TWI523695B

TWI523695B - 除塵裝置

Info

Publication number: TWI523695B
Application number: TW102119626A
Authority: TW
Inventors: 添本和彥; 加藤健司; 脇本辰郎; 宇澤啓
Original assignee: 伸興股份有限公司; 公立大學法人大阪市立大學
Priority date: 2012-11-22
Filing date: 2013-06-03
Publication date: 2016-03-01
Also published as: JP5814902B2; KR20140066078A; EP2735381A1; TW201420200A; KR101615543B1; CN103831274B; JP2014100694A; CN103831274A; EP2735381B1

Description

除塵裝置

本發明係關於一種除塵裝置。

習知，家庭用液晶電視或智慧型手機、平板電腦終端裝置等的LCD面板的製造，為了提昇良品率，無塵室內的製程中，其係於塑膠或玻璃等的基板表面上，貼觸由除塵器頭之噴嘴部噴出之噴流，以進行微粒子等異物之清除(例如參照日本國特許文獻特開平11-235559號公報)。

惟，隨著作為除塵對象之工作件(基板)的大型化，供給除塵器頭(除塵頭)之氣體流量增加，而產生了消費更多能源(電力)的問題點。

因此，本發明以提供一種不會增加消費能源，而可獲得充分之去除效果的高效率除塵裝置為目的。

為達成上述目的，本發明之除塵裝置，其工作件之被除塵面係配設在遷移領域內，該遷移領域係形成在比噴嘴部之噴流之平面紊亂射流之終端更下流側，其中，於該平面紊亂射流的噴流速度為固定；該噴流之該被除塵面之噴出方向之時間平均流速之最大值為Umax，並以該噴流之噴出方向之速度變動值之強度之最大值為V'max時，其係形成滿足下述公式之構成，其中，公式如下所示：〔公式〕110<Umax<150(單位：m/s)；6.0≦(V'max/Umax)×100≦12。

再者，以該噴嘴部之噴出狹縫之狹縫寬度尺寸為S，並以該噴出狹縫之出口部與該被除塵面之間隔尺寸為H時，則為滿足下述公式1，設定該S，並使該被除塵面形成在該遷移領域內，其中，公式1如下所示：〔公式1〕H/9≦S<H/6。

根據本發明之除塵裝置，藉由減少由噴嘴部噴出之氣體流量，以縮短(所產生之)平面紊亂射流之全長，可使被除塵面形成在比平面紊亂射流終端更下流側。藉此，在較少消費能源(流量)下，可獲得充分的除塵效果。

1‧‧‧噴嘴部

3‧‧‧噴射流

5‧‧‧平面紊亂射流

9‧‧‧除塵器頭

10‧‧‧噴出槽

11‧‧‧儲氣室

12‧‧‧吸氣室

13‧‧‧空氣流入部

14‧‧‧第一腔部

15‧‧‧腔連接部

16‧‧‧第二腔部

17‧‧‧第三腔部

18‧‧‧噴出狹縫

19‧‧‧吸入口

50‧‧‧終端

S‧‧‧狹縫寬度尺寸

H‧‧‧間隔尺寸

J‧‧‧出口部

L‧‧‧平面紊亂射流長度尺寸

L₁₀‧‧‧縱長方向

E‧‧‧遷移領域

G‧‧‧間隙

R‧‧‧去除率

J₀‧‧‧寬度方向中央位置

P‧‧‧內壓

F‧‧‧完全發達領域

W‧‧‧工作件

W_a‧‧‧被除塵面

n₀‧‧‧粒子數

n₁‧‧‧粒子數

n₂‧‧‧粒子數

V'max‧‧‧速度變動強度之最大值

Umax‧‧‧時間平均流速之最大值

X‧‧‧方向

Y‧‧‧方向

第1圖：係本發明之一實施形態之局部剖面立體圖。

第2圖：係噴嘴部之一實施例之剖面圖。

第3圖：係為說明構成及作用之圖。

第4圖：係揭示實施例及比較例之實測結果之圖表。

第5圖：係揭示間隔尺寸及去除率之關係之圖表。

第6圖：係揭示時間平均流速之最大值與內壓之關係之圖表。

第7圖：係揭示時間平均流速之分布之圖表。

第8圖：係揭示速度變動值之強度之分布之圖表。

第9圖：係揭示速度變動值之強度之最大值與內壓之關係之圖表。

第10圖：係將8kPa之速度變動能譜分布就第一裝置及第二裝置進行比較之圖表。

第11圖：係將11kPa之速度變動能譜分布就第一裝置及第二裝置進行比較之圖表。

第12圖：係將14kPa之速度變動能譜分布就第一裝置及第二裝置進行比較之圖表。

第13圖：係揭示去除率與內壓之關係之圖表。

第14圖：係第二裝置之噴嘴部之剖面圖。

為讓本發明之上述及其他目的，特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：如第1圖所示，相關本發明之除塵裝置係包含除塵器頭(除塵頭)9及圖式省略之加壓吸引用的吹氣裝置；該除塵器頭9之內部係包含供給加壓空氣之儲氣室11，及負壓之吸氣室12；該吹氣裝置係將空氣供給除塵器頭9之儲氣室11，並進行抽氣使吸氣室12內形成真空。再者，由吹氣裝置供給儲氣室11之空氣量，其係藉由反向器進行調節，形成可任意調整儲氣室11之內壓P。

除塵器頭9係包含將儲氣室11內之空氣往外部噴出之噴嘴部1，及與吸氣室12外部相連通之吸入口19。再者，藉由來自噴嘴部1之噴流(空氣噴流)3，使附著在液晶顯示器用玻璃基板等之工作件W之被除塵面W_a的微粒子等異物剝離，並使該異物由吸入口19吸入吸氣室12，以進行除塵。

噴嘴部1係包含將儲氣室11內之空氣排出外部之噴出槽10，該噴出槽10係形成沿著除塵器頭9之縱長方向L₁₀。如第2圖所示，該噴出槽10係包含空氣流入部13、第一腔部14(寬闊中間部)、腔連接部15、第二腔部16(寬闊中間部)、第三腔部17及噴出狹縫18；該空氣流入部13係形成與儲氣室11連接之橫剖面直線狀；該第一腔部14係與該空氣流入部13連通，且形成隨著向外部(噴出)側擴開之橫剖面三角形狀；該腔連接部15係與該第一腔部14之下流側連通，且形成橫剖面直線狀；該第二腔部16係與該腔連接部15之下流側連通，且形成隨著向外部側擴開之橫剖面三角形狀；該第三腔部17係與該第二腔部16之下流側連通，且形成比腔連接部15更寬闊之剖面矩形狀；該噴出狹縫18係與第三腔部17之下流側及外部連通。空氣流入部13及腔連接部15之寬度尺寸係形成相同尺寸。

噴嘴部1藉由第一、第二腔部14、16等，在下流側(腔內下流端角部)所發生之干擾係傳導至上流側之流動(腔內上流之剝離流動)，而給與影響，且藉由受到該影響之物(漩渦)，將影響在下流所發生之干擾的所謂回饋機構，而對流動附加高頻率的變動。

如第3圖所示，由噴出狹縫18噴出之噴流3，其係包含平面紊亂射流(領域)5、遷移領域(發達領域)E及完全發達領域(擴散領域)F；該平面紊亂射流5係速度不會衰減(一定的)；該遷移領域E係在比平面紊亂射流5之終端(消滅位置)50更下流側，亂流在發達階段的遷移領域E；該完全發達領域F係經過遷移領域E，已充分發達之亂流擴散流動的完全發達領域F。再者，藉由因第一、第二腔部14、16等之回饋機構，噴流3係形成附加高頻率之(速度、壓力)變動的流動。

習知，其係使大量的空氣氣勢十足的噴出，且儘可能的使噴嘴配置在接近工作件W，並使工作件W之被除塵面W_a配設在平面紊亂射流5內，才是最適合於除塵的構造。因此，相對於大型的工作件W，使大量的空氣氣勢十足的噴出，其將消費大量的能源。

於是，本發明係為了節省能源，且為了改善除塵效率，而熱心的進行研究，將工作件W之被除塵面W_a配設在比噴流3之平面紊亂射流5之終端50更下流側，且比完全發達領域F更上流側之遷移領域E內，其乃是一種獨自的構想。

再者，以噴出狹縫18之出口部J與被除塵面W_a之間隙G的間隔尺寸為H(mm)，並以平面紊亂射流5之長度尺寸(由出口部J至終端50止之長度尺寸)為L(mm)，則在比噴流3之平面紊亂射流5之終端50更下流側，當超過平面紊亂射流5之長度尺寸L之1.5倍時，則可調查得知除塵效率降低。即，可發現L<H≦3L/2之範圍。

再者，注目於平面紊亂射流5及噴出狹縫18之關係時，以噴出狹縫18之狹縫寬度尺寸為S(mm)，並在實用上的0.1mm≦S≦10mm之範圍內，實測所發生之平面紊亂射流5之長度尺寸L的結果，該平面紊亂射流5之長度尺寸L係狹縫寬度尺寸S之5倍~6倍。於是，為了將被除塵面W_a確實的配設在比平面紊亂射流5之終端50更下流側，可考慮到H>6S。其結果，相關本發明之除塵裝置，為滿足下述公式1，設定狹縫寬度尺寸S及間隔尺寸H，並使被除塵面W_a形成在該遷移領域E內。

〔公式1〕H/9≦S<H/6

再者，較佳在1mm≦H≦2mm之範圍內，設定滿足上述公式1之寬度尺寸S。

於此，利用實施例與比較例之試驗結果，說明作用、效果。首先，實施例係包含第2圖之噴嘴部1，並以間隔尺寸H為1.5mm，以狹縫寬度尺寸S為0.2mm，以形成滿足公式1之構成。接著，以包含第2圖之噴嘴部1，間隔尺寸H為1.5mm，狹縫寬度尺寸S為0.4mm，形成未滿足公式1之構成的除塵裝置(換句話說，被除塵面W_a配設在比平面紊亂射流5之終端50更上流之除塵裝置)為比較例。再者，將實施例及比較例之儲氣室11之內壓P，管理(控制)在相同(14kPa)。

就粒子徑係3μm之粒子，及粒子徑係1.6μm之粒子，分別測量其去除率r。去除率r及噴流3之平均速度，及噴流3之速度變動值之強度係如第4圖所示。測量方法如後所述。

由第4圖可明顯得知，實施例中，有關3μm之粒子，其係與比較例具同等的去除率r；有關1.6μm之粒子，去除率r係比比較例更佳。實施例與比較例，其內壓P係相同，且由於狹縫寬度尺寸S係二分之一，因此流量係比比較例顯著的減少。即，實施例與比較例相較之下，空氣供給量只要大約一半即可，因此對除塵器頭9供給空氣之裝置(吹氣裝置)可更小型化。

接著，將包含第2圖之噴嘴部1，且狹縫寬度尺寸S為0.2mm之除塵裝置稱為第一裝置，進行使被除塵面W_a由比平面紊亂射流5之終端50更下流側，漸漸離開之場合之去除率r的測量。再者，第一裝置之儲氣室11之內壓P產生變化之場合之去除率r的變化，其測量之實測結果係如第5圖所示。

由第5圖可明顯得知，當H增加時，顯示去除率r有下降之趨勢。由於S=0.2mm，因此滿足公式1之H的範圍，其將形成1.2mm<H≦1.8mm。當超過1.8mm時，去除率r係急遽的下降。

即，如上述比較例所示，當被除塵面W_a配設在平面紊亂射流5內時，則即使時間平均流速大，速度變動值將變小，且去除率r變差。再者，如第5圖所示，當由平面紊亂射流5之終端50離開過多時，則碰觸被除塵面W_a之噴流3之平均流速過於小，而變成無法獲得充分的除塵效果(去除率r下降)。

再者，以在噴流3之被除塵面W_a之噴流3之噴出方向(Y方向)之時間平均流速為U(m/s)，並以其最大值為Umax(m/s)；以噴流3之噴出方向之速度變動值之強度(RMS值)為V'(m/s)，並以其最大值為V'max(m/s)時，相關本發明之除塵裝置，其係形成滿足下述公式2及下述公式3之構成。

〔公式2〕110<Umax<150(單位：m/s)

〔公式3〕6.0≦(V'max/Umax)×100≦12

再者，更佳形成滿足下述公式4及下述公式5之構成。

〔公式4〕120<Umax<150(單位：m/s)

〔公式5〕7.5≦(V'max/Umax)×100≦12

於此，以包含第14圖之噴嘴部1'之除塵裝置為第二裝置，利用與上述第一裝置比較之結果，說明作用、效果。第14圖之噴嘴部1'係由第2圖之噴嘴部1，省略了第一腔部14、腔連接部15及第二腔部16，且直接連結空氣流入部13及第三腔部17。狹縫寬度尺寸S等，及共通構成部之尺寸係相同。再者，第一裝置及第二裝置，其係以狹縫寬度尺寸S為0.2mm，以間隔尺寸H為1.5mm，且二者皆係滿足公式1。再者，使各裝置之儲氣室11之內壓P，進行8kPa、11kPa、14kPa之變化。

說明各裝置之噴流3之測量結果。再者，如第3圖所示，以噴出狹縫18之出口部J之出口寬度方向中央位置J₀為原點，在水平方向取X座標，並於噴出方向(圖式中為垂直向下方向)取Y座標。再者，就第一裝置及第二裝置而言，進行了在X=0mm、Y=1.5mm之噴流3之噴出方向(Y方向)之時間平均流速最大值Umax之測量的結果，其係如第6圖所示。由第6圖可明顯得知，第一裝置及第二裝置皆隨著內壓P的增加，顯示時間平均流速之最大值Umax有變大之趨勢。

接著，內壓P係14kPa之場合，時間平均流速U之X方向之分布，在Y=1.5mm進行實測的結果，其係如第7圖所示。由第7圖可明顯得知，認為第一裝置與第二裝置幾乎没有差異。即，在同一內壓下，可得知因噴嘴部1、1'之形狀之差異，噴流3流動之平均的特性係不會產生變化。

接著，就噴流3之噴出方向之速度變動值之強度V'，其X方向之分布，在Y=1.5mm進行實測的結果，其係如第8圖所示。由第8圖可明顯得知，速度變動值之強度之最大值，並不是所測得之時間平均流速之最大值的噴嘴正下方之X=0，而是出現在所測得之平均流速之最大值之一半數值幅度附近的X≒0.3。於該位置，時間平均流速之分布之傾斜度較大，且藉由剪斷層之形成，認為可發生較大的速度變動。再者，第一裝置之速度變動值之強度，其係形成比第二裝置更大的結果。其可推測係因第2圖之噴嘴部1所包含之剖面三角形狀之第一腔部14及第二腔部16之構造的效果，顯著的增加之故。

接著，第9圖係揭示速度變動值之強度之最大值V'max與儲氣室11之內壓P的關係。由第9圖可明顯得知，與時間平均流速之最大值Umax相同，隨著儲氣室11之內壓P的增加，V'亦有增加之趨勢。再者，第一裝置之V'max係比第二裝置之V'max更大。再者，雖然圖式省略，惟壓力變動相對於速度變動之結果，其係具有相同之趨勢。

再者，第10圖~第12圖係揭示比較第一裝置及第二裝置之各內壓P之速度變動能譜分布之圖表。由第10圖~第12圖可明顯得知，8kPa、11kPa、14kPa之各內壓P中，在10~20kHz之高頻率域中，第一裝置係顯著的高於第二裝置之能譜強度，且對速度變動值之強度的差異，可謂有極大的貢獻。即，可認為第一腔部14及第二腔部16係有效的作用。

再者，於被除塵面W_a之噴出方向之時間平均流速之最大值Umax，及噴出方向之速度變動值之強度之最大值V'max係有以下之結果。

第一裝置，內壓P係8kPa之場合，Umax=116m/s，V'max=7.3m/s。11kPa之場合，Umax=123m/s，V'max=10.4m/s。14kPa之場合，Umax=135m/s，V'max=12.3m/s。

第二裝置，內壓P係8kPa之場合，Umax=111m/s，V'max=5.0m/s。11kPa之場合，Umax=123.5m/s，V'max=5.5m/s。14kPa之場合，Umax=132m/s，V'max=6.0m/s。

由上述結果可明顯得知，第一裝置係屬於滿足公式2及公式3之構成，而第二裝置係屬於未滿足公式2及公式3之構成。

接著，利用第一裝置及第二裝置，對粒子徑3μm之二氧化矽‧丙烯酸複合化合物粒子，所進行之去除率r之測量的結果，其係如第13圖所示。

由第13圖可明顯得知，隨著內壓P的增加，粒子之去除率r變大。換句話說，可以說隨著時間平均流速的變大，而可提昇去除率r。再者，其結果第一裝置之去除率r係高於第二裝置之去除率r。於此，在同一內壓P下，第一裝置及第二裝置之時間平均流速，其大小或分布形狀認為幾乎没有差異。惟，在速度變動值之強度上係可看到差異。即，相同時間平均流速之場合，去除率r係對應著速度變動值之強度之趨勢。就粒子之去除而言，除了噴流3之時間平均流速的大小之外，速度變動值之強度之大小係重要的，且滿足公式2及公式3之構成，則會產生時間平均流速及速度變動值之強度的均衡較佳(最適合除塵)的噴流3。

即使第一裝置之時間平均流速之最大值Umax，比第二裝置之時間平均流速之最大值Umax小(比較第一裝置之內壓P係11kPa之場合及第二裝置之內壓P係14kPa之場合)，第一裝置(滿足公式2及公式3之構成)係比第二裝置(未滿足公式2及公式3之構成)具有更佳的去除率r，且雖消費能源較少，亦可獲得充分的除塵效果。

再者，第一裝置中，內壓P係8kPa之場合，屬於未滿足公式4及公式5之構成；而內壓係11kPa、14kPa之場合，則屬於滿足公式4及公式5之構成。由第13圖可明顯得知，滿足公式4及公式5之構成，則去除率r係超過99%，可發揮極佳之除塵效果。即，可說是因為滿足公式4及公式5，而可藉由除塵產生最適合的噴流3。例如，藉由設定狹縫寬度尺寸S，並進行控制(設定)儲氣室11之內壓P，而可獲得滿足公式4及公式5之構成。

再者，時間平均流速及速度變動值之測量方法，其係在由噴出狹縫18之出口寬度方向中央位置J₀離開1.5mm之位置(Y=1.5mm)，設置I型熱線流速計，並將來自I型熱線流速計之輸出，記錄在數位示波器，以計算出時間平均流速，且求得速度變動值之強度。測量係在X方向，以間隔0.02mm下進行。

再者，去除率r之測量方法，作為工作件W，其係利用厚度0.7mm，表面積係300mm×400mm之附著鉻膜之玻璃基板。在預先充分的進行了清潔後之工作件W的被除塵面W_a上，藉由注射器普遍的散布測試粒子。將工作件W固定在吸附工作台上，並將除塵器頭9以100mm/sec之速度搬運，以進行被除塵面W_a全面的清潔(除塵試驗)。測量粒子散布前之附著粒子數n₀、散布後之粒子數n₁及清潔(除塵試驗)後殘餘之附著粒子數n₂。粒子去除率(除塵率)r%，其係以下述公式6求得。再者，附著粒子數的計算，其係利用表面檢查裝置(日立高科技股份有限公司製：GI4830)，在100等級之無塵室內進行測量。除塵率係針對同一的試驗條件，進行三次以上之測量，並採用其平均值。

〔公式6〕r={100(n₁-n₂)}/(n₁-n₀)

再者，本發明可作任意之設計變更。腔部，其係不只限於第2圖之剖面形狀，亦可形成橫長(寬度長)矩形狀或下方縮小狀的三角形狀。工作件W，其係不特別限定為紙、薄膜、金屬箔等的片體，及塑膠基板、玻璃基板等的平板體等。再者，對於被除塵面W_a，只要係可相對噴嘴部1移動，以進行除塵的構成即可。例如，將除塵器頭9固定，並藉由搬運裝置一邊搬運工作件W，一邊進行除塵之構成；或如同去除試驗，將工作件W固定，並使除塵器頭9移動，以進行除塵之構成；或是，二者皆一邊移動，一邊進行除塵之構成等，可自由選擇。

如上所述，本發明之除塵裝置，由於其工作件W之被除塵面W_a係配設在遷移領域E內，遷移領域E係形成在比噴嘴部1之噴流3之平面紊亂射流5之終端50更下流側；因此可減少由噴嘴部1噴出之空氣流量，且以較少的消費能源(電力)即可獲得充分的除塵效果。或者，在所噴出之空氣流量與習知相同(能源消費量與習知相同)之場合，可提昇除塵的能力。特別，對於2μm以下之極微細的異物，可以較高的去除率進行去除。

再者，由於以噴嘴部1之噴出狹縫18之狹縫寬度尺寸為S，並以噴出狹縫18之出口部J與被除塵面W_a之間隔尺寸為H時，則為滿足上述公式1，設定S，並使被除塵面W_a形成在遷移領域E內；因此以較少的流量即可獲得充分的去除率r，對於除塵製程之運轉成本之削減，有很大的貢獻。

再者，由於以於噴流3之被除塵面W_a之噴出方向之時間平均流速之最大值為Umax，並以噴流3之噴出方向之速度變動值之強度之最大值為V'max時，其係形成滿足上述公式2及下述公式3之構成；因此即使流速或內壓(比習知)降低，亦可獲得充分的除塵效果。或者，只要平均流速(儲氣室11之內壓P)與習知相同的話，即可獲得比習知更佳的去除率r。