(57)【要約】【課題】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、洗浄槽１２中の洗浄水１３に高周波振動を加えて被洗浄物４０の高周波超音波洗浄を行う高周波超音波洗浄工程の後に、洗浄槽２２中の洗浄水２３に低周波振動を加えて被洗浄物４０の低周波超音波洗浄を行う低周波超音波洗浄工程を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
洗浄槽中の洗浄水に高周波振動を加えて被洗浄物の高周波超音波洗浄を行う高周波超音波洗浄工程の後に、洗浄槽中の洗浄水に低周波振動を加えて被洗浄物の低周波超音波洗浄を行う低周波超音波洗浄工程を備えたことを特徴とする洗浄方法。
【請求項２】
前記高周波振動は、８０ｋＨｚ〜１０００ｋＨｚである請求項１に記載の洗浄方法。
【請求項３】
前記高周波超音波洗浄工程の洗浄水はオゾン水である請求項１又は請求項２に記載の洗浄方法。
【請求項４】
前記低周波振動は、５０ｋＨｚ以下である請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の洗浄方法。
【請求項５】
前記低周波超音波洗浄工程の洗浄水はアルカリ水又はオゾン水である請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の洗浄方法。
【請求項６】
前記低周波超音波洗浄工程の後に、すすぎ洗浄工程を備えている請求項１〜請求項５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】
機械加工された金属部品には、加工時における切削屑等の金属異物や加工の際に使用された切削油等が付着しているため、洗浄が必要になる。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。また、超音波洗浄の際に、例えば、純水に１００ｋＨｚ以下の低周波振動を印加する洗浄と、１ＭＨｚ以上の高周波振動を印加する洗浄との両方を行う方法も提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−２０６７１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、超音波洗浄では、超音波の周波数により長所と短所があり、低周波数では異物の除去能力が高い一方、処理の均一性が劣る。また、高周波数では、その逆となる。そして、加工された金属部品に付着した金属異物を除去する場合、金属異物及び油の両者が付着している場合は、単純に超音波洗浄を行ったのでは、金属異物の除去を良好に行うことができない。
【０００５】
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、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】
【０００６】
上記課題を解決する洗浄方法は、洗浄槽中の洗浄水に高周波振動を加えて被洗浄物の高周波超音波洗浄を行う高周波超音波洗浄工程の後に、洗浄槽中の洗浄水に低周波振動を加えて被洗浄物の低周波超音波洗浄を行う低周波超音波洗浄工程を備えている。ここで、高周波振動とは、７０ｋＨｚ以上の振動を意味し、低周波振動とは、７０ｋＨｚ未満の振動を意味する。
【０００７】
例えば、被洗浄物として、機械加工された金属部品のように、加工時における切削屑等の金属異物や加工の際に使用された切削油等が付着したものを洗浄する場合、金属に付着した油の除去に効果がある超音波の周波数と、金属部品に直接付着した金属異物（金属粉）の除去に効果がある超音波の周波数とは異なる。そのため、同じ周波数の超音波で超音波洗浄を行っても、油と金属異物の両方を良好に除去することはできない。また、金属異物の除去に有効な周波数で超音波洗浄を行っても、金属異物に油が付着した状態では金属異物の除去が良好に行われない。しかし、本発明では、高周波超音波洗浄工程の後に、低周波超音波洗浄工程を備えているため、高周波超音波洗浄工程において金属部品や金属異物に付着した油が良好に除去された後、低周波超音波洗浄工程で油の影響のない状態で金属異物の除去が良好に行われる。したがって、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。
【０００８】
前記高周波振動は、８０ｋＨｚ〜１０００ｋＨｚであることが好ましい。高周波振動は、例えば、１ＭＨｚ以上であっても油の除去は可能であるが、ＭＨｚのオーダまで高くしなくても、８０〜１０００ｋＨｚ程度の周波数で油を良好に除去することができる。
【０００９】
前記高周波超音波洗浄工程の洗浄水はオゾン水であることが好ましい。洗浄水は水であってもよいが、オゾン水の場合は、オゾンの作用で油が分解されて除去性が高くなる。
前記低周波振動は、５０ｋＨｚ以下であることが好ましい。この構成によれば、高周波超音波洗浄工程で油が除去された後の被洗浄物から、金属異物を良好に除去することができる。
【００１０】
前記低周波超音波洗浄工程の洗浄水はアルカリ水又はオゾン水であることが好ましい。洗浄水は水であってもよいが、有機系洗浄液でも可。アルカリ水又はオゾン水の場合は、金属異物の表面が酸化されて、脱落した異物の再付着を化学的に起き難くすることができ、低周波超音波洗浄工程の後にすすぎ洗浄工程を設けた場合、金属異物が金属部品上から脱落し易くなる。また、アルカリ水の場合、エッチング効果により金属異物と被洗浄物（金属部品）表面の引っかかりを無くし、金属異物を脱落させることもできる。
【００１１】
前記低周波超音波洗浄工程の後に、すすぎ洗浄工程を備えていることが好ましい。この構成によれば、高周波超音波洗浄工程及び低周波超音波洗浄工程により、油及び金属異物が除去された金属部品上から金属異物を確実に除去することができる。また、低周波超音波洗浄工程の後にすすぎ洗浄工程を設けた場合、低周波超音波洗浄工程で金属部品上から取り除かれかけた金属異物が金属部品上から脱落する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、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】
【００１３】
【図１】洗浄装置の概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。
図１に示すように、洗浄方法を実施する洗浄装置は、高周波超音波洗浄装置１１と、低周波超音波洗浄装置２１と、すすぎ洗浄装置３１とを備えている。
【００１５】
高周波超音波洗浄装置１１は、洗浄槽中の洗浄水に高周波振動を加えて被洗浄物の高周波超音波洗浄を行う高周波超音波洗浄工程を行う。
高周波超音波洗浄装置１１は、洗浄槽１２を備え、洗浄槽１２の底面には洗浄槽１２中の洗浄水１３に高周波振動を加える超音波発振器（超音波振動子）１４が設けられている。洗浄槽１２に隣接して回収槽１５が設けられている。回収槽１５は洗浄槽１２からオーバーフローした洗浄水１３を回収する。回収槽１５には配管１６を介して循環ポンプ１７が接続されており、回収槽１５内の洗浄水１３が循環ポンプ１７を介して洗浄槽１２に戻る。循環ポンプ１７の入口側にはフィルタ１８が接続されている。
【００１６】
低周波超音波洗浄装置２１は、高周波超音波洗浄工程の後に、洗浄槽中の洗浄水に低周波振動を加えて被洗浄物の低周波超音波洗浄を行う低周波超音波洗浄工程を行う。
低周波超音波洗浄装置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に低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。
【００１７】
すすぎ洗浄装置３１は、低周波超音波洗浄工程の後に、被洗浄物の表面をすすぐすすぎ洗浄工程を行う。なお、すすぎ洗浄装置３１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。
【００１８】
すすぎ洗浄装置３１は、シャワー洗浄槽３２を備え、シャワー洗浄槽３２の一つの側壁内面には、シャワーノズル３３が設けられている。シャワーノズル３３は、ポンプ３４により配管３５を介して洗浄水タンク３６内から供給される洗浄水３７を、水平方向にシャワー状に噴射するようになっている。ポンプ３４の入口側にはフィルタ３８が設けられている。シャワーノズル３３から噴射された洗浄水３７は、洗浄水タンク３６に回収されるようになっている。
【００１９】
高周波超音波洗浄装置１１、低周波超音波洗浄装置２１、すすぎ洗浄装置３１及び図示しない乾燥装置の間の被洗浄物４０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４１を、索４２を介して吊り下げ、索４２を図示しない移動装置で移動させることで行う。
【００２０】
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。
高周波超音波洗浄装置１１の洗浄水１３としてはオゾン水が使用され、低周波超音波洗浄装置２１の洗浄水２３としてはオゾン水又はアルカリ水が使用される。切削加工された被洗浄物４０としての金属部品としてアルミ製部品が入れられた移送用容器４１は、図１に実線で示すように、先ず高周波超音波洗浄装置１１の洗浄槽１２の洗浄水１３中に沈められる。超音波発振器１４は、８０ｋＨｚ〜１０００ｋＨｚ（例えば、８０ｋＨｚあるいは２００ｋＨｚ）の高周波振動を洗浄水１３に加える。
【００２１】
被洗浄物４０には、金属異物や油が付着しているが、超音波発振器１４によって加えられる高周波振動により被洗浄物４０や金属異物に付着している油が除去される。油は、被洗浄物４０に強く付着していないため、低周波振動で強力に除去する必要がなく、高周波振動で除去できる。また、高周波振動では超音波振動による除去力が被洗浄物４０の表面全体に均一に作用して、油を効率良く除去する。洗浄水１３としてオゾン水が使用された場合、超音波振動による除去効果に加えて、オゾンの作用で油の一部が分解されるため、油の除去機能が高まる。被洗浄物４０や金属異物から除去された油は、洗浄水１３の上側へ浮上し、オーバーフローする洗浄水１３と共に回収槽１５へ回収される。回収槽１５に回収された洗浄水１３は、循環ポンプ１７の作用により、配管１６を介して洗浄槽１２へ供給される。回収槽１５から循環ポンプ１７に向かって移動する洗浄水１３がフィルタ１８を通過する際に、洗浄水１３中の油は、フィルタ１８によって除去され、油が除去された洗浄水１３が洗浄槽１２に供給される。
【００２２】
予め設定された所定時間が経過すると、被洗浄物４０は、移送用容器４１とともに高周波超音波洗浄装置１１の洗浄槽１２内から引き上げられ、低周波超音波洗浄装置２１の洗浄槽２２の洗浄水２３中に沈められる。なお、設定時間は、例えば、試験により設定される。
【００２３】
低周波超音波洗浄装置２１では、５０ｋＨｚ以下の低周波数（例えば、３０数ｋＨｚ）で洗浄水２３に振動が加えられる。高周波超音波洗浄では、油が効率良く除去されるが、金属同士の付着力は油の付着力より大きいため、金属異物は除去されない。そこで、高周波超音波洗浄より除去力の大きな低周波超音波洗浄を行うことで、金属異物が除去される。油が金属異物を覆った状態では金属異物を除去し難いが、油が除去された後に低周波超音波洗浄が行われるため、金属異物が良好に除去される。
【００２４】
洗浄水２３としてアルカリ水又はオゾン水を使用すると、金属異物の表面酸化により脱落した金属異物の再付着を化学的に起き難くしたり、あるいは後のすすぎ洗浄工程で金属異物が被洗浄物４０から脱落し易くしたりできる。また、アルカリ水の場合、被洗浄物４０の金属がアルミニウムの場合、エッチング効果により、金属異物と被洗浄物４０表面の引っかかりを無くし、脱落させることもできる。
【００２５】
回収槽２５内の洗浄水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、洗浄槽２２からオーバーフローした洗浄水２３は回収槽２５に回収される。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中の油は、フィルタ２８によって除去され、油が除去された洗浄水２３が洗浄槽２２に供給される。
【００２６】
低周波超音波洗浄装置２１は効率は悪いが油の除去も可能なため、高周波超音波洗浄装置１１で除去されずに被洗浄物４０や金属異物に残った油が、低周波超音波洗浄装置２１において被洗浄物４０や金属異物から除去される。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に回収された油は、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、フィルタ２８によって除去され、油が除去された洗浄水２３が洗浄槽２２に供給される。
【００２７】
予め設定された所定時間が経過すると、被洗浄物４０は、移送用容器４１とともに低周波超音波洗浄装置２１の洗浄槽２２内から引き上げられ、図１に鎖線で示すように、すすぎ洗浄装置３１のシャワー洗浄槽３２内に吊り下げられた状態で配置される。そして、シャワーノズル３３から噴射される洗浄水３７により、被洗浄物４０のすすぎ洗浄が行われる。
【００２８】
そのため、低周波超音波洗浄工程後の被洗浄物４０の洗浄を、洗浄水が収容された洗浄槽内に被洗浄物４０を浸漬して引き上げる洗浄方法に比べて、低周波超音波洗浄で被洗浄物４０から剥離させた金属異物を被洗浄物４０上から効率良く脱落させることができる。すすぎ洗浄は、低周波超音波洗浄装置２１における超音波洗浄で被洗浄物４０から剥離させた金属異物を被洗浄物４０上から脱落させる。また、超音波洗浄で被洗浄物４０から剥がれかけた金属異物を被洗浄物４０から剥離脱落させる。また、被洗浄物４０に付着しているアルカリ水やオゾン水を洗い流す。
【００２９】
シャワー洗浄が所定時間行われた後、被洗浄物４０は、移送用容器４１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】
【００３０】
高周波超音波洗浄工程において、洗浄水１３として純水を使用し、超音波発振器１４による高周波振動数を８０ｋＨｚとして、３分間被洗浄物４０の高周波超音波洗浄を行った。次に、低周波超音波洗浄工程において、洗浄水２３としてアルカリ水を使用し、超音波発振器２４による低周波振動数を４０ｋＨｚとして、３分間被洗浄物４０の低周波超音波洗浄を行った。次に、すすぎ工程において、洗浄水３７として純水を使用して５分間被洗浄物４０のシャワー洗浄を行った。シャワー洗浄終了後、被洗浄物４０を乾燥装置で乾燥した。被洗浄物４０からは、金属異物及び油の両者が良好に除去されていた。
【００３１】
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、洗浄槽１２中の洗浄水１３に高周波振動を加えて被洗浄物４０の高周波超音波洗浄を行う高周波超音波洗浄工程の後に、洗浄槽２２中の洗浄水２３に低周波振動を加えて被洗浄物４０の低周波超音波洗浄を行う低周波超音波洗浄工程を備えている。例えば、被洗浄物４０として、機械加工された金属部品のように、加工時における切削屑等の金属異物や加工の際に使用された切削油等が付着したものを洗浄する場合、高周波超音波洗浄工程において金属部品や金属異物に付着した油が良好に除去された後、低周波超音波洗浄工程で油の影響のない状態あるいは少ない状態で金属異物の除去が良好に行われる。したがって、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。
【００３２】
（２）高周波振動は、８０ｋＨｚ〜１０００ｋＨｚである。高周波振動は、例えば、１ＭＨｚ以上であっても油の除去は可能であるが、ＭＨｚのオーダまで高くしなくても、８０〜１０００ｋＨｚ程度の周波数で油を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。
【００３３】
（３）高周波超音波洗浄工程の洗浄水１３はオゾン水である。洗浄水１３は水であってもよいが、オゾン水の場合は、オゾンの作用で油が分解されて除去性が高くなる。
（４）低周波振動は、５０ｋＨｚ以下である。この構成によれば、高周波超音波洗浄工程で油が除去された後の被洗浄物４０から、金属異物を良好に除去することができる。
【００３４】
（５）低周波超音波洗浄工程の洗浄水２３はアルカリ水又はオゾン水である。洗浄水２３は水であってもよいが、アルカリ水又はオゾン水の場合は、金属異物の表面が酸化されて、脱落した異物の再付着を化学的に起き難くすることができ、低周波超音波洗浄工程の後にすすぎ洗浄工程を設けた場合、金属異物が金属部品上から脱落し易くなる。また、アルカリ水の場合、エッチング効果により金属異物と被洗浄物４０（金属部品）表面の引っかかりを無くし、脱落させることもできる。
【００３５】
（６）低周波超音波洗浄工程の後に、すすぎ洗浄工程を備えている。この構成によれば、高周波超音波洗浄工程及び低周波超音波洗浄工程により、油及び金属異物が除去された被洗浄物４０（金属部品）上から金属異物を確実に除去することができる。また、低周波超音波洗浄工程の後にすすぎ洗浄工程を設けた場合、低周波超音波洗浄工程で金属部品上から取り除かれかけた金属異物が金属部品上から脱落する。
【００３６】
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。
○  すすぎ洗浄工程で使用するすすぎ洗浄装置３１は、シャワー洗浄槽３２を複数備えた構成、即ち多段でシャワー洗浄を行う構成であってもよい。
【００３７】
○  すすぎ洗浄装置３１は、被洗浄物４０に対して両側からシャワーノズル３３によって洗浄水３７を噴射する構成であってもよい。
○  シャワーノズル３３は、水平方向に洗浄水３７を噴射する構成に限らず、被洗浄物４０に対して斜め方向や上下方向から洗浄水３７を噴射する構成であってもよい。
【００３８】
○  洗浄水は、高周波超音波洗浄工程、低周波超音波洗浄工程及びすすぎ洗浄工程でそれぞれ独立して循環させて使用する構成に限らない。例えば、共通の洗浄水を、すすぎ洗浄工程→低周波超音波洗浄工程→高周波超音波洗浄工程の順に循環させてもよい。
【００３９】
○  洗浄槽１２及び洗浄槽２２中で、移送用容器４１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４１を動かすことで流れが生じ、異物が脱落しやすい。
【００４０】
○  高周波超音波洗浄装置１１において、洗浄水１３としてオゾン水に代えて単なる水を使用してもよい。
○  低周波超音波洗浄装置２１において、洗浄水２３としてアルカリ水やオゾン水に代えて単なる水を使用したり、酸性水を使用したりしてもよい。
【００４１】
○  すすぎ洗浄工程で使用するすすぎ洗浄装置３１は、シャワー洗浄を行う装置ではなくてもよい。例えば、シャワー洗浄槽３２に代えて、被洗浄物４０を浸漬可能な浸漬槽（洗浄槽）を設け、浸漬槽中の洗浄水に被洗浄物４０を浸漬させた状態で、被洗浄物４０を洗浄水に対して揺動させて洗浄を行う構成であってもよい。
【００４２】
○  移送用容器４１は、バレル形式（バレル容器）でも良い。バレル容器は金網や多孔板で筒状に形成されるとともに、洗浄槽の中で軸回りに回転駆動される。バレル容器が回転されることで、被洗浄物４０が有底形状の部品の場合、洗浄水の入れ替わりがあり、洗浄効果が高くなる。バレル容器をその軸回りに回転駆動する構成としては、例えば、筒部の両端を封止する側壁に回転軸が突設され、バレル容器は、回転軸を介してバレル容器支持手段に回転可能に支持されている。そして、回転軸が回転駆動手段により回転される構成になっている。バレル容器には、被洗浄物４０をバレル容器内に出し入れする出入り口が設けられ、出入り口は開閉可能又は取り外し可能な蓋により閉鎖される。
【００４３】
○  超音波発振器１４，２４は、洗浄槽１２，２２の底壁ではなく側壁に設けてもよい。
○  超音波発振器１４，２４は、洗浄槽１２，２２の外側に限らず、洗浄槽１２，２２の壁を介さずに、洗浄水１３，２３に接触する位置に設けてもよい。
【００４４】
○  高周波超音波洗浄装置１１において、回収槽１５の洗浄水１３を、フィルタ１８を介して循環ポンプ１７で洗浄槽１２へ供給する代わりに、回収槽１５内の洗浄水１３から油水分離装置で油を分離した後、その洗浄水１３を、フィルタ１８を介して循環ポンプ１７で洗浄槽１２へ供給する構成としてもよい。この場合、フィルタ１８の交換周期が長くなる。
【００４５】
○  被洗浄物４０は、アルミ製の金属部品に限らず、他の金属部品であってもよい。
○  一度に洗浄される被洗浄物４０の数は１個に限らず、被洗浄物４０の大きさ及び洗浄槽１２，２２の大きさにより、複数であってもよい。
【００４６】
○  被洗浄物４０の各工程間における移送は、索４２に吊り下げられた移送用容器４１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。
○  被洗浄物４０が大きな場合は、ロボットアームが被洗浄物４０を直接把持して、次工程に移送してもよい。
【００４７】
○  乾燥工程を特に設けず、すすぎ洗浄後の被洗浄物４０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】
【００４８】
１２，２２…洗浄槽、１３，２３，３７…洗浄水、４０…被洗浄物。
【図１】
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