JP2002263593A

JP2002263593A - 超音波洗浄方法

Info

Publication number: JP2002263593A
Application number: JP2001070558A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Namekawa; 政彦滑川; Kazuyoshi Shibata; 和義柴田
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2001-03-13
Filing date: 2001-03-13
Publication date: 2002-09-17
Also published as: US20020185150A1

Abstract

(57)【要約】【課題】低強度で小型の被洗浄物を破損することなく超
音波洗浄する超音波洗浄方法を提供する。【解決手段】超音波伝達媒体と同超音波伝達媒体より比
重の大きい粒子を併用して被洗浄物を超音波洗浄する超
音波洗浄方法であって、超音波伝達媒体と粒子とが形成
する同粒子の超音波伝達媒体に対する混合割合が１０〜
６０体積％の洗浄層に被洗浄物の少なくとも一部を接し
て、同洗浄層に超音波を付与することにより被洗浄物を
洗浄する。粒子は、粒子群中で互いに運動を規制して運
動エネルギーが過大にならず、低強度の被洗浄物を破損
することがなく、表面に付着する汚染物を除去するに適
した摩擦力および衝突力を発揮する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、破壊強度や破壊靱
性に劣る小型のセラミック製の単体や構造体、樹脂製の
単体や構造体、極めて薄くまたは細くて強度が低い小型
の金属製の単体や構造体等の低強度で小型の被洗浄物の
洗浄に、特に有効な超音波洗浄方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の被洗浄物である単体や構造体
（以下これらを物品と簡略することがある）は、精密機
器等の機能性部品として、また、機能性部品の構成部材
として使用されるもので、使用に際しては、その表面は
極めて清澄な状態でなければならない。しかしながら、
当該物品においては、その製作工程において、切断や研
磨時に発生する切粉や砥粒が付着し、または、製作治具
等から機械油、切削油、加工油等が付着して、その表面
の汚染は避けられない。このため、当該物品において
は、その使用前に極めて精密な洗浄を行う必要がある。
当該物品またはこれらに類似する物品の洗浄方法として
は、例えば、特開平９−２９９８９３号公報にて提案さ
れている超音波洗浄方法が知られている。

【０００３】当該超音波洗浄方法は、洗浄用液に超音波
を伝達して被洗浄物を洗浄する超音波洗浄方法であっ
て、洗浄用液として、洗剤水溶液に微粒子を均一に分散
させてなる洗浄用液を採用している。当該超音波洗浄方
法は、かかる洗浄用液に被洗浄物を浸漬して超音波振動
を付与して洗浄する方法であって、洗浄用液中の洗剤水
溶液に発生するキャビテーションによる物理的剥離力、
洗剤の化学的洗浄力、微粒子の微小振動による摩擦力お
よび衝突力等の相乗作用によって、被洗浄物の洗浄効果
を向上させるものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、当該超音波
洗浄方法においては、被洗浄物に対して高い洗浄効果を
期待することができるが、洗浄用液中の洗剤水溶液に発
生するキャビテーションが過大であり、かつ、洗剤水溶
液中に分散する微粒子の運動エネルギーが過大であるこ
とから、被洗浄物として強度が高くて破損し難い物品に
対しては極めて有効であるが、被洗浄物が強度の低い小
型の物品の場合には、物品が清澄化される前に破損する
おそれが大きい。

【０００５】従って、本発明の目的は、強度が低くて小
型の被洗浄物を破損させることなく清澄化することがで
きる洗浄方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、破壊強度や破
壊靱性に劣る小型のセラミック製の単体や構造体、樹脂
製の単体や構造体、極めて薄くまたは細くて強度が低い
小型の金属製の単体や構造体等の低強度で小型の被洗浄
物の洗浄に、特に有効な超音波洗浄方法に関するもので
あって、超音波を所定の領域へ伝達する超音波伝達媒体
と同超音波伝達媒体より比重の大きい粒子を併用して被
洗浄物を超音波洗浄する超音波洗浄方法である。

【０００７】しかして、本発明に係る第１の超音波洗浄
方法は、前記超音波伝達媒体と前記粒子とが形成する同
粒子の前記超音波伝達媒体に対する混合割合が１０〜６
０体積％の洗浄層に被洗浄物の少なくとも一部を接し
て、同洗浄層に超音波を付与することにより前記被洗浄
物を洗浄することを特徴とするものである。

【０００８】また、本発明に係る第２の超音波洗浄方法
は、前記超音波伝達媒体と前記粒子とが形成する洗浄層
と、前記粒子の前記超音波伝達媒体に対する比率が前記
洗浄層よりも低い汚濁吸収層を洗浄用物として、同洗浄
用物の前記洗浄層に被洗浄物の少なくとも一部を接し
て、同洗浄層に超音波を付与することにより前記被洗浄
物を洗浄することを特徴とするものである。

【０００９】本発明に係る第２の超音波洗浄方法におい
ては、前記洗浄層における前記粒子の前記超音波伝達媒
体に対する混合割合が１０〜６０体積％であること、前
記汚濁吸収層における前記粒子の前記超音波伝達媒体に
対する混合割合が０．００１体積％以下であることが好
ましい。

【００１０】また、本発明に係る第１、第２の超音波洗
浄方法においては、前記粒子として（被洗浄物の比重／
粒子の比重）が０．５〜３の範囲である粒子を採用する
こと、前記粒子は無機系物質または有機系高分子物質の
粒子であること、前記粒子の平均粒子径は０．１μｍ〜
５００μｍの粒子であることが好ましく、また、前記超
音波伝達媒体は洗浄液であることが好ましい。

【００１１】

【発明の作用・効果】本発明に係る各超音波洗浄方法
は、基本的には、超音波伝達媒体と粒子とが形成する洗
浄層に被洗浄物の少なくとも一部を接して、または、実
質的に埋没させて、同被洗浄物を超音波洗浄するもので
ある。

【００１２】当該超音波洗浄方法では、洗浄層を構成す
る超音波伝達媒体を介して粒子に超音波を伝達すること
により、洗浄層を構成する粒子を振動させ、粒子の振動
に起因する摩擦力および衝突力を利用して、被洗浄物を
洗浄して清澄化するものである。

【００１３】このような超音波洗浄では、洗浄層中の粒
子は互いに運動を規制し合うことから、粒子の運動エネ
ルギーが過大になることはなく、強度の低い被洗浄物を
破損することがなく、かつ、被洗浄物の表面に付着する
汚染物を除去するに適した摩擦力および衝突力で被洗浄
物を洗浄して、被洗浄物を効果的に清澄化するものであ
る。

【００１４】本発明に係る各超音波洗浄方法で採用する
洗浄層は、超音波伝達媒体に対する粒子の混合割合が１
０〜６０体積％のものであることが好ましい。当該洗浄
層において、粒子の混合割合が１０体積％未満である場
合には、超音波に起因する粒子の運動エネルギーが過大
となって被洗浄物に破損を生じさせ、また、粒子の混合
割合が６０体積％を超える場合には、超音波に起因する
粒子の運動エネルギーが過小となって被洗浄物の洗浄が
不十分となる。

【００１５】また、本発明に係る各超音波洗浄方法にお
いては、前記粒子として、（被洗浄物の比重／粒子の比
重）が０．５〜３の範囲となる粒子を採用することが好
ましい。当該比重の比率が０．５未満である場合には、
被洗浄物が洗浄中に洗浄層の上面に上昇して、被洗浄物
が洗浄層に均一には接触し得ず、均一な洗浄が十分には
できないおそれがあり、また、当該比重の比率が３を超
える場合には、被洗浄物が洗浄中に洗浄層の底面に下降
して、この場合にも被洗浄物が洗浄層に均一には接触し
得ず、均一な洗浄が十分にはできないおそれがある。さ
らに、本発明に係る各超音波洗浄方法において、超音波
伝達媒体として洗剤水溶液を採用し、また、粒子として
平均粒子径が０．１μｍ〜５００μｍのものを採用すれ
ば、被洗浄物の洗浄効果を一層高めることができる。

【００１６】本発明に係る第２の超音波洗浄方法では、
超音波伝達媒体に粒子を混合してなる洗浄層と、粒子の
超音波伝達媒体に対する比率が洗浄層よりも低い汚濁吸
収層を洗浄用物として併用している。この洗浄態様で
は、超音波伝達媒体が洗浄層と汚濁吸収層間で循環し、
還流する等の多彩な移動を行い、洗浄層中に脱落してい
る汚染物質を吸収すべく作用して、洗浄層での被洗浄物
に付着する汚染物質の剥離効果を一層高める。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明は、被洗浄物を超音波を用
いて洗浄する超音波洗浄方法に関するもので、当該超音
波洗浄方法では、強度が低く小型の被洗浄物に好適な洗
浄を意図している。被洗浄物を洗浄するための洗浄用物
としては、超音波を所定の領域へ伝達するための超音波
伝達媒体と、同超音波伝達媒体より比重の大きい粒子を
採用して、これらを併用することを基本とするものであ
る。

【００１８】本発明に係る超音波洗浄方法では、超音波
伝達媒体と粒子を混合した洗浄層を形成して、実質的に
は、当該洗浄層に被洗浄物を埋没させた状態で当該洗浄
層に超音波を付与して、超音波伝達媒体を介して洗浄層
内に混在する粒子群に超音波を伝達し、洗浄層内の粒子
群を振動させるものである。また、好ましい洗浄態様で
は、洗浄用物として、本発明に係る第２の超音波洗浄方
法のごとく、洗浄層と超音波伝達媒体を主体とする汚濁
吸収層を併用するものである。

【００１９】洗浄層および汚濁吸収層を構成する超音波
伝達媒体としては、超音波を伝達し得る適宜の液体を採
用することができ、被洗浄物に付着する汚染物質に対す
る剥離、離脱、溶解等の洗浄作用を有するか否かは問わ
ないが、洗浄作用を有する洗浄液を採用することが好ま
しい。好適には、フロンや代替フロン等のフロン系溶
剤、各種の石油系溶剤、アルコール類、ケトン類等の有
機系溶剤、純水、超純水等の水、各種の界面活性剤から
なる洗剤、および、同洗剤の水溶液等を挙げることがで
きる。

【００２０】洗浄層を構成する粒子としては、無機系物
質または有機系高分子物質等の各種の粒子を採用するこ
とができ、好適な粒子としては、各種金属の微粒子、各
種無機酸化物の微粒子、各種炭化物の微粒子、各種無機
窒化物の微粒子、各種合成樹脂の微粒子等を挙げること
ができる。また、採用する粒子の平均粒子径は、０．１
μｍ〜５００μｍであることが好ましい。粒子の平均粒
子径が０．１μｍ未満である場合には、粒子自身が被洗
浄物に付着して汚染源となるおそれがあり、また、粒子
の平均粒子径が５００μｍを越える場合には、被洗浄物
に接触する粒子数が少なくなるため、洗浄効率が低下す
ることになる。なお、粒子の形状については、球状に近
い形状よりもエッジ部分を多くある形状の粒子の方が、
汚染物質を削り取る作用が大きいために好ましい。

【００２１】本発明に係る各超音波洗浄方法で採用する
洗浄層は、超音波伝達媒体に対する粒子の混合割合が１
０〜６０体積％のものである。また、本発明に係る第２
の超音波洗浄方法で採用する汚濁吸収層は、実質的には
超音波伝達媒体からなるもので、粒子の超音波伝達媒体
に対する混合割合が０．００１体積％以下のものであ
る。また、粒子としては、（被洗浄物の比重／粒子の比
重）が０．５〜３となる範囲のものを採用する。

【００２２】図１は、本発明の一例に係る超音波洗浄方
法を実施した場合の洗浄効果を示すグラフである。同グ
ラフにおいては、横軸は洗浄層を構成する粒子の超音波
伝達媒体に対する体積比率（粒子体積比率％）を、左縦
軸は被洗浄物の洗浄による破壊の割合を示す破壊比率
（被洗浄物破壊比率％）を、右縦軸は被洗浄物の洗浄後
の洗浄効果（付着物膜厚μｍ）をそれぞれ示している。

【００２３】本発明に係る超音波洗浄方法で採用する洗
浄層については、粒子体積比率の被洗浄物の破壊に対す
る影響（破壊頻度のグラフを参照）は、粒子体積比率％
が１０体積％未満の範囲では、粒子体積比率％が小さい
ほど被洗浄物破壊比率％が高くなり、粒子体積比率％が
１０体積％に近ずくにしたがい被洗浄物破壊比率％は急
激に低下し、粒子体積比率％が１０体積％以上になると
被洗浄物破壊比率％は零となる。また、粒子体積比率の
被洗浄物の洗浄に対する影響（洗浄時間５分のグラフ、
洗浄時間１時間のグラフを参照）は、洗浄時間の相違に
より洗浄効果は異なることは当然であるが、粒子体積比
率％が６０体積％以下の範囲では、粒子体積比率％が小
さいほど洗浄効果は高く、粒子体積比率％が６０体積％
を超えるとそれ以上の洗浄効果は期待し得ない。

【００２４】本発明に係る各超音波洗浄方法において
は、前記粒子として、（被洗浄物の比重／粒子の比重）
が０．５〜３（比重の比率）となる粒子を採用すること
が好ましい。当該比重の比率が０．５未満である場合に
は、被洗浄物が洗浄中に洗浄層の上に上昇して、被洗浄
物が洗浄層に均一には接触し得ずに、均一な洗浄が十分
にはできないおそれがあり、また、当該比重の比率が３
を超える場合には、被洗浄物が洗浄中に洗浄層の底に下
降して、この場合にも被洗浄物が洗浄層に均一には接触
し得ずに、均一な洗浄が十分にはできないおそれがあ
る。なお、本発明に係る超音波洗浄方法において、超音
波伝達媒体として洗剤水溶液を採用し、また、粒子とし
て平均粒子径が０．１μｍ〜５００μｍの微粒子を採用
すれば、被洗浄物の洗浄効果を一層高めることができ
る。

【００２５】本発明に係る各超音波洗浄方法において
は、高強度の材質の物品を洗浄して清澄化し得ることは
勿論であるが、小型の単体や構造体等の物品を意図する
ものであって、特に、破壊強度や破壊靱性に劣る小型の
セラミック製の単体や構造体、樹脂製の単体や樹構造
体、極めて薄くまたは細くて強度が低い小型の金属製の
単体や構造体等、強度が低い小型の被洗浄物に好適であ
る。当該洗浄方法によれば、これらの低強度の物品を洗
浄時に損傷を生じさせることなく洗浄して、当該物品を
良好に清澄化することができる。

【００２６】図２は、本発明に係る各超音波洗浄方法に
おいて、被洗浄物として好適に採用される圧電ユニモル
フ組立体を示している。当該圧電ユニモルフ組立体は、
図２（ａ）に示す、金属板に圧電素子を接着剤を介して
貼着した組立て母体１０を、同図（ｂ）に示すようにワ
イヤーソー加工により切出された、多数取りされたもの
であり、各圧電ユニモルフ組立体１０ａは、ワイヤーソ
ー加工により切出された状態では、幅０．２５ｍｍ、長
さ１．９ｍｍ、厚み約０．２ｍｍの形状を呈し、幅０．
２５ｍｍ、長さ１．９ｍｍ、厚み０．１ｍｍの金属板１
１（ＳＵＳ３０４）の片面に、熱硬化性エポキシ樹脂等
からなる厚み１５μｍの接着剤層を介して、金属板１１
と同形状の圧電素子１２（厚み７５μｍの積層型）が貼
着された構造体である。但し、圧電素子１２は、圧電体
に厚み５μｍの上下両面電極と、厚み２０μｍの側面電
極を形成されているものである。当該圧電ユニモルフ組
立体１０ａにおいては、そのワイヤーソー加工面に、ワ
イヤーソー研削油の変質物と砥粒の混合汚物が付着して
いる。

【００２７】本発明に係る各超音波洗浄方法では、洗浄
層を構成する超音波伝達媒体を介して粒子群に超音波を
伝達して粒子を振動させ、粒子の振動に起因する摩擦力
および衝突力を利用して、被洗浄物を洗浄して清澄化す
るものである。当該洗浄では、粒子は粒子群内で互いに
運動を規制し合いながら、被洗浄物に対して適度の摩擦
力および衝突力を作用させるもので、粒子の運動エネル
ギーが過大になることはなく、低強度の被洗浄物を破損
することがなく、かつ、被洗浄物の表面に付着する汚染
物を除去するに適した摩擦力および衝突力を、被洗浄物
に作用させることができる。

【００２８】本発明に係る各超音波洗浄方法で用いる洗
浄層は、超音波伝達媒体に対する粒子の混合割合が１０
〜６０体積％のものであることが好ましく、粒子の混合
割合が１０体積％未満である場合には、超音波に起因す
る粒子の運動エネルギーが過大となって被洗浄物に破損
が生じ、また、粒子の混合割合が６０体積％を超える場
合には、超音波に起因する粒子の運動エネルギーが過小
となって洗浄が不十分となる。

【００２９】また、本発明に係る第２の超音波洗浄方法
では、当該洗浄層の上方に超音波伝達媒体を主体とする
汚濁吸収層を位置させて、被洗浄物を超音波洗浄する手
段を採るものである。かかる洗浄態様では、超音波伝達
媒体が洗浄層と汚濁吸収層間で循環し、還流する等の移
動を行い、洗浄層中に脱落している汚染物質を吸収する
ことから、洗浄層での被洗浄物に付着する汚染物質の剥
離効果を一層高めることができる。

【００３０】本発明に係る超音波洗浄方法では、従来の
超音波洗浄機を使用して、適宜の実施態様を採ることが
できる。図３は、本発明に係る超音波洗浄方法を実施す
るために使用する洗浄装置の一例を概略的に示してい
る。当該洗浄装置２０は、超音波洗浄機を基本とするも
ので、洗浄槽２１と、洗浄槽２１の外壁に設けた振動子
２２と、振動子２２を振動動作させる発振器２３を備え
るもので、洗浄槽２１内には、超音波伝達媒体２４が収
容されている。当該洗浄装置２０では、洗浄用物３０お
よび被洗浄物１０ａを収容した容器２５を洗浄槽２１内
の超音波伝達媒体２４に略半分浸漬した状態で、容器２
５内の被洗浄物１０ａを超音波洗浄するものである。

【００３１】この場合、洗浄槽２１内に収容される超音
波伝達媒体２４は、洗浄作用を全く必要としないことか
ら、振動子２２の微小振動を容器２５内の洗浄用物３０
へ良好に伝達する媒体であればよい。例えば、一般水等
が安価な振動伝達媒体２４として使用される。但し、容
器２５内の洗浄用物３０は、洗浄層３１と汚濁吸収層３
２からなるもので、洗浄層３１は、洗剤水溶液等の超音
波伝達媒体とジルコニア粉末等の微粒子群とで構成さ
れ、かつ、汚濁吸収層３２は実質的に洗剤水溶液等の超
音波伝達媒体にて構成されている。

【００３２】図３に示す超音波洗浄方法は、本発明に係
る第２の超音波洗浄方法に該当するもので、上記した洗
浄装置２０を採用して、洗浄用物３０および被洗浄物１
０ａを収容した容器２５を静止させた状態で超音波洗浄
するもので、容器２５としては、超音波が容器２５内の
洗浄用物３０に十分に行き渡るように、容器形状が全体
に肉薄で比表面積の大きい試験管状の容器が好ましい。

【００３３】しかしながら、容器２５内に収容されてい
る洗浄用物３０および被洗浄物１０ａを緩慢に撹拌する
ことにより、洗浄用物３０および被洗浄物１０ａを超音
波の強い部位に均等に通過させる手段を採るようにすれ
ば、容器２５として、全体的に肉厚で比表面積の小さい
容器、例えば、ビーカ形状や広口瓶形状等の容器を採用
するこことができ、また、洗浄装置２０における洗浄槽
２１それ自体を容器として使用することもできる。

【００３４】図４には、従来の洗浄装置の洗浄槽を比較
のために示している。当該洗浄槽２１は、超音波伝達媒
体２４を収容しているものではあるが、この超音波伝達
媒体２４として洗浄液を採用していて、被洗浄物は超音
波伝達媒体２４に直接浸漬されて超音波洗浄に付される
ものである。従って、本発明に係る超音波洗浄方法は、
超音波伝達媒体２４を洗浄液として使用するものでない
点で、従来の超音波洗浄方法とは全く相違する方式の洗
浄方法であることは明らかである。

【００３５】本発明に係る超音波洗浄方法を実施する場
合、容器内に収容されている洗浄用物および被洗浄物を
緩慢に撹拌する手段を採れば、大量の被洗浄物を一度に
洗浄処理することができる利点がある。

【００３６】容器内に収容されている洗浄用物および被
洗浄物を撹拌する手段としては、撹拌羽根を使用して洗
浄用物および被洗浄物を直接撹拌する手段を採ることが
でき、また、洗浄用物および被洗浄物を収容した状態の
容器を回転や揺動等して容器内の洗浄用物および被洗浄
物を撹拌する手段を採ることができる。但し、被洗浄物
の損傷を防止する観点からすれば後者の手段、すなわ
ち、洗浄用物および被洗浄物を収容した状態の容器を回
転や揺動等して、洗浄用物および被洗浄物を撹拌する手
段を採るのが好ましい。図５〜図８には、容器内に収容
されている洗浄用物および被洗浄物を撹拌する複数の手
段を概略的に示している。

【００３７】図５に示す洗浄装置における撹拌手段は、
洗浄用物および被洗浄物を収容した容器２６の一部を洗
浄槽２１内の超音波伝達媒体２４に浸漬した状態で、同
図の（ａ），（ｂ）に示すように、同容器２６を前後お
よび左右に揺動して、容器２６内に収容した洗浄用物お
よび被洗浄物を撹拌する手段である。容器２６として
は、ビーカ形状の容器が採用されている。

【００３８】図６に示す洗浄装置における撹拌手段は、
洗浄用物および被洗浄物を収容した容器２７の一部を洗
浄槽２１内の超音波伝達媒体２４に傾斜状態に浸漬し
て、同容器２７を電動モータ２８からなる駆動手段で回
転することにより、容器２７内に収容した洗浄用物およ
び被洗浄物を撹拌する手段である。容器２７としては、
広口瓶形状の容器が採用されている。

【００３９】図７に示す洗浄装置における撹拌手段は、
洗浄用物および被洗浄物を洗浄槽２１に直接収容して、
洗浄用物および被洗浄物を収容した状態の洗浄槽２１を
前後および左右に揺動して、洗浄槽２１内に収容した洗
浄用物および被洗浄物を撹拌する手段である。

【００４０】図８に示す洗浄装置における撹拌手段は、
洗浄用物および被洗浄物を洗浄槽２１に直接収容して、
洗浄用物および被洗浄物を収容した状態の洗浄槽２１を
前後および左右に揺動しつつ回転して、洗浄槽２１内に
収容した洗浄用物および被洗浄物を撹拌する手段であ
る。

【００４１】

【実施例】本実施例では、本発明に係る超音波洗浄方法
を採用して、破壊強度や破壊靱性に劣る小型のセラミッ
ク製の構造体である圧電ユニモルフ組立体の超音波洗浄
の実験を行った。また、これに併せて、冒頭で記述した
従来の超音波洗浄方法を採用して、同一の組立母体から
切出された圧電ユニモルフ組立体の超音波洗浄の実験を
比較例として行った。

【００４２】被洗浄物：圧電ユニモルフ組立体の組立母
体１０を図２に示す手法に基づいて切出された圧電ユニ
モルフ組立体１０ａであって、幅０．２５ｍｍ、長さ
１．９ｍｍ、厚み０．１ｍｍの金属板（ＳＵＳ３０４）
の片面に、熱硬化性エポキシ樹脂等からなる厚み１５μ
ｍの接着剤層を介して、金属板と同形状の厚み７５μｍ
の積層型圧電素子が貼着されているものである。但し、
圧電素子は、圧電体に厚み５μｍの上下両面電極と、厚
み２０μｍの側面電極を形成されているものである。

【００４３】被洗浄物としては、当該圧電ユニモルフ組
立体１０ａを代表例としているが、その他に、強度が異
なる圧電ユニモルフ組立体、すなわち、厚みが０．００
５ｍｍ、０．０１ｍｍ、０．０５ｍｍ、０．２ｍｍ、
０．５ｍｍの金属板（ＳＵＳ３０４）を採用した同一構
成の圧電ユニモルフ組立体をも採用している。超音波洗
浄の実験では、金属板の厚みが同じ圧電ユニモルフ組立
体１０ａの１０個を一群として超音波洗浄に供した。こ
れらの圧電ユニモルフ組立体１０ａには、ワイヤーソー
加工面に、ワイヤーソー研削油の変質物と砥粒の混合物
が汚染物として付着している。

【００４４】洗浄装置：超音波洗浄の実験では、実施例
および比較例に係る各洗浄実験共に、図３に示す洗浄装
置２０を採用している。実施例に係る各洗浄実験では、
容器としてパイレックス（登録商標）ガラス製で広口瓶
状の容器２７（容量２５０ｍｌ）を採用し、容器２７に
洗浄用物３０と被洗浄物である圧電ユニモルフ組立体１
０ａを収容して、図６に示す駆動手段２８を用いる手法
により超音波洗浄実験を行った。また、比較例に係る各
洗浄実験では、図４に示す洗浄槽２１を有する洗浄装置
を採用して、洗浄槽２１内に収容した超音波伝達媒体２
４である洗浄液に、被洗浄物である圧電ユニモルフ組立
体１０ａを浸漬して超音波洗浄の実験を行った。

【００４５】洗浄用物（実施例）：洗浄用物は、被洗浄
物である各圧電ユニモルフ組立体１０ａの１０個をまと
めて洗浄するために使用される洗浄剤である。実施例に
係る各洗浄実験では、洗浄用物３０の構成物質である粒
子として、平均粒子径が０．１μｍ〜５００μｍの範囲
にあるジルコニア粉末（商品名グレイン…日本碍子株式
会社製）を採用し、超音波伝達媒体として、中性洗剤の
３％水溶液（洗剤水溶液）を採用して、容器２７内に収
容した超音波伝達媒体である洗剤水溶液９０ｍｌ中に６
０ｇのジルコニア粉末を添加し混合して、下層が洗浄層
３１で上層が汚濁吸収層３２である構成の洗浄用物３０
を調製した。

【００４６】洗浄用物３０の洗浄層３１は、洗剤水溶液
に対するジルコニア粉末の混合割合が１０〜６０体積％
の範囲にあり、かつ、汚濁吸収層３２は、実質的に洗剤
水溶液からなるもので、洗剤水溶液に対するジルコニア
粉末の混合割合が０．００１体積％以下である。粒子と
して採用したジルコニア粉末は、各圧電ユニモルフ組立
体１０ａとの関係では、（被洗浄物の比重／微粒子の比
重）が０．５〜３の範囲にある。なお、実施例に係る各
洗浄実験では、洗浄装置２０の洗浄槽２１に収容する超
音波伝達媒体２４として市販の水を採用している。

【００４７】洗浄用物（比較例）：当該洗浄用物も、被
洗浄物である圧電ユニモルフ組立体１０ａを１０個まと
めて洗浄するために使用されるもので、洗浄液中に微粒
子が均一に分散しているものである。比較例に係る各洗
浄実験では、洗浄用物の構成物質である粒子として、
０．５μｍのα−アルミナ粉末（和光純薬株式会社製）
を採用し、洗浄液として中性洗剤の３％水溶液（洗剤水
溶液）を採用して、図４に示す洗浄槽２１内に収容した
洗剤水溶液（超音波伝達媒体２４）中にα−アルミナ粉
末を添加して、α−アルミナ粉末が０．０１〜５重量％
の範囲で均一分散している洗浄用物（洗浄液）を調製し
た。

【００４８】洗浄処理：実施例に係る各洗浄実験では、
洗浄用物３０および圧電ユニモルフ組立体１０ａを収容
した容器２７を、洗浄槽２１に収容した超音波伝達媒体
２４に図６に示すようにセットし、当該容器２７を３０
ｒｐｍで回転しつつ、２８ｋＨｚの超音波を照射して、
この状態で超音波洗浄を各時間行った。比較例に係る各
洗浄実験では、図４に示す洗浄槽２１内に洗浄用物およ
び圧電ユニモルフ組立体１０ａを収容し、洗浄用物およ
び圧電ユニモルフ組立体１０ａを２８ｋＨｚの超音波を
付与して超音波洗浄を各時間行った。これらの洗浄で
は、２８ｋＨｚの超音波を代表例としているが、２８ｋ
Ｈｚの超音波を中心としてその高低の周波数領域での洗
浄実験も行った。

【００４９】これらの実施例および比較例に係る各洗浄
実験で洗浄された圧電ユニモルフ組立体１０ａを、光学
顕微鏡を用いてその汚染状態を観察するとともに、実施
例に係る洗浄実験では、洗浄後の圧電ユニモルフ組立体
１０ａの粒子脱落状態を測定した。粒子脱落状態の測定
に先だって、洗浄後の圧電ユニモルフ組立体１０ａを超
純水を収容したビーカに入れ、当該ビーカを超音波洗浄
機にセットして、１００ｋＨｚの超音波を１０分間照射
する洗浄を行い、その後、ビーカ内の超純水を５ｍｌ採
取して、この中の粒子数をパーティクルカウンタを用い
て計測する手段を採用した。

【００５０】各洗浄実験では、洗浄終了後、容器２７内
の収容物、または、洗浄層２１内の収容物をメッシュ上
にあけて、洗浄用物をメッシュから透過させて圧電ユニ
モルフ組立体１０ａから分離し、分離処理された圧電ユ
ニモルフ組立体１０ａを水または溶剤中で超音波洗浄を
行う清澄化洗浄に付して、清澄化された圧電ユニモルフ
組立体１０ａを、光学顕微鏡による観察用試料として供
した。

【００５１】（洗浄効果）：実施例の各洗浄実験のう
ち、代表例である圧電ユニモルフ組立体１０ａ（金属板
の厚み０．１ｍｍ）の洗浄実験（２８ｋＨｚ超音波、１
０分間）では、圧電ユニモルフ組立体１０ａの如何なる
部位の破損もなく、汚染物を完全に除去することができ
た。また、洗浄前には見られなかった金属光沢が認めら
れた。また、粒子脱落状態の測定では、洗浄前の０．５
μｍ以上の粒子が１０万個以上／５ｍｌであったもの
が、１万個未満／５ｍｌと大幅に低減していた。

【００５２】また、実施例の各洗浄実験のうち、金属板
の厚みが０．００５ｍｍ、０．０１ｍｍ、０．０５ｍｍ
の圧電ユニモルフ組立体１０ａの洗浄実験では、２８ｋ
Ｈｚの周波数で７分間洗浄したところ、金属板の厚みが
０．０１ｍｍ、０．０５ｍｍの圧電ユニモルフ組立体１
０ａについては、如何なる部位の破損もなく、汚染を完
全に除去することができた。

【００５３】一方、比較例の各実験のうち、異なる厚み
の金属板の全ての圧電ユニモルフ組立体１０ａの洗浄実
験（周波数２８ｋＨｚ、１０分間）では、汚染物を完全
に除去することができず、かつ、圧電ユニモルフ組立体
１０ａの各部位で損傷が認められた。例えば、圧電ユニ
モルフ組立体１０ａを構成する金属板の変形、金属板の
変形に起因する圧電素子でのクラックの発生、金属板と
圧電素子の接合界面での剥離等が認められた。

【００５４】また、比較例の各洗浄実験のうち、金属板
の厚みが０．２ｍｍ、０．５ｍｍの圧電ユニモルフ組立
体１０ａの洗浄実験で、周波数２８ｋＨｚで４分間洗浄
したところ、汚染物を完全に除去することができた。こ
の場合、圧電ユニモルフ組立体１０ａを構成する金属板
には変形は認められず、圧電素子を構成する上部電極の
一部にわずかな減少が認められるにすぎなかった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る超音波洗浄方法による洗浄用物の
洗浄効果を示すグラフである。

【図２】本発明に係る超音波洗浄方法で洗浄の対象とす
る被洗浄物である圧電ユニモルフ組立体の組立て母体の
平面図（ａ）、および、同組立て母体を短冊状に切断し
て圧電ユニモルフ組立体を多数取りする状態を示す平面
図（ｂ）である。

【図３】本発明に係る超音波洗浄方法を実施するための
洗浄装置の一例を示す概略構成図である。

【図４】従来の超音波洗浄方法を実施するための洗浄槽
を示す概略構成図である。

【図５】本発明に係る超音波洗浄方法を実施するための
第１の洗浄方法を示す概略構成図である。

【図６】本発明に係る超音波洗浄方法を実施するための
第２の洗浄方法を示す概略構成図である。

【図７】本発明に係る超音波洗浄方法を実施するための
第３の洗浄方法を示す概略構成図である。

【図８】本発明に係る超音波洗浄方法を実施するための
第４の洗浄方法を示す概略構成図である。

【符号の説明】

１０…圧電ユニモルフ組立体の組立て母体、１０ａ…圧
電ユニモルフ組立体、１１…金属板、１２…圧電素子、
２０…洗浄装置、２１…洗浄槽、２２…振動子、２３…
発振器、２４…超音波伝達媒体（水）、２５，２６，２
７…容器、２８…駆動手段、３０…洗浄用物、３１…洗
浄層、３２…汚濁吸収層。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 3B201 AA46 BB02 BB83 BB87 BB92 BC00 4H003 BA12 DA05 DA12 DA15 DC04 EA24 EB28 ED02 ED04 ED19 ED28 ED30 FA21

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】超音波を所定の領域へ伝達する超音波伝達
媒体と同超音波伝達媒体より比重の大きい粒子を併用し
て被洗浄物を超音波洗浄する超音波洗浄方法であって、
前記超音波伝達媒体と前記粒子とが形成する同粒子の前
記超音波伝達媒体に対する混合割合が１０〜６０体積％
の洗浄層に被洗浄物の少なくとも一部を接して、同洗浄
層に超音波を付与することにより前記被洗浄物を洗浄す
ることを特徴とする超音波洗浄方法。
【請求項２】超音波を所定の領域へ伝達する超音波伝達
媒体と同超音波伝達媒体より比重の大きい粒子を併用し
て被洗浄物を超音波洗浄する超音波洗浄方法であって、
前記超音波伝達媒体と前記粒子とが形成する洗浄層と、
前記粒子の前記超音波伝達媒体に対する比率が前記洗浄
層よりも低い汚濁吸収層を洗浄用物として、同洗浄用物
の前記洗浄層に被洗浄物の少なくとも一部を接して、同
洗浄層に超音波を付与することにより前記被洗浄物を洗
浄することを特徴とする超音波洗浄方法。
【請求項３】請求項２に記載の超音波洗浄方法におい
て、前記洗浄層における前記粒子の前記超音波伝達媒体
に対する混合割合が１０〜６０体積％であることを特徴
とする超音波洗浄方法。
【請求項４】請求項２に記載の超音波洗浄方法におい
て、前記汚濁吸収層における前記粒子の前記超音波伝達
媒体に対する混合割合が０．００１体積％以下であるこ
とを特徴とする超音波洗浄方法。
【請求項５】請求項１，２，３または４に記載の超音波
洗浄方法において、前記粒子として、（被洗浄物の比重
／粒子の比重）が０．５〜３の範囲である粒子を採用す
ることを特徴とする超音波洗浄方法。
【請求項６】請求項１，２，３，４または５に記載の超
音波洗浄方法において、前記粒子は無機系物質または有
機系高分子物質の粒子であり、かつ、前記超音波伝達媒
体は洗浄液であることを特徴とする超音波洗浄方法。
【請求項７】請求項１，２，３，４，５または６に記載
の超音波洗浄方法において、前記粒子は、平均粒子径が
０．１μｍ〜５００μｍの粒子であることを特徴とする
超音波洗浄方法。