JP2002017000A - 超音波振動体の製造方法、超音波振動体及び超音波洗浄装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 この発明は振動板に振動子を接着する作業を
省略できるようにした超音波振動体の製造方法を提供す
ることにある。 【解決手段】 振動板１２に超音波振動する振動子１１
が設けられた超音波振動体の製造方法において、振動板
上に所定温度で溶融する粉末状の結合材料３４及び圧電
材料３５を順次供給する工程と、上記圧電材料を上記振
動板上で上記結合材とともに圧縮成形する工程と、圧縮
成形された圧電材料を焼成して上記振動子を形成すると
ともに溶融する結合材料によって上記振動板と振動子と
を工程とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は被洗浄物を洗浄す
る処理液に超音波振動を付与する超音波振動体の製造方
法、超音波振動体及び超音波洗浄装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば、液晶製造装置や半導体製造装
置においては、ガラス基板や半導体ウエハなどの被洗浄
物を高い清浄度で洗浄することが要求される工程があ
る。上記被洗浄物を洗浄する方式としては、超音波振動
が付与された洗浄液を用いる超音波洗浄装置が知られて
いる。

【０００３】上記超音波洗浄装置は本体を有し、この本
体には処理液を被洗浄物に向けて噴射するためのノズル
体が設けられている。また、本体内には振動板及びこの
振動板に取付けられた超音波振動子からなる超音波振動
体が設けられている。

【０００４】上記超音波振動子には超音波発振器が接続
される。この超音波発振器は所定の周波数の電力を出力
し、その電力を上記超音波振動子に印加する。それによ
って、上記超音波振動子が超音波振動するから、その超
音波振動に上記振動板が連動し、この振動板によって上
記本体内に供給された処理液に超音波振動が付与される
ようになっている。

【０００５】従来、上記超音波振動体の振動子は以下の
ごとく製造されていた。まず、粉末状の圧電材料を所定
の形状に圧縮成形する。ついで、圧縮成形された圧電材
料を加熱炉で所定の温度で焼成する。焼成後、銀ペース
トを焼付けるなどして電極を形成したのち、圧電性を与
えるために分極を行なうことで上記振動子が作られる。
そして、このようにして作られた振動子は、接着剤によ
って振動板に接着固定され、上記超音波振動体が形成さ
れる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した工
程で超音波振動体を製造する場合、振動子を接着剤によ
って振動板に接着固定する接着工程が必要になる。接着
工程は、振動子の製造工程とは別の工程になるから、そ
の接着工程によって生産性の低下を招くということがあ
る。

【０００７】また、振動子を振動板に接着するときに、
これらの間に気泡が入り込んだり、接着剤の厚さが一定
しないなどのことがある。そのため、振動板と振動子と
の間の気泡部分では、振動子が無負荷状態となるため、
他の部分に比べて発熱し易くなり、破損の原因になると
いうことがあったり、接着剤の厚さが一定しないことで
性能（インピーダンス特性）にばらつきが生じるなどの
こともある。

【０００８】この発明は、接着工程を必要とせずに振動
板に振動子を結合固定できるようにした超音波振動体の
製造方法、超音波振動体及び超音波洗浄装置を提供する
ことにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、振動
板に超音波振動する振動子が設けられた超音波振動体の
製造方法において、振動板上に所定温度で溶融する粉末
状の結合材料及び圧電材料を順次供給する工程と、上記
圧電材料を上記振動板上で上記結合材とともに圧縮成形
する工程と、圧縮成形された圧電材料を焼成して上記振
動子を形成するとともに溶融する結合材料によって上記
振動板と振動子とを結合固定する工程とを具備したこと
を特徴とする超音波振動体の製造方法にある。

【００１０】請求項２の発明は、圧電材料を焼成する工
程の後に、この圧電材料の上面に電極を設ける工程と、
圧電材料に圧電性を与えるために分極する工程とを有す
ることを特徴とする請求項１記載の超音波振動体の製造
方法にある。

【００１１】請求項３の発明は、振動板上に振動子が設
けられる超音波振動体において、上記振動子は、圧電材
料を上記振動板上で圧縮成形してから焼成することで形
成されるとともに、振動板と振動子との間には、圧電材
料の焼成時に溶融して振動子を振動板に固着する結合材
料が設けられていることを特徴とする超音波振動体にあ
る。

【００１２】請求項４の発明は、超音波振動が付与され
た処理液によって被洗浄物を洗浄するための超音波洗浄
装置において、内部に処理液が供給される本体と、この
本体に設けられ本体内に供給された処理液を流出させる
ノズル体と、上記本体内に設けられ一方の面が本体内に
供給される処理液に接触する振動板及びこの振動板の他
方の面に設けられ振動板を超音波振動させる超音波振動
子とを有する超音波振動体とを具備し、上記超音波振動
体は請求項３に記載された構成であることを特徴とする
超音波振動装置にある。

【００１３】請求項１と請求項２の発明によれば、粉末
状の圧電材料を振動板上で圧縮成形して振動子を形成す
るため、振動子を振動板に接着固定する工程が不要にな
る。

【００１４】請求項３の発明によれば、接着工程を必要
としない超音波振動体を提供することができる。

【００１５】請求項４の発明によれば、接着工程を必要
としない超音波振動体を用いた超音波洗浄装置を提供す
ることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施の形態を
図面を参照して説明する。

【００１７】図１はこの発明の第１の実施の形態を示す
ポイント型の超音波洗浄装置を示し、この装置は本体１
を有する。この本体１は、耐薬品性を備えた金属材料に
よって内部を処理液の流通部２とした中空状に形成され
ている。上記本体１の側面には上記流通部２に連通する
供給口３が形成され、下端面には同じく流通部２に連通
する流出口４が形成されている。

【００１８】上記供給口３は図示しない処理液の供給源
に配管接続される。上記流出口４にはノズル体５が取付
けられている。それによって、上記供給口３から流通部
２内に供給された処理液は上記ノズル体５から図示しな
い被洗浄物に向けて噴出するようになっている。上記ノ
ズル体５は有機溶剤に対する耐性（耐薬品性）とフッ素
樹脂に比べて機械的特性に優れた合成樹脂、たとえばＰ
ＢＩ（ポリベンゾイミダゾール）またはＰＥＥＫ（ポリ
エーテルエーテルケトン）の合成樹脂によって形成され
ている。

【００１９】なお、本体１の流通部２の内周面に耐薬品
性を備えた樹脂をコーティングしてもよい。また、上記
ノズル体５は合成樹脂でなく、石英などで形成してもよ
い。

【００２０】上記本体１には一端が上記流通部２に連通
し他端が本体１の上端面に開放した大径部６が形成され
ている。この大径部６は上記流通部２よりも大径に形成
されている。したがって、流通部２と大径部６との境界
部には段部７が形成されている。

【００２１】上記段部７には環状溝８が設けられ、この
環状溝８にはＯリング９が収容されている。上記段部７
には、図２に示すように振動板１２及びこの振動板１２
の上面に結合材料１２ａによって結合固定された振動子
１１とからなる超音波振動体１０が、その振動板１２の
下面の周辺部を上記Ｏリング９に接合させて設けられて
いる。上記振動板１２はステンレスなどの金属材料によ
って上記振動子１１とほぼ同じ大きさに形成されてい
る。

【００２２】上記振動子１１の上面には、図２に示すよ
うに電極１１ａが設けられている。この電極１１ａと上
記振動板１２との間には後述するごとく高周波電圧が印
加される。それによって、上記振動子１１が超音波振動
し、この超音波振動に振動板１２が連動する。なお、超
音波振動体１０は後述するごとく製造される。

【００２３】上記本体１の段部７に下面周辺部を係合さ
せた上記振動板１２の上面、つまり超音波振動子１１の
上面の電極１１ａにはコイルばね１３が下端を電気的に
接触させて設けられ、振動板１２は本体１を介してアー
スされている。上記コイルばね１３は内部カラ−１５に
収容され、この内部カラー１５は外部カラー１４に収容
されている。

【００２４】上記本体１の大径部６には、導電材によっ
て形成された絶縁盤１６が設けられている。この絶縁盤
１６の下面は上記各カラー１４，１５の上端面に接触し
ている。

【００２５】上記本体１の大径部６には上記絶縁盤１６
の上方から導電性材料によって形成された加圧部材１７
が螺合されている。この加圧部材１７の下面には上記内
部カラー１５に収容された絶縁部材１８が設けられ、こ
の絶縁部材１８と上記コイルばね１３との間には上記内
部カラ−１５内に入り込んで上記コイルばね１３を加圧
するとともにこのコイルばね１３と電気的に接触した電
極部材１９が設けられている。

【００２６】上記加圧部材１７の中央部には挿通孔２２
が形成され、ここには同軸ケ−ブル２１の一端部が挿通
固定されている。この同軸ケ−ブル２１の一端部の芯線
２１ａは上記電極部材１９に接続され、被覆線２１ｂは
上記加圧部材１７及び本体１を介して上記振動板１２に
電気的に接続される。そして、この同軸ケ−ブル２１の
他端部は超音波発振器２３に接続される。

【００２７】したがって、上記超音波発振器２３によっ
て上記超音波振動子１１の電極１１ａと振動板１２とに
高周波電圧を印加すれば、この超音波振動子１１を超音
波振動させることができるようになっている。

【００２８】なお、上記本体１の大径部６の開口部に
は、液体が大径部６に流入するのを防止するためのＯリ
ング２６が設けられ、さらに上端面には加圧部材１７が
大径部６から抜け出るのを防止するための押え板２４が
ねじ２５によって固定されている。

【００２９】上記超音波振動体１０は図３（ａ）〜
（ｄ）に示す順序で製造される。図３（ａ）において、
３１は下型で、３２は上型である。下型３１にはキャビ
ティ３３が形成されているとともに、複数のノックアウ
トピン３１ａが設けられている。

【００３０】上記下型３１のキャビティ３３内には振動
板１２を収容する。この振動板１２上には結合材料３４
及び粉末状の圧電材料３５を順次収容する。

【００３１】上記圧電材料３５としては粉末状の酸化
鉛、酸化ジルコニウム、酸化チタンなどが用いられ、上
記結合材料３４としては加熱されることで溶融して圧電
材料３５と振動板１２とを結合固定する材料、たとえば
圧電材料３５よりも粒子が小さく、大きな結合力を呈す
る二酸化珪素などが用いられる。

【００３２】上記下型３１のキャビティ３３内の振動板
１２上に、所定量の結合材料３４と圧電材料３５とを供
給したならば、図３（ｂ）に示すように上型３２を閉じ
て圧電材料３５を圧縮成形する。圧縮成形は５０〜３０
０ＭＰａの圧力で行なわれる。それによって、圧電材料
３５は振動板１２上で所定の形状に成形される。

【００３３】圧電材料３５を圧縮成形したならば、図３
（ｃ）に示すように上型３２を開き、ノックアウトピン
３１ａによって振動板１２を突き上げる。それによっ
て、振動板１２とともに所定形状に成形された圧電材料
３５を下型３１のキャビティ３３から取り出すことがで
きる。

【００３４】下型３１から振動板１２とともに取り出さ
れた圧電材料３５は、図３（ｃ）に示すように電気ヒー
タなどの熱源３６を有する加熱炉３７に入れて所定の温
度で焼成する。焼成温度は通常、１１５０〜１３５０℃
程度で行なわれる。

【００３５】圧電材料３５は焼成することで磁器化及び
緻密化される。圧電材料３５の焼成時には、振動板１２
と圧電材料３５との間に供給された結合材料３４が溶融
し、この結合材料３４が凝固することで、振動板１２と
圧電材料３５とを強固に結合する。したがって、圧電材
料３５の焼成時に、振動子１１となる圧電材料３５を振
動板１２上に固着することができる。

【００３６】圧電材料３５を焼成したならば、その圧電
材料３５の上面に、たとえば銀ペーストを焼付けるなど
して図２に示す電極１１ａを形成したのち、高電界を印
加して等方性微結晶の方向を揃えて圧電性を付与する分
極を行なうことで、振動板１２上に振動子１１が形成さ
れる。

【００３７】すなわち、上記構成の超音波振動体１０に
よれば、振動板１２の上面で圧電材料３５を圧縮成形
し、その圧電材料３５を焼成することで、振動子１１を
形成するようにした。振動板１２の上面には、結合材料
１２ａを介して圧電材料３５を設けたことで、圧電材料
３５の焼成時に結合材料１２ａが溶融して圧電材料３５
を振動板１２に結合固定する。そのため、振動子１１の
成形と、振動子１１を振動板１２に結合固定する作業と
を同時に行なうことができる。

【００３８】結合材料１２ａは、圧電材料３５とともに
振動板１２上で圧縮成形されてから圧縮材料３５の焼成
時に溶融される。そのため、二酸化珪素からなる結合材
料１２ａは、緻密なガラス状の結晶体となるため、内部
に気泡が残存して超音波振動体１０の性能劣化を招くこ
とがない。

【００３９】結合材料１２ａの粒子は、圧縮材料３５の
粒子よりも小さいため、焼成された圧縮材料３５内に入
り込む状態、つまり単独で層状に存在するのではなく、
圧縮材料３５に混じり合った状態となって圧縮材料３５
を振動板１２に結合するから、その結合強度が強固とな
る。

【００４０】結合材料１２ａが圧縮材料３５に混じり合
うことで、結合材料１２ａによって生じるインピーダン
スの増加は結合面の全体にわたってほぼ均一となる。そ
のため、製造される超音波振動体１０ごとに超音波発生
効率にばらつきが生じるのを防止することができる。

【００４１】上記一実施の形態では、超音波洗浄装置と
してポイント型の場合を例に挙げたが、ノズル体に細長
いスリットが形成され、被洗浄物の幅方向を所定の長さ
にわたって洗浄するスリット型の超音波洗浄装置にも適
用することができる。

【００４２】

【発明の効果】この発明によれば、振動板上に粉末状の
結合材料と圧電材料を順次供給し、上記圧電材料を振動
板上で圧縮成形してから焼成することで、振動子を形成
するようにした。

【００４３】そのため、焼成時に結合材料が溶融して圧
電材料、つまり振動子が振動板に結合固定されるから、
振動子の成形工程とは別に、振動子を振動板に接着固定
する工程が不要となり、生産性の向上を図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明一実施の形態を示す超音波洗浄装置の
縦断面図。

【図２】超音波振動体の拡大断面図。

【図３】超音波振動体の製造工程を示す図。

【符号の説明】

１…本体 ５…ノズル体 １１…振動子 １２…振動板 ３４…結合材料 ３５…圧電材料

フロントページの続き (72)発明者 西部 幸伸 神奈川県横浜市栄区笠間町1000番地１ 芝 浦メカトロニクス株式会社横浜事業所内 Ｆターム(参考） 3B201 AA02 BB32 BB84 BB92 5D019 AA26 BB02 EE02 HH01 5D107 AA20 BB11 CC01 CC10 CC11 CD03

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 振動板に超音波振動する振動子が設けら
   れた超音波振動体の製造方法において、 振動板上に所定温度で溶融する粉末状の結合材料及び圧
   電材料を順次供給する工程と、 上記圧電材料を上記振動板上で上記結合材とともに圧縮
   成形する工程と、 圧縮成形された圧電材料を焼成して上記振動子を形成す
   るとともに溶融する結合材料によって上記振動板と振動
   子とを結合固定する工程とを具備したことを特徴とする
   超音波振動体の製造方法。
2. 【請求項２】 圧電材料を焼成する工程の後に、この圧
   電材料の上面に電極を設ける工程と、圧電材料に圧電性
   を与えるために分極する工程とを有することを特徴とす
   る請求項１記載の超音波振動体の製造方法。
3. 【請求項３】 振動板上に振動子が設けられる超音波振
   動体において、 上記振動子は、圧電材料を上記振動板上で圧縮成形して
   から焼成することで形成されるとともに、振動板と振動
   子との間には、圧電材料の焼成時に溶融して振動子を振
   動板に固着する結合材料が設けられていることを特徴と
   する超音波振動体。
4. 【請求項４】 超音波振動が付与された処理液によって
   被洗浄物を洗浄するための超音波洗浄装置において、 内部に処理液が供給される本体と、 この本体に設けられ本体内に供給された処理液を流出さ
   せるノズル体と、 上記本体内に設けられ一方の面が本体内に供給される処
   理液に接触する振動板及びこの振動板の他方の面に設け
   られ振動板を超音波振動させる超音波振動子とを有する
   超音波振動体とを具備し、 上記超音波振動体は請求項３に記載された構成であるこ
   とを特徴とする超音波振動装置。