JPH0128492Y2

JPH0128492Y2 -

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Publication number: JPH0128492Y2
Application number: JP1984103985U
Authority: JP
Priority date: 1984-07-09
Filing date: 1984-07-09
Publication date: 1989-08-30
Also published as: JPS6119217U

Description

【考案の詳細な説明】産業上の利用分野本考案は、主として、コンタクトレンズ洗浄用
として好適な超音波洗浄装置に関する。

従来技術コンタクトレンズを洗浄する場合、従来は洗浄
液に浸すかまたは手で水洗いしていた。しかしな
がら、コンタクトレンズには、蛋白質等の有機物
の汚れのみならず、大腸菌等の細菌も付着してい
るため、従来の洗浄方法では充分な洗浄効果を得
ることができなかつた。また、装着感をよくする
ために、酸素を通すミクロンオーダの多数の通気
孔を設けた多孔質のレンズが使用されている。と
ころが、このレンズを使用した場合、通気孔内に
有機質汚染物質や細菌等が入つてしまうため、従
来の洗浄方法では充分な洗浄効果を得ることが到
底不可能であつた。しかしコンタクトレンズは５
mmφ程度と非常に小さく、取扱いにくいため、洗
浄作業が非常に面倒であり、また洗浄の途中で水
に流してしまう等の事故も生じ易かつた。

上記した従来の問題点を解決する手段として、
圧電振動子による超音波洗浄装置が提案されてい
る。第６図はこの種の超音波洗浄装置の構成を概
略的に示す図で、直径Ｄの洗浄槽１の底面１０１
の外面に、チタン酸バリウム系或いはPZT等で
成り、底面１０１より小径の直径d₁を有する円板
状の圧電振動子２を、例えば絶縁板３を介して接
合した構造となつている。４は洗浄液である。

前記圧電振動子２は、第７図に示すように、円
板状の素体２０１を厚み方向に分極すると共に、
分極方向Ｐと一致する厚み方向の両面に電極２０
２及び２０３をそれぞれ形成してある。

上記の従来の超音波洗浄装置は、一般に商用交
流電源を利用して駆動することを前提にしている
ため、駆動電圧の低電圧化や小型化等を考慮せず
に、大きな形状で、駆動電圧も高く設計してあ
る。例えば洗浄槽１は直径Ｄが約90mm程度と大き
く、駆動周波数も30KHz〜60KHz程度となつてい
る。

圧電振動子２も、周波数30KHz〜60KHz程度の
ベンデイング振動を得るに当つて、その一般的な
周波数定数から定まる最適な直径d₁となるよう
に、80mm〜35mm程度の比較的大径のものを使用し
ている。

また、洗浄槽１の厚みt₁は、主として加工上の
問題から、0.6〜１mm程度に設定されており、圧
電振動子２の厚みt₂は３〜５mm程度となつてい
る。

上記の従来の超音波洗浄装置において、圧電振
動子２の電極２０２−２０３間に周波数30KHz〜
60KHz程度の交流電圧を印加して駆動した場合、
第７図に示す如く、分極方向Ｐ及び電界方向Ｅを
直交する方向の応力Ｔ及び歪Ｓに依存する径方向
振動モードを発生し、第８図に示すように、径方
向振動モードによつて洗浄槽１にベンデイング振
動が与えられ、洗浄槽１内の洗浄液４に超音波エ
ネルギーが放射される。

従来技術の問題点しかし、上述した従来の超音波洗浄装置には次
のような問題点がある。

(イ) 商用交流電源を利用して駆動することが前提
となつていて、形状が大型であり、駆動電圧も
高い値に設計されている。ところが、コンタク
トレンズ洗浄用としては、小型で、しかも電池
駆動等による低電圧駆動方式を取り得る携帯性
に優れた超音波洗浄装置が望ましい。つまり、
従来の超音波洗浄装置はコンタクトレンズ洗浄
用としては不向きである。

(ロ) 上記従来構造において、小型化を図り低電圧
駆動を可能にするためには、圧電振動子２を小
径化すると同時に、その厚みt₂を非常に薄くす
る必要がある。しかし、小径で、薄い圧電振動
子２を洗浄槽１の底面１０１に接合した場合、
基本振動周波数成分が低下してしまうため、第
９図及びその展開図たる第１０図に示すよう
に、超音波領域としては、基本振動周波数成分
L₁の高次モードの振動周波数成分L₂を利用す
る必要が出てくる。このため、圧電振動子２に
生じた振動エネルギーの殆どが洗浄槽１の槽壁
１０１，１０２の励振によつて消費されてしま
うと同時に、実質的に低い音響成分が混在し、
洗浄能力が著しく低下してしまう。超音波洗浄
装置において洗浄能率を上げるためには、洗浄
槽１の槽壁１０１，１０２の励振を極力抑える
ことが必須であり、従来の超音波洗浄装置で
は、この基本的要請に応えることができないの
である。

本考案の目的本考案は、上述する従来の問題点を解決し、洗
浄能率が高く、しかも駆動インピーダンスが低
く、低電圧駆動が可能であり、小型、軽量、か
つ、低コストの超音波洗浄装置を提供することを
目的とする。

本考案の構成洗浄槽の底面に圧電振動子を接合した超音波洗
浄装置であつて、前記洗浄槽の前記底面は、外周
が円形状であり、前記圧電振動子は、前記洗浄槽
の底面の外径より大きい外径を有する円板状であ
つて、厚み方向の両面に電極を有し、前記電極に
電圧を印加して駆動したとき径方向振動モードを
発生するように分極されており、前記圧電振動子
の厚み方向の一面を、前記洗浄槽の前記底面に同
心状に接合したことを特徴とする。

実施例第１図は本考案に係る超音波洗浄装置の正面断
面図である。図において、１は洗浄槽、２は圧電
振動子である。

圧電振動子２は、第２図にも示すように、外径
d₁の中心部に内径d₂の中心孔２０４を有する薄円
環状の素体２０１を使用し、この素体２０１を厚
み方向に分極すると共に、厚み方向の両面に電極
２０２及び電極２０３を被着形成した構造となつ
ている。従つて、この圧電振動子２は、従来と同
様に、分極方向Ｐ及び電界方向Ｅと直交する方向
の応力Ｔ及び歪Ｓに依存する径方向振動モードを
発生する。

圧電振動子２の外径d₁及び内径d₂は、洗浄槽１
の底面１０１の外径Ｄに対して、 d₁＞Ｄ＞d₂ …(1) の関係にある。圧電振動子２の外径d₁と洗浄槽１
の外径Ｄとの関係をd₁＞Ｄのように選定した場
合、その共振周波数は＝Ｃ／2πa …(2) となる。ここでＣは音速、ａは圧電振動子２の外
径d₁と内径d₂とで定まる平均半径（第３図参照）
ある。

上記式(2)から明らかなように、共振周波数は
平均直径２ａから算出され円周長（2πa）を一波
長とする周波数となる。従つて、圧電振動子２が
平均円周長2πaを一波長として振動することとな
るため、実質的に径方向の変位を取ることが可能
になり、第４図に示すように、洗浄槽１の底面１
０１に共振周波数によるベンデイング振動を与
えることができる。このように、本願考案によれ
ば、共振周波数によつて洗浄槽１の底面１０１
にベンデイング振動を起させて励振できるので、
洗浄液４に対して充分に大きな超音波エネルギー
を放射し、高い洗浄効果を得ることができる。

また、上記式(2)から明らかなように、共振周波
数は圧電振動子２の厚みt₂に対する依存性を持
たないから、圧電振動子２を薄型化して駆動イン
ピーダンスを下げても問題を生じない。しかも、
圧電振動子２の外径d₁が洗浄槽１の外径Ｄより大
きくなつているため、電極２０２，２０３の面積
も大きくできる。このため、駆動インピーダンス
を低下させ、低電圧駆動に適した薄型の超音波洗
浄装置を実現できる。

次に、洗浄槽１の側壁１０２等を振動させる周
波数成分については、洗浄槽１の底面１０１の外
径Ｄと、圧電振動子２の外径d₁の比（Ｄ／d₁）を
適当に選定することによつて、除去することがで
きる。実験によると、（Ｄ／d₁）＝0.63付近が最も
効果があつた。

更に、この実施例では、中心部に内径d₂の中心
孔２０４を設けてあるので、この中心孔２０４の
内径d₂の寸法選択により、洗浄液４中に発生する
キヤビテーシヨンの分布、つまり音場をコントロ
ールすることができる。第５図は洗浄槽１の外径
Ｄ＝15mm、圧電振動子２の外径d₁＝25mmとしたと
き、内径d₂の変化に対する振幅の関係を示す実測
データである。なお、振幅は洗浄槽１の底面１０
１中心部における値である。

この第５図の実測データから明らかなように、
中心孔２０４の内径d₂を変化させることによつ
て、洗浄槽１の底面１０１の中心部の振幅を大き
くでき、また、近距離指向性を制御できることが
解る。従つて、本考案によれば、中心孔２０４の
内径d₂の寸法選択によつて高能率の超音波洗浄装
置を実現することができる。

本考案の効果以上述べたように、本考案は、洗浄槽の底面に
圧電振動子を接合した超音波洗浄装置であつて、
前記洗浄槽の前記底面は、外周が円形状であり、
前記圧電振動子は、前記洗浄槽の底面の外径より
大きい外径を有する円板状であつて、厚み方向の
両面に電極を有し、前記電極に電圧を印加して駆
動したとき径方向振動モードを発生するように分
極されており、前記圧電振動子の厚み方向の一面
を、前記洗浄槽の前記底面に同心状に接合してあ
るから、洗浄能率が高く、しかも駆動インピーダ
ンスが低く、低電圧駆動が可能であり、小型、軽
量、かつ、低コストの超音波洗浄装置を提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係る超音波洗浄装置の構成を
概略的に示す断面図、第２図は同じくその圧電振
動子の斜視図、第３図は同じく圧電振動子の平面
図、第４図は本考案に係る超音波洗浄装置の振動
姿態を説明するための断面図、第５図は本考案に
係る超音波洗浄装置を構成する圧電振動子の内径
寸法と振幅との関係についての実測データを示す
図、第６図は従来の超音波洗浄装置の構成を概略
的に示す断面図、第７図は同じくその圧電振動子
の斜視図、第８図は同じく振動姿態を示す図、第
９図は同じく高次モード振動姿態を示す図、第１
０図は洗浄槽を展開した状態での高次モード振動
姿態を示す図である。１……洗浄槽、２……圧電振動子、１０１……
底面、２０１……素体、２０２，２０３……電
極、２０４……中心孔、Ｄ……洗浄槽の外径、d₁
……圧電振動子の外径、d₂……圧電振動子の内
径。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】 (1) 洗浄槽の底面に圧電振動子を接合した超音波
洗浄装置であつて、前記洗浄槽の前記底面は、外周が円形状であ
り前記圧電振動子は、前記洗浄槽の底面の外径
より大きい外径を有する円板状であつて、厚み
方向の両面に電極を有し、前記電極に電圧を印
加して駆動したとき径方向振動モードを発生す
るように分極されており、前記圧電振動子の厚み方向の一面を、前記洗
浄槽の前記底面に同心状に接合してあることを特徴とする超音波洗浄装置。 (2) 前記洗浄槽の前記底面の外径Ｄと前記圧電振
動子の外径d₁の比（Ｄ／d₁）が0.63程度である
ことを特徴とする実用新案登録請求の範囲第１
項に記載の超音波洗浄装置。 (3) 前記圧電振動子は、前記底面の中央部に対応
する部分に孔を有することを特徴とする実用新
案登録請求の範囲第１項または第２項に記載の
超音波洗浄装置。