JP4904326B2 - 超音波洗浄装置 - Google Patents

Description

本発明は、洗浄槽内の液体に超音波振動を印加して、洗浄槽内の被洗浄物を洗浄する超音波洗浄装置に関する。

超音波振動を洗浄槽内の液体に加えることにより、洗浄槽内の被洗浄物を洗浄する超音波洗浄装置が、従来より良く知られている。
超音波洗浄装置では、交流電源から入力された交流電圧を、ＡＣ／ＤＣコンバータで直流電圧に変換し、この直流電圧を所定の電圧値にした後、インバータによって所定の周波数の高周波電圧に変換される。
そして、生成された高周波の電気信号は振動子に入力される。振動子は洗浄槽に設けられており、高周波の電気信号に基づく機械的振動を生じる。これにより、洗浄槽内の液体に超音波振動が発生し、被洗浄物の洗浄が行える（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−２９０９４０号公報

上述したように、従来からの超音波洗浄装置では、交流電源から振動子を駆動するための高周波の電気信号を生成するのが一般的である。
ところで、超音波洗浄装置においては、汚れがこびりついているものや形状が複雑なものについては、汚れが落ちにくい場合もあり、さらに高い洗浄能力が求められているという課題がある。

そこで、本発明は上記課題を解決すべくなされ、その目的とするところは、高い洗浄能力を有する超音波洗浄装置を提供することにある。

本発明にかかる超音波洗浄装置によれば、洗浄槽内の液体に超音波振動を印加して、洗浄槽内の被洗浄物を洗浄する超音波洗浄装置において、洗浄槽に取り付けられ、入力される電気信号に基づいて機械的振動を発生させる振動子と、振動子へ出力する電気信号を、商用電源から入力された交流波形から生成する駆動回路とを具備し、駆動回路は、商用電源から入力された交流波形を整流する整流回路部と、整流回路部で整流された波形を平滑する平滑回路部と、平滑回路部で平滑された直線状の波形に対し、極性の変化が無い所定形状の波形を生成する波形生成部と、波形生成部によって生成された波形をスイッチングして所定の周波数を有する極性の変化がある電気信号に変換する電力増幅部とが設けられていることを特徴としている。
この構成を採用することによって、例えば、平滑された波形を極性の変化が無い三角波、鋸波、あるいは正弦波を全波整流した波形などに成形し、この波形をスイッチングして極性の変化がある電気信号に変換して、この電気信号が振動子に入力される。したがって、一定振幅の超音波振動ではなく、より洗浄能力が高い振動を生じさせる電気信号を発生させることができ、洗浄能力が高い超音波洗浄装置を提供できる。

また、前記波形生成部は、商用電源における周波数に依存せずに所定形状の波形の周波数の設定が可能であることを特徴としている。
従来であれば商用電源が５０Ｈｚまたは６０Ｈｚのいずれかによって洗浄能力が異なっていたのであるが、この構成によれば商用電源の周波数にかかわらずに振動子に入力する電気信号を生成するので、商用電源の周波数が異なる地域であっても一定の洗浄能力を確保できる。

さらに、前記波形生成部は、商用電源から入力された波形の波高を変更可能であることを特徴としてもよい。

なお、前記商用電源から入力された波形の力率補正をする力率補正部と、前記整流回路部と、前記平滑回路部とが一体に構成されたＰＦＣコンバータを備えることを特徴としてもよい。

本発明の超音波洗浄装置によれば、より洗浄能力を高めることができる。

以下、本発明の好適な実施例を添付図面に基づいて説明する。
図１に、超音波洗浄装置のブロック図を示す。
超音波洗浄装置３０は、洗浄用の液体と被洗浄物が浸漬される洗浄槽３１を備えており、洗浄槽３１の底部３１ａに振動子３２を有している。また、超音波洗浄装置３０は、振動子３２を駆動するための駆動回路３４を備えている。
振動子３２は、駆動回路３４からの電気信号が入力され、この電気信号に基づいて機械的な振動を発生させる機能を有している。

以下、振動子３２を駆動させる駆動回路３４の構成について説明する。
駆動回路３４は、商用電源から入力された交流１００Ｖまたは２００Ｖ（５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）から、所定の周波数の電気信号を生成して振動子３２に供給するものである。
駆動回路３４には、商用電源から入力された交流１００Ｖまたは２００Ｖ（５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）を整流する整流回路部４０が設けられている。整流回路部４０は、ダイオードブリッジ回路などから構成され、入力された交流を全波整流する。

整流回路部４０の後段には、平滑回路部４１が設けられている。平滑回路部４１は、主として大容量のコンデンサ等が採用される。平滑回路部４１によって、全波整流された波形が平滑されて滑らかな直流波形となる。

平滑回路部４１の出力側には、波形生成部３８が接続されている。波形生成部３８は、入力された平滑後の直流波形を、様々な波形形状（極性変化が無い）に変換する機能を有している。
例えば、波形生成部３８は、平滑後の波形から、三角波の波形を生成したり、鋸波の波形を生成したり、正弦波を全波整流した形状の波形を生成する。このような波形の生成には、パルス変調回路（ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）インバータ）等を採用することができる。

さらに波形生成部３８は、波形の成形の他に、周波数の変更、波高の変更などを実行できるように設けられているとよい。波形生成部３８における周波数の変更および波高の変更については、上述したパルス変調回路等を採用することができる。また、波高を変更することによって、振動子３２からの超音波出力の調整も可能となる。

また、波形生成部３８は、生成した波形の一部が欠けたような波形を生成可能であるとよい。例えば、図３に示すように、正弦波を全波整流した波形のうち１つの波形部分の前半を休止期間（０Ｖ）となるような波形を生成してもよい。

このように、電力増幅部４２へ入力される波形における周波数の変更、波高の変更を実施できるようにすれば、入力される商用電源の周波数や電圧値にかかわらず、安定した洗浄が可能となる。

波形生成部３８の後段には、電力増幅部４２が設けられている。電力増幅部４２では、整流された電圧を所定の周波数となるようにスイッチングして極性変化のある電気信号を出力する機能を有している。電力増幅部４２は、後述する制御部４６によってそのスイッチング周波数が制御される。
電力増幅部４２の後段には、位相補正部４４が設けられている。位相補正部４４は、振動子３２のリアクタンス成分による位相のズレを補正するものである。

続いて、図２に基づいて、制御部４６について説明する。
制御部４６は、超音波洗浄装置３０全体の動作を制御可能に設けられている。そして、制御部４６によって、波形生成部３８の制御と、振動子３２の発振周波数のスイープ等の制御をすることができる。

制御部４６は、ＣＰＵ４８と、発振器５０と、ゲートドライバ５２とを備えている。ＣＰＵ４８は、ユーザが操作可能な操作部５４に接続されており、ユーザが指定した動作を実行するように発振器５０や、波形生成部３８に制御信号を出力し、所定の動作を実行させる。なお、発振器５０としては、ＤＤＳなどが採用される。

なお、操作部５４では、ユーザの設定で波形生成部３８がどのような波形を生成するかを制御可能に設けられている。
例えば、操作部５４は、三角波を生成するか、鋸波を生成するかの選択スイッチ５４ａ、希望の周波数を設定する設定スイッチ５４ｂ、希望の波高値を設定する設定スイッチ５４ｃ、休止期間（０Ｖ期間）を設定する設定スイッチ５４ｄが設けられていればよい。

ＣＰＵ４８は、操作部５４からの操作信号に基づいて、波形生成部３８へ制御信号を出力する。波形生成部３８では受信した制御信号に基づいて、ユーザが設定した波形の生成を実行する。

また、ＣＰＵ４８は、操作部５４からの操作信号に基づいて、電力増幅部４２における発振周波数が操作部５４で指示された周波数となるようにスイッチングを制御する。
また、操作部５４が、発振周波数のスイープ範囲を設定可能となるように設けられていれば、ＣＰＵ４８は、発振周波数が所定の範囲内でスイープするように電力増幅部４２を制御してもよい。

なお、図２には、駆動回路３４で生成される電気信号をＡ〜Ｅに示している。
交流電源から入力される交流１００Ｖ（符号Ａ）は、ほぼ正弦波であり、この正弦波が整流回路部４０において、全波整流される。全波整流された波形（符号Ｂ）は平滑回路部４１に入力される。
平滑回路部４１では、全波整流された波形Ｂを大容量コンデンサによって平滑する。これにより、全波整流波形Ｂを、平坦な波形（符号Ｃ）に生成できる。

平滑回路部４１から出力された波形Ｃは、波形生成部３８へ入力される。
本実施形態における波形生成部３８では、全波整流波形を平坦にした波形Ｃを、例として三角波（符号Ｄ）に生成する。ここで生成される三角波は、極性を越えた変化はなく、電圧が正の部分のみで変化するような波形である。

三角波Ｄは電力増幅部４２に入力される。電力増幅部４２では、制御部４６で制御された周波数で三角波Ｄをスイッチングし、振動子３２に入力させる高周波の電気信号Ｅを生成する。
この例で示されるように、本発明では、高周波の電気信号を生成する電力増幅部４２では、様々な形状の波形が入力され、この波形に基づいた高周波の電気信号Ｅが生成される。このため、振動子３２に入力される電気信号は一定の電圧ではなく、電圧が種々の値に変化しているので、超音波振動に変化をつけることができる。このため、より高い洗浄能力とすることができる。

波形生成部３８が生成する波形の他の例を図４に示す。
図４の（ａ）では鋸波を示している。また、（ｂ）では、正弦波を全波整流した形状の波形を示している。
このような波形に、さらに図３に示したような休止期間（０Ｖ）の期間を形成するようにしてもよい。

本発明の超音波洗浄装置の駆動回路の他の実施形態を、図５に示す。
なお、上述した実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付し、説明を省略する。
本実施形態では、商用電源から入力された交流波形の力率補正をする力率補正部と、整流回路部と、平滑回路部とが一体に形成されたＰＦＣ（Power Factor Correction）コンバータ４５が設けられている。

ＰＦＣコンバータ４５は、入力された交流電圧の力率を補正（改善）して一定の直流電圧を出力する。ＰＦＣコンバータ４５は、ダイオードブリッジ回路、コイル、パワーＭＯＳＦＥＴ、ダイオードおよび制御用ＩＣなどから構成される。

以上本発明につき好適な実施例を挙げて種々説明したが、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、発明の精神を逸脱しない範囲内で多くの改変を施し得るのはもちろんである。

本発明の超音波洗浄装置の全体構成を示すブロック図である。 制御部のブロック図である。 波形生成部が生成する波形のうち、休止期間がある波形の一例を示す説明図である。 波形生成部が生成する波形の他の例を示す説明図である。 駆動回路の他の実施形態を示すブロック図である。

符号の説明

３０ 超音波洗浄装置
３１ 洗浄槽
３１ａ 底部
３２ 振動子
３４ 駆動回路
３８ 波形生成部
４０ 整流回路部
４１ 平滑回路部
４２ 電力増幅部
４４ 位相補正部
４５ ＰＦＣコンバータ
４６ 制御部
５０ 発振器
５２ ゲートドライバ
５４ 操作部

Claims (4)

1. 洗浄槽内の液体に超音波振動を印加して、洗浄槽内の被洗浄物を洗浄する超音波洗浄装置において、
   洗浄槽に取り付けられ、入力される電気信号に基づいて機械的振動を発生させる振動子と、
   振動子へ出力する電気信号を、商用電源から入力された交流波形から生成する駆動回路とを具備し、
   駆動回路は、
   商用電源から入力された交流波形を整流する整流回路部と、
   整流回路部で整流された波形を平滑する平滑回路部と、
   平滑回路部で平滑された直線状の波形に対し、極性の変化が無い所定形状の波形を生成する波形生成部と、
   波形生成部によって生成された波形をスイッチングして所定の周波数を有する極性の変化がある電気信号に変換する電力増幅部とが設けられていることを特徴とする超音波洗浄装置。
2. 前記波形生成部は、商用電源における周波数に依存せずに所定形状の波形の周波数の設定が可能であることを特徴とする請求項１記載の超音波洗浄装置。
3. 前記波形生成部は、商用電源から入力された波形の波高を変更可能であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の超音波洗浄装置。
4. 前記商用電源から入力された波形の力率補正をする力率補正部と、前記整流回路部と、前記平滑回路部とが一体に構成されたＰＦＣコンバータを備えることを特徴とする請求項１〜請求項３のうちのいずれか１項記載の超音波洗浄装置。

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