JP2008256528A - 超音波測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の超音波測定装置では、音圧のみで超音波が管理されており、液中の周波数を確認することができなかった。このため、超音波洗浄装置の超音波発信源から、メーカ保証値に定められた音圧及び周波数の超音波が発生しているかどうかを確認することができなかった。
【解決手段】本発明の超音波想定装置では、液中で超音波振動を検出する検出部（０１０１）と、検出された超音波振動を圧電変換する変換部（０１０２）と、変換された電圧値から音圧値及び周波数を取得する取得部（０１０３）と、取得された音圧値及び周波数を表示する表示部（０１０４）と、を具備する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液体中の超音波を測定する超音波測定装置の技術に関する。

半導体などの微小な部品の洗浄する場合、超音波を利用して微小な汚れを除去する超音波洗浄装置が用いられる。超音波洗浄装置では、超音波振動を洗浄液中に放射し、その振動により洗浄対象物に付着した微小な汚れを効率的に除去することができる。

超音波洗浄装置では、洗浄を適切に行うためには発信する超音波の音圧及び周波数の値にて管理される。このため、超音波洗浄装置では、音圧及び周波数の値の管理が極めて重要であり、これらを測定する装置が利用されてきた。

超音波測定装置としては、種々なるものが開発されているが、例えば特許文献１の超音波検査装置では、水槽の超音波をディスプレイ表示する方法が開示されている。特許文献１に記載の技術では、超音波波形を確認することはできるが、音圧及び周波数を同時に確認することができなかった。

また、超音波洗浄装置では、超音波を恒常的に測定するために、洗浄槽に超音波測定装置のプローブを固定したものも実用化されている。洗浄槽にプローブが固定されたものでは、いちいち超音波測定装置を液中に浸す手間が省けるため、利便性に優れている。しかし、このタイプの超音波測定装置であっても、超音波は音圧のみで管理されており、液中の音圧と周波数を同時に確認することができなかった。このため、液中に設けられた超音波発振器から発振した超音波は、超音波発振器に記載されたメーカ保証値に定められた音圧及び周波数の超音波が発生しているものと予想して管理が行なわれていた。
特開平６−３３１６０５号公報

しかしながら、超音波発振器から発振された超音波は種々なる原因でその音圧又は周波数が変化する。例えば、液中の温度が変化しただけであっても超音波発振器から発振される超音波と、液中の実際の超音波とでは差異が生じてしまう。このため、超音波が超音波発振器のメーカ保証値にて出力側で管理されていた場合であっても、液中の超音波が本当に設定されたメーカ保証値にて出力されているとは限らない。そこで、本発明では、液中の音圧及び周波数を測定して同時に表示する超音波測定装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、第一発明は、液中で超音波振動を検出する検出部と、検出された超音波振動を圧電変換する変換部と、変換された電圧値から音圧値及び周波数を取得する取得部と、取得された音圧値及び周波数を表示する表示部と、からなる超音波測定装置を提供する。第二発明は、検出部は、センサーとセンサーを先端に備えるための金属芯を用いた棒と、からなり、棒はその長さが２０センチメートル以上である第一発明に記載の超音波測定装置を提供する。第三発明は、前記センサーは、圧電素子であり、センサー筐体と圧電素子との重量比は、３０：１〜５０：１である第一発明又は第二発明に記載の超音波測定装置を提供する。第四発明は、前記取得部で取得される音圧値及び周波数を液温に応じて較正する較正部を有する第一発明から第三発明のいずれか一に記載の超音波測定装置を提供する。

以上のような構成をとる本発明の超音波測定装置では、音圧と周波数が同時に表示されるため、使用者はこれを視認するだけで液中の超音波の状況を容易に管理することができる。

本発明を実施するための最良の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、本発明はこれら実施の形態になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施しうる。なお、以下の実施形態と請求項の関係は次のとおりである。実施形態１は主として請求項１、４などについて説明する。実施形態２は主として請求項２、３などについて説明する。

≪実施形態１≫（実施形態１の概念）実施形態１について説明する。本実施形態の超音波測定装置では、液中の超音波振動の音圧値及び周波数を測定し、これをそれぞれ表示部に表示することを特徴とする。

（実施形態１の構成）図１に本実施形態にかかる超音波測定装置の機能ブロック図を示す。本実施形態にかかる「超音波測定装置」（０１００）は、「検出部」（０１０１）と、「変換部」（０１０２）と、「取得部」（０１０３）と、「表示部」（０１０４）とからなる。また、さらに「較正部」（０１０５）を有していても良い。

（実施形態１の構成の説明）「超音波測定装置」（０１００）は、検出部（０１０１）、変換部（０１０２）、取得部（０１０３）、表示部（０１０４）から構成される装置であり、較正部（０１０５）を有していても良い。ただし、超音波測定装置は、これらの構成及び機能に限られるものではなく、例えば、実施形態２以降に記載の構成を付加しても良い。

「検出部」（０１０１）は、液中で超音波振動を検出するように構成されている。検出部では、音圧によって生じる振動を圧電素子などからなる音圧センサーなどで検出し、これを後述する変換部にて相対的に比例関係にある電圧に変換して出力する。検出部は、超音波振動を検出することができれば、いかなる形状であっても良い。例えば、超音波洗浄装置の洗浄槽内の超音波振動の音圧値及び周波数を測定するためには、検出部は洗浄槽内部に突出させた状態とし、超音波測定装置自体を予め固定するようにしても良いし、超音波測定装置を持ち運び可能型とし、検出部を洗浄槽に浸して洗浄槽内部の超音波振動を検出するようにしても良い。

「変換部」（０１０２）は、検出部にて検出された超音波振動を圧電変換するように構成されている。変換部は圧電素子や圧電素子からの電圧を受信する回路などからなる。変換部では、プローブなどにて検出した超音波振動を圧電変換により電圧値に変換する。

「取得部」（０１０３）は、変換された電圧値から音圧値及び周波数を取得するように構成されている。取得部では、電圧値から再び音圧との比例関係を利用して音圧値を取得するとともにその音圧値や音圧値にて形成される波形などから周波数を算出して取得する。

「表示部」（０１０４）は、取得部にて取得された音圧値及び周波数を数値に変換して表示するように構成されている。表示部は液晶ディスプレイなどが用いられ、音圧値と周波数の両者をそれぞれ出力することができる。

「較正部」（０１０５）は、前記取得部で取得される音圧値及び周波数を液温に応じて較正するように構成されている。超音波振動は、液温の変化により液中の伝搬速度が変化してしまう。この超音波振動の伝搬速度の変化により、超音波振動発振源から同一音圧及び同一周波数の超音波を発振し続けている場合であっても、検出部にて受振する超音波の周波数等が変化する。検出部では、液中の実際の周波数を検出することが目的であるため、超音波振動発振源にて発振している周波数ではなく、液中の周波数を検出することは本超音波測定装置の目的に適したものである。しかし、一般的に、検出部などに用いられる音圧センサーでは、受振する周波数によって感度が変動してしまう。また、温度変化による検出部の微小な物性の変化などによる感度の変動が起こりうる。これらの感度の変動は、液温が変化する度に検出部や取得部をキャリブレーションすることで解決することも可能であるが、このようにすると、キャリブレーションを頻繁に行うことが必要となってしまい、処理が煩雑になってしまう。このため、較正部では、取得部にて取得される音圧値及び周波数を、液温によって生じる感度の変動に応じて較正する。これにより、検出部や取得部のキャリブレーションは基準温度において一度行うだけでよく、その後は、基準温度に対する液温の変化に応じて取得した音圧値及び周波数を較正することで適切な値を取得することができる。

較正部は、液温を測定する温度計及びテーブル状に液温に応じた較正係数などを記憶した記憶手段などからなり、測定した液温に応じて所定の較正係数が選択されて取得部にて取得された音圧値及び周波数を較正する。

液温と較正係数との関係は、次のようにして取得することができる。まず、超音波発振器の音圧及び周波数を一定とし、測定する液中の液温を所定温度間隔で変化させる。検出部では、所定温度間隔の各温度において、常にキャリブレーションを行った後に超音波振動を検出し、検出された超音波振動に基づいて音圧値及び周波数を取得部にて取得する。次に、超音波発振器の音圧及び周波数を前回と同じ値とし、測定する液中の液温を前回と同じ所定温度間隔で変化させる。検出部では、所定温度間隔で変化させる最初の温度（基準温度）で一度のみキャリブレーションを行い、その後のキャリブレーションは行わずに超音波振動を検出し、検出された超音波振動に基づいて音圧値及び周波数を取得部にて取得する。そして、各温度でキャリブレーションを行った後に測定した音圧値及び周波数と、基準温度でのみキャリブレーションを行った後に測定した音圧値及び周波数とを比較して、液温に応じた誤差情報を取得することができるため、該情報に基づいて液温に応じた較正係数を取得することができる。なお、上記較正係数の取得方法は具体的な一例を表したものであり、検出部の物性などから較正係数を取得することとしても良い。

（実施形態１の具体例）図２に本実施形態の超音波測定装置を超音波洗浄装置の洗浄槽に固定して利用する場合を例示する。該超音波洗浄装置（０２０６）では、下部に超音波発振器（０２０５）が備え付けられ、該超音波発振器から発生した超音波が洗浄槽に浸けられた部品等を洗浄する。このとき、超音波発振器において超音波振動の音圧、周波数等を設定することができるが、洗浄液中における実際の音圧及び周波数は、洗浄液の状態により変化するため、これを超音波測定装置で検出して超音波振動の管理が行なわれる。

洗浄液中の超音波振動は、洗浄に利用されるとともに、洗浄槽内部に突出するようにして設けられた超音波測定装置のプローブ（０２０１）にて検出される。プローブは、超音波洗浄装置の超音波発振器にて発振される超音波振動の周波数（例えば、３８ｋＨｚ，４６ｋＨｚ，５８ｋＨｚなど）と共振する長さを用いることが望ましい。プローブの洗浄槽に突出した端部の反対側の端部には、圧電素子（０２０２）が設けられる。圧電素子では、プローブにて検出された振動を圧電変換により電圧として出力する。圧電素子は、取得部を構成するコンピュータ（０２０３）に接続されており、出力された電圧から音圧値及び周波数が数値として計算される。コンピュータは表示部を構成するディスプレイ（０２０４）に接続されており、計算された音圧値及び周波数の値はデジタル表示される。

また、上記に加えて較正部を設ける場合には、較正部は取得部とともにコンピュータにて構成することができる。液温は洗浄槽に別途温度計を設けて測定することとしても良いし、プローブに液温を測定する機能を付加しても良い。また、コンピュータには、液温に対応する較正係数をテーブル状に記憶しておく。温度計により測定された液温の測定値がコンピュータにて取得されると、コンピュータでは、取得された液温に応じた較正係数を用いて、音圧値及び周波数を較正する。このため、コンピュータから表示部へは、較正後の値が出力され、該値が表示部にて表示される。

なお、上記具体例では、超音波測定装置を超音波洗浄装置の洗浄槽に固定して利用する場合を例示したが、超音波測定装置を持ち運び可能な端末型に構成することも可能である。端末型の超音波測定装置は実施形態２において説明する。

（実施形態１の効果）以上のような構成をとる本実施形態の超音波測定装置では、音圧と周波数が同時に表示されるため、使用者はこれを視認するだけで液中の超音波の状況を容易に管理することができる。

≪実施形態２≫（実施形態２の概念）実施形態２について説明する。本実施形態の超音波測定装置は、検出部において特徴を有する。

（実施形態２の構成）図３に、本実施形態にかかる超音波測定装置を具体的に表す。該超音波測定装置は、実施形態１の超音波測定装置の構成を基本とし、「検出部」（０３０１）がセンサー（０３０２）及び金属芯を用いた棒（０３０３）からなる。

（実施形態２の構成の説明）本超音波測定装置の「検出部」（０３０１）は、センサーとセンサーを先端に備えるための金属芯を用いた棒と、からなり、棒はその長さが２０センチメートル以上であることを特徴とする。本検出部では、センサーが、長さ２０センチメートル以上の金属芯を用いた棒の先端に設けられているため、測定対象となる液中にセンサーのみを容易に浸すことが可能である。

また、前記センサーは、圧電素子であり、センサー筺体と圧電素子との重量比は、３０：１〜５０：１程度とすることが望ましい。振動を検出して電圧に変化する圧電素子と比較して、センサー筺体の重量比を大きくすることで、圧電素子がセンサー筺体と共振してしまうことを防止し、検出される超音波振動の感度を向上させることができる。

（実施形態２の具体例）図３に示す超音波測定装置では、検出部（０３０１）を構成するセンサー（０３０２）及び金属芯を用いた棒（０３０３）とを有し、他の構成を小型の本体部（０３０４）に収めて持ち運びが容易となるようにしている。本体部には、電源のＯＮ／ＯＦＦを切り替える電源ボタン（０３０５）、超音波測定時の測定モード等を設定するモードボタン（０３０６）などと、電源ＯＮ状態を示す電源ＯＮランプ（０３０７）、音圧値及び周波数を表示するディスプレイ（０３０８）などが表面に配置されている。また、筺体の側部には、凹凸形状の意匠（０３０９）を配しており、端末の操作時に端末を滑り落とさないような工夫がされている。

検出部は、センサーとセンサーを先端に備えるための金属芯を用いた棒とからなっており、センサーはセンサー筺体に覆われた圧電素子とからなっている。センサーと本体部内部の回路とは、金属芯を介して電気的に接続されており、検出部のセンサーにて超音波振動を検出すると、検出された振動が圧電変換されて電圧が本体部の回路に出力される。そして、電圧値の大きさや波形等から音圧値及び周波数が計算されてこれらの数値が本体部に設けられたディスプレイに表示される。なお、本超音波測定装置においても実施形態１に記載した較正部を設けて取得部にて取得された音圧値及び周波数を較正するようにしても良い。

（実施形態２の効果）以上のような構成をとる本超音波測定装置では、実施形態１の超音波測定装置における効果に加えて、より取り扱いが容易で汎用性が高い超音波測定装置を提供することができる。

超音波測定装置の機能ブロック図 超音波洗浄装置に固定した超音波測定装置の具体例を示す図 持ち運び可能な超音波測定装置の具体例を示す図

符号の説明

０１００ 超音波測定装置
０１０１ 検出部
０１０２ 変換部
０１０３ 取得部
０１０４ 表示部
０１０５ 較正部

Claims (4)

1. 液中で超音波振動を検出する検出部と、
   検出された超音波振動を圧電変換する変換部と、
   変換された電圧値から音圧値及び周波数を取得する取得部と、
   取得された音圧値及び周波数を表示する表示部と、
   からなる超音波測定装置。
2. 検出部は、センサーとセンサーを先端に備えるための金属芯を用いた棒と、からなり、棒はその長さが２０センチメートル以上である請求項１に記載の超音波測定装置。
3. 前記センサーは、圧電素子であり、センサー筐体と圧電素子との重量比は、３０：１〜５０：１である請求項１又は２に記載の超音波測定装置。
4. 前記取得部で取得される音圧値及び周波数を液温に応じて較正する較正部を有する請求項１から３のいずれか一に記載の超音波測定装置。

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