JP3628415B2

JP3628415B2 - 洗浄液の汚染度検査装置

Info

Publication number: JP3628415B2
Application number: JP02593096A
Authority: JP
Inventors: 隆幸加藤; 孝志寒河江; 喜久小松; 久佳加藤; 勝辻岡; 雅博山下
Original assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1996-01-18
Filing date: 1996-01-18
Publication date: 2005-03-09
Anticipated expiration: 2016-01-18
Also published as: JPH09196877A

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は，界面活性剤，無機塩，及び有機系防錆剤等を含む機械加工部品等の洗浄液の汚染度を検査する汚染度検査装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
機械加工部品等の中間製品は，有機アミン，有機インヒビター，及び防腐剤等を含む洗浄液によって洗浄した後，次工程に送られることが多い。この洗浄液は，有機アミン，有機インヒビター，防腐剤，界面活性剤等を含む原液を水で３０〜５０倍程度に希釈したものが通常用いられている。
【０００３】
上記洗浄液は，主として，洗浄を繰り返す間に機械油が混入することにより，または水分が混入して濃度が低くなることにより，洗浄能力が低下する。しかしながら，洗浄液の洗浄力を正確に判定するには，化学分析等による専門的な分析力を必要とし，機械加工などの製造現場においてこれを行うことは困難である。そのため，洗浄液は，通常，目視検査により，又は一定の期間使用された後は定期的に交換されている。
【０００４】
一方，油圧機械に用いる作動油には，安全性に優れた水溶性の作動油があり，この水溶性の作動油については，簡便な性状検査装置が提案されている（特開昭６３−９６５４６号公報，特開平４−１６６７５４号公報，特開平５−１８０７６６号公報等）。これらの装置は，化学分析的な方法を用いておらず，検査対象液体の電気的なインピータンスの変化や，光の透過率の変化を検知して簡便に性状の劣化を判定するものである。
【０００５】
【解決しようとする課題】
しかしながら，上記のように，使用された洗浄液の性状を目視検査によって又は個々に分析することなく一定の管理基準によって洗浄液を更新する方法は，次のような問題点がある。
即ち，洗浄液の許容基準を緩めて長期間使用すれば，十分に洗浄されない部品などが次工程におくられ，一方，洗浄液の許容基準を厳しくして安全サイドにすれば，洗浄液の利用度が低下しロスが増えることになる。
【０００６】
本発明は，かかる従来の問題点に鑑みてなされたものであり，少なくとも界面活性剤，無機塩，及び有機系防錆剤を含む原液を水で希釈してなる機械加工部品等の洗浄液の汚染度を簡便に検査することの出来るコンパクトな汚染度検査装置を提供しようとするものである。
【０００７】
【課題の解決手段】
本発明は，室温よりも高い温度に保たれ，少なくとも界面活性剤，無機塩，及び有機系防錆剤を含む原液を３０〜５０倍に水で希釈してなる機械加工部品等の洗浄液の汚染度を，洗浄液の温度を室温に保った状態で検査する汚染度検査装置であって，
検査容器内に検査対象液体を挟み，間隔が１〜５ｍｍの範囲内になるように対置した一対の電極と，この電極の一方に一端を接続するコンデンサと，上記電極の他方と上記コンデンサの他端との間に電圧を印加する高周波電源と，上記コンデンサの端子間の電圧値を検知する電圧検出手段と備える電気化学的性状検出部と，
検査容器内に検査対象液体を挟んで対置する光源及び受光素子を備えて受光素子の出力を受けて検査対象液体の光透過率を算定する光学的性状検出部と，上記電気化学的性状検出部及び光学的性状検出部の出力を受けて検査対象液体の汚染度を判定する判定手段とを有しており，
上記判定手段は，上記電圧検出手段の電圧値を検査対象液体に含まれる上記原液の濃度に変換する濃度変換手段と，上記光透過率を検査対象液体に含まれる油成分の含有率に変換する油分変換手段とを備え，上記原液濃度の低下状態と油成分含有率とに基づいて検査対象液体の汚染度を決定することを特徴とする洗浄液の汚染度検査装置にある。
【０００８】
本発明において，最も注目すべきことの第１点は，検査対象液体のインピーダンスの変化によって変動するコンデンサ端子間の電圧値を検知する電気化学的性状検出部と，検査対象液体の光の透過率を検知する光学的性状検出部と，両検出部の出力を受けて汚染度を判定する判定手段とを設けたことである。
そして，上記判定手段は，上記電圧検出手段の電圧値を検査対象液体に含まれる上記原液の濃度に変換する濃度変換手段と，上記光透過率を検査対象液体に含まれる油成分の含有率に変換する油分変換手段とを備え，上記原液濃度と油成分含有率とに基づいて検査対象液体の汚染度を決定する。
【０００９】
洗浄液に水分が混入し原液の濃度が低下すると，洗浄液のインピーダンスが大きくなりコンデンサの端子間の電圧Ｖｃは低下する。従って，上記コンデンサ電圧Ｖｃとインピーダンスとの間に成立する関係式（理論式もしくは統計的なデータに基づく回帰式等）を基に，前記検出電圧値から原液の濃度の低下状態を推定することができる（濃度変換手段）。
【００１０】
また，洗浄液に機械油などの鉱物油が所定値以上に混入すると洗浄液が白濁するようになるから，同様に光学的性状検出部の透過率から油分の含有率を推定することが出来る。
従って，上記原液の濃度の低下度と油分の含有率から，検査対象洗浄液の汚染度を判定し使用可能限界を決定することが可能である。
【００１１】
そして，コンデンサの端子電圧Ｖｃの測定と光の透過率の測定とは，オペレータの複雑な操作を必要とせず，スイッチ等を操作して装置を作動させることによって後は自動的に行うようにすることができる。また，上記測定結果に基づく判定のアルゴリズムまたは論理式を予め定めることにより，判定手段は判定結果を自動的に出力することができるから，本装置は極めて簡便な操作によって結果を得ることができる。
【００１２】
また，装置の要部である光学系や電気回路は軽量かつ小型化することが出来るから，装置全体は極めてコンパクトにまとめ上げることができる。
上記のように，本発明によれば，洗浄液の汚染度を簡便に検査することの出来るコンパクトな汚染度検査装置を提供することが出来る。
【００１３】
そして，上記濃度変換及び油分変換は，請求項２に記載のように，電圧検出手段の電圧値をＶｃ，原液の濃度をＤとし，α，βを洗浄液種によって異なる所定のパラメータとしたとき，
Ｄ＝（αＶｃ＋β）^４・・・（１）
なる計算式に基づいて原液濃度Ｄを算出し，
前記油分変換手段は，前記光透過率をＴ，油成分の含有率をＥとし，γ，εを洗浄液種によって異なる所定のパラメータとしたとき，
Ｅ＝（γＴ＋ε）^４・・・（２）
なる計算式に基づいて含有率Ｅを算出することによって，測定値Ｖｃ，Ｔと変換値Ｄ，Ｅとの間に高い相関関係を得ることができる。
即ち，詳細を後述する実験データが示すように，洗浄液の原液の濃度Ｄ及び油分含有率Ｅは上記（１），（２）式によってかなりの精度で判定することができる。
【００１４】
なお，検査容器内に対置する一対の電極は，請求項３記載のように，ステンレス鋼によって形成することが好ましい。
洗浄液は防錆能力を有するためにＰＨ値が高く，そのために，導電性に優れているためよく用いられるＡｌ等の電極は洗浄液との間の化学反応によって洗浄液を挟持した電極間のインピーダンスが容易に変化しやすい。しかしながら，ステンレス鋼を用いることにより，洗浄液との化学反応を抑制し特性を安定化することが出来る（後述する表２，図４，図５参照）。
【００１５】
また，請求項４記載のように，光源と受光素子との間に形成される洗浄液の光路上の距離（以下，透光距離という）は１〜５ｍｍの範囲内にすることが好ましい。
即ち，洗浄液を光が通過する距離が５ｍｍを超えると，検出光の強度が弱くなり，透過率の検出精度が低下するという不具合が発生する。
一方，１ｍｍ未満に透光距離を狭くし過ぎると，光源と受光素子の間に空気等の気泡が混入した場合に，その間に停滞し易くなり，透過率の測定精度に誤差を生じ易くなるからである。
【００１６】
また，上記のごとく，電極の間隔は１〜５ｍｍの範囲内にしている。電圧検出手段において，電極の間隔が５ｍｍを越えて大きくなると，室温との温度差の大きい検査対象液体を検査のために投入した場合に，検査対象液体が室温近くの温度に低下するのに時間がかかり，測定結果がその間不安定になるという不具合があるからである。
【００１７】
即ち，電圧値の測定精度を保持するためには，検査対象液体の温度変動範囲を室温近傍に制御し，室温との温度差が余り大きくならないようにすることが好ましい。そのためには，電極の間隔を狭くして速やかに室温近傍にすることが望ましい。
一方，１ｍｍ未満に電極間隔を狭くし過ぎると，電極間の電子の移動が活発化し過ぎてしまい，検出される電圧の変化を捉えにくくなり，その結果検出精度が低下するからである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
実施形態例１
本例は，有機アミン，有機インヒビター，及び防腐剤等を含む原液を水で希釈してなる機械加工部品等の洗浄液の汚染度を検査する汚染度検査装置である。
図１に示すように，この汚染度検査装置１は，検査容器４０内に検査対象液体８１を挟んで対置した一対の電極１１，１２と，この電極１１，１２の一方１２に一端を接続するコンデンサ１３と，電極１１，１２の他方１１とコンデンサ１３の他端（アース）との間に電圧を印加する高周波電源１４と，コンデンサ１３の端子間の電圧値Ｖｃを検知する電圧検出回路１５と備える電気化学的性状検出部１０と，検査容器４０内に検査対象液体８１を挟んで対置する光源２１及び光センサ２２を備えて光センサ２２の出力を受けて検査対象液体の光透過率Ｔを算定する光検出回路２３とを有する光学的性状検出部２０と，電気化学的性状検出部１０及び光学的性状検出部２０の出力Ｖ（Ｔ）を受けて検査対象液体８１の汚染度を判定する判定手段３０とを有している。
【００１９】
判定手段３０は，電圧検出手段１０の電圧値Ｖｃを検査対象液体８１に含まれる上記原液の濃度Ｄに変換する濃度変換手段３１と，光透過率Ｔを検査対象液体８１に含まれる油成分の含有率Ｅに変換する油分変換手段３２とを備え，上記原液濃度Ｄと油成分含有率Ｅとに基づいて検査対象液体８１の汚染度を決定する。そして，濃度変換手段３１は，α，βを洗浄液種によって異なる所定のパラメータとしたとき，
Ｄ＝（αＶｃ＋β）^４・・・（１）
なる計算式に基づいて原液濃度Ｄを算出する。
また油分変換手段３２は，γ，εを洗浄液種によって異なる所定のパラメータとしたとき，
Ｅ＝（γＴ＋ε）^４・・・（２）
なる計算式に基づいて含有率Ｅを算出する。
【００２０】
また，電極１１，１２はステンレス鋼ＳＵＳ３０４によって形成されており，電極１１，１２の間隔ｇは３ｍｍである。
そして，光源２１と光センサ２２との間に形成される洗浄液８１の光路上の距離Ｌは５ｍｍである。
【００２１】
以下，それぞれについて説明を補足する。
検査対象液体としての洗浄液には，例えば，有機アミン５〜１０％，有機インヒビター１〜５％，防腐剤１〜５％，界面活性剤１〜５％，油水分離剤１〜５％，銅腐食抑制剤（微量），消泡剤（微量），水（残分）からなる原液を３０〜５０倍に水で希釈したもの（以下，洗浄液Ａという）や，有機アミン２０〜３０％，有機インヒビター１０〜２０％，防腐剤１〜５％，銅腐食抑制剤（微量），消泡剤（微量），水（残分）からなる原液を３０〜５０倍に水で希釈したもの（以下，洗浄液Ｂという）等がある。
洗浄液Ａは，水溶性洗浄防錆剤であり，油分離が優れているという特徴を有し，自動車，一般機械部品の油分離用に用いられる。また，洗浄液Ｂは，水溶性洗浄防錆剤であり，エマルジョン油剤の油水分離性に優れと共に防錆力を有し，金属加工における洗浄液として用いられる。
【００２２】
検査容器４０は，検査対象液体８１を収容する透明な樹脂性のケース４１と，電極１１，１２とからなり，ケース４１の下部に設けた開口部に電極１１，１２が取り付けられている。また，検査容器４０は，外箱４２の凹状内部に嵌合し，かつ，位置決めされるように固定される。この外箱４２の上面には，直流電源２５によって駆動される光源（ＬＥＤ）２１と，集光レンズ２４と，光センサ２２が取り付けられている。検査容器４０の大きさは，横４５〜５０ｍｍ，縦５０〜６０ｍｍである。
そして，電極１１，１２とコンデンサ１３の直列回路には，高周波電源１４から２０ＫＨＺ，５Ｖの電圧が印加される。
【００２３】
コンデンサ１３の端子電圧Ｖｃ及び光センサ２２の出力Ｖ（Ｔ）は，それぞれ電圧検出回路１５及び光検出回路２３を介して，判定手段３０のＡ／Ｄコンバータ３３にインプットされる。そして，ディジタル値に変換されてマイクロプロセッサ３００に入力される。
【００２４】
マイクロプロセッサ３００は，電圧検出手段１０の電圧値Ｖｃを上記算式（１）に従って原液の濃度Ｄに変換する濃度変換プログラム（濃度変換手段３１）と，上記算式（２）に従って光透過率Ｔを油成分の含有率Ｅに変換する油分変換プログラム（油分変換手段３２）と，上記濃度Ｄ及び油成分の含有率Ｅに基づいて検査対象液体８１の良否を判定する判定プログラムとを有している。
そして，上記判定プログラムの判定結果等の各種の情報は表示器３４に表示され，また，判定結果はランプ３５の色別表示によって表示される。
同図において，符号３６は，判定手段３０を起動させる作動スィッチである。
【００２５】
次に，濃度変換プログラム（濃度変換手段３１）と油分変換プログラム（油分変換手段３２）のアルゴリズムと作用について説明する。
表１は，前記組成の洗浄液Ａの各種のサンプル（使用した液）について，正確な化学分析により決定した濃度Ｄ及び油成分の含有率Ｅの値と，本装置１による電圧値Ｖｃ及び透過率Ｔの測定値とを記載したデータである。
【００２６】
【表１】

【００２７】
そして，図２は，表１の電圧値Ｖｃを横軸に，表１の濃度Ｄを４分の１乗した値^４√Ｄを縦軸にしてプロットしたグラフである。また，直線６１は，上記プロットしたデータ^４√Ｄの電圧値Ｖｃへの回帰直線であり，上記回帰直線６１は，前記算式（１）において，α＝０．１２５７，β＝０．７３２６８，とした式に等価である。
そして，上記回帰直線６１の相関係数ｒは０．７８であり，両値の間の高い相関度を示している。
【００２８】
また，図３は，表１の透過率Ｔを横軸に，表１の油分の含有率Ｅを４分の１乗した値^４√Ｅを縦軸にしてプロットしたグラフである。また，直線６２は，上記プロットしたデータ^４√Ｅの透過率Ｔへの回帰直線であり，上記回帰直線６２は，前記算式（２）において，γ＝−０．０５３２，ε＝８．０５７５１，とした式に等価である。
そして，上記回帰直線６２の相関係数ｒは−０．８７であり，両値の間の高い相関度を示している。
【００２９】
そして，判定手段３０は，原液の濃度Ｄが所定値を超えた場合，または油分の含有率Ｅが所定値を超えた場合に，洗浄液は使用不可と判定する。
その結果，Ｆ検定により，高度に有意（＜１％）となり，この診断は，高い判定精度を有している。
【００３０】
次に，ステンレス鋼ＳＵＳ３０４を用いた本例の電極１１，１２は，洗浄液と長い間接触しても電気的な特性の変化が少ないことを実験データを用いて説明する。
表２は，前記洗浄液Ａと洗浄液Ｂのそれぞれを新液と使用後の液の両方について，電極１１，１２間に洗浄液を入れた場合のインピーダンスＺの経時的な変化を，Ａｌ（アルミニウム）製の電極の場合と共に示したものである。
【００３１】
【表２】

【００３２】
表２において，サンプルＮｏ１，Ｎｏ２，Ｎｏ３は，それぞれＮｏ１を起点として時間間隔を数秒だけ置いて測定したデータであり，ＸはサンプルＮｏ１〜Ｎｏ３の平均値を示す。また，図４，図５，は，表２において電源周波数が２０ＫＨＺ時における上記ステンレス電極について，図８，図９は同様にＡｌ電極について，新液と使用液のデータを同一図上にプロットして，洗浄液ＡまたはＢのそれぞれを図示したものである。
表２，または図４と図８との比較及び図５と図９との比較から分かるように，ステンレス鋼の電極の場合には，インピーダンスＺのバラツキが少なく，特性が大変安定している。
【００３３】
次に，本例では電極１１，１２の間隔を３ｍｍと狭くすることにより，洗浄液の温度が変化しても電極１１，１２間の洗浄液の温度がすぐに下がり，電圧値Ｖｃの測定値のバラツキを小さくすることが可能であることを実験データを用いて説明する。図６は，前記洗浄液Ｂの新液について，洗浄液の温度を変化させた場合のインピーダンスＺの値をプロットしたものであり，折れ線６３〜６５は，それぞれ室温２１．５℃，２５℃，２９℃の場合を示し，いずれも検査対象液体を注入して１５〜２０秒後に計測したものである。
【００３４】
また，図７は，前記洗浄液Ｂの使用液について，洗浄液の温度を変化させた場合のインピーダンスＺの値をプロットしたものであり，折れ線６６〜６８は，それぞれ室温２１．５℃，２５℃，２９℃の場合を示し，いずれも検査対象液体注入して１５〜２０秒後に計測したものである。これら図６，図７からも分かるように，液の温度差にによる電圧値Ｖｃのバラツキを抑えることができる。
一方，電極の間隔を例えば１０ｍｍと広くした場合には，洗浄液の温度が安定せず，その間電圧値Ｖｃが変動する。そのため，正しい結果を得るのに時間がかかるようになる。
【００３５】
そして，本装置１は，検査容器４０，光学系，及び電気回路部を含めて，容易に持ち運び出来る程度に小型軽量化することが出来る。また，オペレータの複雑な操作を必要とせず，検査対象液体８１を検査容器４０に注入し，そしてケース４２にセットした後，作動キー３６を投入して装置１を作動させることにより，自動的に短時間の内に判定結果を得ることができる。即ち，経験や熟練を必要とせず，非常に簡便であり，製造現場で用いるのに好適である。また，コンデンサ１３は，検査対象液体の電気化学的な特性により，抵抗に置換しても同様な作用効果が得られる。
【００３６】
【発明の効果】
上記のように，本例によれば，洗浄液の汚染度を簡便に検査することの出来るコンパクトな汚染度検査装置１を得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態例の汚染度検査装置を部分的に断面図で図示した模式的システム構成図。
【図２】実施形態例１の汚染度検査装置の電圧値Ｖｃを横軸に原液の濃度Ｄを４分の１乗した値^４√Ｄを縦軸にしてプロットしたグラフ。
【図３】実施形態例１の汚染度検査装置の透過率Ｔを横軸に油分の含有率Ｅを４分の１乗した値^４√Ｅを縦軸にしてプロットしたグラフ。
【図４】実施形態例１の汚染度検査装置の電極間に同一の検査対象液体を注入し，時間を置いて複数回電極間のインピーダンスを測定した場合における値のバラツキを，新液と使用後の液とを左と右に分けて図示した図（ステンレス鋼電極，洗浄液Ａ）。
【図５】実施形態例１の汚染度検査装置の電極間に同一の検査対象液体を注入し，時間を置いて複数回電極間のインピーダンスを測定した場合における値のバラツキを，新液と使用後の液とを左と右に分けて図示した図（ステンレス鋼電極，洗浄液Ｂ）。
【図６】実施形態例１の汚染度検査装置において洗浄液の温度を変化させた場合の電極間のインピーダンスＺの値の変化を室温２１．５℃，２５℃，２９℃のそれぞれの場合についてプロットした図（洗浄液Ｂの新液）。
【図７】実施形態例１の汚染度検査装置において洗浄液の温度を変化させた場合の電極間のインピーダンスＺの値の変化を室温２１．５℃，２５℃，２９℃のそれぞれの場合についてプロットした図（洗浄液Ｂの使用液）。
【図８】実施形態例１の汚染度検査装置の電極をＡｌに換えて電極間に同一の検査対象液体を注入し，時間を置いて複数回電極間のインピーダンスを測定した場合における値のバラツキを，新液と使用後の液とを左と右に分けて図示した図（アルミニウム電極，洗浄液Ａ）。
【図９】実施形態例１の汚染度検査装置の電極をＡｌに換えて電極間に同一の検査対象液体を注入し，時間を置いて複数回電極間のインピーダンスを測定した場合における値のバラツキを，新液と使用後の液とを左と右に分けて図示した図（アルミニウム電極，洗浄液Ｂ）。
【符号の説明】
１０．．．電気化学的性状検出部，
１１，１２．．．電極，
１３．．．コンデンサ，
１４．．．高周波電源，
１５．．．電圧検出回路，
２０．．．光学的性状検出部，
２１．．．光源，
２２．．．光センサ，
３０．．．判定手段，
３１．．．濃度変換手段，
３２．．．油分変換手段，
４０．．．検査容器，
８１．．．検査対象液体，

Claims

室温よりも高い温度に保たれ，少なくとも界面活性剤，無機塩，及び有機系防錆剤を含む原液を３０〜５０倍に水で希釈してなる機械加工部品等の洗浄液の汚染度を，洗浄液の温度を室温に保った状態で検査する汚染度検査装置であって，
検査容器内に検査対象液体を挟み，間隔が１〜５ｍｍの範囲内になるように対置した一対の電極と，この電極の一方に一端を接続するコンデンサと，上記電極の他方と上記コンデンサの他端との間に電圧を印加する高周波電源と，上記コンデンサの端子間の電圧値を検知する電圧検出手段と備える電気化学的性状検出部と，
検査容器内に検査対象液体を挟んで対置する光源及び受光素子を備えて受光素子の出力を受けて検査対象液体の光透過率を算定する光学的性状検出部と，上記電気化学的性状検出部及び光学的性状検出部の出力を受けて検査対象液体の汚染度を判定する判定手段とを有しており，
上記判定手段は，上記電圧検出手段の電圧値を検査対象液体に含まれる上記原液の濃度に変換する濃度変換手段と，上記光透過率を検査対象液体に含まれる油成分の含有率に変換する油分変換手段とを備え，上記原液濃度の低下状態と油成分含有率とに基づいて検査対象液体の汚染度を決定することを特徴とする洗浄液の汚染度検査装置。
請求項１において，前記濃度変換手段は，前記電圧検出手段の電圧値をＶｃ，原液の濃度をＤとし，α，βを洗浄液種によって異なる所定のパラメータとしたとき，
Ｄ＝（αＶｃ＋β）⁴
なる計算式に基づいて原液濃度Ｄを算出し，
前記油分変換手段は，前記光透過率をＴ，油成分の含有率をＥとし，γ，εを洗浄液種によって異なる所定のパラメータとしたとき，
Ｅ＝（γＴ＋ε）⁴
なる計算式に基づいて含有率Ｅを算出することを特徴とする洗浄液の汚染度検査装置。
請求項１または請求項２において，前記電極はステンレス鋼によって形成されていることを特徴とする洗浄液の汚染度検査装置。
請求項１から請求項３のいずれが１項において，前記光源と受光素子との間に形成される洗浄液の光路上の距離は１〜５ｍｍの範囲内にあることを特徴とする洗浄液の汚染度検査装置。