KR102585696B1 - 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자 및 이를 이용한 초음파 세정 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 초음파 진동자의 진동의 상태를 용이하게 감시하는 것이 가능한 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자 및 이를 사용한 초음파 세정 장치를 제공하는 것으로, 초음파 진동이 인가된 세정액을 통하여 피세정물을 세정하는 초음파 세정 장치에 사용하는 란쥬반형의 초음파 진동자(5)이고, 서로 적층되도록 배치되고, 또한 적층 방향으로 신축 가능한 복수의 압전 소자(10)를 구비하며, 복수의 압전 소자의 일부는 진동 여기용 압전 소자(11)로 하여 교류 전압이 인가되어 신축하고, 복수의 압전 소자의 다른 일부는 상태 감시용 압전 소자(12)로 하여, 진동 여기용 압전 소자의 신축에 의해, 상태 감시를 위한 전압을 출력 가능하게 구성한다.
Description
본 발명은 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자 및 이를 이용한 초음파 세정 장치에 관한 것으로, 특히 초음파 진동자의 진동의 상태를 용이하게 감시하는 것이 가능한 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자 및 이를 이용한 초음파 세정 장치에 관한 것이다.
종래, 초음파 세정 장치의 세정조에서의 초음파 진동자의 진동 상태를 검출하기 위해, 세정조에 가속도 센서 등의 진동 센서를 첩부하고, 세정조의 진동을 측정하여, 초음파 진동자의 진동 상태를 감시하고 있다. 또한, 음압계를 세정조의 세정액 중에 투입하여, 세정액 중에서의 초음파 진동자의 진동에 의한 초음파의 크기를 측정하고 있다.
도 12는 초음파 세정 장치의 세정조에 부착된 가속도 센서 및 세정액 중의 음압계의 위치를 도시한 도면이다. 도 12에 도시한 바와 같이, 가속도 센서(57)는 세정조(2)에 접착제로 첩부되고, 또한 초음파 진동자(7)의 표면에 첩부되어, 진동의 측정을 실시하고 있다. 또한, 음압계(55)에 의해 세정액(3) 중의 초음파의 크기를 측정하고 있다. 이와 같이 초음파 진동자의 진동 상태에 관한 측정은 세정조, 세정액을 통하여 간접적인 방법에 의해 실시되는 경우가 많았다.
예를 들어, 진동자의 진동 상태의 간접적인 측정으로서 특허 문헌 1에는 초순수 또는 탈기한 초순수에 세정 기능 가스를 용해시켜 이루어지는 세정액을 공급하는 초음파 세정조에 음압계를 설치하고, 초음파 세정조에서 피세정물을 세정하는 세정액 중의 음압을 측정할 수 있도록 구성한 습식 처리 장치가 개시되어 있다.
특허 문헌 1에 의하면, 습식 처리 장치는 세정액 중의 세정 기능 가스의 용해량 등의 변화를 음압의 변화로서 검지하고, 음압 측정 결과에 기초하여 초음파 조사량이나 가스 용해 장치에서 초순수에 용해시키는 세정 기능 가스량 또는 탈가스 장치에서의 불순물 가스의 탈기도를 피세정물의 세정을 위한 필요량이 되도록 제어한다.
특허 문헌 2에는 초음파 진동에 의해 발생하는 가청 주파수의 소음을 억제하는 초음파 세정기가 개시되어 있다. 초음파 세정기는 세정조 내의 세정액을 초음파에 의해 진동시켜 세정조 내의 세정물을 세정시키는 초음파 진동자와, 세정조에발생하는 진동을 검출하는 진동 센서와, 초음파 진동자를 구동하여 초음파를 발진시키는 구동 회로와, 진동 센서에 의해 검출된 가청 진동의 레벨에 따라서 구동 회로를 제어하고, 초음파의 주파수를 변화시키는 제어부를 갖는다.
특허 문헌 2의 초음파 세정기에서는 수면 진동을 포함하는 세정조 전체의 진동 파형을 추출하기 위해, 진동 센서로서 변형 게이지를 이용하여 세정조로부터의 접촉 전파에 의한 진동파형만을 검출한다. 변형 게이지는 변형이 발생하는 측정대상물에 전기 절연물을 통하여 접착시키고, 측정 대상물의 신축에 비례하여 금속(저항체)이 신축하여 저항값이 변화되는 원리를 이용하여, 이 저항 변화에 의해 변형을 측정한다. 검출된 진동으로부터 특정 주파수의 가청음을 추출하는 필터를 추가로 구비하고, 제어부는 필터에 의해 추출된 특정 주파수의 가청음이 미리 정해진 임계값 미만의 레벨이 되도록, 초음파의 주파수를 변화시킨다. 이에 의해, 초음파 진동에 의해 발생하는 가청 주파수의 소음을 억제한다.
또한, 특허 문헌 3에는 란쥬반형 진동자의 공진 상태 감시 방법이 개시되어 있다. 특허 문헌 3에 따르면 란쥬반형 진동자의 기계 진동원으로서 적층형 전왜 소자를 사용하면서, 이 적측형 전왜 소자 중 적어도 하나를 비전압 인가 상태의 모니터용 전왜 소자로 한다. 모니터용 전왜 소자에 진동자의 기계 진동이 전달되어, 모니터용 전왜 소자에 이 기계 진동에 비례한 출력 전압(전기 진동)이 발생한다. 이 모니터용 전왜 소자의 출력 전압의 진폭은 적층형 전왜 소자와 혼이 공진 상태에서 진동했을 때 최대값이 된다. 이 모니터용 출력 전압이 최대값에 있는지의 여부를 판별하고, 진동자가 공진 상태에 있는지의 여부를 알도록 한다. 이에 의해, 진동원(적층형 전왜 소자)에 인가되는 전압의 변동 후의 공진 주파수를 주파수 가변 제어한다.
또한, 초음파 진동자의 이상을 발진기에 의해 전기적으로 검지하는 것도 가능하다. 즉, 발진기에 의한 초음파 진동자의 구동 전류를 측정하여 구동 전류의 크기 변화에 의해, 초음파 진동자의 이상을 전기적으로 검지할 수도 있다. 초음파 진동자를 구동하는 발진기는 병렬로 접속된 복수의 초음파 진동자에 고주파 전력을 인가한다.
이 때, 발진기는 병렬로 접속된 복수의 초음파 진동자에 전류를 공급한다. 예를 들어, 초음파 진동자가 병렬로 접속되어 있는 경우에는 초음파 진동자의 고장에 의해, 구동 전류는 초음파 진동자의 총수에 대한 고장난 초음파 진동자가 차지하는 비율에 따라 변동되므로, 구동 전류의 변화를 검출하여 초음파 진동자의 이상을 검지하는 것이 가능하다.
또한, 진동자의 진동을 직접 측정하는 방법으로서, 레이저 도플러에 의한 측정이 알려져 있다. 도 13은 레이저 도플러 장치에 의한 초음파 진동자 표면의 진동 측정에서의 구성을 도시하는 도면이다.
도 13에 도시한 바와 같이, 레이저 도플러 장치(50)는 세정조(2)의 하부에 설치된 초음파 진동자(7)의 표면에 레이저 조사부(51)로부터 레이저광을 조사하고, 본체 처리부(52)에 의해 레이저 도플러 효과를 이용하여 초음파 진동자(7)의 표면에서의 진동의 주파수, 진폭을 측정한다. 측정한 진동의 파형 등을 표시 장치(53)에 표시한다.
상술한 바와 같이, 초음파 세정조에서의 초음파 진동자의 진동 상태의 검출에서는 음압계, 가속도 센서 등의 진동 센서가 사용되지만, 음압계에 의한 초음파 진동자의 진동 상태의 모니터의 경우에는 물을 통하여 관측되므로, 측정에 편차가 발생할 우려가 있다. 즉, 음압계가 관측한 데이터의 편차는 통상시에는 물의 환경 상태(액체 온도, 용존 기체 등)에 의한 오차로 생각되지만, 초음파 진동자의 고장시에도 음압계가 관측한 데이터가 통상시의 오차와 큰 차이가 없으므로, 통상시의 오차인지, 초음파 진동자의 고장에 의한 것인지 판단할 수 없다.
또한, 가속도 센서에 의한 초음파 진동자의 진동 상태의 모니터의 경우에는, 가속도 센서를 세정조 또는 초음파 진동자에 첩부할 필요가 있고, 첩부 장소에 따라 진동 상태에 차이가 발생한다. 또한, 가속도 센서는 접착제를 사용하여 세정조, 초음파 진동자에 고정되므로 접착 불량, 접착제의 열화에 의해 측정이 불안정해지는 경우가 있다. 이와 같이, 세정조나 초음파 진동자에 첩부한 센서의 위치나 첩부 상태의 영향을 받아, 항상 진동 상태를 안정적으로 측정할 수 없는 등의 불확정의 요소가 있어, 측정에 편차가 발생하는 경우가 있다.
또한, 초음파 진동자의 이상을 발진기에 의해 전기적으로 검지하는 경우에는, 초음파 세정 장치에서는 진동판에 부착되어 있는 초음파 진동자는 20 내지 30 개이고, 그 초음파 진동자는 발진기에 대하여 병렬로 접속되어 있다. 이 때문에, 발진기측이 관측하고 있는 것은 수십 개의 초음파 진동자에 공급되어 있는 구동 전류이고, 1 개의 초음파 진동자에 이상이 발생한 경우에도 구동 전류의 변화는 미미한 것으로, 통상시에 보이는 오차와 큰 차이가 없는 것이 된다. 이 때문에, 초음파 세정 장치에서는 발진기를 사용하여 구동 전류의 변화에 의해 초음파 진동자의 이상을 검지하는 것은 곤란하다.
한편, 초음파 진동자의 진동을 직접 측정하는 레이저 도플러 장치에 의한 측정에서는 대규모의 장치가 필요해지고, 또한 레이저 도플러 장치 1세트에 대해 초음파 진동자 1 개밖에 측정할 수 없으므로, 복수 사용한 초음파 진동자의 동시 측정이 곤란하다.
또한, 레이저 도플러 장치에서는 레이저를 초음파 진동자의 바로 아래로부터 접촉시키지 않으면 안되므로, 측정 환경이 제약을 받고, 또한 대규모의 장치이므로 생산 현장에 가지고 들어가기는 곤란하다.
이와 같이 진동 상태를 직접 측정하는 데에는 대규모의 장치가 필요해지고, 또한 고액의 장치이므로, 장치 마다 설치하는 것은 실용적이지 않다.
이 때문에, 음압계나 가속도 센서 등에 의한 간접적인 측정을 대신하여, 레이저 도플러 장치와 같이, 초음파 진동자의 진동 상태를 직접 측정할 수 있어 구성이 단순하고 저렴한 진동 상태를 감시하는 장치가 요구되고 있다.
그 때문에, 발명자는 상기 과제를 해결하기 위해 시행 착오를 거듭한 결과, 세정액이라는 진동 전달 매체가 존재하는 상황하에서 란쥬반형 초음파 진동자에서의 압전 소자의 일부를 사용하여, 교류 전압을 인가하지 않고 신축에 의해 압전 소자로부터 출력되는 전압으로부터 상기 초음파 진동자 뿐만 아니라, 주위의 초음파 진동자의 상태도 검지 가능한 점을 발견했다.
그래서, 본 발명은 란쥬반형 초음파 진동자로, 복수의 압전 소자를 구비하고, 복수의 압전 소자의 일부는 진동 여기용 압전 소자로 하여 교류 전압이 인가되어 신축하고, 복수의 압전 소자의 다른 일부는 상태 감시용 압전 소자로 하여 교류 전압이 인가되지 않고, 신축에 의해 상태 감시를 위한 전압을 출력함으로써, 안정적으로 진동 등의 상태 감시하는 것이 가능한 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자 및 이를 이용한 초음파 세정 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적 달성을 위해 본 발명에 관한 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자는 초음파 진동이 인가된 세정액을 통하여 피세정물을 세정하는 초음파 세정 장치에 사용되는 란쥬반형의 초음파 진동자로, 서로 적층되도록 배치되고, 또한 상기 적층 방향으로 신축 가능한 복수의 압전 소자를 구비하며, 상기 복수의 압전 소자의 일부는, 진동 여기용 압전 소자로 하여 교류 전압이 인가되어 신축하고, 상기 복수의 압전 소자의 다른 일부는, 상태 감시용 압전 소자로 하여, 상기 진동 여기용 압전 소자의 신축에 의해, 상태 감시를 위한 전압을 출력 가능하도록, 상기 진동 여기용 압전 소자에 가압된 상태로 고정된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 관한 초음파 세정 장치는 상기 초음파 세정 장치로서, 상기 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자에 의해 상기 세정액에 초음파 진동을 인가하고, 상기 상태 감시용 압전 소자로부터 출력된 상기 전압의 진폭 또는 주파수 중 적어도 어느 한쪽의 변화에 의해 상기 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자의 상태를 감시하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 관한 초음파 세정 장치는 상기 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자의 상기 상태 감시용 압전 소자로부터 출력된 상기 전압의 진폭 또는 주파수 중 적어도 어느 한쪽과, 상기 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자의 정상 상태의 구동시에서의 상기 상태 감시용 압전 소자로부터 출력된 상기 전압의 진폭 또는 주파수 중 적어도 어느 한쪽을 비교함으로써, 상기 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자의 이상 판정을 실시하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 관한 초음파 세정 장치는 상기 초음파 세정 장치로서, 복수의 초음파 진동자에 의해, 상기 세정액에 초음파 진동을 인가하고, 상기 초음파 진동자의 일부가 청구항 1에 기재된 상기 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자에 의해 구성되며, 상기 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자의 상기 상태 감시용 압전 소자로부터 출력된 상기 전압의 진폭 또는 주파수 중 적어도 어느 한쪽의 변화에 의해 상기 초음파 세정 장치의 상태를 감시하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 관한 초음파 세정 장치는 상기 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자의 상기 상태 감시용 압전 소자로부터 출력된 상기 전압의 진폭 또는 주파수 중 적어도 어느 한쪽과, 상기 초음파 세정 장치의 정상 상태의 구동시에서의 상기 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자의 상기 상태 감시용 압전 소자로부터 출력된 상기 전압의 진폭 또는 주파수 중 적어도 어느 한쪽과 비교함으로써, 상기 초음파 세정 장치의 이상 판정을 실시하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 관한 초음파 세정 장치는 상기 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자를 복수 배치하고, 상기 복수 배치된 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자의 각각의 상기 상태 감시용 압전 소자로부터 출력된 상기 전압의 진폭 또는 주파수 중 적어도 어느 한쪽의 변화에 의해, 상기 변화가 검출된 상기 상태 감시용 압전 소자의 위치로부터, 이상 상태에 있는 상기 초음파 진동자의 위치를 추측하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 관한 초음파 세정 장치의 상기 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자에서의 상기 변화의 검출은, 각각의 상기 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자의 상기 상태 감시용 압전 소자로부터 출력된 상기 전압의 진폭 또는 주파수 중 적어도 어느 한쪽과, 상기 초음파 세정 장치의 정상 상태의 구동시에서의 각각의 상기 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자의 상기 상태 감시용 압전 소자로부터 출력된 상기 전압의 진폭 또는 주파수 중 적어도 어느 한쪽을 비교함으로써 실시하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 관한 초음파 세정 장치는 상기 초음파 세정 장치로서, 복수의 초음파 진동자에 의해 상기 세정액에 초음파 진동을 인가하고, 상기 초음파 진동자의 일부가 청구항 1에 기재된 상기 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자에 의해 구성되며, 상기 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자의 상기 상태 감시용 압전 소자로부터 출력된 상기 전압으로부터, 상기 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자의 주위에 배치된 각각의 상기 초음파 진동자로부터 발생하는 초음파 진동마다 다른 전압 파형을 해석하고, 상기 전압 파형의 진폭 및 위상으로부터, 이상 상태에 있는 초음파 진동자를 추정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 관한 초음파 세정 장치에서의 상기 이상 상태에 있는 초음파 진동자의 추정은, 상기 전압 파형의 진폭의 저하로부터 이상 상태에 있는 초음파 진동자의 존재를 추정하고, 또한 위상차로부터 상기 이상 상태에 있는 초음파 진동자까지의 거리를 추정함으로써 실시하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 관한 초음파 세정 장치의 상기 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자에서의 상기 이상 상태에서의 초음파 진동자의 추정은, 상기 초음파 세정 장치의 정상 상태의 구동시에서의 상기 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자의 상기 상태 감시용 압전 소자로부터 출력된 상기 전압으로부터, 상기 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자의 주위에 배치된 각각의 상기 초음파 진동자로부터 발생하는 초음파 진동마다 다른 전압 파형을 해석하고, 상기 전압 파형의 진폭 및 위상과 비교함으로써 실시하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자는 복수의 압전 소자의 다른 일부를, 상태 감시용 압전 소자로서 편성함으로써, 상태 감시용 압전 소자에서 검출한 전압의 진폭 또는 주파수에 의해, 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자의 이상을 검지하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명에 의한 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자는 복수의 압전 소자의 다른 일부가, 상태 감시용 압전 소자로서 편성되어 있으므로, 이 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자 자체 뿐만 아니라, 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자의 주위에 설치된 초음파 진동자의 진동의 이상 상태를 고정밀도로 검지하는 것도 가능하다.
본 발명의 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자에 의하면, 초음파 진동자의 진동을 직접 관측할 수 있으므로, 대규모의 장치를 필요로 하지 않는다.
또한, 센서로서의 상태 감시용 압전 소자는 종래의 초음파 진동자 그 자체에 편성되므로, 센서를 위한 공간이 필요하지 않으므로, 구성을 간소화할 수 있고, 또한 세정조로의 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자의 부착 방법은 종래와 동일하고, 초음파 세정 장치의 조립 공정의 변경을 필요로 하지 않는다.
또한, 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자를 복수 편성하면, 이상 부분의 초음파 진동자를 특정하는 것도 가능하다.
본 발명의 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자를 이용한 초음파 세정 장치에 의하면, 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자를 설치함으로써, 상태 감시용 압전 소자로부터의 출력 전압으로부터 세정조에서의 초음파 진동자의 진동 상태를 감시하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명의 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자는 복수의 압전 소자가 서로 적층되도록 배치되고, 복수의 압전 소자의 다른 일부는 상태 감시용 압전 소자로서 가압된 상태로 고정되어 있으므로, 종래의 센서와 같이, 접착 등에 의한 부착이 아니므로, 센서가 떨어져 접착 불량, 접착제의 열화에 의한 측정의 편차가 발생하지 않는다.
또한, 본 발명에 의한 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자는 세정조 중에 초음파를 조사하여 세정하는 초음파 세정 장치의 초음파 진동자에 한정되지 않고, 스팟 샤워, 라인 샤워, 투입식의 초음파 진동자 등의 초음파 진동자에 대해서도 사용할 수 있다. 또한, 이들 초음파 진동자는 초음파 진동자로부터 세정액을 통하여 피세정물을 세정하는 세정 장치에 대해서도 적용할 수 있다.
도 1의 (a)는 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자의 구성을 도시하는 도면이고, (b)는 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자의 구성을 도시하는 전개도이다.
도 2는 초음파 세정 장치에 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자를 사용한 세정조 및 발진기의 구성을 도시하는 도면이다.
도 3은 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자에 인가하는 출력 전력의 크기에 대한 레이저 도플러 장치에 의한 측정과 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자의 상태 감시용 압전 소자에 의한 측정 결과를 도시하는 도면이다.
도 4의 (a)는 초음파 세정 장치의 세정조 저부의 초음파 진동자 및 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자의 배치를 도시하는 하면도, (b)는 초음파 진동자 및 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자와 발진기의 접속을 도시하는 도면이다.
도 5는 초음파 세정 장치의 세정조에 부착된 초음파 진동자의 개수가 6 개 및 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자가 1 개인 합계 7 개의 진동자, 또한 그 상태로부터 초음파 진동자를 1 개 전기적으로 구동시키지 않고 합계 6 개의 상태에서의 상태 감시용 압전 소자에 의한 전압의 진폭의 측정 결과를 도시한 도면이다.
도 6은 초음파 진동자가 정상 상태에서 진동하고 있는 경우에서의 상태 감시 용 압전 소자로부터의 출력 전압을 기억하는 처리를 도시한 플로우차트이다.
도 7은 초음파 세정 장치에서의 초음파 진동자의 고장 진단의 처리를 도시한 플로우차트이다.
도 8은 초음파 세정 장치의 세정조에 설치한 초음파 진동자 및 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자의 배치의 일례를 도시한 도면이다.
도 9는 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자를 사용한 라인 샤워의 일례를 도시한 도면이다.
도 10은 복수의 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자를 사용한 라인 샤워의 일례를 도시한 도면이다.
도 11은 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자로부터의 출력 전압의 진폭에 추가하여, 출력 전압의 위상차를 병용하여 고장난 초음파 진동자의 추정을 설명하는 도면으로, (a)는 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자 및 초음파 진동자의 배치를 도시한 도면, (b)는 정상 상태에서의 각 진동자의 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자로부터의 출력 전압의 파형을 도시한 도면, (c)는 1 개의 초음파 진동자의 이상 상태에서의 각 진동자의 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자로부터의 출력 전압의 파형을 도시한 도면이다.
도 12는 종래 기술로서, 초음파 세정 장치의 세정조에 부착된 가속도 센서 및 세정액 중의 음압계의 위치를 도시한 도면이다.
도 13은 종래 기술로서, 레이저 도플러 장치에 의한 진동자 표면의 진동 측정에서의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 초음파 세정 장치에 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자를 사용한 세정조 및 발진기의 구성을 도시하는 도면이다.
도 3은 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자에 인가하는 출력 전력의 크기에 대한 레이저 도플러 장치에 의한 측정과 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자의 상태 감시용 압전 소자에 의한 측정 결과를 도시하는 도면이다.
도 4의 (a)는 초음파 세정 장치의 세정조 저부의 초음파 진동자 및 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자의 배치를 도시하는 하면도, (b)는 초음파 진동자 및 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자와 발진기의 접속을 도시하는 도면이다.
도 5는 초음파 세정 장치의 세정조에 부착된 초음파 진동자의 개수가 6 개 및 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자가 1 개인 합계 7 개의 진동자, 또한 그 상태로부터 초음파 진동자를 1 개 전기적으로 구동시키지 않고 합계 6 개의 상태에서의 상태 감시용 압전 소자에 의한 전압의 진폭의 측정 결과를 도시한 도면이다.
도 6은 초음파 진동자가 정상 상태에서 진동하고 있는 경우에서의 상태 감시 용 압전 소자로부터의 출력 전압을 기억하는 처리를 도시한 플로우차트이다.
도 7은 초음파 세정 장치에서의 초음파 진동자의 고장 진단의 처리를 도시한 플로우차트이다.
도 8은 초음파 세정 장치의 세정조에 설치한 초음파 진동자 및 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자의 배치의 일례를 도시한 도면이다.
도 9는 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자를 사용한 라인 샤워의 일례를 도시한 도면이다.
도 10은 복수의 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자를 사용한 라인 샤워의 일례를 도시한 도면이다.
도 11은 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자로부터의 출력 전압의 진폭에 추가하여, 출력 전압의 위상차를 병용하여 고장난 초음파 진동자의 추정을 설명하는 도면으로, (a)는 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자 및 초음파 진동자의 배치를 도시한 도면, (b)는 정상 상태에서의 각 진동자의 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자로부터의 출력 전압의 파형을 도시한 도면, (c)는 1 개의 초음파 진동자의 이상 상태에서의 각 진동자의 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자로부터의 출력 전압의 파형을 도시한 도면이다.
도 12는 종래 기술로서, 초음파 세정 장치의 세정조에 부착된 가속도 센서 및 세정액 중의 음압계의 위치를 도시한 도면이다.
도 13은 종래 기술로서, 레이저 도플러 장치에 의한 진동자 표면의 진동 측정에서의 구성을 도시한 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 의한 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자 및 이를 이용한 초음파 세정 장치를 실시하기 위한 형태에 대해 설명한다. 또한, 본 발명의 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자는 초음파 진동을 발생하는 진동 여기용 압전 소자와, 진동 상태를 감시하는 상태 감시용 압전 소자를 갖고, 초음파 진동자에 상태 감시용 압전 소자를 설치함으로써, 세정조 등에서의 진동 상태를 감시하는 것을 가능하게 한 것이다.
[상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자의 구성]
처음에 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자의 구성에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 도 1의 (a)는 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자의 구성을 도시한 도면이다. 도 1의 (b)는 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자의 구성을 도시하는 전개도이다.
도 1의 (a), 도 1의 (b)에 도시한 바와 같이, 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자(5)는 란쥬반형 진동자이며, 서로 적층되도록 배치되고, 또한 적층 방향으로 신축 가능한 복수의 압전 소자(10)를 구비하고, 복수의 압전 소자(10)의 일부는 소정의 주파수를 갖는 교류 전압이 인가되어 신축하는 진동 여기용 압전 소자(11)(도 1의 (a), 도 1의 (b)에 도시한 "11a", "11b")를 갖고, 복수의 압전 소자(10)의 다른 일부는 교류 전압이 인가되지 않고, 신축에 의해 상태 감시를 위한 전압을 출력하는 상태 감시용 압전 소자(12)를 갖고 있다. 예를 들어, 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자(5)는 볼트 체결 란쥬반형 진동자이고, 상태 감시용 압전 소자(12)는 진동 여기용 압전 소자(11)에 가압된 상태로 고정되어 있다. 또한, 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자(5)는 볼트 체결의 란쥬반형 진동자에 한정되는 것이 아니고, 다른 고정 방식에 의해 상태 감시용 압전 소자(12)가 진동 여기용 압전 소자(11)에 가압된 것이어도 된다.
또한, 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자(5)는 진동 여기용 압전 소자(11)의 진동을 전달하고, 외부로부터의 진동을 받아 상태 감시용 압전 소자(12)에 전달 가능한 혼(20)(전면판)과, 진동 여기용 압전 소자(11)에 교류 전압을 인가하는 전극판(16, 17 또는 18)과, 상태 감시용 압전 소자(12)로부터의 전압을 출력하는 전극판(19, 18)과, 혼(20)과 쌍을 이루는 백킹 플레이트(25)와, 혼(20), 상태 감시용 압전 소자(12), 진동 여기용 압전 소자(11), 전극판(16, 17, 18) 및 백킹 플레이트(25)를 체결하여 결합 고정하는 볼트(26)와 너트(27)를 구비하고 있다. 혼(20)의 상태 감시용 압전 소자(12)에 접하는 단면과 반대측의 단면이 세정조(2)와 접하는 출력단(22)이다.
진동 여기용 압전 소자(11a, 11b)는 전왜 소자인 압전 세라믹스가 링 형상으로 형성되고, 링 형상으로 형성된 진동 여기용 압전 소자(11a)의 양 표면의 주면 전체에 전극판(16, 17)이 접하고, 링 형상으로 형성된 진동 여기용 압전 소자(11b)의 양 표면의 주면 전체에 전극판(16, 18)이 접하고 있다. 또한, 상태 감시용 압전 소자(12)는 전왜 소자인 압전 세라믹스가 링 형상으로 형성되고, 링 형상으로 형성된 양 표면의 주면 전체에 전극판(19, 18)이 접하고 있다. 진동 여기용 압전 소자(11)와 상태 감시용 압전 소자(12)는 동일 소재, 동일 형상으로 구성 가능하다. 도 1에 도시한 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자(5)는 진동 여기용 압전 소자(11)를 2 개(도 1의 (a), 도 1의(b)에 도시한 "11a", "11b") 사용한 예를 도시한다. 또한, 진동 여기용 압전 소자(11)의 개수는 2 개에 한정되는 것은 아니고, 1 개 또는 2의 배수의 개수이어도 된다. 또한, 진동 여기용 압전 소자(11)와 상태 감시용 압전 소자(12)는 동일한 형상에 한정되는 것은 아니다.
상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자(5)는 혼(20)의 일방의 단면의 표면에 상태 감시용 압전 소자(12)의 일방의 표면의 전극판(19)이 절연체(15)를 통하여 접촉되고, 상태 감시용 압전 소자(12)의 타방의 표면과 진동 여기용 압전 소자(11b)의 일방의 표면이 전극판(18)을 통하여 접촉되고 있다. 또한, 진동 여기용 압전 소자(11b)의 타방의 표면에 진동 여기용 압전 소자(11a)의 일방의 표면이 전극판(16)을 통하여 접촉되고, 진동 여기용 압전 소자(11a)의 타방의 표면이 전극판(17)을 통하여 백킹 플레이트(25)에 접촉되며, 각각의 중심 부근에 위치하는 링의 개구부에 볼트(26)가 관통하고, 볼트(26)를 통하여 볼트(26)와 너트(27)에 의해 혼(20)과 상태 감시용 압전 소자(12)와 진동 여기용 압전 소자(11a, 11b)와 백킹 플레이트(25)가 일체로 가압된 상태로 연결되어 있다.
또한, 상태 감시용 압전 소자(12)와 진동 여기용 압전 소자(11b) 사이에 접촉되도록 적층된 전극판(18)은 진동 여기용 압전 소자(11a)의 전극판(17)과 전기적으로 접속되어 있다.
또한, 진동 여기용 압전 소자(11a, 11b)의 표면에 접한 전극판(16)은 +(플러스)측이고, 진동 여기용 압전 소자(11a)에 접한 전극판(17)과 진동 여기용 압전 소자(11b)에 접한 전극판(18)은 -(마이너스)측이며, 이들 전극판을 통하여 발진기(30)(도 2에 도시함)로부터의 전력이 공급된다. 전극판(19)은 +(플러스)측이고, 전극판(19)과 -(마이너스)측의 전극판(18)을 통하여 상태 감시용 압전 소자(12)의 전압이 발진기(30)의 모니터링 유닛부(35)(도 2에 도시함)에 출력된다.
이와 같이, 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자(5)의 상태 감시용 압전 소자(12)는 진동 여기용 압전 소자(11)의 신축에 의해, 상태 감시를 위한 전압을 출력하도록 구성되어 있다.
[초음파 세정 장치의 구성]
다음에, 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자(5)를 초음파 세정 장치의 세정조(2)에 사용한 실시 형태에 대하여 도 2를 참조하여 설명한다. 도 2는 초음파 세정 장치에 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자를 사용한 초음파 세정 장치 및 발진기의 구성을 도시한 도면이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 초음파 세정 장치(1)의 세정조(2) 저부의 중심 부근의 위치에, 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자(5)가 설치되어 있다. 세정조(2)와 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자(5)의 혼(20)의 출력단(22)이 접착제 등에 의해 접착되어 있다. 또한, 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자(5)의 세정조(2)의 고정은 접착제에 의한 고정에 한정되지 않고, 다른 고정 방법이어도 된다.
또한, 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자(5)의 양측에는 진동 여기용 압전 소자(11)만을 갖는 초음파 진동자(7)(이하, 간단히 초음파 진동자(7)로 기재함)가 설치되어 있다.
또한, 도 2에 도시한 바와 같이, 초음파 세정 장치(1)에서의 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자(5) 및 초음파 진동자(7)는 케이블을 통하여 발진기(30)에 접속되어 있다. 이하에 발진기(30)의 구성에 대해서 도면을 참조하여 설명한다. 발진기(30)는 출력 제어부(31), 모니터링 유닛부(35), 화면 표시부(36), 처리부(37) 및 입출력부(38)를 구비하고 있다. 출력 제어부(31), 모니터링 유닛부(35), 화면 표시부(36) 및 입출력부(38)에는 처리부(37)가 접속되어 있다.
발진기(30)의 출력 제어부(31)는 발진 장치(도시하지 않음), 전압 증폭 회로(도시하지 않음), 전력 증폭 장치(도시하지 않음)를 갖고, 발진 장치의 고주파 신호를 전압 증폭 회로에서 증폭하고, 전력 증폭 장치는 전압 증폭 회로로부터의 전압을 전력 증폭하여 초음파 진동자(7), 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자(5)의 진동 여기용 압전 소자(11)에 고주파 전력을 인가한다. 출력 제어부(31)는 가변 가능한 고주파 전력을 출력할 수 있고, 예를 들어 0 내지 600 W(와트)까지의 고주파 전력을 출력하는 것이 가능하다.
모니터링 유닛부(35)는 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자(5)의 상태 감시용 압전 소자(12)로부터의 출력 전압이 입력되고, 입력된 전압의 증폭, 감쇠를 실시하여 화면 표시부(36)에 출력한다.
화면 표시부(36)는 문자, 파형, 도형 등을 표시 가능한 표시 장치이고, 모니터링 유닛부(35)에서 측정한 파형 등을 표시하는 디스플레이로 이루어진다.
또한, 발진기(30)의 처리부(37)는 컴퓨터를 내장하고 있고, 처리부(37)는 컴퓨터의 프로그램을 실행하고 모니터링 유닛부(35)에서 측정한 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자(5) 및 초음파 진동자(7)의 파형 데이터의 기억이나 파형 데이터의 처리를 실시하고, 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자(5), 초음파 진동자(7)에 의한 진동 상태의 감시를 실시한다. 또한, 처리부(37)는 발진기(30)를 제어하여 초음파 진동자(7), 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자(5)에 인가하는 출력 전력의 크기를 제어하는 것이 가능하다. 또한, 진동 상태가 이상이라고 판단했을 때에는 발진기(30)의 초음파 진동자(7)로의 교류 전압(전력)의 인가를 정지할 수 있다.
입출력부(38)는 발진기(30)에 대한 입력 및 출력을 가능하게 하는 것이고 키보드, 마우스, 터치 패널 등의 발진기(30)를 조작하기 위한 입력 수단과, 프린터, 외부 기기와의 접속 포트 등의 데이터의 출력 수단으로 구성된다.
상기 구성으로 이루어진 초음파 세정 장치(1)는 발진기(30)로부터의 교류 전력이 초음파 진동자(7), 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자(5)의 진동 여기용 압전 소자(11)에 인가된다. 이 때, 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자(5)의 상태 감시 용 압전 소자(12)로부터 전압이 출력된다.
또한, 발진기(30)의 처리부(37) 대신, 외부 PC로 이루어진 외부 처리부(도시하지 않음)를 입출력 장치로 이루어진 입출력부(38)에 접속하여, 처리부(37)와 동일한 기능을 구비하는 것도 가능한 것은 당연하다. 또한, 발진기(30)의 처리부(37)와 외부 PC로 이루어진 외부 처리부(도시하지 않음)를 병용하여 서로 기능을 보완하는 것도 당연히 가능하다.
「상태 감시 기능에 대해서」
다음에, 도 2에 도시한 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자(5)에 인가하는 출력 전력의 크기에 대한 도 13에 도시한 레이저 도플러 장치(50)에 의한 진폭 측정과 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자(5)의 상태 감시용 압전 소자(12)에 의한 출력 전압의 측정 결과에 대해 설명한다.
도 3은 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자에 인가하는 발진기의 출력 전력의 크기에 대한, 레이저 도플러 장치의 측정과 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자의 상태 감시용 압전 소자에 의한 전압의 측정 결과를 도시한 도면이다. 도 3에 도시한 종축은 레이저 도플러 장치의 측정에 의한 진폭의 크기 ㎛(마이크로미터)를 나타내고, 또한 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자(5)의 상태 감시용 압전 소자(12)에 의한 출력 전압의 진폭의 크기 V(볼트)를 나타낸다.
도 3에 도시한 바와 같이, 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자(5)에 인가하는 출력 전력(W)의 크기에 대한 레이저 도플러 장치에 의한 ■(검은 사각형)로 표시하는 진폭 측정값(㎛)과 상태 감시용 압전 소자(12)에 의한 ◆(검은 마름모형)으로 표시하는 출력 전압의 측정값(V)은 발진기의 출력 전력(인가하는 전력)에 대하여 거의 동일한 곡선을 이룬다. 이 때문에, 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자(5)의 상태 감시용 압전 소자(12)에 의한 출력 전압의 진폭의 변화로부터 진동 상태의 감시가 유효하고, 정밀도 높은 상태 감시가 가능한 것이 확인되었다.
또한, 초음파 세정 장치(1)는 세정조(2)의 외측에 고정된 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자(5)에 의해 세정액에 초음파 진동을 인가하고, 상태 감시용 압전 소자(12)로부터 출력된 전압 파형을 해석하여, 전압의 주파수의 변화에 의해 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자(5)의 상태를 감시하는 것이 가능하다.
예를 들어, 세정조(2)와 진동자의 나사 등에 의한 고정시의 체결 토크의 대소에 의해, 상태 감시용 압전 소자(12)로부터 출력된 전압의 주파수가 변화된다. 일례로서, 진동자의 체결 토크가 통상의 크기에서는 상태 감시용 압전 소자(12)로부터 출력된 전압의 주파수는 5.94 ㎑(킬로헤르츠)였다. 한편, 진동자의 체결 토크가 통상의 크기 보다 작은 경우에는, 상태 감시용 압전 소자(12)로부터 출력 된 전압의 주파수는 6.28 ㎑이고, 통상의 토크와 비교하여 상태 감시용 압전 소자(12)로부터 출력되는 전압의 주파수가 상승했다. 이에 의해, 상태 감시용 압전 소자(12)로부터 출력된 전압의 주파수로부터 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자(5)의 열화, 세정조와의 박리, 경년 변화에 의한 볼트의 풀림에 의한 발진 불량 등을 검지하는 것이 가능하다.
즉, 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자(5)의 세정조로의 부착 불량, 초음파 진동자의 세정조와의 접착 불량, 접착의 열화에서는 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자(5)의 부하가 가벼워지므로, 상태 감시용 압전 소자(12)로부터 출력되는 전압의 주파수의 상승이 발생한다. 또한, 초음파 세정 장치(1)의 세정조(2)에 세정액이 없는 경우의 빈 가열에도 상태 감시용 압전 소자(12)로부터 출력되는 전압의 주파수의 상승이 발생하므로, 전압의 주파수의 상승을 체크하여 초음파 진동자의 이상을 검지할 수 있다. 또한, 빈 가열에서는 초음파 진동자(7)의 공진 임피던스가 작아지고, 공진시의 초음파 진동자(7)에 흐르는 전류가 증가되므로, 발진기(30)의 구동 전류의 크기의 변화를 체크하여 빈 가열 상태의 이상을 검지하도록 해도 된다.
이와 같이, 초음파 세정 장치(1)는 세정조(2)의 외측에 고정된 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자(5)에 의해 세정액에 초음파 진동을 인가하고, 상태 감시용 압전 소자(12)로부터 출력된 전압 파형을 해석하여, 정상 상태의 구동시에서의 전압의 진폭 또는 전압의 주파수와 비교함으로써, 전압의 진폭 또는 전압의 주파수의 변화에 의해 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자(5)의 상태를 감시하는 것이 가능하다. 또한, 전압의 진폭과 주파수의 변화의 양면을 병용하여 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자(5)의 상태를 감시하는 것이 가능하다.
[진동 상태의 측정]
다음에, 초음파 세정 장치(1)의 세정조(2)의 저부에, 복수의 초음파 진동자(7)를 배치하고, 그 중심 위치에 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자(5)를 배치하여 진동 상태의 측정을 실시한 결과에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
도 4의 (a)는 초음파 세정 장치의 세정조 저부의 초음파 진동자 및 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자의 배치를 도시한 하면도, 도 4의(b)는 초음파 진동자 및 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자와 발진기의 접속을 도시하는 도면이다. 도 4의 (a)에 도시한 바와 같이, 초음파 세정 장치(1)의 세정조(2)의 저부에, 초음파 진동자(7a, 7b, 7c, 7d, 7e, 7f)를 소정 크기의 가상 반경 상에 약 60 도 마다 합계 6 개 설치하고, 반경의 중심 위치에 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자(5)가 배치되어 있다.
또한, 도 4의 (b)에 도시한 바와 같이, 초음파 진동자(7a, 7b, 7c, 7d, 7e, 7f) 및 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자(5)의 진동 여기용 압전 소자(11)의 각각은 발진기(30)의 출력 제어부(31)에 병렬로 접속되어 있다. 또한, 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자(5)의 상태 감시용 압전 소자(12)는 발진기(30)의 모니터링 유닛부(35)에 접속되어 있다.
다음에, 도 4의 (a)에 도시한 초음파 세정 장치의 세정조의 저부에 배치된 초음파 진동자 및 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자에서의 진동 상태의 측정 결과에 대해서 설명한다. 도 5는 초음파 세정 장치의 세정조에 부착된 초음파 진동자의 개수가 6 개 및 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자가 1 개인 합계 7 개의 진동자, 또한 그 상태로부터 초음파 진동자를 1 개 전기적으로 구동하지 않고 합계 6 개의 상태에서의 상태 감시용 압전 소자에 의한 전압의 진폭의 측정 결과를 도시한 도면이다.
진동자 6 개의 측정에서는 도 4의 (a)에 도시한 초음파 진동자(7a)를 진동자의 열화, 세정조와의 박리, 경년 변화에 의한 볼트의 풀림에 의한 발진 불량 등의 고장, 단선 등이 발생한 것으로 상정하고, 초음파 진동자(7a)를 세정조(2)에 부착한 채로 전기적으로 구동시키지 않고(전기적인 접속을 해제하고) 측정을 실시하였다.
도 5에 도시한 바와 같이, 발진기(30)의 출력 전력의 변화에 대하여 진동자 7 개 전체가 정상적으로 진동했을 때에는, 상태 감시용 압전 소자(12)의 출력 전압의 진폭(p-p)은 ◆(검은 마름모형)으로 표시되는 값이 얻어진다. 한편, 진동자의 6 개 중 1 개가 진동하지 않을 때에는, 상태 감시용 압전 소자(12)의 출력 전압의 진폭(p-p)은 ■(검은 사각형)으로 표시되는 출력값이다. 예를 들어, 진동자 6 개에서의 인가하는 전력이 100 내지 200 W(와트)에서의 상태 감시용 압전 소자(12)의 전압의 출력값(진폭)은 진동자 7 개에서의 출력값의 반 정도이다. 또한, 인가하는 전력이 300 W를 초과하면, 100 내지 200 W(와트)와 같은 현저한 차가 보이지 않는다. 이 때문에, 세정조(2)에 설치된 초음파 진동자(7)가 정상적으로 진동하고 있는지를, 보다 낮은 100 W(와트)의 전력을 인가하여, 상태 감시용 압전 소자(12)로부터의 출력 전압의 진폭을 체크함으로써, 정상 상태와의 비교에 의해 이상 검출이 가능해진다.
또한, 초음파 세정 장치(1)는 세정조(2)의 외측에 고정된 초음파 진동자(7)에 의해 세정액에 초음파 진동을 인가하고, 상태 감시용 압전 소자(12)로부터 출력 된 전압 파형을 해석하여, 전압의 주파수의 변화에 의해 초음파 진동자(7)의 상태를 감시하는 것이 가능하다. 또한, 전압의 진폭과 주파수의 변화의 양면을 병용하여 초음파 진동자(7)의 상태를 감시하는 것이 가능하다.
「초음파 진동자의 상태 감시에 관한 처리」
다음에, 초음파 세정 장치(1)에서의 초음파 진동자(7)의 상태 감시에 관한 처리에 대해서 도 6 및 도 7을 참조하여 설명한다.
초음파 진동자(7)의 상태 감시의 처리는 처음에, 미리 초음파 진동자(7)가 정상 상태에서 진동하고 있는 상태에서의 상태 감시용 압전 소자(12)로부터의 출력 전압을 기억하는 처리를 실시한다. 다음에, 처리부(37)에 기억되어 있는 출력 전압의 데이터를 기초로 초음파 진동자(7), 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자(5)의 진동자 여기용 압전 소자(11)의 이상 검출 등의 고장 진단의 처리를 실시한다.
도 6은 초음파 진동자(7)가 정상 상태에서 진동하고 있는 상태에서의 상태 감시용 압전 소자(12)로부터의 출력 전압을 기억하는 처리를 도시한 플로우차트이고, 도 7은 초음파 세정 장치(1)에서의 초음파 진동자(7)의 고장 진단의 처리를 도시한 플로우차트이다.
[정상 상태의 기억 처리]
도 6에 도시한 바와 같이, 초음파 진동자(7), 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자(5)의 진동 여기용 압전 소자(11)가 정상적으로 진동하고 있는 상태에서의, 상태 감시용 압전 소자(12)로부터의 출력 전압의 진폭을 기억하는 처리를 실시한다. 예를 들어, 상태 감시용 압전 소자(12)로부터의 출력 전압의 진폭의 측정은 출력 전력이 100 W부터 100 W 마다 400 W까지의 범위에서 실시한다.
처음에, 초음파 진동자(7), 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자(5)가 정상 동작시에서의, 이상 검출 모드에서 사용하는 100 W의 저출력의 전력을 발진기(30)의 출력 제어부(31)에 설정한다(단계 S1).
출력 제어부(31)에 전력인가의 기동 신호를 출력하여 발진을 개시한다(단계 S2).
다음에, 진동 상태의 안정 확보를 위해, 예를 들어 초음파 진동자(7)의 진동이 안정되는 소정의 시간까지 기다리도록 한다(단계 S3).
소정 시간 경과 후에, 상태 감시용 압전 소자(12)의 출력 전압의 진폭을 측정한다(단계 S4, S5). 발진기(30)의 모니터링 유닛부(35)로부터 출력되는 파형을 판독하여 전압의 진폭을 측정한다.
처리부(37)는 출력 전압의 진폭 데이터를 기억 장치에 기억한다(단계 S5).
다음에, 발진기(30)의 출력 제어부(31)에 설정한 전력이 최종의 출력 전력인지를 체크한다(스텝 S6). 200 W 등이라는 저출력이나 통상의 세정 동작시의 출력과 같이 그 밖에도 진폭을 측정하는 출력 전력의 값이 있는 경우와 같이, 최종의 출력 전력이 아닌 경우에는(단계 S6에서 "아니오"일 때)에는 발진기(30)의 출력 제어부(31)에 다음의 전력을 설정하고(단계 S7), 단계 S2로 이행한다. 특히, 통상의 세정 동작시의 출력 전력에서의 전압의 진폭을 측정하여 진폭 데이터를 기억 장치에 기억함으로써(S4), 후술하는 이상 상태와의 비교가 가능해지고, 일부의 초음파 진동자에는 이상이 있지만, 초음파 세정 장치 전체로서의 진동 상태에 이상은 없고, 통상의 세정 동작에는 지장이 없는 것으로 하여, 아직 수리나 교환 등은 불필요하다는 판단이 가능해진다. 또한, 최종의 출력 전력의 경우에는(단계 S6에서 "예"일 때)에는 처리를 종료한다. 이에 의해, 처리부(37)에 정상적으로 진동하고 있는 상태에서의 상태 감시용 압전 소자(12)로부터의 출력 전압의 진폭의 데이터가 기억된다.
도 6에 도시한 바와 같이, 초음파 진동자(7)가 정상적으로 진동하고 있는 상태에서의 상태 감시용 압전 소자(12)로부터의 출력 전압의 진폭을 기억한다. 또한, 출력 전압의 진폭의 기억 대신 출력 전압의 주파수, 또는 출력 전압의 진폭 및 주파수 양쪽을 기억해도 된다.
[이상 검출 모드의 처리]
도 7에 도시한 이상 검출 모드의 처리는 도 6에 도시한 정상 상태에서 진동하고 있는 상태에서의 상태 감시용 압전 소자로부터의 출력 전압의 진폭을 이용한 처리이지만, 출력 전압의 진폭의 기억으로 바꾸어 출력 전압의 주파수, 또는 출력 전압의 진폭 및 주파수 양쪽을 기억하고 있는 경우에는, 기억된 그 출력 전압의 데이터를 사용하여 이상 검출의 처리를 실시하도록 한다.
처음에, 100 W의 저출력을 발진기(30)의 출력 제어부(31)에 설정한다(단계 S10). 출력 제어부(31)에 전력 인가의 기동 신호를 출력하여 발진을 개시하고, 진동 상태의 안정 확보를 위해 예를 들어, 초음파 진동자의 진동이 안정되는 소정의 시간까지 기다리도록 한다(단계 S11).
소정의 시간 경과 후에, 상태 감시용 압전 소자(12)의 출력 전압의 진폭을 측정한다(단계 S12). 발진기(30)의 모니터링 유닛부(35)로부터 출력되는 파형을 판독하여(단계 S13), 처리부(37)에 기억되어 있는 출력 전압의 진폭 데이터를 판독하여 측정 데이터와 처리부(37)의 기억 데이터의 비교를 실시한다(단계 S14).
측정 데이터와 처리부(37)의 기억 데이터의 비교를 실시하고, 측정 데이터가 정상 범위 내인지를 체크한다(단계 S15). 측정 데이터가 정상 범위 내라고 판단했을 때(단계 S15에서 "예"일 때)에는 진동 상태에 이상이 없는 것으로 하여, 화면 표시부(36)에 처리의 결과를 표시하고 처리를 종료한다.
한편, 측정 데이터가 정상 범위 밖이라고 판단했을 때(단계 S15에서 "아니오"일 때)에는 세정에서 사용하는 전력, 예를 들어, 400 W의 출력을 발진기(30)의 출력 제어부(31)에 설정한다(단계 S16). 출력 제어부(31)에 전력 인가의 기동 신호를 출력하여 발진을 개시하고, 진동 상태의 안정 확보를 위해, 예를 들어 초음파 진동자(7)의 진동이 안정되는 소정의 시간까지 기다리도록 한다(단계 S17).
소정의 시간 경과 후에, 상태 감시용 압전 소자(12)의 출력 전압의 진폭을 측정한다(단계 S18). 발진기(30)의 모니터링 유닛부(35)로부터 출력되는 파형을 판독하여 처리부(37)에 기억되어 있는 출력 전압의 진폭 데이터를 판독하고(단계 S19), 측정 데이터와 처리부(37)의 기억 데이터의 비교를 실시한다(단계 S20).
측정 데이터와 처리부(37)의 기억 데이터의 비교를 실시하고, 측정 데이터가 정상 범위 내인지를 체크한다(단계 S21). 측정 데이터가 정상 범위 내라고 판단했을 때(단계 S21에서 "예"일 때)에는 일부의 초음파 진동자에는 이상이 있지만, 초음파 세정 장치 전체로서의 진동 상태에 이상은 없고, 통상의 세정 동작에는 지장이 없는 것으로 하여, 아직 수리나 교환 등은 불필요하다고 판단(단계 S22)하여, 화면 표시부(36)에 처리의 결과를 표시하고 처리를 종료한다. 또한, 측정 데이터가 정상 범위 밖이라고 판단했을 때(단계 S21에서 "아니오"일 때)에는 진동 상태에 이상이 있음으로 하고(단계 S23), 화면 표시부(36)에 처리의 결과를 표시하여 처리를 종료한다.
이와 같이, 초음파 세정 장치는 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자의 상태 감시용 압전 소자로부터 출력된 상기 전압의 진폭 또는 주파수 중 적어도 어느 한쪽과, 초음파 세정 장치의 정상 상태의 구동시에서의 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자의 상태 감시용 압전 소자로부터 출력된 전압의 진폭 또는 주파수 중 적어도 어느 한쪽을 비교함으로써, 초음파 세정 장치의 초음파 진동자의 이상 판정을 실시하는 것이 가능하다.
[고장 위치의 추정]
또한, 복수의 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자를 이용하여, 초음파 세정 장치의 세정조에 2차원적으로 설치한 초음파 진동자의 고장 위치를 추정하는 것이 가능하다. 또한, 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자 자신이 고장난 경우, 즉 예를 들어, 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자에 세정조와의 박리가 발생했을 때에는, 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자의 상태 감시용 압전 소자로부터 출력되는 전압의 진폭이 정상 동작과 비교하여 커지므로, 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자 자신의 고장을 추정하는 것도 가능하다.
도 8은 초음파 세정 장치의 세정조에 설치한 초음파 진동자 및 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자의 배치의 일례를 도시한 도면이다. 도 8에 도시한 바와 같이, 세정조(2)의 하면에 설치한 초음파 진동자의 위치를 ○표(동그라미 표시)로 나타내고, 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자의 위치를 ●표(검은 동그라미 표시)로 나타낸다. 또한, 이후의 설명에서의 도면상의 초음파 진동자의 위치를 ○표로 나타내고, 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자의 위치를 ●표로 나타낸다.
예를 들어, 도 8에 도시한 초음파 진동자(7g)가 고장난 경우에는 초음파 진동자(7g) 주변의 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자(5a, 5b, 5c)로부터 출력되는 전압의 진폭이 작아지고, 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자(5a, 5b, 5c)로부터 출력되는 전압의 진폭의 변화에 의해 초음파 진동자(7g)가 고장난 것으로 추정된다.
또한, 도 8에 도시한 초음파 진동자(7h)가 고장난 경우에는, 초음파 진동자(7h)와 가장 가까운 거리에 위치하는 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자(5e)로부터 출력되는 전압의 진폭이 작아지고, 또한 초음파 진동자(7h)와 2 번째로 가까운 거리에 위치하는 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자(5b, 5d)로부터 출력되는 전압의 진폭이 작아지고, 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자(5e, 5b, 5d)로부터의 전압의 진폭부터 초음파 진동자(7h)가 고장나 있는 것으로 추정된다.
이상, 초음파 세정 장치의 세정조에 2 차원적으로 설치한 초음파 진동자, 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자의 고장 위치의 추정에 대해 설명했지만, 스팟 샤워와 같이 초음파 진동자를 단체로 사용하는 것에도, 초음파 진동자를 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자로 치환하는 것이 가능하다. 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자로 치환함으로써, 상태 감시용 압전 소자에 의해 출력되는 전압의 진폭으로부터 이상 상태를 검지할 수 있어 스팟 샤워의 자기 진단이 가능해진다.
[라인 샤워에의 사용]
다음에, 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자의 라인 샤워에의 사용에 대해 설명한다. 도 9는 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자를 사용한 라인 샤워의 일례를 도시한 도면이다. 도 9에 도시한 바와 같이 라인 샤워(60)의 길이 방향의 중앙 부근에 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자(5f)가 설치되어 있다. 또한, 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자(5f)의 양측에서의 라인 샤워(60)의 길이 방향에는 초음파 진동자(7j, 7k)가 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자(5f)에 가까운 위치에 등거리에 배치되어 있고, 초음파 진동자(7i, 7l)가 더욱 먼 위치에 등거리에 배치되어 있다.
이에 의해, 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자(5f)로부터 먼 위치에 배치된 초음파 진동자(7i, 7l)의 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자(5f)의 출력 전압의 진폭의 크기는, 가까운 거리에 배치된 초음파 진동자(7j, 7k)의 진폭보다 작아진다.
예를 들어, 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자(5f)의 양측에 위치하는 초음파 진동자 중 어느 것이 고장난 경우에는, 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자(5f)로부터의 거리에 따라서, 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자(5f)의 출력 전압의 진폭 크기가 변화되므로, 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자(5f)의 양측으로부터 동일한 거리 이격하여 쌍을 이루는 초음파 진동자(7i, 7l) 또는 초음파 진동자(7j, 7k) 중 어느 것이 고장난 것을 추정할 수 있다.
도 10은 복수의 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자를 사용한 라인 샤워의 일례를 도시한 도면이다. 도 10에 도시한 바와 같이, 라인 샤워(61)의 길이 방향으로 복수의 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자를 설치함으로써, 고장난 초음파 진동자를 특정하는 것이 가능해진다. 예를 들어, 초음파 진동자(7m)가 고장난 경우에는 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자(5g)의 출력 전압의 진폭의 크기가 감소된 것에 의해, 고장난 초음파 진동자(7m)를 추정할 수 있다. 또한, 초음파 진동자(7n)가 고장난 경우에는 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자(5g, 5h)의 출력 전압의 진폭의 변화에 의해, 즉 진폭의 감소폭이 초음파 진동자(5g, 5h)에서 동등해지는 점에서 고장난 초음파 진동자(7n)를 추정할 수 있다.
[전압의 위상으로부터의 이상 검출]
또한, 본 발명의 초음파 세정 장치(1)는 세정조(2)의 외측에 고정된 복수의 초음파 진동자(7)에 의해, 세정액에 초음파 진동을 인가하고, 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자(5)의 상태 감시용 압전 소자(12)로부터 출력된 전압으로부터, 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자(5)의 주위에 배치된 각각의 초음파 진동자(7)로부터 발생하는 초음파 진동 마다 다른 전압 파형을 해석하고, 전압 파형의 위상으로부터, 이상 상태에 있는 초음파 진동자(7)를 추정하는 것이 가능하다.
즉, 세정조(2)에서의 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자(5)의 주위에 배치된 각각의 초음파 진동자(7)의 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자(5)까지의 거리가 다른 경우에, 각각의 초음파 진동자(7)로부터 발해지는 상태 감시용 압전 소자까지의 진동의 전반 시간이 다른 것에 의해, 발진기(30)로부터 출력되는 전압의 파형과 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자(5)의 파형에 위상차가 발생한다.
도 11은 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자로부터의 출력 전압의 진폭에 추가하여, 출력 전압의 위상차를 병용하여 고장난 초음파 진동자의 추정을 설명하는 도면으로, 도 11의 (a)는 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자 및 초음파 진동자의 배치를 도시한 도면, 도 11의 (b)는 정상 상태에서의 각 진동자의 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자로부터의 출력 전압의 파형을 도시한 도면, 도 11의 (c)는 1 개의 초음파 진동자의 이상 상태에서의 각 진동자의 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자로부터의 출력 전압의 파형을 도시한 도면이다.
도 11의 (a)에 도시한 바와 같이, 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자(5j)와 그 근방에 위치하는 초음파 진동자(7o, 7p)가 배치되어 있고, 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자(5j)와 초음파 진동자(7p)의 거리가 Da, 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자(5j)와 초음파 진동자(7o)의 거리가 Db이며, 거리 Da가 거리 Db보다 긴 상태를 나타낸다.
상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자(5j) 및 초음파 진동자(7o, 7p)가 정상 상태에서의, 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자(5j)의 진동 여기용 압전 소자(11)의 진동에 의한 상태 감시용 압전 소자(12)의 출력 파형은 wa이고, 초음파 진동자(7o)의 진동에 의한 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자(5j)의 상태 감시용 압전 소자(12)의 출력 파형은 wb이며, wb는 wa에 대하여 위상이 지연되고 있다. 또한, 초음파 진동자(7p)의 진동에 의한 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자(5j)의 상태 감시용 압전 소자(12)의 출력 파형은 wc1이며, wc1은 wa 및 wb에 대하여 위상이 지연되고 있다.
상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자(5j)의 진동 여기용 압전 소자(11) 및 초음파 진동자(7o, 7p)가 정상 상태에서의 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자(5j)의 상태 감시용 압전 소자(12)의 출력 파형은 wa, wb, wc1의 파형을 합성한 것이 된다. 또한, 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자(5j)의 상태 감시용 압전 소자(12)에서 출력되는 합성된 파형으로부터 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자(5j)의 진동 여기용 압전 소자(11) 및 초음파 진동자(7o, 7p)의 각각의 출력 파형 wa, wb, wc1을 취출하는 것이 가능하다.
또한, 도 11의 (c)에 도시한 바와 같이, 도 11의 (a)에 도시한 초음파 진동자(7p)가 이상 상태일 때의 출력 파형 wc2의 진폭은 도 11의 (b)에 도시한 wc1에 대하여 진폭의 크기가 dv로 나타내는 전압의 저하가 발생하여 작아지고 있다. 초음파 진동자(7p)가 이상 상태일 때의 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자(5j)의 상태 감시용 압전 소자(12)의 출력 파형은 wa, wb, wc2의 파형을 합성한 것이 된다. 또한, 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자(5j)의 상태 감시용 압전 소자(12)에서 출력되는 합성된 파형으로부터 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자(5j)의 진동 여기용 압전 소자(11) 및 초음파 진동자(7o, 7p)의 각각의 출력 파형 wa, wb, wc2를 취출하는 것이 가능하다. 이에 의해, 초음파 진동자(7p)의 파형 wc2는 정상 상태에서의 wc1의 파형과는 다른 것이고, 고장난 초음파 진동자를 추정할 수 있다.
이에 의해, 정상 상태와 이상 상태에서의 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자(5j)의 상태 감시용 압전 소자(12)의 출력 파형을 비교함으로써, 이상의 초음파 진동자를 특정하는 것이 가능해진다. 이와 같이, 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자로부터의 출력 전압의 진폭에 추가하여, 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자의 전압의 위상차를 병용함으로써, 고장난 초음파 진동자를 추정하는 것이 가능해진다.
또한, 라인 샤워에서도 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자로부터의 출력 전압의 진폭에 추가하여, 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자의 전압의 위상차를 병용함으로써, 고장난 초음파 진동자를 추정하는 것이 가능해진다.
이와 같이, 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자(5)의 주위에 배치된 각각의 초음파 진동자로부터 발생하는 초음파 진동마다 다른 전압 파형을 해석하고, 전압 파형의 진폭 및 위상으로부터, 이상 상태에 있는 초음파 진동자를 추정하는 것이 가능하다.
또한, 전압 파형의 진폭의 저하로부터 이상 상태에 있는 초음파 진동자의 존재를 추정하고, 또한 위상차로부터 이상 상태에 있는 초음파 진동자까지의 거리를 추정하는 것도 가능하다.
또한, 초음파 세정 장치(1)의 정상 상태의 구동시에서의 각각의 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자(5)의 상태 감시용 압전 소자로부터 출력된 전압으로부터, 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자(5)의 주위에 배치된 각각의 초음파 진동자(7)로부터 발생하는 초음파 진동마다 다른 전압 파형을 해석하고, 전압 파형의 진폭 및 위상과 비교함으로써 고장난 초음파 진동자를 추정하는 것도 가능하다.
이와 같이, 본 발명의 초음파 세정 장치(1)는 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자(5)를 사용함으로써, 상태 감시용 압전 소자로부터 출력된 전압을 해석하고, 전압 파형의 진폭의 저하로부터 이상 상태의 초음파 진동자를 추정하고, 발진기(30)로부터 출력되는 전압의 파형과 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자(5)와의 파형의 위상차로부터도, 이상 상태의 초음파 진동자(7)를 추정하는 것이 가능하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 관한 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자는 복수의 압전 소자의 다른 일부를, 상태 감시용 압전 소자로서 편성함으로써, 상태 감시용 압전 소자에서 검출한 전압의 진폭 또는 주파수 중 한쪽과 비교함으로써, 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자의 이상 판정을 실시하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명에 관한 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자는 복수의 압전 소자의 다른 일부를, 상태 감시용 압전 소자로서 편성되어 있으므로, 복수의 압전 소자의 일부 뿐만 아니라, 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자의 주위에 설치된 초음파 진동자의 진동의 이상 상태를 고정밀도로 검지하는 것도 가능하다.
본 발명의 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자(5)에 의하면, 초음파 진동자의 진동을 직접 관측할 수 있으므로, 대규모의 장치를 필요로 하지 않는다.
또한, 센서로서의 상태 감시용 압전 소자는 종래의 초음파 진동자 그자체에 편성되므로, 센서를 위한 공간이 필요하지 않으므로, 구성을 간소화시킬 수 있고, 또한 세정조에 대한 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자의 부착 방법은 종래와 동일하고, 초음파 세정 장치(1)의 조립 공정의 변경을 필요로 하지 않는다.
또한, 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자를 복수 편성하면, 이상 부분의 초음파 진동자를 특정하는 것도 가능하다.
본 발명의 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자를 이용한 초음파 세정 장치에 의하면, 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자를 설치함으로써, 상태 감시용 압전 소자로부터의 출력 전압으로부터 세정조에서의 초음파 진동자의 진동 상태를 검지하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명의 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자는 복수의 압전 소자가 서로 적층되도록 배치되고, 복수의 압전 소자의 다른 일부는 상태 감시용 압전 소자로서 가압된 상태로 고정되어 있으므로, 종래의 센서와 같이, 접착 등에 의한 부착이 아니므로, 센서의 박리, 접착 불량, 접착제의 열화에 의한 측정의 편차가 발생하지 않는다.
본 발명에 의한 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자는 복수의 압전 소자의 다른 일부를, 상태 감시용 압전 소자로서 편성함으로써, 상태 감시용 압전 소자에서 검출한 전압과 진동자의 진동 동작을 측정하기 위해 사용되고 있는 레이저 도플러 장치의 측정 결과와 거의 일치하므로, 레이저 도플러 장치와 같은 대규모의 장치를 필요로 하지 않는다.
또한, 본 발명에 의한 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자는 세정조 중에 초음파를 조사하여 세정하는 초음파 세정 장치의 진동자에 한정되지 않고 스팟 샤워, 라인 샤워, 투입식 진동자 등의 진동자에 대해서도 사용할 수 있다. 또한, 이러한 진동자는, 진동자로부터 세정액을 통하여 피세정물을 세정하는 세정 장치에 대해서도 적용할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 형태를 설명했지만, 본 실시 형태는 예로서 제시한 것이고, 발명의 범위를 한정하려는 의도는 없다. 이 실시 형태는 그 밖의 다양한 형태로 실시되는 것이 가능하고, 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 생략, 치환, 변경을 실시할 수 있으며, 또한 그 치환이나 변경은, 발명의 범위나 요지에 포함됨과 함께, 특허 청구의 범위에 기재된 발명과 그 균등한 범위에 포함된다.
또한, 도 2의 기능 블럭도에 나타낸 기능 블럭은 본 발명의 기능적 구성을 나타내는 것으로, 구체적인 실장 형태를 제한하지 않는다. 즉, 도면 중의 기능 블럭에 대응하는 하드웨어가 실장될 필요는 없고, 하나의 프로세서가 프로그램을 실행함으로써 복수의 기능부의 기능을 실현하는 구성으로 하는 것도 물론 가능하다. 또한, 실시 형태에서 소프트웨어로 실현되는 기능의 일부를 하드웨어로 실현해도 되고, 또한 하드웨어로 실현되는 기능의 일부를 소프트웨어로 실현해도 된다.
1: 초음파 세정 장치 2: 세정조
3: 세정액
5, 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f, 5g, 5h: 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자
7, 7a, 7b, 7c, 7d, 7e, 7f, 7g, 7h, 7i, 7j, 7k, 7l, 7m, 7n: 초음파 진동자(란쥬반형)
10: 압전 소자 11, 11a, 11b: 진동 여기용 압전 소자
12: 상태 감시용 압전 소자 15: 절연체
16: 전극판(+)(진동 여기용 압전 소자용)
17, 18: 전극판(-) 19: 전극판(+) (상태 감시용 압전 소자용)
20: 혼 22: 출력단
25: 백킹 플레이트 26: 볼트
27: 너트 30: 발진기
31: 출력 제어부 35: 모니터링 유닛부
36: 화면 표시부 37: 처리부
38: 입출력부 50: 레이저 도플러 장치
51: 레이저 조사부 52: 본체 처리부
53: 표시 장치(오실로스코프) 55: 음압계
57: 가속도 센서 60, 61: 라인 샤워
3: 세정액
5, 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f, 5g, 5h: 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자
7, 7a, 7b, 7c, 7d, 7e, 7f, 7g, 7h, 7i, 7j, 7k, 7l, 7m, 7n: 초음파 진동자(란쥬반형)
10: 압전 소자 11, 11a, 11b: 진동 여기용 압전 소자
12: 상태 감시용 압전 소자 15: 절연체
16: 전극판(+)(진동 여기용 압전 소자용)
17, 18: 전극판(-) 19: 전극판(+) (상태 감시용 압전 소자용)
20: 혼 22: 출력단
25: 백킹 플레이트 26: 볼트
27: 너트 30: 발진기
31: 출력 제어부 35: 모니터링 유닛부
36: 화면 표시부 37: 처리부
38: 입출력부 50: 레이저 도플러 장치
51: 레이저 조사부 52: 본체 처리부
53: 표시 장치(오실로스코프) 55: 음압계
57: 가속도 센서 60, 61: 라인 샤워
Claims (10)
- 란쥬반형의 복수의 초음파 진동자에 의해, 세정액에 초음파 진동을 인가하고, 해당 초음파 진동이 인가된 세정액을 통하여 피세정물을 세정하는 초음파 세정 장치로서,
상기 복수의 초음파 진동자 중 일부가 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자에 의해 구성되고,
상기 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자는 서로 적층되도록 배치되고, 또한 상기 적층 방향으로 신축 가능한 복수의 압전 소자를 구비하며,
상기 복수의 압전 소자의 일부는, 진동 여기용 압전 소자로 하여 교류 전압이 인가되어 신축되고,
상기 복수의 압전 소자의 다른 일부는, 상태 감시용 압전 소자로 하여 상기 진동 여기용 압전 소자의 신축에 의해, 상태 감시를 위한 전압을 출력 가능하도록, 상기 진동 여기용 압전 소자에 가압된 상태로 고정되고,
상기 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자를 복수 배치하고, 상기 복수 배치된 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자의 각각의 상기 상태 감시용 압전 소자로부터 출력된 상기 전압의 진폭 또는 주파수 중 적어도 어느 한쪽의 변화에 의해, 상기 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자의 주위에 배치된 상기 초음파 진동자의 상태를 감시하고, 상기 변화가 검출된 상기 상태 감시용 압전 소자의 위치로부터, 이상 상태에 있는 상기 초음파 진동자의 위치를 추측하는, 초음파 세정 장치. - 제1항에 있어서,
상기 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자에서의 상기 변화의 검출은
각각의 상기 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자의 상기 상태 감시용 압전 소자로부터 출력된 상기 전압의 진폭 또는 주파수 중 적어도 어느 한쪽과, 상기 초음파 세정 장치의 정상 상태의 구동시에서의 각각의 상기 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자의 상기 상태 감시용 압전 소자로부터 출력된 상기 전압의 진폭 또는 주파수 중 적어도 어느 한쪽을 비교함으로써 실시하는, 초음파 세정 장치. - 제1항에 있어서,
상기 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자의 상기 상태 감시용 압전 소자로부터 출력된 상기 전압으로부터, 상기 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자의 주위에 배치된 각각의 상기 초음파 진동자로부터 발생하는 초음파 진동마다 다른 전압 파형을 해석하고, 상기 전압 파형의 진폭 및 위상으로부터, 이상 상태에 있는 초음파 진동자를 추정하는, 초음파 세정 장치. - 제3항에 있어서,
상기 이상 상태에 있는 초음파 진동자의 추정은, 상기 전압 파형의 진폭의 저하로부터 이상 상태에 있는 초음파 진동자의 존재를 추정하고, 또한 위상차로부터 상기 이상 상태에 있는 초음파 진동자까지의 거리를 추측함으로써 실시하는, 초음파 세정 장치. - 제4항에 있어서,
상기 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자에서의 상기 이상 상태에서의 초음파 진동자의 추정은,
상기 초음파 세정 장치의 정상 상태의 구동시에서의 상기 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자의 상기 상태 감시용 압전 소자로부터 출력된 상기 전압으로부터, 상기 상태 감시 기능 탑재 초음파 진동자의 주위에 배치된 각각의 상기 초음파 진동자로부터 발생하는 초음파 진동마다 다른 전압 파형을 해석하고, 상기 전압 파형의 진폭 및 위상과 비교함으로써 실시하는, 초음파 세정 장치. - 삭제
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