JP6318939B2 - 洗浄方法、及び、洗浄装置 - Google Patents

Description

本発明は、洗浄方法、及び、洗浄装置に関する。

被加工部材を加工するとき当該被加工部材に付着する加工油や表面処理部材の表面に付着している表面処理液などを洗浄する洗浄方法が知られている。例えば、特許文献１には、加圧条件下において大気圧条件下の沸点以上の温度に加熱された液体状の洗浄液を大気圧条件下に設置されている被洗浄部材に噴射することによって、気化した洗浄液が被洗浄部材を洗浄する洗浄方法が記載されている。

特開２０１１−２２８３８５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の洗浄方法では、加圧条件下において大気条件下の沸点以上の温度にまで洗浄液を加熱するため、洗浄液を加圧しつつ所定の温度まで加熱するエネルギーが必要となる。また、加圧しつつ所定の温度まで加熱可能な洗浄液用の加圧加熱装置が必要となるため、洗浄装置の体格が大きくなり、また、洗浄にかかるコストが高くなる。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、エネルギーの使用量を低減する洗浄方法を提供することにある。また、別の目的は、体格を小さくしつつ、エネルギーの使用量を低減する洗浄装置を提供することにある。

本発明は、被洗浄部材（５）を洗浄液で洗浄する洗浄方法であって、収容工程、第一減圧工程、洗浄工程、第二減圧工程、乾燥工程、及び、排出工程を含む。収容工程では、洗浄液を供給可能な洗浄空間（１００）に被洗浄部材を収容する。収容工程の後、第一減圧工程では、洗浄空間を洗浄液が気化可能な第一圧力（Ｐ１）まで減圧する。第一減圧工程の後、洗浄工程では、洗浄空間に大気圧下における洗浄液の沸点に比べ低い温度洗浄液を供給する。第二減圧工程では、洗浄空間を第一圧力に比べ低い第二圧力（Ｐ２）まで減圧する。第二減圧工程の後、乾燥工程では、乾燥気体を洗浄空間に供給する。乾燥工程の後、排出工程では、洗浄空間の洗浄液を外部に排出する。本発明の洗浄方法は、第二圧力が洗浄空間に存在する洗浄液の液滴を気化可能な圧力であることを特徴とする。

本発明の洗浄方法では、最初に被洗浄部材を収容する洗浄空間を第一圧力まで減圧する第一減圧工程を行う。このときの洗浄空間の圧力である第一圧力は、第一減圧工程の後に洗浄空間に供給される洗浄液が気化可能な圧力である。第一減圧工程の後、洗浄工程として洗浄液を洗浄空間に供給すると、洗浄空間に供給された洗浄液は気化する。本発明の洗浄方法では、この洗浄液の気化によって被洗浄部材に付着している加工油や表面処理液などの異物を吹き飛ばす。これにより、加圧条件下において大気圧条件下の沸点以上の温度に加熱された液体状の洗浄液を用いる洗浄方法に比べ、エネルギーの使用量を低減することができる。

また、本発明は、被洗浄部材（５）を洗浄液で洗浄する洗浄装置であって、洗浄空間形成部（１０）、洗浄液貯留部（２１）、洗浄液送出手段（２２）、洗浄液供給手段（２４）、熱交換部（２３）、減圧手段（３１）、乾燥気体供給部（４０）、及び、排出部（５０）を備える。洗浄空間形成部は、被洗浄部材を収容し洗浄液が供給可能な洗浄空間（１００）を形成する。洗浄液貯留部は、被洗浄部材を洗浄する洗浄液を貯留する。洗浄液送出手段は、洗浄液貯留部に貯留されている洗浄液を送出する。洗浄液供給手段は、洗浄液を洗浄空間に供給する。熱交換部は、洗浄液貯留部と洗浄空間形成部との間に設けられ、洗浄液を大気圧下における沸点に比べ低い温度に加熱する。減圧手段は、洗浄空間を洗浄液が気化可能な第一圧力（Ｐ１）、及び、第一圧力に比べ低い圧力であって洗浄空間に存在する洗浄液の液滴を気化可能な第二圧力（Ｐ２）まで減圧可能である。乾燥気体供給部は、洗浄空間に乾燥気体を供給する。排出部は、洗浄空間の洗浄液を洗浄空間の外部に排出する。

本発明の洗浄装置では、洗浄空間を液体状の洗浄液を気化可能な第一圧力まで減圧する減圧手段を備えている。液体状の洗浄液を第一圧力まで減圧されている洗浄空間に供給すると、気化する洗浄液によって被洗浄部材に付着している異物を吹き飛ばすことができる。これにより、洗浄空間への供給前における加熱などの洗浄液の処理が不要となるため、エネルギーの使用量を低減することができる。また、洗浄空間への供給前に洗浄液を処理するための付帯設備が不要となるため、装置の体格を小さくすることができる。したがって、装置の体格を小さくしつつ、被洗浄部材の洗浄に必要なエネルギーを低減することができる。

本発明の一実施形態による洗浄装置の模式図である。 本発明の一実施形態による洗浄方法を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態による洗浄方法における収容工程を説明する模式図である。 本発明の一実施形態による洗浄方法における第一減圧工程を説明する模式図である。 本発明の一実施形態による洗浄方法における洗浄工程を説明する模式図である。 本発明の一実施形態による洗浄方法における第二減圧工程を説明する模式図である。 本発明の一実施形態による洗浄方法における乾燥工程を説明する模式図である。 本発明の一実施形態による洗浄方法における排出工程を説明する模式図である。

以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。

（一実施形態）
一実施形態による洗浄装置１は、「洗浄空間形成部」としての洗浄部１０、洗浄液供給部２０、減圧部３０、「乾燥気体供給部」としての乾燥空気供給部４０、排出部５０などを備える。洗浄装置１は、洗浄部１０が有する洗浄空間１００に収容される被洗浄部材５を洗浄する。

洗浄部１０は、ステージ１１、カバー１２、シール部材１３、カバー駆動用モータ１４などから構成されている。洗浄部１０は、被洗浄部材５を収容する洗浄空間１００を形成する。

ステージ１１は、洗浄部１０の土台となる部材である。ステージ１１の上面１１１には、被洗浄部材５が固定される固定台１１０が設けられている。固定台１１０は、後述する洗浄方法において上面１１１上に液体状の洗浄液が溜まるとき、被洗浄部材５と上面１１１上に溜まっている液体状の洗浄液とが接触しないよう上面１１１から比較的離れた位置に被洗浄部材５をセットする。ステージ１１は、連通孔１１２、１１３を有する。連通孔１１２は、減圧部３０が有する減圧通路３２１に連通する。連通孔１１３は、排出部５０が有する排液通路５２１に連通する。

カバー１２は、軸方向の断面形状が矩形状となるよう有底筒状に形成されている。カバー１２は、洗浄空間１００の減圧に対する耐圧性、及び、洗浄空間１００に供給される洗浄液の温度に対する耐熱性を有する、例えば、金属から形成される。カバー１２のステージ１１と当接する側の端部は開口を有する。カバー１２は、ステージ１１に当接するとステージ１１とともに洗浄空間１００を形成する。

カバー１２のステージ１１と当接する側とは反対側の底部１２３に洗浄液供給部２０の洗浄液ノズル２４が設けられている。また、カバー１２の底部１２３には連通孔１２１が形成されている。連通孔１２１は、乾燥空気供給部４０が有する乾燥空気供給通路４２１に連通する。
カバー１２には、洗浄空間１００の圧力を検出する圧力センサ１２２が設けられている。圧力センサ１２２は、制御部８と電気的に接続している。圧力センサ１２２は、検出する洗浄空間１００の圧力に応じた信号を制御部８に出力する。

シール部材１３は、カバー１２のステージ１１と当接する側の端部に設けられる。シール部材１３は、洗浄空間１００の気密を維持する。

カバー駆動用モータ１４は、カバー１２と図示しない駆動機構を介して連結している。カバー駆動用モータ１４は、制御部８と電気的に接続している。カバー駆動用モータ１４は、制御部８からの指令に応じてカバー１２をステージ１１に対して往復移動させる。

洗浄液供給部２０は、「洗浄液貯留部」としての洗浄液タンク２１、「洗浄液送出手段」としての供給ポンプ２２、「熱交換部」としての熱交換器２３、「洗浄液供給手段」としての洗浄液ノズル２４、洗浄液供給配管２５、電磁弁２６などから構成されている。洗浄液供給部２０は、洗浄空間１００に洗浄液を供給する。

洗浄液タンク２１は、洗浄液を貯留している。洗浄液タンク２１の内部には洗浄液供給配管２５の一方の端部が設けられている。洗浄液供給配管２５の他方の端部は、洗浄液ノズル２４を介して洗浄部１０と接続する。洗浄液供給配管２５は、洗浄液タンク２１の内部と洗浄空間１００とを連通する洗浄液供給通路２５１を形成する。

供給ポンプ２２は、洗浄液供給配管２５の洗浄液タンク２１寄りに設けられている。供給ポンプ２２は、制御部８と電気的に接続している。供給ポンプ２２は、制御部８からの指令に応じて洗浄液タンク２１に貯留されている洗浄液を洗浄液ノズル２４に送出する。

熱交換器２３は、洗浄液供給配管２５の供給ポンプ２２と洗浄液ノズルとの間に設けられる。熱交換器２３は、供給ポンプ２２が送出する洗浄液を大気圧下における沸点より低い温度になるよう加熱する。

洗浄液ノズル２４は、カバー１２の外壁に設けられている。洗浄液ノズル２４は、洗浄液供給配管２５の他方の端部に接続している。洗浄液ノズル２４は、洗浄液供給通路２５１を流れる洗浄液を洗浄空間１００に噴射供給する。

電磁弁２６は、洗浄液供給配管２５において熱交換器２３と洗浄液ノズル２４との間に設けられている。電磁弁２６は、ノーマリクローズタイプのバルブであって、制御部８と電気的に接続している。電磁弁２６は、制御部８からの指令に応じて熱交換器２３側の洗浄液供給通路２５１と洗浄液ノズル２４側の洗浄液供給通路２５１とを連通または遮断する。

減圧部３０は、「減圧手段」としての減圧ポンプ３１、減圧配管３２、電磁弁３３などから構成されている。減圧部３０は、洗浄空間１００を減圧する。

減圧ポンプ３１は、減圧通路３２１を形成する減圧配管３２に設けられている。減圧ポンプ３１は、制御部８と電気的に接続している。減圧ポンプ３１は、制御部８からの指令に応じて洗浄空間１００を減圧する。

電磁弁３３は、減圧配管３２において減圧ポンプ３１と洗浄部１０との間に設けられている。電磁弁３３は、ノーマリクローズタイプのバルブであって、制御部８と電気的に接続している。電磁弁３３は、制御部８からの指令に応じて減圧ポンプ３１側の減圧通路３２１と洗浄部１０側の減圧通路３２１とを連通する。

乾燥空気供給部４０は、乾燥空気生成器４１、乾燥空気供給配管４２、電磁弁４３などから構成されている。乾燥空気供給部４０は、乾燥空気を洗浄空間１００に供給する。

乾燥空気生成器４１は、大気と洗浄空間１００とを連通する乾燥空気供給通路４２１を形成する乾燥空気供給配管４２に設けられている。乾燥空気生成器４１は、大気から吸入する空気に含まれる水分などの異物を除去し、乾燥空気を生成する。

電磁弁４３は、乾燥空気供給配管４２において乾燥空気生成器４１と洗浄部１０との間に設けられている。電磁弁４３は、ノーマリクローズタイプのバルブであって、制御部８と電気的に接続している。電磁弁４３は、制御部８からの指令に応じて乾燥空気生成器４１側の乾燥空気供給通路４２１と洗浄部１０側の減圧通路３２１とを連通する。

排出部５０は、排液タンク５１、排液配管５２、電磁弁５３などから構成されている。排出部５０は、洗浄空間１００の洗浄液を外部に排出する。

排液タンク５１は、排液配管５２のステージ１１と接続する側とは反対側の端部に接続するよう設けられている。排液タンク５１は、洗浄空間１００において被洗浄部材５の洗浄に使用した使用済みの洗浄液を貯留する。

電磁弁５３は、排液配管５２において排液タンク５１と洗浄部１０との間に設けられている。電磁弁５３は、ノーマリクローズタイプのバルブであって、制御部８と電気的に接続している。電磁弁５３は、制御部８からの指令に応じて排液タンク５１側の排液通路５２１と洗浄部１０側の排液通路５２１とを連通する。

次に、洗浄装置１を用いる一実施形態による洗浄方法について、図２〜８に基づいて説明する。図２には、一実施形態による洗浄方法の各工程を説明するフローチャートを示す。図３〜８は、各工程における洗浄装置１の作用を洗浄装置１の内部における洗浄液や乾燥空気などの流体の流れを中心に説明する模式図である。

最初に、ステップ（以下、「Ｓ」と示す）１０１において、「収容工程」として被洗浄部材５を洗浄空間１００にセットする。洗浄装置１では、図３に示すように、カバー駆動用モータ１４によってカバー１２をステージ１１から離れるよう駆動する。被洗浄部材５を固定台１１０にセットし、カバー１２がステージ１１と当接するようカバー１２を駆動する。カバー１２とステージ１１とが当接すると、シール部材１３によって洗浄空間１００の気密が維持される。

次に、Ｓ１０２において、「第一減圧工程」として洗浄空間１００を所定の第一圧力Ｐ１まで減圧する。洗浄装置１では、制御部８の指令に応じて電磁弁３３を開いた後、減圧ポンプ３１を作動し、図４の矢印Ｆ４に示すように、洗浄空間１００の気体を吸引する。ここで、所定の第一圧力Ｐ１とは、次のＳ１０３において洗浄空間１００に供給される洗浄液が気化可能な程度の圧力である。例えば、洗浄空間１００に供給される洗浄液を４０℃の水とする場合、所定の第一圧力Ｐ１は、０．００７４ＭＰａとなる。

Ｓ１０２において洗浄空間１００を所定の第一圧力Ｐ１まで減圧されると、次に、「洗浄工程」としてのＳ１０３において、洗浄空間１００に洗浄液を供給する。洗浄装置１では、制御部８の指令に応じて電磁弁２６を開いた後、供給ポンプ２２を作動し、図５の矢印Ｆ５１に示すように、洗浄液タンク２１に貯留されている洗浄液を洗浄空間１００に供給する。洗浄液供給通路２５１を流れる洗浄液は、途中、熱交換器２３によって所定の温度まで加熱される。このとき、所定の温度は、大気圧下における沸点以下となっている。熱交換器２３を通って加熱された洗浄液は、洗浄液ノズル２４から洗浄空間１００に噴射供給される。このとき、洗浄液ノズル２４は、洗浄の効果を高めるため、例えば、間欠噴射によって洗浄液を供給してもよい。

洗浄空間１００に噴射された洗浄液は、図５の矢印Ｆ５２に示すように、被洗浄部材５の周囲に拡散する。洗浄空間１００は減圧されているため、洗浄空間１００で拡散する洗浄液は、瞬間的に気化する。この洗浄液の気化による急激な体積膨張によって被洗浄部材５に付着している加工油や表面処理液などの異物を吹き飛ばす。被洗浄部材５の周囲に拡散した洗浄液の一部は、被洗浄部材５の外壁やカバー１２の内壁などで凝縮し洗浄液の液滴ｄｐ３を形成する。

次に、「第二減圧工程」としてのＳ１０４において、洗浄空間１００を所定の第二圧力まで減圧する。洗浄装置１では、制御部８の指令に応じて電磁弁３３を開いた後、減圧ポンプ３１を作動し、図６の矢印Ｆ６に示すように、洗浄空間１００の気体を吸引する。ここで、所定の第二圧力Ｐ２とは、洗浄液の液滴ｄｐ３が気化可能な程度の圧力である。すなわち、Ｓ１０４において、洗浄空間１００に存在する洗浄液の液滴ｄｐ３は全て気体となり、洗浄空間１００には気体状の洗浄液が漂うこととなる。

次に、「乾燥工程」としてのＳ１０５において、洗浄空間１００に乾燥空気を供給する。洗浄装置１では、制御部８の指令に応じて電磁弁４３を開いた後、乾燥空気生成器４１において水分などの異物を除去した乾燥空気を図７の矢印Ｆ７１に示すように、洗浄空間１００に供給する。連通孔１２１を通った乾燥空気は、図７の矢印Ｆ７２に示すように、カバー１２の底部１２３側からステージ１１側に流れる。これにより、洗浄空間１００に漂っている気体状の洗浄液は、矢印Ｆ７２の流れによってステージ１１の上面１１１上に集められる。また、乾燥空気の供給によって洗浄空間１００の圧力は大気圧に戻るため、上面１１１上に集められた気体状の洗浄液は凝縮し、図７に示すように、液体状の洗浄液となって上面１１１上に溜まる。

次に、「排出工程」としてのＳ１０６において、上面１１１上に溜まっている液体状の洗浄液を外部に排出する。洗浄装置１では、制御部８の指令に応じて電磁弁５３を開き、ステージ１１の上面１１１上に溜まっている液体状の洗浄液を使用済みの洗浄液として図８の矢印Ｆ８に示すように排液タンク５１に排出する。

この後、カバー駆動用モータ１４によってカバー１２をステージ１１から離れるよう駆動し、被洗浄部材５を洗浄空間１００から取り出す。
このようにして、一実施形態による洗浄方法では、被洗浄部材５を洗浄かつ乾燥する。

一実施形態による洗浄方法では、被洗浄部材５がセットされている洗浄空間１００に供給される洗浄液が気化可能な程度の圧力である第一圧力Ｐ１まで洗浄空間１００を減圧した後、洗浄液を洗浄空間１００に供給する。洗浄空間１００に供給された洗浄液は、洗浄空間１００において瞬間的に気化するため洗浄液の体積が急激に大きくなり、被洗浄部材５に付着している異物を吹き飛ばす。これにより、加圧条件下において大気圧条件下の沸点以上の温度に加熱された液体状の洗浄液を用いる洗浄方法に比べ、被洗浄部材５の洗浄に用いるエネルギーの使用量を低減することができる。

また、一実施形態による洗浄装置１では、洗浄液が気化可能な程度まで洗浄空間１００を減圧するため洗浄液を洗浄空間１００に供給する前に加圧や加熱などの処理を行う必要がなくなる。これにより、被洗浄部材５を洗浄するときに使用するエネルギーを低減することができる。また、事前に洗浄液を処理するための付帯設備が不要となるため、装置の体格を小さくすることができる。したがって、装置の体格を小さくしつつ被洗浄部材５の洗浄に用いるエネルギーの使用量を低減することができる。

一実施形態による洗浄方法では、洗浄液は、洗浄空間１００に供給される前に大気圧下における沸点より低い温度となるよう加熱される。これにより、比較的高めの低圧においても気化することができるため、洗浄空間１００における第一圧力Ｐ１を大気圧より低い圧力であって比較的高い圧力とすることができる。したがって、被洗浄部材５の洗浄に用いるエネルギーの使用量を低減することができる。

一実施形態による洗浄方法では、洗浄工程の後、第二減圧工程として洗浄空間１００を所定の第二圧力Ｐ２まで減圧する。この所定の第二圧力Ｐ２は、所定の第一圧力Ｐ１より低い圧力であるため、洗浄空間１００の洗浄液のうち凝縮した液体状の洗浄液を全て気化することができる。これにより、液滴ｄｐ３が付着している被洗浄部材５を比較的少ないエネルギーで乾燥することができる。したがって、被洗浄部材５の洗浄に用いるエネルギーの使用量を低減することができる。

また、第二減圧工程の後、乾燥工程として洗浄空間１００に乾燥空気を供給する。このとき、乾燥空気は、カバー１２において使用済みの洗浄液を排出する連通孔１１３を有するステージ１１とは反対側に位置するカバー１２の底部１２３から洗浄空間１００に供給されるため、洗浄空間１００を漂う気体状の洗浄液は、ステージ１１の上面１１１上に集められる。また、減圧されている洗浄空間に乾燥空気が供給されるため、洗浄空間１００を漂う気体状の洗浄液は凝縮し液体状となる。液体状となった洗浄液は、ステージ１１が有する連通孔１１３、排液通路５２１を通って排液タンク５１に排出される。これにより、洗浄空間１００の使用済みの洗浄液を簡便に排出することができる。したがって、被洗浄部材５の洗浄に用いるエネルギーの使用量を低減することができる。

（他の実施形態）
（ア）上述の実施形態では、洗浄装置は、洗浄液を加熱する熱交換器を備えるとした。しかしながら、熱交換器は備えなくてもよい。

（イ）上述の実施形態では、洗浄装置は、乾燥空気供給部が供給する乾燥空気の流れによって洗浄空間を漂う気体状の洗浄液をステージ付近に集め、液体状とした後、洗浄液排出部によって排出するとした。しかしながら、使用済みの洗浄液を排出する方法はこれに限定されない。例えば、ミストコレクタなどによって気体状の洗浄液を回収してもよい。

（ウ）上述の実施形態では、カバーの軸方向の断面形状は矩形状であるとした。しかしながら、断面形状はこれに限定されない。被洗浄部材の側壁の近傍に位置する部位の内径を比較的小さくし、カバーの内壁と被洗浄部材の外壁との間の隙間を小さくしてもよい。これにより、当該隙間を流れる乾燥空気の流速が速くなるため、気体状の洗浄液を効率的にステージ付近に集めることができ、ステージの上面上に液体状の洗浄液を溜めやすくすることができる。

（エ）上述の実施形態では、乾燥工程の後、排出工程を行うとした。しかしながら、乾燥工程において乾燥空気を供給し洗浄空間の圧力が大気圧となった後に乾燥空気を供給しつつ使用済みの洗浄液を排出してもよい。すなわち、洗浄空間の圧力が大気圧となった後に乾燥工程と排出工程とを同時に行ってもよい。

以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。

１ ・・・洗浄装置、
５ ・・・被洗浄部材、
１０ ・・・洗浄部（洗浄空間形成部）
１００ ・・・洗浄空間、
２１ ・・・洗浄液タンク（洗浄液貯留部）、
２２ ・・・供給ポンプ（洗浄液送出手段）、
２４ ・・・洗浄液ノズル（洗浄液供給手段）、
３１ ・・・減圧ポンプ（減圧手段）。

Claims (2)

1. 被洗浄部材（５）を洗浄液で洗浄する洗浄方法であって、
   前記洗浄液を供給可能な洗浄空間（１００）に前記被洗浄部材を収容する収容工程と、
   前記収容工程の後、前記洗浄空間を前記洗浄液が気化可能な第一圧力（Ｐ１）まで減圧する第一減圧工程と、
   前記第一減圧工程の後、大気圧下における前記洗浄液の沸点に比べ低い温度の前記洗浄液を前記洗浄空間に供給する洗浄工程と、
   前記洗浄工程の後、前記洗浄空間を前記第一圧力に比べ低い第二圧力（Ｐ２）まで減圧する第二減圧工程と、
   前記第二減圧工程の後、乾燥気体を前記洗浄空間に供給する乾燥工程と、
   前記乾燥工程の後、前記洗浄空間の前記洗浄液を外部に排出する排出工程と、
   を含み、
   前記第二圧力は、前記洗浄空間に存在する前記洗浄液の液滴を気化可能な圧力である洗浄方法。
2. 被洗浄部材（５）を洗浄液で洗浄する洗浄装置（１）であって、
   前記被洗浄部材を収容し前記洗浄液が供給可能な洗浄空間（１００）を形成する洗浄空間形成部（１０）と、
   前記被洗浄部材を洗浄する前記洗浄液を貯留する洗浄液貯留部（２１）と、
   前記洗浄液貯留部に貯留されている前記洗浄液を送出する洗浄液送出手段（２２）と、
   前記洗浄液を前記洗浄空間に供給する洗浄液供給手段（２４）と、
   前記洗浄液貯留部と前記洗浄空間形成部との間に設けられ、前記洗浄液を大気圧下における沸点に比べ低い温度に加熱する熱交換部（２３）と、
   前記洗浄空間を前記洗浄液が気化可能な第一圧力（Ｐ１）、及び、前記第一圧力に比べ低い圧力であって前記洗浄空間に存在する前記洗浄液の液滴を気化可能な第二圧力（Ｐ２）まで減圧可能な減圧手段（３１）と、
   前記洗浄空間に乾燥気体を供給する乾燥気体供給部（４０）と、
   前記洗浄空間の前記洗浄液を前記洗浄空間の外部に排出する排出部（５０）と、
   を備えることを特徴とする洗浄装置。

Images