JP7088461B1 - Ultrasonic cleaner - Google Patents

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Abstract

【課題】洗浄液を超音波素子に均等に供給することのできる超音波洗浄装置を提供する。【解決手段】超音波洗浄装置Dは、頂部に噴射口11が形成された円錐形のノズル1と、ノズル1が設置されるハウジング2と、ノズル1の噴射口11に対向してハウジング2に設置される円板形の超音波素子3と、ハウジング2に形成される、超音波素子3へ洗浄液を供給するための供給路4であって、超音波素子の周囲に形成されたドーナツ形供給路42と、ドーナツ形供給路42の上流側に繋がる接続路41と、を有する、供給路4と、を備えている。【選択図】図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ultrasonic cleaning device capable of evenly supplying a cleaning liquid to an ultrasonic element. SOLUTION: An ultrasonic cleaning device D has a conical nozzle 1 having an injection port 11 formed at the top, a housing 2 in which the nozzle 1 is installed, and a housing 2 facing the injection port 11 of the nozzle 1. A disk-shaped ultrasonic element 3 to be installed and a supply path 4 formed in the housing 2 for supplying a cleaning liquid to the ultrasonic element 3, and a donut-shaped supply formed around the ultrasonic element. A supply path 4 having a path 42 and a connecting path 41 connected to the upstream side of the donut-shaped supply path 42 is provided. [Selection diagram] Fig. 1

Description

本発明は、超音波を伝播させた洗浄液を用いて被洗浄物(ワーク)を洗浄する超音波洗浄装置に関するものである。 The present invention relates to an ultrasonic cleaning device that cleans an object to be cleaned (work) using a cleaning liquid in which ultrasonic waves are propagated.

従来から、例えば半導体ウェハ等の被洗浄物(ワーク)を洗浄する洗浄装置が知られている。このような洗浄装置として、作業者が拳銃形の洗浄ガンを操作して被洗浄物を洗浄する手法が知られている。 Conventionally, a cleaning device for cleaning an object to be cleaned (work) such as a semiconductor wafer has been known. As such a cleaning device, a method is known in which an operator operates a pistol-shaped cleaning gun to clean an object to be cleaned.

例えば、特許文献1には、本体部と、水溜部と、圧電振動板と、水路と、バルブと、を備え、洗浄水に超音波振動を伝播させ、噴射口から超音波振動を伝播させた洗浄水を噴射させ被洗浄物を洗浄する洗浄ガンが開示されている。 For example, Patent Document 1 includes a main body portion, a water reservoir portion, a piezoelectric diaphragm, a water channel, and a valve, and propagates ultrasonic vibration to washing water and propagates ultrasonic vibration from an injection port. A cleaning gun that injects cleaning water to clean an object to be cleaned is disclosed.

特開2020-202323号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2020-20223

しかしながら、特許文献1の洗浄ガンを含む従来の洗浄装置は、圧電振動板に水を供給する際に、水路がそのまま接続されているため、始動の初期に生じた気泡を効率よく追い出すことができない。そのため、圧電振動板上に気泡が偏在することになって、圧電振動板の温度が上昇するうえ、圧電振動板自体の能力低下及び破損のおそれがあった。 However, in the conventional cleaning device including the cleaning gun of Patent Document 1, when water is supplied to the piezoelectric diaphragm, the water channel is connected as it is, so that the bubbles generated at the initial stage of starting cannot be efficiently expelled. .. Therefore, the air bubbles are unevenly distributed on the piezoelectric diaphragm, the temperature of the piezoelectric diaphragm rises, and there is a risk that the capacity of the piezoelectric diaphragm itself is lowered or damaged.

そこで、本発明は、洗浄液を超音波素子に均等に供給することのできる、超音波洗浄装置を提供することを目的としている。 Therefore, an object of the present invention is to provide an ultrasonic cleaning device capable of evenly supplying a cleaning liquid to an ultrasonic element.

前記目的を達成するために、本発明の超音波洗浄装置は、頂部に噴射口が形成された円錐形のノズルと、記ノズルが設置されるハウジングと、前記ノズルの噴射口に対向して前記ハウジングに設置される円板形の超音波素子と、前記ハウジングに形成される、前記超音波素子へ洗浄液を供給するための供給路であって、前記超音波素子の周囲に形成されたドーナツ形供給路と、前記ドーナツ形供給路の上流側に繋がる接続路と、を有する。 In order to achieve the above object, the ultrasonic cleaning device of the present invention has a conical nozzle having an injection port formed at the top, a housing in which a nozzle is installed, and the ultrasonic cleaning device facing the injection port of the nozzle. A disk-shaped ultrasonic element installed in a housing and a supply path formed in the housing for supplying a cleaning liquid to the ultrasonic element, which is a donut shape formed around the ultrasonic element. It has a supply path and a connecting path connected to the upstream side of the donut-shaped supply path.

このように、本発明の超音波洗浄装置は、頂部に噴射口が形成された円錐形のノズルと、ノズルが設置されるハウジングと記ノズルの噴射口に対向してハウジングに設置される円板形の超音波素子と、ハウジングに形成される、超音波素子へ洗浄液を供給するための供給路であって、超音波素子の周囲に形成されたドーナツ形供給路と、ドーナツ形供給路の上流側に繋がる接続路と、を有する。このような構成であれば、ドーナツ形供給路を通じて、洗浄液を超音波素子に均等に供給して気泡を追い出すことができるため、超音波素子の温度上昇を抑制し、超音波の伝播効率のよい超音波洗浄装置となる。 As described above, the ultrasonic cleaning device of the present invention has a conical nozzle having an injection port formed at the top, a housing in which the nozzle is installed, and a disk installed in the housing facing the injection port of the nozzle. A supply path for supplying the cleaning liquid to the ultrasonic element and the housing, which are formed around the ultrasonic element and are upstream of the donut-shaped supply path and the donut-shaped supply path. It has a connecting path leading to the side. With such a configuration, the cleaning liquid can be evenly supplied to the ultrasonic element through the donut-shaped supply path to expel bubbles, so that the temperature rise of the ultrasonic element can be suppressed and the ultrasonic wave propagation efficiency is good. It becomes an ultrasonic cleaning device.

超音波洗浄装置の全体構成を説明した断面図である。It is sectional drawing explaining the whole structure of an ultrasonic cleaning apparatus. 超音波洗浄装置を部品に分解した分解斜視図である。It is an exploded perspective view which disassembled an ultrasonic cleaning apparatus into parts. 超音波洗浄装置の特徴部分を説明した断面図である。It is sectional drawing explaining the characteristic part of the ultrasonic cleaning apparatus. 超音波洗浄装置の作用を説明した説明図である。It is explanatory drawing explaining the operation of the ultrasonic cleaning apparatus. 洗浄液の流れを取り出して説明した説明図である。It is explanatory drawing which took out and explained the flow of the cleaning liquid. 実施例2の超音波部位画像である。(a)は超音波印加ONであり、(b)は超音波印加OFFである。It is an ultrasonic part image of Example 2. (A) is ultrasonic wave application ON, and (b) is ultrasonic wave application OFF.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。以下の実施例では、半導体ウェハを含む被洗浄物(ワーク)の洗浄に本発明の超音波洗浄装置Dを適用する場合を想定して説明するが、これに限定されるものではなく、本発明は、例えば、NCフライス盤、マシニングセンタを含む工作機械のカッターとワークの冷却及び摩擦低減に使用するクーラントにも適用することで、ワーク切削面の平滑化に寄与すると共に、洗浄にも適用できる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following examples, the case where the ultrasonic cleaning device D of the present invention is applied to the cleaning of the object to be cleaned (work) including the semiconductor wafer will be described, but the present invention is not limited thereto. For example, by applying it to a coolant used for cooling and reducing friction of a cutter and a work of a machine tool including an NC milling machine and a machining center, it contributes to smoothing of the work cutting surface and can also be applied to cleaning.

(構成)
まず、図1~図3を用いて、実施例の超音波洗浄装置Dの構成について説明する。超音波洗浄装置Dは、頂部に噴射口11が形成された円錐形のノズル1と、ノズル1が設置されるハウジング2と、ノズル1の噴射口11に対向してハウジング2に設置される円板形の超音波素子3と、ハウジング2に形成される、超音波素子3へ洗浄液を供給するための供給路4であって、超音波素子3の周囲に形成されたドーナツ形供給路42と、ドーナツ形供給路42の上流側に繋がる接続路41と、を有する、供給路4と、を備えている。なお、洗浄液としては、水や機械油などを用いることができる。
(Constitution)
First, the configuration of the ultrasonic cleaning device D of the embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 3. The ultrasonic cleaning device D includes a conical nozzle 1 having an injection port 11 formed at the top, a housing 2 in which the nozzle 1 is installed, and a circle installed in the housing 2 facing the injection port 11 of the nozzle 1. A plate-shaped ultrasonic element 3 and a donut-shaped supply path 42 formed in the housing 2 for supplying a cleaning liquid to the ultrasonic element 3 and formed around the ultrasonic element 3. , A supply path 4 having a connection path 41 connected to the upstream side of the donut-shaped supply path 42. As the cleaning liquid, water, machine oil, or the like can be used.

そして、超音波洗浄装置Dには、図1に示すように、超音波素子3に接続される電源ケーブル70と、供給路4の接続路41に接続される給液アダプタ(ロックライン)80と、が外部から接続されている。すなわち、超音波素子3には、電源ケーブル70を通じて電気が供給されている。さらに、供給路4には、給液アダプタ80を通じて洗浄液が供給されている。なお、給液アダプタ80の上流側には、図示しないが、ポンプ、バルブ等が配置されている。加えて、本実施例の超音波洗浄装置Dは、図示しない、保持アーム(好ましくはロボットアーム)によって保持されており、3次元(XYZ方向)に自在に方向付けることができるようになっている。 Then, as shown in FIG. 1, the ultrasonic cleaning device D includes a power cable 70 connected to the ultrasonic element 3 and a liquid supply adapter (lock line) 80 connected to the connection path 41 of the supply path 4. , Is connected from the outside. That is, electricity is supplied to the ultrasonic element 3 through the power cable 70. Further, the cleaning liquid is supplied to the supply path 4 through the liquid supply adapter 80. Although not shown, a pump, a valve, and the like are arranged on the upstream side of the liquid supply adapter 80. In addition, the ultrasonic cleaning device D of the present embodiment is held by a holding arm (preferably a robot arm) (not shown), and can be freely oriented in three dimensions (XYZ directions). ..

ノズル1は、図1、図2に示すように、全体として円錐形とされ、先端部(頂部)には噴射口11が開口されている。ノズル1の内面には、後述する超音波素子3によって振動が伝搬された洗浄液が図中で下方から噴射されて、先端部に向かって収束されつつ、速度も増加されて噴射口11から直線状に噴射される。そのため、円錐形のノズル1の頂角θaは、図3に示すように、反射波を防止するために45度以下にされるが、さらに言うと出力を安定させるために30度以下にされていることが好ましい。
θa<30(度)
As shown in FIGS. 1 and 2, the nozzle 1 has a conical shape as a whole, and the injection port 11 is opened at the tip (top). On the inner surface of the nozzle 1, the cleaning liquid whose vibration is propagated by the ultrasonic element 3 described later is ejected from below in the drawing, and while converging toward the tip portion, the speed is also increased and the nozzle 1 is linear. Is sprayed on. Therefore, as shown in FIG. 3, the apex angle θa of the conical nozzle 1 is set to 45 degrees or less in order to prevent reflected waves, but more specifically, it is set to 30 degrees or less in order to stabilize the output. It is preferable to have.
θa <30 (degrees)

ハウジング2は、図1、図2に示すように、上ハウジング21と、中ハウジング22と、下ハウジング23と、から構成されており、4本の固定ネジ61、・・・によって締め付け固定されている。この上ハウジング21と中ハウジング22の間には、パッキン51を介在させてノズル1が嵌め込まれている。さらに、上ハウジング21と中ハウジング22には、後述するように洗浄液の供給路4(41、42)が設けられている。 As shown in FIGS. 1 and 2, the housing 2 is composed of an upper housing 21, a middle housing 22, and a lower housing 23, and is fastened and fixed by four fixing screws 61, ... There is. Further, the nozzle 1 is fitted between the upper housing 21 and the middle housing 22 with a packing 51 interposed therebetween. Further, the upper housing 21 and the middle housing 22 are provided with cleaning liquid supply paths 4 (41, 42) as described later.

そして、中ハウジング22と下ハウジング23の間には、パッキン52、53を介在させて超音波素子3(及びそれと一体の電源ケーブル70)が設置されている。すなわち、超音波素子3は、ノズル1と対向する姿勢(すなわち、ノズル1の軸線と、超音波素子3の法線方向が一致し、かつ、中心も一致した状態)で、パッキン52、53に挟まれて保持されている。 An ultrasonic element 3 (and a power cable 70 integrated with the packing 52 and 53) is installed between the middle housing 22 and the lower housing 23 with the packings 52 and 53 interposed therebetween. That is, the ultrasonic element 3 is attached to the packings 52 and 53 in a posture facing the nozzle 1 (that is, a state in which the axis of the nozzle 1 and the normal direction of the ultrasonic element 3 coincide with each other and the center also coincides). It is sandwiched and held.

超音波素子3は、円板形(円盤形)の圧電素子(ピエゾ素子)であり、圧電体を電極で挟んだ構造となっている。そして、超音波素子3は、高周波電源から電圧が印加されると、圧電効果によって振動するようになっている。この超音波素子3は、周囲のドーナツ形供給路42から給液された洗浄液と接触しているため、洗浄液に振動が伝搬されつつ、ノズル1の先端の噴射口11から排出(噴射)されることになる。 The ultrasonic element 3 is a disk-shaped (disc-shaped) piezoelectric element (piezo element), and has a structure in which a piezoelectric body is sandwiched between electrodes. When a voltage is applied from the high frequency power source, the ultrasonic element 3 vibrates due to the piezoelectric effect. Since the ultrasonic element 3 is in contact with the cleaning liquid supplied from the surrounding donut-shaped supply passage 42, the vibration is propagated to the cleaning liquid and discharged (injected) from the injection port 11 at the tip of the nozzle 1. It will be.

供給路4は、ハウジング2に形成されものであり、超音波素子3へ洗浄液を供給するための供給路4である。供給路4は、超音波素子の周囲に形成されたドーナツ形供給路42と、ドーナツ形供給路42の上流側に繋がる接続路41と、を有している。このうち、ドーナツ形供給路42は、円板形の超音波素子3の周囲を取り囲む形状となっており、周囲から均等に超音波素子3に洗浄液を供給するようになっている。 The supply path 4 is formed in the housing 2 and is a supply path 4 for supplying the cleaning liquid to the ultrasonic element 3. The supply path 4 has a donut-shaped supply path 42 formed around the ultrasonic element and a connecting path 41 connected to the upstream side of the donut-shaped supply path 42. Of these, the donut-shaped supply path 42 has a shape that surrounds the periphery of the disk-shaped ultrasonic element 3, so that the cleaning liquid is evenly supplied to the ultrasonic element 3 from the periphery.

この際、ドーナツ形供給路42から超音波素子3へ洗浄液を供給する角度θbは、図3に示すように、気泡が部分的に溜まってしまうことを防止するために、超音波素子3の表面に対して80度以上とされることが好ましい。
θb>80(度)
At this time, the angle θb for supplying the cleaning liquid from the donut-shaped supply path 42 to the ultrasonic element 3 is, as shown in FIG. 3, the surface of the ultrasonic element 3 in order to prevent bubbles from partially accumulating. It is preferably 80 degrees or more with respect to.
θb> 80 (degrees)

さらに言うと、後述するように流路断面積も段階的に絞られているため、洗浄液は所定の勢いをもって、超音波素子3に向かって噴出されることになる。 Furthermore, since the cross-sectional area of the flow path is also narrowed stepwise as described later, the cleaning liquid is ejected toward the ultrasonic element 3 with a predetermined force.

さらに、運転の初期段階で気泡をできるだけ早く排出させるために、ドーナツ形供給路42の流入断面積は、接続路41の断面積の80%以下とされるとともに、噴射口11の断面積は、ドーナツ形供給路42の流入断面積の80%以下とされることが好ましい。これを数式によって示すと、以下のようになる。
a×a×π×80% > bφ×π×bH×80% > c×c×π
ここにおいて、
a:接続路41の半径
bφ:超音波素子3の振動部分の直径
bH:ドーナツ形供給路の超音波素子3への流入高さ
c:噴射口の半径
Further, in order to discharge air bubbles as soon as possible in the initial stage of operation, the inflow cross-sectional area of the donut-shaped supply path 42 is set to 80% or less of the cross-sectional area of the connecting path 41, and the cross-sectional area of the injection port 11 is set to be 80% or less. It is preferably 80% or less of the inflow cross-sectional area of the donut-shaped supply path 42. This is expressed by a mathematical formula as follows.
a × a × π × 80% > bφ × π × bH × 80% > c × c × π
put it here,
a: Radius bφ of the connecting path 41: Diameter of the vibrating part of the ultrasonic element 3 bH: Inflow height of the donut-shaped supply path into the ultrasonic element 3 c: Radius of the injection port

そして、本実施例のドーナツ形供給路42には、接続路41に繋がる位置近傍に、バッフル板43が設置されている。すなわち、接続路41とドーナツ形供給路42に繋がる箇所には、接続路41の正面に、流れを遮る位置に接続路41の方向と直交するようにバッフル板43が直立設置されている。バッフル板43は、例えば四角形であるが、どのような形状であってもよい。 Then, in the donut-shaped supply path 42 of this embodiment, a baffle plate 43 is installed near a position connected to the connection path 41. That is, at a position connecting the connecting path 41 and the donut-shaped supply path 42, a baffle plate 43 is installed upright in front of the connecting path 41 at a position blocking the flow so as to be orthogonal to the direction of the connecting path 41. The baffle plate 43 is, for example, a quadrangle, but may have any shape.

(作用)
次に、図4、図5を用いて、超音波洗浄装置Dの作用について説明する。超音波洗浄装置Dには、図4に示すように、給液アダプタ80を通じて洗浄液が圧送されて流入し、ハウジング2内部の供給路4を通じて超音波素子3に給液されて、ノズル1を通じて外部に放出される。一方、超音波素子3には、電源ケーブル70を通じて高周波電圧が印加されるため、超音波素子3は、所定の振動数で振動している。
(Action)
Next, the operation of the ultrasonic cleaning device D will be described with reference to FIGS. 4 and 5. As shown in FIG. 4, the cleaning liquid is pressure-fed and flows into the ultrasonic cleaning device D through the liquid supply adapter 80, is supplied to the ultrasonic element 3 through the supply path 4 inside the housing 2, and is external to the outside through the nozzle 1. Is released to. On the other hand, since a high frequency voltage is applied to the ultrasonic element 3 through the power cable 70, the ultrasonic element 3 vibrates at a predetermined frequency.

具体的に言えば、図5に示すように、接続路41を通ってドーナツ形供給路42に流入する洗浄液は、バッフル板43によって流れを遮られて、周囲に均等に分配されるようになっている。そして、ドーナツ形供給路42から超音波素子3に向かって、所定の角度をもって(図中)斜め下向きに洗浄液が周囲から中心に向かって均等に噴射される。 Specifically, as shown in FIG. 5, the cleaning liquid flowing into the donut-shaped supply path 42 through the connecting path 41 is blocked by the baffle plate 43 and is evenly distributed to the surroundings. ing. Then, the cleaning liquid is evenly sprayed from the periphery toward the center diagonally downward (in the figure) at a predetermined angle from the donut-shaped supply path 42 toward the ultrasonic element 3.

そうすると、洗浄液に超音波素子3から振動が伝搬される。特に、運転の初期段階においては、空間に残った空気(気泡)が、ドーナツ形供給路42を通じて周囲から均等に供給される洗浄液によって押し出される。この後、洗浄液は、ノズル1の内面に接触しながら、頂部に設けた噴射口11を通じて直線状に外部に噴射される。したがって、振動が伝搬された洗浄液によって、被洗浄物(ワーク)を洗浄することができる。 Then, the vibration is propagated from the ultrasonic element 3 to the cleaning liquid. In particular, in the initial stage of operation, the air (air bubbles) remaining in the space is pushed out by the cleaning liquid evenly supplied from the surroundings through the donut-shaped supply path 42. After that, the cleaning liquid is linearly ejected to the outside through the injection port 11 provided at the top while contacting the inner surface of the nozzle 1. Therefore, the object to be cleaned (work) can be cleaned by the cleaning liquid to which the vibration is propagated.

(効果)
次に、超音波洗浄装置Dの奏する効果を列挙して説明する。
(effect)
Next, the effects of the ultrasonic cleaning device D will be listed and described.

(1)上述してきたように、超音波洗浄装置Dは、頂部に噴射口11が形成された円錐形のノズル1と、ノズル1が設置されるハウジング2と、ノズル1の噴射口11に対向してハウジング2に設置される円板形の超音波素子3と、ハウジング2に形成される、超音波素子3へ洗浄液を供給するための供給路4であって、超音波素子の周囲に形成されたドーナツ形供給路42と、ドーナツ形供給路42の上流側に繋がる接続路41と、を有する、供給路4と、を備えている。このような構成であれば、ドーナツ形供給路42を通じて、洗浄液を超音波素子3に均等に供給して気泡を追い出すことができるため、超音波素子3の温度上昇を抑制し、かつ、超音波の伝播効率のよい超音波洗浄装置Dとなる。 (1) As described above, the ultrasonic cleaning device D faces the conical nozzle 1 having the injection port 11 formed at the top, the housing 2 in which the nozzle 1 is installed, and the injection port 11 of the nozzle 1. A disk-shaped ultrasonic element 3 installed in the housing 2 and a supply path 4 formed in the housing 2 for supplying the cleaning liquid to the ultrasonic element 3 and formed around the ultrasonic element. It is provided with a supply path 4 having a donut-shaped supply path 42 and a connecting path 41 connected to the upstream side of the donut-shaped supply path 42. With such a configuration, the cleaning liquid can be evenly supplied to the ultrasonic element 3 through the donut-shaped supply path 42 to expel air bubbles, so that the temperature rise of the ultrasonic element 3 can be suppressed and the ultrasonic wave can be obtained. This is an ultrasonic cleaning device D with good propagation efficiency.

つまり、超音波素子3は、60度以上の温度になると使用できなくなる。そのため、特に運転初期には、気泡を残さないように運転する必要がある。そこで、超音波素子3の周囲にドーナツ形供給路42を形成して全方位から洗浄液を供給すれば、気泡が偏ることなく、気泡を追い出すことができる。 That is, the ultrasonic element 3 cannot be used when the temperature reaches 60 degrees or higher. Therefore, it is necessary to operate so as not to leave air bubbles, especially at the initial stage of operation. Therefore, if a donut-shaped supply path 42 is formed around the ultrasonic element 3 and the cleaning liquid is supplied from all directions, the bubbles can be expelled without being biased.

(2)また、円錐形のノズル1の頂角θaは、30度以下とされていることが好ましい。このように構成されることによって、ノズル1内面からの反射波を防止しつつ、出力を安定させることができる。 (2) Further, it is preferable that the apex angle θa of the conical nozzle 1 is 30 degrees or less. With such a configuration, it is possible to stabilize the output while preventing the reflected wave from the inner surface of the nozzle 1.

(3)さらに、ドーナツ形供給路42から超音波素子3へ洗浄液を供給する角度θbは、超音波素子3の表面に対して80度以上とされていることが好ましい。このように構成されることによって、洗浄液を超音波素子3の表面に向かって噴出させることで、気泡が部分的に溜まってしまうことを防止できる。 (3) Further, it is preferable that the angle θb for supplying the cleaning liquid from the donut-shaped supply path 42 to the ultrasonic element 3 is 80 degrees or more with respect to the surface of the ultrasonic element 3. With this configuration, it is possible to prevent air bubbles from partially accumulating by ejecting the cleaning liquid toward the surface of the ultrasonic element 3.

(4)また、ドーナツ形供給路42の流入断面積は、接続路41の断面積の80%以下とされるとともに、噴射口11の断面積は、ドーナツ形供給路42の流入断面積の80%以下とされることが好ましい。このように構成されることによって、運転の初期段階で気泡をできるだけ早く排出させることができる。 (4) Further, the inflow cross-sectional area of the donut-shaped supply path 42 is 80% or less of the cross-sectional area of the connecting path 41, and the cross-sectional area of the injection port 11 is 80 of the inflow cross-sectional area of the donut-shaped supply path 42. % Or less is preferable. With this configuration, air bubbles can be discharged as soon as possible in the initial stage of operation.

(5)さらに、ドーナツ形供給路42には、接続路41に繋がる位置近傍に、バッフル板43が設置されていることが好ましい。このようにバッフル板43が設置されていれば、接続路41からドーナツ形供給路42に、洗浄液を全周均等に分配できるようになる。 (5) Further, in the donut-shaped supply path 42, it is preferable that the baffle plate 43 is installed in the vicinity of the position connected to the connecting path 41. If the baffle plate 43 is installed in this way, the cleaning liquid can be evenly distributed over the entire circumference from the connecting path 41 to the donut-shaped supply path 42.

(実験について)
次に、「切削用クーラントへの超音波印加による切削表面の差異」についての実験について説明する。
(About the experiment)
Next, an experiment on "differences in the cutting surface due to application of ultrasonic waves to the cutting coolant" will be described.

(テーマ)
全方位射出可能な超音波ヘッドによるNCフライスへの応用
(theme)
Application to NC milling cutter with ultrasonic head capable of omnidirectional injection

(概要)
実験用として開発した上下左右、全方位射出方向を設定可能とした超音波ノズルを作成し、これを用いたNCフライスの切削用クーラントに超音波を印加し、切削表面の面粗さを測定する。
(Overview)
We created an ultrasonic nozzle developed for experiments that can set the up, down, left, right, and omnidirectional injection directions, and applied ultrasonic waves to the cutting coolant of NC milling cutters using this to measure the surface roughness of the cutting surface. ..

(目的)
超音波印加したラントによる切削が超音波を印加しないクーラントを用いたものに比べ切削面の粗さに優位性があった場合、NCフライスに限らず、旋盤等への応用により切削加工工程全般においての精度の向上が考えられる。
(Purpose)
When cutting with a runt to which ultrasonic waves are applied has an advantage in the roughness of the cutting surface compared to the one using a coolant to which ultrasonic waves are not applied, it is not limited to NC milling cutters, but can be applied to lathes, etc. in the entire cutting process. It is possible to improve the accuracy of.

(実験条件)
切削素材・・・A5052
切削刃物・・・φ10mm フラットエンドミル(超硬)
NC制御・・・主軸回転数S4500 F1000 深さ0.1mm
クーラント ・・・シャル トナ S3 M 68(鉱物油)
超音波周波数・・・1.6MHz 15W(開発全方位ノズルセット)
検査機器・・・キーエンスWI-5000 白色干渉3D変位計
(Experimental conditions)
Cutting material ・ ・ ・ A5052
Cutting blade ・ ・ ・ φ10mm flat end mill (carbide)
NC control: Spindle speed S4500 F1000 Depth 0.1mm
Coolant ・ ・ ・ Chartona S3 M 68 (mineral oil)
Ultrasonic frequency ・ ・ ・ 1.6MHz 15W (developed omnidirectional nozzle set)
Inspection equipment ・ ・ ・ KEYENCE WI-5000 White Interference 3D Displacement Meter

(実験結果)
図6(a)、(b)に、実験体画像を示す。計測方法は、超音波ON、OFFで、中心位置切削方向へピッチ1mmで3点計測した。図6(a)は計測部位画像(超音波印加ON)であり、図6(b)は計測部位画像(超音波印加OFF)である。
(Experimental result)
6 (a) and 6 (b) show experimental body images. As a measuring method, ultrasonic waves were turned on and off, and three points were measured at a pitch of 1 mm in the cutting direction at the center position. FIG. 6A is a measurement site image (ultrasonic wave application ON), and FIG. 6B is a measurement site image (ultrasonic wave application OFF).

(考察)
超音波洗浄装置D(超音波ヘッド)を工作機械(例えば、NCフライス盤、マシニングセンタを含む)のクーラントとして適用した場合、全体として超音波印加による優位性が見えたと考えられる。
(Discussion)
When the ultrasonic cleaning device D (ultrasonic head) is applied as a coolant for machine tools (including, for example, NC milling machines and machining centers), it is considered that the superiority of ultrasonic application is seen as a whole.

このように、本実施例では、
頂部に噴射口が形成された円錐形のノズルと、
前記ノズルが設置されるハウジングと、
前記ノズルの噴射口に対向して前記ハウジングに設置される円板形の超音波素子と、
前記ハウジングに形成される、前記超音波素子へクーラントを供給するための供給路であって、前記超音波素子の周囲に形成されたドーナツ形供給路と、前記ドーナツ形供給路の上流側に繋がる接続路と、を有する、供給路と、
を備える、超音波クーラント供給装置、
によれば、工作機械による加工精度の向上、という効果が確認された。
Thus, in this embodiment,
A conical nozzle with an injection port on the top,
The housing in which the nozzle is installed and
A disk-shaped ultrasonic element installed in the housing facing the injection port of the nozzle,
A supply path formed in the housing for supplying coolant to the ultrasonic element, which is connected to a donut-shaped supply path formed around the ultrasonic element and an upstream side of the donut-shaped supply path. With a connecting path, with a supply path,
Equipped with ultrasonic coolant supply device,
According to the report, the effect of improving the machining accuracy by the machine tool was confirmed.

以上、図面を参照して、本発明の実施例を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施例に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to this embodiment, and design changes to the extent that the gist of the present invention is not deviated are made in the present invention. included.

例えば、実施例では詳述しなかったが、超音波洗浄装置Dの運転の初期段階では、洗浄液によって気泡を追い出す準備工程を備え、所定の時間経過後に、超音波素子3に高周波電圧を印加するようにすることが好ましい。このようにすることで、超音波素子3表面に気泡が残って温度上昇することを防止できる。つまり、洗浄液は、超音波素子3のクーラント(冷却液)としての機能も有している。 For example, although not described in detail in the examples, in the initial stage of operation of the ultrasonic cleaning device D, a preparatory step of expelling air bubbles by a cleaning liquid is provided, and a high frequency voltage is applied to the ultrasonic element 3 after a predetermined time has elapsed. It is preferable to do so. By doing so, it is possible to prevent bubbles from remaining on the surface of the ultrasonic element 3 and raising the temperature. That is, the cleaning liquid also has a function as a coolant (coolant) of the ultrasonic element 3.

D 超音波洗浄装置
1 ノズル
11 噴射口
2 ハウジング
21 上ハウジング
22 中ハウジング
23 下ハウジング
3 超音波素子
4 供給路
41 接続路
42 ドーナツ形供給路
51~53 パッキン
61 固定ネジ
70 電源ケーブル
80 給液アダプタ
D Ultrasonic cleaning device 1 Nozzle 11 Injection port 2 Housing 21 Upper housing 22 Middle housing 23 Lower housing 3 Ultrasonic element 4 Supply path 41 Connection path 42 Donut-shaped supply path 51 to 53 Packing 61 Fixing screw 70 Power cable 80 Liquid supply adapter

Claims (5)

頂部に噴射口が形成された円錐形のノズルと、
前記ノズルが設置されるハウジングと、
前記ノズルの噴射口に対向して前記ハウジングに設置される円板形の超音波素子と、
前記ハウジングに形成される、前記超音波素子へ洗浄液を供給するための供給路であって、前記超音波素子の周囲に形成されたドーナツ形供給路と、前記ドーナツ形供給路の上流側に繋がる接続路と、を有する、供給路と、
を備える、超音波洗浄装置。
A conical nozzle with an injection port on the top,
The housing in which the nozzle is installed and
A disk-shaped ultrasonic element installed in the housing facing the injection port of the nozzle,
A supply path formed in the housing for supplying the cleaning liquid to the ultrasonic element, which is connected to the donut-shaped supply path formed around the ultrasonic element and the upstream side of the donut-shaped supply path. With a connecting path, with a supply path,
Equipped with an ultrasonic cleaning device.
円錐形の前記ノズルの頂角は、30度以下とされている、請求項1に記載された、超音波洗浄装置。 The ultrasonic cleaning device according to claim 1, wherein the apex angle of the conical nozzle is 30 degrees or less. 前記ドーナツ形供給路から前記超音波素子へ洗浄液を供給する角度は、前記超音波素子の表面に対して80度以上とされている、請求項1又は請求項2に記載された、超音波洗浄装置。 The ultrasonic cleaning according to claim 1 or 2, wherein the angle at which the cleaning liquid is supplied from the donut-shaped supply path to the ultrasonic element is 80 degrees or more with respect to the surface of the ultrasonic element. Device. 前記ドーナツ形供給路の流入断面積は、前記接続路の断面積の80%以下とされるとともに、前記噴射口の断面積は、前記ドーナツ形供給路の流入断面積の80%以下とされる、請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載された、超音波洗浄装置。 The inflow cross-section of the donut-shaped supply path is 80% or less of the cross-sectional area of the connecting path, and the cross-sectional area of the injection port is 80% or less of the inflow cross-section of the donut-shaped supply path. , The ultrasonic cleaning apparatus according to any one of claims 1 to 3. 前記ドーナツ形供給路には、前記接続路に繋がる位置近傍に、バッフル板が設置されている、請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載された、超音波洗浄装置。 The ultrasonic cleaning device according to any one of claims 1 to 4, wherein a baffle plate is installed in the vicinity of a position connected to the connection path in the donut-shaped supply path.
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