洗浄用ノズル
【課題】液体流路の形状を適切なものにすることによって、噴射口からの洗浄液の噴射速度を高め、洗浄性能を向上させる。
【解決手段】ほぼ円筒状のノズルケース１２内に、セラミック製のノズルチップ１３を嵌合固定して洗浄用ノズル１１を構成する。ノズルチップ１３の中心に軸方向に延びて、先端側のストレート部１４ａと、基端側の縮径部１４ｂとからなる液体流路１４を設ける。ノズルチップ１３の先端部にＶ溝１６を形成し、その中央部に洗浄液を噴射する噴射口１７を開口させる。ストレート部１４ａの直径寸法Ｄ１と、ストレート部１４ａの軸方向の長さ寸法Ｌ１との比（Ｌ１／Ｄ１）を、７．８以上、１５以下の範囲内とする。縮径部１４ｂの軸方向に沿う断面形状を、緩やかなＲ形状とする。Ｖ溝１６の切込み角度θを、４０°以上、６５°以下の範囲内とする。
【解決手段】ほぼ円筒状のノズルケース１２内に、セラミック製のノズルチップ１３を嵌合固定して洗浄用ノズル１１を構成する。ノズルチップ１３の中心に軸方向に延びて、先端側のストレート部１４ａと、基端側の縮径部１４ｂとからなる液体流路１４を設ける。ノズルチップ１３の先端部にＶ溝１６を形成し、その中央部に洗浄液を噴射する噴射口１７を開口させる。ストレート部１４ａの直径寸法Ｄ１と、ストレート部１４ａの軸方向の長さ寸法Ｌ１との比（Ｌ１／Ｄ１）を、７．８以上、１５以下の範囲内とする。縮径部１４ｂの軸方向に沿う断面形状を、緩やかなＲ形状とする。Ｖ溝１６の切込み角度θを、４０°以上、６５°以下の範囲内とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノズルチップ内に軸方向に延びる液体流路を有し、ノズルチップの先端部に設けられた噴射口から洗浄液を噴射する洗浄用ノズルに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）や、半導体装置、精密部品などの製造プロセスにおいては、高圧噴射洗浄装置（ジェットスプレイ）を用いた洗浄（剥離）の工程が実行される。この高圧噴射洗浄装置は、洗浄用ノズルから洗浄液（純水、薬液、有機溶剤等）を高速で噴射させ、洗浄対象物に衝突する際の物理的エネルギーにより、洗浄対象物の表面の異物等を剥離、洗浄するように構成されている。
【０００３】
この場合、洗浄用ノズルの先端の噴射口から噴射された洗浄液は、最初はフィルム状とされているが、噴射の直後にその高圧により空気と衝突して分裂し、微粒化して洗浄対象物に吹付けられるようになる。通常、洗浄を行う液滴として多く使用されている速度は、１０〜１００ｍ／ｓであり、平均速度は、４０〜６０ｍ／ｓである。液滴粒子の径としては、多く使用される範囲は、５〜７０μｍであり、平均径は、２０〜４０μｍである。特許文献１には、洗浄用とは用途が異なる（エアレススプレー塗装）ものの、洗浄用のものに形状が類似したノズルが示されている。
【０００４】
図９及び図１０は、従来の一般的な洗浄用ノズル１の構成を示している。ここで、ノズル１は、外側の金属製のケース２と、その中心部に設けられるセラミック製のノズルチップ３とから構成されている。図１０に示すように、ノズルチップ３は、その中心に軸方向（図で上下方向）に延びる液体流路４が設けられており、その液体流路４は、先端側が、断面円形の径小部４ａとされ、基端側に断面円形の径大部４ｂを有した段付き形状に形成されている。
【０００５】
また、ノズルチップ３の先端面には、Ｖ字型に切込まれたＶ溝５が図で前後方向に延びて形成されており、そのＶ溝５の中央部に、液体流路４（径小部４ａ）の先端に連なる噴射口６が開口している。より詳細には、径小部４ａの先端は半球面状にすぼまった内面を有し、そのすぼまった部分にＶ溝５が切り込まれた形態で、噴射口６が設けられている。図示はしないが、ポンプにより圧送された洗浄液は、液体流路４の基端部（径大部４ｂ）側に供給され、液体流路４内を通って噴射口６から噴射される。
【０００６】
ちなみに、図１０に示すように、従来のノズル１（ノズルチップ３）の各部の寸法を例示すると、液体流路４の径小部４ａの直径寸法ｄ１が０．７３ｍｍ、径大部４ｂの直径寸法ｄ２が２．６ｍｍ、径小部４ａの長さ寸法ｌが３．５ｍｍであり、また、Ｖ溝５の切込み角度θ１が２５°となっている。
【特許文献１】特開平１０−２８６４９５号公報（特に、図５参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上記のような高圧噴射洗浄装置においては、現状或いはそれ以上の洗浄性能を確保しながらも、洗浄液の使用量の削減や省エネルギー化を図ることが求められる。このとき、洗浄性能を向上させるには、単純には、噴射口６から噴射される液滴の速度を高めれば良いが、ノズル１に供給される洗浄液の圧力を上げることは、上記した洗浄液やエネルギーの使用量の削減とは反するものとなってしまう。
【０００８】
そこで、例えばノズル１の形状、特に液体流路４の形状を、現状のものから、より適切なものに変更することによって、洗浄液の噴射速度の向上を図ることが望まれるのである。この場合、従来のノズル１の形状では、液体流路４が径小部４ａ及び径大部４ｂを有する段付き形状であったため、液体流路４内での洗浄液の圧力損失が比較的大きくなり、速度向上を図るには限界があった。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、液体流路の形状を適切なものにすることによって、噴射口からの洗浄液の噴射速度を高め、ひいては洗浄性能を向上させることができる洗浄用ノズルを提供するにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明者等は、洗浄用ノズルの各部をどのような形状とすれば、噴射口からの洗浄液の液滴の噴射速度を高めることができるかについて、様々な試作、実験を重ねた。その結果、液体流路のうち、液体供給口とストレート部までの間を内径が次第に縮小する縮径部とすること、及び、ストレート部の長さ寸法と直径寸法との比を適切な値にすることで、液体流路の整流及び流速の向上に有効であることを確認し、また、Ｖ溝を適切な角度にすることにより、噴出後の粒子の運動の妨げを回避できることを確認し、本発明を成し遂げたのである。
【００１１】
即ち、本発明の洗浄用ノズルは、ノズルチップの先端部に設けられた噴射口に、Ｖ字型に切込まれたＶ溝が形成されていると共に、ノズルチップ内に設けられた液体流路は、先端側に位置して断面円形の直管状をなすストレート部と、ノズルチップの基端部に設けられた液体供給口から前記ストレート部の基端まで次第に内径を縮小させていく縮径部とを備えて構成されており、前記ストレート部の軸方向の長さ寸法Ｌ１と直径寸法Ｄ１との比（Ｌ１／Ｄ１）が、７．８以上、１５以下とされているところに特徴を有する（請求項１の発明）。
【００１２】
ここで、図７に示すように、レイノルズの理論によると、ノズルの液体流路（ストレート部）における液体の流れの状態は、基端側から順に、縮流域、渦流域、乱流域となっている。従来では、ストレート部の基端部（入口部）に段差が設けられているため、縮流が生じやすく液体の流れの状態が良好でなく、また、ストレート部の長さ寸法Ｌと直径寸法Ｄとの比（Ｌ／Ｄ）は、４．８程度とされていたため、噴射口が渦流域に配置され、液体の流れが不安定な状態で吐出されていた。
【００１３】
これに対し、液体流路のうち、ノズルチップ基端に設けられる液体供給口から、ストレート部までの間について、段差部をなくしその部分を内径が次第に縮小する縮径部とすることにより、圧力損失を低減して、ストレート部に導入させる洗浄液の流れを良好とすることができる。そして、ストレート部の軸方向の長さ寸法Ｌ１と直径寸法Ｄ１との比（Ｌ１／Ｄ１）を、７．８以上と大きくすることにより、噴射口を乱流域に配置することができ、噴射口から吐出される洗浄液の速度を十分に高めることができたと考えられる。但し、（Ｌ１／Ｄ１）が大きくなりすぎると、吐出される洗浄液の粒子径が大きくなる傾向にあり、（Ｌ１／Ｄ１）の値は１５以下とすることが好ましい。
【００１４】
さらに、本発明者等は、噴射口部分に形成されるＶ溝に関しても、洗浄液粒子の噴射速度を高める観点から様々な実験を行い、Ｖ溝の切込み角度について、噴射速度を高める上で適切な角度が存在することを見出したのである。この場合、従来では、Ｖ溝の切込み角度は、噴射された液滴の飛散（拡がり）を抑える観点から、比較的小さい角度、即ち、２０〜３０°の範囲が採用されていた。ところが、本発明者等の研究によれば、Ｖ溝の切込み角度をそのように２０〜３０°と小さくしていた従来のものでは、噴射速度を十分に高めることはできなかった。これは、図８に示すように、Ｖ溝の切込み角度θが小さいと、流体流路の壁に沿って流れて噴射口から吐出した粒子（白抜きの矢印で示す）が、噴射口を出たところで早く衝突し、流れを互いに打ち消してしまう（抵抗が大きくなる）ためであると推測される。
【００１５】
これに対し、Ｖ溝の切込み角度を、４０°以上、６５°以下とすることにより（請求項２の発明）、噴射口付近の液体の流れ（直進性）を良好とし、速度低下を抑えることができることが確認されたのである。これは、上記したストレート部の構成などと相俟って、噴射口から吐出した粒子が吐出直後に相互に衝突してしまうことを抑制することができ、洗浄液の噴射抵抗を小さくして、効率よく直進させることができたものと考えられる。また、６５°以下とすることにより、液滴の飛散も比較的小さく抑えることができる。
【００１６】
この場合、Ｖ溝の切込み角度が４０°未満では、抵抗が比較的大きく、洗浄液の流れが打ち消されて、噴射速度向上の効果は得られない。また、Ｖ溝の切込み角度が６５°を超えてしまうと、噴射速度が低下すると共に、液滴の飛散が比較的大きくなってしまうため、好ましくない。より好ましくは、５５°を中心とした、５０〜６０°の範囲である。
【００１７】
本発明においては、上記液体流路の縮径部に関しては、その軸方向に沿う断面形状を、該液体流路の内側に膨らむ緩やかなＲ形状とすることが、圧力損失を低減する上で、より望ましい（請求項３の発明）。ちなみに、縮径部の内面形状をＲ形状とする場合でも、半径が大きくなりすぎると、さほどの効果は得られない。本発明者等の研究では、液体供給口やストレート部の径寸法等が一般的な場合にあっては、Ｒ形状の半径を、約１０ｍｍにしたときが、液体流路の内の洗浄液の整流を図り、圧力損失を低減する点で、最も良好な結果が得られた。
【００１８】
また、上記縮径部に関しては、ある程度の軸方向の長さを確保する必要があり、液体流路の縮径部の軸方向の長さ寸法Ｌ２を、液体供給口の直径寸法Ｄ２とストレート部の直径寸法Ｄ１との差（Ｄ２−Ｄ１）の２倍以上を確保することが望ましい（請求項４の発明）。縮径部の軸方向の長さ寸法Ｌ２が短いと、液体流路内の洗浄液の整流が不十分となり、洗浄液の速度の向上の効果が十分に得られなくなる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の洗浄用ノズルによれば、ノズルチップの先端部に洗浄液を噴射する噴射口を有すると共に、ノズルチップ内に軸方向に延びて噴射口に連なる液体流路を有してなるものにあって、液体流路の形状を適切なものにすることによって、噴射口からの洗浄液の噴射速度を高め、ひいては洗浄性能を向上させることができるという優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明を、高圧噴射洗浄装置（ジェットスプレイ）に取付けられる洗浄用ノズルに適用した実施形態について、図１ないし図８を参照しながら説明する。尚、この高圧噴射洗浄装置は、例えばフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）や、半導体装置、精密部品等の製造プロセスにおける洗浄（剥離）の工程の実行に用いられ、洗浄用ノズルから洗浄液（純水、薬液、有機溶剤等）を高速で噴射させ、洗浄対象物に衝突する際の物理的エネルギーにより、洗浄対象物の表面の異物等を剥離、洗浄するように構成されている。
【００２１】
図１及び図２は、本実施形態に係る洗浄用ノズル１１の構成を、先端側を下向きにして示している。ここで、この洗浄用ノズル１１は、ノズルケース１２と、ノズルチップ１３とから構成されている。そのうちノズルケース１２は、金属例えばＳＵＳから、軸方向（図で上下方向）に貫通する中心孔１２ａを有したほぼ円筒状に構成されている。前記ノズルチップ１３は、例えばアルミナやジルコニア等のセラミックから、全体として円柱状に構成され、前記ノズルケース１２の中心孔１２ａ内に嵌合固定されている。
【００２２】
図１に示すように、このノズルチップ１３には、その中心に軸方向（図で上下方向）に延びる液体流路１４が設けられている。後述するように、この液体流路１４は、先端側（図で下側）のストレート部１４ａと、基端側（図で上側）の縮径部１４ｂとから構成されている。ノズルチップ１３の基端部（図で上端部）には、液体流路１４（縮径部１４ｂ）の基端に連なる液体供給口１５が設けられている。図示はしないが、この液体供給口１５には、洗浄液が圧送される供給管の先端が接続され、洗浄液が高圧で供給されるようになっている。
【００２３】
一方、図２にも示すように、前記ノズルチップ１３の先端部（図で下端部）には、Ｖ字型に切込まれたＶ溝１６が図で前後方向に延びて形成されており、そのＶ溝１６の中央部に、液体流路１４（ストレート部１４ａ）の先端に連続し洗浄液が噴射される噴射口１７が開口している。より詳細には、図８にも示したように、ストレート部１４ａの先端は半球面状にすぼまった内面を有し、そのすぼまった部分にＶ溝１６が切り込まれた形態で、噴射口１７が設けられている。
【００２４】
次に、図１を参照しながら、前記ノズルチップ１３の各部、主として前記液体流路１４の形状について詳述する。前記液体流路１４の先端側を構成するストレート部１４ａは、断面円形の直管状をなし、ノズルチップ１３の先端側ほぼ半部に形成されている。このとき、図１（ｂ）に示すように、ストレート部１４ａの直径（内径）寸法Ｄ１と、ストレート部１４ａの軸方向の長さ（Ｖ溝１６の先端からの長さ）寸法Ｌ１との比（Ｌ１／Ｄ１）が、７．８以上、１５以下の範囲内にあるように構成されている。具体的には、直径寸法Ｄ１の値が、例えば０．７３ｍｍ、長さ寸法Ｌ１の値が、例えば７ｍｍとされ、その結果、比（Ｌ１／Ｄ１）の値が、９．６とされている。
【００２５】
また、前記縮径部１４ｂは、液体供給口１５から、ストレート部１４ａの基端まで次第に内径を縮小させていきながら、ストレート部１４ａに滑らかにつながるように形成されている。この場合、縮径部１４ｂの内壁部の軸方向に沿う断面形状は、液体流路１４の内側に膨らむ緩やかなＲ形状とされており、図１（ｂ）に示すように、具体的には、曲率半径ｒの寸法が例えば１０ｍｍとされている。
【００２６】
このとき、縮径部１４ｂの軸方向の長さ寸法Ｌ２は、前記液体供給口１５の直径寸法Ｄ２と前記寸法Ｄ１との差（Ｄ２−Ｄ１）の２倍以上とされている。具体的には、直径寸法Ｄ２の値が、例えば３ｍｍとされ、長さ寸法Ｌ２は、（Ｄ２−Ｄ１）＝２．２７ｍｍの２倍（４．５４ｍｍ）以上であり、例えば５ｍｍとされている。ちなみに、ノズルチップ１３の直径寸法Ｄ３は、例えば７．１ｍｍとされ、ノズルケース１２の軸方向長さ寸法Ｌ３は、例えば１４ｍｍとされている。
【００２７】
そして、本実施形態では、前記噴射口１７のＶ溝１６の切込み角度θが、４０°以上、６５°以下の範囲にあるように構成されている。具体的には、切込み角度θの値は、例えば５５°とされている。尚、Ｖ溝１６の軸方向の深さ寸法Ｌ４は、例えば１ｍｍとされている。
【００２８】
さて、図示はしないが、以上のように構成された洗浄用ノズル１１は、上記のように、高圧噴射洗浄装置の先端部に取付けられ、液体供給口１５には、洗浄液が圧送される供給管が接続される。そして、高圧の洗浄液が供給管を介して液体供給口１５から供給され、まず液体流路１４の縮径部１４ｂを通り、さらにストレート部１４ａを通って噴射口１７から噴射される。噴射口１７から噴射された洗浄液は、最初はフィルム状とされているが、噴射の直後にその高圧により空気と衝突して膨張して微細化し、噴射口１７の先方に配置された洗浄対象物に吹付けられる。洗浄液の粒子が洗浄対象物に衝突する際の物理的エネルギーにより、洗浄対象物の表面の異物等が剥離され、洗浄が行われる。
【００２９】
このとき、本実施形態の洗浄用ノズル１１にあっては、従来例で述べたような図９、図１０に示す洗浄用ノズル１に較べて、噴射口１７からの洗浄液の液滴の噴射速度を高めることができた。この場合、同液圧、同流量、同噴射位置において、従来のものと較べて、液滴の平均速度を、２０％以上向上させることができ、また、液滴の速度、粒径の分布を小さくまとめることができた。さらに、液滴の飛散も少なくすることができた。この結果、洗浄性能を、従来に比べて３０％以上向上させることができたのである。
【００３０】
図３〜図５は、本発明者等の行った、本実施形態の洗浄用ノズル１１が従来のものと比較して洗浄性能に優れることを調べた試験結果を示している。図３は、ノズルの噴射口から噴射され１００ｍｍ離れた位置（パターン中心）における、各粒子径及び速度を有する液滴の個数の分布を調べた結果（ＳＤＰＡによる粒子の速度及び大きさの測定結果）を示している。（ａ）が本実施形態の洗浄用ノズル１１、（ｂ）が従来例の洗浄用ノズル１を夫々示している。本実施形態の洗浄用ノズル１１（ａ）においては、従来の洗浄用ノズル１に較べて、縦軸の上方により多く分布しており、洗浄液の液滴の噴射速度を高め得たことが理解できる。
【００３１】
また、図４は、ノズルの噴射口から噴射された洗浄液の粒子を、ストロボを用いて撮影した写真に基づいて、洗浄液粒子の噴射の状態を描いた図であり、（ａ）が本実施形態の洗浄用ノズル１１、（ｂ）が従来例の洗浄用ノズル１を夫々示している。この図４から、本実施形態の洗浄用ノズル１１では、洗浄液粒子の飛散を比較的少なく済ませ得ることが理解できる。
【００３２】
図５は、本実施形態の洗浄用ノズル１１及び従来例の洗浄用ノズル１の洗浄性能を調べた試験結果を示している。この試験は、ＦＰＤ基板の表面に粒径３μｍ程度のポリスチレンのゴミを無数に付着させた試料に対し、本実施形態の洗浄用ノズル１１及び従来例の洗浄用ノズル１を夫々用いて、同様の洗浄作業を行って汚れの除去率を調べる（試料の表面を顕微鏡で観察しゴミの個数を数える）ことにより行った。尚、横軸は、基板中心からの距離を示している。この結果、従来例の洗浄用ノズル１では、除去率が７０％前後であったのに対し、本実施形態の洗浄用ノズル１１を用いた洗浄工程では、ほぼ１００％ゴミを除去することができた。
【００３３】
このように、本実施形態の洗浄用ノズル１１が、従来例の洗浄用ノズル１に較べて、洗浄液の液滴の噴射速度を十分に高めることができたのは、次のような理由によるものであると推測される。
【００３４】
即ち、まず、従来の洗浄用ノズル１の形状は、液体流路４が径小部４ａ及び径大部４ｂを有する段付き形状であったため、径小部４ａに縮流が生じやすく、また、液体流路４内での洗浄液の圧力損失が比較的大きくなっていた。これに対し、本実施形態の洗浄用ノズル１１では、液体供給口１５とストレート部１４ａまでの間を、段差部をなくして、内径が次第に縮小する縮径部１４ｂとしたので、圧力損失を低減して、ストレート部に導入させる洗浄液の流れを良好とすることができたものと考えられる。
【００３５】
そして、従来の洗浄用ノズル１では、ストレート部（径小部４ａ）の長さ寸法ｌと直径寸法ｄ１との比（図１０参照）が、比較的小さいもの（３．５〜４．８程度）となっていた。ここで、図７に示すように、レイノルズの理論によると、液体流路における液体の流れの状態は、基端側から順に、縮流域、渦流域、乱流域となっている。従来のものでは、噴射口６が渦流域に配置され、液体の流れが不安定な状態で吐出されていた。
【００３６】
これに対し、本実施形態の洗浄用ノズル１１では、ストレート部１４ａの軸方向の長さ寸法Ｌ１と直径寸法Ｄ１との比（Ｌ１／Ｄ１）を、７．８以上、１５以下の範囲、この場合約９．６と従来に比べて十分に大きくしたことにより、噴射口１７を乱流域に配置することができ、縮径部１４ｂを設けて洗浄液の流れを良好としたことと併せて、噴射口１７から吐出される洗浄液の速度を十分に高めることができたと考えられる。
【００３７】
さらに、噴射口１７に形成されるＶ溝１６の切込み角度θについても、従来のものでは、Ｖ溝５の切込み角度θ１（図１０参照）は、噴射された液滴の飛散（拡がり）を抑える観点から、比較的小さい角度、即ち、２０〜３０°の範囲が採用されていたが、それでは、噴射速度を十分に高めることはできなかった。これは、図８に白抜きの矢印で示すように、Ｖ溝の切込み角度が小さいと、流体流路の壁に沿って流れて噴射口から吐出した粒子が、噴射口を出たところで早く衝突し、流れを互いに打ち消してしまう（抵抗が大きくなる）ためであると推測される。
【００３８】
これに対し、本実施形態の洗浄用ノズル１１では、Ｖ溝１６の切込み角度θを、４０°以上、６５°以下の範囲、この場合５５°と比較的大きくしたことにより、噴射口１７付近の液体の流れ（直進性）を良好とし、速度低下を抑えることができた。これは、上記したストレート部１４ａの構成などと相俟って、噴射口１７から吐出した粒子が吐出直後に相互に衝突してしまうことを抑制することができ、洗浄液の噴射抵抗を小さくして、効率よく直進させることができたものと考えられる。
【００３９】
次に、上記洗浄用ノズル１１の各部の寸法等の数値（範囲）の適正について検証した試験について、図６を参照して述べる。本発明者等は、上記した洗浄用ノズル１１と同等の基本構成を備えながらも、各部の寸法、この場合、ストレート部１４ａの軸方向長さ寸法Ｌ１と、Ｖ溝１６の切込み角度θを様々に変更したいくつかの洗浄用ノズルの試作品を作成した。即ち、これら試作品は、外形寸法が同一のノズルチップ１３に、ストレート部１４ａと縮径部１４ｂとからなる液体流路１４を形成すると共に、噴射口１７にＶ溝１６が形成された洗浄用ノズルである。ストレート部１４ａの直径寸法Ｄ１は、０．７３ｍｍで固定され、また、縮径部１４ｂのＲ形状の曲率半径ｒも、１０ｍｍで固定されている。
【００４０】
そして、それら各試作品に関して、洗浄液の供給圧力１０ＭＰａの同一の条件で、噴射距離１００ｍｍにおける平均噴射速度（Ｖave.）及び体積平均粒子径（Ｄ30）を測定する試験を行った。図６は、それらを代表させて、ストレート部１４ａの軸方向長さ寸法Ｌ１が３種類（３．５ｍｍ、７ｍｍ、１０.５ｍｍ）であり、各寸法Ｌ１の夫々について、Ｖ溝１６の切込み角度θを３種類（２５°、５５°、７５°）とした試作品についての、試験結果を示している。
【００４１】
この試験結果からも判るように、ストレート部１４ａの軸方向長さ寸法Ｌ１を、７ｍｍ及び１０.５ｍｍ（Ｌ１／Ｄ１の値が９．６及び１４．４）とした試作品は、いずれも、長さ寸法Ｌ１を３．５ｍｍ（Ｌ１／Ｄ１の値が４．８）としたものに比べて、高い平均速度が得られた。また、Ｖ溝１６の切込み角度θを、５５°としたものが、平均速度が最も高く、切込み角度θを、７５°にしたものは、平均速度に劣るものとなっていた。
【００４２】
ここで、上記したように、ストレート部１４ａの軸方向の長さ寸法Ｌ１と直径寸法Ｄ１との比（Ｌ１／Ｄ１）を、７．８以上と大きくすることにより、噴射口１７を乱流域に配置することができ、噴射口１７から噴射される洗浄液の速度を十分に高めることができたと考えられる。但し、（Ｌ１／Ｄ１）が大きくなりすぎると、噴射される洗浄液の粒子径が大きくなる傾向にあり、（Ｌ１／Ｄ１）の値は１５以下とすることが好ましい。さらには、（Ｌ１／Ｄ１）の値が１０近傍に、液滴の速度面での最適値があると考えられた。
【００４３】
また、Ｖ溝１６の切込み角度θについては、４０°以上とすることにより、角度θが比較的小さい場合（２０〜３０°）に比べて洗浄液の吐出時の抵抗（衝突による速度低下）を小さく抑え、液滴の噴射速度向上について優れた効果を得ることができる。Ｖ溝１６の切込み角度θが６５°を超えてしまうと、噴射速度が低下すると共に、液滴の飛散が比較的大きくなってしまうため、好ましくない。より好ましくは、５５°を中心とした、５０〜６０°の範囲である。
【００４４】
さらに、詳細な試験結果については省略するが、本発明者等の研究によれば、液体流路１４の縮径部１４ｂに関しては、その軸方向に沿う断面形状を、液体流路１４の内側に膨らむ緩やかなＲ形状とすることが、圧力損失を低減する上で、より望ましいことが明らかとなった。ちなみに、縮径部１４ｂの内面形状をＲ形状とする場合でも、半径ｒが大きくなりすぎると、さほどの効果は得られず、上記実施形態の洗浄用ノズル１１では、Ｒ形状の曲率半径ｒを１０ｍｍにしたときが、液体流路１４の内の洗浄液の整流を図り、圧力損失を低減する点で、最も良好な結果が得られた。
【００４５】
上記縮径部１４ｂの軸方向の長さ寸法Ｌ２についても、ある程度の長さが必要であり、液体供給口１５の直径寸法Ｄ２とストレート部１４ａの直径寸法Ｄ１との差（Ｄ２−Ｄ１）の２倍以上を確保することが望ましいと考えられた。縮径部１４ｂの軸方向の長さ寸法Ｌ２が短いと、液体流路１４内の洗浄液の整流が不十分となり、洗浄液の速度の向上の効果が十分に得られなくなる。
【００４６】
尚、上記した実施形態では、Ｖ溝１６の切込み角度θを、４０°以上、６５°以下の範囲内としたが、本発明では、その範囲よりも小さい切込み角度であっても実施することが可能である。即ち、図６の実験結果から明らかなように、Ｖ溝１６の切込み角度θついては、従来と同様の比較的小さい角度（２０〜３０°）であっても、少なくとも、Ｌ１／Ｄ１の値を、７．８以上、１５以下の範囲内とすることにより、噴射速度の向上という所期の目的を達成することができる。
【００４７】
また、上記実施形態では、縮径部１４ｂを、その軸方向に沿う断面がＲ形状となるように形成したが、単純なテーパ面（円錐面）形状としても良い。その他、上記した洗浄用ノズル１１の各部（ノズルケース及びノズルチップ）の寸法や形状、材質等についても、一例を挙げたに過ぎず、様々な変形が可能であるなど、本発明は、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の一実施形態を示すもので、図２（ｂ）のＡ−Ａ線に沿う洗浄用ノズルの縦断正面図（ａ）及びその右半部の拡大図（ｂ）
【図２】洗浄用ノズルの正面図（ａ）及び底面図（ｂ）
【図３】実施形態（ａ）及び従来例（ｂ）の洗浄用ノズルにおける、噴射口から噴射された各粒子径及び速度を有する液滴の個数の分布を調べた試験結果を示す図
【図４】実施形態（ａ）及び従来例（ｂ）の洗浄用ノズルにおける、ストロボによる撮影に基づく、噴射口から噴射された直後の洗浄液の状態を示した図
【図５】実施形態及び従来例の洗浄用ノズルの洗浄性能を調べた試験結果を示す図
【図６】洗浄用ノズルの各部の寸法等の数値（範囲）の適正について検証した試験結果を示す図
【図７】レイノルズの理論によるノズル内の液体の流れの状態を説明するための図
【図８】洗浄液の吐出時のＶ溝内での衝突の様子を説明するための図
【図９】従来例を示すもので、図２相当図
【図１０】図９（ｂ）のＡ−Ａ線に沿う洗浄用ノズルの縦断面を噴射口部分の拡大図と共に示す図
【符号の説明】
【００４９】
図面中、１１は洗浄用ノズル、１２はノズルケース、１３はノズルチップ、１４は液体流路、１４ａはストレート部、１４ｂは縮径部、１５は液体供給口、１６はＶ溝、１７は噴射口を示す。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノズルチップ内に軸方向に延びる液体流路を有し、ノズルチップの先端部に設けられた噴射口から洗浄液を噴射する洗浄用ノズルに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）や、半導体装置、精密部品などの製造プロセスにおいては、高圧噴射洗浄装置（ジェットスプレイ）を用いた洗浄（剥離）の工程が実行される。この高圧噴射洗浄装置は、洗浄用ノズルから洗浄液（純水、薬液、有機溶剤等）を高速で噴射させ、洗浄対象物に衝突する際の物理的エネルギーにより、洗浄対象物の表面の異物等を剥離、洗浄するように構成されている。
【０００３】
この場合、洗浄用ノズルの先端の噴射口から噴射された洗浄液は、最初はフィルム状とされているが、噴射の直後にその高圧により空気と衝突して分裂し、微粒化して洗浄対象物に吹付けられるようになる。通常、洗浄を行う液滴として多く使用されている速度は、１０〜１００ｍ／ｓであり、平均速度は、４０〜６０ｍ／ｓである。液滴粒子の径としては、多く使用される範囲は、５〜７０μｍであり、平均径は、２０〜４０μｍである。特許文献１には、洗浄用とは用途が異なる（エアレススプレー塗装）ものの、洗浄用のものに形状が類似したノズルが示されている。
【０００４】
図９及び図１０は、従来の一般的な洗浄用ノズル１の構成を示している。ここで、ノズル１は、外側の金属製のケース２と、その中心部に設けられるセラミック製のノズルチップ３とから構成されている。図１０に示すように、ノズルチップ３は、その中心に軸方向（図で上下方向）に延びる液体流路４が設けられており、その液体流路４は、先端側が、断面円形の径小部４ａとされ、基端側に断面円形の径大部４ｂを有した段付き形状に形成されている。
【０００５】
また、ノズルチップ３の先端面には、Ｖ字型に切込まれたＶ溝５が図で前後方向に延びて形成されており、そのＶ溝５の中央部に、液体流路４（径小部４ａ）の先端に連なる噴射口６が開口している。より詳細には、径小部４ａの先端は半球面状にすぼまった内面を有し、そのすぼまった部分にＶ溝５が切り込まれた形態で、噴射口６が設けられている。図示はしないが、ポンプにより圧送された洗浄液は、液体流路４の基端部（径大部４ｂ）側に供給され、液体流路４内を通って噴射口６から噴射される。
【０００６】
ちなみに、図１０に示すように、従来のノズル１（ノズルチップ３）の各部の寸法を例示すると、液体流路４の径小部４ａの直径寸法ｄ１が０．７３ｍｍ、径大部４ｂの直径寸法ｄ２が２．６ｍｍ、径小部４ａの長さ寸法ｌが３．５ｍｍであり、また、Ｖ溝５の切込み角度θ１が２５°となっている。
【特許文献１】特開平１０−２８６４９５号公報（特に、図５参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上記のような高圧噴射洗浄装置においては、現状或いはそれ以上の洗浄性能を確保しながらも、洗浄液の使用量の削減や省エネルギー化を図ることが求められる。このとき、洗浄性能を向上させるには、単純には、噴射口６から噴射される液滴の速度を高めれば良いが、ノズル１に供給される洗浄液の圧力を上げることは、上記した洗浄液やエネルギーの使用量の削減とは反するものとなってしまう。
【０００８】
そこで、例えばノズル１の形状、特に液体流路４の形状を、現状のものから、より適切なものに変更することによって、洗浄液の噴射速度の向上を図ることが望まれるのである。この場合、従来のノズル１の形状では、液体流路４が径小部４ａ及び径大部４ｂを有する段付き形状であったため、液体流路４内での洗浄液の圧力損失が比較的大きくなり、速度向上を図るには限界があった。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、液体流路の形状を適切なものにすることによって、噴射口からの洗浄液の噴射速度を高め、ひいては洗浄性能を向上させることができる洗浄用ノズルを提供するにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明者等は、洗浄用ノズルの各部をどのような形状とすれば、噴射口からの洗浄液の液滴の噴射速度を高めることができるかについて、様々な試作、実験を重ねた。その結果、液体流路のうち、液体供給口とストレート部までの間を内径が次第に縮小する縮径部とすること、及び、ストレート部の長さ寸法と直径寸法との比を適切な値にすることで、液体流路の整流及び流速の向上に有効であることを確認し、また、Ｖ溝を適切な角度にすることにより、噴出後の粒子の運動の妨げを回避できることを確認し、本発明を成し遂げたのである。
【００１１】
即ち、本発明の洗浄用ノズルは、ノズルチップの先端部に設けられた噴射口に、Ｖ字型に切込まれたＶ溝が形成されていると共に、ノズルチップ内に設けられた液体流路は、先端側に位置して断面円形の直管状をなすストレート部と、ノズルチップの基端部に設けられた液体供給口から前記ストレート部の基端まで次第に内径を縮小させていく縮径部とを備えて構成されており、前記ストレート部の軸方向の長さ寸法Ｌ１と直径寸法Ｄ１との比（Ｌ１／Ｄ１）が、７．８以上、１５以下とされているところに特徴を有する（請求項１の発明）。
【００１２】
ここで、図７に示すように、レイノルズの理論によると、ノズルの液体流路（ストレート部）における液体の流れの状態は、基端側から順に、縮流域、渦流域、乱流域となっている。従来では、ストレート部の基端部（入口部）に段差が設けられているため、縮流が生じやすく液体の流れの状態が良好でなく、また、ストレート部の長さ寸法Ｌと直径寸法Ｄとの比（Ｌ／Ｄ）は、４．８程度とされていたため、噴射口が渦流域に配置され、液体の流れが不安定な状態で吐出されていた。
【００１３】
これに対し、液体流路のうち、ノズルチップ基端に設けられる液体供給口から、ストレート部までの間について、段差部をなくしその部分を内径が次第に縮小する縮径部とすることにより、圧力損失を低減して、ストレート部に導入させる洗浄液の流れを良好とすることができる。そして、ストレート部の軸方向の長さ寸法Ｌ１と直径寸法Ｄ１との比（Ｌ１／Ｄ１）を、７．８以上と大きくすることにより、噴射口を乱流域に配置することができ、噴射口から吐出される洗浄液の速度を十分に高めることができたと考えられる。但し、（Ｌ１／Ｄ１）が大きくなりすぎると、吐出される洗浄液の粒子径が大きくなる傾向にあり、（Ｌ１／Ｄ１）の値は１５以下とすることが好ましい。
【００１４】
さらに、本発明者等は、噴射口部分に形成されるＶ溝に関しても、洗浄液粒子の噴射速度を高める観点から様々な実験を行い、Ｖ溝の切込み角度について、噴射速度を高める上で適切な角度が存在することを見出したのである。この場合、従来では、Ｖ溝の切込み角度は、噴射された液滴の飛散（拡がり）を抑える観点から、比較的小さい角度、即ち、２０〜３０°の範囲が採用されていた。ところが、本発明者等の研究によれば、Ｖ溝の切込み角度をそのように２０〜３０°と小さくしていた従来のものでは、噴射速度を十分に高めることはできなかった。これは、図８に示すように、Ｖ溝の切込み角度θが小さいと、流体流路の壁に沿って流れて噴射口から吐出した粒子（白抜きの矢印で示す）が、噴射口を出たところで早く衝突し、流れを互いに打ち消してしまう（抵抗が大きくなる）ためであると推測される。
【００１５】
これに対し、Ｖ溝の切込み角度を、４０°以上、６５°以下とすることにより（請求項２の発明）、噴射口付近の液体の流れ（直進性）を良好とし、速度低下を抑えることができることが確認されたのである。これは、上記したストレート部の構成などと相俟って、噴射口から吐出した粒子が吐出直後に相互に衝突してしまうことを抑制することができ、洗浄液の噴射抵抗を小さくして、効率よく直進させることができたものと考えられる。また、６５°以下とすることにより、液滴の飛散も比較的小さく抑えることができる。
【００１６】
この場合、Ｖ溝の切込み角度が４０°未満では、抵抗が比較的大きく、洗浄液の流れが打ち消されて、噴射速度向上の効果は得られない。また、Ｖ溝の切込み角度が６５°を超えてしまうと、噴射速度が低下すると共に、液滴の飛散が比較的大きくなってしまうため、好ましくない。より好ましくは、５５°を中心とした、５０〜６０°の範囲である。
【００１７】
本発明においては、上記液体流路の縮径部に関しては、その軸方向に沿う断面形状を、該液体流路の内側に膨らむ緩やかなＲ形状とすることが、圧力損失を低減する上で、より望ましい（請求項３の発明）。ちなみに、縮径部の内面形状をＲ形状とする場合でも、半径が大きくなりすぎると、さほどの効果は得られない。本発明者等の研究では、液体供給口やストレート部の径寸法等が一般的な場合にあっては、Ｒ形状の半径を、約１０ｍｍにしたときが、液体流路の内の洗浄液の整流を図り、圧力損失を低減する点で、最も良好な結果が得られた。
【００１８】
また、上記縮径部に関しては、ある程度の軸方向の長さを確保する必要があり、液体流路の縮径部の軸方向の長さ寸法Ｌ２を、液体供給口の直径寸法Ｄ２とストレート部の直径寸法Ｄ１との差（Ｄ２−Ｄ１）の２倍以上を確保することが望ましい（請求項４の発明）。縮径部の軸方向の長さ寸法Ｌ２が短いと、液体流路内の洗浄液の整流が不十分となり、洗浄液の速度の向上の効果が十分に得られなくなる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の洗浄用ノズルによれば、ノズルチップの先端部に洗浄液を噴射する噴射口を有すると共に、ノズルチップ内に軸方向に延びて噴射口に連なる液体流路を有してなるものにあって、液体流路の形状を適切なものにすることによって、噴射口からの洗浄液の噴射速度を高め、ひいては洗浄性能を向上させることができるという優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明を、高圧噴射洗浄装置（ジェットスプレイ）に取付けられる洗浄用ノズルに適用した実施形態について、図１ないし図８を参照しながら説明する。尚、この高圧噴射洗浄装置は、例えばフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）や、半導体装置、精密部品等の製造プロセスにおける洗浄（剥離）の工程の実行に用いられ、洗浄用ノズルから洗浄液（純水、薬液、有機溶剤等）を高速で噴射させ、洗浄対象物に衝突する際の物理的エネルギーにより、洗浄対象物の表面の異物等を剥離、洗浄するように構成されている。
【００２１】
図１及び図２は、本実施形態に係る洗浄用ノズル１１の構成を、先端側を下向きにして示している。ここで、この洗浄用ノズル１１は、ノズルケース１２と、ノズルチップ１３とから構成されている。そのうちノズルケース１２は、金属例えばＳＵＳから、軸方向（図で上下方向）に貫通する中心孔１２ａを有したほぼ円筒状に構成されている。前記ノズルチップ１３は、例えばアルミナやジルコニア等のセラミックから、全体として円柱状に構成され、前記ノズルケース１２の中心孔１２ａ内に嵌合固定されている。
【００２２】
図１に示すように、このノズルチップ１３には、その中心に軸方向（図で上下方向）に延びる液体流路１４が設けられている。後述するように、この液体流路１４は、先端側（図で下側）のストレート部１４ａと、基端側（図で上側）の縮径部１４ｂとから構成されている。ノズルチップ１３の基端部（図で上端部）には、液体流路１４（縮径部１４ｂ）の基端に連なる液体供給口１５が設けられている。図示はしないが、この液体供給口１５には、洗浄液が圧送される供給管の先端が接続され、洗浄液が高圧で供給されるようになっている。
【００２３】
一方、図２にも示すように、前記ノズルチップ１３の先端部（図で下端部）には、Ｖ字型に切込まれたＶ溝１６が図で前後方向に延びて形成されており、そのＶ溝１６の中央部に、液体流路１４（ストレート部１４ａ）の先端に連続し洗浄液が噴射される噴射口１７が開口している。より詳細には、図８にも示したように、ストレート部１４ａの先端は半球面状にすぼまった内面を有し、そのすぼまった部分にＶ溝１６が切り込まれた形態で、噴射口１７が設けられている。
【００２４】
次に、図１を参照しながら、前記ノズルチップ１３の各部、主として前記液体流路１４の形状について詳述する。前記液体流路１４の先端側を構成するストレート部１４ａは、断面円形の直管状をなし、ノズルチップ１３の先端側ほぼ半部に形成されている。このとき、図１（ｂ）に示すように、ストレート部１４ａの直径（内径）寸法Ｄ１と、ストレート部１４ａの軸方向の長さ（Ｖ溝１６の先端からの長さ）寸法Ｌ１との比（Ｌ１／Ｄ１）が、７．８以上、１５以下の範囲内にあるように構成されている。具体的には、直径寸法Ｄ１の値が、例えば０．７３ｍｍ、長さ寸法Ｌ１の値が、例えば７ｍｍとされ、その結果、比（Ｌ１／Ｄ１）の値が、９．６とされている。
【００２５】
また、前記縮径部１４ｂは、液体供給口１５から、ストレート部１４ａの基端まで次第に内径を縮小させていきながら、ストレート部１４ａに滑らかにつながるように形成されている。この場合、縮径部１４ｂの内壁部の軸方向に沿う断面形状は、液体流路１４の内側に膨らむ緩やかなＲ形状とされており、図１（ｂ）に示すように、具体的には、曲率半径ｒの寸法が例えば１０ｍｍとされている。
【００２６】
このとき、縮径部１４ｂの軸方向の長さ寸法Ｌ２は、前記液体供給口１５の直径寸法Ｄ２と前記寸法Ｄ１との差（Ｄ２−Ｄ１）の２倍以上とされている。具体的には、直径寸法Ｄ２の値が、例えば３ｍｍとされ、長さ寸法Ｌ２は、（Ｄ２−Ｄ１）＝２．２７ｍｍの２倍（４．５４ｍｍ）以上であり、例えば５ｍｍとされている。ちなみに、ノズルチップ１３の直径寸法Ｄ３は、例えば７．１ｍｍとされ、ノズルケース１２の軸方向長さ寸法Ｌ３は、例えば１４ｍｍとされている。
【００２７】
そして、本実施形態では、前記噴射口１７のＶ溝１６の切込み角度θが、４０°以上、６５°以下の範囲にあるように構成されている。具体的には、切込み角度θの値は、例えば５５°とされている。尚、Ｖ溝１６の軸方向の深さ寸法Ｌ４は、例えば１ｍｍとされている。
【００２８】
さて、図示はしないが、以上のように構成された洗浄用ノズル１１は、上記のように、高圧噴射洗浄装置の先端部に取付けられ、液体供給口１５には、洗浄液が圧送される供給管が接続される。そして、高圧の洗浄液が供給管を介して液体供給口１５から供給され、まず液体流路１４の縮径部１４ｂを通り、さらにストレート部１４ａを通って噴射口１７から噴射される。噴射口１７から噴射された洗浄液は、最初はフィルム状とされているが、噴射の直後にその高圧により空気と衝突して膨張して微細化し、噴射口１７の先方に配置された洗浄対象物に吹付けられる。洗浄液の粒子が洗浄対象物に衝突する際の物理的エネルギーにより、洗浄対象物の表面の異物等が剥離され、洗浄が行われる。
【００２９】
このとき、本実施形態の洗浄用ノズル１１にあっては、従来例で述べたような図９、図１０に示す洗浄用ノズル１に較べて、噴射口１７からの洗浄液の液滴の噴射速度を高めることができた。この場合、同液圧、同流量、同噴射位置において、従来のものと較べて、液滴の平均速度を、２０％以上向上させることができ、また、液滴の速度、粒径の分布を小さくまとめることができた。さらに、液滴の飛散も少なくすることができた。この結果、洗浄性能を、従来に比べて３０％以上向上させることができたのである。
【００３０】
図３〜図５は、本発明者等の行った、本実施形態の洗浄用ノズル１１が従来のものと比較して洗浄性能に優れることを調べた試験結果を示している。図３は、ノズルの噴射口から噴射され１００ｍｍ離れた位置（パターン中心）における、各粒子径及び速度を有する液滴の個数の分布を調べた結果（ＳＤＰＡによる粒子の速度及び大きさの測定結果）を示している。（ａ）が本実施形態の洗浄用ノズル１１、（ｂ）が従来例の洗浄用ノズル１を夫々示している。本実施形態の洗浄用ノズル１１（ａ）においては、従来の洗浄用ノズル１に較べて、縦軸の上方により多く分布しており、洗浄液の液滴の噴射速度を高め得たことが理解できる。
【００３１】
また、図４は、ノズルの噴射口から噴射された洗浄液の粒子を、ストロボを用いて撮影した写真に基づいて、洗浄液粒子の噴射の状態を描いた図であり、（ａ）が本実施形態の洗浄用ノズル１１、（ｂ）が従来例の洗浄用ノズル１を夫々示している。この図４から、本実施形態の洗浄用ノズル１１では、洗浄液粒子の飛散を比較的少なく済ませ得ることが理解できる。
【００３２】
図５は、本実施形態の洗浄用ノズル１１及び従来例の洗浄用ノズル１の洗浄性能を調べた試験結果を示している。この試験は、ＦＰＤ基板の表面に粒径３μｍ程度のポリスチレンのゴミを無数に付着させた試料に対し、本実施形態の洗浄用ノズル１１及び従来例の洗浄用ノズル１を夫々用いて、同様の洗浄作業を行って汚れの除去率を調べる（試料の表面を顕微鏡で観察しゴミの個数を数える）ことにより行った。尚、横軸は、基板中心からの距離を示している。この結果、従来例の洗浄用ノズル１では、除去率が７０％前後であったのに対し、本実施形態の洗浄用ノズル１１を用いた洗浄工程では、ほぼ１００％ゴミを除去することができた。
【００３３】
このように、本実施形態の洗浄用ノズル１１が、従来例の洗浄用ノズル１に較べて、洗浄液の液滴の噴射速度を十分に高めることができたのは、次のような理由によるものであると推測される。
【００３４】
即ち、まず、従来の洗浄用ノズル１の形状は、液体流路４が径小部４ａ及び径大部４ｂを有する段付き形状であったため、径小部４ａに縮流が生じやすく、また、液体流路４内での洗浄液の圧力損失が比較的大きくなっていた。これに対し、本実施形態の洗浄用ノズル１１では、液体供給口１５とストレート部１４ａまでの間を、段差部をなくして、内径が次第に縮小する縮径部１４ｂとしたので、圧力損失を低減して、ストレート部に導入させる洗浄液の流れを良好とすることができたものと考えられる。
【００３５】
そして、従来の洗浄用ノズル１では、ストレート部（径小部４ａ）の長さ寸法ｌと直径寸法ｄ１との比（図１０参照）が、比較的小さいもの（３．５〜４．８程度）となっていた。ここで、図７に示すように、レイノルズの理論によると、液体流路における液体の流れの状態は、基端側から順に、縮流域、渦流域、乱流域となっている。従来のものでは、噴射口６が渦流域に配置され、液体の流れが不安定な状態で吐出されていた。
【００３６】
これに対し、本実施形態の洗浄用ノズル１１では、ストレート部１４ａの軸方向の長さ寸法Ｌ１と直径寸法Ｄ１との比（Ｌ１／Ｄ１）を、７．８以上、１５以下の範囲、この場合約９．６と従来に比べて十分に大きくしたことにより、噴射口１７を乱流域に配置することができ、縮径部１４ｂを設けて洗浄液の流れを良好としたことと併せて、噴射口１７から吐出される洗浄液の速度を十分に高めることができたと考えられる。
【００３７】
さらに、噴射口１７に形成されるＶ溝１６の切込み角度θについても、従来のものでは、Ｖ溝５の切込み角度θ１（図１０参照）は、噴射された液滴の飛散（拡がり）を抑える観点から、比較的小さい角度、即ち、２０〜３０°の範囲が採用されていたが、それでは、噴射速度を十分に高めることはできなかった。これは、図８に白抜きの矢印で示すように、Ｖ溝の切込み角度が小さいと、流体流路の壁に沿って流れて噴射口から吐出した粒子が、噴射口を出たところで早く衝突し、流れを互いに打ち消してしまう（抵抗が大きくなる）ためであると推測される。
【００３８】
これに対し、本実施形態の洗浄用ノズル１１では、Ｖ溝１６の切込み角度θを、４０°以上、６５°以下の範囲、この場合５５°と比較的大きくしたことにより、噴射口１７付近の液体の流れ（直進性）を良好とし、速度低下を抑えることができた。これは、上記したストレート部１４ａの構成などと相俟って、噴射口１７から吐出した粒子が吐出直後に相互に衝突してしまうことを抑制することができ、洗浄液の噴射抵抗を小さくして、効率よく直進させることができたものと考えられる。
【００３９】
次に、上記洗浄用ノズル１１の各部の寸法等の数値（範囲）の適正について検証した試験について、図６を参照して述べる。本発明者等は、上記した洗浄用ノズル１１と同等の基本構成を備えながらも、各部の寸法、この場合、ストレート部１４ａの軸方向長さ寸法Ｌ１と、Ｖ溝１６の切込み角度θを様々に変更したいくつかの洗浄用ノズルの試作品を作成した。即ち、これら試作品は、外形寸法が同一のノズルチップ１３に、ストレート部１４ａと縮径部１４ｂとからなる液体流路１４を形成すると共に、噴射口１７にＶ溝１６が形成された洗浄用ノズルである。ストレート部１４ａの直径寸法Ｄ１は、０．７３ｍｍで固定され、また、縮径部１４ｂのＲ形状の曲率半径ｒも、１０ｍｍで固定されている。
【００４０】
そして、それら各試作品に関して、洗浄液の供給圧力１０ＭＰａの同一の条件で、噴射距離１００ｍｍにおける平均噴射速度（Ｖave.）及び体積平均粒子径（Ｄ30）を測定する試験を行った。図６は、それらを代表させて、ストレート部１４ａの軸方向長さ寸法Ｌ１が３種類（３．５ｍｍ、７ｍｍ、１０.５ｍｍ）であり、各寸法Ｌ１の夫々について、Ｖ溝１６の切込み角度θを３種類（２５°、５５°、７５°）とした試作品についての、試験結果を示している。
【００４１】
この試験結果からも判るように、ストレート部１４ａの軸方向長さ寸法Ｌ１を、７ｍｍ及び１０.５ｍｍ（Ｌ１／Ｄ１の値が９．６及び１４．４）とした試作品は、いずれも、長さ寸法Ｌ１を３．５ｍｍ（Ｌ１／Ｄ１の値が４．８）としたものに比べて、高い平均速度が得られた。また、Ｖ溝１６の切込み角度θを、５５°としたものが、平均速度が最も高く、切込み角度θを、７５°にしたものは、平均速度に劣るものとなっていた。
【００４２】
ここで、上記したように、ストレート部１４ａの軸方向の長さ寸法Ｌ１と直径寸法Ｄ１との比（Ｌ１／Ｄ１）を、７．８以上と大きくすることにより、噴射口１７を乱流域に配置することができ、噴射口１７から噴射される洗浄液の速度を十分に高めることができたと考えられる。但し、（Ｌ１／Ｄ１）が大きくなりすぎると、噴射される洗浄液の粒子径が大きくなる傾向にあり、（Ｌ１／Ｄ１）の値は１５以下とすることが好ましい。さらには、（Ｌ１／Ｄ１）の値が１０近傍に、液滴の速度面での最適値があると考えられた。
【００４３】
また、Ｖ溝１６の切込み角度θについては、４０°以上とすることにより、角度θが比較的小さい場合（２０〜３０°）に比べて洗浄液の吐出時の抵抗（衝突による速度低下）を小さく抑え、液滴の噴射速度向上について優れた効果を得ることができる。Ｖ溝１６の切込み角度θが６５°を超えてしまうと、噴射速度が低下すると共に、液滴の飛散が比較的大きくなってしまうため、好ましくない。より好ましくは、５５°を中心とした、５０〜６０°の範囲である。
【００４４】
さらに、詳細な試験結果については省略するが、本発明者等の研究によれば、液体流路１４の縮径部１４ｂに関しては、その軸方向に沿う断面形状を、液体流路１４の内側に膨らむ緩やかなＲ形状とすることが、圧力損失を低減する上で、より望ましいことが明らかとなった。ちなみに、縮径部１４ｂの内面形状をＲ形状とする場合でも、半径ｒが大きくなりすぎると、さほどの効果は得られず、上記実施形態の洗浄用ノズル１１では、Ｒ形状の曲率半径ｒを１０ｍｍにしたときが、液体流路１４の内の洗浄液の整流を図り、圧力損失を低減する点で、最も良好な結果が得られた。
【００４５】
上記縮径部１４ｂの軸方向の長さ寸法Ｌ２についても、ある程度の長さが必要であり、液体供給口１５の直径寸法Ｄ２とストレート部１４ａの直径寸法Ｄ１との差（Ｄ２−Ｄ１）の２倍以上を確保することが望ましいと考えられた。縮径部１４ｂの軸方向の長さ寸法Ｌ２が短いと、液体流路１４内の洗浄液の整流が不十分となり、洗浄液の速度の向上の効果が十分に得られなくなる。
【００４６】
尚、上記した実施形態では、Ｖ溝１６の切込み角度θを、４０°以上、６５°以下の範囲内としたが、本発明では、その範囲よりも小さい切込み角度であっても実施することが可能である。即ち、図６の実験結果から明らかなように、Ｖ溝１６の切込み角度θついては、従来と同様の比較的小さい角度（２０〜３０°）であっても、少なくとも、Ｌ１／Ｄ１の値を、７．８以上、１５以下の範囲内とすることにより、噴射速度の向上という所期の目的を達成することができる。
【００４７】
また、上記実施形態では、縮径部１４ｂを、その軸方向に沿う断面がＲ形状となるように形成したが、単純なテーパ面（円錐面）形状としても良い。その他、上記した洗浄用ノズル１１の各部（ノズルケース及びノズルチップ）の寸法や形状、材質等についても、一例を挙げたに過ぎず、様々な変形が可能であるなど、本発明は、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の一実施形態を示すもので、図２（ｂ）のＡ−Ａ線に沿う洗浄用ノズルの縦断正面図（ａ）及びその右半部の拡大図（ｂ）
【図２】洗浄用ノズルの正面図（ａ）及び底面図（ｂ）
【図３】実施形態（ａ）及び従来例（ｂ）の洗浄用ノズルにおける、噴射口から噴射された各粒子径及び速度を有する液滴の個数の分布を調べた試験結果を示す図
【図４】実施形態（ａ）及び従来例（ｂ）の洗浄用ノズルにおける、ストロボによる撮影に基づく、噴射口から噴射された直後の洗浄液の状態を示した図
【図５】実施形態及び従来例の洗浄用ノズルの洗浄性能を調べた試験結果を示す図
【図６】洗浄用ノズルの各部の寸法等の数値（範囲）の適正について検証した試験結果を示す図
【図７】レイノルズの理論によるノズル内の液体の流れの状態を説明するための図
【図８】洗浄液の吐出時のＶ溝内での衝突の様子を説明するための図
【図９】従来例を示すもので、図２相当図
【図１０】図９（ｂ）のＡ−Ａ線に沿う洗浄用ノズルの縦断面を噴射口部分の拡大図と共に示す図
【符号の説明】
【００４９】
図面中、１１は洗浄用ノズル、１２はノズルケース、１３はノズルチップ、１４は液体流路、１４ａはストレート部、１４ｂは縮径部、１５は液体供給口、１６はＶ溝、１７は噴射口を示す。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズルチップの先端部に洗浄液を噴射する噴射口を有すると共に、前記ノズルチップ内に軸方向に延びて前記噴射口に連なる液体流路を有してなる洗浄用ノズルであって、
前記噴射口には、Ｖ字型に切込まれたＶ溝が形成されていると共に、
前記液体流路は、先端側に位置し断面円形の直管状をなすストレート部と、前記ノズルチップの基端部に設けられた液体供給口から前記ストレート部の基端まで次第に内径を縮小させていく縮径部とを備えて構成されており、
前記ストレート部の軸方向の長さ寸法Ｌ１と直径寸法Ｄ１との比（Ｌ１／Ｄ１）が、７．８以上、１５以下とされていることを特徴とする洗浄用ノズル。
【請求項２】
前記噴射口のＶ溝の切込み角度は、４０°以上、６５°以下とされていることを特徴とする請求項１記載の洗浄用ノズル。
【請求項３】
前記液体流路の縮径部の、軸方向に沿う断面形状は、該液体流路の内側に膨らむ緩やかなＲ形状とされていることを特徴とする請求項１又は２記載の洗浄用ノズル。
【請求項４】
前記液体流路の縮径部の軸方向の長さ寸法Ｌ２は、前記液体供給口の直径寸法Ｄ２と前記ストレート部の直径寸法Ｄ１との差（Ｄ２−Ｄ１）の２倍以上とされていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の洗浄用ノズル。
【請求項１】
ノズルチップの先端部に洗浄液を噴射する噴射口を有すると共に、前記ノズルチップ内に軸方向に延びて前記噴射口に連なる液体流路を有してなる洗浄用ノズルであって、
前記噴射口には、Ｖ字型に切込まれたＶ溝が形成されていると共に、
前記液体流路は、先端側に位置し断面円形の直管状をなすストレート部と、前記ノズルチップの基端部に設けられた液体供給口から前記ストレート部の基端まで次第に内径を縮小させていく縮径部とを備えて構成されており、
前記ストレート部の軸方向の長さ寸法Ｌ１と直径寸法Ｄ１との比（Ｌ１／Ｄ１）が、７．８以上、１５以下とされていることを特徴とする洗浄用ノズル。
【請求項２】
前記噴射口のＶ溝の切込み角度は、４０°以上、６５°以下とされていることを特徴とする請求項１記載の洗浄用ノズル。
【請求項３】
前記液体流路の縮径部の、軸方向に沿う断面形状は、該液体流路の内側に膨らむ緩やかなＲ形状とされていることを特徴とする請求項１又は２記載の洗浄用ノズル。
【請求項４】
前記液体流路の縮径部の軸方向の長さ寸法Ｌ２は、前記液体供給口の直径寸法Ｄ２と前記ストレート部の直径寸法Ｄ１との差（Ｄ２−Ｄ１）の２倍以上とされていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の洗浄用ノズル。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−１２９８４０（Ｐ２０１０−１２９８４０Ａ）
【公開日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３０４１２１（Ｐ２００８−３０４１２１）
【出願日】平成２０年１１月２８日（２００８．１１．２８）
【出願人】（０００１１７００９）旭サナック株式会社 (194)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月２８日（２００８．１１．２８）
【出願人】（０００１１７００９）旭サナック株式会社 (194)
【Ｆターム（参考）】
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