JP3808951B2

JP3808951B2 - 超音波振動装置およびそれを用いた超音波洗浄装置

Info

Publication number: JP3808951B2
Application number: JP25465396A
Authority: JP
Inventors: 伸樹松崎
Original assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Current assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Priority date: 1996-09-26
Filing date: 1996-09-26
Publication date: 2006-08-16
Anticipated expiration: 2016-09-26
Also published as: JPH1099805A

Description

【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洗浄液に超音波振動を付与するための超音波振動装置およびそれが用いられた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、被洗浄物としての液晶用ガラス基板や半導体ウエハを高い清浄度で洗浄することが要求される工程がある。このような被洗浄物を洗浄する方式としては、洗浄液中に複数枚の被洗浄基板を浸漬するデイップ方式や被洗浄物に向けて洗浄液を噴射して一枚づつ洗浄する枚葉方式があり、最近では高い清浄度が得られるとともに、コスト的に有利な枚葉方式が採用されることが多くなってきている。
【０００３】
枚葉方式の１つとして被洗浄物に噴射される洗浄液に超音波振動を付与し、その振動作用によって上記被洗浄物から微粒子を効率よく除去するようにした洗浄方式が実用化されている。
【０００４】
洗浄液に超音波振動を付与する洗浄方式において、従来は20〜50ｋＨｚ程度の超音波が用いられていたが、最近では600 〜2000ｋＨｚ程度の極超音波帯域の音波を用いる超音波洗浄装置が開発されている。
【０００５】
超音波振動が付与された洗浄液を被洗浄物に噴射すると、その超音波振動の作用によって被洗浄物に付着した微粒子の結合力が低下するため、超音波振動を付与しない場合に比べて洗浄効果を向上させることができる。
【０００６】
従来の超音波洗浄装置は、図６に示すように細長い装置本体１を有する。この装置本体１には空間部２が本体１の厚さ方向に貫通し、かつ長手方向に沿って形成されている。上記空間部２は上端側から下端側にゆくにつれて狭幅となるテ−パ状に形成されていて、下端は装置本体１の下面に開口したノズル口３となっている。
【０００７】
上記空間部２の上端開口はシ−ル材４を介してタンタルなどの金属板からなる振動板５で閉塞されている。この振動板５の上面には上記空間部２の上端開口と対応する部位に沿って細長い矩形状の複数の振動子６（１つのみ図示）が所定間隔で取着されている。この振動子６は超音波発振器（図示せず）により駆動されるようになっている。超音波発振器によって、振動子６は超音波振動するから、その超音波振動によって上記振動板５も振動する。つまり、上記振動板５と振動子６と超音波発振器とで超音波振動装置を構成している。
【０００８】
上記装置本体１の上記空間部２の両側にはそれぞれ長手方向に沿って供給路８が貫通して形成されている。一対の供給路８にはその両端にそれぞれ図示しない洗浄液の供給管が接続され、それら供給管によって洗浄液が供給されるようになっている。
【０００９】
さらに、上記装置本体１には一端を上記供給路８に連通させ、他端を空間部２に連通させた複数の噴出路９が上記装置本体１の長手方向に沿って所定間隔で形成されている。つまり、上記噴出路９の他端は上記振動板５に対向して開口している。上記噴出路９は上記供給路８に比べ内径寸法が十分に小さく設定されている。
【００１０】
上記供給路８に供給された洗浄液は複数の噴出路９へほぼ均等に分流し、他端開口から上記振動板５の下面に向かって噴出し、この振動板５を介して上記超音波振動子６によって超音波振動が付与される。超音波振動が付与された洗浄液は、上記空間部２のノズル口３から図示しない被洗浄物に向かって噴出する。それによって、上記被洗浄物を超音波振動が付与された洗浄液で洗浄することができる。
【００１１】
ところで、このような構成の超音波洗浄装置においては、上記振動板５は通常、タンタル、チタンなどやこれらの合金などの金属によって形成されていて、超音波振動子６が発振すると、この振動子６の振動に共鳴して振動するようになっている。しかしながら、振動板５の厚さが1.5mm を越えると、振動子６との共鳴効率が低下するということがあるため、上記振動板５の厚さは０．１〜１．５ｍｍであった。
【００１２】
しかしながら、振動板５の厚さを極端に薄くすると、その強度が大きく低下する。そのため、繰り返して振動すると、早期に損傷したり、振動板５に取着された振動子６が剥がれるということがあるため、実用的でなかった。実用上は共鳴効率が低下しても、長期の使用に耐える、０．１ｍｍ以上の厚さの振動板５が用いられていた。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来は振動板の厚さを０．１ｍｍ以上にしていたので、早期に損傷することのない強度は得られても、共鳴効率が低下するため、振動が減衰するということがあった。
【００１４】
この発明の目的は、振動板の厚さを０．１ｍｍ未満とすることにより、振動板の共鳴効率の向上を図るようにした超音波振動装置およびそれを用いた超音波洗浄装置を提供することにある。
【００１５】
また、この発明の目的は、振動板の厚さを０．１ｍｍ以下としても、その強度が低下することがないようにした超音波振動装置およびそれを用いた超音波洗浄装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、振動板に振動子を取着し、超音波発振器で上記振動子を駆動する超音波発振装置であって、
上記振動板は、厚さが０．１ｍｍ未満の高張力金属で形成されているとともに、上記振動子から外れた部分の上面と下面には補強板がねじによって一体的に結合されていることを特徴とする。
【００１８】
請求項２の発明は、被洗浄物を洗浄する洗浄液に超音波振動を付与するための超音波振動装置が設けられた超音波洗浄装置において、
上記超音波振動装置は請求項１に記載された構成であることを特徴とする。
【００１９】
請求項１の発明によれば、振動板の厚さを０．１mm未満としたことで振動子との共鳴効率を向上させて振動板の振動を強くすることができる。
請求項２の発明によれば、振動板を極端に薄くして共鳴効率を向上させるとともに、振動板の振動が強くても、補強部材で補強されていることで、早期に損傷するのが防止される。
【００２０】
請求項３の発明によれば、超音波洗浄装置に請求項１１または請求項２の超音波振動装置を用いることで、振動しによって振動板を介して洗浄液に強い超音波振動を確実に付与することができるとともに、超音波洗浄装置を長期間メンテナンスの必要なく使用できる。
【００２１】
【発明の実施形態】
以下、この発明の一実施形態を図１乃至図３を参照して説明する。
図３に示すこの発明の超音波洗浄装置は装置本体１１を有する。この装置本体１１は上面が開放した凹部１２がその長手方向に沿って形成された上部材１３と、この上部材１３の下面に第１のシ−ル材１４を介して液密に接合固定された下部材１５とによって細長い角柱状に形成されている。
【００２２】
上記上部材１３の下部壁にはその長手方向に沿って嵌合孔１６が穿設され、上記下部材１５の上面の幅方向中央部分には上記嵌合孔１６に嵌合する凸部１７が形成されている。
【００２３】
上記下部材１５の凸部１７が形成された幅方向中央部分には、一端を上面に開口させ、他端を下面に開口させた空間部１８がその長手方向に沿って形成されている。この空間部１８の断面形状は、一端（上端）から他端（下端）にゆくにつれて幅寸法が小さくなるテ−パ状をなしていて、その下端開口は狭幅なノズル口１９となっている。
【００２４】
上記空間部１８の開口した上端は矩形状の振動板２１によって液密に閉塞されている。つまり、この振動板２１は、その下面周辺部が所定の厚さを有する枠状の第２のシ−ル材２２を介して上記上部材１３の凹部１２の内底面に接合されている。
【００２５】
上記振動板２１の上面には同じく枠状の押え板２３が接合され、上記上部材１３にボルト３３によって固定されている。それによって、上記空間部１８の上端開口は気密に閉塞されている。
【００２６】
上記振動板２１の上面の幅方向中央部分、つまり上記空間部１８と対応する部位には、図１に示すように長手方向に沿って複数の振動子２４が隣り合う側面を密着させて接着固定している。この振動子２４の上下面にはそれぞれＡｇなどの金属膜からなる電極２４ａ、２４ｂが形成されている。
【００２７】
上記振動板２１はタンタル、チタンやこれらの合金などの高張力金属からなり、その厚さ寸法Ｔは振動子２４との共鳴現象の低下が少ない0.1mm 未満に設定されている。
【００２８】
図２に示すように、上記振動板２１の上面のほぼ中央部分には上記振動子２４が接合され、この振動子２４の両側部分には上記振動板２１を挟んで上補強板４１ａと下補強板４１ｂとが接着あるいはシ−ル材を介して接合され、ねじ４２によって上記振動板２１に一体的に結合されている。それによって、振動板２１の振動子２４が設けられた部分は、振動子２４との共鳴効率の高い０．１mm未満の厚さが維持され、他の部分は上下の補強板４１ａ、４１ｂによって補強され、損傷しにくい厚さとなっている。上記各補強板４１ａ、４１ｂの厚さは、振動板２１よりも十分に厚く設定されている。なお、振動板２１は上記各補強部材４１ａ、４１ｂを介して上記上部材１３の凹部１２の内底面に接合され、押え板２３を介してボルト３３によって上記上部材１３に固定されている。
【００２９】
図３に示すように上記振動板２１の上方には給電板２５が上記押え板２３に保持部材２６を介して取り付けられている。この給電板２５には上記振動子２４の上面側の電極２４ａと弾性的に接触した接触子２７が設けられている。上記給電板２５にはコイル２８が設けられ、このコイル２８から上記給電板２５、接触子２７を介して上記振動子２４に給電されるようになっている。それによって、上記振動子２４が超音波振動し、その超音波振動に上記振動板２１が連動するようになっている。
【００３０】
上記装置本体１１の下部材１５には、上記空間部１８の幅方向両側に位置する一対の供給路３１がその長手方向に貫通して形成されている。この供給路３１の両端には図示しない供給源が同じく図示しないチュ−ブを介して接続され、純水や薬液などの洗浄液を供給するようになっている。
【００３１】
一対の供給路３１にはそれぞれ複数の噴出路３２が一端を連通させて設けられている。つまり、噴出路３２は上記装置本体１１の上部材１３と下部材１５との接合する部分に形成されていて、他端を上記上部材１３の凹部１２の内底面の上記振動板２１によって覆われた部分、つまり上記空間部１８の上端側に連通するよう開口させている。
【００３２】
上記噴出路３２は上記空間部１８の幅方向一側と他側において、装置本体１１の長手方向に沿って所定間隔で複数形成されている。
つぎに、上記構成の超音波洗浄装置の作用について説明する。
【００３３】
一対の供給路３１に洗浄液を供給するとともに、振動子２４を超音波発振器により駆動して振動板２１を超音波振動させる。上記供給路３１に供給された洗浄液は複数の噴出路３２へ分流し、その噴出路３２の他端開口から振動板２１に向かって噴出する。
【００３４】
各噴出路３２から噴出された洗浄液が超音波振動する振動板２１の下面に衝突すると、その洗浄液に超音波振動が伝播される。超音波振動が伝播された洗浄液、つまり超音波振動する洗浄液は図２に矢印で示すように空間部１８を流れてその下端のノズル口１９から噴出する。したがって、上記ノズル口１９の下方に被洗浄物を対向配置すれば、その被洗浄物を超音波振動が付与された洗浄液によって洗浄することができる。
【００３５】
ところで、上記振動板２１は、その厚さ寸法Ｔが振動子２４との共鳴効率が高い０．１ｍｍ未満の厚さに設定されている。振動板２１は振動子２４と共鳴し、振動の減衰が小さくなるので、洗浄液に強い超音波振動を付与することができる。
【００３６】
図４は厚さ寸法Ｔが０．０５ｍｍ、０．０８５ｍm および０．１ｍｍの振動板２１を使用した場合に、ノズル口１９から噴出された洗浄液の音圧と、振動子２４を駆動する超音波振動子２４を駆動する超音波発振器の出力との関係を測定したグラフである。この図から分かるように、振動板２１の厚さ寸法Ｔを０．１ｍｍ未満にすることで、高い音圧がえられ、しかもその厚さ寸法Ｔは薄ければ薄いほど、音圧が高くなる。
【００３７】
また、振動板２１の厚さが０．０５ｍｍの場合、この振動板２１の振動子２４を接合したその両側部分が上補強板４１ａと下補強板４１ｂとによって補強されている。そのため、振動子２４が設けられた部分は、この振動子２４との共鳴効率の高い０．１mm未満の厚さに維持されるが、他の部分は上記各補強板４１ａ、４１ｂによって補強されるから、振動板２１は振動子２４が設けられた部分が振動子２４と共鳴して強く振動しても、その振動によって早期に損傷することが防止される。
【００３８】
また、図２に示すようにした補強板４１ｂを振動板２１の振動子２４が設けられた部分の両側に一部がかかるようにしてもよい。このような構成とすることにより、洗浄液と接する部分の振動板２１（寸法ｃの部分）は、上下補強板４１ａ、４１ｂと振動子２４によってほぼ補強されることになる。
【００３９】
この場合、上側の電極２４ａの幅ａを振動子２４の幅ｂより少し小さくするとともに、振動板２１の上下補強板４１ａ、４１ｂにより補強されていない部分の幅ｃとほぼ同一にすれば、幅ａの部分が振動することにより、振動板２１に取着された振動し２４の四隅部が剥がれにくくなる。
【００４０】
さらに、上側の電極２４ａの各辺の端部を振動子２４の各辺の端部より各0.5mm 程度小さくすることで、複数の振動子２４を振動板２１の長手方向に密着して取着しても、各電極２４の一辺の端部間は約１ｍｍとなり、各電極間は、絶縁距離を十分にとることができる。
【００４１】
また、超音波振動は、たとえば振動子２４と振動板２１を上部に配置すると洗浄液中を上から下に末広がりで伝わるので、被洗浄物に直接接触する部分に噴出された洗浄液は、均一な超音波振動が付与されることになる。
【００４２】
つまり、上記構成の振動板２１によれば、振動子２４との高い共鳴効率を有するとともに、早期に損傷することのない強度を備えることができるから、装置本体１１の供給部８に供給された洗浄液に強い振動を長期にわたって確実に付与することができる。
【００４３】
なお、上記実施形態では上補強板４１ａと下補強板４１ｂで説明したが、どちらか一方でもよい。
図５はこの発明の他の実施形態を示す。この実施形態は振動板２１の上面側に設けられる上補強板４１ａの幅方向一端側に段部５１が形成され、この段部５１によって振動子２４の幅方向端部が押圧保持されている。この上補強板４１ａは下補強板４１ｂとねじ４２によって結合されている。
【００４４】
また、上記振動子２４に設けられる一方の電極２４ａは振動板２１の上面の幅方向中央部分にだけ寸法ｅで示すように設けられ、他方の電極２４ｂは振動子２４の下面と上面の幅方向両側にわたって設けられている。したがって、上記上補強板４１ａの段部５１は他方の電極２４ｂだけに接触し、一方の電極２４ａには接触しないようになっている。なお、上記寸法ｅは一対の下補強板４１ｂの間隔ｆとほぼ同じに設定されている。
【００４５】
つまり、このような構成によれば、上補強板４１ａが樹脂製であっても、他方の電極２４ｂが振動子２４の側部を回り込んで上面まででているので、超音波発振器を容易に接続することができる。
【００４６】
さらに、この発明は、洗浄液を被洗浄物に噴射する枚葉式の超音波洗浄装置のみでなく、洗浄液を貯留している洗浄槽内に複数の被洗浄物を浸漬させ、前記洗浄槽の底部等に配設した超音波振動装置により、前記洗浄液に超音波振動を付与し、被洗浄物を洗浄するデップ方式の超音波洗浄装置にも応用することが可能である。
【００４８】
請求項１の発明によれば、振動子が取着される振動板の厚さを０．１ｍｍ未満とするとともに、この振動板の振動子から外れた部分の上下面を補強板によって補強するようにした。
【００４９】
そのため、振動板の厚さを十分に薄くして振動子との共鳴効率を十分に高めることができると同時に、補強板によってその強度が補強されるから、早期に損傷するのを防止することができる。
【００５０】
請求項２の発明によれば、超音洗浄装置に請求項１の超音波振動装置を用いることで、洗浄液に強い超音波振動を確実に付与することができるとともに、長期間メンテナンスの必要なく、使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態を示す振動子の取付け構造の拡大平面。
【図２】同じく図１のＡ−Ａ線沿う断面図。
【図３】同じく超音波洗浄装置の縦断面図。
【図４】振動板の厚さを変えた場合の音圧と超音波発振器の出力との関係を示すグラフ。
【図５】この発明の他の実施形態を示す超音波振動子の取り付け構造の拡大断面図。
【図６】従来の超音波洗浄装置の縦断面図。
【符号の説明】
２１…振動板
２４…振動子
４１ａ、４１ｂ…補強部材

Claims

振動板に振動子を取着し、超音波発振器で上記振動子を駆動する超音波発振装置であって、
上記振動板は、厚さが０．１ｍｍ未満の高張力金属で形成されているとともに、上記振動子から外れた部分の上面と下面には補強板がねじによって一体的に結合されていることを特徴とする超音波振動装置。
被洗浄物を洗浄する洗浄液に超音波振動を付与するための超音波振動装置が設けられた超音波洗浄装置において、
上記超音波振動装置は請求項１に記載された構成であることを特徴とする超音波洗浄装置。