JPH03109982A - 超音波洗浄方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、工具や部品類などの被洗浄物を、洗浄液中に
浸漬したうえで超音波振動を利用して洗浄する超音波洗
浄方法とその装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来、超音波を利用して洗浄する場合、−船釣に、洗浄
槽内に貯留した洗浄液中に被洗浄物を浸漬し、その洗浄
槽を開放した状態で超音波振動子を洗ｆｆｌ液中に浸し
て洗浄液を超音波振動させていた。そのほか、洗浄槽を
密閉して圧縮空気を供給することにより、洗浄槽内の圧
力を高めて超音波洗浄する装置が提案されている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、従来の一般的な洗浄方法あるいは洗浄装
置では、洗浄液が超音波振動した際に発生づ−るキャビ
テーションのエネルギーが小さいため、６し浄効果が低
かった。したがって、被洗浄物の汚れが除去されるまで
に長時間を要したり、汚れの種類によっては汚れを十分
に除去できなかったりしていた。このため、−旦洗ａト
した後に手拭き作業を行なったり、洗浄液自体の洗浄効
果を改善したりする必要があった。

また、洗浄槽内の圧力を高ぬて超音波洗浄する装置の場
合も、洗浄液の温度や液面の高さが制御されてし）ない
ため、超音波振動により発生するギヤピテーンヨンの洗
浄効果が最大となる深さに、被洗浄物を浸漬することが
できなかった。したがって、前者の場合と同様に洗浄時
間が長かったり、洗浄ムラが生じたりするなどの問題が
あった。

本発明は上述した問題点を解決するためになされたもの
で、超音波振動による洗浄効果を向上して、被洗浄物の
ｔηれを短時間でしかも確実に除去できる洗浄方法とそ
の装置を提供することを目的としている。

［課題を解決するための手段］ 」−記した目的を達成するために、本発明の洗浄方法は
、液温または液面の高ざもしくはその双方を制御された
洗浄液中に被洗浄物を所定深ざまで浸漬する第一のステ
ップと、前記洗浄液が満たされた洗浄槽を密閉するとと
もに、その洗浄槽内に圧縮空気を供給することによって
、洗浄槽の内部の圧力を上昇させる第二のステップと、
前記洗浄槽に設けられた超音波振動子により前記洗浄液
を介して被洗浄物に一定時間キャビテーションを付与す
ることによって超音波洗浄を行う第三のステップと、３
：Ｗｆ’槽内の圧縮空気を排出することによって、６シ
ａト槽の内部を減圧するととらに、洗浄槽の内部が大気
圧に復した後に、前記密閉を解除する第四のステップと
よりなることを特徴とするものである。

そして、請求項２記載のように、前記第二のステップと
、第三のステップとの間に、被洗浄物を一時的に傾斜さ
せることにより、被洗浄物の有する穴、凹所等の内部に
洗浄液を充満させるステップを設けたり、請求項３記載
のように、前記第三のステップにおいて、前記超音波振
動子により洗浄液中に発生したキャビテーションが被洗
浄物の各部に対して均等にイて１与されるように被洗浄
物を略垂直な軸線の周りに回転させたりすることが好ま
しい。

また、本発明の洗浄装置は、洗浄液を満たずための洗浄
槽と、その洗ｉ’ｆ槽の洗浄液の温度または液面の高さ
もしくはその双方を一定に保つための制御手段と、被洗
浄物を前記洗浄液中の所定の深さに浸漬するための手段
と、前記洗どｆト槽に設（）られ、洗ａＦ液を介して被
洗ａＩ物に；）−ヤビテーンヨンをイ・］！−ｊするた
めの超音波振動子と、前記洗浄槽を密閉し、洗浄槽内部
を気密状態に保持するための密閉手段と、］１１１記の
密閉された洗浄槽の内部に圧縮空気を供給し、洗浄終了
後に排除するための圧縮空気給排気手段とよりなること
を特徴とするものである。

そして、請求項５記載のように、前記の被洗浄物を洗浄
液中に浸漬させるための手段が一時的に被洗浄物を傾斜
させ、被洗浄物の有する穴、凹所等の内部に洗浄液を充
嵩させる手段を備えたり、請求項６記載のように、前記
超音波振動子に、］；り洗浄液を介して被洗浄物にキャ
ビチーシロンが付与されている時、被洗浄物を略垂直な
軸線の周りに回転させる手段を備えたりすることが、好
ましい。

［作用〕 上記の構成を有する本発明の洗浄方法及び洗浄装置によ
れば、加圧下で洗浄液を超音波振動させることによりそ
の超音波が洗浄液中を伝搬するどきに発生ずるキャビチ
ーシロンのエネルギーを、常圧下で発生ずるキャビチー
シロンのエネルギーに比べて高くすることができ、その
移動速度も速くなる。これにより、洗浄液中に浸漬され
た被洗浄物に対し前記キャビテーションによって生じた
気泡が衝突する力が大きく、また衝突時に気泡が破裂す
るツノも大きい。しかも、洗浄槽内の洗浄液の温度や液
面の高さを制御することにより、被洗浄物に対して最も
洗浄効果の高くなった位置でキャビテーションをイ」勾
できる。したがって、被洗浄物に（＝Ｉ着している汚れ
は、これに衝突する気泡により簡単に且つ短時間に除去
される。また被洗浄物が複雑な形状をしている場合にも
、汚れが確実に除去される。

また請求項２記載の洗浄方法あるいは請求項５記載の洗
浄装置によれば、被洗浄物が穴や凹所等を有する場合に
も、それらの内部に洗浄液が充満し、内部の汚れを残さ
ずに除去ずろ。

さらに請求項３記載の洗浄方法あるいは請求項６の洗浄
装置に、にれば、キャビチーシロンにより生じる気泡が
被洗浄物に対して満遜なく作用し、汚れが部分的に残る
こともない。

［実施例］ 以下、本発明を具体化した実施例を図面を参照して説明
する。

第１図は第１実施例にかかる洗浄装置を示す中央縦断面
図である。同図に示すように、−に端を開口した円筒状
の洗浄装置本体１の中央部に、上端を開口した円筒状の
洗浄槽２が設（Ｊられ、その洗浄槽２の底面に超音波振
動装置２１が設（Ｊられでいる。洗浄槽２の高さは、超
音波振動装置２１により発生ずる超音波の波長の１７２
の整数倍に設定され、洗浄槽２から溢れ出た洗浄液Ａを
、洗浄槽２の周囲の一部に設けた、余剰洗浄液への回収
槽３で回収するようになっている。

なお超音波の波長は、洗浄液Ａの温度によってら変化す
るので、本実施例では後述するように液温も制御できる
ようにしている。また回収槽３と反対側で洗浄槽２の周
囲に、洗浄液Ａの流入室４が設けられており、この流入
室４に面する洗浄槽２の周壁２ａには、洗浄液Ａの流入
口２１）が高さ方向に間隔をあ＋３で多数穿設されてい
る。

前記回収槽３の底部に開設した開口３ａと流入室４の底
部に開設した開１］４ａとが、循環ポンプ５を介設した
循環バイブロで接続されている。

また装置本体１には、その外周壁１ｂに沿って円環状の
冷却水ジャケット７が一体に形設されている。このジャ
ケット７は、装置本体■内の洗浄液Δを冷却してその温
度を所定温度に制御するもので、ジャケット７には給水
管７ａと排水管７ｂとが接続されている。また給水管７
ａの給水口には、電磁式開閉弁８が介設されており、こ
の開閉弁８は、洗浄槽２内に配備した温度センサー９ａ
、、９ｂによって開閉操作される。すなわち、超音波振
動装置２１を作動したときに、その超音波エネルギーに
よって洗浄液Δの温度が」−昇を始め、温度センサー９
８が洗浄液Δの温度があらかじめ設定した温度以上にな
ったことを検知づ−ると、電磁式開閉弁８が開放されて
冷却水Ｃかジャケラ）・７内に導入される。−・方、温
度センサー９ｂが洗浄液への温度があらかじめ設定した
温度以］（になったことを検知゛４゛ると、電磁式開閉
弁８が閉鎖され、ンヤケット７内への冷却水Ｃの導入が
中止される。

前記洗浄槽２内の所定位置（高さ）に、格子状の受り台
１０が設置され、この受ｔ：１台１．０−．１−に、篭
１１に収容した被洗浄物Ｂを載置するようになっている
。なお、超音波振動装置２１に５１；る超音波の波長は
、洗浄槽２内に貯留される洗浄液Δの液面の高さまたは
その設定’／’ｎ！ｒ度（例えば、：（５〜４０℃）と
により決定されるので、本実施例では、超音波の波長を
洗’ｆＰ　ｌＩ＆　Ａの液面の高さおよび温度を制御し
たうえ、その振幅が最大となるところに、前記受ｊ」台
１０の位置を設定している。

装置本体１の−」二線開口１ａの外周に、フランツ１２
が突設され、このフランジ１２の」二面にＯリン１ グ１．２ａが装着されている。蓋体１３はフランジ１２
に対応する形状からなり、この蓋体１３をフランジ１２
」−に載置することにより開口１ａが閉鎖されろ。さら
に蓋体１３は、緊締具１４により締め付のられて装置本
体ｌ内を密閉状態に保持する。この緊締具１４は、蓋体
１３の上面の直径方向に延びる部分１４ａの両側下端部
に、フランジ１２の下面に係合する部分１１ｂを備え、
前記部分１．４ａの中央に貫通して螺設したねじ孔１４
ｃζこ、締（＝Ｊけ用ポルＩ司５が回転可能に螺合され
ている。また、このボルト１５の先端部が嵌合可能な嵌
合口１１ａが、前記蓋体１３の中央に開設されている。

装置本体１の外周壁１ｂの」一端部に、圧縮空気りの供
給管１６の一端が接続され、その他端は圧縮空気供給源
（図示せず）に接続されている。

また供給管１６には、圧力調節弁１７及び開閉弁１８が
順に介設されており、装置本体１内を蓋体１３及び緊締
具１４を介して密閉した状態で、開閉弁１８を開放する
ことにより圧縮空気りが装置本体Ｉ内に導入され、同時
に圧力調節弁１７で圧力が開面され、Ｇ：子種２内が所
定の圧力に保持される。また前記外周壁］、　ｂの供給
管１６の下方には、開閉弁２０を介設した空気０１出管
１９の一端が接続されており、開閉弁２０を開放止るこ
とにより装置本体１内の圧縮空気りを排１」１シて、減
圧できるようになっている。

超音波振動装置２１は、超音波振動子２２と、この振幅
を増幅するポーン２３と、超音波振動子２２を振動させ
る超音波発振器２４とからなる。ホーン２３の下端に超
音波振動子２２が連結され、ポーン２３の上端が前記洗
浄槽２の底面に固定されている。また超音波発振器２４
が超音波振動子２２に接続されている。

次に、」二記構成の超音／ｌ１６し子装置による洗浄作
業の態様を、第１図に基づいて本発明の洗Ｙｆ１方法と
あわぜて説明する。

■最初に、緊締具１４を取り外して蓋体１３を開放した
後、洗浄槽２内に洗浄液Ａをオーバーフローの状態まで
注入し、循環ポンプ５を作動して、回収ＩＩＩν３に溢
れ出した洗浄液Δを流入室４に戻し、さらに流入口２１
）から洗浄槽２内に洗浄液Ａを流入して循環させる。ま
た、超音波発振器２４を作動して超音波振動子２２を振
動させ、ホーン２３により増幅した超音波により、６Ｆ
：／Ｔト槽２内の洗浄液Ａを超音波振動させる。その超
音波エネルギーによって洗浄液への温度が」二昇を始め
、温度センサー９ａが洗浄液Δの温度があらかじめ設定
した温度以上になったことを検知すると、電磁開閉弁８
が開放されて冷却水Ｃがジャケット７内に導入される。

一方、温度センサー９ｂが洗浄液Ａの温度があらかじめ
設定した温度以下になったことを検知するど、電磁式開
閉弁８が閉鎖され、ノヤケット７内への冷却水Ｃの導入
が中止される。こうして洗浄槽２内に貯留される洗／′
ｐ−液Ａの液面の高さとその温度（例えば、３５〜４０
℃）とが制御される。この状態で、篭１１に収容した被
洗浄物Ｂを、篭１１とともに洗浄槽２内の受は台１０上
に載置する。

これにより、洗浄槽２内の洗浄液Ａの温度または液面の
高さあるいはそれらの双方が制御された洗浄液Δ中の所
定位置に、被洗浄物Ｉ３を浸漬するという、本発明の洗
浄方法の第一のステップが終了する。

■装置本体ｌの」一端のフランツ１２」−に蓋体１：（
をかぶせて開口を閉鎖した後、緊締具１４を蓋体１３に
取り何１）て締付番〕ポルト１５を締め（＝Ｊ（Ｊて装
置本体１内を密閉する。ごの状態で、開閉弁１８を開放
して、圧縮空気りを装置本体Ｉ内に導入することにより
、圧力調節弁１７で圧力が自動的に調節され、洗浄槽２
内が所定の圧力に保持される。

これにより、洗浄液Ａが貯留された洗浄槽２内を密閉し
圧縮空気を供給して加圧するという、本発明の洗浄方法
の第二のステップが終了する。

■超音波発振器２４の前記作動状態をそのまま一定時間
継続して超音波振動子２２を振動ざ口、ポーン２３によ
り増幅した超音波により、洗浄槽２内の洗浄液Ａを超音
波振動させる。この超音波振動に基づき超音波が洗浄液
Ａ中を伝搬するときに生ずる気泡の生成及び破裂と、気
泡の振５５ 動とによって、被洗浄物Ｂの周囲に一種の流れが起こる
。しかも、洗浄槽２内が加圧状態に保持されているため
、キャビテーション閾値が高くなる。したがって、気泡
（キャビテーション）の生成及び破裂のエネルギーが常
圧時に比較して大きくなり、また被洗浄物Ｂの周囲の流
れも勢いが強くなり、被洗浄物Ｂに付着している汚れが
、簡単に且つ短時間で確実に除去される。

これにより、密閉した洗浄槽２内の洗浄液Ａを超音波振
動させて被洗浄物Ｂにキャビテーションを付与して超音
波洗浄するという、本発明の洗浄方法の第二のステップ
が終了する。

■最後に、加圧用開閉弁１８を閉じると共に、排気用開
閉弁２０を開放して、洗浄槽２（装置本体１）内の圧縮
空気りを排出して大気圧に戻す。

それから緊締具１４の締付はボルト１５を緩めて蓋体を
開放して、洗浄槽２内から篭１１を引き上げて、洗浄済
みの被洗浄物Ｂを取り出す。

これにより、密閉した洗浄槽２内の圧縮空気を排出して
大気圧に減圧し、密閉状態を解除し６ て被洗浄物Ｂを取り出ずという、本発明の洗浄方法の第
四のステップが終了し、一連の洗浄作業が全て終了する
。

次に、本発明の超音波６ＬｒＰ装置の他の実施例につい
て説明する。

第２図は第２実施例にかかる超音波洗浄装置の要部を示
す中央縦断面図である。本実施例の洗浄装置が上記実施
例の洗浄装置と相違するところは、同図に示すように、
受（：１台１０“を傾斜できるように構成した点である
。ずなイつち、洗浄槽２の周壁２ａの内側に支持部材３
１を突設し、この支持部側３１の先端部に受は台１０°
の一端部を回動自在に枢支している。そして、枢支部３
１ａの直ぐ下方の位置で相対向する周壁２ａ間に傾動部
材３２の基端部を回転軸３２ａを介して回動自在に枢支
し、その回転軸３２ａの一端部にベベルギヤ（図示且ず
）などの歯車機構を介して駆動モータ３３の駆動軸３３
ａを連結し、駆動モータ３３の回転により受は台１０゛
を傾動できるようにしている。なお符号３４は、傾動部
材３２の先端部に枢着した当接部材、３５は、受は台Ｉ
Ｏ’上に設けた、前記篭１１の固定部材である。本実施
例の洗浄装置によれば、被洗浄物Ｂを洗浄する際に、駆
動モータ３３により傾動部材３２を介して受は台１０°
を適宜傾斜させたり、水平に戻したりして洗浄できるの
で、被洗浄物Ｂか穴や凹所などをもつ場合にも、それら
の内部まで十分に洗浄できるという効果がある。

第３図は第３実施例にかかる超音波洗浄装置の要部を示
す中央縦断面図である。本実施例の洗浄装置が上記各実
施例の洗浄装置と相違するところは、同図に示すように
、受は台１０”を回転できるように構成した点である。

すなわち、洗浄槽２の周壁２ａの内側から内方に、円周
方向に間隔をあげて複数の支持具（図示せず）を突設し
、各支持具の先端に受ｆ′Ｊローラ４Ｉを回動可能に取
着し、円形の受は台１０“を受はローラ４１上に回動自
在に載置する。そして、受１１台１０”の外周に環状の
歯車４２を形設すると共に、この歯車４２に噛合する歯
車４３を駆動モータ４４により回転させて、受１′Ｊ台
１０”を回転できるようにしている。本実施例の洗浄装
置によれば、被洗浄物Ｉ３を洗ａトする際に、駆動モー
タ４４により来車４２及び４３を介して受は台１０゛′
を回転さＵ″ながら洗浄できるので、篭ｌ】内に収容し
た複数個の被洗浄物Ｂを満遍なく均等に洗浄できるとい
う効果がある。

なお、本実施例においては、液面の高さを超音波振動装
置２１より発生！ｌ−る超音波の波長の１、／　？、の
整数倍に設定し、常にその状態を保持するように液〃１
を−・定に制御するようにしたが、液温の変化を検出し
、その’ｆ＆　２Ｎに応じて変化ずろ超音波の波長に合
イっせて該波長の１７２の整数倍に液面の７Ｈ７；ざが
なるよ・うに液面の高さを制御刈ると共に、被洗浄物Ｂ
の（装置ち最適の位置に変更制Ｇｌｌするようにしても
よい。

また、本発明の洗浄方法及び洗浄装置は、上記した各実
施例に限定されるものでなく、例えば一部あるいは全部
を自動化するなど、本発明の趣旨から逸脱しない範囲で
各部を変更するこ１９ とができる。

［発明の効果］ 以上詳述したことから明らかなように、本発明の洗浄方
法及び洗汀１装置によれば、下記の効果がある。

すなわち、洗浄液の温度か液面高ざの少なくと６一方を
制御することにより、キャビテーション強度の最大位置
を決定でき、その最大位置に被洗浄物を設置するととも
に、洗浄槽内を加圧状態にして超音波を発生することが
できるので、従来の洗浄方法及び洗浄装置に比べて、洗
浄効果が大幅に優れ、短時間で容易且つ確実に被洗浄物
の汚れを除去することができる。

また請求項２記載の洗浄方法または請求項５記載の洗浄
装置によれば、被洗浄物が穴や凹所等を有する場合にも
、それらの内部に洗浄液を充満させて洗浄できるので、
内部の汚れも残さず除去できる さらに請求項３記載の洗浄方法または請求項６記載の洗
浄装置によれば、被洗浄物に対しキャビテーションが満
遍なく作用するので、ｔりれが部分的に残ることもない
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の超音波洗浄装置の第１実施例を示す中
央縦断面図、第２図は本発明の第２実施例にかかる超音
波洗浄装置の要部を示す中央縦断面図、第３図は本発明
の第３実施例にかかる超音波振動装置の要部を示ず中央
縦断面図である。 ｌ・・装置本体、２・・洗浄槽、７・・・冷却水ジャケ
ット、７ａ・・給水管、８・・電磁式開閉弁、１０．１
０’、１０”・・・受は台、１３・魚体、１４・・・緊
締具、１６・圧縮空気の供給管、Ｉ８　　開閉弁、２Ｉ
・超音波振動装置、２２・超音波振動子、３２・・傾動
部材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、液温または液面の高さもしくはその双方を制御され
   た洗浄液中に被洗浄物を所定深さまで浸漬する第一のス
   テップと、 前記洗浄液が満たされた洗浄槽を密閉するとともに、そ
   の洗浄槽内に圧縮空気を供給することによって、洗浄槽
   の内部の圧力を上昇させる第二のステップと、 前記洗浄槽に設けられた超音波振動子により前記洗浄液
   を介して被洗浄物に一定時間キャビテーションを付与す
   ることによって超音波洗浄を行う第三のステップと、 洗浄槽内の圧縮空気を排出することによって、洗浄槽の
   内部を減圧するとともに、洗浄槽の内部が大気圧に復し
   た後に、前記密閉を解除する第四のステップとよりなる
   ことを特徴とする超音波洗浄方法。 ２、前記第二のステップと、第三のステップとの間に、
   被洗浄物を一時的に傾斜させることにより、被洗浄物の
   有する穴、凹所等の内部に洗浄液を充満させるステップ
   を設けた請求項１記載の超音波洗浄方法。 ３、前記第三のステップにおいて、前記超音波振動子に
   より洗浄液中に発生したキャビテーションが被洗浄物の
   各部に対して均等に付与されるように被洗浄物を略垂直
   な軸線の周りに回転させる請求項１または２記載の超音
   波洗浄方法。 ４、洗浄液を満たすための洗浄槽と、 その洗浄槽の洗浄液の温度または液面の高さもしくはそ
   の双方を一定に保つための制御手段と、 被洗浄物を前記洗浄液中の所定の深さに浸漬するための
   手段と、 前記洗浄槽に設けられ、洗浄液を介して被洗浄物にキャ
   ビテーションを付与するための超音波振動子と、 前記洗浄槽を密閉し、洗浄槽内部を気密状態に保持する
   ための密閉手段と、 前記の密閉された洗浄槽の内部に圧縮空気を供給し、洗
   浄終了後に排除するための圧縮空気給排気手段とよりな
   ることを特徴とする超音波洗浄装置。 ５、前記の被洗浄物を洗浄液中に浸漬させるための手段
   が一時的に被洗浄物を傾斜させ、被洗浄物の有する穴、
   凹所等の内部に洗浄液を充満させる手段を備えている請
   求項４記載の超音波洗浄装置。 ６、前記超音波振動子により洗浄液を介して被洗浄物に
   キャビテーションが付与されている時、被洗浄物を略垂
   直な軸線の周りに回転させる手段を備えている請求項４
   または５記載の超音波洗浄装置。