JPH0739835A - 超音波洗浄槽 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 超音波洗浄槽内に発生する定在波による洗浄
むらと、洗浄時に被洗浄体に疵の発生することのない超
音波洗浄槽とする。 【構成】 洗浄槽２の底面に、超音波振動子１の振動周
波数による洗浄液３中に発生する音波の波長のほぼ１／
２波長の開口部と、ほぼ１／４波長の深さを有する半球
面状凹部４をほぼ一波長間隔に形成した超音波洗浄槽と
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超音波振動子により洗
浄液を加振して被洗浄体を超音波洗浄を行う際の洗浄液
の中の被洗浄体を収める超音波洗浄槽に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の超音波洗浄槽は図５に示すよう
な、底部が平坦な洗浄槽２の下部の裏面に超音波振動子
１を機械的にねじ止めし接続するか、樹脂により接着さ
れていた。

【０００３】従来の超音波洗浄槽では超音波振動子から
発生される超音波により、超音波洗浄槽の底面にほぼ平
行で、かつ超音波振動子を共振駆動する電気信号の周波
数と、洗浄液の音速に相当する間隔に、水等の洗浄液３
に洗浄槽の底面から或る間隔に定在波８が生じる。特に
単一周波数の超音波振動子を用いた場合には洗浄液中に
は深さ方向の波の位置による音圧の差が大きく、洗浄液
３中に生じた定在波８の音圧が高い山の部分では洗浄効
果を生ずるが、その他の部分の音圧の低い部分は音圧の
高い定在波の山の発生部分に比べ著しく洗浄効果が低下
し、洗浄効果が均一にならないという問題があり、洗浄
槽に被洗浄体を入れたままの時には洗浄にむらを生じ、
被洗浄体を一様に洗浄するため被洗浄体を洗浄液中で上
下に移動する必要があること、又音圧の強い部分で被洗
浄体に疵をつけてしまうという問題を生じていた。

【０００４】このため音圧の粗密の差を小さくするため
に、従来は複数の共振周波数をもつ異なる超音波振動子
を使用して、異なる周波数の超音波による定在波を洗浄
槽中に発生させるよう複数波長の超音波を加えるか、超
音波振動子に加える電気信号に周波数変調をかけるこ
と、また洗浄液中の粗密波の波長を短くするため、高周
波で駆動する超音波振動子を用いた超音波洗浄槽が用い
られていた。

【０００５】従来のこれらの洗浄装置の比較的低周波で
駆動される超音波洗浄槽では被洗浄体に洗浄むらが発生
しないように被洗浄体を上下に移動するため、超音波振
動子に加わる電力が大きくなり超音波振動子の寿命を短
くし、又、周波数変調をかけるものでは超音波振動子を
駆動する電気信号を供給する電源本体の回路構成が複雑
になり装置が高価になる等の問題があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は従来の単一周
波数で励振する超音波振動子を用いた超音波洗浄槽にお
いても、洗浄液に発生する超音波の音圧の粗密の差が小
さく、超音波洗浄槽内に発生する定在波の音圧の差が小
さい、洗浄効果にむらのない、又超音波洗浄時に被洗浄
体に傷をつけることのない超音波洗浄槽とすることにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、単一共振周波
数で加振される超音波洗浄槽の底部に洗浄槽中の洗浄液
中を伝播する音波の波長のほぼ１／４波長の深さと１／
２波長の複数の開口部を有する凹部を、凹部の間隔をほ
ぼ１波長にして洗浄槽の底面に形成するもので、加振す
る超音波振動子の上面の洗浄槽の底面に、相隣り合う凹
部の間隔がほぼ洗浄液の一波長になるよう配置形成する
か、平面と凹部の比をほぼ１：１の比に形成した超音波
洗浄槽とする。

【０００８】即ち本発明は、洗浄槽の裏面に超音波振動
子を取り付け、洗浄槽に洗浄液と被洗浄体を収め、被洗
浄体を超音波を用い洗浄するよう構成した超音波洗浄槽
において、洗浄槽の底面に超音波振動子の振動周波数に
対応する洗浄液の音波の波長のほぼ１／２波長の開口部
と、ほぼ１／４波長の深さを有する凹部を洗浄槽の底面
の面積に対し開口部がほぼ１／２を占めるよう形成して
なることを特徴とする超音波洗浄槽である。

【０００９】

【作用】超音波洗浄槽の底面に設けた凹部は、深さが洗
浄液の中を超音波が伝播する波長のほぼ１／４波長で、
凹部の開口部の径はほぼ１／２波長であり、隣り合う凹
部の平均距離はほぼ一波長になるよう交互に配置し、凹
部の開口部と洗浄槽の底面の平らな面の比をほぼ１：１
の比にする。

【００１０】洗浄液中の定在波は、通常波長の１／２波
長の位置に発生するので、超音波洗浄槽の底面の平らな
面から放射する音波で発生する定在波と、１／４波長の
凹部の底面から発生する定在波は互いに隣り合って混在
する形となり、又凹部の底面も完全に平ではなく曲面或
は段付きであるので音波の方向は完全に一方向とはなら
ず、散乱しており、従って、洗浄液中の音波の伝播は互
いにほぼ１／４波長だけ異なる波長の音波が混在し、従
来底面が平らな洗浄槽内に発生していた鋭い定在波の発
生が防止される。

【００１１】

【実施例】本発明の実施例を図面を用い説明する。図１
は本発明による超音波洗浄槽の一実施例を示し、図１の
（ａ）はその平面図で洗浄槽２の底面に設けた半球面状
凹部４の断面形状が半球状の場合で、図１の（ｂ）にそ
の断面図を示す。ステンレス板等で作られた洗浄槽２の
底面には超音波振動子１が取りつけられ、洗浄槽２の洗
浄液３の底面には石英ガラス板６の表面に蝕刻又は彫刻
等の手段により半球面状凹部４が形成されており、半球
面状凹部４を形成した石英ガラス板は洗浄槽の底面に樹
脂接着剤を用い接着されている。

【００１２】図２は図１の洗浄槽底面部分の部分拡大断
面図を示し、洗浄槽２の底面に半球面状凹部４を形成し
た石英ガラス板６が樹脂接着剤７により接着されてい
る。半球面状凹部４の開口部の直径４ａは超音波振動子
の振動周波数による洗浄液の振動波長のほぼ１／２波長
の長さに選択されており、半球面状凹部の深さ４ｂは洗
浄液中を伝播する超音波振動波長のほぼ１／４波長の長
さに選択され、半球面状凹部の占める合計面積は洗浄槽
底面の面積のほぼ１／２になるように作られている。

【００１３】洗浄槽底面の石英ガラス板６の超音波振動
の放射面に形成した半球面状凹部４は、隣り合う半球面
状凹部の間の中心距離は互いに振動周波数の１波長の長
さになるよう互いに開口部が正三角形になるよう配置し
た。実際の半球面状凹部４の配置を図１（ａ）に示す。

【００１４】半球面状凹部は本発明の実施例では１００
ＫＨｚで励振したとき、開口部の直径はほぼ１５．４ｍ
ｍ、深さはほぼ７．７ｍｍに、半球面状凹部間の中心距
離は、３０．８ｍｍの間隔に作られた。超音波洗浄槽を
励振する超音波振動子は厚さ２０ｍｍ、径６０ｍｍの圧
電振動板を用い、洗浄槽２の底面に樹脂により接着し
た。

【００１５】超音波振動子に１００ＫＨｚの電力を供給
して１００ＫＨｚ付近の厚み振動で励振し、振動子には
１０ワット／ｃｍ²の超音波の電力を供給し、洗浄液に
は水を用い、定在波の発生分布の調査は、厚さ５０μｍ
のアルミニウム箔を用い、洗浄液中の振動子面上に垂直
に設置し、数秒ないし１０数秒設置した時の超音波振動
による洗浄液中に発生するキャビテーションによって生
ずるアルミニウム箔面に生ずる穴の分布と数を読み取
り、定在波の発生位置と音圧レベルを評価した。音圧レ
ベルは一定時間の間のアルミニウム箔面に発生した穴の
数により決めた。

【００１６】測定結果を図４に示し、洗浄槽底面に凹部
のない平らな底面の時の定在波の最大値を示す音圧レベ
ルを１．０として基準化し、水槽底面からの距離と音圧
レベルで示す定在波の発生の状態を図に示す。図４に於
て、洗浄槽底面に凹部のない時の音圧レベルの底面から
の距離による最低最高値を実線Ｃで示し、洗浄槽底面に
半球面状凹部を形成した時の音圧レベルを破線Ａに示
す。

【００１７】図４に於て、一点鎖線Ｂで示す音圧レベル
は図３に示す洗浄槽底面に四角形状凹部を形成した時の
特性で、凹部開口部の面積と洗浄槽底面の平らな部分が
ほぼ１：１になるようにし、四角形状凹部５の一辺は洗
浄液の振動波長のほぼ１／２波長に、又四角形状凹部の
深さは洗浄液の音波の波長のほぼ１／４波長になるよう
に作られた。洗浄液が水の時、四角形状凹部の一辺の波
長は１５．４ｍｍ、凹部の深さは７．６ｍｍである。

【００１８】以上に説明したように、本発明による超音
波洗浄槽底面に洗浄液の振動波長に対応した形状の凹部
を形成することにより、図４に示すように洗浄槽底面か
らの位置による音圧レベルの差を小さくすることが出
来、洗浄時の被洗浄体への疵の発生や洗浄むらの少ない
超音波洗浄槽とすることが出来る。

【００１９】なお、本発明の実施例は１００ＫＨｚで励
振した時の例のみで説明したが、水槽底面に形成する凹
部の加工の点から励振周波数が１００ＫＨｚないし５０
０ＫＨｚの範囲の超音波洗浄槽に適用して効果が大き
い。

【００２０】

【発明の効果】本発明による洗浄槽底面に、洗浄液の振
動波長に対応して開口部がほぼ波長の１／２波長で、深
さがほぼ１／４波長の凹部を隣り合う互いの凹部の間隔
がほぼ波長の長さとするか、洗浄槽底面積のほぼ１／２
の面積比とする凹部を有する洗浄槽を用いることによ
り、洗浄槽中の洗浄液内に発生する音圧レベルの差は小
さくなり、洗浄むらの発生や洗浄時に被洗浄体に疵の発
生することのない超音波洗浄槽とすることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による超音波洗浄槽の底面に半球面状凹
部を形成した超音波洗浄槽を示す図で、図１（ａ）は平
面図、図１（ｂ）は正面断面図。

【図２】図１に示す洗浄槽の洗浄槽底面部の部分拡大断
面図。

【図３】本発明による洗浄槽の底面に四角形状凹部を形
成した超音波洗浄槽を示す図で、図３（ａ）は平面部、
図３（ｂ）は正面断面図。

【図４】本発明による超音波洗浄槽の洗浄槽底面からの
距離と音圧レベルとの関係を示す特性図。

【図５】従来の超音波洗浄槽の洗浄液内の音圧レベルを
示す正面断面図。

【符号の説明】

１ 超音波振動子 ２ 洗浄槽 ３ 洗浄液 ４ 半球面状凹部 ４ａ 開口部の直径 ４ｂ 深さ ５ 四角形状凹部 ６ 石英ガラス板 ７ 接着剤 ８ 定在波 Ａ 半球面状凹部の音圧レベル特性 Ｂ 四角形状凹部の音圧レベル特性 Ｃ 従来の洗浄槽の底面が平らな面の時の音圧レベル
特性

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 洗浄槽の裏面に超音波振動子を取り付
   け、洗浄槽に洗浄液と被洗浄体を収め、被洗浄体を超音
   波を用い洗浄するよう構成した超音波洗浄槽において、
   洗浄槽の底面に超音波振動子の振動周波数に対応する洗
   浄液の音波の波長のほぼ１／２波長の開口部と、ほぼ１
   ／４波長の深さを有する凹部を洗浄槽の底面の面積に対
   し開口部がほぼ１／２を占めるよう形成してなることを
   特徴とする超音波洗浄槽。