JP3739035B2

JP3739035B2 - 液中洗浄装置

Info

Publication number: JP3739035B2
Application number: JP2000277987A
Authority: JP
Inventors: 信雄西田; 雅之大坪; 昌人澤田
Original assignee: Sugino Machine Ltd
Current assignee: Sugino Machine Ltd
Priority date: 2000-09-13
Filing date: 2000-09-13
Publication date: 2006-01-25
Anticipated expiration: 2020-09-13
Also published as: JP2002086094A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、洗浄対象物を液中で洗浄する液中洗浄装置に関するものであり、特にキャビテーション噴射流を利用した液中洗浄装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
洗浄対象物を液中で洗浄する洗浄装置としては、ノズルから噴射された高速の噴射液と周囲の液体の不安定な衝突と攪拌によって発生した無数の減圧気泡と、この気泡を囲む小さな強い渦とを含むキャビテーション噴射流を洗浄対象物に噴射して洗浄する装置が従来から一般的に知られている。このキャビテーション噴射流を利用する洗浄装置では、気泡を含まない単純な高速液体流で洗浄対象物を洗浄する場合に比べ、洗浄能力が著しく増大するという利点がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、キャビテーション噴射流により洗浄する場合、キャビテーション気泡の消滅と共に壊食作用と大きな騒音が発生する。この騒音は９０ｄＢ以上に達する場合もあるため洗浄作業の環境が悪化するという問題がある。このため、このよう液中洗浄装置では、消音対策が必要となるが従来の液中洗浄装置では、キャビテーション噴射流により騒音対策がなされてはいなかった。
【０００４】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、キャビテーション噴射流を利用した液中洗浄において、高い洗浄効果を維持しながら騒音を減少することができる液中洗浄装置を提供することを主な目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため、請求項１に係る発明は、洗浄対象物を液中に浸積する洗浄槽と、
高圧水をキャビテーション噴射流として洗浄対象物に噴射するノズルと、を備えた液中洗浄装置において、
気泡を発生させる気泡発生手段と、
前記ノズルから所定距離だけ離隔して設けられ、前記発生させた気泡を噴射する気泡噴射手段とを備え、
前記気泡噴射手段は、前記発生させた気泡を、洗浄槽内壁に沿って噴射するものであり、
前記洗浄槽の側壁面は、鉛直方向に対して所定角度内方に傾斜していることを特徴とする。
【０００６】
この請求項１に係る発明では、気泡噴射手段によって液中で噴射された気泡によって洗浄槽内に気泡の層を形成して、キャビテーション噴射流による騒音を消音する。また、気泡噴射手段は、ノズルから所定距離だけ離隔して設けられているので、噴射された気泡がノズルからのキャビテーション噴射流の進行に影響を与えることが少ない。従って、キャビテーション噴射流による洗浄効果を減少させることを防止しながら騒音防止を図ることができる。
【０００７】
本発明における気泡噴射手段とノズルの「所定距離」は気泡噴射手段から噴射される気泡が洗浄物に対するキャビテーション噴射流の進行を阻害しない程度の距離とすることが必要である。
【０００８】
本発明における気泡噴射手段は、気泡を噴射するものであれば良く、気泡による層を形成させるため、複数の噴射口を有するように構成することができる。
【０００９】
また、前記気泡噴射手段は、前記発生させた気泡を、洗浄槽内壁に沿って噴射するものであることを特徴とする。
【００１０】
本発明では、気泡が洗浄槽内壁に沿って噴射されるので、ノズルから十分に離れた位置で気泡による層を形成する。この気泡の層は洗浄槽内壁に沿って形成されることになるので、この気泡の層によってキャビテーション噴射流による騒音の洗浄槽内壁面への伝達が防止され、これにより騒音を効果的に減少させることが可能となる。
【００１１】
また、本発明では、気泡の層をノズル及びキャビテーション噴射流から十分に離れた洗浄槽内壁面に沿って形成しているので、噴射された気泡がノズルからのキャビテーション噴射流の進行に影響を与えることは皆無である。従って、キャビテーション噴射流による高い洗浄効果を確実に維持させながら騒音防止を図ることができる。このような洗浄槽内壁に沿って気泡を噴射させる具体的な構成としては以下の発明が挙げられる。
【００１２】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の液中洗浄装置において、前記気泡噴射手段は、気泡を洗浄槽内壁下部に向けて噴射するものであることを特徴とする。
【００１３】
噴射された気泡は液中を浮上していくが、この請求項２に係る発明では気泡噴射手段が気泡を洗浄槽内壁下部に向けて噴射するので、噴射された気泡は洗浄槽内壁下部から内壁に沿って上方に浮上することになる。このため、気泡による層が形成されて、キャビテーション噴射流による騒音を低減することができる。
【００１４】
請求項３に係る発明は、請求項１に記載の液中洗浄装置において、前記気泡噴射手段は、前記洗浄槽側壁面の近傍で気泡を噴射するものであることを特徴とする。
【００１５】
この請求項３に係る発明では、洗浄槽の側壁面が鉛直方向に対して所定角度内方に傾斜しており、気泡噴射手段は洗浄槽側壁面の近傍で気泡を噴射するので、噴射された気泡は洗浄槽内壁面と離れずに液中を上昇する。このため、気泡は、安定して洗浄槽内壁に沿って浮上することになり、気泡による層が形成されて、キャビテーション噴射流による騒音を低減することができる。
【００１６】
本発明における所定角度は、噴射される気泡が洗浄槽内壁に沿って浮上する程度の微少角度であればよく、３°前後であることが好ましい。
【００１７】
また、気泡噴射手段は洗浄槽側壁面の近傍で気泡を噴射することにより気泡が洗浄槽内壁面に沿って浮上するように構成されていればよく、気泡を上方に向けて噴射するように構成する他、請求項２に係る発明のように洗浄槽内壁下部に向けて噴射することは任意である。
【００１８】
請求項４に係る発明は、請求項１に記載の液中洗浄装置において、洗浄槽内壁に沿って配置した隔壁を更に備え、前記気泡噴射手段は、前記隔壁と洗浄槽内壁との間に気泡を噴射するものであることを特徴とする。
【００１９】
この請求項４に係る発明では、隔壁を洗浄槽内壁に沿って配置して、この隔壁と洗浄槽内壁との間に気泡噴射手段によって気泡を噴射するので、噴射された気泡は洗浄槽内壁から遠く離れることなく内壁に沿って浮上する。このため、キャビテーション噴射流による騒音を低減することができる。
【００２０】
本発明における隔壁は、洗浄槽内壁に沿って配置されたものであればよく、例えば板状部材等を用いることができるが、隔壁の振動による騒音を抑制するため、隔壁を網状部材で構成することが好ましい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施形態について、以下図示例とともに説明する。
【００２２】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の液中洗浄装置の全体構成を示す模式図である。本実施形態の洗浄装置では、洗浄槽１と、高圧水をキャビテーション噴射流として噴射するノズルヘッド２０５と、気泡を噴射する気泡噴射ノズル２０７とを主に備えている。
【００２３】
洗浄槽１の形状は略直方体形状であり、洗浄槽内部には液体（水）が満たされ、この液体中に洗浄対象物２１が設置される。ノズルヘッド２０５は複数の噴射口を有し、高圧水供給管１１によって洗浄槽外部の高圧水供給源（図示せず）に接続されており、この高圧水供給源から供給される高圧水を洗浄槽１の液体中に噴射する。ノズルヘッド２０５のノズル部は、一定断面積を持つ管状通路と、この管状通路から下流へ向かって直径が軸方向に沿って徐々に増大する断面形状を有する通路からなる公知のホーンノズル構造をしており、かかる構造によって高圧水がキャビテーション噴射流となって洗浄槽内に噴射される。
【００２４】
気泡噴射ノズル２０７は洗浄槽底面の中心から側壁側に離れた距離に洗浄対象物と噴射部とを取り囲むように複数個設けられている。つまり、気泡噴射ノズル２０７は洗浄対象物２１及びノズルヘッド２０５から十分離れた位置に配置されている。この気泡噴射ノズル２０７は外部のエア供給源（図示せず）に接続されており、このエア供給源から供給されるエアを気泡にして洗浄槽１の液体中に噴射する。
【００２５】
本実施形態の洗浄装置を使用して洗浄対象物２１を洗浄する場合には、ノズルヘッド２０５からキャビテーション噴射流を噴射させ、また気泡噴射ノズル２０７から気泡を噴射させる。
【００２６】
本実施形態の洗浄装置においては、気泡噴射ノズル２０７から多数の気泡が連続的に上昇しているので、気泡の層（エアカーテン）が形成されキャビテーション噴射流により生じた騒音が、気泡の層によって遮断され、消音されることになる。
【００２７】
また、本実施形態の洗浄装置では、気泡噴射ノズル２０７がノズルヘッド２０５及びキャビテーション噴射流から十分離れた位置に配置されているので、噴射された気泡がノズルからのキャビテーション噴射流を妨げることが少なく、キャビテーション噴射流による洗浄効果を減少させないで消音を行うことができる。
【００２８】
このように本実施形態の洗浄装置では、洗浄効果を減少させずに消音を行うことができるが、更に高い洗浄効果を維持させながら消音を行うためには、以下に示す第２〜４の実施形態の洗浄装置が効果的である。
【００２９】
（第２実施形態）
図２（ａ）及び（ｂ）は、第２実施形態の液中洗浄装置の全体構成を示す模式図である。図２（ａ）は、液中洗浄装置の左側面透視図であり、図２（ｂ）は正面透視図である。本実施形態の洗浄装置では、洗浄槽１と、高圧水をキャビテーション噴射流として噴射するホーンノズル３０５と、気泡を噴射する複数の気泡噴射口１７を備えた気泡噴射パイプ１５とを主に備えている。ここで、気泡噴射パイプ１５は本発明の気泡噴射手段を構成する。尚、洗浄槽１については第１実施形態の洗浄装置と同様なので説明を省略する。
【００３０】
ホーンノズル３０５は、高圧水供給管２１１によって洗浄槽外部の高圧水供給源（図示せず）に接続されており、そのホーンノズル構造は第１実施形態の洗浄装置と同様なので説明を省略する。
【００３１】
本実施形態の洗浄装置では、気泡噴射噴射手段として複数の噴射口１７を有する４本の気泡噴射パイプ１５が洗浄槽側壁２の内壁面３の近傍位置で、洗浄槽底部の各辺に沿って配置されている。各パイプは塩化ビニル製であり、洗浄槽外部のエア供給源（図示せず）に接続されており、このエア供給源から供給されるエアを噴射口１７から気泡にして洗浄槽の液体中に噴射する。
【００３２】
図３は、第２実施形態の液中洗浄装置における気泡噴射パイプ１５の断面図である。図３に示すようにパイプの噴射口１７は洗浄槽側壁２の内壁面３の下部に向かう方向に穿孔されている。
【００３３】
本実施形態の洗浄装置を使用して洗浄対象物２１を洗浄する場合には、ホーンノズル３０５からキャビテーション噴射流を噴射させると共に、気泡噴射パイプ１５の噴射口１７から気泡を噴射させる。本実施形態の洗浄装置では、気泡噴射パイプ１５の噴射口１７が洗浄槽側壁２の内壁面３の下部に向かう方向に穿孔されているので、気泡は洗浄槽１の側壁２の内壁面３に向かって噴射され、この気泡は洗浄槽側壁２の内壁面３下部から内壁面３に沿って上昇する。このため、気泡による層が洗浄槽側壁２の内壁面３に沿って側壁上部まで連続して形成され、キャビテーション噴射流による騒音がかかる気泡の層（エアカーテン）によって遮断され、消音されることになる。
【００３４】
また、本実施形態の洗浄装置では、気泡噴射パイプ１５がホーンノズル３０５及びキャビテーション噴射流から十分離れた位置である洗浄槽底部の各辺に沿って配置されているので、噴射された気泡がノズルからのキャビテーション噴射流を妨げることがなく、キャビテーション噴射流による高い洗浄効果を維持しながら消音を行うことができる。
【００３５】
（第３実施形態）
図４は、第３実施形態の液中洗浄装置の全体構成を示す模式図である。本実施形態の洗浄装置では、洗浄槽１と、高圧水をキャビテーション噴射流として噴射するホーンノズル３０５と、気泡を噴射する複数の気泡噴射口５１７を備えた気泡噴射パイプ５１５とを主に備えている。本実施形態の洗浄装置は、洗浄槽１と気泡噴射パイプ５１５に穿孔された噴射口５１７の方向が第２実施形態の洗浄装置と異なり、他の構成については第２実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００３６】
洗浄槽１は、図４に示す通り、その４つの側壁５０２が鉛直方向に対してそれぞれ約３°だけ内方に傾斜しており、第２実施形態と同様に、４本の気泡噴射パイプ５１５が洗浄槽側壁５０２の内壁面３の近傍位置で洗浄槽底部の各辺に沿って配置されている。
【００３７】
図５は、第３実施形態の液中洗浄装置における気泡噴射パイプ５１５の断面図である。図５に示すようにパイプの噴射口５１７は上方に向けて穿孔されている。
【００３８】
本実施形態の洗浄装置を使用して洗浄対象物２１を洗浄する場合には、ホーンノズル３０５からキャビテーション噴射流を噴射させると共に、気泡噴射パイプ５１５の噴射口５１７から気泡を噴射させる。本実施形態の洗浄装置では、洗浄槽１の各側壁５０２がそれぞれ鉛直方向に対して約３°の角度で内方に傾斜しており、気泡噴射パイプ５１５が洗浄槽側壁５０２の内壁面３の下部近傍で気泡を噴射するので、噴射された気泡は洗浄槽内壁面３と離れずに液中を上昇する。このため、気泡は、安定して洗浄槽内壁面３に沿って浮上することになり、気泡による層が形成されて、キャビテーション噴射流による騒音がかかる気泡の層によって遮断され、消音されることになる。尚、側壁５０２の鉛直方向に対する傾斜角は約３°に限定されるものではない。
【００３９】
また、本実施形態の洗浄装置では、気泡噴射パイプ５１５がホーンノズル３０５及びキャビテーション噴射流から十分離れた位置である洗浄槽底部の各辺に沿って配置されているので、噴射された気泡がホーンノズル３０５からのキャビテーション噴射流を妨げることがなく、キャビテーション噴射流による高い洗浄効果を維持しながら消音を行うことができる。
【００４０】
（第４実施形態）
図６は、第４実施形態の液中洗浄装置の全体構成を示す模式図である。本実施形態の洗浄装置では、洗浄槽１と、高圧水をキャビテーション噴射流として噴射するホーンノズル３０５と、気泡を噴射する複数の気泡噴射口５１７を備えた気泡噴射パイプ５１５と、洗浄槽内壁面３に沿って配置された本発明の隔壁を構成する金網１９を主に備えている。本実施形態の洗浄装置では、金網１９を設けた点及び気泡噴射パイプ５１５の配置及び気泡の噴射方向が第２実施形態の洗浄装置と異なっており、他の構成については第２実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００４１】
本実施形態の洗浄装置では、断面逆Ｌ字形状の４個の金網１９が洗浄槽側壁２の各内壁面３に沿って設置されている。そして、複数の噴射口５１７を有する４本の気泡噴射パイプ１５が、金網１９と洗浄槽内壁面３との間に洗浄槽底部の各辺に沿って配置されている。気泡噴射パイプ１５の噴射口５１７は、図５に示す第３実施形態のパイプと同様に、上方に向けて穿孔されている。
【００４２】
本実施形態の洗浄装置を使用して洗浄対象物２１を洗浄する場合には、ホーンノズル３０５からキャビテーション噴射流を噴射させると共に、気泡噴射パイプ５１５の噴射口５１７から気泡を噴射させる。本実施形態の洗浄装置では、金網１９を洗浄槽側壁２の内壁面３に沿って配置して、この金網１９と洗浄槽内壁面３との間に気泡噴射パイプ５１５によって気泡を上方に噴射するので、噴射された気泡は洗浄槽内壁面３から遠く離れることなく内壁面３に沿って浮上する。このため、気泡は、安定して洗浄槽内壁面３に沿って浮上することになり、気泡による層が形成されて、キャビテーション噴射流による騒音がかかる気泡の層によって遮断され、消音されることになる。
【００４３】
また、本実施形態の洗浄装置では、気泡噴射パイプ５１５がホーンノズル３０５及びキャビテーション噴射流から十分離れた位置である洗浄槽１底部に沿って配置されているので、噴射された気泡がホーンノズル３０５からのキャビテーション噴射流を妨げることがなく、キャビテーション噴射流による高い洗浄効果を維持しながら消音を行うことができる。
【００４４】
尚、本実施形態の洗浄装置では、金網を設けているが、金網の代わりに複数の孔部を有する金属製の板状部材を洗浄槽の内壁面３に沿って配置しても良い。
【００４５】
また、洗浄装置の構成として、上述した第２実施形態における気泡噴射パイプ１５、第３実施形態における洗浄槽側壁５０２及び気泡噴射パイプ５１５、第４実施形態における金網１９及び気泡噴射パイプ５１５の各構成を適宜組み合わせても良い。また、洗浄槽の配置によっては、側壁の４面全部に気泡の層を形成しなくても良く、側壁の３面あるいは２面のみに適用しても本発明の効果は達成される。
【００４６】
【実施例】
上記第２実施形態の洗浄装置を使用して以下の評価を行った。図７は本実施例で使用した洗浄装置の平面図である。縦幅０．６ｍ、横幅１ｍの略直方体形状の水槽を使用し、ホーンノズルを水槽のほぼ中央に配置し、洗浄対象物としてのアルミ板を設置してホーンノズルからキャビテーション噴射流をアルミ板に噴射するように構成する。更に、複数の気泡噴射口を有する２本の塩化ビニルパイプ（気泡噴射パイプ）を水槽の正面側底部及び左側面側底部に配置する。具体的な洗浄条件は以下の通りである。
【００４７】
（洗浄条件）
ホーンノズルの直径：２．５ｍｍ
アルミ板とホーンノズルとの距離：３０ｍｍ
洗浄水の噴射圧力：７ＭＰａ，１２．５ＭＰａ
洗浄水の流量：２４．２Ｌ／ｍｉｎ，３２．５Ｌ／ｍｉｎ
洗浄時間：２０分
塩化ビニルパイプの内径：２０ｍｍ
気ｓ泡噴射口の直径：１ｍｍ
気泡噴射口の鉛直方向に対する角度：約６０°（噴射方向は水槽内壁面へ向かう方向）
塩化ビニルパイプへのエア流量：１３３〜６５２ＮＬ／ｍｉｎ
エア圧力：１ｋｇｆ／ｃｍ^２，２ｋｇｆ／ｃｍ^２
また、対比例として、同じ洗浄装置で塩化ビニルパイプへのエアの供給を行わない状態（エア圧力＝０ｋｇｆ／ｃｍ^２、エア流量＝０ＮＬ／ｍｉｎ）でアルミ板の洗浄処理を行った（表１のNo.１、No.７）。
【００４８】
（測定結果）
以上の洗浄条件の下で、塩化ビニルパイプへの空気の流量を１０３〜９７８ＮＬ／ｍｉｎの範囲で変化させて洗浄処理を行った結果、表１に示す結果が得られた。騒音の測定は、水槽の正面側Ａ及び左側面側Ｂに夫々騒音計を設置して行った。洗浄力の評価は、洗浄処理終了後のアルミ板を表面粗さの半径方向分布を表面粗計により測定し、また目視により判断した。ここで、No.１、No.７は対比例である。
【００４９】
【表１】

【００５０】
表１の結果からわかるように、洗浄水の圧力７ＭＰａ、流量２４．２Ｌ／ｍｉｎで洗浄処理を行った結果、エアを供給しない対比例No.１において正面側Ａで騒音測定値が８６．５ｄＢ、左側面側Ｂでの騒音測定値が８５．８ｄＢであった。これに対し、実用レベルで許容できるエア流量５３３ＮＬ／ｍｉｎでエアを塩化ビニルパイプに供給して水槽内に気泡を発生させて測定したところ、正面側Ａで騒音測定値８０．３ｄＢ、左側面側Ｂでの騒音測定値８１．１ｄＢまで低減することができた。
【００５１】
また、洗浄水の圧力１２．５ＭＰａ、流量３２．５Ｌ／ｍｉｎで洗浄処理を行った結果、エアを供給しない対比例No.7において正面側Ａで騒音測定値が９６．５ｄＢ、左側面側Ｂでの騒音測定値が９７．９ｄＢであった。これに対し、エア流量５３３ＮＬ／ｍｉｎでエアを塩化ビニルパイプに供給して水槽内に気泡を発生させて測定したところ、正面側Ａで騒音測定値８６．５ｄＢ、左側面側Ｂでの騒音測定値８７．１ｄＢまで低減することができた。
【００５２】
また、気泡発生の有無によるアルミ板の壊食量を対比例No.１と評価結果No.２〜６とを、また対比例No.７と評価結果No.８とをそれぞれ比較したところ、壊食面積、表面粗さは殆ど差異は生じておらず、評価結果No.２〜６及びNo.８においてもキャビテーション噴射流による高い洗浄効果が維持されていることが判明した。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したとおり、請求項１に係る発明によれば、キャビテーション噴射流による洗浄効果を減少させることを防止しながら騒音防止を図れるという効果を有する。特に、請求項２〜５に係る発明によれば、キャビテーション噴射流による高い洗浄効果を確実に維持させながら騒音防止を図れるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の液中洗浄装置の全体構成を示す模式図である。
【図２】第２実施形態の液中洗浄装置の全体構成を示す模式図である。図２（ａ）は液中洗浄装置の左側面透視図であり、図２（ｂ）は液中洗浄装置の正面透視図である。
【図３】第２実施形態の液中洗浄装置における気泡噴射パイプの断面図である。
【図４】第３実施形態の液中洗浄装置の全体構成を示す模式図である。
【図５】第３実施形態の液中洗浄装置における気泡噴射パイプの断面図である。
【図６】第４実施形態の液中洗浄装置の全体構成を示す模式図である。
【図７】実施例で使用した洗浄装置の平面図である。
【符号の説明】
１：洗浄槽
２，５０２：洗浄槽側壁
３：洗浄槽内壁面
２０５：ノズルヘッド
３０５：ホーンノズル
２０７：気泡噴射ノズル
１１，２１１：高圧水供給管
１３，２１３：エア供給管
１５，５１５：気泡噴射パイプ
１７，５１７：気泡噴射口
１９：金網
２１：洗浄対象物

Claims

洗浄対象物を液中に浸積する洗浄槽と、
高圧水をキャビテーション噴射流として洗浄対象物に噴射するノズルと、を備えた液中洗浄装置において、
気泡を発生させる気泡発生手段と、
前記ノズルから所定距離だけ離隔して設けられ、前記発生させた気泡を噴射する気泡噴射手段とを備え、
前記気泡噴射手段は、前記発生させた気泡を、洗浄槽内壁に沿って噴射するものであり、
前記洗浄槽の側壁面は、鉛直方向に対して所定角度内方に傾斜していることを特徴とする液中洗浄装置。
前記気泡噴射手段は、気泡を洗浄槽内壁下部に向けて噴射するものであることを特徴とする請求項１に記載の液中洗浄装置。
前記洗浄槽側壁面の近傍で気泡を噴射するものであることを特徴とする請求項１に記載の液中洗浄装置。
洗浄槽内壁に沿って配置した隔壁を更に備え、前記気泡噴射手段は、前記隔壁と洗浄槽内壁との間に気泡を噴射するものであることを特徴とする請求項１に記載の液中洗浄装置。