(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液化炭酸ガスを供給する液化炭酸ガス供給系と、
噴射用ガスを供給する噴射用ガス供給系と、
前記液化炭酸ガス供給系における下流側に設けられた絞り部と、
前記液化炭酸ガス供給系と前記噴射用ガス供給系とを接続し、前記絞り部を通過して生成されたドライアイススノーを含む炭酸ガスと前記噴射用ガスとを混合して混合ガスを生成する混合部と、
前記混合部と接続され、前記混合ガスを噴射するノズルとを備え、
前記ノズルは、前記ノズルの軸方向に沿って順に位置する、大径部、縮径部および拡径部を含み、
前記大径部は、前記混合部と接続されて一定の内径を有し、
前記縮径部は、前記大径部と接続されて前記大径部から離れるに従って内径が縮小しており、前記拡径部との境界に位置する最小径部を含み、
前記拡径部は、前記縮径部と接続されて前記縮径部から離れるに従って一定の割合で内径が拡大しており、前記拡径部の先端が、前記ノズルの噴射口であり、
前記縮径部の内周面は、縦断面にて、前記最小径部から前記大径部に向かって、前記ノズルの軸方向に平行な長軸を有する仮想楕円の弧に沿って湾曲しており、
前記仮想楕円は、長径が短径に比較して３．０倍以下である、ドライアイススノー洗浄装置。
【請求項２】
前記縮径部の内周面が、縦断面にて、前記最小径部から前記大径部に達するまで、前記仮想楕円の弧に沿って湾曲している、請求項１に記載のドライアイススノー洗浄装置。
【請求項３】
前記縮径部の内周面が、縦断面にて、前記最小径部から前記大径部に向かって前記仮想楕円の弧に沿って湾曲し、さらに前記仮想楕円および前記大径部の各々に接する仮想円または仮想楕円の弧に沿って湾曲して前記大径部に達している、請求項１に記載のドライアイススノー洗浄装置。
【請求項４】
前記仮想楕円は、長径が短径に比較して１．１倍以上である、請求項１に記載のドライアイススノー洗浄装置。
【請求項５】
前記大径部の内径が、前記最小径部の内径の２．３倍以上４．６倍以下である、請求項１から４のいずれか１項に記載のドライアイススノー洗浄装置。
【請求項６】
前記混合部において、前記ドライアイススノーが螺旋状に流動するように、前記液化炭酸ガス供給系が前記噴射用ガス供給系に対して偏心した状態で接続されている、請求項１から５のいずれか１項に記載のドライアイススノー洗浄装置。
【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洗浄装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ドライアイススノー洗浄装置の構成を開示した先行文献として、特開２００１−２７７１１６号公報(特許文献１)、および、特開２０１１−１６７８２２号公報(特許文献２)がある。
【０００３】
特許文献１に記載されたドライアイススノー洗浄装置のテーパー状拡開型噴射洗浄ノズルは、絞り部を介して先端に向けテーパー状に拡開した形状を有している。特許文献２に記載されたドライアイススノー洗浄装置の加速管においては、先端側にテーパー状に拡径させて設けられた内部通路の後部側に設けられた狭径部によって流速を加速させ、加速管の先端に設けられた射出口からドライアイススノーと圧縮エアとを混合させて噴射する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２７７１１６号公報
【特許文献２】特開２０１１−１６７８２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１および特許文献２の各々に記載されたドライアイススノー洗浄装置においては、噴射ノズルの上流側から絞り部(狭径部)にかけてテーパー状に内径が小さくなり、絞り部(狭径部)から噴射ノズルの下流側(先端側)にかけてテーパー状に内径が大きくなっており、絞り部(狭径部)が角張っている。そのため、ドライアイススノーが絞り部(狭径部)にて詰まりやすく、噴射ノズルからのドライアイススノーの噴き付けが不安定となるとともに噴射速度が低下する。その結果、ドライアイススノー洗浄装置の洗浄能力が低下する。
【０００６】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、安定して高い洗浄能力を有するドライアイススノー洗浄装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に基づくドライアイススノー洗浄装置は、液化炭酸ガスを供給する液化炭酸ガス供給系と、噴射用ガスを供給する噴射用ガス供給系と、液化炭酸ガス供給系における下流側に設けられた絞り部と、液化炭酸ガス供給系と噴射用ガス供給系とを接続し、絞り部を通過して生成されたドライアイススノーを含む炭酸ガスと噴射用ガスとを混合して混合ガスを生成する混合部と、混合部と接続され、混合ガスを噴射するノズルとを備える。ノズルは、ノズルの軸方向に沿って順に位置する、大径部、縮径部および拡径部を含む。大径部は、混合部と接続されて一定の内径を有する。縮径部は、大径部と接続されて大径部から離れるに従って内径が縮小しており、拡径部との境界に位置する最小径部を含む。拡径部は、縮径部と接続されて縮径部から離れるに従って一定の割合で内径が拡大しており、拡径部の先端が、ノズルの噴射口である。縮径部の内周面は、縦断面にて、最小径部から大径部に向かって、ノズルの軸方向に平行な長軸を有する仮想楕円の弧に沿って湾曲している。
【０００８】
本発明の一形態においては、縮径部の内周面が、縦断面にて、最小径部から大径部に達するまで、仮想楕円の弧に沿って湾曲している。
【０００９】
本発明の一形態においては、上記仮想楕円は、長径が短径に比較して１．１倍以上である。
【００１０】
本発明の一形態においては、縮径部の内周面が、縦断面にて、最小径部から大径部に向かって上記仮想楕円の弧に沿って湾曲し、さらに上記仮想楕円および大径部の各々に接する仮想円または仮想楕円の弧に沿って湾曲して大径部に達している。
【００１１】
本発明の一形態においては、大径部の内径が、最小径部の内径の２．３倍以上４．６倍以下である。
【００１２】
本発明の一形態においては、混合部において、ドライアイススノーが螺旋状に流動するように、液化炭酸ガス供給系が噴射用ガス供給系に対して偏心した状態で接続されている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ドライアイススノー洗浄装置において安定して高い洗浄能力が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態１に係るドライアイススノー洗浄装置の構成を示す模式図である。
【図２】本発明の実施形態１に係るドライアイススノー洗浄装置のノズルの構造を示す断面図である。
【図３】比較例１に係るドライアイススノー洗浄装置のノズルの構造を示す断面図である。
【図４】比較例２に係るドライアイススノー洗浄装置のノズルの構造を示す断面図である。
【図５】実験例１の結果をまとめたグラフである。
【図６】実験例２の結果をまとめたグラフである。
【図７】本発明の実施形態２に係るドライアイススノー洗浄装置のノズルの構造を示す断面図である。
【図８】本発明の実施形態３に係るドライアイススノー洗浄装置の混合部の構造を示す断面図である。
【図９】図８の混合部をＩＸ−ＩＸ線矢印印方向から見た図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の各実施形態に係るドライアイススノー洗浄装置について図面を参照して説明する。以下の実施形態の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。
【００１６】
(実施形態１)
図１は、本発明の実施形態１に係るドライアイススノー洗浄装置の構成を示す模式図である。図１に示すように、本発明の実施形態１に係るドライアイススノー洗浄装置１００は、液化炭酸ガスを供給する液化炭酸ガス供給系と、噴射用ガスを供給する噴射用ガス供給系と、液化炭酸ガス供給系における下流側に設けられた絞り部１４０と、液化炭酸ガス供給系と噴射用ガス供給系とを接続し、絞り部１４０を通過して生成されたドライアイススノーを含む炭酸ガスと噴射用ガスとを混合して混合ガスを生成する混合部１８０と、混合部１８０と接続され、混合ガスを噴射するノズル１９０とを備える。
【００１７】
液化炭酸ガス供給系は、液化炭酸ガスを貯蔵する液化炭酸ガス貯蔵容器１１０と、液化炭酸ガス貯蔵容器１１０に接続されて液化炭酸ガスの流路となる液化炭酸ガス管１２０と、液化炭酸ガス管１２０の途中に設けられた第１開閉部１３０と、液化炭酸ガス管１２０の下流側に設けられた絞り部１４０とを含む。液化炭酸ガス供給系は、液化炭酸ガス管１２０の内部の圧力を測定する圧力計、および、圧力計の下流側に設けられ、液化炭酸ガス中の不純物を取り除くフィルタをさらに含む。
【００１８】
第１開閉部１３０は、手動で開閉可能なバルブにて構成されている。ただし、第１開閉部１３０が、自動で開閉可能なバルブにて構成されていてもよい。絞り部１４０は、オリフィス板またはニードル弁などの液化炭酸ガスの流路を絞る部材から構成されている。絞り部１４０は、第１開閉部１３０より下流側に設けられている。
【００１９】
噴射用ガス供給系は、噴射用ガスを供給する噴射用ガス供給源１５０と、噴射用ガス供給源１５０に接続されて噴射用ガスの流路となる噴射用ガス管１６０と、噴射用ガス管１６０の途中に設けられた第２開閉部１７０とを含む。噴射用ガス供給系は、噴射用ガス管１６０の内部の圧力を測定する圧力計、および、圧力計の下流側に設けられ、噴射用ガス中の不純物を取り除くフィルタをさらに含む。
【００２０】
噴射用ガス管１６０は、必要に応じてヒータなどの加熱器により加熱される。噴射用ガス管１６０を加熱することにより、被洗浄物の汚れの種類および状態に応じて洗浄効果が高まるように噴射用ガスの温度を調整できるとともに被洗浄物が結露することを抑制できる。
【００２１】
第２開閉部１７０は、手動で開閉可能なバルブにて構成されている。ただし、第２開閉部１７０が、自動で開閉可能なバルブにて構成されていてもよい。噴射用ガスとしては、たとえば、ドライエアー、窒素ガス、アルゴンガスまたは炭酸ガスなど、炭酸ガスに対して不活性なガスを用いることができる。
【００２２】
混合部１８０は、液化炭酸ガス管１２０の先端、噴射用ガス管１６０の先端およびノズル１９０の後端の各々と、気密に接続されている。混合部１８０は、円筒状の形状を有している。混合部１８０の先端側の内面は、ノズル１９０の後端側の内面と連続している。すなわち、混合部１８０の先端側の内径は、ノズル１９０の後述する大径部の内径と略同じである。
【００２３】
図２は、本発明の実施形態１に係るドライアイススノー洗浄装置のノズルの構造を示す断面図である。図２に示すように、本発明の実施形態１に係るドライアイススノー洗浄装置１００のノズル１９０は、ノズル１９０の軸方向に沿って順に位置する、大径部１９０ａ、縮径部１９０ｂおよび拡径部１９０ｃを含む。
【００２４】
大径部１９０ａは、混合部１８０と接続されて一定の内径Ｄ1を有する。大径部１９０ａの内周面１９１は、横断面にて円形である。すなわち、大径部１９０ａは、円筒状の形状を有している。
【００２５】
縮径部１９０ｂは、大径部１９０ａと接続されて大径部１９０ａから離れるに従って内径が縮小しており、拡径部１９０ｃとの境界に位置する最小径部１９３を含む。最小径部１９３の内径ｄ1は、ノズル１９０全体において最も小さい。
【００２６】
縮径部１９０ｂの内周面１９２は、横断面にて円形であり、縦断面にて、最小径部１９３から大径部１９０ａに向かって、ノズル１９０の軸方向に平行な長軸を有する仮想楕円Ｃ1の弧に沿って湾曲している。仮想楕円Ｃ1のノズルの軸方向の軸の長さＡは、仮想楕円Ｃ1のノズルの径方向の軸の長さＢより長い(Ａ＞Ｂ)。仮想楕円Ｃ1は、長径(ノズルの軸方向の軸の長さＡ)が短径(ノズルの径方向の軸の長さＢ)に比較して１．１倍以上であることが好ましい。
【００２７】
本実施形態においては、縮径部１９０ｂの内周面１９２が、縦断面にて、最小径部１９３から大径部１９０ａに達するまで、仮想楕円Ｃ1の弧に沿って湾曲している。仮想楕円Ｃ1の長軸は、大径部１９０ａの内周面１９１の延長上に位置している。仮想楕円Ｃ1の短軸上に、最小径部１９３が位置している。
【００２８】
拡径部１９０ｃは、縮径部１９０ｂと接続されて縮径部１９０ｂから離れるに従って一定の割合で内径が拡大しており、拡径部１９０ｃの先端が、ノズル１９０の噴射口１９５である。噴射口１９５の内径ｄ2は、最小径部１９３の内径ｄ1より大きく、大径部１９０ａの内径Ｄ1より小さい。大径部１９０ａの内径Ｄ1が、最小径部１９３の内径ｄ1の２．３倍以上４．６倍以下であることが好ましい。
【００２９】
以下、本発明の実施形態１に係るドライアイススノー洗浄装置１００の動作について説明する。まず、液化炭酸ガス供給系においては、液化炭酸ガス貯蔵容器１１０から液化炭酸ガス管１２０内に液化炭酸ガスを流入させる。液化炭酸ガス管１２０に設けられた圧力計によって、液化炭酸ガス管１２０内の液化炭酸ガスの圧力が測定される。
【００３０】
次に、第１開閉部１３０が開いて、液化炭酸ガス管１２０内の液化炭酸ガスは、絞り部１４０を通過する。絞り部１４０を通過した液化炭酸ガスは、断熱膨張して冷却される。その結果、ドライアイススノーが生成される。ドライアイススノーを含む炭酸ガスは、混合部１８０の内部に流入する。
【００３１】
噴射用ガス供給系においては、噴射用ガス供給源１５０から噴射用ガス管１６０内に噴射用ガスを流入させる。噴射用ガス管１６０に設けられた圧力計によって、噴射用ガス管１６０内の噴射用ガスの圧力が測定される。次に、第２開閉部１７０が開いて、噴射用ガス管１６０内の噴射用ガスは、混合部１８０の内部に流入する。
【００３２】
混合部１８０において、ドライアイススノーを含む炭酸ガスと噴射用ガスとは混合されて混合ガスになる。混合部１８０にて生成された混合ガスは、ノズル１９０の大径部１９０ａの内部に流入する。
【００３３】
大径部１９０ａの内部に流入したある一定以上の圧力を有する混合ガスは、縮径部１９０ｂを通過する際に加速され、最小径部１９３を通過する時には流速が音速になり、拡径部１９０ｃを通過する際にさらに加速され、噴射口１９５から噴射される時には流速が超音速になっている。このように、大径部１９０ａの内部に流入した際の混合ガスの圧力は、混合ガスが最小径部１９３を通過する時に、流速が音速となる圧力であればよい。噴射口１９５から噴射された混合ガスを被洗浄物に噴き付けることにより、被洗浄物を洗浄することができる。
【００３４】
本実施形態に係るドライアイススノー洗浄装置１００のノズル１９０においては、縮径部１９０ｂの内周面１９２が、縦断面にて、最小径部１９３から大径部１９０ａに向かって、ノズル１９０の軸方向に平行な長軸を有する仮想楕円Ｃ1の弧に沿って湾曲しているため、最小径部１９３が角張っておらず滑らかに接続されている。
【００３５】
これにより、混合ガスが縮径部１９０ｂから拡径部１９０ｃに流入する際に、ドライアイススノーが最小径部１９３にて詰まることを抑制することができる。その結果、ノズル１９０からドライアイススノーを安定して噴き付けられるとともに、噴射速度を超音速に維持することができる。よって、ドライアイススノー洗浄装置１００において安定して高い洗浄能力を得ることができる。なお、大径部１９０ａの内部に流入した際の混合ガスの圧力を、炭酸ガスの三重点圧力以上とすることにより、ノズル１９０からドライアイススノーをさらに安定して噴射することができる。
【００３６】
ここで、ノズルの構造が互いに異なるドライアイススノー洗浄装置の洗浄能力を比較した実験例について説明する。
【００３７】
(実験例１)
実験例１においては、実施例１に係るノズル１９０、比較例１に係るノズル８９０および比較例２に係るノズル９９０をそれぞれ有する３種類のノズルドライアイススノー洗浄装置について実験した。実施例１に係るノズル１９０は、実施形態１に係るドライアイススノー洗浄装置１００のノズル１９０と同様の構造を有する。
【００３８】
図３は、比較例１に係るドライアイススノー洗浄装置のノズルの構造を示す断面図である。図４は、比較例２に係るドライアイススノー洗浄装置のノズルの構造を示す断面図である。
【００３９】
図３に示すように、比較例１に係るドライアイススノー洗浄装置のノズル８９０は、ノズル８９０の軸方向に沿って順に位置する、大径部８９０ａ、縮径部８９０ｂおよび拡径部８９０ｃを含む。
【００４０】
大径部８９０ａは、混合部１８０と接続されて一定の内径Ｄ81を有する。大径部８９０ａの内周面８９１は、横断面にて円形である。すなわち、大径部８９０ａは、円筒状の形状を有している。
【００４１】
縮径部８９０ｂは、大径部８９０ａと接続されて大径部８９０ａから離れるに従って内径が縮小しており、拡径部８９０ｃとの境界に位置する最小径部８９３を含む。最小径部８９３の内径ｄ81は、ノズル８９０全体において最も小さい。縮径部８９０ｂの内周面８９２は、横断面にて円形である。縮径部８９０ｂは、大径部８９０ａから離れるに従って一定の割合で内径が縮小している。
【００４２】
拡径部８９０ｃは、縮径部８９０ｂと接続されて縮径部８９０ｂから離れるに従って一定の割合で内径が拡大しており、拡径部８９０ｃの先端が、ノズル８９０の噴射口８９５である。噴射口８９５の内径ｄ82は、最小径部８９３の内径ｄ81より大きく、大径部８９０ａの内径Ｄ81より小さい。
【００４３】
図４に示すように、比較例２に係るドライアイススノー洗浄装置のノズル９９０は、噴射用ガスが流れる外管の内側に、炭酸ガスが流れる内管が設けられた、同軸２重管構造を有している。外管は、円筒状の形状を有している。外管の内周面９９１は、横断面にて円形である。内管は、円筒状の形状を有している。内管の内周面９９２は、横断面にて円形である。
【００４４】
内管の先端は、外管の内部に位置し、ドライアイススノーを含む炭酸ガスを噴射する噴射口９９３である。外管の先端が、ノズル９９０の噴射口９９４である。噴射口９９３から噴射されたドライアイススノーを含む炭酸ガス、および、外管の内周面９９１と内管の外周面との間を通過した噴射用ガスが、噴射口９９４から噴射される。
【００４５】
実施例１、比較例１および比較例２の各々に係るドライアイススノー洗浄装置において、共通の洗浄条件として、液化炭酸ガス貯蔵容器における液化炭酸ガスの充填圧力を６ＭＰａ、液化炭酸ガス管における液化炭酸ガスの流量を７ｋｇ／ｈ、ノズルから噴射される噴射用ガスの噴射圧力を０．５ＭＰａとした。また、ノズルの先端と被洗浄物との距離を５０ｍｍ、ノズルの中心軸と被洗浄物の洗浄面とが互いに垂直になるようにノズルを位置させ、噴射時間(洗浄時間)を３０秒とした。
【００４６】
実施例１および比較例１の各々におけるノズル１９０，８９０においては、大径部の内径Ｄ1＝Ｄ81＝１０．７ｍｍ、最小径部の内径ｄ1＝ｄ81＝３．２ｍｍ、噴射口の内径ｄ2＝ｄ82＝３．８ｍｍとした。実施例１におけるノズル１９０においては、縮径部１９０ｂの内周面１９２が沿う仮想楕円Ｃ1の長径(ノズルの軸方向の軸の長さＡ)を７．５ｍｍ、仮想楕円Ｃ1の短径(ノズルの径方向の軸の長さＢ)を６．０ｍｍとした。比較例２におけるノズル８９０においては、縮径部８９０ｂの内周面８９２の縮径率(径方向／軸方向)を１．４とした。比較例２におけるノズル９９０においては、内管の噴射口９９３の内径を１．６ｍｍ、噴射口９９４の内径を３．９ｍｍとした。
【００４７】
被洗浄物としては、グラファイト基板と、塗料が焼き付け塗布されたスチール缶とを用いた。グラファイト基板を洗浄する際は、ノズルの位置をグラファイト基板に対して移動させずに洗浄した。スチール缶を洗浄する際は、スチール缶の表面を一定速度で走査するようにノズルを移動させて洗浄した。
【００４８】
洗浄能力の評価として、実施例１、比較例１および比較例２の各々に係るドライアイススノー洗浄装置にて洗浄後のグラファイト基板の削れた深さをデジタルマイクロメータを用いて計測した。また、実施例１、比較例１および比較例２の各々に係るドライアイススノー洗浄装置にて洗浄後のスチール缶の塗料が除去された面積(幅×長さ)をノギスを用いて計測した。
【００４９】
図５は、実験例１の結果をまとめたグラフである。図５においては、縦軸に、グラファイト基板の削れた深さ(ｍｍ)、および、スチール缶の塗料が除去された面積(ｍｍ2)、横軸にサンプル名を示している。
【００５０】
図５に示すように、実施例１に係るドライアイススノー洗浄装置においては、グラファイト基板の削れた深さが４０ｍｍ、スチール缶の塗料が除去された面積が６０ｍｍ2であった。比較例１に係るドライアイススノー洗浄装置においては、グラファイト基板の削れた深さが５ｍｍ、スチール缶の塗料が除去された面積が０ｍｍ2であった。比較例２に係るドライアイススノー洗浄装置においては、グラファイト基板の削れた深さが４ｍｍ、スチール缶の塗料が除去された面積が０ｍｍ2であった。
【００５１】
比較例１に係るドライアイススノー洗浄装置においては、ドライアイススノーがノズル８９０内で詰まり、ドライアイススノーの噴射が不安定となるとともに噴射速度が低下したため、ドライアイススノー洗浄装置の洗浄能力が低下した。比較例２に係るドライアイススノー洗浄装置においては、ドライアイススノーの噴射速度が低く、ドライアイススノー洗浄装置の洗浄能力が低かった。
【００５２】
実施例１に係るドライアイススノー洗浄装置においては、ドライアイススノーがノズル１９０内で詰まることがなく、安定して高速でドライアイススノーを噴射することができた。上記の実験例１の結果から、実施例１に係るドライアイススノー洗浄装置は、安定して高い洗浄能力を得られることが確認できた。
【００５３】
次に、ノズルの縮径部の内周面が沿う仮想楕円の形状が互いに異なるドライアイススノー洗浄装置の洗浄能力を比較した実験例について説明する。
【００５４】
(実験例２)
実験例１においては、実施例１に係るノズル１９０、比較例３に係るノズルおよび比較例４に係るノズルをそれぞれ有する３種類のノズルドライアイススノー洗浄装置について実験した。
【００５５】
比較例３に係るノズルにおいては、ノズルの縮径部の内周面が沿う仮想楕円を円(Ａ＝Ｂ)とし、大径部の内径、最小径部の内径および噴射口の内径の各々は、実施例１に係るノズル１９０と同一寸法とした。
【００５６】
比較例４に係るノズルにおいては、縮径部の内周面が、縦断面にて、最小径部から大径部に向かって、ノズルの軸方向に平行な短径を有する仮想楕円の弧に沿って湾曲している。すなわち、比較例４に係るノズルにおいては、仮想楕円のノズルの軸方向の軸の長さＡが、ノズルの径方向の軸の長さＢより短い(Ａ＜Ｂ)。比較例４に係るノズルにおいては、大径部の内径、最小径部の内径および噴射口の内径の各々は、実施例１に係るノズル１９０と同一寸法とした。
【００５７】
実施例１、比較例３および比較例４の各々に係るドライアイススノー洗浄装置において、共通の洗浄条件として、実験例１と同様に、液化炭酸ガス貯蔵容器における液化炭酸ガスの充填圧力を６ＭＰａ、液化炭酸ガス管における液化炭酸ガスの流量を７ｋｇ／ｈ、ノズルから噴射される噴射用ガスの噴射圧力を０．５ＭＰａとした。また、ノズルの先端と被洗浄物との距離を５０ｍｍ、ノズルの中心軸と被洗浄物の洗浄面とが互いに垂直になるようにノズルを位置させ、噴射時間(洗浄時間)を３０秒とした。
【００５８】
比較例３に係るノズルにおいては、縮径部の内周面が沿う仮想楕円のノズルの軸方向の軸の長さＡおよびノズルの径方向の軸の長さＢをともに６．０ｍｍとした。比較例４に係るノズルにおいては、縮径部の内周面が沿う仮想楕円のノズルの軸方向の軸の長さＡを４．５ｍｍ、仮想楕円のノズルの径方向の軸の長さＢを６．０ｍｍとした。
【００５９】
被洗浄物としては、実験例１と同様に、グラファイト基板と、塗料が焼き付け塗布されたスチール缶とを用いた。グラファイト基板を洗浄する際は、ノズルの位置をグラファイト基板に対して移動させずに洗浄した。スチール缶を洗浄する際は、スチール缶の表面を一定速度で走査するようにノズルを移動させて洗浄した。
【００６０】
洗浄能力の評価として実験例１と同様に、実施例１、比較例３および比較例４の各々に係るドライアイススノー洗浄装置にて洗浄後のグラファイト基板の削れた深さをデジタルマイクロメータを用いて計測した。また、実施例１、比較例３および比較例４の各々に係るドライアイススノー洗浄装置にて洗浄後のスチール缶の塗料が除去された面積(幅×長さ)をノギスを用いて計測した。
【００６１】
図６は、実験例２の結果をまとめたグラフである。図６においては、縦軸に、グラファイト基板の削れた深さ(ｍｍ)、および、スチール缶の塗料が除去された面積(ｍｍ2)、横軸にサンプル名を示している。
【００６２】
図６に示すように、比較例３に係るドライアイススノー洗浄装置においては、グラファイト基板の削れた深さが１２ｍｍ、スチール缶の塗料が除去された面積が２４ｍｍ2であった。比較例４に係るドライアイススノー洗浄装置においては、グラファイト基板の削れた深さが１１ｍｍ、スチール缶の塗料が除去された面積が９ｍｍ2であった。
【００６３】
比較例３および比較例４の各々に係るドライアイススノー洗浄装置においては、縮径部の内周面とドライアイススノーとの流動抵抗が大きいため、ドライアイススノーの噴射速度が低下し、ドライアイススノー洗浄装置の洗浄能力が低下した。
【００６４】
実施例１に係るドライアイススノー洗浄装置は、縮径部１９０ｂの内周面１９２が、縦断面にて、最小径部１９３から大径部１９０ａに向かって、ノズル１９０の軸方向に平行な長軸を有する仮想楕円Ｃ1の弧に沿って湾曲していることにより、縮径部１９０ｂの内周面１９２とドライアイススノーとの流動抵抗を低減して、高速でドライアイススノーを噴射することができた。
【００６５】
上記の実験例２の結果から、実施例１に係るドライアイススノー洗浄装置は、安定して高い洗浄能力を得られることが確認できた。上記の効果を安定して得るために、仮想楕円Ｃ1は、長径(ノズルの軸方向の軸の長さＡ)が短径(ノズルの径方向の軸の長さＢ)に比較して１．１倍以上であることが好ましい。
【００６６】
なお、縮径部１９０ｂとの接触長さが長くなってドライアイススノーが気化することを抑制するために、仮想楕円Ｃ1は、長径(ノズルの軸方向の軸の長さＡ)が短径(ノズルの径方向の軸の長さＢ)に比較して３．０倍以下であることが好ましい。
【００６７】
また、大径部１９０ａの内径Ｄ1が、最小径部１９３の内径ｄ1の２．３倍以上４．６倍以下であることが好ましい。この範囲においては、絞り部１４０を通過して生成されたドライアイススノーを、大径部１９０ａにてある程度の大きさまで粒成長させた後、縮径部１９０ｂにて押し固めて粒径を小さくすることによってある程度の硬度まで硬くすることができる。その結果、ドライアイススノーが最小径部１９３にて詰まることを抑制しつつ、ドライアイススノーを噴き付けた際の衝撃力を高めて、ドライアイススノー洗浄装置１００の洗浄能力を向上することができる。
【００６８】
仮に、大径部１９０ａの内径Ｄ1が、最小径部１９３の内径ｄ1の２．２倍以下である場合、絞り部１４０を通過して生成されたドライアイススノーの粒成長の度合いが低いため、縮径部１９０ｂにてドライアイススノーを押し固めて硬くすることができない。
【００６９】
仮に、大径部１９０ａの内径Ｄ1が、最小径部１９３の内径ｄ1の４．７倍以上である場合、絞り部１４０を通過して生成されたドライアイススノーの粒成長の度合いが大きすぎるため、洗浄に不適となる。
【００７０】
以下、本発明の実施形態２に係るドライアイススノー洗浄装置について説明する。なお、本発明の実施形態２に係るドライアイススノー洗浄装置は、ノズルの縮径部の形状のみ実施形態１に係るドライアイススノー洗浄装置と異なるため、他の構成については説明を繰り返さない。
【００７１】
(実施形態２)
図７は、本発明の実施形態２に係るドライアイススノー洗浄装置のノズルの構造を示す断面図である。図７に示すように、本発明の実施形態２に係るドライアイススノー洗浄装置のノズル２９０は、ノズル２９０の軸方向に沿って順に位置する、大径部２９０ａ、縮径部２９０ｂおよび拡径部２９０ｃを含む。
【００７２】
大径部２９０ａは、混合部１８０と接続されて一定の内径Ｄ21を有する。大径部２９０ａの内周面２９１は、横断面にて円形である。すなわち、大径部２９０ａは、円筒状の形状を有している。
【００７３】
縮径部２９０ｂは、大径部２９０ａと接続されて大径部２９０ａから離れるに従って内径が縮小しており、拡径部２９０ｃとの境界に位置する最小径部２９３を含む。最小径部２９３の内径ｄ21は、ノズル２９０全体において最も小さい。
【００７４】
縮径部２９０ｂの内周面２９２は、横断面にて円形であり、縦断面にて、最小径部２９３から大径部２９０ａに向かって、ノズル２９０の軸方向に平行な長軸を有する仮想楕円Ｃ21の弧に沿って湾曲している。仮想楕円Ｃ21のノズルの軸方向の軸の長さａは、仮想楕円Ｃ21のノズルの径方向の軸の長さｂより長い(ａ＞ｂ)。
【００７５】
本実施形態においては、縮径部２９０ｂの内周面２９２が、縦断面にて、最小径部２９３から大径部２９０ａに向かって仮想楕円Ｃ21の弧に沿って湾曲し、さらに仮想楕円Ｃ21および大径部２９０ａの各々に接する仮想円Ｃ22の弧に沿って湾曲して大径部２９０ａに達している。すなわち、縮径部２９０ｂの内周面２９２は、半径ｒの仮想円Ｃ22の弧に沿う第１内周面２９２ａと、仮想楕円Ｃ21の弧に沿う第２内周面２９２ｂとから構成されている。仮想楕円Ｃ21の短軸上に、最小径部２９３が位置している。
【００７６】
拡径部２９０ｃは、縮径部２９０ｂと接続されて縮径部２９０ｂから離れるに従って一定の割合で内径が拡大しており、拡径部２９０ｃの先端が、ノズル２９０の噴射口２９５である。噴射口２９５の内径ｄ22は、最小径部２９３の内径ｄ21より大きく、大径部２９０ａの内径Ｄ21より小さい。
【００７７】
本実施形態に係るドライアイススノー洗浄装置のノズル２９０においても、縮径部２９０ｂの内周面２９２が、縦断面にて、最小径部２９３から大径部２９０ａに向かって、ノズル２９０の軸方向に平行な長軸を有する仮想楕円Ｃ21の弧に沿って湾曲しているため、最小径部２９３が角張っていない。
【００７８】
これにより、混合ガスが縮径部２９０ｂから拡径部２９０ｃに流入する際に、ドライアイススノーが最小径部２９３にて詰まることを抑制することができる。その結果、ノズル２９０からドライアイススノーを安定して噴き付けられるとともに、噴射速度を超音速に維持することができる。よって、本実施形態に係るドライアイススノー洗浄装置において安定して高い洗浄能力を得ることができる。
【００７９】
なお、縮径部２９０ｂの内周面２９２が、縦断面にて、最小径部２９３から大径部２９０ａに向かって仮想楕円Ｃ21の弧に沿って湾曲し、さらに仮想楕円Ｃ21および大径部２９０ａの各々に接する仮想楕円の弧に沿って湾曲して大径部２９０ａに達していてもよい。この場合、仮想楕円Ｃ21および大径部２９０ａの各々に接する仮想楕円の長軸が、ノズル２９０の軸方向に平行であることが好ましい。この場合、縮径部２９０ｂの内周面２９２とドライアイススノーとの流動抵抗を低減して、高速でドライアイススノーを噴射することができる。
【００８０】
以下、本発明の実施形態３に係るドライアイススノー洗浄装置について説明する。なお、本発明の実施形態３に係るドライアイススノー洗浄装置は、混合部の構造のみ実施形態１に係るドライアイススノー洗浄装置と異なるため、他の構成については説明を繰り返さない。
【００８１】
(実施形態３)
図８は、本発明の実施形態３に係るドライアイススノー洗浄装置の混合部の構造を示す断面図である。図９は、図８の混合部をＩＸ−ＩＸ線矢印印方向から見た図である。図８，９に示すように、本発明の実施形態３に係るドライアイススノー洗浄装置は、混合部３８０において、ドライアイススノーが螺旋状に流動するように、液化炭酸ガス供給系が噴射用ガス供給系に対して偏心した状態で接続されている。
【００８２】
具体的には、縦断面にて、噴射用ガス管３６０とノズル１９０とが同軸配置され、横断面にて、液化炭酸ガス管３２０の中心軸が噴射用ガス管３６０の中心軸に対して偏心している。すなわち、横断面にて、噴射用ガス管３６０の中心軸に直交する軸に対して、液化炭酸ガス管３２０の中心軸がずれている。
【００８３】
その結果、液化炭酸ガス管３２０の絞り部を通過して生成されたドライアイススノー１１は、混合部３８０にて噴射用ガス管３６０から流入した噴射用ガス１５と混合された際に、遠心力３１によって噴射用ガス管３６０の内周面に沿って矢印３０で示すように螺旋状に流動しながら凝集した状態でノズル１９０の内部に流入する。
【００８４】
ノズル１９０から噴射されたドライアイススノーは凝集して粒径が大きくなるとともに硬くなっているため、被洗浄物から汚れを剥離させる能力が高くなっている。これにより、ドライアイススノー洗浄装置の洗浄能力を向上することができる。
【００８５】
本実施形態に係るドライアイススノー洗浄装置において、混合部３８０以外の構成を実施例１に係るドライアイススノー洗浄装置と同様にして、実験例１と同様の実験をした結果、スチール缶の塗料が除去された面積が１６５ｍｍ2であった。なお、実施例１に係るドライアイススノー洗浄装置の混合部１８０は、横断面にて、液化炭酸ガス管１２０の中心軸が噴射用ガス管１６０の中心軸に対して偏心していない。この実験結果から、本実施形態に係るドライアイススノー洗浄装置は、高い洗浄能力を有することが確認できた。
【００８６】
上記の各実施形態の構成において、組み合わせ可能な構成を適宜組み合わせてもよい。上記のドライアイススノー洗浄装置は、樹脂加工製品、ゴム製品、電子機器、ガラス製品、印刷機器、プリンテッドエレクトロニクス分野の部品または装置などに付着した、バリ、油(有機物)、パーティクル(粉)、スケール、錆(酸化膜)、離型剤、接着剤などの除去、および、グラファイト(炭素)製品などの研磨加工に対して、有効な洗浄加工能力を有している。
【００８７】
なお、今回開示した上記実施形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【符号の説明】
【００８８】
１１  ドライアイススノー、１５  噴射用ガス、３１  遠心力、１００  ドライアイススノー洗浄装置、１１０  液化炭酸ガス貯蔵容器、１２０，３２０  液化炭酸ガス管、１３０  第１開閉部、１４０  絞り部、１５０  噴射用ガス供給源、１６０，３６０  噴射用ガス管、１７０  第２開閉部、１８０，３８０  混合部、１９０，２９０，８９０，９９０  ノズル、１９０ａ，２９０ａ，８９０ａ  大径部、１９０ｂ，２９０ｂ，８９０ｂ  縮径部、１９０ｃ，２９０ｃ，８９０ｃ  拡径部、１９１，１９２，２９１，２９２，８９１，８９２，９９１，９９２  内周面、１９３，２９３，８９３  最小径部、１９５，２９５，８９５，９９３，９９４  噴射口、２９２ａ  第１内周面、２９２ｂ  第２内周面、Ｃ1，Ｃ21  仮想楕円、Ｃ22  仮想円。
【図１】
0006338515.tif 000002
【図２】
0006338515.tif 000003
【図３】
0006338515.tif 000004
【図４】
0006338515.tif 000005
【図５】
0006338515.tif 000006
【図６】
0006338515.tif 000007
【図７】
0006338515.tif 000008
【図８】
0006338515.tif 000009
【図９】
0006338515.tif 000010