JP2006061791A - 洗浄装置、洗浄方法及び鉄道車両用洗浄粒子 - Google Patents

Abstract

【課題】 環境に与える影響が小さく凹凸面の凹部に付着した汚れを低コストで除去することができる洗浄装置、洗浄方法及び鉄道車両用洗浄粒子を提供する。
【解決手段】 噴射装置７のノズル部７ｄから噴射水Ｆが噴射すると、この噴射水Ｆ中の洗浄粒子Ｃが車両２の外板３の凹凸面３ａに衝突する。このとき、洗浄粒子Ｃが凹凸面３ａの凹部に進入可能であり、かつ、凹部の表面と衝突可能であるため、噴射水Ｆの噴射圧が低圧であっても凹凸面３ａの凹部に簡単に進入して凹部の表面と衝突する。凹凸面３ａの凹部には鉄酸化物などの汚れＤが付着しているときには、この汚れＤに洗浄粒子Ｃが衝突してこの汚れＤにせん断力などの物理力が作用し汚れＤが凹部から除去される。その結果、洗浄粒子Ｃを外板３に高圧で噴射する必要がなくなり、車両２の隙間から車内や機器類に水が浸入するのを防止することができる。
【選択図】 図３

Description

この発明は、凹凸面に洗浄粒子を噴射してこの凹凸面を洗浄する洗浄装置、洗浄方法、及び鉄道車両の凹凸面に噴射してこの凹凸面を洗浄するための鉄道車両用洗浄粒子に関する。

鉄道車両は、最も顧客に近い存在であるため、輸送という商品に対する顧客イメージに与える影響が大きい。このため、顧客に不快感を与えないように車両の内外の清掃が頻繁に行われている。車両の外板の清掃では、界面活性剤やしゅう酸酸性薬剤などの化学薬品を用いた機械洗浄や人手による念入りな洗浄（特掃）が実施されている。従来の車両洗浄装置は、車両の表面に洗剤などの薬液を塗布する薬液塗布装置と、薬液が塗布された車両の表面に洗浄水を噴射する洗浄水噴射装置と、薬液が塗布された車両の表面を洗浄する洗浄ブラシと、洗浄後の車両の表面に気流を噴射するエアブロアなどを備えている（例えば、特許文献１参照）。このような従来の車両洗浄装置では、車両を低速度で走行させながらこの車両の表面に薬液を塗布した後に、この車両の表面に洗浄水を噴射しながら洗浄ブラシを回転させて車両の表面を洗浄し、気流を噴射して車両の表面に付着した水滴などを吹き飛ばしている。

特開平7-002064号公報

近年、塗装車両に代わりステンレス車両(SUS車両)の採用が増加している。このようなステンレス車両では、機械的又は化学的に表面が粗く形成されたロールによって、車両外板のステンレス鋼板(SUS鋼板)の表面に凹凸面を形成してつや消し仕上げ（ダル仕上げ）されている。従来の車両洗浄装置では、このような凹凸面の凹部よりもナイロン製のブラシ繊維のほうが大きいため、洗浄ブラシが凹部の底面にまで届かず凹部の汚れの除去が不十分であるという問題があった。このため、凹部に汚れが付着しないように、車両外板にクリヤコーティングやワックスを塗布して車両外板の凹凸面を平滑化している。その結果、コーティング作業や塗布作業が必要になるため清掃コストが高くなってしまう問題があった。また、近年、車体形状の多様化によって従来の車両洗浄装置では洗浄ブラシが当たらない部分が生じており、車両洗浄装置の改造や多種類の車体形状に対応する新たな車両洗浄装置の開発要求がある。

一方、洗浄ブラシを使用せずに水流の物理力を利用する洗浄方法として、ウォータジェット洗浄が鉄道車両に適用されている。しかし、このウォータジェット洗浄方法では、吐出圧が5MPa〜20MPa程度と水圧が高いため、車両の隙間から車内や機器類に水が浸入する問題があった。さらに、近年、洗浄剤に含まれる化学物質の環境に与える負荷を低減する必要性が増加している。

この発明の課題は、環境に与える影響が小さく凹凸面の凹部に付着した汚れを低コストで除去することができる洗浄装置、洗浄方法及び鉄道車両用洗浄粒子を提供することである。

この発明は、以下に記載するような解決手段により、前記課題を解決する。
なお、この発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、この実施形態に限定するものではない。
請求項１の発明は、凹凸面（３ａ）に洗浄粒子（Ｃ）を噴射してこの凹凸面を洗浄する洗浄装置であって、前記凹凸面の凹部に進入可能であるとともに衝突可能な形状を有する前記洗浄粒子を噴射する噴射手段（７）を備えることを特徴する洗浄装置である。

請求項２の発明は、請求項１に記載の洗浄装置において、前記噴射手段は、前記洗浄粒子と液体との混合液を圧縮気体によって噴射又は前記洗浄粒子を液体によって加圧して噴射することを特徴としている洗浄装置である。

請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の洗浄装置において、前記噴射手段は、前記洗浄粒子として重曹、アクリル樹脂又はパーライトの少なくとも一種類以上を噴射することを特徴とする洗浄装置である。

請求項４の発明は、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の洗浄装置において、前記噴射手段は、前記凹凸面よりも硬度が低い前記洗浄粒子を噴射することを特徴とする洗浄装置である。

請求項５の発明は、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の洗浄装置において、前記噴射手段は、前記凹凸面が鉄道車両の表面であるときに、この鉄道車両の表面に前記洗浄粒子を噴射することを特徴とする洗浄装置である。

請求項６の発明は、請求項５に記載の洗浄装置において、前記噴射手段は、前記凹凸面が鉄道車両のステンレス面であるときに、このステンレス面に前記重曹又は前記アクリル樹脂の少なくとも一種類以上を噴射することを特徴とする洗浄装置である。

請求項７の発明は、凹凸面（３ａ）に洗浄粒子（Ｃ）を噴射してこの凹凸面を洗浄する洗浄方法であって、前記凹凸面の凹部に進入可能であるとともに衝突可能な形状を有する前記洗浄粒子を噴射する噴射工程を含むことを特徴する洗浄方法である。

請求項８の発明は、請求項７に記載の洗浄方法において、前記噴射工程は、前記洗浄粒子と液体との混合液を圧縮気体によって噴射する工程又は前記洗浄粒子を液体によって加圧して噴射する工程であることを特徴とする洗浄方法である。

請求項９の発明は、請求項７又は請求項８に記載の洗浄方法において、前記噴射工程は、前記洗浄粒子として重曹、アクリル樹脂又はパーライトのうちの少なくとも一種類以上を噴射する工程であることを特徴とする洗浄方法である。

請求項１０の発明は、請求項７から請求項９までのいずれか１項に記載の洗浄方法において、前記噴射工程は、前記凹凸面よりも硬度が低い前記洗浄粒子を噴射する工程であることを特徴とする洗浄方法である。

請求項１１の発明は、請求項７から請求項１０までのいずれか１項に記載の洗浄方法において、前記噴射工程は、前記凹凸面が鉄道車両の表面であるときに、この鉄道車両の表面に前記洗浄粒子を噴射する工程であることを特徴とする洗浄方法である。

請求項１２の発明は、請求項１１に記載の洗浄方法において、前記噴射工程は、前記凹凸面が鉄道車両のステンレス面であるときに、このステンレス面に前記重曹又は前記アクリル樹脂の少なくとも一種類以上を噴射する工程であることを特徴としている洗浄方法である。

請求項１３の発明は、鉄道車両の凹凸面（３ａ）に噴射してこの凹凸面を洗浄するための鉄道車両用洗浄粒子であって、前記凹凸面の凹部に進入可能であるとともに衝突可能な形状を有することを特徴とする鉄道車両用洗浄粒子である。

請求項１４の発明は、請求項１３に記載の鉄道車両用洗浄粒子において、重曹、アクリル樹脂又はパーライトの少なくとも一種類以上を含有することを特徴とする鉄道車両用洗浄粒子である。

請求項１５の発明は、請求項１３又は請求項１４に記載の鉄道車両用洗浄粒子において、前記鉄道車両の凹凸面よりも硬度が低いことを特徴とする鉄道車両用洗浄粒子である。

請求項１６の発明は、請求項１５に記載の鉄道車両用洗浄粒子において、前記鉄道車両の凹凸面がステンレス面であるときに、このステンレス面よりも硬度が低い重曹又はアクリル樹脂の少なくとも一種類以上を含有することを特徴としている鉄道車両用洗浄粒子である。

この発明によると、環境に与える影響が小さく凹凸面の凹部に付着した汚れを低コストで除去することができる。

（第１実施形態）
以下、図面を参照して、この発明の第１実施形態について詳しく説明する。
図１は、この発明の第１実施形態に係る洗浄装置の構成図である。図２は、この発明の第１実施形態に係る洗浄装置の噴射装置の模式図である。図３は、この発明の第１実施形態に係る洗浄装置の原理を説明するための模式図である。以下では、鉄道車両の外板の凹凸面を洗浄する場合を例に挙げて説明する。
図１に示す線路１は、車両２が走行する通路（軌道）であり、車両２を支持し案内するレール１ａと、このレール１ａを固定する支持体１ｂなどから構成されている。車両２は、電車や気動車などの鉄道車両であり、乗客を積載し輸送するための構造物である車体２ａと、レール１ａと転がり接触する車輪２ｂなどを備えている。図３に示す外板３は、車体２ａの主構造（構体）の一部を構成する側板などの洗浄対象物であり、SUS鋼板などの金属板の表面にダル仕上げなどの表面処理によって凹凸面３ａが形成されている。外板３は、図１に示すように、車両２が走行する線区を識別するための線区識別帯３ｂを備えている。この線区識別帯３ｂは、線区毎に着色された樹脂テープなどによって形成されており、外板３に貼り付けられている。

図３に示す洗浄粒子Ｃは、車両２の凹凸面３ａに噴射してこの凹凸面３ａに付着した汚れＤを除去するための鉄道車両用洗浄粒子である。洗浄粒子Ｃは、凹凸面３ａの凹部に進入可能であるとともに衝突可能な形状を有する粒子であり、外板３の凹凸面３ａに付着した汚れＤを除去する。このような洗浄粒子Ｃとしては、水質汚濁防止法に違反せず、環境に対する影響が少ないブラスト材（研掃粒子）や土壌改質材として市販されているものを利用することができる。また、洗浄粒子Ｃとしては、凹凸面３ａや線区識別帯３ｂに損傷を与えないように可能な限り柔らかく凹凸面３ａや線区識別帯３ｂよりも硬度が低い粒子であり、排水とともに流せる材料が好ましく、微細な凹凸面３ａに付着した汚れＤに物理力が作用するように可能な限り粒径が小さい材料であることが好ましい。このような洗浄粒子Ｃとしては、例えば、排出しても水質汚濁防止法に違反しない水溶性の重曹、又は均質な粒子を容易に製造可能で再使用可能なアクリル樹脂などの少なくとも一種類以上が好ましい。洗浄粒子Ｃの外径は、５μmを下回ると価格が高くなり洗浄コストが上昇する不都合があり、100μmを超えると凹凸面３ａの凹部への進入が困難になり洗浄効果が低減する不都合があるため、５μm〜100μm程度であることが好ましい。洗浄粒子Ｃの形状は、凹凸面３ａの凹部に刺さり込むような突起部を先端に有する多角形状の粒子が好ましい。

図３に示す汚れＤは、凹凸面３ａの凹部に付着した異物であり、例えば、車輪２ｂと制輪子との間の摩擦や、レール１ａと車輪２ｂとの間の摩擦などによって発生する鉄摩耗粉による鉄酸化物などである。噴射水Ｆは、洗浄粒子Ｃ、水及び圧縮空気からなる混合流体や、洗浄粒子Ｃ及び水からなる混合流体などであり、洗浄装置４によって車両２の外板３に噴射される。

図１に示す洗浄装置４は、車両２を洗浄する装置であり、凹凸面３ａに洗浄粒子Ｃを噴射してこの凹凸面３ａを洗浄する。洗浄装置４は、洗浄粒子供給装置５と、圧縮流体供給装置６と、噴射装置７と、回収装置８などを備えている。洗浄装置４は、図３に示すように、噴射装置７から車体２ａに向かって洗浄粒子Ｃを噴射して凹凸面３ａに残留する汚れＤに衝突させ、汚れＤに物理力を作用させて凹凸面３ａから汚れＤを除去する。洗浄粒子供給装置５は、洗浄粒子Ｃを噴射装置７に供給する装置であり、水などの液体と洗浄粒子Ｃとの混合液を供給する。圧縮流体供給装置６は圧縮空気などの噴射流体を噴射装置７に供給する装置であり、圧縮空気を供給するコンプレッサなどを備えている。

噴射装置７は、車両２の表面に洗浄粒子Ｃを噴射する装置である。噴射装置７は、洗浄粒子Ｃと水との混合液を圧縮空気によって噴射する空圧式噴射装置である。噴射装置７は、図２に示すように、洗浄粒子供給装置５から洗浄粒子Ｃ及び水からなる混合液を吸引する吸引口７ａと、圧縮流体供給装置６から圧縮空気が噴射する噴射口７ｂと、噴射口７ｂからの圧縮空気によって吸引口７ａから混合液を吸引しながら撹拌する本体部（投射ガンボディ）７ｃと、洗浄粒子Ｃ、水及び空気からなる噴射水Ｆを本体部７ｃから噴出する円形状又はスリット状のノズル部７ｄなどを備えている。噴射装置７は、例えば、0.2MPa〜0.8MPa程度の低い吐出圧で噴射水Ｆを噴射する。噴射装置７は、図１及び図３に示すように、車両２の両側面にノズル部７ｄが対向するように配置されており、洗浄粒子Ｃが線区識別帯３ｂよりも硬度が高い場合には、この線区識別帯３ｂが貼り付けられた領域を避けてノズル部７ｄから洗浄粒子Ｃを噴射する。

回収装置８は、洗浄後の噴射水Ｆを回収する装置であり、線路１の下方に配置されている。回収装置８は、噴射水Ｆを受け取る受け部８ａなどを備えている。回収装置８は、洗浄粒子Ｃが重曹などの水溶性粒子などの場合には、回収後の噴射水Ｆを汚水として排出し、洗浄粒子Ｃが非水溶性粒子であり再使用可能なアクリル樹脂などの場合には、回収後の噴射水Ｆを洗浄粒子供給装置５に送出し再使用する。

次に、この発明の実施形態に係る洗浄装置による洗浄方法を説明する。
図１に示すように、洗浄装置４内に車両２を走行させながら通過させると、車両２の外板３に向かって洗浄装置４から噴射水Ｆが噴射する。図３に示すように、噴射装置７のノズル部７ｄから噴射水Ｆが噴射すると、この噴射水Ｆ中の洗浄粒子Ｃが外板３の凹凸面３ａに衝突する。このとき、洗浄粒子Ｃが凹凸面３ａの凹部に進入可能であり、かつ、凹部の表面と衝突可能であるため、噴射水Ｆの噴射圧が低圧であっても凹凸面３ａの凹部に簡単に進入して凹部の表面と衝突する。凹凸面３ａの凹部には鉄酸化物などの汚れＤが付着しているときには、この汚れＤに洗浄粒子Ｃが衝突してこの汚れＤにせん断力などの物理力が作用し汚れＤが凹部から除去される。洗浄後の噴射水Ｆを回収装置８が回収し廃棄物として排出される。

この発明の第１実施形態に係る洗浄装置には、以下に記載するような効果がある。
(1) この第１実施形態では、凹凸面３ａの凹部に進入可能であるとともに衝突可能な形状を有する洗浄粒子Ｃを噴射装置７が噴射する。このため、凹凸面３ａの凹部に付着した汚れＤに洗浄粒子Ｃを衝突させ、衝突時に作用する物理力によって凹部から汚れＤを簡単に除去することができる。その結果、凹凸面３ａにクリヤコーティングやワックスを塗布する工程が不要になるため、清掃コストを低減することができる。また、凹凸面３ａの凹部に洗浄粒子Ｃが進入し、この凹凸面３ａの凹部に付着した汚れＤに洗浄粒子Ｃが衝突するような形状であるため、洗浄粒子Ｃを外板３に高圧で噴射する必要がなくなり、車両２の隙間から車内や機器類に水が浸入するのを防止することができる。

(2) この第１実施形態では、洗浄粒子Ｃと水との混合液を圧縮空気によって噴射する。このため、微細研削粒子と水との混合液を構造が簡単で安価な空圧式噴射装置などを利用して、従来の高圧水噴射では除去することが困難であった鉄酸化物などの汚れＤを凹凸面３ａから簡単に除去することができる。

(3) この第１実施形態では、洗浄粒子Ｃとして重曹又はアクリル樹脂の少なくとも一種類以上を噴射装置７が噴射する。このため、従来の車両洗浄装置のような洗浄剤が不要になり環境に対する負荷を低減することができる。また、入手が容易で安価な市販の研掃粒子や研磨粒子などを利用することができるため、洗浄コストを低減することができる。

(4) この第１実施形態では、凹凸面３ａよりも硬度が低い洗浄粒子Ｃを噴射装置７が噴射する。このため、洗浄粒子Ｃが凹凸面３ａと衝突したときに、この凹凸面３ａが損傷するのを防ぐことができる。

（第２実施形態）
図４は、この発明の第２実施形態に係る洗浄装置の噴射装置の模式図である。以下では、図２に示す部分と同一の部分については、同一の番号を付して詳細な説明を省略する。
図４に示す噴射装置７には、図１に示す洗浄粒子供給装置５から洗浄粒子Ｃのみが供給され、圧縮流体供給装置６の水圧ポンプなどによって高圧水が供給される。噴射装置７は、洗浄粒子Ｃを水によって加速して噴射する水圧式噴射装置である。噴射装置７は、図４に示すように、吸引口７ａから吸引した洗浄粒子Ｃを噴射口７ｂから流入する高圧水によって本体部７ｃで加速してノズル部７ｄから噴出する。この第２実施形態には、第１実施形態と同様の効果がある。

次に、この発明の実施例について説明する。
（洗浄効果の評価試験）
この発明の実施例に係る洗浄粒子を低圧噴射装置によって試験板に噴射して洗浄効果及び洗浄条件を評価した。先ず、従来の高圧噴射洗浄方式に比べて、低い吐出圧の範囲である0.2MPa〜0.8MPa程度の低圧噴射洗浄方式を用いて、SUS鋼板の凹部の洗浄が可能であるか否かを検討した。水と研削粒子とを併用する方法を適用して、SUS車両外板の鉄酸化物汚れを模擬した人工さび汚れ試験板（以下、試験板という）に噴射水を当て洗浄痕を拡大観察し、残存するさびの有無で洗浄効果を評価した。また、この洗浄方法によるゴムや塗膜への影響については、SUS鋼板に貼り付けた線区識別用の樹脂テープに噴射水を当て、テープ表面の損傷の程度を目視及び拡大観察し、洗浄前後の変化を評価した。

（試験板）
試験板には、車両用のダル仕上げされたSUS鋼板(SUS301L DLT DF)を用いた。試験板の表面には、10点平均粗さで約11μmの凹凸が存在するとともに、幅100μm程度の凹部が１mm²当たり５〜８箇所点在している。人工さびは、２molの硫酸鉄(II)水溶液50mlに２molの水酸化ナトリウム水溶液100mlを加えて合成した水酸化鉄のコロイド粒子を用いた。試験板は、合成したコロイド粒子を刷毛でSUS鋼板に約１g/m²塗布し、室内で72時間乾燥させて酸化を促進させ、その後流水に30分間曝して溶解性物質を除去し、再び乾燥してから試験に供した。

（洗浄粒子）

表１は、この発明の実施例に係る洗浄粒子の性状を示す。ここで、表１に示すモース硬度は、一般的な鉱物10種類を相互に傷を付けられるか否かを試験し10段階で評価したものであり、数値が高いほど硬度が高くなる。例えば、最高硬度「10」の鉱物は、ダイヤモンドのみであり、人の爪は約2.5に相当し、SUS鋼板は5.0程度である。ここで、重曹#20は、粒径の大小による洗浄効果への影響を比較する目的で選定した。

（低圧噴射装置）
低圧噴射装置は、圧縮空気により吹き飛ばす噴射方式である空圧式噴射装置と、噴射水を直接加圧する噴射方式である水圧式噴射装置の２種類を用いた。空圧式噴射装置には、株式会社アネスト岩田製のブラスト機(CHB-500型)に付属のブラストガンを使用し、洗浄粒子と水との混合液を撹拌しながら吸引し、空気とともに噴射する方式とした。ブラストガンは、エアジェットの孔径が1.5mm、ガンノズルの径が3.7mm、混合液の吸引孔径が4.0mmである。

水圧式噴射装置は、水と洗浄粒子との混合液を直接加圧して噴射する方式が効率的だが、混合から噴射まで洗浄粒子の分散状態を保つことが難しく装置の設計ができなかった。このため、空圧式洗浄装置と同様のブラストガンによって、洗浄粒子を吸引してノズルで混合し噴射する方式とした。噴射ノズルには、ノズル径が4.0mmの株式会社スギノマシン製のクリーンガンヘッド(JCH-12)を使用し、洗浄粒子は噴射ノズルに取り付けたホッパから供給した。

（洗浄効果評価の試験条件）
空圧式噴射装置を用いたときの試験条件は、ガンノズルと試験板との間の距離（以下、スタンドオフ距離という）を50mmにして、重曹#100を水に10mass%混入した混合液を0.4MPaの圧縮空気圧で10秒間噴射させた。そのときの洗浄痕を約100倍で拡大観察し、人工さびが完全に落ちている範囲（以下、完全洗浄域という）の有無を調べた。ここで、圧縮空気圧の0.4MPaは、試験に用いたノズルの構造から混合液の吸入量が上限の8.6ml/secに達する点で、スタンドオフ距離50mmの平均衝突圧力が約12kPaと低圧になる条件から選択した。一方、水圧式噴射装置を用いたときの試験条件は、吐出圧0.8MPa、スタンドオフ距離を50mm、噴射流体を水のみと、重曹#100を混入した場合とで行った。

（洗浄効果の評価結果）
空圧式噴射装置による試験では、噴射３秒後には噴射範囲内のさびが全て除去され、SUS鋼板の光沢面が露出していることを目視で確認できた。また、噴射10秒後の拡大観察により噴射面を観察したところ、凹部内のさびが全て除去されていることを確認できた。空圧式噴射装置による試験では、アクリル樹脂#80を洗浄粒子に使用した場合に、約１cm²のさび汚れを完全に除去するための所要時間は4〜5秒であり、アクリル樹脂#80が約4.3g必要であった。また、粒径５μmのパーライトを使用した場合には、所要時間は1.4秒でありパーライトが0.28g必要であった。

水圧式噴射装置による試験では、重曹#100を混入した場合に、噴射時間５秒で噴流の中心部の狭い範囲のさびを除去することができ、噴射時間20秒で噴射範囲内の約80%まで凹部内のさびを除去することができた。一方、噴射流体を水のみとした条件では、噴射時間20秒でもSUS鋼板表面の凹部だけではなく、噴射範囲内の全体にわたってさびを除去することができなかった。

なお、人工さび汚れの付着強度を確認するために、試験板を流水下で直径0.25mmのナイロンブラシを用いて数十回擦り、全体の汚れに変化がなくなるまで洗浄し顕微鏡観察した。試験板の表面には、10μm程度の微細な凹部に部分的にさびが残存し、約100μm幅の凹部にはいずれの凹部にも人工さびが残存しており、ブラシ洗浄で人工さび汚れが除去できないことを確認した。さらに、吐出圧20MPaのウォータジェット洗浄機によってSUS鋼鈑の新製面との色差に変化がなくなるまで洗浄したところ、微細な凹部にはさびの残存が認められ、高圧水でも十分に除去できないことを確認した。以上の結果から、洗浄粒子を混入した低圧噴射洗浄方式によって、SUS鋼鈑の凹部に付着するさび汚れを除去できることが確認された。

（洗浄条件の検討試験）
次に、低圧噴射洗浄方式による汚れ除去効果が確認できたため、洗浄条件と洗浄効果との関係について検討した。洗浄条件の検討試験では、噴射条件や洗浄粒子の混入条件などに対するさび汚れの除去程度を、洗浄痕の拡大観察のほか洗浄範囲の大きさや色差計による色変化を求めて整理した。低圧噴射洗浄方式では、物理力として作用する噴射流体に混入する洗浄粒子とさび汚れとの衝突に洗浄力が左右されると考えられる。このため、さび汚れと洗浄粒子との衝突に関係する要因を明らかにするために以下の試験を行った。なお、水圧式洗浄方式は、空圧式洗浄方式に比べて洗浄効果が低く水の使用量も多くなる。また、洗浄効果の評価試験に用いた低圧噴射装置は、洗浄粒子の混入量が噴射圧に依存するため混入率を上げることができなかった。このため、洗浄条件の検討試験は、洗浄粒子の条件設定が容易な空圧式噴射方式によって行なった。

（スタンドオフ距離と洗浄範囲）
図５は、スタンドオフ距離と洗浄範囲の検討試験結果を示す図である。
試験は、スタンドオフ距離を変えてアクリル樹脂#80を12.5mass%混入した混合液を0.4MPaの圧縮空気圧で試験板に各10秒間噴射した。この試験では、定量的な評価を行なうために洗浄粒子には不溶性のアクリル樹脂を用いて、完全洗浄域及び不完全洗浄域の直径を測定し、スタンドオフ距離との関係を求めた。その結果、図５に示すように、スタンドオフ距離が50mmを超えると完全洗浄領域が不明瞭になり、この試験条件ではスタンドオフ距離50mm以内が有効な洗浄範囲であることが確認された。

（洗浄粒子濃度及び噴射時間と洗浄範囲）
さび汚れに衝突する洗浄粒子量は、混合液の粒子濃度と噴射時間にも関係するため、粒子濃度と噴射時間とを変えた場合の洗浄範囲を測定した。混合液は、アクリル樹脂#80を12.5mass%から1/2ずつ下げ0.78mass%まで５段階に調整したものを使用した。試験条件は、圧縮空気圧0.4MPa、スタンドオフ距離50mm、噴射時間５秒、３秒、１秒であり、各条件の試験は１枚の試験板で行なった。洗浄範囲の比較は、画像処理によって行なった。画像条件が一定になるように全ての洗浄痕をスキャナによって一度に取り込んだ。

図６は、洗浄粒子濃度及び噴射時間の相違による洗浄範囲の変化の検討試験結果を示す図である。
図６に示すように、混合液の洗浄粒子濃度が薄く、噴射時間が短いと完全洗浄領域がなくなっている。このため、洗浄範囲の比較は、画像処理で求めた特性値を用いて行なった。先ず、確認できる完全洗浄域の輝度情報(256段階)を測定し、その平均値を完全洗浄域の代表値として基準輝度とした。次に、一番大きな洗浄痕である洗浄粒子12.5mass%、噴射５秒の条件の洗浄痕より１回り大きな同心円を定め、その範囲内の輝度情報について基準輝度以上の占める割合を求め、この洗浄範囲の特性値として清浄面割合とした。清浄面割合は、不完全洗浄域のさびが除去されている清浄箇所の情報も含まれており、噴射範囲におけるさびの除去面の占有率に比例すると考えられる。

図７は、洗浄粒子濃度と噴射時間に対する清浄面割合の変化を示すグラフであり、図７（Ａ）は清浄面割合と洗浄粒子濃度との関係を示すグラフであり、図７（Ｂ）は必要洗浄粒子量と清浄面割合との関係を示すグラフである。
図７（Ａ）に示す縦軸は、清浄面割合(%)であり、横軸は洗浄粒子濃度(mass%)である。図７（Ｂ）に示す縦軸は、必要洗浄粒子量(g)であり、横軸は清浄面割合(%)である。図７（Ａ）に示すように、洗浄粒子濃度が6.25mass%以下になると、いずれの噴射時間でも急激に清浄部分が少なくなっており、噴射５秒に比較して噴射１秒では清浄部分が1/2程度に減少している。その結果、洗浄粒子濃度が低くなり噴射時間が短くなるほど、人工さびに衝突する洗浄粒子が少なくなるため、清浄部分が減少していると考えられる。

図７（Ｂ）に示すように、洗浄条件試験の全データについて洗浄粒子濃度と噴射時間とから噴射した全粒子量を求め、清浄面割合に対しプロットした。その結果、清浄面割合と洗浄粒子量との関係は、図７（Ｂ）に示すように曲線上に載るため、洗浄効果はさびに衝突する洗浄粒子の数に依存することが分かった。曲線の急激に立ち上がる点の洗浄粒子量を、噴射範囲内で完全洗浄域が上限に達するまでに必要な洗浄粒子量とすると、この条件では約1cm²当たり4.7gの洗浄粒子が必要であることが分かった。

（洗浄粒子径と洗浄効果）
洗浄粒子の大きさも衝突点の数に影響すると考えられるため、大きさの異なる洗浄粒子を用いて試験し、粒径の違いによる洗浄効果を調べた。50mass%に調整した重曹#20(粒径約1000μm)と重曹#100(粒径約130μm)を用いて、圧縮空気圧0.4MPa、スタンドオフ距離50mmで噴射時間を変えて試験板に噴射し、洗浄痕の色の変化を測定した。色の測定は、JIS Z 8722(色の測定方法 第２種分光測定条件ｂ)に準拠した測色装置（日本電色工業株式会社製 簡易型分光光度計NF333型)のセンサをあてがい光源にＤ₆₅を用いて10度視野で行った。測定結果は、L*a*b*表示系で整理し、色空間においてどの程度離れたかを示す色差(ΔE*ab)を求めて洗浄効果を評価した。

図８は、洗浄粒子径と洗浄効果との関係を示すグラフである。
図８に示すように、重曹#100(粒径約130μm)に比較して重曹#20(粒径約1000μm)の場合には、濃度が50mass%と高濃度でも噴射時間５秒では完全洗浄とはならず、部分的にさびが残存し色差が大きくなっている。このため、洗浄粒子が接触した部分でさびが除去されるが、低い衝突圧力では衝突による洗浄粒子の破壊が起こらず、同じ濃度の粒子では粒径が大きいほど接触点の数が少なくなると考えられる。試験板の表面粗さから推定すると、粒子径10μm以下の洗浄粒子が凹部に付着したさび汚れに有効に作用すると考えられる。粒子径５μmのパーライトを洗浄粒子に用いて、噴射条件を洗浄効果の評価試験と同じ条件で試験した。その結果、完全洗浄域は洗浄粒子濃度10mass%、噴射５秒のときに、アクリル樹脂の試験で基準とした洗浄痕よりも25%広く、洗浄粒子濃度2.5mass%、噴射１秒でも23%の減少に留まっていた。パーライトは、シリカやアルミナを主成分としているため硬度がSUS鋼板よりも高く、洗浄によりさび汚れを除去するだけではなく、衝突圧力の強い噴流の中心部で鋼板の微細な凹凸を削って平滑にし、SUS鋼板に僅かであるが光沢を生じさせた。

（樹脂に与える影響）
ゴムや塗膜などの樹脂材料への影響については、SUS鋼板に貼り付けた線区識別用の樹脂テープに洗浄粒子を噴射し、テープ表面の損傷の程度を目視及び拡大観察した。４種類のいずれの洗浄粒子についても、さび汚れが除去できる洗浄条件では、線区識別用の樹脂テープの表面にミクロンオーダーの損傷を与えた。その結果、洗浄粒子が衝突した部分は噴流軸中心に白色化と、その周辺に光沢低下が目視で認められた。４種類の洗浄粒子は、いずれも樹脂テープよりも硬い材料であるため、樹脂などの損傷を回避するためにはさらに柔らかい洗浄粒子を検討することが好ましい。また、４種類の洗浄粒子のうちパーライトが最も硬度が高かったが、粒径が５μmと小さいために衝突エネルギーが小さく、他の洗浄粒子に比較して白色化の範囲が狭く、光沢の低下も少なかった。その結果、洗浄効果だけではなく塗膜や樹脂テープに対しても粒径が小さいほうが良いことがわかった。また、ゴムのような低弾性の材料については、洗浄粒子の衝突エネルギーを吸収できる可能性があると予測された。

以上の試験結果から、洗浄粒子のさび汚れ面への衝突個数に洗浄効果が依存することが分かった。また、洗浄効果を挙げるためには洗浄粒子径が10μm以下の微細な洗浄粒子が適していることが分かった。さらに、樹脂テープや塗膜への影響については、より柔らかい洗浄粒子の選択が必要であることが確認された。

（他の実施形態）
この発明は、以上説明した実施形態に限定するものではなく、以下に記載するように種々の変形又は変更が可能であり、これらもこの発明の範囲内である。
(1) この実施形態では、洗浄対象物として鉄道車両を例に挙げて説明したが、自動車、航空機、船舶などの他の交通輸送手段、壁面、建築物などの固定構造物についてもこの発明を適用することができる。また、この実施形態では、外板３がSUS鋼板である場合を例に挙げて説明したが、外板３がアルミニウム鋼板などの他の金属である場合についてもこの発明を適用することができる。例えば、ステンレス以外の鉄道車両の外板を洗浄する場合には、SUS鋼板と硬度が同等以上であって土壌改質材や濾過助剤として使用され環境上問題のないパーライトなどを洗浄粒子Ｃとして単体で使用したり、重曹及び／又はアクリル樹脂と混合して使用したりすることもできる。この場合には、ステンレス以外の鉄道車両、他の交通輸送手段、固定構造物などに対する洗浄効果を期待することができる。さらに、この実施形態では、噴射装置７が空圧式噴射装置又は水圧式噴射装置である場合を例に挙げて説明したが、これらのいずれか一方を選択可能な構造や同時に使用可能な構造にすることもできる。例えば、洗浄対象物までの距離が長い場合には水圧式噴射装置を選択し、洗浄対象物までの距離が短い場合には空圧式噴射装置を選択することができる。

(2) この実施形態では、洗浄粒子Ｃを低圧で噴射する場合を例に挙げて説明したが、洗浄粒子Ｃを高圧で噴射することもできる。この場合には、凹凸面３ａに洗浄粒子Ｃが衝突してこの洗浄粒子Ｃが破壊されて凹部に入り込むことが期待できるため、粒径の大きい洗浄粒子を使用することができる。また、この実施形態では、洗浄粒子Ｃと水との混合液を噴射する場合を例に挙げて説明したが、水溶性の洗浄粒子を噴射するような場合にはこの水溶性の洗浄粒子を空気によって噴射することもできる。この場合には、噴出する水溶性の洗浄粒子の周囲を覆うように僅かな使用量で水を噴射して、この水溶性の洗浄粒子の飛散を防止するとともに、洗浄粒子の車両への付着を防止することができる。さらに、この実施形態では、洗浄粒子Ｃとして重曹、アクリル樹脂、パーライトなどを例に挙げて説明したが、食塩などの他の粒子を使用することもできる。この場合には、噴射後の外板３に水を噴射してこの外板３に付着した食塩を洗浄することができる。

(3) この実施形態では、ダル仕上げされた外板３を洗浄する場合を例に挙げて説明したが、車体２ａの下部などのヘアライン処理された外板３を洗浄する場合についてもこの発明を適用することができる。また、この実施形態では、洗浄粒子Ｃが線区識別帯３ｂよりも硬度の高い場合にはこの線区識別帯３ｂを避けて洗浄粒子Ｃを噴射しているが、線区識別帯３ｂを遮蔽する遮蔽部などを設置することもできる。さらに、この実施形態では、市販工業材料から選択可能なものを洗浄粒子Ｃとして挙げたが、再使用が可能であり経済的に有利な有機高分子粒子なども利用することができる。

この発明の第１実施形態に係る洗浄装置の構成図である。 この発明の第１実施形態に係る洗浄装置における噴射装置の構成図である。 この発明の第１実施形態に係る洗浄装置の原理を説明するための模式図である。 この発明の第２実施形態に係る洗浄装置における噴射装置の構成図である。 スタンドオフ距離と洗浄範囲の検討試験結果を示す図である。 洗浄粒子濃度及び噴射時間の相違による洗浄範囲の変化の検討試験結果を示す図である。 洗浄粒子濃度と噴射時間に対する清浄面割合の変化を示すグラフであり、（Ａ）は清浄面割合と洗浄粒子濃度との関係を示すグラフであり、（Ｂ）は必要洗浄粒子量と清浄面割合との関係を示すグラフである。 洗浄粒子径と洗浄効果との関係を示すグラフである。

符号の説明

１ 線路
２ 車両
３ 外板
３ａ 凹凸面
３ｂ 線区識別帯
４ 洗浄装置
５ 洗浄粒子供給装置
６ 圧縮流体供給装置
７ 噴射装置
Ｃ 洗浄粒子
Ｄ 汚れ
Ｆ 噴射水

Claims (16)

1. 凹凸面に洗浄粒子を噴射してこの凹凸面を洗浄する洗浄装置であって、
   前記凹凸面の凹部に進入可能であるとともに衝突可能な形状を有する前記洗浄粒子を噴射する噴射手段を備えること、
   を特徴する洗浄装置。
2. 請求項１に記載の洗浄装置において、
   前記噴射手段は、前記洗浄粒子と液体との混合液を圧縮気体によって噴射又は前記洗浄粒子を液体によって加圧して噴射すること、
   を特徴とする洗浄装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の洗浄装置において、
   前記噴射手段は、前記洗浄粒子として重曹、アクリル樹脂又はパーライトの少なくとも一種類以上を噴射すること、
   を特徴とする洗浄装置。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の洗浄装置において、
   前記噴射手段は、前記凹凸面よりも硬度が低い前記洗浄粒子を噴射すること、
   を特徴とする洗浄装置。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の洗浄装置において、
   前記噴射手段は、前記凹凸面が鉄道車両の表面であるときに、この鉄道車両の表面に前記洗浄粒子を噴射すること、
   を特徴とする洗浄装置。
6. 請求項５に記載の洗浄装置において、
   前記噴射手段は、前記凹凸面が鉄道車両のステンレス面であるときに、このステンレス面に前記重曹又は前記アクリル樹脂の少なくとも一種類以上を噴射すること、
   を特徴とする洗浄装置。
7. 凹凸面に洗浄粒子を噴射してこの凹凸面を洗浄する洗浄方法であって、
   前記凹凸面の凹部に進入可能であるとともに衝突可能な形状を有する前記洗浄粒子を噴射する噴射工程を含むこと、
   を特徴する洗浄方法。
8. 請求項７に記載の洗浄方法において、
   前記噴射工程は、前記洗浄粒子と液体との混合液を圧縮気体によって噴射する工程又は前記洗浄粒子を液体によって加圧して噴射する工程であること、
   を特徴とする洗浄方法。
9. 請求項７又は請求項８に記載の洗浄方法において、
   前記噴射工程は、前記洗浄粒子として重曹、アクリル樹脂又はパーライトのうちの少なくとも一種類以上を噴射する工程であること、
   を特徴とする洗浄方法。
10. 請求項７から請求項９までのいずれか１項に記載の洗浄方法において、
    前記噴射工程は、前記凹凸面よりも硬度が低い前記洗浄粒子を噴射する工程であること、
    を特徴とする洗浄方法。
11. 請求項７から請求項１０までのいずれか１項に記載の洗浄方法において、
    前記噴射工程は、前記凹凸面が鉄道車両の表面であるときに、この鉄道車両の表面に前記洗浄粒子を噴射する工程であること、
    を特徴とする洗浄方法。
12. 請求項１１に記載の洗浄方法において、
    前記噴射工程は、前記凹凸面が鉄道車両のステンレス面であるときに、このステンレス面に前記重曹又は前記アクリル樹脂の少なくとも一種類以上を噴射する工程であること、
    を特徴とする洗浄方法。
13. 鉄道車両の凹凸面に噴射してこの凹凸面を洗浄するための鉄道車両用洗浄粒子であって、
    前記凹凸面の凹部に進入可能であるとともに衝突可能な形状を有すること、
    を特徴とする鉄道車両用洗浄粒子。
14. 請求項１３に記載の鉄道車両用洗浄粒子において、
    重曹、アクリル樹脂又はパーライトの少なくとも一種類以上を含有すること、
    を特徴とする鉄道車両用洗浄粒子。
15. 請求項１３又は請求項１４に記載の鉄道車両用洗浄粒子において、
    前記鉄道車両の凹凸面よりも硬度が低いこと、
    を特徴とする鉄道車両用洗浄粒子。
16. 請求項１５に記載の鉄道車両用洗浄粒子において、
    前記鉄道車両の凹凸面がステンレス面であるときに、このステンレス面よりも硬度が低い重曹又はアクリル樹脂の少なくとも一種類以上を含有すること、
    を特徴とする鉄道車両用洗浄粒子。