CN114929404A - 超声波处理装置 - Google Patents

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CN114929404A CN202080087892.7A CN202080087892A CN114929404A CN 114929404 A CN114929404 A CN 114929404A CN 202080087892 A CN202080087892 A CN 202080087892A CN 114929404 A CN114929404 A CN 114929404A
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伊达博充
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小原慎太郎
尾崎裕太
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Abstract

即使是在处理多个被处理物的情况下，也能更简便地提高超声波的传播性和均匀性。本发明的超声波处理装置具备：处理槽，其能够收纳被处理物和用于浸渍所述被处理物的处理液；以及超声波施加机构，其对所述处理液施加超声波，所述处理槽具有截面形状彼此大致相同的长轴，并且，直到所述处理液的液面高度预定线为止的壁面由凹曲面构成，所述超声波施加机构设置于超声波的振荡面的法线与所述处理液的液面预定线所成的角(θ)为5°～80°的位置。

Description

超声波处理装置
技术领域
本发明涉及一种超声波处理装置。
背景技术
一般而言，在钢板、钢管这样的各种金属体的制造工序中，为了去除存在于金属体的表面的污垢、氧化皮等，广泛采用了通过将金属体浸渍于保持有化学溶液(例如，碱性脱脂剂、表面活性剂、硫酸溶液等)、冲洗液等的清洗槽来进行清洗的清洗处理方法。作为实施这样的清洗处理方法的清洗处理装置，例如，存在利用了高压气流喷嘴的处理装置、利用了超声波的超声波处理装置。
其中，为了在对钢板、钢管等这样的大型件进行以清洗处理为首的各种表面处理之际提高超声波的传播性和处理性，以往提出了各种方法。
例如，在以下的专利文献1中提出了如下技术：将使超声波振子旋转的摆动部件设置于清洗槽的内部，在被清洗物的清洗过程中使超声波振子摆动，从而使基于超声波的清洗性提高。另外，在以下的专利文献2中提出了如下技术：在被清洗物的清洗过程中使被清洗物旋转，并且，上下驱动超声波振子，从而使清洗效率提高。另外，在以下的专利文献3中提出了针对处理槽的壁面和/或底面设置用于使超声波反射的曲面构件的技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2000-301087号公报
专利文献2：日本特开2013-202597号公报
专利文献3：国际公开第2018/169050号
发明内容
发明要解决的问题
然而，在如上述专利文献1和专利文献2这样将各种驱动机构设置于清洗槽的保持清洗液的部分的情况下，要求选择不给驱动机构带来不良影响这样的处理液。另外，无法有效地使用清洗槽的内部空间的与所设置的驱动机构相应的部分，能够同时处理的被处理物的个数减少。
另外，即使是在使用了上述专利文献1～专利文献3的技术的情况下，在将多个被处理物配置于处理槽内的情况下，也存在超声波的传播性和均匀性降低的可能性，对于超声波的传播性和均匀性的进一步提高，存在研究的余地。
如此，渴望着如下技术：即使是在处理多个被处理物的情况下，也能够更简便地提高超声波的传播性和均匀性。
因此，本发明是鉴于上述问题而做成的，本发明的目的在于提供一种即使是在处理多个被处理物的情况下也能够更简便地提高超声波的传播性和均匀性的超声波处理装置。
用于解决问题的方案
为了解决上述问题，本发明人等进行了深入研究，结果获得了如下见解：将处理槽的内表面中的直到处理液的液面高度预定线为止的面(换言之，与处理液接触的部分)的形状设为凹曲面，朝向处理槽中的处理液的液面高度预定线照射超声波，从而能够使超声波的传播性和均匀性进一步提高。
基于该见解而完成的本发明的主旨如以下这样。
(1)一种超声波处理装置，其具备：处理槽，其能够收纳被处理物和用于浸渍所述被处理物的处理液；以及超声波施加机构，其对所述处理液施加超声波，所述处理槽具有截面形状彼此大致相同的长轴，并且，直到所述处理液的液面高度预定线为止的壁面由凹曲面构成，所述超声波施加机构设置于超声波的振荡面的法线与所述处理液的液面预定线所成的角θ为5°～80°的位置。
(2)根据(1)所述的超声波处理装置，其中，所述超声波施加机构设置于所述角θ为25°～70°的位置。
(3)根据(1)或(2)所述的超声波处理装置，其中，所述超声波施加机构未设置于所述角θ处于(1)或(2)所述的范围外的位置。
(4)根据(1)～(3)中任一项所述的超声波处理装置，其中，以与所述长轴正交的面剖切所述处理槽而得到的截面是对大致圆或大致椭圆切除了一部分后的形状。
(5)根据(1)～(4)中任一项所述的超声波处理装置，其中，在以与所述长轴正交的面剖切所述处理槽而得到的截面中，所述液面高度预定线处的内壁间距离是所述处理槽在所述截面中的最大的内壁间距离M的90％以上。
(6)根据(1)～(5)中任一项所述的超声波处理装置，其中，在以与所述长轴正交的面剖切所述处理槽而得到的截面中，所述凹曲面的曲率半径R是所述超声波施加机构的所述振荡面在所述截面中的长度L的1.0倍～25.0倍。
(7)根据(1)～(6)中任一项所述的超声波处理装置，其中，所述超声波施加机构被设为相对于所述处理槽设置的设置位置能够根据所述被处理物的处理量而变更。
(8)根据(1)～(7)中任一项所述的超声波处理装置，其中，所述处理槽构成为所述处理槽的与所述长轴平行的方向的长度通过对处理槽零件进行连结或拆装而实现可变，该处理槽零件的在与所述长轴正交的方向上剖切而得到的截面的截面形状彼此大致相同。
(9)根据(1)～(8)中任一项所述的超声波处理装置，其中，所述处理槽能相对于保持所述处理槽的支架拆装。
(10)根据(1)～(9)中任一项所述的超声波处理装置，其中，保持所述处理槽的支架的与所述处理槽接触的部分由固有声抗是1×105kg·m-2·sec-1～2×106kg·m-2·sec-1的原材料形成。
(11)根据(1)～(10)中任一项所述的超声波处理装置，其中，所述处理槽的与支架接触的接触部分的面积是处理槽的外表面的面积的40％以下。
(12)根据(1)～(9)中任一项所述的超声波处理装置，其中，所述处理槽以与所述支架分离开的状态使用。
(13)根据(1)～(12)中任一项所述的超声波处理装置，其中，使所述处理液循环的处理液循环路径设置于所述处理槽的外部。
发明的效果
如以上进行了说明这样，根据本发明，即使是在处理多个被处理物的情况下，也能够更简便地提高超声波的传播性和均匀性。
附图说明
图1A是示意性地表示本发明的实施方式的超声波处理装置的整体结构的说明图。
图1B是放大地表示在图1A的A-A剖切线处剖切了本发明的实施方式的超声波处理装置的情况的截面的说明图。
图2A是用于说明该实施方式的超声波处理装置中的超声波施加机构的说明图。
图2B是用于说明该实施方式的超声波处理装置中的超声波施加机构的说明图。
图3是用于说明该实施方式的超声波处理装置的说明图。
图4A是用于说明该实施方式的超声波处理装置的说明图。
图4B是用于说明该实施方式的超声波处理装置的说明图。
图5是用于说明该实施方式的超声波处理装置的说明图。
图6是用于说明该实施方式的超声波处理装置的说明图。
具体实施方式
以下一边参照附图，一边详细地说明本发明的优选的实施方式。此外，在本说明书和附图中，对具有实质上相同的功能构成的构成要素标注相同的附图标记，省略重复说明。
＜超声波处理装置的整体结构＞
首先，一边参照图1A和图1B一边简单地说明本发明的实施方式的超声波处理装置的整体的结构。图1A是示意性地表示本实施方式的超声波处理装置的整体结构的说明图，图1B是放大地表示在图1A的A-A剖切线处剖切了本实施方式的超声波处理装置的情况的截面的说明图。此外，为了容易说明，适当强调了图中的各构件的大小，并不表示实际的尺寸、构件间的比率。
本实施方式的超声波处理装置1是如下装置：在被处理物被浸渍到已收纳于(或充满于)处理槽10内的处理液3中的状态下，从超声波处理机构20对处理液3施加超声波，从而对被处理物的表面(与处理液接触着的部位)实施如下这样的处理。该超声波处理装置1能够在对钢材等所代表的各种金属体、塑料树脂制构件等所代表的各种非金属体等被处理物实施例如清洗等各种处理之际利用。例如，将钢管、型钢、棒钢、钢线材等这样的、在预定的轴向上延伸的各种金属体作为被处理物，通过使用本实施方式的超声波处理装置1，能够对这些金属体进行酸洗处理、脱脂处理，进而(在酸洗处理等之后)进行清洗处理。
其中，酸洗处理是指去除由于热处理、热加工等而在金属体的表面形成的氧化物氧化皮的处理，脱脂处理是指去除在加工处理等中所使用的润滑剂、加工油等油分的处理。这些酸洗处理和脱脂处理是在对金属体实施表面精加工处理(金属包覆处理、化学转化处理、涂装处理等)之前实施的前处理。也有时利用该酸洗处理使基体金属的一部分溶解。另外，在用于使表面精加工品质提高的基于蚀刻进行的金属体的溶解中也使用该酸洗处理。另外，也存在在酸洗处理之前设置有脱脂处理的情况，脱脂处理中的脱脂性能也有时给之后的酸洗处理的氧化皮的去除带来影响。进而，脱脂处理也在作为最终产品的精加工品质的油分管理指标即润湿性的改善中使用。
而且，以下详细论述的本实施方式的超声波处理装置1除了用于上述这样的生产线中的清洗工序以外，也可用于使用完毕的配管、需要定期地或者不定期地去除污垢的配管等的清洗等。
如此，本实施方式的超声波处理装置1主要可适用于沿着预定的轴向延伸的纵长体这样的被处理物的各种表面处理，也可将在表面生成有表面处理覆膜(例如，各种氧化覆膜、镀覆膜、表面处理精加工处理后的涂膜等)的纵长体设为被处理物。而且，本实施方式的超声波处理装置1除了可将上述这样的有意地形成的各种覆膜呈膜状附着的纵长体设为被处理物以外，例如，也可将氧化物氧化皮、油分等非有意的表面附着物呈膜状附着的纵长体设为被处理物。
以下，列举如下情况为例而详细地进行说明：存在保持有处理液的处理槽10，多个纵长体成为集合体而浸渍于该处理槽10的内部。在该情况下，多个纵长体的集合体(被处理物)利用吊机等可上下运动的驱动机构(未图示)浸渍于收纳有处理液3(或充满着处理液3)的处理槽10的内部。另外，多个纵长体的集合体也可以在由未图示的线、网等缠成束状的状态下浸渍于处理槽10。
以下，出于方便，适当利用图1A和图1B所示的坐标系而进行说明。图1A的下部所示的图是示意性地表示从x轴正方向侧观察超声波处理装置1的情况的侧面的图，图1A的上部所示的图是示意性地表示从z轴正方向侧观察超声波处理装置1的情况的上表面的图。
如图1A所例示这样，本实施方式的超声波处理装置1具有：处理槽10，其保持有处理液3，并且，收纳作为被处理物S(在图1A中未图示)的一个例子的多个纵长体的集合体；以及超声波施加机构20，其对处理液3施加超声波。根据图1A所示的坐标系清楚可知，该坐标系中的y轴方向是与处理槽10的长轴方向平行的方向，z轴方向与处理槽10的深度方向相对应。
此外，以下，出于方便说明，采用了处理槽10的“内壁”和“外壁”这样的表述，但该表述是出于便利，并不意味着处理槽10具有双层构造。在以下的说明中，将处理槽10的表面中的、能与处理液3接触那一侧的表面(内表面)称为“内壁”，将与内壁相反的一侧的表面(外表面)称为“外壁”。
其中，如图1A和图1B所示意性地表示这样，本实施方式的超声波处理装置1的处理槽10具有截面形状彼此大致相同的长轴(图1A和图1B中的与y轴方向相对应的轴)，处理槽10的内壁101中的直到处理液3的液面高度预定线为止的壁面(即，与处理液3接触的部分)由凹曲面构成。换言之，在着眼于构成内壁101的曲面的曲率半径的情况下，处理槽10具有曲率中心的方向位于处理槽10的内侧方向这样的截面形状。对于图1B所示这样的内壁101的截面形状，不仅在图1A的A-A剖切线的部分能够实现，在y轴方向的任意的位置处以与x轴平行的方式剖切了处理槽10的情况下都能够实现。由(向内壁101侧凹陷的)凹曲面构成处理槽10的直到处理液3的液面高度预定线(在图1B中，该液面高度预定线与处理液3的液面相同)为止的内壁101，从而无论要将超声波施加机构20设置于内壁101、外壁103的哪个位置，都能够使超声波的波形的波腹、波节的位置不恒定，能够使超声波的槽内传播进一步提高。
在图1B中，列举处理槽10具有通过沿着y轴方向切除大致圆筒形的一部分而获得的形状的情况的截面形状(换言之，切除圆的一部分而得到的截面形状)为例进行了图示。然而，只要是与处理液3接触的部分的内壁101成为凹曲面的形状即可，处理槽10的内壁101的截面形状没有特别限定，例如，也可以具有切除大致椭圆形的一部分而得到的截面形状。不过，采用成为切除大致圆的一部分而得到的截面形状的凹曲面会使处理槽10的处理变得简便，因此优选。另外，在本实施方式的处理槽10中，对于不与处理液3接触的部分的内壁，没有特别规定，既可以由曲面构成，也可以存在不是曲面的部分。
另外，如图1A的上部所示，在本实施方式的超声波处理装置1中，在例如处理槽10的内壁101侧和外壁103侧设置有超声波施加机构20。其中，在图1A中，在处理槽10的除了两端部附近之外的内壁101侧，沿着y轴方向设置有5个+4个＝9个超声波施加机构20，在处理槽10的两端部附近的外壁103侧设置有3个+3个＝6个超声波施加机构20。不过，对于该超声波施加机构20的个数和设置状态，并不限定于图1A所示的例子，根据处理槽10的形状、大小等适当设定即可。例如，超声波施加机构20既可以仅设置于处理槽10的单侧，也可以如图1A所示设置于两侧。此时，y轴方向(处理槽10的长轴方向)上的超声波施加机构20的配置优选设为交错配置。由此，能够更高效地利用所振荡的超声波。另外，在超声波施加机构20设置于处理槽10的两侧的情况下，既可以如图1A所示这样交错配置，也可以对称地配置。另外，如图1A所示，也可以沿着呈凹曲面形状的内壁101的x轴方向设置超声波施加机构20。而且，超声波施加机构20既可以仅设置于处理槽10的内壁101侧，也可以仅设置于外壁103侧。另外，也可以与图1A不同，超声波施加机构20未配置于处理槽10的两端部附近，而是配置于处理槽的除了两端部附近以外的内壁101或外壁103。
如图1B所示意性地表示这样，在本实施方式的超声波处理装置1中，超声波施加机构20以超声波的振荡面的法线与处理液3的液面高度预定线(在图1B中，该液面高度预定线与处理液3的液面相同)所成的角θ成为5°以上的方式设置。通过使超声波施加机构20的超声波的振荡面满足上述的关系，从而超声波朝向处理液3的液面振荡。其结果，超声波在处理液3的液面处的反射效率提高，第2波的声波(即，超声波在液面处的反射波)向处理槽10内返回，在由凹曲面构成的内壁101处进一步反射。由此，超声波的波形中的波腹、波节的位置未进一步呈现特定的分布，在处理槽10的内部反复进行反射。通过实现这样的超声波的传播状态，从而在本实施方式的超声波处理装置1中能够使超声波的传播性和均匀性进一步提高。
在图1B所示的角度θ超过80°的情况下，被处理物S(在图1B中未图示)存在于从振荡面所振荡的超声波的第1波的行进路径上的概率变高，因此，到达液面的超声波的比例变低，作为结果，可能产生无法充分提高超声波的传播性和均匀性的可能性。出于该观点考虑，在本实施方式中，以图1B所示的角度θ成为80°以下的方式配置超声波施加机构20。另外，超声波施加机构20优选不是使超声波向被处理物S直接振荡，而是使超声波朝向液面振荡，从而使超声波在液面处反射。
出于上述这样的观点考虑，超声波的振荡面的法线与处理液3的液面高度预定线所成的角θ的大小设为5°～80°。角度θ优选是15°以上，更优选是25°以上，进一步优选是30°以上。通过设为这样的角度，能够使超声波的施加效率进一步提高。另一方面，在角度θ超过70°的情况下，可能产生无法充分提高超声波的传播性和均匀性的可能性。角度θ优选是70°以下，更优选是65°以下，进一步优选是60°以下。通过设为这样的角度，能够使超声波的传播性和均匀性进一步提高。
另外，在本实施方式的超声波处理装置1中，优选在上述角度θ的范围外不存在超声波施加机构20。也就是说，优选仅在上述角度θ的范围内设置有超声波施加机构20。通过如此配置超声波施加机构20，可谋求超声波的传播性和均匀性的进一步提高。
其中，在本实施方式中，多个超声波施加机构20也可以不具有同一角度θ的值，也可以在上述的范围内具有多种角度θ的值。不过，通过设为同一角度θ，可谋求设置成本的降低。
图2A和图2B是示意性地表示本实施方式的超声波施加机构20的结构的一个例子的说明图。
如图2A所示，本实施方式的超声波施加机构20例如也可以包括超声波振荡器201和超声波振子203。超声波振荡器201是以所期望的功率向超声波振子203供给电力的装置。另外，超声波振子203将从超声波振荡器201输出的电力转换成振动而使所期望的频率的超声波从振荡面振荡。通过针对处理槽10设置该超声波施加机构20中的超声波振子203的部分，能够使超声波相对于处理液3振荡。
另外，如图2B所示，本实施方式的超声波施加机构20例如也可以包括超声波振荡器201和浸没式振子211。如图2B所示，浸没式振子211是在将多个超声波振子203配置于壳体205的内部的基础上利用由允许超声波透过的预定的材质形成的构件以覆盖各超声波振子203的振荡面的方式密封壳体205而成的。在该情况下，以覆盖各超声波振子203的振荡面的方式设置的构件成为浸没式振子211的振荡面。在浸没式振子211的情况下，考虑超声波的输出稳定性、振荡效率而决定超声波振子203的间隔和个数、振荡面的大小。图2A或图2B的超声波施加机构20可以设置于内壁101和外壁103中的任一者或两者。
优选从超声波施加机构20输出的超声波的频率例如是18kHz～200kHz。在超声波的频率小于18kHz的情况下，超声波向可听范围变化，可向液体中传播，但在固体中的传播时衰减变大。进而，存在超声波被认为是噪音而导致作业环境恶化的可能性。另外，存在如下情况：超声波传播被从被处理物S的表面产生的尺寸较大的气泡阻碍，导致超声波的处理性提高效果降低。从超声波施加机构20输出的超声波的频率更优选是18kHz以上。另一方面，在超声波的频率超过200kHz的情况下，存在处理被处理物之际的超声波的直行性变得过强而处理的均匀性降低的情况。从超声波施加机构20输出的超声波的频率更优选是150kHz以下，进一步优选是100kHz以下。
此外，所施加的超声波的频率优选根据被处理物的类别等在上述范围内选定恰当的值，也可以根据被处理物的种类施加两种以上的频率的超声波。
另外，超声波施加机构20也可以具有如下频率扫描功能：能够以某个所选择的超声波的频率为中心在预定的范围进行频率扫描，同时施加超声波。能够利用这样的频率扫描功能实现以下这样的进一步的效果。
作为超声波的一般的性质，公知有如下现象：“在超声波的波长成为与照射物体的厚度相对应的波长的1/4时，透过照射物体的超声波透过率最大”。因此，通过一边在恰当的范围内进行频率扫描一边施加超声波，从而在例如被处理物是具有管状体等空心部的物体的情况下，能够使向管状体内透过的超声波增加，能够使本实施方式的超声波处理装置1的处理效率进一步提高。
另外，在内壁101中，为了使超声波可靠地反射，处理槽10的内壁101优选由可反射超声波的原材料形成。更详细而言，处理槽10的内壁101优选由固有声抗是1×107kg·m-2·sec-1～2×108kg·m-2·sec-1的原材料形成。通过使用声抗处于上述范围内的原材料而形成内壁101，该内壁101能够使超声波更可靠地反射。此外，“处理槽10的内壁101的原材料”在处理槽10由(不是双层构造等)一个原材料制造的情况下是“处理槽10的原材料”。处理槽10也可以是双层构造、三层构造等，该情况的“处理槽10的内壁101的原材料”如该记载这样是指“处理槽10的内壁101的原材料”。
作为声抗是1×107kg·m-2·sec-1～2×108kg·m-2·sec-1以下的原材料，例如，能够列举各种金属或金属氧化物、包括非氧化物陶瓷在内的各种陶瓷等。作为这样的原材料的具体例，例如，存在钢(固有声抗[单位：kg·m-2·sec-1]：4.70×107，以下，括号内的数值同样地表示固有声抗的值)、铁(3.78×107)、镍铬钢(3.98×107)、不锈钢(SUS，4.57×107)、钛(2.73×107)、锌(3.00×107)、镍(5.35×107)、铝(1.73×107)、黄铜(4.06×107)、硬铝(1.71×107)、钨(1.03×108)、玻璃(1.32×107)、石英玻璃(1.27×107)、搪玻璃(1.67×107)、氧化铝(Al2O3，3.84×107)、氧化锆(ZrO2，3.91×107)、氮化硅(SiN，3.15×107)、碳化硅(SiC，3.92×107)、碳化钨(WC，9.18×107)等。在本实施方式的处理槽10中，根据所保持的处理液3的液性、处理槽10所要求的强度等适当选择用于内壁101的形成的原材料即可，优选使用具有上述这样的声抗的各种金属或金属氧化物。
另外，如图1A所示意性地表示这样，本实施方式的超声波处理装置1优选在处理槽10的外部设置有用于使处理液3循环的处理液循环路径30。该处理液循环路径30例如具有：溢流部301，从处理槽10溢流出来的处理液3到达该溢流部301；分隔板303，其设置于溢流部301的内部；处理液吸入口305，其设置于溢流部301的例如底面；处理液循环配管307；以及处理液循环机构309。
从处理槽10溢流出来的处理液3向溢流部301流入，由溢流部301的位于处理槽10侧的部分保持直到成为分隔板303的高度为止。若处理液3达到分隔板303的高度，则处理液3越过分隔板303而向存在处理液吸入口305的一侧流入。到达了处理液吸入口305的附近的处理液3由泵等处理液循环机构309向处理液循环配管307吸入，返回处理槽10的内部。
另外，也可以针对这样的处理液循环路径30的一部分设置用于向处理液供给微泡的微泡供给机构(未图示)。通过将微泡供给机构设置于处理液循环路径30，能够使处理液3的处理性进一步提高。
以上，一边参照图1A和图1B，一边简单地说明了本实施方式的超声波处理装置1的整体的结构。
＜关于处理槽10和超声波施加机构20＞
接下来，一边参照图1B～图6，一边更详细地说明本实施方式的超声波处理装置1中的处理槽10和超声波施加机构20。图3～图6是用于说明本实施方式的超声波处理装置的说明图。
在图1B所示这样的、以与处理槽10的长轴方向(图1B中的y轴方向)正交的方式剖切而得到的任意的截面中，将与处理槽10的深度方向(图1B中的z轴方向)和长轴方向(图1B中的y轴方向)垂直的方向(图1B中的x轴方向)上处理槽10的最大的内壁间距离标记为M。该最大的内壁间距离M在例如图1B所示这样的切除圆筒形的一部分而得到的截面形状中与构成圆筒的圆的直径的大小相对应。在该情况下，在该截面中，与处理槽10的长轴方向正交的方向(图1B中的x轴方向)上的液面高度预定线(在图1B中，该液面高度预定线与处理液3的液面相同)上的液面的长度M’优选是最大的内壁间距离M的90％以上。液面的长度M’的上限并没有特别规定，也可以与最大的内壁间距离M一致。也就是说，液面的长度M’的上限是最大的内壁间距离M的100％。
在本实施方式中，如上所述，重视使从超声波施加机构20的振荡面振荡的超声波在处理液3的液面处反射的情况。出于这样的观点考虑，液面的长度M’越长，越能够实现更大的超声波的反射区域。其中，在增大了图1B所示的角度θ的情况下，超声波施加机构20的振荡面朝向液面(具体而言，自振荡面的长度L的中央的(振荡面的)法线与处理液的液面预定线交叉)，因此即使液面的长度M’缩短，也能够充分地实现超声波的液面处的反射。另一方面，在缩小了图1B所示的角度θ的情况下，超声波施加机构20的振荡面比起朝向液面更朝向壁面，因此，优选尽量增长液面的长度M’而保持超声波的液面处的反射效率。如将M’/M设为90％以上，则从振荡面振荡的超声波不是与内壁101，而是与液面直接碰撞，其结果，超声波的液面处的反射效率变高。
出于上述这样的观点考虑，对液面的长度M’的下限进行了深入研究，结果，如下内容变得清楚：通过液面的长度M’成为最大的内壁间距离M的90％以上，能够将超声波的液面处的反射效率保持在理想的状态。出于该观点考虑，液面的长度M’优选是最大的内壁间距离M的90％以上。液面的长度M’更优选是最大的内壁间距离M的93％以上，进一步优选是最大的内壁间距离M的95％以上。
另外，在图1B所示这样的、以与处理槽10的长轴方向(图1B中的y轴方向)正交的方式在处理槽10的深度方向(图1B中的z轴方向)上剖切处理槽10而得到的任意的截面中，将图2A和图2B所示这样的超声波施加机构20的振荡面的长度标记为L。在该情况下，构成与处理液3接触的部分的内壁101的凹曲面的曲率半径R优选是振荡面的长度L的1.0倍～25.0倍。也就是说，优选R/L是1.0～25.0。在曲率半径R小于振荡面的长度L的1.0倍的情况下，与被处理物S之间的距离变得过近，无法确保液面处的超声波反射的距离。构成与处理液3接触的部分的内壁101的凹曲面的曲率半径R更优选是振荡面的长度L的2.0倍以上，进一步优选是3.0倍以上，更加优选是4.0倍以上。另一方面，在曲率半径R超过振荡面的长度L的25.0倍的情况下，从超声波振荡到液面的距离变远，因此，产生超声波的由衍射现象引起的扩散，振荡的超声波未全部到达液面，曲率半径的效果降低。通过曲率半径R满足上述的关系，从而超声波向处理槽10的整体更可靠地传播，并且，能够更高效地实现超声波向被处理物S的蔓延传播。构成与处理液3接触的部分的内壁101的凹曲面的曲率半径R更优选是振荡面的长度L的20.0倍以下，进一步优选是17.0倍以下，更加优选是14.0倍以下，更进一步优选是11.0倍以下。
其中，在设置图2A所示这样的各超声波振子203的情况下，通过改变各超声波振子203的振动面的大小来调整上述的振荡面的长度L。另外，在设置图2B所示这样的浸没式振子211的情况下，通过变更配置于壳体205内的超声波振子203的个数和配置间隔，能够更简便地调整振荡面的长度L。
一般而言，使超声波振荡之际的有效的振子的大小在设定了超声波振荡器201的功率的时间点决定。在使用图2A所示这样的各超声波振子201的情况下，通过变更振动面的纵横比、直径等，能够微调振荡面的长度L，但调整幅度较小。因此，若也考虑能设置图2A所示这样的各超声波振子201，则在调整上述这样的振荡面的长度L与曲率半径R之间的关系的情况下，与调整振荡面的长度L的做法相比，在容许范围内调整曲率半径R的做法更简便。另一方面，在难以进行处理槽10的大小也就是说R的变更的情况等下，也可以使用具有R/L处于优选的范围这样的振荡面的长度L的超声波施加机构20。
此外，在将处理槽10的大小(容积)设定成较大的值的情况下，优选的是，在构成内壁101的凹曲面的曲率半径R保持为满足上述的关系的基础上，调整处理槽10的长轴方向(图1B的y轴方向)的长度。不过，即使是在该情况下，处理槽10的长轴方向的长度也优选设为1m以上。在长轴方向的长度小于1m的情况下，除了被处理物S的大小被过度限制的可能性提高之外，构成内壁101的凹曲面与一般的超声波处理装置中的内壁之间的效果差变小的可能性变高。另一方面，对于长轴方向的长度，并没有特别设置上限，在长轴方向上延长了的情况下，增多所配置的超声波施加机构20的台数进行调整即可。
此外，也可以是，准备处理槽零件(未图示)，该处理槽零件的以与长轴方向正交的方式在处理槽10的深度方向(z轴方向)上剖切而得到的截面的截面形状彼此大致相同，并且，在处理槽10的长轴方向(y轴方向)上具有预定的长度，将处理槽10构成为长轴方向的长度能够通过对该处理槽零件相互连结或拆装而实现可变。如此，将处理槽10设为可分割的结构，从而能够更简便地调整处理槽10的长轴方向的长度。
另外，如图3所示意性地表示这样，超声波施加机构20优选设为相对于处理槽10设置的设置位置可根据被处理物S(在图3中未图示)的处理量等而变更。更详细而言，优选可变更超声波施加机构20相对于处理槽10的设置位置，以便浸渍于处理液3中的被处理物S的量越多，振荡面的法线与液面所成的角θ成为越小的值。
如图3所示意性地表示这样，越使超声波施加机构20的设置位置靠近处理槽10的底部(例如，图3中的设置位置A)，角度θ的大小越大(例如，图3中的角度θA)，由被处理物S遮蔽而未到达液面的超声波的第1波的比例越高。因此，通过使超声波施加机构20的设置位置靠近液面(例如，图3中的设置位置B)，从而角度θ的大小变小(例如，图3中的角度θB)，能够一边保持到达液面的第1波的比例，一边实现超声波向被处理物S的蔓延传播。
对于用于变更这样的超声波施加机构20的设置位置的结构，并没有特别限定，可适当采用各种结构。例如，通过将用于移动和固定超声波施加机构20的轨道(未图示)等设置于处理槽10的内壁101，能够简便地调整超声波施加机构20的设置位置，以使角度θ成为所期望的值。另外，若是这样的轨道机构，则占有处理槽10内的空间的比例也就较低，还能够通过对轨道实施恰当的表面处理，从而适当使用各种处理液3。
另外，在图1A～图3中，对超声波施加机构20主要设置于处理槽10的内壁侧的情况进行了图示，但在本实施方式的超声波处理装置1中，也可以如图4A所示意性地表示这样将超声波施加机构20设置于处理槽10的外壁103侧。在该情况下，为了使从超声波施加机构20的振荡面振荡的超声波向处理液3中更可靠地传播，优选如图4A所示以振荡面成为沿着处理槽10的外壁103的形状的方式设置超声波施加机构20。此外，在图4A所示的情况中，在图1B中进行了说明的振荡面的长度L是沿着处理槽10的外壁103的振荡面的弧的长度。
此外，在将超声波施加机构20设置于处理槽10的外壁103侧的情况下，只要超声波施加机构20的超声波的振荡面能够保持为与处理槽10的外壁103接触即可，超声波施加机构20的固定方法没有特别限定。
不过，在使用各种粘接剂等而经由粘接层21将超声波施加机构20固定于处理槽10的外壁103的情况下，为了使超声波更可靠地向处理液3传播，优选粘接层21的厚度设为1mm以下，以尽量不受粘接原材料的影响。超声波施加机构20的超声波振动元件部和处理槽10优选使用同等的原材料、或具有近似的固有声抗的原材料，优选以不存在间隙和空气层(包含气泡)的方式固定或粘接、接合。
另外，如图5所示，处理槽10的长轴方向(y轴方向)上的超声波施加机构20的设置间隔D优选为相邻的振子彼此不干涉的程度。另外，设置间隔D的上限并没有特别规定，以任意的间隔设置即可。也可以是，在构成内壁101的凹曲面的曲率半径R保持为满足上述的关系的基础上，设置于与处理槽10的深度方向正交的方向(x轴方向和y轴方向)中的任一者。
如在图6的上部示意性地表示这样，本实施方式的处理槽10优选设为可相对于保持处理槽10的支架40拆装。另外，本实施方式的超声波处理装置1也可以以处理槽10与支架40分离开的状态(换言之，也能够称为独立的状态或分离开的状态)例如利用吊机等吊起机构(未图示)吊起了处理槽10的状态使用。通过以这样的状态使用处理槽10，能够一边更可靠地抑制已施加到处理液3中的超声波的衰减，一边处理被处理物S。
另外，如图6的下部所示，本实施方式的超声波处理装置1也能够在处理槽10保持于支架40的状态下使用。在该情况下，在与支架40接触着的部分(换言之，处理槽10与支架40之间的界面)，产生透过了处理槽10的超声波衰减的可能性。因此，为了更可靠地抑制处理槽10与支架40之间的界面处的超声波衰减，优选在支架40的与处理槽10接触的部分存在固有声抗是1×105kg·m-2·sec-1～2×106kg·m-2·sec-1以下的原材料。由于存在这样的原材料，因此能够增大形成处理槽10的原材料的固有声抗与形成支架40的原材料的固有声抗之差，能够更可靠地抑制超声波的衰减。作为这样的原材料，例如，能够列举硅橡胶(1×106kg·m-2·sec-1)、天然橡胶(1.46×106kg·m-2·sec-1)、发泡聚乙烯(1.7×106kg·m-2·sec-1)。
而且，也可以将木材、例如酚醛树脂等塑料树脂用作原材料而形成支架40自身。木材、酚醛树脂等塑料树脂虽然固有声抗比上述的硅橡胶、天然橡胶、发泡聚乙烯的固有声抗稍大，但与金属比较，具有足够小的固有声抗，因此，能够更可靠地抑制处理槽10与支架40之间的界面处的超声波衰减。
另外，与支架40接触着的部分越多，越易于产生超声波的衰减。出于该观点考虑，处理槽10中的与支架40接触的接触部分的面积优选是处理槽10的表面积的40％以下。另外，出于抑制超声波的衰减这样的观点考虑，该接触部分的面积相对于处理槽10的表面积越小越好，其下限值并没有特别规定。
以上，一边参照图1B～图6，一边更详细地说明了本实施方式的超声波处理装置1中的处理槽10和超声波施加机构20。
如以上进行了说明这样，根据本实施方式，收纳有处理液3的处理槽10的内壁101为凹曲面，超声波施加机构20以预定角度朝向液面设置，从而能够实现超声波从处理槽10的整体向被处理物S高效地传播的超声波处理装置1。另外，在该超声波处理装置1中，能够利用超声波从液面的反射和从处理槽10的内壁101的各种角度向被处理物的超声波传播来进行高效的处理。
以上，详细地说明了本实施方式的超声波处理装置1。
实施例
以下，一边示出实施例和比较例，一边具体地说明本发明的超声波处理装置。此外，以下所示的实施例只不过是本发明的超声波处理装置的一个例子，本发明的超声波处理装置并不限定于下述所示的例子。
使用厚度是5mm的SUS材(固有声抗：4.57×107kg·m-2/sec-1)而形成了处理槽10。此时，在处理槽10的进深的长度(图1A中的y轴方向的长度)固定成5m的基础上，使处理槽10的截面形状发生了变化。支架40是使用钢材并与处理槽10的截面形状相配合地制作成的。将处理槽10的外表面中的与支架40接触的接触部分的面积设为35％，将厚度10mm的发泡聚乙烯片材(固有声抗：1.7×106kg·m-2·sec-1)粘贴在支架40与处理槽10之间。
此外，在以下的实施例16中，对没有上述发泡聚乙烯片材的情况进行验证，在以下的实施例17中，对将接触部分的面积设为50％的情况进行验证，在以下的实施例18中，对将接触部分的面积设为50％且没有上述发泡聚乙烯片材的情况进行了验证。而且，在以下的实施例19中，对如下情况进行验证：使用酚醛树脂制的支架40，将接触部分的面积设为50％，并且，没有上述发泡聚乙烯片材，在以下的实施例20中，对如下情况进行了验证：使用木制的支架40，将接触部分的面积设为50％，并且，没有上述发泡聚乙烯片材。
将外径100mm×长度2m～4m的使用完毕的废油井管作为被处理物S，在保持有处理液的处理槽10内浸渍3分钟，进行水洗残存于管内的氧化皮的处理，从而进行了验证。作为处理液，使用了液温是30℃的自来水。此时，液面的长度M’与最大的内壁间距离M之比(M’/M)利用处理液的液面的高度调整比例，恒定在85％、90％或100％。
超声波施加机构20的超声波振荡器的功率是1200W，将8个超声波振子以设置间隔0.5m固定于处理槽10的内壁侧或外壁侧而进行了验证。此外，设置于处理槽10的内壁侧的超声波施加机构20的超声波振子是图2B所示这样的SUS制的浸没式振子211(宽度0.4m×长度0.3m×厚度0.08m)，图1B所示的振荡面的长度L设置为0.3m。另外，设置于处理槽10的外壁侧的超声波施加机构20的超声波振子203使用了直径0.09m×厚度0.15m的超声波振子。另外，设置于外壁侧的超声波振子203设置于5°、25°、30°、45°、60°、70°或80°的位置，在以下的实施例9～11、14中，在30°和60°的位置、0°和60°的位置、或30°和90°的位置以错开角度θ的方式交替地配置有超声波振子203。此外，所施加的超声波的频率设为18kHz～192kHz。
将3根作为被处理物S的使用完毕的废油井管集束起来并利用吊机吊挂于处理槽10的中央同时浸渍于处理槽10的中央，在此基础上，在将处理槽10自身未焊接于支架40但载置于支架40之上的状态下实施清洗，测定超声波强度，并且，进行了清洗评价。此外，在以下所示的实施例6中，进一步利用吊机吊起处理槽10自身，在使处理槽10自身与支架40分离开的状态下实施清洗，测定超声波强度，并且，进行了清洗评价。
对于超声波强度测定，使用超声波液位计(日本株式会社カイジョー制19001D)，进行了处理槽中央纵长方向的10点2列的超声波强度(mV)的测定。在处理槽10的长轴方向(y轴方向)上，将从端部起沿着y轴方向以每隔0.4m的测定间隔分开的10点作为测定点，在处理槽10的截面(xz平面)中，将与处理槽10的截面中心位置分离开0.2m的两点作为测定点，在处理槽10的整体设定了总计20点的测定点。对所获得的20个测定值取平均，算出标准偏差σ。此时，算出相对超声波强度(比较例1的测定结果也就是将以在方槽中将振子配置于槽的侧面的照射为前提的、设置有被处理物S的情况下的测定超声波强度设为1时的相对强度)和标准偏差σ，比较了超声波向被处理物S和处理槽内的传播性。
另外，在本实验例中，测定管内表面的氧化皮去除率，将所测定的去除率作为水洗性能进行了评价。更详细而言，利用纤维镜拍摄水洗前后的管内表面的氧化皮，利用二值化图像算出氧化皮去除率。将以各条件去除了的氧化皮去除量相对于水洗前的氧化皮残存量的比例设为氧化皮去除率。下述表1中的水洗性能的评价基准如下这样。
氧化皮残存覆膜的去除率
100％以下～95％以上：A
小于95％～90％以上：B
小于90％～85％以上：C
小于85％～80％以上：D
小于80％～60％以上：E
小于60％～40％以上：F
小于40％：G
即，评分A、评分B以及评分C意味着水洗性能非常良好，评分D意味着水洗性能良好，评分E意味着水洗性能稍差，评分F和评分G意味着水洗性能不好。将评分A～评分D设为合格。
将处理槽10和超声波施加机构20的设定条件以及所获得的结果一并表示在以下的表1中。
此外，在以下的表1的“内壁截面形状”这栏中，记载为“平行”意味着处理槽10的底面与液面平行，记载为“倾斜”意味着处理槽10的底面相对于液面倾斜(不过，未成为曲面)。另外，在“角度θ”这栏中，记载为“垂直”意味着将超声波施加机构20的超声波振子设置于处理槽10(方槽)的底面(也就是说，θ＝90°)，记载为“平行”意味着将超声波施加机构20的超声波振子(浸没式振子211)设置于处理槽10(方槽)的侧面(也就是说，θ＝0°)。
[表1]
表1
Figure BDA0003698383680000201
由上述表1可知，在相当于本发明的比较例的例子中，产生相对超声波强度成为比较小的值的情况，另外，清洗性也不合格。另一方面，在相当于本发明的实施例的例子中，相对超声波强度为较大的值，并且，超声波强度的标准偏差也较小，而且表现出优异的清洗性。
以上，一边参照附图，一边详细地说明了本发明的优选的实施方式，但本发明并不限定于该例子。只要是具有本发明所属的技术领域中的通常的知识的人，就能在权利要求书所记载的技术思想的范畴内想到各种变更例或修正例，这是显而易见的，针对这些，也当然理解为属于本发明的保护范围。
附图标记说明
1、超声波处理装置；3、处理液；10、处理槽；20、超声波施加机构；21、粘接层；30、处理液循环路径；40、支架；101、内壁；103、外壁；201、超声波振荡器；203、超声波振子；205、壳体；211、浸没式振子；301、溢流部；303、分隔板；305、处理液吸入口；307、处理液循环配管；309、处理液循环机构。

Claims (13)

1.一种超声波处理装置，其具备：
处理槽，其能够收纳被处理物和用于浸渍所述被处理物的处理液；以及
超声波施加机构，其对所述处理液施加超声波，
所述处理槽具有截面形状彼此大致相同的长轴，并且，直到所述处理液的液面高度预定线为止的壁面由凹曲面构成，
所述超声波施加机构设置于超声波的振荡面的法线与所述处理液的液面预定线所成的角(θ)为5°～80°的位置。
2.根据权利要求1所述的超声波处理装置，其中，
所述超声波施加机构设置于所述角(θ)为25°～70°的位置。
3.根据权利要求1或2所述的超声波处理装置，其中，
所述超声波施加机构未设置于所述角(θ)处于权利要求1或2所述的范围外的位置。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的超声波处理装置，其中，
以与所述长轴正交的面剖切所述处理槽而得到的截面是对大致圆或大致椭圆切除了一部分后的形状。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的超声波处理装置，其中，
在以与所述长轴正交的面剖切所述处理槽而得到的截面中，
所述液面高度预定线处的内壁间距离是所述处理槽在所述截面中的最大的内壁间距离(M)的90％以上。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的超声波处理装置，其中，
在以与所述长轴正交的面剖切所述处理槽而得到的截面中，
所述凹曲面的曲率半径(R)是所述超声波施加机构的所述振荡面在所述截面中的长度(L)的1.0倍～25.0倍。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的超声波处理装置，其中，
所述超声波施加机构被设为相对于所述处理槽设置的设置位置能够根据所述被处理物的处理量而变更。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的超声波处理装置，其中，
所述处理槽构成为所述处理槽的与所述长轴平行的方向的长度通过对处理槽零件进行连结或拆装而实现可变，该处理槽零件的在与所述长轴正交的方向上剖切而得到的截面的截面形状彼此大致相同。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的超声波处理装置，其中，
所述处理槽能相对于保持所述处理槽的支架拆装。
10.根据权利要求1～9中任一项所述的超声波处理装置，其中，
保持所述处理槽的支架的与所述处理槽接触的部分由固有声抗是1×105kg·m-2·sec-1～2×106kg·m-2·sec-1的原材料形成。
11.根据权利要求1～10中任一项所述的超声波处理装置，其中，
所述处理槽的与支架接触的接触部分的面积是处理槽的外表面的面积的40％以下。
12.根据权利要求1～9中任一项所述的超声波处理装置，其中，
所述处理槽以与所述支架分离开的状态使用。
13.根据权利要求1～12中任一项所述的超声波处理装置，其中，
使所述处理液循环的处理液循环路径设置于所述处理槽的外部。
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