JP2021130070A - 除塵ノズルおよび除塵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】粉塵の除去効率を向上させた除塵ノズルおよび除塵装置を提供する。【解決手段】内部構造の少なくとも一部として、上流側から供給された気体の通り道である円筒部１１と、円筒部１１の下流端に接続され、下流側に向かうにつれて径が小さくなるように構成されたテーパー部１２と、テーパー部１２の下流端に接続され、細長いスリット形状の開口端１３ａを有する開口１３と、を含み、円筒部１１の直径は、開口端１３ａの幅よりも、１ｍｍ以上大きくなるように形成する。【選択図】図２

Description

本発明は、電子部品等の粉塵を除去するために用いられる除塵ノズルおよび除塵装置に関する。

半導体産業をはじめ多くの分野で用いられるクリーンルーム内では、電子部品等のワークの製造時において、ワークに付着した金属粉や成形粉等の粉塵を除去することが求められる。このような除塵は、除塵ブラシでワークを掃うことにより除去したり、ノズルから噴射したエアをワークに吹き付けることで洗浄したりすることにより行われている。

エアを用いる除塵装置では、バルブの開閉を行うことでパルスエアを用いて間欠的にエアを供給することも可能である。このような除塵装置では、圧縮空気を用いて除塵が行われるため、除塵ブラシでは洗浄しにくいような粒子状の粉塵が除去される。

特開平５−３０１０８３号公報

近年、モバイル機器や電気自動車等の２次電池製造分野では、例えばリチウムイオン電池セパレータなどの精密機器を、より確実に除塵することが求められている。しかし、５μｍ以下の微粒子レベルの粉塵については、いまだ除去が難しく除塵が不十分となることがあった。また、このような精密機器では、誘電体が用いられることがあり、この誘電体表面に付着した微粒子を効率よく除去できる除塵装置の開発が求められていた。

本発明は、上述したような従来技術の問題点を解決するために提案されたものである。その目的は、粉塵の除去効率を向上させた除塵ノズルおよび除塵装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明の除塵ノズルは、以下の特徴を有する。
（１）内部構造の少なくとも一部として、上流側から供給された気体の通り道である円筒部と、前記円筒部の下流端に接続され、下流側に向かうにつれて径が小さくなるように構成されたテーパー部と、前記テーパー部の下流端に接続され、細長いスリット形状の開口端を有する開口と、を含み、前記円筒部の直径は、前記開口端の幅よりも、１ｍｍ以上大きくなるように形成する。

（２）前記開口端の幅が５ｍｍであり、前記円筒部の直径が６〜８ｍｍであっても良い。

（３）前記開口が所定の空間を介して水平方向に並んで複数配置され、各開口に対して前記テーパー部および前記円筒部がそれぞれ接続されても良い。

（４）前記開口端の幅が５ｍｍであり、前記円筒部の直径が６ｍｍであっても良い。

（５）前記開口が２つ並んで配置され、２つの前記開口の間の空間が、２．５ｍｍであっても良い。

また、上記の目的を達成するために、本発明の除塵装置は、以下の特徴を有しても良い。
（６）上記に記載の前記除塵ノズルと、前記除塵ノズルの上流端が装着可能に構成された本体と、前記除塵ノズルに、上流側から供給された気体を供給するチューブと、前記チューブに取り付けられ、前記チューブを一定間隔で開閉する電磁弁と、前記チューブに接続され、操作位置によって前記チューブ内の気体を前記除塵ノズルに供給するよう構成されたトリガーと、を有して良い。

（７）前記除塵ノズルの先端から、除塵対象物までの距離が所定の距離であることを示す距離計をさらに有して良い。

（８）除塵対象物を除電する除電針をさらに有して良い。

（９）前記除塵ノズルが、除塵対象物に対して所定の角度に傾けられていることを示す水平器をさらに有して良い。

本発明によれば、粉塵の除去効率を向上させた除塵ノズルおよび除塵装置を提供することができる。

実施形態にかかる除電装置の一例を示す構成図である。 実施形態にかかる除塵ノズルの一例を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は垂直方向の断面図、（ｄ）は水平方向の断面図である。 実施形態にかかる除電装置の構成要素の一例を示す構成図である。 実施形態にかかる除塵ノズルの変形例を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は垂直方向の断面図、（ｄ）は水平方向の断面図である。 従来例と実施例の除塵ノズルを用いた微粒子の除去率の平面分布図である。 従来例と実施例の除塵ノズルから噴射されたエアジェットをシュリーレン法により可視化した写真である。 従来例と実施例の除塵ノズルから噴射されたエアジェットの流速分布図である。 従来例と実施例の除塵ノズルを用いた微粒子の除去率の平面分布図である。 シングルスリットノズルとダブルスリットノズルを用いた微粒子の除去率の平面分布図である。 帯電した誘電体を除塵した際のパルス回数と除去率の関係を示すグラフである。 帯電したポリ塩化ビニルを除塵した際のパルス回数と除去率の関係を示す写真である。 除電した誘電体を除塵した際のパルス回数と除去率の関係を示すグラフである。 除電したポリ塩化ビニルを除塵した際のパルス回数と除去率の関係を示す写真である。

［構成］
本発明に係る除塵装置Ａの実施形態について図面を参照しつつ説明する。除塵装置Ａは、気体をワーク等の除塵対象物に対して噴射し、除塵対象物を洗浄する装置である。図１に示す通り、除塵装置Ａは、本体１、グリップ２、チューブ３、トリガー４、電磁弁５、コントローラ６、および除塵ノズル１０を有する。以下の説明では、まず除塵装置Ａに適用される除塵ノズル１０について、図２（ａ）〜（ｄ）を参照して説明する。なお、以下の説明では、気体が供給される側を上流側、気体が排出される側を下流側と表現する場合がある。

（除塵ノズル）
除塵ノズル１０は、除塵装置１の上流側から供給された気体を噴射する部材である。図２（ｃ）および（ｄ）に示すように、除塵ノズル１０は、その内部構造の少なくとも一部として、上流側から順に、円筒部１１、テーパー部１２、および開口１３を有する。なお、図２に示す除塵ノズル１０の最大外径は２４ｍｍであるが、除塵ノズル１０の外径については適宜変更可能である。

円筒部１１は、除塵装置Ａの上流側から供給された気体の通り道、すなわち助走路である。円筒部１１の下流側の端部には、テーパー部１２が接続されている。テーパー部１２は、円筒部１１と開口１３を接続する収縮路である。テーパー部１２は、下流側に向かうにつれて径が小さくなるように構成され、下流側の端部には開口１３が接続されている。

図２（ｂ）に示す通り、開口１３の開口端１３ａは、細長いスリット形状を有する。除塵装置Ａの上流側から供給された気体は、円筒部１１を助走後、テーパー部１２を介して開口１３に向かって急激に絞り込まれ、音速または亜音速域の流速を有するエアジェットとなる。開口１３は、このエアジェットを排出する排出口である。すなわち、除塵ノズル１０において、開口１３が最下流端である。なお、本明細書では、開口１３から排出された後に、流速２３０〜３４０ｍ／ｓ程度に達するエアジェットを、音速または亜音速域の流速を有するエアジェットとする。

開口１３は、開口端１３ａとして細長いスリット形状を有する穴である。開口端１３ａとは、開口１３の上流側の端部と、下流側の端部の少なくとも一方を指し示すことができる。図２（ｂ）では、一例として長方形である矩形状の開口端１３ａを示している。ただし、開口端１３ａは丸みを帯びた形状であってもよく、角丸四角形や細長い楕円等を採用することができる。ここでいう細長いとは、例えば、開口端１３ａの高さと幅の比率が、１：１０となる形状を指す。

例えば、開口端１３ａを幅５ｍｍ、高さ０．５ｍｍの矩形スリットとすることにより、細長いスリット形状の開口端１３ａとなる。なお、図２の例では、開口１３の軸方向の長さ（Ｘ軸方向の長さ）は５ｍｍである。細長いスリット形状の開口端１３ａを有する開口１３から排出されるエアジェットは、除塵対象物に衝突後も、しばし亜音速域の流速を維持する。

円筒部１１の直径は、開口１３の開口端１３ａの長手方向（Ｙ軸方向）の長さである幅よりも１ｍｍ以上大きくなるように形成することが好ましい。例えば、円筒部１１の直径は、開口端１３ａを幅５ｍｍ、高さ０．５ｍｍの矩形スリットとした場合には、６ｍｍ以上とすることができる。この場合、除塵ノズル１０の有効除去範囲は、７．５ｍｍである。

円筒部１１の直径と、開口１３の幅を同一とした場合、円筒部１１からテーパー部１２を介して開口１３に供給される気体は、開口１３の高さ方向（Ｚ軸方向）、すなわち鉛直方向においては、例えば５ｍｍから０．５ｍｍに絞りこまれることとなる。一方、開口１３の幅方向（Ｙ軸方向）、すなわち水平方向においては同一の状態を維持する。したがって、供給された気体の絞り込みが不十分となり、開口端１３ａから排出される気体の速度が音速または亜音速域に満たない、または排出時には音速または亜音速域に達するが亜音速域の流速を維持できない可能性がある。

円筒部１１の直径を、開口１３の幅よりも１ｍｍ以上大きくする構成により、上流側から供給された気体が、円筒部１１およびテーパー部１２を介して開口１３の開口端１３ａに至るまでにおいて、鉛直方向および水平方向の双方において絞り込まれる。そのため、開口端１３ａから音速域または亜音速域の流速の気体が排出される。

円筒部１１の直径は、開口１３の寸法により適宜変更可能であるが、開口端１３ａを幅５ｍｍ、高さ０．５ｍｍの矩形スリットとした場合には、６ｍｍ以上８ｍｍ以下とすることが好ましい。円筒部１１の直径がこの範囲内となると、除塵ノズル１０から噴射される気体の流速が増大する。後述の実験より、円筒部１１の直径が８ｍｍの場合に、除塵ノズル１０から最速の気体が噴射される。一方、円筒部１１の直径を６ｍｍとした場合、除塵ノズル１０から噴射される気体の速度は音速または亜音速域を維持しているものの、円筒部１１の直径が８ｍｍの場合よりは低下する。

ただし、円筒部１１の直径が８ｍｍの場合と、６ｍｍの場合とで、除塵性能に大きな差はみられない。そのため、円筒部１１の直径を６ｍｍとすることで、粉塵の除去効率を維持しつつ、除塵ノズル１０が小型化される。また、円筒部１１の直径を６ｍｍとすることで、上流側から供給される気体の消費量が削減されると考えられる。

円筒部１１の軸方向（Ｘ軸方向）の長さについては、円筒部１１の直径が６〜８ｍｍの場合に、２０〜４５ｍｍとすることで、除塵ノズル１０から音速域または亜音速域の気体が噴射されることが確認されている。除塵ノズル１０の小型化や、上流側から供給される気体の消費量の削減を考慮した場合には、円筒部１１の軸方向の長さを２０ｍｍとすることが最適条件となるが、これに限定されない。

テーパー部１２の上流端は、円筒部１１の形状と同一となるように形成されている。また、テーパー部１２の下流端は、開口端１３ａの形状と同一となるように形成されている。上記の通り、テーパー部１２は、円筒部１１を助走してきた気体を開口１３の形状まで急激に絞り込む収縮路としての役割を有する。そのため、テーパー部１２の軸方向（Ｘ軸方向）の長さは、５ｍｍ以下とすることが好ましい。図１の例では、テーパー部１２の軸方向（Ｘ軸方向）の長さは３ｍｍである。

（除塵装置）
以上のような除塵ノズル１０が適用される除塵装置１の構成について図１を参照してさらに説明する。除塵装置Ａは、ガンタイプの装置であり、作業者の手操作により、エアジェットが噴射されるように構成されている。このような除塵装置Ａは、排気設備を備えた作業台やベンチ、ブース等の内部で使用される。そのため、除塵装置Ａにより除塵対象物から除去された塵を含む気体は、吸塵ダクト等を介して吸塵機により集められる等して排気されることとなる。上記の通り、除塵装置Ａは、本体１、グリップ２、チューブ３、トリガー４、電磁弁５、コントローラ６、および除塵ノズル１０を有する。

本体１は、除塵ノズル１０の支持構造体である。本体１には、作業者が除塵装置Ａを掌握可能となるようにグリップ２が接続されている。本体１の先端は、除塵ノズル１０の上流端が装着可能に構成されている。また、本体１およびグリップ２は、内部が中空となっており、この中空部分にチューブ３が通されている。

チューブ３は、上流側において不図示のコンプレッサに接続され、コンプレッサから供給された空気を、除塵ノズル１０に供給するように構成されている。なお、コンプレッサから供給された空気は、チューブ３に流入する前に、エアレギュレータによって所定の圧力に減圧される。また、ディフュージョンドライヤーやフィルタ等を通過させることにより異物や水分が除去され、清浄乾燥空気となっている。

チューブ３には、トリガー４が接続されており、トリガー４の操作位置によってチューブ３内の圧縮空気を除塵ノズル１０に供給するよう構成される。本実施形態では、作業者がトリガー４を引くことで、不図示のコンプレッサから除塵ノズル１０までの流路が形成される。その結果として、除塵ノズル１０からエアジェットが噴射される。

また、チューブ３には、電磁弁５が取り付けられ、弁を開閉することによりチューブ３内の圧縮空気の流れが制御される。電磁弁５の取り付け位置は、除塵ノズル１０にできるだけ近いことが好ましい。この電磁弁５には、コントローラ６が取り付けられている。コントローラ６は、パルス発振コントローラであり、所定のエアジェット噴射時間、休止時間、噴射回数で電磁弁５を制御し、エアジェットを一定間隔で噴射するように制御する。つまり、コントローラ６による電磁弁５の操作により、除塵ノズル１０から排出されるエアジェットは、パルスエアジェットとなる。このようなコントローラ６の制御は、作業者がトリガー４を引いている間に行われ、コントローラ６において設定したパルス回数で、除塵ノズル１０からエアジェットが排出されるように構成される。

除塵ノズル１０から噴射するエアジェットをパルスとする理由としては、塵等の粒子の飛散がジェット噴射直後に起こることに理由がある。すなわち、エアジェットを長時間当て続けても、粒子の飛散率に大きな影響はない。むしろ、エアジェットを間欠的に噴射することにより、噴射のたびに粒子が飛散し、除塵効率が高まる。また、エアジェットの休止時間は短い方が除去効率が高まる。以上より、噴射時間を１秒程度、休止時間を２秒以下としてパルスエアジェットを噴射することが好ましい。

また、図３に示す通り、除塵装置Ａは、さらに、距離計７、除電針８、水平器９を有しても良い。距離計７は、本体１に取り付けられた２点集光式距離測定用の光源であってよい。例えば、２つのＬＥＤが一定の距離で一つの光点に重なることで、除塵ノズル１０の先端から、除塵対象物までの距離が所定の距離であることを示す光源を用いることができる。本実施形態においては、除塵ノズル１０の先端から、除塵対象物までの最適距離は１０ｍｍ以内、より具体的には７ｍｍである。そのため、距離計７は、除塵ノズル１０の先端から、除塵対象物までの距離が７ｍｍとなるよう調整可能に構成されている。除塵ノズル１０の先端から、除塵対象物までの距離を最適距離とすることで、除塵性能が向上する。

除電針８は、本体１に取り付けられたコロナ放電式イオナイザーであってよい。コロナ放電式イオナイザーは、高電圧電源から電圧を印加して除塵対象物の表面に正負の空気イオンを供給することで静電気除去を行う。このように、除電針８を用いて、除塵対象物を除電することにより静電気が防止され除塵性能が向上する。コロナ放電式イオナイザーとしては、高周波ＡＣコロナ式や圧電トランス式（ピエゾ式）等小型なイオナイザーが好ましい。また、高電圧ユニットをコントローラ６に収める構成とすると良い。

水平器９は、除塵ノズル１０が、除塵対象物に対して所定の角度に傾けられていることを示すために設けられる。本実施形態における除塵ノズル１０に対する、除塵対象物の最適角度は３０度である。そのため、水平器９は、除塵装置Ａの水平線から３０度傾けるように配置されている。従って、作業者は水平器９が水平を示す角度にてエアジェットを噴射することで、最適角度を得ることができる。ただし、最適角度は３０度に限定されず、除塵ノズル１０の構成により適宜異なり得る。そのため水平器９の配置角度は、使用する除塵ノズル１０により異って良い。

距離計７、除電針８、水平器９の構成は、上記に限定されない。例えば、除塵装置Ａに、これらの構成を設けない場合もある。その場合には、除塵装置Ａ以外の構成により、同様の作用を達成しても良い。例えば、除塵対象物を除電装置Ａに対して３０度傾けるような、除塵対象物のホルダを用いても良い。また、除電装置Ａを、除塵対象物に対して所定の距離および角度とする除電装置Ａのホルダを設け、このホルダに除電装置Ａを載置して、除電装置Ａを使用することもできる。

（除塵ノズルの変形例）
上記実施形態では、シングルスリットの除塵ノズル１０を用いる例を説明した。ただし、除塵装置１には、図４に示すような複数の開口を有する除塵ノズル２０を用いても良い。除塵ノズル２０の各構成要素は、基本的には除塵ノズル１０の構成と同じであるため、同一部分については説明を省略する。ここで、除塵ノズル２０は、水平方向に並んで配置された複数の開口を有しており、図２（ａ）の例では、２つの開口２３を有する。２つの開口２３は、それぞれ、幅５ｍｍ、高さ０．５ｍｍの矩形スリットである開口端２３ａ、２３ｂを有する。また、開口２３の軸方向の長さ（Ｘ軸方向の長さ）は５ｍｍである。

この開口端２３ａと開口端２３ｂは、２．５ｍｍの間隔を介して並列に配置されている。この間隔は、１つの開口の有効除去範囲に基づいて設定される。すなわち、幅５ｍｍ、高さ０．５ｍｍの矩形スリットを用いた場合、その有効除去範囲は７．５ｍｍとなる。したがって、開口端２３ａと開口端２３ｂの間隔を２．５ｍｍとした場合、各開口の有効除去範囲が重複せずかつ間をあけずに隣接するため、より広範囲の有効除去範囲が得られる。したがって、除塵ノズル２０の有効除去範囲は、１５ｍｍとなる。

図４（ｃ）および（ｄ）に示すように、開口端２３ａの上流側には、テーパー部２２ａと円筒部２１ａが設けられている。また、開口端２３ｂの上流側には、テーパー部２２ｂと円筒部２１ｂが設けられている。そして、円筒部２１ａ、２２ｂの上流側には、さらに供給路２４が設けられている。

円筒部２１ａ、２１ｂの直径は、開口端２３ａ、２３ｂの長手方向（Ｙ軸方向）の長さである幅よりも１ｍｍ以上大きくなるように構成することが好ましい。ただし、開口端２３ａ、２３ｂを幅５ｍｍ、高さ０．５ｍｍの矩形スリットとし２．５ｍｍの間隔で配置した場合、円筒部２１ａ、２１ｂを８ｍｍとすると、円筒部２１ａ、２１ｂが干渉しあう。そのため、円筒部２１ａ、２１ｂの直径は、各円筒部２１ａ、２１ｂが干渉しないように設定することが好ましく、例えば、６ｍｍとすると良い。この場合、各円筒部２１ａ、２１ｂの間に、１．５ｍｍの間隔が形成されるため、各円筒部２１ａ、２１ｂの強度が十分なものとなる。

供給路２４は、上流側から供給された気体を、円筒部２１ａ、２１ｂの双方に供給する円筒状の気体路である。供給路２４の直径は、１８ｍｍであって良く、その下流端に円筒部２１ａ、２１ｂの上流端が接続されている。供給路２４からの気体は、円筒部２１ａ、２１ｂの双方に平等に供給されるように構成される。

ここで、除塵ノズル２０の最大外径は、除塵ノズル１０と同一の２４ｍｍである。除塵ノズル２０の外径については適宜変更可能であるが、上記のような構成とすることで、除塵ノズル１０と外径を同一としつつ、ダブルスリットの除塵ノズル２０が構成される。ただし、開口２３は３以上設けても良く、その場合の除塵ノズルの外形は、開口の数に応じて適宜変更可能である。

［作用効果］
以上のような本実施形態の除塵ノズル１０、２０の作用効果は、以下のとおりである。
（１）内部構造の少なくとも一部として、上流側から供給された気体の通り道である円筒部１１と、円筒部１１の下流端に接続され、下流側に向かうにつれて径が小さくなるように構成されたテーパー部１２と、テーパー部１２の下流端に接続され、細長いスリット形状の開口端１３ａを有する開口１３と、を含み、円筒部１１の直径は、開口端１３ａの幅よりも、１ｍｍ以上大きくなるように形成する。

圧縮空気を除塵ノズル１０に供給することで、円筒部１１から、テーパー部１２を介して、開口１３に向かって、気体が急激に収縮されるため、音速または亜音速域のエアジェットを発生させることができる。そして、開口端１３ａを細長いスリット形状とすることにより、除塵ノズル１０から噴射されたエアジェットの流速は、除塵対象物に衝突した後も維持され、エアジェットは除塵対象物の表面を滑るようにしばし亜音速域で移動する。

また、円筒部１１の直径を、開口端１３ａの幅よりも、１ｍｍ以上大きくなるように形成することで、気体は円筒部１１およびテーパー部１２を介して開口１３の開口端１３ａに至るまでにおいて、鉛直方向および水平方向の双方において絞り込まれる。そのため、より確実に音速または亜音速域の流速を有するエアジェットを噴射可能となり、かつ、除塵対象物にぶつかった後もエアジェットは亜音速域の流速を維持可能となる。

以上の通り、本実施形態の除塵ノズル１０では、エアジェットは除塵対象物にぶつかった後も流速を維持し、除塵対象物の表面を滑るように移動してさらなる除塵を行う。したがって、亜音速域の流速を有するエアジェットにより粉塵を効率的に除去することが可能となる。よって、粉塵の除去効率を向上させた除塵ノズルを提供することが可能となる。

（２）開口端１３ａの幅が５ｍｍであり、円筒部１１の直径が６〜８ｍｍである。

細長いスリット形状を有する開口端１３ａの幅を５ｍｍとし、円筒部１１の直径を６〜８ｍｍとした場合、除塵ノズル１０から噴射される気体の流速が増大する。したがって、除塵効率を向上することができる。また、円筒部１１の直径を６ｍｍとすることで、除塵効率を維持しつつ、除塵ノズル１０が小型化される。このように除塵効率と小型化を両立した除塵ノズル１０は、ガンタイプの除塵装置Ａに好適に適用できる。

（３）開口１３が所定の空間を介して水平方向に並んで複数配置され、各開口１３に対してテーパー部１２および円筒部１１がそれぞれ接続される。

開口１３を平行方向に複数並んで配置することにより、有効除去範囲の広い除塵ノズル２０を提供することが可能となり、除塵効率をさらに向上させることができる。

（４）開口端１３ａの幅が５ｍｍであり、円筒部１１の直径が６ｍｍである。

開口１３を水平方向に複数並べて配置する場合、開口端１３ａの幅より直径が大きくなるように形成されている円筒部１１の直径によっては、隣接する円筒部１１が干渉しあい形成不能となる可能性がある。ただし、開口端１３ａの幅を５ｍｍとした場合、円筒部１１の直径を６ｍｍとすると、開口１３を複数並列配置した場合であっても、音速または亜音速域の流速を有するエアジェットを得ることができる。

（５）開口１３が２つ並んで配置され、２つの開口１３の間の空間が、２．５ｍｍである。

例えば、開口端１３ａを幅５ｍｍ、高さ０．５ｍｍの矩形スリットとした場合、除塵ノズル１０の有効除去範囲は７．５ｍｍである。このような開口１３を２．５ｍｍ間隔で２つ配置すると、互いの有効除去範囲が重複せず、１５ｍｍの有効除去範囲を得ることができる。このようなダブルスリットの除塵ノズル２０は、シングルノズルの除塵ノズル１０と同一の最大外径で形成可能である。したがって、小型化され、かつ除塵効率の高い除塵ノズル２０を提供することができる。

以上のような本実施形態の除塵装置Ａの作用効果は、以下のとおりである。
（６）上記の除塵ノズル１０、２０と、除塵ノズル１０、２０の上流端が装着可能に構成された本体１と、除塵ノズル１０、２０に、上流側から供給された気体を供給するチューブ３と、チューブ３に取り付けられ、チューブ３を一定間隔で開閉する電磁弁５と、チューブ３に接続され、操作位置によってチューブ３内の気体を除塵ノズル１０、２０に供給するよう構成されたトリガー４と、を有する。

従来の除塵装置は、除塵対象物に対して除塵ノズルの位置が固定されていることが多く、除塵ノズルに対して除塵対象物を移動させて希望箇所を除塵することが多かった。このような場合、除塵対象物のすべての面積に対して除塵を行うことが難しく、所定箇所に対してのみ除塵を行った結果、微粒子レベルの粉塵の除去が困難となることがあった。

一方、本実施形態の除塵装置Ａは、ガンタイプの除塵装置Ａであり、作業者がトリガー４を引くことにより、パルスエアジェットが供給されるように構成されている。このような除塵装置Ａを用いれば、除塵対象物の所望の位置に対して最適条件のエアジェットを供給することが可能となる。したがって、構造が複雑な精密機器であっても、より確実な除塵を施すことができ、微粒子レベルの粉塵の除去も可能となる。よって、粉塵の除去効率を向上させた除塵装置Ａを提供することが可能となる。

また、電磁弁５は、ガンタイプの除塵装置Ａの構成要素の一つとして、チューブ３に取り付けられている。すなわち、除塵ノズル１０、２０の近傍に電磁弁５は配置されている。そのため、パルスの鋭い立ち上がりを確保することができ、除塵ノズル１０、２０から噴射されるパルスエアジェットの勢いを向上させることができる。

（７）除塵ノズル１０、２０の先端から、除塵対象物までの距離が所定の距離であることを示す距離計７をさらに有する。

除塵装置Ａは、その構成により、除塵ノズル１０、２０の先端から除塵対象物までの最適距離を有し、この最適距離においてエアジェットを噴射することにより除塵効率が高まる。したがって、距離計７を用いて、除塵ノズル１０、２０の先端から、除塵対象物までの距離を所定の距離とすることにより、除塵効果を向上することができる。

（８）除塵対象物を除電する除電針８をさらに有する。

電池等の除塵対象物においては、誘電体が用いられることがある。誘電体としては、例えばポリ塩化ビニル等があげられるが、このような誘電体に対して除塵を行うと誘電体表面の帯電により除塵効率が低下することがあった。しかし、除塵装置Ａに除電針８を設けて除塵対象物を除電することにより、誘電体であっても効率的に除塵することが可能となる。

（９）除塵ノズル１０、２０が、除塵対象物に対して所定の角度に傾けられていることを示す水平器９をさらに有する。

除塵装置Ａは、その構成により、除塵対象物に対する除塵ノズル１０、２０の最適角度を有し、この最適角度においてエアジェットを噴射することにより除塵効率が高まる。したがって、水平器９を用いて、除塵ノズル１０、２０を、除塵対象物に対して所定の角度に傾けることにより、除塵効果を向上することができる。

[実験結果]
上記の除塵ノズル１０、２０の性能試験を行った結果を以下に説明する。

（ノズル形状の検証）
従来の除塵ノズルは、開口端が丸孔などの点状の開口であった。一方で、本実施形態の除塵ノズル１０、および２０は、細長いスリット形状を有する開口端を採用している。従来の除塵ノズルと、実施例の除塵ノズルの粉塵の除去効率についてそれぞれ確認した。従来の除塵ノズルとしては、直径１．８ｍｍの丸孔状の開口と、直径８ｍｍの円筒部を有する除塵ノズルを用いた。また、実施例の除塵ノズルとしては、幅５ｍｍ、高さ０．５ｍｍの矩形スリットを有する開口と、直径８ｍｍの円筒部を有する除塵ノズルを用いた。

実験では、ウェハに対して粒径１．５μｍのポリスチレンラテックスを付着させたものを除塵対象物とした。また、圧縮空気圧力を０．５ＭＰａとして、エアジェットを５回噴射した後の除去率を比較した結果を、図５に示す。図５からも明らかな通り、丸孔状の開口を有する従来の除塵ノズルでは、楕円状のエアジェットが除塵対象物に衝突し、除塵対象物の上を広がりながら移動していく。そのため、エアジェット噴射後の気体が拡散され、噴射された時の流速を維持することができない。したがって、開口の中心部においては高い除去率を示すものの、それ以外の領域においては除去率は低くなる。以上より、従来の除塵ノズルによる除塵は不均一であった。

一方、実施例の除塵ノズルでは、矩形状のエアジェットが除塵対象物にぶつかり、そのままの形状を維持しながら除塵対象物の表面を滑るように移動していく。そのため、エアジェット噴射時の流速が維持され、矩形状のエアジェットの形に倣ってウェハに付着した粒子が除去されている。したがって、従来の除塵ノズルと比較して、より広範囲な有効除去範囲を有し、エアジェットの部分によって除去率に変化が生じず均一な除塵ができることが分かった。そのため、丸孔状の開口を有する従来の除塵ノズルのように、噴射位置を重複させて何度も噴射する必要がなく、効率的な除塵作業を行うことができる。

（エアジェットの挙動の検討）
次に、従来の除塵ノズルと、実施例の除塵ノズルのエアジェットの挙動についてそれぞれ確認した。従来のノズルおよびシングルスリットノズルとしては、上記と同様のノズルを用いた。また、ダブルスリットノズルとしては、２．５ｍｍ間隔で水平方向に２つ並べて配置された幅５ｍｍ、高さ０．５ｍｍの矩形スリットを有する２つの開口と、それぞれの開口に接続された直径６ｍｍの２つの円筒部を有する除塵ノズルを用いた。

エアジェットの挙動の観察は、圧縮空気圧力を０．５ＭＰａとして噴射されたエアジェットをシュリーレン法により可視化して行った。シュリーレン法により可視化された各ノズルのエアジェットを図６に示す。図６において、各ノズルから噴射されたエアジェットは矢印の位置にて除塵対象物に衝突している。シングルスリットノズルおよびダブルスリットノズルでは、それぞれの開口から噴射された矩形状のエアジェットは、除塵対象物に衝突した後も除塵対象物上を滑るように移動している。そのため、衝突後においても亜音速域の流速を維持し、また、気流も広がらずに収束した状態である。

一方、従来の丸孔を有する除塵ノズルでは、除塵対象物に衝突した後、エアジェットが拡散を開始し、流速が低下する。すなわち、従来の除塵ノズルでは、たとえ音速または亜音速域のエアジェットが噴射された場合であっても、除塵対象物に衝突した後は流速が大幅に低下し亜音速域の流速を維持することはできない。また、エアジェットは開口から離れるにつれ徐々に拡散されていき、気流が広がり除去率が安定しない。以上の結果より、細長いスリット形状を有する開口を含む実施例の除塵ノズルでは、音速または亜音速域の流速を有するエアジェットが噴射され、かつ、除塵対象物に衝突した後も亜音速域の流速を維持できることが分かった。以上の結果より、実施例の除塵ノズルを用いて除塵を行うことにより、除塵効率が向上することが明らかになった。

（円筒部の直径の大きさの検討）
実施例の除塵ノズルにおいて、円筒部の直径と、噴射されるエアジェットの流速の関係について検討した。実験は、幅５ｍｍ、高さ０．５ｍｍの矩形スリットを有する開口に対して、円筒部の直径を、５ｍｍ、６ｍｍ、７ｍｍ、８ｍｍ、および９ｍｍと異ならせた除塵ノズルを作成し、各ノズルから噴射されたエアジェットの流速分布をＣＦＤ計算モデルで算出した。図７に、各ノズルの流速分布のグラフを示す。図７では、縦軸に速度（ｍ／ｓ）を圧力損失（Ｐａ）で除して正規化した値、横軸に開口からの距離（ｍｍ）をプロットした。なお、横軸は、スリット開口の幅方向の左端を起点として左端を０とした場合の、左端からの距離を示している。

図７に示す通り、円筒部の直径が５ｍｍ、すなわち開口の幅と同一のノズルでは、噴射されたエアジェットは音速または亜音速域に達していない。これは、開口の高さ方向においては５ｍｍから０．５ｍｍに気体が絞り込まれる一方、開口の幅方向においては気体が同一の状態を維持することに原因があると考えられる。すなわち、円筒部から開口に至るまでにおいて、気体の絞り込みが不十分であるため気体の速度が上昇しないと考えられる。また、円筒部の直径が９ｍｍの場合においても、速度が上昇しないことが確認された。

一方、円筒部の直径が６〜８ｍｍの場合、ノズルから噴射されたエアジェットは音速または亜音速域の流速を有する気体となった。特に、円筒部１１の直径が８ｍｍの場合に、除塵ノズル１０から最速の気体が噴射されることが分かった。

円筒部の直径が５ｍｍの除塵ノズルと、円筒部の直径が８ｍｍの除塵ノズルについて、除去率を比較した。実験は、ウェハに対して粒径１．５μｍのポリスチレンラテックスを付着させたものを除塵対象物とした。また、圧縮空気圧力を０．５ＭＰａとして、エアジェットを５回噴射した後の除去率を比較した結果を、図８に示す。図８からも明らかな通り、最速の気体を噴射する円筒部の直径が８ｍｍの除塵ノズルでは、広範囲において高い除去率が得られた。一方、気体の流速が不十分であった円筒部の直径が５ｍｍの除塵ノズルでは、高い除去率が得られた範囲が、円筒部の直径が８ｍｍの除塵ノズルと比較して減少していることが分かった。

また、図７より、円筒部１１の直径を６ｍｍとした場合、除塵ノズル１０から噴射される気体の速度は亜音速を維持しているものの、円筒部１１の直径が８ｍｍの場合よりは低下する。しかし、後述の実験より円筒部１１の直径が８ｍｍの場合と、６ｍｍの場合とで、除塵性能に大きな差異が生じないことが確認されている。

（除塵ノズルの有効除去範囲の確認）
実施例の除塵ノズルについて、シングルスリットノズルの場合と、ダブルスリットノズルの場合における粉塵の有効除去範囲を確認した。シングルスリットノズルとしては、幅５ｍｍ、高さ０．５ｍｍの矩形スリットを有する開口と、直径８ｍｍの円筒部を有する除塵ノズルを用いた。また、ダブルスリットノズルとしては、２．５ｍｍ間隔で水平方向に２つ並べて配置された幅５ｍｍ、高さ０．５ｍｍの矩形スリットを有する２つの開口と、それぞれの開口に接続された直径６ｍｍの２つの円筒部を有する除塵ノズルを用いた。

実験では、ウェハに対して粒径１．５μｍのポリスチレンラテックスを付着させたものを除塵対象物とした。また、圧縮空気圧力を０．５ＭＰａとして、エアジェットを５回噴射した後の除去率を比較した結果を、図９に示す。図９からも明らかな通り、シングルスリットノズルにおける粉塵の有効除去範囲は、７．５ｍｍであった。また、ダブルスリットノズルにおいても、それぞれの開口による粉塵の有効除去範囲は７．５ｍｍであり、トータルの有効除去範囲は１５ｍｍとなった。以上の結果より、円筒部の直径が６ｍｍの場合と８ｍｍの場合の双方において、単一の開口による有効除去範囲は７．５ｍｍであることが確認された。

上記の通り、円筒部１１の直径を６ｍｍとした場合、除塵ノズル１０から噴射される気体の速度は亜音速域を維持しているものの、円筒部１１の直径が８ｍｍの場合よりは低下する。しかし、本実験により、流速が低下した場合であっても亜音速域を維持できれば、有効除去範囲に影響を与えないことが明らかとなった。

また、本実験に用いたシングルスリットノズルとダブルスリットノズルは、最大外形を同一とすることが可能である。したがって、開口を複数有する除塵ノズルを用いた場合、有効除去範囲が拡大され、ノズルの大きさに対して最大の有効除去範囲を得ることができることが分かった。

（帯電した誘電体における付着粒子の除去実験）
各種誘電体を帯電させた状態で、除塵装置を用いて誘電体表面に付着させた粒子の除去を行った。実験に用いた誘電体は、以下の通りである。
・ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）
・ポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ）
・ポリカーボネート（ＰＣ）
・ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）

上記の誘電体を帯電させた状態で、粒径１．５μｍのポリスチレンラテックスを付着させた。その後、除塵装置を用いて、各誘電体に対し、エアジェットを間欠的に噴射した。図１０にパルス回数と除去率をプロットしたグラフを示す。図１０より、ＰＥＴ、ＰＭＭＡ、およびＰＣでは、エアジェットを５〜１０回噴射することで、ほとんどの粒子が除去された状態となった。一方、ＰＣＶは、粒子に対する付着力が強く、２０回噴射しても粒子が残存している状態であった。このようなＰＶＣの表面観察写真を図１１に示す。

次に、誘電体を除電した状態で、粒径１．５μｍのポリスチレンラテックスを付着させた。その後、除塵装置を用いて、各誘電体に対し、エアジェットを間欠的に噴射した。図１２にパルス回数と除去率をプロットしたグラフを示す。図１２より、誘電体を帯電させた状態で除電した場合と比較して、全ての誘電体で除去率が向上したことが分かる。誘電体を除電した状態では、エアジェットを５回噴射することで、ほとんどの粒子が除去された状態となった。特に、粒子に対する付着力が強いＰＶＣにおいて除電効果は絶大であり、除塵効率が飛躍的に向上した。除電したＰＶＣの表面観察写真を図１３に示す。以上の実験結果より、誘電体については、例えば除電針等を用いて除電してから除塵することで、除塵効率を高められることが確認された。

［その他の実施の形態］
上記実施形態では、ガンタイプの除塵装置Ａについて具体的に説明した。ただし、本実施形態の除塵ノズル１０、２０は、多種多様な除塵装置に適用可能である。例えば、除塵ブースを有する除塵装置において、除塵ブース内に複数の除塵ノズル１０、２０を除塵対象物に対して所定の距離と間隔となるように予め配置し、この除塵ブースに除塵対象物が搬送および搬出されることにより除塵を行っても良い。搬送手段としては、コンベアや回転テーブルなどがある。このような除塵装置では、除塵対象物に対し位置が固定された状態で除塵ノズル１０、２０を用いることができる。また、除塵対象物を固定とし、除塵ノズル１０、２０を水平方向に走査させる構成としても良い。

Ａ 除塵装置
１ 本体
２ グリップ
３ チューブ
４ トリガー
５ 電磁弁
６ コントローラ
７ 距離計
８ 除電針
９ 水平器
１０、２０ 除塵ノズル
１１ 円筒部
１２ テーパー部
１３、２３ 開口
１３ａ、２３ａ、２３ｂ 開口端
２４ 供給路

Claims (9)

1. 内部構造の少なくとも一部として、
   上流側から供給された気体の通り道である円筒部と、
   前記円筒部の下流端に接続され、下流側に向かうにつれて径が小さくなるように構成されたテーパー部と、
   前記テーパー部の下流端に接続され、細長いスリット形状の開口端を有する開口と、を含み、
   前記円筒部の直径は、前記開口端の幅よりも、１ｍｍ以上大きくなるように形成する除塵ノズル。
2. 前記開口端の幅が５ｍｍであり、前記円筒部の直径が６〜８ｍｍである請求項１記載の除塵ノズル。
3. 前記開口が所定の空間を介して水平方向に並んで複数配置され、
   各開口に対して前記テーパー部および前記円筒部がそれぞれ接続される請求項１記載の除塵ノズル。
4. 前記開口端の幅が５ｍｍであり、前記円筒部の直径が６ｍｍである請求項３記載の除塵ノズル。
5. 前記開口が２つ並んで配置され、
   ２つの前記開口の間の空間が、２．５ｍｍである請求項４記載の除塵ノズル。
6. 請求項１〜５に記載の前記除塵ノズルと、
   前記除塵ノズルの上流端が装着可能に構成された本体と、
   前記除塵ノズルに、上流側から供給された気体を供給するチューブと、
   前記チューブに取り付けられ、前記チューブを一定間隔で開閉する電磁弁と、
   前記チューブに接続され、操作位置によって前記チューブ内の気体を前記除塵ノズルに供給するよう構成されたトリガーと、を有する除塵装置。
7. 前記除塵ノズルの先端から、除塵対象物までの距離が所定の距離であることを示す距離計をさらに有する請求項６記載の除塵装置。
8. 除塵対象物を除電する除電針をさらに有する請求項６又は７記載の除塵装置。
9. 前記除塵ノズルが、除塵対象物に対して所定の角度に傾けられていることを示す水平器をさらに有する請求項６〜８記載の除塵装置。
   
   

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