JP4776689B2 - 超音波洗浄装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の振動素子を振動させることにより、洗浄槽に収容された被洗浄物を洗浄する超音波洗浄装置に関する。

洗浄槽内の洗浄液に浸された被洗浄物（例えば半導体ウエハ、ガラス基板）を、振動素子の振動を用いて洗浄する超音波洗浄装置としては、例えば図８に示す超音波洗浄装置４１０がある。ここで、図８は、従来の超音波洗浄装置の構成を示す一部断面図である。この超音波洗浄装置４１０は、洗浄液４２１を収容する洗浄槽４２０ａを備え、この洗浄槽４２０ａの底面に接着された振動板４２０ｂに取り付けられた複数の振動素子４３１、４３２、４３３に複数の発振器４４１、４４２、４４３がそれぞれ接続されている。発振器４４１、４４２、４４３には、電力を供給するための電源４５１、４５２、４５３がそれぞれ接続されている。この超音波洗浄装置４１０においては、発振器４４１、４４２、４４３により振動素子４３１、４３２、４３３を励振させて、洗浄槽４２０ａの洗浄液４２１に浸漬された被洗浄物に付着した微粒子を除去することができる。

実開平２−４６８８号公報 実開昭６１−１４３６８５号

しかしながら、上述の超音波洗浄装置４１０では、複数の発振器４４１、４４２、４４３を互いに独立して作動させて振動素子４３１、４３２、４３３を励振させていたため、振動素子４３１、４３２、４３３間に、音圧のムラが生じていた。このため、被洗浄物に付着した微粒子の除去が不十分となり、洗浄ムラが発生していた。

そこで本発明は、複数の振動素子間の音圧ムラを解消し、微粒子の除去率を向上し、洗浄ムラのない超音波洗浄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、本発明の超音波洗浄装置においては、被洗浄物と洗浄液を収容する洗浄槽と、前記洗浄槽に取り付けられた複数の振動素子と、前記複数の振動素子にそれぞれ接続され、前記複数の振動素子を励振し、各々に電力供給を行うための商用電源が接続された複数の発振器と、前記複数の発振器に接続され、前記複数の発振器が前記複数の振動素子に対して同一位相の信号を出力するように、前記複数の発振器を制御する制御部とを備え、前記複数の発振器は、前記制御部から出力された同期パルスによってタイミングを合わせた同一位相の信号を出力し、前記制御部は、前記同期パルスの信号以上に大きな電力を要する発振器としての機能を備えていないことを特徴とする。

本発明の超音波洗浄装置において、前記複数の発振器は、その動作状態に拘わらず、前記制御部から出力された同期パルスによってタイミングを合わせた同一位相の信号を出力することを特徴とする。

本発明の超音波洗浄装置において、前記複数の発振器は周波数制御回路を備え、前記周波数制御回路は、前記制御部が前記複数の発振器に対して出力する発振周波数値にしたがった周波数を備えた信号を生成し、この信号を前記制御部が前記複数の発振器に対して出力する同期パルスによってタイミングを合わせた同一位相の信号として、前記複数の振動素子のそれぞれに対して出力することを特徴とする。

本発明の超音波洗浄装置において、前記制御部は、前記発振器に対して、前記振動素子への信号の出力を開始させるための発振開始タイミングパルスを出力することを特徴とする。

本発明の超音波洗浄装置において、前記同期パルスによってタイミングを合わせて出力される信号の位相はゼロ度で同一であることを特徴とする。

本発明の超音波洗浄装置において、前記振動素子は圧電素子であることを特徴とする。

本発明の超音波洗浄装置において、前記超音波洗浄装置は、振動伝搬用の媒体と、少なくとも前記媒体に接するように配置された前記洗浄槽と、を収容し、前記複数の振動素子が取り付けられた間接槽を備えることを特徴とする。

本発明の超音波洗浄装置において、前記複数の発振器は電力増幅回路を備え、前記電力増幅回路は、前記制御部が前記複数の発振器に対して出力する電力設定値信号にしたがって、前記複数の振動素子のそれぞれに対する出力信号の振幅を増幅することを特徴とする。

本発明の超音波洗浄装置において、前記複数の発振器は、前記制御部から出力された同期パルスによってタイミングを合わせた位相の信号を出力し、前記複数の発振器が出力する信号の位相差は−４５度から＋４５度の範囲内にあることを特徴とする。

また、本発明の超音波洗浄装置は、前記複数の発振器は信号生成回路をそれぞれ備え、前記信号生成回路のそれぞれが生成する信号の位相差は−５度から＋５度の範囲内にあることを特徴とする。

本発明の超音波洗浄装置において、前記信号生成回路が生成する信号はＦＭ変調波であることを特徴とする。

本発明の超音波洗浄装置において、前記ＦＭ変調波は、最も低い周波数において、前記制御部から出力された同期パルスと同期していることを特徴とする。

本発明の超音波洗浄装置において、前記信号生成回路が生成する信号はＡＭ変調波であることを特徴とする。

本発明の超音波洗浄装置において、前記ＡＭ変調波は、最も小さい振幅において、前記制御部から出力された同期パルスと同期していることを特徴とする。

本発明においては、制御部により、複数の発振器が複数の振動素子に対して同一位相又は略同一位相の信号を出力するように制御されているため、複数の振動素子から均一の超音波を放出することができ、これにより音圧のムラが無くなり、被洗浄物に付着した微粒子を確実に除去することができ、その結果、超音波洗浄におけるムラの発生を防止することができる。

制御部は、周波数値（例えば、１００ｋＨｚ、１ＭＨｚという周波数のデータ）、電力設定値信号、発振開始タイミングパルス、及び同期パルスを発振器に出力するものであって、これらの信号よりも大きな電力を要する発振器の機能は備えていない。また、制御部と発振器は別体としている。このため、振動素子を増減する場合に、振動素子の数に合わせて増減する必要がなく、１つの制御回路６０で増減後の複数の発振器を制御して複数の振動素子を励振することができる。

また、制御部を、超音波洗浄装置本体と別個に設けると、例えばクリーンルームに配置した超音波洗浄装置を、クリーンルーム外の部屋に配置した制御部により制御することができ、作業効率を向上させることができ、クリーンルームで行う製造環境の管理上好ましい。さらに、制御部に複数の超音波洗浄装置の発振器の制御を行わせることもでき、これによりさらに作業効率を向上させることができる。

さらにまた、制御部は、発振器の動作状態に拘わらず、同期パルスを出力することができる。このため、複数の発振器の動作開始時に同期パルスを出力してこれらの発振器の出力信号の位相を揃えることができるだけでなく、複数の発振器がすでに動作中の場合や、動作中の発振器と停止中の発振器が混在している場合に、これらの発振器に対して同期パルスを出力して、出力信号の位相を揃えることもできる。これにより、複数の発振器が動作している間は、これらの発振器からの出力信号を、常に同一の位相又は略同一の位相とすることができ、洗浄ムラの防止をより確実に実現することができる。

さらに、振動素子と発振器を１対１に対応させているため、洗浄条件の変更（例えば励振する超音波の変更、洗浄時間の変更）があったとしても、常に振動素子を十分に励振させることができる。

以下、本発明にかかる実施形態を図面を参照しつつ詳しく説明する。
第１実施形態に係る超音波洗浄装置１０は、図１に示すように、洗浄槽２０ａ・振動板２０ｂと、圧電素子（振動素子）３１、３２、３３と、発振器４１、４２、４３と、制御回路（制御部）６０と、を備える。この超音波洗浄装置１０によれば、制御回路６０の制御により、圧電素子３１、３２、３３を励振するために発振器４１、４２、４３から出力される信号の位相の同期をとることができ、これにより圧電素子３１、３２、３３から被洗浄物に対して発せられる超音波を均一とし、被洗浄物に付着した微粒子を確実に除去することができる。ここで、図１は、第１実施形態に係る超音波洗浄装置１０の構成を示す一部断面図である。

洗浄槽２０ａは、例えば石英製の周知のものを使用することができ、その内部に洗浄液２１（例えば、純水、薬液）を収容し、この洗浄液２１に、保持手段（不図示）に保持された被洗浄物が浸漬される。

洗浄槽２０ａの底面には振動板２０ｂが接着されており、この振動板２０ｂの下面には、板状セラミック製の圧電素子（振動素子）３１、３２、３３の上面がそれぞれ接着固定されている。圧電素子３１、３２、３３は、被洗浄物の洗浄効果を考慮した間隔、例えば０．１〜０．２ｍｍで、互いに離間して配置される。圧電素子の種類及び個数は任意に定めることができるが、洗浄槽２０ａの大きさ、洗浄に必要な振動量を考慮することが好ましい。振動素子としては、板状、セラミック製以外の圧電素子や、圧電素子以外の素子を用いることもできる。

圧電素子３１、３２、３３には、これら圧電素子３１、３２、３３を所定の周波数（例えば１８ｋＨｚ〜１０ＭＨｚ）で励振する発振器４１、４２、４３がそれぞれ接続されている。発振器４１、４２、４３は、周波数制御回路及び電力増幅回路（いずれも不図示）をそれぞれ備える。また、発振器４１、４２、４３には、これらに電力を供給するための商用電源５１、５２、５３がそれぞれ接続されている。発振器４１、４２、４３は、圧電素子３１、３２、３３に対して、同一の周波数・位相・振幅・波形を備えたパルス信号を出力する。

制御部としての制御回路６０は、発振器４１、４２、４３が圧電素子３１、３２、３３に対して同一位相の信号を出力するように、発振器４１、４２、４３を制御するものである。このために、制御回路６０は、発振器４１、４２、４３に対して、周波数値、電力設定値信号、発振開始タイミングパルス、及び同期パルスを出力する。なお、制御回路６０は、発振器４１、４２、４３からのフィードバック信号に基づいて発振器４１、４２、４３を制御するという動作は行う必要がないが、このような制御を行うことのできる制御回路とすることもできる。

発振器４１、４２、４３の周波数制御回路は、制御回路６０から各発振器へ出力された周波数値にしたがった周波数（例えば１８ｋＨｚ〜１０ＭＨｚ）を備えたパルス信号を生成する。このパルス信号は、発振器４１、４２、４３の電力増幅回路により、電力設定値信号にしたがって、圧電素子３１、３２、３３を励振するために必要な振幅に増幅されて、対応する圧電素子に対して出力される。

発振器４１、４２、４３は、停止状態において、制御回路６０から発振開始タイミングパルスが入力されると、そのタイミングに合わせて圧電素子３１、３２、３３へ励振のためのパルス信号の出力を開始する。これにより、発振器４１、４２、４３から出力されるパルス信号は、位相が同一となる。このため、圧電素子３１、３２、３３から洗浄槽２０ａへ均一の超音波を放出することができ、これにより発生する音圧にはムラが無く、被洗浄物に付着した微粒子を確実に除去することができ、その結果、超音波洗浄におけるムラの発生を防止することができる。なお、発振開始タイミングパルスが入力されるまでは、発振器４１、４２、４３は、周波数値及び電力設定値信号にしたがったパルス信号を出力開始可能なスタンバイ状態となっている。

発振器４１、４２、４３は、その動作状態に拘わらず、制御回路６０から同期パルスが入力されると、そのタイミングに合わせて一斉に位相が同一（例えばゼロ度）のパルス信号を出力する。同一とする位相の値は、あらかじめ制御回路６０に記憶させてある。これにより圧電素子３１、３２、３３から振動板２０ｂを介して洗浄槽２０ａへ均一の超音波を放出することができ、発生する音圧のムラがなくなり、被洗浄物に付着した微粒子を確実に除去することができるため、超音波洗浄におけるムラの発生を防止することができる。とくに、発振開始後、一定時間ごとに同期パルスによって位相を調整すると、各発振器においてパルスを発生する水晶振動子間の誤差に起因して発生する、出力パルス信号間の位相差を修正することができるため、音圧のムラを常時抑止することができ、これにより超音波洗浄におけるムラの発生をより確実に防止することができる。また、発振器４１、４２、４３の動作開始時に同期パルスを出力してこれらの発振器の出力信号の位相を揃えることもできる。

ここで、例えば、洗浄槽２０ａを超音波洗浄装置１０の処理部（不図示）内に、発振器４１、４２、４３を超音波洗浄装置１０の制御部分（不図示）内に、それぞれ配置するとともに、制御回路６０を、超音波洗浄装置１０の操作パネル部やＣＰＵ ＢＯＸ（不図示）内に、発振器４１、４２、４３とは別体で、配置する。

また、制御回路６０は、周波数値、電力設定値信号、発振開始タイミングパルス、及び同期パルスを発振器４１、４２、４３に出力するものであって、これらの信号よりも大きな電力を要する発振器４１、４２、４３の機能は備えていない。また、制御回路６０と発振器４１、４２、４３は別体としている。このため、圧電素子を増減する場合に、圧電素子の数に合わせて増減する必要がなく、１つの制御回路６０で増減後の複数の発振器を制御して複数の圧電素子を励振することができる。

さらに、圧電素子３１、３２、３３と発振器４１、４２、４３を１対１に対応させているため、洗浄条件の変更（例えば励振する超音波の変更、洗浄時間の変更）があったとしても、常に圧電素子３１、３２、３３を十分に励振させることができる。これに対して、１つの発振器で複数の圧電素子を励振する場合、圧電素子が増加するにしたがって十分な励振が困難となる。

つづいて、本発明の第２実施形態について図２を参照しつつ説明する。第２実施形態においては、間接槽２４ａを設けた点が第１実施形態と異なる。その他の構成は第１実施形態と同様であって、同じ部材については同じ参照符号を使用し、詳細な説明は省略する。ここで、図２は、第２実施形態に係る超音波洗浄装置１２の構成を示す一部断面図である。

図２に示す超音波洗浄装置１２は、第１実施形態の超音波洗浄装置１０と同様に圧電素子３１、３２、３３、発振器４１、４２、４３、及び制御回路６０を備え、さらに、洗浄槽２２と、間接槽２４ａと、を備える。洗浄槽２２は、超音波洗浄装置１０と同様に、例えば石英製の周知のものを使用することができ、その内部に洗浄液２１（例えば、純水、薬液）を収容し、この洗浄液２１に、保持手段（不図示）に保持された被洗浄物が浸漬される。

間接槽２４ａは、振動伝播用の媒体（例えば水、弾性物質、ＳＵＳ（ステンレス鋼）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）、ポリテトラフルオロエチレン（４フッ化エチレン樹脂））２５を収容する。この間接槽２４ａ内には、少なくとも底面が媒体２５に接するように支持手段（不図示）によって支持された洗浄槽２２が配設されている。間接槽２４ａは、例えばポリプロピレンを矩形枠状に成型してなり、その底面には、ステンレス鋼製の振動板２４ｂが接着されている。この振動板２４ｂの下面には、圧電素子３１、３２、３３が接着されている。このように、洗浄槽２２と圧電素子３１、３２、３３との間に間接槽２４を配置すると、振動板２４ｂが破損した場合、振動板２４ｂが汚染された場合、及び洗浄槽２２が劣化した場合に、振動板２４ｂ自体又は雰囲気によって被洗浄物が汚染されることを防止することができる。なお、その他の作用、効果、変形例は第１実施形態と同様である。

次に、第３実施形態について、図３から図５を参照しつつ詳しく説明する。
第３実施形態に係る超音波洗浄装置２１０は、図３に示すように、洗浄槽２２０ａ・振動板２２０ｂと、圧電素子（振動素子）２３１、２３２、２３３と、発振器２４１、２４２、２４３と、制御回路（制御部）２６０と、を備える。この超音波洗浄装置２１０によれば、制御回路２６０の制御により、圧電素子２３１、２３２、２３３を励振するために発振器２４１、２４２、２４３から出力される信号のタイミングを合わせることができ、これにより圧電素子２３１、２３２、２３３から被洗浄物に対して発せられる超音波を均一とし、被洗浄物に付着した微粒子を確実に除去することができる。ここで、図３は、第３実施形態に係る超音波洗浄装置２１０の構成を示す一部断面図である。

洗浄槽２２０ａは、例えば石英製の周知のものを使用することができ、その内部に洗浄液２２１（例えば、純水、薬液）を収容し、この洗浄液２２１に、保持手段（不図示）に保持された被洗浄物が浸漬される。

洗浄槽２２０ａの底面には振動板２２０ｂが接着されており、この振動板２２０ｂの下面には、板状セラミック製の圧電素子（振動素子）２３１、２３２、２３３の上面がそれぞれ接着固定されている。圧電素子２３１、２３２、２３３は、被洗浄物の洗浄効果を考慮した間隔、例えば０．１〜０．２ｍｍで、互いに離間して配置される。圧電素子の種類及び個数は任意に定めることができるが、洗浄槽２２０ａの大きさ、洗浄に必要な振動量を考慮することが好ましい。振動素子としては、板状、セラミック製以外の圧電素子や、圧電素子以外の素子を用いることもできる。

圧電素子２３１、２３２、２３３には、これら圧電素子２３１、２３２、２３３を所定の周波数（例えば１８ｋＨｚ〜１０ＭＨｚ）で励振する発振器２４１、２４２、２４３がそれぞれ接続されている。

発振器２４１、２４２、２４３は、信号生成回路２４１ａ、２４２ａ、２４３ａ、及び、電力増幅回路２４１ｂ、２４２ｂ、２４３ｂをそれぞれ備える。また、発振器２４１、２４２、２４３には、これらに電力を供給するための商用電源２５１、２５２、２５３がそれぞれ接続されている。発振器２４１、２４２、２４３は、圧電素子２３１、２３２、２３３に対して、同一の周波数・振幅・波形、及び略同一の位相を備えたパルス信号を出力する。

制御部としての制御回路２６０は、発振器２４１、２４２、２４３が圧電素子２３１、２３２、２３３に対して略同一位相の信号を出力するように、発振器２４１、２４２、２４３を制御するものである。このために、制御回路２６０は、発振器２４１、２４２、２４３に対して、周波数値、電力設定値信号、発振開始タイミングパルス、及び同期パルスを出力する。なお、制御回路２６０は、発振器２４１、２４２、２４３からのフィードバック信号に基づいて発振器２４１、２４２、２４３を制御するという動作は行う必要がないが、このような制御を行うことのできる制御回路とすることもできる。

発振器２４１、２４２、２４３の信号生成回路２４１ａ、２４２ａ、２４３ａは、制御回路２６０から各発振器へ出力された周波数値にしたがった周波数（例えば１８ｋＨｚ〜１０ＭＨｚ）を備えたパルス信号を生成する。このパルス信号は、発振器２４１、２４２、２４３の電力増幅回路２４１ｂ、２４２ｂ、２４３ｂにより、電力設定値信号にしたがって、圧電素子２３１、２３２、２３３を励振するために必要な振幅に増幅されて、対応する圧電素子２３１、２３２、２３３に対してそれぞれ出力される。

上述のように、発振器２４１、２４２、２４３は、制御回路２６０によって、略同一位相の信号を出力する。ここに言う略同一位相の信号とは、各信号生成回路２４１ａ、２４２ａ、２４３ａからの出力については、図４に示すような、位相差が−５度から＋５度の範囲内にあることが好ましい。この範囲を許容することにより、信号生成回路２４１ａ、２４２ａ、２４３ａ間に信号出力タイミングの誤差があり、当該誤差に引きずられて、圧電素子２３１、２３２、２３３に印加する信号の位相にも誤差がある場合であっても、前記各信号生成回路２４１ａ、２４２ａ、２４３ａからの出力の位相差が−５度から＋５度の範囲内であれば、各圧電素子２３１、２３２、２３３から発せられる超音波間の位相差が超音波洗浄に対して影響を与えるものではなく、音圧のムラ無く超音波を放出させることができるものであり、被洗浄物に付着した微粒子を確実に除去することができ、その結果、超音波洗浄におけるムラの発生を防止することができる。超音波洗浄における洗浄ムラの発生は、逆位相の超音波同士の衝突により、超音波が互いに相殺されて音圧のムラが生じることに起因するものである。当該洗浄ムラの発生は、超音波同士の位相差が、９０度以上から２７０度以下となる場合に生じ易いものであって、超音波同士の位相差が１８０度の場合に完全な逆位相となるため、洗浄ムラの発生が最も大きくなるものである。この場合、前記各信号生成回路２４１ａ、２４２ａ、２４３ａからの出力の位相差が−５度から＋５度の範囲内とすることにより、後述する電力増幅回路２４１ｂ、２４２ｂ、２４３ｂからの出力を、位相差が−４５度から＋４５度の範囲内とすることが可能であり、超音波同士の位相差を９０度以内（−４５度から＋４５度の範囲内）とすることが可能である。ここで、図４は、制御回路２６０からの同期パルスに対して許容され得る、信号生成回路２４１ａ、２４２ａ、２４３ａからの出力信号の位相差範囲を示すタイミングチャートであって、横軸に時間、縦軸に振幅をとっている。図４（ａ）は制御回路２６０から出力される同期パルスの波形を、図４（ｂ）〜（ｄ）は各信号生成回路２４１ａ、２４２ａ、２４３ａからの出力信号の位相の例をそれぞれ示している。図４（ｂ）は同期パルスの立ち上がりタイミング（点線）に合わせた位相、（ｃ）は同期パルスに対して＋５度だけ進んだ位相、（ｄ）は同期パルスに対して５度だけ遅れた位相（−５度の位相）、をそれぞれ示す。

また、発振器２４１、２４２、２４３から出力する略同一位相の信号とは、電力増幅回路２４１ｂ、２４２ｂ、２４３ｂからの出力については、図５に示すような、位相差が−４５度から＋４５度の範囲内にあることが好ましい。この範囲内であれば、電力増幅回路２４１ｂ、２４２ｂ、２４３ｂ間に信号出力タイミングの誤差（位相差）があったとしても、各圧電素子２３１、２３２、２３３から発せられる超音波間の位相差が超音波洗浄に対して影響を与えるものではなく、音圧のムラ無く超音波を放出させることができるものであり、被洗浄物に付着した微粒子を確実に除去することができ、その結果、超音波洗浄におけるムラの発生を防止することができる。前述の通り、超音波洗浄における洗浄ムラの発生は、逆位相の超音波同士の衝突により、超音波が互いに相殺されて音圧のムラが生じることに起因するものである。当該洗浄ムラの発生は、超音波同士の位相差が、９０度以上から２７０度以下となる場合に生じ易いものであって、超音波同士の位相差が１８０度の場合に完全な逆位相となるため、洗浄ムラの発生が最も大きくなるものであり、電力増幅回路２４１ｂ、２４２ｂ、２４３ｂからの出力を、位相差が−４５度から＋４５度の範囲内とすることにより、超音波同士の位相差を９０度以内（−４５度から＋４５度の範囲内）として、音圧ムラの発生から起因する洗浄ムラを防止することが可能である。ここで、図５は、制御回路２６０からの同期パルスに対して許容され得る、電力増幅回路２４１ｂ、２４２ｂ、２４３ｂからの出力信号の位相差範囲を示すタイミングチャートであって、横軸に時間、縦軸に振幅をとっている。図５（ａ）は制御回路２６０から出力される同期パルスの波形を、図５（ｂ）〜（ｄ）は各電力増幅回路２４１ｂ、２４２ｂ、２４３ｂからの出力信号の位相の例をそれぞれ示している。図５（ｂ）は同期パルスの立ち上がりタイミング（点線）に合わせた位相、（ｃ）は同期パルスに対して＋４５度だけ進んだ位相、（ｄ）は同期パルスに対して４５度だけ遅れた位相（−５度の位相）、をそれぞれ示す。

発振器２４１、２４２、２４３は、停止状態において、制御回路２６０から発振開始タイミングパルスが入力されると、そのタイミングに合わせて圧電素子２３１、２３２、２３３へ励振のためのパルス信号の出力を開始する。これにより、発振器２４１、２４２、２４３から出力されるパルス信号は、位相が略同一となる。このため、圧電素子２３１、２３２、２３３から洗浄槽２２０ａへ均一の超音波を放出することができ、これにより発生する音圧にはムラが無く、被洗浄物に付着した微粒子を確実に除去することができ、その結果、超音波洗浄におけるムラの発生を防止することができる。なお、発振開始タイミングパルスが入力されるまでは、発振器２４１、２４２、２４３は、周波数値及び電力設定値信号にしたがったパルス信号を出力開始可能なスタンバイ状態となっている。

発振器２４１、２４２、２４３は、その動作状態に拘わらず、制御回路２６０から同期パルスが入力されると、そのタイミングに合わせて一斉に位相が略同一のパルス信号を出力する。略同一とする位相の値は、あらかじめ制御回路２６０に記憶させてある。これにより圧電素子２３１、２３２、２３３から振動板２２０ｂを介して洗浄槽２２０ａへ均一の超音波を放出することができ、発生する音圧のムラがなくなり、被洗浄物に付着した微粒子を確実に除去することができるため、超音波洗浄におけるムラの発生を防止することができる。とくに、発振開始後、一定時間ごとに同期パルスによって位相を調整すると、各発振器においてパルスを発生する水晶振動子間の誤差に起因して発生する、出力パルス信号間の位相差を修正することができるため、音圧のムラを常時抑止することができ、これにより超音波洗浄におけるムラの発生をより確実に防止することができる。また、発振器２４１、２４２、２４３の動作開始時に同期パルスを出力してこれらの発振器の出力信号の位相を揃えることもできる。

ここで、例えば、洗浄槽２２０ａを超音波洗浄装置２１０の処理部（不図示）内に、発振器２４１、２４２、２４３を超音波洗浄装置２１０の制御部分（不図示）内に、それぞれ配置するとともに、制御回路２６０を、超音波洗浄装置２１０の操作パネル部やＣＰＵ ＢＯＸ（不図示）内に、発振器２４１、２４２、２４３とは別体で、配置する。

また、制御回路２６０は、周波数値、電力設定値信号、発振開始タイミングパルス、及び同期パルスを発振器２４１、２４２、２４３に出力するものであって、これらの信号よりも大きな電力を要する発振器２４１、２４２、２４３の機能は備えていない。また、制御回路２６０と発振器２４１、２４２、２４３は別体としている。このため、圧電素子を増減する場合に、圧電素子の数に合わせて増減する必要がなく、１つの制御回路２６０で増減後の複数の発振器を制御して複数の圧電素子を励振することができる。

さらに、圧電素子２３１、２３２、２３３と発振器２４１、２４２、２４３を１対１に対応させているため、洗浄条件の変更（例えば励振する超音波の変更、洗浄時間の変更）があったとしても、常に圧電素子２３１、２３２、２３３を十分に励振させることができる。これに対して、１つの発振器で複数の圧電素子を励振する場合、圧電素子が増加するにしたがって十分な励振が困難となる。

次に、第３実施形態の変形例について、図６を参照しつつ説明する。なお、この変形例は、上述の第１実施形態及び第２実施形態にも適用することができる。ここで、図６は、第３実施形態の変形例に係る制御回路２６０からの同期パルス、及び信号生成回路からの出力信号を示すタイミングチャートである。図６（ａ）は制御回路２６０から出力される同期パルスの波形、（ｂ）はＦＭ変調した場合の信号生成回路２４１ａ、２４２ａ、２４３ａからの出力信号、（ｃ）はＡＭ変調した場合の信号生成回路２４１ａ、２４２ａ、２４３ａからの出力信号、をそれぞれ示している。

この変形例では、図４又は図５に示すような正弦波に代えて、変調した信号を信号生成回路２４１ａ、２４２ａ、２４３ａから出力している。変調としては、例えば、図６（ｂ）に示すＦＭ変調（周波数変調）や図６（ｃ）に示すＡＭ変調（振幅変調）を挙げることができる。

信号生成回路２４１ａ、２４２ａ、２４３ａから出力される信号は、制御回路２６０からの同期パルスに対して、変調の種類に応じた適切なタイミングで同期をとる。ＦＭ変調においては、例えば図６（ｂ）に示すように、周波数が最も低いところで制御回路２６０からの同期パルスに同期させることができるが、これ以外の周波数で同期させることもできる。例えば、周波数が最も低いところで同期をとる場合の如く、変調の種類に応じた適切なタイミングで同期をとることにより、位相が略同一であっても、周波数が異なるタイミングで同期をとることにより、結局、洗浄ムラが生じてしまうことが防止可能である。このようにＦＭ変調した場合においても、各信号生成回路２４１ａ、２４２ａ、２４３ａからの出力に許容される位相差範囲は、第３実施形態と同様に−５度から＋５度であることが好ましい。また、各電力増幅回路２４１ｂ、２４２ｂ、２４３ｂからの出力に許容される位相差範囲は、−４５度から＋４５度であることが好ましい。

信号生成回路２４１ａ、２４２ａ、２４３ａからの出力がＡＭ変調されている場合は、例えば図６（ｃ）に示すように振幅が最も小さいところで制御回路２６０からの同期パルスに同期させることができるが、これ以外の振幅で同期させることもできる。例えば、振幅が最も小さいところで同期をとる場合の如く、変調の種類に応じた適切なタイミングで同期をとることにより、位相が略同一であっても、振幅が異なるタイミングで同期をとることにより、結局、洗浄ムラが生じてしまうことが防止可能である。このようにＡＭ変調した場合においても、ＦＭ変調する場合と同様に、各信号生成回路２４１ａ、２４２ａ、２４３ａからの出力に許容される位相差範囲は−５度から＋５度、各電力増幅回路２４１ｂ、２４２ｂ、２４３ｂからの出力に許容される位相差範囲は−４５度から＋４５度であることが好ましい。

つづいて、本発明の第４実施形態について図７を参照しつつ説明する。第４実施形態においては、間接槽２２４ａを設けた点が第３実施形態と異なる。その他の構成は第３実施形態と同様であって、同じ部材については同じ参照符号を使用し、詳細な説明は省略する。ここで、図７は、第４実施形態に係る超音波洗浄装置２１２の構成を示す一部断面図である。

図７に示す超音波洗浄装置２１２は、第３実施形態の超音波洗浄装置２１０と同様に圧電素子２３１、２３２、２３３、発振器２４１、２４２、２４３、及び制御回路２６０を備え、さらに、洗浄槽２２２と、間接槽２２４ａと、を備える。洗浄槽２２２は、超音波洗浄装置２１０と同様に、例えば石英製の周知のものを使用することができ、その内部に洗浄液２２１（例えば、純水、薬液）を収容し、この洗浄液２２１に、保持手段（不図示）に保持された被洗浄物が浸漬される。また、第３実施形態と同様に、発振器２４１、２４２、２４３は、信号生成回路２４１ａ、２４２ａ、２４３ａ、及び、電力増幅回路２４１ｂ、２４２ｂ、２４３ｂをそれぞれ備える。

間接槽２２４ａは、振動伝播用の媒体（例えば水、弾性物質、ＳＵＳ（ステンレス鋼）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）、ポリテトラフルオロエチレン（４フッ化エチレン樹脂））２２５を収容する。この間接槽２２４ａ内には、少なくとも底面が媒体２２５に接するように支持手段（不図示）によって支持された洗浄槽２２２が配設されている。間接槽２２４ａは、例えばポリプロピレンを矩形枠状に成型してなり、その底面には、ステンレス鋼製の振動板２２４ｂが接着されている。この振動板２２４ｂの下面には、圧電素子２３１、２３２、２３３が接着されている。このように、洗浄槽２２２と圧電素子２３１、２３２、２３３との間に間接槽２２４を配置すると、振動板２２４ｂが破損した場合、振動板２２４ｂが汚染された場合、及び洗浄槽２２２が劣化した場合に、振動板２２４ｂ自体又は雰囲気によって被洗浄物が汚染されることを防止することができる。なお、その他の作用、効果、変形例は第３実施形態と同様である。

本発明について上記実施形態を参照しつつ説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、改良の目的または本発明の思想の範囲内において改良または変更が可能である。

本発明の第１実施形態に係る超音波洗浄装置の構成を示す一部断面図である。 本発明の第２実施形態に係る超音波洗浄装置の構成を示す一部断面図である。 本発明の第３実施形態に係る超音波洗浄装置の構成を示す一部断面図である。 本発明の第３実施形態に係る制御回路からの同期パルスに対して許容され得る、信号生成回路からの出力信号の位相差範囲を示すタイミングチャートである。 本発明の第３実施形態に係る制御回路からの同期パルスに対して許容され得る、電力増幅回路からの出力信号の位相差範囲を示すタイミングチャートである。 本発明の第３実施形態の変形例に係る制御回路からの同期パルス、及び信号生成回路からの出力信号を示すタイミングチャートである。 本発明の第４実施形態に係る超音波洗浄装置の構成を示す一部断面図である。 従来の超音波洗浄装置の構成を示す一部断面図である。

符号の説明

１０ 超音波洗浄装置
１２ 超音波洗浄装置
２０ａ 洗浄槽
２４ａ 間接槽
３１ 圧電素子（振動素子）
３２ 圧電素子（振動素子）
３３ 圧電素子（振動素子）
４１ 発振器
４２ 発振器
４３ 発振器
６０ 制御回路（制御部）
２１０ 超音波洗浄装置
２１２ 超音波洗浄装置
２２０ａ 洗浄槽
２２４ａ 間接槽
２３１ 圧電素子（振動素子）
２３２ 圧電素子（振動素子）
２３３ 圧電素子（振動素子）
２４１ 発振器
２４１ａ 信号生成回路
２４１ｂ 電力増幅回路
２４２ 発振器
２４２ａ 信号生成回路
２４２ｂ 電力増幅回路
２４３ 発振器
２４３ａ 信号生成回路
２４３ｂ 電力増幅回路
２６０ 制御回路（制御部）

Claims (14)

1. 被洗浄物と洗浄液を収容する洗浄槽と、
   前記洗浄槽に取り付けられた複数の振動素子と、
   前記複数の振動素子にそれぞれ接続され、前記複数の振動素子を励振し、各々に電力供給を行うための商用電源が接続された複数の発振器と、
   前記複数の発振器に接続され、前記複数の発振器が前記複数の振動素子に対して同一位相の信号を出力するように、前記複数の発振器を制御する制御部とを備え、
   前記複数の発振器は、前記制御部から出力された同期パルスによってタイミングを合わせた同一位相の信号を出力し、
   前記制御部は、前記同期パルスの信号以上に大きな電力を要する発振器としての機能を備えていないこと
   を特徴とする超音波洗浄装置。
2. 前記複数の発振器は、その動作状態に拘わらず、前記制御部から出力された同期パルスによってタイミングを合わせた同一位相の信号を出力す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. 前記複数の発振器は周波数制御回路を備え、前記周波数制御回路は、前記制御部が前記複数の発振器に対して出力する発振周波数値にしたがった周波数を備えた信号を生成し、この信号を前記制御部が前記複数の発振器に対して出力する同期パルスによってタイミングを合わせた同一位相の信号として、前記複数の振動素子のそれぞれに対して出力することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の超音波洗浄装置。
4. 前記制御部は、前記発振器に対して、前記振動素子への信号の出力を開始させるための発振開始タイミングパルスを出力することを特徴とする請求項１乃至請求項３のうち、いずれか１に記載の超音波洗浄装置。
5. 前記同期パルスによってタイミングを合わせて出力される信号の位相はゼロ度で同一であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のうち、いずれか１に記載の超音波洗浄装置。
6. 前記振動素子は圧電素子であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のうち、いずれか１に記載の超音波洗浄装置。
7. 前記超音波洗浄装置は、振動伝搬用の媒体と、少なくとも前記媒体に接するように配置された前記洗浄槽と、を収容し、前記複数の振動素子が取り付けられた間接槽を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項６のうち、いずれか１に記載の超音波洗浄装置。
8. 前記複数の発振器は電力増幅回路を備え、前記電力増幅回路は、前記制御部が前記複数の発振器に対して出力する電力設定値信号にしたがって、前記複数の振動素子のそれぞれに対する出力信号の振幅を増幅することを特徴とする請求項１乃至請求項７のうち、いずれか１に記載の超音波洗浄装置。
9. 前記複数の発振器は、前記制御部から出力された同期パルスによってタイミングを合わせた位相の信号を出力し、前記複数の発振器が出力する信号の位相差は−４５度から＋４５度の範囲内にあることを特徴とする請求項１に記載の超音波洗浄装置。
10. 前記複数の発振器は信号生成回路をそれぞれ備え、前記信号生成回路のそれぞれが生成する信号の位相差は−５度から＋５度の範囲内にあることを特徴とする請求項１に記載の超音波洗浄装置。
11. 前記信号生成回路が生成する信号はＦＭ変調波であることを特徴とする請求項１０に記載の超音波洗浄装置。
12. 前記ＦＭ変調波は、最も低い周波数において、前記制御部から出力された同期パルスと同期していることを特徴とする請求項１１に記載の超音波洗浄装置。
13. 前記信号生成回路が生成する信号はＡＭ変調波であることを特徴とする請求項１０に記載の超音波洗浄装置。
14. 前記ＡＭ変調波は、最も小さい振幅において、前記制御部から出力された同期パルスと同期していることを特徴とする請求項１３に記載の超音波洗浄装置。

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