CN102000676A

CN102000676A - 金属元件的表面处理方法及清洁喷嘴

Info

Publication number: CN102000676A
Application number: CN2010102686099A
Authority: CN
Inventors: 佐伯智则; 安藤好幸
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2009-08-31
Filing date: 2010-08-30
Publication date: 2011-04-06
Also published as: US20110048454A1; US8580039B2

Abstract

根据本发明的实施方式的金属元件的表面处理方法包含通过使用在常压下沸腾加热加压的水而获得的气-液双流体从金属元件上除去油性物质。用于除去金属元件上的油性物质的金属元件的表面处理设备包括：通过在常压下沸腾加热加压的水而生成气-液双流体的自生成的双流体的产生装置，以及通过使自生成的双流体与金属元件接触而实施表面处理的表面处理室。

Description

金属元件的表面处理方法及清洁喷嘴

本申请基于分别于2009年8月31日和2010年5月13日提交的日本专利申请Nos.2009-199991和2010-110711，其全部内容在此引入本文作为参考。

技术领域

本发明涉及含铜金属元件的表面处理方法和表面处理设备，并且本发明尤其涉及金属元件如条材料、线材料制造时的金属元件的表面处理方法和表面处理设备。

此外，本发明涉及能够提高各种固体物质表面清洁度的清洁技术，例如从施加了机械处理的金属如压延钢板、经切削的产品到施加了干蚀刻工艺的半导体晶片，并且本发明尤其涉及适用于含铜金属条和金属板在机械处理后的脱脂清洁的清洁喷嘴以及使用所述清洁喷嘴的固体物质表面清洁方法及清洁设备。

背景技术

制备包含铜条的金属条和包含铜线的金属线的方法包括，通过冷压处理原料铜线以具有预设的横截面形状，然后通过清洁处理从该表面除去其表面上的杂质的方法。所述表面上的杂质包括用于压延处理的润滑油和在压延处理中生成的金属粉(铜粉)。

图13是示意地显示常规金属材料表面处理设备的说明图，其中未经清洁的来自于金属条卷轴1的金属条1a从开卷机11进料，金属条1a穿过表面处理室21以进行清洁，使得金属条1a的表面被清洁且除去了金属条1a表面上的杂质，金属条1a在干燥处理室内被干燥，然后被开卷机12的卷轴2卷绕。

通常作为在表面处理室21中除去杂质的方法，存在如非专利文献1公开的，通过将目标物浸渍到有机溶液中以将润滑油溶解于溶剂中而除去待清洁目标物上的润滑油的技术(相关技术1)。非专利文献“快速可得清洁技术”也公开了在液体中用超声波放射待清洁目标物以除去细微颗粒的技术(相关技术2)。

此外，存在喷射两种流体的技术(相关技术3)，例如该技术公开于专利文献1至6。此外，存在使用由水蒸汽和液体水形成的双流体喷射物的技术(相关技术4)，例如该技术公开于专利文献7至9。此外，存在将水蒸汽和水喷射物排出到待处理表面的技术(相关技术5)，例如该技术公开于专利文献10。此外，存在使用高压喷射器的技术(相关技术6)，例如该技术公开于专利文献11。这些技术根据需要可组合使用。

专利文献1：JP-B-2959763

专利文献2：JP-B-3498837

专利文献3：JP-A-1998-156229

专利文献4：JP-A-2005-294819

专利文献5：JP-A-2005-109112

专利文献6：JP-A-2006-255603

专利文献7：JP-B-3860139

专利文献8：JP-A-2001-250773

专利文献9：JP-A-2003-249474

专利文献10：JP-A-2007-216158

专利文献11：JP-A-1998-92707

专利文献12：JP-A-2003-154205

非专利文献1“快速可得清洁技术”(工业调查会出版有限公司，2001，p.262，p.138)

相关技术1的问题在于伴随有机溶剂的挥发，有可能导致工作环境污染和空气污染。

根据2005年修正的空气污染控制法，要求至2010年，将挥发性有机化合物(以后称作VOC)的生成量从2000年的水平降低30％。

铜条和铜线作为整体具有长的长度，即便是将其盘绕成卷等，所述卷也具有大的直径和宽度，使得难以在密闭的设备中将材料整体收纳。

因此，通常将铜条或铜线的卷置于位于密闭设备外部的进料设备中，铜条和铜线从进口导入到密闭设备的内部以进行处理，然后从出口进料到密闭设备的外部，然后被位于密闭设备外部的卷绕设备卷绕成新的卷。

即，如图13所说明的那样，表面处理室21的内部通过进口和出口至少两个开口部分与大气连通，使得表面处理室21不能密闭。因此，为了回收有机溶剂，需要引入能吸入足以使得有机溶剂没有从开口部分泄露的大体积的空气的设备，进一步地产生了新的问题，即所回收的有机溶剂需要处理操作以进行处理。

在使用水代替使用有机溶剂以解决上述问题的情况下，则产生了新的问题：金属表面被氧化。当含铜金属材料表面被氧化，在后续工序中会产生问题，例如，在树脂的涂覆工序中，树脂与金属之间的粘结会降低，在镀覆工序中，产生了称作小坑的孔。

相关技术2的问题在于清洁能力不够高。当增加超声波的输出以增强清洁能力时，造成了新的问题，即增加了超声波振荡器破裂的可能性，增加了维修设备的成本。

相关技术3的问题在于，当使气体和液体彼此接触时导致液体蒸发，由于部分蒸发潜热被移除导致温度降低。通常由于温度越高，液体粘度降低越大，类似地，温度越高，污染物向清洁液体的扩散速度越快。因此，为了提高清洁能力，提高清洁液体的温度是有效的，但如果使用了相关技术3，则难以提高该温度。此外，存在消耗了大量气体的问题，使得需要增大排气设备尺寸。

相关技术4和5的问题在于清洁能力不足。专利文献7至10都没有公开油性液体如粘附在金属材料上的压延处理用油的移除。专利文献8和9公开了抗蚀剂的移除方法，以此为例，用于移除的最小所需时间，例如从专利文献9的图5读出为不小于30秒，但通常作为待清洁目标物的包含铜条的金属条在低速的情况下在高于10m/min的速度下移动、在高速的情况在在高于100m/min的速度下移动而经受清洁处理。如果需要30秒的清洁时间，清洁区域的长度至少需要5m，使得需要增加设备尺寸，造成投资增加。

相关技术6的问题在于，需要大规模的设备，专利文献11公开了一种将加压至不低于5MPa的清洁液体排出到待清洁表面的方法，但是需要加压至上述压力的大规模设备，增加了设备投资。

此外，金属产品如钢板、螺杆材料、齿轮、铜条、铜箔、铜线通过如压延、切削、拉伸的机械处理制造，并且形成为具有预设的横截面形状，然后通过清洁处理除去其表面上的杂质。该表面上的杂质包括用于处理的润滑油以及处理中产生的金属粉。

此外，制造半导体设备时的晶片和其上形成有用于驱动液晶元件的电气元件的玻璃基底(用于液晶的玻璃基底)以如下方式处理：通过溅射、化学气相沉积(CVD)等在表面形成薄膜材料，通过光刻蚀法图样化(pattering)在所述薄膜表面进一步成膜的如光致抗蚀剂的遮蔽材料，然后实施干蚀刻工艺。之后，除去并清洗所述遮蔽材料，根据需要经历检查工序，所述处理转移至薄膜材料的成膜的下一工序。在作为待清洁目标物的表面上的杂质包括遮蔽材料的残余、干蚀刻工序中的反应产物、伴随与转移机械部件接触而转入的外来物质。

作为杂质的常规除去方法，存在喷射双流体喷射物的技术，例如公开与上述专利文献1至6的技术。

此外，作为含铜金属条和金属板的杂质的常规去除方法，如公开于非专利文献1，存在将目标物浸渍于有机溶剂以将润滑油溶解于该溶剂而除去待清洁目标物上的润滑油的技术以及通过在液体中用超声波对待清洁目标物辐射以除去细微粒子的技术。

当专利文献1至6的技术用于对施加了机械处理的金属表面进行清洁时所造成的问题在于，伴随气体与液体接触，液体被气化，移除了蒸发潜热，温度降低。通常，温度越高，液体粘性降低的越多，因此温度越高，污染物质向清洁液体扩散越快。因此，为了增加清洁能力，提高清洁液体的温度是有效的，但如果使用专利文献1至6的技术，则难以提高温度。

此外，当专利文献1至6的技术用于清洁半导体晶片和用于液晶的玻璃基底时所造成的问题在于，排气装置需要增加尺寸以消耗大量的气体。例如，专利文献4的0029段公开了所期望的气体流速是10至100L/min(常规)，0031段公开了所期望的液体流速是100至200mL/min。一个清洁喷嘴所覆盖的区域为至多具有约1cm直径的圆，因此尤其是在清洁如用于液晶的玻璃基底的情况的大面积的场合，需要设置大量的喷嘴。例如，由于用于称作第8代的液晶的玻璃基底具有2160×2400mm的尺寸，为了清洁全部表面，需要在2160mm的宽度上将216个清洁喷嘴排列成阵列状，排列该阵列以在垂直方向将所述用于液晶的玻璃基底夹在中间，且在用于液晶的玻璃基底移动时实施清洁以使得用于液晶的玻璃基底的长度方向对应于玻璃基底的移动方向。即，将432个清洁喷嘴排列到一个清洁室内，假设每个排出100至200mL/min的气体，气体排出到清洁室的总流速为43至86m³/min。为了防止雾状物残留于清洁室，废气的流速需要不低于将气体排出到清洁室的流速，且每设备的废气流速增至100至200m³/min。在多个所述的需要大量废气的废气设备安装到一个工厂的情况下，工厂整体对于废气设备的负担显著增加。

发明内容

因此，本发明的一个目的在于解决上述问题并且提供一种金属元件的表面处理方法和表面处理设备，该方法对金属表面的杂质具有足够高的清洁能力，当排放至环境如大气时不会污染环境，且不需要大规模的设备以及表面处理设备。

此外，本发明的另一目的在于解决上述问题并且提供一种清洁喷嘴及使用了该清洁喷嘴的固体物质表面的清洁方法和清洁设备，该喷嘴能够被加热至能获得所需清洁能力的温度，对固体物质表面上的杂质具有足够高的清洁能力，无需用于清洁后的排气的大尺寸设备，且能够在短时间内完成清洁处理，以及使用清洁喷嘴和清洁设备来清洁固体物质表面的方法。

(1)根据本发明的一个实施方式，金属元件的表面处理方法包含：

通过使用在常压下沸腾加热加压的水而获得的气-液双流体以除去金属元件上的油性物质。

在本发明的上述实施方式(1)中，可进行如下变形和改变。

(i)所述加热加压的水的压力不高于0.45MPa。

(ii)所述气-液双流体的温度不低于40℃。

(iii)所述气-液双流体由水蒸汽和液体水构成，并且所述液体水具有1μm至100μm的液滴直径。

(2)根据本发明的另一实施方式，用于除去金属元件上的油性物质的金属元件的表面处理设备包括：

自生成的双流体的产生装置，其用于通过在常压下沸腾加热加压的水而产生气-液双流体；以及

表面处理室，其通过使所述自生成的双流体与金属元件接触而实施表面处理。

在本发明的上述实施方式(2)中，可进行如下变形和改变。

(iv)所述自生成的双流体的产生装置包括：向水施加压力和热的水压力-热施加装置以及连接至所述水压力-热施加装置的自生成的双流体喷嘴，该双流体喷嘴用于喷射加压加热的水以产生自生成的双流体，并且当所述被水压力-热施加装置加热和加压的水被自生成的双流体喷嘴喷射时，基于所述被该喷嘴喷射的加热加压的水和由压力降导致的沸腾而产生的水蒸汽，生成自生成的双流体，并将其喷射到金属元件表面。

(v)所述水压力-热施加装置包括用于电解包含水作为主成分的液体的电解槽以及搅拌器，所述搅拌器用于提供一种电解离子化水至所述自生成的双流体喷嘴，所述电解离子化水选自由于电解槽中的电解而在正极和负极生成的电解离子化水，在所述的一种电解离子化水与所述金属元件接触以实施该金属元件的表面处理之后，混合另一种电解离子化水与所述的一种电解离子化水并将两者排出。

(vi)所述自生成的双流体喷嘴包括用于喷射所述加压加热的水的喷射部分以及整流壁喷嘴，该整流壁喷嘴用于控制被喷射部分喷射的自生成的双流体的喷路(spray pattern)的扩张。

(vii)被水压力-热施加装置加热加压的水的压力不高于0.45MPa。

(viii)喷射至金属元件表面的自生成的双流体具有不低于40℃的温度。

(3)根据本发明的另一实施方式，用于生成通过在常压下沸腾加热加压的水而获得气-液双流体的清洁喷嘴，包括：

孔口部分，其具有用于控制所述加热加压的水的流速的流道；

形成于孔口部分下游侧的直径扩张部分，其用于扩张孔口部分的流道的横截面积及产生气-液双流体；以及

整流部分，其具有形成于直径扩张部分的下游侧并且同时具有大于孔口部分的流道的横截面积的流道，该整流部分用于将气-液双流体导向下游侧。

在本发明的上述实施方式(3)中，可进行如下变形和改变。

(ix)还包括形成于整流部分的下游侧并且同时具有小于孔口部分的流道的横截面积的流道，并且其横截面积具有沿下游方向逐渐扩张的拉瓦尔(Laval)喷嘴的形状。

(x)孔口部分具有不小于0.2mm且不大于0.5mm的内径。

(xi)所述直径扩张部分具有不小于60度且不大于150度的顶角。

(xii)位于所述整流部分的下游侧的喷嘴的前端具有等于或小于所述整流部分的横截面积。

(4)根据本发明的另一实施方式，固体物质表面的清洁方法包含：

用根据上述实施方式(3)所述的清洁喷嘴生成的气-液双流体清洁所述固体物质的表面。

在本发明的上述实施方式(4)中，可进行如下的变形和改变。

(xiii)所述气-液双流体的流速不小于45m/s。

(xiv)所述加热加压的水的温度不高于120℃，且所述整流部分具有不大于4mm的内径。

(xv)所述加热加压的水的温度大于120℃的温度，且所述整流部分具有不大于6mm的内径。

(xvi)所述固体物质包括铜线或铜条。

(5)根据本发明的另一实施方式，用于使用通过在常压下沸腾加热加压的水而生成的气-液双流体以清洁固体物质表面的固体物质表面的清洁设备，包括：

气-液双流体的产生装置，其用于通过使用清洁喷嘴、在常压下沸腾加热加压的水以生成气-液双流体，该清洁喷嘴包括：具有用于控制所述加热加压的水的流速的流道的孔口部分，用于扩张孔口部分的流道的横截面积且生成气-液双流体的形成于孔口部分下游侧的直径扩张部分，以及形成于直径扩张部分的下游侧且同时具有比孔口部分的流道大的横截面积的流道的整流部分，该整流部分用于将所述气-液双流体导向下游侧；以及

表面清洁室，在该表面清洁室中所述气-液双流体与固体物质表面接触以实施所述表面清洁。

在本发明的上述实施方式(5)中，可进行如下变形和改变。

(xvii)所述的清洁喷嘴包括形成于整流部分下游且同时具有比孔口部分的流道小的横截面积的流道，所述横截面积具有沿下游方向逐渐扩张的拉瓦尔喷嘴的形状。

(xviii)所述气-液双流体的流速不小于45m/s。

(xix)所述加热加压的水的温度不高于120℃，并且所述整流部分具有不大于4mm的内径。

(xx)所述加热加压的水的温度大于120℃，并且所述整流部分具有不大于6mm的内径。

(xxi)所述固体包括铜线或铜条。

发明效果

根据本发明的实施方式能够提供金属元件的表面处理方法以及表面处理设备，其能够使用可加热至能获得所需清洁能力的温度的气-液双流体，能够在短时间内完成清洁处理，能够防止产生VOC，从而作为结果、防止影响劳动工作环境和大气污染。

而且，根据本发明的另一实施方式，提供清洁喷嘴以及使用该清洁喷嘴的固体物质表面的清洁方法和清洁设备，其能够被加热至可获得所需清洁能力的温度，对固体物质表面的杂质具有足够高的清洁能力，对于清洁后的排气无需大尺寸的设备，能够在短时间内完成清洁处理，而且还能防止产生挥发性有机化合物(VOC)，使得能够改善劳动工作环境且降低对空气污染的影响。

附图说明

以下将参考附图对根据本发明的优选的实施方式进行说明，其中：

图1为示意地显示了根据本发明的一个实施方式的用于实施铜元件的表面处理方法的说明图；

图2为表示使用图1所示的设备清洁实施例1的铜条的结果的图；

图3为表示使用图1所示的设备清洁实施例2的铜条的结果的图；

图4为表示距所述自生成的双流体喷嘴的前端的距离与自生成的双流体的温度的关系的图；

图5为示意地显示了根据本发明的另一实施方式的用于实施铜元件表面处理方法的表面处理设备的说明图；

图6为表示所述自生成的双流体的压力和温度对清洁能力的效果的图；

图7为示意地表示在使用普通单流体喷嘴作为用于本发明实施方式的自生成的双流体喷嘴的情况下的自生成的双流体的截面图；

图8A和8B为示意地表示在使用根据实施例4的具有整流壁喷嘴部分的自生成的双流体喷嘴的情况下的自生成的双流体的截面图；

图9为示意地表示根据本发明的再另一个实施方式的用于实施铜元件表面处理方法的表面处理设备的说明图；

图10为表示根据实施例5使用图9所示的设备清洁铜条的效果的图；

图11为示意地显示在发明的实施方式中使用普通喷嘴作为自生成的双流体喷嘴的情况下的自生成的双流体的生成的截面图；

图12为示意地详细显示了金属材料的常规表面处理设备的说明图；以及

图13为示意地显示了金属材料的常规表面处理设备的说明图；

图14为示意地显示了根据本发明的一个实施方式的清洁喷嘴的截面图；

图15为示意地显示了根据本发明的另一实施方式的清洁喷嘴的截面图；

图16为示意地说明了在使用常规单流体喷嘴的情况下的自生成的双流体的生成的截面图；

图17为示意地显示了涉及使用了自生成的双流体的清洁的参数的截面图；

图18为表示进料水的温度以及液相比例和排出后的气相组分流速的关系的图；

图19为表示加热加压的水(进料水)的温度和压力(水蒸汽压力)及排出后的双流体线速度(管道内径10mm)之间的关系的图；

图20为表示气流流速(双流体线速度)和脱水所需喷射次数(除去水液滴所需的喷射次数)之间的关系的图；

图21为表示在各自的加热加压的水的温度下，喷嘴直径与所生成的自生成的双流体的线速度之间的关系的图；

图22为示意地显示了使用了图14所示的清洁喷嘴的固体物质表面清洁设备的说明图；

图23为表示在图14所示的清洁喷嘴601中的清洁时间和表面油浓度的关系的图。

具体实施方式

以下将参考附图对根据本发明的优选实施方式进行说明。

本发明的实施方式可通过如下方式实现油性液体如粘附至金属材料表面的压延处理油的除去：将含有水作为主成分的液体加压至不低于清洁区域压力(P1)的压力(P0)，同时将所述液体加热至不低于压力(P1)下的沸点且不高于压力(P0)下的沸点的温度，从喷嘴将所述液体排向作为待清洁目标物的金属材料表面，通过由于此时的压力降导致的沸腾而形成液滴和水蒸汽的混合物并且同时由于沸腾过程的体积膨胀，使液滴向着待清洁目标物表面加速，使液滴与所述表面碰撞。

首先，将参考图1说明表面处理设备，凭借该设备实施根据实施方式的作为金属元件的金属条(铜条)的表面处理方法。

卷绕在卷轴1上的金属条1a从开卷机11进料，从清洁设备的进口211引入到表面处理室21的内部，并从出口212引出到表面处理室21的外部。

引入到表面处理室21内部的金属条1a被自生成的双流体的产生装置100进行表面处理，该自生成的双流体的产生装置100包括自生成的双流体喷嘴101和对水进行加压加热并将加压加热的水供给至自生成的双流体喷嘴101的水压力-热施加装置120，使得油性液体如粘附至金属材料表面的压延处理油能够被去除。

以下将对所述自生成双流体的产生装置100进行说明。

自生成的双流体喷嘴101设置于表面处理室21。水压力-热施加装置120具有如下结构：水箱114经由加热器115、流量控制阀111、流量计112和泵113连接至管道31，该管道31连接至自生成的双流体喷嘴101。此处泵113和流量控制阀111设为合适的值，使得水被加压至不低于清洁区域的压力(P1)的压力并将其输送。此时的水的压力被定义为P0。而且，加热器115运转良好，使得水被加热至不低于压力(P1)下的沸点的温度。如上所述的加压加热的水从自生成的双流体喷嘴101排出，同时由于压力降而沸腾，自生成地产生包含水和水蒸汽的气-液双流体。即，所述气-液双流体可通过适宜地设定温度和压力而生成，无需如常规双流体那样引入与液体分离的气体。

以下，气-液双流体被称作自生成的双流体。

从自生成的双流体喷嘴101中喷射的自生成的双流体被喷射到金属条1a上，使得金属条1a表面上的杂质被除去并存于接收托盘220，并且适宜地从接收托盘220排出。

所述自生成的双流体几乎只含水，因此无需说明，即便是直接将其排出到大气中，环境负荷也小。

此处，专利文献11公开了使用加压至不低于5MPa的清洁液体的方法，但作为本发明的发明人研究的结果，已经明确的是，在使用自生成的双流体的情况下，即便压力最高为0.45MPa，也可获得不低于公开于专利文献11中的能力的清洁能力。

通过利用液体的沸腾生成自生成的双流体，使得刚生成后的温度等于沸点。另一方面，例如在大气压下，具有接近100℃的温度的液体和气体被进料至自生成的双流体喷嘴以生成气-液双流体，生成气-液双流体的温度被降至接近70℃。此外，例如在将具有接近100℃的温度的水蒸汽和水进料至自生成的双流体喷嘴以生成气-液双流体情况下，生成接近100℃的气-液双流体，但生成了一个不同的问题，即需要两个进料系统，因此装备复杂化。

专利文献7、8和10公开了使用水和水蒸汽的技术，但其中每个都使用通过分开的管道导入喷嘴的水和水蒸汽，因此需要独立地控制水和水蒸汽中的每个的参数，例如温度、压力、流量。

与此相反，本发明使用自生成的双流体，使得所需控制的参数减少，结果是可减少设备成本以及过程控制负荷。

此外，所述自生成的双流体能够通过利用由沸腾导致的体积膨胀增加液滴的速度。

在常规的双流体中，例如专利文献4公开了所期望的气体流量是10至100L/min(常规)并且类似地，专利文献4公开了所期望的液体流量是100至200ml/min。如果气体产生自水，则液体流量变为8.0至80mL/min。因此，加热加压18至280ml的水，然后从喷嘴排出，使得能够通过只具有一个进料系统的更简单的设备生成具有描述于专利文献4的所期望的流量的气-液双流体，而无需使用专利文献4所公开的方法。如上所述生成的自生成的双流体与金属条的表面接触，使得金属条表面的清洁处理能够被实施。

专利文献1至4公开了使用通过分开的管道被导入到喷嘴的水和气体生成双流体的方法，但该喷嘴具有复杂的结构以引导双流体并且需要独立地控制水和气体中的每个的参数，例如温度、压力、流量。在生成自生成的双流体的情况下，能够使用具有简单结构的单流体喷嘴。

此后，将对作为发明人的研究结果的除去污染物的机理进行说明。

即，作为杂质的用于处理的润滑油或金属粉从与其碰撞的液滴获得动能，并且在其大小不小于与金属表面的粘附能的情况下，其从金属表面除去。在使不溶于水的油性污染物如用于处理的润滑油与主要由水组成的气-液双流体接触的情况下，油性污染物不能溶解于包含气-液双流体的液滴，因此其聚集于液滴和气体之间的界面处。然而，金属表面被一定厚度的液体膜覆盖，因此不能聚集于液滴与气体之间的界面的油性污染物有一定可能再次粘附于金属表面。因此，含有气-液双流体的液滴所具有的气-液界面面积越大，清洁能力越高，因此在形成气-液双流体的液体量彼此相等的情况下，液滴直径越小，清洁能力越高。根据本发明的发明人的研究，液滴直径的适宜范围为不小于1μm且不大于100μm。

此外，温度越高，油性物质粘度上的降低越大，因此液滴能够平滑地从金属表面移动至液滴的气-液界面。作为本发明的发明人的研究结果，已确定当气-液双流体的温度为不低于40℃时，提高了使用气-液双流体的清洁的除去效率，当温度为不低于65℃时，进一步提高了该效率，当温度为不低于80℃时，进一步提高了该效率。当该除去效率被提高时，除去处理能在短时间内实施。如上所述，金属条或金属线在移动中被处理，因此处理时间短，能够缩短处理区域的长度。

专利文献5公开了清洁以3m/min的线速度移动的带状元件的方法，但没有公开能够去除油性物质。

此外，专利文献9公开了，直接喷射加压的热水，通过喷射时的压力降导致的沸腾，形成水蒸汽体和水雾体，但是作为其效果，其仅公开能够除去用于光刻蚀的抗蚀剂，但其并没有公开能够去除油性物质。即，通过本发明的发明人的研究第一次明确了通过使用自生成的双流体能够除去油性物质。

在生成自生成的双流体的情况下，能够使用用于排出单流体的通常使用的喷嘴(以下称作单流体喷嘴)，但使用了具有整流壁喷嘴部分的喷嘴，因此能够增强清洁中的除去性能。即，从单流体喷嘴排出的喷射物在一定角度下扩散。此时，其与环境气体接触并与气体进行热交换，因此温度降低。为了使用具有较高温度的喷射物，优选使用具有整流壁的喷嘴并阻隔喷射物与环境气体的接触。整流壁可被形成为与喷嘴为一体或与喷嘴分离。

甚至通过仅加热加压水而生成的自生成的双流体也能提供在油性污染物的去除中的充足的效果，但为了加快除去速度，优选使用电解离子化水。即，可采用如下步骤：电解离子化水(以下分别称作正极水或负极水)在靠近正极和电极中的每一个的部位通过电解水生成，正极水和负极水中的一个被加热加压并导入到自生成的双流体喷嘴，在清洁处理之后，与正极水和负极水中的另一个混合，排出混合物。

专利文献6公开了通过使用电解离子化水的气-液双流体除去指纹的方法，但没有公开除去油性物质如由处理金属材料导致的附着的润滑油。通常指纹在性质上完全不同于润滑油，尽管两者通常被分入有机物质，机械处理后的润滑油具有比指纹大的附着量。通过本发明的发明人的研究，第一次明确了可通过使用电解离子化水的自生成的双流体清洁、除去油性物质。

接着，将参考图5对本发明的另一实施方式进行说明。

图5所示的表面处理设备基本等同于图1所示的表面处理设备，但不同点在于液体通过气体加压在压力下进料，代替使用泵作为水压力-热施加装置120。

首先，自生成的双流体喷嘴101设置于表面处理室21。

所述水压力-热施加装置120具有如下结构：水箱114通过加热器115、流量控制阀111及流量计112连接至管道31，管道31连接至自生成的双流体喷嘴101，并且同时储气瓶123通过管道32连接至水箱114，气压控制器123、气体流量计122和气体流量控制阀121从储气瓶124的一侧到水箱114的一侧以该顺序连接至管道32。

此外，加热器15设置于沿管道32的中途以及在水箱114处两个部位。

在图5所示的实施方式中，用气压控制器123、气体流量计122和气体流量控制阀121调节来自储气瓶124的气体，该气体进料至水箱114，使得自生成的双流体能从自生成的双流体喷嘴101生成并且能够被喷射到金属条(铜条)1a。

图9显示本发明的另一实施方式，该实施方式以如下方式构成：位于正极侧或负极侧的电解离子化水从连接至所述自生成的双流体喷嘴101的所述水压力-热施加装置120进料，并且喷射通过采用电解离子化水生成的自生成的双流体。

图9中，卷绕至卷轴1的金属条1a从开卷机11进料，所述金属条1a从表面处理室21的进口211导入到表面处理室21的内部并且从出口212排出到表面处理室21的外部。

所述自生成的双流体喷嘴101设置于表面处理室21。

所述水压力-热施压装置120以如下方式构成：水电解箱51通过流量阀111、流量计112和泵113连接至管道31，该管道31连接至喷嘴101。

所述水电解箱51被不阻止离子移动的分隔壁54分成A电极室52和B电极室53两个室，在A电极室中放置有电极A 521，在B电极室53中放置有B 531。直流电源55连接至电极A 521和电极B 531，将A电极室52和B电极室53中的一个设为正极、将另一个设为负极而进行电解，使得电解离子化水可被导入自生成的双流体喷嘴101。

通过将泵113和流量控制阀111设为合适的值，电解离子化水被导入到自生成的双流体喷嘴101并且从自生成的双流体喷嘴101排出的自生成的双流体与金属条1a的表面接触，使得能够实施金属条1a表面的清洁处理。排出到金属条1a表面的自生成的双流体从接收托盘220作为清洁废液排出到表面处理室21的外部。

生成于水电解箱的B电极室53的电解离子化水通过管道33经由泵171而被输送并且通过搅拌器71与表面处理室21的清洁废液混合以被中和，该混合物作为最终废液而被排出。

实施例

实施例1

图1中，使用完成了压延处理之后的铜条作为金属条，使用填充有纯水的箱作为水箱，并且实施了在铜条表面上的压延处理润滑油的除去。

从开卷机11进料的铜条通过开口211被导入到表面处理室21，在其上施加清洁处理一段预设的时间后，从出口212排出到表面处理室21的外部。水从水箱114进料且同时被泵113加压，通过流量计112和流量控制阀111到达喷嘴101。通过沿着管道31的中途安装的加热器115实施加热。

使用斯普瑞喷雾系统公司制造的型号为HB-1/4-VV-SS-80-0050的喷嘴作为用于排出所述自生成的双流体的自生成的双流体喷嘴101。喷射角度80度，孔口直径为50μm。

作为对比实施例1，通过使用图12所示的设备将铜条浸渍于有机溶剂、纯水、微泡水中的每个并且评价在铜条表面的压延处理润滑油的去除性能。进一步地，使用加热至35℃的癸烷作为对比实施例1所述的有机溶剂，使用专利文献12中所述的方法生成的微泡水作为微泡水。

在实施例1和对比实施例1中，清洁区域的长度设为2m。在实施例1中，设置喷嘴使得在清洁区域形成的喷射没有中断，在对比实施例1中，使用清洁箱的长度作为清洁区域长度。通过改变铜条的线速度调节清洁时间。

图2显示清洁后的残余污染物浓度的评价结果。

已确认在使用自生成的双流体的情况下，相比于纯水浸渍(immersion)和微泡水浸渍，可在短时间内降低残余污染物浓度。

实施例2

使用与实施例1相同的喷嘴在较短的时间内实施清洁。所述清洁在如下条件下进行：距喷嘴20mm的部位处的喷路为10×30mm的方形，并且铜条的宽度方向对应于喷路的长边。铜条的线速度设为60m/min。此时，铜条在一个喷嘴下穿过的时间为0.01秒。通过在表面处理室21中排列1至30个喷嘴、将线速度设为定值和改变喷嘴数量而得到所期望的清洁时间。

图3显示通过使用具有接近100mg/m²的油浓度的铜条而实施的清洁的结果并且测定了清洁后的残余污染物浓度。已确认即便是在比实施例1短的时间内，实施例2的铜条也变得清洁。

此处，图4显示始于喷嘴前端的温度分布。

作为对比实施例1，显示了通过使用加热的水(100℃)和氮气以及斯普瑞喷雾系统公司制造的型号为B-1/4JBC-SS的双流体喷嘴而生成的双流体喷射物的结果。

图4表示，在略低于喷嘴的部位处的自生成的双流体温度为接近100℃，在距喷嘴40mm处也为78℃。另一方面，在清洁实际上被实施的距喷嘴20mm处的部位的常规双流体喷射物的温度为70℃。能确定的是即便在距喷嘴40mm处，自生成的双流体也具有等于或高于常规双流体喷射物的温度。即，自生成的双流体作为用于生成具有不低于80℃的温度的双流体的方法是最适宜的，该方法不能通过常规双流体喷射物实现。

实施例3

通过使用图5说明的表面处理设备生成自生成的双流体和实施清洁处理。

即，图5所示的表面处理设备类似于图1所示的表面处理设备，但通过气体加压代替使用泵以在压力下进料液体。此外，加热器安装于沿着管道的中途和在水箱处两个部位。

此处，所述自生成的双流体分别由两个系统生成。

在作为一个系统的系统A中，温度恒定地保持于105℃，压力由用于在压力下进料的气体的压力调节。由于在该温度下水的蒸汽压力为0.15MPa，在压力等于或高于所需压力的情况下，实施由引入气体导致的加压。

在作为另一个系统的系统B中，进行加热使得水的蒸汽压力为预设的压力，没有引入气体。

所述自生成的双流体通过使用如上所述生成的加压加热的水而产生，并且实施清洁。图6显示清洁后的残余污染物浓度的分析结果。

在系统A的情况下，尽管通过引入气体增加了进料液体的压力，但也没有显示出残余污染物浓度的改变，另一方面，在系统B的情况下，随着压力和温度的增加，残余污染物浓度降低。即，显示出所供给的水温度越高则越好。

进一步地，在实施例3中，通过使用不同于用于实施例2的图3所示的实验的喷射喷嘴而进行评价，使得尽管在相同温度压力下的处理结果也不同。例如，图3中的0.01秒的处理在残余污染物浓度上不同于图6中的0.15MPa的处理，尽管在相同的温度、压力和处理时间条件下。

实施例4

各种喷嘴被安装到图5所示的设备中，实施与实施例3类似的铜条的清洁。温度设为145℃，通过使用水蒸汽的压力实施压力下的进料，无需从外部引入气体。

自生成的双流体喷嘴101示于图7、8A和8B。

此外，常规双流体喷嘴301示于图11作为比较。

图7所示的自生成的双流体喷嘴101采用普通的单流体喷嘴，喷嘴本体102具有加热加压的水的储藏室103以及形成于储藏室103下的喷嘴孔104，并且该喷嘴孔104设有孔口部分104a和直径扩张部分104b，该直径扩张部分104b能够形成扇状形状的或圆锥形状的喷路，以从孔口部分104a扩张喷射范围，用于实施例3的图7所示的自生成的双流体喷嘴101的直径扩展部分104b的喷路也为接近80度的扇状形状。因此，距自生成的双流体喷嘴101的前端越远，喷射面积增加的越多。由于双流体进料的体积流量是基本恒定的，距自生成的双流体喷嘴101的前端越远，线速度降低的越多。此外，作为结果，双流体与环境气体换热使得温度降低。

另一方面，如图8A和8B所示，尤其适用于本发明的自生成的双流体喷嘴101包括具有储藏室103和喷嘴孔104的喷射部分105以及用于防止从喷射部分105的喷嘴孔104喷射的双流体喷路扩张的整流壁喷嘴106，图8A显示了喷射部分105和整流壁喷嘴106彼此结合以形成的自生成的双流体喷嘴101的情况且图8B显示了喷射部分105和整流壁喷嘴106彼此分离以形成喷嘴101的情况。如图8B的自生成双流体喷嘴101所示，喷射部分105和整流壁喷嘴106之间形成有空间，使得例如喷路尺寸可对应于工件尺寸而灵活地改变。

在图8A和8B所示的自生成的双流体喷嘴101中，由于安装了整流壁喷嘴106以防止喷射面积随着距喷射部分105的喷嘴孔104的前端的距离变大而增加，期待由于该整流壁的效果可防止线速度和温度的降低。

表1 显示清洁之后的评价结果。

表1

项目	喷嘴类型	残余油量(mg/m²)^*
			实施例3	普通单流体喷嘴(图7)	5.0(可接受)
实施例4	具有整流壁的单流体喷嘴(图8A)	3.0(可接受)

^*：清洁时间：0.01秒，目标值：等于或小于10mg/m²

在使用具有整流壁喷嘴部分的单流体喷嘴的情况下，残余油量小于使用普通单流体喷嘴的情况。即，确认了整流壁喷嘴部分的效果。而且在图8中使用了圆柱形状作为整流壁喷嘴部分的形状，但不限于此，也可使用接近四棱柱状的形状(quadrangular prism-like shape)。

此外，用于本实施例的自生成的双流体喷嘴101的数目为一个，任一喷嘴在铜条的移动方向上具有10mm的清洁区域长度，铜条的移动速度为60m/min。因此，清洁时间为0.01秒。此外，本实施例所用的所述自生成的双流体喷嘴101具有与实施例3中所用的自生成的双流体喷嘴相同的排出流量/供给压力的比。

实施例5

通过使用图9所示的设备，正极水和负极水通过电解水生成，气-液双流体(自生成的双流体)通过使用电极水生成，实施与实施例1类似的铜条表面清洁处理。

图9中，卷绕于卷轴1的金属条1a从开卷机11进料，从清洁设备的进口211导入到表面处理室21的内部，从出口212排出到表面处理室21的外部。用于生成自生成的双流体的自生成的双流体喷嘴101置于表面处理室21中，连接于喷嘴101的管道31经由流量计112和泵113连接至水电解箱51。水电解箱51通过不阻止离子移动的分隔壁54分成A电极室52和B电极室53两个室，电极A 521置于A电极室52中，电极B 531置于B电极室53中。将A电极室52和B电极室53中的一个设为正极、将另一个设为负极而实施电解，使得电解离子化水可被引入到自生成的双流体喷嘴101。

通过将泵113和流量控制阀111设为合适的值，将电解离子化水导入到自生成的双流体喷嘴101以生成气-液双流体，使从自生成的双流体喷嘴101中排除的气-液多相流体与金属条1a表面接触，使得可实施金属条1a表面的清洁处理。排出到金属条1a表面的气-液多相流体作为清洁废液排出到表面处理室21的外部。

生成于水电解箱51的B电极室53的电解离子化水通过管道33经由泵171传输，并且通过搅拌器71在表面处理室21的内部或外部与所述清洁废液混合并作为最终废液排出。

通过使用上述设备，将0.1mol/L的硫酸钾水溶液填充进水电解箱51，通过使用电极A 521作为负极实施电解水，并且与实施例2类似地实施铜条表面的清洁处理。

作为比较，使用图1所示的设备并且还使用纯水，与实施例2类似地实施铜箔表面的清洁处理。

图10显示结果。清楚的是，在使用电解离子化水的情况下，与使用纯水的情况相比，可在较短的时间内降低残余油浓度。

此外，所述最终废液具有7.2的pH值，该水平为可在油-水分离处理后排入排水系统或可被排入河流。

进一步地，在本实施例中将0.1mol/L的硫酸钾水溶液填充进水电解箱，但不限于此，可使用具有合适浓度和电解质的水溶液。此外，在本实施例中，电极A用作负极，但不限于此，根据待清洁除去的污染物质的类型，电极A也可用作正极。例如，在待除去的污染物质包含含有酯作为主要成分的压延润滑油的情况下，使用通过使用电极A作为负极而在A电极室中生成的碱性水溶液，使得通过酯的水解，除去可高效的实施。此时，酸性溶液生成于B电极室。此外，在待除去的污染物质包含被称作金属皂的包含金属离子和羧酸的盐作为主成分的情况下，使用通过使用电极A作为正极而生成于A电极室的酸性溶液，使得通过金属皂的溶解，除去可高效的实施。此时，在B电极室中生成碱性水溶液。在每一种情况下，生成于B电极室的电解离子化水与清洁废液混合，使得清洁废液被中和而无需额外的中和处理。

进一步地，以下将参考附图对根据本发明的优选实施方式进行说明。

在上述问题中的无需用于清洁之后的排气的大型设备的问题，可通过使用下述的自生成的双流体实现。含有水作为主成分的液体被加压至不低于清洁区域的压力(P1)的压力(P0)并且同时该液体被加热至不低于在压力(P1)下的沸点且不高于在压力(P0)下的沸点的温度(T0)，所述液体从喷嘴排向待清洁目标物的表面，使得通过此时的压力降导致的沸腾而自生成地生成液滴和水蒸汽的混合物，即气-液双流体。本发明的发明人对该自生成的双流体进行了命名。在一定时间后所述自生成双流体被冷却且水蒸汽成分被浓缩以降低体积，使得排气的负担降低。

此外，在上述的问题中，实现高的清洁能力的问题可通过使用如下的喷嘴而实现：该喷嘴能够通过在自生成的双流体的沸腾过程中的体积膨胀增加液体向着待清洁目标物表面的速度，并且所述液滴与待测目标物表面碰撞。专利文献1至4公开了用于增加用于双流体清洁的液滴速度的喷嘴结构，但尽管尝试生成自生成的双流体，但液滴仅是从管壁滴下，水蒸汽仅是从接近管线中央的地方穿过，不能获得适宜地分散了所述液滴的双流体。本发明的发明人进行了深入研究，结果是通过根据本发明的喷嘴结构解决了该问题。即，上述问题可通过使用包括孔口部分、直径扩张部分和整流部分的喷嘴而解决。

之前描述了本发明的概要，但以下将会详述每个上述物品。

首先，参考图14对根据一个实施方式的清洁喷嘴进行说明。

如图14所示，根据本实施方式的清洁喷嘴601包括孔口部分602、形成于孔口部分602的下游侧的直径扩张部分603、整流部分604和喷嘴的前端部分605，所述孔口部分602包括用于控制所述加热加压的水的流速的流道，所述直径扩张部分603用于从上游侧到下游侧扩张孔口部分602的流道的横截面积并且生成自生成的双流体F，所述整流部分604包括形成于直径扩张部分603的下游侧并且同时具有大于孔口部分602的流道的横截面积的流道且具有预设长度的管状形状以将所述自生成的双流体F导向下游侧，所述喷嘴的前端部分605用于确定从清洁喷嘴601排出后的喷路。在本实施方式中，喷嘴的前端部分605具有与整流部分604相同的流道的横截面形状，但可随意选择喷嘴的前端部分605以获得所期望的喷路。

参考图15对作为根据另一实施方式的清洁喷嘴的喷嘴的前端部分605的形状的一个例子进行说明。

如图15所示，根据另一实施方式的清洁喷嘴611以如下方式构成：喷嘴的前端部分605具有所谓的拉瓦尔喷嘴形状，其中在流道的横截面积一旦从整流部分604减至喷嘴的前端部分605后，其就向流体的流动方向逐渐增大，不同于根据本实施方式的清洁喷嘴601。

以下，将对通过使用清洁喷嘴601、611而生成的自生成的双流体进行说明。

当加压至在清洁喷嘴601、611的使用环境下不低于压力(P1)(静压)的压力(P0)且加热至不低于在压力(P1)下的沸点(T1)的温度(T0)的加热加压的水穿过孔口部分602时，随着其接近直径扩张部分603，所述压力降低。即，在流道方向上存在压力梯度。另一方面，由于清洁喷嘴601从流动开始的一段时间内从所述加热加压的水夺取热，导致温度降低，但在一定时间段后，温度变为几乎等同于进料温度(T0)。结果是，当压力变得低于在温度(T0)下的蒸汽压时，所述加热加压的水沸腾，因此生成包含水和水蒸汽的自生成的双流体F。

通常，液体通过沸腾而体积膨胀，在水的情况下，在100℃下体积膨胀至接近1700倍。例如，当对具有18至280mL/min的流速的水进行加热加压并且从清洁喷嘴601、611排出时，得到具有8至80mL/min的流速的水和具有10至100L/min的流速的水蒸汽。

专利文献4在0029段公开了所期望的气体流速是10至100L/min(常规)并且在0031段公开了所期望的液体流速为100至200mL/min。在通过使用通过分开的管道导入到清洁喷嘴中的水和气体而生成双流体的方法中，由于引入了双流体，喷嘴需要具有复杂的结构，此外，需要独立地控制每个流体的参数，如温度、压力。

另一方面，为了简便，用于生成自生成的双流体的控制参数仅为加压加热的水的温度和压力。即，通过使用自生成的双流体F，可通过使用较简单的仅具有一个进料系统的设备生成具有专利文献4所描述的期望流量的气-液双流体，无需使用专利文献4中公开的方法。

当从孔口部分602中出来的自生成的双流体F经由直径扩张部分603到达位于比直径扩张部分603更远的下游侧的整流部分604时，自生成的双流体F由于上述的急速体积膨胀通过穿过用于将流体F导向更远的下游侧的管状的整流部分604而增加速度(被加速)。到达喷嘴的前端部分605的自生成的双流体F的压力变为等于在使用环境下的压力(P1)并且温度变为约等于在压力(P1)下的沸点(T1)。

图4显示对于所述自生成的双流体F和普通的使用100℃的水和氮气生成的双流体对在从喷嘴的前端部分排出后的温度进行测定的例子。可以看出自生成的双流体F获得了比包含水和氮气的双流体高的温度。

接着，将对根据实施方式的清洁喷嘴601的最适宜喷嘴形状进行说明。

如前所述，所述自生成的双流体F可通过仅进料水而生成，使得市售单流体喷嘴能够用作清洁喷嘴601。图16显示了市售单流体喷嘴的结构。

通常，单流体喷嘴630通常具有扇状形状(fan-like shape)或圆锥形状(conical shape)的喷路以扩张喷射范围，例如，斯普瑞喷雾系统公司制造的型号为HB-1/4-VV-SS-80-0050的喷嘴具有接近80度的扇状形状的喷路。因此，距喷嘴前端的距离越大，喷路面积增加的越多。由于双流体进料的体积流量几乎恒定，距喷嘴前端的距离越大，线速度降低越多。此外，结果是所述双流体与环境气体热交换使得温度降低。

另一方面，根据本实施方式的清洁喷嘴601包括大约直管状的整流部分604，其具有与清洁喷嘴601(参看图14)的出口606几乎相同的直径。即为了防止距喷嘴前端的距离越大、喷路面积增加越多，安装了用于防止喷路扩张的整流部分604。通过上述整流部分604的作用，能够防止线速度和温度的降低。

本发明的发明人还进一步研究以明确清洁喷嘴601的合适尺寸。结果是，获得了如下的合适尺寸。

(1)所述清洁喷嘴601具有形成于整流部分604的下游侧并且同时具有小于整流侧604的流道的横截面积的流道，其具有横截面形状沿下游方向逐渐扩张的拉瓦尔喷嘴的形状。

(2)孔口部分602具有不小于0.2mm且不大于0.5mm的内径。

(3)直径扩张部分603具有大约圆锥的形状并且具有不低于60度且不大于150度的顶角。

(4)整流部分604的内径与进料水的温度有关，在进料不低于140℃的水的情况下，其不多于6mm。优选使用具有内径不多于4mm的整流部分604的喷嘴并且进料不低于130℃的水。更优选使用具有内径不多于3mm的整流部分604的喷嘴并且进料不低于120℃的水。进一步更优选使用具有内径不多于2mm的整流部分604的喷嘴并且进料不低于110℃的水。

(5)位于整流部分604的下游侧的喷嘴的前端部分605具有等于或小于整流部分604的横截面积。

以下，将对至最适宜喷嘴形状的设计进行详述。

首先，定量地解释所述加压加热的水以自生成的方式形成双流体。

首先从清洁喷嘴601排出所述加压加热的水之前和之后的能量平衡由下述式1表示：

式1：

[A]+[B]＝[C]+[D]+[E] (式1)

[A]：排出前的动能

[B]：伴随沸腾的蒸发潜热

[C]：排出后的动能

[D]：伴随温度降低的内能

[E]：伴随雾化(atomization)的表面自由能

此处，当在排出前的流速为1kg/min的条件下估计每一项目的近似值时，如[A]：排出前的动能＝8.7×10^-3J/min、[C]：排出后的动能＝1.8×10³J/min且蒸发潜热＝2.2×10⁶J/min所示，热能是支配的。因此，式1可由下式2近似。

式2

[B]＝[D] (式2)

[B]：伴随沸腾的蒸发潜热

[D]：伴随温度降低的内能

从上述式2计算出蒸发速率，结果是可计算出排出后的水雾的气-液组成和运动速度。通过设定图17所示的各种参数和使用式2，计算出了排出后的水雾的气-液组成和运动速度是如何相对于进料水的温度而变化的。

图18和图19显示了在进料水的流速设定为1L/min的情况下的计算结果。将在构成所生成的双流体的水和水蒸汽中的水的比例为基于摩尔数表示的情况下所获得的值定义为液相比例。

如图18所示，根据进料水温度的增加，液相比例(liquid-phase fraction)降低，其在150℃下为约0.9，在200℃下为约0.8。此时生成的气体的体积流速分别变为160和320L/min，该体积流速和满足普通双流体清洁的操作条件(数十至数百升每分钟)。此外，生成的双流体(水雾)的线速度变为如图19所示，可获得数十米每秒的速度。而且，当加压加热的水的温度改变时，相应地蒸汽温度也如图19所示而改变。这表明在使用如图22所示的下述设备的情况下，箱内的压力改变，这意味着伴随水温度的增加，液体进料压力也增加。而且，所述进料水的温度为由位于比清洁喷嘴601孔口部分602更远的下游侧和比加热器更远的下游侧的温度测量装置所测量的温度。

接着，将对整流部分604的最适宜尺寸进行说明。

如上所述，在使用常规清洁喷嘴的情况下，所述液滴仅为从管壁滴下且无法获得水雾均匀分散于其中的双流体喷射物。本发明的发明人研究了流体的运动并且得出如下结论：邻近管壁的气体的流速不足以提供分离粘附至管壁的液滴的动量。

然后，为了获得分离粘附至管壁的液滴的所需的气体流速，实施了如下模型实验：使用位于气流下方的旋转盘，液滴粘附于旋转盘，在各种流速下测量需要穿过气流下方的位置多少次以完全分离液滴，得到如图20所示的结果。即，已明确的是通过穿过气流下方的位置仅一次，用于分离液滴需要不低于45m/sec的速度。

专利文献4在0021至0029段公开了，需要通过气流对在内壁上移动的液滴雾化，但其完全没有公开所需的用于雾化的气流的流速。即，上述最小流速通过本发明的发明人的研究第一次被明确。

此处，尝试找出对应于管道的各种内径和待进料的加压加热的水的温度，待生成的自生成的双流体F的流速是多少，得到示于图21的结果。由此，已明确的是例如，为了得到45m/s的流速，当加压加热的水的温度为110℃时，喷嘴直径需不高于4mm，当加压加热的水的温度为120℃时，喷嘴直径需不高于5mm，当加压加热的水的温度为160℃时，喷嘴直径需不高于10mm。

基于上述研究，制造了具有各种内径的原型喷嘴并用于自生成的双流体F的实验。表2显示目视评价水雾均匀性的结果。

表2

○：水雾均匀。

△：具有水雾浓度分布但没有生成滴下的液滴。

×：生成了液滴。

据此，可以看出如果温度和喷嘴直径包含于上述温度条件和喷嘴直径条件，则不会产生滴下的液滴。认为即便是在从图21可获得45m/s的流速的条件下，还产生在表2中示为△的不均匀的原因为：图20所示的自生成的双流体F为平均流速并且在邻近管壁的位置形成速度边界层，使得实质速度降低，但可理解的是，在清洁固体物质表面的意义上，两者间没有大的差别。

接着，将对孔口部分602的最适宜形状进行说明。

孔口部分602具有调节流过清洁喷嘴601的流体的流速的作用。如果孔口部分602内径太小，则不能得到足够的流体流速，结果是不能得到足够的清洁能力。另一方面，如果孔口部分602的内径太大，流速变得过大，使得用于加热的加热器变大，能耗增加。

作为本发明的发明人研究的结果，当以进料水的流速表示时(生成自生成的双流体F前的水)，每喷嘴的排出流速为0.1至1.5L/min。作为向清洁喷嘴601进料水的方法，存在使用泵的方法，例如如图22所示。此外，作为另一种方法，构想出了使用加热的水的蒸汽压的方法。基于此，进料水的压力为0.2至2MPa，本发明的发明人研究了在0.2至2MPa的压力下用于获得0.1至1.5L/min的流速的孔口部分602的最适宜形状，结果是，已发现优选内径不小于0.2mm且不大于0.5mm。

接着，将对直径扩张部分603的最适宜形状进行说明。

直径扩张部分603为在其中流道的内径从孔口部分602的内径移至整流部分604的内径的区域。此处，当内径急剧变化时，在整流部分604的起始点生成流动的滞流。因此，优选内径缓和地从孔口部分602变化至整流部分604。作为本发明的发明人研究的结果，已确认优选直径扩张部分603的顶角包含于不少于60度且不多于150度的范围内。

接着，将对喷嘴的前端部分605的最适宜形状进行说明。

喷嘴的前端部分605为已经穿过整流部分604的自生成的双流体F在被排出到清洁喷嘴601的外部前所穿过的区域。作为本发明的发明人的研究结果，已明确了如果喷嘴605的前端部分具有大于作为加速部分的整流部分604的横截面积，在自生成的双流体喷嘴F从清洁喷嘴601排出之后，例如自生成的双流体F被分散以减速并且温度降低，使得清洁能力受损。因此，优选喷嘴的前端部分605具有等于或小于整流部分604的横截面积。

此外，优选为拉瓦尔喷嘴的形状的原因如下。

在喷嘴的前端部分605具有拉瓦尔喷嘴的形状的情况下，在流道的横截面积先减少之后，其从整流部分604至自生成生成的双流体F的流动方向渐渐增大。与此相伴，自生成的双流体F在其被迅速压缩之后渐渐膨胀。在如压缩空气的普通气体或其中液滴被普通气体加速的普通气-液双流体的情况下，由于流体在拉瓦尔喷嘴部分中被压缩且压力增加后逐渐膨胀，流体流速进一步被加速。在根据本发明的自生成的双流体F的情况下，当在拉瓦尔喷嘴部分被压缩时，为气体组分的部分水蒸汽液化，之后，该液体渐渐膨胀以再次气化。结果是，气-液双流体的液滴的分布变得均匀。所述自生成的气-液双流体以如上所述的方式生成，使得其可以与待清洁目标物碰撞，可得到高的清洁能力。

而且，专利文献2公开了一种在实施清洁时使用具有拉瓦尔喷嘴形状的喷嘴的方法，所述清洁通过使用通过用压缩气体加压和排出清洁液体而得到的超声流体来实施。但是，专利文献2完全没有公开拉瓦尔喷嘴形状适用于通过在常压下沸腾加热加压的水以自生成地生成双流体的自生成喷嘴，没有特别地公开在本发明中在拉瓦尔喷嘴部分中的自生成的双流体F的上述行为。此外，在根据本发明的喷嘴中的所述“整流部分”在专利文献2的喷嘴中被表述为“流道”，但专利文献2完全没有公开在流道上游侧的结构，没有公开或暗示像本发明那样安装具有合适形状的孔口部分和直径扩张部分，使得可获得合适的自生成的双流体F。本发明固有的所述功能和效果通过本发明的发明人的研究而第一次被明确。

综上所述，根据本实施方式，能够提供一种清洁喷嘴601，其能够被加热至可获得所需清洁能力的温度，具有对于在固体物质表面的杂质的足够高的清洁能力，无需用于清洁后的排气的大型设备，能够在短时间能完成清洁，并且还能够防止生成挥发性有机化合物(VOC)，使得可改善劳动工作环境且降低对大气污染的影响。

接着，将对使用根据本实施方式的喷嘴601的固体物质表面的清洁方法连同清洁设备进行说明。此处，作为一个例子，将对铜条的清洁方法和清洁设备进行说明。

如图22所示，卷绕于卷的铜条690从开卷机691进料，通过清洁设备692的进口693导入到表面处理室694的内部，并且从出口695排出到表面处理室694的外部。

引入到表面处理室694内部的铜条690通过清洁喷嘴601进行表面处理，粘附于表面的润滑油、金属粉等被除去。

在表面处理室694中安装了清洁喷嘴601，加热加压的水的进料装置连接于该喷嘴694。所述加压加热的水的进料装置具有连接至清洁喷嘴601的管道696以及通过加热器697、流量控制阀698、流量计699、压力调节器和泵700连接至管道696的水箱701。此处，泵700、压力调节器和流量计699分别适宜地设置为合适的值，使得水可被加热且被加压至不低于为清洁区域的表面处理室694的压力(P1)的压力。进一步地，压力也可通过在压力下进料液体而调节，所述压力由基于气体的施压而导致。

以该方式加热加压的水如上所述通过从清洁喷嘴601排出而生成自生成的双流体F。使以该方式生成的自生成的双流体F与铜条690表面接触，使得清洁处理施用于铜条690表面。

从清洁喷嘴601排出的自生成的双流体F除去铜条690表面的杂质，并且被储藏于下方的托盘(未示出)并且适宜地从所述托盘排出。自生成的双流体F大约只含水，因此即便是被排出到大气中，环境负荷也小。

进一步地，在设备中，排气吹风机(未示出)对表面处理室694的气体抽真空，并将气体进料至排气处理设备(未示出)。

实施例

切削油的除去试验

作为实施例6，通过使用图22中所示的设备和由清洁喷嘴601生成的自生成的双流体F实施切削油的除去试验。此外，作为实施例7，通过使用图22中所示的设备和由清洁喷嘴661生成自生成的双流体F实施切削油的除去试验。

作为待清洁的目标物，使用压延处理后的铜条，其表面粘附有200mg/m²的油性污染物。在垂直于铜条移动方向的方向上同轴地设置4个喷嘴，形成接近10mm×40mm的喷路。铜条移动方向的清洁区域长度设为接近10mm，铜条的移动速度设为60m/min，因此清洁时间为0.01秒钟。进料水的温度设为145℃，其通过使用水蒸汽的压力而在压力下进料，无需从外部进料气体。此时，进料压力为0.45MPa且每清洁喷嘴的进料水的体积流速为0.25L/min。图23显示清洁后的结果。

根据所述结果，可以看出对应于清洁时间，表面油浓度降低。进一步地，在本实施例中，在垂直于铜条移动方向的方向上同轴地设置4个喷嘴，但不限于此，其也可被设为曲折形(zigzag shape)。

接着，作为对比实施例2，实施使用由斯普瑞喷雾系统公司市售的型号为HB-1/4-VV-SS-80-0050的单流体喷嘴的实验。表3显示对比实施例2连同实施例6的结果。

表3

清洁时间：0.01秒

^*目标：不高于3

^**对比实施例2的喷嘴具有形成于其前端部分的狭缝以形成扁平形状。

从表3可以看出：根据本发明的清洁喷嘴601性能优良。此外，清楚的是，当使用了清洁喷嘴611时，可得到更优选的结果。

外来物质的除去测试

作为实施例8，通过使用图22中所示的设备和由清洁喷嘴601生成的自生成的双流体F来实施外来物质的除去测试。

作为实施例9，通过使用图22中所示的设备和由清洁喷嘴611生成的自生成的双流体F来实施外来物质的除去测试。

作为待清洁目标物，使用施加了切割加工(slit processing)的铜箔，该铜箔上每平方米存在约800个不低于50μm的外来物质。

作为对比实施例3，通过使用市售的斯普瑞喷雾系统公司制造的型号为B-1/4JBC-SS的双流体喷嘴和生成包含氮气和水的双流体来实施所述清洁。

基于清洁后残余的外来物质的数量以及用于防止来自清洁设备的水雾泄露到工作环境的排气量对本发明进行评价。所需的排气量越小，排气所需的能量就越小，因此在制造中是优选的。

结果示于表4。

表4

清洁时间：0.01秒钟

^*目标：不高于100

^**目标：不高于10

^***对比实施例3的喷嘴具有形成于其前端部分的狭缝以形成扁平形状。

残留的外来物质数在每个喷嘴都是可接受的。尤其是，使用了拉瓦尔喷嘴，使得外来物质的数量可被进一步降低。此外，在使用清洁喷嘴601、611的情况下，所需的排气量降至约1/40，因此明显的是根据本发明的清洁喷嘴601、611是优良的。

从上述结构，可理解按照根据本发明的清洁喷嘴601，也可除去如外来物质的污染物，然后在切削加工的产品中，处理粉和处理油可同时被去除，因此能够提供设备的集成和小型化、提高投资效率等优点。

尽管出于完成和清楚公开的目的，关于具体实施方式描述了本发明，但所附的权利要求不应因此受限，应理解为实现了本领域技术人员能想到的全部的变形和可选结构，这些变形和可选结构也完全落入本文所提出的基本教导中。

Claims

1.一种金属元件的表面处理方法，其包含：

用通过在常压下沸腾加热加压的水而获得的气-液双流体除去金属元件上的油性物质。

2.根据权利要求1所述的金属元件的表面处理方法，其中所述加热加压的水的压力不高于0.45MPa。

3.根据权利要求1所述的金属元件的表面处理方法，其中所述气-液双流体的温度不低于40℃。

4.根据权利要求1所述的金属元件的表面处理方法，其中所述气-液双流体由水蒸汽和液体水构成，并且所述液体水具有1μm至100μm的液滴直径。

5.一种用于除去金属元件上的油性物质的金属元件的表面处理设备，其包括：

自生成的双流体的产生装置，其用于通过在常压下沸腾加热加压的水而产生气-液双流体，

表面处理室，其通过使自生成的双流体与金属元件接触而实施表面处理。

6.根据权利要求5所述的金属元件的表面处理设备，其中所述自生成的双流体的产生装置包括向水施加压力和热的水压力-热施加装置以及连接至所述水压力-热施加装置的用于喷射加压加热的水以产生自生成的双流体的自生成的双流体喷嘴，并且当所述被水压力-热施加装置加热和加压的水被自生成的双流体喷嘴喷射时，基于所述被该喷嘴喷射的加热加压的水和由压力降导致的沸腾而产生的水蒸汽，生成自生成的双流体，并将其喷射到金属元件表面。

7.根据权利要求5所述的金属元件的表面处理设备，其中所述水压力-热施加装置包括用于电解包含水作为主成分的液体的电解槽以及搅拌器，所述搅拌器用于提供一种电解离子化水至所述自生成的双流体喷嘴，所述电解离子化水选自由于电解槽中的电解而在正极和负极生成的电解离子化水，在所述的一种电解离子化水与所述金属元件接触以实施该金属元件的表面处理之后，混合另一种电解离子化水与所述的一种电解离子化水并将两者排出。

8.根据权利要求5所述的金属元件的表面处理设备，其中所述自生成的双流体喷嘴包括用于喷射所述加压加热的水的喷射部分以及整流壁喷嘴，该整流壁喷嘴用于控制被喷射部分喷射的自生成的双流体的喷路的扩张。

9.根据权利要求5所述的金属元件的表面处理设备，其中被所述水压力-热施加装置加热加压的水的压力不高于0.45MPa。

10.根据权利要求5所述的金属元件的表面处理设备，其中所述喷射至所述金属元件表面的自生成的双流体的温度不低于40℃。

11.一种用于生成气-液双流体的清洁喷嘴，该气-液双流体通过在常压下沸腾加热加压的水而获得，其包括：

孔口部分，其包括用于控制加热加压的水的流速的流道；

形成于孔口部分下游侧的直径扩张部分，用于扩张孔口部分的流道的横截面积及产生气-液双流体；以及

12.根据权利要求11所述的清洁喷嘴，其中还包括形成于整流部分的下游侧并且同时具有小于孔口部分的流道的横截面积的流道，并且其横截面积具有沿下游方向逐渐扩张的拉瓦尔喷嘴的形状。

13.根据权利要求11所述的清洁喷嘴，其中所述孔口部分具有不小于0.2mm且不大于0.5mm的内径。

14.根据权利要求11所述的清洁喷嘴，其中所述直径扩张部分具有不小于60度且不大于150度的顶角。

15.根据权利要求11所述的清洁喷嘴，其中位于所述整流部分的下游侧的喷嘴的前端具有等于或小于所述整流部分的横截面积。

16.一种固体物质表面的清洁方法，包含：用根据权利要求11所述的清洁喷嘴生成的气-液双流体清洁所述固体物质的表面。

17.根据权利要求16所述的清洁方法，其中所述气-液双流体的流速不小于45m/s。

18.根据权利要求16所述的清洁方法，其中所述加热加压的水的温度不高于120℃，且所述整流部分具有不大于4mm的内径。

19.根据权利要求16所述的清洁方法，其中所述加热加压的水的温度大于120℃，且所述整流部分具有不大于6mm的内径。

20.根据权利要求16所述的清洁方法，其中所述固体物质包括铜线或铜条。

21.一种固体物质表面的清洁设备，该设备使用通过在常压下沸腾加热加压的水而生成的气-液双流体以清洁固体物质表面，其包括：

22.根据权利要求21所述的清洁设备，其中所述清洁喷嘴包括形成于整流部分下游且同时具有比孔口部分的流道小的横截面积的流道，并且所述横截面积具有沿下游方向逐渐扩张的拉瓦尔喷嘴的形状。

23.根据权利要求21所述的清洁设备，其中所述气-液双流体的流速不小于45m/s。

24.根据权利要求21所述的清洁设备，其中所述加热加压的水的温度不高于120℃，并且所述整流部分具有不大于4mm的内径。

25.根据权利要求21所述的清洁设备，其中所述加热加压的水的温度大于120℃，并且所述整流部分具有不大于6mm的内径。

26.根据权利要求21所述的清洁设备，其中所述固体物质包括铜线或铜条。