JPH07171526A - 超音波洗浄装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明によれば、被洗浄物を投入する位置に係
わらず、一定以上の洗浄度で洗浄することができる超音
波洗浄装置を提供する。 【構成】複数の発振子２ａ、２ｂ、２ｄを、洗浄槽１の
中央部に向かって複数の方向から超音波を発振するよう
に配置することにより、洗浄槽１内で、各発振子から発
振された超音波が干渉して、互いに強めあう領域と弱め
あう領域とを顕著に生じさせる。各発振子の振幅、位
相、および、周波数の少なくともいずれか１つを変化さ
せることにより、強めあう領域を移動させ、被洗浄物を
投入する位置に一致させることにができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超音波振動により物体
に付着した汚れや異物を除去するための超音波洗浄装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】超音波を用いて物体を洗浄する方法とし
ては、例えば、文献「工業ライブラリー２２ 強力超音
波応用」日刊工業新聞社の頁８４に記載されているよう
に、洗浄液の入った洗浄槽の底部に、超音波発振子を取
り付け、洗浄槽の底面から洗浄液に超音波振動を生じさ
せて、被洗浄物の汚れを除去する方法が一般的である。
一般に、洗浄に用いられる超音波周波数は、主に２０ｋ
Ｈｚから４００ｋＨｚが用いられている。最近では、数
ＭＨｚの周波数も用いられている。また、洗浄槽内の超
音波振動は、洗浄槽の深さ方向に進行する定在波となっ
ていると考えられている。

【０００３】一方、超音波洗浄における超音波の制御方
法としては、洗浄層の底面の取り付けられた超音波発振
子単体か、または、複数の超音波発振子をまとめて制御
する方法が用いられている。一般的には、周波数を一定
にし、出力（振幅）を変化調整する方法や、周波数をス
イープさせて、定在波の位置を変化させる方法や、一定
の幅のある帯域の超音波周波数を一度に発振させる方法
などが用いられている。また、洗浄液量を変えて反射波
の影響を制御する方法も知られている。

【０００４】また、被洗浄物を揺動させたり、回転させ
たり、周波数の異なる洗浄槽を複数個用意する超音波洗
浄装置も知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の超音波洗浄装置
では、洗浄物を投入する位置が変ると洗浄度に差が生じ
たり、洗浄物が大きいときには洗浄ムラができ、極端な
場合には、未洗浄の部分が生じたりしていた。

【０００６】本発明の第１の目的は、被洗浄物を投入す
る位置に係わらず一定の洗浄度で洗浄することができる
超音波洗浄装置を提供することにある。

【０００７】本発明の第２の目的は、大きな洗浄物をム
ラなく洗浄することができる超音波洗浄装置を提供する
ことにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために、本発明の第１の態様では、複数の発振子と洗
浄槽とを備えた超音波洗浄装置において、複数の発振子
を、前記洗浄槽の中央部に向かって複数の方向から超音
波を発振するように配置した。

【０００９】この構成に加えてさらに、ユーザから前記
洗浄槽内の任意の座標の入力を受け付ける受け付け手段
と、複数の発振子に対して、それぞれ振幅、位相、周波
数を設定し、発振子を発振させる発振手段と、洗浄槽内
において複数の発振子から発振された超音波が強めあう
領域を演算し、超音波が強めあう領域と前記任意の座標
とを一致するさせるための前記複数の発振子のそれぞれ
の振幅、位相、周波数を求め、求めた振幅、位相、周波
数条件で発振子を発振させるよう発振手段に指示する演
算手段とを配置することができる。

【００１０】また上記第２の目的を達成するために、本
発明の第２の態様では、上記第１の態様の、複数の発振
子を、洗浄槽の中央部に向かって複数の方向から超音波
を発振するように配置した超音波洗浄装置に、ユーザか
ら洗浄槽内の任意の図形を表わす関数の入力を受け付け
る受け付け手段と、複数の発振子に対して、それぞれ振
幅、位相、周波数を設定し、発振子を発振させる発振手
段と、洗浄槽内において複数の発振子から発振された超
音波が強めあう領域を演算し、超音波が強めあう領域が
任意の図形上に位置し、時間の経過とともに移動するた
めの複数の発振子のそれぞれの振幅、位相、周波数を時
間の経過ごとに求め、求めた前記振幅、位相、周波数条
件で前記発振子を発振させるよう発振手段に指示する演
算手段とを配置する。

【００１１】

【作用】本発明の第１の態様では、複数の発振子を、洗
浄槽の中央部に向かって複数の方向から超音波を発振す
るように配置するため、洗浄槽内では、各発振子から発
振された超音波が干渉して、互いに強めあう領域と弱め
あう領域とが顕著に生じる。また、洗浄槽の中央部に向
かって複数の方向から超音波を発振するように配置して
いるため、発振子の振幅、位相、および、周波数の少な
くともいずれか１つを変化させることにより、強めあう
領域を移動させることができる。したがって、この強め
あった領域で被洗浄物を洗浄すると、効果的に洗浄でき
る。従来、被洗浄物を投入する位置をかえると、超音波
振動が強めあっている領域で洗浄する場合と、弱めあっ
ている領域で洗浄する場合とが生じ、そのため、一定の
洗浄度で洗浄することができなかった。本発明では、被
洗浄物を投入する位置をかえた場合でも、発振子の振
幅、位相、および、周波数の少なくともいずれか１つを
変化させることによりを移動させ、被洗浄物の位置に一
致させることが可能であるので、一定の洗浄度で洗浄を
行うことができる。

【００１２】この超音波振動が強めあっている領域は、
演算によりもとめることができる。よって、受け付け手
段によって、ユーザから被洗浄物を投入する座標の入力
を受け付けたうえで、演算手段が、超音波が強めあう領
域と任意の座標とを一致するさせるための各発振子のそ
れぞれの振幅、位相、周波数を求め、求めた振幅、位
相、周波数条件で発振子を発振させるよう指示すること
により、ユーザは、入力手段に被洗浄物を投入する座標
を入力するだけで、常に超音波振動が強めあっている領
域で洗浄することができる。

【００１３】本発明の第２の態様では、複数の発振子
を、洗浄槽の中央部に向かって複数の方向から超音波を
発振するように配置して、超音波振動が強めあった領域
を発生させた上、この領域を任意の図形上で移動させ
る。任意の図形が被洗浄物全体を覆うような形状にする
ことにより、大きな被洗浄物であっても、超音波振動が
強めあった領域が被洗浄物状全体の上を移動していくの
で、均一に洗浄することができる。任意の図形は、受け
付け手段が、関数としてユーザからの入力を受け付け
る。演算手段は、超音波が強めあう領域を演算し、超音
波が強めあう領域が任意の図形上に位置し、時間の経過
とともに移動するように、複数の発振子のそれぞれの振
幅、位相、周波数を時間の経過ごとに求め、求めた前記
振幅、位相、周波数条件で発振子を発振させるよう指示
する。

【００１４】

【実施例】本発明の一実施例の超音波洗浄装置につい
て、図面を用いて説明する。

【００１５】（実施例１）本発明の第１の実施例の超音
波洗浄装置は、図１に示すように、洗浄液３を入れる洗
浄槽１の周囲に、４個の超音波発信子２ａ、２ｂ、２
ｃ、２ｄ（２ｃは、図１では不図示）を備えている。超
音波発信子２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄは、超音波発信器６
に接続されている。この超音波発信器６は、超音波発信
子２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄに対し、それぞれ、位相、出
力、周波数を制御した超音波信号を与える。超音波発信
子２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄは、洗浄槽１内の洗浄液３
に、それぞれ超音波振動を与え、これらの振動が合成さ
れた超音波場を作り出す。

【００１６】この洗浄液３中に、洗浄治具５に入れた被
洗浄物４を入れると、合成超音波場に同期した揺動を与
えられ被洗浄物４が洗浄される。

【００１７】超音波発信器６には、超音波発信器６の超
音波出力の位相、出力、周波数を変更するためのコント
ローラ１１が接続されている。また、コントローラ１１
には、洗浄槽１内に発生している超音波場の位置および
強度を演算して、位相、振幅、周波数をコントローラ１
１に指示する演算部１２が接続されている。演算部１２
には、ユーザが必要としている洗浄液３の強超音波場の
出力レベル、強超音波場の位置の指示をユーザから受け
付ける入力部１３と、ユーザに異常を知らせるための表
示部１４とが接続されている。

【００１８】超音波発振器６の構成を図５（ａ）、
（ｂ）を用いて説明する。

【００１９】超音波発振器６は、図５（ａ）に示すよう
に、超音波信号を発振する発振回路６１ａ、６１ｂ、６
１ｃ、６１ｄと、増幅回路６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６
２ｄと、これらに電源を供給する電源回路６３とを備え
ている。発振子２ａは、増幅回路６２ａを介して発振回
路６１ａと接続されている。発振回路６１ａで、発振さ
れた超音波信号は、増幅回路６２ａで発振子を振動させ
るのに必要な振幅に増幅され、発振子２ａを振動させ
る。同様に、発振子２ｂは、発振回路６１ｂと増幅回路
６２ｂとに接続され、発振子２ｃは、発振回路６１ｃと
増幅回路６２ｃとに接続され、発振子２ｄは、発振回路
６１ｄと増幅回路６２ｄとに接続されている。コントロ
ーラ１１は、発振回路６１ａ〜６１ｄに接続され、これ
らの出力する超音波信号の位相、周波数、振幅（出力）
を制御する。

【００２０】具体的には、本実施例では、発振回路６１
ａとして、図５（ｂ）に示すような、可変コイル６４
ａ、可変抵抗６５ａ、６６ａを備えた回路を用いてい
る。発振回路６１ａと増幅回路６２ａとを接続する手段
としては、トランス６７ａを用いている。コントローラ
１１は、図５（ｂ）の回路において、可変コイル６４ａ
のインダクタンスの大きさを調節することにより超音波
発振子２ａの発振する超音波の周波数を制御する。ま
た、コントローラ１１は、可変抵抗６５ａの抵抗値を調
節することにより、位相を制御し、可変抵抗６６ａの抵
抗値を調節することにより振幅を制御する。発振回路６
１ｂ、６１ｃ、６１ｄも、発振回路６１ａと同様の構成
である。コントローラ１１は、これらの回路の可変コイ
ルと可変抵抗の値を調節することにより、超音波発振子
２ｂ、２ｃ、２ｄの発振する超音波の周波数、位相、振
幅を、発振子ごとに制御する。

【００２１】超音波発振子２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの配
置と、超音波場の関係について、図２、図３、図４を用
いて説明する。

【００２２】洗浄槽１の内壁の側面は、図２に示すよう
に、正８角柱の形状に形成されている。向かい合う２つ
の側面間の距離は、２Ｒである。超音波発振子２ａ、２
ｂ、２ｃ、２ｄは、図２に示すように、洗浄槽１の互い
に向かい合わない４つの側面に取り付けられている。

【００２３】従来の超音波洗浄装置は超音波発振子が洗
浄槽の底面に配置されているため、超音波が発振される
方向は一方向である。そのため、底面と洗浄液面との間
を進行する定在波になっていると考えられている。

【００２４】本実施例では、超音波発振子２ａ〜２ｄを
洗浄槽１の側面に配置する。発明者らの実験および解析
によると、本実施例のように超音波発振子を側面に配置
すると、発振された超音波は、洗浄槽１の中心に向かっ
て４方向から進行した直接波と、洗浄槽１の側面で反射
された反射波とが干渉しあって、洗浄槽１内には、図
３、図４のように、超音波振動が強めあっている領域
（強超音波場）９、１１と、弱めあっている領域１０と
が生じる。また、発振子２ａ〜２ｄから発せられる超音
波の振幅、位相および周波数のうち、少なくともいずれ
か１つを変えることにより、強超音波場の位置を、洗浄
槽の径方向に移動させることができることがわかった。

【００２５】そこで、本実施例では、洗浄槽内の超音波
振動の強超音波場の位置を演算により求めた上で、超音
波振動子の発信する超音波振動の振幅、位相および周波
数のうち少なくともいずれかを制御することにより、強
超音波場の位置を移動させ、被洗浄物４の位置と一致さ
せる。また、超音波振動子の発信する超音波振動の振幅
を制御することにより、強超音波場の振幅を洗浄に必要
な振幅まで高める。これにより、被洗浄物４の投入する
場所で、洗浄度が変ることがなく、被洗浄物を一定の洗
浄度で常に効果的に洗浄できる。

【００２６】本発明において、洗浄槽内の強超音波場
は、以下に示す数式を用いて演算によってもとめること
ができる。本実施例で用いる数式について説明する。

【００２７】基本的前提 １、洗浄液３中の超音波の速度をｖとする。

【００２８】２、被洗浄物４の存在による超音波振動の
減衰を、伝搬距離ｌに比例して超音波振動の振幅（出
力）が減衰する近似項に置き換えて演算をおこなう（近
似項＝減衰関数Ｄ（ｌ））。

【００２９】３、超音波振動の反射は、超音波発振子２
ａ等の対面に位置する洗浄槽１の内壁で、１回限り生じ
るとする。

【００３０】４、超音波が反射する時には、波形が反転
するとする。

【００３１】５、複数の超音波振動が重なったときに
は、それらの合成波が生じるとする。

【００３２】６、発振子２ａ〜２ｄと同一平面（ｘｙ平
面）上の点に限定して強超音波場を演算するものとす
る。

【００３３】つぎに、上述の基本的前提をもとに、図
６、図７、図８、図９、図１０、図１１を用いて、洗浄
槽１内の合成超音波振動を求める際に用いる数式を以下
に説明する。以下の式および説明文は、図６に示すよう
な洗浄槽１内の深さ方向に垂直な平面上の任意の点Ｈに
おける超音波振動出力（振幅）を示すためのものであ
る。これら任意の点の位置は、洗浄槽の中心を０点とし
たｘ、ｙ座標によって表わす。また、発振子２ａから発
振される超音波振動の周波数をｆ₁、初期位相をα₁、初
期振幅をＷ₁で表わす。同様に、発振子２ｂの超音波振
動は、周波数ｆ₂、初期位相α₂、初期振幅Ｗ₂で表わ
し、発振子２ｃの超音波振動は、周波数ｆ₃、初期位相
α₃、初期振幅Ｗ₃で表わし、発振子２ｄの超音波振動
は、周波数ｆ₄、初期位相α₄、初期振幅Ｗ₄で表わす。

【００３４】１、発振子２ａから発振された超音波によ
って、任意の点Ｈ（ｘ，ｙ）に生じる超音波振動の出力
（振幅）Ａ₁は、図６、図７、図８を用いて、以下のよ
うに表わされる。この場合、Ｈにおける振動出力Ａ
₁（ｘ、ｙ）は、ｙ方向の成分のみを有し、ｘ方向の成
分は０と考えられる。

【００３５】１）まず、Ｈ点が、発振子２ａから発せら
れた超音波のうち、発振子２ａからの直接波（図７の正
波２１）によって生じる超音波振動の出力Ａ’は、以下
のように表わされる。

【００３６】ａ）発振子２ａから点Ｈまでの距離ｌ
₁は、 ｌ₁＝Ｒ＋ｙ で表わされるので、発振された超音波の減衰量は、 Ｄ（ｌ₁） である。

【００３７】ｂ）点Ｈまで超音波振動が到達するのに要
する到達時間ｔ₁ は ｔ₁＝ｌ₁／ｖ である。

【００３８】ｃ）したがって出力は Ａ₁′(y)＝Ｄ（ｌ₁）Ｗ₁ sin（ω₁ｔ₁＋α₁）……（１） で表される。

【００３９】２) つぎにＨ点が、発振子２ａから発せら
れた超音波のうち、発振子２ａの対面の内壁面による反
射波２２によって生じる超音波振動の出力Ａ₁′(y)は、
以下のように表される。

【００４０】ａ）点Ｈまでの距離ｌ₁′は ｌ₁′＝Ｒ＋Ｒ＋（Ｒ−ｙ） ＝３Ｒ−ｙ で表される。

【００４１】ｂ）点Ｈまでの到達時間ｔ₁′は ｔ₁′＝３Ｒ−ｙ／ｖ である。

【００４２】ｃ）したがって出力は Ａ₁″(y)＝−Ｄ（ｌ₁′）Ｗ₁ sin（ω₁ｔ₁′＋α₁）……（２） で表される。

【００４３】よって、発振子２ａから発せられた超音波
によって生じる点Ｈの超音波振動の出力Ａ₁は Ａ₁(y)＝Ａ₁′(y)＋Ａ₁″(y)……（３） Ａ₁(x)＝０ ……（４） ２．つぎに、発振子２ｂから発振された超音波によって
生じる点Ｈ（ｘ，ｙ）の超音波振動の出力Ａ₂ （ｘ，
ｙ）は、図６、図９を用いて以下のように表される。

【００４４】１) 点Ｈが、発振子２ｂから発せられた超
音波のうち、直接波（正波）によって生じる超音波振動
の出力Ａ₂′(y)、Ａ₂′(x)は、図６、図９を用いて、以
下のように表される。

【００４５】ａ）図９のＡ−Ａ方向で検討すると、発振
子２ｂから点Ｈまでの距離ｌ₂は、 ｌ₂＝Ｒ−（ｘsinθ−ｙcosθ）で表され、よって減衰
量は Ｄ（ｌ₂） となる。

【００４６】ｂ）正波の点Ｈまでの到達時間ｔ₂は ｔ₂＝ｌ₂／ｖ である。

【００４７】ｃ）したがって、出力は Ａ₂′(y)＝sinθ・Ｄ（ｌ₂）Ｗ₂ sin（ω₂ｔ₂＋α₂）……（５） Ａ₂′(x)＝cosθ・Ｄ（ｌ₂）Ｗ₂ sin（ω₂ｔ₂＋α₂）……（６） で表される。

【００４８】２) 点Ｈが、発振子２ｂから発せられた超
音波のうち、発振子２ｂの対面の内壁面による反射波か
ら受ける出力Ａ₂″(y)、Ａ₂″(x)は、以下のように表さ
れる。

【００４９】ａ）図９のＡ−Ａ方向で検討すると発振子
２ｂから点Ｈまでの距離ｌ₂′は ｌ₂′＝２Ｒ＋Ｒ＋（ｘsinθ＋ｙcosθ） ｌ₂′＝３Ｒ＋（ｘsinθ＋ｙcosθ）で表され、よって
減衰量は Ｄ（ｌ₂′） となる。

【００５０】ｂ）反射波の点Ｈまでの到達時間ｔ₂′は ｔ₂′＝ｌ₂′／ｖ である。

【００５１】ｃ）したがって、出力は Ａ₂″(y)＝−sinθＤ（ｌ₂′）Ｗ₂ sin（ω₂ｔ₂′＋α₂）……（７） Ａ₂″(x)＝−cosθＤ（ｌ₂′）Ｗ₂ sin（ω₂ｔ₂′＋α₂）……（８） である。

【００５２】よって、発振子２ｂからの超音波振動によ
る点Ｈでの出力Ａ₂は、 Ａ₂(y)＝Ａ₂′(y)＋Ａ₂″(y)……（９） Ａ₂(x)＝Ａ₂′(x)＋Ａ₂″(x)……（１０） で表される。

【００５３】３．発振子２ｃから発振された超音波によ
って生じるＨ（ｘ，ｙ）の超音波振動の出力Ａ₃（ｘ，
ｙ）は、図６、図１０を用いて、以下のように表され
る。

【００５４】１) 点Ｈが、発振子２ｃから発せられた超
音波のうち、正波によって受ける超音波振動出力Ａ₃′
(y)、Ａ₃′(x)は、図６、図１０を用いて以下のように
表される。

【００５５】ａ）図１０のＢ−Ｂ方向で検討すると発振
子２ｃから点Ｈまでの距離ｌ₃は、 ｌ₃＝Ｒ−（ｘcosθ＋ｙsinθ）で表され、よって減衰
量は Ｄ（ｌ₃） となる。

【００５６】ｂ）正波の点Ｈまでの到着時間ｔ₃は ｔ₃＝ｌ₃／ｖ である。

【００５７】ｃ）したがって出力は Ａ₃′(y)＝cosθ・Ｄ（ｌ₃）Ｗ₃ sin（ω₃ｔ₃＋α₃）……（１１） Ａ₃′(x)＝sinθ・Ｄ（ｌ₃）Ｗ₃ sin（ω₃ｔ₃＋α₃）……（１２） で表される。

【００５８】２) 点Ｈが、発振子２ｂから発せられた超
音波のうち、発振子２ｂの対面の内壁面による反射波か
ら受ける出力Ａ₃″(y)、Ａ₃″(x)は、以下のように表さ
れる。

【００５９】ａ）図１０のＢ−Ｂ方向で検討すると発振
子２ｃから点Ｈまでの距離ｌ₃′は、 ｌ₃′＝２Ｒ＋Ｒ＋（ｘcosθ＋ｙsinθ） ＝３Ｒ＋（ｘcosθ＋ｙsinθ）で表され、よって減衰量
は Ｄ（ｌ₃′） となる。

【００６０】ｂ）反射波の点Ｈまでの到着時間ｔ₃′は ｔ₃′＝ｌ₃′／ｖ である。

【００６１】ｃ）したがって出力は Ａ₃″(y)＝−cosθ・Ｄ（ｌ₃′）Ｗ₃ sin（ω₃ｔ₃′＋α₃）……（１３） Ａ₃″(x)＝−sinθ・Ｄ（ｌ₃′）Ｗ₃ sin（ω₃ｔ₃′＋α₃）……（１４） である。

【００６２】よって、発振子２ｃからの超音波による点
Ｈの超音波振動の出力Ａ₃は Ａ₃(y)＝Ａ₃′(y)＋Ａ₃″(y)……（１５） Ａ₃(x)＝Ａ₃′(x)＋Ａ₃″(x)……（１６） で表される。

【００６３】４．発振子２ｄから発振された超音波によ
るＨ（ｘ，ｙ）の超音波振動の出力Ａ₄（ｘ，ｙ）は、
図６、図１１を用いて、以下のように表される。この場
合、点Ｈにおける振動出力Ａ₄（ｘ，ｙ）は、ｘ方向の
成分のみを有し、ｙ方向の成分は０と考えられる。

【００６４】１) 点Ｈが、発振子２ｄから発せられた超
音波の正波によって生じる超音波振動の出力Ａ₄′(x)
は、図６、図１１を用いて以下のように表される。

【００６５】ａ）発振子２ｄから点Ｈまでの距離ｌ₄は ｌ₄＝Ｒ＋ｘで表され、よって減衰量は Ｄ＝（ｌ₄） となる。

【００６６】ｂ）正波の点Ｈまでの到達時間ｔ₄は ｔ₄＝ｌ₄／ｖ である。

【００６７】ｃ）したがって出力は Ａ₄′(x)＝Ｄ（ｌ₄）Ｗ₄ sin（ω₄ｔ₄＋α₄）……（１７） で表される。

【００６８】２) 点Ｈが発振子２ｄの対面の内壁面によ
る反射波から受ける出力Ａ₄″(x)は、以下のように表さ
れる。

【００６９】ａ）発振子２ｄから点Ｈまでの距離ｌ₄′
は ｌ₄′＝２Ｒ＋（Ｒ−ｘ） ＝３Ｒ−ｘ で表される。

【００７０】よって減衰量は Ｄ（ｌ₄′） となる。

【００７１】ｂ）反射波の点Ｈまでの到達時間ｔ₄′は ｔ₄′＝ｌ₄′／ｖ である。

【００７２】ｃ）したがって出力は、 Ａ₄″(x)＝−Ｄ（ｌ₄′）Ｗ₄ sin（ω₄ｔ₄′＋α₄）……（１８） で表される。

【００７３】よって、発振子２ｄからの超音波振動によ
る点Ｈでの出力Ａ₄は Ａ₄(y)＝０ ……（１９） Ａ₄(x)＝Ａ₄′(x)＋Ａ₄″(x)……（２０） で表される。

【００７４】５．総合の合成出力 発振子２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄから発振される超音波振
動によってＨ（ｘ，ｙ）に生じる振動出力Ａ（ｘ，ｙ）
は、上述のＡ₁〜Ａ₄を加えあわせたものであり Ａ(y)＝Σ⁴ _i=1Ａ_i(y)……（２１） Ａ(x)＝Σ⁴ _i=1Ａ_i(x)……（２２） で表される。

【００７５】つぎに、本実施例の超音波洗浄装置の動作
を、上述の数式と図１２から図２４を用いて、具体的に
説明する。

【００７６】入力部１３は、洗浄槽１内のどの位置に被
洗浄物４を投入するかを表わす座標Ｋ（ｘ，ｙ）の入力
と、被洗浄物４を洗浄するのに必要な最低の超音波振動
の出力（振幅）Ｓの入力とを受け付ける。さらに、入力
部１３は、強超音波場（洗浄槽内で最も高い超音波振幅
が得られる領域）の移動を、発振子２ａから２ｄの出力
Ｗ₁〜Ｗ₄を変えることで行うか、周波数ｆ₁〜ｆ₄を変え
ることで行うか、位相α₁〜α₄を変えることで行うかの
いずれかの選択をユーザから受け付ける。

【００７７】演算部１２は、図示していないが、プログ
ラムを格納するメモリと、メモリ内のプログラムを読み
込んでプログラムにしたがって演算を行うＣＰＵとを備
えている。メモリには、図１２から図２４にフローチャ
ートで示した内容のプログラムが予め格納されている。
演算部１２のＣＰＵ１２は、このプログラムを読み込
み、以下のように動作する。

【００７８】まず、演算部１２は、図１２のように、入
力部１３から被洗浄物４を投入する点を表わす座標Ｋ
（ｘ，ｙ）を読み込む（ステップ１０１）。続けて、ス
テップ１０２では、入力部１３から被洗浄物４の洗浄に
必要な超音波振動の出力Ｓを読み込む。さらに、ステッ
プ１０３で、入力部１３から強超音波場の移動を出力、
周波数、位相のいずれかの変更で行うかの選択を取込
み、出力変更で行うことが選択されていた場合には、ス
テップ１０４に進む。また、位相変更で行うことが選択
されていた場合には、図２０のステップ１７１へ進み、
周波数変更で行うことが選択されていた場合には、図１
５のステップ１２１へ進む。

【００７９】ステップ１０４では、発振子２ａ〜２ｄの
周波数ｆ₁〜ｆ₄の値を表わす固定値と、位相α₁〜α₄の
値を表わす固定値とを演算部１２のメモリから読み込
む。これらの固定値は、例えば、発振子２ａでは、発振
器６の可変抵抗６５ａおよび可変コイル６４ａの可変幅
によって定まる出力可能な振動周波数幅および位相幅の
うち、予め定めた特定の値である。発振子２ｂ〜２ｄに
ついても同様に定まる周波数幅および位相幅のうち、予
め定めた特定の値である。これらは、予め演算部１２の
メモリに格納されている。

【００８０】ステップ１０５では、発振子２ａ〜２ｄの
最小の出力Ｗ₁〜Ｗ₄を表わす固定値を演算部１２のメモ
リから読み込む。最小の出力Ｗ₁の値は、発振子２ａに
接続される図５（ａ）、（ｂ）の発振器６の可変抵抗６
６ａ等の可変の範囲に応じて定められる値である。発振
子２ｂ〜２ｄについても同様に定められる。これらの最
小の出力値は、予め演算部１２のメモリに格納されてい
る。

【００８１】つぎに、洗浄槽１内の複数の点５０１につ
いて、振動の出力Ａを計算する。この時には、発振子２
ａ〜２ｄは、まだ発振させない。発振子２ａ〜２ｄを発
振させるのは、以下に説明するように発振子２ａ〜２ｄ
に発振させる超音波振動の出力、周波数、位相のすべて
が演算によって定まった後である。

【００８２】計算を行う点５０１は、図６のように、発
振子２ａ〜２ｄと同一平面（ｘｙ平面）の上にｘｙ方向
にそれぞれ一定間隔で位置する格子点である。この格子
点の座標は、予め定められたものであり、演算部１２
は、これら格子点における超音波振動の出力Ａを、上述
の数式（１）から（２２）と、ステップ１０４と１０５
で取り込んだ周波数ｆ₁〜ｆ₄、位相α₁〜α₄、出力Ｗ₁
〜Ｗ₄を用いて演算するプログラムを動作させて（ステ
ップ１０６）、各格子点における超音波振動の出力Ａを
求める。

【００８３】そして、求めた洗浄槽内の複数の超音波振
動の出力Ａを比較することにより、最も大きな値Ａ_max
を求め、ステップ１０１で取り込んだ被洗浄物４を入れ
る点Ｋの座標（ｘ，ｙ）と、Ａ_maxが得られた点Ｌの座
標（ｘ，ｙ）とが一致しているかどうかを調べ、一致し
ている場合ステップ１０８へ進み、一致していない場合
ステップ１１０へ進む（ステップ１０７）。これによ
り、Ｌ（ｘ，ｙ）を中心とする領域に位置する強超音波
場と、被洗浄物４を入れる点とが一致しているかどうか
を調べることができる。

【００８４】ステップ１０８では、点Ｌ（ｘ，ｙ）を中
心とする強超音波場と被洗浄物４を入れる点Ｋとが一致
しているので、点Ｌ（ｘ，ｙ）の超音波振動の出力Ａ
_maxが、ステップ１０２で取り込んだ洗浄に必要な超音
波振動の出力と同等以上かどうかを調べ、同等以上であ
る場合に、ステップ１１９へ進む。また、同等より小さ
い場合には、ステップ１０９へ進む。

【００８５】ステップ１０９では、必要な超音波振動の
出力が得られていないため、発振子２ａ〜２ｄの出力Ｗ
₁〜Ｗ₄にそれぞれ予め定めた大きさｋを加えて、出力Ｗ
₁〜Ｗ₄を一律に大きくしてステップ１０６に戻り、再
度、各格子点について超音波振動の出力Ａを計算する。
これを、強超音波場の出力Ａ_maxが、ステップ１０８で
出力Ｓより大きくなるまで繰り返す。

【００８６】ステップ１１９、１２０では、すべての発
振子２ａ〜２ｄが、発振すべき超音波振動の条件が出そ
ろったので、実際に発振子２ａ〜２ｄを発振させる。ま
ず、ステップ１０６の計算で用いた出力Ｗ₁〜Ｗ₄、周波
数ｆ₁〜ｆ₄および位相α₁〜α₄で発振するように、発振
器６を調節するようにコントローラ１１に指示する（ス
テップ１１９）。コントローラ１１は、発振器６の発振
回路６１ａ〜６１ｄの可変抵抗６５ａ、６６ａ等、可変
コイル６６ａ等の値を調節する。

【００８７】続けて、演算部１２は、コントローラ１１
に発振子２ａ〜２ｄを実際に発振させるように指示する
（ステップ１２０）。コントローラ１１は、発振器６の
電源回路６３を外部電源と接続して、発振器６を発振さ
せ、発振子２ａ〜２ｄから超音波を出力させる。これに
より、洗浄槽１内には、点Ｌ近傍を中心として出力Ａ
_maxの強超音波場が発生する。点Ｌの位置および出力Ａ
_maxは、ユーザが入力した位置Ｋおよび必要とする出力
Ｓと一致しているので、ユーザは、位置Ｋに被洗浄物４
を投入することにより必要な強度の超音波振動で被洗浄
物４を洗浄することができる。

【００８８】ステップ１０７で、最大の出力Ａ_maxが得
られた点Ｌが、被洗浄物を投入する点Ｋと一致していな
い場合には、ステップ１１０からステップ１１７によ
り、発振子２ａ〜２ｄの出力Ｗ₁〜Ｗ₄を変化させること
により、これらを一致させる動作を行う。

【００８９】ステップ１１０では、発振子２ａの出力Ｗ
₁のみを予め定めた値ｋだけ増加させ、他の出力Ｗ₂〜Ｗ
₄は、そのままの値とする。そして、ステップ１１１で
は、増加させたＷ₁が、発振子２ａが出力可能な最大の
出力Ｗ_1maxを超えていなければ、ステップ１０６へ戻
り、再度、増加させた出力Ｗ₁を用いて、洗浄槽１内の
超音波出力を演算する。出力Ｗ₁を増加させることによ
り、ステップ１０７の点Ｌの座標は移動していく。そし
て、出力Ｗ₁が、最大の出力Ｗ_1maxより大きくなるか、
または、ステップ１０７で点Ｌが点Ｋと一致するまで、
Ｗ₁をｋづつ大きくして、これらのステップを繰り返
す。発振子２ａが出力可能な最大の出力Ｗ_{1m ax}は、発振
器６の発振回路６１ａの可変抵抗６６ａの可変幅で定ま
る値であるので、この値に合わせて予め定められてい
る。

【００９０】ステップ１１１で、出力Ｗ₁が、最大の出
力Ｗ_1maxを超えた場合には、ステップ１１２に進み、Ｗ
₁をＷ_1maxにし、発振子２ｂの出力Ｗ₂を予め定めた値ｋ
だけ増加させ、他の出力Ｗ₃〜Ｗ₄は、そのままの値とす
る。そして、ステップ１１３では、増加させたＷ₂が、
発振子２ｂが出力可能な最大の出力Ｗ_2maxを超えていな
ければ、ステップ１０６へ戻り、再度、増加させた出力
Ｗ₁を用いて、洗浄槽１内の超音波出力を演算する。出
力Ｗ₂を増加させることにより、出力Ｗ₁を増加させた場
合とは異なる方向へ、ステップ１０７の点Ｌの座標は移
動していく。そして、出力Ｗ₂が、最大の出力Ｗ_2maxよ
り大きくなるか、または、ステップ１０７で点Ｌが点Ｋ
と一致するまで、Ｗ₂をｋづつ大きくして、これらのス
テップを繰り返す。発振子２ｂが出力可能な最大の出力
Ｗ_2maxは、発振器６の発振回路６１ｂの可変抵抗の可変
幅で定まる値であるので、この値に合わせて予め定めら
れている。

【００９１】同様に、ステップ１１４〜ステップ１１７
では、出力Ｗ₃またはＷ₄をｋづつ大きくして、点Ｌを移
動させる。

【００９２】上述のステップ１１０から１１７を行った
にもかかわらず、点Ｌが点Ｋと一致せず、しかも、Ｗ₄
が最大の出力Ｗ_4maxを超えてしまった場合には、ステッ
プ１１８に進み、表示部１４に、本実施例の超音波洗浄
装置では、ユーザが意図としている位置および振動強度
で洗浄を行うことができないという内容をユーザに知ら
せる表示を行い、演算を中止する。

【００９３】つぎに、ステップ１０２において、ユーザ
が周波数の変更による強超音波場の移動を選択した場合
について説明する。

【００９４】ステップ１０２で、入力部１３が周波数の
選択を受け付けた場合、図１５のステップ１２１に進
む。演算部１２は、メモリに予め格納されている出力Ｗ
₁〜Ｗ₄の固定値および位相α₁〜α₄の固定値を読み込
む。また、ステップ１２２に進み、メモリに格納されて
いる周波数ｆ₁〜ｆ₄の最小値を読み込む。これら出力Ｗ
₁〜Ｗ₄の固定値および位相α₁〜α₄の固定値は、発信器
６の可変抵抗６６ａ、６５ａ等の可変幅によって定まる
出力可能な振動出力幅および位相幅のうち、予め定めた
特定の値である。また、周波数ｆ₁〜ｆ₄の最小値は、発
振器６の可変コイル６４ａ等の可変幅によって定まる出
力可能な周波数幅のうち、最小の周波数である。これら
ステップ１２１および１２２で用いる出力Ｗ₁〜Ｗ₄の固
定値および位相α₁〜α₄の固定値、ならびに、周波数ｆ
₁〜ｆ₄の最小値は、上述のステップ１０４、１０５で用
いる値とは別の値であり、別個にメモリに予め格納され
ている。

【００９５】そして、演算部１２は、ステップ１０６と
同様に、ステップ１２１、１２２で読み込んだ値と、数
式（１）から（２２）を用いて、洗浄槽１の各格子点に
おける超音波振動の出力Ａを演算する（ステップ１２
３）。そしてステップ１２３へ進み、ステップ１０７と
同様に、最大の振動出力Ａ_maxと、Ａ_maxが得られた点Ｌ
の座標（ｘ，ｙ）とを求め、ステップ１０１で取り込ん
だ被洗浄物４を入れる点Ｋの座標（ｘ，ｙ）と、Ａ_max
が得られた点Ｌの座標（ｘ，ｙ）とが一致しているかど
うかを調べ、一致している場合ステップ１２５へ進み、
一致していない場合ステップ１２７へ進む（ステップ１
２４）。

【００９６】ステップ１２５では、ステップ１０８と同
様に、点Ｌ（ｘ，ｙ）の超音波振動の出力Ａ_maxが、ス
テップ１０２で取り込んだ洗浄に必要な超音波振動の出
力と同等以上かどうかを調べ、同等以上である場合に
は、図１３のステップ４００へ進む。また、同等より小
さい場合には、ステップ１２６へ進む。

【００９７】ステップ１２６では、ステップ１０９と同
様に、発振子２ａ〜２ｄの出力Ｗ_１〜Ｗ_４にそれぞれ予
め定めた大きさｋを加えて、ステップ１２３に戻り、再
度、各格子点について超音波振動の出力Ａを計算する。
これを、強超音波場の出力Ａ_maxが、ステップ１２５で
出力Ｓと同等以上になるまで繰り返す。

【００９８】ステップ４００では、ステップ１１９と同
様に、発振子２ａ〜２ｄが、ステップ１２３の計算で用
いた出力Ｗ₁〜Ｗ₄、周波数ｆ₁〜ｆ₄および位相α₁〜α₄
で発振するように、発振器６を調節するようにコントロ
ーラ１１に指示する。そして、ステップ１２０へ進む。
コントローラ１１は、発振器６の発振回路６１ａ〜６１
ｄの可変抵抗６５ａ、６６ａ等、可変コイル６６ａ等の
値を調節し、発振子２ａ〜２ｄを発振させる。

【００９９】ステップ１２４で、最大の出力Ａ_maxが得
られた点Ｌが、被洗浄物を投入する点Ｋと一致していな
い場合には、ステップ１２７以下に進み、発振子２ａ〜
２ｄの周波数ｆ₁〜ｆ₄を変化させることにより、これら
を一致させる動作を行う。これを以下に説明する。

【０１００】まず、ステップ１２７で、発振子２ａの周
波数ｆ₁をあらかじめ定められた最小周波数ｆ_1minにす
る。また、つぎのステップ１２８で発振子２ｂ〜２ｄの
周波数ｆ₂〜ｆ₄をそれぞれの最小の周波数ｆ_2min〜ｆ
_4minにあらかじめ定めた値ｔを加えた値にする。最小周
波数ｆ_1min〜ｆ_4minは、発振器６の発振回路６１ａ〜６
１ｄの可変コイル６４ａ等の可変幅で定まる値であるの
で、この値に合わせて予め定められている。

【０１０１】そしてステップ１２９に進み、ステップ１
２８で定めた周波数ｆ₂〜ｆ₄が、発振子２ｂ〜２ｄの最
大の周波数ｆ_2max〜ｆ_4maxを越えていないかどうか調べ
る。最大周波数ｆ_2max〜ｆ_4maxは、発振器６の発振回路
６１ｂ〜６１ｄの可変コイルの可変幅で定まる値である
ので、この値に合わせて予め定められている。そして、
ステップ１２８で定めた周波数ｆ₂〜ｆ₄が最大の周波数
ｆ_2max〜ｆ_4maxを越えていない場合はステップ１３０に
進み、越えている場合は、ステップ１３５に進む。

【０１０２】ステップ１３０では、ステップ１２３と同
様に洗浄槽１内の複数の点について出力Ａを求める。そ
してステップ１３１で、最大の出力Ａ_maxが得られた点
Ｌが、被洗浄物を投入する点Ｋと一致している場合に
は、ステップ１３３、１３４に進み、点Ｌの出力Ａ_max
を必要としている出力Ｓと同等以上にして、超音波を発
振させる動作を行う。これらのステップ１３０、１３
１、１３３、１３４は、すでに述べたステップ１２３、
１２４、１２５、１２６と同じであるので、説明を省略
する。ステップ１３１で、点Ｌと点Ｋとが一致していな
い場合には、周波数ｆ₂〜ｆ₄にさらにあらかじめ定めた
値ｔを加えて、ステップ１２９に戻り、点Ｌを移動さ
せ、ステップ１３１で点Ｌと点Ｋとが一致するか、ステ
ップ１２９で周波数ｆ₂〜ｆ₄が、最大の周波数ｆ_2max〜
ｆ_4maxを越えるまでこれを繰り返す。

【０１０３】点Ｌと点Ｋとが一致する前に、ステップ１
２９で周波数ｆ₂〜ｆ₄が最大の周波数ｆ_2max〜ｆ_4maxを
越えた場合には、ステップ１３５に進み、周波数ｆ₁に
あらかじめ定めた値ｔを加える。そして、ステップ１３
６に進んで、周波数ｆ₁が最大の周波数ｆ_1maxを越えて
いるかどうかを調べ、越えていない場合には、周波数ｆ
₁をそのままに、再び１２８に戻って、周波数ｆ₂〜ｆ₄
をｆ_2min〜ｆ_4minからｔづつ大きくしながら、ステップ
１２９以下を繰返すことにより、点Ｌを移動させ、点Ｌ
と点Ｋとが一致する周波数を探索する。これをステップ
１３６で、周波数ｆ₁がｆ_1maxを越えるまで繰返し行
う。

【０１０４】これらのステップ１２７から１３６を行っ
たにもかかわらず、点Ｌと点Ｋとが一致する周波数が見
つかる前にステップ１３６で周波数ｆ₁がｆ_1maxを越え
た場合には、図１７のステップ１４１に進む。ステップ
１４１からステップ１５０では、発振子２ｂの周波数ｆ
₂を最小ｆ_2minにして、残りの周波数ｆ₁、ｆ₃、ｆ₄をｆ
_1min、ｆ_3min、ｆ_4minからｔづつ大きくして、点Ｌを移
動させ、点Ｋと一致する周波数を探索する。点Ｌと点Ｋ
とが一致する前に、周波数ｆ₁、ｆ₃、ｆ₄が最大の周波
数ｆ_1max、ｆ_3max、ｆ_4maxを越えた場合には、周波数ｆ
₂を最小ｆ_２ｍｉｎにｔ加え、残りの周波数ｆ_１、ｆ₃、
ｆ₄をｆ_1min、ｆ_3min、ｆ_4minからｔづつ大きくしてこ
れを繰り返す。これを周波数ｆ₂を最小ｆ_2maxを越える
まで繰返し行う。

【０１０５】これらのステップ１４１から１５０で、点
Ｌと点Ｋとが一致する周波数が見つかる前にステップ１
４９で周波数ｆ₁がｆ_1maxを越えた場合には、図１８の
ステップ１５１に進む。ステップ１８１からステップ１
６０では、発振子２ｃの周波数ｆ₃を固定しながら、他
の周波数ｆ₁、ｆ₂、ｆ₄を増加させて、点Ｌと点Ｋとが
一致する周波数を探索するステップであり、ステップ１
４１からステップ１５０とほぼ同様のながれであるので
説明を省略する。また、ステップ１５１から１６０によ
っても、点Ｌと点Ｋとが一致する周波数が見つからない
場合には、図１９のステップ１６１からステップ１７０
に進み、発振子２ｄの周波数ｆ₄を固定しながら、他の
周波数ｆ₁、ｆ₂、ｆ₃を増加させて、点Ｌと点Ｋとが一
致する周波数を探索するステップであり、ステップ１４
１からステップ１５０とほぼ同様のながれであるので説
明を省略する。ステップ１７０までを行っても、点Ｌと
点Ｋとが一致する周波数が見つからず、ステップ１６９
で周波数ｆ₄が最大の周波数ｆ_maxを越えた場合には、ス
テップ１３７に進み、表示部１４に、本実施例の超音波
洗浄装置では、ユーザが意図としている位置および振動
強度で洗浄を行うことができないという内容をユーザに
知らせる表示を行い、演算を中止する。

【０１０６】つぎに、ステップ１０２において、ユーザ
が位相の変更による強超音波場の移動を選択した場合に
ついて説明する。

【０１０７】ステップ１０２で、入力部１３が位相の選
択を受け付けた場合、図２０から図２４に示したステッ
プ１７１からステップ２２１を行い、点Ｌが点Ｋと一致
する位相α〜₁α₄値の組合せと、出力Ｗ₁〜Ｗ₄と探索す
る。これらのステップのフローは、ステップ１２１から
ステップ１７０およびステップ１３７のフローと同様で
あるので、詳しい説明を省略する。

【０１０８】このように、本実施例によれば、洗浄物４
が投入される点Ｋの座標と、洗浄に必要な超音波振動の
出力の最低値Ｓを予め受け付けて、強超音波場が点Ｋを
中心とする領域に出力Ｓ以上で発生するのに必要な、発
振子２ａ〜２ｄの出力、位相、周波数を演算で求め、こ
れを制御するものである。これにより、ユーザは、洗浄
物４が投入される位置に、必要とする出力以上の出力の
強超音波場を得ることができるので、常に、洗浄物をど
こに投入しようと常に一定以上の洗浄力で洗浄を行うこ
とができる。したがって、再現性よく、被洗浄物を洗浄
することができる。

【０１０９】（実施例２）本発明の第２の実施例の超音
波洗浄装置について、図２５から図３１を用いて説明す
る。

【０１１０】第２の実施例の超音波洗浄装置の構成は、
第１の実施例の超音波洗浄装置の構成と同様であるので
説明を省略する。但し、第２の実施例の超音波洗浄装置
の演算部１２のメモリ内には、図２５〜図３１にフロー
チャートで示したようなプログラムが格納されている。
第２の実施例の超音波洗浄装置は、強超音波場をユーザ
が入力した任意の図形上を任意の速度ｖで移動させてい
くことにより、大きな被洗浄物４をムラなく洗浄する構
成である。

【０１１１】本実施例の超音波洗浄装置の動作について
説明する。

【０１１２】まず、入力部１３は、強超音波場を移動さ
せるべき任意の図形曲線を表わす方程式ｆ（ｘ，ｙ）、
強超音波場を移動させる速度ｖ、被洗浄物４の洗浄する
のに必要な最低の超音波振動の出力（振幅）Ｓの入力を
受け付ける。

【０１１３】まず演算部１２は、入力部１３に設定され
た方程式ｆ（ｘ，ｙ）、移動速度ｖ、超音波振動の出力
（振幅）Ｓを読み込む（ステップ３０１、３０２、３０
３）。

【０１１４】そして、演算部１２は、発振子２ａ〜２ｄ
の周波数ｆ₁〜ｆ₄の値を表わす固定値と、位相α₁〜α₄
の値を表わす固定値とを演算部１２のメモリから読み込
む。さらに、発振子２ａ〜２ｄの最小の出力Ｗ₁〜Ｗ₄を
表わす固定値を演算部１２のメモリから読み込む。つぎ
に、洗浄槽１内の複数の点について、振動の出力Ａを計
算する（ステップ３０４、３０５、３０６）。これらの
ステップは、第１の実施例のステップ１０４、１０５、
１０６との同じであるので詳細な説明を省略する。

【０１１５】この時点では、発振子２ａ〜２ｄは、まだ
発振させない。発振子２ａ〜２ｄを発振させるのは、以
下に説明するように発振子２ａ〜２ｄに発振させる超音
波振動の出力、周波数、位相のすべてが演算によって定
まった後である。

【０１１６】求めた洗浄槽内の複数の超音波振動の出力
Ａを比較することにより、最も大きな値Ａ_maxを求め、
Ａ_maxが得られた点Ｌの座標（ｘ，ｙ）が、ステップ３
０１で取り込んだ強超音波場を移動させるべき方程式ｆ
（ｘ，ｙ）上に位置するかどうかを調べる。点Ｌが方程
式ｆ上にある場合には、ステップ３０８へ進み、点Ｌが
方程式ｆ上にない場合には、ステップ３１９へ進む（ス
テップ３０７）。これにより、Ｌ（ｘ，ｙ）を中心とす
る領域に位置する強超音波場が、移動させるべき方程式
ｆ上にのっているかどうかを調べることができる。

【０１１７】ステップ３０８では、点Ｌ（ｘ，ｙ）を中
心とする強超音波場が方程式ｆ上に位置しているので、
点Ｌ（ｘ，ｙ）の超音波振動の出力Ａ_maxが、ステップ
３０３で取り込んだ洗浄に必要な超音波振動の出力Ｓと
同等以上かどうかを調べ、同等以上である場合に、ステ
ップ３２０へ進む。また、同等より小さい場合には、ス
テップ３０９へ進む。

【０１１８】ステップ３０９では、必要な超音波振動の
出力が得られていないため、発振子２ａ〜２ｄの出力Ｗ
₁〜Ｗ₄にそれぞれ予め定めた大きさｋを加えて、出力Ｗ
₁〜Ｗ₄を一律に大きくしてステップ３０６に戻り、再
度、各格子点について超音波振動の出力Ａを計算する。
これを、強超音波場の出力Ａ_maxが、ステップ３０８で
出力Ｓより大きくなるまで繰り返す。

【０１１９】ステップ３２０、３２１では、すべての発
振子２ａ〜２ｄが、発振すべき超音波振動の条件が出そ
ろったので、実際に発振子２ａ〜２ｄを発振させる。ま
ず、ステップ３０６の計算で用いた出力Ｗ₁〜Ｗ₄、周波
数ｆ₁〜ｆ₄および位相α₁〜α₄で発振するように、発振
器６を調節するようにコントローラ１１に指示する（ス
テップ３２０）。コントローラ１１は、発振器６の発振
回路６１ａ〜６１ｄの可変抵抗６５ａ、６６ａ等、可変
コイル６６ａ等の値を調節する。

【０１２０】続けて、演算部１２は、コントローラ１１
に発振子２ａ〜２ｄを実際に発振させるように指示する
（ステップ３２１）。これにより、洗浄槽１内には、点
Ｌ近傍を中心として出力Ａ_maxの強超音波場が発生す
る。点Ｌの位置および出力Ａ_maxは、ユーザが入力した
方程式ｆ上に位置し、必要とする出力Ｓ以上であるの
で、ユーザは、方程式ｆの描く図形上に被洗浄物４を投
入することにより、必要な強度の超音波振動で被洗浄物
４を洗浄することができる。

【０１２１】ステップ３０７で、最大の出力Ａ_maxが得
られた点Ｌが、強超音波場を移動させるべき方程式ｆ上
に乗っていない場合には、ステップ３１９、３１０〜３
１８、３４０、３４１により、発振子２ａ〜２ｄの出力
Ｗ₁〜Ｗ₄を変化させることにより、これらを一致させる
動作を行う。

【０１２２】ステップ３１９では、発振子２ａ〜２ｄの
出力Ｗ₁〜Ｗ₄にステップ３０５と同じく最小値を設定す
る。このように一旦最小値を設定するのは、ステップ３
０９を一旦通ってからステップ３０７で強超音波場が方
程式ｆからはずれた場合を考慮して、一旦出力を最小値
に戻すためである。

【０１２３】ステップ３１０では、発振子２ａの出力Ｗ
₁のみを予め定めた値ｋだけ増加させ、他の出力Ｗ₂〜Ｗ
₄は、そのままの値とする。そして、増加させたＷ₁が、
発振子２ａが出力可能な最大の出力Ｗ_1maxを超えていな
ければ（ステップ３１１）、ステップ３４０に進み、ス
テップ３０６と同様に増加させた出力Ｗ₁を用いて、洗
浄槽１内の超音波出力を演算する。出力Ｗ₁を増加させ
ることにより、点Ｌの座標は移動していく。そして、出
力Ｗ₁が、最大の出力Ｗ_1maxより大きくなるか、また
は、ステップ３４１で点Ｌが方程式ｆ上にのるまで、Ｗ
₁をｋづつ大きくして、これらのステップを繰り返す。
発振子２ａが出力可能な最大の出力Ｗ_1maxは、発振器６
の発振回路６１ａの可変抵抗６６ａの可変幅で定まる値
であるので、この値に合わせて予め定められている。

【０１２４】ステップ３１１で、出力Ｗ₁が、最大の出
力Ｗ_1maxを超えた場合には、ステップ３１２に進み、Ｗ
₁をＷ_1maxにし、発振子２ｂの出力Ｗ₂を予め定めた値ｋ
だけ増加させ、他の出力Ｗ₃〜Ｗ₄は、そのままの値とす
る。そして、ステップ３１３では、増加させたＷ₂が、
発振子２ｂが出力可能な最大の出力Ｗ_2maxを超えていな
ければ、ステップ３４０へ戻り、再度、増加させた出力
Ｗ₁を用いて、洗浄槽１内の超音波出力を演算する。出
力Ｗ₂を増加させることにより、出力Ｗ₂を増加させた場
合とは異なる方向へ、ステップ１０７の点Ｌの座標は移
動していく。そして、出力Ｗ₂が、最大の出力Ｗ_2maxよ
り大きくなるか、または、ステップ３４１で点Ｌが方程
式ｆ上にのるまで、Ｗ₂をｋづつ大きくして、これらの
ステップを繰り返す。発振子２ｂが出力可能な最大の出
力Ｗ_2maxは、発振器６の発振回路６１ｂの可変抵抗の可
変幅で定まる値であるので、この値に合わせて予め定め
られている。

【０１２５】同様に、ステップ３１４〜ステップ３１７
では、出力Ｗ₃またはＷ₄をｋづつ大きくして、点Ｌを移
動させる。

【０１２６】上述のステップ３１０〜３１７を行ったに
もかかわらず、点Ｌが方程式ｆ上にのらず、しかも、Ｗ
₄が最大の出力Ｗ_4maxを超えてしまった場合には、ステ
ップ３１８に進み、表示部１４に、本実施例の超音波洗
浄装置では、ユーザが意図としている方程式ｆおよび振
動強度で洗浄を行うことができないという内容をユーザ
に知らせる表示を行い、演算を中止する。

【０１２７】ステップ３４１で、点Ｌが方程式ｆ上に乗
った場合には、ステップ３４２、ステップ３４３に進
み、ステップ３０８、３０９と同様の処理を行って、点
Ｌの出力Ａ_maxが、使用者が必要としている最低の出力
Ｓと同等以上になるように、出力Ｗ₁〜Ｗ₄を一律に大き
くする。点Ｌの出力Ａ_maxが、使用者が必要としている
最低の出力Ｓと同等以上になったら、ステップでに説明
したステップ３２０、３２１に進み、発振子２ａ〜２ｄ
に発振条件を設定し、実際に発振させる。これにより、
ユーザが入力した図形曲線を表わす方程式ｆ上の点Ｌで
強超音波場が形成され、洗浄が開始される。

【０１２８】つぎに、ユーザが入力した図形曲線を表わ
す方程式ｆ上において、速度ｖで強超音波上を移動させ
るための動作を行う。本実施例では、強超音波場の平均
速度がｖとなるように、強超音波場を予め定めた時間ｔ
ごとに移動させる。まず、上述のステップ３２１で発振
子２ａ〜２ｄを発振させたら、時間ｔ後に点Ｌを移動さ
せる先の点Ｋの座標を求め、この移動先の点Ｋで強超音
波場を発振させるための発振子２ａ〜２ｄの発振条件を
求める。そのため、ステップ３２２では、予め定めた時
間ｔと速度ｖと点Ｌ（ｘ，ｙ）の座標を用いて、点Ｋ
（ｘ＋ｖｔ，ｆ（ｘ＋ｖｔ））を計算することにより点
Ｋの座標を求める。

【０１２９】すなわち、点Ｋは、方程式ｆ上の点であっ
て、点Ｋのｘ座標は、点Ｌのｘ座標にｖｔを加えた座標
である。ステップ３２０で発振子２ａ〜２ｄで発振条件
を設定してから、時間ｔが経過した後に、強超音波場の
中心点Ｌを点Ｋに移動させることにより、強超音波場
は、ｘ方向について、速度ｖで方程式ｆが表わす図形曲
線上を移動する。

【０１３０】つぎに、ステップ３２３で点Ｋが点Ｌと一
致しているかどうか調べる。これは、方程式ｆが特殊な
図形である場合には、点Ｋが点Ｌと一致していることが
ありうるため、このステップを配置している。通常は、
点Ｋが点Ｌが一致していないため、ステップ３２５〜３
３３、３３５、３３６に進み、すでに説明したステップ
３１９、３１０〜３１９、３４０、３４１と同様に、一
旦出力Ｗ₁〜Ｗ₄を最小値としたのちｋづつ増加させて、
点Ｌを点Ｋと一致させる。但し、この時点は、点Ｌの移
動というのは、計算上行われているのみであり、実際の
洗浄槽内においては、ステップ３２０で発振子２ａ〜２
ｄが設定されたままであるのでステップ３２０の設定の
位置で強超音波場が引き続き発生している。ステップ３
２５〜３３３、３３５、３３６で、点Ｋと点Ｌが一致し
ないまま、出力Ｗ₄がＷ₄の最大値を超えてしまった場合
には、ステップ３３４に進み、表示部１４に方程式ｆ上
で強超音波場を移動させることができないことを使用者
に知らせる表示を行う。ステップ３３６で、点Ｌと点Ｋ
とが一致したら、ステップ３３７、３３８に進み、点Ｌ
の超音波振動出力Ａ_maxを洗浄に必要な出力Ｓと同等以
上にするためにＷ₁〜Ｗ₄を一律に大きくして、ステップ
３４４に進む。

【０１３１】また、ステップ３２３で点Ｌと点Ｋとが一
致していた場合にも、ステップ３４４に進む。

【０１３２】ステップ３４４では、前回（ステップ３２
０）発振子２ａ〜２ｄに出力、周波数、位相を設定して
から、時間ｔが経過したかどうかを、演算部１２内のタ
イマで計測する。時間ｔが経過したら、ステップ３４
５、３４６に進み、ステップ３３５で演算に用いた出
力、周波数、位相をコントローラ１１に指示して発振器
６に設定させ、引き続き発振子２ａ〜２ｄを発振させる
よう指示する。これにより、発振子２ａ〜２ｄの発振条
件が変更され、強超音波場の中心点Ｌは、移動先の点Ｋ
に移動する。これにより、点Ｌの１回目の移動が完了す
るので、ステップ３４７に進み、２回目の移動先の点Ｋ
の座標をステップ３２２と同様に求め、ステップ３４８
に進んで、ステップ３２３と同様の処理を行ったのちス
テップ３２５にへ戻る。これにより、２回目以降の強超
音波場の中心点Ｌの移動が行われるため、強超音波場
は、方程式ｆの表わす図形上を時間ｔごとに、ｘ方向の
平均移動速度ｖで移動していく。

【０１３３】このように、第２の実施例の超音波洗浄装
置では、任意の出力Ｓと同等以上の出力の強超音波場を
任意の図形を表わす方程式ｆ上に発生させたのち、その
強超音波場の中心点Ｌをｘ方向の平均速度ｖで移動させ
ることができる。これにより、大きな被洗浄物４を洗浄
する場合には、方程式ｆの表わす図形を、被洗浄物４を
まんべんなく覆うような図形にしておき、方程式ｆの表
わす図形上に洗浄物４を投入することにより、被洗浄物
４上を強超音波場がまんべんなく移動するため、被洗浄
物４をムラなく洗浄できる。

【０１３４】第２の実施例では、発振子の出力を変化さ
せることにより、強超音波場の中心点Ｌを移動させる構
成にしたが、これに限らず、周波数、位相を変化させる
ことにより強超音波場を移動させる構成にすることもも
ちろん可能である。周波数を変化させる場合には、第１
の実施例で説明したステップ１２７〜１７０を用い、位
相を変化させるためには、ステップ１８１〜２２０を用
いることができる。

【０１３５】このように、第１の実施例、第２の実施例
において、強超音波場を任意の点や図形上に移動させる
ことができるのは、発振子を洗浄槽の側面に複数個配置
し、複数の方向から洗浄槽の中心方向に超音波が発振さ
れる構成にし、発振子の出力、位相、周波数を発振子ご
とに制御しているためである。また、強超音波場を演算
するために本実施例で用いた数式は、超音波が伝搬する
につれて減衰することおよび洗浄槽の壁面で減衰するこ
とを考慮したものであるため、実際に洗浄物を投入した
場合の超音波の伝搬状態に近く、正確に強超音波場の位
置および強度を演算することができる。

【０１３６】また、第１、第２の実施例では、被洗浄物
４による超音波振動振幅の減衰を、伝搬距離に比例して
減衰することを表わす項Ｄ（ｌ）で近似して、洗浄槽内
の超音波の分布を演算したが、被洗浄物４による超音波
振動振幅の減衰は、被洗浄物４の形状や投入する方向に
よって大きく異なるため、これらを考慮して、投入する
被洗浄物によって減衰を表わす項の関数を実験等によっ
て求めその関数を用いて演算を行なうことが望ましい。

【０１３７】また、第１、第２の実施例では、洗浄槽の
深さ方向の強超音波場の広がりおよび強度については演
算しなかったが、深さ方向について大きな被洗浄物を洗
浄する場合には、深さ方向について揺動させることによ
り均一に洗浄することができる。また、上述の数式と同
様に、洗浄槽の深さ方向について、強超音波場を演算
し、深さ方向について強超音波場を移動させることも可
能である。

【０１３８】また、第１、第２の実施例では、ユーザか
ら入力部に入力された被洗浄物を投入する任意の点を中
心とする領域に、強超音波場発生させるのに必要な、各
発振子の出力、位相、周波数を、ユーザから任意の点や
図形曲線の入力を受け付ける度に演算する構成を用い
た。しかしながら、本発明はこの構成に限定されるもの
ではなく、予め、洗浄槽内の点を中心とする領域に、あ
る出力の強超音波場を発生させるのに必要な発振条件
を、洗浄槽内の複数の点（例えば、図６に示したよう
な、格子点状に位置する複数の点５０１）について、そ
れぞれ、複数段階の出力で演算しておき、それを、演算
部１２内のメモリに格納しておくことも可能である。予
め、発振条件を演算する方法としては、上述の第１、第
２の実施例で示したフローを用いることができる。

【０１３９】そして、ユーザから、被洗浄物を投入する
点や図形曲線ならびに必要とする出力が入力されたら、
メモリ内に格納されている点のうち、入力された点に最
も近い点を選び、その最も近い点を中心とする領域で入
力された出力で強超音波場を発生させるのに必要な発振
条件をメモリから読みだし、この発振条件で発振子を発
振させる。このように、予め演算を行って発振条件をメ
モリ内に格納しておく構成にした場合には、ユーザが被
洗浄物を投入する点や図形曲線ならびに必要とする出力
を入力したあとで、その都度発振条件を演算で求める必
要はなく、予めメモリ内に格納されている発振条件から
必要な条件を選択するだけでよいので、計算量が少なく
てすみ、短時間で発振条件を設定することができる。ま
た、演算部の計算能力が小さくてもよいので、安価な装
置を提供することができる。このような構成にすると、
強超音波場を発振可能な領域が予め演算を行っている複
数の点に限定されるが、予め演算を行う点の間隔をでき
るかぎり多くすることにより、実用的な装置を提供する
ことができる。

【０１４０】

【発明の効果】上述のように、本発明によれば、被洗浄
物を投入する位置や被洗浄物の大きさに係わらず、一定
以上の洗浄度で洗浄することができる超音波洗浄装置を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の超音波洗浄装置の構成
を示すブロック図。

【図２】図１の超音波洗浄装置の洗浄槽内の超音波進行
方向を示す説明図。

【図３】図１の超音波洗浄装置の洗浄槽内の超音波の分
布の一例を示す説明図。

【図４】図１の超音波洗浄装置の洗浄槽内の超音波の分
布の一例を示す説明図。

【図５】（ａ）図１の超音波洗浄装置の超音波発振器６
の構成を示すブロック図。 （ｂ）（ａ）の超音波発振器６の発振回路６１ａの回路
構成を示す回路図。

【図６】図１の超音波洗浄装置の洗浄槽内で、超音波振
動の出力を演算する複数の点５０１の位置を示す説明
図。

【図７】図１の超音波洗浄装置の洗浄槽における超音波
伝搬を示す説明図。

【図８】図１の超音波洗浄装置の洗浄槽において、発振
子２ａと点Ｈとの関係を示す説明図。

【図９】図１の超音波洗浄装置の洗浄槽において、発振
子２ｂと点Ｈとの関係を示す説明図。

【図１０】図１の超音波洗浄装置の洗浄槽において、発
振子２ｃと点Ｈとの関係を示す説明図。

【図１１】図１の超音波洗浄装置の洗浄槽において、発
振子２ｄと点Ｈとの関係を示す説明図。

【図１２】本発明の第１の実施例の超音波洗浄装置の動
作を示すフローチャート。

【図１３】本発明の第１の実施例の超音波洗浄装置の動
作を示すフローチャート。

【図１４】本発明の第１の実施例の超音波洗浄装置の動
作を示すフローチャート。

【図１５】本発明の第１の実施例の超音波洗浄装置の動
作を示すフローチャート。

【図１６】本発明の第１の実施例の超音波洗浄装置の動
作を示すフローチャート。

【図１７】本発明の第１の実施例の超音波洗浄装置の動
作を示すフローチャート。

【図１８】本発明の第１の実施例の超音波洗浄装置の動
作を示すフローチャート。

【図１９】本発明の第１の実施例の超音波洗浄装置の動
作を示すフローチャート。

【図２０】本発明の第１の実施例の超音波洗浄装置の動
作を示すフローチャート。

【図２１】本発明の第１の実施例の超音波洗浄装置の動
作を示すフローチャート。

【図２２】本発明の第１の実施例の超音波洗浄装置の動
作を示すフローチャート。

【図２３】本発明の第１の実施例の超音波洗浄装置の動
作を示すフローチャート。

【図２４】本発明の第１の実施例の超音波洗浄装置の動
作を示すフローチャート。

【図２５】本発明の第２の実施例の超音波洗浄装置の動
作を示すフローチャート。

【図２６】本発明の第２の実施例の超音波洗浄装置の動
作を示すフローチャート。

【図２７】本発明の第２の実施例の超音波洗浄装置の動
作を示すフローチャート。

【図２８】本発明の第２の実施例の超音波洗浄装置の動
作を示すフローチャート。

【図２９】本発明の第２の実施例の超音波洗浄装置の動
作を示すフローチャート。

【図３０】本発明の第２の実施例の超音波洗浄装置の動
作を示すフローチャート。

【図３１】本発明の第２の実施例の超音波洗浄装置の動
作を示すフローチャート。

【符号の説明】

１…洗浄槽、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ…発振子、３…洗
浄液、４…被洗浄物、５…洗浄治具、６…超音波発振
器、９、１１…強超音波場、１１…コントローラ、１２
…演算部、１３…入力部、１４…表示部。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の発振子と洗浄槽とを備えた超音波洗
   浄装置であって、 前記複数の発振子は、前記洗浄槽の中央部に向かって複
   数の方向から超音波を発振するように配置されているこ
   とを特徴とする超音波洗浄装置。
2. 【請求項２】請求項１において、ユーザから前記洗浄槽
   内の任意の座標の入力を受け付ける受け付け手段と、 前記複数の発振子に対して、それぞれ振幅、位相、周波
   数を設定し、発振子を発振させる発振手段と、 前記洗浄槽内において前記複数の発振子から発振された
   超音波が強めあう１または２以上の領域を演算し、前記
   超音波が強めあう領域の１つと前記受け付け手段が受け
   付けた座標とを一致させるための前記複数の発振子のそ
   れぞれの振幅、位相、周波数を求め、求めた前記振幅、
   位相、周波数条件で前記発振子を発振させるよう前記発
   振手段に指示する演算手段とを有することを特徴とする
   超音波洗浄装置。
3. 【請求項３】請求項２において、前記受け付け手段は、
   ユーザから前記任意の座標で必要とする超音波振動の振
   幅をさらに受け付け、 前記演算手段は、前記超音波が強めあう領域の超音波振
   動の振幅を演算し、前記受け付けた座標における超音波
   振動の振幅をユーザから入力された振幅と同等以上にす
   るための前記複数の発振子のそれぞれの振幅、位相、周
   波数を求め、求めた前記振幅、位相、周波数条件で前記
   発振子を発振させるよう前記発振手段に指示することを
   特徴とする超音波洗浄装置。
4. 【請求項４】請求項２において、前記演算手段は、前記
   複数の発振子のそれぞれの振幅、位相、周波数を求める
   ために、前記発振子の振幅、位相、および、周波数のう
   ち少なくとも１つの値を変化させた場合の超音波が強め
   あう領域の位置を演算することを特徴とする超音波洗浄
   装置。
5. 【請求項５】請求項３において、前記演算手段は、前記
   複数の発振子のそれぞれの振幅、位相、周波数を求める
   ために、前記すべての発振子の振幅を一律に変化させた
   場合の超音波が強めあう領域の超音波振動の振幅を演算
   することを特徴とする超音波洗浄装置。
6. 【請求項６】請求項２において、前記複数の発振子は、
   同一平面上に配置され、 前記受け付け手段は、前記平面上の任意の座標を受け付
   けることを特徴とする超音波洗浄装置。
7. 【請求項７】請求項１において、ユーザから前記洗浄槽
   内の任意の座標の入力を受け付ける受け付け手段と、 前記複数の発振子に対して、それぞれ振幅、位相、周波
   数を設定し、発振子を発振させる発振手段と、 予め求められた、前記洗浄槽内において前記複数の発振
   子から発振された超音波が強めあう領域を、前記洗浄槽
   内の予め定められた複数の座標に位置させるための前記
   複数の発振子のそれぞれの振幅、位相、周波数を、前記
   予め定められた複数の座標ごとに記憶した記憶手段と、 前記洗浄槽内の予め定められた複数の座標のうち、前記
   受け付け手段が受け付けた任意の座標に最も近い座標を
   選び、選んだ座標に対応する前記複数の発振子のそれぞ
   れの振幅、位相、周波数を前記記憶手段から読みだし、
   読みだした前記振幅、位相、周波数条件で前記発振子を
   発振させるよう前記発振手段に指示する演算手段とを有
   することを特徴とする超音波洗浄装置。
8. 【請求項８】請求項７において、前記受け付け手段は、
   ユーザから前記任意の座標で必要とする超音波振動の振
   幅をさらに受け付け前記記憶手段は、前記超音波が強め
   あう領域を、前記洗浄槽内の予め定められた複数の座標
   に位置させ、さらにその座標で複数段階の超音波振動振
   幅を得るための前記複数の発振子のそれぞれの振幅、位
   相、周波数を、前記予め定められた複数の座標について
   前記複数段階の超音波振動振幅ごとに記憶し、 前記演算手段は、前記洗浄槽内の予め定められた複数の
   座標のうち、前記受け付け手段が受け付けた任意の座標
   に最も近い座標を選び、さらに、前記受け付け手段が受
   け付けた超音波振動振幅と同等以上の超音波振動振幅の
   段階を選び、選んだ座標と超音波振動振幅の段階に対応
   する前記複数の発振子のそれぞれの振幅、位相、周波数
   を前記記憶手段から読みだし、読みだした前記振幅、位
   相、周波数条件で前記発振子を発振させるよう前記発振
   手段に指示する演算手段とを有することを特徴とする超
   音波洗浄装置。
9. 【請求項９】請求項１において、ユーザから前記洗浄槽
   内の任意の図形を表わす関数の入力を受け付ける受け付
   け手段と、 前記複数の発振子に対して、それぞれ振幅、位相、周波
   数を設定し、発振子を発振させる発振手段と、 前記洗浄槽内において前記複数の発振子から発振された
   超音波が強めあう領域を演算し、前記超音波が強めあう
   領域が前記任意の図形上に位置し、時間の経過とともに
   移動するための前記複数の発振子のそれぞれの振幅、位
   相、周波数を時間の経過ごとに求め、求めた前記振幅、
   位相、周波数条件で前記発振子を発振させるよう前記発
   振手段に指示する演算手段とを有することを特徴とする
   超音波洗浄装置。