JP7282472B2 - 超音波シャワー洗浄装置 - Google Patents

Description

本発明は、洗浄液に超音波振動を印加して洗浄する流水式スポットシャワー型又は流水式ラインシャワー型の超音波シャワー洗浄装置に関し、特に、超音波振動を効率よく流路の洗浄液に印加して、洗浄液を拡散させることなく被洗浄物にスポット状、ライン状に照射可能な超音波シャワー洗浄装置に関する。

従来、超音波洗浄装置は、洗浄槽の下面に超音波振動子を取り付け、洗浄液を洗浄槽に供給して、洗浄槽に被洗浄物を浸漬して、超音波振動を洗浄槽の下面から印加して洗浄を行うのが一般的である。

また、液晶パネルや半導体ウェーハ等の洗浄には、洗浄液に超音波振動を印加し、超音波振動を印加した洗浄液をシャワー状に噴出させ、これらの被洗浄物を超音波洗浄するシャワー型超音波洗浄装置が知られている。

例えば、特許文献１には、ノズル先端から被洗浄物までの距離調整を厳密に必要としない、設置調整が容易なスポットシャワー型超音波洗浄装置が開示されている。スポットシャワー型超音波洗浄装置は、ノズルから超音波が印加された洗浄液を被洗浄物に噴出することで、パーティクルなどの汚れを除去するものである。

特許文献１によれば、スポットシャワー型超音波洗浄装置は、筐体の先端部に取り付けられたノズルと、ノズルの後端部に対向して配置された円板状の超音波振動子と、筐体の側面に形成された洗浄液の給液口とを有し、ノズルの吐出孔を直径が一定の直線状丸孔に形成している。

給液口から供給された洗浄液に超音波振動子から放射された超音波を印加してノズルの先端から洗浄液を噴射してノズルの前方に配置された被洗浄物を洗浄する。これにより、ノズルから放射される超音波が焦点を形成しないため、被洗浄物からノズル先端までの距離を厳密に調整する必要性がない。

また、特許文献２には、液体を容器の吐出口から流出させて被洗浄部位と接触させることで超音波の伝播路を形成し、生体などの被洗浄部位を超音波振動で洗浄するようにしたノズルシャワー式の超音波洗浄装置が開示されている。

特許文献２によれば、ノズルシャワー式の超音波洗浄装置は、一端部側に超音波振動子が取付けられ、他端部側の端面が超音波放射面となる超音波伝達体を、超音波放射面の近傍で、弾性体から成るＯリングなどの保持部材によってハウジングの内周面に気密に保持固定する。したがって、保持部材によって放射面の側面での超音波振動を抑制しないようにしつつ、超音波伝達体の保持を可能としたものである。また、超音波伝達体の側面や超音波振動子の部分が液体と接触することを防止でき、高効率化を図っている。

また、特許文献２には従来技術として同文献の図１２に振動伝達体がケーシングの外部に露出している超音波洗浄装置が開示されている。この従来技術は、同文献の段落「０００７」にも記載されているように、容器中の水に浸した被洗浄物の被洗浄部位に超音波洗浄装置の振動面を直接接触させて、数十ｋＨｚ程度の超音波の振動エネルギによって、汚れを除去している。即ち、この従来技術では、スポットシャワー型超音波洗浄装置と異なり、超音波振動を行っている振動面を被洗浄部位に直接接触させて洗浄を行っている。

また、特許文献３には、洗浄液が流れる流路の一部をなす先細り形状の空洞部を有し、空洞部内の洗浄液を吐出する吐出口を空洞部の先端に有するノズル本体と、超音波振動子の前端面に密着固定され、耐薬品性の非金属無機材料から構成され、かつ、空洞部の内部空間の半分以上の容積を占有する振動体とを備え、振動体の外表面と空洞部の内壁面との隙間を介して、洗浄液が流れるように構成した流水式超音波洗浄機ノズルが開示されている。

特許文献３によれば、流水式超音波洗浄機では、振動体の外表面と空洞部の内壁面との隙間を介して流れる洗浄液が吐出口から流水として吐出され、吐出の際に、超音波振動子及び振動体によって洗浄液に超音波が重畳される。この場合、振動体によって、空洞部の内部空間の大部分があらかじめ埋められている。また、超音波振動子に密着固定された振動体は振動時に負荷となるため、空洞部内が洗浄液で満たされていない状態でも、短時間であれば空焚きを許容することができる。

また、振動体を内蔵した他の従来の流水式超音波洗浄装置が知られている。図７は、振動体を内蔵した従来の流水式超音波洗浄装置の構成を示す断面図である。

図７に示すように、流水式超音波洗浄装置８０は、筐体８１と、筐体８１の内部に収納されている振動体８４と、振動体８４の一方の面に設けられた超音波振動子８８と、洗浄液７５を供給する給液口８２と、流路９４の一部を構成するノズル部９０とを有している。ノズル部９０は、振動体８４とともに流路９４を構成する。即ち、ノズル部９０は、その内側にノズル内壁９１を備え、振動体８４は、洗浄液７５の接触面である外周面８７を備え、これらノズル内壁９１と外周面８７により流路を構成し、給液口８２からの洗浄液７５は流路９４を介して、ノズル内壁９１の先端の吐出口９２から吐出される。

図７の流水式超音波洗浄装置８０は、断面図で示しているが、この場合、スポット状に洗浄液を吐出するスポットシャワー型の流水式超音波洗浄装置として構成する場合の他、ライン状に洗浄液を吐出するラインシャワー型流水式超音波洗浄装置として構成することも可能である。

図７に示すように、振動体８４の先端部８５に位置し、洗浄液に超音波振動を印加して吐出する振動面８６は、吐出口９２を形成するノズル内壁９１よりも筐体８１の内部側に設けられている。また、特許文献３に開示された流水式超音波洗浄機は、振動体の外表面と空洞部の内壁面との隙間を介して流れる洗浄液に超音波が重畳されて、洗浄液が吐出口から流水として吐出される。洗浄液が吐出される吐出口は、ノズル本体の先端に設けられている。

このように、図７及び特許文献３に示すように、従来の流水式超音波洗浄装置は、振動体とノズル本体の空洞部とで流路を形成したり、ノズル部９０のノズル内壁９１と振動体８４の外周面８７とで流路を形成して、流路からの洗浄液が振動体の先端部に流れて、振動体の先端部の振動面からの洗浄液が吐出口から吐出される。

特許第３２５６１９８号 特許第３９３８１２９号 特許第６５０７３５８号

図７に示す従来の流水式超音波洗浄装置８０は、ノズル部９０のノズル内壁９１と振動体８４の外周面８７の隙間が流路９４を形成しているため、振動体８４によって洗浄液７５に印加した超音波振動が、洗浄液７５を介してノズル内壁９１に伝搬してしまう。

これにより、振動体８４の振動面８６よって洗浄液７５に印加した超音波振動がノズル内壁９１に伝搬して減衰してしまい、洗浄液７５が減衰した状態で吐出口９２から被洗浄物７７に放出されてしまう。このため、超音波振動が重畳される洗浄液の音圧が低下し、被洗浄物への洗浄作用を弱めてしまう。

また、洗浄液７５がノズル内壁９１を伝って流れることにより、振動体８４の先端部８５の表面や近傍に気泡が溜まることがある。振動体８４の表面に気泡が溜まることにより振動体８４が空焚き状態となり、超音波振動子８８が故障する可能性がある。

また、ノズル部９０の先端部分の吐出口９２の広さによって、以下に示す不具合が発生していた。例えば、吐出口９２が広い場合には、吐出する洗浄液７５の径や幅が広がることにより振動体８４から洗浄液７５に伝搬した超音波振動が拡散して、超音波振動の音圧が減衰する。

さらに、吐出口９２が広いため、吐出する洗浄液に拡散、むら等が発生し、これらの乱れを整流するために多くの洗浄液を供給する必要があり、洗浄液の給水量が多くなり、このため多量の洗浄液を消費する。

一方、吐出口９２が狭い場合には、超音波振動が印加された洗浄液が通過しにくくなるため、結果として超音波振動が弱くなり、被洗浄物への洗浄効果が低下する。

そこで、本発明の超音波シャワー洗浄装置は、発明者らが上記課題を解決すべく、試行錯誤の結果、想起するに至ったものであり、振動体を流路の内部から連続して吐出口の外部に突出するように設けて、吐出口付近のノズル内壁に超音波振動が伝搬することを抑制して、超音波振動の減衰を少なくし、照射する洗浄液の音圧を高くすることができ、かつ、振動体の表面に気泡が溜まりにくいことを可能にしたものである。

従って、本発明の流水式スポットシャワー型又は流水式ラインシャワー型の超音波シャワー洗浄装置は、振動体は流路の内部から連続して吐出口の外部に突出するように設けて、超音波振動を効率よく流路の洗浄液に印加して、洗浄液を拡散させることなく被洗浄物にスポット状、ライン状に照射可能な超音波シャワー洗浄装置を提供することを目的とする。

上記目標達成のため、本発明に係る超音波シャワー洗浄装置は、超音波振動が印加された洗浄液を介して被洗浄物を洗浄する流水式スポットシャワー型の超音波シャワー洗浄装置であって、前記洗浄液が供給される給液口、当該給液口から連続する前記洗浄液が流れる流路、当該流路の一部を構成して前記洗浄液に超音波振動を印加する振動体、前記流路から前記洗浄液が吐出される吐出口を備え、前記振動体は前記流路の内部から連続して前記吐出口の外部に突出し、かつ、当該吐出口から外部に突出した先端に縦振動する振動面を有し、前記洗浄液は前記吐出口から前記振動体の外周に沿って接触して流れ、前記振動面で超音波振動が印加されて、当該振動面と垂直を成す方向に流れる（ただし、前記振動体と前記被洗浄物との間が液密状態となる場合を除く。）ことを特徴とする。

また、本発明に係る超音波シャワー洗浄装置は、超音波振動が印加された洗浄液を介して被洗浄物を洗浄する流水式ラインシャワー型の超音波シャワー洗浄装置であって、前記洗浄液が供給される給液口、当該給液口から連続する前記洗浄液が流れる流路、当該流路の一部を構成して前記洗浄液に超音波振動を印加する振動体、前記流路から前記洗浄液が吐出される吐出口を備え、前記振動体は前記流路の内部から連続して前記吐出口の外部に突出し、かつ、当該吐出口から外部に突出した先端に縦振動する振動面を有し、前記洗浄液は前記吐出口から前記振動体の外周に沿って接触して流れ、前記振動面で超音波振動が印加されて、当該振動面と垂直を成す方向に流れる（ただし、前記振動体と前記被洗浄物との間が液密状態となる場合を除く。）ことを特徴とする。

また、本発明の前記吐出口は、スポット状に構成され、前記振動体は、前記吐出口の内周面から所定の距離を離間して当該吐出口から外部に突出するように配され、前記内周面と前記振動体との間が前記流路となることを特徴とする。

また、本発明の前記吐出口は、矩形状に構成され、前記振動体は、前記吐出口の長手方向を構成する各々の内面から所定の距離を離間して当該吐出口から外部に突出するように配され、前記各々の内面と前記振動体との間が前記流路となることを特徴とする。

本発明の流水式スポットシャワー型又は流水式ラインシャワー型の超音波シャワー洗浄装置によれば、振動体を流路の内部から連続して吐出口の外部に突出するように設けることにより、吐出口付近のノズル内壁に超音波振動が伝搬することを抑制できるため、超音波振動の減衰を少なくし、照射する洗浄液の音圧を高くすることができ、かつ、振動体の表面に気泡が溜まりにくいことを可能にしたものである。これにより、超音波振動を効率よく流路の洗浄液に印加して、洗浄液を拡散させることなく被洗浄物にスポット状、ライン状に照射可能である。

即ち、本発明に係る流水式スポットシャワー型又は流水式ラインシャワー型の超音波シャワー洗浄装置は、振動体が流路の内部から連続して吐出口の外部に突出するように設け、振動体先端側のノズル部のノズル内壁である内周面を減らし、吐出口までの内周面と振動体の外周面で形成される隙間の流路の長さを短くしたものである。これにより、ノズル内壁の内周面の吐出口までの流路が短くなり、さらに、振動体は吐出口の外部に突出し、吐出口から振動体の外周に沿って洗浄液が接触して流れることにより、振動体によって洗浄液に重畳した超音波振動が吐出口の内周面に伝搬することが少なくなり、伝搬する超音波振動の減衰を減らすことができる。これにより、吐出される洗浄液の音圧を強くすることができるため、洗浄効果を上げることができる。

また、従来の超音波シャワー洗浄装置は、振動体の外周面とノズル本体の内壁面との隙間の流路を洗浄液が流れて吐出口から洗浄液が吐出されるため、狭い流路を流れる洗浄液の流速が早くなり、振動体の表面に気泡が溜まることがあった。これに対して、本発明の超音波シャワー洗浄装置は、振動体先端側のノズル内壁の内周面を減らすことにより、ノズル内壁と振動体の先端部に発生する気泡を減らすことができるため、振動体から洗浄液に伝搬した超音波振動が集中して音圧が高くなり、さらに、振動の伝搬を阻害する気泡が溜まりにくいため、空焚きの発生がなく、超音波振動子の故障を予防することができる。

また、本発明に係る流水式スポットシャワー型の超音波シャワー洗浄装置では、振動体は、吐出口の内周面から所定の距離を離間して吐出口から外部に突出するように配されており、これにより、振動体から洗浄液に伝搬した超音波振動が集中して吐出されるため、洗浄液の径が細くなり、さらに、音圧が高くなるため、洗浄効果を上げることができ、よりスポット的な洗浄効果が得られる。

また、本発明に係る流水式ラインシャワー型の超音波シャワー洗浄装置では、振動体が吐出口の長手方向を構成する各々の内面から所定の距離を離間して吐出口から外部に突出するように配されているため、振動体から洗浄液に伝搬した超音波振動が集中して吐出されるため、洗浄液のラインの幅が細くなり、さらに、音圧が高くなるため、洗浄効果を上げることができる。

また、本発明の流水式ラインシャワー型の超音波シャワー洗浄装置は、振動体が吐出口の長手方向を構成する各々の内面から所定の距離を離間して吐出口から外部に突出するように配されているため、気泡の発生が少なく、洗浄液を洗浄面に均一に照射できるため、各種サイズのガラス基板等の洗浄に好適である。

本発明による流水式スポットシャワー型超音波シャワー洗浄装置の構成を示す断面図である。 図１における洗浄液の流路及び先端部からの洗浄液の照射を示す図である。 流水式スポットシャワー型超音波シャワー洗浄装置を制御する洗浄システムの構成を示す図である。 振動体が吐出口の内部に収納されている状態と、振動体が吐出口の外部に突出した状態との吐出された洗浄液の径の大きさを模式的に表した図であり、（ａ）は振動体が吐出口の内部に収納されている状態の洗浄液の径の大きさであり、（ｂ）は、振動体が吐出口の外部に突出した状態の洗浄液の径の大きさである。 流水式スポットシャワー型超音波シャワー洗浄装置における洗浄液の吐出される洗浄液の音圧の大きさを測定した結果をグラフで示した図である。 本発明による流水式ラインシャワー型超音波シャワー洗浄装置の構成を示す断面図である。 振動体を内蔵した従来の流水式超音波洗浄装置の構成を示す断面図である。

以下、本発明による超音波シャワー洗浄装置を実施するための形態について、図面を参照して説明する。尚、本発明は、超音波振動を効率よく流路の洗浄液に印加して洗浄する超音波シャワー洗浄装置を提供するものであり、特に、洗浄液を拡散させることなく被洗浄物にスポット状、ライン状に強力な超音波振動のエネルギーを有する洗浄液を照射可能にしたものである。

［流水式スポットシャワー型超音波シャワー洗浄装置の構成］
最初に、洗浄液等の液体に超音波振動を印加して被洗浄物に吐出する流水式スポットシャワー型超音波シャワー洗浄装置の構成について図１を参照して説明する。図１は、本発明による流水式スポットシャワー型超音波シャワー洗浄装置の構成を示す断面図である。

図１に示すように、超音波シャワー洗浄装置１としての流水式スポットシャワー型超音波シャワー洗浄装置２は、筐体５と、筐体５の内部に設けられ、洗浄液７５（図２に示す。）に超音波振動を印加する振動体２０と、振動体２０に振動を付与する超音波振動子３８と、洗浄液７５を吐出する吐出口４７と、流路４８の一部を構成する整流部４０と、洗浄液７５を供給する給液口１６と、を有している。

流水式スポットシャワー型超音波シャワー洗浄装置２の筐体５は、略円筒状に形成され、その内部に振動体２０が収納、固定されている。筐体５の内部における図１の紙面の縦方向の中心付近の壁面には、振動体２０を固定する振動体保持部１０が、筐体５の内側に向けて段を成しリング状に突起した状態で設けられている。

筐体５の上部には、上蓋６が設けられている。また、筐体５の下部に位置する底部１４付近に、洗浄液７５を供給する給液口１６が設けられている。また、筐体５の底部１４の端面には、整流部４０が取り付けられている。

振動体２０は、洗浄液７５に超音波振動を印加し、超音波振動を印加した洗浄液７５を振動体２０における先端部３４の振動部３５から照射するものである。図１に示すように、振動体２０は、その上部に円柱形状を成す振動補助部２１と、振動補助部２１の下部に突起して設けられ、振動体２０を筐体５に固定するための鍔部２４と、鍔部２４の下部に設けられ、逆円錐台の形状を成す振動伝達部２８を有している。振動体２０は、金属系の材質から成り、例えばＳＵＳ、ステンレス、チタン等が用いられている。

振動補助部２１の上端２２には、超音波振動子３８が密着して取り付けられており、超音波振動子３８によって振動体２０に超音波振動が印加される。振動体２０の上端に位置する超音波振動子３８は、超音波発振器９６（図３に示す。）により高周波電力が供給されて励起し、振動体２０に超音波振動を発生させる。

超音波振動子３８は、ＢＬＴ（ボルト締めランジュバン振動子）又は板状でセラミックスの材質からなる圧電セラミックスが用いられている。超音波振動子３８は、振動体２０の上面にボルト締めまたは接着剤によって固定されている。超音波シャワー洗浄装置に使用可能な超音波振動子３８の周波数は、２０ＫＨｚから３ＭHｚであり、通常使用する周波数は、４０ＫＨｚから２００ＫＨｚの範囲である。

振動体２０の振動補助部２１は、上端に固着された超音波振動子３８からの超音波振動を鍔部２４まで伝搬し、鍔部２４で振動振幅の大きさが最小となるように設計されており、超音波振動の伝達を補助するものである。

振動体２０の鍔部２４は、振動補助部２１の下部において外側に向けて突起して設けられ、フランジ部を成す。振動体２０の鍔部２４は、振動体２０の振動振幅の大きさが最小の節の位置付近に設けられ、振動体２０の鍔部２４を筐体５の振動体保持部１０の上面１１に固定する。そのため、振動体保持部１０の先端面１２は、その上面１１が振動体２０の鍔部２４と連結される位置まで突出すれば足り、振動伝達部２８には接触しない。

振動体２０の鍔部２４と筐体５の振動体保持部１０とは、それぞれとの接触面を接着剤によって固定したり、鍔部２４に貫通孔を設け、振動体保持部１０にねじ穴を設けてボルトによって固定する。鍔部２４を振動体保持部１０に固定しても、振動体２０の超音波振動が拘束されることが少ないため、振動体２０の超音波振動は安定したものとなる。

また、振動体２０の鍔部２４と筐体５の振動体保持部１０との固定により洗浄液７５の流入が阻止され、振動体２０の振動補助部２１や超音波振動子３８が洗浄液７５と接触することがなく、故障を防止することができる。

鍔部２４の下部に設けられ、逆円錐台の形状を有する振動伝達部２８は、振動体２０が洗浄液７５に接する箇所であり、逆円錐台の外周面３２と、先端部３４を有している。外周面３２は、先端部３４に向かって徐々に先窄まっており、洗浄液７５が吐出口４７、先端部３４に向かって流れる流路４８を形成する。振動体２０の先端に位置する先端部３４は、底面視で円形をなし、縦振動する振動面３５を有し、外周面３２から流れる洗浄液７５に超音波振動を印加する。

振動伝達部２８における先端部３４の振動面３５は、流路４８の内部から連続して吐出口４７から外部に突出した位置に配され、かつ、超音波振動子３８からの振動振幅が大きくなる腹に相当する位置に設けられている。また、振動体２０の振動伝達部２８は、先端部３４に向かって徐々に形状が細くなっているため、超音波振動子３８からの振動が増幅されて先端部３４の振動面３５に伝搬する。これにより、洗浄液７５に強力な超音波振動を印加することができる。

筐体５の下部に位置する底部１４には、整流部４０が設けられている。整流部４０は、筐体５の下部に取り付けられ、給液口１６から供給される洗浄液７５を一時貯留し、振動体２０の外周面３２の上部に洗浄液７５を供給する。

整流部４０は、底部４１が円環板状の形状を成し、流水式スポットシャワー型超音波シャワー洗浄装置２の上部の方向に向いた（上蓋６の方向に向いた）一方の面４１ａには、突起部４２が形成されている。突起部４２は、円環板状の他方の面４１ｂの円孔の端から一方の面４１ａ側に向かって傾斜面４３が形成され、傾斜面４３によって形成される空間が、逆円錐台を成すように設けられている。突起部４２の傾斜面４３は、振動体２０の外周面３２の一部と隙間ができるように、突起部４２の断面は略台形形状に形成されている。

給液口１６から供給される洗浄液７５は、整流部４０における底部４１の一方の面４１ａ、底部４１の一方の面４１ａと垂直の面を成す外周面４５、突起部４２の上面４６及び傾斜面４３を流れる。これにより、突起部４２の外周面４５及び上面４６と、筐体５の下部の内周面１５及び振動体保持部１０の下面１３により流路４８が形成され、さらに、突起部４２の傾斜面４３と振動体２０における振動伝達部２８の外周面３２とにより流路４８が形成される。

また、図１に示すように、洗浄液７５を吐出する吐出口４７は、整流部４０における突起部４２の傾斜面４３と底部４１の他方の面４１ｂとの交差する傾斜面４３の下端側に位置する。即ち、吐出口４７は、傾斜面４３の下部の内周面４４に設けられている。

このように、整流部４０は、給液口１６から供給される洗浄液７５を整流部４０に設けられた突起部４２の上面４６からオーバーフローさせて洗浄液７５を振動体２０に供給するものであり、洗浄液７５が供給される給液口１６から連続して洗浄液７５が流れる流路４８の一部を構成している。

また、筐体５の底部１４に取り付けられた整流部４０は、給液口１６からの洗浄液７５を一時貯留して、整流部４０における突起部４２の上面４６から洗浄液７５をオーバーフローさせて整流し、均一な流れを形成して振動体２０に導出するための一時的な貯留溝としても作用する。

また、図１に示すように、振動体２０は、吐出口４７の内周面４４から所定の距離を離間して吐出口４７から外部に突出するように配されている。

このように、図１に振動体２０は、給液口１６から続く流路４８の内部から連続して吐出口４７の外部に突出して、洗浄液７５が振動体２０の突出方向に沿って流出するように設けられている。

［流水式スポットシャワー型超音波シャワー洗浄装置の洗浄液の流路］
次に、流水式スポットシャワー型超音波シャワー洗浄装置の洗浄液の流路及び先端部からの洗浄液の被洗浄物への照射について図２を参照して説明する。図２は、図１における洗浄液の流路及び先端部からの洗浄液の照射を示す図である。

図１及び図２に示すように、給液口１６から供給された洗浄液７５は、整流部４０の底部４１から筐体５の内周面１５と整流部４０における突起部４２の外周面４５との間の空間、並びに振動体保持部１０の下面１３と突起部４２の上面４６の成す空間を流れ、振動体２０の振動伝達部２８の上部に供給される。このように、整流部４０の突起部４２と、振動体保持部１０の下面１３及び筐体５の下端側の内周面１５との成す空間が洗浄液７５の流路４８の一部を形成している。

また、振動体２０の振動伝達部２８の上部に供給される洗浄液７５は、振動伝達部２８の外周面３２と整流部４０の内周面４４が構成する吐出口４７までの空間と、吐出口４７から突出している振動伝達部２８の先端部３４までの外周面３２を流れる。

このように、振動体２０の振動伝達部２８の外周面３２と整流部４０の内周面４４が構成する吐出口４７までの空間と、吐出口４７から振動伝達部２８の先端部３４までの外周面３２が流路４８の一部を形成する。

流路４８を流れて先端部３４に流れ込んだ洗浄液７５は、振動体２０における振動伝達部２８の振動面３５で超音波振動が印加されて、振動面３５と垂直を成す方向に照射される。振動面３５から吐出される洗浄液７５は、ビーム状の流線となって被洗浄物７７に照射される。そのため、吐出口４７と被洗浄物７７とは、洗浄液７５がビーム状の流線として被洗浄物７７に照射可能な距離離間していることを要するのは当然である。

流水式スポットシャワー型超音波シャワー洗浄装置２は、筐体５の図１及び図２における紙面の縦方向の中心軸が垂直になるように設置した場合に、振動体２０の鍔部２４の下部２５が振動体２０における洗浄液７５の流路４８の最高点の位置となるように、振動体２０が筐体５に取り付けられている。

図１及び図２に示すように、振動体２０は、整流部４０の内周面４４の吐出口４７の外部に突出して設けられており、洗浄液７５は鍔部２４の下面の流路４８から連続して吐出口４７の外部の振動体２０の突出方向に沿って振動体２０の外周に接触して流出して先端部３４の振動面３５で超音波振動が印加される。

これにより、図２に示すように、吐出口４７の外部に突出した振動伝達部２８の破線で囲む領域Ａを流れる洗浄液７５は、振動体２０の振動伝達部２８の外周面３２のみに接触し、筐体５、整流部４０には接触していないため、超音波振動が洗浄液７５を介して筐体５、整流部４０に伝搬しないため、超音波振動のロスがなく、洗浄液７５に印加される超音波振動の減衰を減らすことができる。

また、振動伝達部２８の先端部３４である振動面３５近傍の外周面３２が筐体５、整流部４０と近接していないため、振動面３５近傍の外周面３２の周りは、空間のみであり、泡の発生、泡の停滞がないため、空焚き等を防止することができる。また、泡の発生、泡の停滞がないため、振動面３５からの超音波振動を洗浄液７５に効率よく印加することができる。これにより、振動体２０から照射される洗浄液７５は強力な超音波振動が印加されたものとなる。

［洗浄システムの構成］
次に、超音波シャワー洗浄装置を制御するための洗浄システムの構成について説明する。図３は、流水式スポットシャワー型超音波シャワー洗浄装置を制御する洗浄システムの構成を示す図である。

図３に示すように、流水式スポットシャワー型超音波シャワー洗浄装置２の超音波振動子３８は、超音波発振器９６によって高周波電力が印加されて超音波振動を発生する。流水式スポットシャワー型超音波シャワー洗浄装置２の給液口１６には、洗浄液供給バルブ９９を介して洗浄液タンク９８や工場の用力配管９８等から洗浄液７５が供給される。

また、流水式スポットシャワー型超音波シャワー洗浄装置２は、プログラムを実行可能なコンピュータから構成されて各種処理を行う制御部９７によって制御され、制御部９７は、超音波発振器９６の発振のＯＮ・ＯＦＦ制御、洗浄液供給バルブ９９の通水と断水の制御を行う。

これにより、洗浄装置の自動化も可能である。尚、図３に示す超音波シャワー洗浄装置を制御する洗浄システムの構成は、一例であり、これに限定するものではない。

［流水式スポットシャワー型超音波シャワー洗浄装置の洗浄液の音圧及び径の大きさ］
図４及び図５を用いて、本発明の流水式スポットシャワー型超音波シャワー洗浄装置の洗浄液の音圧及び吐出された洗浄液の径の大きさについて説明する。図４は、振動体が吐出口の内部に収納されている状態と、振動体が吐出口の外部に突出した状態との吐出された洗浄液の径の大きさを模式的に表した図であり、（ａ）は振動体が吐出口の内部に収納されている状態の洗浄液の径の大きさであり、（ｂ）は、振動体が吐出口の外部に突出した状態の洗浄液の径の大きさである。また、図５は流水式スポットシャワー型超音波シャワー洗浄装置における洗浄液の吐出される洗浄液の音圧の大きさを測定した結果をグラフで示した図である。

この場合、図４においては、振動体８４が吐出口９２の内部に収納されている状態と、振動体２０が吐出口４７の外部に突出した状態との両者について、吐出された洗浄液７５の径の大きさを模式的に表した。（ａ）は、図７に示す振動体８４が吐出口９２の内部に収納されている状態であり、（ｂ）は、図１及び図２に示す振動体２０が吐出口４７の外部に突出した状態である。また、図５においては、流水式スポットシャワー型超音波シャワー洗浄装置における、振動体が吐出口の内部に収納されている状態と、振動体が吐出口の外部に突出した状態との両者について、超音波発振器の出力に対する吐出される洗浄液の音圧の大きさを測定した結果を示した。

流水式スポットシャワー型超音波シャワー洗浄装置における超音波振動子の駆動周波数は約４５ＫＨｚであり、音圧の測定は、振動体の先端部の振動面から８ｍｍ離れた直下に音圧計の測定プローブを設置して行った。

即ち、図４（ａ）のように、図７に示す振動体８４が吐出口９２の内部に収納されている状態においては、振動体８４の先端部８５の振動面８６（図７）から８ｍｍ直下の位置に音圧計の測定プローブを設置して音圧測定を行った。図４（ａ）におけるｈ１がこの８ｍｍに該当する。また、図４（ｂ）のように、図１及び図２に示す振動体２０の先端部３４の振動面３５（図１及び図２）から８ｍｍ直下の位置に音圧計の測定プローブを設置して音圧測定を行った。図４（ｂ）におけるｈ２がこの８ｍｍに該当する。

尚、８ｍｍは、超音波振動子の駆動周波数の１／４波長の整数倍の長さに相当する距離である。また、超音波発振器の出力が２０Ｗ（ワット）、３０Ｗ、５０Ｗにおける流水式スポットシャワー型超音波シャワー洗浄装置の吐出される洗浄液７５の音圧の測定を行った。測定時においては、図４の被洗浄物７７は配していない。

図５に示すように、流水式スポットシャワー型超音波シャワー洗浄装置の吐出される洗浄液７５の音圧の大きさは、超音波発振器の出力が２０Ｗ（ワット）のときには、振動体８４の先端部８５が吐出口９２の内部に収納されている状態では、４７ｍＶであり、振動体２０の先端部３４が吐出口４７の外部に突出した状態では、１２２ｍＶであった。また、超音波発振器の出力が３０Ｗ（ワット）のときには、振動体８４の先端部８５が吐出口９２の内部に収納されている状態では、音圧の大きさは４２ｍＶであり、振動体２０の先端部３４が吐出口４７の外部に突出した状態では、１３２ｍＶであった。また、超音波発振器の出力が５０Ｗ（ワット）のときには、振動体８４の先端部８５が吐出口９２の内部に収納されている状態では、音圧の大きさは３１ｍＶであり、振動体２０の先端部３４が吐出口４７の外部に突出した状態では、９５ｍＶであった。

これにより、振動体の先端部から吐出される洗浄液７５の超音波振動による音圧は、図１及び図２に示す振動体２０が吐出口４７の外部に突出した流水式スポットシャワー型超音波シャワー洗浄装置が、振動体８４が吐出口９２の内部に収納されている従来の流水式型超音波シャワー洗浄装置（図７に示す。）に対して相対的に約３倍近くの大きさであることが確認された。

また、図４に示すように、振動体８４が吐出口９２の内部に収納されている状態（図４（ａ））での吐出される洗浄液７５の径ｄ１の大きさは、約２２ｍｍであり、振動体２０が吐出口４７の外部に突出した状態（図４（ｂ））での吐出される洗浄液７５の径ｄ２の大きさは、約１４ｍｍであった。

これにより、振動体２０が吐出口４７の外部に突出した状態での吐出される洗浄液７５の径の大きさは、振動体８４が吐出口９２の内部に収納されている状態での吐出される洗浄液７５の径の大きさの約６４％であった。

このように、振動体２０が吐出口４７の外部に突出した状態の流水式スポットシャワー型超音波シャワー洗浄装置２は、吐出される洗浄液７５の音圧の上昇と相まって、洗浄液７５の径が細く、ビーム状の鋭い洗浄液７５を得ることができる。このため、被洗浄物７７の表面にビーム状の鋭い洗浄液７５を照射することが可能であるため、半導体ウェーハの表面、部品等の洗浄に最適である。

［流水式ラインシャワー型超音波シャワー洗浄装置の構成］
次に、流水式ラインシャワー型超音波シャワー洗浄装置について、図６を参照して説明する。図６は、本発明による流水式ラインシャワー型超音波シャワー洗浄装置の構成を示す断面図である。尚、流水式ラインシャワー型超音波シャワー洗浄装置の原理自体は、既に説明した本発明の流水式スポットシャワー型超音波シャワー洗浄装置２の原理と同様であり、細部の構成の説明は省略する。

図６に示すように、超音波シャワー洗浄装置１としての流水式ラインシャワー型超音波シャワー洗浄装置３は、筐体５０と、筐体５０の内部に設けられ、洗浄液７５に超音波振動を印加する振動体５５と、振動体５５に振動を付与する超音波振動子６４と、洗浄液７５を吐出する吐出口７２と、流路７４の一部を構成する整流部６５と、洗浄液７５を供給する給液口５３と、を有している。この場合、図６に示すように、流水式ラインシャワー型超音波シャワー洗浄装置３の各構成要素は、給液口５３以外、図６の紙面の後方側に連続するライン状に構成されている。以下、給液口５３以外のこれら構成要素は図６の紙面の後方側に連続する前提で説明を行う。

流水式ラインシャワー型超音波シャワー洗浄装置３の筐体５０は、直方体状に形成され、その内部に振動体５５が収納、固定されている。筐体５０の長手方向の両側面の内側の図６の紙面の縦方向の中心付近の壁面には、振動体５５を固定する振動体保持部５２が角棒状に内側に突起した状態で設けられている。

筐体５０の上部には、上蓋５１が設けられている。また、筐体５０の長手方向の両側面の下部の先端付近に、洗浄液７５を供給する給液口５３が複数設けられている。また、筐体５０の下部に位置する底部の両端面には、整流部６５が取り付けられている。

振動体５５は、洗浄液７５に超音波振動を印加し、超音波振動を印加した洗浄液７５を振動体５５の先端部６２から吐出するものである。図６に示すように、振動体５５は、図６の断面視、横長矩形状で構成され直方体の形状を成す振動補助部５６と、図６の断面視、振動補助部５６の下部に筐体５０の長手方向の両側面側に突起して設けられ、振動体５５を筐体５０に固定する鍔部５８と、鍔部５８の下部に設けられ、図６の断面視、逆等脚台形状の形状を構成する振動伝達部６０を有している。振動体５５は、金属系の材質から成り、例えばＳＵＳ、ステンレス、チタン等が用いられている。

振動補助部５６の上端には、超音波振動子６４が密着して取り付けられて、超音波振動子６４によって振動体５５に超音波振動が印加される。振動体５５の上端に位置する超音波振動子６４は、超音波発振器により高周波電力が供給されて、振動体５５に超音波振動が励起される。

超音波振動子６４は、板状でセラミックスの材質からなる圧電セラミックスが用いられている。尚、超音波振動子６４は、板状の圧電セラミックスに限定するものではなく、例えば、ＢＬＴ（ボルト締めランジュバン振動子）であってもよい。

筐体５０の下端には、整流部６５が設けられている。整流部６５は、筐体５０の対向する長手方向側面の下部にそれぞれ取り付けられ、給液口５３から供給される洗浄液７５を一時貯留し、振動体５５の外周面６１の上部に洗浄液７５を供給する。

整流部６５は、底部６６が図６の断面視、横長の板状に構成され、その一方の面６６ａには、突起部６７が形成され、突起部６７は、底部６６の他方の面６６ｂの長手方向の筐体５０の内部側の端部から一方の面６６ａに向かい、そのまま延伸する傾斜面６８を構成している。突起部６７の傾斜面６８は、振動体５５の外周面６１の一部と隙間ができるように、突起部６７の断面が傾斜している。

整流部６５は、底部６６の一方の面６６ａと、これと垂直の面を構成する外周面７０、突起部６７の上面７１及び傾斜面６８が洗浄液７５の流路７４の一部を構成する。突起部６７の外周面７０及び上面７１と、筐体５０の内周面５４及び振動体保持部５２の下面により流路７４が形成され、さらに、突起部６７の傾斜面６８と振動体５５における振動伝達部６０の外周面６１とにより流路７４が形成される。

また、図６に示すように、洗浄液７５を吐出する吐出口７２は、整流部６５における突起部６７の傾斜面６８と底部６６の他方の面６６ｂとの交差する傾斜面６８の端側に位置する。即ち、吐出口７２は、傾斜面６８の下部の内周面６９に設けられている。

このように、吐出口７２は、図６の紙面の後方側に連続するように、底面視、矩形状に構成され、振動体５５は、吐出口７２の長手方向を構成し、対向する両内面から所定の距離を離間して吐出口７２から、図６の紙面の後方側に連続して外部に突出するように配されている。そのため、吐出口７２の長手方向を構成し、対向する両内面と振動体５５との間が流路７４となる。

図６に示すように、振動体５５は、整流部６５の内周面６９から、吐出口７２の外部に突出して設けられており、洗浄液７５は鍔部５８の下面の流路７４から連続して吐出口７２の外部の振動体５５の突出方向に沿って振動体５５の外周に接触して流出して先端部６２の振動面６３で超音波振動が印加される。振動面６３から吐出される洗浄液７５は、ビーム状の流線となって被洗浄物に照射される。そのため、吐出口７２と被洗浄物とは、洗浄液７５がビーム状の流線として被洗浄物に照射可能な距離離間していることを要するのは当然である。

これにより、吐出口７２の外部に突出した振動伝達部６０の破線で囲む領域Ｂを流れる洗浄液７５は、振動体５５の振動伝達部６０の外周面６１のみに接触し、筐体５０、整流部６５には接触していないため、超音波振動が洗浄液７５を介して筐体５０、整流部６５に伝搬しないため、超音波振動のロスがなく、洗浄液７５に印加される超音波振動の減衰を減らすことができる。

また、振動伝達部６０の先端部６２である振動面６３近傍の外周面６１が筐体５０、整流部６５と近接していないため、振動面６３近傍の外周面６１の周りは、空間のみであり、泡の発生、泡の停滞がないため、空焚き等を防止することができる。また、泡の発生、泡の停滞がないため、振動面６３からの超音波振動を洗浄液７５に効率よく印加することができる。これにより、振動体５５から照射される洗浄液７５は強力な超音波振動が印加されたものとなる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができ、また、それらの置き換えや変更は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、図３の機能ブロック図に示した機能ブロックは、本発明の機能的構成を示すものであって、具体的な実装形態を制限しない。

１ 超音波シャワー洗浄装置
２ 流水式スポットシャワー型超音波シャワー洗浄装置
３ 流水式ラインシャワー型超音波シャワー洗浄装置
５、５０、８１ 筐体
６、５１ 上蓋
１０、５２ 振動体保持部
１１ 上面
１２ 先端面
１３ 下面
１４ 底部
１５、５４ （筐体下部の）内周面
１６、５３、８２ 給液口
２０、５５、８４ 振動体
２１、５６ 振動補助部
２２ 振動補助部の上端
２４、５８ 鍔部（フランジ部）
２５ 鍔部の下部（下面）
２８、６０ 振動伝達部
３２、６１、８７ 振動伝達部の外周面（洗浄液接触面）
３４、６２、８５ 先端部（振動面）
３５ ６３ 振動面
３８、６４、８８ 超音波振動子
４０、６５ 整流部
４１、６６ 底部
４１ａ、６６ａ 底部の一方の面
４１ｂ、６６ｂ 底部の他方の面
４２、６７ 突起部
４３、６８ 傾斜面
４４、６９ 内周面
４５、７０ 外周面
４６、７１ 上面
４７、７２、９２ 吐出口
４８、７４、９４ 流路
７５ 洗浄液
７７ 被洗浄物
８０ 流水式超音波洗浄装置
９０ ノズル部
９１ ノズル内壁
９６ 超音波発振器
９７ 制御部
９８ 洗浄液タンク
９９ 洗浄液供給バルブ

Claims (5)

1. 超音波振動が印加された洗浄液を介して被洗浄物を洗浄する流水式スポットシャワー型の超音波シャワー洗浄装置であって、
   前記洗浄液が供給される給液口、
   当該給液口から連続する前記洗浄液が流れる流路、
   当該流路の一部を構成して前記洗浄液に超音波振動を印加する振動体、
   前記流路から前記洗浄液が吐出される吐出口を備え、
   前記振動体は前記流路の内部から連続して前記吐出口の外部に突出し、かつ、当該吐出口から外部に突出した先端に縦振動する振動面を有し、
   前記洗浄液は前記吐出口から前記振動体の外周に沿って接触して流れ、前記振動面で超音波振動が印加されて、当該振動面と垂直を成す方向に流れる（ただし、前記振動体と前記被洗浄物との間が液密状態となる場合を除く。）
   ことを特徴とする超音波シャワー洗浄装置。
2. 超音波振動が印加された洗浄液を介して被洗浄物を洗浄する流水式ラインシャワー型の超音波シャワー洗浄装置であって、
   前記洗浄液が供給される給液口、
   当該給液口から連続する前記洗浄液が流れる流路、
   当該流路の一部を構成して前記洗浄液に超音波振動を印加する振動体、
   前記流路から前記洗浄液が吐出される吐出口を備え、
   前記振動体は前記流路の内部から連続して前記吐出口の外部に突出し、かつ、当該吐出口から外部に突出した先端に縦振動する振動面を有し、
   前記洗浄液は前記吐出口から前記振動体の外周に沿って接触して流れ、前記振動面で超音波振動が印加されて、当該振動面と垂直を成す方向に流れる（ただし、前記振動体と前記被洗浄物との間が液密状態となる場合を除く。）
   ことを特徴とする超音波シャワー洗浄装置。
3. 前記洗浄液は当該振動体の突出方向に沿って流出する
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の超音波シャワー洗浄装置。
4. 前記吐出口は、スポット状に構成され、
   前記振動体は、前記吐出口の内周面から所定の距離を離間して当該吐出口から外部に突出するように配され、
   前記内周面と前記振動体との間が前記流路となる
   ことを特徴とする請求項１に記載の超音波シャワー洗浄装置。
5. 前記吐出口は、矩形状に構成され、
   前記振動体は、前記吐出口の長手方向を構成する各々の内面から所定の距離を離間して当該吐出口から外部に突出するように配され、
   前記各々の内面と前記振動体との間が前記流路となる
   ことを特徴とする請求項２に記載の超音波シャワー洗浄装置。

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