図２　洗浄効果の比較（図中の超音波マイクロバブルは超音波音場でのマイクロバブル洗浄をさす）

図１　超音波音場でのマイクロバブル洗浄の実験装置

超音波音場でのマイクロバブル洗浄

物理的・化学的洗浄効果の確認

高濃度マイクロバブル発生装置による新たな洗浄への期待平井　聖児ものつくり大学技能工芸学部製造学科教授博士（工学）

特機工業

　特機工業の洗浄機

オールマイティー　シリー

ズは、豊富なバリエーションから最適機種を選

べ、低価格を実現している。溶剤使用量を抑えた

設計によりランニングコストを低減。有機溶剤系

コ・ソルベント洗浄仕様など豊富な洗浄液に対応

している。

　また、超音波洗浄機用にユニット型脱気装置を

開発した。洗浄液中の溶存酸素をコントロール

し、超音波の効果を高めることで超音波洗浄機の

超音波パワーを復活させる。炭化水素系、水系、

準水系など多様な液に対応する。

ニッコークリエート

　ニッコークリエートは鋳物・ダイカスト技術

を中核に、ユニットパーツの設計から鋳造、機

械加工、組み立てまで一貫して手がける。オリ

ジナルの洗浄機「ニッコーラヴァージュ」は１

９９２年のシリーズ展開以来、累計１０００台

を突破。

　前後揺動式をはじめテーブル回転式、チェー

ン搬送式、インデックス式、高圧スプレー式な

どタイプ別に、ワークの種類・大きさや個数に

応じた洗浄形式を用意。搬送装置なども含め、

ユーザーに最適な洗浄システムを提供する。

　従来、工業製品の洗浄には有機溶剤が使われてきたが、近年では精

密工業製品の品質向上や均質化への要求が高まっていることから、よ

り高精度で環境への負荷が低い洗浄技術の一つとして、マイクロバブ

ル洗浄に関する研究や実用化が進んでいる。ここで紹介するのは超音

波洗浄とマイクロバブル洗浄の欠点を補えるような新しい洗浄技術の

提案である。

ジャパン・フィールド

　ジャパン・フィールドはフロン・エタン代替洗

浄技術の開発に成功し、同技術を活用した製品は

多くのユーザーから好評を得ている。

　多段式真空洗浄装置「ＶＯＮＯＶＯ」は槽内自

動掃除機「さらば清掃」を内蔵しているため、槽

内の清掃が不要。また、溶剤抑制タイプの常圧自

動洗浄機「ナチュラ」をラインアップし、洗浄シ

ステム「グリーンベーパー」シリーズを商品化。

真空濃縮装置「オイルフィールド」のほか、加工

油を再利用する「プレイバック」など環境に配慮

した製品も多数そろえる。

〈次ページ下段に続く〉

有力企業の製品・技術〈順不同〉

　超音波洗浄は汚れに対

する高い剥離・分解力、

洗浄工程の自動化・省力

化を図ることができるな

どの理由から、工業製品

の生産に必要不可欠な洗

浄技術である。しかし、超

音波洗浄は超音波の直進

性により背面部の洗浄力

が弱いこと、洗浄剤の併

用や汚れの液中分散によ

る排水処理費用や水への

環境負荷、また発振周波

数や出力電力によって被

洗浄物にキャビテーショ

ン

気泡の発生と消滅現

象

によるダメージが生

じるなどの欠点がある。

　一方、マイクロバブル

は多大な比表面積と表面

の帯電性に由来する優れ

た油分吸着能を有するこ

とから、経済的かつ低環

境負荷であるとともに、

狭溢部への高い浸透力

きょうあい

があるなどの利点を有す

る。しかし、マイクロバ

ブル単独による洗浄は気

泡の小さな浮力に頼るこ

ととなり、付着力の強固

な汚れを短時間で完全に

吸着・剥離するだけの効

率的な洗浄効果を得るこ

とは困難であるとされて

いる。

　図１はマイクロバブル

の圧壊によって発生する

フリーラジカルの酸化力

に由来する化学的効果

と、超音波が照射された

マイクロバブルは体積振

動を行い、その中で気泡

同士の凝集や合体、破裂

などの挙動によって生じ

るせん断力や衝撃力など

の物理力を利用して、汚

れを除去するという洗浄

プロセスを期待した実験

装置である。なお、マイ

クロバブル発生装置は加

圧溶解型であり、ポンプ

によって気体と液体を自

給しながら混合溶解・送

圧し、ノズル部で減圧解

放することによって高濃

度なマイクロバブル

マ

イクロバブルの気泡のボ

イド率は２・４×

の

３乗％である

を発生さ

せる。また水槽内での音

波強度は１平方

当た

り０・

に相当する。

　図２は超音波音場での

マイクロバブルを用い

て、金属板表面に付着し

た不水溶性金属加工油の

洗浄を行ったものと、マ

イクロバブルのみを用い

た洗浄

マイクロバブル

洗浄

や超音波のみを用

いた洗浄

超音波洗浄

のものとを比較するため

に、油分除去速度および

洗浄後の洗浄液の濁りを

測定した結果である。

　まず、油分除去速度の

観点から比較すると、超

音波音場でのマイクロバ

ブル洗浄はマイクロバブ

ル洗浄に対して約２・４

倍の油分除去速度を有し

た。これはマイクロバブ

ルに超音波を照射するこ

とで、マイクロバブルが

振動、凝集、合体、破裂

などの複合的な挙動を有

し、それが試料表面でせ

ん断力や衝撃力として作

用して、油分の吸着や剥

離の促進に寄与したと考

えられる。

　一方、超音波音場での

マイクロバブル洗浄は超

音波洗浄に対して約０・

４倍の油分除去速度であ

った。これはマイクロバ

ブルと洗浄液の音響イン

ピーダンス差に起因する

超音波の反射や吸収が主

要因であると考えられ

る。

　またマイクロバブルに

超音波のような外力を加

えると、強制的に圧壊が

誘起され、マイクロバブ

ル単独の場合よりもフリ

ーラジカルの発生量が増

加する。それに伴い有機

物の分解が促進されると

するならば、マイクロバ

ブル洗浄に対し、超音波

音場でのマイクロバブル

洗浄の油分除去速度が速

い背景には、化学的効果

も寄与している可能性が

あると考えられる。

　次に、洗浄後の洗浄液

に対する濁りを定性的に

評価するために、ＭＡＴ

ＬＡＢ

マトラボ

を用

いて任意の水平方向１０

０

範囲において、最も

明確な違いが現れたＨＳ

Ｖ色空間

色相、彩度、

明度で構成される色空

間

からの１成分である

彩度

鮮やかさ

の値を

算出し、比較検討した。

その結果、超音波音場で

のマイクロバブル洗浄の

彩度は時間経過に伴いや

や低下するが、マイクロ

バブル洗浄や洗浄前に近

い値を維持した。

　一方、超音波洗浄に対

する彩度は時間の経過に

伴ってほかの洗浄法に対

して明らかに低下し、明

確な差が確認できた。超

音波音場でのマイクロバ

ブル洗浄では、洗浄面が

マイクロバブルで覆われ

るために、洗浄面やその

近傍で濁りの原因となる

キャビテーションや界面

攪乱が発生せず、油分の

かくらん

液中分散が起こらなかっ

た。すなわち、洗浄液の

濁りを抑制したと考えら

れる。

　またマイクロバブル洗

浄と同様に、マイクロバ

ブルの優れた油水分離能

によって、洗浄面の油分

だけでなく洗浄液中に存

在する油分も吸着し、水

面へ浮上していることも

洗浄液の濁りを抑えた要

因の一つと考えられる。

なお超音波音場でのマイ

クロバブル洗浄の彩度が

マイクロバブル洗浄に比

べてわずかに低い値を示

した理由としては、試料

を透過した超音波振動が

洗浄面の油分を直接分散

している可能性が考えら

れる。

　超音波音場でのマイク

ロバブル洗浄は比較的付

着力の強固な油分にも適

用できる洗浄力を有する

とともに、超音波に起因

した洗浄液の汚濁や被洗

浄物へのダメージを抑制

できる可能性を有するこ

とから、金属部品やガラ

ス製品だけでなく、半導

体ウエハーなどの物理的

損傷を防止したい製品に

も応用が期待できる。

（ ） 【広告特集】 ２０１５年 平成２７年 ３月２３日 月曜日