JP2020012178A

JP2020012178A - 洗浄システム

Info

Publication number: JP2020012178A
Application number: JP2018136319A
Authority: JP
Inventors: 勝園部; Masaru Sonobe; 園部　　勝; 匡彦武部; Masahiko Takebe; 豊勝松井; Toyokatsu Matsui
Original assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Current assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Priority date: 2018-07-20
Filing date: 2018-07-20
Publication date: 2020-01-23
Anticipated expiration: 2038-07-20
Also published as: JP7125600B2

Abstract

【課題】浸漬加熱洗浄および乾燥を行う洗浄装置において、ワークの重量や表面積の値が与えられない場合であっても、加熱と乾燥の効率を向上することが可能な洗浄システムを提供することを目的とする。またあわせて、後工程である熱処理装置の効率をも向上させることを目的とする。【解決手段】ワークＷの浸漬加熱洗浄および乾燥を行う洗浄装置１２０と、データ解析装置１５０とを含む洗浄システムであって、洗浄装置は、洗浄液の投入量を計測する液量計測部１２２と、洗浄液の温度低下量と最低温度到達時間を計測する液温計測部１２４と、真空乾燥時間を計測する真空乾燥計測部１２６とを備え、データ解析装置は、洗浄液の投入量、温度低下量、最低温度到達時間に対する真空乾燥時間の適応度を用いてワークの体積、重量、および表面積の推定値の最適解を求める解析部１５２を備えていることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、洗浄液に浸漬して機械部品等の洗浄を行う洗浄システムに関する。

鉄鋼材料からなる部品等のワークに熱処理（焼き入れ、浸炭、窒化など）を行う場合、その前段で脱脂洗浄が行われる。脱脂洗浄においては、炭化水素系洗浄剤（有機溶媒）に浸漬して洗浄を行った後に、乾燥処理が行われる。

特許文献１には、真空脱脂洗浄装置が開示されている。特許文献１に示す真空脱脂洗浄装置においては、洗浄室を取り囲むように洗浄液タンクを配置し、シャワー洗浄、浸漬洗浄、高温噴射洗浄、及び真空乾燥を１つの洗浄室内で行うことが可能となっている。これにより、洗浄液がタンクと洗浄室間を移動する時間が少なくサイクルタイムを短かくし、装置を小型化できる真空脱脂洗浄装置を提供できると述べている。

特許文献１に示されるような真空脱脂洗浄装置においては、油脂類を洗浄液によって除去するために、洗浄液を加熱する。一方、洗浄すべきワークはさまざまな形や大きさのものが対象となり、重量や表面積がまちまちである。特許文献１には明確な記載はないが、従来は、ワークの重量や表面積を作業者が観察し、数種類の洗浄パターン（加熱時間、温度、乾燥時間などの組み合わせ）から選択していた。

特開２００６−２３１２７２号公報

しかしながら従来の真空脱脂洗浄装置では、設定できる洗浄パターンの種類に限りがあるため、余裕のある洗浄パターンを選択せざるを得なかった。このため、製品重量の増減に細かく対応できず、必要以上に加熱したり、乾燥させたりする場合がほとんどであった。また、そもそも各洗浄パターンの設定値は、安全側を見た温度や処理時間になっているため、あわせて大幅に余裕のある加熱や乾燥が行われていた。

ワークの重量や表面積がわかれば、これに応じた値を洗浄パターンの設定値とすることも考えられる。しかしながら重量について、洗浄装置を使用するのは顧客であり、洗浄パターンの設定値を作成するのは洗浄装置メーカーである。そして、顧客が洗浄装置メーカーに対してワーク重量のデータの開示を拒否する場合がある。また表面積についても、顧客からワークの表面積のデータを得ることは難しい。３Ｄ画像解析によって表面積を求めることも考えられるが、データが大きくなりすぎて処理負荷が高いうえ、顧客がワークの撮影を拒否する可能性がある。これらのことから、ワークの重量や表面積を数値として取得することは難しい。

さらに、ワークの重量や表面積がわかれば、後工程である熱処理装置（焼き入れ、浸炭、窒化など）においても有益である。熱処理装置においては、一般にＰＩＤ制御（Proportional-Integral-Differential Controller）と呼ばれるフィードバック制御が行われる。ワークの重量（熱容量）がわかっていれば正確な投入熱量の設定が可能である。しかし、炉の温度だけでＰＩＤ制御を行うと過熱（オーバーシュート）や振動（ハンチング）を生じながら目標温度に到達・維持させる。このため、洗浄装置と同様に、無駄な加熱が生じてしまう。浸炭や窒化においても同様に、表面積がわからないために必要以上の材料ガスを消費してしまっている。

そこで本発明は、浸漬加熱洗浄および乾燥を行う洗浄装置において、ワークの重量や表面積の値が与えられない場合であっても、加熱と乾燥の効率を向上することが可能な洗浄システムを提供することを目的とする。またあわせて、後工程である熱処理装置の効率をも向上させることを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の代表的な構成は、ワークの浸漬加熱洗浄および乾燥を行う洗浄装置と、データ解析装置とを含む洗浄システムであって、洗浄装置は、洗浄液の投入量を計測する液量計測部と、洗浄液の温度低下量と最低温度到達時間を計測する液温計測部と、真空乾燥時間を計測する真空乾燥計測部とを備え、データ解析装置は、洗浄液の投入量、温度低下量、最低温度到達時間に対する真空乾燥時間の適応度を用いてワークの体積、重量、および表面積の推定値の最適解を求める解析部を備えていることを特徴とする。

真空乾燥時間とは、設定値として与える所定の時間ではなく、所定の真空度に到達するまでの時間（真空到達時間）である。なお、鉄鋼材料の比重は既知であるから、体積から重量に換算することができる。また、鉄鋼材料の比熱は既知であるから、熱容量から重量に換算することができる。

上記構成によれば、重量や表面積という物理量に関係する間接的なデータを用いて、体積および表面積の推定値を得ることができる。これにより、浸漬加熱洗浄および乾燥を行う洗浄装置において、ワークの重量や表面積の値が与えられない場合であっても、加熱と乾燥の効率を向上することができる。

真空乾燥計測部は、真空乾燥時間に代えて到達真空度を計測し、解析部は、真空乾燥時間に代えて到達真空度を用いて解析を行ってもよい。

洗浄装置が、熱処理装置の前段でワークの洗浄を行う洗浄装置である場合には、データ解析装置は、解析結果であるワークの体積、重量、および表面積の推定値を熱処理装置に送信してもよい。これにより、後工程である熱処理装置の効率をも向上させることができる。

洗浄装置およびデータ解析装置は広域ネットワークに接続されている場合には、データ解析装置は、広域ネットワークを介して、異なる地点にある複数の洗浄装置からデータを集積して解析してもよい。多数の地点（工場）の多数の洗浄装置からさまざまなワークについてのデータを集積し、そのビッグデータを解析することによって、推定値の精度を向上させることができる。

本発明によれば、浸漬加熱洗浄および乾燥を行う洗浄装置において、ワークの重量や表面積の値が与えられない場合であっても、加熱と乾燥の効率を向上することが可能な洗浄システムを提供することができる。またあわせて、後工程である熱処理装置の効率をも向上させることができる。

本実施形態に係る洗浄システムの全体構成を説明する図である。洗浄装置について説明する図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示または説明を省略する。

図１は本実施形態に係る洗浄システムの全体構成を説明する図である。洗浄システム１００は、洗浄装置１２０と、データ解析装置１５０から構成されている。洗浄装置１２０は、工場１１０において、熱処理装置１６０の前段でワークＷの浸漬加熱洗浄および乾燥を行う装置である。

工場１１０はインターネットなどの広域ネットワーク１０を介してデータ解析装置１５０と接続されている。１つの工場１１０には複数台の洗浄装置１２０および熱処理装置１６０が設置されていて、また広域ネットワーク１０には複数の工場１１０が接続されている。したがってデータ解析装置１５０には、多数の工場１１０の多数の洗浄装置からさまざまなワークについてのデータが集積される。

図２は洗浄装置１２０について説明する図である。洗浄装置１２０は、洗浄室１３０と洗浄液タンク１３２を備えている。まず図２（ａ）に示すように、洗浄装置１２０の内部の架台１３４にワークＷを載置する。そしてシャワーノズル１３６から洗浄液を散布し、粉じん（コンタミ）を除去する。次に図２（ｂ）に示すように、洗浄室１３０の下部に接続されてた供給配管１３８から洗浄液を供給し、ワークＷを浸漬する。洗浄液は加温して供給されるが、ワークＷによって温度が低下するため、洗浄室１３０内でもさらに加熱する。そしてバブリングや超音波洗浄などを行い、脱脂する。

次に図２（ｃ）に示すように、シャワーノズル１３６から高純度の洗い油でリンスする。最後に洗浄室１３０の上部に接続された排気管１４０から吸引して、真空乾燥を行う。このようにして一連の浸漬加熱洗浄および乾燥が行われる。

ここで洗浄装置には、洗浄液の投入量を計測する液量計測部１２２と、洗浄液の温度低下量と最低温度到達時間を計測する液温計測部１２４と、真空乾燥時間を計測する真空乾燥計測部１２６が備えられている。

液量計測部１２２は、図２（ｂ）で供給配管１３８から供給される洗浄液の投入量（流量）を計測する。洗浄液は、ワークＷが浸漬した洗浄液の液面が一定になるように制御されるため、投入量を測定すればワークの体積を測定することができる。体積×比重で重量であり、鉄鋼材料の比重は既知であるから、体積から重量に換算することができる。したがって、洗浄液の投入量は重量にも関係する値である。

液温計測部１２４は、洗浄室１３０内の洗浄液の温度を測定する温度センサである。また、継続的に温度を測定し、温度の推移を測定することもできる。

洗浄液の温度低下量は、ワークＷの熱容量に関係する。熱容量は比熱×重量であり、鉄鋼材料の比熱は既知であるから、熱容量から重量に換算することができる。したがって、温度低下量はワークＷの重量に関係する値である。最低温度到達時間は熱抵抗に関係し、熱抵抗は表面積に関係するため、最低温度到達時間はワークＷの表面積に関係する値である。

具体例として、ワークＷが軽くて表面積大である場合は、すぐに温度が少しだけ下がる。ワークＷが重くて表面積小である場合はゆっくりと温度が下がり続ける。ワークＷが重くて表面積大である場合は、すぐに大幅に温度が下がる。このように、温度低下量と最低温度到達時間は、ワークＷの重量と表面積に関係する。

真空乾燥計測部１２６は、排気管１４０から真空ポンプでガスを引く際の真空度を測定する圧力計である。真空乾燥時間とは、設定値として与える所定の時間ではなく、所定の真空度に到達するまでの時間（真空到達時間）である。真空乾燥時間は、ワークＷの体積、比熱（既知）、表面積に関係する値である。なお、所定の真空度までの真空乾燥時間に代えて、所定時間までに到達する到達真空度を用いてもよい。到達真空度も真空乾燥時間と同様に、ワークＷの体積、比熱（既知）、表面積に関係する値である。

すなわち、重量、重量、および表面積の値が欲しいところ、これらの値を直接的に測定するのではなく、これらの値に関係する間接的なデータを取得する。取得する「間接的なデータ」は、洗浄装置としては取得しやすい値であり、特段の特別な測定装置の追加を要しない。これらの間接的なデータは、広域ネットワーク１０を介してデータ解析装置１５０へと送信される。

データ解析装置１５０は、人工知能（ＡＩ：Artificial Intelligence）を備えた解析部１５２を備えている。解析部１５２は所定のアルゴリズムを用いて、洗浄装置１２０から送信された洗浄液の投入量、温度低下量、最低温度到達時間に対する真空乾燥時間の適応度の評価を行い、ワークの体積、重量、および表面積の推定値の最適解を求める。解析部１５２は、ニューラルネットワーク、タグチメソッド、ｋ平均法クラスタリング、自己組織化マップ、期待値最大化（ＥＭ）アルゴリズム、遺伝的（ＧＭ）アルゴリズム、ディープラーニング法などから選択される１つまたは複数の組み合わせで構成することができる。

上記構成によれば、間接的なデータを用いて、体積、重量、および表面積の推定値を得ることができる。算出した体積、重量、および表面積の推定値は、広域ネットワーク１０を介して、洗浄装置１２０に送信（フィードバック）することができる。これにより、浸漬加熱洗浄および乾燥を行う洗浄装置１２０において、ワークＷの重量や表面積の値が与えられない場合であっても、加熱と乾燥の効率を向上することができる。また、真空乾燥の時間を短縮できるため、洗浄のサイクルタイムを短縮することが可能となる。

また、算出した体積、重量、および表面積の推定値を熱処理装置１６０に送信（フィードフォワード）することができる。これにより、後工程である熱処理装置の効率をも向上させることができる。また熱処理装置が浸炭装置や窒化装置である場合には、材料ガスの量の最適化や、処理時間の最適化も図ることができる。

特に本発明においては、広域ネットワーク１０を介して、異なる地点（工場１１０）にある複数の洗浄装置１２０からデータを集積するため、さまざまなワークＷについて大量のデータを集積することができる。そのビッグデータを解析することによって、各工場１１０のデータを相互に学習に活用し、推定値の精度を向上させることができ、任意のワークに対して高精度な推定を行うことが可能である。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、洗浄液に浸漬して機械部品等の洗浄を行う洗浄システムとして利用することができる。

１０…広域ネットワーク、１００…洗浄システム、１１０…工場、１２０…洗浄装置、１２２…液量計測部、１２４…液温計測部、１２６…真空乾燥計測部、１３０…洗浄室、１３２…洗浄液タンク、１３４…架台、１３６…シャワーノズル、１３８…供給配管、１４０…排気管、１５０…データ解析装置、１５２…解析部、１６０…熱処理装置、Ｗ…ワーク

Claims

ワークの浸漬加熱洗浄および乾燥を行う洗浄装置と、データ解析装置とを含む洗浄システムであって、
前記洗浄装置は、
洗浄液の投入量を計測する液量計測部と、
洗浄液の温度低下量と最低温度到達時間を計測する液温計測部と、
真空乾燥時間を計測する真空乾燥計測部とを備え、
前記データ解析装置は、
洗浄液の投入量、温度低下量、最低温度到達時間に対する真空乾燥時間の適応度を用いてワークの体積、重量、および表面積の推定値の最適解を求める解析部を備えていることを特徴とする洗浄システム。
前記真空乾燥計測部は、真空乾燥時間に代えて到達真空度を計測し、
前記解析部は、真空乾燥時間に代えて到達真空度を用いて解析を行うことを特徴とする請求項１に記載の洗浄システム。
前記洗浄装置は、熱処理装置の前段でワークの洗浄を行う洗浄装置であって、
前記データ解析装置は、解析結果であるワークの体積、重量、および表面積の推定値を前記熱処理装置に送信することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の洗浄システム。
前記洗浄装置およびデータ解析装置は広域ネットワークに接続されていて、
前記データ解析装置は、広域ネットワークを介して、異なる地点にある複数の洗浄装置からデータを集積して解析することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の洗浄システム。