JPH11188324A - 超音波洗浄装置 - Google Patents

超音波洗浄装置

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JPH11188324A
JPH11188324A JP36779297A JP36779297A JPH11188324A JP H11188324 A JPH11188324 A JP H11188324A JP 36779297 A JP36779297 A JP 36779297A JP 36779297 A JP36779297 A JP 36779297A JP H11188324 A JPH11188324 A JP H11188324A
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Yoshiki Hashimoto
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 振動子から付与される超音波振動のエネルギ
ーを高効率で振動伝達部材の半径方向の超音波エネルギ
ーに変換することができる構成を備え、かつ、より洗浄
効果の高い超音波洗浄装置を提供すること。 【解決手段】 振動伝達部材6の先端にカバー部材10
によって空隙8を形成し、処理槽2の底面に超音波エネ
ルギーを上方に向けて反射して集中させる反射板3を設
ける。これによって、超音波振動が高効率で振動伝達部
材の半径方向の超音波エネルギーに変換され、かつ仮想
水平面と平行な超音波や、仮想水平面より下方に向かう
超音波を被洗浄物に対して至近距離から有効に照射する
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、長手状の振動伝達
部材からその半径方向の超音波エネルギーを洗浄用液体
内に放射して洗浄する超音波洗浄装置に関する。
【0002】
【従来の技術】この種の超音波洗浄装置の一例を図7に
示す。この超音波洗浄装置は特公平5−43437号公
報において開示されているものである。
【0003】図示のように、この超音波洗浄装置は、洗
浄用流体101を貯留する処理槽102と、超音波エネ
ルギー発生部104とを有している。前記超音波エネル
ギー発生部104は、長手状に形成されて一端側が前記
洗浄用流体101に浸るように前記処理槽102に水平
に装着された振動伝達部材106と、前記振動伝達部材
106の他端に結合されて前記振動伝達部材の長手方向
に超音波振動を発する振動子107とからなる。
【0004】なお、振動伝達部材106は、取付フラン
ジ109及び密封フランジ110によって処理槽102
の側壁部に取り付けられている。
【0005】前記振動子107は例えば電歪素子からな
り、図示しない発振器によって所定周波数の電圧を印加
されて作動し、この周波数の超音波振動を発する。前記
振動伝達部材106は、その長さが、振動子107より
付与される超音波振動の半波長の整数倍に設定され、共
振する。
【0006】このような構成の超音波洗浄装置において
は、前記振動伝達部材106はそのポアッソン(Poi
sson)結合によって、振動子107より付与される
長手方向の超音波振動(図7で矢印Uで示す)に基づく
半径方向の超音波エネルギーを発する。図8は図7に関
するD−D断面を示すものであるが、この図8に前記超
音波エネルギーの放射方向を矢印Eで示す。この超音波
エネルギーが洗浄用流体101に伝わることで、前記洗
浄用流体内に浸漬されている被洗浄物(図示せず)が洗
浄される。
【0007】上述の超音波洗浄装置では、前記振動伝達
部材106からの超音波エネルギーは全方向(360
°)に向かい、しかも、それが処理槽102の内壁面で
反射を繰り返すため、定在波音場とならずに拡散音場が
形成される。すなわち、洗浄むらが生じ難いと言える。
【0008】また、振動伝達部材106が長く、それ自
体が比較的大きな音響インピーダンスを有するから、例
えば洗浄用流体101が無い状態での作動、つまり空焚
きの状態になっても出力の異常な上昇が防止されると考
えられる。
【0009】さらに、処理槽102の底部及び側壁にキ
ャビテーションが生じにくく、エロージョンによる液漏
れ等の懸念がない。
【0010】その他、次のような優位点が前記公報(特
公平5−43437号)に記載されている。
【0011】第一に、振動伝達部材106が大きな放射
面を有することから、負荷、すなわち洗浄用流体101
に対して均質、かつ、効率的に超音波エネルギーが伝播
されて、単一の振動子107でも充分な洗浄効果が得ら
れる点。第2に、振動伝達部材106のみを顧客の求め
に応じて製造し、振動子107は一種類を用意するだけ
でよいことから、製造コストが安く済む点である。
【0012】上記のように数々の優位点を有する超音波
洗浄装置であるが、次のような問題点がある。
【0013】すなわち、振動子107から振動伝達部材
106の長手方向に付与される超音波振動は、そのエネ
ルギーの全てが半径方向の超音波エネルギーとして変換
される訳ではなく、一部が前記振動伝達部材106の先
端面から放射されてしまう。この先端面から放射される
超音波エネルギーは洗浄に有効に作用せず、損失となる
点である。
【0014】そこで、本願出願人は、振動子からのエネ
ルギーを高効率で半径方向の超音波に変換することがで
きる超音波エネルギー放射装置および洗浄装置を発明
し、先に出願(特願平8−297142号)している。
なお、この先の発明による超音波エネルギー放射装置お
よび洗浄装置の構成の詳細については本願発明による実
施例の説明と重複するため後述する。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】先の出願(特願平8−
297142号)の洗浄装置が備える超音波エネルギー
放射装置は、振動子からのエネルギーを高効率で半径方
向の超音波に変換することが可能になっているが、振動
伝達部材から放射される超音波のうち被洗浄物に直接照
射されるのは、仮想水平面からの角度が一定範囲内に含
まれる上方に向かう超音波(例えば、図3のE)に限ら
れ、それ以外の仮想水平面と平行な方向、あるいは仮想
水平面より下方向に向かう超音波(例えば、図3のF)
は、被洗浄物に直接当たらずに処理槽の内壁面で反射を
繰り返して拡散音場となる。
【0016】上述のように、この洗浄装置は振動伝達部
材から放射される超音波が処理槽の内壁面で反射を繰り
返すことで被洗浄物の洗浄むらが生じにくいものになっ
ているが、反射を繰り返すと超音波の減衰が生じ、被洗
浄物に直接照射される超音波にくらべて洗浄効率が低下
してしまう問題がある。
【0017】そこで、本発明の目的は、振動子から付与
される超音波振動のエネルギーを高効率で振動伝達部材
の半径方向の超音波エネルギーに変換することができる
超音波エネルギー放射装置を備え、かつ、より洗浄効果
の高い超音波洗浄装置を提供することである。
【0018】
【課題を解決するための手段】本発明による超音波洗浄
装置は、洗浄用流体を貯留するとともに、被洗浄物を受
け入れて洗浄する処理槽と、中実でかつ、長手状に形成
されて一端側が前記洗浄用流体に浸るように前記処理槽
に水平に装着された振動伝達部材と、前記振動伝達部材
の他端に結合されて前記振動伝達部材の長手方向に超音
波振動を発振する振動子と前記振動子に所定周波数の電
圧を印可する発振器とを備え、前記超音波振動に基づい
て前記振動伝達部材の半径方向に放射される超音波エネ
ルギーによって前記被洗浄物を洗浄する超音波洗浄装置
において、前記振動伝達部材は、均一に縮径された先端
部分と、前記先端部分に空隙を形成するためのカバー部
材とを有し、前記処理槽の底面に前記超音波エネルギー
を上方に向けて反射する反射板を備えているものであ
る。
【0019】また、本発明による超音波洗浄装置は、前
記反射板を中心角が約90度乃至約140度の角度に形
成した略V字型にしたものである。
【0020】また、本発明による超音波洗浄装置は、前
記反射板を前記処理槽2の下方に凸となるように形成し
た断面半円形としたものである。
【0021】また、本発明による超音波洗浄装置は前記
反射板を断面波形に形成したものである。
【0022】また、前記振動伝達部材の長さは、前記振
動子が発振する超音波振動の半波長の整数倍に設定され
ている。
【0023】また、前記振動伝達部材の前記先端部分が
前記空隙を形成される長手方向の寸法は、前記振動子が
発振する超音波振動の波長の約1/4である。
【0024】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施例を、図1乃
至図4を参照して説明する。
【0025】図1は本発明の第1実施例としての超音波
洗浄装置(超音波エネルギー放射装置を含む)の縦断面
図であり、図2は図1に示す超音波洗浄装置の左側面図
である。図3はこの図1に関するA−A断面図であり、
図4は図1に示す超音波洗浄装置が備える振動伝達部材
6の一部を拡大した縦断面図である。
【0026】図1および図2に示すように、本発明によ
る超音波洗浄装置は、下台5、処理槽2、超音波エネル
ギー発生部4および反射板3を備えている。この超音波
エネルギー発生部4は、振動伝達部材6と、前記振動伝
達部材6に結合された振動子7とからなる。
【0027】処理槽2は洗浄用流体1の排出用バルブ1
5を有する下台5上に備えられており、本実施例の場
合、ステンレス等の金属で直方体の箱状に形成されてい
る。そして、純水等の洗浄用流体1を貯留するととも
に、被洗浄物を受け入れて超音波洗浄する洗浄槽になっ
ている。
【0028】前記処理槽2の底面全体はエネルギー発生
部4から放射される超音波を上方に向けて反射して集中
させる反射板3になっており、この場合、処理槽2の底
面となる2枚のステンレス等の金属からなる長方形状の
板をそれぞれ、仮想水平面から約20度〜約45度の角
度、すなわち、全体として中心角が約90度〜約140
度の略V字型になるように溶接により取り付けて形成し
ている。
【0029】前記振動伝達部材6はジュラルミン等を素
材とし、本実施例の場合、中実になっており、断面形状
が円形で、かつ長手状に形成されている。そして、一端
側が前記洗浄用流体1に浸るように前記処理槽2に水平
に装着されている。
【0030】また、前記振動伝達部材6はノーダル・ポ
イント(振動の節)にフランジ6aが形成されており、
前記処理槽2に次のように取り付けられている。
【0031】処理槽2の側壁部に設けた取付け用開口
2aに、処理槽2の内壁側から雄ねじ部を有する略円筒
状のアダプタ18aを取り付ける。
【0032】内周に雌ねじ部が形成された略円筒状の
アダプタ18bを処理槽2の外側から前記アダプタ18
aの雄ねじ部に螺合させて取り付ける。
【0033】前記振動部材6に形成されたフランジ6
aと前記アダプタ18aの間にOリング22aを介装
し、前記処理槽2の開口2aに取り付けた略筒状の前記
アダプタ18a、18bに前記処理槽2の外側から振動
伝達部材6を挿通する。
【0034】前記フランジ6aの他面側にもOリング
22bを介装し、外周部に雄ねじ部を有する略円筒状の
アダプタ18cを前記アダプタ18bの雌ねじ部に螺合
させ、前記フランジ6aを前記アダプタ18aとアダプ
タ18cで挟み込むようにして固定する。
【0035】上記のように、取り付けおよび取り外しが
容易なアダプタ18a、18b、18cと液密性を保つ
Oリング22a、22bにより振動部材6の処理槽2に
対する取り付けが完了する。
【0036】なお、前記フランジ6aの外周部に雄ねじ
を形成し、処理槽2の開口2aに雌ねじを形成して直接
螺合結合するようにしてもよい。
【0037】また、前記フランジ6aを設けずに、振動
伝達部材6の外周部にそのまま雄ねじを形成してもよ
い。
【0038】前記振動伝達部材6の他端、すなわち、前
記処理槽2の外部側に位置する端面には、振動子7が、
ねじ19a、ねじ19bで固着されている。
【0039】前記振動子7は例えば電歪素子からなり、
図示しない発振器によりコネクタ13、およびケーブル
11を通じて所定周波数の電圧を印可されて作動し、こ
の周波数の超音波振動を発振する。この超音波振動は、
振動伝達部材6の長手方向に付与される。そして、前記
振動伝達部材6と前記振動子7とで超音波エネルギー発
生部4が構成され、この超音波エネルギー発生部4と前
記発振器とを、超音波エネルギー放射装置と総称する。
【0040】前記振動伝達部材6の前記振動子7が固着
されている側には、四角柱状のケース14が取り付けら
れている。前記ケース14は、前記振動子7を内包する
ように取り付けられており、ねじ20により、前記アダ
プタ18cに3ヶ所(図1には1ヶ所のみ図示)で固着
されている。そして、前記振動子7が取り付けられてい
る側に位置する端面には、ケース14の内側に凸するよ
うに冷却ファンモータ12が取り付けられている。この
冷却ファンモータ12は前記振動子7の過熱を防止する
ためのもので、前記コネクター13および前記ケーブル
11を介して給電される。
【0041】前記振動伝達部材6は、その長さLが、前
記振動子7より付与される超音波振動の半波長(λ/
2)の整数倍に設定されており、共振する。本実施例の
場合、振動伝達部材6の長さLは379mm、直径dは
66mmとなっている。前記振動子7より付与される超
音波振動の1波長(λ)は本実施例では252mmであ
り、長さLおよび直径dはそれぞれ、この1波長の約
1.5倍、および1波長の約1/4〜1/3倍になって
いる。
【0042】また、図1および図4に示すように、振動
伝達部材6の先端部分6eが均一に縮径されており、こ
の先端部分に外形が振動伝達部材6の本体部分と略同径
で、かつ、内径がこの先端部分6eよりも大きく形成さ
れたカバー部材10が固着されている。前記カバー部材
10によって振動伝達部材6の先端面、およびその近傍
に空隙8が形成されている。
【0043】このカバー部材10は、例えばジュラルミ
ンなどの金属や合成樹脂を素材として形成される。
【0044】前記振動伝達部材6と前記カバー部材10
との間には、前記振動伝達部材6の長手方向においてパ
ッキン10aが介装されている。このパッキン10aに
よって、前記空隙8の液密性が確保されている。パッキ
ン10aを用いない場合には、カバー部材10を前記振
動伝達部材6に液密性を持って溶接してもよい。
【0045】上述の構成では、前記空隙8内の空気の音
響インピーダンスが洗浄用流体1の音響インピーダンス
にくらべて極めて小さいことから、前記空隙8側には振
動エネルギーはほとんど伝わらない。したがって、前記
振動子7から振動伝達部材6に付与される長手方向の振
動エネルギーは前記振動伝達部材6の先端から無駄に放
射されることがなく、ほとんど全てが半径方向の超音波
エネルギーに変換されて洗浄用流体1中に効率的に放射
される。すなわち、高い洗浄効果が得られる。
【0046】ここで、図4において記号aで示す寸法、
すなわち前記振動伝達部材6がカバー部材10によって
前記空隙8を形成される長手方向の寸法は、前記振動子
7から付与される超音波振動の波長の約1/4になって
いる。この範囲では前記振動伝達部材6に比較的大きな
半径方向の振動が誘起され、前記洗浄用流体1への振動
エネルギーの放射効率がさらに高められ、有効である。
【0047】また、上述したように、カバー部材10と
振動伝達部材6との間には、前記振動伝達部材6の長手
方向において粘弾性部材としてのパッキン10aが介装
されている。このパッキン10aは前記カバー部材内外
の液密性を維持するだけでなく、前記振動子7から前記
振動伝達部材6に付与される長手方向の超音波振動が前
記カバー部材10に伝播しにくくする作用もする。すな
わち、前記カバー部材10を通じた前記洗浄用流体1へ
の振動エネルギーの伝達が抑止され、前記振動伝達部材
6の半径方向のエネルギーに変換される効率をさらに高
めている。
【0048】次に、本発明による超音波洗浄装置の備え
る反射板の作用について説明する。
【0049】振動子7に図示しない発振器からコネクタ
13、およびケーブル11を通じて所定周波数の電圧が
印可されて作動すると、振動伝達部材6はそのポアッソ
ン(Poisson)結合によって、前記振動子7から
付与される長手方向の超音波振動(図1で矢印Uで示
す)に基づく半径方向の超音波エネルギーを放射する。
図3は図1に関するA−A矢視図であるが、この図3に
おいて、前記振動伝達部材6から放射される超音波エネ
ルギーの方向を矢印E、および矢印Fで示す。この超音
波エネルギーが洗浄用流体1に伝わることで、前記振動
伝達部材6の上方に浸漬されている被洗浄物(図示せ
ず)の洗浄が行われる。
【0050】前記振動伝達部材6の半径方向に放射され
る超音波エネルギーは全方向(360 )に向かい、例
えば図3のEの超音波のように、仮想水平面からの角度
が一定範囲内の上方に向かう超音波は、振動部材6の上
方に浸漬されている被洗浄物(図示せず)に直接照射さ
れて被洗浄物を強力に洗浄する。
【0051】一方、例えば図3のFの超音波のように、
前記振動部材6から仮想水平面と平行な方向や仮想水平
面より下方向に向かう超音波は、図2に示すように、処
理槽2の底面全体に形成されている反射板3に当たっ
て、その入射角に応じた角度で前記振動部材6の上方に
浸漬された被洗浄物(図示せず)に向けて反射する。そ
して、この超音波は被洗浄物に至近距離から集中的に照
射されて、高い洗浄効果をあらわす。
【0052】処理槽2の底面である前記反射板3は、本
実施例では、2枚の長方形状のステンレス等の金属板
を、それぞれ仮想水平面から約20度〜約45度の角
度、すなわち、全体として中心角が約90度〜約140
度の略V字型に形成しているが、この角度の範囲に取り
付けることによって、特に超音波の上方への反射が効率
よく行われるものになっている。
【0053】また、前記超音波Fは、前記反射板3への
入射角が90度より大きくなると、上方に向かわずに処
理槽2の下方や左右方向に反射されるが、これらの超音
波も略V字型を形成する2枚の反射板間、処理槽2の槽
壁と反射板3の間等の概ね短距離間で反射を繰り返して
全体として上方に浸漬された被洗浄物(図示せず)に向
けて照射される。
【0054】このように、前記反射板3を設けたことに
よって、前記振動伝達部材6の上方に浸漬された被洗浄
物(図示せず)に直接照射されない超音波Fを上方に向
けて反射し、集中させることができる。しかも、被洗浄
物(図示せず)に対して至近距離から照射することがで
きるため、高い洗浄効果が得られる構成になっている。
【0055】また、前記超音波Fの反射板3、反射板3
どうしの間、あるいは、反射板3と処理槽2の槽壁の間
で生じる反射は、概ね短い距離の間で行われるため、超
音波の減衰が少なく、より洗浄効果を高める構成になっ
ている。
【0056】
【実施例】次に、本発明の超音波洗浄装置の第2実施
例、および第3実施例について、図5、および図6を用
いて説明する。ただし、上述した第1実施例の超音波洗
浄装置と同一の構造および機能を有する部分については
同じ参照符号を付しており、説明が重複するため、要部
のみの説明とする。
【0057】図5に示すように、本発明の第2実施例と
しての超音波洗浄装置は処理槽2の底面全体が下方に凸
となるように形成された断面半円形の反射板16になっ
ており、その他の構成は第1実施例と同一になってい
る。
【0058】例えば図5のFの超音波のように、前記振
動部材6から仮想水平面と平行な方向や仮想水平面より
下方向に向かう超音波は、処理槽2の底面全体に下方に
凸するように形成されている断面半円形の反射板16に
当たって、その入射角に応じた角度で反射され、一部は
反射板16の断面半円形の曲面内で反射を繰り返して前
記振動部材6の上方に浸漬された被洗浄物(図示せず)
に向けて反射される。ここで、反射板16は、処理槽2
の下方に凸となるように断面半円形に形成されているた
め、超音波Fが反射される方向は反射板16の曲面が有
する曲率に応じて、その略中心方向になる。そして、こ
の超音波は被洗浄物に至近距離から集中的に照射され
て、高い洗浄効果をあらわす。
【0059】前記反射板16は、浸漬した被洗浄物がそ
の略中心に位置するような曲率で適宜形成することによ
り、より洗浄効果を高めることができる。
【0060】図6に本発明の第3実施例としての超音波
洗浄装置を示す。
【0061】この本発明の第3実施例としての超音波洗
浄装置は、処理槽2の底面全体が断面波形の反射板16
になっており、その他の構成は第1実施例と同一になっ
ている。
【0062】この断面波形の反射板16は、前記振動伝
達部材6から全方向(360°)に放射される超音波の
方向を効果的に散乱させる作用をする。
【0063】前記振動伝達部材6から放射される超音波
は、前記反射板16に形成された波形により、前記反射
板16の表面や前記反射板16の表面と前記処理槽2の
槽壁の間で複雑に反射を繰り返す。すなわち、前記反射
板16により様々な方向に効果的に散乱され、全体とし
て、前記振動伝達部材6の上方に浸漬した被洗浄物(図
示せず)に有効に作用する。そして、上述した第1実施
例および第2実施例と異なり、前記洗浄槽2の上方にせ
り上がって形成されていないことから、被洗浄物を受け
入れ可能な体積を大きくすることができる。
【0064】上記各実施例において、振動伝達部材6の
断面形状を円形としているが、角形や楕円形など他の形
状の断面形状としてもよい。
【0065】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による超音
波洗浄装置は、振動伝達部材の先端にカバー部材によっ
て空隙が形成されている。これによって、振動子から前
記振動伝達部材に付与される長手方向の振動エネルギー
を先端から無駄に放射することなく、半径方向の超音波
エネルギーに効率的に変換して放射することができる。
【0066】また、処理槽の底面に反射板を設けたこと
によって、前記振動伝達部材から、仮想水平面と平行な
方向や仮想水平面より下方に照射される超音波を概ね短
距離間で効率的に反射して、被洗浄物に至近距離から集
中的に照射することができ、高い洗浄効果を得ることが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明の第1実施例としての超音波洗
浄装置の縦断面図である。
【図2】図1に示す超音波洗浄装置の左側面図である。
【図3】図3は、図1に関するA−A矢視図である。
【図4】図4は、図1に示す超音波洗浄装置が備える振
動伝達部材6の一部を拡大した縦断面図である。
【図5】図5は、本発明の第2実施例としての超音波洗
浄装置の縦断面図である。
【図6】図6は、本発明の第3実施例としての超音波洗
浄装置の縦断面図である。
【図7】図7は、従来の超音波洗浄装置の縦断面図であ
る。
【図8】図8は、図7に関するD−D断面図である。
【符号の説明】
1 洗浄用流体 2 処理槽 3 反射板 4 超音波エネルギー発生部 6 振動伝達部材 7 振動子 8 空隙 10 カバー部材 10a パッキン(粘弾性部材) 13 コネクター 14 ケース 16 (半円形)反射板 17 (波形)反射板

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 洗浄用流体を貯留するとともに、被洗浄
    物を受け入れて洗浄する処理槽と、 中実でかつ、長手状に形成されて一端側が前記洗浄用流
    体に浸るように前記処理槽に水平に装着された振動伝達
    部材と、 前記振動伝達部材の他端に結合されて前記振動伝達部材
    の長手方向に超音波振動を発振する振動子と、 前記振動子に所定周波数の電圧を印可する発振器とを備
    え、 前記超音波振動に基づいて前記振動伝達部材の半径方向
    に放射される超音波エネルギーによって前記被洗浄物を
    洗浄する超音波洗浄装置において、 前記振動伝達部材は、均一に縮径された先端部分と、前
    記先端部分に空隙を形成するためのカバー部材とを有
    し、 前記処理槽の底面に前記超音波エネルギーを上方に向け
    て反射する反射板を備えていることを特徴とする超音波
    洗浄装置。
  2. 【請求項2】 前記反射板は中心角が約90度乃至約1
    40度の角度に形成した略V字型であることを特徴とす
    る請求項1記載の超音波洗浄装置。
  3. 【請求項3】 前記反射板は前記処理槽2の下方に凸と
    なるように形成した断面半円形であることを特徴とする
    請求項1記載の超音波洗浄装置。
  4. 【請求項4】 前記反射板は断面波形に形成されている
    ことを特徴とする請求項1記載の超音波洗浄装置。
  5. 【請求項5】 前記振動伝達部材の長さは、前記振動子
    が発振する超音波振動の半波長の整数倍に設定されてい
    ることを特徴とする請求項1記載の超音波洗浄装置。
  6. 【請求項6】 前記振動伝達部材の前記先端部分が前記
    空隙を形成される長手方向の寸法は、前記振動子が発振
    する超音波振動の波長の約1/4であることを特徴とす
    る請求項1記載の超音波洗浄装置。
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