(57)【要約】【課題】  複雑な形状の内部空洞を有する工作物に有効な新規な洗浄方法を提供する。【解決手段】  内部に空洞３１を有する工作物３０の開口部３２〜４０のうち、少なくとも一つを流入口、他の少なくとも一つを排出口とし、注入口から洗浄液１６を供給し、洗浄液１６に乱流を生じつつ空洞３１内を移動させ排出口から排出する。空洞の最大断面積部において、流速がＲｅｃ・ν・Ｓ／（４・ｄ）以上となるようにする。ただし、Ｒｅｃ：レイノルズ数、Ｖ：流速、ν：洗浄液の動粘度、ｄ：断面面積、Ｓ：断面の周囲の長さである。洗浄液は、開口部に脱着可能に密着する送液ノズル１１ａ〜１３と、送液ノズルに洗浄液を圧送するポンプ２２とによって供給する。送液ノズルはノズル選択手段２４ａ〜２４ｃによって送液動作を選択する。上記によれば、乱流となった洗浄水により空洞の異物を効果的に移動させて工作物から除去できる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に空洞を有し、該空洞が複数の開口部によって外部に連通している工作物の洗浄方法において、
前記開口部のうちの少なくとも一つを流入口、他の少なくとも一つを排出口として、前記注入口から洗浄液を供給し、該洗浄液を該空洞内で乱流を生じさせつつ移動させて前記排出口から排出することを特徴とする洗浄方法。
【請求項２】
内部に空洞を有し、該空洞が複数の開口部によって外部に連通している工作物の洗浄に際し、前記開口部のうちの少なくとも一つを流入口、他の少なくとも一つを排出口として、前記注入口から洗浄液を供給し、該洗浄液を該空洞内で移動させて前記排出口から排出する洗浄方法において、
前記空洞の最大断面積部で、下記（１）式を満足する流速Ｖ以上で洗浄水が移動するように前記注入口に洗浄液を供給することを特徴とする洗浄方法。
Ｖ＝Ｒｅｃ・ν・Ｓ／（４・ｄ）      …（１）
ただし、Ｒｅｃ：レイノルズ数、Ｖ：流速、ν：流体の動粘度、ｄ：断面面積、Ｓ：断面の周囲の長さ
【請求項３】
洗浄液を注入する前記注入口と洗浄液を排出する排出口とを、他の開口部に切り替えつつ洗浄を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の洗浄方法。
【請求項４】
最初に断面積の小さい開口部を洗浄液を注入する注入口とし、その後、断面積の大きい開口部を前記注入口とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の洗浄方法。
【請求項５】
前記洗浄液にエアを注入混合することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の洗浄方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関を構成するシリンダヘッドをはじめ、シリンダブロック、ウオータージャケット等、複雑な形状の内部空洞を有する工作物の異物除去に有効な洗浄方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリンダヘッド、シリンダブロック、ウオータージャケット等の工作物では、その構造上内部に複雑な形状を有する空洞を有している。これらの工作物の製造に際しては、切削により発生する切粉などの異物が残存するという問題があり、従来、空洞内部を洗浄液で洗浄する作業が行われている。
一般に、工作物の洗浄方法としては、シャワー洗浄、超音波洗浄、浸漬揺動洗浄や、水中高圧洗浄（例えば特許文献１参照）、高圧噴流洗浄（例えば特許文献２参照）などの方法が知られている。シリンダーヘッドのような複雑な形状の内部空洞を有する工作物に対しては、上記した水中高圧洗浄や高圧噴流洗浄の方法が一般に採用されている。
【０００３】
水中高圧洗浄では、洗浄装置を洗浄槽、ノズル、高圧ポンプ、洗浄液処理装置などで構成している。洗浄作業では、洗浄槽に洗浄液を満たし、その中に洗浄対象の工作物を搬入した後、ノズルから高圧洗浄液を噴射し、ノズルと工作物を相対移動させる。洗浄を終了した後は、洗浄槽から工作物を搬出すると共に、洗浄液は洗浄液処理装置で異物分離の処理をする。特許文献１では噴射ノズルの形状を工夫することでキャビテーションを発生させて噴射効果を高めている。
また、高圧噴流洗浄の方法は、工作物の内部空洞に連通している開口部を通して、空洞に高圧の洗浄液を噴射する方法である。特許文献２では、この高圧噴流洗浄の方法を採用するとともに、上記洗浄液に脈動を与えたり衝撃波を与えたりすることで洗浄効果を高めている。
【０００４】
【特許文献１】特開昭６０−１６８５５４号公報
【特許文献２】特開２０００−１５７９３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記した水中高圧洗浄の方法では、内部空洞の断面積が大きい部分から小さい部分に変化する所に異物が挟まりやすく、十分な洗浄効果が得られない問題がある。また、特許文献１のようにノズルを末広がりのホーン形状としてキャビテーション気泡の効果を与える方法もあるが、このキャビテーション気泡には、微細な異物に対しては有効であるものの、切粉等の比較的大きな異物には有効でないという問題がある。さらには、内部空洞が複雑な工作物の場合、ノズルからの高圧噴流が工作物の壁面に当たって、その跳ね返りがあるので、入り組んだ形状を有効に洗浄する流れが形成できないという問題もある。このように、水中高圧洗浄の方法には幾多の解決すべき問題があった。
一方、後者の高圧噴流による方法では、工作物の形状によっては十分な洗浄効果が得られない場合がある。特許文献２では、洗浄液の噴出流に脈動などを与えて異物除去の効果を高めているが、それでも十分な洗浄効果が得られるには至っていない。
【０００６】
本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、洗浄液に乱流を生起させることで洗浄効果を向上できるという知見に基づいて完成したものである。すなわち、複雑な形状の内部空洞を有する工作物においても洗浄効果の高い新規な洗浄方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち、上記課題を解決するため、本発明の洗浄方法のうち、請求項１記載の発明は、内部に空洞を有し、該空洞が複数の開口部によって外部に連通している工作物の洗浄方法において、
前記開口部のうちの少なくとも一つを流入口、他の少なくとも一つを排出口として、前記注入口から洗浄液を供給し、該洗浄液を該空洞内で乱流を生じさせつつ移動させて前記排出口から排出することを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の洗浄方法の発明は、内部に空洞を有し、該空洞が複数の開口部によって外部に連通している工作物の洗浄に際し、前記開口部のうちの少なくとも一つを流入口、他の少なくとも一つを排出口として、前記注入口から洗浄液を供給し、該洗浄液を該空洞内で移動させて前記排出口から排出する洗浄方法において、
前記空洞の最大断面積部で、下記（１）式を満足する流速Ｖ以上で洗浄水が移動するように前記注入口に洗浄液を供給することを特徴とする。
Ｖ＝Ｒｅｃ・ν・Ｓ／（４・ｄ）        …（１）
ただし、Ｒｅｃ：レイノルズ数、Ｖ：流速、ν：流体の動粘度、ｄ：断面面積、Ｓ：断面の周囲の長さ
【０００９】
請求項３記載の洗浄方法の発明は、請求項１または２に記載の発明において、洗浄液を注入する前記注入口と洗浄液を排出する排出口とを、他の開口部に切り替えつつ洗浄を行うことを特徴とする。
【００１０】
請求項４記載の洗浄方法の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、最初に断面積の小さい開口部を洗浄液を注入する注入口とし、その後、断面積の大きい開口部を前記注入口とすることを特徴とする。
【００１１】
請求項５記載の洗浄方法の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、前記洗浄液にエアを注入混合することを特徴とする。
【００１２】
すなわち、本発明によれば、空洞に注入された洗浄液が乱流を生じつつ移動するので、異物を空洞壁より確実に除去して洗浄液とともに外部に取り出すことができる。特に、空洞の最大断面積部で、上記（１）式を満足する流速Ｖ以上で洗浄水が移動するように洗浄液を供給することで、空洞内で乱流が減衰することもなく空洞の全ての領域で確実に乱流を発生させることができ、洗浄効果を十分に高くすることができる。
【００１３】
また、前記注入口と排出口とを洗浄中に別の開口部に切り替えることで洗浄液の流れが変わり、異物の除去、排出をより確実に行うことができる。特に、内部の異物が内部流路に比べて比較的大きな場合など、洗浄作業当初は断面積の小さい開口部から洗浄液を供給するものとすれば、異物が狭い開口部に停留するのを防いで内部空洞の複雑な工作物に対して特に有効に洗浄を行うことができる。また、その後、供給先を開口面積の大きい開口部へと切り替えることにより、断面積の小さい開口部を含めて洗浄を確実に行うことができる。
【００１４】
また、注入口から供給する高流速の洗浄液にエアを混合することで、洗浄液で発生する水泡末が異物に当たるようになり、洗浄水のみでは移動が難しいような異物を確実に移動させることが可能になる。
【００１５】
なお、本発明は、内燃機関を構成するシリンダヘッドをはじめ、シリンダブロック、ウオータージャケット等、複雑な形状の内部空洞を有する工作物に好適に適用することができるが、その対象となる工作物は特定のものに限定されるものではなく、複数の開口部を有する空洞を内部に有するものであれば、広く適用が可能である。
【００１６】
なお、本発明で洗浄液の供給に際し参照する流速の算出式（１）について、臨界レイノルズ数としては、適用する工作物のモデルなどによって予め測定することで臨界レイノルズ数を求めておくことができる。また、基準数値として定めておき、これを適用するものであってもよい。臨界レイノルズ数としては例えば、４０００の数値を一例として挙げることができる。また、式（１）の算出に際し用いる最大断面積部は、洗浄液の主となる流れ方向に対し直交する方向での断面積を基に定めることができる。
【００１７】
洗浄液の注入に際しては、注入口、排出口以外に開口部を有する場合には、当該開口部を一時的に密閉するのが望ましい。また、洗浄液の注入は連続的に行ってもよく、また断続的に行ってもよい。
【００１８】
洗浄液の注入に際しては、前記開口部に脱着可能に密着して前記空洞に洗浄液を送液可能な複数の送液ノズルと、前記複数の送液ノズルのうち、前記送液動作を行うノズルを選択可能なノズル選択手段を備える洗浄装置を用いることができる。送液ノズルへの洗浄液の圧送は、該装置に備えるポンプや、他装置のポンプ、工場に備えるポンプなどによって行うことができる。この洗浄装置では、複数のノズルとノズル選択手段を有することで、送液するノズルを選択することができる。上記ノズル選択手段は、例えば各ノズルとポンプとの間に設けられたバルブによって構成することができ、各バルブの開閉操作によって送液されるノズルが選択される。なお、ノズルの開閉操作を集中して制御する制御部を有するものであってもよい。さらに各ノズルに開口部への脱着動作を行うアクチュエータを備え、前記制御部において上記ノズルの開閉制御に加えて各アクチュエータの脱着動作を制御するようにしてもよい。
また、各ノズルは、開口部に密着して洗浄液を送液できるので、空洞壁による洗浄液の跳ね返りを避けることができ、洗浄液を空洞内に効率よく供給することができる。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように、本発明の洗浄方法によれば、洗浄液が工作物の内部空洞を流れる際に、洗浄水が乱流となり、内部空洞の異物を効果的に移動させて外部へと除去することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、この発明の一実施形態を図を参照して説明する。
図１は、この発明を実施する洗浄装置の構成を示している。洗浄槽１０と洗浄液処理装置２０とからなっている。洗浄槽１０は工作物３０を収容できる容積を有しており、複数の密着ノズル１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１２、１３およびシールパッド１４（図では一つが示されている）が工作物３０に対し離接移動して密着、待避（戻り）できるように構成されている。移動手段は、シールパッド１４に示されているようなアクチュエータとなるシリンダ１５などを用いて構成されている。なお、本発明としてはアクチュエータは他の直線移動手段でも良い。
【００２１】
洗浄槽１０は、底部に洗浄液１６が溜まるようになっており、底部に接続した排出パイプ１７を通して溜まった洗浄液１６を洗浄液処理装置２０へと回収できるようにされている。
【００２２】
洗浄液処理装置２０は、上記洗浄液１６を回収収容して、さらに上記洗浄槽１０に供給可能なものであり、縦方向に仕切るフィルタ２１によって区分され、該フィルタ２１を挟んで前記排出パイプ１７と反対側に洗浄液供給ポンプ２２が設置されている。
【００２３】
前記密着ノズル１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１２、１３は、洗浄液供給ポンプ２２の吐出口２３と、それぞれ、複数のソレノイドバルブ２４ａ、２４ｂ、２４ｃを介設した供給管２５で接続されており、ソレノイドバルブ２４ａ…２４ｃの開閉操作によって、所望の可動密着ノズル１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１２、１３へ高圧の洗浄液１６を供給できるようになっている。
【００２４】
さらに、複数の密着ノズル１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１２、１３のうちのいくつかの密着ノズル（図では密着ノズル１２、１３）の供給管２５には、高圧エアー源（図示せず）から導いたエアー供給管２６、２６が合流している。このエアー供給管２６にもソレノイドバルブ２７、２７が介設されて、高圧エアーの供給を開閉操作できるようになっている。
【００２５】
工作物３０の洗浄に当り、工作物３０を洗浄槽１０内に収容、位置決めする。工作物３０は、内部空洞３１が形成され、種々の開口面積の開口部３２、３３、３４、３５、３６、３７、３８、３９、４０が外部に開口しており、内部空洞３１が外部と連通している。そこで、内部空洞３１における洗浄液の流れを考慮して、開口部３２〜４０を選択し、前記複数の密着ノズル１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１２、１３とシールパッド１４を選択した開口部に密着させる。図の例では、密着ノズル１１ａを開口部３４に、密着ノズル１１ｂを開口部３５に、密着ノズル１１ｃを開口部３６に、密着ノズル１２を開口部３２に、密着ノズル１３を開口部３７に密着させ、シールパッド１４を開口部３３に密着させている。
【００２６】
次に、洗浄液供給ポンプ２２を運転すると共に、供給管２５のソレノイドバルブ２４ａ〜２４ｃを開として、各密着ノズル１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１２、１３を通して加圧された洗浄液１６を噴出させ、選択された供給口から選択された排出口へと向かう高流速の洗浄液の流れを内部空洞３１に形成させて内部空洞３１の洗浄を行う。
【００２７】
ここで、内部空洞を流れる洗浄液１６の流速が臨界速度Ｖｃ以上となるように、内部空洞３１の形状および密着ノズル１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１２、１３を密着させた流入口（開口部）の配置と数並びに排出口（開口部）の配置と数を考慮して、洗浄液供給ポンプ２２の供給圧力と供給量を決定する。
臨界流速Ｖｃは、臨界レイノルズ数をＲｅｃ、洗浄液が流れる流路の最大断面積をｄ、該断面の周囲の長さをＳ、洗浄液の動粘度をνとすると、Ｖｃ＝Ｒｅｃ・ν・Ｓ／（４・ｄ）で求められる。必要な供給量は、上記臨界流速Ｖｃを基に空洞内部（ｉ位置）で得られる流路の流速Ｖｉと内部流路断面積ｄｉの積の総和、即ち、Σ（Ｖｉ＊ｄｉ）で求められる。したがって、この計算で求めた供給量以上の洗浄液を洗浄液供給ポンプ２２から吐出するようにする。
【００２８】
洗浄液の供給圧力は、前記臨界流速Ｖｃ以上の流速が確保できる圧力Ｐとし、密着ノズル１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１２、１３のノズル断面積に依存する一般式から求める。
このようにして臨界流速Ｖｃ以上の流速で洗浄液を工作物３０の内部空洞３１に流して、洗浄液１６に乱流を形成させて、最終的に、選択された排出口を通して異物と共に排出する。
【００２９】
工作物３０の内部空洞３１の形状がより複雑な場合等、内部空洞３１の一部に異物が停留する場合がある。そのような場合、高圧エアー源に接続したエアー供給管２６のソレノイドバルブ２７を開として、洗浄液１６の流れに高流速のエアーを混入させ、水泡末が異物に当たるようにすれば、異物の移動を促進させて、洗浄液の乱流による洗浄効果を増加させることができる。
工作物３０の内部空洞３１から排出された洗浄液１６と異物は、洗浄液処理装置２０のフィルタ２１で分離し、フィルタ２１を通過した洗浄液１６は再度洗浄液供給ポンプ２２へと循環させる。
なお、上記実施形態では、ソレノイドバルブ２４の開閉制御や洗浄液供給ポンプ２２の断続運転によって、洗浄液１６の供給を断続的に行うようにしても良い。
また、上記実施形態では、洗浄装置にポンプを備えるものとして説明したが、該装置以外のポンプ、例えば工場に備えるポンプなどによって洗浄液の圧送を行うものであってもよい。
【００３０】
また、供給管２５に介設したソレノイドバルブ２４ａ〜２４ｃの開閉の時期を変化させて、洗浄液１６の流入口を切り替えるようにしても良い。例えば、洗浄開始後の洗浄では、開口面積（断面積）の小さい開口部を流入口として選定して、大きい開口面積の開口部へ向かって洗浄液が流れるようにし、次の洗浄では、開口面積の大きい開口部を流入口として選定して、小さい開口面積の開口部へ向かって洗浄液が流れるようにすることができる。
【００３１】
図２は、洗浄パターンの一例を図示したものであり、洗浄作業において、当初は、開口部３２、３７から洗浄液を噴出し、その後、開口部３３、３４、３５、３６で洗浄液を噴出し、次に開口部３２で洗浄液を噴出し、次に開口部３７で洗浄液を噴出する。洗浄液の噴出を行わない開口部では、密着ノズルを待避（戻し）させて洗浄液の排出が可能になっている。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】この発明を実施する洗浄装置の構成図である。
【図２】同じく、洗浄パターンを示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０    洗浄槽
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１２、１３  密着ノズル
１４    シールパッド
１５    シリンダ
１６    洗浄液
１７    排出パイプ
２０    洗浄液処理装置
２１    フィルタ
２２    洗浄液供給ポンプ
２３    吐出口
２４ａ  ソレノイドバルブ
２４ｂ  ソレノイドバルブ
２４ｃ  ソレノイドバルブ
２５    供給管
２６    エアー供給管
２７    ソレノイドバルブ
３０    工作物
３１    空洞
３２、３３、３４、３５、３６、３７、３８、３９、４０      開口部
【図１】
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【図２】
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