JP4705509B2 - 超音波洗浄装置 - Google Patents

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Description

本発明は、洗浄液を超音波とともにシャワー状に噴出させて被洗浄物を超音波洗浄したり、あるいは洗浄液中の浸漬された被洗浄物に対し伝達液を介して超音波を照射して洗浄する超音波洗浄装置に関するものである。
従来から、液晶パネルや半導体ウエハ等の洗浄には、洗浄液を超音波とともにシャワー状に噴出させ、これらの被洗浄物を超音波洗浄する超音波洗浄装置が知られている。その例として、特許文献1に示すような装置がある。
この装置は、先ず洗浄液供給口から供給される洗浄液で内部を満し、内部を満した洗浄液を洗浄液噴出口から噴出させるとともに残余をオーバーフロー排出口より排出するケースを備えている。
また、ケースの洗浄液噴出口に対向する面には洗浄液噴出口に向けてケース内に超音波を送出する超音波振動子を備えているとともに、洗浄液供給口に対向して、洗浄液供給口と超音波振動子間に整流板を配置したものである。
上記特許文献1に記載された超音波洗浄装置は、ケース内に洗浄液を貯留しておく必要があるため、装置全体が大きくなり、また洗浄液噴出口がノズル形式ではないので、被洗浄物によっては効果的に洗浄できないという点があった。
そこで、特許文献2に示すようなスポットシャワー形式の超音波洗浄装置が提案されている。この装置は、超音波振動子を内部へ臨ませこの振動子と正対する位置に吐出口を開口させたノズル装置とを備え、該ノズル装置へ導入される流水に超音波を照射し、この超音波流水を被洗浄物へ向けて放出するようにしたもので、該ノズル装置が超音波流水を吐出口へ向けて収束させるようテーパー状に壁面で囲まれたノズル室と、該ノズル室の外周を囲むように形成され前記ノズル室の超音波振動子側の端部において全周にわたり略均等にノズル室と連通する流水路とを設けたものである。
上記のような超音波洗浄装置は、特許文献3の「従来の技術」の項で掲げられ、そして「発明が解決するための課題」の項で示すように、超音波振動子から放射された超音波はノズルの前方所定位置で焦点を結ぶように収束するので、その位置に被洗浄物を配置すると効率よく洗浄を行うことができるが、その位置すなわちノズル先端からの距離を精密に調整する必要が有り、作業が煩雑になり、精密に調整しないと洗浄効果にばらつきを生じることとなる。
この課題を解決するため、特許文献3には、次ぎに示す構成の超音波シャワー洗浄装置が開示されている。
この装置100は、図19に示すように、筐体101の先端部に取り付けられたノズル102と、該ノズル102の後端部に対向して配置された円板状の超音波振動子103と、筐体の側面に形成された洗浄液の供給口104とを有し、該供給口から供給された洗浄液と超音波振動子から放射された超音波とをノズルの先端から噴射してノズルの前方に配置された被洗浄物110を洗浄する超音波シャワー洗浄装置であって、前記ノズル102の吐出孔102aを直径が一定の直線状丸孔に形成するとともに、前記ノズルの後端部面102bをその外縁から前記吐出孔102aに向かって所定の傾斜角で下降する円錐状に構成したものである。
この超音波シャワー洗浄装置によれば、ノズルから放射される超音波が焦点を形成しないので、被洗浄物からノズル先端までの距離を厳密に調整する必要性が無く、作業効率を高めることができる。また、供給口から供給された洗浄液を整流して均一水流としてノズルから噴出させ、かつ超音波も超音波振動子面とノズルの後端部面とで反射を繰り返させ強度を高めて放射するようにしたので、抜群の洗浄効果を得ることができる。
特開平06−000461号公報(特許請求の範囲、図2参照) 特開平08−229526号公報(特許請求の範囲、図2参照) 特許第3256198号公報
ところで、特許文献3に示す従来の超音波シャワー洗浄装置の場合、ノズルと被洗浄物との距離tを短く、かつ被洗浄物上の近傍にノズルの位置を設定する必要があり、作業性があまり良くないという問題があった。また、この洗浄装置を設置するスペースが限られるので、複数台の装置をまとめて設置することが困難であった。更に、この超音波シャワー洗浄装置はスポット式であるため、超音波照射域が一点となるので、被洗浄物の全面を洗浄するには、ノズルを揺動する装置が必要になり、装置が複雑になるという問題もあった。
本発明の課題は、超音波照射域が一点のみならず、線状(ライン状)にも可能であり、かつ複数の装置を並べて配置することができ、ノズルを揺動する必要のない超音波洗浄装置の提供にある。
上記課題を解決するために、請求項1記載の発明は、筐体と、該筐体の先端部に取り付けられ吐出孔の直径が一定の直線状丸孔に形成され、かつ後端部面がその外縁から前記吐出孔に向かって所定の傾斜角で下降する円錐状に形成されたノズルと、該ノズルの後端部に対向して配置された円板状の超音波振動子と、前記筐体の側面に形成された洗浄液供給口とを備えた超音波洗浄装置において、
前記ノズルの吐出孔に連設して、該吐出孔から噴出された洗浄液及び超音波を伝達するための超音波伝達管を配置しており、
前記超音波伝達管から噴出される前記洗浄液には、前記超音波伝達管の内部で反射を繰り返しながら伝達された超音波が含まれていることを特徴とするものである。
この場合に、前記超音波伝達管の先端部は、洗浄液と超音波振動子から放射された超音波とを被洗浄物に対し噴出・照射するため開放されているもの(請求項)、あるいは前記超音波伝達管の先端部は閉塞され、側面には洗浄液と超音波振動子から放射された超音波とを被洗浄物に対し噴出・照射するため噴出孔が設けられているものでもよい(請求項)。
また、請求項1乃至請求項記載の発明において、超音波伝達管は、フレキシブルの材質で構成するようにしてもよい(請求項)。
更にまた、請求項1乃至請求項記載の発明において、超音波伝達管は、高純度石英、高純度SiC、高純度Alやステンレス材にて形成するのが好ましい(請求項)。なお、超音波伝達管を高純度石英管で構成する場合には、外側をステンレス材等の金属材料で覆うのが望ましい(請求項)。
請求項1乃至記載の発明によれば、超音波伝達管は任意の長さで製作可能であるので、超音波洗浄装置の筐体と被洗浄物との距離は超音波伝達管の長さ分だけ延長でき、作業スペースを大きく確保することができる。
また、超音波伝達管の先端部を閉塞し、側面に洗浄液と超音波振動子から放射された超音波とを被洗浄物に対し噴出・照射するため噴出孔を設けた場合は、従来のスポットシャワー形式ではなく、線状(ライン状)に被洗浄物を洗浄できるので、被洗浄物の幅分だけ噴出孔を設けておけば超音波洗浄装置のノズル部分を揺動させる装置は不要となり、装置全体を簡素化することができる。
また、請求項記載の発明にように、超音波伝達管をフレキシブルの材質で構成すると、任意の曲げ形状で製作可能となるので、設置レイアウトの自由度を高めることができる。
更に、超音波伝達管を請求項記載のような材質にすると、耐久性を向上させることができる。なお、超音波伝達管として高純度石英を用いる場合は、外側をステンレス材等の金属材料にて覆うと、石英管の割れを防止することができる(請求項)。
以下、図面を参照して、本発明に係る超音波洗浄装置の実施の形態につき説明する。
図1は、本発明に係る超音波洗浄装置の実施の形態の断面図である。
図に示すように、この実施の形態に係る超音波洗浄装置10は、略円筒状のケース(筐体)11を有しており、該ケース11の先端部にはノズル12が取り付けられている。また、ケース11内には、前記ノズル12の後端部12bに対向して円板状の超音波振動子13が配置されている。この超音波振動子13は一体構成により円板状の振動板13aを有しており、該振動板13aの表面が超音波振動子13の振動面としてノズル12の後端部12bに対向している。また、ケース11の側面には洗浄液を供給するための供給口14が形成されている。なお、符号15は、ボルト孔であって、この超音波洗浄装置10を使用する際に他の機材にボルト止めするためのものである。
また、前記ノズル12の後端部12bは超音波振動子13の振動板13aと対向するように円形の面として形成されており、その中心部には直線状丸孔の吐出孔12aが設けられている。このノズル12の後端部12b面は外縁から前記吐出孔12aに向かって所定の傾斜角θ(図示せず)で下降する円錐状に構成されており、該傾斜角θは0.5°〜15°の任意の角度を選ぶことができる。実際には、傾斜角約2.5°が採用されている。
ノズル12の側面の後部には、整流機構12cが形成されており、該整流機構12cは、所定の間隔で形成された2枚の円板状の鍔部12c1、12c2で構成されている。また、これら鍔部12c1、12c2のうち超音波振動子13に近い鍔部12c1は、その一面がノズル12の後端部12b面を形成し、かつ該鍔部12c1の厚さは、超音波振動子13から放射された超音波を効率よく反射するための厚さ、この場合、鍔部12c1内を伝搬する超音波の波長λの1/4の厚さとしている。このため、使用する超音波の周波数によって異なる厚さとなる。
また、図に示すように、ノズル12の吐出孔12aに連設して超音波伝達管20が配置されている。この場合、該超音波伝達管20の先端部20aは、洗浄液と超音波振動子から放射された超音波とを被洗浄物に対し噴出・照射するため開放されている。
次に、実際の使用状態は、超音波洗浄装置10を他の機材、例えばこの装置を支持する支持機材にボルトで固定し、ケース11の側面に設けられた供給口14に洗浄液を供給するための給液管16を嵌め込み、かつ超音波振動子13に超音波電力を供給する。
ケース11の洗浄液供給口14から供給された洗浄液はノズル12の側面に形成された整流機構12cによって整流され吐出孔12aの入口に均一水流となって流入し、吐出孔12aの出口から均一の水流柱となって噴出する。一方、超音波振動子13から放射された超音波の一部は、そのまま直接ノズル12の吐出孔12aを通ってノズル12の先端から放射され、他の部分は超音波振動子13の振動板13aとノズル12の円錐状(下降角度2.5°)の後端部面(鍔部12c1の一面)との間で反射を繰り返しながら吐出孔12a内に導かれて吐出孔12a内部で反射を繰り返しながら先端出口から放射される。
ノズル12の吐出孔12aから放射される超音波のうち、超音波振動子13から直接吐出孔12aを通過するものは収束せず、また超音波振動子13の振動板13aの表面とノズル12の後端部面との間で反射を繰り返し、吐出孔12a内に導かれ内部で更に反射を繰り返したものは吐出孔12aが直径が一定の直線状丸孔に形成されているので、先端から放射されたときに、ある一点に収束しにくい。
また、ノズル12の先端出口には、超音波伝達管20が連設配置されているので、ノズル12の先端出口から噴出する洗浄液と照射する超音波は超音波伝達管20の内部で一部は直接、他の部分は反射を繰り返しながら、超音波伝達管20の先端部20aから被洗浄物Mに向かって放射される。
上記のように構成すると、超音波伝達管20は任意の長さで製作可能であるので、超音波洗浄装置10の筐体11と被洗浄物Mとの距離は超音波伝達管20の長さ分だけ延長でき、作業スペースを大きく確保することができる。その際に、洗浄液及び超音波は超音波伝達管20の内部を通過するので、洗浄力の劣化が生じにくい。
また、図1に示す場合は、超音波伝達管20が直線(直管)状に形成されているが、図2に示すように、中央部を角度θだけ曲げると、超音波洗浄装置10を被洗浄物Mの真上から側方へシフトすることができるので、作業場のスペースを有効利用することができる。なお、角度θは180°≧θ≧0°の範囲で自由に設定することが可能であるが、場合によっては超音波伝達管20を所定の半径を有する円を描かせることも可能である。なお、図中の符号19は超音波振動子に電力を供給するために接続したコネクタである。
また、図3に示すように、被洗浄物Mに対する超音波及び洗浄液の照射(噴射)角を、鉛直方向からずらした斜め方向からとすることもできる。このようにすると、被洗浄物Mによっては洗浄効果を高めることができる場合もある。
また、図4に示すように、複数台の超音波洗浄装置10の超音波伝達管20を一箇所で結合することもでき、このようにすると洗浄力を増加させることができる。
また更に、超音波伝達管20をフレキシブルの材質で構成すると、図5(a)に示すように、使用時に自在に変形させることができ、図5(b)に示すように、被洗浄物Mが複雑な形状のものであっても、その内部まで超音波伝達管20を侵入させ洗浄することができる。
また、超音波伝達管20の先端部20aを閉塞して、側面には洗浄液と超音波振動子から放射された超音波とを被洗浄物に対し噴出・照射するためスリット状又は複数個の孔からなる噴出孔20bを設けてもよい。このように構成すると、図6に示すように、線状(ライン状)に被洗浄物Mを洗浄できるので、被洗浄物の幅分だけ噴出孔20bを設けておけば超音波洗浄装置10のノズル部分を揺動させる装置は不要となり、装置全体を簡素化することができる。なお、図中の斜線で示した部分は、噴出している洗浄液を示している。
図7は超音波伝達管20の種々の形状を示し、(a)に示すように、全体に渡って同一直径で、スリット状の噴出孔20bを形成したものでも良く、(b)に示すように複数個の噴出孔20bを設けたものでも良い。また、(c)に示すように、先端部に向かって細くなる楕円テーパー状でも良く、更に(d)に示すように、数段階に渡って直径を変化させたものでも良い。
なお、図8に示すように、複数台の超音波洗浄装置10の超音波伝達管20を一箇所で結合することもでき、このようにすると洗浄力を増加させることができる。
また、図9に示すように、超音波伝達管20の先端部近傍を二叉に分けて先端部を閉塞し、先端部近傍のそれぞれの対向面に洗浄液と超音波振動子から放射された超音波とを被洗浄物に対し噴出・照射するためスリット状又は複数個の孔からなる噴出孔20bを設けてもよい。このようにすると、被洗浄物Mの表裏面を同時に洗浄することができる。
更に、図10に示すように、超音波伝達管20を閉ループ状に形成して、管内の伝達液を循環させると、超音波も超音波伝達管20に沿って循環するため、碑洗浄物Mに対して照射する以外に消費されることがないので、効率よく超音波を被洗浄物Mへ供給することができる。
更にまた、図11に示すように、2台の超音波洗浄装置10を用い、一方の超音波洗浄装置10のノズル12の吐出孔12aと、他方の超音波洗浄装置10のノズル12の吐出孔12aとの間を、超音波伝達管20で連通させ、被洗浄物Mに対向する位置の超音波伝達管20に洗浄液と超音波振動子から放射された超音波とを被洗浄物に対し噴出・照射するためスリット状又は複数個の孔からなる噴出孔20bを設けてもよい。このように構成すると、洗浄効果を倍増させることができるとともに、洗浄の安定性も確保することができる。
また、図12に示すように、2台の超音波洗浄装置10のノズル12間を連通する超音波伝達管20を直線状にして、広い範囲に噴出孔20bを設ければ、大きな面積を有する被洗浄物Mの洗浄も行うことができる。
図13は、被洗浄物Mに対向する超音波伝達管20の断面図で、複数台の超音波洗浄装置10を並設して、超音波伝達管20を並べたもので、下側に洗浄液と超音波を噴出・照射する噴出孔20bが並んでいる。なお、超音波洗浄装置10を1台として、超音波伝達管20を被洗浄物Mに対向する位置において複数に分岐させたり、或いはトグロを巻かせたり、往復させたりしても良い。
また、被洗浄物の下面(裏面)を洗浄する場合には、噴出孔20bを上側に向ければ良いことになる。
次ぎに、上述した超音波洗浄装置と若干異なる形状の超音波洗浄装置について説明する。なお、同一又は相当する部分には同一符号を付す。
この超音波洗浄装置10は、洗浄液S中を通過又は洗浄液中に浸漬された被洗浄物を洗浄するための超音波洗浄装置である。
図14(a)に示すように、筐体11の側面に伝達液供給口17及び排出口18とが設けられている。また、ノズル12の吐出孔12aに連設して、超音波伝達管20が配置されている。この超音波伝達管20は伝達液供給口17から吐出孔12aを経由して供給された伝達液を保持するとともに超音波振動子13からの超音波を伝達液を介して洗浄液S中に置かれた被洗浄物に対し伝達・照射するようにしている。
具体的には、図14(b)に示すように、超音波伝達管20の側面は超音波が透過しない厚さtで形成され、先端面は超音波を透過する厚さtに形成されている。なお、図14(c)に示すように、先端部を丸くしても良い。
この装置10の場合、超音波伝達管20の外側のみが洗浄液と接触し、超音波洗浄装置のノズルや内部部品が洗浄液と接触しないので、超音波洗浄装置内部からの汚染を気にする必要がなく、超音波伝達管のみクリーン度を高くしておけば、容易にクリーンな洗浄効果を得ることができる。なお、この装置10の場合に、伝達液供給口17と排出口18とが設けられているのは、超音波伝達管20内の伝達液の冷却等をおこなう必要があるときに循環させることができるようにしたものである。
また、伝達液の循環方法として、図15に示すように、超音波伝達管20の途中に分岐管21を設けて、伝達液を排出できるようにするとともに、分岐管21と超音波洗浄装置10の伝達液供給口17との間をポンプ(図示せず)を介して配管し、伝達液を循環するようにしても良い。
上記の例のほか、図16(a)、(b)に示すように、超音波伝達管20の先端面を超音波が透過しない厚さtで形成し、側面の下面一部を超音波が透過する厚さtに形成してもよい。このように構成すれば、超音波の照射面を広くすることができ、被洗浄物に合わせた超音波照射域形成することができる。なお、(b)は(a)の一部の拡大図である。
また、図17に示すように、2台の超音波洗浄装置10を用い、一方の超音波洗浄装置10(第1の超音波洗浄装置)のノズル12の吐出孔12aと他方の超音波洗浄装置10(第2の超音波洗浄装置)のノズル12の吐出孔12a間を超音波伝達管20で連通させる。この超音波伝達管20は、洗浄液中に浸漬する部分の下面一部を超音波が透過する厚さに形成して、他の部分は超音波不透過の厚さに形成している。
そして、両方の超音波洗浄装置10から伝達液を介して伝達された超音波は超音波伝達管20の超音波が透過できる部分から洗浄液中に超音波を照射して、洗浄液中に浸漬された被洗浄物を超音波洗浄する。両方から超音波を送るので、洗浄効果を倍増することができる。
なお、図18(a)、(b)は、被洗浄物Mに対向する超音波伝達管20の断面図で、(a)は上側が超音波を透過しない厚さに、下側が超音波を透過する厚さに一体成型で構成したものである。この超音波伝達管20に連通する超音波洗浄装置10は1台でも良く、複数台でも良い。
また、(b)は超音波伝達管20を並べたもので、下側が超音波を透過する厚さに形成し、上側は超音波を透過しない厚さに形成したものである。なお、この場合も、超音波洗浄装置10を1台として、超音波伝達管20を被洗浄物Mに対向する位置において複数に分岐させたり、或いはトグロを巻かせたり、往復させたりしても良く、また複数台の超音波洗浄装置10を並設したものでも良い。
また、(a)、(b)何れの形式でも、被洗浄物の下面を洗浄する際には、超音波を透過する面を上側に向けることで対応することができる。
上述した超音波伝達管20は、高純度石英、高純度SiC、高純度Alやステンレス材にて形成することが望ましい。また、超音波伝達管20を高純度石英管で構成する場合には、外側をステンレス材等の金属材料で覆えば、衝撃によるひびや割れを防ぐことができる。
上記超音波洗浄装置20は、液晶パネルや半導体ウエハ等の洗浄に対し効果的に利用することができる。
本発明に係る超音波洗浄装置の実施の形態の縦断面図である。 図1に示す超音波洗浄装置の超音波伝達管を曲げて使用する場合の説明図である。 超音波伝達管からの洗浄液の放射を被洗浄物に対し斜め方向からとしたときの図である。 複数の超音波洗浄装置を連結させた状態を示す図である。 超音波伝達管をフレキシブル材で構成した場合の説明図で、(a)は先端部の曲状態を説明する図、(b)は複雑な形状の被洗浄物の洗浄に対応させた図である。 超音波伝達管の形状を変更した図で、側面から洗浄液が噴出するようにしたものである。 超音波伝達管の種々の形状を示す図である。 図6に示す超音波洗浄装置の応用で、複数台を結合した状態を示す図である。 超音波伝達管を二叉にして、被洗浄物の表裏面を同時に洗浄できるようにしたものの図である。 超音波伝達管を閉ループ状にした場合の図である。 2台の超音波洗浄装置間を超音波伝達管で連通して、2台の超音波洗浄装置により協働して被洗浄物を洗浄するように構成した場合を示す図である。 同じく、2台の超音波洗浄装置間を超音波伝達管で連通して、広い範囲の一度に洗浄できるようにした場合を示す図である。 超音波伝達管の被洗浄物に対向する位置の断面図で、複数の超音波伝達管が並設されている図である。 本発明に係る超音波洗浄装置の他の実施の形態を示す図で、(a)は略全体図、(b)は超音波伝達管の先端部が平面形状の例を示す図、(c)は先端部が丸みを帯びた形状の例を示す図ある。 超音波伝達管内の伝達液を循環させる機構を備えた超音波洗浄装置の図である。 超音波伝達管の先端部近傍の下面が超音波を透過する厚さとした例を示す図で、(a)は全体図、(b)は超音波伝達管の先端部近傍の拡大図である。 2台の超音波洗浄装置を超音波伝達管で連通させて超音波洗浄装置として使用する場合の図である。 被洗浄物と対向する位置の超音波伝達管の断面図で、(a)は一体成型にて構成したもの、(b)は複数本を並設したものである。 従来の超音波洗浄装置の断面図である。
符号の説明
10 超音波洗浄装置
11 ケース(筐体)
12 ノズル
12a 吐出孔
12b ノズル後端部
12c 整流機構
12c1 鍔部
12c2 鍔部
13 超音波振動子
13a 振動板
14 洗浄液供給口
15 ボルト孔
17 伝達液供給口
18 伝達液排出口
20 超音波伝達管
20a 先端部
20b 噴出孔
M 被洗浄物
S 洗浄液

Claims (7)

  1. 筐体と、該筐体の先端部に取り付けられ吐出孔の直径が一定の直線状丸孔に形成され、かつ後端部面がその外縁から前記吐出孔に向かって所定の傾斜角で下降する円錐状に形成されたノズルと、該ノズルの後端部に対向して配置された円板状の超音波振動子と、前記筐体の側面に形成された洗浄液供給口とを備えた超音波洗浄装置において、
    前記ノズルの吐出孔に連設して、該吐出孔から噴出された洗浄液及び超音波を伝達するための超音波伝達管を配置しており、
    前記吐出孔から噴出された洗浄液には、前記超音波振動子と前記ノズルの後端部面との間で反射を繰り返しながら前記吐出孔内に導かれて該吐出孔の内部で反射を繰り返しながら伝達された超音波が含まれており、
    前記超音波伝達管から噴出される前記洗浄液には、前記超音波伝達管の内部で反射を繰り返しながら伝達された超音波が含まれていることを特徴とする超音波洗浄装置。
  2. 前記超音波伝達管は曲げられていることを特徴とする請求項1に記載の超音波洗浄装置。
  3. 前記超音波伝達管の先端部は、洗浄液と超音波振動子から放射された超音波とを被洗浄物に対し噴出・照射するため開放されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の超音波洗浄装置。
  4. 前記超音波伝達管の先端部は閉塞され、側面には洗浄液と超音波振動子から放射された超音波とを被洗浄物に対し噴出・照射するため噴出孔が設けられていることを特徴とする請求項1又は2に記載の超音波洗浄装置。
  5. 前記超音波伝達管は、フレキシブルの材質で構成されていることを特徴とする請求項1〜4の何れか1項記載の超音波洗浄装置。
  6. 前記超音波伝達管は、高純度石英、高純度SiC、高純度Al又はステンレス材にて形成されていることを特徴とする請求項1〜4の何れか1項記載の超音波洗浄装置。
  7. 前記超音波伝達管は、内側が高純度石英管で構成され、外側をステンレス材又は他の金属材で覆った構造であることを特徴とする請求項1〜4の何れか1項記載の超音波洗浄装置。
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