洗浄方法および洗浄装置
【課題】内部に形成された狭隘部を洗浄対象部位に含む被洗浄ワークを対象として、十分な洗浄性能を確保することが可能な洗浄方法および洗浄装置を提供することを目的とする。
【解決手段】被洗浄ワークであるノズル部品５を加熱して少なくとも洗浄対象部位であるニードル孔５ｇの被洗浄面である内表面５ｊの表面温度を洗浄液１１についてライデンフロスト現象が発生する温度に保持しながら、ニードル孔５ｇ内に洗浄液１１を供給し、内表面５ｊに洗浄液１１が蒸気層１１ｂを介して液滴１１ａの状態で接触して流動するライデンフロスト現象を発生させ、液滴１１ａが内表面５ｊに沿って流動することによって異物３２を捕集し、異物３２を液滴１１ａと共にニードル孔５ｇから排出させる。
【解決手段】被洗浄ワークであるノズル部品５を加熱して少なくとも洗浄対象部位であるニードル孔５ｇの被洗浄面である内表面５ｊの表面温度を洗浄液１１についてライデンフロスト現象が発生する温度に保持しながら、ニードル孔５ｇ内に洗浄液１１を供給し、内表面５ｊに洗浄液１１が蒸気層１１ｂを介して液滴１１ａの状態で接触して流動するライデンフロスト現象を発生させ、液滴１１ａが内表面５ｊに沿って流動することによって異物３２を捕集し、異物３２を液滴１１ａと共にニードル孔５ｇから排出させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内部に狭隘部位を有する被洗浄ワークを洗浄する洗浄方法および洗浄装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車部品などの機械部品の製造工程では、機械加工の後にバリや切り粉、油分など、加工過程において付着した異物を除去するための洗浄が行われる。このような機械部品の洗浄方法として、従来より水系や炭化水素系などの洗浄液に被洗浄ワークを浸漬した状態で超音波振動を作用させて異物を除去する超音波洗浄が広く用いられている。この超音波洗浄では、溝や内部孔などの狭隘部位に対しては洗浄効果が不十分であり、さらにこれらの狭隘部位には洗浄液が残留しやすいことから、このような狭隘部位を有する機械部品を対象として、減圧雰囲気下で洗浄を行う方法が用いられるようになっている（例えば特許文献１，２参照）。
【０００３】
これらはいずれも減圧によって洗浄液の沸点が急激に低下して生じる突沸現象を利用するものであり、洗浄液が付着した状態の機械部品を減圧雰囲気下に置き、隙間部や袋穴内部などの狭隘部位において洗浄液の突沸を生じさせることにより、これらの狭隘部位に液滴状態で残留する洗浄液を異物とともに除去するようにしている。
【特許文献１】特開平８−２９０１３３号公報
【特許文献２】特開２００２−１９２０９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで近年、洗浄対象となる機械部品は機能高度化によってより精密度が向上し、これらの精密部品を対象とする洗浄方式においては、従来と比較して格段の洗浄性能が求められるようになっている。例えば、ディーゼルエンジンの燃料噴射系に用いられるノズル部品では、排ガス対策や燃費向上の要請から噴射圧力が高圧化した結果、ノズル孔径は従来と比較して微細化しており、洗浄工程においては極めて微細な残渣まで除去することが要求されるようになっている。しかしながらこのような微細なノズル孔はノズル部品の内部に加工されていることから、従来の洗浄方式では洗浄作用を有効に洗浄対象部位に及ぼすことが困難で、十分な洗浄性能を確保することができなかった。
【０００５】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、上述のノズル部品など、内部に形成された狭隘部を洗浄対象部位に含む被洗浄ワークを対象として、十分な洗浄性能を確保することが可能な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】
【０００６】
本発明の洗浄方法は、内部に形成された狭隘部を洗浄対象部位に含む被洗浄ワークを洗浄液によって洗浄する洗浄方法であって、少なくとも前記洗浄対象部位の被洗浄面の表面温度が前記洗浄液についてライデンフロスト現象が発生する温度に加熱された被洗浄ワークの前記洗浄対象部位に前記洗浄液を供給し、前記加熱された被洗浄面に前記洗浄液が接触して生じるライデンフロスト現象の作用により前記被洗浄面に付着した異物を除去する異物除去工程を含み、前記異物除去工程は、前記被洗浄面に接触した洗浄液の一部が気化することにより被洗浄面に形成された蒸気層を介して前記洗浄液が前記被洗浄面に沿って液滴の状態で流動する状態を発生させる液滴流動状態形成工程と、前記被洗浄面に付着した前記異物を前記液滴によって捕集する異物捕集工程と、前記異物を捕集した液滴を前記洗浄液が気化した蒸気の流れによって移動させることにより前記洗浄対象部位から排除する液滴移動工程とを含む。
【０００７】
本発明の洗浄装置は、内部に形成された狭隘部を洗浄対象部位に含む被洗浄ワークを洗浄液によって洗浄する洗浄装置であって、少なくとも前記洗浄対象部位の被洗浄面の表面温度が前記洗浄液についてライデンフロスト現象が発生する温度に加熱された前記被洗浄ワークを保持する保持手段と、前記保持手段に保持された被洗浄ワークの洗浄対象部位に前記洗浄液を供給する洗浄液供給手段とを備え、前記加熱された被洗浄面に前記洗浄液が接触して生じるライデンフロスト現象によって発生した液滴を前記被洗浄面に沿って流動させ、前記被洗浄面に付着した異物を前記液滴によって捕集して前記洗浄対象部位から除去する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、少なくとも被洗浄面の表面温度が使用される洗浄液についてライデンフロスト現象が発生する温度に加熱された被洗浄ワークの洗浄対象部位に洗浄液を供給し、加熱された被洗浄面に洗浄液が接触して生じるライデンフロスト現象の作用によって被洗浄面に付着した異物を除去する方法を用いることにより、内部に形成された狭隘部を洗浄対象部位に含む被洗浄ワークを対象として、十分な洗浄性能を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態の洗浄装置の構成説明図、図２は本発明の一実施の形態の洗浄方法における被洗浄ワークの断面図、図３は本発明の一実施の形態の洗浄装置に用いられる洗浄チャンバーの断面図、図４は本発明の一実施の形態の洗浄方法の工程説明図、図５は本発明の一実施の形態の洗浄装置に用いられる液供給ノズルの構造説明図、図６は本発明の一実施の形態の洗浄装置の構成説明図である。
【００１０】
まず図１を参照して、本発明の洗浄装置の構成を説明する。図１において洗浄装置１は、洗浄機構２および洗浄機構２において使用される洗浄液を供給する洗浄液供給部６を備えた構成となっている。洗浄機構２は、内部に被洗浄ワークであるノズル部品５を収容して洗浄処理を行う処理室３ａが形成された洗浄チャンバ３を主体としており、処理室３ａの上部は蓋開閉機構４によって駆動される蓋部材３ｂによって開閉自在となっている。ノズル部品５は蓋部材３ｂを開放した状態で処理室３ａ内に搬入される。
【００１１】
処理室３ａ内には、ノズル部品５に対してそれぞれ下方および側方から洗浄液を供給するためのノズルユニット７、８が配設されており、ノズルユニット７、８にはそれぞれ複数の洗浄ノズル７ａ、８ａが装着されている。処理室３ａ内においてノズル部品５の洗浄対象部位に対して洗浄液１１を供給することにより、後述するようにライデンフロスト現象を応用した洗浄処理が行われる。洗浄液１１としては、ここでは沸点温度が低く蒸発潜熱が小さいＨＦＥ（ハイドロフルオロエーテル）などのフッ素系の洗浄液が使用される。もちろん沸点温度や蒸発潜熱などの必要条件を満たすものであれば、炭化水素系の洗浄液など多種類の液体を洗浄液として用いることができる。
【００１２】
洗浄チャンバ３の下方に配設された洗浄液供給部６は、洗浄処理に使用される洗浄液１１を収容する洗浄液タンク１０を備えており、洗浄液タンク１０内の洗浄液１１は、洗浄液供給管路１２を介して洗浄機構２に供給される。洗浄液供給管路１２には、洗浄液供給ポンプ１３、フィルタ１４が介設されており、洗浄液タンク１０から吸引され洗浄液供給ポンプ１３によって圧送された洗浄液１１はフィルタ１４によって濾過される。
【００１３】
濾過によって固形異物が分離された洗浄液１１は、分岐した液供給管１２ａ、１２ｂを介してノズルユニット７、８に送給され、それぞれ装着された洗浄ノズル７ａ、８ａから、ノズル部品５に対して噴射により供給される。液供給管１２ａ、１２ｂにはそれぞれ開閉バルブ１５、１６が設けられており、開閉バルブ１５、１６を開閉することによりノズルユニット７、８からの洗浄液１１の供給をオンオフすることができる。ノズル部品５に対して供給され、洗浄処理に使用された後の洗浄液１１は、洗浄チャンバ３の下部に設けられた液回収部３ｃを介して洗浄液タンク１０内に回収される。
【００１４】
洗浄チャンバ３の上方には処理室３ａの内部を加熱するためのハロゲンランプ１７が配設されている。蓋部材３ｂを開放した状態でドライバ１８によってハロゲンランプ１７を作動させることにより、処理室３ａ内にはハロゲン光が照射され、これにより処理室３ａの内部が加熱され、ノズル部品５が昇温する。本実施の形態においては、ノズル部品５の洗浄対象部位の表面温度が、使用される洗浄液１１についてライデンフロスト現象が発生するための温度より高くなるように加熱条件を設定する。
【００１５】
ここで図２を参照して、ノズル部品５の詳細構造を説明する。ノズル部品５はディーゼルエンジンの燃料噴射系に用いられるＤＤＬ型のインジェクションノズルである。ノズル部品５は、それぞれ径寸法の異なる３つの円筒部５ａ、５ｂ、５ｃを有する段付形状となっており、円筒部５ａ、５ｂ、５ｃの内部には、円筒部５ａの端面に開口した開孔５ｅおよび開孔５ｅから内部に連通して形成された空隙部５ｆ、ニードル孔５ｇなどの狭隘部が設けられている。
【００１６】
ニードル孔５ｇの端部は円筒部５ｃの先端に設けられた突部５ｄまで到達しており、ニードル孔５ｇには燃料噴射を制御するノズルニードルが嵌合し、突部５ｄにはニードル孔５ｇと連通して外部へ開孔した噴射孔５ｉが設けられている。ノズル部品５は、コモンレールシステムの燃料噴射系に用いられるものであり、噴射圧力が高いことから、噴射孔５ｉは内径が１００μｍ程度の微細孔となっている。また円筒部５ａの端面と空隙部５ｆの間には、燃料供給用の細孔５ｈが設けられている。
【００１７】
このようなノズル部品５を対象とした洗浄においては、開孔５ｅから奥部の空隙部５ｆ、ニードル孔５ｇを主な洗浄対象部位とし、被洗浄面であるニードル孔５ｇの内表面５ｊに付着した極めて微細な異物を完全に除去することが求められる。本実施の形態においては、前工程で脱脂や粗ゴミ除去を目的とした粗洗浄工程が行われ所定の予熱温度まで加熱されたノズル部品５を対象として、上述のライデンフロスト現象を応用した洗浄処理が仕上げ洗浄として行われる。すなわち洗浄装置１は、内部に形成された狭隘部を洗浄対象部位に含む被洗浄ワークとしてのノズル部品５を、洗浄液によって高い洗浄品質で洗浄する用途に用いられるものである。
【００１８】
次に図３を参照して、洗浄機構２の構造を説明する。洗浄チャンバ３は上部が開口し下部が円錐状に絞られた円筒形状の部材であり、上方の開口部は蓋部材３ｂによって開閉される。図１に示す蓋開閉機構４の構成例を説明する。蓋部材３ｂの中央には軸部材４ｄが結合されており、軸部材４ｄは連結部材４ｃを介してエアアクチュエータ４ａのロッド４ｂに連結されている。エアアクチュエータ４ａを昇降駆動することにより連結部材４ｃが昇降し（矢印ａ）、これにより蓋部材３ｂが洗浄チャンバ３から昇降する。蓋部材３ｂが上昇した状態でエアアクチュエータ４ａを回転駆動することにより、連結部材４ｃがロッド４ｂの軸廻りに回転し（矢印ｂ）、これにより蓋部材３ｂは洗浄チャンバ３の上方から水平方向に離脱し、処理室３ａが開放された状態となる。蓋部材３ｂの上面には複数の蓋クランプ機構４ｅが設けられており、蓋部材３ｂが洗浄チャンバ３の上面に装着された状態で蓋クランプ機構４ｅを作動させることにより、蓋部材３ｂは洗浄チャンバ３の本体にクランプされ、処理室３ａの上方が閉塞される。
【００１９】
処理室３ａ内においてノズル部品５を保持するワーク保持機構２０について説明する。洗浄チャンバ３の一方側の側面にはベアリングを内蔵した軸受けブロック２１が固着されており、軸受けブロック２１は洗浄チャンバ３を貫通して水平姿勢で配設された回転軸２２を回転自在に支持する。回転軸２２には同軸の駆動ロッド２３が相互に回転自在にまた水平方向に摺動自在に挿通している。回転軸２２が処理室３ａ内に突出した一端部にはクランプ機構２４が結合されており、クランプ機構２４にはノズル部品５を側面からクランプして把持するためのクランプ部材２５が装着されている。
【００２０】
回転軸２２にはプーリ２６が結合されており、プーリ２６とモータ２９の回転軸２９ａに結合されたプーリ２８にはベルト２７が調帯されている。モータ２９を駆動することにより回転軸２２が回転し（矢印ｃ）、これにより、クランプ部材２５によって把持されたノズル部品５が垂直面内で回動する。このノズル部品５の回動は、ノズル部品５を水平面と所定の傾斜角（ここでは９０°）をなす傾斜面内で移動させることにより、ノズル部品５の洗浄対象部位であるニードル孔５ｇを傾斜姿勢にするために行われる。
【００２１】
回転軸２２を挿通して設けられた駆動ロッド２３の一端部はクランプ機構２４に結合されており、駆動ロッド２３の他端部は回転接手３１を介してシリンダ３０のロッド３０ａに結合されている。シリンダ３０を駆動することにより駆動ロッド２３が往復動し（矢印ｄ）、これによりクランプ機構２４が駆動されて、２つのクランプ部材２５がノズル部品５をクランプして把持するための開閉動作を行う。
【００２２】
洗浄処理は、ノズル部品５がクランプ部材２５によってクランプされた状態で行われる。この洗浄処理において、洗浄液１１はノズル部品５に対して下方からノズルユニット７の洗浄ノズル７ａによって噴射され、側方からノズルユニット８の洗浄ノズル８ａによって噴射される。このとき、洗浄ノズル７ａは、ニードル孔５ｇ内に洗浄液１１が供給されるよう、ノズル部品５における開孔５ｅの位置に対応して配置され、洗浄ノズル８ａはノズル部品５の側面における洗浄対象部位の位置に応じて配置される。
【００２３】
この洗浄処理においては、前工程で予め処理温度まで加熱されたノズル部品５を対象とし、ニードル孔５ｇの内部の内表面５ｊなど加熱された被洗浄面に洗浄液１１を供給して接触させ、この洗浄液１１と被洗浄面との接触によってライデンフロスト現象を発生させる。そしてライデンフロスト現象により発生した液滴を被洗浄面に沿って流動させ、被洗浄面に付着した異物をこれらの液滴によって捕集して、洗浄対象部位であるニードル孔５ｇの内部から液滴ごと除去するようにしている。
【００２４】
上記構成において、ワーク保持機構２０は処理温度に加熱されたノズル部品５を保持する保持手段となっている。そして洗浄液供給部６は、この保持手段に保持された被洗浄ワークであるノズル部品５の洗浄対象部位に洗浄液１１を供給する洗浄液供給手段となっている。さらにワーク保持機構２０は、ノズル部品５を水平面と所定の傾斜角をなす傾斜面内で移動させることにより洗浄対象部位を傾斜姿勢にするワーク移動手段として機能する。
【００２５】
次に図４を参照して、洗浄装置１を用いてノズル部品５を洗浄液１１によって洗浄する洗浄方法について説明する。なお図４においては、ノズル部品５においてニードル孔５ｇのみを示してその他の部分の詳細の図示を省略している。図４（ａ）は、洗浄装置１による洗浄処理の前のノズル部品５の断面を示している。ここでは前工程にて炭化水素系の洗浄液を用いて実行された粗洗浄工程後の状態、すなわち機械加工にて生じて残留付着した切り粉の除去や脱脂を目的とする洗浄が行われた後のノズル部品５のニードル孔５ｇ内の状態を示しており、被洗浄面である内表面５ｊには、粗洗浄で除去され図に残留した微細な異物３２が付着している。
【００２６】
この状態において、ノズル部品５は少なくとも内表面５ｊの表面温度が予め設定された処理温度以上となるように加熱されている。この処理温度は、使用される洗浄液１１について、ライデンフロスト現象が発生する温度である。例えば、洗浄液１１としてＨＦＣを用いる場合には、処理温度は９０℃以上に設定される。この処理温度の設定は、種々の加熱条件で対象となるノズル部品５を実際に昇温させ、当該種類の洗浄液１１についてライデンフロスト現象が発生するか否かを観察によって確認する条件出し作業の結果に基づいて決定される。
【００２７】
図４（ｂ）は、ノズル部品５をクランプ部材２５によってクランプすることにより処理室３ａ内にノズル部品５がセットされ、洗浄ノズル７ａによって開孔５ｅに対して洗浄液１１を噴射した状態を示している。この洗浄液１１の噴射により、ニードル孔５ｇ内には液滴１１ａが進入し、被洗浄面である内表面５ｊに接触する。なお洗浄ノズル７ａによる洗浄液１１の噴射に際しては、ニードル孔５ｇ内に過大な量の洗浄液１１が供給されてライデンフロスト現象の発生が阻害されることのないよう、洗浄ノズル７ａのノズル形態、ノズルサイズ、噴射圧力が設定される。
【００２８】
このように洗浄液１１が供給された状態において、ノズル部品５は予め加熱されて内表面５ｊの表面温度は洗浄液１１についてライデンフロスト現象が発生する温度となっていることから、洗浄液１１は内表面５ｊに直接接触せず、図４（ｃ）に示すように、内表面５ｊに接触した一部が急速に気化することにより被洗浄面に形成された蒸気層１１ｂを介して、間接的に内表面５ｊに接触する。この状態において蒸気層１１ｂは断熱層として作用することから内表面５ｊから液滴１１ａへの伝熱が阻害される。これにより、洗浄液１１の気化が進行せずに表面張力によって液滴１１ａの状態を保ち、これらの液滴１１ａは内表面５ｊに沿って流動する。
【００２９】
このとき、洗浄液１１が部分的に蒸発した蒸気はニードル孔５ｇの内部から開孔５ｅに向かう流れとなり、この流れによって液滴１１ａはニードル孔５ｇの内部から開孔５ｅに向かって移動する。そしてこの液滴１１ａの流動過程において、内表面５ｊに付着した異物３２は液滴１１ａの表面張力によって捕捉・捕集され、液滴１１ａと共に移動する。そして図４（ｄ）に示すように、このようにして異物３２を捕集した液滴１１ａが開孔５ｅから外部に排出されることにより、内表面５ｊに付着した状態で残留した異物３２はニードル孔５ｇから除去される。この液滴１１ａの排出は、液滴１１ａが部分的に蒸発した蒸気の流れによる流動と共に、ノズル部品５を垂直面内で回動させてニードル孔５ｇを下向きにして液滴１１ａを重力によって落下流動させることによって行われる。
【００３０】
すなわち上述の洗浄方法は、少なくとも洗浄対象部位であるニードル孔５ｇの被洗浄面の表面温度が洗浄液についてライデンフロスト現象が発生する温度に加熱された被洗浄ワークであるノズル部品５の洗浄対象部位に洗浄液１１を供給し、加熱された被洗浄面に洗浄液１１が接触して生じるライデンフロスト現象の作用により、被洗浄面に付着した異物３２を除去する異物除去工程を含む形態となっている。そしてこの異物除去工程は、被洗浄面に接触した洗浄液１１の一部が気化することにより被洗浄面に形成された蒸気層１１ｂを介して洗浄液１１が被洗浄面に沿って液滴１１ａの状態で流動する状態を発生させる液滴流動状態形成工程、被洗浄面に付着した異物３２を液滴１１ａによって捕集する異物捕集工程、異物３２を捕集した液滴１１ａを洗浄液１１が気化した蒸気の流れによって移動させることにより洗浄対象部位から排除する液滴移動工程を含む形態となっている。
【００３１】
また、ノズル部品５を水平面と所定の傾斜角をなす傾斜面内で移動させることによりニードル孔５ｇを傾斜姿勢にし、液滴移動工程において蒸気の流れによる液滴１１ａの移動に加えて、重力によって液滴１１ａに作用する力により液滴１１ａをニードル孔５ｇから排除するようにしている。なお本実施の形態に示すノズル部品５のように、洗浄対象部位としての止まり穴であるニードル孔５ｇが１つのみである場合には、予めニードル孔５ｇの開孔５ｅが下向きになるようにセットすれば、ノズル部品５を回動させる必要はない。
【００３２】
これに対し、洗浄対象部位としての止り穴が異なる方向に複数設けられた被洗浄ワークを対象とする場合には、これらの止り穴の開孔が順次下向きとなるように被洗浄ワークを回動させる。この被洗浄ワークの移動の形態としては、洗浄対象部位を傾斜姿勢にすることが可能な形態であれば、垂直面内での回動以外にも傾斜面内での回動や、水平軸廻りの揺動など、各種の動作パターンを選定することができる。
【００３３】
なお上記実施の形態においては、ノズル部品５を前工程において予め所定の処理温度まで加熱しておき、さらにハロゲンランプ１７によってハロゲン光を照射してさらにノズル部品５を加熱することにより、ノズル部品５をライデンフロスト現象が発生する温度に保持するようにしているが、上述の異物除去工程においてクランプ部材２５に把持されて保持されたノズル部品５に加熱手段によって熱を供給して加熱し、少なくともニードル孔５ｇの内表面５ｊをライデンフロスト現象が発生する温度に保持するようにしてもよい。この加熱手段としては、ノズル部品５に直接接触して保持するクランプ部材２５を介して、電気ヒータなどの熱源からの熱をノズル部品５に伝達する方法を用いることができる。
【００３４】
なおノズル部品５のニードル孔５ｇの内部を洗浄対象とする場合のように、洗浄対象の狭隘部が被洗浄ワークの表面に開孔した止まり穴の内部のみであるような場合には、図１に示す洗浄ノズル７ａに替えて、図５に示すような構造の洗浄ノズル３３を用いることができる。この例においては洗浄ノズル３３には、止まり穴であるニードル孔５ｇの内部へ挿入可能な形状のニードルノズル３３ａが装着されている。すなわちこの例では、洗浄装置１は被洗浄面へ洗浄液１１の液滴１１ａを供給する液供給ノズルであるニードルノズル３３ａを備えた形態となっておる。
【００３５】
この構成によれば、ニードル孔５ｇの最奥部の被洗浄面まで液滴１１ａを確実に供給することができる。これにより、液滴１１ａがニードル孔５ｇの最奥部に接触して気化した蒸気が開孔５ｅに向かって流動する際に、ライデンフロスト現象によって浮遊流動状態にある液滴１１ａを確実に排出することが可能となる。したがって、洗浄ノズル７ａのように開孔５ｅの外部から洗浄液１１を噴射してニードル孔５ｇ内に供給する方法と比較して、少量の洗浄液１１によってより良好な洗浄効果を得ることができる。
【００３６】
また洗浄ノズル３３には開孔５ｅに対向して近接する位置に、吸引用開口３３ｂが設けられており、吸引用開口３３ｂは吸引路３３ｃを介して吸引装置３４に接続されている。吸引装置３４としては、エダクタなど液体を吸引可能なものがもちいられ、吸引装置３４を駆動することにより吸引用開口３３ｂから吸引する。ニードルノズル３３ａから液滴１１ａを吐出しながらニードル孔５ｇの内部を洗浄する際に吸引装置３４を駆動することにより、ニードル孔５ｇ内を洗浄した後に開孔５ｅから排出される液滴１１ａは、吸引用開口３３ｂから周囲の空気と共に吸引される。
【００３７】
すなわち、洗浄ノズル３３に設けられた吸引用開口３３ｂおよび吸引装置３４は、ノズル部品５の表面におけるニードル孔５ｇの開孔５ｅに近接して設けられ、ニードル孔５ｇの洗浄に用いられて開孔５ｅから排出される洗浄液を吸引して除去する洗浄液吸引手段となっている。このような洗浄液吸引手段を備えることにより、開孔５ｅから排出される異物を含んだ液滴１１ａがノズル部品５の外面に再付着して汚染することが防止される。
【００３８】
また、図１に示す洗浄装置１に換えて、図６の洗浄装置１Ａに示すような構成を用いてもよい。洗浄装置１Ａは、洗浄装置１に加えて処理室３ａ内を真空排気する真空排気部４０を備えることにより、減圧下での洗浄処理を可能としたものである。図６に示すように、液回収部３ｃは開閉バルブ３６によって開閉可能な排液タンク３５に接続されており、開閉バルブ３６を閉にした状態では排液タンク３５は外部と遮断され、処理室３ａは外部に対して密閉状態となる。処理室３ａ内を密閉した状態での洗浄処理に使用された洗浄液１１は、排液タンク３５内に一時的に貯留される。排液タンク３５内に貯留された洗浄液１１は、開閉バルブ３６を開にすることにより下方の洗浄液タンク１０に回収される。
【００３９】
真空排気部４０の構成を説明する。洗浄チャンバ３につなぎ込まれた排気管４１は開閉バルブ４２を介してコンデンサ４３と接続され、さらにキャッチャータンク４５に接続されている。コンデンサ４３の内部には、冷却器４４によって冷却水が循環し処理室３ａからの排気中の蒸気を液化することができる。キャッチャータンク４５の内部は開閉バルブ４６を介して排気ポンプ４７に接続されており、さらにキャッチャータンク４５は開閉バルブ４８を介して接続された液回収管４９と連通している。
【００４０】
開閉バルブ４２を開にし開閉バルブ４８を閉にした状態で、排気ポンプ４７を駆動することにより、キャッチャータンク４５、コンデンサ４３、排気管４１を介して処理室３ａ内が真空排気されて減圧される。これにより、ノズル部品５を対象とした洗浄処理を減圧下の条件で行うことができる。このとき、吸引された気液混合状態の洗浄液１１はコンデンサ４３によって凝縮されて液化し、キャッチャータンク４５に貯留される。洗浄サイクルが終了した後に開閉バルブ４８を開放することにより、キャッチャータンク４５内に貯留された洗浄液１１は洗浄液タンク１０に回収される。
【００４１】
このように、処理室３ａ内における洗浄処理を減圧下で行うことにより、洗浄液１１の沸点温度を低下させることができ、より低温条件で洗浄を行うことができ、ライデンフロスト現象をより好ましい条件で発生させることが可能となるとともに、ライデンフロスト現象による洗浄効果に加えて、洗浄対象部位となる止まり穴の内部で洗浄液が突沸することによる異物除去効果を得ることができる。なお処理室３ａ内を減圧する場合の目標圧力や減圧を開始するタイミングは、使用する洗浄液１１の種類や被洗浄ワークの形状等に応じて最適な洗浄結果を与える条件を実証的に求める条件出し作業の結果によって決定される。
【００４２】
また上述例においては、被洗浄ワークがディーゼルエンジンの燃料噴射系に用いられるＤＤＬ型のノズル部品５である場合を示したが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、洗浄対象部位となる狭隘部を有するものであれば、より複雑な形状を有する部品であってもよい。また、狭隘部以外のワーク外面など平面形状の洗浄対象部位においても、同様にライデンフロスト現象を応用した液滴の異物捕集作用による洗浄処理を適用することができるのは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明の洗浄方法および洗浄装置は、内部に形成された狭隘部を洗浄対象部位に含む被洗浄ワークを対象として、十分な洗浄性能を確保することができるという特徴を有し、自動車部品などの精密加工部品の洗浄の用途に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の一実施の形態の洗浄装置の構成説明図
【図２】本発明の一実施の形態の洗浄方法における被洗浄ワークの断面図
【図３】本発明の一実施の形態の洗浄装置に用いられる洗浄チャンバーの断面図
【図４】本発明の一実施の形態の洗浄方法の工程説明図
【図５】本発明の一実施の形態の洗浄装置に用いられる液供給ノズルの構造説明図
【図６】本発明の一実施の形態の洗浄装置の構成説明図
【符号の説明】
【００４５】
１、１Ａ 洗浄装置
２ 洗浄機構
３ 洗浄チャンバ
３ａ 処理室
３ｂ 蓋部材
５ ノズル部品
５ｇ ニードル孔
５ｊ 内表面
６ 洗浄液供給部
７、８ ノズルユニット
１０ 洗浄液タンク
１１ 洗浄液
１１ａ 液滴
１１ｂ 蒸気層
１２ 洗浄液供給管路
１７ ハロゲンランプ
２０ ワーク保持機構
２４ クランプ機構
２５ クランプ部材
３２ 異物
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内部に狭隘部位を有する被洗浄ワークを洗浄する洗浄方法および洗浄装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車部品などの機械部品の製造工程では、機械加工の後にバリや切り粉、油分など、加工過程において付着した異物を除去するための洗浄が行われる。このような機械部品の洗浄方法として、従来より水系や炭化水素系などの洗浄液に被洗浄ワークを浸漬した状態で超音波振動を作用させて異物を除去する超音波洗浄が広く用いられている。この超音波洗浄では、溝や内部孔などの狭隘部位に対しては洗浄効果が不十分であり、さらにこれらの狭隘部位には洗浄液が残留しやすいことから、このような狭隘部位を有する機械部品を対象として、減圧雰囲気下で洗浄を行う方法が用いられるようになっている（例えば特許文献１，２参照）。
【０００３】
これらはいずれも減圧によって洗浄液の沸点が急激に低下して生じる突沸現象を利用するものであり、洗浄液が付着した状態の機械部品を減圧雰囲気下に置き、隙間部や袋穴内部などの狭隘部位において洗浄液の突沸を生じさせることにより、これらの狭隘部位に液滴状態で残留する洗浄液を異物とともに除去するようにしている。
【特許文献１】特開平８−２９０１３３号公報
【特許文献２】特開２００２−１９２０９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで近年、洗浄対象となる機械部品は機能高度化によってより精密度が向上し、これらの精密部品を対象とする洗浄方式においては、従来と比較して格段の洗浄性能が求められるようになっている。例えば、ディーゼルエンジンの燃料噴射系に用いられるノズル部品では、排ガス対策や燃費向上の要請から噴射圧力が高圧化した結果、ノズル孔径は従来と比較して微細化しており、洗浄工程においては極めて微細な残渣まで除去することが要求されるようになっている。しかしながらこのような微細なノズル孔はノズル部品の内部に加工されていることから、従来の洗浄方式では洗浄作用を有効に洗浄対象部位に及ぼすことが困難で、十分な洗浄性能を確保することができなかった。
【０００５】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、上述のノズル部品など、内部に形成された狭隘部を洗浄対象部位に含む被洗浄ワークを対象として、十分な洗浄性能を確保することが可能な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】
【０００６】
本発明の洗浄方法は、内部に形成された狭隘部を洗浄対象部位に含む被洗浄ワークを洗浄液によって洗浄する洗浄方法であって、少なくとも前記洗浄対象部位の被洗浄面の表面温度が前記洗浄液についてライデンフロスト現象が発生する温度に加熱された被洗浄ワークの前記洗浄対象部位に前記洗浄液を供給し、前記加熱された被洗浄面に前記洗浄液が接触して生じるライデンフロスト現象の作用により前記被洗浄面に付着した異物を除去する異物除去工程を含み、前記異物除去工程は、前記被洗浄面に接触した洗浄液の一部が気化することにより被洗浄面に形成された蒸気層を介して前記洗浄液が前記被洗浄面に沿って液滴の状態で流動する状態を発生させる液滴流動状態形成工程と、前記被洗浄面に付着した前記異物を前記液滴によって捕集する異物捕集工程と、前記異物を捕集した液滴を前記洗浄液が気化した蒸気の流れによって移動させることにより前記洗浄対象部位から排除する液滴移動工程とを含む。
【０００７】
本発明の洗浄装置は、内部に形成された狭隘部を洗浄対象部位に含む被洗浄ワークを洗浄液によって洗浄する洗浄装置であって、少なくとも前記洗浄対象部位の被洗浄面の表面温度が前記洗浄液についてライデンフロスト現象が発生する温度に加熱された前記被洗浄ワークを保持する保持手段と、前記保持手段に保持された被洗浄ワークの洗浄対象部位に前記洗浄液を供給する洗浄液供給手段とを備え、前記加熱された被洗浄面に前記洗浄液が接触して生じるライデンフロスト現象によって発生した液滴を前記被洗浄面に沿って流動させ、前記被洗浄面に付着した異物を前記液滴によって捕集して前記洗浄対象部位から除去する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、少なくとも被洗浄面の表面温度が使用される洗浄液についてライデンフロスト現象が発生する温度に加熱された被洗浄ワークの洗浄対象部位に洗浄液を供給し、加熱された被洗浄面に洗浄液が接触して生じるライデンフロスト現象の作用によって被洗浄面に付着した異物を除去する方法を用いることにより、内部に形成された狭隘部を洗浄対象部位に含む被洗浄ワークを対象として、十分な洗浄性能を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態の洗浄装置の構成説明図、図２は本発明の一実施の形態の洗浄方法における被洗浄ワークの断面図、図３は本発明の一実施の形態の洗浄装置に用いられる洗浄チャンバーの断面図、図４は本発明の一実施の形態の洗浄方法の工程説明図、図５は本発明の一実施の形態の洗浄装置に用いられる液供給ノズルの構造説明図、図６は本発明の一実施の形態の洗浄装置の構成説明図である。
【００１０】
まず図１を参照して、本発明の洗浄装置の構成を説明する。図１において洗浄装置１は、洗浄機構２および洗浄機構２において使用される洗浄液を供給する洗浄液供給部６を備えた構成となっている。洗浄機構２は、内部に被洗浄ワークであるノズル部品５を収容して洗浄処理を行う処理室３ａが形成された洗浄チャンバ３を主体としており、処理室３ａの上部は蓋開閉機構４によって駆動される蓋部材３ｂによって開閉自在となっている。ノズル部品５は蓋部材３ｂを開放した状態で処理室３ａ内に搬入される。
【００１１】
処理室３ａ内には、ノズル部品５に対してそれぞれ下方および側方から洗浄液を供給するためのノズルユニット７、８が配設されており、ノズルユニット７、８にはそれぞれ複数の洗浄ノズル７ａ、８ａが装着されている。処理室３ａ内においてノズル部品５の洗浄対象部位に対して洗浄液１１を供給することにより、後述するようにライデンフロスト現象を応用した洗浄処理が行われる。洗浄液１１としては、ここでは沸点温度が低く蒸発潜熱が小さいＨＦＥ（ハイドロフルオロエーテル）などのフッ素系の洗浄液が使用される。もちろん沸点温度や蒸発潜熱などの必要条件を満たすものであれば、炭化水素系の洗浄液など多種類の液体を洗浄液として用いることができる。
【００１２】
洗浄チャンバ３の下方に配設された洗浄液供給部６は、洗浄処理に使用される洗浄液１１を収容する洗浄液タンク１０を備えており、洗浄液タンク１０内の洗浄液１１は、洗浄液供給管路１２を介して洗浄機構２に供給される。洗浄液供給管路１２には、洗浄液供給ポンプ１３、フィルタ１４が介設されており、洗浄液タンク１０から吸引され洗浄液供給ポンプ１３によって圧送された洗浄液１１はフィルタ１４によって濾過される。
【００１３】
濾過によって固形異物が分離された洗浄液１１は、分岐した液供給管１２ａ、１２ｂを介してノズルユニット７、８に送給され、それぞれ装着された洗浄ノズル７ａ、８ａから、ノズル部品５に対して噴射により供給される。液供給管１２ａ、１２ｂにはそれぞれ開閉バルブ１５、１６が設けられており、開閉バルブ１５、１６を開閉することによりノズルユニット７、８からの洗浄液１１の供給をオンオフすることができる。ノズル部品５に対して供給され、洗浄処理に使用された後の洗浄液１１は、洗浄チャンバ３の下部に設けられた液回収部３ｃを介して洗浄液タンク１０内に回収される。
【００１４】
洗浄チャンバ３の上方には処理室３ａの内部を加熱するためのハロゲンランプ１７が配設されている。蓋部材３ｂを開放した状態でドライバ１８によってハロゲンランプ１７を作動させることにより、処理室３ａ内にはハロゲン光が照射され、これにより処理室３ａの内部が加熱され、ノズル部品５が昇温する。本実施の形態においては、ノズル部品５の洗浄対象部位の表面温度が、使用される洗浄液１１についてライデンフロスト現象が発生するための温度より高くなるように加熱条件を設定する。
【００１５】
ここで図２を参照して、ノズル部品５の詳細構造を説明する。ノズル部品５はディーゼルエンジンの燃料噴射系に用いられるＤＤＬ型のインジェクションノズルである。ノズル部品５は、それぞれ径寸法の異なる３つの円筒部５ａ、５ｂ、５ｃを有する段付形状となっており、円筒部５ａ、５ｂ、５ｃの内部には、円筒部５ａの端面に開口した開孔５ｅおよび開孔５ｅから内部に連通して形成された空隙部５ｆ、ニードル孔５ｇなどの狭隘部が設けられている。
【００１６】
ニードル孔５ｇの端部は円筒部５ｃの先端に設けられた突部５ｄまで到達しており、ニードル孔５ｇには燃料噴射を制御するノズルニードルが嵌合し、突部５ｄにはニードル孔５ｇと連通して外部へ開孔した噴射孔５ｉが設けられている。ノズル部品５は、コモンレールシステムの燃料噴射系に用いられるものであり、噴射圧力が高いことから、噴射孔５ｉは内径が１００μｍ程度の微細孔となっている。また円筒部５ａの端面と空隙部５ｆの間には、燃料供給用の細孔５ｈが設けられている。
【００１７】
このようなノズル部品５を対象とした洗浄においては、開孔５ｅから奥部の空隙部５ｆ、ニードル孔５ｇを主な洗浄対象部位とし、被洗浄面であるニードル孔５ｇの内表面５ｊに付着した極めて微細な異物を完全に除去することが求められる。本実施の形態においては、前工程で脱脂や粗ゴミ除去を目的とした粗洗浄工程が行われ所定の予熱温度まで加熱されたノズル部品５を対象として、上述のライデンフロスト現象を応用した洗浄処理が仕上げ洗浄として行われる。すなわち洗浄装置１は、内部に形成された狭隘部を洗浄対象部位に含む被洗浄ワークとしてのノズル部品５を、洗浄液によって高い洗浄品質で洗浄する用途に用いられるものである。
【００１８】
次に図３を参照して、洗浄機構２の構造を説明する。洗浄チャンバ３は上部が開口し下部が円錐状に絞られた円筒形状の部材であり、上方の開口部は蓋部材３ｂによって開閉される。図１に示す蓋開閉機構４の構成例を説明する。蓋部材３ｂの中央には軸部材４ｄが結合されており、軸部材４ｄは連結部材４ｃを介してエアアクチュエータ４ａのロッド４ｂに連結されている。エアアクチュエータ４ａを昇降駆動することにより連結部材４ｃが昇降し（矢印ａ）、これにより蓋部材３ｂが洗浄チャンバ３から昇降する。蓋部材３ｂが上昇した状態でエアアクチュエータ４ａを回転駆動することにより、連結部材４ｃがロッド４ｂの軸廻りに回転し（矢印ｂ）、これにより蓋部材３ｂは洗浄チャンバ３の上方から水平方向に離脱し、処理室３ａが開放された状態となる。蓋部材３ｂの上面には複数の蓋クランプ機構４ｅが設けられており、蓋部材３ｂが洗浄チャンバ３の上面に装着された状態で蓋クランプ機構４ｅを作動させることにより、蓋部材３ｂは洗浄チャンバ３の本体にクランプされ、処理室３ａの上方が閉塞される。
【００１９】
処理室３ａ内においてノズル部品５を保持するワーク保持機構２０について説明する。洗浄チャンバ３の一方側の側面にはベアリングを内蔵した軸受けブロック２１が固着されており、軸受けブロック２１は洗浄チャンバ３を貫通して水平姿勢で配設された回転軸２２を回転自在に支持する。回転軸２２には同軸の駆動ロッド２３が相互に回転自在にまた水平方向に摺動自在に挿通している。回転軸２２が処理室３ａ内に突出した一端部にはクランプ機構２４が結合されており、クランプ機構２４にはノズル部品５を側面からクランプして把持するためのクランプ部材２５が装着されている。
【００２０】
回転軸２２にはプーリ２６が結合されており、プーリ２６とモータ２９の回転軸２９ａに結合されたプーリ２８にはベルト２７が調帯されている。モータ２９を駆動することにより回転軸２２が回転し（矢印ｃ）、これにより、クランプ部材２５によって把持されたノズル部品５が垂直面内で回動する。このノズル部品５の回動は、ノズル部品５を水平面と所定の傾斜角（ここでは９０°）をなす傾斜面内で移動させることにより、ノズル部品５の洗浄対象部位であるニードル孔５ｇを傾斜姿勢にするために行われる。
【００２１】
回転軸２２を挿通して設けられた駆動ロッド２３の一端部はクランプ機構２４に結合されており、駆動ロッド２３の他端部は回転接手３１を介してシリンダ３０のロッド３０ａに結合されている。シリンダ３０を駆動することにより駆動ロッド２３が往復動し（矢印ｄ）、これによりクランプ機構２４が駆動されて、２つのクランプ部材２５がノズル部品５をクランプして把持するための開閉動作を行う。
【００２２】
洗浄処理は、ノズル部品５がクランプ部材２５によってクランプされた状態で行われる。この洗浄処理において、洗浄液１１はノズル部品５に対して下方からノズルユニット７の洗浄ノズル７ａによって噴射され、側方からノズルユニット８の洗浄ノズル８ａによって噴射される。このとき、洗浄ノズル７ａは、ニードル孔５ｇ内に洗浄液１１が供給されるよう、ノズル部品５における開孔５ｅの位置に対応して配置され、洗浄ノズル８ａはノズル部品５の側面における洗浄対象部位の位置に応じて配置される。
【００２３】
この洗浄処理においては、前工程で予め処理温度まで加熱されたノズル部品５を対象とし、ニードル孔５ｇの内部の内表面５ｊなど加熱された被洗浄面に洗浄液１１を供給して接触させ、この洗浄液１１と被洗浄面との接触によってライデンフロスト現象を発生させる。そしてライデンフロスト現象により発生した液滴を被洗浄面に沿って流動させ、被洗浄面に付着した異物をこれらの液滴によって捕集して、洗浄対象部位であるニードル孔５ｇの内部から液滴ごと除去するようにしている。
【００２４】
上記構成において、ワーク保持機構２０は処理温度に加熱されたノズル部品５を保持する保持手段となっている。そして洗浄液供給部６は、この保持手段に保持された被洗浄ワークであるノズル部品５の洗浄対象部位に洗浄液１１を供給する洗浄液供給手段となっている。さらにワーク保持機構２０は、ノズル部品５を水平面と所定の傾斜角をなす傾斜面内で移動させることにより洗浄対象部位を傾斜姿勢にするワーク移動手段として機能する。
【００２５】
次に図４を参照して、洗浄装置１を用いてノズル部品５を洗浄液１１によって洗浄する洗浄方法について説明する。なお図４においては、ノズル部品５においてニードル孔５ｇのみを示してその他の部分の詳細の図示を省略している。図４（ａ）は、洗浄装置１による洗浄処理の前のノズル部品５の断面を示している。ここでは前工程にて炭化水素系の洗浄液を用いて実行された粗洗浄工程後の状態、すなわち機械加工にて生じて残留付着した切り粉の除去や脱脂を目的とする洗浄が行われた後のノズル部品５のニードル孔５ｇ内の状態を示しており、被洗浄面である内表面５ｊには、粗洗浄で除去され図に残留した微細な異物３２が付着している。
【００２６】
この状態において、ノズル部品５は少なくとも内表面５ｊの表面温度が予め設定された処理温度以上となるように加熱されている。この処理温度は、使用される洗浄液１１について、ライデンフロスト現象が発生する温度である。例えば、洗浄液１１としてＨＦＣを用いる場合には、処理温度は９０℃以上に設定される。この処理温度の設定は、種々の加熱条件で対象となるノズル部品５を実際に昇温させ、当該種類の洗浄液１１についてライデンフロスト現象が発生するか否かを観察によって確認する条件出し作業の結果に基づいて決定される。
【００２７】
図４（ｂ）は、ノズル部品５をクランプ部材２５によってクランプすることにより処理室３ａ内にノズル部品５がセットされ、洗浄ノズル７ａによって開孔５ｅに対して洗浄液１１を噴射した状態を示している。この洗浄液１１の噴射により、ニードル孔５ｇ内には液滴１１ａが進入し、被洗浄面である内表面５ｊに接触する。なお洗浄ノズル７ａによる洗浄液１１の噴射に際しては、ニードル孔５ｇ内に過大な量の洗浄液１１が供給されてライデンフロスト現象の発生が阻害されることのないよう、洗浄ノズル７ａのノズル形態、ノズルサイズ、噴射圧力が設定される。
【００２８】
このように洗浄液１１が供給された状態において、ノズル部品５は予め加熱されて内表面５ｊの表面温度は洗浄液１１についてライデンフロスト現象が発生する温度となっていることから、洗浄液１１は内表面５ｊに直接接触せず、図４（ｃ）に示すように、内表面５ｊに接触した一部が急速に気化することにより被洗浄面に形成された蒸気層１１ｂを介して、間接的に内表面５ｊに接触する。この状態において蒸気層１１ｂは断熱層として作用することから内表面５ｊから液滴１１ａへの伝熱が阻害される。これにより、洗浄液１１の気化が進行せずに表面張力によって液滴１１ａの状態を保ち、これらの液滴１１ａは内表面５ｊに沿って流動する。
【００２９】
このとき、洗浄液１１が部分的に蒸発した蒸気はニードル孔５ｇの内部から開孔５ｅに向かう流れとなり、この流れによって液滴１１ａはニードル孔５ｇの内部から開孔５ｅに向かって移動する。そしてこの液滴１１ａの流動過程において、内表面５ｊに付着した異物３２は液滴１１ａの表面張力によって捕捉・捕集され、液滴１１ａと共に移動する。そして図４（ｄ）に示すように、このようにして異物３２を捕集した液滴１１ａが開孔５ｅから外部に排出されることにより、内表面５ｊに付着した状態で残留した異物３２はニードル孔５ｇから除去される。この液滴１１ａの排出は、液滴１１ａが部分的に蒸発した蒸気の流れによる流動と共に、ノズル部品５を垂直面内で回動させてニードル孔５ｇを下向きにして液滴１１ａを重力によって落下流動させることによって行われる。
【００３０】
すなわち上述の洗浄方法は、少なくとも洗浄対象部位であるニードル孔５ｇの被洗浄面の表面温度が洗浄液についてライデンフロスト現象が発生する温度に加熱された被洗浄ワークであるノズル部品５の洗浄対象部位に洗浄液１１を供給し、加熱された被洗浄面に洗浄液１１が接触して生じるライデンフロスト現象の作用により、被洗浄面に付着した異物３２を除去する異物除去工程を含む形態となっている。そしてこの異物除去工程は、被洗浄面に接触した洗浄液１１の一部が気化することにより被洗浄面に形成された蒸気層１１ｂを介して洗浄液１１が被洗浄面に沿って液滴１１ａの状態で流動する状態を発生させる液滴流動状態形成工程、被洗浄面に付着した異物３２を液滴１１ａによって捕集する異物捕集工程、異物３２を捕集した液滴１１ａを洗浄液１１が気化した蒸気の流れによって移動させることにより洗浄対象部位から排除する液滴移動工程を含む形態となっている。
【００３１】
また、ノズル部品５を水平面と所定の傾斜角をなす傾斜面内で移動させることによりニードル孔５ｇを傾斜姿勢にし、液滴移動工程において蒸気の流れによる液滴１１ａの移動に加えて、重力によって液滴１１ａに作用する力により液滴１１ａをニードル孔５ｇから排除するようにしている。なお本実施の形態に示すノズル部品５のように、洗浄対象部位としての止まり穴であるニードル孔５ｇが１つのみである場合には、予めニードル孔５ｇの開孔５ｅが下向きになるようにセットすれば、ノズル部品５を回動させる必要はない。
【００３２】
これに対し、洗浄対象部位としての止り穴が異なる方向に複数設けられた被洗浄ワークを対象とする場合には、これらの止り穴の開孔が順次下向きとなるように被洗浄ワークを回動させる。この被洗浄ワークの移動の形態としては、洗浄対象部位を傾斜姿勢にすることが可能な形態であれば、垂直面内での回動以外にも傾斜面内での回動や、水平軸廻りの揺動など、各種の動作パターンを選定することができる。
【００３３】
なお上記実施の形態においては、ノズル部品５を前工程において予め所定の処理温度まで加熱しておき、さらにハロゲンランプ１７によってハロゲン光を照射してさらにノズル部品５を加熱することにより、ノズル部品５をライデンフロスト現象が発生する温度に保持するようにしているが、上述の異物除去工程においてクランプ部材２５に把持されて保持されたノズル部品５に加熱手段によって熱を供給して加熱し、少なくともニードル孔５ｇの内表面５ｊをライデンフロスト現象が発生する温度に保持するようにしてもよい。この加熱手段としては、ノズル部品５に直接接触して保持するクランプ部材２５を介して、電気ヒータなどの熱源からの熱をノズル部品５に伝達する方法を用いることができる。
【００３４】
なおノズル部品５のニードル孔５ｇの内部を洗浄対象とする場合のように、洗浄対象の狭隘部が被洗浄ワークの表面に開孔した止まり穴の内部のみであるような場合には、図１に示す洗浄ノズル７ａに替えて、図５に示すような構造の洗浄ノズル３３を用いることができる。この例においては洗浄ノズル３３には、止まり穴であるニードル孔５ｇの内部へ挿入可能な形状のニードルノズル３３ａが装着されている。すなわちこの例では、洗浄装置１は被洗浄面へ洗浄液１１の液滴１１ａを供給する液供給ノズルであるニードルノズル３３ａを備えた形態となっておる。
【００３５】
この構成によれば、ニードル孔５ｇの最奥部の被洗浄面まで液滴１１ａを確実に供給することができる。これにより、液滴１１ａがニードル孔５ｇの最奥部に接触して気化した蒸気が開孔５ｅに向かって流動する際に、ライデンフロスト現象によって浮遊流動状態にある液滴１１ａを確実に排出することが可能となる。したがって、洗浄ノズル７ａのように開孔５ｅの外部から洗浄液１１を噴射してニードル孔５ｇ内に供給する方法と比較して、少量の洗浄液１１によってより良好な洗浄効果を得ることができる。
【００３６】
また洗浄ノズル３３には開孔５ｅに対向して近接する位置に、吸引用開口３３ｂが設けられており、吸引用開口３３ｂは吸引路３３ｃを介して吸引装置３４に接続されている。吸引装置３４としては、エダクタなど液体を吸引可能なものがもちいられ、吸引装置３４を駆動することにより吸引用開口３３ｂから吸引する。ニードルノズル３３ａから液滴１１ａを吐出しながらニードル孔５ｇの内部を洗浄する際に吸引装置３４を駆動することにより、ニードル孔５ｇ内を洗浄した後に開孔５ｅから排出される液滴１１ａは、吸引用開口３３ｂから周囲の空気と共に吸引される。
【００３７】
すなわち、洗浄ノズル３３に設けられた吸引用開口３３ｂおよび吸引装置３４は、ノズル部品５の表面におけるニードル孔５ｇの開孔５ｅに近接して設けられ、ニードル孔５ｇの洗浄に用いられて開孔５ｅから排出される洗浄液を吸引して除去する洗浄液吸引手段となっている。このような洗浄液吸引手段を備えることにより、開孔５ｅから排出される異物を含んだ液滴１１ａがノズル部品５の外面に再付着して汚染することが防止される。
【００３８】
また、図１に示す洗浄装置１に換えて、図６の洗浄装置１Ａに示すような構成を用いてもよい。洗浄装置１Ａは、洗浄装置１に加えて処理室３ａ内を真空排気する真空排気部４０を備えることにより、減圧下での洗浄処理を可能としたものである。図６に示すように、液回収部３ｃは開閉バルブ３６によって開閉可能な排液タンク３５に接続されており、開閉バルブ３６を閉にした状態では排液タンク３５は外部と遮断され、処理室３ａは外部に対して密閉状態となる。処理室３ａ内を密閉した状態での洗浄処理に使用された洗浄液１１は、排液タンク３５内に一時的に貯留される。排液タンク３５内に貯留された洗浄液１１は、開閉バルブ３６を開にすることにより下方の洗浄液タンク１０に回収される。
【００３９】
真空排気部４０の構成を説明する。洗浄チャンバ３につなぎ込まれた排気管４１は開閉バルブ４２を介してコンデンサ４３と接続され、さらにキャッチャータンク４５に接続されている。コンデンサ４３の内部には、冷却器４４によって冷却水が循環し処理室３ａからの排気中の蒸気を液化することができる。キャッチャータンク４５の内部は開閉バルブ４６を介して排気ポンプ４７に接続されており、さらにキャッチャータンク４５は開閉バルブ４８を介して接続された液回収管４９と連通している。
【００４０】
開閉バルブ４２を開にし開閉バルブ４８を閉にした状態で、排気ポンプ４７を駆動することにより、キャッチャータンク４５、コンデンサ４３、排気管４１を介して処理室３ａ内が真空排気されて減圧される。これにより、ノズル部品５を対象とした洗浄処理を減圧下の条件で行うことができる。このとき、吸引された気液混合状態の洗浄液１１はコンデンサ４３によって凝縮されて液化し、キャッチャータンク４５に貯留される。洗浄サイクルが終了した後に開閉バルブ４８を開放することにより、キャッチャータンク４５内に貯留された洗浄液１１は洗浄液タンク１０に回収される。
【００４１】
このように、処理室３ａ内における洗浄処理を減圧下で行うことにより、洗浄液１１の沸点温度を低下させることができ、より低温条件で洗浄を行うことができ、ライデンフロスト現象をより好ましい条件で発生させることが可能となるとともに、ライデンフロスト現象による洗浄効果に加えて、洗浄対象部位となる止まり穴の内部で洗浄液が突沸することによる異物除去効果を得ることができる。なお処理室３ａ内を減圧する場合の目標圧力や減圧を開始するタイミングは、使用する洗浄液１１の種類や被洗浄ワークの形状等に応じて最適な洗浄結果を与える条件を実証的に求める条件出し作業の結果によって決定される。
【００４２】
また上述例においては、被洗浄ワークがディーゼルエンジンの燃料噴射系に用いられるＤＤＬ型のノズル部品５である場合を示したが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、洗浄対象部位となる狭隘部を有するものであれば、より複雑な形状を有する部品であってもよい。また、狭隘部以外のワーク外面など平面形状の洗浄対象部位においても、同様にライデンフロスト現象を応用した液滴の異物捕集作用による洗浄処理を適用することができるのは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明の洗浄方法および洗浄装置は、内部に形成された狭隘部を洗浄対象部位に含む被洗浄ワークを対象として、十分な洗浄性能を確保することができるという特徴を有し、自動車部品などの精密加工部品の洗浄の用途に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の一実施の形態の洗浄装置の構成説明図
【図２】本発明の一実施の形態の洗浄方法における被洗浄ワークの断面図
【図３】本発明の一実施の形態の洗浄装置に用いられる洗浄チャンバーの断面図
【図４】本発明の一実施の形態の洗浄方法の工程説明図
【図５】本発明の一実施の形態の洗浄装置に用いられる液供給ノズルの構造説明図
【図６】本発明の一実施の形態の洗浄装置の構成説明図
【符号の説明】
【００４５】
１、１Ａ 洗浄装置
２ 洗浄機構
３ 洗浄チャンバ
３ａ 処理室
３ｂ 蓋部材
５ ノズル部品
５ｇ ニードル孔
５ｊ 内表面
６ 洗浄液供給部
７、８ ノズルユニット
１０ 洗浄液タンク
１１ 洗浄液
１１ａ 液滴
１１ｂ 蒸気層
１２ 洗浄液供給管路
１７ ハロゲンランプ
２０ ワーク保持機構
２４ クランプ機構
２５ クランプ部材
３２ 異物
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に形成された狭隘部を洗浄対象部位に含む被洗浄ワークを洗浄液によって洗浄する洗浄方法であって、
少なくとも前記洗浄対象部位の被洗浄面の表面温度が前記洗浄液についてライデンフロスト現象が発生する温度に加熱された被洗浄ワークの前記洗浄対象部位に前記洗浄液を供給し、前記加熱された被洗浄面に前記洗浄液が接触して生じるライデンフロスト現象の作用により前記被洗浄面に付着した異物を除去する異物除去工程を含み、
前記異物除去工程は、前記被洗浄面に接触した洗浄液の一部が気化することにより被洗浄面に形成された蒸気層を介して前記洗浄液が前記被洗浄面に沿って液滴の状態で流動する状態を発生させる液滴流動状態形成工程と、前記被洗浄面に付着した前記異物を前記液滴によって捕集する異物捕集工程と、前記異物を捕集した液滴を前記洗浄液が気化した蒸気の流れによって移動させることにより前記洗浄対象部位から排除する液滴移動工程とを含むことを特徴とする洗浄方法。
【請求項２】
前記洗浄液として、炭化水素系またはフッ素系の洗浄液を用いることを特徴とする請求項１記載の洗浄方法。
【請求項３】
前記異物除去工程において、前記被洗浄ワークを加熱して少なくとも前記表面温度を前記ライデンフロスト現象が発生する温度に保持する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】
前記被洗浄ワークを水平面と所定の傾斜角をなす傾斜面内で移動させることにより前記洗浄対象部位を傾斜姿勢にし、
前記液滴移動工程において、前記蒸気の流れによる移動に加えて、重力によって前記液滴に作用する力により、前記液滴を前記洗浄対象部位から排除することを特徴とする請求項１乃至３記載の洗浄方法。
【請求項５】
前記狭隘部は前記被洗浄ワークの表面に開孔した止まり穴の内部であり、前記止まり穴の内部へ挿入可能な液供給ノズルによって前記被洗浄面へ洗浄液を供給することを特徴とする請求項１乃至４記載の洗浄方法。
【請求項６】
前記洗浄対象部位の洗浄に用いられて前記開孔から排出される洗浄液をこの開孔に近接して設けられた洗浄液吸引手段によって吸引して除去することを特徴とする請求項５記載の洗浄方法。
【請求項７】
内部に形成された狭隘部を洗浄対象部位に含む被洗浄ワークを洗浄液によって洗浄する洗浄装置であって、
少なくとも前記洗浄対象部位の被洗浄面の表面温度が前記洗浄液についてライデンフロスト現象が発生する温度に加熱された前記被洗浄ワークを保持する保持手段と、前記保持手段に保持された被洗浄ワークの洗浄対象部位に前記洗浄液を供給する洗浄液供給手段とを備え、
前記加熱された被洗浄面に前記洗浄液が接触して生じるライデンフロスト現象によって発生した液滴を前記被洗浄面に沿って流動させ、前記被洗浄面に付着した異物を前記液滴によって捕集して前記洗浄対象部位から除去することを特徴とする洗浄装置。
【請求項８】
前記保持手段に保持された被洗浄ワークを前記ライデンフロスト現象が発生する温度に保持する加熱手段を備えたことを特徴とする請求項７記載の洗浄装置。
【請求項９】
前記被洗浄ワークを水平面と所定の傾斜角をなす傾斜面内で移動させることにより前記洗浄対象部位を傾斜姿勢にするワーク移動手段を備え、
前記異物を捕集した液滴を前記洗浄対象部位から除去するに際し、重力によって前記液滴に作用する力により、前記液滴を前記洗浄対象部位から排除することを特徴とする請求項７または８記載の洗浄装置。
【請求項１０】
前記狭隘部は前記被洗浄ワークの表面に開孔した止まり穴の内部であり、この止まり穴の内部へ挿入されて前記被洗浄面へ洗浄液を供給する液供給ノズルを備えたことを特徴とする請求項７乃至９記載の洗浄装置。
【請求項１１】
前記被洗浄ワークの表面における前記止まり穴の開孔に近接して設けられ、前記洗浄対象部位の洗浄に用いられて前記開孔から排出される洗浄液を吸引して除去する洗浄液吸引手段を備えたことを特徴とする請求項１０記載の洗浄装置。
【請求項１】
内部に形成された狭隘部を洗浄対象部位に含む被洗浄ワークを洗浄液によって洗浄する洗浄方法であって、
少なくとも前記洗浄対象部位の被洗浄面の表面温度が前記洗浄液についてライデンフロスト現象が発生する温度に加熱された被洗浄ワークの前記洗浄対象部位に前記洗浄液を供給し、前記加熱された被洗浄面に前記洗浄液が接触して生じるライデンフロスト現象の作用により前記被洗浄面に付着した異物を除去する異物除去工程を含み、
前記異物除去工程は、前記被洗浄面に接触した洗浄液の一部が気化することにより被洗浄面に形成された蒸気層を介して前記洗浄液が前記被洗浄面に沿って液滴の状態で流動する状態を発生させる液滴流動状態形成工程と、前記被洗浄面に付着した前記異物を前記液滴によって捕集する異物捕集工程と、前記異物を捕集した液滴を前記洗浄液が気化した蒸気の流れによって移動させることにより前記洗浄対象部位から排除する液滴移動工程とを含むことを特徴とする洗浄方法。
【請求項２】
前記洗浄液として、炭化水素系またはフッ素系の洗浄液を用いることを特徴とする請求項１記載の洗浄方法。
【請求項３】
前記異物除去工程において、前記被洗浄ワークを加熱して少なくとも前記表面温度を前記ライデンフロスト現象が発生する温度に保持する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】
前記被洗浄ワークを水平面と所定の傾斜角をなす傾斜面内で移動させることにより前記洗浄対象部位を傾斜姿勢にし、
前記液滴移動工程において、前記蒸気の流れによる移動に加えて、重力によって前記液滴に作用する力により、前記液滴を前記洗浄対象部位から排除することを特徴とする請求項１乃至３記載の洗浄方法。
【請求項５】
前記狭隘部は前記被洗浄ワークの表面に開孔した止まり穴の内部であり、前記止まり穴の内部へ挿入可能な液供給ノズルによって前記被洗浄面へ洗浄液を供給することを特徴とする請求項１乃至４記載の洗浄方法。
【請求項６】
前記洗浄対象部位の洗浄に用いられて前記開孔から排出される洗浄液をこの開孔に近接して設けられた洗浄液吸引手段によって吸引して除去することを特徴とする請求項５記載の洗浄方法。
【請求項７】
内部に形成された狭隘部を洗浄対象部位に含む被洗浄ワークを洗浄液によって洗浄する洗浄装置であって、
少なくとも前記洗浄対象部位の被洗浄面の表面温度が前記洗浄液についてライデンフロスト現象が発生する温度に加熱された前記被洗浄ワークを保持する保持手段と、前記保持手段に保持された被洗浄ワークの洗浄対象部位に前記洗浄液を供給する洗浄液供給手段とを備え、
前記加熱された被洗浄面に前記洗浄液が接触して生じるライデンフロスト現象によって発生した液滴を前記被洗浄面に沿って流動させ、前記被洗浄面に付着した異物を前記液滴によって捕集して前記洗浄対象部位から除去することを特徴とする洗浄装置。
【請求項８】
前記保持手段に保持された被洗浄ワークを前記ライデンフロスト現象が発生する温度に保持する加熱手段を備えたことを特徴とする請求項７記載の洗浄装置。
【請求項９】
前記被洗浄ワークを水平面と所定の傾斜角をなす傾斜面内で移動させることにより前記洗浄対象部位を傾斜姿勢にするワーク移動手段を備え、
前記異物を捕集した液滴を前記洗浄対象部位から除去するに際し、重力によって前記液滴に作用する力により、前記液滴を前記洗浄対象部位から排除することを特徴とする請求項７または８記載の洗浄装置。
【請求項１０】
前記狭隘部は前記被洗浄ワークの表面に開孔した止まり穴の内部であり、この止まり穴の内部へ挿入されて前記被洗浄面へ洗浄液を供給する液供給ノズルを備えたことを特徴とする請求項７乃至９記載の洗浄装置。
【請求項１１】
前記被洗浄ワークの表面における前記止まり穴の開孔に近接して設けられ、前記洗浄対象部位の洗浄に用いられて前記開孔から排出される洗浄液を吸引して除去する洗浄液吸引手段を備えたことを特徴とする請求項１０記載の洗浄装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００９−１７２５０８（Ｐ２００９−１７２５０８Ａ）
【公開日】平成２１年８月６日（２００９．８．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１３１４０（Ｐ２００８−１３１４０）
【出願日】平成２０年１月２３日（２００８．１．２３）
【出願人】（０００１７９３２８）リックス株式会社 (33)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月６日（２００９．８．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１月２３日（２００８．１．２３）
【出願人】（０００１７９３２８）リックス株式会社 (33)
【Ｆターム（参考）】
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