(57)【要約】【課題】被洗浄物の汚れを効果的に除去する。【解決手段】被洗浄物８を載置した洗浄用アーム１３を洗浄槽１（２〜４）内で移動させ洗浄槽１（２〜４）内での位置を変化させることにより被洗浄物８を回転させる。また、超音波の周波数を変化することにより被洗浄物８を回転させる。これらの場合、洗浄槽１（２〜４）内における被洗浄物８の深さ及び超音波周波数を変化させることで被洗浄物８の回転方向と回転速度とを制御することが好ましい。【選択図】　　　　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
洗浄槽内の被洗浄物に超音波を照射して汚れを除去する超音波洗浄装置において、前記被洗浄物を載置した洗浄用アームを前記洗浄槽内で移動させ前記洗浄槽内での位置を変化させることにより前記被洗浄物を回転させることを特徴とする超音波洗浄装置。
【請求項２】
洗浄槽内の被洗浄物に超音波を照射して汚れを除去する超音波洗浄装置において、前記被洗浄物を載置した洗浄用アームを前記洗浄槽内に移動させ、前記超音波の周波数を変化することにより前記被洗浄物を回転させることを特徴とする超音波洗浄装置。
【請求項３】
洗浄槽内の被洗浄物に超音波を照射して汚れを除去する超音波洗浄装置において、前記洗浄槽内における前記被洗浄物の深さ及び超音波周波数を変化させることで前記被洗浄物の回転方向と回転速度とを制御することを特徴とする超音波洗浄装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は超音波洗浄装置に関する。さらに詳述すると、本発明は、洗浄槽内の被洗浄物に超音波を照射して汚れを除去する超音波洗浄装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
機械部品等のワーク（被洗浄物）を加工、組立等する過程で自動洗浄するための装置として、例えば洗浄槽と乾燥槽とが周状に配置されたいわゆるロータリー式の洗浄装置など、アームで保持したワークを洗浄槽から乾燥槽へと移動させて洗浄・乾燥を行うようにした洗浄装置が利用されている。
【０００３】
また、このような洗浄装置において、洗浄槽内のワークに超音波を照射して汚れを除去するようにした超音波洗浄装置が利用されている。ここで行われる超音波洗浄は、超音波が液体中を疎密波として伝わると液体が膨張と圧縮を繰り返しキャビテーションと界面攪拌現象を発生させるので、このときの機械的攪拌現象を利用して汚れを除去するというものである。この場合、超音波によって液中に生じる強い加速度とキャビテーションに伴う局所的な衝撃圧とによって、単なる撹拝では落ちにくい汚れを速やかに除去することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、自動洗浄装置として利用されている超音波洗浄装置は、洗浄作業をバッチ処理で行っているため、各ワークに対する超音波のかかり方（超音波の作用の仕方）が一様とならず、汚れを効果的に除去できない場合がある。
【０００５】
そこで、本発明は、被洗浄物の汚れを効果的に除去することができる超音波洗浄装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するため本件発明者は種々検討した。超音波洗浄装置で利用される超音波は一般に可聴周波数より高いおよそ１０ｋＨｚ以上の弾性波であり、周波数の高いほど指向性が鋭い。また気中での減衰は大きいが水中ではよく伝達される性質を有し、さらには、周波数が高くて音波長が短い、強いエネルギーが扱えるなどといった特徴がある。また、波長が短いことは音波をビーム状にしたり狭い部分に集中させたり短いパルスをつくったりすることが容易であることも意味している。本件発明者はこれら超音波の特徴に着目し種々検討と実験を重ね、その結果、ある条件下において超音波が照射された洗浄槽内の被洗浄物が液中で回転することを知見するに至った。
【０００７】
本願発明はかかる知見に基づくものであり、請求項１記載の発明は、洗浄槽内の被洗浄物に超音波を照射して汚れを除去する超音波洗浄装置において、被洗浄物を載置した洗浄用アームを洗浄槽内で移動させ洗浄槽内での位置を変化させることにより被洗浄物を回転させることを特徴とするものである。
【０００８】
また請求項２記載の発明は、洗浄槽内の被洗浄物に超音波を照射して汚れを除去する超音波洗浄装置において、被洗浄物を載置した洗浄用アームを洗浄槽内に移動させ、超音波の周波数を変化することにより被洗浄物を回転させることを特徴とするものである。
【０００９】
さらに請求項３記載の発明は、洗浄槽内の被洗浄物に超音波を照射して汚れを除去する超音波洗浄装置において、洗浄槽内における被洗浄物の深さ及び超音波周波数を変化させることで被洗浄物の回転方向と回転速度とを制御することを特徴とするものである。
【００１０】
洗浄槽に照射された超音波は、被洗浄物に直接照射されるほか槽の内壁で反射してから照射されるものもあるなど槽内における分布が必ずしも一様になるものではないことから、洗浄槽内に一定レベルで超音波を照射し続けている場合でも、洗浄槽内における被洗浄物の位置を変化させることにより、下からあるいは周りから照射される超音波の割合が変化するなど照射の態様が変化する。そこで、被洗浄物を槽内で移動させることにより被洗浄物に照射される超音波の偏りを無くし、複合的な超音波の形によって細部あるいは洗浄用アームとの接触域などの汚れを効果的に除去することが可能となる。
【００１１】
また、このように被洗浄物を槽内で移動させ超音波の当たり具合を変化させることにより、あるいは被洗浄物に照射される超音波の周波数を適宜変化させることにより、この被洗浄物を洗浄液中で回転させることができる。この場合、被洗浄物に対する洗浄液の相対流速が増し、細部や洗浄用アームとの接触域に洗浄液が流れ込むようになるなどの作用により洗浄効果が促進し、汚れが効果的に除去される。
【００１２】
さらには、このように槽内で被洗浄物を回転させる場合、被洗浄物の深さ及び超音波周波数を変化させることで被洗浄物の回転方向と回転速度とを制御することができ、これにより洗浄効果をさらに促進させることが可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。
【００１４】
図１〜図５に、本発明の一実施形態を示す。本発明にかかる超音波洗浄装置４８は、洗浄槽内において被洗浄物たる機械部品等（以下「ワーク」という）８に超音波を照射して汚れを除去する装置であり、洗浄・乾燥作業を行う洗浄装置１０においてワーク８の汚れを除去する洗浄作業を請け負う装置として用いられる。
【００１５】
本実施形態における洗浄装置１０は、ワーク８を搬入する搬入装置１１と、ワーク８を洗浄する洗浄槽１〜４と、洗浄後にワーク８を乾燥させる乾燥槽５〜７と、ワーク８を乾燥槽７から取り出し搬出する搬出装置１２と、搬入装置１１により搬入されたワーク８を保持して洗浄槽１〜４及び乾燥槽５〜６内に移動させる洗浄用アーム１３とを備えてなる装置であり、ワーク８を個別に洗浄できるように構成されている（図１参照）。また本実施形態では搬入装置１１と搬出装置１２との間に仕切り部材１４を設置し、これにより仕切られた搬出側のエリア（本明細書ではこのエリアを「クリーンエリア」といい、図１中において符号ＣＡで示す）内のクリーン度を維持するようにしている。クリーンエリアでない側のエリア（一般環境エリア）は符号ＧＡで示している。
【００１６】
また本実施形態の洗浄装置１０は、６個の槽が図１に示すように周状に等間隔配置されたロータリー式洗浄槽９を備えた装置で、その中心に配置された洗浄用アーム１３がワーク８を保持して各槽１〜６へ順に搬送するように設けられている。６個の槽をいかなる槽とするかはワーク８の種別や洗浄剤として有機溶媒を用いるかどうか等により変わってくるが、例えば本実施形態の場合は１番目の槽を洗浄槽（以下「洗浄槽１」とする）、２番目から４番目までの槽をすすぎを行う洗浄槽（以下「洗浄槽２」「洗浄槽３」「洗浄槽４」とする）、５番目と６番目の槽を水切りを行うエアー乾燥槽（以下「乾燥槽５」「乾燥槽６」とする）としている。また、ロータリー式洗浄槽９の近傍に最終乾燥槽としての真空乾燥槽７を設けている。
【００１７】
洗浄槽１は例えば超音波を利用して洗浄を行う槽であり、槽内の水及び水系洗浄剤に浸されたワーク８の付着した汚れを取り除く。水及び水系洗浄剤の代わりとして、準水系洗浄剤、非水系洗浄剤などが洗浄剤として用いられる場合もある。洗浄槽２は洗浄槽１で洗浄されたワーク８を超音波を利用して粗すすぎする槽である。本実施形態の場合、図示するようにこれら２つの洗浄槽１，２と他の槽３〜６の間を通過するように仕切り部材１４を設け、洗浄槽１，２と他の槽３〜６とを仕切っている。また洗浄槽３は超音波で２次すすぎを行う槽、洗浄槽４は超音波で３次すすぎ（最終の仕上げすすぎ）を行う槽である。乾燥槽５，６はすすぎ後のワーク８に対しエアーを吹き付けて乾燥させる槽である。さらに真空乾燥槽７は、槽内を真空引きしてワーク８の最終乾燥を行う槽である。
【００１８】
搬入装置１１はロータリー式洗浄槽９の手前まで搬送されたワーク８を洗浄用アーム１３に受け渡す装置で、例えば旋回可能かつ直線移動可能なアームでワーク８を保持し移動させるワーク搬入ロボットによって構成されている。本実施形態では、ワーク８をワーク搬送パレット１５によってワーク搬入口１６から一般環境エリア内に運び込み、搬入装置１１でこのワーク８を洗浄槽１側に移動させるようにしている。本明細書では詳しくは説明しないが、ワーク搬送パレット１５は搬送レール１６上を自走しワーク８を搬送する台車であり、ワーク搬入口１７から一般環境エリア内に入る。
【００１９】
搬出装置１２は、乾燥を終えたワーク８を受け取り搬出側のワーク搬送パレット１５に載せる装置であり、例えば搬入装置１１と同様、旋回可能かつ直線移動可能なアームでワーク８を保持し移動させるワーク搬入ロボットからなる。また、ワーク搬送パレット１５は搬入側の装置と同様、搬送レール１６上を自走しワーク８を搬送する台車からなり、ワーク搬出口１８を通過して洗浄装置１０の外部にワーク８を運び出す。本実施形態では、この搬出装置１２によって乾燥槽６からワーク８を受け取り、真空乾燥槽７に出し入れして最終乾燥させた後に当該ワーク８をワーク搬送パレット１５に載せるようにしている。
【００２０】
洗浄用アーム１３は搬入されたワーク８を個別に保持して洗浄槽１〜４及び乾燥槽５〜６内を順次移動させるためのアームで、本実施形態の場合は図２に示すようにクランク形状の６本の洗浄用アーム１３がアーム支持軸１９に周状に等間隔配置されている。アーム支持軸１９は槽１〜６の中心位置で回転可能かつ昇降可能な軸で、６本の洗浄用アーム１３を各槽１〜６内で同時に上げ下げし、回転して次槽に移動させる。各洗浄用アーム１３の先端部は、例えばワーク８を直接載せて移動させることができるような形状であってもよいが本実施形態ではワーク８の底面を支えるためのワーク保持治具（図示省略）が取り付けられる二股形状の支持片２７としている。また、各洗浄用アーム１３は個別にアーム支持軸１９に取り付けられる構造であっても構わないが、本実施形態では各洗浄用アーム１３を２本１組のユニットとし、取付ねじ３１によってアーム支持軸１９に着脱可能に取り付けるようにしている（図２参照）。この場合、例えば多品種少量生産に係る製品のワーク８を洗浄する場合にユニットを適宜交換し、あるいは取り外す等の対応が可能である。各ユニットはアーム支持軸１９上の位置決めピン３２によって位置決めされている。
【００２１】
また、超音波洗浄が行われる洗浄槽（例えば本実施形態の場合は洗浄槽１〜４のすべてが該当するが図３では洗浄槽１についてのみ図示する）１は、ワーク８に超音波を照射して汚れを除去する超音波洗浄装置４８を備えている。この超音波洗浄装置４８は図３に示すように洗浄槽１の底面に超音波振動子４９を備えたもので、槽内のワーク８に向けて超音波を照射するように設けられている。例えば本実施形態の超音波振動子４９は、ボルト締め若しくは接着等により洗浄槽１の底面に固定された圧電素子によって構成されている。圧電素子としては例えばＢＬＴ（ボルト締めランジュバン）からなる振動子（ボルト締めランジュバン型振動子）が用いられる。ボルト締めランジュバン型振動子は例えば孔の空いた圧電セラミックスを２枚、金属ブロックで挟み、ボルトやナットなどで締め付けたものなどである。この超音波振動子４９は超音波発振器５０により駆動されて洗浄槽１に超音波によるキャビテーションを発生させる（図３参照）。
【００２２】
超音波洗浄が行われる洗浄槽１は一般的にはステンレス材により形成され、大型であれば溶接により作製され、小型であればへら絞り加工（スピニング加工）等により作製される。さらに本実施形態の洗浄槽１は、洗浄槽表面からの汚染（金属粉、イオン）を最小限にするため電解研磨により処理されている。他の洗浄槽２〜４についても同様である。
【００２３】
超音波洗浄装置４８における超音波は、周波数が低いほど強力な汚れ洗浄に適し、周波数が高いほど精密な汚れに適している。周波数の範囲は例えば２０〜１００ｋＨｚ程度とされる。本実施形態の超音波洗浄装置４８においては、洗浄槽１〜３のそれぞれについては４０ｋＨｚの超音波を使用し、洗浄槽４については１００ｋＨｚの超音波を使用している（図４、図５参照）。ただしここで示した数値は一例に過ぎずワーク８の種別等に応じて適宜変更できることはいうまでもない。
【００２４】
また、本実施形態における洗浄用アーム１３の保持具部分は、例えば円筒形状のワーク８の周面に触れないように当該ワーク８と僅かながらもクリアランスを有するように形成されている（図３参照）。このように形成された洗浄用アーム１３は、洗浄槽１の洗浄液内に沈めたワーク８が超音波を受けて回転するのを妨げない。さらにこの洗浄用アーム１３は、保持したワーク８を洗浄槽１の内部で上げ下げしてワーク位置（深さ）Ａを変えることにより（図３参照）、下からあるいは周りから照射される超音波の割合を変化させ、あるいはワーク８に超音波の腹の部分を照射するかあるいは節の部分を照射するかといったようにワーク８に当たる位置における超音波の態様を変化させるなど、照射態様を変化させることができる。以上により、本実施形態の超音波洗浄装置４８によれば洗浄用アーム１３を洗浄槽１内で移動させ洗浄槽１内での位置を変化させることによりワーク８を回転させることができる。しかも、適宜ワーク位置（深さ）Ａを変化させることでワーク８の回転方向、速度を制御でき、例えばワーク８に対する洗浄液の相対流速をアップさせることによって洗浄効果を促進させることができる。また、このような洗浄用アーム１３の動作に加え、超音波振動子４９が発する超音波の周波数を変化させることによってワーク８の回転方向、速度をさらに制御することができる。つまり、超音波振動子４９側で共振点を変化させることで同一槽内において複数の周波数に変化させることを可能とし、ワーク８の回転方向等を制御できるようにしている。なお、図３の符号Ｈは洗浄液の深さを示している。
【００２５】
以上のように、超音波が照射されている槽内のワーク８はワーク位置（高さ）Ａあるいは水平位置さらには照射される超音波の周波数に応じて回転方向が時計回りあるいは反時計回りに変わりその回転速度も微妙に変化するが、本実施形態の超音波洗浄装置４８によれば、洗浄槽１（２〜４）内におけるワーク８の深さ及び超音波周波数を適宜変化させることでワーク８の回転方向と回転速度とを制御することができる。このため、より高い洗浄効果が得られる。なお、ワーク８に照射される超音波の周波数についていえば、周波数が高ければ高いほどワーク回転数が遅くなるが正逆転を切り換えるタイミングが速くなり、逆に周波数が低ければ低いほどワーク回転数は速くなるが正逆転切り換えタイミングは遅くなるので、この性質を利用してワーク８の回転方向および回転速度を切り換えるようにすることが望ましい。また、回転方向および回転速度はワーク８の大きさ・形によっても変化することはいうまでもない。
【００２６】
なお、ロータリー式洗浄槽９を構成する各槽すなわち洗浄槽１〜４および乾燥槽５，６のそれぞれは、ロータリー式洗浄槽９に対し着脱可能な槽となっている。したがって本実施形態における各槽１〜６はそれぞれロータリー式洗浄槽９から取り外した状態で細部までクリーニングしやすい構造となっている。各槽１〜６は図示しない位置決めピンなどによってロータリー式洗浄槽９の所定位置に再現性よく位置決めされ、例えばベース板５１上に固定された１槽あたり３本の取付部材５２及び取付部材５２にねじ込まれる３本のねじからなる取付具２２によってこの所定位置で固定される（図２参照）。取付部材５２は例えば各槽１〜６の取付孔を貫く鉛直の六角支柱からなる。このように各槽１〜６が着脱可能である場合、例えば乾燥槽５の代わりに別の洗浄槽を設けて洗浄内容を変更することが可能となる。あるいは、洗浄槽（または乾燥槽）のうちの一槽を取り外して空スペースとし、そこにワーク８をチャックして反転させるユニットを組み込み洗浄過程の途中でワーク８の向きを変えるようにすることもできる。
【００２７】
なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば本実施形態では洗浄槽１（２〜４）内におけるワーク８の回転方向と回転速度とを制御するのみであったがこれに物理的の洗浄手段を組み合わせて複合的な洗浄を行うこともできる。例えば、特に図示しないが、槽内のワーク８の側面に軽い抵抗で接するブラシ等を設置することで槽内で回転するワーク８の側面の物理的洗浄を自動的に行うようにすることができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、請求項１記載の超音波洗浄装置によると、被洗浄物を槽内で移動させて回転させ、洗浄液の相対流速が増すようにし、細部や洗浄用アームとの接触域に洗浄液が流れ込むようにするなどの作用により洗浄効果を促進させて汚れを効果的に除去することができる。
【００２９】
また、請求項２記載の超音波洗浄装置によると、被洗浄物を載置した洗浄用アームを洗浄槽内に移動させ、超音波の周波数を変化することにより被洗浄物を回転させ、洗浄液の相対流速が増すようにし、細部や洗浄用アームとの接触域に洗浄液が流れ込むようにするなどの作用により洗浄効果を促進させて汚れを効果的に除去することができる。
【００３０】
さらに請求項３記載の超音波洗浄装置によると、被洗浄物の回転方向と回転速度とを制御することによって洗浄効果をさらに促進させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す洗浄装置の概略平面図である。
【図２】洗浄用アームとアーム支持軸、およびロータリー式洗浄槽の構造の一例を示す斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態を示す超音波洗浄装置の斜視図である。
【図４】周波数１００ｋＨｚの超音波のモデル図である。
【図５】周波数４０ｋＨｚの超音波のモデル図である。
【符号の説明】
１〜４　洗浄槽
８　ワーク（被洗浄物）
１３　洗浄用アーム
４８　超音波洗浄装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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