JPH05345173A - ワークの洗浄方法及び洗浄装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】キャビテーション作用を利用した洗浄において
ワークの洗浄効果を高めることのできる洗浄方法とそれ
を実施する洗浄装置の提供。 【構成】ポンプにて、貯液槽内に貯溜される洗浄液と、
気体供給手段より供給される気体を吸入し、ポンプ内に
おいて洗浄液と気体との気液混合気を形成し、この気液
混合気を洗浄槽の洗浄液中に開口する噴射ノズルより洗
浄槽内に配置されるワークに向けて噴射し、気液混合気
中に均一に微細化して混入された気泡のキャビテーショ
ン作用と洗浄液の持つ物理的な直射力とによってワーク
を洗浄する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、機械加工等によって形
成される物品の加工時における切粉、加工時に使用され
る切削油、研磨材及び表面に付着せる異物等を除去する
洗浄方法及び該洗浄方法を実施する為の洗浄装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の洗浄装置の一例として特開平２−
２２２７６０号公報がある。これは、洗浄液槽内に置い
たワークに超高圧ジェット噴流液を当てたものであっ
て、洗浄液槽内に置かれたワークに、洗浄液槽内から超
高圧ジェット噴流液を噴射するノズルと、洗浄液中にあ
ってこの超高圧ジェット噴流液に気体を混入する気体混
入手段を備え、気体混入手段から供給される気体を超高
圧ジェット噴流液とともにワークに噴射したものであ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】かかる従来の洗浄装置
によると、ノズルから噴射される超高圧ジェット噴流液
に気体混入手段から供給される気泡が巻き込まれてキャ
ビテーション気泡となり、これらがワークに当たる。こ
のとき、このキャビテーション気泡はノズルから一定の
距離で圧縮、膨張をくり返して非常に大きな衝撃圧力を
発生してキャビテーション作用をなすものであって、こ
のキャビテーション作用と、ノズルから噴射されるジェ
ット噴流液自身がもつ物理的な直射力とによりワークの
洗浄が行なわれる。かかる洗浄装置によると、ノズルか
ら噴射されるジェット噴流液と気体混入手段から供給さ
れる気体（気泡）とが良好に混合されない恐れがある。
これは、洗浄液槽内に供給されて洗浄液槽内を上昇する
気体にジェット噴流液を当ててこの気体をジェット噴流
液に混入させたり、あるいはノズル前端に気室を設ける
とともに気室内に気体を供給し、この気室を通るジェッ
ト噴流液に気体を混入させたり、更にはジェット噴流液
が通過するベンチュリ管の絞り部に気体を供給すること
によってジェット噴流液に気体を混入したことによるも
のである。すなわち、前記第１の方法によると、洗浄液
槽内を上昇する気体は気体自身が有する浮力及び噴射圧
力によって上昇してジェット噴流液に混入されるもので
洗浄液槽内に供給された気体が全てキャビテーション作
用を成すものでなく、しかも気体は必ずしもジェット噴
流液に向かうものではなく気体が均一に混入されない恐
れがある。又、前記第２の方法によると、気体はノズル
前端に設けた気室内へ供給され、ジェット噴流液は気室
の先端にあってワークに対向する開口より噴出する。こ
れによると気室の開口部をジェット噴流液が高速で流れ
ることによって開口部において大きな負圧が発生し、開
口部にて気室内に供給された気体がジェット噴流液に巻
き込まれて混入するものであるが、ジェット噴流液の中
心部分迄気体が混入されにくく、ジェット噴流液に対し
て均一に気体を混入できない。又、第３の方法による
と、ベンチュリ管の絞り部に開口する気体供給路より絞
り部を流れるジェット噴流液によって生ずる負圧にて、
気体を絞り部内へ吸出するが、気体供給路が絞り部の一
側に開口するので、開口近傍の絞り部を流れるジェット
噴流液には気体が混入されるもののジェット噴流液全体
に渡って均一に気体を混入できない恐れがある。

【０００４】以上述べた如く、ワークに向けて噴射され
るジェット噴流液に気体を均一に混入できないことは、
ノズルから噴射された後のジェット噴流液に対して気体
を混入させたことに起因するもので、ワークに対して片
寄った気泡が作用することになる。而してワークに対し
て均一なるキャビテーション作用をなすことが困難であ
ってワークの洗浄効果が阻害される。

【０００５】又、洗浄液槽内に配置されたノズル（ノズ
ルは大気中に配置されない）から噴射されるジェット噴
流液の噴流速度によって気体混入手段から供給される気
体をジェット噴流液に巻き込んで細かな気泡とする為に
はノズルから噴射されるジェット噴流液の噴射圧力は１
００〜８００Ｋｇ／Ｃｍ2 と超高圧に維持する必要があ
る。これによると液体を加圧する為のポンプを高圧型の
ポンプとする必要があり、更にはノズルに至る液体通路
の配管系統の耐圧性を充分にあげる必要があり、装置の
製造コスト高を招来して好ましいものでない。

【０００６】又、ノズルから噴射されるジェット噴流液
に気体混入手段から気体を混入させたので、洗浄液槽に
気体供給路を開口して設けたり、あるいは気室に気体供
給路を開口したり、更にはベンチュリ管に気体供給路を
開口することが必要となる。これによると、気体供給路
のとりまわしが困難となるもので特に洗浄液槽内に配置
される気室、ベンチュリ管への気体供給路の設置を容易
に行なうことができない。

【０００７】本発明は、前記課題に鑑みなされたもの
で、キャビテーション作用を利用した洗浄方法にあって
ワークの洗浄効果を高めることのできるワークの洗浄方
法を提供するとともに前記洗浄方法を実施するに最適な
るワークの洗浄装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明になるワークの洗
浄方法は、貯液槽内の洗浄液と、気体供給手段より供給
される気体とをポンプにて吸引するとともにポンプ内に
おいて撹拌、混合された洗浄液と気体との気液混合流
を、内部に洗浄液が貯溜された洗浄槽の洗浄液中に配置
された噴射ノズルより洗浄槽内にあるワークに向けて噴
射することによって前記目的が達成される。

【０００９】又、本発明になるワークの洗浄装置は、内
部に洗浄液が貯溜された貯液槽と、気体を供給する気体
供給手段と、貯液槽内の洗浄液と、気体供給手段より供
給される気体とを吸入するとともに洗浄液と気体とを撹
拌、混合して洗浄液と気体との気液混合気を加圧して吐
出するポンプと、内部に洗浄液が貯溜されるとともにワ
ークが配置された洗浄槽と、洗浄槽内の洗浄液中に配置
されて、ポンプより加圧、供給される気液混合気をワー
クに向けて噴射する噴射ノズルとを備えることによって
前記ワークの洗浄方法の実施を図ることができる。

【００１０】

【作用】洗浄槽内に配置された噴射ノズルより洗浄槽内
にあるワークに向けて気液混合気が噴射される。これ
は、ポンプが貯液槽内にある洗浄液と気体供給手段より
供給される気体とを吸引するとともにポンプ内で洗浄液
と気体とを撹拌、混合することによって形成されるもの
で、かかる気液混合気は洗浄液と気体とが均一状態に混
合される。而してワークに向けて均一で且つ、微細に混
合された気液混合気を噴射できるもので、微細化された
均一なる気泡は、ワークに衝突して圧縮されて破壊する
ことにより生起する衝撃力及びワークに衝突して変形し
てワーク表面より反発することによってワーク表面に対
して生ずるハク離力とをワークに作用させ、更には噴流
液の持つ物理的な直射力との相乗作用によってワークの
洗浄を効果的に行なうことができる。

【００１１】

【実施例】本発明の一実施例を図１によって説明する。
１は内部に洗浄液Ｗが貯溜された貯液槽であり、市水
（脱気水でも可）が用いられる。但し、この洗浄液Ｗは
市水のみに限定されるものでなく、ワークの洗浄に適し
た液体（例えば市水に防請液を混入）であれば良い。２
は貯液槽１内の洗浄液Ｗが後述するポンプにて供給さ
れ、内部に洗浄液Ｗを貯溜することのできる洗浄槽であ
り、洗浄すべきワークＡは洗浄槽２内の洗浄液Ｗ内に配
置される。３は吸入路３Ａより流体を吸入し、吐出路３
Ｂより流体を加圧して吐出するポンプであり、前記吸入
路３Ａはフィルター４を介して貯液槽１内の洗浄液Ｗ内
に連なるとともに気体供給手段５に連なる。本例にあっ
ては、気体供給手段５より空気を送るようにしたので、
気体供給手段５は空気を濾過するフィルターと吸入路３
Ａに連なる空気路とにより構成される。すなわち、ポン
プ３の吸入路３Ａには、貯液槽１内の洗浄液Ｗと、気体
供給手段５からの空気とが供給されることになる。一
方、ポンプ３の吐出路３Ｂは洗浄槽２の洗浄液Ｗ内にあ
ってワークＡに向かい一定距離をもって開口する噴射ノ
ズル６に連なる。

【００１２】ワークＡの洗浄は以下によって行なわれ
る。洗浄槽２の洗浄液Ｗ内にある治具上にワークＡを配
置し、次いでポンプ３を駆動する。ポンプ３の駆動によ
ると、ポンプ３の吸入作用（負圧吸引作用）によって貯
液槽１内の洗浄液Ｗをフィルター４を介して吸入路３Ａ
よりポンプ３内に吸入するとともに気体供給手段５より
空気を吸入路３Ａを介してポンプ３内に吸入する。ポン
プ３内に吸入された洗浄液Ｗと空気とは、ポンプ３内に
て撹拌、混合されて気液混合気となり、微細化された気
泡を含む洗浄液は加圧されて吐出路３Ｂより噴射ノズル
６へ吐出され、洗浄槽２の洗浄液Ｗ中にある噴射ノズル
６の先端部の開口よりワークＡに向けて噴射される。こ
の噴射ノズル６より噴射された気液混合気中の均一に微
細化された気泡は、ワークＡに衝突して圧縮されて破壊
することにより生起する衝撃力及びワークに衝突して変
形してワーク表面より反発することによってワーク表面
に対して生ずるハク離力とをワークＡに作用させるもの
でこれによってワークＡの洗浄を行なうことができる。
一方、気泡混合気は、噴射圧力を有する噴流液を成すも
ので、噴流液の持つ物理的な直射力によってワークＡの
洗浄を行なうことができる。すなわち、気泡による衝撃
力とハク離力とをワークＡに対して均一に作用させるこ
とができたことと噴流液のもつ直射力との相乗作用によ
ってワークの効果的な洗浄を行なうことができたもので
ある。

【００１３】本発明のワーク洗浄の一つの特徴は、ポン
プ３内において洗浄液Ｗと空気とを撹拌、混合して均一
に空気を含有せる気液混合気を形成し、この気液混合気
を洗浄槽２内に配置された噴射ノズル６より洗浄槽２の
洗浄液Ｗ中に配置したワークＡに向けて噴射させたもの
で、噴射される洗浄液Ｗ中に微細化された空気を均一に
して且つ確実に混入することができたことにある。

【００１４】又、ポンプ３は洗浄液Ｗ及び空気を吸入
し、ポンプ室内においてそれらを混合して気液混合気を
形成し、この気液混合気を噴射ノズル６に向けて圧送で
きるものであれば、ポンプ型式に限定されるものではな
いが、その外周に複数の羽根溝を形成したインペラをポ
ンプ室内に回転自在に配置し、インペラを回転させるこ
とによってインペラの外周にある羽根溝前後で流体摩擦
作用によって圧力差を生じさせ、この圧力差によって流
体を吸入して加圧吐出するウエスコ型ポンプ（例えば実
公昭６２−２９６７５号公報に示される）を用いると、
ポンプ室内における洗浄液Ｗと空気との撹拌、混合が充
分にして且つ均一に行ない得るものでかかる洗浄装置に
おけるポンプとして好ましい。更にポンプ３について言
及するなら、ポンプ３内において洗浄液Ｗと気体とを撹
拌、混合して噴射ノズル６の上流側において予め微細化
された気泡を含む気液混合流を形成させたのでポンプ３
の吐出圧力を大きく上昇させる必要はない。例えばポン
プ３の吐出圧力は７〜３０Ｋｇ／Ｃｍ2 でよい。従来の
ワークを洗浄液中に配置し、洗浄液上方の空気中からジ
ェット噴流をワークに向けて噴射するもの、あるいは、
特開平２−２２２７６０号公報に示された、洗浄液槽内
に置かれたワークに洗浄槽内にある噴射ノズルからジェ
ット噴流を噴射するものにあっては、ジェット噴流の噴
射エネルギーによってキャビテーション気泡をジェット
噴流中に混入させる必要があるので、ジェット噴流の噴
射圧力は１００〜８００Ｋｇ／Ｃｍ2 の高圧とする必要
がある。

【００１５】又、洗浄槽２内の洗浄液面の上部を密閉室
２Ａとして、該密閉室を大気圧に対して０．５〜２Ｋｇ
／Ｃｍ2 加圧したことによると、噴射ノズル６から洗浄
槽２内へ噴射される気液混合気中の気泡密度が上がり衝
撃圧力を更に高めることが可能となり、ワークＡに対す
る洗浄効果を一層高めることができる。又、洗浄工程時
にワークＡを回転させるとよい。

【００１６】更には、洗浄槽２内の洗浄液Ｗをヒーター
等にて３５℃以上に暖めることによると、衝撃圧力を高
めることができ、ワークＡに対する洗浄効果を高めるこ
とができる。

【００１７】又、洗浄作業時において、洗浄槽２内には
噴射ノズル６を介して気泡を含む洗浄液Ｗが供給される
もので、洗浄槽２内の洗浄液Ｗの一部を洗浄槽２外へ排
出する必要がある。この為に、本発明にあっては、洗浄
槽２の底部に還流路７の一端を開口し、他端を貯液槽１
の上部に開口し、洗浄槽２内の洗浄液Ｗを還流ポンプ８
を介して貯液槽１内へ還流させた。（尚、貯液槽１が洗
浄槽２の低位に有れば還流ポンプ８は必要としない）そ
して、この還流路７内には洗浄によって生じた異物ある
いは加工時に用いられた切削油等の油分を除去する為の
ストレーナ９が配置されるとよい。以上によると、洗浄
液Ｗは貯液槽１と洗浄槽２との間を循環して利用するこ
とができたもので、洗浄液Ｗの消費の経済性を高めるこ
とができるとともに、前述した洗浄液Ｗを暖める際にお
いても暖められた洗浄液Ｗを常に循環できたので加熱の
為の経済効果を高められる。更に、洗浄液Ｗとして市水
を用いた場合にはワークＡより除去された油分がエマル
ジョン状態となりにくく分離し易いものでストレーナ９
における油分の除去を完全に行なうことができ洗浄効果
の悪化を抑止できる。

【００１８】又、ワークＡに対向して複数の噴射ノズル
６Ａを配置するか、あるいはワークＡに対向して噴射ノ
ズル６Ｂを配置し、該噴射ノズル６ＢにワークＡの長手
方向であってワークＡに対向する複数の噴孔６Ｃを穿設
するとワークＡに対して洗浄液Ｗをくまなく噴射できる
ので洗浄効果の向上を達成できる。更には噴射ノズル６
をワークに沿って移動させたことによるとワークＡに対
して洗浄液をくまなく噴射でき上述と同様の効果を奏す
る。

【００１９】図２により第２の実施例について説明す
る。図１と同一構造部分については同一符号を使用し説
明を省略する。２０は気体供給手段としてのオゾン発生
器である。オゾン発生器２０は無声放電方式、紫外線ラ
ンプ方式、電解方式等があり、これらによってオゾン含
有気体（Ｏ1 、Ｏ2 、Ｏ3 ・・）が生成される。オゾン
含有気体の製造には空気又は酸素又は純水が原料として
用いられる。以上によると、洗浄に当たってポンプ３が
駆動すると、ポンプ３の吸入路３Ａより貯液槽１内の洗
浄液Ｗが吸入されるとともに気体供給手段２０としての
オゾン発生器にて生成されたオゾン含有気体が吸入され
る。そして、これら洗浄液Ｗとオゾン含有気体はポンプ
３内にて撹拌、混合されるとともに加圧され、ポンプ３
の吐出路３Ｂよりオゾン含有気体を微細なる気泡として
均一に含んだ洗浄液を噴射ノズル６を介して洗浄槽２内
にあるワークＡに向けて噴射する。これによると、気泡
による衝撃圧力、ハク離力、洗浄液Ｗの有する物理的な
直射力にオゾン含有気体による有機物酸化作用による油
分のハク離分解作用が加わりこれらが相棄的に作用する
ことによって洗浄効果を更に一層高めることができた。

【００２０】又、洗浄槽２内に噴射ノズル６を介して噴
射された気液混合気中のオゾン含有気体は、洗浄槽２の
上部へ滞溜するもので、通常このオゾン含有気体は分解
無害化するオゾンキラー（図示せず）を介して大気中に
放出されるものであるが、図２に示す実施例の如く洗浄
槽２の液面上部２Ａをポンプ３の吸入路３Ａとフィルタ
ー４との間の洗浄液吸入路Ｃあるいは吸入路３Ａと気体
供給手段２０としてのオゾン発生器との間のオゾン供給
路Ｄとの間にオゾン還流路２１をもって連絡するとよ
い。これによると、ポンプ３の駆動時において、洗浄槽
２の液面上部２Ａに滞溜するオゾン含有気体は吸入路３
Ａより再びポンプ３内に吸入されて噴射ノズル６から噴
射される気液混合気として再使用されるもので経済効果
を高めることができるとともにオゾン含有気体の大気放
出を抑止できたものである。

【００２１】

【発明の効果】本発明によると、次の効果を奏する。
ポンプに洗浄液と気体とを吸入し、ポンプ内において洗
浄液と気体との気液混合流を形成し、この気液混合流を
洗浄槽内にある噴射ノズルから洗浄槽内にあるワークに
向けて噴射したので、気体はポンプ内において洗浄液と
良好に撹拌、混合されて微細化された気体を均一に洗浄
液に混合させることができるもので、ワークに向けて気
液混合気が噴射された際において、ワークに対して気泡
が偏向することなく均一に作用させることが可能とな
り、これによってワークの洗浄効果を高めることができ
たものである。又、主として噴射ノズルから噴射される
洗浄液の噴射エネルギーによって気泡を生成させたもの
でないので、洗浄液の噴射速度（噴射圧力）は比較的小
なるものでよいものであり、これによると、ポンプの耐
圧あるいは配管系統の耐圧を高める必要はなく、装置の
製造コストを大きく低減できたものである。又、洗浄槽
内には少なくとも噴射ノズルが開口されればよく、気体
供給路が不要となったので洗浄槽の設計的自由度を高め
ることができた。気体供給手段より供給される気体を
オゾン含有気体としたことによると、オゾン含有気体は
衝撃、ハク離作用をなす気泡と、有機物酸化作用を兼ね
そなえるものでそれらの相棄によって洗浄効果の一層の
向上を達成できる。洗浄槽内の洗浄液を還流路を介し
て再び貯液槽内に還流させたことによると、洗浄液の経
済性を高めることができ、しかも還流路にストレーナを
配置したことによると、洗浄液の洗浄能力の劣化を抑止
できる。気体供給手段よりポンプに向けてオゾン含有
気体を供給し、洗浄槽内に残留せるオゾン含有気体をポ
ンプの吸入側へ再び戻したことによるとオゾン含有気体
の大気放出が抑止されるとともにオゾン含有気体の再利
用が可能となったものである。洗浄槽内の洗浄液面上
部を大気圧力以上に加圧したり、あるいは洗浄液の温度
を３５℃以上に加熱したことによると、気泡による衝撃
力、ハク離力の発生が活発化して洗浄効果の向上を達成
できる。ウエスコ型ポンプを使用したことによると、
インペラの回転によって洗浄液と気体との混合が均一に
して且つ微細に行なわれるもので洗浄効果の向上を達成
できる。ワークに向けて複数の噴射ノズル又は噴射ノ
ズルの噴孔を配置したこと更には噴射ノズルをワークに
沿って移動させたことによると、ワーク全体に向けて洗
浄液を噴射することができたのでワークの洗浄効果の向
上が期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明になるワークの洗浄装置の一実施例を示
す系統図である。

【図２】本発明になるワークの洗浄装置の他の実施例を
示す系統図である。

【符号の説明】

１ 貯液槽 ２ 洗浄槽 ３ ポンプ ５、２０ 気体供給手段 ６ 噴射ノズル ７ 還流路 ２１ オゾン還流路 Ａ ワーク Ｗ 洗浄液

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 貯液槽内の洗浄液と、気体供給手段より
   供給される気体とをポンプにて吸引するとともにポンプ
   内において撹拌、混合された洗浄液と気体との気液混合
   流を、内部に洗浄液が貯溜された洗浄槽の洗浄液中に配
   置された噴射ノズルより洗浄槽内にあるワークに向けて
   噴射してなるワークの洗浄方法。
2. 【請求項２】 内部に洗浄液が貯溜された貯液槽と、気
   体を供給する気体供給手段と、貯液槽内の洗浄液と、気
   体供給手段より供給される気体とを吸入するとともに洗
   浄液と気体とを撹拌、混合して洗浄液と気体との気液混
   合流を加圧して吐出するポンプと、内部に洗浄液が貯溜
   されるとともにワークが配置された洗浄槽と、洗浄槽内
   の洗浄液中に配置されて、ポンプより加圧、供給される
   気液混合流をワークに向けて噴射する噴射ノズルとを備
   えてなる洗浄装置。
3. 【請求項３】 前記、気体供給手段より供給される気体
   をオゾン含有気体としてなる請求項１記載のワークの洗
   浄方法。
4. 【請求項４】 前記、気体供給手段をオゾン発生器とし
   てなる請求項２記載の洗浄装置。
5. 【請求項５】 洗浄槽内の洗浄液を還流路を介して貯液
   槽内に還流させてなる請求項２記載の洗浄装置。
6. 【請求項６】 洗浄槽内の洗浄液面上部をポンプの吸入
   側にある洗浄液吸入路又はオゾン供給路にオゾンを還流
   路をもって連絡してなる請求項４記載の洗浄装置。
7. 【請求項７】 洗浄槽内の洗浄液面上部を大気圧力以上
   に加圧してなる請求項１記載のワークの洗浄方法。
8. 【請求項８】 洗浄槽内の洗浄液の温度を３５℃以上に
   加熱してなる請求項１記載のワークの洗浄方法。
9. 【請求項９】 ポンプをウエスコ型ポンプとしてなる請
   求項２記載の洗浄装置。
10. 【請求項１０】 前記、噴射ノズル又は噴射ノズルの噴
    孔をワークに向けて複数配置してなる請求項２記載のワ
    ークの洗浄装置。
11. 【請求項１１】 前記、噴射ノズルをワークに沿って移
    動させてなる請求項２記載のワークの洗浄装置。