JP6660564B2

JP6660564B2 - エアブロー式洗浄装置

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Publication number: JP6660564B2
Application number: JP2016221038A
Authority: JP
Inventors: 才昇大倉; 友寛大野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-11-11
Filing date: 2016-11-11
Publication date: 2020-03-11
Anticipated expiration: 2036-11-11
Also published as: US20180133761A1; JP2018075553A; CN108067473B; CN108067473A

Description

本発明は、エアブロー式洗浄装置に関する。

例えば、特開２００７−２４５１２６号公報には、処理対象を保持する保持台を有する除塵室と、処理対象に対して空気を吹き付ける空気噴射装置と、除塵室から塵を吸引する負圧発生装置とを有する除塵装置に関する発明が開示されている。

特開２００７−２４５１２６号公報

ところで、本発明者は、二次電池の製造において、金属のワークを洗浄する工程において、エアブロー式洗浄装置を採用することを検討している。例えば、電池ケースのケース本体や蓋、端子などの金属性の部材は、加工時に生じる微小な金属片が付着している場合がある。本発明者は、二次電池の製造では、１００μｍ程度のサイズの異物についても可能な限り除去したいと考えている。このような部材をエアブロー式洗浄装置によって洗浄する場合、ワークに空気を吹き付けてワークに付着した微小な金属片を空気で吹き飛ばすことになる。微小な金属片は、洗浄室の壁面で跳ね返るなどして、再びワークに付着するような事象が生じうる。

ここで提案されるエアブロー式洗浄装置は、洗浄室と、洗浄室内に配置された保持材と、洗浄室内に上から下に向けて空気の流れを生じさせる送風装置と、保持材に保持されるワークに向けて空気を吹き付けるブロー装置とを備えている。そして、洗浄室の内壁には、複数の突起または複数の凹部が上下方向に沿って予め定められた間隔で設けられている。このエアブロー式洗浄装置では、ブロー装置によって、保持材に保持されたワークから吹き飛ばされた異物の速度が、洗浄室の内壁に設けられた複数の突起または複数の凹部によって遅くなる。そして、送風装置によって、洗浄室内に上から下に向けて空気の流れが生じている。このため、速度が遅くなった異物は、ワークに再び付着しにくく、洗浄室の下部に落下して回収されやすくなる。

内壁は、例えば、上下方向に沿って予め定められた間隔をあけて洗浄室内に突出するように設けられた複数の平板を有していてもよい。この場合、平板は、内壁に対して直交する方向に延びていてもよい。この場合、内壁に対して直交する方向において、平板の長さは、例えば、３０ｍｍ以上６０ｍｍ以下であるとよい。この場合、内壁の上下方向に沿った縦断面において、複数の平板のうち、上下方向において隣り合う平板の間で区切られる空間のアスペクト比は、２以上３以下であってもよい。

例えば、好適な一つの形態として、内壁に対して直交する方向において、平板の長さは、４０ｍｍ以上５０ｍｍ以下であるとよい。そして、内壁の上下方向に沿った縦断面において、複数の平板のうち、上下方向において隣り合う平板の間で区切られる空間のアスペクト比は、１以上３以下であるとよい。

また、洗浄室の内壁に設けられた複数の突起または複数の凹部は、かかる形態に限定されない。例えば、内壁に対して直交する方向において長い平板と短い平板とが、内壁の上下方向に沿って順に配置されていてもよい。

また、複数の突起または複数の凹部は、上部と下部を除く内壁において上下方向に予め定められた間隔をあけて洗浄空間内に突出するように設けられた複数の突条で構成されていてもよい。この場合、突条は、先端ほど細くなっていてもよい。

図１は、エアブロー式洗浄装置を模式的に示す断面図である。図２は、空間Ａ１を図示した拡大図である。図３は、アスペクト比（Ｌ１／Ｗ１）と、内壁１２ｃ、１２ｄで減速された後の異物の速度および内壁１２ｃ、１２ｄでの異物の反射回数の関係を示すグラフである。図４は、平板３１の長さＬ１と、アスペクト比（Ｌ１／Ｗ１）と、渦流の発生の有無との関係を示す表である。図５は、それぞれ他の実施形態における内壁１２ｃの縦断面図である。図６は、それぞれ他の実施形態における内壁１２ｃの縦断面図である。

以下、ここで提案されるエアブロー式洗浄装置の一実施形態を説明する。ここで説明される実施形態は、当然ながら特に本発明を限定することを意図したものではない。本発明は、特に言及されない限りにおいて、ここで説明される実施形態に限定されない。また、各図は、模式図であり、必ずしも実際の実施品が忠実に反映されたものではない。

図１は、エアブロー式洗浄装置を模式的に示す断面図である。エアブロー式洗浄装置１０は、図１に示すように、洗浄室１２と、保持材１４と、送風装置１６と、ブロー装置１８とを備えている。

洗浄室１２は、図１に示すように、ワークＷを洗浄する洗浄空間を有しており、洗浄空間を画する側壁を有している。図１に示す形態では、洗浄室１２は、略直方体の洗浄空間を有している。図１では、正面側の側壁が除かれ、洗浄室１２の内部が見えるように図示された縦断面図である。

保持材１４は、洗浄室１２内に配置されており、洗浄するワークＷを保持する部材である。ここで、保持材１４は、ブロー装置１８によって吹き付けられる空気を阻害しないように、ワークＷを保持しうる構造を備えているとよい。例えば、ワークＷを掴む把持部を有するロボットアームのような構造を有していてもよい。図１では、ワークＷは、洗浄室１２の略中央に配置されている。ワークＷが配置される位置は、洗浄室１２の中央に限定されない。

送風装置１６は、洗浄室１２内に上から下に向けて空気の流れを生じさせる装置である。この実施形態では、洗浄室１２のうち、天井１２ａには、天井１２ａを貫通した複数の空気流入口１２ａ１を有している。床１２ｂには、床１２ｂを貫通した複数の空気流出口１２ｂ１を有している。床１２ｂの外側には、複数の空気流出口１２ｂ１を覆うようにチャンバー１２ｂ２が設けられている。チャンバー１２ｂ２には、チャンバー１２ｂ２内に負圧を形成する負圧形成装置１２ｂ３が設けられている。負圧形成装置１２ｂ３は、例えば、チャンバー１２ｂ２の空気を外部に送り出す送風機であるとよい。

この実施形態では、負圧形成装置１２ｂ３によって、チャンバー１２ｂ２内に負圧が形成される。チャンバー１２ｂ２内に負圧が形成されると、床１２ｂに形成された複数の空気流出口１２ｂ１を通じてチャンバー１２ｂ２に、洗浄室１２内の空気が流出する。洗浄室１２内の空気がチャンバー１２ｂ２に流出すると、天井１２ａに形成された複数の空気流入口１２ａ１から空気が流入する。この結果、洗浄室１２内に上方から下方へ向かう空気の流れが形成される。

送風装置１６によって形成される上方から下方へ向かう空気の流れは、例えば、４ｍ／ｓ以上８ｍ／ｓ以下の風速（この実施形態では、６ｍ／ｓ）を有しているとよい。かかる風速は、洗浄室１２内の複数の位置に配置された風力センサによって測定される風速の平均値として評価されうる。なお、ここでは、この実施形態における送風装置１６を説明している。送風装置１６は、洗浄室１２内に上から下に向けて空気の流れを生じさせる装置であるとよく、かかる構造に限定されない。

ブロー装置１８は、保持材１４に保持されるワークＷに向けて空気を吹き付ける装置である。ブロー装置１８は、例えば、送風ファンを備えた送風機で構成されているとよい。ここでは、粒径が１００μｍ程度の微小な異物を吹き飛ばすために、ブロー装置１８の風速は、例えば、ノズルの出口速度において１６０ｍ／ｓ以上であるとよい。図１では、ワークＷに対してブロー装置１８が一つであるが、ブロー装置１８は、複数設けられていてもよい。例えば、ワークＷに対して複数設けられ、それぞれ異なる角度からワークＷに対して空気を送る構造を備えていてもよい。また、図示は省略するが、ブロー装置１８は、ワークＷに対して、空気の吹き出し口の位置や向きが変えられるように移動機構を介在させて取り付けられていてもよい。なお、異物の粒径は、例えば、レーザ散乱・回折法に基づく粒度分布測定装置に基づいて測定した値（例えば、Ｄ５０の平均値）である。

洗浄室１２の内壁に複数の突起または複数の凹部が上下方向に沿って予め定められた間隔で設けられている。この実施形態では、洗浄室１２の内壁１２ｃ，１２ｄは、上下方向に沿って予め定められた間隔をあけて洗浄室１２内に突出するように設けられた複数の平板３１を有している。複数の平板３１は、洗浄室１２の上下方向に沿って延びた側壁の内側に配置されている。なお、図１において、図示されていないが、洗浄室１２の左右両側の内壁１２ｃ，１２ｄだけでなく、正面側および背面側の内壁にも複数の平板３１が設けられていてもよい。この実施形態では、複数の平板３１は、それぞれ内壁１２ｃ，１２ｄに対して直交する方向に延びている。

図２は、複数の平板３１のうち、上下に隣り合う平板３１およびその間に形成される空間Ａ１を図示した拡大図である。図１および図２に示すように、ブロー装置１８によって吹き付けられた空気によってワークＷから飛ばされた異物は、洗浄室１２の内壁１２ｃ，１２ｄにおいて、上下に隣り合う平板３１の間に形成される空間Ａ１に捕捉される。つまり、ワークＷから勢いよく異物が吹き飛ばされた場合でも、洗浄室１２の内壁１２ｃ，１２ｄで、上下に隣り合う平板３１の間に形成される空間Ａ１に入ると、当該空間Ａ１で、異物が跳ね返るうちに勢いがなくなり、当該空間Ａ１に捕捉される。このため、空気によってワークＷから飛ばされた異物は、再びワークＷに付着しにくい。この実施形態では、平板３１の厚さは、２ｍｍである。平板３１の厚さは、例えば、２ｍｍ以上５ｍｍ以下であるとよい。

また、この実施形態では、洗浄室１２内には、送風装置１６によって、上から下に向かう空気の流れが生じている。また、ブロー装置１８によってワークＷに吹き付けられる空気も洗浄室１２に気流を生じさせる。このような空気の流れの一部は、上下に隣り合う平板３１の間に形成される空間Ａ１に入り、当該空間Ａ１に渦流を生じさせる。平板３１の間に形成される空間Ａ１に生じる渦流は、ワークＷから飛ばされた異物が空間Ａ１に入った際の勢いを衰えさせる。また、当該空間Ａ１に渦流が生じているので、当該平板３１の間に形成される空間Ａ１で捕捉された異物は、渦流によって空間Ａ１から徐々に排出される。

このように、空間Ａ１から排出される異物は、送風装置１６によって生じる洗浄室１２内の上から下への空気の流れによって、成り行きで洗浄室１２の下部に落ちていき洗浄室１２の下部で回収される。この実施形態では、例えば、洗浄室１２の下部に形成された複数の空気流出口１２ｂ１を通じてチャンバー１２ｂ２に空気が流れていく。異物は、この空気の流れに乗ってチャンバー１２ｂ２内で回収される。また、異物を回収するため、複数の空気流出口１２ｂ１に集塵フィルターを設けてもよい。

本発明者の知見によれば、平板３１の長さおよび上記空間Ａ１のアスペクト比を調整することによって、上下方向において隣り合う平板３１の間で区切られる空間Ａ１に適度な渦流が発生する。空間Ａ１のアスペクト比（Ｌ１／Ｗ１）は、例えば、平板３１の長さＬ１と、上下方向において隣り合う平板３１の距離Ｗ１との比（Ｌ１／Ｗ１）で規定される。上下方向において隣り合う平板３１の間で区切られる空間Ａ１に適度な渦流が発生することによって、当該空間Ａ１に入った異物を当該空間Ａ１内に留め、当該異物の速度を減速させることができる。そして、送風装置１６によって生じる洗浄室１２内の上から下への空気の流れによって、空間Ａ１から出た異物を洗浄室１２の下部に落下させることができる。

ここで、本発明者は、上下方向において隣り合う平板３１の距離Ｗ１および平板３１の長さＬ１を変えて、上下方向において隣り合う平板３１の間で区切られる空間Ａ１のアスペクト比（Ｌ１／Ｗ１）が異なる内壁１２ｃ、１２ｄを有する洗浄室１２を作成した。そして、当該アスペクト比（Ｌ１／Ｗ１）と、当該内壁１２ｃ、１２ｄで減速された後の異物の速度と、上下方向において隣り合う平板３１の間で区切られる空間Ａ１内で異物が反射する回数との関係を調べた。ここで、内壁１２ｃ、１２ｄで減速された後の異物の速度は、換言すると、内壁１２ｃ、１２ｄに当たった後で、内壁１２ｃ、１２ｄから離れていく異物の速度である。

ここで、洗浄室１２および平板３１は、透明なアクリル板で作製するとよい。そして、洗浄室１２内に予め定められた形状のワークを配置し、所定量の異物を載せて、エアブローによって異物を吹き飛ばすと良い。

そして、内壁１２ｃ、１２ｄおよびその周辺部分を高速度カメラで撮影するとよい。そして、高速度カメラにて撮影された動画を基に、内壁１２ｃ、１２ｄで減速された後の異物の速度および内壁１２ｃ、１２ｄでの異物の反射回数を測定するとよい。また、上記空間Ａ１に渦流が発生しているか否かは、例えば、粒子イメージ流速計測法（ＰＩＶ：Particle Image Velocimetry)を利用した微粒子可視化装置によって検知するとよい。ここで、微粒子可視化装置には、例えば、西華デジタルイメージ株式会社社製の粒子画像流速計が用いられうる。また、アルミ製の所定の平板形状のワークを用意し、洗浄室１２内で保持材１４によってワークを水平に保持すると共に、ワークの平板部分に所定量の異物を配置した。ワークに再付着する異物は、ワークから異物が吹き飛ばされる条件でブロー装置１８から空気を吹き付けるとともに、ワークに光を当てつつ、異物が再び付着したか否かを目視にて観測した。

ここで、図３は、アスペクト比（Ｌ１／Ｗ１）と、内壁１２ｃ、１２ｄで減速された後の異物の速度および内壁１２ｃ、１２ｄでの異物の反射回数の関係を示すグラフである。図３に示すグラフでは、上下方向において隣り合う平板３１の距離Ｗ１を５０ｍｍとし、平板３１の長さＬ１を変えて、上記空間Ａ１のアスペクト比（Ｌ１／Ｗ１）が変えられている。そして、送風装置１６によって生じる、洗浄室１２内で上から下に向かう空気の流れを６ｍ／ｓとした。そして、ノズルの出口速度を１６０ｍ／ｓに調整したブロー装置１８によって空気をワークＷに吹き付けた。

Ｂ１のグラフに示すように、この条件では、アスペクト比（Ｌ１／Ｗ１）が増加するにつれて、反射回数が多くなる。Ｂ２のグラフに示すように、内壁１２ｃ、１２ｄで減速された後の異物の速度が遅くなることが確認された。特に、アスペクト比（Ｌ１／Ｗ１）が１以上では、ワークに異物が再付着する事象も確認されなかった。

図４は、平板３１の長さＬ１と、上下方向において隣り合う平板３１の間で区切られる空間Ａ１のアスペクト比（Ｌ１／Ｗ１）と、渦流の発生の有無との関係を示す表である。ここでは、平板３１の長さＬ１および上下方向において隣り合う平板３１の距離Ｗ１を変えて、上記の空間Ａ１での渦の発生の有無を調べた。

かかる観点において、内壁１２ｃ、１２ｄに対して直交する方向における、平板３１の長さＬ１は、例えば、３０ｍｍ以上６０ｍｍ以下であるとよい。本発明者の知見によれば、平板３１の長さが３０ｍｍ以上６０ｍｍ以下であることによって、平板３１の間の空間Ａ１に渦流が生じやすくなり、ワークＷから飛ばされた異物を捕捉しやすくなる。さらに、内壁１２ｃ、１２ｄの上下方向に沿った縦断面において、複数の平板３１のうち、上下方向において隣り合う平板３１の間で区切られる空間Ａ１のアスペクト比（Ｌ１／Ｗ１）は、２以上３以下であるとよい。本発明者の知見によれば、このようなアスペクト比（Ｌ１／Ｗ１）になるように、空間Ａ１を形成することによって、ワークＷから飛ばされた異物がさらに捕捉しやすくなる。本発明者の知見によれば、特に、内壁１２ｃ、１２ｄに対して直交する方向において、平板３１の長さが４０ｍｍ以上５０ｍｍ以下である場合には、上述した空間Ａ１のアスペクト比は、１以上でもよい。

このように洗浄室１２の内壁１２ｃ、１２ｄには、複数の突起または複数の凹部が上下方向に沿って予め定められた間隔で設けられているとよい。このような内壁１２ｃ、１２ｄは、ブロー装置１８によって吹き飛ばされた異物の飛散速度を低減させる。内壁１２ｃ、１２ｄに衝突する異物が反射する回数が、少なく抑えられる。この場合、複数の突起または複数の凹部は、上下方向に沿って予め定められた間隔をあけて洗浄室１２内に突出するように設けられた複数の平板３１によって形成されていることに限定されない。また、この実施形態では、複数の平板３１は、それぞれ内壁１２ｃ，１２ｄに対して直交する方向に延びているが、平板３１が延びる方向もこれに限定されない。

以上のとおり、内壁１２ｃ、１２ｄに設けられる複数の突起または複数の凹部は、ワークＷから吹き飛ばされる異物の速度を減速させる機能を有するとよい。かかる観点において、内壁１２ｃ、１２ｄに設けられる複数の突起または複数の凹部は、上述した形態に限定されない。例えば、図５および図６は、それぞれ他の実施形態における内壁１２ｃの縦断面図である。洗浄室１２の内壁１２ｃは、図５に示すように、内壁１２ｃに対して直交する方向において長い平板３２と短い平板３３とが、内壁１２ｃの上下方向に沿って順に配置されていてもよい。また、図６に示すように、内壁１２ｃの複数の突起または複数の凹部は、上下方向に予め定められた間隔をあけて洗浄空間内に突出するように設けられた複数の突条３４で構成されていてもよい。この場合、突条３４は、先端ほど細くなっていてもよい。

以上、ここで提案されるエアブロー式洗浄装置１０の一実施形態を説明した。ここで提案されるエアブロー式洗浄装置１０は、図１に示すように、洗浄室１２と、保持材１４と、送風装置１６と、ブロー装置１８を備えているとよい。ここで、保持材１４は、洗浄室１２内に配置されており、ワークＷを保持する部材である。送風装置１６は、洗浄室１２内に上から下に向けて空気の流れを生じさせるための装置である。ブロー装置１８は、保持材１４に保持されるワークＷに向けて空気を吹き付けるための装置である。ここで、洗浄室１２の内壁１２ｃ、１２ｄには、複数の突起または複数の凹部が上下方向に沿って予め定められた間隔で設けられている。このエアブロー式洗浄装置１０では、ブロー装置１８によって保持材１４に保持されたワークＷから吹き飛ばされた異物の速度が、洗浄室１２の内壁１２ｃ、１２ｄに設けられた複数の突起または複数の凹部によって減速する。そして、送風装置１６によって、洗浄室１２内に上から下に向けて空気の流れが生じている。このため、速度が減速した異物は、ワークＷに再び付着しにくく、かつ、洗浄室１２の下部に落下して回収されやすい。内壁１２ｃ、１２ｄに複数の突起または複数の凹部が設けられる間隔は、予め定められているとよく、一定でもよいし、ランダムに設定されてもよい。

ここで、内壁１２ｃ、１２ｄは、図１に示すように、上下方向に沿って予め定められた間隔をあけて洗浄室１２内に突出するように設けられた複数の平板３１を有していてもよい。この場合、複数の平板３１のうち上下に隣接する平板３１の間の空間Ａ１によって、吹き飛ばされた異物の速度が減速される。

この場合、平板３１は、内壁１２ｃ、１２ｄに対して直交する方向に延びているとよい。また、内壁１２ｃ、１２ｄに対して直交する方向において、平板３１の長さは３０ｍｍ以上６０ｍｍ以下であるとよい。この場合、上記の空間Ａ１に渦流が生じやすく、異物の速度が減速されやすい。この場合、内壁１２ｃ、１２ｄの上下方向に沿った縦断面において、複数の平板３１のうち、上下方向において隣り合う平板３１の間で区切られる空間Ａ１のアスペクト比（Ｌ１／Ｗ１）は、２以上３以下であるとよい。

なお、内壁１２ｃ、１２ｄに対して直交する方向において、平板３１の長さが４０ｍｍ以上５０ｍｍ以下である場合には、上記の空間Ａ１のアスペクト比は、１以上３以下であってもよい。この場合、特に上記の空間Ａ１に渦流が生じやすく、異物の速度が減速されやすい。また、図６に示すように、洗浄室１２の内壁１２ｃ、１２ｄに設けられる、複数の突起または複数の凹部は、図１に示されるような平板３１に限定されない。

以上、ここで提案されるエアブロー式洗浄装置について、種々説明したが、特に言及されない限りにおいて、ここで挙げられた実施形態および実施例は、本発明を限定しない。

１０エアブロー式洗浄装置
１２洗浄室
１２ａ天井
１２ａ１空気流入口
１２ｂ床
１２ｂ１空気流出口
１２ｂ２チャンバー
１２ｂ３負圧形成装置
１２ｃ，１２ｄ内壁
１４保持材
１６送風装置
１８ブロー装置
３１〜３３平板
３４突条
Ｗワーク

Claims

洗浄室と、
前記洗浄室内に配置された保持材と、
前記洗浄室内に上から下に向けて空気の流れを生じさせる送風装置と、
前記保持材に保持されるワークに向けて空気を吹き付けるブロー装置と
を備え、
前記洗浄室の内壁は、上下方向に沿って予め定められた間隔をあけて前記洗浄室内に、前記内壁に対して直交する方向に突出する複数の平板を有し、
前記内壁に対して直交する方向において、前記平板の長さは３０ｍｍ以上６０ｍｍ以下であり、かつ、
前記内壁の上下方向に沿った縦断面において、前記複数の平板のうち、上下方向において隣り合う平板の間で区切られる空間のアスペクト比は、２以上３以下である、
エアブロー式洗浄装置。
洗浄室と、
前記洗浄室内に配置された保持材と、
前記洗浄室内に上から下に向けて空気の流れを生じさせる送風装置と、
前記保持材に保持されるワークに向けて空気を吹き付けるブロー装置と
を備え、
前記洗浄室の内壁は、上下方向に沿って予め定められた間隔をあけて前記洗浄室内に、前記内壁に対して直交する方向に突出する複数の平板を有し、
前記内壁に対して直交する方向において、前記平板の長さが４０ｍｍ以上５０ｍｍ以下であり、かつ、
前記内壁の上下方向に沿った縦断面において、前記複数の平板のうち、上下方向において隣り合う平板の間で区切られる空間のアスペクト比は、１以上３以下である、
エアブロー式洗浄装置。