JP2007069052A - 超音波洗浄装置、超音波洗浄方法及び洗浄された製品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】効果的にワーク表面を洗浄することができる超音波洗浄装置を提供する。
【解決手段】超音波洗浄装置を、ワーク１００を保持する保持手段と、洗浄液が供給され、供給された洗浄液に対して超音波が発振可能な超音波洗浄槽２０とを備え、保持されたワーク１００の洗浄すべき被洗浄部分１０２における洗浄液Ｗへの浸漬部分１０４を変化させるようにワーク１００を動かすように構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、超音波洗浄に関し、詳しくは、超音波洗浄装置、超音波洗浄方法及び洗浄された製品の製造方法に関する。

ガラス壜などのガラス容器は、その製造工程において表面に油カスやカーボン等の微小な異物が付着又は結合することがある。こうした異物は、それ自体容器においてもまた内部に充填される充填物自体の品質に影響を及ぼすことはないが、ガラス容器表面に付与されるコーティング膜の密着性や平滑性を妨げることがあった。また、こうした微小片は、容器に製品を充填した後の異物検査において誤認を生じるおそれもあった。

従来、ガラス容器などの表面を洗浄するには、コンベア上のガラス壜を自転する一対のブラシ体間を通過させることによりブラシ洗浄する方法が一般的に知られている。また、網篭にガラス容器を並べて収容した上で、超音波水槽に浸漬して超音波洗浄することも知られている（特許文献１）
特開平６−３２８０５０号公報

しかしながら、こうした異物の表面への固着程度は様々であり、従来の洗浄手法では、表面の洗浄はともかく異物を高率で除去するのは困難であった。また、網カゴにワークを並べて収容して超音波洗浄槽に浸漬して洗浄する方法によれば、ワーク同士の接触やカゴとの接触によりワーク表面に傷が発生したり、ワーク内部に水槽内溶液が侵入してしまうことがあった。

そこで、本発明は、効果的にワーク表面を洗浄し又は異物を除去することができる超音波洗浄装置、超音波洗浄方法を提供することを一つの目的とする。また、本発明は、ワーク表面を傷付けることなくワーク表面を洗浄し又は異物を除去できる超音波洗浄装置、超音波洗浄方法を提供することを他の一つの目的とする。さらに、本発明は、ワーク内部への洗浄液の侵入を効果的に回避可能な超音波洗浄装置及び超音波洗浄方法を提供することを他の一つの目的とする。さらにまた、本発明は、清浄化された製品の製造方法を提供することを他の一つの目的とする。

本発明者らは、超音波を用いてワーク表面を洗浄するのにあたり、超音波洗浄槽におけるワークの保持形態、すなわち、洗浄液に対するワークの姿勢や動き方を工夫することで効果的な超音波洗浄が可能であることを見出し、上記した課題の少なくとも一つを解決できることを見出し、本発明を完成した。すなわち、本発明によれば以下の手段が提供される。

本発明の一つの形態によれば、超音波洗浄装置であって、ワークを保持する保持手段と、洗浄液が供給され、供給された洗浄液に対して超音波を発振可能な超音波洗浄槽と、保持されたワークの洗浄すべき被洗浄部分における前記洗浄液への浸漬部分を変化させるように前記ワークを動かすワーク駆動手段と、を備える、装置が提供される。

この形態においては、前記ワーク駆動手段は、ワークの浸漬部分を拡大及び／又は縮小するようにワークを動かす手段又はワークの浸漬部分の面積を変化させることなくワークを動かす手段とすることができる。また、前記ワーク駆動手段は、前記ワークの被洗浄部分の少なくとも一部において前記洗浄液の液面下に浸漬する工程と前記洗浄液の液面上において露出させる工程が繰り返し実行されるように前記ワークを動かす手段とすることもできる。

この形態においては、前記ワーク駆動手段は、前記ワークを回転運動、揺動運動又は上下運動させる手段とすることもできる。この態様において、前記ワーク駆動手段は、前記ワークを前記洗浄液の液面に対して斜めに保持して前記ワーク内部の回転軸周りに回転させる手段とすることができる。

この形態においては、前記ワーク駆動手段は、前記超音波洗浄槽内を搬送されるワークを動かす手段とすることができる。

この形態においては、前記ワーク駆動手段は、前記ワークを保持するワーク保持手段を駆動して前記ワークを動かす手段とすることができる。この態様においては、前記ワーク駆動手段は、前記ワーク保持手段に備えたギアと係合して前記ワーク保持手段を回転させつつ前記超音波洗浄液槽内を移送可能な連続体とすることができる。

この形態においては、前記ワーク保持手段は、複数のワークをそれぞれ保持するように複数個備えられるようにしてもよい。この態様においては、前記ワーク保持手段は、ワークの製造工程から搬送されるワークを個別に順次保持するように備えられてもよい。

この形態においては、さらに、前記ワークを保持したワーク保持手段を前記超音波洗浄槽に搬送するとともに前記超音波洗浄槽から搬出するワーク保持手段の搬送手段を備えることができる。この態様においては、前記ワーク保持手段の搬送手段は、前記ワーク保持手段の一部を支持するレール体とすることができる。

この形態においては、前記ワークを保持しない前記ワーク保持手段を検出する検出手段と、該ワーク保持手段を前記ワーク駆動手段によって駆動されないように支持するガイドと、を備えることができる。また、さらに、超音波洗浄槽の後段に前記ワークのブラッシング手段を備えることができる。また、さらに、前記ブラッシング手段の後段に前記ワークの乾燥手段を備えることができる。

この形態においては、前記ワークはボトルであって、前記ワーク保持手段は、前記ボトルの開口を塞ぐようにして保持する手段とすることができる。また、前記ワークはガラス製とすることができる。

本発明の他の一つの形態によれば、ガラス製品の製造装置であって、上記いずれかの超音波製造装置を備える製造装置が提供される。

本発明の他の一つの形態によれば、超音波洗浄方法であって、ワークの洗浄すべき被洗浄部分のうち、超音波洗浄槽における洗浄液への浸漬部分を変化させつつ超音波洗浄する洗浄工程を備える、洗浄方法が提供される。

この形態においては、前記洗浄工程は、前記ワークを回転運動、揺動運動又は上下運動させる工程とすることができる。また、前記洗浄工程は、前記ワークを前記超音波洗浄槽内を一定方向に搬送しながら超音波洗浄する工程とすることもできる。さらに、複数個のワークを個別かつ連続的に前記洗浄工程に供給し、前記洗浄工程から個別かつ連続的にワークを搬出することとしてもよい。

本発明の他の一つの形態によれば、表面が清浄化された製品の製造方法であって、製品表面の、超音波洗浄槽における洗浄液への浸漬部分を変化させつつ超音波洗浄して前記表面を洗浄する洗浄工程を備える、製造方法が提供される。

この形態においては、前記洗浄工程の後段には、表面が洗浄された製品の表面を加工する表面加工工程を備えることができる。また、この形態においては、前記製品をガラス製品とすることができる。

本発明の超音波洗浄方法は、ワークの洗浄すべき被洗浄部分のうち、超音波洗浄槽における洗浄液への浸漬部分を変化させつつ超音波洗浄する洗浄工程を備える、ことを特徴としている。また、本発明の超音波洗浄装置は、ワークを保持する保持手段と、洗浄液が供給され、供給された洗浄液に対して超音波が発振可能な超音波洗浄槽と、保持されたワークの洗浄すべき被洗浄部分における前記洗浄液への浸漬領域を変化させるように前記ワークを動かすワーク駆動手段と、を備えることを特徴としている。

この洗浄方法及び洗浄装置によれば、保持されたワークは、その被洗浄部分における前記洗浄液への浸漬部分を変化させられつつ洗浄される。図１に本発明の洗浄方法における洗浄作用を示す。図１では、ワーク１００は洗浄液Ｗに対して斜めに支持され浸漬されるとともに、ワーク１００の長軸に沿って回転することによって洗浄液Ｗへの浸漬部分１０４を変化させている。図１に示すように、ワーク１００の被洗浄部分１０２のうち洗浄液Ｗに浸漬された浸漬部分１０４は洗浄液中における微小気泡が破裂する衝撃波の効果（キャビテーション効果）等により洗浄される。一方、浸漬部分１０４が変化して該浸漬部分１０４が洗浄液Ｗの液面上に出るとき、ワーク１００近傍の微小気泡が破裂しやすくなり、これにより促進されたキャビテーション効果によりワーク１００の表面が洗浄される。すなわち、図１の状態においては、ワーク１００の洗浄液Ｗの液面近傍の部分１０６が浸漬部分１０４が洗浄液Ｗの液面上に露出された部分に相当しており、この部分１０６では、促進されたキャビテーションによって洗浄されることになる。なお、ワーク１００の浸漬部分１０４が洗浄液Ｗの液面上に露出されるとき、微小気泡の破裂により結果として洗浄液の霧化現象が生じている。このように、洗浄液Ｗへの浸漬部分１０４を変化させることで、ワーク１００の被洗浄部分１０２は、洗浄液Ｗ中でのキャビテーション効果等による洗浄作用と洗浄液Ｗの液面上に露出されるときのキャビテーション効果による洗浄作用との２種類の洗浄作用により洗浄されることになる。この結果、ワーク１００の被洗浄部分１０２は効果的に洗浄されることになる。

以下、本発明の超音波洗浄方法、超音波洗浄装置、製品の製造方法等について図１〜図１０を適宜参照しながら順次説明する。

（超音波洗浄方法）
（ワーク）
本発明におけるワーク１００は、特に限定しないで、洗浄を必要とする全てのワーク１００を包含する。なかでも、ガラス、プラスチック、セラミックスなど、半導体、液晶、あるいは容器などの内外表面の異物や清浄度が最終製品の品質に大きく影響する可能性のある製品に適用することが好ましい。ワーク１００としては、食品等の包装容器に用いられるガラス又はプラスチック製容器が挙げられる。特に、ガラス製造工程で製造直後のボトル状容器等のガラス製品は、表面異物の固着強度が強い傾向にあるため本発明を適用するのが好ましい。また、プリント基板、電子部品用の光学部品、接点等の電子部品製造工程における部品及び中間製品、ガラス基板、液晶セル、マスク、キャリアカセット、配向膜などの液晶製造工程における部品及び中間製品、水晶振動子などの精密加工品製造工程における部品及び中間製品、ブレーキ部品などの自動車製造工程における部品又は中間製品などが挙げられる。

（被洗浄部分）
ワーク１００の洗浄すべき部分である被洗浄部分１０２は、ワーク１００の種類により異なるが、通常はその表面、すなわち、外表面である。また、内表面を有するような容器状ワーク１００の場合には、その内表面を被洗浄部分１０２としてもよい。なお、被洗浄部分１０２は、ワーク１００の外表面や内表面の一部であってもよいし、全体であってもよい。ワークの種類や用途に応じて被洗浄部分１０２は異なる。

（超音波洗浄槽）
ワーク１００の洗浄には、超音波洗浄槽２０を用いる。図２には、超音波洗浄槽の一例を示す。超音波洗浄槽２０は、洗浄液が供給される洗浄槽２２と、超音波電力を発生する発振器２４と、超音波振動を発生する振動子２６とを備えている。洗浄槽２２は、通常は、大きく開口した容器など特に限定しないで従来公知の洗浄槽を用いることができる。洗浄槽２２は、通常、除去した異物を洗浄液から速やかに除去するためにオーバーフロー式となっており、常時洗浄液を洗浄槽に供給するポンプ手段を備える洗浄液供給ユニットや、洗浄液の液温を調整するための温度制御ユニットを備えることができる。

発振器２４は、特に限定しないでこうした超音波洗浄に用いられる各種形式のものを用いることができる。また、振動子２６についても同様に各種形式のものを用いることができる。例えば、洗浄槽２２内に投込んで使用する投込型、洗浄槽２２の底に取り付けて使用する振動板型、洗浄槽２２に一体化された洗浄槽型を用いることができる。

超音波洗浄槽２０における超音波発生方式としては、洗浄目的等に応じ適宜選択すればよい。例えば、連続発振方式、拡幅変調方式、周波数変調方式、同時多周波方式、交互多周波方式、ホーン洗浄方式などから選択される。なお、発振器２４への電力は別途備えるコントローラーによって制御するようになっている。

超音波洗浄槽２０は、１個であっても複数個を直列状又は並列状に備えていてもよい。直列状に超音波洗浄槽２０を備える場合には、洗浄強度の強い洗浄液Ｗが供給される洗浄槽２２から徐々に洗浄強度を弱めた洗浄液Ｗを供給した洗浄槽２２を配列させることができる。

（洗浄液）
本発明において用いる洗浄液Ｗは、特に限定しない。水系、準水系、非水系などの各種の洗浄剤を使用することができる。水系洗浄液は、酸やアルカリ、有機溶剤、界面活性剤を水以外に含むことができる。また、準水系洗浄液は、水と有機溶剤とを含有し、その他、酸やアルカリ、界面活性剤を用いることができる。さらに、非水系洗浄液は、炭化水素系溶剤、アルコール系溶剤、フッ素系溶剤、塩素系溶剤などの有機溶剤からなる。本発明においては、環境や処理コストの観点から水系洗浄液又は準水系洗浄液を用いることが好ましく、より好ましくは水系洗浄液であり、なかでも、水のみとすることが環境面において好ましい。

（洗浄工程）
本発明においては、ワーク１００の被洗浄部分１０２のうち洗浄液Ｗへの浸漬部分１０４を変化させつつ超音波洗浄する。浸漬部分１０４を変化させるには、例えば、ワーク１００の浸漬部分１０４を拡大及び／又は縮小するようにワーク１００を動かすことができる。具体的には、ワーク１００を洗浄液Ｗに対して揺動運動、上下運動又は回転運動させればよい。図３に示すように、液面Ｗ１に対してワーク１００を垂直に支持して上下運動させることで、ワーク１００の浸漬部分１０４を拡大又は縮小できる。なお、浸漬部分１０４の拡大や縮小には、浸漬部分１０４の変化は当然に伴われる。また、図４に示すように、ワーク１００を洗浄液Ｗの液面Ｗ１に対して揺動運動させることで、ワーク１００における浸漬部分１０４の面積を拡大・縮小させることができる。さらに、図５に示すように、ワーク１００を液面Ｗ１に対して回転運動させることで、ワーク１００における浸漬部分１０４の面積を拡大・縮小させることができる。

また、浸漬部分１０４の面積を変化させることなくワーク１００の異なる部分を浸漬するようにワーク１００を動かすことで、ワーク１００の浸漬部分１０４を変化させることができる。具体的には、ワーク１００に内部の回転軸周りに回転運動させればよい。具体的には、図６に示すように、液面Ｗ１に対してワーク１００の被洗浄部分１０２の一部が浸漬されるように液面Ｗ１に対して斜め又は平行に支持した状態で、ワーク１００を回転させることで、浸漬部分１０４の面積を一定としながら異なる部分を浸漬部分１０４とすることができる。特に、液面Ｗ１に対して斜めにワーク１００を支持した状態でこうした回転運動をさせることでワーク１００がボトル状容器の場合に開口周辺を洗浄液Ｗに浸漬させることなく外周面を洗浄できる。

なお、こうした２種類の動きを組み合わせてワーク１００を動かしてもよい。

こうした浸漬部分１０４の変化は、換言すれば、ワーク１００の被洗浄部分１０２の少なくとも一部において洗浄液Ｗの液面Ｗ１下に浸漬する工程と洗浄液Ｗの液面Ｗ１上において露出させる工程が繰り返し実行されるようなワーク１００の動きによってもたらされるということもできる。すなわち、ワーク１００の被洗浄部分１０２において液面Ｗ１を通過させることで本発明の２種類の洗浄作用が効果的に作用する。

なお、ワーク１００は、これらの各種運動を適宜組み合わせた運動をさせることができる。また、連続した洗浄工程を実施するには、後述するように、超音波洗浄槽２０内をワーク１００を搬送させつつこうした運動をさせることが好ましい。

こうした超音波洗浄において、ワーク１００の被洗浄部分１０２の浸漬部分１０４を変化させるには、ワーク１００を液面Ｗ１に対して動かすことが有効であるが、有効な洗浄作用を得る観点及びワーク１００の表面の傷を防止するには、個々のワーク１００を他のワークや保持手段と接触しないように保持した状態で動かすことが好ましい。好ましくは、ワーク１００は個別に保持されている。

また、複数のワーク１００を処理するには、超音波洗浄槽２０内をワーク１００を一定方向に搬送させるようにすることが好ましい。こうすることで必要な洗浄時間を確保しつつ連続処理が可能となる。

また、複数個のワーク１００を個別かつ連続的に洗浄工程に供給し、前記洗浄工程から個別かつ連続的にワーク１００を搬出するようにすることが好ましい。このようにワーク１００を搬送することで、効率的にワーク１００を洗浄できる。また、連続的にワークが供給されるワーク製造工程に容易に対応できる。

なお、洗浄工程の後段には、ブラッシング工程を備えることができる。こうした接触形式の洗浄工程を実施できる場合には、ブラッシング工程を備えることで、洗浄工程で再付着した異物や完全には取りきれなかった異物を除去することができる。

また、洗浄工程又はブラッシング工程の後段には、リンス工程や乾燥工程を備えることができる。乾燥工程は送風による水切り工程のほか、熱による乾燥工程又は予熱工程を包含している。こうした各種工程は必要に応じて追加することができる。

以上の実施形態によれば、表面が清浄化された製品の製造方法であって、製品表面の超音波洗浄槽における洗浄液への浸漬部分を変化させつつ超音波洗浄して前記表面を洗浄する洗浄工程を備える、製造方法も本発明の実施形態として容易に実施可能である。こうした製造方法においては、前記洗浄工程の後段には、表面が洗浄された製品の表面を加工する表面加工工程を備えることができる。ここで、表面加工工程とは、例えば、コーティング層の形成工程とすることもできるし、印刷工程であってもよい。また、こうした製造方法は、特にガラス製品に好ましく適用できる。ガラス製品には一般的な汚れのほかに固着強度の様々な異物が付着しているため、上記した洗浄工程によればこれらの異物も効果的に除去されるからである。

（超音波洗浄装置）
以下、上記した超音波洗浄方法を実施するのに好ましい装置について、図７に示す本発明の超音波洗浄装置２の一実施形態を参照しながら説明する。本実施形態の超音波洗浄装置２は、ガラス製のボトル状容器をワーク１００とし、その外表面を洗浄する装置である。超音波洗浄装置２は、洗浄液が供給され、供給された洗浄液に対して超音波が発振可能な超音波洗浄槽２０と、ワークを保持するワーク保持体３０と、保持されたワーク１００の洗浄すべき被洗浄部分１０２における洗浄液Ｗへの浸漬部分１０４を変化させるようにワーク１００を動かすワーク駆動装置６０と、を備えている。また、超音波洗浄装置２は、全体として、ワーク１００を超音波洗浄装置２にロードするローディングゾーンＡと、超音波洗浄槽２０によって超音波洗浄を行う超音波洗浄ゾーンＢと、ブラッシングゾーンＣと、水切りゾーンＤと、乾燥ゾーンＥと、アンローディングゾーンＦとを備えている。

超音波洗浄装置２は、複数個のワーク保持体３０を搬送する搬送手段としてレール体４０を備えている。レール体４０は閉じた環状構造を有している。閉じた環状構造とすることで、ワーク保持体３０を超音波洗浄専用として繰り返し使用できる。超音波洗浄装置２には、こうしたレール体４０に沿って、上記各種のゾーンＡ〜Ｆが備えられており、ワーク保持体３０は、超音波洗浄槽２０に搬送されるとともに、超音波洗浄槽２０から搬出され、その後、ブラッシングゾーン、水切りゾーン及び乾燥ゾーンにわたってワーク１００を保持しつつ搬送することができるようになっている。すなわち、ワーク保持体３０は、ローディングゾーンＡでワーク１００を保持し、超音波洗浄ゾーンＢにてワーク１００を超音波洗浄槽２０に浸漬させて洗浄し、ブラッシングゾーンＣにてワーク１００の表面をブラシ洗浄し、水切りゾーンＤにてワーク１００の表面の水滴をブローにより水切りし、乾燥ゾーンＥにて熱風にて乾燥し、最後にアンローディングゾーンＦにてワーク１００の保持状態を解除する。

また、レール体４０は各種のゾーンＡ〜Ｆにおいて必要な高さにワーク１００を保持可能に高低を伴って構成されている。例えば、超音波洗浄ゾーンＢにおいては、液面Ｗ１に対応した高さになるよう、レール体４０が低い位置に形成されワーク保持体３０が低い位置を搬送可能に構成されている。さらに、レール体４０に付随して、ワーク保持体３０において各種のゾーンＡ〜Ｆで必要な姿勢を形成し保持することができるように、ワーク保持体３０を規制するガイドを備えている。例えば、ローディングゾーンＡでは、ワーク保持体３０の下端にあるワーク保持構造部分が下方からのワーク１００の開口の接近及び嵌合に対してしっかりとその姿勢を維持できるように、ワーク保持体３０の両側に沿って２本のガイドを備えている。また、超音波洗浄ゾーンＢでは、洗浄液Ｗの液面Ｗ１に対して斜めの姿勢を維持するためのガイドを備えている。また、超音波洗浄ゾーンＢ及びブラッシングゾーンＣ等では、ワーク１００を保持しないワーク保持体３０の超音波洗浄ゾーンＢ及びブラッシングゾーンＣ等の通過を回避するための回避ガイドを備えている。

ワーク保持体３０は、レール体４０に揺動及び回転可能な状態であるとともにスライド移動可能に一列に配列されて懸架支持されている。ワーク保持手段３０は、ワーク１００の表面へのキズの抑制、ワーク１００の運動、洗浄効率等を考慮してワーク１００を個別に保持するものとなっている。したがって、超音波洗浄装置２に供給される複数個のワーク１００に対して個別にワーク保持手段３０を備えている。なお、ワーク１００の接触や洗浄が妨げられない限り一つのワーク保持体３０が複数個のワーク１００を一括して保持する構成としてもよい。

ワーク保持体３０は、図８に示すように、一端をレール体４０に係合可能な部材を備えるとともに他端側にワーク１００の開口内に挿入され開口を遮断するような密閉部材３２と該密閉部材によって密閉された開口近傍を外部から把持するチャック部材３４とを有している。こうした構成とすることで、ワーク１００の開口からの洗浄液等の侵入を防いで外表面のみを洗浄することができる。なお、密閉部材３２は、シリコーン樹脂などの樹脂を用いることができる。また、ワーク保持体３０は、超音波洗浄ゾーンＢにおいてワーク保持体の駆動装置６０によって駆動可能にチャック部材３４の上方にギア３６を備えている。

ワーク保持体３０のレール体４０への装着状態の一例を図８に併せて示す。図８においては、ワーク保持体３０を揺動及び回転可能に取り付けたブロックチェーン３７の裏面側のローラー３８がレール体４０上をスライド移動するようになっている。なお、ワーク保持体３０は、ブロックチェーン３７に固定されたブラケット３９に対して揺動可能となるように支持されている。

なお、ワーク保持手段３０の形態は、ワーク１００の形態に応じて選択される。ワーク保持手段３０は、ワーク１００の被洗浄部分１０２にできるだけ接触しないでワーク１００を保持するものであることが好ましい。例えば、板状体のワーク１００に対してはワーク１００の両面を挟持するかあるいはその片面を吸着するような保持部材とすることができる。また、棒状、筒状、ボトル状等の長尺体のワーク１００に対しては、ワーク１００の一端をチャック部材、吸引部材及び挟持部材により保持するような保持体としてもよい。

ローディングゾーンＡには、個々のワーク１００を個別にかつ順次ワーク保持体３０で保持させるためのローディング装置５０を備えている。超音波洗浄装置２による洗浄工程の前段であるワーク１００の製造工程から搬送されてくるワーク１００を個別にかつ順次保持することで、効率的に洗浄し、ワーク１００を効率的に生産できることになる。

ローディング装置５０は、ワーク１００をそれぞれ載置する複数個の載置台５２を一定軌跡でかつ高さ位置を変えながら回転させるローダー５４と、コンベア上のワーク１００を載置台５２へと移載する移載装置５６とを備えている。ローディング装置５０においては、例えば、ローダー５４における載置台５２は、その軌跡の最低位置においてワーク１００を搬送するコンベアと同一高さ位置となっており、所定位置においてコンベア上のワーク１００が移載装置５６により押出されて載置台５２に移載されるようになっている。その後、載置台５２は徐々に上昇しながら一定高さに懸架されるワーク保持体３０に近づいて、ほぼ最高位置でワーク保持体３０の密閉部材３２に対してワーク１００の開口を押し当ててワーク１００をワーク保持体３０に保持させるようになっている。なお、ワーク保持体３０は、ワーク１００の当接を検知すると、そのチャック部材３４でワーク１００の開口近傍を把持するように制御されている。その後、載置台５２は徐々に低下し、再びワーク１００の移載位置に戻り、新たなワーク１００を載置する。このように、複数個の載置台５２は、次々にコンベアに載って搬送されてくるワーク１００を順次載せて、そしてワーク保持体３０で保持させるように駆動される。なお、ローダー５４における載置台５２の移動軌跡における高低は、ワーク１００の高さによって適宜調整される。例えば、ワーク１００の高さが高い場合には、載置台５２は、必ずしも上記のように最低位置でワーク１００が移載され最高位置でワーク１００をワーク保持体３０に保持させるものとはならず、逆の場合もありうる。

なお、こうしたローダー５４における載置台５２の高低変化のある軌跡は、所定の高低変化のあるレール体を軌跡に沿って設けるとともに、載置台５２を支持する支持軸にこのレール体への係合部位を設けておき、係合部位以下が係合高さに応じて伸縮するように設けておくことで容易に形成できる。また、移載装置５６は、コンベア上のワーク１００の底部近傍を支持して載置台５２へと押し出す押出し部材を備えることができる。なお、ローディングゾーンＡにおいてワーク保持体３０へのワーク１００の保持を確実に行うためには、移載装置５６に到達する前に、コンベア上のワーク１００の間隔（ピッチ）を一定に調整して整列させる整列装置を備えることができる。

超音波洗浄ゾーンＢには、超音波洗浄槽２０とワーク駆動装置６０とを備えている。超音波洗浄槽２０については、既に説明したとおりであるが、本実施形態では、洗浄槽２２の底に取り付けて使用する振動板型の振動子２６を用い、超音波発生方式としては、連続発振方式を採用している。また、本実施形態では、２槽の超音波洗浄槽２０を直列に並べて備えている。こうすることで、超音波洗浄槽２０内をワーク１００を搬送させて洗浄する場合であっても、超音波洗浄ゾーンＢでの速度を大きく低下させることなく必要な洗浄時間を確保することができる。

ワーク駆動装置６０は、保持されたワーク１００の被洗浄部分１０２における洗浄液Ｗへの浸漬部分１０４を変化させるようにワーク１００を動かす装置である。ワーク１００の浸漬部分１０４を変化させるようにワーク１００を動かす各種態様は、既に超音波洗浄方法において説明したとおりである。本実施形態では、ワーク保持体３０を所定の動きをなすように駆動することで、ワーク１００を駆動している。

本実施形態のワーク駆動装置６０は、図９に示すように、ワーク保持手段３０の一部に設けたギア３６と係合する無端チェーン６２を超音波洗浄槽２０に沿って設け、この無端チェーンにワーク保持手段３０を係合させた状態で搬送させることでワーク保持手段３０を搬送に伴って回転させるようになっている。これにより、ワーク１００を洗浄液Ｗの液面Ｗ１に対して斜めに保持してワーク１００の中心線を回転軸として回転させるようになっている。

なお、超音波洗浄ゾーンＢの手前には、超音波洗浄ゾーンＢに搬送されてくるワーク保持体３０がワークを保持しているか否かを検出するワーク検出装置６４を備えている。ワーク検出装置６４は、光電センサー等で構成されており、ワーク保持体３０に保持されるワーク１００が存在するべき部位に光を投光し反射する光を検出することでワーク１００の有無を検出するようになっている。ワーク１００を保持していないとされたワーク保持体３０は、超音波洗浄ゾーンＢに到達する前に図示しない跳ね上げ装置によって跳ね上げられて回避ガイドに支持されるようになっている。回避ガイドは、超音波洗浄槽２０の洗浄液が付着しない程度の高さにワーク保持体３０を保持して超音波洗浄ゾーンＢを通過させるように構成されている。なお、こうしたセンサーとしては、赤外線センサー、マイクロ波センサー、超音波センサー等を使用することができる。

ブラッシングゾーンＣには、超音波洗浄槽２０から引き上げられたワーク１００の外表面をブラッシングするブラッシング装置７０を備えている。図１０に示すように、ブラッシング装置７０は、ロールブラシ体７２を２列に配列したブラシ列と、注水ノズル７４を備えている。各ロールブラシ体７２は、ワーク１００の搬送方向に沿った回転軸を有して横架されている。また、注水ノズル７４は、このブラシ体７２を通過してワーク１００に到達するよう指向して備えられている。懸架支持されたワーク１００がこのロールブラシ体７２間を通過するとき、各ロールブラシ体７２を回転させながら、ワーク１００に注水することでワーク１００の外表面をブラッシングするようになっている。

さらに、ブラシ体７２と注水ノズル７４との上方には、各ブラシ体７２の上方から二つのロールブラシ体７２の間の中央部分をそれぞれ指向して斜め下方に延出された遮蔽部材７６を備えている。遮蔽部材７６は、ロールブラシ体７２とワーク１００の開口近傍との間を遮蔽してブラシ体７２による洗浄によって飛散する水滴がワーク１００の開口近傍やワーク保持体３０のチャック部材３４に付着するのを防止するものである。遮蔽部材７６は、ロールブラシ体７２の長さのおおよそ全体にわたって形成されている。

さらに、ブラッシングゾーンＣには、超音波ゾーンＢの手前においてワーク検出装置６４によりワーク１００を保持していないことが検出されたワーク保持体３０が支持される回避ガイドがそのまま連続して形成されており、空の状態のワーク保持体３０は、超音波洗浄ゾーンＢから引き続いて回避ガイドによってブラッシングゾーンＣへの侵入が回避されるようになっている。なお、回避ガイドは、その後、空の状態のワーク保持体３０を水切りゾーンＤ及び乾燥ゾーンＥへの侵入を回避するように設けられ、乾燥ゾーンＥを超えるまで連続形成されている。このため、空の状態のワーク保持体３０は、アンローディングゾーンＦにおいて他のワーク保持体３０と同列になって搬送されることになる。

水切りゾーンＤには、ワーク１００の表面に付着した水を乾かすブロアー８０を備えている。ブロアー８０は、フードに複数本のブローノズルを備えており、このブローノズルから風速５０ｍ／ｓ以上１００ｍ／ｓ以下程度の送風を行ってワーク１００の表面を速やかに乾燥することができるようになっている。

乾燥ゾーンＥには、内部にヒーターを備えるフード８２を備えている。乾燥ゾーンＥは、ワーク１００の乾燥のほか、ワーク１００が後段にてコーティングや印刷を施すのに必要な予熱ゾーンとしても利用できる。

アンローディングゾーンＦには、個々のワーク１００を個別にかつ順次ワーク保持体３０から分離するためのアンローディング装置９０を備えている。こうすることで、個々のワーク１００を順次、後段の装置、例えば、コーティング装置や包装装置へ効率的に搬送することができる。

アンローディング装置９０は、基本的にはローディング装置５０と対応した構成を備えている。すなわち、ワーク１００をそれぞれ載置する複数個の載置台９２が並んで一定軌跡でかつ高さ位置を変えながら回転させるアンローダー９４と、ワーク保持体３０から外れたワーク１００を載置台９２からコンベアへと移載する移載装置９６とを備えている。アンローディング装置９０では、例えば、アンローダー９４の載置台９２は、その軌跡の最高位置においてワーク保持体３０から分離されたワーク１００を載置し、徐々に低くなってワーク１００を搬送するコンベアと同一高さ位置となった所定位置において移載装置９６により移動方向が規制されてコンベア上に移載されるようになっている。本実施形態では、移載装置９６は、固定された方向規制バーであって、載置台９２上のワーク１００はアンローダー９４の回転に伴ってコンベア近くに来るとこの方向規制バーに当接し方向規制されたコンベア上に押し出される。なお、ローダーと同様、アンローダー９４における載置台９２の移動軌跡における高低は、ワーク１００の高さによって適宜調整される。例えば、ワーク１００の高さが高い場合には、載置台９２は、必ずしも上記のように最高位置でワーク１００を載置して徐々に低くなってコンベアに移載するものとはならず、逆の場合もありうる。

次に、超音波洗浄装置２によるワーク１００の洗浄操作について説明する。まず、ワーク１００がコンベア上に載置されてローディングゾーンＡに搬送されて来て所定位置まで到達すると、ワーク１００は順次移載装置５６に押出し部材によってワーク１００の底部近傍をローダー５４で回転する載置台５２へと押し出されて載置台５２上に載置される。載置台５２は徐々に上昇しレール体４０にて懸架支持されるワーク保持体３０の密閉部材３２にワーク１００の開口を押し当てると、チャック部材３４がワーク１００の開口近傍を外側から把持し、ワーク１００をしっかりと保持する。

レール体４０に懸架されたワーク保持体３０が超音波洗浄ゾーンＢの手前に来ると、ワーク検出装置６４が順次ワークの有無をチェックし、ワーク１００を保持していない場合には、跳ね上げ装置を作動させてそのワーク保持体３０を跳ね上げて回避ガイドに支持させて、超音波洗浄槽２０の上方を通過させる。一方、ワーク保持体３０がワーク１００を保持している場合には、そのまま超音波洗浄ゾーンＢへ搬送する。

超音波洗浄ゾーンＢでは、レール体４０が軌跡を決定するとともにレール体４０に付随するガイドが、ワーク１００が斜めに洗浄液Ｗに浸漬されるとともにそのほぼ半面が液面Ｗ１下となるようにワーク保持体３０の姿勢を制御する。また、こうした姿勢制御と同時に、ワーク保持体３０に設けたギア３６がチェーン６２に係合し、これによりワーク保持体３０の搬送に伴ってギア３６が回転し、結果としてワーク保持体３０及びこれに保持されるワーク１００が自身の中心軸に沿って回転することになる。なお、ワーク１００の洗浄液Ｗへの浸漬姿勢は、ワーク１００が回転することで、ワーク１００の被洗浄部分１０２のおおよそ全体が洗浄液Ｗに接触することになるように設定される。

このように、ワーク１００が駆動され搬送されることで、ワーク１００の外表面の被洗浄部分１０２は、洗浄液Ｗに浸漬されているときには、洗浄液Ｗ中におけるキャビティテーション効果等による洗浄作用が作用し、液面Ｗ１から液面Ｗ１の近傍の範囲にあるときには、ワーク１００の表面近傍において促進されたキャビテーション効果による洗浄作用が作用することとなり、被洗浄部分１０２のほぼ全てがこうした２種類の洗浄作用によって洗浄されることになる。このため、被洗浄部分１０２が均一に洗浄されるとともに、異なる洗浄作用によって効果的に表面を洗浄することができる。さらに、液面Ｗ１下への浸漬と液面Ｗ１上への露出が繰り返されることにより、ワーク１００の表面への異物の再付着も抑制される。

なお、本実施形態においては、２槽の超音波洗浄槽２０をレール体４０に沿って直列状に並べている。このため、レール体４０に付随するガイドによって、一つ目の超音波洗浄槽２０と二つ目の超音波洗浄槽２０との間においては、ワーク保持体３０は、上方に引き上げて支持するようになっている。

ブラッシングゾーンＣでは、レール体４０は、ワーク保持体３０に保持されたワーク１００がブラッシング装置７０の２つのロールブラシ体７２を通過するように搬送する。回転するロールブラシ体７２と注水ノズル７４から噴出される水によってワーク１００の表面を洗浄する。ロールブラシ体７２の回転と注水とによってワーク１００の表面が効果的に洗浄される。ブラッシングゾーンにおいて、超音波洗浄槽２０中でワーク１００の表面に再付着した異物を除去することができる。

また、ブラッシングゾーンＣでのブラシ洗浄時には、多くの水滴が飛散するが、ワーク１００の開口近傍をロールブラシ体７２等から遮蔽する遮蔽部材７６を備えているために、こうした水滴によってワーク１００の開口近傍が汚染されたりワーク保持体３０のチャック部材３４が汚染されたりすることが回避されている。

なお、ブラッシングゾーンＣにおいても、ワーク１００を保持していないワーク保持体３０は回避ガイドに支持されたままブラッシング装置７０の上方を搬送される。

水切りゾーンＤでは、ブラッシングされたワーク１００の表面に付着した水滴をブロアー８０からの送風によって取り除くことができ、さらに、乾燥ゾーンＥでは、表面を乾燥し必要に応じて適当な温度にまで予熱して後段における表面加工に備えることができる。

こうして外表面が洗浄されて異物が除去されたワーク１００をアンローディングゾーンＦで、アンローディング装置９０の載置台９２へと降ろし、ローダー９４の回転によってコンベアまで移送し移載装置９６の規制バーによってさらにコンベアへと移載する。表面が清浄化されたワーク１００は後段においてコーティング加工や印刷などの表面加工を施すこともできる。ワーク１００の表面は洗浄され異物が除去されているため、コーティング剤が均一に付着して均一で密着性に優れるとともに外観の良好なコーティング層を形成することができる。また、ワーク１００の表面に印刷加工を施す場合であっても、インク層の密着性に優れ外観の良好な印刷層を形成することができる。

以上の実施形態においては、超音波洗浄装置２について説明したが、本発明は、こうした超音波洗浄装置を備えるガラス製品等の各種製品の製造装置としても実施できる。

なお、本実施形態では、超音波洗浄装置２は、ローディングゾーンＡ、ブラッシングゾーンＣ、水切りゾーンＤ、乾燥ゾーンＥ及びアンローディングゾーンＦを備えるものとしたが、これに限定するものではなく、これらの各種ゾーンは必要に応じて設けられる。ワークの搬送工程に付随して超音波洗浄を実施するには、ローディングゾーンＡやアンローディングゾーンＦを備えることが好ましく、また、ブラッシングゾーンＣは、異物除去を目的とする場合に備えることが好ましい。さらに乾燥ゾーンＥは、後段の工程で予熱が必要な場合に備えることが好ましい。

本実施形態では、超音波洗浄槽２０のみを設けるものとしたが、超音波洗浄槽２０において界面活性剤などを洗浄液Ｗに添加した場合などにおいては、リンス槽などを設けることができ、こうしたリンス槽についても超音波洗浄槽２０と同様に超音波を発振可能とし、ワーク１００の駆動も同様にして行うことができる。

本実施形態では、超音波洗浄槽２０は、振動板方式のものとしたがこれに限定するものではなく各種方式の振動子を用いることができる。また、本実施形態では、連続発振方式で超音波を発振するものとしたが他の発振方式を使用することもできる。

本実施形態では、本発明のワーク保持手段であるワーク保持体３０は、ボトルであるワーク１００の開口を密閉して開口近傍をチャックするものとしたが、これに限定するものでなく、ワーク１００の形態や被洗浄部分１０２によって適宜選択することができ、吸引方式等従来公知の保持手段を採用できる。

本実施形態では、本発明のワーク保持体の搬送手段としてレール体４０を用いて各種ゾーンにわたってワーク保持体３０を搬送するものとしたが、こうした搬送手段は必ず要するものではない。例えば、超音波洗浄をバッチ式で行う場合には、こうした搬送手段は必要ではない。

また、本実施形態では、本発明のワーク保持体の搬送手段としてレール体４０を用いるものとしたが、これに限定するものではなく、例えば、チェーンやベルトなども用いることができる。

本実施形態では、本発明の搬送手段であるレール体４０を用いてワーク１００を超音波洗浄槽２０内を搬送しつつ洗浄して超音波洗浄工程を連続的に実施するものとしたが、ワーク１００を搬送させることなく定位置においてワーク１００を駆動させて洗浄するようにしてもよい。また、バッチ式に一定量のワーク１００を一度に超音波洗浄槽２０に浸漬させ駆動させることで洗浄してもよい。なお、ワーク１００の駆動形態は、本発明の洗浄方法にて既に記載したよう種々の態様から１種又は２種以上を組み合わせて採用することができる。

本実施形態では、各種ゾーンにおいてワーク１００に必要な高さを付与するために、本発明の搬送手段であるレール体４０の軌跡に高低を設けるものとしたが、これに限定するものではない。一定高さの搬送手段に懸架支持したワーク保持体３０の高さに併せて各種ゾーンを設けるようにしてもよい。また、一定高さの搬送手段にワーク保持体３０を支持させておき、ワーク保持体３０を伸縮可能に設けることもできる。

本実施形態では、本発明の搬送手段であるレール体４０に付随して各種のガイドを設けてワーク保持体３０の姿勢を保持するものとしたが、これらのガイドは必要に応じて設ければよく、必ず要するものではない。

本実施形態では、ボトル状ワーク１００の内表面の洗浄液等による汚染を抑制するために、ワーク１００を保持していないワーク保持体３０を検出し、こうした空のワーク保持体３０を本来のゾーンを回避するように回避ガイドで支持して搬送するようにしたが、こうした回避手段を必ず要するものではない。ワーク１００が基板であったり、内表面を有しない部品の場合には、こうした回避手段を特に設ける必要はない。また、本実施形態では、回避ガイドにワーク保持体３０を保持させるために、跳ね上げ装置などを用いることとしたが、回避ガイドへこうした空のワーク保持体３０を支持させるための装置は、こうした装置に限らず、方向を規制するバー等のものでもよく特に限定しないで適宜選択することができる。

本実施形態によれば、ブラッシング装置７０として、ロールブラシ体７２を配列させたものを用いたが、これに限定するものはない。ワーク１００の形態に応じたブラシ体を用いることができる。また、ブラシ体は必ずしも回転するものに限られない。さらに、ブラッシング装置７０において注水ノズル７４や遮蔽部材７６を用いるものとしたが、これらの有無や形態は適宜変更することができる。また、ローディングゾーンＡ及びアンローディングゾーンＦにおけるローディング装置５０及びアンローディング装置９０においてもこれらに限定するものではなく、従来公知の形態から適宜選択することができる。水切りゾーンＤにおけるブロア８０や乾燥ゾーンＥにおけるフード８２もこれらに限定するものではなく、従来公知の形態から適宜選択することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこうした一実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明の洗浄方法における洗浄作用を示す図。 超音波洗浄槽の一例を示す図。 ワークを上下運動させて浸漬部分の面積を拡大及び／又は縮小させる態様を示す図。 ワークを揺動運動させて浸漬部分の面積を拡大及び／又は縮小させる態様を示す図。 ワークを回転運動させて浸漬部分の面積を拡大及び／又は縮小させる態様を示す図。 ワークを回転運動させて浸漬部分の面積を変化させることなく異なる部分を浸漬させる態様を示す図。 超音波洗浄装置の一例を示す図。 ワーク保持体の一例を示す図。 ワーク駆動装置の一例を示す図。 ブラッシング装置の一例を示す図。

符号の説明

２ 超音波洗浄装置、２０ 超音波洗浄槽、２２ 洗浄槽、２４ 発振器、２６ 振動子、３０ ワーク保持体、３２ 密閉部材、３４ チャック部材、３６ ギア、４０ レール体、５０ ローディング装置、５２ 載置台、５４ ローダー、５６ 移載装置、６０ ワーク駆動装置、６２ チェーン、６４ ワーク検出装置、７０ ブラッシング装置、７２ ロールブラシ体、７４ 注水ノズル、７６ 遮蔽部材、８０ ブロアー、８２ フード、９０ アンローディング装置、９２ 載置台、９４ アンローダー、９６ 移載装置、１００ ワーク、１０２ 被洗浄部分、１０４ 浸漬部分、Ａ ローディングゾーン、Ｂ 超音波洗浄ゾーン、Ｃ ブラッシングゾーン、Ｄ 水切りゾーン、Ｅ 乾燥ゾーン、Ｆ アンローディングゾーン、Ｗ 洗浄液、Ｗ１ 洗浄液の液面。

Claims (25)

1. 超音波洗浄装置であって、
   ワークを保持する保持手段と、
   洗浄液が供給され、供給された洗浄液に対して超音波を発振可能な超音波洗浄槽と、
   保持されたワークの洗浄すべき被洗浄部分における前記洗浄液への浸漬部分を変化させるように前記ワークを動かすワーク駆動手段と、
   を備える、装置。
2. 前記ワーク駆動手段は、ワークの浸漬部分を拡大及び／又は縮小するようにワークを動かす手段又はワークの浸漬部分の面積を変化させることなくワークを動かす手段である、請求項１に記載の超音波洗浄装置。
3. 前記ワーク駆動手段は、前記ワークの被洗浄部分の少なくとも一部において前記洗浄液の液面下に浸漬する工程と前記洗浄液の液面上において露出させる工程が繰り返し実行されるように前記ワークを動かす手段である、請求項１又は２に記載の超音波洗浄装置。
4. 前記ワーク駆動手段は、前記ワークを回転運動、揺動運動又は上下運動させる手段である、請求項１〜３のいずれかに記載の超音波洗浄装置。
5. 前記ワーク駆動手段は、前記ワークを前記洗浄液の液面に対して斜めに保持して前記ワーク内部の回転軸周りに回転させる手段である、請求項４に記載の超音波洗浄装置。
6. 前記ワーク駆動手段は、前記超音波洗浄槽内を搬送されるワークを動かす手段である、請求項１〜５のいずれかに記載の超音波洗浄装置。
7. 前記ワーク駆動手段は、前記ワークを保持するワーク保持手段を駆動して前記ワークを動かす手段である、請求項１〜６のいずれかに記載の超音波洗浄装置。
8. 前記ワーク駆動手段は、前記ワーク保持手段に備えたギアと係合して前記ワーク保持手段を回転させつつ前記超音波洗浄槽内を移送可能な連続体である、請求項７に記載の超音波洗浄装置。
9. 前記ワーク保持手段は、複数のワークをそれぞれ保持するように複数個備えられる、請求項１〜８のいずれかに記載の超音波洗浄装置。
10. 前記ワーク保持手段は、ワークの製造工程から搬送されるワークを個別に順次保持するように備えられる、請求項９に記載の超音波洗浄装置。
11. さらに、前記ワークを保持したワーク保持手段を前記超音波洗浄槽に搬送するとともに前記超音波洗浄槽から搬出するワーク保持手段の搬送手段を備える、請求項１〜１０のいずれかに記載の超音波洗浄装置。
12. 前記ワーク保持手段の搬送手段は、前記ワーク保持手段の一部を支持するレール体である、請求項１１に記載の超音波洗浄装置。
13. 前記ワークを保持しない前記ワーク保持手段を検出する検出手段と、
    該ワーク保持手段を前記ワーク駆動手段によって駆動されないように支持するガイドと、
    を備える、請求項１〜１２のいずれかに記載の超音波洗浄装置。
14. さらに、超音波洗浄槽の後段に前記ワークのブラッシング手段を備える、請求項１〜１３のいずれかに記載の洗浄装置。
15. さらに、前記ブラッシング手段の後段に前記ワークの乾燥手段を備える、請求項１４に記載の超音波洗浄装置。
16. 前記ワークはボトルであって、前記ワーク保持手段は、前記ボトルの開口を塞ぐようにして保持する手段である、請求項１〜１５のいずれかに記載の超音波洗浄装置。
17. 前記ワークはガラス製である、請求項１〜１６のいずれかに記載の超音波洗浄装置。
18. ガラス製品の製造装置であって、
    請求項１〜１６のいずれかに記載の超音波洗浄装置を備える、製造装置。
19. 超音波洗浄方法であって、
    ワークの洗浄すべき被洗浄部分のうち、超音波洗浄槽における洗浄液への浸漬部分を変化させつつ超音波洗浄する洗浄工程を備える、洗浄方法。
20. 前記洗浄工程は、前記ワークを回転運動、揺動運動又は上下運動させる工程である、請求項１９に記載の洗浄方法。
21. 前記洗浄工程は、前記ワークを前記超音波洗浄槽内を一定方向に搬送しながら超音波洗浄する工程である、請求項１９又は２０に記載の洗浄方法。
22. 複数個のワークを個別かつ連続的に前記洗浄工程に供給し、前記洗浄工程から個別かつ連続的にワークを搬出する、請求項１９〜２１のいずれかに記載の洗浄方法。
23. 表面が清浄化された製品の製造方法であって、
    製品表面の、超音波洗浄槽における洗浄液への浸漬部分を変化させつつ超音波洗浄して前記表面を洗浄する洗浄工程を備える、製造方法。
24. 前記洗浄工程の後段には、表面が洗浄された製品の表面を加工する表面加工工程を備える、請求項２３に記載の製造方法。
25. 前記製品はガラス製品である、請求項２３又は２４に記載の製造方法。