JP2019115901A - Two-fluid nozzle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、気体中に液体を分散させて噴霧できる二流体ノズルに関する。 The present invention relates to a two-fluid nozzle capable of dispersing and spraying a liquid in a gas.
従来から液体を空気などの流れにより微細化して噴霧する二流体ノズルが知られており、例えば、断面円形のスロート部の下流側に流れ方向に拡径するダイバージェント部を備えたノズル本体と、ノズル本体に供給される圧縮空気の流れと同方向に洗浄液を吐出する洗浄液供給管とを有する洗浄ノズルであって、洗浄液供給管の吐出口が、ノズル本体の内側壁面から離れたスロート部の近傍に配置され、しかも、圧縮気体がスロート部で音速となっている技術が開示されている(特許文献1)。 A two-fluid nozzle is conventionally known which atomizes a liquid by the flow of air or the like and sprays it, for example, a nozzle body provided with a divergent portion which expands in the flow direction downstream of the throat portion having a circular cross section; A cleaning nozzle having a cleaning solution supply pipe for discharging a cleaning solution in the same direction as the flow of compressed air supplied to the nozzle body, wherein the discharge port of the cleaning solution supply pipe is in the vicinity of the throat portion away from the inner wall surface of the nozzle body Patent Document 1 discloses a technology in which the compressed gas is at the speed of sound at the throat portion.
この二流体ノズルは、液体を微細化することが可能であり、洗浄装置などに採用すると、洗浄対象への損傷が問題にならないことで種々の用途への応用が為されている(例えば特許文献2、3など)。 The two-fluid nozzle can be used to refine the liquid, and when used in a cleaning device or the like, the damage to the object to be cleaned is not a problem, and the application to various applications is made (for example, patent documents 2, 3 etc.).
ところで、特許文献1〜3に開示された二流体ノズルは、高速で流体を流すために流体の流路と流体との間での摩擦が生じ、流体の帯電の発生が問題になっている。帯電が発生すると種々の問題が生じることになる。例えば半導体素子の洗浄用途に採用する場合には帯電による半導体素子への悪影響がある。 By the way, in the two-fluid nozzle disclosed in Patent Documents 1 to 3, friction occurs between the flow path of the fluid and the fluid in order to flow the fluid at a high speed, and the generation of charging of the fluid is a problem. When charging occurs, various problems will occur. For example, in the case of employing for cleaning the semiconductor device, there is an adverse effect on the semiconductor device due to charging.
この問題を解決する目的で流体の流路を金属や導電性樹脂材料から形成することが考えられるが、高速で流れる流体と流路との摩擦により流体中に金属や導電性樹脂材料が混入することがあり、半導体製造用途などの導電性の不純物の存在量が厳しく制限される用途には応用し難かった。 In order to solve this problem, it is conceivable to form the flow path of the fluid from metal or conductive resin material, but the friction between the fluid flowing at a high speed and the flow path mixes metal or conductive resin material into the fluid In some cases, it has been difficult to apply to applications where the amount of conductive impurities present is severely limited, such as semiconductor manufacturing applications.
ところで、二流体ノズルではないが、液体を対象とする流体機器において液体が流れる本体部を導電性フッ素樹脂材料にて構成する技術が開示されている(特許文献4)。特許文献4では、フッ素樹脂中にカーボンナノチューブを0.020重量%以上かつ0.030重量%の割合で含有させることにより効果的に帯電を抑制できるとの開示がある。特許文献4においてカーボンナノチューブの含有量に上限があるのは、特許文献4の0009段落に「導電性フッ素樹脂材料に含まれるカーボンナノチューブの割合が0.030重量%以下の微小な割合であるため、・・・流体流路と流体との接触による流体の汚染を抑制することができる。」と記載された通り、0.030重量%超の割合で添加することにより脱離したカーボンナノチューブによる汚染が懸念されるためであった。 By the way, although it is not a two-fluid nozzle, the technique which comprises the main-body part which a liquid flows in a fluid apparatus which makes a liquid object is comprised with electroconductive fluoro resin material is disclosed (patent document 4). Patent Document 4 discloses that charging can be effectively suppressed by containing carbon nanotubes in a proportion of 0.020% by weight or more and 0.030% by weight in a fluorine resin. In Patent Document 4, there is an upper limit to the content of carbon nanotubes, because it is a minute proportion of 0.030% by weight or less of the proportion of carbon nanotubes contained in the conductive fluororesin material in 0009 paragraph of Patent Document 4 ... Contamination by carbon nanotubes released by addition in a proportion of more than 0.030% by weight, as described as "can suppress contamination of fluid by contact between fluid flow path and fluid." Was a concern.
本発明者らは、二流体ノズルについても特許文献4に開示の導電性フッ素樹脂材料を採用することで帯電を抑制できないかを検討した。その結果、特許文献4に開示の導電性フッ素樹脂材料では充分な帯電防止効果を発揮できないことが分かった。 The present inventors examined whether charging can be suppressed by adopting the conductive fluororesin material disclosed in Patent Document 4 also for the two-fluid nozzle. As a result, it was found that the conductive fluororesin material disclosed in Patent Document 4 can not exhibit a sufficient antistatic effect.
本発明は上記実情に鑑み完成したものであり、充分な帯電防止効果があり、カーボンナノチューブなどの異物の混入が少ない二流体ノズルを提供することを解決すべき課題とする。 The present invention has been completed in view of the above situation, and it is an object of the present invention to provide a two-fluid nozzle which has a sufficient antistatic effect and is less contaminated with foreign substances such as carbon nanotubes.
上記課題を解決する目的で本発明者らは鋭意検討を行った結果、二流体ノズルにおいては、本体部を導電性フッ素樹脂材料にて構成した場合に、特許文献4のような流体として液体だけを採用する場合とは異なる挙動を示すことを見出した。 As a result of intensive investigations by the present inventors for the purpose of solving the above-mentioned problems, in the case of a two-fluid nozzle, when the main body portion is made of a conductive fluorocarbon resin material, It has been found that the behavior is different from when adopting.
具体的には、二流体ノズルでは、導電性フッ素樹脂に含有させるカーボンナノチューブの量を特許文献4のような流体として液体だけを採用する場合よりも高くしてもカーボンナノチューブの混入の影響を抑えることができることを見出した。 Specifically, in the two-fluid nozzle, even if the amount of carbon nanotubes to be contained in the conductive fluorocarbon resin is increased as compared with the case where only liquid is employed as the fluid as in Patent Document 4, the influence of carbon nanotube mixing is suppressed I found that I could do it.
その結果、二流体ノズルでは、導電性フッ素樹脂に含有させるカーボンナノチューブの量を特許文献4よりも増加させて導電性を向上できるため帯電防止効果が向上できた。 As a result, in the two-fluid nozzle, the amount of carbon nanotubes contained in the conductive fluorocarbon resin can be increased more than in Patent Document 4 to improve the conductivity, and therefore the antistatic effect can be improved.
更に、気体と液体との二流体を対象とする二流体ノズルであることから静電気の発生が抑制されるため、カーボンナノチューブの含有量を少なくしても充分な帯電防止効果が発揮できる場合もあることがわかった。 Furthermore, since it is a two-fluid nozzle that targets two fluids of gas and liquid, the generation of static electricity is suppressed, so a sufficient antistatic effect may be exhibited even when the content of carbon nanotubes is reduced. I understood it.
以下に詳細に説明する。 Details will be described below.
流路を流れる気体と液体との混合流体の圧力が高いと、混合流体と流路内壁との間の摩擦力が大きくなるために混合流体の帯電が問題になるが、この場合に流路を導電性フッ素樹脂材料から構成することで混合流体の帯電を効果的に抑制できる。 When the pressure of the mixed fluid of gas and liquid flowing in the flow path is high, the friction between the mixed fluid and the inner wall of the flow path becomes large, and charging of the mixed fluid becomes a problem. By comprising the conductive fluororesin material, charging of the mixed fluid can be effectively suppressed.
ここで導電性フッ素樹脂材料は、混合流体との摩擦により含有するカーボンナノチューブが脱離する。ここまでは特許文献4の流体機器と同様の作用機序であるが、二流体ノズルにおいては流れている流体が気体と液体との混合流体である点に由来して脱離したカーボンナノチューブが被処理物に与える影響が小さくなる。 Here, the conductive fluorocarbon resin material is desorbed from the contained carbon nanotubes by friction with the mixed fluid. Up to this point, the action mechanism is the same as that of the fluid device of Patent Document 4, but in the two-fluid nozzle, carbon nanotubes released due to the fact that the flowing fluid is a mixed fluid of gas and liquid are covered The impact on the processed material is reduced.
二流体ノズルから噴出した混合流体が被処理物に向けて噴出するときに脱離したカーボンナノチューブは、混合流体中の液体ばかりではなく気体中にも混入するため、噴出した混合流体中の液体部分に含まれるカーボンナノチューブの量は、気体部分に含まれたカーボンナノチューブの量だけ少なくなる。 The carbon nanotubes detached when the mixed fluid jetted from the two-fluid nozzle jets toward the object to be treated are mixed not only in the liquid in the mixed fluid but also in the gas, so the liquid portion in the jetted mixed fluid The amount of carbon nanotubes contained in is reduced by the amount of carbon nanotubes contained in the gas portion.
混合流体はその後の圧力低下により気体部分が膨張するために、脱離したカーボンナノチューブのうち気体部分に含まれた部分は、膨張に伴って濃度が低下する。その結果、被処理物に与える影響が小さくなる。従って、気体が存在することにより、脱離するカーボンナノチューブが被処理物に与える影響は小さくなる。 The mixed fluid expands the gas portion due to the subsequent pressure drop, so the portion of the desorbed carbon nanotube contained in the gas portion decreases in concentration as it expands. As a result, the influence on the object to be treated is reduced. Therefore, the presence of the gas reduces the influence of the desorbed carbon nanotubes on the object to be treated.
脱離当初には混合流体の気体部分にも含まれたカーボンナノチューブは、その後に液体部分に移行することも考えられるが、二流体ノズルにおいては、噴出されるまでに急速に膨張するが単位体積当たりの液体との接触面積は変わらないため、気体部分に含まれるカーボンナノチューブが液体部分に移行することは困難になり、最終的には気体部分に含まれたまま膨張により含有濃度が低下する。 Carbon nanotubes, which are also contained in the gas part of the mixed fluid at the beginning of desorption, may be considered to be transferred to the liquid part thereafter, but in the two-fluid nozzle, they expand rapidly before being ejected, but the unit volume Since the contact area with the liquid does not change, it becomes difficult for the carbon nanotubes contained in the gas part to transfer to the liquid part, and eventually the content is reduced due to expansion while being contained in the gas part.
そのため、圧縮して高圧になった気体を流体として採用する二流体ノズルにおいては、高圧時に混入したカーボンナノチューブは、その後に減圧されて膨張した時にはカーボンナノチューブの濃度が減少して被処理物に対して問題にならない量にできた。 Therefore, in a two-fluid nozzle that uses a compressed gas at high pressure as a fluid, carbon nanotubes mixed at high pressure are reduced in concentration and then reduced in concentration when the carbon nanotube is expanded and then expanded. It was possible to make the amount not a problem.
二流体ノズルにおいて供給する気体の圧力は常圧よりも大きく倍以上(例えば0.2MPa以上)にするため高圧で混入したカーボンナノチューブは常圧に戻したときには濃度が半分程度になる。 Since the pressure of the gas supplied in the two-fluid nozzle is twice or more (for example, 0.2 MPa or more) larger than normal pressure, the concentration of carbon nanotubes mixed at high pressure is about half when returned to normal pressure.
また、流路中にて混合流体は減圧されていくために、減圧しながら混合流体が流路を構成する導電性フッ素樹脂材料に接触しても摩擦力が小さくなるためにカーボンナノチューブの脱離は少なくできる。 In addition, since the mixed fluid is decompressed in the flow path, even if the mixed fluid comes in contact with the conductive fluorocarbon resin material constituting the flow path while being decompressed, the frictional force is reduced, so that the carbon nanotube is detached. Can be reduced.
従って、特許文献4ではフッ素樹脂材料中に分散できるカーボンナノチューブの上限濃度としては、混入の影響を考えて0.030質量%とされていたが、二流体ノズルでは特許文献4と同基準を採用し余裕をみて設定したとしても0.060質量%まで含有させても脱離したカーボンナノチューブの影響が少なくできることが分かった。 Therefore, in Patent Document 4, the upper limit concentration of carbon nanotubes that can be dispersed in the fluorocarbon resin material is considered to be 0.030% by mass in consideration of the influence of mixing, but in the two-fluid nozzle, the same standard is adopted in Patent Document 4 It was found that the influence of the desorbed carbon nanotube can be reduced even if the content is up to 0.060 mass% even if set in consideration of the allowance.
更に、二流体ノズルにおいては、液体の他に気体を含むためにそれらの混合物である流体による摩擦が小さくなって、発生する静電気も小さくなる。そのために要求される導電率の下限値も低くすることが可能になることが判明したため、カーボンナノチューブの含有量の下限値を0.010質量%にすることができた。 Furthermore, in the two-fluid nozzle, since the gas is contained in addition to the liquid, the friction by the fluid which is a mixture of them decreases, and the static electricity generated also decreases. Since it turned out that it is also possible to lower the lower limit value of the conductivity required for that purpose, it was possible to make the lower limit value of the content of carbon nanotubes 0.010 mass%.
本発明は上記知見に基づき完成したものであり、本発明の二流体ノズルは、圧縮された気体が導入される気体供給口と、液体が供給される液体供給口と、前記気体及び前記液体の混合流体が噴出する噴出口と、前記気体供給口と前記噴出口との間を連通し且つ内部に前記液体供給口が開口する流路とを区画する本体部を有し、
前記流路は、
前記気体供給口と前記噴出口との間に、上流側から縮径するコンバージェント部、及び、下流側に向けて拡径するダイバージェント部のうちの少なくとも一方と、内部の圧力が高くなる部分であるスロート部とをもち、
前記本体部のうち、前記スロート部より下流側、且つ、前記液体供給口よりも下流側の所定範囲は、フッ素樹脂材料と、全体の質量を基準として0.010%以上0.060%以下の濃度で前記フッ素樹脂材料に分散したカーボンナノチューブとを含む導電性フッ素樹脂材料により形成されているものである。
The present invention has been completed based on the above findings, and the two-fluid nozzle of the present invention has a gas supply port into which a compressed gas is introduced, a liquid supply port to which a liquid is supplied, and the gas and the liquid. It has a main body part which communicates between the spout which spouts the mixed fluid, and between the gas supply port and the spout, and a flow path in which the liquid supply port opens inside;
The flow path is
Between the gas supply port and the jet port, at least one of a convergent part that reduces its diameter from the upstream side, and a divergent part that expands its diameter toward the downstream side, and a part where internal pressure increases With the throat part which is
In the main body portion, a predetermined range downstream of the throat portion and downstream of the liquid supply port is 0.010% or more and 0.060% or less based on the mass of the fluororesin material and the whole. It is formed of a conductive fluororesin material including carbon nanotubes dispersed in the fluororesin material in concentration.
そして、前記本体部は全体が前記導電性フッ素樹脂材料により構成されていることができる。 And the said main-body part can be entirely comprised with the said electroconductive fluorine resin material.
また、前記液体供給口は、前記スロート部から前記ダイバージェント部までの間に開口することができる。液体供給口をスロート部よりも下流側に開口させることにより、スロート部に接触する流体中には液体は含有しないことになる。液体を含有させないことでスロート部から噴出口に至るまで、より大きな膨張が生起することになって、スロート部でのカーボンナノチューブの混入による影響を小さくすることができるからである。 Further, the liquid supply port can be opened from the throat portion to the divergent portion. By opening the liquid supply port downstream of the throat portion, the fluid in contact with the throat portion will not contain any liquid. By not containing the liquid, a larger expansion occurs from the throat portion to the ejection port, and the influence of the mixture of carbon nanotubes in the throat portion can be reduced.
更に、前記流路は、前記コンバージェント部及び前記ダイバージェント部の双方をもつことができる。気体供給口から供給された圧縮された気体の流速が遅くてもコンバージェント部とダイバージェント部とを採用することでスロート部における流速を効果的に増速可能だからである。 Furthermore, the flow path can have both the convergent part and the divergent part. Even if the flow velocity of the compressed gas supplied from the gas supply port is low, it is possible to effectively accelerate the flow velocity in the throat by adopting the convergent part and the divergent part.
本発明の二流体ノズルは、適正な構造をもつ二流体ノズルの構成を採用することで導電性フッ素樹脂材料に含有されるカーボンナノチューブの含有量を増加させることが可能になったため、導電性フッ素樹脂材料由来のカーボンナノチューブの混入が問題にならない上に、充分な帯電防止効果を発揮できるようになる効果を発揮できた。 Since the two-fluid nozzle of the present invention can increase the content of carbon nanotubes contained in the conductive fluororesin material by adopting the configuration of the two-fluid nozzle having a proper structure, the conductive fluorine can be obtained. In addition to the fact that the mixing of carbon nanotubes derived from the resin material is not a problem, the effect of being able to exhibit a sufficient antistatic effect can be exhibited.
本発明の二流体ノズルについて以下実施形態に基づき詳細に説明を行う。以下、説明において使用する図面は模式図であって、記載される構成や大小関係などについては発明の意義を失わない限り適正に修正することが可能である。 The two-fluid nozzle of the present invention will be described in detail below based on the embodiment. Hereinafter, the drawings used in the description are schematic diagrams, and the configurations, the magnitude relationships, etc. to be described can be properly corrected as long as the meaning of the invention is not lost.
本実施形態の二流体ノズルは、流路を区画する本体部をもつ。流路には気体供給口と液体供給口と噴出口がそれぞれ開口する。流路は気体供給口から供給される圧縮された気体を噴出口まで導出する流路であり、その途中で微細化する液体を供給する液体供給口が開口する。液体供給口から噴出口に至るまでに液体は微細化して混合流体になる。 The two-fluid nozzle of the present embodiment has a main body section that divides the flow path. A gas supply port, a liquid supply port, and a jet port are opened in the flow path. The flow path is a flow path for leading the compressed gas supplied from the gas supply port to the ejection port, and a liquid supply port for supplying the liquid to be refined is opened in the middle of the flow path. From the liquid supply port to the spout, the liquid is pulverized into a mixed fluid.
流路は、気体供給口から噴出口との間に、上流側から縮径するコンバージェント部か、又は下流側に向けて拡径するダイバージェント部をもつ。そして、内部の圧力が高い部分であるスロート部をもつ。内部の圧力が高い部分としては、流路の断面積が最も小さい部分の最上流側であることが多い。また、コンバージェント部とダイバージェント部との双方をもつ場合には、コンバージェント部とダイバージェント部とを接続する部分がスロート部である。スロート部は断面形状が円形であることが望ましい。スロート部は、流体がここを通過するときには気体の速度が音速にまで加速することが望ましい。音速にまで加速させるには供給する気体の圧力や供給量を調節したり、スロート部の流体の流れ方向の断面プロファイルを最適化したりすることで達成できる。コンバージェント部をもつと、気体供給口から供給された気体が増速される。ダイバージェント部をもつと、スロート部を通過する流体の速度が音速に到達していても、その後にダイバージェント部を通過する際に超音速にまで増速できる。 The flow path has a convergent part which reduces in diameter from the upstream side or a divergent part which expands in the downstream direction, between the gas supply port and the jet port. And it has a throat part which is a part with high internal pressure. As a part with high internal pressure, it is often the most upstream side of the part where the cross-sectional area of the flow path is the smallest. Further, in the case where both the convergent part and the divergent part are provided, the part connecting the convergent part and the divergent part is a throat part. The throat portion is desirably circular in cross section. The throat portion desirably accelerates the velocity of the gas to the speed of sound as the fluid passes therethrough. Acceleration to the speed of sound can be achieved by adjusting the pressure and supply amount of the supplied gas or optimizing the cross-sectional profile in the flow direction of the fluid in the throat. The convergence portion accelerates the gas supplied from the gas supply port. With the divergent portion, even if the velocity of the fluid passing through the throat portion reaches the speed of sound, it can be accelerated to supersonic speed when passing through the divergent portion.
液体供給口は、スロート部近傍に開口するように形成される。特にスロート部よりも僅かに下流側に液体供給口を開口することにより供給された液体がスロート部の内壁と接触することがなくなるため好ましい。スロート部よりも下流側で液体を供給することにより、供給された液体による導電性フッ素樹脂材料内のカーボンナノチューブの離脱が生起しないため好ましい。 The liquid supply port is formed to open in the vicinity of the throat portion. In particular, it is preferable because the liquid supplied by opening the liquid supply port slightly downstream of the throat portion does not contact the inner wall of the throat portion. By supplying the liquid downstream of the throat portion, it is preferable because detachment of carbon nanotubes in the conductive fluororesin material by the supplied liquid does not occur.
本体部は、少なくとも流路のスロート部が導電性フッ素樹脂材料から形成される。この導電性フッ素樹脂材料はカーボンナノチューブが全体の質量を基準として0.010%以上0.060%以下の濃度で含有される。この範囲の含有することにより、高い導電率を付与することが可能になり帯電防止効果を発揮することができ、且つ、流体中へのカーボンナノチューブが混入する量が抑制できる。特にカーボンナノチューブの含有量として0.030%超とすることにより、導電率を充分に低くすることができる。カーボンナノチューブの含有量が0.030重量%で導電率が1.0×103Ω・cm程度になり(特許文献4にも同旨の記載が0038段落にある)、それ以上に含有させることで1.0×103Ω・cm以下の導電率になって更に高い帯電防止効果が発揮できる。 At least a throat portion of the flow path of the main body portion is formed of a conductive fluororesin material. The conductive fluororesin material contains carbon nanotubes at a concentration of 0.010% to 0.060% based on the total mass. By containing in this range, it becomes possible to impart high conductivity, and an antistatic effect can be exhibited, and the amount of carbon nanotubes mixed into the fluid can be suppressed. In particular, when the content of carbon nanotubes is more than 0.030%, the conductivity can be sufficiently lowered. When the carbon nanotube content is 0.030% by weight and the conductivity is about 1.0 × 10 3 Ω · cm (as described in Patent Document 4 for the same effect in paragraph 0038), the carbon nanotube content is more than that. With a conductivity of 1.0 × 10 3 Ω · cm or less, a higher antistatic effect can be exhibited.
導電性フッ素樹脂材料中に含有するカーボンナノチューブの量の上限としては、0.060質量%が設定できる。気体と液体とが流体として流れる二流体ノズルにおいては、噴射される流体の体積は急激に膨張するため、液体だけが流れる流体機器とは異なりカーボンナノチューブの脱離による影響は小さくできる。導電性フッ素樹脂材料中に含有するカーボンナノチューブの量としては、上限値として0.05質量%にすることができ、下限値としては、0.020質量%、0.030質量%程度とすることができる。 As the upper limit of the amount of carbon nanotubes contained in the conductive fluororesin material, 0.060 mass% can be set. In the case of a two-fluid nozzle in which a gas and a liquid flow as a fluid, the volume of the fluid to be jetted expands rapidly, so the effect of desorption of carbon nanotubes can be reduced unlike in a fluid device where only a liquid flows. The amount of carbon nanotubes contained in the conductive fluororesin material can be 0.05% by mass as the upper limit, and 0.020% by mass and 0.030% by mass as the lower limit. Can.
なお、特許文献4では、液体と気体とを混合することの開示や、液体と気体とを混合する機構の開示も示唆もないため、液体であるか、または気体であるかをそれぞれ単独で用いることしか想定されていない。従って、液体単独であれば導電性フッ素樹脂材料に接触した後の体積は変化しないためにカーボンナノチューブの混入が問題となる0.030質量%以上のカーボンナノチューブを導電性フッ素樹脂材料中に含有させることは困難であり、気体単独であれば、そもそも気体への帯電は問題にならないため、導電性フッ素樹脂材料を採用して帯電を抑制する必要はない。 Note that Patent Document 4 does not disclose or suggest mixing a liquid and a gas, or a mechanism for mixing a liquid and a gas, and therefore uses either liquid or gas independently. Only things are supposed. Therefore, if the liquid alone does not change the volume after contact with the conductive fluorocarbon resin material, carbon nanotubes of 0.030% by mass or more in which mixing of carbon nanotubes becomes a problem is contained in the conductive fluorocarbon resin material It is difficult, and if the gas alone is used, charging to the gas will not be a problem in the first place, so it is not necessary to suppress the charging by employing a conductive fluororesin material.
導電性フッ素樹脂材料としては、フッ素樹脂材料とカーボンナノチューブとから構成される。フッ素樹脂材料としては特に限定しないが、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)が例示できる。 The conductive fluororesin material is composed of a fluororesin material and carbon nanotubes. The fluorine resin material is not particularly limited, and examples thereof include polytetrafluoroethylene (PTFE), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), and tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA).
フッ素樹脂材料としては、粉末状のもの(例えば、旭硝子製のPTFE G163)を用いることができる。 As a fluorine resin material, a powdery thing (for example, PTFE G163 made from Asahi Glass) can be used.
また、カーボンナノチューブとしては、例えば、以下の特性を備えるものを用いるのが望ましい。
・50μm以上かつ150μm以下の繊維長を有する。
・5nm以上かつ20nm以下の繊維径を有する。
・10mg/cm3以上かつ70mg/cm3以下の嵩密度を有する。
・G/D比が0.7以上かつ2.0以下である。
・純度が99.5%以上である。
・多層(例えば、4〜12層)に形成されている。
Further, as the carbon nanotube, for example, it is desirable to use one having the following characteristics.
Have a fiber length of 50 μm or more and 150 μm or less.
Having a fiber diameter of 5 nm or more and 20 nm or less.
Having a bulk density of 10 mg / cm 3 or more and 70 mg / cm 3 or less.
The G / D ratio is 0.7 or more and 2.0 or less.
Purity is 99.5% or more.
-It is formed in the multilayer (for example, 4-12 layers).
ここで、カーボンナノチューブの繊維長を50μm以上としているのは、カーボンナノチューブをフッ素樹脂材料に分散させた場合に、少量で十分な導電性を付与するためである。 Here, the fiber length of the carbon nanotube is set to 50 μm or more in order to impart sufficient conductivity with a small amount when the carbon nanotube is dispersed in a fluorocarbon resin material.
また、G/D比とは、カーボンナノチューブのラマンスペクトルに現れるG−bandのピークとD−bandのピークの比を示す値である。G−bandはグラファイト構造に由来するものであり、D−bandは欠陥に由来するものである。G/D比は、カーボンナノチューブの欠陥濃度に対する結晶の純度の比率を示している。 Moreover, G / D ratio is a value which shows ratio of the peak of G-band and the peak of D-band which appear in the Raman spectrum of a carbon nanotube. G-band is derived from a graphite structure, and D-band is derived from a defect. The G / D ratio indicates the ratio of crystal purity to defect concentration of carbon nanotubes.
(二流体ノズルの具体例)
・構成
本実施形態の二流体ノズルの一例1は、図1に示すように、本体部10と第2本体部20とを有する。本体部10と第2本体部20とは、熱融着にて接続されている。本体部10は、内部に流路60が区画されている。流路60の中程には、液体供給口31が開口している。液体供給口31は、流路60の断面におけるほぼ中央部分に配設されている。液体供給口31は、液体供給基部32により第2本体部20から噴出口70側に向けて延設されている。液体供給口31への液体の供給は、液体供給装置(図略)に接続される液体供給装置接続部30から液体供給基部32内に設けられた液体路を通じて行われるようになっている。液体供給装置としては特に限定しない。
(Specific example of two-fluid nozzle)
-Configuration As shown in FIG. 1, an example 1 of the two-fluid nozzle of the present embodiment has a
流路60は、気体供給口41が開口する側(図面左方)と噴出口70との間を連通する。気体供給口41は、気体供給装置(図略)に接続する気体供給装置接続部40内に複数個配設されており、液体供給基部32の周囲に配置されている。気体供給装置としては特に限定しない。液体供給基部32の周囲に配置されているのは、液体供給口31の周囲における気体の流速を均等に近づけるためである。気体供給口41を複数個に分割しているのは、強度向上を目的としている。
The
流路60は、気体供給口41側から下流側に向けて縮径するコンバージェント部61をもつ。そしてその下流からは同径にて噴出口70まで接続する。このコンバージェント部61から最も縮径した部分が最も気体の圧力が高まる部分で有り、スロート部62に相当する。このスロート部62の下流には下流側に向けて拡径されるダイバージェント部を設けることもできる。液体供給口31は、スロート部62の近傍に開口でき、特にスロート部62の下流側にて開口していることが好ましい。本実施形態の二流体ノズルでは、スロート部62の下流側にて開口している。
The
本体部10のうち、少なくとも液体供給口31より下流側の所定範囲63については導電性フッ素樹脂材料から形成される。液体供給口31がスロート部62よりも上流側にて開口する場合には、スロート部62を導電性フッ素樹脂材料にて形成する。ここで、本体部10の全体について導電性フッ素樹脂材料にて形成することができる。導電性フッ素樹脂材料には、カーボンナノチューブが0.010質量%以上、0.060質量%以下の濃度で含有されている。本体部10のうち導電性フッ素樹脂材料にて形成しない部分や、第2本体部20を形成する材料は特に限定しないが、一般的なフッ素樹脂材料にて形成することができる。具体的なフッ素樹脂材料としては先述した導電性フッ素樹脂材料を構成するフッ素樹脂材料と同じものが例示できる。導電性フッ素樹脂材料に採用するフッ素樹脂材料とその他の部分を形成するフッ素樹脂材料とは同じものであっても異なるものであっても構わない。
In the
本体部10のうち導電性フッ素樹脂材料にて形成した部分(本実施形態では下流側の所定範囲63)には外部と導通する導通部材(図略)を形成することができる。導通部材は、適正な部分にアースすることで帯電を効果的に抑制できる。
A conductive member (not shown) electrically connected to the outside can be formed in a portion (a
・作用効果、
本実施形態の二流体ノズルの作用効果を説明する。液体供給装置からは液体としての純水を供給し、気体供給装置からは気体としての空気を供給する。液体の例示として純水を挙げたが、用途に応じてその他の液体を採用することができる。そして、液体に加えて微粒子材料を分散させても良い。液体供給口31の他に別の液体を供給する第2液体供給口を設けても良い。液体供給口31から供給する液体は、圧力を付与しても良い。また液体の遠度を適宜制御しても良い。液体の供給速度は、噴出される混合流体中に含有させたい液体の量に応じて適正に決定する。
・ Operation effect
The operation and effects of the two-fluid nozzle of the present embodiment will be described. The liquid supply device supplies pure water as a liquid, and the gas supply device supplies air as a gas. Although pure water was mentioned as an example of a liquid, other liquids can be adopted according to a use. Then, in addition to the liquid, the particulate material may be dispersed. In addition to the
気体としては、空気以外にも二酸化炭素、酸素、窒素、アルゴンなど通常の気体が採用できる。供給される気体は圧縮されており例えば0.2MPa〜1.0MPa程度の供給圧力とすることができ、特に0.25MPa以上とすることが好ましく、0.6MPa以下にすることが好ましい。気体供給口41に供給する気体は、温度や湿度などを適正に制御することが可能である。加温したり、冷却したり、加湿したり、乾燥させたりできる。 As the gas, in addition to air, ordinary gases such as carbon dioxide, oxygen, nitrogen and argon can be adopted. The gas to be supplied is compressed and can be, for example, a supply pressure of about 0.2 MPa to about 1.0 MPa, particularly preferably 0.25 MPa or more, and preferably 0.6 MPa or less. The gas supplied to the gas supply port 41 can properly control the temperature, humidity, and the like. It can be heated, cooled, humidified or dried.
気体供給口41から供給される気体は、圧縮されているため噴出口70に向けての流れを生じさせる。気体供給口41から供給された気体の流れは、コンバージェント部61の存在により増速される。そしてスロート部62に到達すると、その後は断面形状が変化せず且つ噴出口70が大気圧に開放されているため体積を増加させながら更に流れが速くなっていく。特に気体供給口41から高圧の気体を導入してスロート部62にて音速にまで達している場合で、スロート部62から噴出口70に向けて拡径するダイバージェント部が形成されている場合には、気体の流れは音速を超えることも可能である。ここで、気体の流れが流路60の壁面と接触しても摩擦による帯電は発生しない。
The gas supplied from the gas supply port 41 generates a flow toward the
スロート部62では、気体の流れが速くなっているため、液体供給口31から液体を供給された液体は微細な液滴90となって気体の流れと共に噴出口70から噴出される。気体の流れに乗った液滴は流路60の壁面と摩擦するが、導電性フッ素樹脂材料により流路60の内面が形成されているため帯電が抑制できる。なお、流路60の壁面との摩擦により導電性フッ素樹脂材料に含まれるカーボンナノチューブが脱離しても、先述したようにその後の膨張によって問題がないカーボンナノチューブの濃度にまで低下する。
In the
以上説明したように、流路60の壁面がカーボンナノチューブの含有量が0.010質量%以上にしても0.060質量%までにすることにより充分な導電性を発揮でき且つ最終的に噴出される混合流体中のカーボンナノチューブの濃度には問題が生じない。
As described above, even if the wall surface of the
以上の結果を裏付ける目的で、液体と気体との混合流体を対象とする二流体ノズル1について、本体部10と第2本体部20とをすべてカーボンナノチューブを0.060質量%含有する導電性フッ素樹脂材料にて構成したものを試作し、液体としての純水と気体としての空気とを用いて噴出させたときの帯電の程度と混入するカーボンナノチューブの量とを検討した結果、十分な帯電防止効果が発現されたことと、カーボンナノチューブの混入量が許容範囲に収まっていることを確認した。カーボンナノチューブの混入量としては、特許文献4に記載のような液体を対象とする流体機器にて、カーボンナノチューブを0.025%含有する導電性フッ素樹脂材料を採用した場合に生起するカーボンナノチューブの混入量と同程度かそれ以下であった。
For the purpose of supporting the above results, the conductive fluorine containing the carbon nanotube in an amount of 0.060% by mass of the
更に、帯電防止効果を確認するため、カーボンナノチューブの含有量を0.010質量%含有する導電性フッ素樹脂材料にて本体部10及び第2本体部20を全て形成した二流体ノズルを試作した。その結果、通常の条件では問題になるような帯電は発生しなかった。なお、前述のカーボンナノチューブの含有量を0.06質量%とした二流体ノズルでは、通常よりも過酷な条件(液体の割合が多い、気体の供給圧力が高いなどの理由により摩擦が大きくなるような条件)でも充分な帯電防止効果が発揮できた。なお、0.030質量%を超える程、カーボンナノチューブを含有させる方がより帯電防止効果が高いことが予測された。
Furthermore, in order to confirm the antistatic effect, a two-fluid nozzle in which the
1…二流体ノズル
10…本体部 20…第2本体部 30…液体供給装置接続部 31…液体供給口 32…液体供給基部 40…気体供給装置接続部 41…気体供給口 60…流路 61…コンバージェント部 62…スロート部 63…下流側の所定範囲
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... 2
Claims (4)
前記流路は、
前記気体供給口と前記噴出口との間に、上流側から縮径するコンバージェント部、及び、下流側に向けて拡径するダイバージェント部のうちの少なくとも一方と、内部の圧力が高くなる部分であるスロート部とをもち、
前記本体部のうち、前記スロート部より下流側、且つ、前記液体供給口よりも下流側の所定範囲は、フッ素樹脂材料と、全体の質量を基準として0.010%以上0.060%以下の濃度で前記フッ素樹脂材料に分散したカーボンナノチューブとを含む導電性フッ素樹脂材料により形成されている、
二流体ノズル。 A gas supply port through which the compressed gas is introduced, a liquid supply port through which the liquid is supplied, an ejection port through which the gas and a mixed fluid of the liquid are ejected, the gas supply port and the ejection port It has a main body which communicates with and internally defines a flow passage in which the liquid supply port is opened,
The flow path is
Between the gas supply port and the jet port, at least one of a convergent part that reduces its diameter from the upstream side, and a divergent part that expands its diameter toward the downstream side, and a part where internal pressure increases With the throat part which is
In the main body portion, a predetermined range downstream of the throat portion and downstream of the liquid supply port is 0.010% or more and 0.060% or less based on the mass of the fluororesin material and the whole. It is formed of a conductive fluororesin material including carbon nanotubes dispersed in the fluororesin material in concentration,
Two fluid nozzle.
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