JP6573271B2 - 洗浄装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子部品等の被洗浄物を洗浄するための洗浄装置に関し、具体的には、噴射ノズルからの高圧流体によって洗浄を行なう洗浄装置に関する。

近年、半導体デバイス等を含む電子部品の高精度化に伴い、これらの電子部品の製造工程等においては、より高度な精密洗浄が要求される。すなわち、このような電子部品の表面には、その製造工程中に生じる加工残渣や処理液の残渣が付着しており、そのような残渣を完全に除去しない場合には、その後に、加工不良、電気的短絡、あるいは、電気的絶縁不良などの不具合が生じ、歩留まりが低下する結果となる。したがって、このような電子部品の製造等においては、電子部品（被洗浄物）の表面に付着した残渣等の不純物を高精度に除去する洗浄工程が行なわれる。

このような洗浄には様々なタイプのものが知られているが、特に、高度な精密洗浄を行なえる洗浄方式として、高圧流体を被洗浄物に対して噴射し、その高圧噴射に伴う衝撃力により被洗浄物上の異物を除去するスプレー式の洗浄方式が知られている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。

特開２００９−６１３８８号 特許第２９４２９９２号

ところで、高圧流体を被洗浄物に対して噴き付ける前述した洗浄方式では、洗浄装置の高圧流体源から噴射ノズルへと高圧流体が供給されるとともに、噴射ノズルから高圧流体が被洗浄物の表面の対象部位に対して連続的に或いは断続的に吐出されるが、高圧流体源から噴射ノズルへと至る経路中の高圧流体の流れ挙動、噴射ノズルからの高圧流体の吐出挙動、および、噴射ノズルから噴射された高圧流体が被洗浄物の表面に衝突したときの流体の飛散挙動は、それぞれ複雑であり、洗浄装置における高圧流体噴射構造形態等に大きく依存する。

一般に、そのような高圧流体の流れ挙動は、乱流の発生を抑えて整流に近づけるとともに、高圧流体の流れに振動や異常な動きを生じさせないことが、高圧流体（洗浄流体）の噴射特性および洗浄性能を向上させる上で重要である。また、噴射ノズルからの高圧流体の吐出挙動および高圧流体が被洗浄物の表面に衝突したときの流体の飛散挙動に関しては、高圧流体が被洗浄物の表面に衝突した後にその表面に留まることなく直ちに飛散して次の高圧流体による洗浄のために被洗浄物の表面を露出させることが重要である。従来の洗浄装置は、これらの要件に関して、依然として改良の余地がある。

本発明は、上記した問題に着目してなされたものであり、装置の流体経路における高圧流体の円滑な噴射を可能とし、噴射特性および洗浄性能の更なる向上を図ることができる洗浄装置を提供することを目的とする。

上記した目的を達成するために、本発明は、高圧流体の流入口と流出口とを有する耐高圧の空間部を具備し、前記流出口の下流側部位に高圧流体を噴出するための噴射ノズルを有する洗浄装置であって、前記流出口を開閉するための開閉部を有するシャフトが、前記流出口を前記開閉部によって開放する開位置と前記流出口を前記開閉部によって閉じる閉位置との間で移動可能に配置され、前記シャフトの前記開位置で互いに対向する前記開閉部の端面と前記流出口の端面との間の距離と前記流出口の周囲の長さとを乗じた面積の大きさが、前記流出口の開口面積よりも小さく、かつ、前記噴射ノズルの噴射口の開口面積よりも大きく設定されていることを特徴とする。

上記の構成によれば、シャフトの開位置で互いに対向する開閉部の端面と流出口の端面との間の距離と流出口の周囲の長さとを乗じた面積の大きさが、流出口の開口面積よりも小さく設定されている。すなわち、高圧流体が開位置にある開閉部の周囲から流出口へと流入する際に、開閉部と流出口との間に形成される流体柱の側面積が流出口の開口面積よりも小さく設定されているため、高圧流体が少ない抵抗で流出口に流入することができ、高圧流体の振動や異常な動きを低減して、所望の高圧を維持した状態で流体を噴射ノズルから円滑に噴射させることができる。

また、シャフトの開位置で互いに対向する開閉部の端面と流出口の端面との間の距離と流出口の周囲の長さとを乗じた面積の大きさが、噴射ノズルの噴射口の開口面積よりも大きく設定される（シャフトの開位置で互いに対向する開閉部の端面と流出口の端面との間の距離と流出口の周囲の長さとを乗じた面積の大きさよりも噴射ノズルの噴射口の開口面積の方が小さく設定される）ため、高圧流体が流出口に流入し易く、また、瞬時に高圧にできるので、高速かつ高圧を維持した状態でノズル先端から高圧流体を噴射できる。したがって、高圧流体が被洗浄物の表面に衝突した後にその表面に留まることなく直ちに飛散して次の高圧流体による洗浄のために被洗浄物の表面を露出させることができる。

なお、上記した構成において、開閉部の端面、流出口、および、噴射ノズルの噴射口の断面形状は、円形、楕円形、三角形等を含むがこれらに限定されない任意の形状に設定できる。例えば、直線や曲線を組み合わせた形状、あるいは、星形の形状であってもよい。

また、本発明の洗浄装置は、高圧流体のための流入口と略円形の流出口とを有する耐高圧の空間部と、前記流出口を開閉するための略円形断面の開閉部を有し、前記流出口を前記開閉部によって開放する開位置と前記流出口を前記開閉部によって閉じる閉位置との間で移動可能に配置される略円形断面のシャフトと、を備え、前記開閉部の直径は、前記流出口の直径よりも大きく、かつ、前記流出口の直径の３倍以下に設定され、前記シャフトが前記開閉部の直径よりも小さい直径を有する軸部を備え、この軸部の直径が前記流出口の直径の２倍以下に設定され、前記シャフトの前記開位置で互いに対向する前記開閉部の端面と前記流出口の端面との間の距離が１０ｍｍ以下に設定されることを特徴とする。

上記の構成によれば、開閉部の直径が、流出口の直径よりも大きく、かつ、流出口の直径の３倍以下に設定されるため、開閉部による流出口の確実な閉塞を確保しつつ、高圧流体を少ない抵抗で流出口に流入させることができ、したがって、高圧流体の振動や異常な動きを低減させて流出口へと送り込むことができるとともに、所望の高圧を維持した状態で流体を噴射ノズルから円滑に噴射させることができる。

また、シャフトが開閉部の直径よりも小さい直径を有する軸部を備えており、この軸部の直径が流出口の直径の２倍以下に設定されるため、シャフトを少ない抵抗で移動させることができ、開閉部の開閉動作を確実かつ円滑に行なうことができる。

さらに、シャフトの開位置で互いに対向する開閉部の端面と流出口の端面との間の距離が１０ｍｍ以下に設定されるため、すなわち、開閉部の開閉ストロークが小さく設定されているため、少ない流れ抵抗で流体を所望の高圧状態に維持しつつ流出口へ送り込むことができるとともに、少ない流量で効果的な洗浄を行なうことができる。また、この小さな開閉ストロークにより、高圧流体を高速で一定の広がりと厚さをもった霧状の小滴の状態で瞬時に被洗浄物の表面へと噴射でき、したがって、高圧流体が被洗浄物の表面に衝突した後にその表面に留まることなく直ちに飛散して次の高圧流体による洗浄のために被洗浄物の表面を露出させることができる。

なお、上記した構成では、開閉部の直径が流出口の直径よりも小さいと、開閉部による流出口の確実な閉塞を確保できず、開閉部の直径が流出口の直径の３倍を超えると、流体に対する抵抗が大きくなって乱流等が生じる原因となり好ましくない。また、シャフトの軸部の直径が流出口の直径の２倍を超えると、駆動時の負荷が大きくなってしまい好ましくない。更に、シャフトの開位置で互いに対向する開閉部の端面と流出口の端面との間の距離が１０ｍｍを超えると、開閉間隔の速度が遅くなり、噴射される液滴が軸方向に伸びる傾向となって好ましくない。

本発明によれば、高圧流体の円滑な噴射を可能とし、噴射特性および洗浄性能の更なる向上を図ることができる洗浄装置が得られる。

本発明の第１の実施形態に係る洗浄装置（シャフトの開閉部が閉位置にある状態）の概略縦断面図（図２のＡ−Ａ断面図）。 図１に示す洗浄装置の平面図（図１のＺ方向矢視図）。 噴射ノズルの拡大縦断面図。 図１に示す洗浄装置（シャフトの開閉部が開位置にある状態）の要部拡大縦断面図。 本発明の第２の実施形態に係る洗浄装置の斜視図。 図５の洗浄装置の概略縦断面図。 流出口の端部形状の変形例を示す図。

以下、図面を参照しながら本発明に係る洗浄装置の実施形態について説明する。
図１から図４は本発明の第１の実施形態に係る洗浄装置１を示している。この場合、図１は、洗浄装置（シャフトの開閉部が閉位置にある状態）の概略縦断面図（図２のＡ−Ａ断面図）、図２は、図１に示す洗浄装置の平面図（図１のＺ方向矢視図）、図３は、噴射ノズルの拡大縦断面図、そして、図４は、図１の洗浄装置（シャフトの開閉部が開位置にある状態）の要部拡大縦断面図である。なお、本明細書においては、便宜上、洗浄装置１の長手中心軸方向を上下方向と称し、洗浄装置１の長手中心軸方向に対して直交する方向を横方向または側方と称する場合がある。

図１に示されるように、本実施形態の洗浄装置１は、図１の矢印で示す方向に高圧流体１００が流入される流入口１０と略円形の流出口２５とを有する耐高圧の空間部Ｓを備えている。この空間部Ｓは、上側ハウジング４と下側ハウジング４０（本実施形態では、後述する噴射ノズル２７を備えるアダプタとして形成される）とが結合されることによってこれらのハウジング４，４０の内側に画定され、上側ハウジング４と下側ハウジング４０との間の結合面には、空間部Ｓを、外側に対して密閉シールするシール部材６５が介挿される。

本実施形態において、空間部Ｓの流入口１０は、高圧流体１００を供給する流体供給管１２がその内側流路１２ａを空間部Ｓに連通させるように上側ハウジング４の側壁に接続されることにより形成され、また、空間部Ｓの流出口２５は、空間部Ｓに面する下側ハウジング４０の内側端面４０ａから下側ハウジング４０を貫通するように下方へ延びる円筒状の内孔によって形成される。なお、流出口２５の直ぐ下流側の流路部位には、流出口２５と一直線上に位置合わせされる噴射口２７ａを有する噴射ノズル２７が設けられる。本実施形態では、噴射口２７ａが略円形断面を有するが、断面形状は円形に限定されず、楕円形、三角形などの任意の形状に設定できる。例えば、直線や曲線を組み合わせた形状、あるいは、星形の形状であってもよい。

また、前記流体供給管１２の内側流路１２ａを通じて空間部Ｓ内に流入される高圧流体１００は、図示しない流体供給源からポンプを介して圧送される。この場合、高圧流体としては、蒸留水、水道水、洗浄液などの液体の他、空気、洗浄ガスなどの気体を挙げることができるが、これらに限定されることはない。また、流体供給管１２を通じて高圧流体１００が充填される空間部Ｓ内の圧力は、後述する開閉部２０Ｂによって流出口２５が閉じられた状態で、例えばＯ．１ＭＰａ以上、好ましくは１．０ＭＰａ以上の値（通常は、０．１ＭＰａ〜５０ＭＰａ）に保持される。また、高圧流体１００を流出する流出口２５は、空間部Ｓの底部中央にほぼ位置されており、好ましくはその開口中心が洗浄装置１の長手方向中心軸Ｏ１と一致するように配置される。

前記空間部Ｓ内には、好ましくはその中央に位置して、流出口２５を開閉するための開閉部２０Ｂを端部に有するシャフト２０が上下に移動可能に配置される。この場合、シャフト２０は、後述する駆動部により、流出口２５を開閉部２０Ｂによって開放する開位置（図４に示される位置）と、流出口２５を開閉部２０Ｂによって閉じる閉位置（図１に示される位置）との間で移動するようになっている。

なお、本実施形態において、開閉部２０Ｂおよびシャフト２０はその断面が略円形であるが、この断面形状は、円形に限定されず、例えば、楕円形、三角形などの任意の形状に設定できる。あるいは、直線や曲線を組み合わせた形状、あるいは、星形の形状であってもよい。また、本実施形態では、開閉部２０Ｂの端面２０ａと流出口２５の端面２５ａとがシャフト２０の移動方向で互いに対向して配置されており、また、開閉部２０Ｂの端面２０ａおよび流出口２５の端面２０ａはそれぞれシャフト２０の長手方向中心軸Ｏ１に対して略直交する方向に延びている。ここで、「略直交」とは、完全に直交している状態（長手方向中心軸Ｏ１と９０°を成す状態）は勿論のこと、長手方向中心軸Ｏ１に対して９０°±３０°の範囲内、好ましくは９０°±１５°の範囲内を含む概念である。また、互いに対向する開閉部２０Ｂの端面２０ａおよび流出口２５の端面２０ａは、互いに平面状に対向する構成が好ましいが、曲面状で対向するような構成であってもよい。

また、前記シャフト２０は、開閉部２０Ｂの直径ｋ（図４参照）よりも小さい直径ａ（図４参照）を有する長尺な軸部２０Ａを備えており、この軸部２０Ａは、空間部Ｓの直上で止め輪７とシール押さえ１９によって保持される環状のシールパッキン９、及び、ダストシール１１に流体密に挿通されて上方へ延びており、上側ハウジング４から突出している。すなわち、シャフト２０は、空間部Ｓ内の高圧シール状態を保持しつつ空間部Ｓ内で上下に移動できるようになっている。

前記シャフト２０は、軸方向に駆動されるようになっており、本実施形態において、シャフト２０を開位置（図４の位置）と閉位置（図１の位置）との間で移動させるための駆動部は、電圧の印加に伴って伸張することによりシャフト２０を閉位置（図１の位置）へ向けて移動させる駆動手段６と、シャフト２０を開位置（図４の位置）へ向けて常時付勢する付勢手段８とを備えている。この場合、駆動手段６は、電圧を印加することでシャフト２０を移動させる機能を備えたものを意味しており、例えばソレノイド（電磁弁）等、電圧で駆動される部材が該当する。或いは、駆動手段としては、圧電素子、空圧弁、バネ等、さらには、これらを組み合わせたもの等、任意の手段を用いることができる。

前記駆動手段６は、付勢手段８と共に、上側ハウジング４と結合される駆動部収容ハウジング２内に収容保持されている。具体的に、駆動手段６は、その上端が駆動部収容ハウジング２に上下動自在に支持される調整ボタン１５の押圧端面１５ａに当て付けられるとともに、その下端が作動板１３に当接されている。また、作動板１３は、上側ハウジング４から上方へ突出するシャフト２０の軸部２０Ａにボルト５を介して締結されるワッシャ１４に当接されており、このワッシャ１４と上側ハウジング４の上端面との間には例えば圧縮バネから成る前記付勢手段８が介挿されている。

したがって、上記した構成において、シャフト２０は、付勢手段８によって開位置（上方）へ向けて常時付勢されてワッシャ１４および作動板１３を介して駆動手段６に弾性的に常時当て付けられ、また、電圧が印加されて駆動手段６が駆動されることにより、シャフト２０は、ワッシャ１４および作動板１３を介して付勢手段８に抗して閉位置へ向けて押し下げられる。つまり、この構成では、駆動手段６およびシャフト２０が作動板１３および付勢手段８を介して作用的に且つ弾性的に結合されている。

また、上記した構成では、調整ボタン１５に接続される締め付けボルト６６を締め付け或いは緩めることにより、作動板１３と調整ボタン１５の押圧端面１５ａとの間で挟持される駆動手段６の位置を調整して、電圧印加時の圧電素子の厚さ方向の変位度合、すなわち、駆動手段６の伸張度合を調整できるようになっている。

なお、前記駆動手段６を、ソレノイド（電磁弁）などによって構成する場合、駆動部収容ハウジング２の側壁に取り付けられる配管４４（図２参照）に挿通される電気配線を介して所定の電圧が印加されるようになっている。前述したように、駆動手段６は、その上端が調整ボタン１５の押圧端面１５ａに当て付けられているため、所定の電圧が印加されると、駆動手段６は必然的に下方へ伸長し、シャフト２０を閉位置（図１の位置）へ向けて押し下げる。

また、シャフト２０を開位置（図４の位置）へ向けて常時付勢する付勢手段８は、本実施形態では、圧縮バネ（コイルバネ）によって構成されるが、付勢手段８はバネに限定されることはなく、シャフト２０を開位置へ向けて付勢できればどのようものであっても構わない。また、本実施形態では、開閉部２０Ｂを開閉駆動する駆動部として、上記したように、例えばソレノイドのような駆動手段６および付勢手段８が使用される。なお、このような駆動手段に対する電圧の印加を含む様々な電気的な制御については、図示しない操作パネルにより行なえることが好ましい。

本実施形態の洗浄装置１では、シャフト２０の開位置（図４参照）で、互いに対向する開閉部２０Ｂの端面２０ａと流出口２５の端面（開口）２５ａとの間の距離ｓと流出口２５の周囲の長さ（＝ｄπ）とを乗じた面積Ｓ１（＝ｓｄπ）の大きさが、流出口２５の開口面積Ｄ（＝π（ｄ／２）²）よりも小さく、かつ、噴射ノズル２７の噴射口２７ａの開口面積Ｆ（＝π（ｆ／２）²）（図３参照）よりも大きくなっている（Ｄ＞Ｓ１＞Ｆの関係が成り立っている）。すなわち、高圧流体１００が開位置にある開閉部２０Ｂの周囲から流出口２５へと流入する際に、開閉部２０Ｂと流出口２５との間に形成される流体柱の側面積Ｓ１が流出口２５の開口面積Ｄよりも小さく設定される（Ｄ＞Ｓ１）とともに、高圧流体が流出口２５へ流入可能な面積は、噴射ノズル２７の噴射口２７ａの開口面積よりも大きく設定されている（Ｓ１＞Ｆ）。

上記した構成では、流出口２５の軸方向長さＬ１（図４参照）および噴射ノズル２７の軸方向長さＬ２（図３参照）は、それぞれの直径ｄ，ｆよりも大きく設定しておくことが好ましい。これは、軸方向長さを、その直径よりも長くすることで、流体の流れを安定化することができるためである。具体的には、各軸方向長さＬ１，Ｌ２については、例えば直径ｄ，ｆの３倍以上に設定しておくことにより、流体の流れを安定化させることができる。なお、噴射ノズル２７の直径ｆについては、好ましくは０．３〜１ｍｍ、例えば０．７ｍｍ±０．２ｍｍに設定される。

また、上記した構成では、開閉部２０Ｂの直径ｋは、流出口２５の直径ｄ（好ましくは４〜１０ｍｍであり、本実施形態では６ｍｍ±２ｍｍに設定される）よりも大きく、かつ、流出口２５の直径ｄの３倍以下（好ましくは、１．５倍以下）に設定しておくことが好ましい。これは、開閉部２０Ｂの直径ｋが流出口２５の直径ｄよりも小さいと、開閉部２０Ｂによる流出口２５の確実な閉塞を確保できなくなるからであり、また、開閉部２０Ｂの直径ｋが流出口２５の直径ｄよりも大きくなり過ぎる（３倍を超える）と、開閉部２０Ｂの端面２０ａや開閉部の表面との間で生じる抵抗が大きくなり、上下動の際の抵抗が大きくなったり、流れが乱れるためである。

また、前記シャフト２０の軸部２０Ａの直径ａについては、流出口２５の直径ｄの２倍以下に設定しておくことが好ましい。これは、シャフト２０の軸部２０Ａの直径ａが流出口２５の直径ｄの２倍を超えてしまうと、シャフト駆動時の抵抗が増大するからである。この場合、シャフト２０の軸部２０Ａは、より小さくすることが好ましいが、強度および耐久性を十分に確保する上では、０．３×ｄ≦ａの寸法関係に設定することが好ましい。

また、上述したシャフト２０の開位置（図４の位置）で互いに対向する開閉部２０Ｂの端面２０ａと流出口２５の端面２５ａとの間の距離ｓ（開閉部２０Ｂのストローク）については、１０ｍｍ以下、好ましくは１ｍｍ以下、より好ましくは０．５ｍｍ以下あるいは０．４ｍｍ以下に設定される。この場合、高圧流体が流れる範囲において、０．３ｍｍ以下にすることもでき、噴射回数については、１０〜１００回／秒の高速にすることができる。このように、距離ｓを短く設定する（開閉時の移動距離を少なくする）ことによって、流出口２５開閉時間を短縮することができ、ノズルからの噴射の断続性が高められ、噴射される液滴が軸方向に短く径方向に均一的に拡がるようになる。なお、前記距離ｓが１０ｍｍを超えると、噴射される液滴が軸方向に伸びる傾向となり、洗浄対象物の表面に衝突した際、直ちに飛散することなく、表面に留まり易くなって洗浄効果が低下してしまう。

また、直径ｋと直径ｄとの寸法関係にも関連して、開閉部２０Ｂと当接する下側ハウジング４０の内側端面４０ａには、流出口２５の周囲に位置して、開閉部２０Ｂ（シャフト２０の構成材料）よりも軟質な軟質部材（図示せず）を配設することが好ましい。このような軟質部材を配設しておくことで、下側ハウジング４０の内側端面４０ａに繰り返し当接する開閉部２０Ｂの摩耗を抑制することが可能となり、密閉性を高めることも可能となる。

また、前記シャフト２０を閉位置（図１の位置）へと押し進める駆動手段６の伸張駆動力については、この伸張に対抗する付勢手段８の付勢力を含む抵抗力よりも大きく設定されており、これらの力は、開閉部２０Ｂを開く速度よりも開閉部２０Ｂを閉じる速度の方が大きくなるように設定しておくことが好ましい。具体的には、開閉部２０Ｂの開放時には、（付勢手段８の付勢力）＞（流体の圧力の影響による抵抗）＋（駆動時の摩擦抵抗）の力関係が成立するとともに、開閉部２０Ｂの閉塞時には、（駆動手段６の変位力（駆動力））＞（付勢手段８の付勢力）＋（流体の圧力の影響による抵抗）＋（駆動時の摩擦抵抗）の力関係が成立するのが好ましい。

このように、開閉部２０Ｂの閉じる速度を速く設定すると、高圧で噴射される流体を瞬間的に遮断して、間欠的に噴射される流体の「キレ」を良くすることができる。すなわち、高圧流体が被洗浄物の表面に衝突した後にその表面に留まることなく直ちに飛散して次の高圧流体による洗浄のために洗浄対象物の表面を露出させることができる(１噴射の中で、洗浄効果に寄与し得る流体の割合を高めることができる）。

以上のように構成される洗浄装置１では、駆動手段６に電圧が印加されてシャフト２０の開閉部２０Ｂが流出口２５を閉じている状態で、流体供給管１２を通じて空間部Ｓ内に高圧流体１００が充填される。その状態で、噴射ノズル２７の噴射口２７ａを図示しない洗浄対象物の洗浄対象部位に向け、駆動手段６に対する電圧印加を停止すると、付勢手段８の付勢力によりシャフト２０が上方へ移動して開閉部２０Ｂが流出口２５を開く。それにより、高圧流体１００が、流出口２５に流れ込み、噴射ノズル２７を通じて被洗浄対象物の洗浄対象部位へと噴射される。また、その後、再び、駆動手段６に電圧が印加されることにより、シャフト２０が押し下げられて開閉部２０Ｂが流出口２５を閉じ、高圧流体の噴射が遮断される。このような開閉部２０Ｂの開閉が連続的（断続的）になされることにより、所定の洗浄工程が行なわれる。なお、このような洗浄装置１は、一般的には、移動する洗浄対象物に対して同一のものが列状に配置されるなど、複数組み合わせて使用される。

上記のような洗浄動作において、上述したように、シャフト２０の開位置（図４参照）で互いに対向する開閉部２０Ｂの端面２０ａと流出口２５の端面２５ａ（図１も参照）との間の距離ｓと流出口２５の周囲の長さ（＝ｄπ）とを乗じた面積Ｓ（＝ｓｄπ）の大きさが、流出口２５の開口面積Ｄ（＝π（ｄ／２）²）よりも小さく設定されている。すなわち、高圧流体１００が開位置にある開閉部２０Ｂの周囲から流出口２５へと流入する際に、開閉部２０Ｂと流出口２５との間に形成される流体柱の側面積Ｓが流出口２５の開口面積Ｄよりも小さく設定されているため、高圧流体１００が少ない抵抗で流出口２５に流入することができ、これにより、高圧流体の振動や異常な動きを低減させて流出口２５へと送り込むことができ、その後の高圧流体の方向性も安定し（流速も制御し易く）、所望の高圧を維持した状態で流体を噴射ノズル２７から円滑に噴射させることができ、噴射特性および洗浄性能の更なる向上を図ることが可能となる。

また、前記面積Ｓ１は、噴射ノズル２７の噴射口２７ａの開口面積Ｆ（＝π（ｆ／２）²）（図３参照）よりも大きく設定（前記面積Ｓ１の大きさよりも噴射ノズルの開口面積Ｆの方が小さく設定）されるため、高圧流体を、高速で全体にわたって略均一で比較的薄い厚さの小滴の状態で瞬時に被洗浄物の表面へと噴射することができる。このため、高圧流体が被洗浄物の表面に衝突したときにその表面に留まることなく直ちに飛散して次の高圧流体による洗浄のために被洗浄物の表面を露出させることができ、噴射特性および洗浄性能の更なる向上を図ることが可能となる。

また、本実施形態では、開閉部２０Ｂの直径ｋが、流出口２５の直径ｄよりも大きく、かつ、流出口２５の直径ｄの３倍以下に設定されるため、開閉部２０Ｂによる流出口２５の確実な閉塞を確保しつつ、高圧流体を少ない抵抗で流出口２５に流入させることができる。したがって、高圧流体の振動や異常な動きが低減されて流出口２５へと送り込むことができるとともに、その後の高圧流体の方向性も安定し（流速も制御し易く）、所望の高圧を維持した状態で流体を噴射ノズル２７から円滑に噴射させることができ、噴射特性および洗浄性能の更なる向上を図ることが可能となる。

また、本実施形態のシャフト２０は、開閉部２０Ｂの直径ｋよりも小さい直径ａを有する軸部２０Ａを備えており、軸部２０Ａの直径ａを流出口２５の直径ｄの２倍以下に設定しているため、シャフト２０を少ない抵抗で移動させることができ、開閉部２０Ｂの開閉動作を確実かつ円滑に行なうことが可能となる。

さらに、本実施形態では、シャフト２０の開位置で互いに対向する開閉部２０Ｂの端面２０ａと流出口２５の端面２５ａとの間の距離ｓ（開閉ストローク）を１０ｍｍ以下に設定したため、少ない流れ抵抗で流体を所望の高圧状態に維持しつつ流出口２５へ送り込むことができるとともに、少ない流量で効果的な洗浄を行なうことができる。また、この小さな開閉ストロークにより、高圧流体を高速で全体にわたって略均一な比較的薄い厚さの小滴の状態で瞬時に被洗浄物の表面へと噴射でき、したがって、高圧流体が被洗浄物の表面に衝突したときにその表面に留まることなく直ちに飛散して次の高圧流体による洗浄のために被洗浄物の表面を露出させて洗浄効果を高めることが可能となる。

図５および図６は、本発明の第２の実施形態に係る洗浄装置１Ａを示している。図示のように、本実施形態の洗浄装置１Ａは、上述した構成の流出口２５と噴射ノズル２７との間に案内管５０を着脱自在に備えている。この案内管５０の内側流路５０ａのその長手方向中心軸Ｏ２と直交する断面積Ｅ（＝π（ｅ／２）²；ｅは案内管の直径（好ましくは２〜８ｍｍの範囲とされ、例えば４ｍｍに設定される））は、流出口２５の開口面積以下であり、かつ、前記噴射ノズル２７の噴射口の開口面積Ｆ（＝π（ｆ／２）²）よりも大きく設定されている。また、案内管５０の長さについては、前記流出口２５の長さＬ１（図４参照）の３倍以上に設定することが好ましい。また、本実施形態において、噴射ノズル２７の長さＬ２（図３参照）は、流出口２５の長さＬ１以下にすることが好ましい。しかしながら、案内管５０の長さと噴射ノズル２７の長さについては、個別に任意の長さに設定することもできる。

このように、流出口２５と噴射ノズル２７との間に、別途案内管５０を設けると、流出口２５を通じて噴射ノズル２７へ向けて流れる高圧流体の流れをより安定させることができる。

また、上述した構成では、流体が接触する部分（流入口、流出口、噴射ノズル、案内管の流体との接触面）を浸水性にすることが好ましい。具体的には、水の接触角を７０°以下、好ましくは５０°以下、更には、３０°以下にすることが好ましい。このように、流体が接触する部分を浸水性にすることで、高圧流体の噴射時に、圧力が高圧から低圧に変化（断続的に噴射）しても、スムースに噴射し易くできる。

また、図４に示される流出口２５の端部形状（下側ハウジング４０の内側端面４０ａへ移行する部分の形状）については、図に示すような直角に限定されることはなく、開口側に向けて次第に拡径する面で構成しても良い。具体的には、図７で示すように、拡径部を湾曲した拡径面２５ｆで構成することが可能である。この場合、拡径部（拡径面）における最大径は、開閉部２０Ｂの直径より小さく設定される。また、拡径する径方向長さｄ１は、開口２５の内面から開閉部２０Ｂの外面までの長さＤ１の２／３〜１／１０の範囲に設定しておくことが好ましい。これにより、高圧流体の流れをスムースにすることが可能となる。

また、ノズル先端からの高圧流体の噴射方向や噴射形状については、適宜、変形することが可能である。例えば、噴射方向と噴射形状の少なくともいずれか一方を調整（変える）できるようにしても良いし、別途、調整機構を設けた構成でも良い。また、ノズル又は案内管を交換自在に取り付けるようにしても良い。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記した実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施形態できる。例えば、流出口を開閉する開閉部の形態、開閉部を開閉させる駆動部の形態、高圧流体の種類などは任意に設定できる。

また、本発明の洗浄装置は、流体を耐高圧室に流入し、これを噴射ノズル側に流出する際の流体の流出方法を特徴としている。すなわち、本発明による洗浄装置は、流体の流入口と、噴射ノズル側に通じる流出口とを有する耐高圧の空間部に、前記流入口を介して流体を導入し、これを、開閉弁（シャフトの開閉部）を介して断続的に流出口に流出させるにあたり、前記開閉弁が解放した際、開閉弁と流出口との間に形成される流体柱の側面積が流出口の開口面積よりも小さくなるように設定することを特徴としており、洗浄装置としてこのような流出方式を有するものであれば良い。この場合、開閉弁と流出口との間に形成される流体柱の側面積を、流出口の開口面積よりも小さく設定するに際しては、開閉弁のストロークの大小、及び／又は、流出口の開口面積の大小によって調整することが可能である。

１ 洗浄装置
６ 駆動手段
８ 付勢手段
１０ 流入口
２０ シャフト
２０Ａ 軸部
２０Ｂ 開閉部
２０ａ 端面
２５ 流出口
２５ａ 端面
２７ 噴射ノズル
５０ 案内管
１００ 高圧流体
Ｓ 空間部

Claims (5)

1. 高圧流体のための流入口と円筒状の内孔によって形成される流出口とを有し、外側に対して密閉される耐高圧の空間部と、
   前記流出口を開閉するための略円形断面の開閉部を有し、前記流出口を前記開閉部によって開放する開位置と前記流出口を前記開閉部によって閉じる閉位置との間で移動可能に配置され、前記流入口を通じて高圧流体が充填される前記耐高圧の空間部内を移動する略円形断面のシャフトと、
   前記流出口の下流側部位に設置され、高圧流体を噴出するための略円形断面の噴射口を有する噴射ノズルと、
   前記シャフトを前記開位置と前記閉位置との間で移動させるための駆動部と、
   を備え、
   前記駆動部は、前記シャフトに結合されるとともに電圧の印加に伴って伸張することにより前記シャフトを前記閉位置へと移動させる駆動手段と、前記シャフトを前記開位置へ向けて常時付勢する付勢手段とを有し、
   前記開閉部の直径は、前記流出口の直径及び前記シャフトの直径よりも大きく、かつ、前記流出口の直径の３倍以下に設定され、
   前記シャフトが前記開閉部の直径よりも小さい直径を有する軸部を備え、この軸部の直径が前記流出口の直径の２倍以下に設定され、
   前記シャフトの前記開位置で互いに対向する前記開閉部の端面と前記流出口の端面との間の距離が１０ｍｍ以下に設定され、
   前記流出口の軸方向長さは、その流出口の直径よりも大きく設定され、
   前記噴射ノズルの軸方向長さは、その噴射ノズルの直径よりも大きく設定され、
   前記耐高圧の空間部内において、前記充填される高圧流体が接触する移動部位は、前記シャフト及び開閉部のみである、
   ことを特徴とする洗浄装置。
2. 前記流出口の軸方向長さは、その流出口の直径の３倍以上に設定され、
   前記噴射ノズルの軸方向長さは、その噴射ノズルの直径の３倍以上に設定されることを特徴とする請求項１に記載の洗浄装置。
3. 前記開閉部の端面と前記流出口の端面とが前記シャフトの移動方向で互いに対向して配置され、
   前記開閉部の端面および前記流出口の端面がそれぞれ前記シャフトの長手中心軸に対して略直交する方向に延び、
   前記開閉部の端面の面積が前記流出口の開口面積の２倍以下に設定されることを特徴とする請求項１又は２に記載の洗浄装置。
4. 前記シャフトを前記閉位置へと押し進める前記駆動手段の伸張駆動力は、この伸張に対抗する前記付勢手段の付勢力を含む抵抗力よりも大きくなるように設定されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の洗浄装置。
5. 前記流出口と噴射ノズルとの間に、案内管を配設したことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の洗浄装置。
   

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