JPH07185486A

JPH07185486A - 超音波洗浄方法

Info

Publication number: JPH07185486A
Application number: JP33174293A
Authority: JP
Inventors: Yoshihide Shibano; 佳英柴野
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-12-27
Filing date: 1993-12-27
Publication date: 1995-07-25

Abstract

(57)【要約】【目的】水系洗浄液の脱気による超音波洗浄の効果を減
殺することなく、成形加工品の表面に付着している油分
を水系洗浄液に乳化しやすい状態とすることができる超
音波洗浄方法を提供する。【構成】本発明の超音波洗浄方法は、表面に油分が付着
しているワークＷを溶存酸素量が０．０７〜３ｐｐｍの
範囲なるように脱気された水系洗浄液１に浸漬し、洗浄
液１中に超音波を放射させて洗浄を行う。ワークＷの洗
浄時にワークＷを洗浄液１から取り出し、ワークＷ表面
にエアブローしてワーク表面Ｗの少なくとも一部を外気
に接触させたのち再び洗浄液１に浸漬する操作を少なく
とも１回行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超音波を用いてワーク
の洗浄を行う超音波洗浄方法に関し、とくに表面に油分
が付着しているワークの超音波洗浄方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】金属材料に切削加工、中ぐり加工、研磨
加工等を施したり、ガラス、セラミック等に切削加工等
を施したり、或はプラスチックの押出し成形、射出成形
等により製造されている成形加工品は、前記加工後には
その表面に加工に用いられた油分や該油分を介して切
粉、材料屑、塵埃等の固体の異物が付着しており、最終
製品とするためには、その表面から前記油分及び固体の
異物等を除去して洗浄しなければならない。従来、前記
用途のために、前記成形加工品を水系洗浄液に浸漬し、
該洗浄液中に超音波を放射させて、該ワークの洗浄を行
う超音波洗浄が知られている。

【０００３】前記水系洗浄液を用いる超音波洗浄方法で
は、前記洗浄液を脱気して溶存気体を低減させると洗浄
効果が向上することが知られている。超音波洗浄は、洗
浄液に超音波を放射して該洗浄液中にキャビテーション
を生じさせ、該キャビテーションの崩壊に伴って生じる
衝撃波を前記成形加工品等の被洗浄物の表面に作用させ
ることにより、該被洗浄物の表面に付着している固体の
異物等を除去して洗浄する方法であるが、前記水系洗浄
液を脱気することにより、超音波を放射したときに該水
系洗浄液にキャビテーションが生じやすくなり、従って
強力な衝撃波が得られ、洗浄効果が向上するものと考え
られる。前記考察に基づくと、前記ワークの表面に付着
している固体の異物等を除去するためには、前記水系洗
浄液を高度に脱気した方が有利であり、溶存気体量を低
減することにより前記被洗浄物と一体的に形成されてい
る微小なバリの除去も可能なほど強力な衝撃波が得られ
るようになる。

【０００４】ところが、本発明者の検討によれば、前記
ワークの表面に付着している油分については、前記水系
洗浄液が高度に脱気され、溶存気体量が少ないと、かえ
って除去されにくいことが判明した。そこで、本発明者
はさらに検討を重ね、前記油分が前記水系洗浄液に乳化
されやすく、しかも前記衝撃波による洗浄効果の有効性
が失われない溶存気体量の範囲になるように前記水系洗
浄液を脱気することにより、前記被洗浄物の表面に付着
している油分と固体の異物とを両方とも洗浄できること
を見い出し、このような技術については既に特許出願さ
れている（特願平４−２３９３８４号明細書参照）。

【０００５】しかしながら、前記明細書記載の技術のよ
うに溶存気体量を調整すると、前記ワークの表面に付着
している油分は除去でき、ある程度の洗浄効果が期待さ
れる衝撃波が得られるものの、前記ワークに一体的に形
成されているバリなどが除去できるほど強力な衝撃波が
得られないとの不都合がある。また、前記強力な衝撃波
を得るために、前記水系洗浄液を高度に脱気して溶存気
体量を低減させると、前記油分が十分に除去できなくな
るとの不都合がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、水系洗浄液
の脱気による超音波洗浄の効果を減殺することなく、成
形加工品の表面に付着している油分を水系洗浄液に乳化
しやすい状態とすることができる超音波洗浄方法を提供
することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、本発明の超音波洗浄方法は、表面に油分が付着し
ているワークを溶存酸素量が０．０７〜３ｐｐｍの範囲
なるように脱気された水系洗浄液に浸漬し、該洗浄液中
に超音波を放射させて、該ワークの洗浄を行う超音波洗
浄方法において、該ワークの洗浄時に該ワークを該洗浄
液から取り出し、該ワーク表面にエアブローして該ワー
ク表面の少なくとも一部を外気に接触させたのち再び該
洗浄液に浸漬する操作を少なくとも１回行うことを特徴
とする。

【０００８】前記洗浄液に溶存している気体は実際には
空気であるが、空気中の気体の組成は略一定であるの
で、溶存酸素量を前記洗浄液中の溶存気体量の指標とし
て用いる。前記水系洗浄液の溶存酸素量が３ｐｐｍを超
えると、前記ワークに一体的に形成されているバリなど
が除去できるほど強力な衝撃波が得られなくなる。ま
た、前記洗浄液は液面から空気が溶解するので、該洗浄
液の溶存酸素量を０．０７未満に維持することは実質的
に困難である。

【０００９】

【作用】本発明によれば、表面に油分が付着しているワ
ークを溶存酸素量が０．０７〜３ｐｐｍの範囲なるよう
に脱気された洗浄液に浸漬して超音波洗浄する際に、前
記ワークを前記洗浄液から取り出し、前記ワーク表面に
エアブローして該ワーク表面の少なくとも一部を外気に
接触させるので、前記ワーク表面の油分が空気を吸着す
る。この状態で前記ワークを再び前記洗浄液に浸漬する
と、該ワーク表面の油分に吸着されている空気が該洗浄
液中に引き込まれ、該ワークの表面近傍でだけ、部分的
に洗浄液の溶存気体量の多い状態が作られ、前記油分が
洗浄液に乳化分散しやすくなる。

【００１０】一方、前記洗浄液は前記範囲に脱気されて
いるので、強力な衝撃波が得られ、前記ワーク表面に付
着している固体の異物ばかりでなく、該ワークに一体的
に形成されているバリも除去される。

【００１１】

【実施例】次に、添付の図面を参照しながら本発明の超
音波洗浄方法についてさらに詳しく説明する。図１は本
実施例で用いる超音波洗浄装置の構成を示す説明的断面
図であり、図２は洗浄液の溶存酸素量とキャビテーショ
ンの衝撃力との関係及び溶存酸素量と油分除去量との関
係を示すグラフ、図３は本実施例の超音波洗浄方法のフ
ローチャートである。

【００１２】本実施例の超音波洗浄装置は、図１に示す
ように、洗浄液１を収容する超音波洗浄槽２に隣接して
オーバーフロー槽３が設けられており、両槽は傾斜した
排液路４で接続されている。超音波洗浄槽２の底部には
超音波振動子５が設けられ、洗浄液１に超音波振動子５
から超音波を放射して洗浄を行うようになっている。超
音波洗浄槽２には、ワークＷを収容する洗浄カゴ６が上
下動自在の昇降装置６ａに支持されて設けられており、
所定時間毎にワークＷを洗浄液１に浸漬したり、洗浄液
１から取り出したりできるようになっている。また、超
音波洗浄槽２の上方には、ワークＷが昇降装置６ａによ
り洗浄液１から取り出されたときにエアブローするエア
スプレー７が設けられている。

【００１３】超音波洗浄槽２の側面には、洗浄液排出口
８及び洗浄液供給口９が相対向して設けられており、共
に図示しない整流装置を内蔵している。また、超音波洗
浄槽２の外部には洗浄液１を脱気する脱気手段１０が設
けられ、脱気手段１０は排出用導管１１により洗浄液排
出口８と、また供給用導管１２により洗浄液供給口９と
それぞれ接続されている。脱気手段１０は密封槽１３と
真空ポンプ１４とからなる。

【００１４】排出用導管１１の脱気手段１０より上流に
は、洗浄液排出口８から取り出した洗浄液１を脱気手段
１０に導入する排出ポンプ１５が設けられ、脱気手段１
０と排出ポンプ１５との間には、フィルター１６が設け
られている。また、供給用導管１２の脱気手段１０と洗
浄液供給口９との間には、脱気された洗浄液１を脱気手
段１０から取り出して超音波洗浄槽２に供給する供給ポ
ンプ１７が設けられている。

【００１５】また、超音波洗浄槽２及びオーバーフロー
槽３の底部には、それぞれ底部洗浄液排出用導管２０及
びオーバーフロー液排出用導管２１が設けられており、
共に排出用導管１１に接続されている。尚、前記各導管
には適宜流量調整弁２２が設けられている。

【００１６】前記本実施例の超音波洗浄装置では、超音
波洗浄槽２に収容された洗浄液１は、排出ポンプ１５に
より洗浄液排出口８から取り出され、排出用導管１１を
通じてフィルター１６を経由して脱気手段１０に導入さ
れる。脱気手段１０の密封槽１３の内部は真空ポンプ１
４により減圧されているので、洗浄液１は排出用導管１
１により密封槽１３内に導入されることにより、溶存し
ている気体が密封槽１３内の減圧された空間に放出され
て脱気され、溶存酸素量が調整され、供給ポンプ１７に
より供給用導管１２を通じて洗浄液供給口９から超音波
洗浄槽２に供給される。

【００１７】次に、洗浄液１の溶存酸素量とキャビテー
ションの衝撃力との関係をみるために、次のような実験
を行った。

【００１８】まず、図１示の超音波洗浄槽２に洗浄液１
として水道水を供給し、ワークＷ及び洗浄カゴ６に変え
て１００ｍｍ×１００ｍｍ×１０ｍｍの純アルミニウム
板を超音波振動子５に垂直になるようして、洗浄液１中
に浸漬した。次いで、超音波振動子５から洗浄液１に超
音波を放射して、前記衝撃波により前記アルミニウム板
にエロージョンを発生させた。

【００１９】洗浄液１の溶存酸素量は０．７〜８．３ｐ
ｐｍの間で変量し、各溶存酸素量について前記操作を６
０分ずつ行い、その後前記アルミニウム板を引き上げ
て、重量の減少を測定することにより、前記衝撃波の強
度の指標とした。即ち、前記アルミニウム板はエロージ
ョン量が多いほど重量の減少が多く、前記衝撃波の強度
が大きいことを示している。前記測定は各溶存酸素量に
ついて１０回ずつ行い、その平均値をその溶存酸素量に
おける前記アルミニウム板のエロージョン量とした。結
果は表１示のとおりであった。また、表１の結果をグラ
フ化して図２に●のプロットで示す。

【００２０】

【表１】

【００２１】表１及び図２から、前記洗浄液１の溶存酸
素量が約３ｐｐｍ以下のときに最もアルミニウム板のエ
ロージョン量が多く、強力な衝撃波が発生していること
が明らかである。従って、前記洗浄液１の溶存酸素量が
約３ｐｐｍ以下であれば、ワークＷ表面に付着している
固体の異物ばかりでなく、該ワークＷに一体的に形成さ
れているバリも除去されるものと考えられる。

【００２２】次に、洗浄液１の溶存酸素量と除去される
前記油分の量との関係をみるために、次のような実験を
行った。

【００２３】まず、１００ｍｍ×１００ｍｍ×１０ｍｍ
のＳＵＳ板の表裏両面を砥粒で粗面化し、鉱物性マシン
油１０ｃｃを付着させた試料を準備した。次に、前記試
料に付着しているマシン油を四塩化炭素で抽出し、赤外
線の吸収率を測定する操作を５回行い、その平均値をブ
ランクとした。前記ブランクは、超音波洗浄を行わない
状態で前記試料に付着している前記マシン油の量、即ち
前記試料に付着している前記マシン油の初期値を示すも
のであり、１４７．６ｍｇであった。

【００２４】次に、図１示の超音波洗浄槽２に洗浄液１
として水道水に非イオン性界面活性剤系洗剤を５％添加
したものを供給し、ワークＷ及び洗浄カゴ６に変えて前
記試料を超音波振動子５に垂直になるようして、洗浄液
１中に浸漬した。次いで、超音波振動子５から洗浄液１
に超音波を放射して、前記試料表面を洗浄し、前記マシ
ン油を除去した。

【００２５】洗浄液１の溶存酸素量は０．２〜８．２ｐ
ｐｍの間で変量し、各溶存酸素量について前記操作を６
０分ずつ行い、その後前記試料を引き上げて、前記試料
に直接熱風を当てて８０℃で６０秒間乾燥させた。乾燥
後、前記試料に付着している前記マシン油を四塩化炭素
で抽出し、赤外線の吸収率を測定した。前記測定は、各
溶存酸素量について５回ずつ行い、その平均値を超音波
洗浄後の油分付着量とした。そして、前記ブランクの測
定値と前記超音波洗浄後の油分付着量との差を求めるこ
とにより、超音波洗浄後の油分除去量を算出した。

【００２６】結果を表２に示す。また、表２の結果をグ
ラフ化して、前記表１の結果と共に図２に○のプロット
で示す。

【００２７】

【表２】

【００２８】表２及び図２から、油分除去量は洗浄液１
の溶存酸素量が多くなるにつれて増加するが、溶存酸素
量が３ｐｐｍ以下の範囲では極く少ないことが明らかで
ある。

【００２９】そこで、本実施例の超音波洗浄方法は、ワ
ークＷ表面に付着している固体の異物及びワークＷに一
体的に形成されているバリの除去には有効な前記溶存酸
素量が３ｐｐｍ以下の範囲で、油分の除去も同時に行う
方法である。次に、図１示の前記超音波洗浄装置を用い
る本実施例の超音波洗浄方法について説明する。

【００３０】本実施例では、洗浄液１として弱アルカリ
系洗剤の３％−水溶液を、その溶存酸素量が約２．２ｐ
ｐｍになるように脱気して、表面に油分及び砥粒を付着
させたワークＷの洗浄を行った。前記ワークＷは、直径
３５ｍｍ、厚さ３ｍｍのアルミニウム板を２枚ラップ加
工機によりすり合わせることにより作成した。ラップ加
工機による加工は、平均粒子径１．２〜８．０μｍ程度
（ＧＣ＃１５００〜８０００相当）の砥粒を、０．５〜
１０ｃｃのテラス油等に０．１〜５．０ｇ分散させたも
のを加工液として、前記アルミニウム板同士が０．１〜
２ｋｇ／ｃｍ²の荷重で押圧されるようにし、回転数３
０〜６００ｒｐｍで、２〜５分間すり合わせることによ
り行った。前記ラップ加工機による加工直後の全く洗浄
を行わないワークＷに付着している油分を、フロン系溶
剤２５ｃｃで抽出し、油分濃度計（（株）堀場製作所
製、堀場油分濃度計ＯＣＭＡ−２２０）を用いて該溶剤
中の油分濃度を赤外線吸収法により測定したところ、平
均で２３５ｐｐｍ（試料数＝７）であった。

【００３１】次に、前記ワークＷを洗浄カゴ６に収容し
て洗浄液１に浸漬し、超音波振動子５から洗浄液１に超
音波を放射して、ワークＷの洗浄を行った。前記洗浄
は、図３示のように、ワークＷを洗浄液１に１０秒間浸
漬したのち、昇降装置６ａにより洗浄液１から取り出
し、エアスプレー７からワークＷ表面に２秒間エアブロ
ーしてワークＷの表面の少なくとも一部の水分を乾燥さ
せ、該部分を外気に接触させた後、再び洗浄液１に１０
秒間浸漬する操作を２回繰り返して行った。

【００３２】そして、ワークＷの表面に残存している油
分を、前記油分濃度計を用いて前記と同様にして測定し
た。この結果、残存している油分は、平均で１．１５ｐ
ｐｍ（試料数＝７）であった。

【００３３】次に、比較のために、前記ワークＷを洗浄
液１から１度も取り出さず、３０秒間浸漬したままにし
て洗浄を行い、ワークＷの表面に残存している油分を、
前記油分濃度計を用いて前記と同様にして測定した。残
存している油分は、平均で２．１ｐｐｍ（試料数＝７）
であった。

【００３４】次に、洗浄液１の溶存酸素量が１．３〜
１．７ｐｐｍになるように脱気した以外は、前記と同様
にして、超音波洗浄を行った。前記ラップ加工機による
加工直後の全く洗浄を行わないワークＷに付着している
油分は、平均で２００ｐｐｍ（試料数＝７）であり、図
３示のように、ワークＷを洗浄液１に１０秒間浸漬した
のち、昇降装置６ａにより洗浄液１から取り出し、エア
スプレー７からワークＷ表面に２秒間エアブローしてワ
ークＷの表面の少なくとも一部の水分を乾燥させ、該部
分を外気に接触させた後、再び洗浄液１に１０秒間浸漬
する操作を２回繰り返して超音波洗浄を行った結果、ワ
ークＷに残存している油分は、平均で１．２ｐｐｍ（試
料数＝７）であった。また、比較のために、前記ワーク
Ｗを洗浄液１から１度も取り出さず、３０秒間浸漬した
ままにして超音波洗浄を行ったところ、ワークＷの表面
に残存している油分は、平均で２．０ｐｐｍ（試料数＝
７）であった。

【００３５】次に、洗浄液１の溶存酸素量が約０．１ｐ
ｐｍになるように脱気した以外は、前記と同様にして、
超音波洗浄を行った。前記ラップ加工機による加工直後
の全く洗浄を行わないワークＷに付着している油分は、
平均で２２０ｐｐｍ（試料数＝７）であり、図３示のよ
うに、ワークＷを洗浄液１に１０秒間浸漬したのち、昇
降装置６ａにより洗浄液１から取り出し、エアスプレー
７からワークＷ表面に２秒間エアブローしてワークＷの
表面の少なくとも一部の水分を乾燥させ、該部分を外気
に接触させた後、再び洗浄液１に１０秒間浸漬する操作
を２回繰り返して超音波洗浄を行った結果、ワークＷに
残存している油分は、平均で１．２５ｐｐｍ（試料数＝
７）であった。また、比較のために、前記ワークＷを洗
浄液１から１度も取り出さず、３０秒間浸漬したままに
して超音波洗浄を行ったところ、ワークＷの表面に残存
している油分は、平均で３．２ｐｐｍ（試料数＝７）で
あった。

【００３６】結果をまとめて下記の表３に示す。

【００３７】

【表３】

【００３８】表３から、本実施例の方法によれば、ワー
クＷを洗浄液１から１度も取り出さず浸漬したままで超
音波洗浄を行なう場合に比べて、ワークＷの表面に残存
している油分の量が少なく、ワークＷ表面に付着してい
る固体の異物及びワークＷに一体的に形成されているバ
リの除去に有効な前記溶存酸素量になるように脱気され
た洗浄液１により油分除去についても優れた洗浄効果が
得られることが明らかである。

【００３９】

【発明の効果】以上のことから明らかなように、本発明
の超音波洗浄方法によれば、水系洗浄液においてキャビ
テーションの崩壊による衝撃力が最も強くなる溶存気体
量の範囲で、成形加工品の表面に付着している油分を水
系洗浄液に乳化しやすい状態とすることができるので、
前記成形加工品の表面に付着している油分及び固形の異
物のみならず、前記成形加工品と一体的に形成されてい
るバリをも除去することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に用いる超音波洗浄装置の構成を示す説
明的断面図。

【図２】洗浄液の溶存酸素量とキャビテーションの衝撃
力との関係及び洗浄液の溶存酸素量と油分除去量との関
係を示すグラフ。

【図３】本発明に係わる超音波洗浄方法のフローチャー
ト。

【符号の説明】

１…洗浄液、２…超音波洗浄槽、５…超音波振動
子、６…昇降装置、１０…脱気手段。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表面に油分が付着しているワークを溶存酸
素量が０．０７〜３ｐｐｍの範囲なるように脱気された
水系洗浄液に浸漬し、該洗浄液中に超音波を放射させ
て、該ワークの洗浄を行う超音波洗浄方法において、該
ワークの洗浄時に該ワークを該洗浄液から取り出し、該
ワーク表面にエアブローして該ワーク表面の少なくとも
一部を外気に接触させたのち再び該洗浄液に浸漬する操
作を少なくとも１回行うことを特徴とする超音波洗浄方
法。