CN110446564B - 超声波清洗装置和超声波清洗方法 - Google Patents

Abstract

向整个处理槽内更高效地传播超声波，更高效地对被清洗物进行清洗。超声波清洗装置(1)包括：处理槽(10)，其收纳用于清洗被清洗物的清洗液，被清洗物浸渍于该处理槽(10)；超声波施加机构(20)，其用于对被保持的清洗液施加超声波；以及曲面构件(30)，其与超声波施加机构的振动面相对并且位于自该振动面的端部处的法线方向向外侧以预定的倾斜角限定的范围内，将该曲面构件(30)保持于处理槽的壁面和/或底面，曲面构件具有凸曲面(31)，在该凸曲面(31)至少存在具有球面或非球面的表面形状的凸弯曲部(33)，该凸弯曲部成为比除凸弯曲部以外的部分向振动面侧突出的状态，以自超声波施加机构照射出且未发生反射的声波即第一声波的至少一部分到达凸曲面的凸弯曲部的方式以凸曲面朝向振动面的状态对曲面构件(30)进行保持。

Description

超声波清洗装置和超声波清洗方法

技术领域

本发明涉及一种超声波清洗装置和超声波清洗方法。

背景技术

通常地，在钢板、钢管这样的各种金属件的制造工序中，为了去除在金属件的表面生成的氧化皮等，广泛采用了将金属件依次浸渍于保持有药液、漂洗剂等的清洗槽来进行清洗的清洗处理方法。作为用于实施这样的清洗处理方法的清洗处理装置，例如具有利用高压气流喷射喷嘴的清洗装置、利用超声波的超声波清洗装置等。

作为这样的利用超声波的超声波清洗方法，例如在以下的专利文献1中提出了如下的方法：在超声波清洗槽内的距振子面λ/4·(2n－1)[λ：波长，n：任意的整数]的位置处与振子面平行地设置超声波反射板。

另外，在以下的专利文献2中提出了如下的技术：向清洗液中施加微气泡并且施加具有包含在频率为28.0kHz以上且1.0MHz以下的范围内的两种频率的超声波，从而进一步提高利用超声波得到的清洗效果。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平6－343933号公报

专利文献2：国际公开第2011/067955号

发明内容

发明要解决的问题

然而，上述专利文献1中提出的方法是与振子面平行地设置反射板从而利用该反射板使超声波反射的方法，因此，在反射板的表面为曲面或者存在突起的情况下，难以有效地使超声波反射，清洗效率降低。并且，专利文献1中提出的反射板是平板，在该情况下会产生超声波的驻波，出现超声波的强度较小的区域。其结果，会出现清洗不均匀，无法实现均匀的清洗。而且，在该方法中，在相对于振子面而言成为背阴的部分处无法进行超声波的清洗，难以在整个处理槽内高效地进行超声波的清洗。

另外，在上述专利文献2中提出的技术中，使用具有两种频率的超声波，但难以与频率不同的两种超声波相匹配，可清洗的对象物、清洗范围受限。

因此，本发明是鉴于上述问题而做成的，本发明的目的在于提供一种能够向整个处理槽内更高效地传播超声波并且无论被清洗物如何都能够更高效地对被清洗物进行清洗的超声波清洗装置和超声波清洗方法。

用于解决问题的方案

为了解决上述问题，本发明人进行了认真研究，结果得到如下见解，即：通过将具有预定的形状的曲面构件设置于保持有清洗液的处理槽的内部的预定的位置从而能够向整个处理槽内更高效地传播超声波，不论被清洗物如何都能够更高效地对被清洗物进行清洗，从而完成了以下详细说明的本发明。

基于那样的见解而完成的本发明的主旨如以下所述。

[1]一种超声波清洗装置，该超声波清洗装置包括：处理槽，其收纳用于清洗被清洗物的清洗液，所述被清洗物浸渍于该处理槽；超声波施加机构，其用于对保持于所述处理槽的内部的所述清洗液施加超声波；以及曲面构件，其与所述超声波施加机构的振动面相对并且位于自该振动面的端部处的法线方向向外侧以预定的倾斜角限定的范围内，将该曲面构件保持于所述处理槽的壁面和/或底面，所述曲面构件具有凸曲面，在该凸曲面至少存在具有球面或非球面的表面形状的凸弯曲部，该凸弯曲部成为比除所述凸弯曲部以外的部分向所述振动面侧突出的状态，以自所述超声波施加机构照射出且没有发生反射的声波即第一声波的至少一部分到达所述凸曲面的所述凸弯曲部的方式以所述凸曲面朝向所述振动面的状态对该曲面构件进行保持。

[2]根据[1]所述的超声波清洗装置，其中，

在将所述超声波的波长设为λ时，所述凸曲面的所述凸弯曲部的最大高度H满足λ/2＜H的关系。

[3]根据[1]或[2]所述的超声波清洗装置，其中，

所述倾斜角的大小为0度以上且30度以下。

[4]根据[1]～[3]中任一项所述的超声波清洗装置，其中，

所述曲面构件的所述凸弯曲部相对于位于基于所述振动面而限定的所述范围内的所述曲面构件的总表面积而言具有30％以上的面积比。

[5]根据[1]～[4]中任一项所述的超声波清洗装置，其中，

所述曲面构件的所述凸弯曲部相对于所述处理槽的位于基于所述振动面而限定的所述范围内的壁面和/或底面的总面积而言具有1％以上且80％以下的面积比。

[6]根据[1]～[5]中任一项所述的超声波清洗装置，其中，

所述曲面构件以及配置有所述曲面构件的所述壁面和/或所述底面不具有凹部。

[7]根据[1]～[6]中任一项所述的超声波清洗装置，其中，

该超声波清洗装置包括隔开预定的间隔地配置的多个所述曲面构件。

[8]根据[7]所述的超声波清洗装置，其中，

所述多个曲面构件彼此的分开距离L相对于该曲面构件的凸弯曲部的最大高度H而言满足3H＜L的关系。

[9]根据[1]～[8]中任一项所述的超声波清洗装置，其中，

所述振动面与所述曲面构件的所述凸曲面处的赋予所述凸弯曲部的最大高度的位置之间的分开距离D为5cm以上且250cm以下。

[10]根据[1]～[9]中任一项所述的超声波清洗装置，其中，

所述曲面构件是由声阻抗为1×10⁷以上且2×10⁸以下的材料形成的曲面构件，所述声阻抗的单位是kg·m^－2·sec^－1。

[11]根据[1]～[10]中任一项所述的超声波清洗装置，其中，

该超声波清洗装置还包括溶解气体控制机构，该溶解气体控制机构用于对保持于所述处理槽的所述清洗液中的溶解气体量进行控制。

[12]根据[11]所述的超声波清洗装置，其中，

所述溶解气体控制机构用于进行控制以使所述溶解气体量成为所述清洗液的溶解饱和量的1％～50％。

[13]根据[1]～[12]中任一项所述的超声波清洗装置，其中，

该超声波清洗装置还包括小气泡供给机构，该小气泡供给机构用于向保持于所述处理槽的所述清洗液中供给具有预定的平均气泡直径的小气泡。

[14]根据[13]所述的超声波清洗装置，其中，

所述小气泡供给机构用于将平均气泡直径为0.01μm～100μm的所述小气泡以气泡总量成为10³个/mL～10¹⁰个/mL的方式供给。

[15]根据[13]或[14]所述的超声波清洗装置，其中，

所述小气泡供给机构以在所述清洗液中具有与所述超声波的频率共振的直径即频率共振直径以下的气泡直径的所述小气泡的个数的比例为存在于所述清洗液中的所有所述小气泡的个数的70％以上的方式对所述小气泡进行供给。

[16]根据[1]～[15]中任一项所述的超声波清洗装置，其中，

所述超声波施加机构从20kHz～200kHz的频带选择所述超声波的频率。

[17]根据[1]～[16]中任一项所述的超声波清洗装置，其中，

所述超声波施加机构在以选择好的所述超声波的频率为中心±0.1kHz～±10kHz的范围内进行扫描并且对所述清洗液施加超声波。

[18]根据[1]～[17]中任一项所述的超声波清洗装置，其中，

在所述曲面构件与所述处理槽的保持有该曲面构件的壁面或底面之间还设有用于反射超声波的反射板。

[19]一种超声波清洗方法，该超声波清洗方法是利用收纳有用于清洗被清洗物的清洗液的处理槽对所述被清洗物进行清洗的清洗方法，其中，在所述处理槽设置有用于对所述清洗液施加超声波的超声波施加机构，并且以曲面构件与所述超声波施加机构的振动面相对的方式将所述曲面构件设置于所述处理槽的位于自该振动面的端部处的法线方向向外侧以预定的倾斜角限定的范围内的壁面和/或底面，所述清洗方法包括：对保持于所述处理槽的所述清洗液施加超声波的工序；以及将所述被清洗物浸渍于施加有超声波的所述清洗液的工序，所述曲面构件具有凸曲面，在该凸曲面至少存在具有球面或非球面的表面形状的凸弯曲部，该凸弯曲部成为比除所述凸弯曲部以外的部分向所述振动面侧突出的状态，以自所述超声波施加机构照射出且没有发生反射的声波即第一声波的至少一部分到达所述凸曲面的所述凸弯曲部的方式以所述凸曲面朝向所述振动面的状态对该曲面构件进行保持。

发明的效果

如上所述，采用本发明，能够向整个处理槽内更高效地传播超声波，不论被清洗物如何都能够更高效地对被清洗物进行清洗。

附图说明

图1A是示意性地表示本发明的实施方式的超声波清洗装置的整体结构的一个例子的说明图。

图1B是示意性地表示该实施方式的超声波清洗装置的整体结构的一个例子的说明图。

图1C是示意性地表示该实施方式的超声波清洗装置的整体结构的一个例子的说明图。

图1D是示意性地表示该实施方式的超声波清洗装置的整体结构的一个例子的说明图。

图2是示意性地表示该实施方式的曲面构件的一个例子的说明图。

图3是用于说明该实施方式的曲面构件的说明图。

图4A是用于说明该实施方式的曲面构件的说明图。

图4B是用于说明该实施方式的曲面构件的说明图。

图4C是用于说明该实施方式的曲面构件的说明图。

图5是用于说明该实施方式的曲面构件的说明图。

图6是用于说明该实施方式的曲面构件的说明图。

图7A是示意性地表示实验例1所使用的超声波清洗装置的结构的说明图。

图7B是示意性地表示实验例1所使用的超声波清洗装置的结构的说明图。

图8是用于说明实验例1中的超声波强度的测量位置的说明图。

图9A是示意性地表示实验例2所使用的超声波清洗装置的结构的说明图。

图9B是示意性地表示实验例2所使用的超声波清洗装置的结构的说明图。

具体实施方式

以下，参照附图来详细地说明本发明的优选的实施方式。另外，在本说明书和附图中，对具有实质上相同的功能结构的构成要素标注相同附图标记而省略重复说明。并且，为了便于说明，将图中的各构件的大小恰当地进行了侧重表示，并非表示实际的尺寸、构件之间的比例。

(超声波清洗装置的整体结构)

首先，参照图1A～图1D来简单地说明本发明的实施方式的超声波清洗装置的整体结构。图1A～图1D是示意性地表示本实施方式的超声波清洗装置的整体结构的一个例子的说明图。

本实施方式的超声波清洗装置1是除清洗液之外还使用超声波来对被清洗物的表面进行清洗的装置。这样的超声波清洗装置1能够在对以钢材等为代表的各种金属件、以塑料树脂制构件等为代表的各种非金属件等进行清洗时进行使用。例如，将钢板、钢管、钢线材等这样的各种金属件作为被清洗物，使用本实施方式的超声波清洗装置1，能够对上述金属件进行酸洗处理、脱脂处理以及清洗处理。

在此，酸洗处理是将形成于金属件的表面的氧化物、氧化皮去除的处理，脱脂处理是将在加工处理等中使用的润滑剂、加工油等油分去除的处理。上述酸洗处理、脱脂处理是在对金属件实施表面精加工处理(金属涂层处理、化学转化处理、涂装处理等)之前实施的预处理。有时也通过该酸洗处理使原材料金属的一部分溶解。此外，针对由用于使表面精加工品质提高的蚀刻实现的金属件的溶解而言也用到该酸洗处理。并且，也存在在酸洗处理之前设置脱脂处理的情况，脱脂处理的脱脂性能有时也会给之后的酸洗处理的氧化皮的去除带来影响。

此外，针对以下要详细说明的本实施方式的超声波清洗装置1而言，除上述那样的生产线中的清洗工序以外，还能够将其用于使用后的配管、需要定期或不定期地去除污垢的容器、装置的清洗等。

如图1A所例示的那样，本实施方式的超声波清洗装置1是至少包括处理槽10、超声波施加机构20和曲面构件30的装置。并且，本实施方式的超声波清洗装置1也可以如图1B所例示的那样除图1A所示的结构之外还包括溶解气体控制机构40，也可以如图1C所例示的那样除图1A所示的结构之外还包括小气泡供给机构50。并且，本实施方式的超声波清洗装置1也可以如图1D所例示的那样除图1A所示的结构之外还包括溶解气体控制机构40和小气泡供给机构50。

以下，详细地说明本实施方式的超声波清洗装置1的各结构。

＜处理槽10＞

处理槽10收纳用于清洗被清洗物的清洗液3、被清洗物。保持于处理槽10的清洗液3的种类并不特别限定，能够与要对被清洗物进行的处理相应地使用公知的清洗液。并且，为了实现清洗性能的进一步提高，也可以在清洗液3中进一步添加公知的颗粒等。

在此，用于形成本实施方式的处理槽10的材料并不特别限定，既可以是铁、钢、不锈钢板等这样的各种金属材料，也可以是纤维增强塑料(FRP)、聚丙烯(PP)等这样的各种塑料树脂，还可以是耐酸砖块等那样的各种砖块。即，作为构成本实施方式的超声波清洗装置1的处理槽10，既能够新准备由上述那样的材料形成的处理槽，也能够利用各种生产线中已有的处理槽。

并且，处理槽10的大小也不特别限定，即使是液面深度大致1m～2m×全长大致3m～25m那样的各种形状的大型处理槽也能够用作本实施方式的超声波清洗装置1的处理槽10。

并且，优选的是，清洗槽10中的供后述的曲面构件30配置的壁面和/或底面不具有凹部。由此，能够防止超声波在凹部的作用下聚焦而无法利用超声波的一部分。

＜超声波施加机构20＞

超声波施加机构20用于对收纳于处理槽10的清洗液3、被清洗物施加预定频率的超声波。超声波施加机构20并不特别限定，能够利用与未图示的超声波振荡器相连接的超声波振子等公知的机构。另外，在图1A～图1D中图示了将超声波施加机构20设于处理槽10的壁面的情况，但超声波施加机构20设置于处理槽10的设置位置也不特别限定，只要在处理槽10的壁面、底面恰当地设置一个或多个超声波振子即可。另外，如果设为使超声波在整个处理槽10内均匀地传播那样的条件，则各超声波振子的振荡负载的平衡彼此相同，因此，即使超声波振子的个数为多个，也不会在所产生的超声波之间发生干涉。

优选的是，自超声波施加机构20输出的超声波的频率例如为20kHz～200kHz。通过使超声波的频率在上述范围内，从而能够恰当地去除存在于金属件、例如钢材表面的氧化皮。在超声波的频率小于20kHz时，存在如下的情况：超声波传播被从被清洗物的表面产生的尺寸较大的气泡妨碍，由超声波实现的清洗性能提高效果降低。另外，在超声波的频率超过200kHz时，存在如下的情况：对被清洗物进行清洗时的超声波的直行性变得过强，清洗的均匀性降低。而且，根据超声波清洗装置1的装置结构的不同存在氧化皮的去除较为困难的情况。自超声波施加机构20输出的超声波的频率优选为20kHz～150kHz，更优选为25kHz～100kHz。

另外，针对施加的超声波的频率而言，优选的是，与被清洗物相应地在上述范围内选定恰当的值，也可以根据被清洗物的种类的不同而施加两种以上的频率的超声波。

并且，优选的是，超声波施加机构20具有能够在以某一选择出的超声波的频率为中心±0.1kHz～±10kHz的范围内对频率进行扫描并且施加超声波的频率扫描功能。优选超声波施加机构20具有频率扫描功能的理由将在以下另外进行说明。

＜曲面构件30＞

如以下详细说明的那样，曲面构件30是具有朝向超声波施加机构20的振动面凸出的曲面的构件，是使到达曲面构件30的超声波向多个方向反射的构件。通过将该曲面构件30设于处理槽10内的壁面和底面中的至少任一者，从而能够使自超声波施加机构20的振动面产生的超声波向整个处理槽10内传播。

更详细而言，在本实施方式的曲面构件30具有凸曲面，该凸曲面至少存在具有球面或非球面的表面形状的凸弯曲部，该凸弯曲部成为比除凸弯曲部以外的部分向超声波施加机构20的振动面侧突出的状态。

在图2中，列举了本实施方式的曲面构件30的一个例子。另外，图2图示了从图1A～图1D所示的座标轴中的z轴上方对本实施方式的曲面构件30进行观察时的形状。

如图2中分别图示的那样，本实施方式的曲面构件30至少具有凸曲面31，在该凸曲面31至少存在具有球面或非球面的表面形状的凸弯曲部33。在本实施方式的超声波清洗装置1中，曲面构件30中的具有该凸弯曲部33的凸曲面31向超声波施加机构20的振动面侧突出，并且以朝向该振动面的状态被保持。

另外，本实施方式的曲面构件30既可以如图2上层所示那样具有不是凸弯曲部33的部分即非凸弯曲部35，也可以如图2中层和下层所示那样仅包括凸曲面31。

而且，本实施方式的曲面构件30既可以如图2上层和中层所示那样是实心的柱状体，也可以如图2下层所示那样为中空的筒状体。并且，在曲面构件30为中空的情况下，在安装于处理槽10的状态下的曲面构件30的空隙内既可以存在空气等各种气体，也可以存在保持于处理槽10的清洗液3等各种液体。

曲面构件30具有上述那样的凸曲面31，从而能够向多个方向反射超声波，实现没有偏颇的均匀的超声波传播，抑制超声波之间的干涉。其结果，超声波能够向清洗槽10内的所有方向三维地扩散，实现没有遗漏的均匀的清洗。即，超声波从所有角度到达被清洗物并对被清洗物表面均匀地进行清洗。在此，在曲面构件30含有凹部的情况下，超声波会被凹部反射而聚焦，无法有效地向整个处理槽10内反射超声波。并且，即使在含有凸部的情况下，在凸部不是曲面而是平面时也仅能向一个方向反射超声波，无法有效地向整个处理槽10内反射超声波。

另外，图2所示的曲面构件30的形状只是一个例子，本实施方式的曲面构件30的形状并不限定于图2所示的形状。其中，具有波状的凹凸的构件的凹部会使超声波聚焦，因此存在难以使超声波均匀地扩散的情况，本实施方式的曲面构件30不包括具有波状的凹凸的构件。

在此，针对图2的各图所示那样的凸曲面31的凸弯曲部33的最大高度H而言，在曲面构件30具有凸弯曲部33和非凸弯曲部35的情况下，最大高度H指的是以凸弯曲部33与非凸弯曲部35的连接部的位置为基准定义的高度。此外，在曲面构件30仅具有凸弯曲部33的情况下，最大高度H指的是与曲面构件30的半径、长径的1/2长度、短径的1/2长度···等相对应的高度。在将利用超声波施加机构20施加的超声波的波长设为λ时，优选该凸弯曲部33的最大高度H是满足λ/2＜H的关系的高度。如果凸弯曲部33的最大高度H大于超声波的半波长，则能够使到达的超声波在凸弯曲部33的任一曲面处进行全反射。另一方面，凸弯曲部33的最大高度H的上限并不特别限定，但优选与处理槽10的壁面与被清洗物之间的距离相应地设为例如500mm以下。凸弯曲部33的最大高度H更优选为10mm以上且300mm以下。

另外，针对曲面构件30的除上述的最大高度以外的尺寸(最大宽度W等)而言，能够根据后述的凸弯曲部33相对于处理槽10的壁面等的总面积的面积比、曲面构件30的数量来恰当地设定。

例如具有图2所示那样的形状的曲面构件30优选使用使超声波反射的材料形成。作为该材料，例如能够列举出声阻抗(固有声阻抗)为1×10⁷[kg·m^－2·sec^－1]以上且2×10⁸[kg·m^－2·sec^－1]以下的材料。通过使用声阻抗为1×10⁷[kg·m^－2·sec^－1]以上且2×10⁸[kg·m^－2·sec^－1]以下的材料，从而能够高效地使超声波反射。

作为声阻抗为1×10⁷[kg·m^－2·sec^－1]以上且2×10⁸[kg·m^－2·sec^－1]以下的材料，例如能够列举出各种金属或金属氧化物、包括非氧化物陶瓷在内的各种陶瓷等。作为这样的材料的具体例子，例如具有钢(固有声阻抗[kg·m^－2·sec^－1]：4.70×10⁷，以下的括弧内的数值同样表示固有声阻抗的值。)、铁(3.97×10⁷)、不锈钢(SUS、3.97×10⁷)、钛(2.73×10⁷)、锌(3.00×10⁷)、镍(5.35×10⁷)、铝(1.38×10⁷)、钨(1.03×10⁸)、玻璃(1.32×10⁷)、石英玻璃(1.27×10⁷)、搪玻璃(1.67×10⁷)、氧化铝(3.84×10⁷)、氧化锆(3.91×10⁷)、氮化硅(SiN，3.15×10⁷)、碳化硅(SiC，3.92×10⁷)、碳化钨(WC，9.18×10⁷)等。在本实施方式的曲面构件30的情况下，只要根据保持于处理槽10的清洗液3的液体性质、曲面构件30所需的强度等恰当地选择用于形成曲面构件30的材料即可，但优选使用具有上述那样的声阻抗的各种金属或金属氧化物。

针对这样的曲面构件30而言，如图3意性地表示的那样，其与超声波施加机构20的振动面相对，位于自该振动面的端部处的法线方向向外侧以预定的倾斜角θ所限定的范围内，保持于处理槽10的壁面和/或底面。以下，将由超声波施加机构20的振动面和预定的倾斜角θ限定出的范围称作振子有效范围AR。根据图3可明确，振子有效范围AR是限定在平面区域与振动面之间的范围，该平面区域是由以预定的分开距离与超声波施加机构20的振动面相对的相对面和与该相对面位于同一平面上且与相对面接触的周边区域限定出的区域。

通过将曲面构件30保持于振子有效范围AR内，从而能够使在超声波施加机构20的振动面处产生的超声波高效地向多个方向反射，能够向整个处理槽10内均匀地传播超声波。另外，曲面构件30的设置方向并不限定于图3所示的例子，较为重要的是，以曲面构件30的凸曲面31朝向超声波施加机构20的振动面的状态进行设置，凸曲面31可以不与振动面正对地设置。针对曲面构件30而言，既可以设置为具有图2等所示那样的截面形状的曲面构件30的长轴方向与图中的y轴方向大致平行，也可以设置为曲面构件30的长轴方向与图中的z轴方向大致平行，还可以设置为曲面构件30的长轴方向相对于图中的y轴方向或z轴方向具有预定的角度。

在图3中，设置在振子有效范围AR内的曲面构件30的个数仅为一个，但不言而喻的是，设置在振子有效范围AR内的曲面构件30的个数也可以是两个以上，只要根据处理槽10的大小等恰当地设定即可。在存在多个超声波施加机构20的振动面并且在各振子有效范围AR彼此重叠的范围内存在有曲面构件30的情况下，存在于该重叠的范围内的曲面构件30作为针对多个振动面均有效的反射构件发挥作用。另外，也可以存在没有设置于振子有效范围AR内的曲面构件30。曲面构件30的个数能够根据例如凸弯曲部33的尺寸、后述的凸弯曲部33相对于处理槽10的壁面等的总面积的面积比来恰当地设定。

在此，优选图3中的倾斜角θ的大小为0度以上且30度以下。超声波是具有直行性的波，因此其会向与振动面正对的面和该面的周边的局部强力地传播。在本实施方式中，将自振子面振荡出的超声波中的在到达壁面和/或底面和/或水面之前未发生反射的声波定义为第一声波。通过使对振子有效范围AR进行限定的倾斜角θ的大小为0度以上且30度以下并且在该范围AR内设置一个或多个曲面构件30，从而能够更高效地使强力的第一声波向多个方向反射，从而向整个处理槽10内均匀地传播超声波。即，在本实施方式中，在处理槽10内不存在被清洗物的情况下，优选曲面构件30存在于与超声波施加机构20的振动面正对的范围(θ＝0度)～θ＝30度的范围内。另一方面，在倾斜角θ的大小超过30度的情况下，自超声波施加机构20照射出且未发生反射的声波即第一声波的至少一部分会难以到达，因此不优选。倾斜角θ的大小进一步优选为0度以上且25度以下。

另外，在本实施方式的超声波清洗装置1的情况下，较为重要的是，如图4A～图4C所示意性地表示的那样，以自超声波施加机构20照射出且未发生反射的声波即第一声波的至少一部分到达凸曲面31的凸弯曲部33的方式以凸曲面31朝向振动面的状态进行保持。即，超声波是具有直行性的波，因此，较为重要的是，以在将被清洗物浸渍于处理槽10内的状态下，第一声波的至少一部分也会到达曲面构件30的凸弯曲部33的方式，对被清洗物的浸渍状态进行考虑而设置曲面构件30。另外，第一声波是否到达曲面构件30的凸曲面31的凸弯曲部33能够如下地进行判断，即，在处理槽10内不存在被清洗物的状态下施加超声波时，在曲面构件30与超声波施加机构20的振动面之间设有用于屏蔽超声波的传播的屏蔽构件的情况和不设置用于屏蔽超声波的传播的屏蔽构件的情况下，在凸弯曲部33的位置处测量到的超声波的强度是否发生变化。

在例如如图4A所示那样被清洗物为钢管等管状件的情况下，优选的是，以在将预定量的管状件浸渍的情况下，第一声波的至少一部分也会到达凸弯曲部33的方式来确定曲面构件30的设置位置。

在例如如图4B所示那样被清洗物为钢板等板状件的情况下也是，优选的是，与板状件的浸渍位置相应地以第一声波的至少一部分到达凸弯曲部33的方式来确定曲面构件30的设置位置。同样地，在例如如图4C所示那样被清洗物为卷绕钢线材等而成的螺旋状的物体的情况下也是，优选的是，与螺旋状的线材的浸渍位置相应地以第一声波的至少一部分到达凸弯曲部33的方式来确定曲面构件30的设置位置。

另外，关于曲面构件30的设置状态，在配置有多个曲面构件30的情况下，优选的是将这些曲面构件30隔开预定间隔地配置。像这样，通过使曲面构件30彼此之间存在有预定间隔，从而能够防止第一声波在曲面构件30处反射、扩散时反射波在曲面构件30彼此之间聚焦。

更具体而言，优选的是，相对于图2所示的曲面构件30的凸弯曲部33的最大高度H而言，图4A、图4B、图4C所示的曲面构件30彼此之间的分开距离L满足3H＜L的关系。在分开距离L为所述最大高度H的3倍以下时，曲面构件30彼此之间容易作为凹部发挥作用，作为第一声波而到达的声波会聚焦而不向处理槽10内反射，具有容易产生衰减的倾向。另一方面，如果存在比所述最大高度H的3倍大的一定的曲面构件30彼此之间的分开距离L，则能够在不衰减的前提下有效地向整个处理槽10内反射超声波。分开距离L优选为最大高度H的5倍以上，更优选为7倍以上。并且，具体的分开距离L并不特别限定，例如能够为0.1m以上，优选为0.2m以上。另一方面，分开距离L的上限并不特别限定，但优选与振动面、凸弯曲部的面积相应地设为例如1.5m以下。

另外，上述的分开距离L采用彼此相邻的曲面构件30之间的最小的距离。并且，在彼此相邻的曲面构件30的形状不同的情况下，采用各曲面构件30的凸弯曲部33的最大高度中的最大的值来作为最大高度H。

关于图3～图4C所示那样的曲面构件30的设置状态，更具体而言，优选的是，以曲面构件30的凸弯曲部33相对于位于基于振动面而限定的振子有效范围AR内的曲面构件30的总表面积而言具有30％以上的面积比的方式设置曲面构件30。通过使凸弯曲部33相对于曲面构件30的总表面积的面积比为30％以上，从而能够更有效地使超声波反射，能够向整个处理槽10内更均匀地传播超声波。另外，该面积比越大越好，因此其上限值并不限定，面积比也可以是100％。凸弯曲部33相对于曲面构件30的总表面积的面积比更优选为50％以上。

并且，优选的是，曲面构件30的凸弯曲部33相对于处理槽10的位于基于振动面而限定的振子有效范围AR内的壁面和/或底面的总面积而言具有1％以上且80％以下的面积比。在此，凸弯曲部33的面积是指凸弯曲部33的朝向超声波施加机构20的振动面的部分的面积。换言之，第一声波能够达到的范围的面积为凸弯曲部33的面积。例如，在曲面构件30为管状构件的情况下，与半圆相对应的曲面的面积成为所认为的凸弯曲部33的面积。通过使凸弯曲部33相对于处理槽10的壁面等的总面积的面积比在上述范围内，从而能够使到达曲面构件30的凸弯曲部33的超声波有效地扩散，能够向整个处理槽10内更均匀地传播超声波。在相对于处理槽10的壁面等的总面积而言的面积比小于1％的情况下，由曲面构件30实现的超声波扩散效果极为不足。另一方面，在相对于处理槽10的壁面等的总面积而言的面积比超过80％的情况下，根据超声波的反射方向的不同会存在凹部，无法高效地使超声波扩散。相对于处理槽10的壁面等的总面积而言的面积比更优选为3％以上且80％以下，进一步优选为10％以上且80％以下。另外，在为了向整个处理槽10内更均匀地传播超声波而设定了上述的面积比之后，能够根据该面积比来设定曲面构件30的尺寸和数量从而更可靠地实现均匀的超声波传播。

另外，优选的是，图5所示意性地表示的那样的、超声波施加机构20的振动面与曲面构件30的凸曲面31处的赋予凸弯曲部33的最大高度的位置之间的分开距离D为5cm以上且250cm以下。通过使分开距离D为5cm以上且250cm以下从而能够更有效地扩散超声波。在分开距离小于5cm的情况下，被曲面构件30反射的超声波较为强力，存在给超声波施加机构20的振动面带来损伤、或者反射后的超声波发生干涉而导致传播性能降低的情况，因此不优选。另外，在分开距离D超过250cm的情况下，存在超声波自身逐渐衰减而难以获得由曲面构件30实现的反射效果的情况，因此不优选。另外，分开距离D更优选为10cm以上且200cm以下。

以上，参照图2～图5来详细地说明本实施方式的曲面构件30。

＜溶解气体控制机构40＞

接着，再回看图1B和图1D，详细地说明本实施方式的超声波清洗装置1优选具有的溶解气体控制机构40。

溶解气体控制机构40用于将保持在处理槽10的内部的清洗液3中的溶解气体量控制在恰当的范围内。

在本实施方式的超声波清洗装置1中，为了兼顾更均匀的超声波传播和高清洗性能，优选将清洗液3中的溶解气体量控制为恰当的值。优选的是，这样的清洗液3中的恰当的溶解气体量是清洗液3的溶解饱和量的1％以上且50％以下。在溶解气体量小于溶解饱和量的1％的情况下，不会发生由超声波实现的空化，无法发挥出由超声波实现的清洗性能提高能力(表面处理性能提高能力)，因此不优选。另一方面，在溶解气体量超过溶解饱和量的50％的情况下，溶解的气体会妨碍超声波的传播，妨碍超声波向整个处理槽10内均匀地传播，因此不优选。清洗液3中的溶解气体量优选为清洗液3的溶解饱和量的5％以上且40％以下。

在此，如果清洗液3的温度发生变化，则清洗液3的溶解饱和量会发生变化。并且，因清洗液3的温度变化而导致的、构成清洗液3的液体的分子动量(例如水分子动量)的不同会影响传播性能。具体而言，如果温度较低，则构成清洗液3的液体的分子动量较小，容易传播超声波，清洗液3的溶解饱和量也较高。因而，优选的是，恰当地控制清洗液3的温度，从而能够实现上述范围内的期望的溶解气体量。清洗液3的温度还取决于利用清洗液3实施的具体的处理内容，但例如优选为大致20℃～85℃。

具体而言，清洗液3中的溶解气体量例如优选为0.1ppm以上且11.6ppm以下，更优选为1.0ppm以上且11.0ppm以下。因此，溶解气体控制机构40以使保持在处理槽10内的清洗液3中的溶解气体量成为上述那样的范围内的值的方式对清洗液3的温度、清洗液3中的溶解气体量进行控制。

在溶解气体量的控制方法中，存在有真空脱气、化学药品脱气等各种方法，能够恰当地选择。并且，能够利用隔膜电极法和光学式溶解氧分析器这样的公知的设备来测量清洗液3中的溶解气体量。

在此，水溶液中的溶解气体主要是氧、氮、二氧化碳、氦、氩，虽然会受水溶液的温度、成分影响，但氧和氮占一大半。

＜小气泡供给机构50＞

接着，再回看图1C和图1D，详细地说明本实施方式的超声波清洗装置1优选具有的小气泡供给机构50。

小气泡供给机构50借助供给管向保持于处理槽10的清洗液3中供给具有与自超声波施加机构20施加的超声波的频率相对应的气泡直径(平均气泡直径)的小气泡。小气泡是指平均气泡直径为100μm以下的微细气泡。有时将该小气泡中的平均气泡直径为μm量级的小气泡称作微气泡，有时将平均气泡直径为nm量级的小气泡称作纳米气泡。小气泡用于提高超声波向被清洗物的传播效率，并且作为超声波空化的核使清洗性能提高。

供给到清洗液中的小气泡的平均气泡直径优选为0.01μm～100μm。在此，平均气泡直径是与小气泡的直径相关的个数分布中的采样数量最大的直径。在平均气泡直径小于0.01μm的情况下，存在如下情况：小气泡供给机构50成为大型，在供给小气泡时难以调整气泡直径。另外，在平均气泡直径超过100μm的情况下，存在如下情况：小气泡的浮起速度增大，清洗液中的小气泡的寿命较短，无法进行实际上的清洗。并且，在气泡直径过大的情况下，存在如下情况：超声波的传播被小气泡妨碍，超声波所具有的清洗力提高效果降低。

另外，清洗液3中的小气泡的浓度(密度)优选为10³个/mL～10¹⁰个/mL。在小气泡的浓度小于10³个/mL的情况下，存在无法充分地得到由小气泡实现的超声波传播性能提高作用的情况，并且，清洗所需要的超声波空化的核较少，因此不优选。另外，在小气泡的浓度超过10¹⁰个/mL的情况下，存在如下情况：气泡发生装置成为大型或者气泡发生装置的台数增多，小气泡的供给不太现实，因此不优选。

此外，优选的是，小气泡供给机构50以在清洗液3中具有与超声波的频率共振的直径即频率共振直径以下的气泡直径的小气泡的个数的比例为存在于清洗液3中的所有小气泡的个数的70％以上的方式对小气泡进行供给。

以下说明理由。

包括小气泡在内的各种气泡的固有频率也称作Minnaert共振频率，通过以下的算式101得出。

[数学式1]

在此，在上述算式101中，

f₀：气泡的固有频率(Minnaert共振频率)

R₀：气泡的平均半径

p_∞：周边液体的平均压力

γ：绝热指数(空气的γ＝1.4)

ρ：液体密度。

现在，假设在着眼的气泡的内部存在空气，在该情况下，在气泡的周边液体为水，压力为大气压时，根据上述算式101，气泡的固有频率与气泡的平均半径之积f₀R₀的值为大约3kHz·mm左右。由此，如果施加的超声波的频率为20kHz，则与该超声波共振的气泡的半径R₀为大约150μm，因此与频率20kHz的超声波共振的气泡的直径即频率共振直径2R₀为大约300μm。同样地，如果施加的超声波的频率为100kHz，则与该超声波共振的气泡的半径R₀为大约30μm，因此与频率100kHz的超声波共振的气泡的直径即频率共振直径2R₀为大约60μm。

此时，具有比共振半径R₀大的半径的气泡成为阻碍因素。其原因在于，在包括小气泡在内的气泡共振时，气泡在短时间内反复膨胀、收缩并最终破裂，但如果在第一声波通过气泡的时刻气泡的大小比频率共振直径2R₀大，则超声波会在气泡表面扩散。相反地，如果在第一声波通过气泡的时刻气泡的大小比频率共振直径2R₀小，则超声波能够通过气泡之中而不会在气泡表面扩散。

从那样的观点出发，优选的是，在清洗液3中，具有频率共振直径2R₀以下的气泡直径的小气泡的个数的比例为存在于清洗液3中的全部小气泡的个数的70％以上。通过使具有频率共振直径2R₀以下的气泡直径的小气泡的个数的比例为70％以上，从而能够进一步提高超声波的传播效率。并且，能够通过使第一声波传播至处理槽10的壁面/底面从而反复进行超声波向整个处理槽10内的扩散、反射，实现均匀的超声波处理槽。并且，频率共振直径2R₀以下的气泡也会在超过预定的超声波照射时间时反复膨胀、收缩而破裂，能够有助于空化清洗。

另外，考虑到在刚产生小气泡后就膨胀的泡存在很多，因此优选具有频率共振直径2R₀以下的气泡直径的小气泡的个数的比例为98％以下。具有频率共振直径2R₀以下的气泡直径的小气泡的个数的比例更优选为80％以上且98％以下。

在此，在产生小气泡的基本机构中，存在有剪切气泡、使气泡通过微细孔、由减压实现的空化(气化)、气体的加压溶解、超声波、电解、化学反应等这样的各种机构，能够恰当地选择。优选的是，本实施方式的小气泡供给机构50使用能够容易地对小气泡的气泡直径和浓度进行控制的小气泡产生方式。该小气泡产生方式例如是在通过剪切方式产生小气泡后使清洗液通过具有预定尺寸的微细孔的过滤器从而控制小气泡的气泡直径等的方式。

在此，小气泡的平均气泡直径、浓度(密度)能够通过液体中粒子计数器、气泡直径分布测量装置等这样的公知的设备来测量。例如，包括：能够对根据激光衍射散射法中的散射光分布而算出的较大范围的气泡直径分布(几nm～几百μm)进行测量的岛津制作所制造的SALD－7100H、能够根据电阻法中的通过开口部时的电阻变化来测量μm量级的个数、浓度的贝克曼库尔特制造的Multisizer4、以及能够利用布朗运动观察法的激光照射并利用颗粒的布朗运动观察视频从而根据速度来测量nm量级的个数、浓度的马尔文制造的NanoSight LM10等。

针对像以上那样产生的小气泡而言，在通常的清洗液3的液体性质条件下，表面电位通常带负电。另一方面，存在于被清洗物的表面的清洗对象物(例如钢管的氧化皮、污物、油分等)通常带正电，因此，如果小气泡到达清洗对象物的附近，则会因其带电性的不同而使小气泡被清洗对象物吸附。在本实施方式的超声波清洗装置1具有小气泡供给机构50的情况下，小气泡会因施加的超声波而发生空化，从而能够进一步对清洗对象物进行清洗，能够更高效地进行清洗。

＜反射板＞

另外，优选的是，在处理槽10的清洗液侧的壁面和底面设有用于反射超声波的反射板。通过设置这样的反射板，从而使到达处理槽10的壁面、底面的超声波被反射板反射并再次向清洗液3传播。由此，能够高效地利用施加在清洗液3中的超声波。另外，在本实施方式中，在处理槽10内配置有曲面构件30，由此，即使在配置有反射板的情况下，也能够防止驻波的产生。

特别是，例如如图6所示意性地表示的那样，在曲面构件30与处理槽10的保持有该曲面构件30的壁面或底面之间设置有用于反射超声波的反射板60，从而能够更高效地利用超声波。

另外，也可以在处理槽10的壁面和底面的没有配置曲面构件30的部位配置反射板。通过使反射板像这样地存在，从而能够防止超声波在处理槽10的壁面和底面处被吸收，能够使超声波反射。由此，能够高效地利用施加在清洗液3中的超声波。并且，在该情况下，反射板相对于处理槽10的与清洗液接触的壁面和底面中的没有配置曲面构件30的部位而言的面积比越大越好，并不特别限定，能够为例如80％以上，优选为90％以上。

以上，参照图1A～图6来详细地说明本实施方式的超声波清洗装置1的整体结构。

(频率的扫描处理)

接着，简单地说明超声波施加机构20的频率的扫描处理。

如之前所提到的那样，优选的是，本实施方式的超声波施加机构20具有能够在以某一选择出的超声波的频率为中心±0.1kHz～±10kHz的范围内对频率进行扫描并且施加超声波的频率扫描功能。利用这样的频率扫描功能能够实现以下那样的两个更进一步的效果。

在对存在于液体中的包括小气泡在内的微小气泡施加超声波的情况下，将称作Bjerknes力的力作用于微小气泡，微小气泡根据与频率相关的共振气泡半径R₀被吸引向超声波的波腹、波节的位置。在此，在超声波施加机构20具有的频率扫描功能的作用下超声波的频率发生变化，在该情况下，与频率相关的共振气泡半径R₀的范围会与频率的变化相应地扩大。其结果，发生空化的泡径的范围扩大，能够利用较多的微小气泡(例如小气泡)来作为空化核。由此，能利用超声波施加机构20所具有的频率扫描功能来使本实施方式的超声波清洗装置1的清洗效率进一步提高。

另一方面，作为超声波的一般性质，公知有“在超声波的波长是与照射物体的厚度相对应的波长的1/4时，超声波会透过照射物体”这样的现象。因此，通过在恰当的范围内对频率进行扫描并施加超声波，从而例如在被清洗物为管状件等具有中空部的物体的情况下能够增加透过管状件内的超声波，使得本实施方式的超声波清洗装置1的清洗效率进一步提高。

在此，在考虑超声波在照射物体表面处透过的情况下，不仅有超声波垂直入射于照射物体的情况，超声波也会反复多次反射并且传播过去，因此具有不容易形成恒定的声场的倾向。特别是，为了创造出透过照射物体的壁面的条件，优选的是，无论被清洗物的位置存在于何处均实现能够满足“超声波的波长是与被清洗物的厚度相对应的波长的1/4”这样的条件的频率。针对这样的频率的范围而言，本发明人进行了研究讨论，明确了如下情况：通过在以某一选择出的超声波的频率为中心±0.1kHz～±10kHz的范围内对频率进行扫描并且施加超声波从而能够实现上述那样的超声波的透过。

实施例

接着，示出实施例和比较例并且具体地说明本发明的超声波清洗装置和超声波清洗方法。另外，以下所示的实施例只是本发明的超声波清洗装置和超声波清洗方法的一个例子，本发明的超声波清洗装置和超声波清洗方法并不限定于以下所示的例子。

(实验例1)

在本实验例中，利用图7A和图7B所示意性地表示的那样的超声波清洗装置1来进行钢板的水洗(漂洗)处理。作为漂洗溶液，使用常温(25℃)的净水。处理槽10使用外壁为SUS制的、宽度2.0m×长度7m×深度0.5m的容量7m³的处理槽。作为被清洗物的钢板成为被保持于在处理槽10内设置的辊的状态。超声波施加机构20的超声波振荡器使用输出功率为1200W的超声波振荡器。将超声波的频率设为40kHz(声速c＝1500m/s的波长λ：37.5mm)，如图7A和图7B所示意性地表示的那样，将5台SUS制投入式振子配置于处理槽10的长边单侧壁面并施加超声波。此外，如图7A和图7B所示意性地表示的那样，在处理槽10的没有设置超声波振子的那一侧的壁面以与SUS制投入式振子相对的方式设置有5个曲面构件30。针对设置于处理槽10的曲面构件30而言，使其大小、形状、材质(固有声阻抗)、表面积、距振动面的距离、以及曲面构件30之间的距离分别变化，对得到的结果进行比较。另外，在本实验例中，作为溶解气体控制机构40，使用日本三浦工业制造的膜式脱气装置PDO4000P，在试验时对溶解气体量进行控制。利用HORIBA制造的溶解氧分析器LAQUAOM－51测量作为与溶解气体量成比例的值的溶解氧量，来估算相对于溶解饱和量而言的溶解气体量(％)。另外，以下的表1、表2中的溶解气体量5％、40％、95％作为具体的浓度分别与1.1ppm、9.1ppm、21.5ppm相对应。此外，溶解气体量95％是直接使用没有进行溶解气体控制的净水的情况下的值。

在本实验例中，如图8所示意性地表示的那样，利用超声波音压计(日本楷捷制造的19001D)，在沿处理槽10的长度方向为0.5m间隔并且沿处理槽10的宽度方向距壁面0.5m的位置的共计26个位置处进行超声波强度(mV)的测量，算出相对超声波强度(将比较例1的测量结果、即没有设置凸弯曲部33的情况下的测量超声波强度设为1时的相对强度)和标准偏差(σ)，从而对整个处理槽10内的超声波传播性能进行比较。另外，在以下所示的比较例5中，在与设有SUS制投入式振子的壁面相同的壁面设置曲面构件30，使凸弯曲部33与振动面不相对。将本实验例的实验条件和得到的结果一并表示在以下的表1、表2中。

另外，在以下的表1、表2中，在曲面构件的形状中，记载为“圆管”的情况是指使用了与长轴方向垂直的截面的外形为圆形的中空的管状件，记载为“圆柱”的情况是指使用了与长轴方向垂直的截面的外形为圆形的实心的柱状体。另外，在曲面构件的形状中，记载为“扁平管”的情况是指使用了与长轴方向垂直的截面的外形为椭圆形的中空的管状件。此外，记载为“波形板(方)”的情况是指使用了波纹部分作为非凸弯曲部35发挥作用的波形板。另外，在曲面构件的形状中，记载为“压纹”的情况是指使用了将φ10mm的半球交错配置从而对板状的材料表面进行压纹加工而得到的构件。另外，在曲面构件的形状中，记载为“圆管+屏蔽板”的情况是指在超声波施加机构20的SUS制投入式振子与圆管之间配置有用于屏蔽第一声波的屏蔽板。

另外，在以下的表1、表2中，“最大高度H”是指如之前说明的那样的朝向振子面凸出的凸弯曲部33的最大高度，在圆管、圆柱的情况下是与半径相当的值。另外，在以下的表1、表2中，“构件内凸弯曲部面积比”是指曲面构件30中的与振子面相对的凸弯曲部33所占的面积比。另外，在以下的表1、表2中，“曲面构件的数量”是指一个曲面构件30中的凸弯曲部33的个数，将凸弯曲部33连续时的数量表示为1。

[表1]

[表2]

首先，观察比较例可知，针对设有不存在凸弯曲部33的曲面构件30的比较例2～3、存在以屏蔽第一声波的超声波为目的设于凸弯曲部33的前方的屏蔽板的比较例4以及在与振动面相同的壁面设有凸弯曲部的比较例5而言，与没有将本发明的实施方式的曲面构件30保持于处理槽的比较例1相比，整个处理槽10内的相对超声波强度的平均值几乎不变。此外可知，作为离散指标的标准偏差也相对于超声波强度33mV而言超过了20，超声波的传播不均匀。

另一方面，在设有本发明的实施方式的曲面构件30的实施例1～20中，相对超声波强度表现出了1.5倍以上的较高的值。特别是，在距振子面的分开距离D为2.5m以内并且在向外侧30°以内的振子有效范围内以1％以上且80％以下的面积比具有凸弯曲部33的实施例4～8中，观测到两倍以上的相对超声波强度，标准偏差也较小。另外，在改变凸弯曲部33的形状时，在面积比在1％以上且80％以下的范围内并且凸弯曲部33的最大高度H为λ/2＜H的实施例13、16、18中，也同样地观测到两倍以上的相对超声波强度。

另外，与由固有声阻抗小于1×10⁷的材料形成的实施例10、11相比，在由固有声阻抗为1×10⁷以上的材料形成的实施例5的情况下的相对超声波强度较高。而且，在对溶解气体量进行了控制的情况下的实施例17、18中，观测到相对超声波强度成为比较例1的3.5倍以上，并且标准偏差更小，超声波更均匀地传播。

(实验例2)

在本实验例中，利用如图9A和图9B所示意性地表示的那样的超声波清洗装置1对表面附着有油分的钢管进行脱脂处理。作为脱脂溶液，使用了温度为60℃的碱性脱脂液。处理槽10使用了外壁为钢铁制且表面衬砌有PTFE(聚四氟乙烯)且宽度1.0m×长度15.0m×深度0.6m的容量9m³的处理槽。将表面附着有油分的钢管以预定时间浸渍于该处理槽10。具体而言，在处理槽10内的中央设置20根内径40mm、长度10m的钢管来作为被清洗物并进行清洗评价。

超声波施加机构20的超声波振荡器使用了输出功率为1200W的超声波振荡器。超声波振子使用10台SUS制投入式振子，如图9A和图9B所示意性地表示的那样，在处理槽10的沿长度方向的壁面各设置5台。使用的超声波振荡器能够扫描超声波的频率，在本实验例中，将频率设为25kHz～192kHz。另外，针对超声波的与各频率f相对应的波长λ而言，在声速c＝1550m/s时，能够根据c＝f·λ的关系算出。

如图9A和图9B所示意性地表示的那样，在处理槽10的壁面和底面的局部设置曲面构件30，在该曲面构件30上保持有作为被清洗物的钢管。并且，在一部分实施例中，在处理槽10的壁面与曲面构件30之间设置有预定材质的反射板。另外，该曲面构件30为SUS制管，内部为空心。使曲面构件30的形状(外形)、大小、根数、距振动面的距离进行各种变化，对得到的结果进行比较。

在本实验例中，作为溶解气体控制机构40，使用日本三浦工业制造的膜式脱气装置PDO4000P，在实验时，将相对于溶解饱和量而言的溶解气体量控制在0.5％、40％或95％。在进行该控制时，利用HORIBA制造的溶解氧分析器LAQUA OM－51测量作为与溶解气体量成比例的值的溶解氧量，来估算相对于溶解饱和量而言的溶解气体量(％)。另外，以下的表3、4中的溶解气体量0.5％、40％、95％作为具体的浓度分别与0.08ppm、6.4ppm、15.2ppm相对应。此外，溶解气体量95％是直接使用没有进行溶解气体控制的净水的情况下的值。

另外，在本实验例中，作为小气泡供给机构50，使用OHR流体工学研究所制造的2FKV－27M/MX－F13，向脱脂溶液供给小气泡并且同时使用超声波和小气泡来进行验证。利用精密粒度分布测量装置(贝克曼库尔特制造的Multisizer4)和纳米颗粒分析装置(马尔文制造的NanoSight LM10)来测量小气泡的气泡直径(平均气泡直径)和总个数。

在本实验例中，对钢板表面的油分去除率进行测量，将测量到的油分去除率作为脱脂性能进行评价。更详细而言，根据清洗前后的质量变化量来算出油分去除量，将在各清洗条件下去除了的油分去除量相对于附着于钢板表面的油分总量而言的比例作为油分去除率。另外，下述的表3、4中的脱脂性能的评价基准如以下这样。

油分去除率

100％以下～98％以上：A1

小于98％～95％以上：A2

小于95％～93％以上：B1

小于93％～90％以上：B2

小于90％～85％以上：C1

小于85％～80％以上：C2

小于80％～60％以上：D

小于60％～40％以上：E

小于40％：F

即，评价A1～评价B2是指脱脂性能非常良好，评价C1、C2是指脱脂性能良好，评价D是指脱脂性能稍微存在缺点，评价E和评价F是指脱脂性能不良。

[表3]

[表4]

首先，观察比较例可知，在没有将本发明的实施方式的曲面构件30保持于处理槽10的比较例1～2、设有不具有凸弯曲部33的曲面构件30的比较例3～4、存在以屏蔽超声波为目的设于凸弯曲部33的前级的屏蔽板的比较例5、以及在距振子面775mm(反射板与振动面之间的距离满足λ/4·(2n－1))的位置处与振子面平行地设置有反射板的比较例6中，出现了脱脂性能不良或清洗不足的区域。

另一方面，确认到了，在设有本发明的实施方式的凸弯曲部33且使凸弯曲部33的最大高度H、凸弯曲部33的面积比、倾斜角θ、频率的范围发生变化而得到的实施例1～8中，脱脂性能良好。特别是，在进行频率的扫描、小气泡的恰当范围内的供给的实施例9～17、23中，确认到了优异的脱脂性能。并且，在设有反射板的实施例19～20中，也确认到了优异的脱脂性能。

以上，参照附图详细地说明了本发明的优选的实施方式，但本发明并不限定于这样的例子。对具有本发明所属的技术领域内的常见知识的人来说，就能够在权利要求书中记载的保护范围内想到各种变更例或修正例是显而易见的，而且能够理解它们当然也属于本发明的保护范围。

附图标记说明

1、超声波清洗装置；3、清洗液；10、处理槽；20、超声波施加机构；30、曲面构件；31、凸曲面；33、凸弯曲部；35、非凸弯曲部；40、溶解气体控制机构；50、小气泡供给机构；60、反射板。

Claims (16)

1.一种超声波清洗装置，其中，

该超声波清洗装置包括：

处理槽，其收纳用于清洗被清洗物的清洗液，所述被清洗物浸渍于该处理槽；

超声波施加机构，其用于对保持于所述处理槽的内部的所述清洗液施加超声波；以及

曲面构件，其为多个，其与所述超声波施加机构的振动面相对并且位于自该振动面的端部处的法线方向向外侧以预定的倾斜角限定的范围内，将该曲面构件保持于所述处理槽的壁面和/或底面，该多个曲面构件隔开预定的间隔地配置并且不具有使超声波聚焦的凹部，

所述曲面构件具有凸曲面，在该凸曲面至少存在具有球面或非球面的表面形状的凸弯曲部，该凸弯曲部成为比除所述凸弯曲部以外的部分向所述振动面侧突出的状态，

以自所述超声波施加机构照射出且没有发生反射的声波即第一声波的至少一部分到达所述凸曲面的所述凸弯曲部的方式以所述凸曲面朝向所述振动面的状态对该曲面构件进行保持，

在将所述超声波的波长设为λ时，所述凸曲面的所述凸弯曲部的最大高度H满足λ/2＜H的关系，

多个所述曲面构件彼此的分开距离L相对于该曲面构件的凸弯曲部的最大高度H而言满足3H＜L的关系。

2.根据权利要求1所述的超声波清洗装置，其中，

所述倾斜角的大小为0度以上且30度以下。

3.根据权利要求1或2所述的超声波清洗装置，其中，

所述曲面构件的所述凸弯曲部相对于位于基于所述振动面而限定的所述范围内的所述曲面构件的总表面积而言具有30％以上的面积比。

4.根据权利要求1或2所述的超声波清洗装置，其中，

所述曲面构件的所述凸弯曲部相对于所述处理槽的位于基于所述振动面而限定的所述范围内的壁面和/或底面的总面积而言具有1％以上且80％以下的面积比。

5.根据权利要求1或2所述的超声波清洗装置，其中，

配置有所述曲面构件的所述壁面和/或所述底面不具有凹部。

6.根据权利要求1或2所述的超声波清洗装置，其中，

所述振动面与所述曲面构件的所述凸曲面处的赋予所述凸弯曲部的最大高度的位置之间的分开距离D为5cm以上且250cm以下。

7.根据权利要求1或2所述的超声波清洗装置，其中，

所述曲面构件是由声阻抗为1×10⁷以上且2×10⁸以下的材料形成的曲面构件，所述声阻抗的单位是kg·m^－2·sec^－1。

8.根据权利要求1或2所述的超声波清洗装置，其中，

该超声波清洗装置还包括溶解气体控制机构，该溶解气体控制机构用于对保持于所述处理槽的所述清洗液中的溶解气体量进行控制。

9.根据权利要求8所述的超声波清洗装置，其中，

所述溶解气体控制机构用于进行控制以使所述溶解气体量成为所述清洗液的溶解饱和量的1％～50％。

10.根据权利要求1或2所述的超声波清洗装置，其中，

该超声波清洗装置还包括小气泡供给机构，该小气泡供给机构用于向保持于所述处理槽的所述清洗液中供给具有预定的平均气泡直径的小气泡。

11.根据权利要求10所述的超声波清洗装置，其中，

所述小气泡供给机构用于将平均气泡直径为0.01μm～100μm的所述小气泡以气泡总量成为10³个/mL～10¹⁰个/mL的方式供给。

12.根据权利要求10所述的超声波清洗装置，其中，

所述小气泡供给机构以在所述清洗液中具有与所述超声波的频率共振的直径即频率共振直径以下的气泡直径的所述小气泡的个数的比例为存在于所述清洗液中的所有所述小气泡的个数的70％以上的方式对所述小气泡进行供给。

13.根据权利要求1或2所述的超声波清洗装置，其中，

所述超声波施加机构从20kHz～200kHz的频带选择所述超声波的频率。

14.根据权利要求1或2所述的超声波清洗装置，其中，

所述超声波施加机构在以选择好的所述超声波的频率为中心±0.1kHz～±10kHz的范围内进行扫描并且对所述清洗液施加超声波。

15.根据权利要求1或2所述的超声波清洗装置，其中，

在所述曲面构件与所述处理槽的保持有该曲面构件的壁面或底面之间还设有用于反射超声波的反射板。

16.一种超声波清洗方法，该超声波清洗方法是利用收纳有用于清洗被清洗物的清洗液的处理槽对所述被清洗物进行清洗的清洗方法，其中，在所述处理槽设置有用于对所述清洗液施加超声波的超声波施加机构，并且以曲面构件与所述超声波施加机构的振动面相对的方式将多个所述曲面构件设置于所述处理槽的位于自该振动面的端部处的法线方向向外侧以预定的倾斜角限定的范围内的壁面和/或底面，该多个曲面构件隔开预定的间隔地配置并且不具有使超声波聚焦的凹部，

所述清洗方法包括：

对保持于所述处理槽的所述清洗液施加超声波的工序；以及

将所述被清洗物浸渍于施加有超声波的所述清洗液的工序，

所述曲面构件具有凸曲面，在该凸曲面至少存在具有球面或非球面的表面形状的凸弯曲部，该凸弯曲部成为比除所述凸弯曲部以外的部分向所述振动面侧突出的状态，

以自所述超声波施加机构照射出且没有发生反射的声波即第一声波的至少一部分到达所述凸曲面的所述凸弯曲部的方式以所述凸曲面朝向所述振动面的状态对该曲面构件进行保持，

在将所述超声波的波长设为λ时，所述凸曲面的所述凸弯曲部的最大高度H满足λ/2＜H的关系，

多个所述曲面构件彼此的分开距离L相对于该曲面构件的凸弯曲部的最大高度H而言满足3H＜L的关系。

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