KR102658632B1 - 노즐 및 액체 분사 장치 - Google Patents

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겐타 나카모리
후미야 사카이
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아사히 슈낙 가부시키 가이샤
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Abstract

노즐(20)은 액체가 흐르는 유로(21)를 가지고, 처리대상물(W)을 향하여 액체를 토출하는 부재로서, 유로(21)가 액체에 진동류를 발생시키기 위한 진동 발생 유로(22)를 갖춘다.

Description

노즐 및 액체 분사 장치
본 명세서에 의해 개시되는 기술은 노즐 및 액체 분사 장치에 관한 것이다.
종래부터 플랫 패널 디스플레이나 반도체 웨이퍼 등의 표면에 고압 세정액을 분사하여 세정하기 위한 고압 분사 장치가 알려져 있다. 이와 같은 고압 세정 장치에 있어서, 세정력을 향상시키는 것을 목적으로 하여, 초음파 발생 장치에 의해 세정액에 초음파를 인가하여 분사하는 기술이 고안되어 있다(특허문헌 1 참조).
일본 특개 평11-204480호 공보
그러나, 상기와 같은 구성으로는 세정 노즐에 초음파 발생 장치를 설치하는 것이 필요하게 되어, 장치 구성이 복잡화하는 경향이 있었다.
본 명세서에 의해 개시되는 노즐은 액체가 흐르는 유로를 가지고, 처리대상물을 향하여 상기 액체를 토출하는 노즐로서, 상기 유로가 상기 액체에 진동류를 발생시키기 위한 진동 발생 유로를 갖춘다.
또 본 명세서에 의해 개시되는 액체 분사 장치는 상기한 노즐과, 상기 노즐에 접속되어 상기 노즐에 공급되는 상기 액체를 가압하는 고압 펌프를 갖춘다.
본 명세서에 의해 개시되는 노즐 및 이 노즐을 갖추는 액체 분사 장치에 의하면, 노즐이 진동 발생 유로를 갖추고 있으므로, 초음파 발생 장치 등의 진동류를 발생시키기 위한 장치를 별도 설치할 필요가 없어, 장치 구성의 복잡화를 회피할 수 있다.
도 1은 실시형태의 세정 장치의 전체 개략도이다.
도 2는 실시형태에 있어서, 배관에 접속된 노즐의 단면도이다.
도 3은 실시형태에 있어서, 진동 발생 유로의 내부를 액체가 흐르는 모습을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 변형예의 노즐의 부분 확대 단면도이다.
도 5는 진동 주파수를 측정하는 시험예에 있어서 사용한 시험장치의 모식도이다.
도 6은 진동 주파수를 측정하는 시험예에 있어서, 가속도 센서에 의해 측정된 동적 가속도 진폭의 파형을 나타내는 도면이다.
도 7은 진동 주파수를 측정하는 시험에 있어서, 측정된 가속도 진동을 주파수 해석하여 얻어진 주파수와 진폭의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8은 실시형태의 구성을 가지는 노즐과 종래의 노즐을 사용한 세정 시험에 있어서, 고압 펌프의 설정 압력과 제거율의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 9는 분사 액적 입자의 입자 직경-속도 분포를 조사하는 시험에 있어서, 실시형태의 노즐로부터 분사된 분사 액적 입자에 대해서, 쉐도우 도플러 입자 분석계를 사용하여 측정된 입자 직경과 속도의 분포를 나타내는 그래프이다.
도 10은 분사 액적 입자의 입자 직경-속도 분포를 조사하는 시험에 있어서, 종래의 노즐로부터 분사된 분사 액적 입자에 대해서, 쉐도우 도플러 입자 분석계를 사용하여 측정된 입자 직경과 속도의 분포를 나타내는 그래프이다.
도 11은 분사액의 면압 분포를 조사하는 시험에 있어서, 실시형태의 노즐로부터 분사된 분사액의 면압 분포를 나타내는 도면이다.
도 12는 분사액의 면압 분포를 조사하는 시험에 있어서, 종래의 노즐로부터 분사된 분사액의 면압 분포를 나타내는 도면이다.
[실시형태의 개요]
본 명세서에 의해 개시되는 노즐은 액체가 흐르는 유로를 가지고, 처리대상물을 향하여 상기 액체를 분사하는 부재로서, 상기 유로가 상기 액체에 진동류를 발생시키기 위한 진동 발생 유로를 갖춘다.
또 본 명세서에 의해 개시되는 액체분사 장치는 상기한 노즐과, 상기 노즐에 접속되어 상기 노즐에 공급되는 상기 액체를 가압하는 고압 펌프를 갖춘다.
상기한 구성에 의하면, 노즐이 진동 발생 유로를 갖추고 있으므로, 초음파 발생 장치 등의 진동류를 발생시키기 위한 장치를 별도 설치할 필요가 없어, 장치 구성의 복잡화를 회피할 수 있다.
상기한 구성에 있어서, 상기 진동 발생 유로가 제1 유로와, 상기 제1 유로의 하류측으로 연속되고, 상기 제1 유로보다 작은 내경을 가지는 제2 유로와, 상기 제2 유로의 하류측으로 연속되고, 상기 제2 유로보다 큰 내경을 가지는 제3 유로를 갖추고 있어도 상관없다.
이와 같은 구성에 의하면, 간이한 구성으로 진동 발생 유로 내를 흐르는 액체에 진동류를 발생시킬 수 있다.
상기한 구성에 있어서, 상기 진동 발생 유로가 상기 제2 유로의 하류측으로 연속되는 가속 유로를 갖추고, 상기 가속 유로가 상기 액체를 분사하는 분사구와, 상기 분사구측에 위치하고 단면 원형의 직관형상을 이루는 스트레이트부와, 상기 스트레이트부에 연속되고, 상기 제2 유로측에 설치된 유입구로부터 상기 스트레이트부와의 접속단까지 점차 내경을 축소시켜가는 직경축소부를 갖추고, 상기 스트레이트부의 축방향의 길이 치수(L1)와 직경 치수(D1)의 비(L1/D1)가 7.8 이상, 15 이하로 되어 있고, 상기 직경축소부 중 적어도 상기 제2 유로측의 일부가 상기 제2 유로보다 큰 내경을 가지는 상기 제3 유로로 되어 있어도 상관없다. 이와 같은 구성에 의하면, 세정력을 향상시킬 수 있다.
상기한 구성에 있어서, 상기 제1 유로에 있어서 상기 제2 유로에 인접하여 배치되는 부분의 내경에 대한 상기 제2 유로의 내경의 비율이 0.04 이상 0.8 이하여도 상관없다. 비율이 이 범위 내에 있을 때, 노즐의 내부를 흐르는 액체에 충분한 진동류를 발생시킬 수 있다.
상기한 구성에 있어서, 상기 노즐이 상기 제1 유로를 구획하는 제1 내주면과, 상기 제2 유로를 구획하는 제2 내주면과, 상기 제1 내주면과 상기 제2 내주면을 접속하는 단차면을 갖추고 있고, 상기 단차면과 상기 제2 내주면의 각도가 90° 이상 150° 이하여도 상관없다. 각도가 이 범위 내에 있을 때, 노즐의 내부를 흐르는 액체에 충분한 진동류를 발생시킬 수 있다.
상기한 구성의 액체 분사 장치에 있어서, 상기 고압 펌프의 가압에 의한 상기 노즐로부터의 분사 압력이 1MPa 이상 30MPa 이하여도 상관없다. 분사 압력이 이 범위에 있을 때, 노즐로부터 분사되는 미립화한 분사 액적의 입자 속도, 입자 직경이 처리대상물을 처리하기 위해서 적합한 크기가 됨과 아울러, 처리대상물의 대미지나 반송계의 이상의 발생을 피할 수 있다.
[실시형태의 상세]
본 명세서에 의해 개시되는 기술의 구체예를 이하에 도면을 참조하면서 설명한다. 또한 본 발명은 이들 예시에 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 의해 표시되고, 특허청구범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
<실시형태>
실시형태를 도 1 내지 도 3을 참조하면서 설명한다. 본 실시형태의 세정 장치(1)(액체 분사 장치에 해당)는 액체(초순수)를 고압으로 분사하여 처리대상물(W)(처리대상물에 해당)을 세정하는 장치이다. 처리대상물(W)의 예로서는 플랫 패널 디스플레이나 반도체 웨이퍼를 들 수 있다.
세정 장치(1)는 도 1에 나타내는 바와 같이 액체를 저류하는 탱크(11)와, 고압 펌프(12)와, 복수의 노즐(20)을 갖추고 있다. 탱크(11)와 고압 펌프(12)는 배관(13)을 통하여 접속되어 있고, 고압 펌프(12)와 노즐(20)은 배관(14)을 통하여 접속되어 있다.
고압 펌프(12)는 탱크(11)로부터 공급되는 액체를 가압하여 노즐(20)에 공급한다. 이 고압 펌프(12)는 노즐(20)로부터 분사되는 액체의 분사 압력이 1MPa 이상 30MPa 이하가 되도록 액체를 가압한다. 분사 압력은 처리대상물(W)에 따라 적절하게 결정할 수 있는데, 1MPa 미만이면 세정 효과가 감소하고, 30MPa를 넘으면 처리대상물(W)에 대한 대미지나 반송계에 이상이 발생할 가능성이 있으므로, 바람직한 세정 효과를 얻기 위해서는 액체가 1MPa 이상 30MPa 이하의 범위에서 분사되도록 가압하는 것이 바람직하다.
노즐(20)은 고압 펌프(12)로부터 공급된 액체를 처리대상물(W)을 향하여 분사하는 하나의 유체 노즐로서, 도 2에 나타내는 바와 같이 고압 펌프(12)에 연속되는 배관(14)이 접속되는 배관 접속부(30)와, 배관 접속부(30)에 연속되는 오리피스부(40)와, 오리피스부(40)에 연속되는 가속부(50)와, 이들 3개의 부재를 유지하는 유지부(60)를 갖추고 있다. 배관 접속부(30)와 오리피스부(40)와 가속부(50)는 각각별체로 되어 있으며, 유지부(60)에 의해 유지됨으로써 일체화되어 있다. 배관 접속부(30)는 공급 유로(33)를 가지고 있고, 오리피스부(40)는 공급 유로(33)에 연속되는 좁힘 유로(43)(제2 유로에 해당)를 가지고 있으며, 가속부(50)는 좁힘 유로(43)에 연속되는 가속 유로(55)를 가지고 있다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 공급 유로(33)와 좁힘 유로(43)와 가속 유로(55)가 액체가 흐르는 유로(21)를 구성하고 있다.
배관 접속부(30)는 도 2에 나타내는 바와 같이 전체로서 원기둥형상을 이루고 있고, 배관고정구멍(31)과, 이 배관고정구멍(31)에 연속되는 공급 유로(33)를 가지고 있다. 배관고정구멍(31)은 배관 접속부(30)의 외주면에 개구하고 있으며, 내부에 배관(14)의 일단에 접속된 이음매(도시하지 않음)가 고정된다. 공급 유로(33)는 배관고정구멍(31)에 연속되고, 배관 접속부(30)의 중심축을 향하여 뻗는 제1 공급 유로(33A)와, 제1 공급 유로(33A)에 연속되고, 배관 접속부(30)의 중심축을 따라 직관형상으로 뻗는 제2 공급 유로(33B)(제1 유로에 해당)를 가지고 있다. 제2 공급 유로(33B)는 배관 접속부(30)의 양단면 중 일면(도 2의 하면)에 액체가 유출되는 제1 유출구(32)를 가지고 있다.
오리피스부(40)는 도 2에 나타내는 바와 같이 전체로서 원기둥형상을 이루고 있고, 좁힘 유로(43)를 가지고 있다. 좁힘 유로(43)는 오리피스부(40)의 중심축을 따라 직관형상으로 뻗는 유로로서, 오리피스부(40)의 양단면 중 일방에 제2 유입구(41), 타방에 제2 유출구(42)를 가지고 오리피스부(40)를 관통하고 있다.
오리피스부(40)는 제2 유입구(41)를 가지는 면(도 2의 상면)이 제1 유출구(32)를 가지는 면과 맞닿도록 하여, 배관 접속부(30)에 겹쳐져 있다. 오리피스부(40)는 배관 접속부(30)와 동축에 배치되어 있다. 좁힘 유로(43)는 제2 공급 유로(33B)에 연통하고 있다.
도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 좁힘 유로(43)는 제2 공급 유로(33B)의 내경(D2)보다 작은 내경(D3)을 가지고 있다. 바꾸어 말하면, 제2 유입구(41)의 내경(D3)은 제1 유출구(32)의 내경(D2)보다 작다. 제2 공급 유로(33B)와 좁힘 유로(43)의 경계 위치에는 단차면(45)이 배치되어 있다. 이 단차면(45)은 오리피스부(40)의 제2 유입구(41)를 가지는 면 중 제2 유입구(41)의 입구 가장자리의 주변 부분에 의해 구성되어 있고, 배관 접속부(30)에 갖추어져 제2 공급 유로(33B)를 구획하는 제1 내주면(34)과, 오리피스부(40)에 갖추어져 좁힘 유로(43)를 구획하는 제2 내주면(44)을 접속하고 있다. 이 단차면(45)과 제2 내주면(44)의 각도(α1)는 90°로 되어 있다.
가속부(50)는 도 2에 나타내는 바와 같이 전체로서 원기둥형상을 이루는 가속부 본체(51)와, 이 가속부 본체(51)의 외주면으로부터 뻗어나가는 플랜지부(52)를 갖추고 있다. 가속부 본체(51)는 가속 유로(55)를 가지고 있다. 가속 유로(55)는 가속부 본체(51)의 중심축을 따라 뻗는 유로로서, 가속부 본체(51)의 양단면 중 일방에 제3 유입구(53)(유입구에 해당), 타방에 제3 유출구(54)(분출구에 해당)를 가지고 가속부 본체(51)를 관통하고 있다.
가속부(50)는 제3 유입구(53)를 가지는 면(도 2의 상면)이 제2 유출구(42)를 가지는 면(도 2의 하면)과 맞닿도록 하여, 오리피스부(40)에 겹쳐져 있다. 가속부(50)는 배관 접속부(30) 및 오리피스부(40)와 동축에 배치되어 있다. 가속 유로(55)는 좁힘 유로(43)에 연통하고 있다. 가속 유로(55)는 제3 유출구(54)측에 위치하고, 단면 원형의 직관형상을 이루는 스트레이트부(57)와, 스트레이트부(57)에 연속되고, 좁힘 유로(43)측의 제3 유입구(53)로부터 스트레이트부(57)까지 점차 내경을 축소시켜가는 직경축소부(56)를 갖추고 있다. 직경축소부(56)의 내주면은 제3 유입구(53)로부터 스트레이트부(57)에 이르기까지 점차 내경을 축소시켜가면서, 단차없이 스트레이트부(57)에 매끄럽게 이어지는 형상을 가지고 있다. 직경축소부(56) 중 좁힘 유로(43)에 인접하는 대부분은 좁힘 유로(43)보다 큰 내경을 가지는 대직경부(56A)(제3 유로에 해당:도 3을 아울러 참조)이다. 또 스트레이트부(57)는 좁힘 유로(43)보다 다소 작은 내경을 가지고 있다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 제2 공급 유로(33B), 좁힘 유로(43) 및 대직경부(56A)가 내부를 흐르는 액체에 진동류를 발생시키는 진동 발생 유로(22)를 구성하고 있다.
유지부(60)는 도 2에 나타내는 바와 같이 원형의 바닥판부(61)와, 바닥판부(61)의 외주 가장자리로부터 뻗는 통형상의 유지통부(62)를 갖추고 있다. 바닥판부(61)는 가속부 본체(51)를 삽입통과 가능한 삽입통과구멍(63)을 가지고 있다. 가속부(50)는 가속부 본체(51)가 삽입통과구멍(63)에 삽입통과되어, 제3 유출구측의 대부분이 유지부(60)로부터 돌출되어 있고, 플랜지부(52)가 바닥판부(61)에 맞부딪침으로써 유지부(60)에 유지되어 있다. 또 오리피스부(40) 및 배관 접속부(30)에 있어서 제1 유출구(32)측의 일부분이 유지통부(62)의 내부에 고정되어 있다.
상기한 바와 같이 구성된 세정 장치(1)를 사용하여 처리대상물(W)을 세정할 때는, 고압 펌프(12)에 의해 가압된 액체가 배관고정구멍(31)으로부터 노즐(20)의 내부에 공급되고, 공급 유로(33), 좁힘 유로(43), 가속 유로(55)를 통과하여 제3 유출구(54)로부터 분출되어, 처리대상물(W)에 내뿜어진다. 이것에 의해 세정이 행해진다.
노즐(20)은 진동 발생 유로(22)를 갖추고 있고, 진동 발생 유로(22) 내를 흐르는 액체에 진동류를 발생시킬 수 있다. 이것에 의해 초음파 발생 장치 등의 진동류를 발생시키기 위한 장치를 별도 설치할 필요가 없어, 세정 장치(1)의 구성의 복잡화를 회피할 수 있다. 또 진동 발생 유로(22)가 제2 공급 유로(33B)와, 제2 공급 유로(33B)의 하류측으로 연속되고, 제2 공급 유로(33B)보다 작은 내경을 가지는 좁힘 유로(43)와, 좁힘 유로(43)의 하류측으로 연속되고, 좁힘 유로(43)보다 큰 내경을 가지는 대직경부(56A)를 갖추고 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 간이한 구성으로 액체에 진동류를 발생시킬 수 있다.
액체가 진동 발생 유로(22)를 통과하여 흐를 때 진동류가 발생하는 메커니즘은 이하와 같을 것으로 생각된다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 액체가 제2 공급 유로(33B)로부터 좁힘 유로(43)에 유입될 때, 제2 유입구(41)의 입구 가장자리로부터 흐름의 박리가 생기고, 한번 박리된 흐름이 좁힘 유로(43)의 벽면에 재부착된다. 도 3 중, 점(P1)이 박리점이며, 점(P2)이 재부착점이다. 이것에 의해 박리점(P1)과 재부착점(P2) 사이에 있어서 제2 내주면(44) 부근에 소용돌이(71)가 발생한다. 소용돌이(71)의 중심부에서는 압력이 국소적으로 포화증기압 이하가 되어, 중심부에 기포(박리 거품)가 발생한다(캐비테이션). 기포는 일정한 크기에 이르면 하류로 흘러간다. 이와 같이 하여, 박리 거품의 형성과 방출이 단속적으로 반복됨으로써, 주기적인 진동류가 발생한다.
진동류가 대직경부(56A)에 유입되면, 박리 거품이 모여서 구름형상이 된 기포구름(72)이 생긴다. 발생한 기포구름(72)은 주기적으로 가속 유로(55)의 하류로 흘러간다.
여기서, 제2 공급 유로(33B)의 내경(D2)에 대한 좁힘 유로(43)의 내경(D3)의 비(좁힘비(β))는 이하의 식(1)으로 표시된다. 좁힘비(β)는 0.04 이상 0.8 이하인 것이 바람직하다. 좁힘비(β)가 이 범위 내에 있을 때, 노즐(20)의 내부를 흐르는 액체에 충분한 진동류를 발생시킬 수 있다.
β=D3/D2·····(1)
또한 액체가 가속 유로(55)를 통과함으로써, 제3 유출구(54)로부터 분출되는 액체의 분사 속도를 높일 수 있다. 여기서, 레이놀즈의 이론에 의하면, 노즐의 액체 유로에 있어서의 액체의 흐름의 상태는 기단측으로부터 순서대로 축류역, 와류역, 난류역으로 되어 있다. 가속 유로(55) 중 제3 유입구(53)로부터 스트레이트부(57)까지의 부분에 대해서, 단차가 없고 내경이 점차 축소되는 직경축소부(56)로 함으로써, 압력 손실을 저감시켜, 스트레이트부(57)에 도입시키는 액체의 흐름을 양호하게 할 수 있다. 또 스트레이트부(57)의 축방향의 길이 치수(L1)와 직경 치수(D1)의 비(L1/D1)를 7.8 이상으로 함으로써, 노즐(20)로부터의 액체의 분사구인 제3 유출구(54)를 난류역에 배치할 수 있고, 분사구로부터 토출되는 액체의 속도를 충분히 높일 수 있다. 이것에 의해 세정력을 더욱 향상시킬 수 있다. 단, (L1/D1)이 지나치게 커지면, 토출되는 액체의 입자 직경이 커지는 경향이 있어, (L1/D1)의 값은 15 이하로 하는 것이 바람직하다.
상기한 바와 같이, 진동 발생 유로(22)를 가지는 노즐(20)에 의해 진동류를 부여한 액체를 처리대상물(W)에 내뿜음으로써, 세정력을 향상시킬 수 있다. 또 가속 유로(55)에 의해 액체를 가속시켜 처리대상물(W)에 내뿜음으로써, 세정력을 더욱 향상시킬 수 있다.
<변형예>
도 4에 나타내는 바와 같이, 단차면(81)과 제2 내주면(44)의 각도(α2)는 반드시 90°가 아니어도 상관없다. 단차면(81)과 제2 내주면(44)의 각도는 90° 이상 150° 이하인 것이 바람직하다. 150° 이상이 되면, 액체가 제2 공급 유로(33B)로부터 좁힘 유로(43)에 유입될 때 흐름의 박리가 생기기 어려워져, 세정력을 향상시키기 위해서 충분한 진동류를 발생시키는 것이 어렵게 되어버리기 때문이다.
<시험예>
1. 진동 주파수의 측정
도 5에 나타내는 시험장치(100)를 준비했다. 일단에 공급구(102)를 가지는 공급 유로(103)와, 이 공급 유로(103)에 연속되고, 타단에 분출구(105)를 가지는 좁힘 유로(104)를 갖추는 캐비테이터(101)를 준비했다. 캐비테이터(101)에 길이 10m의 고압 호스(107)를 통하여 고압 펌프(108)를 접속했다. 캐비테이터(101)에 있어서, 분출구(105)를 가지는 분출면(106)에는 가속도 센서(111)를 부착했다. 고압 호스(107)에는 캐비테이터(101)에 근접하는 위치에 압력 센서(112)를 부착했다.
이 시험장치(100)를 사용하여, 분사 압력 5MPa로 캐비테이터(101)로부터 물을 분사시키고, 가속도 센서(111)에 의해 분출면(106)에 전해지는 가속도 진동을 측정했다(도 6 참조). 이 가속도 진동을 주파수 해석하여, 8kHz 부근에 피크가 존재하는 것을 확인했다(도 7 참조).
2. 세정 시험
상기 실시형태의 구성의 진동 발생 유로를 가지는 노즐(이하, 「실시형태의 노즐」이라고 한다)과, 진동 발생 유로를 가지지 않는 종래의 노즐(이하, 「종래의 노즐」이라고 한다)을 사용하여 세정 시험을 행했다. 실리콘 웨이퍼의 표면에 입경 3μm 정도의 폴리스티렌 입자를 유사 오염물로서 부착시킨 시료에 대하여, 실시형태의 노즐과 종래의 노즐을 사용하여, 동일한 조건으로 세정 작업을 행했다. 세정 전후의 시료의 표면을 전용의 스캐너로 스캔하여 입자 수를 카운트하고, 하기 식(2)에 의해 제거율을 산출했다.
제거율(%)=100×{(세정 전의 입자 수-세정 후의 입자 수)/세정 전의 입자 수} ·····(2)
고압 펌프의 설정 압력을 5MPa, 8MPa 또는 10MPa로 하여 시험을 행했다. 또 분사 거리(노즐의 분출구로부터 시료까지의 직선 거리)를 100mm로 했다.
도 8에 나타내는 바와 같이, 고압 펌프의 설정 압력이 5MPa, 8MPa, 10MPa의 어느 경우에도 실시형태의 노즐을 사용한 경우 쪽이 종래의 노즐을 사용한 경우보다 제거율이 20~35%정도 높았다. 이것에 의해 실시형태의 노즐을 사용한 경우 쪽이 종래의 노즐을 사용한 경우보다 세정력이 높아져 있다고 할 수 있다.
3. 분사 액적 입자의 입자 직경-속도 분포
실시형태의 노즐과 종래의 노즐을 사용하여, 분사 압력 10MPa로 물을 분사시키고, 쉐도우 도플러 입자 분석계(SDPA)를 사용하여, 노즐의 분사구로부터 100mm 떨어진 위치에 있어서의 분사 액적 입자의 입자 직경과 속도를 측정했다.
도 9 및 도 10에 나타내는 바와 같이, 실시형태의 노즐을 사용한 경우의 입자 직경-속도 분포는 종래의 노즐을 사용한 경우와 거의 동등했지만, 입자 속도가 빠르고 입자 직경이 큰 입자가 약간 많았다.
4. 분사액의 면압 분포
실시형태의 노즐과 종래의 노즐을 사용하여, 노즐의 분사구로부터 100mm 떨어진 위치에 설치된 면압 센서를 향하여 분사 압력 10MPa로 물을 분사시키고, 분사액의 면압 분포를 측정했다.
도 11 및 도 12에 나타내는 바와 같이, 실시형태의 노즐을 사용한 경우에는, 종래의 노즐을 사용한 경우와 비교하여, 면압 분포의 퍼짐이 전체적으로 작고, 면압이 높은 부분이 중앙에 밀집되어 있다. 이것으로부터, 실시형태의 노즐을 사용한 경우에는, 종래의 노즐을 사용한 경우와 비교하여, 분사 액적의 직진성이 높아져 있다고 할 수 있다. 또 상세하게 데이터를 나타내지는 않지만, 노즐로부터 분사된 물은 종래의 노즐을 사용한 경우에는, 분사 직후의 흐름의 양상은 층류이며, 분사구로부터 떨어짐에 따라 난류로 천이하는데, 실시형태의 노즐을 사용한 경우에는, 분사 직후부터 난류인 양상이 관찰되었다. 이러한 점도 분사 액적의 직진성이 높아지는 것에 기여하고 있으며, 세정력의 향상에 기여하고 있다고 생각된다.
<다른 실시형태>
(1) 상기 실시형태에서는 노즐(20)이 가속 유로(55)를 가지고 있었지만, 예를 들면 제3 유로가 내경이 일정한 직관형상의 유로여도 상관없다.
(2) 상기 실시형태에서는 배관 접속부(30)와 오리피스부(40)와 가속부(50)가 별체로 되어 있었지만, 예를 들면 배관 접속부와 오리피스부와 가속부가 일체여도 되고, 배관 접속부와 오리피스부, 또는 오리피스부와 가속부가 일체여도 상관없다.
1…세정 장치(액체 분사 장치)
12…고압 펌프
20…노즐
21…유로
22…진동 발생 유로
33B…제2 공급 유로(제1 유로)
34…제1 내주면
43…좁힘 유로(제2 유로)
44…제2 내주면
45…단차면
53…제3 유입구(유입구)
55…가속 유로
54…제3 유출구(분사구)
56…직경축소부
56A…대직경부(제3 유로)
57…스트레이트부
W…세정대상물(처리대상물)

Claims (7)

  1. 액체가 흐르는 유로를 가지며, 처리대상물을 향하여 상기 액체를 분사하는 노즐과, 상기 액체를 가압하여 상기 노즐에 공급하는 고압 펌프를 갖추고 있는 액체 분사 장치로서,
    상기 유로가 상기 액체에 진동류를 발생시키기 위한 진동 발생 유로를 갖추고 있고,
    상기 진동 발생 유로는
    제1 유로와,
    상기 제1 유로의 하류측으로 연속되고, 상기 제1 유로보다 작은 내경을 가지는 제2 유로와,
    상기 제2 유로의 하류측으로 연속되고, 하류측을 향해 내경이 축소되는 직경축소부,
    를 가지고 있고,
    상기 직경축소부는 상기 제2 유로측에 상기 제2 유로보다 큰 내경의 대직경부를 포함하고,
    상기 제2 유로를 구획하는 제2 내주면과, 상기 제2 내주면과 상기 제1 유로를 구획하는 제1 내주면을 연결하는 단차면에 의해 모서리부가 형성되어 있고, 상기 고압 펌프로부터 공급된 상기 액체의 흐름에 대하여, 상기 제1 유로로부터 상기 제2 유로로 유입할 때에 상기 모서리부로부터 박리를 발생시키고,
    상기 제2 유로가 상기 모서리부로부터 박리된 상기 액체의 흐름이 상기 제2 내주면에 재부착되는 길이로 되어 상기 모서리부와 상기 액체의 흐름이 재부착되는 재부착점(P2) 사이에 기포를 발생시키고, 상기 기포의 형성과 방출을 단속적으로 반복하여,
    상기 직경축소부가 상기 대직경부에서 상기 기포를 모아 구름형상의 기포구름을 발생시키고, 상기 기포구름을 주기적으로 하류측으로 흐르게 함으로써, 상기 액체에 진동류를 발생시키는 것을 특징으로 하는 액체 분사 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 진동 발생 유로가
    상기 제2 유로의 하류측으로 연속되는 가속 유로를 갖추고,
    상기 가속 유로가
    상기 액체를 분사하는 분사구와,
    상기 분사구측에 위치하고 단면 원형의 직관형상을 이루는 스트레이트부와,
    상기 스트레이트부에 연속되는 상기 직경축소부를 갖추고,
    상기 스트레이트부의 축방향의 길이 치수(L1)와 직경 치수(D1)의 비(L1/D1)가 7.8 이상, 15 이하로 되어 있는 것을 특징으로 하는 액체 분사 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 유로에 있어서 상기 제2 유로에 인접하여 배치되는 부분의 내경에 대한 상기 제2 유로의 내경의 비율이 0.04 이상 0.8 이하인 것을 특징으로 하는 액체 분사 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 단차면과 상기 제2 내주면의 각도가 90°이상 150°이하인 것을 특징으로 하는 액체 분사 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 고압 펌프의 가압에 의한 상기 노즐로부터의 분사 압력이 1MPa 이상 30MPa 이하인 것을 특징으로 하는 액체 분사 장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
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