JPH0994544A - 超音波洗浄装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】この発明は振動板に気泡が付着して超音波振動
が洗浄液に伝播されにくくなったり、振動板が局部的に
発熱するのを防止できる超音波洗浄装置を提供すること
にある。 【解決手段】 被洗浄物を洗浄する洗浄液に超音波振動
を付与するための超音波洗浄装置において、装置本体１
１と、この装置本体に形成され内部に上記洗浄液が供給
されるとともに上記装置本体の一側面に開口した空間部
１８と、超音波振動子２４が設けられこの超音波振動子
によって超音波振動することで上記空間部に供給される
洗浄液に超音波振動を付与する振動板２１と、上記超音
波振動子に印加する電力の周波数を制御する制御装置３
６とを具備したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は被洗浄物を洗浄す
る洗浄液に超音波振動を付与する超音波洗浄装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】たとえば液晶表示装置や半導体装置の製
造工程においては、被洗浄物としての液晶用ガラス基板
や半導体ウエハを高い清浄度で洗浄することが要求され
る工程がある。このような被洗浄物を洗浄する方式とし
ては、洗浄液中に複数枚の被洗浄基板を浸漬するデイッ
プ方式や被洗浄物に向けて洗浄液を噴射して一枚づつ洗
浄する枚葉方式があり、最近では高い清浄度が得られる
とともに、コスト的に有利な枚葉方式が採用されること
が多くなってきている。

【０００３】枚葉方式の１つとして被洗浄物に噴射され
る洗浄液に振動を付与し、その振動作用によって上記被
洗浄物から微粒子を効率よく除去するようにした洗浄方
式が実用化されている。

【０００４】洗浄液に振動を付与する洗浄方式におい
て、従来は20〜50ｋＨｚ程度の超音波が用いられていた
が、最近では600 ｋＨｚ〜1.5 ＭＨｚ程度の極超音波帯
域の音波を用いる超音波洗浄装置が開発されている。

【０００５】振動が付与された洗浄液を被洗浄物に噴射
すると、その振動の作用によって被洗浄物に付着した微
粒子の結合力が低下するため、振動を付与しない場合に
比べて洗浄効果を向上させることができる。

【０００６】従来、上記超音波洗浄装置は、図４に示す
ように装置本体１を有する。この装置本体１には空間部
２が本体１の厚さ方向に貫通し、かつ紙面に直交する長
手方向に沿って形成されている。上記空間部２は上端側
から下端側にゆくにつれて狭幅となるテ−パ壁２ａに形
成されていて、下端は装置本体１の下面に開口したノズ
ル口３となっている。

【０００７】上記空間部２の上端開口はシ−ル材４を介
して振動板５で閉塞されている。この振動板５の上面に
は上記空間部２の上端開口と対応する部位に沿って細長
い矩形状の複数の超音波振動子６が取着されている。こ
の超音波振動子６には直流電圧が印加されるようになっ
ている。それによって、超音波振動子６は超音波振動す
るから、その超音波振動によって上記振動板５も振動す
る。

【０００８】上記装置本体１の上記空間部２の両側には
それぞれ長手方向に沿って供給路７が貫通して形成され
ている。一対の供給路７にはその両端にそれぞれ図示し
ない洗浄液の供給管が接続され、それら供給管によって
洗浄液が供給されるようになっている。

【０００９】さらに、上記装置本体１には一端を上記供
給路７に連通させ、他端を空間部２に連通させた複数の
噴出路８が上記装置本体１の長手方向に沿って所定間隔
で形成されている。つまり、上記噴出路８の他端は上記
振動板５に対向して開口している。

【００１０】上記供給路７に供給された洗浄液は複数の
噴出路８へほぼ均等に分流し、他端開口から上記振動板
５の下面に向かって噴出し、上記空間部２に所定の圧力
で充満した状態で貯留される。洗浄液はこの空間部２で
上記振動板５によって超音波振動が付与されて上記ノズ
ル孔３から空間部２に貯留された圧力に応じて所定の速
度で噴出する。ノズル孔３から噴出した洗浄液は被洗浄
物を照射し、この被洗浄物を超音波洗浄することにな
る。

【００１１】ところで、従来のこのような構成の超音波
洗浄装置においては、超音波振動子６に印加される電圧
の周波数ｆが一定であった。上記超音波振動子６に発生
する振動の波長λは、λ＝ｃ／ｆ（ただし、ｃは音速）
によって定まるから、周波数ｆが一定であると、波長λ
も一定になる。

【００１２】図５に示すように、波長λが一定である
と、上記空間部２で発生する超音波振動の波形の腹Ｓの
位置と節Ｎの位置とが上記空間部２内において常に同じ
位置になる。

【００１３】そのため、上記空間部２で発生してテ−パ
壁２ａに付着した気泡Ｂの位置が、上記振動波形の腹Ｓ
の位置からずれ、節Ｎあるいはその近傍に位置すると、
その気泡Ｂは振動の作用を受けにくい。そのため、気泡
Ｂはテ−パ壁２ａから剥離されにくく、しだいに成長し
て大きくなる。

【００１４】気泡Ｂが大きくなってその浮力が空間部２
を流れる洗浄液の流速による力よりも大きくなると、そ
の浮力によってテ−パ壁２ａから剥離して空間部２を上
昇し、振動板５の裏面に付着する。その結果、その気泡
Ｂによって洗浄液が振動板５に直接、接触するのを妨げ
るから、振動板５の振動が伝播効率が低下して洗浄液に
伝わりにくくなり、洗浄液による洗浄作用の低下を招い
たり、振動板５の洗浄液が接触しない部分が冷却されに
くいため、その部分が異常発熱を招くということもあ
る。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来は洗
浄液に付与される超音波振動の波形が一定であるため、
洗浄液が供給される空間部の内壁面に付着した気泡が除
去されずに成長して空間部を上昇し、振動板の下面に付
着して振動伝播効率の低下や局部的な発熱を招くなどの
ことがあった。

【００１６】この発明は上記事情に基づきなされたもの
で、その目的とするところは、気泡が成長して振動板に
付着することがないようにした超音波振動装置を提供す
ることにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、被洗
浄物を洗浄する洗浄液に超音波振動を付与するための超
音波洗浄装置において、上記洗浄液に付与する超音波振
動の波長を変える制御手段を備えていることを特徴とす
る。

【００１８】請求項２の発明は、被洗浄物を洗浄する洗
浄液に超音波振動を付与するための超音波洗浄装置にお
いて、装置本体と、この装置本体に形成され内部に上記
洗浄液が供給されるとともに上記装置本体の一側面に開
口した空間部と、超音波振動子が設けられこの超音波振
動子によって超音波振動することで上記空間部に供給さ
れる洗浄液に超音波振動を付与する振動板と、上記超音
波振動子に印加する電力の周波数を制御する制御手段と
を具備したことを特徴とする。

【００１９】請求項３の発明は請求項２の発明におい
て、上記制御手段は、電源部からの入力に対して異なる
周波数の電力を出力して超音波振動子に印加する複数の
周波数設定部と、この周波数設定部と電源部との間に設
けられ電源部からの電力を入力させる周波数設定部を選
択する選択部とを備えていることを特徴とする。

【００２０】請求項４の発明は請求項３の発明におい
て、上記選択部は複数の選択スイッチを有し、これらの
選択スイッチは駆動制御部からの駆動信号によって順次
選択的に開閉制御される構成であることを特徴とする。

【００２１】請求項１の発明によれば、超音波振動の波
長を変えることで、その振動の腹の位置を変えることが
できるから、所定箇所に付着した気泡が成長するのを未
然に防止できる。

【００２２】請求項２と請求項３の発明によれば、超音
波振動子に印加する電力の周波数を制御することで、洗
浄液に付与する超音波振動の波形を変えられるから、装
置本体の空間部内壁に付着した気泡に上記波形の腹の部
分を作用させて除去することができる。

【００２３】請求項４の発明によれば、周波数を設定す
るための選択部の複数の選択スイッチを駆動制御部から
の駆動信号によって順次開閉制御することで、超音波振
動の波形を自動的に変えることができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施形態を図
１乃至図３を参照して説明する。図１に示すこの発明の
超音波洗浄装置は装置本体１１を有する。この装置本体
１１は上面が開放した凹部１２が長手方向に沿って形成
された上部材１３と、この上部材１３の下面に第１のシ
−ル材１４を介して液密に接合固定された下部材１５と
によって細長い角柱状に形成されている。

【００２５】上記上部材１３の下部壁の幅方向中央部分
には長手方向に沿って嵌合孔１６が穿設され、上記下部
材１５の上面の幅方向中央部分には上記嵌合孔１６に嵌
合する凸部１７が形成されている。

【００２６】上記下部材１５の凸部１７が形成された幅
方向中央部分には、一端を上面に開口させ、他端を下面
に開口させた空間部１８が長手方向に沿って形成されて
いる。この空間部１８の断面形状は、一端（上端）から
他端（下端）にゆくにつれて幅寸法が小さくなるテ−パ
状をなしていて、その下端開口は狭幅なノズル口１９と
なっている。

【００２７】上記空間部１８の開口した上端は矩形状の
薄い金属板からなる振動板２１によって液密に閉塞され
ている。つまり、この振動板２１は、その下面周辺部が
所定の厚さを有する枠状の第２のシ−ル材２２を介して
上記上部材１３の凹部１２の内底面に接合されている。

【００２８】上記振動板２１の上面には同じく枠状の押
え板２３が接合され、上記上部材１３に固定されてい
る。それによって、上記空間部１８の上端開口は液密に
閉塞されている。

【００２９】上記振動板２１の上面の幅方向中央部分、
つまり上記空間部１８と対応する部位には圧電素子から
なる振動子２４が上記振動板２１の長手方向に沿って取
着されている。

【００３０】上記振動板２１の上方には給電板２５が上
記押え板２３に保持部材２６を介して取り付けられてい
る。この給電板２５には上記振動子２４と弾性的に接触
した接触子２７が設けられている。

【００３１】上記給電板２５にはコイル２８が設けら
れ、このコイル２８から上記給電板２５、接触子２７を
介して上記振動子２４に後述するように給電されるよう
になっている。それによって、上記振動子２４が超音波
振動し、その超音波振動に上記振動板２１が連動するよ
うになっている。

【００３２】上記装置本体１１の下部材１５には、上記
空間部１８の幅方向両側に位置する一対の供給路３１が
長手方向に貫通して形成されている。この供給路３１の
両端には図示しない供給源が同じく図示しないチュ−ブ
を介して接続され、純水や薬液などの洗浄液を供給する
ようになっている。

【００３３】一対の供給路３１にはそれぞれ複数の噴出
路３２（１つだけ図示）が一端を連通させて設けられて
いる。つまり、噴出路３２は上記装置本体１１の上部材
１３と下部材１５との接合する部分に形成されていて、
他端を上記上部材１３の凹部１２の内底面の上記振動板
２１によって覆われた部分、つまり上記空間部１８の上
端側に連通するよう開口させている。

【００３４】上記噴出路３２は上記空間部１８の幅方向
一側と他側において、装置本体１の長手方向に沿って所
定間隔で複数形成されている。上記空間部１８の幅方向
一側と他側において、噴出路３２の上記凹部１２の内底
面に開口させた他端は装置本体１１の長手方向において
位置をずらしている。

【００３５】上記コイル２８には端子３５を介して制御
装置３６が電気的に接続されている。この制御装置３６
は、図２に示すように並列に接続された第１乃至第３の
選択スイッチ部３８ａ〜３８ｃを有しこれらのスイッチ
は交流電源部３７に接続されている。各選択スイッチ部
３８ａ〜３８ｃの出力側にはそれぞれ第１乃至第３の周
波数設定部３９ａ〜３９ｃが直列に接続して設けられて
いる。

【００３６】上記第１の周波数設定部３９ａは、ここに
入力された電力の周波数を1000ｋＨｚに変換して出力す
る。また、第２の周波数設定部３９ｂは2000ｋＨｚ、第
３の周波数設定部３９ｃは5000ｋＨｚにそれぞれ変換し
てそれぞれ出力するようになっている。そして、上記各
周波数設定部３９ａ〜３９ｃの出力側と上記電源部３７
との間に上記振動子２４が接続されている。

【００３７】上記選択スイッチ３８ａ〜３８ｃには駆動
制御部４１が接続されている。この駆動制御部４１には
タイマ４２を有する。このタイマ４２を作動させること
で、上記駆動制御部４１は上記選択スイッチ３８ａ〜３
８ｃを所定時間づつ、順次閉じる駆動信号を出力するよ
うになっている。

【００３８】第１の選択スイッチ３８ａが閉じられる
と、電源部３７からの電力は第１の周波数設定部３９ａ
で周波数設定されて振動子２４に印加される。それによ
って、上記振動子２４は1000ｋＨｚの周波数で振動す
る。同様に、第２の選択スイッチ３８ｂが閉じられる
と、第２の周波数設定部３９ｂの設定周波数である2000
ｋＨｚの電力が振動子２４に印加され、さらに第３の選
択スイッチ３８ｃが閉じられると、第３の周波数設定部
３９ｃの設定周波数である5000ｋＨｚの電力が振動子２
４に印加されるようになっている。

【００３９】したがって、上記振動子２４は、1000ｋＨ
ｚ、2000ｋＨｚおよび5000ｋＨｚの周波数で所定時間ご
とに順次振動させることができるようになっている。つ
ぎに、上記構成の超音波洗浄装置によって洗浄液に超音
波振動を付与する時の作用について説明する。

【００４０】洗浄液を一対の供給路３１から噴出路３２
を介して空間部１８へ供給し、この空間部１８で所定の
圧力で充満して貯留されるとともにその圧力に応じてノ
ズル口１９から噴出する。

【００４１】そのような状態で制御装置３６を作動させ
る。制御装置３６を作動させることで、タイマ４２から
駆動制御部４１に制御信号が入力され、その制御信号に
よって駆動制御部４１から第１乃至第３の選択スイッチ
３８ａ〜３８ｃへ駆動信号が順次出力される。

【００４２】それによって、最初に、第１の選択スイッ
チ３８ａが閉じられるから、電源部３７からの電力は第
１の周波数制御部３９ａで周波数が制御されることにな
る。したがって、振動子２４には1000ｋＨｚの電力が印
加されるから、この振動子２４は1000ｋＨｚの周波数で
振動し、洗浄液にその周波数の振動を付与する。その結
果、図示しない被洗浄物は超音波振動が付与された洗浄
液で洗浄されることになる。

【００４３】所定時間経過すると、第１の選択スイッチ
３８ａが開き、第２の選択スイッチ３８ｂが閉じられる
から、電源部３７からの電力は第２の周波数設定部３９
ｂに入力され、振動子２４には第２の周波数設定部３９
ｂの設定周波数である2000ｋＨｚの電力が印加される。
それによって、振動子２４は2000ｋＨｚの周波数で振動
するから、その振動が洗浄液に付与されることになる。

【００４４】振動子２４が2000ｋＨｚの周波数で所定時
間振動すると、駆動制御部４１からの駆動信号によって
第２の選択スイッチ３８ｂが開かれ、第３の選択スイッ
チ３８ｃが閉じられる。それによって、振動子２４には
第３の周波数設定部３９ｃの設定周波数である5000ｋＨ
ｚの電力が印加されるから、その周波数で振動すること
なる。

【００４５】仮に、洗浄液に5000ｋＨｚの振動を付与し
たときに最大の洗浄効果が得られる場合、第３の選択ス
イッチ３８ｃが閉じられる時間が最も長くなるよう制御
する。それによって、振動子２４に印加する周波数を制
御して気泡Ｂの成長を阻止しながら、洗浄効果を十分に
高めることが可能となる。

【００４６】このように、振動子２４は振動周波数を順
次変化させて振動する。そのため、その振動周波数の変
化に応じて装置本体１に形成された空間部１８内で発生
する振動の波形も図３にａ〜ｃで示すように変化する。

【００４７】振動の波形が変化すると、上記空間部１８
内における各波形の腹Ｓの位置も変化する。そのため、
空間部１８の壁面に気泡Ｂが付着しても、その気泡Ｂは
いずれかの波形ａ〜ｃの腹Ｓの部分に当たるから、その
腹Ｓの部分によって成長する前に壁面から剥離され、ノ
ズル口１９から流出する。

【００４８】つまり、空間部１８の壁面に気泡Ｂが付着
しても、その気泡Ｂは成長して浮上し、振動板２１の下
面に付着する前に除去されるから、振動板２１から洗浄
液への超音波振動の伝達効率が低下したり、成長した気
泡Ｂが振動板２１に付着することで、その部分に洗浄液
が接触するのが妨げられて異常に温度上昇するというこ
とも防止できる。

【００４９】また、駆動制御部４１にタイマ４２を接続
し、３つの選択スイッチ３８ａ〜３８ｃを経時的に開閉
制御するようにした。そのため、振動子２４に印加する
周波数の制御を自動的に行うことができるから、空間部
１８の壁面に付着した気泡Ｂの除去も自動的に行える。

【００５０】

【発明の効果】以上述べたように請求項１と請求項２の
発明によれば、洗浄液に付与する超音波振動の波長を制
御手段によって制御するようにした。そのため、超音波
振動の波長を変化させることで、その振動の腹の位置も
変化させることができる。

【００５１】とくに、請求項２の発明によれば、洗浄液
が貯留される空間部の壁面に付着した気泡が成長するま
えに上記壁面から剥離除去することができる。それによ
って、気泡が成長して振動板に付着するのを防止できる
から、振動の伝播効率の低下や振動板が異常発熱するの
を防止できる。

【００５２】請求項３の発明によれば、制御手段を複数
の周波数設定部と、電源部からの電力をどの周波数設定
部に選択して印加する選択部とから構成した。そのた
め、それぞれの周波数設定部に設定された周波数の電力
を振動子に印加することができる。

【００５３】請求項４の発明によれば、選択部を複数の
選択スイッチから構成し、これら選択スイッチを駆動制
御部からの駆動信号によって順次経時的に作動させるよ
うにしたので、振動子に印加する電力の周波数を自動的
に制御することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態を示す超音波洗浄装置の
概略的構成の断面図。

【図２】同じく制御装置の構成図。

【図３】同じく超音波振動の波長を変えたときの波形の
説明図。

【図４】従来の超音波洗浄装置の縦断面図。

【図５】同じく空間部の壁面に付着した気泡が成長する
状態の説明図。

【符号の説明】

１１…装置本体、 １８…空間部、２
４…振動子、 ２１…振動板、３６
…制御装置。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被洗浄物を洗浄する洗浄液に超音波振動
   を付与するための超音波洗浄装置において、 上記洗浄液に付与する超音波振動の波長を変える制御手
   段を備えていることを特徴とする超音波洗浄装置。
2. 【請求項２】 被洗浄物を洗浄する洗浄液に超音波振動
   を付与するための超音波洗浄装置において、 装置本体と、 この装置本体に形成され内部に上記洗浄液が供給される
   とともに上記装置本体の一側面に開口した空間部と、 超音波振動子が設けられこの超音波振動子によって超音
   波振動することで上記空間部に供給される洗浄液に超音
   波振動を付与する振動板と、 上記超音波振動子に印加する電力の周波数を制御する制
   御手段とを具備したことを特徴とする超音波洗浄装置。
3. 【請求項３】 上記制御手段は、電源部からの入力に対
   して異なる周波数の電力を出力して超音波振動子に印加
   する複数の周波数設定部と、この周波数設定部と電源部
   との間に設けられ電源部からの電力を入力させる周波数
   設定部を選択する選択部とを備えていることを特徴とす
   る請求項２記載の超音波洗浄装置。
4. 【請求項４】 上記選択部は複数の選択スイッチを有
   し、これらの選択スイッチは駆動制御部からの駆動信号
   によって順次開閉制御される構成であることを特徴とす
   る請求項３記載の超音波洗浄装置。