JP7165331B2

JP7165331B2 - 洗浄装置

Info

Publication number: JP7165331B2
Application number: JP2020007153A
Authority: JP
Inventors: 明男丸山; 隆也加藤
Original assignee: Shinwa Co Ltd
Current assignee: Shinwa Co Ltd
Priority date: 2020-01-20
Filing date: 2020-01-20
Publication date: 2022-11-04
Anticipated expiration: 2040-01-20
Also published as: JP2021112721A

Description

本発明は、加工後の機械加工部品等を洗浄するための洗浄装置に関する。

自動車産業や電機産業では、部品の製造過程において、「洗浄」が重要な役割を担っている。ここで部品の「洗浄」とは、製品の信頼性や後工程の品質を確保するために行われるもので、前加工で付着した汚れを除去する処理をいう。
洗浄方法は、湿式と乾式に大別され、さらに化学洗浄と物理洗浄に分類することができる。
アルカリ洗浄や溶剤洗浄に代表される化学洗浄は、洗浄剤の溶解や分散作用により汚れを除去するため、多量な汚れや重質な汚れに対し高い洗浄効果を発揮するものの、洗浄液のすすぎや、すすぎ液の液切り乾燥などの後処理が必要となり、行程数が増え処理時間も長くなり、設備費とエネルギーの増大につながるおそれがある。
一方、ブロー洗浄に代表される物理洗浄は、空気などの気体流により汚れを払拭除去するものであり、行程数が少なく高速で処理することが可能であるため、合理的な洗浄方法に位置づけられるものの、化学洗浄に比べて高い洗浄品質を得ることは困難であり、また、局所的に洗浄のエネルギーを集中させることで汚れを除去するため、広領域や複雑な形状の部位を被洗浄領域とすると適用困難なケースが発生する。
そこで、化学洗浄の作用と物理洗浄の作用とを組みあわせた洗浄方法として、図２に示したように、被洗浄物Ｗを洗浄容器１００内に収容し、そこに洗浄液を強制的に流通させるようにした洗浄方式（通称：流速洗浄、ダイレクトパス洗浄など）が従来より知られている（例えば、特許文献１～３参照）。
なお、図２に示した従来の洗浄装置は、上面が開口する箱状の下治具１００ａと、下面が開口する逆さ箱状の上治具１００ｂとを組み合わせて被洗浄物Ｗを収容可能にしてなる洗浄容器１００と、洗浄液を貯め得る貯液槽１０１と、その貯液槽１０１の洗浄液を洗浄容器１００に供給するための配管１０２と循環ポンプ１０３とからなる洗浄液供給流路１０４と、洗浄容器１００内の洗浄液を貯液槽１０１に排出する一本の配管からなる洗浄液排出流路１０５と、を備えており、前記循環ポンプ１０３を稼働させて洗浄容器１００内へ洗浄液を強制的に流通させ、その洗浄液の化学作用と物理的作用で被洗浄物Ｗに付着した汚れを洗浄除去し、洗浄後の洗浄液を洗浄液排出流路１０５から貯液槽１０１に戻して循環させるものである。

特開平７－３２８５６５号公報特開平８－３３２４６３号公報特開平８－３３７８９０号公報

上記従来の洗浄装置は、洗浄液が洗浄容器１００内を一方向に通過させて洗浄するものであるため、被洗浄物の形状によっては十分な洗浄品質が得られないおそれがあった。
本発明は、上記に鑑みなされたもので、その目的は、洗浄品質の向上が可能な洗浄装置を提供することにある。

上記の目的を達成するため本発明は、
被洗浄物を洗浄容器の内部に収容し、その洗浄容器内に洗浄液を供給して前記被洗浄物を洗浄するようにした洗浄装置であって、
前記洗浄容器内に洗浄液を供給する洗浄液供給流路と、
前記洗浄容器内の洗浄液を排出する洗浄液排出流路と、を備えており、
前記洗浄液供給流路は、洗浄液を貯め得る第１貯液槽から同じく洗浄液を貯め得る第２貯液槽に、さらにその第２貯液槽から洗浄液の供給と停止を切り替え可能な開閉弁を介して前記洗浄容器に通じるようになし、
また、前記第２貯液槽には、所定貯液量を越えた余剰の洗浄液を前記第１貯液槽に戻す返戻流路を設けてなり、
一方、前記洗浄液排出流路は、前記洗浄容器内の外気と洗浄液とを吸引可能な吸引手段が設けられると共に、その吸引手段を介して前記洗浄容器から前記第１貯液槽に通じるようになっており、
前記開閉弁を閉じて前記洗浄容器内への洗浄液の供給を停止すると共に前記吸引手段で前記洗浄容器内の外気を吸引して負圧となし、
前記洗浄容器内が負圧の状態で前記開閉弁を開いてその洗浄容器内に洗浄液を供給し、
さらに前記洗浄容器内に洗浄液が供給されている状態で前記開閉弁を閉じて洗浄液の供給を停止すると共に前記洗浄容器内の洗浄液を前記吸引手段で吸引して前記洗浄液排出流路に排出するようにした洗浄装置を提供する。

また、請求項２に記載したように、前記吸引手段は、前記第１貯液槽の洗浄液を循環ポンプで循環させる循環流路と、流入部と流出部と吸引部とを有すると共に前記流入部と前記流出部を前記循環流路の途中に接続してなるエジェクターと、からなり、そのエジェクターの前記吸引部に前記洗浄液排出流路を接続してなる請求項１記載の洗浄装置を提供する。

また、請求項３に記載したように、前記第２貯液槽は、前記洗浄容器より高所に設けられており、前記開閉弁が開いた状態でその第２貯液槽の洗浄液が、自重による落液と前記吸引手段による吸引作用とにより前記洗浄容器内に流入し得るようにした請求項１又は２記載の洗浄装置を提供する。

本発明の洗浄装置によれば、洗浄容器内が負圧であることと、吸引手段による吸引作用とにより供給される洗浄液の流速が増し、乱流状態で洗浄容器内に流入してそこに収容されている被洗浄物の表面を隈無く流通するため、付着する汚れを効率よく除去し得る。また、洗浄容器内にある洗浄液は、吸引手段の吸引作用により素早く排出されるため、被洗浄物の液切りも短時間で行える。したがって、洗浄品質の向上と洗浄コストの低減が可能になる。

また、本発明の洗浄装置によれば、第２貯液槽の所定貯液量を越えた余剰の洗浄液が返戻流路を通って第１貯液槽に戻されるため、洗浄液供給流路の第２貯液槽への送液量を一定に保ちつつ、開閉弁を開閉させるだけで被洗浄物の洗浄が行える。したがって、洗浄液供給流路の送液量を洗浄のタイミング毎に制御する必要がないため、構造の簡素化と、運転コスト・洗浄コストの低減が可能になる。

また、請求項２に記載の洗浄装置によれば、循環流路の途中に接続したエジェクターで洗浄容器内の外気と洗浄液とが吸引可能であり、しかも、吸引した洗浄液が、エジェクターから循環流路を循環する洗浄液に合流して自動的に第１貯液槽に戻るため、構造が簡単で低コストであり、しかもメンテナンスも容易である。

また、請求項３に記載の洗浄装置によれば、第２貯液槽の液面から洗浄容器までの落差と、吸引手段の吸引作用による洗浄容器内の負圧と、連続的な吸引力とにより、洗浄容器内に供給される洗浄液の流速が急激に高められるため、洗浄液の流れを洗浄容器内で層流から乱流へと確実に遷移させることができる。

洗浄装置の全体を示す概略のフロー図である。従来の洗浄装置の全体を示す概略のフロー図である。

以下に本発明の実施の形態を図１を参照しつつ説明する。
本発明の洗浄装置１は、被洗浄物Ｗを洗浄容器２の内部に収容し、その洗浄容器２内に洗浄液３を供給して収容した被洗浄物Ｗを洗浄するものである。

［１．洗浄液と被洗浄物］
実施形態の洗浄装置１の洗浄の対象となる被洗浄物Ｗは、油脂類の汚れが付着した機械加工後の金属部品であり、使用する洗浄液３はアルカリ性洗浄剤である。
被洗浄物Ｗは、連続する搬送コンベア４の途中に設けられた洗浄ポイントＰに一個ずつ或は洗浄容器２に収容可能な複数個を一組にして順番に送られるか、又は、図示しないが、搬送方向に並べられた二本の搬送コンベアの間に設けられた洗浄ポイントに適宜な移送装置により上記の単位で順番に送られるようになっており、洗浄装置１は、その洗浄ポイントＰに停止する被洗浄物Ｗを上記の単位で洗浄するものである。

［２．洗浄容器］
洗浄容器２は、上面が開口する箱状の下治具２ａと、下面が開口する逆さ箱状の上治具２ｂと、からなり、この上治具２ｂと下治具２ａの開口同士を直接当接させるか又は両者を搬送コンベア４のフレーム４ａの一部を介して連結することにより密閉し得るものであり、図１の想像線に示したように、上治具２ｂが適宜昇降して開閉し得るようになっている。

実施形態の洗浄装置１は、洗浄容器２を核として、その洗浄容器２内に洗浄液３を供給する洗浄液供給流路５と、洗浄容器２に供給された洗浄液３を排出する洗浄液排出流路６と、を備えている。

［３．洗浄液供給流路］
洗浄液供給流路５は、洗浄液３を貯め得る第１貯液槽７と、同じく洗浄液３を貯め得る第２貯液槽８と、第１貯液槽７と第２貯液槽８とを連通させる供給第１配管９と、その供給第１配管９の途中に設けられた洗浄液供給ポンプ１０と、第２貯液槽８と洗浄容器２とを連通させる供給第２配管１１と、その供給第２配管１１の途中に設けられた開閉弁１２と、から概略構成される。

前記第１貯液槽７は、洗浄容器２より低所に配設され、一方、第２貯液槽８は、洗浄容器２より高所（好ましくは洗浄容器２の直上）に配設されており、第１貯液槽７の洗浄液３が、供給第１配管９の洗浄液供給ポンプ１０により高所の第２貯液槽８に揚送される。

前記第２貯液槽８は、通気管１３を介して外気と連通しており、第２貯液槽８に貯液された洗浄液３の大気圧断面積は、第２貯液槽８に連通している供給第２配管１１の断面積に比べて十分広い関係にある。
また、第２貯液槽８には、洗浄液３を設定温度に調温し得る熱交換器１４が装備されている。
さらに第２貯液槽８には、第１貯液槽７に連通する返戻流路１５を有するオーバーフロー槽１６が堰１７を介して並設されており、第２貯液槽８の所定貯液量（好ましくは一回の洗浄に必要な洗浄液３の量）を越える余剰の洗浄液３が堰１７から溢れてオーバーフロー槽１６に落液し、その洗浄液３が自重により返戻流路１５を通って第１貯液槽７に戻るようになっている。したがって、供給第１配管９の洗浄液供給ポンプ１０は、洗浄のタイミングに拘わらず、常に一定の出力（流量）で効率よく作動させることができる。

前記開閉弁１２は、例えばソレノイド等を駆動源とする電磁弁であり、供給第２配管１１を開閉して洗浄容器２への洗浄液３の供給と停止を択一的に且つ瞬時に切り替え得る。

［４．洗浄液排出流路］
洗浄液排出流路６は、洗浄容器２の前記下治具２ａに接続された排出配管１８と、その排出配管１８を通じて洗浄容器２内の外気と洗浄液３とを吸引可能な吸引手段１９と、からなる。
前記吸引手段１９は、第１貯液槽７から出て第１貯液槽７にＵターンする循環流路２０と、第１貯液槽７の洗浄液３を循環流路２０で循環させる循環ポンプ２１と、前記循環流路２０の途中に接続したエジェクター（３方弁）２２と、からなる。
このエジェクター２２は、流入部２２ａと流出部２２ｂと吸引部２２ｃとを有する公知のものであり、流入部２２ａと流出部２２ｂを循環流路２０の途中に接続し、残る吸引部２２ｃに前記洗浄液排出流路６の排出配管１８が接続される。

［５．洗浄方法］
次に、実施形態の洗浄装置１による洗浄方法について説明する。
洗浄装置１は、洗浄液供給流路５の洗浄液供給ポンプ１０と、洗浄液排出流路６の循環ポンプ２１を、ほぼ一定の出力で常時稼働させると共に、洗浄液供給流路５の開閉弁１２を閉じて供給第２配管１１の途中、つまり第２貯液槽８の底を閉じている。
したがって、洗浄液供給流路５では、第１貯液槽７から第２貯液槽８に洗浄液３がほぼ一定流量で揚送され、第２貯液槽８の所定貯液量を越えた余剰の洗浄液３が堰１７を越えてオーバーフロー槽１６に流入し、その洗浄液３がオーバーフロー槽１６から返戻流路１５を通って自重で第１貯液槽７に戻る、という循環が常時行われている。
一方、洗浄液排出流路６では、第１貯液槽７に貯液された洗浄液３が常にほぼ一定流量で循環流路２０内を通って循環し、その洗浄液３の循環によりエジェクター２２の吸引部２２ｃから洗浄容器２（下治具２ａ）の外気が常に吸引されている。なお、液体の流れによりエジェクター２２の吸引部２２ｃから外気が吸引されるメカニズムについては周知であるため説明を省略する。

洗浄装置１の洗浄容器２は、搬送コンベア４に載って移動する一個又は同時に洗浄する一組の被洗浄物Ｗが洗浄ポイントＰで停止するまでの間、図１想像線のように上治具２ｂが上昇して受け入れ可能な状態で待機している。そして、被洗浄物Ｗが洗浄ポイントＰで停止すると、同図実線のように上治具２ｂが下降して下治具２ａとの間に被洗浄物Ｗを密閉状態に収容する。

先に説明したようにエジェクター２２によって洗浄容器２の外気は常に吸引されているため、洗浄容器２が密閉されることでその内部は大気圧より減圧されて負圧の状態となる。
この状態で開閉弁１２を開いて第２貯液槽８の底を開放すると、その第２貯液槽８の洗浄液３が、液面から上治具２ｂまでの高さと重力加速度から導出される流速Ｖ_０で洗浄容器２内へ供給されることになる（トリチェリの定理）。また、洗浄容器２内では、負圧状態とエジェクター２２による連続的な吸引作用とにより、供給された洗浄液３の流速が加速される。この時、洗浄液３は、洗浄容器２内で、限界レイノズル数（Ｒｅ＝２３００）以上の液流となり、それまでの層流から乱流へと遷移する。このように洗浄容器２内を流通させる洗浄液３を層流から乱流へ遷移させることで、被洗浄物Ｗの表面と洗浄液３の界面における境界層厚みが小さくなるため、数ミクロン～サブミクロンレベルのパーティクルの除去性が格段に向上する。また、乱流流れが形成されることで、洗浄容器２内の流路設計が簡便となり、複数個のしかも異形状の被洗浄物Ｗを混流することができるため、洗浄装置１の汎用性が高まる。
そして、被洗浄物Ｗを流通した洗浄液３は、除去した汚れと共にエジェクター２２を介し、循環流路２０を循環する洗浄液３に合流して第１貯液槽７へ戻される。

洗浄装置１は、洗浄を終えると、先に開いた開閉弁１２を切り替えて第２貯液槽８の底を閉じ、洗浄液３の洗浄容器２内への供給を止める。なお、開閉弁１２が開いている間、第２貯液槽８の洗浄液３は流出し続けて貯液レベルが低下するが、洗浄液供給ポンプ１０により第１貯液槽７から一定流量で洗浄液３が供給され続けるため、開閉弁１２を閉じると直ぐ第２貯液槽８は所定貯液量を回復する。
一方、開閉弁１２を閉じて洗浄液３の供給が止まった後もエジェクター２２による吸引作用は止まることなくそのまま続くため、洗浄容器２内に残った洗浄液３は最後まで強制的に吸い出される。したがって、被洗浄物Ｗの液切れも良好になる。
また、洗浄容器２が密閉されていることから、容器内部は減圧され負圧が進行するため、図示しないが供給第２配管１１の開閉弁１２と出口の間に大気開放弁を設けておいてこれを開放すれば、大気が洗浄容器２内に一気に導入されて被洗浄物Ｗに付着残留した洗浄液を払拭除去することもでき、さらに被洗浄物Ｗの液切れを良好にすることができる。
なお、開閉弁１２の開閉を断続的に繰り返すことで水撃作用（エアハンマー現象）を伴わせることができるため、さらに洗浄性や洗浄液の液切性を高めることができる。

以上のようにして洗浄容器２内での洗浄が終わり、洗浄容器２内の洗浄液３が全て排出されると、上治具２ｂが待機位置まで上昇し、搬送コンベア４が作動して洗浄ポイントＰにある一個又は一緒に洗浄した一組の被洗浄物Ｗを次工程に送り出すと共に、次の被洗浄物Ｗを洗浄ポイントＰに移動させる。
以下、洗浄装置１による上記の洗浄処理が繰り返し行われる。

ところで、上記の洗浄処理を繰り返すとやがて第１貯液槽７には、洗浄液３中に分散しきれなくなった油脂類の汚れが浮上して、例えば図１に一点鎖線で示したようなレベルで分離するため、第１貯液槽７には、そのような浮上した油脂汚れを排出するための廃油ドレン２３が設けられている。
そして、この廃油ドレン２３による油脂汚れの排出をより確実にする上で、使用する洗浄液は、油／水分離性の良い水溶性のものが望ましい。特に、温度により油脂類の溶解特性が変化する洗浄液は好適である。
非イオン性界面活性剤やグリコールエーテル系溶剤の一部の洗浄液３には、低温では透明または半透明の水溶液の状態であるが、液温度を上げるとある温度から濁るようになり、さらに温度を上げていくと水と相分離するものがある。この相分離する温度のことを当該洗浄液の曇点という。また、この現象は、曇点を下回るまで液温度を低下させると元の透明の水溶液の状態となる。したがって、曇点を上回るまで洗浄液温度を上げると相分離した洗浄剤成分は親油性の高い（水分濃度が低い）状態となり、油脂に対する洗浄（溶解）能力が向上する。また、曇点を下回るまで洗浄液温度を下げると透明または半透明の水溶液の状態、すなわち親水性の高い（油脂の溶解度が低い）状態となり洗浄剤成分に溶解していた油脂が洗浄液から離脱し、洗浄液との比重差により浮上分離することになる。
このような特性をもった洗浄液は、例えば、武蔵テクノケミカル社製ＭＡシリーズ（ＭＡ－６０など）、花王社製クリンスルー「ＬＣ－８００」シリーズ、荒川化学社製パインアルファＳＴ－２５１ＥＶＡや三和油化社製サンクリーンＸＬ－３５などがあり、これらは廃油ドレン２３から油脂汚れを排出する上で好適である。
これらの洗浄液３を使用する場合の運転条件として、第２貯液槽８の洗浄液温度を洗浄液３の曇点を上回る温度まで熱交換器１４で加温し、さらに図示しない攪拌手段で洗浄液３を攪拌してエマルジョン状態とする。また、第１貯液槽７については、図示しない冷却手段を設けることにより、洗浄液３の洗浄液温度を曇点を下回る温度に保つ。
このように液温により油脂類の溶解特性が変化する洗浄剤と組み合わせると、簡易な機構で洗浄液の循環再利用が可能となり、洗浄液の長寿命化による洗浄コスト削減と洗浄廃液の発生が少ない小型・省エネ・環境調和型の汎用性の高い環境調和型洗浄システムが実現できる。

以上、本発明を実施の形態について説明したが、もちろん本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、実施形態では、被洗浄物Ｗを一個ずつ或は洗浄容器２に収容可能な複数個を一組にして連続で洗浄するようにしたが、多数の被洗浄物Ｗを一括してバッチで別途処理するようにしてもよい。もっとも実施形態のように連続処理して小ロット化した場合には、設備サイズが小さくなるため洗浄工程のインライン化が可能となり、信頼性と合理性を向上させ得る点でより好ましい。
また、実施形態では、吸引手段１９としてエジェクター２２を使用したが、そのようなエジェクター２２に代えて真空ポンプを別途設けるようにしてもよい。
また、開閉弁１２は、電磁弁等の電動弁に限定されず、手動で切り替える手動弁にしてもよい。

１ …洗浄装置
２ …洗浄容器
３ …洗浄液
５ …洗浄液供給流路
６ …洗浄液排出流路
７ …第１貯液槽
８ …第２貯液槽
１２ …開閉弁
１５ …返戻流路
１９ …吸引手段
２０ …循環流路
２１ …循環ポンプ
２２ …エジェクター
２２ａ …流入部
２２ｂ …流出部
２２ｃ …吸引部
Ｗ …被洗浄物

Claims

被洗浄物を洗浄容器の内部に収容し、その洗浄容器内に洗浄液を供給して前記被洗浄物を洗浄するようにした洗浄装置であって、
前記洗浄容器内に洗浄液を供給する洗浄液供給流路と、
前記洗浄容器内の洗浄液を排出する洗浄液排出流路と、を備えており、
前記洗浄液供給流路は、洗浄液を貯め得る第１貯液槽から同じく洗浄液を貯め得る第２貯液槽に、さらにその第２貯液槽から洗浄液の供給と停止を切り替え可能な開閉弁を介して前記洗浄容器に通じるようになし、
また、前記第２貯液槽には、所定貯液量を越えた余剰の洗浄液を前記第１貯液槽に戻す返戻流路を設けてなり、
一方、前記洗浄液排出流路は、前記洗浄容器内の外気と洗浄液とを吸引可能な吸引手段が設けられると共に、その吸引手段を介して前記洗浄容器から前記第１貯液槽に通じるようになっており、
前記開閉弁を閉じて前記洗浄容器内への洗浄液の供給を停止すると共に前記吸引手段で前記洗浄容器内の外気を吸引して負圧となし、
前記洗浄容器内が負圧の状態で前記開閉弁を開いてその洗浄容器内に洗浄液を供給し、
さらに前記洗浄容器内に洗浄液が供給されている状態で前記開閉弁を閉じて洗浄液の供給を停止すると共に前記洗浄容器内の洗浄液を前記吸引手段で吸引して前記洗浄液排出流路に排出するようにしたことを特徴とする洗浄装置。
前記吸引手段は、前記第１貯液槽の洗浄液を循環ポンプで循環させる循環流路と、流入部と流出部と吸引部とを有すると共に前記流入部と前記流出部を前記循環流路の途中に接続してなるエジェクターと、からなり、そのエジェクターの前記吸引部に前記洗浄液排出流路を接続してなることを特徴とする請求項１記載の洗浄装置。
前記第２貯液槽は、前記洗浄容器より高所に設けられており、前記開閉弁が開いた状態でその第２貯液槽の洗浄液が、自重による落液と前記吸引手段による吸引作用とにより前記洗浄容器内に流入し得るようにしたことを特徴とする請求項１又は２記載の洗浄装置。