(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被洗浄物を洗浄液に浸漬可能な洗浄槽と、前記洗浄槽を減圧可能な減圧機構と、前記洗浄槽の減圧状態を瞬間的に破壊可能な復圧機構とを備え、
前記被洗浄物を浸漬した状態で、洗浄液に超音波振動を加えつつ前記洗浄槽の減圧状態と復圧状態とを繰り返す洗浄工程を含んで動作し、
所定レベルの減圧状態に達した後、この減圧状態を維持する第１時間Ｔ１と、復圧状態を維持する第２時間Ｔ２とは、Ｔ２≧Ｔ１に設定されていることを特徴とする洗浄装置。
【請求項２】
互いに密着する被洗浄物を洗浄対象に含む請求項１に記載の洗浄装置。
【請求項３】
被洗浄物を洗浄液に浸漬可能な洗浄槽と、前記洗浄槽を減圧可能な減圧機構と、前記洗浄槽の減圧状態を瞬間的に破壊可能な復圧機構とを備え、前記被洗浄物を浸漬した状態で、洗浄液に超音波振動を加えつつ前記洗浄槽の減圧状態と復圧状態とを繰り返す洗浄工程を含み、所定レベルの減圧状態に達した後、この減圧状態を維持する第１時間Ｔ１と、復圧状態を維持する第２時間Ｔ２とは、Ｔ２≧Ｔ１に設定されている洗浄方法。
【請求項４】
互いに密着する被洗浄物を洗浄対象に含む請求項３に記載の洗浄方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品や機械部品等を洗浄する洗浄装置及び洗浄方法に関し、特に炭化水素系溶剤によって高性能の真空超音波洗浄を実現する洗浄装置及び洗浄方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、洗浄液を貯留した洗浄槽内に被洗浄物を浸漬し、被洗浄物を真空超音波洗浄することが知られている。超音波とは、一般に２０ｋＨｚ以上の音波を意味し、このような高周波数の音波を利用して水や溶剤を振動させ、複雑な形状物の洗浄や、傷つきやすい物体を安全に丸洗いするのが超音波洗浄である。
【０００３】
超音波洗浄の効果は、キャビテーションによるもの、水分子などの加速度によるもの、被洗浄物の微小信号など物理的化学的反応促進の３つにあると言われており、特に、キャビテーション作用の効果が高いと言われている。キャビテーションとは、洗浄液に所定レベル以上の圧力が加わった際に生じる無数の空洞であり、溶存酸素などの気泡が核となって発生する。
【０００４】
そして、洗浄液中では、超音波信号が定常波を形成しているので、大振幅の超音波信号の位置で発生した無数のキャビテーションが浮上過程で内向きに破壊され、この時の強力な衝撃力が洗浄作用を発揮することになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように、超音波洗浄は、専ら、発生したキャビテーションの破壊に基づくものであるから、洗浄槽を減圧することはその効果を半減するものでしかなかった。それは、減圧条件下では、発生したキャビテーションが常に外向きに引っ張られているため、内向きに破壊されることがなく、単なる気泡となって浮上するからである。
【０００６】
しかしながら、被洗浄物にも多種の形状のもの、及び、互いに密着して洗浄しにくいものもあり、従来までの常識的な洗浄方式では有効に洗浄できないものがある。例えば、洗浄槽に導入状態で、鉛直上方に開放孔を有しない被洗浄物は、エアポケットが生じることになり、このエアポケットには洗浄液が行き渡らないので全く洗浄されないことになる。また、油分などによって接着状態となっている板材についても、その接着面には洗浄液が至らないので洗浄効果が発揮できないおそれがある。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、被洗浄物の形状や密着度合いにかかわらず、効果的な洗浄が可能な洗浄装置及び洗浄方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る洗浄装置は、被洗浄物を洗浄液に浸漬可能な洗浄槽と、前記洗浄槽を減圧可能な減圧機構と、前記洗浄槽の減圧状態を瞬間的に破壊可能な復圧機構とを備え、前記被洗浄物を浸漬した状態で、洗浄液に超音波振動を加えつつ前記洗浄槽の減圧状態と復圧状態とを繰り返す洗浄工程を含んで動作し、所定レベルの減圧状態に達した後、この減圧状態を維持する第１時間Ｔ１と、復圧状態を維持する第２時間Ｔ２とは、Ｔ２≧Ｔ１に設定されていることを特徴とする。使用する洗浄液は特に限定されないが、塩素系溶剤のように微減圧で沸騰する溶剤は使用が困難であり、炭化水素溶剤や水溶性溶剤が好適である。なお、この点は、以下の発明でも同様である。
【０００９】
また、減圧状態は、当該洗浄液が沸騰しない圧力に設定されており、具体的には、当該洗浄液の蒸気圧−液温度特性に従って決定される。
【００１１】
また、本発明に係る洗浄方法は、被洗浄物を洗浄液に浸漬可能な洗浄槽と、前記洗浄槽を減圧可能な減圧機構と、前記洗浄槽の減圧状態を瞬間的に破壊可能な復圧機構とを備え、前記被洗浄物を浸漬した状態で、洗浄液に超音波振動を加えつつ前記洗浄槽の減圧状態と復圧状態とを繰り返すバブリング洗浄工程を含み、所定レベルの減圧状態に達した後、この減圧状態を維持する第１時間Ｔ１と、復圧状態を維持する第２時間Ｔ２とは、Ｔ２≧Ｔ１に設定されている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の洗浄装置について、実施例に基づき更に詳細に説明する。
図１は、実施例に係る洗浄装置及び洗浄方法を説明する図面である。
【００１３】
この図に示すように、洗浄装置は、被洗浄物７を入れて洗浄するための洗浄槽１を備える。本実施例の洗浄槽１は、上方に開口した箱形状であって、その上部開口は蓋２が開閉可能とされている。この蓋２がされることで、洗浄槽１内は密閉状態に維持可能とされる。洗浄槽１は、１Toll以下の真空度の減圧に耐え得る構造とされている。
【００１４】
このような構成の洗浄槽１には、真空超音波洗浄を行うために、洗浄液６が内部に貯留され、被洗浄物７が洗浄液６に浸漬される。その際、洗浄液６は洗浄槽１の上端までではなく、途中まで入れられる。なお、洗浄液６の種類は特に問わないが、可燃性液体である炭化水素溶剤を用いることができる。
【００１５】
洗浄槽１には、槽内に貯留された洗浄液６に超音波を与える超音波発振器９が設けられる。本実施例の超音波発振器９は、減圧に耐え得る構造の超音波振動子が、洗浄槽１の下部に設けられている。
【００１６】
洗浄槽１には、槽内を減圧させるための減圧機構として、真空ポンプ８が接続される。この真空ポンプ８は、減圧弁３を介して洗浄槽１に接続され、減圧弁３の操作により洗浄槽１との連通を開閉される。なお、減圧弁３は、洗浄槽１の液面より上部位置に接続される。
【００１７】
洗浄槽１には、更に、洗浄槽１内の減圧を破壊可能な復圧弁４が接続される。本実施例では、復圧弁４を開くことで、洗浄槽１内の圧力は大気圧に開放されることになる。なお、この復圧弁４は、洗浄槽１の液面より上部位置に接続される。
【００１８】
前記洗浄槽１には、槽内の圧力を計測し、それに基づき減圧弁３や復圧弁４の開閉を制御するための減圧センサー（圧力センサー）５が設けられている。この減圧センサー５は、洗浄槽１の液面より上部位置に設けられる。この減圧センサー５を用いることで、洗浄槽１の圧力が所定レベルになるまで、真空ポンプ８にて槽内を減圧することが可能となる。
【００１９】
次に、上記実施例の洗浄装置による特徴的な洗浄方法についてピストン洗浄とバブリング洗浄と命名して説明する。
［ピストン洗浄］
ここで、ピストン洗浄とは、被洗浄物を洗浄液に浸漬した状態で減圧状態と復圧状態を複数回繰り返す洗浄方法を意味し、浸漬状態で鉛直上方に開放孔を有しない被洗浄物の洗浄に好適に適用される。以下、図２を参照しつつ洗浄手順を説明する。
【００２０】
先ず、洗浄液６を貯留された洗浄槽１に被洗浄物７を浸漬して、洗浄槽１の蓋２をする。次に、復圧弁４を閉じ、且つ減圧弁３を開いた状態で、真空ポンプ８を作動させて、槽の液面から上部の空間を減圧にする。このようにして洗浄槽１内を減圧すると、エアポケット部７ａから空気が抜けて同様の真空になる（図２（ａ），（ｂ））。どの程度まで減圧させるかは適宜に設定されるが、例えば本実施例では、洗浄槽１内の気圧を６０mmHg（−７００mmHg）程度まで減圧させる。なお、圧力レベルは、洗浄槽１に設置した減圧センサー５にて把握される。
【００２１】
減圧センサー５にて所定レベルまで減圧がなされると、減圧弁３を閉じ、且つ復圧弁４を開けばよい。これにより、槽内は大気圧に転じるため、被洗浄物７内の真空となったエアポケット部７ａも復圧されるため、エアポケット部７ａには洗浄液６が強制的に流入する（図２（ｃ））。減圧は、例えば１０秒程度かけて行われるが、復圧は、例えば0.5秒程度の微小時間にて一気に行うのが好ましい。なお、本実施例では、真空ポンプ８の運転は継続した状態のままで、復圧動作を行うようにしている。
【００２２】
その後、再度、上述の手法で洗浄槽１内を減圧にすると、エアポケット７ａに浸入した洗浄液６は圧力に従いポケット部７ａから抜け出し、元の真空空間となる。本発明の洗浄装置では、このような真空ポンプ８による減圧と、復圧弁４による復圧とが１回ではなく、複数回にわたって交互に繰り返し行われる。繰り返し回数は特に問わないが、例えば通常３〜４回程度以上行われる。
【００２３】
以上のようにして減圧と復圧を複数回繰り返した後、大気圧状態で超音波発振器９を動作させて、超音波洗浄を開始する。なお、ピストン洗浄に先立って、超音波洗浄をしても良いのは勿論である。
【００２４】
本実施例のピストン洗浄によれば、被洗浄物７にエアポケット７ａがあっても、確実な洗浄を達成することができる。つまり、大気圧下では、図２（ａ）に示すように、エアポケット７ａが洗浄液６に触れていないが、槽内を減圧すると、同図（ｂ）に示すように、エアが膨張してポケット７ａ内から抜け、空間が真空になる。そして、その後、槽内を復圧すると、同図（ｃ）に示すように、真空のエアポケット７ａに洗浄液が充填されることになる。
【００２５】
しかも、真空状態から復圧する際に、微小時間で一気に復圧することで、復圧しても実際には若干の空気が残るが、復圧時に洗浄液６が勢いよく戻ることで、一時的にしろエアポケット７ａ内のほぼ全域が洗浄液６にて満たされることになる。さらに、復圧する際の洗浄液６の勢いが、エアポケット面を摺動して洗浄する効果も期待できる。しかも、このような減圧と復圧とが交互に繰り返し行われることで、エアポケット部（止まり穴や、部品間の密着した隙間）７ａに洗浄液６を強制的に確実に浸透させる効果がある。
【００２６】
このように洗浄槽１の減圧と復圧を行うことによって、エアポケット状で洗浄液６が接触できなかった部分も洗浄できることになり、更にこの一連の工程には再現性があるため、繰り返し運転することで、エアポケット内部に浸入した洗浄液６を出し入れすることで異物を洗い出す効果がある。
【００２７】
［バブリング洗浄］
続いて、実施例に係るバブリング洗浄について説明する。なお、ここでバブリング洗浄とは、被洗浄物を洗浄液に浸漬した状態で超音波振動を与えつつ、減圧状態と復圧状態を複数回繰り返す洗浄方法を意味し、接着状態になっている板状の被洗浄物の洗浄に好適に適用される。以下、図３を参照しつつ洗浄手順を説明する。
【００２８】
超音波振動は、洗浄槽１下部に設けられた減圧に耐え得る超音波振動子にて実現される。本来、超音波洗浄は、液中で発生した超音波振動によって、真空の気泡（キャビテーション）を発生させることで行われている。つまり、この気泡は真空のために内部に向かって力が働き破壊されようとするが、それが洗浄効果となって現れる。
【００２９】
しかし、減圧下で超音波振動を加えると、ほぼ均一に発生したキャビテーションが気泡と化し、被洗浄物７同士の隙間を押し広げ、洗浄液６との接触を助長するから、効率的なバブリング効果が期待される。また、減圧下においては、気泡は膨らんだままであるが、復圧すると気泡が小さくなり破壊することになるので、例えば密着している板状ワーク７，７間に微小な気泡を浸入させ、その気泡を膨張させることで、板状ワーク７，７間を引き離しつつ洗浄液６を浸入させて効果的に洗浄することが可能となる。このように、減圧下では、超音波洗浄の持つ本来の効果は、大気圧状態より低くなる反面、密着部品や薄板の場合には、強力な効果が期待される。
【００３０】
図３はこの関係を図示したものである。図３（ａ）に示すように、大気圧下においては、密着した板状ワーク７，７の隙間には洗浄液６が入り込みづらく、超音波でも密着面を引き離すのに時間がかかり、洗浄効果が期待できない。ところが、同図（ｂ）に示すように、槽内を減圧にして超音波発振すると、液全体に高密度な気泡が無数に発生し、密着面の隙間を広げることができる。そして、このような減圧下におけるバブリング洗浄と、同図（ｃ）に示すように槽内を復圧した状態で行う超音波洗浄とを周期的に繰り返すのがよい。減圧と復圧を繰り返すことで、上述したように、密着面の隙間に入り込んだ微小気泡の膨張作用により、密着面の隙間の拡張がより効率的になされる。よって、同図（ｃ）に示すように、密着から十分に開放され被洗浄物７，７同士の隙間は、超音波本来のキャビテーション効果によって強力に洗浄される。
【００３１】
このように、バブリング洗浄方法によれば、被洗浄物７の密着面を気泡の膨張力によって引き離すことができるため、洗浄液６の浸透を補助し、均一な気泡によって攪拌作用も得られる。また、減圧と復圧を超音波振動下で繰り返すことで、効果的なバブリングと、本来の超音波洗浄が交互に被洗浄物に与えられ、より高精度な洗浄効果が得られる。なお、このようなバブリング洗浄によって浸漬洗浄を終えても良いが、図３に示すように、途中から大気圧状態に固定して通常の超音波洗浄に移行させても良い。この場合、減圧と復圧を４〜５回繰り返した後、超音波洗浄に移行させるのが好適である。
【００３２】
ここで減圧に要する時間は通常５秒程度であるが、所定の減圧レベルに達するとその状態をＴ１だけ維持し、瞬間的な復圧の後、復圧状態をＴ２維持する場合、Ｔ２≧Ｔ１に設定するのが好適である。より好適にはＴ２≧２×Ｔ１、典型的には、Ｔ１＝５秒程度、Ｔ２＝１０秒程度以上である。
【００３３】
なお、真空超音波の使用を満足させるためには、槽内圧力の制御が必要であり、その理由として洗浄液６は圧力を低下させることで沸騰点も低下してしまう点が挙げられる。真空超音波の圧力を過剰に低下させると洗浄液６は沸騰し、超音波振動子が液に触れないで運転してしまう、いわゆる空発振により超音波装置の故障の原因となる。また超音波によって発生する微細で均一な気泡は、洗浄液６の沸騰によって阻害され均一な洗浄効果も得られない。よって、真空超音波を使用する場合には、減圧力の制御が必要であり、洗浄液６のもつ蒸気圧−液温度特性に従って、圧力を制御（減圧レベルを決定）する必要がある。
【００３４】
なお、本発明の洗浄装置は、上記実施例の構成に限らず、適宜変更可能である。例えば、上記実施例では、主として袋穴（エアポケット）部品・密着部品・薄板部品の洗浄について述べたが、本発明の洗浄装置に適用される被洗浄物７は、これらに限らず、例えば小径パイプ部品や多孔質部品などの各種の形状のものに対応可能である。
【００３５】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、被洗浄物の形状や密着度合いにかかわらず、効果的な洗浄が可能な洗浄装置及び洗浄方法を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を説明する概略図である。
【図２】実施例に係る洗浄方法を説明する図面である。
【図３】実施例に係る別の洗浄方法を説明する図面である。
【符号の説明】
１  洗浄槽
２  蓋
３  減圧弁
４  復圧弁
５  圧力センサー（減圧センサー）
６  洗浄液
７  被洗浄物
８  減圧機構（真空ポンプ）
９  超音波発振器
【図１】
0003801904.tif 000002
【図２】
0003801904.tif 000003
【図３】
0003801904.tif 000004