JP7465036B1 - 除塵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化および省エネルギー化を図りつつ、ワークの除塵を確実に行うことができる除塵装置を提供する。【解決手段】ケーシング１０と、ケーシング１０内に回転軸周りに回転自在に支持された除塵ロール２０と、除塵ロール２０を回転駆動する駆動源とを備え、ワークＷの表面に付着した粉塵を除去する除塵装置１であって、除塵ロール２０の表面には、回転軸に沿ってロール溝２２が形成され、ケーシング１０は、除塵ロール２０を収容する収容部１１と、収容部１１をワークＷの表面に向けて開口する開口部１２とを備え、除塵ロール２０の回転に伴う随伴気流を、開口部１２を介してワークＷの表面に吹き付けることにより、ワークＷの表面から粉塵を脱離する。【選択図】図２

Description

本発明は、除塵装置に関する。

電子基板や光学用フィルム等のワークの歩留まりを向上させるため、ワークの表面に付着している粉塵を除去する除塵装置が広く用いられている。除塵装置は、接触式と非接触式の２種類があり、除塵対象が電子基板や光学フィルム等の場合には、微細な傷による製品歩留まりの低下を抑制するため、非接触式の除塵装置が一般に使用される。

従来の非接触式の除塵装置として、送風機で送り込んだ空気を噴出ノズルからワーク表面に吹き付けることで粉塵を浮き上がらせて、吸引ノズルより吸い込む構成が知られている。目視が可能な０．１ｍｍ程度の大きさを有する粉塵の除塵を目的とする場合には、このような構成の除塵装置で実用上は十分である。

しかし、電子基板や光学フィルム等のワークに対しては、近年の高性能化や微細表面化に伴い、より微細な粉塵の除去が求められている。粉塵の粒子が微細になるほど表面積も小さくなるため、粉塵を移動吸引するための動的圧力を大きくする必要が生じるが、大きさが極めて小さい（例えば、０．００５ｍｍ以下）微小粉塵については、大型の送風機を使用して動的圧力を高めても十分な除塵効率が得られず、製品の歩留まり低下を改善しきれていないのが現状である。

この原因として、微小粉塵が、ワークの表面に形成される境界層の中に存在することが考えられる。すなわち、ワークの搬送やワークへの空気の吹き付けにより、ワーク表面には空気の粘性抵抗により０．０１～０．１ｍｍ程度の厚みを有する境界層が形成されて微小粉塵を覆うため、ワークに吹き付けた空気が、境界層の表面に沿って流れることで微小粉塵の除去に寄与しないおそれがある。

そこで、特許文献１には、図１０に示すように、ラビリンス構造を有する超音波発生器５１を用いて噴出ノズル５２からシート体５３に超音波エアを噴出することで、シート体５３の表面に形成された境界層を破壊し、シート体５３から塵を剥離して、塵吸入口５４から負圧室５５に吸入するように構成された除塵装置５０が開示されている。

特開平１０－３０９５５３号公報

ところが、特許文献１に開示された除塵装置５０は、供給エアが超音波発生器５１のラビリンス構造を通過する際の圧力損失を補って境界層を確実に破壊できるように、高圧で大風量の送風機が必要になるため、送風機の騒音が大きくなると共に設置スペースが過大になり易く、更には製造コストやランニングコストが高くなるという問題があった。

また、電子基板や光学フィルム等のように除塵対象となるワークの製造や検査等がクリーンルーム内で行われる場合には、クリーンルーム内の空気流れを適切に維持するために除塵装置５０の吸排気バランスの調整が必要になるが、噴出ノズル５２から大風量のエアが噴出されることで、このバランス調整が困難になり易いという問題があった。

更に、除塵対象となるワークの幅が大きい場合には、超音波エアの吹き付けが幅方向で不均一になり易いため、ワークの表面全体を確実に除塵することが困難であった。

そこで、本発明は、小型化および省エネルギー化を図りつつ、ワークの除塵を確実に行うことができる除塵装置の提供を目的とする。

本発明の前記目的は、ケーシングと、前記ケーシング内に回転軸周りに回転自在に支持された除塵ロールと、前記除塵ロールを回転駆動する駆動源とを備え、ワーク表面に付着した粉塵を除去する除塵装置であって、前記除塵ロールの表面には、断面積が０．０３～０．３ｍｍ^２の微細溝からなるロール溝が、回転軸に沿って複数形成され、前記ケーシングは、前記除塵ロールを収容する収容部と、前記収容部をワーク表面に向けて開口する開口部とを備え、前記収容部は、前記開口部よりも前記除塵ロールの回転方向上流側に、前記除塵ロールの表面と前記収容部の壁面との隙間が前記開口部に向けて徐々に小さくなる絞り部が形成されており、前記除塵ロールの回転に伴う随伴気流を前記絞り部で圧縮して、前記ロール溝が前記絞り部から前記開口部に露出するタイミングで随伴気流の圧力を低下させることにより、前記開口部を介してワーク表面に吹き付ける気流に脈動を生じさせて、ワーク表面から粉塵を脱離する除塵装置により達成される。

この除塵装置において、前記絞り部の壁面には、前記ロール溝と対向する微細溝からなる対向溝が、前記回転軸に沿って複数形成されていることが好ましい。複数の前記対向溝は、隣接する側壁同士が互いに直交する階段状に形成されていることが好ましく、あるいは、前記対向溝は、前記除塵ロールの回転方向下流側の側壁が、前記除塵ロールの軸心に向けて延びることが好ましい。

前記ケーシングは、ワーク表面から脱離された粉塵を前記開口部に対して前記除塵ロールの回転方向下流側で吸引可能な吸引部と、前記収容部内を前記開口部に対して前記除塵ロールの回転方向上流側で前記ケーシングの外部と連通する連通部とを更に備えることが好ましい。この構成において、前記開口部は、前記除塵ロールの回転方向下流側の縁部から前記除塵ロールの表面までの最小隙間が、前記除塵ロールの回転方向上流側の縁部から前記除塵ロールの表面までの最小隙間よりも大きいことが好ましい。また、前記連通部は、前記絞り部に対して前記除塵ロールの回転方向上流側に隣接した位置に開口することが好ましい。

前記開口部を介して対向する前記除塵ロールの表面とワーク表面との最小隙間は、０．０１～０．５ｍｍであることが好ましい。

本発明の除塵装置によれば、小型化および省エネルギー化を図りつつ、ワークの除塵を確実に行うことができる。

本発明の一実施形態に係る除塵装置の平面図である。 図１のＡ－Ａ断面図である。 図１に示す除塵装置の要部平面図である。 図２の要部拡大図である。 図４の要部拡大図である。 図３に示す要部の変形例を示す平面図である。 図４に示す要部の変形例を示す断面図である。 図４に示す要部の他の変形例を示す拡大断面図である。 図４に示す要部の更に他の変形例を示す断面図である。 従来の除塵装置の断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る除塵装置の平面図であり、図２は、図１のＡ－Ａ断面図である。図１および図２に示すように、除塵装置１は、ケーシング１０と、ケーシング１０内に収容された除塵ロール２０と、除塵ロール２０を回転駆動する駆動源３０とを備えており、除塵対象となるワークＷの表面に付着した粉塵（特に、大きさが０．００５ｍｍ以下の微細粉塵）を効率良く除去することができる。駆動源３０は、例えば、電気や圧縮空気等を動力源とするモータおよび減速ギア機構を備えている。

除塵ロール２０は、ケーシング１０内で水平に延びる回転軸２１の周りに回転自在に支持されている。図３に平面図で示すように、除塵ロール２０の表面には、回転軸２１の軸線と平行に延びる微小断面の微細溝からなるロール溝２２が、周方向に等間隔で多数（例えば、１００～１０００個）形成されている。ロール溝２２の断面形状は、本実施形態では三角形状としているが、矩形状や半円状等の他の形状であってもよい。図１に示すように、各ロール溝２２の長手方向（回転軸方向）の長さは、少なくともワークＷの幅よりも大きいことが好ましく、本実施形態では、ワークＷの幅よりも長い除塵ロール２０の長手方向全体にわたって形成されている。

ケーシング１０は、直方体状の筐体からなり、本体１０ａの下部が平板状の底蓋１０ｂ，１０ｃにより覆われて構成されている。ケーシング１０は、除塵ロール２０を隙間を空けて収容する円柱状の空間からなる収容部１１と、ケーシング１０の下面に形成されて収容部１１をワークＷの表面に向けて開口する開口部１２と、除塵ロール２０の表面と収容部１１の壁面との間に形成される絞り部１３と、ワークＷの表面から脱離された粉塵を吸引可能な吸引部１５と、収容部１１をケーシング１０の外部と連通する連通部１６とを備えている。開口部１２は、ケーシング１０の２つの底蓋１０ｂ，１０ｃの間に形成されている。

吸引部１５および連通部１６は、ケーシング１０内に形成された流路からなる。吸引部１５は、真空ポンプ（図示せず）の吸引ポートに接続されて、開口部１２の近傍における除塵ロール２０の回転方向Ｃの下流側を吸引する。連通部１６は、吸引部１５による吸引を維持できるように、開口部１２よりも除塵ロール２０の回転方向Ｃの上流側に形成されている。吸引部１５は、除塵ロール２０の長手方向に沿って等間隔に複数（本実施形態では３個）形成されている。吸引部１５の数は、除塵ロール２０の長さに応じて適宜設定すればよく、単一であってもよい。連通部１６は、除塵ロール２０の長手方向中央に形成されているが、長手方向中央からずれた位置に形成してもよい。

図４は、図２の要部拡大図である。図４に示すように、絞り部１３は、開口部１２よりも除塵ロール２０の回転方向Ｃの上流側に形成されている。絞り部１３を形成する収容部１１の壁面は、断面円弧状に形成されており、除塵ロール２０の回転軸の軸線と平行に延びてロール溝２２に対向する微細溝からなる対向溝１４が、除塵ロール２０の回転方向Ｃに間隔をあけて複数形成されている。対向溝１４の断面形状は、本実施形態では三角形状としているが、矩形状や半円状等の他の形状であってもよい。対向溝１４の長さは、ワークＷの幅よりも大きいことが好ましい。

絞り部１３の断面円弧状の曲率は、除塵ロール２０の表面の曲率と相違しており、これによって、絞り部１３は、対向溝１４およびロール溝２２を有しないと仮定した場合における除塵ロール２０の表面と収容部１１の壁面との隙間が、開口部１２に向けて徐々に小さくなるように形成されている。

次に、上記の構成を備える除塵装置１の作動を説明する。図１および図２に示すように、本実施形態の除塵装置１は、平板状のバックアッププレートＰの上面に沿って矢示Ｂ方向に連続搬送されるシート状のワークＷの近傍に、開口部１２がワークＷの表面（上面）と対向するように配置されて、ワークＷの表面に付着した粉塵等を除去する。ワークＷは、電子基板や光学用フィルム等を例示することができるが、微細粉塵の付着が問題になり易い他の製品等であってもよい。

除塵ロール２０を矢示Ｃ方向に回転駆動すると、除塵ロール２０の回転に伴う随伴気流が収容部１１に発生する。この随伴気流は、絞り部１３を通過した後、開口部１２を介してワークＷの表面に吹き付けられる。除塵ロール２０の表面周速は、必ずしも限定されないが、高速の随伴気流が生じるように２５ｍ／秒以上であることが好ましい。

除塵ロール２０の回転による随伴気流は、絞り部１３を通過する際に圧縮されるが、除塵ロール２０の表面にはロール溝２２が形成されているため、除塵ロール２０の回転によりロール溝２２が絞り部１３から開口部１２に露出するタイミングで、随伴気流の圧力が低下する。これにより、ワークＷの表面に吹き付けられる気流に脈動を生じさせることができるので、ワークＷに付着した微小粉塵がワークＷの表面に形成される境界層の内部に存在する場合でも、気流の吹き付けによる境界層の破断または剥離を容易に行い、微小粉塵をワークＷの表面から確実に浮き上がらせて脱離することができる。ワークＷの表面から脱離した粉塵は、吸引部１５により吸引することで、ワークＷの表面から確実に除去することができる。

図４に示すロール溝２２の断面積は、大きすぎると、絞り部１３により圧縮された随伴空気の圧力の大部分がロール溝２２により解放される一方、小さすぎると、ロール溝２２を形成した意義が薄れるため、いずれも効果的な脈動気流が生じ難くなる。したがって、ロール溝２２の断面積は、０．０３～０．３ｍｍ^２であることが好ましく、０．０５～０．１ｍｍ^２であることがより好ましい。

本実施形態の除塵装置１は、絞り部１３を形成する収容部１１の壁面にも複数の対向溝１４が形成されているため、除塵ロール２０のロール溝２２との相乗効果により、脈動気流をより確実に生じさせることができる。対向溝１４の断面積は、ロール溝２２の断面積と同様に、０．０３～０．３ｍｍ^２であることが好ましく、０．０５～０．１ｍｍ^２であることがより好ましい。各対向溝１４の断面積は、互いに同じ大きさであってもよいが、除塵ロール２０の回転方向下流側ほど小さくなることが好ましい。なお、収容部１１の対向溝１４は、本発明において必須のものではなく、この部分の壁面を凹凸が無い滑らかな湾曲面としてもよい。

図４に示すように、開口部１２を介して対向する除塵ロール２０の表面とワークＷの表面との間に形成される最小隙間Ｈ１は、大きすぎると、ワークＷの表面近傍における圧力が低下して、ワークＷに付着した微小粉塵を効果的に脱離および吸引できないおそれが高まることから、ワークＷのスムーズな搬送を妨げない程度に小さくすることが好ましい。具体的には、最小隙間Ｈ１は、０．０１～０．５ｍｍであることが好ましく、０．０５～０．１ｍｍであることがより好ましい。ワークＷの裏面（下面）側を支持するバックアッププレートＰは、脈動気流の吹き付けによるワークＷの振動を防止して、上記の最小隙間Ｈ１を確実に一定に維持することができる。但し、ワークＷが変形し難い硬質材料からなる場合には、必ずしもバックアッププレートＰを設ける必要はない。

ケーシング１０の下面とワークＷの表面との間に形成される隙間についても、ワークＷの表面近傍における圧力を維持するため、ワークＷの搬送を妨げない程度に小さいことが好ましい。具体的には、開口部１２よりも除塵ロール２０の回転方向上流側の最小隙間Ｈ２、および、開口部１２よりも除塵ロール２０の回転方向下流側の最小隙間Ｈ３は、いずれも０．０１～０．５ｍｍであることが好ましく、０．０５～０．１ｍｍであることがより好ましい。

ワークＷに脈動気流を効果的に吹き付けるためには、絞り部１３における除塵ロール２０の表面と収容部１１の壁面との隙間の大きさも重要である。図５に示すように、開口部１２の縁部近傍において、絞り部１３内で回転方向に隣接するロール溝２２，２２の間に形成される空間の断面積Ｓ１は、ロール溝２２の断面積Ｓ２と略同じであることが好ましく、具体的には、断面積Ｓ１が、０．０３～０．３ｍｍ^２であることが好ましく、０．０５～０．１ｍｍ^２であることがより好ましい。開口部１２の縁部と除塵ロール２０の表面との最小隙間は、０．０１～０．５ｍｍであることが好ましく、０．０５～０．１ｍｍであることがより好ましい。

本実施形態の除塵装置１は、ロール溝２２が形成された除塵ロール２０の回転駆動により、除塵ロール２０の長手方向全体で均一な脈動気流を生じさせることができるので、ワークＷの幅が大きい場合でも、ワークＷの表面全体を確実に除塵することができる。また、従来のように大型の送風機が不要であり、送風機よりも動力負荷が小さい除塵ロール２０の回転駆動によりワークＷの除塵を行うことができるため、騒音の問題を解消しつつ、装置の小型化および省エネルギー化が可能であり、クリーンルームで使用する場合にも、クリーンルーム内の空気流れを適切に維持管理することができる。

以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明の具体的な態様は上記実施形態に限定されない。例えば、除塵ロール２０の表面に形成されるロール溝２２は、本実施形態においては回転軸２１と平行であるが、回転軸２１に沿って形成されていればよく、必ずしも回転軸２１と平行である必要はない。例えば、図６に示すように、除塵ロール２０のロール溝２２を平面視Ｖ字型のダブルヘリカル状に形成して、除塵ロール２０を矢示方向に回転駆動することで、ワークの表面から浮き上がらせた粉塵を、除塵ロール２０の長手方向両側から中央に向けて案内して吸引することができるので、ワークの除塵をより確実に行うことができる。

また、ワークＷの搬送方式は、本実施形態のような直線搬送に限定されるものではなく、例えば、図７に示すように、バックアップロールＲによる曲線搬送であってもよい。図７において、図４と同様の構成部分には同一の符号を付している。図７に示す各隙間Ｈ１～Ｈ３の寸法や、ロール溝２２等の断面積の好ましい大きさは、図４に示す各隙間Ｈ１～Ｈ３の寸法や、ロール溝２２等の断面積の好ましい大きさと同様である。図７に示すバックアップロールＲは、ワークＷの搬送を行いつつ、図４に示すバックアッププレートＰと同様に、ワークＷを確実に保持することができる。あるいは、図４および図７に示す構成のようにワークＷを搬送する代わりに、固定されたワークＷに対して除塵装置１を移動することにより、ワークＷの表面を除塵することもできる。

図４に示す複数の対向溝１４は、隣接する側壁同士が互いに直交する階段状に形成されている。すなわち、各対向溝１４は、底部で接続された２つの側壁の内面がそれぞれ水平面及び垂直面からなり、隣接する対向溝１４，１４は、それぞれの開口縁において側壁同士が接続されている。この構成によれば、除塵ロール２０の回転に伴う随伴気流の一部が、絞り部１３の各対向溝１４において渦流を生じさせ易くなるため、この渦流の表面側（除塵ロール２０側）を流れる随伴気流と絞り部１３の壁面との摩擦抵抗を低減して、随伴気流の流速を高めることができる。これにより、ワーク表面に付着した微細粉塵を効率良く除去することができる。

図８に示すように、各対向溝１４は、除塵ロール２０の回転方向Ｃの下流側の側壁１４ａが、軸方向断面視において、除塵ロール２０の軸心（図２の符号２８）に向けて延びるように形成されてもよい。この構成によれば、図８に破線矢印で示すように、除塵ロール２０の回転に伴う随伴気流の一部が各対向溝１４の側壁１４ａに衝突して回転方向Ｃとは逆方向の流れ抵抗を生じさせることで、この表面側（除塵ロール２０側）を流れる随伴気流の圧力を高めることができる。これにより、ワーク表面への気流に吹き付けによる境界層の破断または剥離をより確実に行うことができるので、例えば１μｍ以下の極微細粉塵の除去に好適である。

図８に示すように、除塵ロール２０の各ロール溝２２についても、回転方向Ｃの下流側の側壁２２ａを、軸方向断面視において、除塵ロール２０の軸心（図２の符号２８）に向けて延びるように形成してもよく、これによって、ワーク表面に吹き付けられる気流の圧力をより高めることができる。このロール溝２２の形状は、図２等に示す他の実施形態の構成に適用してもよい。極微細粉塵の除去を目的とする場合、対向溝１４およびロール溝２２の側壁１４ａ，２２ａが延びる方向（方向Ｘ）は、除塵ロール２０の軸心に向かう方向（方向Ｙ）に一致することが好ましいが、上述した方向Ｘと方向Ｙとは必ずしも完全に一致する必要はなく、方向Ｘと方向Ｙとのなす角度が－３０度から３０度の範囲にあればよい。

図９に示すように、連通部１６は、絞り部１３に対して、除塵ロール２０の回転方向Ｃの上流側に隣接した位置に開口するように形成してもよい。この構成によれば、除塵ロール２０の回転により除塵ロール２０と絞り部１３との間に外気を確実に導入して、ワークに対する気流の吹き付けを促すことができる。

図９に示す開口部１２は、除塵ロール２０の回転方向Ｃの下流側の縁部１２ｂから除塵ロール２０の表面までの最小隙間（隙間Ａ）が、除塵ロール２０の回転方向Ｃの上流側の縁部１２ａから除塵ロール２０の表面までの最小隙間（隙間Ｂ）よりも大きくなるように形成されている。除塵ロール２０の回転に伴い絞り部１３で圧縮された気流は、開口部１２から噴出することで膨張するため、上述した隙間Ａを隙間Ｂよりも大きくすることで吸引部１５からの吸引を容易にして、微細粉塵の吸い込みをより確実に行うことができる。

本発明の実施例として、長さ６００ｍｍの除塵ロール２０を有する上記実施形態の除塵装置１を試作し、５００ｍｍ幅のフィルムからなるワークＷの除塵試験を行った。粒子径が０．００２～０．００５ｍｍのコピー機用トナーを、模擬微細粉塵としてフィルムの表面に噴霧し、図４および図７に示す搬送方式により搬送して除塵を行った後、残留トナーをマイクロスコープ「ＶＨＸ－６０００」（株式会社キーエンス製）で測定したところ、いずれの搬送方式においても、９９．９％以上の除去率が得られた。

また、除塵ロール２０を回転駆動する駆動源３０のＤＣブラシレスモータの動力は２８０Ｗであり、吸引部１５に接続した集塵機の動力は４５０Ｗであったため、これらを合計しても、送風機を使用する従来の除塵装置と比較して、約半分の動力で同等以上の集塵性能が得られた。

１ 除塵装置
１０ ケーシング
１１ 収容部
１２ 開口部
１３ 絞り部
１４ 対向溝
１５ 吸引部
１６ 連通部
２０ 除塵ロール
２２ ロール溝
３０ 駆動源
Ｗ ワーク

Claims (8)

1. ケーシングと、前記ケーシング内に回転軸周りに回転自在に支持された除塵ロールと、前記除塵ロールを回転駆動する駆動源とを備え、ワーク表面に付着した粉塵を除去する除塵装置であって、
   前記除塵ロールの表面には、断面積が０．０３～０．３ｍｍ^２の微細溝からなるロール溝が、回転軸に沿って複数形成され、
   前記ケーシングは、前記除塵ロールを収容する収容部と、前記収容部をワーク表面に向けて開口する開口部とを備え、
   前記収容部は、前記開口部よりも前記除塵ロールの回転方向上流側に、前記除塵ロールの表面と前記収容部の壁面との隙間が前記開口部に向けて徐々に小さくなる絞り部が形成されており、
   前記除塵ロールの回転に伴う随伴気流を前記絞り部で圧縮して、前記ロール溝が前記絞り部から前記開口部に露出するタイミングで随伴気流の圧力を低下させることにより、前記開口部を介してワーク表面に吹き付ける気流に脈動を生じさせて、ワーク表面から粉塵を脱離する除塵装置。
2. 前記絞り部の壁面には、前記ロール溝と対向する微細溝からなる対向溝が、前記回転軸に沿って複数形成されている請求項１に記載の除塵装置。
3. 複数の前記対向溝は、隣接する側壁同士が互いに直交する階段状に形成されている請求項２に記載の除塵装置。
4. 前記対向溝は、前記除塵ロールの回転方向下流側の側壁が、前記除塵ロールの軸心に向けて延びる請求項２に記載の除塵装置。
5. 前記ケーシングは、ワーク表面から脱離された粉塵を前記開口部に対して前記除塵ロールの回転方向下流側で吸引可能な吸引部と、前記収容部内を前記開口部に対して前記除塵ロールの回転方向上流側で前記ケーシングの外部と連通する連通部とを更に備える請求項１に記載の除塵装置。
6. 前記開口部は、前記除塵ロールの回転方向下流側の縁部から前記除塵ロールの表面までの最小隙間が、前記除塵ロールの回転方向上流側の縁部から前記除塵ロールの表面までの最小隙間よりも大きい請求項５に記載の除塵装置。
7. 前記連通部は、前記絞り部に対して前記除塵ロールの回転方向上流側に隣接した位置に開口する請求項５に記載の除塵装置。
8. 前記開口部を介して対向する前記除塵ロールの表面とワーク表面との最小隙間は、０．０１～０．５ｍｍである請求項１に記載の除塵装置。

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