部品洗浄

部品洗浄は、表面仕上げの準備として、または繊細な部品を保護するために、さまざまな工業プロセスのステップです。そのようなプロセスの 1 つである電気メッキは、薄い油の層でもコーティングの接着を妨げる可能性があるため、部品の清潔さに特に敏感です。

洗浄方法には、溶剤洗浄、高温アルカリ 洗剤洗浄、電解洗浄、酸エッチングなどがあります。産業界では、機械の清浄度を評価するためにウォーターブレーク テストが一般的に行われています。このテストでは、表面を徹底的にすすぎ、垂直に保持します。油などの疎水性汚染物質は、水を玉状にして破壊し、急速に排水します。対照的に、完全にきれいな金属表面は親水性であり、玉状にも排水もされずに、途切れることのない水の層を保持します。このテストでは親水性汚染物質が検出されない可能性がありますが、水ベースの電気めっきプロセス中に除去できることに注意することが重要です。石鹸などの界面活性剤はテストの感度を低下させる可能性があるため、徹底的にすすいでください。

ここで説明する活動では、金属洗浄、金属表面洗浄、部品洗浄、脱脂、部品洗浄、部品洗浄などの用語がよく使用されます。これらは技術用語として定着していますが、欠点もあります。金属洗浄は、精製されていない金属の精製と混同されやすいです。金属表面洗浄と金属洗浄では、この分野でのプラスチックや複合材料の使用増加が考慮されていません。部品洗浄という用語では、鋼材や鋼板の洗浄が考慮されません。最後に、脱脂はトピックの一部のみを表します。ほとんどの場合、チップ、微粒子、粒子、塩なども除去する必要があります。

「商業および工業用部品洗浄」、「工芸および工業における部品洗浄」、または「商業用部品洗浄」という用語が、おそらくこの活動分野を最もよく表しています。建物、部屋、エリア、窓、床、タンク、機械、衛生、手洗い、シャワー、およびその他の非商業的なオブジェクトのメンテナンスを除外したいため、「工業用部品洗浄」という用語を好む専門家もいます。

この分野の清掃活動は、いくつかの要素を説明することによってのみ十分に特徴付けることができます。これらは、上記の最初の画像に概説されています。

まず、洗浄する部品について考えてみましょう。部品には、未加工またはほとんど加工されていない部分、シート、ワイヤーが含まれる場合もありますが、機械加工された部品や洗浄が必要な組み立てられたコンポーネントも含まれます。したがって、部品はさまざまな金属またはさまざまな金属の組み合わせで構成されている可能性があります。プラスチックや複合材料は頻繁に見られ、自動車業界やその他の業界ではより軽量な材料がますます多く使用されている ため、実際に増加しています。

質量は、洗浄方法の選択において非常に重要です。たとえば、船舶の大きなシャフトは通常手作業で洗浄されますが、電気機器の小さなシャフトは、高度に自動化された工場で大量に洗浄されることがよくあります。

同様に重要なのは、部品の形状です。細長く、枝分かれしたねじ穴には、詰まった切粉が詰まっている可能性があり、この技術分野における最大の課題の 1 つです。高圧洗浄プロセスやロボットは、これらの切粉を除去する 1 つの方法であり、高圧下でドリル穴を正確に洗浄するようにプログラムされています。

部品は通常、不要な物質、汚染物質、または汚れで覆われています。使用される定義はまったく異なります。場合によっては、これらの覆いが望ましいことがあります。たとえば、塗装層を除去したくないが、その上の材料だけを除去したい場合があります。また、ひび割れ防止が必要な場合、塗装層は不要な物質と見なされるため、除去する必要があります。

汚れの分類は、基材から始まる層構造に従います。

• 変形境界層、> 1 μm
• 反応層、1～10 nm
• 吸着層、1～10 nm
• 汚染層、> 1 μm

図2参照：金属表面の構造^[1]

層が基板表面に近いほど、それを除去するのに必要なエネルギーは大きくなります。それに応じて、洗浄自体はエネルギー入力の種類に応じて構成することができます。^[1]

• 機械 – 研磨：ブラスト、研削
• 機械的 - 非研磨性：撹拌、混合、超音波、噴霧
• 熱反応性：反応性ガス中で100℃を超える温度での熱処理
• 熱的 - 非反応性: 温度100℃以下、浴温上昇、蒸気脱脂
• 化学 – 研磨/反応: 液体酸洗、プラズマ支援、スパッタ洗浄、電解研磨
• 化学的 - 非反応性: 有機溶媒、水溶液、超臨界CO ₂

汚染層は、さらに次のように分類されます。

• 起源
• 組成: たとえば、冷却潤滑剤は異なる組成になっている場合があります。単一成分が大きな問題を引き起こす可能性があります。特に、以前のプロセスを制御できず、汚染物質を知らないジョブショップのクリーナーにとっては大きな問題です。たとえば、ケイ酸塩は窒化を妨げる可能性があります。
• 集約の状態
• 化学的および物理的性質

米国材料試験協会 ( ASTM ) は、マニュアル「洗浄プロセスの選択」で 6 つの汚染物質グループを提示し、最も一般的な洗浄方法と関連付けて、特定の汚染物質の除去に対する洗浄方法の適合性について説明しています。^[2]さらに、さまざまな典型的な用途に対する例示的な洗浄プロセスがリストされています。プロセスを選択する際には非常に多くの異なる側面を考慮する必要があるため、これは最初の指針としてのみ役立ちます。汚染物質のグループは次のとおりです。

• 着色描画剤
• 着色されていない油とグリース
• チップと切削油
• 研磨剤およびバフ研磨剤
• 錆とスケール
• その他

適切な装置と媒体を選択するには、どの程度の量と処理能力を処理する必要があるかも知っておく必要があります。大規模な工場では、少量を経済的に洗浄することはほとんど不可能です^{[明確化が必要]}。さらに、価格設定方法を決定する必要があります。敏感な部品は、箱に固定する必要がある場合があります。大量に処理する場合は、バルク充填を使用できますが、平らな部品がくっついているため、十分なレベルの洗浄を実現するのは困難です。このような場合、乾燥も困難になる可能性があります。

もう一つの考慮事項は、清掃場所です。作業場での清掃には、メンテナンスや修理作業の場合のように現場で行う清掃とは異なる方法が必要です。

通常、洗浄は作業場で行われます。一般的な方法には、溶剤脱脂、蒸気脱脂、水性部品洗浄機の使用などがあります。企業は、充填、積み込み、積み下ろしを生産ラインに統合することを望むことが多く、これはサイズと洗浄システム全体の能力に関してはるかに厳しい要求となります。

このような洗浄システムは、多くの場合、部品、汚染物質、充填方法 (特殊生産) に関する要件に正確に適合します。 一般的には、マルチタスク システムとして構築されることが多い中央洗浄装置が使用されます。 これらのシステムは、さまざまな洗浄要件に適合できます。 典型的な例は、多くの工業プラントで見られる 洗面台または小型洗浄機です。

まず、次の技術を区別することができます (技術的に最も進歩したものから最も進歩していないものの順に並べています)。

• マニュアル
• 機械
• 自動
• ロボット対応

プロセスは 1 つのステップで実行することもできますが、これは特に手動洗浄の場合に当てはまりますが、通常は複数のステップが必要です。したがって、医療業界や光学業界などの大規模な工場では、10 ～ 20 のステップがあることも珍しくありません。このような工場では、腐食防止層の塗布やリン酸塩処理などの非洗浄ステップが統合されている場合があるため、特に複雑になる可能性があります。洗浄は単純な場合もあります。つまり、電気メッキや亜鉛メッキの場合のように、洗浄プロセスが他のプロセスに統合され、通常は前処理ステップとして機能します。

次の手順は非常に一般的です。

1. 事前洗浄
2. メインクリーニング
3. すすぎ
4. 脱イオン水で洗浄
5. 腐食防止剤を使用した洗浄
6. 乾燥

これらの各ステップは、専用の槽、チャンバー、またはスプレー洗浄の場合は専用のゾーン (ラインまたはマルチチャンバー装置) で実行されます。ただし、多くの場合、これらのステップには、それぞれの媒体がポンプで送り込まれる単一のチャンバーがあります (シングルチャンバープラント)。

洗浄媒体は、基材から汚染物質を除去する重要な役割を果たします。

液体媒体の場合、水性洗浄剤、半水性洗浄剤（溶剤と水の乳剤）、炭化水素系溶剤、ハロゲン化溶剤などの洗浄剤を使用できます。通常、後者は塩素化洗浄剤と呼ばれますが、臭素化洗浄剤やフッ素化洗浄剤も使用できます。従来使用されてきた塩素化洗浄剤であるTCEとPCE は有害物質であり、現在は密閉された工場でのみ使用されており、最新の容積シフトシステムにより排出が制限されています。炭化水素系溶剤のグループには、天然脂肪と油から作られた脂肪酸エステル、変性アルコール、二塩基エステルなどの新しく開発された洗浄剤があります。

水性クリーナーは、主にアルカリ性ビルダー、界面活性剤、金属イオン封鎖剤などのさまざまな物質の組み合わせです。鉄金属洗浄では、洗浄後のフラッシュ錆を防ぐために水性クリーナーに防錆剤が加えられます。その効果は炭化水素クリーナーと同等かそれ以上であることが証明されているため、その使用は増加しています。生成される廃棄物の危険性が低いため、廃棄コストが削減されます。

水性クリーナーは粒子や極性汚染物質に対しては利点があり、効果を発揮するには機械的および熱的エネルギーを多く投入するだけで済みます。一方、溶剤は油やグリースを簡単に除去できますが、健康や環境に対するリスクがあります。さらに、ほとんどの溶剤は可燃性で、火災や爆発の危険があります。今日では、適切な工業用部品洗浄装置があれば、水性クリーナーは溶剤と同じくらい簡単に油やグリースを除去できると認められています。

_{もう 1 つのアプローチは、} CO2ドライアイス プロセスを構成する固体洗浄媒体 (ブラスト) を使用する方法です。要件が厳しい場合はペレットを使用し、より敏感な材料やコンポーネントの場合は雪の形の CO2_を使用します。ドライアイスの製造には大量のエネルギー消費が必要になるという欠点があります。

最後に、振動、レーザー、ブラッシング、ブロー/排気システムなど、媒体を使用しないプロセスもあります。

すべての洗浄ステップは、媒体と適用される温度、およびそれらの個々の攪拌/適用 (機械的衝撃) によって特徴付けられます。さまざまな方法と、これらの方法の組み合わせが存在します。

• 爆破
• 圧力下で沸騰
• 二酸化炭素洗浄
• 浴槽の循環
• 洪水
• 浴槽へのガスまたは空気の注入
• ハイドロソン
• 注入フラッディング
• メガソニック、メガソニック洗浄を参照
• 部品の動き（回転、振動、旋回）
• 高圧洗浄のプロセス
• 圧力浸水
• スプレー
• 散水
• 超音波、超音波洗浄を参照

最後に、すべての洗浄ステップは、洗浄する部品がそれぞれのゾーン、槽、またはチャンバー内で過ごす時間によって説明されるため、媒体、温度、および撹拌が汚染に影響を与える可能性があります。

あらゆる清掃機器には、いわゆる周辺機器が必要です。この用語は、一方では浴室を維持および制御するための手段と、他方では人間と環境を保護するための手段と機器を表します。

ほとんどの工場では、洗浄剤は、洗浄力が最終的に低下して最大許容汚染レベルに達するまで循環されます。槽の交換をできるだけ遅らせるために、システムから汚染物質と使用済みの薬剤を除去する高度な処理アタッチメントが使用されています。新しい洗浄剤またはその一部を補充する必要があり、これには槽制御が必要です。後者はオンラインでますます容易になり、コンピューターによる槽の交換が可能になります。オイルセパレーター、解乳化剤、蒸発器の助けを借りて、水性プロセスを「廃水なし」で実行できます。槽の完全な交換は、3 ～ 12 か月ごとにのみ必要になります。

有機溶剤を使用する場合、長い動作浴寿命を達成するための好ましい方法は蒸留であり、これは汚染物質と薬剤を分離するのに特に効果的な方法です。

周辺には、カプセル化、電源の自動遮断、媒体の自動補充と研磨（ガスシャトル技術など）、爆発防止対策、排気換気などの作業者保護対策、および揮発性溶剤の捕捉、貯留槽、抽出、結果として生じる廃棄物の処理と処分などの環境保護対策も含まれます。溶剤ベースの洗浄プロセスには、汚れと洗浄剤をより簡単に分離できるという利点がありますが、水性プロセスではより複雑になります。

レーザーアブレーションや振動洗浄などの洗浄媒体を使用しないプロセスでは、洗浄剤がないため、除去された汚れのみを処分する必要があります。CO2ブラストや自動ブラシ洗浄などのプロセスでは、エネルギーコストが高くなりますが、 _{廃棄物はほとんど発生しません。}

洗浄された表面に対する品質要件を、その後のプロセス（コーティング、熱処理など）や技術的機能の観点から標準化することは困難です。ただし、一般的な分類を使用することは可能です。ドイツでは、洗浄を金属処理のサブカテゴリとして定義しようとしましたが（DIN 8592：切削プロセスのサブカテゴリとしての洗浄）、これでは洗浄の複雑さをすべてはカバーできません。

かなり一般的な規則には、中間洗浄、最終洗浄、精密洗浄、およびクリティカル洗浄（表参照）の分類が含まれますが、実際には一般的なガイドラインとしてのみ見られます。

（１）総汚れ量に関連するもの；（２）炭素量のみに関連するもの

したがって、後続のプロセス (以下を参照) で問題が発生しない場合は品質要件が満たされているという経験則が依然として適用されます。たとえば、保証期間が終了する前に塗装が剥がれないなどです。

これが十分でない場合、特に外部注文の場合は、基準が欠如しているため、残留汚染、腐食防止、シミ、光沢レベルなどに関して特定の顧客要件があることがよくあります。

そのため、品質を保証するための測定方法は、視覚的な制御から単純なテスト方法（ウォーターブレークテスト、ワイプテスト、接触角の測定、テストインク、テープテストなど）まで、さまざまな方法がありますが、ワークショップではそれほど大きな役割を果たしていません。 生産ラインに直接適用でき、再現性があり比較可能な結果を​​提供する方法はわずかです。 この分野で大きな進歩が遂げられたのは最近になってからです[ ^5]

一方、自動車業界では、特定の部品に対する清浄度要件が劇的に高まっているため、全体的な状況は変化しています。たとえば、ブレーキシステムや燃料噴射システムは、ますます小さな直径で取り付ける必要があり、ますます高い圧力に耐える必要があります。そのため、ごくわずかな粒子汚染が大きな問題につながる可能性があります。技術革新のスピードが速まっているため、業界では比較的遅い段階で潜在的な障害を特定する余裕がありません。そのため、清浄度要件への準拠を制御できる方法を説明した規格 VDA 19/ISO 16232「道路車両 - 流体回路部品の清浄度」が開発されました。

洗浄技術、洗浄剤、洗浄プロセスを選択する際には、後続のプロセス、つまり洗浄された部品のさらなる処理が特に重要になります。

分類は基本的に金属加工理論に従います。

• 機械加工
• 切断
• 接合
• コーティング
• 熱処理
• 組み立て
• 測定、テスト
• 修理、メンテナンス

やがて、特定の保証期間およびそれ以降のプロセスを保証するために、洗浄がどの程度効率的でなければならないかという経験値が確立されました。洗浄方法の選択は、多くの場合、ここから始まります。

上記の詳細は、この特定の分野がいかに極めて複雑であるかを示しています。要件のわずかな変化が、まったく異なるプロセスを引き起こす可能性があります。製造業のサプライチェーンにとって清掃が中心的な重要性を増しているため、必要な清潔さを可能な限り費用対効果の高い方法で、継続的に健康および環境リスクを最小限に抑えて得ることがますます重要になっています。^[6]応募企業は通常、サプライヤーに依存しています。サプライヤーは、豊富な経験に基づいて適切な機器とプロセスを提案し、それらはサプライヤーの敷地内のテストステーションで詳細な要件に適合されます。ただし、その技術範囲は限られています。実務者が要件を満たすすべての関連する可能性を検討できるように、いくつかの機関がさまざまなツールを開発しました。

SAGE: 残念ながら現在は運用されていませんが、部品洗浄および脱脂の総合的なエキスパート システムでは、比較的一般的な溶剤プロセスと代替プロセスの段階別リストが提供されていました。米国ノースカロライナ州ローリーのリサーチトライアングル研究所の表面洗浄プログラムが米国環境保護庁と協力して開発しました(以前は http://clean.rti.org/ で入手できました)。

Cleantool: 企業で直接記録された包括的かつ具体的なプロセスを含む、7 つの言語での「ベスト プラクティス」データベース。さらに、技術、品質、職場の健康と安全、環境保護、コストの領域をカバーする統合評価ツールも含まれています。包括的な用語集も含まれています (7 つの言語、リンクは下記を参照)。

Bauteilreinigung:ドルトムント大学 が開発した部品洗浄の選択システム。適切な洗浄プロセスと洗浄剤に関してユーザーが洗浄作業を分析するのに役立ちます (ドイツ語のみ、リンクは下記を参照)。

TURI (Toxic Use Reduction Institute) は、マサチューセッツ州ローウェル大学(米国) の一部門です。TURI の研究所は、1993 年から代替洗浄製品の評価を行っています。これらの製品の大部分は、金属表面洗浄用に設計されています。結果は、研究所の研究所データベースからオンラインで入手できます。

• 音響クリーニング
• ブレーキクリーナー
• 部品洗浄機
• 溶剤脱脂
• 超音波処理
• 超音波洗浄
• 蒸気脱脂

• John B. Durkee:「産業用洗浄技術およびプロセスの管理」、2006 年、Elsevier、オックスフォード、イギリス、ISBN 0-08-044888-7。 
• Carole A. LeBlanc:表面洗浄におけるより安全で環境に優しい化学溶剤の探求: 環境に関する意思決定を支援するためのツールの提案。2001年、エラスムス大学環境研究センター、ロッテルダム、オランダ。
• デビッド・S・ピーターソン：工業用金属洗浄の実用ガイド。 1997年、ハンザー・ガードナー出版、シンシナティ、オハイオ州、米国。ISBN 1-56990-216 -X 
• バーバラ・カネグスバーグ編：クリティカルクリーニングハンドブック。 2001年、 CRC Press、ボカラトン、フロリダ州、米国。ISBN 0-8493-1655-3 
• マルコム C. マクラフリン他著：水性洗浄ハンドブック：重要な洗浄手順、技術、検​​証ガイド。2000年、モリス リー パブリッシング グループ、ローズモント、ニュージャージー州、米国。ISBN 0-9645356-7 -X 
• カレン・トーマス、ジョン・ラプランテ、アラン・バックリー：部品洗浄代替法ガイドブック：マサチューセッツ州での清掃をより環境に優しいものに。 1997年、マサチューセッツ大学毒性物質使用削減研究所、マサチューセッツ州ローウェル、米国
• ASM International:洗浄プロセスの選択。1996年、ASM International、マテリアルズ パーク、オハイオ州、米国。ISBN 0-87170-572-9 
• ASM International:酸、アルカリ、エマルジョン、超音波洗浄のガイド。1997年、ASM International、マテリアルズ パーク、オハイオ州、米国。ISBN 0-87170-577 -X 
• ASM International:蒸気脱脂および溶剤冷間洗浄ガイド。1996年、ASM International、マテリアルズ パーク、オハイオ州、米国。ISBN 0-87170-573-7 
• ASM International:機械洗浄システムガイド。1996年、ASM International、マテリアルズ パーク、オハイオ州、米国。ISBN 0-87170-574-5 
• ASM International:酸洗いとスケール除去、および溶融塩浴洗浄のガイド。1996年、ASM International、マテリアルズ パーク、オハイオ州、米国。ISBN 0-87170-576-1 
• クラウス・ピーター・ミュラー: Praktische Oberflächentechnik。 Edition 2003.XII、vieweg、ブラウンシュヴァイク/ヴィースバーデン、ISBN 978-3-528-36562-2 
• Thomas W. Jelinek: Reinigen und Entfetten in der Metallindustrie。 1. 1999 年版、Leuze Verlag、ザウルガウ、ISBN 3-87480-155-1 
• ブリギッテ・ハーセ: Wie sauber muß eine Oberfläche sein? in: Journal Oberflächentechnik。 No. 1997 年 4 月
• ブリギッテ・ハーセ:ヴォルベハンデルンのライニゲン? Oberflächenzustand と Nitrierergebnis、Bauteilreinigung、Prozesskontrolle および –analytik。ブレーマーハーフェン大学
• Bernd Künne:オンライン Fachbuch für industrielle Reinigung。で: bauteilreinigung.de。ドルトムント大学、Fachgebiet Maschinenelemente
• Reiner Grün: Reinigen und Vorbehandeln - Stand und Perspectiven。で：ガルバノテクニック。 90、1999、Nr. 7、S. 1836-1844
• Günter Kreisel 他: Ganzheitliche Bilanzierung/Bewertung von Reinigungs-/Vorbehandlungstechnologien in der Oberflächenbehandlung。 1998 年、イエナ、FSU 技術化学研究所

^[1]