(57)【要約】  【課題】ドライアイススノー洗浄装置に使用するドライアイススノーの生成効率の向上と洗浄効率の向上を図る。 【解決手段】内部にドライアイススノーＸと圧縮エアＹとを混合する混合室２２を設け、該混合室にアイス供給路２３とエア供給路２４と噴射路２５をそれぞれ連通してノズル本体２１を形成してある。前記ノズル本体２１のアイス供給路２３側に、管内に噴射された液化二酸化炭素ＸをドライアイススノーＷに生成する生成管２８と、該生成管内に液化二酸化炭素Ｘを噴射させる噴射孔３１と該噴射孔の周縁同一軸心上に複数のガス孔３２を設けたオリフィス管３０とを連設してある。さらに、前記ノズル本体２１の噴射路２５側に、前記ノズル本体２１の混合室２２で混合したドライアイススノーＷと圧縮エアＹとを吐出口３８から同時に噴射させる加速管３５を取付けてある。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部にドライアイススノー（Ｗ）と圧縮エア（Ｙ）とを混合する混合室（２２）を設け、該混合室に供給路（２３）とエア供給路（２４）と噴射路（２５）をそれぞれ連通して形成したノズル本体（２１）の前記供給路（２３）側に、管内に液化二酸化炭素（Ｘ）を噴射してドライアイススノー（Ｗ）を生成する生成管（２８）を取付け、該生成管の上流に中央軸心方向に液化二酸化炭素（Ｘ）を噴射させる噴射孔（３１）を設け、該噴射孔の周縁の同一円周上に同じく液化二酸化炭素（Ｘ）を噴射させる複数のガス孔（３２）を設けたオリフィス管（３０）を連結し、前記ノズル本体（２１）の噴射路（２５）側に、前記ドライアイススノー（Ｗ）と圧縮エア（Ｙ）を同時に噴射させる射出口（３８）を先端に設けた加速管（３５）を連結してなり、
前記ノズル本体（２１）のエア供給路（２４）に、コンプレッサ（１５）に一端を連結したエアホース（１６）を連結し、前記オリフィス管（３０）の上流側に液化二酸化炭素（Ｘ）を収容した容器１２に一端を連結したガスホース（１３）の他端を連結してなることを特徴とするドライアイススノー洗浄装置用噴射ノズル。
【請求項２】
前記生成管（２８）の内径Ｄが、１．０ｍｍから３０．０ｍｍで、該生成管の長さＬが１５から５００ｍｍであること特徴とする請求項１記載のドライアイススノー洗浄装置用噴射ノズル。
【請求項３】
前記オリフィス管（３０）は、中央軸心方向に設けた噴射孔（３１）の周縁の同一円周上に複数のガス孔（３２）を１重または二重の輪状に配列して形成してなることを特徴とする請求項１記載のドライアイススノー洗浄装置用噴射ノズル。
【請求項４】
前記オリフィス管（３０）は、中央に設けた噴射孔（３１）の内径ｄが、０．１から１．５ｍｍであり、該噴射孔の周縁に設けた複数のガス孔（３２）の内径がそれぞれ０．１から０．３ｍｍに形成してなることを特徴とする請求項１または３記載のドライアイススノー洗浄装置用噴射ノズル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ドライアイススノーと圧縮空気を使用して洗浄する洗浄装置において、ドライアイススノーを効率的に生成して噴射させる噴射ノズルの改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ドライアイスを使用した洗浄装置は、予め固体化させたドライアイスを粉砕してペレット化したものを噴射する洗浄装置と、液化二酸化炭素を粉末状に形成したドライアイススノーを使用して洗浄する装置とが知られている。ドライアイスは、被洗浄物に衝突すると同時に昇華してなくなる特性を有するため被洗浄物を傷つけにくいこと、また、ドライアイスは毒性がなく不燃性であること、さらには、ドライアイスは被洗浄物に摩耗などによるダメージを与え難いことなどから、電子部品、ＯＡ機器の洗浄、成膜装置の蒸着物の除去などに広く使用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２４８２３６号公報
【特許文献２】特開２００１−２５９５５５号公報
【０００４】
前記ドライアイスを粉砕してペレット化しながら洗浄するドライアイス洗浄装置は、固形化したドライアイスを使用するため、長時間の洗浄を行うことができず、また、ドライアイスを供給するための人員を必要とするため、作業効率が悪いという問題点があった。
【０００５】
後者のドライアイススノーを使用した洗浄装置は、ドライアイススノーは粒子が非常に細かいことから熱に触れると昇華しやすいため、生成効率が悪く大変不経済ある。そこで、液化二酸化炭素と噴射材料である圧縮空気をそれぞれ別回路で備え、両者を噴射ノズル付近で混合させガス化させて噴射させることにより生成効率の向上を図っている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、前記ドライアイススノー洗浄装置は、送液された液化二酸化炭素を絞り部で断熱膨張させて生成させたドライアイススノーを噴射ノズルまで圧送するのに距離があるため、途中でドライアイススノーが気化してしまうため洗浄効率が悪く、多くの液化二酸化炭素を使用しなければならず、コストが高くなって不経済的あるなど多くの問題点を有している。
【０００７】
本発明は、小粒で硬いドライアイススノーを噴射ノズル内で生成してドライアイスの生成効率を向上させることにより、液化二酸化炭素の使用量を少なくして経済効果を向上させると共に、小粒で硬いドライアイススノーを被洗浄物に噴射することにより洗浄効果を上げるとることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は上記課題を解決するため、内部にドライアイススノーＷと圧縮エアＹとを混合する混合室２２を設け、該混合室に供給路２３とエア供給路２４と噴射路２５をそれぞれ連通して形成したノズル本体２１の供給路２３に、管内に液化二酸化炭素Ｘを噴射してドライアイススノーＷを生成する生成管２８を取付け、該生成管の上流に、中央軸心方向に液化二酸化炭素Ｘを噴射させる噴射孔３１を設け、該噴射孔の周縁で同一円周上に複数のガス孔３２を設けたオリフィス管３０を連結し、前記ノズル本体２１の噴射路２５側に、前記ドライアイススノーＷと圧縮エアＹを同時に噴射させる射出口３８を先端に設けた加速管３５を連結してなり、前記ノズル本体２１のエア供給路２４に、コンプレッサ１５に一端を連結したエアホース１６を連結し、前記オリフィス管３０の上流側に液化二酸化炭素Ｘを収容した容器１２に一端を連結したガスホース１３の他端を連結してなることを特徴とする。また、前記生成管２８の内径Ｄが、１．０〜３０．０ｍｍで、該生成管の長さＬが１５〜５００ｍｍであること特徴とする。さらには、前記オリフィス管３０は、中央軸心方向に液化二酸化炭素Ｘを前記生成管２８内に噴射させる噴射孔３１を設け、該噴射孔の周縁で同一円周上に複数のガス孔を１重または二重の輪状に配列して形成したことを特徴とする。さらにはまた、前記オリフィス管３０の中央に設けた噴射孔３１の内径ｄが、０．１〜１．５ｍｍであり、該噴射孔の周縁に複数設けたガス孔３２の内径が、それぞれ０．１〜０．３ｍｍに形成してなることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
以上のごとく、本発明にかかる噴射ノズル２０は、液化二酸化炭素Ｘをオリフィス管３０のガス孔３２から生成管２８内に噴射して拡散抑制筒膜部Ｓを形成し、該拡散抑制筒膜部内に同じくオリフィス管３０の噴射孔３１から液化ガスＸを噴射することにより小粒で硬いドライアイススノーを効率よく生成させることができるので液化二酸化炭素の使用量を軽減でき大変経済的である。また、ドライアイススノーＷをノズル本体２１の混合室２１で圧縮エアＹと混合させて加速管３５で加速させて射出口３８から被洗浄物に噴射することにより、被洗浄物の表面にサーマルショックによるマイクロクラックを発生させ、該クラック内にドライアイススノーが侵入したときの膨張エネルギーで効率よく洗浄することができるので洗浄コストを抑えることができて経済的である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明のドライアイススノー洗浄装置の一実施例を示す概略図である。
【図２】噴射ノズルの要部拡大断面図である。
【図３】ドライアイススノーを生成するオリフィス管と生成管の要部拡大断面図である。
【図４】図３のＡ―Ａ線断面図である。
【図５】オリフィス管と生成管の断面積Ｄ/ｄと生成管の長さＬとの関係を示す特性線図である。
【図６】従来の噴射ノズルを構成するオリフィス管と生成管の要部拡大断面図である。
【図７】図６のＢ―Ｂ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の一実施形態を図面により説明すると、図１はドライアイススノー洗浄装置の一実施例を示す概略図、図２は噴射ノズルの要部拡大断面図、図３はドライアイススノーを生成するオリフィス管と生成管の要部拡大断面図、図４は図３のＡ―Ａ線断面図である。洗浄装置１０は、ノズル本体２１に設けた混合室２２内に、液化二酸化炭素を収容した容器１２から送液された液化二酸化炭素Ｘ（以下液化ガスという）をノズル本体２１の後部側に設けた生成管２８内に噴射させてドライアイススノーＷを生成し、該ドライアイススノーとコンプレッサ１５から送気された圧縮エアＹとをノズル本体２１内で混合させ、該ノズル本体の前部側に設けた加速管３５の先端に設けた射出口３８から噴射させて被洗浄物の表面に付着した皮膜などの汚れの洗浄を行うものである。
【００１２】
前記容器１２内は、２．０ＭＰａに加圧された液化二酸化炭素Ｘが貯留されており、該液化ガスはガスホース１３を介して噴射ノズル２０に送液され、前記ガスホース１３の中間部分に開閉バルブ１４を取付けてある。一方、圧縮エアＹは、コンプレッサ１５により０．６〜０．８ＭＰａ程度に加圧され、一端をコンプレッサ１５に連結したエアホース１６の他端を前記噴射ノズル２０に連結し、該エアホースの中間部分に開閉バルブ１７を取付けてある。
【００１３】
図２、３に示すように、前記噴射ノズル２０の中間部分に位置したノズル本体２１の内部中央には、ドライアイススノーＷと圧縮エアＹとが混合する混合室２２を設けてあり、該混合室に連通する後部側の供給路２３と、前部側の噴射路２５とを直線状に形成し、両者の間に位置してエア供給路２４を垂直方向に連通してＴ字形に形成してある。前記混合室２２に連通させたエア供給路２４は、噴射ノズル２０の先端部側の噴射方向に対して９０度より鋭角に形成しても良い。
【００１４】
前記ノズル本体２１は、混合室２２の一方である後部側に設けた供給路２３側に、液化ガスＸを断熱膨張させてドライアイススノーＷを生成する生成管２８と、液化ガスＸを前記生成管２８内に噴射させるオリフィス管３０を連結してあり、また、前記混合室２２の前側に位置する噴射路２５側に、ドライアイススノーＷと圧縮エアＹとを同時に噴射させて表面洗浄を行うための加速管３５を取付けて形成してある。
【００１５】
前記生成管２８は、図２、３に示すごとく、前記ノズル本体２１の後部側に位置するアイス供給路２３側に螺合または固着して連結し、内径を円形に形成してある。この生成管２８の内径Ｄ及び長さＬは、該生成管の上流側に連結したオリフィス管３０に設けた噴射孔３１の内径ｄと相対関係に形成してある。
【００１６】
前記オリフィス管３０は、図３、４に示すごとく、前記生成管２８の後部側に連結すると共に、上流側に液化ガスＸを貯留した容器１２に後端を連結したガスホース１３の先端を連結してある。このオリフィス管３０の中央軸心方向に液化ガスＸを前記生成管２８内に噴射させる噴射孔３１と、該噴射孔の周縁であって同一円周上に複数、好ましくは８個のガス孔３２をそれぞれ等間隔で輪状に配列した輪を二重に設けてある。各ガス孔３２から生成管２８内に液化ガスＸが噴射されると、生成管２８の内周面の下流方向に筒状のガス膜（以下、拡散抑制筒膜部という）Ｓが形成される。
【００１７】
前記オリフィス管３０の中心に位置させて設けた噴射孔３１の内径を、０．１〜１．５ｍｍ、該噴射孔３１の周囲に環状に設けた各ガス孔３２の内径を、０．１〜０．３ｍｍとした場合、生成管２８の内径は、１．０〜３０．０ｍｍで、長さが１５〜５００ｍｍの範囲内に形成してある。
【００１８】
上記の関係は、発明者が種々テストを重ねた結果、図５に示すごとく、粒径が小さくて硬いドライアイススノーＷ（０．２〜０．５ｍｍ）が得られる範囲を示したもので、生成管２８の内径をＤ、噴射孔３１の内径をｄとした場合に、内径の断面積／噴射孔の合計断面積比、Ｄ２／ｄ２が２５〜３５の範囲になるように噴射孔ｄの内径を設定するのが好ましい。
【００１９】
これは生成管２８の内径Ｄが、噴射孔３１の内径ｄに比べ大きすぎると液化ガスが膨張過ぎて気化する割合が多くなるため、生成してできたドライアイススノーの硬度が足らずすぐに昇華する。また、内径Ｄが小さすぎると膨張が足らずに液化ガスは液状のまま射出されるので目詰まりが生じやすい。
【００２０】
例えば、生成管２８の内径Ｄを２ｍｍとし、仮に、Ｄ２／ｄ２を上記の中央の値である３０％に設定すれば、Ｄ２／ｄ２＝３０であるから、ｄ２＝Ｄ２／３０、ｄ＝Ｄ２／√３０＝２／√３０≒２／５、５≒０．３６、即ち、噴射孔３１の内径ｄは０．３６ｍｍが適することになる。
【００２１】
反対に噴射孔３１の内径ｄを決め、生成管２８の内径Ｄを求めることもできる（ただし、Ｄ２／ｄ２は２５〜３５の幅があって、さらに、その下限、上限ともに５の程度の広がりは許される）。
【００２２】
図５に示す特性線図は、前記Ｄ２／ｄ２の関係を図示したもので、縦軸にＤ２／ｄ２、横軸にＤをとってｄを変数とした場合、噴射孔３１の内径ｄと生成管２８の内径Ｄを求めるもので、いずれの内径Ｄであっても、Ｄ２／ｄ２が２５〜３５の範囲にあるようにｄを容易に定めることができる。
【００２３】
そこで、図５から噴射孔３１の内径ｄと生成管２８の内径をＤとの関係を求めてみると、前記したごとく、Ｄを２ｍｍに設定すると、ｄが０．５ｍｍでは大径太すぎるし、０．３ｍｍでは小径すぎることが判る。
【００２４】
一方、生成管２８の長さＬは、前記したごとく、１５〜５００ｍｍ、好ましくは、２０〜２００ｍｍの範囲内とし、この長さが下限値未満であると、いきなり大気中に液化ガスＸが放出されて生成管２８による必要な圧力が付与されず、生成されたドライアイスが硬くならない。また、噴出したガスが散乱して方向性が定まらない。一方、上限値を越えると、生成管２８が長すぎて実用的ではなく管内で目詰まりを起こし易い。
【００２５】
前記加速管３５は、図２に示すごとく、前記ノズル本体２１の噴射通路２５の下流側に螺合または固着して連結し、先端側にテーパー状に拡径させて設けた内部通路３６の後部側に狭径部３７を設けて流速を加速させて、該加速管の先端に設けた射出口３８からドライアイススノーＷと圧縮エアＹとを混合させて噴射させることができる。
【００２６】
以下、本発明のドライアイススノー洗浄装置１０の実施形態の作用について説明すると、液化ガスＸは約２ＭＰａの圧力で、容器１２からガスホース１３に取付けたガス開閉弁１４を介してオリフィス管３０に送液され、該オリフィス管３０の噴射孔３１から生成管２８内に噴射され、該生成管内で断熱膨張してドライアイススノーＷが生成される。
【００２７】
容器１２から送液される液化ガスＸは、図３に示すごとく、オリフィス管３０の噴射孔３１から生成管２８内に噴射されると共に、該生成管内には前記噴射孔３１と同心円周上で二重に設けた複数のガス孔３２からも液化ガスＸが噴出して生成管２８の内周面には下流方向に拡散抑制筒膜部Ｓが形成される。
【００２８】
この生成管２８内に形成された拡散抑制筒膜部Ｓ内は、−７８℃の低温雰囲気に形成されるため、該低温雰囲気内に噴射孔３１から噴射された液化ガスＸは気化することなくそのまま３重点を通過して結晶化し、小粒で硬い０．２〜０．５ｍｍのドライアイススノーＷを生成することができる。
【００２９】
この小粒で硬いドライアイススノーＷは、ノズル本体２１の混合室２２で圧縮エアＹと混合したとき、圧縮エアの熱でドライアイススノーが気化する昇華ロスを減少させることができるので、加速管３５の射出口３８から被洗浄物に噴射させるドライアイススノーＷの混合比率を向上させることができる。したがって、被洗浄物の表面にサーマルショックによるマイクロクラックを発生させやすく、また、できたクラック内にドライアイススノーを侵入させ膨張エネルギーで効率よく洗浄することができる。
【００３０】
前記オリフィス管３０は、中央噴射孔３１と周縁ガス孔３２との内径をそれぞれ相違して噴射圧力を相違させることにより、周縁ガス孔３２から噴射させる液化ガスＸをガス化させて拡散抑制筒膜部Ｓを形成し、噴射孔３１から拡散抑制筒膜部Ｓ内に液化ガスＸを噴射させてドライアイススノーＷを効率よく形成させることができる。
【００３１】
前記ドライアイススノーＷは、粒径があまりに小さいと昇華が早くドライアイススノーの生成効率が悪く、また、硬度が不足すると外部からの熱（圧縮エア）により昇華するためロスが多いため生成効率が悪くて不経済であり、その上、粒径が大き過ぎると発生させたマイクロクラックの隙間にドライアイススノーが侵入しにくくなって洗浄効率が低下することになる。
【００３２】
そのため、前記オリフィス管３０に設けた噴射孔３１の内径を、０．１〜１．５ｍｍ、ガス孔３２の内径を、０．１〜０．３ｍｍとした場合に、生成管２８の内径を、１．０〜３０．０ｍｍ、長さを１５〜５００ｍｍの範囲内に形成してある。
【００３３】
このオリフィス管３０の噴射孔３１の口径を、例えば０．１〜１．５程度に小さくしたことにより、噴射時に発生する静電気の発生を極力少なくすることができるので、噴射ノズル２０に静電気防止策を設ける必要がなく経済的である。
【００３４】
前記オリフィス管３０の周縁に環状に設けた複数のガス孔３２で形成した輪は、実施例では二重でそれぞれ８個ずつ設けて形成してあるが、この輪を形成するガス孔の数及び輪の数の一重、二重は本実施例に限定されるものではない。
【００３５】
次いで、前記生成管２８内で生成されたドライアイススノーＷは、ノズル本体２１の混合室２２方向に流下し、混合室２２でコンプレッサー１５から圧送された圧縮エアＹと攪拌混合されて均一化され、加速管３５の射出口３８から被洗浄物に噴射させることにより洗浄効率を上げることができる。
【００３６】
図６、７に示す従来の生成管６５は、筒内に拡散抑制筒膜部Ｓを形成することができないので外周から伝わる熱を遮断することができず、筒内の温度を−７８℃の低温雰囲気にするのに時間がかかり、その間、無駄に液化ガスＸを放出しなければならず、生成コストが高くなって不経済であったが、オリフィス管３０の周面部分に環状に設けたガス孔３２から生成管２８内に素早く拡散抑制筒膜部Ｓを形成することができ、外界から伝わる熱を遮断して筒内に−７８℃の低温雰囲気を素早く形成することができる。したがって、生成管２８内の低温雰囲気内に射出された液化ガスＸは、外界から伝わる影響が少ないため効率よくドライアイススノーＷを生成することができる利点を有する。
【００３７】
図６に示したごとく、従来のオリフィス管６０は、ガス孔がないため、中央に位置した噴射孔６１の周囲にガス孔を有していないため、外界の熱が生成管６５に影響し、該噴射孔から内径が広い生成管６５内の液化ガスが射出されると管内に渦巻流が発生して、管内で生成されたドライアイススノーＷがこの渦巻流によって生成管の内壁面と接触して昇華するため、ドライアイススノーＷの生成ロスが大きくて効率が悪くなるおそれがあった。しかし、本発明は生成管２８の内面に素早く拡散抑制筒膜部Ｓを形成することができるので、渦巻流の発生を防止し、内壁面と接触して昇華するロスを防止して生成効率の向上を図ることができる。
【００３８】
加圧流体としての圧縮エアＹは、コンプレッサーにより０．６〜０．８ＭＰａ程度に加圧されており、加速管３５内のテーパー状に形成した狭径路３７を通過させることにより流速度を増して射出口３８から被洗浄物の表面に噴射する。射出口３８から噴射したドライアイススノーはサーマルショックによるマイクロクラックを被洗浄物の表面に発生させ、該クラック内にドライアイススノーが侵入したときの膨張エネルギーにより効率よく表面洗浄を行うことができるものである。
【符号の説明】
【００３９】
１０    洗浄装置
１２    液化炭酸ガス容器
１３    ガスホース
１４    開閉弁
１５    コンプレッサー
１６    エアホース
１７    開閉弁
２０    噴射ノズル
２１    ノズル本体
２２    混合室
２３    供給路
２４    エア供給路
２５    噴射路
２８    生成管
３０    オリフィス管
３１    噴射孔
３２    ガス孔
３５    加速管
３６    流路
３８    射出口
Ｓ      拡散制御筒膜部
Ｗ      ドライアイススノー
Ｘ      液化二酸化炭素
Ｙ      圧縮エア
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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