JPH10328631A - 超音波洗浄装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】この発明は振動子と超音波発振器とのインピ−
ダンスを確実かつ容易にマッチングさせることができる
超音波洗浄装置を提供することにある。 【解決手段】 洗浄液に超音波振動を付与して被洗浄物
を洗浄するための超音波洗浄装置において、洗浄液が供
給される装置本体１１と、この装置本体に設けられた振
動板２１に取り付けられた振動子２４と、この振動子と
電気的に接続されこの振動子を駆動して超音波振動させ
る超音波発振器３１と、この超音波発振器と上記振動子
との間に設けられ、この振動子と上記超音波発振器との
インピ−ダンスマッチングをとるためのコイル２８およ
びコンデンサ３２とを具備し、上記コイルは上記装置本
体に設けられ、このコイルの巻線には電極２９がスライ
ド自在に設けられていて、このコイルの一端は上記電極
を介して上記超音波発振器に接続され、他端は上記振動
子を介して上記超音波発振器に接続されていることを特
徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は被洗浄物を洗浄す
る洗浄液に超音波振動を付与するために用いられる超音
波洗浄装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば液晶製造装置や半導体製造装置
においては、液晶用ガラス基板や半導体ウエハなどの被
洗浄物を高い清浄度で洗浄することが要求される工程が
ある。上記被洗浄物を洗浄する方式としては、洗浄液中
に複数枚の被洗浄物を浸漬するデイップ方式や被洗浄物
に向けて洗浄液を噴射して一枚づつ洗浄する枚葉方式が
あり、最近では高い清浄度が得られるとともに、コスト
的に有利な枚葉方式が採用されることが多くなってきて
いる。

【０００３】枚葉方式の１つとして被洗浄物に噴射され
る洗浄液に超音波振動を付与し、その振動作用によって
上記被洗浄物から微粒子を効率よく除去するようにした
洗浄方式が実用化されている。

【０００４】洗浄液に付与する振動は、従来は20〜50ｋ
Ｈｚ程度の超音波であったが、最近では600 〜2000ｋＨ
ｚ程度の極超音波帯域の音波を付与する超音波洗浄装置
が開発されている。

【０００５】ところで、上記超音波洗浄装置は装置本体
を有し、この装置本体には振動子が取り付けられた振動
板が設けられている。上記振動子には超音波発振器が接
続される。この超音波発振器は所定の周波数の電力を出
力し、その電力を上記振動子に印加する。それによっ
て、上記振動子が超音波振動するから、その超音波振動
に上記振動板が連動し、この振動板によって洗浄液に超
音波振動が付与されるようになっている。

【０００６】上記構成の超音波洗浄装置によると、たと
えば振動板と振動子との接着状態が一定でなかったり、
振動子が固有の特性を有するなどのことにより、それぞ
れの超音波洗浄装置の振動子を消費電力の少ない効率の
よい最適な状態で作動させるインピ−ダンスにバラツキ
が生じるということが避けられない。そのため、上記振
動子が設けられるマッチング回路にはコイルとコンデン
サを設け、これらコイルとコンデンサで超音波発振器と
振動子とのインピ−ダンスマッチングをとるということ
が行われている。

【０００７】従来、超音波発振器と振動子とのインピ−
ダンスマッチングを取るためには、インピ−ダンスの異
なる複数のコイルを予め用意しておき、それぞれのコイ
ルを順次マッチング回路に組み込んでマッチング状態を
測定し、そのマッチング回路に消費電力の最も少なくな
る最適なインダクタンスのコイルを使用するということ
が行われていた。

【０００８】しかしながら、このようにしてインピ−ダ
ンスマッチングを取るようにすると、インピ−ダンスの
異なる複数のコイルを用意しておかなければならないか
ら、不経済であるばかりか、それぞれの超音波洗浄装置
ごとに最も適したインピ−ダンスのコイルを選択して取
り付けなければならないから、その作業に手間が掛かる
ということがあり、さらにはコイルを交換するだけでは
微調整ができないなどのことがあった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来はそ
れぞれの超音波洗浄装置に適したインダクタンスのコイ
ルを選択して取り付けるということが行われていたの
で、インダクタンスの異なる複数のコイルを用意し、最
適なものを選択しなければならないため、その作業が容
易でなく、しかも微調整がしにくいということがあっ
た。

【００１０】この発明は上記事情に基づきなされたもの
で、その目的とするところは、超音波洗浄装置に予め設
けられたコイルによってインピ−ダンスマッチングを取
ることができるようにした超音波洗浄装置を提供するこ
とにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、洗浄
液に超音波振動を付与して被洗浄物を洗浄するための超
音波洗浄装置において、洗浄液が供給される装置本体
と、この装置本体に設けられた振動板に取り付けられた
振動子と、この振動子と電気的に接続されこの振動子を
駆動して超音波振動させる超音波発振器と、この超音波
発振器と上記振動子との間に設けられ、この振動子と上
記超音波発振器とのインピ−ダンスマッチングをとるた
めのコイルおよびコンデンサとを具備し、上記コイルは
上記装置本体に設けられ、このコイルの巻線には電極が
スライド自在に設けられていて、このコイルの一端は上
記電極を介して上記超音波発振器に接続され、他端は上
記振動子を介して上記超音波発振器に接続されているこ
とを特徴とする。

【００１２】請求項１の発明によれば、コイルに設けら
れた電極をスライドさせると、このコイルの回路におけ
るインダクタンスを変えることができるから、インダク
タンスの異なる複数のコイルを用意しておくことなく、
超音波発振器と振動子とのインピ−ダンスマッチングを
取ることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施形態を図
１乃至図３を参照して説明する。図１に示すこの発明の
超音波洗浄装置は装置本体１１を有する。この装置本体
１１は上面が開放した凹部１２が長手方向に沿って形成
された上部材１３と、この上部材１３の下面に第１のシ
−ル材１４を介して液密に接合固定された下部材１５と
によって細長い角柱状に形成されている。

【００１４】上記上部材１３の下部壁の幅方向中央部分
には長手方向に沿って嵌合孔１６が穿設され、上記下部
材１５の上面の幅方向中央部分には上記嵌合孔１６に嵌
合する凸部１７が形成されている。

【００１５】上記下部材１５の凸部１７が形成された幅
方向中央部分には、一端を上面に開口させ、他端を下面
に開口させた空間部１８が長手方向に沿って形成されて
いる。この空間部１８の断面形状は、一端（上端）から
他端（下端）にゆくにつれて幅寸法が小さくなるテ−パ
状をなしていて、その下端開口は狭幅なノズル口１９と
なっている。

【００１６】上記空間部１８の開口した上端はタンタ
ル、チタンあるいはそれらの合金などによって矩形板状
に形成された振動板２１によって液密に閉塞されてい
る。つまり、この振動板２１は、その下面周辺部が所定
の厚さを有する枠状の第２のシ−ル材２２を介して上記
上部材１３の凹部１２の内底面に接合されている。

【００１７】上記振動板２１の上面には同じく枠状の押
え板２３が接合され、上記上部材１３にねじ２０によっ
て固定されている。それによって、上記空間部１８の上
端開口は液密に閉塞されている。

【００１８】上記振動板２１の上面の幅方向中央部分、
つまり上記空間部１８と対応する部位には振動子２４が
上記振動板２１の長手方向に沿って取着されている。上
記振動板２１の上方には給電板２５が上記押え板２３に
保持部材２６を介して取り付けられている。この給電板
２５には上記振動子２４と弾性的に接触した板ばね状の
接触子２７が設けられている。

【００１９】上記給電板２５にはコイル２８が一端（下
端）を電気的に接続して設けられている。このコイル２
８の他端（上端側）には電極２９がスライド自在かつ任
意のスライド位置で固定可能に設けられている。

【００２０】たとえば、上記電極２９は図２に示すよう
に上記コイル２８の巻線の一端部が挿通される通孔２９
ａを有する有底筒状のスライド部材２９ｂと、このスラ
イド部材２９ｂに上記通孔２９ａと交差して形成された
ねじ孔２９ｄにねじ込まれた固定ねじ２９ｃとからな
り、この固定ねじ２９ｃを緩めて上記スライド部材２９
ｂを上記巻線に沿ってスライドさせるとともに、所定の
位置で上記固定ねじ２９ｃを締め込むことで、電極２９
を任意の位置で上記コイル２８と電気的に接続された状
態で固定できるようになっている。

【００２１】上記電極２９のスライド部材２９ｂにはた
とえば抵抗５０Ωの同軸ケ−ブル３０の第１のケ−ブル
３０ａの一端が接続されている。つまり、コイル２８の
一端側は電極２９を介して第１のケ−ブル３０ａの一端
に接続されている。このコイル２８の他端は給電板２５
および接触子２７を介して振動子２４の一方の電極に接
続されている。

【００２２】上記振動子２４の他方の電極は振動板２１
を介して押え板２３に導通し、この押え板２３には上記
同軸ケ−ブル３０の第２のケ−ブル３０ｂの一端が接続
されている。これらケ−ブル３０ａ、３０ｂの他端は上
記振動子２４を駆動して超音波振動させる超音波発振器
３１に接続されている。また、装置本体１１には、第１
のケ−ブル３０ａと第２のケ−ブル３０ｂとの間に接続
された可変コンデサン３２が設けられ、図３に示すよう
に上記振動子２４を超音波振動させるためのマッチング
回路３３を形成している。つまり、マッチング回路３３
と超音波発振器３１とは同軸ケ−ブル３０によって接続
されている。

【００２３】したがって、上記電極２９をスライドさせ
て上記マッチング回路３３におけるコイル２８のインダ
クタンスを調整したり、可変コンデンサ３２のリアクタ
ンスを調整することで、超音波発振器３１と振動子２４
とのインピ−ダンスマッチングをとることができるよう
になっている。

【００２４】上記装置本体１１の下部材１５には、上記
空間部１８の幅方向両側に位置する一対の供給路３４が
長手方向に貫通して形成されている。この供給路３４の
両端には図示しない供給源が同じく図示しないチュ−ブ
を介して接続され、純水や薬液などの洗浄液を供給する
ようになっている。

【００２５】一対の供給路３４にはそれぞれ複数の噴出
路３５（１つだけ図示）が一端を連通させて設けられて
いる。つまり、噴出路３５は上記装置本体１１の上部材
１３と下部材１５との接合する部分に形成されていて、
他端を上記上部材１３の凹部１２の内底面の上記振動板
２１によって覆われた部分、つまり上記空間部１８の上
端側に連通するよう開口させている。上記噴出路３５は
上記空間部１８の幅方向一側と他側において、装置本体
１１の長手方向に沿って所定間隔で複数形成されてい
る。

【００２６】上記超音波発振器３１は図３に示すように
周波数シンセサイザ４１を有する。この周波数シンセサ
イザ４１からは所定の周波数の電力が出力されるように
なっていて、その周波数はＣＰＵ４２によって制御され
る。この実施形態では、上記周波数シンセサイザ４１か
らの周波数は、第１の周波数である1590ｋＨｚ、第２の
周波数である1600ｋＨｚ、第３の周波数である1610ｋＨ
ｚに変換制御されるようになっている。すなわち、上記
ＣＰＵ４２は上記周波数シンセサイザ４１から出力され
る電力の周波数を所定時間ごとに上記第１乃至第３の周
波数に順次変換するようになっている。

【００２７】上記周波数シンセサイザ４１から出力され
た所定周波数の電力は、高周波パワ−アンプ４３で増幅
され、抵抗５０Ωの同軸ケ−ブル３０の電圧、電流をモ
ニタするＣＭカップラ−（通過形電力計）４４で出力が
モニタ−されて上記マッチング回路３３へ出力される。

【００２８】上記ＣＭカップラ−４４は以下のような原
理によって上記超音波発振器３１と振動子２４とのマッ
チングをチェックできる。つまり、測定された電圧をＣ
分圧で同位相で分圧Ｖ_v とする。相互誘導Ｍ結合で２次
回路ショ−ト条件、つまりカレントトランスで十分低い
抵抗に２次電流を流すことにより、電流と同位相の電圧
Ｖ_i を作る。そして、マッチングをチェックする場合に
は、Ｖ_v −Ｖ_i が０になったかどうかによって判定す
る。つまり、Ｖ／Ｉ＝５０Ωで位相が一致していること
がマッチングしているということになる。

【００２９】つぎに、上記構成の超音波洗浄装置を使用
する場合について説明する。まず、上記構成の超音波洗
浄装置を実際に使用するに先立って振動子２４を効率よ
く振動させるために、超音波発振器３１と振動子２４と
のインピ−ダンスマッチングをとる。すなわち、超音波
発振器３１を作動させ、振動子２４を超音波発振させる
とともに、そのときに上記超音波発振器３１と振動子２
４とのインピ−ダンスマッチングがとれているか否やか
をＣＭカップラ−４４によって測定する。

【００３０】マッチングが取れていない場合には、コイ
ル２８の巻線に設けられた電極２９をその巻線に沿って
スライドさせてマッチング回路３３におけるインダクタ
ンスを調整するとともに、可変コンデンサ３２を調整し
て同じくマッチング回路３３におけるリアクタンスを調
整し、上記超音波発振器３１と振動子２４とのインピ−
ダンスをマッチングさせる。

【００３１】上記コイル２８のインダクタンスの調整
は、その巻線に沿って電極２９をスライドさせるだけで
ある。つまり、従来のようにインダクタンスの異なる複
数のコイルを用意しておき、それぞれのコイルを順次マ
ッチング回路３３に組み込んでマッチング状態を測定
し、そのマッチング回路３３に最適なインダクタンスの
コイルを使用するということをせずにすむ。

【００３２】そのため、インピ−ダンスのマッチングさ
せる作業が容易に行えるばかりか、電極２９をスライド
させるという簡単な作業によってインダクタンスを微調
整できるから、上記超音波発振器３１と振動子２４とを
高い精度でマッチングさせることができる。

【００３３】しかも、上記コイル２８や可変コンデンサ
３２は装置本体１１に設けられている。そのため、各装
置本体１１に設けられた振動子２４が固有のインダクタ
ンスやリアクタンスを有していても、その装置本体１１
に接続される超音波発振器３１に対してマッチングをと
ることができるから、装置本体１１と超音波発振器３１
とに互換性を備えることができる。

【００３４】このようにして振動子２４と超音波発振器
３１とのインピ−ダンスをマッチングさせたならば、洗
浄液を一対の供給路３４から噴出路３５を介して空間部
１８へ供給する。空間部１８に供給された洗浄液は、振
動子２４とともに超音波振動する振動板２１により超音
波振動が付与され、ノズル口１９から噴出する。したが
って、その洗浄液によって上記ノズル口１９に対向して
配置される被洗浄物を超音波洗浄することができる。

【００３５】上記振動子２４と超音波発振器３１とはイ
ンピ−ダンスマッチングが取れているから、上記振動子
２４を効率よく超音波振動させることができる。つま
り、消費電力を最小限にすることができるから、上記超
音波発振器３１のランニングコストを低減することがで
きる。

【００３６】上記超音波発振器３１の周波数シンセサイ
ザ４１から出力される電力の周波数はＣＰＵ４２からの
信号によって所定時間ごとに第１の周波数、第２の周波
数および第３の周波数に変換される。各周波数での作動
時間は、たとえば第１の周波数のときの洗浄効果が他の
周波数のときよりも高い場合には、第１の周波数での作
動時間を他の周波数の作動時間よりも長くして全体とし
ての洗浄効果を高めるようにする。

【００３７】このように、振動子２４は所定時間ごとに
周波数を変化させて振動する。そのため、振動周波数の
変化に応じて装置本体１１に形成された空間部１８内で
発生する振動波も図４にａ〜ｃで示すように変化する。

【００３８】振動波が変化すると、上記空間部１８内に
おける各振動波の腹Ｓの位置も変化する。そのため、空
間部１８の壁面に気泡Ｂが付着しても、その気泡Ｂはい
ずれかの振動波ａ〜ｃの腹Ｓの部分に当たるから、その
腹Ｓの部分によって成長する前に壁面から剥離され、ノ
ズル口１９から流出する。

【００３９】つまり、空間部１８の内面に気泡が付着し
ても、その気泡Ｂは成長して浮上し、振動板２１の下面
に付着する前に除去されるから、振動板２１から洗浄液
への超音波振動の伝達効率が低下したり、成長した気泡
Ｂが振動板２１に付着することで、その部分に洗浄液が
接触するのが妨げられて異常に温度上昇するということ
も防止される。

【００４０】

【発明の効果】以上述べたように請求項１の発明によれ
ば、振動子を超音波発振器で駆動する超音波洗浄装置に
おいて、その装置にコイルを設け、このコイルの巻線に
電極をスライド自在に設け、この電極をスライドさせる
ことで、上記コイルのインダクタンスを変えて上記超音
波発振器と振動子とのインピ−ダンスマッチングをとる
ようにした。

【００４１】そのため、従来のようにインダクタンスの
異なる複数のコイルを用意しておくことなく、上記電極
をスライドさせるだけで超音波発振器と振動子とのイン
ピ−ダンスマッチングを取ることができるから、その作
業を容易に行うことができる。しかも、電極をスライド
させることでコイルのインダクタンスを連続的に変える
ことができるから、インピ−ダンスマッチングの微調整
が可能である。さらに、コイルを装置本体に設けたこと
で、超音波発振器と装置本体とに互換性を持たせること
ができるなどの利点を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態を示す超音波洗浄装置の
概略的構成の断面図。

【図２】同じくコイルに設けられる電極の断面図。

【図３】同じく電気回路図。

【図４】同じく洗浄液に異なる周波数の振動を付与した
ときの説明図。

【符号の説明】

１１…装置本体 ２４…振動子 ２１…振動板 ２８…コイル ２９…電極 ３１…超音波発振器 ３２…コンデンサ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 洗浄液に超音波振動を付与して被洗浄物
   を洗浄するための超音波洗浄装置において、 洗浄液が供給される装置本体と、 この装置本体に設けられた振動板に取り付けられた振動
   子と、 この振動子と電気的に接続されこの振動子を駆動して超
   音波振動させる超音波発振器と、 この超音波発振器と上記振動子との間に設けられ、この
   振動子と上記超音波発振器とのインピ−ダンスマッチン
   グをとるためのコイルおよびコンデンサとを具備し、 上記コイルは上記装置本体に設けられ、このコイルの巻
   線には電極がスライド自在に設けられていて、このコイ
   ルの一端は上記電極を介して上記超音波発振器に接続さ
   れ、他端は上記振動子を介して上記超音波発振器に接続
   されていることを特徴とする超音波洗浄装置。