JP4491255B2 - ノズル装置及びノズル部材 - Google Patents

Description

本発明は、異種の複数の流体（気体と液体との二流体など）を混合して噴射又は噴霧するのに有用なノズル装置（例えば、二流体ノズル装置）、例えば、半導体ウエハーや液晶基板などの被処理体の処理（被洗浄体の洗浄処理）に有用なノズル装置（例えば、二流体ノズル装置）及びノズル部材に関する。

空気と水との二流体を混合して霧状に噴射又は噴霧する方法として、空気と水とをそれぞれノズルに導入し、混合ミストをノズルの噴射口から噴射させる方法が知られている。

例えば、実用新案登録第２５１０２８６号公報（特許文献１）では、エア供給管と、このエア供給管の内部に挿入して配設された水供給管と、エア供給管及び水供給管の双方に軸方向に間隔をあけ、かつ対向して穿設されたノズル取付孔と、対向するノズル取付孔に貫通させて挿入固着して取り付けられた１つのノズルと、このノズルに形成され、かつエア供給管及び水供給管の内部と連通して開口した各流体の導入口とを備えている二流体ノズルが開示されている。このノズルでは、エア供給管及び水供給管の導入口を通じて、ノズル内にエア及び水を導入して、ノズル内の混合室で混合し、吐出孔から噴霧している。特開２００２−９６００３号公報（特許文献２）には、加圧空気供給源に接続される空気通路と、液体供給源に接続される液体通路とを有するノズル本体と、このノズル本体の下流端に配置されたエアキャップとを備えたスプレーノズルであって、前記エアキャップが、液体通路からの液体を衝突させ半径方向に送るための当接面と、半径方向に送られた液体を加圧空気流で細分化するために前記当接面の周りに形成された拡張室と、前記当接面の周りに対向して設けられ、かつ前記拡張室及び角度付き排出オリフィスと通じているとともに円周方向に間隔をおいて形成された複数の軸線方向流路とで構成されているスプレーノズルが開示されている。また、この文献には、円筒状液体供給源路を円筒状空気供給源路内に収容し、液体供給源路からの液体をノズル本体の液体通路に供給し、空気供給源路からの加圧空気をノズル本体の空気通路に供給することも記載されている。このスプレーノズルでは、液体通路を通った液体をエアキャップの当接面に衝突させ、当接面の周りの拡張室において、空気通路を通って導入された加圧空気により細分化及び霧化し、外側に拡大する円錐状スプレーパターンで排出オリフィスから霧化液流を排出できる。

しかし、これらのスプレーノズルでは、ノズル本体（ノズルヘッド）内に空気供給路及び水供給路を形成し、空気と水とを混合させる必要がある。そのため、構造が複雑化するとともに、ノズルの部品点数も多くなり、軽量化が困難であり、コスト高となる。さらに、ノズル本体が水供給管及び空気供給管に対して溶接などにより固着しているため、異物が混入して目詰まりなどが生じても分解できず、メインテナンス（供給管やノズル本体の洗浄など）が困難となる。

特開昭６３−２４８４６４号公報（特公平５−５５１９３号公報，特許文献３）には、被処理帯体の幅方向に長い第１ヘッダと、この第１ヘッダの後側へ取り付けられて第１のヘッダと平行に長い第２ヘッダと、前記ヘッダの長さ方向に等間隔に複数個設けられ、前記第１，第２ヘッダに連通する流路を持ち、第１ヘッダを前後方向に貫通して固定されたノズル導入部材とを含み、いずれか一方のヘッダに空気、他方のヘッダに液体が導入される二流体ノズルヘッダが開示されている。このノズルヘッダは、第１ヘッダ（空気ヘッダ）を貫通して第２ヘッダ（液体ヘッダ）内に開口端を臨ませた中空筒状のノズル導入部材と、第１ヘッダ側のノズル導入材に装着されたノズルと、第２ヘッダと通じるノズル導入部材の中空部で形成され、かつ液体をノズルに供給するための液体路と、第１ヘッダ（空気ヘッダ）と通じ、ノズル導入部材の途中部からノズルへ至る空気路とを備えている。そのため、液体路からの液体と空気路からの空気とをノズルに供給し、ノズルの吐出孔から混合流体を噴霧できる。また、第１ヘッダと第２ヘッダとが一体的に結合しているため、全体的にコンパクト化でき軽量化できるとともにノズル導入部材の先端部でノズルの交換が可能である。さらに、前記第１，第２ヘッダをその長さ方向に摺動自在に案内支持するスライドガイドを設けることにより、予備ヘッダとの交換も容易である。

しかし、ノズル導入部材が、溶接などにより第１及び第２ヘッダと固着して一体化していると共に、第１ヘッダと第２ヘッダも固着して一体的に結合しているため、分解できず、ノズル導入部材の交換及びメインテナンス（ヘッダやノズル導入部材の洗浄など）が困難となる。また、ノズル導入部材の交換が困難であることに加えて、ノズル導入部材の開口端が第２ヘッダ内で開口しているため、ノズルからの噴霧流量を制御することも困難である。さらに、ノズル導入部材と第１及び第２ヘッダとを溶接により一体化したり、第１ヘッダと第２ヘッダとを溶接により一体化すると、ヘッダに反りが生じるだけでなく、ヘッダの溶接部の内面にも酸化膜が生成する。そして、ヘッダに反りが生じると、被処理帯体とノズルとの距離が変動し、被処理帯体を均一に処理できなくなる。さらに、ヘッダの内面に生成した酸化膜を除去することが困難であるだけでなく、高純度の流体（超純水など）で処理する場合には、酸化膜が高純度の流体を汚染し、被処理帯体（特に、液晶基板や半導体ウエハーなどの高精度な洗浄処理が求められる被処理体など）を精密に処理できなくなる。
実用新案登録第２５１０２８６号公報（登録請求の範囲） 特開２００２−９６００３号公報（特許請求の範囲） 特開昭６３−２４８４６４号公報（特許請求の範囲、第１図）

従って、本発明の目的は、軽量化できるだけでなく、ヘッダに対してノズル部材が交換可能なノズル装置（二流体ノズル装置など）を提供することにある。

本発明の他の目的は、複数のヘッダの溶接やヘッダとノズル部材との溶接が不要であり、被処理体を均一に噴霧処理できるノズル装置（二流体ノズル装置など）を提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、ノズル部材の交換により噴霧流量を容易にコントロールできるとともに、高純度の流体の汚染を抑制しつつ被処理体を噴霧処理できるノズル装置（二流体ノズル装置など）を提供することにある。

本発明の別の目的は、構造を簡素化できるとともに、メインテナンスが容易なノズル装置（二流体ノズル装置など）を提供することにある。

本発明者は、前記課題を達成するため鋭意検討した結果、互いに平行に配設され、かつ複数の流体をそれぞれ供給可能な長尺筒状の複数のヘッダと、これらのヘッダの長手方向に対して交差又は直交する方向に貫通して形成された装着口と、この装着口に交換又は着脱可能に装着でき、かつ軸方向に流路を有するノズル部材と、このノズル部材の側壁に形成され、かつ各ヘッダ内と前記流路とが通じる連通孔と、各ヘッダとノズル部材との接合部をシールするためのシール部材と、複数のヘッダに対してノズル部材を締結するための締結手段とでノズル装置を構成すると、溶接を利用することなくノズル装置を一体化できるとともに、ノズル部材が交換可能であり、しかもノズル部材の側壁に形成された連通孔の大きさを調整することにより噴霧流量を制御できることを見いだし、本発明を完成した。

すなわち、本発明のノズル装置（二流体ノズル装置など）は、複数の流体をそれぞれ供給するための長尺筒状の複数のヘッダと、これらのヘッダの長手方向に間隔をおいて、複数のヘッダを貫通して取り付けられ、かつ各ヘッダ内に通じる流路を有する複数のノズル部材とを備えている。前記複数のヘッダには異種の流体（気体や液体）が供給可能である。このような装置では、ノズル部材が複数のヘッダを貫通して取り付けられているため、ノズル部材を複数のヘッダに対して交換可能に装着することが可能であり、溶接によりノズル部材を装着する必要もない。そのため、前記ノズル装置において、複数のヘッダに対してノズル部材は非溶接の形態で取り付け可能である。また、複数のヘッダに対してノズル部材は交換可能に装着してもよい。さらに、複数のヘッダをノズル部材が貫通した構造であるため、部品点数を削減できるとともに、ノズルの構造を簡素化でき、軽量化が可能である。

さらに、複数のヘッダとノズル部材との接合部は、流体の漏出を防止するため、通常、シール材でシールされている。また、複数のヘッダとノズル部材とは種々の手段で一体化でき、例えば、複数のヘッダ間に介在するシール材と、複数のヘッダを貫通するノズル部材の少なくとも一方の端部に設けられ、かつ複数のヘッダを締結するための締結手段とで一体化してもよい。なお、ノズル部材は、複数のヘッダに対して貫通して装着可能であり、かつ各ヘッダ内と通じる流路を有するノズル本体と、このノズル本体の先端部に装着されたノズルチップとで構成してもよい。

より具体的には、ノズル装置は、例えば、互いに平行に配設され、かつ複数の流体をそれぞれ供給するための長尺筒状の複数のヘッダと、これらのヘッダの長手方向にほぼ等間隔に形成され、複数のヘッダの長手方向に対して直交する方向に貫通する装着口と、これらの装着口に交換又は着脱可能に装着でき、かつ各ヘッダ内と通じる流路（又は連通孔）を有する複数のノズル本体と、このノズル本体の先端部に取り付けられたノズルチップと、各ヘッダの外面のうち少なくともノズル本体との接合部（又は装着口の近傍）に形成された平坦部と、この平坦部にそれぞれ配設されたシール材と、複数のヘッダを貫通するノズル本体の少なくとも一方の端部に設けられ、かつ複数のヘッダを締結するための締結手段とを備えていてもよい。ノズル本体内には、各ヘッダからの流体を混合するための混合空間を形成してもよい。前記ノズルチップの吐出孔からは、複数の流体が混合した混合流体を吐出又は噴出できる。

本発明は、前記ノズル装置のノズル部材も包含する。このノズル部材は、異種の複数の流体をそれぞれ供給するための長尺筒状の複数のヘッダに対して、ヘッダの長手方向の複数箇所で取り付けるためのノズル部材であって、前記複数のヘッダを貫通して形成された装着口（例えば、前記複数のヘッダの長手方向に対して交差又は直交する方向に形成された装着口）に対してシール状態で装着可能であり、かつ各ヘッダ内に通じる流路を有する。このノズル部材は、一方の端部に吐出孔を有し、かつ他方の端部が閉じた中空筒状のノズル部材であって、複数のヘッダに対応する側壁に形成され、かつ各ヘッダ内に通じる連通孔と、これらの連通孔からの流体を混合するための混合空間とを備えていてもよい。

また、ノズル部材は、先端部に吐出孔が形成されたノズルチップと、このノズルチップを装着するための装着部が一方の端部に形成され、他方の端部が閉じているとともに、複数のヘッダの装着口に貫通して装着可能な中空筒状のノズル本体とで構成してもよい。

このようなノズル部材やノズル装置では、複数のヘッダの溶接やヘッダとノズル部材との溶接が不要であるため、ヘッダに反りおよび酸化膜の生成を防止できる。そのため、被処理体を均一かつ効率よく噴霧処理できるとともに、高純度の流体が汚染されるのを抑制しつつ噴霧処理できる。さらに、複数のヘッダに対してノズル部材が着脱又は交換可能であるため、交換する新たなノズル部材の前記連通孔のサイズにより噴霧流量を容易にコントロールできる。さらに、シール材を用いると、ノズル部材を交換可能とすることができるだけでなく、複数のヘッダにおける装着口の位置精度がさほど高くなくても、各ヘッダとノズル部材との接合部を確実にシールしつつ、複数のヘッダにノズル部材を交換可能に装着できる。

本発明では、複数のヘッダに対してノズル部材が貫通した構造であるため、軽量化できるだけでなく、ヘッダに対してノズル部材を交換することも可能である。また、複数のヘッダの溶接やヘッダとノズル部材との溶接が不要であり、反りや酸化膜の生成を有効に防止できる。そのため、高純度の流体の汚染を抑制しつつ被処理体を均一に噴霧処理できる。さらに、ノズル部材が交換可能であるため、ノズル部材の交換により噴霧流量を容易にコントロールできる。また、構造を簡素化できるとともに、分解可能であり、メインテナンスが容易である。

以下に必要に応じて添付図面を参照しつつ、本発明を詳細に説明する。

図１は本発明のノズル装置（二流体ノズル又は噴射ノズル装置）の一例を示す一部切欠側面図であり、図２は図１に示すノズル装置の概略側面図であり、図３は図１に示すノズル装置の概略一部切欠側面図である。なお、図示する以下の例では、液体として水（高圧水などの加圧水）を用い、気体として空気（加圧空気）を利用した二流体ノズル装置が示されている。

二流体ノズル装置は、長尺で断面四角形状の中空筒体で構成され、かつ液体を供給するための第１のヘッダ（又は液体ヘッダ）１と、この第１のヘッダに対してほぼ平行に配設され、かつ長尺で断面四角形状の中空筒体で構成され、かつ気体を供給するための第２のヘッダ（気体ヘッダ）２と、これらのヘッダ１，２の長手方向にほぼ等間隔ごとに、第１及び第２のヘッダ１，２の長手方向に対して直交する方向に形成された装着口（又は貫通口、図示せず）と、各装着口に対して貫通して装着可能な中空筒状のノズル部材３とで構成されている。なお、第１のヘッダ１には液体供給手段により液体を供給するための液体供給パイプ１ａが接続されており、第２のヘッダ２には気体供給手段により気体を供給するための気体供給パイプ２ａが接続されている。この例では、液体供給パイプ１ａと気体供給パイプ２ａは、Ｔ字状の形態、すなわち、第１及び第２のヘッダ１，２の長手方向に対して直交する方向から接続されている。さらに、各ヘッダ１，２の装着口（貫通口）は、断面四角形状の各ヘッダ１，２の対向面を貫通して形成されている。

前記ノズル部材３は、一方の端部に吐出孔を有し、他方の端部は閉じているとともに、他方の端部の外周にはネジ部８が形成されている。より詳細には、前記ノズル部材３は、先端部に吐出孔が形成されたノズルチップ４と、一方の端部に前記ノズルチップ４が装着可能な装着部が形成され、他方の端部が閉じており、複数のヘッダ１，２の装着口に貫通して装着可能な中空筒状のノズル本体５とで構成されている。この例では、ノズル本体５の一方の端部には、キャップ（又はアダプタ）６によりノズルチップ４が装着されている。なお、ノズルチップ４は、ノズルチップ４に対して係止可能なキャップ（アダプタ）６によりノズル本体５の端部に装着又は保持されている。また、ノズルチップ４の先端部には、半径方向に延びる溝４ａが形成されており、この溝のうちノズルチップ４の軸芯部で吐出孔が開口している。

また、ノズル本体５のうちノズルチップ４側には、複数のヘッダ１，２の装着口よりもサイズが大きく、ノズル本体５が前記装着口内に進入するのを規制するための規制部（例えば、頭部）７が形成されている。前記ノズル本体５は、閉じた端部を第１のヘッダ１から第２のヘッダ２の装着口に向けて（又はノズルチップ４を第２のヘッダ２から第１のヘッダ１の装着口に向けて）貫通して装着されており、装着状態において、ノズル本体５の他方の端部（閉じた端部）に形成されたネジ部８は第２のヘッダ２から外方へ突出している。

前記ノズル本体５の周壁のうち第１及び第２のヘッダ１，２に対応する部位には、第１のヘッダ（又は液体ヘッダ）１内と通じる連通孔（液体連通孔）９及び第２のヘッダ（又は気体ヘッダ）２内と通じる連通孔（空気連通孔）１１がそれぞれ形成されている。これらの連通孔９，１１は、図１に示されるように、流路（液体流路及び気体流路）１０，１２を経てノズルチップ４の吐出孔に至っている。すなわち、液体連通孔９は、下流方向に向かって、ノズル本体５の軸線方向に延びる流路と、この流路から下流方向に行くにつれて内方へ傾斜した傾斜流路とで構成された液体流路１０を経て混合空間（図示せず）に至っており、気体連通孔１１は、前記液体流路１０よりもノズル本体５の内方域（軸芯側）において、下流方向に向かって、ノズル本体５の軸線方向に延びる流路（順次段階的に内径が小さく絞り込まれた複数の気体流路）と、この流路から下流方向に行くにつれて内方へ傾斜した傾斜流路とで構成された気体流路１２を経て混合空間に至っている。この混合空間では、液体連通孔９からの液体と気体連通孔１１からの気体とが合流して混合され、混合空間で混合された混合流体は、前記ノズルチップ４の吐出孔から吐出される。なお、この例では、液体流路１０と気体流路１２とは、上流域において環状パーティションで区画されている。また、この例では、液体連通孔９よりも気体連通孔１１のサイズが大きく形成されている。

そして、第１のヘッダ１及び第２のヘッダ２の装着口にノズル本体５を装着した状態において、各ヘッダ１，２とノズル本体５との接合部（又は隙間やシール部）は、締結手段１６による締結力を利用してシール材１３〜１５でシールされている。すなわち、ノズル本体５の周囲のうち第１及び第２のヘッダ１，２間の平坦部には環状シール材（ｏ−リング）１４が配設され、この環状シール材の外側には、環状シール材１４が平坦部で外方へ位置ずれして膨らむのを防止するためのリング状規制部材（金属製リングなど）１７が配設されており、ノズル本体５の周囲のうち規制部７と第１のヘッダ１との間の平坦部（第１のヘッダ１に対する規制部７の対向面の内周域に形成された環状凹部又環状切り欠き部）には、環状シール材（ｏ−リング）１３が配設され、第２のヘッダ２から突出したノズル本体５の他方の端部の周囲の平坦部にも、環状シール材（ｏ−リング）１５が配設されている。そして、ノズル本体５の他方の端部に形成されたネジ部８には、締結手段としてのナット１６が螺合されており、ナット１６の螺合に伴う締結力により、第１及び第２のヘッダ１，２に対してノズル部材５を一体に保持するとともに、各ヘッダ１，２とノズル本体５との接合部（又は隙間やシール部）を緊密にシールしている。

このようなノズル装置（二流体ノズル装置）では、第１及び第２のヘッダ１，２に対してノズル部材３が貫通した構造であるため、構造が簡単であるとともに、軽量化できる。また、複数のヘッダ１，２の溶接やヘッダ１，２とノズル部材３との溶接が不要であるため、ヘッダ１，２の反りや酸化膜の生成を有効に防止できる。そのため、液晶基板や半導体ウエハーなどの高精度の処理が要求される被処理体を洗浄処理しても、高純度の流体の汚染を抑制しつつ均一な噴霧流量で被処理体を均一に噴霧処理できる。さらに、前記シール材１３〜１５及び締結手段１６により第１及び第２のヘッダ１，２とノズル部材３とが解除可能に機械的に結合しているため、第１及び第２のヘッダ１，２に対してノズル部材３を交換又は分解でき、メインテナンスが容易である。さらには、ノズル部材５の混合空間で気体と液体とを効率よく混合できるので、微粒化した混合ミストをノズルチップ４の吐出孔から噴射することもできる。またノズル部材５を、前記第１及び第２のヘッダ１，２内と通じる液体連通孔９及び気体連通孔１１のサイズやノズルチップ（吐出孔を含む）の構造が異なるノズル部材と交換することにより、噴霧流量を容易にコントロールできる。また、複数のヘッダ１，２において装着口の位置精度がさほど高くなくても、複数のノズル部材３の位置ずれを前記シール材１３〜１５による緊密なシールで吸収でき、各ヘッダ１，２とノズル部材３との接合部を確実にシールしつつ、複数のヘッダ１，２にノズル部材３を交換可能に装着できる。

なお、本発明のノズル装置において、ヘッダの数は特に制限されず、複数の流体をそれぞれ供給可能な複数のヘッダ（すなわち、少なくとも２つのヘッダ）が使用できる。通常、複数のヘッダのうち少なくとも２つのヘッダには異種の流体（例えば、気体と液体）が供給されるが、各ヘッダに異種の流体を供給してもよい。例えば、３つのヘッダを用いる場合、それぞれ、第１の液体（例えば、水）と第２液体（例えば、薬液）と気体（例えば、空気）とを供給してもよい。複数のヘッダの配列順序は特に制限されず、ノズル部材の吐出孔側に気体供給用ヘッドを配設してもよい。

また、異種の流体（例えば、気体と液体）は、ヘッダに対して種々の方向から供給でき、各流体の供給パイプを各ヘッドと同軸に接続して、各ヘッダの長手方向の端部から供給してもよい。例えば、気体供給ヘッダと液体供給ヘッダには、気体と液体とをそれぞれ同じ方向から供給してもよく、逆方向から供給してもよい。さらには、気体及び液体は、各ヘッダの軸方向に対して交差する方向から供給してもよい。例えば、各流体の供給パイプは、各ヘッドに対してＴ字状の形態で接続しヘッドの長手方向に対して交差する方向から流体を供給してもよい。各流体の供給パイプは、各ヘッドに対して１又は複数箇所に接続してもよい。

ヘッダは、通常、長尺で中空筒状であり、ヘッダの断面形状は特に制限されず、中空角柱状（三角形、四角形、六角形、八角形などの多角形状）、中空楕円形状、中空円筒状などであってもよい。ノズル部材に対する装着口が形成しやすく、しかもノズル部材の装着性を高めるため、ヘッダの断面形状は、互いに対向する面がほぼ平行であるのが好ましい。なお、各ヘッダにおいて、流体の流量及び圧力は特に制限されず、被処理体の種類、噴霧流量などに応じて選択できる。

装着口は、ヘッダを貫通して形成すればよく、ヘッダの互いに対向する面（又は側壁）、特に互いに対向する平行な面（側壁）に形成する場合が多い。装着口の形状は前記ノズル部材に対応している場合が多いものの、シール手段により隙間をシールする場合には、装着口とノズル部材との間に隙間があっても確実かつ緊密にシールできる。そのため、装着口の精度や複数のヘッダの長手方向における装着口の位置精度をさほど高めなくても、ヘッダからの流体の漏洩を効率よく防止できる。

装着口は、ヘッダの長手方向に沿って間隔をおいて形成でき、各ヘッダの長手方向に延びる線上に沿って散在（例えば、一列又は複数列に沿って散在）していてもよく、長手方向に延びる線上に沿うことなく散在していてもよい。また、装着口は、例えば、ヘッダの長手方向において、千鳥状に形成してもよい。

複数のヘッダは、ノズル部材が装着可能であるとともに、各ヘッダからの流体をノズル部材の吐出孔から噴霧可能であればよく、非平行状態で配設してもよいが、通常、ほぼ平行に配設される。

本発明のノズル装置において、少なくとも１つのヘッダ（特に全てのヘッダ）の端部や途中部は、支持部又は保持部に対して、脱着不能に固着していてもよいが、メインテナンス性を向上させるため着脱可能に装着してもよい。装着機構は特に制限されず、種々の構造や機構、例えば、螺合機構、嵌合機構、係止又は掛止機構などが採用できる。周方向での吐出孔の位置ずれを防止するため、装着機構は、位置決め固定可能な機構、例えば、ヘッダの端部を案内するための案内機構（ヘッダのスライド機構）と、係止などによりヘッダの抜けを規制するための抜け止め機構とで構成してもよい。

ノズル部材は、前記複数のヘッダを横断又は交差する方向に貫通して取り付け可能であればよく、複数のヘッダの長手方向に対して斜め方向に形成された装着口に貫通して取り付けてもよく、直交する方向に形成された装着口に貫通して取り付けてもよい。また、ノズル部材は、複数のヘッダの長手方向にほぼ等間隔毎に取り付ける場合が多いものの、必ずしも等間隔に取り付ける必要はなく、被処理体や噴霧流体の種類などに応じて、間隔をおいて取り付ければよい。なお、ノズル部材の間隔は、被処理体や噴霧流量などに応じて選択でき、例えば、１０〜５００ｍｍ（例えば、２０〜３００ｍｍ）程度であってもよい。

複数のヘッダに対して貫通して取り付けるためのノズル部材は、各ヘッダ内に通じる流路と、各流路からの異種の複数の流体を噴霧するための吐出孔とを有している。各流路は、各流体を案内するための単一の流路であってもよく、複数の流路であってもよい。より具体的には、ノズル部材の側壁のうち、各ヘッダに対応する部位には、吐出孔に通じる単一又は複数の連通孔が形成されていてもよく、連通孔の形状は特に制限されず、円形状、楕円形状、長細状などであってもよい。また、複数の連通孔の位置や配列も特に制限されず、ランダム又は規則的に配列されていてもよい。

本発明において、複数のヘッダに対してノズル部材を交換可能なノズル装置では、複数のヘッダに装着されたノズル部材を、液体用連通孔及び／又は気体用連通孔のサイズが異なるノズル部材と交換することにより、噴霧流量を容易にコントロールできる。さらに、ヘッダの長手方向における噴霧流量の分布を、ノズル部材の交換により容易に制御できる。そのため、各連通孔の大きさは、各ヘッダにより同一であってもよく異なっていてもよい。

例えば、液体（水など）と気体（空気など）とを混合する場合、液体供給用連通孔の開口面積（内径など）と気体供給用連通孔の開口面積（内径など）とは、液体や気体の圧力や流量、噴霧圧力、噴霧流量に応じて選択でき、両者はほぼ同一であってもよく、液体供給用連通孔の開口面積（内径など）に比べて、気体供給用連通孔の開口面積（内径など）が小さくてもよい。

本発明では、ノズルチップは必ずしも必要ではなく、ノズル部材（又はノズル本体）は、各ヘッダに対してそれぞれ貫通して装着可能であり、かつ各ノズル本体の一方の端部（先端部）に混合ミストを噴射又は噴霧するための吐出孔を有していてもよい。すなわち、ノズル部材又はノズル本体でノズルを構成してもよい。噴霧精度を高めるため、ノズル部材は、通常、ヘッダに対して貫通して装着可能な前記ノズル本体と、このノズル本体の一方の端部（先端部）に装着可能なノズルチップとで構成する場合が多い。なお、ノズル部材又はノズルチップの吐出孔の形状は制限されず、種々の形状、例えば、多角形状、円形、楕円形、放射状などであってもよい。

前記ノズル部材又はノズル本体は、他方の端部が開放した中空筒状体で構成してもよいが、他方の端部が閉じた中空筒状体で構成する場合が多く、前記連通孔と、この連通孔からの流体を混合するための混合空間とを備えていてもよい。

図４は本発明の他のノズル装置（二流体ノズル又は噴射ノズル装置）を示す一部切欠側面図である。この例では、ノズル部材の周壁に形成された連通孔は、流路を経ることなく直接混合空間と通じている。すなわち、第１のヘッダ２１と第２のヘッダ２２とに貫通して形成された装着口（又は貫通孔）には、前記と同様に、ノズルチップ２４とノズル本体２５とで構成されたノズル部材２３が貫通して装着されている。ノズルチップ２４は、キャップ（又はアダプター）２６によりノズル本体２５の一方の端部に装着されている。

この例では、ノズル本体２５の周壁のうち第１及び第２のヘッダ２１，２２に対応する部位には、前記と同様に、第１のヘッダ（又は液体ヘッダ）２１内と通じる連通孔（液体連通孔）２９及び第２のヘッダ（又は気体ヘッダ）２２内と通じる連通孔（空気連通孔）３１がそれぞれ形成されている。これらの連通孔２９，３１は、図４に示されるように、ノズル本体２５内に軸芯方向に延びて形成された混合空間３０に臨んでおり、この混合空間は、ノズルチップ２４の吐出孔に至っている。この混合空間３０では、液体連通孔２９からの液体と気体連通孔３１からの気体とが合流して混合され、混合空間３０で混合された混合流体は、前記ノズルチップ２４の吐出孔から吐出される。

さらに、ノズル本体２５の周囲のうち、ノズルチップ２４側に形成された規制部（又は頭部）２７と第１のヘッダ２１との間、第１のヘッダ２１と第２のヘッダ２２との間、及び第２のヘッダ２２から突出したノズル本体２５の他方の端部の周囲には、それぞれシール材（ｏ−リング又は環状シール材）３３〜３５が配設されている。また、第１のヘッダ２１と第２のヘッダ２２との間のシール材３４の外周域には、シール材３４の移動を規制するための位置決め用リング状規制部材（金属製リングなど）３７が配設されている。そして、ノズルチップ２４側に形成された規制部（又は頭部）２７により、複数のヘッダ２１，２２の装着口内へのノズル本体２５の端部の侵入が規制された状態で、ノズル本体２５の他方の端部に形成されたネジ部２８には、締結手段としてのナット３６が螺合され、この締結手段による締結力により、複数のヘッダ２１，２２が締結され、ノズル部材２３と一体化している。

このようなノズル装置でも、前記と同様の効果が得られるとともに、ノズル部材２３の構造が簡単であっても、ノズル部材２３の混合空間３０で液体と気体とを効率よく混合（混合及び衝突）でき、混合ミストの液滴を効率よく微細化してノズルチップ２４から混合ミストを噴射又は噴霧できる。また、混合空間３０での衝突及び混合などにより液滴が一次粒子化し、ノズルチップ２４でさらに二次微粒化するためか、簡単な構造で液滴径を効率よく微細化できる。

なお、ノズルチップの構造は、図示する例に限らず、噴霧パターンに応じて適当な構造（例えば、フルコーン型噴霧パターン、矩形型噴霧パターンなど）のノズルチップが採用できる。また、ノズル本体の吐出孔に対してノズルチップは着脱可能に装着でき、吐出孔に対するノズルチップの装着機構は前記キャップやホルダに限らず、螺合、嵌合などの種々の装着機構が採用できる。

さらに、ノズル部材の流路（混合空間を含む）や吐出孔又はノズルチップには、混合ミストを効率よく微粒化するための中子を配設してもよい。中子を配設することにより、液体流と気体流との混合効率が低くても、混合ミストをさらに効率よく微粒化できる。中子としては、流体に旋回流を付与できる種々の旋回手段、例えば、円筒状周面に螺旋溝が交差して形成された旋回部材（旋回子）、整流部材（整流板や整流羽根など）、衝突部材（邪魔板や衝突板など）などで構成することができる。中子又は微細化手段は、通常、ノズル部材の軸線（又は混合ミストの吐出方向）に対して交差する流路（例えば、蛇行、湾曲又は屈曲した非直線状の流路）を有する場合が多い。

なお、複数のヘッダとノズル部材との複数の接合部（又は隙間）のうち少なくとも１つの接合部は溶接により接合されていてもよいが、通常、溶接により溶着することなく取り付けられている。すなわち、複数のヘッダに対してノズル部材が非溶接の形態で取り付けられている。

好ましい態様では、複数のヘッダに対してノズル部材が非溶接の形態で交換又は着脱可能に装着されている。ノズル部材は、例えば、前記複数のヘッダの長手方向に対して交差又は直交する方向に形成された装着口に対してシール状態で装着可能であればよい。特に、ノズル部材は、複数のヘッダとノズル部材との複数の接合部のうち少なくとも一部の接合部（好ましくは全部の接合部）がシール状態で、複数のヘッダの長手方向に対して交差（特に直交）する方向に形成された装着口に対して交換又は着脱可能に装着されている。すなわち、複数のヘッダとノズル部材との接合部のうち少なくとも一部の接合部（好ましくは全部の接合部）がシール材でシールされている。シール材は、少なくとも複数のヘッダ間に介在する場合が多い。シール材によるシール部のシールは、板状又はプレート状ゴム弾性体に対して接合部又は封止部（例えば、ノズル部材の端部又は頭部やノズル部材の規制部）を圧着して行ってもよく、前記のように、被シール部材間に介在するゴム弾性体を挟圧して行ってもよい。

ノズル部材とヘッダとの間のシール部（接合部）は、種々のシール手段、例えば、目止め剤（シリコーン系目止め剤）、接着剤などの接着能を有するシール材、ｏ−リング、パッキンなどのゴム弾性を利用したシール部材などで封止できる。好ましいシール手段は、シール部（接合部又は隙間部）を機械的に着脱可能にシール可能なシール材（特に、ゴム弾性シール部材）である。

各ヘッダの外面のうち少なくともノズル部材（又はノズル本体）とヘッダとの接合部は湾曲面や凹凸面で形成してもよいが、シール材を安定に保持すると共にシール性を高めるため、平坦部（又は平坦面）として形成されているのが好ましい。また、平坦部は、シール材が線又は面接触可能であればよく、平坦面に限らずシール材が収容可能な凹部や溝（又は切り欠き部）で構成してもよい。

複数のヘッダとノズル部材とは、解除可能な種々の一体化手段、特に締結手段により一体化できる。締結手段は、前記ネジ部とナットとによるネジ結合（又はネジ止め）に限らず、複数のヘッダを締結可能な種々の締結機構、例えば、スナップ式締結機構、クランプ式締結機構などが採用できる。また、締結手段は、複数のヘッダを貫通するノズル部材のうち少なくとも一方の端部に設ければよく、ノズル部材の両端部に設けてもよい。例えば、ノズル部材の一方の端部（吐出孔側）に締結手段（ナットなど）を設け、他方の端部に装着口又は貫通口の周辺においてヘッダと係止可能な頭部又は掛止部を形成し、前記締結手段により複数のヘッダを締結してもよい。

本発明のノズル装置は、低い気体圧で気体を流通させても、混合ミストを効率よく噴射できる。気体の圧力は、通常、０．０１〜１ＭＰａ（例えば、０．０３〜０．８ＭＰａ）、好ましくは０．０５〜０．７ＭＰａ、さらに好ましくは０．１〜０．６ＭＰａ程度である。また、液体は必ずしも加圧する必要はないが、通常、加圧液体（又は高圧液）として供給され、圧力は、０．０１ＭＰａ以上（例えば、０．０５〜２ＭＰａ、好ましくは０．１〜１ＭＰａ）程度であってもよい。さらに、本発明では、液体に対して気体の流量を大きくし、微細な液滴を形成してもよい。気体と液体との流量比（体積割合）は、例えば、気体／液体（気液体積比）＝５以上（例えば、５〜５００、好ましくは１０〜４００、さらに好ましくは３０〜３００程度）であってもよい。

本発明のノズル装置では、単純な構造であっても、微粒子化された混合ミストを生成できる。ミスト粒子の粒子径は、気体及び液体の流量などにより変動するが、例えば、平均粒子径（平均液滴径）１０〜５００μｍ（例えば、２０〜３００μｍ、好ましくは３０〜１５０μｍ）程度であってもよい。

ノズル部材の吐出孔からの混合流体（混合ミスト）は、ヘッダの長手方向に対して直交する方向に噴射する場合が多いものの、必要であれば、ヘッダの周方向及び／又は長手方向に対して斜め方向に噴射させてもよい。また、混合流体（混合ミスト）は、ノズル部材から下方に噴射又は噴霧してもよく、被噴霧対象の位置に応じて、斜め方向や上方へ噴射又は噴霧してもよい。

本発明のノズル装置（二流体ノズル装置）は、種々の用途、例えば、被処理体の洗浄（半導体ウエハーや液晶基板など精密機器部品の洗浄）、被冷却体の冷却などに利用できる。

図１は本発明のノズル装置（二流体ノズル又は噴射ノズル装置）の一例を示す一部切欠側面図である。 図２は図１に示すノズル装置の概略側面図である。 図３は図１に示すノズル装置の概略一部切欠側面図である。 図４は本発明の他のノズル装置（二流体ノズル又は噴射ノズル装置）を示す一部切欠側面図である。

符号の説明

１，２，２１，２２…ヘッダ
３，２３…ノズル部材
４，２４…ノズルチップ
５，２５…ノズル本体
６，２６…キャップ
７，２７…規制部
８，２８…ネジ部
９，１１，２９，３１…連通孔
１０，１２…流路
１３，１４，１５，３３，３４，３５…シール材（ｏ−リング）
１６，３６…締結手段（ナット）
３０…混合空間

Claims (7)

1. 複数の流体をそれぞれ供給するための長尺筒状の複数のヘッダと、これらのヘッダの長手方向に間隔をおいて、複数のヘッダを貫通して取り付けられ、かつ各ヘッダ内に通じる流路を有する複数のノズル部材とを備えており、複数のヘッダに異種の流体が供給可能なノズル装置であって、ヘッダとノズル部材との接合部が平坦部又は平坦面として形成されており、複数のヘッダ間に介在する第１のシール材と、複数のヘッダとノズル部材との間に介在し、かつヘッダとノズル部材との接合部をシールするための第２のシール材と、複数のヘッダを貫通するノズル部材の少なくとも一方の端部に設けられ、かつ複数のヘッダを締結するための締結手段とを備えているノズル装置。
2. 複数のヘッダに対してノズル部材が非溶接の形態で取り付けられている請求項１記載のノズル装置。
3. 複数のヘッダに対してノズル部材が交換可能に装着されている請求項１又は２記載のノズル装置。
4. ヘッダが、互いに対向する面が平行な断面形状を有する請求項１〜３のいずれかに記載のノズル装置。
5. 互いに平行に配設され、かつ複数の流体をそれぞれ供給するための長尺筒状の複数のヘッダと、これらのヘッダの長手方向にほぼ等間隔に形成され、複数のヘッダの長手方向に対して直交する方向に貫通する装着口と、これらの装着口に交換可能に装着でき、かつ各ヘッダ内と通じる流路を有する複数のノズル本体と、このノズル本体の先端部に取り付けられたノズルチップと、各ヘッダの外面のうち少なくともノズル本体との接合部に形成された平坦部と、この平坦部にそれぞれ配設された第２のシール材と、複数のヘッダを貫通するノズル本体の少なくとも一方の端部に設けられ、かつ複数のヘッダを締結するための締結手段とを備えている請求項１〜４のいずれかに記載のノズル装置。
6. 異種の複数の流体をそれぞれ供給するための長尺筒状の複数のヘッダに対して、ヘッダの長手方向の複数箇所で取り付けるためのノズル部材であって、複数のヘッダ間に請求項１記載の第１のシール材が介在し、複数のヘッダとノズル部材との間に請求項１記載の第２のシール材が介在し、請求項１記載の締結手段により複数のヘッダが締結されたシール状態で、前記複数のヘッダを貫通して形成された装着口に対して装着可能であり、かつ各ヘッダ内に通じる流路を有するノズル部材。
7. 一方の端部に吐出孔を有し、かつ他方の端部が閉じた中空筒状のノズル部材であって、複数のヘッダに対応する側壁に形成され、かつ各ヘッダ内に通じる連通孔と、これらの連通孔からの流体を混合するための混合空間とを備えている請求項６記載のノズル部材。

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