JP4649214B2 - 二流体用スリットノズル - Google Patents

Description

本発明は、二流体用スリットノズルに関し、詳しくは、気液混合してスリット状噴射孔から長い水平方向に亙って膜状にミストを噴射するノズルに関するものである。

従来より、液晶パネルやプリント基板の製造工程において、洗浄用や液置換（現像液を水に置換）用として、気液を混合したミストを直線状に吹きつける二流体用スリットノズルが用いられている。
例えば、特許第３５４４６５０号に開示されたスリットノズルは、図６に示すように、積層された３枚の板状体１〜３の隙間に長手方向に延びる２つのスリットを形成し、これらスリットの一方を気体の噴出口４、他方のスリットを液体の噴出口５としていると共に、中央の板状体２の先端は噴出口４よりも前方に延ばし、他方の噴出口５側に向けた傾斜面６を有している。噴出口４より吐出された気体はその粘性により傾斜面６に沿うように偏向することで液体と外部混合され、膜状のミストが噴射される。

しかしながら、図６のスリットノズルでは、気体と液体はノズル外部で衝突混合される構成としており、液体や気体の噴射圧力を上げると噴射の直進性が増すために気体と液体とが分離して混合されず、ミストを形成することができない。よって、噴射圧力を低く抑えて使用する必要があるため圧力設定範囲に制限が生じ、強い打力で噴霧することができないという不都合がある。
また、ノズルから噴霧されたミストはノズルからの距離が遠くなるにつれて乱れが生じるため、ある程度はノズルを噴霧対象物に近づけて使用する必要があるが、あまり近づけ過ぎると噴霧が対象物に当たって跳ね返った異物がノズルの傾斜面６に付着し、気体と液体の混合がうまくいかずに噴霧異常を引き起こすという問題もある。
特許第３５４４６５０号公報

本発明は、前記問題に鑑みてなされたもので、スリットノズルの噴霧圧力の設定可能範囲を拡げると共に、噴霧異常が発生しないようにすることを課題としている。

前記課題を解決するため、本発明は、横長なボデイの長さ方向の一端面に沿ってスリット状噴射孔を設けると共に、該ボデイ内に長さ方向に沿って液体流路と気体流路を設け、これら液体流路と気体流路は、前記ボデイの外面に開口した液体導入口、気体導入口にそれぞれ連通させると共に前記ボデイ内に平行に設け、該液体流路と気体流路のいずれか一方を気液衝突混合部、小径流路、前記スリット状噴射孔に直線上で連通させ、かつ、該スリット状噴射孔のスリット幅は前記小径流路の幅以下に設定している一方、
前記液体流路と気体流路のいずれか他方の噴射側先端を屈折させて前記スリット状噴射孔に４５°〜９０°の角度の交差角度で合流させていることを特徴とする二流体用スリットノズルを提供している。

前記構成とすると、気体流路から流れる気体と液体流路から流れる液体とは、ノズル外部で混合するのではなく、スリット状噴射孔より上流のノズル内部の気液衝突混合部で合流されるので、噴霧圧力を大幅に高めても気体と液体とは分離することなく確実に混合される。したがって、噴霧圧力の設定範囲を広く設けることができ、強い打力で噴射することが可能となる。
また、気液衝突混合部はノズル内部に設けているので、スリットノズルから噴霧対象物に当たって跳ね返った異物がノズル側に付着したとしても、その付着箇所がスリット状噴射孔の僅かな隙間以外であれば、噴霧異常を発生することがない。よって、スリットノズルを噴霧対象物に近づけて設置することができ噴霧打力を向上できると共に、噴霧異常が発生しにくいためメンテナンスの手間を低減することができる。

さらに、気液衝突混合部は、液体流路と気体流路とを４５°〜９０°（液体流路と気体流路の流れ方向が平行の場合を０°とする）の交差角度で合流させているので、液体を気体にスムーズに合流させることができ、逆流を防ぐことができる。
また、スリット状噴射孔より上流に気液衝突混合部を設けて一次微粒化を行い、かつ、小径流路の幅以下に設定されたスリット状噴射孔で二次微粒化を行う構成としているので、噴霧の微粒化がなされやすく供給気体量を低減して使用することが可能となる。

前記のように、液体流路と気体流路は、前記ボデイの外面に開口した液体導入口、気体導入口にそれぞれ連通させると共に前記ボデイ内に平行に設け、該液体流路と気体流路のいずれか一方を前記気液衝突混合部、小径流路、スリット状噴射孔に直線上で連通させる一方、いずれか他方の噴射側先端を屈折させて前記交差角度で一方側と合流させている。

前記構成とすると、直線上に連通された流路を通過する流体の直進性によりスリット状噴射孔から噴霧されるミストの厚みを薄く且つ真っ直ぐに形成することができるので、低噴射圧力であっても強打力で噴霧することが可能となる。

上記ボディは、横長な第１部材と第２部材とで中間スペーサを挟んでボルトで前後方向に締結して形成し、該第１部材と第２部材の側面、上面あるいは長さ方向の端面に前記液体導入口と気体導入口を設けて前記液体流路、気体流路と連通させ、
前記中間スペーサの両側面とそれに対向する前記第１部材および第２部材の側面との間に前記気体流路、液体流路を形成する凹部を設け、前記中間スペーサの傾斜させた先端位置で前記第１部材と第２部材の側面を接合させると共に、接合面に沿って前記気液衝突混合部、小径流路、スリット状噴射孔を形成する凹部を設けていると好ましい。

前記構成とすると、第１部材、第２部材、中間スペーサの三部材に分割して形成しているので、スリットノズルを容易に分解することができ、メンテナンス性が向上する。また、ボルトを締めたり緩めたりすることで第１部材と第２部材との距離を変更してスリット状噴射孔のスリット幅を調節することが可能となる。
前記スリット状噴射孔のスリット幅は０．０５ｍｍ以上１０ｍｍ以下としていると、薄い膜状の噴霧をすることができ、強打力な噴霧を実現できるため好ましい。なお、スリット幅はより好ましくは０．０５ｍｍ以上１ｍｍ以下としている。

以上の説明より明らかなように、本発明によれば、気体と液体との合流はノズルの外で行う外部混合ではなく内部混合であるので、噴霧圧力を大幅に高めても気体と液体とが分離せずに確実に混合され、噴霧圧力の設定範囲を拡げることが可能となる。また、気液衝突混合部はノズル内部に設けているので、スリット状噴射孔からの噴射により噴霧対象物に当たって跳ね返った異物がノズル側に付着したとしても、噴霧異常が発生しにくくなる。よって、スリットノズルを噴霧対象物に近づけて設置することができ噴霧打力を向上できると共にメンテナンスの手間を低減できる。
さらに、液体流路と気体流路とを４５°〜９０°の交差角度で合流させて気液衝突混合部を形成しているので、液体と気体をスムーズに合流させることができ逆流を防止できる。また、気液衝突混合部を設けて一次微粒化を行い、かつ、小径流路の幅以下に設定されたスリット状噴射孔で二次微粒化を行うので、噴霧の微粒化がなされやすく気体供給量を低減して使用できる。

本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
本実施形態の二流体用スリットノズル１０は、図１乃至図４に示すように、横長な第１部材１１と第２部材１２とで中間スペーサ１３を両側から挟んで一体化してボデイを形成している。第１部材１１と第２部材１２とは、ボディ上端及び左右両端側を固定ボルト２５で締結している。かつ、ボディ下部では第１部材１１と中間スペーサ１３とをスリット幅調節用の締付ボルト２６で締結していると共に、第２部材１２と中間スペーサ１３とをスリット幅調節用の締付ボルト２８で締結している。また、締付ボルト２８の間には第２部材１２に押付ボルト２７を等間隔で取り付けている。

横長な第２部材１２には、対向面に固定ボルト２５の締結部の下部より下端にかけて後述する横長で且つ深さを相違させた凹部を上下に連続して設け、該凹部に中間スペーサ１３を介設した状態で第１部材１１に対向させて組み合わせることにより、図２乃至図４に示すように、中間スペーサ１３の一側に気体流路１６を形成すると共に他側に液体流路２０を形成している。

詳細には、第１部材１１は合成樹脂あるいはステンレスからなり、上方に固定ボルト挿通孔２９を設けていると共に下方に締付ボルト挿通孔３１を設けている。第１部材１１のボディ長手方向の中央付近に間隔をあけて２つの気体導入口１４を設けている。これら気体導入口１４には気体供給管（図示せず）が接続される。第１部材１１の裏面側の第２部材１２との対向側には、気体導入口１４と連通する位置でボディ長手方向に凹部３０を形成している。また、第１部材１１の下方の所要位置には締付ボルト挿通孔３１を穿設している。

第２部材１２は合成樹脂あるいはステンレスからなり、上方に固定ボルト挿通孔３３を設けていると共に、下方には締付ボルト挿通孔５４と押付ボルト挿通孔５３とをボディ長手方向の交互に設けている。第２部材１２のボディ長手方向の中央付近に間隔をあけて２つの液体導入口１８を設けている。これら液体導入口１８には液体供給管（図示せず）が接続される。第２部材１２の裏面側の第１部材１１との対向側には、液体導入口１８と連通する位置から下方に第１底深凹部３５、第２深底凹部３６、テーパ部３７、水平部３８、浅底凹部３９、テーパ部４０、極浅凹部４１を上下に連続させて形成している。

中間スペーサ１３は合成樹脂あるいはステンレスからなり、第１部材１１との対向面に、第１部材１１の凹部３０と合致する底深凹部４３、浅底凹部４５、テーパ部５０、垂直面５１を上下に連続させて形成しており、浅底凹部４５の所要位置には図２に示すように締付ボルト挿通凹部４６を穿設している。中間スペーサ１３の第２部材１２との対向面には、第２部材１２の深底凹部３５と合致する底深凹部４４、浅底凹部５５、テーパ部４８を上下に連続させ、かつテーパ部４８に連続する先端面４９を水平に形成している。また、浅底凹部５５の所要位置には図３に示すように締付ボルト挿通凹部５６を穿設している。さらに、図２および図３に示すように、浅底凹部５５の押付ボルト２７が当接される位置の周囲と、締付ボルト２８が締結される位置の周囲には、押付ボルト２７あるいは締付ボルト２８を包囲する窪み部４７を設けている。

第１部材１１と第２部材１２とを中間スペーサ１３を介在させた状態で重ね合わせ、連通させた固定ボルト挿通孔２９、３３に固定ボルト２５をネジ回して締結し、かつ、連通させた締付ボルト挿通孔３１と締付ボルト挿通凹部４６に締付ボルト２６をネジ回して締結し、かつ、連通させた締付ボルト挿通孔５４と締付ボルト挿通凹部５６に締付ボルト２８をネジ回して締結している。さらに、押付ボルト挿通孔５３には押付ボルト２７をネジ回し、貫通したボルト先端を中間スペーサ１３の窪み部４７に当接させている。
また、第１部材１１と第２部材１２との接合面には水漏れ防止用のシール材３４を介設していると共に、第１部材１１と中間スペーサ１３との接合面にもシール材４２を介設している。さらに、締付ボルト２６、２８および押付ボルト２７はシール用のＯリング３２、６０、６１を介して締結している。なお、第１部材１１と第２部材１２の接合面はメタルシールとしてシール性を保っているが、シートパッキンを入れてもよい。

この状態で、中間スペーサ１３の一側（図中右側）においては、中間スペーサ１３の深底凹部４３と第１部材１１の凹部３０とが組み合わされて気体流入路１５が形成され、中間スペーサ１３の浅底凹部４５、テーパ部５０および垂直面５１と第１部材１１の対向面とが組み合わされて気体流路１６が形成される。気体流路１６は、浅底凹部４５に位置する第１気体流路１６ａと、テーパ部５０に位置して流れ方向に縮径するテーパ流路１６ｂと、垂直面５１に位置し且つ第１気体流路１６ａより狭幅な第２気体流路１６ｃとを備えている。

中間スペーサ１３の他側（図中左側）においては、中間スペーサ１３の深底凹部４４と第２部材１２の凹部３５とが組み合わされて液体流入路１９が形成され、中間スペーサ１３の浅底凹部５５、テーパ部４８および先端面４９と、第２部材１２の浅底凹部３６、テーパ部３７および水平部３８とが組み合わされて液体流路２０が形成される。液体流路２０は、浅底凹部５５に位置する第１液体流路２０ａと、テーパ部４８に位置して流れ方向に縮径するテーパ流路２０ｃと、先端面４９に位置する第２液体流路２０ｄとを備えている。テーパ流路２０ｃは、第２液体流路２０ｄに向けて流路幅を徐々に狭めている、水平方向の第２液体流路２０ｄに対する傾斜角度θ１を３０°〜９０°とし、好ましくは４０°〜５０°としている。また、締付ボルト２７および押付ボルト２８の周囲には流路幅を拡げる幅広流路部２０ｂを形成している。

図５に示すように、第２液体流路２０ｄと第２気体流路１６ｃとは交差角度θ２＝４５°〜９０°（本実施形態では９０°）で合流し、気液衝突混合部２１を形成している。気液衝突混合部２１の下流には垂直方向の小径流路２２が形成され、テーパ部４０の縮径した下端に第２部材１２の極浅凹部４１と第１部材１１のフラット面との間に形成されるスリット状噴射孔２３が連続することとなる。スリット状噴射孔２３のスリット幅Ｌは小径流路２２の幅以下に設定しており、スリット状噴射孔２３のスリット幅Ｌは０．０５ｍｍ以上１０ｍｍ以下で調節可能としている。

ボディ下側で第１部材１１と中間スペーサ１３に取り付ける締付ボルト２６は、ネジ回すことにより第１部材１１と中間スペーサ１３とを一体化している。また、締付ボルト２８をネジ込むことにより第２部材１２と中間スペーサ１３とを近接可能としている一方、ボディ長手方向で締付ボルト２８と交互に設けられた押付ボルト２７をネジ込むことにより第２部材１２と中間スペーサ１３とを離反可能としているので、スリット状噴射孔２３の流路幅を全長に亙って均一となるように調整することができる。

次に、二流体用スリットノズル１０の作用について説明する。
スリットノズル１０の気体導入口１４には気体供給管（図示せず）を連結すると共に、液体導入口１８には液体供給管（図示せず）を連結する。
気体導入口１４からノズル１０内に供給された気体は、気体導入口１４→気体流入路１５→第１気体流路１６ａ→テーパ流路１６ｂ→第２気体流路１６ｃの順に流れると共に、液体導入口１８からノズル１０内に供給された液体は、液体導入口１８→液体流入路１９→第１液体流路２０ａ→テーパ流路２０ｃ→第２液体流路２０ｄの順に流れる。そして、気液衝突混合部２１で気体と液体とが合流して気液二相流を形成し、気液衝突混合部２１→小径流路２２→スリット状噴射孔２３の順に流れて、スリット状噴射孔２３の先端開口より薄膜状のミストが噴射される。

詳しくは、気体導入口１４および液体導入口１８より横長な気体流入路１５および液体流入路１９の中央部に軸直角方向より各流体が流入し、向きを変えて各流入路１５、１９に流れ込むため流速が低下し、かつ、各流入路１５、１９の断面積を大としているため、両側へと速度を落として流れ込み、流入路１５、１９内において横方向の全長に亙って均等に各流体が分配される。

液体流路２０を流れる液体は、第１液体流路２０ａにおいて押付ボルト２７および締付ボルト２８の存在箇所でボルトを迂回して流れることになるが、ボルト周囲に幅広流路部２０ｂを設けているので、流体の均一化が阻害されるのを極力抑えられる。テーパ流路２０ｃでは流路幅が漸次狭まるにつれて液体の流速が速められ、第２液体流路２０ｄにより直交方向から気液衝突混合部２１へと勢い良く流れ込む。
一方、気体流路１６を下方に向けて直線状に流れる気体は、狭幅の第２気体流路１６ｃで流速を速めた状態で気液衝突混合部２１へと勢い良く流れ込む。
気液衝突混合部２１で混合された液体は気体との高圧な衝突により拡散微粒化された上で、気体流の直進性により下方に向けて流出する。この際、液体流路２０と気体流路１６とを４５°〜９０°の交差角度θ２で合流させているので、液体と気体をスムーズに合流させて逆流を防いでいる。

また、衝突混合により一次微粒化された気液二相流は、小径流路２２から更に狭幅なスリット状噴射孔２３へと流れて高圧化されることで先端開口から外部へ噴射される際の開放拡散により二次微粒化が行われ、噴霧が超微粒化される。このように、噴霧の微粒化がなされやすい構造とすることで気体供給量を低減することが可能で、即ち、気水比を下げて使用することが可能となる。
なお、上記実施形態では、ノズル１０のボディを第１部材１１と第２部材１２と中間スペーサ１３とを重ねて締結して形成しているが、ボディを分割せずに樹脂成形で一体的に成形してもよい。

以上に説明した二流体用スリットノズル１０によれば、気体と液体との合流はノズル１０の外部ではなく内部の気液衝突混合部２１で行っているので、噴霧圧力を大幅に高めても気体と液体とが分離せずに確実に混合され、噴霧圧力の設定範囲を自在に拡げることが可能となる。また、気液衝突混合部２１はノズル内部に設けているので、スリット状噴射孔２３からの噴射により噴霧対象物に当たって跳ね返った異物がノズル１０側に付着したとしても、噴霧異常が発生しにくい。よって、スリットノズル１０を噴霧対象物に近づけて設置することができ噴霧打力を向上できると共にメンテナンスの手間を低減できる。締付ボルト２８および押付ボルト２７を巻回することでスリット状噴射孔２３のスリット幅を自在に調節して、噴霧の厚みを薄くすることができるので、強打力な噴霧を行って洗浄効率などを向上することができる。

本発明の実施形態の二流体用スリットノズルの正面図である。 図１のＩ−Ｉ線断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 要部断面図である。 従来例を示す図面である。

符号の説明

１０ 二流体用スリットノズル
１１ 第１部材
１２ 第２部材
１３ 中間スペーサ
１４ 気体導入口
１５ 気体流入口
１６ 気体流路
１８ 液体導入口
１９ 液体流入口
２０ 液体流路
２１ 気液衝突混合部
２２ 小径流路
２３ スリット状噴射孔
２５ 固定ボルト
２６、２８ 締付ボルト
２７ 押付ボルト

Claims (3)

1. 横長なボデイの長さ方向の一端面に沿ってスリット状噴射孔を設けると共に、該ボデイ内に長さ方向に沿って液体流路と気体流路を設け、これら液体流路と気体流路は、前記ボデイの外面に開口した液体導入口、気体導入口にそれぞれ連通させると共に前記ボデイ内に平行に設け、該液体流路と気体流路のいずれか一方を気液衝突混合部、小径流路、前記スリット状噴射孔に直線上で連通させ、かつ、該スリット状噴射孔のスリット幅は前記小径流路の幅以下に設定している一方、
   前記液体流路と気体流路のいずれか他方の噴射側先端を屈折させて前記スリット状噴射孔に４５°〜９０°の角度の交差角度で合流させていることを特徴とする二流体用スリットノズル。
2. 上記ボデイは、横長な第１部材と第２部材とで中間スペーサを挟んでボルトで前後方向に締結して形成し、該第１部材と第２部材の側面、上面あるいは長さ方向の端面に前記液体導入口と気体導入口を設けて前記液体流路、気体流路と連通させ、
   前記中間スペーサの両側面とそれに対向する前記第１部材および第２部材の側面との間に前記気体流路、液体流路を形成する凹部を設け、前記中間スペーサの傾斜させた先端位置で前記第１部材と第２部材の側面を接合させると共に、接合面に沿って前記気液衝突混合部、小径流路、スリット状噴射孔を形成する凹部を設けている請求項１に記載の二流体用スリットノズル。
3. 前記スリット状噴射孔のスリット幅は０．０５ｍｍ以上１０ｍｍ以下としている請求項１または請求項２に記載の二流体用スリットノズル。

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