JP2003257918A - 被洗浄物ホルダおよび超音波洗浄装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被洗浄物を洗浄効果の高い位置に容易に配置
できるようにする。 【解決手段】 被洗浄物ホルダ６０は、支柱６２の軸方
向に複数の取付けリング６８（６８ａ〜６８ｅ）が取り
付けてある。取付けリング６８は、固定ねじ７０を緩め
ることによって、支柱６２の軸方向に移動させることが
できるとともに、支柱６２の回りに回転させることがで
きる。各取付けリング６８には、一対の被洗浄物支持部
６６（６６ａａ〜６６ｅｂ）がヒンジ７４を介して取り
付けてある。このため、被洗浄物支持部６６は、支柱６
２の半径方向において上下方向に移動自在となってい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波洗浄装置の
洗浄槽内において被洗浄物を保持するための被洗浄物ホ
ルダおよび超音波洗浄装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置や液晶パネル、水晶振動子な
どの電子デバイスを製造する場合、高い清浄度が要求さ
れるため、製造工程において超音波洗浄がしばしば行な
われる。超音波洗浄に使用される超音波洗浄装置は、図
７ないし図９に示したように各種の形態がある。超音波
洗浄のメカニズムには、（１）キャビテーション、
（２）触媒の加速度、（３）直進流による作用があり、
これらは、被洗浄物、除去したい汚染物質の形態、大き
さなどにより使い分けられる。また、洗浄に使用する超
音波の周波数によっても、その作用が異なり、目的に応
じた使われ方がされる。

【０００３】図７に示した超音波洗浄装置１０は、四角
または円筒状の洗浄槽１２の平らな底部に超音波を発生
させる超音波振動子１４を配設したものである。この超
音波洗浄装置１０は、超音波振動子１４により発生させ
た超音波が、矢印１６に示したように鉛直上方に向けて
放射され、洗浄槽１２に貯留した洗浄液１８を伝播して
いく。

【０００４】図８に示した超音波洗浄装置２０は、洗浄
槽２２の下端部２４が椀上に湾曲していて、この湾曲し
た下端部２４に超音波振動子２６が設けてある。そし
て、この超音波洗浄装置２０は、超音波振動子２６から
発生された超音波が、矢印２８に示したように、洗浄槽
２２の中心部に向かうように、斜め上方に向けて放射さ
れる。

【０００５】図９に示した超音波洗浄装置３０は、洗浄
槽３２が逆円錐台形状をなしていて、この洗浄槽３２の
下部側面に超音波振動子３４が設けてあり、矢印３６に
示したように、超音波が洗浄槽３２の中心部に向かうよ
うに放射される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、半導体基板
やガラス基板などを洗浄する場合、一度に複数の基板
（被洗浄物）を洗浄槽に配置して洗浄を行なうのが一般
的である。ところが、図７に示した超音波洗浄装置１０
は、図７に示したように、板状の被洗浄物１を横（面を
水平）にして上下方向に複数配置して洗浄を行なうと、
超音波が超音波振動子１４から鉛直上方に向けて放射さ
れるため、上方の被洗浄物１が下方の被洗浄物の陰にな
り、符号Ａによって示した部分において超音波による洗
浄効果が得られず、この部分が充分に洗浄されないため
に洗浄むらを生ずる。

【０００７】また、図８に示した超音波洗浄装置２０の
場合、同図（１）に示したように、被洗浄物１を横にし
て上下方向に複数配置して超音波洗浄を行なうと、前記
と同様に上方の被洗浄物１が下方の被洗浄物の陰とな
り、符号Bによって示した部分を充分に洗浄することが
できない。そして、同図（２）に示したように、板状の
被洗浄物１の複数を立てて配置した場合においても、超
音波が洗浄槽２２の中心部に向かうように放射されるた
め、洗浄槽２２の中心部に配置された被洗浄物１の上部
の符号Cに示した部分を充分に洗浄することができな
い。

【０００８】さらに、図９に示した超音波洗浄装置３０
の場合、超音波が洗浄槽３２の中心部に向かうように放
射されるため、同図（１）に示したように、板状の被洗
浄物１を横にして上下方向に複数配置すると、符号Dの
部分を、また同図（２）に示したように、被洗浄物１を
立てて配置すると、符号Eの部分を充分に洗浄すること
ができない。

【０００９】しかも、これらＡ〜Ｅの充分に洗浄するこ
とができない部分は、被洗浄物１の形状や大きさ、材
質、洗浄槽内における被洗浄物１の配置状態、超音波振
動子の発生する超音波の周波数、洗浄液の種類や温度な
どによって変化する。特に、超音波の周波数が数十ｋＨ
ｚ以上の高周波である場合、超音波の被洗浄物１の裏側
への回り込みが非常に小さい上、キャビテーションの効
果も小さくなるため、洗浄むらを生じやすい。そして、
超音波洗浄においては、洗浄槽内の音圧分布、あるいは
変位分布の状態、使用する超音波周波数による定在波の
発生状況により、洗浄むらが生じることも一般的に知ら
れている。

【００１０】そこで、従来、超音波洗浄を行なう場合、
被洗浄物１を収納した洗浄籠などを洗浄槽中で揺動させ
たり回転させ、各被洗浄物１について均等に超音波洗浄
の効果が得られるように工夫している。ところが、洗浄
籠などを揺動させたり回転させると、洗浄液を攪拌する
ことになり、洗浄槽内に乱流が発生し、超音波洗浄の効
果を阻害する要因となる。このため、洗浄籠などを揺動
させたり回転させる場合、超音波洗浄の効果を低下させ
ないように揺動、回転の動作が制限され、制御も容易で
ない。また、揺動機構や回転機構、制御装置を必要とす
るため、洗浄装置が大型、高価となる。

【００１１】一方、超音波洗浄する際に、洗浄液中に存
在する溶存気体による気泡が発生して超音波洗浄効果を
低下させる。このため、気泡の発生による超音波洗浄効
果の低下の防止を図るため、洗浄容器を密閉可能に形成
して洗浄液を減圧脱気し、脱気した状態の洗浄液によっ
て超音波洗浄をすることがある（例えば、特許第２９８
４４４５号公報）。このような洗浄液を脱気して超音波
洗浄を行なう場合、脱気した洗浄液中に外部の気体が溶
け込むのを防止するため、洗浄槽を密閉した状態で洗浄
を行なうようにしており、洗浄籠などを揺動させたり回
転させることが困難であり、洗浄むらが発生しやすい。

【００１２】また、溶存気体を脱気した洗浄液を大気中
で使用する場合にも、洗浄液を密閉した状態で洗浄を行
なうことが望ましく（例えば、洗浄液より比重が軽く、
溶解しない液体で封をするなど）、また、攪拌による気
体の再溶解を防ぐため、洗浄籠などを揺動させたり回転
させることが困難であり、洗浄むらが発生しやすい。本
発明は、前記従来技術の欠点を解消するためになされた
もので、被洗浄物を洗浄効果の高い位置に容易に配置で
きるようにすることを目的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明に係る被洗浄物ホ
ルダは、洗浄槽内に配置される支柱と、この支柱の軸方
向に沿って複数設けられ、それぞれが独立して前記支柱
の半径方向において上下方向に移動可能な被洗浄物支持
部とを有することを特徴としている。

【００１４】このようになっている本発明は、被洗浄物
支持部を上下方向に移動させることにより、被洗浄物支
持部を洗浄効果の高い位置に配置することができ、被洗
浄物支持部に保持させた被洗浄物を超音波洗浄効果の高
い位置に容易に配置でき、洗浄時間の短縮を図ることが
できるとともに、洗浄むらなどをなくすことができる。

【００１５】各被洗浄物支持部は、それぞれが独立して
前記支柱の軸回りに回転可能に形成することができる。
これにより、より洗浄効果の高い位置に被洗浄物を配置
することが可能となる。また、各被洗浄物支持部は、そ
れぞれが独立して支柱の半径方向と直交した方向におい
て移動可能に形成してよい。洗浄槽内の洗浄液中を伝播
する超音波の挙動は複雑であり、被洗浄物支持部を支柱
の半径方向と直行した方向に傾斜させることによってさ
らに洗浄効果の高い位置に被洗浄物を配置することがで
きる。さらに、各被洗浄物支持部は、それそれが独立し
て支柱の軸方向に移動可能に形成するとよい。被洗浄物
支持部を支柱の軸方向に移動させることによって、被洗
浄物を洗浄効果が得られる最適の位置に配置できる。

【００１６】そして、本発明に係る超音波洗浄装置は、
洗浄液を貯留する洗浄槽内に、上記の被洗浄物ホルダを
有することを特徴としている。これによって、被洗浄物
を超音波洗浄効果の高い位置に配置することができ、洗
浄時間を短縮でき、洗浄むらなどをなくすことができ
る。被洗浄物ホルダは、着脱自在に設けることが望まし
い。被洗浄物ホルダを着脱自在とすることにより、被洗
浄物ホルダへの被洗浄物の配置、取り外しを容易に行な
うことができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明に係る被洗浄物ホルダおよ
び超音波洗浄装置の好ましい実施の形態を、添付図面に
従って詳細に説明する。図３は、本発明の実施の形態に
係る超音波洗浄装置の要部を模式的に示した説明図であ
る。図３において、超音波洗浄装置４０は、洗浄装置本
体となる洗浄槽４２を備えており、洗浄槽４２の内部に
洗浄液４４を貯留できるようになっている。洗浄槽４２
は、下端部４６が椀状に湾曲していて、その湾曲した下
端部４６に超音波振動子４８が取り付けてある。したが
って、超音波振動子４８の発生した超音波は、矢印５０
に示したように、洗浄槽４２の中央部に向かうように放
射され、２点鎖線５２、５２によって示した範囲が洗浄
可能領域となっている。ただし、超音波洗浄においての
各周波数固有の半減角や、液面、洗浄槽面からの超音波
の反射などにより、その有効洗浄領域は異なる。

【００１８】超音波洗浄装置４０は、洗浄槽４２の底板
５４に被洗浄物ホルダ６０が配置してある。この被洗浄
物ホルダ６０は、図１、図２に示したようになってい
て、底板５４に立設する円柱状の支柱６２を有してい
る。被洗浄物ホルダ６０は、実施形態の場合、洗浄槽４
２の底板５４の上に単に置くようになっていて、支柱６
２の下端部に転倒防止用の４本の支えバー６４が螺着し
てある。これらの支えバー６４は、図２に示したよう
に、支柱６２の中心に対して９０度間隔で設けてある。
また、支柱６２には、複数の被洗浄物支持部６６（６６
ａａ〜６６ｅｂ）が取り付けてある。

【００１９】これらの被洗浄物支持部６６は、実施形態
の場合、一対ずつが支柱６２の軸線方向に沿って５段設
けてあって、支柱６２の直径方向両側に配置した一対が
同じ取付けリング６８（６８ａ〜６８ｅ）に連結してあ
る。そして、各取付けリング６８は、支柱６２の軸線方
向である上下方向に移動自在、着脱自在に取り付けてあ
る。すなわち、各取付けリング６８には、図２に示した
ように、直径方向に一対のねじ穴が形成してあって、こ
のねじ穴に固定ねじ７０が螺合させてある。したがっ
て、固定ねじ７０を締め付けることによって取付けリン
グ６８を支柱６２に固定することができ、固定ねじ７０
を緩めることによって取付けリング６８を支柱６２の軸
線方向に移動させたり、支柱６２の回りに回転させるこ
とができる。

【００２０】各取付けリング６８の下面には、取付け板
７２が固定してある。そして、取付け板７２の幅方向両
側には、ヒンジ７４を介して被洗浄物支持部６６が接続
してある。したがって、実施形態の被洗浄物ホルダ６０
は、各被洗浄物支持部６６が、図１の矢印７６、７８に
示したように、支柱６２の軸線と直交した方向において
上下方向に移動可能となっていて、水平に対する角度を
自由に変えられるようになっている。

【００２１】各被洗浄物支持部６６は、実施形態の場
合、同じ形状、大きさにしてあって、矩形の額縁状に形
成してある。すなわち、各被洗浄物支持部６６は、図２
に示したように、平行に配置した角柱状の一対の枠部材
８０と、枠部材８０の両端部に、枠部材８０に直交して
結合した一対の棚部材８２とからなっている。そして、
被洗浄物支持部６６は、これらの枠部材８０と棚部材８
２とによって囲まれた開口８４を超音波が通過するよう
になっている。

【００２２】被洗浄物支持部６６を形成している棚部材
８２は、図４に示したように、洗浄トレイ９０を載せる
棚部８６と、この棚部８６の一側端部に設けた壁部８８
とからなっていて、断面Ｌ字上をなしている。そして、
被洗浄物支持部６６は、棚部材８２の壁部８８と枠部材
８０とによって洗浄トレイ９０を配置する配置空間９２
が形成してある。また、棚部材８２の壁部８６と枠部材
８０とは、実施形態の場合、図５に示したように、洗浄
トレイ９０の高さより高くしてあって、被洗浄物支持部
６６を傾斜させた場合でも、洗浄トレイ９０が被洗浄物
支持部６６から脱落しないようにしてある。

【００２３】洗浄トレイ９０は、実施形態の場合、水晶
などからなる振動片や振動子を洗浄するためのトレイで
あって、図６に示したように、上側トレイ９４と下側ト
レイ９６とから構成してある。そして、上側トレイ９４
と下側トレイ９６とは、それぞれの合わせ面の対応位置
に、被洗浄物である振動片１００を配置するための凹部
１０２、１０４の複数がマトリックス状に形成してあ
る。さらに、上側トレイ９４と下側トレイ９６とは、凹
部１０２、１０４の中央部に開口１０６、１０８が形成
してあって、被洗浄物に対する超音波洗浄効果を充分得
られるようになっている。

【００２４】上記のごとくなっている超音波洗浄装置４
０は、洗浄に先立って被洗浄物ホルダ６０を洗浄槽４２
に配置したときの被洗浄物支持部６６の位置を定める。
すなわち、各被洗浄物支持部６６にアルミニウム箔を貼
った被洗浄物ホルダ６０や、各被洗浄物支持部６６に洗
浄トレイ９０を保持させた被洗浄物ホルダ６０を、洗浄
液４４を貯留した洗浄槽４２内に配置する。そして、実
際に超音波を発生させてアルミニウム箔への超音波の当
たり具合を観察したり、超音波センサ（音圧センサな
ど）によって超音波の強度を測定し、固定ねじ７０を緩
めて取付けリング６８を支柱４２の周囲に回転させた
り、支柱４２の軸方向に移動させるとともに、被洗浄物
支持部６６を図１の矢印７６、７８のように上下方向に
移動させることにより、被洗浄物支持部６６の位置を定
める。このとき、各被洗浄物支持部６６の位置は、洗浄
槽４２の下方に位置するものから順に定める。そして、
被洗浄物支持部６６の位置を決めたならば、振動片１０
０を収納した洗浄トレイ６０を各被洗浄物支持部６６に
配置し、超音波洗浄を行なう。

【００２５】これにより、各被洗浄物支持部６６に保持
させた洗浄トレイ９０を高い洗浄効果が得られる位置に
配置することができ、洗浄時間を短縮できるとともに、
洗浄槽４２が密閉型であったとしても、洗浄むらなどを
なくすことができる。しかも、被洗浄物ホルダ６０を洗
浄中に回転させたり揺動させたりする必要がないため、
超音波洗浄装置４０を小型、簡素にすることができると
ともに、洗浄液の流れを乱すことがないため、高い洗浄
効果を得ることができる。

【００２６】なお、前記した実施形態は、本発明の一態
様であって、これに限定されるもではない。例えば、被
洗浄物ホルダ６０を洗浄槽４２の底面５４に固定しても
よい。この場合、支柱６２を洗浄槽４２の底面５４に螺
着するなどして着脱自在に固定すると、被洗浄物支持部
６６への被洗浄物（洗浄トレイ９０）の配置、取り外し
を容易に行なうことができる。また、前記実施形態にお
いては、ヒンジ７４を介して各被洗浄物支持部６６を取
付けリング６８に取り付けた場合について説明したが、
例えば球継手などの自在継手を介して各洗浄物支持部６
６を取付けリング６８に取り付け、図２の矢印１１０に
示したように、支柱４２の半径方向と直交した方向にお
いて上下方向に揺動自在にしたり、矢印１１２のように
支柱４２の半径方向に対して傾けることができるように
してもよい。これにより、被洗浄物支持部６６をより洗
浄効果の高い位置に容易に配置することができる。

【００２７】さらに、自在継手を介して被洗浄物支持部
６６を取付けリング６８に取り付けるとともに、被洗浄
物支持部６６の上部に脱落防止用のストッパを回転自在
に設け、被洗浄物支持部６６を上下逆（裏返し）にでき
るようにしてもよい。これにより、被洗浄物支持部６６
に保持させた被洗浄物の両面を洗浄する必要がある場
合、両面の洗浄を容易に行なうことができる。そして、
前記実施形態においては、振動片１００の洗浄について
説明したが、半導体基板やガラス基板などの洗浄に適用
できることは勿論である。また、被洗浄物ホルダ６０の
各段の被洗浄物支持部６６は、１つでも３つ以上であっ
てもよい。さらに、前記実施形態においては、被洗浄物
ホルダ６０を洗浄槽４２の底板５４においた場合につい
て説明したが、被洗浄物ホルダ６０を洗浄液４４中に吊
るした状態で使用してもよい。そして、前記実施形態に
おいては、被洗浄物支持部６６が洗浄トレイ９０を配置
する配置空間９２を有する場合について説明したが、被
洗浄物支持部は、これに限定されず、例えばクリップに
よって被洗浄物を挟むように形成してもよい。

【００２８】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、被洗浄物支持部に保持させた被洗浄物を洗浄効果の
高い位置に容易に配置することができ、複数の板状の被
洗浄物をむらなく洗浄することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態に係る洗浄物ホルダの正
面図である。

【図２】 本発明の実施の形態に係る洗浄物ホルダの平
面図である。

【図３】 本発明の実施の形態に係る超音波洗浄装置を
説明する模式図である。

【図４】 図２のＡ−Ａ線に沿った断面図である。

【図５】 図２のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。

【図６】 本発明の実施の形態に係る洗浄トレイの一部
断面図である。

【図７】 従来の超音波洗浄装置の一例を説明する図で
ある。

【図８】 従来の超音波洗浄装置の他の例を説明する図
であって、（１）は被洗浄物を横にして配置した状態の
説明図であり、（２）は被洗浄物を縦にして配置した状
態の説明図である。

【図９】 従来の超音波洗浄装置のさらに他の例の説明
図であって、（１）は被洗浄物を横にして配置した状態
の説明図であり、（２）は被洗浄物を縦にして配置した
状態の説明図である。

【符号の説明】

４０………超音波洗浄装置、４２………洗浄槽、４４…
……洗浄液、４８………超音波振動子、６０………被洗
浄物ホルダ、６２………支柱、６６………被洗浄物支持
部、６８………取付けリング、９０………洗浄トレイ、
１００………被洗浄物（振動片）。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 洗浄槽内に配置される支柱と、この支柱
   の軸方向に沿って複数設けられ、それぞれが独立して前
   記支柱の半径方向において上下方向に移動可能な被洗浄
   物支持部とを有することを特徴とする被洗浄物ホルダ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の被洗浄物ホルダにおい
   て、 前記各被洗浄物支持部は、それぞれが独立して前記支柱
   の軸回りに回転可能であることを特徴とする被洗浄物ホ
   ルダ。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載の被洗浄
   物ホルダにおいて、 前記各被洗浄物支持部は、それぞれが独立して前記支柱
   の半径方向と直交した方向において移動可能であること
   を特徴とする被洗浄物ホルダ。
4. 【請求項４】 請求項１ないし請求項３のいずれかに記
   載の被洗浄物ホルダにおいて、 前記各被洗浄物支持部は、それそれが独立して前記支柱
   の軸方向に移動可能であることを特徴とする被洗浄物ホ
   ルダ。
5. 【請求項５】 洗浄液を貯留する洗浄槽内に、請求項１
   ないし請求項４のいずれかに記載の被洗浄物ホルダを有
   することを特徴とする超音波洗浄装置。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の超音波洗浄装置におい
   て、 前記被洗浄物ホルダは、着脱自在であることを特徴とす
   る超音波洗浄装置。