JP4538788B2 - 異物検査方法および異物検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、被検査物に含まれる異物を検査する異物検査方法および異物検査装置に関する。

内部に流体流路を有する被検査物の場合、内部に残留する異物の検査は重要な工程である。例えば、被検査物として流体噴射弁を適用する場合、内部に金属片などの固形の異物が残留していると、弁部に異物が付着し、閉弁時における弁密度の低下を招くおそれがある。そのため、被検査物の内部に残留する例えば金属片などの固形の異物は高精度に検査する必要がある。

出願人は、上述のような被検査物を検査する場合、被検査物の一方の端部にフィルタを設置し、他方の端部側から液体の洗浄流体が流し込んでフィルタに異物を捕集することを考えている。被検査物を通過した流体はフィルタによりろ過され、被検査物に残留する固形の異物はフィルタに捕集される。そして、異物を捕集したフィルタを例えば顕微鏡などで拡大して検査するものである。例えば、拡大された像を画像処理することにより、フィルタに捕集された異物の数量、大きさおよび種類などが検査することができると考えられる。

しかしながら、例えば油などの半固形状あるいは液状の汚れは、粘度が大きく、被検査物に対する粘着力が大きい。そのため、粘着力の大きな汚れに金属粉などの固形の異物が付着している場合、液体の洗浄流体によってこれらの汚れおよび異物を除去するのは困難であると考えられる。また、液体の洗浄流体を用いると、検査後の被検査物は洗浄流体により濡れてしまう。そのため、固形の異物および汚れが再付着するおそれがあり、洗浄性能および検査精度の低下を招くことが考えられる。

一方、粘着力の大きな汚れの除去能力を高めるために、液体の洗浄流体の流速を高めることが考えられる。しかし、洗浄流体の流速を高めるためには、洗浄流体の圧力を増大させる必要がある。また、洗浄流体の流速を高めると、被検査物における洗浄流体の圧力損失が増大する。そのため、設備の大型化ならびにランニングコストの増大を招く。
さらに、液体の洗浄流体の場合、固形の異物を捕集するフィルタには洗浄流体の液しみならびに被検査物に付着した汚れによるしみが生じる。そのため、異物としみとの判別が困難となり、異物の検査精度が低下することが考えられる。

そこで、本発明の目的は、設備の大型化を招くことなく、異物の検査精度が向上する異物検査方法および異物検査装置を提供することにある。

請求項１記載の発明では、被検査物の内部は気体を含む洗浄流体により洗浄される。洗浄流体は、気体のみに限らず液体を含む二相状態である。洗浄流体は大部分が気体であるため、加圧および加熱が容易であり、洗浄流体のエネルギーは容易に高められる。したがって、設備の大型化を招くことがなく、粘着力の大きな汚れを除去することができる。また、洗浄流体のエネルギーを高めることにより、粘着力の大きな汚れも容易に除去される。気体の洗浄流体で被検査物を洗浄することにより、洗浄された被検査物の内部は濡れず、異物や汚れの再付着が防止される。さらに、気体の洗浄流体で被検査物を洗浄することにより、ろ過手段には洗浄流体による液しみや汚れなどが付着しない。したがって、異物の検査精度を向上することができる。
また、請求項１記載の発明では、洗浄段階では被検査物に供給された加圧され過熱状態となった液体の洗浄流体が大気圧に開放される。これにより、洗浄流体は瞬時に沸騰し、蒸気となって被検査物に流入する。そして、蒸気となった洗浄流体は、例えば油などの粘着力の大きな汚れに付着し凝縮する。高温の洗浄流体が汚れに付着することにより、汚れは軟化する。また、洗浄流体は被検査物と汚れとの間に侵入し、汚れを被検査物から浮かせる。そのため、被検査物に付着した汚れは、容易に除去される。したがって、粘着力の大きな汚れも除去され、被検査物の洗浄精度を向上することができる。
請求項２記載の発明では、洗浄段階では被検査物の内部が減圧されるとともに、被検査物は加熱される。これにより、被検査物に付着している低沸点成分は除去される。したがって、低沸点成分が液しみあるいは汚れとしてろ過手段に付着することがなく、異物の検査精度を向上することができる。

請求項３記載の発明では、被検査物は内部および外部から加熱される。これにより、被検査物はすみやかに所定の温度まで加熱される。そのため、被検査物の内部に低沸点成分が付着しているとき、低沸点成分は容易に気化する。また、被検査物を加熱することにより、気体の洗浄流体が被検査物の内部で凝縮することは防止される。したがって、洗浄された被検査物の内部は濡れず、異物や汚れの再付着を防止することができる。

請求項４記載の発明では、洗浄段階ではさらに大気圧で加熱された洗浄流体を供給するとともに、被検査物の内部は減圧される。被検査物の内部を減圧することにより、被検査物に供給された洗浄流体は瞬時に気化し、高速の蒸気となって被洗浄物内を流れる。そのため、洗浄流体により被検査物から浮いた汚れは、高速の洗浄流体の蒸気により分散される。その結果、汚れは洗浄流体の蒸気に分散し、分散した汚れはろ過手段を通過する際にろ過手段に付着しない。したがって、ろ過手段には異物のみが捕集され、異物の検査精度を向上することができる。

請求項５記載の発明では、洗浄段階の前に予備洗浄段階を含んでいる。予備洗浄段階では、被検査物に洗浄段階よりも緩やかな速度の洗浄流体が供給される。被検査物には、例えば樹脂やセルロースなどの非金属の異物と、金属の異物とが付着している。金属の異物でも例えば酸化した金属の場合、非金属との判別が困難なことがある。そのため、検査段階では、金属の異物と非金属の異物とを分離することが望ましい。洗浄段階よりも緩やかな速度の洗浄流体により予備洗浄段階を行うことにより、被検査物に付着している異物のうち比重の小さなものは予備洗浄段階で除去される。樹脂やセルロースなどの非金属の異物は、金属の異物に比較して比重が小さい。その結果、予備洗浄段階を行うことにより、検査段階では異物を金属と非金属とに分離して検査することができる。

請求項６記載の発明では、検査段階は第一捕集段階と第二捕集段階とを含んでいる。第一捕集段階では、湿らせたろ過手段により予備洗浄段階において被検査物を通過した洗浄流体をろ過している。予備洗浄段階で除去される異物は比重の小さな非金属の異物が中心となる。また、予備洗浄段階では洗浄流体の流れが緩やかである。ろ過手段を湿らせることにより、比重の小さく緩やかな洗浄流体の流れによって運搬される非金属の異物であっても、ろ過手段は異物を確実に捕集することができる。一方、洗浄段階は、高速の洗浄流体の流れにより比重の大きな金属の異物を捕集する。そのため、ろ過手段は湿らせる必要がない。

請求項７または１５記載の発明では、洗浄流体は水である。本明細書中で「水」とは、物質名としての「水」を意味し、液体の「水」だけでなく気体の「水蒸気」を含むものとする。水は、粘性が低く、熱量が大きい。そのため、水が気化することにより生じる水蒸気によって、粘着性の高い汚れは低粘度化および低表面張力化される。その結果、汚れの溶解性が向上するとともに、汚れと被検査物との間への水蒸気の浸透性が向上する。これにより、被検査物に対する汚れの付着力が低下する。また、気化した水蒸気を減圧することにより、被検査物の内部には音速に近い水蒸気の流れが形成される。そのため、圧力損失の影響が低減されるとともに、被検査物から浮いた汚れの再付着が防止される。したがって、被検査物の洗浄精度を向上することができる。また、水蒸気は、ろ過手段を通過する。そのため、ろ過手段に液しみあるいは汚れが付着することがない。したがって、異物の検査精度を向上することができる。さらに、洗浄流体として水を用いることにより、例えば石油系の溶剤を用いる場合と比較して環境に与える負荷が低減される。したがって、環境の保護を図ることができる。

請求項８または１６記載の発明では、加圧過熱流体供給手段から被検査物に供給された加圧され過熱状態となった液体の洗浄流体は大気圧開放手段により被検査物の一方の端部で大気圧に開放される。そのため、洗浄流体は瞬時に沸騰し、被検査物に流入する。そして、蒸気となった洗浄流体は、被検査物に含まれる粘着性の高い汚れに付着し、汚れを被検査物から浮かせる。その後、大気圧加熱流体供給手段により大気圧で加熱された液体の洗浄流体が被検査物に供給される。このとき、被検査物が収容されたチャンバは、第一減圧手段により減圧される。その結果、洗浄流体により浮かされた汚れは、減圧により気化した洗浄流体により分散される。ろ過手段の反被検査物側は第二減圧手段により減圧されているため、被検査物に付着した汚れおよび異物は気化した洗浄流体によりろ過手段へ流れる。洗浄流体に含まれる異物はろ過手段により捕集され、洗浄流体に分散した汚れは洗浄流体の蒸気とともにろ過手段を通過する。そのため、ろ過手段には被検査物の異物のみが捕集され、ろ過手段への汚れの付着は防止される。したがって、設備の大型化を招くことなく、異物の検査精度を向上することができる。

請求項９記載の発明では、被検査物を加熱する加熱手段を備えている。これにより、被検査物はすみやかに所定の温度まで加熱される。そのため、被検査物の内部に低沸点成分が付着しているとき、低沸点成分は容易に気化する。また、被検査物を加熱することにより、気体の洗浄流体が被検査物の内部で凝縮することは防止される。したがって、洗浄された被検査物の内部は濡れず、異物や汚れの再付着を防止することができる。

請求項１０記載の発明では、加熱手段は被検査物の内部および外部にそれぞれ第一加熱手段または第二加熱手段を有している。これにより、被検査物は、内部および外部から加熱される。そのため、被検査部はすみやかに所定の温度まで加熱される。したがって、異物の汚れや再付着を防止することができる。

請求項１１記載の発明では、被検査物は流体噴射弁である。そのため、流体噴射弁に含まれる異物は高精度に洗浄され、検査される。これにより、例えば噴孔近傍への異物の付着による閉弁時の弁密度の低下は防止される。したがって、流体噴射弁の異物検査性能および流体噴射性能を向上することができる。
請求項１２記載の発明では、加圧過熱流体供給手段および大気圧加熱流体供給手段は、噴孔側の端部へ洗浄流体を供給する。そのため、高速な洗浄流体が被検査物の内部へ供給される。したがって、洗浄性能を向上することができる。

請求項１３記載の発明では、開放手段は流体噴射弁の弁部材である。そのため、加圧され過熱状態となった液体の検査流体は、流体噴射弁の弁部材が開弁することにより、急激に大気圧に開放される。したがって、簡単な構造で加圧され過熱状態となった液体の検査流体を大気圧に開放し、気体の検査流体を被検査物に供給することができる。

請求項１４記載の発明では、被検査物の内部に設置されている第一加熱手段は弁部材を駆動するための磁力を発生するコイルである。被検査物である流体噴射弁は、弁部材を駆動するためのコイルを有している。コイルは、通電することにより磁力を発生するとともに、発熱する。そこで、コイルの発熱を利用することにより、被検査物は加熱される。したがって、加熱のための構成を追加することなく、自身の有しているコイルによって被検査物をすみやかに所定の温度まで加熱することができる。また、被検査物を内部および外部から加熱することにより、被検査物を均一に加熱することができる。

以下、本発明による異物検査装置の実施形態を図面に基づいて説明する。
本発明の一実施形態による異物検査装置を図１に示す。図１に示す異物検査装置１０は、被検査物である流体噴射弁（以下、流体噴射弁を「インジェクタ」という。）５０に含まれる異物を検査する。
異物検査装置１０は、インジェクタ５０を収容するチャンバ１１を備えている。インジェクタ５０は、例えばエンジンの燃料噴射弁として使用される。インジェクタ５０は、チャンバ１１の内部に倒立して収容される。すなわち、本実施形態の場合、インジェクタ５０は、図１の上方に燃料を噴射する噴射側が位置し、図１の下方に導入側が位置する。チャンバ１１は、箱状の密閉容器である。

インジェクタ５０は、ボディ５１、ニードル５２およびコイル５３を有している。ボディ５１は、筒状に形成され、内部をニードル５２が軸方向へ往復移動可能である。ボディ５１の周囲は、モールド樹脂５４により被覆されている。ニードル５２は、軸方向においてボディ５１の一方の端部に形成される噴孔５５を開閉する。コイル５３は、チャンバ１１の外部の制御部６０に接続されている。コイル５３には、制御部６０から所定の時期に所定の電力が供給される。制御部６０は、図示しない電源からコイル５３に供給する電力を制御する。

ニードル５２は、付勢手段５６により噴孔５５を閉塞する方向へ付勢されている。付勢手段５６としては、例えばコイルスプリングなどが用いられる。一方、ニードル５２は、コイル５３に通電することにより形成される磁気回路によって付勢手段５６に付勢される方向とは逆方向へ駆動される。すなわち、ニードル５２は、コイル５３への通電または非通電を切り換えることにより、軸方向へ往復移動する。ニードル５２は、コイル５３へ所定の電力を供給すると、発生する磁気吸引力により付勢手段５６の付勢力に抗して図１の下方へ移動し、噴孔５５を開放する。また、ニードル５２は、コイル５３への通電を停止すると、付勢手段５６の付勢力により図１の上方へ移動し、噴孔５５を閉塞する。ボディ５１の他方の端部には、導入口５７が形成されている。

ニードル５２は、制御部６０からコイル５３へ供給される電力が所定値よりも大きくなると、付勢手段５６の付勢力に抗してニードル５２を駆動する。また、コイル５３は、制御部６０から供給される電力によって発熱する。そのため、制御部６０からコイル５３へ供給する電力が所定値以下であれば、コイル５３はニードル５２を駆動することなく発熱する。コイル５３は、ニードル５２を駆動するとともに、インジェクタ５０を内部から加熱する第一加熱手段である。

異物検査装置１０は、加圧過熱水供給部２０および温水供給部３０を備えている。チャンバ１１に収容されているインジェクタ５０の噴孔５５側はノズル１２に取り付けられる。ノズル１２は、加圧過熱水供給部２０および温水供給部３０に接続されている。加圧過熱水供給部２０は、洗浄流体としての水を加圧および加熱して加圧過熱水を生成する。加圧過熱水供給部２０は、生成した加圧過熱水を、ノズル１２を経由してインジェクタ５０に供給する。加圧過熱水供給部２０で生成される加圧過熱水は、大気圧以上に加圧され、沸点である１００℃以上に過熱されている。本実施形態の場合、加圧過熱水は、１６０ｋＰａ、１１０℃に加圧および過熱されている。温水供給部３０は、洗浄流体としての水を加熱して温水を生成する。温水供給部３０は、生成した温水を、ノズル１２を経由してインジェクタ５０に供給する。温水供給部３０で生成される温水は、大気圧に保持され、沸点以下まで加熱されている。本実施形態の場合、温水は７０℃から９０℃に加熱されている。

加圧過熱水供給部２０とノズル１２とを接続する加圧配管２１には、バルブ２２が設置されている。バルブ２２を開閉することにより、加圧過熱水供給部２０からノズル１２への加圧過熱水の供給が制御される。同様に、温水供給部３０とノズル１２とを接続する温水配管３１には、バルブ３２が設置されている。バルブ３２を開閉することにより、温水供給部３０からノズル１２への温水の供給が制御される。加圧過熱水供給部２０、加圧配管２１、バルブ２２およびノズル１２により、特許請求の範囲に記載の加圧過熱流体供給手段が構成されている。また、温水供給部３０、温水配管３１、バルブ３２およびノズル１２により、特許請求の範囲に記載の大気圧加熱流体供給手段が構成されている。

加圧過熱水供給部２０で生成された加圧過熱水は、過熱状態の液体のままノズル１２を経由してインジェクタ５０の噴孔５５側に供給される。インジェクタ５０に供給された加圧過熱水は、インジェクタ５０のニードル５２が開弁することにより、大気圧に開放される。そのため、加圧過熱水は、瞬時に沸騰して水蒸気へ気化し、インジェクタ５０に流入する。これにより、インジェクタ５０のニードル５２は、加圧過熱水をインジェクタ５０の一方の端部側で大気圧に開放する開放手段として機能する。

異物検査装置１０は、第一減圧手段としての吸引ポンプ４１を備えている。吸引ポンプ４１は、チャンバ１１に接続されている。吸引ポンプ４１とチャンバ１１との間にはバルブ４２が設置されている。バルブ４２を開放することにより、チャンバ１１の内部は大気圧以下に減圧される。
異物検査装置１０は、第二減圧手段としての吸引ポンプ４３を備えている。吸引ポンプ４３は、チャンバ１１に設置されている排出部１３に接続されている。排出部１３は、チャンバ１１に収容されているインジェクタ５０の反ノズル側に設置されている。排出部１３には排出通路１４が形成されている。インジェクタ５０を通過した水蒸気は、排出部１３の排出通路１４を流れる。吸引ポンプ４３と排出部１３との間には、バルブ４４が設置されている。バルブ４４を開放することにより、排出通路１４は大気圧以下に減圧される。

異物検査装置１０は、ろ過手段としてのフィルタ１５を備えている。フィルタ１５は、排出部１３に設置されている。フィルタ１５は、インジェクタ５０から排出通路１４へ排出される水蒸気に含まれる異物を捕集する。また、異物検査装置１０は、検出手段としての検出部１６を備えている。検出部１６は、フィルタ１５に捕集された異物を検出する。検出部１６は、フィルタ１５に捕集された異物を拡大する例えば拡大鏡などの図示しない拡大手段を有している。また、検出部１６は、拡大手段で撮影された異物の画像を処理する図示しない処理部を有している。処理部では、撮影されたフィルタ１５の画像について画像処理が実行され、異物の種類、大きさおよび数などが検出される。

異物検査装置１０は、洗浄蒸気供給部７０を備えている。洗浄蒸気供給部７０は、インジェクタ５０の噴孔５５側に取り付けられているノズル１２に接続されている。洗浄蒸気供給部７０は、洗浄流体として水を加熱して水蒸気を生成する。洗浄蒸気供給部７０は、生成した水蒸気を、ノズル１２を経由してインジェクタ５０に供給する。洗浄蒸気供給部７０で生成される水蒸気は大気圧または大気圧よりもやや高い圧力に設定されている。洗浄蒸気供給部７０とノズル１２とを接続する蒸気配管７１には、バルブ７２が設置されている。バルブ７２を開閉することにより、洗浄蒸気供給部７０からノズル１２へ洗浄用の水蒸気の供給が制御される。

異物検査装置１０は、第二加熱手段としての電気ヒータ６１を備えている。電気ヒータ６１は、インジェクタ５０の径方向外側の外部にインジェクタ５０を覆って設置されている。インジェクタ５０と電気ヒータ６１とは、互いに接してまたは所定の間隔を形成して設置されている。電気ヒータ６１は制御部６０に接続されており、制御部６０から供給される電力により加熱される。また、異物検査装置１０は、インジェクタ５０の温度を検出する温度検出部６２を備えている。制御部６０は、温度検出部６２で検出したインジェクタ５０の温度に基づいてコイル５３および電気ヒータ６１に供給する電力を調整し、インジェクタ５０を所定の温度に制御する。

次に、上記の構成による異物検査装置１０による異物検査方法について図２に基づいて説明する。
異物の検査は、大きくインジェクタ５０の内部の予備洗浄と、インジェクタ５０の内部の本洗浄と、インジェクタ５０に含まれる異物の検出との三つの段階に区分される。
（インジェクタのセット）
異物検査の対象となるインジェクタ５０をチャンバ１１の内部に設置する（Ｓ１００）。このとき、チャンバ１１の内部は大気圧である。インジェクタ５０は、噴孔５５側の端部がノズル１２に接続される。また、インジェクタ５０の径方向外側には、電気ヒータ６１が設置される。電気ヒータ６１は、インジェクタ５０の径方向外側を周方向へ連続あるいは不連続に包囲して設置される。なお、インジェクタ５０は、図示しない支持部によりチャンバ１１に支持してもよい。

（予備洗浄）
チャンバ１１の内部へのインジェクタ５０の設置が完了すると、チャンバ１１は密閉される。そして、バルブ７２が開放されるとともに、インジェクタ５０のコイル５３に通電される。このとき、コイル５３に供給される電力は、ニードル５２を駆動するために必要な電力であるため、ニードル５２はコイル側５３に吸引される。これにより、ニードル５２は噴孔５５を開放し、洗浄蒸気供給部７０からノズル１２に供給された水蒸気はインジェクタ５０の内部へ供給される。

チャンバ１１およびインジェクタ５０の内部は吸引ポンプ４３によって緩く吸引されている。そのため、洗浄蒸気供給部７０から供給された水蒸気は、インジェクタ５０の内部を通過する。洗浄蒸気供給部７０では水蒸気が大気圧または大気圧よりもやや高い圧力に加圧されており、かつインジェクタ５０の内部は吸引ポンプ４３によって緩く吸引されている。そのため、予備洗浄工程では、水蒸気は後続する洗浄工程に比較して極めて低速でインジェクタ５０の内部を通過する。これにより、インジェクタ５０の内部に付着している比重の小さな非金属の異物を中心とする異物は蒸気とともに排出部１３へ流入する。これにより、予備洗浄工程が実行される（Ｓ１１０）。ここで除去される非金属の異物としては、例えばセルロースや樹脂などの繊維などである。インジェクタ５０の内部を通過した水蒸気が排出部１３の排出通路１４を流れることにより、水蒸気により除去された異物はフィルタ１５に捕集される。

予備洗浄工程では、フィルタ１５は例えば水などにより湿らされている。上述のように、予備洗浄工程では、インジェクタ５０の内部に付着した非金属の異物を主に除去する。非金属の異物は、後続する洗浄工程で除去される金属の異物に比較して比重が小さい。そのため、非金属の異物はフィルタ１５への付着性能が低い。また、インジェクタ５０の内部を通過する水蒸気の速度が後続する洗浄工程における水蒸気の速度よりも小さい。そのため、フィルタ１５による異物の捕集性能は低下するおそれがある。そこで、予備洗浄工程ではフィルタ１５を湿らせ、異物の捕集性能を高めている。したがって、予備洗浄工程において除去された異物を捕集する第一捕集段階では、湿らされたフィルタ１５を用いて洗浄流体をろ過している。

（低沸点成分の除去）
予備洗浄工程が完了すると、洗浄工程へ移行する。このとき、排出部１３のフィルタ１５は交換されるとともに、チャンバ１１は密閉される。そして、バルブ４２が開放され、チャンバ１１の内部は吸引ポンプ４１により減圧される。これにより、チャンバ１１の内部およびインジェクタ５０の内部は大気圧以下に減圧される。また、チャンバ１１の内部の減圧とともに、インジェクタ５０のボディ５１は加熱される。

加熱方法は次の通りである。制御部６０は、コイル５３に所定の電力を供給する。これにより、コイル５３は発熱し、インジェクタ５０の全体を急速に加熱しする。あらかじめ設定されている温度まで上昇すると、制御部６０はコイル５３への通電を停止する。そして、制御部６０は、電気ヒータ６１に電力を供給し、表面の温度を低めに設定した電気ヒータ６１によってインジェクタ５０のボディ５１全体を所定の温度に保持する。すなわち、インジェクタ５０は、電気ヒータ６１によって保温される。このとき、コイル５３に供給される電力は、ニードル５２を駆動するために必要となる電力よりも小さい。そのため、ニードル５２は、駆動されず、噴孔５５は開放されない。

チャンバ１１およびインジェクタ５０の内部を減圧するとともに、電気ヒータ６１によってボディ５１を加熱することにより、ボディ５１の内壁ならびにニードル５２の外壁などインジェクタ５０に付着した低沸点成分は蒸発する。蒸発した低沸点成分は、吸引ポンプ４１により吸引され、チャンバ１１の外部へ排出される。これにより、インジェクタ５０に付着した異物のうち低沸点成分は除去される（Ｓ１２０）。このとき、除去される低沸点成分としては、例えば低沸点の油分あるいは水分などである。低沸点成分の除去が完了すると、チャンバ１１の内部は一旦大気圧に昇圧される。また、コイル５３への通電は停止され、ボディ５１の加熱は停止される。

（加圧過熱水の供給）
低沸点成分の除去が完了すると、加圧配管２１のバルブ２２が開放され、加圧過熱水供給部２０からノズル１２へ加圧過熱水が供給される（Ｓ１３０）。このとき、制御部６０は、コイル５３への通電を停止するとともに、電気ヒータ６１へ所定の電力を供給する。これにより、インジェクタ５０は一定の温度で保温されている。コイル５３への通電は停止されているため、ニードル５２は噴孔５５を閉塞している。そのため、加圧過熱水は加圧過熱状態でノズル１２に蓄えられる。ノズル１２に蓄えられている加圧過熱水は、図３に示すように１６０ｋＰａ、１１０℃の状態Ｓ１である。図３に示す曲線は、温度に対する水の蒸気圧を示す蒸気圧曲線である。

（大気圧への開放）
ノズル１２に加圧過熱水が供給されると、制御部６０からコイル５３へ所定の電力が供給される。このとき、コイル５３に供給される所定の電力は、Ｓ１２０における低沸点成分の除去の際にコイル５３へ供給された電力よりも大きい。すなわち、コイル５３に供給される電力は、ニードル５２を駆動するために必要となる電力である。コイル５３に所定の電力を供給することにより、ニードル５２はコイル５３側へ吸引され、図１の下方へ駆動される。これにより、ニードル５２は噴孔５５を開放する。コイル５３に電力が供給されることにより、コイル５３は発熱する。そのため、制御部６０は、電気ヒータ６１に供給する電力を調整し、インジェクタ５０を一定の温度で保温する。

ニードル５２が噴孔５５を開放することにより、インジェクタ５０の噴孔５５側であるノズル１２に供給されている加圧過熱水は、大気圧に開放される（Ｓ１４０）。その結果、ノズル１２に供給されている加圧過熱水は、瞬時に沸騰して気化し、水蒸気となってインジェクタ５０の内部へ供給される。すなわち、加圧過熱水は、図３に示すように状態Ｓ１から大気圧（１０１ｋＰａ）、１１０℃の状態Ｓ２へ移行する。

発生した水蒸気は、図４（Ａ）に示すように粘着性の高い汚れ８１とともにボディ５１の内壁に付着している異物８２の周囲に流入する。なお、図４には、ボディ５１の内壁に付着した汚れ８１および異物８２について示しているが、ニードル５２の外壁にも汚れおよび異物も同様に付着している場合がある。ここでは、ボディ５１の内壁に付着した汚れ８１および異物８２の除去を中心に説明する。

粘着性の高い汚れ８１とは、例えばタール状の高沸点成分の油など半固形状あるいは液状の汚れである。汚れ８１および異物８２の周囲に流入した水蒸気は、大きな熱量を有しているため、ボディ５１の内壁に付着している汚れ８１を軟化させる。そして、水蒸気は、図４（Ｂ）に示すように汚れ８１および異物８２の周囲において凝縮し、水滴８３を形成する。その結果、汚れ８１および異物８２は、水滴８３によって包囲される。これにより、水滴８３の水分は、ボディ５１と汚れ８１との間に浸透する。また、凝縮した水の温度は、約７０℃程度となる。これにより、図３に示すように水の状態は、状態Ｓ２から状態Ｓ３へ移行する。

（チャンバ内の減圧）
加圧過熱水の大気圧への開放が完了すると、制御部６０からコイル５３への電力供給は停止される。これにより、ニードル５２は噴孔５５を閉塞する。ニードル５２が噴孔５５を開放している期間は、例えば数ミリ秒から数秒程度の短期間である。ニードル５２が噴孔５５を閉塞すると、吸引ポンプ４１によりチャンバ１１の内部が減圧される（Ｓ１５０）。このとき、バルブ４２を開放することにより、チャンバ１１の内部は急激に減圧される。また、制御部６０からコイル５３への電力の供給が停止されているため、制御部６０は電気ヒータ６１に供給する電力を調整してインジェクタ５０を所定の温度で保温する。チャンバ１１の内部は、凝縮して約７０℃となった水が沸騰する１５ｋＰａ程度まで減圧される。すなわち、図３に示すように水の状態は、状態Ｓ３から状態Ｓ４へ移行する。これにより、ボディ５１に付着した汚れ８１および異物８２の周囲の水滴８３は瞬間的に沸騰する。そのため、水滴８３には、図４（Ｃ）に示すように内側から外側への力が加わる。その結果、図４（Ｄ）に示すようにボディ５１の内壁と異物８２との間に存在する汚れ８１は、水蒸気とともに分散される。また、図４（Ｅ）に示すようにボディ５１と汚れ８１との間に浸透した水は、汚れ８１を浮かせ、ボディ５１の内壁と汚れ８１との付着力を低減する。

（温水の供給）
チャンバ１１の内部が減圧されると、温水配管３１のバルブ３２が開放され、温水供給部３０からノズル１２へ温水が供給される（Ｓ１６０）。このとき、コイル５３への通電は停止されているため、温水はノズル１２に蓄えられる。ノズル１２に蓄えられている温水は、図５に示すように大気圧、７０℃の状態Ｓ５である。

（異物の除去および捕集）
ノズル１２に温水が供給されると、制御部６０からコイル５３へ電力が供給される。このとき、コイル５３に供給される所定の電圧は、Ｓ１４０における大気圧への開放の際にコイル５３へ供給された電力と同一である。そのため、ニードル５２は、コイル５３に吸引され、噴孔５５を開放する。
このとき、インジェクタ５０は保温され、かつＳ１５０においてチャンバ１１の内部は減圧されているため、インジェクタ５０の内部で凝縮した水は沸騰し気化する。そのため、チャンバ１１の内部の圧力はやや上昇しており、約２５ｋＰａ程度となっている。これにより、ニードル５２が噴孔５５を開放すると、ノズル１２に蓄えられている温水はインジェクタ５０の内部に流入するとともに瞬間的に沸騰する。すなわち、水は図５に示すように状態Ｓ５から状態Ｓ６へ移行する。

また、制御部６０からコイル５３への通電によるニードル５２の開弁と概ね同時に、バルブ４４は開放される。これにより、インジェクタ５０の内部は、１５ｋＰａ程度までさらに減圧され、図５に示すように状態Ｓ６から状態Ｓ７へ移行する。そのため、インジェクタ５０内部で発生した水蒸気は、音速に近い速度でインジェクタ５０の内部を噴孔５５側から導入口５７側まで流れる。高速の水蒸気がインジェクタ５０のボディ５１の内部を流れることにより、図４（Ｆ）に示すようにＳ１５０においてボディ５１との付着力が低減した汚れ８１は水蒸気とともに分散される。これとともに、汚れ８１とともにボディ５１の内壁に付着していた異物８２は、高速の水蒸気の流れによって吹き飛ばされ、除去される。同様に、ニードル５２の外壁に付着している異物も除去される。

チャンバ１１およびインジェクタ５０の内部は吸引ポンプ４３によって吸引されている。そのため、インジェクタ５０の内部を通過した水蒸気は、排出部１３へ流入する。インジェクタ５０の内部を通過した水蒸気が排出部１３の排出通路１４を流れることにより、水蒸気により吹き飛ばされた異物８２はフィルタ１５に捕集される（Ｓ１７０）。上述の手順により、インジェクタ５０の洗浄工程が実行される。上述の洗浄工程の間、電気ヒータ６１には制御部６０から常時電力の供給が断続され、インジェクタ５０は一定の温度で保温されている。

洗浄工程では、予備洗浄工程とはフィルタ１５が交換されている。洗浄工程では、乾燥したフィルタ１５が用いられる。洗浄工程では、インジェクタ５０の内部に付着した金属の異物を主に除去する。金属の異物は、予備洗浄工程で除去される非金属の異物に比較して比重が大きい。そのため、金属の異物はフィルタ１５の付着性能が高い。また、インジェクタ５０の内部は、突沸により極めて高速の水蒸気が通過する。そのため、フィルタ１５には異物がくい込み、フィルタ１５は確実に異物を捕集する。したがって、洗浄工程で除去された異物を捕集する第二捕集段階では、乾燥したフィルタ１５を用いて洗浄流体をろ過している。

（異物の検出）
インジェクタ５０の内部の洗浄が完了すると、異物の検出工程が実行される。検出工程では、異物を捕集したフィルタ１５が排出部１３から取り外される。取り外されたフィルタ１５は、検出部１６に送られる。検出部１６では、予備洗浄工程および洗浄工程においてフィルタ１５に付着した異物を観察し、金属か非金属であるかなどの異物の種類、ならびに捕集された異物の大きさおよび数などが検出される（Ｓ１８０）。検出された異物から、インジェクタ５０の性能や洗浄度などが評価される。予備洗浄工程および洗浄工程では、非金属の異物と金属の異物を完全に分離するのではなく、予備洗浄工程では主に非金属の異物を除去し、洗浄工程では主に金属の異物を除去している。そのため、予備洗浄工程に適用したフィルタ１５および洗浄工程に適用したフィルタ１５には、いずれも金属の異物と非金属の異物とが混在している。したがって、検出工程では、異物の種類についても検出される。

上述した本発明の一実施形態では、インジェクタ５０の内部は高温および高圧の水蒸気によって洗浄される。高温高圧の水蒸気は、加圧され過熱状態の水を瞬間的に大気圧に開放することにより生成される。そのため、インジェクタ５０の内部を洗浄する水蒸気のエネルギーを容易に高められる。また、温水をインジェクタ５０の内部で減圧することにより、瞬間的に沸騰させている。これにより、インジェクタ５０の内部は音速に近い速度の水蒸気が流れる。そのため、インジェクタ５０の内部における圧力損失が低減される。したがって、洗浄流体である水および水蒸気の流速を高めるための設備を必要とせず、設備の大型化、ならびにランニングコストの上昇を抑制することができる。

本発明の一実施形態では、インジェクタ５０の内部に供給された水蒸気は、インジェクタ５０に付着した汚れ８１および異物８２を軟化させ、付着力を低減させる。そのため、粘着力の大きな例えば高沸点の油など汚れも容易に除去される。水蒸気でインジェクタ５０を洗浄することにより、インジェクタ５０の内部は濡れることがない。これにより、洗浄されたインジェクタ５０の内部に汚れ８１や異物８２が再付着することがない。また、汚れ８１は水蒸気によって分散されるため、分散された汚れ８１はフィルタ１５を通過する。そのため、フィルタ１５には、液しみや汚れなどが付着しない。したがって、検出部１６による異物の検出精度を高めることができる。

本発明の一実施形態では、水蒸気によるインジェクタ５０の内部の洗浄に先立って、チャンバ１１の内部の減圧ならびにインジェクタ５０の加熱によって低沸点成分を除去している。したがって、低沸点成分のフィルタ１５への付着を防止でき、異物８２の検出精度を高めることができる。
本発明の一実施形態では、インジェクタ５０の噴孔５５側から洗浄流体である水蒸気が流入する。そのため、ニードル５２の開弁によって加圧過熱水が大気圧に開放される。これにより、水蒸気は、ニードル５２とボディ５１との間に形成される隙間を経由してボディ５１の内部に流入する。その結果、水蒸気は音速に近い高速でボディ５１の内部を流れる。したがって、ボディ５１の内部における圧力損失を低減することができる。

本発明の一実施形態では、洗浄流体として水を利用している。そのため、水が気化することにより生じる水蒸気によって、粘着性の高い汚れ８１は粘度および表面張力が低減される。その結果、粘着性の高い汚れの溶解性が向上するとともに、汚れ８１とボディ５１の内壁との間への水蒸気の浸透性が向上する。したがって、インジェクタ５０の内部の洗浄精度を向上することができる。また、汚れ８１を含む水蒸気は、フィルタ１５に捕集されることなく通過する。そのため、フィルタ１５に液しみあるいは汚れ８１が付着することがない。したがって、異物８２の検査精度を向上することができる。さらに、洗浄流体として水を用いることにより、例えば石油系の溶剤を用いる場合と比較して環境に与える負荷が低減される。したがって、環境の保護を図ることができる。

本発明の一実施形態では、洗浄工程に先立って予備洗浄工程を行っている。これにより、インジェクタ５０に付着している異物のうち非金属の異物は主に予備洗浄工程において除去される。また、予備洗浄工程では、フィルタ１５は例えば水などにより湿らされている。そのため、洗浄工程に比較して水蒸気の速度が小さな場合でも、比重の小さな非金属の異物は確実にフィルタ１５に捕集される。これにより、予備洗浄工程では非金属の異物が中心に除去され、洗浄工程では金属の異物が中心に除去される。
例えば、フィルタ１５を撮影した画像を処理して異物の検出を行う場合、画像を二値化すると、酸化した金属は非金属と同様に輝度が低くなる。そのため、金属の異物と非金属の異物とが混在しているフィルタ１５を観察すると、金属と非金属との判別精度が低下する。そこで、金属の異物と非金属の異物とは分離して観察することが望ましい。本発明の一実施形態では、金属の異物と非金属の異物を完全に分離することは困難であるものの、予備洗浄段階で非金属の異物が中心に除去され、洗浄段階で金属の異物が中心に除去される。そのため、異物の検出時における金属の異物と非金属の異物との判別が容易となる。したがって、検査精度を向上することができる。

上述した本発明の一実施形態では、インジェクタ５０は電気ヒータ６１からだけでなく自身が有するコイル５３によっても加熱される。そのため、インジェクタ５０は、電気ヒータ６１のみで加熱される場合と比較して、短期間に所定の温度まで加熱され、所定の温度で安定する。したがって、インジェクタ５０の加熱に要する工数を低減することができる。また、インジェクタ５０は自身が有しているコイル５３で加熱される。そのため、熱源からインジェクタ５０への熱伝導の経路は確保される。これにより、インジェクタ５０と電気ヒータ６１との間に隙間が形成され、チャンバ１１の内部の減圧にともなってインジェクタ５０と電気ヒータ６１との間の熱伝導が低減しても、インジェクタ５０は十分に加熱される。したがって、加熱に要する工数を低減することができる。

本発明の一実施形態では、インジェクタ５０をコイル５３で加熱することにより、電気ヒータ６１の表面温度は低減される。また、制御部６０はコイル５３および電気ヒータ６１へ供給する電力を調整することにより、インジェクタ５０の温度を制御している。インジェクタ５０は自身でコイル５３を有しているため、インジェクタ５０の温度はコイル５３へ供給する電力を調整することにより迅速に制御される。したがって、インジェクタ５０は必要以上の期間ならびに必要以上の温度まで加熱されず、インジェクタ５０の変形および歪みを防止することができる。

以上説明した本発明の一実施形態では、被検査物としてエンジンのインジェクタを適用する例について説明した。しかし、被検査物はインジェクタに限らず、筒状の被検査物であればよい。また、一実施形態では、第一減圧手段および第二減圧手段として、吸引ポンプを適用する例について説明した。しかし、例えば所定の圧力に減圧されている配管あるいはタンクにチャンバまたは排出部を接続し、バルブの開閉によってチャンバおよび排出部を所定の圧力に減圧する構成としてもよい。

本発明の一実施形態による異物検査装置を示す模式図である。 本発明の一実施形態による異物検査装置の異物検査の流れを示す図である。 本発明の一実施形態による異物検査装置において洗浄流体である水の状態変化を示す模式図である。 本発明の一実施形態による異物検査装置において異物が除去される様子を説明するための模式図である。 本発明の一実施形態による異物検査装置において洗浄流体である水の状態変化を示す模式図である。

符号の説明

１０ 異物検査装置、１１ チャンバ、１２ ノズル（加圧過熱流体供給手段、大気圧加熱流体供給手段）、１５ フィルタ（ろ過手段）、１６ 検出部（検出手段）、２０ 加圧過熱水供給部（加圧過熱流体供給手段）、２１ 加圧配管（加圧過熱流体供給手段）、２２ バルブ（加圧過熱流体供給手段）、３０ 温水供給部（大気圧加熱流体供給手段）、３１ 温水配管（大気圧加熱流体供給手段）、３２ バルブ（大気圧加熱流体供給手段）、４１ 吸引ポンプ（第一減圧手段）、４３ 吸引ポンプ（第二減圧手段）、５０ インジェクタ（被検査物）、５２ ニードル（大気圧開放手段）、５３ コイル（第一加熱手段）、６１ 電気ヒータ（第二加熱手段）、８１ 汚れ、８２ 異物

Claims (16)

1. 被検査物に含まれる異物を検査する異物検査方法であって、
   気体を含む洗浄流体により前記被検査物の内部を洗浄する洗浄段階と、
   前記被検査物を通過した洗浄流体をろ過手段によりろ過し、前記ろ過手段で捕集された異物を検査する検査段階と、
   を含み、
   前記洗浄段階は、
   加圧され過熱状態となった液体の洗浄流体を前記被検査物の一方の端部に供給する段階と、
   加圧され過熱状態となった液体の洗浄流体を、大気圧に開放し、前記被検査物の一方の端部において気化させて前記被検査物の内部に気体の洗浄流体を供給する段階と、
   を含むことを特徴とする異物検査方法。
2. 前記洗浄段階は、
   前記被検査物の内部を減圧するとともに前記被検査物を加熱し、前記被検査物に付着している低沸点成分を除去する段階を含むことを特徴とする請求項１記載の異物検査方法。
3. 前記洗浄段階では、前記被検査物は内部および外部から加熱されることを特徴とする請求項１または２記載の異物検査方法。
4. 前記洗浄段階は、
   前記被検査物に内部に気体の洗浄流体を供給した後、さらに大気圧で加熱された液体の洗浄流体を前記一方の端部から前記被検査物に供給する段階と、
   前記被検査物の内部を減圧して、大気圧で加熱された洗浄流体を気化させる段階と、
   を含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の異物検査方法。
5. 前記洗浄段階の前に、前記洗浄段階よりも緩やかな速度の洗浄流体で前記被検査物を洗浄する予備洗浄段階をさらに含むことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の異物検査方法。
6. 前記検査段階は、
   前記予備洗浄段階において前記被検査物を通過した洗浄流体を、湿らせた前記ろ過手段によりろ過する第一捕集段階と、
   前記洗浄段階において前記被検査物を通過した洗浄流体を、乾燥した前記ろ過手段によりろ過する第二捕集段階と、
   を含むことを特徴とする請求項５記載の異物検査方法。
7. 前記洗浄流体は、水であることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項記載の異物検査方法。
8. 被検査物が収容されているチャンバと、
   前記チャンバの内部を減圧する第一減圧手段と、
   加圧され過熱状態となった液体の洗浄流体を前記被検査物に供給する加圧過熱流体供給手段と、
   加圧され過熱状態となった液体の洗浄流体を前記被検査物の一方の端部側で大気圧に開放する開放手段と、
   前記第一減圧手段で減圧された前記チャンバ内の前記被検査物に、大気圧で加熱された液体の洗浄流体を供給する大気圧加熱流体供給手段と、
   前記被検査物の他方の端部側で前記被検査物を通過した洗浄流体をろ過し、この洗浄流体に含まれる異物を捕集するろ過手段と、
   前記大気圧加熱流体供給手段から前記被検査物に大気圧で加熱された洗浄流体が供給されると、前記ろ過手段の反被検査物側を減圧し、前記被検査物を通過した洗浄流体を前記ろ過手段へ導く第二減圧手段と、
   を備えることを特徴とする異物検査装置。
9. 前記被検査物を加熱する加熱手段をさらに備えることを特徴とする請求項８記載の異物検査装置。
10. 前記加熱手段は、前記被検査物の内部に設置されている第一加熱手段と、前記被検査物の外部に設置されている第二加熱手段とを有することを特徴とする請求項９記載の異物検査装置。
11. 前記被検査物は、流体噴射弁であることを特徴とする請求項８、９または１０記載の異物検査装置。
12. 前記加圧過熱流体供給手段および前記大気圧加熱流体供給手段は噴孔側の端部へ前記洗浄流体を供給することを特徴とする請求項１１記載の異物検査装置。
13. 前記開放手段は、前記噴孔を開閉する弁部材であることを特徴とする請求項１１または１２記載の異物検査装置。
14. 前記第一加熱手段は、通電することにより前記弁部材を駆動する磁力を発生するコイルであることを特徴とする請求項１３記載の異物検査装置。
15. 前記洗浄流体は、水であることを特徴とする請求項８から１４のいずれか一項記載の異物検査装置。
16. 前記ろ過手段で捕集された異物を検出する検出手段をさらに備えることを特徴とする請求項８から１５のいずれか一項記載の異物検査装置。

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