JPH07931A - 工作物を研磨性二酸化炭素スノーによって清浄化する装置および方法 - Google Patents
工作物を研磨性二酸化炭素スノーによって清浄化する装置および方法Info
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- JPH07931A JPH07931A JP6066259A JP6625994A JPH07931A JP H07931 A JPH07931 A JP H07931A JP 6066259 A JP6066259 A JP 6066259A JP 6625994 A JP6625994 A JP 6625994A JP H07931 A JPH07931 A JP H07931A
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- gas
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
- B05B1/00—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means
- B05B1/005—Nozzles or other outlets specially adapted for discharging one or more gases
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
- B24C1/00—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods
- B24C1/003—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods using material which dissolves or changes phase after the treatment, e.g. ice, CO2
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
- B24C5/00—Devices or accessories for generating abrasive blasts
- B24C5/02—Blast guns, e.g. for generating high velocity abrasive fluid jets for cutting materials
- B24C5/04—Nozzles therefor
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
- B05B7/00—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas
- B05B7/14—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas designed for spraying particulate materials
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Cleaning In General (AREA)
- Nozzles (AREA)
Abstract
(57)【要約】 (修正有)
【目的】 工作物を研磨CO2 スノーで清浄化するため
の装置および方法で、スノーを発生し放出するノズルを
用いて作用する装置および方法を提供する。 【構成】 ノズルはガス状のCO2 を受入れるための上
流区画20を含み、該区画がCO2 の亜音速流れに対し
て最適化された第1輪郭を有する。ノズルはCO2 とス
ノーを工作物へ向けて導くための下流区画40を含み、
該区画はCO2 の超音速の流れに対して最適化された第
2輪郭を有する。ノズルは上流区画と下流区画の間に挿
置されたのど区画30を含み、該区画がCO2 を定エン
トロピー線に沿って気相から、下流区画内で少なくとも
マッハ1.1の速度を有するガスとスノー混合物に変換
する。このようにガス状CO2 が超音速に達するまで固
相への変換を遅延させることにより、スノーに最大運動
エネルギーが与えられる。
の装置および方法で、スノーを発生し放出するノズルを
用いて作用する装置および方法を提供する。 【構成】 ノズルはガス状のCO2 を受入れるための上
流区画20を含み、該区画がCO2 の亜音速流れに対し
て最適化された第1輪郭を有する。ノズルはCO2 とス
ノーを工作物へ向けて導くための下流区画40を含み、
該区画はCO2 の超音速の流れに対して最適化された第
2輪郭を有する。ノズルは上流区画と下流区画の間に挿
置されたのど区画30を含み、該区画がCO2 を定エン
トロピー線に沿って気相から、下流区画内で少なくとも
マッハ1.1の速度を有するガスとスノー混合物に変換
する。このようにガス状CO2 が超音速に達するまで固
相への変換を遅延させることにより、スノーに最大運動
エネルギーが与えられる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は超音速の研磨性CO2 ス
ノー(雪状物:snow)を発生せしめ、かつ該スノーを、
工作物から除去すべき汚染物質上に集束するための装置
および方法に関する。
ノー(雪状物:snow)を発生せしめ、かつ該スノーを、
工作物から除去すべき汚染物質上に集束するための装置
および方法に関する。
【0002】
【従来の技術】液体二酸化炭素を使用してCO2 スノー
を発生せしめ、続いてこれを高速度に加速し、基板から
微少粒子を清掃することは、 Layden の米国特許第 4、
962 、891 号明細書に記載されている。74.5kcal/k
g (134BTU/ポンド)以下のエントロピーを有す
る飽和液体CO2 がノズルを通され、断熱膨張を介して
ガスおよびCO2 スノーの混合物を発生する。後に断熱
膨張によってCO2 スノーに変換される液体CO2 の比
較的大きな小滴の形成・制御改良するために、一連の室
および板が使用される。CO2 ガス用の射出ノズルの壁
は、ほぼ4から8度の発散角に勾配が付され、しかもこ
の角度は、固体/ガスCO2 の流れが工作物の清浄化に
必要な強さ以下とならないように、常に15度以下にさ
れる。ノズルは溶融シリカ、石英または他の類似の材料
によって製造される。
を発生せしめ、続いてこれを高速度に加速し、基板から
微少粒子を清掃することは、 Layden の米国特許第 4、
962 、891 号明細書に記載されている。74.5kcal/k
g (134BTU/ポンド)以下のエントロピーを有す
る飽和液体CO2 がノズルを通され、断熱膨張を介して
ガスおよびCO2 スノーの混合物を発生する。後に断熱
膨張によってCO2 スノーに変換される液体CO2 の比
較的大きな小滴の形成・制御改良するために、一連の室
および板が使用される。CO2 ガス用の射出ノズルの壁
は、ほぼ4から8度の発散角に勾配が付され、しかもこ
の角度は、固体/ガスCO2 の流れが工作物の清浄化に
必要な強さ以下とならないように、常に15度以下にさ
れる。ノズルは溶融シリカ、石英または他の類似の材料
によって製造される。
【0003】しかしながら、この装置および方法は他の
在来技術と同様にベルヌイ法を利用するもので、圧縮不
能なガスまたは液体がノズルを通して膨張せしめられ、
かつ状態をスノーまたは固体ペレットに変換するように
なっている。なお、出力ノズルは拡散促進装置として働
き、実際にノズル壁の近くに渦流を発生させることによ
って、排出流速を低下させる。この機構は、液体とガ
ス、並びに固形スノーを通常含む排出流体内に分散した
スノーのエネルギーと均一性を低下させる。
在来技術と同様にベルヌイ法を利用するもので、圧縮不
能なガスまたは液体がノズルを通して膨張せしめられ、
かつ状態をスノーまたは固体ペレットに変換するように
なっている。なお、出力ノズルは拡散促進装置として働
き、実際にノズル壁の近くに渦流を発生させることによ
って、排出流速を低下させる。この機構は、液体とガ
ス、並びに固形スノーを通常含む排出流体内に分散した
スノーのエネルギーと均一性を低下させる。
【0004】幾つかの参考文献、たとえば Lloyd の米
国特許第 5、018 、667 号明細書の5欄と7欄には、C
O2 およびスノー混合物の流れ中の乱流を増加させるた
めに、複式ノズルおよび勾配付きオリフイスの使用が記
載されている。これら参考文献は、排出ノズルを流出後
のスノーを集束させるよりは拡散させることを狙ってい
る。Lloyd の上記特許明細書は7欄の34−51行に、
ノズルの閉塞または“スノーイング”を阻止するため
に、ノズルを通る行程のほぼ半分の所でスノーを発生す
べきであると述べている。Lloyd の米国特許明細書は、
特定オリフイスにおける圧力低下が入口圧力、出口圧力
およびオリフイスの長さの関数であることを認識してい
るが、この特許明細書の主たる関心事は、オリフイスの
“スノーイング”を阻止するためにアスペクト比、すな
わちオリフイスの長さとその直径の比を明確にすること
である。
国特許第 5、018 、667 号明細書の5欄と7欄には、C
O2 およびスノー混合物の流れ中の乱流を増加させるた
めに、複式ノズルおよび勾配付きオリフイスの使用が記
載されている。これら参考文献は、排出ノズルを流出後
のスノーを集束させるよりは拡散させることを狙ってい
る。Lloyd の上記特許明細書は7欄の34−51行に、
ノズルの閉塞または“スノーイング”を阻止するため
に、ノズルを通る行程のほぼ半分の所でスノーを発生す
べきであると述べている。Lloyd の米国特許明細書は、
特定オリフイスにおける圧力低下が入口圧力、出口圧力
およびオリフイスの長さの関数であることを認識してい
るが、この特許明細書の主たる関心事は、オリフイスの
“スノーイング”を阻止するためにアスペクト比、すな
わちオリフイスの長さとその直径の比を明確にすること
である。
【0005】これら総ての参考文献の共通の欠点は、排
出ノズルの区域においてスノーが発生しない場合には、
スノーを加速してノズルから所要の排出速度で出るよう
に、追加エネルギーを加える必要があることである。
出ノズルの区域においてスノーが発生しない場合には、
スノーを加速してノズルから所要の排出速度で出るよう
に、追加エネルギーを加える必要があることである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
主な目的は、ノズル内ののどの下流位置においてCO2
スノーを発生せしめ、CO2 の超音速がスノーに伝達さ
れ、同時に該スノーおよび排出ガスを、細線清掃に使用
し得る細い流れとして集束させることである。
主な目的は、ノズル内ののどの下流位置においてCO2
スノーを発生せしめ、CO2 の超音速がスノーに伝達さ
れ、同時に該スノーおよび排出ガスを、細線清掃に使用
し得る細い流れとして集束させることである。
【0007】
【問題を解決するための手段】研磨CO2 スノーによっ
て工作物の清浄化を行う装置および方法は、スノーを発
生し且つ放出するためのノズルを用いて作用する。この
ノズルはCO2 を第1圧力を有するガスの形で受入れる
ための上流区画を含み、該上流区域はCO2 の亜音速流
れに対して最適化された第1輪郭を有している。ノズル
はまたCO2 とスノーを工作物の方に導くための下流区
画を含み、該下流区画は第2圧力を有するCO2 の超音
速流れに対して最適化された第2輪郭を有している。ノ
ズルは上流区画と下流区画の間に挿置されたのど区画を
含み、CO2 を定エントロピー線に沿って気相から、前
記下流区画にて少なくともマッハ1.1の速度のガスお
よびスノー混合物に変換する。このようにして、ガス状
CO2 がノズルの下流区画で超音速に達するまでは、固
相への変換を遅延させることにより、最大運動エネルギ
ーがスノーに与えられる。
て工作物の清浄化を行う装置および方法は、スノーを発
生し且つ放出するためのノズルを用いて作用する。この
ノズルはCO2 を第1圧力を有するガスの形で受入れる
ための上流区画を含み、該上流区域はCO2 の亜音速流
れに対して最適化された第1輪郭を有している。ノズル
はまたCO2 とスノーを工作物の方に導くための下流区
画を含み、該下流区画は第2圧力を有するCO2 の超音
速流れに対して最適化された第2輪郭を有している。ノ
ズルは上流区画と下流区画の間に挿置されたのど区画を
含み、CO2 を定エントロピー線に沿って気相から、前
記下流区画にて少なくともマッハ1.1の速度のガスお
よびスノー混合物に変換する。このようにして、ガス状
CO2 がノズルの下流区画で超音速に達するまでは、固
相への変換を遅延させることにより、最大運動エネルギ
ーがスノーに与えられる。
【0008】第1の好適な実施例においては、第2輪郭
はCO2 が該輪郭を通る際に形成される境界層を最小化
するように最適化され、それによって混合物がノズルか
ら出る時に、該混合物内の乱流を最小限にする。第2輪
郭は、CO2 とスノーが下流区画を出る時にこのCO2
とスノーが平行流となるように最適化され、それによっ
てスノーを、工作物に対する研磨作用のための小さなパ
ターンに集束する。
はCO2 が該輪郭を通る際に形成される境界層を最小化
するように最適化され、それによって混合物がノズルか
ら出る時に、該混合物内の乱流を最小限にする。第2輪
郭は、CO2 とスノーが下流区画を出る時にこのCO2
とスノーが平行流となるように最適化され、それによっ
てスノーを、工作物に対する研磨作用のための小さなパ
ターンに集束する。
【0009】ノズルののど、上流および下流区画は、シ
リコンをミクロ機械加工して得られた表面を有してい
る。
リコンをミクロ機械加工して得られた表面を有してい
る。
【0010】本発明の他の目的、特色および利点は、添
付図面により次に説明する実施例によって明らかとな
る。
付図面により次に説明する実施例によって明らかとな
る。
【0011】
【実施例】本発明によるノズルの簡単な断面が、図1に
て全体を符号10で示されている。ノズル10は上流区
画20、下流区画40およびのど区画30を含んでい
る。開放端22は貯蔵容器(図示せず)から、ほぼ7.
031kg/cm2 (100psi)から56.247
kg/cm2 (800psi)の範囲、好ましくはほぼ
21.092kg/cm2 (300psi)で加圧した
二酸化炭素を受入れる。このCO2 ガスは−40℃から
32.2℃(−40°Fから+90°F)までの入力温
度で供給することができるが、約+4.5℃(+40°
F)の設計入力温度からの変更を行う場合には、ノズル
の設計を変える必要がある。スノーを形成する際に追加
的な変換効率を必要とする場合には、二酸化炭素をノズ
ル10の開放端22に入る前に冷却しても良い。
て全体を符号10で示されている。ノズル10は上流区
画20、下流区画40およびのど区画30を含んでい
る。開放端22は貯蔵容器(図示せず)から、ほぼ7.
031kg/cm2 (100psi)から56.247
kg/cm2 (800psi)の範囲、好ましくはほぼ
21.092kg/cm2 (300psi)で加圧した
二酸化炭素を受入れる。このCO2 ガスは−40℃から
32.2℃(−40°Fから+90°F)までの入力温
度で供給することができるが、約+4.5℃(+40°
F)の設計入力温度からの変更を行う場合には、ノズル
の設計を変える必要がある。スノーを形成する際に追加
的な変換効率を必要とする場合には、二酸化炭素をノズ
ル10の開放端22に入る前に冷却しても良い。
【0012】ノズル上流区画20の内面24の輪郭また
は曲率は、流体工学ジャーナル(Journal of Fluids Eng
ineering) 、1977年99巻、Thomas Morel著の“2
−D風洞縮流の設計(Design of 2-D Wind Tunnel Contr
actions)”に記載されているマッチドキュービック設計
法(the matched-cubic design procedure)によって設計
される。この設計によれば、ガス状CO2 はのど区画3
0に近づく時に、毎秒ほぼ6.10m(20フイート)
から30.50m(100フイート)の亜音速で流動す
る。
は曲率は、流体工学ジャーナル(Journal of Fluids Eng
ineering) 、1977年99巻、Thomas Morel著の“2
−D風洞縮流の設計(Design of 2-D Wind Tunnel Contr
actions)”に記載されているマッチドキュービック設計
法(the matched-cubic design procedure)によって設計
される。この設計によれば、ガス状CO2 はのど区画3
0に近づく時に、毎秒ほぼ6.10m(20フイート)
から30.50m(100フイート)の亜音速で流動す
る。
【0013】下流区画40は二酸化炭素ガス100と、
生じたスノー101とを、周囲排出温度において工作物
(図示せず)へ向けて排出するための開放端42を有し
ている。ノズルののど区画30の内面34と、下流区画
40の内面44とは、米国空軍から入手し得るAEDC
−JR−78−63の、J. C . Sivells の論文“超音
速および極超音速風洞に対する軸対称および扁平ノズル
を空気力学的に設計するためのコンピュータプログラム
(A Computer Program for the Aerodynamic Design of
Axisymmetric and Planar Nozzles for Supersonic and
Hypersonic Wind Tunnels) ”に記載されている如きの
特性法(Method of Characteristics) を用いるコンピュ
ータプログラムに従って設計される。
生じたスノー101とを、周囲排出温度において工作物
(図示せず)へ向けて排出するための開放端42を有し
ている。ノズルののど区画30の内面34と、下流区画
40の内面44とは、米国空軍から入手し得るAEDC
−JR−78−63の、J. C . Sivells の論文“超音
速および極超音速風洞に対する軸対称および扁平ノズル
を空気力学的に設計するためのコンピュータプログラム
(A Computer Program for the Aerodynamic Design of
Axisymmetric and Planar Nozzles for Supersonic and
Hypersonic Wind Tunnels) ”に記載されている如きの
特性法(Method of Characteristics) を用いるコンピュ
ータプログラムに従って設計される。
【0014】のど区画30の内面34の輪郭は、該区画
を通るCO2 に断熱膨張を行わせるように設計される。
CO2 ガスは図3に示した温度−エントロピー図表にし
たがって膨張し、ほぼ定エントロピー線A−Bに沿って
移動する。圧力が点Bまで低下すると、CO2 ガスは少
なくとも部分的にスノーに変換する。このスノーへの変
換は、ノズルの下流区画40の排出口42の近くで起る
ように設定され、工作物へ向けてスノー101を加速す
るために、追加運動エネルギーを必要としない。変換位
置は排出口42において超音速で生じ、好適実施例にお
いては、CO2ガスとスノーにマッハ2.5の流出速度
が必要である。スノーへの変換はノズル10ののど区画
では起らない。その理由は、該区画を通るCO2 ガスの
速度がマッハ1.0程度となるように設定されているた
めで、圧力がスノーを発生させるに必要な圧力以下とな
るからである。本分から明らかである様に、スノーとは
CO2 の小さな固相粒子で、その平均直径がほぼ10マ
イクロメートルであり、粒子の大きさがほぼ均一に分散
される。マッハなる用語は、所定圧力と温度のガスにつ
いての音速と定義される。
を通るCO2 に断熱膨張を行わせるように設計される。
CO2 ガスは図3に示した温度−エントロピー図表にし
たがって膨張し、ほぼ定エントロピー線A−Bに沿って
移動する。圧力が点Bまで低下すると、CO2 ガスは少
なくとも部分的にスノーに変換する。このスノーへの変
換は、ノズルの下流区画40の排出口42の近くで起る
ように設定され、工作物へ向けてスノー101を加速す
るために、追加運動エネルギーを必要としない。変換位
置は排出口42において超音速で生じ、好適実施例にお
いては、CO2ガスとスノーにマッハ2.5の流出速度
が必要である。スノーへの変換はノズル10ののど区画
では起らない。その理由は、該区画を通るCO2 ガスの
速度がマッハ1.0程度となるように設定されているた
めで、圧力がスノーを発生させるに必要な圧力以下とな
るからである。本分から明らかである様に、スノーとは
CO2 の小さな固相粒子で、その平均直径がほぼ10マ
イクロメートルであり、粒子の大きさがほぼ均一に分散
される。マッハなる用語は、所定圧力と温度のガスにつ
いての音速と定義される。
【0015】内面34および44の輪郭はまた、ガス状
CO2 が超音速の流速にて排出口42から直接流出し、
しかもノズル出口42において均一な流れ分布を得るよ
うに設計される。これによって所期の共線状の排出流動
が得られる。
CO2 が超音速の流速にて排出口42から直接流出し、
しかもノズル出口42において均一な流れ分布を得るよ
うに設計される。これによって所期の共線状の排出流動
が得られる。
【0016】ノズル10ののど区画30と下流区画40
の低拡散設計の故に、ノズル出口42から1ないし5セ
ンチメートル離れても、排出パターンはノズル出口42
の断面(好適な実施例では20×450マイクロメート
ル)とほぼ同じ大きさに維持され且つ集束する。正確な
排出パターンはまた、排出ガス全体にわたるスノーの均
一な分散をもたらす。
の低拡散設計の故に、ノズル出口42から1ないし5セ
ンチメートル離れても、排出パターンはノズル出口42
の断面(好適な実施例では20×450マイクロメート
ル)とほぼ同じ大きさに維持され且つ集束する。正確な
排出パターンはまた、排出ガス全体にわたるスノーの均
一な分散をもたらす。
【0017】以上の説明によって明らかな如く、本発明
の多くの利点は、その大部分がノズル10の内方輪郭面
24、34および44の正確な設計と寸法に依るもので
あり、これはシリコンをミクロ機械加工することによっ
て得られる。図2はシリコン基板80の斜視図で、この
基板に、周知の写真平板処理(photolithographic proce
ssing)技術を用いてノズル10の輪郭24、34および
44がエッチングされた。第1の好適実施例では、のど
区画30が基板80のほぼ20マイクロメートルの深さ
までエッチングされ、次いで基板の上に別の平らな基板
90が載置され、これを溶着(溶融結合)してノズル1
0を密封する。
の多くの利点は、その大部分がノズル10の内方輪郭面
24、34および44の正確な設計と寸法に依るもので
あり、これはシリコンをミクロ機械加工することによっ
て得られる。図2はシリコン基板80の斜視図で、この
基板に、周知の写真平板処理(photolithographic proce
ssing)技術を用いてノズル10の輪郭24、34および
44がエッチングされた。第1の好適実施例では、のど
区画30が基板80のほぼ20マイクロメートルの深さ
までエッチングされ、次いで基板の上に別の平らな基板
90が載置され、これを溶着(溶融結合)してノズル1
0を密封する。
【0018】ノズル10の形および大きさを正確に制御
することによって、わずか20×441マイクロメート
ル(ほぼ)の矩形スノーパターンを生ずるようにシステ
ムの大きさを設定し得る。これによってノズルとシステ
ムを、製造ないし修理時に、フラックス、はんだまたは
他の汚染物質によって汚染された印刷回路板の小さな区
域の清浄化に使用し得るようになる。
することによって、わずか20×441マイクロメート
ル(ほぼ)の矩形スノーパターンを生ずるようにシステ
ムの大きさを設定し得る。これによってノズルとシステ
ムを、製造ないし修理時に、フラックス、はんだまたは
他の汚染物質によって汚染された印刷回路板の小さな区
域の清浄化に使用し得るようになる。
【0019】このような小さな足跡のスノー101を使
用することの別の利点は、回路板または他の工作物に対
するスノーとガス状CO2 の摩擦電気作用によって生じ
る静電荷が、排出パターンの大きさに比例することであ
る。したがってスノー足跡の寸法が小さくなれば、発生
する静電荷を小さくして、工作物上に装架された敏感な
電子構成部材を損傷することなく、該工作物によって容
易に散逸させることが出来る。この利点により本システ
ムは、特に、緻密に部品を装着した(fully populated)
印刷回路板の清浄化および修理を行うに適している。ノ
ズルが非常に小さいので、種々の清掃用途および位置に
使用可能な手持ち式の可搬清掃装置内に収納することが
できる。
用することの別の利点は、回路板または他の工作物に対
するスノーとガス状CO2 の摩擦電気作用によって生じ
る静電荷が、排出パターンの大きさに比例することであ
る。したがってスノー足跡の寸法が小さくなれば、発生
する静電荷を小さくして、工作物上に装架された敏感な
電子構成部材を損傷することなく、該工作物によって容
易に散逸させることが出来る。この利点により本システ
ムは、特に、緻密に部品を装着した(fully populated)
印刷回路板の清浄化および修理を行うに適している。ノ
ズルが非常に小さいので、種々の清掃用途および位置に
使用可能な手持ち式の可搬清掃装置内に収納することが
できる。
【0020】最良の形態例 シリコンをミクロ機械加工したノズルの好適実施例の寸
法は、添付した表1に示されている。Xはノズルの中央
流動軸線に沿ってマイクロメートルで測定された寸法
で、Yは中央流動軸線からノズル壁の輪郭面まで測った
寸法である。ノズル10の矩形のど区画30の大きさ
は、一方の輪郭面から他方の輪郭面までが200マイク
ロメートルであり、または中心線から輪郭面までが10
0マイクロメートルである。前述の如く、ノズル10の
のど区画30は深さがほぼ20マイクロメートルであ
る。
法は、添付した表1に示されている。Xはノズルの中央
流動軸線に沿ってマイクロメートルで測定された寸法
で、Yは中央流動軸線からノズル壁の輪郭面まで測った
寸法である。ノズル10の矩形のど区画30の大きさ
は、一方の輪郭面から他方の輪郭面までが200マイク
ロメートルであり、または中心線から輪郭面までが10
0マイクロメートルである。前述の如く、ノズル10の
のど区画30は深さがほぼ20マイクロメートルであ
る。
【0021】約−1.11℃(30°F)および21.
092kg/cm2 (300psi)の純二酸化炭素
を、ノズル10の上流端20に導いた。ノズルの下流区
画から排出されるCO2 は温度がほぼ−101.1℃
(−150°F)で、速度が毎秒ほぼ365.97m
(1200フイート)である。出力CO2 はほぼ15−
30質量%の固定CO2 スノーを含み、固形CO2 スノ
ーの平均粒子寸法はほぼ10マイクロメートルである。
ノズルののど区画と下流区画は、ほぼ5対1の割合の排
出CO2 ガスとスノーの混合物を生成するように大きさ
を定められている。排出ガスジェットの大きさはほぼ2
0×441マイクロメートルであり、ノズルは工作物か
らほぼ2センチメートル離して使用するように設計され
る。工作物に対する迎角(angle of attack) は0度から
90度までの間で変えることができる。
092kg/cm2 (300psi)の純二酸化炭素
を、ノズル10の上流端20に導いた。ノズルの下流区
画から排出されるCO2 は温度がほぼ−101.1℃
(−150°F)で、速度が毎秒ほぼ365.97m
(1200フイート)である。出力CO2 はほぼ15−
30質量%の固定CO2 スノーを含み、固形CO2 スノ
ーの平均粒子寸法はほぼ10マイクロメートルである。
ノズルののど区画と下流区画は、ほぼ5対1の割合の排
出CO2 ガスとスノーの混合物を生成するように大きさ
を定められている。排出ガスジェットの大きさはほぼ2
0×441マイクロメートルであり、ノズルは工作物か
らほぼ2センチメートル離して使用するように設計され
る。工作物に対する迎角(angle of attack) は0度から
90度までの間で変えることができる。
【0022】ノズルの正確な輪郭は次の表1に従って一
層正確に定義することができる:
層正確に定義することができる:
【表1】
【0023】以上本発明を特定実施例について詳述した
が、本発明は特許請求の範囲内において種々の変型を行
い得るものと解すべきである。
が、本発明は特許請求の範囲内において種々の変型を行
い得るものと解すべきである。
【図1】本発明による、シリコンをミクロ機械加工によ
って形成したノズルの機能図表。この図表は原寸ではな
いから、好適な実施例の正確な寸法は表1を参照すべき
である。
って形成したノズルの機能図表。この図表は原寸ではな
いから、好適な実施例の正確な寸法は表1を参照すべき
である。
【図2】ノズルの、組立て時における展開斜視図。
【図3】CO2 の熱力学的特性の簡単な図表で、温度お
よび圧力の関数としての定エントロピー線を示す。
よび圧力の関数としての定エントロピー線を示す。
10 ノズル 20 上流区画 22 開放端 24 内面 30 のど区画 34 内面 40 下流区画 42 開放端 44 内面 80 基板 92 平らな基板
Claims (17)
- 【請求項1】 工作物を研磨CO2 スノーによって清浄
化する装置で、スノーを生成し、且つ放出するためのノ
ズルを有する装置にして、 第1圧力を有するCO2 ガスを受け入れる上流区画で、
第1圧力を有するCO2 の亜音速流れに対して最適化さ
れた第1輪郭を有する上流区画と、 CO2 およびスノーの流れを工作物の方に導く下流区画
で、第2圧力を有するCO2 の超音速流れに対して最適
化された第2輪郭を有する下流区画と、 のど装置で、前記上流区画および下流区画と共働するよ
うに連結され、CO2 をほぼ定エントロピー線に沿っ
て、気相から少なくとも部分的に、少なくともマッハ
1.1の速度で、前記下流区画内のスノーに変換するの
ど装置とを有し、ガス状CO2 が前記ノズルの下流区画
内で超音速に達するまで、該CO2 ガスの固相への変換
を遅延させることによって、研磨スノー粒子に最大の運
動エネルギーを与えることを特徴とする装置。 - 【請求項2】 前記第2輪郭が、乱流を最小にし、かつ
スノーがノズルを出る際に該スノーの流れを集束させる
ように最適化されている、請求項1記載の装置。 - 【請求項3】 前記第2輪郭が、前記下流区画を出るC
O2 ガスおよびスノーの流れを平行にし、それによって
スノーを小さな足跡に集束して工作物の研磨を行わせる
ように最適化されている、請求項1記載の装置。 - 【請求項4】 前記ノズルののど、上流および下流区画
がシリコンの、ミクロ機械加工された面を有している、
請求項1記載の装置。 - 【請求項5】 前記のど区画の断面は形状がほぼ矩形で
ある、請求項4記載の装置。 - 【請求項6】 前記下流区画内のスノーの速度が少なく
とも2.2マッハである、請求項4記載の装置。 - 【請求項7】 前記第1圧力が14.062kg/cm
2 (200psi)から42.185kg/cm2 (6
00psi)の範囲内にある、請求項6記載の装置。 - 【請求項8】 前記のど区画の輪郭が、該のど区画を通
るCO2 ガスを圧縮するようになっている、請求項1記
載の装置。 - 【請求項9】 前記ノズルののどおよび下流区画が、排
出されるCO2 ガスおよびスノーの足跡を最小化し、発
生した静電荷が完全に工作物内に散逸するようになって
いる、請求項8記載の装置。 - 【請求項10】 前記ノズルののどおよび下流区画が、
ほぼ5対1の質量割合で、排出CO2 およびスノーの混
合物を形成するようになっている、請求項9記載の装
置。 - 【請求項11】 工作物を研磨CO2 によって清浄化す
る方法において:ノズルの上流区画において第1圧力に
あるガス状CO2 を受入れる段階で、 該上流区画が前記第1圧力にあるCO2 の亜音速流れに
対して最適化された輪郭を有している段階と、 CO2 を前記ノズルののど区画に通し、該CO2 を定エ
ントロピー線に沿って気相から、少なくともマッハ1.
1の速度を有するCO2 ガスおよびスノーの混合物に変
換する段階と、 CO2 およびスノーを前記ノズルの下流区画に通す段階
で、該下流区画がCO2 およびスノーをマッハ1.1よ
り大きい速度で、工作物の方に導くような第2輪郭を有
している段階とを含み、ガス状CO2 が前記ノズルの下
流区画内で超音速に達するまで固相への変換を遅延させ
ることによって、スノーに最大運動エネルギーを与える
方法。 - 【請求項12】 CO2 が前記のど区画および下流区画
を通る時にこれらのど区画および下流区画を通して形成
される境界層を最小化し、それによってスノーが前記ノ
ズルから流出する際の乱流を最小限にし且つスノーの流
れを集束する段階をさらに含む請求項11記載の方法。 - 【請求項13】 前記下流区画から流出するCO2 およ
びスノーをほぼ平行な流れにし、それによってスノーを
小さな足跡に集束して工作物の研磨を行わせる段階をさ
らに含む請求項11記載の方法。 - 【請求項14】 CO2 およびスノーの混合物を前記下
流区画において少なくともマッハ2.2の速度に加速す
る段階をさらに含む請求項11記載の方法。 - 【請求項15】 CO2 ガスが前記のど区画を通る際に
該CO2 ガスを圧縮する段階をさらに含む請求項14記
載の方法。 - 【請求項16】 前記ノズルの下流区画を通るCO2 ガ
スとスノーの流れを集束し、かつ工作物に作用する排出
CO2 ガスとスノーによって形成される研磨足跡および
これに起因する静電荷を最小限にし、発生した静電荷を
足跡の区域に散逸させる段階をさらに含む請求項14記
載の方法。 - 【請求項17】 質量でほぼ5対1の割合で排出CO2
ガスおよびスノーの混合物を発生させる段階をさらに含
む請求項14記載の方法。
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