JP5599269B2 - 波長検出方法、波長検出装置、溶存ガス総量評価方法、溶存ガス総量評価装置、溶存ガス総量制御方法、及び溶存ガス総量制御装置 - Google Patents
波長検出方法、波長検出装置、溶存ガス総量評価方法、溶存ガス総量評価装置、溶存ガス総量制御方法、及び溶存ガス総量制御装置 Download PDFInfo
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Description
本発明は、液中の波長を検出可能な波長検出方法、波長検出装置、液中の溶存ガス総量を評価可能な溶存ガス総量評価方法、溶存ガス総量評価装置、液中の溶存ガス総量を制御可能な溶存ガス総量制御方法、溶存ガス総量制御装置に関する。
一般に、超音波洗浄は洗浄工程の強化、省力化、高精度の精密洗浄などを可能とし、また、洗浄精度の均一性が確保できるので、洗浄作業の合理化という点で各方面の注目を浴び、あらゆる方面で広く利用されている。
この超音波洗浄は物理力による洗浄法の一つで、物理力としてキャビテーションを利用したものである。超音波洗浄におけるキャビテーションの大きさは、温度や洗浄液９中の溶存ガス量などにも影響されることが知られており、特に、液中に多量の溶存ガス（気泡）があると超音波がこの気泡で反射されてキャビテーション効果が小さくなることが知られている。
このため、高精度の精密洗浄を維持するためには、溶存ガス総量を評価し、溶存ガス総量が一定量を超えたとき、洗浄液の脱気をするか、溶存ガス総量が一定量未満である新たな洗浄液に交換する必要がある。
しかし、酸素の溶存量は比較的容易に測定できるが、他のガス、例えば二酸化炭素等の溶存量を知ることができず、溶存ガス総量を評価することができなかった。
これに対し、特許文献１には、窒素や炭酸ガスなど、反応性に乏しいガス種の溶存量を測定する溶存ガス濃度計が記載されている。
この溶存ガス濃度計は、振動板を対向配置し、一方の振動板に超音波発信用の圧電素子を設け、他方の振動板に超音波の強度を測定する圧電素子を設けている。
そして、超音波発信用の圧電素子により超音波を発信し、対向する振動板を介し超音波の強度を測定する圧電素子により振動板音圧相当値を検出する。この検出した振動板音圧相当値と予め測定したガス溶存量及び振動板音圧相当値の関係グラフとから、溶存ガス量を測定している。
しかし、かかる特許文献１の溶存ガス濃度計では、溶存ガス量を測定に用いる関係グラフが窒素ガスのみに関するものであり、他のガスが混在した場合に総量測定できるか否か不明である。
したがって、液中の溶存ガス総量の評価は、依然として困難であり、溶存ガス総量の制御もできない。 これに対し、25℃の理想的な水中における超音波速度（音速）は、1,496m/secであるが、4ppm程度の気泡形成により水中の音速が約1,000m/secと大きく減少する事が確認されている。
気泡による超音波速度の減衰については、非特許文献１，２のように知られている。この場合、音速が変化しても超音波周波数は変わらないが、超音波波長が変わるため、気泡の変化を超音波波長の変化として検出することが肝要である。
しかし、気泡に関係する液中の波長の検出が困難であった。
J.Saneyoshi、Bulletin of Tokyo Institute of Technology, Series B, 1953, No.1, p.1（「超音波技術便覧」監修実吉）
A.Mallock, Proc. Roy. Soc. London, 84, p.391 (1911)（「超音波技術便覧」監修実吉）
解決しようとする問題点は、液中の溶存ガス総量の評価、制御は困難であり、気泡に関係する液中の波長の簡単な検出も困難な点である。
本発明は、液中の検出波の波長の簡単な検出と液中の溶存ガス総量の簡単な評価、制御を可能とするため、音圧を検知する少なくとも2本の同感度で棒状の音圧センサーを平行状態で液に挿入し、前記各音圧センサーで検出される検出波が同期している第１の同期状態から前記音圧センサーを長さ方向に相対移動させて同期をずらし、前記同期のずれた検出波が次に同期する第２の同期状態までの各音圧センサーの長さ方向の相対移動量により前記検出波の波長を検出することを波長検出方法の特徴とする。
前記液に挿入される少なくとも2本の同感度で棒状の音圧センサーと、前記各音圧センサーが接続され検出された各検出波を同時間軸上に同時表示して前記第1，第2の同期状態を確認可能な検出波表示器とを備えたことを波長検出装置の特徴とする。
本発明は、液中の溶存ガス総量の評価を可能とするため、前記液に超音波を作用させ、前記検出された超音波の波長と予め得た波長及び溶存ガス量の関係とから前記液の溶存ガス総量を評価することを溶存ガス総量評価方法の特徴とする。
前記液を収容し前記超音波を作用させる超音波発信部を備えて対象物を長音波洗浄可能な洗浄槽と、前記液に挿入される少なくとも2本の同感度で棒状の音圧センサーと、前記各音圧センサーが接続され検出された各検出波を同時間軸上に同時表示して前記第1，第2の同期状態を確認可能な検出波表示器とを備えたことを溶存ガス総量評価装置の特長とする。
本発明は、液中の溶存ガス総量の評価、制御液中の溶存ガス総量の制御を可能とするため、前記溶存ガス総量の評価に基づき前記溶存ガス総量を設定値以下とする液の脱気を行うことを溶存ガス総量制御方法の特徴とする。
前記液を循環させ前記溶存ガス総量の評価に基づき前記溶存ガス総量を設定値以下とする液の脱気を行う脱気部を備えたことを溶存ガス総量制御装置の特徴とする。
本発明は、音圧を検知する少なくとも2本の同感度で棒状の音圧センサーを平行状態で液に挿入し、前記各音圧センサーで検出される検出波が同期している第１の同期状態から前記音圧センサーを長さ方向に相対移動させて同期をずらし、前記同期のずれた検出波が次に同期する第２の同期状態までの各音圧センサーの長さ方向の相対移動量により前記検出波の波長を検出する。
このため、各音圧センサーの長さ方向の相対移動量を測定するだけで検出波の波長を簡単に検出することができる。
前記液に挿入される少なくとも2本の同感度で棒状の音圧センサーと、前記各音圧センサーが接続され検出された各検出波を同時間軸上に同時表示して前記第1，第2の同期状態を確認可能な検出波表示器とを備えた。
このため、第1，第2の同期状態を検出波表示器により確認することに基づき、各音圧センサーの長さ方向の相対移動量を測定するだけで検出波の波長を簡単に検出することができる。
前記液に超音波を作用させ、前記検出された超音波の波長と予め得た波長及び溶存ガス量の関係とから前記液の溶存ガス総量を評価する。
このため、液中の溶存ガス総量の評価を行わせることができる。
前記液を収容し前記超音波を作用させる超音波発信部を備えて対象物を長音波洗浄可能な洗浄槽と、前記液に挿入される少なくとも2本の同感度で棒状の音圧センサーと、前記各音圧センサーが接続され検出された各検出波を同時間軸上に同時表示して前記第1，第2の同期状態を確認可能な検出波表示器とを備えた。
このため、洗浄槽内で対象物を超音波洗浄することができる。しかも、第1，第2の同期状態を検出波表示器により確認し、各音圧センサーの長さ方向の相対移動量を測定することに基づき、液中の溶存ガス総量の評価を行わせることができ、液の管理を適切に行わせることができる。
前記溶存ガス総量の評価に基づき前記溶存ガス総量を設定値以下とする液の脱気を行う。
このため、溶存ガス総量の評価に基づき液中の溶存ガス総量を簡単に制御することができる。
前記液を循環させ前記溶存ガス総量の評価に基づき前記溶存ガス総量を設定値以下とする液の脱気を行う脱気部を備えた。
このため、溶存ガス総量の評価に基づき液中の溶存ガス総量を脱気部により簡単に制御することができる。
液中の検出波の波長の簡単な検出と液中の溶存ガス総量の簡単な評価、制御を可能とするという目的を、音圧センサを用いた波長検出により実現した。
図1〜図３は、本発明の実施例1に係り、図1は、超音波洗浄装置及び波長検出装置などの関係を示す概念図、図２は、音圧センサーが長さ方向に相対移動した状態の概念図、図３は、波長と溶存ガス量との関係を示すグラフである。
図１のように、超音波洗浄装置１には、超音波検出方法に適用される波長検出装置３、溶存ガス総量評価装置５、溶存ガス総量制御装置７が備えられている。
超音波洗浄装置１は、純水などの洗浄液９（本実施例の液）を収容した洗浄槽１１（本実施例の槽）内底部に超音波発振部１３が設けられている。超音波発振部１３は、超音波制御部１５に接続され、この超音波制御部１５により超音波発振部１３の発信制御が行われ、洗浄槽１１内の超音波の周波数制御が行われる。
したがって、洗浄槽１１の洗浄液９内に対象物を配置し、超音波発振部１３により超音波を発信させてバッチ処理などにより超音波洗浄することができる。
対象物は、限られないが、例えば、ハード・ディスク・ドライブに用いられるヘッド・サスペンション又はヘッド・ジンバル・アッセンブリなどである。ヘッド・サスペンションには、ヘッド・サスペンション半製品も含まれる。
洗浄が進むと、空気、酸素、窒素、二酸化炭素が洗浄液９に溶け込み、溶存ガス総量が増加する。この増加により高精度の精密洗浄が劣化する。このため、溶存ガス総量を評価し、溶存ガス総量が一定量を超えたとき、後述のように洗浄液９の脱気を行う。但し、溶存ガス総量が一定量未満である新規の洗浄液９に交換することもできる。
空気等の溶け込みで洗浄液９中の気泡が増加する。この気泡による超音波速度の減衰については、前記のように知られている。この場合、音速が変化しても超音波周波数は変わらない。しかし、超音波波長が変わるため、気泡の変化を超音波波長の変化として検出する。
このため、本実施例の超音波洗浄装置１の波長検出方法では、波長検出装置３を用いた。
波長検出装置３は、音圧を検知する少なくとも２本の同感度で棒状の音圧センサー１７，１９を備えている。音圧センサー１７，１９は、検出波表示器２１のＣＨ１、ＣＨ２に接続されている。検出波表示器２１のディスプレイ２３には、検出波が表示されるようになっている。この表示は、検出された各検出波を同時間軸上に同時表示して前記第1，第2の同期状態を確認可能とするものである。
検出に際しては、図１のように、音圧センサー１７，１９を平行状態で洗浄液９に挿入する。この挿入は、音圧センサー１７，１９を洗浄槽１１の上部から挿入する。挿入状態では、平行な音圧センサー１７，１９は、先端１７ａ，１９ａの高さ位置を一致させている。
この状態で検出波表示器２１を動作させると、各音圧センサー１７，１９の検出波２５がディスプレイ２３に表示される。この表示された検出波２５は、音圧センサー１７，１９双方の検出波２５ａ，２５ｂが重なったものである。
この検出波２５ａ，２５ｂの立ち上がり時間がずれているとき、音圧センサー１７，１９を長さ方向へ相対移動させて微調整する。本実施例では、一方の音圧センサー１７を他方の音圧センサー１９に対して長さ方向へ平行移動させて微調整し、立ち上がり時間を合わせる。
このとき表示された検出波２５は、音圧センサー１７，１９双方の検出波２５ａ，２５ｂが同期して重なった第１の同期状態となる。
次いで、各音圧センサー１７，１９で検出される検出波２５ａ，２５ｂが同期している図1の第1の同期状態から図2のように音圧センサー１７，１９を長さ方向に相対移動させて同期をずらす。図２では、音圧センサー１７を音圧センサー１９に対して上方へ平行移動させている。
この平行移動が進むと、一担同期のずれた検出波２５ａ，２５ｂが再び同期する第２の同期状態となる。このとき各音圧センサー１７，１９の各先端１７ａ，１９ａ間の長さ方向の相対移動量である距離Ａにより前記検出波２５ａ，２５ｂの波長を検出する。但し、距離Ａは、先端１７ａ，１９ａ間の距離に限らず、音圧センサー１７，１９の長さ方向中間に付けた目印間の距離とすることもできる。
このような測定に際し、測定ジグを用いることで音圧センサー１７，１９を相対移動させ、距離Ａを測定することができる。この距離Ａが検出波の波長となる。
溶存ガス総量評価装置５は、溶存ガス総量評価方法に適用され、前記洗浄液９を収容した洗浄槽１１と前記音圧センサー１７，１９と前記検出表示器２１とにより検出波の波長を検出し、検出された超音波の波長と予め得た波長及び溶存ガス総量の関係（図３）とから洗浄液９の溶存ガス総量を評価する。
例えば、洗浄に用いられている超音波の周波数を132kHzとする。この周波数で音速が1500m/sec⇒1000m/secに劣化した場合、波長の変化は、11.3mmから7.6mmと3.7mmの変化が出る。そこで、測定データである音圧センサー１７，１９間の距離Ａは、ノギスを用いて計測し、10分の1mm単位で計測する。測定値が長いほど、溶存ガス総量は少ない。
溶存ガス総量制御装置７は、溶存ガス総量制御方法に適用され、脱気部２７を備えている。脱気部２７は、洗浄液９をポンプ２９により循環させ溶存ガス総量の評価に基づき溶存ガス総量を設定値以下とする洗浄液９の脱気を行う。脱気部２７の構造については、特開平５−５７２５６号公報などに記載されている。
したがって、洗浄槽１１の洗浄液９内にヘッド・サスペンション等を入れ、超音波制御部１５による超音波発振部１３の発信制御で超音波を作用させ、キャビテーションによりバッチ処理で洗浄を行う。この場合、音圧センサー１７，１９は引き抜かれている。
洗浄作業が進行すると、空気、酸素、窒素、二酸化炭素が洗浄液９に溶け込み、洗浄作用が劣化する。
このとき、前記のように洗浄槽１１の上部開口から音圧センサー１７，１９を挿入し、検出波表示器２１に検出波２５ａ，２５ｂを表示させ距離Ａを計測する。この結果、図３の関係から溶存ガス総量を評価することができる。
溶存ガス総量が設定値を上回っていれば、ポンプ２９を稼働させて洗浄液９を循環させ、脱気部２７により溶存ガス総量が設定値以下となるまで脱気を行う。
［実施例の効果］
本発明実施例は、音圧を検知する少なくとも2本の同感度で棒状の音圧センサー１７，１９を平行状態で洗浄液９に挿入し、各音圧センサー１７，１９で検出され検出波表示器２１に表示される検出波２５ａ，２５ｂを確認することができる。
本発明実施例は、音圧を検知する少なくとも2本の同感度で棒状の音圧センサー１７，１９を平行状態で洗浄液９に挿入し、各音圧センサー１７，１９で検出され検出波表示器２１に表示される検出波２５ａ，２５ｂを確認することができる。
この検出波２５ａ，２５ｂが同期している第１の同期状態から音圧センサー１７，１９を長さ方向に相対移動させて検出波表示器２１で表示されている検出波２５ａ，２５ｂの同期をずらし、同期のずれた検出波２５ａ，２５ｂが次に同期する第２の同期状態までの各音圧センサー１７，１９の長さ方向の相対移動量である距離Ａを測定することができる。
この距離Ａにより検出波の波長を検出することができる。
このため、各音圧センサー１７，１９の長さ方向の相対移動量である距離Ａを測定するだけで検出波の波長を簡単に検出することができる。
洗浄液９に超音波を作用させ、検出された超音波２５ａ，２５ｂの距離Ａによる波長と予め得た波長及び溶存ガス量の関係（図３）とから洗浄液９の溶存ガス総量を評価することができる。
溶存ガス総量の評価に基づき溶存ガス総量が設定値を上回るとき、ポンプ２９を稼働させて脱気部２７により溶存ガス総量を設定値以下とする液の脱気を行う。
このため、溶存ガス総量の評価に基づき液中の溶存ガス総量を簡単に制御することができる。
［その他］
波長検出装置３、溶存ガス総量評価装置５、溶存ガス総量制御装置７は、コンピューターで構成された制御装置で結合することもできる。例えば、音圧センサー１７，１９をジグにより洗浄液９内に定期的に挿入させ、距離Ａを電気的に検出する（波長検出装置３）。この電気的な検出値は、コンピューターで構成され図３の関係のテーブルマップを有する制御装置に入力し、溶存ガス総量を評価する（溶存ガス総量評価装置５）。この評価結果により制御装置が指令を出してポンプ２９を稼働させ、脱気部２７で自動脱気させる（溶存ガス総量制御装置７）。この自動脱気の間は、距離Ａの測定が自動的に行われ、距離Ａが設定値内となったとき制御部がポンプ２９を停止する。
波長検出装置３、溶存ガス総量評価装置５、溶存ガス総量制御装置７は、コンピューターで構成された制御装置で結合することもできる。例えば、音圧センサー１７，１９をジグにより洗浄液９内に定期的に挿入させ、距離Ａを電気的に検出する（波長検出装置３）。この電気的な検出値は、コンピューターで構成され図３の関係のテーブルマップを有する制御装置に入力し、溶存ガス総量を評価する（溶存ガス総量評価装置５）。この評価結果により制御装置が指令を出してポンプ２９を稼働させ、脱気部２７で自動脱気させる（溶存ガス総量制御装置７）。この自動脱気の間は、距離Ａの測定が自動的に行われ、距離Ａが設定値内となったとき制御部がポンプ２９を停止する。
１ 超音波洗浄装置
３ 波長検出装置
５ 溶存ガス総量評価装置
７ 溶存ガス総量制御装置
９ 洗浄液（液）
１１ 洗浄槽（槽）
１３ 超音波発信部
１７ 音圧センサ
１９ 音圧センサ
２１ 波長表示器
２５，２５ａ，２５ｂ 検出波
２７ 脱気部
３ 波長検出装置
５ 溶存ガス総量評価装置
７ 溶存ガス総量制御装置
９ 洗浄液（液）
１１ 洗浄槽（槽）
１３ 超音波発信部
１７ 音圧センサ
１９ 音圧センサ
２１ 波長表示器
２５，２５ａ，２５ｂ 検出波
２７ 脱気部
Claims (9)
- 音圧を検知する少なくとも2本の同感度で棒状の音圧センサーを平行状態で液に挿入し、
前記各音圧センサーで検出される検出波が同期している第１の同期状態から前記音圧センサーを長さ方向に相対移動させて同期をずらし、
前記同期のずれた検出波が次に同期する第２の同期状態までの各音圧センサーの長さ方向の相対移動量により前記検出波の波長を検出する、
ことを特徴とする波長検出方法。 - 請求項１記載の波長検出方法であって、
前記各音圧センサーを前記液に挿入して検出波の立ち上がり時間がずれているとき、各音圧センサーを長さ方向に相対移動させて微調整し前記第１の同期状態とする、
ことを特徴とする波長検出方法。 - 請求項１又は２記載の波長検出方法であって、
前記相対移動量を、前記各音圧センサーの各先端間の長さ方向の距離とした、
ことを特徴とする波長検出方法。 - 請求項１〜３の何れかに記載の波長検出方法に用いる波長検出装置であって、
前記液に挿入される少なくとも2本の同感度で棒状の音圧センサーと、
前記各音圧センサーが接続され検出された各検出波を同時間軸上に同時表示して前記第1，第2の同期状態を確認可能な検出波表示器と、
を備えたことを特徴とする波長検出装置。 - 請求項１〜３の何れかに記載の波長検出方法を用いた溶存ガス総量評価方法であって、
前記液に超音波を作用させ、
前記検出された超音波の波長と予め得た波長及び溶存ガス量の関係とから前記液の溶存ガス総量を評価する、
ことを特徴とする溶存ガス総量評価方法。 - 請求項５記載の溶存ガス総量評価方法に用いる溶存ガス総量評価装置であって、
前記液を収容し前記超音波を作用させる超音波発信部を備えて対象物を超音波洗浄可能な洗浄槽と、
前記液に挿入される少なくとも2本の同感度で棒状の音圧センサーと、
前記各音圧センサーが接続され検出された各検出波を同時間軸上に同時表示して前記第1，第2の同期状態を確認可能な検出波表示器と、
を備えたことを特長とする溶存ガス総量評価装置。 - 請求項５記載の溶存ガス総量評価方法を用いた溶存ガス総量制御方法であって、
前記溶存ガス総量の評価に基づき前記溶存ガス総量を設定値以下とする液の脱気を行う、
ことを特徴とする溶存ガス総量制御方法。 - 請求項６記載の溶存ガス総量評価装置を用いた溶存ガス総量制御装置であって、
前記液を循環させ前記溶存ガス総量の評価に基づき前記溶存ガス総量を設定値以下とする液の脱気を行う脱気部を備えた、
ことを特徴とする溶存ガス総量制御装置。 - 請求項６記載の溶存ガス総量評価装置であて、
前記対象物は、ハード・ディスク・ドライブに用いられるヘッド・サスペンション又はヘッド・ジンバル・アッセンブリである、
ことを特徴とする溶存ガス総量評価装置。
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