BR112019017215B1 - Equipamento de limpeza ultrassônica e método de limpeza ultrassônica - Google Patents
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Abstract
A presente invenção refere-se a propagar mais eficientemente ondas ultrassônicas através de todo um tanque de tratamento, para assim limpar mais eficientemente um objeto a ser limpo. Esse aparelho de limpeza ultrassônica (1) compreende um tanque de tratamento (10) contendo um fluido de limpeza para limpar o objeto a ser limpo, no qual o objeto a ser limpo é imerso; mecanismos de ultrassonicação (20) para aplicar ondas ultrassônicas ao fluido de limpeza retido; e elementos de superfície curva (30) que são posicionados em relação às superfícies de oscilação dos mecanismos ultrassônicos em uma faixa definida por um ângulo de inclinação prescrito para fora de uma linha normal a partir de uma extremidade da superfície de oscilação, e são retidos em um teto e/ou piso do tanque de tratamento. Os elementos de superfície curva compreendem pelo menos partes curvas convexas (33) tendo uma forma de superfície esférica ou asférica. As partes curvas convexas compreendem superfícies curvas convexas (31) que se projetam também na direção das superfícies de oscilação do que outras partes. As superfícies curvas convexas são mantidas faceando as superfícies de oscilação de modo que pelo menos algumas das primeiras ondas sonoras, que são ondas sônicas que são emitidas pelos mecanismos de ultrassonicação e (...).
Description
[001] A presente invenção refere-se a um equipamento de limpe za ultrassônica e a um método de limpeza ultrassônica.
[002] Em geral, nos processos de produção de vários corpos me tálicos tais como chapas de aço e tubos de aço, um método de tratamento de limpeza no qual os corpos metálicos são limpos ao serem sucessivamente imersos em um tanque de limpeza no qual um líquido químico, um enxaguante ou similar estão retidos é amplamente usado para remover carepa, etc. gerada nas superfícies dos corpos metálicos. Exemplos de um aparelho de tratamento de limpeza que executa tal método de tratamento de limpeza incluem um aparelho de limpeza que usa um bocal de jato de corrente de alta pressão, um equipamento de limpeza ultrassônica que usa ondas ultrassônicas, etc.
[003] Como tal método de limpeza ultrassônica que usa ondas ultrassônicas, por exemplo, a Literatura de Patente 1 abaixo propõe um método no qual um refletor ultrassônico é instalado paralelamente à superfície de um vibrador em um tanque de limpeza ultrassônica em uma posição distando À/4^(2n - 1) [À: comprimento de onda, n: um número inteiro arbitrário] da superfície do vibrador.
[004] Além disso, a Literatura de Patente 2 abaixo propõe uma tecnologia na qual microbolhas são adicionadas em um líquido de limpeza e ondas ultrassônicas tendo duas frequências na faixa de frequência de maior que ou igual a 28,0 kHz e menor que ou igual a 1,0 MHz são aplicadas, e assim o efeito de limpeza utilizando ondas ul- trassônicas é também melhorado.
[005] Literatura de Patente
[006] Literatura de Patente 1: JP H6-343933A
[007] Literatura de Patente 2: WO 2011/067955
[008] Entretanto, o método proposto na Literatura de Patente 1 acima é um método no qual um refletor é instalado paralelamente à superfície de um vibrador e ondas ultrassônicas são refletidas por tal refletor; então, quando a superfície do refletor é uma superfície curva ou tem saliências, o método tem dificuldade em refletir ondas ultrassô- nicas efetivamente e reduz a eficiência da limpeza. Além disso, o refletor proposto na Literatura de Patente 1 é uma chapa plana; nesse caso, são geradas ondas estacionárias devido às ondas ultrassônicas, e ocorre uma região com pequena intensidade ultrassônica. Consequentemente, ocorre irregularidade na limpeza, e uma limpeza uniforme não pode ser executada. Além disso, em tal método, uma limpeza baseada em ondas ultrassônicas não pode ser executada em uma porção escondida da superfície do vibrador, e a limpeza baseada em ondas ultrassônicas é difícil de se executar com boa eficiência através de todo o tanque de tratamento.
[009] Na tecnologia proposta na Literatura de Patente 2 acima, são usadas ondas ultrassônicas tendo duas frequências; entretanto, a compatibilidade entre ondas ultrassônicas com duas frequências diferentes é difícil, e o tipo de objeto que pode ser limpo e a área de limpeza são limitados.
[0010] Assim, a presente invenção foi feita tendo em vista o pro blema mencionado acima, e um objetivo da presente invenção é fornecer um equipamento de limpeza ultrassônica e um método de limpeza ultrassônica pelo qual ondas ultrassônicas podem ser propagadas com melhor eficiência através de todo o tanque de tratamento e um objeto a ser limpo possa ser limpo com melhor eficiência independentemente do objeto a ser limpo.
[0011] Os presentes inventores conduziram estudos profundos pa ra resolver o assunto mencionado acima, e obtiveram as descobertas de que ondas ultrassônicas podem ser propagadas com melhor eficiência através de todo o tanque de tratamento no qual um líquido de limpeza está retido instalando-se um elemento de superfície curva que tenha uma forma prescrita em uma posição prescrita no tanque de tratamento, e o objeto a ser limpo possa ser limpo com melhor eficiência independentemente do tipo de objeto a ser limpo; assim, completaram a presente invenção que está descrita em detalhes abaixo.
[0012] A essência da presente invenção completada com base em tais descobertas é como mostrado a seguir.
[0013] [1] Um equipamento de limpeza ultrassônica incluindo: um tanque de tratamento que armazena um líquido de limpeza que limpa um objeto a ser limpo e no qual o objeto a ser limpo é imerso; um mecanismo de aplicação ultrassônica que aplica ondas ultrassônicas ao líquido de limpeza retido no interior do tanque de tratamento; e um elemento de superfície curva que é localizado em uma faixa prescrita a um ângulo de inclinação prescrito a partir da direção normal em uma porção de extremidade de uma superfície vibrante do mecanismo de aplicação ultrassônica para o lado externo em relação à superfície de vibração e que é retido em uma superfície da parede e/ou em uma superfície de fundo do tanque de tratamento. O elemento de superfície curva tem uma superfície curva convexa na qual existe pelo menos uma parte curva convexa tendo a forma de superfície de uma superfície esférica ou uma superfície asférica e a parte curva convexa está em um estado de saliência mais em um lado da superfície de vibração do que uma porção diferente da parte curva convexa, e a superfície curva convexa é mantida em um estado de facear a superfície de vibração de maneira tal que pelo menos parte das primeiras ondas consistentes que são ondas consistentes que são aplicadas a partir do mecanismo de aplicação ultrassônica e que não experimentaram reflexão chegam à parte curva convexa da superfície curva convexa.
[0014] [2] O equipamento de limpeza ultrassônica de acordo com o item [1], no qual a altura máxima H da parte curva convexa na superfície curva convexa satisfaz a relação de X/2 < H, onde o comprimento de onda da onda ultrassônica é denotado por X.
[0015] [3] O equipamento de limpeza ultrassônica de acordo com o item [1] ou [2], no qual a magnitude do ângulo de inclinação é maior que ou igual a 0 graus e menor que ou igual a 30 graus.
[0016] [4] O equipamento de limpeza ultrassônica de acordo com qualquer um dos itens [1] a [3], no qual a parte curva convexa do elemento de superfície curva tem uma razão de área maior que ou igual a 30% para uma área total do elemento de superfície curva localizado na faixa prescrita na base da superfície de vibração.
[0017] [5] O equipamento de limpeza ultrassônica de acordo com qualquer um dos itens [1] a [4], no qual a parte curva convexa do elemento de superfície convexa tem uma razão de área de maior que ou igual a 1% e menor que ou igual a 80% para uma área de superfície total da superfície da parede e/ou da superfície do fundo do tanque de tratamento localizado na faixa prescrita na base na superfície de vibração.
[0018] [6] O equipamento de limpeza ultrassônica de acordo com qualquer um dos itens [1] a [5], no qual o elemento de superfície curva, e a superfície da parede e/ou a superfície do fundo na qual o elemento de superfície curva é colocado para não ter uma porção côncava.
[0019] [7] O equipamento de limpeza ultrassônica de acordo com qualquer um dos itens [1] a [6], incluindo uma pluralidade de elemen- tos de superfície curva que são arranjados com espaçamentos prescritos.
[0020] [8] O equipamento de limpeza ultrassônica de acordo com o item [7], no qual a distância de separação L entre elementos adjacentes da pluralidade de elementos de superfície curva satisfaz a relação de 3H < L para uma altura máxima H da parte curva convexa do elemento de superfície curva.
[0021] [9] O equipamento de limpeza ultrassônica de acordo com qualquer um dos itens [1] a [8], no qual a distância de separação D entre a superfície de vibração e a posição que dá uma altura máxima da parte curva convexa na superfície curva convexa no elemento de superfície curva é maior que ou igual a 5 cm e menor que ou igual a 250 cm.
[0022] [10] O equipamento de limpeza ultrassônica de acordo com qualquer um dos itens [1] a [9], no qual o elemento de superfície curva é um elemento de superfície curva feito de um material com uma im- pedância acústica de mais que ou igual a 1 x 107 [kg^mrzs-1] e menos que ou igual a 2 x 108 [kg-m^-s-1].
[0023] [11] O equipamento de limpeza ultrassônica de acordo com qualquer um dos itens [1] a [10], também incluindo: um mecanismo de controle de gás dissolvido no líquido de limpeza retido no tanque de tratamento.
[0024] [12] O equipamento de limpeza ultrassônica de acordo com o item [11], no qual o mecanismo de controle de gás dissolvido faz o controle de modo que a quantidade de gás dissolvido seja 1% a 50% da quantidade de saturação do gás dissolvido no líquido de limpeza.
[0025] [13] O equipamento de limpeza ultrassônico de acordo com qualquer um dos itens [1] a [12], também incluindo: um mecanismo de fornecimento de bolhas finas tendo, cada uma, um diâmetro médio prescrito no líquido de limpeza retido no tanque de tratamento.
[0026] [14] O equipamento de limpeza ultrassônica de acordo com o item [13], no qual o mecanismo de fornecimento de bolhas finas fornece bolhas finas tendo, cada uma, um diâmetro médio de 0,01 μm a 100 μm de maneira tal que a quantidade total de bolhas de ar seja de 103/ml a 1010/ml.
[0027] [15] O equipamento de limpeza ultrassônica de acordo com o item [13] ou [14], no qual o mecanismo de fornecimento de bolhas finas fornece as bolhas finas de maneira tal que, no líquido de limpeza, a proporção do número de bolhas finas tendo, cada uma, um diâmetro menor que ou igual ao diâmetro da frequência da ressonância que é um diâmetro que ressoa com a frequência da onda ultrassônica é maior que ou igual a 70% do número de todas as bolhas finas que existem no líquido de limpeza.
[0028] [16] O equipamento de limpeza ultrassônica de acordo com qualquer um dos itens [1] a [15], no qual o mecanismo de aplicação ultrassônica seleciona uma frequência da onda ultrassônica a partir de uma faixa de frequências de 20 kHz a 200 kHz.
[0029] [17] O equipamento de limpeza ultrassônica de acordo com qualquer um dos itens [1] a [16], no qual o mecanismo de aplicação ultrassônica aplica ondas ultrassônicas ao líquido de limpeza enquanto faz a varredura da frequência em uma faixa de ±0,1 kHz a ±10 kHz sobre uma frequência ultrassônica selecionada.
[0030] [18] O equipamento de limpeza ultrassônica de acordo com qualquer um dos itens [1] a [17], no qual o refletor que reflete as ondas ultrassônicas é também fornecido entre o elemento de superfície curva e a superfície da parede ou a superfície do fundo do tanque de tratamento no qual o elemento de superfície curva é retido.
[0031] [19] Um método de limpeza ultrassônica que limpa um obje to a ser limpo usando um tanque de tratamento no qual o líquido de limpeza que limpa o objeto a ser limpo é colocado, no qual um meca- nismo de aplicação ultrassônica que aplica ondas ultrassônicas ao líquido de limpeza é fornecido ao tanque de tratamento, e um elemento de superfície curva é fornecido a uma superfície da parede e/ou a uma superfície de fundo do tanque de tratamento localizado em uma faixa prescrita a um ângulo de inclinação prescrito a partir de uma direção normal em uma porção de extremidade de uma superfície de vibração do mecanismo de aplicação ultrassônica para um lado externo em relação à superfície de vibração, o método de limpeza ultrassônica incluindo: aplicar ondas ultrassônicas ao líquido de limpeza retido no tanque de tratamento; e imergir o objeto a ser limpo no líquido de limpeza ao qual as ondas ultrassônicas são aplicadas. O elemento de superfície curva tem uma superfície curva convexa na qual existe pelo menos uma parte curva convexa tendo uma forma de superfície esférica ou de uma superfície asférica e a parte curva convexa está em um estado de mais saliência em um lado da superfície de vibração do que uma porção diferente da parte curva convexa, e a superfície curva convexa é retida em um estado de facear a superfície de vibração de maneira tal que pelo menos parte da primeira onda consistente, que são ondas consistentes que são aplicadas pelo mecanismo de aplicação ultras- sônica e que não experimentaram reflexão, chegam à parte curva convexa da superfície curva convexa.
[0032] Como descrito acima, de acordo com a presente invenção, ondas ultrassônicas podem ser propagadas com melhor eficiência através de todo o tanque de tratamento, e um objeto a ser limpo pode ser limpo com melhor eficiência independentemente do tipo de objeto a ser limpo.
[0033] [FIG. 1A] - A FIG. 1A é um diagrama explicativo mostrando esquematicamente um exemplo de uma configuração total de um equipamento de limpeza ultrassônica de acordo com uma modalidade da presente invenção.
[0034] [FIG. 1B] - A FIG. 1B é um diagrama explicativo mostrando esquematicamente um exemplo de uma configuração total de um equipamento de limpeza ultrassônica de acordo com a modalidade.
[0035] [FIG. 1C] - A FIG. 1C é um diagrama explicativo mostrando esquematicamente um exemplo de uma configuração total de um equipamento de limpeza ultrassônica de acordo com a modalidade.
[0036] [FIG. 1D] - A FIG. 1D é um diagrama explicativo mostrando esquematicamente um exemplo de uma configuração total de um equipamento de limpeza ultrassônica de acordo com a modalidade.
[0037] [FIG. 2] - A FIG. 2 é um diagrama explicativo mostrando esquematicamente exemplos de um elemento de superfície curva de acordo com a modalidade.
[0038] [FIG. 3] - A FIG. 3 é um diagrama explicativo para descre ver um elemento de superfície curva de acordo com a modalidade.
[0039] [FIG. 4A] - A FIG. 4A é um diagrama explicativo para des crever um elemento de superfície curva de acordo com a modalidade.
[0040] [FIG. 4B] - A FIG. 4B é um diagrama explicativo para des crever um elemento de superfície curva de acordo com a modalidade.
[0041] [FIG. 4C] - A FIG. 4C é um diagrama explicativo para des crever um elemento de superfície curva de acordo com a modalidade.
[0042] [FIG. 5] - A FIG. 5 é um diagrama explicativo para descre ver um elemento de superfície curva de acordo com a modalidade.
[0043] [FIG. 6] - A FIG. 6 é um diagrama explicativo para descre ver um elemento de superfície curva de acordo com a modalidade.
[0044] [FIG. 7A] - A FIG. 7A é um diagrama explicativo mostrando esquematicamente uma configuração de um equipamento de limpeza ultrassônica usado no Exemplo Experimental 1.
[0045] [FIG. 7B] - A FIG. 7B é um diagrama explicativo mostrando esquematicamente uma configuração de um equipamento de limpeza ultrassônica usado no Exemplo Experimental 1.
[0046] [FIG. 8] - A FIG. 8 é um diagrama explicativo para descre ver as posições de medição da intensidade ultrassônica no Exemplo Experimental 1.
[0047] [FIG. 9A] - A FIG. 9A é um diagrama explicativo mostrando esquematicamente uma configuração de um equipamento de limpeza ultrassônica usado no Exemplo Experimental 2.
[0048] [FIG. 9B] - A FIG. 9B é um diagrama explicativo mostrando esquematicamente uma configuração de um equipamento de limpeza ultrassônica usado no Exemplo Experimental 2.
[0049] Daqui em diante será(ão) descrita(s) em detalhes uma mo- dalidade(s) preferida(s) da presente invenção em relação aos desenhos anexos. Note que, nesse relatório descritivo e nos desenhos em anexo, elementos estruturais que tenham substancialmente a mesma função e estrutura são denotados com os mesmos numerais de referência, e uma explicação repetida desses elementos estruturais é omitida. Além disso, os tamanhos dos elementos nos desenhos são enfatizados para uma descrição mais fácil conforme adequado, e não mostram as dimensões reais e as razões entre os elementos.
[0050] Inicialmente uma configuração completa de um equipamen to de limpeza ultrassônica de acordo com uma modalidade da presente invenção é brevemente descrita em relação às FIG. 1A a FIG. 1D. As FIG. 1A a FIG. 1D são diagramas explicativos mostrando esquematicamente exemplos da configuração completa do equipamento de limpeza ultrassônica de acordo com a presente modalidade.
[0051] O equipamento de limpeza ultrassônica 1 de acordo com a presente modalidade é um equipamento que limpa a superfície de um objeto a ser limpo usando ondas ultrassônicas em adição a um líquido de limpeza em combinação. Tal equipamento de limpeza ultrassônica 1 pode ser usado no momento da limpeza de vários corpos metálicos representados por materiais de aço e similares, vários corpos não metálicos representados por elementos de resina plástica, etc. Por exemplo, um tratamento de decapagem, um tratamento de desengordura- mento, e outros tratamentos de limpeza podem ser executados em, como objetos a serem limpos, vários corpos metálicos tais como chapas de aço, tubos de aço, e materiais de arame de aço usando-se o equipamento de limpeza ultrassônica 1 de acordo com a presente mo-dalidade.
[0052] Aqui o tratamento de decapagem é um tratamento para re mover carepa óxida formada na superfície de um corpo metálico, e o tratamento de desengorduramento é um tratamento de remoção de óleo tal como óleo lubrificante e óleo de processamento ou similar. O tratamento de decapagem e o tratamento de desengorduramento são pré tratamentos executados antes do tratamento de acabamento da superfície (tratamento de cobertura do material, tratamento de conversão química, tratamento de revestimento, etc.) é executado no corpo metálico. Uma parte do metal moído pode ser dissolvida por tal tratamento de decapagem. Além disso, tal tratamento de decapagem é usado também para a dissolução de um corpo metálico com base na causticação para melhorar a qualidade do acabamento de superfície. O tratamento de desengorduramento pode ser fornecido antes do tratamento de decapagem, a capacidade de desengorduramento no tratamento de desengorduramento podendo influenciar a remoção de carepa no tratamento de decapagem subsequente.
[0053] O equipamento de limpeza ultrassônica 1 de acordo com a presente modalidade descrita em detalhes abaixo pode ser usada, assim como um processo de limpeza em uma linha de produção como aquela mencionada acima, para a limpeza de tubos, tanques e aparelhos usados que exijam a remoção de sujeira regular ou irregularmente, etc.
[0054] Como ilustrado na FIG. 1A, o equipamento de limpeza ul- trassônica 1 de acordo com a presente modalidade é um equipamento que inclui pelo menos um tanque de tratamento 10, mecanismos de aplicação ultrassônica 20, e elementos de superfície curva 30. O equipamento de limpeza ultrassônica 1 de acordo com a presente modalidade pode, como ilustrado na FIG. 1B, incluir também um mecanismo de controle de gás dissolvido 40 em adição à configuração mostrada na FIG. 1A, e pode, como ilustrado na FIG. 1C, também incluir um mecanismo de fornecimento de bolhas finas 50 em adição à configuração mostrada na FIG. 1A. O equipamento de limpeza ultrassônica 1 de acordo com a presente modalidade pode, como ilustrado na FIG. 1D, também incluir o mecanismo de controle de gás dissolvido 40 e o mecanismo de fornecimento de bolhas finas 50 em adição à configuração mostrada na FIG. 1A.
[0055] A configuração de cada componente do equipamento de limpeza ultrassônica 1 de acordo com a presente modalidade será descrita agora em detalhes.
[0056] Um líquido de limpeza 3 usado para limpar um objeto a ser limpo e o objeto a ser limpo são colocados no tanque de tratamento 10. O tipo de líquido de limpeza 3 retido no tanque de tratamento 10 não é particularmente limitado, e um líquido de limpeza conhecido pode ser usado de acordo como tratamento executado no objeto a ser limpo. Partículas conhecidas ou similares podem ser adicionadas ao líquido de limpeza 3 com o propósito de melhorar também a capacidade de limpeza.
[0057] Aqui, o material usado para formar o tanque de tratamento 10 de acordo com a presente modalidade não é particularmente limitado, e pode ser um entre vários materiais metálicos tais como chapas de ferro, de aço, e de aço inoxidável, podem ser várias resinas plásticas tais como plásticos reforçados com fibras (FRP) e polipropileno (PP), ou podem ser vários tipos de tijolos como tijolos resistentes a ácidos. Isto é, como o tanque de tratamento 10 incluído no equipamento de limpeza ultrassônica 1 de acordo com a presente modalidade, podem ser usados tanques de tratamento formados de materiais como aqueles mencionados acima podem ser novamente preparados, ou tanques de tratamento já existentes em várias linhas de produção.
[0058] O tamanho do tanque de tratamento 10 também não é par ticularmente limitado; mesmo tanques de tratamento de tamanhos grandes tendo várias formas, tais como um que tenha uma profundidade a partir da superfície do líquido de aproximadamente 1 a 2m x o comprimento total de aproximadamente 3 a 25 m, pode ser usado como o tanque de tratamento 10 do equipamento de limpeza ultrassônica 1 de acordo com a presente modalidade.
[0059] No tanque de limpeza 10 é preferível que a superfície da parede e/ou a superfície do fundo na qual elementos de superfície curva 30 descritos mais adiante são arranjados para não ter uma porção côncava. Assim, é evitado um evento no qual ondas ultrassônicas convergem devido a uma porção côncava e uma parte das ondas ul- trassônicas não podem ser utilizadas.
[0060] O mecanismo de aplicação ultrassônica 20 aplica ondas ultrassônicas com uma frequência prescrita ao líquido de limpeza 3 e o objeto a ser limpo é posto no tanque de tratamento 10. O mecanismo de aplicação ultrassônica 20 não é particularmente limitado, e pode ser usado um mecanismo conhecido, tal como um vibrador ultrassônico conectado a um oscilador ultrassônico não ilustrado. Embora as FIG. 1A a FIG. 10 mostrem um caso em que o mecanismo de aplicação ul- trassônica 20 é fornecido na superfície da parede do tanque de tratamento 10, a posição de instalação do mecanismo de aplicação ultras- sônica 20 no tanque de tratamento 10 também não é particularmente limitado, e um ou uma pluralidade de vibradores ultrassônicos podem ser instalados na superfície da parede ou na superfície do fundo do tanque de tratamento 10, conforme adequado. Quando são criadas condições em que as ondas ultrassônicas são propagadas uniformemente por todo o tanque de tratamento 10, o equilíbrio entre as cargas de oscilação dos vibradores ultrassônicos é uniforme, e portanto não ocorre interferência entre as ondas ultrassônicas geradas mesmo quando o número de vibradores ultrassônicos for plural.
[0061] A frequência da onda ultrassônica produzida pelo meca nismo de aplicação ultrassônica 20 é preferivelmente 20 kHz a 200 kHz, por exemplo. Pelo fato de a frequência da onda ultrassônica estar dentro da faixa mencionada acima, a carepa que existe em uma superfície de um corpo metálico, tal como um material de aço, pode ser favoravelmente removida. Se a frequência da onda ultrassônica for menor que 20 kHz, a propagação ultrassônica pode ser inibida por bolhas de ar de grande tamanho geradas da superfície do objeto a ser limpo, e o efeito de melhorar a capacidade de limpeza com base nas ondas ultrassônicas pode ser reduzido. Além disso, se a frequência da onda ultrassônica for maior que 200 kHz, a capacidade de viajar em linha reta da onda ultrassônica no momento da limpeza do objeto a ser limpo é muito forte, e a uniformidade da limpeza pode ser reduzida. Além disso, a remoção de carepa pode ser difícil dependendo da configuração do equipamento de limpeza ultrassônica 1. A frequência da onda ultrassônica produzida pelo mecanismo de aplicação ultrassônica 20 é preferivelmente 20 kHz a 150 kHz, e mais preferivelmente 25 kHz a 100 kHz.
[0062] Para a frequência da onda ultrassônica aplicada, preferi velmente um valor adequado é selecionado dentro da faixa mencionada acima de acordo com o objeto a ser limpo, e ondas ultrassônicas com duas ou mais frequências podem ser aplicadas dependendo do tipo de objeto a ser limpo.
[0063] É preferível que o mecanismo de aplicação ultrassônica 20 tenha uma função de varredura de frequência que possa aplicar uma onda ultrassónica enquanto varre a frequência em uma faixa de ±0,1 kHz a ±10 kHz sobre uma frequência ultrassônica selecionada. A razão porque é preferível que o mecanismo de aplicação ultrassônica 20 tenha uma função de varredura de frequência será descrita mais adiante.
[0064] Como descrito em detalhes abaixo, o elemento de superfí cie curva 30 é um elemento que tem uma superfície curva que é convexa na direção da superfície de vibração do mecanismo de aplicação ultrassônica 20, e é um elemento que reflete as ondas ultrassônicas que chegaram ao elemento de superfície curva 30 em múltiplas direções. Fornecendo-se tal elemento de superfície curva 30 em pelo menos uma das superfícies de parede e na superfície de fundo no tanque de tratamento 10, ondas ultrassônicas geradas a partir da superfície de vibração do mecanismo de aplicação ultrassônica 20 podem ser propagadas para todo o tanque de tratamento 10.
[0065] Em maiores detalhes, o elemento de superfície curva 30 de acordo com a presente modalidade tem pelo menos uma parte curva convexa tendo uma forma de superfície esférica ou asférica, e tem uma superfície curva convexa em um estado em que tal parte curva convexa se sobressai mais nos lados da superfície de vibração do mecanismo de aplicação ultrassônica 20 do que em porções diferentes da parte curva convexa.
[0066] A FIG. 2 mostra exemplos do elemento de superfície curva 30 de acordo com a presente modalidade. A FIG. 2 mostra a forma dos elementos de superfície curva 30 de acordo com a presente modalidade como vista a partir do lado superior do eixo-z nos eixos de coordenadas das FIG. 1A à FIG. 1D.
[0067] Como mostrado individualmente na FIG. 2, o elemento de superfície curva 30 de acordo com a presente modalidade tem pelo menos uma superfície curva convexa 31, e tal superfície curva convexa 31 tem pelo menos uma parte curva convexa 33 que tem uma forma de superfície esférica ou de uma superfície asférica. No equipamento de limpeza ultrassônica 1 de acordo com a presente modalidade, a superfície curva convexa 31 que tem tal parte curva convexa 33 do elemento de superfície curva 30 se sobressai no lado da superfície de vibração do mecanismo de aplicação ultrassônica 20, e é mantido em um estado de facear tal superfície de vibração.
[0068] O elemento de superfície curva 30 de acordo com a presen te modalidade pode ter uma porção curva nãoconvexa 35 que é uma porção diferente da parte curva convexa 33 como mostrado na porção superior da FIG. 2, ou pode ser formada apenas da superfície curva convexa 31 como mostrado na porção mediana e na porção inferior da FIG. 2.
[0069] Além disso, o elemento de superfície curva 30 de acordo com a presente modalidade pode ser um corpo colunar sólido como mostrado na porção superior e na porção mediana da FIG. 2, ou pode ser um corpo cilíndrico oco como mostrado na porção inferior da FIG. 2. No caso em que o elemento de superfície curva 30 é oco, podem existir vários gases tais como ar ou vários líquidos tais como o líquido de limpeza 3 retido no tanque de tratamento 10 podem existir no espaço do elemento de superfície curva 30 no estado de ser montado no tanque de tratamento 10.
[0070] Ondas ultrassônicas são refletidas em várias direções pelo elemento de superfície curva 30 tendo uma superfície curva convexa 31 como o mencionado acima, e é alcançada uma propagação ultras- sônica uniforme sem inclinação; assim, a interferência entre as ondas ultrassônicas pode ser suprimida. Consequentemente, ondas ultrassô- nicas podem se difundir tridimensionalmente em todas as direções no tanque de limpeza 10, e pode ser executada uma limpeza uniforme sem irregularidades. Isto é, ondas ultrassônicas chegam ao objeto a ser limpo por todos os ângulos, e a superfície do objeto a ser limpo é limpa uniformemente. Aqui, se o elemento de superfície curva 30 incluir uma porção côncava, ondas ultrassônicas são refletidas na porção côncava e assim convergem, e ondas ultrassônicas não podem ser efetivamente refletidas para todo o tanque de tratamento 10. Além disso, mesmo em um caso em que é fornecida uma porção convexa, se a porção convexa não for uma superfície curva e sim uma superfície plana, ondas ultrassônicas podem ser refletidas apenas em uma direção, e ondas ultrassônicas não podem ser efetivamente refletidas para todo o tanque de tratamento 10.
[0071] As formas dos elementos de superfície curva 30 mostrados na FIG. 2 são apenas exemplos, e a forma do elemento de superfície curva 30 de acordo com a presente modalidade não é limitada às formas mostradas na FIG. 2. Entretanto, em um elemento que tenha concavidades e convexidades em forma de onda, a porção côncava converge ondas ultrassônicas, e então pode ser difícil difundir uniformemente as ondas ultrassônicas; então, este não é incluído entre os elementos de superfície curva 30 de acordo com a presente modalidade.
[0072] Aqui, no caso em que o elemento de superfície curva 30 tem a parte curva convexa 33 e a porção curva nãoconvexa 35, a altura máxima H da parte curva convexa 33 em uma superfície curva convexa 31 como aquela mostrada em cada figura da FIG. 2 é uma altura prescrita, como um padrão, com a posição da porção de conexão entre a parte curva convexa 33 e a porção curva nãoconvexa 35. Além disso, no caso em que o elemento de superfície curva 30 tem apenas a parte curva convexa 33, a altura máxima H é uma altura que corresponde ao raio, um comprimento de 1/2 do diâmetro do eixo maior, um comprimento de 1/2 do diâmetro do eixo menor, etc., do elemento de superfície curva 30. Quando o comprimento de onda da onda ultrassô- nica aplicada pelo mecanismo de aplicação ultrassônica 20 é denotado por À, a altura máxima H de tal parte curva convexa 33 é preferivelmente uma altura que satisfaça a relação de À/2 < H. Quando a altura máxima H da parte curva convexa 33 é ajustada para ser maior que metade do comprimento de onda da onda ultrassônica, ondas ultras- sônicas que chegaram à superfície curva da parte curva convexa 33 podem ser totalmente refletidas em alguns locais da superfície curva. Por outro lado, o limite superior da altura máxima H da parte curva convexa 33 não é particularmente prescrito, mas é preferivelmente ajustado de acordo com a distância entre a superfície de parede do tanque de tratamento 10 e o objeto a ser limpo, por exemplo, ajustada para ser menor que ou igual a 500 mm. A altura máxima H da parte curva convexa 33 é mais preferivelmente maior que ou igual a 10 mm e menor que ou igual a 300 mm.
[0073] As dimensões (a largura máxima W, etc.) do elemento de superfície curva 30 diferente da altura máxima mencionada acima pode ser ajustada de acordo com a razão de área das partes curvas convexas 33 para a área total da superfície das paredes etc. do tanque de tratamento 10 descrito mais adiante e com o número de elementos de superfície curva 30, conforme adequado.
[0074] O elemento de superfície curva 30 tendo uma forma como aquela mostrada na FIG. 2 é preferivelmente formado usando-se um material que reflita ondas ultrassônicas, por exemplo. Exemplos de tal material incluem um material com uma impedância acústica (impedân- cia acústica específica) de mais que ou igual a 1 x 107 [kg^m-zs-1] e menos que ou igual a 2 x 108 [kg-m-2-s-1]. Ondas ultrassônicas podem ser refletidas com boa eficiência usando-se um material com uma im- pedância acústica maior que ou igual a 1 x 107 [kg^m-zs-1] e menor que ou igual a 2 x 108 [kg^m-zs-1].
[0075] Exemplos do material com uma impedância acústica maior que ou igual a 1 x 107 [kg^m-zs-1] e menor que ou igual a 2 x 108 [kg^m- zs-1] incluem vários óxidos metálicos, várias cerâmicas incluindo cerâmicas nãoóxidas, etc. Exemplos específicos de tais materiais incluem aço (impedância acústica específica [kg-m-2-s-1]: 4,70 x 107; daqui em diante, o valor numérico entre parênteses representa similarmente o valor da impedância acústica), ferro (3,97 x 107), aço inoxidável (SUS, 3,97 x 107), titânio (2,73 x 107), zinco (3,00 x 107), níquel (5,35 x 107), alumínio (1,38 x 107), tungstênio (1,03 x 108), vidro (1,32 x 107), vidro de quartzo (1,27 x 107), revestimento de vidro (1,67 x 107), alumina (óxido de alumínio 3,84 x 107), zircônia (óxido de zircônio, 3,91 x 107), nitreto de silício (SiN, 3,15 x 107), carboneto de silício (SiC, 3,92 x 107), carboneto de tungstênio (WC, 9,18 x 107), e similares. O material usado para a formação do elemento de superfície curva 30 de acordo com a presente modalidade pode ser selecionado de acordo com a fluidez do líquido de limpeza 3 retido no tanque de tratamento 10 e a resistência, etc. necessária do elemento de superfície curva 30, conforme adequado; entretanto vários metais ou óxidos metálicos que tenham impedâncias acústicas como aquelas mencionadas acima são usados preferencialmente.
[0076] Como mostrado esquematicamente na FIG. 3, tal elemento de superfície curva 30 está localizado em uma faixa prescrita a um ângulo de inclinação prescrito θ a partir da direção normal em uma porção de extremidade da superfície de vibração do mecanismo de apli- cação ultrassônica 20 até o exterior em relação a tal superfície de vibração, e é mantido na superfície da parede e/ou na superfície do fundo do tanque de tratamento 10. A seguir a faixa prescrita pela superfície de vibração do mecanismo de aplicação ultrassônica 20 e pelo ângulo de inclinação prescrito θ é referida como uma faixa efetiva do vibrador AR. Como fica claro na FIG. 3, a faixa efetiva do vibrador AR é uma faixa prescrita entre uma região de superfície plana prescrita pela superfície que faceia a superfície de vibração do mecanismo de aplicação ultrassônica 20 a uma distância de separação prescrita e uma região periférica que está localizada na mesma superfície plana que a mencionada superfície que faceia e que está em contato com a superfície que faceia, e a superfície de vibração.
[0077] Pelo fato de o elemento de superfície curva 30 ser mantido na faixa efetiva do vibrador AR, ondas ultrassônicas geradas pela superfície de vibração do mecanismo de aplicação ultrassônica 20 podem ser refletidas em múltiplas direções com boa eficiência, e ondas ultrassônicas podem ser propagadas uniformemente a todo o tanque de tratamento 10. A direção de instalação do elemento de superfície curva 30 não é limitada ao exemplo mostrado na FIG. 3; é importante que a superfície curva convexa 31 do elemento de superfície curva 30 seja instalado em um estado de facear a superfície de vibração do mecanismo de aplicação ultrassônica 20, e a superfície curva convexa 31 não pode ser instalada de modo a ser direcionada em frente da superfície de vibração. O elemento de superfície curva 30 pode ser instalado de modo que a direção do eixo maior do elemento de superfície curva 30 tendo uma forma de seção transversal como a da FIG. 2 etc. seja substancialmente paralela à direção do eixo y no desenho, pode ser instalado de modo que a direção do eixo maior do elemento de superfície curva 30 seja substancialmente paralela à direção do eixo z no desenho, ou pode ser instalado de modo que a direção do eixo maior do elemento de superfície curva 30 tenha um ângulo prescrito com a direção do eixo y ou com a direção do eixo z no desenho.
[0078] Embora na FIG. 3 o número de elementos de superfície curva 30 instalados na faixa efetiva do vibrador AR seja apenas um, é óbvio que o número de elementos de superfície curva 30 instalados na faixa efetiva do vibrador AR pode ser de dois ou mais, e os elementos de superfície curva 30 podem ser ajustados de acordo com o tamanho, etc. do tanque de tratamento 10, conforme adequado. No caso em que as superfícies de vibração de uma pluralidade de mecanismos de aplicação ultrassônica 20 existem e um elemento de superfície curva 30 existe em uma faixa na qual a faixa efetiva do vibrador AR dos mecanismos de aplicação ultrassônica 20 se sobrepõem entre si, o elemento de superfície curva 30 que existe em tal faixa funciona como um elemento de reflexão eficaz para as superfícies de vibração desses mecanismos de aplicação ultrassônica 20. Além disso, pode ser um elemento de superfície curva 30 não instalado na faixa efetiva do vibrador AR. O número de elementos de superfície curva 30 pode ser ajustado de acordo, por exemplo, com as dimensões da parte curva convexa 33 e a razão de área das partes curvas convexas 33 para a área total da superfície da parede etc. do tanque de tratamento 10 descrito mais adiante, conforme adequado.
[0079] Aqui, a magnitude do ângulo de inclinação θ na FIG. 3 é preferivelmente maior que ou igual a 0 grau e menor que ou igual a 30 graus. Ondas ultrassônicas são ondas que têm capacidade de viajar em linha reta, e, portanto, se propagam fortemente até uma superfície direcionada em frente da superfície de vibração e partes em torno de tal superfície. Na presente modalidade, uma onda sonora que é derivada de uma onda ultrassônica oscilou desde a superfície do vibrador e que não experimentou reflexão até que chegue à superfície da parede, à superfície do fundo, e/ou à superfície da água é definida como uma primeira onda sonora. Ajustando-se a magnitude do ângulo de inclinação θ que prescreve a faixa efetiva do vibrador AR para maior que ou igual a 0 grau e menor que ou igual a 30 graus e instalando um ou uma pluralidade de elementos de superfície curva 30 em tal faixa AR, inicialmente ondas sonoras fortes podem ser refletidas em múltiplas direções com melhor eficiência, e ondas ultrassônicas podem ser propagadas uniformemente em todo o tanque de tratamento 10. Isto é, na presente modalidade, quando um objeto a ser limpo não existe no tanque de tratamento 10, o elemento de superfície curva 30 existe preferivelmente na faixa direcionada em frente à superfície de vibração do mecanismo de aplicação ultrassônica 20 (θ = 0 grau) até a faixa de θ = 30 graus. Por outro lado, se a magnitude do ângulo de inclinação θ for maior que 30 graus, pelo menos parte das primeiras ondas sonoras, que são ondas sonoras que são aplicadas pelo mecanismo de aplicação ultrassônica 20 e que não experimentaram reflexão, são menos passíveis de chegar; assim, isto não é preferível. A magnitude do ângulo de inclinação θ é mais preferivelmente maior que ou igual a 0 grau e menor que ou igual a 25 graus.
[0080] No equipamento de limpeza ultrassônica 1 de acordo com a presente modalidade, como mostrado esquematicamente nas FIG. 4A à FIG. 4C, é importante que a superfície curva convexa 31 seja mantida em um estado de facear a superfície de vibração de maneira tal que pelo menos parte das primeiras ondas sonoras, que são ondas sonoras que são aplicadas pelo mecanismo de aplicação ultrassônica 20 e que não experimentaram reflexão, chegam à parte curva convexa 33 da superfície curva convexa 31. Isto é, uma vez que ondas ultras- sônicas são ondas que têm capacidade de viajar em linha reta, é importante que o elemento de superfície curva 30 seja instalado em vista do estado de imersão do objeto a ser limpo de modo que pelo menos parte das primeiras ondas sonoras chegue à parte curva convexa 33 do elemento de superfície curva 30 mesmo em um estado em que o objeto a ser limpo é imerso no tanque de tratamento 10. Se essas primeiras ondas sonoras chegaram à parte curva convexa 33 da superfície curva convexa 31 do elemento de superfície curva 30 ou não pode ser avaliado se, quando ondas ultrassônicas são aplicadas em um estado em que o objeto a ser limpo não existe no tanque de tratamento 10, ocorre uma mudança na intensidade ultrassônica medida em uma posição da parte curva convexa 33 entre quando um elemento de proteção que bloqueia a propagação ultrassônica é fornecido entre o elemento de superfície curva 30 e a superfície de vibração do mecanismo de aplicação ultrassônica 20 e quando o mesmo não é fornecido.
[0081] Por exemplo, no caso em que o objeto a ser limpo é um corpo tubular tal como um tubo de aço como mostrado na FIG. 4A, é preferível que as posições de instalação dos elementos de superfície curva 30 sejam determinadas de modo que pelo menos parte das primeiras ondas sonoras cheguem à parte curva convexa 33 mesmo quando uma quantidade prescrita de corpos tubulares é imersa.
[0082] Também no caso em que, por exemplo, o objeto a ser limpo é um corpo em forma de chapa tal como uma chapa de aço como mostrado na FIG. 4B, é preferível que as posições de instalação dos elementos de superfície curva 30 sejam determinadas de acordo com a posição de imersão do corpo em forma de chapa de modo que pelo menos parte das primeiras ondas sonoras chegue à parte curva convexa 33. Similarmente, no caso em que, por exemplo, como mostrado na FIG. 4C, o objeto a ser limpo é um corpo em forma de bobina no qual um material de arame de aço ou similar é enrolado, é preferível que as posições de instalação de elementos de superfície curva 30 sejam determinados de acordo com a posição de imersão do material de arame em forma de bobina de modo que pelo menos parte das primeiras ondas sonoras chegue à parte curva convexa 33.
[0083] Para o estado de instalação do elemento de superfície cur va 30, no caso em que uma pluralidade de elementos de superfície curva 30 é arranjada, os elementos de superfície curva 30 são preferivelmente arranjados com espaçamentos prescritos. Por um espaçamento prescrito assim existente entre elementos de superfície curva 30, um evento no qual, quando as primeiras ondas sonoras são refletidas e difundidas em elementos de superfície curva 30, ondas refletidas que convergem entre elementos de superfície curva 30 são evitadas.
[0084] Mais especificamente, é preferível que a distância de sepa ração L entre os elementos de superfície curva 30 mostrada nas FIG. 4A, FIG. 4B e FIG. 4C satisfaça a relação 3H < L para a altura máxima H da parte curva convexa 33 do elemento de superfície curva 30 mostrado na FIG. 2. Se a distância de separação L for menor que ou igual a três vezes a altura máxima H mencionada acima, o espaço entre os elementos de superfície curva 30 é passível de agir como uma porção côncava, e ondas sonoras que chegaram como primeiras ondas sono-ras não são refletidas para o tanque de tratamento 10 mas convergem, e tendem a serem atenuadas. Por outro lado, quando há uma certa distância de separação L entre os elementos de superfície curva 30 maior que três vezes a altura máxima H mencionada acima, ondas ul- trassônicas podem ser efetivamente refletidas para todo o tanque de tratamento 10 sem atenuação. A distância de separação L é preferivelmente maior que ou igual a cinco vezes a altura máxima H, e mais preferivelmente maior que ou igual a sete vezes. A distância de separação específica L não é particularmente limitada; por exemplo, pode ser maior que ou igual a 0,1 m, e preferivelmente maior que o igual a 0,2 m. Por outro lado, o limite superior da distância de separação L não é particularmente prescrito, mas é preferivelmente ajustado de acordo com a área da superfície de vibração da parte curva convexa, por exemplo, ajustada para menos que ou igual a 1,5 m.
[0085] A distância mínima entre elementos de superfície curva ad jacentes 30 é tomada como a distância de separação L descrita acima. No caso em que as formas dos elementos de superfície curva adjacentes 30 são diferentes, o maior valor entre as alturas máximas das partes curvas convexas 33 dos elementos de superfícies curvas 30 é tomada como a altura máxima H.
[0086] Para o estado de instalação de um elemento de superfície curva 30 como o mostrado nas FIG. 3 à FIG. 4C, mais especificamente, é preferível que o elemento de superfície curva 30 seja instalado de modo que a parte curva convexa 33 do elemento de superfície curva 30 tenha uma razão de área maior que ou igual a 30% da área total da superfície do elemento de superfície curva 30 localizado na faixa efetiva do vibrador AR prescrita com base na superfície de vibração. Pelo fato de a razão de área da parte curva convexa 33 para a área total da superfície do elemento de superfície curva 30 ser maior ou igual a 30%, ondas ultrassônicas podem ser refletidas mais eficazmente, e ondas ultrassônicas podem ser propagadas mais uniformemente em todo o tanque de tratamento 10. Tal razão de área é preferivelmente tão grande quanto possível, assim o seu limite superior não é prescrito, e a razão de área pode ser de 100%. A razão de área da parte curva convexa 33 para a área total da superfície do elemento de superfície curva é mais preferivelmente maior que ou igual a 50%.
[0087] É preferível que as partes curvas convexas 33 dos elemen tos de superfície curva 30 tenham uma razão de área maior que ou igual a 1% e menor que ou igual a 80% para a área total da superfície da parede e/ou da superfície do fundo do tanque de tratamento 10 localizado na faixa efetiva do vibrador AR prescrita com base na superfície de vibração. Aqui, a área das partes curvas convexas 33 se refere à área das partes curvas convexas que faceiam a superfície de vibração do mecanismo de aplicação ultrassônica 20. Em outras palavras, a área da faixa em que as primeiras ondas sonoras podem chegar constitui a área das partes curvas convexas 33. Por exemplo, no caso em que o elemento de superfície curva 30 é um corpo em forma de tubo, a área das superfícies curvascorrespondente aos semicírculos é a área das partes curvas convexas 33 que são levadas em consideração. Pelo fato de a razão de área das partes curvas convexas 33 para a área total da superfície da parede etc. do tanque de tratamento 10 estar dentro de uma faixa mencionada acima, ondas ultrassônicas que che-garam às partes curvas convexas 33 dos elementos de superfície curva 30 podem ser difundidas efetivamente, e as ondas ultrassônicas podem ser propagadas mais uniformemente por todo o tanque de tratamento 10. Se a razão de área da área total da superfície da parede etc. do tanque de tratamento 10 for menor que 1%, o efeito da difusão ultrassônica com base no elemento de superfície curva 30 está extremamente ausente. Por outro lado, se a razão de área para a área total da superfície da parede etc. do tanque de tratamento 10 for maior que 80%, é criada uma porção côncava dependendo das direções de reflexão das ondas ultrassônicas, e há um caso em que ondas ultrassôni- cas não podem ser difundidas com boa eficiência. A razão de área para a área total da superfície da parede etc. do tanque de tratamento 10 é mais preferivelmente maior que ou igual a 3% e menor que ou igual a 80%, e ainda mais preferivelmente maior que ou igual a 10% e menor que ou igual a 80%. Após a razão de área mencionada acima ser ajustada para propagar ondas ultrassônicas mais uniformemente por todo o tanque de tratamento 10, as dimensões e o número de elementos de superfície curva 30 podem ser ajustados de acordo com a razão de área; assim a propagação ultrassônica uniforme pode ser alcançada mais seguramente.
[0088] É preferível que a distância de separação D como mostrado esquematicamente na FIG. 5 entre a superfície de vibração do meca- nismo de aplicação ultrassônica 20 e a posição que dá a altura máxima da parte curva convexa 33 na superfície curva convexa 31 no elemento de superfície curva 30 seja maior que ou igual a 5 cm e menor que ou igual a 250 cm. Pelo fato de a distância de separação D ser maior que ou igual a 5 cm e menor que ou igual a 250 cm, as ondas ultrassônicas podem ser difundidas mais efetivamente. Se a distância de separação for menor que 5 cm, ondas ultrassônicas refletidas pelo elemento de superfície curva 30 são fortes e a superfície de vibração do mecanismo de aplicação ultrassônica 20 pode ser danificada, ou as ondas ultrassônicas refletidas podem interferir entre si e a capacidade de propagação pode ser reduzida; assim, isto não é preferível. Além disso, se a distância de separação D for maior que 250 cm, as ondas ultrassônicas são gradativamente atenuadas, e pode ser difícil desfrutar do efeito da reflexão com base no elemento de superfície curva 30; assim, isto não é preferível. A distância de separação D é mais preferivelmente maior que ou igual a 10 cm e menor que ou igual a 200 cm.
[0089] O elemento de superfície curva 30 de acordo com a presen te modalidade foi descrito acima em relação às FIG. 2 à FIG. 5.
[0090] A seguir, retornando às FIG. 1B e FIG. 1D, o mecanismo de controle de gás dissolvido 40, em que o equipamento de limpeza ul- trassônica 1 de acordo com a presente modalidade preferivelmente inclui, é descrito em detalhes.
[0091] O mecanismo de controle de gás dissolvido 40 controla a quantidade de gás dissolvido no líquido de limpeza 3 retido no tanque de tratamento 10 para um valor em uma faixa adequada.
[0092] No equipamento de limpeza ultrassônica 1 de acordo com a presente modalidade, é preferível que a quantidade de gás dissolvido no líquido de limpeza 3 seja controlada para um valor adequado para alcançar tanto uma propagação ultrassônica mais uniforme quanto uma maior capacidade de limpeza. Uma quantidade adequada de gás dissolvido em tal líquido de limpeza 3 é preferivelmente maior que ou igual a 1% e menor que ou igual a 50% da quantidade de saturação do gás dissolvido no líquido de limpeza 3. Se a quantidade de gás dissolvido for menor que 1% da quantidade de saturação do gás dissolvido, a geração de cavitação com base nas ondas ultrassônicas não ocorre, e a capacidade de melhorar a capacidade de limpeza com base nas ondas ultrassônicas (capacidade de melhorar a capacidade de trata-mento da superfície) não pode ser exibida; assim, isto não é preferível. Por outro lado, se a quantidade de gás dissolvido for maior que 50% da quantidade de saturação do gás dissolvido, a propagação ultrassô- nica é inibida pelo gás dissolvido, e a propagação uniforme para todo o tanque de tratamento 10 é inibida; assim, isto não é preferível. A quantidade de gás dissolvido no líquido de limpeza 3 é preferivelmente maior que ou igual a 5% e menor que ou igual a 40% da quantidade de saturação de gás dissolvido no líquido de limpeza 3.
[0093] Aqui, quando a temperatura do líquido de limpeza 3 muda, a quantidade de saturação do gás dissolvido do líquido de limpeza 3 muda. Além disso, uma diferença no momento molecular do líquido que forma o líquido de limpeza 3 (por exemplo, o momento molecular da água), diferença essa que é derivada de uma mudança da temperatura do líquido de limpeza 3, influencia a capacidade de propagação. Especificamente, quando a temperatura é baixa, o momento molecular do líquido que forma o líquido de limpeza 3 é pequeno; assim, é fácil propagar ondas ultrassônicas, e a quantidade de saturação do gás dissolvido do líquido de limpeza 3 é alta. Portanto, a temperatura do líquido de limpeza 3 é preferivelmente controlada de modo que uma quantidade desejada de gás dissolvido dentro da faixa mencionada acima possa ser alcançada, conforme adequado. A temperatura do líquido de limpeza 3 é, por exemplo, preferivelmente aproximadamente 20°C a 85°C, dependendo do teor específico do tratamento executado usando-se o líquido de limpeza 3.
[0094] Especificamente, a quantidade de gás dissolvido no líquido de limpeza 3 é, por exemplo, preferivelmente maior que ou igual a 0,1 ppm e menor que ou igual a 11,6 ppm, e mais preferivelmente maior que ou igual a 1,0 ppm e menor que ou igual a 11,0 ppm. Assim, o mecanismo de controle de gás dissolvido 40 controla a temperatura do líquido de limpeza 3 de modo que a quantidade de gás dissolvido no líquido de limpeza 3 retido no tanque de tratamento 10 seja um valor em uma faixa como a mencionada acima.
[0095] Para o método para controlar a quantidade de gás dissolvi do, há vários métodos tais como desaeração a vácuo e desaeração usando-se produtos químicos, e um método pode ser selecionado conforme adequado. Além disso, a quantidade de gás dissolvido no líquido de limpeza 3 pode ser medida por um método de eletrodo de diafragma e um equipamento conhecido tal como um medidor ótico de oxigênio dissolvido.
[0096] Aqui, o gás dissolvido na solução aquosa é principalmente oxigênio, nitrogênio, dióxido de carbono, hélio, e argônio, e oxigênio enitrogênio respondem pela maioria do gás dissolvido embora o gás dissolvido seja influenciado pela temperatura e pelos componentes da solução aquosa.
[0097] A seguir, retornando às FIG. 1C e FIG. 1D novamente, o mecanismo de fornecimento de bolhas finas 50, que o equipamento de limpeza ultrassônica 1 de acordo com a presente modalidade preferivelmente inclui, será descrito em detalhes.
[0098] O mecanismo de fornecimento de bolhas finas 50 fornece ao líquido de limpeza 3 retido no tanque de tratamento 10, através de um tubo de fornecimento, bolhas finas tendo cada uma um diâmetro (diâmetro médio da bolha de ar) de acordo com a frequência da onda ultrassônica aplicada pelo mecanismo de aplicação ultrassônica 20. A bolha fina refere-se a uma bolha de ar fina com um diâmetro médio menor que ou igual a 100 μm. Entre tais bolhas finas, uma bolha fina com um diâmetro médio com tamanho da ordem de micrômetros pode ser referida como uma microbolha, e uma bolha fina com um diâmetro médio de tamanho da ordem de nanômetros pode ser referida como uma nanobolha. A bolha fina melhora a eficiência da propagação ul- trassônica para o objeto a ser limpo, e melhora a capacidade de limpeza como um núcleo de cavitação ultrassônica.
[0099] O diâmetro médio da bolha de ar da bolha fina fornecida ao líquido de limpeza é preferivelmente de 0,01 μm a 100 μm. Aqui, o diâmetro médio de bolha de ar se refere a um diâmetro no qual o número de amostras está no máximo em uma distribuição numérica em relação aos diâmetros das bolhas finas. Se o diâmetro médio de bolha de ar for menor que 0,01 μm, o tamanho do mecanismo de fornecimento de bolhas finas 50 é aumentado, e pode ser difícil fornecer bolhas finas com diâmetros de bolhas de ar ajustados. Além disso, se o diâmetro médio de bolha de ar for maior que 100 μm, a velocidade de crescimento da bolha fina é aumentada e consequentemente a vida útil da bolha fina no líquido de limpeza é encurtada, e há o caso em que uma limpeza prática não pode ser executada. Além disso, se o diâmetro da bolha de ar for muito grande, a propagação ultrassônica é inibida pelas bolhas finas, e o efeito de melhorar o poder detergente das ondas ultrassônicas pode ser reduzido.
[00100] A concentração (densidade) de bolhas finas no líquido de limpeza 3 é preferivelmente 103/ml a 1010/ml. Se a concentração de bolhas finas for menor que 103/ml, a ação de melhorar a capacidade de propagação ultrassônica com base nas bolhas finas não pode ser suficientemente obtida, e o número necessário de núcleos de cavita- ção ultrassônica para a limpeza é pequeno; assim, isto não é preferível. Além disso, se a concentração de bolhas finas for maior que 1010/ml, o tamanho do aparelho de geração de bolhas é aumentado ou o número de aparelhos de geração de bolhas é aumentado, e o fornecimento das bolhas finas pode não ser praticável; assim, isto não é preferível.
[00101] Além disso, o mecanismo de fornecimento de bolhas finas 50 preferivelmente fornece bolhas finas de maneira tal que, no líquido de limpeza 3, a proporção do número de bolhas finas tendo cada uma um diâmetro de bolha de ar menor que ou igual a um diâmetro da frequência de ressonância, que é o diâmetro ressonante com a frequência da onda ultrassônica, é maior que ou igual a 70% do número de todas as bolhas finas que existem no líquido de limpeza 3. A razão se-rá descrita agora.
[00102] A frequência natural de várias bolhas de ar incluindo bolhas finas é também chamada de frequência de ressonância Minnaert, e é dada pela fórmula 101 abaixo. Fórmula Matemática 1
[00103] Na Fórmula 101 acima,
[00104] f0: frequência natural das bolhas de ar (frequência de res sonância Minnaert)
[00105] R0: Raio médio da bolha de ar
[00106] p/ Pressão média do líquido ambiente
[00107] y: Razão da capacidade térmica (y do ar = 1,4)
[00108] p: Densidade do líquido
[00109] Aqui, quando é considerado que, supondo-se que exista ar no interior de uma bolha de ar visada, o líquido ambiente da bolha de ar é água e a pressão é a pressão atmosférica, o valor do produto f0R0 da frequência natural da bolha de ar pelo raio médio da bolha de ar é de aproximadamente e kHz.mm da Fórmula 101 acima. Daí, quando a frequência da onda ultrassônica aplicada é de 20 kHz, o raio R0 de uma bolha de ar ressonante com tal onda ultrassônica é de aproximadamente 150 μm, e consequentemente o diâmetro da frequência de ressonância 2R0, que é o diâmetro de uma bolha de ar ressonante com uma onda ultrassônica com uma frequência de 20 kHz, é de aproximadamente 300 μm. Similarmente, quando a frequência da onda ultrassônica aplicada é de 100 kHz, o raio R0 de uma bolha de ar ressonante com tal onda ultrassônica 30 μm, e consequentemente um diâmetro de frequência de ressonância 2R0, que é o diâmetro de uma bolha de ar ressonante com uma onda ultrassônica com uma frequência de 100 kHz é de aproximadamente 60 μm.
[00110] Nesse momento, uma bolha de ar tendo um raio maior que o raio de ressonância R0 é um fator de inibição. Isto é porque, quando bolhas de ar incluindo bolhas finas ressoam, as bolhas de ar repetem a expansão e contração em um curto espaço de tempo, e comprimem no final; entretanto , quando o tamanho da bolha de ar é maior que o diâmetro da frequência de ressonância 2R0 no mesmo ponto quando as primeiras ondas sonoras passam através da bolha de ar, as ondas ultrassônicas se difundem na superfície da bolha de ar. Ao contrário, quando o tamanho da bolha de ar é menor que o diâmetro da frequência de ressonância 2R0 no ponto do tempo quando as primeiras ondas sonoras passam através da bolha de ar, as ondas ultrassônicas podem passar através das bolhas de ar sem difundir na superfície da bolha de ar.
[00111] A partir de tal ponto de vista, é preferível que, no líquido de limpeza 3, a proporção do número de bolhas finas tendo, cada uma, um diâmetro de bolha de ar menor que ou igual ao diâmetro da frequência de ressonância 2R0 seja maior que ou igual a 70% do número de todas as bolhas finas que existem no líquido de limpeza 3. A eficiência da propagação ultrassônica pode ser também melhorada ajustando-se a proporção do número de bolhas finas tendo, cada uma, um diâmetro de bolha de ar menor que ou igual ao diâmetro da frequência de ressonância 2R0 até maior que ou igual a 70%. Além disso, pela propagação da primeira onda sonora até a superfície da parede e/ou a superfície do fundo do tanque de tratamento 10, a difusão e reflexão de ondas ultrassônicas para todo o tanque de tratamento são repetidas, e um tanque de tratamento ultrassônico uniforme pode ser obtido. Além disso, também bolhas de ar tendo um diâmetro menor que ou igual ao diâmetro da frequência de ressonância 2R0 repetem a expansão e a contração e comprimem após um lapso de um tempo de irradiação ultrassônica prescrito, e pode contribuir para a limpeza de cavi- tação.
[00112] A proporção do número de bolhas finas tendo cada uma um diâmetro de bolha de ar menor que ou igual ao diâmetro da frequência de ressonância 2R0 é preferivelmente menor que ou igual a 98% em vista do fato de que não há poucas bolhas que se expandem imediatamente após a geração de bolhas finas. A proporção do número de bolhas finas tendo cada uma um diâmetro de bolha de ar menor que ou igual ao diâmetro da frequência de ressonância 2R0 é mais preferi-velmente maior que ou igual a 80% e menor que ou igual a 98%.
[00113] Aqui, para o mecanismo básico de geração de bolhas, há vários mecanismos tais como o corte de bolhas de ar, a passagem de bolhas de ar através de microporos, cavitação (vaporização) por descompressão, a dissolução por compressão do gás, ondas ultrassôni- cas, eletrólise, e reação química, e o mecanismo pode ser selecionado conforme adequado. No mecanismo de fornecimento de bolhas finas 50 de acordo com a presente modalidade, é preferível usar-se um sistema de geração de bolhas finas que seja capaz de controlar facilmen- te o diâmetro da bolha de ar e a concentração de bolhas finas. Esse sistema de geração de bolhas finas é, por exemplo, um sistema que gera bolhas finas usando um sistema de corte, e então permite que o líquido de limpeza passe através de um filtro que tenha microporos com tamanhos prescritos, e assim controla o diâmetro da bolha de ar etc. das bolhas finas.
[00114] Aqui o diâmetro médio da bolha de ar e a concentração (densidade) de bolhas finas podem ser medidos por equipamentos conhecidos tais como um contador de partículas no líquido e um aparelho de medição da distribuição do diâmetro da bolha de ar. Seus exemplos incluem SALD-7100H produzido por Shimadzu Corporation, que pode medir a distribuição do diâmetro da bolha de ar em uma ampla faixa (vários nanômetros a várias centenas de micrômetros) pelo cálculo a partir de uma distribuição de luz dispersa em um método de dispersão de difração a laser, Multisizer 4 produzido por Beckman Coulter, Inc., que pode medir o número e a concentração das bolhas com tamanhos da ordem de micrômetros a partir da mudança da resistência elétrica no momento da abertura da passagem em um método de resistência elétrica, NanoSight LM10 produzido por Malvern Pa- nalytical Ltd., que pode medir o número e a concentração do bolhas de tamanho da ordem de nanômetros a partir da velocidade de movimentação Browniana usando-se um vídeo de observação da movimentação Browniana de partículas sob irradiação de luz laser em um método de observação da movimentação Browniana, etc.
[00115] Para o potencial de superfície de uma bolha fina gerada da forma acima, a superfície é geralmente carregada com carga negativa na condição de liquidez de um líquido de limpeza comum 3. Por outro lado, um objeto da limpeza que existe na superfície do objeto a ser limpo (por exemplo, carepa, fuligem, óleo, etc. em um tubo de aço) é geralmente carregado com carga positiva; então, quando uma bolha fina chega na vizinhança de um objeto da limpeza, a bolha fina é atraída para o objeto da limpeza devido a tal diferença de propriedades eletrostáticas. No caso em que o equipamento de limpeza ultrassônica 1 de acordo com a presente modalidade inclui o mecanismo de fornecimento de bolhas finas 50, as bolhas finas podem também limpar o objeto da limpeza pela geração de cavitação por meio de ondas ultrassô- nicas aplicadas, e a limpeza pode ser executada com melhor eficiência.
[00116] É preferível que um refletor para refletir ondas ultrassônicas seja fornecido na superfície da parede e na superfície do fundo no lado do líquido de limpeza do tanque de tratamento 10. Fornecendo-se tal refletor, ondas ultrassônicas que tenham chegado na superfície da parede e na superfície do fundo do tanque de tratamento 10 são refletidas pelo refletor, e se propagam na direção do líquido de limpeza 3 novamente. Com isso, as ondas ultrassônicas aplicadas ao líquido de limpeza 3 podem ser utilizadas com boa eficiência. Na presente modalidade, embora um refletor seja posicionado, a geração de ondas estacionárias é evitada em virtude do fato de que ao elemento de superfície curva 30 é posicionado no tanque de tratamento 10.
[00117] Em particular, por exemplo, como mostrado esquematicamente na FIG. 6, um refletor 60 que reflete ondas ultrassônicas pode ser fornecido entre o elemento de superfície curva 30 e a superfície de parede ou a superfície de fundo do tanque de tratamento 10 no qual tal elemento de superfície curva 30 é mantido, e assim as ondas ultrassô- nicas podem ser utilizadas com melhor eficiência.
[00118] Além disso, refletores podem ser posicionados em partes da superfície de parede e da superfície de fundo do tanque de tratamento 10 onde o elemento de superfície curva 30 não está posicionado. Pelos refletores assim existentes, é evitado que ondas ultrassôni- cas sejam absorvidas pela superfície de parede ou pela superfície de fundo do tanque de tratamento 10, e sejam refletidas. Com isso, as ondas ultrassônicas aplicadas ao líquido de limpeza 3 podem ser utilizadas com boa eficiência. Nesse caso, a razão de área dos refletores para as partes da superfície de parede e da superfície de fundo em contato com o líquido de limpeza do tanque de tratamento 10 onde o elemento de superfície curva 30 não está posicionado é preferivelmente tão grande quanto possível, e não é particularmente limitado; por exemplo, pode ser maior que ou igual a 80%, e preferivelmente maior que ou igual a 90%.
[00119] Acima está descrita em detalhes uma configuração geral do equipamento de limpeza ultrassônica 1 de acordo com a presente modalidade em relação às FIG. 1A à FIG. 6.
[00120] A seguir é descrito brevemente o processamento de varredura da frequuência no mecanismo de aplicação ultrassônica 20.
[00121] Como mencionado acima, é preferível que o mecanismo de aplicação ultrassônica 20 de acordo com a presente modalidade tenha uma função de varredura da frequência que possa aplicar uma onda ultrassônica enquanto faz a varredura da frequuência em uma faixa de ±0.1 kHz a ±10 kHz sobre uma frequência ultrassónica selecionada. Por tal função de varredura da frequência, podem ser obtidos dois efeitos adicionais descritos abaixo.
[00122] Quando uma onda ultrassônica é aplicada a bolhas de ar minúsculas incluindo bolhas finas que existam em um líquido, uma força chamada força Bjerknes age em bolhas de ar minúsculas, e as bolhas de ar minúsculas são atraídas para as posições de antinodos e nodos da onda ultrassônica de acordo com o raio de ressonância da bolha de ar R0 que depende da frequência. Aqui, quando a frequência da onda ultrassônica é mudada pela função de varredura da frequên- cia possuída pelo mecanismo de aplicação ultrassônica 20, a faixa do raio de ressonância da bolha de ar R0 que depende da frequência é ampliada de acordo com a mudança da frequência. Consequentemente, a faixa de diâmetro de bolha de geração de cavitação é ampliada, e um grande número de bolhas de ar minúsculas (por exemplo, bolhas finas) pode ser utilizado como núcleos de cavitação. Assim, a eficiência da limpeza do equipamento de limpeza ultrassônica 1 de acordo com a presente modalidade é também melhorada pela função de var-redura de frequência possuída pelo mecanismo de aplicação ultrassô- nica 20.
[00123] Por outro lado, como propriedade comum de uma onda ul- trassônica, é conhecido um fenômeno no qual "uma onda ultrassônica é transmitida através de um corpo irradiado quando o comprimento de onda da onda ultrassônica é 1/4 de um comprimento de onda correspondente à espessura do corpo irradiado". Assim, aplicando-se ondas ultrassônicas enquanto se executa a varredura da frequência em uma faixa adequada, no caso em que, por exemplo, o objeto a ser limpo é um corpo tendo uma porção oca tal como um corpo tubular, a quantidade de ondas ultrassônicas transmitidas no interior do corpo tubular pode ser aumentada, e a eficiência da limpeza do equipamento de limpeza ultrassônica 1 de acordo com a presente modalidade é também melhorada.
[00124] Aqui, quando é considerada a transmissão de ondas ultras- sônicas na superfície de um corpo irradiado, não há apenas ondas ul- trassônicas incidentes perpendicularmente ao corpo irradiado, mas também ondas ultrassônicas que se propagam enquanto repetem reflexões múltiplas e, portanto, há a tendência de certo campo sonoro seja menos passível de ser formado. Em tais circunstâncias, para criar uma condição para transmissão através da superfície da parede do corpo irradiado, é preferível que uma frequência capaz de satisfazer a condição de que "o comprimento da onda ultrassônica seja 1/4 de um comprimento de onda correspondente à espessura do objeto a ser limpo" seja obtida onde quer que a posição do objeto a ser limpo exista. Para tal faixa de frequência, um estudo dos presentes inventores revelou que a transmissão de ondas ultrassônicas como aquelas mencionadas acima pode ser alcançada aplicando-se ondas ultrassônicas enquanto se executa a varredura da frequência em uma faixa de ±0,1 kHz a ±10 kHz sobre uma frequência ultrassónica selecionada.
[00125] A seguir, o equipamento de limpeza ultrassônica e o método de limpeza ultrassônica de acordo com a presente invenção são descritos especificamente em relação aos Exemplos e aos Exemplos Comparativos. Os Exemplos mostrados abaixo são apenas exemplos do equipamento de limpeza ultrassônica e do método de limpeza ul- trassônica de acordo com a presente invenção, e o equipamento de limpeza ultrassônica e o método de limpeza ultrassônica de acordo com a presente invenção não são limitados aos exemplos mostrados abaixo.
[00126] No presente Exemplo Experimental, um tratamento de lavagem com água (enxágue) de uma chapa de aço foi executado usando-se em equipamento de limpeza ultrassônica 1 como aquele mostrado esquematicamente na FIG. 7A e na FIG. 7B. Água de limpeza a uma temperatura normal (25°C) foi usada como solução de enxágue. Um tanque de tratamento tendo uma parede externa de SUS e tendo um volume de 7 m3 de 2,0 m de largura x 7 m de comprimento e 0,5 m de profundidade foi usado como tanque de tratamento 10. Uma chapa de aço, que foi o objeto a ser limpo, foi ajustada em um estado de ser segura por cilindros fornecidos no tanque de tratamento 10. Como um oscilador ultrassônico do mecanismo de aplicação ultrassônica 20, foi usado um oscilador com uma potência de 1200 W. Como mostrado esquematicamente nas FIG. 7A e FIG. 7B, 5 vibradores de imersão feitos de SUS foram arranjados na superfície de parede de um lado comprido do tanque de tratamento 10, com a frequência da onda ul- trassônica ajustada para 40 kHz (o comprimento de onda À na velocidade do som c = 1500 m/s: 37,5 mm); e foram aplicadas ondas ultras- sônicas. Como mostrado esquematicamente nas FIG. 7A e FIG. 7B, cinco elementos de superfície curva 30 foram instalados na superfície de parede em um lado do tanque de tratamento 10 onde um vibrador ultrassônico não foi fornecido, de modo a facear os vibradores de imersão feitos de SUS. Para os elementos de superfície curva 30 instalados no tanque de tratamento 10, o tamanho, a forma, a qualidade do material (impedância acústica específica), a área da superfície, a distância desde a superfície de vibração e a distância entre os elementos de superfície curva 30 foram mudados; os resultados obtidos foram comparados. No presente Exemplo Experimental, um aparelho de de- saeração do tipo membrana, PDO4000P produzido por Miura Co., Ltd., foi usado como o mecanismo de controle do gás dissolvido 40, e a quantidade de gás dissolvido foi controlada no momento do teste. Usando-se um medidor de oxigênio dissolvido, LAQUA OM-51 produzido por Horiba, Ltd., a quantidade de oxigênio dissolvido foi medida como um valor em proporção à quantidade de gás dissolvido; e a quantidade de gás dissolvido (%) relativa à quantidade de saturação de gás dissolvido foi estimada. As quantidades de gás dissolvido de 5%, 40% e 95% na Tabela 1 e na Tabela 2 abaixo correspondem a, como concentrações específicas, 1,1 ppm, 9,1 ppm, e 21,5 ppm, respectivamente. Além disso, a quantidade de gás dissolvido de 95% é um valor no caso em que água limpa não submetida ao controle de gás dissolvido foi usada no estado.
[00127] No presente Exemplo Experimental, como mostrado es- quematicamente na FIG. 8, um monitor de nível ultrassônico (19001D produzido por Kaijo Corporation) foi usado para medir a intensidade ultrassônica (mV) a intervalos de 0,5 m na direção do comprimento do tanque de tratamento 10, em um total de 26 posições a 0,5 m das superfícies de parede na direção da largura do tanque de tratamento 10, e a intensidade ultrassônica relativa (a intensidade relativa assumindo- se que o resultado da medição do Exemplo Comparativo 1, isto é, a intensidade ultrassônica medida no caso em que a parte curva convexa 33 não foi instalada é 1) e o desvio padrão (a) foram calculados; assim, as capacidades de propagação ultrassônica de todo o tanque de tratamento 10 foram comparadas. No Exemplo Comparativo 5 mostrado abaixo, o elemento de superfície curva 30 foi fornecido na mesma superfície de parede que a superfície de parede em que o vibrador de imersão feito de SUS foi fornecido, e a parte curva convexa 33 foi ajustada de modo a não facear a superfície de vibração. As condições experimentais e os resultados obtidos do presente Exemplo Experimental estão mostrados coletivamente nas Tabela 1 e Tabela 2 abaixo.
[00128] Nas Tabela 1 e Tabela 2 abaixo, a forma descrita como "tubo redondo" entre as formas dos elementos de superfície curva significa que foi usado um corpo tubular oco no qual a forma externa de uma seção transversal perpendicular à direção do eixo longo é uma forma circular, e a forma descrita como "coluna circular" significa que foi usado um corpo colunar sólido no qual a forma externa de uma seção transversal perpendicular à direção do eixo longo é uma forma circular. Além disso, a forma descrita como um "tubo plano" entre as formas do elemento de superfície curva significa que foi usado um corpo tubular oco no qual a forma externa de uma seção transversal perpendicular à direção do eixo longo é uma forma elíptica. Além disso, a forma descrita como "chapa corrugada (retangular)" significa que foi usada uma chapa corrugada na qual a porção corrugada funciona como a porção curva nãoconvexa 35. Além disso, a forma descrita como "modelada" entre as formas dos elementos de superfície curva significa que foi usado um elemento no qual a superfície de um material em forma de chapa é modelado em hemisférios tendo, cada um, um diâmetro de 10 mm e arranjados em um arranjo de zigue-zague. Além disso, a forma descrita como "tubo redondo + chapa protetora" entre as formas dos elementos de superfície curva significa que uma chapa protetora que bloqueia as primeiras ondas sonoras foi colocada entre o vibrador de imersão feito de SUS do mecanismo de aplicação ultrassônica 20 e um tubo redondo.
[00129] Nas Tabela 1 e Tabela 2 abaixo, "altura máxima H" significa a altura máxima de uma parte curva convexa 33 como aquela descrita acima que é convexa na direção da superfície do vibrador; no caso de um tubo redondo ou de uma coluna circular, a altura máxima H é um valor correspondente ao raio. Além disso, nas Tabela 1 e Tabela 2 abaixo, "razão de área da parte curva convexa no elemento" significa a razão de área da parte curva convexa 33 que faceia a superfície do vibrador no elemento de superfície curva 30. Além disso, nas Tabela 1 e Tabela 2 abaixo, "número de elementos de superfície curva" significa o número de partes curvas convexas 33 em um elemento de superfície curva 30, e é descrito como 1 no caso em que a parte curva convexa 33 está em forma contínua. Tabela 1 Tabela 2
[00130] Inicialmente, em relação aos Exemplos Comparativos, nos Exemplos Comparativos 2 a 3 nos quais foi fornecido o elemento de superfície curva 30 no qual a parte curva convexa 33 não existe, o Exemplo Comparativo 4 no qual a chapa protetora que foi fornecida em frente à parte curva convexa 33 de modo a bloquear as ondas ul- trassônicas das primeiras ondas sonoras existiu, e o Exemplo Comparativo 5 no qual a parte curva convexa foi fornecida na mesma superfície de parede que a superfície de parede da superfície de vibração, a média da intensidade ultrassônica relativa de todo o tanque de tratamento 10 foi quase igual àquela do Exemplo Comparativo 1 no qual o elemento de superfície curva 30 de acordo com uma modalidade da presente invenção não foi retido no tanque de tratamento. Além disso, o desvio padrão, que é um índice de variação, é maior que a intensidade ultrassônica de 33 mV por 20, e pode ser visto que a propagação ultrassônica não é uniforme.
[00131] Por outro lado, nos Exemplos 1 a 20 nos quais foi fornecido o elemento de superfície curva 30 de acordo com uma modalidade da presente invenção, foi mostrado que a intensidade ultrassônica relativa foi um valor alto de mais que ou igual a 1,5 vezes. Em particular, nos Exemplos 4 a 8 nos quais a distância de separação D a partir da superfície do vibrador foi de até 2,5 m e a parte curva convexa 33 foi fornecida a uma razão de área de mais que ou igual a 1% e menos que ou igual a 80% na faixa efetiva do vibrador de menos que ou igual a 30° no exterior, uma intensidade ultrassônica relativa de mais que ou igual a duas vezes foi observada, e o desvio padrão foi pequeno. Também nos Exemplos 13, 16 e 18 nos quais, quando a forma da parte curva convexa 33 foi mudada, a razão de área estava na faixa de mais que ou igual a 1% e menos que ou igual a 80% e a altura máxima H da parte curva convexa 33 foi A/2 < H, similarmente à intensidade ultrassônica relativa de mais que ou igual a duas vezes foi observada.
[00132] Além disso, a intensidade ultrassônica relativa foi maior no Exemplo 5, que foi feito de um material com uma impedância acústica específica de mais que ou igual a 1 x 107, que nos Exemplos 10 e 11, que foram feitos de um material com uma impedância acústica específica de menos que ou igual a 1 x 107. Além disso, nos Exemplos 17 e 18 nos quais a quantidade de gás dissolvido foi controlada, a intensidade ultrassônica relativa foi maior que ou igual a 3,5 vezes que a do Exemplo Comparativo 1, e o desvio padrão foi ainda menor; assim, foi observada uma propagação mais uniforme.
[00133] No presente Exemplo Experimental, o tratamento de de- sengorduramento de tubos de aço nos quais óleo estava ligado às su-perfícies foi executado usando-se um equipamento de limpeza ultras- sônica 1 como aquele mostrado esquematicamente nas FIG. 9A e FIG. 9B. Um líquido desengordurante de base alcalina a uma temperatura de 60°C foi usado como solução desengordurante. Um tanque de tratamento tendo uma parede externa feita de aço e uma superfície revestida com politetrafluoroetileno (PTFE) e tendo um volume de 9 m3 de 1,0 m de largura x 15,0 m de comprimento x 0,6 m de profundidade foi usado como o tanque de tratamento 10. Tubos de aço nos quais o óleo foi ligado às superfícies foram imersos em tal tanque de tratamento 10 por um tempo prescrito. Especificamente, 20 tubos de aço cada um com um diâmetro interno de 40 mm e um comprimento de 10 m foram colocados no centro no tanque de tratamento 10, como objetos a serem limpos, e foi executada a avaliação da limpeza.
[00134] Como um oscilador ultrassônico do mecanismo de aplicação ultrassônica 20, foi usado um que tem uma potência de 1200 W. Dez vibradores de imersão feitos de SUS foram usados como vibradores ultrassônicos, como mostrado esquematicamente nas FIG 9A e FIG. 9B, cinco vibradores de imersão foram instalados em cada uma das superfícies de parede na direção longitudinal do tanque de tratamento 10. O oscilador ultrassônico usado foi um capaz de varrer a frequência ultrassônica; nos presentes Exemplos Experimentais, a frequência foi ajustada para 25 kHz a 192 kHz. O comprimento de onda À correspondente a cada frequência ultrassônica f pode ser calculado a partir da relação c = f À, onde a velocidade do som c = 1550 m/s.
[00135] Como mostrado esquematicamente nas FIG. 9A e FIG. 9B, elementos de superfície curva 30 foram instalados em partes da superfície de parede e da superfície de fundo do tanque de tratamento 10, e os tubos de aço, que foram os objetos a serem limpos, foram retidos nos elementos de superfície curva 30. Em alguns Exemplos, um refletor de uma qualidade de material prescrita foi instalado entre a superfície de parede do tanque de tratamento 10 e o elemento de superfície curva 30. Tal elemento de superfície curva 30 foi um tubo feito de SUS, e seu interior foi feito oco. A forma (forma externa), o tamanho, o número e a distância da superfície do vibrador do elemento de superfície curva 30 foram mudados variadamente, e os resultados obtidos foram comparados.
[00136] No presente Exemplo Experimental, um aparelho de desae- ração do tipo membrana, PDO4000P produzido por Miura Co.,Ltd. foi usado como o mecanismo de controle de gás dissolvido 40, e a quantidade de gás dissolvido em relação à quantidade de saturação de gás dissolvido foi controlada para 0,5%, 40% ou 95% durante a experiência. No momento de tal controle, usando-se um medidor de oxigênio dissolvido, LAQUA OM-51 produzido por Horiba, Ltd., a quantidade de oxigênio dissolvido foi medida como um valor em proporção à quantidade de gás dissolvido; e a quantidade de gás dissolvido (%) em relação à quantidade de saturação de gás dissolvido foi estimada. As quantidades de gás dissolvido de 0,5%, 40% e 95% nas Tabelas 3 e 4 abaixo correspondem a, como concentrações específicas, 0,08 ppm, 6,4 ppm e 15,2 ppm, respectivamente. Além disso, a quantidade de gás dissolvido de 95% é um valor no caso em que água limpa não submetida ao controle de gás dissolvido foi usada no estado.
[00137] No presente Exemplo Experimental, 2FKV-27M/MX-F13 produzido por OHR Laboratory Corporation foi usado como o mecanismo de fornecimento de bolhas finas 50; ondas ultrassônicas e bolhas finas foram usadas em combinação enquanto bolhas finas foram fornecidas à solução de desengorduramento; e a verificação foi executada. O diâmetro da bolha de ar (diâmetro médio da bolha de ar) e o número total das bolhas finas foram medidos usando-se um aparelho de medição da distribuição do tamanho de partícula de precisão (Multisizer 4 produzido por Beckman Coulter, Inc.) e um aparelho de análise de nanopartículas (NanoSight LM10 produzido por Malvern Pa- nalytical Ltd.).
[00138] No presente Exemplo Experimental, a taxa de remoção de óleo da superfície da chapa de aço foi medida, e a taxa medida de remoção de óleo foi avaliada como capacidade de desengorduramento. Em maiores detalhes, a quantidade de óleo removido foi calculada a partir da quantidade de mudança na massa entre antes e depois da limpeza, e a proporção da quantidade de óleo removida que foi capaz de ser removida pelas respectivas condições de limpeza para a quantidade total de óleo ligado à superfície da chapa de aço foi tomada como a taxa de remoção de óleo. O critério de avaliação da capacidade de desengorduramento nas Tabelas 3 e 4 abaixo são como segue.
[00139] Menos que ou igual a 100% e mais que ou igual a 98%: A1
[00140] Menos que 98% e mais que ou igual a 95%: A2
[00141] Menos que 95% e mais que ou igual a 93%: B1
[00142] Menos que 93% e mais que ou igual a 90%: B2
[00143] Menos que 90% e mais que ou igual a 85%: C1
[00144] Menos que 85% e mais que ou igual a 80%: C2
[00145] Menos que 80% e mais que ou igual a 60%: D
[00146] Menos que 60% e mais que ou igual a 40%: E
[00147] Menos que 40%: F
[00148] Isto é, da avaliação A1 até a avaliação B2 significa que a capacidade de desengorduramento foi muito boa, avaliações C1 e C2 significam que a capacidade de desengorduramento foi boa, a avaliação D significa que a capacidade de desengorduramento foi um pouco insuficiente, e as avaliações E e F significam que a capacidade de de- sengorduramento foi insuficiente. Tabela 3 Tabela 4
[00149] Inicialmente, em relação aos Exemplos Comparativos, uma região em que a capacidade de desengorduramento foi insuficiente ou a limpeza foi insuficiente ocorreu nos Exemplos Comparativos 1 e 2 nos quais os elementos de superfície curva 30 de acordo com uma modalidade da presente invenção não foram retidos no tanque de tratamento 10, nos Exemplos Comparativos 3 e 4 nos quais foi fornecido o elemento de superfície curva 30 sem ter a parte curva convexa 33, no Exemplo Comparativo 5 no qual existiu a chapa protetora em uma parte frontal da parte curva convexa 33 de modo a bloquear ondas ul- trassônicas, e no Exemplo Comparativo 6 no qual um refletor foi instalado paralelamente a uma posição a 775 mm da superfície do vibrador (a distância entre o refletor e a superfície de vibração satisfez À/4^(2n - 1)).
[00150] Por outro lado, foi descoberto que a capacidade de desen- gorduramento é boa nos Exemplos 1 a 8 nos quais foi fornecida a parte curva convexa 33 de acordo com uma modalidade da presente invenção, e a altura máxima H da parte curva convexa 33, a razão de área da parte curva convexa 33, o ângulo de inclinação θ, e a faixa de frequência foram trocados. Em particular, uma excelente capacidade de desengorduramento foi mostrada nos Exemplos 9 a 17 e 23 nos quais foram executados a varredura da frequência e o fornecimento de bolhas finas em uma faixa adequada. Além disso, excelente capacidade de desengorduramento foi mostrada também nos Exemplos 19 e 20 no qual foi fornecido um refletor.
[00151] A(s) modalidade(s) preferida(s) da presente invenção foi (foram) descrita(s) acima em relação aos desenhos anexos, embora a presente invenção não seja limitada aos exemplos acima. Uma pessoa perita na técnica pode descobrir várias alterações e modificações dentro do escopo das reivindicações anexas, e deve ser entendido que elas cairão naturalmente sob o escopo técnico da presente invenção. DE SINAIS DE REFERÊNCIA equipamento de limpeza ultrassônica líquido de limpeza tanque de tratamento mecanismo de aplicação ultrassônica elemento de superfície curva superfície curva convexa parte curva convexa porção curva nãoconvexa mecanismo de controle de gás dissolvido mecanismo de fornecimento de bolhas finas refletor
Claims (19)
1. Equipamento de limpeza ultrassônica (1), caracterizado pelo fato de que compreende: um tanque de tratamento (10) para armazenar um líquido de limpeza (3) que limpa um objeto a ser limpo e no qual o objeto a ser limpo é imerso; um mecanismo de aplicação ultrassônica (20) para aplicar ondas ultrassônicas ao líquido de limpeza retido no interior do tanque de tratamento; e uma pluralidade de elementos de superfície curva (30) que são arranjados com espaçamentos prescritos, em que os elementos de superfície curva que estão localizados em uma faixa prescrita por um ângulo de inclinação prescrito (θ) a partir da direção normal em uma porção de extremidade de uma superfície de vibração do mecanismo de aplicação ultrassônica para o exterior em relação à superfície de vibração e que é mantido em uma superfície de parede e/ou em uma superfície de fundo do tanque de tratamento, onde os elementos de superfície curva têm uma superfície curva convexa na qual existe pelo menos uma parte curva convexa tendo uma forma de superfície de uma superfície esférica ou de uma superfície da forma asférica e a parte curva convexa está em um estado de salientar-se mais em um lado da superfície de vibração que uma porção diferente da parte curva convexa, e os elementos de superfície de curva não têm uma porção côncava, e a superfície curva convexa é mantida em um estado de facear a superfície de vibração de maneira tal que pelo menos parte das primeiras ondas sonoras que são ondas sonoras que são aplicadas a partir do mecanismo de aplicação ultrassônica e que não sofreram reflexão chegam à parte curva convexa da superfície curva convexa.
2. Equipamento de limpeza ultrassônica de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a altura máxima H da parte curva convexa na superfície curva convexa satisfaz a relação de À/2 < H, onde o comprimento de onda da onda ultrassónica é denotado por À.
3. Equipamento de limpeza ultrassônica de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a magnitude do ângulo de inclinação é maior que ou igual a 0 grau e menor que ou igual a 30 graus.
4. Equipamento de limpeza ultrassônica de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a parte curva convexa do elemento de superfície curva tem uma razão de área de mais que ou igual a 30% para a área total do elemento de superfície curva localizado na faixa prescrita com base na superfície de vibração.
5. Equipamento de limpeza ultrassônica de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a parte curva convexa do elemento de superfície curva tem uma razão de área de mais que ou igual a 1% e menos que ou igual a 80% para a área de superfície total da superfície de parede e/ou da superfície de fundo do tanque de tratamento localizado na faixa prescrita com base na superfície de vibração.
6. Equipamento de limpeza ultrassônica de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o elemento de superfície curva, e a superfície de parede e/ou a superfície de fundo nas quais o elemento de superfície curva é colocado não têm uma porção côncava.
7. Equipamento de limpeza ultrassônica de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que a distância de separação L entre elementos adjacentes de uma pluralidade de elementos de superfície curva satisfaz a relação 3H < L para uma altura máxima H da parte curva convexa do elemento de superfície curva.
8. Equipamento de limpeza ultrassônica de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que a distância de separação D entre a superfície de vibração e a posição que dá uma altura máxima da parte curva convexa na superfície curva convexa no elemento de superfície curva é maior que ou igual a 5 cm e menor que ou igual a 250 cm.
9. Equipamento de limpeza ultrassônica de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que o elemento de superfície curva é um elemento de superfície curva feito de um material com uma impedância acústica de mais que ou igual a 1 x 107 [kg^m-zs-1] e menos que ou igual a 2 x 108 [kg-m’2-s’1].
10. Equipamento de limpeza ultrassônica de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que também compreende: um mecanismo de controle de gás dissolvido (40) para controlar a quantidade de gás dissolvido no líquido de limpeza retido no tanque de tratamento.
11. Equipamento de limpeza ultrassônica de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o mecanismo de controle de gás dissolvido faz o controle de modo que a quantidade de gás dissolvido seja 1% a 50% da quantidade de saturação de gás dissolvido no líquido de limpeza.
12. Equipamento de limpeza ultrassônica de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que também compreende: um mecanismo de fornecimento de bolhas finas (50) para fornecer bolhas finas tendo, cada uma, um diâmetro médio de bolha de ar prescrito no líquido de limpeza retido no tanque de tratamento.
13. Equipamento de limpeza ultrassônica de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o mecanismo de for-necimento de bolhas finas é configurado para fornecer bolhas finas tendo, cada uma, um diâmetro médio de bolha de ar de 0,01 μm a 100 μm de maneira tal que a quantidade total de bolhas de ar seja 103/mL a 1010/mL.
14. Equipamento de limpeza ultrassônica de acordo com a reivindicação 12 ou 13, caracterizado pelo fato de que o mecanismo de fornecimento de bolhas finas é configurado para fornecer as bolhas finas de maneira tal que, no líquido de limpeza, a proporção do número de bolhas finas tendo, cada uma, um diâmetro de bolha de ar menor que ou igual ao diâmetro da frequência de ressonância que é o diâmetro ressonante com uma frequência da onda ultrassônica que é maior que ou igual a 70% do número de todas as bolhas finas que existem no líquido de limpeza.
15. Equipamento de limpeza ultrassônica de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 14, caracterizado pelo fato de que o mecanismo de aplicação ultrassônica é configurado para selecionar uma frequência da onda ultrassônica a partir da faixa de frequência de 20 kHz a 200 kHz.
16. Equipamento de limpeza ultrassônica de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 15, caracterizado pelo fato de que o mecanismo de aplicação ultrassônica é configurado para aplicar ondas ultrassônicas ao líquido de limpeza enquanto faz a varredura da frequência em uma faixa de ±0,1 kHz a ±10 kHz sobre uma frequência ultrassônica selecionada.
17. Equipamento de limpeza ultrassônica de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 16, caracterizado pelo fato de que um refletor para refletir ondas ultrassônicas é também fornecido entre o elemento de superfície curva e a superfície de parede ou a su- perfície de fundo do tanque de tratamento no qual o elemento de superfície curva é mantido.
18. Equipamento de limpeza ultrassônica de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 17, caracterizado pelo fato de que o tanque de tratamento tem uma profundidade a partir da superfície do líquido de 1 a 2m e o comprimento total de 3 a 25 m.
19. Método de limpeza ultrassônica que limpa um objeto a ser limpo usando um tanque de tratamento (10) no qual é colocado um líquido de limpeza (3) que limpa o objeto a ser limpo, em que um mecanismo de aplicação ultrassônica (20) para aplicar ondas ultrassônicas ao líquido de limpeza é fornecido ao tanque de tratamento, e uma pluralidade de elementos de superfície curva (30) que são arranjados com espaçamentos prescritos são fornecidos a uma superfície de parede e/ou a uma superfície de fundo do tanque de tratamento localizado em uma faixa prescrita por um ângulo de inclinação prescrito (θ) a partir da direção normal em uma porção de extremidade de uma superfície de vibração do mecanismo de aplicação ultrassônica para o exterior em relação à superfície de vibração, o método de limpeza ultrassônica caracterizado pelo fato de que compreende: aplicar ondas ultrassônicas ao líquido de limpeza retido no tanque de tratamento; e imergir o objeto a ser limpo no líquido de limpeza ao qual as ondas ultrassônicas são aplicadas, onde os elementos de superfície curva têm uma superfície curva convexa na qual pelo menos uma parte curva convexa tendo uma superfície de forma esférica ou uma superfície de forma asférica existe e a parte curva convexa está em um estado de salientar-se mais em um lado da superfície de vibração do que uma porção diferente da parte curva convexa, e os elementos de superfície curva não têm uma porção côncava, e a superfície curva convexa é mantida em um estado de facear a superfície de vibração de maneira tal que pelo menos parte das primeiras ondas sonoras que são aplicadas a partir do mecanismo de aplicação ultrassônica e que não experimentaram reflexão cheguem à parte curva convexa da superfície curva convexa.
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