(57)【要約】【課題】ハイパワー、小型軽量であり、使用場所や被洗浄物の大きさ、種類などに対する制限が少ない取り扱いの簡単な超音波洗浄装置用の薄型の超音波発生装置を提供する。【解決手段】複数のディスク状超音波振動子１１の各々の一面を平板金属電極１３で連結した超音波振動子アレイを、周囲にフランジ１５を有する金属製有底容器１４の内底面に固定し、複数のディスク状超音波振動子１１を金属製有底容器１４内に封入して金属製平板２０で覆い、フランジ１５と金属製平板２０の周囲を溶接または接着する。超音波振動子１１と平板金属電極１３との接着および超音波振動子１１と金属製有底容器１４の内底面との接着は、室温または低い加熱温度で接着可能なクリーム半田または導電性接着剤１２、１６により行なわれる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
洗浄装置内部に設ける超音波発生装置であって、複数のディスク状超音波振動子の一方の面を平板金属電極で連結して超音波振動子アレイを構成し、周囲にフランジを有する金属製有底容器の内底面に前記超音波振動子アレイを固定し、前記金属製有底容器の開口部を金属製平板で覆い、前記フランジと前記金属製平板との周囲を溶接したことを特徴とする超音波発生装置。
【請求項２】
前記ディスク状超音波振動子と前記平板金属電極とを、また前記ディスク状超音波振動子と前記金属製有底容器の内底面とを、導電性接着剤で接着したことを特徴とする請求項１に記載の超音波発生装置。
【請求項３】
前記金属製有底容器を前記ディスク状超音波振動子の接地側電極としたことを特徴とする請求項１に記載の超音波発生装置。
【請求項４】
洗浄装置内部に設ける超音波発生装置であって、複数のディスク状超音波振動子の各々の両面をそれぞれ一対の平板金属電極で連結して超音波振動子アレイを構成し、周囲にフランジを有する金属製有底容器の絶縁層上に一方の前記平板金属電極を固定し、前記金属製有底容器の開口部を金属製平板で覆い、前記フランジと前記金属製平板との周囲を溶接したことを特徴とする超音波発生装置。
【請求項５】
前記ディスク状超音波振動子と前記平板金属電極とを導電性接着剤で接着したことを特徴とする請求項４に記載の超音波発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波振動子を利用した洗浄装置用の超音波発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波振動子を利用した超音波洗浄装置として、ボルト締めランジュバン型振動子の超音波放射面を洗浄層の底面や側面に固定し、洗浄層内の洗浄液に超音波を放射して被洗浄物を洗浄する超音波洗浄装置、あるいは、複数のボルト締めランジュバン型振動子を基板に固定した超音波振動子ユニットをケース内に密封し、これを洗浄液が満たされた洗浄層内に被洗浄物とともに投入し、洗浄層内の洗浄液に超音波を放射して被洗浄物を洗浄する投げ込み型超音波洗浄装置が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１０−５２６６９号公報（（０００２）、（０００５）、（００１４）、（００１８）、図１〜図３、図９など）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、特許文献１におけるボルト締めランジュバン型振動子を洗浄層の底部に固定させる超音波洗浄装置は、超音波振動子と洗浄層が一体構成であり、また装置自体が大型になるため、使用場所や洗浄可能な被洗浄物の種類に制限があり、汎用性にかける課題があった。
また、特許文献１における投げ込み型超音波洗浄装置は、ランジュバン型振動子が小さいものでも数１０ｍｍの高さを有しているので、装置自体が大型になり、重量も大きくなるので、小さい洗浄層を使用する小物の洗浄時などでは洗浄層に投入することができない。
【０００４】
そこで本発明は、ハイパワーでありながら小型軽量、低コストで、使用場所や被洗浄物の大きさ、種類などに対する制限が少なく、取り扱いが簡単な洗浄装置用の薄型の超音波発生装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１記載の本発明の超音波発生装置は、洗浄装置内部に設ける超音波発生装置であって、複数のディスク状超音波振動子の一方の面を平板金属電極で連結して超音波振動子アレイを構成し、周囲にフランジを有する金属製有底容器の内底面に前記超音波振動子アレイを固定し、前記金属製有底容器の開口部を金属製平板で覆い、前記フランジと前記金属製平板との周囲を溶接したことを特徴とする。
請求項２記載の本発明は、請求項１に記載の超音波発生装置において、前記ディスク状超音波振動子と前記平板金属電極とを、また前記ディスク状超音波振動子と前記金属製有底容器の内底面とを、導電性接着剤で接着したことを特徴とする。
請求項３記載の本発明は、請求項１に記載の超音波発生装置において、前記金属製有底容器を前記ディスク状超音波振動子の接地側電極としたことを特徴とする。
請求項４記載の本発明の超音波発生装置は、洗浄装置内部に設ける超音波発生装置であって、複数のディスク状超音波振動子の各々の両面をそれぞれ一対の平板金属電極で連結して超音波振動子アレイを構成し、周囲にフランジを有する金属製有底容器の絶縁層上に一方の前記平板金属電極を固定し、前記金属製有底容器の開口部を金属製平板で覆い、前記フランジと前記金属製平板との周囲を溶接したことを特徴とする。
請求項５記載の本発明は、請求項４に記載の超音波発生装置において、前記ディスク状超音波振動子と前記平板金属電極とを導電性接着剤で接着したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、超音波振動子を平板金属電極で連結して超音波振動子アレイを構成するので、超音波発生装置としての厚さを非常に薄くすることができる。また、金属製有底容器にフランジを設け、このフランジの周囲で溶接するため、ディスク状超音波振動子に対して溶接時の熱の影響をなくすことができる。
また、小型軽量であることから、可搬性に富み、使用場所や被洗浄物の大きさ、種類などに対する制限が少なく、取り扱いも簡単な洗浄装置用の薄型の超音波発生装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の第１の実施の形態による超音波発生装置は、複数のディスク状超音波振動子の一方の面を平板金属電極で連結して超音波振動子アレイを構成し、周囲にフランジを有する金属製有底容器の内底面に超音波振動子アレイを固定し、金属製有底容器の開口部を金属製平板で覆い、フランジと金属製平板との周囲を溶接したものである。本実施の形態によれば、超音波振動子を平板金属電極で連結して超音波振動子アレイを構成するので、超音波発生装置としての厚さを非常に薄くすることができる。また、金属製有底容器にフランジを設け、このフランジの周囲で溶接するため、ディスク状超音波振動子に対して溶接時の熱の影響をなくすことができる。また、小型軽量であることから、可搬性に富み、使用場所や被洗浄物の大きさ、種類などに対する制限が少なく、取り扱いも簡単である。
本発明の第２の実施の形態は、第１の実施の形態による超音波発生装置において、ディスク状超音波振動子と平板金属電極とを、またディスク状超音波振動子と金属製有底容器の内底面とを、導電性接着剤で接着したものである。本実施の形態によれば、超音波振動子が高温に晒されないので圧電性が損なわれることがない。また、室温あるいは低い加熱温度で両者を接着させることができるので、短時間ですばやく接着しなければならないなどの制約が除かれ、製造作業が簡単になる。
本発明の第３の実施の形態は、第１の実施の形態による超音波発生装置において、金属製有底容器をディスク状超音波振動子の接地側電極としたものである。本実施の形態によれば、一方の金属製平板を無くすことができるので、更に薄型化を図ることができる。
本発明の第４の実施の形態による超音波発生装置は、複数のディスク状超音波振動子の各々の両面をそれぞれ一対の平板金属電極で連結して超音波振動子アレイを構成し、周囲にフランジを有する金属製有底容器の絶縁層上に一方の平板金属電極を固定し、金属製有底容器の開口部を金属製平板で覆い、フランジと金属製平板との周囲を溶接したものである。本実施の形態によれば、超音波振動子を平板金属電極で連結して超音波振動子アレイを構成するので、超音波発生装置としての厚さを非常に薄くすることができる。また、金属製有底容器にフランジを設け、このフランジの周囲で溶接するため、ディスク状超音波振動子に対して溶接時の熱の影響をなくすことができる。また、小型軽量であることから、可搬性に富み、使用場所や被洗浄物の大きさ、種類などに対する制限が少なく、取り扱いも簡単である。
本発明の第５の実施の形態は、第４の実施の形態による超音波発生装置において、ディスク状超音波振動子と平板金属電極とを導電性接着剤で接着したものである。本実施の形態によれば、超音波振動子が高温に晒されないので圧電性が損なわれることがない。また、室温あるいは低い加熱温度で両者を接着させることができるので、短時間ですばやく接着しなければならないなどの制約が除かれ、製造作業が簡単になる。
【実施例１】
【０００８】
以下本発明の実施例について図面とともに詳細に説明する。
図１は本発明の実施例１による超音波発生装置１０の断面側面図、図２は実施例１による超音波発生装置１０の要部の斜視図である。
図２に示すように、ＰＺＴなどの圧電セラミックス素子で構成されたディスク状の超音波振動子１１を複数個配列し、配列された各超音波振動子１１の一面に銅などの平板金属電極１３を接着して連結することで超音波振動子アレイが構成される。超音波振動子１１の数は超音波発生装置としての出力パワーに応じて任意に設定される。超音波振動子１１は通常の半田の溶解温度である数１００℃の高温になると焦電気が発生するなど、圧電性が損なわれて超音波発生能率が低下するので、平板金属電極１３との接着は低温溶解性のクリーム半田または常温で固化する導電性接着剤１２により行われる。クリーム半田または導電性接着剤１２の厚さは、超音波発生装置１０の厚さを小さくするために薄いほうが好ましい。超音波振動子１１と平板金属電極１３の接着を導電性接着剤１２で行う場合は室温で両者を接着させることができるので、短時間ですばやく接着しなければならないなどの制約が除かれ、製造作業が簡単になる。
【０００９】
平板金属電極１３で連結された超音波振動子１１のアレイは、図１に示すように、有底容器１４内に収納される。有底容器１４はステンレスなどの金属製の上部に開口部を有する開放箱で構成され、その周囲にはフランジ１５が設けられている。超音波振動子１１の有底容器１４内への収納は、各超音波振動子１１の他面にクリーム半田または導電性接着剤１６を形成した状態で有底容器１４の底内面に貼着する。有底容器１４は金属製であるので、この状態で複数の超音波振動子１１は、底面側は有底容器１４により、他面側は金属電極１３により直列に連結される。金属電極１３の端部にはリード線１７が接続され、有底容器１４の側面あるいは底面から外部に取り出される。この取り出し部分においては、有底容器１４の内部と外部が空気や水の出入りが無いように封止材１８で封鎖される。
有底容器１４の外壁の所定位置にはリード線１９が接続される。また、有底容器１４の上面にはステンレスなどの金属製平板による蓋２０がかぶせられ、フランジ１５の先端部２１において溶接される。有底容器１４と蓋２０が溶接されると、超音波振動子アレイは有底容器１４および蓋２０で囲まれた空間内に密封される。
【００１０】
有底容器１４と蓋２０の溶接時に、フランジ１５の先端部２１の溶接箇所からフランジ１５を通って有底容器１４に熱が伝導して超音波振動子１１を加温するおそれがある。前述したように、超音波振動子１１は加温されると圧電性が損なわれて超音波発生能率が低下するので、溶接箇所から超音波振動子１１への熱伝導を可能な限り小さくする必要がある。そこで、フランジ１５の長さを長くして溶接箇所から超音波振動子１１までの距離を長くしたり、溶接時に有底容器１４を水漬したり、有底容器１４に水を吹き付けるなどして溶接作業により有底容器１４の温度が上昇しないようにすることが好ましい。
なお、溶接箇所から超音波振動子１１への熱伝導を生じさせないように、溶接の代わりに防水性の接着剤で接着してもよい。ただし、溶接に比較して密封性は劣る。
【００１１】
つぎに、図１および図２で説明した超音波発生装置１０を洗浄装置として使用する方法を図６により説明する。図６は投げ込み型超音波洗浄装置の例である。
洗浄層３０内に水やアルコールなどの洗浄液３１を注入し、洗浄液３１内に超音波発生装置１０を蓋２０側が下側になるように図１の状態を上下逆にして投入する。超音波発生装置１０の電極１３からのリード線１７および有底容器１４からのリード線１９は超音波駆動電源３３に接続されている。
被洗浄物３２を洗浄液３１内に配置し、超音波駆動電源３３を作動させると、超音波駆動電源３３からの駆動電圧により超音波振動子１１が振動して超音波を発生する。発生した超音波は洗浄液３１にキャピテーションを発生させ、この衝撃力により被洗浄物３２に付着している汚れを破砕して洗浄液３１中に分解させて洗浄する。このとき、超音波発生装置１０自体も超音波振動子１１の振動により振動するが、超音波発生装置１０を面積が大きい蓋２０を下にしているので、超音波発生装置１０は洗浄層３０内に安定して載置されており、その振動による超音波発生装置１０の移動などへの影響は小さい。
なお、超音波発生装置１０を投げ込み型でなく洗浄層３０の壁面に固定することも可能である。この場合は、洗浄層３０内の底面壁や側壁に超音波発生装置１０の蓋２０側を密着させ、フランジ１５を利用してネジ止めしたり、蓋２０の前面を接着剤などにより接着させればよい。超音波発生装置１０を洗浄層３０に固定した場合は超音波振動子１１の振動による超音波発生装置１０自体の移動がなくなるので、超音波駆動電源３３からの駆動電圧を大きくしてよりハイパワーで洗浄させることができる。
【００１２】
本実施例によれば、超音波発生装置としての厚さを非常に小さくすることができる。したがって、構成が簡単で小型軽量であり、低コストで製造することができる。また、小型軽量であることから、可搬性に富み、使用場所や被洗浄物の大きさ、種類などに対する制限が少なく、取り扱いも簡単な超音波洗浄装置用の薄型の超音波発生装置を提供することができる。
【実施例２】
【００１３】
図３は本発明の実施例２による超音波発生装置１０の断面側面図、図４は実施例２による超音波発生装置１０の要部の斜視図である。図１、図２と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
実施例１においては、超音波振動子１１を有底容器１４内へ収納する際に、超音波振動子１１の一面にクリーム半田または導電性接着剤１６を形成して有底容器１４の底内面に直接貼着した。この場合は、有底容器１４自体を超音波振動子１１の一方の電極として兼用しているので、洗浄が進むにつれて洗浄液３１が汚れ、有底容器１４も汚染されて電極機能が低下することがある。実施例２においては、有底容器１４を超音波振動子１１の一方の電極として兼用せずに、独立した電極を使用する実施例である。
【００１４】
図４に示すように、複数個配列されたディスク状の超音波振動子１１の一面には第１の平板金属電極１３をクリーム半田または導電性接着剤１２で接着し、他面には第２の平板金属電極２２をクリーム半田または導電性接着剤２３で接着することで超音波振動子アレイが構成される。第１の平板金属電極１３の端部にはリード線１７が、第２の平板金属電極２２の端部にはリード線２４が接続される。
【００１５】
超音波振動子アレイは、図３に示すように、有底容器１４内に収納される。有底容器１４の内底面にはガラスエポキシ樹脂などの絶縁材料層２５が設けられており、超音波振動子１１の平板金属電極２２の表面に接着剤を塗布して有底容器１４の絶縁材料層２５に接着する。この場合の接着剤は導電性である必要は無く、エポキシ系の接着剤でよい。金属電極１３のリード線１７および金属電極２２のリード線２４は、有底容器１４の側面あるいは底面から外部に取り出される。取り出し部分は封止材１８、２６で封鎖される。
有底容器１４の上面には、実施例１と同様に、金属製の蓋２０がかぶせられ、フランジ１５の先端部２１において溶接され、超音波振動子１１、導電性接着剤１２、２３および金属電極１３、２２は有底容器１４および蓋２０で囲まれた空間内に密封される。
超音波発生装置１０を超音波洗浄装置として使用する動作は図６で説明した実施例１と同様であるので、説明を省略する。
【００１６】
本実施例によれば、実施例１と同様に、超音波発生装置としての厚さを非常に小さくすることができる。したがって、構成が簡単で小型軽量であり、低コストで製造することができる。また、小型軽量であることから、可搬性に富み、使用場所や被洗浄物の大きさ、種類などに対する制限が少なく、取り扱いも簡単な超音波洗浄装置用の薄型の超音波発生装置を提供することができる。また、有底容器を電極として兼用せずに容器内に密封された独立した電極を使用しているので、洗浄液が汚染した場合などでも電極機能の低下がない。
【実施例３】
【００１７】
図５は本発明の実施例３による超音波発生装置１０の要部の斜視図である。図４と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
本実施例は、第１の平板金属電極１３のリード線１７および第２の平板金属電極２２のリード線２４をそれぞれ第１の平板金属電極１３および第２の平板金属電極２２の端部ではなく中間位置から取り出した例である。
被洗浄物３２が細長い物品などの場合は、洗浄層３０の幅を小さくして幅の小さいディスク状の超音波振動子１１を使用して超音波を集中させることが好ましい。この場合は超音波振動子１１を挟持する第１の平板金属電極１３および第２の平板金属電極２２の幅も小さくなるので、平板金属電極１３および第２の平板金属電極２２の先端にリード線１７、２４を接続しにくい場合がある。そこで、本実施例では、リード線１７、２４を第１の平板金属電極１３および第２の平板金属電極２２の中間位置に接続して取り出している。その他の構成および動作は実施例２と同一であるので、説明を省略する。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
本発明の超音波発生装置は、産業用機器や家庭用機器、それらに使用される部品の洗浄、あるいは、工具などの洗浄を行う超音波洗浄装置の固定用超音波振動源、投げ込み型超音波振動源として有用である。また、洗剤の使用量を低減させることが可能な衣類洗濯機や食器洗浄機用の固定用超音波振動源や投げ込み型超音波振動源としても有用である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施例１による超音波発生装置の断面側面図
【図２】本発明の実施例１による超音波発生装置の要部の斜視図
【図３】本発明の実施例２による超音波発生装置の断面側面図
【図４】本発明の実施例２による超音波発生装置の要部の斜視図
【図５】本発明の実施例３による超音波発生装置の要部の斜視図
【図６】本発明の実施例１による超音波発生装置を超音波洗浄装置に適用した場合の断面側面図
【符号の説明】
【００２０】
１０  超音波発生装置
１１  超音波振動子
１２、１６、２３  導電性接着剤
１３、２２  平板金属電極
１４  有底容器
１５  フランジ
１７、１９、２４  リード線
１８、２６  封止材
２０  蓋
２１  先端部
２５  絶縁材料層
３０  洗浄層
３１  洗浄液
３２  被洗浄物
３３  超音波駆動電源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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