JP2019094393A

JP2019094393A - 洗浄液

Info

Publication number: JP2019094393A
Application number: JP2017223177A
Authority: JP
Inventors: 隆井合; Takashi IAI
Original assignee: Daido Metal Co Ltd
Current assignee: Daido Metal Co Ltd
Priority date: 2017-11-20
Filing date: 2017-11-20
Publication date: 2019-06-20

Abstract

【課題】これまでに比べて飛躍的に良好な洗浄効果を発揮する洗浄液を提供する。【解決手段】洗浄液は、液体と、液体に含有されて、第１温度の気体で形成される第１微細気泡群２４と、液体に吹き込まれて、第１温度から相違する第２温度の気体で形成される第２微細気泡群２７とを有する。【選択図】図２

Description

本発明は、液体中に微細気泡群を含有する洗浄液に関する。

特許文献１は洗浄液を開示する。洗浄液は、液体に飽和溶解濃度で溶解したナノサイズの気泡を含有する。特許文献１は洗浄効果の向上にあたって液体分子の水素結合の距離に着目する。

特開２０１１−８８９７９号公報

特許文献１は、その他、気泡を崩壊させる外力に着目する。そうした外力には、圧力変化や温度変化、衝撃波、超音波、赤外線、振動が含まれる。気泡の崩壊は洗浄力の向上に貢献すると考えられる。

本発明は、これまでに比べて飛躍的に良好な洗浄効果を発揮する洗浄液を提供することを目的とする。

本発明の第１側面によれば、液体と、前記液体に含有されて、第１温度の気体で形成される第１微細気泡群と、前記液体に吹き込まれて、前記第１温度から相違する第２温度の気体で形成される第２微細気泡群とを有する洗浄液が提供される。

第１側面によれば、吹き出された第２微細気泡群に巻き込まれた第１微細気泡群および第２微細気泡群は物体に衝突する。物体の表面に固着する物質と物体の表面との境界（界面の輪郭）に温度の異なる微細気泡が次々に接触する。温度の異なる微細気泡が同一箇所に作用することで、界面の輪郭で温度変化の繰り返し（温度の振動）が生じる。温度の振動は界面で剥離を引き起こす。剥離の進行に伴って輪郭から内側に微細気泡は進入していく。こうして物質は物体の表面から剥離する。物質は物体から分離される。こうした温度の振動の働きで、洗浄液は、気泡の崩壊のエネルギーを必ずしも利用しなくとも、これまでに比べて飛躍的に良好な洗浄効果を発揮する。

本発明の第１実施形態に係る洗浄液製造装置の全体像を示す概念図である。第２実施形態に係る洗浄装置の全体像を示す概念図である。吹き込みの有無および温度と、残留する切粉の重量との関係を示すグラフである。吹き込みの有無および温度と、溶剤中に回収された油の濃度との関係を示すグラフである。

以下、添付図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。

（１）第１実施形態に係る洗浄液製造装置
図１は第１実施形態に係る洗浄液製造装置１１の全体像を示す。洗浄液製造装置１１は液槽１２を備える。液槽１２には予備洗浄液１３が湛えられる。予備洗浄液１３は、液体中に含有されて、第１温度の気体で形成される第１微細気泡群１４を有する。液体には、純水のほか、水や有機溶剤を溶媒として電解質、界面活性剤、気体などが溶解している液体が用いられることができる。第１微細気泡群１４はマイクロバブルおよびナノバブルを含む。第１微細気泡群１４は規定値以下の平均径の気泡の集合体であればよい。平均径は５０μｍ以下に設定される。好ましくは、気泡の径は１μｍ以下であるとよい。気体は空気や窒素、水素などに限られずいかなる種類の気体であってもよい。直径１μｍ以下の気泡濃度は１ミリリットル当たり１ｘ１０^６個以上であることが望まれる。

液槽１２には温度調整装置１５ａが接続される。温度調整装置１５ａは液槽１２内の予備洗浄液１３の温度を調整する。こうした温度の調整にあたって予備洗浄液１３には温度調整装置１５ａから熱エネルギーが加えられる（あるいは奪われる）。熱エネルギー（プラスであってもマイナスであっても）はいかなる方法で予備洗浄液１３に伝達されてもよい。ここでは、予備洗浄液１３中の第１微細気泡群１４と液体との間で熱エネルギーは平衡化される。したがって、個々の微細気泡に含まれる気体の温度は予備洗浄液１３として測定される温度に等しいと考えられる。ここでは、温度調整装置１５ａの働きで予備洗浄液１３の温度は第１温度に維持される。第１温度は摂氏８０度以下に設定されることが望まれる。液体が例えば純水または水溶液の場合には、純水または水溶液の温度が摂氏８０度を超えると、気泡は安定的に高い個数密度を維持できない。

液槽１２には気泡発生装置１６が接続される。気泡発生装置１６は予備洗浄液１３中に開口する供給口１６ａを有する。気泡発生装置１６は供給口１６ａから予備洗浄液１３中に微細気泡を吹き込む。微細気泡はマイクロバブルおよびナノバブルを含む。微細気泡は規定値以下の平均径の気泡の集合体であればよい。気泡の径は供給口１６ａに設置される微細孔の直径に基づき設定されることができる。微細孔の直径は５０μｍ以下に設定される。好ましくは、気泡の径は１μｍ以下であるとよい。ここでは、気泡発生装置１６は、第１温度より高い第２温度の気体で形成される第２微細気泡群１７を吹き出す。気泡の径は予備洗浄液１３に含まれる第１微細気泡群１４のそれに等しいだけでなく、それよりも小さくてもよく大きくてもよい。好ましくは、第２微細気泡群１７の平均径は第１微細気泡群１４の平均径よりも小さい。直径１μｍ以下の気泡濃度は１ミリリットル当たり１ｘ１０^６個以上であることが望まれる。

気泡発生装置１６には気体源１８が接続される。気体源１８は気泡発生装置１６に気体を供給する。気体は空気や窒素、水素などに限られずいかなる種類の気体であってもよい。気体の種類は第１微細気泡群１４のそれと同じでもよく相違してもよい。気体源１８には温度調整装置１５ｂが接続される。温度調整装置１５ｂは気体源１８の気体の温度を調整する。こうした温度の調整にあたって気体には温度調整装置１５ｂから熱エネルギーが加えられる（あるいは奪われる）。熱エネルギー（プラスであってもマイナスであっても）はいかなる方法で気体に伝達されてもよい。ここでは、気体源１８から気泡発生装置１６に第２温度の気体が供給される。

こうした洗浄液製造装置１１が作動すると、液槽１２中の予備洗浄液１３に、第２温度の気体で形成される第２微細気泡群１７が吹き込まれる。その結果、単一の液体中に、第１温度の気体で形成される第１微細気泡群１４と、第２温度の気体で形成される第２微細気泡群１７とを含有する洗浄液は生成される。液体の温度は第１温度以上であって第２温度以下で任意に設定されればよい。以上では、第１温度の気体で形成される第１微細気泡群１４が予め予備洗浄液１３中に存在し、第１温度よりも高い第２温度の気体で形成される第２微細気泡群１７が予備洗浄液１３に吹き込まれるものの、反対に、第２温度の気体で形成される第２微細気泡群１７が予め予備洗浄液１３中に存在して、第１温度の気体で形成される第１微細気泡群１４が予備洗浄液１３に吹き込まれるようにしてもよい。いずれの場合でも、第２温度の微細気泡群の平均径は第１温度の微細気泡群の平均径よりも小さいことが望まれる。

（２）第２実施形態に係る洗浄装置
図２は第２実施形態に係る洗浄装置２１の全体像を示す。洗浄装置２１は洗浄槽２２を備える。洗浄槽２２には予備洗浄液２３が湛えられる。予備洗浄液２３は、液体中に含有されて、第１温度の気体で形成される第１微細気泡群２４を有する。液体には、純水のほか、水や有機溶剤を溶媒として電解質、界面活性剤、気体などが溶解している液体が用いられることができる。第１微細気泡群２４はマイクロバブルおよびナノバブルを含む。第１微細気泡群２４は規定値以下の平均径の気泡の集合体であればよい。平均径は５０μｍ以下に設定される。好ましくは、気泡の径は１μｍ以下であるとよい。気体は空気や窒素、水素などに限られずいかなる種類の気体であってもよい。直径１μｍ以下の気泡濃度は１ミリリットル当たり１ｘ１０^６個以上であることが望まれる。

洗浄槽２２には温度調整装置２５ａが接続される。温度調整装置２５ａは洗浄槽２２内の予備洗浄液２３の温度を調整する。こうした温度の調整にあたって予備洗浄液２３には温度調整装置２５ａから熱エネルギーが加えられる（あるいは奪われる）。熱エネルギー（プラスであってもマイナスであっても）はいかなる方法で予備洗浄液２３に伝達されてもよい。ここでは、予備洗浄液２３中の第１微細気泡群２４と液体との間で熱エネルギーは平衡化される。したがって、個々の微細気泡に含まれる気体の温度は予備洗浄液２３として測定される温度に等しいと考えられる。ここでは、温度調整装置２５ａの働きで予備洗浄液２３の温度は第１温度に維持される。第１温度は摂氏８０度以下に設定されることが望まれる。液体が例えば純水または水溶液の場合には、純水または水溶液の温度が摂氏８０度を超えると、気泡は安定的に高い個数密度を維持できない。

洗浄槽２２には気泡発生装置２６が接続される。気泡発生装置２６は予備洗浄液２３中に開口する供給口２６ａを有する。気泡発生装置２６は供給口２６ａから予備洗浄液２３中に微細気泡を吹き込む。微細気泡はマイクロバブルおよびナノバブルを含む。微細気泡は規定値以下の平均径の気泡の集合体であればよい。気泡の径は供給口２６ａに設置される微細孔の直径に基づき設定されることができる。微細孔の直径は５０μｍ以下に設定される。好ましくは、気泡の径は１μｍ以下であるとよい。ここでは、気泡発生装置２６は、第１温度より高い第２温度の気体で形成される第２微細気泡群２７を吹き出す。気体の径は予備洗浄液２３に含まれる第１微細気泡群２４のそれに等しいだけでなく、それよりも小さくてもよく大きくてもよい。好ましくは、第２微細気泡群２７の平均径は第１微細気泡群２４の平均径よりも小さい。直径１μｍ以下の気泡濃度は１ミリリットル当たり１ｘ１０^６個以上であることが望まれる。

気泡発生装置２６には気体源２８が接続される。気体源２８は気泡発生装置２６に気体を供給する。気体は空気や窒素、水素などに限られずいかなる種類の気体であってもよい。気体の種類は第１微細気泡群２４のそれと同じでもよく相違してもよい。気体源２８には温度調整装置２５ｂが接続される。温度調整装置２５ｂは気体源２８の気体の温度を調整する。こうした温度の調整にあたって気体には温度調整装置２５ｂから熱エネルギーが加えられる（あるいは奪われる）。熱エネルギー（プラスであってもマイナスであっても）はいかなる方法で気体に伝達されてもよい。ここでは、気体源２８から気泡発生装置２６に第２温度の気体が供給される。

洗浄装置２１は保持機構２９を備える。保持機構２９は、洗浄槽２２内の洗浄液に浸される保持具２９ａを有する。保持具２９ａは洗浄対象物Ｗを保持する。保持機構２９は、洗浄液中で保持具２９ａを駆動して洗浄液中で洗浄対象物Ｗを移動させてもよく、静止状態で洗浄液中に洗浄対象物Ｗを保持してもよい。こうして洗浄対象物Ｗは洗浄液に曝される。

洗浄にあたって洗浄槽２２内に予備洗浄液２３は湛えられる。予備洗浄液２３の温度は第１温度に維持される。ここで、予備洗浄液２３に洗浄対象物Ｗは浸される。洗浄装置２１が作動すると、第２温度の気体で形成される第２微細気泡群２７は洗浄対象物Ｗに向かって吹き出される。その結果、液体中に、第１温度の気体で形成される第１微細気泡群２４と、第２温度の気体で形成される第２微細気泡群２７とを含有する洗浄液は生成される。吹き出された第２微細気泡群２７に巻き込まれた第１微細気泡群２４および第２微細気泡群２７は洗浄対象物Ｗに衝突する。洗浄対象物Ｗの表面と汚染物との境界（界面の輪郭）に温度の異なる微細気泡が次々に接触する。温度の異なる微細気泡が同一箇所に作用することで、界面の輪郭で温度変化の繰り返し(温度の振動)が生じる。温度の振動は界面で剥離を引き起こす。剥離の進行に伴って輪郭から内側に微細気泡は進入していく。こうして汚染物は洗浄対象物Ｗの表面から剥離する。汚染物は洗浄対象物Ｗから分離される。こうした温度の振動の働きで、洗浄液は、気泡の崩壊のエネルギーを必ずしも利用しなくとも、これまでに比べて飛躍的に良好な洗浄効果を発揮する。以上では、第１温度の気体で形成される第１微細気泡群２４が予め予備洗浄液２３中に存在し、第１温度よりも高い第２温度の気体で形成される第２微細気泡群２７が予備洗浄液２３に吹き込まれるものの、反対に、第２温度の気体で形成される第２微細気泡群２７が予め予備洗浄液２３中に存在して、第１温度の気体で形成される第１微細気泡群２４が予備洗浄液２３に吹き込まれるようにしてもよい。いずれの場合でも、第２温度の微細気泡群の平均径が第１温度の微細気泡群の平均径よりも小さいと、洗浄効果はさらに高まる。

（３）第３実施形態
以上の実施形態では、いずれのものでも第１微細気泡群および第２微細気泡群としてマイクロバブルとナノバブルとの組み合わせが用いられることができる。すなわち、第１微細気泡群または第２微細気泡群のいずれかにマイクロバブルが用いられ、他方にナノバブルが用いられればよい。マイクロバブルには平均気泡径１００ｎｍ以上５０μｍ以下の微細気泡が用いられればよい。ナノバブルには平均気泡径１００ｎｍ未満の微細気泡が用いられればよい。大きい平均気泡径の微細気泡群が物体の表面に接触すると、微細気泡に含まれる気体の熱エネルギーは広い範囲で物体の表面に作用する。小さい平均気泡径の微細気泡群が物体の表面に接触すると、微細気泡に含まれる熱エネルギーは狭い範囲で集中的に物体の表面に作用する。大きい平均気泡径の微細気泡群と小さい平均気泡径の微細気泡群とは温度差を有することから、大きい微細気泡で影響を受けた物体の表面に小さい微細気泡が接触すると温度変化が生じる。大きい微細気泡は広い領域で温度を拘束するので、小さい微細気泡でも、大きい微細気泡で拘束される温度の領域に接触する。小さい平均気泡径の微細気泡群同士で温度差を有する場合よりも、より高い確率で温度変化は生じる。微細気泡は小さいほど物質と物体の表面との境界に入り込みやすく剥離を促進するものの、温度差を有する微細気泡の気泡径が相違することでさらなる洗浄効果の向上が実現されると考えられる。

（４）検証
本発明者は前述の第２実施形態に係る洗浄装置２１に倣って検証を実施した。検証では予備洗浄液２３および第２微細気泡群２７の温度条件が観察された。予備洗浄液２３の液体には純水が用いられた。観察にあたって洗浄槽２２には５０リットルの予備洗浄液２３が溜められた。予備洗浄液の温度（＝ＴＬ）は調整された。気泡発生装置２６には気体源２８から大気（空気）が供給された。空気の温度（第２温度Ｔ２）は調整された。微細気泡の量は１ミリリットル当たり１ｘ１０^６個程度に設定された。微細気泡の径は概ね５００ｎｍに設定された。微細気泡の形成にあたって直径５００ｎｍの貫通孔を有するフィルムが用いられた。１０分間にわたって継続的に第２微細気泡群２７は吹き込まれた。

保持具２９ａにはカゴが用いられた。カゴ上に機械部品が洗浄対象物Ｗとして搭載された。機械部品の表面には切削加工時の切粉が油とともに付着していた。１０分間の洗浄後、機械部品の表面に残留した切粉の量および油の量を測定した。切粉の量の測定にあたって洗浄後の機械部品には高圧洗浄が施された。そうして洗い流された切粉を濾紙で採取した。電子天秤を用いて、採取した切粉の重量［ミリグラム］を測定した。一方で、油の量の測定にあたって洗浄後の機械部品は溶剤中に浸漬された。溶剤中に溶解した油の濃度［ｐｐｍ］が測定された。

観察にあたって、以下の通り、３通りの条件が設定された。

第１微細気泡群の第１温度Ｔ１は純水の温度ＴＬと等しいものとみなされた。条件２では第２微細気泡群の第２温度Ｔ２は純水の温度ＴＬよりも高く設定された。条件３では第２微細気泡群の第２温度Ｔ２は純水の温度ＴＬよりもさらに高く設定された。以下の通り、本発明者は２通りの比較条件を設定した。

比較条件１および２では予備洗浄液２３中に第１温度Ｔ１の微細気泡群および第２温度Ｔ２の微細気泡群が予め混入された。第１温度Ｔ１および第２温度Ｔ２は等しく設定された。

観察の結果、図３に示されるように、条件１〜３では比較条件１および２に比べて切粉の除去は大幅に促進されることが確認された。特に、条件１および２から明らかなように、純水の温度ＴＬ（＝第１温度Ｔ１）と第２温度Ｔ２との間で温度差が設定されると、切粉の洗浄効果は高まることが確認された。さらに、条件１〜３から明らかなように、純水の温度ＴＬと第２温度Ｔ２との間で温度差が広がるほど、切粉の洗浄効果はさらに高まることが確認された。

図４に示されるように、条件１〜３では比較条件１および２に比べて油の除去は大幅に促進されることが確認された。特に、条件１および２から明らかなように、純水の温度ＴＬと第２温度Ｔ２との間で温度差が設定されると、油の洗浄効果は高まることが確認された。さらに、条件１〜３から明らかなように、純水の温度ＴＬと第２温度Ｔ２との間で温度差が広がるほど、油の洗浄効果はさらに高まることが確認された。

１３…液体（予備洗浄液）、１４…第１微細気泡群、１７…第２微細気泡群、２３…液体（予備洗浄液）、２４…第１微細気泡群、２７…第２微細気泡群。

Claims

液体と、
前記液体に含有されて、第１温度の気体で形成される第１微細気泡群と、
前記液体に吹き込まれて、前記第１温度から相違する第２温度の気体で形成される第２微細気泡群と
を有することを特徴とする洗浄液。