超音波洗浄装置
【課題】簡単な構成で均一な洗浄ができる低コストの超音波洗浄装置を提供する。
【解決手段】少なくとも、洗浄液を収容する少なくとも１つの洗浄槽と、該１つの洗浄槽に備えられた複数の超音波振動子と、該振動子を駆動させる発振器と、洗浄物を前記洗浄槽中に保持する保持治具とを具備する超音波洗浄装置であって、前記発振器は発振周波数を周期的に変化させることができるものであり、少なくとも前記１つの洗浄槽に備えられる複数の超音波振動子のうち少なくとも２つは互いに異なる固有周波数を有するものである超音波洗浄装置、及び少なくとも、洗浄液を収容する少なくとも１つの洗浄槽と、該１つの洗浄槽に備えられた少なくとも１つの超音波振動子と、該振動子を駆動させる発振器と、洗浄物を前記洗浄槽中に保持する保持治具とを具備する超音波洗浄装置であって、前記保持治具を円弧揺動させる揺動機構を具備するものである超音波洗浄装置。
【解決手段】少なくとも、洗浄液を収容する少なくとも１つの洗浄槽と、該１つの洗浄槽に備えられた複数の超音波振動子と、該振動子を駆動させる発振器と、洗浄物を前記洗浄槽中に保持する保持治具とを具備する超音波洗浄装置であって、前記発振器は発振周波数を周期的に変化させることができるものであり、少なくとも前記１つの洗浄槽に備えられる複数の超音波振動子のうち少なくとも２つは互いに異なる固有周波数を有するものである超音波洗浄装置、及び少なくとも、洗浄液を収容する少なくとも１つの洗浄槽と、該１つの洗浄槽に備えられた少なくとも１つの超音波振動子と、該振動子を駆動させる発振器と、洗浄物を前記洗浄槽中に保持する保持治具とを具備する超音波洗浄装置であって、前記保持治具を円弧揺動させる揺動機構を具備するものである超音波洗浄装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超音波洗浄装置に関し、より詳しくは、簡単な構成で均一な洗浄ができる低コストの超音波洗浄装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光学部品や半導体部品等の洗浄には超音波洗浄装置が用いられている。超音波洗浄装置は、例えば洗浄液を収容するための洗浄槽と、該洗浄槽の外壁面に備えられた例えばセラミック製の圧電素子からなる超音波振動子と、それを駆動する発振器とを備えるものである。そして、発振器により超音波振動子の固有周波数に相当する周波数の変調電圧を印加すると、超音波振動子が固有周波数で振動し、その振動により洗浄槽に収容された洗浄液中に超音波が照射され、洗浄液面や槽壁等を境界とする定在波が形成される。そして、定在波の腹に当たる洗浄液が大きく振動し、この振動による音圧で、保持治具等により洗浄槽中に保持された洗浄物が洗浄される。
【０００３】
しかし、洗浄液中の定在波の波形は、洗浄槽の形状、超音波振動子の設置位置や周波数、洗浄液の液種、液温、液深等により決定されるので、上記条件が一定の下では定在波の腹と節の位置も変わらない。そして定在波の節の位置では洗浄液がほとんど振動しないので、洗浄物のうちで定在波の節の位置に保持されたものは洗浄が充分に行なわれない。このため、充分な洗浄が行なわれなかったり、また均一に洗浄ができず洗浄ムラが発生するなどの問題があった。
【０００４】
このため、定在波の腹の位置を変え、洗浄物に定在波の腹の部分が一様に当たるようにして洗浄ムラや洗浄不足を解消し、均一に洗浄するために、超音波振動子に印加する周波数を時間的に変化させたり、周波数が互いに異なる複数の超音波振動子を備える超音波洗浄装置が開示されている（例えば特許文献１〜３参照）。
【０００５】
また、洗浄物の位置を時間的に変え、洗浄物に定在波の腹の部分が一様に当たるようにして洗浄ムラや洗浄不足を解消し、均一に洗浄するために、洗浄液中で洗浄物を上下動させて洗浄物の位置を変える方法も行なわれていた。
【０００６】
一方、近年、デジタルカメラやカメラ付き携帯電話のレンズ、また医療用レンズ、あるいはこれらと共に用いられる電子部品や金属加工部品等の需要の増加に伴い、これらの小型精密部品を洗浄するのに適する小型の洗浄装置に対する要求が高まってきた。
【０００７】
【特許文献１】特開平７−１７１５２６号公報
【特許文献２】特開平８−１３１９７８号公報
【特許文献３】特開２００１−１９８４２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、簡単な構成で均一な洗浄ができる低コストの超音波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】
【０００９】
上記目的達成のため、本発明は、少なくとも、洗浄液を収容する少なくとも１つの洗浄槽と、該１つの洗浄槽に備えられた複数の超音波振動子と、該超音波振動子を駆動させる発振器と、洗浄物を前記洗浄槽中に保持する保持治具とを具備する超音波洗浄装置であって、前記発振器は発振周波数を周期的に変化させることができるものであり、少なくとも前記１つの洗浄槽に備えられる複数の超音波振動子のうち少なくとも２つは互いに異なる固有周波数を有するものであることを特徴とする超音波洗浄装置を提供する（請求項１）。
【００１０】
このように、少なくとも１つの洗浄槽と、該１つの洗浄槽に備えられた複数の超音波振動子と、該振動子を駆動させる発振器と、洗浄物を洗浄槽中に保持する保持治具とを具備し、発振器が発振周波数を周期的に変化させることができるものであり、少なくとも１つの洗浄槽に備えられる複数の超音波振動子のうち少なくとも２つが互いに異なる固有周波数を有するものであれば、１つの発振器で周期的に変化させた発振周波数により異なる固有周波数の超音波振動子をタイミングをずらして駆動できる。このようにして、洗浄液中に発生する定在波の波長、振幅を時間的に変動させ、定在波の腹の位置を移動できるので、洗浄液の超音波振動モードが均一となり、均一で効果的な洗浄が可能となる。また、１つの発振器で複数の超音波振動子を駆動するので、発振器等の部品点数の削減、制御回路構成の簡易化による低コスト化が可能になる。また洗浄装置の小型化にも適するものとなる。
【００１１】
この場合、前記超音波洗浄装置は複数の洗浄槽を備え、該複数の洗浄槽のうち少なくとも２つの洗浄槽に備えられた複数の超音波振動子を前記１つの発振器により駆動するものであることが好ましい（請求項２）。
このように、複数の洗浄槽のうち２つ以上の洗浄槽に備えられた複数の超音波振動子を１つの発振器により駆動するものとできるので、発振器等の部品点数の削減、回路構成の簡易化の効果がより顕著なものとなる。特に小型の洗浄槽では、必要な電力も小さなものとなるため、このように構成するメリットが大きい。
【００１２】
また、前記複数の洗浄槽は、液種、液温、液深のうち少なくとも一つが互いに異なる洗浄液を収容するものとできる（請求項３）。
このように、液種、液温、液深（液量）等の洗浄条件のうち少なくとも一つが互いに異なる洗浄液を収容するものの場合、各洗浄槽に洗浄条件の差異に応じた超音波振動子を備える必要がある。従来はそれに応じて各洗浄槽に異なる発振器を用意する必要があったが、本発明では、発振器の周波数を周期的に変化させて異なる固有周波数を有する超音波振動子を振動させるので、何れの洗浄槽も同一の発振器で駆動できる。
【００１３】
また、前記超音波振動子の固有周波数は、２５〜７０ｋＨｚの範囲内であることが好ましい（請求項４）。
このように、超音波振動子の固有周波数が２５〜７０ｋＨｚの範囲内で互いに異なるものであれば、このような固有周波数の振動子は従来の超音波洗浄装置に用いられるものであり、安価で信頼性の高いものを使用できる。またこのような周波数範囲で周期的に変化させることができる発振器も容易に準備できるので好ましい。
【００１４】
また、前記超音波振動子の固有周波数の周波数間隔は、０．５〜５ｋＨｚのいずれかであることが好ましい（請求項５）。
このように、超音波振動子の互いに異なる固有周波数の周波数間隔が０．５〜５ｋＨｚのいずれかであれば、超音波振動子の数が多くても、発振器の限られた可変周波数領域内でそれらに異なる周波数を割り当てることができ、また定在波の位置を移動させて洗浄物を均一に洗浄するのに充分な周波数間隔とできる。なお、周波数間隔は等間隔であっても、不等間隔であってもよい。
【００１５】
また、前記発振器は、繰返し周期が４〜１２回／ｍｉｎであることが好ましい（請求項６）。
このように、発振器の繰返し周期が４〜１２回／ｍｉｎであれば、定在波の位置を移動させて洗浄物を均一に洗浄するのに充分な繰り返し周期であり、また後述する揺動機構と組み合わせる場合にも適する繰り返し周期である。
【００１６】
また、前記超音波洗浄装置は、前記保持治具を円弧揺動させる揺動機構を具備するものであることが好ましい（請求項７）。
このように、保持治具を円弧揺動させる揺動機構を具備するものであれば、保持治具により洗浄液中に保持される洗浄物を円弧揺動させることができ、洗浄物は様々な状態の定在波に確実に当たることとなるので、より均一な洗浄が可能になる。また洗浄液を攪拌する効果も得られるので、より高い洗浄効果が得られる。
【００１７】
また、前記揺動機構は、前記発振器の繰返し周期と同期させて前記保持治具を円弧揺動させるものであることが好ましい（請求項８）。
このように、揺動機構が発振器の繰返し周期と同期させて保持治具を円弧揺動させるものであれば、定在波の振幅が特に大きい位置に常に洗浄物を移動させることができ、より高い洗浄効果を得ることができる。
【００１８】
また、前記円弧揺動の揺動幅は、前記超音波振動子の固有周波数、前記洗浄槽に収容される洗浄液の液種、液温、液深のいずれか一つ以上に応じて決定されるものであることが好ましい（請求項９）。
このように、円弧揺動の揺動幅が超音波振動子の固有周波数、前記洗浄槽に収容される洗浄液の液種、液温、液深のいずれか一つ以上に応じて決定されるものであれば、これらの条件により決定される定在波の腹がより一様に洗浄物に当たるような揺動幅とできるので、より効果的に均一な洗浄ができる。
【００１９】
また、前記揺動機構は、モーターと、該モーターにより回転運動する少なくとも１組の偏心カムと、該偏心カムに軸支され前記保持治具を支持する支持機構とを具備し、前記モーターにより回転運動する前記偏心カムが前記支持機構を円弧揺動させることにより、前記保持治具を円弧揺動させるものであることが好ましい（請求項１０）。
このように、モーターにより回転運動する偏心カムが、偏心カムに軸支される支持機構を円弧揺動させることにより、保持治具を円弧揺動させるものであれば、偏心カムの回転運動により作り出される円弧揺動運動が支持機構を介して効果的に保持治具に伝達するので、保持治具に保持された洗浄物を簡単に且つ効果的に円弧揺動することができる。
【００２０】
また、前記揺動機構は、前記偏心カムに前記支持機構を軸支する位置を変えることにより揺動幅を調整することができるものであることが好ましい（請求項１１）。
このように、揺動機構が偏心カムに支持機構を軸支する位置を変えることにより揺動幅を調整することができるものであれば、洗浄条件に応じて軸支する位置を変えるだけで揺動幅を容易に調整することができ、洗浄条件が異なっても洗浄物を均一に洗浄できる揺動幅とできる。
【００２１】
また、前記軸支する位置は、前記偏心カムに螺旋状に穿設された複数の軸穴により可変とされるものであることが好ましい（請求項１２）。
このように、軸支する位置が偏心カムに螺旋状に穿設された複数の軸穴により可変とされるものであれば、軸支する位置を簡単に変えることができるので、揺動幅を容易に調整することができ、洗浄物を均一に洗浄できる揺動幅とできる。
【００２２】
また、本発明は、少なくとも、洗浄液を収容する少なくとも１つの洗浄槽と、該１つの洗浄槽に備えられた少なくとも１つの超音波振動子と、該超音波振動子を駆動させる発振器と、洗浄物を前記洗浄槽中に保持する保持治具とを具備する超音波洗浄装置であって、前記保持治具を円弧揺動させる揺動機構を具備するものであることを特徴とする超音波洗浄装置を提供する（請求項１３）。
【００２３】
このように、洗浄液を収容する少なくとも１つの洗浄槽と、該１つの洗浄槽に備えられた少なくとも１つの超音波振動子と、該超音波振動子を駆動させる発振器と、洗浄物を洗浄槽中に保持する保持治具とを具備し、且つ保持治具を円弧揺動させる揺動機構を具備する超音波洗浄装置であれば、保持治具により洗浄液中に保持される洗浄物を円弧揺動させることができ、洗浄物は洗浄液中に発生する様々な状態の定在波に確実に当たることとなるので、より均一な洗浄が可能になる。また洗浄液を攪拌する効果も得られるので、より高い洗浄効果が得られる。
【００２４】
この場合、前記円弧揺動の揺動幅は、前記超音波振動子の固有周波数、前記洗浄槽に収容される洗浄液の液種、液温、液深のいずれか一つ以上に応じて決定されるものであることが好ましい（請求項１４）。
このように、円弧揺動の揺動幅が超音波振動子の固有周波数、前記洗浄槽に収容される洗浄液の液種、液温、液深のいずれか一つ以上に応じて決定されるものであれば、これらの条件により決定される定在波の腹がより一様に洗浄物に当たるような揺動幅とできるので、より効果的に均一な洗浄ができる。
【００２５】
また、前記揺動機構は、モーターと、該モーターにより回転運動する少なくとも１組の偏心カムと、該偏心カムに軸支され前記保持治具を支持する支持機構とを具備し、前記モーターにより回転運動する前記偏心カムが前記支持機構を円弧揺動させることにより、前記保持治具を円弧揺動させるものであることが好ましい（請求項１５）。
このように、モーターにより回転運動する偏心カムが、偏心カムに軸支される支持機構を円弧揺動させることにより、保持治具を円弧揺動させるものであれば、偏心カムの回転運動により作り出される円弧揺動運動が支持機構を介して効果的に保持治具に伝達するので、保持治具に保持された洗浄物を簡単に且つ効果的に円弧揺動することができる。
【００２６】
また、前記揺動機構は、前記偏心カムに前記支持機構を軸支する位置を変えることにより揺動幅を調整することができるものであることが好ましい（請求項１６）。
このように、揺動機構が偏心カムに支持機構を軸支する位置を変えることにより揺動幅を調整することができるものであれば、洗浄条件に応じて軸支する位置を変えるだけで揺動幅を容易に調整することができ、洗浄条件が異なっても洗浄物を均一に洗浄できる揺動幅とできる。
【００２７】
また、前記軸支する位置は、前記偏心カムに螺旋状に穿設された複数の軸穴により可変とされるものであることが好ましい（請求項１７）。
このように、軸支する位置が偏心カムに螺旋状に穿設された複数の軸穴により可変とされるものであれば、軸支する位置を簡単に変えることができるので、揺動幅を容易に調整することができ、洗浄物を均一に洗浄できる揺動幅とできる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、簡単な構成で均一な洗浄ができる低コストの超音波洗浄装置が提供される。特に小型の洗浄槽を具備する装置により、小型の精密部品等を均一かつ低コストで洗浄するのに好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明について詳述する。
前述のように、超音波洗浄装置の洗浄ムラや洗浄不足等の問題を解決するために、様々な技術が開示されているが、これらは超音波振動子毎に発振装置を備えるものであったり、複雑な制御方法を必要とするものであった。また、洗浄物を上下動する方法では、上記問題に対する充分な効果が得られなかった。
また、近年、小型の超音波洗浄装置に対する要求が高まってきており、装置の導入コスト削減等のため、均一な洗浄が可能であって低コストなものが望まれていた。
【００３０】
そこで本発明者らは、このような要求に応えるため、従来は１つの洗浄槽に備えられる複数の超音波振動子として固有周波数が同一のものが用いられ、これを駆動する発振器の周波数を可変としていたのに対し、少なくとも２つが互いに固有周波数が異なる複数の超音波振動子を、周期的に変化する発振器により駆動することに想到した。このようにすれば、複数の超音波振動子のうち、発振周波数と整合する固有周波数の超音波振動子が主に振動する。その結果、発振周波数の周期的な変化により周波数が整合する超音波振動子が経時的に変わっていくので、異なる周波数で振動する超音波振動子がタイミングをずらして振動することとなる。こうして洗浄液中に発生する定在波の波長、振幅が時間的に変動し、定在波の腹の位置も移動するので、洗浄液の超音波振動モードが均一となり、均一で効果的な洗浄が可能となる。また、１つの発振器で複数の振動子を駆動できるので、発振器等の部品点数の削減、回路構成の簡易化が可能になる。また、従来の超音波洗浄装置で採用されていた洗浄物を上下動させる方法では、洗浄物は幅の狭い限られた範囲内を直線的に移動するのみであり、充分な均一洗浄の効果が得られなかった。これに対して本発明者らは、洗浄物を円弧揺動させれば、洗浄物は様々な状態の定在波に確実に当たることとなり、より均一な洗浄が可能になること、また洗浄液を攪拌する効果も得られるので、より高い洗浄効果が得られることに想到した。そして、上記方法を実現する最良の装置構成について精査し、本発明を完成させた。
【００３１】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００３２】
図１は、本発明の一つの実施形態に従う超音波洗浄装置の一例を示す概略図である。
この超音波洗浄装置１０は、洗浄液１を収容する例えば縦断面が多角形の洗浄槽２と、多角形洗浄槽２の各面に備えられた複数の超音波振動子３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄと、超音波振動子３ａ〜３ｄを駆動させる１つの発振器４と、洗浄物５を洗浄槽中に保持する洗浄カゴ等の保持治具６とを具備するものである。そして、発振器４は発振周波数を周期的に変化させることができるものであり、超音波振動子３ａ〜３ｄは互いに異なる固有周波数を有するものである。
超音波洗浄装置１０は、このような構成により、均一で効果的な洗浄が可能となり、また発振器等の部品点数の削減、制御回路構成の簡易化による低コスト化が可能になる。また洗浄装置に小型化にも適するものとなる。具体的な作用については後述する。
【００３３】
多角形洗浄槽２の開口周縁部には洗浄液受け７が具備され、洗浄槽２からオーバーフローした洗浄液が洗浄液受け７により受けられ、その後回収、再利用等できるものが好ましい。図１では例示的に超音波振動子を４つ備える場合について示すが、複数であれば特に限定はされず、洗浄槽の形状、容積や洗浄物の種類等に応じて決定することができる。洗浄槽が例えば容積２〜３リットル程度の小型のものであれば、例えば３〜１０個程度の超音波振動子を備えるものとできる。容積２０〜３０リットル程度のものであれば、１８〜８０個程度の超音波振動子を備えるものとできる。また、洗浄液１は、例えば純水や有機溶剤であり、液温は例えば５〜９０℃とできる。
この場合、１つの洗浄槽に備えられる超音波振動子の数が多い場合等には、必ずしも全ての超音波振動子の固有周波数が相互に異なるようにする必要はない。例えば、５０個の超音波振動子を備える場合には、それらを５グループに分け、５種類の固有周波数を有するものを用い、１つの洗浄槽に配置するようにすることもできる。
【００３４】
また、超音波洗浄装置１０は洗浄槽２の他に図示しない複数の洗浄槽を備え、複数の洗浄槽のうち少なくとも２つの洗浄槽に備えられた複数の超音波振動子を１つの発振器により駆動することもできる。例えば、洗浄槽が８個ある場合には、１つの発振器で全ての洗浄槽の超音波振動子を駆動してもよいし、２つの発振器でそれぞれ４個の洗浄槽の超音波振動子を駆動してもよい。このようにすれば、発振器等の部品点数の削減、回路構成の簡易化の効果がより顕著なものとなる。
また、１つの洗浄槽に備えられる超音波振動子は固有周波数が互いに異なるものであるが、洗浄槽が異なれば、固有周波数が同じ超音波振動子があってもよい。
【００３５】
そして、この複数の洗浄槽は、液種、液温、液深（液量）のうち少なくとも一つが互いに異なる洗浄液を収容するものとできる。洗浄液の液種、液温、液深等の洗浄条件が異なる場合、適切な定在波を発生させるために、各洗浄槽にこの洗浄条件の差異に応じた超音波振動子を備える必要があるので、従来はそれに応じて各洗浄槽に異なる発振器を用意する必要があったが、本発明では、発振器の周波数を周期的に変化させ、異なる固有周波数を有する超音波振動子を具備するので、何れの洗浄槽も同一の発振器で駆動できる。
【００３６】
図２は、図１の超音波洗浄装置の作用を説明する説明図であり、（ａ）〜（ｆ）は発振器の発振周波数に対する各超音波振動子が照射する超音波の様子を示す説明図であり、（ｇ）は発振器の周波数に対する各超音波振動子の振幅強度を概略的に示すグラフである。
【００３７】
はじめに、各超音波振動子３ａ〜３ｄの固有周波数がそれぞれｆ１〜ｆ４であるとする。
まず、発振周波数がｆｓである場合、発振周波数は各超音波振動子３ａ〜３ｄの固有周波数のいずれとも整合しないので、各超音波振動子は、発振周波数ｆｓで駆動された場合には小さい振幅で振動し、斜線部で概略的に示すように振幅の小さい超音波を照射する（図２（ａ））。このように、各超音波振動子は、固有周波数と完全には整合しない周波数で駆動された場合には小さい振幅で振動する。
【００３８】
次に発振周波数が変化してｆ１となったとき、超音波振動子３ａの固有周波数と整合するので、超音波振動子３ａは大きな振幅で振動し、斜線部で概略的に示すように振幅が大きく強い超音波を照射し、他の超音波振動子は振幅の小さい超音波を照射する（図２（ｂ））。
その後発振周波数がｆ２、ｆ３、ｆ４と変化したときは、それぞれ超音波振動子３ｂ、３ｃ、３ｄが振幅の大きい超音波を照射し、他の超音波振動子は振幅の小さい超音波を照射する（図２（ｃ）〜（ｅ））。
そして、発振周波数がｆｅに変化した場合、発振周波数は各超音波振動子の固有周波数のいずれとも整合しないので、各超音波振動子は振幅の小さい超音波を照射する（図２（ｆ））。
このように、各超音波振動子３ａ〜３ｄは、発振周波数に応じた振幅強度で振幅する（図２（ｇ））。
【００３９】
そして、このように発振周波数を変化させることにより、それと固有周波数が整合する超音波振動子が順次変化するので、各超音波振動子は異なるタイミングで異なる位置に異なる周波数（すなわち異なる波長）の定在波を洗浄液中に形成する。そして、このような発振周波数の変化は周期的に繰り返されるので、このような作用により、定在波の位置が周期的且つ効果的に変化し、洗浄物に対する均一で効果的な洗浄が、一つの発振器により可能となる。
【００４０】
超音波振動子は例えばセラミック製の圧電素子等を用いたものが利用できる。また固有周波数は、洗浄液内に定在波を効果的に発生できるものであれば特に限定されないが、２５〜７０ｋＨｚの範囲内であれば、このような固有周波数、例えば２８ｋＨｚ、４０ｋＨｚ等の超音波振動子は従来の超音波洗浄装置に用いられるものであり、洗浄効果も高く安価で信頼性の高いものを使用できる。またこのような周波数範囲で周期的に変化させることができる発振器も従来用いられており、容易に準備できるので好ましい。
【００４１】
また、超音波振動子の固有周波数の周波数間隔が０．５〜５ｋＨｚのいずれか、例えば２．５ｋＨｚであれば、超音波振動子の数が多くても、発振器の限られた可変周波数領域内でそれらに異なる周波数を割り当てることができ、また定在波の位置を移動させて洗浄物を均一に洗浄するのに充分な周波数間隔とできる。なお、周波数間隔は等間隔であっても、不等間隔であってもよいが、例えば２．５ｋＨｚの等間隔配置とすることができる。
【００４２】
また、このときの発振器の繰返し周期が４〜１２回／ｍｉｎであれば、定在波の位置を移動させて均一に洗浄するのに充分な繰り返し周期であり、また後述する揺動機構と組み合わせる場合にも適する繰り返し周期である。尚、発振周波数特性は、周期的に変化するものであれば特に限定が無く、サイン波、鋸状波、三角波等の形状であってもよく、また非連続的に変化するものであってもよい。
【００４３】
また、超音波洗浄装置１０は、保持治具６を円弧揺動させる揺動機構２０を具備することが好ましい。図３は、このような揺動機構の一例を示す概略斜視透視図である。この揺動機構２０は、例えばモーター２１と、モーター２１と接続されて回転運動する一組の偏心カム２４ａ、２４ｂと、偏心カム２４ａ、２４ｂに軸支され保持治具６を支持する支持機構２５とを具備するものとできる。モーター２１と偏心カム２４ａ、２４ｂとは、プーリー２２、タイミングベルト２３等によって接続できる。支持機構２５は、保持治具６を支持する支持部材２５ａと、偏心カム２４ａ、２４ｂに軸支される支持部材２５ｂと、これらを接続する支持部材２５ｃからなる。支持機構２５は、さらに支持部材２５ｄを備え、複数の洗浄槽２、２’’に備えられる複数の保持治具６、６’’を支持部材２５ｄにより支持できるものとしてもよい。
【００４４】
揺動機構２０は、偏心カム２４ａ、２４ｂに支持機構２５を軸支する位置を変えることにより揺動幅を調整することができるものであることが好ましい。例えば、支持機構２５を軸支する位置は、偏心カム２４ａ、２４ｂの同一位置に螺旋状に穿設された複数の軸穴２６により可変とされるものとできる。このように、複数の軸穴２６が螺旋状に穿設されていれば、各軸穴は偏心カムの回転軸からの距離、すなわち偏心量が異なるので、軸支する軸穴を変えることにより偏心量が変えることができ、それにより揺動幅を容易に調整できる。この場合、所望の揺動幅とするには、その１／２の偏心量となる軸穴で軸支すればよい。例えば、図３において支持部材２５ｂが軸支されている軸穴２６の回転軸からの偏心量はＸなので、揺動幅は２Ｘとなる。
【００４５】
この円弧揺動の揺動幅は、超音波振動子３ａ〜３ｄの固有周波数、洗浄液１の液種、液温、液深のいずれか一つ以上に応じて決定されるものであることが好ましい。洗浄液中の定在波の位置はこれらの条件により決定されるので、それに応じて揺動幅を決定すれば、定在波の腹がより一様に洗浄物に当たるような揺動幅とできるので、より効果的に均一な洗浄ができる。
【００４６】
また、揺動機構２０は、発振器４の繰返し周期と同期させて保持治具６を円弧揺動させるものであることが好ましい。このようなものであれば、例えば発振器４の発振周波数と整合して大きい振幅で振動する超音波振動子が形成する振幅の大きい超音波が照射される位置や定在波の振幅が特に大きい位置に常に洗浄物を移動させることができ、より高い洗浄効果を得ることができる。
【００４７】
図４は、図３の揺動機構による洗浄物５の円弧揺動の様子を示す概略図である。
このように、所定の条件で設定された揺動幅で洗浄物５を円弧揺動し、好ましくは発振器の繰返し周期と同期させて円弧揺動させれば、洗浄物に定在波の腹が効果的に当たり、均一で高い洗浄効果が得られる。このときの同期は、必ずしも発振器の繰返し周期と円弧揺動の周期とを同一とするものである必要はない。例えば発振器の１周期の間に円弧揺動が３周期行なわれてもよいし、発振器の３周期の間に円弧揺動が２周期行なわれてもよい。
【００４８】
尚、このような揺動機構２０に例示される揺動機構は、図１に示すような、発振周波数を周期的に変化させる発振器により、互いに異なる固有周波数を有する複数の超音波振動子を駆動させる超音波洗浄装置に具備されることにより、均一に洗浄するという作用効果を特に発揮できるものとなるが、それ以外の超音波洗浄装置に具備されても、上下動等の直線的にのみ揺動する機構に比べ均一に洗浄する効果を得ることができる。
【００４９】
図５は、本発明のもう一つの実施形態に従う超音波洗浄装置の一例を示す概略図である。
この超音波洗浄装置１０’は、洗浄液１’を収容する例えば縦断面が多角形の洗浄槽２’と、多角形洗浄槽２’の各面に備えられた複数の超音波振動子３’ａ、３’ｂ、３’ｃ、３’ｄと、超音波振動子３’ａ〜３’ｄのそれぞれを駆動させる発振器４’ａ、４’ｂ、４’ｃ、４’ｄと、洗浄物５’を洗浄槽中に保持する保持治具６’と、保持治具６’を円弧揺動させる揺動機構２０’を具備するものである。この場合、超音波振動子は複数に限られず、少なくとも１つ具備されればよく、互いに異なる固有周波数を持つものであってもなくてもよい。発振器４’ａ〜４’ｄは周波数が可変のものであっても固定のものであってもよい。また発振器を１つとして、各振動子を駆動するものとしてもよい。
【００５０】
揺動機構２０’は、例えば前述の揺動機構２０のような構成のものとできる。すなわち、モーターと、該モーターにより回転運動する１組の偏心カムと、該偏心カムに軸支され前記保持治具を支持する支持機構とを具備し、モーターにより回転運動する偏心カムが支持機構を円弧揺動させることにより、保持治具６’を円弧揺動させるものとできる。この場合、揺動機構２０’は偏心カムに支持機構を軸支する位置を変えることにより揺動幅を調整することができるものが好ましく、軸支する位置は、偏心カムに螺旋状に穿設された複数の軸穴により可変とされるものが好ましい。さらに、揺動幅は、超音波振動子３’ａ〜３’ｄの固有周波数、多角形洗浄槽２’に収容される洗浄液１’の液種、液温、液深のいずれか一つ以上に応じて決定されるものであることが好ましい。揺動機構２０’の上記各構成要件は、いずれも揺動機構２０の構成要件と同様のものとできる。
【００５１】
尚、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は単なる例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的思想に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の一つの実施形態に従う超音波洗浄装置の一例を示す概略図である。
【図２】本発明の超音波洗浄装置の作用を説明する説明図であり、（ａ）〜（ｆ）は発振器の発振周波数に対する各超音波振動子が照射する超音波の様子を示す説明図であり、（ｇ）は発振器の周波数に対する各超音波振動子の振幅強度を概略的に示すグラフである。
【図３】揺動機構の一例を示す概略斜視透視図である。
【図４】揺動機構による洗浄物の円弧揺動の様子を示す概略図である。
【図５】本発明のもう一つの実施形態に従う超音波洗浄装置の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００５３】
１、１’…洗浄液、 ２、２’、２’’…多角形洗浄槽、
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３’ａ、３’ｂ、３’ｃ、３’ｄ…超音波振動子、
４、４’ａ、４’ｂ、４’ｃ、４’ｄ…発振器、 ５、５’…洗浄物、
６、６’、６’’…保持治具、 ７、７’…洗浄液受け、
１０、１０’…超音波洗浄装置、 ２０、２０’…揺動機構、
２１…モーター、 ２２…プーリー、 ２３…タイミングベルト、
２４ａ、２４ｂ…偏心カム、 ２５…支持機構、
２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ…支持部材、 ２６…軸穴。
【技術分野】
【０００１】
本発明は超音波洗浄装置に関し、より詳しくは、簡単な構成で均一な洗浄ができる低コストの超音波洗浄装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光学部品や半導体部品等の洗浄には超音波洗浄装置が用いられている。超音波洗浄装置は、例えば洗浄液を収容するための洗浄槽と、該洗浄槽の外壁面に備えられた例えばセラミック製の圧電素子からなる超音波振動子と、それを駆動する発振器とを備えるものである。そして、発振器により超音波振動子の固有周波数に相当する周波数の変調電圧を印加すると、超音波振動子が固有周波数で振動し、その振動により洗浄槽に収容された洗浄液中に超音波が照射され、洗浄液面や槽壁等を境界とする定在波が形成される。そして、定在波の腹に当たる洗浄液が大きく振動し、この振動による音圧で、保持治具等により洗浄槽中に保持された洗浄物が洗浄される。
【０００３】
しかし、洗浄液中の定在波の波形は、洗浄槽の形状、超音波振動子の設置位置や周波数、洗浄液の液種、液温、液深等により決定されるので、上記条件が一定の下では定在波の腹と節の位置も変わらない。そして定在波の節の位置では洗浄液がほとんど振動しないので、洗浄物のうちで定在波の節の位置に保持されたものは洗浄が充分に行なわれない。このため、充分な洗浄が行なわれなかったり、また均一に洗浄ができず洗浄ムラが発生するなどの問題があった。
【０００４】
このため、定在波の腹の位置を変え、洗浄物に定在波の腹の部分が一様に当たるようにして洗浄ムラや洗浄不足を解消し、均一に洗浄するために、超音波振動子に印加する周波数を時間的に変化させたり、周波数が互いに異なる複数の超音波振動子を備える超音波洗浄装置が開示されている（例えば特許文献１〜３参照）。
【０００５】
また、洗浄物の位置を時間的に変え、洗浄物に定在波の腹の部分が一様に当たるようにして洗浄ムラや洗浄不足を解消し、均一に洗浄するために、洗浄液中で洗浄物を上下動させて洗浄物の位置を変える方法も行なわれていた。
【０００６】
一方、近年、デジタルカメラやカメラ付き携帯電話のレンズ、また医療用レンズ、あるいはこれらと共に用いられる電子部品や金属加工部品等の需要の増加に伴い、これらの小型精密部品を洗浄するのに適する小型の洗浄装置に対する要求が高まってきた。
【０００７】
【特許文献１】特開平７−１７１５２６号公報
【特許文献２】特開平８−１３１９７８号公報
【特許文献３】特開２００１−１９８４２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、簡単な構成で均一な洗浄ができる低コストの超音波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】
【０００９】
上記目的達成のため、本発明は、少なくとも、洗浄液を収容する少なくとも１つの洗浄槽と、該１つの洗浄槽に備えられた複数の超音波振動子と、該超音波振動子を駆動させる発振器と、洗浄物を前記洗浄槽中に保持する保持治具とを具備する超音波洗浄装置であって、前記発振器は発振周波数を周期的に変化させることができるものであり、少なくとも前記１つの洗浄槽に備えられる複数の超音波振動子のうち少なくとも２つは互いに異なる固有周波数を有するものであることを特徴とする超音波洗浄装置を提供する（請求項１）。
【００１０】
このように、少なくとも１つの洗浄槽と、該１つの洗浄槽に備えられた複数の超音波振動子と、該振動子を駆動させる発振器と、洗浄物を洗浄槽中に保持する保持治具とを具備し、発振器が発振周波数を周期的に変化させることができるものであり、少なくとも１つの洗浄槽に備えられる複数の超音波振動子のうち少なくとも２つが互いに異なる固有周波数を有するものであれば、１つの発振器で周期的に変化させた発振周波数により異なる固有周波数の超音波振動子をタイミングをずらして駆動できる。このようにして、洗浄液中に発生する定在波の波長、振幅を時間的に変動させ、定在波の腹の位置を移動できるので、洗浄液の超音波振動モードが均一となり、均一で効果的な洗浄が可能となる。また、１つの発振器で複数の超音波振動子を駆動するので、発振器等の部品点数の削減、制御回路構成の簡易化による低コスト化が可能になる。また洗浄装置の小型化にも適するものとなる。
【００１１】
この場合、前記超音波洗浄装置は複数の洗浄槽を備え、該複数の洗浄槽のうち少なくとも２つの洗浄槽に備えられた複数の超音波振動子を前記１つの発振器により駆動するものであることが好ましい（請求項２）。
このように、複数の洗浄槽のうち２つ以上の洗浄槽に備えられた複数の超音波振動子を１つの発振器により駆動するものとできるので、発振器等の部品点数の削減、回路構成の簡易化の効果がより顕著なものとなる。特に小型の洗浄槽では、必要な電力も小さなものとなるため、このように構成するメリットが大きい。
【００１２】
また、前記複数の洗浄槽は、液種、液温、液深のうち少なくとも一つが互いに異なる洗浄液を収容するものとできる（請求項３）。
このように、液種、液温、液深（液量）等の洗浄条件のうち少なくとも一つが互いに異なる洗浄液を収容するものの場合、各洗浄槽に洗浄条件の差異に応じた超音波振動子を備える必要がある。従来はそれに応じて各洗浄槽に異なる発振器を用意する必要があったが、本発明では、発振器の周波数を周期的に変化させて異なる固有周波数を有する超音波振動子を振動させるので、何れの洗浄槽も同一の発振器で駆動できる。
【００１３】
また、前記超音波振動子の固有周波数は、２５〜７０ｋＨｚの範囲内であることが好ましい（請求項４）。
このように、超音波振動子の固有周波数が２５〜７０ｋＨｚの範囲内で互いに異なるものであれば、このような固有周波数の振動子は従来の超音波洗浄装置に用いられるものであり、安価で信頼性の高いものを使用できる。またこのような周波数範囲で周期的に変化させることができる発振器も容易に準備できるので好ましい。
【００１４】
また、前記超音波振動子の固有周波数の周波数間隔は、０．５〜５ｋＨｚのいずれかであることが好ましい（請求項５）。
このように、超音波振動子の互いに異なる固有周波数の周波数間隔が０．５〜５ｋＨｚのいずれかであれば、超音波振動子の数が多くても、発振器の限られた可変周波数領域内でそれらに異なる周波数を割り当てることができ、また定在波の位置を移動させて洗浄物を均一に洗浄するのに充分な周波数間隔とできる。なお、周波数間隔は等間隔であっても、不等間隔であってもよい。
【００１５】
また、前記発振器は、繰返し周期が４〜１２回／ｍｉｎであることが好ましい（請求項６）。
このように、発振器の繰返し周期が４〜１２回／ｍｉｎであれば、定在波の位置を移動させて洗浄物を均一に洗浄するのに充分な繰り返し周期であり、また後述する揺動機構と組み合わせる場合にも適する繰り返し周期である。
【００１６】
また、前記超音波洗浄装置は、前記保持治具を円弧揺動させる揺動機構を具備するものであることが好ましい（請求項７）。
このように、保持治具を円弧揺動させる揺動機構を具備するものであれば、保持治具により洗浄液中に保持される洗浄物を円弧揺動させることができ、洗浄物は様々な状態の定在波に確実に当たることとなるので、より均一な洗浄が可能になる。また洗浄液を攪拌する効果も得られるので、より高い洗浄効果が得られる。
【００１７】
また、前記揺動機構は、前記発振器の繰返し周期と同期させて前記保持治具を円弧揺動させるものであることが好ましい（請求項８）。
このように、揺動機構が発振器の繰返し周期と同期させて保持治具を円弧揺動させるものであれば、定在波の振幅が特に大きい位置に常に洗浄物を移動させることができ、より高い洗浄効果を得ることができる。
【００１８】
また、前記円弧揺動の揺動幅は、前記超音波振動子の固有周波数、前記洗浄槽に収容される洗浄液の液種、液温、液深のいずれか一つ以上に応じて決定されるものであることが好ましい（請求項９）。
このように、円弧揺動の揺動幅が超音波振動子の固有周波数、前記洗浄槽に収容される洗浄液の液種、液温、液深のいずれか一つ以上に応じて決定されるものであれば、これらの条件により決定される定在波の腹がより一様に洗浄物に当たるような揺動幅とできるので、より効果的に均一な洗浄ができる。
【００１９】
また、前記揺動機構は、モーターと、該モーターにより回転運動する少なくとも１組の偏心カムと、該偏心カムに軸支され前記保持治具を支持する支持機構とを具備し、前記モーターにより回転運動する前記偏心カムが前記支持機構を円弧揺動させることにより、前記保持治具を円弧揺動させるものであることが好ましい（請求項１０）。
このように、モーターにより回転運動する偏心カムが、偏心カムに軸支される支持機構を円弧揺動させることにより、保持治具を円弧揺動させるものであれば、偏心カムの回転運動により作り出される円弧揺動運動が支持機構を介して効果的に保持治具に伝達するので、保持治具に保持された洗浄物を簡単に且つ効果的に円弧揺動することができる。
【００２０】
また、前記揺動機構は、前記偏心カムに前記支持機構を軸支する位置を変えることにより揺動幅を調整することができるものであることが好ましい（請求項１１）。
このように、揺動機構が偏心カムに支持機構を軸支する位置を変えることにより揺動幅を調整することができるものであれば、洗浄条件に応じて軸支する位置を変えるだけで揺動幅を容易に調整することができ、洗浄条件が異なっても洗浄物を均一に洗浄できる揺動幅とできる。
【００２１】
また、前記軸支する位置は、前記偏心カムに螺旋状に穿設された複数の軸穴により可変とされるものであることが好ましい（請求項１２）。
このように、軸支する位置が偏心カムに螺旋状に穿設された複数の軸穴により可変とされるものであれば、軸支する位置を簡単に変えることができるので、揺動幅を容易に調整することができ、洗浄物を均一に洗浄できる揺動幅とできる。
【００２２】
また、本発明は、少なくとも、洗浄液を収容する少なくとも１つの洗浄槽と、該１つの洗浄槽に備えられた少なくとも１つの超音波振動子と、該超音波振動子を駆動させる発振器と、洗浄物を前記洗浄槽中に保持する保持治具とを具備する超音波洗浄装置であって、前記保持治具を円弧揺動させる揺動機構を具備するものであることを特徴とする超音波洗浄装置を提供する（請求項１３）。
【００２３】
このように、洗浄液を収容する少なくとも１つの洗浄槽と、該１つの洗浄槽に備えられた少なくとも１つの超音波振動子と、該超音波振動子を駆動させる発振器と、洗浄物を洗浄槽中に保持する保持治具とを具備し、且つ保持治具を円弧揺動させる揺動機構を具備する超音波洗浄装置であれば、保持治具により洗浄液中に保持される洗浄物を円弧揺動させることができ、洗浄物は洗浄液中に発生する様々な状態の定在波に確実に当たることとなるので、より均一な洗浄が可能になる。また洗浄液を攪拌する効果も得られるので、より高い洗浄効果が得られる。
【００２４】
この場合、前記円弧揺動の揺動幅は、前記超音波振動子の固有周波数、前記洗浄槽に収容される洗浄液の液種、液温、液深のいずれか一つ以上に応じて決定されるものであることが好ましい（請求項１４）。
このように、円弧揺動の揺動幅が超音波振動子の固有周波数、前記洗浄槽に収容される洗浄液の液種、液温、液深のいずれか一つ以上に応じて決定されるものであれば、これらの条件により決定される定在波の腹がより一様に洗浄物に当たるような揺動幅とできるので、より効果的に均一な洗浄ができる。
【００２５】
また、前記揺動機構は、モーターと、該モーターにより回転運動する少なくとも１組の偏心カムと、該偏心カムに軸支され前記保持治具を支持する支持機構とを具備し、前記モーターにより回転運動する前記偏心カムが前記支持機構を円弧揺動させることにより、前記保持治具を円弧揺動させるものであることが好ましい（請求項１５）。
このように、モーターにより回転運動する偏心カムが、偏心カムに軸支される支持機構を円弧揺動させることにより、保持治具を円弧揺動させるものであれば、偏心カムの回転運動により作り出される円弧揺動運動が支持機構を介して効果的に保持治具に伝達するので、保持治具に保持された洗浄物を簡単に且つ効果的に円弧揺動することができる。
【００２６】
また、前記揺動機構は、前記偏心カムに前記支持機構を軸支する位置を変えることにより揺動幅を調整することができるものであることが好ましい（請求項１６）。
このように、揺動機構が偏心カムに支持機構を軸支する位置を変えることにより揺動幅を調整することができるものであれば、洗浄条件に応じて軸支する位置を変えるだけで揺動幅を容易に調整することができ、洗浄条件が異なっても洗浄物を均一に洗浄できる揺動幅とできる。
【００２７】
また、前記軸支する位置は、前記偏心カムに螺旋状に穿設された複数の軸穴により可変とされるものであることが好ましい（請求項１７）。
このように、軸支する位置が偏心カムに螺旋状に穿設された複数の軸穴により可変とされるものであれば、軸支する位置を簡単に変えることができるので、揺動幅を容易に調整することができ、洗浄物を均一に洗浄できる揺動幅とできる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、簡単な構成で均一な洗浄ができる低コストの超音波洗浄装置が提供される。特に小型の洗浄槽を具備する装置により、小型の精密部品等を均一かつ低コストで洗浄するのに好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明について詳述する。
前述のように、超音波洗浄装置の洗浄ムラや洗浄不足等の問題を解決するために、様々な技術が開示されているが、これらは超音波振動子毎に発振装置を備えるものであったり、複雑な制御方法を必要とするものであった。また、洗浄物を上下動する方法では、上記問題に対する充分な効果が得られなかった。
また、近年、小型の超音波洗浄装置に対する要求が高まってきており、装置の導入コスト削減等のため、均一な洗浄が可能であって低コストなものが望まれていた。
【００３０】
そこで本発明者らは、このような要求に応えるため、従来は１つの洗浄槽に備えられる複数の超音波振動子として固有周波数が同一のものが用いられ、これを駆動する発振器の周波数を可変としていたのに対し、少なくとも２つが互いに固有周波数が異なる複数の超音波振動子を、周期的に変化する発振器により駆動することに想到した。このようにすれば、複数の超音波振動子のうち、発振周波数と整合する固有周波数の超音波振動子が主に振動する。その結果、発振周波数の周期的な変化により周波数が整合する超音波振動子が経時的に変わっていくので、異なる周波数で振動する超音波振動子がタイミングをずらして振動することとなる。こうして洗浄液中に発生する定在波の波長、振幅が時間的に変動し、定在波の腹の位置も移動するので、洗浄液の超音波振動モードが均一となり、均一で効果的な洗浄が可能となる。また、１つの発振器で複数の振動子を駆動できるので、発振器等の部品点数の削減、回路構成の簡易化が可能になる。また、従来の超音波洗浄装置で採用されていた洗浄物を上下動させる方法では、洗浄物は幅の狭い限られた範囲内を直線的に移動するのみであり、充分な均一洗浄の効果が得られなかった。これに対して本発明者らは、洗浄物を円弧揺動させれば、洗浄物は様々な状態の定在波に確実に当たることとなり、より均一な洗浄が可能になること、また洗浄液を攪拌する効果も得られるので、より高い洗浄効果が得られることに想到した。そして、上記方法を実現する最良の装置構成について精査し、本発明を完成させた。
【００３１】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００３２】
図１は、本発明の一つの実施形態に従う超音波洗浄装置の一例を示す概略図である。
この超音波洗浄装置１０は、洗浄液１を収容する例えば縦断面が多角形の洗浄槽２と、多角形洗浄槽２の各面に備えられた複数の超音波振動子３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄと、超音波振動子３ａ〜３ｄを駆動させる１つの発振器４と、洗浄物５を洗浄槽中に保持する洗浄カゴ等の保持治具６とを具備するものである。そして、発振器４は発振周波数を周期的に変化させることができるものであり、超音波振動子３ａ〜３ｄは互いに異なる固有周波数を有するものである。
超音波洗浄装置１０は、このような構成により、均一で効果的な洗浄が可能となり、また発振器等の部品点数の削減、制御回路構成の簡易化による低コスト化が可能になる。また洗浄装置に小型化にも適するものとなる。具体的な作用については後述する。
【００３３】
多角形洗浄槽２の開口周縁部には洗浄液受け７が具備され、洗浄槽２からオーバーフローした洗浄液が洗浄液受け７により受けられ、その後回収、再利用等できるものが好ましい。図１では例示的に超音波振動子を４つ備える場合について示すが、複数であれば特に限定はされず、洗浄槽の形状、容積や洗浄物の種類等に応じて決定することができる。洗浄槽が例えば容積２〜３リットル程度の小型のものであれば、例えば３〜１０個程度の超音波振動子を備えるものとできる。容積２０〜３０リットル程度のものであれば、１８〜８０個程度の超音波振動子を備えるものとできる。また、洗浄液１は、例えば純水や有機溶剤であり、液温は例えば５〜９０℃とできる。
この場合、１つの洗浄槽に備えられる超音波振動子の数が多い場合等には、必ずしも全ての超音波振動子の固有周波数が相互に異なるようにする必要はない。例えば、５０個の超音波振動子を備える場合には、それらを５グループに分け、５種類の固有周波数を有するものを用い、１つの洗浄槽に配置するようにすることもできる。
【００３４】
また、超音波洗浄装置１０は洗浄槽２の他に図示しない複数の洗浄槽を備え、複数の洗浄槽のうち少なくとも２つの洗浄槽に備えられた複数の超音波振動子を１つの発振器により駆動することもできる。例えば、洗浄槽が８個ある場合には、１つの発振器で全ての洗浄槽の超音波振動子を駆動してもよいし、２つの発振器でそれぞれ４個の洗浄槽の超音波振動子を駆動してもよい。このようにすれば、発振器等の部品点数の削減、回路構成の簡易化の効果がより顕著なものとなる。
また、１つの洗浄槽に備えられる超音波振動子は固有周波数が互いに異なるものであるが、洗浄槽が異なれば、固有周波数が同じ超音波振動子があってもよい。
【００３５】
そして、この複数の洗浄槽は、液種、液温、液深（液量）のうち少なくとも一つが互いに異なる洗浄液を収容するものとできる。洗浄液の液種、液温、液深等の洗浄条件が異なる場合、適切な定在波を発生させるために、各洗浄槽にこの洗浄条件の差異に応じた超音波振動子を備える必要があるので、従来はそれに応じて各洗浄槽に異なる発振器を用意する必要があったが、本発明では、発振器の周波数を周期的に変化させ、異なる固有周波数を有する超音波振動子を具備するので、何れの洗浄槽も同一の発振器で駆動できる。
【００３６】
図２は、図１の超音波洗浄装置の作用を説明する説明図であり、（ａ）〜（ｆ）は発振器の発振周波数に対する各超音波振動子が照射する超音波の様子を示す説明図であり、（ｇ）は発振器の周波数に対する各超音波振動子の振幅強度を概略的に示すグラフである。
【００３７】
はじめに、各超音波振動子３ａ〜３ｄの固有周波数がそれぞれｆ１〜ｆ４であるとする。
まず、発振周波数がｆｓである場合、発振周波数は各超音波振動子３ａ〜３ｄの固有周波数のいずれとも整合しないので、各超音波振動子は、発振周波数ｆｓで駆動された場合には小さい振幅で振動し、斜線部で概略的に示すように振幅の小さい超音波を照射する（図２（ａ））。このように、各超音波振動子は、固有周波数と完全には整合しない周波数で駆動された場合には小さい振幅で振動する。
【００３８】
次に発振周波数が変化してｆ１となったとき、超音波振動子３ａの固有周波数と整合するので、超音波振動子３ａは大きな振幅で振動し、斜線部で概略的に示すように振幅が大きく強い超音波を照射し、他の超音波振動子は振幅の小さい超音波を照射する（図２（ｂ））。
その後発振周波数がｆ２、ｆ３、ｆ４と変化したときは、それぞれ超音波振動子３ｂ、３ｃ、３ｄが振幅の大きい超音波を照射し、他の超音波振動子は振幅の小さい超音波を照射する（図２（ｃ）〜（ｅ））。
そして、発振周波数がｆｅに変化した場合、発振周波数は各超音波振動子の固有周波数のいずれとも整合しないので、各超音波振動子は振幅の小さい超音波を照射する（図２（ｆ））。
このように、各超音波振動子３ａ〜３ｄは、発振周波数に応じた振幅強度で振幅する（図２（ｇ））。
【００３９】
そして、このように発振周波数を変化させることにより、それと固有周波数が整合する超音波振動子が順次変化するので、各超音波振動子は異なるタイミングで異なる位置に異なる周波数（すなわち異なる波長）の定在波を洗浄液中に形成する。そして、このような発振周波数の変化は周期的に繰り返されるので、このような作用により、定在波の位置が周期的且つ効果的に変化し、洗浄物に対する均一で効果的な洗浄が、一つの発振器により可能となる。
【００４０】
超音波振動子は例えばセラミック製の圧電素子等を用いたものが利用できる。また固有周波数は、洗浄液内に定在波を効果的に発生できるものであれば特に限定されないが、２５〜７０ｋＨｚの範囲内であれば、このような固有周波数、例えば２８ｋＨｚ、４０ｋＨｚ等の超音波振動子は従来の超音波洗浄装置に用いられるものであり、洗浄効果も高く安価で信頼性の高いものを使用できる。またこのような周波数範囲で周期的に変化させることができる発振器も従来用いられており、容易に準備できるので好ましい。
【００４１】
また、超音波振動子の固有周波数の周波数間隔が０．５〜５ｋＨｚのいずれか、例えば２．５ｋＨｚであれば、超音波振動子の数が多くても、発振器の限られた可変周波数領域内でそれらに異なる周波数を割り当てることができ、また定在波の位置を移動させて洗浄物を均一に洗浄するのに充分な周波数間隔とできる。なお、周波数間隔は等間隔であっても、不等間隔であってもよいが、例えば２．５ｋＨｚの等間隔配置とすることができる。
【００４２】
また、このときの発振器の繰返し周期が４〜１２回／ｍｉｎであれば、定在波の位置を移動させて均一に洗浄するのに充分な繰り返し周期であり、また後述する揺動機構と組み合わせる場合にも適する繰り返し周期である。尚、発振周波数特性は、周期的に変化するものであれば特に限定が無く、サイン波、鋸状波、三角波等の形状であってもよく、また非連続的に変化するものであってもよい。
【００４３】
また、超音波洗浄装置１０は、保持治具６を円弧揺動させる揺動機構２０を具備することが好ましい。図３は、このような揺動機構の一例を示す概略斜視透視図である。この揺動機構２０は、例えばモーター２１と、モーター２１と接続されて回転運動する一組の偏心カム２４ａ、２４ｂと、偏心カム２４ａ、２４ｂに軸支され保持治具６を支持する支持機構２５とを具備するものとできる。モーター２１と偏心カム２４ａ、２４ｂとは、プーリー２２、タイミングベルト２３等によって接続できる。支持機構２５は、保持治具６を支持する支持部材２５ａと、偏心カム２４ａ、２４ｂに軸支される支持部材２５ｂと、これらを接続する支持部材２５ｃからなる。支持機構２５は、さらに支持部材２５ｄを備え、複数の洗浄槽２、２’’に備えられる複数の保持治具６、６’’を支持部材２５ｄにより支持できるものとしてもよい。
【００４４】
揺動機構２０は、偏心カム２４ａ、２４ｂに支持機構２５を軸支する位置を変えることにより揺動幅を調整することができるものであることが好ましい。例えば、支持機構２５を軸支する位置は、偏心カム２４ａ、２４ｂの同一位置に螺旋状に穿設された複数の軸穴２６により可変とされるものとできる。このように、複数の軸穴２６が螺旋状に穿設されていれば、各軸穴は偏心カムの回転軸からの距離、すなわち偏心量が異なるので、軸支する軸穴を変えることにより偏心量が変えることができ、それにより揺動幅を容易に調整できる。この場合、所望の揺動幅とするには、その１／２の偏心量となる軸穴で軸支すればよい。例えば、図３において支持部材２５ｂが軸支されている軸穴２６の回転軸からの偏心量はＸなので、揺動幅は２Ｘとなる。
【００４５】
この円弧揺動の揺動幅は、超音波振動子３ａ〜３ｄの固有周波数、洗浄液１の液種、液温、液深のいずれか一つ以上に応じて決定されるものであることが好ましい。洗浄液中の定在波の位置はこれらの条件により決定されるので、それに応じて揺動幅を決定すれば、定在波の腹がより一様に洗浄物に当たるような揺動幅とできるので、より効果的に均一な洗浄ができる。
【００４６】
また、揺動機構２０は、発振器４の繰返し周期と同期させて保持治具６を円弧揺動させるものであることが好ましい。このようなものであれば、例えば発振器４の発振周波数と整合して大きい振幅で振動する超音波振動子が形成する振幅の大きい超音波が照射される位置や定在波の振幅が特に大きい位置に常に洗浄物を移動させることができ、より高い洗浄効果を得ることができる。
【００４７】
図４は、図３の揺動機構による洗浄物５の円弧揺動の様子を示す概略図である。
このように、所定の条件で設定された揺動幅で洗浄物５を円弧揺動し、好ましくは発振器の繰返し周期と同期させて円弧揺動させれば、洗浄物に定在波の腹が効果的に当たり、均一で高い洗浄効果が得られる。このときの同期は、必ずしも発振器の繰返し周期と円弧揺動の周期とを同一とするものである必要はない。例えば発振器の１周期の間に円弧揺動が３周期行なわれてもよいし、発振器の３周期の間に円弧揺動が２周期行なわれてもよい。
【００４８】
尚、このような揺動機構２０に例示される揺動機構は、図１に示すような、発振周波数を周期的に変化させる発振器により、互いに異なる固有周波数を有する複数の超音波振動子を駆動させる超音波洗浄装置に具備されることにより、均一に洗浄するという作用効果を特に発揮できるものとなるが、それ以外の超音波洗浄装置に具備されても、上下動等の直線的にのみ揺動する機構に比べ均一に洗浄する効果を得ることができる。
【００４９】
図５は、本発明のもう一つの実施形態に従う超音波洗浄装置の一例を示す概略図である。
この超音波洗浄装置１０’は、洗浄液１’を収容する例えば縦断面が多角形の洗浄槽２’と、多角形洗浄槽２’の各面に備えられた複数の超音波振動子３’ａ、３’ｂ、３’ｃ、３’ｄと、超音波振動子３’ａ〜３’ｄのそれぞれを駆動させる発振器４’ａ、４’ｂ、４’ｃ、４’ｄと、洗浄物５’を洗浄槽中に保持する保持治具６’と、保持治具６’を円弧揺動させる揺動機構２０’を具備するものである。この場合、超音波振動子は複数に限られず、少なくとも１つ具備されればよく、互いに異なる固有周波数を持つものであってもなくてもよい。発振器４’ａ〜４’ｄは周波数が可変のものであっても固定のものであってもよい。また発振器を１つとして、各振動子を駆動するものとしてもよい。
【００５０】
揺動機構２０’は、例えば前述の揺動機構２０のような構成のものとできる。すなわち、モーターと、該モーターにより回転運動する１組の偏心カムと、該偏心カムに軸支され前記保持治具を支持する支持機構とを具備し、モーターにより回転運動する偏心カムが支持機構を円弧揺動させることにより、保持治具６’を円弧揺動させるものとできる。この場合、揺動機構２０’は偏心カムに支持機構を軸支する位置を変えることにより揺動幅を調整することができるものが好ましく、軸支する位置は、偏心カムに螺旋状に穿設された複数の軸穴により可変とされるものが好ましい。さらに、揺動幅は、超音波振動子３’ａ〜３’ｄの固有周波数、多角形洗浄槽２’に収容される洗浄液１’の液種、液温、液深のいずれか一つ以上に応じて決定されるものであることが好ましい。揺動機構２０’の上記各構成要件は、いずれも揺動機構２０の構成要件と同様のものとできる。
【００５１】
尚、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は単なる例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的思想に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の一つの実施形態に従う超音波洗浄装置の一例を示す概略図である。
【図２】本発明の超音波洗浄装置の作用を説明する説明図であり、（ａ）〜（ｆ）は発振器の発振周波数に対する各超音波振動子が照射する超音波の様子を示す説明図であり、（ｇ）は発振器の周波数に対する各超音波振動子の振幅強度を概略的に示すグラフである。
【図３】揺動機構の一例を示す概略斜視透視図である。
【図４】揺動機構による洗浄物の円弧揺動の様子を示す概略図である。
【図５】本発明のもう一つの実施形態に従う超音波洗浄装置の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００５３】
１、１’…洗浄液、 ２、２’、２’’…多角形洗浄槽、
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３’ａ、３’ｂ、３’ｃ、３’ｄ…超音波振動子、
４、４’ａ、４’ｂ、４’ｃ、４’ｄ…発振器、 ５、５’…洗浄物、
６、６’、６’’…保持治具、 ７、７’…洗浄液受け、
１０、１０’…超音波洗浄装置、 ２０、２０’…揺動機構、
２１…モーター、 ２２…プーリー、 ２３…タイミングベルト、
２４ａ、２４ｂ…偏心カム、 ２５…支持機構、
２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ…支持部材、 ２６…軸穴。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、洗浄液を収容する少なくとも１つの洗浄槽と、該１つの洗浄槽に備えられた複数の超音波振動子と、該超音波振動子を駆動させる発振器と、洗浄物を前記洗浄槽中に保持する保持治具とを具備する超音波洗浄装置であって、前記発振器は発振周波数を周期的に変化させることができるものであり、少なくとも前記１つの洗浄槽に備えられる複数の超音波振動子のうち少なくとも２つは互いに異なる固有周波数を有するものであることを特徴とする超音波洗浄装置。
【請求項２】
前記超音波洗浄装置は複数の洗浄槽を備え、該複数の洗浄槽のうち少なくとも２つの洗浄槽に備えられた複数の超音波振動子を前記１つの発振器により駆動するものであることを特徴とする請求項１に記載の超音波洗浄装置。
【請求項３】
前記複数の洗浄槽は、液種、液温、液深のうち少なくとも一つが互いに異なる洗浄液を収容するものであることを特徴とする請求項２に記載の超音波洗浄装置。
【請求項４】
前記超音波振動子の固有周波数は、２５〜７０ｋＨｚの範囲内であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の超音波洗浄装置。
【請求項５】
前記超音波振動子の固有周波数の周波数間隔は、０．５〜５ｋＨｚのいずれかであることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の超音波洗浄装置。
【請求項６】
前記発振器は、繰返し周期が４〜１２回／ｍｉｎであることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の超音波洗浄装置。
【請求項７】
前記超音波洗浄装置は、前記保持治具を円弧揺動させる揺動機構を具備するものであることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の超音波洗浄装置。
【請求項８】
前記揺動機構は、前記発振器の繰返し周期と同期させて前記保持治具を円弧揺動させるものであることを特徴とする請求項７に記載の超音波洗浄装置。
【請求項９】
前記円弧揺動の揺動幅は、前記超音波振動子の固有周波数、前記洗浄槽に収容される洗浄液の液種、液温、液深のいずれか一つ以上に応じて決定されるものであることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の超音波洗浄装置。
【請求項１０】
前記揺動機構は、モーターと、該モーターにより回転運動する少なくとも１組の偏心カムと、該偏心カムに軸支され前記保持治具を支持する支持機構とを具備し、前記モーターにより回転運動する前記偏心カムが前記支持機構を円弧揺動させることにより、前記保持治具を円弧揺動させるものであることを特徴とする請求項７乃至請求項９のいずれか一項に記載の超音波洗浄装置。
【請求項１１】
前記揺動機構は、前記偏心カムに前記支持機構を軸支する位置を変えることにより揺動幅を調整することができるものであることを特徴とする請求項１０に記載の超音波洗浄装置。
【請求項１２】
前記軸支する位置は、前記偏心カムに螺旋状に穿設された複数の軸穴により可変とされるものであ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】
少なくとも、洗浄液を収容する少なくとも１つの洗浄槽と、該１つの洗浄槽に備えられた少なくとも１つの超音波振動子と、該超音波振動子を駆動させる発振器と、洗浄物を前記洗浄槽中に保持する保持治具とを具備する超音波洗浄装置であって、前記保持治具を円弧揺動させる揺動機構を具備するものであることを特徴とする超音波洗浄装置。
【請求項１４】
前記円弧揺動の揺動幅は、前記超音波振動子の固有周波数、前記洗浄槽に収容される洗浄液の液種、液温、液深のいずれか一つ以上に応じて決定されるものであ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】
前記揺動機構は、モーターと、該モーターにより回転運動する少なくとも１組の偏心カムと、該偏心カムに軸支され前記保持治具を支持する支持機構とを具備し、前記モーターにより回転運動する前記偏心カムが前記支持機構を円弧揺動させることにより、前記保持治具を円弧揺動させるものであることを特徴とする請求項１３又は請求項１４に記載の超音波洗浄装置。
【請求項１６】
前記揺動機構は、前記偏心カムに前記支持機構を軸支する位置を変えることにより揺動幅を調整することができるものであることを特徴とする請求項１５に記載の超音波洗浄装置。
【請求項１７】
前記軸支する位置は、前記偏心カムに螺旋状に穿設された複数の軸穴により可変とされるものであることを特徴とする請求項１６に記載の超音波洗浄装置。
【請求項１】
少なくとも、洗浄液を収容する少なくとも１つの洗浄槽と、該１つの洗浄槽に備えられた複数の超音波振動子と、該超音波振動子を駆動させる発振器と、洗浄物を前記洗浄槽中に保持する保持治具とを具備する超音波洗浄装置であって、前記発振器は発振周波数を周期的に変化させることができるものであり、少なくとも前記１つの洗浄槽に備えられる複数の超音波振動子のうち少なくとも２つは互いに異なる固有周波数を有するものであることを特徴とする超音波洗浄装置。
【請求項２】
前記超音波洗浄装置は複数の洗浄槽を備え、該複数の洗浄槽のうち少なくとも２つの洗浄槽に備えられた複数の超音波振動子を前記１つの発振器により駆動するものであることを特徴とする請求項１に記載の超音波洗浄装置。
【請求項３】
前記複数の洗浄槽は、液種、液温、液深のうち少なくとも一つが互いに異なる洗浄液を収容するものであることを特徴とする請求項２に記載の超音波洗浄装置。
【請求項４】
前記超音波振動子の固有周波数は、２５〜７０ｋＨｚの範囲内であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の超音波洗浄装置。
【請求項５】
前記超音波振動子の固有周波数の周波数間隔は、０．５〜５ｋＨｚのいずれかであることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の超音波洗浄装置。
【請求項６】
前記発振器は、繰返し周期が４〜１２回／ｍｉｎであることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の超音波洗浄装置。
【請求項７】
前記超音波洗浄装置は、前記保持治具を円弧揺動させる揺動機構を具備するものであることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の超音波洗浄装置。
【請求項８】
前記揺動機構は、前記発振器の繰返し周期と同期させて前記保持治具を円弧揺動させるものであることを特徴とする請求項７に記載の超音波洗浄装置。
【請求項９】
前記円弧揺動の揺動幅は、前記超音波振動子の固有周波数、前記洗浄槽に収容される洗浄液の液種、液温、液深のいずれか一つ以上に応じて決定されるものであることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の超音波洗浄装置。
【請求項１０】
前記揺動機構は、モーターと、該モーターにより回転運動する少なくとも１組の偏心カムと、該偏心カムに軸支され前記保持治具を支持する支持機構とを具備し、前記モーターにより回転運動する前記偏心カムが前記支持機構を円弧揺動させることにより、前記保持治具を円弧揺動させるものであることを特徴とする請求項７乃至請求項９のいずれか一項に記載の超音波洗浄装置。
【請求項１１】
前記揺動機構は、前記偏心カムに前記支持機構を軸支する位置を変えることにより揺動幅を調整することができるものであることを特徴とする請求項１０に記載の超音波洗浄装置。
【請求項１２】
前記軸支する位置は、前記偏心カムに螺旋状に穿設された複数の軸穴により可変とされるものであ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】
少なくとも、洗浄液を収容する少なくとも１つの洗浄槽と、該１つの洗浄槽に備えられた少なくとも１つの超音波振動子と、該超音波振動子を駆動させる発振器と、洗浄物を前記洗浄槽中に保持する保持治具とを具備する超音波洗浄装置であって、前記保持治具を円弧揺動させる揺動機構を具備するものであることを特徴とする超音波洗浄装置。
【請求項１４】
前記円弧揺動の揺動幅は、前記超音波振動子の固有周波数、前記洗浄槽に収容される洗浄液の液種、液温、液深のいずれか一つ以上に応じて決定されるものであ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】
前記揺動機構は、モーターと、該モーターにより回転運動する少なくとも１組の偏心カムと、該偏心カムに軸支され前記保持治具を支持する支持機構とを具備し、前記モーターにより回転運動する前記偏心カムが前記支持機構を円弧揺動させることにより、前記保持治具を円弧揺動させるものであることを特徴とする請求項１３又は請求項１４に記載の超音波洗浄装置。
【請求項１６】
前記揺動機構は、前記偏心カムに前記支持機構を軸支する位置を変えることにより揺動幅を調整することができるものであることを特徴とする請求項１５に記載の超音波洗浄装置。
【請求項１７】
前記軸支する位置は、前記偏心カムに螺旋状に穿設された複数の軸穴により可変とされるものであることを特徴とする請求項１６に記載の超音波洗浄装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００６−３５１３９（Ｐ２００６−３５１３９Ａ）
【公開日】平成１８年２月９日（２００６．２．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２２０６２２（Ｐ２００４−２２０６２２）
【出願日】平成１６年７月２８日（２００４．７．２８）
【出願人】（５０４２８９７３８）株式会社ピーティーシーエンジニアリング (7)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年２月９日（２００６．２．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年７月２８日（２００４．７．２８）
【出願人】（５０４２８９７３８）株式会社ピーティーシーエンジニアリング (7)
【Ｆターム（参考）】
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