JP2005525920A - ワイヤ、プロファイル、パイプなど互いに平行に移動するいくつかのストランド状（ｓｔｒａｎｇｆｏｅｒｍｉｇｅｎ、より糸状、素線、ひもを通したような）の製品を超音波洗浄するための構成 - Google Patents

Abstract

本発明は、たとえばワイヤ、プロファイル、パイプなどの平行に伸びるストランド状の複数の製品（４）を、洗浄される製品の直径よりわずかに、すなわち約５０％から５０％大きな穴（３）の中で超音波で刺激された液体を使用して洗浄するための超音波洗浄システムに関する。洗浄液は穴（３）を完全に満たすように穴（３）に供給される。

Description

本発明は、請求項１の序文による、超音波で刺激された液体によって、たとえばワイヤ、プロファイル、パイプなど、互いに平行に移動するいくつかのストランド状の物品を超音波洗浄するための構成に関する。

互いに平行に移動するいくつかのストランド状の物品を超音波と液体で洗浄する方法はすでに知られている。

すべての超音波洗浄プロセスと同様に、洗浄効果はキャビテーション（Ｋａｖｉｔａｔｉｏｎ）原理に基づく。このため、洗浄する物質を囲むかまたは洗浄する物質を流す洗浄液に、超音波エネルギを加える。キャビテーションが液体内で起きる。すなわち、高エネルギの結果として液体が破壊され泡が形成され、泡の内部は部分的減圧がかかったガスで満たされる。ガスの泡が破裂し高いエネルギを放出して強いマイクロ流を生成する。この流れが、洗浄する物質の汚れた表面に作用して、脂、油、ステアリン酸、埃などの残留物を除去する。

互いに平行に移動するいくつかのストランド状の物品を洗浄する目的で超音波エネルギを液体に加える知られた方法のうち１つの方法は、液体で満たされた容器に導入される浸水可能なプレートトランスデューサを含む。浸水可能なトランスデューサの超音波エネルギを、最高で２マイクロメータ（μｍ）の小さな振幅の振動と、最高で１平方センチメートルあたり１ワット（Ｗ／ｃｍ^２）の表面積に対する低いソニックパワー密度を使用して、広い表面に渡って洗浄液に加える。これらの浸水可能プレートトランスデューサに基づいた方法と構成では、洗浄され互いに隣り合って移動するストランド状の物品は、一般にたらいまたはプールなどの大きな容器の液体を介して引っ張られる。表面ソニックパワー密度が最高でも１Ｗ／ｃｍ^２と小さく、洗浄プールの容積が大きいために、平均で１リットル当たり約１５ワット（Ｗ／ｌ）の小さい容積ソニックパワー密度しか液体に加えられない。さらに、これらの洗浄目的のために必要な大きさに関連する洗浄プールの液体の容積は、高いエネルギ入力を必要とする。超音波が充分に集中していないためワイヤ面での洗浄に有効なパワーは超音波プールの合計パワーよりはるかに低い、すなわち、洗浄される物質の表面上に作用していないため、洗浄効果を達成するために高いエネルギ入力が必要となる。

米国特許第４，１００，９２６号と米国特許第４，０４６，５９２号から、一般によく知られた円筒形のソノトロード（Ｓｏｎｏｔｒｏｄｅ）を使用する方法が知られている。ここでは、洗浄するワイヤを導くコンジットを作成する。洗浄液はチャンバおよびコンジット内で洗浄される物質と接触する。どちらの場合でも、ソノトロードは比較的大量の水を刺激しなければならないので、ソニックエネルギの集中が少なすぎて充分な洗浄パワーを達成できない。ここでも超音波エネルギは洗浄される物質の表面付近では少量しか集中しない。知られた方法では、環境負荷の大きな酸性またはアルカリ性の洗剤をしばしば使用して、不十分な超音波洗浄パワーを補助する。

米国特許第４，７８８，９９２号では、洗浄効果の改善はわずかに過ぎず、ワイヤ洗浄には適切でも効果的でもない、ストリップ（Ｓｔｒｅｉｆｅｎ）洗浄の装置が説明されている。この構成では、洗浄するバンドまたはストリップは、異なる周波数で振動する２つの別のプレートトランスデューサの間の洗浄チャンバ内に入れる。洗浄液がプレートの間を流れ、膜プレートの振動によって刺激され、洗浄されるストリップの表面に作用する。物質の性質と必要な薄さ、また、プレートの幾何形状などの技術的な理由により、プレートトランスデューサは小さな振幅でしか使えず、したがって、ソニックパワー表面密度もソニックパワー容積密度も小さくなり、ストリップタイプの製品にしか使用できない。洗浄効果は不十分で、たとえばワイヤおよびパイプなど、洗浄される製品の断面が丸い場合の使用には不適切である。プレートトランスデューサの幅は、丸い断面のカーブした面に効果がない。直接加えられるソニックパワーは小さな領域だけしか使用できない。洗浄のためにいくつかの超音波トランスデューサを使用しなければならない。

ＤＥ１９６０２９１７Ｃ２からは、製品の直径に合わせられ、中に洗浄液を入れる、空気中で振動する超音波ソノトロードのボアホール（Ｂｏｈｒｕｎｇ、ボーリングした穴、試錐孔）を介して、洗浄される製品を入れる方法と装置が知られる。

ＤＥ１９７０６００７Ｃ２では、超音波ソノトロードで刺激され振動され、中に洗浄液を入れる、空気中で振動する特殊な屈曲共鳴器のボアホールを介して、洗浄される製品を入れる方法が記述されている。

この方法のおかげで、洗浄される物質の周りを囲むか周りを流れる少量の液体が、特別に構成されたソノトロードの作動ボアホールの中で超音波によってすでに直接非常に強力に刺激されている。高い振幅が可能であり、これに関連して高いソニックパワー表面密度が可能であるため、非常に高いソニックパワー容量密度が上記の小さな容積で生成される。この結果生じるキャビテーションの強度場は非常に直接で効果的な（作用）を有する。

たとえばワイヤ、パイプ、プロファイルなど、互いに平行に移動し、断面の対角線が数センチメートルのいくつかのストランド状の製品は、上記の方法では洗浄できない。

本発明の目的は、たとえば、ワイヤ、プロファイル、パイプなど互いに平行に移動するいくつかのストランド状の物品を超音波洗浄するための構成を開発することである。これにより、洗浄に必要な量の液体だけが超音波によって刺激され、互いに平行に移動する個別のストランド状の各物品ができるかぎり均一に超音波に曝露されるという点で、超音波トランスデューサから導入された超音波が洗浄される物品に直接作用し、効率的な洗浄が達成できる。

この目的の解決法は、請求項１の特徴から得られる。

したがって、本発明の構成は、長軸（ｘ軸）に沿って空気中で振動し、λ／４以上の（ｍｅｈｒ、より大きい）厚さの超音波ソノトロードにおいて、ボアホールをソノトロード振動の主方向（ｘ軸）に対して横方向（ｙ軸）に構成し、洗浄する物品を収容し、ボアホールはソノトロードの外縁にあり、ほぼ並んで、互いから所与の任意の間隔で配置されるので、ボアホール内の洗浄液が振動の主方向（ｘ軸）に沿った振動と、振動の主方向に対して横方向であるソノトロード材の厚さの振動（ｚ軸）の両方によって刺激され、洗浄液は、ボアホールを完全に満たすようにボアホール内に供給されるという特徴を有する。

刺激面（ｘ軸）に対して垂直でソノトロードの外マージンにあり、洗浄する物品を入れる複数のボアホールを伴う特別に厚いソノトロードを使用するおかげで、振動ノードにおけるボアホール内の厚さ（ｚ軸）の振動とボアホールの長さ方向（ｘ軸）の振動の作用によって、ボアホール内で振動が最大になり振動が混合され、たとえば４キロワットなど高パワーの単一の超音波トランスデューサで効率的に洗浄できる。

厚いソノトロードの作動ボアホール内で洗浄するために液体の容積を効果的に集中させることによって、導入された超音波パワーはこの小さな容積に集中し、キャビテーションの強度場はわずかなエネルギ消費で生成され、中を移動する物品を非常に効果的に洗浄することができる。超音波は、作動ボアホール内で強力にすべての側面からわずかな距離で洗浄される物質の表面に対して作用する。知られた方法のソニックパワー表面密度の２０倍から１００倍のソニックパワー表面密度を達成することができるので、たとえばワイヤの洗浄時に同等のエネルギ消費で実質的に高い洗浄速度が達成できる。さらに、洗浄液を節約でき、必要な設置場所は小さくなり、洗浄される物質のスループット速度も大きくなる。エネルギをより効率的に使用することにより環境負荷も低減し、洗浄添加剤の消費も減少する。

本発明の構成は、たとえばワイヤ、プロファイル、パイプなど互いに平行に移動するいくつかのストランド状の物品の効率的な洗浄に使用することができるが、いくつかの柔軟なコードにも使用できる。

各断面または各種の物質について正しい超音波パワーを選択し使用することができる。ソノトロードの振動振幅は、特定の用途に調節できる。

本発明の追加の有利な構成は従属請求項の特徴から得られる。

次に、本発明を単一の図面に描かれた厚いソノトロードの実施形態の例を使用して、より詳しく説明する。

単一の図１では、概念的な断面図を示す。ここに示された超音波ソノトロード１は、超音波トランスデューサ２によって刺激され、長軸（ｘ軸）に沿って、超音波振動ＵＳを発生する。

ソノトロード１は、λ／４からλ／２の厚さを有する四角形（ｒｅｃｈｔｅｃｋｉｇｅｎ Ｑｕｅｒｓｃｈｎｉｔｔ、長方形）かまたはほぼ四角形の断面を伴う「厚い」ソノトロードとして選択され、縦方向の発振装置としても厚さ発振装置としても効果を得ることができる。

超音波振動ＵＳの振動ノードにおいて構成されたボアホール３の中では、ボアホールを適切に構成すると、厚さ振動（ｚ軸）が生じ、最大振動に構成されたボアホール３では、長さ方向（ｘ軸）の振動が起きる。この間に配置されたボアホール３の中では、ボアホール３の最大振動からの距離に依存して、長さ方向の振動成分（ｘ軸）と厚さ振動成分（ｙ軸）が重なる。このようにして、各ボアホール３は、超音波パワーに対してほとんど等しく照射されるようになる。

互いに平行に移動する物品が不均一に洗浄される原因となるボアホール３内に発生した不均一な超音波照射（Ｕｌｔｒａｓｃｈａｌｌｂｅａｕｆｓｃｈｌａｇｕｎｇｅｎ）を補償するために、２つのソノトロード１のうち１つをもう１つの後ろにずらして配置することができる。

ソノトロード１の長さは、λ／２の任意の所与の倍数である。

ソノトロード１は、長軸（ｘ軸）に沿って上の縁領域と下の縁領域に複数のボアホール３を有し、洗浄する製品はこの間を通過する。たとえば、何本かのワイヤ４が隣り合って移動する。

ボアホール３は異なる直径を有し、ソノトロード１の外縁から種々の距離で構成することができるが、ボアホールの外縁とソノトロード１の外縁の間の距離は約２ｍｍと８ｍｍの間に選ぶと適切であり、ボアホール３の間の距離は種々の距離に選択できる。

ソノトロード１の外縁にある１行のボアホール３で、この構成が機能するのに充分である。

ボアホール３の第２の行は、ソノトロード１の中心軸に対して各々対称的に構成されたボアホールを含まなければならないが、カビテーション作用のために磨り減るソノトロード１の寿命を伸ばす役にたつ。さらに、音波が伝播する対称的な状態を維持する役にも立つ。片側のボアホール３が磨り減ると、ソノトロード１を逆にして、反対側のボアホール３を続けて使うことができる。

特定の用途に関して充分な大きさを有する超音波処理装置２をソノトロード１に接続する場合、ボアホール３に導入された洗浄液が振動し始め、液体によって振動が、ボアホール３を介して同心円状に導入された物品の表面に伝わる。液体がボアホール３を完全に満たしていることを確認する必要がある。

加えられた超音波パワーがボアホール３中の小さい容積に集中し、特に、ボアホール３の壁と、ボアホール３に同心円状に導かれたストランド状の物品の間の容積が小さいために、非常に強いカビテーションの場が形成され、ワイヤの表面からのすべての汚れが非常に強く洗浄される。溶解した不純物は洗浄液でボアホール３の反対側に流しだされる。適切に精密検査を行った後、洗浄液をこのプロセスに戻すことができる。

ソノトロード１は、空気中では洗浄される物品に調節された振幅で振動する。ソノトロード１は好ましくは四角形であるが、円形のソノトロード１も使用できる。

次に、本発明による装置の具体的な実施形態によって性能特性を説明する。

たとえば２０キロワットの周波数を使用する場合、チタンをソノトロード材として使用するとλ／２は約１２５ｍｍになる。ソノトロード１は、たとえば、１００ｍｍ×１００ｍの断面と、たとえば２０００ｍｍなどλ／２の倍数の任意の所望の長さを有するように選択する。たとえば、１００のボアホール３がソノトロード１の中に配置され、各行について直径は１０ｍｍである。超音波トランスデューサ２を４キロワットのパワーで動作すると、各ボアホール３は約４０ワットの超音波パワーに曝露される。これは約１４ワット／ｃｍ^３のボアホール容量パワーに相当する。ボアホール容量は約７．８５ｃｍ^３であり、さらに、８ｍｍの直径のワイヤの場合は約５ｃｍ^３低減されるので、各ボアホール３について約２．８５ｃｍ^３の洗浄液で刺激する必要がある。

従来技術で使用される洗浄浴は、０．０１５ワット／ｃｍ^３から０．０３ワット／ｃｍ^３のソニックパワー容積密度を達成する。

符号の説明

１ 超音波ソノトロード
２ 超音波トランスデューサ
３ ボアホール
４ ワイヤ（洗浄する物品）

Claims (5)

1. 洗浄される物品の直径よりわずかに約５％から５０％大きなボアホール（３）内の超音波で刺激された液体によって、たとえばワイヤ、プロファイル、パイプなどの互いに隣り合って移動するいくつかのストランド状の物品を超音波洗浄するための構成であって、洗浄液は、前記洗浄液が前記ボアホール（３）を完全に満たすように入れられ、
   空気中でλ／４以上の厚さの、長軸（ｘ軸）に沿って振動する超音波ソノトロード内で、前記ボアホール内の洗浄液が振動の主方向（ｘ軸）に沿った振動と、前記振動の主方向に対して横方向（ｚ軸）の前記ソノトロード材の厚さ振動との両方によって刺激されるように、前記ボアホール（３）は、前記ソノトロードの振動の主方向（ｘ軸）に対して横方向（ｙ軸）に配置され、前記ソノトロード（１）の外縁にほぼ並んで互いに任意の所望の間隔で配置されて、洗浄される物品を収容するように構成されることを特徴とする前記構成。
2. 前記ソノトロード（１）の外縁から前記特定のボアホールの外縁の距離は、約２ｍｍから８ｍｍとなるように選択されることをさらに特徴とする請求項１に記載の構成。
3. 前記ソノトロード（１）の寿命を延ばし、及び、音波の伝播についての対称な状態を維持するために、前記ボアホール（３）は、前記ソノトロード（１）の中心軸／長軸に対して２つの行に配置され、本質的に互いに対して対称的に配置されることをさらに特徴とする請求項１又は２に記載の構成。
4. 前記ソノトロード（１）は、四角形のプロファイルを有することをさらに特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の構成。
5. ２つのソノトロード（１）が、前記ボアホール（３）内に発生する任意の不均一な超音波照射を補償するために、互いにずれて配置されることをさらに特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の構成。
   

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