(57)【要約】【課題】洗浄工程で発生する水、親水性溶剤、疎水性溶剤の３成分系からなる混合物から疎水性溶剤を効率良く分離する。【解決手段】洗浄工程で発生する水、親水性溶剤、疎水性溶剤からなる３成分系の混合物より、１０−４ｍｏｌ／リットル以上の無機イオン成分を含む水を用いた比重差によって疎水性溶剤と水とを分離して疎水性溶剤を分取する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
洗浄工程で発生する水、親水性溶剤、疎水性溶剤からなる３成分系の混合物より、１０−４ｍｏｌ／リットル以上の無機イオン成分を含む水を用いた比重差によって疎水性溶剤と水とを分離して疎水性溶剤を分取することを特徴とする水分離方法。
【請求項２】
洗浄工程で発生する水、親水性溶剤、疎水性溶剤からなる３成分系の混合物より、ｐＨ４以下またはｐＨ１０以上である酸性水またはアルカリ性水を用いた比重差によって疎水性溶剤と水とを分離して疎水性溶剤を分取することを特徴とする水分離方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は金属部品、光学部品、プラスチック部品、電子機器等の被洗浄物の洗浄において、洗浄剤である疎水性溶剤とその中に混入する水分とを容易に分離する水分離方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属部品や光学部品はその加工工程に応じた様々な汚れが付着している。これらの汚れを精密に洗浄するためには、一般的に親水性の洗浄剤や溶剤で洗浄し、水ですすいだあと、アルコール等の親水性溶剤で水置換を行い、更に疎水性溶剤で置換した後、乾燥する洗浄工程が必要とされている。
【０００３】
これらの工程では、すすぎに用いた水が被洗浄物に多量に付着したままアルコール等の親水性溶剤で置換されるため、親水性溶剤中に水分が多量に持ち込まれる。この親水性溶剤が疎水性溶剤に溶解すると、疎水性溶剤中の水分割合が多くなり、精密な洗浄を必要とする被洗浄物に致命的な水シミが発生する課題を有している。
【０００４】
その課題を解決するため、従来では、比重差によって疎水性溶剤を水と接触させることにより、疎水性溶剤中に混入している親水性溶剤を水に吸収させて分離することが行われている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、アルコール等の親水性溶剤を水置換剤とせず、ハイドロフルオロエーテル（ＨＦＥ）やハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）に代表されるフッ素系溶剤を用いて水切りする場合には、水シミの発生を防ぐためにＨＦＥやＨＦＣに混入する水を分離するため、比重差によって水分離を行っている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平６−１４２４０３号公報
【特許文献２】
特開２０００−７０６０５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来における水分離は、親水層と疎水層の２層分離状態から比重差を用いて疎水層を分取している。しかしながら、必要とされる疎水層側である疎水性溶剤中にアルコール等の親水性溶剤の含有量が増加していくと、疎水層側に水分が混入しはじめて、まず分離槽の界面が濁り始める。さらに、系の中に親水性溶剤が５ｖｏｌ％以上混入すると、親水性溶剤が水溶解助剤の作用を行って疎水性溶剤中に水を溶解したり、水分離性を低下させる。
【０００８】
このような現象は目視でも容易に観察でき、親水層、疎水層共に濁りが生じる。この濁りは洗浄不良である水シミの原因となる水分であり、この状態のままで洗浄槽へ戻して洗浄を繰り返すと、洗浄不良が発生する。特に水分離器と洗浄槽とが直結した状態となっており、連続的に液循環を行う工程の場合には、その循環による液流が発生してほとんど静置されないため、疎水性溶剤中の親水性溶剤が１ｖｏｌ％程度でも濁りが発生するなどのように、水分離の効率が非常に悪いものとなっている。
【０００９】
本発明は、このような従来の問題点を考慮してなされたものであり、洗浄工程で発生する水、親水性溶剤、疎水性溶剤の３成分系からなる混合物から疎水性溶剤を比重差で効率良く分離して疎水性溶剤を分取することが可能な水分離方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、洗浄工程で発生する水、親水性溶剤、疎水性溶剤からなる３成分系の混合物より、１０−４ｍｏｌ／リットル以上の無機イオン成分を含む水を用いた比重差によって疎水性溶剤と水とを分離して疎水性溶剤を分取することを特徴とする。
【００１１】
請求項２の発明は、洗浄工程で発生する水、親水性溶剤、疎水性溶剤からなる３成分系の混合物より、ｐＨ４以下またはｐＨ１０以上である酸性水またはアルカリ性水を用いた比重差によって疎水性溶剤と水とを分離して疎水性溶剤を分取することを特徴とする。
【００１２】
以上の発明では、水分離器中の親水層にイオンを混入させることで、水分離性を向上させるものである。その理論はまだ解明されていないが、イオン成分を増やすことにより水分離性が向上することを実験的に確認した。イオン成分としては、水中で電離し且つ疎水性溶剤には不溶の無機塩、無機酸、無機アルカリ等の無機イオンが用いられる。これに対し、脂肪族カルボン酸に代表される有機酸やその塩では、疎水基と親水基の両方を有しているため、疎水層に溶解して洗浄残渣となったり、水分離性を低下させることから好ましくない。
【００１３】
無機イオン成分の濃度は１０−４ｍｏｌ／リットル以上が望ましく、無機酸ではｐＨ４以下の水素イオン濃度、無機アルカリではｐＨ１０以上の水酸化物イオン濃度が相当する。より好ましい無機イオン成分の濃度は１０−２ｍｏｌ／リットル以上であり、無機酸ではｐＨ２以下の水素イオン濃度、無機アルカリではｐＨ１２以上の水酸化物イオン濃度である。
【００１４】
また、親水層中の浮遊微粒子（パーティクル）が多いと、その微粒子に親水性の微小液滴が付着して疎水層中に浮遊する。このため疎水層中の水分が増加したり、疎水層の汚れにつながる。特に１μｍ以上のサイズのパーティクルが３０００個／１０ｍｌ以上存在すると、水シミや乾燥シミの原因となりやすい。
【００１５】
本発明に用いる疎水性溶剤としては、パラフィン系炭化水素、イソパラフィン系炭化水素、ナフテン系炭化水素、テルペン系炭化水素から選ばれた炭素数６以上１２以下の炭化水素系溶剤、ヘキサメチルジシロキサン、オクタメチルトリシロキサン、デカメチルテトラシロキサン、ドデカメチルペンタシロキサン、オクタメチルシクロテトラシロキサン、デカメチルシクロペンタシロキサンから選ばれたシリコーン系溶剤、またはハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）やハイドロフルオロエーテル（ＨＦＥ）に代表されるハロゲン系溶剤等を選択することができる。
【００１６】
水置換に用いる本発明の親水性溶剤とは、常温で水を１０ｗｔ％以上溶解する溶剤で且つ上述した疎水性溶剤の何れかと完全に相溶する溶剤であり、炭素数４以下の低級アルコール、アセトンに代表されるケトン、グリコール、グリコールエーテル及びそのエステル等を用いることができる。
【００１７】
本発明では、３成分系の全組成に対する親水性溶剤の含有割合が５０ｖｏｌ％未満の系が好ましい。５０ｖｏｌ％以上の系では、系中の材料の組み合わせによっては親水性溶剤中に疎水性溶剤と水とが共に溶解して２層分離しない現象が起こり得るためである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
図１は、水が付着した被洗浄物１を親水性溶剤で水切りし、疎水性溶剤で置換し、その後に乾燥させる水切り乾燥装置を示す。この装置は３槽の洗浄槽３１，３２，３３と、１槽の温風乾燥槽３４と、第３槽３３に付随する水分離器５とを備えている。
【００１９】
第１槽３１及び第２槽３２には、親水性溶剤であるイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）２が投入され、第３槽３３には疎水性溶剤であるイソノナン３が投入されている。第１槽３１、第２槽３２、第３槽３３はそれぞれ２０リットルの容量を有している。また、それぞれの槽の底部には超音波振動子４が取り付けられている。
【００２０】
水分離器５は、第３槽３３に連結されることにより、被洗浄物１に付着して混入される前槽のＩＰＡ２をイソノナン３から取り除くものである。この水分離槽５の底部は、第３槽３３の液面近くの側面と配管経路６によって連結されていると共に、水分離器５の液面近くの側面と第３槽３３の底部とは、３リットル／分の流量ポンプ７及び０．５μｍメッシュのメンブレインフィルター８を介して配管経路９により連結されている。
【００２１】
水分離器５には、２０リットルの塩水１０が投入されている。塩水１０は純度９９．５％の塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）を１μＳ／ｃｍのイオン交換水に溶解させて３ｍｏｌ／リットルに調整したものであり、その比重は１．１ｇ／ｃｍ３となっている。水分離槽５への投入前に、光散乱式液中パーティクルカウンター（リオン（株）社製、「ＫＬ−２０Ａ」）により塩水中のパーティクル測定を行ったところ、１μｍ以上のサイズのパーティクルが４９０個／１０ｍｌ、０．５μｍサイズのパーティクルが２４６５個／１０ｍｌ存在していた。
【００２２】
図１に示す水切り乾燥装置では、水が付着した被洗浄物１を第１槽３１内で超音波力を付与して粗く水切りし、その後、第２槽３２で超音波力を付与して完全に水切りを行う。このようにして被洗浄物１の表面は水からＩＰＡ２に置換され、この置換状態で被洗浄物１が第３槽３３に投入される。第３槽でも超音波力を付与してＩＰＡ２をイソノナン３に完全に置換する。そして、被洗浄物１を８０℃の温風乾燥槽３４に投入し、水シミの無いきれいな被洗浄物１が得られる。この工程の中で、第３槽３３のイソノナン３には被洗浄物１に付着して前槽３２から持ち出されたＩＰＡ２が混入してくる。水分離器５はこのＩＰＡ２を除去するために設けるものである。
【００２３】
第３槽３３の上部からオーバーフローで流れ出したＩＰＡ含有のイソノナン３は、水分離器５の底部から水分離器５中に投入される。水分離器５の塩水１０中に投入されたイソノナン３は比重が０．７３ｇ／ｃｍ３と塩水１０に比べて小さいため、塩水中を通って浮上する。その際にイソノナン３に含まれていたＩＰＡ２は塩水１０中に溶解して除去され、ＩＰＡ２を含まないイソノナン３のみが水分離器５の上部に溜まる。このイソノナン３とＩＰＡ２を溶解した塩水１０とは、疎水層、親水層として２層分離する。２槽に分離されたイソノナン３は配管経路９からポンプ７及びフィルター８を経由して再び第３槽３３の底部に送り返される。これにより、第３槽３３は、常にＩＰＡ２を含有しない状態を維持することができる。
【００２４】
図１に示す水切り乾燥装置を用いて、直径（φ）５８ｍｍの水洗浄済みの研磨上がりガラスレンズ２０個／カゴを連続で１００カゴ水切り乾燥を行った。各槽の滞留時間は１２０秒で、滞留の間、超音波力を付与し続けた。乾燥後の評価は、蛍光灯下での外観目視で水シミの有無を評価した。その結果、２０００枚のガラスレンズの全てにおいて、水シミは確認されなかった。全ての水切りが完了した時点で水分離器５の中を確認したところ、親水層である塩水と疎水層であるイソノナン３とがきれいに２層分離していることが確認された。またカールフィッシャー滴定法でイソノナン３の水分を測定したところ０．０８％の水分であった。
【００２５】
この実施の形態の比較例として、塩水の代わりに１μＳ／ｃｍのイオン交換水を水分離器５に２０リットル投入して同じく水切り乾燥したところ、１８カゴ個目のガラスレンズから水シミが現れはじめた。さらに連続して水切り乾燥を行ったところ、３５カゴ目からガラスレンズ全数に水シミが発生した。この時点で、第３槽のイソノナンにくもりが生じており、水分離器５の中を確認したところ、疎水層が白く濁っている現象が確認された。ここで検討を中止して水分離器５から疎水層をビーカーに分取して３日間放置したところ、濁りは無くなりその代わりに僅かに下部に分離した層が生じた。この分離した層を分析したところ、水とＩＰＡの混合物であった。これにより、水分離能力が悪いため疎水層が濁っていたことが確認された。この疎水層を分取してカールフィッシャー滴定法で水分を測定したところ、０．６２％の水分が含まれていた。また、水シミが現れはじめた１８カゴ目のイソナノンには、０．３３％の水分が含まれており、これ以上の水分量が含まれると水シミが見られることが確認された。
【００２６】
図２は図１の水分離器５中の親水層側にフィルター循環する機構を付加した構造を示す。この構造では、水分離器５中の親水層部分の側面から配管経路１１のポンプ１２及び０．５μｍメッシュのメンブレインフィルター１３を介し、水分離器５の下部から再注入される。また水分離器５の下部には、ポンプ循環の作用で徐々に加温される親水層を一定温度に保つための冷却用チラー１４を設けている。
【００２７】
図２に示すフィルター循環機構を用いて３リットル／分の流量で親水層内の循環を行うことにより、親水層中のパーティクルを水シミや疎水層の汚れの上限値である３０００個／１０ｍｌ以下に保つことが可能となる。一方、この機構では、水分離器５中に液流が生じることになり、比重差で水分離する方法としては分離能力が低下する。実際に行った結果、水分離性が悪い従来の１μＳ／ｃｍのイオン交換水では２５℃で疎水層が白く濁りを生じた。しかし、分離能力の高い３ｍｏｌ／リットル濃度の塩水では疎水層に濁りが生じることがなく、きれいに２層分離していた。
【００２８】
また、分離能力を高くしようと、冷却用チラー１４の温度を１５℃に設定して液温を１５℃に保った状態でも、１μＳ／ｃｍのイオン交換水では疎水層に白い濁りを生じた。一方、１５℃に冷却しても塩水の方はきれいに分離していた。ちなみに塩水に用いた塩化ナトリウムは溶解度の温度依存性が小さいため、この温度変化で結晶が析出することはなかった。
【００２９】
以上のように、この実施の形態では、水分離器の水として電解質である塩化ナトリウムを溶解した塩水を用いたことにより、流量３リットル／分の液流のある場合でも、溶解したイオンの作用で疎水層と親水層がきれいに２層分離し、疎水性溶剤であるイソノナンヘの水分の混入を防止することができ、しかも水シミのない高い洗浄品質を得ることができる。
【００３０】
（実施の形態２）
図１に示す水切り乾燥装置を用い、水分離器５には１μＳ／ｃｍのイオン交換水よりアルカリイオン水製造装置（ＴＯＴＯ社製、「アルカリ７」）で製造したｐＨ１０、ｐＨｌｌ及びｐＨ１２の３種類のアルカリイオン水をそれぞれ２０リットル投入し、発明の実施の形態１と同様に、直径（φ）５８ｍｍの水洗浄済みの研磨上がりガラスレンズ２０個／カゴを連続的に１００カゴ水切り乾燥を行った。その結果、いずれのｐＨにおいても水分離器５中では疎水層と親水層がきれいに２層分離しており、２０００枚のガラスレンズの全てにおいて水シミは発見されなかった。２０００枚洗浄後の疎水層の水分は、０．１６％であった。
【００３１】
従って、この実施の形態においても、実施の形態１と同様に高い水分離性を得ることができる。また、塩水では装置に錆を発生させたり、一部析出することにより装置のメンテナンスに時間と費用を要するが、この実施の形態では、塩水に変えて１μＳ／ｃｍのイオン交換水からのアルカリイオン水を用いることにより、アルカリイオン水では錆の発生は起こらず、結晶塩が析出することも無くなるメリットがある。
【００３２】
（実施の形態３〜１２）
実施の形態３〜１２では、水分離性の評価として、表１に示す疎水性溶剤５０ｍｌ、親水性溶剤１０ｍｌ、分離用水４０ｍｌをビーカーに投入し、常温で３分間攪拌した後、静置して親水層と疎水層との分離状態を確認した。そして、攪拌停止後３０秒以内で疎水層と親水層とがきれいな界面で分離するものを「○」、３０秒から３分の間で分離するものを「△」、３分以上静置しないと分離しないものを「×」として評価した。
【００３３】
この評価は実際の洗浄品質との相関があり、実施の形態１の水切り乾燥装置で水切り乾燥時の品質が良好であったイソノナン、イソプロピルアルコール、濃度３ｍｏｌ／リットルの塩水の３成分系で分離性評価をしたところ２２秒で分離し、また水切り乾燥時の品質が悪かったイソノナン、イソプロピルアルコール、１μＳ／ｃｍのイオン交換水の３成分系で分離性評価をしたところ３分１６秒で分離したことから上述した基準を用いるものである。
【００３４】
【表１】
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【００３５】
表１から実施の形態３〜１２では、比較例２〜６に比べて水分離性が著しく向上していることが確認された。
【００３６】
（実施の形態１３）
図３は精密用途の洗浄ラインを示す。第１槽４１、第２槽４２、第３槽４３及び第４槽４４の全ての洗浄槽には、その底部に超音波振動子１５が設置されている。被洗浄物はこれらの槽における洗浄の後、減圧蒸気乾燥槽４５内で乾燥される。
【００３７】
第１槽４１には、アルカリ洗浄剤（オリンパス光学工業（株）製、「ＥＥ−１１２０」）の３ｗｔ％希釈液１６、第２槽４２及び第３槽４３には、１μＳ／ｃｍのイオン交換水１７、第４槽４４には、親水性溶剤としてのイソブチルアルコール１８がそれぞれ投入され、減圧蒸気乾燥槽４５に付属した蒸気発生槽４６には疎水性溶剤として、主成分がノルマルデカン（日鉱石油化学（株）製、「ＮＳクリーン１００」）よりなる炭化水素１９が投入されている。各槽４１〜４４では、４０ｋＨｚ、３００Ｗの超音波を照射して１２０秒間洗浄及び水置換する。第２槽４２及び第３槽４３のイオン交換水は、１リットル／分の量の新液が常に継続して投入され、槽から溢れ出した分はオーバーフローとして排水される。
【００３８】
減圧蒸気乾燥槽４５には、被洗浄物に付着して混入される前槽４４のイソブチルアルコールを炭化水素１９から取り除くための水分離器２０が設置されている。この水分離器２０の底部は減圧蒸気乾燥槽４５の下部と配管経路２１により連結されている。また、水分離器２０の液面近くの側面は、ポンプ２２を有する配管経路２３により蒸気発生槽４６と連結されている。さらに、水分離器２０中の親水層部分の側面からは、排出ポンプ２４及び０．５μｍメッシュのメンブレインフィルター２５を介して水分離器２０の下部に再注入されるよう配管されており、１リットル／分の流量で循環している。
【００３９】
水分離器２０には、１０リットルの塩化カリウム水溶液２６が投入されている。この塩化カリウム水溶液２６は、純度９９．５％の塩化カリウム（ＫＣｌ）を０．５μＳ／ｃｍのイオン交換水に溶解させて濃度０．５ｍｏｌ／リットルに調整したものである。１０リットルの塩化カリウム水溶液２６の上には、疎水層として炭化水素１９が８リットル投入されており、蒸気発生槽４６と循環している。
【００４０】
この実施の形態では、被洗浄物として切削油が付着した直径（φ）１０ｍｍ、厚さ（ｔ）２ｍｍで直径（φ）１ｍｍの貫通穴が１２箇所に空いている銅板をカゴに１０枚セットした。この銅板は穴が１２箇所あるため、液の持ち出しが比較的に多い被洗浄物であり、且つ表面が鏡面に加工されているため水シミ等の洗浄不良が非常に目立つものとなっている。この被洗浄物を連続１００カゴ洗浄して全数について洗浄品質を確認したところ、水シミなどによる洗浄不良はひとつも無かった。さらに１００カゴ洗浄の直後、に水分離器２０内の分離状況を確認したところ、きれいに２槽に分離しており、しかも疎水層には濁りが全く見られなかった。この疎水層の水分は０．２１％であった。
【００４１】
【発明の効果】
以上のように、本発明の水分離方法によれば、洗浄工程で発生する水、親水性溶剤、疎水性溶剤の３成分系からなる混合物から疎水性溶剤を比重差で効率良く分離して分取することが可能となる。さらに、本発明の水分離方法を用いて分取された疎水性溶剤を洗浄乾燥に用いることにより、水シミが発生しない良好な洗浄品質を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１及び２に用いる水切り乾燥装置の系統図である。
【図２】水分離器の別の形態を示す断面図である。
【図３】実施の形態１３に用いる精密洗浄ラインの系統図である。
【符号の説明】
１  被洗浄物
２  ＩＰＡ
３  イソノナン
４  １５  超音波振動子
５  ２０  水分離器
１０  塩水
１６  アルカリ洗浄剤
１７  イオン交換水
１８  イソプチルアルコール
１９  炭化水素
２６  塩化カリウム水溶液
【図１】
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【図２】
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【図３】
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