JP6365458B2 - 超音波洗浄装置 - Google Patents
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Description
同構成によれば、洗浄槽の壁面であって前記第1超音波振動子の振動面に対向する部位、つまり洗浄槽に設けられたパラボラ面に対して上記逆位相の超音波が伝わるようになるため、パラボラ面の振動を超音波で直接減衰させることができるようになる。
以下、超音波洗浄装置の第1実施形態について、図1〜図3を参照して説明する。
図1に示すように、この超音波洗浄装置10は、洗浄液40が貯留された洗浄槽21を備えている。この洗浄槽21に貯留された洗浄液中の水面近傍には、超音波振動子30が設けられている。超音波振動子30は、超音波を発生する振動面30Aを備えている。この振動面30Aは、洗浄槽21の底面に向けられている。
パラボラ面21Aの中心部からは、超音波振動子30の配設方向に延びる棒状の固定部50が設けられており、この固定部50の先端部に洗浄対象物Wが固定される。また、固定部50は、パラボラ面21Aの焦点位置に洗浄対象物Wが配置されるようにその長さが設定されている。
先の図1に示すように、超音波振動子30から出力された超音波Sは洗浄液40内を伝わってパラボラ面21Aに当たる。パラボラ面21Aに当たった超音波Sは、パラボラ面21Aで反射されてパラボラ面21Aの焦点位置に集音される。この焦点位置には、固定部50に固定された洗浄対象物Wが配置されているため、集音された超音波Sによって洗浄対象物Wが洗浄される。
図2に、そのシミュレーション結果を示す。この図2は、超音波洗浄時の洗浄液中の圧力であって、洗浄槽の底面から超音波振動子までの間における洗浄槽中心部の圧力をシミュレーションによって再現した結果である。そして、実線L1で示す圧力は、パラボラ面の形状を変化させずに一定の形状に維持した場合の再現結果であり、一点鎖線L2で示す圧力は、パラボラ面の形状を振動によって変化させた場合の再現結果である。
(1)超音波洗浄装置10は、洗浄槽21の振動を減衰させる減衰機構として機能する制振材料23及び外槽22を備えているため、パラボラ面21Aによる超音波の集音効果が洗浄槽21の振動によって低下することを抑えることができる。従って、上記減衰機構を備えていない場合と比べて、洗浄対象物Wに対して超音波をより効果的に照射することができるようになる。
次に、図4を参照して、超音波洗浄装置の第2実施形態について説明する。
上記第1実施形態では、洗浄槽21の振動を減衰させる減衰機構として外槽22及び制振材料23を使用するようにした。一方、本実施形態では、洗浄槽21の振動を減衰させる減衰機構として上記外槽22及びばねを使用するようにしており、この点のみが第1実施形態と異なっている。そこで、以下では、そうした相異点を中心にして本実施形態の超音波洗浄装置を説明する。
次に、図5及び図6を参照して、超音波洗浄装置の第3実施形態について説明する。
上記第1実施形態では、洗浄槽21の振動を減衰させる減衰機構として制振材料23及び外槽22を使用した。一方、本実施形態では、洗浄槽21の振動波形に対して逆位相となる波形を洗浄槽21に与えることによって、洗浄槽21の振動を減衰させている。
図5に示すように、本実施形態の超音波洗浄装置12は、第1実施形態の超音波洗浄装置10と異なり、外槽22及び制振材料23が省略されている。
先の図6に示したように、本実施形態では、第1超音波振動子30から出力される超音波によって生じる洗浄槽21の振動波形(波形A)に対して逆位相となる超音波(波形B)が第2超音波振動子31から発生する。この第2超音波振動子31は、洗浄槽21の外壁面であってパラボラ面21Aが形成されている位置に設けられているため、第2超音波振動子31から発生した逆位相の超音波がパラボラ面21Aに伝わってパラボラ面21Aの振動を打ち消すことにより、洗浄槽21に設けられたパラボラ面21Aの振動が減衰される。なお、パラボラ面21Aの振動を打ち消すには、理想的には、波形Bの波長及び振幅が波形Aの波長及び振幅と同一であることが望ましい。しかし、波形Bの波長及び振幅が波形Aの波長及び振幅にある程度近い状態になっていればパラボラ面21Aの振動を減衰させることが可能である。
(3)超音波洗浄装置12は、上記第2超音波振動子31及び上記第2発振器120を備えるようにしているため、パラボラ面21Aによる超音波の集音効果が洗浄槽21の振動によって低下することを抑えることができる。従って、上記第2超音波振動子31及び上記第2発振器120を備えていない場合と比べて、洗浄対象物Wに対して超音波をより効果的に照射することができるようになる。
・洗浄槽21は円錐形状であったが、角錐形状でもよい。
・上記第3実施形態では、洗浄槽21の外壁面であって第1超音波振動子30に対向する位置に第2超音波振動子31を設けるようにしたが、第2超音波振動子31の配設位置は、洗浄槽21の壁面であれば適宜変更可能である。例えば、第1超音波振動子30に対向する位置とは異なる位置に第2超音波振動子31を設けてもよい。この場合でも、第2超音波振動子31から出力される逆位相の超音波によって、第2超音波振動子31が設けられた部位の洗浄槽21の振動は減衰するようになる。そして、このように洗浄槽21において第2超音波振動子31が配設された部位の振動が減衰されると、洗浄槽21において第2超音波振動子31が配設されていない他の部位の振動も減衰されるため、洗浄槽21に設けられたパラボラ面21Aの振動も減衰される。従って、この変形例でも、洗浄槽21の振動に起因したパラボラ面21Aの形状変化を小さくすることができる。
・上記第3実施形態では、洗浄槽21の壁面に第2超音波振動子31を1つ設けるようにした。
図8に示すように、第1超音波振動子30から出力される超音波によって生じる洗浄槽21の振動波形(図8に示す波形A)の振幅AMを振幅AMaとする。また、1つの第2超音波振動子31から出力される超音波(図8に示す波形B1)の振幅AMを振幅AMbとする。また、第2超音波振動子31の配設数を「n」(n≧2)とする。そして、1つの第2超音波振動子31から出力される超音波の波形B1が、波形Aに対して逆位相の波形であって、かつ波形B1の振幅AMbは波形Aの振幅AMaを「n」で除した値となるように、第2超音波振動子31を発振させる第2発振器120の出力を調整する。そして、各第2超音波振動子31から上記波形B1の超音波を同時に出力する。
・上記各実施形態及びその変形例における洗浄槽21や外槽22はともに錐体形状であった。しかし、上記パラボラ面21Aを有する洗浄槽21と洗浄槽21の振動を減衰させる減衰機構とを備えることによる効果は、洗浄槽21や外槽22が錐体形状以外の形状であっても得ることができる。そのため、洗浄槽21や外槽22の形状は適宜変更することができる。
Claims (3)
- 超音波を発生する第1超音波振動子と、前記第1超音波振動子を駆動する第1発振器と、洗浄液を貯留するとともに前記第1超音波振動子の振動面に対向する面が前記振動面に対して凹をなすパラボラ面で形成されている洗浄槽と、を備えており、前記パラボラ面で反射された超音波の焦点位置に配置される洗浄対象物を超音波で洗浄する超音波洗浄装置であって、
超音波が前記洗浄槽に当たることにより生じる前記洗浄槽の振動を減衰させる減衰機構を備え、
前記減衰機構は、前記洗浄槽の壁面に設けられた第2超音波振動子と、前記第1超音波振動子から出力される超音波によって生じる前記洗浄槽の振動波形であって前記第2超音波振動子が設けられた部位の前記振動波形に対して逆位相となる超音波を前記第2超音波振動子から発生させる第2発振器と、備える
超音波洗浄装置。 - 前記第2超音波振動子は、前記洗浄槽の壁面であって前記第1超音波振動子の振動面に対向する部位に設けられている
請求項1に記載の超音波洗浄装置。 - 前記洗浄槽は、前記第1超音波振動子の配設位置から前記パラボラ面に向かうにつれて外形が細くなる錐体形状に形成されている
請求項1または2に記載の超音波洗浄装置。
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