(57)【要約】【課題】オゾンの酸化性を有効に利用して、金属異物及び油が付着した金属部品から金属異物及び油の両者を良好に除去する。【解決手段】洗浄方法は、被洗浄物３０をオゾン水１４に浸漬する浸漬工程Ｐ１と、浸漬工程Ｐ１で処理された被洗浄物３０を純水中（洗浄水２３）で超音波洗浄する超音波洗浄工程Ｐ２とを備えた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被洗浄物をオゾン水に浸漬する浸漬工程と、前記浸漬工程で処理された前記被洗浄物を純水中で超音波洗浄する超音波洗浄工程とを備えたことを特徴とする洗浄方法。
【請求項２】
前記オゾン水のオゾン濃度は１０〜３０％である請求項１に記載の洗浄方法。
【請求項３】
前記超音波洗浄工程における超音波の周波数は、３０ｋＨｚ〜３００ｋＨｚである請求項１又は請求項２に記載の洗浄方法。
【請求項４】
前記被洗浄物は、材質が、アルミニウム系金属、ステンレスから選択された金属部品である請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の洗浄方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、洗浄方法に係り、詳しくは金属部品の洗浄に好適な洗浄方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属部品に限らず、被洗浄物を洗浄する洗浄方法として、超音波洗浄方法がある。例えば、特許文献１には、少なくとも表面に多孔質構造を有する半導体基体の多孔質表面の洗浄方法において、周波数が６００ｋＨｚから２ＭＨｚの範囲の高周波を重畳した純水で、前記基体の多孔質表面に付着した異物を除去する洗浄方法が提案されている。
【０００３】
特許文献２には、オゾン水洗浄部とアイススクライブ洗浄部と超音波洗浄部と温水引き上げ乾燥部とを有するフォトマスクの洗浄装置が提案されており、超音波洗浄部では、メガヘルツ周波数（１ＭＨｚ近辺の周波数）の超音波洗浄を行うことが記載されている。
【０００４】
特許文献３には、前洗浄工程と、オゾン水による洗浄工程と、ｐＨをアルカリ性に制御した水素を含有する純水による超音波洗浄工程と、ＨＦ、ＳＰＭ、ＨＰＭ、ＨＮＯ３／ＨＦから選ばれる少なくとも一つを用いた洗浄工程と、水素を含有する純水、オゾン水、超純水から選ばれる１種類を用いた超音波洗浄工程を含むセラミックス部材の洗浄方法が提案されている。超音波洗浄における周波数は２００ｋＨｚ以上で行われている。
【０００５】
また、特許文献４には、予め周波数調整された超伝導加速空洞の内面を電解研磨によって研磨処理する電解研磨工程と、該電解研磨工程で研磨処理された前記超伝導加速空洞の内表面を洗浄する洗浄工程と、該洗浄工程で洗浄された前記超伝導加速空洞を変形しないように拘束して密閉された内部空間を真空吸引しつつ高温で熱処理する熱処理工程と、を備えている超伝導加速空洞の表面処理方法が記載されている。洗浄工程は、前記超伝導加速空洞の密閉した内部空間に洗浄液を充填し、該内部空間に配置された振動子による超音波振動による超音波洗浄を行う。前記振動子の振動数が０．５ＭＨｚ〜３ＭＨｚに切り換えられるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−６４８７０号公報
【特許文献２】特開平１０−６２９６５号公報
【特許文献３】特開２００５−２７９４８１号公報
【特許文献４】特開２０１１−８６４５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
洗浄水としてオゾン水を使用する場合、オゾンの酸化性を有効にするためには、洗浄水中のオゾン濃度を高める必要がある。オゾンは水に溶け難いため、高濃度化が難しい。そのため、加圧してオゾンガスを水中に溶解させている。しかし、一般に洗浄処理は、大気中で行われるため、洗浄処理の際、洗浄水中に溶存していたオゾンがガス化し、気泡の一部が被洗浄物に付着する。気泡が付着している部分は洗浄されない部分になる。
【０００８】
本発明は、前記の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、オゾンの酸化性を有効に利用して、金属異物及び油が付着した金属部品から金属異物及び油の両者を良好に除去することができる洗浄方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決する洗浄方法は、被洗浄物をオゾン水に浸漬する浸漬工程と、前記浸漬工程で処理された前記被洗浄物を純水中で超音波洗浄する超音波洗浄工程とを備えた。この構成によれば、オゾンの酸化性を利用して被洗浄物の洗浄を行う場合、従来技術と異なり、オゾン水中での超音波洗浄を行わずに、先ず、浸漬工程で被洗浄物をオゾン水に浸漬する。そのため、高濃度のオゾン水を使用しても、オゾン水に超音波振動を加える場合に比べて、オゾン水から気泡が発生し難い。その結果、オゾン水に溶解しているオゾンの量が超音波振動を加える場合に比べて多くなり、オゾン水の酸化力が強くなる。また、気泡の発生が少ないため、気泡が付着する箇所が少なくなる。そして、浸漬工程において、被洗浄物に付着している金属異物の表面がオゾン水により酸化され、金属異物の被洗浄物との引っ掛かりが解消されて、被洗浄物から脱落し易くなる。また、被洗浄物にとして、切削油等が付着したものを洗浄する場合、切削油等の有機物が、オゾンの酸化力により分解される。
【００１０】
浸漬工程で処理された被洗浄物は、超音波洗浄工程において、純水中で超音波洗浄されるため、浸漬工程で被洗浄物との引っ掛かりが解消されたり、解消されかけたりした金属異物が被洗浄物から除去される。また、被洗浄物として切削油等の有機物が付着した金属異物を有する場合でも、切削油等がオゾンの酸化力により分解されているため、被洗浄物から簡単に除去される。したがって、オゾンの酸化性を有効に利用して、金属異物及び油が付着した金属部品から金属異物及び油の両者を良好に除去することができる。
【００１１】
前記オゾン水のオゾン濃度は１０〜３０％であることが好ましい。ここで、「オゾン水のオゾン濃度」とは、加圧状態で高濃度（例えば、３０％）のオゾン水の濃度を意味するのではなく、例えば、浸漬工程を大気圧下で行う際には、高濃度のオゾン水中に溶存していたオゾンの一部がガス化して濃度が低下した状態のオゾン濃度を意味する。
【００１２】
オゾン水中のオゾン濃度が高い方が酸化作用が強くなるが、オゾン濃度を３０％程度の高濃度に維持するには、加圧下で処理を行うか、高濃度（例えば、３０％）のオゾン水の供給口で行う必要がある。しかし、そこまでオゾン濃度を高くしなくても、３０％のオゾン水を大気下において、オゾン水中に溶存していたオゾンの一部がガス化して濃度が低下した濃度１０〜２０％のオゾン水でも、必要とする洗浄効果が得られる。
【００１３】
前記超音波洗浄工程における超音波の周波数は、３０ｋＨｚ〜３００ｋＨｚであることが好ましい。超音波洗浄工程における超音波の周波数は、例えば、１ＭＨｚ以上であっても油等の除去は可能であるが、ＭＨｚのオーダまで高くしなくても、３０ｋＨｚ〜３００ｋＨｚ程度の周波数で良好に除去することができ、消費エネルギーが少なくなる。
【００１４】
前記被洗浄物は、材質が、アルミニウム系金属、ステンレスから選択された金属部品であることが好ましい。ここで、「アルミニウム系金属」とは、工業用純アルミニウム（例えば、Ａ１０００系アルミニウム）やアルミニウム合金（例えば、Ａ３０００系アルミニウム合金）等のようにアルミニウムを主成分とする金属を意味する。
【００１５】
アルミニウム系金属製やステンレス製の部品は、オゾン水に対する強い耐蝕性があるが、切削加工の際に生じた切削粉等の金属異物はオゾン水に対して耐蝕性が低い。そのため、被洗浄物がオゾン水に浸漬されている状態で、金属異物がオゾン水によって腐食され、被洗浄物に対する付着力が弱くなり、被洗浄物から除去され易い。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、オゾンの酸化性を有効に利用して、金属異物及び油が付着した金属部品から金属異物及び油の両者を良好に除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】洗浄装置の概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図１にしたがって説明する。
洗浄方法は、被洗浄物をオゾン水に浸漬する浸漬工程と、浸漬工程で浸漬処理された被洗浄物を純水中で超音波洗浄する超音波洗浄工程とを備えている。
【００１９】
洗浄方法を実施する洗浄装置は、図１に示すように、浸漬工程Ｐ１を実施するための浸漬装置１１と、超音波洗浄工程Ｐ２を実施するための超音波洗浄装置２１とを備えている。なお、超音波洗浄装置２１で洗浄された被洗浄物は、図示しない乾燥工程で乾燥装置により乾燥される。
【００２０】
浸漬装置１１は、浸漬槽１２を備え、浸漬槽１２に隣接して回収槽１３が設けられている。回収槽１３は浸漬槽１２からオーバーフローしたオゾン水１４を回収する。回収槽１３にはバルブ１５を有する排出管１６が設けられている。
【００２１】
浸漬装置１１は、浸漬槽１２及び回収槽１３の開放部を閉鎖可能な一組の蓋１７ａ，１７ｂを備えている。蓋１７ａ，１７ｂは、図１に二点鎖線で示す開放位置と、実線で示す閉鎖位置とに回動可能に構成されている。一方の蓋１７ａは、他方の蓋１７ｂより大きく形成され、閉鎖状態においては、一方の蓋１７ａの先端部が他方の蓋１７ｂの先端部に重なる状態となる。一方の蓋１７ａには、後記する索３２が過可能な溝（図示せず）が形成されている。
【００２２】
超音波洗浄装置２１は、洗浄槽２２を備え、洗浄槽２２の底面には洗浄槽２２中の洗浄水２３に高周波振動を加える超音波発振器（超音波振動子）２４が設けられている。洗浄槽２２に隣接して回収槽２５が設けられている。回収槽２５は洗浄槽２２からオーバーフローした洗浄水２３を回収する。回収槽２５には配管２６を介して循環ポンプ２７が接続されており、回収槽２５内の洗浄水２３が循環ポンプ２７を介して洗浄槽２２に戻る。循環ポンプ２７の入口側にはフィルタ２８が接続されている。
【００２３】
浸漬装置１１、超音波洗浄装置２１及び図示しない乾燥装置の間の被洗浄物３０の移送は、粗い目の金網で形成された有底箱状の移送用容器３１を、索３２を介して吊り下げ、索３２を図示しない移動装置で移動させることで行う。
【００２４】
次に前記のように構成された洗浄装置の作用を説明する。
浸漬装置１１のオゾン水１４としてはオゾンが溶解された酸性オゾン水が使用される。
酸性オゾン水の製造は、酸性の水（以下、酸性水と記す場合もある。）にオゾンガスを加圧溶解させて作る。酸性水の調製は、純水に、例えば、塩酸、硝酸、硫酸の何れかを加えて、ｐＨが１〜５、好ましくは３〜５程度の酸性水を調製する。この理由は、酸性水が弱酸性の場合（例えば、ｐＨが５より大きい場合）、金属異物の表面が不動態化する場合があるためと、酸性が強すぎると装置の耐久性が低下するためである。調製された酸性水に、周知のオゾン水製造装置を利用してオゾンガスを加圧溶解させて酸性オゾン水を作る。
【００２５】
オゾンガスを酸性水に高濃度で溶解させる方法としては、例えば、オゾンガス透過膜で形成されたチューブ内に酸性水を流し、そのチューブを加圧状態のオゾンガス中に置き、オゾンガスを、強制的にオゾンガス透過膜を透過させて、チューブ内の酸性水に溶解させる方法がある。また、オゾンガスの高圧タンク内に酸性水を霧状の水滴として供給し、その水滴にオゾンガスを加圧溶解させる方法もある。
【００２６】
浸漬工程Ｐ１は大気圧で行われ、オゾン水１４のオゾン濃度は、１０〜２０％である。浸漬処理時のオゾン水１４のオゾン濃度とは、加圧状態で高濃度（例えば、３０％）のオゾン水の濃度を意味するのではなく、大気圧下で浸漬を行う際に、高濃度のオゾン水中に溶存していたオゾンの一部がガス化して濃度が低下した状態のオゾン濃度を意味する。
【００２７】
切削加工された被洗浄物３０としての金属部品としてニウム系金属製部品が入れられた移送用容器３１は、図１に実線で示すように、先ず、浸漬装置１１の浸漬槽１２のオゾン水１４中に沈められる。蓋１７ａ，１７ｂは、被洗浄物３０を浸漬槽１２に入れるとき、あるいは浸漬槽１２から出すときには、図１に鎖線で示す開放位置に配置されるが、それ以外の時は、実線で示す閉鎖位置に保持される。なお、高濃度オゾン水を浸漬槽１２に入れるときは、蓋１７ａが開放される。
【００２８】
被洗浄物３０には、金属異物や油が付着しているが、高濃度の酸性オゾン水に浸漬されると、オゾン水（オゾン）の酸化作用により油の一部が分解され、また、金属異物の表面が酸化される。酸性のオゾン水の場合、被洗浄物３０の金属がアルミニウム系金属製の場合には、酸のエッチング効果により、金属異物と被洗浄物３０表面の引っかかりを無くし、脱落させることもできる。
【００２９】
浸漬槽１２にはオゾン水１４がオーバーフロー可能に収容されており、被洗浄物３０が移送用容器３１と共に浸漬槽１２のオゾン水１４中に入れられる際、あるいは浸漬槽１２から引き上げられる際に、オゾン水１４の一部が浸漬槽１２からオーバーフローして回収槽１３に回収される。オゾン水１４に浸漬中に被洗浄物３０から除去された油はオゾン水１４の表面に浮いた状態となるが、オゾン水１４がオーバーフローすることにより、油が浸漬槽１２から排出される。その結果、被洗浄物３０から除去された油が被洗浄物３０に再付着し難くなる。回収槽１３に回収されたオゾン水１４はバルブ１５の開放により適宜排出される。また、浸漬槽１２にはオーバーフローしたオゾン水１４を補うため、高濃度オゾン水が適宜供給される。
【００３０】
浸漬槽１２の蓋１７ａ，１７ｂは、必要時以外は閉鎖位置に保持される。蓋１７ａ，１７ｂが閉鎖位置に保持された状態では、浸漬槽１２内のオゾン水１４からガス化したオゾンが浸漬槽１２外に逃げることが蓋１７ａ，１７ｂにより防止され、浸漬槽１２の空間部のオゾン濃度は、蓋１７ａ，１７ｂが開放された状態に比べて高くなり、オゾン水１４からオゾンガスが逃げ難くなる。
【００３１】
浸漬槽１２に浸漬された被洗浄物３０は、予め設定された所定時間（例えば、３〜５分）経過後、移送用容器３１と共に超音波洗浄工程Ｐ２へ移送され、図１に二点鎖線で示すように、超音波洗浄装置２１の洗浄槽２２の洗浄水２３中に入れられる。洗浄水２３として純水が使用されている。被洗浄物３０が洗浄水２３に入れられた状態で、超音波発振器２４が駆動され、例えば、３０ｋＨｚ〜３００ｋＨｚの超音波振動を洗浄水２３に加える。超音波発振器２４によって加えられる超音波振動により被洗浄物３０や金属異物に残っていた油が除去される。また、被洗浄物３０に付着していた金属異物が超音波振動により被洗浄物３０から除去される。なお、設定時間は、例えば、試験により設定される。
【００３２】
被洗浄物３０は、浸漬工程Ｐ１において、酸性オゾン水に浸漬されている間に、油の一部が酸化分解されたり、金属異物が表面酸化を受けたりした状態になっている。その結果、超音波洗浄工程Ｐ２において、超音波発振器２４によって超音波振動を受けた洗浄水２３により、被洗浄物３０から金属異物や油が除去され易い。また、表面酸化を受けた金属異物は、被洗浄物３０（金属部品）から脱落した後、被洗浄物３０に対する再付着が化学的に起き難くなる。
【００３３】
浸漬工程Ｐ１から被洗浄物３０及び移送用容器３１と共に浸漬槽１２からオゾン水１４の一部が洗浄槽２２中に持ち込まれるが、持ち込まれたオゾン水１４は比較的短時間でオゾンが水に分解される。
【００３４】
被洗浄物３０や金属異物から除去された油は、洗浄水２３の上側へ浮上し、オーバーフローする洗浄水２３と共に回収槽２５へ回収される。回収槽２５に回収された洗浄水２３は、循環ポンプ２７の作用により、配管２６を介して洗浄槽２２へ供給される。回収槽２５から循環ポンプ２７に向かって移動する洗浄水２３がフィルタ２８を通過する際に、洗浄水２３中の油等は、フィルタ２８によって除去され、油等が除去された洗浄水２３が洗浄槽２２に供給される。
【００３５】
予め設定された所定時間（例えば、１〜５分）が経過すると、被洗浄物３０は、移送用容器３１とともに超音波洗浄装置２１の洗浄槽２２内から引き上げられ、移送用容器３１と共に図示しない乾燥工程の乾燥装置まで移送され、乾燥装置で乾燥される。乾燥装置としては、例えば、温風乾燥機やエアー乾燥機が使用される。
【実施例】
【００３６】
浸漬工程Ｐ１において、オゾン水１４として酸性のオゾン水を使用し、５分間、被洗浄物３０の浸漬を行った。次に、超音波洗浄工程Ｐ２において、洗浄水２３として純水を使用し、超音波発振器２４による超音波振動数を１００ｋＨｚとして、３分間、被洗浄物３０の超音波洗浄を行った。超音波洗浄終了後、被洗浄物３０を乾燥装置で乾燥した。被洗浄物３０からは、金属異物及び油の両者が良好に除去されていた。
【００３７】
この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）洗浄方法は、被洗浄物３０をオゾン水１４に浸漬する浸漬工程Ｐ１と、浸漬工程Ｐ１で処理された被洗浄物３０を純水中（洗浄水２３）で超音波洗浄する超音波洗浄工程Ｐ２とを備えた。この構成によれば、高濃度のオゾン水を使用しても、オゾン水に超音波振動を加える場合に比べて、オゾン水から気泡が発生し難い。その結果、オゾン水に溶解しているオゾンの量が超音波振動を加える場合に比べて多くなり、オゾン水の酸化力が強くなる。また、気泡の発生が少ないため、気泡が付着する箇所が少なくなる。したがって、オゾンの酸化性を有効に利用して、金属異物及び油が付着した被洗浄物（金属部品）３０から金属異物及び油の両者を良好に除去することができる。オゾン水は、比較的短時間でオゾンが分解されて水に戻るため、有機溶剤や洗剤を使用する場合に比べて、環境にやさしい。
【００３８】
（２）浸漬工程Ｐ１は大気圧で行われ、オゾン水１４のオゾン濃度は１０〜２０％である。オゾン水１４中のオゾン濃度が高い方が酸化作用が強くなるが、オゾン濃度を３０％程度の高濃度に維持するには、加圧下で処理を行うか、高濃度（例えば、３０％）のオゾン水１４の供給口で行う必要がある。しかし、そこまでオゾン濃度を高くしなくても、３０％のオゾン水を大気下において、オゾン水中に溶存していたオゾンの一部がガス化して濃度が低下した濃度１０〜２０％のオゾン水でも、必要とする洗浄効果が得られる。
【００３９】
（３）超音波洗浄工程Ｐ２における超音波の周波数は、３０ｋＨｚ〜３００ｋＨｚであることが好ましい。超音波洗浄工程Ｐ２における超音波の周波数は、例えば、１ＭＨｚ以上であっても油等の除去は可能であるが、ＭＨｚのオーダまで高くしなくても、３０ｋＨｚ〜３００ｋＨｚ程度の周波数で良好に除去することができ、消費エネルギーが少なくなる。
【００４０】
（４）被洗浄物３０は、材質が、アルミニウム系金属の金属部品である。アルミニウム系金属製の部品は、オゾン水に対する強い耐蝕性があるが、切削加工の際に生じた切削粉等の金属異物はオゾン水に対して耐蝕性が低い。そのため、被洗浄物がオゾン水に浸漬されている状態で、金属異物が被洗浄物としての金属部品から除去され易い状態になる。
【００４１】
（５）オゾン水１４は、酸性水にオゾン水を溶解しているため、純水にオゾンを溶解したオゾン水に比べてオゾン濃度を高くすることができ、オゾン水の酸化性が強くなる。
（６）浸漬槽１２に蓋１７ａ，１７ｂが設けられている。そのため、開放不要時には蓋１７ａ，１７ｂを閉じることにより、オゾン水１４中に溶解しているオゾンガスのガス化が抑制され、高濃度のオゾン水の使用量を抑制することができる。
【００４２】
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○  オゾン水１４は、酸性水等の機能水ではなく、純水にオゾン水を溶解させたものであってもよい。
【００４３】
○  被洗浄物３０は、アルミニウム系金属製の金属部品に限らず、金属部品としてはオゾン水に対する耐蝕性が強いが、切削加工の際に生じる金属粉等の金属異物のオゾン水に対する耐蝕性の低い金属製、例えば、ステンレス製部品であってもよい。
【００４４】
○  浸漬工程Ｐ１において、浸漬槽１２を気密状態で密閉可能とし、加圧状態のオゾン水１４に被洗浄物３０を浸漬してもよい。この場合、大気圧において被洗浄物３０をオゾン水１４に浸漬する場合に比べて、高濃度（例えば、３０％）のオゾン水１４に浸漬することが可能となり、オゾン水の酸化作用が強くなり、浸漬時間を短くすることができる。
【００４５】
○  洗浄槽２２中で、移送用容器３１を揺動させると良い。この場合、超音波のムラが緩和される。また、移送用容器３１を動かすことで流れが生じ、異物が脱落しやすい。
○  超音波発振器２４は、洗浄槽２２の底壁ではなく側壁に設けてもよい。
【００４６】
○  超音波発振器２４は、洗浄槽２２の外側に限らず、洗浄槽２２の壁を介さずに、洗浄水２３に接触する位置に設けてもよい。
○  浸漬槽１２の蓋１７ａ，１７ｂはなくてもよい。
【００４７】
○  浸漬装置１１も超音波洗浄装置２１と同様に、回収槽１３に回収したオゾン水１４を、循環ポンプ及びフィルタを備えた配管を介して浸漬槽１２に戻して循環使用する構成にしてもよい。この場合、回収槽１３のオゾン水１４を浸漬槽１２に戻すのは、浸漬槽１２中に被洗浄物３０がない状態で行うのが好ましい。
【００４８】
○  一度に洗浄される被洗浄物３０の数は１個に限らず、被洗浄物３０の大きさ及び浸漬槽１２、洗浄槽２２の大きさにより、複数であってもよい。
○  被洗浄物３０の各工程間における移送は、索３２に吊り下げられた移送用容器３１を使用する方法に限らず、例えば、ベルトコンベアを使用してもよい。
【００４９】
○  被洗浄物３０が大きな場合は、ロボットアームが被洗浄物３０を直接把持して、次工程に移送してもよい。
○  乾燥工程を特に設けず、超音波洗浄工程Ｐ２で洗浄後の被洗浄物３０が使用されるまでの保管中に自然乾燥させてもよい。
【符号の説明】
【００５０】
Ｐ１…浸漬工程、Ｐ２…超音波洗浄工程、１４…オゾン水、３０…被洗浄物。
【図１】
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