JP5453582B2 - 超音波洗浄装置 - Google Patents
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Description
本発明の第1の実施の形態に係る超音波洗浄装置について、図1及び図3乃至図7を用いて説明する。
n:自然数[‐]
λQ:石英ガラス中での超音波の波長[m]
例えば、周波数が1MHzの場合、波長λQは約6mmであるため、厚さtを約3mmの自然数倍とすればよい。振動伝達材130の上面には振動素子120が接続され、下面には振動面131が形成されている。この時、振動伝達材130は、振動素子120の振動に対して共振するため、効率良く超音波を伝播することができる。
b=(2n−1)λL/4 (3)
s≦2a (4)
a:微小突起132の幅(2a)の半値[m]
λL:洗浄液141中での超音波の波長[m]
h:微小突起132の先端部から被洗浄物Wまでの距離[m]
b:微小突起132の高さ[m]
n:自然数[‐]
s:微小突起132間のスペース[m]
(2)式は、微小突起132から洗浄液141へ入射する超音波に対し、被洗浄物Wの位置が遠距離音場領域にあり、超音波の拡散を促進する条件である。(3)式は、被洗浄物Wから振動面131側へ向かって垂直に反射する超音波と、振動面131側から垂直に入射する超音波とが効率良く干渉する条件である。これによって、振動伝達材130を介して振動素子120へ反射する超音波の強度をある程度弱くすることができる。(4)式は、微小突起132間のスペース(凹部)から被洗浄物Wへ向かって垂直に入射する超音波と、微小突起132から拡散される超音波とが効率良く干渉する条件である。例えば、周波数が1MHz、洗浄液141が超純水、距離hが3mmの場合、微小突起132の幅2aは4.5mm以下、高さbは0.375mmの奇数倍、スペースsは4.5mm以下である。
ρL:洗浄液141の密度(=1000kg/m3)
cL:洗浄液141中での超音波の伝播速度(=1500m/s)
I:超音波強度[W/m2]
即ち、音圧分布を測定することで、超音波強度の均一性を評価できる。グラフの横軸は、被洗浄物Wの表面において、図5のx方向に沿った位置を示し、縦軸は、その位置における音圧Pを示している。音圧分布は、分布曲線P1(実線)で表される。尚、微小突起132を有さない場合を比較例として、その音圧分布を分布曲線P0(点線)で示す。
本発明の第2の実施の形態に係る超音波洗浄装置について、図8乃至図11を用いて説明する。
図12は、本発明の第3の実施の形態に係る超音波洗浄装置の要部を示す拡大断面図である。第1の実施の形態と同様に、振動面131には、被洗浄物Wに向かって突出した微小突起132が等ピッチで形成されている。第1の実施の形態との違いは、微小突起132が曲面状ではなく鋭利な頂点を有することである。この微小突起132は、被洗浄物Wに向かって突出した角錐状もしくは円錐状の突起である。
図13は、本発明の第4の実施の形態に係る超音波洗浄装置の要部を示す拡大断面図である。第2の実施の形態と同様に、振動面131には、振動素子120に向かって陥没した微小ディンプル133が等ピッチで形成されている。第2の実施の形態との違いは、微小ディンプル133が曲面状ではなく鋭利な最深点を有することである。この微小ディンプル133は、振動素子120に向かって陥没した角錐状もしくは円錐状のディンプルである。
図14は、本発明の第5の実施の形態に係る超音波洗浄装置の要部を示す拡大断面図である。第1の実施の形態と同様に、振動面131には、被洗浄物Wに向かって突出した曲面状の微小突起132が等ピッチで形成されている。第1の実施の形態との違いは、微小突起132間のスペース(凹部)が小さく、鋭利な最深点も同時に有することである。
図15は、本発明の第6の実施の形態に係る超音波洗浄装置の要部を示す拡大断面図である。第2の実施の形態と同様に、振動面131には、振動素子120に向かって陥没した微小ディンプル133が等ピッチで形成されている。第2の実施の形態との違いは、微小ディンプル133間のスペース(凸部)が小さく、鋭利な頂点も同時に有することである。
図16は、本発明の第7の実施の形態に係る超音波洗浄装置の要部を示す拡大断面図である。第3の実施の形態と同様に、振動面131には、鋭利な頂点を有する微小突起132が等ピッチで形成されている。第3の実施の形態との違いは、微小突起132間のスペース(凹部)が小さく、鋭利な最深点も同時に有することである。
図17は、本発明の第8の実施の形態に係る超音波洗浄装置の要部を示す拡大断面図である。第1の実施の形態と同様の微小突起132と、第2の実施の形態と同様の微小ディンプル133とを同時に有する。
図18は、本発明の第9の実施の形態に係る超音波洗浄装置の要部を示す拡大断面図である。第1の実施の形態と同様に、振動面131には、被洗浄物Wに向かって突出した微小突起132が等ピッチで形成されている。第1の実施の形態との違いは、微小突起132及びそのスペース(凹部)ともに、平坦面を有することである。
P0…比較例による音圧の分布曲線、P1…第1の実施の形態による音圧の分布曲線、P2…第2の実施の形態による音圧の分布曲線。
Claims (4)
- 振動素子と、
前記振動素子に高周波電力を付与して振動させる超音波発振器と、
一端に前記振動素子を配置し、前記一端に対向する他端に被洗浄物との間に間隔を保って対向する振動面を配置した振動伝達材と、
前記被洗浄物の表面に洗浄液を供給する洗浄液供給手段と、を備える超音波洗浄装置であって、
前記振動面は、前記被洗浄物に向かって少なくとも2個以上の凹凸部を備え、
前記被洗浄物の表面に供給された洗浄液に前記凹凸部を有する振動面を接触させて超音波を発生させることを特徴とする超音波洗浄装置。 - 超音波振動素子と、該超音波振動素子に所定の周波数を供給して振動させる超音波発振器と、一端に前記超音波振動素子を配置し、前記一端に対向する他端に被洗浄物との間に間隔を保って対向する振動面を配置し、前記超音波振動素子の振動を伝達する振動伝達材と、被洗浄物に洗浄液を供給する洗浄液供給手段を有する超音波洗浄装置において、
前記洗浄液に振動を照射する前記振動伝達材の振動面は、複数の突起で構成していることを特徴とする超音波洗浄装置。 - 前記突起は、前記被洗浄物の搬送方向に向けて線状に配置されることを特徴とする請求項2に記載の超音波洗浄装置。
- 前記突起の間のスペースの寸法を前記突起の幅の寸法以下にすることを特徴とする請求項2に記載の超音波洗浄装置。
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