JP5818092B2 - 筒型部品の洗浄装置および洗浄方法 - Google Patents

Description

本発明は、筒型形状を有する部品に適用されて、その内外表面を一連の工程にて短時間に洗浄可能とする洗浄装置および洗浄方法に関する。

車両用装置または工業用機械その他に用いられる小型部品を洗浄するための装置として、特許文献１が知られている。この洗浄装置は、洗浄槽内に旋回状の流路部を形成して、気液混合エジェクタを接続し、微細気泡と洗浄液を混合した流れを発生させて、部品表面に付着する切削屑や油脂等を除去するものである。

特許文献１の洗浄装置は、微細気泡による洗浄力の向上が期待されるが、旋回流との接触で汚れを剥離する方式のため、筒型形状の部品の洗浄には適さない。特に筒内径が小さい部品や開口部が小径の部品は、内部を洗浄液が通過しにくく、筒内を洗浄することが難しい。また、旋回状の流路部を形成するために洗浄槽が大型となり、装置構成が複雑となりやすい。

図８、９は、筒型形状のワークＷを洗浄するための従来装置の一例を示すもので、洗浄機１００は、密閉容器状の洗浄槽１０１を有し、その底部に、筒型部品である汚れたワークＷを筒型治具１０３に載置した状態で配置している。ワークＷは一端側に筒内に連通する小孔Ｗ１を有している。洗浄液通路１０２は、洗浄槽１０１内に上下方向に配置され、先端部がＬ字形に屈曲してワークＷと上面と対向する開口部１０４となっている。洗浄液通路１０２から吐出される洗浄液の圧力は、圧力切り替えスイッチＳＷにより変更可能である。

図９の１）工程において、ワークＷは小孔Ｗ１側を上にして、筒型治具１０３に設けた凹部１０５に下半部が保持され、上方の開口部１０４から噴出する洗浄液により、上面および上部外表面が洗浄される（例えば１５秒）。この時、洗浄圧力は、圧力によるワークずれ防止のため、比較的低圧（例えば０．１ＭＰａ）に設定される。次いで２）工程において、ワークＷの上下の向きを変更して小孔Ｗ１側を下にし、同様にして、下面および下部外表面を洗浄する（例えば０．１ＭＰａ、１５秒）。

さらに３）工程において、筒型治具１０３およびワークＷの上方から、上蓋部材１０６を覆着する。上蓋部材１０６は、筒内径に対応する貫通穴１０７を有し、この貫通穴１０７から筒内へ洗浄液を集中的に導入する。洗浄圧力は、ワークＷの筒内表面の汚れを剥離するために、より高い圧力（例えば０．８ＭＰａ）とし、より長い時間（例えば２０秒）、洗浄液を噴出して内側を洗浄する。

特開２０１１−３６８１５号公報

しかしながら、従来の洗浄機１００による洗浄では、ワークＷ上部外側を洗浄する１）工程、ワークＷの向きを変更して下部外側を洗浄する２）工程、上蓋部材１０６を装着して内部を洗浄する３）工程と、３工程の洗浄となる。このため工程数が多いだけでなく、工程毎にワークＷや治具のセットが必要で、作業性が悪い。また、１）、２）工程の洗浄圧力が低いために、洗浄に時間がかかる。

そこで、本願発明は、筒型形状の部品を、治具の脱着や交換による作業性の低下を伴わずに、一連の工程で洗浄可能とし、短時間で良好な洗浄性能を発揮できる洗浄装置および洗浄方法を実現することを目的とする。

本発明の請求項１に記載の発明は、筒型部品の洗浄装置であって、
内部に筒型部品が収容される洗浄室を形成する洗浄用治具と、
上記洗浄室の上面中央および下面中央にそれぞれ開口する一対の洗浄液吐出口と、
上記一対の洗浄液吐出口に連通し、その一方へ選択的に洗浄液を流入させる流路切替弁を備える洗浄液流路と、
上記洗浄室の側面に開口するドレンに連通するドレン流路と、
上記洗浄室の内周面の複数個所から内方へ突出し、先端が上記筒型部品の外側面に近接位置して上記筒型部品の側方への移動を規制し、洗浄液の流れ方向の移動を許容する位置保持部材と、
を備えることを特徴とする。

本発明の請求項２に記載の洗浄装置は、上記洗浄用治具を、それぞれ一端側に開口する凹部を有する一対の治具で構成し、両治具の開口を衝合して密閉することにより、内部に上記洗浄室となる小空間を形成する。

本発明の請求項３に記載の洗浄装置は、上記位置保持部材を、突出する先端が球面状のピン部材とし、上記洗浄室壁の少なくとも３箇所に設置する。

本発明の請求項４に記載の洗浄装置は、上記位置保持部材を、その先端と上記筒型部品の外側面との距離が所定範囲となるように、上記筒型部品に応じて変更可能とする。

本発明の請求項５に記載の洗浄装置は、上記一対の洗浄液吐出口の径を、対向する上記筒型部品の筒内径よりも大きく形成する。

本発明の請求項６に記載の洗浄装置は、上記洗浄室に開口する上記ドレンの総面積を、上記一対の洗浄液吐出口の総面積よりも小さく設定する。

本発明の請求項７に記載の洗浄装置は、上記流路切替弁への通電を制御して、上記一対の洗浄液吐出口から上記洗浄室内へ交互に洗浄液を吐出することにより、上記筒型部品を上下動させる制御部を備える。

本発明の請求項８に記載の洗浄方法は、請求項１ないし７の洗浄装置において、
上記流路切替弁により、上記一対の洗浄液吐出口の一方から上記洗浄室内へ洗浄液を吐出し、上記筒型部品を上記一対の洗浄液吐出口の他方へ押圧した状態で、上記筒型部品を洗浄する工程と、
上記流路切替弁により、上記一対の洗浄液吐出口の他方から上記洗浄室内へ洗浄液を吐出し、上記筒型部品を上記一対の洗浄液吐出口の一方へ押圧した状態で、上記筒型部品を洗浄する工程と、により上記筒型部品の内外を洗浄する。

本発明の請求項１の洗浄装置において、洗浄室内に収容される筒型部品に、位置保持部材により側方への移動が規制された状態で、上下の洗浄液吐出口の一方から、洗浄液を吐出すると、対向する部品表面および側面と筒内が洗浄される。したがって、一対の洗浄液吐出口から交互に洗浄液を吐出することで、筒型部品の内外を効率よく洗浄することができる。また、冶具の脱着や交換が不要で、作業性が良好であり、一連の工程で短時間で洗浄することができる。

洗浄用治具は、容器状の一対の治具を衝合することで、内部に小容量の洗浄室を容易に構成できる（請求項２の発明）。この洗浄室の室壁に、位置保持部材を３箇所以上設置することで、筒型部品の移動を規制し、中央に位置決め保持して、洗浄性能を確保することができる。また、先端が球面状のピン部材を用いるので、位置保持部材との接触で筒型部品に傷がつくのを防止できる（請求項３の発明）。

位置保持部材は、筒型部品の形状に応じて配置することで、筒型部品との距離を適切に保ち、位置ずれを抑制できる（請求項４の発明）。さらに、洗浄液吐出口の径を対向する筒型部品の筒内径よりも大きくし、洗浄液が作用する面積を確保することで、筒型部品の上下動をスムーズに行うことができる（請求項５の発明）。好適には、ドレンを洗浄液吐出口より小さく設定することで、洗浄室内に滞留する洗浄液により、効率よく洗浄することができる（請求項６の発明）。

そして、制御部により流路切替弁を制御し、一対の洗浄液吐出口の一方から洗浄液を吐出した後、他方から洗浄室を吐出することを繰り返すことで、短時間で効率よく筒型部品の内外を洗浄できる（請求項７の発明）。この時、筒型部品は、一対の洗浄液吐出口の一方（または他方）から噴出する洗浄液により、反対側へ押し付けられた状態で保持され、その内外を効果的に洗浄することができる（請求項８の発明）。

本発明の第１実施形態における洗浄装置の主要部構成を示す縦断面図および横断面図であり、図２のＩ部拡大図である。 本発明の第１実施形態における洗浄装置の全体構成を示す概略図である。 第１実施形態の洗浄部の詳細構成を説明するための縦断面図である。 （ａ）は、第１実施形態の洗浄部の詳細構成を説明するための横断面図、（ｂ）は、樹脂ピンの形状を説明するための概略構成図、（ｃ）は、樹脂ピンの他の形状例を説明するための概略構成図である。 第１実施形態の洗浄装置における洗浄液流れを説明するための全体概略図である。 第１実施形態の洗浄装置における洗浄工程を説明するための主要部断面図である。 （ａ）、（ｂ）は、本発明の特徴をを説明するための模式的な図である。 （ａ）は、汚れたワーク状態を示す模式的な図、（ｂ）は、従来の洗浄装置の概略構成図である。 従来の洗浄装置による洗浄工程を説明するための模式的な図である。

本発明を適用した実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図２に概略構成を示すように、第１実施形態となる筒型部品の洗浄装置１は、筒型部品を収容する洗浄用治具２と、洗浄用治具２を洗浄液タンクＴに接続する洗浄液流路４およびドレン流路５と、洗浄用治具２を液密的に支持する支持部６とを備えている。洗浄用治具２は概略円筒体形状で、上下一対の上治具２２および下治具２３からなり、内部に洗浄室２１を形成している。

図１において、本実施形態で洗浄対象とする筒型部品は、図中にワークＷと示す厚肉の円筒型形状を有する金属部品であり、筒内通路の一端側を閉鎖するように形成した薄肉部を貫通して小孔Ｗ１を設けた形状となっている。このような筒型部品は、例えばバルブボデーとして使用されるものであり、小孔Ｗ１を洗浄液が流通しにくいために、筒内側の洗浄が不十分となりやすい。

そこで、本発明の洗浄装置１は、洗浄用治具２内に形成した洗浄室２１内に、ワークＷを上下動可能に収容し、上下方向から交互に洗浄液を吐出して、ワークＷを上下ピストン運動させながら、筒内外を同時に洗浄する。洗浄用治具２は、下端側に開口する凹部を有する上治具２２と、上端側に開口する凹部を有する下治具２３からなり、これら上治具２２および下治具２３の開口端面を衝合して、その内部に形成される密閉された小空間を洗浄室２１としている。洗浄室２１の上面中央および下面中央には、それぞれ洗浄液吐出口２４、２５が設けられ、ワークＷの上下面に対向している。また、洗浄室２１上部の上治具２２側面および下部の下治具２３側面には、それぞれ水平方向にドレン２６、２７が設けられる。

洗浄室２１の開閉部２８となる上治具２２および下治具２３の開口端面は、洗浄室２１の上下方向の中央部よりやや上方に位置する。開口端部２８に近い下治具２３の上部側壁には、周方向の３か所にから洗浄室２１内に突出する位置保持部材としてのピン部材３が固定されている。３つのピン部材３は、先端３１が洗浄室２１の中心を向くように等間隔で配置され、ワークＷが洗浄室２１と同心に位置する時に、その外周面とわずかな間隙で近接位置する。これにより、ワークＷを洗浄室２１の略中央に位置決めし、洗浄室２１側方への移動を規制して、ワークＷと洗浄液吐出口２４、２５が同軸状に並ぶようにする。

図２において、洗浄液タンクＴに接続される洗浄液流路４は、途中で二股に分岐している。その一方の分岐路４１は、洗浄用治具２の上治具２２側へ延びて上側の洗浄液吐出口２４に接続し、他方の分岐路４２は、洗浄用治具２の下治具２３側へ延びて下側の洗浄液吐出口２５に接続する。また、洗浄液タンクＴには、洗浄用治具２の上治具２２側のドレン２６、下治具２３側のドレン２７に、それぞれ連通する２つのドレン流路５が接続される。

支持部６は、洗浄用治具２が載置される台座６２を設けたテーブル６１と、テーブル６１上に立設した一対の脚部６３と、洗浄用治具２の上方に位置し一対の脚部６３に対して摺動可能な板状の押さえ部材６４とを備える。一対の脚部６３の中間部周りには、押さえ部材６４を弾性支持するばね部材６５が配設されており、一対の脚部６３の上端には、操作用のレバー６６が取り付けられた板状部材６７が固定されて、レバー６６の操作で押さえ部材６４が上下動するようになっている。

したがって、レバー６６を操作して押さえ部材６４をばね部材６５に抗して押し下げると、押さえ部材６４の下面が洗浄用治具２の上面を押圧し、洗浄用治具２の上治具２２を下治具２３に密着させる。これにより、押さえ部材６４と台座６２の間に、洗浄用治具２を挟持して洗浄室２１の開閉部２８を液密封止し、洗浄時の液漏れを防止することができる。

洗浄液流路４の分岐路４１、４２には、流路切替弁となる電磁弁４３、４４がそれぞれ設けられ、制御部７にて通電制御されるようになっている。電磁弁４３、４４は、逆止弁付きの電磁式開閉弁で、通電により開弁してそれぞれ分岐路４１または分岐路４２側へ洗浄液を送出する。分岐路４１の先端は、支持部６の押さえ部材６４に設けた通路を経由して、洗浄用治具２の上治具２２に接続し、分岐路４２の先端は、支持部６のテーブル６１、台座６２に設けた通路を経由して、洗浄用治具２の下治具２３に接続される。

制御部７は、電磁弁４３、４４のいずれか一方に通電して開弁し、分岐路４１、４２の一方にのみ洗浄液を流通させる。洗浄液流路４と洗浄液タンクＴの接続部には、洗浄液ポンプＰが配設され、制御部７は洗浄液が所定圧力で洗浄液流路４へ供給されるように制御する。余剰の洗浄液は、リリーフ弁５１により洗浄液タンクＴへ戻される。

図３において、洗浄用治具２に形成される洗浄室２１は、ワークＷよりも一回り大きい小空間で、ワークＷとの間に所定のクリアランスを有している。具体的には、洗浄液吐出口２４、２５からの洗浄液の圧力を受けて、ワークＷを上下方向にピストン運動させることができ、また、内壁面とワークＷの外表面との間に、洗浄液が流れる十分なクリアランスが形成されていればよい。好適には、例えばワークＷと洗浄室２１の内表面の距離が、１ｍｍ〜２ｍｍ程度となるようにする。この距離は、図示されるようにワークＷが下端位置にある時には、洗浄室２１を構成する上治具２２上部内壁との間（上端位置にある時は、下治具２３下部内壁との間）、および上治具２２、下治具２３の側部内壁との間の距離である。

また、ドレン流路５に接続する上治具２２のドレン２６、下治具２３のドレン２７は、洗浄液が流入する上治具２２の洗浄液吐出口２４、下治具２３の洗浄液吐出口２５よりも小径とし、排出側の総面積に対して供給側の総面積を大きくすることで、洗浄室２１内に十分な量の洗浄液が滞留するようにするとよい。好適には、ドレン２６、ドレン２７の径が、φ１ｍｍ〜３ｍｍ程度となるようにする。これにより、一定量の洗浄液で洗浄室２１内が満たされ、ワークＷの表面が洗浄液と接触して効果的に洗浄されるとともに、洗浄後の洗浄液がドレン流路５へ適度な速度で排出される。

図４（ａ）、（ｂ）において、洗浄室２１の側部内壁面に固定されるピン部材３は、ワークＷより低硬度な樹脂材を先端側が細くなるペンシル状に成形したもので、先端３１は球面状（例えばＲ０．２程度）として、接触時にワークＷ表面を傷つけないようにしている。ピン部材３は、ワークＷを洗浄室２１の中央に位置保持するために、ワークＷと僅かな隙間で対向するように配置され、３点ないしそれ以上で支持することで、側面方向への移動を規制する。好適には、ピン部材３の先端３１とワークＷの外表面との距離が、０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍ程度となるように設定するとよい。

ピン部材３は、例えばネジ固定式とすることができ、中間部外周に設けたネジ部３２を洗浄室２１壁に設けたネジ穴に螺結される。また、図４（ｃ）に示すように、ピン部材３のネジ部３２または先端側の長さを、ワーク形状や大きさ（外径）に応じて、任意に変更することができる。すなわち、洗浄室２１内へのピン部材３の突出長を可変とすることで、洗浄用治具２全体を交換することなく、異なる大きさのワークＷに対応することができる。

図５、図６により、上記構成の洗浄装置１を用いて筒型部品であるワークＷを洗浄する工程を説明する。まず、洗浄用治具２の洗浄室２１内に、小孔Ｗ１を下向きにしてワークＷをセットし、支持部６のレバー６６を操作して、上治具２２と下治具２３を密着封止する。制御部７は、洗浄液流路４の洗浄液ポンプＰを作動させ、洗浄液流路４から洗浄室２１へ向けて所定圧とした洗浄液を送出するとともに、分岐路４１、４２に設けた電磁弁４３、４４をオンオフ制御することにより、洗浄液流路４の洗浄液の流れ（実線）を制御する。図５中には、洗浄後のドレン流路５の洗浄液の流れ（破線）を併せて示している。

具体的には、制御部７は、電磁弁４３、４４のいずれか一方に通電して開弁し、他方は非通電として、分岐路４１、４２の一方からのみ洗浄室２１へ洗浄液を供給する。初期位置では、ワークＷが自重で洗浄室２１の下端側にあるため、好適には、先に電磁弁４３を開弁して分岐路４１側へ流路を切り替えるとよく、洗浄液の流れ（実線）は、洗浄液流路４から分岐路４１を経て、洗浄用治具２の上治具２２側へ向かう流れとなる。

この時、図６（１）の工程に示すように、洗浄室２１内に上方の洗浄液吐出口２４から洗浄液が噴出し、洗浄圧力（例えば、０．８ＭＰａ）でワークＷが下方の洗浄液吐出口２５に押し付けられた状態で、洗浄室２１との間のクリアランスを洗浄液が流れる。また、洗浄液吐出口２４直下のワークＷの筒内にも、洗浄液が流入する。したがって、ワークＷの上面、側面および筒内部を洗浄することができる。洗浄液はドレン２６、２７から排出され、ドレン通路５を経て洗浄液タンクＴへ戻る。

次いで、制御部７は、電磁弁４３への通電を停止し、電磁弁４４を開弁して分岐路４２側へ流路を切り替える。すると、洗浄液の流れ（実線）は、洗浄液流路４から分岐路４２を経て、洗浄用治具２の下治具２３側へ向かう流れとなる。この時、図６（２）の工程に示すように、洗浄室２１下方の洗浄液吐出口２４に洗浄液の圧力が作用し、ワークＷを上方に押し上げる。このため、ワークＷは速やかに移動して、洗浄室２１上面に押し付けられる。この状態で、洗浄液吐出口２４から洗浄液が噴出して、洗浄室２１との間のクリアランスを流れ、ワークＷの下面および側面を洗浄することができる。また、小孔Ｗ１内にも少量の洗浄液が流入するので、ワークＷの筒内も洗浄可能である。

好適には、これら（１）、（２）の工程を交互に繰り返すことにより、ワークＷの内外表面を効果的に洗浄することができる。例えば、制御部７により、電磁弁４３、４４のオンオフを、１秒から数秒の長さで交互に行い、洗浄室２１内に供給される洗浄液圧でワークＷをピストン運動させることにより、ワークＷや治具の着脱なく一連の工程で全自動洗浄を行うことができる。具体的には、（１）５秒→（２）２秒→（１）１秒→（２）２秒→（１）２秒→脱着５秒の合計１５秒で洗浄を完了することができ、図９に示した従来の洗浄工程に比べて、洗浄にかかる時間が大幅に短縮できることがわかる。

このように、本発明の洗浄装置１において、ワークＷは小容積の洗浄室２１内に保持されて上下方向以外の移動が規制されるので、洗浄液の圧力を従来装置による外表面洗浄時よりも大きく設定して、表面の汚れを短時間で効果的に除去することができる。

なお、図７に示すように、ワークＷを洗浄室２１内でピストン運動させるには、洗浄液が吐出される洗浄液吐出口２６、２７の開口面積および圧力を、ワークＷの形状に対して適切に設定することが必要である。具体的には、洗浄液吐出口２６、２７の開口径を、対向するワークＷの筒内径よりも大きく形成して、洗浄液と接触する面積（受圧面積）に作用する洗浄液の圧力で、ワークＷが上下動可能であればよい。

上記実施形態では、本発明の洗浄対象となる筒型部品を、バルブボデーとして説明したが、これに限らず、任意の筒型部品に適用されて同様の効果が得られる。また、洗浄液の組成や、洗浄液の圧力等も、洗浄対象となる筒型部品に応じて適宜選択することができ、洗浄用治具や支持部その他の形状も、筒型部品形状に応じて任意に変更可能である。

本発明の洗浄装置を採用することで、筒型形状の小型部品の内外を短時間で良好に洗浄することができる。よって、各種製品の製造工程に利用されて、作業性、生産性の向上に大きく寄与することができる。

Ｔ 洗浄液タンク
Ｗ ワーク（筒型部品）
１ 洗浄装置
２ 洗浄用治具
２１ 洗浄室
２２ 上治具（治具）
２３ 下治具（治具）
２４、２５ 洗浄液吐出口
２６、２７ ドレン
３ ピン部材（位置保持部材）
４ 洗浄液流路
４１、４２ 分岐路
４３、４４ 電磁弁（流路切替弁）
５ ドレン流路
６ 支持部
７ 制御部

Claims (8)

1. 内部に筒型部品（Ｗ）が収容される洗浄室を形成する洗浄用治具（２）と、
   上記洗浄室の上面中央および下面中央にそれぞれ開口する一対の洗浄液吐出口（２４、２５）と、
   上記一対の洗浄液吐出口に連通し、その一方へ選択的に洗浄液を流入させる流路切替弁（４３、４４）を備える洗浄液流路（４）と、
   上記洗浄室の側面に開口するドレン（２６、２７）に連通するドレン流路（５）と、
   上記洗浄室の内周面の複数個所から内方へ突出し、先端が上記筒型部品の外側面に近接位置して上記筒型部品の側方への移動を規制し、洗浄液の流れ方向の移動を許容する位置保持部材（３）と、
   を備えることを特徴とする筒型部品の洗浄装置。
2. 上記洗浄用治具を、それぞれ一端側に開口する凹部を有する一対の治具（２２、２３）で構成し、両治具の開口を衝合して密閉することにより、内部に上記洗浄室となる小空間を形成する請求項１記載の筒型部品の洗浄装置。
3. 上記位置保持部材を、突出する先端が球面状のピン部材とし、上記洗浄室壁の少なくとも３箇所に設置する請求項１または２記載の筒型部品の洗浄装置。
4. 上記位置保持部材を、その先端と上記筒型部品の外側面との距離が所定範囲となるように、上記筒型部品に応じて変更可能とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の筒型部品の洗浄装置。
5. 上記一対の洗浄液吐出口の径を、対向する上記筒型部品の筒内径よりも大きく形成する請求項１ないし４のいずれか１項に記載の筒型部品の洗浄装置。
6. 上記洗浄室に開口する上記ドレンの総面積を、上記一対の洗浄液吐出口の総面積よりも小さく設定する請求項１ないし５のいずれか１項に記載の筒型部品の洗浄装置。
7. 上記流路切替弁への通電を制御して、上記一対の洗浄液吐出口から上記洗浄室内へ交互に洗浄液を吐出することにより、上記筒型部品を上下動させる制御部（７）を備える請求項１ないし６のいずれか１項に記載の筒型部品の洗浄装置。
8. 請求項１ないし７のいずれか１項に記載の筒型部品の洗浄装置を用いた洗浄方法であり、
   上記流路切替弁により、上記一対の洗浄液吐出口の一方から上記洗浄室内へ洗浄液を吐出し、上記筒型部品を上記一対の洗浄液吐出口の他方へ押圧した状態で、上記筒型部品を洗浄する工程と、
   上記流路切替弁により、上記一対の洗浄液吐出口の他方から上記洗浄室内へ洗浄液を吐出し、上記筒型部品を上記一対の洗浄液吐出口の一方へ押圧した状態で、上記筒型部品を洗浄する工程と、により上記筒型部品の内外を洗浄することを特徴とする洗浄方法。

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