JP7478430B2

JP7478430B2 - 超音波洗浄装置

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Publication number: JP7478430B2
Application number: JP2020128396A
Authority: JP
Inventors: 雅和斉藤
Original assignee: Honda Electronics Co Ltd
Current assignee: Honda Electronics Co Ltd
Priority date: 2020-07-29
Filing date: 2020-07-29
Publication date: 2024-05-07
Anticipated expiration: 2040-07-29
Also published as: JP2022025524A

Description

本発明は、洗浄槽内の洗浄液に超音波を照射して被洗浄物を洗浄する超音波洗浄装置に関するものである。

従来、超音波振動子から洗浄液中に超音波を照射してキャビテーションを発生させ、その圧壊時に生じる衝撃波及びマイクロジェットによる物理的作用によって洗浄を行う超音波洗浄装置が実用化されている。超音波洗浄装置としては、眼鏡やアクセサリー等を洗浄する民生用の製品、機械部品、光学機器、半導体などを洗浄する産業用の製品などがあり、幅広い用途で利用されている。

ところが、超音波振動子から照射された超音波は、液面で反射して、洗浄液中に定在波を生じさせてしまう。この定在波は、洗浄液の深さ方向に沿って音圧（音響放射圧）が最大となる部分（腹）と音圧が最小となる部分（節）とが交互に並んだものである。従って、被洗浄物を洗浄すると、被洗浄物の表面のうち、定在波の腹に対応する部分が効率良く洗浄される一方、定在波の節に対応する部分は殆ど洗浄されない状態となる。その結果、被洗浄物の表面を均一に洗浄できないという問題がある。そこで、超音波洗浄装置において、超音波振動子を駆動するための高周波信号に対して周波数変調（ＦＭ変調）を施す技術が開示されている（例えば、特許文献１，２参照）。このようにすれば、周波数変調に伴って定在波の腹節位置が移動するため、被洗浄物の表面を均一に洗浄することができる。

特開平８－１３１９７８号公報（段落［００１２］，［００１９］、図１等）特開２０１８－１１２０号公報（段落［００３７］等）

しかしながら、高周波信号を単純に周波数変調したとしても、被洗浄物が例えば孔等の複雑な形状を有していたり、汚れが酷い場合には、被洗浄物に付着した汚れを落とすことができない。このため、洗浄効率を向上させて汚れを確実に落としたいという要望がある。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、洗浄効率を確実に向上させることができる超音波洗浄装置を提供することにある。

上記課題を解決するためには、請求項１に記載の発明は、洗浄槽内の洗浄液に超音波を照射して被洗浄物を洗浄する超音波洗浄装置であって、超音波を照射する単周波用の超音波振動子と、前記超音波振動子を駆動するための高周波信号を発生させる電源回路と、発振信号を出力して前記電源回路を駆動制御するとともに高周波信号を周波数変調する制御を行う制御手段とを備え、前記制御手段は、反共振点の周波数を基準とする最大で±３ｋＨｚの範囲を周波数変調時の変調幅とするとともに、前記変調幅の範囲に属しかつ互いに０．５ｋＨｚ以上の差がある３つ以上の周波数を設定周波数として定義し、洗浄時に前記設定周波数を瞬時に切り換えることで高周波信号の周波数を段階的に変更する制御を行うとともに、前記制御手段は、前記制御を行う際に前記反共振点の周波数を基準とする最大で±３ｋＨｚの範囲にて前記変調幅を変更しかつ変調周期を変更することにより、前記変調幅が相対的に大きく前記変調周期が相対的に短いため超音波が均一に広がりやすい均一洗浄モード、または、前記変調幅が相対的に小さく前記変調周期が相対的に長いため超音波が広がらずに集中しやすい集中洗浄モードを選択して設定可能であることを特徴とする超音波洗浄装置をその要旨とする。

請求項１に記載の発明によれば、反共振点の周波数を基準とする最大で±３ｋＨｚの範囲を周波数変調時の変調幅とし、変調幅の範囲に属しかつ互いに０．５ｋＨｚ以上の差がある３つ以上の周波数を設定周波数として定義することにより、各設定周波数が互いに近接した周波数となる。そして、制御手段が設定周波数を瞬時に切り換えるため、周波数の切り換え時のごく短時間のあいだに洗浄液中において音響的な不整合（乱れ）が生じる。その結果、単純な周波数変調を行う場合に比べて、被洗浄物の表面に対する超音波の作用の仕方が複雑になるため、洗浄効率が向上する。ゆえに、周波数を連続的に変化させる従来の周波数変調とは異なる洗浄効果を得ることができる。なお、変調幅が±３ｋＨｚよりも広くなると、変更した周波数が反共振点から離れすぎてしまうため、洗浄効率が低下するおそれがある。また、周波数同士の差が０．５ｋＨｚ未満になると、周波数を瞬時に切り換えたとしても、音響的な乱れがさほど生じないため、洗浄効率が向上しにくくなる。

ここで、洗浄液としては、水系洗剤（水、純水、機能水、アルカリ性洗剤、中性洗剤、酸性洗剤）、準水系洗剤（炭化水素、グリコールエーテル、アルコール等と水とを組み合わせた洗剤）、可燃性洗剤（アルコール系洗剤、脂肪族炭化水素系洗剤、グリコールエーテル系洗剤）、不燃性洗剤（フッ素系洗剤、塩素系洗剤、臭素系洗剤）などが用いられる。

請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記制御手段は、前記設定周波数を瞬時に切り換える際の変化量を１ｋＨｚ以上かつ一定の値に設定することをその要旨とする。

請求項２に記載の発明によれば、高周波信号の設定周波数を瞬時に切り換える際の変化量が一定の値に設定されるため、制御手段による高周波信号の制御が容易になる。

請求項３に記載の発明は、請求項１において、前記制御手段は、前記設定周波数を瞬時に切り換える際の変化量を１ｋＨｚ以上の複数の値に設定しかつそれらの値からランダムに選択することをその要旨とする。

請求項３に記載の発明によれば、高周波信号の設定周波数がランダムに変化するため、洗浄液の作用の仕方がより複雑になる。その結果、被洗浄物の表面がより確実に洗浄されるため、洗浄効率がよりいっそう向上する。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項において、前記制御手段は、前記電源回路の一次側電流を監視するとともに、前記一次側電流の電流値が所定値よりも大きいと判定した場合に、前記発振信号のデューティ比を下げて周波数切り換え時の電力を抑える制御を行うことをその要旨とする。

ところで、設定周波数を切り換えた直後に、周波数が瞬間的に反共振点から離れる等してインピーダンスが大きく低下し、電源回路に急激に大電流が流れてしまうことがある。そこで、請求項４では、制御手段が、電源回路の一次側電流の電流値が所定値よりも大きいと判定した場合に、発振信号のデューティ比を下げて周波数切り換え時の電力を抑える制御を行っている。その結果、電源回路に大電流が流れることが防止されるため、大電流に起因する電源回路の破損を防止することができ、電源回路の信頼性、ひいては超音波洗浄装置の信頼性を向上させることができる。

以上詳述したように、請求項１～４に記載の発明によると、洗浄効率を確実に向上させることができる超音波洗浄装置を提供することができる。

本実施形態の超音波洗浄装置を示す概略構成図。ＣＰＵからの発振信号の波形を示すグラフ。超音波振動子に印加される電圧信号の波形を示すグラフ。ＦＭサイクル及びＦＭ変調幅を説明するためのグラフ。共振点及び反共振点を説明するためのグラフ。設定周波数の切換態様を示すグラフ。設定周波数の切換時における、超音波振動子に印加される電圧信号の波形を概略的に示すグラフ。他の実施形態において、設定周波数の切換態様を示すグラフ。他の実施形態において、設定周波数の切換態様を示すグラフ。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に基づき詳細に説明する。

図１に示されるように、本実施形態の超音波洗浄装置１０は、洗浄液Ａ１を貯留する洗浄槽１１と、洗浄槽１１の底板１２に装着される超音波振動子１３と、超音波振動子１３を駆動する超音波発振器１４とを備えている。また、洗浄槽１１には、洗浄液Ａ１とともに被洗浄物１５が収容されている。

洗浄槽１１の底板１２は、ステンレス等の金属板からなり、超音波Ｓ１を放射するための振動板として機能する。また、本実施形態の超音波振動子１３は、超音波Ｓ１を照射する単周波用のボルト締めランジュバン型振動子である。超音波振動子１３は、振動面を上方に向けた状態で、洗浄槽１１の底板１２における複数箇所（本実施形態では４箇所）にボルト締めによって接合されている。超音波振動子１３は、超音波発振器１４に電気的に接続されており、超音波発振器１４から供給される電圧信号Ｖｏに基づいて機械振動する。この超音波振動子１３の機械振動によって、底板１２から洗浄槽１１内に超音波Ｓ１が出力される。

図１に示されるように、超音波発振器１４は、ＣＰＵ２１（制御手段）、ドライブ回路２２、ＤＣ電源２３、インバータ回路２４（電源回路）、マッチング回路２５及びフィードバック回路２６を備えている。

ＣＰＵ２１は、発振信号を出力し、ドライブ回路２２を介してインバータ回路２４を駆動制御する。なお、図２に示されるように、本実施形態の発振信号は、周期Ｔ１（ｓ）で出力される矩形波である。発振信号の電圧は３．３Ｖであり、発振信号のデューティ比は通常時で４５％である。また、発振信号の周波数ｆは、ｆ＝１／Ｔ１の式から算出される。

それとともに、ＣＰＵ２１は、超音波振動子１３を駆動するための高周波信号Ｖｐを周波数変調（ＦＭ変調）する制御を行う。具体的に言うと、ＣＰＵ２１は、高周波信号Ｖｐの中心周波数を変調する。なお、図４に示される一般的な周波数変調において、ＣＰＵ２１は、高周波信号Ｖｐの周波数を、例えば、４０ｋＨｚ（中心周波数）→４２ｋＨｚ→４０ｋＨｚ→３８ｋＨｚ→４０ｋＨｚの順に無段階で連続的に変化させる制御を行う。ここで、１秒間での往復回数（図４に示す周期ｔ（ｓ）の回数）をＦＭサイクルという。ＦＭサイクル（Ｈｚ）は１／ｔの式から算出される。また、中心周波数からの周波数の変化幅をＦＭ変調幅（図４では±２ｋＨｚ）という。

図１に示されるように、ドライブ回路２２は、ＣＰＵ２１からの発振信号に基づいてインバータ回路２４を駆動する回路であり、電流増幅、絶縁、デッドタイム生成、電圧レベルシフトなどの処理を行う。ＤＣ電源２３は、インバータ回路２４に直流電力を供給するための電源である。ＤＣ電源２３としては、交流電源を整流回路によりＡＣ－ＤＣ変換して直流電源を得るものや、電池などの電源が使用される。

インバータ回路２４は、超音波振動子１３を駆動するための高周波信号Ｖｐを発生させる回路である。具体的に言うと、インバータ回路２４は、ＤＣ電源２３から供給される直流電力を、ドライブ回路２２からの出力信号（即ち、ＣＰＵ２１からの発振信号）を増幅してスイッチングし、交流電力の高周波信号Ｖｐに変換する。本実施形態のインバータ回路２４は、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴなどのスイッチング素子から構成されたハーフブリッジ回路により形成されている。なお、インバータ回路２４は、フルブリッジ回路、プッシュプル回路などの他の回路トポロジにより形成されていてもよい。

図１に示されるように、マッチング回路２５は、トランスなどの素子によりインピーダンス変換し、超音波振動子１３に所定の高周波電力を供給する。詳述すると、マッチング回路２５は、インバータ回路２４からの高周波信号Ｖｐを、超音波Ｓ１の反共振点Ｋ２（図５参照）付近の周波数で共振させ、超音波振動子１３に高周波電力を供給する。なお、図５に示されるように、周波数が反共振点Ｋ２であるときにインピーダンスが最も高くなる一方、周波数が共振点Ｋ１であるときにインピーダンスが最も低くなる。このため、反共振点Ｋ２の周波数で超音波Ｓ１を照射すれば、超音波洗浄を最も効率良く行うことができる。

さらに、マッチング回路２５は、インダクタやキャパシタなどの素子から構成され、高周波信号Ｖｐを電圧信号Ｖｏに変換（フィルタリング）する。また、マッチング回路２５は、超音波振動子１３のリアクタンス成分をキャンセルして電気力率の改善を行う。なお、図３に示されるように、本実施形態の電圧信号Ｖｏは、周期Ｔ２（ｓ）で出力される正弦波である。周期Ｔ２は、ＣＰＵ２１からの発振信号の周期Ｔ１（図２参照）と同期している。また、電圧信号Ｖｏの電圧は数ｋＶである。電圧信号Ｖｏは、発振信号のデューティ比（図２参照）と同期している。

図１に示されるように、フィードバック回路２６は、インバータ回路２４の一次側電流の電流値を検出して、電流値を示す電流値信号を生成し、生成した電流値信号をＣＰＵ２１に出力（フィードバック）する回路である。なお、ＣＰＵ２１には、電流値だけでなく、電流値に比例した電圧値も入力される。

次に、超音波洗浄装置１０を用いた被洗浄物１５の洗浄方法について説明する。

まず、洗浄槽１１内に洗浄液Ａ１とともに被洗浄物１５を収容した後、超音波洗浄装置１０の電源（図示略）をオンする。このとき、ＣＰＵ２１は、超音波発振器１４から各超音波振動子１３に対して電圧信号Ｖｏを出力させる制御を行い、各超音波振動子１３を駆動させる。具体的に言うと、まず、電圧信号Ｖｏが超音波発振器１４から超音波振動子１３に供給される。このとき、超音波振動子１３の電気－機械－音響変換により、洗浄槽１１の底板１２から超音波Ｓ１が照射される。なお、超音波Ｓ１は、洗浄液Ａ１中を伝搬し、被洗浄物１５に作用する。その結果、被洗浄物１５の表面が洗浄される。

また、ＣＰＵ２１は、被洗浄物１５の洗浄効率を向上させるべく、高周波信号Ｖｐの周波数変調（ＦＭ変調）を行う。具体的に言うと、まず、ＣＰＵ２１は、反共振点Ｋ２の周波数（図６では４０ｋＨｚ）を基準とする±２ｋＨｚの範囲を、周波数変調時の変調幅Ｗ１として定義する。次に、ＣＰＵ２１は、変調幅Ｗ１の範囲に属しかつ互いに１．０ｋＨｚの差がある５つの周波数を設定周波数として定義する。図６に示されるように、本実施形態では、３８ｋＨｚ、３９ｋＨｚ、４０ｋＨｚ、４１ｋＨｚ、４２ｋＨｚの５つを設定周波数として定義する。そして、ＣＰＵ２１は、洗浄時に設定周波数を瞬時に切り換えることで、高周波信号Ｖｐの周波数を中心周波数（４０ｋＨｚ）から段階的に変更する制御を行う。このとき、ＣＰＵ２１は、設定周波数を瞬時に切り換える際の変化量を、一定の値（本実施形態では１ｋＨｚ）に設定する。よって、ＣＰＵ２１は、高周波信号Ｖｐの周波数を、例えば４０ｋＨｚ→４１ｋＨｚ→４２ｋＨｚ→４１ｋＨｚ→４０ｋＨｚ→３９ｋＨｚ→３８ｋＨｚ→３９ｋＨｚ→４０ｋＨｚ→…の順に段階的に変更する制御を行う（図６参照）。なお、ＣＰＵ２１は、設定周波数の切り換えを一定時間ごと（本実施形態では２０ｍｓｅｃごと）に行う。また、高周波信号Ｖｐの周波数の切り換えに伴い、高周波信号Ｖｐから変換された電圧信号Ｖｏの周波数も段階的に変化する（図７参照）。

なお、設定周波数を切り換えた直後に、周波数が瞬間的に反共振点Ｋ２（図５参照）から離れる等してインピーダンスが大きく低下し、インバータ回路２４に急激に大電流が流れてしまうことがある。そこで、本実施形態では、ＣＰＵ２１が、インバータ回路２４の一次側電流を常時監視する。具体的に言うと、ＣＰＵ２１は、フィードバック回路２６から電流値信号が入力される度に、電流値信号が示す一次側電流の電流値が所定値よりも大きいか否かを判定する。そして、一次側電流の電流値が所定値よりも大きいと判定された場合、ＣＰＵ２１は、発振信号のデューティ比を４５％から２０％に下げることにより、周波数切り換え時の電力を抑える制御を行う。なお、デューティ比は、超音波振動子１３に印加される電圧信号Ｖｏの大きさと相関関係にあるため、デューティ比を小さくすると、超音波振動子１３の出力が小さくなる。

その後、作業者が電源をオフすると、ＣＰＵ２１により超音波発振器１４が停止し、被洗浄物１５の洗浄が終了する。

従って、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。

（１）本実施形態の超音波洗浄装置１０では、反共振点Ｋ２の周波数を基準とする±２ｋＨｚの範囲を周波数変調時の変調幅Ｗ１とし、変調幅Ｗ１の範囲に属しかつ互いに１．０ｋＨｚの差がある５つの周波数（３８ｋＨｚ，３９ｋＨｚ，４０ｋＨｚ，４１ｋＨｚ，４２ｋＨｚ）を設定周波数として定義することにより、各周波数が互いに近接した周波数となる。そして、ＣＰＵ２１が周波数を瞬時に切り換えるため、周波数の切り換え時のごく短時間のあいだに洗浄液Ａ１中において音響的な不整合（乱れ）が生じる。その結果、単純な周波数変調を行う場合に比べて、被洗浄物１５の表面に対する超音波Ｓ１の作用の仕方が複雑になるため、洗浄効率が向上する。ゆえに、周波数を連続的に変化させる従来の周波数変調（図４参照）とは異なる洗浄効果を得ることができる。

（２）特許第４５１２７２１号公報（特開２００２－０９６０２３号公報）に記載の従来技術には、２つの周波数を切り換える２周波の発振制御回路が開示され、回路の数を増やすことにより、３つ以上の周波数を切り換える多周波の発振制御回路を構成できる旨も記載されている。一方、本実施形態では、ＣＰＵ２１を利用して５つの周波数を切り換える制御を行っている。即ち、各周波数ごとに回路を準備しなくても済むため、小型で低価格の超音波洗浄装置１０を実現することができる。

（３）例えば、周波数が異なる複数の超音波振動子を使い分けたり、多周波用の超音波振動子を用いたりすることにより、本実施形態と同様の周波数の切り換えを行うことは可能である。しかし、本実施形態では、高周波信号Ｖｐを調整するのみで周波数の切り替えを実現できるため、超音波洗浄装置１０の小型化・簡素化を実現しやすくなる。

（４）特開２０１０－１７２８４７号公報に記載の従来技術には、振動素子（超音波振動子）に流れる電流と振動素子に印加される電圧とをフィードバックし、フィードバックした電流及び電圧に基づいてインピーダンスを計算し、計算したインピーダンスに基づいて、空だき等の判定を行う旨が開示されている。しかし、この場合には、振動素子側（発振段）に検出回路が必要になるだけでなく、演算回路も必要になるため、システムが大型化してしまう。これに対して、本実施形態は、インバータ回路２４の一次側電流の電流値のみに基づいて判定（大電流が流れたか否かの判定）を行うことから、超音波振動子１３側に検出回路が不要になるため、システム（超音波洗浄装置１０）を小型化・簡素化することができる。

なお、上記実施形態を以下のように変更してもよい。

・上記実施形態において、ＣＰＵ２１は、高周波信号Ｖｐの設定周波数を瞬時に切り換える際の変化量を一定の値（１ｋＨｚ）に設定していた（図６参照）。しかし、ＣＰＵ２１は、周波数を瞬時に切り換える際の変化量を１ｋＨｚ以上の複数の値に設定し、それらの値からランダムに選択するものであってもよい。例えば、図８に示されるように、ＣＰＵ２１は、周波数を、３８ｋＨｚ→４１ｋＨｚ（変化量３ｋＨｚ）→３９ｋＨｚ（変化量２ｋＨｚ）→４２ｋＨｚ（変化量３ｋＨｚ）→４０ｋＨｚ（変化量２ｋＨｚ）→３８ｋＨｚ（変化量２ｋＨｚ）の順に段階的に変化させる制御を行ってもよい。このようにすれば、周波数がランダムに変化するため、被洗浄物１５の表面に照射される超音波Ｓ１の音圧が常に変化する。その結果、被洗浄物１５の表面がムラなく洗浄されるため、洗浄効率がよりいっそう向上する。

・上記実施形態において、ＣＰＵ２１は、設定周波数の切り換えを一定時間ごと（２０ｍｓｅｃごと）に行っていた。しかし、ＣＰＵ２１は、周波数を切り換える間隔を複数の値に設定し、それらの値からランダムに選択するものであってもよい。例えば、図９に示されるように、ＣＰＵ２１は、２０ｍｓｅｃ後に４０ｋＨｚ→４１ｋＨｚに変化させ、１０ｍｓｅｃ後に４１ｋＨｚ→４２ｋＨｚに変化させ、４０ｍｓｅｃ後に４２ｋＨｚ→４１ｋＨｚに変化させ、３０ｍｓｅｃ後に４１ｋＨｚ→４０ｋＨｚに変化させ、３０ｍｓｅｃ後に４０ｋＨｚ→３９ｋＨｚに変化させ、４０ｍｓｅｃ後に３９ｋＨｚ→３８ｋＨｚに変化させる制御を行ってもよい。

・上記実施形態では、５つの周波数を切り換える５周波の超音波発振器１４が用いられていたが、３つまたは４つの周波数を切り換える３周波または４周波の超音波発振器を用いてもよいし、６つ以上の周波数を切り換える６周波以上の多周波の超音波発振器を用いてもよい。なお、切り替える周波数が多くなる程、超音波Ｓ１がより複雑に作用するため、洗浄効率が向上する。

・上記実施形態において、ＣＰＵ２１は、インバータ回路２４の一次側電流の電流値が所定値よりも大きいと判定した場合に、発振信号のデューティ比を下げる制御を行っていた。しかし、ＣＰＵ２１は、一次側電流の電流値とインバータ回路２４に印加される電圧の電圧値とに基づいて電力を算出し、算出した電力が所定値よりも大きいと判定した場合に、発振信号のデューティ比を下げる制御を行ってもよい。

・上記実施形態において、５つの周波数を段階的に変更する周波数変調とは別の周波数変調を行ってもよい。例えば、ＣＰＵ２１は、ＦＭ変調幅が相対的に大きくＦＭサイクル（変調周期）が相対的に短いため超音波が均一に広がりやすい均一洗浄モード、または、ＦＭ変調幅が相対的に小さくＦＭサイクルが相対的に長いため超音波が広がらずに集中しやすい集中洗浄モードを選択して周波数変調を行ってもよい。なお、均一洗浄モードでは、ＦＭ変調幅が例えば±２ｋＨｚ、ＦＭサイクルが例えば６２．５Ｈｚとなる。また、集中洗浄モードでは、ＦＭ変調幅が例えば±０．７ｋＨｚ、ＦＭサイクルが例えば１Ｈｚとなる。このようにすれば、均一洗浄モードを選択して設定した際に、洗浄槽１１内に均一に超音波Ｓ１が伝わる均一洗浄を行うことができるため、ムラのない洗浄が可能になる。また、集中洗浄モードを選択して設定した際に、洗浄槽１１内の一部に超音波Ｓ１が集中する集中洗浄を行うことができるため、集中するポイントにおいて強力な洗浄が可能になる。

・上記実施形態の超音波洗浄装置１０は、４つの超音波振動子１３を備えていた。しかし、超音波洗浄装置は、３つ以下の超音波振動子１３を備えるものであってもよいし、５つ以上の超音波振動子１３を備えるものであってもよい。

次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した実施形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。

（１）請求項１乃至４のいずれか１項において、前記制御手段は、前記設定周波数の切り換えを一定時間ごとに行うことを特徴とする超音波洗浄装置。

（２）請求項１乃至４のいずれか１項において、前記超音波振動子を複数備えることを特徴とする超音波洗浄装置。

（３）請求項１乃至４のいずれか１項において、前記制御手段は、高周波信号を周波数変調する際にその中心周波数を固定して変調幅及び変調周期の両方を変更する制御を行い、変調幅が相対的に大きく変調周期が相対的に短いため超音波が均一に広がりやすい均一洗浄モード、または、変調幅が相対的に小さく変調周期が相対的に長いため超音波が広がらずに集中しやすい集中洗浄モードを選択して設定可能であることを特徴とする超音波洗浄装置。

１０…超音波洗浄装置
１１…洗浄槽
１３…超音波振動子
１５…被洗浄物
２１…制御手段としてのＣＰＵ
２４…電源回路としてのインバータ回路
Ａ１…洗浄液
Ｋ２…反共振点
Ｓ１…超音波
Ｖｐ…高周波信号
Ｗ１…変調幅

Claims

洗浄槽内の洗浄液に超音波を照射して被洗浄物を洗浄する超音波洗浄装置であって、
超音波を照射する単周波用の超音波振動子と、
前記超音波振動子を駆動するための高周波信号を発生させる電源回路と、
発振信号を出力して前記電源回路を駆動制御するとともに高周波信号を周波数変調する制御を行う制御手段と
を備え、
前記制御手段は、反共振点の周波数を基準とする最大で±３ｋＨｚの範囲を周波数変調時の変調幅とするとともに、前記変調幅の範囲に属しかつ互いに０．５ｋＨｚ以上の差がある３つ以上の周波数を設定周波数として定義し、洗浄時に前記設定周波数を瞬時に切り換えることで高周波信号の周波数を段階的に変更する制御を行うとともに、
前記制御手段は、
前記制御を行う際に前記反共振点の周波数を基準とする最大で±３ｋＨｚの範囲にて前記変調幅を変更しかつ変調周期を変更することにより、
前記変調幅が相対的に大きく前記変調周期が相対的に短いため超音波が均一に広がりやすい均一洗浄モード、または、前記変調幅が相対的に小さく前記変調周期が相対的に長いため超音波が広がらずに集中しやすい集中洗浄モードを選択して設定可能である
ことを特徴とする超音波洗浄装置。
前記制御手段は、前記設定周波数を瞬時に切り換える際の変化量を１ｋＨｚ以上かつ一定の値に設定することを特徴とする請求項１に記載の超音波洗浄装置。
前記制御手段は、前記設定周波数を瞬時に切り換える際の変化量を１ｋＨｚ以上の複数の値に設定しかつそれらの値からランダムに選択することを特徴とする請求項１に記載の超音波洗浄装置。
前記制御手段は、前記電源回路の一次側電流を監視するとともに、前記一次側電流の電流値が所定値よりも大きいと判定した場合に、前記発振信号のデューティ比を下げて周波数切り換え時の電力を抑える制御を行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の超音波洗浄装置。