JP2009248066A

JP2009248066A - 超音波洗浄装置

Info

Publication number: JP2009248066A
Application number: JP2008103090A
Authority: JP
Inventors: Haruki Shioiri; 春樹塩入; Isao Motegi; 功男茂手木; Takahiro Hanaishi; 隆裕花石
Original assignee: Tiyoda Electric Co Ltd
Current assignee: Tiyoda Electric Co Ltd
Priority date: 2008-04-11
Filing date: 2008-04-11
Publication date: 2009-10-29

Abstract

【課題】高い洗浄能力を有する超音波洗浄装置を提供する。
【解決手段】洗浄槽３１内の液体に超音波振動を印加して、洗浄槽３１内の被洗浄物を洗浄する超音波洗浄装置３０において、超音波の発振周波数を、所定の周波数の範囲内でスイープさせ、且つ発振周波数のスイープを所定の周期でスイープさせることによって洗浄槽３１内の液体全体が大きく振動するように制御する制御部４６とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、洗浄槽内の液体に超音波振動を印加して、洗浄槽内の被洗浄物を洗浄する超音波洗浄装置に関する。

超音波振動を洗浄槽内の液体に加えることにより、洗浄槽内の被洗浄物を洗浄する超音波洗浄装置が、従来より良く知られている。
超音波洗浄装置においては、単一の周波数では洗浄ムラなどが生じることから、超音波振動の周波数をスイープ（掃引）することで、十分な洗浄効果を得ようとしている（例えば特許文献１参照）。

なお、特許文献２には、超音波周波数を、４０．６ｋＨｚ〜３７．４ｋＨｚまで０．１２５μｓごとに変化させる旨が開示されている。
また、特許文献３には、超音波発生機構が２系統設けられており、一方の超音波発生機構では２５ｋＨｚ〜３１ｋＨｚまで４０ｍｓごとに変化させ、他方の超音波発生機構では３４ｋＨｚ〜４２ｋＨｚまで４０ｍｓごとに変化させることが開示されている。

特開平２−５２０８３号公報特開平５−３０１０７８号公報特開平８−１３１９７８号公報

上述したように、従来の超音波洗浄装置では、超音波をスイープさせる構成は良く知られているが、さらに高い洗浄能力が要求されているという課題がある。

本発明者等は、さらに洗浄効率を上げるべく鋭意検討を重ねた。この結果、周波数をスイープさせる場合に、さらにこのスイープ周期でスイープさせると、非常に高い洗浄能力が示されることが判明し、本発明に想到した。

そこで、本発明は上記課題を解決すべくなされ、その目的とするところは、高い洗浄能力を有する超音波洗浄装置を提供することにある。

本発明にかかる超音波洗浄装置によれば、洗浄槽内の液体に超音波振動を印加して、洗浄槽内の被洗浄物を洗浄する超音波洗浄装置において、超音波の発振周波数を、所定の周波数の範囲内でスイープさせ、且つ発振周波数のスイープを所定の周期でスイープさせることによって洗浄槽内の液体全体が大きく振動するように制御する制御部とを具備することを特徴としている。
この構成を採用することによって、発振周波数のスイープを、さらに所定の周期でスイープさせた場合において、それぞれのスイープが所定の周波数（周期）のとき、洗浄槽内の液体全体が大きく振動する（本明細書中では、これを共振と称する場合がある）。そこで、本発明の超音波洗浄装置は、液体が共振するように、制御部が各スイープを制御するので、極めて洗浄能力の高い超音波洗浄装置とすることができる。

また、超音波の発振周波数のスイープ範囲は、３ｋＨｚ〜８ｋＨｚであることを特徴とするとよい。
さらに、前記スイープの周期は、周波数にすると１００Ｈｚ〜１０００Ｈｚであることを特徴とするとよい。
これらのスイープ範囲で共振が生じることが実験的に判明している。

本発明の超音波洗浄装置によれば、洗浄槽内の液体全体を大きく振動させて、極めて高い洗浄能力を発揮することができる。

以下、本発明の好適な実施例を添付図面に基づいて説明する。
図１に、超音波洗浄装置のブロック図を示す。
超音波洗浄装置３０は、洗浄用の液体と被洗浄物が浸漬される洗浄槽３１を備えており、洗浄槽３１の底部３１ａに振動子３２を有している。また、超音波洗浄装置３０は、振動子３２を駆動するための駆動回路３４を備えている。
振動子３２は、駆動回路３４からの電気信号が入力され、この電気信号に基づいて機械的な振動を発生させる機能を有している。

本実施形態の超音波洗浄装置３０では、洗浄槽３１で生じる超音波周波数は、少なくとも３ｋＨｚ〜８ｋＨｚの範囲でスイープ可能に設けられている。
さらに、このスイープの周期（周波数）は、少なくとも１００Ｈｚ〜１０００Ｈｚの範囲でスイープ可能に設けられている。

このように、超音波周波数を３ｋＨｚ〜８ｋＨｚの範囲でスイープし、このスイープの周期（周波数）をさらに１００Ｈｚ〜１０００Ｈｚの範囲でスイープすることで、洗浄槽３１内の液体全体が大きく振動することが判明した。
このように、洗浄槽３１内の液体全体が大きく振動することにより、部分的な洗浄ムラを無くし、また全体として洗浄効率が極めて高くなる。

以下、振動子３２を駆動させる駆動回路３４の構成について説明する。
駆動回路３４は、商用電源から入力された交流１００Ｖまたは２００Ｖ（５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）から、所定の周波数の電気信号を生成して振動子３２に供給するものである。
駆動回路３４は、商用電源から入力された交流１００Ｖまたは２００Ｖを電力制御する電力制御部３６を設けている。電力制御部３６としては、トライアックなどが挙げられる。

電力制御部３６の後段には、整流回路部３８が設けられている。整流回路部３８は、ブリッジ回路などから構成され、入力された交流を全波整流する。
整流回路部３８の後段には、平滑回路部４０が設けられている。平滑回路部４０は、主として大容量のコンデンサ等が採用される。平滑回路部４０によって、全波整流された波形が平滑されて滑らかな波形となる。

また、平滑回路部４０の後段には、電力増幅部４２が設けられている。電力増幅部４２では、整流された電圧を所定の周波数となるようにスイッチングして出力する機能を有している。電力増幅部４２は、後述する制御部４６によってそのスイッチング周波数が制御される。
電力増幅部４２の後段には、位相補正部４４が設けられている。位相補正部４４は、振動子３２のリアクタンス成分による位相のズレを補正するものである。

続いて、図３に基づいて、制御部４６について説明する。
制御部４６は、超音波洗浄装置３０全体の動作を制御可能に設けられている。そして、制御部４６によって、振動子３２の発振周波数のスイープおよびこのスイープ幅のスイープを制御することができる。

制御部４６は、ＣＰＵ４８と、発振器５０と、ゲートドライバ５２とを備えている。ＣＰＵ４８は、ユーザが操作可能な操作部５４に接続されており、ユーザが指定した動作を実行するように発振器５０や、電力制御部３６に制御信号を出力し、所定の動作を実行させる。なお、発振器５０としては、ＤＤＳなどが採用される。

操作部５４では、ユーザが超音波の発振周波数のスイープ範囲を選択可能な第１のスイッチ５４ａと、スイープ範囲のスイープ周期を選択可能な第２のスイッチ５４ｂを設けている。
操作部５４において、第１のスイッチ５４ａまたは第２のスイッチ５４ｂが操作されると、制御部４６のＣＰＵ４８は、超音波の発振周波数のスイープ範囲が第１のスイッチ５４ａで指示された範囲でスイープするように、発振器５０を制御し、且つ発振周波数のスイープのスイープ周期が第２のスイッチ５４ｂで指示された範囲となるように発振器５０を制御する。

このため、電力増幅部４２では、発振周波数が第１のスイッチ５４ａで指示された範囲でスイープし、且つ発振周波数のスイープのスイープ周期が第２のスイッチ５４ｂで指示された範囲となるように、振動子３２へ出力する電気信号をスイッチングする。
このように、ユーザが発振周波数のスイープ範囲と、このスイープ周期を選択することができる。

超音波を所定の範囲でスイープさせ、このスイープを所定の周期でスイープさせたとき、いずれの範囲で共振が発生したかを、図３に示す。
なお、このときの測定条件としては、洗浄槽３１は、厚さ１．５ｍｍのステンレス製であり、縦、横および深さが６００ｍｍのものを採用した。
洗浄槽３１内の液体は、純水であり、液温は３５℃。また、水位は振動子３２の上面から２００ｍｍの位置に設定した。
なお、音圧計としては、本多電子株式会社製のポータブル型超音波音圧計（型式：ＨＵＳ−５）を用いた。

図３に示すように、超音波のスイープ範囲を３ｋＨｚ〜８ｋＨｚで変化させ、スイープ範囲のスイープ周期（周波数）を１０Ｈｚ〜１０００Ｈｚで変化させたとき、音圧の最大値と最小値を測定した。超音波のスイープ範囲における音圧の測定は、１ｋＨｚおきに行った。また、スイープ周期（周波数）は、１０Ｈｚ、２０Ｈｚおよび５０Ｈｚで測定し、１００Ｈｚ〜１０００Ｈｚの間は１００Ｈｚおきで測定した。
このように測定した結果、図４の太枠の範囲内で共振が発生した。ここで言う共振とは、上述したように、液体全体が大きく振動することである。そして液体表面が大きく波立っている。

したがって、超音波のスイープ範囲を３ｋＨｚ〜８ｋＨｚとし、このスイープの周期（周波数）を１００Ｈｚ〜１０００Ｈｚとすることにより、共振が発生し、洗浄能力が極めて大きくなるということが実験的に確認できた。

以上本発明につき好適な実施例を挙げて種々説明したが、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、発明の精神を逸脱しない範囲内で多くの改変を施し得るのはもちろんである。

本発明の超音波洗浄装置の全体構成を示すブロック図である。制御部のブロック図である。超音波を所定の範囲でスイープさせ、このスイープを所定の周期でスイープさせたときの音圧の変化と、共振の発生を示す表である。

符号の説明

３０超音波洗浄装置
３１洗浄槽
３１ａ底部
３２振動子
３４駆動回路
３６電力制御部
３８整流回路部
４０平滑回路部
４２電力増幅部
４４位相補正部
４６制御部
４８ＣＰＵ
５０発振器
５２ゲートドライバ
５４操作部

Claims

洗浄槽内の液体に超音波振動を印加して、洗浄槽内の被洗浄物を洗浄する超音波洗浄装置において、
超音波の発振周波数を、所定の周波数の範囲内でスイープさせ、且つ発振周波数のスイープを所定の周期でスイープさせることによって洗浄槽内の液体全体が大きく振動するように制御する制御部とを具備することを特徴とする超音波洗浄装置。
超音波の発振周波数のスイープ範囲は、３ｋＨｚ〜８ｋＨｚ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。
前記スイープの周期は、周波数にすると１００Ｈｚ〜１０００Ｈｚであることを特徴とする請求項１または請求項２記載の超音波洗浄装置。