張室5で膨張してCO2スノーとなり、噴射ノズル6を通って噴出口23から噴出する。一方、アシストガス2はアシストガスヘッダ8に偏心して取付けられたアシストガス入口ノズル7より導入され、アシストガスヘッダ8内で旋回流を形成する。アシストガスヘッダ8から絞り部9で周方向に均一な流れとなって、スワラ10で旋回成分をさらに付加されて、膨張室5に至る。集中的に冷却されるオリフィス4の外周において、絞り部9からスワラ10における速い流速が熱伝達を促進し、オリフィス4で発生した冷熱を速やかに後流側に伝える。膨張室5にはいったアシストガスは、高速で直進するCO2スノー噴流の周囲を旋回しながらCO2スノー固体成分の壁面との接触を防ぐ。いずれの場所においても旋回流は、成分・温度・密度・流速の周方向不均一を均一にする効果がある。さらにボルテックスチューブの原理で、旋回している外壁面近傍で圧力が高く旋回軸中心部で圧力が低くなることにより、外壁面近傍で温度が高く旋回軸中心部で温度が低くなり、外壁面近傍で気体成分比が高く旋回軸中心部で固体成分比が高くなる。CO2スノー固体成分(ドライアイス)の壁面への付着は流速が遅い個所で局部的な不均一が起点となって発達すると考えられるため、上記の旋回効果により目詰まりを防止できる。CO2スノーを噴射後、回収・精製・再利用する場合、アシストガスはCO2ガスにしておく方が、分離コストを掛けずに済むメリットがあるが、回収・精製・再利用しないシステムの場合、アシストガス2はN2ガス又は空気を用いる例が多いと考えられる。この場合、アシストガス2は分散相であるスノー粒子の分布密度を下げるための追加分散媒としての効果が有る他、CO2ガスに比べてランニングコストを低く抑えられ、地球温暖化ガスの排出を行なわないことにより局所的な環境へ与える負荷も小さく出来る。圧力センサ12の所要の耐冷温環境性能を緩和するために管座11を介して膨張室5に取付けた圧力センサ12によって膨張室の内壁付近の旋回するアシストガスの圧力を測定する。アシストガスの圧力は直接的に測定してもよいし、間接的に測定するようにしてもよい。圧力センサ12で計測された圧力信号を用いて圧力制御弁13によって、圧力制御弁13を操作し、アシストガス2の供給圧力を制御する。これにより、液体CO2流量一定制御を行って、温度変化によるシステムロス変化の影響を受けずに膨張室5におけるCO2スノー生成を確保することができる。もし、圧力センサ12の信号を用いて液体CO2供給圧力の制御を行なった場合、オリフィス4で目詰まりを起こすと液体CO2供給圧力を増加させることによりオリフィス4前後の差圧がある値に達したところで一気に目詰まりを吹き飛ばすことになる。目詰まりが解消して一見良さそうではあるが、噴出圧力の急激な変動を招くため、洗浄や加工の状態が急激に変化してしまう。液体CO2を流量一定制御のみを採用した場合も同様である。液体CO2の純度が充分高くCO2スノー噴射システムの接液内面が充分に平滑であれば、オリフィス4の目詰まりや温度低下による間隙の減少が起こる場合には徐々に進行する。このため、液体CO2流量一定制御に加えて、圧力センサ12の信号を用いてアシストガス2の供給圧力を制御すると、噴射されるCO2スノーの組成は徐々に変化するものの洗浄や加工の状態はゆるやかに変化させることができる。
In such a configuration, the liquid CO 2 1 expands in the expansion chamber 5 through the
図3は、第2の実施例を示す。実施例1と同一の構成には同一の番号が付してあり、説明の重複を避ける。従って、その場合には、実施例1の説明が援用されるものとする。
図3に示す実施例においては、オリフィス4に代えてマイクロメータヘッド15付きのニードルバルブ14によって液体CO21の膨張を行なう。この場合、絞りの程度を連続的に可変にすることが出来る。液体CO21を供給する際、周方向に均一性を確保するためにアシストガスヘッダ8と同様の構造を用いると、その空間で膨張による相変化を来してしまってニードルファインギャップでの目詰まりを引き起こすおそれがある。このため、流路断面積を変化させず、かつ圧損を少なくするために噴射方向と周方向に傾きを持たせて液体CO21を導入する構造としている。液体CO21の旋回方向とアシストガス2の旋回方向と同一にすることにより、相対速度ベクトルを小さくして急激な混合およびドライアイス粒子の粗大化を防止することができる。
FIG. 3 shows a second embodiment. The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and overlapping description is avoided. Therefore, in that case, the description of Example 1 is used.
In the embodiment shown in FIG. 3, the liquid CO 2 1 is expanded by a needle valve 14 with a
図4に、フラットパネルディスプレイ製造ライン、あるいは半導体ウエハ製造ラインにおいて用いられる精密洗浄システム、延性金属薄膜平坦化システム、あるいはプラズマディスプレイパネルリブ形成システムとして用いられる、本発明の対象とするCO2スノー噴射システムを利用したCO2スノー噴射方法の実施例を示す。実施例3においても実施例1、実施例2と同一の構成には同一の番号が付してあり、説明の重複を避ける。従って、その場合には、実施例1、実施例2の説明が援用されるものとする。
図4に示す実施例は、ワーク26を搬入搬出装置28で各システム内に搬入し、搬送装置27で噴射位置および噴射角度を変えながらCO2スノー噴射によって、精密洗浄、平坦化加工、あるいは切削加工を行うCO2スノー噴射方法の例である。
FIG. 4 shows a CO 2 snow jet used in the present invention, which is used as a precision cleaning system, a ductile metal thin film planarization system, or a plasma display panel rib forming system used in a flat panel display production line or a semiconductor wafer production line. shows an embodiment of a CO 2 snow injection method using the system. Also in the third embodiment, the same components as those in the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals, and overlapping description is avoided. Therefore, in that case, the description of Example 1 and Example 2 shall be incorporated.
In the embodiment shown in FIG. 4, the
図4に示す例によれば、一定流量のCO2スノーと制御されたアシストガスの噴射流をフラットパネルディスプレイ製造ライン、半導体ウエハ製造ラインにおいて用いられる精密洗浄システム、延性金属薄膜平坦化システム、あるいはプラズマディスプレイパネルリブ形成システム上を流れるワークに向けて噴射することによって精密洗浄、平坦化加工、あるいは切削加工を行うCO2スノー噴射方法が構成される。 According to the example shown in FIG. 4, a constant flow of CO 2 snow and a controlled assist gas injection flow are used in a flat panel display production line, a semiconductor wafer production line, a precision cleaning system, a ductile metal thin film planarization system, or A CO 2 snow injection method for performing precision cleaning, flattening, or cutting by injecting toward a workpiece flowing on the plasma display panel rib forming system is configured.
1…液体CO2、2…アシストガス、3…CO2スノー噴射、4…オリフィス、5…膨張室、6…噴射ノズル、7…アシストガス導入管、8…アシストガスヘッダ、9…絞り部、10…スワラ、11…管座、12…圧力センサ、13…圧力制御弁、14…ニードルバルブ、15…マイクロメータヘッド、22…液体CO2導入管、23…噴出口、24…膨張室周囲壁、25…アシストガス供給配管、26…ワーク、27…搬送装置、28…搬入搬出装置。
1 ...
Claims (7)
7. A constant flow of CO 2 snow and a controlled assist gas jet generated according to claim 6 are used in a flat panel display production line, a semiconductor wafer production line, a precision cleaning system, a ductile metal thin film planarization system, or a plasma display panel. CO 2 snow jet method and performing precision cleaning, planarization, or cutting by sprayed toward the workpiece flowing on the rib forming system.
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