超音波処理装置
【課題】簡単な構造で処理槽の中央部と壁側との超音波出力を調節可能にし、超音波振動子ごとに超音波出力を調整して音圧分布の均一化を図る超音波処理装置を提供する。
【解決手段】超音波発振器より超音波出力を入力することが可能な超音波振動子３を処理液２で満たされた処理槽１０底面の輻射板１２に外側底部の設置面１２ｂから配置させて励振させることで処理液２中の被洗浄物１を洗浄する超音波洗浄装置であって、処理槽１０の輻射板１２に中央の中央部Ａ及びその周囲の壁側Ｂからなる設置面１２ｂを設定し、この設置面１２ｂ内で処理槽１０の洗浄状態に応じて、超音波発振器により中央部Ａに低い超音波出力を入力して励振させる超音波振動子３Ａと、壁側Ｂに高い超音波出力を入力して励振させる超音波振動子３Ｂとを各々分けて備える。
【解決手段】超音波発振器より超音波出力を入力することが可能な超音波振動子３を処理液２で満たされた処理槽１０底面の輻射板１２に外側底部の設置面１２ｂから配置させて励振させることで処理液２中の被洗浄物１を洗浄する超音波洗浄装置であって、処理槽１０の輻射板１２に中央の中央部Ａ及びその周囲の壁側Ｂからなる設置面１２ｂを設定し、この設置面１２ｂ内で処理槽１０の洗浄状態に応じて、超音波発振器により中央部Ａに低い超音波出力を入力して励振させる超音波振動子３Ａと、壁側Ｂに高い超音波出力を入力して励振させる超音波振動子３Ｂとを各々分けて備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波処理装置に係り、より詳細には、超音波発振器より超音波出力を入力することが可能な超音波振動子を、処理液で満たされた処理槽に底部に複数配置して励振することで被洗浄物を洗浄する超音波洗浄装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、超音波処理装置は、超音波発振器より超音波出力を入力（印加）することが可能な超音波振動子を処理液で満たされた処理槽底面の輻射板に外側底部から配置させて励振させることで当該処理液内の被洗浄物を洗浄する底部固定型（例えば、下記特許文献１参照）と、超音波振動子を中空で箱状の内部に防水状態で収納させた投込みケースによって処理槽の処理液中に直接浸漬させて励振させることで当該処理液内の被洗浄物を洗浄する投込み型（例えば、下記特許文献２参照）との構造がよく知られている。
【特許文献１】特開平２−０３４９２３号公報
【特許文献２】特開平７−３０８６４５号公報
【０００３】
前述した構造による従来の超音波処理装置の実施形態を、図２９および図３０を参照して説明する。図２９は、従来の底部固定型による超音波処理装置の実施形態を示す図であり、図２９（ａ）は正面から見た断面図を、図２９（ｂ）は底面図を各々示している。また、図３０は、従来の投込み型による超音波処理装置の実施形態を示す図であり、図３０（ａ）は装置の外観を示す斜視図を、図３０（ｂ）は投込みケース９０の断面図を各々示している。
図２９（ａ）に示すように、従来の底部固定型による超音波処理装置の実施形態は、処理（洗浄）液２を貯留して満たした処理槽７０と、この処理槽７０の外側底面に配置されて励振することで超音波振動を槽内の洗浄液２に与える複数の超音波振動子３とを備えている。そして、この超音波振動子３には、外部から図示されていない超音波発振器により超音波出力を入力されて励振するように形成されている。また、処理槽７０の底面は、処理槽７０の本体７１に対して別体に設けられて底面全体に板状に延在して取り付けられる輻射板７２を備えている。即ち、輻射板７２は、図２９（ｂ）に示すように、超音波振動子３を複数配列させて取り付けて処理槽７０の底面に装着することで、処理槽７０底面から槽上部の処理液２全体に超音波振動を印加できるように形成されている。また、超音波振動子３は、例えば、図２９に示した振動子の場合、矩形で厚みを有したプレート型のチタン酸バリウムやＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）などの圧電セラミックスからなる振動子を用いている。
【０００４】
一方、従来の投込み型による超音波処理装置の実施形態は、図３０（ａ）に示すように、処理液２で満たされた処理槽８０と、この処理槽８０の処理液中に超音波振動子３（図３０（ｂ）参照）を中空の内部に防水状態で収納して浸漬させる投込みケース９０とを有し、この処理槽８０の外部から投込みケース９０内の超音波振動子３に接続されて超音波出力を入力して励振させる超音波発振器（図示せず）を備えている。ここで、投込みケース９０は、図３０（ｂ）に示すように、一面を開口して凹状の箱体で内部に複数の超音波振動子３を有した本体９１と、この本体９１の開口した一面を封止する密閉蓋９２と、この本体９１の側面に配線用フランジ９３を介して接続されて処理槽８０の外部から本体９１まで防水状態で連通するように延在して超音波出入力線ＬとＧＮＤ線Ｌ３とを各々配線する配線用管９４とを備えている。そして、超音波振動子３は、例えば、上述したプレート型の圧電セラミックスからなる振動子を用いている。
【０００５】
このような従来の超音波処理装置では、図２９（ｂ）に示したように、超音波振動子３を行列方向に複数配列させて配置しており、この複数の超音波振動子３に、図３０（ｂ）に示したＧＮＤ線Ｌ３及び超音波出入力線Ｌを配線して外部の超音波発振器から超音波出力を印加することで、超音波振動子３を励振させて洗浄することができる。この際、超音波発振器から複数の超音波振動子３に全て同じ超音波出力（出力レベル）を印加しても、処理槽７０（または８０）の構造（槽底面が正方形、長方形）や底面の排水口の位置などの洗浄状態によって、槽内の音圧に差が生じで音圧分布が不均一になり、洗浄ムラが生じてしまう。
【０００６】
そこで、従来の超音波処理装置では、図２９（ａ）及び図３０（ｂ）に示したように、少なくとも２種類の異なる発振周波数帯域に属する超音波振動子３ａ、３ｂを有して、この超音波振動子３ａ、３ｂを、具体的には、６００〜９００ＫＨｚの発振周波数帯域による超音波振動子３ａと、１．５〜２．０ＭＨｚの発振周波数帯域による超音波振動子３ｂとに分けて行または列方向に交互に配置（図２９（ｂ）参照）することで、この差によって槽内の音圧分布を均一に調節（上記特許文献１の図１及び第３頁左上段２０行目〜右上段４行目参照）している。
このように、従来の超音波処理装置は、処理液２を貯留した処理槽７０（または８０）に複数の発振周波数帯域に属する超音波振動子３ａ、３ｂを交互に配置し、この複数の超音波振動子３ａ、３ｂへ超音波発振器から各々超音波出力（出力レベル）を変えて入力して発振（励振）させることで、処理槽７０（または８０）内の超音波の音圧分布が均一になるように設けていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の超音波処理装置では、図２９（ａ）及び図３０（ｂ）に示したように、底部固定型や投込み型のいずれにおいても、超音波振動子３を装着する処理槽７０（または８０）の輻射板７２または投込みケース９０の各々全周囲が、側壁（処理槽または投込みケースの側壁）によって固定されているため、この固定されている壁側近くで励振する超音波振動子３からの超音波振動が、物理的に抑制されてそこから照射される音圧が本来のものよりも低くなる。一方、壁側Ｂより内側中央部Ａの超音波振動子３から励振する音圧は、この中央部Ａ直下の超音波振動子３の振動に加えて、周辺（壁側Ｂ）の超音波振動子３から分散した振動応力も加わり、本来の照射音圧よりも高くなってしまう。その結果、処理槽７０（または８０）内の音圧分布が不均一となり、洗浄ムラが生じてしまうという不具合があった。
【０００８】
本発明は上記の点に鑑みなされたもので、その目的は、簡単な構造により処理槽の中央部と壁側との超音波出力を洗浄状態に応じて調節可能にし、且つ、超音波振動子ごとに入力する超音波出力を調整して音圧分布の均一化を図る超音波処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は上述した課題を解決するためになされたもので、超音波発振器より超音波出力を入力することが可能な超音波振動子を処理液で満たされた処理槽底面の輻射板に外側底部の設置面から配置させて励振させることで処理液中の被洗浄物を洗浄する超音波洗浄装置であって、処理槽の輻射板に中央の中央部及びその周囲の壁側からなる設置面を設定し、この設置面内で処理槽の洗浄状態に応じて、超音波発振器により中央部に低い超音波出力を入力して励振させる超音波振動子と、壁側に高い超音波出力を入力して励振させる超音波振動子とを各々分けて備える。
また、本発明の他の実施形態として、超音波発振器より超音波出力を入力することが可能な超音波振動子を処理液で満たされた処理槽の液内底部に防水状態で浸漬させる投込みケースの中空内上面の設置面に配置させて励振させることで処理液中の被洗浄物を洗浄する超音波洗浄装置であって、投込みケースの中空内上面に中央の中央部及びその周囲の壁側からなる設置面を設定し、この設置面内で処理槽の洗浄状態に応じて、超音波発振器により中央部に低い超音波出力を入力して励振させる超音波振動子と、壁側に高い超音波出力を入力して励振させる超音波振動子とを各々分けて備える。
【００１０】
ここで、超音波振動子は、設置面に直接取り付けるプレート型振動子、または設置面に金属ブロックを介した圧電セラミックスをボルトで固定するランジュバン型振動子であることが好ましい。また、設置面は、処理槽底面の輻射板または投込みケース内上面の周囲壁から内側に６ｃｍ以上離した位置に設定した振動子接着エリアであることが好ましい。また、超音波発振器は、中央部と壁側との各エリアごとに１台ずつ配置され、この各１台を中央部と壁側との超音波振動子に各々接続することでお互いに超音波出力レベルが異なるように、発振周波数調整、力率補正、及び超音波出力レベル調整を行うことが好ましい。また、超音波発振器の他の実施例として、１次側と２次側とに分離してなり当該２次側に超音波振動子を接続させる出力トランスと、出力トランスの１次側に接続させるスイッチング出力回路と、出力トランスの１次側または２次側いずれかに接続させる力率補正回路と、出力トランスの２次側の巻数が異なる複数の端子からそれぞれ超音波出力レベルが異なるように取り出した複数の超音波出入力線とを備え、複数の超音波出入力線を、中央部と壁側との超音波振動子に各々接続することでお互いに超音波出力レベルが異なるように、発振周波数調整、力率補正、及び超音波出力レベル調整を行うことが好ましい。また、超音波発振器は、出力トランス２次側以降の回路に、ブリッジ回路により超音波振動子の振動速度を検出する検出回路を更に設けることが好ましい。また、超音波発振器の力率補正回路は、出力トランスと超音波振動子との間の２次側に介在して超音波振動子の制動電気容量より大きな電気容量を有するキャパシタを超音波振動子に対して並列に接続し、且つ、発振周波数が共振周波数となるようなインダクタンスを有するインダクタを超音波振動子に直列接続しなることが好ましい。
【００１１】
また、複数の超音波振動子を装着させた輻射板の設置面には、複数の超音波振動子を全て囲む最外周枠と、この最外周枠内の複数の超音波振動子を１個または複数個の単位ごとに区画して囲む区画枠とを有し、当該最外周枠と区画枠とを凹状の溝または凸状の梁により形成され、中央部の低い超音波出力及び壁側の高い超音波出力に加えて音圧分布を均一化させる枠部を備えることが好ましい。この溝または梁の枠部は、最外周枠内の複数の超音波振動子を区画枠により１個単位で囲む場合、格子状に囲む、または個々に間隔を有して独立させて囲む、或いは格子状の１行置きの行を片側にずらして列方向でジグザグの千鳥状に配列させて囲むいずれかにより形成されることが好ましい。また、溝または梁の枠部は、最外周枠内の区画枠のうち中央の中心部にある複数個を組合わせて外周を囲んだ中央枠を更に設定または形成し、この最外周枠と中央枠とにより超音波出力レベルを変える壁側及び中央部の２つのエリアに区分させることが好ましい。また、中心部の中央枠及び壁側の最外周枠は、他の区画枠に対して深さまたは高さと、幅とのいずれか一方或いは両方を変えて形成されることが好ましい。また、溝または梁の枠部は、最外周枠内の複数の超音波振動子を区画枠により複数個の単位で囲む場合、最外周枠内の複数の超音波振動子のうち区画枠が中央の複数個を組合わせて外周を囲むことで、この外側の最外周枠と、その中央の区画枠とにより、超音波出力レベルを変える壁側及び中央部の２つのエリアに区画できるように配設されることが好ましい。また、溝または梁の枠部は、区画枠から最外周枠までの間で更に囲む枠を備えて、最外周枠内で中心から段階的に外側に向かって複数のエリアに区画できるように配設されることが好ましい。また、複数の超音波振動子には、複数区画したエリアごとに異なる種々の超音波出力レベルを印加して励振させることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
以上、本発明による超音波洗浄装置によれば、処理槽の底部から照射する超音波振動子への超音波出力（出力レベル）を超音波発振器により中央部と壁側とで各々変えることができるため、常に処理液中に照射される超音波の音圧分布を均一にでき、洗浄ムラのない安定した洗浄が期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に、添付図面を参照して本発明による超音波処理装置の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明による超音波処理装置の第１の実施形態を示す構成図であり、図１（ａ）は装置全体を示す斜視図を、図１（ｂ）は輻射板１２を設置面側から見た底面図を、図１（ｃ）は輻射板１２を側面から見た側面図を各々示している。また、図２は、図１に示した超音波振動子の他の実施例を示す図であり、図２（ａ）は輻射板１２の設置面側から見た底面図を、図２（ｂ）は輻射板１２の側面から見た側面図を各々示している。また、図３は、図１に示した超音波処理装置に用いる超音波発振器２０を示す図である。また、図４は、図３に示した超音波発振器２０の内部構造を示すブロック図である。また、図５は、図４に示した力率補正回路２６及び超音波振動素子３の内部構造を示す回路図である。また、図６は、図３に示した超音波発振器の他の実施例を示す図である。また、図７は、図６に示した超音波発振器３０の内部構造を示すブロック図である。また、図８は、図７に示した出力トランス３６から中央部用入力線Ｌ１と壁側用入力線Ｌ２とを引き出す構造を示す回路図である。図９は、図８に示した中央部用入力線Ｌ１と壁側用入力線Ｌ２とを引き出す他の構造を示す回路図である。また、図１０は、図６に示した超音波発振器３０に振動速度検出のブリッジ回路４０を備えた実施例を示すブロック図である。また、図１１は、図１０に示した力率補正回路３５の他の実施例を示す図である。また、図１２は、図１０に示したブリッジ回路４０を図８に示した超音波発振器に適用した実施例を示す回路図である。また、図１３は、図１０に示したブリッジ回路４０を図９に示した超音波発振器に適用した実施例を示す回路図である。また、図１４は、本発明による超音波処理装置の第２の実施形態を示す構成図であり、図１４（ａ）は装置全体を示す斜視図を、図１４（ｂ）は投込みケース６０を側面から見た側面図を、図１４（ｃ）は投込みケース６０を上部から見た図を各々示している。また、図１５は、図１４に示した超音波振動子の他の実施例を示す図であり、図１５（ａ）は投込みケース６０を側面から見た側面図を、図１５（ｂ）は投込みケース６０を上部から見た図を各々示している。また、図１６は、本発明による超音波処理装置の第３の実施形態を示す図である。また、図１７は、図１６に示した最外周枠１２２ａと区画枠１２２ｂとを溝に よる枠部１２２−１で形成した輻射板１２０を示す図であり、図１７（ａ）は横から見た側面図を、図１７（ｂ）は底面全体の斜視図を各々示している。また、図１８は、図１７に示した溝による枠部１２２−１の形成有無による音圧分布を示す特性図であり、図１８（ａ）は枠部が無い輻射板を、図１８（ｂ）は溝の枠部を設けた輻射板を各々示している。また、図１９は、図１６に示した最外周枠１２２ａと区画枠１２２ｂとを梁による枠部１２２−２で形成した輻射板１２０を示す図であり、図１９（ａ）は横か見た側面図を、図１９（ｂ）は底面全体の斜視図を各々示している。また、図２０は、図１９に示した梁による枠部１２２−２を設けた輻射板１２０の音圧分布を示す特性図である。また、図２１は、図６に示した超音波発振器３０を図１７及び１９の輻射板１２０に採用して動作させた音圧分布を示す特性図であり、図２１（ａ）は溝の枠部を設けた輻射板を、図２１（ａ）は梁の枠部を設けた輻射板を各々示している。また、図２２は、図１６に示した超音波振動子の配置を変えた他の実施例を示す図であり、図２２（ａ）は底面から見た底面図を、図２２（ｂ）は底面全体の斜視図を各々示している。また、図２３は、図１６に示した枠部が格子状の輻射板と図２２に示した千鳥状の輻射板との照射領域を対比した図であり、図２３（ａ）は格子状の輻射板を、図２３（ｂ）は千鳥状の輻射板を各々示している。また、図２４は、図１６に示した区画枠１２２ｂが離間して独立するように形成した他の実施例を示す図である。また、図２５は、図１６に示した最外周枠１２２ａの幅を変えて形成した他の実施例を示す図である。また、図２６は、図２５に示したＥ−Ｅ線の断面を示す図であり、図２６（ａ）は溝により形成した枠部を、図２６（ｂ）は梁により形成した枠部を各々示している。また、図２７は、最外周枠１２２ａと中央の中央枠１２２ｃとの幅を変えて形成した他の実施例を示す図であり、図２７（ａ）は図１６に示した輻射板を、図２７（ｂ）は図２２に示した輻射板を、図２７（ｃ）は図２４に示した輻射板を各々示している。また、図２８は、最外周枠１２２ａ内の超音波振動子３を複数単位で区画した他の実施例を示す図であり、図２８（ａ）は区画枠１２２ｂによる複数単位の区画を、図２８（ｂ）は区画枠１２２ｂと更なる枠１２２ｄとによる複数単位の区画を各々示している。
【実施例１】
【００１４】
図１に示すように、本発明による超音波処理装置の第１の実施形態は、図２９に示した従来技術と同様に、超音波発振器（図３または６参照）より超音波出力を入力することが可能な複数の超音波振動子３を、処理液で満たされた処理槽１０底面に設けて封止する輻射板１２の液中側の照射面１２ａの裏面に位置するように外側底部の設置面１２ｂ（図１（ｃ）参照）に配置させ、超音波出力の入力により励振させることで、処理液１０中の被洗浄物１を洗浄できるように形成されている。また、第１の実施形態は、図２９に示した周波数帯の異なる超音波振動子を交互に設ける従来技術とは異なり、処理槽１０の輻射板１２に中央の中央部Ａ及びその周囲を囲む壁側Ｂからなる設置面１２ｂを設定し、この設置面１２ｂ内で処理槽１０の洗浄状態に応じて、超音波発振器（図３または６参照）により中央部Ａに低い超音波出力を入力して励振させる超音波振動子３Ａ（図１（ｂ）参照）と、壁側Ｂに高い超音波出力を入力して励振させる超音波振動子３Ｂ（図１（ｂ）参照）とを各々分けて備えることで超音波の照射エリアを中央部Ａと壁側Ｂとで分けて設置できるようにしている。即ち、第１の実施形態では、洗浄液２を貯留した処理槽１０の底面に複数の超音波振動子３を有した輻射板１２を配置し、この複数の超音波振動子３に対し、超音波発振器（図３または６参照）から輻射板１２の設置面１２ｂ内で中央部Ａと壁側Ｂとに分けて各々超音波の出力レベルを変えて出力して発振させることで、処理槽１０内の超音波の音圧分布が均一になるように設けたものである。尚、中央部Ａの超音波振動子３Ａと壁側Ｂの超音波振動子３Ｂとは、お互いに同じ振動子、または発振周波数（出力レベル）に応じて各々異なる振動子のどちらを用いても良い。
【００１５】
ここで、処理槽１０は、図１（ａ）に示すように、中空の箱状で上面及び底面が開口する矩形の筒状に形成された本体１１を有し、この本体１１の底面を封止するように板状に形成されて表面に複数の超音波振動子３を装着した輻射板１２を配置し、本体１１と輻射板１２とからなる凹状内に処理液２を貯留して洗浄を行う一般的な超音波洗浄槽である。また、輻射板１２を本体１１の底面に装着する場合、この本体１１の底面外周に沿って溶接されるフランジ１３を有し、このフランジ１３に輻射板１２をパッキン１４、１５の間に挟んで設置するとともに、その下部から更なるフランジ１６により支持して、この周囲を複数のボルト１７で締結して本体１１に溶接したフランジ１３に固定される。即ち、輻射板１２は、図２９に示した従来技術のように、本体１１の底面に直接装着されるのでなく、図１（ａ）に示したようにパッキン１４、１５を介して（挟んで）取り付けることで、処理槽１０に貯留させた処理液２が漏れないように形成している。
【００１６】
また、輻射板１２は、図１（ｂ）及び（ｃ）に示すように、中央部Ａ及び壁側Ｂからなる設置面１２ｂを設定しており、この設置面１２ｂ内に複数の超音波振動子３を装着するように形成している。これは、実際に、この超音波振動子３の接着エリア内（設置面１２ｂ）での音圧分布を測定すると、処理槽１０の中央部Ａから壁側Ｂに向かって段階的に音圧が低くなることが測定できるためである。即ち、輻射板１２の中央部Ａは照射音圧が重畳して比較的照射音圧が高くなりやすいエリアであり、輻射板１２の壁側Ｂは外周端の全周囲が固定されることにより超音波振動が抑制されて比較的照射音圧が低くなりやすいエリアであることが分かる。この中央部Ａと壁側Ｂとの設置面１２ｂは、処理槽１０底面の輻射板１２の周囲壁から内側に６ｃｍ以上離した位置に設定した振動子接着エリアであって、この振動子接着エリアの形状（正方形，長方形）及び輻射板１２の排水口の位置などの洗浄状態に応じて前述した６ｃｍ以上の数値を適宜変えて設定している。また、第１の実施形態は、前述した洗浄状態にもよるが、例えば、同じ共振周波数の超音波振動子を中央部Ａと壁側Ｂとに各々分けて複数装着した設置面１２ｂ（振動子接着エリア）全てを１００％とした場合、超音波振動子に入力する入力電力（パワー）を概ね、中央部Ａの３０〜４０％が低い出力となり、残り振動子接着エリアの壁側Ｂの７０〜６０％が高い出力となる割合に設定することが好ましい。但し、中央部Ａエリアの中、及び壁側Ｂエリアの中でも、微細な音圧の差は段階的にあるが、上記割合にすることで概ね大きな影響なく洗浄することが可能である。
このように、音圧による強さを洗浄力と考えた場合、洗浄ムラをなくすためには少なくとも洗浄槽１０内での中央部Ａと壁側Ｂとの音圧分布を均一にする必要がある。故に、超音波振動子３に与える電力を調整することで、中央部Ａの超音波振動子３Ａと壁側Ｂの超音波振動子３Ｂとの振動速度が調整され、且つ、輻射板１２から照射する超音波の音圧も調整でき、処理槽１０内の音圧分布を均一化させて洗浄ムラをなく洗浄できるようにしたものである。従って、第１実施形態は、洗浄ムラをなくすため（音圧分布を均一にするため）、輻射板１２に接着されている場所ごとで超音波振動子３に印加する電力を変える構造になっている。
【００１７】
また、輻射板１２には、図１（ｂ）及び（ｃ）に示すように、超音波振動子３が行列方向に複数並んで装着されている。この超音波振動子３は、図２９に示した従来技術と同様に、矩形で厚みを有したプレート型のチタン酸バリウムやＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）などの圧電セラミックスからなる振動子を用いている。
ここで、超音波振動子３は、前述したプレート型の振動子に限定されるものではなく、例えば、輻射板１２の設置面１２ｂに金属ブロックを介した中央に圧電セラミックスを設けてボルトにより固定するランジュバン型の振動子を用いることも可能である。
このようなランジュバン型による超音波振動子４は、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、電圧を加えると伸縮するピエゾ（ＰＺＴ）素子と呼ばれる圧電セラミック４ａの一種を、金属からなる円柱状の金属ブロック４ｂで挟み込み、ボルトで締結して固定している。更に図示されていないが、この金属ブロック４ｂの下端面にあいているネジ穴を輻射板１２の設置面１２ｂに立てられたスタッドボルトにねじ込み、且つ、接着剤により固定している。このような構造による超音波振動子４は、従来、よく知られた周知技術（例えば、特開平７−３１３９３９号公報）であって、図１に示したプレート型の超音波振動子３に比べて、輻射板１２に接する面が円形で複数配置することが可能なため、中央部Ａと壁側Ｂとの割合を自由に調整でき、図２（ａ）に示した中央部Ａのように洗浄状態に応じて複雑な形状に設定することができる。
【００１８】
ところで、輻射板１２の設置面１２ｂで中央部Ａと壁側Ｂとの超音波振動素子３（または超音波振動素子４）から各々超音波出力を出力する場合、種々の構造（回路構造）や方法で出力可能であるが、例えば、設置面１２ｂの中央部Ａと壁側Ｂとの各エリアごとに超音波発振器を各々１台ずつ配置する方法（図３参照）と、中央部Ａと壁側Ｂとに対して超音波発振器を１台のみ配置する方法（図６参照）とが考えられる。尚、便宜上、以下第１の実施形態の説明において、ランジュバン型の超音波振動素子４を用いて説明するが、プレート型の超音波振動子３を用いることも可能である。
まず、前者の超音波発振器を各エリアごとに１台ずつ配置する方法は、図３に示すように、超音波発振器２０を中央部Ａと壁側Ｂとの各エリアごとに１台ずつ配置させ、この中央部Ａと壁側Ｂとに配置された超音波振動子４Ａ、４Ｂに各々接続することで、お互いに超音波出力レベルが異なるように、発振周波数調整、力率補正、及び超音波出力レベル調整を行えるように形成されている。即ち、超音波出力レベルが異なる、輻射板１２の設置面１２ｂの中央部Ａ用の超音波発振器２０Ａと、壁側Ｂ用の超音波発振器２０Ｂとの２台を設け、それぞれ輻射板１２の中央部Ａの超音波振動子４と壁側Ｂの超音波振動子４とに各々接続して異なる超音波出力を各々出力することで、輻射板１２からの照射音圧の音圧分布を均一化している。
【００１９】
ここで、輻射板１２の中央部Ａと壁側Ｂとに各々接続する超音波発振器２０Ａ、２０Ｂは、図４に示すように、交流電源５から交流電力を各々供給され、この各々において超音波出力レベルを決定している出力制御回路２１で調整をし、その後、整流回路２２で直流電力に変換するように形成している。また、この直流電力は、周波数設定するマイコン２４ａと、周波数信号を作り出すＤＤＳ２４ｂ（ダイレクト・デジタル・シンセサイザ）と、周波数信号を増幅するドライブ回路２４ｃとから成る駆動周波数設定回路２４から送られる発振周波数でスイッチングさせることが可能なスイッチング出力回路２３を有してこれに印加する。
更に、出力トランス２５で電圧を昇圧又は降圧させた超音波出力を、力率補正回路２６で位相のずれを修正し、中央部Ａの周波数振動子４Ａと壁側Ｂの周波数振動子４Ｂとに各々入力する。尚、出力トランス２５と力率補正回路２６との順序が逆になっても問題なく動作させることができる。
そして、図３及び４に示したように、照射音圧が高くなりやすい輻射板１２の中央部Ａには、超音波出力レベルを比較的低く設定した中央部Ａ用の超音波発振器２０Ａからの超音波出力をそのエリア直下の超音波振動子４Ａに入力する。また、照射音圧が低くなりやすい輻射板１２の壁側Ｂには、超音波出力レベルを比較的高く設定した壁側Ｂ用の超音波発振器２０Ｂからの超音波出力をそのエリア直下の超音波振動子４Ｂに入力する。これにより、処理槽１０（図１参照）内の音圧分布を均一にして、ムラのない洗浄を被洗浄物１に対して行うことができる。
【００２０】
この際、図４に示した出力トランス２５の２次側以降の力率補正回路２６及び超音波振動素子４を含む回路構造（等価回路）について、以下、図５を参照して詳細に説明する。
力率補正回路２５は、図４に示した出力トランス２５と超音波振動子４との間の２次側に介在させて設けており、図５に示すように、超音波振動子４の制動電気容量用キャパシタ４ｅより大きな電気容量を有する力率補正用キャパシタ２６ａを超音波振動子４に対して並列になるように接続し、且つ、発振周波数が共振周波数となるようなインダクタンスを有する等価補正用インダクタ２６ｂを超音波振動子４に対し直列接続している。
一方、超音波振動素子４は、前述した力率補正用キャパシタ２６ａと並列に接続した制動電気容量用キャパシタ４ｅと、この制動電気容量用キャパシタ４ｅに並列した直線上に等価電気抵抗４ｂ、等価キャパシタ４ｃ、等価インダクタ４ｄを各々直列接続させて発振周波数が直列共振周波数になった等価インピーダンス４ａとを備えている。
ここで、発振周波数が直列共振周波数であると（である場合）、等価インピーダンス４ａは、等価キャパシタ４ｃと等価インダクタ４ｄとが互いに打消しあい、等価電気抵抗４ｂのみとなる。即ち、超音波振動子４の機械負荷が増すと、機械負荷に比例して等価電気抵抗４ｂが増大する。
よって、この増大する抵抗を有した超音波振動子４に高周波出力を伝送するためには、力率補正用キャパシタ２６ａと力率補正用インダクタ２６ｂとからなる力率補正回路２６を設けて、直列共振周波数において制動電気容量用キャパシタ４ｅと共振させることで高周波出力を伝送可能にしている。尚、力率補正用キャパシタ２６ｂの容量は、具体的に、制動電気容量用キャパシタ４ｅの４倍大きい容量をもたせることが好ましい。
このような力率補正回路２６及び超音波振動素子４の回路構造は、図３に示した２台の超音波発振器２０Ａ、２０Ｂを用いる方法に効果的に採用できるのは勿論のこと、後述する図６に示した超音波発振器３０を１台のみ用いる方法にも採用しており、超音波振動子４に高周波出力を確実に伝送している。
【００２１】
一方、前述した超音波発振器２０を２台設ける構造に対し、中央部Ａと壁側Ｂとに対して超音波発振器３０を１台のみ配置する方法としては、図６に示すように、超音波発振器３０内部の出力トランス３６（図７参照）の２次側巻数が異なる２つの端子から、それぞれ超音波出力レベルが異なる中央部用入力線Ｌ１と壁側用入力線Ｌ２との２本の超音波出入力線Ｌ（図６参照）を取り出すことで、それぞれ中央部Ａの超音波振動子４Ａと壁側Ｂの超音波振動子４Ｂとに接続可能にし、輻射板１２（設置面１２ｂ）からの照射音圧の音圧分布を均一化する方法を採用している。
【００２２】
ここで、１台のみの超音波発振器３０は、図７に示すように、１次側と２次側とに分離してなり当該２次側に超音波振動子４Ａ、４Ｂを接続させる出力トランス３６と、この出力トランス３６の１次側に接続させるスイッチング出力回路３３と、この出力トランス３３の１次側または２次側いずれかに接続させる力率補正回路３５と、出力トランス３６の２次側の巻数が異なる複数の端子からそれぞれ超音波出力レベルが異なるように取り出した複数の超音波出入力線Ｌ（図６参照）とを備え、この複数の超音波出入力線Ｌを、中央部Ａと壁側Ｂとの超音波振動子４Ａ、４Ｂに各々接続することで、お互いに超音波出力レベルが異なるように、発振周波数調整、力率補正、及び超音波出力レベル調整を行えるように形成している。
【００２３】
このような超音波発振器３０は、交流電源５から供給された交流電力を受けて、超音波出力レベルを決定している出力制御回路３１で調整し、その後、整流回路３２で直流電力に変換するように形成している。また、超音波発振器３０は、周波数設定をするマイコン３４ａと、周波数信号を作り出すＤＤＳ３４ｂと、周波数信号を増幅するドライブ回路３４ｃとから成る駆動周波数設定回路３４を有し、ここから送られる発振周波数で前述した整流回路３２の直流電力をスイッチングするようにスイッチング出力回路３３を有している。
そして、図７及び８に示すように、スイッチング出力回路３３で生成された超音波出力を力率補正回路３５で位相のずれを修正した後、出力トランス３６の１次側に印加し、電圧を昇圧又は降圧させるために調整された出力トランス３６の２次側の巻数が異なる２つの端子（コイル）から各々超音波出力が異なる、中央部用入力線Ｌ１と壁側用入力線Ｌ２との２本の超音波出力入力線Ｌ（図６参照）を取り出し、それぞれ輻射板１２に装着した中央部Ａの超音波振動子４Ａと、壁側Ｂの超音波振動子４Ｂとに各々接続して、超音波出力を印加する。この際、中央部用入力線Ｌ１と壁側用入力線Ｌ２とには、各々ＧＮＤ線Ｌ３を対に備えており、中央部Ａの超音波振動子４Ａと壁側Ｂの超音波振動子４Ｂとに各々接続している。
【００２４】
ここで、中央部用入力線Ｌ１と壁側用入力線Ｌ２とは、図８に示したように、出力トランス３６の２次側の巻数が異なる２つ別々の端子（コイル）から取り出しているが、これに限定されるものではなく、例えば、２次側の１つの端子（コイル）から取り出すことも可能である。この１つの端子（コイル）から取り出す場合、図９に示すように、スイッチング出力回路３３及び力率補正回路３５を介して超音波出力が入力される出力トランス３６において、１次側と２次側とで端子（コイル）が各々対称に設けられ、この２次側の端子から壁側用入力線Ｌ１とＧＮＤ線Ｌ３とを取り出し、更に、この壁側用入力線Ｌ１とＧＮＤ線Ｌ３と間の端子から中央部用入力線Ｌ２を取り出している。即ち、中央部用入力線Ｌ１と壁側用入力線Ｌ２とは、図９に示したように、ＧＮＤ線Ｌ３を共有するように設けてあり、これにより配線を減らして簡単な構造にすることで製造コストを低減することができる。
【００２５】
尚、出力トランス３６と力率補正回路３５との順序が逆になっても問題はない。しかし、この場合、出力トランス３６後の中央部用入力線Ｌ１側と壁側用入力線Ｌ２側とに各々力率補正回路３６を２つ設ける必要があり、このような構造にすることで、前述した図５に示した力率補正回路と超音波振動素子との回路構造を採用することが可能になる。
【００２６】
そして、輻射板１２からの照射音圧が高くなりやすい中央部Ａには、比較的低い超音波出力レベルが出力される出力トランス３６の２次側電力の低い端子に接続されて中央部用入力線Ｌ１を介して超音波出力をそのエリア直下の超音波振動子４Ａに入力する。また、照射音圧が低くなりやすい壁側Ｂには、比較的高い超音波出力レベルが出力されるトランス３６の２次側電力の高い端子に接続されて壁側用入力線Ｌ２を介して超音波出力をそのエリア直下の超音波振動子４Ｂに入力する。これにより、処理槽１０（図１参照）内の音圧分布を均一にして、ムラのない洗浄を被洗浄物１に対して行うことができる。
【００２７】
ここで、図６に示した超音波発振器３０において、超音波振動子４の振動速度を検出し、その検出信号電圧をマイコンに振動速度として与えることで、音圧分布を把握して、より効果的に超音波出力を調整できるように設けることもできる。このような超音波振動子４の振動速度を検出するブリッジ回路４０を有した超音波発振器の他の実施例について、図１０乃至１３を参照して詳細に説明する。
このブリッジ回路４０を有した超音波発振器の他の実施例は、図１０に示すように、複数の超音波振動子４の各々１つに対して、各々ブリッジ回路４０を設けることで超音波振動子４の振動速度を検出可能にしている。具体的には、図８または９に示した出力トランス３６の２次側以降に、力率補正回路３５と超音波振動子４とを備え、図１０に示したように、この力率補正回路３５と超音波振動子４との間にブリッジ回路４０を介在させることで形成されている。ここで、ブリッジ回路４０は、例えば、図８及び９に示した中央部Ａと壁側Ｂとの超音波振動子４Ａ、４Ｂを有している場合、この両方の振動子に対応させて各々形成される（図１２及び１３参照）。
ここで、力率補正回路３５は、例えば、図８に示した中央部用入力線Ｌ１とＧＮＤ線Ｌ３とのように２次側以降に平行して延在する配線に対し、図１０に示したように、平行して延在する一対の線をお互いに連結するように力率補正用インダクタ３５ａを配置している。尚、この力率補正用インダクタ３５ａは、平行する線をお互いに連結することに限定されるものではなく、例えば、図１１に示すように、平行する片側の線のみに直列に設けた力率補正用インダクタ３５ｂを配置して力率を補正することも可能である。この力率補正用インダクタは、図５に示した力率補正用インダクタ２６ｂに対応するものであり、図５における説明と重複する説明は省略する。
【００２８】
尚、ブリッジ回路４０は、図１０に示したように、ブリッジ出力検出用抵抗４０ａによって出力電圧、出力電流を検出する場合、一辺の超音波振動子４と、その他のブリッジ用コンデンサ４０ｂ、４０ｃ、４０ｄとによりなる従来よく知られた周知のブリッジ構成を有しており、この超音波振動子４とブリッジ用コンデンサ４０ｂ、４０ｃ、４０ｄとのインピーダンスの平衡が成り立つように形成されている。
具体的には、例えば、交流電源によって動作する超音波（圧電：電歪）振動子４の端子電圧をＶ、端子電流をＩ、制動アドミタンスをＹｄ、動アドミタンスをＹｍとすると、次の（式１）により表すことができる。
Ｉ＝（Ｙｄ＋Ｙｍ）Ｖ …（式１）
また、動アドミタンスＹｍは、超音波振動子４の力係数をＡ、超音波振動子４の機械端子における振動速度をｖとすると、次の（式２）により表すことができる。
Ｙｍ＝Ａ・ｖ／Ｖ …（式２）
故に、上記（式１）のＹｍに、上記（式２）のＹｍを代入することで、超音波振動子４の端子電流Ｉは、次の（式３）のように求めることができる。
Ｉ＝Ｙｄ・Ｖ＋Ｙｍ・Ｖ＝Ｙｄ・Ｖ＋Ａ・ｖ …（式３）
このような（式３）により、動アドミタンスに流れる電流Ｙｍ・Ｖは、振動速度ｖに比例することが分かる。
ここで、インピーダンスＺは、Ｚ＝１／Ｙで求められるため、図１０に示したブリッジ回路４０の各比例辺において、ブリッジ用コンデンサ４０ｂがｐ／Ｙｄ（ｐ：実数の係数）となり、ブリッジ用コンデンサ４０ｃがｐ／ｍ・Ｙｄ（ｐ：実数の係数、ｍ：複素数の係数）となり、ブリッジ用コンデンサ４０ｄが１／ｍ・Ｙｄ（ｍ：複素数の係数）となるとともに、超音波振動子４が１／（Ｙｄ＋Ｙｍ）と表すことができる。
このように、超音波振動子４を一辺としたブリッジ回路４０を構成し、制動アドミタンスＹｄについて平衡をとり、超音波振動子４の制動時、即ち、１／Ｙｍ＝０のときにブリッジ出力電圧がゼロになるようにすれば、振動時にはＹｍ・Ｖに比例するブリッジ出力を得ることができる。
尚、ブリッジ回路４０の電力損を少なくするために比例辺１／ｍ・Ｙｄとｐ／ｍ・Ｙｄとは低損失コンデンサを用い、また、平衡結線に流れる電流を振動子端子電流より十分に小さくとるためｐの値は１０以上を選ぶ。
そして、このような構成のブリッジ回路４０は、１つの超音波振動子４における振動速度を、ブリッジ出力検出用抵抗４０ａによって出力電圧、出力電流として検出することができる。また、このブリッジ出力検出用抵抗４０ａで検出された出力電圧及び出力電流は、図１０に示したブリッジ回路４０に接続された出力電圧検出回路４２及び出力電流検出回路４４に各々入力されて更に乗算器４６を介して、マイコン４８に振動速度として検出信号電圧を与えられる。
【００２９】
次に、前述の図１０に示したブリッジ回路４０による検出構造を、図８及び図９に示した超音波発振器に各々適用した場合について、図１２及び図１３を参照して詳細に説明する。尚、図１２及び１３には、図８乃至１０に示した構成要素と対応する同じ構成要素には対応させて同一の符号を記載している。
まず、図１０に示したブリッジ回路４０の振動速度検出構造を図８に示した超音波発振器に採用した場合、図１２に示すように、スイッチング出力回路３３から出力トランス３６を介して２次側の中央部Ａの超音波振動子４Ａと壁側Ｂの超音波振動子４Ｂとに対し、各々ブリッジ回路４０Ａ、４０Ｂを各々備えており、この各ブリッジ回路４０Ａ、４０Ｂの各々に対し、出力電圧検出回路４２、出力電流検出回路４４、乗算器４６、及びマイコン４８を接続している。ここで、マイコン４８は、中央部Ａの超音波振動子４Ａと、壁側Ｂの超音波振動子４Ｂとに合わせて２つ設ける必要がないため、１つ設けることで共有している。また、その他の各構成要素については、既に前述しているため重複する説明は省略する。
一方、図１０に示したブリッジ回路４０の振動速度検出構造を図９に示した超音波発振器に採用した場合も同様に、図１３に示すように、中央部Ａの超音波振動子４Ａと壁側Ｂの超音波振動子４Ｂとに対して各々ブリッジ回路４０Ａ、４０Ｂを備え、ここから出力電圧検出回路４２、出力電流検出回路４４、及び乗算器４６を介し、前述したように１つ設けて共有するマイコン４８に各々接続されている。
【００３０】
このような構造によるブリッジ回路４０を有した超音波発振器は、超音波振動子４の振動速度により音圧分布の均一化を判断する場合、輻射板１２の設置面１２ｂ上（図６参照）に装着した全ての超音波振動子４Ａ、４Ｂの振動速度が、等しければ、各々の超音波振動子４から照射される音圧も等しいので、洗浄槽１０内の音圧分布は均一であると判断できる。
故に、照射音圧が高くなりやすい輻射板１２の中央部Ａにおける振動速度検出信号電圧と、照射音圧が低くなりやすい輻射板１２の壁側Ｂにおける振動速度検出信号電圧とが、お互いに同等となるように、超音波発振器３０の超音波出力を、図７に示した出力制御回路３１によって設定することで音圧分布を均一化できる。
尚、図１２及び１３に示した実施例では、図１０に示したブリッジ回路４０の振動速度検出構造を、図６に示した超音波発振器３０を１台だけ設けた場合にのみ適用した実施例を説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、図３に示した超音波発振器２０Ａ、２０Ｂを２台設けた場合にも十分採用することは可能である。
【００３１】
以上、説明したように本発明による超音波処理装置の第１の実施形態によると、処理槽の底部から照射する超音波振動子３（または４）への超音波出力（出力レベル）を超音波発振器２０（または３０）の簡単な構造により中央部Ａと壁側Ｂとで各々変えることができるため、常に処理液中に照射される超音波の音圧分布を均一にでき、洗浄ムラのない安定した洗浄が期待できる。また、ブリッジ回路４０による振動速度検出構造を備えることで、より効果的に超音波出力を調整して音圧分布を均一化できる。
【実施例２】
【００３２】
次に、図１４及び図１５を参照して、本発明による超音波処理装置の第２の実施形態を詳細に説明する。本発明による超音波処理装置の第２の実施形態は、図１４（ａ）および（ｂ）に示すように、超音波振動子３を、投込みケース６０の液中に浸漬させた外側上面の照射面６０ａに対応する裏面に位置するように防水状態の中空内上面の設置面６０ｂに配置させて収納し、処理液２で満たされた処理槽５０の液内底部に浸漬させて励振させることで処理液中の被洗浄物１を洗浄可能に設けており、これは図３０に示した従来技術と同様の超音波洗浄装置である。また、図１４（ｂ）に示した投込みケース６０の中空内には、配線用フランジ６３を介して延在する配線用配管６４から配線された超音波出入力線ＬとＧＮＤ線Ｌ３とを引き込むことにより外部の超音波発振器（図示せず）に複数の超音波振動子３を接続させている。
また、第２の実施形態では、図３０に示した従来技術とは異なり、図１４（ｃ）に示すように、投込みケース６０の中空内上面に中央の中央部Ａ及びその周囲を囲む壁側Ｂからなる設置面６０ｂを設定し、この設置面６０ｂ内で処理槽５０の洗浄状態に応じて、超音波発振器により中央部Ａに低い超音波出力を入力して励振させる超音波振動子３Ａと、壁側Ｂに高い超音波出力を入力して励振させる超音波振動子３Ｂとを各々備えている。
【００３３】
ここで、図１４に示した超音波振動子３は、プレート型の振動子を用いているが、このプレート型に限定されるものではなく、例えば、第１実施形態で図２に示したランジュバン型の振動子を用いることも可能である。このようなランジュバン型による超音波振動子４は、図１５（ａ）及び（ｂ）に示すように、電圧を加えると伸縮するピエゾ（ＰＺＴ）素子と呼ばれる圧電セラミック４ａの一種を、金属からなる円柱状の金属ブロック４ｂで挟み込みボルト（図示せず）を用いて締結している。更に、投込みケース６０の中空内の設置面６０ｂに立っているスタッドボルト（図示せず）に固定する構造を備えている。このような構造による超音波振動子４は、図１５（ｂ）に示したように、投込みケース６０に装着する面が円形で図１４に示したプレート型の超音波振動子３に比べて複数配置することが可能なため、中央部Ａと壁側Ｂとの割合を自由に細かく調整（設置数や設置場所によって自由に調整）でき、この中央部Ａを正方形や矩形ではなく洗浄状態に応じて図１５（ｂ）に示した複雑な形状に設定することができる。
【００３４】
ところで、第２の実施形態では、第１の実施形態の図１に示した輻射板１２が、図１４（ｃ）及び１５（ｂ）に示した投込みケース６０に変わっただけであって、基本的に中央部Ａと壁側Ｂとに分けた設置面６０ｂを設定して超音波振動子３Ａ、３Ｂ（または４Ａ、４Ｂ）を備えるため、図３乃至図１３に示した超音波発振器の構造を、そのまま適用することが可能である。従って、第２の実施形態では、第１の実施形態の超音波発振器と同じものを採用できるため、ここでは前述した超音波発振器の内容と重複する説明は省略する。
【００３５】
以上、説明したように本発明による超音波処理装置の第２の実施形態によると、第１の実施形態の輻射板を単に投込みケース６０に変えた構造であり、中央部Ａと壁側Ｂとに分けた設置面６０ｂを設定することは同じであるため、第１の実施形態と同様の効果が得られるとともに、超音波振動子３（または４）を処理槽５０に予め固定する必要がなく投込みケース６０により投込み式に設置できるため、処理槽５０の大きさや形状などの種々の構造が変わったとしても容易に対応することができる。
【実施例３】
【００３６】
次に、前述した中央部Ａの超音波振動子と壁側Ｂの超音波振動子とに与える超音波出力レベル（電力）を各々変えることで音圧分布を均一化させる第１及び第２の実施形態とは異なり、輻射板に溝または梁を設けて音圧分布を均一化させる従来技術がある。この従来技術としては、例えば、輻射板に梁を設けて超音波振動子間の相互作用を分断して音圧分布を均一に抑える構造（実開昭５６−１０７７００号公報：以下、特許文献３と称す）や、輻射板に溝を設けて振動を抑制して音圧分布を均一に抑える構造（実開昭６２−３１９７９号公報：以下、特許文献４と称す）などが、よく知られている。
即ち、本発明による超音波処理装置の第３の実施形態は、前述の特許文献３及び４を採用することで、中央部Ａと壁側Ｂとの音圧分布をより効果的に均一化できるように形成したものである。ここで、第２実施形態の投込みケースは、処理液中に浸漬して周囲が固定されず全体的に励振するため、中央部Ａと壁側Ｂとの音圧分布の差は、前述した電力を変えるだけで十分に均一化できる。しかし、第１実施形態の輻射板は、槽底部の側壁に外周が確実に固定されるため、中央部Ａと壁側Ｂとの音圧分布の差が大きく、前述した電力を変える以外に、前述した特許文献３又は４の溝や梁で音圧分布を調整しなければならい場合もある。
よって、第３の実施形態は溝または梁を輻射板に形成して音圧分布を均一化する場合を前提としており、以下、その基本構造を図１６〜２１を参照しながら詳細に説明する。
【００３７】
本発明による超音波処理装置の第３の実施形態は、図１に示したように、処理槽１０の底面に取付けられて複数の超音波振動子３を装着した輻射板を有し、この輻射板の設置面に溝または梁を形成することで、音圧分布を均一化できるように形成したものである。具体的に、第３の実施形態は、図１６に示すように、超音波振動子３を複数装着させた輻射板１２０の設置面に、この複数の超音波振動子３を全て囲む最外周枠１２２ａと、この最外周枠１２２ａ内で複数の超音波振動子３を１個の単位ごとに区画して囲む区画枠１２２ｂとを有し、当該最外周枠１２２ａと区画枠１２２ｂとを凹状の溝または凸状の梁により形成してなる枠部１２２を備えている。尚、図１６では、最外周枠１２２ａを黒く塗り潰し、区画枠１２２ｂをハッチングにより記載しているが、以下の図１７及び１９を参照して後述するが、お互い同じ溝または梁であって、便宜上、最外周枠１２２ａと区画枠１２２ｂとを区別するために塗り潰し部とハッチング部とにより記載している。このように第３の実施形態は、超音波振動子３を複数装着する輻射板１２０の設置面に、最外周枠１２２ａと区画枠１２２ｂとによる溝または梁を設けた簡単な構造であって、第１及び第２実施形態における中央部の低い超音波出力及び前記壁側の高い超音波出力を各々印加する技術に加えて、更に、音圧分布を均一化できる枠部１２２を備え、処理液中に照射される超音波の音圧分布をより均一にして洗浄ムラのない安定した洗浄を可能にしたものである。
【００３８】
ここで、輻射板１２０は、図１６に示したように、溝または梁からなる最外周枠１２２ａにより複数の超音波振動子３を全て囲み、この最外周枠１２２ａ内の複数の超音波振動子３を更に区画枠１２２ｂにより１個の単位で格子状に囲むように形成されている。尚、輻射板１２０は、一般的に図１に示した処理槽１０の本体１１底部にボルト１７で全周囲を固定させており、処理槽１０の外周壁側に隣接した超音波振動子３（例えば、図１６に示した最外周枠１２２ａに接した１０個の超音波振動子）は振動が抑制されて照射音圧が低くなりやすく、逆にその中央部の超音波振動子３（例えば、図１６に示した中央２個の超音波振動子）は照射音圧が重畳して高くなりやすくなる。このような場合、輻射板１２０は、前述した溝または梁からなる最外周枠１２２ａと区画枠１２２ｂとを設けることで、この最外周枠１２２ａが、図１に示した処理槽１０底部の外周壁に固定された外周壁と超音波振動子３との振動抑制を遮断して中央部Ａと壁側Ｂとの照射音圧を均一にさせる役割をするとともに、区画枠１２２ｂが１個ごとの超音波振動子３に対して振動応力を分散させて照射音圧が重畳することを抑制して高くなりやすい中央部Ａの音圧を低減させて初期段階での不均一な音圧分布の度合いを軽減させる役割を各々果たしている。即ち、第３の実施形態においては、輻射板１２０から照射される音圧分布を均一にする場合、最も重要な役割をするのが最外周枠１２２ａであって、この最外周枠１２２ａにより壁側Ｂの超音波振動子３の振動抑制を十分に遮断されないと全体の均一性が得られないため、最初に最外周枠１２２ａを設定し、その後、最外周枠１２２ａに対応する区画枠１２２ｂを調整することが最も好ましい。また、最外周枠１２２ａは、好ましくは、図１６に示したように、輻射板１２０の外周端にネジ止めされる壁から中心に向かって内側に６ｃｍ以上離した位置に形成することが望ましい。
【００３９】
そして、このような輻射板１２０に形成される最外周枠１２２ａと区画枠１２２ｂとからなる枠部１２２は、溝により形成する場合１２２−１と、梁により形成する場合１２２−２との方法があり、その各基本構造について、図１７〜図２０を参照して各々詳細に説明する。
まず、輻射板１２０の最外周枠１２２ａと区画枠１２２ｂとが溝により形成された枠部１２２−１の場合、図１７（ａ）に示すように、輻射板１２０の板厚に対して凹状に薄く切り欠くように溝を形成されており、この輻射板１２０表面で複数の超音波振動子３を１個ごと区画して囲むように形成されている。この際、溝により形成した枠部１２２−１は、図１７（ｂ）に示すように、輻射板１２０の複数の超音波振動子３が配列されているお互いの間を全て二分するように格子状に切り欠いて分けてあり、各超音波振動子３が全て同じ条件で励振するよう個々に区画されている。
【００４０】
ここで、具体的に溝による枠部１２２−１を有した輻射板１２０と、枠部の無い輻射板との音圧分布を対比するため、図１８を参照して詳細に説明する。尚、図１８に示した音圧分布は、複数の超音波振動子３に対し、全て同じ出力レベル（電力）を印加して励振させた場合を示している。
図１８（ａ）に示すように、枠部の無い輻射板の場合、輻射板の周囲が槽壁により固定されるため、この照射板の中央の中央部Ａと、その周囲の壁側Ｂとでは音圧分布が均一にならない。即ち、輻射板の周端が槽壁により固定され、輻射板の表面で一列に近隣した超音波振動子３間の振動がお互い伝達されて結合されてしまい、中央の中心部Ａ（固定した壁側Ｂから離れて振動し易い中心部Ａ）になるほど強く、その周囲の壁側Ｂになるほど弱くなり、結果的に音圧分布が均一にならない。従って、音圧分布は、図１８（ａ）に示したように、周囲の壁側Ｂが低く、中央の中心部Ａが鋭利に最も高く突出した曲線になる。
これに対し、溝による枠部１２２−１を有した輻射板１２０は、図１８（ｂ）に示すように、槽壁に固定された外周端側の壁側Ｂで超音波振動子３の振動が抑制されることをフリーの枠部１２２−１により遮断される。具体的には、槽壁に固定された外周端から６ｃｍ以上離れた枠部１２２−１の最外周枠１２２ａ（図１６参照）が、最初に固定された壁側の抑制を遮断する。その後、この内部で、枠部１２２−１の区画枠１２２ｂ（図１６参照）が超音波振動による振動応力を分散させて照射音圧が重畳することを抑制する。よって、音圧の高くなりやすい中央部Ａの音圧が低減され、初期段階での不均一な音圧分布の度合いを軽減させることができる。従って、図１８（ａ）に示した中央部Ａと壁側Ｂとの大きな音圧の差が軽減され、図１８（ｂ）に示したように、緩やかな曲線で水平に近い（図１８（ａ）の曲線に比べて水平に近い）音圧分布が得られることが分かる。尚、溝による枠部１２２−１を設けた輻射板１２０では、図１８（ｂ）に示したように、音圧分布が比較的高い位置に発生する。
【００４１】
次に、輻射板１２０の最外周枠１２２ａと区画枠１２２ｂとを梁により形成された枠部１２２−２の場合、図１９（ａ）に示すように、輻射板１２０の板厚を切り欠くことなく、その表面から梁を凸状に突出させて一体に形成しており、複数の超音波振動子３を１個ごと囲むように区画している。この際、梁により形成した枠部１２２−２は、図１９（ｂ）に示すように、複数の超音波振動子３が配列されているお互いの間を全て二分するように格子状に突出させて設けてあり、各超音波振動子３が全て同じ条件で励振するよう個々に区画されている。
そして、梁による枠部１２２−２を設けた輻射板１２０は、図２０に示すように、槽壁により固定された外周端側の壁側Ｂで超音波振動子３の振動が抑制されることを、梁により固定する枠部１２２−２によって遮断している。尚、図２０に示した音圧分布は、前述と同様に、複数の超音波振動子３に対し、全て同じ超音波出力レベル（電力）で入力して励振させた場合を示している。また、枠部１２２−２は、図１６に示した最外周枠１２２ａと区画枠１２２ｂとが各々振動の抑制を遮断することは上述した溝の枠部１２２−１と同じであり、重複する説明は省略する。また、梁による枠部１２２−２を設けた輻射板１２０は、上述した溝による枠部と異なり、図２０に示すように、音圧分布が比較的低い位置に発生することが大きく異なる。即ち、輻射板１２０は、音圧の高さに応じて、溝または梁いずれかの枠部を選択することができる。
【００４２】
ここで、溝または梁による枠部を設けた輻射板１２０は、例えば、第１実施形態の図６に示した超音波発振器を採用して出力レベル（電力）を変えて動作させることで、より効果的に音圧分布を均一化できる。このような図６に示した超音波発振器を、図１７及び１９に示した輻射板に各々採用した動作による音圧分布を、図２１を参照して詳細に説明する。
まず、溝による枠部１２２−１を設けた輻射板１２０は、図２１（ａ）に示すように、輻射板１２０からの照射音圧が高くなりやすい中央部Ａの超音波振動子３に対し比較的低い超音波出力レベルの電力が印加され、照射音圧が低くなりやすい壁側Ｂの超音波振動子３には比較的高い超音波出力レベルの電力が印加されている。このように超音波発振器（図６参照）から中央部Ａと壁側Ｂとの超音波振動子３に各々与える電力を変えることで、図２１に示すように、音圧分布が水平方向でほぼ直線になるため、十分に均一化されていることが分かる。
一方、図２１（ｂ）に示すように、梁による枠部１２２−２を設けた輻射板１２０は、前述した溝による枠部と同様に、輻射板１２０の中央部Ａの超音波振動子３に低い超音波出力レベルの電力を印加し、壁側Ｂの超音波振動子３に高い超音波出力レベルの電力を印加することで、音圧分布が水平方向でほぼ直線になるため、十分に均一化されていることが分かる。
この際、図１８（ｂ）及び図２０に示した音圧分布と同様に、溝の枠部１２２−１を設けた輻射板１２０の音圧分布は図２１（ａ）に示したように比較的高い位置に発生し、梁の枠部１２２−２を設けた輻射板１２０の音圧分布は図２１（ｂ）に示すように比較的低い位置に発生する。
【００４３】
このように、本発明による超音波処理装置の第３の実施形態は、溝または梁による枠部１２２を輻射板に形成した上で、中央部Ａと壁側Ｂとの超音波振動子３に与える超音波出力レベルの電力を各々変えることができるため、第１及び第２実施形態と同様の効果を得ることができるとともに、この溝または梁の枠部１２２により、初期段階での不均一な音圧分布の度合いを軽減（微調整）することができる。
【００４４】
ところで、第３の実施形態において、図１６に示した溝または梁による枠部１２２は、超音波振動子３の周囲で矩形の格子状に囲む実施例を説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、図１６に示したプレート型の超音波振動子３をランジュバン型（図２参照）に変えることで、輻射板１２０に接する面が円形で複数自由に配置でき、この中央部Ａと壁側Ｂとの割合を自由に調整し、洗浄状態に応じて複雑な配置に設定することができ、これは既に、第１及び第２の実施形態で説明している。さらに加えて、溝または梁による枠部１２２の形成（配置）においても種々の実施例があって、以下、図２２〜２８を参照して詳細に説明する。尚、以下に説明する種々の実施例では、基本的に、図１６に示したプレート型の超音波振動素子３を用いた場合を例にとって説明するが、ランジュバン型の超音波振動素子に変えて採用することは当然可能である。また、最外周枠及び区画枠においても、溝または梁いずれかを適宜選択して採用することは可能である。
【００４５】
まず、図２２を参照して、輻射板１２０での超音波振動子３の配置を変えた場合について詳細に説明する。この配置を変える他の実施例は、図１６に示した複数の超音波振動子３を行列方向に一列に並べて格子状に区画した実施例に対し、図２２（ａ）に示すように、前述した格子状の状態から１行置きの行を、超音波振動子３が半個分片側にずれて列方向でジグザグの千鳥状になるように配列させている。そして、この千鳥状に配列された各超音波振動子３は、各々１個ごとに区画枠１２２ｂにより区画されるとともに、その千鳥状の外周を最外周枠１２２ａにより囲むように枠部１２２を形成している。ここで、区画枠１２２ｂ及び最外周枠１２２ａは、例えば、図２２（ｂ）に示すように、輻射板１２０の表面に凹状の溝からなる枠部１２２により形成し、各超音波振動子３を全て同じ条件で振動できるように個々に囲むように形成できる。
このような超音波振動子３を千鳥状に配列させた輻射板１２０によると、洗浄時に照射音圧を被洗浄物に均一に照射することができ、洗浄ムラなく良好に洗浄できる。より具体的に説明すると、被洗浄物は、処理工程において外部から処理槽内に搬送されて処理が終了して取り出されるまで、図２３（ａ）に示す搬送経路Ｃに沿って搬送され、処理槽内で超音波振動子３上を移動させながら処理（洗浄）する場合がある。この場合、格子状に区画した超音波振動子３では、図２３（ａ）に示したように、搬送経路Ｃに対して行列方向に各々配列させて直上に照射する照射音圧が、隣合う相互間で、干渉などにより照射されない被照射領域Ｄが生じる場合があるため、洗浄ムラを発生させる原因になってしまう。そのような場合でも、千鳥状に配列させた輻射板１２０によると、図２３（ｂ）に示すように、搬送経路Ｃに対して最初の列で被照射領域Ｄが生じたとしても、その１行置きにずらして設けた次の列により被照射領域Ｄ部分を補って照射できるため、洗浄ムラなく良好に洗浄することが可能になる。
【００４６】
また、図１６〜２３に示した輻射板１２０の区画枠１２２ｂは、隣合う各超音波振動子３の間を１本の溝（または梁）により共有して格子状に区画した実施例を詳細に説明したが、他の実施例として、隣合う各超音波振動子３どうしの音圧の干渉を避けるため、個々に独立して区画する方法もある。この独立して区画する輻射板１２０は、図２４に示すように、複数の超音波振動子３を格子状に囲むのではなく、最外周枠１２２ａ内で個々に間隔を有して独立させて囲む区画枠１２２ｂを有した枠部１２２に形成している。これにより輻射板１２０では、隣合う各超音波振動子３の間を、各々独立した相互の区画枠１２２ｂにより２本で遮断することが可能になり、音圧の干渉により照射音圧が変化することを確実に防止し、所望の音圧通り照射することができる。
尚、この独立して区画する輻射板１２０では、各超音波振動子３どうしが離間する位置に配置されるため、図２３（ａ）に示した被照射領域Ｄが生ずる可能性もあり、その場合、図２３（ｂ）に示した千鳥状に配列することで解消することも可能である。この際、格子状と千鳥状との輻射板１２０を両方用意し、適宜、処理槽１０の本体１１（図１参照）底面に付け替えることで容易に対応することができる。
【００４７】
ところで、このように形成された種々の実施形態において、輻射板１２０から照射される音圧分布を均一にする場合、最も重要な役割を果すのが最外周枠１２２ａであることは既に述べた通りである。とすると、最外周枠１２２ａは、区画枠１２２ｂとは異なる役割をするため、その形状も区画枠１２２ｂとは異なるように形成されても矛盾はない。
より具体的に説明すると輻射板１２０には、図２５に示すように、枠部１２２として、複数の超音波振動子３を区画する区画枠１２２ｂに対して、最外周枠１２２ａ（溝又は梁）の幅を変えて形成することができる。尚、図２５では最外周枠１２２ａの幅を変えているが、例えば、溝または梁の深さや高さも変えることができ、深さまたは高さと、幅とのいずれか一方或いは両方を変えることも可能である。例えば、区画枠１２２ｂ及び最外周枠１２２ａが溝である場合は、図２６（ａ）に示すように、区画枠１２２ｂに比べて最外周枠１２２ａの溝の深さと幅とのいずれか一方或いは両方を適宜変えることができるが、この図２６（ａ）では深さを深く、幅を広くすることで両方変えて形成されている。一方、梁である場合は、図２６（ｂ）に示すように、区画枠１２２ｂに比べて最外周枠１２２ａの梁の高さと幅とのいずれか一方或いは両方を変えることができるが、この図２６（ｂ）では高さを高く、幅を広くすることで両方変えて形成されている。
これにより最外周枠１２２ａは、例えば、図２１に示した輻射板１２０の槽壁により固定された壁側Ｂの振動抑制を遮断して防止する度合いを調整可能になり、結果的に音圧分布が均一になるように十分な役割を果すことができる。
【００４８】
また、他の実施例として、前述の幅を変えた最外周枠１２２ａに加えて、更に区画枠１２２ｂ内の一部の幅を変えて形成しても良い。これは、図２１に示した輻射板１２０の中央部Ａと壁側Ｂとで各々音圧分布が異なるため、当然、中央部Ａと壁側Ｂとで均一になるように溝または梁の形状を変えて調整することは可能である。また、中央部Ａと壁側Ｂとの各超音波振動子３に印加する超音波出力レベルを変える場合は、特に、この出力レベルが異なるエリアごとに区別して区画することもできる。この場合、壁側Ｂは前述した最外周枠１２２ａにより調整可能なため、その他、区画枠１２２ｂ内の一部（図２７に示した中央枠１２２ｃ：中央部Ａ）の幅を変える場合について詳細に説明する。尚、幅のみでなく、深さまたは高さと、幅とのいずれか一方または両方を変えても良い。
まず、図２５で示したように、輻射板１２０に装着した全ての超音波振動子３の外側を囲む最外周枠１２２ａの幅を区画枠１２２ｂと異なるように形成し、これと同様に、図２７（ａ）に示すように、最外周枠１２２ａ内の区画枠１２２ｂのうち中央の中心部にある複数個（図２７では２個）を組合わせて外周を囲んだ中央枠１２２ｃを更に新たに設定する。そして、この中央枠１２２ｃは、上述した最外周枠１２２ａと同様に幅を変えて形成し、この外側の壁側Ｂにある最外周枠１２２ａとにより２つのエリアに区分させる。ここで、最外周枠１２２ａと中央枠１２２ｃとの溝または梁の形状は、処理状態に応じて同じまたは異なるように形成してもよい。
そして、この図２７（ａ）に示した輻射板１２０と同様に、図２２及び図２４に示した輻射板１２０に対しても、図２７（ｂ）及び（ｃ）に示すように、幅が異なる最外周枠１２２ａと中央枠１２２ｃとを形成することで、区画枠１２２ａを容易に２つのエリアに区分することができる。ここで、図２７（ａ）及び（ｂ）に示した中央枠１２２ｃは区画枠１２２ｂに沿って設定できるが、図２７（ｃ）に示した中央枠１２２ｃは区画枠１２２ｂが各々独立して形成されているため、区画枠１２２ｂのうち中央の中心部にある複数個を組み合わせて離れた各枠の外周を各々接続して囲んだ中央枠１２２ｃを更に形成する必要がある。例えば、図２７（ｃ）では、中央の２つの超音波振動子３を個々に囲む区画枠１２２ｂの離れた間を接続して囲む中央枠１２２ｃを有している。
これにより、図２５に示した輻射板１２０に比べて、図２１に示した中央部Ａと壁側Ｂとの音圧の差を、より均一に調整することができる。
【００４９】
さらに、前述の図１６〜２７に示した輻射板１２０では、区画枠１２２ｂが複数の超音波振動子３を必ず１個ごとの単位で区画する場合を想定している。これに対し、１個ごとに区画するのではなく、中央部Ａと壁側Ｂとの２つのエリアに合わせて複数単位で区画することも可能である。
この超音波振動子３を複数単位で区画する輻射板１２０は、図２８（ａ）に示すように、最外周枠１２２ａ内の複数の超音波振動子３のうち区画枠１２２ｂが中央の中心部にある複数個（図２８（ａ）では２つ）を組合わせて外周を囲むことで、この中心部の区画枠１２２ｂと、その外側の壁側にある最外周枠１２２ａとにより、２つのエリアに区画できるように配設されている。即ち、複数の超音波振動素子３を全て１ずつ囲む必要はなく、音圧分布の差が生じる中央部Ａと壁側Ｂとの２つのエリアだけに合わせて区画することも可能である。尚、このエリア内で超音波振動素子３間の干渉（または結合）が生じる場合は、その干渉が生じる一部分だけに新たな区画枠（例えば、複数単位の区画枠）を設けてもよい。これにより区画構造が簡単な構造になり、輻射板の製造コストを低減することができる。
ここで、輻射板１２０には、例えば、超音波振動子３を多数配列させることで、２つ以上のエリアに区画できるように、更なる枠を複数配置させる場合もある。この場合、例えば、図２８（ｂ）に示すように、区画枠１２２ｂから最外周枠１２２ａまでの間で、更に囲む枠として更なる枠１２２ｄを備え、最外周枠１２２ａ内で中心から段階的に外側に向かって複数のエリア（図１３（ｂ）では３エリア）に区画できるように配設させることも可能である。即ち、中央部Ａと壁側Ｂとの２つのエリアだけでなく、多数のエリアに区画することで、状況に応じて細かい音圧分布の均一化が実現できる。
【００５０】
以上、本発明による超音波処理装置の実施の形態を詳細に説明したが、本発明は前述した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
例えば、矩形で箱状の処理槽に合わせて四角状の設置面を設定した実施の形態を説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、円柱状の処理槽で円状の設置面を設定しても良い。これは具体的に、円柱状の処理槽の外周壁から内側に６ｃｍ以上離れた位置での円状の設置面である。
また、図１６〜２８に示した最外周枠、区画枠、中央枠、更なる枠は、実施の形態で説明した実施例に限定されるものではなく、状況に応じて組み合わせて形成することも可能である。例えば、図２８（ｂ）に示した最外周枠１２２ａと更なる枠１２２ｄとの間だけ（外周だけ）を、図１６に示した格子状に区画してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明による超音波処理装置の第１の実施形態を示す構成図。（実施例１）
【図２】図１に示した超音波振動子の他の実施例を示す図。
【図３】図１に示した超音波処理装置に用いる超音波発振器を示す図。
【図４】図３に示した超音波発振器の内部構造を示すブロック図。
【図５】図４に示した力率補正回路及び超音波振動素子の内部構造を示す回路図。
【図６】図３に示した超音波発振器の他の実施例を示す図。
【図７】図６に示した超音波発振器の内部構造を示すブロック図。
【図８】図７に示した出力トランスから中央部用入力線と壁側用入力線とを引き出す構造を示す回路図。
【図９】図８に示した中央部用入力線と壁側用入力線とを引き出す他の構造を示す回路図。
【図１０】図６に示した超音波発振器に振動速度検出のブリッジ回路を備えた実施例を示すブロック図。
【図１１】図１０に示した力率補正回路の他の実施例を示す図。
【図１２】図１０に示したブリッジ回路を図８に示した超音波発振器に適用した実施例を示す回路図。
【図１３】図１０に示したブリッジ回路を図９に示した超音波発振器に適用した実施例を示す回路図。
【図１４】本発明による超音波処理装置の第２の実施形態を示す構成図。（実施例２）
【図１５】図１４に示した超音波振動子の他の実施例を示す図。
【図１６】本発明による超音波処理装置の第３の実施形態を示す図。（実施例３）
【図１７】図１６に示した最外周枠と区画枠とを溝による枠部で形成した輻射板を示す図。
【図１８】図１７に示した溝による枠部の形成有無による音圧分布を示す特性図。
【図１９】図１６に示した最外周枠と区画枠とを梁による枠部で形成した輻射板を示す図。
【図２０】図１９に示した梁による枠部を設けた輻射板の音圧分布を示す特性図。
【図２１】図６に示した超音波発振器を図１７及び１９の輻射板に採用して動作させた音圧分布を示す特性図。
【図２２】図１６に示した超音波振動子の配置を変えた他の実施例を示す図。
【図２３】図１６に示した枠部が格子状の輻射板と図２２に示した千鳥状の輻射板との照射領域を対比した図。
【図２４】図１６に示した区画枠が離間して独立するように形成した他の実施例を示す図。
【図２５】図１６に示した最外周枠の幅を変えて形成した他の実施例を示す図。
【図２６】図２５に示したＥ−Ｅ線の断面を示す図。
【図２７】最外周枠と中央の中央枠との幅を変えて形成した他の実施例を示す図。
【図２８】最外周枠内の超音波振動子を複数単位で区画した他の実施例を示す図。
【図２９】従来の底部固定型による超音波処理装置の実施形態を示す図。
【図３０】従来の投込み型による超音波処理装置の実施形態を示す図。
【符号の説明】
【００５２】
１ 被洗浄物
２ 処理液
３ 超音波振動子
１０ 処理槽
１１ 本体
１２ 輻射板
１２ａ 照射面
１２ｂ 設置面
１３ フランジ
１４ パッキン
１５ パッキン
１６ フランジ
１７ ボルト
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波処理装置に係り、より詳細には、超音波発振器より超音波出力を入力することが可能な超音波振動子を、処理液で満たされた処理槽に底部に複数配置して励振することで被洗浄物を洗浄する超音波洗浄装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、超音波処理装置は、超音波発振器より超音波出力を入力（印加）することが可能な超音波振動子を処理液で満たされた処理槽底面の輻射板に外側底部から配置させて励振させることで当該処理液内の被洗浄物を洗浄する底部固定型（例えば、下記特許文献１参照）と、超音波振動子を中空で箱状の内部に防水状態で収納させた投込みケースによって処理槽の処理液中に直接浸漬させて励振させることで当該処理液内の被洗浄物を洗浄する投込み型（例えば、下記特許文献２参照）との構造がよく知られている。
【特許文献１】特開平２−０３４９２３号公報
【特許文献２】特開平７−３０８６４５号公報
【０００３】
前述した構造による従来の超音波処理装置の実施形態を、図２９および図３０を参照して説明する。図２９は、従来の底部固定型による超音波処理装置の実施形態を示す図であり、図２９（ａ）は正面から見た断面図を、図２９（ｂ）は底面図を各々示している。また、図３０は、従来の投込み型による超音波処理装置の実施形態を示す図であり、図３０（ａ）は装置の外観を示す斜視図を、図３０（ｂ）は投込みケース９０の断面図を各々示している。
図２９（ａ）に示すように、従来の底部固定型による超音波処理装置の実施形態は、処理（洗浄）液２を貯留して満たした処理槽７０と、この処理槽７０の外側底面に配置されて励振することで超音波振動を槽内の洗浄液２に与える複数の超音波振動子３とを備えている。そして、この超音波振動子３には、外部から図示されていない超音波発振器により超音波出力を入力されて励振するように形成されている。また、処理槽７０の底面は、処理槽７０の本体７１に対して別体に設けられて底面全体に板状に延在して取り付けられる輻射板７２を備えている。即ち、輻射板７２は、図２９（ｂ）に示すように、超音波振動子３を複数配列させて取り付けて処理槽７０の底面に装着することで、処理槽７０底面から槽上部の処理液２全体に超音波振動を印加できるように形成されている。また、超音波振動子３は、例えば、図２９に示した振動子の場合、矩形で厚みを有したプレート型のチタン酸バリウムやＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）などの圧電セラミックスからなる振動子を用いている。
【０００４】
一方、従来の投込み型による超音波処理装置の実施形態は、図３０（ａ）に示すように、処理液２で満たされた処理槽８０と、この処理槽８０の処理液中に超音波振動子３（図３０（ｂ）参照）を中空の内部に防水状態で収納して浸漬させる投込みケース９０とを有し、この処理槽８０の外部から投込みケース９０内の超音波振動子３に接続されて超音波出力を入力して励振させる超音波発振器（図示せず）を備えている。ここで、投込みケース９０は、図３０（ｂ）に示すように、一面を開口して凹状の箱体で内部に複数の超音波振動子３を有した本体９１と、この本体９１の開口した一面を封止する密閉蓋９２と、この本体９１の側面に配線用フランジ９３を介して接続されて処理槽８０の外部から本体９１まで防水状態で連通するように延在して超音波出入力線ＬとＧＮＤ線Ｌ３とを各々配線する配線用管９４とを備えている。そして、超音波振動子３は、例えば、上述したプレート型の圧電セラミックスからなる振動子を用いている。
【０００５】
このような従来の超音波処理装置では、図２９（ｂ）に示したように、超音波振動子３を行列方向に複数配列させて配置しており、この複数の超音波振動子３に、図３０（ｂ）に示したＧＮＤ線Ｌ３及び超音波出入力線Ｌを配線して外部の超音波発振器から超音波出力を印加することで、超音波振動子３を励振させて洗浄することができる。この際、超音波発振器から複数の超音波振動子３に全て同じ超音波出力（出力レベル）を印加しても、処理槽７０（または８０）の構造（槽底面が正方形、長方形）や底面の排水口の位置などの洗浄状態によって、槽内の音圧に差が生じで音圧分布が不均一になり、洗浄ムラが生じてしまう。
【０００６】
そこで、従来の超音波処理装置では、図２９（ａ）及び図３０（ｂ）に示したように、少なくとも２種類の異なる発振周波数帯域に属する超音波振動子３ａ、３ｂを有して、この超音波振動子３ａ、３ｂを、具体的には、６００〜９００ＫＨｚの発振周波数帯域による超音波振動子３ａと、１．５〜２．０ＭＨｚの発振周波数帯域による超音波振動子３ｂとに分けて行または列方向に交互に配置（図２９（ｂ）参照）することで、この差によって槽内の音圧分布を均一に調節（上記特許文献１の図１及び第３頁左上段２０行目〜右上段４行目参照）している。
このように、従来の超音波処理装置は、処理液２を貯留した処理槽７０（または８０）に複数の発振周波数帯域に属する超音波振動子３ａ、３ｂを交互に配置し、この複数の超音波振動子３ａ、３ｂへ超音波発振器から各々超音波出力（出力レベル）を変えて入力して発振（励振）させることで、処理槽７０（または８０）内の超音波の音圧分布が均一になるように設けていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の超音波処理装置では、図２９（ａ）及び図３０（ｂ）に示したように、底部固定型や投込み型のいずれにおいても、超音波振動子３を装着する処理槽７０（または８０）の輻射板７２または投込みケース９０の各々全周囲が、側壁（処理槽または投込みケースの側壁）によって固定されているため、この固定されている壁側近くで励振する超音波振動子３からの超音波振動が、物理的に抑制されてそこから照射される音圧が本来のものよりも低くなる。一方、壁側Ｂより内側中央部Ａの超音波振動子３から励振する音圧は、この中央部Ａ直下の超音波振動子３の振動に加えて、周辺（壁側Ｂ）の超音波振動子３から分散した振動応力も加わり、本来の照射音圧よりも高くなってしまう。その結果、処理槽７０（または８０）内の音圧分布が不均一となり、洗浄ムラが生じてしまうという不具合があった。
【０００８】
本発明は上記の点に鑑みなされたもので、その目的は、簡単な構造により処理槽の中央部と壁側との超音波出力を洗浄状態に応じて調節可能にし、且つ、超音波振動子ごとに入力する超音波出力を調整して音圧分布の均一化を図る超音波処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は上述した課題を解決するためになされたもので、超音波発振器より超音波出力を入力することが可能な超音波振動子を処理液で満たされた処理槽底面の輻射板に外側底部の設置面から配置させて励振させることで処理液中の被洗浄物を洗浄する超音波洗浄装置であって、処理槽の輻射板に中央の中央部及びその周囲の壁側からなる設置面を設定し、この設置面内で処理槽の洗浄状態に応じて、超音波発振器により中央部に低い超音波出力を入力して励振させる超音波振動子と、壁側に高い超音波出力を入力して励振させる超音波振動子とを各々分けて備える。
また、本発明の他の実施形態として、超音波発振器より超音波出力を入力することが可能な超音波振動子を処理液で満たされた処理槽の液内底部に防水状態で浸漬させる投込みケースの中空内上面の設置面に配置させて励振させることで処理液中の被洗浄物を洗浄する超音波洗浄装置であって、投込みケースの中空内上面に中央の中央部及びその周囲の壁側からなる設置面を設定し、この設置面内で処理槽の洗浄状態に応じて、超音波発振器により中央部に低い超音波出力を入力して励振させる超音波振動子と、壁側に高い超音波出力を入力して励振させる超音波振動子とを各々分けて備える。
【００１０】
ここで、超音波振動子は、設置面に直接取り付けるプレート型振動子、または設置面に金属ブロックを介した圧電セラミックスをボルトで固定するランジュバン型振動子であることが好ましい。また、設置面は、処理槽底面の輻射板または投込みケース内上面の周囲壁から内側に６ｃｍ以上離した位置に設定した振動子接着エリアであることが好ましい。また、超音波発振器は、中央部と壁側との各エリアごとに１台ずつ配置され、この各１台を中央部と壁側との超音波振動子に各々接続することでお互いに超音波出力レベルが異なるように、発振周波数調整、力率補正、及び超音波出力レベル調整を行うことが好ましい。また、超音波発振器の他の実施例として、１次側と２次側とに分離してなり当該２次側に超音波振動子を接続させる出力トランスと、出力トランスの１次側に接続させるスイッチング出力回路と、出力トランスの１次側または２次側いずれかに接続させる力率補正回路と、出力トランスの２次側の巻数が異なる複数の端子からそれぞれ超音波出力レベルが異なるように取り出した複数の超音波出入力線とを備え、複数の超音波出入力線を、中央部と壁側との超音波振動子に各々接続することでお互いに超音波出力レベルが異なるように、発振周波数調整、力率補正、及び超音波出力レベル調整を行うことが好ましい。また、超音波発振器は、出力トランス２次側以降の回路に、ブリッジ回路により超音波振動子の振動速度を検出する検出回路を更に設けることが好ましい。また、超音波発振器の力率補正回路は、出力トランスと超音波振動子との間の２次側に介在して超音波振動子の制動電気容量より大きな電気容量を有するキャパシタを超音波振動子に対して並列に接続し、且つ、発振周波数が共振周波数となるようなインダクタンスを有するインダクタを超音波振動子に直列接続しなることが好ましい。
【００１１】
また、複数の超音波振動子を装着させた輻射板の設置面には、複数の超音波振動子を全て囲む最外周枠と、この最外周枠内の複数の超音波振動子を１個または複数個の単位ごとに区画して囲む区画枠とを有し、当該最外周枠と区画枠とを凹状の溝または凸状の梁により形成され、中央部の低い超音波出力及び壁側の高い超音波出力に加えて音圧分布を均一化させる枠部を備えることが好ましい。この溝または梁の枠部は、最外周枠内の複数の超音波振動子を区画枠により１個単位で囲む場合、格子状に囲む、または個々に間隔を有して独立させて囲む、或いは格子状の１行置きの行を片側にずらして列方向でジグザグの千鳥状に配列させて囲むいずれかにより形成されることが好ましい。また、溝または梁の枠部は、最外周枠内の区画枠のうち中央の中心部にある複数個を組合わせて外周を囲んだ中央枠を更に設定または形成し、この最外周枠と中央枠とにより超音波出力レベルを変える壁側及び中央部の２つのエリアに区分させることが好ましい。また、中心部の中央枠及び壁側の最外周枠は、他の区画枠に対して深さまたは高さと、幅とのいずれか一方或いは両方を変えて形成されることが好ましい。また、溝または梁の枠部は、最外周枠内の複数の超音波振動子を区画枠により複数個の単位で囲む場合、最外周枠内の複数の超音波振動子のうち区画枠が中央の複数個を組合わせて外周を囲むことで、この外側の最外周枠と、その中央の区画枠とにより、超音波出力レベルを変える壁側及び中央部の２つのエリアに区画できるように配設されることが好ましい。また、溝または梁の枠部は、区画枠から最外周枠までの間で更に囲む枠を備えて、最外周枠内で中心から段階的に外側に向かって複数のエリアに区画できるように配設されることが好ましい。また、複数の超音波振動子には、複数区画したエリアごとに異なる種々の超音波出力レベルを印加して励振させることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
以上、本発明による超音波洗浄装置によれば、処理槽の底部から照射する超音波振動子への超音波出力（出力レベル）を超音波発振器により中央部と壁側とで各々変えることができるため、常に処理液中に照射される超音波の音圧分布を均一にでき、洗浄ムラのない安定した洗浄が期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に、添付図面を参照して本発明による超音波処理装置の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明による超音波処理装置の第１の実施形態を示す構成図であり、図１（ａ）は装置全体を示す斜視図を、図１（ｂ）は輻射板１２を設置面側から見た底面図を、図１（ｃ）は輻射板１２を側面から見た側面図を各々示している。また、図２は、図１に示した超音波振動子の他の実施例を示す図であり、図２（ａ）は輻射板１２の設置面側から見た底面図を、図２（ｂ）は輻射板１２の側面から見た側面図を各々示している。また、図３は、図１に示した超音波処理装置に用いる超音波発振器２０を示す図である。また、図４は、図３に示した超音波発振器２０の内部構造を示すブロック図である。また、図５は、図４に示した力率補正回路２６及び超音波振動素子３の内部構造を示す回路図である。また、図６は、図３に示した超音波発振器の他の実施例を示す図である。また、図７は、図６に示した超音波発振器３０の内部構造を示すブロック図である。また、図８は、図７に示した出力トランス３６から中央部用入力線Ｌ１と壁側用入力線Ｌ２とを引き出す構造を示す回路図である。図９は、図８に示した中央部用入力線Ｌ１と壁側用入力線Ｌ２とを引き出す他の構造を示す回路図である。また、図１０は、図６に示した超音波発振器３０に振動速度検出のブリッジ回路４０を備えた実施例を示すブロック図である。また、図１１は、図１０に示した力率補正回路３５の他の実施例を示す図である。また、図１２は、図１０に示したブリッジ回路４０を図８に示した超音波発振器に適用した実施例を示す回路図である。また、図１３は、図１０に示したブリッジ回路４０を図９に示した超音波発振器に適用した実施例を示す回路図である。また、図１４は、本発明による超音波処理装置の第２の実施形態を示す構成図であり、図１４（ａ）は装置全体を示す斜視図を、図１４（ｂ）は投込みケース６０を側面から見た側面図を、図１４（ｃ）は投込みケース６０を上部から見た図を各々示している。また、図１５は、図１４に示した超音波振動子の他の実施例を示す図であり、図１５（ａ）は投込みケース６０を側面から見た側面図を、図１５（ｂ）は投込みケース６０を上部から見た図を各々示している。また、図１６は、本発明による超音波処理装置の第３の実施形態を示す図である。また、図１７は、図１６に示した最外周枠１２２ａと区画枠１２２ｂとを溝に よる枠部１２２−１で形成した輻射板１２０を示す図であり、図１７（ａ）は横から見た側面図を、図１７（ｂ）は底面全体の斜視図を各々示している。また、図１８は、図１７に示した溝による枠部１２２−１の形成有無による音圧分布を示す特性図であり、図１８（ａ）は枠部が無い輻射板を、図１８（ｂ）は溝の枠部を設けた輻射板を各々示している。また、図１９は、図１６に示した最外周枠１２２ａと区画枠１２２ｂとを梁による枠部１２２−２で形成した輻射板１２０を示す図であり、図１９（ａ）は横か見た側面図を、図１９（ｂ）は底面全体の斜視図を各々示している。また、図２０は、図１９に示した梁による枠部１２２−２を設けた輻射板１２０の音圧分布を示す特性図である。また、図２１は、図６に示した超音波発振器３０を図１７及び１９の輻射板１２０に採用して動作させた音圧分布を示す特性図であり、図２１（ａ）は溝の枠部を設けた輻射板を、図２１（ａ）は梁の枠部を設けた輻射板を各々示している。また、図２２は、図１６に示した超音波振動子の配置を変えた他の実施例を示す図であり、図２２（ａ）は底面から見た底面図を、図２２（ｂ）は底面全体の斜視図を各々示している。また、図２３は、図１６に示した枠部が格子状の輻射板と図２２に示した千鳥状の輻射板との照射領域を対比した図であり、図２３（ａ）は格子状の輻射板を、図２３（ｂ）は千鳥状の輻射板を各々示している。また、図２４は、図１６に示した区画枠１２２ｂが離間して独立するように形成した他の実施例を示す図である。また、図２５は、図１６に示した最外周枠１２２ａの幅を変えて形成した他の実施例を示す図である。また、図２６は、図２５に示したＥ−Ｅ線の断面を示す図であり、図２６（ａ）は溝により形成した枠部を、図２６（ｂ）は梁により形成した枠部を各々示している。また、図２７は、最外周枠１２２ａと中央の中央枠１２２ｃとの幅を変えて形成した他の実施例を示す図であり、図２７（ａ）は図１６に示した輻射板を、図２７（ｂ）は図２２に示した輻射板を、図２７（ｃ）は図２４に示した輻射板を各々示している。また、図２８は、最外周枠１２２ａ内の超音波振動子３を複数単位で区画した他の実施例を示す図であり、図２８（ａ）は区画枠１２２ｂによる複数単位の区画を、図２８（ｂ）は区画枠１２２ｂと更なる枠１２２ｄとによる複数単位の区画を各々示している。
【実施例１】
【００１４】
図１に示すように、本発明による超音波処理装置の第１の実施形態は、図２９に示した従来技術と同様に、超音波発振器（図３または６参照）より超音波出力を入力することが可能な複数の超音波振動子３を、処理液で満たされた処理槽１０底面に設けて封止する輻射板１２の液中側の照射面１２ａの裏面に位置するように外側底部の設置面１２ｂ（図１（ｃ）参照）に配置させ、超音波出力の入力により励振させることで、処理液１０中の被洗浄物１を洗浄できるように形成されている。また、第１の実施形態は、図２９に示した周波数帯の異なる超音波振動子を交互に設ける従来技術とは異なり、処理槽１０の輻射板１２に中央の中央部Ａ及びその周囲を囲む壁側Ｂからなる設置面１２ｂを設定し、この設置面１２ｂ内で処理槽１０の洗浄状態に応じて、超音波発振器（図３または６参照）により中央部Ａに低い超音波出力を入力して励振させる超音波振動子３Ａ（図１（ｂ）参照）と、壁側Ｂに高い超音波出力を入力して励振させる超音波振動子３Ｂ（図１（ｂ）参照）とを各々分けて備えることで超音波の照射エリアを中央部Ａと壁側Ｂとで分けて設置できるようにしている。即ち、第１の実施形態では、洗浄液２を貯留した処理槽１０の底面に複数の超音波振動子３を有した輻射板１２を配置し、この複数の超音波振動子３に対し、超音波発振器（図３または６参照）から輻射板１２の設置面１２ｂ内で中央部Ａと壁側Ｂとに分けて各々超音波の出力レベルを変えて出力して発振させることで、処理槽１０内の超音波の音圧分布が均一になるように設けたものである。尚、中央部Ａの超音波振動子３Ａと壁側Ｂの超音波振動子３Ｂとは、お互いに同じ振動子、または発振周波数（出力レベル）に応じて各々異なる振動子のどちらを用いても良い。
【００１５】
ここで、処理槽１０は、図１（ａ）に示すように、中空の箱状で上面及び底面が開口する矩形の筒状に形成された本体１１を有し、この本体１１の底面を封止するように板状に形成されて表面に複数の超音波振動子３を装着した輻射板１２を配置し、本体１１と輻射板１２とからなる凹状内に処理液２を貯留して洗浄を行う一般的な超音波洗浄槽である。また、輻射板１２を本体１１の底面に装着する場合、この本体１１の底面外周に沿って溶接されるフランジ１３を有し、このフランジ１３に輻射板１２をパッキン１４、１５の間に挟んで設置するとともに、その下部から更なるフランジ１６により支持して、この周囲を複数のボルト１７で締結して本体１１に溶接したフランジ１３に固定される。即ち、輻射板１２は、図２９に示した従来技術のように、本体１１の底面に直接装着されるのでなく、図１（ａ）に示したようにパッキン１４、１５を介して（挟んで）取り付けることで、処理槽１０に貯留させた処理液２が漏れないように形成している。
【００１６】
また、輻射板１２は、図１（ｂ）及び（ｃ）に示すように、中央部Ａ及び壁側Ｂからなる設置面１２ｂを設定しており、この設置面１２ｂ内に複数の超音波振動子３を装着するように形成している。これは、実際に、この超音波振動子３の接着エリア内（設置面１２ｂ）での音圧分布を測定すると、処理槽１０の中央部Ａから壁側Ｂに向かって段階的に音圧が低くなることが測定できるためである。即ち、輻射板１２の中央部Ａは照射音圧が重畳して比較的照射音圧が高くなりやすいエリアであり、輻射板１２の壁側Ｂは外周端の全周囲が固定されることにより超音波振動が抑制されて比較的照射音圧が低くなりやすいエリアであることが分かる。この中央部Ａと壁側Ｂとの設置面１２ｂは、処理槽１０底面の輻射板１２の周囲壁から内側に６ｃｍ以上離した位置に設定した振動子接着エリアであって、この振動子接着エリアの形状（正方形，長方形）及び輻射板１２の排水口の位置などの洗浄状態に応じて前述した６ｃｍ以上の数値を適宜変えて設定している。また、第１の実施形態は、前述した洗浄状態にもよるが、例えば、同じ共振周波数の超音波振動子を中央部Ａと壁側Ｂとに各々分けて複数装着した設置面１２ｂ（振動子接着エリア）全てを１００％とした場合、超音波振動子に入力する入力電力（パワー）を概ね、中央部Ａの３０〜４０％が低い出力となり、残り振動子接着エリアの壁側Ｂの７０〜６０％が高い出力となる割合に設定することが好ましい。但し、中央部Ａエリアの中、及び壁側Ｂエリアの中でも、微細な音圧の差は段階的にあるが、上記割合にすることで概ね大きな影響なく洗浄することが可能である。
このように、音圧による強さを洗浄力と考えた場合、洗浄ムラをなくすためには少なくとも洗浄槽１０内での中央部Ａと壁側Ｂとの音圧分布を均一にする必要がある。故に、超音波振動子３に与える電力を調整することで、中央部Ａの超音波振動子３Ａと壁側Ｂの超音波振動子３Ｂとの振動速度が調整され、且つ、輻射板１２から照射する超音波の音圧も調整でき、処理槽１０内の音圧分布を均一化させて洗浄ムラをなく洗浄できるようにしたものである。従って、第１実施形態は、洗浄ムラをなくすため（音圧分布を均一にするため）、輻射板１２に接着されている場所ごとで超音波振動子３に印加する電力を変える構造になっている。
【００１７】
また、輻射板１２には、図１（ｂ）及び（ｃ）に示すように、超音波振動子３が行列方向に複数並んで装着されている。この超音波振動子３は、図２９に示した従来技術と同様に、矩形で厚みを有したプレート型のチタン酸バリウムやＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）などの圧電セラミックスからなる振動子を用いている。
ここで、超音波振動子３は、前述したプレート型の振動子に限定されるものではなく、例えば、輻射板１２の設置面１２ｂに金属ブロックを介した中央に圧電セラミックスを設けてボルトにより固定するランジュバン型の振動子を用いることも可能である。
このようなランジュバン型による超音波振動子４は、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、電圧を加えると伸縮するピエゾ（ＰＺＴ）素子と呼ばれる圧電セラミック４ａの一種を、金属からなる円柱状の金属ブロック４ｂで挟み込み、ボルトで締結して固定している。更に図示されていないが、この金属ブロック４ｂの下端面にあいているネジ穴を輻射板１２の設置面１２ｂに立てられたスタッドボルトにねじ込み、且つ、接着剤により固定している。このような構造による超音波振動子４は、従来、よく知られた周知技術（例えば、特開平７−３１３９３９号公報）であって、図１に示したプレート型の超音波振動子３に比べて、輻射板１２に接する面が円形で複数配置することが可能なため、中央部Ａと壁側Ｂとの割合を自由に調整でき、図２（ａ）に示した中央部Ａのように洗浄状態に応じて複雑な形状に設定することができる。
【００１８】
ところで、輻射板１２の設置面１２ｂで中央部Ａと壁側Ｂとの超音波振動素子３（または超音波振動素子４）から各々超音波出力を出力する場合、種々の構造（回路構造）や方法で出力可能であるが、例えば、設置面１２ｂの中央部Ａと壁側Ｂとの各エリアごとに超音波発振器を各々１台ずつ配置する方法（図３参照）と、中央部Ａと壁側Ｂとに対して超音波発振器を１台のみ配置する方法（図６参照）とが考えられる。尚、便宜上、以下第１の実施形態の説明において、ランジュバン型の超音波振動素子４を用いて説明するが、プレート型の超音波振動子３を用いることも可能である。
まず、前者の超音波発振器を各エリアごとに１台ずつ配置する方法は、図３に示すように、超音波発振器２０を中央部Ａと壁側Ｂとの各エリアごとに１台ずつ配置させ、この中央部Ａと壁側Ｂとに配置された超音波振動子４Ａ、４Ｂに各々接続することで、お互いに超音波出力レベルが異なるように、発振周波数調整、力率補正、及び超音波出力レベル調整を行えるように形成されている。即ち、超音波出力レベルが異なる、輻射板１２の設置面１２ｂの中央部Ａ用の超音波発振器２０Ａと、壁側Ｂ用の超音波発振器２０Ｂとの２台を設け、それぞれ輻射板１２の中央部Ａの超音波振動子４と壁側Ｂの超音波振動子４とに各々接続して異なる超音波出力を各々出力することで、輻射板１２からの照射音圧の音圧分布を均一化している。
【００１９】
ここで、輻射板１２の中央部Ａと壁側Ｂとに各々接続する超音波発振器２０Ａ、２０Ｂは、図４に示すように、交流電源５から交流電力を各々供給され、この各々において超音波出力レベルを決定している出力制御回路２１で調整をし、その後、整流回路２２で直流電力に変換するように形成している。また、この直流電力は、周波数設定するマイコン２４ａと、周波数信号を作り出すＤＤＳ２４ｂ（ダイレクト・デジタル・シンセサイザ）と、周波数信号を増幅するドライブ回路２４ｃとから成る駆動周波数設定回路２４から送られる発振周波数でスイッチングさせることが可能なスイッチング出力回路２３を有してこれに印加する。
更に、出力トランス２５で電圧を昇圧又は降圧させた超音波出力を、力率補正回路２６で位相のずれを修正し、中央部Ａの周波数振動子４Ａと壁側Ｂの周波数振動子４Ｂとに各々入力する。尚、出力トランス２５と力率補正回路２６との順序が逆になっても問題なく動作させることができる。
そして、図３及び４に示したように、照射音圧が高くなりやすい輻射板１２の中央部Ａには、超音波出力レベルを比較的低く設定した中央部Ａ用の超音波発振器２０Ａからの超音波出力をそのエリア直下の超音波振動子４Ａに入力する。また、照射音圧が低くなりやすい輻射板１２の壁側Ｂには、超音波出力レベルを比較的高く設定した壁側Ｂ用の超音波発振器２０Ｂからの超音波出力をそのエリア直下の超音波振動子４Ｂに入力する。これにより、処理槽１０（図１参照）内の音圧分布を均一にして、ムラのない洗浄を被洗浄物１に対して行うことができる。
【００２０】
この際、図４に示した出力トランス２５の２次側以降の力率補正回路２６及び超音波振動素子４を含む回路構造（等価回路）について、以下、図５を参照して詳細に説明する。
力率補正回路２５は、図４に示した出力トランス２５と超音波振動子４との間の２次側に介在させて設けており、図５に示すように、超音波振動子４の制動電気容量用キャパシタ４ｅより大きな電気容量を有する力率補正用キャパシタ２６ａを超音波振動子４に対して並列になるように接続し、且つ、発振周波数が共振周波数となるようなインダクタンスを有する等価補正用インダクタ２６ｂを超音波振動子４に対し直列接続している。
一方、超音波振動素子４は、前述した力率補正用キャパシタ２６ａと並列に接続した制動電気容量用キャパシタ４ｅと、この制動電気容量用キャパシタ４ｅに並列した直線上に等価電気抵抗４ｂ、等価キャパシタ４ｃ、等価インダクタ４ｄを各々直列接続させて発振周波数が直列共振周波数になった等価インピーダンス４ａとを備えている。
ここで、発振周波数が直列共振周波数であると（である場合）、等価インピーダンス４ａは、等価キャパシタ４ｃと等価インダクタ４ｄとが互いに打消しあい、等価電気抵抗４ｂのみとなる。即ち、超音波振動子４の機械負荷が増すと、機械負荷に比例して等価電気抵抗４ｂが増大する。
よって、この増大する抵抗を有した超音波振動子４に高周波出力を伝送するためには、力率補正用キャパシタ２６ａと力率補正用インダクタ２６ｂとからなる力率補正回路２６を設けて、直列共振周波数において制動電気容量用キャパシタ４ｅと共振させることで高周波出力を伝送可能にしている。尚、力率補正用キャパシタ２６ｂの容量は、具体的に、制動電気容量用キャパシタ４ｅの４倍大きい容量をもたせることが好ましい。
このような力率補正回路２６及び超音波振動素子４の回路構造は、図３に示した２台の超音波発振器２０Ａ、２０Ｂを用いる方法に効果的に採用できるのは勿論のこと、後述する図６に示した超音波発振器３０を１台のみ用いる方法にも採用しており、超音波振動子４に高周波出力を確実に伝送している。
【００２１】
一方、前述した超音波発振器２０を２台設ける構造に対し、中央部Ａと壁側Ｂとに対して超音波発振器３０を１台のみ配置する方法としては、図６に示すように、超音波発振器３０内部の出力トランス３６（図７参照）の２次側巻数が異なる２つの端子から、それぞれ超音波出力レベルが異なる中央部用入力線Ｌ１と壁側用入力線Ｌ２との２本の超音波出入力線Ｌ（図６参照）を取り出すことで、それぞれ中央部Ａの超音波振動子４Ａと壁側Ｂの超音波振動子４Ｂとに接続可能にし、輻射板１２（設置面１２ｂ）からの照射音圧の音圧分布を均一化する方法を採用している。
【００２２】
ここで、１台のみの超音波発振器３０は、図７に示すように、１次側と２次側とに分離してなり当該２次側に超音波振動子４Ａ、４Ｂを接続させる出力トランス３６と、この出力トランス３６の１次側に接続させるスイッチング出力回路３３と、この出力トランス３３の１次側または２次側いずれかに接続させる力率補正回路３５と、出力トランス３６の２次側の巻数が異なる複数の端子からそれぞれ超音波出力レベルが異なるように取り出した複数の超音波出入力線Ｌ（図６参照）とを備え、この複数の超音波出入力線Ｌを、中央部Ａと壁側Ｂとの超音波振動子４Ａ、４Ｂに各々接続することで、お互いに超音波出力レベルが異なるように、発振周波数調整、力率補正、及び超音波出力レベル調整を行えるように形成している。
【００２３】
このような超音波発振器３０は、交流電源５から供給された交流電力を受けて、超音波出力レベルを決定している出力制御回路３１で調整し、その後、整流回路３２で直流電力に変換するように形成している。また、超音波発振器３０は、周波数設定をするマイコン３４ａと、周波数信号を作り出すＤＤＳ３４ｂと、周波数信号を増幅するドライブ回路３４ｃとから成る駆動周波数設定回路３４を有し、ここから送られる発振周波数で前述した整流回路３２の直流電力をスイッチングするようにスイッチング出力回路３３を有している。
そして、図７及び８に示すように、スイッチング出力回路３３で生成された超音波出力を力率補正回路３５で位相のずれを修正した後、出力トランス３６の１次側に印加し、電圧を昇圧又は降圧させるために調整された出力トランス３６の２次側の巻数が異なる２つの端子（コイル）から各々超音波出力が異なる、中央部用入力線Ｌ１と壁側用入力線Ｌ２との２本の超音波出力入力線Ｌ（図６参照）を取り出し、それぞれ輻射板１２に装着した中央部Ａの超音波振動子４Ａと、壁側Ｂの超音波振動子４Ｂとに各々接続して、超音波出力を印加する。この際、中央部用入力線Ｌ１と壁側用入力線Ｌ２とには、各々ＧＮＤ線Ｌ３を対に備えており、中央部Ａの超音波振動子４Ａと壁側Ｂの超音波振動子４Ｂとに各々接続している。
【００２４】
ここで、中央部用入力線Ｌ１と壁側用入力線Ｌ２とは、図８に示したように、出力トランス３６の２次側の巻数が異なる２つ別々の端子（コイル）から取り出しているが、これに限定されるものではなく、例えば、２次側の１つの端子（コイル）から取り出すことも可能である。この１つの端子（コイル）から取り出す場合、図９に示すように、スイッチング出力回路３３及び力率補正回路３５を介して超音波出力が入力される出力トランス３６において、１次側と２次側とで端子（コイル）が各々対称に設けられ、この２次側の端子から壁側用入力線Ｌ１とＧＮＤ線Ｌ３とを取り出し、更に、この壁側用入力線Ｌ１とＧＮＤ線Ｌ３と間の端子から中央部用入力線Ｌ２を取り出している。即ち、中央部用入力線Ｌ１と壁側用入力線Ｌ２とは、図９に示したように、ＧＮＤ線Ｌ３を共有するように設けてあり、これにより配線を減らして簡単な構造にすることで製造コストを低減することができる。
【００２５】
尚、出力トランス３６と力率補正回路３５との順序が逆になっても問題はない。しかし、この場合、出力トランス３６後の中央部用入力線Ｌ１側と壁側用入力線Ｌ２側とに各々力率補正回路３６を２つ設ける必要があり、このような構造にすることで、前述した図５に示した力率補正回路と超音波振動素子との回路構造を採用することが可能になる。
【００２６】
そして、輻射板１２からの照射音圧が高くなりやすい中央部Ａには、比較的低い超音波出力レベルが出力される出力トランス３６の２次側電力の低い端子に接続されて中央部用入力線Ｌ１を介して超音波出力をそのエリア直下の超音波振動子４Ａに入力する。また、照射音圧が低くなりやすい壁側Ｂには、比較的高い超音波出力レベルが出力されるトランス３６の２次側電力の高い端子に接続されて壁側用入力線Ｌ２を介して超音波出力をそのエリア直下の超音波振動子４Ｂに入力する。これにより、処理槽１０（図１参照）内の音圧分布を均一にして、ムラのない洗浄を被洗浄物１に対して行うことができる。
【００２７】
ここで、図６に示した超音波発振器３０において、超音波振動子４の振動速度を検出し、その検出信号電圧をマイコンに振動速度として与えることで、音圧分布を把握して、より効果的に超音波出力を調整できるように設けることもできる。このような超音波振動子４の振動速度を検出するブリッジ回路４０を有した超音波発振器の他の実施例について、図１０乃至１３を参照して詳細に説明する。
このブリッジ回路４０を有した超音波発振器の他の実施例は、図１０に示すように、複数の超音波振動子４の各々１つに対して、各々ブリッジ回路４０を設けることで超音波振動子４の振動速度を検出可能にしている。具体的には、図８または９に示した出力トランス３６の２次側以降に、力率補正回路３５と超音波振動子４とを備え、図１０に示したように、この力率補正回路３５と超音波振動子４との間にブリッジ回路４０を介在させることで形成されている。ここで、ブリッジ回路４０は、例えば、図８及び９に示した中央部Ａと壁側Ｂとの超音波振動子４Ａ、４Ｂを有している場合、この両方の振動子に対応させて各々形成される（図１２及び１３参照）。
ここで、力率補正回路３５は、例えば、図８に示した中央部用入力線Ｌ１とＧＮＤ線Ｌ３とのように２次側以降に平行して延在する配線に対し、図１０に示したように、平行して延在する一対の線をお互いに連結するように力率補正用インダクタ３５ａを配置している。尚、この力率補正用インダクタ３５ａは、平行する線をお互いに連結することに限定されるものではなく、例えば、図１１に示すように、平行する片側の線のみに直列に設けた力率補正用インダクタ３５ｂを配置して力率を補正することも可能である。この力率補正用インダクタは、図５に示した力率補正用インダクタ２６ｂに対応するものであり、図５における説明と重複する説明は省略する。
【００２８】
尚、ブリッジ回路４０は、図１０に示したように、ブリッジ出力検出用抵抗４０ａによって出力電圧、出力電流を検出する場合、一辺の超音波振動子４と、その他のブリッジ用コンデンサ４０ｂ、４０ｃ、４０ｄとによりなる従来よく知られた周知のブリッジ構成を有しており、この超音波振動子４とブリッジ用コンデンサ４０ｂ、４０ｃ、４０ｄとのインピーダンスの平衡が成り立つように形成されている。
具体的には、例えば、交流電源によって動作する超音波（圧電：電歪）振動子４の端子電圧をＶ、端子電流をＩ、制動アドミタンスをＹｄ、動アドミタンスをＹｍとすると、次の（式１）により表すことができる。
Ｉ＝（Ｙｄ＋Ｙｍ）Ｖ …（式１）
また、動アドミタンスＹｍは、超音波振動子４の力係数をＡ、超音波振動子４の機械端子における振動速度をｖとすると、次の（式２）により表すことができる。
Ｙｍ＝Ａ・ｖ／Ｖ …（式２）
故に、上記（式１）のＹｍに、上記（式２）のＹｍを代入することで、超音波振動子４の端子電流Ｉは、次の（式３）のように求めることができる。
Ｉ＝Ｙｄ・Ｖ＋Ｙｍ・Ｖ＝Ｙｄ・Ｖ＋Ａ・ｖ …（式３）
このような（式３）により、動アドミタンスに流れる電流Ｙｍ・Ｖは、振動速度ｖに比例することが分かる。
ここで、インピーダンスＺは、Ｚ＝１／Ｙで求められるため、図１０に示したブリッジ回路４０の各比例辺において、ブリッジ用コンデンサ４０ｂがｐ／Ｙｄ（ｐ：実数の係数）となり、ブリッジ用コンデンサ４０ｃがｐ／ｍ・Ｙｄ（ｐ：実数の係数、ｍ：複素数の係数）となり、ブリッジ用コンデンサ４０ｄが１／ｍ・Ｙｄ（ｍ：複素数の係数）となるとともに、超音波振動子４が１／（Ｙｄ＋Ｙｍ）と表すことができる。
このように、超音波振動子４を一辺としたブリッジ回路４０を構成し、制動アドミタンスＹｄについて平衡をとり、超音波振動子４の制動時、即ち、１／Ｙｍ＝０のときにブリッジ出力電圧がゼロになるようにすれば、振動時にはＹｍ・Ｖに比例するブリッジ出力を得ることができる。
尚、ブリッジ回路４０の電力損を少なくするために比例辺１／ｍ・Ｙｄとｐ／ｍ・Ｙｄとは低損失コンデンサを用い、また、平衡結線に流れる電流を振動子端子電流より十分に小さくとるためｐの値は１０以上を選ぶ。
そして、このような構成のブリッジ回路４０は、１つの超音波振動子４における振動速度を、ブリッジ出力検出用抵抗４０ａによって出力電圧、出力電流として検出することができる。また、このブリッジ出力検出用抵抗４０ａで検出された出力電圧及び出力電流は、図１０に示したブリッジ回路４０に接続された出力電圧検出回路４２及び出力電流検出回路４４に各々入力されて更に乗算器４６を介して、マイコン４８に振動速度として検出信号電圧を与えられる。
【００２９】
次に、前述の図１０に示したブリッジ回路４０による検出構造を、図８及び図９に示した超音波発振器に各々適用した場合について、図１２及び図１３を参照して詳細に説明する。尚、図１２及び１３には、図８乃至１０に示した構成要素と対応する同じ構成要素には対応させて同一の符号を記載している。
まず、図１０に示したブリッジ回路４０の振動速度検出構造を図８に示した超音波発振器に採用した場合、図１２に示すように、スイッチング出力回路３３から出力トランス３６を介して２次側の中央部Ａの超音波振動子４Ａと壁側Ｂの超音波振動子４Ｂとに対し、各々ブリッジ回路４０Ａ、４０Ｂを各々備えており、この各ブリッジ回路４０Ａ、４０Ｂの各々に対し、出力電圧検出回路４２、出力電流検出回路４４、乗算器４６、及びマイコン４８を接続している。ここで、マイコン４８は、中央部Ａの超音波振動子４Ａと、壁側Ｂの超音波振動子４Ｂとに合わせて２つ設ける必要がないため、１つ設けることで共有している。また、その他の各構成要素については、既に前述しているため重複する説明は省略する。
一方、図１０に示したブリッジ回路４０の振動速度検出構造を図９に示した超音波発振器に採用した場合も同様に、図１３に示すように、中央部Ａの超音波振動子４Ａと壁側Ｂの超音波振動子４Ｂとに対して各々ブリッジ回路４０Ａ、４０Ｂを備え、ここから出力電圧検出回路４２、出力電流検出回路４４、及び乗算器４６を介し、前述したように１つ設けて共有するマイコン４８に各々接続されている。
【００３０】
このような構造によるブリッジ回路４０を有した超音波発振器は、超音波振動子４の振動速度により音圧分布の均一化を判断する場合、輻射板１２の設置面１２ｂ上（図６参照）に装着した全ての超音波振動子４Ａ、４Ｂの振動速度が、等しければ、各々の超音波振動子４から照射される音圧も等しいので、洗浄槽１０内の音圧分布は均一であると判断できる。
故に、照射音圧が高くなりやすい輻射板１２の中央部Ａにおける振動速度検出信号電圧と、照射音圧が低くなりやすい輻射板１２の壁側Ｂにおける振動速度検出信号電圧とが、お互いに同等となるように、超音波発振器３０の超音波出力を、図７に示した出力制御回路３１によって設定することで音圧分布を均一化できる。
尚、図１２及び１３に示した実施例では、図１０に示したブリッジ回路４０の振動速度検出構造を、図６に示した超音波発振器３０を１台だけ設けた場合にのみ適用した実施例を説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、図３に示した超音波発振器２０Ａ、２０Ｂを２台設けた場合にも十分採用することは可能である。
【００３１】
以上、説明したように本発明による超音波処理装置の第１の実施形態によると、処理槽の底部から照射する超音波振動子３（または４）への超音波出力（出力レベル）を超音波発振器２０（または３０）の簡単な構造により中央部Ａと壁側Ｂとで各々変えることができるため、常に処理液中に照射される超音波の音圧分布を均一にでき、洗浄ムラのない安定した洗浄が期待できる。また、ブリッジ回路４０による振動速度検出構造を備えることで、より効果的に超音波出力を調整して音圧分布を均一化できる。
【実施例２】
【００３２】
次に、図１４及び図１５を参照して、本発明による超音波処理装置の第２の実施形態を詳細に説明する。本発明による超音波処理装置の第２の実施形態は、図１４（ａ）および（ｂ）に示すように、超音波振動子３を、投込みケース６０の液中に浸漬させた外側上面の照射面６０ａに対応する裏面に位置するように防水状態の中空内上面の設置面６０ｂに配置させて収納し、処理液２で満たされた処理槽５０の液内底部に浸漬させて励振させることで処理液中の被洗浄物１を洗浄可能に設けており、これは図３０に示した従来技術と同様の超音波洗浄装置である。また、図１４（ｂ）に示した投込みケース６０の中空内には、配線用フランジ６３を介して延在する配線用配管６４から配線された超音波出入力線ＬとＧＮＤ線Ｌ３とを引き込むことにより外部の超音波発振器（図示せず）に複数の超音波振動子３を接続させている。
また、第２の実施形態では、図３０に示した従来技術とは異なり、図１４（ｃ）に示すように、投込みケース６０の中空内上面に中央の中央部Ａ及びその周囲を囲む壁側Ｂからなる設置面６０ｂを設定し、この設置面６０ｂ内で処理槽５０の洗浄状態に応じて、超音波発振器により中央部Ａに低い超音波出力を入力して励振させる超音波振動子３Ａと、壁側Ｂに高い超音波出力を入力して励振させる超音波振動子３Ｂとを各々備えている。
【００３３】
ここで、図１４に示した超音波振動子３は、プレート型の振動子を用いているが、このプレート型に限定されるものではなく、例えば、第１実施形態で図２に示したランジュバン型の振動子を用いることも可能である。このようなランジュバン型による超音波振動子４は、図１５（ａ）及び（ｂ）に示すように、電圧を加えると伸縮するピエゾ（ＰＺＴ）素子と呼ばれる圧電セラミック４ａの一種を、金属からなる円柱状の金属ブロック４ｂで挟み込みボルト（図示せず）を用いて締結している。更に、投込みケース６０の中空内の設置面６０ｂに立っているスタッドボルト（図示せず）に固定する構造を備えている。このような構造による超音波振動子４は、図１５（ｂ）に示したように、投込みケース６０に装着する面が円形で図１４に示したプレート型の超音波振動子３に比べて複数配置することが可能なため、中央部Ａと壁側Ｂとの割合を自由に細かく調整（設置数や設置場所によって自由に調整）でき、この中央部Ａを正方形や矩形ではなく洗浄状態に応じて図１５（ｂ）に示した複雑な形状に設定することができる。
【００３４】
ところで、第２の実施形態では、第１の実施形態の図１に示した輻射板１２が、図１４（ｃ）及び１５（ｂ）に示した投込みケース６０に変わっただけであって、基本的に中央部Ａと壁側Ｂとに分けた設置面６０ｂを設定して超音波振動子３Ａ、３Ｂ（または４Ａ、４Ｂ）を備えるため、図３乃至図１３に示した超音波発振器の構造を、そのまま適用することが可能である。従って、第２の実施形態では、第１の実施形態の超音波発振器と同じものを採用できるため、ここでは前述した超音波発振器の内容と重複する説明は省略する。
【００３５】
以上、説明したように本発明による超音波処理装置の第２の実施形態によると、第１の実施形態の輻射板を単に投込みケース６０に変えた構造であり、中央部Ａと壁側Ｂとに分けた設置面６０ｂを設定することは同じであるため、第１の実施形態と同様の効果が得られるとともに、超音波振動子３（または４）を処理槽５０に予め固定する必要がなく投込みケース６０により投込み式に設置できるため、処理槽５０の大きさや形状などの種々の構造が変わったとしても容易に対応することができる。
【実施例３】
【００３６】
次に、前述した中央部Ａの超音波振動子と壁側Ｂの超音波振動子とに与える超音波出力レベル（電力）を各々変えることで音圧分布を均一化させる第１及び第２の実施形態とは異なり、輻射板に溝または梁を設けて音圧分布を均一化させる従来技術がある。この従来技術としては、例えば、輻射板に梁を設けて超音波振動子間の相互作用を分断して音圧分布を均一に抑える構造（実開昭５６−１０７７００号公報：以下、特許文献３と称す）や、輻射板に溝を設けて振動を抑制して音圧分布を均一に抑える構造（実開昭６２−３１９７９号公報：以下、特許文献４と称す）などが、よく知られている。
即ち、本発明による超音波処理装置の第３の実施形態は、前述の特許文献３及び４を採用することで、中央部Ａと壁側Ｂとの音圧分布をより効果的に均一化できるように形成したものである。ここで、第２実施形態の投込みケースは、処理液中に浸漬して周囲が固定されず全体的に励振するため、中央部Ａと壁側Ｂとの音圧分布の差は、前述した電力を変えるだけで十分に均一化できる。しかし、第１実施形態の輻射板は、槽底部の側壁に外周が確実に固定されるため、中央部Ａと壁側Ｂとの音圧分布の差が大きく、前述した電力を変える以外に、前述した特許文献３又は４の溝や梁で音圧分布を調整しなければならい場合もある。
よって、第３の実施形態は溝または梁を輻射板に形成して音圧分布を均一化する場合を前提としており、以下、その基本構造を図１６〜２１を参照しながら詳細に説明する。
【００３７】
本発明による超音波処理装置の第３の実施形態は、図１に示したように、処理槽１０の底面に取付けられて複数の超音波振動子３を装着した輻射板を有し、この輻射板の設置面に溝または梁を形成することで、音圧分布を均一化できるように形成したものである。具体的に、第３の実施形態は、図１６に示すように、超音波振動子３を複数装着させた輻射板１２０の設置面に、この複数の超音波振動子３を全て囲む最外周枠１２２ａと、この最外周枠１２２ａ内で複数の超音波振動子３を１個の単位ごとに区画して囲む区画枠１２２ｂとを有し、当該最外周枠１２２ａと区画枠１２２ｂとを凹状の溝または凸状の梁により形成してなる枠部１２２を備えている。尚、図１６では、最外周枠１２２ａを黒く塗り潰し、区画枠１２２ｂをハッチングにより記載しているが、以下の図１７及び１９を参照して後述するが、お互い同じ溝または梁であって、便宜上、最外周枠１２２ａと区画枠１２２ｂとを区別するために塗り潰し部とハッチング部とにより記載している。このように第３の実施形態は、超音波振動子３を複数装着する輻射板１２０の設置面に、最外周枠１２２ａと区画枠１２２ｂとによる溝または梁を設けた簡単な構造であって、第１及び第２実施形態における中央部の低い超音波出力及び前記壁側の高い超音波出力を各々印加する技術に加えて、更に、音圧分布を均一化できる枠部１２２を備え、処理液中に照射される超音波の音圧分布をより均一にして洗浄ムラのない安定した洗浄を可能にしたものである。
【００３８】
ここで、輻射板１２０は、図１６に示したように、溝または梁からなる最外周枠１２２ａにより複数の超音波振動子３を全て囲み、この最外周枠１２２ａ内の複数の超音波振動子３を更に区画枠１２２ｂにより１個の単位で格子状に囲むように形成されている。尚、輻射板１２０は、一般的に図１に示した処理槽１０の本体１１底部にボルト１７で全周囲を固定させており、処理槽１０の外周壁側に隣接した超音波振動子３（例えば、図１６に示した最外周枠１２２ａに接した１０個の超音波振動子）は振動が抑制されて照射音圧が低くなりやすく、逆にその中央部の超音波振動子３（例えば、図１６に示した中央２個の超音波振動子）は照射音圧が重畳して高くなりやすくなる。このような場合、輻射板１２０は、前述した溝または梁からなる最外周枠１２２ａと区画枠１２２ｂとを設けることで、この最外周枠１２２ａが、図１に示した処理槽１０底部の外周壁に固定された外周壁と超音波振動子３との振動抑制を遮断して中央部Ａと壁側Ｂとの照射音圧を均一にさせる役割をするとともに、区画枠１２２ｂが１個ごとの超音波振動子３に対して振動応力を分散させて照射音圧が重畳することを抑制して高くなりやすい中央部Ａの音圧を低減させて初期段階での不均一な音圧分布の度合いを軽減させる役割を各々果たしている。即ち、第３の実施形態においては、輻射板１２０から照射される音圧分布を均一にする場合、最も重要な役割をするのが最外周枠１２２ａであって、この最外周枠１２２ａにより壁側Ｂの超音波振動子３の振動抑制を十分に遮断されないと全体の均一性が得られないため、最初に最外周枠１２２ａを設定し、その後、最外周枠１２２ａに対応する区画枠１２２ｂを調整することが最も好ましい。また、最外周枠１２２ａは、好ましくは、図１６に示したように、輻射板１２０の外周端にネジ止めされる壁から中心に向かって内側に６ｃｍ以上離した位置に形成することが望ましい。
【００３９】
そして、このような輻射板１２０に形成される最外周枠１２２ａと区画枠１２２ｂとからなる枠部１２２は、溝により形成する場合１２２−１と、梁により形成する場合１２２−２との方法があり、その各基本構造について、図１７〜図２０を参照して各々詳細に説明する。
まず、輻射板１２０の最外周枠１２２ａと区画枠１２２ｂとが溝により形成された枠部１２２−１の場合、図１７（ａ）に示すように、輻射板１２０の板厚に対して凹状に薄く切り欠くように溝を形成されており、この輻射板１２０表面で複数の超音波振動子３を１個ごと区画して囲むように形成されている。この際、溝により形成した枠部１２２−１は、図１７（ｂ）に示すように、輻射板１２０の複数の超音波振動子３が配列されているお互いの間を全て二分するように格子状に切り欠いて分けてあり、各超音波振動子３が全て同じ条件で励振するよう個々に区画されている。
【００４０】
ここで、具体的に溝による枠部１２２−１を有した輻射板１２０と、枠部の無い輻射板との音圧分布を対比するため、図１８を参照して詳細に説明する。尚、図１８に示した音圧分布は、複数の超音波振動子３に対し、全て同じ出力レベル（電力）を印加して励振させた場合を示している。
図１８（ａ）に示すように、枠部の無い輻射板の場合、輻射板の周囲が槽壁により固定されるため、この照射板の中央の中央部Ａと、その周囲の壁側Ｂとでは音圧分布が均一にならない。即ち、輻射板の周端が槽壁により固定され、輻射板の表面で一列に近隣した超音波振動子３間の振動がお互い伝達されて結合されてしまい、中央の中心部Ａ（固定した壁側Ｂから離れて振動し易い中心部Ａ）になるほど強く、その周囲の壁側Ｂになるほど弱くなり、結果的に音圧分布が均一にならない。従って、音圧分布は、図１８（ａ）に示したように、周囲の壁側Ｂが低く、中央の中心部Ａが鋭利に最も高く突出した曲線になる。
これに対し、溝による枠部１２２−１を有した輻射板１２０は、図１８（ｂ）に示すように、槽壁に固定された外周端側の壁側Ｂで超音波振動子３の振動が抑制されることをフリーの枠部１２２−１により遮断される。具体的には、槽壁に固定された外周端から６ｃｍ以上離れた枠部１２２−１の最外周枠１２２ａ（図１６参照）が、最初に固定された壁側の抑制を遮断する。その後、この内部で、枠部１２２−１の区画枠１２２ｂ（図１６参照）が超音波振動による振動応力を分散させて照射音圧が重畳することを抑制する。よって、音圧の高くなりやすい中央部Ａの音圧が低減され、初期段階での不均一な音圧分布の度合いを軽減させることができる。従って、図１８（ａ）に示した中央部Ａと壁側Ｂとの大きな音圧の差が軽減され、図１８（ｂ）に示したように、緩やかな曲線で水平に近い（図１８（ａ）の曲線に比べて水平に近い）音圧分布が得られることが分かる。尚、溝による枠部１２２−１を設けた輻射板１２０では、図１８（ｂ）に示したように、音圧分布が比較的高い位置に発生する。
【００４１】
次に、輻射板１２０の最外周枠１２２ａと区画枠１２２ｂとを梁により形成された枠部１２２−２の場合、図１９（ａ）に示すように、輻射板１２０の板厚を切り欠くことなく、その表面から梁を凸状に突出させて一体に形成しており、複数の超音波振動子３を１個ごと囲むように区画している。この際、梁により形成した枠部１２２−２は、図１９（ｂ）に示すように、複数の超音波振動子３が配列されているお互いの間を全て二分するように格子状に突出させて設けてあり、各超音波振動子３が全て同じ条件で励振するよう個々に区画されている。
そして、梁による枠部１２２−２を設けた輻射板１２０は、図２０に示すように、槽壁により固定された外周端側の壁側Ｂで超音波振動子３の振動が抑制されることを、梁により固定する枠部１２２−２によって遮断している。尚、図２０に示した音圧分布は、前述と同様に、複数の超音波振動子３に対し、全て同じ超音波出力レベル（電力）で入力して励振させた場合を示している。また、枠部１２２−２は、図１６に示した最外周枠１２２ａと区画枠１２２ｂとが各々振動の抑制を遮断することは上述した溝の枠部１２２−１と同じであり、重複する説明は省略する。また、梁による枠部１２２−２を設けた輻射板１２０は、上述した溝による枠部と異なり、図２０に示すように、音圧分布が比較的低い位置に発生することが大きく異なる。即ち、輻射板１２０は、音圧の高さに応じて、溝または梁いずれかの枠部を選択することができる。
【００４２】
ここで、溝または梁による枠部を設けた輻射板１２０は、例えば、第１実施形態の図６に示した超音波発振器を採用して出力レベル（電力）を変えて動作させることで、より効果的に音圧分布を均一化できる。このような図６に示した超音波発振器を、図１７及び１９に示した輻射板に各々採用した動作による音圧分布を、図２１を参照して詳細に説明する。
まず、溝による枠部１２２−１を設けた輻射板１２０は、図２１（ａ）に示すように、輻射板１２０からの照射音圧が高くなりやすい中央部Ａの超音波振動子３に対し比較的低い超音波出力レベルの電力が印加され、照射音圧が低くなりやすい壁側Ｂの超音波振動子３には比較的高い超音波出力レベルの電力が印加されている。このように超音波発振器（図６参照）から中央部Ａと壁側Ｂとの超音波振動子３に各々与える電力を変えることで、図２１に示すように、音圧分布が水平方向でほぼ直線になるため、十分に均一化されていることが分かる。
一方、図２１（ｂ）に示すように、梁による枠部１２２−２を設けた輻射板１２０は、前述した溝による枠部と同様に、輻射板１２０の中央部Ａの超音波振動子３に低い超音波出力レベルの電力を印加し、壁側Ｂの超音波振動子３に高い超音波出力レベルの電力を印加することで、音圧分布が水平方向でほぼ直線になるため、十分に均一化されていることが分かる。
この際、図１８（ｂ）及び図２０に示した音圧分布と同様に、溝の枠部１２２−１を設けた輻射板１２０の音圧分布は図２１（ａ）に示したように比較的高い位置に発生し、梁の枠部１２２−２を設けた輻射板１２０の音圧分布は図２１（ｂ）に示すように比較的低い位置に発生する。
【００４３】
このように、本発明による超音波処理装置の第３の実施形態は、溝または梁による枠部１２２を輻射板に形成した上で、中央部Ａと壁側Ｂとの超音波振動子３に与える超音波出力レベルの電力を各々変えることができるため、第１及び第２実施形態と同様の効果を得ることができるとともに、この溝または梁の枠部１２２により、初期段階での不均一な音圧分布の度合いを軽減（微調整）することができる。
【００４４】
ところで、第３の実施形態において、図１６に示した溝または梁による枠部１２２は、超音波振動子３の周囲で矩形の格子状に囲む実施例を説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、図１６に示したプレート型の超音波振動子３をランジュバン型（図２参照）に変えることで、輻射板１２０に接する面が円形で複数自由に配置でき、この中央部Ａと壁側Ｂとの割合を自由に調整し、洗浄状態に応じて複雑な配置に設定することができ、これは既に、第１及び第２の実施形態で説明している。さらに加えて、溝または梁による枠部１２２の形成（配置）においても種々の実施例があって、以下、図２２〜２８を参照して詳細に説明する。尚、以下に説明する種々の実施例では、基本的に、図１６に示したプレート型の超音波振動素子３を用いた場合を例にとって説明するが、ランジュバン型の超音波振動素子に変えて採用することは当然可能である。また、最外周枠及び区画枠においても、溝または梁いずれかを適宜選択して採用することは可能である。
【００４５】
まず、図２２を参照して、輻射板１２０での超音波振動子３の配置を変えた場合について詳細に説明する。この配置を変える他の実施例は、図１６に示した複数の超音波振動子３を行列方向に一列に並べて格子状に区画した実施例に対し、図２２（ａ）に示すように、前述した格子状の状態から１行置きの行を、超音波振動子３が半個分片側にずれて列方向でジグザグの千鳥状になるように配列させている。そして、この千鳥状に配列された各超音波振動子３は、各々１個ごとに区画枠１２２ｂにより区画されるとともに、その千鳥状の外周を最外周枠１２２ａにより囲むように枠部１２２を形成している。ここで、区画枠１２２ｂ及び最外周枠１２２ａは、例えば、図２２（ｂ）に示すように、輻射板１２０の表面に凹状の溝からなる枠部１２２により形成し、各超音波振動子３を全て同じ条件で振動できるように個々に囲むように形成できる。
このような超音波振動子３を千鳥状に配列させた輻射板１２０によると、洗浄時に照射音圧を被洗浄物に均一に照射することができ、洗浄ムラなく良好に洗浄できる。より具体的に説明すると、被洗浄物は、処理工程において外部から処理槽内に搬送されて処理が終了して取り出されるまで、図２３（ａ）に示す搬送経路Ｃに沿って搬送され、処理槽内で超音波振動子３上を移動させながら処理（洗浄）する場合がある。この場合、格子状に区画した超音波振動子３では、図２３（ａ）に示したように、搬送経路Ｃに対して行列方向に各々配列させて直上に照射する照射音圧が、隣合う相互間で、干渉などにより照射されない被照射領域Ｄが生じる場合があるため、洗浄ムラを発生させる原因になってしまう。そのような場合でも、千鳥状に配列させた輻射板１２０によると、図２３（ｂ）に示すように、搬送経路Ｃに対して最初の列で被照射領域Ｄが生じたとしても、その１行置きにずらして設けた次の列により被照射領域Ｄ部分を補って照射できるため、洗浄ムラなく良好に洗浄することが可能になる。
【００４６】
また、図１６〜２３に示した輻射板１２０の区画枠１２２ｂは、隣合う各超音波振動子３の間を１本の溝（または梁）により共有して格子状に区画した実施例を詳細に説明したが、他の実施例として、隣合う各超音波振動子３どうしの音圧の干渉を避けるため、個々に独立して区画する方法もある。この独立して区画する輻射板１２０は、図２４に示すように、複数の超音波振動子３を格子状に囲むのではなく、最外周枠１２２ａ内で個々に間隔を有して独立させて囲む区画枠１２２ｂを有した枠部１２２に形成している。これにより輻射板１２０では、隣合う各超音波振動子３の間を、各々独立した相互の区画枠１２２ｂにより２本で遮断することが可能になり、音圧の干渉により照射音圧が変化することを確実に防止し、所望の音圧通り照射することができる。
尚、この独立して区画する輻射板１２０では、各超音波振動子３どうしが離間する位置に配置されるため、図２３（ａ）に示した被照射領域Ｄが生ずる可能性もあり、その場合、図２３（ｂ）に示した千鳥状に配列することで解消することも可能である。この際、格子状と千鳥状との輻射板１２０を両方用意し、適宜、処理槽１０の本体１１（図１参照）底面に付け替えることで容易に対応することができる。
【００４７】
ところで、このように形成された種々の実施形態において、輻射板１２０から照射される音圧分布を均一にする場合、最も重要な役割を果すのが最外周枠１２２ａであることは既に述べた通りである。とすると、最外周枠１２２ａは、区画枠１２２ｂとは異なる役割をするため、その形状も区画枠１２２ｂとは異なるように形成されても矛盾はない。
より具体的に説明すると輻射板１２０には、図２５に示すように、枠部１２２として、複数の超音波振動子３を区画する区画枠１２２ｂに対して、最外周枠１２２ａ（溝又は梁）の幅を変えて形成することができる。尚、図２５では最外周枠１２２ａの幅を変えているが、例えば、溝または梁の深さや高さも変えることができ、深さまたは高さと、幅とのいずれか一方或いは両方を変えることも可能である。例えば、区画枠１２２ｂ及び最外周枠１２２ａが溝である場合は、図２６（ａ）に示すように、区画枠１２２ｂに比べて最外周枠１２２ａの溝の深さと幅とのいずれか一方或いは両方を適宜変えることができるが、この図２６（ａ）では深さを深く、幅を広くすることで両方変えて形成されている。一方、梁である場合は、図２６（ｂ）に示すように、区画枠１２２ｂに比べて最外周枠１２２ａの梁の高さと幅とのいずれか一方或いは両方を変えることができるが、この図２６（ｂ）では高さを高く、幅を広くすることで両方変えて形成されている。
これにより最外周枠１２２ａは、例えば、図２１に示した輻射板１２０の槽壁により固定された壁側Ｂの振動抑制を遮断して防止する度合いを調整可能になり、結果的に音圧分布が均一になるように十分な役割を果すことができる。
【００４８】
また、他の実施例として、前述の幅を変えた最外周枠１２２ａに加えて、更に区画枠１２２ｂ内の一部の幅を変えて形成しても良い。これは、図２１に示した輻射板１２０の中央部Ａと壁側Ｂとで各々音圧分布が異なるため、当然、中央部Ａと壁側Ｂとで均一になるように溝または梁の形状を変えて調整することは可能である。また、中央部Ａと壁側Ｂとの各超音波振動子３に印加する超音波出力レベルを変える場合は、特に、この出力レベルが異なるエリアごとに区別して区画することもできる。この場合、壁側Ｂは前述した最外周枠１２２ａにより調整可能なため、その他、区画枠１２２ｂ内の一部（図２７に示した中央枠１２２ｃ：中央部Ａ）の幅を変える場合について詳細に説明する。尚、幅のみでなく、深さまたは高さと、幅とのいずれか一方または両方を変えても良い。
まず、図２５で示したように、輻射板１２０に装着した全ての超音波振動子３の外側を囲む最外周枠１２２ａの幅を区画枠１２２ｂと異なるように形成し、これと同様に、図２７（ａ）に示すように、最外周枠１２２ａ内の区画枠１２２ｂのうち中央の中心部にある複数個（図２７では２個）を組合わせて外周を囲んだ中央枠１２２ｃを更に新たに設定する。そして、この中央枠１２２ｃは、上述した最外周枠１２２ａと同様に幅を変えて形成し、この外側の壁側Ｂにある最外周枠１２２ａとにより２つのエリアに区分させる。ここで、最外周枠１２２ａと中央枠１２２ｃとの溝または梁の形状は、処理状態に応じて同じまたは異なるように形成してもよい。
そして、この図２７（ａ）に示した輻射板１２０と同様に、図２２及び図２４に示した輻射板１２０に対しても、図２７（ｂ）及び（ｃ）に示すように、幅が異なる最外周枠１２２ａと中央枠１２２ｃとを形成することで、区画枠１２２ａを容易に２つのエリアに区分することができる。ここで、図２７（ａ）及び（ｂ）に示した中央枠１２２ｃは区画枠１２２ｂに沿って設定できるが、図２７（ｃ）に示した中央枠１２２ｃは区画枠１２２ｂが各々独立して形成されているため、区画枠１２２ｂのうち中央の中心部にある複数個を組み合わせて離れた各枠の外周を各々接続して囲んだ中央枠１２２ｃを更に形成する必要がある。例えば、図２７（ｃ）では、中央の２つの超音波振動子３を個々に囲む区画枠１２２ｂの離れた間を接続して囲む中央枠１２２ｃを有している。
これにより、図２５に示した輻射板１２０に比べて、図２１に示した中央部Ａと壁側Ｂとの音圧の差を、より均一に調整することができる。
【００４９】
さらに、前述の図１６〜２７に示した輻射板１２０では、区画枠１２２ｂが複数の超音波振動子３を必ず１個ごとの単位で区画する場合を想定している。これに対し、１個ごとに区画するのではなく、中央部Ａと壁側Ｂとの２つのエリアに合わせて複数単位で区画することも可能である。
この超音波振動子３を複数単位で区画する輻射板１２０は、図２８（ａ）に示すように、最外周枠１２２ａ内の複数の超音波振動子３のうち区画枠１２２ｂが中央の中心部にある複数個（図２８（ａ）では２つ）を組合わせて外周を囲むことで、この中心部の区画枠１２２ｂと、その外側の壁側にある最外周枠１２２ａとにより、２つのエリアに区画できるように配設されている。即ち、複数の超音波振動素子３を全て１ずつ囲む必要はなく、音圧分布の差が生じる中央部Ａと壁側Ｂとの２つのエリアだけに合わせて区画することも可能である。尚、このエリア内で超音波振動素子３間の干渉（または結合）が生じる場合は、その干渉が生じる一部分だけに新たな区画枠（例えば、複数単位の区画枠）を設けてもよい。これにより区画構造が簡単な構造になり、輻射板の製造コストを低減することができる。
ここで、輻射板１２０には、例えば、超音波振動子３を多数配列させることで、２つ以上のエリアに区画できるように、更なる枠を複数配置させる場合もある。この場合、例えば、図２８（ｂ）に示すように、区画枠１２２ｂから最外周枠１２２ａまでの間で、更に囲む枠として更なる枠１２２ｄを備え、最外周枠１２２ａ内で中心から段階的に外側に向かって複数のエリア（図１３（ｂ）では３エリア）に区画できるように配設させることも可能である。即ち、中央部Ａと壁側Ｂとの２つのエリアだけでなく、多数のエリアに区画することで、状況に応じて細かい音圧分布の均一化が実現できる。
【００５０】
以上、本発明による超音波処理装置の実施の形態を詳細に説明したが、本発明は前述した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
例えば、矩形で箱状の処理槽に合わせて四角状の設置面を設定した実施の形態を説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、円柱状の処理槽で円状の設置面を設定しても良い。これは具体的に、円柱状の処理槽の外周壁から内側に６ｃｍ以上離れた位置での円状の設置面である。
また、図１６〜２８に示した最外周枠、区画枠、中央枠、更なる枠は、実施の形態で説明した実施例に限定されるものではなく、状況に応じて組み合わせて形成することも可能である。例えば、図２８（ｂ）に示した最外周枠１２２ａと更なる枠１２２ｄとの間だけ（外周だけ）を、図１６に示した格子状に区画してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明による超音波処理装置の第１の実施形態を示す構成図。（実施例１）
【図２】図１に示した超音波振動子の他の実施例を示す図。
【図３】図１に示した超音波処理装置に用いる超音波発振器を示す図。
【図４】図３に示した超音波発振器の内部構造を示すブロック図。
【図５】図４に示した力率補正回路及び超音波振動素子の内部構造を示す回路図。
【図６】図３に示した超音波発振器の他の実施例を示す図。
【図７】図６に示した超音波発振器の内部構造を示すブロック図。
【図８】図７に示した出力トランスから中央部用入力線と壁側用入力線とを引き出す構造を示す回路図。
【図９】図８に示した中央部用入力線と壁側用入力線とを引き出す他の構造を示す回路図。
【図１０】図６に示した超音波発振器に振動速度検出のブリッジ回路を備えた実施例を示すブロック図。
【図１１】図１０に示した力率補正回路の他の実施例を示す図。
【図１２】図１０に示したブリッジ回路を図８に示した超音波発振器に適用した実施例を示す回路図。
【図１３】図１０に示したブリッジ回路を図９に示した超音波発振器に適用した実施例を示す回路図。
【図１４】本発明による超音波処理装置の第２の実施形態を示す構成図。（実施例２）
【図１５】図１４に示した超音波振動子の他の実施例を示す図。
【図１６】本発明による超音波処理装置の第３の実施形態を示す図。（実施例３）
【図１７】図１６に示した最外周枠と区画枠とを溝による枠部で形成した輻射板を示す図。
【図１８】図１７に示した溝による枠部の形成有無による音圧分布を示す特性図。
【図１９】図１６に示した最外周枠と区画枠とを梁による枠部で形成した輻射板を示す図。
【図２０】図１９に示した梁による枠部を設けた輻射板の音圧分布を示す特性図。
【図２１】図６に示した超音波発振器を図１７及び１９の輻射板に採用して動作させた音圧分布を示す特性図。
【図２２】図１６に示した超音波振動子の配置を変えた他の実施例を示す図。
【図２３】図１６に示した枠部が格子状の輻射板と図２２に示した千鳥状の輻射板との照射領域を対比した図。
【図２４】図１６に示した区画枠が離間して独立するように形成した他の実施例を示す図。
【図２５】図１６に示した最外周枠の幅を変えて形成した他の実施例を示す図。
【図２６】図２５に示したＥ−Ｅ線の断面を示す図。
【図２７】最外周枠と中央の中央枠との幅を変えて形成した他の実施例を示す図。
【図２８】最外周枠内の超音波振動子を複数単位で区画した他の実施例を示す図。
【図２９】従来の底部固定型による超音波処理装置の実施形態を示す図。
【図３０】従来の投込み型による超音波処理装置の実施形態を示す図。
【符号の説明】
【００５２】
１ 被洗浄物
２ 処理液
３ 超音波振動子
１０ 処理槽
１１ 本体
１２ 輻射板
１２ａ 照射面
１２ｂ 設置面
１３ フランジ
１４ パッキン
１５ パッキン
１６ フランジ
１７ ボルト
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波発振器より超音波出力を入力することが可能な超音波振動子を、処理液で満たされた処理槽底面の輻射板に外側底部の設置面から配置させて励振させることで処理液中の被洗浄物を洗浄する超音波洗浄装置において、
前記処理槽の輻射板に中央の中央部及びその周囲の壁側からなる前記設置面を設定し、この設置面内で前記処理槽の洗浄状態に応じて、前記超音波発振器により前記中央部に低い超音波出力を入力して励振させる超音波振動子と、前記壁側に高い超音波出力を入力して励振させる超音波振動子とを各々分けて備えることを特徴とする超音波洗浄装置。
【請求項２】
超音波発振器より超音波出力を入力することが可能な超音波振動子を、処理液で満たされた処理槽の液内底部に防水状態で浸漬させる投込みケースの中空内上面の設置面に配置させて励振させることで処理液中の被洗浄物を洗浄する超音波洗浄装置において、
前記投込みケースの中空内上面に中央の中央部及びその周囲の壁側からなる前記設置面を設定し、この設置面内で前記処理槽の洗浄状態に応じて、前記超音波発振器により前記中央部に低い超音波出力を入力して励振させる超音波振動子と、前記壁側に高い超音波出力を入力して励振させる超音波振動子とを各々分けて備えることを特徴とする超音波洗浄装置。
【請求項３】
前記超音波振動子は、前記設置面に直接取り付けるプレート型振動子、または前記設置面に金属ブロックを介した圧電セラミックスをボルトで固定するランジュバン型振動子であることを特徴とする請求項１または２に記載の超音波処理装置。
【請求項４】
前記設置面は、前記処理槽底面の輻射板または前記投込みケース内上面の周囲壁から内側に６ｃｍ以上離した位置に設定した振動子接着エリアであることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の超音波処理装置。
【請求項５】
前記超音波発振器は、前記中央部と壁側との各エリアごとに１台ずつ配置され、この各１台を前記中央部と壁側との前記超音波振動子に各々接続することでお互いに超音波出力レベルが異なるように、発振周波数調整、力率補正、及び超音波出力レベル調整を行うことを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の超音波処理装置。
【請求項６】
前記超音波発振器は、
１次側と２次側とに分離してなり当該２次側に前記超音波振動子を接続させる出力トランスと、
前記出力トランスの１次側に接続させるスイッチング出力回路と、
前記出力トランスの１次側または２次側いずれかに接続させる力率補正回路と、
前記出力トランスの２次側の巻数が異なる複数の端子から、それぞれ超音波出力レベルが異なるように取り出した複数の超音波出入力線とを備え、
前記複数の超音波出入力線を、前記中央部と壁側との前記超音波振動子に各々接続することでお互いに超音波出力レベルが異なるように、発振周波数調整、力率補正、及び超音波出力レベル調整を行うことを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の超音波処理装置。
【請求項７】
前記超音波発振器は、前記出力トランス２次側以降の回路に、ブリッジ回路により前記超音波振動子の振動速度を検出する検出回路を更に設けることを特徴とする請求項６に記載の超音波処理装置。
【請求項８】
前記超音波発振器の力率補正回路は、前記出力トランスと前記超音波振動子との間の２次側に介在して前記超音波振動子の制動電気容量より大きな電気容量を有するキャパシタを前記超音波振動子に対して並列に接続し、且つ、発振周波数が共振周波数となるようなインダクタンスを有するインダクタを前記超音波振動子に直列接続しなることを特徴とする請求項６に記載の超音波処理装置。
【請求項９】
前記複数の超音波振動子を装着させた前記輻射板の設置面には、前記複数の超音波振動子を全て囲む最外周枠と、この最外周枠内の複数の超音波振動子を１個または複数個の単位ごとに区画して囲む区画枠とを有し、当該最外周枠と区画枠とを凹状の溝または凸状の梁により形成され、前記中央部の低い超音波出力及び前記壁側の高い超音波出力に加えて音圧分布を均一化させる枠部を備えたことを特徴とする請求項１及び３乃至８のいずれかに記載の超音波洗浄装置。
【請求項１０】
前記溝または梁の枠部は、前記最外周枠内の複数の超音波振動子を前記区画枠により１個単位で囲む場合、格子状に囲む、または個々に間隔を有して独立させて囲む、或いは前記格子状の１行置きの行を片側にずらして列方向でジグザグの千鳥状に配列させて囲むいずれかにより形成されることを特徴とする請求項９に記載の超音波洗浄装置。
【請求項１１】
前記溝または梁の枠部は、前記最外周枠内の前記区画枠のうち中央の中心部にある複数個を組合わせて外周を囲んだ中央枠を更に設定または形成し、この最外周枠と中央枠とにより前記超音波出力レベルを変える前記壁側及び中央部の２つのエリアに区分させることを特徴とする請求項９または１０に記載の超音波洗浄装置。
【請求項１２】
前記中心部の中央枠及び前記壁側の最外周枠は、他の区画枠に対して深さまたは高さと、幅とのいずれか一方或いは両方を変えて形成されることを特徴とする請求項１１に記載の超音波洗浄装置。
【請求項１３】
前記溝または梁の枠部は、前記最外周枠内の複数の超音波振動子を前記区画枠により複数個の単位で囲む場合、前記最外周枠内の複数の超音波振動子のうち前記区画枠が中央の複数個を組合わせて外周を囲むことで、この外側の前記最外周枠と、その中央の区画枠とにより、前記超音波出力レベルを変える前記壁側及び中央部の２つのエリアに区画できるように配設されることを特徴とする請求項９に記載の超音波洗浄装置。
【請求項１４】
前記溝または梁の枠部は、前記区画枠から前記最外周枠までの間で更に囲む枠を備えて、前記最外周枠内で中心から段階的に外側に向かって複数のエリアに区画できるように配設されることを特徴とする請求項１３に記載の超音波洗浄装置。
【請求項１５】
前記複数の超音波振動子には、前記複数区画したエリアごとに異なる種々の超音波出力レベルを印加（入力）して励振させることを特徴とする請求項１４に記載の超音波洗浄装置。
【請求項１】
超音波発振器より超音波出力を入力することが可能な超音波振動子を、処理液で満たされた処理槽底面の輻射板に外側底部の設置面から配置させて励振させることで処理液中の被洗浄物を洗浄する超音波洗浄装置において、
前記処理槽の輻射板に中央の中央部及びその周囲の壁側からなる前記設置面を設定し、この設置面内で前記処理槽の洗浄状態に応じて、前記超音波発振器により前記中央部に低い超音波出力を入力して励振させる超音波振動子と、前記壁側に高い超音波出力を入力して励振させる超音波振動子とを各々分けて備えることを特徴とする超音波洗浄装置。
【請求項２】
超音波発振器より超音波出力を入力することが可能な超音波振動子を、処理液で満たされた処理槽の液内底部に防水状態で浸漬させる投込みケースの中空内上面の設置面に配置させて励振させることで処理液中の被洗浄物を洗浄する超音波洗浄装置において、
前記投込みケースの中空内上面に中央の中央部及びその周囲の壁側からなる前記設置面を設定し、この設置面内で前記処理槽の洗浄状態に応じて、前記超音波発振器により前記中央部に低い超音波出力を入力して励振させる超音波振動子と、前記壁側に高い超音波出力を入力して励振させる超音波振動子とを各々分けて備えることを特徴とする超音波洗浄装置。
【請求項３】
前記超音波振動子は、前記設置面に直接取り付けるプレート型振動子、または前記設置面に金属ブロックを介した圧電セラミックスをボルトで固定するランジュバン型振動子であることを特徴とする請求項１または２に記載の超音波処理装置。
【請求項４】
前記設置面は、前記処理槽底面の輻射板または前記投込みケース内上面の周囲壁から内側に６ｃｍ以上離した位置に設定した振動子接着エリアであることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の超音波処理装置。
【請求項５】
前記超音波発振器は、前記中央部と壁側との各エリアごとに１台ずつ配置され、この各１台を前記中央部と壁側との前記超音波振動子に各々接続することでお互いに超音波出力レベルが異なるように、発振周波数調整、力率補正、及び超音波出力レベル調整を行うことを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の超音波処理装置。
【請求項６】
前記超音波発振器は、
１次側と２次側とに分離してなり当該２次側に前記超音波振動子を接続させる出力トランスと、
前記出力トランスの１次側に接続させるスイッチング出力回路と、
前記出力トランスの１次側または２次側いずれかに接続させる力率補正回路と、
前記出力トランスの２次側の巻数が異なる複数の端子から、それぞれ超音波出力レベルが異なるように取り出した複数の超音波出入力線とを備え、
前記複数の超音波出入力線を、前記中央部と壁側との前記超音波振動子に各々接続することでお互いに超音波出力レベルが異なるように、発振周波数調整、力率補正、及び超音波出力レベル調整を行うことを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の超音波処理装置。
【請求項７】
前記超音波発振器は、前記出力トランス２次側以降の回路に、ブリッジ回路により前記超音波振動子の振動速度を検出する検出回路を更に設けることを特徴とする請求項６に記載の超音波処理装置。
【請求項８】
前記超音波発振器の力率補正回路は、前記出力トランスと前記超音波振動子との間の２次側に介在して前記超音波振動子の制動電気容量より大きな電気容量を有するキャパシタを前記超音波振動子に対して並列に接続し、且つ、発振周波数が共振周波数となるようなインダクタンスを有するインダクタを前記超音波振動子に直列接続しなることを特徴とする請求項６に記載の超音波処理装置。
【請求項９】
前記複数の超音波振動子を装着させた前記輻射板の設置面には、前記複数の超音波振動子を全て囲む最外周枠と、この最外周枠内の複数の超音波振動子を１個または複数個の単位ごとに区画して囲む区画枠とを有し、当該最外周枠と区画枠とを凹状の溝または凸状の梁により形成され、前記中央部の低い超音波出力及び前記壁側の高い超音波出力に加えて音圧分布を均一化させる枠部を備えたことを特徴とする請求項１及び３乃至８のいずれかに記載の超音波洗浄装置。
【請求項１０】
前記溝または梁の枠部は、前記最外周枠内の複数の超音波振動子を前記区画枠により１個単位で囲む場合、格子状に囲む、または個々に間隔を有して独立させて囲む、或いは前記格子状の１行置きの行を片側にずらして列方向でジグザグの千鳥状に配列させて囲むいずれかにより形成されることを特徴とする請求項９に記載の超音波洗浄装置。
【請求項１１】
前記溝または梁の枠部は、前記最外周枠内の前記区画枠のうち中央の中心部にある複数個を組合わせて外周を囲んだ中央枠を更に設定または形成し、この最外周枠と中央枠とにより前記超音波出力レベルを変える前記壁側及び中央部の２つのエリアに区分させることを特徴とする請求項９または１０に記載の超音波洗浄装置。
【請求項１２】
前記中心部の中央枠及び前記壁側の最外周枠は、他の区画枠に対して深さまたは高さと、幅とのいずれか一方或いは両方を変えて形成されることを特徴とする請求項１１に記載の超音波洗浄装置。
【請求項１３】
前記溝または梁の枠部は、前記最外周枠内の複数の超音波振動子を前記区画枠により複数個の単位で囲む場合、前記最外周枠内の複数の超音波振動子のうち前記区画枠が中央の複数個を組合わせて外周を囲むことで、この外側の前記最外周枠と、その中央の区画枠とにより、前記超音波出力レベルを変える前記壁側及び中央部の２つのエリアに区画できるように配設されることを特徴とする請求項９に記載の超音波洗浄装置。
【請求項１４】
前記溝または梁の枠部は、前記区画枠から前記最外周枠までの間で更に囲む枠を備えて、前記最外周枠内で中心から段階的に外側に向かって複数のエリアに区画できるように配設されることを特徴とする請求項１３に記載の超音波洗浄装置。
【請求項１５】
前記複数の超音波振動子には、前記複数区画したエリアごとに異なる種々の超音波出力レベルを印加（入力）して励振させることを特徴とする請求項１４に記載の超音波洗浄装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【公開番号】特開２００９−１６６０２８（Ｐ２００９−１６６０２８Ａ）
【公開日】平成２１年７月３０日（２００９．７．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２８２２２６（Ｐ２００８−２８２２２６）
【出願日】平成２０年１０月３１日（２００８．１０．３１）
【出願人】（０００２１９００４）島田理化工業株式会社 (205)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月３０日（２００９．７．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月３１日（２００８．１０．３１）
【出願人】（０００２１９００４）島田理化工業株式会社 (205)
【Ｆターム（参考）】
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