衣類の溶剤洗浄代替を目的とする水系超音波洗浄システムの開発

0871437575

衣類の溶剤洗浄代替を目的とする

水系超音波洗浄システムの開発

(研究課題番号

12680104)

平成 12年度 平成 14年度科学研究費補助金 (基盤研究 (C)(2))

研究成果報告書

平成

1

5

年

5

月

研 究 代 表 者 多 賀 谷

久子

(滋賀大学教育学部教授)

f ， Irfnv 同I ， I I f L J ( 行 A M I -7 ・ υ 伊 い p f f L J

衣類の溶剤洗浄代替を目的とする

水系超音波洗浄システムの開発

(研究課題番号

12680104)

平成 12年度 平成 14年度科学研究費補助金 (基盤研究

(

C

)

(

2

)

)

研究成果報告書

平成

15

年

5

月

研 究 代 表 者 多 賀 谷

久子

(滋賀大学教育学部教授)

は し が き こ こ に 報 告 す る 研 究 は 、 研 究 課 題 「 衣 類 の 溶 剤 洗 浄 代 替 を 目 的 と す る 水 系 超 音 波 洗 浄 シ ス テ ム の 開 発j と し て 、 平 成 12年 度 お よ び 平 成 14年 度 の3 年 間 に わ た っ て 文 部 省 科 学 研 究 費 補 助 金 ( 基 盤 研 究 (C) (2)) の 交 付 を 受 け て 行 わ れ た も の で あ る 。 本 研 究 の 組 織 、 研 究 経 費 、 研 究 発 表 お よ び 研 究 成 果 は 以 下 の と お り で あ る。 研 究 組 織 研 究 代 表 者 : 多 賀 谷 久 子 ( 滋 賀 大 学 教 育 学 部 教 授 ) 交 付 決 定 額 ( 配 分 額 ) 金 額 単 位:千円) 直 接 経 費 間 接 経 費 メ仁玉1、 計 平 成 12年 度 2.300

。

_2.300 平 成 13年 度 600

。

₆₀ 平 成 14年 度 600

。

₆₀ 総 計 3， 500

。

₃₅₀₀ 研 究 発 表 1 . 学 会 誌 等

(2) Hisako T AGA Y A， Ayumi YOSIDA、and Ken HIGASITUJI

A N ew Approach to the Study of the Mechanism of Oily Soil

Removal by Means of Liquid Chromatography with Filament Yarn Column.

Journal of Oleo Science Vo1.51

，

No.12

，

789・798 (2002).

2. 口 頭 発 表 (1)多賀谷久子、上谷 真 由 布 の 水 系 超 音 波 洗 浄 に 関 す る 研 究

-- -- A •

日 本 油 化 学 会 ， 第34回 洗 浄 に 関 す る シ ン ポ ジ ウ ム ， 2002年 10月29日 (2)多 賀 谷 久 子 、 上 谷 真 由 水 系 超 音 波 に よ る 汚 染 布 の 洗 洗 浄 機 構 日 本 家 政 学 会 第55回 大 会 ( 3) 多 賀 谷 久 子 、 吉 岡 美 緒 、 田 井 誠 二 、 越 智 脱 気 水 に よ る 布 の 超 音 波 洗 浄 平 成15年 度 繊 維 学 会 年 次 大 会 ー11・ 2003年5月 25日 康 夫 2003年6月 12日

目 次

はじめに 1

第 1章 脱気水中での超音波による市販標準汚染布からの汚れ除去 2

第2章 水系超音波による布からの粒子汚れの除去機構 10

はじめに アロンなど溶剤による地球的規模の環境問題から、工業製品の洗浄工程の 超音波による洗浄は溶剤から水に急速に転換され、半導体基盤などに付着し た汚れの水系超音波洗浄に関する研究は多くなされてきた。 しかし水を洗浄媒体とした繊維製品の超音波洗浄に関する基礎的研究はあ まりなされていない。衣類のドライクリーニング溶剤が、環境汚染や健康障害で問題 となっている。ドライクリーニングを行っている衣類を水系洗浄で、行っていくことが、今日 の緊急的課題である。 硬質表面の洗浄において効果を発揮している水系超音波 を衣類に応用してし、くためには、超音波による繊維からの汚れの洗浄機構を明ら かにし、繊維のような軟質表面を劣化させない水系超音波洗浄システムを開発す る必要がある。 本報告は、繊維表面と汚れへの超音波の作用機構を解明し、繊維に最適な水 系超音波洗浄システムを確立することを目的として、第 1章では、市販超音波洗浄 装置を用いて行った、脱気水中で、の市販標準汚染布からの汚れ除去について、 第 2章では、試作した水系超音波洗浄装置を用いて、超音波による布からの粒子 汚れの除去機構について研究した成果である。

第

1

章

脱気水中での超音波による

市販標準汚染布からの汚れ除去

1 緒 言 衣服の汚れには、人体からの汚れとして皮膚から排池される皮脂などの油性 汚れの他に、生活環境からの汚れとして粘土質のほこりや泥汚れなどの粒子汚 れがある。 本章では、布の水系超音波洗浄のメカニズ、ムを解明することを目的とし、洗 浄液として脱気水を用いて市販標準人工汚染布の超音波洗浄を行い、布からの 粒子汚れの除去に及ぼす水中溶存気体の影響、洗浄効率に及ぼす音圧の効果に 関する基礎的研究を行った。 2 実験 2. 1 試 料 超 音 波 洗 浄 に 用 い た 人 工 標 準 汚 染 布 ( 綿 ) は 、 Wascherel Forschungs Institute (Krefeld，Gerrnany) 製の WFK10Cを 50

x

50rnrnに裁断したものであ る。 水は脱イオン水、あるいはこれを 1度蒸留したものを用いた。 汚染布の汚垢組成(%) 1) WFK10C: ラノリン84.2 カオリン 13.58，カーボンブラック1.26，酸化第 二鉄0.63，酸化第一鉄 O.32 2.2 方 法 1)脱気水の調製 超純水を膜式の脱気水製造装置 (FOO-600、三浦工業(欄)を用いて脱気した水 (溶存酸素濃度 00:O.5rng/L)、あるいは脱イオン水を加熱脱気法によって脱気 した水を所定条件に調製して実験に供した。 2)溶存酸素濃度の測定

ポータブル溶存酸素計 (sension™ 6、HACHCo.， USA、または A-801飯島電

子工業側)を用いて、実験開始前と後に洗浄液の溶存酸素濃度 (00) を測定し

た。本実験に用いた洗浄槽では、実験開始から 3分後で 00値は約 0.40rng/L上

昇した。

-3)超音波洗浄試験 本実験に用いた超音波洗浄装置((株)ヴェルヴォクリーア製VS-100mを Fig.1-1に示す。内槽が 140L

x

240W

x

100Hmrnで、洗浄槽材質はSUS-304、50W の特殊ボ、ルト締めランジュパン振動子2個が洗浄槽底部に接合され、 3周波(28、 45、100kHz)切り替え機能をもっ。出力は周波数が 28kHzのとき 80W、45kHzの とき 100W、100kHzのとき約 30Wで また W密度はそれぞれ O.2W/ cm2、O.3W /cm2_{、O.1W/ cm}2_{である。試作した窓枠40}

x

_{40mrnをもっ60}

x

_{80mmのステンレ} ス製治具 (Fig.1-2) に固定した汚染布を洗浄槽底面に接合された 2個の振動 子上となるよう試作したキャリア(83L

x

185W

x

145Hmrn) (Fig. 1-3) の両端に 取り付け、常にキャリアを洗浄槽の底部中央に、布面が槽底面と平行に設置し た。これを洗浄槽の所定の垂直位置に設置し、所定の条件で超音波を照射した。 本実験ではキャリアを固定する垂直アームを用いなかった。洗浄後汚染布 WFK は恒温乾燥機で乾燥した。 4) WFK10Cの洗浄効率 無機汚れ量付着と K/S(式(1))の聞に直線関係が認められている 2)。そこで、 無機汚れ成分の除去率の評価には、式 (2)のKubelka-Munk式 3)を用いて洗浄 効 率 を 求 め た。試 験 布 の 表 面 反 射 率 測 定 は 、 卓 上 小 型 白 色 度 計(Whiteness

Checker NW-1， NIPPON DENSYOKU KOGYO Co.， LTD.)を用いて、洗浄前の試験布

の表と裏各々3ヵ所測定し、表裏それぞれの表面反射率の平均値(加算平均値) を求めた。このとき視野角は

C

/

2

。、

Y

値とした。 洗浄後の試験布は、超音波が効率良く照射し最も良く洗浄された部分と、そ れ以外の部分(あまり落ちていない部分)のそれぞれについて、いわゆる洗浄 むらが観察された。そこで、キャリアの両端に取り付けた試験布2枚それぞれ の試験布の表面反射率を測定し、 2枚の平均値(加算平均値)を洗浄効率とし た。すなわち、洗浄前の試験布の表と裏各々3 ヵ所測定し、表裏それぞれの表 面反射率の平均値(加算平均値)を求めた。洗浄後の試験布は、超音波が効率 良く照射し最も良く洗浄された部分と、それ以外の部分(あまり落ちていない 部分)の洗浄むらが確認できたため、表と裏(最も良く洗浄された部分 3カ所、 あまり落ちていない部分 3ヵ所)各々測定し、最も良く洗浄された部分の表面 反射率の平均値(加算平均値)、あまり落ちていない部分の表面反射率の平均値 (加算平均値)を表裏各々求めた。そして、式(2)から最も良く洗浄された部分 の表裏各々の洗浄効率、あまり落ちていない部分の表裏各々の洗浄効率を求め -3

-た。その後、最も良く洗浄された部分の表裏の洗浄効率を平均(加算平均)し た値を、最も良く洗浄された部分の洗浄効率とした。また、あまり落ちていな し、部分の表裏の洗浄効率を平均(加算平均)し、さらにその値と最も良く洗浄 された部分の洗浄効率との平均値(加算平均)を、あまり落ちていない部分(以 下平均部分と呼ぶ)の洗浄効率とし、汚染布を同時に 2枚洗浄した場合には、 2 枚の加算平均値とした。 R 一 P A -う ん c u / / K ( 1 )

}(:light absorption or reflectivity coefficient

5: light scattering coefficient

l?:observed reflection 寸 I I l l 1 1 1 1 ﹂ W 一 ld 、 ‘... _， r て 、 ll ノ S 一

S

笠

U

， ， ， . 司 、 、 っ ， t ‘ 、 一 一 一 、_{、 ・ ・ 九} Y E ' A S 一

S

W

一

_U

J

i t -- _， t E ‘ 、 ﹁ I l l 1 1 1 1 1_﹂ n u nu

-M_m v d e

n

e

- 唱 ム c . 、 i n 十 i εi E U 唱 ' ム a v o

m

e n k

(

2

)

sf: soiled fabric wf: washed fabric of: original fabric 6)音圧レベルの測定 Fig. 1-4， 1-54 )に示すように、水中マイクロホン (ST-80B，沖電気工業 側)を洗浄液の入った槽内の所定位置に挿入し、 FFT周波数分析計(SOUNDand

VIBRATION SIGNAL ANALYZER， 2CH SA-74、RIONCo.， LTD.)を用いて音圧レベル

を計測した(測定値は 32回分析した加算平均値として表示される)。水平測定 位置は、底面の左右に接合された右側の超音波振動子真上とした。槽内の超音 波の振動周波数についても適時モニタしたが、常に25.5kHzであった。 3 結 果 3. 1 粒子汚れの超音波洗浄に及ぼす水中溶存気体の影響 洗浄液を水とし、汚染布 WFK10Cの超音波洗浄に及ぼす水中溶存気体の影響を 調べた (Fig.1-6， 1-7)。このとき汚染布の垂直位置を 15mm、水平位置を底面に -4

-接合されている超音波振動子上、布面を底面と平行とした。溶存気体の指標は 溶存酸素濃度とし、洗浄時間は

5

分，水温

3

0

0 Cとした。 水の

0

0

値が

7

.

2

9

m

g

/

L

(非脱気水)での洗浄効率は、平均部分で約

25%

程度 であるが、

0

0

値の減少にともなって

3

.

0

0m

g

/

L

付近から急激に洗浄効率が増加 し、

1

.

0

0

m

g

/

L

付近では

5

0

%

に達する。このとき、最も良く洗浄された部分の洗 浄効率は

90%

であった。すなわち、

0

0

値が1.

O

O

m

g

/

L

付近で布に効率良く超音 波を照射すれば、

90%

の洗浄効率を期待することができる。また、

F

i

g

.1

-

6

-

-

-

-

-

7

の横軸の

0

0

値を対数に直して表した結果、

F

i

g

.1

-

8

-

-

-

-

-

9

に示すように

0

0

値と洗 浄効率との問に両者ともに直線関係が成立する。「最も良く洗浄された部分Jの 直線の勾配の絶対値は「平均値」のものより約 2倍大きく、溶存気体の影響が 著しいことがわかる。 水中の溶存気体が減少すると、キャピテーションの発生効率がよくなること や 5)、非脱気に比べて音速の低下が少なくなるため超音波強度が大きくなるこ とが知られており へ それらが洗浄作用を増大させる要因と推測される。さら に、脱気水で、は繊維のミクロボイドに含まれる気体が水に溶解され易くなり o)、 繊維や汚れが洗浄液と置換され易くなることも洗浄率の向上に寄与しているも のと推測される。 このように、脱気レベルを高くすることで超音波強度の減衰も減少し、洗浄 効率を高めることができる。 しかし、脱気レベルを高くすると、洗浄むらがで きやすい。これは、洗浄強度が深さ方向に現れて洗浄むらや強度が強くなりす ぎる場合があるためと推測される 。7) このことから、脱気レベルを高くすれば 効果的な洗浄を行えるが、高くしすぎることでむらができ、全体的に効果的な 洗浄はできないといえる。そのため、被洗浄物の揺動が必要である。

3

.

2

洗浄効率に及ぼす温度の影響 次に、洗浄液を水とし、洗浄温度を

1

0

、

2

0

、洗浄時間

5

分、

0

0

値を

1

-

-

-

-

-

8

m

g

/

L

で変化させ、汚染布の洗浄槽内の位置を前項

3

.1

と同じにして、

W

F

K

1

0

C

の洗浄 効率と洗浄温度との関係を調べた

(

F

i

g

.

1

-

1

0

-

-

-

-

-

1

3

)

。 また、

F

i

g

.

1

-

1

0

-

-

-

-

-

1

3

の横軸の

0

0

値を対数に直して表した結果、

F

i

g

.

1

-

1

4

-

-

-

-

-1

7

に示すようにいずれも

0

0

値と洗浄効率との聞に直線関係が成立する。それ ぞ、れの温度について直線式を求め、それらの勾配を比較すると、「平均値J

r

最 も良く洗浄された部分」ともに

3

0

0

_C

で最も勾配が大きく、

0

0

の影響が著しい。

0

0

値をパラメータとする、洗浄温度と洗浄効率の関係を

F

i

g

.

1

-

1

8

'

"

'

-

'

1

9

に示 -5

-す。洗浄温度が

1

0

、

2

0

、

3

0

0

C

においては、どの

0

0

値においても、

2

0

0

C

の洗浄 効率が最も高い。 水の温度と水中の音速の関係は

F

i

g

l

-

2

0

5_{)に示すように、}

₈

₀

0 C付近までは水 温の上昇とともに音速も増大する。また、音波の強さは、液体の密度と音波の 伝搬速度に比例するので、水中の音速が低下すると音波強度が低下し、洗浄力 の低下につながる 4)。そのため、温度の上昇にともなう汚れの性質の変化が起 こらない温度範囲では、上述の予想、と一致して、

1

0

0 Cの洗浄効率よりも、

2

0

0 C の洗浄効率が高くなったといえる。汚染布

W

F

K

1

0

C

に無機汚れと共に付着してい るラノリンの溶解温度は

3

8

-

-

-

-

-

4

2

0 Cであり、

3

0

0 Cにおける洗浄効率が低下した原 因は、汚れの性質の変化などが考えられる。そのため、単純に温度上昇にとも なう音速だけで議論できないものと考えられる。 3. 3 洗浄時間と洗浄効率 汚染布の洗浄槽内の位置を前項

3

.1

と閉じにして、洗浄液を水，水温

3

0

0

C

、

0

0

値を

1

-

-

-

-

-

8

m

g

/

L

とし、

1

-

-

-

-

-7

分の問で、

W

F

K

1

0

C

の洗浄効率と時間の関係を調べ た

(

F

i

g

.1

-

2

1

"

"

'

-

'

2

6

)

。 また

F

i

g

.

1

-

2

1

"

"

'

-

'

2

6

の横軸の

0

0

値を対数に直して表した結果、

F

i

g

.1

-

2

7

"

"

'

-

'

3

1

に示すようにいずれも

0

0

値と洗浄効率との間に直線関係が成立する。

F

i

g

.

1

-

2

7

"

"

'

-

'

3

1

についてそれぞれ直線式を求め、それらの勾配の絶対値を比較すると、 「平均Jにおいては、

1

-

-

-

-

-

7

分ではほぼ同じであることから、この洗浄時間内で は

0

0

値の減少にともなう洗浄率の増加割合はあまり変わらないことがわかる。

0

0

値が

l

の洗浄率は、

5

分を除くと時間の増加に伴って大きくなる。「最も良く 洗浄された部分Jでは、勾配の絶対値は 7分が最も大きいが、 5分以下ではあ まりに変わらない。0

0

値が 1の洗浄率は、「平均Jの場合と同様に、 5分を除く と時間の増加に伴って大きくなり、 7分では

91%

に達する。

0

0

値をパラメータとする、洗浄時間と洗浄効率の関係を

F

i

g

.1

-

3

3

"

"

'

-

'

3

4

に示 す。全ての

0

0

値において、時間の増加とともに3分まで「平均」、「最も良く洗 浄された部分」の洗浄効率は増加し、

0

0

値が

1

m

g

/

L

付近では「平均Jで

55%

近 く、「最も良く洗浄された部分Jで

90%

近くに達する。それ以後

5

分まで洗浄 効率は減少し、再び7分まで増加する。このときの洗浄液の温度は照射時間の 増加に伴って増加し、

7

分経過後には

1

.

0

2

0

_C

上昇し、溶存酸素量は

O

.5

5

m

g

/

L

増加した。このことから、超音波を 5分照射した場合、温度上昇は 3分照射し た場合とほぼ同じだった。溶存酸素量の方は3分の場合に比べて増加し、超音 -6・

波強度の減表が考えられる 4)。また、 7分照射した場合に、再び洗浄効率が上 昇するのは、おそらく洗浄液の温度が上昇することで、汚染布の有機成分ラノ リンの流動性が大きくなり、除去され易くなったものと推測される。 3.4 超音波強度レベル L (dB) と粒子汚れ除去 超音波洗浄槽を作動し、槽底面から 15rnrnの距離における超音波強度レベル (dB) と水中溶存気体の関係を調べた。00値が 2.2 mg/Lにおける FFT周波数 分析計の画面を Fig.1-35に示す。 超音波強度レベル (dB) と水中溶存気体の関係を Fig.1-36に示す。 00値が 7mg/L付近の非脱気水では音波強度レベルが約 109dBであるが、 00値の減少に ともなって、音波強度レベルは増大し、00値が 1mg/L付近の脱気水で、は、約113dB であった。これは、 3.1で述べた、 00値の減少に従って洗浄効率が高くなる「溶 存酸素濃度と洗浄効率の関係」と類似した曲線である。 4 考 察 4. 1 超音波強度と粒子汚れ除去 超音波強度レベル L(dB) と超音波強度 1 (W/ cm2 ) の関係は次式で表される 7) _。 L

=

101og_1o1/10 (3) ここで、んは

1

0

-

16

(

W

/

_cm2 ) が用いられている。また

I

と音圧 P(N/cm2) の関係 は次式で表される 8，9)。 1= p2 /ρ C (4) ここで、 ρは水の密度、 cは水中の音速(1508m/s， 300

C

)

である。 そこで、式 (3) と (4) を用いて、音圧と DO値の関係 (260 C、Fig.1-36) と洗浄率と 00値の関係 (Fig.1-23、1-24)から、 3分における洗浄効率と音圧 (N/ cm2 ) の関係を求めた (Fig.1-37)。汚染布の洗浄効率と音圧の問には直線 関係が認められる。布(繊維)から無機汚れが除去されるためには一定の音圧 (関値)が必要であり、「汚染布の平均値Jで考えると、

W

F

K

10Cの場合は、約 8

x

1

0

-

4N/ cm2_{の力を加えることによって無機汚れの除去が始まり、約 1.1}

x

₁₀ -7

-8

x

10-4N/ cm2の力を加えることによって無機汚れの除去が始まり、約 1.1

x

10 -1

N

/

cm2の力を加えることによって無機汚れを 100%除去できるといえる。また、 「最も良く洗浄された部分」では、約 6.70X 1O-3_N/cm2_{の力を加えることによ} って無機汚れの除去が始まり 約 6.72X 10-2N/cm2の力を加えることによって 無機汚れを 100%除去できるといえる。 5. 総 括 本研究では、水系超音波洗浄のメカニズムを解明するために、市販超音波洗 浄装置を用いて、 WFK標準汚染布の超音波洗浄に関する実験を行った。 水中溶存気体の指標としての溶存酸素濃度の対数と洗浄効率には、負の勾配 を持つ直線関係が成立し、 00値の低下に伴って洗浄効果が大きくなることが見 出された。超音波洗浄槽の00値の低下に伴って音圧レベルは上昇し、音圧と洗 浄効率との間には正の直線関係が見出された。 また、 10---300

C

の間では、洗浄温度が高くなれば洗浄効果も高くなる傾向が みられた。洗浄時聞が長くなるに従い 3分までは洗浄効果が大きくなるが、そ れ以後は洗浄温度の上昇が皮脂汚れなどの性質に影響を及ぼすことがわかった。 粒子汚れについては、洗浄物の振動が超音波洗浄に影響を及ぼし、洗浄効果 を高める傾向がみられた。 今後の課題として、粒子汚れの超音波洗浄に影響を及ぼす繊維の違いや、洗 浄物の振動効果、洗剤の影響などの基礎的な研究が必要である。 おわりに、本実験にご協力くださいました滋賀大学教育学部吉岡美緒氏、脱 気水製造装置と音圧測定装置の使用のご便宜をおはかり下さいました三浦工業 (株)越智康夫氏ならびに田井誠二氏に深謝申し上げます。 文 献 1. 洗濯科学協会編集部、洗濯の科学、 42、(2)、30-35(1997) . 2. 奥村統、徳山清孝、阪谷武信、鶴田康生、油化学， 30， 432-421(1981)•

3. Schott， H.， Dθtergθncy Part 1 (Cutler， W. G & Oavis， R. C. ed.) Marcel

Oekker， New York， p.191 (1972).

4. 白石仁士， 超音波THECNO，(4)， 53-58 (2001).

5. 日本電子工業学会編，超音波工学、コロナ社、 p. 231-255 (1993)

-6. 松田千可子、安井裕美、小野木禎彦、日本家政学会誌、 46、657-662(1995)

7. 島川正憲、 超音波工学一理論と実際一、 工業調査会、 p. 15. (1975)

8. Fox F. E.，

J

Acoust. Soc. Am.， 12，147 (1940).

9. 根岸勝雄、熊本乙彦，日本音響学会誌， 15， 22 (1956)

-第 2章

水系超音波による布からの粒子汚れの除去機構

1.はじめに 超音波洗浄過程においては、超音波による液体中のキャピテーション、液粒 子の加速度、直進流などが汚れ除去に重要な役割を果たすことが知られている が 1)その作用機構は複雑である。また洗浄媒体としての通常の水には、常温の 大気圧下では容積比で約 2%の溶存気体が含まれ、これが超音波の減衰や散乱 を引き起こすことが知られている 2)。 第 l章において、市販超音波洗浄装置 を用いて、粒子汚れとラノリンの付着したドイツの標準汚染布の超音波洗浄に 関する実験を試み、水中溶存気体、洗浄温度、洗浄時間、洗浄位置などが、油 性汚れの超音波洗浄効果に大きな影響を及ぼしていることを明らかにした。 そこで本章では、布の水系超音波洗浄のメカニズ、ムを解明することを目的と して、布用の超音波洗浄装置を試作し、洗浄槽の音圧特性を明らかにし、洗浄 液として脱気水を用いて人工汚染布の超音波洗浄を行い、超音波洗浄に及ぼす 水中溶存気体の影響、布からの粒子汚れ除去における音圧の寄与に関する基礎 的知見を得た。 2.実験 2.1試料 超音波洗浄に用いた汚染布(綿)は

W

a

s

c

h

e

r

e

lF

o

r

s

c

h

u

n

g

s

I

n

s

t

i

t

u

t

e

(

K

r

e

f

e

l

d

，

G

e

r

r

n

a

n

y

)

製の

W

F

K1

0

D

と

W

F

K1

0

C

を

50X50

剛に裁断したものである。汚垢組 成を下記に示す。水は脱イオン水、あるいはこれを 1度蒸留したものを用いた。 汚染布の汚垢組成(%)3)

W

F

K

lO

D

:

遊離脂肪酸

1

3

.

0

9

，牛脂

2

3

.

8

5

， トリグリセライド

2

.

6

2

、 ラノリン

1

3

.

3

1

，コレステロール

2

.

6

9

，炭化水素

8

.

7

3

， クチン

8

.

4

3

，カオリン

2

3

.

4

5

，カーボンブラック

2

.

1

8

， 酸化第二鉄

1

.

0

9

，酸化第一鉄

O

.

5

5

W

F

K

1

0

C:ラノリン

8

4

.

2

，カオリン

1

3

.

5

8

，カーボンブラック1.

2

6

，酸化第 二鉄

0

.

6

3

，酸化第一鉄

O

.3

2

2.2方法 -10・

1)脱気水の調製 脱イオン水を膜式の脱気水製造装置

(

F

O

O

-

6

0

0

、三浦工業(槻)を用いて脱気し た水(溶存酸素濃度

0

0

:O

.

5mg/U、あるいは加熱脱気法による水を所定条件に 調製して実験に供した。 2)溶存酸素濃度の測定 ポータブル溶存酸素計 (sension™

6

、

H

A

C

HC

o

.

，

U

S

A

、または

A

-

8

0

1

飯島電 子工業側)を用いて、実験開始前と後に洗浄液の溶存酸素濃度

(

0

0

)

を測定し た。 3)超音波洗浄 超音波洗浄装置は次の規格で試作したものを用いた:洗浄槽容量

1

2

0

L

x

2

5

0

W

x

1

3

0

H

m

m

，発振周波数

2

8

k

H

z

、超音波出力

3

0

0

W

。超音波発生装置はボ、ルト締め ランジュパン型振動子で、

5

0

W

の振動子

6

個が洗浄槽底部に直に接合されてい る。振動子取り付け部の洗浄槽板厚は

2

m

m

(

材 質 :

S

U

S

3

0

4

)

である。またこの装 置は試験布の垂直移動および垂直揺動機構を備えている。装置の製作は附エス イーによって行われた。窓枠

4

0

X

4

0

m

m

をもっ

6

0

X

8

0

m

m

のステンレス製治具に 固定した汚染布をキャリア

(

8

3

L

X

1

8

5

W

X

1

4

5

H

m

m

)

に取り付け、これを洗浄槽底面 から所定の距離に懸垂し、所定洗浄条件で超音波を照射した後，試験布を乾燥 機で乾燥した。 4)洗浄効率 無機汚れ量付着と

K

/

5(

式(1))の聞に直線関係が認められている へ そこ で、無機汚れ成分の除去率の評価には、第

l

章同様にして

K

u

b

e

l

k

a

-

M

u

n

k

式 5) を用いて洗浄効率を求めた。すなわち、車上小型白色度計

(

W

h

i

t

e

n

e

s

sC

h

e

c

k

e

r

N

W

-

l

，

N

I

P

P

O

N

O

E

N

S

Y

O

K

U

K

O

G

Y

O

C

o

.

，

L

T

O

.

)を用いて、布の表面反射率を表と裏 それぞれ4ヶ所測定し、洗浄効率を算出した。本実験の汚染布は汚垢分散液を 布の片面にスプレーしたものであり、洗浄効率は表と裏の洗浄効率の加算平均 値とした。 5)音圧レベルの測定 水中マイクロホン

(

S

T

-

8

0

B

，沖電気工業(槻)を洗浄液の入った槽内の所定位 -11

-置に挿入し、 FFT周波数分析計(SOUNO and VIBRATION SIGNAL ANALYZER， 2CH

SA-74、RIONCo.， LTO.)を用いて音圧レベルを計測した(測定値は 32回分析し

た加算平均値として表示される)。水平測定位置は洗浄槽底面対角中央(超音波 振動子軸)とした。超音波の振動周波数についても適時モニタしたが、常に 28kHzであった。 3. 結果および考察 3.1 超音波洗浄に及ぼす水中溶存気体の影響 洗浄液を水とし、汚染布の超音波洗浄に及ぼす水中溶存気体の影響を調べた (Fig.1)。このとき汚染布の垂直位置を 41.5mm、水平位置を洗浄槽底面対角中 央、布面を底面と平行とした。溶存気体の指標は溶存酸素濃度とし、洗浄時間 は3分，水温300

C

とした。 非脱気水 (00値が 7.15'"'"'7. 58mg/U による WFK100の洗浄率は、 30%程度で あるが、 00値の減少にともなって 3mg/L付近から急激に洗浄効率が増加し、 1.05mg/L付近では60%に達する。WFK10Cの場合も同様の傾向を示すが、WFK100 より汚れが除去され易く、00値が1.05mg/Lにおける洗浄効率は65%に達する。 水中の溶存気体が減少すると、キャビテーションの発生効率がよくなることや 1)、非脱気に比べて音速低下が少なくなるため超音波強度が大きくなることが 知られており 2)、それらが洗浄作用を増大させる要因と推測される。さらに、 脱気水では繊維のミクロボイドに含まれる気体が水に溶解され易くなり 5)、繊 維や汚れが洗浄液と置換され易くなることも洗浄率の向上に寄与しているもの と推測される。 3.2洗浄時間と洗浄効率 洗浄液を水とし、洗浄前の00値を1.03'"'"'1.05mg/L、水温を 300

C

とし、汚染 布の洗浄槽内の位置を前項3.1と同じにして、 WFK100の洗浄効率と洗浄時間の 関係を調べた(Fig.2)。時間の増加とともに 3分付近まで洗浄効率は増加して 60%近くに達するが、それ以後 7分まで洗浄率の増加はほとんど認められない。 しかし洗浄液の温度は照射時間の増加に伴って直線的に増加し、 7分経過後に は20

C

上昇した。以下の実験では、洗浄時間を 3分、水温を 300

C

とした。 3.3 定在波と布の洗浄性 -12

-超音波は、振動子の接合された洗浄槽底面から液面に向かつて垂直方向に伝 わり、空気相で反射され、洗浄槽内では液面に垂直入射する入射波と反射波が 重なり合って定在波が形成される。定在波の音圧Pは次式で表される 。)J P = -2ωρペsin(27C/ 1)x' sin ωt

、

_I J 唱 lA ， ， I、 ここで、 iは音波の波長、 ωは角周波数を、 Aは定数、 tは時間、 xは液面か ら距離である。 式(1)において、 xが -1/4の奇数倍のとき、 sin(27C/1)x=-1となり、 Pが最大になる。このとき汚れ除去も最大となることが予想される。本実験で は、水深が llcm、周波数が 28kHzであり、水中の音速を 1506m/s (300 C)とす ると、 iは5. 4cmで、式(1)において Pが最大になる垂直位置は、底面から 13mm、42.5刷、 96.5mmである。汚れ除去もこれらの位置で極大となることが予 想される。 そこで、布面が洗浄槽底面と平行で、汚染布の水平位置を底面対角中央とし、 冶具やキャリアによる制約から、底面からの垂直距離が 30mm'"'-'50mmについて、 洗浄液を脱気水と非脱気水とし、WFK10DとWFK10Cの洗浄率を調べた (Fig.3)。 脱気の有無にかかわらず、底面から 41.5mm'"'-'43. 5mm に洗浄効率の極大が認め られる。この位置は、式(1)から推測したPが最大値をとる第2番目の値とよ く一致する。これは超音波槽内で定在波が形成される音域で、音圧の最も高い 位置と推測される。この位置の洗浄効率は非脱気より脱気水の方が 30%も高い。 脱気された水中で、はキャピテーションの発生効率がよく、また音圧が高くなっ ていると考えられる。この位置から離れると、脱気水による洗浄効率は急激に 低下する。非脱気水に比べて洗浄率の減衰が著しい。 3.4 超音波強度と汚れ除去 そこで、超音波洗浄槽を作動し、超音波強度レベル (dB)と底面からの垂直 距離の関係を脱気水 (DO:0.94'"'-'1.08mg/L) と非脱気水 (DO:6.5'"'-'6.7mg/L) について調べた (Fig.4)。脱気水、非脱気水ともに、垂直位置が底面から 42mm '"'-'44mmで音波強度レベルは最大値を示し、そこから離れるに従って減少してい く傾向を示す。この位置は、式(1)から推定される P値最大の垂直距離 42.5mm、 また洗浄率最大のときの 43.5mm (Fig. 3) とよく一致している。脱気水は、非 -13・

脱気水より音波強度レベルのピーク値が大きく 121.8dBである。両者は洗浄効 率の傾向と対応している。ピーク値の垂直位置から離れるに従って、音波強度 レベルは減衰していくが、脱気水で、は液面に向かつて減衰が著しい。以上のこ とから、本洗浄槽内では定在波が形成され、定在波による音波強度レベル最大 の位置で、粒子汚れの洗浄率が最も高くなることが明確になった。またこの位 置でキャピテーションの発生が多くなる 7)ことなども洗浄効率に大きく寄与し ていると考えられる。 上で述べた超音波強度レベル L(d B)と超音波強度 1(W/ cm2 ) の関係は次式 で表される 8)。 L

=

101og₁₀ 1/

，

1

。

(2) ここで、んは 10-16

(

W

/

_cm2 ) が用いられている。また

I

と音圧 P(N/cm2) の関係 は次式で表される 9，10)。 1

=

P 2/ρ C (3) ここで、 ρは水の密度、 cは水中の音速 (1506m/s， 300

_C

₎

である。 そこで、式 (2) と (3) を用いて、 Fig.3と Fig.4に つ い て 、 音 圧 倒/cm2) と洗浄効率の関係を求めた (Fig.5)。汚染布の洗浄効率と音圧の聞には直線関 係が認められる。布(繊維)から無機汚れが除去されるためには一定の音圧(関 値)が必要であり、 WFK10Dは WFK10Cの 20倍の力を加えることによって無機 汚れの除去が始まる。WFK10Dと比較して汚垢組成に有機物質が少ない WFK10C のほうが小さい力で無機汚れが除去される。これらの汚染布から無機汚れを 100%除去する音圧は、同じ値 0.22

N

/

cm2である。この値は水系超音波洗浄 (40 k Hz) において，シリコン・ウエハーに付着した粒径1.0μmのラテックス粒子 に対する除去力 2.06 N/ cm2 11) より一桁小さい。 おわりに、本研究にご協力くださいました滋賀大学教育学部上谷真由氏、脱 気水製造装置と音圧測定装置の使用のご便宜をおはかり下さいました三浦工業 (株)越智康夫氏ならびに田井誠二氏に深謝申し上げます。 -14・

文献 1.日本電子工業学会編，超音波工学、コロナ社、

p

.

2

3

1

(1

9

9

3

)

.

2

.

白石仁士，超音波

T

H

E

C

N

O

，

(

4

)

，

5

3

-

5

8

(

2

0

0

1)•

3

.

洗濯科学協会編集部， 洗濯の科学、

4

2

、

(

2

)

、

3

0

-

3

5

(1

9

9

7)•

4

.

奥村統、徳山清孝、阪谷武信、鶴田康生、油化学，

3

0

，

4

3

2

-

4

2

1

(1

9

8

1)•

5

.

S

c

h

o

t

t

，

H

.

， DetergencyPart 1

(

C

u

t

l

e

r

，

W

.

G

&

O

a

v

i

s

，

R

.

C

.

e

d

.

)

M

a

r

c

e

l

O

e

k

k

e

r

，

N

e

w

Y

o

r

k

，

p

.

1

9

1

(

1

9

7

2

)

.

6

.

松田千可子、安井裕美、小野木禎彦，日本家政学会誌、

4

6

、

6

5

7

-

6

6

2

(1

9

9

5

)

.

7

.

宇都宮敏男、他，電子通信情報学会誌、

7

2

、

3

4

6

-

4

8

8 (

1

9

9

0

)

.

8

.

島川正憲，“超音波工学一理論と実際ーペ工業調査会、

p

. 1

5

(1

9

7

5

)

.

9

.

F

o

x

F

.

E

.

， J.Acoust. Soc.A~ ，

1

2

，

1

4

7

(

1

9

4

0

)

.

1

0

.

岸勝雄、熊本乙彦， 日本音響学会誌，

1

5

，

2

2

(1

9

5

6

)

.

1

1.

B

u

s

u

n

a

i

n

a

，

A

.

，

K

a

s

h

k

u

s

h

， 1. Chem. Eng. Comm.，

1

2

5

，

4

7

-

6

1

(

1

9

9

3

)

.

-15

-同 H M 同 H M i己 主 時

(

図

ど

民

必

ふ

け

﹁

峨

)

。

O

面

岨以州品品以沿 以 相 h m 開 制

- l

- .

凶 一

-u

-U_巾 掘 削 指 揺 如 閣 制

。

司

、

N 98

。

。

N Cコ L!')

o

V 1 80(; -16・

O

υ τ A c h H

O

域

内

淀

川

以

回

提

山

総

段

O

υ Z A C L

O

N I -回 一 - u h

O

υ

亡 心 吋 九 同

O

-17

-剛

山

端

促

衰

え

て

¥

﹂

出

hMQ

饗妊婦

守 l -- 回 一 h --19・

れコ

。

FFT

周波数分析計

￨川

水中マイクロフオ斗

叫

戸下こ了一一一てア

1

l

r

しゴ三:三

J

振動子

Fig.1-5

洗浄槽の音圧レベル測定装置の概略

溶存酸素計

C

コ

洗浄槽

溶存酸素センサ

o ..

-(

安

時

。

。

豆

比

﹀

﹀

)

0) αコ

•

余

白

υ o

的 判 。 円 蜘榊州鵬

G

急

減

体

燃

'

下

山

m 一 両 け 一 時 ⋮ ﹄ ね 似 m h m

_担

由 I F . 凶 一 - u h ︿ ﹂ ¥ 凶

E

)

摺

00 F、 αコ 守 園 田 LO 司r σコ 。 、 』

•

生

誕

E

照宮

•

o Cコ o 守・・ o 0 ・ c

コ

v σョ 。 叫 (%)牽略家~ -21・ o LO o <0

100

90

.、-温度

30+3

0

C

時間

5

分

70

〆圏、

ま

60

、...

Ah コ 3 時

50

震

40

~

•

.-•

却さ

30

20

10

。 。

2

3

4

5

6

7

8

9

10

00

値

(mg/

L) Fig.

1-7

超音波洗浄に及ぼす溶存気体の影響

(WFK10C

最も良く洗浄された部分)

60

50

I

•

•

温度

30

0

C+3

0

C

...

時間

5

分

.-.

40

ぎ 、-' れむコ 2

議

30

I

•

場

E

.、、

...

•

却さ

20

y= ー

12.144Ln(x)

+

45.88

10

。

10

00

値(対数

mg/L)

Fig.1-8

超音波洗浄に及ぼす溶存気体の影響

(WFK10C

平均)

100

90

温度

30+3

0

C

80

ド三

•

時間

5

分

70

，.司、

ま

60

、... A4h 3

時

50

540l

•

.----...、』

•

対さ

30

y

=

-22.554Ln(x)

+

78

.

704

10

。

10

00

値(対数

mg/

し)

Fig.1-9

超音波洗浄に及ぼす溶存気体の影響

(WFK10C

最も良く洗浄された部分)

60

50

40 r

、

_'#.

、-A03 3

時

30

実ミ

婦

E

様

20

•

10

。 。

2

3

4

5

6

7

8

9 10

DO

値

(mg/U

Fig. ト 10

ドイツ

WFK

汚染布の超音波洗浄に及ぼす溶存気体の影響

(10 0 C

平均)

100 90 80 70 ，画、

ま

60

、-0A2 3

時

50

J

尽

_婚を

40

対さ

30 20 10

。 。

2

• •

3 456

00

値

(mg/L)

•

7

8

F

i

g. 1-11 ドイツ WFK 汚染布の超音波洗浄に及ぼす溶存気体の影響 (10 0 C 最も良く洗浄された部分) 9 10

60

50

t

・

40

，.旬、

ま

、同J 1¥) '-l 時

30

夜

婦

E

却さ

20

10

。 。

. 、

-・・...

•

• •

2 3

456

00

値

(mg/

L) 7

•

8 Fig.1-12

ドイツ

WFK 汚染布の超音波洗浄に及ぼす溶存気体の影響

(20

0

C

平均) 9 10

100

90

80

70

r

司、

_rf.

60

、-I¥J αコ

時

50

害実 却を

40

却さ

30

20

10

。 。

2

3

4

5

6

7

8

9

10

DO 値

(mg/

L)

Fig.1-13

ドイツ

WFK

汚染布の超音波洗浄に及ぼす溶存気体の影響

(20

0

C

最も良く洗浄された部分)

れコ (!)

60

50

...

40

S

、-

時

30

採

決

却さ

20

10

。

00

値(対数

mg/

L)

温度

10+3

0

C

時間

5

分

•

y

=

-10

.4

45Ln(x)

+

46.978

Fig.1-14

超音波洗浄に及ぼす溶存気体の影響

(WFK10C

平均)

10

60

50

~

40

r 司、

_S

_、..J む 2 ー企

時

30

夜 却を 却さ

20

10

。

• •

---温度

20+3

0

C

時間

5

分

•

y

=

-9.9777Ln(x) + 49.342 10

00

値(対数

mg/U

F

i

g. 1-16 超音波洗浄に及ぼす溶存気体の影響 (WFK10C

平均)

100

90

温度

20+2

0

C

80

•

時間

5

分

•

70

•

f 町、

_'#.

60

、-' 心コ 時

50

れコ 夜 続

40

却さ

30

y= ー 18.07Ln(x) + 81.412

20

10

。

10

00

値(対数

mg/

L) Fig. ト 17 超音波洗浄に及ぼす溶存気体の影響

(WFK10C

最も良く洗浄された部分)

60

50

-h

•

，... 40 .1 (mg/U

ef.

.2 (mg/U むむコ コ 、-"

時

30 企 3 (mg/U

夜

+

4 (mg/U 捕司 )!( 5 (mg/ し) .6 (mg/U

却さ

20 口 7 (mg/U /::， 8 (mg/U 10

。 。

10 20 30 40

温度

(OC)

Fig.1-18

ドイツ

WFK

汚染布の超音波洗浄に及ぼす温度の影響(平均)

100

90

80

70

r

、

_'#.

60

、-心 3 _"""

時

50

夜

続

40

対さ

30

20

10

。 。

a

‘

企~ A 可 F ‘'

10

20

30

40

温度

(OC) Fig.1-19

ドイツ

WFK

汚染布の超音波洗浄に及ぼす温度の影響

(最も良く洗浄された部分)

.1 (mg/ L)

・

2 (mg/ L) .A 3 (mg/ し) +4(mg/ し) ~ 5 (mg/ L)

・

6 (mg/ L) 口 7(mg/ し) d8(mg/ し)

c.v ()1

ω

_¥

1570 1550 1530

!

1510

矧

伽

1490 1470 1450

。

10 20 30 40 Fig.1-20 y=

一O.0243i

+ 3.6415x + 1421 x=30 の時 y=1508 . 375 x=20 の時 y=1483 x=10 の時 y=1454.985 50 60 70 80

水温

(OC)

水温と音速の関係

4) 90 100 110 120

60

50

40

".司、

'3.

、-む σ3 3

時

30

・ょNF=

、

2

婦

E

却さ

20

10

。 。

1

2

Fig.1-21

345

6

789

00

値

(mg/

L)

ドイツ

WFK

汚染布の超音波洗浄に及ぼす溶存気体の影響

(1

分平均)

10

100 90 80 70 ，司、

ま

60 、-' む 3 _、」

時

50

者ミ

却を

40

却さ

30 20 10

。 。

Fig. 1-22 2 3 456 7 8

00

値

(mg/L)

ドイツ

WFK

汚染布の超音波洗浄に及ぼす溶存気体の影響

(

1

分最も良く洗浄された部分)

9 10

60

50

40 ，..崎、

ま

、-心コ

時

30 α コ

者ミ

却を

対

20 10

。

。

2

3

456

00

値

(mg/L)

7

8

Fig ト 23

ドイツ

WFK

汚染布の超音波洗浄に及ぼす溶存気体の影響

( 3

分平均)

9 10

100

90

80

70

~司、 むコ ~

60

c.o 、-"

時

50

寂

婚を

40

却さ

30

20

10

。 。

2

Fig.1-24

3

4

5

6

7

8

9

10

00

値

(mg/L)

ドイツ

WFK

汚染布の超音波洗浄に及ぼす溶存気体の影響

(

3

分最も良く洗浄された部分)

40

S

、-.j::>. o nunu 内euqL

時再燃焼根

60

50

10

。

。

•

10

2

3

456

DO

値

(mg/

し)

Fig.1-25

ドイツ

WFK

汚染布の超音波洗浄に及ぼす溶存気体の影響

(

7

分平均)

7

8

9

100

90

80

70

f

、

_?f.

60

、-~ ... ー

時

50

者ミ

却を

40

却さ

30

20

10

。 。

2

3

4

5

6

7

8

9

10

DO

値

(mg/

L)

Fig.1-26

ドイツ

WFK

汚染布の超音波洗浄に及ぼす溶存気体の影響

(

7

分最も良く洗浄された部分)

60

50

ト

...

40

?f?

+:-、.-; れコ

時

30

夜

婦そ

却さ

20

10

。

~、』

.

•

温度

30+3

0

C

時間

1

分

『可~

•

y=

一

12.255Ln(x) + 46.543 10

00

値(対数

mg/

L)

Fig.1-27

超音波洗浄に及ぼす溶存気体の影響

(WFK10C

平均)

100

90

80

70

r

司、

_'s.

60

、-'

時

50

本込 校 むコ

却を

40

却さ

30

20

10

。

•

00

値(対数

mg/

L)

温度

30+3

0

C

時間

1分 y

=

-22.651 Ln(x) + 76.51 Fig.1-28

超音波洗浄に及ぼす溶存気体の影響

(WFK10C

最も良く洗浄された部分)

10

ム ム

60

50

-.

40

S

、-

時

30

3

尽

_抑喝

_却さ

20

10

。

•

温度

30+3

0

C

時間

3

分

•

y

=

-1 1. 499Ln(x) + 53.482 10

DO

値(対数

mg/L)

Fig.1-29

超音波洗浄に及ぼす溶存気体の影響

(WFK10C

平均)

100

90

80

70

r

町、

.

#.

60

4Oh B

、-

時

50

3

尽

_却を

40

却さ

30

20

10

。

Fig.1-30

00

値(対数

mg/L)

温度

30+3

0

C

時間

3

分

•

y

=

-2 1. 701 Ln(x) + 86 .4 49

超音波洗浄に及ぼす溶存気体の影響

(WFK10C

最も良く洗浄された部分)

10

(安川町 O O F X 比﹀﹀)

o

、

-白 h F . 回目 + ( X ) C ﹂ ∞ 白 戸 . N F 1 H h A

•

•

余

h

o o

的 判 。 的

也

HE

興 奮

跡継

G

品

仏

師

帆

枇

助

成

・

・

下

位

同

け

一

般

張

緩

幅

削

叫

( ﹂ ¥ 凶 E

額友)躍。。

- m

i

-凶 一 比

•

•

•

•

マ・・ 0

。

守岡・ O N W 歌 止 由 骨f ， ﹁ w u v O

円牽

o 守 (%) -46 -o LO o cc

100

90

80

70

r

、

_'s.

60

、-.t.

時

50

、 4

夜

却を

40

却さ

30

20

10

。

•

•

DO

値(対数

mg/L)

•

温度

30+3

0

C

時間

7 分 y

=

-24.166Ln(x) + 9 1. 188 Fig.1-32

超音波洗浄に及ぼす溶存気体の影響

_(WFK10C

最も良く洗浄された部分)

10

60

4 砂

•

4 砂 ド

50

.1 (mg/U

・

2 (mg/U A 3 (mg/U .4(mg/U ::t( 5 (mg/U

・

6 (mg/U

+

7 (mg/ し) 08 (mg/U 企圃

x

・

+O

• •

A-x

・ナ

O

国

A-x

・←

O

4 砂

A

•

圃

x

・←

O

ト ト ト

40

S

nunu

時夜吸娯

.t.

∞

..

10

8

平均

7

•

一且

4

時間(分)

ドイツ

WFK

汚染布の超音波洗浄に及ぼす時間の影響

•

6

•

5

一且 3

•

2

•

Fig . 1-33

。

。

100

4 砂

•

80

•

4 砂

•

70

•

〆園、

A

•

A

's.

60

•

4to h

、-×

×

時

50

企

X

A

X

.1 (mg/ し) 司 4

、，

q

、

×

•

×

•

.2 (mg/ L)

婦を

40

8

X

8

企 3 (mg/ L)

X

対さ

•

X4(mg/ L)

さ

::+:: 5 (mg/ L)

30

.6 (mg/ L)

+

7 (mg/ L)

20

J08 (mg/ L)

10

。

•

•

。

2

3

4

5

6

7

8

時間(分)

Fig.1-34

ドイツ

WFK

汚染布の超音波洗浄に及ぼす時間の影響

(最も良く洗浄された部分)

F﹂⋮ /色 Z ロ﹄山 14E﹂HυHV41HU4lHUZ﹂川門戸、d山 G444TfofozHOmm 。〆N21EoooOGMT-OO山 5し円B4BZSOONKTOO山

F巳門KJU44.HU ヲr﹁﹁ハUハυTA ︿U. ハUハυ山

亡4TIMNハυ _・ ・nυ・FFハυハυt﹂ハ﹀Z﹂・nv⋮

1UNS2

×

43

×

4nuh--n・PT11MHOom

P円BNi--4cocOMNR5

BNHRB円EF±FZC円日目IR24⋮R

4ムTiF﹂阿川副ぐ、Mn門RunuF 占 C' ⋮uN

J1J:J.i.i;1:ii!:::i:j::iil.i;:t.;;J:!!j﹂刊 11:.:iii.:i;.;i.!.4ぺ寸111.3i:.::.:よ.ふ山N

。9J三山

7z

﹄叫一川⋮い一祈ザいリ山υk民山山山TI i ハU⋮uH叫いいい一い斗叫いH山二 4内円υ⋮nH﹃寸⋮qJ叫︾⋮ ノ⋮km一一一日HFUH山・⋮/む山0⋮E 2⋮0叫い一一い込一一⋮0⋮5⋮

z

⋮

p

ハu⋮ハυ岬・:・一:::・・:v::・:・・ γ::・:・γ::::山刈・ :・:÷::・:・+:・・::山An--X﹃⋮

v'

IE品川一い一川町一ぃ“44山Fhr・市l 聞い一一一・ 1 ゆいい山⋮44⋮qdTi--⋮nMU明日いいいい酬・日山山44⋮RJvkk ⋮E﹂叫一一いい _白川内一日山⋮⋮⋮nu ⋮phn叫・:・ γ::::山::::ム:・:・:・γ:::;?N・:・:・?::・ ::叩 ・:・::・ _・ ?・・・・十・・・・品川内 ⋮z'叫い一一Hilli--ト﹄い一山υ帆⋮ LK⋮・k⋮ 叫一一いAHJHH川いい川livIHH山内υ⋮ハu⋮ハUM 山口いHHH︾いい山0⋮0⋮o⋮E 叫口い い いけ，戸いい山・⋮0⋮57-⋮F山・!?・・:::山:・・::・ ?・::-in--: ・・::γ・:-Ji--- ::-V:::・:山0⋮5⋮7.vl F﹁叫日リUけ・ いλ川いHJ4山・山・ドム 1 ・ mnU山口い一 一 uj一い山山FD山内円︼山・・・・ 即日一U H HAHH山山司 r﹄山〆 O山 ⋮RU叫::山::・ ・ υ:・・山::::・λ::: ::V-E-間川口一 H HVru山山U門⋮MH山 削いいい リ 川内川口山、JMT 土lm ⋮B山口い い HUMuu⋮ Z山一XU日

D

⋮・口聞いいliri--ト1111111HUMH山日⋮lr﹄ ⋮川町 i十gilly--1HH11III-lili--→Ill・

4KN

⋮門主 輸・・ ・ ・・﹂， ... ，・P、"""PE，. 叫いいHHWHH⋮E山U⋮U山・23・ 岬・HHHJHH川町内vh噌・3・・ 4司・・:・Jm 山門門山口hh j HU v一u⋮Frmm 岬、;・:;・・ァ:・:・・・γ・::・:h:凶 .. ・MmJAV山口oh 山口口UHAHVHU山山内U山AMUγ ノ ⋮ハυ叩HHHhHMHH⋮⋮。〆山44⋮vk ⋮nv明日HHHH内川口山宮﹂山・山匂/⋮n門 一O叫HHH J Hい¥いけ川HUM4叩・

E

⋮nu叫・:-V-1-::h:・:・:・hr・--:・:h・・:・:・tu-r:・:-v:・:・:・ γ:・:・:山口U44 ヲJ⋮Dh ku聞いHhHH.、日日山・・山44山 J6何回 岬口九vhlIElira-1111

、

ITIlt--h1叶 HHmhH山川四 ・23・

山O闘いHt イIllit--ー ipfHH⋮Fb・s・-T・4

聞けUHU - UHUHmR⋮⋮k⋮ ⋮oγ:h・・・:・::γ::・l・h・-:・ ::ι ・::・ ::γ 曲、・・:・し・・::ju---:::町二山O山 叫HHUUH い日山⋮⋮0⋮ 叫日日HHV 剖 HUm⋮-⋮ 。ハυ⋮Tl 叫いいいいけ い日山⋮⋮o⋮R 叫HHい・日MHH山内υ⋮-⋮・⋮門H 刷リ . . • _・:::γh ••• ⋮⋮o⋮T

F

品川HHHHMHHmom-⋮5⋮

s

xJ聞いいhh川崎一日山 FD⋮⋮一i! 山 H HHHH山口川町Zγ!?・i山T 叫口いいいリ切口川町⋮ l﹂山山MN 叩・ ..• ・24asi

，

am--13LVii--liri--gi--M⋮門H⋮?1前 K ⋮JJm⋮・⋮F﹁前﹁ 山内/﹄山内UハUハυ山HHUmF﹂山 山qMm・ハU ︿υ⋮門U⋮l﹂山門U 山Anu-ハVT・・・・中・13許巳 山50・⋮

u

⋮

u

⋮D ⋮44円/﹄ハυμlir--sd・-nu

SPECT

.

POWER

dB

。、

o

Fig.1-35

FFT

周波数分析

主

(周波数:

28kHz

，

DO:2

・

24mgι

，温度:

25.9

0

C

，振動板からの距離:

15mm)

αコ

( E

E ω

F n

ω

ゐ仲掻騨)隆盛

G

出桐剖機鑑株使

( ﹂ ¥ 凶

E

)

躍 。 。

守 可圃・・ 匂 m u l -回 一 斗 1"- -LO αコ

。

3 N Cコ

∞

O F

∞

O F OFF e』、 (日P)

豆昼

-51 -守 -F @FF

∞

F F

'

s

.

、恒国， 凶宵担献血以以ね 100 80 60 40 20 . 平 均

o

最も良く洗浄された部分

o

_。

2 4 6 8 10 12

音圧

x

1

0

-

2

(N/

c m2)

F

i

g

.

1

-

3

7

洗浄効率と音圧の関係

(

W

F

K

1

0

C

)

時間 3分 温度 30+30_C 振動板からの距離 15mm -52

-R d n U R d n U R d n U R d n U R J u p o n O R d k d 凋 且 T a a T q d q d n t

•

X ¥

Removal E

f

f

i

c

i

e

n

c

y

， %

~

.

End :emperat

ー

:

ア

〈 ----~ 一一ーー凸 一 一 一 帯 三-y--u

¥

S

t

a

r

t

Temperature

，じ

。

₂

3 4

5

6

7

8

Cleaning time

，

min

F

i

g

.

1

Removal E

f

f

i

c

i

e

n

c

y

versus Cleaning Time

•

:

WFK 1

0

D

DO :

1.03-1.05 mg/

し

D

i

s

t

a

n

c

e

from bottom 41.5mm

-切 C

一

C 悶

ω

一

O

α

コ

EE

∞

. F 守 一 f"

。 一

c o ω

伺 LH

一

コ

﹂

¥

ω

E

c

.

o

c

。

C ω

凶 ﹀ ︾ ︽

O

. z ω

凶﹀

X

O

Lt')

、

r

E

O

一

Z

o

a

E

o

よ

ω

o

c

s

-2

0

。

o O の 一

a E

ω

↑

c

一

E

の 一

ω

E

一 ↑

OOFV

品 比

三 一

4

00FX

比

玄

一

.

方

ω

﹀ 一 。

ω ω

一 白 恥

O H

O ω

ヒ 凶

万

ω

﹀ 一

o ω ω

一 。

M

。

d 守圃・ N . 凶 一 H

-。

o

C

コ

守圃圃 C

コ

。叫

o

M

。

司「

o

Lt')

o

c

.

o

o

f"

le^owa

討

‘

氏

。

u

a

!

O

!

:

H

ヨ

-54・

%

~

. 陶

o

h

c

@

-ー

_O

-ー

首= 凶 伺 〉

。

E

@

α

70

60

50

40

30

20

10

o

30

35

40

45

50

55

Distance from Bottom

，

m m

F

i

g

.

3 D

i

s

t

a

n

c

e

o

f

f

a

b

r

i

c

s

u

r

f

a

c

e

from

Bottom v

e

r

s

u

s

Removal E

f

f

i

c

i

e

n

c

y

o

:

Non Oegas

，

WFK 100 (00: 7

.

1

5

-7

.

5

8

m

g

/

L

)

• :

Oegas

，

WFK 100

(00: 1

.03-1

.12mg/

し

)

企 :

Oegas

，

WFK 10C

(00: 1.04-1.07mg/L)

Oepth o

f

w

a

t

e

r

:

1

1

mm

，

Time 3

m

i

n

Temp :

30

0

_C

-55・

124

122

120

118

116

114

∞

-c

.一

ω

﹀

ω

﹂

、

FH

一

ωcω

パ

Fz-。、

cr> • Degas (DO:O.94-1.08mg/ L)

o

Non Degas (DO:6 . 5-6.7mg/ L) Temp 29 0 C

112

110

108

20

60

55

50

45

40

35

30

25

円、

m

Fig.4

Intensity

Level

of

Sound

Wave

versus

Distance

of

Microphon

from

Bottom

Bottom

，

from

Distance

S

100

80

~ O

~

60

O

E

w

伺 〉

。

E

ω

C

ピ

40

20

0

0

.

0

0

0:

WFK10D

企

WFK1

0

C

A H A / / / / / / / / / / 品 / / / / / / / / / / / / / / / / / / /

0

.

0

4

0

.

0

8

0

.

1

2

0

.

1

6

0

.

2

0

Sound Pressure

，

N/cm

2

F

i

g

.

5

Removal E

f

f

i

c

i

e

n

c

y

versus Sound

Pressure