JP2008238152A - 平面形状部品の洗浄装置 - Google Patents

Abstract

【課題】洗浄液量を少なくでき、超音波振動子の負荷が小さく、超音波の伝達ロスを最小にでき、超音波振動子の負荷となるロスが少ない平面形状部品の洗浄装置の提供。
【解決手段】洗浄すべき平面形状部品２を収納可能でほぼ長方体の洗浄槽１の相対する３組の面のうち、平面形状部品２の平面にほぼ平行な面であって最短の距離ｓ１で対向する２面のうち１面は上下左右の４辺にゴムパッキング１２を設けて液密にした可動壁板１ａで、この２面のいずれか一方、あるいは両方に超音波振動子４を取り付け、洗浄槽１の中を洗浄液３で満たしたうえで可動壁板１ａを前後に移動調整して超音波振動子４を振動させて洗浄する。
【選択図】図１

Description

本発明は、シルクスクリーン版、メタル版、パンチングパネル、ガラス基板、電子部品実装印刷配線基板等の平面形状部品の洗浄装置に係り、特に超音波により、これら平面形状部品をより効率良く洗浄することを目的とした平面形状部品の洗浄装置に関するものである。

図６は従来の超音波によるシルクスクリーン版などの平面形状部品の洗浄装置の側断面図を示す。図６に示すように、洗浄槽６１の下方の面に超音波振動子６４を取り付け、槽に洗浄液６３を満たしてその中に被洗浄物である平面形状部品６２を配置した構成で、超音波振動子６４を振動させ、それに接する洗浄液６３をも振動させて、平面形状部品６２周辺の洗浄液６３を振動させ、さらにその振動は洗浄液液面６５に当たって反射し、洗浄液６３が複雑に振動することにより平面形状部品６２に付着したゴミ、インク、半田、オイル等の不要物をその振動により剥ぎ取り洗浄するもので、当然ながら超音波振動子の出力・周波数は洗浄力、効率を考えて調整設定されている。

また、このような洗浄装置において、超音波による定在波の音場を乱さないことで汚れがよく落ちるが、定在波の出方により洗える部分と、そうでない部分が生じることを防ぐために種々の対策が講じられている。たとえば特許文献１では、洗浄槽内に設けた反射板の位置を移動させることで定在波の発生位置を変化させ、洗浄ムラを防いでいる。
特開平６−３３３９０６号公報

しかしながら、図６に示す従来の構成の問題点として、洗浄液の水深ｈ１（通常数十ｃｍ）と平面形状部品の洗浄深さ位置ｈ２により洗浄の効率に大きな差がでるものであった。水深ｈ１が大きい程振動で動かす洗浄液の量が大きくなり、大きなパワーを要するので効率が悪くなるのは当然であるが、それに加えて振動子の近傍ほど振動子の振動は洗浄液に効率よく伝わっているが、遠くになるほど振動が減衰し、洗浄液上面近くでは洗浄効率が対数比的に減衰する。また反射波を考えると、洗浄液面６５で超音波が反射して、振動子方向に振動が伝わっていくので洗浄液の水深ｈ１が大きい（深い）と反射する振動は小さくなり部品を洗浄する力も弱くなる。そのため反射板６６を設けて部分的に洗浄力を高める工夫などをした洗浄装置もあった。

この構成で、より効率的に洗浄するには、平面形状部品の洗浄部深さｈ２は出来るだけ小さくし、洗浄液の水深ｈ１もほぼｈ２の２倍程度にすると洗浄が良さそうであることが推測される。しかしながら数多くの部品を洗浄する洗浄装置を考えた時、その都度これらを調整することは作業が大変で不可能であり、またその都度被洗浄物に合わせた寸法にすることもできないので効率が悪いまま洗浄しているのが現状であった。

また、特許文献１に示す方法では、洗浄槽の中に設けた反射板を動かしているので、洗浄槽そのものが大きくなり、洗浄液の量も多く必要とし、またそのため駆動装置の容量も大きくする必要があり洗浄効率が悪いという問題点があった。

本発明はかかる従来の問題点を解決し、洗浄液の容量が少なくてもよく、微小出力の超音波で効率よく平面形状部品を洗浄する平面形状部品の洗浄装置を提供することを目的とする。

上記の目的に対処するために本発明の平面形状部品の洗浄装置は、平面形状部品を収納可能な相対向する３組の合計６面で構成されほぼ長方形をなし内部は洗浄液で満たされ上部に洗浄液を供給するための開口を下方に洗浄液を排出するためのドレイン口を有する洗浄槽と、前記洗浄槽に取り付けられた超音波振動子とを備え、前記洗浄槽は３組の対向面のうち最短距離で対向する１組の対向面のいずれか一方または両方に超音波振動子を取り付けるとともに、この最短距離で対向する１組の対向面のいずれか１方の他方に対する間隔を変化し得るように構成したことを特徴とするものである。

そしてこの構成において前記洗浄槽の最短距離で対向する１組の対向面の一方の他方に対する間隔を変化するためにこの一方の面が他の２組の対向面に対して液密に摺動する構成としたものとすることができ、または前記洗浄槽の最短距離で対向する１組の対向面の一方の他方に対する間隔を変化するためにこの一方の面が伸縮可能な部材で隣接する他の２組の対向面に接続された構成とすることができる。

また、これらの構成において前記洗浄槽の最短距離で対向する１組の対向面の少なくとも一方が被洗浄物の形状に合わせて突出しているように構成することもできる。

上記の構成によって洗浄液量を少なくでき、超音波振動子の負荷が小さく、また超音波振動子と被洗浄物との距離を極端に近くして超音波の伝達ロスを最小にでき、洗浄槽の外側は空気であるために超音波振動子の負荷となるロスを少なくすることができるという効果が得られる。

（実施の形態１）
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態１の平面形状部品の洗浄装置を説明する。図５は本発明の基本的な考え方を示す説明図である。以下図５に基づいて説明すると、シルクスクリーン版などの平面形状部品を収納する洗浄槽１はスペースや洗浄液の量からも、また洗浄力の関係からも出来るだけ小さい方がよい。そこで平面形状部品２が収納可能な相似形の長方体の形状とするのが望ましく、洗浄すべき平面形状部品の平面にほぼ平行な面ｆ１（１）（正面）と面ｆ１（２）（背面）が寸法ｓで対向し、平面形状部品の外形に相当する面の一つである面ｆ２（１）（右側面）と面ｆ２（２）（左側面）が寸法ａで対向し、残りの面ｆ３（１）（天面）と面ｆ３（２）（下面）が寸法ｂで対向して計６面で長方体を形成する。

ここで平面形状部品２に洗浄液を介して出来るだけ強い振動を与えるには上記６面の内、対向する距離の一番短い対向寸法ｓで面を構成する正面ｆ１（１）及び背面ｆ１（２）のいずれか、または両方の面に超音波振動子を取り付けるのがよい。

図１は本発明の実施の形態１における平面形状部品の洗浄装置を示す側断面図であり、図５を更に具体的に図示したものである。図１において第１の特徴は、洗浄すべき平面形状部品２が収納可能な、相対する３組の面（計６面）で構成されるほぼ長方体の洗浄槽１を設け、上記３組の面のうち、洗浄すべき平面形状部品の平面にほぼ平行な面であって対向する距離が最短の距離ｓ１（実際の寸法は数ｍｍから数ｃｍと極端に小さく設定する）で対向するｆ１（１）とｆ１（２）の２面のいずれか一方、あるいは両方に超音波振動子を取り付け、長方体の洗浄槽１の中は洗浄液３で満たしたうえで超音波振動子４を振動させて洗浄する。さらに長方体の洗浄槽１の下方にはドレイン口５を設けて洗浄後の洗浄液を排出し、排出口５の下方には洗浄液浄化装置であるタンク６を設置し、タンク６の中に洗浄液を滞留させて、洗浄液中の不要固形物である残渣、実際にはインクカスや半田カスなどを沈殿させる。さらにフイルター７を通して洗浄液中の不純物を濾し取り、ホンプ８にて長方体の洗浄槽１の上方に開口させた開口部９より洗浄液を供給する。常にきれいな洗浄液を開口部９から供給すると同時に、下方のドレイン口５より汚れた洗浄液を常時排出する構成になっている。また同時に長方体の洗浄槽１内部を常に洗浄液で満たす為に図１に示す液位センサ１０と制御回路１１により、ポンプ８を制御回転させるように構成した洗浄液面レベル管理手段を設ける。

洗浄液３の供給はスタート時の洗浄槽１内の洗浄液の量が不十分の場合はポンプ８をフル稼働して洗浄槽１内に洗浄液３が一杯になるまで供給し、その後はドレイン口５の開口部より排出される洗浄液相当量をポンプ８の回転数をコントロールして供給し、常に洗浄槽１内を綺麗な洗浄液３で一杯にし、汚れた洗浄液３は下方のドレイン口５より排出し、タンク６内に残渣６ａを落下させる。

次に本実施例の第２の特徴として、対向面スライド手段を設けている。上記最短距離で対向する面ｆ１（１）と面ｆ１（２）のうち、ここでは背面に当たる面ｆ１（２）となる可動壁板１ａは、上下左右の４辺に図に示すゴムパッキング１２を設けて洗浄槽１を液密にしている。そして洗浄槽１に取り付けたスライド機構固定バー１３に固定されて内面にねじを切った軸受メタル１３ａに螺合するスライドスクリユー１４を設け、スライドスクリユー１４の一端は可動壁板１ａに回動自在に固定され他端にはハンドル１５を設け、このハンドル１５を回転させることによって可動壁板１ａがゴムパッキング１２によって面ｆ２（１）、ｆ２（２）、ｆ３（１）、ｆ３（２）に対して液密に摺動して、面ｆ１（１）との対向距離を可変出来るように構成している。そしてゴムパッキング１２により洗浄槽１内の液が漏れないようにしながら面ｆ１（１）と面ｆ１（２）との対向距離を調整し、制御回路１１により超音波振動子４の周波数を調整することにより、最小の超音波出力で平面形状部品２を洗浄できるようにしている。

被洗浄物である平面形状部品２の出し入れはハンドル１５の操作により面ｆ１（２）を図の左方へ移動させて行えばよい。

ここで従来例に比べ、面ｆ１（１）と平面形状部品２との間隔ｓ２と、平面形状部品２と面ｆ１（２）（可動壁板１ａ）との間隔ｓ３は数ミリから数センチに設定する。従って従来のものより概略１０分の１程度の寸法になるので、超音波の振動が被洗浄部品である平面形状部品２に伝わりやすく、振動子４の出力が小さくても被洗浄部品に充分な振動エネルギーを伝えることができ、洗浄効率がよい。参考までに版などはその枠の部分は洗浄槽面をふくらませて、シルクスクリーンの部分における寸法ｓ２、ｓ３を５ｍｍ程度に設定すると少ない出力で大きな洗浄力を得られる。

この結果、下記のような顕著な効果を得ることができる。
（１）超音波で振動させる洗浄液量が従来と比べて極端に少ない。すなわち超音波振動子の負荷が小さくてすむ。
（２）超音波振動子と被洗浄物との距離を極端に近くして、伝達ロスを最小としている。
（３）本実施例における洗浄槽の外側は空気（内側は液体）となっており、従来使っていた洗浄液中の反射板（浸されているので両面とも液体）などと比較しても、空気は液体よりも質量が小さいので超音波振動子の負荷となるロスが少ない。

このように本発明の洗浄槽の構成は小さい超音波出力でも最大の洗浄力を発揮出来る。このことは逆に言えば通常の超音波出力でも大きな振動を洗浄液に与えられる事になる。超音波での最良の洗浄形態は超音波振動により洗浄液が振動させられ、それにより強い超音波振動が加えられることにより洗浄液内でキャビテーションを起こし、その負圧形成部が高速せん断でちぎられてマイクロバブルを発生させ、このマイクロバブルが瞬時に圧縮破壊するときに、エネルギーを放出して、それにより最良の洗浄ができると推測される。

このマイクロバブルは発生状態を常時センシングするセンサー等が無いので、本発明では以下の方法で相関を取り、結果においてマイクロバブルの発生を制御している。

すなわち超音波振動子の出力や周波数や上記ｓ１、ｓ２、ｓ３等の距離を洗浄力が最大（マイクロバブル発生量大）になるように調整する必要があるが、その評価のメジャーとして装置の調整、各条件下でアルミ箔孔開け試験を行って評価している。

具体的には被洗浄物の、特に洗浄を必要とする部分にアルミ箔を取り付け、その状態で本実施形態の装置に入れ、ある条件下での洗浄力のテストを行う。次に取り出した被洗浄物のアルミ箔の状態を調べ、出来るだけ均一にアルミ箔に小さな孔が開いている状態を洗浄状態良好とする。これは上記したように超音波振動が十分に被洗浄物に伝わり、洗浄され、更に強力に洗浄液が振動させられてキャビテーションを起こし、そこでマイクロバブルが発生し、それが高速収縮破壊するときに、アルミ箔に孔が開くと推測できるので、これを目安としている。

スライドスクリュー１４の回転は模式的にハンドル１５で回転させると説明したが、減速装置を介してまたは直接にモータ（図示せず）で回転させてもよい。この対向面スライド手段は、ここに図示したものに限らず、従来公知の移動手段を使用しても差し支えない。

ここでは洗浄槽１を垂直にした場合を示したが、これを斜めにしてもよく、また開口部９の形状を工夫すれば洗浄槽を横置きにしてもよい。

図２は図１の洗浄槽１を横置きにした場合の側断面図であり、図１と同じ機能の部分には同じ符号を付けて説明を省略する。ドレイン口５や開口部９の位置を図１に比べて多少変更することで対応している。面ｆ１（２）を摺動させるための手段は図１と同様と考えて省略している。

（実施の形態２）
図３は本発明の実施の形態２における平面形状部品の洗浄装置を示す側断面図であり、図１と異なる点は洗浄槽１の可動壁面１ｂの形状であり、平面形状部品２ａには周辺に版枠２ｂがあり、可動壁面１ｂはこの版枠２ｂの部分を避けながら、中央部はメタル版部２ｃに接近するように突出しているのが特徴である。その他図１と同じ機能の部分には同じ符号を付けて説明を省略する。

このように構成することによって、部分的に厚い版枠の部分を避けながら、可動壁面１ｂはメタル版部２ｃに極めて接近するので、洗浄槽１の内容積が小さく、洗浄液量がさらに少なくでき、超音波振動子４による超音波振動エネルギーが有効にメタル版部２ｃに伝達され、超音波振動子４の負荷がさらに小さく、伝達ロスも少なくできるものである。

ここでは可動壁面１ｂを突出させたが、平面形状部品２ａの形状によっては洗浄槽１の可動壁面１ｂに対向する面を突出させてもよく、また、両方の面を少しずつ突出させてもよい。

（実施の形態３）
図４は本発明の実施の形態３における平面形状部品の洗浄装置を示す側断面図であり、図１と異なる点は、可動壁板１ｃの周辺がパッキングでなく伸縮可能な蛇腹状の金属薄膜、またはゴム・プラスチック等の膜１６で、図５でいうところの洗浄槽１の面ｆ２（１）、ｆ２（２）、ｆ３（１）、ｆ３（２）に接続されており、可動壁板１ｃがスライドスクリュー１４の回動により図の左右方向に容易に移動し、しかも洗浄液３が漏れ出ないように構成されていることが特徴である。

ここでは蛇腹状の膜１６は図の左右方向に折り曲げが重なるような構造を示したが、可動壁板１ｃを中心に四方に同心的にひだを付けて可動壁板１ｃが前後できるようにしてもよい。その他図１と同じ機能の部分には同じ符号を付けて説明を省略する。図４の構成における効果は図１と同様であり、また図３の実施の形態２のものにこの構成を適用しても差し支えない。

本発明は簡単な構成により、洗浄液量を少なくでき、超音波振動子の負荷が小さく、また超音波振動子と被洗浄物との距離を極端に近くして超音波の伝達ロスを最小にでき、洗浄槽の外側は空気であるために超音波振動子の負荷となるロスが少なく、小さい超音波出力で最大の洗浄力を発揮できるという産業上の利用可能性の高いものである。

本発明の実施の形態１における平面形状部品の洗浄装置を示す側断面図 同じく実施の形態１における他の平面形状部品の洗浄装置を示す側断面図 同じく実施の形態２における平面形状部品の洗浄装置を示す側断面図 同じく実施の形態３における平面形状部品の洗浄装置を示す側断面図 本発明の基本的な考え方を示す説明図 従来の平面形状部品の洗浄装置の側断面図

符号の説明

１ 洗浄槽
１ａ・１ｂ・１ｃ 可動壁面
２・２ａ 平面形状部品
３ 洗浄液
４ 超音波振動子
５ ドレイン口
６ タンク
７ フィルター
８ ポンプ
９ 開口部
１０ 液位センサ
１１ 制御回路
１２ ゴムパッキング
１３ スライド機構固定バー
１３ａ 軸受けメタル
１４ スライドスクリュー
１５ ハンドル
１６ 膜

Claims (6)

1. 平面形状部品を収納可能な相対向する３組の合計６面で構成されほぼ長方形をなし内部は洗浄液で満たされ上部に洗浄液を供給するための開口を下方に洗浄液を排出するためのドレイン口を有する洗浄槽と、
   前記洗浄槽に取り付けられた超音波振動子とを備え、
   前記洗浄槽は３組の対向面のうち最短距離で対向する１組の対向面のいずれか一方または両方に超音波振動子を取り付けるとともに、この最短距離で対向する１組の対向面のいずれか１方の他方に対する間隔を変化し得るように構成したことを特徴とする平面形状部品洗浄装置。
2. 前記洗浄槽の最短距離で対向する１組の対向面の一方の他方に対する間隔を変化するためにこの一方の面が他の２組の対向面に対して液密に摺動する構成としたことを特徴とする請求項１に記載の平面形状部品洗浄装置。
3. 前記洗浄槽の最短距離で対向する１組の対向面の一方の他方に対する間隔を変化するためにこの一方の面が伸縮可能な部材で隣接する他の２組の対向面に接続された構成としたことを特徴とする請求項１に記載の平面形状部品洗浄装置。
4. 前記洗浄槽の最短距離で対向する１組の対向面の少なくとも一方が被洗浄物の形状に合わせて突出していることを特徴とする請求項１から３項のいずれかに記載の平面形状部品洗浄装置。
5. 洗浄槽内部を常に洗浄液で満たす為の洗浄液面レベル管理手段を設けた請求項１から４項のいずれかに記載の平面形状部品洗浄装置。
6. 超音波振動子に印加する電力およびその周波数を調整する出力調整装置を設けた請求項１から４項のいずれかに記載の平面形状部品洗浄装置。

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