CN1325177C - 一种清洁装置和清洁方法 - Google Patents

Abstract

一种清洁装置包括空气供应机构，可从空气喷嘴倾斜地喷射高压空气到清洁表面，空气喷嘴设置在待清洁的清洁物体的清洁表面的附近；回收机构，设置在所述空气喷嘴的出口部的前面，通过使排出气体沿导流件的壁表面进入排气引导通道，至少回收含有从所述清洁物体清除的杂质的空气。回收机构由设置在空气喷嘴的出口部前面的空气引导部分和空气回收部分组成，其中空气回收部分形成排气引导通道，可回收沿空气引导部分的空气引导壁表面流动的空气。

Description

一种清洁装置和清洁方法

技术领域

本申请文件基于2003年7月17日向日本专利局提交的日本优选权申请文件JP 2003-275868，该申请的全部内容本文参考引用。

本发明涉及一种清洁装置和清洁方法，通过喷射如高压空气到清洁物体上，从清洁物体上清除和回收杂质、灰尘、液体和类似物质。具体地，本发明涉及到利用柯恩达(Coanada)效应的灰尘清除技术，使含有清除的灰尘和类似物质的回收空气沿壁表面进入排气引导通道。

背景技术

传统上，已经提出了多种技术来清除清洁物体的灰尘。例如，在专利文献1，提出了一种清除黏附到物体的液体的方法，其中通过喷射压缩气体来清除黏附到钢板的液体，超声波喷嘴用于向空气提供超声波并进行喷射。此外，在专利文献2，提出了一种通过喷射高压气体到清洁物体表面并提供清洁溶液来清除黏附到清洁物体表面的沉积物的清洁装置，其中清洁溶液通过施加超声波振动到高压气体的喷射区而成为颗粒。

在专利文献1和专利文献2中介绍的技术都未设置回收清除的沉积物的机构。为此，带来了环境问题，清除的沉积物重新黏附到清洁物体上，清洁装置的周围环境变脏。

为此，还提出了一种清洁装置，其上设置了可回收清除的沉积物的机构。专利文献3的清洁装置通过喷射压缩空气和向压缩空气施加超声波振动，以及通过吸嘴吸入清除的空气，可防止灰尘重新黏附到清洁物体。此外，专利文献4的清洁装置通过向喷射到作为清洁物体的基体上的空气施加超声波振动来清除灰尘，并吸入和回收清除的灰尘，因此防止了灰尘重新黏附到基体上。

图1显示了一种清洁装置，其中喷射高压空气的空气喷嘴101设置在固定电子元件的固定基体102的清洁表面102a附近，灰尘收集器的排气吸嘴103可回收空气喷嘴101喷到清洁表面102a的高压空气(气流)从清洁表面102a清除的灰尘，其设置在空气喷嘴101的周围，以便通过排气吸嘴103实现真空和回收清除的灰尘。

专利文献1，2和图1所显示的清洁装置通过基本正交于作为清洁物体的固定基体102的方式来设置喷射高压空气的空气喷嘴101，可防止高压空气泄漏。

专利文献1-日本专利申请，公开号2000-271551(页2，图1)

专利文献2-日本专利申请，公开号HEI 7-275746(页4，图1)

专利文献3-日本专利申请，公开号2002-316110(页3，图1)

专利文献4-日本专利申请，公开号2001-21899(页3和4，图1)。

在专利文献1和2以及图1中显示的清洁装置的结构都设置灰尘收集器通过大容量的真空将清除的灰尘吸入和排出到外面。因此可以想到在灰尘收集器停止或进行维修的情况下清除的灰尘可散布到工作环境中，不能完全回收灰尘。

此外，上面提到的清洁装置难以保持灰尘收集功能，除非空气喷嘴101和作为清洁物体的固定基体102设置得非常靠近，其间的距离H大约为1到2毫米，且空气喷嘴101设置成近似直角相对于固定基体102。因此，装置的调节操作费时。如果距离H是5毫米或更多，灰尘收集器的吸力会变化，气流会漏到外面，丧失清洁器的功能。另外，对于这些清洁装置，难以清洁表面有1到2毫米或更高的突起或不规则的物体。

此外，对于这些清洁装置，不能清除黏附到清洁物体上的液体，因为要使用大型真空灰尘收集器，这些装置要求较大的装置安装区和很高的设备投资，和很高的如电力和维修等运行成本。此外，由于排气吸嘴103要设置在空气喷嘴101的周围，清洁物体固定部分的装置形状变大。此外，由于使用灰尘收集器，在存在爆炸气体的操作环境下难以使用清洁装置。

或者，代替喷射高压空气到清洁物体，还可采用粘性滚轮接触清洁物体的清洁表面的清洁方法。但是黏结到粘性物质上的灰尘会又黏结到清洁物体上，并且不可能用这个方法清除液体。

发明内容

考虑到上述情况提出了本发明，本发明提供了一种成本低的清洁装置和清洁方法，不仅能清除灰尘还能清除液体，同时可避免灰尘又粘附到清洁物体，可以不使用真空或类似原理的灰尘收集器来进行清除。

根据本发明的第一方面，提出了一种清洁装置，包括：空气供应机构，可从空气喷嘴倾斜地喷射高压空气到清洁物体的清洁表面，空气喷嘴设置在所述清洁表面的附近；回收机构，其设置在空气喷嘴的出口部的前面，包括位于喷出空气的上方并形成为引导壁的空气引导部分，并且通过使排出空气利用科恩达效应沿引导壁的表面进入排气引导通道来至少回收含有从清洁物体清除的杂质的空气。其中，引导壁形成为向下突出的半圆形，并且空气喷嘴相对于清洁表面形成5到45度的角度。

根据本发明的第二方面，提出了一种清洁装置，其包括清洁单元，该清洁单元包括：空气供应机构，可从空气喷嘴倾斜地喷射高压空气到清洁物体的清洁表面，空气喷嘴设置在清洁表面的附近；回收机构，其设置在空气喷嘴的出口部的前面，包括位于喷出空气的上方并形成为引导壁的空气引导部分，并且通过使排出空气利用科恩达效应沿引导壁的表面进入排气引导通道来至少回收含有从清洁物体清除的杂质的空气，其中引导壁形成为向下突出的半圆形，并且空气喷嘴相对于清洁表面形成5到45度的角度。其中，清洁单元设置在清洁物体的两面上。

根据本发明的第三方面，提出了一种清洁方法，包括步骤：从空气喷嘴倾斜地喷射高压空气到清洁物体的清洁表面，空气喷嘴设置在清洁表面的附近，其中高压空气以相对于清洁表面为5到45度的角度喷出；通过使排出空气利用科恩达效应沿回收机构的空气引导部分的表面进入排气引导通道来至少回收含有从清洁物体清除的杂质的空气，其中回收机构设置在空气喷嘴的出口部的前面，空气引导部分位于喷出空气的上方并形成为引导壁，该引导壁形成为向下突出的半圆形。

如上所述，根据本发明的清洁装置，可回收含有喷射的高压空气清除的杂质或灰尘的空气的回收机构设置在空气喷嘴的出口部的前面，其结构可使含有被清除灰尘的空气沿回收机构的导流件的壁表面排出到排气引导通道。因此，能够以简单的结构从清洁物体清除灰尘，无需使用真空灰尘收集器，该收集器昂贵并要求很大的安装区域。

本发明的清洁方法包括设置在清洁物体的清洁表面附近的喷嘴倾斜地喷射高压空气，通过使排出空气沿设置在空气喷嘴的出口部前面的回收机构的导流件的壁表面进入排气引导通道而排出。

根据本发明的清洁方法，当高压空气倾斜地喷射到清洁物体的清洁表面时，黏结到清洁表面的沉积物如灰尘和液体被高压空气清除。含有被清除沉积物的空气根据柯恩达效应排出，沿设置在空气喷嘴前面的回收机构的导流件的壁表面进入排气引导通道而回收。

根据本发明的清洁装置，使用了结构简单的回收机构，通过柯恩达效应使清除的沉积物沿壁表面排出到排气引导通道进行回收。因此，能够使设备投资减少，运行成本减少，维修成本降低，并能够极大地减少装置的安装空间。

根据本发明的清洁方法，可以通过高压空气清除清洁物体的沉积物，还可以根据柯恩达效应排出所有的含有清除沉积物的空气到排气引导通道进行回收，不会使空气散布到周围环境，因此可防止重新黏结到清洁物体。结果是，能够极大地减少灰尘造成的缺陷产品，从而提高了生产率。

本发明可应用于通过喷射高压空气清除黏附到如半导体晶片和LCD基片上的灰尘或类似物质并对含有清除的灰尘的空气进行回收的技术。

附图说明

图1是传统的清洁装置的示意性方框图；

图2是根据本发明的实施例的清洁装置的示意性方框图；

图3是空气喷嘴结构的截面图，其中超声波振动器连接到空气喷嘴；

图4是空气喷嘴结构的截面图，空气喷嘴中设置了隔膜；

图5是空气喷嘴结构的截面图，其中振动器连接到空气喷嘴；和

图6是清洁装置的示意性方框图，显示出清洁单元设置在清洁物体的两个表面的示例。

具体实施方式

下面通过参考附图，对本发明的具体实施例进行详细介绍。

清洁装置的结构

该实施例的清洁装置，如图2所示，包括空气供应机构，可从空气喷嘴1倾斜地喷射高压空气到进行清洁的物体2的清洁表面2a；回收机构，设置在空气喷嘴1的出口部的前面，可回收含有从清洁物体2清除的沉积物3的空气AR；超声波产生机构，可施加超声波到喷射到清洁表面2的高压空气；具有静电消除喷嘴4的静电消除机构，可消除清洁表面2a上的静电荷；化学溶液供应机构，可喷射化学溶液，如表面保护涂层溶液和静电防止溶液，到清洁物体2的清洁表面2a。

空气供应机构的结构可从压缩机提供高压空气，图中省略了压缩机，到空气喷嘴1，可通过空气喷嘴1的出口部分1a喷射高压空气到清洁物体2。从空气喷嘴喷出的高压空气最好是具有大约3到5公斤/平方厘米的喷射压力，和大约25到30米/秒的喷射速度。

空气喷嘴1不正交于清洁物体2的清洁表面2a，设置成倾斜于清洁表面2a。空气喷嘴1和清洁表面2a形成的角度(后面称作喷射角)最好是5度到45度。如果，上面提到的喷射角小于5度，喷射到清洁表面2a的空气将减少，不能得到足够的清洁效果。如果超过45度，柯恩达效应导致的灰尘回收效率降低。

上述空气喷嘴1的喷射角度可在上述角度范围任意地改变，根据黏附的沉积物3的类型或类似物质进行调节。进行清洁的清洁物体2是基片，如可安装元件到其上的固定基片；硅晶片，液晶显示器(LCD)屏、场发射显示(FED)屏，等离子显示屏(PDP)、多功能膜，以及纸、PET瓶和类似物体。至于沉积物3，有尺寸为大约数nm到数μm的杂质或灰尘，如基片切屑、掉毛和液体。

根据空气喷嘴1相对清洁表面2a倾斜设置的事实，回收含有清除杂质3的空气的回收机构，设置在空气喷嘴1的出口部分1a的前面，能够保证空气喷嘴1和清洁物体2之间的距离大于正交设置的情况，其原因将在下面介绍。例如，空气喷嘴1和清洁物体2之间的距离可以是大约5到10毫米。如果这个距离可以保证，即使清洁物体2的清洁表面2a上有不小于1到2毫米或更多的不规则和突起，本实施例的清洁装置仍可进行清洁。

回收含有清除的沉积物3的空气AR的回收机构具有空气引导部分5，其设置在空气喷嘴1的出口部分1a的前面；和空气覆盖部分7，其形成排气引导通道6，可传送沿空气引导部分5的空气引导壁表面5a流动的空气AR。

空气引导部分5形成向下突出的半圆形的引导壁。空气引导部分5具有圆弧的空气引导壁表面5a，允许含有沉积物3的空气AR排出，沉积物是由从空气喷嘴1喷射到清洁表面2a的空气流清除，沿空气引导壁表面5a进入到排气引导通道6。这些设计来自柯恩达效应，柯恩达效应是指产生沿壁的空气流动的壁效应。

空气覆盖部分7沿空气引导壁表面5a形成，与等同于从空气引导部分5中心左半部的位置对应，这样，与空气引导壁表面5a共同形成排气引导通道6。空气覆盖部分7的开口端7a延伸到靠近清洁物体2的清洁表面2a的位置。排气引导通道6连接到排气部分，该部分在图中省略。排气部分设置成可回收含有清除沉积物3的空气AR。

超声波产生机构将施加超声波至喷射到清洁物体2的高压空气，由超声波振动源8和超声波振动器9组成。超声波振动器9固定到空气喷嘴1，根据超声波源8产生的任意振动超声频率进行振动。当接受到超声波，通过空气供应端口1b进入到空气喷嘴1的空气由超声波振动器9施加振动。在空气喷嘴1内，超声波传播到从空气喷嘴1的出口部分1a释放的高压空气。

例如，传播到高压空气的超声波最好是大约20到400千赫兹。如果频率小于20千赫兹，压缩波难以在空气中产生，清除沉积物3的效率降低。另一方面，如果超过400千赫兹，清除效率不能有很大提高。

因此，当高压空气喷射到清洁物体2的清洁表面2a时，其中高压空气从空气喷嘴1的出口部分1a喷射并且超声波已经传播到高压空气，压缩波在空气中产生，从而提高了清除沉积物3的效率，如清除黏附到清洁表面2a的灰尘和液体的效率。

静电消除机构(静电鼓风装置)可消除高压空气接触清洁表面2a产生的静电，静电消除喷嘴4设置在空气喷嘴1的喷射方向上，如图2所示。静电消除喷嘴4设置在清洁物体2的清洁表面2a附近的位置，该位置对应朝向空气覆盖部分7的开口端7a的位置。静电消除喷嘴4的出口部分4a正对着从空气喷嘴1喷出的高压空气的喷射方向的相对方向，使静电消除空气倾斜地吹到清洁表面2a。

化学溶液供应机构，如图2所示，包括化学溶液罐10，可储存化学溶液，如表面保护涂层溶液，可涂复清洁物体2的清洁表面2a；静电荷防止溶液，可防止静电产生于清洁表面2a；和化学溶液供应喷嘴11，来自化学溶液罐10的化学溶液通过喷嘴11喷出，与空气喷嘴1喷出的高压空气结合。

化学溶液供应喷嘴11由长而窄的管和排出口11a组成，排出化学溶液的排出口设置在空气喷嘴1的出口部分1a附近。借助空气喷嘴1喷出的高压空气的吸力，从化学溶液供应喷嘴11排出的化学溶液以雾状扩散和扩展到高压空气中，将化学溶液供应到整个清洁表面2a。

清洁方法

为了使用上述清洁装置清除沉积物3如黏附在清洁物体2上的灰尘和液体，进行如下的方法。首先，有助于防止带有静电和清除灰尘的液体充入到罐10中，有助于防止带有静电和清除灰尘的液体从化学溶液供应喷嘴11的排出口11a排出。当排出化学溶液时，高压空气从空气喷嘴1的出口部分1a喷出，高压空气吸入化学溶液。

由于化学溶液供应喷嘴11设置在空气喷嘴1的附近，与化学溶液罐10相比，具有更大的负压，所以化学溶液(有助于防止带有静电和清除灰尘的液体)被高压空气吸入。结果是，化学溶液呈现雾状，均匀地施加到清洁物体2的整个清洁表面2a。施加有助于防止带有静电和清除灰尘的液体可改进灰尘的清除效率，通过这种液体能够事先清除造成灰尘和类似物质黏附的静电。

下一步，通过超声振动源8，超声振动器9振动使超声波进入空气喷嘴1，将超声波施加到高压空气。然后，带有超声波的高压空气从空气喷嘴1的出口部分1a喷出到清洁物体2。此时，由于高压空气倾斜地喷到清洁物体2的清洁表面2a，喷出时的流速可保持到排出时。此外，由于空气喷嘴1的出口部分1a和清洁物体2之间的距离可保持在多达大约5到10毫米，可以简化空气喷嘴1的调节操作，当清洁表面2a存在一些不规则和突起也能进行清洁。

当带有超声波的高压空气从空气喷嘴1喷出时，压缩波在高压空气中产生，黏附到清洁物体2的清洁表面2a的沉积物3被压缩波摇动。其结果是，沉积物3容易与清洁表面2a分离。换句话，黏附到清洁表面2a的沉积物3，由于力从两个或多个方向施加到其上，很容易与清洁表面2a的黏附强度脱开，因此很容易清除。清洁器作用的主要目标灰尘是尺寸不超过100微米的灰尘。

含有高压空气从清洁表面2a清除的沉积物3的空气AR，发生柯恩达效应，沿空气覆盖部分7的空气引导壁表面5a流动，通过空气覆盖部分7形成的排气引导通道6，然后排出到排气部分。同时，已经以雾状扩散和均匀施加到清洁表面2a的化学溶液也与空气AR一起回收。此外，通过施加高压空气，其流速在空气喷嘴1中增加，从非常接近清洁物体2的位置喷出，清除沉积物3的效果增加，通过这个流动速度，柯恩达效应可有效地产生，以回收沉积物3。

因此，根据本发明，包含沉积物3的空气AR，其中沉积物由很高流速的高压空气具有的冲击作用和超声波清除沉积物3的作用清除，然后在负压作用下排出到排气引导通道6，负压是在空气覆盖部分7的开口端7a的附近由真空作用产生，在负压下周围的空气也被排出的高压气流吸入。通过这个真空作用，粘附到清洁表面2a的沉积物3可以得到清除，因此能够增加沉积物3的清除效率。

因此，由于所有的含有从清洁物体2的清洁表面2a清除的沉积物3的空气可经过排气引导通道6排出到排气部分，因此能够清除和排出沉积物3和含有沉积物3的空气AR，且不会使沉积物散布到工作环境中。因此，可实现大量减少电子元件组件的缺陷，其中污染物的结构特征造成关键性的功能偏差，例如LCD屏和FED屏，并可以提高生产率。或者，在清洁物体是纸、薄膜、PET瓶等情况下，尽管在标签表面存在污染物可造成印刷效果差，但通过使用本发明的清洁方法，仍能够实现大量减少缺陷和提高生产率的目标。

此外，根据本发明的清洁装置，从空气喷嘴1喷出的高压空气可实现100％或接近100％的回收，不会使沉积物3散布到周围环境中，因此可以在干净的房间中使用。因此，能够实现设备投资的相当大的减少，运行成本下降和维修成本下降。此外，由于不存在如真空灰尘收集器具有的机械/电气移动部件，或类似部件，不存在产生火花和高温的部件。结果是，即使半导体装置或类似装置的制造工艺包括爆炸性气氛下的操作步骤，应用本发明的清洁装置仍可以实现灰尘清除，所以可实现生产率的提高和流程的改进。

其他实施例

在前面的实施例中，超声振动器9设置在空气喷嘴1，通过超声波振动源8产生任意的超声频率，但除此之外，如图4所示，可在空气喷嘴1中设置隔膜12，以便通过引入空气喷嘴1的空气使隔膜振动产生超声波。此外，如图5所示，振动器13可通过空气在腔中转动，使空气喷嘴1的主体振动产生超声波。在图4和图5中，最佳的超声波频率可通过适当选择隔膜12和振动器13的材料和尺寸来产生。

除此之外，如图6所示，清洁单元14包括空气供应机构、回收机构、超声波产生机构、静电消除机构和化学溶液供应机构，清洁单元可分别设置在清洁物体2的两侧。因此，如果将清洁单元14设置在清洁物体2的两侧，可同时清除沉积物3，比如黏附到清洁物体2的清洁表面2a的灰尘和液体。

在图2中，如果将附加的空气喷嘴设置在静电消除喷嘴4所在的位置，空气吹扫作用将加倍，同时，所有从附加空气喷嘴喷出的空气和灰尘可通过主吸嘴的真空作用回收。

还是参考图2，尽管空气引导壁表面5a是半圆形，空气引导壁表面5a可形成复杂的具有更高效率的多个不同半径(Rs)的弧形或类似形状，这取决于清洁物体2的形状和灰尘的种类。

此外，在本发明中，即使清洁物体2的清洁表面2a面朝上，朝下或朝侧面，都可以通过空气喷嘴1进行清洁。

最后，上面介绍的实施例只是作为本发明的示例。应当注意到本发明并不限于这些实施例和示例，根据这些设计或类似设置可进行各种改进、组合和分部组合，这些改进都不脱离本发明的范围。

Claims (11)

1.一种清洁装置，包括：

空气供应机构，可从空气喷嘴倾斜地喷射高压空气到清洁物体的清洁表面，所述空气喷嘴设置在所述清洁表面的附近；

回收机构，其设置在所述空气喷嘴的出口部的前面，包括位于喷出空气的上方并形成为引导壁的空气引导部分，并且通过使排出空气利用科恩达效应沿所述引导壁的表面进入排气引导通道来至少回收含有从所述清洁物体清除的杂质的空气，

其中，所述引导壁形成为向下突出的半圆形，和

所述空气喷嘴相对于所述清洁表面形成5到45度的角度。

2.根据权利要求1所述的清洁装置，其特征在于，所述装置还包括超声波产生装置，可向喷射到所述清洁物体的所述高压空气提供超声波。

3.根据权利要求1所述的清洁装置，其特征在于，所述装置还包括静电消除机构，其设置在所述清洁表面附近，可清除所述清洁表面上的静电荷。

4.根据权利要求1所述的清洁装置，其特征在于，所述装置还包括化学溶液供应机构，所述化学溶液供应机构包括设置在所述空气喷嘴附近的化学溶液供应喷嘴，可从所述化学溶液供应喷嘴喷射化学溶液到所述清洁物体的所述清洁表面。

5.根据权利要求1所述的清洁装置，其特征在于，所述空气供应机构构造成使得所述高压空气在3到5千克/平方厘米的压力和25到30米/秒的速度下喷出。

6.一种清洁装置，包括：

清洁单元，其包括：

空气供应机构，可从空气喷嘴倾斜地喷射高压空气到清洁物体的清洁表面，所述空气喷嘴设置在所述清洁表面的附近；

回收机构，其设置在所述空气喷嘴的出口部的前面，包括位于喷出空气的上方并形成为引导壁的空气引导部分，并且通过使排出空气利用科恩达效应沿所述引导壁的表面进入排气引导通道来至少回收含有从所述清洁物体清除的杂质的空气，

其中，所述引导壁形成为向下突出的半圆形，

所述空气喷嘴相对于所述清洁表面形成5到45度的角度，和

所述清洁单元设置在所述清洁物体的两面上。

7.一种清洁方法，包括步骤：

从空气喷嘴倾斜地喷射高压空气到清洁物体的清洁表面，所述空气喷嘴设置在清洁表面的附近，其中所述高压空气以相对于所述清洁表面为5到45度的角度喷出；和

通过使排出空气利用科恩达效应沿回收机构的空气引导部分的表面进入排气引导通道来至少回收含有从所述清洁物体清除的杂质的空气，其中所述回收机构设置在所述空气喷嘴的出口部的前面，所述空气引导部分位于喷出空气的上方并形成为引导壁，所述引导壁形成为向下突出的半圆形。

8.根据权利要求7所述的清洁方法，其特征在于，超声波施加到所述高压空气。

9.根据权利要求7所述的清洁方法，其特征在于，消除静电的空气喷射到所述清洁物体的所述清洁表面。

10.根据权利要求7所述的清洁方法，其特征在于，化学溶液从设置在所述空气喷嘴附近的化学溶液供应喷嘴排出，与喷射的所述高压空气结合。

11.根据权利要求7所述的清洁方法，其特征在于，所述高压空气在3到5千克/平方厘米的压力和25到30米/秒的速度下喷出。

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