JP2006055716A - 三流体ノズル - Google Patents

Abstract

【課題】 ２種類の塗布液等を混合すると共に同時に供給される高圧気体により破砕混合し、微粒化して塗布対象物に噴射する。
【解決手段】 内部に空洞４が形成され、その先端部には液体を高圧気体と共に噴射する液体噴出口６を有するノズルボディ１の該空洞４内に挿入して固定されたパイプ部材から成り、上記液体噴出口６に対応する先端部にノズル孔８を有すると共にその周りに上記空洞４内の高圧気体による旋回流を発生させる旋回導孔を有する中子２により、該パイプ部材の内部を通して上記ノズル孔８側へ第一の液体を送り込み、この中子２のパイプ部材の内部に挿入して支持された細管から成る流体導入管３で、上記パイプ部材のノズル孔８側へ第二の液体又は気体を送り込み、このノズル孔８側へ送り込まれた第一の液体と第二の液体又は気体とを上記高圧気体により破砕混合して上記液体噴出口６から噴射するものである。
【選択図】 図４

Description

本発明は、例えば半導体基板、ディスプレイ基板、ガラス、その他の工業用の塗布対象物に対し各種の塗布液、薬液等を噴射するノズルに関し、詳しくは、２種類の塗布液、薬液等を混合すると共に同時に供給される高圧気体により破砕混合し、微粒化して塗布対象物に噴射する三流体ノズルに係るものである。

従来のこの種のノズルとして、一つのノズルボディの外周面に対向するように設けられた二つの液体送入口より２種類の液体をそれぞれ送り込み、該液体送入口からそれぞれ導かれた液体は、高圧気体送入口から導かれた気流により破砕混合されて液体噴射口から気液混合体として噴射され、上記液体噴射口の周りの気体噴射口からはスパイラル状の気流が噴射されて、上記気液混合体は破砕されて霧状の微粒子となり、塗布対象物に噴射するノズルが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特公平４−５９０２３号公報

上記従来のノズルは、２種類の塗布液、薬液等を混合すると共に同時に供給される高圧気体により破砕混合することによって、微粒化して塗布対象物に噴射する三流体ノズルの機能を発揮することができるが、ノズルボディの外周面に対向する二つの液体送入口が設けられているので、その位置は固定状態であった。したがって、液体噴射口に対して２種類の液体を混合する位置を変化させることができず、液体噴射口から噴射される液体の各種の混合状態を作ることができなかった。また、二つの液体送入口は互いに向き合っているので、二つの液体がぶつかって混合しただけでは十分に混合されないことがあった。この場合、気体噴射口からスパイラル状の気流が噴射されるが、上記二つの液体がよく混合されていなければ、十分に破砕混合できず、微粒化できないことがあった。

そこで、本発明は、このような問題点に対処し、２種類の塗布液、薬液等を混合すると共に同時に供給される高圧気体により十分に破砕混合することによって、微粒化して塗布対象物に噴射する三流体ノズルを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明による三流体ノズルは、内部に空洞が形成され、その先端部には液体を高圧気体と共に噴射する液体噴出口を有し、外周面の一部には上記空洞内に高圧気体を送る気体送入口が形成されたノズルボディと、このノズルボディの空洞内に挿入して固定されたパイプ部材から成り、上記液体噴出口に対応する先端部にノズル孔を有すると共にその周りに上記空洞内の高圧気体による旋回流を発生させる旋回導孔を有し、該パイプ部材の内部を通して上記ノズル孔側へ第一の液体を送り込む中子と、この中子のパイプ部材の内部に挿入して支持された細管から成り、該パイプ部材のノズル孔側へ第二の液体又は気体を送り込む流体導入管とを備え、上記中子のノズル孔側へ送り込まれた第一の液体と第二の液体又は気体とを上記高圧気体により破砕混合して上記液体噴出口から噴射するようにしたものである。

このような構成により、内部に空洞が形成され、その先端部には液体を高圧気体と共に噴射する液体噴出口を有するノズルボディの該空洞内に挿入して固定されたパイプ部材から成り、上記液体噴出口に対応する先端部にノズル孔を有すると共にその周りに上記空洞内の高圧気体による旋回流を発生させる旋回導孔を有する中子により、該パイプ部材の内部を通して上記ノズル孔側へ第一の液体を送り込み、この中子のパイプ部材の内部に挿入して支持された細管から成る流体導入管で、上記パイプ部材のノズル孔側へ第二の液体又は気体を送り込み、このノズル孔側へ送り込まれた第一の液体と第二の液体又は気体とを上記高圧気体により破砕混合して上記液体噴出口から噴射する。

また、上記流体導入管は、上記中子のパイプ部材の長手方向の中心軸部に位置合わせして支持部材で支持されている。これにより、支持部材で中子のパイプ部材の長手方向の中心軸部に位置合わせして流体導入管を支持する。

さらに、上記流体導入管を支持する支持部材は、上記中子のパイプ部材の内部において少なくとも後端部と先端部とを部分的に支持するものである。これにより、中子のパイプ部材の内部において少なくとも後端部と先端部とを部分的に支持する支持部材で流体導入管を支持する。

さらにまた、上記流体導入管を支持する支持部材は、上記中子のパイプ部材の内部において略全長にわたり、該流体導入管の長手方向の外周面に螺旋状に巻き付けられた螺旋状部材で支持し、該螺旋状部材により上記パイプ部材の内部を通る第一の液体に旋回流を与えるものである。これにより、中子のパイプ部材の内部において略全長にわたり、該流体導入管の長手方向の外周面に螺旋状に巻き付けられた螺旋状部材で流体導入管を支持し、該螺旋状部材により上記パイプ部材の内部を通る第一の液体に旋回流を与える。

また、上記流体導入管は、上記中子のパイプ部材に対して長手方向に固定位置が調節可能とされている。これにより、中子のパイプ部材に対して長手方向に流体導入管の固定位置を調節可能とする。

さらに、上記流体導入管は、上記中子のパイプ部材に対して着脱可能とされている。これにより、中子のパイプ部材に対して流体導入管を着脱可能とする。

請求項１に係る発明によれば、上記ノズルボディの空洞内に挿入して固定された中子によりそのパイプ部材の内部を通してノズル孔側へ第一の液体を送り込み、上記中子のパイプ部材の内部に挿入して支持された流体導入管により該パイプ部材のノズル孔側へ第二の液体又は気体を送り込むことにより、上記中子のノズル孔側へ送り込まれた第一の液体と第二の液体又は気体とを、上記空洞内に送り込まれた高圧気体により旋回流を発生させて破砕混合してノズルボディの液体噴出口から噴射することができる。これにより、２種類の塗布液、薬液等を混合すると共に同時に供給される高圧気体により十分に破砕混合し、微粒化して塗布対象物に噴射することができる。したがって、上記第一の液体と第二の液体又は気体と高圧気体との三種類の流体を混合して噴射することができる。

また、請求項２に係る発明によれば、中子のパイプ部材の長手方向の中心軸部に位置合わせして流体導入管を支持部材で支持することができる。したがって、上記中子のパイプ部材の内部に送り込まれる第一の液体と、流体導入管により送り込まれる第二の液体又は気体とを、上記パイプ部材の中心軸部で混合させることができ、混合の偏りをなくすことができる。

さらに、請求項３に係る発明によれば、中子のパイプ部材の内部において少なくとも後端部と先端部とを部分的に支持する支持部材で流体導入管を支持することができる。したがって、上記中子のパイプ部材の内部において必要最小限の部位にて、少ない支持部材で流体導入管を支持することができる。

さらにまた、請求項４に係る発明によれば、中子のパイプ部材の内部において略全長にわたり、該流体導入管の長手方向の外周面に螺旋状に巻き付けられた螺旋状部材で流体導入管を支持し、該螺旋状部材により上記パイプ部材の内部を通る第一の液体に旋回流を与えることができる。したがって、上記中子のパイプ部材の内部に送り込まれた第一の液体と、流体導入管により送り込まれた第二の液体又は気体とを、上記螺旋状部材で与えられた第一の液体の旋回流によりスムーズに且つ十分に混合することができる。

また、請求項５に係る発明によれば、中子のパイプ部材に対して長手方向に流体導入管の固定位置を調節可能とすることができる。したがって、上記中子のパイプ部材の内部に送り込まれた第一の液体と、流体導入管により送り込まれた第二の液体又は気体とを混合する位置を、ノズル孔側にて前後に適宜調節することができる。

さらに、請求項６に係る発明によれば、中子のパイプ部材に対して流体導入管を着脱可能とすることができる。したがって、上記中子のパイプ部材に対して流体導入管を取り付けた場合は三流体ノズルとし、流体導入管を取り外した場合は二流体ノズルとして、二通りに使用することができる。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明による三流体ノズルの実施形態を示す平面図である。この三流体ノズルは、２種類の塗布液、薬液等を混合すると共に同時に供給される高圧気体により破砕混合し、微粒化して塗布対象物、例えば半導体基板、ディスプレイ基板、ガラス、その他の工業用の塗布対象物に噴射するもので、ノズルボディ１と、中子２と、流体導入管３とを備えて成る。

上記ノズルボディ１は、この三流体ノズルの本体部となるもので、図２に示すように、内部に内径が約7.2mm程度の空洞４が形成され、その後端部に開口部５を有すると共に、その先端部には液体を高圧気体と共に噴射する液体噴出口６（内径が約2.2mm程度）を有し、外周面の一部には上記空洞４内に高圧気体を送る気体送入口７が１個又は複数個形成されている。図１及び図２に示す実施形態の場合は、外周面に略９０度ずつの間隔で４個の気体送入口７が設けられている。なお、この気体送入口７には、図示省略の高圧気体供給パイプの先端が接続され、図示外のコンプレッサから高圧気体が供給されるようになっている。また、上記ノズルボディ１は、例えばステンレス等の金属でできている。或いは、チタン又はハステロイ等の高耐食性の金属で製造してもよい。

上記ノズルボディ１の空洞４内には、中子２が挿入されて固定されている。この中子２は、外部から上記ノズルボディ１の液体噴出口６に向けて第一の液体を送り込むもので、図３及び図４に示すように、適宜の長さで適宜の内径を有するパイプ部材から成り、上記ノズルボディ１の液体噴出口６に対応する先端部にノズル孔８を有すると共に、その周りに上記空洞４内の高圧気体による旋回流を発生させる旋回導孔９を有し、該パイプ部材（２）の内部を通して上記ノズル孔８側へ第一の液体を送り込むようになっている。

上記旋回導孔９は、図３に示すように、中子２を形成するパイプ部材の先端部に設けられたコマ状のノズルチップ１０の外周面に上記空洞４側からノズル孔８側へ高圧気体を導くように形成され、図５に示すように、側面視で例えば外側四方から内側に向けてスパイラル状の溝に形成されている。したがって、図４に示すように、上記ノズルボディ１の空洞４内に中子２を組み合わせた状態で、上記気体送入口７から空洞４内に高圧気体を供給すると、図５に示すようにノズルチップ１０の外側四方から旋回導孔９を介して内側に向けて高圧気体が流れ、上記ノズル孔８側へ向かう旋回流が発生する。

上記中子２の中間部には、図３に示すように、コマ状の係止凸段部１１が形成されている。この係止凸段部１１は、中子２を上記ノズルボディ１の空洞４内に組み合わせて固定するためのもので、図２に示すノズルボディ１の空洞４の後端開口部５から中子２を挿入し、該空洞４内にて後端部側に形成された係止凹段部１２に上記係止凸段部１１を押し当て、図４に示すナット１３を上記後端開口部５の内周面に形成された雌ネジに螺合することによって、上記中子２が固定される。なお、上記中子２は、例えばステンレス等の金属でできている。或いは、チタン又はハステロイ等の高耐食性の金属で製造してもよい。

上記中子２のパイプ部材の内部には、図４に示すように、流体導入管３が挿入されて支持されている。この流体導入管３は、上記パイプ部材（２）のノズル孔８側へ第二の液体又は気体を送り込むもので、例えば外径が約0.8mm程度、内径が約0.5〜0.6mm程度の細管に形成されている。そして、この流体導入管３は、上記中子２のパイプ部材の長手方向の中心軸部に位置合わせして支持部材１４で支持されている。これにより、上記中子２のパイプ部材の内部に送り込まれる第一の液体と、流体導入管３により送り込まれる第二の液体又は気体とを、上記パイプ部材（２）の中心軸部で混合させることができ、混合の偏りをなくすことができる。

また、上記流体導入管３は、上記中子２のパイプ部材の後端部に螺合して取付けられた固定用プラグ１５によって支持されている。そして、この固定用プラグ１５の位置を前後に調節することによって、流体導入管３は、中子２のパイプ部材に対して長手方向に固定位置が調節可能とされている。これにより、上記中子２のパイプ部材の内部に送り込まれる第一の液体と、流体導入管３により送り込まれる第二の液体又は気体とを混合する位置を、ノズル孔８側にて前後に適宜調節することができる。なお、上記流体導入管３は、例えばステンレス等の金属でできている。或いは、チタン又はハステロイ等の高耐食性の金属で製造してもよい。または、流体導入管３を構成する金属材の表面に耐食性材料をコーティング（例えばダイヤモンドライクコーティング）を施してもよい。

上記流体導入管３を支持する支持部材１４は、上記中子２のパイプ部材の内部において略全長にわたり、該流体導入管３の長手方向の外周面に螺旋状に巻き付けられた螺旋状部材から成り、該螺旋状部材（１４）により上記パイプ部材（２）の内部を通る第一の液体に旋回流を与えるようになっている。この場合、上記螺旋状部材（１４）は、上記パイプ部材（２）の内周面に密着するようにして挿入される。なお、この螺旋状部材から成る支持部材１４は、上記流体導入管３の外周面に溶接止め等により固着されている。また、上記支持部材１４は、例えばステンレス等の金属でできている。或いは、チタン又はハステロイ等の高耐食性の金属で製造してもよい。または、螺旋状の金属材の表面に耐食性材料をコーティング（例えばダイヤモンドライクコーティング）を施してもよい。このように、耐食性材料をコーティングした場合は、上記支持部材１４でパイプ部材（２）の内周面に傷を付けないようにすることができる。

そして、図４に示すように、上記固定用プラグ１５の一側面に形成された液送入口１６から矢印Ａのように第一の液体を供給することにより、上記中子２のパイプ部材の内部に第一の液体を送り込んで、上記螺旋状部材（１４）により第一の液体に旋回流を与えることができる。また、これと同時に、上記流体導入管３の後端開口部から矢印Ｂのように第二の液体又は気体を供給することにより、上記中子２のノズル孔８側へ第一の液体と第二の液体又は気体とを送り込んで、両者が混合される。

次に、このように構成された三流体ノズルの動作について、図４を参照して説明する。まず、図２に示すノズルボディ１の空洞４内に、図３に示す中子２を挿入し、この中子２のパイプ部材の内部に図４に示す流体導入管３を挿入して、固定用プラグ１５により所定位置に支持して三流体ノズルが組み合わされているとする。

この状態で、上記固定用プラグ１５の一側面に形成された液送入口１６から矢印Ａのように第一の液体を供給することにより、上記中子２のパイプ部材の内部に第一の液体を送ると共に、流体導入管３の後端開口部から矢印Ｂのように第二の液体を供給することにより、該流体導入管３の内部に第二の液体を送る。これにより、パイプ部材（２）の内部を通る第一の液体は、螺旋状部材（１４）により旋回流を与えられて中子２のノズル孔８側へ送り込まれる。また、第二の液体は、流体導入管３の内部を通って中子２のノズル孔８側へ送り込まれる。そして、上記流体導入管３の先端部を出たところにて中子２のノズル孔８の近傍で両者が混合して、第一の液体の旋回流により第二の液体との混合がスムーズに且つ十分に行われる。

これと同時に、ノズルボディ１の気体送入口７から矢印Ｃのように高圧気体を供給することにより、該ノズルボディ１内の空洞４へ高圧気体を送り込む。ここで、気体送入口７から供給された高圧気体は、ノズルボディ１内の空洞４から液体噴出口６側に送られるときに、図５に示すように、ノズルチップ１０の外側四方から旋回導孔９を介して内側に向けて高圧気体が流れて、上記ノズル孔８側へ向かう高速な旋回流が発生して噴射される。

この状態で、上記中子２のノズル孔８から送り出される第一の液体と第二の液体との混合液に対して、上記ノズル孔８の周りで発生した高速な旋回流が噴射されて、上記第一の液体と第二の液体との混合液を二次混合しながら破砕して微粒化し、先端部の液体噴出口６から図１に示す矢印Ｄ，Ｅ，Ｅ′のように噴射する。このとき、上記液体噴出口６から噴射される混合液は、霧状になると共に適当な広がり角度でスパイラル状に噴射される。

このような三流体ノズルによると、上記中子２のパイプ部材の内部に第一の液体として例えば原液を送りながら、上記流体導入管３に第二の液体として希釈液を送り、この流体導入管３に供給する第二の液体の流量を調節することにより、原液に対する希釈液の混合比を調節して原液の濃度を任意に調節することができる。この混合比、濃度の調節は、混合液を噴射しながらでも随時行うことができる。

また、上記流体導入管３に第二の液体を供給せず、空気等の気体を送り込んでもよい。この場合は、上記中子２のノズル孔８の手前において、該中子２のパイプ部材の内部を通ってくる第一の液体に対して気体を吹き出し、この気体の流量を調節することにより、図１に示す液体噴出口６から噴射される液体の広がり角度を任意に調節することができる。

なお、以上の説明においては、流体導入管３を支持する支持部材１４は、上記中子２のパイプ部材の内部において略全長にわたり、該流体導入管３の長手方向の外周面に螺旋状に巻き付けられた螺旋状部材としたが、本発明はこれに限られず、パイプ部材（２）の内部において少なくとも後端部と先端部とを部分的に支持するものであってもよい。この場合、上記パイプ部材（２）の内部において、後端部と先端部のみを短い螺旋状部材で部分的に支持してもよいし、或いは螺旋状部材を用いずに、短寸の棒状部材又は球状部材を支持部材１４として上記流体導入管３の外周面にて断面方向に所定間隔をおいて配置し、パイプ部材（２）の内部を第一の液体が通過可能状態に部分的に支持してもよい。この場合は、上記中子２のパイプ部材の内部において必要最小限の部位にて、少ない支持部材１４で流体導入管３を支持することができる。

また、上記流体導入管３は、図４に示すように、上記中子２のパイプ部材の後端部に螺合して取付けられた固定用プラグ１５によって支持されているが、該固定用プラグ１５を取り外すことによって、中子２のパイプ部材に対して着脱可能としてもよい。これにより、上記中子２のパイプ部材に対して流体導入管３を挿入して取り付けた場合は三流体ノズルとし、流体導入管３を取り外した場合は二流体ノズルとして、二通りに使い分けて用いることができる。

本発明による三流体ノズルの実施形態を示す平面図である。 上記三流体ノズルのノズルボディを示す縦断面図である。 上記三流体ノズルの中子を示す平面図である。 上記三流体ノズルの内部構造を示す縦断面図である。 上記中子の先端部のノズルチップに形成された旋回導孔を示す図３の左側面図である。 上記三流体ノズルの液体噴出口及びその周辺部を示す図１の左側面図である。

符号の説明

１…ノズルボディ
２…中子（パイプ部材）
３…流体導入管
４…空洞
６…液体噴出口
７…気体送入口
８…ノズル孔
９…旋回導孔
１０…ノズルチップ
１３…ナット
１４…支持部材（螺旋状部材）
１５…固定用プラグ

Claims (6)

1. 内部に空洞が形成され、その先端部には液体を高圧気体と共に噴射する液体噴出口を有し、外周面の一部には上記空洞内に高圧気体を送る気体送入口が形成されたノズルボディと、
   このノズルボディの空洞内に挿入して固定されたパイプ部材から成り、上記液体噴出口に対応する先端部にノズル孔を有すると共にその周りに上記空洞内の高圧気体による旋回流を発生させる旋回導孔を有し、該パイプ部材の内部を通して上記ノズル孔側へ第一の液体を送り込む中子と、
   この中子のパイプ部材の内部に挿入して支持された細管から成り、該パイプ部材のノズル孔側へ第二の液体又は気体を送り込む流体導入管とを備え、
   上記中子のノズル孔側へ送り込まれた第一の液体と第二の液体又は気体とを上記高圧気体により破砕混合して上記液体噴出口から噴射することを特徴とする三流体ノズル。
2. 上記流体導入管は、上記中子のパイプ部材の長手方向の中心軸部に位置合わせして支持部材で支持されていることを特徴とする請求項１記載の三流体ノズル。
3. 上記流体導入管を支持する支持部材は、上記中子のパイプ部材の内部において少なくとも後端部と先端部とを部分的に支持するものであることを特徴とする請求項２記載の三流体ノズル。
4. 上記流体導入管を支持する支持部材は、上記中子のパイプ部材の内部において略全長にわたり、該流体導入管の長手方向の外周面に螺旋状に巻き付けられた螺旋状部材で支持し、該螺旋状部材により上記パイプ部材の内部を通る第一の液体に旋回流を与えるものであることを特徴とする請求項２記載の三流体ノズル。
5. 上記流体導入管は、上記中子のパイプ部材に対して長手方向に固定位置が調節可能とされていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の三流体ノズル。
6. 上記流体導入管は、上記中子のパイプ部材に対して着脱可能とされていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の三流体ノズル。

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