洗浄方法および洗浄装置
【課題】 被洗浄物をより効果的に洗浄することが可能で、連続的に長時間の洗浄を行うことができる洗浄方法および洗浄装置を提供する。
【解決手段】 微細気泡発生ユニット６にて生成した、１種類以上のガスを溶存させた、過飽和濃度かつ多量の気泡を含んだガス溶解液を、洗浄槽１の内部空間下部と、バスケット受け１０を介して管状物２０が配置されたバスケット８のホルダー９とに供給し、微細気泡含有液による循環洗浄を所定時間行う。次に、超音波発振器５により所定周波数の信号を、洗浄槽１内の下部に設置されている超音波振動子４に与えて、洗浄液２に超音波振動を付加する超音波洗浄を所定時間行うことで、循環洗浄にて被洗浄物表面の微小構造部分や管状物２０内部に導入された微細気泡が、超音波のキャビテーションにより破壊され、局所的に激しい液流動が発生し、極めて効果的に洗浄することが可能となる。
【解決手段】 微細気泡発生ユニット６にて生成した、１種類以上のガスを溶存させた、過飽和濃度かつ多量の気泡を含んだガス溶解液を、洗浄槽１の内部空間下部と、バスケット受け１０を介して管状物２０が配置されたバスケット８のホルダー９とに供給し、微細気泡含有液による循環洗浄を所定時間行う。次に、超音波発振器５により所定周波数の信号を、洗浄槽１内の下部に設置されている超音波振動子４に与えて、洗浄液２に超音波振動を付加する超音波洗浄を所定時間行うことで、循環洗浄にて被洗浄物表面の微小構造部分や管状物２０内部に導入された微細気泡が、超音波のキャビテーションにより破壊され、局所的に激しい液流動が発生し、極めて効果的に洗浄することが可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子、機械、医療関連等の部品および器具を浸漬超音波洗浄によって洗浄する洗浄方法および洗浄装置に関し、特に、管状物の洗浄に好適な洗浄方法および洗浄装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
被洗浄物を洗浄液に浸漬した状態で、洗浄液に超音波による振動を付加することにより、被洗浄物を洗浄する浸漬超音波洗浄は、電子、機械、医療関連等の部品および器具等の洗浄に広く採用されている。
【０００３】
電子、機械部品等の洗浄には、フロンまたはトリクロロエタン等の塩素系溶剤による洗浄が広く行なわれていたが、環境保護のためにフロンが全廃されて以来、代替溶剤を用いる洗浄方法が種々提案され、界面活性剤を主成分とするいわゆる水系洗浄液を用いた洗浄が広く行なわれるようになってきた。また、医療用部品および器具の洗浄においても界面活性剤入りの中性洗浄液を用いた水系洗浄が行われている。水系洗浄液を用いる場合であっても浸漬超音波洗浄は有用であり、大気圧下で行うだけでなく、減圧下で行うことも提案されている。
【０００４】
水系洗浄では、洗浄剤自体の汚れに対する溶解能力が低いため、超音波のキャビテーションを用いた超音波洗浄または、洗浄液中にガスを溶解させ、気泡を発生させるバブリング洗浄等を併せて行い、物理的な液流動を発生させ洗浄力を向上させている。
【０００５】
従来の浸漬超音波洗浄方法の１例を図６に示す。洗浄槽１に貯溜された洗浄液２に被洗浄物２１を浸漬し、超音波振動子ユニット４より照射される超音波によって洗浄液２に超音波振動が付加され、被洗浄物２１の表面に付着した汚れを除去する。
【０００６】
次に、気泡により洗浄液を撹拌して被洗浄物を洗浄する従来のエアバブリング洗浄方法の１例を図７に示す。
【０００７】
洗浄槽１に貯溜された洗浄液２に被洗浄物２１を浸漬し、洗浄液２中に設置されたノズル（多孔質体）２２に圧縮空気を送り込み、気泡を発生させることによって、被洗浄物２１の表面に付着した汚れを除去する。
【０００８】
特許文献１記載の脱脂洗浄装置は、超音波洗浄とエアバブリング洗浄の２つの機能を有している。気体加圧混入手段５により入口側から洗浄液およびすすぎ液を吸引すると同時に空気または窒素ガスを吸引し、加圧しながら吐出する。そしてガスを溶解又は微細気泡の状態で多量に含有する洗浄液が洗浄槽１に供給され、ノズル７で減圧され発泡し、液中に分散する。ついで被洗物１０を槽内に浸漬し、同時に超音波発振手段を励起して槽内に配置した超音波加振手段３を駆動し洗浄液に超音波を間欠的に照射する。超音波照射の休止中に被洗物を大気中に引上げたのち再び液中に浸漬し超音波を照射する。この手順を繰返して洗浄を終了する。
【０００９】
【特許文献１】特開平７−２７８８６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記のような従来の浸漬超音波洗浄方法では、水系洗浄液の表面張力が溶剤に比べて大きいため、大気圧下で洗浄を行うと、被洗浄物の表面に有る袋穴や溝等の微細構造の部分に洗浄液が入り込みにくく、気泡が残り、部分的に十分な洗浄ができないことがある。また、被洗浄物の表面が平滑であっても、被洗浄物同士が平滑面で接触していると、そこには洗浄液が入り込みにくく、やはり洗浄が不十分になることがある。特に、被洗浄物が細長い管状物の場合は、その内部に洗浄液が入り込まず、洗浄できない場合が多い。
【００１１】
減圧下で洗浄を行うと、袋穴や管状洗浄物の内部に残った気泡を取り除き、微細構造部分にも洗浄液を入り込ませることはできる。しかし、水の表面張力が大きいため、一度微細構造部分に入ってしまった洗浄液が除去できず、洗浄液が置換されないため、汚れが微細構造部分内に残ったままとなる。
【００１２】
また、洗浄槽を真空にするには当然、洗浄槽を始めとする装置の耐圧性が要求されるため、装置の構造や大きさに制約が生じて、一度に洗浄できる被洗浄物の量が限られてしまったり、装置のコスト増を招くことになる。さらに、真空排気に時間を要するため洗浄時間が長くなってしまう。
【００１３】
また上記のような従来のエアバブリング洗浄方法では、気泡の大きさが０.５ｍｍ〜数ｍｍと大きいため、浸漬超音波洗浄と同様に、被洗浄物表面の微細構造部分、管状物の内部の洗浄が不十分になることがある。また、洗浄液全体に均一なエアバブリングを行うことは困難であり、洗浄ムラが生じてしまうほか、気泡を一定時間噴射することで発泡を増大させることになり、連続的な洗浄ができなくなる場合がある。
【００１４】
特許文献１記載の脱脂洗浄装置では、微細気泡を含有する洗浄液を発泡させた後に、被洗物１０を槽内に浸漬させ、超音波照射を行うので、微細構造部分や管状物の内部に十分に気泡が導入されないまま超音波が照射され、洗浄効果はほとんど上昇しない。
【００１５】
本発明の目的は、被洗浄物をより効果的に洗浄することが可能で、連続的に長時間の洗浄を行うことができる洗浄方法および洗浄装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、洗浄槽に貯溜した洗浄液に被洗浄物を浸し、洗浄液に超音波振動を付与して被洗浄物を洗浄する洗浄方法において、
洗浄液に被洗浄物を浸した状態で、１種類以上のガスを溶存させた洗浄液を循環させるとともに、洗浄槽内部で前記ガスによる微細な気泡を発生させて被洗浄物の洗浄を行う循環洗浄工程と、
洗浄液に被洗浄物を浸した状態で、洗浄液に超音波振動を付与して被洗浄物の洗浄を行う超音波洗浄工程とを含むことを特徴とする洗浄方法である。
【００１７】
また本発明は、前記超音波洗浄工程は、洗浄槽内部を減圧した状態で洗浄を行うことを特徴とする。
【００１８】
また本発明は、前記循環洗浄工程と前記超音波洗浄工程とを１サイクルとし、このサイクルを複数回繰り返すことを特徴とする。
【００１９】
また本発明は、前記循環洗浄工程では、被洗浄物である管状物を保持するホルダーを介して前記洗浄液を管状物の管内に導入することを特徴とする。
【００２０】
また本発明は、洗浄槽に貯溜した洗浄液に被洗浄物を浸し、洗浄液に超音波振動を付与して被洗浄物を洗浄する洗浄装置において、
洗浄液を貯留する洗浄槽と、
１種類以上のガスを溶存させた洗浄液を循環させ、洗浄槽内部で前記ガスによる微細な気泡を発生させる循環手段と、
洗浄液に超音波振動を付与する超音波付与手段と、
被洗浄物を洗浄槽内部で保持する保持手段とを有し、
前記循環手段が動作することにより、洗浄槽内部で前記ガスによる微細な気泡を発生させて被洗浄物の洗浄を所定時間行う循環洗浄モードと、前記超音波付与手段が動作することにより、洗浄液に超音波振動を付与して被洗浄物の洗浄を所定時間行う超音波洗浄モードとを切り替え可能に構成されることを特徴とする洗浄装置である。
【００２１】
また本発明は、前記洗浄槽内部を減圧する減圧手段を有することを特徴とする。
また本発明は、前記保持手段は、中空の容器状を成し、被洗浄物である管状物の開放端部が内部空間に挿入された状態で複数本の管状物を保持することが可能に構成されるとともに、前記循環手段からの洗浄液が前記内部空間に流入するように構成されることを特徴とする。
【００２２】
また本発明は、前記保持手段は、被洗浄物である管状物を、鉛直方向に平行に保持することを特徴とする。
【００２３】
また本発明は、前記保持手段は、前記洗浄槽に対して着脱可能に構成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、循環洗浄工程では、洗浄液に被洗浄物を浸した状態で、１種類以上のガスを溶存させた洗浄液を循環させるとともに、洗浄槽内部で前記ガスによる微細な気泡を発生させて被洗浄物の洗浄を行う。また、超音波洗浄工程では、洗浄液に被洗浄物を浸した状態で、洗浄液に超音波振動を付与して被洗浄物の洗浄を行う。
【００２５】
これにより、循環洗浄工程では、たとえば１００μｍ（０.１ｍｍ）以下の微細気泡を含有した洗浄液を循環させることで、物理的な液流動を発生させるとともに、気泡の微細化による摩擦抵抗の減少で、被洗浄物表面の微細な袋穴や溝等の微小構造部分に効果的に微小気泡を導入することができる。
【００２６】
さらに、超音波洗浄工程では、被洗浄物表面の微小構造部分に導入された微細気泡が、超音波のキャビテーションにより破壊され、局所的に激しい液流動が発生し、極めて効果的に洗浄することが可能となる。また、超音波の付加により気泡を破壊することで、洗浄液中の微細気泡が集まり大きな気泡になるのを防ぐことができるので、連続的に長時間の洗浄を行うことができる。
【００２７】
また本発明によれば、前記超音波洗浄工程では、洗浄槽内部を減圧した状態で洗浄を行う。洗浄槽内部を減圧することで、被洗浄物表面の微細構造部分に残った気泡を取り除き、新たな洗浄液を入り込ませることができる。また、洗浄液中の溶存気体が脱気されてキャビテーション発生時の音圧が大きくなり、大気圧下での洗浄よりも強力に洗浄を行うことができる。
【００２８】
また本発明によれば、前記循環洗浄工程と前記超音波洗浄工程とを１サイクルとし、このサイクルを複数回繰り返す。
【００２９】
これにより、洗浄液の流動性、置換効率が向上し、より高い洗浄力を達成することができる。
【００３０】
また本発明によれば、前記循環洗浄工程では、被洗浄物である管状物を保持するホルダーを介して前記洗浄液を管状物の管内に導入する。
【００３１】
これにより、管状物の開放端部からその管内に洗浄液を効率良く導入することができる。
【００３２】
また本発明によれば、循環手段が動作することにより、洗浄槽内部で洗浄液に溶存させたガスによる微細な気泡を発生させて被洗浄物の洗浄を所定時間行う循環洗浄モードと、超音波付与手段が動作することにより、洗浄液に超音波振動を付与して被洗浄物の洗浄を所定時間行う超音波洗浄モードとを切り替えて被洗浄物を洗浄する。
【００３３】
これにより、循環洗浄モードでは、たとえば１００μｍ（０.１ｍｍ）以下の微細気泡を含有した洗浄液を循環させることで、物理的な液流動を発生させるとともに、気泡の微細化による摩擦抵抗の減少で、被洗浄物表面の微細な袋穴や溝等の微小構造部分に効果的に微小気泡を導入することができる。
【００３４】
さらに、超音波洗浄モードでは、被洗浄物表面の微小構造部分に導入された微細気泡が、超音波のキャビテーションにより破壊され、局所的に激しい液流動が発生し、極めて効果的に洗浄することが可能となる。また、超音波の付加により気泡を破壊することで、洗浄液中の微細気泡が集まり大きな気泡になるのを防ぐことができるので、連続的に長時間の洗浄を行うことができる。
【００３５】
また本発明によれば、前記洗浄槽内部を減圧する減圧手段を有する。洗浄槽内部を減圧することで、被洗浄物表面の微細構造部分に残った気泡を取り除き、新たな洗浄液を入り込ませることができる。また、洗浄液中の溶存気体が脱気されてキャビテーション発生時の音圧が大きくなり、大気圧下での洗浄よりも強力に洗浄を行うことができる。
【００３６】
また本発明によれば、前記保持手段は、中空の容器状を成し、被洗浄物である管状物の開放端部が内部空間に挿入された状態で複数本の管状物を保持することが可能に構成されるとともに、前記循環手段からの洗浄液が前記内部空間に流入するように構成される。
【００３７】
これにより、保持手段に挿入された管状物の開放端部からその管内に洗浄液を効率良く導入することができる。
【００３８】
また本発明によれば、前記保持手段は、被洗浄物である管状物を、鉛直方向に平行に保持する。
【００３９】
これにより、微細気泡の上昇運動を妨げることなく管状物の管内を効果的に洗浄を行うことができる。
【００４０】
また本発明によれば、前記保持手段は、前記洗浄槽に対して着脱可能に構成される。
これにより、洗浄槽から取り外した状態で被洗浄物を保持手段に保持させることができるので作業性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
図１は、本発明の実施形態である洗浄装置１００の構成を示す概略図である。
洗浄装置１００は、主に密閉可能な蓋３を有する洗浄槽１、超音波振動子４、バスケット受け１０、加熱ヒータ１１、超音波発振器５、微細気泡発生ユニット６、フィルター１２、真空ポンプ７、圧力計１３、温度調節器１４、バルブ１５を含んで構成される。洗浄槽１の内部空間には、超音波振動子４、バスケット受け１０および加熱ヒータ１１が配置される。
【００４２】
バスケット受け１０は、被洗浄物である管状物２０を保持するための保持手段であるホルダー９を有したバスケット８を収納する。洗浄槽１は上方に開放されており、洗浄槽１との接触部分にパッキンが設けられた蓋３を閉じることで、洗浄槽１を密閉することができる。
【００４３】
洗浄槽１に貯溜される洗浄液２は、界面活性剤入りの中性または、アルカリ性の水系洗浄液であり、洗浄槽１内の加熱ヒータ１１で加熱され、温度調節器１４によって液温が４０℃〜６０℃の範囲に調節される。洗浄液２は、たとえば、ノニオン系界面活性剤入り中性洗剤の水溶液であって洗剤濃度が０．５重量％のものが好ましい。
【００４４】
微細気泡は、温度に比例して直径が大きくなるが、界面活性剤入りの洗浄液２では、直径が小さくなり、液中の上昇速度が遅くなる、すなわち洗浄にあたっては寿命が長いことがわかっている。なお、洗浄剤の種類、加熱温度については、被洗浄物に応じて選定すればよく、限定されるものではない。
【００４５】
微細気泡発生ユニット６は、パイプを介して洗浄槽１および洗浄槽１内のバスケット受け１０に接続されており、内部のポンプを用いて洗浄槽１との間およびバスケット受け１０との間で洗浄液２を循環させる循環手段である。洗浄槽１から微細気泡発生ユニット６に戻る経路上には、フィルター１２が設置されており、循環する洗浄液２に含まれる異物を捕集して除去することができる。
【００４６】
微細気泡発生ユニット６には、ガス供給口が設けられ、ここから１種類以上の空気または窒素、オゾン等のガスを供給することで、循環されている洗浄液２中に加圧しながらガスが混合され、過飽和濃度かつ多量の気泡を含んだガス溶解液を生成することができる。この加圧されたガス溶解液が洗浄槽１およびバスケット受け１０に送り出されると、圧力が下がり、微細気泡が発生する。本実施形態に用いている微細気泡発生ユニット６は、たとえば、加圧溶解法により直径が１００μｍ（０.１ｍｍ）以下の微細気泡の発生が可能となっている。
【００４７】
洗浄槽１内に収納されたバスケット８のホルダー９には、バスケット受け１０を介して微細気泡含有の洗浄液２が供給される。これによりホルダー９にセットされた管状物２０の内面に微細気泡含有の洗浄液２が流入し、被洗浄物である管状物２０内面を効果的に循環洗浄することができる。
【００４８】
超音波振動子４は洗浄槽１の内部空間下部に設置されており、洗浄槽１に貯溜される洗浄液２に超音波振動を付加する。超音波発振器５は、所定周波数の信号を超音波振動子４に与えてこれを振動させ、超音波を発生させる。本実施形態に用いている超音波発振器５は、たとえば、発振周波数が２８ｋＨｚ〜４０ｋＨｚである。なお、発振周波数については、被洗浄物に応じて選定すればよく、限定されるものではない。超音波振動子４および超音波発振器５は超音波付与手段を構成する。
【００４９】
真空ポンプ７は水封式で、パイプを介して洗浄槽１の内部空間上部に接続されており、洗浄槽１内の気体を吸引して外部に排気し、密閉された洗浄槽１の内部を減圧する。本実施形態に用いている真空ポンプ７は、たとえば数千Ｐａ（数十Torr）の真空度に到達可能である。
【００５０】
バルブ１５は、大気開放バルブ１５ａおよび真空排気バルブ１５ｂからなる。真空排気バルブ１５ｂは、洗浄槽１と真空ポンプ７とを接続するパイプに設けられており、真空ポンプ７による洗浄槽１からの気体の排出路を開閉する。
【００５１】
大気開放バルブ１５ａは、洗浄槽１と真空排気バルブ１５ｂとを接続するパイプの途中から分岐したパイプに設けられており、洗浄槽１への空気の導入路を開閉する。圧力計１３は、洗浄槽１と真空排気バルブ１５ｂを接続するパイプの間に取り付けられており、洗浄槽１内部の圧力を測定する。真空ポンプ７およびバルブ１５は、減圧手段を構成する。
【００５２】
図１に示した洗浄装置１００を用いて被洗浄物である管状物２０を洗浄する方法について説明する。
【００５３】
まず、被洗浄物である管状物２０をバスケット８のホルダー９に複数本配置し、洗浄槽１に洗浄液２を供給する。なお、被洗浄物である管状物２０の配置は、洗浄槽１内に収納されたバスケット８のホルダー９に直接配置してもよく、バスケット８を洗浄槽１内のバスケット受け１０から取り外し、作業性の良い場所で管状物２０をホルダー９に配置し、管状物２０が配置されたバスケット８を洗浄槽１内のバスケット受け１０に装着してもよい。
【００５４】
微細気泡発生ユニット６にて生成した、１種類以上のガスを溶存させた、過飽和濃度かつ多量の気泡を含んだガス溶解液を、洗浄槽１の内部空間下部と、バスケット受け１０を介して管状物２０が配置されたバスケット８のホルダー９とに供給し、微細気泡含有液による循環洗浄を所定時間行う。
【００５５】
これによりホルダー９に配置された管状物２０の管内に微細気泡含有の洗浄液２が流入し、管状物２０の内面洗浄が行われる。洗浄槽１の内部空間下部にも同様に微細気泡が発生し、管状物２０の外面洗浄が行われる。
【００５６】
加圧溶解法により生成される１００μｍ（０.１ｍｍ）以下の微細気泡を含有した洗浄液２を微細気泡発生ユニット６によって循環させ、微細気泡を連続的に発生させることで、洗浄槽１内の洗浄液２に対して物理的な液流動を発生させるとともに、気泡の微細化による摩擦抵抗の減少で、被洗浄物表面の微細な袋穴や溝等の微小構造部分および管状物２０の管内に効果的に微小気泡を導入することができる。
【００５７】
さらに、超音波発振器５により所定周波数の信号を、洗浄槽１内の下部に設置されている超音波振動子４に与えて、洗浄液２に超音波振動を付加する超音波洗浄を所定時間行うことで、被洗浄物表面の微小構造部分や管状物２０内部に導入された微細気泡が、超音波のキャビテーションにより破壊され、局所的に激しい液流動が発生し、極めて効果的に洗浄することが可能となる。また、超音波の付加により気泡を破壊することで、洗浄液２中の微細気泡が集まり大きな気泡になるのを防ぐことができるので、連続的に長時間の洗浄を行うことができる。
【００５８】
本発明では、超音波洗浄中に、大気開放バルブ１５ａを閉じ、真空排気バルブ１５ｂを開き、洗浄槽１内の気体を真空ポンプ７にて外部に排気することで減圧超音波洗浄を行うことが可能である。洗浄槽１内部を減圧することで、被洗浄物表面の微細構造部分や管状物２０の管内に残った気泡を取り除き、新たな洗浄液２を入り込ませることができる。また、洗浄液２中の溶存気体が脱気されてキャビテーション発生時の音圧が大きくなり、大気圧下での洗浄よりも強力に洗浄を行うことができる。
【００５９】
しかし、洗浄槽１の耐圧性などが要求されるためコストの増加や、洗浄物の量が制限、さらには、真空排気に時間が必要になるため洗浄時間が長くなるなど、減圧によるデメリットもあるため、たとえば、被洗浄物の構造が複雑であったり、表面に微小構造部分が多いなど洗浄が困難な被洗浄物を洗浄するときにのみ減圧超音波洗浄を行うことが望ましい。本実施形態では、上記のように、バルブ１５と真空ポンプ７とを必要なときに動作させることで、大気圧超音波洗浄と減圧超音波洗浄とを切り替え可能な構成となっている。
【００６０】
所定時間の減圧超音波洗浄を行った後は、真空排気バルブ１５ｂを閉じ、大気開放バルブ１５ａを開くことで外気を導入し、洗浄槽１内部を大気圧に戻す。
【００６１】
以上のように、本発明の洗浄方法は、１種類以上のガスを溶存させた、過飽和濃度かつ多量の気泡を含んだガス溶解液を洗浄液２とし、洗浄槽１内部を大気圧にした状態で、洗浄液２の循環による洗浄を所定時間行う循環洗浄工程と、洗浄槽１内部を大気圧下、または減圧下で洗浄液２に超音波振動を付与する超音波洗浄を所定時間行う超音波洗浄工程とを含むことを特徴とし、循環洗浄工程と超音波洗浄工程の順序は、上記のように、循環洗浄工程後に超音波洗浄工程を行ってもよいし、超音波洗浄工程後に循環洗浄工程を行ってもよい。
【００６２】
被洗浄物が比較的内径の大きな管状物であれば、洗浄液２に浸漬するだけで洗浄液２が管内に流入されるため、超音波洗浄工程後に循環洗浄工程を行うほうが効果的である。内径の小さな管状物の管内など狭い所で気泡を破壊すると、激しい液流動が発生するが、内径が大きい管状物の管内など広い所では、洗浄液が管内に入り込めば、超音波によるキャビテーションで内面の汚れを先ず除去し、その後に微細気泡でそれを持ち去るほうが効果的である。被洗浄物の外部に露出した表面を特に洗浄したい場合も先ず超音波洗浄を行い、その後循環洗浄を行うほうが効果的である。
【００６３】
さらに、循環洗浄工程と超音波洗浄工程との組み合わせを１サイクルとして、このサイクルを複数回繰り返すことで、洗浄液２の流動性、置換効率が向上し、より高い洗浄力を達成することができる。これは、同じ洗浄時間、たとえば１０分間と想定した場合、循環洗浄工程を５分間行い、超音波洗浄工程を５分間行う合計１０分間の洗浄を行うよりも、１サイクルの洗浄時間を短くして複数回繰り返す、たとえば循環洗浄工程を１分間行い、超音波洗浄工程を１分間行う２分間のサイクルを５回繰り返して合計１０分間の洗浄を行うほうが、洗浄液２中の気泡の大径化を防ぐことができるからである。
【００６４】
循環洗浄工程と超音波洗浄工程とを１サイクルとし、このサイクルを複数回繰り返すことで管状物２０の内径など被洗浄物の形状に関係なく良好な洗浄を行うことが可能である。
【００６５】
本発明の洗浄装置１００では、被洗浄物を保持するホルダー９を有したバスケット８が、バスケット受け１０と着脱可能に構成されており、被洗浄物の配置および回収時に、バスケット８をバスケット受け１０から取り外すことで、作業性の良い場所で被洗浄物の配置および回収を行うことができる。
【００６６】
図２は、ホルダー９の構成を示す概略図である。図２（ａ）は、ホルダー９の上面図を示し、図２（ｂ）は、ホルダー９の側面図を示す。図２に示すように、ホルダー９は、中空の容器状を成し、管状物２０の開放端部が内部空間に挿入された状態で複数本（たとえば１６本、３２本など）まとめて保持することが可能に構成されている。ホルダー９の内部空間には、バスケット受け１０を介して微細気泡発生ユニット６からの洗浄液２が流入し、挿入された管状物２０の開放端部からその管内に洗浄液２を効率良く導入することが可能な構造となっている。
【００６７】
図３は、本発明の他の実施形態である洗浄装置１０１の構成を示す概略図である。
本実施形態では、ホルダー９が鉛直方向下方に位置するようにバスケット８を搭載する。これにより、ホルダー９に保持された状態の被洗浄物が、ホルダー９の鉛直方向上方に配置されることになり、鉛直方向に平行に保持されるので、微細気泡の上昇運動を妨げることなく管状物２０の管内を効果的に洗浄を行うことができる。
【００６８】
以下では、主に図１に示した洗浄装置１００と異なる構成について説明し、重複する説明については省略する場合がある。
【００６９】
図３に示すように、洗浄槽１内に、超音波振動子４、バスケット受け１０を配置し、超音波発振器５、微細気泡発生ユニット６、フィルター１２、温度調節器１４などを含む。洗浄槽１側部には、オーバーフロー槽１６を設け、オーバーフロー槽１６内には、加熱ヒータ１１を設ける。
【００７０】
洗浄槽１内部には、被洗浄物である管状物２０をセットするためのホルダー９を有したバスケット８を収納し、洗浄液２が供給される。
【００７１】
洗浄液２は、上記の洗浄装置１００で用いたものと同じで、界面活性剤入りの中性または、アルカリ性の水系洗浄液であり、洗浄槽１内の加熱ヒータ１１で加熱され、温度調節器１４によって液温が４０℃〜６０℃の範囲に調節される。なお、洗浄剤の種類、加熱温度については、被洗浄物に応じて選定すればよく、限定されるものではない。
【００７２】
微細気泡発生ユニット６は、パイプを介して洗浄槽１、洗浄槽１内のバスケット受け１０およびオーバーフロー槽１６に接続されており、内部のポンプを用いてオーバーフロー槽１６との間、洗浄槽１との間およびバスケット受け１０との間で洗浄液２を循環させている。オーバーフロー槽１６から微細気泡発生ユニット６に戻る経路上には、フィルター１２が設置されており、循環する洗浄液２に含まれる異物を捕集して除去することができる。
【００７３】
微細気泡発生ユニット６には、ガス供給口が設けられ、ここから１種類以上の空気または窒素、オゾン等のガスを供給することで、循環されている洗浄液２中に加圧しながらガスが混合され、過飽和濃度かつ多量の気泡を含んだガス溶解液を生成することができる。この加圧されたガス溶解液が洗浄槽１およびバスケット受け１０に送り出されると、圧力が下がり、微細気泡が発生する。本実施形態に用いている微細気泡発生ユニット６は、たとえば、加圧溶解法により直径が１００μｍ（０.１ｍｍ）以下の微細気泡の発生が可能となっている。
【００７４】
洗浄槽１内に収納されたバスケット８のホルダー９には、バスケット受け１０を介して微細気泡含有の洗浄液２が供給される。これによりホルダー９にセットされた管状物２０の内面に微細気泡含有の洗浄液２が流入し、被洗浄物である管状物２０内面を効果的に循環洗浄することができる。
【００７５】
バスケット８は、ホルダー９が鉛直方向下方に位置するように、洗浄槽１内部のバスケット受け１０に装着される。ホルダー９は、中空の容器状を成し、管状物２０の開放端部が内部空間に挿入された状態で複数本まとめて保持することが可能に構成されている。ホルダー９の内部空間には、バスケット受け１０を介して微細気泡発生ユニット６からの洗浄液２が流入し、挿入された管状物２０の開放端部からその管内に洗浄液２を効率良く導入することが可能な構造となっている。
【００７６】
このような構造であれば、ホルダー９に保持された状態の被洗浄物が、ホルダー９の鉛直方向上方に配置されることになり、微細気泡の上昇運動を妨げることなく効果的に洗浄を行うことができる。さらに、バスケット８の底面の幅が、ホルダー９の大きさ程度あれば十分であるので、バスケット８の底面の幅を小さくすることができ、洗浄装置１０１自体の設置面積を小さくすることができる。
【００７７】
なお、気泡の微細化による摩擦抵抗の減少、界面活性剤による気泡径および挙動への影響は、最近の多くの実験により確認されている。たとえば、株式会社シーエムシー出版発行の雑誌「月刊エコインダストリー」平成１８年３月号には、界面活性剤による気泡の挙動について（第８頁以降参照）、界面活性剤による気泡径の微小化について（第２９頁以降参照）、微細気泡の摩擦抵抗の減少について（第４２頁参照）記載されている。
【実施例】
【００７８】
図１に示した洗浄装置１００を用いて実際に洗浄を行った実施例１および図３に示した洗浄装置１０１を用いて実際に洗浄を行った実施例２について説明する。
【００７９】
被洗浄物は、材質がステンレスで、外径２．０ｍｍ、内径０．８ｍｍ、長さ６００ｍｍの直管管状物を用い、バスケット８のホルダー９に１６本保持した状態でバスケット受け１０に装着した。
【００８０】
洗浄液は、ノニオン系界面活性剤入り中性洗剤（商品名Ｍ−７００Ｌ、シャープマニファクチャリングシステム株式会社製）の濃度が０．５重量％となるように水に溶解させたものを用い、比較的低温である４０℃となるように調整した。
【００８１】
図４は、実施例１の洗浄方法を示す工程フロー図である。
工程Ａは、微細気泡による循環洗浄工程であり、この工程では、微細気泡発生ユニット６の動作条件を洗浄液圧力０.４ＭＰａ、流量１５Ｌ／ｍｉｎ、ガス（空気）注入量９００ｍＬ／ｍｉｎとして循環洗浄を６０秒間行った。
【００８２】
工程Ｂは、工程Ｂ１〜Ｂ４からなり、工程Ｂ１では、出力６００Ｗ、周波数４０ｋＨｚで超音波発振器５を動作させ、超音波振動の付与を開始する。工程Ｂ２では、減圧洗浄のため、洗浄槽１内を１０ｋＰａ（約７５Ｔｏｒｒ）まで減圧し、３０秒間真空状態を保持した後、工程Ｂ３で大気開放を行う。真空保持時間の３０秒間を含め、超音波振動の付与開始から９０秒間超音波洗浄を行った。
【００８３】
工程Ａおよび工程Ｂを１サイクル（１５０秒間）とし、このサイクルを４回繰り返して合計１０分間の洗浄を行った。
【００８４】
図５は、実施例２の洗浄方法を示す工程フロー図である。
工程Ａは、実施例１と同様の微細気泡による循環洗浄工程であり、この工程では、微細気泡発生ユニット６の動作条件を洗浄液圧力０.４ＭＰａ、流量１５Ｌ／ｍｉｎ、ガス（空気）注入量９００ｍＬ／ｍｉｎとして循環洗浄を９０秒間行った。
【００８５】
工程Ｂは、循環洗浄工程後に行われる超音波振動による超音波洗浄工程であり、この工程では、出力３００Ｗ、周波数４０ｋＨｚにて超音波洗浄を９０秒間行った。
【００８６】
工程Ａおよび工程Ｂを１サイクル（１８０秒間）とし、このサイクルを５回繰り返して合計１０分間の洗浄を行った。
【００８７】
なお、上記実施例では、洗剤の投入、洗浄液の給排水等の動作は、省略している。
比較例として、図１に示した洗浄装置１００の循環洗浄を行う構成を有しない、すなわち循環洗浄工程を行わない洗浄装置で洗浄を行った。
【００８８】
上記に示した被洗浄物である管状物を、擬似血液（羊の血液に、卵黄とムチン（豚の胃のめん膜）を混合したもの）によって汚した後、これを洗浄した。評価は、アミドブラック１０Ｂを用いたたんぱく質検出方法を利用し、洗浄後の残留汚れを検出した。
【００８９】
実施例１による洗浄では、洗浄後に残留汚れは検出されず、比較例による洗浄では、洗浄後に残留汚れが検出された。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明の実施形態である洗浄装置１００の構成を示す概略図である。
【図２】ホルダー９の構成を示す概略図である。
【図３】本発明の他の実施形態である洗浄装置１０１の構成を示す概略図である。
【図４】実施例１の洗浄方法を示す工程フロー図である。
【図５】実施例２の洗浄方法を示す工程フロー図である。
【図６】従来の浸漬超音波洗浄方法の１例を示す図である。
【図７】気泡により洗浄液を撹拌して被洗浄物を洗浄する従来のエアバブリング洗浄方法の１例を示す図である。
【符号の説明】
【００９１】
１ 洗浄槽
２ 洗浄液
３ 蓋
４ 超音波振動子
５ 超音波発振器
６ 微細気泡発生ユニット
７ 真空ポンプ
８ バスケット
９ ホルダー
１０ バスケット受け
１１ 加熱ヒータ
１２ フィルター
１３ 圧力計
１４ 温度調節器
１５ａ 大気開放バルブ
１５ｂ 真空排気バルブ
１６ オーバーフロー槽
２０ 管状物
２１ 被洗浄物
２２ ノズル（多孔質体）
１００，１０１ 洗浄装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子、機械、医療関連等の部品および器具を浸漬超音波洗浄によって洗浄する洗浄方法および洗浄装置に関し、特に、管状物の洗浄に好適な洗浄方法および洗浄装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
被洗浄物を洗浄液に浸漬した状態で、洗浄液に超音波による振動を付加することにより、被洗浄物を洗浄する浸漬超音波洗浄は、電子、機械、医療関連等の部品および器具等の洗浄に広く採用されている。
【０００３】
電子、機械部品等の洗浄には、フロンまたはトリクロロエタン等の塩素系溶剤による洗浄が広く行なわれていたが、環境保護のためにフロンが全廃されて以来、代替溶剤を用いる洗浄方法が種々提案され、界面活性剤を主成分とするいわゆる水系洗浄液を用いた洗浄が広く行なわれるようになってきた。また、医療用部品および器具の洗浄においても界面活性剤入りの中性洗浄液を用いた水系洗浄が行われている。水系洗浄液を用いる場合であっても浸漬超音波洗浄は有用であり、大気圧下で行うだけでなく、減圧下で行うことも提案されている。
【０００４】
水系洗浄では、洗浄剤自体の汚れに対する溶解能力が低いため、超音波のキャビテーションを用いた超音波洗浄または、洗浄液中にガスを溶解させ、気泡を発生させるバブリング洗浄等を併せて行い、物理的な液流動を発生させ洗浄力を向上させている。
【０００５】
従来の浸漬超音波洗浄方法の１例を図６に示す。洗浄槽１に貯溜された洗浄液２に被洗浄物２１を浸漬し、超音波振動子ユニット４より照射される超音波によって洗浄液２に超音波振動が付加され、被洗浄物２１の表面に付着した汚れを除去する。
【０００６】
次に、気泡により洗浄液を撹拌して被洗浄物を洗浄する従来のエアバブリング洗浄方法の１例を図７に示す。
【０００７】
洗浄槽１に貯溜された洗浄液２に被洗浄物２１を浸漬し、洗浄液２中に設置されたノズル（多孔質体）２２に圧縮空気を送り込み、気泡を発生させることによって、被洗浄物２１の表面に付着した汚れを除去する。
【０００８】
特許文献１記載の脱脂洗浄装置は、超音波洗浄とエアバブリング洗浄の２つの機能を有している。気体加圧混入手段５により入口側から洗浄液およびすすぎ液を吸引すると同時に空気または窒素ガスを吸引し、加圧しながら吐出する。そしてガスを溶解又は微細気泡の状態で多量に含有する洗浄液が洗浄槽１に供給され、ノズル７で減圧され発泡し、液中に分散する。ついで被洗物１０を槽内に浸漬し、同時に超音波発振手段を励起して槽内に配置した超音波加振手段３を駆動し洗浄液に超音波を間欠的に照射する。超音波照射の休止中に被洗物を大気中に引上げたのち再び液中に浸漬し超音波を照射する。この手順を繰返して洗浄を終了する。
【０００９】
【特許文献１】特開平７−２７８８６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記のような従来の浸漬超音波洗浄方法では、水系洗浄液の表面張力が溶剤に比べて大きいため、大気圧下で洗浄を行うと、被洗浄物の表面に有る袋穴や溝等の微細構造の部分に洗浄液が入り込みにくく、気泡が残り、部分的に十分な洗浄ができないことがある。また、被洗浄物の表面が平滑であっても、被洗浄物同士が平滑面で接触していると、そこには洗浄液が入り込みにくく、やはり洗浄が不十分になることがある。特に、被洗浄物が細長い管状物の場合は、その内部に洗浄液が入り込まず、洗浄できない場合が多い。
【００１１】
減圧下で洗浄を行うと、袋穴や管状洗浄物の内部に残った気泡を取り除き、微細構造部分にも洗浄液を入り込ませることはできる。しかし、水の表面張力が大きいため、一度微細構造部分に入ってしまった洗浄液が除去できず、洗浄液が置換されないため、汚れが微細構造部分内に残ったままとなる。
【００１２】
また、洗浄槽を真空にするには当然、洗浄槽を始めとする装置の耐圧性が要求されるため、装置の構造や大きさに制約が生じて、一度に洗浄できる被洗浄物の量が限られてしまったり、装置のコスト増を招くことになる。さらに、真空排気に時間を要するため洗浄時間が長くなってしまう。
【００１３】
また上記のような従来のエアバブリング洗浄方法では、気泡の大きさが０.５ｍｍ〜数ｍｍと大きいため、浸漬超音波洗浄と同様に、被洗浄物表面の微細構造部分、管状物の内部の洗浄が不十分になることがある。また、洗浄液全体に均一なエアバブリングを行うことは困難であり、洗浄ムラが生じてしまうほか、気泡を一定時間噴射することで発泡を増大させることになり、連続的な洗浄ができなくなる場合がある。
【００１４】
特許文献１記載の脱脂洗浄装置では、微細気泡を含有する洗浄液を発泡させた後に、被洗物１０を槽内に浸漬させ、超音波照射を行うので、微細構造部分や管状物の内部に十分に気泡が導入されないまま超音波が照射され、洗浄効果はほとんど上昇しない。
【００１５】
本発明の目的は、被洗浄物をより効果的に洗浄することが可能で、連続的に長時間の洗浄を行うことができる洗浄方法および洗浄装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、洗浄槽に貯溜した洗浄液に被洗浄物を浸し、洗浄液に超音波振動を付与して被洗浄物を洗浄する洗浄方法において、
洗浄液に被洗浄物を浸した状態で、１種類以上のガスを溶存させた洗浄液を循環させるとともに、洗浄槽内部で前記ガスによる微細な気泡を発生させて被洗浄物の洗浄を行う循環洗浄工程と、
洗浄液に被洗浄物を浸した状態で、洗浄液に超音波振動を付与して被洗浄物の洗浄を行う超音波洗浄工程とを含むことを特徴とする洗浄方法である。
【００１７】
また本発明は、前記超音波洗浄工程は、洗浄槽内部を減圧した状態で洗浄を行うことを特徴とする。
【００１８】
また本発明は、前記循環洗浄工程と前記超音波洗浄工程とを１サイクルとし、このサイクルを複数回繰り返すことを特徴とする。
【００１９】
また本発明は、前記循環洗浄工程では、被洗浄物である管状物を保持するホルダーを介して前記洗浄液を管状物の管内に導入することを特徴とする。
【００２０】
また本発明は、洗浄槽に貯溜した洗浄液に被洗浄物を浸し、洗浄液に超音波振動を付与して被洗浄物を洗浄する洗浄装置において、
洗浄液を貯留する洗浄槽と、
１種類以上のガスを溶存させた洗浄液を循環させ、洗浄槽内部で前記ガスによる微細な気泡を発生させる循環手段と、
洗浄液に超音波振動を付与する超音波付与手段と、
被洗浄物を洗浄槽内部で保持する保持手段とを有し、
前記循環手段が動作することにより、洗浄槽内部で前記ガスによる微細な気泡を発生させて被洗浄物の洗浄を所定時間行う循環洗浄モードと、前記超音波付与手段が動作することにより、洗浄液に超音波振動を付与して被洗浄物の洗浄を所定時間行う超音波洗浄モードとを切り替え可能に構成されることを特徴とする洗浄装置である。
【００２１】
また本発明は、前記洗浄槽内部を減圧する減圧手段を有することを特徴とする。
また本発明は、前記保持手段は、中空の容器状を成し、被洗浄物である管状物の開放端部が内部空間に挿入された状態で複数本の管状物を保持することが可能に構成されるとともに、前記循環手段からの洗浄液が前記内部空間に流入するように構成されることを特徴とする。
【００２２】
また本発明は、前記保持手段は、被洗浄物である管状物を、鉛直方向に平行に保持することを特徴とする。
【００２３】
また本発明は、前記保持手段は、前記洗浄槽に対して着脱可能に構成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、循環洗浄工程では、洗浄液に被洗浄物を浸した状態で、１種類以上のガスを溶存させた洗浄液を循環させるとともに、洗浄槽内部で前記ガスによる微細な気泡を発生させて被洗浄物の洗浄を行う。また、超音波洗浄工程では、洗浄液に被洗浄物を浸した状態で、洗浄液に超音波振動を付与して被洗浄物の洗浄を行う。
【００２５】
これにより、循環洗浄工程では、たとえば１００μｍ（０.１ｍｍ）以下の微細気泡を含有した洗浄液を循環させることで、物理的な液流動を発生させるとともに、気泡の微細化による摩擦抵抗の減少で、被洗浄物表面の微細な袋穴や溝等の微小構造部分に効果的に微小気泡を導入することができる。
【００２６】
さらに、超音波洗浄工程では、被洗浄物表面の微小構造部分に導入された微細気泡が、超音波のキャビテーションにより破壊され、局所的に激しい液流動が発生し、極めて効果的に洗浄することが可能となる。また、超音波の付加により気泡を破壊することで、洗浄液中の微細気泡が集まり大きな気泡になるのを防ぐことができるので、連続的に長時間の洗浄を行うことができる。
【００２７】
また本発明によれば、前記超音波洗浄工程では、洗浄槽内部を減圧した状態で洗浄を行う。洗浄槽内部を減圧することで、被洗浄物表面の微細構造部分に残った気泡を取り除き、新たな洗浄液を入り込ませることができる。また、洗浄液中の溶存気体が脱気されてキャビテーション発生時の音圧が大きくなり、大気圧下での洗浄よりも強力に洗浄を行うことができる。
【００２８】
また本発明によれば、前記循環洗浄工程と前記超音波洗浄工程とを１サイクルとし、このサイクルを複数回繰り返す。
【００２９】
これにより、洗浄液の流動性、置換効率が向上し、より高い洗浄力を達成することができる。
【００３０】
また本発明によれば、前記循環洗浄工程では、被洗浄物である管状物を保持するホルダーを介して前記洗浄液を管状物の管内に導入する。
【００３１】
これにより、管状物の開放端部からその管内に洗浄液を効率良く導入することができる。
【００３２】
また本発明によれば、循環手段が動作することにより、洗浄槽内部で洗浄液に溶存させたガスによる微細な気泡を発生させて被洗浄物の洗浄を所定時間行う循環洗浄モードと、超音波付与手段が動作することにより、洗浄液に超音波振動を付与して被洗浄物の洗浄を所定時間行う超音波洗浄モードとを切り替えて被洗浄物を洗浄する。
【００３３】
これにより、循環洗浄モードでは、たとえば１００μｍ（０.１ｍｍ）以下の微細気泡を含有した洗浄液を循環させることで、物理的な液流動を発生させるとともに、気泡の微細化による摩擦抵抗の減少で、被洗浄物表面の微細な袋穴や溝等の微小構造部分に効果的に微小気泡を導入することができる。
【００３４】
さらに、超音波洗浄モードでは、被洗浄物表面の微小構造部分に導入された微細気泡が、超音波のキャビテーションにより破壊され、局所的に激しい液流動が発生し、極めて効果的に洗浄することが可能となる。また、超音波の付加により気泡を破壊することで、洗浄液中の微細気泡が集まり大きな気泡になるのを防ぐことができるので、連続的に長時間の洗浄を行うことができる。
【００３５】
また本発明によれば、前記洗浄槽内部を減圧する減圧手段を有する。洗浄槽内部を減圧することで、被洗浄物表面の微細構造部分に残った気泡を取り除き、新たな洗浄液を入り込ませることができる。また、洗浄液中の溶存気体が脱気されてキャビテーション発生時の音圧が大きくなり、大気圧下での洗浄よりも強力に洗浄を行うことができる。
【００３６】
また本発明によれば、前記保持手段は、中空の容器状を成し、被洗浄物である管状物の開放端部が内部空間に挿入された状態で複数本の管状物を保持することが可能に構成されるとともに、前記循環手段からの洗浄液が前記内部空間に流入するように構成される。
【００３７】
これにより、保持手段に挿入された管状物の開放端部からその管内に洗浄液を効率良く導入することができる。
【００３８】
また本発明によれば、前記保持手段は、被洗浄物である管状物を、鉛直方向に平行に保持する。
【００３９】
これにより、微細気泡の上昇運動を妨げることなく管状物の管内を効果的に洗浄を行うことができる。
【００４０】
また本発明によれば、前記保持手段は、前記洗浄槽に対して着脱可能に構成される。
これにより、洗浄槽から取り外した状態で被洗浄物を保持手段に保持させることができるので作業性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
図１は、本発明の実施形態である洗浄装置１００の構成を示す概略図である。
洗浄装置１００は、主に密閉可能な蓋３を有する洗浄槽１、超音波振動子４、バスケット受け１０、加熱ヒータ１１、超音波発振器５、微細気泡発生ユニット６、フィルター１２、真空ポンプ７、圧力計１３、温度調節器１４、バルブ１５を含んで構成される。洗浄槽１の内部空間には、超音波振動子４、バスケット受け１０および加熱ヒータ１１が配置される。
【００４２】
バスケット受け１０は、被洗浄物である管状物２０を保持するための保持手段であるホルダー９を有したバスケット８を収納する。洗浄槽１は上方に開放されており、洗浄槽１との接触部分にパッキンが設けられた蓋３を閉じることで、洗浄槽１を密閉することができる。
【００４３】
洗浄槽１に貯溜される洗浄液２は、界面活性剤入りの中性または、アルカリ性の水系洗浄液であり、洗浄槽１内の加熱ヒータ１１で加熱され、温度調節器１４によって液温が４０℃〜６０℃の範囲に調節される。洗浄液２は、たとえば、ノニオン系界面活性剤入り中性洗剤の水溶液であって洗剤濃度が０．５重量％のものが好ましい。
【００４４】
微細気泡は、温度に比例して直径が大きくなるが、界面活性剤入りの洗浄液２では、直径が小さくなり、液中の上昇速度が遅くなる、すなわち洗浄にあたっては寿命が長いことがわかっている。なお、洗浄剤の種類、加熱温度については、被洗浄物に応じて選定すればよく、限定されるものではない。
【００４５】
微細気泡発生ユニット６は、パイプを介して洗浄槽１および洗浄槽１内のバスケット受け１０に接続されており、内部のポンプを用いて洗浄槽１との間およびバスケット受け１０との間で洗浄液２を循環させる循環手段である。洗浄槽１から微細気泡発生ユニット６に戻る経路上には、フィルター１２が設置されており、循環する洗浄液２に含まれる異物を捕集して除去することができる。
【００４６】
微細気泡発生ユニット６には、ガス供給口が設けられ、ここから１種類以上の空気または窒素、オゾン等のガスを供給することで、循環されている洗浄液２中に加圧しながらガスが混合され、過飽和濃度かつ多量の気泡を含んだガス溶解液を生成することができる。この加圧されたガス溶解液が洗浄槽１およびバスケット受け１０に送り出されると、圧力が下がり、微細気泡が発生する。本実施形態に用いている微細気泡発生ユニット６は、たとえば、加圧溶解法により直径が１００μｍ（０.１ｍｍ）以下の微細気泡の発生が可能となっている。
【００４７】
洗浄槽１内に収納されたバスケット８のホルダー９には、バスケット受け１０を介して微細気泡含有の洗浄液２が供給される。これによりホルダー９にセットされた管状物２０の内面に微細気泡含有の洗浄液２が流入し、被洗浄物である管状物２０内面を効果的に循環洗浄することができる。
【００４８】
超音波振動子４は洗浄槽１の内部空間下部に設置されており、洗浄槽１に貯溜される洗浄液２に超音波振動を付加する。超音波発振器５は、所定周波数の信号を超音波振動子４に与えてこれを振動させ、超音波を発生させる。本実施形態に用いている超音波発振器５は、たとえば、発振周波数が２８ｋＨｚ〜４０ｋＨｚである。なお、発振周波数については、被洗浄物に応じて選定すればよく、限定されるものではない。超音波振動子４および超音波発振器５は超音波付与手段を構成する。
【００４９】
真空ポンプ７は水封式で、パイプを介して洗浄槽１の内部空間上部に接続されており、洗浄槽１内の気体を吸引して外部に排気し、密閉された洗浄槽１の内部を減圧する。本実施形態に用いている真空ポンプ７は、たとえば数千Ｐａ（数十Torr）の真空度に到達可能である。
【００５０】
バルブ１５は、大気開放バルブ１５ａおよび真空排気バルブ１５ｂからなる。真空排気バルブ１５ｂは、洗浄槽１と真空ポンプ７とを接続するパイプに設けられており、真空ポンプ７による洗浄槽１からの気体の排出路を開閉する。
【００５１】
大気開放バルブ１５ａは、洗浄槽１と真空排気バルブ１５ｂとを接続するパイプの途中から分岐したパイプに設けられており、洗浄槽１への空気の導入路を開閉する。圧力計１３は、洗浄槽１と真空排気バルブ１５ｂを接続するパイプの間に取り付けられており、洗浄槽１内部の圧力を測定する。真空ポンプ７およびバルブ１５は、減圧手段を構成する。
【００５２】
図１に示した洗浄装置１００を用いて被洗浄物である管状物２０を洗浄する方法について説明する。
【００５３】
まず、被洗浄物である管状物２０をバスケット８のホルダー９に複数本配置し、洗浄槽１に洗浄液２を供給する。なお、被洗浄物である管状物２０の配置は、洗浄槽１内に収納されたバスケット８のホルダー９に直接配置してもよく、バスケット８を洗浄槽１内のバスケット受け１０から取り外し、作業性の良い場所で管状物２０をホルダー９に配置し、管状物２０が配置されたバスケット８を洗浄槽１内のバスケット受け１０に装着してもよい。
【００５４】
微細気泡発生ユニット６にて生成した、１種類以上のガスを溶存させた、過飽和濃度かつ多量の気泡を含んだガス溶解液を、洗浄槽１の内部空間下部と、バスケット受け１０を介して管状物２０が配置されたバスケット８のホルダー９とに供給し、微細気泡含有液による循環洗浄を所定時間行う。
【００５５】
これによりホルダー９に配置された管状物２０の管内に微細気泡含有の洗浄液２が流入し、管状物２０の内面洗浄が行われる。洗浄槽１の内部空間下部にも同様に微細気泡が発生し、管状物２０の外面洗浄が行われる。
【００５６】
加圧溶解法により生成される１００μｍ（０.１ｍｍ）以下の微細気泡を含有した洗浄液２を微細気泡発生ユニット６によって循環させ、微細気泡を連続的に発生させることで、洗浄槽１内の洗浄液２に対して物理的な液流動を発生させるとともに、気泡の微細化による摩擦抵抗の減少で、被洗浄物表面の微細な袋穴や溝等の微小構造部分および管状物２０の管内に効果的に微小気泡を導入することができる。
【００５７】
さらに、超音波発振器５により所定周波数の信号を、洗浄槽１内の下部に設置されている超音波振動子４に与えて、洗浄液２に超音波振動を付加する超音波洗浄を所定時間行うことで、被洗浄物表面の微小構造部分や管状物２０内部に導入された微細気泡が、超音波のキャビテーションにより破壊され、局所的に激しい液流動が発生し、極めて効果的に洗浄することが可能となる。また、超音波の付加により気泡を破壊することで、洗浄液２中の微細気泡が集まり大きな気泡になるのを防ぐことができるので、連続的に長時間の洗浄を行うことができる。
【００５８】
本発明では、超音波洗浄中に、大気開放バルブ１５ａを閉じ、真空排気バルブ１５ｂを開き、洗浄槽１内の気体を真空ポンプ７にて外部に排気することで減圧超音波洗浄を行うことが可能である。洗浄槽１内部を減圧することで、被洗浄物表面の微細構造部分や管状物２０の管内に残った気泡を取り除き、新たな洗浄液２を入り込ませることができる。また、洗浄液２中の溶存気体が脱気されてキャビテーション発生時の音圧が大きくなり、大気圧下での洗浄よりも強力に洗浄を行うことができる。
【００５９】
しかし、洗浄槽１の耐圧性などが要求されるためコストの増加や、洗浄物の量が制限、さらには、真空排気に時間が必要になるため洗浄時間が長くなるなど、減圧によるデメリットもあるため、たとえば、被洗浄物の構造が複雑であったり、表面に微小構造部分が多いなど洗浄が困難な被洗浄物を洗浄するときにのみ減圧超音波洗浄を行うことが望ましい。本実施形態では、上記のように、バルブ１５と真空ポンプ７とを必要なときに動作させることで、大気圧超音波洗浄と減圧超音波洗浄とを切り替え可能な構成となっている。
【００６０】
所定時間の減圧超音波洗浄を行った後は、真空排気バルブ１５ｂを閉じ、大気開放バルブ１５ａを開くことで外気を導入し、洗浄槽１内部を大気圧に戻す。
【００６１】
以上のように、本発明の洗浄方法は、１種類以上のガスを溶存させた、過飽和濃度かつ多量の気泡を含んだガス溶解液を洗浄液２とし、洗浄槽１内部を大気圧にした状態で、洗浄液２の循環による洗浄を所定時間行う循環洗浄工程と、洗浄槽１内部を大気圧下、または減圧下で洗浄液２に超音波振動を付与する超音波洗浄を所定時間行う超音波洗浄工程とを含むことを特徴とし、循環洗浄工程と超音波洗浄工程の順序は、上記のように、循環洗浄工程後に超音波洗浄工程を行ってもよいし、超音波洗浄工程後に循環洗浄工程を行ってもよい。
【００６２】
被洗浄物が比較的内径の大きな管状物であれば、洗浄液２に浸漬するだけで洗浄液２が管内に流入されるため、超音波洗浄工程後に循環洗浄工程を行うほうが効果的である。内径の小さな管状物の管内など狭い所で気泡を破壊すると、激しい液流動が発生するが、内径が大きい管状物の管内など広い所では、洗浄液が管内に入り込めば、超音波によるキャビテーションで内面の汚れを先ず除去し、その後に微細気泡でそれを持ち去るほうが効果的である。被洗浄物の外部に露出した表面を特に洗浄したい場合も先ず超音波洗浄を行い、その後循環洗浄を行うほうが効果的である。
【００６３】
さらに、循環洗浄工程と超音波洗浄工程との組み合わせを１サイクルとして、このサイクルを複数回繰り返すことで、洗浄液２の流動性、置換効率が向上し、より高い洗浄力を達成することができる。これは、同じ洗浄時間、たとえば１０分間と想定した場合、循環洗浄工程を５分間行い、超音波洗浄工程を５分間行う合計１０分間の洗浄を行うよりも、１サイクルの洗浄時間を短くして複数回繰り返す、たとえば循環洗浄工程を１分間行い、超音波洗浄工程を１分間行う２分間のサイクルを５回繰り返して合計１０分間の洗浄を行うほうが、洗浄液２中の気泡の大径化を防ぐことができるからである。
【００６４】
循環洗浄工程と超音波洗浄工程とを１サイクルとし、このサイクルを複数回繰り返すことで管状物２０の内径など被洗浄物の形状に関係なく良好な洗浄を行うことが可能である。
【００６５】
本発明の洗浄装置１００では、被洗浄物を保持するホルダー９を有したバスケット８が、バスケット受け１０と着脱可能に構成されており、被洗浄物の配置および回収時に、バスケット８をバスケット受け１０から取り外すことで、作業性の良い場所で被洗浄物の配置および回収を行うことができる。
【００６６】
図２は、ホルダー９の構成を示す概略図である。図２（ａ）は、ホルダー９の上面図を示し、図２（ｂ）は、ホルダー９の側面図を示す。図２に示すように、ホルダー９は、中空の容器状を成し、管状物２０の開放端部が内部空間に挿入された状態で複数本（たとえば１６本、３２本など）まとめて保持することが可能に構成されている。ホルダー９の内部空間には、バスケット受け１０を介して微細気泡発生ユニット６からの洗浄液２が流入し、挿入された管状物２０の開放端部からその管内に洗浄液２を効率良く導入することが可能な構造となっている。
【００６７】
図３は、本発明の他の実施形態である洗浄装置１０１の構成を示す概略図である。
本実施形態では、ホルダー９が鉛直方向下方に位置するようにバスケット８を搭載する。これにより、ホルダー９に保持された状態の被洗浄物が、ホルダー９の鉛直方向上方に配置されることになり、鉛直方向に平行に保持されるので、微細気泡の上昇運動を妨げることなく管状物２０の管内を効果的に洗浄を行うことができる。
【００６８】
以下では、主に図１に示した洗浄装置１００と異なる構成について説明し、重複する説明については省略する場合がある。
【００６９】
図３に示すように、洗浄槽１内に、超音波振動子４、バスケット受け１０を配置し、超音波発振器５、微細気泡発生ユニット６、フィルター１２、温度調節器１４などを含む。洗浄槽１側部には、オーバーフロー槽１６を設け、オーバーフロー槽１６内には、加熱ヒータ１１を設ける。
【００７０】
洗浄槽１内部には、被洗浄物である管状物２０をセットするためのホルダー９を有したバスケット８を収納し、洗浄液２が供給される。
【００７１】
洗浄液２は、上記の洗浄装置１００で用いたものと同じで、界面活性剤入りの中性または、アルカリ性の水系洗浄液であり、洗浄槽１内の加熱ヒータ１１で加熱され、温度調節器１４によって液温が４０℃〜６０℃の範囲に調節される。なお、洗浄剤の種類、加熱温度については、被洗浄物に応じて選定すればよく、限定されるものではない。
【００７２】
微細気泡発生ユニット６は、パイプを介して洗浄槽１、洗浄槽１内のバスケット受け１０およびオーバーフロー槽１６に接続されており、内部のポンプを用いてオーバーフロー槽１６との間、洗浄槽１との間およびバスケット受け１０との間で洗浄液２を循環させている。オーバーフロー槽１６から微細気泡発生ユニット６に戻る経路上には、フィルター１２が設置されており、循環する洗浄液２に含まれる異物を捕集して除去することができる。
【００７３】
微細気泡発生ユニット６には、ガス供給口が設けられ、ここから１種類以上の空気または窒素、オゾン等のガスを供給することで、循環されている洗浄液２中に加圧しながらガスが混合され、過飽和濃度かつ多量の気泡を含んだガス溶解液を生成することができる。この加圧されたガス溶解液が洗浄槽１およびバスケット受け１０に送り出されると、圧力が下がり、微細気泡が発生する。本実施形態に用いている微細気泡発生ユニット６は、たとえば、加圧溶解法により直径が１００μｍ（０.１ｍｍ）以下の微細気泡の発生が可能となっている。
【００７４】
洗浄槽１内に収納されたバスケット８のホルダー９には、バスケット受け１０を介して微細気泡含有の洗浄液２が供給される。これによりホルダー９にセットされた管状物２０の内面に微細気泡含有の洗浄液２が流入し、被洗浄物である管状物２０内面を効果的に循環洗浄することができる。
【００７５】
バスケット８は、ホルダー９が鉛直方向下方に位置するように、洗浄槽１内部のバスケット受け１０に装着される。ホルダー９は、中空の容器状を成し、管状物２０の開放端部が内部空間に挿入された状態で複数本まとめて保持することが可能に構成されている。ホルダー９の内部空間には、バスケット受け１０を介して微細気泡発生ユニット６からの洗浄液２が流入し、挿入された管状物２０の開放端部からその管内に洗浄液２を効率良く導入することが可能な構造となっている。
【００７６】
このような構造であれば、ホルダー９に保持された状態の被洗浄物が、ホルダー９の鉛直方向上方に配置されることになり、微細気泡の上昇運動を妨げることなく効果的に洗浄を行うことができる。さらに、バスケット８の底面の幅が、ホルダー９の大きさ程度あれば十分であるので、バスケット８の底面の幅を小さくすることができ、洗浄装置１０１自体の設置面積を小さくすることができる。
【００７７】
なお、気泡の微細化による摩擦抵抗の減少、界面活性剤による気泡径および挙動への影響は、最近の多くの実験により確認されている。たとえば、株式会社シーエムシー出版発行の雑誌「月刊エコインダストリー」平成１８年３月号には、界面活性剤による気泡の挙動について（第８頁以降参照）、界面活性剤による気泡径の微小化について（第２９頁以降参照）、微細気泡の摩擦抵抗の減少について（第４２頁参照）記載されている。
【実施例】
【００７８】
図１に示した洗浄装置１００を用いて実際に洗浄を行った実施例１および図３に示した洗浄装置１０１を用いて実際に洗浄を行った実施例２について説明する。
【００７９】
被洗浄物は、材質がステンレスで、外径２．０ｍｍ、内径０．８ｍｍ、長さ６００ｍｍの直管管状物を用い、バスケット８のホルダー９に１６本保持した状態でバスケット受け１０に装着した。
【００８０】
洗浄液は、ノニオン系界面活性剤入り中性洗剤（商品名Ｍ−７００Ｌ、シャープマニファクチャリングシステム株式会社製）の濃度が０．５重量％となるように水に溶解させたものを用い、比較的低温である４０℃となるように調整した。
【００８１】
図４は、実施例１の洗浄方法を示す工程フロー図である。
工程Ａは、微細気泡による循環洗浄工程であり、この工程では、微細気泡発生ユニット６の動作条件を洗浄液圧力０.４ＭＰａ、流量１５Ｌ／ｍｉｎ、ガス（空気）注入量９００ｍＬ／ｍｉｎとして循環洗浄を６０秒間行った。
【００８２】
工程Ｂは、工程Ｂ１〜Ｂ４からなり、工程Ｂ１では、出力６００Ｗ、周波数４０ｋＨｚで超音波発振器５を動作させ、超音波振動の付与を開始する。工程Ｂ２では、減圧洗浄のため、洗浄槽１内を１０ｋＰａ（約７５Ｔｏｒｒ）まで減圧し、３０秒間真空状態を保持した後、工程Ｂ３で大気開放を行う。真空保持時間の３０秒間を含め、超音波振動の付与開始から９０秒間超音波洗浄を行った。
【００８３】
工程Ａおよび工程Ｂを１サイクル（１５０秒間）とし、このサイクルを４回繰り返して合計１０分間の洗浄を行った。
【００８４】
図５は、実施例２の洗浄方法を示す工程フロー図である。
工程Ａは、実施例１と同様の微細気泡による循環洗浄工程であり、この工程では、微細気泡発生ユニット６の動作条件を洗浄液圧力０.４ＭＰａ、流量１５Ｌ／ｍｉｎ、ガス（空気）注入量９００ｍＬ／ｍｉｎとして循環洗浄を９０秒間行った。
【００８５】
工程Ｂは、循環洗浄工程後に行われる超音波振動による超音波洗浄工程であり、この工程では、出力３００Ｗ、周波数４０ｋＨｚにて超音波洗浄を９０秒間行った。
【００８６】
工程Ａおよび工程Ｂを１サイクル（１８０秒間）とし、このサイクルを５回繰り返して合計１０分間の洗浄を行った。
【００８７】
なお、上記実施例では、洗剤の投入、洗浄液の給排水等の動作は、省略している。
比較例として、図１に示した洗浄装置１００の循環洗浄を行う構成を有しない、すなわち循環洗浄工程を行わない洗浄装置で洗浄を行った。
【００８８】
上記に示した被洗浄物である管状物を、擬似血液（羊の血液に、卵黄とムチン（豚の胃のめん膜）を混合したもの）によって汚した後、これを洗浄した。評価は、アミドブラック１０Ｂを用いたたんぱく質検出方法を利用し、洗浄後の残留汚れを検出した。
【００８９】
実施例１による洗浄では、洗浄後に残留汚れは検出されず、比較例による洗浄では、洗浄後に残留汚れが検出された。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明の実施形態である洗浄装置１００の構成を示す概略図である。
【図２】ホルダー９の構成を示す概略図である。
【図３】本発明の他の実施形態である洗浄装置１０１の構成を示す概略図である。
【図４】実施例１の洗浄方法を示す工程フロー図である。
【図５】実施例２の洗浄方法を示す工程フロー図である。
【図６】従来の浸漬超音波洗浄方法の１例を示す図である。
【図７】気泡により洗浄液を撹拌して被洗浄物を洗浄する従来のエアバブリング洗浄方法の１例を示す図である。
【符号の説明】
【００９１】
１ 洗浄槽
２ 洗浄液
３ 蓋
４ 超音波振動子
５ 超音波発振器
６ 微細気泡発生ユニット
７ 真空ポンプ
８ バスケット
９ ホルダー
１０ バスケット受け
１１ 加熱ヒータ
１２ フィルター
１３ 圧力計
１４ 温度調節器
１５ａ 大気開放バルブ
１５ｂ 真空排気バルブ
１６ オーバーフロー槽
２０ 管状物
２１ 被洗浄物
２２ ノズル（多孔質体）
１００，１０１ 洗浄装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
洗浄槽に貯溜した洗浄液に被洗浄物を浸し、洗浄液に超音波振動を付与して被洗浄物を洗浄する洗浄方法において、
洗浄液に被洗浄物を浸した状態で、１種類以上のガスを溶存させた洗浄液を循環させるとともに、洗浄槽内部で前記ガスによる微細な気泡を発生させて被洗浄物の洗浄を行う循環洗浄工程と、
洗浄液に被洗浄物を浸した状態で、洗浄液に超音波振動を付与して被洗浄物の洗浄を行う超音波洗浄工程とを含むことを特徴とする洗浄方法。
【請求項２】
前記超音波洗浄工程は、洗浄槽内部を減圧した状態で洗浄を行うことを特徴とする請求項１記載の洗浄方法。
【請求項３】
前記循環洗浄工程と前記超音波洗浄工程とを１サイクルとし、このサイクルを複数回繰り返すことを特徴とする請求項１または２記載の洗浄方法。
【請求項４】
前記循環洗浄工程では、被洗浄物である管状物を保持するホルダーを介して前記洗浄液を管状物の管内に導入することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の洗浄方法。
【請求項５】
洗浄槽に貯溜した洗浄液に被洗浄物を浸し、洗浄液に超音波振動を付与して被洗浄物を洗浄する洗浄装置において、
洗浄液を貯留する洗浄槽と、
１種類以上のガスを溶存させた洗浄液を循環させ、洗浄槽内部で前記ガスによる微細な気泡を発生させる循環手段と、
洗浄液に超音波振動を付与する超音波付与手段と、
被洗浄物を洗浄槽内部で保持する保持手段とを有し、
前記循環手段が動作することにより、洗浄槽内部で前記ガスによる微細な気泡を発生させて被洗浄物の洗浄を所定時間行う循環洗浄モードと、前記超音波付与手段が動作することにより、洗浄液に超音波振動を付与して被洗浄物の洗浄を所定時間行う超音波洗浄モードとを切り替え可能に構成されることを特徴とする洗浄装置。
【請求項６】
前記洗浄槽内部を減圧する減圧手段を有することを特徴とする請求項５記載の洗浄装置。
【請求項７】
前記保持手段は、中空の容器状を成し、被洗浄物である管状物の開放端部が内部空間に挿入された状態で複数本の管状物を保持することが可能に構成されるとともに、前記循環手段からの洗浄液が前記内部空間に流入するように構成されることを特徴とする請求項５または６記載の洗浄装置。
【請求項８】
前記保持手段は、被洗浄物である管状物を、鉛直方向に平行に保持することを特徴とする請求項５〜７のいずれか１つに記載の洗浄装置。
【請求項９】
前記保持手段は、前記洗浄槽に対して着脱可能に構成されることを特徴とする請求項５〜８のいずれか１つに記載の洗浄装置。
【請求項１】
洗浄槽に貯溜した洗浄液に被洗浄物を浸し、洗浄液に超音波振動を付与して被洗浄物を洗浄する洗浄方法において、
洗浄液に被洗浄物を浸した状態で、１種類以上のガスを溶存させた洗浄液を循環させるとともに、洗浄槽内部で前記ガスによる微細な気泡を発生させて被洗浄物の洗浄を行う循環洗浄工程と、
洗浄液に被洗浄物を浸した状態で、洗浄液に超音波振動を付与して被洗浄物の洗浄を行う超音波洗浄工程とを含むことを特徴とする洗浄方法。
【請求項２】
前記超音波洗浄工程は、洗浄槽内部を減圧した状態で洗浄を行うことを特徴とする請求項１記載の洗浄方法。
【請求項３】
前記循環洗浄工程と前記超音波洗浄工程とを１サイクルとし、このサイクルを複数回繰り返すことを特徴とする請求項１または２記載の洗浄方法。
【請求項４】
前記循環洗浄工程では、被洗浄物である管状物を保持するホルダーを介して前記洗浄液を管状物の管内に導入することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の洗浄方法。
【請求項５】
洗浄槽に貯溜した洗浄液に被洗浄物を浸し、洗浄液に超音波振動を付与して被洗浄物を洗浄する洗浄装置において、
洗浄液を貯留する洗浄槽と、
１種類以上のガスを溶存させた洗浄液を循環させ、洗浄槽内部で前記ガスによる微細な気泡を発生させる循環手段と、
洗浄液に超音波振動を付与する超音波付与手段と、
被洗浄物を洗浄槽内部で保持する保持手段とを有し、
前記循環手段が動作することにより、洗浄槽内部で前記ガスによる微細な気泡を発生させて被洗浄物の洗浄を所定時間行う循環洗浄モードと、前記超音波付与手段が動作することにより、洗浄液に超音波振動を付与して被洗浄物の洗浄を所定時間行う超音波洗浄モードとを切り替え可能に構成されることを特徴とする洗浄装置。
【請求項６】
前記洗浄槽内部を減圧する減圧手段を有することを特徴とする請求項５記載の洗浄装置。
【請求項７】
前記保持手段は、中空の容器状を成し、被洗浄物である管状物の開放端部が内部空間に挿入された状態で複数本の管状物を保持することが可能に構成されるとともに、前記循環手段からの洗浄液が前記内部空間に流入するように構成されることを特徴とする請求項５または６記載の洗浄装置。
【請求項８】
前記保持手段は、被洗浄物である管状物を、鉛直方向に平行に保持することを特徴とする請求項５〜７のいずれか１つに記載の洗浄装置。
【請求項９】
前記保持手段は、前記洗浄槽に対して着脱可能に構成されることを特徴とする請求項５〜８のいずれか１つに記載の洗浄装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００８−１１９６４２（Ｐ２００８−１１９６４２Ａ）
【公開日】平成２０年５月２９日（２００８．５．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３０８２４５（Ｐ２００６−３０８２４５）
【出願日】平成１８年１１月１４日（２００６．１１．１４）
【出願人】（５９１０７２５６９）シャープマニファクチャリングシステム株式会社 (17)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年５月２９日（２００８．５．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１１月１４日（２００６．１１．１４）
【出願人】（５９１０７２５６９）シャープマニファクチャリングシステム株式会社 (17)
【Ｆターム（参考）】
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