JP2005058899A - ワーラーおよびスプレーノズル - Google Patents

Abstract

【課題】 スプレーノズルの噴射パターンが噴角０°の中心位置における噴射流量を最大とする山形分布を形成するようにする。
【解決手段】 スプレーノズル１０の流路１２ａ内に内嵌され、該流路１２ａの内周面に密嵌される外周縁を有する一対の半円形状平板である羽根１４、１５を中心部を連結させてＸ字状に交差させ、これら羽根１４、１５の間に生じる直径方向の開口２１、２２を通して旋回流を発生させるワーラー１１において、各羽根１４、１５の下流側先端１４ａ、１５ａに連結中心部を通るセンターラインＣより相手側羽根１５、１４の上流側先端部１５ｂ、１４ｂにオーバーラップする突出部１７、１８を設け、突出部１７、１８と相手側羽根１５、１４の上流側先端部１５ｂ、１４ｂとの間で旋回流の流れ方向をガイドする。
【選択図】 図４

Description

本発明は、ワーラーおよび該ワーラーを装着した充円錐型スプレーノズルに関し、特に、ワーラーにより発生させる旋回流により噴霧パターンを噴霧領域中央部の噴霧量を大とした山形分布として、 噴霧領域の外周部へ流れを良くするもので、 プリント配線基板等に用いられる金属の酸化被膜の除去等を行うエッチング工程にてエッチング液の噴射に好適に使用されるものである。

図７に示すように、プリント配線基板等の製造工程では、上下に対向配置された搬送ホイールＷの間で金属板Ｍを挟持しながら搬送すると共に、金属板Ｍから所定の距離の位置に上下配置されたスプレーノズル１からエッチング液を噴射させて、金属板Ｍの酸化被膜等を除去するエッチング工程を行っている。
このようなエッチング工程に用いられるスプレーノズル１は各種提供されており、例えば特開平４−３２６９５６号公報に開示されたスプレーノズル１は、図８に示すように、本体２のワーラー室５に一対の羽根部３ａ、３ｂをＸ形状に交差させたＸ型ワーラー３を内嵌しており、該Ｘ型ワーラー３により誘起された旋回流が噴口室４に流入し、充円錐噴霧を発生させている。

しかしながら、このような典型的な充円錐噴霧パターンのスプレーノズル１では、図９に示すように、エッチング済みの反応性が低下したエッチング液Ｅが金属板Ｍの表面に滞留しやすく、スプレーノズル１から噴射される新たなエッチング液が古液であるエッチング液Ｅ溜りにぶつかって金属板Ｍに直接当たりにくくなり、エッチング性能が低下する問題がある。

上記エッチング液Ｅ溜りは、スプレーノズル１の噴射パターンによる影響があると考えられる。図１０はスプレーノズル１の直交するＸ−Ｙ方向の噴射パターンを中心軸線Ａに対して半分のみを示したもので、噴角の絶対値が大きい両サイドで流量が大きくなる台形分布を示している。このような台形分布を示す噴射パターンの場合、噴角０°の中央部分に噴射されたエッチング液が両サイドに噴射されたエッチング液を押し退けて外方に流れにくく、 かつ、 エッチング液が粘性を有することと併せて金属板Ｍ表面にエッチング液溜りが発生し易くなる。
上記エッチング液溜りの発生を防止するには、噴角０°のノズル直下位置における流量がピークとなる完全なる山形分布の噴射パターンを形成できるスプレーノズルを提供することが望まれる。

また、Ｘ方向とＹ方向とで噴射流量の分布が異なる場合、ノズル１の付け方（ネジの締め付け具合）により分布の方向がその都度変わるため、エッチング条件が毎回同一で行うことができない。そのような問題を回避するためには、スプレーノズル１から噴射されるエッチング液の流量分布を回転方向で均一にすることが望まれる。

特開平４−３２６９５６号公報

本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、スプレーノズル内に装着するワーラーの形状を改良して、中心位置の噴射流量が最大となると共に周方向に均等な流量となる山形分布の噴射パターンを形成可能とすると共に、スプレーノズルの取付位置に関係なく、均一な流量分布を得ることを課題としている。

上記課題を解決するため、本発明は、第１に、先端に噴射孔を有するスプレーノズルの流路内に内嵌され、該流路の内周面に密嵌される外周縁を有する一対の半円形状平板である第１羽根と第２羽根とを中心部を連結させてＸ字状に交差させ、上記第１羽根の上記中心連結部より下流側の先端と第２羽根の上流側部の先端の間に生じる径方向の開口と、上記第２羽根の下流側部先端と第１羽根の上流側部先端の間に生じる径方向の開口を通して旋回流を発生させるワーラーにおいて、
上記各羽根の下流側部の先端に上記連結中心部を通るセンターラインより相手側羽根の上流側の先端部にオーバーラップする突出部を設け、該突出部と上記相手側羽根の上流側先端部との間で上記旋回流をガイドしていることを特徴とするワーラーを提供している。

上記構成とすると、ワーラーを取り付けたスプレーノズルの流路を流れる液体が上記ワーラーの取付位置に達すると、Ｘ字状に交差させた第１羽根および第２羽根の上流面に沿って流れた後に、これら羽根の間に形成された上記直径方向の一対の開口を通過することにより、交差する二方向の流れが誘起されて旋回流が形成される。ここで、第１羽根および第２羽根の下流側先端に設けられた各突出部は、上記連結中心部を通るセンターラインを越えて相手側羽根の上流側先端部にオーバーラップさせてオフセット状に突出しているので、そのラップした各突出部を通過した流路中心方向成分の液流れは流路中心で衝突する。
つまり、各突出部を全くラップさせなかった場合には、各突出部を通過した二方向流れは完全にすれ違うこととなり、旋回流の遠心力により流路中心の流量が低下するが、本発明のように流路中心で衝突する流れを意識的に生成することで流路中心の流量が増大し、噴角０°の中心位置における噴射流量が最大となる山形分布の噴射パターンを形成することができる。

また、２つの突出部はセンターラインを越えて延在させているので、突出部が周方向成分の液流れを規制するガイド区間が長くなり、突出部を通過した周方向成分の液流れの方向性が十分に維持されて、旋回力を強く発生させることができ、ノズル流路内での撹拌性が向上させることができる。その結果、噴射パターンの流量分布のバラツキを低減でき、ノズルから噴射される液体の流量分布を回転方向に均一とすることができる。

上記各突出部の内周側に溝を切り欠き、該溝の外周側面を中心側に向けた傾斜面とし、 該両側の溝を通る液体を流路中央に向けて衝突混合させている。

上記構成とすると、流路中央部を流れる液体は、上記溝を通して略直進すると共に、該溝の外周側面を中心に向けた傾斜面としているため、該傾斜面に沿った液体は流路中心へガイドされ、両側の溝を通る液体が衝突混合しながら直進する。よって、この溝を通る液体と上記外周側から流路中央へと向けられる液体とで流路中心の流量を増大させることができる。また、溝の外周側面が傾斜されていることで、流れの損失を軽減することができ、旋回力が低下することなく均一な流量分布を形成することができる。

上記第１、第２羽根の上流側部の上記突出部に面する対向面を上記傾斜面と略平行に傾斜させ、上記突出部を流れる旋回流を流路中央に向けていることが好ましい。
即ち、第１、第２羽根の上流側部分の下流面を上記溝の外周側面の傾斜面と略平行に傾斜させていることで、溝を通過する液流れが平行にガイドされて流路中心へ向けて損失なくスムーズに導かれる。

上記各羽根の傾斜角度θは、ノズル軸線方向の垂直方向に対して２０°〜３５°としている。２０°未満とすると、スプレーノズルの流路を通過する液体が羽根に強く衝突して損失が大きくなり、スムーズな旋回流が発生しにくくなるからであり、また、３５°を超えると旋回方向への流れの強制力が弱まるからである。

上記各突出部のセンターラインからのオフセット量Ｌ１は、ワーラーの直径の２％〜２０％としている。オフセット量が２％未満だと流れの流路中心成分の衝突があまり起こらずにすれ違う流れとなる一方、２０％を超えると突出部の幅が小さくなって流れの周方向成分の旋回力が弱まり、流量分布にバラツキが発生し易くなるからである。
また、突出部１７、１８の突出量Ｌ２は、ワーラー直径の１５％〜３５％としており、上記溝の幅Ｌ３は上記突出部の突出量Ｌ２の０．５倍〜２倍としている。さらに、上記突出部の幅Ｌ４は、突出量Ｌ２の１倍〜２倍としていると好適である。

本発明は、第２に上記ワーラーを内部流路に内嵌し、 該ワーラーにより発生させる流路中央部への旋回流により、 噴霧パターンが山形分布となる構成としていることを特徴とするスプレーノズルを提供している。

上記スプレーノズルは、プリント配線基板等に用いられる金属である被エッチング材に向けて多数配置され、搬送される被エッチング材にエッチング液を噴射するスプレーノズルとして好適に用いられる。

上記スプレーノズルは、噴角０°の中心位置における噴射流量が最大となる山形分布の噴射パターンを形成するので、上記エッチング液の噴射用に用いれば、被エッチング材に噴射された流量は中心部が最も大きく且つ周辺部が小さいことから、被エッチング材に吹き付けられたエッチング液はスムーズに外部に逃げることができ、エッチング性能を低下させるエッチング液溜りの発生を防止することが可能となる。

以上の説明より明らかなように、本発明によれば、スプレーノズル内部で旋回流を誘起するワーラーのＸ字状に交差された第１羽根および第２羽根の先端にはセンターラインよりオーバーラップしてオフセット状となる突出部を設けているので、２つの突出部を通過した液流の流路中心方向成分がすれ違わずに中心で衝突し、噴角０°の中心位置における噴射流量が最大となる山形分布の噴射パターンを形成できる。よって、このスプレーノズルを用いてエッチング液を噴射することで、被エッチング材に吹き付けられたエッチング液はスムーズに外部に逃げることができ、エッチング液溜りの発生を防止することが可能となる。

本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
実施形態のスプレーノズル１０は、前記図７に示すエッチング工程のエッチング液の噴射用に用いられるものである。
スプレーノズル１０は、図１に示すように、先端に噴射孔１２ｂを有するノズル本体１２の流路１２ａに旋回流発生用のＸ型ワーラー１１を内嵌配置していると共に、ノズル本体１２の後端外周面に刻設されたネジ部１２ｃに、アダプタ１３の先端内周面に刻設されたネジ部１３ｂを螺着し、内部の流路１２ａ、１３ａを連通させている。そして、アダプタ１３後端の小径部１３ｃの外周面に刻設されたネジ部１３ｄをエッチング液供給管（図示せず）に螺着することにより、複数のスプレーノズル１０をエッチング液供給管に固定している。

Ｘ型ワーラー１１は、図２、図３および図４（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、ノズル軸線方向に対して傾斜させた第１羽根１４および第２羽根１５をＸ字状に交差して設けている。第１羽根１４の下流側先端１４ａには第２羽根１５の下流領域に向けて延在する第１突出部１７を設けていると共に、第２羽根１５の下流側先端１５ａには第１羽根１４の下流領域に向けて延在する第２突出部１８を設けている。第１突出部１７および第２突出部１８の流路中心側の内周側には第１溝１９および第２溝２０をそれぞれ切り欠いている。

第１突出部１７および第２突出部１８は、図４（Ｂ）に示すように、第１羽根１４と第２羽根１５の連結中心部を通るセンターラインＣより相手側となる第２羽根部１５および第１羽根部１４の上流側先端部１５ｂ、１４ｂにオーバーラップさせてオフセット状に突出している。第１、第２突出部１７、１８の上流面、即ち、第１溝１９および第２溝２０の外周側面は流路中心側に向けた傾斜面１７ａ、１８ａとしている。
なお、傾斜面１７ａ、１８ａの傾斜角度は、第１、第２羽根１４、１５の下流面の傾斜角度θと同一で平行としている。つまり、対向面となる傾斜面１７ａ、１８ａと第１、第２羽根の下流面とを平行にしている。また、Ｘ型ワーラー１１の上端面の中心にはツマミ部１６を突出させている。

第１、第２羽根１４、１５の傾斜角度θは、ノズル１０軸線方向の垂直方向に対して２７．５°としている。また、図４（Ｂ）に示すように、第１、第２突出部１７、１８のセンターラインＣからのオフセット量Ｌ１は、Ｘ型ワーラー１１の直径の５％としている。第１、第２突出部１７、１８の突出量Ｌ２は、Ｘ型ワーラー１１の直径の２５％としている。また、第１、第２溝部１９、２０の幅Ｌ３は突出量Ｌ２の１．２倍としている。さらに、第１、第２突出部１７、１８の幅Ｌ４は、突出量Ｌ２の１．２倍としている。

次に、Ｘ型ワーラー１１を内嵌したスプレーノズル１０の作用について説明する。
アダプタ１３の小径部１３ｃから流入した液体は、流路１３ａを通ってＸ型ワーラー１１に流入すると、第１羽根１４および第２羽根１５の上流面に沿った二方向の交差した流れが形成される。
この交差流はノズル本体１２の流路１２ａ壁面に規制されて、第１羽根１４と第２羽根１５との間に生じる直径方向の開口２１、２２を通して第１突出部１７および第２突出部１８へと導かれ、図４（Ｂ）に示すように、周方向と中心方向とに向けて流路１２ａに流出される。

ここで、第１突出部１７と第２突出部１８はセンターラインＣをオーバーラップさせてオフセット状に配置されているので、第１突出部１７および第２突出部１８を通過した中心方向成分の液流れは、第１突出部１７および第２突出部１８の傾斜面１７ａ、１８ａに沿って流路中心へとスムーズに流れた後、あまりすれ違うことなく流路中心部で互いに衝突する。したがって、流路１２ａ中心の流量が増大されて、噴射孔１２ｂから噴射される液体の噴角０°の中心位置における噴射流量を大きくすることができる。

また、第１突出部１７および第２突出部１８はセンターラインＣを越えて相手側の第２羽根１５および第１羽根１４の上流側先端部側にまで延在させて周方向に長く形成していることにより、第１、第２突出部１７、１８を通過した周方向成分の液流れの方向性が確実に維持されて、流れの旋回力を強く発生させることができる。よって、ノズル本体１２の流路１２ａ内での撹拌性が向上し、噴射パターンの流量分布のバラツキが低減される。

図６（Ａ）（Ｂ）は本発明のスプレーノズル１０の噴射流量の分布を示し、図５のように充円錐状に噴射されるパターンの直交するＸ−Ｙ方向の各流量分布を表している。なお、流入圧力は０．２〜０．７ＭＰａで、粘度４〜７ｃｐの塩化第２鉄液を４０〜６０℃で噴射している。
これによると、Ｘ方向とＹ方向の両方向において噴角０°の中心部分において噴射流量がピークとなる山形分布を示している。したがって、本発明のスプレーノズル１０を前記図７に示すエッチング工程のエッチング液噴射用のノズルとして用いれば、被エッチング材に噴射された流量は中心部が最も大きく且つ周辺部が小さくなるので、被エッチング材に吹き付けられたエッチング液は被エッチング材の表面でスムーズに放射方向の外部に逃げることができ、エッチング液溜りの発生が防止され、均一なエッチングを行うことができる。

また、Ｘ型ワーラ１１による撹拌性の向上により、Ｘ方向とＹ方向の両方向において流量分布のバラツキがなく且つ同等の分布となっているので、スプレーノズル１０を取り外してメンテナンスした後に、再度、スプレーノズル１０をネジ締めして取り付けた際に、前回と同様の噴射パターンを維持することができる。つまり、締付け具合によりノズル１０の回転方向の向きが変わったとしても、噴射パターンが回転方向に均一であるためメンテナンス毎に同一条件でエッチングを行うことができる。

本発明の実施形態のスプレーノズルの断面図である。 ワーラーの下方斜視図である。 ワーラーの上方斜視図である。 （Ａ）はワーラーの側面図、（Ｂ）は下面図、（Ｃ）は上面図である。 スプレーノズルの噴射を示す概略図である。 （Ａ）はＸ方向の流量分布、（Ｂ）はＹ方向の流量分布である。 エッチング工程を示す図面である。 従来例のスプレーノズルを示す断面図である。 従来の問題点を示す説明図である。 （Ａ）は従来例のＸ方向の流量分布、（Ｂ）はＹ方向の流量分布である。

符号の説明

１０ スプレーノズル
１１ Ｘ型ワーラー
１２ ノズル本体
１２ａ、１３ａ 流路
１２ｂ 噴射孔
１３ アダプタ
１４ 第１羽根
１５ 第２羽根
１６ ツマミ部
１７ 第１突出部
１７ａ、１８ａ 傾斜面
１８ 第２突出部
１９ 第１溝
２０ 第２溝
Ｃ センターライン
Ｅ エッチング液
Ｍ 金属板
Ｗ 搬送ホイール

Claims (5)

1. 先端に噴射孔を有するスプレーノズルの流路内に内嵌され、該流路の内周面に密嵌される外周縁を有する一対の半円形状平板である第１羽根と第２羽根とを中心部を連結させてＸ字状に交差させ、上記第１羽根の上記中心連結部より下流側部の先端と第２羽根の上流側部の先端の間に生じる径方向の開口と、上記第２羽根の下流側部先端と第１羽根の上流側部先端の間に生じる径方向の開口を通して旋回流を発生させるワーラーにおいて、
   上記各羽根の下流側の先端に上記連結中心部を通るセンターラインより相手側羽根の上流側の先端部にオーバーラップする突出部を設け、該突出部と上記相手側羽根の上流側先端部との間で上記旋回流をガイドしていることを特徴とするワーラー。
2. 上記各突出部の内周側に溝を切り欠き、該溝の外周側面を中心側に向けた傾斜面とし、 該両側の溝を通る液体を流路中央に向けて衝突混合させている請求項１に記載のワーラー。
3. 上記第１、第２羽根の上流側部の上記突出部に面する対向面を上記傾斜面と略平行に傾斜させ、上記突出部を流れる旋回流を流路中央に向けている請求項１または請求項２に記載のワーラー。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のワーラーを内部流路に内嵌し、 該ワーラーにより発生させる流路中央部への旋回流により、 噴霧パターンが山形分布となる構成としていることを特徴とするスプレーノズル。
5. プリント配線基板等に用いられる金属である被エッチング材に向けて多数配置され、搬送される被エッチング材にエッチング液を噴射する請求項４に記載のスプレーノズル。

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