JPH06126250A - 超音波洗浄機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 〔目的〕 使用中や輸送中における洗浄槽の底壁からの
超音波振動子剥離落下やびこれに伴う事故を防止した超
音波洗浄機を提供する。 〔構成〕 高分子化合物又は合成樹脂を素材とし底壁
（１１）の下面に一体に形成された突出部（１２）を有
する洗浄槽（１０）と、先端部分が洗浄槽の突出部内へ
の埋設状態を保ちながら底壁下面に固定される超音波振
動子（２０）とを備えている。好ましくは、超音波振動
子の先端部分を先端側ほど断面積が拡大するテーパ形
状、すなわち、突出部の内周面（１２ａ）と超音波振動
子先端部の外周面（２２ａ）の埋設形状を蟻形とするこ
とにより、剥離落下が一層完全に防止される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金属表面へのめっきや
塗装工程での脱脂等の前処理、半導体製造における洗浄
処理、あるいは医薬品や食器等の洗浄に利用される超音
波洗浄機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、超音波洗浄機は、図３に示すよう
に、ステンレス製の洗浄槽１と、この洗浄槽１の底壁１
ａ下面に配置された適宜な個数（図中には一個のみ示
す）の超音波振動子２と、洗浄槽１を支持する基台３
と、この基台３に内蔵されて超音波振動子２を駆動させ
る発振部４とからなる基本構造を備えている。超音波振
動子２としては、例えば圧電素子２ａを上下一対の金属
ブロック２ｂ，２ｃで挟み、これをボルト２ｄで締め付
けた構造のボルト締めランジュバン型振動子が用いられ
ている。

【０００３】ステンレス製洗浄槽１の底壁１ａの下面に
おける超音波振動子２との接着面には、予め例えばサン
ドブラスト加工等による粗面加工を施してあり、この接
着面にエポキシ系接着剤５を塗布し、超音波振動子２の
放射面（金属ブロック２ｂの上面）を接着剤５の塗布面
に固定して適宜な荷重を加え、そのまま放置あるいは加
熱することにより、底壁１ａ下面に対する超音波振動子
２の接着が行われる。

【０００４】上記超音波洗浄機は、洗浄槽１に注入した
洗浄液Ｌ中に洗浄対象物Ｗを浸し、発振部４に電流を供
給して超音波振動子２を励振させ、洗浄液Ｌに超音波を
放射することによって、洗浄対象物Ｗの表面に付着した
汚染物を剥離除去するものである。更に詳しくは、洗浄
液Ｌに超音波が放射されると、波形の節となる部分では
媒質（洗浄液Ｌ）の振動変位は零であるが、波の傾きが
正となった時に媒質が膨張され、音圧が負となるので、
媒質が引き裂かれて空洞もしくは瞬間的な沸騰現象によ
る気泡が生じ（キャビテーションという）、次の半周期
で波の傾きが負になることによって、音圧が負から正へ
変化する瞬間に前記空洞あるいは気泡が消滅し、このと
きに、洗浄対象物Ｗの表面の汚染物質に対する強烈な破
壊作用や剥離作用を生じる。

【０００５】一方、波形の腹となる部分では音圧は殆ど
変化しないが、媒質の振動変位が大きいことから、これ
による摩擦や攪拌現象も洗浄力として有効に作用すると
考えられる。また、洗浄槽１内へ超音波を効率的に放射
するために、通常、超音波振動子２はその放射面、すな
わち上側の金属ブロック２ｂの上面に振動波形の腹が分
布するように設計されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、超音波
振動子２と洗浄槽１の底壁１ａとの接着部は振動の腹と
なるので、上下の振動変位（振幅）が大きく、超音波振
動子２を長時間連続的に励振させることによる温度上昇
の影響も受けるので、接着剤５による接着強度が低下
し、超音波振動子２が前記底壁１ａから剥離してしまう
ことがある。したがって、洗浄力を高める目的で出力を
増大させることが困難であった。

【０００７】このような超音波振動子２の剥離は、超音
波洗浄機の輸送中にも起こり得るものであり、剥離によ
って超音波振動子２が落下すると、振動子自体の損傷の
恐れがあるばかりでなく、その下側に配置された例えば
発振部４等の回路部が破壊されたり、電流供給時には、
落下した振動子２が前記回路部に接触することによって
短絡故障を引き起こすおそれもある。

【０００８】また、洗浄槽１の底壁１ａは振動波形の腹
が分布していることから、上下の振動変位が大きく、し
たがって、その上面に載置された洗浄対象物Ｗの下面と
の間ではキャビテーションやエロージョンが発生する。
このため、ステンレス等の金属板からなる前記底壁１ａ
は、経時的に侵食を受けてピンホールが形成され、この
ピンホールから超音波振動子２及び発振部４等の回路部
が存在する側へ洗浄液が漏洩する恐れもある。さらに、
ステンレス板からなる洗浄槽１は、超音波以外の振動を
受けることによる耳障りな金属音を発生しやすいもので
あった。

【０００９】本発明は、上記のような問題に鑑みてなさ
れたもので、その課題とするところは、駆動中あるいは
運搬中における洗浄槽の底壁からの超音波振動子の剥離
落下及びこれによる事故を防止することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記技術的課題を解決す
る本発明の超音波洗浄機は、高分子化合物又は合成樹脂
を素材とし、底壁下面に一体に形成された突出部を有す
る洗浄槽と、先端部分が上記洗浄槽の突起部内への埋設
状態を保ちながら上記底壁下面に固定される超音波振動
子とを備えている。本発明の好適な実施例によれば、突
起部の内側周面と超音波振動子の外側周面の埋設形状が
蟻形を呈している。

【００１１】

【作用】本発明の超音波洗浄機によれば、超音波振動子
の先端部分が洗浄槽の底壁下面に一体形成された突起部
に埋設されたことによって、放射面が洗浄槽の底壁下面
に強固に固定され、特に、突起部の内側周面と超音波振
動子の外側周面の埋設形状を蟻形とすることによって、
駆動時や輸送時における超音波振動子の脱落防止に対す
る信頼性が一層向上する。なお、この場合の蟻形埋設形
状としては、例えば超音波振動子の先端部分を先端側ほ
ど断面積が拡大するテーパ状もしくは段差状とするもの
である。

【００１２】高分子化合物や合成樹脂材からなる洗浄槽
は、その連鎖状高分子組織による適当な粘性（ゴム状弾
性）を有している。この洗浄槽は、金型を用いた成形装
置によって成形することができ、金型キャビティ内に、
成形生地（成形用合成樹脂材料）の充填に先立って超音
波振動子を固定することによって、底壁下面に突起部を
有する洗浄槽の成形と、この突起部への超音波振動子の
埋設一体化を同時に実現することができる。この場合
は、金型キャビティ内に充填された成形生地が超音波振
動子の放射面及び外側周面に接着されると共に、成形生
地の凝固収縮によって超音波振動子に対する適当な圧着
力が付与される。なお、合成樹脂材は、洗浄槽に注入さ
れる洗浄液の種類等を考慮して適宜選択されるが、超音
波による温度上昇時の耐熱性を考慮し、熱硬化性あるい
は薬品による硬化性を有するものであることが好まし
い。

【００１３】

【実施例】図１は、本発明の超音波洗浄機の好適な一実
施例を示すもので、参照符号１０は合成樹脂材で成形さ
れた洗浄槽、２０はこの洗浄槽１０の底壁１１下面に配
置された適宜な個数（図中には一個のみ示す）の超音波
振動子、３０は洗浄槽１０を支持する基台、４０はこの
基台３０に内蔵された発振部である。超音波振動子２０
は、典型的にはＰＺＴセラミックスからなる圧電素子２
１を、上下一対の金属ブロック２２，２３で挟み、これ
をボルト２４で締め付け一体化した構造の円形放射面を
有するボルト締めランジュバン型振動子である。

【００１４】超音波振動子２０は、先端側のホーンなど
と称される金属ブロック２２の先端面を超音波振動の放
射面２０Ａとするもので、この放射面２０Ａが洗浄槽１
０の底壁１１下面に密着されている。底壁１１の下面に
おける一又は複数箇所には、環状突起部１２が一体的に
形成されており、各超音波振動子２０は、金属ブロック
２２の金属ブロック２２の外側周面２２ａの上半部が、
環状突起部１２の内側周面１２ａに埋設されている。金
属ブロック２２の外周面２２ａは放射面２０Ａ側へ向け
て漸次大径となるテーパ状に形成され、環状突起部１２
の内周面１２ａは外周面２２ａの先端部に対応するテー
パ状に形成され、このため、いわゆる蟻形の埋設形態を
呈する。

【００１５】洗浄槽１０は、好ましくはエポキシ系の合
成樹脂材で成形されている。エポキシ系樹脂材は、主に
接着剤として用いられているように、成形の際のインサ
ート部材（本実施例では金属ブロック２２に相当）に対
する接着性に優れるほか、機械的強度が大きく、耐酸性
や耐熱性も高く、しかも成形後の収縮による歪みも小さ
いといった特性を有している。超音波洗浄においては、
洗浄液Ｌとして塩酸あるいはフッ酸等の酸性水溶液が多
く用いられ、また、洗浄液Ｌの温度は洗浄機の駆動時に
は７０℃程度に上昇するが、エポキシ樹脂からなる洗浄
槽１０は、このような使用条件下で優れた耐久性を発揮
し、エロージョン等の侵食作用も起こりにくい。

【００１６】図２は、洗浄槽１０を成形するための金型
１００を例示したもので、図中上下方向に互いに衝合・
分離される凹型１０１及び凸型１０２と、図示しない加
熱装置とを具備している。凹型１０１と凸型１０２の対
向面間には、エポキシ樹脂成形材料を充填して洗浄槽１
０を成形するためのキャビティ１０３が形成されてい
る。洗浄槽１０の底壁１１下面に対応する凹型１０１の
底面には、キャビティ１０３の一部であって環状突起部
１２に対応する円形の外側凹部１０１ａが形成され、さ
らにこの外側凹部１０１ａの底面には、超音波振動子２
０の部品である上側金属ブロック２２の下半部を埋設可
能な適宜な個数の内側凹部１０１ｂが形成されている。

【００１７】エポキシ樹脂成形材料は、エポキシプレポ
リマーに硬化剤を配合した粉末状材料を加熱して半溶融
状態としたもので、金型１００内で再加熱することによ
って完全に溶融した後、エポキシ基が重合して高分子化
し、急速に硬化する熱硬化性樹脂である。

【００１８】成形に際しては、金型１００をまず型開き
し、その凹型１０１における各内側凹部１０１ｂに、超
音波振動子２０から分離した金属ブロック２２を嵌合
し、凹型１０１内に適宜な量のエポキシ樹脂成形材料を
投入した上で、加熱しながら図示のように型締めする。
エポキシ樹脂成形材料は、加熱によって溶融しながらキ
ャビティ１０３の全容積に充填（賦形）され、内側凹部
１０１ｂから外側凹部１０１ａの内周へ突出した金属ブ
ロック２２の先端部の表面、すなわち図１における放射
面２０Ａ及び外周面２２ａの先端部に廻り込んだ状態と
なる。溶融後、このエポキシ樹脂成形材料は硬化し始
め、その過程において金属ブロック２２の表面と強固な
接着状態になるので、洗浄槽１０の成形と、その底壁１
１下面における環状突起部１２への金属ブロック２２の
埋設が完成する。

【００１９】エポキシ樹脂成形材料の硬化後は、金型１
００を型開きして、成形品である洗浄槽１０と金属ブロ
ック２２との一体化物を取り出す。そして、この金属ブ
ロック２２に、図１に示すＰＺＴ圧電素子２１と、下側
金属ブロック２３を順次配置し、ボルト２４で締め付け
ることによって、ボルト締めランジュバン型超音波振動
子２０を構成する。

【００２０】上記本実施例の超音波洗浄機によれば、次
の効果が確認された。 (1) 洗浄槽１０の底壁１１に形成された突起部１２と超
音波振動子２０の上側金属ブロック２２がテーパ状の蟻
形埋設状態にあり、しかもその埋設面がインサート成形
による接着状態にあるので、駆動時及び輸送時における
洗浄槽１０からの超音波振動子２０の脱落が確実に阻止
される。

【００２１】(2) 従来のステンレス製洗浄槽では不可避
であったエロージョンの発生及びピンホールの発生によ
る洗浄液の漏洩が防止できる。これは、洗浄槽１０のエ
ポキシ系合成樹脂材が、網目状の高分子組織によって適
当なゴム状弾性を有し、かつその機械的強度が非常に優
れているからであると考えられる。また、ゴム状弾性作
用によって雑振動が吸収されるので、駆動時の騒音が軽
減される。

【００２２】(3) 超音波振動子２０における金属ブロッ
ク２２が洗浄槽１０と半埋設状態に一体化されているの
で、ＰＺＴ圧電素子２１が何らかの原因で破損した場合
は、ボルト２４を外して新しいＰＺＴ圧電素子２１と取
り替えたうえで、再びボルト２４で締め付ければ良く、
超音波振動子２０の補修が容易・迅速に行える。

【００２３】(4) 洗浄槽１０の成形の際に、超音波振動
子２０における金属ブロック２２の固定が同時になされ
るので、製造が容易であると共に、製造原価の大幅な節
減が可能である。

【００２４】(5) 洗浄液Ｌとして、従来のステンレス製
洗浄槽では使用できなかった塩酸あるいはフッ酸等の酸
性水溶液を使用することができる。

【００２５】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の超
音波洗浄機は、超音波振動子が洗浄槽の底壁下面の突起
部に接着状態に埋設され、放射面が洗浄槽の底壁下面に
密着した状態で抜け止めされているので、駆動時や輸送
時における超音波振動子の脱落が確実に防止される。

【００２６】洗浄槽は合成樹脂材で成形されているの
で、超音波放射時のエロージョンによる侵食やピンホー
ルが生じにくく、洗浄液の漏洩及びこれによる回路の短
絡事故等を防止することができ、駆動時の騒音が軽減さ
れる。

【００２７】また、超音波洗浄機の製造においては、洗
浄槽の成形と超音波振動子の固定が同時に完成するの
で、工程が少なく、製造原価を引き下げて大量生産する
ことが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の超音波洗浄機を示す概略的
な断面図である。

【図２】上記実施例の超音波洗浄機において超音波振動
子の金属ブロックを一体化した洗浄槽を樹脂成形する工
程を示す概略的な断面図である。

【図３】超音波洗浄機の典型的な従来例を示す概略的な
断面図である。

【符号の説明】

１０ 洗浄槽 １１ 底壁 １２ 環状突起部 １２ａ 内側周面 ２０ 超音波振動子 ２０Ａ 放射面 ２１ 圧電素子２１ ２２，２３ 金属ブロック ２２ａ 外側周面 ２４ ボルト ３０ 基台 ４０ 発振部 １００ 金型

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】高分子化合物又は合成樹脂を素材とし、底
   壁下面に一体に形成された突出部を有する洗浄槽と、 先端部分が前記洗浄槽の突出部内への埋設状態を保ちな
   がら前記底壁下面に固定される超音波振動子と、 を備えたことを特徴とする超音波洗浄機。
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記超音波振動子の先端部分は先端側ほど断面積が拡大
   するテーパー形状を呈することを特徴とする超音波洗浄
   機。