(57)【要約】【課題】  洗浄液の深さや温度に影響されること無く、所望となる最適な発振周波数を検索できる超音波発振装置を提供すること。【解決手段】  超音波発振装置１は、超音波振動を発振する振動子９０を有している。超音波発振装置１は、超音波振動のための振動子９０の出力電圧と振動子９０の出力電流との位相差を算出する位相差算出部７０と、位相差を基に超音波振動のための周波数を検索及び制御する制御部９０とを有する周波数検索部１０とを備えている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波振動を発振する振動子を有する超音波発振装置であって、
超音波振動のための前記振動子の出力電圧と前記振動子の出力電流との位相差を算出する位相差算出部と、前記位相差を基に超音波振動のための周波数を検索及び制御する制御部とを有する周波数検索部と、
を具備することを特徴とする超音波発振装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば超音波洗浄装置等に配設される超音波発振装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波洗浄装置は、微細加工品などの被洗浄物を超音波洗浄によって精密に洗浄する。この超音波洗浄装置は、洗浄液を用いて被洗浄物を超音波洗浄処理する洗浄処理部と、洗浄液に対して超音波振動を発振する超音波発振装置を有している。
【０００３】
洗浄処理部は、被洗浄物を収容して洗浄液を貯留する処理槽を有している。
超音波発振装置において、超音波振動の発振周波数は予め設定されている。
【０００４】
例えば特許文献１には、ロータリスイッチを使用することなく短時間で最適な発振周波数を設定でき、コストを削減することができる超音波発振装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２２６３８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、発振周波数が予め設定されていると、処理槽に貯留されている洗浄液の深さや温度によって、被洗浄物に対する超音波洗浄にムラが生じてしまう。
【０００７】
そのため本発明は、上記事情に鑑み、洗浄液の深さや温度に影響されること無く、所望となる最適な発振周波数を検索できる超音波発振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】
【０００８】
本発明は目的を達成するために、超音波振動を発振する振動子を有する超音波発振装置であって、超音波振動のための前記振動子の出力電圧と前記振動子の出力電流との位相差を算出する位相差算出部と、前記位相差を基に超音波振動のための周波数を検索及び制御する制御部とを有する周波数検索部と、を具備することを特徴とする超音波発振装置を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、洗浄液の深さや温度に影響されること無く、所望となる最適な発振周波数を検索できる超音波発振装置を提供することを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に係る超音波発振装置の構成を示す図である。
【図２Ａ】図２Ａは、超音波発振装置の動作を示すフローチャートの一部である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、超音波発振装置の動作を示すフローチャートの他部である。
【図３】図３は、周波数と出力電力と位相差データにおける電圧との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図１乃至図３を参照して本発明の第１の実施形態について詳細に説明する。  
本実施形態では、超音波洗浄装置は、被洗浄物に対して、超音波振動を発振した例えば水や薬液等の液体を用いて超音波洗浄処理を行う。超音波洗浄される被洗浄物には、例えば機械部品等である。超音波洗浄装置は、超音波振動を発振する振動子９０を有する超音波発振装置１を備えている。
【００１２】
超音波発振装置１は、超音波洗浄する際に、超音波洗浄のための所望（最適）な発振周波数（以下、最適周波数）を検索する周波数検索部１０と、周波数検索部１０によって検索された最適周波数で洗浄液に対して超音波振動を発振する上述した振動子９０とを有している。  
周波数検索部１０は、操作部２０と、表示部３０と、入出力部４０と、制御部５０と、電力算出部６０と、位相差算出部７０と、記録部８０とを有している。
【００１３】
操作部２０は、最適周波数を検索するための初期設定を設定するために操作される。  
この初期設定では、基準周波数と、出力電圧と、周波数の発振モードとが設定される。  
基準周波数は、最適周波数を検索するために、初期設定時に用いられる周波数であり基準となる周波数である。基準周波数は、例えば２６ｋＨｚと、３６ｋＨｚと、４６ｋＨｚと、予め設定されている。この基準周波数は、初期設定時において、いずれか（２６ｋＨｚ、３６ｋＨｚ、４６ｋＨｚ）を操作部２０の操作によって選択される。  
出力電圧は、例えば１２０Ｗ〜１２００Ｗの範囲内で操作部２０の操作によって設定される。出力電圧は、振動子９０に対する電圧である。  
発振モードは、単周波とＦＭとＳＷＥＥＰとのいずれかが操作部２０の操作によって設定される。また発振モードでは、ＳＷＥＥＰの時間もが操作部２０の操作によって設定される。
【００１４】
表示部３０は、例えば、周波数検索部１０の状態と、現在の周波数の値と、現在の出力電力の値と、現在の発振モードと、エラーとを表示する。
【００１５】
入出力部４０は例えばコネクタなどである。入出力部４０には、図示しない外部装置が周波数検索部１０を制御するために接続する。図示しない外部装置は、入出力部４０を介して、周波数検索部１０に動作モードの切り換えのための信号を入出力し、周波数検索部１０を操作する。
【００１６】
制御部５０は、操作部２０によって設定された初期設定における基準周波数と出力電圧と発振モードとを基に、最適周波数を検索及び制御し、振動子９０が超音波振動を発振する際の出力電圧を制御し、この最適周波数と出力電圧とを基に振動子９０を制御する。
【００１７】
制御部５０は、基準周波数に対して例えば±２ｋＨｚの範囲に対して、例えば５０Ｈｚの分解能で最適周波数を検索する。  
制御部５０は、出力電圧を、出力電力を基に制御する。出力電力は、出力電圧の調整に用いられる。出力電力が低いと出力電圧も低くなり、出力電力が高いと出力電圧も高くなる。出力電圧は、例えば０Ｖ〜２４０Ｖといった高圧、＋３．３Ｖ，＋５Ｖ，±１２Ｖ，＋１５Ｖといった低圧とのいずれかとなっている。
【００１８】
このように制御部５０は、出力電圧を制御する電圧制御部であり、周波数を制御する周波数制御部であり、振動子９０を制御する振動子制御部である。
【００１９】
電力算出部６０は、超音波振動のための振動子９０の出力電圧と、超音波振動のための振動子９０の出力電流とを基に現在の出力電力を算出し、この出力電圧と、操作部２０にて設定された出力電圧との差である相対値を算出する。  
なお制御部５０は、この相対値を読み込み、この相対値を基に、現在、振動子９０が超音波振動を発振中か否かを判別する。制御部５０は、この相対値が０以上だと判別すると、振動子９０が超音波振動を発振中、つまり振動子９０が超音波振動していると判別する。また制御部５０は、この相対値が０と判別すると、振動子９０は超音波振動を発振中ではない、つまり振動子９０が超音波振動していないと判別する。
【００２０】
位相差算出部７０は、超音波振動のための振動子９０の出力電圧と、超音波振動のための振動子９０の出力電流との位相差を算出し、位相差をＡ／Ｄ変換し、位相差データを算出する。この位相差データには、振動子９０が超音波振動を前回発振した際の電圧の値（前回電圧値）と、振動子９０が超音波振動を今回発振した際の電圧の値（今回電圧値）とが含まれる。前回電圧と今回電圧とにおける上昇または下降、言い換えると位相差データにおける電圧の変化点、つまり位相差データにおける電圧の立ち上がり、または位相差データにおける電圧の立ち下がりは、共振点となる。共振点は、振動子９０の特性によって複数存在する。
【００２１】
記録部８０は、振動子９０が超音波振動を発振するたびに生じる位相差データを記録する。
【００２２】
制御部５０は、位相差データを読み込み、この位相差データを基に共振点を見分けられるか否かを判別する。共振点は、前回電圧値が例えば０Ｖ、今回電圧値が例えば３Ｖ、または前回電圧値が例えば３Ｖ、今回電圧値が例えば０Ｖといったように、位相差データにおいて変化があると、見分けられる。
【００２３】
また制御部５０は共振点を見分けた際に、制御部５０は今回電圧値が例えば３Ｖ近傍であるか否かを判別する。
【００２４】
制御部５０は、今回電圧値が例えば３Ｖ近傍であると判別すると、基準周波数を例えば５０Ｈｚずつ減らして現在の周波数を制御する。制御部５０は、今回電圧値が例えば０Ｖ近傍になった際の周波数を最適周波数として識別する。
【００２５】
制御部５０は、今回電圧値が例えば３Ｖ近傍ではないと判別すると、今回電圧値が０Ｖ近傍であると判別し、基準周波数を例えば５０Ｈｚずつ増して現在の周波数を制御する。制御部５０は、今回電圧値が例えば３Ｖ近傍になった際の周波数を最適周波数として識別する。
【００２６】
また制御部５０は、共振点を見分けられない場合、前回電圧値が位相差データに含まれているか否かを判別する。制御部５０は、前回電圧値が位相データに記録されていないと判別した場合、例えば検索周波数を一番最初に検索するときを示す。この場合、上述したように、制御部５０は今回電圧値が例えば３Ｖ近傍であるか否かを判別し、制御部５０は、基準周波数を例えば５０Ｈｚずつ減らして、今回電圧値が例えば０Ｖ近傍になった際の周波数を最適周波数として識別する。または制御部５０は、基準周波数を例えば５０Ｈｚずつ増して、今回電圧値が例えば３Ｖ近傍になった際の周波数を最適周波数として識別する。
【００２７】
また上述したように、制御部５０は、共振点を見分けられない場合、前回電圧値が位相差データに含まれているか否かを判別する。制御部５０は、前回電圧値が位相データに記録されていると判別し、今回電圧値が例えば３Ｖ近傍である場合、位相差データにおける電圧の立ち下がりを発見できたか否かを判別する。制御部５０は、位相差データにおける電圧の立ち下がりを発見できた場合、この立ち下がり部分が共振点となり、制御部５０はこの部分における周波数を最適周波数として識別する。また制御部５０は、位相差データにおける電圧の立ち下がりを発見できない場合、上述したように制御部５０は、基準周波数を例えば５０Ｈｚずつ減らして、今回電圧値が例えば０Ｖ近傍になった際の周波数を最適周波数として識別する。
【００２８】
また上述したように、制御部５０は、共振点を見分けられない場合、前回電圧値が位相差データに含まれているか否かを判別する。制御部５０は、前回電圧値が位相データに記録されていると判別し、今回電圧値が例えば０Ｖ近傍である場合、位相差データにおける電圧の立ち上がりを発見できたか否かを判別する。制御部５０は、位相差データにおける電圧の立ち上がりを発見できた場合、この立ち上がり部分が共振点となり、制御部５０はこの部分における周波数を最適周波数として識別する。また制御部５０は、位相差データにおける電圧の立ち上がりを発見できない場合、上述したように制御部５０は、基準周波数を例えば５０Ｈｚずつ増やして、今回電圧値が例えば３Ｖ近傍になった際の周波数を最適周波数として識別する。
【００２９】
このように制御部５０は、位相差を基に超音波振動のための最適な周波数を検索し制御する。
【００３０】
次に本実施形態の動作方法について図２Ａと図２Ｂとを参照して説明する。  
初期設定が操作部２０によって設定される（Ｓｔｅｐ１）。  
これにより基準周波数と、出力電圧と、周波数の発振モードとが設定される。  
制御部５０は、この基準周波数と、出力電圧を基にした出力電力とによって、振動子９０を制御する。このとき電力算出部６０は、相対値を算出する。
【００３１】
次に制御部５０は、電力算出部６０によって算出された相対値を読み込み、現在、振動子９０が超音波振動を発振中か否かを判別する（Ｓｔｅｐ２）。  
制御部５０は、この相対値が０と判別すると、振動子９０は超音波振動を発振中ではない（Ｓｔｅｐ２：Ｎｏ）、つまり振動子９０が超音波振動していないと判別する。このとき、動作は終了する。  
制御部５０は、この相対値が０以上だと判別すると、振動子９０が超音波振動を発振中（Ｓｔｅｐ２：Ｙｅｓ）、つまり振動子９０が超音波振動していると判別する。
【００３２】
制御部５０は、位相差算出部７０によって算出された位相差データを読み込む（Ｓｔｅｐ３）。
【００３３】
制御部５０は、位相差データにおける今回電圧値と前回電圧とを基に共振点を見分けられるか否かを判別する（Ｓｔｅｐ４）。
【００３４】
制御部５０が共振点を見分けた場合（Ｓｔｅｐ４：Ｙｅｓ）、制御部５０は今回電圧値が例えば３Ｖ近傍であるか否かを判別する（Ｓｔｅｐ５）。
【００３５】
制御部５０は今回電圧値が例えば３Ｖ近傍であると判別すると（Ｓｔｅｐ５：Ｙｅｓ）、制御部５０は、基準周波数を例えば５０Ｈｚずつ減らして現在の周波数を制御する。制御部５０は、位相差が例えば０Ｖ近傍になった際の周波数を最適周波数として識別する（Ｓｔｅｐ６）。
【００３６】
制御部５０は今回電圧値が例えば３Ｖ近傍ではない判別すると（Ｓｔｅｐ５：Ｎｏ）、制御部５０は今回電圧値が例えば０Ｖ近傍であると判別する。すると制御部５０は、基準周波数を例えば５０Ｈｚずつ増やして現在の周波数を制御する。制御部５０は、位相差が例えば３Ｖ近傍になった際の周波数を最適周波数として識別する（Ｓｔｅｐ７）。
【００３７】
Ｓｔｅｐ６，７の後、動作は終了する。
制御部５０が共振点を見分けられない場合（Ｓｔｅｐ４：Ｎｏ）、制御部５０は、前回電圧値が位相差データに含まれているか否かを判別する（Ｓｔｅｐ８）。
【００３８】
制御部５０は、前回電圧値が位相差データに含まれていない、と判別した場合（Ｓｔｅｐ８：Ｎｏ）、前回電圧値がない、つまり最適周波数を一番最初に検索するときを示す。そのため制御部５０は、Ｓｔｅｐ５，６，７の動作を行い、動作を終了する。
【００３９】
また制御部５０は、前回電圧値が位相差データに含まれている、と判別した場合（Ｓｔｅｐ８：Ｙｅｓ）、前回電圧値がある、つまり最適周波数を２回目以降に検索するときを示す。そのため図２Ｂに示すように、Ｓｔｅｐ５に進む。
【００４０】
制御部５０は今回電圧値が例えば３Ｖ近傍であると判別すると（Ｓｔｅｐ５：Ｙｅｓ）、制御部５０は、位相差データにおける電圧の立ち下がりを発見できたか否かを判別する（Ｓｔｅｐ９）。制御部５０は、位相差データにおける電圧の立ち下がりを発見できた場合（Ｓｔｅｐ９：Ｙｅｓ）、この立ち下がり部分が共振点となり、制御部５０はこの部分における周波数を最適周波数として識別する（Ｓｔｅｐ１０）。これにより動作が終了する。
【００４１】
制御部５０は、位相差データにおける電圧の立ち下がりを発見できない場合（Ｓｔｅｐ９：Ｎｏ）、Ｓｔｅｐ６に進み、動作を終了する。
【００４２】
制御部５０は今回電圧値が例えば３Ｖ近傍でないと判別すると（Ｓｔｅｐ５：Ｎｏ）、制御部５０は今回電圧値が例えば０Ｖ近傍であると判別する。すると制御部５０は、位相差データにおける図３に示すような電圧の立ち上がりを発見できたか否かを判別する（Ｓｔｅｐ１１）。制御部５０は、位相差データにおける電圧の立ち上がりを発見できた場合（Ｓｔｅｐ１１：Ｙｅｓ）、この立ち上がり部分が共振点となり、制御部５０はこの部分における周波数を最適周波数として識別する（Ｓｔｅｐ１２）。これにより動作が終了する。
【００４３】
制御部５０は、位相差データにおける電圧の立ち上がりを発見できない場合（Ｓｔｅｐ１１：Ｎｏ）、Ｓｔｅｐ７に進み、動作を終了する。
【００４４】
このように本実施形態では、前回電圧値と今回電圧値とからなる位相差データを基に、基準周波数を増減させることで、最適周波数を検索することができる。これにより本実施形態では、洗浄液の深さや温度に影響されること無く、常に最適周波数を検索でき、振動子９０によって被洗浄を安定して洗浄でき、常に安定した洗浄効果を得ることができる。また本実施形態では、上記のように最適周波数を検索できるために、最適周波数を調整する時間も短縮することができる。
【００４５】
また本実施形態では、基準周波数に５０Ｈｚを増減するため、精緻かつ容易に最適周波数を検索することができる。
【００４６】
本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。
【符号の説明】
【００４７】
１０…周波数検索部、２０…操作部、３０…表示部、４０…入出力部、５０…制御部、６０…電力算出部、７０…位相差算出部、８０…記録部、９０…振動子。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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