1. 二流体ノズルとは
二流体ノズルは、高速エアを利用して液体を破砕し、液滴の粒径を小さくする仕組みを持つノズルです。このプロセスにより、より小さな粒径と高い流量を持つ液体を噴射することが可能となります。
2. 二流体ノズルの特徴
- 液滴の粒径を効果的に減少させ、液体の霧化を強化。
- ガス圧を調整することで液体流量の調整範囲を拡大。
- 高流量スプレーを実現し、衝撃力を大幅に向上。
3. 二流体ノズルの原理
二流体ノズルは、高速エアを用いて液体を微粒化し、表面の清浄度や化学反応効率を向上させる画期的な技術です。たとえば、PCBのエッチング工程では、微細な粒子によるより効果的な反応と広範囲なカバレッジを実現し、従来のノズルに比べて少量の化学薬品で済みます。
しかし、この革新には注意が必要です。ガスと液体の混合により、特に化学薬品を扱う場合、酸化が進みやすく、薬品効果が想定以上に早く低下するリスクがあります。また、細かいスプレーによって薬品の一部が排気ガスとともに逃げる可能性があり、使用量の増加や環境安全のための排気処理が求められます。
二流体ノズルは効率性と精度を提供しますが、その欠点を管理するための慎重な運用が必要です。
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4. ガスと液体の混合方式
( 1 ) 内部混合二流体ノズル
内部混合二流体ノズル
内部混合二流体ノズルは、液体とガスをノズル内部で混合する構造を持つノズルです。この設計により、平均粒径50µm以下の非常に細かい液滴を生成でき、液滴のサイズや分布を精密に制御することが可能です。このタイプのノズルは、高精度と高効率が求められる化学、食品、製薬、印刷業界などで広く使用されています。
( 2 ) 外部混合二流体ノズル
外部混合二流体ノズル
外部混合型二流体ノズルは、液体とガスをノズル外部で混合する構造を持ち、詰まりにくい特性が特徴です。このタイプのノズルの代表的な用途は、塗装ツールとして使用されるスプレーガンです。
スプレーガンは、ノズル、塗料カップ、圧縮空気装置で構成されています。トリガーを引くと、塗料が圧縮空気の流れと混合され、細かい霧状のスプレーとして噴射されます。これにより、均一で高品質な塗装が可能となります。
( 3 ) 内部混合と外部混合二流体ノズルの違い
内部混合ノズルと外部混合ノズルは、ガスと液体の混合方法によって異なり、さまざまな産業で使用されています。
内部混合ノズルは、ガスと液体をノズル内部で混合し、単一の出口から噴射します。このノズルは操作や制御が容易で、高いスプレー精度と均一性を実現できます。しかし、内部での混合のため、詰まりや清掃の手間が発生する可能性があります。
一方、外部混合ノズルは、ガスと液体をノズル外部で混合し、それぞれ別の出口から噴射します。このノズルは高い流量と広いスプレー範囲を提供でき、大きな粒子のコーティングが必要な用途に適しています。ただし、使用時にはエアバブルの発生防止やスプレーの均一性を確保する必要があります。
用途に応じて適切な二流体ノズルを選択することが重要です。内部混合ノズルは精度と均一性が求められる場合に適し、外部混合ノズルは広いカバー範囲と高流量が必要な用途に適しています。最適な性能を維持し、ノズルの寿命を延ばすために、定期的な清掃とメンテナンスが不可欠です。
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5. 二流体ノズルのスプレーパターン
二流体ノズルは、扇形、実心円錐、空洞円錐などさまざまなスプレー形状を提供します。通常、均一な分布と微細な霧化を実現する実心円錐スプレーが主流ですが、適切なノズル構造を設計することで、扇形や空洞円錐スプレーも生成可能です。
二流体スプレーは、特に粒子サイズが小さいため、周囲の環境の影響を受けやすいという特徴があります。そのため、スプレーの形状は、特定の距離で維持されない場合があります。たとえば、空気の流れ、湿度、その他の環境条件が、スプレーの軌道や拡散に影響を与える可能性があります。このため、二流体ノズルを使用する際には、環境条件を考慮し、目的のスプレー形状とカバレッジを達成するためにスプレーのパラメーターを調整することが重要です。
6. 一流体ノズルと二流体ノズルの識別
一流体ノズルと二流体ノズルの主な違いは、その内部構造にあります。一流体ノズルは単一の通路のみを持つのに対し、二流体ノズルはガスと液体のための2つの独立した通路を備えています。この構造の違いが、それぞれの機能性や用途に影響を与えます。
二流体ノズルは、ガスと液体のシールが必要なため、複数の部品で構成されていることが多く、一流体ノズルと比較してコストが高くなる傾向があります。
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7. 二流体ノズルの利点
- 一流体ノズルと比べて、平均粒径50µm以下の細かい霧を生成可能で、低圧（0.1～0.3MPa）での動作が可能。
- スプレーの均一性と安定した分布を実現。
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8. 二流体ノズルの欠点
- 複雑な設計が必要
- 高圧ガスを要する
- 詰まりが発生しやすい
- 精密な加工が求められる
- コストが高い
- 噴霧される液体の粒子が微細であるため、蒸発しやすく、周囲の空気が粒子で飽和状態になる可能性があります。腐食性液体を噴霧する場合、完全に隔離された空間が必要となり、蒸発による液体消費量の増加が避けられません。
9. 二流体ノズルの用途
( 1 ) 二流体エッチング
ウェット式PCB製造において、25μm以下の狭い配線をエッチングする際、二流体ノズルは化学溶液を微細な隙間に供給するために使用されます。このノズルは高速エアを利用してより小さな液滴を生成し、高い流速で噴霧を行い、均一かつ効率的なスプレーを実現します。そのため、二流体ノズルは特定のPCBプロセスで好まれています。
( 2 ) 二流体ノズルによる排気ガス処理の向上
微細な液滴生成が可能な特性を活かし、二流体ノズルは排気ガス処理、特にPM2.5粒子の問題に対処するために広く利用されています。
( 3 ) 二流体ノズルの洗浄用途
高圧装置の使用はコストがかかるため、二流体ノズルは高圧を必要とせずに高いスプレー速度を実現できることから、洗浄用途でよく使用されています。たとえば、印刷業界では、スクリーン洗浄機内でインクを除去するために二流体ノズルが活用されています。
( 4 ) 二流体ノズルのその他の用途
これらの多用途ノズルは、煙の制御、塗装、加湿、潤滑、ガス冷却・調整、霧化など、さまざまな分野で使用されています。
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