TWI406698B - A degassing device and an ultrasonic cleaning device using the degassing device - Google Patents

Description

脫氣裝置及使用該脫氣裝置之超音波洗淨裝置

本發明是用來去除洗淨液中之溶解空氣的脫氣裝置及使用該脫氣裝置的超音波洗淨裝置

在工業洗淨裝置中的重要課題為：如何乾淨地去除附著於構件或材料的髒污、毛邊並完成工作。傳統上是採用超音波洗淨裝置來作為上述的一種洗淨裝置。

超音波洗淨裝置，是將超音波產生裝置安裝於裝滿洗淨液的洗淨槽內，並藉由朝浸漬洗淨液中之被洗淨物照射超音波的方式，利用超音波的振動能量來剝離去除附著於被洗淨物表面的髒污或毛邊。

在上述超音波洗淨裝置的場合中，早為大眾所熟知地，超音波的音壓、也就是指超音波的振動能量受到洗淨液中所含有之溶解空氣的影響甚鉅，一旦溶解空氣多將妨礙超音波的傳播，引發能量的耗損而使音壓下降，進而導致洗淨力的下降。因此，傳統上在超音波洗淨裝置附設脫氣裝置，藉由降低洗淨液中之溶解空氣濃度的方式，研究可實現有效率且安定的洗淨。

列舉上述脫氣裝置的範例，譬如專利文獻1所記載的裝置。該專利文獻1所記載的脫氣裝置，是採用只有空氣能通過之脫氣膜的膜式脫氣裝置的其中一例，利用脫氣膜將形成密閉空間的脫氣室內分隔成2室，使作為脫氣對象的液體流通於其中一室，在另一室連接真空泵並利用負壓的吸引，使液體中的溶解空氣通過脫氣膜而加以吸引去除。

[專利文獻1]日本特開2004－249215號公報(全體內頁與圖面)

話雖如此，在上述傳統膜式脫氣裝置的場合中，脫氣膜的價格甚高而使裝置的成本提高，不僅如此，每隔一段時間必須更換脫氣膜、或實施回洗(backwashing)，就裝置的維修管理而言具有相當耗費處理手續與費用的缺點。此外，一般的膜式脫氣裝置僅適用於水系的洗淨液，很難適用於碳化氫系或溶劑系的洗淨液。

此外，除了上述的膜式脫氣裝置，真空式脫氣裝置或渦輪式脫氣裝置也為大眾所熟知。真空式脫氣裝置，是以一定量的洗淨液裝填入密閉的脫氣槽內，並利用真空泵吸引槽上方空間的空氣，來取出洗淨液中的溶解空氣並加以排出。渦輪式脫氣裝置，是在將一定量的洗淨液裝填入密閉的脫氣槽內後，藉由一邊縮減朝脫氣槽流入之洗淨液的供給量，並一邊以較大的流量排出脫氣槽內之洗淨液的方式，在脫氣槽的入口側與排出側形成壓力差，而藉由該壓力差來取出脫氣槽內之洗淨液中的溶解空氣並加以排出。但是上述的裝置有利有弊，並無法同時滿足脫氣效率、成本、裝置之維護管理的全部。

本發明是為了解決上述問題所研發而成的發明，其目的是提供一種：具有絕佳脫氣效率，成本低廉且易於維護管理的脫氣裝置；及使用該脫氣裝置的超音波洗淨裝置。不僅如此，本發明的另一個目的是提供一種：藉由在特定的條件下運轉，而在循環泵的出口側產生細微汽泡(直徑為10~數拾μm的細微汽泡)，並在存在該細微汽泡的狀態下執行對被洗淨物之超音波洗淨的超音波洗淨裝置。

如以上所述，傳統的脫氣裝置並無法同時滿足脫氣效率、成本、維護管理的全部。因此，為了解決上述的問題，經本發明團隊不斷地實驗與研究，終於開發出一種：構造簡單、具有極高的脫氣效率，且成本低廉又易於維護管理的脫氣裝置；及使用該脫氣裝置之超音波洗淨裝置。

換言之，(1)的脫氣裝置，其特徵為：具備可供洗淨液流通的流路，並在該流路的途中設置用來縮減流路之內腔截面積的節流部，藉由在該節流部的後方側產生空化(cavitation；指溶解空氣因激烈的壓力變化而形成汽泡化的現象)，而使洗淨液中的溶解空氣產生汽泡化。

上述的脫氣裝置，是連結於可供洗淨槽內之洗淨液循環的洗淨液循環通路的途中來使用。當由循環泵使洗淨液產生循環時，藉由位於脫氣裝置的空化現象使流過洗淨液循環通路之洗淨液中的溶解空氣形成汽泡化，該汽泡化的溶解空氣將與洗淨液一起朝洗淨槽回流。接著，汽泡化的溶解空氣將從洗淨槽的液面排放至槽外。

(2)的脫氣裝置，如上述(1)所記載的脫氣裝置，其中是採用可變形的彈性管構成上述流路，並附設可藉由按壓該彈性管來改變管之內腔截面積的管截面積可變機構，藉由該管截面積可變機構形成上述節流部。

由於採用可變形的彈性管，當利用管截面積可變機構來按壓管時，使按壓的部分被壓潰，而形成管內腔截面積縮小的節流部。因此，當洗淨液通過節流部時，將加速其流速，而使洗淨液的動壓急速上升而靜壓急速下降。另外，當通過節流部時，由於管截面積變寬而使流速變慢，使洗淨液的動壓急速下降而靜壓急速上升。

當在彈性管的節流部產生上述的激烈壓力變化時，將於節流部的下游側產生空化現象，使洗淨液中所含有的溶解空氣在節流部的下游側形成汽泡化。經汽泡化的溶解空氣，將與洗淨液一起回到超音波洗淨槽內，並藉由其浮力朝洗淨槽的液面上升，而從洗淨槽的液面排出至槽外。

上述空化現象所形成的汽泡產生量，是根據節流部的截面積而產生變化，當截面積較小時，由於在節流部的壓力變化變大，而使汽泡產生量變多，當截面積較大時，由於在節流部的壓力變化變小，而使汽泡產生量變少。因此，藉由利用管截面積可變裝置來改變彈性管的截面積，可調節汽泡的產生量。如此一來，可控制洗淨液之溶解空氣的濃度，並可將溶解空氣的濃度調節成目標值。

上述構造的脫氣裝置，是利用根據洗淨液之壓力變化所產生的空化現象，構造即為簡單，可廉價地提供。此外，倘若以氟素橡膠構成與洗淨液接觸的彈性管，將不侷限於水系的洗淨液，即使是碳化氫系、溶劑系的洗淨液也能使用，具有極高的汎用性。

(3)的脫氣裝置，如上述(1)所記載的脫氣裝置，其中是由不能變形的剛性管構成上述流路，藉由在該剛性管的適當位置縮小其管徑，而形成上述的節流部，節流部是形成不可變的固定式。

(4)的脫氣裝置，其特徵為：具備可供洗淨液通過的流路，並藉由在該流路內配置可妨礙流過流路中之洗淨液的流動的障礙物，在該障礙物的後方側形成空化現象，而使洗淨液中的溶解空氣形成汽泡化。

(5)的脫氣裝置，其特徵為：是藉由在供給洗淨液之循環泵的泵室入口形成管徑較小的節流部，並在該節流部的後方側產生空化現象，而使洗淨液中的溶解空氣形成汽泡化。

(6)的脫氣裝置，其特徵為：藉由使供給洗淨液之循環泵的螺旋槳形成非對稱的翼形，在迴轉的螺旋槳周圍產生空化現象，而使洗淨液中的溶解空氣形成汽泡化。

(7)的超音波洗淨裝置，是採用上述各脫氣裝置來執行洗淨液的脫氣，具備附設有超音波產生器的洗淨槽，將被洗淨物浸漬於充滿洗淨液的洗淨槽內並藉由照射來自於超音波產生器的超音波，而對被洗淨物執行超音波洗淨的超音波洗淨裝置，其特徵為：形成洗淨液循環通路，該洗淨液循環通路是利用循環泵吸引上述洗淨槽內的洗淨液並在循環過特定的通路後，再度回到洗淨槽內；並將上述(1)~(6)之任一項所記載的脫氣裝置連接於該洗淨液循環通路的路徑途中，藉由利用該脫氣裝置使流經洗淨液循環通路之洗淨液中的溶解空氣形成汽泡化，並使汽泡化的溶解空氣與洗淨液一起回流至洗淨槽內，而使汽泡化的溶解空氣從洗淨槽的液面排出至槽外。

(8)的超音波洗淨裝置，如(7)所記載的超音波洗淨裝置，其中在脫氣裝置的下游側，連接可改變閥開啟度的空氣供給手段，並可通過該空氣提供手段將空氣供給至流經洗淨液循環通路的洗淨液中。

如上所述，超音波洗淨中的超音波音壓，將因為洗淨液之溶解空氣濃度而形成極大的變化。另外，溶解空氣的濃度，將因為洗淨槽的形狀(與大氣接觸的面積、水深等)、洗淨液的循環狀態、洗淨液的溫度、外部氣溫、濕度等的複數個狀態量而形成分布於廣大範圍的狀態，有時很難僅根據特定的狀態量使超音波音壓形成一致。

因此在本發明中，當控制超音波洗淨裝置中的溶解空氣濃度時，採用電腦等來分析超音波洗淨裝置之輸出輸入訊號的時序資料，在輸出輸入溶解空氣濃度、液溫、流量、室溫、濕度等複數個狀態量來作為多變量自我回歸模型的軟體上構築該超音波洗淨裝置的輸出輸入關係，並藉由根據構築於該軟體上的多變量自我回歸模型來控制溶解空氣濃度，將超音波的音壓維持於最佳狀態，而有效率地實現超音波洗淨。

換言之，(9)的超音波洗淨裝置，如上述(7)或(8)所記載的超音波洗淨裝置，其中至少從包含洗淨液之溶解空氣濃度的複數個狀態量的時序資料，構築可顯示該超音波洗淨裝置之輸出輸入關係的多變量自我回歸模型，並根據該多變量自我回歸模型來控制洗淨液的溶解空氣濃度。

(10)的超音波洗淨裝置，如上述(9)所記載的超音波洗淨裝置，其中上述多變量自我回歸模型具有學習功能，可定期或在必要的時間計測收集狀態量的時序資料，並根據所獲得的時序資料來修正基於舊時序資料所構築的多變量自我回歸模型。

(11)的超音波洗淨裝置，如上述(7)~(10)之任一項所記載的超音波洗淨裝置，其中將上述洗淨液循環通路的洗淨液吸引口開設於洗淨槽上部側，並將洗淨液吐出口開設在上述吸引口相反側之槽壁的下部側。

(12)的超音波洗淨裝置，如上述(7)~(11)之任一項所記載的超音波洗淨裝置，其中藉由控制循環泵而使洗淨液的循環量產生變化的方式，改變洗淨槽內之洗淨液的流動，而使洗淨槽內之溶解空氣的濃度形成均一化。

(13)的超音波洗淨裝置，如上述(7)~(12)之任一項所記載的超音波洗淨裝置，其中洗淨液的溶解空氣濃度形成2.5mg/l以上。

(14)的超音波洗淨裝置，如上述(7)~(12)之任一項所記載的超音波洗淨裝置，其中上述循環泵是採用螺旋槳式的泵，並將洗淨液的溶解空氣濃度控制在2.5~3.5mg/l的範圍。

根據(1)的脫氣裝置，由於利用空化現象使洗淨液中的溶解空氣形成汽泡並顯現化，再從洗淨液分離排出，故構造極為簡單，並可簡單且確實地從洗淨液去除溶解空氣。因此，可簡化脫氣裝置、乃至超音波洗淨裝置全體的構成，可圖謀成本的降低。

根據(2)的脫氣裝置，由於採用可變形的彈性管，並利用管截面積可變機構來按壓該彈性管，而可形成由任意的內腔截面積所演變而成節流部，故可自由地調節洗淨液中溶解空氣的汽泡化。此外，倘若採用氟素橡膠等作為彈性管的材質，將不侷限於水系的洗淨液，也能採用碳化氫系或溶劑系的洗淨液。

根據(3)的脫氣裝置，由於採用不可變形的剛性管，並藉由在該剛性管的適當位置縮小其管徑，而形成節流部，故可獲得強度高且耐久性絕佳的脫氣裝置。

根據(4)的脫氣裝置，由於藉由在洗淨液的流路中配置可妨礙洗淨液之流動而使其產生亂流的障礙物，並在該障礙物的後方側產生空化現象，而使洗淨液中的溶解空氣形成汽泡化，故可不需要加工不易的節流部，而更簡單地製造脫氣裝置。

根據(5)的脫氣裝置，由於藉由在循環泵的泵室入口形成小管徑的節流部，並在該節流部的後方側產生空化現象，而使洗淨液中的溶解空氣形成汽泡化，故可使脫氣裝置與循環泵構成一體，並可達成採用本發明之脫氣裝置的超音波洗淨裝置的小型化。

由於(6)的脫氣裝置，其旋環泵之螺旋槳的翼形呈非對稱狀，並藉由在迴轉的螺旋槳周圍產生空化現象而使洗淨液中的溶解空氣形成汽泡化，故可使脫氣裝置與循環泵構成一體，並可達成採用本發明之脫氣裝置的超音波洗淨裝置的小型化。

根據(7)的超音波洗淨裝置，由於是採用上述(1)~(6)的脫氣裝置來執行洗淨槽之洗淨液的脫氣，故可確實地分離洗淨液中的溶解空氣而形成脫氣。此外，由於採用構造簡單的脫氣裝置，故可提供小型且廉價的裝置。

根據(8)的超音波洗淨裝置，由於可利用空氣供給手段將空氣供給至流通於循環通路的洗淨液中，故可自由地控制溶解空氣濃度。

根據(9)的超音波洗淨裝置，由於至少從包含溶解空氣濃度的複數個狀態量的時序資料，構築可顯示該超音波洗淨裝置之輸出輸入關係的多變量自我回歸模型，並根據該多變量自我回歸模型來控制洗淨液的溶解空氣濃度，故即使面對洗淨狀態的變化(因季節所產生的溫度和濕度的環境變化、一天的洗淨次數和操作方法的變化等)也能執行穩定的超音波洗淨。此外，即使因洗淨槽的形狀(與大氣的接觸面積、水深等)而使溶解空氣濃度的分布產生變化，也能執行穩定的超音波洗淨。

根據(10)的超音波洗淨裝置，由於多變量自我回歸模型具有學習功能，故可使所構築的多變量自我回歸模型產生進化而更趨近於實際的超音波洗淨裝置的舉動，可實現更優良的超音波洗淨。

根據(11)的超音波洗淨裝置，由於將洗淨液循環通路的洗淨液吸引口開設於洗淨槽上部側，並將洗淨液吐出口開設在上述吸引口相反側之槽壁的下部側，而使洗淨液橫越過洗淨槽內地朝斜上方流動，可提高洗淨液的攪拌作用，故可加速溶解空氣濃度的均一化。

根據(12)的超音波洗淨裝置，由於藉由控制循環泵而使洗淨液的循環量產生變化的方式，改變洗淨槽內之洗淨液的流動，故可更進一步提高洗淨槽內之洗淨液的攪拌作用，而更進一步加速洗淨槽內之溶解空氣濃度的均一化。

根據(13)的超音波洗淨裝置，可將超音波音壓維持在衰減最小的狀態，而執行穩定的超音波洗淨。根據本發明團隊的實驗可清楚得知，為了將超音波音壓維持在衰減最小的狀態，洗淨液的溶解空氣濃度最好是形成2.5mg/l以上。藉由形成上述的濃度，能盡量降低超音波的衰減，並可執行有效率的洗淨。

根據(14)的超音波洗淨裝置，可在循環泵的出口側產生細微汽泡，可藉由該細微汽泡所具有的各種作用，執行不受環境(室溫、濕度、氣壓等)變化的穩定超音波洗淨。再者，所謂的細微汽泡，是指汽泡產生時直徑為10~數拾μm的細微汽泡。

換言之，在採用螺旋槳式的泵作為循環泵而構成使洗淨液產生循環的場合中，利用脫氣裝置之空化現象所產生的汽泡，將被循環泵之迴轉的螺旋槳更進一步剪斷的更細小，而形成更細微的汽泡。根據本發明團隊的實驗可清楚得知，此時，倘若將洗淨液的溶解空氣濃度控制在2.5~3.5mg/l的範圍內，由迴轉的螺旋槳所剪斷而產生的汽泡，將形成被稱為「細微汽泡」之外徑極小的汽泡。

該細微汽泡，具備以下傳統毫米(mm)尺寸汽泡所沒有的特徵。

(A)上升速度極小，可漂浮於洗淨液中一邊移動並形成自我收縮，而形成趨近於微米‧奈米尺寸的更小汽泡。

(B)產生幾乎一致的汽泡，具有絕佳的分散性。

(C)具有緩慢流動性及大範圍擴散的特性。

(D)對超音波照射具有共振現象。

(E)具備固有的物理化學特性。

(F)可誘發生物體的生理活性

根據上述的特性，特別是(A)~(E)的特性可更進一步形成洗淨槽內之洗淨液的均一分散化，而使洗淨槽全體領域內的溶解空氣濃度形成均一化，可實現不受室溫和濕度、氣壓等環境變化所影響的超音波洗淨。這是由於在污 染吸附於細微汽泡的狀態下一邊漂浮於洗淨液中一邊上升，細微汽泡帶負電之故，細微汽泡之間由於靜電而產生互相排斥，並不會產生凝聚的現象。

以下，針對本發明的實施型態參考圖面進行說明。

第1圖是顯示本發明的超音波洗淨裝置之其中一種實施型態的圖，第2圖為顯示第1圖之超音波洗淨裝置所採用的脫氣裝置的構成圖。

在第1圖中，1是充滿洗淨液2的洗淨槽，在該洗淨槽1的底面附設有超音波產生器3。此外，在洗淨槽1的周圍附設有加熱器(液溫調節手段)4，而可調節洗淨液2的溫度。

在洗淨槽1的上部位置開設有洗淨液的吸引口5，並在該吸引口5之相反側的槽壁下部位置開設洗淨液的吐出口6，利用配管等連結於上述的吸引口5與吐出口6之間，而形成洗淨液循環通路7。

在洗淨液循環通路7的途中，連接著用來促使洗淨液強制循環的循環泵8，並在該循環泵的上游側連接著本發明的脫氣裝置9。此外，在脫氣裝置9與循環泵8之間，連接著可自由改變閥開啟度的空氣供給泵(空氣供給手段)10。

不僅如此，在脫氣裝置9的上游側，連接著流量調節閥(流量調節手段)11、流量感測器(流量偵測手段)12、液溫感測器(液溫偵測手段)13、溶解空氣濃度感測器(溶解空氣濃度偵測手段)14。此外，也設置有用來測量裝置周圍之溫度與濕度的室溫感測器(室溫偵測手段)15及濕度感測器(濕度偵測手段)16。再者，一般來說，由於液體中的溶解空氣濃度與溶解的氧氣量成比例，故可採用一般的溶解氧氣偵測器作為溶解空氣濃度感測器14。

上述的脫氣裝置9，是用來使溶入洗淨液2之空氣(溶解空氣)從洗淨液中分離，而作為氣體變成可排出之汽泡的汽泡產生手段。此外，空氣供給閥10，是將空氣供給至流通於洗淨液循環通路7之洗淨液中，用來提高洗淨液2之溶解空氣濃度的空氣供給機構。藉由控制上述的脫氣裝置9及空氣供給閥10，可自由地控制洗淨液2的溶解空氣濃度。

控制裝置(控制手段)17是控制裝置之全體動作的構件，可輸入來自於流量感測器12、液溫感測器13、溶解空氣濃度感測器14、室溫感測器15、濕度感測器16的計測訊號，並根據這些計測訊號來控制循環泵8、脫氣裝置9、空氣供給閥10、流量調節閥11、加熱器4，而將洗淨液2的溶解空氣濃度重控制成既定值或規定範圍內。

而在控制裝置17，內藏或附設有電腦18之類的資料控制裝置。該電腦18如稍後所述之控制例4的內容所示，將溶解空氣濃度作為起始的必要狀態量之時序資料來解析，並將超音波洗淨裝置全體的輸出輸入關係作為多變量自我回歸模型而在軟體上構築，而根據該多變量自我回歸模型來控制溶解空氣濃度。

在第2(a)、(b)圖中，顯示脫氣裝置9的具體構造例。

圖面所示之範例的脫氣裝置9，具備由特定長度所形成的可變形彈性管91，並位於該彈性管91之中央附近的2個致動器92a、92b配置成相對狀，在該相對配置的2個致動器之活塞桿93a、93b的前端，安裝有用來按壓彈性管91而使其變形的壓接具94a、94b。而彈性管91的材料，最好是採用對碳化氫系洗淨液或溶劑系洗淨液具有耐性的氟素橡膠。

該脫氣裝置9，是藉由驅動致動器92a、92b促使活塞桿93a、93b形成進退，而由其前端的壓接具94a、94b按壓彈性管形成壓潰，藉由縮小該部份的內腔截面積，而形成開口面積縮小的節流部95(請參考第2(b)圖)。當洗淨液到達該節流部95的部份時，對應於其縮小量而使流速變快，將使洗淨液的動壓急速地上升且使靜壓急速地下降，接著，一旦通過節流部95，由於管的內腔截面積變大而使流速變慢，將使洗淨液的動壓急速地下降且使靜壓急速地上升。

當在節流部產生上述激烈的壓力變化時，在節流部95的下流側將產生空化現象，使溶入洗淨液中的溶解空氣形成汽泡而形成顯現化。藉此，可使溶解於洗淨液中空氣形成汽泡而從洗淨液分離。由空化現象所形成之溶解空氣的分離作用的強度，可由彈性管91之節流部95的開口面積，也就是指致動器92a、92b之活塞桿93a、93b的進退量來控制。

再者，在上述的範例中，雖然是採用2個致動器92a、92b來按壓彈性管91形成變形，但亦可採用1個致動器來按壓彈性管形成變形。此外，雖然是採用活塞桿式的裝置來作為致動器，但是只要是可令壓接具94a、94b形成進退的任一種形式或構造者均可適用，舉例來說，螺紋進退式、齒條．小齒輪進退式等，可利用各式各樣的進退機構。

接著，針對形成上述構造之超音波洗淨裝置中溶解空氣濃度的控制方法進行說明。

(1)控制例1

第1控制例，是採用溶解空氣濃度感測器14的測量結果來控制洗淨液之溶解空氣濃度時的範例。以下，說明其控制方法。

當導通超音波洗淨裝置的電源時，控制裝置17將驅動循環泵8，並從槽上部的洗淨液吸引口5將洗淨槽1內的洗淨液2吸引至洗淨液循環通路7內。接著，在循環洗淨液循環通路7一次後，從槽下部的洗淨液吐出口再度吐出至洗淨槽1內，而使洗淨液2形成循環。此外，可視需要控制加熱器，根據液溫感測器13所輸出的液溫訊號將洗淨液2的溫度控制成規定溫度。

在上述的狀態下，控制裝置17接收由溶解空氣濃度感測器14所送出的溶解空氣濃度訊號，來監視該時間點之洗淨液的溶解空氣濃度是大於預設的既定值或小於預設的既定值。如上所述，在溶解空氣濃度大於既定值的場合中，將導致超音波產生器3所照射之超音波的音壓急速地下降，而難以執行良好的超音波洗淨。

因此，在溶解空氣濃度大於既定值的場合中，控制裝置17對脫氣裝置9發送控制訊號，驅動脫氣裝置9的致動器92a、92a而使活塞桿93a、93b形成進出，藉由其前端的壓接具94a、94b按壓彈性管91形成變形，而形成節流部95(請參考第2(b)圖)。

當於彈形管91形成節流部95時，將如上所述地在節流部95的下游測產生空化現象，使溶解於洗淨液中的空氣形成汽泡而顯現化。這些形成汽泡而顯現化的溶解空氣將與洗淨液再度從洗淨液吐出口6吐出至洗淨槽1內，被吐出至洗淨槽1的汽泡將根據其本身的浮力在洗淨液2中上升，而從洗淨槽1的上部液面排出至槽外。

當利用上述的空化現象重複溶解空氣的汽泡化時，洗淨槽1內的洗淨液2將緩緩地形成脫氣，其溶解空氣濃度將很快地形成預設的既定值以下。當溶解空氣濃度形成既定值以下，將被洗淨物(圖式省略)浸漬於洗淨液2中，照射來自於超音波產生器3的超音波並開始超音波洗淨。藉此，可執行音壓不會下降且有效率的良好超音波洗淨。

控制裝置17，也監視上述超音波洗靜過程中由溶解空氣濃度感測器14所輸出的溶解空氣濃度訊號，並控制脫氣裝置9的節流量以避免洗淨液之溶解空氣濃度形成既定值以上。藉此，使洗淨槽1內之洗淨液2的溶解空氣濃度可長時間維持在既定值以下，並維持音壓不會下降且有效率的良好超音波洗淨。

不僅如此，在洗淨液之溶解空氣濃度過度低於既定值的場合中，只需控制空氣供給閥10，開啟空氣供給閥10將空氣送入流動於洗淨液循環通路7內的洗淨液內，提高溶解空氣濃度即可。倘若併用上述利用空氣供給閥10的空氣供給控制，便可長時間地以既定值為中心值而將溶解空氣濃度維持於一定範圍內，可實現更良好的超音波洗淨。

再者，根據本發明團隊的實驗可清楚得知，用來執行良好超音波洗靜的溶解空氣濃度，即使過小也有問題，故最好是設定為2.5mg/l以上。因此，當作目標溶解空氣濃度既定值最好形成該值以上。

此外，在上述超音波洗淨裝置的場合中，由於洗淨液循環通路7的洗淨液吸引口5與洗淨液吐出口6，是設在面向洗淨槽1之相反測的槽壁上部側與下部側，故由洗淨液吐出口所吐出的洗淨液將橫越過洗淨槽1內而朝斜上方流動，並再度被洗淨液吸引口5所吸引而進入洗淨液循環通路7內。因此，可有效地攪拌洗淨槽全體的洗淨液，並加速洗淨槽1內的洗淨液2之溶解空氣濃度的均一化。

此外，在上述溶解空氣濃度的控制中，位於脫氣裝置9之節流部95的節流量(內腔截面積)，雖可無視於溶節空氣濃度的大小而形成一定的節流(一定的截面積)，但最好是與基於溶解空氣濃度之規定值的偏移量大小形成比例來控制其節流量的變化。藉此，可在更短的時間內使溶解空氣濃度下降至既定值為止。

同樣地，空氣供給閥10的閥開啟度也一樣，只要與基於溶解空氣濃度之規定值的偏移量大小形成比例來控制其開啟度，可在更短的時間內使過度下降的溶解空氣濃度回復至既定值為止，可更確實地將溶解空氣濃度維持在一定範圍內。

(2)控制例2

第2控制例，是為了使洗淨槽1內之洗淨液2的溶解空氣濃度更均一化，而利用循環泵8來控制洗淨液之循環量的範例。

如上所述，在本發明中是將洗淨液循環通路7的洗淨液吸引口5與洗淨液吐出口6設在洗淨槽1之相對的槽閉的上下位置，藉由形成朝斜上方之洗淨液的流動來攪拌洗淨槽1內的洗淨液，達成溶解空氣濃度的均一化，藉由控制循環於洗淨液循環通路7之洗淨液的循環量，可達成更均一化。

換言之，利用控制裝置17來控制循環泵8，以一定週期或可變週期改變其轉數或者控制ON/OFF，可對流動於洗淨液循環通路7之洗淨液的流量賦予變化。藉此，可使從洗淨液吐出口6吐出至洗淨槽1內之洗淨液的流動產生變化，使洗淨液的攪拌作用變得更大而更加速溶解空氣濃度的均一化。

(3)控制例3

第3控制例，是利用計時器動作來執行溶解空氣濃度時的範例。

一般來說，超音波洗淨裝置的洗淨條件，是依據作為洗淨對象的被洗淨物及洗淨裝置的規格來決定。因此，當根據上述控制例1所示的控制動作將溶解空氣濃度控制成規定值後，溶解空氣濃度將根據當時的洗淨條件的上升率而緩緩地惡化。因此，只要預先了解該溶解空氣濃度的上升率，即使未經常執行上述控制例1的控制動作，藉由使計時器間歇性地作動，便可將洗淨液的溶解空氣濃度維持於既定範圍內。

因此，藉由實驗或實際的超音波洗淨處理來預先求出該溶解空氣濃度的上升率，並將根據該上升率所決定的時間作為計時器動作時間而設定於控制裝置17。接著，當利用上述控制例1的控制動作使洗淨液2的溶解空氣濃度達成規定值時，停止循環泵8並停止脫氣處理，在通過所設定之計時器時間的時間點，再度驅動循環泵8，並利用計時器動作來控制溶解空氣濃度促使其下降。藉由重覆上述的操作，無須不間斷地連續執行控制動作，可將溶解空氣濃度維持於規定範圍內。藉此，可達成洗淨成本的低廉化。

[4]控制例4

第4控制例，是採用內藏或者外接於控制裝置17的電腦18來解析超音波輸出輸入訊號的時序資料，將輸出輸入該超音波洗淨裝置之溶解空氣濃度等的複數種狀態量作為多變量自我回歸模型而利用軟體構築，並根據該所構築的多變量自我回歸模型來控制溶解空氣濃度的範例。

如上所述，超音波洗淨中之洗淨槽1內的超音波音壓，將受到洗淨液之溶解空氣濃度的影響而產生極大的變化，另外，溶解空氣濃度將因為洗淨槽的形狀、洗淨液的循環狀態或液溫、外部氣溫、濕度等的影響而形成分布於廣大範圍的狀態。因此，視洗淨裝置的使用狀態，有時很難僅根據特定的狀態量，譬如僅根據洗淨液的溶解空氣濃度、或者僅根據洗淨液的液溫與外部氣溫來正確地限定溶解空氣濃度。因此，將超音波洗淨裝置作為多變量自我回歸模型而加以構築，並根據該多變量自我回歸模型來控制溶解空氣濃度，以取代僅採用上述控制例1之溶解空氣濃度的控制。

該超音波洗淨裝置的多變量自我回歸控制模型，是藉由附設於控制裝置17的電腦18，並利用執行以下所述之各步驟的處理，而由軟體所實現。再者，為了說明上的方便，以下是採用輸出輸入溶解空氣濃度、洗淨液的液溫、室溫的3種狀態量來構築多變量自我回歸模型的範例來進行說明，但即使在加入流量、濕度等其他狀態量之變數的場合中，也僅增加輸出輸入的變數，處理本身也同樣能執行。

(第1步驟)首先，一開始針對溶解空氣濃度、洗淨液的液溫、室溫等的時序資料進行收集。為了執行上述的收集，使超音波洗淨裝置運轉，經過特定時間(譬如10~15分鐘)抽樣並收集溶解空氣濃度感測器14所輸出的溶解氧氣資料、由液溫感測器13所輸出的液溫資料、由室溫感測器15所輸出的室溫資料。

(第2步驟)將所獲得的溶解空氣濃度、洗淨液的液溫、室溫的3種狀態量的時序資料作為基礎並利用電腦18解析，構築多變量自我回歸模型來輸出輸入溶解空氣濃度、洗淨液的液溫、室溫。

(第3步驟)根據由所獲得之多變量自我回歸模型的解析，算出溶解空氣濃度、洗淨液之液溫、室溫的動力作用率、脈衝響應(封閉系統)。

(第4步驟)根據溶解空氣濃度的脈衝響應，算出「溶解空氣濃度變化的基準時間」(以溶解空氣濃度作為目標直到形成規定值以下的時間)。

(第5步驟)根據動力作用率與脈衝響應的值來作成溶解空氣濃度的狀態模型，並根據該模型，算出已修正上述所算出之「溶解空氣濃度變化的基準時間」的「溶解空氣濃度變化的推定時間」。

(第6步驟)根據所算出之「溶解空氣濃度變化的推定時間」，算出直到溶解空氣濃度形成規定值為止的脫氣量(或者脫氣時間)。

(第7步驟)根據上述所算出的脫氣量(或者脫氣時間)，由控制裝置17來控制脫氣裝置9的節流量(或者脫氣時間)，而將溶解空氣濃度控制在規定範圍內。

然而，雖然在上述的範例中，是在開始超音波洗淨前收集各狀態量的時序資料，但亦可採用過去超音波洗淨作業時所收集．蓄積之各狀態量的時序資料來構築多變量自我回歸模型。

此外，亦可構成：賦予學習功能，在被洗淨液之超音波洗淨開始之後，每一特定時間收集上述各狀態量的時序資料，並根據所收集的新時序資料來修正最初所構築的多變量自我回歸模型。倘若賦予上述的學習功能，可使所構築的多變量自我回歸模型進化而更接近實際運轉時之超音波洗淨裝置的動作，可實現更優良的超音波洗淨。

[5]控制例5

第5控制例，是採用螺旋槳式的泵作為上述的循環泵8，並將洗淨液的溶解空氣濃度控制在2.5~3.5mg/l的範例。

如上所述，在構成採用螺旋槳式的泵作為上述的循環泵8來促使洗淨液2循環的場合中，當於脫氣裝置9所產生的汽泡抵達循環泵8時，汽泡將被循環泵8之旋轉的螺旋槳切斷成更細，而形成被稱為「micro bubble」之直徑為10~數拾μm的細微汽泡。當產生上述細微汽泡時，將因為細微汽泡的作用而更進一步促進洗淨槽1內之洗淨液2的平均分散化，使存在於洗淨槽全體領域內的溶解空氣濃度形成一致，可實現不受室溫或濕度、氣壓等環境變化的超音波洗淨。此外，洗淨液中的髒污不易凝聚，而不會有大塊髒污的形成。

第3圖中，顯示脫氣裝置的第2例。

成為上述第2例的脫氣裝置19，其整體是採用金屬或硬質塑膠等不易變形的剛性管20所製成，藉由在上述剛性管20的適當位置縮小其管徑，而在洗淨液之流動流路途中形成固定式節流部21。

第4圖中，顯示脫氣裝置的第3及第4例。

(a)顯示脫氣裝置之第3例，在筒狀的管路23內，將截面呈三角形的障礙物24在截斷洗淨液之流動的方向上形成垂直(直交)配置。(b)顯示脫氣裝置之第4例，在筒狀的管路23內，將截面呈四角形的障礙物24在截斷洗淨液之流動的方向上形成垂直(直交)配置。成為上述第3及第4例的脫氣裝置22，利用障礙物24來妨礙洗淨液的流動而引起亂流，藉此，藉由在障礙物24的後方側產生空化現象，而促使洗淨液中的溶解空氣形成汽泡化。

使形成上述第2~4例的脫氣裝置19、22適用於本發明之超音波洗淨裝置時的例子如第5圖所示。第2~4例的脫氣裝置19、22，由於節流部21、障礙物24分別為固定式，而無法改變其節流量與形狀，但利用控制裝置17來控制循環泵8、空氣供給閥10、流量調節閥11等，可自由地調節洗淨液2的溶解空氣濃度。此外，也同樣能執行上述採用多變量自我回歸模型的控制、及利用細微汽泡執行超音波洗淨。

第6圖中，顯示脫氣裝置的第5例。

形成該第5例的脫氣裝置25，是利用縮小連接於洗淨液循環通路的循環泵8之泵室81的洗淨液入口的口徑，而形成節流部25，是循環泵8與脫氣裝置25構成一體的例子。而82為洗淨液供給用的螺旋槳(迴轉翼)。

第7圖中，顯示脫氣裝置的第6例。

形成該第6例的脫氣裝置27，其配置在連接於洗淨液循環通路之循環泵8的泵室81內的洗淨液供給用螺旋槳82的形狀呈非對稱狀，而由旋轉之螺旋槳82的轉動產生空化現象。該第6例，也是循環泵8與脫氣裝置27構成一體的例子。

使形成上述第5或6例的脫氣裝置25、27適用於本發明之超音波洗淨裝置時的例子如第8圖所示。在形成第5、第6例之脫氣裝置25、27的場合中，使上述第2~4例之脫氣裝置的場合相同，可利用控制裝置17來控制循環泵8、空氣供給閥10、流量調節閥11等，自由地調節洗淨液2的溶解空氣濃度。此外，也同樣能執行上述採用多變量自我回歸模型的控制、及利用細微汽泡執行超音波洗淨。

1．．．洗淨槽

2．．．洗淨液

3．．．超音波產生器

4．．．加熱器(液溫調節手段)

5．．．洗淨液吸引口

6．．．洗淨液吐出口

7．．．洗淨液循環通路

8．．．循環泵

9．．．脫氣裝置

10．．．空氣供給閥(空氣供給手段)

11．．．流量調節閥(流量調節手段)

12．．．流量感測器(流量偵測手段)

13．．．液溫感測器(液溫偵測手段)

14．．．溶解空氣(dissolved air)濃度感測器(溶解空氣濃度偵測手段)

15．．．室溫感測器(室溫偵測手段)

16．．．濕度感測器(濕度偵測手段)

17．．．控制裝置(控制手段)

18．．．電腦

19．．．脫氣裝置

20．．．剛性管

21．．．節流部

22．．．脫氣裝置

23．．．管路

24．．．障礙物

25．．．脫氣裝置

26．．．節流部

81．．．泵室

82．．．泵的螺旋槳

91．．．彈性管

92a、92b．．．致動器

93a、93b．．．活塞桿

94a、94b．．．壓接具

95．．．節流部

第1圖：為顯示本發明的超音波洗淨裝置之其中一種實施型態的圖。

第2圖：為顯示第1圖之超音波洗淨裝置所採用的脫氣裝置的構成圖，其中(a)為顯示彈性管未受按壓的狀態圖，(b)是顯示彈性管受到按壓而形成節流部的狀態圖。

第3圖：為顯示脫氣裝置之第2例的圖。

第4圖：(a)為顯示脫氣裝置之第3例的圖，(b)為顯示脫氣裝置之第4例的圖。

第5圖：為顯示第2~4例之脫氣裝置所構成的超音波洗淨裝置的圖。

第6圖：為顯示脫氣裝置之第5例的圖。

第7圖：為顯示脫氣裝置之第6例的圖。

第8圖：為顯示第5及6例之脫氣裝置所構成的超音波洗淨裝置的圖。

1．．．洗淨槽

2．．．洗淨液

3．．．超音波產生器

4．．．加熱器(液溫調節手段)

5．．．洗淨液吸引口

6．．．洗淨液吐出口

7．．．洗淨液循環通路

8．．．循環泵

9．．．脫氣裝置

10．．．空氣供給閥(空氣供給手段)

11．．．流量調節閥(流量調節手段)

12．．．流量感測器(流量偵測手段)

13．．．液溫感測器(液溫偵測手段)

14．．．溶解空氣(dissolved．air)濃度感測器(溶解空氣濃度偵測手段)

15．．．室溫感測器(室溫偵測手段)

16．．．濕度感測器(濕度偵測手段)

17．．．控制裝置(控制手段)

18．．．電腦

Claims (6)

1. 一種超音波洗淨裝置，是具備附設有超音波產生器且充滿洗淨液的洗淨槽，藉由將被洗淨物浸漬於上述洗淨槽內並照射來自於上述超音波產生器的超音波，而對上述被洗淨物執行超音波洗淨的超音波洗淨裝置，其特徵為：具備：洗淨液循環通路，該洗淨液循環通路是形成使上述洗淨槽內的洗淨液在循環過預定的路徑之後，再度回到洗淨槽內；和循環泵，該循環泵可吸引上述洗淨液循環通路的洗淨液而使其循環；及脫氣裝置，該脫氣裝置是連接於上述洗淨液循環通路的路徑途中，上述脫氣裝置，具有配置於上述洗淨液循環通路內，妨礙流動於上述洗淨液循環通路之上述洗淨液的流動而產生亂流的障礙物，藉由在上述障礙物的下游側產生空化現象，使流動於上述洗淨液循環通路之洗淨液中的溶解空氣形成汽泡化，並藉由使形成汽泡化的溶解空氣與洗淨液一起朝洗淨槽內回流，而使經汽泡化的溶解空氣從洗淨槽的液面排出至槽外。
2. 如申請專利範圍第1項所記載的超音波洗淨裝置，其中更進一步具備可改變閥開啟度的空氣供給裝置，該空氣供給裝置是連接於上述脫氣裝置下游側的上述洗淨液循環通路，藉由該空氣供給裝置可將空氣供給至流動於洗淨液循環通路的洗淨液中。
3. 如申請專利範圍第1項所記載的超音波洗淨裝置，其中將上述洗淨槽內之洗淨液吸引至上述洗淨液循環通路的洗淨液吸引口開設於洗淨槽上部側，並將上述洗淨液循環通路內的洗淨液吐出至上述洗淨槽的洗淨液吐出口開設在上述吸引口相反側之洗淨槽下部側。
4. 如申請專利範圍第1項所記載的超音波洗淨裝置，其中藉由控制上述循環泵而使洗淨液的循環量產生變化，進而改變洗淨槽內之洗淨液的流動，使洗淨槽內之溶解空氣濃度形成均一化。
5. 如申請專利範圍第1項所記載的超音波洗淨裝置，其中上述洗淨液的溶解空氣濃度是控制成2.5mg/l以上。
6. 如申請專利範圍第1項所記載的超音波洗淨裝置，其中是採用螺旋槳式的泵來作為上述的循環泵，並將上述洗淨液的溶解空氣濃度控制成2.5~3.5mg/l的範圍。