JP2004107789A - Cleaning method with pressurized fluid - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To clean components under an optimized and efficient cleaning condition suitable for the components in a method for cleaning components having recessed structure in contact with super-critical or liquefied carbon dioxide. <P>SOLUTION: Components are cleaned by changing the density of a fluid without changing the phase state of the fluid in a pressurized supercritical condition in contact with the components. In particular, when the density of the components is not more than the liquid density of the fluid, the buoyancy applied to the components is changed by controlling the density of the fluid. Accordingly, the components are vertically moved in the fluid, and the components are efficiently cleaned by generating the agitation effect to prevent the components from being closely attached to each other. Due to the effect, impurities insoluble in the fluid are efficiently removed, and impurities are removed and cleaned to the end of recessed portions of the components with high diffusibility of the super-critical fluid. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、機械加工、プレス加工などで作成された部品、特に電子部品関連に用いられる精密加工部品などの被洗浄物(例えば凹部構造を有する部品)の加圧流動体による洗浄方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、機械加工およびプレス加工などで作成する部品、特に電子部品に用いられるような精密部品は加工後、「洗浄」、「すすぎ」、「乾燥」の3工程が不可欠である。特に高度な洗浄効果を必要とする精密部品においては、洗浄能力の高い洗浄剤が要求されるのはもちろんであるが、最終工程である乾燥工程がきわめて重要視される。このような背景から精密洗浄分野の最終工程では、フロン113や1、1、1−トリクロロエタンの蒸気洗浄を用いて加工油である潤滑油を除去していた。しかし、フロン113や1、1、1−トリクロロエタンは環境面においてオゾン層破壊を引き起こす。また、1、1、1−トリクロロエタンに関しては、人体に対して中枢神経系に大きな影響を与え、さらに高濃度になると意識不明と呼吸停止などを引き起こす。以上のような理由から、日本では1989年7月からフロン規制が始まり、1995年には生産が全廃された。
【0003】
フロン113、1、1、1−トリクロロエタンの撤廃によって、最近では、オゾン破壊物質代替品の液体洗浄剤の検討が進められている。非水系では臭素系溶剤(1−ブロモプロパンやプロピルプロマイド)、炭化水素系溶剤(ノルマルパラフィン系、イソパラフィン系、ナフテン系、芳香族系)、ヨウ素系溶剤(パーフルオロ−n−プロピルアイオダイド、パーフルオロ−n−ブチルアイオダイド、パーフルオロ−n−ヘキシルアイオダイド)、塩素系溶剤(脂肪族であるトリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、塩化メチレン、トランスー1、2−ジクロロエチレンと芳香族であるモノクロロトルエン、ベンゾトリフルオライド、パラクロロベンゾトリフルオライド(PCBTF)、3、4−ジクロロベンゾトリフルオライド(3、4−DCBTF))、フッ素系溶剤(HCFC系のHCFC−255ca、HCFC−141b、HCFC−123、HFC系のHFC−4310mee、HFC−356mcf、HFC−338pcc、HFE系のHFE−7100、HFE−7200、環状HFC系のOFCPA)、シロキサン系溶剤(揮発性メチルシロキサン系(VMS)、ドデカメチルシクロヘキサシロキサン、ヘキサメチルジシロキサン、デカメチルテトラシロキサン)、ケトン系溶剤(メチルエチルケトン(MEK))、アルコール系溶剤(エタノール、イソプロパノール(IPA)、ベンタフルオロプロパノール(5FP))が用いられている。
【0004】
準水系としては、炭化水素系(ノルマルパラフィン系、イソパラフィン系、ナフテン系、芳香族系)、グリコールエーテル類(エチレン系グルコールエーテル、イソプレン系グルコールエーテル)、N−メチル−2−ビロリドン(NMP)、テルベンゼン類(d−リモネン)、シロキサン系(揮発性メチルシロキサン系:VMS、ドデカメチルシクロヘキサン、ヘキサメチルジシロキサン、デカメチルテトラシロキサン)が用いられている。
【0005】
水系としては無添加(脱酸素水、脱イオン水、超純水)、添加物により洗浄性改良されたもの(アルカリ系、酸性、イオン性界面活性剤、非イオン性界面活性剤、高級アルコール系界面活性剤、オゾン添加超純水)などがある。
【0006】
このように、数多くのフロン代替用液体洗浄剤が製造され、それらを用いた洗浄方法が精密部品に使用されている。
【0007】
特許文献1(特開平9−263994号公報)に示されるように、電池用ケースでは有機溶剤の代わりに700〜900℃といった非常に高い温度で焼鈍を行い加工油である潤滑油を焼き飛ばしてしまう洗浄を用いている。しかし、アルミニウム電解コンデンサーに用いられるフイルム積層用アルミニウム板においては圧延板表面に付着している圧延油、金属粉などの汚れが焼鈍中に焼き付き、それが外観不良や密着性不良などの不具合を生じるため、特許文献2(特開平6−272015号公報)では軟化処理の焼鈍において、焼鈍前にアルミニウム板の表面を鉱酸または有機酸、またはその混酸で洗浄した後、焼鈍処理を行っている。
【0008】
また最近では、電池用ケース洗浄として以下のような方法が開示されている。特許文献3(国際公開番号WO97/42668)、特許文献4(国際公開番号WO97/42667)、特許文献5(国際公開番号WO98/10475)等においては、鋼板を有機溶剤またはアルカリ系脱脂剤を用いて脱脂し、酸洗浄、めっき後熱処理を施し、塗布される石油ワックス系潤滑剤の融点に加熱し、その表面に溶融した潤滑剤を塗布した表面処理鋼板を深絞り加工、DI(Drawn& Ironed)加工又はDS(Dry Sanding)加工、DTR(Drawing & Thin Redrawing)に用いている。この潤滑油は加工成型後に200〜350℃の温度で加熱すると大部分が揮散除去できるため加工後の洗浄を簡略化できる。
【0009】
さらに、特許文献6(特許第3234541号)には、HDD(ハードディスクドライブ)の筐体や電解コンデンサー、精密電子部品などのアルミニウム合金素材の片面または両面に潤滑剤を含有する有機樹脂皮膜を形成し、成型加工性を向上させ、その表面に揮発性の潤滑剤を塗布して加工後潤滑剤を加熱し揮発除去する方法が開示されている。
【0010】
別の洗浄方法としては、特許文献7(特開2000−225382号公報)で示されるように超臨界または亜臨界状態の水で金属部品や金型を洗浄する際に、洗浄成分として働く有機または無機の還元剤を共存させることで金型表面の状態を変えたり、接触物により損傷したりすることなく汚れを洗浄除去することが提案されている。また、特許文献8(特表昭59−502137号公報)には超臨界ガスを用いて有機物を除去する洗浄方法が提案されている。また、特許文献9(特許第2832190号公報)には、超臨界または亜臨界状態の流体を急速に状態変化させることによって洗浄効果を高める方法が開示されている。
【0011】
【特許文献1】
特開平9−263994号公報
【特許文献2】
特開平6−272015号公報
【特許文献3】
国際公開第97/42668号パンフレット
【特許文献4】
国際公開第97/42667号パンフレット
【特許文献5】
国際公開第98/10475号パンフレット
【特許文献6】
特許第3234541号
【特許文献7】
特開2000−225382号公報
【特許文献8】
特表昭59−502137号公報
【特許文献9】
特許第2832190号公報
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
このように、成型加工においては成型加工性を向上させる潤滑油は必要不可欠なものであり、潤滑油の開発こそがさらなる高度成型加工の開発の要といっても過言ではない。しかしこの成型加工に用いられる潤滑油は、加工された精密部品を製品として使用する場合、完全に除去されていないと製品性能の劣化や汚染など製品不良の原因を引き起こす。従って成型加工においては、潤滑油の塗布と同様にこの潤滑油を完全除去する洗浄方法の開発も必要不可欠である。
【0013】
溶剤を用いた洗浄方法、特に脱脂に関しては代替フロン剤など環境面を意識してオゾン層破壊に影響を与えない溶剤が多く用いられているが、人体面に関する影響はあまりわかっていない。例えば、2−ブロモプロパンは医薬・農薬・感光剤の中間体やアルキル化剤などとして使われてきた既存物質である。また、洗浄にかかる時間、コストも非常に問題になる。成型加工された部品がどのような製品に使用されるかで、加工後の洗浄レベルが決まる。そのため洗浄力の高い溶剤を用いることが望ましいが、洗浄力の高い溶剤は前述の通り人体面に与える危険性も非常に高い。そのため、危険性の低い溶剤は洗浄力も低いため時間と工程(洗浄回数)も増やさなければならない。
【0014】
例えば、電池ケース、アルミニウム電解コンデンサーのように加工後、めっきが施されるものに関しては精密洗浄が必要であり、脱脂、不純物除去、活性化を行うため、洗浄工程を実施するのに長時間を要する。また、HDDに使われる筐体などは、使用時の脱ガス防止が重要であり、脱脂処理が重要視される。また、溶剤洗浄の場合には、溶剤の管理(消防法)、人体面への処置(労働安全衛生法)や、廃液回収処理など非常に管理面において取り扱いが複雑で、それに対する労力も多く生産効率を低下させていた。
【0015】
そこで、溶剤を用いた洗浄方法をできるだけ簡略化、あるいは溶剤洗浄をしなくても良い方法として有機樹脂被膜と揮発性潤滑油などの組合せによる加工後、焼鈍で揮発性潤滑油を蒸発させる方法が用いられるようになってきた。しかし、この方法も完全に潤滑油を蒸発させられるわけではなく、ミクロレベルではどうしても加工表面に油分あるいは不純物などが僅かに残留してしまう。また、特にプレス成形加工された深絞り部品において、凹部などの複雑構造を有する部品などは、潤滑油を蒸発させるために焼鈍しても、構造上完全に蒸発できない場合や、プレス用潤滑油がステンレスなどの結晶粒界などに刷り込まれて不純物が残る場合が多く、少しでも油分や不純物などの残留物が存在する状態で焼鈍を行うと、油分などが炭化したり、不純物が焼き付いたりして、しみやむらによる不良や脱ガスによって応用される製品の性能を低下させていた。しかも、加工後の洗浄を簡素化、または精密洗浄を用いなくとも製品の性能低下を防止するために用いられる表面処理鋼板においても、表面処理鋼板の製造時に従来通りの有機溶剤またはアルカリ系脱脂剤を用いて脱脂し、酸洗浄、めっき後、熱処理を施しているため、加工前に洗浄を行うか、加工後に洗浄を行うかだけの差で環境面や人体面に対する影響は殆ど改善されていない。
【0016】
環境面を考慮した別の洗浄方法として、超臨界や亜臨界状態の二酸化炭素や水で洗浄する洗浄法が提案されている。この方法は、超臨界や亜臨界状態の二酸化炭素や水に洗浄成分として働く有機または無機の還元剤を共存させ、金型の表面状態変化、接触物による損傷等を生じることなく洗浄することを重要視するプラスチック成型レンズプリズムなどの精密金型や金型周辺の部品などに応用されているだけである。これらの方法の場合、除去した物質を再利用することは考慮されていない。さらに、超臨界や亜臨界状態の流体を用いる洗浄において、洗浄効果を高めるためにいろいろな工夫が行われている。例えば、超臨界または亜臨界状態の流体を急速に状態変化させる方法が開示されている。しかし、これら流体の急激な状態変化は物理的な衝撃を洗浄の対象物に与えるため、部品のゆがみやひどい場合には欠けなどを生じる場合がある。特に、密度の低い部品や、薄板で複雑な構造の凹部を形成した部品などは、その影響を強く受けやすい。
【0017】
一方、プレス成型加工で加工される部品、特に電子部品に関しては、精度を高めるため多くの潤滑油を使用する。このため、加工後部品の洗浄液には潤滑油主成分である炭化水素系有機物が大量に含まれる。さらに潤滑油には、加工精度向上を目的として、炭化水素系有機物以外にも界面活性剤等の有機物が含有されている。ところが、通常の洗浄では炭化水素系有機物と界面活性剤等の有機物を分離することが出来ず、再利用はできなかった。
【0018】
また、洗浄システムが非常に高価で洗浄時間がかかるため、洗浄物としては金型など非常に高価で繰り返し使用される部品が主たる応用であった。
【0019】
従って、本発明の目的は、上記問題を解決することにあって、被洗浄物を加圧された流動体を用いて洗浄することで洗浄効果を向上させることができる加圧流動体による洗浄方法を提供することにある。
【0020】
【課題を解決する手段】
本発明の加圧流動体による洗浄方法は、加圧された流動体を被洗浄物に接触させることによって上記被洗浄物の表面に付着する不純物を除去する洗浄方法において、上記被洗浄物の密度が上記流動体の液体密度以下であって、上記流動体の圧力、温度の少なくとも一つの条件を変化することによって、上記流動体の密度を上記被洗浄物の密度に対して高低を繰り返して上記被洗浄物に上記流動体を接触させる加圧流動体による洗浄方法である。
【0021】
また、本発明の加圧流動体による洗浄方法は、加圧された流動体を被洗浄物に接触させることによって上記被洗浄物の表面に付着する不純物を除去する洗浄方法において、上記被洗浄物の密度が上記流動体の液体密度以下であって、上記流動体の圧力、温度の少なくとも一つの条件を変化することによって、上記被洗浄物の密度と上記流動体の液体密度を略等しくした状態で、上記流動体に外力による変動を与えて上記被洗浄物に上記流動体を接触させる加圧流動体による洗浄方法である。
【0022】
この際に、加圧された流動体が超臨界流体であるときに、効果が高くなる。
【0023】
また、本発明の加圧流動体による洗浄方法は、加圧された流動体を被洗浄物に接触させることによって被洗浄物の表面に付着する不純物を除去する洗浄方法であり、加圧された第1の流動体の中に浸漬してなる被洗浄物に対して、その第1の流動体に対して密度の異なる加圧された第2の流動体を接触させて洗浄する。その際に、第1の流動体の相状態を変化させることなく、第2の流動体を被洗浄物に接触してなることを特徴とする洗浄方法である。
【0024】
この際に、第2の流動体が超臨界流体であるときに好ましい効果が得られる。特に、被洗浄物の密度が第1の流動体の液体密度以下であって、その被洗浄物の密度よりも密度が低い第2の流動体を被洗浄物に接触してなることで洗浄効果が高くなる。また、第1の流動体と第2の流動体とが同一であって、第1の流動体が液体であり、第2の流動体が超臨界流体である場合に特に好ましい効果が得られる。
【0025】
本発明の加圧流体による洗浄方法では、用いる流動体が二酸化炭素、水、アンモニア、亜酸化炭素、アルコールの少なくとも1つを含むことによって好ましい効果が得られる。
【0026】
また、本発明を適用する被洗浄物の表面に付着する不純物が潤滑油である場合に効果が高くなる。さらに、本発明を適用する被洗浄物が凹部構造を有する部品である場合に効果が高くなる。
【0027】
【発明の実施の形態】
本発明の記述を続ける前に、添付図面において同じ部品については同じ参照符号を付している。
【0028】
以下、図面を参照して本発明における実施形態を説明する前に、本発明の概要について説明する。
【0029】
本発明における第1発明は、凹部構造を有する部品の少なくとも上記凹部構造表面に付着する付着物を除去する洗浄方法において、超臨界ガス又は液化ガスを用いて上記凹部構造表面に洗浄媒体が満遍なく行き渡るようにして洗浄を行う洗浄方法である。
【0030】
本発明の第2発明は、第1発明において、凹部構造を有する部品の表面全体に洗浄媒体が満遍なく行き渡るようにして洗浄を行う洗浄方法である。
【0031】
本発明の第3発明は、凹部構造を有する部品の少なくとも上記凹部構造表面に付着する付着物を除去する洗浄方法において、付着物が付着した部品を洗浄槽に収納し、上記洗浄槽内に洗浄媒体を導入し上記部品を上記洗浄媒体雰囲気中に存在させ、上記洗浄媒体に対して温度や圧力を変化させて上記洗浄媒体を液体状態と気体状態との交互の状態変化を行い、上記凹部構造表面に洗浄媒体が満遍なく行き渡るようにして洗浄を行う洗浄方法である。
【0032】
この構成により液体状態の密度、粘性などの物性制御、液体、気体、超臨界状態の状態変化に寄与する物理的なエネルギーを利用することで洗浄効率を向上させる。
【0033】
本発明の第4発明は、第3発明において上記洗浄媒体に対して液体状態と気体状態との交互の状態変化を行った後、洗浄媒体を超臨界状態に変化させて凹部構造表面の洗浄を行う洗浄方法である。
【0034】
本発明の第5発明は、第3発明において、上記洗浄媒体に対して液体状態と気体状態との交互の状態変化を行った後、洗浄媒体を亜超臨界状態に変化させて凹部構造表面の洗浄を行う洗浄方法である。
【0035】
本発明の第6発明は、第3又は4発明において、洗浄媒体に対して液体状態から温度一定で圧力を変化させて気体状態と液体状態とを交互に繰り返し状態変化をさせる洗浄方法である。
【0036】
本発明の第7発明は、第3又は4発明において、洗浄媒体に対して温度一定で圧力を変化させて気体状態と液体状態とを交互に繰り返し状態変化をさせる洗浄方法である。
【0037】
本発明の第8発明は、凹部構造を有する部品の少なくとも上記凹部構造表面に付着する付着物を除去する洗浄方法において、付着物が付着した部品を洗浄槽に収納し、上記洗浄槽内に洗浄媒体を導入し上記部品を上記洗浄媒体雰囲気中に存在させ、上記洗浄媒体に対して温度や圧力を変化させて洗浄媒体を超臨界状態に変化させて、上記凹部構造表面に洗浄媒体が満遍なく行き渡るようにして洗浄を行う洗浄方法である。
【0038】
本発明の第9発明は、凹部構造を有する部品の少なくとも上記凹部構造表面に付着する付着物を除去する洗浄方法において、付着物が付着した部品を洗浄槽に収納し、上記洗浄槽内に洗浄媒体を導入し上記部品を上記洗浄媒体雰囲気中に存在させ、上記洗浄媒体に対して温度や圧力を変化させて洗浄媒体を超臨界状態に変化させて、上記凹部構造表面に洗浄媒体が満遍なく行き渡るようにして洗浄を行った後、更に液体洗浄を行う洗浄方法である。
【0039】
本発明の第10発明は、第1〜9発明のいずれか1つにおいて、洗浄媒体は二酸化炭素ガス、水である洗浄方法である。
【0040】
本発明の第11発明は、凹部構造を有する部品の少なくとも上記凹部構造表面に付着する付着物を除去する洗浄方法において、付着物が付着した部品を洗浄槽に収納し、上記洗浄槽内に洗浄媒体として二酸化炭素を導入し上記部品を上記洗浄媒体雰囲気中に存在させ、上記洗浄媒体に対して温度や圧力を変化させて洗浄媒体を超臨界状態に変化させて、上記凹部構造表面に洗浄媒体が満遍なく行き渡るようにして洗浄を行った後、更に洗浄媒体として新たに水を導入し当該洗浄媒体である水を超臨界状態に変化させて凹部構造表面の洗浄を行う洗浄方法である。
【0041】
本発明の第12発明は、洗浄槽と、上記洗浄槽に洗浄媒体を供給する洗浄媒体供給部と、上記洗浄媒体に温度変化を与える加熱装置と、上記洗浄媒体に圧力変化を与える加圧装置と、上記洗浄媒体供給部、加熱装置、加圧装置とを制御する制御手段とを備え、上記加熱装置、加圧装置の少なくとも一方を制御することにより、洗浄槽に収納された凹部構造を有する洗浄対象物に超臨界ガス又は液化ガスを用いて上記凹部構造表面に洗浄媒体が満遍なく行き渡るようにして洗浄を行う洗浄装置である。
【0042】
本発明の第13発明は、第12発明において、加熱装置、加圧装置の少なくとも一方を制御することにより、上記洗浄媒体に対して液体状態と気体状態との交互の状態変化を行った後、洗浄媒体を超臨界状態、あるいは亜臨界状態に変化させて凹部構造表面の洗浄を行う洗浄装置である。
【0043】
本発明の第14発明は、洗浄媒体を導入する導入口と洗浄媒体を排出する排出口とを有するとともに洗浄対象物を収納する洗浄槽と、導入口を介して洗浄媒体を上記洗浄槽に供給する洗浄媒体供給部と、上記洗浄媒体に温度変化を与える加熱装置と、上記洗浄媒体に圧力変化を与える加圧装置と、上記洗浄媒体供給部、加熱装置、加圧装置とを制御する制御手段と、上記排出口から排出された洗浄媒体を回収し洗浄後の除去物質を収集する、回収部の一例としての、抽出捕集容器とを備え、上記加熱装置、加圧装置の少なくとも一方を制御することにより、洗浄槽に収納された凹部構造を有する洗浄対象物に超臨界ガス又は液化ガスを用いて上記凹部構造表面に洗浄媒体が満遍なく行き渡るようにして洗浄を行うと共に、上記導入口が上記排出口よりも下側に位置し、上記排出口は洗浄対象物よりも上側に位置している洗浄装置である。
【0044】
本発明の第15発明は、第1から11発明のいずれか1つにおいて、凹部構造を有する部品はプレス成型、あるいは切削加工法によって形成された構造体であることを特徴とする洗浄方法である。
【0045】
本発明の第16発明は、第1から11発明のいずれか1つにおいて、上記凹部構造を有する部品はプレス成型加工法又は切削加工法によって形成された構造体であり、上記構造体は主に金属材料から構成されることを特徴とする洗浄方法である。
【0046】
本発明の第17発明は、第16発明において、上記凹部構造を有する部品を形成する金属材料は主成分がFe、Al、Cu、又は、Tiから構成されることを特徴とする洗浄方法である。
【0047】
本発明の第18発明は、第1から11発明のいずれか1つにおいて、上記凹部構造を有する部品はプレス成型加工法又は切削加工法によって形成されたれた構造体であり、上記構造体は主に有機材料から構成されることを特徴とする洗浄方法である。
【0048】
本発明の第19発明は、第18発明において、上記凹部構造を有する部品を形成する有機材料は主成分がポリイミド、又は、エポキシからなることを特徴とする洗浄方法である。
【0049】
本発明の第20発明は、第1から11発明のいずれか1つにおいて、上記凹部構造を有する部品はプレス成型加工法又は切削加工法によって形成された構造体であり、上記構造体は主にセラミック材料から構成されることを特徴とする洗浄方法である。
【0050】
本発明の第21発明は、第20発明において、上記凹部構造を有する部品を形成するセラミック材料は主成分がSiO、PZT、Ag、又はCからなることを特徴とする洗浄方法である。
【0051】
本発明の第22発明は、第1から11発明のいずれか1つにおいて、上記凹部構造を有する部品は、主に金属と有機材料の複合体、主に有機材料とセラミック材料の複合体、あるいは主に金属、有機材料とセラミック材料の複合体から構成される洗浄方法である。
【0052】
本発明の第23発明は、第1から11発明のいずれか1つにおいて、凹部構造を有する部品は、超音波センサー用の整合層、あるいは電子部品用、超音波センサー用、電池用、HDD(ハードディスクドライブ)用、電解コンデンサー用の各種ケースであることを特徴とする洗浄方法である。
【0053】
ここで洗浄媒体としては一例として液化ガスの超臨界状態もしくは液体状態(亜臨界状態を含む)を用いる。液化ガスの種類としては主に二酸化炭素(CO)又は水(HO)単体か、二酸化炭素と水の混合を用いる。部品を構成する主たる材料や汚染物質の構成物に応じてどの洗浄媒体を使用するか、あるいハードの洗浄媒体を組み合わせるかを選択する。
【0054】
例えば、洗浄部品の主成分が金属で、汚染物が油脂などの有機系と無機系の酸化物である場合は、まず二酸化炭素を用いて有機系の汚れを洗浄した後に、水を導入して無機系の酸化物などをエッチング除去する。
【0055】
また本発明は、液体状態の密度、粘性などの物性制御、液体、気体、超臨界状態の状態変化に寄与する物理的なエネルギーを利用することで洗浄効率を向上させる。特に二酸化炭素の液体状態は容器内の温度又は圧力を変化させることで液体の密度、粘性など物性の制御や気体状態、液体状態、超臨界状態の状態制御も簡単で、制御温度、圧力差が比較的常温、大気圧に近いため扱いやすい。
【0056】
また環境側面、人体側面においても悪影響は少ない。洗浄したい対象物に応じて、物性、状態変化を適切に組み合わせることで、物性、状態変化に伴って生じる物理的エネルギーを汚染物(加工油や切削くずなど)に与えて除去したり、洗浄物に対する汚染物の付着力を低下させ洗浄効率を向上できる。例えば、まず高圧容器内に二酸化炭素の液体状態を導入して、温度又は圧力を変化させて、液体状態と気体状態を繰り返す。この工程で状態変化に伴う二酸化炭素の物性も同時に変化することで、汚染物に物理的なエネルギーが作用して汚染物の付着強度を低下させる。その後、超臨界状態に移行することで油脂などの有機成分を溶解、分解する。二酸化炭素の超臨界状態では有機物などの油脂成分を溶融、分解可能であることは公知であるが、気体、液体状態の状態変化と組み合わせることで有機物や無機物、有機物と無機物の混合物などの汚染物を効率的に洗浄できる。
【0057】
本発明の洗浄物の一例としては、プレス成型で加工された部品、あるいは切削で加工された部品であって、凹部構造を有することを特徴とする。特に凹部構造を有する部品は、凹部構造部分に汚染物(加工油や切削くずなど)が構造面からあるいは加工時に圧力などが加わって刷り込まれたり、塑性変形に伴う切削くずなどが残り易く、洗浄時においても最も洗浄し難い。しかし、液化ガスの気体、液体状態及び超臨界状態を適切に使うことで、特に凹部構造を有する部品の洗浄効率を向上でき、二酸化炭素に関しては、常温で気体になるため乾燥工程が必要ないことを特徴とする。洗浄物である部品は主にプレス成型加工や切削加工を用いて作製された部品で、その部品の主成分は金属材料、有機材料、セラミック材料、又はそれらの複合物から構成されることを特徴とする。その金属材料の主成分はFe、Al、Cu、Tiのどれかを含む。有機材料の主成分としてはポリイミド、又は、エポキシ、又は、熱可塑性樹脂で、セラミック材料の主成分としてはSiO、Ag、PZT、又は、Cであることを特徴とする。洗浄媒体は二酸化炭素、水などを洗浄対象物に応じて選択する。
【0058】
本発明の洗浄適合部品は、特に超音波センサーの整合層やケース、電池用のケースや電極、HDD用のケース(筐体)、又は、電解コンデンサーのケースなど凹部構造を有し、洗浄レベルとして精密洗浄が必要でかつ付加価値が高く、1つあたりの容積が小さいという条件を兼ね備えた電子部品であることを特徴とする。
【0059】
以下、本発明の第1実施形態の洗浄方法及びその装置について図1〜図4(B)を用いて説明する。
【0060】
まず、洗浄方法で用いられる超臨界流体及び液化ガスについて説明する。
【0061】
図1に横軸に温度Tを、縦軸に圧力Pをとった洗浄媒体の状態図を示す。図1内の三重点(図の黒丸21)は気体、液体、固体の三相が共存する状態である。三重点の温度よりも低い温度では固体とその蒸気が平衡を保ち、その時の蒸気の圧力は昇華曲線(図1の20)で与えられる。この曲線より低い圧力では固体が昇華して気体となり、高い圧力では気体は凝固して固体になる。三重点よりも高い温度では液体とその蒸気が平衡となり、このときの圧力が飽和蒸気圧として蒸気曲線(図1の22)で表される。この曲線よりも低い圧力では液体は全部気化し、また、これよりも高い圧力では蒸気はすべて液化する(領域Aとする)。圧力を一定にして温度を変化させてもこの曲線を超えると液体が蒸気に、また蒸気が液体になる。この蒸気曲線の終点を臨界点(図1の白丸23)といい、液体と気体の区別がつかなくなる状態が存在し、気液の境界面も消失する。この臨界点より高温の状態では、気液共存状態を生じることなく液体と気体の間を移り変わることができる。この領域ではいくら密度を増大させても凝縮が起こらなくなる。この臨界温度(Tc)以上でかつ臨界圧力(Pc)以上の状態(領域Bとする)を超臨界流体という。
【0062】
また、液体ガスとは、図1に示すような温度範囲は三重点の温度以上で臨界温度以下、圧力は三重点の圧力以上でかつ蒸気曲線より圧力の高い領域の状態をいう。
【0063】
そして、液化ガス状態から超臨界流体に至るまでの過程で、図1に示すような臨界点よりも温度、圧力が低い状態である亜臨界状態を経ることになる。ここで亜臨界状態とは、上記臨界温度(Tc)及び臨界圧力(Pc)の0.6倍までの範囲にある状態をいい、従って、次の亜臨界温度及び亜臨界圧力の範囲にある状態を定義する。
【0064】
臨界温度(Tc)>亜臨界温度≧0.6×臨界温度(Tc)
臨界圧力(Pc)>亜臨界温度≧0.6×臨界温度(Pc)
このように洗浄媒体は、液体ガスから亜臨界状態を経て超臨界状態へと変化していく。
【0065】
ここで使用される超臨界流体又は液化ガスは二酸化炭素(CO)もしくは水(HO)である。
【0066】
二酸化炭素の臨界温度(Tc)=31.1℃、臨界圧力(Pc)=7.38MPaであり、水は臨界温度(Tc)=374.1℃、臨界圧力(Pc)=22.04MPaである。
【0067】
次に、本発明の第1実施形態の洗浄システムの概要について図3を用いて説明する。本発明の第1実施形態の洗浄装置は、少なくとも、洗浄槽の一例である高圧容器1、洗浄媒体を保有している液化供給槽(又は高圧ボンベ)2、液化供給槽2から洗浄媒体となる液化ガスを高圧容器1に供給する液体ポンプ(洗浄媒体供給部の一例に相当)3、高圧容器1内を加熱するヒータ5、ヒータ5を制御することにより高圧容器1内の液化ガスの温度制御を行うヒータコントローラ4、高圧容器1内の洗浄後の廃液を回収する廃液回収槽6、廃液回収槽6に回収された液化ガスを気化する気化器7、洗浄後の除去物質を収集する、回収部の一例としての、抽出捕集容器8を備えるように構成している。高圧容器1内は、液体ポンプ3による液化ガス供給により圧力が変化させられ、ヒータコントローラ4の制御の下でヒータ5により液化ガスの温度が制御される。そして、上記温度や上記圧力を制御することにより、洗浄媒体である超臨界流体(本実施形態では超臨界ガス)、亜臨界流体(第1実施形態では亜臨界ガス)、や液体ガスを発生させて、洗浄媒体により洗浄物を洗浄する。また、図3において、1000は上記洗浄装置の洗浄動作を制御する制御装置であり、液体ポンプ3とヒータコントローラ4と気化器7と抽出捕集容器8とに接続されて、それぞれの動作を制御するようにしている。
【0068】
ここで、液化ガスを洗浄媒体として用いたが、高圧容器1内に、直接、亜臨界流体や超臨界流体を供給しても良く、また気化器7は亜臨界流体、又は超臨界流体を気化するものであってもよい。
【0069】
次に、洗浄物について説明する。図2(A)、図2(B)、図2(C)、図2(D)に示されるように、凹部を有するプレス成型加工された部品(27,28,29,30)又は切削加工によって形成された部品(27,28,29,30)は、特に凹部に付着物26である加工油である潤滑油や不純物(切削くずなど)を付着させやすい。また、この凹部部分は入り組んだ構造であること、加工時に圧力が加わる部分であることから他の平坦な構造部分と比較すると加工油である潤滑油や不純物(切削くずなど)の付着性が高く、洗浄剤などが浸透し難いため洗浄むら、洗浄残りが発生しやすい。
【0070】
より具体的に、洗浄対象物又は被洗浄物である部品のゴミが残る場所40の具体例としては、プレス成型品のうちの深絞り加工品の場合には、マクロ的には図10(A)に示すようにプレス成型によって曲げられた局部近辺であり、ミクロ的には図10(B)に示すように凹凸が激しい部分(言い換えれば、素材面の荒れた部分)や、特に、洗浄用の溶剤が入りにくい部分である。また、プレス成型品のうちの打ち抜き加工品の場合には、図11に示すように、マクロ的には打ち抜き時に打ち抜き用の刃が接触する部分41であり、ミクロ的には凹凸が激しい部分(言い換えれば、素材面の荒れた部分)や、特に、洗浄用の溶剤が入りにくい部分である。
【0071】
また、特に汚れが落ちにくい付着物であって本発明の洗浄方法及び装置により洗浄可能な付着物の例としては、上記付着物がプレス成型油(塗布型)の場合には、プレス成型時に使用される潤滑油で、特に素材に刷り込まれた潤滑油や熱などが加わって加工変質した潤滑油がある。また、上記付着物が素材前塗布型潤滑油の場合には、素材に予め潤滑油が塗布されている加工成型用の素材で、プレス成型時に塗布するのではなく、素材メーカで表面にコーティングした潤滑油である。
【0072】
本発明の洗浄方法及び装置の洗浄対象物又は被洗浄物である部品の材質としては、金属の場合には、ステンレス各種、アルミニウム、チタン、又は、鉄などである。特にさびやすい鉄などは、乾燥する必要がないので、本発明の洗浄方法及び装置の洗浄対象物又は被洗浄物である部品の材質として適している。これ以外には、金属と有機物複合材料としては、金属表面に有機物(PPT、PETなど)のシートを貼り付けたものやコーティングしたものがある。
【0073】
また、洗浄対象物の他の例として、他の超音波ケースの形状を図12に示す。
【0074】
そこで、高圧容器1内に洗浄媒体として、まず浸透性が高く、ある程度の粘度性を備えた二酸化炭素や水の液化状態(亜臨界流体を含む)を導入する。特に二酸化炭素は比較的低い温度と圧力で液体状態になる。そのため、制御装置1000により液体ポンプ3とヒータコントローラ4とを動作制御して温度と圧力を制御することで液体状態と気体状態との物性変化(ここで物性変化とは、例えば気体と液体で比較すると密度は0.6〜1kg/mと1000kg/mで3〜4桁変化し、粘度は10−5Ps・sと10−3Ps・sで2桁、拡散係数は10−5と10−9以下で4桁以上。熱伝導度は10−3と10−1で2桁変化する)や液体状態から気体状態、気体状態から液体状態といった状態変化を簡単に作り出せる。
【0075】
また、二酸化炭素や水は人体側面においても無害であるため取り扱い性も良い。
【0076】
さらに、二酸化炭素や水は臨界状態では有機物の分解、除去作用を有し、水は特定圧力と温度状態では酸化物などのエッチング効果を有するため、それぞれの特徴を生かすことで凹部構造を有する部品の洗浄に有効である。
【0077】
ここで、二酸化炭素の超臨界状態が有機物の分解、除去作用や水が酸化物を有するメカニズムは、はっきりとは分かっていないのが現状であるが、密度の関数として表せる溶解力、イオン積等の平衡物性であるマクロな平均的性質と溶媒和(クラスター)などの分子レベルの局所的な構造を有するところにあると考えられている。特に溶質分子周りに形成される溶媒和構造にあると考えられるようになってきたのは比較的最近で、熱運動と分子間力が拮抗している超臨界流体柱に溶質分子が存在すると、溶質−溶媒相互作用が相対的に優位になり溶質分子周り溶媒分子が引きつけられて溶媒和がおこり、溶質分子の近傍はバルクに比べて高密度状態になる。これが超臨界流体の溶解力の高選択性や反応速度の促進などの特徴的な現象に強く関連していると考えられる。
【0078】
また、水の酸化物エッチング効果については、図9に示す水の物性の温度依存性(25Mpa一定圧力化)を示す。室温での水の誘電率は約80と非常に大きい。
【0079】
そのため、電解質などの無機物はよく溶けるが有機物は殆ど溶解しない。しかしながら温度を上げると誘電率は徐々に低下し、374℃以上の超臨界水では10程度と極性の小さな有機溶媒並の値となる。その結果、有機物はよく溶けるが無機物は殆ど溶けない。このような物性変化状態をうまく利用し、酸化物などの無機物に対するエッチングにおいては、特に温度200℃前後で5〜10Mpa程度の圧力下でも効果が得られる。
【0080】
このような洗浄物である凹部を有する部品を図3に示す洗浄システムにて洗浄する様子を説明する。ここで図4(A),図4(B)は図1に示す洗浄媒体の状態図と同様である。
【0081】
プレス成型加工された部品(特に電子部品)である洗浄物は、加工油や不純物を付着したまま高圧容器1に納められる。高圧容器1内に部品を導入後、温度又は圧力のどちらか一方を変化させて液体状態から気体状態へ、気体状体から液体状態の状態変化を行う。
【0082】
例えば図4(A)に示す経路1は液体状態から圧力一定で温度を上げると気体状態になり、その状態から温度を戻すと(下げる)液体状体になる。一方、図4(B)に示す経路2では温度一定で圧力を下げると液体状態から気体状態へ変化し、その状態から圧力を上げると気体状態から液体状態に戻る。この工程を何度か繰り返すと、特に液体状態から気体状態に変化するときに加工油や不純物(切削くずなど)に物理的なエネルギー(物性変化でいえば、例えば気体と液体で比較すると密度は0.6〜1kg/mと1000kg/mで3〜4桁変化し、粘度は10−5Ps・sと10−3Ps・sで2桁、拡散係数は10−5と10−9以下で4桁以上。熱伝導度は10−3と10−1で2桁変化する。この中で、特に密度変化と粘度変化に伴う、表面張力の変化によってもたらされる物理的なエネルギーと考えられる)が作用し、部品に付着している加工油や不純物(切削くずなど)の付着力が低下して、洗浄効果を向上させる。
【0083】
また、液体状態と気体状態を繰り返すことで、図5に示すように高圧容器内で液化ガスの対流(矢印31)が生じ、凹部を有する部品32の隅々まで洗浄剤である液化ガスが浸透し洗浄効果を向上させる。
【0084】
その後、温度、圧力を臨界点以上に変化させ、超臨界状態に移行して本洗浄を行うことを特徴とする。このとき気体状態、液体状態を繰り返す工程を何度か経た後、液化ガスを高圧容器外に排出し、新たに液化ガスを導入後、温度又は圧力を臨界点温度及び臨界点圧力以上に変化させ超臨界状態での洗浄工程へ移る。超臨界状態では、主に有機物の分解除去、特定温度・圧力状態で無機系の酸化物のエッチング(水使用の場合)を行う。
【0085】
また、洗浄物である部品の汚染レベルにより、超臨界状態まで用いなくとも上記液体状体と気体状態を繰り返す洗浄工程のみでも洗浄可能である。
【0086】
ここでの部品の洗浄レベルとは日本産業洗浄協議会の平成6年度の報告書「一般的な洗浄度評価方法と洗浄度の指標の分類」で示されている「試料2」を用いて説明すると、そこで洗浄度として記されている「粗洗浄」レベル又は「一般洗浄」レベルを指す。
【0087】
本発明の第1実施形態の洗浄装置としては、高圧容器1、超臨界ガス及び液化ガスを上記高圧容器1に導入する液体ポンプ3、高圧容器1内の超臨界ガス及び液化ガスの温度を制御するヒータコントローラ4及びヒータ5、洗浄後の除去物質を収集する抽出捕集容器8と、制御装置1000とを備え、図3及び図5に示されるように、上記高圧容器1に液化ガスを導入するための導入口1aは、上記高圧容器1内から液化ガスを廃棄する排出口1bよりも必ず下側に設け、更に排出口1bは洗浄対象物31に対して上側に設ける。これは主に液体状態もしくは超臨界状態において洗浄物31の比重が洗浄ガスの比重よりも重く、それに対して有機物系の汚れや無機物系の酸化物は洗浄ガスの比重より小さい。そのため、汚染物である有機物や無機物は液体状態又は超臨界状態では洗浄物より上に浮く傾向にある。導入口1aが排出口1bより下側である必要性は、洗浄物31である凹部構造を有する部品に洗浄ガスである液化ガスが満遍なく行き渡らせるためである。
【0088】
一方、排気口1bが導入口1aよりも上側に位置する必要性は、洗浄部品31から一度除去された付着物又は汚染物が部品31に再付着するのを防止するためである。
【0089】
本発明の第1実施形態の洗浄方法及び洗浄装置で洗浄効果が期待できる部品は主にエレクトロニクス関連に用いられる電子部品及びその関連部品である。特に、プレス成形加工及び切削加工による精密加工部品である。これらの部品は、加工精度を向上させるためには必ず加工油である潤滑油が必要不可欠である。しかし、この加工油の残留が次工程の処理、例えばメッキ処理や接着などの性能特性に影響を与え、デバイス及び製品としての性能や信頼性の低下を引き起こす。そのため、高レベルの残留物除去、すなわち精密洗浄を必要とする部品に効果を発揮する。
【0090】
応用商品としては、超音波センサーの整合層や電池の電極(特に二次電池など)、その他としては電池用ケース、HDD用ケース(筐体ともいう)、又は、電解コンデンサー用のケースなどがある。超音波センサー用の整合層などは無数の微細な孔や凹凸が形成されており微視的に凹部構造が形成されている。そして、具体的には、無機系のガラスバルーンと有機系のエポキシを混合したり、無機系のガラスバルーンだけのもの、有機系のエポキシだけのものなど様々な素材が用いられる。
【0091】
また、超音波センサー用ケースなどは、素材がステンレス、アルミニウム、又は、エポキシ樹脂である。加工は、プレス成型加工による深絞りや樹脂成形、切削加工で加工される。電池用ケースについては、一般に、アルミニウム又は最近ではアルミニウムにメッキを施した多層鋼材が用いられプレス成型加工で作製される。HDD用ケースとしては、素材としてアルミニウムが使用され、最近では特にアルミニウムに有機物系のコートをした複合鋼材が用いられ、プレス成型加工される。電解コンデンサー用ケースも同様に、素材はアルミニウム単体のものやアルミニウム素材の上に有機膜のコートを施した複合鋼板を用いてプレス成形加工される。
【0092】
このように、素材の異なる有機物と無機物が積層された複合材料に対しても工程や使用洗浄媒体であるガス主を選択することで応用可能である。なお、これらの製品分野に限らず、プレス成型加工及び切削加工に加工された凹部構造を有する部品にも効果を有することは論じるまでもない。
【0093】
すなわち、上記第1実施形態の洗浄方法においては、上記洗浄媒体に対して温度や圧力を変化させて上記洗浄媒体を液体状態と気体状態との交互の状態変化を行い、上記凹部構造表面に洗浄媒体が満遍なく行き渡らせるようにしている。また、さらに、必要に応じて、上記洗浄媒体に対して液体状態と気体状態との交互の状態変化を行った後、上記洗浄媒体を超臨界状態に変化させて上記凹部構造表面の洗浄を行うようにしている。又は、上記洗浄媒体に対して液体状態と気体状態との交互の状態変化を行った後、上記洗浄媒体を亜超臨界状態に変化させて上記凹部構造表面の洗浄を行うようにしている。
【0094】
これを整理すると、洗浄媒体を部品に満遍なく行き渡らせる方法としては、圧力又は温度を変化させて対流によって行き渡らせるため、以下の7つの方法がある。これらは、いずれも、制御装置1000により、液体ポンプ3とヒータコントローラ4とを動作制御して温度と圧力を制御することで行うことができる。
【0095】
(1) (液体―気体)を1サイクルとして少なくとも1サイクル以上行った後、超臨界状態へ温度制御する。
【0096】
(2) (気体―液体)を1サイクルとして少なくとも1サイクル以上行った後、超臨界状態へ圧力制御する。
【0097】
(3) (液体―気体―液体)を1サイクルとして少なくとも1サイクル以上行った後、超臨界状態へ温度制御する。
【0098】
(4) (気体―液体―気体)を1サイクルとして少なくとも1サイクル以上行った後、超臨界状態へ圧力制御する。
【0099】
(5) (液体―超臨界)を1サイクルとして少なくとも1サイクル以上行った後、超臨界状態へ温度制御する。
【0100】
(6) (気体―超臨界)を1サイクルとして少なくとも1サイクル以上行った後、超臨界状態へ圧力制御する。
【0101】
(7) (1)〜(6)の1サイクル中に少なくとも1回は超臨界状態にする。圧力又は温度制御する。
【0102】
ここで、液体ポンプ3の動作制御による制御装置1000の圧力制御用のタイムチャートは、図13に示されるように、横軸の時間軸に対する縦軸がそれぞれチャンバー内圧力とCO導入排出である。チャンバー内圧力が高いときにはCOが導入され、チャンバー内圧力が低いときにはCOが排出されており、これを定期的に繰り返すことにより圧力制御するようにしている。
【0103】
また、ヒータコントローラ4の動作制御による制御装置1000の温度制御用のタイムチャートは、図13に示されるように、横軸の時間軸に対する縦軸がそれぞれチャンバー内温度とヒータ電源がON又はOFFである。チャンバー内温度を高くするときにはヒータ電源がONされ、チャンバー内温度を低くするときにはヒータ電源がOFFされており、これを定期的に繰り返すことにより温度制御するようにしている。
【0104】
上記圧力制御の他の方法としては、メインチャンバー43とサブチャンバー44とからなる2層式のチャンバーを用いて、制御装置1000の動作制御の下で、圧力を高くするときは図15に示されるように層を分けている扉45を閉じて圧力を高くしやすくする一方、圧力を下げるときは図16に示されるように層を分けている扉45を制御装置1000の動作制御により開放にすることが考えられる。なお、図15及び図16において、46は洗浄媒体、47は洗浄対象物である。
【0105】
さらに、温度制御の他の方法しては、図17に示されるように、メインチャンバー48内の洗浄液体49内に、洗浄液体49の温度より高い温度又は低い温度の洗浄媒体49を、液体ポンプ3により液体状態で導入することにより、メインチャンバー48内の洗浄媒体を所定温度に制御することもできる。また、図18に示されるように、メインチャンバー48内に洗浄液体49の温度より高い温度又は低い温度の洗浄媒体50を、ポンプ3に代わるポンプ3Aにより気体状態で導入することにより、メインチャンバー48内の洗浄液体49を所定温度に制御することもできる。
【0106】
図19は、上記洗浄方法の動作制御の制御プログラムを内蔵した制御装置1000と、制御装置1000により動作制御されるヒータコントローラ4内の温度制御用リレー53と、制御装置1000により動作制御される液体ポンプ3内の圧力制御用リレー54と、上記洗浄装置60とを示す説明図である。
【0107】
図20に示されるように、上記第1実施形態において、洗浄効率を高める方法の一例として、メインチャンバー64の天井側に配置されたロータ(かき回し用のプロペラ)62を、制御装置1000の制御の下に、モータ63により回転させて、メインチャンバー64内の洗浄媒体65を攪拌させて、洗浄対象物47に対する洗浄媒体65による洗浄効率を高めるようにしてもよい。
【0108】
また、図21に示されるように、上記第1実施形態において、洗浄効率を高める方法の別の例として、メインチャンバー64の底面側に配置されたロータ(かき回し用のプロペラ)62を、制御装置1000の制御の下に、モータ63により回転させて、メインチャンバー64内の洗浄媒体65を攪拌させて、洗浄対象物47に対する洗浄媒体65による洗浄効率を高めるようにしてもよい。
【0109】
また、図22に示されるように、上記第1実施形態において、洗浄効率を高める方法の別の例として、メインチャンバー64の側面側に配置されたロータ(かき回し用のプロペラ)62を、制御装置1000の制御の下に、モータ63により回転させて、メインチャンバー64内の洗浄媒体65を攪拌させて、洗浄対象物47に対する洗浄媒体65による洗浄効率を高めるようにしてもよい。
【0110】
また、図23に示されるように、上記第1実施形態において、洗浄効率を高める方法の別の例として、メインチャンバー64の天井側に配置されたロータ(かき回し用のプロペラ)62を、制御装置1000の制御の下に、モータ63により回転させて、メインチャンバー64内の洗浄媒体65を攪拌させるとともに、制御装置1000の制御の下に、液体ポンプ3を駆動させて、メインチャンバー64の対向する側面に配置された一対のノズル66から洗浄媒体をメインチャンバー64内に導入して、洗浄対象物47に対する洗浄媒体65による洗浄効率を高めるようにしてもよい。
【0111】
また、図24に示されるように、上記第1実施形態において、洗浄効率を高める方法のさらに別の例として、制御装置1000の制御の下に、液体ポンプ3を駆動させて、メインチャンバー64の円筒状側面に放射状に配置された多数のノズル66から洗浄媒体をメインチャンバー64内に導入して、洗浄対象物47に対する洗浄媒体65による洗浄効率を高めるようにしてもよい。
【0112】
また、図25に示されるように、上記第1実施形態において、洗浄効率を高める方法のさらに別の例として、制御装置1000の制御の下に、メインチャンバー64の対向側面に配置された一対の超音波センサ67を同時的に又は逐次駆動させて、メインチャンバー64の側面から超音波を洗浄媒体65に振動を付与して、洗浄対象物47に対する洗浄媒体65による洗浄効率を高めるようにしてもよい。
【0113】
また、図26に示されるように、上記第1実施形態において、洗浄効率を高める方法のさらに別の例として、制御装置1000の制御の下に、メインチャンバー64の円筒状側面に放射状に配置された多数の超音波センサ67を同時的に又は逐次駆動させて、メインチャンバー64の側面から超音波を洗浄媒体65に振動を付与して、洗浄対象物47に対する洗浄媒体65による洗浄効率を高めるようにしてもよい。
【0114】
また、図28に示されるように、図24の洗浄装置において、洗浄効率を高める方法のさらに別の例として、制御装置1000の制御の下に、メインチャンバー64の円筒状側面に放射状に配置された多数のノズル66から洗浄媒体をメインチャンバー64内に逐次導入して、洗浄対象物47に対する洗浄媒体65による洗浄効率を高めるようにしてもよい。この場合、図28に示す、1から8のノズルの番号の順番に、又は、8から1の順番にノズル66から洗浄媒体をメインチャンバー64内に逐次導入して、メインチャンバー64内に対流を生じさせて洗浄効率をさらに高めることができる。各ノズルに開閉弁又はシャッターを設けて、その開閉弁又はシャッターを制御装置1000により動作制御させて、洗浄媒体導入順序、開閉時間、噴出圧力、噴出量を任意に制御させることができる。
【0115】
なお、上記した第1実施形態の各ノズル66の先端形状としては、図27(A)〜図27(C)に示されるような形状が好ましい。ノズル形状としては、図27(A)〜図27(C)に示すように、吹き出し口のセパレート数、噴出圧力、噴出時間を変えることによって、ノズルから噴出される流動体のエネルギー密度を変化させ、洗浄対象物に応じて撹拌効率を高める構造を有する。例えば、洗浄対象物の大きさが大きく、構造が単純である場合には、あまり撹拌しなくとも不純物を除去し易いため、図27(A)に示すような単純なノズル形状でも問題ない。一方、洗浄対象物の大きさが小さく構造が複雑である場合には、その大きさ、複雑度に応じてノズル形状も図27(B)、図27(C)などのより撹拌効果の高いものを使用する。また、洗浄対象物が非常に精密な光学部品などや、非常に脆い場合には、ノズル形状、噴出圧力、噴出時間を洗浄対象物に応じて変えることが望ましい。なお、図面上では2次元的にしか示されていないが、実際には3次元的な構造を有している。
【0116】
以下、具体的な実施例により、本発明の上記第1実施形態の効果の説明を行う。
【0117】
(実施例1)
プレス成型加工及び切削加工されたケースの洗浄を行った。洗浄用の液化ガスとしては二酸化炭素を用いて行った。図6に示すように材質はSUS304、大きさはφ:12mm、高さh:5mmの凹部構造を有するケースである。このケースを用いて洗浄プロセスの違いによる残留物(油分)の量とパーティクル量を調べた。洗浄プロセスとしては、▲1▼溶剤洗浄(1−ブロモプロパン)、▲2▼液体状態で温度一定で圧力を変化させた洗浄、▲3▼温度一定で圧力を変化させ、気体状態と液体状態を5回繰り返し状態変化をさせた洗浄、▲4▼超臨界洗浄のみの洗浄、▲5▼▲2▼の工程後超臨界洗浄、▲6▼▲3▼の洗浄後超臨界洗浄、▲7▼超臨界状態で洗浄後液体状態で洗浄の7通りの工程を検討した。それぞれの洗浄工程でケースは100個ずつ洗浄し分析を行った。残留油分分析は溶剤(四塩化炭素)で油分抽出したのちその抽出油分をFT−IR(フーリエ変換赤外分光法)で測定した。またパーティクルについては洗浄後パーティクル検査機(ToPcon製ウェーハ表面検査装置 WM−1700/1500)を用いて測定した。表1にその結果を示す。
【0118】
【表1】

Figure 2004107789
【0119】
以上の結果から、溶剤洗浄と比較すると残留油分量、パーティクル量ともに低い値が得られている。また、圧力を変化させて二酸化炭素の気体状態、液体状態、超臨界状態を組み合わせることで無機物系のパーティクル除去にも更に洗浄効果が向上することがわかった。
【0120】
(実施例2)
実施例1と同様に プレス成型加工及び切削加工されたケースの洗浄を行った。洗浄用の液化ガスとしては二酸化炭素を用いて行った。図6に示すように材質はSUS304、大きさはφ12mm、高さ5mmの凹部構造を有するケースである。このケースを用いて洗浄プロセスの違いによる残留物(油分)の量とパーティクル量を調べた。洗浄プロセスとしては、▲1▼液体状態で圧力一定で温度を変化させた洗浄、▲2▼圧力一定で温度を変化させ、気体状態と液体状態を5回繰り返し状態変化をさせた洗浄、▲3▼超臨界洗浄のみの洗浄、▲4▼▲1▼の工程後超臨界洗浄、▲5▼▲2▼の洗浄後超臨界洗浄の5通りの工程を検討した。それぞれの洗浄工程でケースは100個ずつ洗浄し分析を行った。残留油分分析は溶剤(四塩化炭素)で油分抽出したのちその抽出油分をFT−IR(フーリエ変換赤外分光法)で測定した。またパーティクルについては洗浄後パーティクル検査機(ToPcon製ウェーハ表面検査装置 WM−1700/1500)を用いて測定した。表2にその結果を示す。
【0121】
【表2】
Figure 2004107789
【0122】
以上の結果、温度一定で圧力を変化させて物性変化、状態変化した場合と同様に圧力一定で温度を変化させて洗浄した場合も残留油分量、パーティクル量ともに低い値が得れている。よって、温度を変化させて二酸化炭素の気体状態、液体状態、超臨界状態を組み合わせることで無機物系のパーティクル除去にも洗浄効果が向上することがわかった。
【0123】
(実施例3)
実施例1で検討した洗浄方法で最も効果のあった洗浄工程▲6▼「温度一定で圧力を変化させ、気体状態と液体状態を5回繰り返し状態変化をさせた後超臨界洗浄」を用いて材質の異なるケースを洗浄した。ケースの材質は、▲1▼アルミニウム、▲2▼アルミニウム上に有機膜をコートした複合板、▲3▼ステンレスSUS304、▲4▼Cu、▲5▼Tiである。図7に示すように、ケース形状は縦5mm×横30mm×高さ50mmである。それぞれの洗浄工程でケースは100個ずつ洗浄し分析を行った。洗浄用の液化ガスとしては二酸化炭素を用いて行った。残留油分分析は溶剤(四塩化炭素)で油分抽出したのちその抽出油分をFT−IR(フーリエ変換赤外分光法)で測定した。また、パーティクルについては洗浄後パーティクル検査機(ToPcon製ウェーハ表面検査装置 WM−1700/1500)を用いて測定した。表3にその結果を示す。
【0124】
【表3】
Figure 2004107789
【0125】
以上の結果、残留油分量とパーティクル量と外観検査で判断したが問題なく洗浄効果が得られた。また、材質の異なるケースにおいても外傷を与えることなく洗浄できることが判明した。
【0126】
外見検査、パーティクル量の判断基準は、日本産業洗浄協議会の平成6年度の報告書「一般的な洗浄度評価方法と洗浄度の指標の分類」で示されている「試料2」を用いて説明すると、そこで洗浄度として記されている「一般洗浄」以上を○とした。
【0127】
(実施例4)
実施例1で検討した洗浄方法で最も効果のあった洗浄工程▲6▼「温度一定で圧力を変化させ、気体状態と液体状態を5回繰り返し状態変化をさせた後超臨界洗浄」を用いて材質の異なる部品を洗浄した。ただし、有機物系の材質は金属系及びセラミックス系と比べて弱いので時間を短くした。洗浄用の液化ガスとしては二酸化炭素を用いて行った。部品はプレス成型加工、切削を行って形状を加工したものである。部品の材質は、▲1▼エポキシ樹脂、▲2▼ポリイミド樹脂、▲3▼プラスチック、▲4▼エポキシとガラスバルーンの混合、▲5▼SiO、▲6▼C(カーボン)である。部品形状は、直径φ10.8mm×高さ1.15mmである。外観検査についてはSEM(Scanning Electron Microscopy)を用いて、パーティクルについては洗浄後パーティクル検査機(ToPcon製ウェーハ表面検査装置 WM−1700/1500)を用いて測定した。表4にその結果を示す。
【0128】
【表4】
Figure 2004107789
【0129】
外見検査、パーティクル量の判断基準は、日本産業洗浄協議会の平成6年度の報告書「一般的な洗浄度評価方法と洗浄度の指標の分類」で示されている「試料2」を用いて説明すると、そこで洗浄度として記されている「一般洗浄」以上を○とした。
【0130】
(実施例5)
更に、洗浄効果、特に汚染物の再付着の防止効果を調べるために高圧容器の構造と洗浄対象物の容器固定位置を変えて洗浄を行い残留油分量とパーティクル量測定した。洗浄用の液化ガスとしては二酸化炭素を用いて行った。洗浄工程は実施例1で検討した洗浄方法で最も効果のあった洗浄工程▲6▼「温度一定で圧力を変化させ、気体状態と液体状態を5回繰り返し状態変化をさせた後超臨界洗浄」を用いて洗浄した。部品はプレス成型加工を行って作成したケースで形状は縦5mm×横30mm×高さ50mmである。高圧容器の構造及び洗浄対象物の容器内固定位置を以下のように変えて洗浄を行った。▲1▼液化ガス導入口<洗浄対象物<液化ガス排出口、▲2▼液化ガス導入口>洗浄対象物>液化ガス排出口、▲3▼液化ガス導入口<液化ガス排出口<洗浄対象物、▲4▼洗浄対象物<液化ガス導入口<液化ガス排出口、▲5▼洗浄対象物<液化ガス排出口<液化ガス導入口、▲6▼液化ガス排出口<液化ガス導入口<洗浄対象物の6通りの検討を行った。それぞれの洗浄工程でケースは100個ずつ洗浄し分析を行った。残留油分分析は溶剤(四塩化炭素)で油分抽出したのちその抽出油分をFT−IR(フーリエ変換赤外分光法)で測定した。また、パーティクルについては洗浄後パーティクル検査機(ToPcon製ウェーハ表面検査装置 WM−1700/1500)を用いて測定した。表5にその結果を示す。
【0131】
【表5】
Figure 2004107789
【0132】
以上の結果、高圧容器の構造と浄対象物の容器内固定位置は液化ガス導入口<洗浄対象物<液化ガス排出口にすることで汚染物の再付着防止効果で洗浄効果を向上可能であることがわかった。
【0133】
(実施例6)
凹部構造の深さや形状に依存しないかを調べるために凹部構造の形状や深さを変化させて洗浄効果を検討した。洗浄用の液化ガスとしては二酸化炭素を用いて行った。実施例1で検討した洗浄方法で最も効果のあった洗浄工程▲6▼「温度一定で圧力を変化させ、気体状態と液体状態を5回繰り返し状態変化をさせた後超臨界洗浄」を用いて洗浄した。部品はプレス成型加工を行って作成したケースで形状は▲1▼縦5mm×横30mm×高さ50mm、▲2▼縦5mm×横10mm×高さ5mm、▲3▼縦3mm×横5mm×高さ20mm、▲4▼φ10.8mm×高さ5mm▲5▼φ5mm×高さ5mmである。それぞれのケース形状でケースは100個ずつ洗浄し分析を行った。残留油分分析は溶剤(四塩化炭素)で油分抽出したのちその抽出油分をFT−IR(フーリエ変換赤外分光法)で測定した。またパーティクルについては洗浄後パーティクル検査機(ToPcon製ウェーハ表面検査装置WM−1700/1500)を用いて測定した。表6にその結果を示す。
【0134】
【表6】
Figure 2004107789
【0135】
以上の結果からケース形状にかかわらず洗浄効果が見られた。よって、ケースの形状によらず洗浄できることがわかった。
【0136】
(実施例7)
プレス成型加工及び切削加工されたケースの洗浄工程の検討を行った。洗浄用の液化ガスとしては二酸化炭素と水を用いて行った。材質はSUS304、大きさはφ12mm、高さ5mmの凹部構造を有するケースである。このケースを用いて洗浄プロセスの違いによる残留物(油分)の量とパーティクル量、酸化物の変化、接触角測定による濡れ性を調べた。洗浄プロセスとしては、▲1▼二酸化炭素を用いて、温度一定で圧力を変化させ、気体状態と液体状態を5回繰り返し状態変化をさせた洗浄後超臨界状態へ移行して洗浄、▲2▼▲1▼の洗浄後二酸化炭素を追い出して水を導入して200℃、5Mpaで洗浄、▲3▼▲1▼の洗浄後二酸化炭素中に水を導入して200℃、5Mpaで洗浄、▲4▼水の200℃、5Mpaのみの洗浄の4通りの工程を検討した。それぞれの洗浄工程でケースは100個ずつ洗浄し分析を行った。残留油分分析は溶剤(四塩化炭素)で油分抽出したのちその抽出油分をFT−IR(フーリエ変換赤外分光法)で測定した。またパーティクルについては洗浄後パーティクル検査機(ToPcon製ウェーハ表面検査装置 WM−1700/1500)を用いて測定した。
【0137】
また、酸化物の変化についてはESCA(X線光電子分光法)を用いて測定した(酸化物の判断基準としては、初期値(脱脂処理後)の酸化物ピーク強度を1として、各洗浄後の酸化物ピーク強度を比で示した)。
【0138】
また、接触角については協和界面化学(株)製の自動接触角計CA−Z型を用いて測定した。接触角とは、物質表面の液体に対するなじみやすさ(親和性、又はぬれ性)を表す指標として、一般に用いられる。図8に示すように接触角とは、固体、液体、気体の三相の界面で液滴の接線と固体面とのなす角のことをいい、液体が表面になじみやすくなるにつれて、接触角は小さくなる。
【0139】
表7にその結果を示す。酸化物量は洗浄工程▲1▼を1として規格化した。また、接触角は液体として純水で測定した。
【0140】
【表7】
Figure 2004107789
【0141】
以上の結果、二酸化炭素の洗浄工程と水の200℃、5Mpa洗浄を組み合わせることで油分及び無機物系の酸化物を除去可能であり、さらに接触角も小さくなり濡れ性も改善できることが判明した。
【0142】
本発明の第1実施形態によれば、凹部構造を有する部品を液化ガスや超臨界流体の洗浄媒体を用いて洗浄することで、洗浄効果を向上させることができる。
【0143】
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態で用いられる加圧された流動体、特に超臨界状態の意味について、図29を参照しながら、説明する。
【0144】
この第2実施形態は、第1実施形態で除去した物質を再利用することを考慮したものである。すなわち、従来では、超臨界や亜臨界状態の流体を用いる洗浄において、洗浄効果を高めるためにいろいろな工夫が行われている。例えば、超臨界又は亜臨界状態の流体を急速に状態変化させる方法が開示されている。しかし、これら流体の急激な状態変化は物理的な衝撃を洗浄の対象物に与えるため、部品のゆがみやひどい場合には欠けなどを生じる場合がある。特に、密度の低い部品や、薄板で複雑な構造の凹部を形成した部品などは、その影響を強く受けやすい。
【0145】
一方、プレス成型加工で加工される部品、特に電子部品に関しては、精度を高めるため多くの潤滑油を使用する。このため、加工後部品の洗浄液には潤滑油主成分である炭化水素系有機物が大量に含まれる。さらに潤滑油には、加工精度向上を目的として、炭化水素系有機物以外にも界面活性剤等の有機物が含有されている。ところが、通常の洗浄では炭化水素系有機物と界面活性剤等の有機物を分離することが出来ず、再利用はできなかった。
【0146】
また、洗浄システムが非常に高価で洗浄時間がかかるため、洗浄物としては金型など非常に高価で繰り返し使用される部品が主たる応用であった。
【0147】
これらの問題を解消しようとするものが第2及び第3実施形態である。
【0148】
本発明の加圧流動体による洗浄方法は、加圧された流動体を被洗浄物に接触させることによって被洗浄物の表面に付着する不純物を除去する方法であり、被洗浄物に接触している加圧された流動体の相状態を変化させることなく、その流動体の密度を変化させることを特徴とする洗浄方法である。
【0149】
特に、被洗浄物の密度が流動体の液体密度以下であって、その流動体の圧力、温度の少なくとも一つの条件を変化することによって、流動体の密度を被洗浄物の密度に対して高低を繰り返すことによって洗浄の効果が得る。この際に、加圧された流動体が超臨界流体であるときに、効果が高くなる。
【0150】
また、本発明の加圧流動体による洗浄方法は、加圧された流動体を被洗浄物に接触させることによって被洗浄物の表面に付着する不純物を除去する洗浄方法であり、加圧された第1の流動体の中に浸漬してなる被洗浄物に対して、その第1の流動体に対して密度の異なる加圧された第2の流動体を接触させて洗浄する。その際に、第1の流動体の相状態を変化させることなく、第2の流動体を被洗浄物に接触してなることを特徴とする洗浄方法である。
【0151】
この際に、第2の流動体が超臨界流体であるときに好ましい効果が得られる。特に、被洗浄物の密度が第1の流動体の液体密度以下であって、その被洗浄物の密度よりも密度が低い第2の流動体を被洗浄物に接触してなることで洗浄効果が高くなる。また、第1の流動体と第2の流動体とが同一であって、第1の流動体が液体であり、第2の流動体が超臨界流体である場合に特に好ましい効果が得られる。
【0152】
本発明の加圧流体による洗浄方法では、用いる流動体が二酸化炭素、水、アンモニア、亜酸化炭素、アルコールの少なくとも1つを含むことによって好ましい効果が得られる。
【0153】
また、本発明を適用する被洗浄物の表面に付着する不純物が潤滑油である場合に効果が高くなる。さらに、本発明を適用する被洗浄物が凹部構造を有する部品である場合に効果が高くなる。
【0154】
まず、第2実施形態について説明する。
【0155】
図29は、二酸化炭素や水等の流動体(流体)の状態図を示す。図29において、横軸は温度を表し、縦軸は圧力を表している。温度が臨界温度Tc102で圧力が臨界圧力Pc103の点(Tc、Pc)が臨界点101である。温度が臨界温度Tc102以上で圧力が臨界圧力Pc103以上の範囲が超臨界状態104である。この超臨界状態104においては、流動体が気体105、液体106、固体107とは異なる相である。この超臨界状態は、気体、液体、固体などとは異なる性質を示し流体であることが知られている。例えば、超臨界状態の流体の密度は、気体と液体の中間の値を有し、温度と圧力の条件で調整することも可能である。また、超臨界状態は密度だけでなく、洗浄に関して、イオン積、誘電率、拡散なども制御できるため高い洗浄効果を得る方法として用いることができる。
【0156】
さらに、洗浄に関しては、液体状態は密度が非常の大きいため、洗浄には効果的な流動体であり、場合によっては液体状態を用いることもある。また、超臨界状態だけでなく比較的高温、高圧の領域で、圧力、温度条件が超臨界状態に近い液体状態を亜臨界領域状態と呼ぶことがあり、この加圧された液体状態も洗浄に用いることがある。
【0157】
ここで、例えば、流動体として二酸化炭素の臨界温度Tc102は約31.1℃であり、二酸化炭素の臨界圧力Pc103は約7.38MPaである。水の場合は、臨界温度Tc102は約374.3℃であり、臨界圧力Pc103は約22.1MPaである。
【0158】
流動体としては、常温常圧で気体の物質が好ましく、二酸化炭素、水、アンモニア、亜酸化炭素等が用いられるが、その他に少し温度を上げると飛散するアルコールを用いても良い。中でも、二酸化炭素や水は人体側面においても無害であるため取り扱い性も良い。さらに二酸化炭素は臨界状態では有機物の分解、除去作用を有し、水は酸化物などのエッチング効果を有するため、それぞれの特徴を生かすことで凹部構造を有する部品の洗浄に有効である。
【0159】
本発明の第2実施形態にかかる洗浄方法については、凹部構造を有している部品に適用するのが好ましい。これらの部品は、特に凹部に加工油である潤滑油や不純物(切削くずなど)を付着させやすい。また、この凹部部分は入り組んだ構造であること、加工時に圧力が加わる部分であることから他の平坦な構造部分と比較すると加工油である潤滑油の付着性が高く、洗浄剤などが浸透し難いため洗浄むら、洗浄残りが発生しやすい。そこで、洗浄媒体として浸透性が高く、ある程度の粘性、溶解性を有している液体状態(亜臨界流体を含む)や超臨界状態の加圧された流動体を用いるのが効果が高い。
【0160】
次に、本発明の第2実施形態の加圧流体を用いた洗浄方法について説明する。
【0161】
本発明の第2実施形態である洗浄方法は、加圧された流動体を被洗浄物に接触させることによって被洗浄物の表面に付着する不純物を除去する方法であり、被洗浄物に接触している加圧された流動体の相状態を変化させることなく、その流動体の密度を変化させて洗浄するものである。特に、被洗浄物の密度が流動体の液体密度以下である場合に、その流動体の密度を制御することによって被洗浄物に加わる浮力を変える。それによって流動体の密度が被洗浄物の密度に対して高低を繰り返すのに伴って、流動体中で被洗浄物を上下に運動させ、攪拌効果を生じさせる方法である。この際に、加圧された流動体が超臨界状態の流体である場合には、密度を大きく変化させることができるので好ましい上に、密度変化に伴って誘電率等が変化して溶解性が変化する効果も有している。
【0162】
例えば、二酸化炭素では0.1MPa、30℃での気体の密度が約1kg/mであるのに対して、液体では30℃〜15℃で約600〜1600kg/m、超臨界状態では温度、圧力条件で変わるが臨界圧力以上で約200kg/mから1000kg/m以上まで制御することができる。したがって、被洗浄物はこれらの密度範囲を有するものが好ましい。
【0163】
被洗浄物の密度は、密度が約200kg/mから約1500kg/mの範囲であるものが好ましく、超臨界状態の流動体を用いる場合には、被洗浄物の密度は約200kg/mから約1000kg/mの範囲が好適である。被洗浄物としては、樹脂の成型体や内部に中空構造を有する軽量材からなる部品などが適して用いることができる。被洗浄物としては、例えば、中空ガラスビーズをエポキシ樹脂等で固めた部品は超音波センサの音響整合部品として用いられるが、成型する際に切削加工などによって中空ガラスビーズが切断されたり抜けたりしてビーズサイズの凹部構造が加工表面に形成されている。凹部構造の大きさは、幅、深さが数μmから数百μmであり、その内部に加工時に割れたガラス片が入っていて、単なる浸漬洗浄では除去することが困難である。また、成型時、加工時の残留油成分も表面や内部に存在することがある。これらの汚れを洗浄するのに本発明の効果を発揮できる。なお、適用できるものとしては、これに限定されるものではない。
【0164】
図30,図32,図33は、本発明の第2実施形態にかかる洗浄方法を行う洗浄装置の概略図である。特に、図32と図33は、流動体380の密度によって、被洗浄物214が軽くなったときに密着状態が解けて不純物381を除去しやすくなり、それを繰り返すことによって攪拌効果によって洗浄が行われることを示す図である。
【0165】
この装置は主な構成要素として、洗浄槽の一例は圧力容器210であり、不純物381を回収する分離容器220、流動体380を供給するボンベ(又はタンク)201と液体ポンプ202と、流動体380の温度調整器204と各容器を温度制御する温度制御装置211、221と、圧力制御バルブ203、213、223を制御する圧力制御装置230である。
【0166】
流動体380として二酸化炭素を用い、被洗浄物214として中空ガラスビーズのエポキシ樹脂硬化成型体(密度約550kg/m)を用いて説明する。被洗浄物214を洗浄用治具212内に入れて圧力容器210内に設置し、温度調整器204、圧力制御バルブ203で温度、圧力条件を調整して流動体380を圧力容器210内に液体ポンプ202を用いて導入する。圧力容器210は、容器用の温度制御装置211と圧力制御装置230を用いて洗浄条件を制御する。二酸化炭素は、約47℃、約12MPaの超臨界状態の流動体380として、圧力容器210に送られる。この条件での二酸化炭素の密度は約600kg/mであるために、被洗浄物214は、圧力容器210中では二酸化炭素の流動体に浮いている状態になっている。この初期状態から温度一定で圧力を制御すると、流動体380の密度は約10MPaで約500kg/mになり、被洗浄物214の密度よりも軽くなるために被洗浄物214は沈みはじめる。また、初期状態から圧力一定で温度を制御すると、流動体380の密度は約55℃で約500kg/mになり、被洗浄物214の密度よりも軽くなるために被洗浄物214は沈みはじめる。圧力又は温度、あるいは両者を制御して流動体380の密度を高くしたり低くしたりすることで、被洗浄物214を流動体380中で上がったり下がったりさせることができ(図33参照)、攪拌効果を高めることで洗浄効果を向上させることができる。これによって、超臨界状態の二酸化炭素に溶解しやすい潤滑油などの成分である不純物381は、被洗浄物214の凹部や狭部まで効果的に溶出除去することが容易になる。また、超臨界状態の二酸化炭素に溶解しにくいガラスや樹脂の切削粉などの成分である不純物381は被洗浄物214の凹部や狭部から押し出されて除去することが容易になる。
【0167】
なお、被洗浄物214の密度と流動体380の密度とが大略同一のときは、圧力制御装置230などの制御装置の動作制御の下に、攪拌羽根383を回転させて流動体380を攪拌させることにより、密度変化と同様に、被洗浄物214に加わえる浮力を変えるようにして、上記したような洗浄効果を奏するようにしてもよい。これは、上記した密度の高低ではなく、両者の密度を限りなく近くすることによって、他のメカニカルな作用で被洗浄物214同士の密着を容易に解く例である。この方法によって流動体の密度(圧力、温度)の高低を繰り返す必要が無くなるために、条件の制御は簡便になる。
【0168】
また、さらに外力による機械的な変動としては、メカニカルな攪拌だけでなく流動体のノズル噴射によっても実施することができるため、後述する図31は、本発明の第3実施形態における洗浄装置に適用した例として図36に流動体のノズル噴射とを組み合わせた例を示す。なお、図36において、400は部品毎に洗浄条件を換えるための部品(被洗浄物)情報データベースである。すなわち、情報データベース400内の情報に基づき、被洗浄物214の密度と流動体380の密度とが大略同一のときは、ノズル噴射により、被洗浄物214同士の密着を容易に解くようにしている。この方法によって流動体の密度(圧力、温度)の高低を繰り返す必要が無くなるために、条件の制御は簡便になる。
【0169】
また、本方法では、初期状態で被洗浄物214と加圧された流動体380の密度をほぼ一致させておくことで、圧力、又は温度の条件をわずかに変化させることで、被洗浄物214を加圧された流動体中で上下させることができるため、洗浄効果を発揮させやすくなる。また、図30では、圧力容器210全体の条件を制御する例を示しているが、被洗浄物214の近傍に加熱機構を設置して、被洗浄物214の近傍の温度を上げることでそこのみの密度を低下させて被洗浄物214を沈降させることも可能である。これらの条件は、被洗浄物214に付着している不純物の種類等によって使い分ければ良い。本方法の効果に加えて、圧力容器210の外部又は内部において攪拌効果を補助する機構を設けておけばさらに効果は高まる。これらの機構としては、回転羽根式の攪拌機構や超音波振動子による攪拌機構などを適宜用いることができる。
【0170】
被洗浄物214から除去した不純物を含む超臨界状態の二酸化炭素は、分離容器220へ送られ、圧力を制御して超臨界状態の二酸化炭素の圧力を低下させ、気体状態に戻す。この時、二酸化炭素に溶解している不純物は溶解度の低下に伴って分離するために洗浄残留物222として回収される。また、二酸化炭素に不溶の不純物381は沈降して洗浄残留物222として回収される。圧力容器210と別の容器で不純物381を回収することによって、部品への再付着を防ぐことができる。
【0171】
図30において流動体は、気体状態から排気する形になっているが、この気体状態の二酸化炭素を冷却しながら液体ポンプに送り再度加圧して、再使用することもできる。そのため、連続的な洗浄装置を提供することができる。
【0172】
(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態である洗浄方法について説明する。
【0173】
第3実施形態も加圧された流動体を被洗浄物に接触させることによって被洗浄物の表面に付着する不純物を除去する方法であり、被洗浄物に接触している加圧された流動体の相状態を変化させることなく洗浄効果を高める方法である。本方法では、第1の流動体の相状態を変化させることなく、第2の流動体を被洗浄物に接触させることによって特に優れた効果が得られる。加圧された第1の流動体の中に浸漬してなる被洗浄物に対して、その第1の流動体に対して密度の異なる加圧された第2の流動体を接触させることによって、被洗浄部に噴射や泡沫等による攪拌効果を向上させる。
【0174】
さらに、第2の流動体が超臨界状態の流体である場合には、凹部や狭部を有する部品などの被洗浄物に対しては、超臨界流体の拡散性の高さによって洗浄しにくい部品の奥まで効果的に不純物を除去できる。この際に、加圧された流動体が超臨界状態の流体である場合には、密度を大きく変化させることができるので好ましい上に、密度変化に伴って誘電率等が変化して溶解性が変化する効果も有している。
【0175】
また、第1の流動体と第2の流動体とが同一であって、第1の流動体が液体であり、第2の流動体が超臨界流体である場合に特に好ましい効果が得られる。2つの流動体が異なる場合には両者の溶解性の相違を用いて洗浄効果を高めることができるが、二つの流動体が同じ場合には洗浄後の流動体の再利用をするのに流動体を分離する必要が無く効率的な洗浄が可能になるという利点がある。また、被洗浄物の密度が第1の流動体よりも低く第2の流動体よりも高い場合には、第2実施形態と同様に、第2の流動体が被洗浄物に接触させて浮力を制御することによる攪拌効果を与えることができ、洗浄効果が向上できる。
【0176】
図31は、本発明の第3実施形態の洗浄方法を行う洗浄装置の概略図である。この装置は主な構成要素として、洗浄槽は圧力容器310であり、不純物を回収する分離容器320、第1の流動体を供給するボンベ(又はタンク)301と液体ポンプ302と、第1の流動体の温度調整器304と各容器を温度制御する温度制御装置311、321と、圧力制御バルブ303、313、323を制御する圧力制御装置330である。これに、第2の流動体を供給するボンベ(又はタンク)341を液体ポンプ342と、第2の流動体の温度調整器344と圧力制御バルブ343を制御する圧力制御装置330を用いて被洗浄物314近傍に第2の流動体を接触させる。
【0177】
流動体として二酸化炭素を用い、被洗浄物314としてハット型のSUS(ステンレススチール)ケースに代表される凹部を有するプレス成型加工された部品又は切削加工法によって形成された部品を用いて説明する。被洗浄物314を洗浄用治具312内に入れて圧力容器310内に設置し、温度調整器304、圧力制御バルブ303で温度、圧力条件を調整した流動体を圧力容器310内に液体ポンプ302を用いて導入する。圧力容器310は、容器用の温度制御装置311と圧力制御装置330を用いて洗浄条件を制御する。二酸化炭素は、液体状態で圧力容器310に送り被洗浄物314を浸漬して洗浄に用いる。さらに、圧力容器310中の凹部構造を有する被洗浄物314に対して、第2の流動体を供給するボンベ(又はタンク)341を液体ポンプ342と、第2の流動体の温度調整器344と圧力制御バルブ343を制御する圧力制御装置330を用いて被洗浄物314近傍に噴出し部345を通して第2の流動体としての超臨界状態の二酸化炭素を接触させる。
【0178】
凹部構造を有する被洗浄物314は圧力容器310中に配置しており、第1の流動体中で洗浄されながら、第2の流動体によって洗浄効果を促進することになる。第2の流動体の噴出し部345が、被洗浄物314の開口部に向けて設置している場合は洗浄しにくい奥まで洗浄を行いやすくできる。効果としては、密度の異なる流体の接触による拡散等による攪拌効果とそれに伴う不純物のはく離除去効果、溶解度の異なる流体による様様な溶解度を有する不純物に対する溶解除去効果、両流動体に圧力差がある場合には圧力の均等化への衝撃による振動効果などが働き、洗浄効果が加速されるものと考えられる。これによって、流動体に溶解しやすい潤滑油などの成分は、被洗浄物の凹部や狭部まで効果的に溶出除去することが容易になる。また、流動体に溶解しにくいガラスや樹脂の切削粉などの成分は被洗浄物の凹部や狭部からはく離や押し出されて除去することが容易になる。このときに第2の流動体を接触させるタイミングは連続でも間欠でもよく、一定速度でも、速度変調を行ってもよく、被洗浄物等に応じて設定すればよい。
【0179】
また、被洗浄物314の密度が第1の流動体の液体状態での密度よりも低い場合には、密度の異なる第2の流動体を接触させることによって、第2実施形態と同じ被洗浄物の上下運動による攪拌効果等が得られ、洗浄効果が向上される。
【0180】
また、被洗浄物314から除去した不純物を含む第1の流動体と第2の流動体が混合した流動体は、分離容器320へ送られ、圧力又は温度を制御して混合流動体を分離して回収すると共に、洗浄残留物322を分離回収する。分離した各流動体はそれぞれ加圧して循環利用することができる。また、第1と第2の流動体が同一であれば、洗浄装置及び洗浄操作は簡略化できる。
【0181】
本発明の第2及び第3実施形態にかかる洗浄方法及び洗浄装置で洗浄効果が期待できる部品は主にエレクトロニクス関連に用いられる電子部品及びその関連部品である。特に、プレス成形加工及び切削加工による精密加工部品である。これらの部品は、加工精度を向上させるためには必ず加工油である潤滑油が必要不可欠である。しかし、この加工油の残留が次工程の処理、例えばメッキ処理や接着などの性能特性に影響を与え、デバイス及び製品としての性能や信頼性の低下を引き起こす。そのため、高レベルの残留物除去、すなわち精密洗浄を必要とする部品に効果を発揮する。応用商品としては、超音波センサの整合層や電池の電極(特に二次電池など)。その他としては電池用ケース、HDD用ケース(筐体ともいう)、電解コンデンサ用のケースなどがある。超音波センサ用の整合層などは無機系のガラスバルーンと有機系のエポキシを混合したもの、無機系のガラスバルーンだけのもの、有機系のエポキシだけのものなど様々な素材が用いられる。また、超音波センサ用ケースなどは素材がステンレス、アルミニウム、エポキシ樹脂である。加工はプレス成型加工による深絞りや樹脂成形、切削加工で加工される。電池用ケースについては一般にアルミニウム又は最近ではアルミニウムにメッキを施した多層鋼材が用いられプレレス成型加工で作製される。HDD用ケースとしては素材としてアルミニウムが使用され、最近では特にアルミニウムに有機物系のコートをした複合鋼材が用いられプレス成型加工される。電解コンデンサ用ケースも同様に素材はアルミニウム単体のものやアルミニウム素材の上に有機膜のコートを施した複合鋼板を用いてプレス成形加工される。このように、素材の異なる有機物と無機物が積層された複合材料に対しても工程や使用洗浄媒体であるガス種を選択することで応用可能である。なお、これらの製品分野に限らず、プレス成型加工及び切削加工に加工された凹部構造を有する部品にも効果を有することは論じるまでもない。
【0182】
以下具体的な実施例により、この発明の第2及び第3実施形態の効果の説明を行う。
【0183】
(実施例8)
中空ガラスビーズ(約30μm)をエポキシ樹脂で含浸して加熱硬化した成型体を所定の部品形状に切削加工した後に洗浄を行った。部品形状は直径φ10.8mm×高さ1.15mmであり、密度は約550kg/mであった。この部品は、加工面で中空ガラスビーズが切断されたり、抜けたりしてビーズサイズの凹部構造が多数存在している。
【0184】
なお、洗浄の効果は、外観検査と、表面付着した非溶解性のパーティクル量を測定して評価した。外観検査については目視で欠け、割れ等が無いかを確認し、パーティクルについては洗浄後に実体光学顕微鏡及び走査型電子顕微鏡によって部品表面及び凹部内部の不純物の存在を観察した。
【0185】
洗浄は、上記の部品100個ずつをカゴ状の洗浄用治具に入れて、流動体として二酸化炭素を用いて行った。以下の洗浄方法について比較した。
【0186】
(1)洗浄なし(2)超臨界状態の二酸化炭素(約57℃、13MPa、密度約550kg/m)中に浸漬後、10分間隔で12MPaと14MPaの間の昇降圧を繰返して3時間洗浄(3)超臨界状態の二酸化炭素(約47℃、12MPa、密度約600kg/m)中に3時間浸漬洗浄(4)液体状態の二酸化炭素(約20℃、密度約750kg/m)に1時間浸漬後、上記(2)の条件で洗浄(5)超臨界状態の二酸化炭素(約47℃、12MPa、密度約600kg/m)中に1時間浸漬後、温度一定で急激に圧力開放をして容器内を気体状態にすることを3回繰返して洗浄した結果を表8に示す。
【0187】
【表8】
Figure 2004107789
【0188】
この部品の場合には、洗浄を行っても、(3)、(4)のように単に部品を加圧した二酸化炭素に浸漬しておくだけでは、不純物、特に二酸化炭素に不溶性のものについては洗浄効果が低いことがわかった。これは、部品が流体に浮いてしまっており、部品同士が重なってしまい、その重なりの部分が離れずに洗浄されないためである。また、流体に接触しておくだけでは、部品の微小な凹部の奥まで不純物除去が難しいことがわかった。また、(5)のように、流体の急激な相変化を生じさせることは、その衝撃で不純物の除去は促進されるが、密度の低い本部品では、部品同士の衝突による欠けや割れが見られるものがあった。
【0189】
これらに対して、本発明の洗浄方法である(2)では、凹部まで良好に洗浄が行われていることがわかった。この効果は、圧力容器の内部を観察した結果、加圧された二酸化炭素の密度が変化することによって部品が上下して接触面が離れるとともに、それに伴う攪拌効果が作用するために生じるものであることがわかった。
【0190】
(実施例9)
プレス成型加工及び切削加工されたケースの洗浄を行った。材質はSUS304、大きさはφ12mm、高さ5mmの凹部構造を有するケースである。
【0191】
なお、洗浄の効果は、ケースは100個ずつ洗浄し分析を行い、外観検査と、残留油分検査と、表面付着した非溶解性のパーティクル量を測定して評価した。外観検査については目視で欠け、割れ等が無いかを確認した。残留油分分析は溶剤(四塩化炭素)で油分抽出したのちその抽出油分をFT−IR(フーリエ変換赤外分光法)で測定した。また、パーティクルについては洗浄後パーティクル検査機(Topcon製ウェーハ表面検査装置WM−1700/1500)を用いて測定した。
【0192】
洗浄は、上記の部品100個ずつをカゴ状の洗浄用治具に入れて、1つの流動体だけを用いる場合には二酸化炭素を用いた。また、2つの流動体を用いる場合には、第1の流動体として液体状態の二酸化炭素、第2の流動体として超臨界状態の二酸化炭素を用いて行った。以下の洗浄方法について比較した。
【0193】
(1)液体状態の二酸化炭素(約20℃)に浸漬した状態で、超臨界状態の二酸化炭素(約47℃、12MPa)を噴出して部品にあてながら、3時間洗浄(2)超臨界状態の二酸化炭素(約47℃、12MPa)中に3時間浸漬洗浄(3)液体状態の二酸化炭素(約20℃)に1時間浸漬後、上記(2)の条件で洗浄(4)超臨界状態の二酸化炭素(約47℃、12MPa)中に1時間浸漬後、温度一定で急激に圧力開放をして容器内を気体状態にすることを3回繰返して洗浄した結果を表9に示す。
【0194】
【表9】
Figure 2004107789
【0195】
いずれの方法も外観は油分の付着による変色は見られず、加圧した二酸化炭素を用いることで残留油分量は少なくすることができていた。しかし、二酸化炭素に不溶性のパーティクルについては浸漬のみの洗浄では、効果が小さいことがわかった。特に、凹部構造の内部に存在していることが観察された。これらに対して、本発明の洗浄方法である(1)では不純物の除去に対して良好に洗浄が行われていることがわかった。
【0196】
【発明の効果】
本発明によれば、凹部構造を有する部品に対して加圧された流動体の密度を制御して接触させることによって、加圧された流動体の溶媒効果による流動体に溶解する潤滑油などの不純物を効率的に除去することができる。さらに、部品に接触させる流動体の密度を制御して攪拌効果を持たせることによって、流動体に不溶の不純物を効率的に除去することができる。したがって、本発明では洗浄処理において、その部品に適した洗浄条件の最適化によって、加圧された流動体の溶媒効果に加えて、攪拌効果を同時に与えることでき、効率的な部品の洗浄を行わせることができため、工業的に価値の大なるものである。
【0197】
また、上記した密着を解くための技術を応用することにより、表面改質するために被処理物と被処理物の接している密着を解くことによって、被処理物の表面を均質に、水酸基などの形成による親水化、表面処理剤などによる撥水化、撥油化、表面への他材料のコートすることなどに応用することも可能である。なお、表面改質については、第2流動体を噴射するケースでは、この流動体に処理剤を添加しておくことで、効率的に表面改質が可能になるという効果を得ることもできる。また、抽出するために被処理物と被処理物の接している密着を解くことによって、被処理物の内部からの成分抽出を効率的に行うことが可能になり、潤滑油などの油脂抽出、植物等からのエキス抽出、香料抽出などにも適用することができる。
【0198】
上記表面改質では、洗浄処理物であるケースと不純物である潤滑油とCOとを加圧することで、流動体であるCOの特性が潤滑油など油脂分と親和性になる(溶解度が高くなる)ことを利用している。
【0199】
上記抽出では、ミクロ的には分子同士の密着を解き、マクロ的には溶解させるように、COの温度と圧力を変化させることで、抽出する対象物のCOへの溶解度を変える(言い換えれば、溶媒であるCOの密度を変える)ことを利用して、溶媒中に抽出する対象物を溶かしたのち、温度と圧力を下げて、抽出する対象物を析出させて抽出している。
【0200】
なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
【0201】
本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態における洗浄媒体の状態図である。
【図2】(A),(B),(C),(D)は、本発明の第1実施形態における凹部構造を有する部品の例を示す断面図及び斜視図である。
【図3】本発明の第1実施形態のおける洗浄システムを示す説明図である。
【図4】(A),(B)は、本発明の第1実施形態における洗浄工程を示すグラフである。
【図5】本発明の第1実施形態のおける洗浄状態を示す断面図である。
【図6】本発明の第1実施形態の実施例1における洗浄対象物を示す説明図である。
【図7】本発明の第1実施形態の実施例3における洗浄対象物を示す斜視図である。
【図8】本発明の第1実施形態の実施例3における接触角を説明する説明図である。
【図9】水の物性の温度依存性を示す説明図である。
【図10】(A),(B)は、マクロ的に汚れが残りやすい部分を矢印で示す説明図とミクロ的に汚れが残りやすい部分を矢印で示す説明図である。
【図11】マクロ的に汚れが残りやすい部分を矢印で示す説明図である。
【図12】本発明の第1実施形態の洗浄方法における洗浄対象物の他の例である超音波センサーケースの概略断面図である。
【図13】本発明の第1実施形態の洗浄方法における圧力制御時のタイムチャートである。
【図14】本発明の第1実施形態の洗浄方法における温度制御時のタイムチャートである。
【図15】本発明の第1実施形態の変形例にかかる洗浄装置において2層式のチャンバーを用いて圧力を高めるときの説明図である。
【図16】本発明の第1実施形態の変形例にかかる洗浄装置において2層式のチャンバーを用いて圧力を下げるときに2層に分けている扉を開いた状態の説明図である。
【図17】本発明の第1実施形態の変形例にかかる洗浄装置において液体状態で熱媒体を供給する状態の説明図である。
【図18】本発明の第1実施形態の変形例にかかる洗浄装置において気体状態で熱媒体を供給する状態の説明図である。
【図19】本発明の第1実施形態の洗浄装置の制御装置と温度制御用リレーと圧力制御用リレーとの関係を示す説明図である。
【図20】本発明の第1実施形態の変形例にかかる洗浄装置において洗浄効率を高めるために掻き回し用のプロペラを回転させる状態の説明図である。
【図21】本発明の第1実施形態の変形例にかかる洗浄装置において洗浄効率を高めるために掻き回し用のプロペラを回転させる状態の説明図である。
【図22】本発明の第1実施形態の変形例にかかる洗浄装置において洗浄効率を高めるために掻き回し用のプロペラを回転させる状態の説明図である。
【図23】本発明の第1実施形態の変形例にかかる洗浄装置において洗浄効率を高めるために掻き回し用のプロペラを回転させるとともにノズルからも洗浄媒体を供給する状態の説明図である。
【図24】本発明の第1実施形態の変形例にかかる洗浄装置において洗浄効率を高めるためにノズルから洗浄媒体を供給する状態の説明図である。
【図25】本発明の第1実施形態の変形例にかかる洗浄装置において洗浄効率を高めるために掻き回し用のプロペラを回転させるとともに超音波センサーから超音波を供給する状態の説明図である。
【図26】本発明の第1実施形態の変形例にかかる洗浄装置において洗浄効率を高めるために超音波センサーから超音波を供給する状態の説明図である。
【図27】(A),(B),(C)は、本発明の第1実施形態の変形例にかかる洗浄装置での様々なノズル形状を示す概略断面図である。
【図28】本発明の第1実施形態の変形例にかかる洗浄装置において洗浄効率を高めるために複数のノズルから洗浄媒体を順に供給して対流を生じさせる状態の説明図である。
【図29】二酸化炭素や水等の流動体(流体)の状態図である。
【図30】本発明の第1実施形態における洗浄装置の概略図である。
【図31】本発明の第2実施形態における洗浄装置の概略図である。
【図32】被洗浄物の密度が流動体の密度よりも大きい場合の被洗浄物と流動体との関係を示す概略説明図である。
【図33】被洗浄物の密度が流動体の密度よりも小さい場合の被洗浄物と流動体との関係を示す概略説明図である。
【図34】被洗浄物の密度と流動体の密度とが大略等しくかつプロペラを回転させない場合の被洗浄物と流動体との関係を示す概略説明図である。
【図35】被洗浄物の密度と流動体の密度とが大略等しくかつプロペラを回転させる場合の被洗浄物と流動体との関係を示す概略説明図である。
【図36】図30の洗浄装置に情報データベースを設けた場合の概略図である。
【符号の説明】
1 洗浄槽(高圧容器)
1a 導入口
1b 排出口
2 液化供給槽
3 洗浄媒体供給部(液体ポンプ)
4 ヒータコントローラー
5 ヒータ
6 廃液回収層
7 気化器
8 回収部
26 付着物
27,28,29,30,32 部品
31 洗浄対象物
101 臨界点
102 臨界温度Tc
103 臨界圧力Pc
104 超臨界状態
201 流動体の供給ボンベ(またはタンク)
202 液体ポンプ
203 圧力制御バルブ
204 温度調整器
210 圧力容器
211 温度制御装置
212 洗浄用治具
213 圧力調整バルブ
214 被洗浄物(部品)
220 分離容器
221 温度制御装置
222 洗浄残留物
223 圧力調整バルブ
230 圧力制御装置
301 第1の流動体の供給ボンベ(またはタンク)
302 液体ポンプ
303 圧力制御バルブ
304 温度調整器
310 圧力容器
311 温度制御装置
312 洗浄用治具
313 圧力調整バルブ
314 被洗浄物(部品)
320 分離容器
321 温度制御装置
322 洗浄残留物
323 圧力調整バルブ
330 圧力制御装置
341 第2の流動体の供給ボンベ(またはタンク)
342 液体ポンプ
343 圧力制御バルブ
344 温度調整器
380 流動体
381 不純物
1000 制御手段[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for cleaning an object to be cleaned (for example, a part having a concave structure) such as a precision machined part used in connection with an electronic component, using a pressurized fluid.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, three steps of “cleaning”, “rinsing”, and “drying” are indispensable after processing a component created by machining and pressing, particularly a precision component used for an electronic component. In particular, in the case of precision parts requiring a high cleaning effect, a cleaning agent having a high cleaning ability is of course required, but the final drying step is extremely important. From such a background, in the final step of the precision cleaning field, lubricating oil as a processing oil has been removed by using steam cleaning of Freon 113, 1,1,1-trichloroethane. However, Freon 113 and 1,1,1-trichloroethane cause ozone layer depletion in the environment. In addition, 1,1,1-trichloroethane has a significant effect on the central nervous system of the human body, and further increasing the concentration causes unconsciousness and respiratory arrest. For the above reasons, the regulation on CFCs began in Japan in July 1989, and production was completely abolished in 1995.
[0003]
With the elimination of CFCs 113, 1, 1, 1-trichloroethane, liquid detergents as alternatives to ozone-depleting substances have recently been studied. For non-aqueous solvents, bromine solvents (1-bromopropane and propylpromide), hydrocarbon solvents (normal paraffin, isoparaffin, naphthene, and aromatic), iodine solvents (perfluoro-n-propyl iodide, Fluoro-n-butyl iodide, perfluoro-n-hexyl iodide), chlorinated solvents (aliphatic trichloroethylene, tetrachloroethylene, methylene chloride, trans-1,2-dichloroethylene and aromatic monochlorotoluene, benzotrifluoride) , Para-chlorobenzotrifluoride (PCBTF), 3,4-dichlorobenzotrifluoride (3,4-DCBTF), fluorinated solvents (HCFC-255ca, HCFC-141b, HCFC-123, HCFC-123, HFC-based HFC − 310mee, HFC-356mcf, HFC-338pcc, HFE-based HFE-7100, HFE-7200, cyclic HFC-based OFCPA), siloxane-based solvent (volatile methylsiloxane-based (VMS), dodecamethylcyclohexasiloxane, hexamethyldi- Siloxane, decamethyltetrasiloxane), ketone solvents (methyl ethyl ketone (MEK)), and alcohol solvents (ethanol, isopropanol (IPA), and pentafluoropropanol (5FP)) are used.
[0004]
Examples of the semi-water system include hydrocarbons (normal paraffin, isoparaffin, naphthene, and aromatic), glycol ethers (ethylene glycol ether, isoprene glycol ether), and N-methyl-2-virolidone (NMP). ), Terbenzenes (d-limonene), and siloxanes (volatile methylsiloxanes: VMS, dodecamethylcyclohexane, hexamethyldisiloxane, decamethyltetrasiloxane).
[0005]
Water-free (deoxygenated water, deionized water, ultrapure water), those with improved detergency by additives (alkaline, acidic, ionic surfactants, nonionic surfactants, higher alcohols) Surfactant, ozone-added ultrapure water) and the like.
[0006]
As described above, a number of CFC substitute liquid detergents have been manufactured, and a cleaning method using them has been used for precision parts.
[0007]
As shown in Patent Document 1 (JP-A-9-263994), in a battery case, instead of an organic solvent, annealing is performed at a very high temperature of 700 to 900 ° C. to burn off a lubricating oil as a processing oil. We use cleaning that is harmful. However, in the aluminum plate for film lamination used for aluminum electrolytic capacitors, dirt such as rolling oil and metal powder adhering to the surface of the rolled plate is seized during annealing, which causes defects such as poor appearance and poor adhesion. Therefore, in Patent Document 2 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-272015), in the annealing of the softening treatment, the surface of the aluminum plate is washed with a mineral acid or an organic acid or a mixed acid thereof before the annealing, and then the annealing treatment is performed.
[0008]
Recently, the following method has been disclosed for cleaning a battery case. In Patent Literature 3 (International Publication No. WO97 / 42668), Patent Literature 4 (International Publication No. WO97 / 42667), Patent Literature 5 (International Publication No. WO98 / 10475) and the like, a steel sheet is formed using an organic solvent or an alkaline degreasing agent. Degreased, acid-washed, heat-treated after plating, heated to the melting point of the petroleum wax-based lubricant to be applied, and the surface-treated steel sheet coated with the molten lubricant on its surface is deep drawn, DI (Drawn & Ironed) It is used for processing, DS (Dry Sanding) processing, and DTR (Drawing & Thin Redrawing). Most of this lubricating oil can be volatilized and removed by heating at a temperature of 200 to 350 ° C. after processing and molding, so that cleaning after processing can be simplified.
[0009]
Further, in Patent Document 6 (Patent No. 3234541), an organic resin film containing a lubricant is formed on one or both sides of an aluminum alloy material such as an HDD (hard disk drive) housing, an electrolytic capacitor, and a precision electronic component. A method is disclosed in which a molding lubricant is improved, a volatile lubricant is applied to the surface thereof, and the lubricant is heated and volatilized and removed after processing.
[0010]
As another cleaning method, as described in Patent Document 7 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-225382), when a metal part or a mold is cleaned with water in a supercritical or subcritical state, an organic or a metal acting as a cleaning component is used. It has been proposed to clean and remove dirt by coexisting with an inorganic reducing agent without changing the state of the mold surface or being damaged by a contact object. Further, Patent Document 8 (Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 59-502137) proposes a cleaning method for removing organic substances using a supercritical gas. Further, Patent Document 9 (Japanese Patent No. 2832190) discloses a method of improving a cleaning effect by rapidly changing a state of a fluid in a supercritical or subcritical state.
[0011]
[Patent Document 1]
JP-A-9-263994
[Patent Document 2]
JP-A-6-272015
[Patent Document 3]
WO 97/42668 pamphlet
[Patent Document 4]
WO 97/42667 pamphlet
[Patent Document 5]
WO98 / 10475 pamphlet
[Patent Document 6]
Patent No. 3234541
[Patent Document 7]
JP 2000-225382 A
[Patent Document 8]
JP-T-59-502137
[Patent Document 9]
Japanese Patent No. 2832190
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the lubricating oil for improving the moldability is indispensable in the molding process, and it is not an exaggeration to say that the development of the lubricating oil is the key to the development of the more advanced molding process. However, when the processed precision parts are used as a product, the lubricating oil used in the molding process, if not completely removed, causes a product defect such as deterioration of product performance or contamination. Therefore, in the molding process, it is essential to develop a cleaning method for completely removing the lubricating oil as well as applying the lubricating oil.
[0013]
Regarding the cleaning method using a solvent, particularly for degreasing, a solvent that does not affect the ozone layer destruction, such as an alternative fluorocarbon agent, is used in consideration of the environment, but the effect on the human body is not well understood. For example, 2-bromopropane is an existing substance that has been used as an intermediate for pharmaceuticals, agricultural chemicals, and photosensitizers, as an alkylating agent, and the like. In addition, the time and cost required for cleaning become very problematic. The type of product used for the molded part determines the cleaning level after processing. Therefore, it is desirable to use a solvent having a high detergency, but a solvent having a high detergency has a very high risk of giving a human body surface as described above. Therefore, a solvent having a low risk has a low detergency, so that the time and process (the number of times of cleaning) must be increased.
[0014]
For example, those that are plated after processing, such as battery cases and aluminum electrolytic capacitors, require precise cleaning.To perform degreasing, impurity removal, and activation, it takes a long time to perform the cleaning process. It costs. It is important to prevent degassing during use of a housing or the like used in an HDD, and degreasing treatment is regarded as important. In the case of solvent cleaning, handling is very complicated in terms of management such as solvent management (the Fire Service Law), treatment of the human body (Labor Safety and Sanitation Law), and waste liquid collection processing. The efficiency was reduced.
[0015]
Therefore, as a method of simplifying the cleaning method using a solvent as much as possible or eliminating the need for solvent cleaning, a method of evaporating the volatile lubricating oil by annealing after processing with a combination of an organic resin film and a volatile lubricating oil is used. It is being used. However, this method also does not completely evaporate the lubricating oil. At the micro level, oil or impurities slightly remain on the processed surface. In particular, in the case of deep drawn parts that have been press-formed, parts having a complicated structure such as a concave part, even if annealed to evaporate the lubricating oil, cannot completely evaporate due to the structure. In many cases, impurities are imprinted on the grain boundaries of stainless steel etc. and impurities remain.If annealing is performed in the presence of even a small amount of residue such as oil or impurities, the oil etc. may be carbonized or impurities may seize. In addition, the performance of products applied due to defects due to stains and unevenness and degassing was reduced. Moreover, even in the case of surface-treated steel sheets that are used to simplify cleaning after processing or to prevent deterioration in product performance without using precision cleaning, conventional organic solvents or alkaline degreasing agents are used during the production of surface-treated steel sheets. Since it is degreased, acid-washed, and plated, and then heat-treated, the effect on the environment and human body is hardly improved by the difference between washing before processing or washing after processing. .
[0016]
As another cleaning method in consideration of environmental aspects, a cleaning method of cleaning with supercritical or subcritical carbon dioxide or water has been proposed. In this method, carbon dioxide or water in supercritical or subcritical state is made to coexist with an organic or inorganic reducing agent acting as a cleaning component, so that cleaning can be performed without causing a change in the surface state of the mold and damage due to a contact object. It is only applied to precision molds such as plastic molded lens prisms and parts around the molds that are considered important. In these methods, the recycling of the removed material is not considered. Furthermore, in cleaning using a fluid in a supercritical or subcritical state, various devices have been devised to enhance the cleaning effect. For example, a method for rapidly changing a fluid in a supercritical or subcritical state is disclosed. However, a sudden change in the state of these fluids exerts a physical impact on the object to be cleaned, so that parts may be distorted or chipped if severe. In particular, low-density parts and parts having a thin plate having a concave portion with a complicated structure are easily affected by the influence.
[0017]
On the other hand, many lubricating oils are used for components processed by press molding, especially for electronic components, in order to improve accuracy. For this reason, the cleaning liquid for the processed parts contains a large amount of hydrocarbon-based organic substances, which are the main components of the lubricating oil. Further, the lubricating oil contains an organic substance such as a surfactant in addition to the hydrocarbon-based organic substance for the purpose of improving processing accuracy. However, normal washing cannot separate hydrocarbon-based organic substances and organic substances such as surfactants, and thus cannot be reused.
[0018]
In addition, since the cleaning system is very expensive and requires a long cleaning time, parts that are very expensive and are used repeatedly, such as molds, are mainly used as cleaning objects.
[0019]
Therefore, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and a cleaning method using a pressurized fluid that can improve a cleaning effect by cleaning an object to be cleaned using a pressurized fluid. Is to provide.
[0020]
[Means to solve the problem]
The cleaning method using a pressurized fluid according to the present invention is a cleaning method for removing impurities adhering to the surface of the object to be cleaned by bringing the pressurized fluid into contact with the object to be cleaned. Is less than or equal to the liquid density of the fluid, the pressure of the fluid, by changing at least one condition of the temperature, the density of the fluid is repeatedly high and low with respect to the density of the object to be washed, This is a cleaning method using a pressurized fluid in which the fluid is brought into contact with an object to be cleaned.
[0021]
The cleaning method using a pressurized fluid according to the present invention is a cleaning method for removing impurities attached to the surface of the object to be cleaned by bringing the pressurized fluid into contact with the object to be cleaned. Is less than the liquid density of the fluid, and by changing at least one condition of the pressure and temperature of the fluid, the density of the object to be cleaned is substantially equal to the liquid density of the fluid. A cleaning method using a pressurized fluid in which the fluid is subjected to fluctuation by an external force to bring the fluid into contact with the object to be cleaned.
[0022]
At this time, the effect is enhanced when the pressurized fluid is a supercritical fluid.
[0023]
Further, the cleaning method using the pressurized fluid of the present invention is a cleaning method for removing impurities attached to the surface of the object to be cleaned by bringing the pressurized fluid into contact with the object to be cleaned. The object to be cleaned immersed in the first fluid is washed by bringing the first fluid into contact with a pressurized second fluid having a different density. At this time, a cleaning method is characterized in that the second fluid is brought into contact with the object to be cleaned without changing the phase state of the first fluid.
[0024]
At this time, a favorable effect is obtained when the second fluid is a supercritical fluid. In particular, the cleaning effect is obtained by contacting the second fluid having a density lower than the liquid density of the first fluid with the density of the first fluid and having a lower density than the density of the fluid to be cleaned. Will be higher. In addition, a particularly preferable effect is obtained when the first fluid and the second fluid are the same, the first fluid is a liquid, and the second fluid is a supercritical fluid.
[0025]
In the cleaning method using a pressurized fluid of the present invention, a preferable effect is obtained when the fluid used contains at least one of carbon dioxide, water, ammonia, carbon suboxide, and alcohol.
[0026]
Further, the effect is enhanced when the impurities adhering to the surface of the object to be cleaned to which the present invention is applied are lubricating oils. Further, the effect is enhanced when the object to be cleaned to which the present invention is applied is a part having a concave structure.
[0027]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Before continuing the description of the present invention, the same parts are denoted by the same reference numerals in the accompanying drawings.
[0028]
Hereinafter, before describing embodiments of the present invention with reference to the drawings, an outline of the present invention will be described.
[0029]
The first invention of the present invention is a cleaning method for removing at least deposits adhering to the surface of the concave structure of a component having a concave structure, wherein a cleaning medium is uniformly spread over the surface of the concave structure using a supercritical gas or a liquefied gas. Is a cleaning method for performing cleaning as described above.
[0030]
The second invention of the present invention is the cleaning method according to the first invention, wherein the cleaning is performed such that the cleaning medium is evenly distributed over the entire surface of the component having the concave structure.
[0031]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a cleaning method for removing at least a substance adhering to at least the surface of the concave structure of a part having a concave structure, wherein the part having the substance adhered is stored in a cleaning tank, and the part is cleaned in the cleaning tank. A medium is introduced, the parts are present in the cleaning medium atmosphere, and the temperature and pressure of the cleaning medium are changed to alternately change the cleaning medium between a liquid state and a gas state, thereby forming the concave structure. This is a cleaning method in which the cleaning medium is evenly distributed over the surface to perform cleaning.
[0032]
With this configuration, the cleaning efficiency is improved by controlling physical properties such as density and viscosity in a liquid state, and utilizing physical energy contributing to a change in the state of a liquid, gas, or supercritical state.
[0033]
According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect, after the cleaning medium is alternately changed between a liquid state and a gas state, the cleaning medium is changed to a supercritical state to clean the concave structure surface. This is the cleaning method to be performed.
[0034]
According to a fifth aspect of the present invention, in the third aspect, after the cleaning medium is alternately changed between a liquid state and a gas state, the cleaning medium is changed to a sub-supercritical state to change the surface of the concave structure. This is a cleaning method for performing cleaning.
[0035]
A sixth invention of the present invention is the cleaning method according to the third or fourth invention, wherein the pressure is changed from the liquid state to the cleaning medium at a constant temperature and the gas state and the liquid state are alternately and repeatedly changed.
[0036]
A seventh aspect of the present invention is the cleaning method according to the third or fourth aspect, wherein the pressure is changed at a constant temperature with respect to the cleaning medium to alternately repeat the gas state and the liquid state to change the state.
[0037]
According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a cleaning method for removing at least a substance adhering to at least the surface of the concave structure of a part having the concave structure, wherein the part having the substance adhering is housed in a cleaning tank, and the part is cleaned in the cleaning tank. The medium is introduced and the parts are present in the cleaning medium atmosphere, the temperature and pressure of the cleaning medium are changed to change the cleaning medium to a supercritical state, and the cleaning medium is evenly distributed over the concave structure surface. Is a cleaning method for performing cleaning as described above.
[0038]
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a cleaning method for removing at least deposits adhering to at least the surface of the concave structure of a component having a concave structure. The medium is introduced and the parts are present in the cleaning medium atmosphere, the temperature and pressure of the cleaning medium are changed to change the cleaning medium to a supercritical state, and the cleaning medium is evenly distributed over the concave structure surface. After the cleaning is performed as described above, a liquid cleaning method is further performed.
[0039]
A tenth aspect of the present invention is the cleaning method according to any one of the first to ninth aspects, wherein the cleaning medium is carbon dioxide gas or water.
[0040]
An eleventh invention of the present invention is directed to a cleaning method for removing at least a substance adhering to at least the surface of the concave structure of a part having a concave structure, wherein the part having the substance adhering is housed in a cleaning tank, and the part is cleaned in the cleaning tank. Carbon dioxide is introduced as a medium, the parts are present in the cleaning medium atmosphere, the temperature and pressure of the cleaning medium are changed to change the cleaning medium to a supercritical state, and the cleaning medium is formed on the concave structure surface. Is a cleaning method in which water is newly introduced as a cleaning medium, and water as the cleaning medium is changed to a supercritical state to clean the surface of the concave structure.
[0041]
A twelfth aspect of the present invention provides a cleaning tank, a cleaning medium supply unit for supplying a cleaning medium to the cleaning tank, a heating device for changing the temperature of the cleaning medium, and a pressurizing device for changing the pressure of the cleaning medium. And a control means for controlling the cleaning medium supply unit, the heating device, and the pressurizing device, and by controlling at least one of the heating device and the pressurizing device, a concave structure accommodated in the cleaning tank is provided. This is a cleaning apparatus that performs cleaning by using a supercritical gas or a liquefied gas as an object to be cleaned so that the cleaning medium is evenly distributed on the surface of the concave structure.
[0042]
According to a thirteenth aspect of the present invention, in the twelfth aspect, by controlling at least one of the heating device and the pressurizing device, the cleaning medium is changed alternately between a liquid state and a gas state, This is a cleaning device for cleaning the surface of the concave structure by changing the cleaning medium to a supercritical state or a subcritical state.
[0043]
According to a fourteenth aspect of the present invention, there is provided a cleaning tank having an inlet for introducing a cleaning medium and an outlet for discharging the cleaning medium and storing an object to be cleaned, and supplying the cleaning medium to the cleaning tank via the inlet. Cleaning medium supply unit, a heating device for changing the temperature of the cleaning medium, a pressurizing device for changing the pressure of the cleaning medium, and control means for controlling the cleaning medium supply unit, the heating device, and the pressurizing device And an extraction / collection container as an example of a collection unit that collects a cleaning medium discharged from the discharge port and collects a removed substance after cleaning, and controls at least one of the heating device and the pressurizing device. By doing so, using a supercritical gas or a liquefied gas to clean the object to be cleaned having a concave structure accommodated in the cleaning tank, the cleaning is performed so that the cleaning medium spreads evenly over the concave structure surface, and the introduction port is Exhaustion Located below the mouth, the discharge port is a cleaning device which is located above the object to be cleaned.
[0044]
A fifteenth invention of the present invention is the cleaning method according to any one of the first to eleventh inventions, wherein the component having the concave structure is a structure formed by press molding or cutting. .
[0045]
According to a sixteenth aspect of the present invention, in any one of the first to eleventh aspects, the component having the concave structure is a structure formed by a press forming method or a cutting method, and the structure is mainly A cleaning method comprising a metal material.
[0046]
A seventeenth aspect of the present invention is the cleaning method according to the sixteenth aspect, wherein the metal material forming the component having the recessed structure is mainly composed of Fe, Al, Cu, or Ti. .
[0047]
According to an eighteenth aspect of the present invention, in any one of the first to eleventh aspects, the component having the concave structure is a structure formed by a press molding method or a cutting method, and the structure is mainly A cleaning method characterized by comprising an organic material.
[0048]
A nineteenth aspect of the present invention is the cleaning method according to the eighteenth aspect, wherein a main component of the organic material forming the component having the concave structure is polyimide or epoxy.
[0049]
According to a twentieth aspect of the present invention, in any one of the first to eleventh aspects, the component having the concave structure is a structure formed by a press molding method or a cutting method, and the structure is mainly A cleaning method comprising a ceramic material.
[0050]
According to a twenty-first aspect of the present invention, in the twentieth aspect, the ceramic material forming the component having the concave structure has SiO 2 as a main component. 2 , PZT, Ag, or C.
[0051]
According to a twenty-second aspect of the present invention, in any one of the first to eleventh aspects, the component having the concave structure is mainly a composite of a metal and an organic material, a composite of a mainly organic material and a ceramic material, or This is a cleaning method mainly composed of a composite of metal, organic material and ceramic material.
[0052]
According to a twenty-third aspect of the present invention, in any one of the first to eleventh aspects, the component having the concave structure is a matching layer for an ultrasonic sensor, or an electronic component, an ultrasonic sensor, a battery, an HDD ( This is a cleaning method characterized by being various cases for a hard disk drive) and an electrolytic capacitor.
[0053]
Here, as a cleaning medium, for example, a supercritical state or a liquid state (including a subcritical state) of a liquefied gas is used. The type of liquefied gas is mainly carbon dioxide (CO 2 ) Or water (H 2 O) A simple substance or a mixture of carbon dioxide and water is used. Select which cleaning medium to use or combine a hard cleaning medium, depending on the main material and contaminant composition of the part.
[0054]
For example, if the main component of the cleaning component is a metal and the contaminants are organic and inorganic oxides such as oils and fats, first clean the organic dirt using carbon dioxide, then introduce water. An inorganic oxide or the like is removed by etching.
[0055]
Further, the present invention improves the cleaning efficiency by controlling physical properties such as density and viscosity in a liquid state, and utilizing physical energy contributing to a change in the state of a liquid, gas, or supercritical state. In particular, in the liquid state of carbon dioxide, by controlling the temperature or pressure in the container, it is easy to control the physical properties such as the density and viscosity of the liquid and to control the state of the gas state, liquid state, and supercritical state. Relatively normal temperature and near atmospheric pressure, easy to handle.
[0056]
There are few adverse effects on the environment and human body. By appropriately combining physical properties and state changes according to the object to be cleaned, physical energy generated due to the physical properties and state changes is given to contaminants (processing oil, cutting waste, etc.) to remove or remove The adhesion of contaminants to water can be reduced and the cleaning efficiency can be improved. For example, the liquid state of carbon dioxide is first introduced into the high-pressure vessel, and the temperature or the pressure is changed to repeat the liquid state and the gas state. In this step, the physical properties of carbon dioxide also change with the state change at the same time, so that physical energy acts on the contaminants to reduce the adhesion strength of the contaminants. Thereafter, by shifting to a supercritical state, organic components such as fats and oils are dissolved and decomposed. It is known that in the supercritical state of carbon dioxide, fats and oils components such as organic substances can be melted and decomposed, but contaminants such as organic substances and inorganic substances, and mixtures of organic and inorganic substances can be combined with gas and liquid state changes. Can be efficiently cleaned.
[0057]
An example of the cleaning object of the present invention is a part processed by press molding or a part processed by cutting, and is characterized by having a concave structure. In particular, in the case of parts with a concave structure, contaminants (such as processing oil and cutting waste) are imprinted on the concave structure part by applying pressure or the like from the surface of the structure or during processing, and cutting debris due to plastic deformation are likely to remain. Even the most difficult to clean. However, by appropriately using the gas, liquid state and supercritical state of the liquefied gas, it is possible to improve the cleaning efficiency, especially for parts having a concave structure, and for carbon dioxide, it becomes a gas at normal temperature, so that a drying step is not necessary. It is characterized by. Parts that are washed are mainly made by press molding or cutting, and the main components of the parts are composed of metal materials, organic materials, ceramic materials, or composites thereof. And The main component of the metal material contains any of Fe, Al, Cu, and Ti. The main component of the organic material is polyimide, epoxy, or thermoplastic resin, and the main component of the ceramic material is SiO. 2 , Ag, PZT, or C. As a cleaning medium, carbon dioxide, water, and the like are selected according to an object to be cleaned.
[0058]
The cleaning compatible part of the present invention has a concave structure such as a matching layer or case of an ultrasonic sensor, a case or an electrode for a battery, a case (housing) for an HDD, or a case of an electrolytic capacitor. It is an electronic component that requires precision cleaning, has high added value, and has a condition that the volume per unit is small.
[0059]
Hereinafter, a cleaning method and a cleaning apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0060]
First, a supercritical fluid and a liquefied gas used in the cleaning method will be described.
[0061]
FIG. 1 shows a state diagram of the cleaning medium in which the temperature T is plotted on the horizontal axis and the pressure P is plotted on the vertical axis. The triple point (black circle 21 in the figure) in FIG. 1 is a state in which three phases of gas, liquid, and solid coexist. At a temperature lower than the temperature of the triple point, the solid and its vapor are in equilibrium, and the pressure of the vapor at that time is given by a sublimation curve (20 in FIG. 1). At pressures below this curve, the solids sublimate to a gas, and at higher pressures the gas solidifies to a solid. At a temperature higher than the triple point, the liquid and its vapor are in equilibrium, and the pressure at this time is represented by a vapor curve (22 in FIG. 1) as a saturated vapor pressure. At a pressure lower than this curve, all the liquid evaporates, and at a pressure higher than this, all the vapor liquefies (region A). Even if the pressure is kept constant and the temperature is changed, if this curve is exceeded, the liquid becomes vapor and the vapor becomes liquid. The end point of this vapor curve is called a critical point (open circle 23 in FIG. 1), and there is a state where it is impossible to distinguish between liquid and gas, and the boundary between gas and liquid also disappears. In a state where the temperature is higher than the critical point, it is possible to transfer between a liquid and a gas without causing a gas-liquid coexistence state. No condensation occurs in this region, no matter how high the density. A state in which the temperature is equal to or higher than the critical temperature (Tc) and equal to or higher than the critical pressure (Pc) (region B) is referred to as a supercritical fluid.
[0062]
In addition, the liquid gas refers to a state where the temperature range as shown in FIG. 1 is higher than the triple junction temperature and lower than the critical temperature, and the pressure is higher than the triple junction pressure and higher than the vapor curve.
[0063]
Then, in the process from the liquefied gas state to the supercritical fluid, the liquid undergoes a subcritical state in which the temperature and pressure are lower than the critical point as shown in FIG. Here, the subcritical state refers to a state within a range of up to 0.6 times the critical temperature (Tc) and the critical pressure (Pc), and accordingly, a state within the range of the next subcritical temperature and subcritical pressure. Is defined.
[0064]
Critical temperature (Tc)> Subcritical temperature ≧ 0.6 × Critical temperature (Tc)
Critical pressure (Pc)> Subcritical temperature ≧ 0.6 × Critical temperature (Pc)
Thus, the cleaning medium changes from a liquid gas to a supercritical state via a subcritical state.
[0065]
The supercritical fluid or liquefied gas used here is carbon dioxide (CO 2 ) Or water (H 2 O).
[0066]
The critical temperature (Tc) of carbon dioxide is 31.1 ° C., the critical pressure (Pc) is 7.38 MPa, and the critical temperature (Tc) of water is 374.1 ° C. and the critical pressure (Pc) is 22.04 MPa. .
[0067]
Next, an outline of the cleaning system according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the cleaning apparatus according to the first embodiment of the present invention, at least a high-pressure container 1 as an example of a cleaning tank, a liquefaction supply tank (or high-pressure cylinder) 2 holding a cleaning medium, and a liquefaction supply tank 2 serve as a cleaning medium. A liquid pump (corresponding to an example of a cleaning medium supply unit) 3 for supplying a liquefied gas to the high-pressure vessel 1, a heater 5 for heating the inside of the high-pressure vessel 1, and a temperature control of the liquefied gas in the high-pressure vessel 1 by controlling the heater 5 Controller 4, a waste liquid collecting tank 6 for collecting the waste liquid after washing in the high-pressure vessel 1, a vaporizer 7 for vaporizing the liquefied gas collected in the waste liquid collecting tank 6, and a collecting and collecting substance to be removed after washing. It is configured to include an extraction and collection container 8 as an example of the unit. The pressure in the high-pressure vessel 1 is changed by the supply of the liquefied gas by the liquid pump 3, and the temperature of the liquefied gas is controlled by the heater 5 under the control of the heater controller 4. By controlling the temperature and the pressure, a supercritical fluid (supercritical gas in the present embodiment), a subcritical fluid (subcritical gas in the first embodiment), and a liquid gas, which are cleaning media, are generated. Then, the object to be washed is washed with a washing medium. In FIG. 3, reference numeral 1000 denotes a control device for controlling the cleaning operation of the cleaning device, which is connected to the liquid pump 3, the heater controller 4, the vaporizer 7, and the extraction / collection container 8, and controls each operation. I am trying to do it.
[0068]
Here, the liquefied gas is used as the cleaning medium, but a subcritical fluid or a supercritical fluid may be directly supplied into the high-pressure vessel 1, and the vaporizer 7 vaporizes the subcritical fluid or the supercritical fluid. May be used.
[0069]
Next, the cleaning object will be described. As shown in FIGS. 2 (A), 2 (B), 2 (C), and 2 (D), a press-formed part (27, 28, 29, 30) having a concave portion or a cutting process (27, 28, 29, 30) formed by the above-mentioned method are particularly likely to cause the lubricating oil as a processing oil, which is the deposit 26, and impurities (such as cutting chips) to adhere to the concave portions. In addition, since the concave portion has a complicated structure and is a portion to which pressure is applied during processing, the adhesion of lubricating oil as a processing oil and impurities (such as cutting waste) is higher than that of other flat structure portions. In addition, since a cleaning agent or the like does not easily permeate, unevenness in cleaning and residual cleaning are likely to occur.
[0070]
More specifically, as a specific example of the place 40 where the dust of the part to be cleaned or the part to be cleaned remains, in the case of a deep drawn product among the press-formed products, FIG. ), Near the local area bent by press molding, and microscopically, as shown in FIG. 10 (B), there are severely uneven portions (in other words, rough portions of the material surface), and especially, for cleaning. This is the part where the solvent hardly enters. In the case of a stamped product among press-formed products, as shown in FIG. 11, a macroscopic portion 41 is in contact with a punching blade at the time of punching, and a microscopic portion with severe irregularities ( In other words, it is a part where the material surface is rough) or a part where the cleaning solvent is difficult to enter.
[0071]
Examples of the deposit which is particularly difficult to remove and which can be washed by the cleaning method and apparatus of the present invention include, when the deposit is a press molding oil (application type), a deposit which is used during press molding. Among the lubricating oils used are lubricating oils imprinted on the material and lubricating oils that have been deformed due to the application of heat or the like. In addition, when the deposit is a material pre-applied type lubricating oil, the material is a material for processing and molding in which the material is preliminarily coated with lubricating oil. Lubricating oil.
[0072]
In the case of metal, the material of the component to be cleaned or the object to be cleaned of the cleaning method and apparatus of the present invention is various kinds of stainless steel, aluminum, titanium, iron, or the like. Particularly, iron and the like which are easily rusted do not need to be dried, and thus are suitable as a material of a part to be cleaned or a part to be cleaned in the cleaning method and apparatus of the present invention. Other than this, as the metal-organic compound composite material, there is a material in which a sheet of an organic material (PPT, PET, or the like) is attached to a metal surface or a metal is coated.
[0073]
As another example of the object to be cleaned, the shape of another ultrasonic case is shown in FIG.
[0074]
Therefore, a liquefied state (including a subcritical fluid) of carbon dioxide or water having a high permeability and a certain degree of viscosity is first introduced into the high-pressure vessel 1 as a cleaning medium. In particular, carbon dioxide becomes liquid at relatively low temperatures and pressures. Therefore, by controlling the temperature and pressure of the liquid pump 3 and the heater controller 4 by controlling the operation of the liquid pump 3 and the heater controller 4 by the control device 1000, the physical property change between the liquid state and the gas state (here, the physical property change is, for example, a comparison between the gas and the liquid). Then the density is 0.6-1kg / m 3 And 1000kg / m 3 Changes by 3 to 4 orders, and the viscosity is 10 -5 Ps · s and 10 -3 2 digits in Ps · s, diffusion coefficient is 10 -5 And 10 -9 4 digits or less below. Thermal conductivity is 10 -3 And 10 -1 And changes from a liquid state to a gas state and from a gas state to a liquid state.
[0075]
Further, since carbon dioxide and water are harmless even on the side of the human body, they are easy to handle.
[0076]
In addition, carbon dioxide and water have the action of decomposing and removing organic substances in critical conditions, and water has the effect of etching oxides and the like under specific pressure and temperature conditions. It is effective for cleaning.
[0077]
Here, the mechanism by which the supercritical state of carbon dioxide decomposes and removes organic matter and the mechanism by which water has an oxide are not clearly understood at present, but the solubilizing power, ionic product, etc., which can be expressed as a function of density. It is considered to have a macro-average property, which is the equilibrium physical property, and a local structure at the molecular level such as solvation (cluster). In particular, it has been relatively recently that the solvation structure formed around solute molecules has been considered to be relatively recent.If solute molecules are present in a supercritical fluid column where thermal motion and intermolecular force are opposed, The solute-solvent interaction becomes relatively dominant, solvate molecules are attracted around the solute molecules and solvation occurs, and the vicinity of the solute molecules is in a higher density state than the bulk. This is considered to be strongly related to characteristic phenomena such as high selectivity of the dissolving power of the supercritical fluid and promotion of the reaction rate.
[0078]
In addition, the water oxide etching effect shows the temperature dependence (25 Mpa constant pressure) of the physical properties of water shown in FIG. The dielectric constant of water at room temperature is very large, about 80.
[0079]
Therefore, inorganic substances such as electrolytes are dissolved well, but organic substances are hardly dissolved. However, when the temperature is increased, the dielectric constant gradually decreases, and in supercritical water of 374 ° C. or more, the value becomes about 10 and a value comparable to that of an organic solvent having a small polarity. As a result, organic matter is well dissolved but inorganic matter is hardly dissolved. In the etching of an inorganic substance such as an oxide by utilizing such a property change state, an effect can be obtained particularly at a temperature of about 200 ° C. and a pressure of about 5 to 10 Mpa.
[0080]
The manner in which a component having a concave portion as such a cleaning object is cleaned by the cleaning system shown in FIG. 3 will be described. Here, FIGS. 4A and 4B are the same as the state diagram of the cleaning medium shown in FIG.
[0081]
The cleaning object which is a press-formed part (particularly an electronic part) is stored in the high-pressure container 1 with the processing oil and impurities adhered thereto. After the components are introduced into the high-pressure vessel 1, either the temperature or the pressure is changed to change the state from the gaseous state to the liquid state from the liquid state to the gas state.
[0082]
For example, the path 1 shown in FIG. 4A becomes a gas state when the temperature is increased from the liquid state at a constant pressure, and becomes a liquid state when the temperature is returned (lowered) from the state. On the other hand, in the path 2 shown in FIG. 4B, when the pressure is decreased at a constant temperature, the state changes from the liquid state to the gas state, and when the pressure is increased from that state, the state returns from the gas state to the liquid state. By repeating this process several times, especially when changing from the liquid state to the gas state, the processing oil and impurities (cutting waste, etc.) have physical energy (in terms of change in physical properties, for example, the density is compared with gas and liquid). 0.6-1kg / m 3 And 1000kg / m 3 Changes by 3 to 4 orders, and the viscosity is 10 -5 Ps · s and 10 -3 2 digits in Ps · s, diffusion coefficient is 10 -5 And 10 -9 4 digits or less below. Thermal conductivity is 10 -3 And 10 -1 Changes by two digits. Among them, the physical energy caused by the change in surface tension, especially due to the change in density and the change in viscosity, is considered to act), and the adhesion force of processing oil and impurities (such as cutting chips) adhering to the parts Is reduced, and the cleaning effect is improved.
[0083]
Further, by repeating the liquid state and the gas state, convection (arrow 31) of the liquefied gas occurs in the high-pressure vessel as shown in FIG. 5, and the liquefied gas as the cleaning agent permeates every corner of the component 32 having the concave portion. And improve the cleaning effect.
[0084]
Thereafter, the temperature and pressure are changed to the critical point or higher, and the state is shifted to the supercritical state, and the main cleaning is performed. At this time, after passing through several steps of repeating the gas state and the liquid state, the liquefied gas is discharged out of the high-pressure container, and after newly introducing the liquefied gas, the temperature or the pressure is changed to the critical point temperature and the critical point pressure or more. Move to the supercritical cleaning process. In the supercritical state, organic substances are mainly decomposed and removed, and etching of inorganic oxides (in the case of using water) is performed at a specific temperature and pressure.
[0085]
Further, depending on the contamination level of the parts to be cleaned, the cleaning can be performed only by the cleaning step of repeating the liquid state and the gas state without using the supercritical state.
[0086]
The cleaning level of the parts here is explained using "Sample 2" shown in the report of the Japan Industrial Cleaning Council in 1994, "General cleaning evaluation method and classification of cleaning index". Then, it indicates the “coarse cleaning” level or the “general cleaning” level described as the degree of cleaning.
[0087]
The cleaning apparatus according to the first embodiment of the present invention includes a high-pressure vessel 1, a liquid pump 3 for introducing a supercritical gas and a liquefied gas into the high-pressure vessel 1, and controlling the temperatures of the supercritical gas and the liquefied gas in the high-pressure vessel 1. A liquefied gas is introduced into the high-pressure vessel 1 as shown in FIGS. 3 and 5, comprising a heater controller 4 and a heater 5 for performing the operation, an extraction and collection vessel 8 for collecting a substance to be removed after cleaning, and a control device 1000. The inlet 1a is always provided below the outlet 1b for discarding the liquefied gas from inside the high-pressure vessel 1, and the outlet 1b is provided above the object 31 to be cleaned. This is because the specific gravity of the cleaning object 31 is heavier than the specific gravity of the cleaning gas mainly in the liquid state or the supercritical state, whereas organic-based dirt and inorganic oxides are smaller than the specific gravity of the cleaning gas. Therefore, contaminants such as organic substances and inorganic substances tend to float above the cleaning material in a liquid state or a supercritical state. The need for the inlet 1a to be lower than the outlet 1b is to allow the liquefied gas, which is the cleaning gas, to be distributed evenly to the part having the concave structure, which is the cleaning object 31.
[0088]
On the other hand, the need for the exhaust port 1b to be positioned above the inlet port 1a is to prevent the deposits or contaminants once removed from the cleaning component 31 from re-adhering to the component 31.
[0089]
Parts that can be expected to have a cleaning effect in the cleaning method and the cleaning apparatus according to the first embodiment of the present invention are mainly electronic parts used in electronics and related parts. In particular, it is a precision machined part formed by press forming and cutting. For these parts, lubricating oil, which is a processing oil, is indispensable to improve processing accuracy. However, the residue of the processing oil affects the performance characteristics of the next process, for example, the plating process and adhesion, and causes a decrease in the performance and reliability as devices and products. Therefore, it is effective for parts that require high-level residue removal, that is, precision cleaning.
[0090]
Applied products include matching layers of ultrasonic sensors and electrodes of batteries (especially secondary batteries, etc.), and other examples include battery cases, HDD cases (also referred to as housings), and electrolytic capacitor cases. . The matching layer for the ultrasonic sensor and the like are formed with countless fine holes and irregularities, and have a microscopic concave structure. More specifically, various materials such as a mixture of an inorganic glass balloon and an organic epoxy, a material made of only an inorganic glass balloon, and a material made of only an organic epoxy are used.
[0091]
The material for the ultrasonic sensor case or the like is stainless steel, aluminum, or epoxy resin. The processing is performed by deep drawing by press molding, resin molding, or cutting. In general, a battery case is made of aluminum or, more recently, a multi-layered steel material plated with aluminum and formed by press molding. For the HDD case, aluminum is used as a material, and recently, a composite steel material in which aluminum is coated with an organic material is used, and is press-formed. Similarly, the electrolytic capacitor case is press-formed using aluminum alone or a composite steel sheet coated with an organic film on an aluminum material.
[0092]
As described above, the present invention can be applied to a composite material in which an organic substance and an inorganic substance of different materials are laminated by selecting a process and a main gas used as a cleaning medium. It is needless to say that the present invention is not limited to these product fields, and is also effective for parts having a concave structure processed by press molding and cutting.
[0093]
That is, in the cleaning method of the first embodiment, the temperature and pressure of the cleaning medium are changed to alternately change the cleaning medium between a liquid state and a gas state, thereby cleaning the surface of the concave structure. The media is distributed evenly. Further, if necessary, after the cleaning medium is alternately changed between a liquid state and a gas state, the cleaning medium is changed to a supercritical state to clean the concave structure surface. Like that. Alternatively, after the cleaning medium is alternately changed between a liquid state and a gas state, the cleaning medium is changed to a sub-supercritical state to clean the concave structure surface.
[0094]
In summary, there are the following seven methods for distributing the cleaning medium evenly to the parts by changing the pressure or temperature and distributing them by convection. All of these can be performed by controlling the operation of the liquid pump 3 and the heater controller 4 to control the temperature and the pressure by the control device 1000.
[0095]
(1) After at least one cycle of (liquid-gas) as one cycle, the temperature is controlled to a supercritical state.
[0096]
(2) After performing at least one cycle or more with (gas-liquid) as one cycle, pressure control is performed to a supercritical state.
[0097]
(3) After performing at least one cycle with (liquid-gas-liquid) as one cycle, control the temperature to a supercritical state.
[0098]
(4) After performing at least one cycle with (gas-liquid-gas) as one cycle, pressure control is performed to a supercritical state.
[0099]
(5) After performing at least one or more cycles with (liquid-supercritical) as one cycle, control the temperature to the supercritical state.
[0100]
(6) After performing (gas-supercritical) as one cycle for at least one cycle or more, pressure control is performed to a supercritical state.
[0101]
(7) The supercritical state is set at least once during one cycle of (1) to (6). Control pressure or temperature.
[0102]
As shown in FIG. 13, a time chart for controlling the pressure of the control device 1000 based on the operation control of the liquid pump 3 has a vertical axis with respect to the horizontal axis and a vertical axis with respect to the chamber pressure and the CO. 2 Introducing emissions. When the pressure inside the chamber is high, CO 2 Is introduced, and when the pressure in the chamber is low, CO 2 Are discharged, and the pressure is controlled by repeating this periodically.
[0103]
As shown in FIG. 13, the time chart for temperature control of the control device 1000 by the operation control of the heater controller 4 shows the temperature inside the chamber and the heater power ON or OFF with respect to the time axis of the horizontal axis. is there. When the temperature in the chamber is raised, the heater power is turned on, and when the temperature in the chamber is lowered, the heater power is turned off. This is repeated periodically to control the temperature.
[0104]
As another method of the pressure control, FIG. 15 shows a case where the pressure is increased under the operation control of the control device 1000 by using a two-layer type chamber including the main chamber 43 and the sub-chamber 44. In order to increase the pressure easily by closing the door 45 separating the layers, the door 45 separating the layers is opened by the operation control of the control device 1000 as shown in FIG. It is possible. 15 and 16, reference numeral 46 denotes a cleaning medium, and 47 denotes an object to be cleaned.
[0105]
Further, as another method of temperature control, as shown in FIG. 17, a cleaning medium 49 at a temperature higher or lower than the temperature of the cleaning liquid 49 is supplied into a cleaning liquid 49 in a main chamber 48 by a liquid pump. The cleaning medium in the main chamber 48 can be controlled to a predetermined temperature by introducing the cleaning medium 3 in a liquid state. Also, as shown in FIG. 18, a cleaning medium 50 at a temperature higher or lower than the temperature of the cleaning liquid 49 is introduced into the main chamber 48 in a gaseous state by the pump 3A instead of the pump 3, so that the main chamber 48 is cooled. The cleaning liquid 49 in the inside can be controlled to a predetermined temperature.
[0106]
FIG. 19 shows a control device 1000 having a control program for controlling the operation of the above-described cleaning method, a temperature control relay 53 in the heater controller 4 whose operation is controlled by the control device 1000, and a liquid whose operation is controlled by the control device 1000. FIG. 3 is an explanatory diagram showing a pressure control relay 54 in a pump 3 and the cleaning device 60.
[0107]
As shown in FIG. 20, in the first embodiment, as an example of a method for improving the cleaning efficiency, a rotor (a propeller for agitation) 62 disposed on the ceiling side of the main chamber 64 is controlled by the control device 1000. Alternatively, the cleaning medium 65 in the main chamber 64 may be agitated by being rotated by the motor 63 to increase the cleaning efficiency of the cleaning target 47 with the cleaning medium 65.
[0108]
As shown in FIG. 21, in the first embodiment, as another example of a method for improving the cleaning efficiency, a rotor (a propeller for agitation) 62 disposed on the bottom side of the main chamber 64 is provided with a control device. Under the control of 1000, the cleaning medium 65 in the main chamber 64 may be agitated by being rotated by the motor 63 so as to increase the cleaning efficiency of the cleaning target 47 with the cleaning medium 65.
[0109]
Further, as shown in FIG. 22, in the first embodiment, as another example of a method of improving the cleaning efficiency, a rotor (a propeller for agitation) 62 disposed on the side surface of the main chamber 64 is provided with a control device. Under the control of 1000, the cleaning medium 65 in the main chamber 64 may be agitated by being rotated by the motor 63 so as to increase the cleaning efficiency of the cleaning target 47 with the cleaning medium 65.
[0110]
Further, as shown in FIG. 23, in the first embodiment, as another example of a method of improving the cleaning efficiency, a rotor (a propeller for agitation) 62 disposed on the ceiling side of the main chamber 64 is provided with a control device. Under the control of 1000, the cleaning medium 65 in the main chamber 64 is stirred by being rotated by the motor 63, and the liquid pump 3 is driven under the control of the control device 1000 to face the main chamber 64. The cleaning medium may be introduced into the main chamber 64 from the pair of nozzles 66 arranged on the side surface, so that the cleaning efficiency of the cleaning target 65 with the cleaning medium 65 may be increased.
[0111]
Further, as shown in FIG. 24, in the first embodiment, as still another example of a method for increasing the cleaning efficiency, the liquid pump 3 is driven under the control of the The cleaning medium may be introduced into the main chamber 64 from a number of nozzles 66 radially arranged on the cylindrical side surface to increase the cleaning efficiency of the cleaning target 47 with the cleaning medium 65.
[0112]
Further, as shown in FIG. 25, in the first embodiment, as still another example of a method for improving the cleaning efficiency, a pair of the pair of opposite side surfaces of the main chamber 64 are arranged under the control of the control device 1000. The ultrasonic sensor 67 may be driven simultaneously or sequentially to apply ultrasonic waves to the cleaning medium 65 from the side surface of the main chamber 64 to increase the cleaning efficiency of the cleaning target 47 with the cleaning medium 65. Good.
[0113]
Further, as shown in FIG. 26, in the first embodiment, as still another example of a method for improving the cleaning efficiency, under the control of the control device 1000, radially arranged on the cylindrical side surface of the main chamber 64. A large number of ultrasonic sensors 67 are driven simultaneously or sequentially to apply ultrasonic waves to the cleaning medium 65 from the side of the main chamber 64 so as to increase the cleaning efficiency of the cleaning target 47 with the cleaning medium 65. It may be.
[0114]
Further, as shown in FIG. 28, in the cleaning apparatus of FIG. 24, as still another example of a method of increasing the cleaning efficiency, under the control of the controller 1000, the cleaning apparatus is radially arranged on the cylindrical side surface of the main chamber 64. The cleaning medium may be sequentially introduced from the large number of nozzles 66 into the main chamber 64 to increase the cleaning efficiency of the cleaning target 47 with the cleaning medium 65. In this case, the cleaning medium is sequentially introduced into the main chamber 64 from the nozzle 66 in the order of the numbers of the nozzles 1 to 8 or in the order of 8 to 1 shown in FIG. This can further increase the cleaning efficiency. An opening / closing valve or shutter is provided for each nozzle, and the operation of the opening / closing valve or shutter is controlled by the control device 1000, so that the cleaning medium introduction order, opening / closing time, ejection pressure, and ejection amount can be arbitrarily controlled.
[0115]
The tip shape of each nozzle 66 of the first embodiment described above is preferably a shape as shown in FIGS. 27 (A) to 27 (C). As shown in FIGS. 27 (A) to 27 (C), the energy density of the fluid ejected from the nozzle is changed by changing the number of ejection ports, ejection pressure and ejection time as shown in FIGS. And a structure for increasing the stirring efficiency according to the object to be cleaned. For example, when the size of the object to be cleaned is large and the structure is simple, impurities can be easily removed without much stirring, so that a simple nozzle shape as shown in FIG. On the other hand, when the size of the object to be cleaned is small and the structure is complicated, the shape of the nozzle according to the size and complexity is higher than that of FIGS. 27 (B) and 27 (C). Use Further, when the object to be cleaned is a very precise optical component or the like or is very brittle, it is desirable to change the nozzle shape, the ejection pressure, and the ejection time according to the object to be washed. Although shown only two-dimensionally in the drawings, it actually has a three-dimensional structure.
[0116]
Hereinafter, the effects of the first embodiment of the present invention will be described with reference to specific examples.
[0117]
(Example 1)
The press-formed and cut cases were cleaned. The cleaning was performed using carbon dioxide as a liquefied gas. As shown in FIG. 6, the case is made of SUS304, has a size of φ: 12 mm, and a height h: 5 mm. Using this case, the amount of residue (oil) and the amount of particles due to the difference in the cleaning process were examined. The cleaning process includes (1) solvent cleaning (1-bromopropane), (2) cleaning at a constant temperature and changing the pressure in the liquid state, and (3) changing the pressure at a constant temperature to change the gas state and the liquid state. Cleaning with repetition of 5 times, (4) Supercritical cleaning only, (5) Supercritical cleaning after process (2), (6) Supercritical cleaning after cleaning (3), (7) Super After washing in the critical state, seven steps of washing in the liquid state were examined. In each washing step, 100 cases were washed and analyzed. In the residual oil analysis, the oil was extracted with a solvent (carbon tetrachloride), and the extracted oil was measured by FT-IR (Fourier transform infrared spectroscopy). Particles were measured after cleaning using a particle inspection device (ToPcon manufactured wafer surface inspection device WM-1700 / 1500). Table 1 shows the results.
[0118]
[Table 1]
Figure 2004107789
[0119]
From the above results, lower values were obtained for both the residual oil content and the particle amount as compared with the solvent cleaning. Further, it was found that the cleaning effect was further improved in removing inorganic particles by combining the gas state, the liquid state, and the supercritical state of carbon dioxide by changing the pressure.
[0120]
(Example 2)
In the same manner as in Example 1, the case subjected to press molding and cutting was washed. The cleaning was performed using carbon dioxide as a liquefied gas. As shown in FIG. 6, the material is SUS304, the size is φ12 mm, and the height is 5 mm. Using this case, the amount of residue (oil) and the amount of particles due to the difference in the cleaning process were examined. The cleaning process includes (1) cleaning in which the temperature is changed at a constant pressure in the liquid state, (2) cleaning in which the temperature is changed at a constant pressure and the gas state and the liquid state are changed five times, and (3). Five types of processes, i.e., cleaning only with supercritical cleaning, (4) supercritical cleaning after the process of (1), and (5) supercritical cleaning after cleaning of (2) were examined. In each washing step, 100 cases were washed and analyzed. In the residual oil analysis, the oil was extracted with a solvent (carbon tetrachloride), and the extracted oil was measured by FT-IR (Fourier transform infrared spectroscopy). Particles were measured after cleaning using a particle inspection device (ToPcon manufactured wafer surface inspection device WM-1700 / 1500). Table 2 shows the results.
[0121]
[Table 2]
Figure 2004107789
[0122]
As a result, similarly to the case where the physical property changes and the state change by changing the pressure while maintaining the temperature constant, when the cleaning is performed while changing the temperature while maintaining the constant pressure, low values are obtained for both the residual oil content and the particle content. Therefore, it was found that the cleaning effect was improved by removing the inorganic particles by combining the gas state, the liquid state, and the supercritical state of carbon dioxide with changing the temperature.
[0123]
(Example 3)
Using the cleaning process (6) which was the most effective in the cleaning method studied in Example 1, using "supercritical cleaning after changing the gas state and the liquid state five times by changing the pressure at a constant temperature". Cases of different materials were cleaned. The material of the case is (1) aluminum, (2) a composite plate obtained by coating an organic film on aluminum, (3) stainless steel SUS304, (4) Cu, and (5) Ti. As shown in FIG. 7, the case shape is 5 mm long × 30 mm wide × 50 mm high. In each washing step, 100 cases were washed and analyzed. The cleaning was performed using carbon dioxide as a liquefied gas. In the residual oil analysis, the oil was extracted with a solvent (carbon tetrachloride), and the extracted oil was measured by FT-IR (Fourier transform infrared spectroscopy). The particles were measured after cleaning using a particle inspection machine (ToPcon wafer surface inspection apparatus WM-1700 / 1500). Table 3 shows the results.
[0124]
[Table 3]
Figure 2004107789
[0125]
As a result, the cleaning effect was obtained without any problem as judged by the residual oil content, the particle content, and the appearance inspection. In addition, it was found that even cases made of different materials can be washed without causing any damage.
[0126]
Appearance inspection and particle quantity judgment criteria are based on "Sample 2" shown in the FY2006 report of the Japan Industrial Cleaning Council, "General cleaning degree evaluation method and classification of cleaning index". To be more specific, “General cleaning” or more described as the degree of cleaning was evaluated as “○”.
[0127]
(Example 4)
Using the cleaning process (6) which was the most effective in the cleaning method studied in Example 1, using "supercritical cleaning after changing the gas state and the liquid state five times by changing the pressure at a constant temperature". Parts of different materials were cleaned. However, since the organic material was weaker than the metal and ceramic materials, the time was shortened. The cleaning was performed using carbon dioxide as a liquefied gas. The parts are formed by press forming and cutting. The material of the parts is (1) epoxy resin, (2) polyimide resin, (3) plastic, (4) mixture of epoxy and glass balloon, (5) SiO 2 , (6) C (carbon). The part shape is 10.8 mm in diameter x 1.15 mm in height. The appearance inspection was performed using an SEM (Scanning Electron Microscope), and the particles were measured using a particle inspection machine after cleaning (a wafer surface inspection apparatus WM-1700 / 1500 manufactured by ToPcon). Table 4 shows the results.
[0128]
[Table 4]
Figure 2004107789
[0129]
Appearance inspection and particle quantity judgment criteria are based on "Sample 2" shown in the FY2006 report of the Japan Industrial Cleaning Council, "General cleaning degree evaluation method and classification of cleaning index". To be more specific, “General cleaning” or more described as the degree of cleaning was evaluated as “○”.
[0130]
(Example 5)
Further, in order to examine the cleaning effect, particularly the effect of preventing the reattachment of contaminants, cleaning was performed by changing the structure of the high-pressure container and the position where the container to be cleaned was fixed, and the amount of residual oil and the amount of particles were measured. The cleaning was performed using carbon dioxide as a liquefied gas. The cleaning process was the cleaning process most effective in the cleaning method studied in Example 1. (6) “Supercritical cleaning after changing the gas state and liquid state five times by changing the pressure at a constant temperature” Washed with. The part is a case made by press molding and has a shape of 5 mm long × 30 mm wide × 50 mm high. The cleaning was performed by changing the structure of the high-pressure container and the fixed position of the object to be cleaned in the container as follows. (1) Liquefied gas inlet <Clean target <Liquid gas outlet, (2) Liquefied gas inlet> Clean target> Liquid gas outlet, (3) Liquefied gas inlet <Liquid gas outlet <Clean target , (4) cleaning target <liquefied gas inlet <liquefied gas outlet, (5) cleaning target <liquefied gas outlet <liquefied gas inlet, (6) liquefied gas outlet <liquefied gas inlet <cleaning target Six considerations were made for the product. In each washing step, 100 cases were washed and analyzed. In the residual oil analysis, the oil was extracted with a solvent (carbon tetrachloride), and the extracted oil was measured by FT-IR (Fourier transform infrared spectroscopy). The particles were measured after cleaning using a particle inspection machine (ToPcon wafer surface inspection apparatus WM-1700 / 1500). Table 5 shows the results.
[0131]
[Table 5]
Figure 2004107789
[0132]
As a result, by setting the structure of the high-pressure container and the fixing position of the object to be purified in the container to be the liquefied gas inlet <the object to be cleaned <the liquefied gas outlet, the cleaning effect can be improved by the effect of preventing re-adhesion of contaminants. I understand.
[0133]
(Example 6)
The cleaning effect was examined by changing the shape and the depth of the concave structure in order to examine whether or not it depends on the depth and the shape of the concave structure. The cleaning was performed using carbon dioxide as a liquefied gas. Using the cleaning process (6) which was the most effective in the cleaning method studied in Example 1, using "supercritical cleaning after changing the gas state and the liquid state five times by changing the pressure at a constant temperature". Washed. The parts are cases made by press molding and have the following shapes: (1) 5 mm long x 30 mm wide x 50 mm high, (2) 5 mm long x 10 mm wide x 5 mm high, (3) 3 mm long x 5 mm wide x high The size is 20 mm, (4) φ10.8 mm × height 5 mm, (5) φ5 mm × height 5 mm. In each case shape, 100 cases were washed and analyzed. In the residual oil analysis, the oil was extracted with a solvent (carbon tetrachloride), and the extracted oil was measured by FT-IR (Fourier transform infrared spectroscopy). The particles were measured after cleaning using a particle inspection machine (ToPcon wafer surface inspection apparatus WM-1700 / 1500). Table 6 shows the results.
[0134]
[Table 6]
Figure 2004107789
[0135]
From the above results, a cleaning effect was observed regardless of the case shape. Therefore, it was found that cleaning was possible regardless of the shape of the case.
[0136]
(Example 7)
The cleaning process of the press-formed and cut cases was studied. The cleaning was performed using carbon dioxide and water as a liquefied gas. The case is made of SUS304 and has a concave structure of φ12 mm and height 5 mm. Using this case, the amount of residue (oil), the amount of particles, the change in oxides, and the wettability by contact angle measurement were examined for different cleaning processes. The cleaning process includes: (1) using carbon dioxide, changing the pressure at a constant temperature, changing the gas state and the liquid state five times, and then changing to a supercritical state, and then cleaning; (2) After the washing in (1), carbon dioxide is driven out and water is introduced to wash at 200 ° C. and 5 Mpa. (3) After washing in (1), water is introduced into carbon dioxide and washed at 200 ° C. and 5 Mpa; ▼ Four steps of washing with water at 200 ° C. and 5 Mpa only were examined. In each washing step, 100 cases were washed and analyzed. In the residual oil analysis, the oil was extracted with a solvent (carbon tetrachloride), and the extracted oil was measured by FT-IR (Fourier transform infrared spectroscopy). Particles were measured after cleaning using a particle inspection device (ToPcon manufactured wafer surface inspection device WM-1700 / 1500).
[0137]
The change in oxide was measured by using ESCA (X-ray photoelectron spectroscopy). As a criterion for determining the oxide, the oxide peak intensity of the initial value (after degreasing treatment) was set to 1, and after each cleaning. Oxide peak intensity is shown as a ratio).
[0138]
The contact angle was measured using an automatic contact angle meter CA-Z manufactured by Kyowa Interface Chemical Co., Ltd. The contact angle is generally used as an index indicating the familiarity (affinity or wettability) of a material surface with a liquid. As shown in FIG. 8, the contact angle refers to an angle between a tangent of a droplet and a solid surface at a three-phase interface of a solid, a liquid, and a gas. Become smaller.
[0139]
Table 7 shows the results. The amount of oxide was standardized by setting the washing step (1) to 1. The contact angle was measured with pure water as a liquid.
[0140]
[Table 7]
Figure 2004107789
[0141]
As a result, it was found that by combining the carbon dioxide cleaning step with water at 200 ° C. and 5 Mpa cleaning, oil and inorganic oxides can be removed, and the contact angle can be reduced and the wettability can be improved.
[0142]
According to the first embodiment of the present invention, the cleaning effect can be improved by cleaning the component having the concave structure using the cleaning medium of the liquefied gas or the supercritical fluid.
[0143]
(2nd Embodiment)
Next, the meaning of the pressurized fluid used in the second embodiment of the present invention, particularly the supercritical state, will be described with reference to FIG.
[0144]
The second embodiment is intended to reuse the substance removed in the first embodiment. That is, conventionally, in the cleaning using a fluid in a supercritical or subcritical state, various devices have been devised to enhance the cleaning effect. For example, a method for rapidly changing a fluid in a supercritical or subcritical state is disclosed. However, a sudden change in the state of these fluids exerts a physical impact on the object to be cleaned, so that parts may be distorted or chipped if severe. In particular, low-density parts and parts having a thin plate having a concave portion with a complicated structure are easily affected by the influence.
[0145]
On the other hand, many lubricating oils are used for components processed by press molding, especially for electronic components, in order to improve accuracy. For this reason, the cleaning liquid for the processed parts contains a large amount of hydrocarbon-based organic substances, which are the main components of the lubricating oil. Further, the lubricating oil contains an organic substance such as a surfactant in addition to the hydrocarbon-based organic substance for the purpose of improving processing accuracy. However, normal washing cannot separate hydrocarbon-based organic substances and organic substances such as surfactants, and thus cannot be reused.
[0146]
In addition, since the cleaning system is very expensive and requires a long cleaning time, parts that are very expensive and are used repeatedly, such as molds, are mainly used as cleaning objects.
[0147]
The second and third embodiments are intended to solve these problems.
[0148]
The cleaning method using the pressurized fluid of the present invention is a method for removing impurities attached to the surface of the object to be cleaned by bringing the pressurized fluid into contact with the object to be cleaned. A cleaning method characterized by changing the density of a pressurized fluid without changing the phase state of the fluid.
[0149]
In particular, the density of the object to be cleaned is equal to or less than the liquid density of the fluid, and the density of the fluid is higher or lower than the density of the object to be cleaned by changing at least one of the pressure and temperature of the fluid. By repeating the above, the effect of washing is obtained. At this time, the effect is enhanced when the pressurized fluid is a supercritical fluid.
[0150]
Further, the cleaning method using the pressurized fluid of the present invention is a cleaning method for removing impurities attached to the surface of the object to be cleaned by bringing the pressurized fluid into contact with the object to be cleaned. The object to be cleaned immersed in the first fluid is washed by bringing the first fluid into contact with a pressurized second fluid having a different density. At this time, a cleaning method is characterized in that the second fluid is brought into contact with the object to be cleaned without changing the phase state of the first fluid.
[0151]
At this time, a favorable effect is obtained when the second fluid is a supercritical fluid. In particular, the cleaning effect is obtained by contacting the second fluid having a density lower than the liquid density of the first fluid with the density of the first fluid and having a lower density than the density of the fluid to be cleaned. Will be higher. In addition, a particularly preferable effect is obtained when the first fluid and the second fluid are the same, the first fluid is a liquid, and the second fluid is a supercritical fluid.
[0152]
In the cleaning method using a pressurized fluid of the present invention, a preferable effect is obtained when the fluid used contains at least one of carbon dioxide, water, ammonia, carbon suboxide, and alcohol.
[0153]
Further, the effect is enhanced when the impurities adhering to the surface of the object to be cleaned to which the present invention is applied are lubricating oils. Further, the effect is enhanced when the object to be cleaned to which the present invention is applied is a part having a concave structure.
[0154]
First, a second embodiment will be described.
[0155]
FIG. 29 shows a state diagram of a fluid such as carbon dioxide and water. In FIG. 29, the horizontal axis represents temperature, and the vertical axis represents pressure. The point (Tc, Pc) where the temperature is the critical temperature Tc102 and the pressure is the critical pressure Pc103 is the critical point 101. The supercritical state 104 is a range in which the temperature is equal to or higher than the critical temperature Tc102 and the pressure is equal to or higher than the critical pressure Pc103. In the supercritical state 104, the fluid has a different phase from the gas 105, the liquid 106, and the solid 107. It is known that this supercritical state is a fluid exhibiting properties different from those of a gas, liquid, solid, or the like. For example, the density of a fluid in a supercritical state has an intermediate value between a gas and a liquid, and can be adjusted by temperature and pressure conditions. Further, in the supercritical state, not only the density but also the ionic product, the dielectric constant, the diffusion and the like can be controlled with respect to cleaning, so that the supercritical state can be used as a method for obtaining a high cleaning effect.
[0156]
Further, with respect to cleaning, the liquid state has a very high density, so it is an effective fluid for cleaning, and in some cases, the liquid state is used. In addition to the supercritical state, a liquid state in which the pressure and temperature conditions are close to the supercritical state in a relatively high temperature and high pressure region is sometimes referred to as a subcritical region state, and this pressurized liquid state is also used for cleaning. May be used.
[0157]
Here, for example, the critical temperature Tc102 of carbon dioxide as a fluid is about 31.1 ° C., and the critical pressure Pc103 of carbon dioxide is about 7.38 MPa. In the case of water, the critical temperature Tc102 is about 374.3 ° C., and the critical pressure Pc103 is about 22.1 MPa.
[0158]
The fluid is preferably a substance that is gaseous at normal temperature and normal pressure, and carbon dioxide, water, ammonia, carbon monoxide, and the like are used. Alternatively, alcohol that is scattered when the temperature is slightly increased may be used. Above all, carbon dioxide and water are harmless even on the side of the human body, so they are easy to handle. Further, carbon dioxide has an action of decomposing and removing organic substances in a critical state, and water has an etching effect of an oxide or the like. Therefore, by utilizing the respective characteristics, it is effective for cleaning parts having a concave structure.
[0159]
The cleaning method according to the second embodiment of the present invention is preferably applied to a component having a concave structure. These components are particularly liable to adhere lubricating oil, which is a processing oil, and impurities (such as cutting chips) to the concave portions. In addition, since this concave portion has an intricate structure and is a portion to which pressure is applied during processing, the lubricating oil, which is a processing oil, has higher adhesion than other flat structure portions, and the cleaning agent etc. Since it is difficult, cleaning unevenness and remaining cleaning are likely to occur. Therefore, it is highly effective to use a pressurized fluid in a liquid state (including a subcritical fluid) or a supercritical state having a high permeability and a certain degree of viscosity and solubility as a cleaning medium.
[0160]
Next, a cleaning method using a pressurized fluid according to a second embodiment of the present invention will be described.
[0161]
The cleaning method according to the second embodiment of the present invention is a method of removing impurities adhered to the surface of the object to be cleaned by bringing the pressurized fluid into contact with the object to be cleaned. The washing is performed by changing the density of the pressurized fluid without changing the phase state of the fluid. In particular, when the density of the object to be cleaned is equal to or lower than the liquid density of the fluid, the buoyancy applied to the object to be cleaned is changed by controlling the density of the fluid. In this method, the object to be cleaned is moved up and down in the fluid as the density of the fluid repeats the height of the density of the object to be cleaned, thereby producing a stirring effect. At this time, when the pressurized fluid is a fluid in a supercritical state, the density can be largely changed, which is preferable. It also has changing effects.
[0162]
For example, carbon dioxide has a gas density of about 1 kg / m at 0.1 MPa and 30 ° C. 3 On the other hand, for liquid, about 600 to 1600 kg / m at 30 ° C. to 15 ° C. 3 In the supercritical state, it changes depending on temperature and pressure conditions. 3 From 1000kg / m 3 The control can be performed up to the above. Therefore, the object to be cleaned preferably has these density ranges.
[0163]
The density of the object to be cleaned is approximately 200 kg / m. 3 From about 1500kg / m 3 When a fluid in a supercritical state is used, the density of the object to be cleaned is about 200 kg / m2. 3 From about 1000kg / m 3 Is suitable. As the object to be cleaned, a molded article of a resin or a part made of a lightweight material having a hollow structure therein can be suitably used. As an object to be cleaned, for example, a component obtained by solidifying hollow glass beads with an epoxy resin or the like is used as an acoustic matching component of an ultrasonic sensor, but the hollow glass beads are cut or removed by cutting or the like during molding. Thus, a concave structure having a bead size is formed on the processed surface. The size of the concave structure is from several μm to several hundred μm in width and depth, and a glass piece broken at the time of processing is contained therein, and it is difficult to remove it by simple immersion cleaning. Further, during molding and processing, residual oil components may also be present on the surface or inside. The effects of the present invention can be exerted for cleaning these stains. In addition, what is applicable is not limited to this.
[0164]
FIGS. 30, 32, and 33 are schematic views of a cleaning apparatus that performs the cleaning method according to the second embodiment of the present invention. In particular, FIGS. 32 and 33 show that, due to the density of the fluid 380, when the object 214 to be cleaned becomes lighter, the contact state is released, and the impurities 381 are easily removed. FIG.
[0165]
The main components of this apparatus are a pressure vessel 210 as an example of a cleaning tank, a separation vessel 220 for collecting impurities 381, a cylinder (or tank) 201 for supplying a fluid 380, a liquid pump 202, and a fluid 380. , A temperature controller 204 for controlling the temperature of each container, and a pressure controller 230 for controlling the pressure control valves 203, 213, and 223.
[0166]
Carbon dioxide is used as the fluid 380, and the epoxy resin cured molded body of hollow glass beads (the density is about 550 kg / m 3 ). The object to be cleaned 214 is placed in the cleaning jig 212 and set in the pressure vessel 210, and the temperature and pressure conditions are adjusted by the temperature controller 204 and the pressure control valve 203, and the fluid 380 is placed in the pressure vessel 210. It is introduced using the pump 202. The pressure vessel 210 controls cleaning conditions by using a temperature control device 211 and a pressure control device 230 for the container. The carbon dioxide is sent to the pressure vessel 210 as a supercritical fluid 380 at about 47 ° C. and about 12 MPa. The density of carbon dioxide under these conditions is about 600 kg / m 3 Therefore, the object to be cleaned 214 is floating in the carbon dioxide fluid in the pressure vessel 210. When the pressure is controlled at a constant temperature from this initial state, the density of the fluid 380 is about 10 MPa and about 500 kg / m 3 , And the object to be cleaned 214 begins to sink because the density becomes lighter than the density of the object to be cleaned 214. When the temperature is controlled at a constant pressure from the initial state, the density of the fluid 380 becomes about 500 kg / m at about 55 ° C. 3 , And the object to be cleaned 214 begins to sink because the density becomes lighter than the density of the object to be cleaned 214. By increasing or decreasing the density of the fluid 380 by controlling the pressure and / or temperature, the object to be cleaned 214 can be raised or lowered in the fluid 380 (see FIG. 33), By increasing the effect, the cleaning effect can be improved. This facilitates effective elution and removal of the impurities 381, which are components such as lubricating oil, which are easily dissolved in supercritical carbon dioxide, up to the concave portions and narrow portions of the object 214 to be cleaned. In addition, the impurities 381 which are components which are hardly dissolved in carbon dioxide in a supercritical state, such as cutting powder of glass or resin, are extruded from a concave portion or a narrow portion of the object 214 to be cleaned and can be easily removed.
[0167]
When the density of the object to be cleaned 214 and the density of the fluid 380 are substantially the same, the stirring blade 383 is rotated to stir the fluid 380 under the control of a control device such as the pressure control device 230. Thus, similarly to the density change, the buoyancy applied to the object 214 to be cleaned may be changed to achieve the above-described cleaning effect. This is an example in which the closeness between the objects to be cleaned 214 is easily released by another mechanical action by making the densities of the two as close as possible, instead of the above-mentioned high and low densities. This method eliminates the need to repeatedly increase and decrease the density (pressure and temperature) of the fluid, so that control of the conditions is simplified.
[0168]
Further, the mechanical fluctuation due to the external force can be performed not only by mechanical stirring but also by nozzle injection of a fluid, and therefore, FIG. 31 described below is applied to the cleaning device according to the third embodiment of the present invention. FIG. 36 shows an example in which nozzle injection of a fluid is combined. In FIG. 36, reference numeral 400 denotes a component (subject to be cleaned) information database for changing cleaning conditions for each component. That is, based on the information in the information database 400, when the density of the object to be cleaned 214 and the density of the fluid 380 are substantially the same, the close contact between the objects to be cleaned 214 is easily released by nozzle injection. . This method eliminates the need to repeatedly increase and decrease the density (pressure and temperature) of the fluid, so that control of the conditions is simplified.
[0169]
Further, in the present method, the density of the object to be cleaned 214 and the pressure of the fluid 380 which is pressurized in the initial state are made substantially equal to each other, so that the condition of the pressure or the temperature is slightly changed so that the object to be cleaned 214 Can be moved up and down in the pressurized fluid, so that the cleaning effect can be easily exerted. FIG. 30 shows an example in which the conditions of the entire pressure vessel 210 are controlled. However, a heating mechanism is installed near the object 214 to be cleaned, and the temperature near the object 214 is increased. It is also possible to settle the object to be cleaned 214 by lowering the density of the object. These conditions may be properly used depending on the type of impurities attached to the object to be cleaned 214 and the like. In addition to the effect of this method, if a mechanism for assisting the stirring effect is provided outside or inside the pressure vessel 210, the effect is further enhanced. As these mechanisms, a rotating blade type stirring mechanism, a stirring mechanism using an ultrasonic vibrator, or the like can be appropriately used.
[0170]
The supercritical carbon dioxide containing the impurities removed from the object to be cleaned 214 is sent to the separation vessel 220, where the pressure is controlled to reduce the pressure of the supercritical carbon dioxide and return to a gaseous state. At this time, the impurities dissolved in the carbon dioxide are collected as the cleaning residue 222 to separate as the solubility decreases. Further, impurities 381 insoluble in carbon dioxide settle and are collected as cleaning residues 222. By collecting the impurities 381 in a container different from the pressure container 210, re-adhesion to parts can be prevented.
[0171]
In FIG. 30, the fluid is evacuated from a gaseous state. However, the gaseous carbon dioxide may be sent to a liquid pump while being cooled, pressurized again, and reused. Therefore, a continuous cleaning device can be provided.
[0172]
(Third embodiment)
Next, a cleaning method according to a third embodiment of the present invention will be described.
[0173]
The third embodiment is also a method of removing impurities adhering to the surface of the object to be cleaned by bringing the pressurized fluid into contact with the object to be cleaned. This is a method of increasing the cleaning effect without changing the phase state of the above. In the present method, a particularly excellent effect can be obtained by bringing the second fluid into contact with the object to be cleaned without changing the phase state of the first fluid. The object to be cleaned immersed in the pressurized first fluid is brought into contact with the pressurized second fluid having a different density from the first fluid, Improves the stirring effect by spraying or foaming on the part to be cleaned.
[0174]
Further, when the second fluid is a fluid in a supercritical state, a component to be cleaned such as a component having a concave portion or a narrow portion is difficult to clean due to a high diffusivity of the supercritical fluid. Impurities can be effectively removed all the way to the back. At this time, when the pressurized fluid is a fluid in a supercritical state, the density can be largely changed, which is preferable. It also has changing effects.
[0175]
In addition, a particularly preferable effect is obtained when the first fluid and the second fluid are the same, the first fluid is a liquid, and the second fluid is a supercritical fluid. When the two fluids are different, the difference in solubility between the two can be used to enhance the cleaning effect. However, when the two fluids are the same, it is necessary to reuse the fluid after cleaning. There is an advantage that the washing can be efficiently performed without the necessity of separating the water. When the density of the object to be cleaned is lower than that of the first fluid and higher than that of the second fluid, the second fluid is brought into contact with the object to be cleaned and the buoyancy is increased, as in the second embodiment. Can be given a stirring effect, and the cleaning effect can be improved.
[0176]
FIG. 31 is a schematic diagram of a cleaning apparatus that performs the cleaning method according to the third embodiment of the present invention. The main components of this apparatus are a cleaning vessel which is a pressure vessel 310, a separation vessel 320 for collecting impurities, a cylinder (or tank) 301 for supplying a first fluid, a liquid pump 302, a first fluid A temperature controller 304 for controlling the temperature of the body, a temperature controller 304 for controlling the temperature of each container, and a pressure controller 330 for controlling the pressure control valves 303, 313, and 323. In addition, the cylinder (or tank) 341 for supplying the second fluid is cleaned using the liquid pump 342 and the pressure controller 330 for controlling the temperature controller 344 and the pressure control valve 343 of the second fluid. The second fluid is brought into contact with the object 314.
[0177]
A description will be given using carbon dioxide as the fluid, and a press-formed part having a recess represented by a hat-type SUS (stainless steel) case or a part formed by a cutting method as the object 314 to be cleaned. The object to be cleaned 314 is placed in the cleaning jig 312 and set in the pressure vessel 310, and the fluid whose temperature and pressure conditions have been adjusted by the temperature controller 304 and the pressure control valve 303 are supplied into the pressure vessel 310 by the liquid pump 302. Introduce using. The pressure vessel 310 controls cleaning conditions using a temperature control device 311 and a pressure control device 330 for the vessel. Carbon dioxide is sent to the pressure vessel 310 in a liquid state, and the object to be cleaned 314 is immersed therein and used for cleaning. Further, a cylinder (or tank) 341 for supplying the second fluid to the cleaning object 314 having a concave structure in the pressure vessel 310 is provided with a liquid pump 342, a second fluid temperature controller 344, and the like. The supercritical carbon dioxide as the second fluid is brought into contact with the object to be cleaned 314 through the ejection part 345 using the pressure control device 330 that controls the pressure control valve 343.
[0178]
The cleaning object 314 having the concave structure is disposed in the pressure vessel 310, and the cleaning effect is promoted by the second fluid while being cleaned in the first fluid. When the ejection portion 345 of the second fluid is installed toward the opening of the object to be cleaned 314, it is possible to easily perform cleaning to the back which is difficult to clean. The effects are agitation effect due to diffusion etc. by contact of fluids with different densities and the effect of peeling off impurities, dissolving and removing effect of impurities having similar solubility by fluids with different solubilities, and when there is a pressure difference between both fluids It is considered that the vibration effect due to the impact on the pressure equalization acts on the, and the cleaning effect is accelerated. This facilitates effective elution and removal of components such as lubricating oil, which are easily dissolved in the fluid, up to the concave portions and narrow portions of the object to be cleaned. In addition, components such as glass and resin cutting powder that are difficult to dissolve in the fluid can be easily removed by being peeled off or extruded from a concave portion or a narrow portion of the object to be cleaned. At this time, the timing at which the second fluid is brought into contact may be continuous or intermittent, may be constant, may be subjected to speed modulation, and may be set according to the object to be cleaned.
[0179]
Further, when the density of the object to be cleaned 314 is lower than the density of the first fluid in the liquid state, by contacting the second fluids having different densities, the same object to be cleaned as in the second embodiment is provided. The agitating effect and the like due to the up and down movement of the liquid are obtained, and the cleaning effect is improved.
[0180]
Further, the fluid in which the first fluid and the second fluid containing the impurities removed from the object to be cleaned 314 are mixed is sent to the separation vessel 320, and the mixed fluid is separated by controlling the pressure or the temperature. And the washing residue 322 is separated and collected. Each separated fluid can be circulated and utilized under pressure. Further, if the first and second fluids are the same, the cleaning device and the cleaning operation can be simplified.
[0181]
Parts that can be expected to have a cleaning effect in the cleaning method and the cleaning apparatus according to the second and third embodiments of the present invention are mainly electronic parts used in electronics and related parts. In particular, it is a precision machined part formed by press forming and cutting. For these parts, lubricating oil, which is a processing oil, is indispensable to improve processing accuracy. However, the residue of the processing oil affects the performance characteristics of the next process, for example, the plating process and adhesion, and causes a decrease in the performance and reliability as devices and products. Therefore, it is effective for parts that require high-level residue removal, that is, precision cleaning. Applied products include matching layers for ultrasonic sensors and electrodes for batteries (especially secondary batteries). Other examples include a case for a battery, a case for an HDD (also referred to as a housing), and a case for an electrolytic capacitor. As the matching layer for the ultrasonic sensor, various materials such as a mixture of an inorganic glass balloon and an organic epoxy, an inorganic glass balloon only, and an organic epoxy only are used. The material for the ultrasonic sensor case and the like is stainless steel, aluminum, or epoxy resin. The processing is performed by deep drawing by press molding, resin molding, and cutting. The battery case is generally made of aluminum or, more recently, a multi-layered steel material plated with aluminum, and is made by preless molding. Aluminum is used as a material for the HDD case, and recently, a composite steel material in which aluminum is coated with an organic material is used and press-formed. Similarly, the case for the electrolytic capacitor is press-formed using aluminum alone or a composite steel sheet coated with an organic film on the aluminum material. As described above, the present invention can be applied to a composite material in which an organic substance and an inorganic substance of different materials are laminated by selecting a process or a gas type as a cleaning medium to be used. It is needless to say that the present invention is not limited to these product fields, and is also effective for parts having a concave structure processed by press molding and cutting.
[0182]
Hereinafter, the effects of the second and third embodiments of the present invention will be described with reference to specific examples.
[0183]
(Example 8)
The hollow glass beads (approximately 30 μm) were impregnated with an epoxy resin, and the heat-cured molded body was cut into a predetermined component shape and then washed. The part shape is 10.8mm in diameter x 1.15mm in height, and the density is about 550kg / m 3 Met. This part has a large number of bead-sized concave structures due to cutting or dropping of hollow glass beads on the processing surface.
[0184]
The cleaning effect was evaluated by visual inspection and measuring the amount of insoluble particles adhering to the surface. The appearance was visually inspected to see if there was any chipping or cracking, and for the particles, after cleaning, the presence of impurities on the surface of the component and inside the recess was observed by a stereoscopic optical microscope and a scanning electron microscope.
[0185]
The cleaning was carried out by putting 100 parts of the above-mentioned parts into a basket-like cleaning jig and using carbon dioxide as a fluid. The following cleaning methods were compared.
[0186]
(1) No cleaning (2) Supercritical carbon dioxide (about 57 ° C., 13 MPa, density about 550 kg / m 3 ), And washing for 3 hours by repeatedly raising and lowering the pressure between 12 MPa and 14 MPa at intervals of 10 minutes. (3) Carbon dioxide in a supercritical state (about 47 ° C., 12 MPa, density about 600 kg / m) 3 ) 3 hours immersion cleaning (4) Carbon dioxide in liquid state (about 20 ° C., density about 750 kg / m 3 ) For 1 hour and then washed under the conditions of (2) above. (5) Carbon dioxide in a supercritical state (about 47 ° C., 12 MPa, density about 600 kg / m 3 ) For 1 hour, and the pressure was abruptly released at a constant temperature to bring the inside of the container into a gaseous state, and the cleaning was repeated three times.
[0187]
[Table 8]
Figure 2004107789
[0188]
In the case of this component, even if the component is cleaned, simply immersing the component in pressurized carbon dioxide as in (3) and (4) does not remove impurities, particularly those insoluble in carbon dioxide. It was found that the cleaning effect was low. This is because the parts are floating in the fluid, the parts are overlapped with each other, and the overlapped portions are not separated and are not washed. Further, it was found that it was difficult to remove impurities to the depth of the minute concave portion of the component only by keeping the component in contact with the fluid. In the case of causing a rapid phase change of the fluid as in (5), removal of impurities is promoted by the impact. However, in the case of this low-density part, chipping or cracking due to collision between parts is observed. There was something that could be done.
[0189]
In contrast, in the cleaning method (2) of the present invention, it was found that the recess was well cleaned. This effect occurs because, as a result of observing the inside of the pressure vessel, the density of the pressurized carbon dioxide changes and the parts move up and down to separate the contact surface, and the accompanying stirring effect acts. I understand.
[0190]
(Example 9)
The press-formed and cut cases were cleaned. The case is made of SUS304 and has a concave structure of φ12 mm and height 5 mm.
[0191]
The effect of the cleaning was evaluated by cleaning and analyzing 100 cases at a time, inspecting the appearance, inspecting the residual oil content, and measuring the amount of insoluble particles adhering to the surface. As for the appearance inspection, it was confirmed visually whether there was any chipping or cracking. In the residual oil analysis, the oil was extracted with a solvent (carbon tetrachloride), and the extracted oil was measured by FT-IR (Fourier transform infrared spectroscopy). The particles were measured using a particle inspection machine (Wacon surface inspection apparatus WM-1700 / 1500 manufactured by Topcon) after cleaning.
[0192]
For cleaning, carbon dioxide was used when 100 pieces of the above components were put in a basket-shaped cleaning jig and only one fluid was used. When using two fluids, carbon dioxide in a liquid state was used as the first fluid, and carbon dioxide in a supercritical state was used as the second fluid. The following cleaning methods were compared.
[0193]
(1) Supercritical carbon dioxide (approximately 47 ° C, 12 MPa) is sprayed in a liquid state of carbon dioxide (approximately 20 ° C), and is washed for 3 hours while spraying on parts. (2) Supercritical state (3) immersion in carbon dioxide (about 47 ° C., 12 MPa) for 3 hours, washing (3) immersing in carbon dioxide in a liquid state (about 20 ° C.) for 1 hour, washing under the conditions of (2) above, and (4) supercritical state After immersion in carbon dioxide (about 47 ° C., 12 MPa) for 1 hour, the pressure was rapidly released at a constant temperature to bring the inside of the container into a gas state, and the cleaning was repeated three times.
[0194]
[Table 9]
Figure 2004107789
[0195]
In any of the methods, the appearance did not show any discoloration due to the adhesion of oil, and the amount of residual oil could be reduced by using pressurized carbon dioxide. However, for particles insoluble in carbon dioxide, it was found that cleaning only by immersion had a small effect. In particular, it was observed that it was present inside the concave structure. On the other hand, it was found that the cleaning method (1) of the present invention was excellent in cleaning for removing impurities.
[0196]
【The invention's effect】
According to the present invention, by controlling the density of the pressurized fluid to contact the component having the concave structure, lubricating oil or the like dissolved in the fluid due to the solvent effect of the pressurized fluid. Impurities can be efficiently removed. Further, by controlling the density of the fluid to be brought into contact with the component to have a stirring effect, impurities insoluble in the fluid can be efficiently removed. Therefore, in the present invention, in the cleaning process, by optimizing the cleaning conditions suitable for the part, in addition to the solvent effect of the pressurized fluid, the stirring effect can be simultaneously provided, and efficient cleaning of the part can be performed. Therefore, it is industrially valuable.
[0197]
In addition, by applying the above-described technique for releasing the adhesion, the surface of the object to be treated is uniformly homogenized by releasing the contact between the object and the object to be reformed in order to improve the surface, such as a hydroxyl group. It is also possible to apply the present invention to hydrophilization by formation of water, water repellency and oil repellency by a surface treatment agent, coating of the surface with another material, and the like. In addition, regarding the surface modification, in the case of injecting the second fluid, it is possible to obtain an effect that the surface modification can be efficiently performed by adding a treating agent to this fluid. In addition, by releasing the close contact between the object to be processed and the object to be extracted, it becomes possible to efficiently extract components from inside the object to be processed, and to extract oils and fats such as lubricating oils, The present invention can also be applied to the extraction of extracts from plants and the like, the extraction of flavors, and the like.
[0198]
In the above surface modification, the case which is a cleaning treatment product, the lubricating oil which is an impurity and CO 2 2 Is pressurized to obtain the fluid CO 2 Is used because it has affinity (increases solubility) with oils and fats such as lubricating oils.
[0199]
In the above extraction, CO2 is released so as to dissolve adhesion between molecules on a micro scale and to dissolve on a macro scale. 2 By changing the temperature and pressure of the 2 The solubility in water (in other words, the solvent CO 2 After the target substance to be extracted is dissolved in a solvent, the temperature and pressure are lowered, and the target substance to be extracted is precipitated and extracted.
[0200]
Note that by appropriately combining any of the various embodiments described above, the effects of the respective embodiments can be achieved.
[0201]
Although the present invention has been fully described in connection with the preferred embodiments thereof with reference to the accompanying drawings, various changes and modifications will be apparent to those skilled in the art. It is to be understood that such changes and modifications are included therein unless they depart from the scope of the invention as set forth in the appended claims.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a state diagram of a cleaning medium according to a first embodiment of the present invention.
FIGS. 2A, 2B, 2C, and 2D are a cross-sectional view and a perspective view showing an example of a component having a concave structure according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a cleaning system according to the first embodiment of the present invention.
FIGS. 4A and 4B are graphs showing a cleaning step in the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a sectional view showing a cleaning state according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a cleaning target in Example 1 of the first embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a perspective view showing an object to be cleaned in Example 3 of the first embodiment of the present invention.
FIG. 8 is an explanatory diagram illustrating a contact angle in Example 3 of the first embodiment of the present invention.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing temperature dependence of physical properties of water.
10A and 10B are an explanatory diagram showing a portion where dirt is likely to remain on a macro scale with an arrow and an explanatory diagram showing a portion where dirt is likely to remain on a micro scale with an arrow.
FIG. 11 is an explanatory diagram showing, by arrows, portions where dirt is likely to remain on a macro basis.
FIG. 12 is a schematic sectional view of an ultrasonic sensor case as another example of the cleaning object in the cleaning method according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a time chart at the time of pressure control in the cleaning method according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a time chart at the time of temperature control in the cleaning method according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 15 is an explanatory diagram when the pressure is increased using a two-layer chamber in the cleaning apparatus according to the modification of the first embodiment of the present invention.
FIG. 16 is an explanatory view showing a state where a door divided into two layers is opened when a pressure is reduced by using a two-layer chamber in the cleaning apparatus according to the modification of the first embodiment of the present invention.
FIG. 17 is an explanatory diagram of a state in which a heat medium is supplied in a liquid state in a cleaning device according to a modification of the first embodiment of the present invention.
FIG. 18 is an explanatory diagram of a state in which a heat medium is supplied in a gaseous state in a cleaning apparatus according to a modification of the first embodiment of the present invention.
FIG. 19 is an explanatory diagram illustrating a relationship among a control device, a temperature control relay, and a pressure control relay of the cleaning device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 20 is an explanatory diagram of a state in which a stirring propeller is rotated in order to increase cleaning efficiency in a cleaning device according to a modification of the first embodiment of the present invention.
FIG. 21 is an explanatory diagram of a state in which a stirring propeller is rotated in order to increase cleaning efficiency in a cleaning device according to a modification of the first embodiment of the present invention.
FIG. 22 is an explanatory diagram of a state in which a stirring propeller is rotated in order to increase cleaning efficiency in a cleaning device according to a modification of the first embodiment of the present invention.
FIG. 23 is an explanatory view showing a state in which a stirring propeller is rotated to increase the cleaning efficiency and a cleaning medium is supplied also from a nozzle in a cleaning apparatus according to a modification of the first embodiment of the present invention.
FIG. 24 is an explanatory diagram illustrating a state in which a cleaning medium is supplied from a nozzle in order to increase cleaning efficiency in a cleaning device according to a modification of the first embodiment of the present invention.
FIG. 25 is an explanatory diagram of a state in which an agitating propeller is rotated and ultrasonic waves are supplied from an ultrasonic sensor in order to increase cleaning efficiency in a cleaning apparatus according to a modification of the first embodiment of the present invention.
FIG. 26 is an explanatory diagram illustrating a state in which ultrasonic waves are supplied from an ultrasonic sensor in order to increase cleaning efficiency in a cleaning device according to a modification of the first embodiment of the present invention.
FIGS. 27A, 27B, and 27C are schematic cross-sectional views showing various nozzle shapes in a cleaning apparatus according to a modification of the first embodiment of the present invention.
FIG. 28 is an explanatory diagram of a state in which a cleaning medium is sequentially supplied from a plurality of nozzles to generate convection in order to increase cleaning efficiency in a cleaning apparatus according to a modification of the first embodiment of the present invention.
FIG. 29 is a state diagram of a fluid (fluid) such as carbon dioxide or water.
FIG. 30 is a schematic view of a cleaning device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 31 is a schematic view of a cleaning device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 32 is a schematic explanatory view showing the relationship between the object to be cleaned and the fluid when the density of the object to be cleaned is higher than the density of the fluid.
FIG. 33 is a schematic explanatory diagram showing the relationship between the object to be cleaned and the fluid when the density of the object to be cleaned is lower than the density of the fluid;
FIG. 34 is a schematic explanatory view showing the relationship between the object to be cleaned and the fluid when the density of the object to be cleaned is substantially equal to the density of the fluid and the propeller is not rotated.
FIG. 35 is a schematic explanatory view showing the relationship between the object to be cleaned and the fluid when the density of the object to be cleaned is substantially equal to the density of the fluid and the propeller is rotated.
FIG. 36 is a schematic diagram in a case where an information database is provided in the cleaning device of FIG. 30;
[Explanation of symbols]
1 Cleaning tank (high pressure vessel)
1a Inlet
1b outlet
2 Liquefaction supply tank
3 Cleaning medium supply unit (liquid pump)
4 Heater controller
5 heater
6 Waste liquid recovery layer
7 vaporizer
8 Collection section
26 Deposits
27, 28, 29, 30, 32 parts
31 Objects to be cleaned
101 critical point
102 Critical temperature Tc
103 Critical pressure Pc
104 Supercritical state
201 Supply cylinder (or tank) for fluid
202 liquid pump
203 Pressure control valve
204 temperature controller
210 pressure vessel
211 Temperature control device
212 Cleaning jig
213 Pressure adjustment valve
214 Objects to be cleaned (parts)
220 separation container
221 Temperature control device
222 Wash residue
223 Pressure adjusting valve
230 Pressure control device
301 Supply cylinder (or tank) for the first fluid
302 liquid pump
303 Pressure control valve
304 temperature controller
310 pressure vessel
311 Temperature control device
312 Cleaning jig
313 Pressure adjusting valve
314 Items to be cleaned (parts)
320 Separation container
321 Temperature control device
322 Wash residue
323 pressure regulating valve
330 pressure controller
341 Supply cylinder (or tank) for second fluid
342 liquid pump
343 pressure control valve
344 Temperature controller
380 fluid
381 impurities
1000 control means

Claims (10)

加圧された流動体(380)を被洗浄物(214)に接触させることによって上記被洗浄物の表面に付着する不純物(381)を除去する洗浄方法において、
上記被洗浄物の密度が上記流動体の液体密度以下であって、上記流動体の圧力、温度の少なくとも一つの条件を変化することによって、上記流動体の密度を上記被洗浄物の密度に対して高低を繰り返して上記被洗浄物に上記流動体を接触させる加圧流動体による洗浄方法。
A cleaning method for removing impurities (381) attached to the surface of the object to be cleaned by bringing the pressurized fluid (380) into contact with the object to be cleaned (214),
The density of the object to be cleaned is equal to or less than the liquid density of the fluid, and the pressure of the fluid, by changing at least one condition of the temperature, the density of the fluid with respect to the density of the object to be cleaned. A cleaning method using a pressurized fluid in which the fluid is repeatedly brought into contact with the object to be cleaned.
加圧された流動体(380)を被洗浄物(214)に接触させることによって上記被洗浄物の表面に付着する不純物(381)を除去する洗浄方法において、
上記被洗浄物の密度が上記流動体の液体密度以下であって、上記流動体の圧力、温度の少なくとも一つの条件を変化することによって、上記被洗浄物の密度と上記流動体の液体密度を略等しくした状態で、上記流動体に外力による変動を与えて上記被洗浄物に上記流動体を接触させる加圧流動体による洗浄方法。
A cleaning method for removing impurities (381) attached to the surface of the object to be cleaned by bringing the pressurized fluid (380) into contact with the object to be cleaned (214),
The density of the object to be cleaned is equal to or lower than the liquid density of the fluid, and the pressure of the fluid and at least one condition of the temperature are changed to change the density of the object to be cleaned and the liquid density of the fluid. A cleaning method using a pressurized fluid in which the fluid is brought into contact with the object to be cleaned by applying a variation due to an external force to the fluid in a substantially equal state.
上記流動体が超臨界流体である請求項1又は2いずれかに記載の加圧流動体による洗浄方法。3. The cleaning method according to claim 1, wherein the fluid is a supercritical fluid. 加圧された流動体を被洗浄物に接触させることによって上記被洗浄物の表面に付着する不純物を除去する洗浄方法において、
加圧された第1の流動体の中に浸漬してなる上記被洗浄物に対して、上記第1の流動体に対して密度の異なる加圧された第2の流動体を接触させて洗浄する際に上記第1の流動体の相状態を変化させることなく、上記第2の流動体を上記被洗浄物に接触してなる加圧流動体による洗浄方法。
A cleaning method for removing impurities attached to the surface of the object to be cleaned by contacting the pressurized fluid with the object to be cleaned,
The object to be cleaned, which is immersed in the pressurized first fluid, is contacted with a pressurized second fluid having a different density from the first fluid for cleaning. A cleaning method using a pressurized fluid in which the second fluid is brought into contact with the object to be cleaned without changing the phase state of the first fluid.
上記第2の流動体が超臨界流体である請求項4に記載の加圧流動体による洗浄方法。5. The method according to claim 4, wherein the second fluid is a supercritical fluid. 上記被洗浄物の密度が上記第1の流動体の液体密度以下であって、上記被洗浄物の密度よりも密度が低い上記第2の流動体を上記被洗浄物に接触してなる請求項4又は5いずれかに記載の加圧流動体による洗浄方法。The density of the object to be cleaned is lower than the liquid density of the first fluid, and the second fluid having a lower density than the density of the object to be cleaned is brought into contact with the object to be cleaned. The cleaning method using a pressurized fluid according to any one of 4 and 5. 上記第1の流動体と上記第2の流動体とが同一であって、上記第1の流動体が液体であり、上記第2の流動体が超臨界流体である請求項4〜6のいずれか1つに記載の加圧流動体による洗浄方法。7. The method according to claim 4, wherein the first fluid and the second fluid are the same, the first fluid is a liquid, and the second fluid is a supercritical fluid. The cleaning method using a pressurized fluid according to any one of the first to third aspects. 上記流動体が二酸化炭素、水、アンモニア、亜酸化炭素、アルコールの少なくとも1つを含む請求項1〜7のいずれか1つに記載の加圧流動体による洗浄方法。The cleaning method using a pressurized fluid according to any one of claims 1 to 7, wherein the fluid contains at least one of carbon dioxide, water, ammonia, carbon suboxide, and alcohol. 上記被洗浄物の表面に付着する不純物が潤滑油である請求項1〜8のいずれか1つに記載の加圧流動体による洗浄方法。The cleaning method using a pressurized fluid according to any one of claims 1 to 8, wherein the impurities attached to the surface of the object to be cleaned are lubricating oils. 上記被洗浄物が凹部構造を有する部品である請求項1〜9のいずれか1つに記載の加圧流動体による洗浄方法。The cleaning method according to any one of claims 1 to 9, wherein the object to be cleaned is a component having a concave structure.
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