JP2005103466A - 超音波洗浄装置 - Google Patents

超音波洗浄装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2005103466A
JP2005103466A JP2003341743A JP2003341743A JP2005103466A JP 2005103466 A JP2005103466 A JP 2005103466A JP 2003341743 A JP2003341743 A JP 2003341743A JP 2003341743 A JP2003341743 A JP 2003341743A JP 2005103466 A JP2005103466 A JP 2005103466A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ultrasonic
liquid
container
transmission body
cleaned
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2003341743A
Other languages
English (en)
Other versions
JP3938129B2 (ja
Inventor
Masato Nunomura
真人 布村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Electric Works Co Ltd
Original Assignee
Matsushita Electric Works Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Works Ltd filed Critical Matsushita Electric Works Ltd
Priority to JP2003341743A priority Critical patent/JP3938129B2/ja
Priority to PCT/JP2004/014577 priority patent/WO2005030406A1/en
Publication of JP2005103466A publication Critical patent/JP2005103466A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3938129B2 publication Critical patent/JP3938129B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B3/00—Cleaning by methods involving the use or presence of liquid or steam
    • B08B3/04—Cleaning involving contact with liquid
    • B08B3/10—Cleaning involving contact with liquid with additional treatment of the liquid or of the object being cleaned, e.g. by heat, by electricity or by vibration
    • B08B3/12—Cleaning involving contact with liquid with additional treatment of the liquid or of the object being cleaned, e.g. by heat, by electricity or by vibration by sonic or ultrasonic vibrations
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A45—HAND OR TRAVELLING ARTICLES
    • A45D—HAIRDRESSING OR SHAVING EQUIPMENT; EQUIPMENT FOR COSMETICS OR COSMETIC TREATMENTS, e.g. FOR MANICURING OR PEDICURING
    • A45D29/00—Manicuring or pedicuring implements
    • A45D29/17—Nail cleaners, e.g. scrapers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B17/00—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups
    • B05B17/04—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods
    • B05B17/06—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods using ultrasonic or other kinds of vibrations
    • B05B17/0607—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods using ultrasonic or other kinds of vibrations generated by electrical means, e.g. piezoelectric transducers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B17/00—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups
    • B05B17/04—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods
    • B05B17/06—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods using ultrasonic or other kinds of vibrations
    • B05B17/0607—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods using ultrasonic or other kinds of vibrations generated by electrical means, e.g. piezoelectric transducers
    • B05B17/0623—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods using ultrasonic or other kinds of vibrations generated by electrical means, e.g. piezoelectric transducers coupled with a vibrating horn
    • B05B17/063—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods using ultrasonic or other kinds of vibrations generated by electrical means, e.g. piezoelectric transducers coupled with a vibrating horn having an internal channel for supplying the liquid or other fluent material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B3/00—Methods or apparatus specially adapted for transmitting mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B3/00—Cleaning by methods involving the use or presence of liquid or steam
    • B08B3/02—Cleaning by the force of jets or sprays
    • B08B3/026—Cleaning by making use of hand-held spray guns; Fluid preparations therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B7/00—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass
    • B08B7/02—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass by distortion, beating, or vibration of the surface to be cleaned
    • B08B7/026—Using sound waves
    • B08B7/028—Using ultrasounds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B17/00—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups
    • B05B17/04—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods
    • B05B17/06—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods using ultrasonic or other kinds of vibrations
    • B05B17/0607—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods using ultrasonic or other kinds of vibrations generated by electrical means, e.g. piezoelectric transducers
    • B05B17/0615—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods using ultrasonic or other kinds of vibrations generated by electrical means, e.g. piezoelectric transducers spray being produced at the free surface of the liquid or other fluent material in a container and subjected to the vibrations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B2203/00—Details of cleaning machines or methods involving the use or presence of liquid or steam
    • B08B2203/02—Details of machines or methods for cleaning by the force of jets or sprays
    • B08B2203/0288—Ultra or megasonic jets

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Cleaning By Liquid Or Steam (AREA)
  • Body Washing Hand Wipes And Brushes (AREA)

Abstract

【課題】 液体を容器の吐出口から流出させて被洗浄部位と接触させることで超音波の伝播路を形成し、生体などの前記被洗浄部位を超音波振動で洗浄するようにした、ノズルシャワー式の超音波洗浄装置において、比較的低い超音波を、高効率に使用可能とする。
【解決手段】 一端部側に超音波振動子５３が取付けられ、他端部側の端面が超音波放射面となる超音波伝達体５４を、前記超音波放射面の近傍で、弾性体から成るＯリングなどの保持部材６１によってハウジング５２の内周面に気密に保持固定する。したがって、前記保持部材６１が放射面の側面での超音波振動を抑制しないようにしつつ、超音波伝達体５４の保持が可能になり、振動振幅の大きな比較的低い周波数の超音波を使用することができ、強固な汚れを除去することができる。また、超音波伝達体５４の側面や超音波振動子５３部分が液体５９と接触することを防止でき、高効率化を図ることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、生体などの洗浄に好適に実施され、超音波領域での振動エネルギを利用して、任意の目的箇所を洗浄する超音波洗浄装置に関する。
超音波振動子で発生させた超音波振動を、液体を介して洗浄目的箇所に伝達させ、洗浄を行う装置に関しては、既に多くの提案がなされている。従来の一般的な超音波洗浄装置としては、図１０の超音波洗浄装置１で示すように、超音波振動子２による振動エネルギ３を、タンクなどの容器４に入れた洗浄液５に伝達させ、前記容器４内の洗浄液５に、小型の部品や、指６などの生体を浸漬して超音波洗浄する例がある。また、特許文献１で示すように、洗浄液で満たした容器中に被洗浄物と超音波振動子とを共に浸漬するようにした例がある。これらは、一般にバッチ式超音波洗浄装置と呼ばれている。
しかしながら、上述のような超音波洗浄装置には、少なくとも被洗浄物よりも大きな容器が必要であること、容器の大きさによって超音波の入力を大きくしなければならないこと、大きい物体の局部洗浄には向かないこと等々、被洗浄物に対する制約が多い。そこで、このような問題を解決する他の従来技術として、図１１で示すような超音波洗浄装置１１が提案された。この超音波洗浄装置１１は、スポットまたはスリット状になった吐出口１２から洗浄液１３を吐出させ、その洗浄液１３中にメガヘルツ帯の超音波を照射して伝播させ、その洗浄液１３に接する被洗浄物１４に有効に作用させるようにした流水式の超音波洗浄装置であり、一般にノズルシャワー式の超音波洗浄装置と呼ばれている。
すなわち、この超音波洗浄装置１１では、円筒部１５ａの一方の端部を端板１５ｂで閉塞して成る超音波伝達体１５の底部１５ｃに超音波振動子１６が取付けられ、その円筒部１５ａの外周面がハウジング１７の内周面に密着されるとともに、前記ハウジング１７の先端に取付けられた筒状の容器１８とによって貯留部１９を形成し、その貯留部１９に管路２０を介して図示しないポンプから前記洗浄液１３が供給される。これによって、前記超音波伝達体１５の底部１５ｃから発生された超音波振動２１は、前記洗浄液１３中を伝播して前記被洗浄物１４に到達し、前記洗浄液２０とともに表面汚れ２２を除去する。
しかしながら、この従来技術では、前記貯留部１９に供給される洗浄液１３中に高効率に超音波を伝播させるためには、超音波放射面である超音波伝達体１５の底部１５ｃの側面を保持する必要があり、上述のように円筒部１５ａの外周面がハウジング１７の内周面に密着される。一方、前記ハウジング１７への取付けのために、超音波伝達体１５に振動しない側面を確保するためには、比較的高い周波数、具体的には、メガヘルツ帯の超音波（低くとも５００ｋＨｚ以上）しか利用できない。すなわち、このように超音波伝達体１５の側部をハウジング１７の内周面に接合した構造では、数十ｋＨｚ程度の比較的低い超音波を使用すると、前記超音波振動の腹（振幅が最大）となる部分を支持することになり、振動エネルギが無駄となる他、保持部分が異常に発熱してしまう。
ここで、一般的には、数十ｋＨｚ程度の比較的低い周波数の超音波は強固な汚れを、また数百ｋＨｚから数ＭＨｚまでの高い周波数の超音波はホコリのような表面的な汚れを除去できることが言われている。したがって、上述の超音波洗浄装置１１では、超音波の周波数が高いため、表面的な汚れ２２しか除去できず、たとえば半導体のウエハ用の洗浄装置としての用途にしか利用できなかった。また、超音波出力も数十ワット程度と大きくする必要があった。
さらにまた、従来からの一般的な超音波洗浄装置としては、特許文献２が挙げられる。図１２は、その従来技術の超音波洗浄装置３１の使用方法を示す図である。この従来技術では、洗面器やビーカ等の別容器３２中に被洗浄物３３が軽く浸るように水をはり、その被洗浄物３３の被洗浄部位３４に該超音波洗浄装置３１の振動面３５を接触させて、前記数十ｋＨｚ程度の比較的低い周波数の超音波の振動エネルギによって、強固な汚れを除去している。
しかしながら、この従来技術では、超音波振動を行っている振動面３５を被洗浄部位３４に直接接触させる必要があり、その振動エネルギが汚れを除去することのみで使用できずに、余ったエネルギが、被洗浄部位３４や、その被洗浄物３３を保持している手指を傷めてしまう恐れがあった。
特開平１０−３２８４７２号公報 特開２００１−３１０１６５号公報
したがって、上述の各従来技術では、任意の箇所を確実に洗浄することができないという問題がある。一方、被洗浄物の種類としては、生体や精密部位等、超音波放射面を接触させることに制約のある箇所があり、かつ機械の脂汚れや生体の垢汚れ等、高い洗浄力を必要とする箇所も多い。
そこで、前記任意の箇所の強固な汚れを除去するために、図１３で示すノズルシャワー式の超音波洗浄装置４１が考えられる。この超音波洗浄装置４１は、前述の超音波洗浄装置３１の構成で、短くした超音波伝達体４６を用い、前述の超音波洗浄装置１１の管路２０を設け、図示しないポンプから洗浄液１３を供給するようにしたものである。
これによれば、略円錐台状に形成される超音波伝達体４６において、振動しない（超音波振動子４２からの前記数十ｋＨｚ程度の比較的低い超音波振動に対して、節（振幅が最小）となる）部分４６ａがハウジング４３に取付けられているので、前記比較的低い超音波を使用し、任意の箇所の強固な汚れを除去することができる。
しかしながら、この従来技術では、前記略円錐台状に形成される超音波伝達体４６の側面４６ｂが、前記洗浄液１３を通過させるために容器１８に保持できておらず、該側面４６ｂが振動し、効率が悪いという問題がある。この点、前記ノズルシャワー式ではなく、超音波伝達体３６の振動面３５付近だけが洗浄液３７に浸漬される前記超音波洗浄装置３１では、前記略円錐台状に形成される超音波伝達体３６の側面３６ｂは洗浄液３７に接触しておらず、大きな損失とはならない。
本発明の目的は、前記ノズルシャワー式の超音波洗浄装置において、比較的低い超音波を使用可能で、高効率な超音波洗浄装置を提供することである。
本発明の超音波洗浄装置は、内部に超音波放射面を有する容器に液体を供給し、該液体を前記容器に形成された吐出口から流出させて被洗浄部位と接触させることで超音波の伝播路を形成し、前記被洗浄部位を洗浄するようにした超音波洗浄装置において、一端部側に超音波振動子が取付けられ、他端部側の端面が前記超音波放射面となる超音波伝達体を、前記超音波放射面の近傍で前記容器の内周面に気密に保持固定した弾性体から成る保持部材を設けることを特徴とする。
上記の構成によれば、たとえば吐出口側に向けて先細り状となる錐体形状（絞り形状）となるように形成された容器に液体を供給し、その液体を前記吐出口から流出させて被洗浄部位と接触させることで超音波の伝播路を形成し、前記容器内に形成された超音波放射面からの超音波振動で、生体などの前記被洗浄部位を洗浄するようにした、いわゆるノズルシャワー式の超音波洗浄装置において、前記液体から超音波振動子を気密に封止するにあたって、該超音波振動子が一端部側に取付けられ、たとえば円錐台状に形成される超音波伝達体の外周部を前記容器やハウジングに直接取付けてしまうと、該外周部が振動しない比較的高周波（５００ＭＨｚ以上）の超音波しか使用できなくなるのに対して、本発明では、弾性体から成る保持部材で保持固定する。具体的には、たとえばＯリングを前記超音波伝達体の前記超音波放射面の近傍の外周面に形成された溝に嵌め込むことで実現する。
したがって、前記ノズルシャワー式の超音波洗浄装置において、弾性体から成る前記保持部材が放射面の側面での超音波振動を抑制しないようにしつつ、超音波伝達体の保持が可能になり、振動振幅の大きな比較的低い数十ｋＨｚ、好ましくは２０〜６０ｋＨｚ程度の超音波を使用することができ、強固な汚れを除去することができるとともに、またそのように低い周波数の超音波を使用しても、超音波伝達体の超音波振動が接合部分で前記容器やハウジングに吸収されてしまい、損失になってしまうことを抑制することができ、超音波出力をむやみに大きくする必要もなくなる。また、超音波伝達体の側面や超音波振動子部分が液体と接触することを防止でき、これによってもまた高効率化を図ることができる。さらにまた、前記２０〜６０ｋＨｚ程度の超音波振動を利用することによって、キャビテーション圧力を積極的に利用することも可能である。
また、本発明の超音波洗浄装置は、内部に超音波放射面を有する容器に液体を供給し、該液体を前記容器に形成された吐出口から流出させて被洗浄部位と接触させることで超音波の伝播路を形成し、前記被洗浄部位を洗浄するようにした超音波洗浄装置において、一端部側に超音波振動子が取付けられ、他端部側の端面が前記超音波放射面となる超音波伝達体と、前記容器とを分離し、前記超音波伝達体の他端部側の端面に、前記容器の底面を固着することを特徴とする。
上記の構成によれば、たとえば吐出口側に向けて先細り状となる錐体形状（絞り形状）となるように形成された容器に液体を供給し、その液体を前記吐出口から流出させて被洗浄部位と接触させることで超音波の伝播路を形成し、前記容器内に形成された超音波放射面からの超音波振動で、生体などの前記被洗浄部位を洗浄するようにした、いわゆるノズルシャワー式の超音波洗浄装置において、前記液体から超音波振動子を気密に封止するにあたって、該超音波振動子が一端部側に取付けられている超音波伝達体の外周部を前記容器やハウジングに直接取付けてしまうと、該外周部が振動しない比較的高周波（５００ＭＨｚ以上）の超音波しか使用できなくなるのに対して、本発明では、前記超音波伝達体と容器とを分離し、前記超音波伝達体の他端部側の端面に、前記容器の底面を固着する。
したがって、前記ノズルシャワー式の超音波洗浄装置において、前記液体を貯留する容器は、前記吐出口および前記液体の流入口を除いて閉塞され、超音波振動子を液体から保護しつつ、比較的低い数十ｋＨｚ、好ましくは２０〜６０ｋＨｚ程度の超音波を使用することができ、強固な汚れを除去することができるとともに、またそのように低い周波数の超音波を使用しても、超音波伝達体の超音波振動が接合部分で前記容器やハウジングに吸収されてしまい、損失になってしまうことを抑制することができ、超音波出力をむやみに大きくする必要もなくなる。また、超音波伝達体の側面や超音波振動子部分が液体と接触することを防止でき、これによってもまた高効率化を図ることができる。さらにまた、前記２０〜６０ｋＨｚ程度の超音波振動を利用することによって、キャビテーション圧力を積極的に利用することも可能である。
さらにまた、超音波振動は容器内の液体中を伝播することになり、容器の側面に伝達される振動は少ないので、容器の側面をハウジングにて保持することができる。また、容器側面とハウジングとの間にはゴムなどの弾性体を設けて保持することによって、容器側面に微小な振動が発生しても、弾性体がその振動を吸収して、確実に装置を保持することができる。
さらにまた、本発明の超音波洗浄装置は、前記液体の流路が、棒状の超音波振動子および円錐台状の超音波伝達体内を軸線方向に穿設されて形成され、前記液体の流入口は前記超音波放射面に形成されていることを特徴とする。
上記の構成によれば、超音波を伝達させる液体を円滑に導き、前記超音波放射面から直接液体を吐出することができるので、容器内で空気が混入することがなく、高効率に超音波を液体に伝達させることができる。
また、本発明の超音波洗浄装置は、前記容器において、前記吐出口の反対側が超音波放射面となり、該容器は、前記超音波放射面側から吐出口側に向けて先細り状となる錐体形状に形成されていることを特徴とする。
上記の構成によれば、吐出口の反対側に超音波放射面が設けられ、かつその容器が前記超音波放射面側から吐出口側に向けて先細り状となる錐体形状（絞り形状）となるように形成されることで、超音波振動子で発生し、超音波伝達体内を伝播した超音波を、容器に貯留された液体内で集束させ、強める（単位断面積あたり）ことができる。
したがって、被洗浄物を洗浄するために必要な超音波圧力を少ない超音波出力で確保でき、高効率に洗浄することができる。また、好ましくは、前記容器の内側面を超音波を反射する部材で構成することで、前記超音波放射面からの超音波を減衰させることなく、被洗浄部位方向へ伝達することができる。
本発明の超音波洗浄装置は、以上のように、いわゆるノズルシャワー式の超音波洗浄装置において、液体から超音波振動子を気密に封止するにあたって、該超音波振動子が一端部側に取付けられ、たとえば円錐台状に形成される超音波伝達体の外周部を前記容器やハウジングに直接取付けてしまうと、該外周部が振動しない比較的高周波（５００ＭＨｚ以上）の超音波しか使用できなくなるのに対して、本発明では、弾性体から成るＯリングなどの保持部材で保持固定する。
それゆえ、前記保持部材が放射面の側面での超音波振動を抑制しないようにしつつ、超音波伝達体の保持が可能になり、振動振幅の大きな比較的低い数十ｋＨｚ、好ましくは２０〜６０ｋＨｚ程度の超音波を使用することができ、強固な汚れを除去することができるとともに、またそのように低い周波数の超音波を使用しても、超音波伝達体の超音波振動が接合部分で容器やハウジングに吸収されてしまい、損失になってしまうことを抑制することができ、超音波出力をむやみに大きくする必要もなくなる。また、超音波伝達体の側面や超音波振動子部分が液体と接触することを防止でき、これによってもまた高効率化を図ることができる。さらにまた、前記２０〜６０ｋＨｚ程度の超音波振動を利用することによって、キャビテーション圧力を積極的に利用することも可能である。
また、本発明の超音波洗浄装置は、以上のように、いわゆるノズルシャワー式の超音波洗浄装置において、前記液体から超音波振動子を気密に封止するにあたって、該超音波振動子が一端部側に取付けられている超音波伝達体の外周部を前記容器やハウジングに直接取付けてしまうと、該外周部が振動しない比較的高周波（５００ＭＨｚ以上）の超音波しか使用できなくなるのに対して、前記超音波伝達体と容器とを分離し、前記超音波伝達体の他端部側の端面に、前記容器の底面を固着する。
それゆえ、前記液体を貯留する容器は、前記吐出口および前記液体の流入口を除いて閉塞され、超音波振動子を液体から保護しつつ、比較的低い数十ｋＨｚ、好ましくは２０〜６０ｋＨｚ程度の超音波を使用することができ、強固な汚れを除去することができるとともに、またそのように低い周波数の超音波を使用しても、超音波伝達体の超音波振動が接合部分で前記容器やハウジングに吸収されてしまい、損失になってしまうことを抑制することができ、超音波出力をむやみに大きくする必要もなくなる。また、超音波伝達体の側面や超音波振動子部分が液体と接触することを防止でき、これによってもまた高効率化を図ることができる。さらにまた、前記２０〜６０ｋＨｚ程度の超音波振動を利用することによって、キャビテーション圧力を積極的に利用することも可能である。
以降、本発明に関わる超音波洗浄装置の実施の形態を図面に従って説明するにあたり、図面では超音波振動の伝達方向を便宜上矢印の方向で示し、超音波の強さを矢印の太さと大きさとで示している。また、本来の縦波等の振動を、すべて横波で表現して記述、図示している。
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の第１の形態の超音波洗浄装置５１の内部構成を示す断面図である。この図において、超音波洗浄装置５１は、大略的に、ハウジング５２と、前記ハウジング５２内に配設された超音波振動子５３と、前記ハウジング５２内に配設されるとともに、一端部が前記超音波振動子５３に接続された超音波伝達体５４と、前記超音波振動子５３を駆動する駆動回路５５と、ハウジング５２内の所定箇所に液体（洗浄液）を供給する液体供給部５６とを備えて構成されている。
前記ハウジング５２は、合成樹脂などの絶縁材料で構成されたもので、筒状の本体部５２ａと、前記本体部５２ａの一端に接続された液体貯留部５２ｂとを備えて構成されている。前記液体貯留部５２ｂは、内部に液体を貯留する貯留空間５７を備えるとともに、この貯留空間５７に貯留された液体を外部に吐出（噴出）する任意形状の吐出口５８を備えており、本体部５２ａ側から吐出口５８側に向けて先細り状となる錐体形状（絞り形状）に形成されている。
前記超音波振動子５３は、チタン酸鉛などのセラミック材料や水晶などで構成された圧電振動子から成り、厚み振動を利用するものである。前記超音波伝達体５４は、金属材料によって略円錐台状に形成され、下底面５４ａに前記超音波振動子５３が取付けられ、該下底面５４ａ側で、振動の節（振幅が最小）となる部分５４ｂがハウジング５２の本体部５２ａに突出形成された支持体５２ｃによって支持され、超音波放射面となる上底面５４ｃが前記貯留空間５７に臨んでいる。なお、この超音波伝達体５４を構成する好適な金属材料として、アルミニウムなどの軽金属やアルミニウム合金などの軽合金を用いることができる。
前記駆動回路５５は、回路基板に発振回路などを構成する電子部品が実装されて構成されたものである。なお、本実施形態では、この駆動回路５５は、図略のバッテリで駆動するようにしたものであるが、商用電源で駆動するようにすることも可能である。
前記液体供給部５６は、液体を貯留するタンク５６ａと、ポンプ５６ｂと、パイプ５６ｃとを備えて構成されており、パイプ５６ｃの一端がハウジング５２の内側部を介して前記貯留空間５７の内部に挿通され、タンク５６ａ内の液体がポンプ５６ｂによって所定の圧力で前記貯留空間５７へ供給され、参照符５９で示すように、前記吐出口５８から図示しない被洗浄部位に向けて吐出される。前記ポンプ５６ｂを駆動する駆動回路は、超音波振動子５３を駆動する駆動回路５５に併設されている。
このように構成される超音波洗浄装置５１では、液体供給部５６が液体５９を連続的に液体貯留部５２ｂに供給することによって、前記貯留空間５７に液体５９が貯留される一方、駆動回路５５によって超音波振動子５３が駆動されることで、超音波伝達体５４の超音波放射面から出力される超音波（超音波振動エネルギ）が前記貯留空間５７に貯留されている液体に伝播される。
そして、超音波伝達体５４から出力された超音波は、前記液体貯留部５２ｂが吐出口５８側を先細り状とする錐体形状を有しているために、該液体貯留部５２ｂの中央部側に集束され、吐出口５８に集中される。こうして、参照符６０で示す超音波が貯留空間５７に貯留されている液体５９に効率的に伝播され、吐出口５８からはその超音波６０の伝播された液体が順次吐出されることになる。これによって、水道水や、それに洗浄剤などが添加されて成る前記液体５９が前記被洗浄部位への伝播路となって、前記被洗浄部位へ超音波６０が伝播され、該超音波６０が被洗浄部位から汚れを剥し取り、前記液体５９がそれを流し去ることで、前記被洗浄部位を洗浄する。なお、前記パイプ５６の他端を水道の蛇口などに直結してもよい。
ここで、一般に、超音波伝達体の超音波放射面を生体に接触させると、生体が発熱するか、もしくは傷付く等で激しい痛みを伴う。また、痛みを伴わなくても、長期の使用によって、生体組織に何らかの悪影響を及ぼす危険性があることが知られている。そのため、上記のように流水を超音波の伝達媒体とするノズルシャワー式の超音波洗浄を行うことで、生体を超音波放射面に直接触れさせずに、安全に洗浄することが可能となる。また、超音波を伝達させる液体を、別の洗浄容器等に確保しておく必要がなくなる。こうして、任意の被洗浄物を容易に洗浄することができる。
上述のように構成される超音波洗浄装置５１において、注目すべきは、本実施の形態では、略円錐台状に形成され、一端部である下底面５４ａに超音波振動子５３が取付けられ、他端部である上底面５４ｃが前記超音波放射面となる超音波伝達体５４を、前記超音波放射面の近傍で、前記ハウジング５２の内周面に、弾性体から成る保持部材６１によって気密に保持固定することである。
前記保持部材６１は、繰返しの伸縮に対して、所期の弾発性を維持し、硬化し難い材料が望ましく、ゴムから成るＯリングなどで実現される。また、超音波振動においては、超音波伝達体５４の超音波放射面の振動振幅が最も大きく、たとえば４０ｋＨｚで２０μｍ程度となる。そのため、好ましくは、図２で示すように、超音波伝達体５４の超音波放射面における外径ａと、保持部材６１の外径ｂとの差は、振動による伸縮量と、保持部材６１の弾性となどに応じて決定すればよく、２ｍｍ以下程度にすることが望ましい。
こうして、超音波６０を伝達させるための液体５９を、前記液体貯留部５２ｂの貯留空間５７のみに貯留し、該液体５９が超音波伝達体５４の超音波放射面以外の、側面や超音波振動子５３部分へ浸水しないように、気密に封止することができる。これによって、超音波振動子５３で発生し、超音波伝達体５４の超音波放射面から放射された超音波６０は、前記超音波放射面以外の部位に負荷を与えることなく、該超音波伝達媒体５４内を進み、任意の被洗浄部位に伝達されて、高効率に洗浄を行うことができる。
そして、そのような封止構造にしても、前記超音波放射面の側面での超音波振動は抑制されず、比較的低い数十ｋＨｚ、好ましくは２０〜６０ｋＨｚ程度の超音波を使用することができ、強固な汚れを除去することができるとともに、またそのように低い周波数の超音波を使用しても、超音波伝達体５４の超音波振動が接合部分で前記ハウジング５２に吸収されてしまい、損失になってしまうことを抑制することができ、超音波出力をむやみに大きくする必要もなくなる。さらにまた、前記２０〜６０ｋＨｚ程度の超音波振動を利用することによって、キャビテーション圧力を積極的に利用することも可能である。このようにして、任意の被洗浄物を、その汚れの種類によらず、綺麗に洗浄することができる。
また、前記ハウジング５２の液体貯留部５２ｂは、吐出口５８の反対側に超音波放射面が設けられ、かつ前記超音波放射面側から吐出口５８側に向けて断面積が小さくなるように側壁が傾斜されて、先細り状となる錐体形状（絞り形状）となるように形成されているので、超音波振動子５３で発生し、超音波伝達体５４内を伝播した超音波を、参照符６０ａから前記参照符６０で示すように、貯留空間５７に貯留された液体５９内で集束させ、強める（単位断面積あたり）ことができる。したがって、被洗浄物を洗浄するために必要な超音波圧力を少ない超音波出力で確保でき、高効率に洗浄することができる。
好ましくは、前記Ｏリングから成る保持部材６１に対応して、図３の超音波伝達体５４‘で示すように、前記保持部材６１が締着される外周面に、凹溝５４ｄを形成するようにしてもよい。同様に、図４で示すように、ハウジング５２側でも、本体部５２の内周面で前記保持部材６１が密着する部分に、凹溝５２ｄを形成するようにしてもよい。それぞれの凹溝５４ｄ，５２ｄの深さｄ１，ｄ２は、たとえば１ｍｍ以下程度にすることが望ましい。
このように構成することで、保持部材６１が確実に超音波伝達体５４の振動に追従できるようになり、より確実に超音波放射面付近のみに液体５９を導き、溜めることが可能となる。前記凹溝５４ｄ，５２ｄに代えて、前記Ｏリングから成る保持部材６１を挟み込む一対（２条）の凸条を用いてもよい。
［実施の形態２］
図５は、本発明の実施の第２の形態の超音波洗浄装置７１の内部構成を示す断面図である。この超音波洗浄装置７１は、上述の超音波洗浄装置５１に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。注目すべきは、この超音波洗浄装置７１では、前記超音波放射面を有する超音波伝達体５４と、前記貯留空間５７を形成する容器７２とを分離し、前記超音波伝達体の超音波放射面に、その超音波放射面程度の底面積を有する前記容器７２の底面７２ａを固着することである。これによって、前記超音波放射面からの超音波振動は容器７２内の液体５９中を伝播することになり、容器７２の側面に伝達される振動は少ないので、該容器７２の側面をハウジング５２にて保持することができる。
このようにしてもまた、前記ノズルシャワー式の超音波洗浄装置において、前記液体５９を貯留する容器７２は、前記吐出口５８および前記液体５９の流入口を除いて閉塞され、超音波振動子５３を液体５９から保護しつつ、比較的低い周波数の超音波を使用することができ、強固な汚れを除去することができるとともに、またそのように低い周波数の超音波を使用しても、超音波伝達体５４の超音波振動が接合部分で前記ハウジング５２に吸収されてしまい、損失になってしまうことを抑制することができ、超音波出力をむやみに大きくする必要もなくなる。また、超音波伝達体５４の側面や超音波振動子５３部分が液体５９と接触することを防止でき、これによってもまた高効率化を図ることができる。さらにまた、前記２０〜６０ｋＨｚ程度の超音波振動を利用することによって、キャビテーション圧力を積極的に利用することも可能である。
好ましくは、前記容器７２の内側面７２ｂを超音波６０を反射する部材で構成することで、前記超音波放射面からの超音波６０を減衰させることなく、被洗浄部位方向へ伝達することができる。また、この容器７２も、底面７２ａ側から吐出口５８側にかけて超音波を集束させる構造となっており、被洗浄物を洗浄するために必要な超音波圧力を少ない超音波出力で確保でき、高効率に洗浄することができる。
また、好ましくは、図６で示すように、容器７２の側面とハウジング５２との間に、ゴムなどの弾性体７３を設けて保持する。これによって、容器７２の側面に微小な振動が発生しても、前記弾性体７３がその振動を吸収して、確実に容器７２を保持することができる。
さらにまた、好ましくは、図７で示すように、容器７２の底面７２ａと、超音波伝達体５４の超音波放射面である上底面５４ｃとを、ボルト７４による締め付け固定とする。これによって、一層の振動応力に耐えることができ、超音波振動の損失を削減することができる。
［実施の形態３］
図８および図９は、本発明の実施の第３の形態の超音波洗浄装置５１’，７１’の内部構成を示す断面図である。これらの超音波洗浄装置５１’，７１’は、それぞれ前述の超音波洗浄装置５１，７１に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。注目すべきは、これらの超音波洗浄装置５１’，７１’では、前記液体５９の流路８１が、棒状の超音波振動子５３’および円錐台状の超音波伝達体５４’内を軸線方向に穿設されて形成され、前記液体５９の流入口８２が前記超音波放射面に形成されていることである。
これに対応して、液体供給部５６’は、超音波振動子５３’の後方側に設けられ、タンク５６ａ’からの液体は、ポンプ５６ｂから短いパイプ５６ｃ’を介して、所定の圧力で前記超音波振動子５３’の流路８１に供給される。前記超音波振動子５３’は、好ましくは、小型化に好適な図示のランジュバン型振動子から成り、前記流路８１は、該超音波振動子５３’および前記超音波伝達体５４’の中軸を通す形状とすることが望ましい。
これによって、超音波を伝達させる液体５９を円滑に前記貯留空間５７へ導くことができる。また、超音波放射面から直接液体を吐出することができるので、前記貯留空間５７内で空気が混入することはなく、高効率に超音波６０を液体５９に伝達することができる。
前記液体５９は、洗浄力を高めるために、ポンプ５６ｂによって間欠的に吐出されてもよく、またヒータなどで暖められてもよく、さらにまた洗浄剤や薬品が混入されてもよい。
また、好ましくは、前記液体貯留部５２ｂおよび容器７２の形状は、懸垂状であるとよい。これによって、超音波放射面からの超音波が容器内側面で反射されても、超音波放射面側に戻ることがなく、被洗浄部位へ高効率に伝達させることができる。
本発明の実施の第１の形態の超音波洗浄装置の内部構成を示す断面図である。 図１で示す超音波洗浄装置において、超音波伝達体と、それに嵌着される保持部材との寸法関係を説明するための図である。 図１で示す超音波洗浄装置の改良例を示す断面図である。 図１で示す超音波洗浄装置の他の改良例を示す断面図である。 本発明の実施の第２の形態の超音波洗浄装置の内部構成を示す断面図である。 図５で示す超音波洗浄装置の改良例を示す断面図である。 図５で示す超音波洗浄装置の他の改良例を示す断面図である。 本発明の実施の第３の形態の超音波洗浄装置の内部構成を示す断面図である。 本発明の実施の第３の形態の超音波洗浄装置の内部構成を示す断面図である。 典型的な従来技術の超音波洗浄装置の断面図である。 他の従来技術の超音波洗浄装置の断面図である。 さらに他の従来技術の超音波洗浄装置の使用方法を示す図である。 各従来技術から想到されるノズルシャワー式の超音波洗浄装置の断面図である。
符号の説明
５１，５１’，７１，７１’ 超音波洗浄装置
５２ ハウジング
５２ａ 本体部
５２ｂ 液体貯留部
５２ｃ 支持体
５２ｄ，５４ｄ 凹溝
５３，５３’ 超音波振動子
５４，５４’ 超音波伝達体
５４ａ 下底面
５４ｃ 上底面（超音波放射面）
５５ 駆動回路
５６ 液体供給部
５６ａ，５６ａ’ タンク
５６ｂ ポンプ
５６ｃ，５６ｃ’ パイプ
５７ 貯留空間
５８ 吐出口
５９ 液体
６０ 超音波
６１ 保持部材
７２ 容器
７２ａ 底面
７３ 弾性体
７４ ボルト
８１ 流路

Claims (4)

  1. 内部に超音波放射面を有する容器に液体を供給し、該液体を前記容器に形成された吐出口から流出させて被洗浄部位と接触させることで超音波の伝播路を形成し、前記被洗浄部位を洗浄するようにした超音波洗浄装置において、
    一端部側に超音波振動子が取付けられ、他端部側の端面が前記超音波放射面となる超音波伝達体を、前記超音波放射面の近傍で前記容器の内周面に気密に保持固定した弾性体から成る保持部材を設けることを特徴とする超音波洗浄装置。
  2. 内部に超音波放射面を有する容器に液体を供給し、該液体を前記容器に形成された吐出口から流出させて被洗浄部位と接触させることで超音波の伝播路を形成し、前記被洗浄部位を洗浄するようにした超音波洗浄装置において、
    一端部側に超音波振動子が取付けられ、他端部側の端面が前記超音波放射面となる超音波伝達体と、前記容器とを分離し、前記超音波伝達体の他端部側の端面に、前記容器の底面を固着することを特徴とする超音波洗浄装置。
  3. 前記液体の流路が、棒状の超音波振動子および円錐台状の超音波伝達体内を軸線方向に穿設されて形成され、前記液体の流入口は前記超音波放射面に形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の超音波洗浄装置。
  4. 前記容器において、前記吐出口の反対側が超音波放射面となり、該容器は、前記超音波放射面側から吐出口側に向けて先細り状となる錐体形状に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の超音波洗浄装置。
JP2003341743A 2003-09-30 2003-09-30 超音波洗浄装置 Expired - Fee Related JP3938129B2 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003341743A JP3938129B2 (ja) 2003-09-30 2003-09-30 超音波洗浄装置
PCT/JP2004/014577 WO2005030406A1 (en) 2003-09-30 2004-09-28 Ultrasonic cleaning device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003341743A JP3938129B2 (ja) 2003-09-30 2003-09-30 超音波洗浄装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2005103466A true JP2005103466A (ja) 2005-04-21
JP3938129B2 JP3938129B2 (ja) 2007-06-27

Family

ID=34386231

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003341743A Expired - Fee Related JP3938129B2 (ja) 2003-09-30 2003-09-30 超音波洗浄装置

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP3938129B2 (ja)
WO (1) WO2005030406A1 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112956803A (zh) * 2021-02-06 2021-06-15 三峡大学 洁甲装置及其洁甲方法
KR20220063064A (ko) * 2020-11-09 2022-05-17 주식회사 케이티앤지 개선된 진동전달부를 포함하는 에어로졸 생성 장치

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104689945B (zh) * 2013-12-10 2017-06-30 财团法人精密机械研究发展中心 超音波喷涂模组
CN104258484A (zh) * 2014-10-17 2015-01-07 重庆大学 一种聚焦式超声清创冲洗头
DE102015206233A1 (de) * 2015-04-08 2016-10-13 Dürr Ecoclean GmbH Vorrichtung und Verfahren zum Erzeugen eines Fluidstrahls
JPWO2022064680A1 (ja) * 2020-09-28 2022-03-31
US20220184670A1 (en) * 2020-12-16 2022-06-16 The Boeing Company Flexible cavitation apparatus
CN114951131B (zh) * 2022-04-26 2024-02-20 南京邮电大学 一种手持便携式超声波清洗装置

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2361894A1 (de) * 1973-12-13 1975-06-19 Braun Erhard Dipl Ing Fussbodenreinigungs-automat
DE4012467A1 (de) * 1990-04-19 1991-10-24 D T I Dr Trippe Ingenieurgesel Vorrichtung und verfahren zum reinigen von oberflaechen mittels ultraschall
JPH06218337A (ja) * 1993-01-25 1994-08-09 Kaijo Corp 超音波洗浄機
DE19647482A1 (de) * 1996-11-16 1998-06-18 Fidor Vermoegensverwaltung Gmb Ultraschall-Reinigungsvorrichtung
DE10148401A1 (de) * 2001-09-29 2003-04-17 Karl Beis Einrichtung zum Reinigen von Oberflächen mittels Ultraschall

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220063064A (ko) * 2020-11-09 2022-05-17 주식회사 케이티앤지 개선된 진동전달부를 포함하는 에어로졸 생성 장치
KR102584559B1 (ko) * 2020-11-09 2023-10-05 주식회사 케이티앤지 개선된 진동전달부를 포함하는 에어로졸 생성 장치
CN112956803A (zh) * 2021-02-06 2021-06-15 三峡大学 洁甲装置及其洁甲方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP3938129B2 (ja) 2007-06-27
WO2005030406A1 (en) 2005-04-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103118810B (zh) 改进的超声波清洗的方法和装置
WO2020021648A1 (ja) 流水式超音波洗浄機及びそのノズル、超音波洗浄方法
JP3938129B2 (ja) 超音波洗浄装置
RU2368435C2 (ru) Установка ультразвуковой очистки деталей
KR200427508Y1 (ko) 멀티채널 입수형 초음파 세척 장치
JP4474883B2 (ja) 超音波生体洗浄装置
KR20160136493A (ko) 횡파 발생 방지가 가능한 압전소자를 가진 초음파 진동자 및 이를 포함하는 초음파 세정 장치
KR101017104B1 (ko) 초음파 노즐 및 이를 포함하는 기판 세정 장치
JP4349244B2 (ja) 超音波洗浄装置
JP3787024B2 (ja) 超音波洗浄装置
JP7282472B2 (ja) 超音波シャワー洗浄装置
JP2007237157A (ja) 超音波洗浄装置
JPH0663506A (ja) 超音波洗浄機
JP4349245B2 (ja) 超音波洗浄装置
JP2007029937A (ja) 超音波洗浄装置
JP2000279887A (ja) 超音波励振装置及びこれを備えた超音波洗浄装置
KR100986586B1 (ko) 초음파 진동자
CN217647071U (zh) 用于管道清洗的喷头和装置
WO2022064680A1 (ja) 超音波シャワー洗浄装置
JPS5845830Y2 (ja) 超音波パイプ洗浄装置
JP2017096667A (ja) 液体吸引装置及び液体吸引方法
JPH1094756A (ja) 超音波励振装置及びこれを具備した超音波洗浄装置
KR101448580B1 (ko) 미세세정 노즐장치
JP2007245129A (ja) 超音波洗浄装置
JPH01304089A (ja) 超音波洗浄装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20060414

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20061128

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20070122

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20070306

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20070319

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100406

Year of fee payment: 3

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100406

Year of fee payment: 3

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100406

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110406

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130406

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130406

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140406

Year of fee payment: 7

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees