JP2011240263A - 回転型高圧水噴射式洗浄方法と同装置 - Google Patents
回転型高圧水噴射式洗浄方法と同装置 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】高圧水を洗浄対象物に対し一本の直線状に噴射させて洗浄する複数の高圧水噴射ノズル21を備え、複数の噴射ノズルを円周方向に沿って等間隔にかつ長手方向に沿って複数列設けたノズルホルダー2と、このノズルホルダーと一体回転可能に接続され各噴射ノズル21の高圧水供給路41に連通可能な複数の高圧水導入路45を円周方向に等間隔にかつ長手方向に沿って設けた回転型分配弁4と、ノズルホルダー2および回転型分配弁4の一方向連続回転手段7とを備え、回転型分配弁4から高圧水を複数の高圧水導入路45に順次・間欠的に供給し、ノズルホルダ2ーの複数の噴射ノズル21から高圧水を順番にかつ間欠的に噴射させる。
【選択図】 図1
Description
ガラスや半導体ウエハーなどの平坦な板状物を高圧洗浄液を噴射して洗浄する回転型高圧洗浄液噴射洗浄方法と同装置(ウォータジェット洗浄機ともいう)に関する。詳しくは、たとえば、液晶ディスプレイや半導体ウエハーなどの製造工程で、ガラス基板表面の微小な粒子や有機物や金属不純物といった歩留り低下の原因となる汚濁物質を高圧水(高圧洗
浄液を含む)を噴射して除去するのに使用でき、駆動機構が簡単で低振動化が可能な回転型高圧水噴射式洗浄装置に関する。
いては一切言及されていない。
、前記高圧水噴射ノズルの円周方向の数および前記洗浄対象物と前記高圧水噴射ノズルとの距離については限定されるものでなく、洗浄条件により、適宜設定される。
が、これについては後述する。また、前記回転型分配弁を経由して複数の各噴射ノズルに分配された高圧水は所定の回転角度の範囲内において一方向に回転しながら噴射される。複数の噴射ノズルは所定の速度で連続回転するため、振動がなくスムーズな回転の下に高圧水の噴射が遂行される。
ノズルホルダーの一方向への回転時に多数の噴射ノズルから一直線状の高圧水が洗浄対象物に対して高圧下で噴射され、洗浄作業が行われる。ノズルホルダーを洗浄対象物の幅方向および搬送方向に対して傾斜させた状態で一方向に回転する場合に、図11に示すように一方向に傾斜する多数の直線状の洗浄軌跡がノズルピッチの間隔で相互に平行に形成されるから、洗浄対象物の幅方向(搬送方向に直交する方向)にわたって一定幅の洗浄領域が形成される。したがって、洗浄対象物をその洗浄領域を横切るように一定速度で搬送することにより、洗浄対象物の全面に対して高圧下で一直線状の高圧水を均一にかつ洗浄密度を高く保って噴射させられるので、高い洗浄力が得られ、洗浄ムラが生じにくい。しかも、先願(特願2008−311337)の揺動型高圧水噴射式洗浄装置に比べて装置の構造が簡
単で、運転時に振動が発生しにくく、ノズルホルダーの回転速度を高くでき、ノズルホルダーの小型軽量化が図れ、コストダウンも図れる。
1.各ポートの関係式
図3(a)〜(c)に示すように、r1円の円周角をλ、r2円の円周角をμ、ロータ部4aの半径をRとすると、
sinλ=r1/R、 sinμ=r2/R ∴r2/r1=sinμ/sinλ
逆にR=r2/sinμ又はR=r1/sinλ
ポートの円周方向の角度ピッチΘ=360°/n (nは円周方向のポート数)
また、図4(a)からΘ=2μ
過渡領域:a〜bのr1円の中心の移動角度は2λ、流量100%の範囲(b〜c)の移動角度は2(μーλ)、同様に過渡領域(c〜d)の移動角度は2λ、これらの関係を図4(a)に示す。
2.r2/r1=k≧3に限定する理由もしくは根拠
1)過渡領域の流量(隣接するポートに流れている流量の和)
流量はホ゜ートの開口面積に概ね比例するから、以下に過渡領域の開口面積を導く。
0≦θ≦2λ=2μ
図4(b)(c)の角度αとβの関係式は
r1sinα=r2sinβ (1)
r1cosα+r2cosβ=2Rsin(θ/2) (2)
円r1の面積:A1=πr12
円r2の面積:A2=πr22
割円(1)の面積:a1=A1×α/180−r12cosαsinα=r12(πα/180−cosαsinα)
割円(2)の面積:a2=A2×β/180−r22cosβsinβ=r22(πβ/180−cosβsinβ)
開口面積:A=a1+a2
開口率:η=A/A1=(a1+a2)/A1
={r12(πα/180−cosαsinα)+r22(πβ/180−cosβsinβ)}/πr2
={(πα/180−cosαsinα)+(r2/r1)2(πβ/180−cosβsinβ)}/π
r2/r1=kとおくと、上式は
η={(πα/180−cosαsinα)+k2(πβ/180−cosβsinβ)}/π (3)
上式の(1)、(2)からα、βを求め、(3)式に代入すると、開口率ηがkの変数として求
まる。
とったグラフである。
k=r2/r1=2の場合は約90%、
k=r2/r1=3の場合は約93.5%、
k=r2/r1=4の場合は約95%
図14に示すように、k=r2/r1=2以上あれば、開口率(流量)は90%、流量の変動は10%以内に収まる。
2)分配された水の流量の内100%の流量の比率
一つのポートに水が流れている角度は2(μ+λ)、開口率100%の範囲は2(μ−λ)
、
両者の比ε=(μ−λ)/(μ+λ)は一つのポートに流量100%で流れている比率を示
す。
円弧の長さを弦の長さで近似すると、μ≒2r2/R,λ≒2r1/R
したがって、μ/λ≒r2/r1=kとなり、
ε= (μ−λ)/(μ+λ)=[(μ/λ)−1]/[(μ/λ)+1]≒k−1/k+1
図15はk=r2/r1に対する流量100%の比率εを示すグラフである。
k=r2/r1=3の場合 ε≒50%
k=r2/r1=4の場合 ε≒60%
kの値が大きいほどεは大きくなる。
る。
る。したがって、例えばr1=15mmとすると、r2=90mmとなる。
ホルダー2に一定ピッチで配列された各列の6つの高圧水噴射ノズル21は回転装置7により一方向に回転しながら円周方向の6つのうち1つ又は2つの高圧水噴射ノズル21から回転角度で略60°の範囲で高圧水が噴射される。できれば、洗浄対象物xの搬送速度Vに対応して高圧水噴射ノズル21の回転速度、洗浄対象物xと高圧水噴射ノズル21との距離を調整することが望ましい。
3.高圧水噴射ノズルとノズルホルダーの説明
1)高圧水噴射ノズル21
噴流が扇形に広がるものではなく、ノズル穴径とほぼ同じ太さの1本の細い直進形の噴
流を出すノズルである。このため噴流のエネルギー密度が扇形ノズルに比べて2桁以上高
い、そのため洗浄能力が大きい。すなわち、エネルギー密度比(概算):38×d/(πd2/4)≒48/d
一例としてd=0.2mmとすると、240倍になる。
2)ノズルホルダー2の取付角度
しかし、上記の直進ノズル21では幅広く洗浄できない(僅かdmmの幅)。
チ)、軸方向のノズルピッチ、洗浄ノズル21の取り付け角度、回転ノズルホルダー2の回転中心と被洗浄物との間隔などに依って洗浄品質に影響を与える模様密度は調整が可能である。
ないところもあるが一応全域を洗浄することができる。
浄密度とすると被洗浄物の送り速度は半分になる(生産性半分)。
2 ノズルホルダー
3 噴射ノズル列
4 回転型分配弁
4a ロータ部
4b ハウジング
6 軸受装置
7 回転装置
7a 接続部
21 高圧水液噴射ノズル
22,41 高圧水供給路
43 シール
45 高圧水導入路
46 導入口
61 軸受
x 洗浄対象物
Claims (10)
- 高圧水を洗浄対象物に対し一本の直線状に噴射させて洗浄する複数の高圧水噴射ノズルを備えた回転型高圧水噴射洗浄方法であって、
ノズルピッチよりも狭いノズル径の複数の高圧水噴射ノズルを洗浄対象物の幅方向および搬送方向に対し傾斜させて配列するとともに、
円周方向に等間隔に配置した複数の高圧水噴射ノズル列を前記洗浄対象物の幅方向の両端に跨って一定ピッチで軸方向に配列し、
前記高圧水噴射ノズル列は一方向に回転させながら円周方向に配置した複数の高圧水噴射ノズルから順次一回転中の所定回転角度の範囲内で高圧水を前記洗浄対象物に噴射させて洗浄し、
前記洗浄対象物の搬送速度に対応して前記高圧水噴射ノズルの回転速度、軸方向のノズルピッチ、前記高圧水噴射ノズルの円周方向の数および前記洗浄対象物と前記高圧水噴射ノズルとの距離を設定することを特徴とする回転型高圧水噴射洗浄方法。 - 高圧水を洗浄対象物に対し一本の直線状に噴射させて洗浄する複数の高圧水噴射ノズルを備えた回転型高圧水噴射式洗浄装置であって、
円周方向に沿って等間隔に配列した複数の前記噴射ノズルを、一定の間隔をあけて長手方向に沿って複数列設けたノズルホルダーと、
前記ノズルホルダーと一体回転可能に接続され前記各噴射ノズルの流路に連通可能で長手方向に沿った複数の流路(高圧水供給路)を円周方向に等間隔に設けたロータ部および前記ロータ部が相対回転可能に支持されるハウジングとを有する回転型分配弁と、
前記ノズルホルダーおよび前記ロータ部の回転装置とを備え、
前記ハウジングから高圧水を前記ロータ部の複数の噴射ノズル流路に順次・間欠的に供給し、前記ノズルホルダーの複数の噴射ノズルから高圧水を順番にかつ間欠的に一方向に噴射させることを特徴とする回転型高圧水噴射式洗浄装置。 - 前記ノズルホルダーは、洗浄対象物の搬送方向および幅方向に対して傾斜させ、かつ前記洗浄対象物の幅より長くした請求項2に記載の回転型高圧水噴射式洗浄装置。
- 前記ロータ部は、前記ハウジングの中心孔部または外周に相対回転可能に備えている請求項2または3に記載の回転型高圧水噴射式洗浄装置。
- 高圧水の分配部において分配する前記高圧水供給路のポートの形状と分配される前記噴射ノズル流路のポートの形状が円形または矩形である請求項2〜4のいずれかに記載の回転型高圧水噴射式洗浄装置。
- 高圧水の分配部において分配する前記高圧水供給路のポート口径(2r2)と分配される前記噴射ノズル流路のポート口径(2r1)とのポート比が3以上(r2/r1≧3)である請求項5に記載の回転型高圧水噴射式洗浄装置。
- 高圧水の分配部において分配する前記高圧水供給路のポート口と、分配される前記噴射ノズル流路のポート口が、略矩形となるようにした請求項6記載の回転型高圧水噴射式洗浄装置。
- 前記ノズルホルダーの一端を軸受により回転可能に支持し、前記ノズルホルダーの他端を前記ロータ部の一端に一体回転可能に接続し、前記ロータ部の他端に回転装置を接続して洗浄対象物の搬送方向に回転させるようにするとともに、前記回転型分配弁の構造を軸芯の半径方向の外方から高圧水を供給する請求項2〜7のいずれかに記載の回転型高圧水噴射式洗浄装置。
- 前記ハウジングを複数のポート(高圧水導入路)を備えた構造とした請求項2〜8のいずれかに記載の回転型高圧水噴射式洗浄装置。
- 前記ロータ部を前記ノズルホルダーの両端に接続した請求項2〜9のいずれかに記載の回転型高圧水噴射式洗浄装置。
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2010
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