JPH043667Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は100kHz以上の高周波発振による洗浄
が可能な超音波洗浄機に関するものである。

（従来の技術） 周知のように、超音波洗浄機は、洗浄液を収容
してなる洗浄槽と、該洗浄槽の底部等に配設され
る超音波振動板と、該超音波振動板を励振する超
音波発振器とを有している。

前記超音波振動板は一般に、ステンレス製の振
動基板に超音波振動子を接着固定したものからな
る。通常、該超音波振動板における振動基板の厚
みは、音響的損失を少なくするため、超音波発振
器の駆動発振信号によつて振動する該振動基板の
波長に比べ非常に小さく（約1/100以下）なるよ
うに考慮されている。

また、一般に、超音波振動板を効率的に共振振
動させるには長方形や正方形からなる前記振動基
板の一辺の長さを共振周波数の1/4波長以下の寸
法に形成することが必要とされている。

このように構成されている超音波振動板（超音
波振動子）へ超音波発振器から単一周波数の駆動
発振信号が印加され、超音波振動板で発生する超
音波を洗浄液中の被洗浄物へ照射することによつ
て該被洗浄物の洗浄が行われていた。

（考案が解決しようとする問題点） しかしながら上記従来の超音波洗浄機において
は、駆動発振信号の周波数を100kHz以上の高い
周波数に設定する場合には、振動基板は極めて薄
くなり、例えば、駆動周波数1MHzでは、板厚は
0.1mm以下となる。このように板厚が薄くなれば、
超音波振動板の機械的強度は弱くなり、洗浄槽の
底面に超音波振動板を装着した場合等において
は、その液圧により、超音波振動板が変形して、
振動基板に接着している超音波振動子が剥がれた
り、最悪の場合には、超音波振動板が破れてしま
うという問題がある。また、振動基板の板厚が薄
くなると超音波振動子を接着する際には該振動基
板が変形し易くなり、そのため、接着作業がやり
ずらくなるという問題がある。

もちろん、超音波振動板の機械的強度を増すた
めに、補強をしたり、超音波振動板の面積を小さ
くする等の措置を講じることも考えられるが、そ
うすると、補強部と補強部以外との間に振動むら
が生じるという弊害があり、また、超音波振動板
の面積を小さくすると洗浄液に伝達される振動エ
ネルギが小さくなつてしまう等の新たな弊害が発
生する。

また、従来の超音波振動板を100kHz以上の高
い周波数によつて駆動させる場合には、超音波振
動板の一辺の長さを1/4波長以下にすることはあ
まりにも小さくなり実用的でない。

そのため、一辺の長さを通常1/4波長以上にす
るが、そうすると特に厚板の場合には共振振動の
減衰が大きくなり効率的な超音波振動が達成でき
ないという問題があつた。

さらに、従来の装置においては、超音波振動板
を単一周波数の駆動発振信号によつて振動させる
ため、被洗浄物の多種類の汚れに対応できず、そ
の用途が制限されるという問題があつた。

本考案は上記従来の問題点を解決するためにな
されたものであり、その目的は、駆動周波数を高
い仕様とするにもかかわらず、機械的強度を強く
でき、効率的なむらのない振動エネルギを発生し
て多種類の汚れを洗浄することができる超音波洗
浄機を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 本考案は上記目的を達成するため次のように構
成されている。すなわち、本考案は、駆動発振信
号を出力する超音波発振器と；前記駆動発振信号
を受けて洗浄槽内の洗浄液中へ超音波を照射する
超音波振動板と；を具備する超音波洗浄機におい
て、前記超音波発振器は基本周波数およびその奇
数倍周波数のいずれの駆動発振信号をも出力可能
な超音波発振器からなり、また、超音波振動板は
少なくとも一辺の長さが板厚方向の共振周波数に
おける1/4波長以上を有し、その板厚は前記共振
周波数のほぼ1/2波長の整数倍の厚さを有する超
音波洗浄機である。

（作用） 上記構成からなる本考案において、超音波振動
子を多周波発振器によつて励振した場合、超音波
振動板はその板厚が共振周波数のほぼ1/2波長の
整数倍に形成されているので、板厚が厚くなつて
もほぼ該超音波振動板の固有の共振周波数で振動
を行う。

さらに、超音波振動板の一辺の長さを共振周波
数の1/4波長以上に大きくしても超音波振動板は
前記の如くほぼ共振周波数で振動を行うので駆動
周波数信号によつて振動する超音波振動板の各部
の振動波の位相差はほとんど生じない。

このように、本考案の超音波振動板において
は、駆動周波数を高くしてもそれにつれて板厚を
薄くする必要はないので機械的強度を一定に維持
することが可能であり、高周波数による効率的な
振動エネルギを発生することが可能になる。

そして、超音波振動板の励振を必要に応じ基本
周波数（共振周波数のうちで１番小さい周波数）
とその所望の奇数倍周波数とに適宜切り換えて行
うことができるから、被洗浄物の種々の汚れを効
果的に洗浄することが可能となるものである。

（実施例） 以下、本考案の実施例を図面に基づいて説明す
る。第１図には本考案に係る超音波洗浄機の第１
の実施例を示す機械的構成図が示されており、ま
た第２図には各実施例に共通のブロツク構成図が
示されている。

図において、洗浄液１を収容する洗浄槽２の底
板３には開口４が設けられており、この開口部に
はパツキン５を介して本実施例において特徴的な
超音波振動板６がボルト７によつて取り付けら
れ、前記開口４が気密に閉鎖されている。

前記超音波振動板６は振動基板８に超音波振動
子９を接着剤１０によつて固定したものであり、
該超音波振動子９には多周波発振器１１から駆動
発振信号が印加され、該超音波振動子９の励振に
基づき、超音波振動板６から超音波を洗浄液１中
に照射するようになつている。

ところで、前記特徴的な超音波振動板６の振動
基板８、すなわち超音波振動板６の板厚ｔは、概
略駆動周波数（駆動発振信号の周波数）の1/2波
長の整数倍にしてある。

すなわち、 ｔ＝１／２λN ただし λ：波長 Ｎ：整数 この場合、駆動周波数は超音波振動板６の板厚
方向の振動（縦振動）の共振周波数に一致させる
から、前記板厚ｔは該共振周波数の1/2波長の整
数倍となる。

例えば、前記振動基板８の場合該振動基板８を
伝搬する超音波の音速は5100（ｍ／ｓ）であるの
で、駆動周波数を1MHzとすれば1/2波長は、2.55
mmとなるので、板厚ｔはその整数倍にする。

このような板厚に設定することにより、これを
1MHzで駆動した場合、振動基板８が共振するた
め、従来のように、波長の約1/100の板厚、つま
り板厚50μｍの振動基板を使用するよりも音響的
損失は少なくなる。

また、駆動周波数が高い場合においても、その
板厚を極端に薄くする必要がないので、機械的強
度を強く設計することが可能であり、したがつ
て、超音波振動子９の振動基板８への接着作業が
容易となり、また超音波振動板６が洗浄液の液圧
を受けて変形するという従来の弊害は完全に解消
される。

また、本実施例における振動基板８の形状が四
角形の場合、少なくとも一辺の長さは前記共振周
波数（駆動周波数）の1/4波長以上の寸法にして
ある。これに対し、薄板２の形状を円板形にした
場合はその直径を1/4波長以上の寸法に形成する。

本実施例の場合には前記の如く板厚が共振周波
数の1/2波長の整数倍に形成されるから、振動基
板８の少なくとも一辺の長さを1/4波長以上とし
ても共振振動することとなり、超音波振動板６の
各部における振動波もほとんど位相ずれを生じる
ことがなく、これにより、超音波振動板６から効
率的なかつ全面にわたつて一様な超音波振動を発
生することが可能となる。

したがつて、本実施例の超音波振動板６によれ
ば、従来例においては困難であつた100kHz以上
の高い周波数による高エネルギの超音波の発生が
可能となり、これにより、横振動の影響をほとん
ど受けない優れた洗浄効果を発揮することが可能
である。

ところで、本実施例における多周波発振器１１
は基本周波数（共振周波数のうちで一番小さい周
波数）₀を発振する発振回路と、該基本周波数₀
に対する所望の奇数倍周波数m₀（ｍは３以上の
奇数）を発振する発振回路とを有しており、多周
波発振器１１から出力される駆動発振信号の周波
数を手動、自動所望の方法により切り換え可能に
構成されている。したがつて、駆動発振信号の周
波数を切り換えることによつて、洗浄液１中の被
洗浄物（図示せず）には異なる周波数の超音波が
照射されることとなり、これにより、被洗浄物に
各種の汚れが付着していても、これを効率よく洗
浄することが可能となる。この場合、洗浄液１中
に基本周波数₀の偶数倍周波数を照射することも
考えられるが、その場合は高調波成分が洗浄効果
に悪影響を与えるので好ましくない。

前記奇数倍周波数の場合は高調波成分の悪影響
がなく、優れた洗浄効果が得られるのである。

第３図には、本考案に係る第２の実施例の構成
が示されている。本第２の実施例が前記第１の実
施例と異なることは、洗浄槽２の底板３に開口を
設けることをせず、該底板３に直接超音波振動子
９を接着固定したことである。本第２の実施例で
は底板３が振動基板８を兼ねることになり、した
がつて、超音波振動子９の固定部における底板３
の板厚は共振周波数の1/2波長の整数倍に形成さ
れ、また、その板厚部の少なくとも一辺の長さは
共振周波数の1/4波長以上に形成される。

このように、底板３を前記寸法形状の振動基板
８とすることにより、前記第１の実施例と同様
に、高周波数の駆動発振信号による効果的な超音
波洗浄を達成することができる。

第４図には、本考案に係る第３の実施例の構成
が示されている。本第３の実施例はいわゆる投込
式の超音波洗浄機に関するもので、洗浄槽２の洗
浄液１中に振動箱１２が投入されてなる。

該振動箱１２は気密な中空箱体１３と、該中空
箱体１３の内側から該中空箱体１３の上板１３ａ
に接着固定された超音波振動子９とからなる。

そして、中空箱体１３の側部にはケーブル導入
管１４が気密に接続されており、該ケーブル導入
管１４内に導入されたケーブル１５を利用して多
周波発振器１１から超音波振動子９へ駆動発振信
号が印加されるようになつている。

本第３の実施例においては中空箱体１３の上板
１３ａが振動基板８を兼ねており、該上板１３ａ
の超音波振動子固定部には前記第２の実施例の底
板３の場合と同様に、板厚が共振周波数の1/2波
長の整数倍となる所望の振動領域（少なくとも一
辺の長さが共振周波数の1/4波長以上となる領域）
が形成されている。

したがつて、本第３実施例の場合も、前記第１
の実施例および第２の実施例の各場合と同様に高
周波数の駆動発振信号による効果的な超音波洗浄
を達成することが可能である。

（考案の効果） 本考案は、以上説明したような構成と作用とを
有しているので、駆動周波数が低い場合はもちろ
ん、該駆動周波数100kHz以上の高い周波数とし
た場合においても、板厚を十分に厚くできる。

このため、超音波振動板の機械的強度が強くな
り、該超音波振動板が洗浄液の液圧等によつて異
常変形や破損を生じることがない。

また、このように異常変形や破損を生じないか
ら、超音波振動子の接着時においても、必要以上
に気を使うことがないので、その接着作業性も改
善できる。また、超音波照射時におこる超音波振
動板上のエロージヨンに対する寿命も非常に長く
できる。

また、本考案においては、超音波振動板の板厚
をその駆動周波数、すなわち、超音波振動板の共
振周波数に効率よく共振するように選定するた
め、板厚による振動抑制もなく、従来の薄板に比
べ音響的損失も少なくなる。しかも、多周波発振
器によつて基本周波数を有する駆動発振信号とそ
の奇数倍周波数を有する駆動発振信号とを任意に
切り換え出力できるので、被洗浄物を異なる周波
数の超音波により洗浄できることとなり、その洗
浄効果は極めて大きい。

さらに、超音波振動板の少なくとも一辺の長さ
を前記共振周波数の1/4波長以上にしても超音波
振動板の各部における振動波の位相づれがほとん
ど生じないから、効率的でかつ全面にわたつて一
様な振動波を発生させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係る第１の実施例の構成を示
す断面図、第２図は本考案に係る各実施例に共通
のブロツク構成図、第３図は本考案に係る第２の
実施例の構成を示す断面図、第４図は本考案に係
る第３の実施例の構成を示す断面図である。 １……洗浄液、２……洗浄槽、３……底板、４
……開口、５……パツキン、６……超音波振動
板、７……ボルト、８……振動基板、９……超音
波振動子、１０……接着剤、１１……多周波発振
器、１２……振動箱、１３……中空箱体、１３ａ
……上板、１４……ケーブル導入管、１５……ケ
ーブル。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 駆動発振信号を出力する超音波発振器と；前記
   駆動発振信号を受けて洗浄槽内の洗浄液中へ超音
   波を照射する超音波振動板と；を具備する超音波
   洗浄機において、前記超音波発振器は基本周波数
   およびその奇数倍周波数のいずれの駆動発振信号
   をも出力可能な多周波発振器からなり、また、超
   音波振動板は少くとも一辺の長さが板厚方向の共
   振周波数における1/4波長以上を有し、その板厚
   は前記共振周波数のほぼ1/2波長の整数倍の厚さ
   を有することを特徴とする超音波洗浄機。