WO2008035581A1 - Ultrasonic cleaning apparatus - Google Patents

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WO2008035581A1
WO2008035581A1 PCT/JP2007/067581 JP2007067581W WO2008035581A1 WO 2008035581 A1 WO2008035581 A1 WO 2008035581A1 JP 2007067581 W JP2007067581 W JP 2007067581W WO 2008035581 A1 WO2008035581 A1 WO 2008035581A1
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ultrasonic cleaning
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cleaning apparatus
signal
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Hiroshi Hasegawa
Tomoharu Kamamura
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Kaijo Corporation
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    • Y10S134/902—Semiconductor wafer

Definitions

  • the present invention relates to an ultrasonic cleaning apparatus that cleans an object to be cleaned contained in a cleaning tank by vibrating a plurality of vibration elements.
  • FIG. 8 is a partial cross-sectional view showing a configuration of a conventional ultrasonic cleaning apparatus.
  • the ultrasonic cleaning apparatus 410 includes a cleaning tank 420a that stores a cleaning liquid 421, and a plurality of oscillators 431, 432, and 433 that are attached to a vibration plate 420b that is bonded to the bottom surface of the cleaning tank 420a. 441, 442, and 443 are connected.
  • Oscillators 441, 442, and 443 (also connected to power sources 451, 452, and 453 for supplying electric power, respectively.
  • vibration is generated by oscillators 441, 442, and 443.
  • the elements 431, 432, and 433 can be excited to remove fine particles adhering to the object to be cleaned immersed in the cleaning liquid 421 of the cleaning tank 420a.
  • Patent Document 1 Japanese Utility Model Publication No. 2-4688
  • Patent Document 2 Japanese Utility Model Publication No. 61-143685
  • an object of the present invention is to provide an ultrasonic cleaning apparatus that eliminates uneven sound pressure between a plurality of vibration elements, improves the removal rate of fine particles, and has no cleaning unevenness.
  • a cleaning tank that contains an object to be cleaned and a cleaning liquid, a plurality of vibration elements attached to the cleaning tank, and a plurality of vibrations
  • a plurality of oscillators connected to each element to excite a plurality of vibration elements, and a plurality of oscillators connected to a plurality of oscillators, so that the plurality of oscillators output signals of the same phase to the plurality of vibration elements.
  • a control unit that controls the oscillator.
  • the plurality of oscillators output signals of the same phase that are timed according to the synchronization noise output from the control unit.
  • the plurality of oscillators output signals of the same phase that are timed according to the synchronization noise output from the control unit, regardless of their operating states. .
  • the plurality of oscillators are provided with a frequency control circuit, and the frequency control circuit has an oscillation frequency value that the control unit outputs to the plurality of oscillators.
  • a signal having the same frequency is generated, and this signal is output to each of a plurality of vibration elements as a signal of the same phase, which is synchronized in timing by a synchronization node that the control unit outputs to the plurality of oscillators. It is characterized by that.
  • control unit outputs an oscillation start timing pulse for starting output of a signal to the vibration element to the oscillator.
  • the ultrasonic cleaning apparatus of the present invention is characterized in that the phases of the signals output in synchronization with the synchronization noise are the same at zero degrees.
  • the vibration element is a piezoelectric element.
  • the ultrasonic cleaning apparatus contains a vibration propagation medium and at least a cleaning tank disposed so as to be in contact with the medium, and a plurality of vibration elements are attached. Indirect tank is provided.
  • the plurality of oscillators include a power amplifier circuit, and the power amplifier circuit uses a power set value signal output from the control unit to the plurality of oscillators. And amplifying the amplitude of the output signal for each of the plurality of vibration elements.
  • the ultrasonic cleaning apparatus of the present invention includes a cleaning tank that contains an object to be cleaned and a cleaning liquid, a plurality of vibration elements attached to the cleaning tank, and a plurality of vibration elements that are respectively connected to the plurality of vibration elements.
  • the plurality of oscillators outputs a signal having a phase adjusted according to the synchronization noise output from the control unit, and the phase difference between the signals output by the plurality of oscillators is It is in the range of 45 to +45 degrees.
  • each of the plurality of oscillators includes a signal generation circuit, and a phase difference between signals generated by each of the signal generation circuits is within a range of 5 degrees to +5 degrees.
  • the signal generated by the signal generation circuit is an FM modulated wave.
  • the FM modulated wave is synchronized with the synchronization nore output from the control unit at the lowest frequency.
  • the signal generated by the signal generation circuit is an AM modulated wave.
  • the AM modulated wave is synchronized with the synchronization nore output from the control unit at the smallest amplitude.
  • control unit controls the plurality of oscillators to output signals having the same phase or substantially the same phase to the plurality of vibration elements.
  • the ultrasonic wave can be emitted, thereby eliminating the unevenness of the sound pressure, and the fine particles adhering to the object to be cleaned can be surely removed, and as a result, the occurrence of unevenness in the ultrasonic cleaning can be prevented. it can.
  • the control unit has a frequency value (for example, data of frequencies of 100 kHz and 1 MHz), power setting. It outputs a constant value signal, oscillation start timing pulse, and synchronization pulse to the oscillator, and does not have an oscillator function that requires more power than these signals.
  • the control unit and the oscillator are separated. For this reason, when the number of vibration elements is increased or decreased, it is not necessary to increase or decrease in accordance with the number of vibration elements, and a plurality of oscillators after increase and decrease can be controlled by one control circuit 60 to excite a plurality of vibration elements.
  • control unit is provided separately from the main body of the ultrasonic cleaning apparatus, for example, it is possible to control the ultrasonic cleaning apparatus disposed in the clean room by the control unit disposed in a room outside the clean room. This is preferable in terms of managing the manufacturing environment in a clean room. Furthermore, the control unit can also control the oscillators of the plurality of ultrasonic cleaning devices, which can further improve the work efficiency.
  • control unit can output a synchronization noise regardless of the operating state of the oscillator. For this reason, when multiple oscillators can be operated at the start of operation and the phases of the output signals of these oscillators can be aligned, the multiple oscillators are already in operation or are stopped with the active oscillator. When two or more oscillators are mixed, synchronization pulses can be output to these oscillators so that the phases of the output signals are aligned. As a result, while a plurality of oscillators are operating, the output signals of these oscillators can always have the same phase or substantially the same phase, thereby more reliably preventing cleaning unevenness. That's the power S.
  • the vibration element and the oscillator have a one-to-one correspondence, even if the cleaning conditions are changed (for example, changing the ultrasonic wave to be excited, changing the cleaning time), the vibration element is always sufficiently provided. The power of exciting.
  • the ultrasonic cleaning apparatus 10 includes a cleaning tank 20a ′ diaphragm 20b, piezoelectric elements (vibrating elements) 31, 32, 33, oscillators 41, 42, 43, And a control circuit (control unit) 60.
  • the phase of the signals output from the oscillators 41, 42, and 43 to synchronize the piezoelectric elements 31, 32, and 33 can be synchronized under the control of the control circuit 60.
  • the piezoelectric elements 31, 32, and 33 It is possible to make the ultrasonic waves uniform and remove the fine particles adhering to the object to be cleaned.
  • FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing the configuration of the ultrasonic cleaning apparatus 10 according to the first embodiment.
  • the cleaning tank 20a for example, a well-known one made of quartz can be used.
  • a cleaning liquid 21 for example, pure water or a chemical solution
  • a holding means (not shown) is stored in the cleaning liquid 21.
  • the object to be cleaned held in () is immersed.
  • the vibration plate 20b is bonded to the bottom surface of the cleaning tank 20a, and the upper surfaces of the plate-like ceramic piezoelectric elements (vibration elements) 31, 32 and 33 are bonded and fixed to the lower surface of the vibration plate 20b. It has been.
  • the piezoelectric elements 31, 32, and 33 are spaced apart from each other at an interval that takes into consideration the cleaning effect of the object to be cleaned, for example, 0.2;! To 0.2 mm. It is preferable to consider the force S that can be determined arbitrarily, the size of the cleaning tank 20a, and the amount of vibration necessary for cleaning.
  • As the vibration element a piezoelectric element other than a plate or ceramic, or an element other than a piezoelectric element can be used.
  • Oscillators 41, 42, and 43 for exciting the piezoelectric elements 31, 32, and 33 at a predetermined frequency are connected to the piezoelectric elements 31, 32, and 33, respectively.
  • the oscillators 41, 42, and 43 each include a frequency control circuit and a power amplifier circuit (both not shown).
  • the oscillators 41, 42, and 43 are connected to the commercial power sources 51, 52, and 53 for supplying power thereto.
  • Oscillators 41, 42, 43 Also, a noise signal having the same frequency, phase, amplitude, and waveform is output to the piezoelectric elements 31, 32, 33.
  • the control circuit 60 as a control unit controls the oscillators 41, 42, and 43 so that the oscillators 41, 42, and 43 output signals having the same phase to the piezoelectric elements 31, 32, and 33. is there.
  • the control circuit 60 outputs a frequency value, a power setting value signal, an oscillation start timing pulse, and a synchronization noise to the oscillators 41, 42, 43.
  • the control circuit 60 does not need to perform any operation when controlling the oscillators 41, 42, and 43 based on the feedback signals from the oscillators 41, 42, and 43! It can also be a control circuit that can be implemented.
  • the frequency control circuit of the oscillators 41, 42, and 43 generates a pulse signal having a frequency (for example, 18 kHz to 10 MHz) according to the frequency value output from the control circuit 60 to each oscillator. To do.
  • This noise signal is amplified by the power amplification circuit of the oscillators 41, 42, and 43 to an amplitude necessary for exciting the piezoelectric elements 31, 32, and 33 in accordance with the power set value signal, and is supplied to the corresponding piezoelectric element.
  • a frequency for example, 18 kHz to 10 MHz
  • the oscillators 41, 42, and 43 receive a noise signal having the same phase (for example, zero degrees) at the same time in accordance with the timing. Output.
  • the same phase value is stored in the control circuit 60 in advance.
  • the cleaning tank 20a is in the processing unit (not shown) of the ultrasonic cleaning device 10, and the oscillators 41, 42, 43 are in the control part (not shown) of the ultrasonic cleaning device 10, respectively.
  • the control circuit 60 is arranged separately from the oscillators 41, 42, and 43 in the operation panel section and CPU BOX (not shown) of the ultrasonic cleaning apparatus 10.
  • the control circuit 60 outputs a frequency value, a power set value signal, an oscillation start timing pulse, and a synchronization pulse to the oscillators 41, 42, and 43, and has a power larger than these signals.
  • the functions of the oscillators 41, 42, and 43 that require are not provided.
  • control circuit 60 and the oscillators 41, 42, 43 are separated. For this reason, when the number of piezoelectric elements is increased or decreased, it is not necessary to increase or decrease in accordance with the number of piezoelectric elements. It is possible to control a plurality of oscillators after increase and decrease with one control circuit 60 to excite a plurality of piezoelectric elements. it can.
  • the piezoelectric elements 31, 32, and 33 and the oscillators 41, 42, and 43 have a one-to-one correspondence, there are changes in cleaning conditions (for example, changing the ultrasonic wave to be excited, changing the cleaning time). Even so, the piezoelectric elements 31, 32, and 33 can always be sufficiently excited. In contrast, when a plurality of piezoelectric elements are excited by a single oscillator, sufficient excitation becomes difficult as the number of piezoelectric elements increases.
  • FIG. 2 is a partial cross-sectional view showing the configuration of the ultrasonic cleaning apparatus 12 according to the second embodiment.
  • An ultrasonic cleaning device 12 shown in FIG. 2 includes piezoelectric elements 31, 32, 33, oscillators 41, 42, 43, and a control circuit 60, similar to the ultrasonic cleaning device 10 of the first embodiment. Furthermore, a cleaning tank 22 and an indirect tank 24a are provided. As with the ultrasonic cleaning apparatus 10, for example, a well-known device manufactured by Ishihide can be used as the cleaning tank 22, and a cleaning liquid 21 (for example, pure water or chemical liquid) is contained in the cleaning tank 22. The object to be cleaned held by the holding means (not shown) is immersed
  • the indirect tank 24a contains a vibration propagation medium (for example, water, elastic material, SUS (stainless steel), P VDF (polyvinylidene fluoride), polytetrafluoroethylene (tetrafluoroethylene resin)) 25. Accommodate.
  • a cleaning tank 22 supported by a support means (not shown) is disposed so that at least the bottom surface is in contact with the medium 25.
  • the indirect tank 24a is formed, for example, by molding polypropylene into a rectangular frame shape, and a stainless steel diaphragm 24b is bonded to the bottom surface thereof. Piezoelectric elements 31, 32, and 33 are bonded to the lower surface of the diaphragm 24b. It is.
  • the indirect tank 24 is arranged between the cleaning tank 22 and the piezoelectric elements 31, 32, 33, the diaphragm 24b is damaged, the diaphragm 24b is contaminated, and the cleaning tank 22 is In the case of deterioration, it is possible to prevent the object to be cleaned from being contaminated by the diaphragm 24b itself or the atmosphere.
  • Other operations, effects, and modifications are the same as those in the first embodiment.
  • the ultrasonic cleaning apparatus 210 includes a cleaning tank 220 & ⁇ a vibration plate 220b, piezoelectric elements (vibrating elements) 231, 232, 233, and oscillators 241, 242, 243, A control circuit (control unit) 260.
  • the control of the control circuit 260 allows the timing of the signals output from the oscillators 241, 242, and 243 to excite the piezoelectric elements 231, 232, and 233, As a result, the ultrasonic waves emitted from the piezoelectric elements 231, 232 and 233 to the object to be cleaned can be made uniform, and the fine particles adhering to the object to be cleaned can be surely removed.
  • FIG. 3 is a partial cross-sectional view showing the configuration of the ultrasonic cleaning apparatus 210 according to the third embodiment.
  • the cleaning tank 220a for example, a well-known one made of quartz can be used, and a cleaning liquid 221 (for example, pure water, chemical liquid) is accommodated in the cleaning tank 220a.
  • a cleaning liquid 221 for example, pure water, chemical liquid
  • the object to be cleaned held in the figure is immersed.
  • the vibration plate 220b is bonded to the bottom surface of the cleaning tank 220a, and the upper surfaces of plate-like ceramic piezoelectric elements (vibration elements) 231, 232, and 233 are bonded and fixed to the lower surface of the vibration plate 220b.
  • the piezoelectric elements 231, 232, and 233 are spaced apart from each other at intervals that consider the cleaning effect of the object to be cleaned, for example, 0.;! To 0.2 mm.
  • the type and number of piezoelectric elements can be arbitrarily determined. It is preferable to consider the size of the washing tank 220a and the amount of vibration necessary for washing.
  • As the vibration element a piezoelectric element other than a plate or ceramic, or an element other than a piezoelectric element can be used.
  • Oscillators 241, 242, and 243 for exciting the piezoelectric elements 231, 232, and 233 at a predetermined frequency are connected to the piezoelectric elements 231, 232, and 233, respectively.
  • the oscillators 241, 242, and 243 include signal generation circuits 241a, 242a, 243a, and power amplification. Circuits 241b, 242b, and 243b are provided, respectively. In addition, oscillators 241, 242, 243, and commercial power supplies 251, 252, and 253 for supplying power to these are respectively connected. Oscillators 241, 242, and 243 (also piezoelectric elements 231, and 232) For this, a pulse signal having the same frequency and amplitude and substantially the same phase is output.
  • the control circuit 260 as the control unit controls the oscillators 241, 242, and 243 so that the oscillators 241, 242, and 243 output signals having substantially the same phase to the piezoelectric elements 231, 232, and 233. Is.
  • the control circuit 260 outputs a frequency value, a power setting value signal, an oscillation start timing pulse, and a synchronization noise to the oscillators 241, 242, and 243.
  • the control circuit 260 does not need to perform the operation of controlling the oscillators 241, 242, and 243 based on the feedback signals from the oscillators 241, 242, and 243. It will be a wholesale circuit.
  • the signal generation circuits 241a, 242a, and 243a of the oscillators 241, 242, and 243 are pulses having a frequency (for example, 18 kHz to 10 MHz) according to the frequency value output to each oscillator from the force of the control circuit 260. Generate a signal. This noise signal is amplified to an amplitude necessary for exciting the piezoelectric elements 231, 232, and 233 according to the power set value signal by the power amplification circuits 241 b, 242 b, and 243 b of the oscillators 241, 242, and 243, Output to corresponding piezoelectric elements 231, 232, and 233, respectively.
  • a frequency for example, 18 kHz to 10 MHz
  • the oscillators 241, 242, and 243 output signals having substantially the same phase by the control circuit 260.
  • the signals having substantially the same phase mentioned here may mean that the output from each signal generation circuit 241a, 242a, 243a has a phase difference in the range of ⁇ 5 degrees to +5 degrees as shown in FIG. preferable. By allowing this range, there is an error in the signal output timing between the signal generation circuits 241a, 242a, and 243a, and the error is also caused in the phase of the signal applied to the piezoelectric elements 231, 232, and 233 by being dragged by the error.
  • the piezo-electric elements 231, 232, 233 The phase difference between the ultrasonic waves does not affect the ultrasonic cleaning, and the ultrasonic waves can be released without unevenness in the sound pressure, so that the fine particles adhering to the object to be cleaned can be reliably removed. As a result, the occurrence of unevenness in ultrasonic cleaning can be prevented. Cleaning unevenness in ultrasonic cleaning The occurrence is caused by the fact that the ultrasonic waves cancel each other and the sound pressure unevenness S is generated by the collision of the ultrasonic waves having opposite phases.
  • the occurrence of the cleaning unevenness is likely to occur when the phase difference between the ultrasonic waves is 90 degrees or more and 270 degrees or less, and when the phase difference between the ultrasonic waves is 180 degrees, it is completely opposite to the phase. Therefore, the occurrence of uneven cleaning is the largest.
  • the phase difference can be within the range of 45 degrees to +45 degrees, and the phase difference between the ultrasonic waves can be within 90 degrees (within the range of -45 degrees to +45 degrees).
  • FIG. 4 is a timing chart showing the phase difference range of the output signals from the signal generation circuits 241a, 242a, and 243a that can be allowed for the synchronization noise from the control circuit 260. Time is plotted on the vertical axis and amplitude on the vertical axis.
  • Fig. 4 (a) shows the waveform of the sync pulse output from the control circuit 260
  • Figs. 4 (b) to (d) show examples of the output signal phases of the signal generation circuits 241a, 242a, and 243a, respectively. Show.
  • Figure 4 (b) is the phase in sync with the rising edge of the synchronization noise S (dotted line), (c) is the phase advanced by +5 degrees with respect to the synchronization noise, and (d) is the synchronization noise. Phases delayed by 5 degrees (phase of 15 degrees) are shown.
  • the signals with substantially the same phase output from the oscillators 241, 242, and 243 are the power amplification circuits 241b, 242b, and 243b, and the output of these is as shown in FIG. Preferably within the range of +45 degrees. Within this range, even if there is a signal output timing error (phase difference) between the power amplifier circuits 241b, 242b, and 243b, the phase difference between the ultrasonic waves emitted from the piezoelectric elements 231, 232, and 233 Ultrasonic waves can be emitted without sound pressure unevenness that does not affect ultrasonic cleaning, and it is possible to reliably remove fine particles adhering to the object to be cleaned. Unevenness in ultrasonic cleaning can be prevented.
  • phase difference phase difference
  • the occurrence of cleaning unevenness in ultrasonic cleaning is caused by the fact that the ultrasonic waves cancel each other and the sound pressure unevenness S is generated due to the collision of ultrasonic waves in opposite phases.
  • the occurrence of the cleaning unevenness is likely to occur when the phase difference between the ultrasonic waves is 90 degrees or more and 270 degrees or less, and when the phase difference between the ultrasonic waves is 180 degrees, it is completely opposite to the phase.
  • FIG. 5 is a timing chart showing the phase difference range of the output signals from the power amplifier circuits 241b, 242b, and 243b that can be allowed for the synchronous noise from the control circuit 260. Time and amplitude are plotted on the vertical axis.
  • Fig. 5 (a) shows the waveform of the sync pulse output from the control circuit 260, and Figs.
  • FIG. 5 (b) to (d) show examples of the power amplification circuits 241b, 242b, 243b force, and the phase of the output signal. Show. Fig. 5 (b) is the phase in sync with the rising edge of the synchronization noise S (dotted line), (c) is the phase advanced by +45 degrees with respect to the synchronization noise, and (d) is the synchronization noise. Phases delayed by 45 degrees (phase of 15 degrees) are shown.
  • the oscillators 241, 242, and 243 When an oscillation start timing pulse is input from the control circuit 260 in the stop state, the oscillators 241, 242, and 243 generate pulse signals for excitation to the piezoelectric elements 231, 232, and 233 in accordance with the timing. Start output. As a result, the pulse signals output from the oscillators 241, 242, and 243 have substantially the same phase. For this reason, uniform ultrasonic waves can be emitted from the piezoelectric elements 231, 232 and 233 to the cleaning tank 220a, and the sound pressure generated thereby is surely removed from the fine particles adhering to the object to be cleaned. As a result, the occurrence of unevenness in ultrasonic cleaning can be prevented. Until the oscillation start timing noise is input, the oscillators 241, 242, and 243 are in a standby state in which the output of the Norse signal according to the frequency value and the power set value signal can be started.
  • the oscillators 241, 242, and 243 When a synchronization pulse is input from the control circuit 260, the oscillators 241, 242, and 243 output a pulse signal having substantially the same phase all at once according to the timing when the synchronization pulse is input from the control circuit 260. .
  • the substantially identical phase values are stored in the control circuit 260 in advance. As a result, uniform ultrasonic waves can be emitted to the washing tub 220a through the piezoelectric elements 231, 232, 233, and the vibration plate 220b, and the generated sound pressure unevenness is eliminated. Since the particles can be removed reliably, the force S prevents the occurrence of unevenness in ultrasonic cleaning.
  • the phase is adjusted with a synchronous noise at regular intervals after oscillation starts, it occurs due to errors between crystal oscillators that generate noise in each oscillator.
  • the phase difference between the output cannula signals can be corrected, it is possible to always suppress the unevenness of the sound pressure, thereby more reliably preventing the occurrence of the unevenness in the ultrasonic cleaning. It is also possible to output a synchronization noise at the start of the operation of the oscillators 241, 242, and 243 to align the phases of the output signals of these oscillators.
  • the cleaning tank 220a is in the processing unit (not shown) of the ultrasonic cleaning device 210, and the vibrators 241, 242, and 243 are in the control part (not shown) of the ultrasonic cleaning device 210.
  • the control circuit 260 is arranged separately from the oscillators 241, 242, and 243 in the operation panel unit and CPU BOX (not shown) of the ultrasonic cleaning device 210.
  • the control circuit 260 outputs a frequency value, a power setting value signal, an oscillation start timing pulse, and a synchronization pulse to the oscillators 241, 242, and 243.
  • the control circuit 260 generates a larger amount of power than these signals.
  • the functions of the required oscillators 241, 242, and 243 are not provided.
  • the control circuit 260 and the oscillators 241, 242, and 243 are separated. For this reason, when the number of piezoelectric elements is increased or decreased, it is not necessary to increase or decrease in accordance with the number of piezoelectric elements. It is possible to control a plurality of oscillators after increase and decrease by one control circuit 260 to excite a plurality of piezoelectric elements. it can.
  • the piezoelectric elements 231, 232, 233 and the oscillators 241, 242, 243 have a one-to-one correspondence, there are changes in the cleaning conditions (for example, changing the ultrasonic wave to be excited, changing the cleaning time). Even so, the piezoelectric elements 231, 232, 233 can always be sufficiently excited. In contrast, when a plurality of piezoelectric elements are excited by a single oscillator, sufficient excitation becomes difficult as the number of piezoelectric elements increases.
  • FIG. 6 is a timing chart showing a synchronization node from the control circuit 260 and an output signal from the signal generation circuit according to a modification of the third embodiment.
  • Fig. 6 (a) is the waveform of the sync pulse output from the control circuit 260, (b) is the signal generation circuit with FM modulation, output signals from 241a, 242a and 243a, and (c) is with AM modulation Output signals from the signal generation circuits 241a, 242a, and 243a.
  • a modulated signal is output from the signal generation circuits 241a, 242a, and 243a.
  • the modulation is shown in Fig. 6 (b).
  • FM modulation frequency modulation
  • AM modulation amplitude modulation
  • the signals output from the signal generation circuits 241a, 242a, and 243a are synchronized with the synchronization noise from the control circuit 260 at an appropriate timing according to the type of modulation.
  • FM modulation for example, as shown in Fig. 6 (b)
  • by synchronizing at an appropriate timing according to the type of modulation such as when synchronizing at the lowest frequency, even when the phase is approximately the same, by synchronizing at a different frequency, Eventually, it is possible to prevent the occurrence of uneven cleaning.
  • phase difference range allowed for each signal generation circuit 241a, 242a, 243a force, and their outputs may be 5 degrees to +5 degrees as in the third embodiment. preferable.
  • the phase difference range allowed for the output from each power amplifier circuit 241b, 242b, 243b is preferably -45 degrees to +45 degrees.
  • the signal When the output from the signal generation circuits 241a, 242a, and 243a is AM-modulated, for example, as shown in FIG. 6 (c), the signal must be synchronized with the synchronization pulse from the control circuit 260 at the smallest amplitude. Can be synchronized with other force S. For example, by synchronizing at an appropriate timing according to the type of modulation as in the case of synchronization at the smallest amplitude, even when the phases are approximately the same, by synchronizing at a timing with different amplitudes, Eventually, it is possible to prevent the occurrence of uneven cleaning.
  • the phase difference range allowed for the output from each signal generation circuit 241a, 242a, 243a is -5 degrees to +5 degrees, and each power
  • the phase difference range allowed for the outputs from the amplifier circuits 241b, 242b, and 243b is preferably 45 degrees to +45 degrees.
  • FIG. 7 is a partial cross-sectional view showing the configuration of the ultrasonic cleaning apparatus 212 according to the fourth embodiment.
  • An ultrasonic cleaning device 212 shown in FIG. 7 includes piezoelectric elements 231 232 233, an oscillator 241 242 243, and a control circuit 260 in the same manner as the ultrasonic cleaning device 210 of the third embodiment, and further performs cleaning.
  • a tank 222 and an indirect tank 224a are provided.
  • the cleaning tank 222 can use a well-known one made of quartz, for example, and contains a cleaning liquid 221 (for example, pure water, chemical liquid) in the cleaning tank 221.
  • a cleaning liquid 221 for example, pure water, chemical liquid
  • the object to be cleaned held in the holding means (not shown) is immersed.
  • the oscillator 241 242 243 includes signal generation circuits 241a 242a and 243a, and power amplification circuits 241b 242b and 243b, respectively.
  • the indirect tank 224a contains a medium for vibration propagation (for example, water, elastic material, SUS (stainless steel), PVDF (polyvinylidene fluoride), polytetrafluoroethylene (tetrafluoroethylene resin)) 2 25 Accommodate.
  • a cleaning tank 222 supported by support means (not shown) is disposed so that at least the bottom surface is in contact with the medium 225.
  • the indirect tank 224a is formed, for example, by molding polypropylene into a rectangular frame shape, and a stainless steel diaphragm 224b is bonded to the bottom surface thereof.
  • the piezoelectric elements 231 23 2 233 are bonded to the lower surface of the diaphragm 224b.
  • the indirect tank 224 is disposed between the cleaning tank 222 and the piezoelectric elements 231 232 233, the diaphragm 224b is damaged, the diaphragm 224b is contaminated, and the cleaning tank 222 is deteriorated.
  • the object to be cleaned can be prevented from being contaminated by the diaphragm 224b itself or the atmosphere.
  • Other operations, effects, and modifications are the same as in the third embodiment.
  • FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing a configuration of an ultrasonic cleaning apparatus according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a partial cross-sectional view showing a configuration of an ultrasonic cleaning apparatus according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a partial cross-sectional view showing a configuration of an ultrasonic cleaning apparatus according to a third embodiment of the present invention.
  • 4 A timing chart showing the phase difference range of the output signal from the signal generation circuit that can be allowed for the synchronous noise from the control circuit according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a timing chart showing a phase difference range of an output signal from a power amplifier circuit that can be allowed for a synchronization pulse from a control circuit according to a third embodiment of the present invention.
  • 6 A timing chart showing a synchronization node from the control circuit and an output signal from the signal generation circuit according to a modification of the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a partial cross-sectional view showing a configuration of an ultrasonic cleaning apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a partial cross-sectional view showing a configuration of a conventional ultrasonic cleaning apparatus.

Description

明 細 書
超音波洗浄装置
技術分野
[0001] 本発明は、複数の振動素子を振動させることにより、洗浄槽に収容された被洗浄物 を洗浄する超音波洗浄装置に関する。
背景技術
[0002] 洗浄槽内の洗浄液に浸された被洗浄物（例えば半導体ウェハ、ガラス基板）を、振 動素子の振動を用いて洗浄する超音波洗浄装置としては、例えば図 8に示す超音波 洗浄装置 410がある。ここで、図 8は、従来の超音波洗浄装置の構成を示す一部断 面図である。この超音波洗浄装置 410は、洗浄液 421を収容する洗浄槽 420aを備 え、この洗浄槽 420aの底面に接着された振動板 420bに取り付けられた複数の振動 素子 431、 432、 433に複数の発振器 441、 442、 443がそれぞれ接続されている。 発振器 441、 442、 443に (ま、電力を供給するための電原 451、 452、 453カそれぞ れ接続されている。この超音波洗浄装置 410においては、発振器 441、 442、 443に より振動素子 431、 432、 433を励振させて、洗浄槽 420aの洗浄液 421に浸漬され た被洗浄物に付着した微粒子を除去することができる。
[0003] 特許文献 1 :実開平 2— 4688号公報
特許文献 2 :実開昭 61— 143685号
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0004] しかしながら、上述の超音波洗浄装置 410では、複数の発振器 441、 442、 443を 互いに独立して作動させて振動素子 431、 432、 433を励振させていたため、振動 素子 431、 432、 433間に、音圧のムラが生じていた。このため、被洗浄物に付着し た微粒子の除去が不十分となり、洗浄ムラが発生していた。
[0005] そこで本発明は、複数の振動素子間の音圧ムラを解消し、微粒子の除去率を向上 し、洗浄ムラのない超音波洗浄装置を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段 [0006] 上記課題を解決するために、本発明の超音波洗浄装置においては、被洗浄物と洗 浄液を収容する洗浄槽と、洗浄槽に取り付けられた複数の振動素子と、複数の振動 素子にそれぞれ接続され、複数の振動素子を励振する複数の発振器と、複数の発 振器に接続され、複数の発振器が複数の振動素子に対して同一位相の信号を出力 するように、複数の発振器を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。
[0007] 本発明の超音波洗浄装置において、複数の発振器は、制御部から出力された同 期ノ ルスによってタイミングを合わせた同一位相の信号を出力することを特徴とする
[0008] 本発明の超音波洗浄装置において、複数の発振器は、その動作状態に拘わらず、 制御部から出力された同期ノ ルスによってタイミングを合わせた同一位相の信号を 出力することを特徴とする。
[0009] 本発明の超音波洗浄装置にお!/、て、複数の発振器は周波数制御回路を備え、周 波数制御回路は、制御部が複数の発振器に対して出力する発振周波数値にしたが つた周波数を備えた信号を生成し、この信号を制御部が複数の発振器に対して出力 する同期ノ レスによってタイミングを合わせた同一位相の信号として、複数の振動素 子のそれぞれに対して出力することを特徴とする。
[0010] 本発明の超音波洗浄装置において、制御部は、発振器に対して、振動素子への信 号の出力を開始させるための発振開始タイミングパルスを出力することを特徴とする
[0011] 本発明の超音波洗浄装置において、同期ノ ルスによってタイミングを合わせて出 力される信号の位相はゼロ度で同一であることを特徴とする。
[0012] 本発明の超音波洗浄装置において、振動素子は圧電素子であることを特徴とする
[0013] 本発明の超音波洗浄装置において、超音波洗浄装置は、振動伝搬用の媒体と、 少なくとも媒体に接するように配置された洗浄槽と、を収容し、複数の振動素子が取り 付けられた間接槽を備えることを特徴とする。
[0014] 本発明の超音波洗浄装置において、複数の発振器は電力増幅回路を備え、電力 増幅回路は、制御部が複数の発振器に対して出力する電力設定値信号にしたがつ て、複数の振動素子のそれぞれに対する出力信号の振幅を増幅することを特徴とす
[0015] また、本発明の超音波洗浄装置は、被洗浄物と洗浄液を収容する洗浄槽と、洗浄 槽に取り付けられた複数の振動素子と、複数の振動素子にそれぞれ接続され、複数 の振動素子を励振する複数の発振器と、複数の発振器に接続され、複数の発振器 が複数の振動素子に対して略同一位相の信号を出力するように、複数の発振器を制 御する制御部と、を備えることを特徴として!/、る。
[0016] 本発明の超音波洗浄装置において、複数の発振器は、制御部から出力された同 期ノ ルスによってタイミングを合わせた位相の信号を出力し、複数の発振器が出力 する信号の位相差は 45度から + 45度の範囲内にあることを特徴とする。
[0017] 本発明の超音波洗浄装置において、複数の発振器は信号生成回路をそれぞれ備 え、信号生成回路のそれぞれが生成する信号の位相差は 5度から + 5度の範囲内 にあることを特徴とする。
[0018] 本発明の超音波洗浄装置において、信号生成回路が生成する信号は FM変調波 であることを特徴とする。
[0019] 本発明の超音波洗浄装置において、 FM変調波は、最も低い周波数において、制 御部から出力された同期ノ レスと同期していることを特徴とする。
[0020] 本発明の超音波洗浄装置において、信号生成回路が生成する信号は AM変調波 であることを特徴とする。
[0021] 本発明の超音波洗浄装置において、 AM変調波は、最も小さい振幅において、制 御部から出力された同期ノ レスと同期していることを特徴とする。
発明の効果
[0022] 本発明においては、制御部により、複数の発振器が複数の振動素子に対して同一 位相又は略同一位相の信号を出力するように制御されているため、複数の振動素子 力、ら均一の超音波を放出することができ、これにより音圧のムラが無くなり、被洗浄物 に付着した微粒子を確実に除去することができ、その結果、超音波洗浄におけるムラ の発生を防止することができる。
[0023] 制御部は、周波数値（例えば、 100kHz、 1MHzという周波数のデータ）、電力設 定値信号、発振開始タイミングパルス、及び同期パルスを発振器に出力するものであ つて、これらの信号よりも大きな電力を要する発振器の機能は備えていない。また、 制御部と発振器は別体としている。このため、振動素子を増減する場合に、振動素子 の数に合わせて増減する必要がなぐ 1つの制御回路 60で増減後の複数の発振器 を制御して複数の振動素子を励振することができる。
[0024] また、制御部を、超音波洗浄装置本体と別個に設けると、例えばクリーンルームに 配置した超音波洗浄装置を、クリーンルーム外の部屋に配置した制御部により制御 すること力 Sでき、作業効率を向上させることができ、クリーンルームで行う製造環境の 管理上好ましい。さらに、制御部に複数の超音波洗浄装置の発振器の制御を行わせ ることもでき、これによりさらに作業 ¾]串を向上させることカできる。
[0025] さらにまた、制御部は、発振器の動作状態に拘わらず、同期ノ ルスを出力すること ができる。このため、複数の発振器の動作開始時に同期ノ レスを出力してこれらの 発振器の出力信号の位相を揃えることができるだけでなぐ複数の発振器がすでに 動作中の場合や、動作中の発振器と停止中の発振器が混在している場合に、これら の発振器に対して同期パルスを出力して、出力信号の位相を揃えることもできる。こ れにより、複数の発振器が動作している間は、これらの発振器力もの出力信号を、常 に同一の位相又は略同一の位相とすることができ、洗浄ムラの防止をより確実に実現 すること力 Sでさる。
[0026] さらに、振動素子と発振器を 1対 1に対応させているため、洗浄条件の変更（例えば 励振する超音波の変更、洗浄時間の変更）があったとしても、常に振動素子を十分 に励振させること力でさる。
発明を実施するための最良の形態
[0027] 以下、本発明にかかる実施形態を図面を参照しつつ詳しく説明する。
第 1実施形態に係る超音波洗浄装置 10は、図 1に示すように、洗浄槽 20a'振動板 20bと、圧電素子（振動素子） 31、 32、 33と、発振器 41、 42、 43と、制御回路 (制御 部） 60と、を備える。この超音波洗浄装置 10によれば、制御回路 60の制御により、圧 電素子 31、 32、 33を励振するために発振器 41、 42、 43から出力される信号の位相 の同期をとることができ、これにより圧電素子 31、 32、 33から被洗浄物に対して発せ られる超音波を均一とし、被洗浄物に付着した微粒子を確実に除去することができる 。ここで、図 1は、第 1実施形態に係る超音波洗浄装置 10の構成を示す一部断面図 である。
[0028] 洗浄槽 20aは、例えば石英製の周知のものを使用することができ、その内部に洗浄 液 21 (例えば、純水、薬液)を収容し、この洗浄液 21に、保持手段（不図示）に保持 された被洗浄物が浸漬される。
[0029] 洗浄槽 20aの底面には振動板 20bが接着されており、この振動板 20bの下面には 、板状セラミック製の圧電素子（振動素子） 31、 32、 33の上面がそれぞれ接着固定さ れている。圧電素子 31、 32、 33は、被洗浄物の洗浄効果を考慮した間隔、例えば 0 . ；!〜 0. 2mmで、互いに離間して配置される。圧電素子の種類及び個数は任意に 定めることができる力 S、洗浄槽 20aの大きさ、洗浄に必要な振動量を考慮することが 好ましい。振動素子としては、板状、セラミック製以外の圧電素子や、圧電素子以外 の素子を用いることもできる。
[0030] 圧電素子 31、 32、 33には、これら圧電素子 31、 32、 33を所定の周波数（例えば 1 8kHz〜； 10MHz)で励振する発振器 41、 42、 43がそれぞれ接続されている。発振 器 41、 42、 43は、周波数制御回路及び電力増幅回路（いずれも不図示）をそれぞ れ備える。また、発振器 41、 42、 43には、これらに電力を供給するための商用電源 5 1、 52、 53カそれぞれ接続されてレヽる。発振器 41、 42、 43(ま、圧電素子 31、 32、 3 3に対して、同一の周波数'位相 ·振幅 ·波形を備えたノ ルス信号を出力する。
[0031] 制御部としての制御回路 60は、発振器 41、 42、 43が圧電素子 31、 32、 33に対し て同一位相の信号を出力するように、発振器 41、 42、 43を制御するものである。この ために、制御回路 60は、発振器 41、 42、 43に対して、周波数値、電力設定値信号 、発振開始タイミングパルス、及び同期ノ レスを出力する。なお、制御回路 60は、発 振器 41、 42、 43からのフィードバック信号に基づいて発振器 41、 42、 43を制御する とレ、う動作は行う必要がな!、が、このような制御を行うことのできる制御回路とすること もできる。
[0032] 発振器 41、 42、 43の周波数制御回路は、制御回路 60から各発振器へ出力された 周波数値にしたがった周波数（例えば 18kHz〜； 10MHz)を備えたパルス信号を生 成する。このノ レス信号は、発振器 41、 42、 43の電力増幅回路により、電力設定値 信号にしたがって、圧電素子 31、 32、 33を励振するために必要な振幅に増幅され て、対応する圧電素子に対して出力される。
[0033] 発振器 41、 42、 43は、停止状態において、制御回路 60から発振開始タイミングパ ノレスが入力されると、そのタイミングに合わせて圧電素子 31、 32、 33へ励振のため のパルス信号の出力を開始する。これにより、発振器 41、 42、 43から出力されるパ ノレス信号は、位相が同一となる。このため、圧電素子 31、 32、 33から洗浄槽 20aへ 均一の超音波を放出することができ、これにより発生する音圧にはムラが無ぐ被洗 浄物に付着した微粒子を確実に除去することができ、その結果、超音波洗浄におけ るムラの発生を防止することができる。なお、発振開始タイミングパルスが入力される までは、発振器 41、 42、 43は、周波数値及び電力設定値信号にしたがったノ ルス 信号を出力開始可能なスタンバイ状態となっている。
[0034] 発振器 41、 42、 43は、その動作状態に拘わらず、制御回路 60から同期パルスが 入力されると、そのタイミングに合わせて一斉に位相が同一（例えばゼロ度）のノ ルス 信号を出力する。同一とする位相の値は、あらかじめ制御回路 60に記憶させてある。 これにより圧電素子 31、 32、 33から振動板 20bを介して洗浄槽 20aへ均一の超音波 を放出することができ、発生する音圧のムラがなくなり、被洗浄物に付着した微粒子 を確実に除去することができるため、超音波洗浄におけるムラの発生を防止すること 力 Sできる。とくに、発振開始後、一定時間ごとに同期ノ レスによって位相を調整すると 、各発振器においてノ ルスを発生する水晶振動子間の誤差に起因して発生する、出 カノ ルス信号間の位相差を修正することができるため、音圧のムラを常時抑止するこ とができ、これにより超音波洗浄におけるムラの発生をより確実に防止することができ る。また、発振器 41、 42、 43の動作開始時に同期ノ ルスを出力してこれらの発振器 の出力信号の位相を揃えることもできる。
[0035] ここで、例えば、洗浄槽 20aを超音波洗浄装置 10の処理部（不図示）内に、発振器 41、 42、 43を超音波洗浄装置 10の制御部分（不図示）内に、それぞれ配置するとと もに、制御回路 60を、超音波洗浄装置 10の操作パネル部や CPU BOX (不図示） 内に、発振器 41、 42、 43とは別体で、配置する。 [0036] また、制御回路 60は、周波数値、電力設定値信号、発振開始タイミングパルス、及 び同期パルスを発振器 41、 42、 43に出力するものであって、これらの信号よりも大き な電力を要する発振器 41、 42、 43の機能は備えていない。また、制御回路 60と発 振器 41、 42、 43は別体としている。このため、圧電素子を増減する場合に、圧電素 子の数に合わせて増減する必要がなぐ 1つの制御回路 60で増減後の複数の発振 器を制御して複数の圧電素子を励振することができる。
[0037] さらに、圧電素子 31、 32、 33と発振器 41、 42、 43を 1対 1に対応させているため、 洗浄条件の変更（例えば励振する超音波の変更、洗浄時間の変更）があったとしても 、常に圧電素子 31、 32、 33を十分に励振させることができる。これに対して、 1つの 発振器で複数の圧電素子を励振する場合、圧電素子が増加するにしたがって十分 な励振が困難となる。
[0038] つづいて、本発明の第 2実施形態について図 2を参照しつつ説明する。第 2実施形 態においては、間接槽 24aを設けた点が第 1実施形態と異なる。その他の構成は第 1 実施形態と同様であって、同じ部材については同じ参照符号を使用し、詳細な説明 は省略する。ここで、図 2は、第 2実施形態に係る超音波洗浄装置 12の構成を示す 一部断面図である。
[0039] 図 2に示す超音波洗浄装置 12は、第 1実施形態の超音波洗浄装置 10と同様に圧 電素子 31、 32、 33、発振器 41、 42、 43、及び制御回路 60を備え、さらに、洗浄槽 2 2と、間接槽 24aと、を備える。洗浄槽 22は、超音波洗浄装置 10と同様に、例えば石 英製の周知のものを使用することができ、その内部に洗浄液 21 (例えば、純水、薬液 )を収容し、この洗浄液 21に、保持手段（不図示）に保持された被洗浄物が浸漬され
[0040] 間接槽 24aは、振動伝播用の媒体 (例えば水、弾性物質、 SUS (ステンレス鋼）、 P VDF (ポリフッ化ビニリデン）、ポリテトラフルォロエチレン（4フッ化工チレン樹脂）） 25 を収容する。この間接槽 24a内には、少なくとも底面が媒体 25に接するように支持手 段（不図示）によって支持された洗浄槽 22が配設されている。間接槽 24aは、例えば ポリプロピレンを矩形枠状に成型してなり、その底面には、ステンレス鋼製の振動板 2 4bが接着されている。この振動板 24bの下面には、圧電素子 31、 32、 33が接着さ れている。このように、洗浄槽 22と圧電素子 31、 32、 33との間に間接槽 24を配置す ると、振動板 24bが破損した場合、振動板 24bが汚染された場合、及び洗浄槽 22が 劣化した場合に、振動板 24b自体又は雰囲気によって被洗浄物が汚染されることを 防止すること力 Sできる。なお、その他の作用、効果、変形例は第 1実施形態と同様で ある。
[0041] 次に、第 3実施形態について、図 3から図 5を参照しつつ詳しく説明する。
第 3実施形態に係る超音波洗浄装置 210は、図 3に示すように、洗浄槽 220& ·振 動板 220bと、圧電素子（振動素子） 231、 232、 233と、発振器 241、 242、 243と、 制御回路 (制御部） 260と、を備える。この超音波洗浄装置 210によれば、制御回路 260の制卸により、圧電素子 231、 232、 233を励振するために発振器 241、 242、 2 43から出力される信号のタイミングを合わせることができ、これにより圧電素子 231、 232、 233から被洗浄物に対して発せられる超音波を均一とし、被洗浄物に付着した 微粒子を確実に除去することができる。ここで、図 3は、第 3実施形態に係る超音波洗 浄装置 210の構成を示す一部断面図である。
[0042] 洗浄槽 220aは、例えば石英製の周知のものを使用することができ、その内部に洗 浄液 221 (例えば、純水、薬液）を収容し、この洗浄液 221に、保持手段（不図示）に 保持された被洗浄物が浸漬される。
[0043] 洗浄槽 220aの底面には振動板 220bが接着されており、この振動板 220bの下面 には、板状セラミック製の圧電素子（振動素子） 231、 232、 233の上面がそれぞれ 接着固定されている。圧電素子 231、 232、 233は、被洗浄物の洗浄効果を考慮し た間隔、例えば 0.；!〜 0. 2mmで、互いに離間して配置される。圧電素子の種類及 び個数は任意に定めることができる力 洗浄槽 220aの大きさ、洗浄に必要な振動量 を考慮することが好ましい。振動素子としては、板状、セラミック製以外の圧電素子や 、圧電素子以外の素子を用いることもできる。
[0044] 圧電素子 231、 232、 233には、これら圧電素子 231、 232、 233を所定の周波数（ 例えば 18kHz〜； 10MHz)で励振する発振器 241、 242、 243がそれぞれ接続され ている。
[0045] 発振器 241、 242、 243は、信号生成回路 241a、 242a, 243a,及び、電力増幅 回路 241b、 242b, 243bをそれぞれ備える。また、発振器 241、 242、 243ίこ (ま、こ れらに電力を供給するための商用電源 251、 252、 253がそれぞれ接続されている。 発振器 241、 242、 243 (ま、圧電素子 231、 232、 233ίこ対して、同一の周波数'振 幅 ·波形、及び略同一の位相を備えたパルス信号を出力する。
[0046] 制御部としての制御回路 260は、発振器 241、 242、 243が圧電素子 231、 232、 233に対して略同一位相の信号を出力するように、発振器 241、 242、 243を制御す るものである。このために、制御回路 260は、発振器 241、 242、 243に対して、周波 数値、電力設定値信号、発振開始タイミングパルス、及び同期ノ ルスを出力する。な お、制御回路 260は、発振器 241、 242、 243からのフィードバック信号に基づいて 発振器 241、 242、 243を制御するという動作は行う必要がないが、このような制御を fiうことのでさる制卸回路とすることあでさる。
[0047] 発振器 241、 242、 243の信号生成回路 241a、 242a, 243aは、制卸回路 260力、 ら各発振器へ出力された周波数値にしたがった周波数 (例えば 18kHz〜； 10MHz) を備えたパルス信号を生成する。このノ ルス信号は、発振器 241、 242、 243の電力 増幅回路 241b、 242b, 243bにより、電力設定値信号にしたがって、圧電素子 231 、 232、 233を励振するために必要な振幅に増幅されて、対応する圧電素子 231、 2 32、 233に対してそれぞれ出力される。
[0048] 上述のように、発振器 241、 242、 243は、制御回路 260によって、略同一位相の 信号を出力する。ここに言う略同一位相の信号とは、各信号生成回路 241a、 242a, 243aからの出力については、図 4に示すような、位相差が— 5度から + 5度の範囲内 にあることが好ましい。この範囲を許容することにより、信号生成回路 241a、 242a, 2 43a間に信号出力タイミングの誤差があり、当該誤差に引きずられて、圧電素子 231 、 232、 233に印加する信号の位相にも誤差がある場合であっても、前記各信号生 成回路 241a、 242a, 243aからの出力の位相差が— 5度から + 5度の範囲内であれ ば、各圧電素子 231、 232、 233から発せられる超音波間の位相差が超音波洗浄に 対して影響を与えるものではなく、音圧のムラ無く超音波を放出させることができるも のであり、被洗浄物に付着した微粒子を確実に除去することができ、その結果、超音 波洗浄におけるムラの発生を防止することができる。超音波洗浄における洗浄ムラの 発生は、逆位相の超音波同士の衝突により、超音波が互いに相殺されて音圧のムラ 力 S生じることに起因するものである。当該洗浄ムラの発生は、超音波同士の位相差が 、 90度以上から 270度以下となる場合に生じ易いものであって、超音波同士の位相 差が 180度の場合に完全な逆位相となるため、洗浄ムラの発生が最も大きくなるもの である。この場合、前記各信号生成回路 241a、 242a, 243aからの出力の位相差が 5度から + 5度の範囲内とすることにより、後述する電力増幅回路 241b、 242b, 2 43bからの出力を、位相差が 45度から + 45度の範囲内とすることが可能であり、 超音波同士の位相差を 90度以内（-45度から + 45度の範囲内）とすることが可能 である。ここで、図 4は、制御回路 260からの同期ノ レスに対して許容され得る、信号 生成回路 241a、 242a, 243aからの出力信号の位相差範囲を示すタイミングチヤ一 トであって、横軸に時間、縦軸に振幅をとつている。図 4 (a)は制御回路 260から出力 される同期パルスの波形を、図 4 (b)〜（d)は各信号生成回路 241a、 242a, 243a 力、らの出力信号の位相の例をそれぞれ示している。図 4 (b)は同期ノ ルスの立ち上 力 Sりタイミング（点線）に合わせた位相、（c)は同期ノ ルスに対して + 5度だけ進んだ 位相、（d)は同期ノ ルスに対して 5度だけ遅れた位相（一 5度の位相）、をそれぞれ示 す。
また、発振器 241、 242、 243から出力する略同一位相の信号とは、電力増幅回路 241b, 242b, 243b力、らの出力については、図 5に示すような、位申目差力ー 45度力、 ら + 45度の範囲内にあることが好ましい。この範囲内であれば、電力増幅回路 241b 、 242b, 243b間に信号出力タイミングの誤差 (位相差）があったとしても、各圧電素 子 231、 232、 233から発せられる超音波間の位相差が超音波洗浄に対して影響を 与えるものではなぐ音圧のムラ無く超音波を放出させることができるものであり、被洗 浄物に付着した微粒子を確実に除去することができ、その結果、超音波洗浄におけ るムラの発生を防止することができる。前述の通り、超音波洗浄における洗浄ムラの 発生は、逆位相の超音波同士の衝突により、超音波が互いに相殺されて音圧のムラ 力 S生じることに起因するものである。当該洗浄ムラの発生は、超音波同士の位相差が 、 90度以上から 270度以下となる場合に生じ易いものであって、超音波同士の位相 差が 180度の場合に完全な逆位相となるため、洗浄ムラの発生が最も大きくなるもの であり、電力増幅回路 241b、 242b , 243bからの出力を、位相差が— 45度から + 4 5度の範囲内とすることにより、超音波同士の位相差を 90度以内（一 45度から + 45 度の範囲内）として、音圧ムラの発生から起因する洗浄ムラを防止することが可能で ある。ここで、図 5は、制御回路 260からの同期ノ レスに対して許容され得る、電力増 幅回路 241b、 242b, 243bからの出力信号の位相差範囲を示すタイミングチャート であって、横軸に時間、縦軸に振幅をとつている。図 5 (a)は制御回路 260から出力 される同期パルスの波形を、図 5 (b)〜（d)は各電力増幅回路 241b、 242b , 243b 力、らの出力信号の位相の例をそれぞれ示している。図 5 (b)は同期ノ ルスの立ち上 力 Sりタイミング（点線）に合わせた位相、（c)は同期ノ ルスに対して + 45度だけ進んだ 位相、（d)は同期ノ ルスに対して 45度だけ遅れた位相（一 5度の位相）、をそれぞれ 示す。
[0050] 発振器 241、 242、 243は、停止状態において、制御回路 260から発振開始タイミ ングパルスが入力されると、そのタイミングに合わせて圧電素子 231、 232、 233へ励 振のためのパルス信号の出力を開始する。これにより、発振器 241、 242、 243から 出力されるパルス信号は、位相が略同一となる。このため、圧電素子 231、 232、 23 3から洗浄槽 220aへ均一の超音波を放出することができ、これにより発生する音圧 にはムラが無ぐ被洗浄物に付着した微粒子を確実に除去することができ、その結果 、超音波洗浄におけるムラの発生を防止することができる。なお、発振開始タイミング ノ ルスが入力されるまでは、発振器 241、 242、 243は、周波数値及び電力設定値 信号にしたがったノルス信号を出力開始可能なスタンバイ状態となっている。
[0051] 発振器 241、 242、 243は、その動作状態に拘わらず、制御回路 260から同期パル スが入力されると、そのタイミングに合わせて一斉に位相が略同一のノ ルス信号を出 力する。略同一とする位相の値は、あらかじめ制御回路 260に記憶させてある。これ により圧電素子 231、 232、 233力、ら振動板 220bを介して洗净槽 220aへ均一の超 音波を放出することができ、発生する音圧のムラがなくなり、被洗浄物に付着した微 粒子を確実に除去することができるため、超音波洗浄におけるムラの発生を防止する こと力 Sでさる。とくに、発振開始後、一定時間ごとに同期ノ レスによって位相を調整す ると、各発振器においてノ ルスを発生する水晶振動子間の誤差に起因して発生する 、出カノ ルス信号間の位相差を修正することができるため、音圧のムラを常時抑止す ることができ、これにより超音波洗浄におけるムラの発生をより確実に防止することが できる。また、発振器 241、 242、 243の動作開始時に同期ノ ルスを出力してこれら の発振器の出力信号の位相を揃えることもできる。
[0052] ここで、例えば、洗浄槽 220aを超音波洗浄装置 210の処理部（不図示）内に、発 振器 241、 242、 243を超音波洗浄装置 210の制御部分（不図示）内に、それぞれ 配置するとともに、制御回路 260を、超音波洗浄装置 210の操作パネル部や CPU BOX (不図示）内に、発振器 241、 242、 243とは別体で、配置する。
[0053] また、制御回路 260は、周波数値、電力設定値信号、発振開始タイミングパルス、 及び同期パルスを発振器 241、 242、 243に出力するものであって、これらの信号よ りも大きな電力を要する発振器 241、 242、 243の機能は備えていない。また、制御 回路 260と発振器 241、 242、 243は別体としている。このため、圧電素子を増減す る場合に、圧電素子の数に合わせて増減する必要がなぐ 1つの制御回路 260で増 減後の複数の発振器を制御して複数の圧電素子を励振することができる。
[0054] さらに、圧電素子 231、 232、 233と発振器 241、 242、 243を 1対 1に対応させて いるため、洗浄条件の変更（例えば励振する超音波の変更、洗浄時間の変更）があ つたとしても、常に圧電素子 231、 232、 233を十分に励振させることができる。これ に対して、 1つの発振器で複数の圧電素子を励振する場合、圧電素子が増加するに したがって十分な励振が困難となる。
[0055] 次に、第 3実施形態の変形例について、図 6を参照しつつ説明する。なお、この変 形例は、上述の第 1実施形態及び第 2実施形態にも適用することができる。ここで、 図 6は、第 3実施形態の変形例に係る制御回路 260からの同期ノ レス、及び信号生 成回路からの出力信号を示すタイミングチャートである。図 6 (a)は制御回路 260から 出力される同期パルスの波形、（b)は FM変調した場合の信号生成回路 241 a、 242 a、 243aからの出力信号、（c)は AM変調した場合の信号生成回路 241a、 242a, 2 43aからの出力信号、をそれぞれ示している。
[0056] この変形例では、図 4又は図 5に示すような正弦波に代えて、変調した信号を信号 生成回路 241a、 242a, 243a力、ら出力している。変調としては、例えば、図 6 (b)に 示す FM変調 (周波数変調)や図 6 (c)に示す AM変調 (振幅変調）を挙げることがで きる。
[0057] 信号生成回路 241a、 242a, 243aから出力される信号は、制御回路 260からの同 期ノ ルスに対して、変調の種類に応じた適切なタイミングで同期をとる。 FM変調に おいては、例えば図 6 (b)に示すように、周波数が最も低いところで制御回路 260か らの同期ノ ルスに同期させることができる力、これ以外の周波数で同期させることもで きる。例えば、周波数が最も低いところで同期をとる場合の如ぐ変調の種類に応じた 適切なタイミングで同期をとることにより、位相が略同一であっても、周波数が異なる タイミングで同期をとることにより、結局、洗浄ムラが生じてしまうことが防止可能である 。このように FM変調した場合においても、各信号生成回路 241a、 242a, 243a力、ら の出力に許容される位相差範囲は、第 3実施形態と同様に 5度から + 5度であるこ とが好ましい。また、各電力増幅回路 241b、 242b, 243bからの出力に許容される 位相差範囲は、—45度から + 45度であることが好ましい。
[0058] 信号生成回路 241a、 242a, 243aからの出力が AM変調されている場合は、例え ば図 6 (c)に示すように振幅が最も小さいところで制御回路 260からの同期パルスに 同期させることができる力 S、これ以外の振幅で同期させることもできる。例えば、振幅 が最も小さいところで同期をとる場合の如ぐ変調の種類に応じた適切なタイミングで 同期をとることにより、位相が略同一であっても、振幅が異なるタイミングで同期をとる ことにより、結局、洗浄ムラが生じてしまうことが防止可能である。このように AM変調し た場合においても、 FM変調する場合と同様に、各信号生成回路 241a、 242a, 243 aからの出力に許容される位相差範囲は— 5度から + 5度、各電力増幅回路 241b、 242b, 243bからの出力に許容される位相差範囲は 45度から + 45度であることが 好ましい。
[0059] つづいて、本発明の第 4実施形態について図 7を参照しつつ説明する。第 4実施形 態においては、間接槽 224aを設けた点が第 3実施形態と異なる。その他の構成は第 3実施形態と同様であって、同じ部材については同じ参照符号を使用し、詳細な説 明は省略する。ここで、図 7は、第 4実施形態に係る超音波洗浄装置 212の構成を示 す一部断面図である。 [0060] 図 7に示す超音波洗浄装置 212は、第 3実施形態の超音波洗浄装置 210と同様に 圧電素子 231 232 233、発振器 241 242 243、及び制卸回路 260を備え、さら に、洗浄槽 222と、間接槽 224aと、を備える。洗浄槽 222は、超音波洗浄装置 210と 同様に、例えば石英製の周知のものを使用することができ、その内部に洗浄液 221 ( 例えば、純水、薬液)を収容し、この洗浄液 221に、保持手段（不図示）に保持された 被洗浄物が浸漬される。また、第 3実施形態と同様に、発振器 241 242 243は、 信号生成回路 241a 242a, 243a,及び、電力増幅回路 241b 242b, 243bをそ れぞれ備える。
[0061] 間接槽 224aは、振動伝播用の媒体 (例えば水、弾性物質、 SUS (ステンレス鋼）、 PVDF (ポリフッ化ビニリデン）、ポリテトラフルォロエチレン（4フッ化工チレン樹脂）） 2 25を収容する。この間接槽 224a内には、少なくとも底面が媒体 225に接するように 支持手段（不図示）によって支持された洗浄槽 222が配設されている。間接槽 224a は、例えばポリプロピレンを矩形枠状に成型してなり、その底面には、ステンレス鋼製 の振動板 224bが接着されている。この振動板 224bの下面には、圧電素子 231 23 2 233カ接着されている。このように、洗净槽 222と圧電素子 231 232 233との 間に間接槽 224を配置すると、振動板 224bが破損した場合、振動板 224bが汚染さ れた場合、及び洗浄槽 222が劣化した場合に、振動板 224b自体又は雰囲気によつ て被洗浄物が汚染されることを防止することができる。なお、その他の作用、効果、変 形例は第 3実施形態と同様である。
[0062] 本発明について上記実施形態を参照しつつ説明したが、本発明は上記実施形態 に限定されるものではなぐ改良の目的または本発明の思想の範囲内において改良 または変更が可能である。
図面の簡単な説明
[0063] [図 1]本発明の第 1実施形態に係る超音波洗浄装置の構成を示す一部断面図である
[図 2]本発明の第 2実施形態に係る超音波洗浄装置の構成を示す一部断面図である
[図 3]本発明の第 3実施形態に係る超音波洗浄装置の構成を示す一部断面図である 園 4]本発明の第 3実施形態に係る制御回路からの同期ノ レスに対して許容され得 る、信号生成回路からの出力信号の位相差範囲を示すタイミングチャートである。
[図 5]本発明の第 3実施形態に係る制御回路からの同期パルスに対して許容され得 る、電力増幅回路からの出力信号の位相差範囲を示すタイミングチャートである。 園 6]本発明の第 3実施形態の変形例に係る制御回路からの同期ノ^レス、及び信号 生成回路からの出力信号を示すタイミングチャートである。
[図 7]本発明の第 4実施形態に係る超音波洗浄装置の構成を示す一部断面図である
[図 8]従来の超音波洗浄装置の構成を示す一部断面図である。
符号の説明
10 超音波洗浄装置
12 超音波洗浄装置
20a 洗浄槽
24a 間接槽
31 圧電素子（振動素子)
32 圧電素子（振動素子)
33 圧電素子（振動素子)
41
42
43
60 制御回路 (制御部）
210 超音波洗浄装置
212 超音波洗浄装置
220a 洗浄槽
224a 間接槽
231 圧電素子（振動素子)
232 圧電素子（振動素子) 233 圧電素子 (振動素子)
241 発振器
241 a 信号生成回路
241b 電力増幅回路
242 発振器
242a 信号生成回路
242b 電力増幅回路
243 発 iK¾f
243a 信号生成回路
243b 電力増幅回路
260 制御回路 (制御部）

Claims

請求の範囲
[1] 被洗浄物と洗浄液を収容する洗浄槽と、
前記洗浄槽に取り付けられた複数の振動素子と、
前記複数の振動素子にそれぞれ接続され、前記複数の振動素子を励振する複数の 発振器と、
前記複数の発振器に接続され、前記複数の発振器が前記複数の振動素子に対して 同一位相の信号を出力するように、前記複数の発振器を制御する制御部と、 を備えること
を特徴とする超音波洗浄装置。
[2] 前記複数の発振器は、前記制御部から出力された同期ノ レスによってタイミングを 合わせた同一位相の信号を出力することを特徴とする請求項 1に記載の超音波洗浄 装置。
[3] 前記複数の発振器は、その動作状態に拘わらず、前記制御部から出力された同期 ノ ルスによってタイミングを合わせた同一位相の信号を出力することを特徴とする請 求項 1又は請求項 2に記載の超音波洗浄装置。
[4] 前記複数の発振器は周波数制御回路を備え、前記周波数制御回路は、前記制御 部が前記複数の発振器に対して出力する発振周波数値にしたがった周波数を備え た信号を生成し、この信号を前記制御部が前記複数の発振器に対して出力する同 期ノ ルスによってタイミングを合わせた同一位相の信号として、前記複数の振動素子 のそれぞれに対して出力することを特徴とする請求項 1乃至請求項 3のうち、いずれ 力、 1に記載の超音波洗浄装置。
[5] 前記制御部は、前記発振器に対して、前記振動素子への信号の出力を開始させる ための発振開始タイミングパルスを出力することを特徴とする請求項 1乃至請求項 4 のうち、いずれか 1に記載の超音波洗浄装置。
[6] 前記同期ノ ルスによってタイミングを合わせて出力される信号の位相はゼロ度で同 一であることを特徴とする請求項 1乃至請求項 5のうち、いずれ力、 1に記載の超音波 洗浄装置。
[7] 前記振動素子は圧電素子であることを特徴とする請求項 1乃至請求項 6のうち、い ずれか 1に記載の超音波洗浄装置。
[8] 前記超音波洗浄装置は、振動伝搬用の媒体と、少なくとも前記媒体に接するように 配置された前記洗浄槽と、を収容し、前記複数の振動素子が取り付けられた間接槽 を備えることを特徴とする請求項 1乃至請求項 7のうち、いずれか 1に記載の超音波 洗浄装置。
[9] 前記複数の発振器は電力増幅回路を備え、前記電力増幅回路は、前記制御部が 前記複数の発振器に対して出力する電力設定値信号にしたがって、前記複数の振 動素子のそれぞれに対する出力信号の振幅を増幅することを特徴とする請求項 1乃 至請求項 8のうち、 V、ずれか 1に記載の超音波洗浄装置。
[10] 被洗浄物と洗浄液を収容する洗浄槽と、
前記洗浄槽に取り付けられた複数の振動素子と、
前記複数の振動素子にそれぞれ接続され、前記複数の振動素子を励振する複数の 発振器と、
前記複数の発振器に接続され、前記複数の発振器が前記複数の振動素子に対して 略同一位相の信号を出力するように、前記複数の発振器を制御する制御部と、 を備えること
を特徴とする超音波洗浄装置。
[11] 前記複数の発振器は、前記制御部から出力された同期ノ ルスによってタイミングを 合わせた位相の信号を出力し、前記複数の発振器が出力する信号の位相差は 45 度から + 45度の範囲内にあることを特徴とする請求項 1に記載の超音波洗浄装置。
[12] 前記複数の発振器は信号生成回路をそれぞれ備え、前記信号生成回路のそれぞ れが生成する信号の位相差は 5度から + 5度の範囲内にあることを特徴とする請 求項 1又は請求項 2に記載の超音波洗浄装置。
[13] 前記信号生成回路が生成する信号は FM変調波であることを特徴とする請求項 12 に記載の超音波洗浄装置。
[14] 前記 FM変調波は、最も低い周波数において、前記制御部から出力された同期パ ノレスと同期していることを特徴とする請求項 13に記載の超音波洗浄装置。
[15] 前記信号生成回路が生成する信号は AM変調波であることを特徴とする請求項 12 に記載の超音波洗浄装置。
前記 AM変調波は、最も小さい振幅において、前記制御部から出力された同期パ ルスと同期していることを特徴とする請求項 15に記載の超音波洗浄装置。
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