JP2000107714A - 超音波洗浄装置及び超音波洗浄装置用脱気膜モジュ−ル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】超音波洗浄装置の洗浄液として、低表面張力の
洗浄液を用いても脱気膜モジュ−ルによる脱気を液漏れ
なく高効率で行い、被洗浄物表面の複雑な微細間隙への
優れた浸透と脱気膜モジュ−ルによる高効率の脱気とに
より、極めて高い効率で超音波洗浄できる超音波洗浄装
置を提供する。 【解決手段】厚み５μｍ〜１０００μｍの非多孔質樹脂
チュ−ブの内部を洗浄液流路とし、同チュ−ブの外側を
減圧して脱気を行う膜モジュ−ルＡと超音波洗浄槽６を
備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は超音波洗浄装置及び
超音波洗浄装置の洗浄液の脱気に用いる膜モジュ−ルに
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】超音波洗浄においては、キャビテ−ショ
ンを発生させて気泡の負圧膨張と次の圧縮衝撃により被
洗浄物の表面を洗浄しており、その洗浄効率の向上には
強いキャビテ−ションを発生させることが必要である。
而るに、洗浄液中の溶存ガス量が多いと、超音波がその
溶存ガス気泡で反射されてキャビテ−ションが弱められ
るので、洗浄液を脱気することが知られており、その脱
気に膜モジュ−ルを使用することが提案されている。

【０００３】この脱気膜モジュ−ルとしては、多孔質
中空糸膜の束を筒状ケ−ス内に収容し、中空糸膜束両端
の各中空糸膜外面と筒状ケ−ス内面との間を樹脂注型隔
壁で封止してなり、中空糸膜内を洗浄液流路とし、隔壁
間のケ−ス中間部内の空隙（中空糸膜間の間隙及びケ−
スと中空糸膜束との間の間隙）を減圧空間としたもの
（特開平７−１０８２３９号公報）、多孔質支持膜上
にシリコ−ン薄膜等の実質的に非多孔質薄膜を設けた複
合膜の封筒体の内部を封筒開口において芯管内に連通
し、その封筒体を芯管上に不織布または織布等の流路部
材と共にスパイラル状に巻回し、この巻回体を筒状ケ−
ス内に収納し、上記流路部材を洗浄液流路とし、封筒体
内側及び芯管内を減圧空間としたもの（特開平５−５７
２５６号公報）が公知である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記超音波洗浄におい
て、洗浄液に表面張力の小さな液体を使用すれば、被洗
浄物の複雑な微細間隙にも洗浄液を侵入させ得てよく洗
浄でき、洗浄液には洗剤添加水や有機溶剤等の低表面張
力の洗浄液を使用することが有効である。

【０００５】しかるに、上記の多孔質膜モジュ−ルで
は、低表面張力の洗浄液を使用すると多孔質膜の微細間
隙にその洗浄液が浸透して減圧側への液漏れが生じるの
で、低表面張力の洗浄液の使用にもかかわらず、脱気効
率の低下のために洗浄効率の向上を図ることが難しい。
一方、上記のスパイラル型の非多孔質膜モジュ−ルで
は、上記洗浄液の低表面張力に起因しての液漏れは回避
できるが、キャビテ−ションによる気泡の負圧膨張と次
の圧縮衝撃で発生される屑には、衝撃破壊であるために
鋭いエッヂの微粒子が多量に含まれ、この屑がスパイラ
ル膜モジュ−ルの不織布や織布等の流路部材で捕獲され
（逆洗による除去は至難）、複合膜表面の非多孔質薄膜
が数μオ−ダ−の薄膜であるために、前記捕獲された鋭
エッヂの微粒子屑で薄膜が破られ易く、と同様液漏れ
の発生の畏れがある。更に、圧損が高く充分な流量を得
ることが困難であり、または高出力の液送ポンプが必要
であるという不利もある。従って、上記の従来の超音波
洗浄装置用脱気膜モジュ−ルでは、低表面張力（３０dy
ne/cm以下）の洗浄液を使用しての高効率かつ安定な超
音波洗浄を期待し難い。

【０００６】本発明の目的は、超音波洗浄装置の洗浄液
として、低表面張力の洗浄液を用いても脱気膜モジュ−
ルによる脱気を液漏れなく高効率で行い、被洗浄物表面
の複雑な微細間隙への優れた浸透と脱気膜モジュ−ルに
よる高効率の脱気とにより、極めて高い効率で超音波洗
浄できる超音波洗浄装置及び超音波洗浄装置用脱気膜モ
ジュ−ルを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る超音波洗浄
装置は、厚み２０μｍ〜１０００μｍの非多孔質樹脂チ
ュ−ブの内部を洗浄液流路とし、同チュ−ブの外側を減
圧して脱気を行う膜モジュ−ルと超音波洗浄槽を備えて
いることを特徴とする構成である。

【０００８】本発明に係る超音波洗浄装置用脱気膜モジ
ュ−ルは、前記の超音波洗浄装置における膜モジュ−ル
であり、複数本の厚み２０μｍ〜１０００μｍの非多孔
質チュ−ブの束を減圧チャンバ−内に収容し、該束の一
端側を缶体外に位置する洗浄液入口とし、他端側を缶体
外に位置する洗浄液出口としたことを特徴とする構成で
あり、非多孔質樹脂チュ−ブにはがふっ素樹脂チュ−ブ
を使用することができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ本発明の
実施の形態について説明する。図１は本発明に係る超音
波洗浄装置用脱気膜モジュ−ルの一例を示している。図
１において、１は減圧チャンバ−を構成する缶体であ
り、真空引き口１１に真空引きポンプ２を連結してあ
る。３は厚みが２０μｍ〜１０００μｍ好ましくは５０
μｍ〜２００μｍの非多孔質樹脂チュ−ブの複数本を束
状化したチュ−ブ膜束であり、缶体１内に多重ル−プ状
に曲げ形成して収納し、その一端側に缶体外に位置する
洗浄液入口３１を設け、他端側に缶体外に位置する洗浄
液出口３２を設けてある。このチュ−ブ膜束はひもやリ
ングにより長さ方向に適当な間隔で結束することが好ま
しい。４は液送ポンプである。

【００１０】上記チュ−ブ膜束３の端部に図２に示すよ
うに、樹脂３ａ（熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂）の
モ−ルドにより連結金具３ｂを埋着したコネクタ−を成
形し、このコネクタ−を缶体に気密に取付けて上記の洗
浄液入口または洗浄液出口を設けることができる。図１
において、５１及び５２はコネクタ−の連結金具に連結
した洗浄液流入管及び流出管である。

【００１１】上記チュ−ブ膜束のチュ−ブの本数、チュ
−ブの内径、チュ−ブの長さ等は、洗浄液の設定流量や
移送圧力により定められる。通常、チュ−ブの本数は１
００〜１００００本とされるが（本数を余り多くする
と、束の外径が大きくなり過ぎて取扱上不便であるし、
流れも不均一になることも勘案して、この範囲が適当で
ある）、単体で使用することも可能である。また、通常
チュ−ブの内径は０．１ｍｍφ〜３０ｍｍφとされ（余
り内径を大きくするとチュ−ブの折れ強度が低下し、ま
た流体単位体積当たりの膜との接触面積が減少し脱気効
率が低下することも勘案して、この範囲が適当であ
る）、好ましくは０．５ｍｍφ〜５ｍｍφとされる。更
に、通常チュ−ブの長さは１ｍ〜１００ｍとされ（余り
短くすると本数を増やす必要があり、束の外径増加と短
尺化のためにチュ−ブ束のハンドリングが困難になるこ
とも勘案して、この範囲が適当である）、好ましくは２
ｍ〜２０ｍとされる。

【００１２】上記非多孔質樹脂チュ−ブには、ポリオレ
フィン系樹脂、シリコ−ン系樹脂、ポリエステル系樹
脂、ポリアミド系樹脂等も使用できるが、有機溶剤や洗
剤に対して極めて優れた化学的安定性を有するふっ素樹
脂（主鎖または側鎖にふっ素原子を含む樹脂）、例え
ば、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチ
レン−パ−フルオロアルキルビニルエ−テル共重合体、
テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共
重合体、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体、
ポリフッ化ビニリデン等を使用することが好ましい。こ
の非多孔質ふっ素樹脂チュ−ブは単層または多層とする
ことが、多層の場合、同種または異種のふっ素樹脂を用
いることができる。

【００１３】この非多孔質ふっ素樹脂チュ−ブを製作す
るには、ふっ素樹脂粉末１００重量部に対し液状潤滑剤
を１５〜２５重量部混合し、この混合物を押出機でチュ
−ブ状に押出し、次いで液状潤滑剤を加熱除去するか、
または抽出液で抽出により除去する方法を使用でき、液
状潤滑剤にはふっ素樹脂の分解温度以下の温度で蒸発ま
たは抽出により除去できるものであれば適宜のものを使
用できる。例えば、ナフサやホワイトオイル等の炭化水
素油、トルエンやキシレン等の芳香族炭化水素類、アル
コ−ル類、ケトン類、エステル類等を使用できる。

【００１４】上記減圧チャンバ−の缶体の材質はコス
ト、強度、耐溶剤性等を勘案して選定され、金属例えば
ステンレス、樹脂例えばポリプロピレン、ポリエチレ
ン、ポリテトラフルオロエチレン等が好適である。上記
真空ポンプには、排出量が大きく、より高い真空度で減
圧できるものを使用することが好ましく、好ましい減圧
度は２６０Torr以下、更に好ましくは４０Torr以下であ
る。

【００１５】図３は本発明に係る超音波洗浄装置の一例
を示している。図３において、６は超音波洗浄槽であ
り、開放型または蓋閉式であり、底部または側面に超音
波発振機６１を取付けてある。Ａは厚み２０μｍ〜１０
００μｍの非多孔質樹脂チュ−ブの内部を洗浄液流路と
し、同チュ−ブの外側を減圧して脱気を行う膜モジュ−
ルであり、上記の超音波洗浄装置用脱気膜モジュ−ルを
使用でき、洗浄液入口３１及び洗浄液出口３２を上記超
音波洗浄槽６に往路管５１及び帰路管５２により連通し
てある。４は液送ポンプ、７はごみ取りフィルタ−であ
り、複数の同種または異種のフィルタ−を用いることが
できる。２は脱気膜モジュ−ルＡの減圧口に連結した真
空引きポンプである。

【００１６】本発明に係る超音波洗浄装置により被洗浄
物を洗浄するには、被洗浄物を超音波洗浄槽６の洗浄液
中に浸漬し、超音波発振機６１を作動させ、真空ポンプ
２の駆動により減圧チャンバ−内を減圧すると共に液送
ポンプ４の駆動により超音波洗浄槽６と脱気膜モジュ−
ルＡとの間で洗浄液を循環させていく。この洗浄液には
水の使用も可能であるが、特に有機溶剤、洗剤を混合し
た水等の表面張力の低い浸透性の洗浄液を使用すること
が好ましく、その表面張力は３０dyne/cm以下である。

【００１７】かかる低表面張力の洗浄液でも、脱気膜モ
ジュ−ルの膜が非多孔質樹脂製であるから、洗浄液中の
溶存ガスが樹脂の高分子鎖間隙を拡散して除去されてい
き、膜を通過しての液の漏れなく脱気できる。この脱気
膜モジュ−ルの洗浄液流路を通過した洗浄液が再び超音
波洗浄槽に戻され、かかる循環脱気により超音波洗浄槽
内の溶存ガス量が低く保たれ、洗浄液の低溶存ガス量化
によるキャビテ−ションの強化と低表面張力の洗浄液の
被洗浄物表面の複雑な微細間隙への優れた浸透性のため
に、超音波洗浄の高効率化を促すことができる。

【００１８】上記において、キャビテ−ションによる、
気泡の負圧膨張と次の圧縮の衝撃で発生された微細屑の
うち、あるメッシュ以下の粗大粒子はフィルタ−７で除
去されるが、それよりも細かい細粒子は脱気膜モジュ−
ルＡの非多孔質樹脂チュ−ブを通過し、この通過量は上
記の超音波洗浄効率の向上を図るほど多くなる。しかし
ながら、本発明に係る超音波洗浄装置においては、非多
孔質膜の洗浄液流路をストレ−トのチュ−ブ状とし、そ
の膜厚を２０〜１０００μｍという厚膜にしているから
（２０μｍ未満では粒子屑の接触のもとでの膜破れを満
足に防止し難く、１０００μｍを越えると、チュ−ブ外
径の増大による束の径大化やチュ−ブの折れ破断が問題
となる）、非多孔質膜に厚みを数μｍ程度の薄膜とした
複合膜を用いしかも洗浄液の屑の捕獲が避けられない不
織布や織布等の洗浄液流路部材を組み込んだ従来のスパ
イラル型の脱気膜モジュ−ル使用の場合とは異なり、細
粒子屑の捕獲を回避して該粒子屑による膜破れの危険性
を実質的に排除でき、従って、液漏れなく高効率で脱気
でき、長期にわたり安定な高効率脱気を保証できる。従
って、本発明に係る超音波洗浄装置によれば、高効率の
超音波洗浄を長期にわたり保証できる。

【００１９】上記において、超音波洗浄槽と脱気膜モジ
ュ−ルとの間の洗浄液循環回路には、保守・管理のため
の計測系部や制御系部を設けることもでき、その循環回
路のいずれかの流路に上記の脱気膜モジュ−ルと液送ポ
ンプ更にはフィルタ−を挿入してもよく、また、専用の
流路を設けこの流路に上記の脱気膜モジュ−ルと液送ポ
ンプ更にはフィルタ−を挿入してもよい。

【００２０】また、洗浄液貯蔵槽に上記脱気膜モジュ−
ルを上記と同様に往路管及び帰路管で連通し、往路管ま
たは帰路管に液送ポンプを挿入し、洗浄液貯蔵槽と超音
波洗浄槽との間をバルブ付きの接続管で連通し、脱気膜
モジュ−ルの運転で洗浄液貯蔵槽内の洗浄液を脱気して
おき、超音波洗浄槽による洗浄の都度、脱気処理した洗
浄液貯蔵槽内の洗浄液を超音波洗浄槽に供給することも
可能である。

【００２１】

【実施例】〔実施例〕ポリテトラフルオロエチレン粉末
（旭ＩＣＩフルオロポリマ−ズ社製、商品名ＣＤ１２
３）１００重量部にナフサ（液状潤滑剤）１８重量部を
均一に混合し、これを内径１．８ｍｍ，厚み２００μｍ
のチュ−ブに押出し成形し、１５０℃×２分の加熱でナ
フサを除去し、更に３００℃×５分の加熱で乾燥のうえ
３８０℃×５分の加熱で焼成して内径１．８ｍｍ，厚み
１９０μｍ，比重２．１６の非多孔質ポリテトラフルオ
ロエチレンチュ−ブを製作した。この非多孔質樹脂チュ
−ブを１２０本集束した長さ３０ｍのチュ−ブ束の両端
にコネクタ−をモ−ルド成形し、チュ−ブ束を減圧チャ
ンバ−内に収容し、両コネクタ−を減圧チャンバ−壁に
気密に取付け、減圧チャンバ−の真空引き口に真空引き
ポンプを接続して脱気膜モジュ−ルを組み立てた。超音
波洗浄槽には発振機出力が６００Ｗ，４０ｋ膜モジュ−
ルｚの上端開口のものを用い、この超音波洗浄槽と上記
脱気膜モジュ−ルとを液送ポンプを介して往路管と帰路
管とにより連通し、洗浄液に表面張力２３．８dyne/cm
の有機溶剤系洗浄液（日鉱石化社製ＮＳクリ−ン２０
０，比重０．７４５，成分Ｃ₁₁Ｈ₂₄，Ｃ₁₂Ｈ₂₆）３０リ
ットルを用い、洗浄液流速２リットル／分，減圧チャン
バ−の減圧度４０Torrで運転した。運転開始後１時間後
の超音波洗浄槽内の音圧を超音波音圧計（藤本科学工業
社製ＨＵＳ−５を使用し、測定箇所数１５で測定）で測
定したところ、平均１０．９ｍｖであり、優れた超音波
洗浄効果を確認できた。

【００２２】〔比較例１〕実施例に対し脱気膜モジュ−
ルを省略した以外、実施例に同じとした。音圧を前記の
超音波音圧計で測定したところ、平均４．２ｍｖであ
り、この比較例と実施例との対比から、本発明における
脱気膜モジュ−ル使用の効果を確認できた。

【００２３】〔比較例２〕実施例に対し、焼成直後に引
取り速度／押出速度＝１．６倍の条件で延伸処理してポ
リテトラフルオロエチレンチュ−ブを多孔質化した以
外、実施例に同じとした。この多孔質ポリテトラフルオ
ロエチレンチュ−ブの耐水圧は１．４ｋｇｆであり、孔
の大きさは数μｍレベルであって気孔率は２５％であっ
た。実施例と同様にして運転試験を行ったところ、液漏
れが生じ、脱気効率が低下し、実施例に較べ相当の超音
波洗浄効率の低下が観られた。この比較例と実施例との
対比から、本発明において膜チュ−ブを非多孔質化した
効果を確認できた。

【００２４】〔比較例３〕実施例に対し脱気膜モジュ−
ルとして、ポリスルホンの多孔質支持膜上に架橋型ポリ
ジメチルシロキサンの薄膜を有する複合膜使用のスパイ
ラル型脱気膜モジュ−ル（流路部材にはプラスチック不
織布を使用。膜面積は実施例の脱気膜モジュ−ルにほぼ
等しくした）を用いた以外、実施例に同じとした。実施
例と同様にして混入して運転試験を行った超音波強度は
１０．３ｍであったが、使用後真空側に液漏れがあるこ
とがわかった。そこで、耐微粒子強度を確認するため
に、上記の有機溶剤系洗浄液（日鉱石化社製ＮＳクリ−
ン２００，比重０．７４５，成分Ｃ₁₁Ｈ₂₄，Ｃ₁₂Ｈ₂₆）
３０リットル中に２００メッシュの鉄分５０ｇを分散さ
せ、試料数５個にて２４時間循環の加速試験を行ったと
ころ、試料中２個に真空側での微量の液漏れがあり、残
りの試料には大量の液漏れが生じ真空引きの継続が不可
となった。実施例品についても同様の加速試験を行った
が、液漏れは全く観られなかった。この比較例と実施例
との対比から、本発明において非多孔質膜に厚肉のもの
を使用し、洗浄液流路を微細屑が捕獲されないストレ−
ト通路としたことの効果を確認できた。

【００２５】

【発明の効果】本発明に係る超音波洗浄装置及び脱気膜
モジュ−ルによれば、洗浄液に低表面張力のものを用い
ても、脱気膜モジュ−ルによる脱気を液漏れをよく防止
つつ安定に行うことができる。また、鋭エッヂの微細屑
が生じる被洗浄物であっても、脱気膜モジュ−ルによる
脱気をその微細屑の捕獲による膜破れをよく防止つつ安
定に行うことができる。従って、本発明によれば、浸透
性の低表面張力の洗浄液を使用し、安定な高効率の脱気
による低溶存ガス量のもとでの強力なキャビテ−ション
により優れた効率で超音波洗浄できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る超音波洗浄装置用脱気膜モジュ−
ルの一例を示す図面である。

【図２】図１の脱気膜モジュ−ルの洗浄液入口または出
口の一例を示す図面である。

【図３】本発明に係る超音波洗浄装置の一例を示す図面
である。

【符号の説明】

１ 減圧チャンバ− ２ 真空引きポンプ ３ 非多孔質樹脂チュ−ブ束 ３１ 洗浄液入口 ３２ 洗浄液出口 ４ 液送ポンプ Ａ 脱気膜モジュ−ル ５１ 往路管 ５２ 帰路管 ６ 超音波洗浄槽 ６１ 超音波発振機

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 有吉 俊彦 大阪府茨木市下穂積１丁目１番２号 日東 電工株式会社内 Ｆターム(参考） 3B201 AB01 BB03 BB85 BB92 BB94 BB95 CB01 CD11 CD22

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】厚み２０μｍ〜１０００μｍの非多孔質樹
   脂チュ−ブの内部を洗浄液流路とし、同チュ−ブの外側
   を減圧して脱気を行う膜モジュ−ルと超音波洗浄槽を備
   えていることを特徴とする超音波洗浄装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の超音波洗浄装置における膜
   モジュ−ルであり、複数本の厚み２０μｍ〜１０００μ
   ｍの非多孔質チュ−ブの束を減圧チャンバ−内に収容
   し、該束の一端側を缶体外に位置する洗浄液入口とし、
   他端側を缶体外に位置する洗浄液出口としたことを特徴
   とする超音波洗浄装置用脱気膜モジュ−ル。
3. 【請求項３】非多孔質樹脂チュ−ブがふっ素樹脂チュ−
   ブである請求項２記載の超音波洗浄装置用脱気膜モジュ
   −ル。