JP2007175592A - 液中洗浄システム - Google Patents

Abstract

【課題】浸漬液中に浸漬された洗浄対象物に対して洗浄処理を行う液中洗浄システムにおいて、ノズルから噴射される洗浄流体を高い速度の状態ままで効率的に洗浄対象物に噴射させることができるようにして、液中洗浄システムの洗浄能力の向上を図る。
【解決手段】噴射ノズル１０の先端から直進性を持って噴射された液体と気体とで構成される多相流体を洗浄流体９として、洗浄処理を行う。具体的には、この洗浄流体９は、加圧液体の液相２５、該液相２５の周囲を囲む加圧気体と加圧液体からなる第１の混合相２６、および該第１の混合相２６の周囲を囲む加圧気体と浸漬液とからなる第２の混合相２７の三種の流体で構成される三相流体とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、洗浄対象物に対して洗浄流体を噴射することにより、洗浄対象物の洗浄を行う液中洗浄システムに関する。

この種の液中洗浄システムの従来例に、特許文献１乃至３がある。特許文献１に係る液中洗浄システムでは、ノズルから高速で噴射される液体を洗浄流体として、液中に浸漬された洗浄対象物に対して洗浄処理を行っている。特許文献２では、洗浄対象物に対して気泡を噴射することにより、液中洗浄処理を行っている。特許文献３に係る液中洗浄システムでは、気体と液体とをノズル内部で混合してキャビテーション噴射流を作成し、これを洗浄対象物に向けて噴射している。
特開２００２−０８６０８０号公報 特開２００２−０８６０９４号公報 特開平０６−２１０２５２号公報

上記の特許文献１乃至３に係る液中洗浄システムでは、液体、気体、或いはキャビテーション噴射流などを洗浄流体として洗浄処理を行っているが、いずれの形態においても、実用上十分な洗浄能力が得られない。具体的には、上記の液中洗浄システムにおいては、ノズルから噴射された液相等の洗浄流体の速度が、浸漬液の抵抗を受けて激減するために、洗浄対象物に至ったときの噴射打力（圧力）が著しく低下することが避けられず、良好な洗浄能力が得られない。換言すれば、従来の液中洗浄システムでは、ノズルから噴射される洗浄流体の初速度と、洗浄対象物に至ったときの到達速度との間に大きな開きがあり、送給途中における洗浄流体の速度の低下率が大きく、洗浄流体を洗浄対象物に効率的に送給できない点に改善の余地があった。

かかる不具合は、特に例えばエンジンのシリンダーヘッドやシリンダーブロックなどの機械加工品に対して、液中洗浄を行ったときに顕著となる。すなわち、シリンダーヘッドなどの金属製品では、機械加工によって生じた切り粉や切削油が、表面だけでなく加工穴などに深く入り込み付着しているため、これらを取り除くことが必要となる。しかし、従来タイプの液中洗浄システムでは、洗浄流体の速度の減退率が高いため、加工穴の奥端まで洗浄流体を送り届けることが困難で、機械加工品の隅々まで良好に洗浄することができなかった。

本発明は、以上のような問題点を解決するためになされたものであり、洗浄対象物の表面だけでなく、その内部の隅々までも短時間に確実に洗浄することができる、洗浄能力に優れた液中洗浄システムを提供することにある。

本発明の請求項１は、浸漬液が貯溜される洗浄槽と、多関節ロボットの作動アームの先端部に装着されて、該洗浄槽内で洗浄流体を噴射する噴射ノズルとを有し、前記浸漬液中に浸漬された洗浄対象物に向けて、前記噴射ノズルから前記洗浄流体を噴射することにより、洗浄対象物の洗浄を行う液中洗浄システムであって、前記洗浄流体が、噴射ノズルの先端から直進性を持って噴射された液体と気体とで構成される多相流体であることを特徴とする。

具体的には、本発明の請求項２のように、洗浄流体は、加圧液体の液相、該液相の周囲を囲む加圧気体と加圧液体からなる第１の混合相、および該第１の混合相の周囲を囲む加圧気体と浸漬液とからなる第２の混合相の三種の流体で構成される三相流体とすることができる。

本発明の請求項３のように、前記洗浄槽の内面が角の無い滑らかな形状とされているとともに、該内面の表面に、汚れ付着防止用のコーティング処理を施すことが好ましい。

本発明の請求項１によれば、洗浄流体を、噴射ノズルの先端から直進性を持って噴射された液体と気体とで構成される多相流体としたので、単相流体で洗浄処理を行う従来型のシステムに比べて、多種多様な汚れに対して効果的に洗浄処理を行うことができる。したがって、良好な洗浄効率と洗浄能力を備えた液中洗浄システムを得ることができる。
多相流体を構成する液体と気体とを直進性を持って噴射するようにしていると、これら液体と気体とが噴射直後に混じり合うことにより、多相流体の速度低下が著しく低下する不具合は生じず、多相流体を洗浄対象物に効率的に送給することができる。これにより、洗浄対象物に対する洗浄流体の噴射打力の向上を図ることができるので、洗浄効率および洗浄能力に優れた液通洗浄システムを得ることができる。
多関節ロボットの作動アームの先端部に噴射ノズルを装着していると、噴射ノズルの高速且つ高精度な位置制御を実現することができるので、洗浄対象物に対する洗浄作業を作業効率良く、しかも高精度に進めることができる。したがって例えばシリンダーヘッドのように、多数個の加工穴を有するものを洗浄対象物とする場合でも、これら加工穴の開口方向や伸び方向に応じた洗浄流体の噴射方向を高速且つ高精度に制御することができるので、加工穴の奥深くまで侵入している切り粉や切削油等も短い時間で確実に洗浄・除去することができる

本発明の請求項２のように、洗浄流体を、加圧液体の液相、該液相の周囲を囲む加圧気体と加圧液体からなる第１の混合相、および該第１の混合相の周囲を囲む加圧気体と浸漬液とからなる第２の混合相の三種の流体で構成される三相流体としてあると、加圧液体だけでなく、加圧液体と加圧気体との混合相（第１混合相）や、加圧気体と浸漬液との混合相（第２混合相）などに由来する洗浄効果を得ることができ、したがって、洗浄効率および洗浄能力に優れた液通洗浄システムを得ることができる。
加圧液体の液相を、第１および第２の混合相の流体で封じ込んだ状態で洗浄対象物まで送給することができるので、浸漬液の抵抗を受けて加圧液体の速度が著しく低下することがない。これにより、加圧液体からなる液相の洗浄対象物に対する噴射打力を良好に確保できるので、洗浄能力の向上を図ることができる。また、良好な噴射打力を備えた状態で、洗浄対象物の内部深くまで洗浄流体を送り込むことができるので、洗浄対象物の奥深くまで侵入している切り粉等も短い時間で確実に洗浄・除去することができる。

浸漬液Ｒを排水した際に、洗浄槽の壁面やコーナー部に汚れが付着し残留していると、次に浸漬液を注入したときに、壁面等に残留する汚れが洗浄対象物に再付着するおそれがある。そこで、本発明の請求項３のように、洗浄槽の内面を角の無い滑らかな形状としてあると、角張ったコーナー部を廃することができるので、該コーナー部に切り粉等の汚れが溜まることを効果的に防ぐことができる。また、該内面の表面に汚れ付着防止用のコーティング処理を施してあると、洗浄槽の内面に特に切削油のような油分が付着することを効果的に防ぐことができる。これらにより、洗浄槽の壁面等に汚れを付着し難くして、排水処理時に浸漬液とともに確実に洗浄槽から汚れを排出することができるので、洗浄対象物に残留する汚れが再付着することを防いで、液中洗浄システムの洗浄能力、洗浄効率の向上に貢献できる。

以下に、本発明に係る液中洗浄システムを、シリンダーヘッドやシリンダーブロックなどの洗浄処理に適用した実施形態を示す。
図１は、本発明に係る液中洗浄システムの構成を模式的に示す概略構成図、図２は、該システムを構成する噴射ノズルの概略構成図である。
図１において、この液中洗浄システム１は、浸漬液Ｒ中に浸漬されたシリンダーヘッドなどの洗浄対象物２に対する液中洗浄処理を実施するものであり、浸漬液Ｒが貯水される洗浄槽３と、洗浄槽３の近傍に設置された多関節ロボット５と、洗浄槽３内に組み付けられて、洗浄対象物２を保持する治具６などで構成される。

多関節ロボット５は、縦、横、斜めの三次元曲面動作範囲を備える垂直多関節ロボットであり、不図示の制御装置からの制御信号に基づいて、各関節に対応して設けられたサーボモータなどの駆動機構を駆動させることにより、作動アーム７を所望の姿勢・位置に動かすことができる。作動アーム７の先端部には、洗浄対象物２に向かって洗浄流体９を噴射する噴射ノズル１０が装着されている。噴射ノズル１０の位置や噴射方向などは、先の制御装置からの制御信号により自在に変更できる。なお、噴射ノズル１０の詳細構造については後述する。

洗浄槽３は、上方に開口を有する四角容器状に形成されており、その内部空隙に浸漬液Ｒが貯溜される。洗浄槽３の側面には、浸漬液Ｒを注入するための注入口１１が、洗浄槽３の底面には、浸漬液Ｒを排出するための排水口１２が開設されている。これら注入口１１や排水口１２の開閉制御は、不図示の電磁弁等の制御により行われる。

浸漬液Ｒや噴射ノズル１０から噴射された洗浄液を排水口１２から排水した際に、洗浄槽３の壁面やコーナー部に汚れが付着し残留していると、次に注入口１１から浸漬液Ｒを注入したときに、壁面等に残留する汚れが洗浄対象物２に再付着するおそれがある。このような汚れの再付着は、洗浄不良の原因となるほか、洗浄効率の低下を引き起こす。そこで本実施形態では、図１に示すごとくコーナー部を含む洗浄槽３の内面の全体を、角の無い滑らかな形状とするとともに、内面の表面の全体に、汚れ付着防止用のコーティング処理を施して、排水処理時に洗浄槽３の壁面やコーナー部に汚れが付着し、残留することを防いでいる。図１において、符号１３は、コーティング処理により形成されたコーティング層を示す。

かかるコーティング層１３を構成する防汚コーティング剤の具体例としては、ポリテトラフルオロエチレン樹脂、パーフロロアルコキシ樹脂、フッ化エチレンプロピレン樹脂に代表されるフッ素樹脂のほか、シリコーン樹脂などを挙げることができる。これらフッ素樹脂やシリコーン樹脂等は、優れた耐薬品性を示すほか、優れた非粘着性やすべり特性を有しており、切り粉や切削油などの汚れが、洗浄槽３の内面に付着することを防ぐことができる。また、洗浄槽３の内面の全体を角の無い滑らかな形状とすることにより、特に洗浄槽のコーナー部に切り粉が溜まることを防ぐことができる。

冶具６は、洗浄対象物２が固定保持される基盤１５と、洗浄槽３の側壁の外側に配置されて該基盤１５を水平軸１６まわりに回転させる減速機付のモータ１７とを備える。このモータ１７を駆動制御して基盤１５を回転操作させることにより、洗浄対象物２の姿勢変位を自在に変化させることができる。かかるモータ１７の駆動制御、すなわち冶具６を介した洗浄槽３内における洗浄対象物２の姿勢制御は、先の多関節ロボットの制御装置からの制御信号に基づいて行われる。したがって、作動アーム７の先端に装着された噴射ノズル１０の位置および噴射方向と、冶具６上の洗浄対象物２の姿勢位置とを同期させることにより、シリンダーヘッドに形成された加工穴の奥端のように、金属加工品の隅々の部分にまで洗浄流体９を送り込んで、これを洗浄することができる。

図１に示すように、作動アーム７の先端に装着された噴射ノズル１０は、浸漬液Ｒに浸漬された状態で、洗浄対象物２に対する切り粉や切削油の除去・洗浄作業に供される。図２に示すように、噴射ノズル１０は、流体を噴射する内外二重のノズルを同軸に配設してなるものである。つまり、噴射ノズル１０は、中央に形成された内流路２０と、該内流路２０を囲む断面円環状の外流路２１とを有する二重ノズルであり、各流路２０・２１の先端に設けられた噴射口２０ａ・２１ａから加圧液体や加圧気体を洗浄対象物２に向けて噴射する。符号２３は、各流路２０・２１に接続された流体供給管を示し、各流路２０・２１への流体の送給は、これら流体供給管２３・２３の途中部に設けられた電磁弁２４・２４で制御される。本実施形態においては、内流路２０の噴射口２０ａから加圧液体が噴射され、外流路２１の噴射口２１ａから加圧気体が噴射されるものとする。尤も、電磁弁２４・２４を制御することにより、内流路２０から加圧液体のみを噴射させたり、内流路２０から加圧気体のみを噴射させることも可能である。

図２に示すように、内流路２０の噴出口２０ａの前端は、外流路２１の噴出口２１ａの中央に位置する状態で該噴出口２１ａの開口面よりも前方外側へ突出されている（以下において、「前」或いは「前方」とは、噴射ノズル１０の先端から洗浄対象物２に向かう方向、すなわち図２における左方向を意味する）。また、各流路２０・２１の噴出口２０ａ・２１ａは、前後方向において径寸法が均一なストレート状に形成されている。以上のようなノズル形態を採用することにより、各流路２０・２１から噴射される流体に、前方向への直進性を与えることができるので、外流路２１から噴射された加圧気体が噴射ノズル１０の軸心方向に向かうこと、すなわち液相２５に向かうことを確実に阻止することができる。また、外流路２１から噴射された加圧気体を、内流路２０の筒壁の外面２０ｂに沿わせることができるので、当該加圧気体に前方向への直進性を与えることができ、この点においても、加圧気体が液相２５に向かうことを確実に阻止することができる。これにより、外流路２１から噴射された加圧気体と、内流路２０から噴射された加圧液体とが、ノズル１０からの噴射直後に混じり合うことを防ぐことができるので、内流路２０から噴射される加圧液体を液相２５の単相状態のままで、効率的に洗浄対象物２に送り届けることができる。

尤も、各噴射口２０ａ・２１ａから噴射された流体が、浸漬液Ｒ中において、ある程度広がることは避けられない。このため、図２に示すごとく、各流体は噴射ノズル１０から離れるに従って漸次径大となるような前拡がりテーパー状となり、洗浄流体９は多相流体となる。つまり、噴射ノズル１０から噴射される洗浄流体９は、内流路２０から洗浄槽３内に噴射された加圧液体からなる前拡がりのテーパー柱状の液相２５と、内・外流路２０・２１から噴射された二つの流体が混合することによって形成された、該液相２５を囲む円筒状の第１の混合相２６と、外流路２１から噴射された流体と浸漬液Ｒとが混合することによって形成された、第１の混合相２６を囲む円筒状の第２の混合相２７とで構成される三相流体となる。

以上のような多相流体を洗浄流体９として用いる液中洗浄システム１によれば、内流路２０から噴射された加圧液体の液相２５を、混合相２６・２７の流体で封じ込んだ状態で洗浄対象物２まで送給できるので、浸漬液Ｒの抵抗を受けて加圧液体の速度が著しく低下することを確実に防ぐことができる。さらに、これら多相流体を構成する液体と気体とを前方向への直進性を持って噴射させるようにしてあるので、内流路２０から噴射された加圧液体と、外流路２１から噴射された加圧気体とが不必要に混ざり合うこともなく、この点においても液相２５の速度低下を確実に阻止できる。これらにより、加圧液体からなる液相２５の洗浄対象物２に対する噴射打力を良好に確保できるので、液中洗浄システムの洗浄能力の向上を図ることができる。また、良好な噴射打力を備えた状態で、洗浄対象物２の内部深くまで洗浄流体９を送り込むことができるので、洗浄対象物２の奥深くまで侵入している切り粉等も短い時間で確実に洗浄・除去することができる。

加えて、この液中洗浄システム１によれば、三種の流体により洗浄処理を行うことができるので、一種の流体で洗浄処理を行う形態に比べて、多種多様な汚れに対する洗浄効果を得ることができ、したがって短時間に効率的に洗浄処理を行うことができる点でも優れている。つまり、洗浄対象物２に付着の汚れの種類によっては、加圧液体だけでは除去され難いものがある。しかし、本実施形態においては、加圧液体だけでなく、加圧液体と加圧気体との第１の混合相２６や、加圧気体と浸漬液Ｒとの第２の混合相２７なども同時的に噴射できるようにしたので、これら混合相２６・２７による洗浄効果が発揮され、液中洗浄システム１は、優れた洗浄処理能力を備えたものとなる。

本発明者等の知見によれば、内流路２０からの加圧液体の噴射圧力の好適な範囲は、０．５ＭＰａ以上、２．０ＭＰａ以下の範囲であり、より好ましくは１．０ＭＰａ以上、１．６ＭＰａ以下の範囲である。また、外流路からの好適な加圧気体の噴射圧力は０．０１ＭＰａ以上、０．６ＭＰａ以下の範囲であり、より好ましくは０．０２ＭＰａ以上、０．１ＭＰａ以下の範囲である。噴射ノズル１０の先端から洗浄対象物２までの好適な距離は５０〜１００ｍｍ程度である。上記条件における流量比率（ratio（＝Qair／Qriquid））は、３．０〜８．０の範囲であり、外流路２１から噴射される気泡の粒径は、１ｍｍ以下の微細気泡である。なお、従来の加圧液体のみを洗浄流体とする液中洗浄システムにおいては、数十ＭＰａもの噴射圧力を要していたことを鑑みると、本実施形態に係る液中洗浄システムが、低圧の噴射圧力でありながら、優れた洗浄能力を備えるものであることがわかる。

本発明の一実施形態に係る液中洗浄システムの構成を模式的に示す概略構成図。 液中洗浄システムを構成する噴射ノズルの概略構成図。

符号の説明

１ 液中洗浄システム
２ 洗浄対象物
３ 洗浄槽
５ 多関節ロボット
７ 作動アーム
９ 洗浄流体
１０ 噴射ノズル
１３ コーティング層
２０ 内流路
２１ 外流路
２５ 液相
２６ 第１の混合相
２７ 第２の混合相

Claims (3)

1. 浸漬液が貯溜される洗浄槽と、多関節ロボットの作動アームの先端部に装着されて、該洗浄槽内で洗浄流体を噴射する噴射ノズルとを有し、
   前記浸漬液中に浸漬された洗浄対象物に向けて、前記噴射ノズルから前記洗浄流体を噴射することにより、洗浄対象物の洗浄を行う液中洗浄システムであって、
   前記洗浄流体が、噴射ノズルの先端から直進性を持って噴射された液体と気体とで構成される多相流体であることを特徴とする液中洗浄システム。
2. 前記洗浄流体が、加圧液体の液相、該液相の周囲を囲む加圧気体と加圧液体からなる第１の混合相、および該第１の混合相の周囲を囲む加圧気体と浸漬液とからなる第２の混合相の三種の流体で構成される三相流体であることを特徴とする請求項１記載の液中洗浄システム。
3. 前記洗浄槽の内面が角の無い滑らかな形状とされているとともに、該内面の表面に、汚れ付着防止用のコーティング処理がなされていることを特徴とする請求項１又は２記載の液中洗浄システム。
   

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