JPH02157078A - キャビテーションを利用した洗浄方法 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、キャビテーションの発生及び膨張、破壊によ
り洗浄効果を上げるようにしたキャビテーションを利用
した洗浄方法に関する。

［従来技術］ 一般に、超音波洗浄では、超音波によりキャビテーショ
ンを発生させ、このキャビテーションが発生するときの
状態により被洗浄物についている汚れを落とすものであ
る。キャビテーションには、液中の溶けた気体が気泡に
なるものと、真空状態の空洞による２つがあり、洗浄効
果は真空状態の空洞の発生消滅により発生すると考えら
れている。

ここで、単一周波数の洗浄装置では、第３図に示すよう
に洗浄槽１に設けた振動子２に発振器３からの信号で１
つの周波数の超音波を発生すると、洗浄液４において、
点線Ａで示した振幅の大きい部分にキャビテーションが
発生する。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、この洗浄方法では、振幅の小さい部分に
はキャビテーションが発生しないため、洗浄ムラが発生
し易いという欠点があった。

この欠点を解消するために、本出願人は、第４図に示す
ように長さの異なる金属ブロック５．６で圧電素子７を
挟持し、金属ブロック５．６にそれぞれ設けた雌ねじに
ボルトの両端のねじを係合した非対称ランジュバン型振
動子８を提案した。

この振動子８は短い金属ブロック５と圧電素子７との長
さの共振周波数ｆ□と、長い金属ブロック６と圧電素子
７との長さの共振周波数ｆ２と、全体の長さの共振周波
数ｆ３の３周波数をそれぞれ持つ超音波を発生すること
ができる。

従って、第５図に示すように洗浄槽１に設けた振動子８
に、スイッチ９により発振器１０．１１．１２をそれぞ
れ切換えて、予め決められた時間毎に順次周波数ｆ１、
ｆ２、ｆ３の信号を供給すると、振動子８から発生した
それぞれ周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３の異なる超音波は振幅
の大きい部分の位置が異なるため、点線Ａで示すように
洗浄槽１に入れた液体４の多数の部分でキャビテーショ
ンを発生させることができ、単一周波数の洗浄方法に比
べて洗浄効果が向上するものである。

しかしながら、この洗浄装置においても、点線Ａで示し
た間の部分にキャビテーションが発生しないため、僅か
ながら洗浄ムラが発生するという問題があった。また、
単一周波数で定在波ができると、腹の部分にキャビテー
ションが生じ、それ以上超音波パワーが水中に入ること
が抑えられると考えられる。−互生したキャビテーショ
ンは他の周波数に切り変わり、定在波のパターンが変わ
ると、それに伴い散らされることになる。一方、新たに
生じた定在波の腹にはキャビテーションの残りあるいは
残響があり、次の新たなキャビテーションの元になると
考えられる。

本発明は、１つの周波数の超音波で発生させたキャビテ
ーションを次の超音波で圧縮、膨張して破壊し、さらに
新たなキャビテーションを発生させることを繰り返して
洗浄効果を向上させたキャビテーションを利用した洗浄
方法を提供することを目的とするものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、上記目的を達成するために、２つの異なった
周波数の超音波を繰り返し微小時間間隔で振動子から出
力し、１つの周波数の超音波で発生したキャビテーショ
ンを次の周波数の超音波で拡散するとともに、該キャビ
テーションの残りあるいは残響をもとにして、さらに次
の超音波によるキャビテーションを発生するようにして
、洗浄効果を向上させるものである。

また、２つの異なった周波数の超音波に、さらに異なっ
た１つまたはそれ以上の周波数の超音波を前記振動子か
ら出力するようにしてもよい。さらに、振動子を２つ以
上設けてもよい。

［作用］ 本発明によれば、２つまたはそれ以上の異なった周波数
の超音波を繰り返し微小時間間隔で振動子から出力する
ことにより、１つの周波数の超音波で振幅の大きい部分
にキャビテーションで泡が発生すると、この気泡は浮力
すぐに上方へ移動するので、この時、次の周波数の超音
波が発生すると、この超音波の音圧の大気圧より高い部
分では、前の超音波による気泡が圧縮されるが、大気圧
より低くなると、圧縮された気泡は爆発的に膨張し、そ
して、さらに上昇すると、次の超音波の高い音圧でさら
に気泡が圧縮され、また負圧で膨張する。

この気泡が膨張さには破壊されたときに高い音圧が発生
し、この音圧によって洗浄効果を向上させる。

［実施例コ 本発明の詳細な説明する前に原理を説明する。

まず、第４図において、超音波の振幅の大きい部分を着
目して、第１図の曲線Ａを参照すると、超音波が大気圧
と同じ音圧では単に液面が振動するだけであるが、超音
波の音圧を大気圧以上に上げたとき、曲線Ｂで示すよう
に音圧が大気圧より高くなる半周期と、曲線Ｃで示よう
に大気圧より低くなる半周期が生じる。この圧力が低く
なる半周期Ｃは真空状態（ゼロ気圧の空洞）となるため
、液体に溶は込んでいた気体が気化し、多量の細かい気
泡が発生する。このように、液体の媒質がひきちぎられ
て空洞化する現象をキャビテーションと呼んでいる。

この半周期Ｃの期間にキャビテーションにより発生した
気泡は浮力で上昇し、気泡の中の気体は液面で空気中に
放出される。従って、単一の周波数の超音波の場合には
、気泡が超音波の振幅の高い部分で発生して、上昇する
だけであり、また３周波数の超音波を使用しても、それ
ぞれの超音波の振幅の大きい部分でキャビテーションが
発生して気泡が生じるものである。

ココテ、もし、半周期Ｃの期間にキャビテーションによ
り発生した気泡が発生した位置に留まっているとすれば
、次の半周期Ｂで大気圧より高い音圧を受けるため、気
泡は圧縮されて小さくなる。

そして、次の半周期Ｃでは負圧になるため、気泡は爆発
的に大きく膨張し、さらには破壊するため。

音圧はさらに増加されるものと思われる。

しかしながら、一般に半周期Ｃでキャビテーションによ
り発生した気泡は同じ位置に留まっていないため、媒質
がひきちぎられて空洞を生ずるときに生じる現象により
被洗浄物が洗浄されるものと思われる。従って、前記従
来例で示した単一の周波数及び複数の周波数の超音波を
使用した洗浄装置では、超音波の振幅の大きい部分での
み洗浄が行なわれるため、洗浄ムラが生じるものである
。

そこで、第２図を参照すると、本発明の洗浄方法では、
洗浄槽１に設けられた振動子２は高速スイッチ１３を介
して例えば周波数ｆ１の発振器１０と周波数ｆ２の発振
器１１を接続する。そして、高速スイッチ］−３を通し
て発振器１ｏがら微小時間（０，５ｍｓ−Ｌｏｏｍｓ）
だけ信号を入力して振動子２から微小時間だけ超音波を
発生した後、すぐに周波数ｆ２の信号を発振器１１がら
高速スイッチ１３を介して振動子２に入力して、微小時
間だけ超音波を発生する。

このようにすると、最初の超音波によって発生した気泡
が上昇して次の超音波の振幅の大きい部分に達すると、
すぐに次の超音波が発生するので、最初の超音波で発生
した気泡は次の超音波の半周期Ｂの高い音圧で圧縮され
るとともに１次の半周期Ｃで負圧になることにより、気
泡は爆発的に膨張するとともに、さらには破壊するもの
と思われる。また、半周期Ｃの負圧のときに他の部分で
は気泡が発生する。

このように１つの超音波で発生した気泡が次の超音波で
圧縮されて膨張することを繰り返すことにより、音圧が
非常く高くなり、これによって洗浄効果を非常に向上さ
せることができる。

なお、振動子２としては、従来の通常のランジュバン型
振動子でもよいし、また本出願人が提案した非対称ラン
ジュバン型振動子でもよい。また、洗浄槽１に振動子２
を２個以上設けてもよい。さらに、発振器も複数設ける
ことができる。

［発明の効果コ 本発明は、以上のように構成されているので、微小時間
毎に供給された周波数の異なった超音波によって、キャ
ビテションにより発生した気泡を超音波の音圧により圧
縮及び膨張させて破壊させることにより、この気泡の膨
張及び破壊が洗浄槽の液体部分の全体にわたって生じ、
これにより洗浄効果を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明するための超音波の波形図
、第２図は本発明の詳細な説明するためのブロック図、
第３図は従来の超音波洗浄方法を説明するための図、第
４図は本出願人が提案した多周波数振動子の側面図、第
５図は第４図の振動子を使用した従来の洗浄方法を示し
た図である。 １・・・洗浄槽、２・・・振動子、１０．１１・・・発
振器、１３・・・高速スイッチ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、２つの異なった周波数の超音波を繰り返し微小時間
   間隔で振動子から出力し、１つの周波数の超音波で発生
   したキャビテーションを次の周波数の超音波で拡散する
   とともに、該キャビテーションの残りあるいは残響をも
   とにして、さらに次の超音波によるキャビテーションを
   発生するようにして、洗浄効果を向上させることを特徴
   とするキャビテーションを利用した洗浄方法。 ２、前記２つの異なった周波数の超音波に、さらに異な
   った１つまたはそれ以上の周波数の超音波を前記振動子
   から出力することを特徴とする請求項１記載のキャビテ
   ーションを利用した洗浄方法。 ３、前記振動子を２つ以上設けたことを特徴とする請求
   項１記載のキャビテーションを利用した洗浄方法。