JP5157643B2 - 加工穴を洗浄する装置と方法 - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも一部に雌ねじ部が形成された加工穴を洗浄する技術に関する。

エンジン部品であるシリンダブロック等のワークは、加工穴が形成された後に、シャワー洗浄等の手法によって洗浄される。しかしながら、ワーク全体を洗うシャワー洗浄では、加工穴の内部に存在する切粉等の異物を完全に除去することができない。
上記の問題に関し、特許文献１には、加工穴の内部を洗浄するための技術が記載されている。特許文献１に記載の技術では、加工穴に向けて洗浄液を噴射するノズルを扁平に形成し、その扁平なノズルを回転させながら加工穴を横断するように移動させている。

特開平１０−２４２６９号公報

加工穴に雌ねじ部が形成されている場合、切粉や油分等の微細な異物がねじ溝内に残存しやすく、洗浄処理においても十分に除去できないことがある。例えば特許文献１の技術では、加工穴の軸と平行に、即ち、加工穴の底面に向けて洗浄液を噴射している。この手法では、加工穴に噴射された洗浄液が、加工穴から排出される噴射液と衝突してしまう。この場合、加工穴の内部に洗浄液の強い流れを発生させることができず、ねじ溝内に残存する異物を除去することは困難となる。
本発明は、雌ねじ部が形成された加工穴をきれいに洗浄することができる技術を提供する。

本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、加工穴に噴射した洗浄流体が加工穴の内部で形成する流れに着目し、加工穴のねじ溝に沿って洗浄流体の流れ形成することができれば、ねじ溝内に残存する異物を効果的に除去することができることを見出した。本発明は、このような知見と着想に基づいて創作されたものである。

本発明は、少なくとも一部に雌ねじ部が形成された加工穴を洗浄する装置に具現化される。この装置は、加工穴が形成されたワークを支持する支持手段と、ワークの加工穴に洗浄流体を噴射する洗浄ノズルを備えている。洗浄ノズルが洗浄流体を噴射する方向は、加工穴の軸と平行でなく、加工穴の軸と交差もしないねじれの位置関係にあり、加工穴の軸に垂直な水平面に対して斜めに傾けられているとともに、洗浄流体が噴射される加工穴の側面における接平面に対して斜めに傾けられている。洗浄ノズルは、加工穴の側面に向けて洗浄流体を斜めに噴射することによって、加工穴の内部にねじ溝に沿って螺旋状に旋回する洗浄流体の旋回流を発生させる。

ワークには、ねじ溝を有する加工穴が形成されている。ねじ溝は、加工穴の内壁に形成され、加工穴の開口からその奥へとらせん状に連続して伸びる溝である。加工穴のねじ溝は、加工穴に挿入されるねじのねじ山と嵌合する。

この装置では、気体及び／又は液体の洗浄流体が、加工穴の側面に向けて斜めに噴射される。即ち、洗浄流体を噴射する方向が、加工穴の軸に平行でなく、加工穴の軸と交わる方向でもなく、加工穴の軸とねじれの関係にある。加工穴の側面に向けて洗浄流体を斜めに噴射すると、加工穴の内部にねじ溝に沿って旋回する洗浄流体の旋回流を発生させることができる。加工穴の内部に洗浄液の強い流れを発生させることができ、ねじ溝内に残存する異物を効果的に除去することができる。
この装置によると、雌ねじ部が形成された加工穴をきれいに洗浄することができる。

上記の装置において、洗浄ノズルは、雌ねじ部の外部から雌ねじ部の側面に向けて洗浄流体を噴射することが好ましい。
この構成によると、加工穴に噴射された洗浄流体は、加工穴の側面に沿って旋回しながら加工穴の底面へと進む。加工穴の底面に到達した洗浄流体は、加工穴の軸に沿って加工穴の開口へと戻り、排出される。加工穴の内部に安定した洗浄流体の流れを実現することができ、加工穴の内部に洗浄液の強い流れを発生させることができる。

その一方において、洗浄ノズルは、加工穴の底面に対向する位置で雌ねじ部の側面に向けて洗浄流体を噴射することも好ましい。
この構成によると、洗浄流体は、洗浄ノズルを通って加工穴の底面付近まで導入される。そして、洗浄ノズルから噴射された洗浄流体は、加工穴の側面に沿って旋回しながら加工穴の開口へと進み、排出される。この構成によっても、加工穴の内部に安定した洗浄流体の流れを実現することができ、加工穴の内部に洗浄液の強い流れを発生させることができる。

上記した構成のように、洗浄ノズルを加工穴の底面に対向する位置に配置する場合、洗浄ノズルは、雌ねじ部の側面に向けて洗浄流体を斜めに噴射する第１噴射口と、加工穴の底面に向けて洗浄流体を加工穴の軸と平行に噴射する第２噴射口を備えていることが好ましい。
この構成によると、第１噴射孔から噴射された洗浄流体が、加工穴の側面に沿って旋回する流れを形成するとともに、第２噴射孔から噴射された洗浄流体が、加工穴の底面から加工穴の開口へと進む流れを形成する。それにより、ねじ溝内から除去された異物が確実に外部へ排出される流れを形成することができる。

上記した構成のように、洗浄ノズルに第１噴射孔と第２噴射孔を形成する場合、第１噴出口の開口面積は、第２噴出口の開口面積よりも大きいことが好ましい。
この構成によると、第２噴出口から噴射される洗浄流体の流量が比較的に小さくなり、加工穴の内部に発生した旋回流が乱されることを防止することができる。

本発明に係る装置は、ワークと洗浄ノズルの少なくとも一方を移動させ、ワークと洗浄ノズルの相対位置を調整する手段をさらに備えることが好ましい。
それにより、ワークに形成された加工穴の位置や形状に応じて、洗浄流体を加工穴に対して適切に噴射することが可能となる。

本発明に係る装置は、液体を貯留する洗浄槽をさらに備えることが好ましい。この場合、支持手段は洗浄槽の液体中で前記ワークを支持し、洗浄ノズルは洗浄槽の液体中で洗浄流体を噴射することが好ましい。
ここで、洗浄槽に貯留する液体と、洗浄ノズルから噴射する洗浄流体は、同じものであってもよいし、異なるものであってもよい。例えば、洗浄槽の液体中に支持されたワークの加工穴に対して、洗浄ノズルから同じ液体を噴射してもよいし、空気等の気体を噴射してもよい。
この構成によると、加工穴から除去された異物が洗浄槽の液体中に拡散するので、異物が加工穴の内部に再度進入することを防止することができる。

本発明は、少なくとも一部に雌ねじ部が形成された加工穴を洗浄する方法に具現化することもできる。この方法は、加工穴が形成されたワークを支持する支持工程と、ワークの加工穴に洗浄流体を噴射する洗浄工程を備えている。洗浄工程では、ワークの加工穴に洗浄流体を噴射する方向を、加工穴の軸と平行でなく、加工穴の軸と交差もしないねじれの位置関係にあり、加工穴の軸に垂直な水平面に対して斜めに傾けられているとともに、洗浄流体が噴射される加工穴の側面における接平面に対して斜めに傾けられている方向となるように配置して、加工穴の側面に向けて洗浄流体を斜めに噴射し、加工穴の内部にねじ溝に沿って旋回する洗浄流体の旋回流を発生させる。
この方法によると、加工穴の内部に洗浄液の強い流れを発生させることができ、雌ねじ部が形成された加工穴をきれいに洗浄することができる。

本発明により、雌ねじ部を有する加工穴をきれいに洗浄することができ、洗浄不良による不良品の発生を有意に防止することができる。

以下に説明する実施例の主要な特徴を列記する。
（特徴１） 洗浄ノズルが洗浄流体を噴射する方向は、加工穴の軸と平行でなく、加工穴の軸と交差もしない位置関係にある。即ち、洗浄ノズルが洗浄流体を噴射する方向は、加工穴の軸とねじれの位置関係にある。
（特徴２） 洗浄ノズルが洗浄流体を噴射する方向は、加工穴の軸に垂直な水平面に対して斜めに傾けられている（即ち、垂直でない）。
（特徴３） 洗浄ノズルが洗浄流体を噴射する方向は、加工穴の軸に垂直な水平面において、加工穴の径方向と角度を成す（平行でない）。即ち、洗浄ノズルが洗浄流体を噴射する方向は、洗浄流体が噴射される加工穴の側面における接平面に対して、斜めに傾けられている（即ち、垂直でない）。
（特徴４） 洗浄ノズルの径と、洗浄ノズルの噴射口と洗浄流体を噴射する加工穴の側面との距離の少なくとも１つを調整して、加工穴の内部にねじ溝に沿って旋回する洗浄流体の旋回流を発生させる。

本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。以下の説明では、第２，第３実施例において第１実施例と共通する構成についての説明は省略する。

（第１実施例）
図１に、洗浄装置２の概略構成を表わす図を示す。洗浄装置２は、洗浄液６を貯留する洗浄槽４と、洗浄槽４にワーク１２を浸漬するロボット８と、洗浄ノズル２２，２６を備えている。ロボット８は、洗浄槽４の洗浄液６中でワーク１２を支持する。洗浄ノズル２２，２６は、洗浄槽４の洗浄液６中で洗浄流体（本実施例では、洗浄液６）をワーク１２に向けて噴射する。
洗浄槽４の内壁にはガイドレール１８が設けられている。ガイドレール１８には、洗浄ノズル２２，２６が、ノズル駆動部２０，２４によってそれぞれスライド可能に配設されている。ノズル駆動部２０，２４は、図示しないアクチュエータによって、洗浄ノズル２２，２６を液中で上下方向に移動することができる。また、ノズル駆動部２０，２４は、洗浄ノズル２２，２６を回転させることができる。ノズル駆動部２０，２４は、図示しない制御装置によって制御されており、ノズル２２と２６をそれぞれ個別に駆動する。洗浄液供給管２８は洗浄ノズル２２，２６と連通しており、洗浄槽４内の洗浄液６を洗浄ノズル２２，２６に供給することができる。洗浄ノズル２２，２６の上流側には、ポンプ３０とフィルタ３２が設けられている。ポンプ３０が動作することによって、洗浄液６が排水口３４から洗浄液供給管２８に導入される。導入された洗浄液６はフィルタ３２によってろ過され、洗浄ノズル２２，２６から噴射される。

ロボット８は、アーム９と、ワーク支持部１０を備えている。アーム９は、その上肢側端が図示しない関節に接続されており、下肢側端がワーク支持部１０に接続されている。ワーク支持部１０は、ワーク１２の上部を把持してワーク１２を支持する。ロボット８は、図示しない制御装置によって制御されており、ワーク支持部１０によって支持するワークを移動させることができる。ワーク１２には、加工穴１４，１６が形成されている。加工穴１４，１６は、内部に雌ねじ構造を有している。

本実施例では、ノズル駆動部２０，２４とロボット８を連動して動作させることができる。ワーク１２と洗浄ノズル２２，２６の両方を移動させて、ワーク１２と洗浄ノズル２２，２６の相対位置を調整することができる。例えば、ノズル駆動部２０，２４を制御する制御装置とロボット８を制御する制御装置が通信可能に接続されていてもよい。

以下に、洗浄装置２を用いて、ワーク１２の加工穴１４，１６を洗浄する場合について説明する。図２は洗浄時の加工穴１４の内部の様子を表わす断面図であり、図３は洗浄時の加工穴１４の内部の様子を表わす平面図である。なお、加工穴１４，１６は同一の構造を有している。このため、以下では加工穴１４を例にとって説明するが、加工穴１６についても、同様の手法によって、加工穴１４と同時に洗浄がなされる。

図２に示すように、ワーク１２の加工穴１４の内壁全部には、ねじ溝３６が形成されている。ねじ溝３６は、加工穴１４の開口からその奥（即ち、ワーク１２の表面から加工穴１４の底部３８へと向かう方向）へとらせん状に連続して伸びている。加工穴１４のねじ溝３６には、ワーク１２の全体を洗浄する処理を行った後にも、雌ねじ形成加工時に発生する細かな切粉や、ワーク１２のその他の加工工程等において付着する微量の油分等の異物５０が付着して残存してしまうことがある。

そこで、本実施例では、ロボット８によってワーク１２を支持し、洗浄槽４内の洗浄液６に浸漬した状態で、洗浄ノズル２２から噴射される洗浄流体によって加工穴１４を洗浄する。このとき、洗浄ノズル２２は、液体の洗浄流体を加工穴１４のねじ溝３６が形成された側面に向けて、ねじ溝３６が螺旋を描く方向へ、斜めに噴射する。即ち、洗浄流体を噴射する方向は、加工穴１４の軸に平行でなく、加工穴１４の軸に対して角度を成すように傾けられている。従って、洗浄流体を噴射する方向と、加工穴１４の軸に垂直な水平面とが成す角は、鋭角を成す（図２のθ１を参照）。この角度θ１は、例えば、ねじ溝３６の傾斜角度（リード角）に基づいて設定することができる。
さらに、洗浄流体を噴射する方向は、加工穴１４の加工面において加工穴１４の軸と交わらない。即ち、図３に示す平面視において、洗浄流体が加工穴１４の側面に衝突する点における接平面と、洗浄流体を噴射する方向とが成す角度は、鋭角を成す（図３のθ２を参照）。この角度θ２は、例えば、加工穴１４の直径に基づいて設定することができる。

加工穴１４の軸とねじれの関係にある上記の方向から、ねじ溝３６に向けて洗浄流体が噴射されると、洗浄流体はねじ溝３６に沿って加工穴１４の内部へと導入される。このことにより、図２，３に矢印で示すように、加工穴１４の内部に、ねじ溝３６に沿って旋回する洗浄流体の旋回流を発生させることができる。加工穴１４の内部には、ねじ溝３６に沿って洗浄液６の強い流れが発生し、ねじ溝３６に残存する異物５０を効率よく除去することができる。加工穴１４の底部３８にまで到達すると、洗浄流体は、加工穴１４の軸に沿って、旋回流の中央部分を上昇していく。ねじ溝３６に沿って形成される旋回流を乱すことなく、除去した異物５０を加工穴１４の外部へと放出することができる。

上述したように、洗浄ノズル２２が配置されている位置は、加工穴１４の軸とねじれの関係にある。このことから、洗浄ノズル２２は、旋回流の中央部分を上昇してきた洗浄流体がねじ穴１４の外部へと放出されることを妨げない。加工穴１４の内部に安定した流れを発生させることができる。
また、本実施例では、ねじ穴１４と洗浄ノズル２２を液面に平行な方向で対向させて洗浄を行っている。このため、洗浄液６中に放出された異物５０は洗浄槽４の下部へと沈殿し、再び加工穴１４に入ってしまうことがない。洗浄装置２によると、雌ねじ部が形成された加工穴１４をきれいに洗浄することができる。

上述した角度θ１、θ２に加えて、洗浄ノズル２２の径ｄの大きさと噴射口２２ａから噴射する洗浄流体の圧力との関係や、洗浄ノズル２２の径ｄの大きさとねじ溝３６のフランクの大きさの関係や、洗浄ノズル２２の噴射口２２ａと洗浄流体の噴射位置との距離ｌ等の条件を調整することにより、加工穴１４の内部にさらに安定した強い旋回流を発生させることができる。それにより、加工穴１４をより効果的に洗浄することができる。

（第２実施例）
図４に、第２の実施形態を示す。本実施例の加工穴４４は、底部３８側の一部にのみ雌ねじ構造を有している。例えば、図４に示す加工穴４４のように、加工穴４４の開口部分とねじ溝３６が形成されている部分との間に距離があることがある。このような場合、加工穴４４の外側に洗浄ノズルを配置して、加工穴４４の加工面側の内壁４０に向けて洗浄流体を噴射しても、ねじ溝３６の充分な洗浄効果を得られないおそれがある。このような場合には、図４に示すように、加工穴４４の内部に洗浄ノズル４２を挿入して、洗浄流体を噴射するとよい。この実施形態においても、洗浄ノズル４２は、液体の洗浄流体を加工穴４４のねじ溝３６が形成される側面に向けて、ねじ溝３６が螺旋を描く方向へ、斜めに噴射する。洗浄流体を噴射する方向は、上述した洗浄ノズル２２の場合と同様に、加工穴４４の軸に平行でなく、また、加工穴４４の軸と交わらない。即ち、洗浄流体を噴射する方向は加工穴４４の軸とねじれの関係にある。洗浄ノズル４２は、上記の角度条件を具現化するために、先端部が角度を有して形成されていてもよい（図４を参照）。
この洗浄ノズル４２によっても、図４に矢印で示すように、加工穴４４の内部に、ねじ溝３６に沿って旋回する洗浄流体の旋回流を発生させることができる。雌ねじ部が形成された加工穴４４をきれいに洗浄することができる。

（第３実施例）
図５に、第３の実施形態を示す。加工穴１４の内壁全部には、第１実施例と同様に、ねじ溝３６が形成されている。例えば、加工穴１４の奥行きが深い場合、加工穴１４の外側に洗浄ノズルを配置して洗浄流体を噴射するだけでは、底部３８側のねじ溝３６の充分な洗浄効果を得られない場合がある。このような場合には、図５に示すように、加工穴１４の内部に洗浄ノズル５２を挿入して、洗浄流体を噴射するとよい。

洗浄ノズル５２には、第１噴射口５２ａと、第２噴射口５２ｂが形成されている。加工穴１４に洗浄ノズル５２が挿入されると、第１噴射口５２ａは、ねじ溝３６に向けて洗浄流体を斜めに噴射する。第２噴射口５２ｂは、底部３８に向けて洗浄流体を加工穴１４の軸と平行に噴射する。この構成によると、第１噴射孔５２ａから噴射された洗浄流体が、加工穴１４のねじ溝３６に沿って旋回する流れを形成するとともに、第２噴射孔５２ｂから噴射された洗浄流体が、加工穴１４の底部３８から加工穴１４の開口へと進む流れを形成する。この実施形態においても、第１噴射口５２ａは、加工穴１４の底部３８側から、液体の洗浄流体を加工穴１４のねじ溝３６が形成される側面に向けて、ねじ溝３６が螺旋を描く方向へ、斜めに噴射する。上述した第１実施例及び第２実施例とは噴出した洗浄流体が形成する旋回方向が逆になるものの、本実施例の洗浄ノズル５２の第１噴射口５２ａから洗浄流体を噴射する方向は、第１実施例及び第２実施例と同様に、加工穴１４の軸とねじれの関係にある。
また、第１噴出口５２ａの開口面積は、第２噴出口５２ｂの開口面積よりも大きく形成されている。このため、第２噴出口５２ｂから噴射される洗浄流体の流量が比較的に小さくなり、加工穴の内部に発生した旋回流が乱されることが防止される。

本実施例では、洗浄ノズル５２から噴射された洗浄流体は、加工穴１４の側面に形成されるねじ溝３６に沿って旋回しながら加工穴１４の開口へと進み、排出される。本実施例の構成によっても、加工穴１４の内部に安定した洗浄流体の流れを実現することができ、加工穴１４の内部に洗浄液の強い流れを発生させることができる。雌ねじ部が形成された加工穴１４をきれいに洗浄することができる。

上記の実施例では、ロボット８により、ノズル２２，２６に対するワーク１２の相対位置を調整することができるとともに、ノズル駆動部２０，２４により、ワーク１２に対するノズル２２，２６の相対位置を調整することができる。このことにより、ワークに形成された加工穴の位置や形状に応じて、洗浄流体を加工穴に対して適切に噴射することが可能な位置関係を適宜実現可能となる。また、ワーク１２の加工穴１４，４４の洗浄は、洗浄槽４の液中で実行される。このことから、加工穴１４，４４から除去された異物５０が洗浄槽４の液体中に拡散するので、異物５０が加工穴１４，４４の内部に再度進入することを防止することができる。
本発明によると、雌ねじ部を有する加工穴１４，４４をきれいに洗浄することができ、洗浄不良による不良品の発生を有意に防止することができる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
例えば、上記した実施例では、洗浄ノズル２２から洗浄流体として洗浄液６を噴射しているが、洗浄ノズル２２から洗浄流体として他の液体や空気等の気体を噴射してもよい。
また、上記した実施例では、ワーク１２を液体中（洗浄液６中）に配置して加工穴１４の洗浄を行っているが、ワーク１２を気体中（例えば大気中）に配置して加工穴１４の洗浄を行ってもよい。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

洗浄装置の概略構成を表わす図である。 洗浄時の加工穴の内部の様子を表わす断面図である。 洗浄時の加工穴の内部の様子を表わす平面図である。 第２実施例における洗浄時の加工穴の内部の様子を表わす断面図である。 第３実施例における洗浄時の加工穴の内部の様子を表わす断面図である。

符号の説明

２：洗浄装置
４：洗浄槽
６：洗浄液
８：ロボット
９：アーム
１０：ワーク支持部
１２：ワーク
１４，１６，４４：加工穴
１８：ガイドレール
２０，２４：ノズル駆動部
２２，２６，４２，５２：洗浄ノズル
２２ａ，４２ａ：噴出口
２８：洗浄液供給管
３０：ポンプ
３２：フィルタ
３４：排水口
３６：ねじ溝
３８：底部
４０：内壁
５０：異物
５２ａ：第１噴出口
５２ｂ：第２噴出口

Claims (8)

1. 少なくとも一部に雌ねじ部が形成された加工穴を洗浄する装置であり、
   加工穴が形成されたワークを支持する支持手段と、
   ワークの加工穴に洗浄流体を噴射する洗浄ノズルを備え、
   洗浄ノズルは、加工穴の側面に向けて洗浄流体を斜めに噴射し、加工穴の内部にねじ溝に沿って旋回する洗浄流体の旋回流を発生させるものであり、
   洗浄ノズルが洗浄流体を噴射する方向は、加工穴の軸と平行でなく、加工穴の軸と交差もしないねじれの位置関係にあり、加工穴の軸に垂直な水平面に対して斜めに傾けられているとともに、洗浄流体が噴射される加工穴の側面における接平面に対して斜めに傾けられていることを特徴とする加工穴を洗浄する装置。
2. 前記洗浄ノズルは、雌ねじ部の外部から雌ねじ部の側面に向けて洗浄流体を噴射することを特徴とする請求項１に記載の加工穴を洗浄する装置。
3. 前記洗浄ノズルは、加工穴の底面に対向する位置で雌ねじ部の側面に向けて洗浄流体を噴射することを特徴とする請求項１に記載の加工穴を洗浄する装置。
4. 前記洗浄ノズルは、雌ねじ部の側面に向けて洗浄流体を斜めに噴射する第１噴射口と、加工穴の底面に向けて洗浄流体を加工穴の軸と平行に噴射する第２噴射口を備えていることを特徴とする請求項３に記載の加工穴を洗浄する装置。
5. 前記第１噴出口の開口面積は、前記第２噴出口の開口面積よりも大きいことを特徴とする請求項４に記載の加工穴を洗浄する装置。
6. 前記ワークと前記洗浄ノズルの少なくとも一方を移動させ、前記ワークと前記洗浄ノズルの相対位置を調整する手段をさらに備えることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の加工穴を洗浄する装置。
7. 液体を貯留する洗浄槽をさらに備え、
   前記支持手段は、前記洗浄槽の液体中で前記ワークを支持し、
   前記洗浄ノズルは、前記洗浄槽の液体中で洗浄流体を噴射することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の加工穴を洗浄する装置。
8. 少なくとも一部に雌ねじ部が形成された加工穴を洗浄する方法であり、
   加工穴が形成されたワークを支持する支持工程と、
   ワークの加工穴に洗浄流体を噴射する洗浄工程を備え、
   洗浄工程では、ワークの加工穴に洗浄流体を噴射する方向を、加工穴の軸と平行でなく、加工穴の軸と交差もしないねじれの位置関係にあり、加工穴の軸に垂直な水平面に対して斜めに傾けられているとともに、洗浄流体が噴射される加工穴の側面における接平面に対して斜めに傾けられている方向となるように配置して、加工穴の側面に向けて洗浄流体を斜めに噴射し、加工穴の内部にねじ溝に沿って旋回する洗浄流体の旋回流を発生させることを特徴とする加工穴を洗浄する方法。

Images