JPH10180204A - 超音波洗浄装置及び駆動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 振動板から発生させる超音波の音圧を効率良
く上げることができる超音波洗浄装置を提供すること。 【解決手段】 洗浄液に超音波振動を付与して被洗浄物
を洗浄するための超音波洗浄装置において、洗浄液が供
給される装置本体１１と、この装置本体に設けられた振
動板に取り付けられた振動子２１と、この振動子と電気
的に接続されこの振動子を駆動して超音波振動させる超
音波発振器３１と、この超音波発振器と上記振動子との
間に設けられ、この振動子と上記超音波発振器とのイン
ピ−ダンスマッチング回路３３とを具備し、上記超音波
発振器３１の発振周波数は上記振動子の共振点と反共振
点との間に存在するスプリアス振動周波数であることを
特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する利用分野】本発明は、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に用いられる超音
波洗浄装置及びその駆動方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば液晶製造装置や半導体製造装置
においては、液晶用ガラス基板や半導体ウエハなどの被
洗浄物を高い清浄度で洗浄することが要求される工程が
ある。上記被洗浄物を洗浄する方式としては、洗浄液中
に複数枚の被洗浄物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
る洗浄液に超音波振動を付与し、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】洗浄液に付与する振動は、従来は20〜50ｋ
Ｈｚ程度の超音波であったが、最近では600 〜2000ｋＨ
ｚ程度の極超音波帯域の音波を付与する超音波洗浄装置
が開発されている。

【０００５】ところで、上記超音波洗浄装置は装置本体
を有し、この装置本体には振動子が取り付けられた振動
板が設けられている。上記振動子には超音波発振器が接
続される。この超音波発振器は所定の周波数の電力を出
力し、その電力を上記振動子に印加する。それによっ
て、上記振動子が超音波振動するから、その超音波振動
に上記振動板が連動し、この振動板によって洗浄液に超
音波振動が付与されるようになっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このように超音波発振
器から振動板に所定の周波数の電力を供給して超音波振
動させて、超音波を発生させるようにしている。このよ
うに超音波を発生させる場合、図３に示すように超音波
を発生させる振動板の共振点および反共振点や、共振点
と反共振点との中間の周波数で振動板を駆動していた。

【０００７】しかし、振動板の共振点および共振点と反
共振点との中間の周波数で駆動すると、振動板が早期に
破損してしまうという問題があった。また、振動板を反
共振点で駆動すると、図３に示すように振動板に流入す
る電流値は少なくなるが、音圧が著しく悪くなってしま
った。

【０００８】本発明は上記の点に鑑みてなされたもの
で、その目的は、振動板に流入させる電流を著しく大き
くすることなく、振動板から発生させる超音波の音圧を
効率良く上げることができる超音波洗浄装置及びその駆
動方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に係わる超音波
洗浄装置は、洗浄液に超音波振動を付与して被洗浄物を
洗浄するための超音波洗浄装置において、洗浄液が供給
される装置本体と、この装置本体に設けられた振動板に
取り付けられた振動子と、この振動子と電気的に接続さ
れこの振動子を駆動して超音波振動させる超音波発振器
と、この超音波発振器と上記振動子との間に設けられ、
この振動子と上記超音波発振器とのインピ−ダンスマッ
チング回路とを具備し、上記超音波発振器の発振周波数
は上記振動子の共振点と反共振点との間に存在するスプ
リアス振動周波数であることを特徴とする。請求項２に
係わる超音波振動子の駆動方法は、超音波振動子をスプ
リアス振動数で駆動することを特徴とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の一実
施の形態について説明する。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。

【００１１】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。

【００１２】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。

【００１３】上記空間部１８の開口した上端はタンタ
ル、チタンあるいはそれらの合金などによって矩形板状
に形成された振動板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。

【００１４】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にねじ２０によっ
て固定されている。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。

【００１５】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。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板ばね状の
接触子２７が設けられている。

【００１６】上記給電板２５にはコイル２８が一端（下
端）を電気的に接続して設けられている。このコイル２
８の他端（上端側）には電極２９がスライド自在かつ任
意のスライド位置で固定可能に設けられている。

【００１７】上記振動子２４の他方の電極は振動板２１
を介して押え板２３に導通し、この押え板２３には上記
同軸ケ−ブル３０の第２のケ−ブル３０ｂの一端が接続
されている。これらケ−ブル３０ａ、３０ｂの他端は上
記振動子２４を駆動して超音波振動させる超音波発振器
３１に接続されている。また、装置本体１１には、第１
のケ−ブル３０ａと第２のケ−ブル３０ｂとの間に接続
された可変コンデサン３２が設けられ、図２に示すよう
に上記振動子２４を超音波振動させるためのマッチング
回路３３を形成している。つまり、マッチング回路３３
と超音波発振器３１とは同軸ケ−ブル３０によって接続
されている。

【００１８】したがって、上記電極２９をスライドさせ
て上記マッチング回路３３におけるコイル２８のインダ
クタンスを調整したり、可変コンデンサ３２のリアクタ
ンスを調整することで、超音波発振器３１と振動子２４
とのインピ−ダンスマッチングをとることができるよう
になっている。

【００１９】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３４が
長手方向に貫通して形成されている。この供給路３４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。

【００２０】一対の供給路３４にはそれぞれ複数の噴出
路３５（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３５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。上記噴出路３５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。

【００２１】上記超音波発振器３１は図２に示すように
周波数シセサイザ４１を有する。この周波数シンセサイ
ザ４１からは所定の周波数の電力が出力されるようにな
っていて、その周波数はＣＰＵ４２によって制御され
る。この実施の形態では、その周波数は図３に示すよう
に共振点と反共振点との間でインピ−ダンスが極大とな
るスプリアス振動数（例えば、１５２０KHz ）に設定さ
れている。

【００２２】上記周波数シンセサイザ４１から出力され
た所定周波数の電力は、高周波パワ−アンプ４３で増幅
され、抵抗５０Ωの同軸ケ−ブル３０の電圧、電流をモ
ニタするＣＭカップラ−（通過形電力計）４４で出力が
モニタ−されて上記マッチング回路３３へ出力される。

【００２３】上記ＣＭカップラ−４４は以下のような原
理によって上記超音波発振器３１と振動子２４とのマッ
チングをチェックできる。つまり、測定された電圧をＣ
分圧で同位相で分圧Ｖ_v とする。相互誘導Ｍ結合で２次
回路ショ−ト条件、つまりカレントトランスで十分低い
抵抗に２次電流を流すことにより、電流と同位相の電圧
Ｖ_i を作る。そして、マッチングをチェックする場合に
は、Ｖ_v −Ｖ_i が０になったかどうかによって判定す
る。つまり、Ｖ／Ｉ＝５０Ωで位相が一致していること
がマッチングしているということになる。

【００２４】つぎに、上記構成の超音波洗浄装置を使用
する場合について説明する。まず、上記構成の超音波洗
浄装置を実際に使用するに先立って振動子２４を効率よ
く振動させるために、超音波発振器３１と振動子２４と
のインピ−ダンスマッチングをとる。すなわち、超音波
発振器３１を作動させ、振動子２４を超音波発振させる
とともに、そのときに上記超音波発振器３１と振動子２
４とのインピ−ダンスマッチングがとれているか否やか
をＣＭカップラ−４４によって測定する。

【００２５】マッチングが取れていない場合には、コイ
ル２８の巻線に設けられた電極２９をその巻線に沿って
スライドさせてマッチング回路３３におけるインダクタ
ンスを調整するとともに、可変コンデンサ３２を調整し
て同じくマッチング回路３３におけるリアクタンスを調
整し、上記超音波発振器３１と振動子２４とのインピ−
ダンスをマッチングさせる。

【００２６】このように、周波数シンセサイザ４１から
振動板２１をスプリアス振動させるスプリアス振動数を
出力するようにしたので、振動板２１を共振点と反共振
点との間でスプリアス振動させることができる。このよ
うに、スプリアス振動させることにより、振動板２１の
振動を効率良く行わせることができる。

【００２７】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、超音波洗
浄装置において、振動板をスプリアス振動数で駆動する
ようにしたので、振動板の振動を効率良く行うことがで
きる超音波洗浄装置を提供することができる。

【００２８】請求項２記載の発明によれば、振動板をス
プリアス振動数で駆動するようにしたので、振動板に過
大な電流を流入させることなく、振動板を効率良く振動
させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態を示す超音波洗浄装置の
概略的構成の断面図。

【図２】電気回路図。

【図３】発振周波数−音圧特性を示す図。

【符号の説明】

１１…装置本体、２１…振動板、２４…振動子、２８…
コイル、２９電極、３１…超音波、３２…コンデンサ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 洗浄液に超音波振動を付与して被洗浄物
   を洗浄するための超音波洗浄装置において、 洗浄液が供給される装置本体と、 この装置本体に設けられた振動板に取り付けられた振動
   子と、 この振動子と電気的に接続されこの振動子を駆動して超
   音波振動させる超音波発振器と、 この超音波発振器と上記振動子との間に設けられ、この
   振動子と上記超音波発振器とのインピ−ダンスマッチン
   グ回路とを具備し、 上記超音波発振器の発振周波数は上記振動子の共振点と
   反共振点との間に存在するスプリアス振動周波数である
   ことを特徴とする超音波洗浄装置。
2. 【請求項２】 超音波振動子をスプリアス振動数で駆動
   することを特徴とする超音波振動子の駆動方法。