(57)【要約】【課題】  必要最小限のエネルギで、被洗浄物から取除かれて液体二酸化炭素に分散した汚染物質或いは液体二酸化炭素に溶解した汚染物質を効率良く分離し、液体二酸化炭素を清浄に保持したまま、被洗浄物を洗浄する。【解決手段】  被洗浄物１３が洗浄槽１４に収容され、第１液相を形成する液体二酸化炭素１１が洗浄槽１４に貯留される。洗浄槽１４の内部に超音波発振器１６が設けられる。超音波によるキャビテーションの生成及び消滅に起因する衝撃波が超音波発振器１６により上記液体二酸化炭素１１を伝搬して被洗浄物１３に衝突し、被洗浄物１３から汚染物質が除去される。液体二酸化炭素１１に溶解しない第２液相を形成しかつ極性水溶液又は極性有機溶媒からなる液体１２が洗浄槽１４に貯留され、第１液相の液体二酸化炭素１１と第２液相の液体１２が混合手段１７により混合される。【選択図】  図１
2006075785.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１液相を形成する液体二酸化炭素(11)を被洗浄物(13)とともに洗浄槽(14)に入れ、超音波によるキャビテーションの生成及び消滅に起因する衝撃波が前記液体二酸化炭素(11)を伝搬して前記被洗浄物(13)に衝突することにより、前記被洗浄物(13)から汚染物質を除去する超音波洗浄方法において、
前記液体二酸化炭素(11)に溶解しない第２液相を形成しかつ極性水溶液又は極性有機溶媒からなる液体(12)を前記洗浄槽(14)に入れて、前記第１液相の液体二酸化炭素(11)と前記第２液相の液体(12)とを混合することを特徴とする超音波洗浄方法。
【請求項２】
極性水溶液が、水、アルカリ水溶液又は酸性水溶液である請求項１記載の超音波洗浄方法。
【請求項３】
極性有機溶媒が、アルコール類、ケトン類、アミド類、アミン類及びエステル類からなる群より選ばれた１種又は２種以上の極性有機溶媒である請求項１記載の超音波洗浄方法。
【請求項４】
洗浄槽(14)の上部に溜った二酸化炭素ガスからなる第１ガスに、分圧０．１〜１２．８ＭＰａの不活性ガス又は非凝縮ガスからなる第２ガスを添加する請求項１記載の超音波洗浄方法。
【請求項５】
洗浄槽(14)内の温度を０℃より高くかつ３０℃より低い温度に保ち、前記洗浄槽(14)内の液体二酸化炭素(11)の分圧を３．４〜７．２ＭＰａに保つ請求項１記載の超音波洗浄方法。
【請求項６】
被洗浄物(13)が収容されかつ第１液相を形成する液体二酸化炭素(11)が貯留された洗浄槽(14)と、前記洗浄槽(14)の内部又は外部に設けられ超音波によるキャビテーションの生成及び消滅に起因する衝撃波が前記液体二酸化炭素(11)を伝搬し前記被洗浄物(13)に衝突して前記被洗浄物(13)から汚染物質を除去する超音波発振器(16)とを備えた超音波洗浄装置において、
前記液体二酸化炭素(11)に溶解しない第２液相を形成しかつ極性水溶液又は極性有機溶媒からなる液体(12)が前記洗浄槽(14)に貯留され、
前記第１液相の液体二酸化炭素(11)と前記第２液相の液体(12)とが混合手段(17)により混合されるように構成されたことを特徴とする超音波洗浄装置。
【請求項７】
洗浄槽(14)の内部又は外部に設けられ前記洗浄槽(14)内の温度を０℃より高くかつ３０℃より低い温度に保持する冷却手段(18)を更に備えた請求項６記載の超音波洗浄装置。
【請求項８】
混合手段(17)が洗浄槽(14)に設けられた撹拌機であり、この撹拌機(17)の撹拌羽根(17c)が前記洗浄槽(14)内の第１液相と第２液相との界面又はその近傍に位置するように設けられた請求項６記載の超音波洗浄装置。
【請求項９】
超音波発振器(16)を洗浄槽(14)の底部に設けることにより、前記超音波発振器(16)が混合手段を兼ねる請求項６記載の超音波洗浄装置。
【請求項１０】
冷却手段(18)が洗浄槽(14)の周壁の内側に沿って設けられかつ水の流通するコイル(18a)を有し、このコイル(18a)の内側に筒状のシュラウド(19)が設けられた請求項７記載の超音波洗浄装置。
【請求項１１】
洗浄槽(14)の上部に溜った二酸化炭素ガスからなる第１ガスに、不活性ガス又は非凝縮ガスからなる第２ガスを添加する第２ガス添加手段(21)を更に備えた請求項６記載の超音波洗浄装置。
【請求項１２】
第２液相の液体(12)を洗浄槽(14)から抜出して濾過し更に洗浄槽(14)に戻す第２液相循環手段(22)を更に備えた請求項６記載の超音波洗浄装置。
【請求項１３】
第２液相の液体(12)を所定量ずつ連続的に洗浄槽(14)から抜出すとともに清浄な別の第２液相の液体(12)を所定量ずつ連続的に前記洗浄槽(14)に供給する第２液相交換手段(23)を更に備えた請求項６記載の超音波洗浄装置。
【請求項１４】
一端が洗浄槽(14,71,72)の上部に接続されたガス回収管(48,78)の他端が第１液相貯留槽(41)の上部に接続され、一端が前記洗浄槽(14,71,72)の下部に接続された第１液相給排管(47,77)の他端が分岐して前記第１液相貯留槽(41)の下部及び上部にそれぞれ接続され、前記ガス回収管(48,78)にコンプレッサ(49)及びガス冷却器(50)が設けられ、前記第１液相給排管(47,77)に第１液相給排ポンプ(51)が設けられた請求項６記載の超音波洗浄装置。
【請求項１５】
冷却手段(18)が洗浄槽(14)内に設けられかつ水の流通するコイル(18a)を有し、このコイル(18a)に０℃より高く３０℃より低い冷水のみならず３０〜１００℃の温水が流通可能に構成された請求項１４記載の超音波洗浄装置。
【請求項１６】
洗浄槽(71,72)が複数設けられ、これらの洗浄槽(71,72)が切換手段(80)を介して互いに並列に接続されるとともに第１液相貯留槽(41)に並列に接続された請求項１４記載の超音波洗浄装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品、電気部品、自動車部品、金属部品、機械部品などの産業製品に用いられる部品を超音波により洗浄する方法及びその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
洗浄技術は産業製品の仕上げに重要な技術であり、浸漬洗浄、超音波洗浄、光洗浄、高圧ウォータジェット洗浄、ウエットブラスト洗浄、超振動洗浄などの洗浄技術が知られている。これらの洗浄技術には、水、水系洗浄剤、塩素系洗浄剤、炭化水素系洗浄剤、界面活性剤系洗浄剤、シリコーン系洗浄剤、フッ素系洗浄剤、臭素系洗浄剤、グリコール系洗浄剤、エステル系洗浄剤などが用いられている。
しかしながら、オゾン層保護法によって、１９９５年末に特定フロンなどの生産・使用が全廃となり、引き続きクロロフルオロカーボン（ＣＦＣ）、ハロン、1,1,1-トリクロロエタン、ハイドロフルオロカーボン（ＨＣＦＣ）、臭化メチルが段階的に廃止されることとなっている。またグリーン購入法の制定により、電気産業及び自動車産業では、製品の原料や製造工程が環境にやさしいことが要求される段階にきており、上記洗浄剤のうち環境に負荷をかけるおそれのある洗浄剤は使用を避ける傾向が今後予想される。そのため水系洗浄剤への期待が相対的に高まることとなるけれども、水系洗浄剤を用いると、被洗浄物に錆を発生し易く、乾燥速度が遅く、更に廃水処理が必要となるなどの問題点があった。
【０００３】
このような状況において、洗浄剤として二酸化炭素を用いる方法が注目され、超臨界二酸化炭素を用いた洗浄方法（例えば、特許文献１参照。）が開示されている。この洗浄方法では、先ずキャビテーション生成手段を設けた洗浄室内に汚染物質を含む基体を配置し、約５０℃より低い温度であって約１０ＭＰａ或いはそれよりも低い圧力の液化二酸化炭素を洗浄室内に導入する。次に二酸化炭素ガスの臨界温度より低い温度で液化二酸化炭素を汚染物質を含む基体と接触させ、上記汚染物質を基体から取除くのに十分な時間だけ洗浄室内の液化二酸化炭素をキャビテーション生成手段に晒す。更にキャビテーション生成手段により基体から取除かれた汚染物質を、減圧又は濾過、或いは減圧及び濾過の双方により液体二酸化炭素から分離する。
【特許文献１】特開平６−２５４５２０号公報（請求項１、請求項２、段落［０００７］、段落［００２７］）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記従来の特許文献１に示された洗浄方法では、基体から取除かれた汚染物質を液体二酸化炭素から分離するために、汚染物質を含む液体二酸化炭素を減圧又は濾過するか、或いは減圧しかつ濾過するけれども、液体二酸化炭素を減圧して二酸化炭素ガスにする場合、この二酸化炭素ガスを再び液化するのに多くのエネルギを必要とする不具合があり、また液体二酸化炭素を濾過する場合、液体二酸化炭素に溶解した汚染物質を除去できない不具合があった。
更に、上記従来の特許文献１に示された洗浄方法では、キャビテーションの形成及び消滅を液体二酸化炭素内で行っているけれども、液体二酸化炭素の温度が３０℃以上になると、キャビテーションの形成及び消滅を安定的に行わせることができない問題点があった。
本発明の第１の目的は、液体二酸化炭素を二酸化炭素ガスにすることなく必要最小限のエネルギで、被洗浄物から取除かれて液体二酸化炭素中に分散した汚染物質、或いは液体二酸化炭素に溶解した汚染物質を、液体二酸化炭素から確実に分離できる、超音波洗浄方法及びその装置を提供することにある。
本発明の第２の目的は、超音波によるキャビテーションの発生及び消滅を安定的に行わせることができるとともに、上記キャビテーションを速やかに消滅させることにより、衝撃波により汚染物質を被洗浄物から効率良く除去でき、また第１液相の液体二酸化炭素を常に清浄に保った状態で被洗浄物を洗浄できる、超音波洗浄方法及びその装置を提供することにある。
本発明の第３の目的は、洗浄槽内の第１液相の液体二酸化炭素と第２液相の液体とを効率良く混合できるとともに、第１液相の液体二酸化炭素を効率良く冷却でき、また洗浄槽内の第２液相の液体中に含まれる汚染物質の増加を防止できる、超音波洗浄装置を提供することにある。
本発明の第４の目的は、洗浄槽内の液体二酸化炭素を液体のまま第１液相貯留槽に移送でき、洗浄槽に残存する二酸化炭素ガスを効率良く液化して第１液相貯留槽に移送でき、更に洗浄槽内の液体二酸化炭素を別の洗浄槽に効率良く移送できる、超音波洗浄装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に係る発明は、図１に示すように、第１液相を形成する液体二酸化炭素１１を被洗浄物１３とともに洗浄槽１４に入れ、超音波によるキャビテーションの生成及び消滅に起因する衝撃波が上記液体二酸化炭素１１を伝搬して被洗浄物１３に衝突することにより、被洗浄物１３から汚染物質を除去する超音波洗浄方法の改良である。
その特徴ある構成は、液体二酸化炭素１１に溶解しない第２液相を形成しかつ極性水溶液又は極性有機溶媒からなる液体１２を洗浄槽１４に入れて、上記第１液相の液体二酸化炭素１１と上記第２液相の液体１２とを混合するところにある。
この請求項１に記載された超音波洗浄方法では、超音波によるキャビテーションの生成及び消滅に起因する衝撃波が上記液体二酸化炭素１１を伝搬して被洗浄物１３に衝突することにより、被洗浄物１３に付着している汚染物質が除去される。この除去されて第１液相の液体二酸化炭素１１に含まれる汚染物質は、第１液相の液体二酸化炭素１１と第２液相の液体１２とを混合することにより、第２液相の極性水溶液又は極性有機溶媒からなる液体１２に吸収されるので、第１液相の液体二酸化炭素１１を常に清浄に保ちながら、被洗浄物１３を洗浄できる。
【０００６】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明であって、更に極性水溶液が、水、アルカリ水溶液又は酸性水溶液であることを特徴とする。
この請求項２に記載された超音波洗浄方法では、極性水溶液がアルカリ水溶液である場合、第１液相の液体二酸化炭素に溶解している汚染物質の油分が第２液相のアルカリ水溶液と反応してアルカリ金属塩が形成されるので、上記汚染物質の油分を第１液相から第２液相に効率良く移行させることができる。また極性水溶液が酸性水溶液である場合、第１液相の液体二酸化炭素に分散している汚染物質の金属粒子が第２液相の酸性水溶液に溶解するので、上記汚染物質の金属粒子を第１液相から第２液相に効率良く移行させることができる。
請求項３に係る発明は、請求項１に係る発明であって、更に極性有機溶媒が、アルコール類、ケトン類、アミド類、アミン類及びエステル類からなる群より選ばれた１種又は２種以上の極性有機溶媒であることを特徴とする。
この請求項３に記載された超音波洗浄方法では、極性有機溶媒が界面活性剤として作用し、第２液相の極性有機溶媒が第１液相の液体二酸化炭素中に溶解している油分と反応してミセルを形成するので、上記汚染物質の油分を第１液相から第２液相に効率良く移行させることができる。ここで、ミセルとは、表面活性剤溶液中に、ある濃度以上で生成する表面活性剤の分子又はイオンの集合体をいう。例えば、界面活性剤溶液が界面活性剤水溶液である場合、この水溶液の濃度が臨界ミセル濃度以上になると、活性剤分子が水に易溶の親水基を水相側に向けて配向し、水の難溶の疎水基部分を内側に向けて配向することによって、分子又はイオンが一定数集まった集合体をいう。
【０００７】
請求項４に係る発明は、請求項１に係る発明であって、更に図１に示すように、洗浄槽１４の上部に溜った二酸化炭素ガスからなる第１ガスに、分圧０．１〜１２．８ＭＰａの不活性ガス又は非凝縮ガスからなる第２ガスを添加することを特徴とする。
この請求項４に記載された超音波洗浄方法では、第２ガスを添加して洗浄槽１４内の気相部を加圧することにより、液体二酸化炭素１１にその飽和蒸気圧以上の静圧が作用するので、超音波により液体二酸化炭素１１中に発生したキャビテーションを速やかに消滅させることができる。これにより上記キャビテーションの生成及び消滅に起因する衝撃波が液体二酸化炭素１１を伝搬して被洗浄物１３に速やかに衝突するので、この衝撃波により汚染物質を被洗浄物１３から効率良く除去できる。
請求項５に係る発明は、請求項１に係る発明であって、更に図１に示すように、洗浄槽１４内の温度を０℃より高くかつ３０℃より低い温度に保ち、洗浄槽１４内の液体二酸化炭素１１の分圧を３．４〜７．２ＭＰａに保つことを特徴とする。
この請求項５に記載された超音波洗浄方法では、洗浄槽１４内の温度及び蒸気圧を上記範囲内にそれぞれ保つことにより、洗浄槽１４内の液体二酸化炭素１１が液体の状態に保たれる。
【０００８】
請求項６に係る発明は、図１に示すように、被洗浄物１３が収容されかつ第１液相を形成する液体二酸化炭素１１が貯留された洗浄槽１４と、この洗浄槽１４の内部又は外部に設けられ超音波によるキャビテーションの生成及び消滅に起因する衝撃波が上記液体二酸化炭素を伝搬し被洗浄物１３に衝突して被洗浄物１３から汚染物質を除去する超音波発振器１６とを備えた超音波洗浄装置の改良である。
その特徴ある構成は、液体二酸化炭素１１に溶解しない第２液相を形成しかつ極性水溶液又は極性有機溶媒からなる液体１２が洗浄槽１４に貯留され、上記第１液相の液体二酸化炭素１１と上記第２液相の液体１２とが混合手段１７により混合されるように構成されたところにある。
この請求項６に記載された超音波洗浄装置では、超音波発振器１６を作動させて超音波を発生させると、この超音波によるキャビテーションの生成及び消滅に起因する衝撃波が第１液相の液体二酸化炭素１１を伝搬して被洗浄物１３に衝突し、これにより被洗浄物１３に付着している汚染物質が除去される。この除去されて第１液相の液体二酸化炭素１１に含まれる汚染物質は、第１液相の液体二酸化炭素１１と第２液相の液体１２とを混合手段１７にて混合することにより、第２液相の極性水溶液又は極性有機溶媒からなる液体１２に吸収されるので、第１液相の液体二酸化炭素１１を常に清浄に保ちながら、被洗浄物１３を洗浄できる。
【０００９】
請求項７に係る発明は、請求項６に係る発明であって、更に図１に示すように、洗浄槽１４の内部又は外部に設けられ洗浄槽１４内の温度を０℃より高くかつ３０℃より低い温度に保持する冷却手段１８を更に備えたことを特徴とする。
この請求項７に記載された超音波洗浄装置では、洗浄槽１４内の温度を冷却手段１８により上記範囲内に保つことにより、洗浄槽１４内の液体二酸化炭素が液体の状態に保たれる。
請求項８に係る発明は、請求項６に係る発明であって、更に図１に示すように、混合手段１７が洗浄槽１４に設けられた撹拌機であり、この撹拌機１７の撹拌羽根１７ｃが洗浄槽内の第１液相と第２液相との界面又はその近傍に位置するように設けられたことを特徴とする。
この請求項８に記載された超音波洗浄装置では、撹拌羽根１７ｃにより第１液相と第２液相を効率良く混合できるので、第２液相の極性水溶液又は極性有機溶媒からなる液体１２が第１液相の液体二酸化炭素１１に含まれる汚染物質を速やかに吸収できる。
請求項９に係る発明は、請求項６に係る発明であって、更に図２に示すように、超音波発振器１６を洗浄槽１４の底部に設けることにより、この超音波発振器１６が混合手段を兼ねることを特徴とする。
この請求項９に記載された超音波洗浄装置では、超音波発振器１６を作動させると超音波が発生し、この超音波によるキャビテーションの生成及び消滅に起因する衝撃波により第１液相と第２液相の界面が撹拌されるので、撹拌機を用いなくても第１液相の液体二酸化炭素１１と第２液相の液体１２とを混合できる。また超音波によるキャビテーションは第２液相の液体１２の方が第１液相の液体二酸化炭素１１より効率良く生成されるところ、超音波が先ず第２液相の液体１２中を伝播するので、この第２液相の液体１２でキャビテーションを生成することが可能になり、第１液相の液体二酸化炭素１１より効果的なキャビテーションの生成及び消滅を期待できる。
【００１０】
請求項１０に係る発明は、請求項７に係る発明であって、更に図１に示すように、冷却手段１８が洗浄槽１４の周壁の内側に沿って設けられかつ水の流通するコイル１８ａを有し、このコイル１８ａの内側に筒状のシュラウド１９が設けられたことを特徴とする。
この請求項１０に記載された超音波洗浄装置では、シュラウド１９の内側に被洗浄物１３を収容できるので、被洗浄物１３の収容空間を大きく確保できるとともに、洗浄槽１４内の液体二酸化炭素１１にシュラウド１９の内側及び外側を通る強制循環流を形成できるので、コイル１８ａと接触する液体二酸化炭素１１の量が増大し、液体二酸化炭素１１を効率良く冷却できる。
請求項１１に係る発明は、請求項６に係る発明であって、更に図１に示すように、洗浄槽１４の上部に溜った二酸化炭素ガスからなる第１ガスに、不活性ガス又は非凝縮ガスからなる第２ガスを添加する第２ガス添加手段２１を更に備えたことを特徴とする。
この請求項１１に記載された超音波洗浄装置では、第２ガス添加手段２１により第２ガスを洗浄槽１４の上部に溜った二酸化炭素からなる第１ガスに添加して洗浄槽１４内の気相部を加圧することにより、液体二酸化炭素１１にその飽和蒸気圧以上の静圧が作用するので、超音波により液体二酸化炭素１１中に発生したキャビテーションを速やかに消滅させることができる。これにより上記キャビテーションの生成及び消滅に起因する衝撃波が液体二酸化炭素１１を伝搬して被洗浄物１３に速やかに衝突するので、この衝撃波により汚染物質を被洗浄物１３から効率良く除去できる。
【００１１】
請求項１２に係る発明は、請求項６に係る発明であって、更に図１に示すように、第２液相の液体１２を洗浄槽１４から抜出して濾過し更に洗浄槽１４に戻す第２液相循環手段２２を更に備えたことを特徴とする。
この請求項１２に記載された超音波洗浄装置では、汚染物質が分散する第２液相の液体１２を第２液体循環手段２２により洗浄槽１４から抜出して濾過することにより第２液相の液体１２から汚染物質を除去した後に、この汚染物質が除去された清浄な第２液相の液体１２を第２液体循環手段２２により再び洗浄槽１４に戻すので、洗浄槽１４内の第２液相の液体１２中に含まれる汚染物質の増加を防止できる。
請求項１３に係る発明は、請求項６に係る発明であって、更に図１に示すように、第２液相の液体１２を所定量ずつ連続的に洗浄槽１４から抜出すとともに清浄な別の第２液相の液体１２を所定量ずつ連続的に洗浄槽１４に供給する第２液相交換手段２３を更に備えたことを特徴とする。
この請求項１３に記載された超音波洗浄装置では、汚染物質が溶解する第２液相の液体１２を第２液体交換手段２３により洗浄槽１４から抜出すとともに、清浄な別の第２液相の液体１２を第２液体交換手段２３により洗浄槽１４に供給するので、洗浄槽１４内の第２液相の液体１２中に含まれる汚染物質の増加を防止できる。
【００１２】
請求項１４に係る発明は、請求項６に係る発明であって、更に図３に示すように、一端が洗浄槽１４の上部に接続されたガス回収管４８の他端が第１液相貯留槽４１の上部に接続され、一端が洗浄槽１４の下部に接続された第１液相給排管４７の他端が分岐して第１液相貯留槽４１の下部及び上部にそれぞれ接続され、ガス回収管４８にコンプレッサ４９及びガス冷却器５０が設けられ、第１液相給排管４７に第１液相給排ポンプ５１が設けられたことを特徴とする。
この請求項１４に記載された超音波洗浄装置では、被洗浄物１３の洗浄が完了したとき、被洗浄物１３を洗浄槽１４から取出す前に、洗浄槽１４内の液体二酸化炭素１１を第１液相給排ポンプ５１により第１液相貯留槽４１に移送した後に、洗浄槽１４に残存する二酸化炭素ガスをコンプレッサ４９により圧縮しかつガス冷却器５０により冷却し液化して第１液相貯留槽４１に移送する。この結果、洗浄槽１４内の液体二酸化炭素１１をガス化することなく、液体のまま必要最小限のエネルギで第１液相貯留槽４１に移送できる。
請求項１５に係る発明は、請求項７に係る発明であって、更に図３に示すように、冷却手段１８が洗浄槽１４内に設けられかつ水の流通するコイル１８ａを有し、このコイル１８ａに０℃より高く３０℃より低い冷水のみならず３０〜１００℃の温水が流通可能に構成されたことを特徴とする。
この請求項１５に記載された超音波洗浄装置では、被洗浄物１３の洗浄が完了したとき、被洗浄物１３を洗浄槽１４から取出す前に、冷却手段１８のコイル１８ａに温水を流通させることにより、洗浄槽１４内の圧力を第１液相貯留槽４１内の圧力より高くする。これにより洗浄槽１４内の液体二酸化炭素１１を第１液相給排ポンプ５１により第１液相貯留槽４１に効率良く移送できるとともに、洗浄槽１４に残存する二酸化炭素ガスをコンプレッサ４９及びガス冷却器５０により圧縮しかつ冷却し液化して第１液相貯留槽４１に効率良く移送できる。
請求項１６に係る発明は、請求項１４に係る発明であって、更に図４に示すように、洗浄槽７１，７２が複数設けられ、これらの洗浄槽７１，７２が切換手段８０を介して互いに並列に接続されるとともに第１液相貯留槽４１に並列に接続されたことを特徴とする。
この請求項１６に記載された超音波洗浄装置では、複数の洗浄槽７１，７２を、洗浄中の洗浄槽７１と待機状態の洗浄槽７２とに分けることにより、洗浄の完了した洗浄槽７１内の液体二酸化炭素１１を、第１液相貯留槽４１を介さずに待機状態の洗浄槽７２に直接移送できるので、液体二酸化炭素１１の移送を簡略化できる。
【発明の効果】
【００１３】
以上述べたように、本発明によれば、第１液相を形成する液体二酸化炭素を被洗浄物とともに洗浄槽に入れ、超音波によるキャビテーションの生成及び消滅に起因する衝撃波が上記液体二酸化炭素を伝搬し被洗浄物に衝突して被洗浄物から汚染物質を除去し、更に液体二酸化炭素に溶解しない第２液相を形成しかつ極性水溶液又は極性有機溶媒からなる液体を洗浄槽に入れて上記第１液相の液体二酸化炭素と上記第２液相の液体とを混合したので、被洗浄物から除去されて第１液相の液体二酸化炭素に含まれる汚染物質が第２液相の極性水溶液又は極性有機溶媒からなる液体に吸収される。この結果、第１液相の液体二酸化炭素を常に清浄に保ちながら、被洗浄物を洗浄できるので、汚染物質の被洗浄物への再付着を防止できる。
また極性水溶液がアルカリ水溶液であれば、第１液相の液体二酸化炭素に溶解している汚染物質の油分が第２液相のアルカリ水溶液と反応してアルカリ金属塩が形成されるので、上記汚染物質の油分を第１液相から第２液相に効率良く移行させることができ、極性水溶液が酸性水溶液であれば、第１液相の液体二酸化炭素に分散している汚染物質の金属粒子が第２液相の酸性水溶液に溶解するので、上記汚染物質の金属粒子を第１液相から第２液相に効率良く移行させることができる。
また極性有機溶媒がアルコール類、ケトン類、アミド類、アミン類及びエステル類からなる群より選ばれた１種又は２種以上の極性有機溶媒であれば、極性有機溶媒が界面活性剤として作用し、第２液相の極性有機溶媒が第１液相の液体二酸化炭素中に溶解している油分と反応してミセルを形成するので、上記汚染物質の油分を第１液相から第２液相に効率良く移行させることができる。
また洗浄槽の上部に溜った二酸化炭素ガスからなる第１ガスに、分圧０．１〜１２．８ＭＰａの不活性ガス又は非凝縮ガスからなる第２ガスを添加すれば、洗浄槽内の気相部が加圧されて、液体二酸化炭素にその飽和蒸気圧以上の静圧が作用するので、超音波により液体二酸化炭素中に発生したキャビテーションを速やかに消滅させることができる。この結果、上記キャビテーションの生成及び消滅に起因する衝撃波が液体二酸化炭素を伝搬して被洗浄物に速やかに衝突するので、この衝撃波により汚染物質を被洗浄物から効率良く除去できる。
【００１４】
また洗浄槽内の温度を０℃より高くかつ３０℃より低い温度に保ち、洗浄槽内の液体二酸化炭素の分圧を３．４〜７．２ＭＰａに保てば、洗浄槽内の液体二酸化炭素を液体の状態に保つことができる。
また洗浄槽に被洗浄物を収容するとともに第１液相を形成する液体二酸化炭素を貯留し、液体二酸化炭素に溶解しない第２液相を形成しかつ極性水溶液又は極性有機溶媒からなる液体を洗浄槽に更に貯留し、超音波によるキャビテーションの生成及び消滅に起因する衝撃波が超音波発振器により液体二酸化炭素を伝搬し被洗浄物に衝突して被洗浄物から汚染物質を除去し、更に上記第１液相の液体二酸化炭素と上記第２液相の液体とを混合手段により混合すれば、被洗浄物から除去されて第１液相の液体二酸化炭素に含まれる汚染物質が、第２液相の極性水溶液又は極性有機溶媒からなる液体に吸収されるので、第１液相の液体二酸化炭素を常に清浄に保ちながら、被洗浄物を洗浄できる。
また洗浄槽の内部又は外部に設けられ洗浄槽内の温度を冷却手段により０℃より高くかつ３０℃より低い温度に保持すれば、洗浄槽内の液体二酸化炭素を液体の状態に保つことができる。
また混合手段が洗浄槽に設けられた撹拌機であり、この撹拌機の撹拌羽根を洗浄槽内の第１液相と第２液相との界面又はその近傍に位置するように設ければ、撹拌羽根により第１液相と第２液相を効率良く混合できるので、第２液相の極性水溶液又は極性有機溶媒からなる液体が第１液相の液体二酸化炭素に含まれる汚染物質を速やかに吸収できる。
また超音波発振器を洗浄槽の底部に設けることにより、超音波発振器が混合手段を兼ねれば、超音波発振器の超音波によるキャビテーションの生成及び消滅に起因する衝撃波により第１液相と第２液相の界面が撹拌されるので、撹拌機を用いなくても第１液相の液体二酸化炭素と第２液相の液体とを混合できる。
また冷却手段が洗浄槽の周壁の内側に沿って設けられかつ水の流通するコイルを有し、このコイルの内側に筒状のシュラウドを設ければ、シュラウドの内側に被洗浄物を収容できるので、被洗浄物の収容空間を大きく確保できるとともに、シュラウドの内側と外側に強制循環流を形成できるので、第１液相の液体二酸化炭素を効率良く冷却できる。
【００１５】
また洗浄槽の上部に溜った二酸化炭素ガスからなる第１ガスに、不活性ガス又は非凝縮ガスからなる第２ガスを第２ガス添加手段により添加すれば、洗浄槽内の気相部が加圧されて、液体二酸化炭素にその飽和蒸気圧以上の静圧が作用するので、超音波により液体二酸化炭素中に発生したキャビテーションを速やかに消滅させることができる。この結果、上記キャビテーションの生成及び消滅に起因する衝撃波が液体二酸化炭素を伝搬して被洗浄物に速やかに衝突するので、この衝撃波により汚染物質を被洗浄物から効率良く除去できる。
また第２液相循環手段により第２液相の液体を洗浄槽から抜出して濾過し更に洗浄槽に戻したり、或いは第２液相交換手段により第２液相の液体を所定量ずつ連続的に洗浄槽から抜出すとともに清浄な別の第２液相の液体を所定量ずつ連続的に洗浄槽に供給すれば、洗浄槽内の第２液相の液体中に含まれる汚染物質の増加を防止できる。
また洗浄槽の上部をガス回収管により第１液相貯留槽の上部に接続し、洗浄槽の下部を第１液相給排管により第１液相貯留槽の下部及び上部にそれぞれ接続し、ガス回収管にコンプレッサ及びガス冷却器を設け、第１液相給排管に第１液相給排ポンプを設ければ、被洗浄物の洗浄が完了したとき、被洗浄物を洗浄槽から取出す前に、洗浄槽内の液体二酸化炭素を第１液相給排ポンプにより第１液相給排管を通って第１液相貯留槽に移送した後に、洗浄槽に残存する二酸化炭素ガスをコンプレッサによりガス回収管を通りガス冷却器で冷却して液化した後に第１液相貯留槽に移送する。この結果、洗浄槽内の液体二酸化炭素をガス化することなく液体のまま必要最小限のエネルギで第１液相貯留槽に移送できる。
また冷却手段が洗浄槽内に設けられかつ水の流通するコイルを有し、このコイルに０℃より高く３０℃より低い冷水のみならず３０〜１００℃の温水を流通可能に構成すれば、被洗浄物の洗浄が完了したとき、被洗浄物を洗浄槽から取出す前に、冷却手段のコイルに温水を流通させることにより、洗浄槽内の圧力を第１液相貯留槽内の圧力より高くする。これにより洗浄槽内の液体二酸化炭素を第１液相給排ポンプにより第１液相貯留槽に効率良く移送できるとともに、洗浄槽に残存する二酸化炭素ガスをコンプレッサ及びガス冷却器により圧縮・液化して第１液相貯留槽に効率良く移送できる。
更に洗浄槽を複数設け、これらの洗浄槽を切換手段を介して互いに並列に接続するとともに第１液相貯留槽に並列に接続すれば、複数の洗浄槽を、洗浄中の洗浄槽と待機状態の洗浄槽とに分けることにより、洗浄の完了した洗浄槽内の液体二酸化炭素を、第１液相貯留槽を介さずに待機状態の洗浄槽に直接移送できるので、液体二酸化炭素の移送を簡略化できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
＜第１の実施の形態＞
図１に示すように、超音波洗浄装置は、被洗浄物１３が収容されかつ第１液相を形成する液体二酸化炭素１１と第２液相を形成する液体１２が貯留された洗浄槽１４と、この洗浄槽１４の内部に設けられた超音波発振器１６と、第１液相の液体二酸化炭素１１と第２液相の液体１２とを混合する混合手段１７とを備える。洗浄槽１４は、被洗浄物１３を収容可能な槽本体１４ａと、この槽本体１４ａ上面の開口部を開放可能に閉止する蓋１４ｂとを有する。この洗浄槽１４は内部の気密が保たれかつ所定の圧力に耐え得る気密耐圧容器である。第２液相を形成する液体１２は、極性水溶液又は極性有機溶媒からなる。極性水溶液は、水、アルカリ水溶液又は酸性水溶液であることが好ましい。アルカリ水溶液としては、水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液、水酸化セシウム水溶液、水酸化リチウム水溶液などが挙げられるが、経済性の面から水酸化ナトリウム水溶液を用いることがより好ましい。また酸性水溶液としては、希塩酸水溶液、希硫酸水溶液、希硝酸水溶液及び希フッ酸水溶液からなる群より選ばれた１種又は２種以上の水溶液又は混合水溶液が挙げられる。なお、上記極性水溶液には界面活性剤を添加することができる。この界面活性剤としては、カルボン酸塩、スルホン酸塩、硫酸エステル塩、リン酸エステル塩等の陰イオン界面活性剤、又は脂肪酸アミン塩、脂肪族４級アミン塩、芳香族４級アンモニウム塩、複素環４級アンモニウム塩等の陽イオン界面活性剤、或いは上記陰イオン界面活性剤及び上記陽イオン界面活性剤の混合物が挙げられる。
【００１７】
一方、極性有機溶媒は、アルコール類、ケトン類、アミド類、アミン類及びエステル類からなる群より選ばれた１種又は２種以上の極性有機溶媒であることが好ましい。アルコール類としては、メタノール、エタノール、イソプロパノール、オクタノール、デカノールなどが挙げられ、これらの単体又は混合物、或いはこれらを水と混合した水溶液として用いられる。ケトン類としては、アセトン、メチルエチルケトンなどが挙げられ、これらの単体又は混合物、或いはこれらを水又はアルコールと混合した水溶液又は混合物として用いられる。またアミド類としては、ホルムアミド、アセトアミドなどが挙げられ、これらの単体又は混合物、或いはこれらを水又はアルコールと混合した水溶液又は混合物として用いられる。アミン類としては、アリルアミン、ジアリルアミン、トリアリルアミン、イソプロピルアミンなどが挙げられ、これらの単体又は混合物、或いはこれらを水又はアルコールと混合した水溶液又は混合物として用いられる。更にエステル類としては、エチレングリコール酸エステル、グリセリン脂肪酸エステルなどが挙げられ、これらの単体又は混合物、或いはこれらを水又はアルコールと混合した水溶液又は混合物として用いられる。
【００１８】
超音波発振器１６は、この実施の形態では、洗浄槽１４の内部に第１液相の液体二酸化炭素１１に浸漬しかつ被洗浄物１３に対向するように設けられる。具体的には、超音波発振器１６は、槽本体１４ａの周壁から所定の間隔をあけて内方に、槽本体１４ａの円周方向に所定の間隔をあけて複数台配設される。なお、超音波発振器は槽本体の内側ではなく、槽本体の外側に設けてもよい。これらの超音波発振器１６から発せられる超音波の周波数及び出力は被洗浄部１３に付着する汚染物質の種類や量により変化させることができるように構成される。上記超音波発振器１６により発生した超音波は液体二酸化炭素１１中にキャビテーションを生成し、このキャビテーションが液体二酸化炭素１１中で消滅するときに衝撃波が発生し、この衝撃波が液体二酸化炭素１１中を伝搬して被洗浄物１３に衝突することにより、被洗浄物１３から汚染物質が除去されるように構成される。また第１液相の液体二酸化炭素１１の比重は０．８〜０．８５であるのに対し、第２液相の液体１２は１〜１．２であるので、第１液相の液体二酸化炭素１１は上層に移行し、第２液相の液体１２は下層に移行する。更に第２液相の液体１２は第１液相の液体二酸化炭素１１に対して０．５〜１００重量％、好ましくは１０〜５０重量％添加される。ここで、第２液相の液体１２の第１液相の液体二酸化炭素１１に対する添加割合を０．５〜１００重量％の範囲に限定したのは、０．５重量％未満では第２液相の液体１２が第１液相の液体二酸化炭素１１に溶解するおそれがあり、１００重量％を越えると洗浄槽１４が必要以上に大きくなるとともに、洗浄に伴って発生する廃水の量が増大するからである。
【００１９】
混合手段１７は、この実施の形態では、洗浄槽１４に設けられた撹拌機である。この撹拌機１７は、槽本体１４ａの底壁下面に取付けられた減速機付モータ１７ａと、このモータ１７ａの出力軸１７ｂに固着された撹拌羽根１７ｃとを有する。撹拌羽根１７ｃは洗浄槽１４内の第１液相と第２液相との界面近傍に位置するように設けられる。具体的には、撹拌羽根１７ｃは静止状態における第１液相と第２液相との界面の直上及び直下にそれぞれ１枚ずつ合計２枚設けられる。なお、撹拌羽根は２枚ではなく、３枚又は４枚以上設けてもよい。上記撹拌羽根１７ｃは減速機付モータ１７ａによる回転方向の操作により、洗浄槽１４内の中央を下降流とし洗浄槽１４内の周壁近傍を上昇流とする中央上昇循環流であってもよく、或いは洗浄槽１４の中央を上降流とし洗浄槽１４の周壁近傍を下昇流とする中央下降循環流であってもよいが、汚染物質が液体二酸化炭素１１に分散する粒子である場合、被洗浄物１３の再汚染防止の観点から中央下降循環流とすることが好ましい。
【００２０】
一方、洗浄槽１４の内部には、冷水の流通するコイル型の冷却手段１８が設けられる。この冷却手段１８は、槽本体１４ａの周壁と超音波発振器１６との間に螺旋状に設けられたコイル１８ａと、コイル１８ａの一端に接続された冷水供給管１８ｂと、コイル１８ａの他端に接続された冷水排出管１８ｃと、冷水供給管１８ｂに設けられた冷水供給用開閉弁１８ｄと、冷水排出管１８ｃに設けられた冷水排出開閉弁１８ｅと、冷水供給管１８ｂに接続された冷水タンク（図示せず）と、冷水供給管１８ｂの途中に設けられコイル１８ａに冷水を供給する冷水ポンプ（図示せず）とを有する。このコイル１８ａに冷水を流通させることにより、洗浄槽１４内の温度が０℃より高くかつ３０℃より低い温度、好ましくは１０〜２５℃の範囲に保持される。ここで、洗浄槽１４内の温度を０℃より高くかつ３０℃より低い温度に保持するのは、０℃以下では液体二酸化炭素１１が水とハイドレードを形成して固体になってしまい、３０℃以上ではキャビテーションの消滅が不安定なるからである。なお、二酸化炭素ハイドレードとは、二酸化炭素分子を水分子のカゴで包摂した物質をいう。また、洗浄槽１４内の温度が０〜３０℃の範囲であるとき、洗浄槽１４内の液体二酸化炭素１１の飽和蒸気圧は３．４〜７．２ＭＰａであり、洗浄槽１４内の温度が１０〜２５℃の範囲であるとき、洗浄槽１４内の液体二酸化炭素の飽和蒸気圧は４．５〜６．４ＭＰａである。また、この実施の形態では、冷却手段として洗浄槽内に設けられたコイル型の冷却手段を挙げたが、水の流通する複数の管からなる多管型、或いは内部に水の流通する扁平な空間を有するプレート型の冷却手段であってもよい。更に、冷却手段を洗浄槽の外部に設ける場合には、上記コイル型の冷却手段であってもよく、或いは多管型又はプレート型の冷却手段であってもよい。
【００２１】
冷却手段１８のコイル１８ａの内側であって超音波発振器１６の外側には筒状のシュラウド１９が設けられる。このシュラウド１９はこの実施の形態では円筒状に形成される。このシュラウド１９の洗浄槽１４内への設置により上記中央上昇循環流又は中央下降循環流が効果的に発生する。なお、上記シュラウドは四角筒状、五角筒状、六角筒状等の多角筒状に形成してもよい。また洗浄槽１４の上部には第２ガス添加手段２１が接続される。この第２ガス添加手段２１は、第２ガスを貯留する第２ガスタンク（図示せず）と、この第２ガスタンクと洗浄槽１４上部とを接続する第２ガス供給管２１ａと、この第２ガス供給管２１ａに設けられた第２ガス回収用開閉弁２１ｂと、第２ガスタンク内の第２ガスを洗浄槽１４上部に圧送する第２ガス用コンプレッサ（図示せず）とを有する。上記第２ガスとしては、窒素ガス、アルゴンガス、空気などが挙げられる。上記第２ガスの洗浄槽１４の気相部（二酸化炭素ガスからなる第１ガスの溜った洗浄槽１４の上部）における分圧は０．１〜１２．８ＭＰａ、好ましくは０．１〜２．８ＭＰａの範囲に設定され、上記気相部における第２ガスの分圧と液体二酸化炭素１１の飽和蒸気圧との合計圧力は２０ＭＰａ以下、好ましくは１０ＭＰａ以下に設定される。上記第２ガス添加手段２１により洗浄槽１４上部の気相部に第２ガスが添加されて気相部が加圧されると、洗浄槽１４内の液体二酸化炭素１１にその飽和蒸気圧以上の静圧が作用し、これにより超音波により液体二酸化炭素１１中に発生したキャビテーションを速やかに消滅させることができるようになっている。なお、上記第２ガス供給管２１ａには、真空用分岐管（図示せず）の一端が分岐して接続され、この真空用分岐管の他端には真空ポンプ（図示せず）が接続される。
【００２２】
一方、洗浄槽１４の下部には第２液相循環手段２２及び第２液相交換手段２３が接続される。第２液相循環手段２２は、一端が洗浄槽１４の底壁に接続され他端が洗浄槽１４の周壁下部に接続された循環パイプ２２ａと、この循環パイプ２２ａに設けられ洗浄槽１４内の第２液相の液体１２を循環させる循環ポンプ２２ｂと、循環パイプ２２ａに設けられ第２液相の液体１２に分散する粒子を捕集する循環用フィルタ２２ｃと、この循環用フィルタ２２ｃの前後に設けられた一対の循環用開閉弁２２ｄ，２２ｄとを有する。上記循環パイプ２２ａには循環用フィルタ２２ｃ及び一対の循環用開閉弁２２ｄ，２２ｄをバイパスするバイパス循環パイプ２２ｅが接続され、このバイパス循環パイプ２２ｅには補助循環用フィルタ２２ｆ及び一対の補助循環用開閉弁２２ｇ，２２ｇが設けられる。補助循環用フィルタ２２ｆは循環用フィルタ２２ｃと交互に用いられ、フィルタ交換のための洗浄装置の停止を不要するために設けられる。また第２液相交換手段２３は、一端が洗浄槽１４の底壁に接続され他端が清浄な別の第２液相の液体１２を貯留する新液貯留槽（図示せず）に接続された第２液相供給管２３ａと、一端が洗浄槽１４の周壁下部に接続され他端が汚染物質を含む第２液相の液体１２を貯留する古液貯留槽（図示せず）に接続された第２液相排出管２３ｂと、第２液相供給管２３ａ及び第２液相排出管２３ｂに設けられた２ヘッド型の交換ポンプ２３ｃとを有する。交換ポンプ２３ｃは、一方のヘッドで洗浄槽１４内の第２液相の液体１２を第２液相排出管２２ｂを通って古液貯留槽に所定量ずつ連続的に排出するとともに、他方のヘッドで新液貯留槽内の清浄な別の第２液相の液体１２を第２液相供給管２３ａを通って洗浄槽１４下部に所定量ずつ連続的に供給するように構成される。また第２液相排出管２３ｂには第２液相の液体１２に分散する粒子を捕集する排出用フィルタ２３ｄが設けられ、この排出用フィルタ２３ｄの前後には一対の排出用開閉弁２３ｅ，２３ｅが設けられる。更に上記第２液相排出管２３ｂには排出用フィルタ２３ｄ及び一対の排出用開閉弁２３ｅ，２３ｅをバイパスするバイパス排出管２３ｆが接続され、このバイパス排出管２３ｆには補助排出用フィルタ２３ｇ及び一対の補助排出用開閉弁２３ｈ，２３ｈが設けられる。補助排出用フィルタ２３ｇは排出用フィルタ２３ｄと交互に用いられ、フィルタ交換のための洗浄装置の停止を不要するために設けられる。なお、図１中の符号２４は洗浄槽１４内の液体二酸化炭素１２の温度を検出する温度センサであり、符号２６は洗浄槽１４上部の気相部の圧力を検出する圧力センサである。また符号２７は第１液相の液体二酸化炭素１１を洗浄槽１４に供給するための第１液相供給管であり、符号２７ａは第１液相供給管２７に設けられた第１液相用開閉弁である。符号２８は洗浄槽１４内の二酸化炭素ガスを排出するためのガス回収管であり、符号２８ａはガス回収管２８に設けられたガス回収用開閉弁である。更に符号２９は第２液相の液体１２を排出するためのドレン管であり、符号２９ａはドレン管２９に設けられたドレンバルブである。
【００２３】
このように構成された超音波洗浄装置を用いた被洗浄物の洗浄方法を説明する。
先ず洗浄槽１４の蓋１４ｂをあけ、槽本体１４ａに汚染物質の付着した被洗浄物１３を収容する。この被洗浄物１３は、洗浄槽１４に第１液相の液体二酸化炭素１１及び第２液相の液体１２を貯留してこれらを撹拌しない状態で、第１液相の液体二酸化炭素１１中に全ての部分が浸漬される位置であって第２液相の液体１２に接触しない位置に固定される。この状態で槽本体１４ａの開口部を蓋１４ｂにより閉止し、真空ポンプを作動して洗浄槽１４内部の空気を排出した後に、液体二酸化炭素１１を第１液相給排管２７を通して洗浄槽１４に供給する。このとき冷却手段１８のコイル１８ａに冷水を流通させて洗浄槽１４内の温度を０〜３０℃、好ましくは１０〜２５℃の範囲に保つことにより、液体二酸化炭素１１を安定的に供給できる。次に交換ポンプ２３ｃを作動して極性水溶液又は極性有機溶媒からなる液体１２を洗浄槽１４に供給し、洗浄槽１４の下部に一定量の第２液相を形成する。この状態で撹拌機１７及び超音波発振器１６を作動させる。超音波発振器１６の作動により超音波が発生し、この超音波によるキャビテーションの生成及び消滅に起因する衝撃波が液体二酸化炭素１１を伝搬して被洗浄物１３に衝突し、これにより被洗浄物１３に付着している汚染物質が剥離して除去され液体二酸化炭素１１中に溶出又は分散する。
【００２４】
第２液相の液体１２としてアルカリ水溶液又は界面活性剤を溶かした水を用い、撹拌機１７により第１液相の液体二酸化炭素１１と第２液相の液体１２とを混合することにより、上記液体二酸化炭素１１に含まれる汚染物質のうちの油分が第２液相の液体１２と反応してアルカリ金属塩又はミセルを形成し、第１液相から第２液相に速やかに移行するので、第１液相の液体二酸化炭素１１は清浄に保たれる。また撹拌機１７により第１液相の液体二酸化炭素１１と第２液相の液体１２とを混合し、循環ポンプ２２ｂを作動して第２液相の液体１２を循環パイプ２２ａに循環させることにより、液体二酸化炭素に含まれる汚染物質のうちの粒子が第１液相から第２液相に移行した後に循環用フィルタ２２ｃで捕集されるので、第１液相の液体二酸化炭素１１は清浄に保たれる。更に第２液相の液体１２として酸性水溶液を用い、撹拌機１７により第１液相の液体二酸化炭素１１と第２液相の液体１２とを混合することにより、液体二酸化炭素１１に含まれる汚染物質のうちの金属粒子が第２液相の酸性水溶液１２に溶解し、第１液相から第２液相に速やかに移行するので、第１液相の液体二酸化炭素１１は清浄に保たれる。
【００２５】
なお、被洗浄物１３に多量の汚染物質が付着している場合には、交換ポンプ２３ｃを作動して洗浄槽１４内の汚染物質を多く含む第２液相の液体１２を所定量ずつ連続的に排出するとともに、清浄な別の第２液相の液体１２を所定量ずつ連続的に供給することにより、第２液相の液体が比較的清浄な状態に保たれ、汚染物質の分散能力又は溶出能力を所定量以上に維持できる。また超音波発振器１６の作動により洗浄槽１４内の液体二酸化炭素１１の温度の変動が激しい場合には、温度センサ２４の検出出力に基づいてコントローラが冷却手段１８のコイル１８ａに流通させる冷水の流量を調整することにより、上記液体二酸化炭素１１の温度を所定値に保つことができる。このとき２枚の撹拌羽根１７ｃ，１７ｃのうち液体二酸化炭素中に位置する上側の撹拌羽根１７ｃの回転により、液体二酸化炭素１１の鉛直方向の流れだけでなく半径方向外向きの流れを形成すると、洗浄槽１４の周壁とシュラウド１９との間に液体二酸化炭素１１の上昇流が発生する。この結果、洗浄槽１４の周壁とシュラウド１９との間に存在する冷却手段１８のコイル１８ａと接触する液体二酸化炭素１１の量が増大するので、液体二酸化炭素１１の冷却手段１８による冷却効率を向上できる。また超音波によるキャビテーションの生成及び消滅が不安定である場合には、第２ガス添加手段２１のガス用コンプレッサを作動して第２ガスを洗浄槽１４に添加して洗浄槽１４内の気相部を加圧する。これにより洗浄槽１４内の液体二酸化炭素１１にその飽和蒸気圧以上の静圧が作用するので、超音波により液体二酸化炭素１１中に発生したキャビテーションを速やかに消滅させることができる。この結果、上記キャビテーションの生成及び消滅に起因する衝撃波が液体二酸化炭素１１を伝搬して被洗浄物１３に速やかに衝突するので、この衝撃波により汚染物質を被洗浄物１３から効率良く除去できる。
【００２６】
被洗浄物１３の洗浄が完了すると、超音波発振器１６、撹拌機１７、循環ポンプ２２ｂ及び交換ポンプ２３ｃを停止し、洗浄槽１４内の大部分の液体二酸化炭素１１を第１液相給排管２７から抜出した後に、洗浄槽１４内の二酸化炭素ガス又は二酸化炭素ガス及び第２ガスの混合ガスを、洗浄槽１４内が大気圧になるまでガス回収管２８から抜出す。この状態で洗浄槽１４の蓋１４ｂをあけて洗浄槽１４内の被洗浄物１３を取出す。この被洗浄物１３は浄化され、この被洗浄物１３から除去された汚染物質は洗浄槽１４の下部に溜った第２液相の液体１２に溶出又は分散している。この第２液相の液体１２は交換ポンプ２３ｃの作動により或いはドレンバルブ２９ａの開放により洗浄槽１４から排出される。その後、汚染物質が付着した別の被洗浄物１３を洗浄槽１４に収容して上記と同様の手順で洗浄する。
【００２７】
＜第２の実施の形態＞
図２は本発明の第２の実施の形態を示す。図２において図１と同一符号は同一部品を示す。
この実施の形態では、超音波発振器１６が洗浄槽１４の底壁に突設された小径部１４ｃ下面に設けられ、第１の実施の形態の撹拌機及びシュラウドは用いない。なお、超音波発振器は、洗浄槽の小径部下面ではなく、小径部外周面に設けてもよい。上記以外は第１の実施の形態と同一に構成される。
このように構成された超音波洗浄装置では、超音波発振器１６の作動により超音波が発生し、この超音波によるキャビテーションの生成及び消滅に起因する衝撃波が、第２液相の液体１２を伝搬して第１液相と第２液相の界面を撹拌するとともに、第１液相の液体二酸化炭素１１を伝搬して被洗浄物１３に衝突する。この結果、撹拌機を用いなくても上記衝撃波により第１液相の液体二酸化炭素１１と第２液相の液体１２とを混合できるとともに、上記衝撃波が被洗浄物１３に付着している汚染物質を剥離して除去し、液体二酸化炭素１１中に溶出又は分散させることができる。上記第２液相の液体１２としては、界面活性剤、水酸化ナトリウム或いは塩酸などを溶かし込んだ水が最も好ましい。上記以外の洗浄方法及び動作は第１の実施の形態と略同様であるので、繰返しの説明を省略する。
【００２８】
＜第３の実施の形態＞
図３は本発明の第３の実施の形態を示す。図３において図１と同一符号は同一部品を示す。
この実施の形態では、冷却手段１８のコイル１８ａに３０〜１００℃、好ましくは４０〜８０℃の温水が流通可能に構成され、一端が洗浄槽１４の上部に接続されたガス回収管４８の他端が第１液相貯留槽４１の上部に接続され、一端が洗浄槽１４の下部に接続された第１液相給排管４７の他端が分岐して第１液相貯留槽４１の下部及び上部にそれぞれ接続される。冷却手段１８の冷水供給管１８ｂから分岐して温水供給管４２が設けられ、この温水供給管４２には温水供給用開閉弁４２ａが設けられる。また冷却手段１８の冷水排出管１８ｃから分岐して温水排出管４３が設けられ、この温水排出管４３には温水排出用開閉弁４３ａが設けられる。更に温水供給管４２には温水タンク（図示せず）が接続され、温水供給管４２の途中にはコイル１８ａに温水を供給する温水ポンプ（図示せず）が設けられる。温水供給用開閉弁４２ａ及び温水排出用開閉弁４３ａを開き、冷水供給用開閉弁１８ｄ及び冷水排出用開閉弁１８ｅを閉じて、温水ポンプを作動させることにより、コイル１８ａに温水が流通するように構成される。ここで、コイル１８ａに流通させる温水の温度を３０〜１００℃の範囲に限定したのは、３０℃未満では洗浄槽１４内の液体二酸化炭素１１を気化させるのに時間が掛かり過ぎ、１００℃を越えると水蒸気の発生が顕著になるからである。
【００２９】
ガス回収管４８には、このガス回収管４８を開閉するガス回収用開閉弁４８ａと、洗浄槽１４内の二酸化炭素ガスを増圧して排出するコンプレッサ４９と、この増圧された二酸化炭素ガスを冷却して液化するガス冷却器５０とが設けられる。また第１液相給排管４７は、一端が洗浄槽１４の下部に接続され他端が第１液相貯留槽４１の下部に接続された給排用主管４７ａと、一端が給排用主管４７ａの途中から分岐し他端が第１液相貯留槽４１の上部に接続された給排用分岐管４７ｂとを有する。給排用主管４７ａの分岐部より第１液相貯留槽４１側に第１液相給排ポンプ５１と一対の第１液相用フィルタ５２，５２が設けられ、給排用主管４７ａに第１液相給排ポンプ５１及び一対の第１液相用フィルタ５２，５２をバイパスして給排用バイパス管４７ｃが接続される。洗浄槽１４側の給排用主管４７ａには第１液相用開閉弁４７ｄが設けられ、給排用分岐管４７ｂには分岐用開閉弁５３が設けられ、給排用バイパス管４７ｃにはバイパス用開閉弁５４が設けられる。また給排用バイパス管４７ｃの分岐部と給排用分岐管４７ｂの分岐部との間の給排用主管４７ａには第１開閉弁６１が設けられ、給排用バイパス管４７ｃの合流部と第１液相貯留槽４１との間の給排用主管４７ａには第２開閉弁６２が設けられる。なお、第１液相貯留槽４１には、０℃より高く３０℃より低い温度に冷水が流通する貯留槽用コイル５６が設けられ、この貯留槽用コイル５６に上記冷水を流通させることにより、第１液相貯留槽４１内の温度を０℃より高く３０℃より低い温度に保たれる。また上記貯留槽用コイル５６には上記冷水に替えて３０〜１００℃の温水が流通可能に構成される。図３中の符号５７はガス供給管であり、符号５８はガス供給用開閉弁である。また符号６３は新液貯留槽であり、符号６４は古液貯留槽である。上記以外は第１の実施の形態と同一に構成される。
【００３０】
このように構成された超音波洗浄装置を用いた被洗浄物の洗浄方法を説明する。
先ず洗浄槽１４の蓋１４ｂをあけ、槽本体１４ａに汚染物質の付着した被洗浄物１３を収容する。次いで槽本体１４ａの開口部を蓋１４ｂにより閉止し、真空ポンプを作動して洗浄槽１４内部の空気を排出した後に、ガス供給用開閉弁５８を開放して第１液相貯留槽４１内の二酸化炭素ガスを洗浄槽１４に供給し、洗浄槽１４内の圧力を約６ＭＰａにする。次に第２開閉弁６２、第１開閉弁６１及び第１液相用開閉弁４７ｄを開放した後に、第１液相給排ポンプ５１を作動する。これにより第１液相貯留槽４１内の液体二酸化炭素１１が給排用主管４７ａを通って洗浄槽１４に供給される。所定量の液体二酸化炭素１１が洗浄槽１４に供給されたときに、第１液相給排ポンプ５１を停止するとともに、ガス供給用開閉弁５８、第２開閉弁６２、第１開閉弁６１及び第１液相用開閉弁４７ｄを閉止する。その後の洗浄方法は第１の実施の形態と同一であるので、繰返しの説明を省略する。
【００３１】
被洗浄物１３の洗浄が完了すると、先ず第１液相用開閉弁４７ｄ、バイパス用開閉弁５４及び分岐用開閉弁５３を開いた後に、第１液相給排ポンプ５１を作動する。これにより洗浄槽１４内の液体二酸化炭素１１が洗浄槽１４側の給排用主管４７ａ、給排用バイパス管４７ｃ、中央の給排用主管４７ａ及び給排用分岐管４７ｂを通って第１液相貯留槽４１に移送される。このとき冷却手段１８のコイル１８ａに温水を流通させて洗浄槽１４内の温度を上昇させるとともに、貯留槽用コイル５６に冷水を流通させて第１液相貯留槽４１内の温度を低下させると、洗浄槽１４内の液体二酸化炭素１１の回収率を高めることができる。次に第１液相給排ポンプ５１を停止し、第１液相用開閉弁４７ｄ、バイパス用開閉弁５４及び分岐用開閉弁５３を閉止した後に、ガス回収用開閉弁４８ａを開放するとともに、コンプレッサ４９を作動すると、洗浄槽１４内の二酸化炭素ガスが液化されて第１液相貯留槽４１に回収される。洗浄槽１４内の圧力が大気圧になったときに、コンプレッサ４９を停止するとともに、ガス回収用開閉弁４８ａを閉止する。この状態で洗浄槽１４の蓋１４ｂをあけて被洗浄物１３を洗浄槽１４から取出すと、この被洗浄物１３は浄化され、この被洗浄物１３から除去された汚染物質は洗浄槽１４の下部に溜った第２液相の液体１２に溶出又は分散している。この第２液相の液体１２は交換ポンプ２３ｃの作動により洗浄槽１４から排出されて古液貯留槽６４に回収される。その後、汚染物質が付着した別の被洗浄物１３を洗浄槽１４に収容して上記と同様の手順で洗浄する。
【００３２】
＜第４の実施の形態＞
図４は本発明の第４の実施の形態を示す。図４において図３と同一符号は同一部品を示す。
この実施の形態では、洗浄槽が第１洗浄槽７１及び第２洗浄槽７２の２台設けられ、これらの洗浄槽７１，７２が切換手段８０を介して互いに並列に接続されるとともに第１液相貯留槽４１に並列に接続される。具体的には、第１洗浄槽７１の上部と第２洗浄槽７２の上部がアッパ連通管７３により接続され、第１洗浄槽７１の下部と第２洗浄槽７２の下部がロア連通管７４により接続される。ガス回収管７８は、一端が第１液相貯留槽４１の上部に接続された回収用主管７８ａと、一端が回収用主管７８ａの他端に接続され他端が第１洗浄槽７１側のアッパ連通管７３に接続された第１回収用分岐管７８ｂと、一端が回収用主管７８ａの他端に接続され他端が第２洗浄槽７２側のアッパ連通管７３に接続された第２回収用分岐管７８ｃとを有する。またガス供給管７９は、一端が第１液相貯留槽４１の上部に接続された供給用主管７９ａと、一端が供給用主管７９ａの他端に接続され他端が第１回収用分岐管７８ｂに接続された第１供給用分岐管７９ｂと、一端が回収用主管７８ａの他端に接続され他端が第２回収用分岐管７８ｃに接続された第２供給用分岐管７９ｃとを有する。更に第１液相給排管７７は、一端が第１液相貯留槽４１の下部に接続され他端がロア連通管７４の中央に接続された給排用主管７７ａと、一端が第１液相給排ポンプ５１より第１液相貯留槽４１側の給排用主管７７ａに接続され他端が第１洗浄槽７１側のロア連通管７４に接続された第１バイパス管７７ｂと、一端が第１液相給排ポンプ５１より第１液相貯留槽４１側の給排用主管７７ａに接続され他端が第２洗浄槽７２側のロア連通管７４に接続された第２バイパス管７７ｃと、一端が第１液相貯留槽４１の上部に接続され他端がロア連通管７４の中央に接続された給排用分岐管７７ｄとを有する。
【００３３】
一方、切換手段８０はアッパ切換弁群８１とロア切換弁群８２とを有する。アッパ切換弁群８１は、アッパ連通管７３に設けられた第１アッパ切換弁８１ａと、第１回収用分岐管７８ｂに設けられた第２アッパ切換弁８１ｂと、第２回収用分岐管７８ｃに設けられた第３アッパ切換弁８１ｃと、第１供給用分岐管７９ｂに設けられた第４アッパ切換弁８１ｄと、第２供給用分岐管７９ｃに設けられた第５アッパ切換弁８１ｅとからなる。またロア切換弁群８２は、第１洗浄槽７１側のロア連通管７４に設けられた第１ロア切換弁８２ａと、第２洗浄槽７２側のロア連通管７４に設けられた第２ロア切換弁８２ｂと、給排用分岐管７７ｄに設けられた第３ロア切換弁８２ｃと、給排用主管７７ａに設けられた第４ロア切換弁８２ｄと、第１バイパス管７７ｂに設けられた第５ロア切換弁８２ｅと、第２バイパス管７７ｃに設けられた第６ロア切換弁８２ｆとからなる。更に第２液相循環手段２２は第１洗浄槽７１及び第２洗浄槽７２にそれぞれ１組ずつ設けられ、第２液相交換手段２３は１組設けられ、この第２液相交換手段２３は第１洗浄槽７１又は第２洗浄槽７２のいずれか一方に切換可能に接続される。なお、洗浄槽の台数は３台又は４台以上でもよい。上記以外は第３の実施の形態と同一に構成される。
【００３４】
このように構成された超音波洗浄装置では、第１洗浄槽７１で被洗浄物１３を洗浄している間に、第２洗浄槽７２に被洗浄物１３を収容し、第２洗浄槽７２から空気を排出し、更に第１液相貯留槽４１から第２洗浄槽７２に二酸化炭素ガスを供給して、第２洗浄槽７２内を約６ＭＰａに加圧した状態で待機する。第１洗浄槽７１における被洗浄物１３の洗浄が完了すると、先ず第５ロア切換弁８２ｅ及び第２ロア切換弁８２ｂを開いた後に、第１液相給排ポンプ５１を作動する。これにより第１洗浄槽７１内の液体二酸化炭素１１が第１洗浄槽７１側のロア連通管７４、第１バイパス管７７ｂ、給排用主管７７ａ及び第２洗浄槽７２側のロア連通管７４を通って第２洗浄槽７２に移送される。このとき第１洗浄槽７１内の冷却手段１８のコイル１８ａに温水を流通させて第１洗浄槽７１内の温度を上昇させるとともに、第２洗浄槽７２内の冷却手段１８のコイル１８ａに冷水を流通させて第２洗浄槽７２内の温度を低下させると、第１洗浄槽７１内の圧力が第２洗浄槽７２内の圧力より高くなって、この圧力差により第１洗浄槽７１から第２洗浄槽７２への液体二酸化炭素１１の移送量を増大できる。次いで第１液相給排ポンプ５１を停止し、第５ロア切換弁８２ｅ及び第２ロア切換弁８２ｂを閉止した後に、第２アッパ切換弁８１ｂを開放するとともに、コンプレッサ４９を作動すると、第１洗浄槽７１内の二酸化炭素ガスが液化されて第１液相貯留槽４１に回収される。次に第１洗浄槽７１内の圧力が大気圧になったときに、コンプレッサ４９を停止するとともに、第２アッパ切換弁８１ｂを閉止する。この状態で第１洗浄槽７１の蓋をあけて被洗浄物１３を第１洗浄槽７１から取出すと、この被洗浄物１３は浄化され、この被洗浄物１３から除去された汚染物質は第１洗浄槽７１の下部に溜った第２液相の液体１２に溶出又は分散している。この第２液相の液体１２は交換ポンプ２３ｃの作動により第１洗浄槽７１から排出されて古液貯留槽６４に回収される。更に第１洗浄槽７１を上記第２洗浄槽７２と同様の手順で待機状態にする。なお、第１洗浄槽７１から第２洗浄槽７２への液体二酸化炭素１２の移送が完了して、第１液相給排ポンプ５１を停止し、第５ロア切換弁８２ｅ及び第２ロア切換弁８２ｂを閉止した後に、第２洗浄槽７２に第２液相の液体１２を供給して第２洗浄槽７２で被洗浄物１３の洗浄を開始する。また第２洗浄槽７２内の液体二酸化炭素１１の量が不足している場合には、第４ロア切換弁８２ｄ及び第２ロア切換弁８２ｂを開放し、第１液相給排ポンプ５１を作動して、液体二酸化炭素１１を第２洗浄槽７２に補給した後に、第２洗浄槽７２における被洗浄物１３の洗浄を開始する。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明第１実施形態の超音波洗浄装置の構成図である。
【図２】本発明第２実施形態の超音波洗浄装置の構成図である。
【図３】本発明第３実施形態の超音波洗浄装置の構成図である。
【図４】本発明第４実施形態の超音波洗浄装置の構成図である。
【符号の説明】
【００３６】
１１  第１液相の液体二酸化炭素
１２  第２液相の液体
１３  被洗浄物
１４，７１，７２  洗浄槽
１６  超音波発振器
１７  撹拌機（混合手段）
１７ｃ  撹拌羽根
１８  冷却手段
１８ａ  コイル
１９  シュラウド
２１  第２ガス添加手段
２２  第２液相循環手段
２３  第２液相交換手段
４１  第１液相貯留槽
４７，７７  第１液相給排管
４８，７８  ガス回収管
４９  コンプレッサ
５０  ガス冷却器
５１  第１液相給排ポンプ
８０  切換手段
【図１】
2006075785.tif 000003
【図２】
2006075785.tif 000004
【図３】
2006075785.tif 000005
【図４】
2006075785.tif 000006