JP2019094426A - Cleaning liquid - Google Patents
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Abstract
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。 The present invention relates to a cleaning solution containing fine bubbles in a liquid.
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。 Patent Document 1 discloses a cleaning solution. The cleaning solution contains nano-sized air bubbles dissolved in a liquid at a saturation dissolution concentration. Patent Document 1 focuses on the distance of hydrogen bonds of liquid molecules in order to improve the cleaning effect.
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。 Patent Document 1 also focuses on an external force that collapses a bubble. Such external forces include pressure changes, temperature changes, shock waves, ultrasonic waves, infrared rays, and vibrations. It is thought that bubble collapse contributes to the improvement of detergency.
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。 An object of the present invention is to provide a cleaning solution which exhibits a dramatically better cleaning effect than before.
本発明の第1側面によれば、第1微細気泡群を含む静的液体と、前記第1微細気泡群の平均気泡径に等しい平均気泡径を有する第2微細気泡群を含み、室温よりも高い温度を有して、前記静的液体中に保持される対象物に向かって噴き出される動的液体とを有する洗浄液が提供される。 According to a first aspect of the present invention, a static liquid including a first group of fine bubbles and a second group of fine bubbles having an average cell diameter equal to the average cell diameter of the first group of fine bubbles are included. There is provided a cleaning liquid having a high temperature and a dynamic liquid sprayed towards an object held in said static liquid.
第1側面によれば、動的液体が対象物に衝突すると、対象物(物体)の表面に固着する物質(例えば汚染体)と物体の表面との境界(界面の輪郭)に第2微細気泡群が作用する。動的液体は室温時よりも高いエネルギーを有することから、第2微細気泡群は効果的に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気体は進入していく。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。こうした第2微細気泡群を含有する状態で動的液体は噴き出されることから、静的液体中で作り出される動的液体の流れに向かって微細気泡を吹き込む場合に比べて、動的液体は確実に規定量の第2微細気泡群を含有することができる。洗浄液は、これまでに比べて飛躍的に良好な洗浄効果を発揮する。 According to the first aspect, when the dynamic liquid collides with the object, a second microbubble is formed at the boundary (the outline of the interface) between the substance (for example, the contaminant) adhering to the surface of the object (the object) and the surface of the object. The group acts. Since the dynamic liquid has higher energy than at room temperature, the second microbubbles effectively cause exfoliation at the interface. As the exfoliation progresses, gas intrudes inward from the contour. Thus, the substance separates from the surface of the object. The substance is separated from the object. Since the dynamic liquid is ejected in the state of containing the second group of micro bubbles, the dynamic liquid is more reliable than the case of blowing the micro bubbles toward the flow of the dynamic liquid created in the static liquid. The second microbubbles group can be contained in a specified amount. The cleaning solution exhibits a dramatically better cleaning effect than before.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
(1)洗浄装置
図1は第実施形態に係る洗浄装置11の全体像を示す。洗浄装置11は第1液槽12aおよび第2液槽12bを備える。第1液槽12aには第1予備洗浄液13aが湛えられる。第2液槽12bには第2予備洗浄液13bが湛えられる。第1液槽12aおよび第2液槽12bには共通に混合槽12cが接続される。混合槽12cには静的液体21が湛えられる。静的液体21は、第1液槽12aから導入される第1予備洗浄液13aと、第2液槽12bから導入される第2予備洗浄液13bとの混合体である。
(1) Cleaning Device FIG. 1 shows an overall image of the
第1液槽12aには第1気泡発生装置14が接続される。第1気泡発生装置14は液体中に開口する供給口14aを有する。液体としては、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気泡発生装置14は供給口14aから液体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(=ウルトラファインバブル)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14a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100nm未満に設定される。好ましくは、気泡の径は50nm以下であるとよい。ここでは、第1気泡発生装置14は、第1温度の気体で形成され100nm未満の平均気泡径を有する第1微細気泡群15aを吹き出す。直径100nm未満の気泡濃度は1ミリリットル当たり1x106個以上であることが望まれる。第1微細気泡群15aは混合槽12cに流れ込んで静的液体21中で第2微細気泡群15bを形成する。
A
第1気泡発生装置14には気体源16aが接続される。気体源16aは第1気泡発生装置14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。気体源16aには第1温度調整装置17aが接続される。第1温度調整装置17aは気体源16a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第1温度調整装置17a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16aから第1気泡発生装置14に第1温度の気体が供給される。
A
このとき、第1液槽12aに温度調整装置が接続されてもよい。第1予備洗浄液13a中の第1微細気泡群15aと液体との間で熱エネルギーは平衡化される。個々の微細気泡に含まれる気体の温度は第1予備洗浄液13aとして測定される温度に等しいと考えられる。第1予備洗浄液13aの温度が調整されることで第1微細気泡群15aの温度は設定されることができる。こうして温度調整装置の働きで第1予備洗浄液13aの温度は第1温度に維持されればよい。
At this time, a temperature control device may be connected to the first
同様に、第2液槽12bには第2気泡発生装置18が接続される。第2気泡発生装置18は液体中に開口する供給口18aを有する。液体としては、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2気泡発生装置18は供給口18aから液体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18a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100nm以上50μm以下に設定される。好ましくは、気泡の径は1000nm(=1μm)以下であるとよい。ここでは、第2気泡発生装置18は、第1温度の気体で形成される第3微細気泡群15cを吹き出す。直径100nm以上50μm以下の気泡濃度は1ミリリットル当たり1x106個以上であることが望まれる。第3微細気泡群15cは混合槽12cに流れ込んで静的液体21中で第4微細気泡群15dを形成する。
Similarly, a
第2気泡発生装置18には気体源16bが接続される。気体源16bは第2気泡発生装置18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気泡発生装置14のそれと同じでもよく相違してもよい。気体源16bには第2温度調整装置17bが接続される。第2温度調整装置17bは気体源16b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第2温度調整装置17b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16bから第2気泡発生装置18に第1温度の気体が供給される。
A
このとき、第2液槽12bに温度調整装置が接続されてもよい。第2予備洗浄液13b中の第3微細気泡群15cと液体との間で熱エネルギーは平衡化される。個々の微細気泡に含まれる気体の温度は第2予備洗浄液13bとして測定される温度に等しいと考えられる。第2予備洗浄液13bの温度が調整されることで第3微細気泡群15cの温度は設定されることができる。こうして温度調整装置の働きで第2予備洗浄液13bの温度は第1温度に維持されればよい。
At this time, a temperature control device may be connected to the
混合槽12cには液流発生装置19が接続される。液流発生装置19は混合槽12c内の液体(以下「静的液体」という)21中に開口する供給口19aを有する。液流発生装置19は供給口19aから静的液体21中に液体を流し込む。流速(流量)は3.0〜30.0L/minに設定される。こうして静的液体21中に液流(以下「動的液体」という)22は生成される。動的液体22は強制的に静的液体21との間に相対移動を生み出す液体を含む。そういった強制的な相対移動はインペラーによる噴流といった形で達成されればよい。
A
液流発生装置19には液体源23が接続される。液体源23は液流発生装置19に液体を供給する。液体は静的液体21と同じ液体であればよい。すなわち、液体源23は混合槽12c内の静的液体21を循環させればよい。液体源23には第3温度調整装置17cが接続される。第3温度調整装置17cは液体源23の液体の温度を調整する。こうした温度の調整にあたって液体には第3温度調整装置17cから熱エネルギーが加えられる。熱エネルギーはいかなる方法で液体に伝達されてもよい。こうして動的液体22の温度は室温よりも高い温度に設定される。ここでは、第3温度調整装置17cの働きで動的液体22の温度は静的液体21の温度よりも高い第2温度に設定される。
A
洗浄装置11は、被洗浄物Wを保持する保持具24を有する。保持具24には例えばカゴが用いられる。保持具24は静的液体21中に浸される。保持具24の先端に被洗浄物Wは固定される。被洗浄物Wは静的液体21中で保持される。液流発生装置19の供給口19aは保持具24上の被洗浄物Wに向けられる。こうして被洗浄物Wに向かって液流は生成される。
The
保持具24には位置決め機構25が接続されてもよい。位置決め機構25は例えば水平面に沿って保持具24の移動を生み出す駆動力を発揮する。こうした保持具24の移動に応じて、被洗浄物W上の目標位置に動的液体22は向けられることができる。広い範囲で洗浄面の洗浄は実現されることができる。その他、保持具24の駆動に代えて、固定される保持具24に対して相対的に混合槽12cが移動してもよい。あるいは、固定される保持具24および混合槽12cに対して供給口19aの向きが変更されてもよい。
The
洗浄装置11が作動すると、第1液槽12aで、第1温度の気体で形成される第1微細気泡群15aを含有する第1予備洗浄液13aが生成され、第2液槽12bで、第2温度の気体で形成される第3微細気泡群15cを含有する第2予備洗浄液13bが生成される。第1予備洗浄液13aおよび第2予備洗浄液13bが混合槽12cで混合される結果、単一の液体中に、第1径の平均気泡径の気体で形成される第2微細気泡群15bと、第2径の平均気泡径の気体で形成される第4微細気泡群15dとを含有する洗浄液は生成される。第2微細気泡群15bと第4微細気泡群15dとの割合は、混合槽12cに流れ込む第1予備洗浄液13aおよび第2予備洗浄液13bの流量に応じて設定されることができる。
When the
混合槽12cには温度調整装置が接続されてもよい。温度調整装置の働きで静的液体21の温度は調整されることができる。静的液体21中の第2微細気泡群15bおよび第4微細気泡群15dと液体との間で熱エネルギーは平衡化される。個々の微細気泡に含まれる気体の温度は静的液体21として測定される温度に等しいと考えられる。こうして混合槽12c内で第2微細気泡群15bおよび第4微細気泡群15dの温度は設定されることができる。
A temperature control device may be connected to the
図2に示されるように、第1微細気泡群15aおよび第2微細気泡群15bは第1径D1(=100nm未満)の平均気泡径を有する。第1気泡発生装置14は最大数[個]で第1径D1の微細気泡を噴き出す。気泡径が第1径D1から増大し、あるいは減少するにつれて、気泡の数量[個]は減少する。すなわち、数量分布は第1径D1(=80nm)でピークを示す。その一方で、第3微細気泡群15cおよび第4微細気泡群15dは第2径D2(=100nm以上50μm以下)の平均気泡径を有する。第2気泡発生装置18は最大数で第2径D2の微細気泡を噴き出す。気泡径が第2径D2から増大し、あるいは減少するにつれて、気泡の数量は減少する。すなわち、数量分布は第2径D2(=200nm)でピークを示す。単位体積当たりで第2微細気泡群15bの気泡数[個]は全気泡数の50%以上である。単位体積当たりで第4微細気泡群15dの気泡数[個]は全気泡数の50%以下である。
As shown in FIG. 2, the first
液流発生装置19が動作すると、供給口19aから被洗浄物Wに向かって動的液体22が形成される。動的液体22には静的液体21中の第2微細気泡群15bおよび第4微細気泡群15dが含有される。第2微細気泡群15bおよび第4微細気泡群15dは被洗浄物Wに衝突する。被洗浄物Wの表面と汚染物との境界(界面の輪郭)に第2微細気泡群15bおよび第4微細気泡群15dが接触する。動的液体22は室温時よりも高いエネルギーを有することから、第2微細気泡群15bおよび第4微細気泡群15dは効果的に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。こうして汚染物は被洗浄物Wの表面から剥離する。汚染物は被洗浄物Wから分離される。こうした第2微細気泡群15bおよび第4微細気泡群15dを含有した状態で動的液体22は液流発生装置19の供給口19aから噴き出されることから、静的液体21中で作り出される動的液体の流れに向かって微細気泡を吹き込む場合に比べて、動的液体22は確実に規定量の第2微細気泡群15bおよび第4微細気泡群15dを含有することができる。洗浄液は、これまでに比べて飛躍的に良好な洗浄効果を発揮する。特に、動的液体22の温度は静的液体21の温度よりも高いことから、温度の異なる微細気泡が次々に界面の輪郭に作用することで、界面の輪郭で温度変化の繰り返し(温度の振動)が生じる。温度の振動は汚染物の剥離を促進する。しかも、第2微細気泡群15bの平均気泡径と第4微細気泡群15dの平均気泡径とは相違することから、個々の気泡に含まれる熱エネルギー量の相違から、大きい平均気泡径の第4微細気泡群15dは被洗浄物Wと汚染物との界面に緩やかな温度変化を生み出し、小さい平均気泡径の第2微細気泡群15bは被洗浄物Wと汚染物との界面に急激な温度変化を生み出す。急激な温度変化は急激な被洗浄物Wの膨張または急激な被洗浄物Wの収縮を引き起こし、汚染物の剥離を助長する。洗浄効果はさらに高まることが確認されている。微細気泡は小さいほど被洗浄物Wの表面と汚染物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。
When the
第1液槽12a内の液体や第2液槽12b内の液体の温度は第1温度に設定されればよい。液体が例えば純水または水溶液の場合には、液体の温度は摂氏80度以下に設定されることが望まれる。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。
The temperature of the liquid in the
(2)検証
本発明者は洗浄装置11に倣って検証を実施した。検証では、動的液体22の温度条件の影響が観察された。第1液槽12aで第1予備洗浄液13aが生成された。第1予備洗浄液13aの液体には純水が用いられた。第1気泡発生装置14には気体源16aから大気(空気)が供給された。空気の温度(第1温度T1)は調整された。微細気泡の量は1ミリリットル当たり1x106個程度に設定された。純水の温度は第1温度T1に設定された。
(2) Verification The present inventors conducted verification in accordance with the
第2液槽12bで第2予備洗浄液13bが生成された。第2予備洗浄液13bの液体には純水が用いられた。第2気泡発生装置18には気体源16bから大気(空気)が供給された。空気の温度(第1温度T1)は調整された。微細気泡の量は1ミリリットル当たり1x106個程度に設定された。純水の温度は第1温度T1に設定された。
The second preliminary cleaning liquid 13b is generated in the
第1予備洗浄液13aおよび第2予備洗浄液13bは混合槽12cに流し込まれた。混合槽12c内に静的液体21は形成された。静的液体21の温度TLは調整された。静的液体21の温度TLには第1予備洗浄液13aおよび第2予備洗浄液の第1温度T1が反映された。静的液体21中の第2微細気泡群15b第4微細気泡群15dの温度は静的液体21の温度TLに等しいと想定された。
The first
保持具24にはカゴが用いられた。カゴ上に機械部品が被洗浄物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。
A basket was used for the
温度条件の観察にあたって、以下の通り、3通りの条件が設定された。
温度条件の観察にあたって本発明者は比較条件を設定した。比較条件では動的液体22の液体温度TDおよび静的液体21の液体温度TLは等しく室温に設定された。
同時に本発明者は第2微細気泡群15bおよび第4微細気泡群15dの気泡径と洗浄効果との関係を観察した。温度条件が等しい条件3、条件4および条件5で気泡径の影響が観察された。すなわち、条件3では第2微細気泡群15bの平均気泡径および第4微細気泡群15dの平均気泡径は等しく設定された。条件4では第2微細気泡群15bの平均気泡径は第4微細気泡群15dの平均気泡径よりも小さく設定された。第2微細気泡群15bおよび第4微細気泡群15dの気泡量は等しく設定された。条件5では第2微細気泡群15bの平均気泡径は第4微細気泡群15dの平均気泡径よりも小さく設定された。第2微細気泡群15bの気泡量は第4微細気泡群15dの気泡量よりも多く設定された。条件1および2並びに比較条件の平均気泡径および気泡量は条件3に等しく設定された。
観察の結果、図3に示されるように、条件1〜5では比較条件に比べて切粉の除去は促進されることが確認された。動的液体22の温度が室温よりも高く設定されると、切粉の除去は効果的に実現されることが理解された。特に、条件1と比較条件との比較から明らかなように、動的液体22の液体温度TDおよび静的液体21の液体温度TLが室温よりも高く設定されると、切粉の洗浄効果は高まることが確認された。また、条件3から明らかなように、動的液体22の液体温度TDおよび静的液体21の液体温度TLの間に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。また、条件3〜5の比較から明らかなように、第2微細気泡群15bと第4微細気泡群15dとの間で気泡径に大小差が設定されると、切粉の洗浄効果はさらに高まることが確認された。特に、条件5から明らかなように、小さい平均径の第2微細気泡群15bの割合が50%を超えて増えるほど、切粉の洗浄効果は高まることが確認された。
As a result of observation, as shown in FIG. 3, it was confirmed that the removal of chips was promoted under the conditions 1 to 5 as compared with the comparison condition. It has been found that chip removal is effectively realized when the temperature of the
図4に示されるように、条件1〜5では比較条件に比べて油の除去は促進されることが確認された。動的液体22の温度が室温よりも高く設定されると、油の除去は効果的に実現されることが理解された。特に、条件1と比較条件との比較から明らかなように、動的液体22の液体温度TDおよび静的液体21の液体温度TLが室温よりも高く設定されると、油の除去は促進されることが確認された。また、条件3から明らかなように、動的液体22の液体温度TDおよび静的液体21の液体温度TLの間に温度差が設定されると、油の除去は促進されることが確認された。また、条件3〜5の比較から明らかなように、第2微細気泡群15bと第4微細気泡群15dとの間で気泡径に大小差が設定されると、油の除去は著しく促進されることが確認された。特に、条件5から明らかなように、小さい平均径の第1微細気泡群15aの割合が50%を超えて増えるほど、油の除去は促進されることが確認された。
As shown in FIG. 4, it was confirmed that the removal of oil was promoted under the conditions 1 to 5 as compared with the comparison condition. It has been found that oil removal is effectively realized when the temperature of the
15a…第1微細気泡群、15b…第2微細気泡群、15c…第3微細気泡群、15d…第4微細気泡群、21…静的液体、22…動的液体、D1…第1径、D2…第2径、W…対象物(被洗浄物)。
15a:
Claims (5)
前記第1微細気泡群の平均気泡径に等しい平均気泡径を有する第2微細気泡群を含み、室温よりも高い温度を有して、前記静的液体中に保持される対象物に向かって噴き出される動的液体と、
を有することを特徴とする洗浄液。 A static liquid comprising a first group of fine bubbles,
The second microbubbles group having an average cell diameter equal to the average cell diameter of the first microbubbles group, having a temperature higher than room temperature, and squirting toward the object held in the static liquid Dynamic liquid to be dispensed,
A cleaning solution characterized by having:
前記静的液体は、前記第1微細気泡群の平均気泡径から相違する平均気泡径を有する第3微細気泡群をさらに含み、
前記動的液体は、前記第3微細気泡群の平均気泡径に等しい平均気泡径を有する第4微細気泡群をさらに含む
ことを特徴とする洗浄液。 In the cleaning liquid according to claim 2,
The static liquid further includes a third microbubble group having an average cell diameter different from an average cell diameter of the first microbubble group,
The cleaning liquid, wherein the dynamic liquid further includes a fourth microbubbles group having an average cell diameter equal to an average cell diameter of the third microbubbles group.
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