JPH05109685A - 超音波洗浄装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、パーティクルの発生を抑制し、洗浄
液の汚染を防止して、被洗浄物に対する常に良好な超音
波洗浄をなす超音波洗浄装置を提供する。 【構成】被洗浄物ａを浸漬する洗浄液が収容され、かつ
少なくとも内壁が耐蝕性金属材からなる洗浄槽１と、こ
の洗浄槽に洗浄液に直接接触するよう取付けられる耐蝕
性金属材からなる超音波振動板７と、この超音波振動板
に連結され超音波を発生して上記超音波振動板を超音波
振動させ洗浄液に浸漬した上記被洗浄物を超音波洗浄す
る超音波振動子８とを具備し、少なくとも洗浄液が接触
する上記洗浄槽の内壁面および上記超音波振動板面を電
解研磨加工面としたことを特徴とする超音波洗浄装置で
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超音波洗浄装置に係
り、特に、洗浄液に直接接触する洗浄槽の内壁面および
超音波振動板面の表面処理構造の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば、半導体および液晶ディスプレ
イなどのガラス基板を洗浄するのに、超音波洗浄装置が
用いられる。

【０００３】図１に、超音波洗浄装置の一例を示す。図
中１は、洗浄液が収容される洗浄槽である。この洗浄槽
１は、上面が開口する矩形状の槽であり、この底面に
は、洗浄される被洗浄物ａを支持するための支持脚２，
２が設けられる。さらに、上部側面から槽内にシャワー
管３が貫通して設けられ、下部側に設けられる開口部に
は、洗浄液導入管４と排出管５のそれぞれ開口端部が接
続される。

【０００４】上記洗浄槽１の相対向する側面部には、矩
形状の開口部６…が設けられていて、これら開口部６を
閉塞するように超音波振動板７が設けられる。それぞれ
の超音波振動板７の裏面側には、たとえばフェライト磁
性体からなる超音波振動子８が取着されている。

【０００５】上記超音波振動子８は、それぞれここでは
図示しない超音波発振器と電気的に接続されていて、所
定周波数の超音波の発振を受け超音波振動が発生する。
この超音波振動は、一体化される超音波振動板７の振動
に換り、さらに洗浄槽１内に収容される洗浄液に伝達す
るようになっている。

【０００６】このような超音波振動は、洗浄液内におい
てキャビティーションの発生するところとなり、このキ
ャビティーションが洗浄液中に浸漬状態にある上記被洗
浄物ａに衝突する。被洗浄物ａに付着している不純物
（汚れ）は全て除去され、効率のよい洗浄がなされる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記洗浄槽
１の少なくとも内壁および超音波振動板７など、洗浄槽
１内に収容される洗浄液に直接接触する部分は、長期の
使用に亘っても、錆の発生があってはならない。すなわ
ち、錆が発生すると、その一部は超音波振動にともなっ
て剥離し、被洗浄物ａに付着して洗浄効果を損なう。

【０００８】そこで、洗浄槽１および超音波振動板７と
もに、ステンレス鋼やタンタルなどの耐蝕性金属材が選
択されるのが普通である。そしてさらに、板面にピンホ
ールがあったり、溶接部分から応力腐食割れや粒界腐食
もしくは孔食が発生するのを避けるため、洗浄液との接
触面側をバフ研磨などの表面加工を行って鏡面仕上げし
ている。

【０００９】上記バフ研磨は、布などの柔軟な材料で作
られた円盤（バフ車）の周囲に、研磨材を付着させ、こ
れを高速回転させてワークに押し付け、表面を滑らかに
仕上げる方法であって、つや出しや、メッキの下地処理
として用いられる。

【００１０】しかしながら、このような表面処理をなし
た超音波洗浄装置で、実際に洗浄作用を行うと、超音波
振動によって洗浄液中に、母材の結晶粒界中に残留して
いたパーティクル（研磨砥粒）が僅かづつ流出すること
が、実験の結果判明した。

【００１１】このようなパーティクルは、文字通りの微
粒子なので、洗浄液中に浮遊し、洗浄後、洗浄液を洗浄
槽１から排出した状態で被洗浄物ａに付着し、上記シャ
ワー管３からシャワー液を降りかけても容易に除去でき
ない。その結果、パーティクルが被洗浄物ａを逆汚染す
ることとなるので、パーティクルの発生（発塵）を抑制
する必要がある。

【００１２】本発明は、上記事情に着目してなされたも
ので、少なくとも洗浄液が接触する洗浄槽の内壁面およ
び超音波振動板面からのパーティクルの発生を抑制した
表面処理加工をなし、洗浄液の汚染を防止して、常に良
好な超音波洗浄効果を得られる超音波洗浄装置を提供す
ることを目的とするものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を満足するた
め、第１の発明は、被洗浄物を浸漬する洗浄液が収容さ
れ、かつ少なくとも内壁が耐蝕性金属材からなる洗浄槽
と、この洗浄槽に洗浄液に直接接触するよう取付けられ
る耐蝕性金属材からなる超音波振動板と、この超音波振
動板に連結され超音波を発生して上記超音波振動板を超
音波振動させ洗浄液に浸漬した上記被洗浄物を超音波洗
浄する超音波振動子とを具備し、少なくとも洗浄液が接
触する上記超音波洗浄槽の内壁面および上記超音波振動
板面を電解研磨加工面としたことを特徴とする超音波洗
浄装置である。

【００１４】第２の発明は、上記洗浄槽の少なくとも内
壁および上記超音波振動板を形成する耐蝕性金属材は、
ステンレス鋼であることを特徴とする請求項１記載の超
音波洗浄装置。

【００１５】第３の発明は、上記電解研磨加工面は、機
械加工と電解研磨加工とを同時に行うことにより得られ
た複合電解研磨加工面であることを特徴とする請求項１
記載の超音波洗浄装置である。

【００１６】

【作用】洗浄液が接触する洗浄槽の内壁面および超音波
振動板面を、電解研磨加工面としたから、超音波振動に
よる洗浄をなしても、これらの母材から洗浄液に析出す
るパーティクルの数が極めて少ないことが実験結果から
判明した。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の一実施例を、図面を参照して
説明する。超音波洗浄装置自体の構成は、先に図１にお
いて説明したものをそのまま適用できるので、ここでは
新たな説明は省略する。

【００１８】特に、洗浄液が接触する上記洗浄槽１と上
記超音波振動板７は、耐蝕性金属材としての、低カーボ
ンのステンレス鋼材（ＳＵＳ３０４ＬあるいはＳＵＳ３
１６Ｌ）を用いる。

【００１９】洗浄液に直接接触する洗浄槽１の内壁面
と、上記超音波振動板７の板面に、それぞれ電解研磨加
工をなす。好ましくは、複合電解研磨加工を行う。した
がって、それぞれの板面は、凹凸がなく、表面が不動態
化する。

【００２０】上記電解研磨加工は、電解槽中に電解液を
入れ、その中に被研磨物を吊して陽極とし、さらに電解
液中に陰極として不溶性の金属を入れる。電気を通す
と、被研磨物の表面が溶解して陰極に金属が析出する。
このことにより、被研磨物の表面は溶解によって次第に
滑かになり、ついには光沢のある研磨面が得られる加工
手段をいう。

【００２１】上記複合電解研磨加工は、従来より、真空
チャンバや超純水配管のステンレス材に対する表面処理
手段として用いられている。上記電解研磨加工と相違す
る点は、陰極側の不溶性金属で電解加工と同時に、切削
などの機械加工を行なうことである。この方法の特徴と
して、単なる電解研磨加工のものよりも、表面粗さが極
めて平滑になることである。ここで、複合電解研磨加工
の特性を、他の表面加工手段による特性と比較するため
の実験を行った。

【００２２】すなわち、材質は、ＳＵＳ３１６Ｌであ
り、１００×１００ｍｍの大きさで、板厚２ｍｍの試料
を用意する。そして、表面を何らの処理をしないもの、
すなわち無処理の試料Ａ（ＪＩＳ仕上げ ２Ｂ、表面粗
さ Ｒａ０．１３２μｍ）と、表面を３段階のバフ研磨
した試料Ｂ（表面粗さ Ｒａ０．０５６μｍ）と、表面
をＮｉベースの膜でコーティングした、いわゆるクリー
ンエス処理をなした試料Ｃ（表面粗さ Ｒａ０．０５６
μｍ）と、表面を複合電解研磨加工した試料Ｄ（表面粗
さ Ｒａ０．００４μｍ）および同じ大きさと板厚の硬
質塩化ビニール（ＰＶＣ）材からなる試料Ｅを作る。

【００２３】図５に示すように、超純水（８００ｍｌ）
を収容した石英槽１０に、上記各試料ＡないしＥを浸漬
する。そして、上記石英槽１０ごと超音波槽（容量８７
ｌ）１１に浸漬し、この超音波振動子１２から超音波
（４０ＫＨｚ，６００Ｗ）を６０分間印加する。

【００２４】それぞれの試料に対して同一条件の超音波
を印加してから、超純水１０ｍｌをサンプリングして、
その中に発生するパーティクル数を超音波時間に対して
測定した。このパーティクル数の測定は、液中パーティ
クルカウンタ１３で、０．３μｍ〜２μｍの粒径につい
て行い、パーティクル数が多く測定不可の場合は、超純
水で希釈した。

【００２５】図２は、上記手段を採用して実験した、超
音波印加時間に対する、粒径０．３〜０．５μｍのパー
ティクル発生量の関係を現す結果である。特に、複合電
解研磨加工をなした試料Ｄは、超音波印加時間の経過に
も拘らず、パーティクル発生個数はほとんど０である。

【００２６】硬質塩化ビニール（ＰＶＣ）材からなる試
料Ｅのパーティクル発生個数は、僅かに見られ、クリー
ンエス処理をなした試料Ｃのパーティクル発生個数はこ
れを僅かに上回る。無処理の試料Ａのパーティクル発生
個数は、超音波印加開始直後にある程度多く数えられ、
それ以降の発生割合は僅かに漸増する。バフ処理した試
料Ｂは、超音波印加開始直後まで無処理の試料Ａと同様
にある程度多く数えられ、それ以降の発生割合も極めて
顕著に増加する。

【００２７】図３は、超音波印加時間に対する、粒径
０．５〜０．７μｍのパーティクル発生量の関係を現す
実験結果である。複合電解研磨加工をなした試料Ｄは、
超音波印加時間の経過にともなって、極く微量のパーテ
ィクル発生を確認できる。

【００２８】硬質塩化ビニール（ＰＶＣ）材からなる試
料Ｅおよびクリーンエス処理をなした試料Ｃのパーティ
クル発生個数は、同一の割合で増加する。無処理の試料
Ａは、超音波印加開始の直後までバフ処理した試料Ｂの
パーティクル発生個数と同一の増加割合を示し、それ以
後は漸増する。バフ処理した試料Ｂのパーティクル発生
割合は、さらに顕著に増加する。

【００２９】図４は、超音波印加時間に対する、粒径
２．０μｍ以上のパーティクル発生量の関係を現す実験
結果である。複合電解研磨加工をなした試料Ｄのパーテ
ィクル発生個数は、相変わらず極く少数である。

【００３０】硬質塩化ビニール（ＰＶＣ）材からなる試
料Ｅのパーティクル発生個数は、複合電解研磨加工をな
した試料Ｄに次いで増加する。クリーンエス処理をなし
た試料Ｃのパーティクル発生個数は、超音波印加開始の
直後まで急増し、それ以降は極く僅かな増加が見られ
る。

【００３１】無処理の試料Ａのパーティクル発生個数の
増加割合は、超音波印加時間開始からかなりの時間まで
バフ研磨した試料Ｂのパーティクル発生個数を上回って
いるが、それ以降逆転する。

【００３２】いずれにしても、複合電解研磨をなした試
料Ｄは、超音波印加時間の経過に拘らずパーティクルの
発生個数が極く微量であることが判明した。また、硬質
塩化ビニール（ＰＶＣ）材からなる試料Ｅは、全ての範
囲で複合電解研磨をなした試料Ｄに次いでパーティクル
の発生個数が少ない。

【００３３】クリーンエス処理をなした試料Ｃは無処理
のものに比べると少ないが、複合電解研磨，硬質塩化ビ
ニール樹脂のものより多い。表面をＮｉでコーティング
しているため、無処理のものよりも発生量が少ないと考
えられる。

【００３４】バフ研磨した試料Ｂでは、無処理の試料Ａ
以上に、もしくは同等に発生している。これは、恐らく
母材の結晶粒界中に残留していたバフに含まれる研磨剤
がそのまま試料の表面に付着し、超音波を印加すること
によって発塵するものと考えられる。

【００３５】以上のような実験結果から、上記超音波洗
浄装置における洗浄液と直接接触する洗浄槽１の内壁面
と、超音波振動板７の板面を、複合電解研磨加工面とし
て構成すれば、実際の超音波洗浄をなした状態で、洗浄
液中にパーティクルの発生がほとんどなく、洗浄液を汚
染しない。必要な洗浄が終了した時点で、パーティクル
による被洗浄物の逆汚染がない。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、少
なくとも洗浄液が接触する洗浄槽の内壁面および超音波
振動板面を電解研磨加工面、好ましくは複合電解研磨加
工面としたから、パーティクルの発生を抑制でき、洗浄
液の汚染を防止して、被洗浄物に対する常に良好な超音
波洗浄をなすという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す、超音波洗浄装置の一
部切欠した正面図。

【図２】同実施例の、超音波印加時間に対するパーティ
クル発生量の特性図。

【図３】図２とは異なるパーティクル粒径の、超音波印
加時間に対するパーティクル発生量の特性図。

【図４】図２および図３とは異なるパーティクル粒径
の、超音波印加時間に対するパーティクル発生量の特性
図。

【図５】同実施例の、試料のパーティクル発生個数を測
定する実験装置の構成図。

【符号の説明】

ａ…被洗浄物、１…洗浄槽、８…超音波振動子、７…超
音波振動板。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被洗浄物を浸漬する洗浄液が収容され、か
   つ少なくとも内壁が耐蝕性金属材からなる洗浄槽と、こ
   の洗浄槽に洗浄液に直接接触するよう取付けられる耐蝕
   性金属材からなる超音波振動板と、この超音波振動板に
   連結され超音波を発生して上記超音波振動板を超音波振
   動させ洗浄液に浸漬した上記被洗浄物を超音波洗浄する
   超音波振動子とを具備し、少なくとも洗浄液が接触する
   上記洗浄槽の内壁面および上記超音波振動板面を電解研
   磨加工面としたことを特徴とする超音波洗浄装置。
2. 【請求項２】上記洗浄槽の少なくとも内壁および上記超
   音波振動板を形成する耐蝕性金属材は、ステンレス鋼で
   あることを特徴とする請求項１記載の超音波洗浄装置。
3. 【請求項３】上記電解研磨加工面は、機械加工と電解研
   磨加工とを同時に行うことにより得られる複合電解研磨
   加工面であることを特徴とする請求項１記載の超音波洗
   浄装置。