JP5415825B2

JP5415825B2 - 水切り装置

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Publication number: JP5415825B2
Application number: JP2009119705A
Authority: JP
Inventors: 桂今村
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2009-05-18
Filing date: 2009-05-18
Publication date: 2014-02-12
Anticipated expiration: 2029-05-18
Also published as: JP2010264414A

Description

本発明は、溶剤を用いてワーク表面の水分を除去する水切り装置、より詳しくは、溶剤中の水分を効率よく除去することができる水切り装置に関する。

従来、ワーク等の被洗浄物を純水等で洗浄後、表面の水分を除去するために疎水性の溶剤に浸漬し、当該溶剤で水分の置換を行う水切り装置が知られている。
このような水切り装置は、連続して使用し続けることによって溶剤中の水分量が増加し、やがて水分が十分置換されなくなる結果として乾燥不良が発生する。これを防ぐために、油水分離フィルター（コアレッサー）や吸着剤等を用いて水分除去を行うことが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００８−２４４０８６号公報

しかしながら、コアレッサーの分離性能は十分とは言えず、劣化した際には交換が必要になる。また、吸着剤においては、水分を許容限界まで吸収し脱水能力を失った際に、加熱等の再生作業が必要になる。いずれにしても水切り装置の設備は大型かつ高額となりやすく、水分除去性能を維持するために、高額なランニングコストが発生するという問題がある。
かといってこのような対策を何も施さない場合は、溶剤中の水分を減少させるために、装置を間欠運転させる等の対応が必要となり、ワーク等の製造効率向上を妨げるという問題がある。

本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、装置の大型化が不要で、かつ安価なランニングコストで溶剤中の水分量を効率よく除去することができる水切り装置を提供することを目的とする。

本発明は、ワーク表面の水を、溶剤を用いて置換する水切り装置であって、前記溶剤が充填されて前記ワークが浸漬される水切り槽と、前記水切り槽内の前記溶剤が流入可能に前記水切り槽と接続された水分離槽と、前記水分離槽内の前記溶剤を加熱可能な加熱部と、前記水分離槽内で加熱された前記溶剤の蒸気が流入可能に前記水分離槽に取り付けられた蒸留部と、前記蒸留部で捕集された液体が流入可能に前記水分離槽と接続され、前記液体に含まれる前記溶剤と前記水との比重差を用いて前記溶剤と前記水とを分離し、前記水を保持するとともに自身に充填された前記溶剤を前記水切り槽に供給可能に前記水切り槽と接続された第２水分離槽と、を備えることを特徴とする。

なお、本発明において「ワーク」とは、単独の部品、及び複数の部品が組み合わされた製品又は半製品を含む。

前記水切り槽は、前記蒸気が前記水切り槽に流入することを抑制する遮蔽部を有してもよい。
また、前記蒸留部は、前記蒸気を冷却する冷却部を有してもよい。

本発明の水切り装置は、前記蒸留部で捕集された液体が流入可能に前記水分離槽と接続され、自身に充填された前記溶剤を前記水切り槽に供給可能に前記水切り槽と接続された第２水分離槽をさらに備えてもよい。

本発明の水切り装置は、前記水分離槽及び第２水分離槽の少なくとも一方に接続され、前記溶剤の上部に分離する水を排出するための配管をさらに備え、前記配管は、液体が貯留されて管路を封止するためのトラップを有してもよい。

さらに、本発明の水切り装置は、前記水切り槽の上部に設けられた第２冷却部を備えてもよいし、前記水切り槽と前記第２水分離槽との間に設けられ、前記水切り槽から取り出された前記ワークを、自身に充填された前記溶剤に浸漬させてすすぎを行うすすぎ槽を備えてもよい。

本発明の水切り装置によれば、装置の大型化が不要で、かつ安価なランニングコストで溶剤中の水分量を効率よく除去することができる。

本発明の第１実施形態の水切り装置の構成を示す図である。本発明の第２実施形態の水切り装置の構成を示す図である。本発明の第３実施形態の水切り装置の構成を示す図である。

本発明の第１実施形態の水切り装置について、図１を参照して説明する。図１は、本実施形態の水切り装置１の構成を示す図である。
水切り装置１は、各種のワークＷの表面に付着した水分を除去する装置であり、溶剤が充填されてワークＷが浸漬される水切り槽１０と、水切り槽１０と接続された第１水分離槽（水分離槽）２０と、第１分離槽に設けられた蒸留部３０と、水切り槽１０及び蒸留部３０と接続された第２水分離槽４０とを備えている。

水切り槽１０には、溶剤１００が充填されている。溶剤１００は、水をほとんど溶解しない疎水性の溶剤が用いられ、フッ素系や臭素系、塩素系等の溶剤を使用することができる。溶剤１００には、ワークＷ表面の水分を置換可能にするために、エタノールやイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）等の水溶性溶剤が添加される。水溶性溶剤は経時的に蒸発して減少していくため、図示しない供給機構によって適宜補充される。
水切り槽１０の上部には、ワークＷに対して蒸気洗浄を行うための冷却管（第２冷却部）１１が取り付けられているが、これは必須ではなく、冷却管１１を備えない構成としてもよい。水切り槽１０には、水切り性を向上させるためにヒーターを設置して液温を上昇させても良く、その場合には、水切り槽１０の上部に冷却管１１を備える構成が望ましい。

第１水分離槽２０は、隔壁２１を挟んで水切り槽１０と隣接して設けられている。第１水分離槽２０にも溶剤１００が充填されているが、水切り槽１０の溶剤の方が高い水位に設定されているため、溶剤１００は水切り槽１０から第１水分離槽２０にオーバーフローする。

隔壁２１の上方には流路壁２２が設けられ、流路壁２２の水切り槽１０側の端部には、水切り槽１０の上部の周壁から延設されて溶剤１００内まで延びる仕切り（遮蔽部）１２が設けられている。したがって、流路壁２２及び仕切り１２によって、第１水分離槽２０内の空気が水切り槽１０内に進入することが抑制されている。仕切り１２は、水切り装置１の運転中、常に溶剤１００内に位置するように、仕切り１２の長さ及び溶剤１００の量が設定される。

第１水分離槽２０の底面付近には、溶剤１００を加熱可能なヒーター（加熱部）２３が取り付けられている。ヒーター２３は、溶剤１００を加熱可能であれば、底面付近以外の位置に設置されてもよい。

蒸留部３０は、第１水分離槽２０の上方に接続された蒸気流路３１と、蒸気流路の上方に設けられた蒸留室３２とを備えており、第１水分離槽２０及び蒸留部３０によって閉じた空間が形成されている。流路壁２２の第１水分離槽２０側の端部には、蒸気流路３１の周壁から延設されて第１水分離槽２０内の溶剤１００内まで延びる仕切り２４が設けられている。仕切り２４も仕切り１２同様、常に溶剤１００内に位置するように設定される。
蒸留室３２内には、沸騰した溶剤１００を液化して捕集するための冷却管（冷却部）３３が取り付けられている。蒸留室３２は、配管３４によって第２水分離槽４０と接続されている。

第２水分離槽４０は、配管３４が接続されて蒸留部３０で捕集された液体が流入する供給口４１と、第２水分離槽４０から水切り槽１０に溶剤を供給するための排出口４２とを備えている。配管３４には、水切り槽１０から延びる配管１３が合流しており、水切り槽１０内で冷却管１１によって冷却された液体も併せて第２水分離槽４０内に流入する。

排出口４２は、配管４３によって水切り槽１０と接続されている。第２水分離槽４０内に充填された溶剤１００の水位は水切り槽１０よりも高く設定されており、第２水分離槽４０内の溶剤１００は、自重によって配管４３を通って水切り槽１０内に流れ込む。

第２水分離槽４０内上部の空間は、天井４０Ａから延設されて溶剤１００内まで延びる仕切り４４によって供給口４１側の第１空間Ｓ１と排出口４２側の第２空間Ｓ２とに分けられている。仕切り４４は、供給口４１から流入する液体のうち、溶剤１００と分離された水分を除去しやすくする。

以上のように構成された水切り装置１の使用時の動作について説明する。ここでは、ワークＷとして光学素子１０１が使用される例を説明する。

まず、表面に純水等の水分が付着した光学素子１０１が、搬送治具１０２によって搬送され、水切り槽１０の溶剤１００に浸漬される。光学素子１０１は、純水で洗浄されたものでも、洗浄液等で洗浄された後に純水でリンスされたものでもいずれでも構わない。
光学素子１０１が溶剤１００に浸漬されると、溶剤１００に添加された水溶性溶剤によって光学素子１０１の表面の水が溶剤１００に置換されて光学素子１０１の水切りが行われる。

水切り装置１の使用開始後、光学素子１０１を溶剤１００に浸漬するごとに、溶剤１００の含水率が漸次上昇していく。含水率が一定比率を超えると、水切りが十分に行えなくなり、光学素子１０１の表面に水分によるしみが残留してしまうことがある。

これを防ぐために、本実施形態の水切り装置１では、運転当初から第１水分離槽２０に設置されたヒーター２３が稼動され、溶剤１００が加熱される。第１水分離槽２０内の溶剤１００は、ヒーター２３によって加熱され、蒸気となって蒸気流路３１を通り蒸留室３２に流入する。このとき、溶剤１００に溶け込んだ水溶性溶剤及び水も、共沸によって溶剤１００とともに蒸気となり、同様に蒸留室３２に流入する。なお、溶剤１００は沸点以上の温度になるまで加熱されるのが好ましい。

蒸留室３２では、溶剤１００、水溶性溶剤、及び水の各成分の蒸気が冷却管３３によって冷却され、液体となって捕集される。このとき、温度が低下するため、液化した蒸気においては、溶剤１００と水溶性溶剤及び水とが分離される。分離された各液体は、配管３４を通って第２水分離槽４０に送られる。

第２水分離槽４０には仕切り４４が設けられているため、溶剤１００と分離した水１０３は、もっぱら第１空間Ｓ１に貯留される。そのため、第２空間Ｓ２の溶剤は含水率が低くなった状態で水切り槽１０に再度供給される。第１空間Ｓ１に貯留した水１０３は、図示しないポンプ等によって適宜排出される。

水切り槽１０内でも、溶解しきれなかった水は溶剤１００の上部に分離してくる（不図示）が、この水は、第２水分離槽４０から溶剤１００が供給されると、オーバーフローによって順次第１水分離槽２０に移動し、仕切り２４よりも水切り槽１０側に位置する溶剤１００の上部に貯留する。この水も図示しないポンプ等によって適宜排出される。

水切りの終わった光学素子１０１は、適宜搬送治具１０２によって水切り槽１０の上方に引き上げられる。ヒーター２３の熱は、水切り槽１０にも伝わっており、また、沸点まで液温が上昇していない状態でも溶剤１００の蒸気は発生しているため、水切り槽１０内にも溶剤１００の蒸気が存在する。このため、光学素子１０１が搬送治具１０２によって引き上げられる際に公知の蒸気乾燥が行われる。蒸気乾燥終了後、光学素子１０１は水切り装置１の外に搬出される。
水切り槽１０内の蒸気の一部は、蒸気乾燥用の冷却管１１によって冷却され、溶剤１００と水とが分離した状態で、配管１３を通って第２水分離槽４０へ送られる。

本実施形態の水切り装置１によれば、水切り槽１０内で含水率の高まった溶剤１００が第１水分離槽２０に送られ、ヒーター２３によって加熱される。加熱により溶剤１００が蒸気となり、蒸留部３０に送られて冷却される。この冷却によって溶剤１００に含まれる水が分離され、第２水分離槽４０に送られる。分離された水１０３は溶剤１００との比重の違いによって第２水分離槽４０内で容易に除去することができる。
したがって、含水率の高まった溶剤１００から効率よく水分を除去することができ、長時間の連続運転においても、光学素子１０１の乾燥不良の発生を防いで好適に水切りを行うことができる。

また、第２水分離槽４０に、溶剤１００の液面を区切って第１空間Ｓ１と第２空間Ｓ２とを規定する仕切り４４が設けられているので、蒸留部３０で溶剤１００と分離されて第２水分離槽４０に流れ込む水１０３が、供給口４１側の第１空間Ｓ１に好適に貯留される。その結果、水１０３の除去がより容易になるとともに、排出口４２から水切り槽１０に戻される溶剤１００の含水率を低く抑えることができる。また、第２水分離槽４０の内部に冷却管を入れ、積極的に液温を低下させることで水分離性を促進させても良い。

さらに、水切り槽１０には、第１水分離槽２０との空気の連通を遮断する仕切り１２が設けられているので、第１水分離槽２０で発生した水分を含む溶剤の蒸気が直接水切り槽１０内に流入することが抑制される。したがって、光学素子１０１が水切り槽１０内で引き上げられる際の水蒸気によるしみの発生等の不具合を防止することができる。

加えて、第１水分離槽２０には、仕切り２４が設けられているので、上述の仕切り４４同様、溶剤１００の上部に分離した水を好適に貯留させて容易に除去することができる。
また、従来の多くの水切り装置においては、コアレッサー等によって水分除去を行うために、水切り槽１０に隣接して第１水分離槽２０に相当する槽が併設されているので、当該槽にヒーター及び蒸留部を取り付けるだけで、本実施形態の水切り装置１の基本的な構成を整えることができる。したがって、既存の水切り装置にも低コストかつ容易に適用可能な構成で、溶剤１００の含水率の上昇を好適に抑制することができる。
さらに、コアレッサーや吸着剤等を使用することなく溶剤から水分を除去することができるので、ランニングコストを著しく低減して安価にすることができる。

本実施形態では、水切り槽１０の上部に冷却管１１が配置され、溶剤１００を用いた水切り後に、続けて水切り槽１０内で蒸気乾燥が行われる例を説明したが、本発明の水切り装置においては、このような構成は必須ではない。したがって、水切り後、光学素子１０１等のワークが搬送治具１０２等によって別個準備された蒸気乾燥装置等に運ばれて、蒸気乾燥等が行われてもよい。この場合は、必ずしもヒーター２３が水切り槽１０内の溶剤を加熱できるように構成する必要はなく、水切り槽１０と第２水分離槽４０とを接続する配管１３も必要ない。

水切り槽１０には、前工程からの汚れが持ち込まれるため、水切り槽１０内の溶剤１００には、研磨材などの異物が含まれることがある。このような異物の量が増えると、光学素子１０１に異物が再付着する様になり、それを防止するために、溶剤１００の濾過循環が必要となる場合がある。その場合には、第１水分離槽２０から溶剤１００をポンプで吸引し、濾過フィルターを通過させた後に、水切り槽１０の上部に設置したシャワーノズルに濾過後の溶剤１００を供給することができる。その後シャワーノズルから出る溶剤１００により、水切り槽１０の上部に浮遊する水を、効率良く第１水分離槽２０へ押し流すことが可能である。

次に、本発明の第２実施形態について、図２を参照して説明する。本実施形態の水切り装置５１と上述の第１実施形態の水切り装置１との異なるところは、トラップを有する配管をさらに備える点である。なお、以降の説明において、既出の各実施形態と共通する構成については、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

図２は、水切り装置５１の構成を示す図である。第１水分離槽２０のうち、流路壁２２及び仕切り２４で規定された空間（以下、「仕切り空間Ｓ３」と称する。）には、トラップ５３を有する配管５２が取り付けられている。トラップ５３は、Ｕ字状の公知の構成を有する。配管５２の流入口５２Ａは、水切り装置５１の運転中、常に溶剤１００の液面より上に位置するように設定され、排出口５２Ｂは、流入口５２Ａよりも低い位置にあるように設定される。

上記のように構成された水切り装置５１では、第１実施形態同様、運転中にヒーター２３が第１水分離槽２０内の溶剤１００を加熱することにより、溶剤１００から水分が除去されて含水率の上昇が抑制される。
溶剤１００と分離した水１０３が仕切り空間Ｓ３に貯留し、水１０３の液面が配管５２の流入口５２Ａよりも高くなると、水１０３は配管５２に流れ込み、自重で水切り装置５１の外へ排出される。トラップ５３には、常に一定の量の水が残留して配管５２内の管路が封止されるため、第１水分離槽２０で発生した溶剤１００の蒸気は配管５２を通って水切り装置５１の外部に逃げることが抑制される。
また、仕切り空間Ｓ３には、一定量の水１０３が貯留する様になり、貯留した水１０３が蓋の役割を果たすことで溶剤１００の蒸発を抑えることができる。その結果、仕切り１２を設置しなくても、第１水分離槽２０で発生する水蒸気を含む蒸気が、水切り槽１０へ進入することを抑えることができる。

第１実施形態の水切り装置１では、仕切り空間Ｓ３に貯留した水は、図示しないポンプ等によって排出されると説明したが、本実施形態の水切り装置５１においては、配管５２が取り付けられていることにより、仕切り空間Ｓ３に貯留した水１０３は、ポンプ等を必要とせずに自重で装置外部に排出されるため、より簡素な構成とすることができる。また、配管５２は、トラップ５３を有するので、電磁弁等を用いることなく簡素な構造で気化した溶剤１００の逃げを抑制し、溶剤１００を効率よく循環させることができる。
なお、本実施形態においては、仕切り空間Ｓ３にのみ配管５２が取り付けられた例を説明したが、これに加えて、第２水分離槽４０の第１空間Ｓ１に同様の配管５２が取り付けられてもよい。

次に、本発明の第３実施形態について、図３を参照して説明する。本実施形態の水切り装置６１と上述の第１実施形態の水切り装置１との異なるところは、すすぎ槽をさらに備える点である。

図３は、水切り装置６１の構成を示す図である。水切り槽１０には、隔壁６２を隔ててすすぎ槽６３が設けられている。
すすぎ槽６３には、水切り槽１０と同一の溶剤１００が入っている。第２水分離槽４０の排出口４２と接続された配管４３は、すすぎ槽６３に溶剤１００を供給する。すすぎ槽６３の液面は、水切り槽１０よりも高く、第２水分離槽４０よりも低く設定されている。

また、水切り槽１０及びすすぎ槽６３には、光学素子１０１の水切り置換性能を向上させるために、超音波装置６４が取り付けられている。超音波装置６４は、公知のものから適宜選択して採用することができる。

上記のように構成された水切り装置６１を使用する際は、まず光学素子１０１を水切り槽１０内の溶剤１００に浸漬し、水切り置換を行う。その後、搬送治具１０２によって光学素子１０１を水切り槽１０から引き上げ、すすぎ槽６３内の溶剤１００に浸漬させてすすぎを行う。光学素子１０１は、水切り槽１０で水切りされてからすすぎ槽６３に入れられるため、すすぎ槽６３内の溶剤１００は含水率が上昇しにくく、好適に光学素子１０１の水切りを行うことができる。すすぎ槽６３におけるすすぎ終了後は、第１実施形態と同様、蒸気乾燥が行われたり、次工程に搬送されたりしてよい。なお、本実施形態の水切り装置６１の場合には、エタノールやＩＰＡ等の水溶性溶剤は、水切り槽１０にのみ適宜補充されれば良い。

また、蒸留部３０で捕集されて第２水分離槽４０で水が分離された溶剤１００は、まずすすぎ槽６３に流れ込み、その後オーバーフローによって水切り槽１０に流れ込むため、すすぎ槽６３内の溶剤を常に含水率が低い状態に維持することができる。

さらに、水切り槽１０及びすすぎ槽６３に超音波装置６４が取り付けられているので、水切り置換をより好適に行うことができる。なお、超音波装置６４は、水切り槽１０及びすすぎ槽６３のいずれか一方にのみ設けられてもよい。

以上、本発明の各実施形態について説明したが、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

例えば、上述の各実施形態においては、蒸留部が冷却部を備える例を説明したが、これに代えて、公知の蒸留塔を蒸留部として採用し、冷却部を備えない構成としてもよい。この場合、蒸留部は密閉空間とする必要はなく、上部が開放されていてもよい。
ただし、上部が開放された蒸留塔で上記を確実に捕集するためには、一定の大きさが必要となるため、冷却部を備えた構成とした場合、水切り装置１の小型化がより容易であるというメリットがある。

また、上述の各実施形態においては、第２水分離槽４０を備えて蒸留部３０で捕集した溶剤１００が再び水切り槽１０に循環される例を説明したが、これに代えて、第２水分離槽４０で捕集した液体を循環させずに、水切り槽１０に新しい溶剤１００が供給されるように装置を構成してもよい。
ただし、第２水分離槽４０を備えた構成で溶剤１００を循環させれば、溶剤１００を効率的に使用してその使用量を節減することができるというメリットがある。

さらに、蒸留部３０と第２水分離槽４０とを接続する配管３４に吸着剤等を取り付けて、溶剤１００から分離された水分の一次除去を行ってもよい。このようにすると、第２水分離槽４０に流れ込む水１０３の量を減少させて、水切り槽１０に供給される溶剤の含水率をさらに低減することができる。または、配管３４に設置された吸着剤等により、第２水分離槽４０を不要にすることもできる。

１、５１、６１水切り装置
１０水切り槽
１１冷却管（第２冷却部）
１２仕切り（遮蔽部）
２０第１水分離槽（水分離槽）
２３ヒーター（加熱部）
３０蒸留部
３３冷却管（冷却部）
４０第２水分離槽
５２配管
５３トラップ
６３すすぎ槽
１００溶剤
１０１光学素子（ワーク）
Ｗワーク

Claims

ワーク表面の水を、溶剤を用いて置換する水切り装置であって、
前記溶剤が充填されて前記ワークが浸漬される水切り槽と、
前記水切り槽内の前記溶剤が流入可能に前記水切り槽と接続された水分離槽と、
前記水分離槽内の前記溶剤を加熱可能な加熱部と、
前記水分離槽内で加熱された前記溶剤の蒸気が流入可能に前記水分離槽に取り付けられた蒸留部と、
前記蒸留部で捕集された液体が流入可能に前記水分離槽と接続され、前記液体に含まれる前記溶剤と前記水との比重差を用いて前記溶剤と前記水とを分離し、前記水を保持するとともに自身に充填された前記溶剤を前記水切り槽に供給可能に前記水切り槽と接続された第２水分離槽と、
を備えることを特徴とする水切り装置。
請求項１に記載の水切り装置において、
前記第２水分離槽は、前記第２水分離槽内に充填された前記液体を冷却する冷却管を有することを特徴とする水切り装置。
請求項１または２に記載の水切り装置において、
前記水切り槽は、前記蒸気が前記水切り槽に流入することを抑制する遮蔽部を有することを特徴とする水切り装置。
請求項１から３のいずれか一項に記載の水切り装置において、
前記蒸留部が、前記蒸気を冷却する冷却部を有することを特徴とする水切り装置。
請求項１から４のいずれか１項に記載の水切り装置において、
前記蒸留部で捕集された液体が流入可能に前記水分離槽と接続され、自身に充填された前記溶剤を前記水切り槽に供給可能に前記水切り槽と接続された第２水分離槽をさらに備えることを特徴とする水切り装置。
請求項１から５のいずれか１項に記載の水切り装置において、
前記水分離槽及び前記第２水分離槽の少なくとも一方に接続され、前記溶剤の上部に分離する水を排出するための配管をさらに備え、
前記配管は、液体が貯留されて管路を封止するためのトラップを有することを特徴とする水切り装置。
請求項１から６のいずれか１項に記載の水切り装置において、
前記水切り槽の上部に設けられた第２冷却部をさらに備えることを特徴とする水切り装置。
請求項１から７のいずれか１項に記載の水切り装置において、
前記水切り槽と前記第２水分離槽との間に設けられ、前記水切り槽から取り出された前記ワークを、自身に充填された前記溶剤に浸漬させてすすぎを行うすすぎ槽をさらに備えることを特徴とする水切り装置。