JP2010069690A - 超音波洗浄・バリ取り方法及び超音波洗浄・バリ取り装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 例えば、ＰＰＳ樹脂素材のような超音波洗浄ではバリ取りに時間がかかる場合に、時間が経過してもバリ取り効率が低下せず、生産ラインのタクトタイムに合わせて効率的にバリ取りが行なえるようにする。
【解決手段】 洗浄槽３内の洗浄液Ｅ中に被洗浄物物を浸漬し、洗浄液Ｅを脱気回路１０により循環させながら脱気しつつ超音波洗浄・バリ取りを行うような操作において、洗浄槽３内の洗浄液Ｅに大気中の気体が入るのを抑制するため、洗浄液Ｅの液面に樹脂シート等の液面シャッター部材１３を被せて超音波洗浄・バリ取りを行う。また液面シャッター部材１３を洗浄槽３上部の二段開閉蓋１１に取付け、二段開閉蓋１１の開閉操作に連動して液面シャッター部材１３が液面に被せられたり、液面から退避できたりするようにする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、例えばＰＰＳ樹脂（ポリフェニレンサルファイド樹脂）の射出成形品等において生じるバリを除去するのに好適な超音波洗浄・バリ取り技術に関する。

従来、ＰＰＳ樹脂（ポリフェニレンサルファイド樹脂）は機械的物性、耐熱性、耐薬品性、電気的絶縁性などに優れた上、成形性が良好で寸法精度にも優れた特性を発揮するため、機械部品や電気・電子部品や自動車部品等の広い分野で利用されているが、流動性が良いため、射出成形品などの場合にはバリが生じやすいという問題がある。そこで、バリの発生の少ないＰＰＳ系樹脂組成物を提供する技術が知られている（特許文献１、特許文献２参照。）。
特開平８−３３３５１３号公報 特開２００３−４９０７０号公報

一方、本出願人は、例えば携帯電話のウィンドウ部や家電製品等を成形する際、基材フィルムに転写層を形成したような転写材を使用し、この転写材を金型内にセットし、射出成形等と同時に転写層表面の絵柄を成形品に転写するような同時加飾成形方法において発生する薄膜状のバリを除去するため、同時加飾成形品を超音波洗浄液に浸漬し、この洗浄液を脱気するとともに洗浄液の温度を所定の温度範囲に調整し、この洗浄液中に超音波を放射することでバリを除去するような技術を提案している（特許文献３参照。）。
特開２００７−９８８１７号公報

ところで、本出願人は、金属加工等によって生じた金属素材からのバリは、洗浄液に含まれる気体を脱気しながら超音波洗浄することにより、キャビテーションの強力な衝撃力によって短時間に除去できるという知見を既に得ていたが、ＰＰＳ樹脂素材の場合、従来の超音波洗浄技術では短時間にバリを除去することができなかった。そして、従来の超音波洗浄でバリを除去する場合、所定時間以上に時間がかかることにより、時間の経過とともにバリ取り効率が低下するようになるため、成形品が射出成形される場合等の成形サイクルタイムとタイミングが合わず、現状では、多数の人を使用して手作業で取り除く方法しかなかった。このため、バリ取りのために手間と労力とコストがかかるという問題があった。

そこで、本発明は、特にＰＰＳ樹脂素材のような超音波洗浄ではバリ取りに時間がかかる場合に、時間が経過してもバリ取り効率が低下せず、生産ラインのタクトタイムに合わせて効率的にバリ取りが行なえるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するため本発明は、洗浄槽内の洗浄液中に被洗浄物を浸漬し、洗浄液の液面を大気に開放するとともに、洗浄液を脱気しながら超音波洗浄・バリ取りするようにした超音波洗浄・バリ取り方法において、前記洗浄液の液面に、大気中の気体が洗浄液中に侵入するのを防止するための液面シャッター部材を被せて超音波洗浄・バリ取りするようにした。

ここで、超音波洗浄・バリ取りのメカニズムについて説明すると、洗浄液中に振動子から超音波を照射して音圧密度を一定以上に上げると、音圧変化の最大域で無数の微小真空核によって構成されるキャビティが発生し、振動子に垂直な方向、すなわち、音波の進行方向に高速で移動しつつ、音圧変化の最小域で消滅するようになり、音圧変化が続く限り、この生成と消滅を繰り返す。そして、生成時には外側方向に向けた衝撃波（正の衝撃波）が発生し、消滅時には内側方向に向けた衝撃波（負の衝撃波）が発生するため、バリの発生面でこの消滅と生成を繰り返すことによって、正と負の強力な衝撃波によってバリが除去されるのである。
この際、洗浄液を脱気して洗浄液中の溶存気体量を減らしておくことにより、キャビティ発生・消滅時の衝撃力がより強くなり、バリ取り効果が高くなる。また、洗浄液の液面は通常圧の大気に開放しておくことにより、特にキャビティ消滅時の衝撃力を高くすることができるが、例えば洗浄槽を密封して洗浄液以外の部分を真空引きする等によって大気部分を真空にしておけば、キャビティ消滅時の負の衝撃力が極めて弱くなり、バリ取り効果が悪くなる。このため、通常、強力なバリ取り効果を得るためには、洗浄液の液面を通常圧の大気に触れさせておくことが好ましい。

ところで、このような超音波洗浄・バリ取りを、比較的長時間継続すると、液面に生じるしぶき等によって洗浄液中に大気中の気体が混入するようになり、せっかく洗浄液を脱気していても、溶存気体量が増えてきてバリ取り効率が低下するようになる。そこで、超音波洗浄・バリ取りを行う際、液面に液面シャッター部材を被せて、大気中の気体が洗浄液中に侵入するのを防止する。

この際、前記液面シャッター部材は、所定厚みの樹脂シートであることが好ましい。
すなわち、超音波洗浄・バリ取りを行う際、超音波振動により洗浄液の液面は波が立った状態になるが、液面シャッター部材として、液面の波の発生を抑制するような剛性のある部材にすると、振動板の動きが悪くなるため、液面シャッター部材としては、ある程度柔らかい素材にして波に追随できるようにしておくことが好ましく、例えば厚み０．０５〜０．３ｍｍ程度のシートにすることが好ましい。なお、あまり厚みを薄くしすぎたり、樹脂素材等によっては超音波の衝撃によって破損する恐れがあるため、耐久性の面でも考慮する。

また、本発明では、洗浄槽内に貯留される洗浄液と、この洗浄液を循環させながら脱気する脱気手段と、洗浄槽内の洗浄液中に超音波を放射する超音波放射手段を備えた超音波洗浄・バリ取り装置において、前記洗浄槽の上部に、水平に移動自在な開閉蓋を設け、この開閉蓋の一部に、液面シャッター部材の端部を接続するとともに、開閉蓋を閉める方向に移動させると、液面シャッター制部材が自動的に洗浄液の液面に被せられ、開閉蓋を開く方向に移動させると、液面シャッター部材が洗浄液の液面から退避するようにした。
このように、開閉蓋の開閉動作に追随して液面シャッター部材が自動的に被せられたり、液面から退避したりするようにすれば、液面シャッター部材を被せたり、取り外したりするような手間と時間と労力をかける必要がなくなり、特にラインの生産タクトタイムの短縮等に効果的である。

脱気した洗浄液中に被洗浄物を浸漬し、洗浄液の液面を大気に開放して超音波洗浄・バリ取りを行う場合、洗浄液の液面に液面シャッター部材を被せることによって、長時間洗浄・バリ取りを行っても洗浄液中の溶存気体量が増えることなく、バリ取り効率の低下を招かない。
この際、液面シャッター部材を所定厚みの樹脂シートにすることで、超音波の放射を効率的に行なうことができる。

本発明の実施の形態について添付した図面に基づき説明する。
ここで図１は本発明に係る超音波洗浄・バリ取り装置の全体図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図、図２は図１（ａ）の要部を拡大した作用図で、（ａ）は開閉蓋を開いた状態の説明図、（ｂ）は開閉蓋を閉めた状態の説明図、図３は回路図の一例を示す簡略図である。

本発明に係る超音波洗浄・バリ取り技術は、例えば、ＰＰＳ樹脂素材のように従来の超音波洗浄ではバリ取りに時間がかかるような場合に、時間が経過してもバリ取り効率が低下せず、生産ラインのタクトタイムに合わせて効率的にバリ取りが行なえるようにされており、洗浄液の液面に液面シャッター部材を被せて超音波洗浄・バリ取りを行うことを特徴としている。

すなわち、図１に示すように、本発明に係る超音波洗浄・バリ取り装置１は、装置本体２の内部に内装される洗浄槽３やオーバーフロー槽４を備えており、洗浄槽３の底部には、超音波放射手段として、超音波振動子５によって振動する振動板６が設けられ、装置本体２の上部には、超音波振動子５を作動させるための超音波ゼネレータ７や制御器８等が設けられている。

また、オーバーフロー槽４や洗浄槽３には、後述するように、洗浄液Ｅから脱気して洗浄液中に含まれる溶存気体量を減少させるための脱気回路１０（図３）が接続されており、また、洗浄槽３の上部には、水平方向に開閉自在な二段開閉蓋１１が設けられ、この二段開閉蓋１１の把手１２を引き出すと、図２（ｂ）に示すように、第１開閉蓋１１ａと第２開閉蓋１１ｂが本体１１ｃに対して上下二段に分離して引き出されるようにされ、また、第１開閉蓋１１ａの前面下縁部には、樹脂シート製の液面シャッター部材１３の前端部が接続されている。

また、洗浄槽３の後端側のオーバーフロー槽４には、洗浄槽３内に貯留される洗浄液Ｅの液面とほぼ同程度の高さ位置にローラ１４が設けられ、前記液面シャッター部材１３の中間部は、このローラ１４上を通過するとともに、液面シャッター部材１３の後端部には、錘１５が結合されてオーバーフロー槽４内に垂下している。

このため、二段開閉蓋１１を閉じると、図２（ｂ）に示すように、液面シャッター部材１３が自動的に洗浄液Ｅの液面に被さるようになり、二段開閉蓋１１を開いて洗浄槽３の上部を開放すると、図２（ａ）に示すように、液面シャッター部材１３は錘１５の作用で自動的に洗浄液Ｅの液面から退避して液面を開放するようにされている。

なお、液面シャッター部材１３の樹脂シート素材としては、超音波振動によって洗浄液Ｅの液面に波が起きたとき、この液面の波に追随できるような柔軟な素材とし、また、繰り返して超音波振動やキャビティの衝撃を受けても容易に破壊しないような素材としている。このため本実施例では、厚み０．１ｍｍ程度のフッ素樹脂シートとしている。

ところで、洗浄液Ｅから脱気する脱気回路１０について、図３に基づき説明する。
脱気回路１０は、オーバーフロー槽４の底部出口に接続される導出ライン１７と、この導出ライン１７に接続される脱気手段１８と、この脱気手段１８の上部に真空引きライン１９を介して接続される真空ポンプ２０と、脱気手段１８の下部に接続されるリターンライン２１と、このリターンライン２１の中間部に配設される循環ポンプ２２を備えており、リターンライン２１の他端側は、洗浄槽３の戻し口に接続されている。

そして、循環ポンプ２２を介してオーバーフロー槽４の洗浄液Ｅが導出ライン１７を通して脱気手段１８に吸引されると、脱気手段１８では真空ポンプ２０の作動によって洗浄液Ｅ中に含まれる気体を脱気し、脱気された洗浄液Ｅは、リターンライン２１を通して再び洗浄槽３に送り戻される。

以上のような超音波洗浄・バリ取り装置１の作用等について説明する。
洗浄槽３にＰＰＳ樹脂射出成形品等の被加工物を浸漬した後、二段開閉蓋１１を閉じることにより、洗浄槽３内の洗浄液Ｅの液面を液面シャッター部材１３で覆い、通常圧の大気と洗浄液Ｅとの接触面積を極限する。

その状態で、超音波振動子５を作動させ、超音波洗浄・バリ取りを行うが、この際、３０分程度の比較的長時間行なっても、大気中の気体が洗浄液Ｅ中に侵入することが抑制され、洗浄液の溶存気体量が増加しないので真空核のキャビティの正負の衝撃力を強力に保つことができる。
なお、この際、必要に応じて、洗浄槽３内の被加工物を洗浄液Ｅ中で上下方向に所定ストローク昇降動させ、衝撃力の強い箇所を被加工物が必ず通過するようにしてバリ取りを行なうようにしてもよい。特に、複数の被加工物を収納カゴ等に纏めて収容しているような場合には収納カゴに昇降機構等を設けることにより効果的にバリ取りを行なうことができる。

そして、超音波振動子５の作動を停止させて超音波洗浄・バリ取り作業が終了すると、二段開閉蓋１１を開く。すると、液面シャッター部材１３は自動的に洗浄液Ｅの液面から退避し、洗浄液Ｅの液面が開放されるため、被加工物をそのまま取り出すことができる。
そして、このように液面シャッター部材１３を洗浄液Ｅの液面に被せて超音波洗浄・バリ取りを行うことにより、時間をかけて超音波洗浄・バリ取りを行っても、洗浄・バリ取り効果が低下せず、しかも、液面シャッター部材１３を液面に被せたり、取り除いたりするための格別な手順が省けるため、ＰＰＳ樹脂射出成形品の成形タクトタイムに合わせてバリ取りが行なえるようになり、従来の手作業に較べて大幅に時間と労力と手間を省くことができる。

なお、本発明は以上のような実施形態に限定されるものではない。本発明の特許請求の範囲に記載した事項と実質的に同一の構成を有し、同一の作用効果を奏するものは本発明の技術的範囲に属する。
例えば、被加工物の種類等は例示であり、また、バリ取り以外の通常の超音波洗浄にも適用可能である。

超音波洗浄や超音波バリ取りにおいて、特に時間をかけなければ除去できないような汚れやバリの場合に、洗浄液の溶存気体量が増加しないため効果的である。

本発明に係る超音波洗浄・バリ取り装置の全体図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図 図１（ａ）の要部を拡大した作用図で、（ａ）は開閉蓋を開いた状態の説明図、（ｂ）は開閉蓋を閉めた状態の説明図 回路図の一例を示す簡略図

符号の説明

１…超音波洗浄・バリ取り装置、３…洗浄槽、４…オーバーフロー槽、１１…二段開閉蓋、１３…液面シャッター部材、１５…錘、Ｅ…洗浄液。

Claims (3)

1. 洗浄槽内の洗浄液中に被洗浄物を浸漬し、洗浄液の液面を大気に開放するとともに、洗浄液を脱気しながら超音波洗浄・バリ取りするようにした超音波洗浄・バリ取り方法であって、前記洗浄液の液面に、大気中の気体が洗浄液中に侵入するのを防止するための液面シャッター部材を被せて超音波洗浄・バリ取りすることを特徴とする超音波洗浄・バリ取り方法。
2. 前記液面シャッター部材は、所定厚みの樹脂シートであることを特徴とする請求項１に記載の超音波洗浄・バリ取り方法。
3. 洗浄槽内に貯留される洗浄液と、この洗浄液を循環させながら脱気する脱気手段と、洗浄槽内の洗浄液中に超音波を放射する超音波放射手段を備えた超音波洗浄・バリ取り装置であって、前記洗浄槽の上部に、水平に移動自在な開閉蓋を設け、この開閉蓋の一部に、液面シャッター部材の端部を接続するとともに、開閉蓋を閉める方向に移動させると、液面シャッター部材が自動的に洗浄液の液面に被せられ、開閉蓋を開く方向に移動させると、液面シャッター部材が洗浄液の液面から退避するようにしたことを特徴とする超音波洗浄・バリ取り装置。

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