JP6353599B1 - Two-fluid nozzle - Google Patents
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Abstract
【課題】帯電防止効果があり、異物の混入の少ない、二流体ノズルの提供。【解決手段】圧縮された気体が導入される気体供給口４１と、液体供給口３１と、気体及び液体の混合流体が噴出する噴出口７０と、気体供給口４１と噴出口７０との間を連通し且つ内部に液体供給口３１が開口する流路６０とを区画する本体部１０を有し、流路６０は、気体供給口４１と噴出口７０との間に、気体供給口４１から縮径するコンバージェント部６１、及び、噴出口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６２とをもち、本体部１０のうち、スロート部６２より下流側、且つ液体供給口３１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０．０１０〜０．０６０％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。【選択図】図１Provided is a two-fluid nozzle that has an antistatic effect and is less contaminated with foreign matter. A gas supply port 41 into which compressed gas is introduced, a liquid supply port 31, a jet port 70 through which a mixed fluid of gas and liquid is jetted, and a gap between the gas supply port 41 and the jet port 70 are provided. It has a main body 10 that communicates with and defines a flow path 60 in which the liquid supply port 31 opens. The flow path 60 is contracted from the gas supply port 41 between the gas supply port 41 and the jet port 70. It has at least one of a convergent portion 61 having a diameter and a divergent portion expanding toward the jet outlet, and a throat portion 62 which is a portion in which the internal pressure is increased. The predetermined range downstream from the portion 62 and downstream from the liquid supply port 31 is a fluororesin material and carbon dispersed in the fluororesin material at a concentration of 0.010 to 0.060% based on the total mass. With nanotubes Two-fluid nozzle which is formed of a conductive fluoroplastic material containing. [Selection] Figure 1
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 that can spray a liquid dispersed 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）。 Conventionally, a two-fluid nozzle is known that atomizes a liquid by a flow of air or the like and sprays it, for example, a nozzle body having a divergent portion that expands in the flow direction on the downstream side of a throat portion having a circular cross section, A cleaning nozzle having a cleaning liquid supply pipe that discharges cleaning liquid in the same direction as the flow of compressed air supplied to the nozzle body, where the discharge port of the cleaning liquid supply pipe is in the vicinity of the throat portion away from the inner wall surface of the nozzle body In addition, a technique is disclosed in which compressed gas has a sound velocity at the throat (Patent Document 1).
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）。 This two-fluid nozzle is capable of miniaturizing a liquid, and when used in a cleaning device or the like, it is applied to various uses because damage to the cleaning target does not become a problem (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 nozzles disclosed in Patent Documents 1 to 3, friction occurs between the fluid flow path and the fluid in order to cause the fluid to flow at high speed, and the occurrence of charging of the fluid is a problem. When charging occurs, various problems occur. For example, when employed for cleaning semiconductor elements, there is an adverse effect on the semiconductor elements 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 fluid flow path from a metal or a conductive resin material. However, the metal or the conductive resin material is mixed into the fluid due to friction between the fluid flowing at high speed and the flow path. In some cases, it is difficult to apply to applications where the amount of conductive impurities 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 into which the liquid flows in the fluid apparatus which makes liquid the object is comprised with electroconductive fluororesin material (patent document 4). Patent Document 4 discloses that charging can be effectively suppressed by containing carbon nanotubes in a ratio of 0.020 wt% or more and 0.030 wt% in a fluororesin. In Patent Document 4, there is an upper limit for the content of carbon nanotubes in paragraph 0009 of Patent Document 4 because “the proportion of carbon nanotubes contained in the conductive fluororesin material is a minute ratio of 0.030% by weight or less. ... Contamination of fluid due to contact between fluid flow path and fluid can be suppressed. ”As described, contamination by carbon nanotubes desorbed by addition at a rate exceeding 0.030 wt%. There 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 have examined whether charging can be suppressed by adopting the conductive fluororesin material disclosed in Patent Document 4 for the two-fluid nozzle. As a result, it has been found that the conductive fluororesin material disclosed in Patent Document 4 cannot 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 circumstances, and an object to be solved is to provide a two-fluid nozzle that has a sufficient antistatic effect and is less contaminated with foreign matters 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。 In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have conducted intensive studies. As a result, in the two-fluid nozzle, when the main body is made of a conductive fluororesin material, only a liquid is used as a fluid as in Patent Document 4. It has been found that the behavior is different from the case of 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 contained in the conductive fluororesin is made higher than when only liquid is used as the fluid as in Patent Document 4, the influence of mixing of carbon nanotubes is suppressed. I found that I can 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 fluororesin can be increased from that of Patent Document 4 to improve the conductivity, so that 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。 In addition, since it is a two-fluid nozzle that targets two fluids, gas and liquid, the generation of static electricity is suppressed, so there are cases where sufficient antistatic effect can be exhibited even if the content of carbon nanotubes is reduced. I understood it.
以下に詳細に説明する。 This will be described in detail 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。 If the pressure of the mixed fluid of gas and liquid flowing in the flow path is high, the frictional force between the mixed fluid and the inner wall of the flow path becomes large, and charging of the mixed fluid becomes a problem. By constituting 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 carbon nanotube contained in the conductive fluororesin material is detached by friction with the mixed fluid. Up to this point, the mechanism of action is the same as that of the fluid device disclosed in Patent Document 4, but in the two-fluid nozzle, carbon nanotubes that have been detached due to the fact that the flowing fluid is a mixed fluid of gas and liquid are covered. The effect 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 desorbed when the mixed fluid ejected from the two-fluid nozzle is ejected toward the object to be processed are mixed not only in the liquid in the mixed fluid but also in the gas, so the liquid portion in the ejected 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。 Since the gas portion of the mixed fluid expands due to the subsequent pressure drop, the concentration of the portion of the desorbed carbon nanotubes contained in the gas portion decreases with expansion. As a result, the influence on the workpiece is reduced. Therefore, the presence of the gas reduces the influence of the desorbed carbon nanotubes on the object to be processed.
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。 The carbon nanotubes contained in the gas part of the mixed fluid at the beginning of desorption may move to the liquid part afterwards, but in the two-fluid nozzle, it expands rapidly before being ejected, but the unit volume Since the contact area with the hit liquid does not change, it becomes difficult for the carbon nanotubes contained in the gas portion to migrate to the liquid portion, and finally the content concentration decreases due to expansion while remaining in the gas portion.
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。 For this reason, in a two-fluid nozzle that employs a compressed and high pressure gas as a fluid, the carbon nanotubes mixed at the time of high pressure are reduced in pressure and then expanded to reduce the concentration of the carbon nanotubes. I was able to make the amount that does not matter.
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 from the two-fluid nozzle is larger than the normal pressure and more than twice (for example, 0.2 MPa or more), the concentration of the carbon nanotubes mixed at a high pressure becomes about half when the pressure is returned to the 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 depressurized in the flow path, the frictional force is reduced even if the mixed fluid comes into contact with the conductive fluororesin material constituting the flow path while depressurizing. Can be less.
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 the carbon nanotubes that can be dispersed in the fluororesin material is 0.030% by mass in consideration of the influence of mixing, but the two fluid nozzle adopts the same standard as Patent Document 4 However, it was found that the effect of the desorbed carbon nanotubes can be reduced even if the content is set up with an allowance up to 0.060% by mass.
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。 Further, in the two-fluid nozzle, since gas is contained in addition to the liquid, the friction caused by the fluid that is a mixture of them is reduced, and the generated static electricity is also reduced. For this reason, it has been found that the lower limit value of the required electrical conductivity can be lowered, so that the lower limit value of the carbon nanotube content could be 0.010% by 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 knowledge, and the two-fluid nozzle of the present invention includes a gas supply port into which a compressed gas is introduced, a liquid supply port to which a liquid is supplied, the gas and the liquid. A main body section that divides a jet port from which a mixed fluid is jetted, and a flow path that communicates between the gas supply port and the jet port and in which the liquid supply port opens;
The flow path is
Between the gas supply port and the jet port, at least one of a convergent portion that is reduced in diameter from the upstream side and a divergent portion that is increased in diameter toward the downstream side, and a portion where the internal pressure is increased With a throat part that is
The predetermined range of the main body portion 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 fluororesin material and the total mass. The conductive fluororesin material includes carbon nanotubes dispersed in the fluororesin material at a 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 comprised with the said electroconductive fluororesin material as a whole.
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 between the throat portion and the divergent portion. By opening the liquid supply port on the downstream side of the throat portion, no fluid is contained in the fluid in contact with the throat portion. This is because if the liquid is not contained, a larger expansion occurs from the throat portion to the jet outlet, and the influence of mixing of the 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. This is because even if the flow rate of the compressed gas supplied from the gas supply port is low, the flow rate in the throat portion can be effectively increased by adopting the convergent portion and the divergent portion.
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。 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 an appropriate structure. The mixing of the carbon nanotubes derived from the resin material did not become a problem, and the effect of being able to exhibit a sufficient antistatic effect could 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 based on the following embodiments. Hereinafter, the drawings used in the description are schematic diagrams, and the configuration and the magnitude relationship described can be appropriately corrected as long as the significance 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 a flow path. A gas supply port, a liquid supply port, and a jet port are opened in the flow path. The flow channel is a flow channel for leading the compressed gas supplied from the gas supply port to the jet port, and a liquid supply port for supplying a liquid to be refined is opened in the middle of the flow channel. From the liquid supply port to the jet port, the liquid becomes finer and becomes 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 portion that decreases in diameter from the upstream side or a divergent portion that increases in diameter toward the downstream side between the gas supply port and the jet port. And it has a throat part which is a part with a high internal pressure. The part having a high internal pressure is often the most upstream side of the part having the smallest cross-sectional area of the flow path. Further, when both the convergent part and the divergent part are provided, the part connecting the convergent part and the divergent part is the throat part. The throat portion preferably has a circular cross-sectional shape. The throat portion preferably accelerates the velocity of the gas to the speed of sound when the fluid passes through it. Acceleration up to the speed of sound can be achieved by adjusting the pressure and supply amount of the gas to be supplied or by optimizing the cross-sectional profile of the fluid direction of the throat. When the convergence portion is provided, the gas supplied from the gas supply port is accelerated. With the divergent part, even when the velocity of the fluid passing through the throat part reaches the sonic speed, the speed can be increased to supersonic speed when passing through the divergent part thereafter.
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 so as to open near the throat portion. In particular, it is preferable that the liquid supplied by opening the liquid supply port slightly downstream of the throat portion does not come into contact with the inner wall of the throat portion. It is preferable to supply the liquid on the downstream side of the throat portion because the carbon nanotube in the conductive fluororesin material is not separated by the supplied liquid.
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。 In the main body, at least the throat portion of the flow path is formed from a conductive fluororesin material. In this conductive fluororesin material, carbon nanotubes are contained at a concentration of 0.010% or more and 0.060% or less based on the total mass. By containing in this range, high conductivity can be imparted and an antistatic effect can be exhibited, and the amount of carbon nanotubes mixed into the fluid can be suppressed. In particular, when the carbon nanotube content exceeds 0.030%, the electrical conductivity can be sufficiently lowered. When the carbon nanotube content is 0.030% by weight, the electrical conductivity is about 1.0 × 10 3 Ω · cm (the same is described in Patent Document 4 in paragraph 0038). The conductivity becomes 1.0 × 10 3 Ω · cm or less, and 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。 The upper limit of the amount of carbon nanotubes contained in the conductive fluororesin material can be set to 0.060% by mass. In a two-fluid nozzle in which gas and liquid flow as fluids, the volume of the ejected fluid expands rapidly, so that the influence of desorption of carbon nanotubes can be reduced unlike fluid devices in which only liquid flows. The amount of carbon nanotubes contained in the conductive fluororesin material can be 0.05% by mass as the upper limit, and about 0.020% by mass and 0.030% by mass as the lower limit. Can do.
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。 In addition, in patent document 4, since disclosure of mixing liquid and gas or disclosure of a mechanism for mixing liquid and gas is not suggested, either liquid or gas is used independently. Only that is expected. Therefore, if the liquid is used alone, the volume after contact with the conductive fluororesin material does not change, so that carbon nanotubes of 0.030% by mass or more in which mixing of carbon nanotubes becomes a problem is included in the conductive fluororesin material. In the case of a gas alone, charging to the gas is not a problem in the first place, and it is not necessary to suppress the charging by using 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. Although it does not specifically limit as a fluororesin material, Polytetrafluoroethylene (PTFE), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), a tetrafluoroethylene perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA) can be illustrated.
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 the fluororesin material, a powdery material (for example, PTFE G163 manufactured by 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。
Moreover, as a carbon nanotube, it is desirable to use what has the following characteristics, for example.
-It has a fiber length of 50 μm or more and 150 μm or less.
-It has a fiber diameter of 5 nm or more and 20 nm or less.
-It has a bulk density of 10 mg / cm 3 or more and 70 mg / cm 3 or less.
-G / D ratio is 0.7 or more and 2.0 or less.
-The purity is 99.5% or more.
-It is formed in a 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 when the carbon nanotube is dispersed in the fluororesin 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。 The G / D ratio is a value indicating the ratio of the G-band peak and the D-band peak appearing in the Raman spectrum of the 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 the purity of the crystal to the defect concentration of the carbon nanotube.
（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 An example 1 of the two-fluid nozzle according to the present embodiment includes 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) that is 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。
・ Effects,
The effect of the two-fluid nozzle of this embodiment is demonstrated. Pure water as a liquid is supplied from the liquid supply device, and air as a gas is supplied from the gas supply device. Although pure water was mentioned as an example of the liquid, other liquids can be adopted depending on the application. 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, other than air, ordinary gases such as carbon dioxide, oxygen, nitrogen, and argon can be adopted. The supplied gas is compressed and can be set to a supply pressure of, for example, about 0.2 MPa to 1.0 MPa, particularly preferably 0.25 MPa or more, and more preferably 0.6 MPa or less. The gas supplied to the gas supply port 41 can appropriately control 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。
Since the gas supplied from the gas supply port 41 is compressed, the gas flows 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 explained above, 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 0.060% by mass of carbon nanotubes in 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 ... Two
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０．０３０％超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 compressed gas is introduced, a liquid supply port through which liquid is supplied, a jet port through which a mixed fluid of the gas and the liquid is jetted, and a gap between the gas supply port and the jet port. A main body that communicates with and defines a flow path in which the liquid supply port opens;
The flow path is
Between the gas supply port and the jet port, at least one of a convergent portion that is reduced in diameter from the upstream side and a divergent portion that is increased in diameter toward the downstream side, and a portion where the internal pressure is increased With a throat part that is
The predetermined range of the main body portion downstream of the throat portion and downstream of the liquid supply port is greater than 0.030% and 0.060% or less based on the fluororesin material and the total mass. Formed of a conductive fluororesin material containing carbon nanotubes dispersed in the fluororesin material at a concentration,
Two fluid nozzle.
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