(57)【要約】      （修正有）【課題】噴射ガス圧を低くしつつ洗浄能力が維持できる構造とすることで、壊れ易い洗浄対象物への対応が可能なドライアイス洗浄装置を提供する。【解決手段】炭酸ガス用水平孔部１１に液化炭酸ガスを供給する液化炭酸ガスボンベ２と、噴射ガス用水平孔部１２に噴射用ガスを供給する噴射用ガスボンベ３とを接続し、ハウジング本体１０内に、各ガスを混合して混合ガスを生成する混合部２０と、混合部と接続して混合ガスを噴射するノズル３０と、を備えたドライアイス洗浄装置において、ノズルをラバールノズル形状とするとともに、混合部は、炭酸ガス用水平孔部に連通する調整室２１と、調整室の下面と噴射ガス用水平孔部の上面とを連結する連通部２２と、連通部の開口を調整する調整弁２３を備え、炭酸ガス用水平孔部内が液化炭酸ガスで充填されるように液化状態で供給される。【選択図】図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
本体に設けた炭酸ガス用水平孔部に液化炭酸ガスを供給する液化炭酸ガス供給手段と、本体に設けた噴射ガス用水平孔部に噴射用ガスを供給する噴射用ガス供給手段とを接続し、前記ハウジング内に、前記各ガスを混合して混合ガスを生成する混合部と、前記混合部と接続して前記混合ガスを噴射するノズルと、を備えたドライアイス洗浄装置において、
前記ノズルをラバールノズル形状とするとともに、
前記混合部は、前記炭酸ガス用水平孔部に連通する調整室と、前記調整室下面と噴射ガス用水平孔部上面とを連結する連通部と、前記連通部の開口を調整する調整弁とを備え、
前記炭酸ガス用水平孔部内が液化炭酸ガスで充填されるように液化状態で供給される
ことを特徴とするドライアイス洗浄装置。
【請求項２】
前記炭酸ガス用水平孔部への液化状態での供給は、前記液化炭酸ガス供給手段から段階的に細径となる複数配管を接続することで実現する請求項１に記載のドライアイス洗浄装置。
【請求項３】
前記ノズルのラバールノズル形状は、
前記混合部に連通してテーパー状に内径が徐々に小さくなる絞り部と、
前記絞り部に連通する同一径で形成された噴射部と、
前記噴射部に連通してテーパー状に内径が徐々に大きくなる拡大部と、
を備えた請求項１に記載のドライアイス洗浄装置。
【請求項４】
前記絞り部より前記拡大部のテーパー状が急峻である請求項３に記載のドライアイス洗浄装置。
【請求項５】
前記ノズルの内面を電解研磨処理する請求項１に記載のドライアイス洗浄装置。
【請求項６】
前記噴射用ガス供給手段から前記噴射ガス用水平孔部に導く配管途中に加温手段を設けた請求項１に記載のドライアイス洗浄装置。
【請求項７】
前記液化炭酸ガスの供給流量が７ｋｇ／ｈ以下である請求項１に記載のドライアイス洗浄装置。
【請求項８】
前記ノズルからの噴射圧が０．１８〜０．２２ＭＰａである請求項１に記載のドライアイス洗浄装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、液化炭酸ガスを原料としたドライアイスを洗浄物に衝突させて汚染を除去するドライアイス洗浄装置に関し、特に、薄くて壊れ易い洗浄対象物に対しても使用可能とするとともに、ドライアイス洗浄装置に対して液化炭酸ガスが充填されたガスボンベを使用する場合に、ガスボンベ内の液化炭酸ガスを有効に消費させるための構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、社会環境問題に配慮するに従い、工業製品で使用されていた洗浄剤、例えば、炭化水素系洗浄剤や、強酸性、強アルカリ性等の工業用洗浄剤の使用が禁止、或いは厳しい管理が要求されるようになってきている。
このような状況下において、環境負荷が少ない液化炭酸ガスを原料としたドライアイスを洗浄物に衝突させて汚染を除去する洗浄装置が注目されている。
【０００３】
従来、この種の装置では、固形化したドライアイスをペレット状にしたものを、乾燥空気や窒素ガスを０．５ＭＰａ以上の高圧力の流路に放出し、洗浄物に衝突させることで汚染物を削り取る方法と、液化炭酸ガスをその状態のままノズルの先端から放出することで微細なドライアイスを形成し、キャリアガスで洗浄物に衝突させることで汚染物を削り取る方法とが存在する。後者の方法は、前者と同様に、０．５ＭＰａ以上の高圧力のキャリアガスを用いたり、炭酸ガス流量を大量（例えば、９ｋｇ／ｈ以上の量）に使用する場合が多い。
【０００４】
上述したドライアイス洗浄装置は、０．５ＭＰａ以上の高圧力のキャリアガスを使用するので、洗浄対象物が薄くて壊れ易いもの、例えば半導体で使用するウエハー等へ使用する場合は、洗浄対象物を破損する可能性が高いという課題が存在した。
【０００５】
また、炭酸ガスの使用量が多い場合は、ノズル先端からのドライアイスの放出状態を良好に保つため、多くの残量が残った状態で液化炭酸ガスを供給するガスボンベの交換が必要となり、大幅なコスト高を招くという課題があった。
【０００６】
特許文献１には、液化炭酸ガス供給系と、噴射用ガス（キャリアガス）供給系と、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、混合ガスを噴射するノズルとを備え、前記ノズルの構造を工夫することで安定した洗浄能力を発揮できるドライアイススノー洗浄装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第６３３８５１５号公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に開示されたドライアイススノー洗浄装置によれば、液化炭酸ガスの流量が７ｋｇ／ｈ、噴射ガス圧が０．５ＭＰａと記載され、壊れ易い洗浄対象物に適した洗浄装置ではなかった。
【０００９】
本考案は上記実情に鑑みて提案されたもので、噴射ガス圧を低くしつつ洗浄能力が維持できる構造とすることで、壊れ易い洗浄対象物への対応が可能なドライアイス洗浄装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため本考案は、本体（ハウジング本体１０）に設けた炭酸ガス用水平孔部（１１）に液化炭酸ガスを供給する液化炭酸ガス供給手段（液化炭酸ガスボンベ２）と、本体（ハウジング本体１０）に設けた噴射ガス用水平孔部（１２）に噴射用ガスを供給する噴射用ガス供給手段（噴射用ガスボンベ３）とを接続し、前記本体（ハウジング本体１０）内に、前記各ガスを混合して混合ガスを生成する混合部（２０）と、前記混合部（２０）と接続して前記混合ガスを噴射するノズル（３０）を備えたドライアイス洗浄装置において、次の構成を含むことを特徴としている。
前記ノズル（３０）をラバールノズル形状とする。
前記混合部（２０）は、前記炭酸ガス用水平孔部（１１）に連通する調整室（２１）と、前記調整室（２１）下面と噴射ガス用水平孔部（１２）上面とを連結する連通部（２２）と、前記連通部（２２）の開口を調整する調整弁（２３）とを備えるとともに、前記炭酸ガス用水平孔部（１１）内が液化炭酸ガスで充填されるように液化状態で供給される。
【００１１】
請求項２は、請求項１のドライアイス洗浄装置において、
前記炭酸ガス用水平孔部（１１）への液化状態での供給は、前記液化炭酸ガス供給手段（液化炭酸ガスボンベ２）から段階的に細径となる複数の配管（４）を接続することで実現することを特徴としている。
【００１２】
請求項３は、請求項１のドライアイス洗浄装置において、
前記ノズル（３０）のラバールノズル形状は、
前記混合部（２０）に連通してテーパー状に内径が徐々に小さくなる絞り部（３１）と、
前記絞り部（３１）に連通する同一径で形成された噴射部（３２）と、
前記噴射部（３２）に連通してテーパー状に内径が徐々に大きくなる拡大部（３３）と、
を備えたことを特徴としている。
【００１３】
請求項４は、請求項３のドライアイス洗浄装置において、
前記絞り部（３１）より前記拡大部（３３）のテーパー状が急峻であることを特徴としている。
【００１４】
請求項５は、請求項１のドライアイス洗浄装置において、
前記ノズル（３０）の内面を電解研磨処理することを特徴としている。
【００１５】
請求項６は、請求項１のドライアイス洗浄装置において、
前記噴射用ガス供給手段（噴射用ガスボンベ３）から前記噴射ガス用水平孔部（１２）に導く配管（５）の途中に加温手段（加熱器６）を設けたことを特徴としている。
【００１６】
請求項７は、請求項１のドライアイス洗浄装置において、
前記液化炭酸ガスの供給流量が７ｋｇ／ｈ以下であることを特徴としている。
【００１７】
請求項８は、請求項１のドライアイス洗浄装置において、
前記ノズル（３０）からの噴射圧が０．１８〜０．２２ＭＰａであることを特徴としている。
【考案の効果】
【００１８】
請求項１のドライアイス洗浄装置によれば、ノズル（３０）をラバールノズル形状とすることで、噴射用ガスの流速を音速以上にすることができ、噴射圧が低圧（例えば０．２ＭＰａ）の状態での大気放出が可能となり、壊れ易い洗浄対象物に適したドライアイス洗浄装置とすることができる。
また、液化状態の液化炭酸ガスが調整室（２１）から噴射ガス用水平孔部（１２）へほぼ液化状態で放出されるので、０．２ＭＰａ程度の低圧であってもドライアイスは液化状態から変化した直後の粒子が小さい状態でノズル（３０）から噴射させることができる。
【００１９】
請求項２のドライアイス洗浄装置によれば、液化炭酸ガス供給手段（液化炭酸ガスボンベ２）から段階的に細径となる複数配管を接続して液化炭酸ガスを炭酸ガス用水平孔部（１１）に供給することで、調整室（２１）内の液化炭酸ガスを液化状態で維持することができる。
【００２０】
請求項３のドライアイス洗浄装置によれば、絞り部（３１）と噴射部（３２）と拡大部（３３）を形成することで、ノズル（３０）をラバールノズル形状とすることができる。
【００２１】
請求項４のドライアイス洗浄装置によれば、絞り部（３１）より拡大部（３３）のテーパー状を急峻にすることで、ノズル（３０）から大気放出される噴射用ガスの流速を音速以上にすることができる。
【００２２】
請求項５のドライアイス洗浄装置によれば、ノズル（３０）の内面を電解研磨処理することで、表面が平準となり、液化炭酸ガス内の水分や、雰囲気に存在する水分が付着するのを防止し、ノズル（３０）先端が塞がれることを防止することができる。
【００２３】
請求項６のドライアイス洗浄装置によれば、噴射用ガスが供給される配管（５）に加温手段（６）を設けて噴射用ガスを加温することで、洗浄物の表面が結露するのを防ぎ、洗浄効果を向上させることができる。
【００２４】
請求項７のドライアイス洗浄装置によれば、液化炭酸ガスの供給流量を７ｋｇ／ｈ以下とすることで、壊れ易い洗浄対象物に対して良好な洗浄効果を発揮させることができる。
【００２５】
請求項８のドライアイス洗浄装置によれば、ノズル（３０）からの噴射圧を０．１８〜０．２２ＭＰａとすることで、壊れやすいものでも洗浄対象物とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施形態に係るドライアイス洗浄装置の構成を示す模式図である。
【図２】ドライアイス洗浄装置の調整室部分の拡大断面説明図である。
【考案を実施するための形態】
【００２７】
本考案のドライアイス洗浄装置の実施形態の一例について、図１を参照しながら説明する。
ドライアイス洗浄装置１は、ハウジング本体１０に設けた炭酸ガス用水平孔部１１に液化炭酸ガスを供給する液化炭酸ガスボンベ（液化炭酸ガス供給手段）２と、ハウジング本体１０に設けた噴射ガス用水平孔部１２に噴射用ガスを供給する噴射用ガスボンベ（噴射用ガス供給手段）３とを備えて構成されている。炭酸ガス用水平孔部１１及び噴射ガス用水平孔部１２は、ハウジング本体１０内において、水平方向にそれぞれ円筒状に形成されている。
噴射用ガス（キャリアガス）としては、例えば、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。
ハウジング本体１０内には、各ガスを混合して混合ガスを生成する混合部２０と、混合部２０と接続して混合ガスを噴射するノズル３０とを備えている。
【００２８】
混合部２０は、炭酸ガス用水平孔部１１に連通する調整室２１と、調整室２１下面と噴射ガス用水平孔部１２上面とを連結する連通部２２と、連通部２２の開口を調整する調整弁２３とを備えている。調整弁２３は、下端を円錐状に構成し手動（又は自動）操作で連通部２２の上部開口に対して進退させることで、開度を調整して開閉可能なバルブを構成している。
また、炭酸ガス用水平孔部１１内は、液化炭酸ガスで充填されるように液化炭酸ガスボンベ２から液化状態を維持して供給されるようになっている。
【００２９】
すなわち、図２に示すように、調整室２１に対して炭酸ガス用水平孔部１１の開口が臨む最上位置１１ａより少しだけ高い位置まで液状化が維持された液化炭酸ガスが充填されるようになっている。炭酸ガス用水平孔部１１内を液状化が維持された液化炭酸ガスで充填するためには、液化炭酸ガスボンベ２から配管４を介して炭酸ガス用水平孔部１１に液化炭酸ガスを導く場合に、液化炭酸ガスボンベ２から段階的に細径となる複数の配管を接続することで、配管先での圧力の低下を防いで供給される液化炭酸ガスの液状化維持を実現することができる。
【００３０】
液化炭酸ガスボンベ２から供給されたガスは、配管の先に行くほど圧力が低下し気化（ミスト状の気液混合状態）する性質を有しているが、段階的に配管を細く（体積を小さく）していくことで配管内の圧力を高い状態で維持し、雰囲気温度に影響されることなく液体の状態のままの炭酸ガスを噴射口となる連通部２２付近まで流すことが可能となる。
【００３１】
混合部２０では、調整弁２３により開度を調整することで、調整室２１から連通部２２を介してほぼ液化状態で液化炭酸ガスが混合部（チャンバー）２０に放出され、チャンバー内で微細なドライアイスが形成される。
【００３２】
ノズル３０は、テーパー状に内径が徐々に小さくなる絞り部３１と、絞り部３１に連通する噴射部３２と、噴射部３２に連通してテーパー状に内径が徐々に大きくなる拡大部３３を備えることでラバールノズル形状を形成している。混合部２０の先端側の内面は、ノズル３０の絞り部３１の内面と連続している。
すなわち、ノズル３０は、混合部２０に連通してテーパー状に内径が徐々に小さくなる絞り部３１と、絞り部３１に連通する同一径で形成された噴射部３２と、噴射部３２に連通してテーパー状に内径が徐々に大きくなる拡大部３３を備えたラバールノズル形状を形成している。そして、このラバールノズル形状は、絞り部３１より拡大部３３のテーパー状が急峻となるように形成されている。より具体的には、絞り部３１の断面の頂角より、拡大部３３の頂角の方が小さい角度に形成され、噴射部３２に対して絞り部３１より拡大部３３の方が急な斜面となっている。
したがって、噴射ガス用水平孔部１２内における混合部２０より先の部分において、流体の流れに垂直な流路面積が流れにしたがって小さくなった後（絞り部３１）、噴射部３２を通過した後に、流路面積が次第に大きくなることで、キャリアガスを音速にして運動エネルギーをドライアイスに与えることができる。また、拡大部３３の最小面積となるスロートでの速度が音速になると、それ以上流量は流れない。
【００３３】
ノズル３０の絞り部３１，噴射部３２，拡大部３３の内面は、電解研磨処理させることで表面が平準化され、噴射時において、液化炭酸ガス内の水分や、雰囲気に存在する水分がノズル３０に付着するのを防ぐことで、ノズル３０の絞り部３１，噴射部３２，拡大部３３が塞がれることを防止する。
【００３４】
また、噴射用ガスボンベ３から噴射ガス用水平孔部１２に導く配管５の途中にヒータ等の加熱器６による加温手段を設けることで、供給されるキャリアガスを加温することができ、ノズル３０から噴射したガスが洗浄物に衝突するに際して、洗浄物の表面が結露するのを防止して洗浄効果を向上させる。
【００３５】
上述したドライアイス洗浄装置では、炭酸ガス用水平孔部１１に供給される液化炭酸ガスの流量を３〜７ｋｇ／ｈとし、ノズル３０から噴射される噴射圧を０．１８〜０．２２ＭＰａとしている。０．２ＭＰａ程度の低圧の噴射用ガスを使用して流量が少ない状態且つ洗浄効果が発揮できる流量でノズル３０から噴射させることができるので、壊れ易い洗浄対象物（例えば、半導体）の洗浄に使用することができる。
【００３６】
上述したドライアイス洗浄装置の構成によれば、その流路は、炭酸ガス用水平孔部１１から調整室２１まで液化炭酸ガスの状態変化を引き起こす部品を無くすことで、調整室２１から調整弁２３を介してほぼ液化炭酸ガス状態で混合部（チャンバー）２０に放出され、チャンバー内で微細なドライアイスに形成されたものが、０．１８〜０．２２ＰＭａの低圧力の噴射用ガス（キャリアガス）の流れとともにノズル３０の先端の噴射部３３から噴射される。
【００３７】
ノズル３０の先端側がラバールノズル形状に形成されて音速での噴流が得られるので、０．２ＰＭａの低圧な噴射用ガス（キャリアガス）を使用した場合においても、連通部２２から噴射する液体炭酸ガスに十分な運動エネルギーを与えることができる。その結果、微細なドライアイスが洗浄物に衝突した際の衝撃で液化炭酸ガスに再度戻り、洗浄物の汚染物に付着、或いは洗浄物と汚染物との間に入り込むことで、液体炭酸ガスが気化する際に汚染物を同時に剥離させることができる。
【符号の説明】
【００３８】
１…ドライアイス洗浄装置
２…液化炭酸ガスボンベ（液化炭酸ガス供給手段）
３…噴射用ガスボンベ（噴射用ガス供給手段）
４…配管
５…配管
６…加温器（加熱手段）
１０…ハウジング本体（本体）
１１…炭酸ガス用水平孔部
１２…噴射ガス用水平孔部
２０…混合部
２１…調整室
２２…連通部
２３…調整弁
３０…ノズル
３１…絞り部
３２…噴射部
３３…拡大部
【図１】
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【図２】
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