(57)【要約】【課題】  洗浄槽内の液流によって超音波の進行波の乱れを生じさせず、また、超音波洗浄により被洗浄物から離れたパーティクルを効率よく排出する。【解決手段】  洗浄液が満たされる洗浄槽１の側面に、超音波振動子２を配置する。超音波振動子２を配置した洗浄槽１の側面に洗浄液の流入口３を設ける。流入口３に対して洗浄槽１中に保持した被洗浄物５を介して洗浄槽１の反対側の側面に洗浄液の流出口４を配置する。洗浄液を流入および流出させて生じる液流の方向と超音波の進行波の方向とを同一にして被洗浄物５を洗浄する。【選択図】      図１
2006136815.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
洗浄槽中に満たされた洗浄液に被洗浄物を浸漬して超音波洗浄する洗浄方法において、
前記洗浄槽に洗浄液を流入および流出させて生じる液流の方向と超音波の進行波の方向とを同一にしたことを特徴とする洗浄方法。
【請求項２】
前記液流の方向と超音波の進行波の方向とを、前記洗浄槽内の洗浄液の液面と平行にすることを特徴とする請求項１に記載の洗浄方法。
【請求項３】
前記超音波を４０ｋＨｚ以上とすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の洗浄方法。
【請求項４】
前記洗浄液の分あたりの流量を前記洗浄槽の容量の１／１０以上とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の洗浄方法。
【請求項５】
同一方向とされた前記液流および超音波の進行波の方向に対して平行な面内にて、前記被洗浄物を回転させることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の洗浄方法。
【請求項６】
洗浄槽内に洗浄液を満たして被洗浄物を超音波洗浄する洗浄装置において、
前記洗浄槽の側面に超音波振動子を配置し、前記超音波振動子を配置した前記洗浄槽の側面に洗浄液の流入口を設け、前記流入口に対して前記洗浄槽中の被洗浄物を介して前記洗浄槽の反対側の側面に洗浄液の流出口を配置したことを特徴とする洗浄装置。
【請求項７】
前記超音波振動子の発振面と、洗浄液の流入口と流出口とを結ぶ線とが、垂直に配置されていることを特徴とする請求項６に記載の洗浄装置。
【請求項８】
前記洗浄液の液流および超音波の進行波の方向に対して平行な面内にて、前記被洗浄物を回転させる回転機構を備えたことを特徴とする請求項６または請求項７に記載の洗浄装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、洗浄槽中に満たされた洗浄液に超音波を照射して、光学ガラス等に付着したパーティクル等の除去を行う洗浄方法及び洗浄装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光学ガラスなどの精密洗浄においては、鏡面研磨の際の研磨材を中心としたパーティクル除去が非常に重要である。従来、このような除去に関しては液中に浸漬して超音波洗浄を行う洗浄方法がとられている。このような超音波洗浄として、洗浄槽の底面に超音波振動子と洗浄液供給口とを設け、洗浄液を底面から流入させることで洗浄液をオーバーフローさせて常に洗浄液を更新する洗浄方法が一般的に行われている。しかし、この洗浄方法では洗浄槽の中に淀みが発生する等の問題がある。
【０００３】
このため、洗浄槽の側面に複数の超音波振動子を設け、洗浄槽の底部に洗浄液供給手段を設けた超音波洗浄装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この洗浄装置は、図７に示すように、洗浄槽８の側面に沿って超音波振動子９が配置され、洗浄槽８の底部の供給口１０より洗浄液を供給して、洗浄槽８の上部でオーバーフローさせる構成となっている。
【特許文献１】特開平５−３０８０６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、このような超音波洗浄装置では、側面から超音波が発振される一方で、洗浄液の流れは底面から上面のオーバーフローに向けて流れる構造がとられているため、超音波の進行波と洗浄液の流れとが交差してしまうことで乱流が生じ、超音波の進行波が乱れて早期に減衰してしまう問題がある。
また、一般的に、超音波洗浄装置では、超音波が被洗浄物の表面からパーティクルを離し、離れたパーティクルを洗浄液の流れを利用して排出するようになっている。ところが、前述した超音波洗浄装置では、生じる乱流によって部分的に洗浄液の滞留が発生し、一旦被洗浄物から離れた汚れが被洗浄物に再付着する問題もある。
【０００５】
本発明の目的は、洗浄槽内の液流によって超音波の進行波の乱れを生じさせず、また、超音波洗浄により被洗浄物から離れたパーティクルを効率よく排出できる洗浄方法及び洗浄装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するために、本発明の洗浄方法は、洗浄槽中に満たされた洗浄液に被洗浄物を浸漬して超音波洗浄する洗浄方法において、前記洗浄槽に洗浄液を流入および流出させて生じる液流の方向と超音波の進行波の方向とを同一にしたことを特徴とする。
これにより、洗浄槽内で洗浄液の乱流が生じるのを未然に防止して洗浄液を整流化し、かつ、超音波の反射波や乱波が生じるのを防止して超音波の早期減衰を生じにくくさせる。
【０００７】
また、本発明は、前記液流の方向と超音波の進行波の方向とを、前記洗浄槽内の洗浄液の液面と平行にすることが好ましい。
これにより、液面での超音波進行波及び液流の反射をなくすることができる。
さらに、本発明は、前記超音波を４０ｋＨｚ以上とすることが好ましい。
これにより、被洗浄物の表面に付着しているパーティクル等のゴミの除去効果を充分に発揮させることができる。
【０００８】
また、本発明は、前記洗浄液の分あたりの流量を前記洗浄槽の容量の１／１０以上とすることが望ましい。
これにより、被洗浄物の表面から離れたパーティクル等のゴミを速やかに流出させることができ、ゴミの再付着を防止できる。
さらに、本発明は、同一方向とされた前記液流および超音波の進行波の方向に対して平行な面内にて、前記被洗浄物を回転させることが望ましい。
これにより、被洗浄物のある部分が、超音波進行波の陰になってしまうといった不具合が生じにくくなる。
【０００９】
また、本発明の洗浄装置は、洗浄槽内に洗浄液を満たして被洗浄物を超音波洗浄する洗浄装置において、前記洗浄槽の側面に超音波振動子を配置し、前記超音波振動子を配置した前記洗浄槽の側面に洗浄液の流入口を設け、前記流入口に対して前記洗浄槽中の被洗浄物を介して前記洗浄槽の反対側の側面に洗浄液の流出口を配置したことを特徴とする。
これにより、前記した、洗浄槽に洗浄液を流入および流出させて生じる液流の方向と超音波の進行波の方向とを同一にする本発明方法を好適に実施できる。
【００１０】
また、本発明は、前記超音波振動子の発振面と、洗浄液の流入口と流出口とを結ぶ線とが、垂直に配置されていることが好ましい。
これにより、前記した、液流の方向と超音波の進行波の方向とを、洗浄槽内の洗浄液の液面と平行にする本発明方法を好適に実施できる。
さらに、本発明は、前記洗浄液の液流および超音波の進行波の方向に対して平行な面内にて、前記被洗浄物を回転させる回転機構を備えることが望ましい。
これにより、前記した、同一方向とされた液流および超音波の進行波の方向に対して平行な面内にて、被洗浄物を回転させる本発明方法を好適に実施できる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の洗浄方法及び洗浄装置によれば、超音波進行波と液流との流れの方向を同一化することにより、洗浄槽内で洗浄液の乱流を生じなくして洗浄液を整流化し、パーティクルなどの汚れの被洗浄物への再付着を防止して、良好な精密洗浄を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の洗浄方法及び洗浄装置の実施形態について、図面を参照して説明する。
まず、本発明の基本的な概念を説明する。
図１は、本発明の概念を説明する洗浄装置の概略構成図である。
図１に示すように、洗浄液が満たされた洗浄槽１の側面には超音波振動子２が取り付けられている。この側面の超音波振動子２の近傍には、洗浄液の流入口３が配置されている。また、これらの超音波振動子２および流入口３が配置されている側面に対して被洗浄物５を挟んで対向した側面には、流出口４が設けられている。そして、超音波振動子２の発振面２ａと、洗浄液の流入口３と流出口４とを結ぶ線とが垂直に配置されている。
【００１３】
そして、洗浄液は流入口３から流入されて流出口４に向かって流れる。超音波は超音波振動子２から流出口４方向に向けて発振される。超音波発振中は常に洗浄液が流入口３から流出口４に流れている状態となっている。発振された超音波は液流とともに流出口４に流れ込んでいくことで吸収され、余計な反射波や乱波が生じない。
【００１４】
洗浄液の流入量と流出量は、洗浄槽１内の洗浄液の増減を防止するため同じ流量にする必要がある。また、超音波振動子２の配置は洗浄槽１の側面にすることが望ましい。特に、洗浄槽１の側面が垂直であると、超音波の進行波と液流が洗浄液の液面６に対して平行になるため、液面６での超音波進行波及び液流の反射による乱流が無くなることから、より好ましい。
【００１５】
なお、超音波の進行波の方向と洗浄液の流れの方向が同一となるように側面付近で配置されていれば、超音波振動子２、洗浄液の流入口３、流出口４の何れも、洗浄槽１の側面に固定されている必要はない。一方、超音波振動子２や洗浄液の流入口３を洗浄槽１の底面側に配置すると、洗浄液の液面６で超音波が反射し、乱波が生じてしまうおそれがある。
【００１６】
洗浄槽１の側面に設置された超音波振動子２より発振された超音波振動が、洗浄液を介して被洗浄物５の表面に伝わることで、被洗浄物５の表面に付着していたパーティクルが離れる。こうして離れたパーティクルは、流出口４に向かう液流によって運ばれていき、洗浄槽１外に排出される。この際に、超音波の進行波の方向と洗浄液の流れの方向が同一であることにより、液中に乱流が生じず、洗浄液の滞留も発生しないため、パーティクルが被洗浄物５に再付着することはない。また、乱流を生じさせないことで再付着の防止のみならず、超音波の乱れによる減衰を防止して除去能力も向上し、高い洗浄品質が得られる。
【００１７】
ここで、使用される超音波は４０ｋＨｚ以上であることが望ましい。４０ｋＨｚ以上であると、パーティクルの除去効果が得られるが、４０ｋＨｚ未満であると、パーティクルの除去効果がほとんど得られないからである。特に、水中の超音波は１００ｋＨｚ以上になると直進性が高くなり直進流の作用が強くなってくる。この直進流と洗浄液の流れの複合作用によって、更にパーティクルの除去能力を向上させることができる。特に、半導体基板や光学ガラスなどで洗浄対象となっているサブミクロン大のパーティクルは、液流だけで除去することが困難であるので、高い周波数帯の超音波が必須となる。
【００１８】
次に、本発明の具体的な実施形態について説明する。
（第１実施形態）
まず、第１実施形態について説明する。
図２は、第１実施形態に係る洗浄装置の概略構成図、図３は、超音波振動子および洗浄液の流入口が配置されている側面側を視た洗浄装置の横断面図である。
図２に示すように、洗浄槽１１の側面にはランジュバン型の超音波振動子１２が取り付けられており、その周囲を囲むように洗浄液の流入口１３が配置されている。
【００１９】
図３に示すように、洗浄液の流入口１３は複数の穴があいたパンチングメタル１４で構成されている。超音波振動子１２は、周波数１００ｋＨｚの発振を行えるように、図示しない制御手段によって調整されている。
また、洗浄槽１１において、被洗浄物１５を介して流入口１２の対面に流出口１６が設けられている。流出口１６は、流入口１３と同様のパンチングメタル１４が取り付けられている。このパンチングメタル１４は、流入口 １３に使用しているものと同じ外径である。更に流出口１６の先には、配管を経由してポンプ１７およびフィルター１８が取り付けられており、その先は流入口１３に接続して洗浄液を循環する構成となっている。
【００２０】
また、流入口 １３には、流出口１６と接続している配管以外に、新液を投入できるように図示されていない配管も接続されている。洗浄槽１１の底面はゴミが溜まらないようにテーパー形状となっており、その狭まった先端には、ドレイン配管１９がつながっている。洗浄槽１１の上面には、浮上したゴミを除去するためにオーバーフロー２０が設けられている。
【００２１】
洗浄液の流入、流出はポンプ１７の設定流量で決まる。洗浄槽１１内で液流がきれいな整流となるには、分あたりの流量として洗浄槽１１の容量の１／１０以上が必要である。例えば、槽容量１０リットルの洗浄槽１１では、毎分１リットル以上の流量が必要となる。この流量未満だと洗浄液の置換作用に支障が生じ、被洗浄物１５の表面から離れたパーティクルなどのゴミが流出口１６から排出されずに洗浄槽１１内に滞留し、再付着の原因となる。
【００２２】
前記洗浄装置で洗浄を行うには、図２に示すように、洗浄装置の洗浄槽１１に純水を満たし、被洗浄物１５を洗浄液に浸漬させ、洗浄液を循環させるとともに超音波振動子１２によって超音波振動を発生させる。
このようにすると、洗浄槽１１内の液流および超音波の進行波が洗浄液の液面と平行に流される。これにより、被洗浄物１５の付着物が超音波振動により剥離され、一度剥離した付着物は、被洗浄物１５へ再付着することなく、超音波の進行波と平行に流れる洗浄液に乗って流出口１６から排出される。
【００２３】
このように、前記第１実施形態に係る洗浄方法および洗浄装置によれば、超音波進行波と液流という２つの異なる流れの方向を同一化したことにより、洗浄槽１１内で洗浄液の乱流が生じ無くなったため洗浄液が整流化し、パーティクルなど被洗浄物１５への再付着なく精密洗浄を行うことができる。
【００２４】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。
図４は、第２実施形態に係る洗浄装置の概略構成図、図５は、超音波振動子および洗浄液の流入口が配置されている側面側を視た洗浄装置の横断面図である。なお、前記第１実施形態と同一構造部分は、同一符号を付して説明を省略する。
【００２５】
図４及び図５に示すように、この実施形態では、洗浄液の流入口２１の形状をスリット状にし、超音波振動子２２を３個取り付け、更に被洗浄物２３を保持する保持具２４およびその保持具２４を回転させる回転モーター２５を配置している。つまり、この洗浄装置は、被洗浄物２３を保持する際に生じる超音波の陰になってしまう部分の発生を解消すべく回転機構を設けたものである。そして、前記構造以外は図２に示す第１実施形態と同様の構成である。なお、図５に示すように、流入口２１は超音波振動子２２の上下に位置している。
【００２６】
前記洗浄装置で洗浄を行うには、図４に示すように、洗浄装置の洗浄槽１１に純水を満たして、被洗浄物２３を保持具２４で保持して洗浄液に浸漬させる。そして、洗浄液を循環させるとともに超音波振動子２２によって超音波振動を発生させ、また、回転モーター２５によって保持具２４に保持している被洗浄物２３を回転させる。
【００２７】
このようにすると、洗浄槽１１内の液流および超音波の進行波が、洗浄液の液面と平行な面に沿って流され、また、同平行な面に沿って被洗浄物２３が回転されることにより、超音波の陰になってしまう部分の発生が解消される。
なお、被洗浄物２３の液中での回転は、超音波の進行波や洗浄槽１１内の液流を乱さない程度の速度とすることが必要であるが、洗浄時間内で必ず１回転以上することが望ましい。
【００２８】
そして、前記のようにして被洗浄物２３を洗浄すると、被洗浄物２３の付着物が超音波振動により剥離され、一度剥離した付着物は、被洗浄物２３へ再付着することなく、超音波の進行波と平行に流れる洗浄液に乗って流出口１６から排出される。
【００２９】
このように、前記第２実施形態に係る洗浄方法および洗浄装置によれば、超音波進行波と液流という２つの異なる流れの方向を同一化したことにより、洗浄槽１１内で洗浄液の乱流が生じ無くなったため洗浄液が整流化し、パーティクルなど被洗浄物２３への再付着なく精密洗浄を行うことができる。
しかも、被洗浄物２３を洗浄中に回転させるので、被洗浄物２３の隅々まで確実に超音波振動により洗浄することができる。
【００３０】
（第３実施形態）
次に、第３実施形態について説明する。
図６は、第３実施形態に係る洗浄装置の概略構成図である。
第１実施形態および第２実施形態では、洗浄槽１１の側面に流入口１３、２１及び流出口１６を直接配置しているのに対して、本実施形態では、洗浄液の流入口２６および流出口２７を洗浄槽１１とは独立して配置したものである。
【００３１】
流入口２６と流出口２７は、洗浄槽１１と独立しているものの、被洗浄物３１に対する超音波振動子３２および流入口２６、流出口２７の配置位置の関係は第１実施形態および第２実施形態と同様で、流入口２６から流出口２７に流れる洗浄液の方向と、超音波振動子３２からの超音波の進行方向とが同一になっていることから、液流の乱れが生じず、被洗浄物３１から離れたパーティクルも液流に乗って洗浄槽１１外に排出される。
【実施例】
【００３２】
（実施例１）
前述した第１実施形態に係る洗浄装置を用いて以下のように被洗浄物の洗浄を行い、洗浄状態を確認した。
まず、図２に示す洗浄装置の洗浄槽１１に純水を満たし、酸化セリウム系の研磨材が付着した６０ｍｍ角のガラス基板よりなる被洗浄物１５を洗浄した。洗浄槽１１の容量は１０Ｌであり、純水流入量を５Ｌ／ｍｉｎとし、周波数１００ｋＨｚにて超音波洗浄を３分間行った。なお、洗浄槽１１内の液流および超音波の進行波は純水の液面と平行に流れていた。また、洗浄液は０．１μｍメッシュのメンブレンフィルター１８を介して循環させた。
【００３３】
超音波洗浄が終了した後、ポンプ１７を停止して系外から新しい純水を供給して液面を上昇させて、液面に浮上しているパーティクルをオーバーフロー除去させた。その後被洗浄物１５を上昇させて取り出した。
この洗浄装置では超音波の進行方向と洗浄液の流れの方向が同じであるため、洗浄液の滞留が生じない。そのため、ガラス基板よりなる被洗浄物１５に付着していた研磨材が超音波振動によって離れた後、すぐに液流に乗って洗浄槽１１外に排出され、一度離れた研磨材が再付着することが無かった。
【００３４】
（実施例２）
前述した第２実施形態に係る洗浄装置を用いて以下のように被洗浄物の洗浄を行い、洗浄状態を確認した。
図４に示す洗浄装置の洗浄槽１１に純水を満たして、酸化セリウム系研磨材が付着した外径１００ｍｍの円形のガラス基板を被洗浄物２３として、上下両面の表面を洗浄する。このガラス基板からなる被洗浄物２３を保持具２４で保持し、洗浄中は回転モーター２５により２０ｒｐｍの回転速度で回転させた。こうして洗浄した後、洗浄槽１１から被洗浄物２３を取り出し、そのまま回転モーター２５にて回転数２０００ｒｐｍで回転させて水切り乾燥を行った。
【００３５】
その結果、被洗浄物２３を保持する際に生じる超音波の陰になってしまう部分の発生を解消することができ、被洗浄物２３の洗浄を良好に行うことができた。また、この被洗浄物２３の洗浄では液流量５Ｌ／ｍｉｎで４００ｋＨｚの超音波振動で１００ｒｐｍでの回転でも洗浄品質が低下しない結果が得られた。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の概念を説明する洗浄装置の概略構成図である。
【図２】第１実施形態に係る洗浄装置の概略構成図である。
【図３】超音波振動子および洗浄液の流入口が配置されている側面側を視た洗浄装置の横断面図である。
【図４】第２実施形態に係る洗浄装置の概略構成図である。
【図５】超音波振動子および洗浄液の流入口が配置されている側面側を視た洗浄装置の横断面図である。
【図６】第３実施形態に係る洗浄装置の概略構成図である。
【図７】従来の洗浄装置の構造を説明する概略構成図である。
【符号の説明】
【００３７】
１、１１  洗浄槽
２、１２、２２、３２  超音波振動子
３、１３、２１、２６  流入口
４、１６、２７  流出口
５、１５、２３、３１  被洗浄物
６  液面
２５  回転モーター（回転機構）
【図１】
2006136815.tif 000003
【図２】
2006136815.tif 000004
【図３】
2006136815.tif 000005
【図４】
2006136815.tif 000006
【図５】
2006136815.tif 000007
【図６】
2006136815.tif 000008
【図７】
2006136815.tif 000009