JPH01199686A - 超音波洗浄装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、超音波洗浄装置に関し、特に、洗浄液に超音
波振動を付与して被洗浄物にスプレーする形式の超音波
ビーム２に関する。

［従来の技術］ 近年、洗浄槽を使用しないで洗浄を行なう超音波ビーム
にか提案されている。一般に、この種の超音波洗浄装置
は、被洗浄物に洗浄液を供給する洗浄液供給路と、該供
給路中の洗浄液に超音波振動を付与する超音波洗浄装置
を有して構成される。

従来、提案されている装置としては、例えば、特開昭５
６−６０６７７号公報に開示されるように、洗浄液供給
路に超音波振動子を設け、この洗す液供給路を、操作可
能な先端ノズル部と、このノズル部に続くフレキシブル
なホース部とから構成するものかある。

また、特開昭６１−２５７２７９号公報に開示されるよ
うに、洗浄液の噴流を用いた洗浄装置において。

噴流の上流側の管路内に、ｌＥ音波振動子を内設し、噴
流を介して直接被洗？ＳＩ物の表面に超音波を照射し、
被洗浄物の表面を洗浄しながら、汚染物質を洗い流す構
造のものかある。

さらに、特開昭１１８−：１５６７１号公報に開示され
るように、噴射孔から噴射液体を噴出させる機構の噴出
孔近くに、超音波エネルギを出す超音波発振器を具備さ
せ、かつ、超音波エネルギか１１ｎ射液の閉出方向によ
く出るようにさせたものかある。

これら従来の超音波洗浄装置は、いずれも噴流式ないし
スプレー式であって、洗浄液か噴出される前に該洗浄液
に超音波振動か付与される構造となっている。

［発明か解決しようとする課題Ｊ これらの噴流式の超音波洗浄装置にあっては、明旋中に
超音波振動のエネルギか高密度で分４１することが、洗
浄力の点において好ましい。そのため、噴流を搬送媒体
として超音波を効−杯よく伝播させることか必要である
。

しかし、上記従来の技術ては、洗浄液の流れだけを考え
て洗浄液供給路の４Ｒ造および形状を設定してあり１Ｍ
ｉ音波のビームパターンと、洗浄液供給路との関係につ
いては全く配慮されていない。

そのため１次のような問題かあった。

すなわち、従来の超音波洗浄装置にあっては、洗浄液の
噴流の圧力を高くする等のために、洗浄液供給路の出口
を細くしている場合には、超音波ビームの一部が供給路
内壁に当って反射され、被洗浄物にまで達しなくなり、
被洗浄物に照射される超音波のエネルギが小さくなって
、洗浄力が落ちるという問題かある。

一方、洗浄液中を伝播する超音波のビームパターンより
も洗浄液供給路の出口が大きいと、超音波の付与されな
い部分か生じ、洗浄液流における超音波のエネルギ密度
分布かむらになり、洗浄力が落ちるという問題がある。

本発明は、上記問題点を解決すべく成されたものて、超
音波振動を付与する際の該超音波エネルギの損失が少な
く、かつ、噴出される洗浄液に均一に超音波振動を付与
できて、被洗浄物に効率よく超音波エネルギを伝播する
ことかてきる超音波洗浄装置を提供することを目的とす
る。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、上記課題を解決する手段として、超音波振動
を付与した洗浄液を噴出し、被洗浄物の洗浄を行なう超
音波洗浄装置において、洗浄液中に指向性を有する超音
波ビームパターンを形成する超音波ビーム形成手段を備
え、かつ、被洗浄物に向けて洗浄液を噴出する洗浄液出
口の開口径を、その位置における上記超音波ビームパタ
ーンの断面形状とほぼ一致する形状に構成することを特
徴とする。

上記超音波ビーム形成手段は、洗浄液中に、指向性ビー
ムパターンを形成する超音波を放射する洗浄装置、上記
振動子から放射された超音波による指向性ビームパター
ン形成を可渣とする状１凪て洗浄液出口に洗浄液を送る
洗浄液供給路とを備えて構成される。

本発明において使用する超音波を放射する振動子は、種
々のものか使用てきるが、好ましくは指向性ビームパタ
ーンを形成するものを使用する。

超音波の指向性ビームパターンの好ましい態様としては
、振動子の面積より小さい断面積の領域に集束するビー
ムか挙げられる。この場合、比較的近距離でビームが集
束するものがより好ましい。

超音波のビームパターンは、振動子の形状と振動数とに
より異なるが、指向性が鋭くなる現象は、４００　Ｋ　
ＩＩ　ｚ〜５００ＫＨｚ以上の振動数で生じる。例えば
１円形振動子の場合、　４００ＫＩＩｚ　〜６００Ｋｌ
ｌｚの範囲ては、振動子の表面から１０ｃｍ〜２０ｃｍ
程度離れたところてビームの径か最も細くなる。超音波
洗浄装置しては、このような範囲の振動数を持つものて
あればよい。例えば、Ｐｂ（Ｚｒ、ＴＩ）Ｏｉ系圧゛屯
体か好適である。もっとも、これに限らず、チタン酸バ
リウム系圧電体等を使用することかてきる。

上記洗浄液供給路は、洗浄液を被洗浄物に向けて噴出す
ると共に、該洗浄液に上記振動子から放射された超音波
による指向性ビームパターン形成を可能とする機能を有
する。

上記洗浄液供給路における、洗浄液に上記振動子から放
射された超音波による指向性ビームパターン形成を可能
とする構造としては、上記振動子から放射される超音波
か障害のない媒質中において形成し得る指向性を有する
鋭いビームパターンを、そのまま上記洗浄液供給路内に
保持できるように、内壁を構成したものか考えられる。

例えば、内壁を、目的とするビームパターンの外周界面
に沿うように形成する。この場合、特に、その内壁が、
超音波振動子から放射される超音波か形成するビームパ
ターンの外周形状と一致する構造としてもよい。また、
容積を十分大きくして、障害のない媒質としてビーム形
成を行ない得るようにすることもできる。

上記洗浄液供給路は、洗浄液を被洗浄物に向けて噴出す
るための構造としては、種々の構造か可能である。好ま
しい態様としては、その内部形状が、その基端側から洗
浄液出口方向に順次径が細くなるように形成するノズル
状の構造か考えられる。この場合、上記したように、そ
の内壁が、超音波振動子から放射される超音波か形成す
るビームパターンの外周形状に沿う構造とする。

また、超音波の出口は、その開口断面が、このビームパ
ターンの断面とほぼ一致する形状に設定する。この出口
の位置は、好ましくは、ビームパターンか最も細くなる
位置とする。従って、この超音波の出口は、使用する超
音波振動子の形状および振動数と、振動子からの距離を
考慮して設定する。

上記したように１本発明は種々の態様が可能であるか１
本発明その典型的な態様としては。

超音波振動を付与した洗浄液を噴出し、被洗浄物の洗浄
を行なう超音波洗浄装置において、先端側に、被洗浄物
に向けて洗浄液を噴出する洗浄液出口を有°する洗浄液
供給路と、上記洗浄液供給路の基端側に設けられ、洗浄
液中に、指向性ビームパターンを形成する超音波を放射
する洗浄装置を備え、 上記洗浄液供給路の基端側から洗浄液出口までの内部形
状を、上記振動子により形成される指向性ビームパター
ンの外周形状と一致する形状とする構成か挙げられる。

［作用］ 本発明は、超音波振動子の形状、振動周波数等を適宜設
定することにより、振動子から放射された超音波が、振
動子から比較的近い位置て集束するビームパターンを形
成することに着眼してなされたものである。すなわち、
第２図に示すように、洗浄液２の満たされた容ｉｌｌに
、その底部に配置した振動子３から超音波振動を付与す
ると、同図において斜線て示すビームパターン１２を形
成して洗浄液２中を伝播する０本発明は、このような超
音波の性質を利用するものである。

このような超音波の集束する領域ては、超音波のエネル
ギ密度が高いので、これとほぼ一致した断面の洗浄液流
を形成すれば、超音波のエネルギの損失か少なく、しか
も、超音波のエネルぎ分布にむらのない状態て、被洗浄
物に超音波か伝播されることになる。

本発明は、洗浄液供給路が、超音波振動子から放射され
る超音波か指向性を有するビームパターンの形成を可能
とする構成となっているので、先ず、高い振動数の超音
波振動子を使用して、洗浄液供給路中の洗浄液に、鋭い
指向特性を有する超音波ビームパターンを形成して、振
動子から比較的近い位置に超音波のエネルギ密度が高い
領域を形成する。

また、本発明においては、上記洗浄液供給路の洗浄液出
口が、その位置における上記超音波ビームパターンの断
面形状とほぼ一致する形状となっているので、該洗浄液
供給路の出口から噴出される洗浄液流の断面全体に超音
波振動のエネルギか分布することとなり、被洗浄物に超
音波振動が均一に伝播されることとなる。しかも、洗浄
液か出口において絞られる状慝て噴射されても、洗浄液
供給路で形成される超音波ビームが出口て散乱すること
なく、そのまま外部に放射される。

なお、ビームパターンの細い部分に出口を設けであると
、洗浄液流中の超音波のエネルギ密度か高くなり、洗浄
効果が高くなる。

このように、本発明によれば、超音波振動子から放射さ
れる超音波振動を無駄なく被洗浄物まて伝播てき、洗浄
力を落さず、効率よ〈洗浄を行ない得る。

［実施例］ 本発明の実施例について図面を参照して説明する。

〈実施例の構成〉 第１図に本発明超音波洗浄装置の一実施例の構成を示す
。

同図に示す超音波洗浄装置は、被洗浄物８に洗浄液２を
供給する洗浄ノズルｌと、洗浄液２に超音波振動を付与
する振動子３および超音波９ｉ振器９と、洗浄液を満た
した洗浄液タンク７と、該タンク７から洗浄ノズルｌに
洗す液を送るための送液ポンプ６および洗浄液送液路１
０とから構成される。

上記洗浄ノズルｌは、洗浄液を外部に噴出すると共に、
超音波ビームを形成させる洗浄液供給路として機能する
。そのため、先端側に洗浄液出口４が設けてあり、また
、基端側に振動子３が取り付けである。

この洗浄ノズル１は、その内部形状を、振動子３から放
射される超音波による指向性を有するビームパターンの
形成を可能とする形状としである０本実施例では、上記
振動子３から放射される超音波が障害のない媒質中にお
いて形成し得る指向性の鋭いビームパターンを、そのま
ま洗浄ノズルｌ内に保持できるように、内壁１ａを目的
とするビームパターンの外周界面に沿うように形成しで
ある。

また、この洗浄ノズル１の洗浄液出口４は、その位置に
おける上記超音波ビームパターンの断面形状とほぼ一致
する形状としである。

すなわち、本実施例では、上記洗浄液供給路の基端側か
ら洗浄液出口までの内部形状を、上記振動子により形成
される指向性ビームパターンの外周形状と一致する形状
としである。

上記洗浄ノズルｌの内壁ｌａおよび洗浄液出口４は、噴
出される洗浄液について必要とされる噴出圧力および噴
出流断面積を考慮して、使用する振動子の形状および大
きさ、振動数、目的とするビームパターン等に応じて、
それらの構造および大きさを設定する。なお、ビームパ
ターンは、後述するように、実験により知ることかてき
るのて、予め使用する振動子についてビームパターンを
測定し、このパターンに基づいて、洗浄ノズルｌの形状
を設定すればよい。

次に、この洗浄液中のビームパターンの測定について、
実験例と共に説明する。

測定は、上記第２図に示すような装置により行なう、す
なわち、底部に振動子３を配置した容器１１に媒質を満
たして行なう。

この実験には、振動子３として、直Ｈ６，５ｃｍの円形
で、振動数が４２０　Ｋ　Ｉｔ　ｚと６００にｌｌｚの
２種の振動子を使用し、また、容器１１内には、ルミノ
ールのアルカリ性水溶液を入れた。この溶液は、超音波
を照射すると、超音波の強度か強い部分で、ルミノール
か発光するため、この発光部のパターンを利用してビー
ムパターンを測定することかてきる。なお１発光部のパ
ターンか最も短くなる位置は、常に、水面下数ＣＩＩの
ところにあり、これより水面側では水面からの反射波に
よる発光か強くなり、振動子から発振された超音波の伝
播形状なみることは困難てあった。

上記条件下において、溶液の液面を種々変化させて、各
々場合の発光部の発光パターンの最も短くなる場所を測
定した。第３図に、洗浄液中のビームパターンの測定結
果を示す。

第３図において、横軸は、発光パターンの径、すなわち
、超音波ビームパターンの径を示し、縦軸は、振動子か
らの距離を示す、グラフにおいて、線分は、最も下にあ
る線分か振動子の径を表わし、それより上にある線分か
種々の液面高さにおいて実測した最も短い発光部分の径
を表わす。

また、破線は、これらの線分の先端を結ぶことにより得
られる予想ビームパターンの外周界面の位置を示す。

第３図に示す実験結果から明らかなように、上記実験に
よれば、鋭い指向特性を有する超音波ビームパターンか
得られることか分かる。

上記した第１図に示す本実施例の洗浄ノズルｌは、この
予想ビームパターンに合うようにその内壁１ａの形状を
設定しである。

〈実施例の作用〉 本実施例の超音波洗浄装置により被洗浄物８に洗浄液２
を噴射して洗浄するには、先ず、送液ポンプ６により洗
浄液タンク７から洗浄液送液路１０を介して洗浄液入口
５から洗浄ノズルｌに洗浄液２を送る。ついで、振動子
３を超音波発振器９により励振して超音波を放射する。

放射された超音波は、洗浄液中を伝播し、上記したよう
に、鋭い指向性を有する固有のビームパターンを洗浄ノ
ズルｌ内に形成する。このビームは、洗浄ノズル１内に
、該ノズルｌの内部形状とほぼ一致する外周界面形状の
パターンを形成する。

洗浄ノズルｌの洗浄液出口４は、上記したように、超音
波ビームパターンのその位置における断面形状と一致し
た形状となつているので、該洗浄液出口４ではその開口
断面全体に超音波振動がほぼ均一に分布する。従って、
伝播する超音波のうち、開口断面の外周方向に外れて進
行する成分は極めて少なく、これによる損失は無視する
ことかてきる。また、洗浄液出口４を通る洗浄液は、そ
の断面全体に超音波振動か分布した状態で被洗浄物８に
噴出される。

このような状態で超音波振動が付与された洗浄液流は、
高いエネルギ密度の超音波振動を含むため、大きな洗浄
効果を発揮することができる。

ここて、本実施例による超音波洗浄装置により得られる
洗浄液の超音波の強度について測定した実験例を示す。

ここでは、有機高分子材料が超音波を吸収して発熱する
ことを利用して測定した。すなわち、本実施例の洗浄装
置より超音波を付与した洗浄液を有機系樹脂の板（Ｉ！
！化ビエビニル板噴射して、板の温度変化を測定するこ
とにより行なった。なお、本実施例て使用した振動子３
の出力は、ｌＯＯワットであった。

洗浄液を噴射して１秒後に、板の温度は１００℃に達し
た。さらに、洗浄液の噴射を継続すると、　　２ついに
は板が溶解し始めた。

このように１本実施例の超音波洗浄装置によれば、噴射
洗浄液流中に強力な超音波振動を付４することができた
。

く他の実施例〉 上記実施例では、洗浄ノズルｌの内部構造を、目的とす
るビームパターンの外周界面に沿うように形成しである
が、容積を十分大きくして、内壁ｌａが超音波のビーム
形成の障害とならないようにした構成としＣもよい０例
えば、第２図に示すような容器１１に、ビームパターン
断面と一致する開口を有するノズル開口部を取り付ける
構造か考えられる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明は、超音波振動を付与する際
の該超音波エネルギの損失が少なく、かつ、噴出される
洗浄液に均一に超音波振動を付与できて、被洗浄物に効
率よく超音波エネルギを伝播することかできる効果かあ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明超音波洗浄装置の一実施例の構成を示す
概念図、第２図は振動子から洗浄液中に放射される超音
波のビームパターンを測定する装この概要を示す断面図
、第３図は洗浄液中のビームパターンの測定結果を示す
グラフである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、超音波振動を付与した洗浄液を噴出し、被洗浄物の
   洗浄を行なう超音波洗浄装置において、洗浄液中に指向
   性を有する超音波ビームパターンを形成する超音波ビー
   ム形成手段を備え、かつ、被洗浄物に向けて洗浄液を噴
   出する洗浄液出口の開口径を、その位置における上記超
   音波ビームパターンの断面形状とほぼ一致する形状に構
   成することを特徴とする超音波洗浄装置。 ２、上記超音波ビーム形成手段として、 洗浄液中に、指向性ビームパターンを形成する超音波を
   放射する振動子と、 洗浄液を、上記振動子から放射された超音波による指向
   性ビームパターン形成を可能とする状態で洗浄液出口に
   送る洗浄液供給路とを備えた請求項１記載の超音波洗浄
   装置。 ３、上記洗浄液供給路を、その内壁が、超音波振動子か
   ら放射される超音波が形成するビームパターンの外周形
   状と一致する構造とした請求項２記載の超音波洗浄装置
   。 ４、超音波振動を付与した洗浄液を噴出し、被洗浄物の
   洗浄を行なう超音波洗浄装置において、先端側に、被洗
   浄物に向けて洗浄液を噴出する洗浄液出口を有する洗浄
   液供給路と、 上記洗浄液供給路の基端側に設けられ、洗浄液中に、指
   向性ビームパターンを形成する超音波を放射する振動子
   とを備え、 上記洗浄液供給路の基端側から洗浄液出口までの内部形
   状を、上記振動子により形成される指向性ビームパター
   ンの外周形状と一致する形状としたことを特徴とする超
   音波洗浄装置。 ５、上記洗浄液供給路の内部形状を、その基端側から洗
   浄液出口方向に順次径が細くなるように形成した請求項
   ４記載の超音波洗浄装置。