光学部品の洗浄装置
【課題】光学部品の洗浄装置において、超音波洗浄による光学部品の洗浄ムラの発生を抑制することができるようにする。
【解決手段】洗浄装置１を、被洗浄物Ｗを洗浄する洗浄液３が貯留された洗浄槽２と、超音波振動子４ａおよび超音波振動子４ａによる超音波振動を伝達してホーン先端面４ｃから放射するホーン４ｂを有し、洗浄液３に挿入されたホーン先端面４ｃの前方に超音波振動によるキャビテーションを生成するキャビテーション生成部４と、を備え、キャビテーション生成部４によって生成されたキャビテーションを被洗浄物Ｗに当てて洗浄を行う構成とする。
【解決手段】洗浄装置１を、被洗浄物Ｗを洗浄する洗浄液３が貯留された洗浄槽２と、超音波振動子４ａおよび超音波振動子４ａによる超音波振動を伝達してホーン先端面４ｃから放射するホーン４ｂを有し、洗浄液３に挿入されたホーン先端面４ｃの前方に超音波振動によるキャビテーションを生成するキャビテーション生成部４と、を備え、キャビテーション生成部４によって生成されたキャビテーションを被洗浄物Ｗに当てて洗浄を行う構成とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学部品の洗浄装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、光学部品の製造工程等で用いられる光学部品の洗浄装置において、洗浄槽内に洗浄液を満たして、洗浄する光学部品を浸漬し、洗浄液を超音波加振する洗浄装置が知られている。
このような洗浄装置では、洗浄槽内に超音波振動の定在波が形成されるため波長の２分の１おきに超音波振動が激しくなる領域が形成される。すなわち、超音波振動の強度が洗浄槽内で分布を持つことになり、洗浄槽内に汚れがよく落ちる領域とよく落ちない領域とができてしまう。このため、洗浄槽内における超音波振動の強度分布を改善する洗浄装置や洗浄方法が種々提案されている。
例えば、特許文献１には、機械装置や治具等の精密加工された部品の精密洗浄を行う技術分野において、超音波を洗浄槽の底部のみならず、側部からも照射する洗浄方法および洗浄装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−２７１７２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の光学部品の洗浄装置には上記のように洗浄槽内の場所によっては汚れが落ちにくくなるという問題があった。
例えば、特許文献１に記載の技術を用いて超音波を側部から照射することも考えられるが、特許文献１は、「洗浄槽３のサイズによっては超音波の共振周波数を変えてキャビテーションがより強力になるようにすることが可能であり」と記載されていることから分かるように、洗浄槽のサイズに応じた共振周波数の超音波を照射することで、洗浄槽内に定在波を形成する方法である。
つまり特許文献１に記載の技術によれば、従来、底部から超音波を照射することで、底部から上面に向かう高さ方向の特定の領域（２分の１波長ピッチの領域）のみにキャビテーションが発生していたところ、側部にも超音波を照射することにより水平方向の特定の領域にもキャビテーションを発生させることができる。このため、底部のみから超音波を照射する場合に比べると汚れが落ちる領域を増やすことができる。
しかし、このように超音波照射方向を増やすと、振動の重ね合わせによって定在波の分布が変化し、より多くの領域でキャビテーションを発生させることはできるものの、定在波の重ね合わせを用いる限り、洗浄槽内の超音波振動の強度分布を均一にすることはできない。したがって、洗浄槽内にはキャビテーションの発生しない領域が残り、このような領域に配置された被洗浄物は汚れが落ちにくくなるという問題がある。
また、超音波の照射方向を増やして定在波の分布を変える場合、振動の激しい領域が増えると同時に細分化されるため、複雑な分布になる。このため、キャビテーションの発生する領域に被洗浄物を確実に配置することはむずかしくなってしまうという問題がある。また、大型のレンズなどの光学部品では、キャビテーションが発生する複数の領域にまたがってレンズ面が配置されるおそれがあり、この場合、レンズ面内の洗浄ムラが残ってしまうという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、超音波洗浄による光学部品の洗浄ムラの発生を抑制することができる光学部品の洗浄装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明の光学部品の洗浄装置は、光学部品を洗浄する洗浄液が貯留された洗浄槽と、超音波振動子および該超音波振動子による超音波振動を伝達して端部から放射する振動伝達部材を有し、前記洗浄液に挿入された前記振動伝達部材の端部の前方に前記超音波振動によるキャビテーションを生成するキャビテーション生成部と、を備え、該キャビテーション生成部によって生成された前記キャビテーションを前記光学部品に当てて洗浄を行う構成とする。
【０００７】
また、本発明の光学部品の洗浄装置では、前記キャビテーション生成部を移動して、前記光学部品を前記キャビテーションに当てる移動機構を備えることが可能である。
【０００８】
また、本発明の光学部品の洗浄装置では、前記洗浄液を前記洗浄槽の外部に吸引して、前記洗浄槽内に前記キャビテーション生成部からの前記超音波振動の放射方向に沿う流れを形成する洗浄液吸引部と、該洗浄液吸引部によって吸引された前記洗浄液を浄化して、前記洗浄槽に戻す洗浄液浄化部と、を備えることが可能である。
【０００９】
また、本発明の光学部品の洗浄装置では、前記放射方向は、鉛直下向きとされ、前記洗浄液吸引部は、前記キャビテーション生成部の下方側に設けられ、前記洗浄液浄化部は、前記浄化後の洗浄液を、前記振動伝達部材の前記端部よりも上方に戻すことが可能である。
【００１０】
また、本発明の光学部品の洗浄装置では、前記キャビテーション生成部は、２つ以上の周波数の超音波振動を伝達できるようにしたことが可能である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の光学部品の洗浄装置によれば、洗浄液に挿入された振動伝達部材の端部に超音波振動を伝達して、この端部の前方に超音波振動によるキャビテーションを生成し、このキャビテーションを光学部品に当てて洗浄するため、超音波洗浄による光学部品の洗浄ムラの発生を抑制することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係る光学部品の洗浄装置の鉛直方向に沿う模式的な断面図である。
【図２】図１におけるＡ視図である。
【図３】本発明の実施形態に係る光学部品の洗浄装置に用いるキャビテーション形成部の模式的な動作説明図である。
【図４】本発明の実施形態の変形例に係る光学部品の洗浄装置の鉛直方向に沿う模式的な断面図である。
【図５】図４におけるＢ視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下では本発明の実施形態に係る光学部品の洗浄装置について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る光学部品の洗浄装置の鉛直方向に沿う模式的な断面図である。図２は、図１におけるＡ視図である。
【００１４】
本実施形態の洗浄装置１（光学部品の洗浄装置）は、図１、２に示すように、被洗浄物Ｗを洗浄液３に浸漬して洗浄液３中で超音波洗浄を行うものである。
被洗浄物Ｗとしては、適宜の光学部品を採用することができる。光学部品の例としては、例えば、レンズ、ミラー、プリズム、フィルタ等の光学素子や、ピンホール板、絞り、間隔環、光学素子を保持する鏡枠、鏡筒、ホルダ等の光学系や光学ユニットにおいて光学素子と組み合わせて用いる部材などの例を挙げることができる。
このような被洗浄物Ｗは、小型のものが多いため、複数のものを治具に保持した状態で洗浄液３中に浸漬する場合が多い。
以下では、一例として、被洗浄物Ｗがレンズ等の円板状の複数の光学部品であり、これら光学部品を、側壁部が網状で上部に開口を有する籠状に形成され、底部に被洗浄物Ｗを載置するため格子状の保持部１１ａが設けられた保持治具１１に保持して洗浄を行う場合の例で説明する。具体的には、被洗浄物Ｗは、保持治具１１の保持部１１ａ上に３行３列の格子状に配列されている（図２参照）。なお、以下では、図２に示す被洗浄物Ｗの配列において、図示横方向の並びおよび並び方向を、行および行方向と称し、図示縦方向の並びおよび並び方向を、列および列方向と称する。
【００１５】
洗浄装置１の概略構成は、洗浄槽２、吸引管路８Ａ、循環ポンプ９、供給管路８Ｂ、キャビテーション生成部４、取付台６、および移動ステージ７（移動機構）を備える。
【００１６】
洗浄槽２は、被洗浄物Ｗを洗浄する洗浄液３を貯留するもので、本実施形態では、一例として、上側に保持治具１１が出し入れ可能な大きさの開口を有する洗浄槽上部２Ａと、洗浄槽上部２Ａの底面部を構成する洗浄槽下部２Ｂとを備える容器からなる。
洗浄槽上部２Ａの内壁面２ａによって形成される開口の形状は、本実施形態では、平面視矩形状とされている。また、内壁面２ａ上側には、洗浄液３を洗浄槽２内に供給するための供給口８ａが設けられている。
洗浄槽下部２Ｂは、洗浄槽上部２Ａの下端部から下方側にすぼまるように傾斜して設けられた底面２ｂと、洗浄液３を吸引するため底面２ｂの下端の中心部に設けられた吸引口２ｃとを備える。
【００１７】
このような洗浄槽２において、洗浄液３は、その液面３ａが、供給口８ａを超える高さまで満たされている。
洗浄液３としては、被洗浄物Ｗを洗浄できる適宜の液体、例えば、水、有機溶剤、またはこれらに洗剤を溶解した溶液等を採用することができる。
【００１８】
また、図示は省略するが、洗浄槽２の内部には、保持治具１１を洗浄槽上部２Ａ内の定位置に支持する支持する支持枠が設けられている。
【００１９】
吸引管路８Ａは、洗浄槽２内の洗浄液３を吸引口２ｃから洗浄槽２の外部に吸引するため、吸引口２ｃに接続された管路である。
吸引管路８Ａの吸引口２ｃと反対側の端部には、洗浄液３を吸引管路８Ａ内に吸引するため、例えば、空圧駆動のダイヤフラム方式の循環ポンプ９が接続されている。
供給管路８Ｂは、循環ポンプ９によって吸水された洗浄液３を、浄化した後に供給口８ａを通して洗浄槽２内に戻すための管路であり、一端が循環ポンプ９の排水側に、他端が供給口８ａに接続されている。
供給管路８Ｂの中間部には、供給管路８Ｂを流れる洗浄液３の汚れ成分、例えば、微粒子、異物などを除去する濾過フィルタ部１０が設けられている。
【００２０】
キャビテーション生成部４は、被洗浄物Ｗに当てるキャビテーションを洗浄液３内に生成するもので、超音波振動子４ａ、ホーン４ｂ、および超音波発振器４ｄを備える。本実施形態では、キャビテーション生成部４は、被洗浄物Ｗが３列に配列されていることに対応して、同様な構成を有する３個のものが設置されている。
【００２１】
超音波振動子４ａは、超音波振動を発生するものであれば、適宜の超音波振動子を採用することができる。例えば、圧電セラミックスに高周波電圧を印加することで超音波振動を発生する構成を採用することができる。
また、超音波振動子４ａは、後述する取付台６に保持するため、例えば円筒状の保護カバーに覆われており、この保護カバーの内部に振動出力面を有する圧電セラミックス等の振動子本体が収容されている。
【００２２】
ホーン４ｂは、基端部から先端部に向けて漸次縮径する円錐台状の形状を有する金属部材であり、基端部が超音波振動子４ａの振動子本体の一端部に連結されている。このため、超音波振動子４ａによって振動子本体に超音波振動が発生すると、振動出力面に連結されたホーン４ｂの基端部から先端部に向かって超音波が伝播する。その際、ホーン４ｂの断面積が基端部から先端部に向かって縮小されているため、超音波振動は徐々に増幅されて最先端のホーン先端面４ｃ（振動伝達部材の端部）に到達する。
【００２３】
超音波発振器４ｄは、超音波振動子４ａを振動させるため、周波数を調整した高周波電圧を出力する装置部である。本実施形態では、超音波振動子４ａと離間した適宜位置に配置され、配線４ｅによって超音波振動子４ａと電気的に接続されている。
また、超音波発振器４ｄは、例えば、被洗浄物Ｗの汚れの種類、汚れの程度、汚れ成分の粒径等に応じて、より効率的な洗浄が行えるように、電圧の大きさや発振周波数を変更できるようになっている。発振周波数は、複数の周波数から選択できるようになっていてもよいし、適宜の周波数幅の範囲で掃引できるようになっていてもよい。
本実施形態では、超音波発振器４ｄは、超音波振動子４ａごとに設けられているため、各超音波振動子４ａの振動出力および周波数はそれぞれ独立に設定できるようになっている。
なお、振動出力は出力の停止も可能である。このため、例えば、保持治具１１上に被洗浄物Ｗを間引いて配置している場合などに、被洗浄物Ｗが配置されていない位置では、超音波振動子４ａの出力を停止することができる。
【００２４】
取付台６は、ホーン４ｂのホーン先端面４ｃが鉛直下向きになる状態で、各超音波振動子４ａを水平方向に離間して保持する部材であり、本実施形態では、水平方向に延びる平板形状を有している。取付台６は、一端部が移動ステージ７によって支持され、これにより、洗浄槽２の上方の一定高さの位置に配置されている。
各超音波振動子４ａは、超音波振動が取付台６に伝わらないように、保護カバーの部分で取付台６に保持されている。
各超音波振動子４ａの保持位置は、水平方向では、保持された超音波振動子４ａの配列ピッチが被洗浄物Ｗの３列の配列ピッチに一致するように保持位置が設定されている。
また、鉛直方向では、各ホーン先端面４ｃは同一高さに整列されている。
超音波振動子４ａの保持位置は調整可能にしてもよい。この場合、配列ピッチが異なる保持治具１１にも対応できるため好都合である。
【００２５】
移動ステージ７は、取付台６を洗浄槽２の上方で少なくとも水平方向に移動させる移動機構であり、例えば、ねじ送り機構、リニアモータなどの移動機構を採用することができる。本実施形態では、取付台６に保持された超音波振動子４ａおよびホーン４ｂを保持治具１１上の被洗浄物Ｗの列方向に沿う水平方向に移動できるようになっている。
また、本実施形態の場合、移動ステージ７は、取付台６を鉛直方向に昇降させる移動機構も有している。このため、各ホーン先端面４ｃと、保持治具１１上に保持された被洗浄物Ｗとの間の鉛直方向の距離が可変できるようになっており、ホーン４ｂを液面３ａに対して進退させることも可能である。
【００２６】
次に、洗浄装置１の作用について、洗浄槽２の動作とともに説明する。
図３（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施形態に係る光学部品の洗浄装置に用いるキャビテーション形成部の模式的な動作説明図である。
【００２７】
洗浄装置１によって、被洗浄物Ｗを洗浄するには、まず、洗浄槽２内に、液面３ａが供給口８ａを超える高さまで洗浄液３を満たす。
また、循環ポンプ９を駆動して、吸引管路８Ａおよび供給管路８Ｂ内で、洗浄液３が洗浄槽上部２Ａの上部から吸引口２ｃに向かう鉛直下向きの流れが形成される。この流れは、洗浄を行う間、継続させる。
このように洗浄液３の循環を行うことにより、吸引口２ｃから吸引された洗浄液３は供給管路８Ｂの濾過フィルタ部１０によって濾過される。すなわち、被洗浄物Ｗを洗浄することによって洗浄液３内に混入する汚れ成分等は、濾過フィルタ部１０により除去され、供給口８ａからは常に清浄な洗浄液３が洗浄槽２内に戻される。
【００２８】
次に、被洗浄物Ｗが保持された保持治具１１を洗浄槽２の開口から挿入し、供給口８ａよりも低い洗浄槽上部２Ａ内の定位置に配置して洗浄液３に浸漬する。このとき、取付台６は、図２に実線で示すように、保持治具１１の挿入の妨げにならない位置に退避されている。
【００２９】
次に、移動ステージ７を駆動して、ホーン４ｂを洗浄液３内に挿入して、図１に示すように、被洗浄物Ｗの洗浄を行うために予め設定された鉛直方向の位置にホーン先端面４ｃを位置合わせする。そして、移動ステージ７を駆動して、各ホーン先端面４ｃが、被洗浄物Ｗの上方に位置にするように取付台６を水平方向に移動する。
【００３０】
次に、超音波発振器４ｄから各超音波振動子４ａに高周波電圧を印加する。
これにより超音波振動子４ａに超音波発振器４ｄの発振周波数に対応した超音波振動が発生する。超音波振動は、超音波振動子４ａの振動出力面を介してホーン４ｂに伝播し、ホーン４ｂで増幅されてからホーン先端面４ｃに到達し、ホーン先端面４ｃから洗浄液３内に伝播される。
ホーン先端面４ｃから伝播される超音波振動は、ホーン先端面４ｃが超音波の進行方向に直交する平面であるため、ホーン先端面４ｃの法線に沿った進行波、すなわち、本実施形態では、鉛直下向きの進行波として放射される。
このとき、超音波発振器４ｄの出力を適宜調整することで、洗浄液３内の振動による密度変化によって、キャビテーションが発生し、図３（ａ）に示すように、ホーン先端面４ｃの近傍にキャビテーション領域Ｃ１が形成される。
【００３１】
キャビテーションは、高速の流れや振動により圧力の粗密が生じる流体において、圧力の低い部分が気化して、非常に短い時間に蒸気の気泡が生まれ、また非常に短時間でつぶれて消滅する現象である。キャビテーションが被洗浄物Ｗに当たると、気泡がつぶれて破壊する際に発生するエネルギーによって、被洗浄物Ｗの表面に付着する微粒子や異物を被洗浄物Ｗから剥離し、被洗浄物Ｗの表面から除去することができる。
【００３２】
さらに、超音波振動が継続されると、ホーン先端面４ｃでは、周囲から流入する洗浄液３によって非常に短時間のうちに、次々とキャビテーションが生成され、図３（ｂ）に示すように、後から発生したキャビテーション領域Ｃ２、…、Ｃｎが、キャビテーション領域Ｃ１を前方（鉛直下方）に押し出して行く。
【００３３】
最先端のキャビテーション領域Ｃ１は、ある程度の距離まで押し出されると、超音波振動の強度が減衰するため消滅する。この結果、ホーン先端面４ｃの前方には、超音波発振器４ｄの出力に応じた一定の領域にキャビテーションが密集するキャビテーション領域Ｃが形成される。
超音波発振器４ｄの出力は、このような減衰を考慮し、キャビテーション領域Ｃが、保持治具１１上の被洗浄物Ｗを覆うことができる範囲に形成されるように調整しておく。
本実施形態では、循環ポンプ９によって、洗浄槽上部２Ａから洗浄槽下部２Ｂに向かう洗浄液３の流れが形成されているため、キャビテーションが流れに沿って搬送されるとともに、ホーン先端面４ｃの近傍にキャビテーションが未形成の洗浄液３が次々に供給されるため、キャビテーション領域Ｃが成長しやすくなっている。
【００３４】
このため、ホーン先端面４ｃが被洗浄物Ｗの上方に位置していると、図１に示すように、各ホーン先端面４ｃの前方に形成されるキャビテーション領域Ｃによって各被洗浄物Ｗが覆われる。
このようにして、キャビテーション領域Ｃ内に生じているキャビテーションが被洗浄物Ｗの表面に当てられる。キャビテーションが当たると、キャビテーションが有するエネルギーによって、被洗浄物Ｗの表面に付着している微粒子や異物が被洗浄物Ｗの表面から離間するため、被洗浄物Ｗの表面が効率的に洗浄される。
なお、図３（ｂ）は模式化しているため、キャビテーション領域Ｃ内で層状にキャビテーション領域Ｃ１、…、Ｃｎが発生するかのように図示しているが、キャビテーション領域Ｃでは、ホーン先端面４ｃで生成され、キャビテーション領域Ｃの先端で消滅するキャビテーションの流れが発生している。
このため、定在波によって一定の位置に生じるキャビテーションとは異なり、本実施形態では、キャビテーションが被洗浄物Ｗの全体に当たりさえすれば、被洗浄物Ｗ内で洗浄ムラが生じるおそれはない。
【００３５】
キャビテーションに当たって、被洗浄物Ｗから離間した汚れ成分は、洗浄液３の流れおよび重力によって、下方に移動していく。
洗浄槽下部２Ｂは、下方側にすぼまる形状に傾斜されているため、洗浄液３の流速が吸引口２ｃに向かって加速される。このため、底面２ｂに落下した微粒子や異物は、底面２ｂに堆積したり、底面２ｂで跳ね返って上方に戻ったりすることなく、円滑に吸引口２ｃに移動して吸引管路８Ａに吸引される。
【００３６】
吸引管路８Ａに吸引された洗浄液３は、濾過フィルタ部１０によって濾過されて清浄化されてから、供給口８ａを通して、洗浄槽上部２Ａに戻される。このよう清浄化された洗浄液３が被洗浄物Ｗの上方に供給されることで、清浄な洗浄液３によってキャビテーション領域Ｃが形成されるため、上記と同様にして、洗浄を繰り返すことが可能となる。
【００３７】
このように、吸引管路８Ａおよび循環ポンプ９は、洗浄液３を洗浄槽２の外部に吸引して、洗浄槽２内にキャビテーション生成部４からの超音波振動の放射方向に沿う流れを形成する洗浄液吸引部２０を構成している。
また、濾過フィルタ部１０および供給管路８Ｂは、洗浄液吸引部２０によって吸引された洗浄液３を浄化して、洗浄槽２に戻す洗浄液浄化部２２を構成している。
【００３８】
このようにして、行方向に配列された被洗浄物Ｗがそれぞれ充分に洗浄されたら、移動ステージ７によって取付台６を移動し、各ホーン先端面４ｃを隣の行に配列された被洗浄物Ｗの上方に配置して、同様に洗浄を続ける。
すべての被洗浄物Ｗの洗浄が終了したら、取付台６を保持治具１１の上方から退避させ、保持治具１１を引き上げて、被洗浄物Ｗを洗浄槽２の外部に取り出す。
以上で、洗浄装置１による被洗浄物Ｗの洗浄が終了する。
【００３９】
本実施形態の洗浄装置１によれば、洗浄液３に挿入されたホーン４ｂの端部のホーン先端面４ｃに超音波振動を伝達して、ホーン先端面４ｃの前方に放射されたキャビテーションを生成し、このキャビテーションを被洗浄物Ｗに当てて洗浄するため、定在波を用いてキャビテーションを発生させる超音波洗浄に比べて、超音波洗浄による被洗浄物Ｗの洗浄ムラの発生を抑制することができる。
【００４０】
また、本実施形態では、有機溶剤系の洗浄液３も好適に用いることができる。
一般的に有機溶剤系の洗浄液中では超音波の伝播が弱まると言われている。このため、従来の定在波によってキャビテーションを発生させる超音波洗浄では、超音波の伝播を強めるためには低い周波数を用いる必要があったが、周波数が低いと微粒子の除去効果が低下するという問題があった。この場合、超音波の出力を大きくして、除去効果を高めることも考えられるが、超音波振動子の電力消費量が多くなり、超音波振動子の寿命も短くなってしまうという問題があった。
これに対して、本実施形態では、ホーン先端面４ｃの近傍のみでキャビテーションを発生させればよく、洗浄槽２の全体に分布する定在波を発生させなくてもよい。このため、有機溶剤系の洗浄液３を用いても、従来に比べて低出力で洗浄に必要なキャビテーションを形成することができる。
【００４１】
また、本実施形態では、洗浄液３を循環濾過するため、洗浄液３の消費量を抑えつつ、被洗浄物Ｗの洗浄効果を維持することができる。
従来の定在波によってキャビテーションを発生させる超音波洗浄では、循環濾過により洗浄液が掻き乱されたり液面が波打つ状態になると、洗浄液中での超音波の伝播が乱れるため、洗浄液の濾過を行わないようにしたり、濾過するとしても循環による洗浄液の流速を抑制したり、供給口の近傍に遮蔽板等を配置して流れを遮ったりする必要があった。このため、洗浄液の濾過量が充分でなくなったり、濾過された洗浄液を洗浄物の近傍に効率的に供給できなかったりするという問題があった。
これに対して、本実施形態では、定在波を形成することなくキャビテーションを生成するため、濾過循環による洗浄液３の流れを抑制する必要がない。このため、充分な濾過量が得られ、濾過した洗浄液３を被洗浄物Ｗの近傍に効率よく供給することができる。
【００４２】
［変形例］
次に、本実施形態の変形例に係る光学部品の洗浄装置について説明する。
図４は、本発明の実施形態の変形例に係る光学部品の洗浄装置の鉛直方向に沿う模式的な断面図である。図５は、図４におけるＢ視図である。
【００４３】
本変形例の洗浄装置１２（光学部品の洗浄装置）は、図４、５に示すように、上記実施形態の洗浄装置１のキャビテーション生成部４のうちの２個を削除して１個とし、上記実施形態の取付台６、移動ステージ７に代えて、保持アーム１６、昇降ステージ１７Ａ（移動機構）、水平移動ステージ１７Ｂ（移動機構）を備える。
また、被洗浄物Ｗは、上記実施形態と同様に保持治具１１に３行３列で配列した例を図示しているが、本変形例は、被洗浄物Ｗの配列はこれに限らず適宜の配列を採用することができる。また、被洗浄物Ｗとして、キャビテーション領域Ｃが覆うことができない大型の被洗浄物Ｗを採用してもよい。
以下、上記実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００４４】
保持アーム１６は、ホーン４ｂのホーン先端面４ｃが鉛直下向きになる状態で超音波振動子４ａを保持するための部材であり、本実施形態では、水平方向に延びる棒状とされている。保持アーム１６は、先端部が超音波振動子４ａの保護カバーを保持し、基端部が昇降ステージ１７Ａによって支持されている。
昇降ステージ１７Ａは、保持アーム１６を鉛直方向に移動させる移動機構であり水平移動ステージ１７Ｂによって水平面内において移動可能に支持されている。昇降ステージ１７Ａの構成としては、例えば、ねじ送り機構、リニアモータなどの移動機構を採用することができる。
水平移動ステージ１７Ｂは、昇降ステージ１７Ａを水平方向の２軸方向に移動させる移動機構である。水平移動ステージ１７Ｂの構成としては、昇降ステージ１７Ａと同様の１軸移動機構を組み合わせた２軸移動機構を採用することができる。
【００４５】
このような構成により、本変形例の超音波振動子４ａおよびホーン４ｂは、鉛直方向および水平面内の３軸方向に移動可能に保持されている。このため、ホーン先端面４ｃの位置を、３軸方向の適宜の位置に移動することができる。
これにより、本変形例では、上記実施形態と同様にして、洗浄液３を濾過しつつ循環させた状態で、洗浄液３内の適宜の位置にホーン先端面４ｃを移動させ、ホーン先端面４ｃの前方にキャビテーション領域Ｃを形成することができる。
この結果、図４に示すように、保持治具１１に保持された任意の被洗浄物Ｗにキャビテーション領域Ｃの位置を合わせて、被洗浄物Ｗを洗浄することができる。
したがって、本変形例では、保持治具１１における被洗浄物Ｗの配列が格子状でない場合にも、正確に被洗浄物Ｗの上方にホーン先端面４ｃを配置することができ、効率的な洗浄を行うことができる。
また、被洗浄物Ｗがキャビテーション領域Ｃからはみ出る大きさである場合に、被洗浄物Ｗの配置領域の範囲でホーン先端面４ｃを移動させることにより、キャビテーション領域Ｃを移動させて、被洗浄物Ｗの全体を洗浄することができる。
また、ホーン先端面４ｃは、被洗浄物Ｗの上方で水平方向や鉛直方向に往復揺動させることもできる。この場合、被洗浄物Ｗとキャビテーション領域Ｃとが相対移動するため、キャビテーションの当たり方を変化させることができる。この結果、より効率的に洗浄を行うことができる。
【００４６】
なお、上記の実施形態の説明では、移動ステージ７が鉛直方向にも移動可能な場合の例で説明したが、保持治具１１上の被洗浄物Ｗの鉛直方向の位置がキャビテーション生成部４が生成するキャビテーション領域と重なる範囲に限定されていれば、ホーン先端面４ｃの鉛直方向の位置を変えなくてもよいため、鉛直方向の移動機構は削除してもよい。
さらに、洗浄する被洗浄物Ｗの配置や最大個数が固定されている場合には、キャビテーション生成部４を最大個数分だけ用意して、各被洗浄物Ｗの配置位置の上方の一定位置に設けておくだけでもよい。この場合には、キャビテーション生成部４の移動機構は削除することができる。
【００４７】
また、上記の実施形態および変形例の説明では、吸引管路８Ａと、供給管路８Ｂとが連結されており、洗浄液３にキャビテーションを放射する方向に沿う流れを形成するとともに、洗浄液３を洗浄槽２内で循環して使用する構成の例で説明したが、洗浄の規模や洗浄の程度に応じて、洗浄の支障にならない場合には、洗浄液３の流れを形成しない構成や、洗浄液３を循環使用しない構成も採用することができる。
例えば、被洗浄物Ｗの汚れが軽度である場合や被洗浄物Ｗの総数が少ない場合などに用いる場合には、吸引管路８Ａ、供給管路８Ｂを削除した構成としてもよい。
また、例えば、吸引管路８Ａで吸引された洗浄液３は、いったん外部のタンク等に排出して、浄化設備で浄化処理を行って再使用または廃棄できるようにし、供給管路８Ｂからは、未使用の洗浄液３を供給する構成としてもよい。
【００４８】
また、上記の実施形態で説明したすべての構成要素は、本発明の技術的思想の範囲で適宜組み合わせたり、削除したりして実施することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１、１２ 洗浄装置（光学部品の洗浄装置）
２ 洗浄槽
２Ａ 洗浄槽上部
２Ｂ 洗浄槽下部
２ｂ 底面
２ｃ 吸引口
３ 洗浄液
３ａ 液面
４ キャビテーション生成部
４ａ 超音波振動子
４ｂ ホーン（振動伝達部材）
４ｃ ホーン先端面（振動伝達部材の端部）
４ｄ 超音波発振器
７ 移動ステージ（移動機構）
８Ａ 吸引管路
８Ｂ 供給管路
８ａ 供給口
９ 循環ポンプ
１０ 濾過フィルタ部
１１ 保持治具
１７Ａ 昇降ステージ（移動機構）
１７Ｂ 水平移動ステージ（移動機構）
２０ 洗浄液吸引部
２２ 洗浄液浄化部
Ｃ、Ｃ１、Ｃ２、Ｃｎ キャビテーション領域
Ｗ 被洗浄物
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学部品の洗浄装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、光学部品の製造工程等で用いられる光学部品の洗浄装置において、洗浄槽内に洗浄液を満たして、洗浄する光学部品を浸漬し、洗浄液を超音波加振する洗浄装置が知られている。
このような洗浄装置では、洗浄槽内に超音波振動の定在波が形成されるため波長の２分の１おきに超音波振動が激しくなる領域が形成される。すなわち、超音波振動の強度が洗浄槽内で分布を持つことになり、洗浄槽内に汚れがよく落ちる領域とよく落ちない領域とができてしまう。このため、洗浄槽内における超音波振動の強度分布を改善する洗浄装置や洗浄方法が種々提案されている。
例えば、特許文献１には、機械装置や治具等の精密加工された部品の精密洗浄を行う技術分野において、超音波を洗浄槽の底部のみならず、側部からも照射する洗浄方法および洗浄装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−２７１７２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の光学部品の洗浄装置には上記のように洗浄槽内の場所によっては汚れが落ちにくくなるという問題があった。
例えば、特許文献１に記載の技術を用いて超音波を側部から照射することも考えられるが、特許文献１は、「洗浄槽３のサイズによっては超音波の共振周波数を変えてキャビテーションがより強力になるようにすることが可能であり」と記載されていることから分かるように、洗浄槽のサイズに応じた共振周波数の超音波を照射することで、洗浄槽内に定在波を形成する方法である。
つまり特許文献１に記載の技術によれば、従来、底部から超音波を照射することで、底部から上面に向かう高さ方向の特定の領域（２分の１波長ピッチの領域）のみにキャビテーションが発生していたところ、側部にも超音波を照射することにより水平方向の特定の領域にもキャビテーションを発生させることができる。このため、底部のみから超音波を照射する場合に比べると汚れが落ちる領域を増やすことができる。
しかし、このように超音波照射方向を増やすと、振動の重ね合わせによって定在波の分布が変化し、より多くの領域でキャビテーションを発生させることはできるものの、定在波の重ね合わせを用いる限り、洗浄槽内の超音波振動の強度分布を均一にすることはできない。したがって、洗浄槽内にはキャビテーションの発生しない領域が残り、このような領域に配置された被洗浄物は汚れが落ちにくくなるという問題がある。
また、超音波の照射方向を増やして定在波の分布を変える場合、振動の激しい領域が増えると同時に細分化されるため、複雑な分布になる。このため、キャビテーションの発生する領域に被洗浄物を確実に配置することはむずかしくなってしまうという問題がある。また、大型のレンズなどの光学部品では、キャビテーションが発生する複数の領域にまたがってレンズ面が配置されるおそれがあり、この場合、レンズ面内の洗浄ムラが残ってしまうという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、超音波洗浄による光学部品の洗浄ムラの発生を抑制することができる光学部品の洗浄装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明の光学部品の洗浄装置は、光学部品を洗浄する洗浄液が貯留された洗浄槽と、超音波振動子および該超音波振動子による超音波振動を伝達して端部から放射する振動伝達部材を有し、前記洗浄液に挿入された前記振動伝達部材の端部の前方に前記超音波振動によるキャビテーションを生成するキャビテーション生成部と、を備え、該キャビテーション生成部によって生成された前記キャビテーションを前記光学部品に当てて洗浄を行う構成とする。
【０００７】
また、本発明の光学部品の洗浄装置では、前記キャビテーション生成部を移動して、前記光学部品を前記キャビテーションに当てる移動機構を備えることが可能である。
【０００８】
また、本発明の光学部品の洗浄装置では、前記洗浄液を前記洗浄槽の外部に吸引して、前記洗浄槽内に前記キャビテーション生成部からの前記超音波振動の放射方向に沿う流れを形成する洗浄液吸引部と、該洗浄液吸引部によって吸引された前記洗浄液を浄化して、前記洗浄槽に戻す洗浄液浄化部と、を備えることが可能である。
【０００９】
また、本発明の光学部品の洗浄装置では、前記放射方向は、鉛直下向きとされ、前記洗浄液吸引部は、前記キャビテーション生成部の下方側に設けられ、前記洗浄液浄化部は、前記浄化後の洗浄液を、前記振動伝達部材の前記端部よりも上方に戻すことが可能である。
【００１０】
また、本発明の光学部品の洗浄装置では、前記キャビテーション生成部は、２つ以上の周波数の超音波振動を伝達できるようにしたことが可能である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の光学部品の洗浄装置によれば、洗浄液に挿入された振動伝達部材の端部に超音波振動を伝達して、この端部の前方に超音波振動によるキャビテーションを生成し、このキャビテーションを光学部品に当てて洗浄するため、超音波洗浄による光学部品の洗浄ムラの発生を抑制することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係る光学部品の洗浄装置の鉛直方向に沿う模式的な断面図である。
【図２】図１におけるＡ視図である。
【図３】本発明の実施形態に係る光学部品の洗浄装置に用いるキャビテーション形成部の模式的な動作説明図である。
【図４】本発明の実施形態の変形例に係る光学部品の洗浄装置の鉛直方向に沿う模式的な断面図である。
【図５】図４におけるＢ視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下では本発明の実施形態に係る光学部品の洗浄装置について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る光学部品の洗浄装置の鉛直方向に沿う模式的な断面図である。図２は、図１におけるＡ視図である。
【００１４】
本実施形態の洗浄装置１（光学部品の洗浄装置）は、図１、２に示すように、被洗浄物Ｗを洗浄液３に浸漬して洗浄液３中で超音波洗浄を行うものである。
被洗浄物Ｗとしては、適宜の光学部品を採用することができる。光学部品の例としては、例えば、レンズ、ミラー、プリズム、フィルタ等の光学素子や、ピンホール板、絞り、間隔環、光学素子を保持する鏡枠、鏡筒、ホルダ等の光学系や光学ユニットにおいて光学素子と組み合わせて用いる部材などの例を挙げることができる。
このような被洗浄物Ｗは、小型のものが多いため、複数のものを治具に保持した状態で洗浄液３中に浸漬する場合が多い。
以下では、一例として、被洗浄物Ｗがレンズ等の円板状の複数の光学部品であり、これら光学部品を、側壁部が網状で上部に開口を有する籠状に形成され、底部に被洗浄物Ｗを載置するため格子状の保持部１１ａが設けられた保持治具１１に保持して洗浄を行う場合の例で説明する。具体的には、被洗浄物Ｗは、保持治具１１の保持部１１ａ上に３行３列の格子状に配列されている（図２参照）。なお、以下では、図２に示す被洗浄物Ｗの配列において、図示横方向の並びおよび並び方向を、行および行方向と称し、図示縦方向の並びおよび並び方向を、列および列方向と称する。
【００１５】
洗浄装置１の概略構成は、洗浄槽２、吸引管路８Ａ、循環ポンプ９、供給管路８Ｂ、キャビテーション生成部４、取付台６、および移動ステージ７（移動機構）を備える。
【００１６】
洗浄槽２は、被洗浄物Ｗを洗浄する洗浄液３を貯留するもので、本実施形態では、一例として、上側に保持治具１１が出し入れ可能な大きさの開口を有する洗浄槽上部２Ａと、洗浄槽上部２Ａの底面部を構成する洗浄槽下部２Ｂとを備える容器からなる。
洗浄槽上部２Ａの内壁面２ａによって形成される開口の形状は、本実施形態では、平面視矩形状とされている。また、内壁面２ａ上側には、洗浄液３を洗浄槽２内に供給するための供給口８ａが設けられている。
洗浄槽下部２Ｂは、洗浄槽上部２Ａの下端部から下方側にすぼまるように傾斜して設けられた底面２ｂと、洗浄液３を吸引するため底面２ｂの下端の中心部に設けられた吸引口２ｃとを備える。
【００１７】
このような洗浄槽２において、洗浄液３は、その液面３ａが、供給口８ａを超える高さまで満たされている。
洗浄液３としては、被洗浄物Ｗを洗浄できる適宜の液体、例えば、水、有機溶剤、またはこれらに洗剤を溶解した溶液等を採用することができる。
【００１８】
また、図示は省略するが、洗浄槽２の内部には、保持治具１１を洗浄槽上部２Ａ内の定位置に支持する支持する支持枠が設けられている。
【００１９】
吸引管路８Ａは、洗浄槽２内の洗浄液３を吸引口２ｃから洗浄槽２の外部に吸引するため、吸引口２ｃに接続された管路である。
吸引管路８Ａの吸引口２ｃと反対側の端部には、洗浄液３を吸引管路８Ａ内に吸引するため、例えば、空圧駆動のダイヤフラム方式の循環ポンプ９が接続されている。
供給管路８Ｂは、循環ポンプ９によって吸水された洗浄液３を、浄化した後に供給口８ａを通して洗浄槽２内に戻すための管路であり、一端が循環ポンプ９の排水側に、他端が供給口８ａに接続されている。
供給管路８Ｂの中間部には、供給管路８Ｂを流れる洗浄液３の汚れ成分、例えば、微粒子、異物などを除去する濾過フィルタ部１０が設けられている。
【００２０】
キャビテーション生成部４は、被洗浄物Ｗに当てるキャビテーションを洗浄液３内に生成するもので、超音波振動子４ａ、ホーン４ｂ、および超音波発振器４ｄを備える。本実施形態では、キャビテーション生成部４は、被洗浄物Ｗが３列に配列されていることに対応して、同様な構成を有する３個のものが設置されている。
【００２１】
超音波振動子４ａは、超音波振動を発生するものであれば、適宜の超音波振動子を採用することができる。例えば、圧電セラミックスに高周波電圧を印加することで超音波振動を発生する構成を採用することができる。
また、超音波振動子４ａは、後述する取付台６に保持するため、例えば円筒状の保護カバーに覆われており、この保護カバーの内部に振動出力面を有する圧電セラミックス等の振動子本体が収容されている。
【００２２】
ホーン４ｂは、基端部から先端部に向けて漸次縮径する円錐台状の形状を有する金属部材であり、基端部が超音波振動子４ａの振動子本体の一端部に連結されている。このため、超音波振動子４ａによって振動子本体に超音波振動が発生すると、振動出力面に連結されたホーン４ｂの基端部から先端部に向かって超音波が伝播する。その際、ホーン４ｂの断面積が基端部から先端部に向かって縮小されているため、超音波振動は徐々に増幅されて最先端のホーン先端面４ｃ（振動伝達部材の端部）に到達する。
【００２３】
超音波発振器４ｄは、超音波振動子４ａを振動させるため、周波数を調整した高周波電圧を出力する装置部である。本実施形態では、超音波振動子４ａと離間した適宜位置に配置され、配線４ｅによって超音波振動子４ａと電気的に接続されている。
また、超音波発振器４ｄは、例えば、被洗浄物Ｗの汚れの種類、汚れの程度、汚れ成分の粒径等に応じて、より効率的な洗浄が行えるように、電圧の大きさや発振周波数を変更できるようになっている。発振周波数は、複数の周波数から選択できるようになっていてもよいし、適宜の周波数幅の範囲で掃引できるようになっていてもよい。
本実施形態では、超音波発振器４ｄは、超音波振動子４ａごとに設けられているため、各超音波振動子４ａの振動出力および周波数はそれぞれ独立に設定できるようになっている。
なお、振動出力は出力の停止も可能である。このため、例えば、保持治具１１上に被洗浄物Ｗを間引いて配置している場合などに、被洗浄物Ｗが配置されていない位置では、超音波振動子４ａの出力を停止することができる。
【００２４】
取付台６は、ホーン４ｂのホーン先端面４ｃが鉛直下向きになる状態で、各超音波振動子４ａを水平方向に離間して保持する部材であり、本実施形態では、水平方向に延びる平板形状を有している。取付台６は、一端部が移動ステージ７によって支持され、これにより、洗浄槽２の上方の一定高さの位置に配置されている。
各超音波振動子４ａは、超音波振動が取付台６に伝わらないように、保護カバーの部分で取付台６に保持されている。
各超音波振動子４ａの保持位置は、水平方向では、保持された超音波振動子４ａの配列ピッチが被洗浄物Ｗの３列の配列ピッチに一致するように保持位置が設定されている。
また、鉛直方向では、各ホーン先端面４ｃは同一高さに整列されている。
超音波振動子４ａの保持位置は調整可能にしてもよい。この場合、配列ピッチが異なる保持治具１１にも対応できるため好都合である。
【００２５】
移動ステージ７は、取付台６を洗浄槽２の上方で少なくとも水平方向に移動させる移動機構であり、例えば、ねじ送り機構、リニアモータなどの移動機構を採用することができる。本実施形態では、取付台６に保持された超音波振動子４ａおよびホーン４ｂを保持治具１１上の被洗浄物Ｗの列方向に沿う水平方向に移動できるようになっている。
また、本実施形態の場合、移動ステージ７は、取付台６を鉛直方向に昇降させる移動機構も有している。このため、各ホーン先端面４ｃと、保持治具１１上に保持された被洗浄物Ｗとの間の鉛直方向の距離が可変できるようになっており、ホーン４ｂを液面３ａに対して進退させることも可能である。
【００２６】
次に、洗浄装置１の作用について、洗浄槽２の動作とともに説明する。
図３（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施形態に係る光学部品の洗浄装置に用いるキャビテーション形成部の模式的な動作説明図である。
【００２７】
洗浄装置１によって、被洗浄物Ｗを洗浄するには、まず、洗浄槽２内に、液面３ａが供給口８ａを超える高さまで洗浄液３を満たす。
また、循環ポンプ９を駆動して、吸引管路８Ａおよび供給管路８Ｂ内で、洗浄液３が洗浄槽上部２Ａの上部から吸引口２ｃに向かう鉛直下向きの流れが形成される。この流れは、洗浄を行う間、継続させる。
このように洗浄液３の循環を行うことにより、吸引口２ｃから吸引された洗浄液３は供給管路８Ｂの濾過フィルタ部１０によって濾過される。すなわち、被洗浄物Ｗを洗浄することによって洗浄液３内に混入する汚れ成分等は、濾過フィルタ部１０により除去され、供給口８ａからは常に清浄な洗浄液３が洗浄槽２内に戻される。
【００２８】
次に、被洗浄物Ｗが保持された保持治具１１を洗浄槽２の開口から挿入し、供給口８ａよりも低い洗浄槽上部２Ａ内の定位置に配置して洗浄液３に浸漬する。このとき、取付台６は、図２に実線で示すように、保持治具１１の挿入の妨げにならない位置に退避されている。
【００２９】
次に、移動ステージ７を駆動して、ホーン４ｂを洗浄液３内に挿入して、図１に示すように、被洗浄物Ｗの洗浄を行うために予め設定された鉛直方向の位置にホーン先端面４ｃを位置合わせする。そして、移動ステージ７を駆動して、各ホーン先端面４ｃが、被洗浄物Ｗの上方に位置にするように取付台６を水平方向に移動する。
【００３０】
次に、超音波発振器４ｄから各超音波振動子４ａに高周波電圧を印加する。
これにより超音波振動子４ａに超音波発振器４ｄの発振周波数に対応した超音波振動が発生する。超音波振動は、超音波振動子４ａの振動出力面を介してホーン４ｂに伝播し、ホーン４ｂで増幅されてからホーン先端面４ｃに到達し、ホーン先端面４ｃから洗浄液３内に伝播される。
ホーン先端面４ｃから伝播される超音波振動は、ホーン先端面４ｃが超音波の進行方向に直交する平面であるため、ホーン先端面４ｃの法線に沿った進行波、すなわち、本実施形態では、鉛直下向きの進行波として放射される。
このとき、超音波発振器４ｄの出力を適宜調整することで、洗浄液３内の振動による密度変化によって、キャビテーションが発生し、図３（ａ）に示すように、ホーン先端面４ｃの近傍にキャビテーション領域Ｃ１が形成される。
【００３１】
キャビテーションは、高速の流れや振動により圧力の粗密が生じる流体において、圧力の低い部分が気化して、非常に短い時間に蒸気の気泡が生まれ、また非常に短時間でつぶれて消滅する現象である。キャビテーションが被洗浄物Ｗに当たると、気泡がつぶれて破壊する際に発生するエネルギーによって、被洗浄物Ｗの表面に付着する微粒子や異物を被洗浄物Ｗから剥離し、被洗浄物Ｗの表面から除去することができる。
【００３２】
さらに、超音波振動が継続されると、ホーン先端面４ｃでは、周囲から流入する洗浄液３によって非常に短時間のうちに、次々とキャビテーションが生成され、図３（ｂ）に示すように、後から発生したキャビテーション領域Ｃ２、…、Ｃｎが、キャビテーション領域Ｃ１を前方（鉛直下方）に押し出して行く。
【００３３】
最先端のキャビテーション領域Ｃ１は、ある程度の距離まで押し出されると、超音波振動の強度が減衰するため消滅する。この結果、ホーン先端面４ｃの前方には、超音波発振器４ｄの出力に応じた一定の領域にキャビテーションが密集するキャビテーション領域Ｃが形成される。
超音波発振器４ｄの出力は、このような減衰を考慮し、キャビテーション領域Ｃが、保持治具１１上の被洗浄物Ｗを覆うことができる範囲に形成されるように調整しておく。
本実施形態では、循環ポンプ９によって、洗浄槽上部２Ａから洗浄槽下部２Ｂに向かう洗浄液３の流れが形成されているため、キャビテーションが流れに沿って搬送されるとともに、ホーン先端面４ｃの近傍にキャビテーションが未形成の洗浄液３が次々に供給されるため、キャビテーション領域Ｃが成長しやすくなっている。
【００３４】
このため、ホーン先端面４ｃが被洗浄物Ｗの上方に位置していると、図１に示すように、各ホーン先端面４ｃの前方に形成されるキャビテーション領域Ｃによって各被洗浄物Ｗが覆われる。
このようにして、キャビテーション領域Ｃ内に生じているキャビテーションが被洗浄物Ｗの表面に当てられる。キャビテーションが当たると、キャビテーションが有するエネルギーによって、被洗浄物Ｗの表面に付着している微粒子や異物が被洗浄物Ｗの表面から離間するため、被洗浄物Ｗの表面が効率的に洗浄される。
なお、図３（ｂ）は模式化しているため、キャビテーション領域Ｃ内で層状にキャビテーション領域Ｃ１、…、Ｃｎが発生するかのように図示しているが、キャビテーション領域Ｃでは、ホーン先端面４ｃで生成され、キャビテーション領域Ｃの先端で消滅するキャビテーションの流れが発生している。
このため、定在波によって一定の位置に生じるキャビテーションとは異なり、本実施形態では、キャビテーションが被洗浄物Ｗの全体に当たりさえすれば、被洗浄物Ｗ内で洗浄ムラが生じるおそれはない。
【００３５】
キャビテーションに当たって、被洗浄物Ｗから離間した汚れ成分は、洗浄液３の流れおよび重力によって、下方に移動していく。
洗浄槽下部２Ｂは、下方側にすぼまる形状に傾斜されているため、洗浄液３の流速が吸引口２ｃに向かって加速される。このため、底面２ｂに落下した微粒子や異物は、底面２ｂに堆積したり、底面２ｂで跳ね返って上方に戻ったりすることなく、円滑に吸引口２ｃに移動して吸引管路８Ａに吸引される。
【００３６】
吸引管路８Ａに吸引された洗浄液３は、濾過フィルタ部１０によって濾過されて清浄化されてから、供給口８ａを通して、洗浄槽上部２Ａに戻される。このよう清浄化された洗浄液３が被洗浄物Ｗの上方に供給されることで、清浄な洗浄液３によってキャビテーション領域Ｃが形成されるため、上記と同様にして、洗浄を繰り返すことが可能となる。
【００３７】
このように、吸引管路８Ａおよび循環ポンプ９は、洗浄液３を洗浄槽２の外部に吸引して、洗浄槽２内にキャビテーション生成部４からの超音波振動の放射方向に沿う流れを形成する洗浄液吸引部２０を構成している。
また、濾過フィルタ部１０および供給管路８Ｂは、洗浄液吸引部２０によって吸引された洗浄液３を浄化して、洗浄槽２に戻す洗浄液浄化部２２を構成している。
【００３８】
このようにして、行方向に配列された被洗浄物Ｗがそれぞれ充分に洗浄されたら、移動ステージ７によって取付台６を移動し、各ホーン先端面４ｃを隣の行に配列された被洗浄物Ｗの上方に配置して、同様に洗浄を続ける。
すべての被洗浄物Ｗの洗浄が終了したら、取付台６を保持治具１１の上方から退避させ、保持治具１１を引き上げて、被洗浄物Ｗを洗浄槽２の外部に取り出す。
以上で、洗浄装置１による被洗浄物Ｗの洗浄が終了する。
【００３９】
本実施形態の洗浄装置１によれば、洗浄液３に挿入されたホーン４ｂの端部のホーン先端面４ｃに超音波振動を伝達して、ホーン先端面４ｃの前方に放射されたキャビテーションを生成し、このキャビテーションを被洗浄物Ｗに当てて洗浄するため、定在波を用いてキャビテーションを発生させる超音波洗浄に比べて、超音波洗浄による被洗浄物Ｗの洗浄ムラの発生を抑制することができる。
【００４０】
また、本実施形態では、有機溶剤系の洗浄液３も好適に用いることができる。
一般的に有機溶剤系の洗浄液中では超音波の伝播が弱まると言われている。このため、従来の定在波によってキャビテーションを発生させる超音波洗浄では、超音波の伝播を強めるためには低い周波数を用いる必要があったが、周波数が低いと微粒子の除去効果が低下するという問題があった。この場合、超音波の出力を大きくして、除去効果を高めることも考えられるが、超音波振動子の電力消費量が多くなり、超音波振動子の寿命も短くなってしまうという問題があった。
これに対して、本実施形態では、ホーン先端面４ｃの近傍のみでキャビテーションを発生させればよく、洗浄槽２の全体に分布する定在波を発生させなくてもよい。このため、有機溶剤系の洗浄液３を用いても、従来に比べて低出力で洗浄に必要なキャビテーションを形成することができる。
【００４１】
また、本実施形態では、洗浄液３を循環濾過するため、洗浄液３の消費量を抑えつつ、被洗浄物Ｗの洗浄効果を維持することができる。
従来の定在波によってキャビテーションを発生させる超音波洗浄では、循環濾過により洗浄液が掻き乱されたり液面が波打つ状態になると、洗浄液中での超音波の伝播が乱れるため、洗浄液の濾過を行わないようにしたり、濾過するとしても循環による洗浄液の流速を抑制したり、供給口の近傍に遮蔽板等を配置して流れを遮ったりする必要があった。このため、洗浄液の濾過量が充分でなくなったり、濾過された洗浄液を洗浄物の近傍に効率的に供給できなかったりするという問題があった。
これに対して、本実施形態では、定在波を形成することなくキャビテーションを生成するため、濾過循環による洗浄液３の流れを抑制する必要がない。このため、充分な濾過量が得られ、濾過した洗浄液３を被洗浄物Ｗの近傍に効率よく供給することができる。
【００４２】
［変形例］
次に、本実施形態の変形例に係る光学部品の洗浄装置について説明する。
図４は、本発明の実施形態の変形例に係る光学部品の洗浄装置の鉛直方向に沿う模式的な断面図である。図５は、図４におけるＢ視図である。
【００４３】
本変形例の洗浄装置１２（光学部品の洗浄装置）は、図４、５に示すように、上記実施形態の洗浄装置１のキャビテーション生成部４のうちの２個を削除して１個とし、上記実施形態の取付台６、移動ステージ７に代えて、保持アーム１６、昇降ステージ１７Ａ（移動機構）、水平移動ステージ１７Ｂ（移動機構）を備える。
また、被洗浄物Ｗは、上記実施形態と同様に保持治具１１に３行３列で配列した例を図示しているが、本変形例は、被洗浄物Ｗの配列はこれに限らず適宜の配列を採用することができる。また、被洗浄物Ｗとして、キャビテーション領域Ｃが覆うことができない大型の被洗浄物Ｗを採用してもよい。
以下、上記実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００４４】
保持アーム１６は、ホーン４ｂのホーン先端面４ｃが鉛直下向きになる状態で超音波振動子４ａを保持するための部材であり、本実施形態では、水平方向に延びる棒状とされている。保持アーム１６は、先端部が超音波振動子４ａの保護カバーを保持し、基端部が昇降ステージ１７Ａによって支持されている。
昇降ステージ１７Ａは、保持アーム１６を鉛直方向に移動させる移動機構であり水平移動ステージ１７Ｂによって水平面内において移動可能に支持されている。昇降ステージ１７Ａの構成としては、例えば、ねじ送り機構、リニアモータなどの移動機構を採用することができる。
水平移動ステージ１７Ｂは、昇降ステージ１７Ａを水平方向の２軸方向に移動させる移動機構である。水平移動ステージ１７Ｂの構成としては、昇降ステージ１７Ａと同様の１軸移動機構を組み合わせた２軸移動機構を採用することができる。
【００４５】
このような構成により、本変形例の超音波振動子４ａおよびホーン４ｂは、鉛直方向および水平面内の３軸方向に移動可能に保持されている。このため、ホーン先端面４ｃの位置を、３軸方向の適宜の位置に移動することができる。
これにより、本変形例では、上記実施形態と同様にして、洗浄液３を濾過しつつ循環させた状態で、洗浄液３内の適宜の位置にホーン先端面４ｃを移動させ、ホーン先端面４ｃの前方にキャビテーション領域Ｃを形成することができる。
この結果、図４に示すように、保持治具１１に保持された任意の被洗浄物Ｗにキャビテーション領域Ｃの位置を合わせて、被洗浄物Ｗを洗浄することができる。
したがって、本変形例では、保持治具１１における被洗浄物Ｗの配列が格子状でない場合にも、正確に被洗浄物Ｗの上方にホーン先端面４ｃを配置することができ、効率的な洗浄を行うことができる。
また、被洗浄物Ｗがキャビテーション領域Ｃからはみ出る大きさである場合に、被洗浄物Ｗの配置領域の範囲でホーン先端面４ｃを移動させることにより、キャビテーション領域Ｃを移動させて、被洗浄物Ｗの全体を洗浄することができる。
また、ホーン先端面４ｃは、被洗浄物Ｗの上方で水平方向や鉛直方向に往復揺動させることもできる。この場合、被洗浄物Ｗとキャビテーション領域Ｃとが相対移動するため、キャビテーションの当たり方を変化させることができる。この結果、より効率的に洗浄を行うことができる。
【００４６】
なお、上記の実施形態の説明では、移動ステージ７が鉛直方向にも移動可能な場合の例で説明したが、保持治具１１上の被洗浄物Ｗの鉛直方向の位置がキャビテーション生成部４が生成するキャビテーション領域と重なる範囲に限定されていれば、ホーン先端面４ｃの鉛直方向の位置を変えなくてもよいため、鉛直方向の移動機構は削除してもよい。
さらに、洗浄する被洗浄物Ｗの配置や最大個数が固定されている場合には、キャビテーション生成部４を最大個数分だけ用意して、各被洗浄物Ｗの配置位置の上方の一定位置に設けておくだけでもよい。この場合には、キャビテーション生成部４の移動機構は削除することができる。
【００４７】
また、上記の実施形態および変形例の説明では、吸引管路８Ａと、供給管路８Ｂとが連結されており、洗浄液３にキャビテーションを放射する方向に沿う流れを形成するとともに、洗浄液３を洗浄槽２内で循環して使用する構成の例で説明したが、洗浄の規模や洗浄の程度に応じて、洗浄の支障にならない場合には、洗浄液３の流れを形成しない構成や、洗浄液３を循環使用しない構成も採用することができる。
例えば、被洗浄物Ｗの汚れが軽度である場合や被洗浄物Ｗの総数が少ない場合などに用いる場合には、吸引管路８Ａ、供給管路８Ｂを削除した構成としてもよい。
また、例えば、吸引管路８Ａで吸引された洗浄液３は、いったん外部のタンク等に排出して、浄化設備で浄化処理を行って再使用または廃棄できるようにし、供給管路８Ｂからは、未使用の洗浄液３を供給する構成としてもよい。
【００４８】
また、上記の実施形態で説明したすべての構成要素は、本発明の技術的思想の範囲で適宜組み合わせたり、削除したりして実施することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１、１２ 洗浄装置（光学部品の洗浄装置）
２ 洗浄槽
２Ａ 洗浄槽上部
２Ｂ 洗浄槽下部
２ｂ 底面
２ｃ 吸引口
３ 洗浄液
３ａ 液面
４ キャビテーション生成部
４ａ 超音波振動子
４ｂ ホーン（振動伝達部材）
４ｃ ホーン先端面（振動伝達部材の端部）
４ｄ 超音波発振器
７ 移動ステージ（移動機構）
８Ａ 吸引管路
８Ｂ 供給管路
８ａ 供給口
９ 循環ポンプ
１０ 濾過フィルタ部
１１ 保持治具
１７Ａ 昇降ステージ（移動機構）
１７Ｂ 水平移動ステージ（移動機構）
２０ 洗浄液吸引部
２２ 洗浄液浄化部
Ｃ、Ｃ１、Ｃ２、Ｃｎ キャビテーション領域
Ｗ 被洗浄物
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学部品を洗浄する洗浄液が貯留された洗浄槽と、
超音波振動子および該超音波振動子による超音波振動を伝達して端部から放射する振動伝達部材を有し、前記洗浄液に挿入された前記振動伝達部材の端部の前方に前記超音波振動によるキャビテーションを生成するキャビテーション生成部と、
を備え、
該キャビテーション生成部によって生成された前記キャビテーションを前記光学部品に当てて洗浄を行う
ことを特徴とする、光学部品の洗浄装置。
【請求項２】
前記キャビテーション生成部を移動して、前記光学部品を前記キャビテーションに当てる移動機構を備える
ことを特徴とする請求項１に記載の光学部品の洗浄装置。
【請求項３】
前記洗浄液を前記洗浄槽の外部に吸引して、前記洗浄槽内に前記キャビテーション生成部からの前記超音波振動の放射方向に沿う流れを形成する洗浄液吸引部と、
該洗浄液吸引部によって吸引された前記洗浄液を浄化して、前記洗浄槽に戻す洗浄液浄化部と、を備える
ことを特徴とする請求項１または２に記載の光学部品の洗浄装置。
【請求項４】
前記放射方向は、鉛直下向きとされ、
前記洗浄液吸引部は、前記キャビテーション生成部の下方側に設けられ、
前記洗浄液浄化部は、前記浄化後の洗浄液を、前記振動伝達部材の前記端部よりも上方に戻す
ことを特徴とする請求項３に記載の光学部品の洗浄装置。
【請求項５】
前記キャビテーション生成部は、２つ以上の周波数の超音波振動を伝達できるようにした
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光学部品の洗浄装置。
【請求項１】
光学部品を洗浄する洗浄液が貯留された洗浄槽と、
超音波振動子および該超音波振動子による超音波振動を伝達して端部から放射する振動伝達部材を有し、前記洗浄液に挿入された前記振動伝達部材の端部の前方に前記超音波振動によるキャビテーションを生成するキャビテーション生成部と、
を備え、
該キャビテーション生成部によって生成された前記キャビテーションを前記光学部品に当てて洗浄を行う
ことを特徴とする、光学部品の洗浄装置。
【請求項２】
前記キャビテーション生成部を移動して、前記光学部品を前記キャビテーションに当てる移動機構を備える
ことを特徴とする請求項１に記載の光学部品の洗浄装置。
【請求項３】
前記洗浄液を前記洗浄槽の外部に吸引して、前記洗浄槽内に前記キャビテーション生成部からの前記超音波振動の放射方向に沿う流れを形成する洗浄液吸引部と、
該洗浄液吸引部によって吸引された前記洗浄液を浄化して、前記洗浄槽に戻す洗浄液浄化部と、を備える
ことを特徴とする請求項１または２に記載の光学部品の洗浄装置。
【請求項４】
前記放射方向は、鉛直下向きとされ、
前記洗浄液吸引部は、前記キャビテーション生成部の下方側に設けられ、
前記洗浄液浄化部は、前記浄化後の洗浄液を、前記振動伝達部材の前記端部よりも上方に戻す
ことを特徴とする請求項３に記載の光学部品の洗浄装置。
【請求項５】
前記キャビテーション生成部は、２つ以上の周波数の超音波振動を伝達できるようにした
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光学部品の洗浄装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−２００６１１（Ｐ２０１２−２００６１１Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６４２４９（Ｐ２０１１−６４２４９）
【出願日】平成２３年３月２３日（２０１１．３．２３）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２３日（２０１１．３．２３）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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