JPH09290227A - 超音波洗浄装置および超音波洗浄方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ビンの内面を十分に洗浄すると共にそのビン
の外観を良好に保つ。 【解決手段】 ホルダ７によって水平方向へ搬送される
ビン８は、第１洗浄水Ａを貯溜した洗浄槽９の上側へ移
動されてきた時に所定の時間だけ停止される。その停止
状態で、上記ビン８内に第２洗浄水Ｂが注入されると共
に上記の洗浄槽９が上昇および下降される。上記ビン８
の底部が上記の第１洗浄水Ａに浸漬されている間に、超
音波振動子１５から放射された超音波によってビン８の
内面が洗浄される。そのビン８の内面から剥離された異
物は、上記の注入された第２洗浄水Ｂによって外部へ排
出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、アンプルや瓶な
どの容器を超音波によって洗浄する装置および方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来では、この種の容器を超音波洗浄す
るときには、洗浄槽に貯溜した洗浄水に被洗浄容器の全
体を水没させて、その水没中の容器に超音波を放射して
いた。より詳しくいえば、超音波洗浄は、超音波によっ
て容器表面と洗浄水との接触部分に気泡を発生させてそ
の気泡が潰れたときの高圧力の作用によって容器表面の
汚れを剥離するものであると理解されており、そのキャ
ビテーション作用によって微細な隙間に付着している汚
れを短時間に洗浄できる点で優れる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、アンプルや
ビンなどの容器は、一般に、外面よりも内面の方を十分
に洗浄することが要求される。しかしながら、上記の従
来技術では、洗浄される容器の外面で先にキャビテーシ
ョンが発生するため、そこで超音波が減衰してしまい、
容器の内面を十分に洗浄できない。この弊害を解消する
には、容器へ放射する超音波を強力にすることが考えら
れる。しかし、この場合には、その強力な超音波による
過大なキャビテーション作用によって容器外面が損傷し
て容器の外観が低下するおそれがあった。

【０００４】本発明の目的は、容器の内面を十分に洗浄
することと容器の外観を良好に保つこととを、両立でき
るようにすることにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの装置は、請求項１に示すように次のように構成し
た。例えば図１から図３に示すように、第１洗浄水Ａを
貯溜する洗浄槽９に超音波振動子１５を設け、その振動
子１５の上側に被洗浄容器８を搬送手段７によって搬入
および搬出させるように構成し、上記の容器８に第２洗
浄水Ｂを供給する給水手段２７を設けるとともに上記の
洗浄槽９を昇降させる昇降機構１９を設けて、その昇降
機構１９によって上記の容器８の底部を上記の第１洗浄
水Ａに浸漬させたものである。

【０００６】なお、上記の第１洗浄水Ａと第２洗浄水Ｂ
とは、同一の水であってもよく物性が異なる水であって
もよい。

【０００７】また、同上の目的を達成するための方法
は、請求項５に示すように、次の工程を備える。例えば
同上の図１から図３に示すように、その方法は、第１洗
浄水Ａを貯溜した洗浄槽９の上側へ被洗浄容器８を搬入
する工程と、その容器８内に第２洗浄水Ｂを供給すると
共に上記の洗浄槽９を昇降機構１９によって上昇させて
同上の容器８の底部を上記の第１洗浄水Ａへ浸漬させ
て、その浸漬中の容器８へ超音波を放射する工程と、上
記の洗浄槽９を上記の昇降機構１９によって下降させて
上記の容器８の上記の浸漬状態を解除する工程と、上記
の容器８を上記の洗浄槽９の上側から搬出する工程とを
含んだものである。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図１
から図３によって説明する。まず、図１と図２とによっ
て超音波洗浄装置の概略構成を説明する。その図１は、
音波洗浄装置の平面図である。また、図２は、上記の図
１中のII−II線矢視に相当する立面視模式図である。

【０００９】符号１は洗浄機本体で、その洗浄機本体１
の上面にフレーム２を介して水盤状ケーシング３が支持
される。そのケーシング３には、タレット４とガイド用
の外リング５とが同心に配置される。上記タレット４の
外周から六つのアーム６が水平方向へ突出され、各アー
ム６にそれぞれ搬送用ホルダ(搬送手段)７が支持され
る。そのホルダ７は、三つのビン(被洗浄容器)８を保持
するようになっており、平面視で時計回りの方向へ所定
の角度で間欠的に回転される。また、上記の外リング５
の下側で上記ケーシング３の周縁部に洗浄槽９が配置さ
れる。

【００１０】上記ビン８は、図１中の二点鎖線矢印に示
すように、次の手順で搬送される。複数のビン８は、ビ
ン開口を上向きにした正姿勢の状態で図外のホッパーか
ら第１ガイド１１へ送り込まれて、第１スターホイル２
１によって前記ホルダ７へ供給される。まず、そのホル
ダ７が、前記アーム６によって時計回りの方向へ回転さ
れて前記の洗浄槽９の上側で所定時間だけ停止される。
そのホルダ７に保持されたビン８は、後述の給水手段２
７によって洗浄水が注入された状態で超音波洗浄され
る。次いで、その超音波洗浄を終了したホルダ７は、上
記アーム６によって時計回りの方向へ回転されながら上
下方向に反転される。これにより、上記のビン８が逆さ
姿勢にされてビン８内に注入されていた前記の洗浄水が
排出される。なお、その逆さ姿勢のビン８のビン開口を
破線で図示してある。

【００１１】引き続いて、上記の逆さ姿勢のビン８に対
してファイナルリンス用の洗浄水が下側から吹き付けら
れ、これにより、ビン８の底部内面に付着している比重
の大きな異物が外部へ排出される。その後、その逆さ姿
勢のビン８は、クリーンな圧縮空気が吹き付けられるこ
とによって水切りされる。次いで、前記ホルダ７が時計
回りの方向へ回転されながら元の姿勢に反転され、これ
により、逆さ姿勢のビン８が正姿勢へ復帰される。引き
続いて、ビン８は、第２スターホイル２２によって上記
ホルダ７から取り出されて第２ガイド１２へ送り出さ
れ、その後、乾燥滅菌などの次工程へ送り出される。な
お、上記の二つのスターホイル２１・２２の間には、三
角形状の第３ガイド１３が配置されている。

【００１２】次に、図２と図３とによって超音波洗浄装
置の詳細な構造を説明する。前記の洗浄槽９内の底部に
超音波振動子１５が配置される。その振動子１５の水平
方向へ延びる振動面１６と上記の洗浄槽９に貯溜した第
１洗浄水Ａの水面Ｗとの距離Ｌは、その振動面１６から
放射された超音波の波長の四分の１を奇数倍した値とほ
ぼ同じ値に設定されている。より具体的にいえば、この
実施例では、上記の距離Ｌを約40mmに設定するととも
に、上記の振動子１５から放射される超音波の周波数
(ｆ)を28KHzに設定してある。なお、水中での音速(Ｃ)
は、約1500000 mm/secである。

【００１３】この場合、上記の第１洗浄水Ａ中での上記
の超音波の波長(λ)は、λ＝Ｃ/ｆ＝1500000/28000＝5
3.57mmとなる。このため、上記の波長(λ)の四分の１を
奇数倍(ここでは３倍)した値は、53.57mm×(1/4)×3＝4
0.18mm≒Ｌ(40mm)となる。従って、上記の振動子１５に
接続した超音波発信器(図示せず)の発信周波数を前記の
28KHzにチューニングすれば、上記の振動面１６から放
射された超音波が水面Ｗで最大変位の状態で反射されて
洗浄槽９内が共振状態(定存波の条件)に維持されること
になる。

【００１４】上記ビン８の底部を上記の第１洗浄水Ａに
浸漬させる浸漬手段１８が設けられる。その浸漬手段１
８は、上記の洗浄槽９を昇降させる昇降機構１９を備え
る。その昇降機構１９は、電動機で回転されるカム(い
ずれも図示せず)によってロッド２４(図３参照)を昇降
させるようになっている。そのロッド２４の上端に固定
したベース板２５を上昇させると、図３に示すように、
上記ビン８の底部が上記の第１洗浄水Ａの水面Ｗよりも
下側に深さＤだけ浸漬される。その浸漬深さＤは、上記の
超音波の波長の四分の１(ここでは、53.57mm×(1/4)＝
約14mm)以上の値に設定することが好ましい。

【００１５】また、上記ビン８内に第２洗浄水Ｂを供給
する給水手段２７が設けられる。その給水手段２７は、
前記の洗浄槽９の上側に配置された給水用ヘッダ２８
と、図１に示すように、そのヘッダ２８から突出された
三つのノズル２９とを備えている。各ノズル２９によっ
て上記の各ビン８へ第２洗浄水Ｂが注入される。上記の
ヘッダ２８には、別の昇降機構(切換手段)３１のロッド
３２が連結される。その別の昇降機構３１も、電動機で
回転されるカム(いずれも図示せず)によって上記ロッド
３２を昇降させるようになっている。図３に示すよう
に、上記のロッド３２を下降させると、上記ノズル２９
が上記ビン８内へ挿入されて下降位置Ｘへ切換えられ
る。また、図２に示すように、同上のロッド３２を上昇
させると、同上ノズル２９が同上ビン８から抜き取られ
て上昇位置Ｙへ切換えられる。

【００１６】上記の超音波洗浄装置は次のように作動す
る。その装置の稼動中には、図２に示すように、共振水
位に調節された洗浄槽９内で振動子１５から超音波が常
時放射されている。その図２の共振状態において、ま
ず、前記ビン８が、ホルダ７によって洗浄槽９の上側へ
搬入されて、そこで停止される。

【００１７】次いで、その洗浄槽９がベース板２５によ
って上昇されて上記ビン８の底部が第１洗浄水Ａに浸漬
され始め、これとほぼ同時に、前記ノズル２９が第２洗
浄水Ｂをビン８内へ注入しながら下降されていく。そし
て、図３に示すように、上記の洗浄槽９が上昇位置へ移
動されると共に上記ノズル２９が下降位置Ｘへ移動され
ると、今度は、その洗浄槽９が下降され始め、これとほ
ぼ同時に、上記ノズル２９が上昇されていく。これによ
り、前記の図２に示すように、上記の洗浄槽９が下降位
置へ復帰されると共に上記ノズル２９が上昇位置Ｙへ復
帰される。その後、前記ホルダ７を水平方向へ回転させ
て洗浄済みのビン８を洗浄槽９の上側から搬出する。こ
れにより、超音波洗浄の１サイクルが終了して、洗浄槽
９の上側には新たなビン８が搬入されてくる。

【００１８】上記ビン８の底部が第１洗浄水Ａに浸漬さ
れているときには、振動子１５の超音波が、第１洗浄水
Ａを経てビン８の底部へ伝播し、その底部からビン８内
の第２洗浄水Ｂへ伝播して、その第２洗浄水Ｂとビン内
面との接触部分にキャビテーションを発生させる。その
ビン８は、底部だけが第１洗浄水Ａに浸漬されているの
で、その第１洗浄水Ａとビン外面との接触部分での超音
波の減衰量が少ない。このため、第２洗浄水Ｂに必要量
の超音波が到達して、ビン８の内面を効率良く十分に洗
浄できる。

【００１９】また、前記の距離Ｌを、振動子１５から放
射された超音波の波長の四分の１を奇数倍した値とほぼ
同じ値に設定して振動子１５の振動面１６と第１洗浄水
Ａの水面Ｗとの間で共振を起こしたので、小容量の振動
子１５によって必要強さの超音波を放射できる。しか
も、上記の洗浄槽９を昇降させることによってビン８を
昇降させる必要がなくなるので、そのビン８を搬送する
機構が簡素でよい。従って、多量のビン８を自動的に洗
浄する場合に、その搬送機構の製作費用を大幅に低減で
きる。

【００２０】ところで、共振水位に調節された洗浄槽９
では、超音波の半波長の間隔で水平方向に音圧の強弱分
布が発生するため、ビン８には水平方向に帯状の洗浄ム
ラが発生しやすい。しかしながら、本発明によれば、上
記ビン８に対して洗浄槽９を上下方向へ移動させながら
超音波洗浄を行うので、上記の洗浄ムラを防止でき、ビ
ン８の外観が向上する。さらに、前記の超音波洗浄中に
は、ビン８の内面から剥離した異物は、注入された第２
洗浄水Ｂによって第１洗浄水Ａの水面Ｗへ排出されて、
ここから洗浄槽９外へ排出される。このため、その剥離
した異物を排出するための構成も簡素かつ安価である。

【００２１】なお、上記の第１洗浄水Ａと第２洗浄水Ｂ
とは、同一の水を使用してもよいが、物性が異なる水であ
ってもよい。例えば、ビン８の底部を浸漬する第１洗浄
水Ａは、脱気されて張力が高い水を使用した場合には、
超音波によるキャビテーションを抑制できる。これによ
り、ビン８の外面の損傷をさらに確実に防止できる。そ
の脱気水は、予め脱気した水を使用することや、洗浄槽
９内の循環水を超音波を利用して脱気すること等が考え
られる。また、上記ビン８に注入される第２洗浄水Ｂ
は、空気が溶け込んで張力が低い水を使用すると、キャ
ビテーションの発生を促進できる。これにより、ビン８
の内面をさらに効率良く洗浄できる。

【００２２】前記の距離Ｌは、前記の超音波振動子１５
から放射された超音波の波長の四分の１を奇数倍した値
とほぼ同じ値に設定することが最も好ましいが、これに
代えて、その波長の四分の１を偶数倍した値とほぼ同じ
値に設定してもよい。さらには、第１洗浄水Ａの水面Ｗ
を共振水位に設定することは必須ではなく、従って、上
記の距離Ｌは、上記の超音波の波長の四分の１を小数倍
した値であっても支障ない。前記の昇降機構１９や別の
昇降機構３１は、電動機およびカムの組み合わせに代え
て、サーボモータやスピードコントローラ付き空圧シリ
ンダなどの他の種類のアクチュエータを利用したもので
あってもよい。

【００２３】上記の昇降機構１９は、洗浄槽９を下降位
置から即座に上昇させるものであってもよく、その下降
位置で所定時間だけ停止させるものであってもよい。ま
た、上記の別の昇降機構３１は、ノズル２９を下降位置
Ｘと上昇位置Ｙとの少なくとも二位置へ切換えるもので
あればよく、連続的に昇降するものに代えて、間欠的に
昇降するものであってもよい。前記の搬送用ホルダ７を
駆動する手段は、タレット４に代えてトローリ形コンベ
ヤなどであってもよい。

【００２４】

【発明の効果】本発明の装置または方法は、上記のよう
に構成され作用することから次の効果を奏する。超音波
振動子から放射された超音波は、第１洗浄水を経て容器
の底部へ伝播して、その底部から容器内の第２洗浄水へ
伝播し、その第２洗浄水と容器内面との接触部分にキャ
ビテーションを発生させる。これにより、その容器の内
面が洗浄される。その洗浄時には、容器の底部だけが第
１洗浄水に浸漬されるので、その第１洗浄水と容器外面
との接触部分での超音波の減衰量が少ない。このため、
容器内の第２洗浄水に必要量の超音波が到達して、容器
内面を効率良く十分に洗浄できる。

【００２５】しかも、上記の長所を得るにあたって、振
動子から放射される超音波を強力にする必要がないの
で、容器外面がキャビテーションによって損傷すること
を防止でき、容器の外観を良好に保てる。さらに、洗浄
槽を昇降させることによって被洗浄容器を昇降させる必
要がなくなるので、その容器を搬送する機構が簡素でよ
い。従って、多量の容器を自動的に洗浄する場合に、そ
の搬送機構の製作費用を大幅に低減できる。

【００２６】なお、請求項２に示すように、前記の洗浄
槽内の前記の第１洗浄水の水面と前記の超音波振動子の
振動面との距離を超音波の波長の四分の１を整数倍した
値とほぼ同じ値に設定して、前記の容器の底部が上記の
第１洗浄水に浸漬される深さを上記の超音波の波長の四
分の１以上の値に設定した場合には、上記の洗浄槽内を
共振状態に維持して小容量の振動子で必要強さの超音波
を放射できるうえ、その第１洗浄水によって容器内面へ
十分な強さの超音波を伝播できる。

【００２７】また、請求項３に示すように、前記の振動
面から放射された超音波の波長の四分の１を奇数倍した
値とほぼ同じ値に前記の距離を設定した場合には、前記
の洗浄槽内をさらに確実に共振状態に維持してさらに小
容量の振動子で必要強さの超音波を放射できるうえ、そ
の第１洗浄水によって容器内面へ十分な強さの超音波を
伝播できる。

【００２８】さらに、請求項４又は６に示すように、超
音波洗浄によって前記の容器から剥離した異物を前記の
第２洗浄水を利用して外部へ排出する場合には、その異
物を排出するための構成を簡素かつ安価に造れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示し、超音波洗浄装置の
平面図である。

【図２】上記の図１中のII−II線矢視に相当する立面視
模式図である。

【図３】ビンを超音波洗浄している状態を示し、上記の
図２に相当する図である。

【符号の説明】

７…搬送手段(搬送用ホルダ)、８…被洗浄容器(ビン)、
９…洗浄槽、１５…超音波振動子、１９…昇降機構、２
７…給水手段、２９…ノズル、３１…切換え手段(別の
昇降機構)、Ａ…第１洗浄水、Ｂ…第２洗浄水、Ｄ…深
さ、Ｌ…距離、Ｗ…第１洗浄水Ａの水面、Ｘ…下降位
置、Ｙ…上昇位置。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１洗浄水(Ａ)を貯溜する洗浄槽(９)に
   超音波振動子(１５)を設け、その振動子(１５)の上側に
   被洗浄容器(８)を搬送手段(７)によって搬入および搬出
   させるように構成した超音波洗浄装置において、 上記の容器(８)に第２洗浄水(Ｂ)を供給する給水手段
   (２７)を設けるとともに上記の洗浄槽(９)を昇降させる
   昇降機構(１９)を設けて、その昇降機構(１９)によって
   上記の容器(８)の底部を上記の第１洗浄水(Ａ)に浸漬さ
   せた、ことを特徴とする超音波洗浄装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の超音波洗浄装置におい
   て、 前記の洗浄槽(９)内の前記の第１洗浄水(Ａ)の水面(Ｗ)
   と前記の超音波振動子(１５)の振動面(１６)との距離
   (Ｌ)を、その振動面(１６)から放射された超音波の波長
   の四分の１を整数倍した値とほぼ同じ値に設定し、 前記の容器(８)の底部が上記の第１洗浄水(Ａ)に浸漬さ
   れる深さ(Ｄ)を、上記の超音波の波長の四分の１以上の
   値に設定した、ことを特徴とする超音波洗浄装置。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の超音波洗浄装置におい
   て、 前記の距離(Ｌ)を、前記の振動面(１６)から放射された
   超音波の波長の四分の１を奇数倍した値とほぼ同じ値に
   設定した、ことを特徴とする超音波洗浄装置。
4. 【請求項４】 請求項１から３のいずれかに記載した超
   音波洗浄装置において、 前記の第２洗浄水(Ｂ)を前記の被洗浄容器(８)へ注入す
   るノズル(２９)を前記の給水手段(２７)に設けて、その
   ノズル(２９)を前記の洗浄槽(９)の上側に配置し、 上記ノズル(２９)を、切換え手段(３１)によって、上記
   の容器(８)内へ挿入される下降位置(Ｘ)と同上の容器
   (８)内から抜き取られる上昇位置(Ｙ)との少なくとも二
   位置へ切換え可能に構成した、ことを特徴とする超音波
   洗浄装置。
5. 【請求項５】 第１洗浄水(Ａ)を貯溜した洗浄槽(９)の
   上側へ被洗浄容器(８)を搬入する工程と、その容器(８)
   内に第２洗浄水(Ｂ)を供給すると共に上記の洗浄槽(９)
   を昇降機構(１９)によって上昇させて同上の容器(８)の
   底部を上記の第１洗浄水(Ａ)へ浸漬させて、その浸漬中
   の容器(８)へ超音波を放射する工程と、 上記の洗浄槽(９)を上記の昇降機構(１９)によって下降
   させて上記の容器(８)の上記の浸漬状態を解除する工程
   と、 その後、上記の容器(８)を上記の洗浄槽(９)の上側から
   搬出する工程とを含む、ことを特徴とする超音波洗浄方
   法。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の超音波洗浄方法におい
   て、 前記の洗浄槽(９)の上側に配置したノズル(２９)を切換
   え手段(３１)によって下降させて前記の被洗浄容器(８)
   内へ挿入し、 上記ノズル(２９)から上記の容器(８)内へ前記の第２洗
   浄水(Ｂ)を注入して、その状態で超音波振動子(１５)に
   よって超音波洗浄を行ない、これにより、その容器(８)
   から剥離した異物を上記の注入した第２洗浄水(Ｂ)によ
   って上記の容器(８)の外部へ排出し、 その後、上記の切換え手段(３１)によって上記ノズル
   (２９)を上記の容器(８)内から抜き取る、ことを特徴と
   する超音波洗浄方法。