JPH10192802A - 水中計測器用超音波洗浄装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 水中で使用される計測器における所要洗浄部
位が狭い空間に位置していても、振動子への投入電力を
増加させることなく、所望の周波数の超音波を用いて大
きな洗浄効果を得ることのできる超音波洗浄装置を提供
する。 【解決手段】 円板状の超音波振動子１１とその振動子
に固着される振動板１２を有し、かつ、水中に浸漬され
た状態で使用される計測器２０に装着されて、振動子１
１の直径よりも幅の狭い空間Ｓ内に位置する部位Ｗを洗
浄するための超音波洗浄装置において、振動板１２の振
動子１１に対する固着面と反対側の面に、振動子１１の
直径Ｄよりも小さく、空間Ｓ内に挿入し得る外径を有す
る円筒形の共振部１３を設けることにより、振動面と所
要洗浄部位Ｗとの距離を可及的に接近させることを可能
とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は超音波洗浄装置に関
し、更に詳しくは、水中に浸漬された状態で使用される
計測器に装着され、その計測器における比較的狭い空間
内に位置する部位を連続的もしくは周期的に洗浄するた
めの超音波洗浄装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば透視度計や濁度計あるいはＰＨ計
等の、水中に浸漬された状態で使用される計測器におい
ては、一般に、その有感部等が汚れると正確な計測結果
が得られなくなる。特に、長期にわたって水中に浸漬さ
れた状態で、刻々と計測結果を出力するタイプの計測器
においては、有感部等が水中の懸濁物質等の付着によっ
て次第に汚れ、計測出力が次第に正確ではなくなるとい
う問題がある。

【０００３】そこで、この種の計測器においては、従
来、有感部等の汚れを防止することを目的として、ゴム
ブレードを用いたワイパーを設けたり、水流を作って所
要部位に吹きつけたり、あるいは計測器に超音波洗浄を
装着して、連続的または周期的に有感部等の所要部位を
超音波洗浄するといった対策が講じられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な従来の対策のうち、ワイパーによるものはゴムブレー
ドの寿命の問題や、構造が複雑になるほか、比較的平ら
な面しか洗浄できないという欠点があり、また、水流を
所要部位に吹きつけるものについては、洗浄用の清聴な
水を水道の蛇口等からとってくるなどする必要があり、
装置が大型化したり、コストが上昇するという問題があ
る。

【０００５】一方、超音波洗浄装置を用いる場合には以
上のような問題はないものの、この種の用途に用いられ
る超音波洗浄装置は、通常、圧電材料からなる円板状の
超音波振動子に振動板を固着した構造のものが用いられ
るが、このような構造の超音波洗浄装置では、計測器の
種類やデザインによっては、以下に示すように有感部等
の所要部位を有効に洗浄し得ない場合がある。

【０００６】すなわち、超音波洗浄においては、一般
に、超音波の媒体、つまり水中で生じるキャビテーショ
ンと水の分子に加えられる振動加速度によって被洗浄部
から汚れを剥がすのであるが、その洗浄効果が大きいの
は振動面（振動板と媒体との界面、以下同）からの距離
が媒体中における超音波の波長λの１／４の奇数倍の距
離の位置であり、また、この種の計測器に装着される超
音波洗浄装置では、例えば各種部品を洗浄するための専
用の容器とともに用いられる超音波洗浄装置とは異な
り、発生した超音波の水面からの反射波を利用すること
が実質的に不可能であり、振動面から水中に伝わる超音
波は振動面から遠ざかるほど指数関数的に減衰する関係
上、所要洗浄部位に対して振動面の位置を可能な限り近
づけて、しかもこれら両者間の距離がλ／４の奇数倍と
なるようにする必要が生じる。

【０００７】一方、洗浄効果は超音波の周波数によって
も異なり、キャビテーションを利用して洗浄するものは
一般に１５〜５０ｋＨｚの範囲の周波数が用いられ、な
かでも、周波数を４０〜５０ｋＨｚとすることで強力な
洗浄効果が得られることが知られている。そして、円板
状の圧電材料を用いた超音波振動子においては、発振周
波数によってその直径が自ずと定まる。

【０００８】このようなことから、計測器において洗浄
を要する部位が比較的狭い空間の内部に位置しており、
その空間内に超音波振動子を挿入することができない場
合が生じるが、このような場合には、従来、超音波振動
子並びに振動板をその空間の外部に配置した構造を採ら
ざるをえず、これにより、振動面からの所要振動部位の
距離が長くなり、有効な洗浄効果を発揮することができ
ないという問題があった。

【０００９】このような問題を解決するためには、振動
子への投入電力を増加させることが考えられるが、この
場合、発振回路の高電力化が必要であり、そうすること
によって発熱や装置の大型化等の新たな問題が生じる。

【００１０】本発明はこのような実情に鑑みてなされた
もので、水中で使用される計測器における所要洗浄部位
が狭い空間の内部に位置していても、振動子への投入電
力を増加させることなく、所望の周波数の超音波を用い
て大きな洗浄効果を得ることのできる水中計測器用超音
波洗浄装置の提供を目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの構成を、実施の形態を表す図１，図２を参照しつつ
説明すると、本発明の水中計測器用超音波洗浄装置は、
円板状の超音波振動子１１とその振動子に固着される振
動板１２を有する装置で、かつ、水中に浸漬された状態
で使用される計測器２０に装着されて、その計測器２０
中での振動子１１の直径よりも幅の狭い空間Ｓ内に位置
する部位Ｗを洗浄するための超音波洗浄装置であって、
振動板１２の振動子１１への固着面と反対側の面に、振
動子１１の直径よりも小さく、かつ、上記空間Ｓ内に挿
入し得る外径を有する円筒形の共振部１３が設けられて
いることによって特徴づけられる。

【００１２】ここで、本発明における円筒形の共振部１
３は、振動板１２と一体形成してもいいし、こられ両者
を個別に形成して相互に固着してもよい。以上の本発明
装置によれば、超音波振動子１１の振動は振動板１２を
介して円筒形の共振部１３に伝達されたうえで媒体に伝
わる。つまり、円筒形の共振部１３の先端面が振動面と
なる。従って、所要洗浄部位Ｗが位置する空間Ｓ内に超
音波振動子１１を挿入することができず、振動子１１お
よび振動板１２を空間Ｓの外部に配置せざるをえなくと
も、空間Ｓ内に円筒形の共振部１３を挿入することによ
って、その先端面と所要洗浄部位Ｗとの距離を可及的に
接近させて、λ／４の奇数倍とすることが可能となる。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１は本発明を透視度計に適用し
た実施の形態の縦断面図で、図２はその超音波洗浄装置
のみを抽出して、これを図１に示す矢印Ａの方向から見
て示した図である。

【００１４】この例において、透視度計２０は、水中に
浸漬される水密構造のケーシング２１の内部に、ＬＥＤ
等の発光素子とレンズ等からなるる発光器２２と、フォ
トダイオード等の受光素子とレンズ等からなる受光器２
３とを対向させた状態で収容するとともに、その発光器
２２と受光器２３との間には、ケーシング２１外に連通
する幅Ｔの溝状の空間Ｓが形成された構造を持ってい
る。また、ケーシング２１には、空間Ｓを挟んでその両
側の壁体に投光用の窓および受光用の窓を形成する透明
ガラス２２ａ，２３ａがＯ−リング等のシール部材を介
して水密に装着されており、発光器２２からの光は透明
ガラス２２ａ，２３ａを介して受光器２３に入射するよ
うになっている。

【００１５】以上の構成により、ケーシング２１を水中
に浸漬した状態では、発光器２２からの光が透明ガラス
２２ａ、空間Ｓ内の水、および透明ガラス２３ａを介し
て受光器２３内に入射するから、受光器２３への入射光
量が空間Ｓ内の水の透視度に応じたものとなり、その受
光器２３からの出力信号がケーシング２１の浸漬位置に
おける水の透視度を表す値となる。この出力信号はケー
シング２１から引き出されるケーブル（図示せず）を介
して外部に送信される。

【００１６】ここで、透明ガラス２２ａおよび２３ａの
表面は、使用状態において常に被測定水に接した状態と
なるが、この各透明ガラス２２ａ，２３ａの表面に水中
の懸濁物質等が付着すると、それによって受光器２３へ
の入射光量が減衰し、その出力信号が正確な透視度を表
さなくなる。従って、この各透明ガラス２２ａ，２３ａ
の表面は、使用状態において連続的または周期的に洗浄
する必要があり、この各透明ガラス２２ａ，２３ａの表
面が、以下に示す超音波洗浄装置１０による所要洗浄部
位Ｗとなる。

【００１７】さて、空間Ｓの上方には、中央部分にテー
パ状の貫通孔が形成された支持部材２４がケーシング２
１に固着されており、この支持部材２４に超音波洗浄装
置１０が取り付けられている。

【００１８】超音波洗浄装置１０は、圧電材料からなる
円板状の超音波振動子１１と、その振動子１１に固着さ
れた同じく円板状の振動板１２を備えるとともに、その
振動板１２には、振動子１１の固着面と反対側の面から
突出するように円筒形共振部１３が一体的に形成されて
いる。ここで、超音波振動子１１の直径Ｄは、空間Ｓの
幅Ｔよりも大きく、また、円筒形共振部１３の外径寸法
ｄは空間Ｓの幅Ｔよりも小さい。

【００１９】この超音波洗浄装置１０は、図１のように
円筒形共振部１３が空間Ｓ側を向いてその内部に挿入さ
れた状態で、振動板１２の外周近傍に形成された複数の
貫通孔１２ａを介して支持部材２４にネジ止めされてい
る。なお、この振動板１２と支持部材２４との間にＯ−
リング等のシール部材が介在しており、これにより支持
部材２４に形成された貫通孔を水密に塞いでいる。

【００２０】以上の本発明の実施の形態において、円筒
形共振部１３の軸方向長さは、振動面である円筒形共振
部１３の先端面と、前記した所要洗浄部位Ｗである透明
ガラス２２ａ，２３ａの中心部との距離Ｌ１が許される
限り接近し、かつ、超音波振動子１１の発振周波数と媒
体である水中での音速とによって定まる超音波の波長λ
の１／４の奇数倍となるように設定される。

【００２１】この例の設定をより具体的に述べると、超
音波振動子１１の発振周波数が４２ｋＨｚであり、水中
の音速を１５００ｍ／ｓとすると、波長λは

【００２２】

【数１】

【００２３】となる。従ってλ／４は０．８９３ｃｍと
なり、最も有効な洗浄効果を得るためにはＬ１＝０．８
９３ｃｍとなるように円筒形共振部１３の軸方向長さを
設定すればよいのであるが、そうした場合、この例にお
いては、透明ガラス２２ａ，２３ａの半径が１．７５ｃ
ｍであり、その間に形成される光路を円筒形共振部１３
が部分的に遮ってしまうため、Ｌ１は、その口径よりも
大きく、かつ、λ／４の奇数倍で、しかも可能な限り小
さくすることが条件となり、結局Ｌ１＝３λ／４＝２．
６８ｃｍとなる。

【００２４】ちなみに、円筒形共振部１３を持たない円
板状の振動板１２のみを振動子１１に固着した構造の超
音波洗浄装置をこの透視度計２０に装着した場合、幅Ｔ
の空間Ｓ内に４２ｋＨｚの発振周波数の超音波振動子１
１は物理的に挿入できない関係上、振動面である振動板
１２の表面と所要洗浄部位Ｗの中心との距離を５λ／４
よりも短くすることはできず、洗浄効果は上記した実施
の形態に対して大幅に低下する。

【００２５】なお、以上の実施の形態では、振動板と円
筒形共振部とを一体形成した例を示したが、振動板に別
途形成した円筒形共振部を溶接、貼着、あるいはネジ止
め等の手段によって固着してもよい。

【００２６】また、以上の実施の形態では、本発明を透
視度計に適用した例を示したが、本発明は、所要洗浄部
位が比較的狭い空間の内側にあって、しかも所望の周波
数の超音波を発生するための振動子がその空間内に挿入
し得ないような構造を持つ水中計測器に適用してその効
果を発揮するものであり、このような例としては、濁度
計、ＰＨ計等を挙げることができ、これらに等しく適用
することができる。

【００２７】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、水中で
使用され、しかも比較的狭い空間の内側に所要洗浄部位
を有する計測器に装着される超音波洗浄装置において、
円板状の超音波振動子に振動板を固着するとともに、そ
の振動板の超音波振動子に対する固着面と反対側の面
に、超音波振動子の直径よりも小さく、かつ、所要洗浄
部位が臨む空間内に挿入し得る外径を持つ円筒形の振動
部を設けているから、振動面である円筒形の振動部の先
端面を所要洗浄部位に対して可及的に接近させることが
可能となり、所望の周波数の超音波を用いて、投入電力
を増加させることなく、従来のこの種の洗浄装置に比し
てその洗浄効果を向上させることが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を透視度計に適用した実施の形態の縦断
面図

【図２】図１における超音波洗浄装置１０のみを抽出し
て、これを図１に矢印Ａで示す方向から見て示す図

【符号の説明】

１０ 超音波洗浄装置 １１ 超音波振動子 １２ 振動板 １３ 円筒形共振部 ２０ 透視度計 ２１ ケーシング ２２ 発光器 ２３ 受光器 ２２ａ，２３ａ 透明ガラス ２４ 支持部材 Ｓ 溝状の空間 Ｗ 所要洗浄部位

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円板状の超音波振動子とその振動子に固
   着される振動板を有する装置で、かつ、水中に浸漬され
   た状態で使用される計測器に装着されて、その計測器に
   おける上記振動子の直径よりも幅の狭い空間内に位置す
   る部位を洗浄するための超音波洗浄装置であって、上記
   振動板の振動子への固着面と反対側の面に、振動子の直
   径よりも小さく、かつ、上記空間内に挿入し得る外径を
   有する円筒形の共振部が設けられていることを特徴とす
   る超音波洗浄装置。