(57)【要約】  超音波処理装置および超音波処理の方法に係る発明が開示されている。この発明は、超音波洗浄または超音波処理すべきコンポーネントを入れたタンクに満たされた液体に超音波エネルギーを供給するために、少なくとも二つの異なった応答周波数を持つ複数のトランスデューサを使用するものである。各トランスデューサは、異なった周波数を持つトランスデューサと隣接するように、タンクの壁の対角線に沿って正三角形状に配置される。これとは別の装置として、タンクに種々の周波数を混合した超音波エネルギーを供給することができるようにするために、異なった応答周波数を有する一つまたはそれ以上のロッド・トランスデューサを使用したものがある。更に本発明の別の特徴点として、除外された周波数範囲の外側に存在する、異なった応答周波数を持つトランスデューサを選択して使用すると共に、トランスデューサの応答周波数範囲と除外された周波数範囲の全体にわたったスイープされる駆動信号によってそのトランスデューサへ電力を供給するようにすることもできる。【選択図】    図1
2007523738.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を収納することができるタンクと、
当該タンクに組み込まれ、そしてタンク内の流体に超音波エネルギーを供給することができる複数の超音波トランスデューサであって、
当該トランスデューサの第一のグループは、第一の応答周波数を持ち、当該トランスデューサの第二のグループは、当該第一の応答周波数とは異なる第二の応答周波数を持ち、
当該トランスデューサは、各トランスデューサが少なくとも二つの隣接するトランスデューサを有し、そして少なくとも一つのトランスデューサは異なった応答周波数を有するように、対角線に沿って、正三角形状に配置された複数の超音波トランスデューサと、
当該トランスデューサに駆動信号を供給するための電力発生手段と、
から成る超音波処理装置。
【請求項２】
請求項1に記載の装置において、
前記電力発生手段は、トランスデューサの各グループに接続された電力発生装置を含み、各電力発生装置は同じグループのトランスデューサの応答周波数で駆動信号を供給することを特徴する装置。
【請求項３】
流体を収納することができるタンクと、
当該タンクに組み込まれ、そしてタンク内の流体に超音波エネルギーを供給することができる複数の超音波トランスデューサであって、
当該トランスデューサの第一のグループは、第一の応答周波数を持ち、当該トランスデューサの第二のグループは、当該第一の応答周波数とは異なる第二の応答周波数を持ち、当該トランスデューサの第三のグループは、当該第一の応答周波数および第二の応答周波数とは異なる第三の応答周波数を持ち、
当該トランスデューサは、各トランスデューサが異なった応答周波数を有する少なくとも二つの隣接するトランスデューサを有するように、対角線に沿って、正三角形状に配置された複数の超音波トランスデューサと、
当該トランスデューサに駆動信号を供給するための電力発生手段と、
から成る超音波処理装置。
【請求項４】
請求項3に記載の装置において、
前記電力発生手段は、トランスデューサの各グループに接続された電力発生装置を含み、各電力発生装置は同じグループのトランスデューサの応答周波数で駆動信号を供給することを特徴する装置。
【請求項５】
流体を収納することができるタンクと、
当該タンクに組み込まれ、そしてタンク内の流体に超音波エネルギーを供給することができる複数の超音波ロッド・トランスデューサであって、
当該ロッド・トランスデューサの第一のグループは、第一の応答周波数を持ち、当該ロッド・トランスデューサの第二のグループは、当該第一の応答周波数とは異なる第二の応答周波数を持つようにした複数の超音波ロッド・トランスデューサと、
当該トランスデューサに駆動信号を供給するための電力発生手段と、
から成る超音波処理装置。
【請求項６】
流体を収納することができるタンクと、
当該タンクに組み込まれ、そしてタンク内の流体に超音波エネルギーを供給することができる少なくとも一つの超音波ロッド・トランスデューサであって、
各ロッド・トランスデューサはロッドの両端面に取り付けられた超音波コンバータを有し、
各ロッド・トランスデューサに取り付けられた当該二つの超音波コンバータは異なった応答周波数を持ち、
当該ロッド・トランスデューサは両方の応答周波数で応答するようにした超音波ロッド・トランスデューサと、
当該トランスデューサに駆動信号を供給するための電力発生装置であって、各ロッドに取り付けられた一つの超音波コンバータに対し、第一の周波数で駆動信号を供給し、各ロッドに取り付けられた他の超音波コンバータに対し、第二の周波数で別の駆動信号を供給するようにした電力発生装置と、
から成る超音波処理装置。
【請求項７】
流体を収納することができるタンクと、
当該タンクに組み込まれ、そしてタンク内の流体に超音波エネルギーを供給することができる複数の超音波ロッド・トランスデューサであって、
各ロッド・トランスデューサはロッドの一方の端面に取り付けられた超音波コンバータを有し、
当該ロッド・トランスデューサは複数の応答周波数を持つようにした超音波ロッド・トランスデューサと、
当該トランスデューサに駆動信号を供給するための電力発生装置であって、当該駆動信号が第一の周波数と第二の周波数の間で交互に変わり、当該二つの周波数によって当該ロッド・トランスデューサが応答するようにした電力発生装置と、
から成る超音波処理装置。
【請求項８】
超音波エネルギーを供給するための複数の超音波装置であって、
当該超音波装置の第一のグループが第一の応答周波数を持ち、超音波装置の第二のグループが当該第一の応答周波数とは異なる第二の応答周波数を持ち、
第一の応答周波数と第二の応答周波数の間に、どの超音波装置も応答周波数を持たない除外された周波数範囲を有するようにした超音波装置と、
当該超音波装置に駆動信号を供給するための電力発生装置であって、
当該駆動信号が、除外された周波数範囲と当該超音波装置の応答周波数を含む範囲の周波数にわたって変化するようにした電力発生装置と、
から成る超音波処理装置。
【請求項９】
請求項8に記載の装置において、前記除外された周波数範囲が前記駆動信号の周波数範囲の10%から25%であることを特徴とする超音波処理装置。
【請求項１０】
請求項8に記載の装置において、前記超音波装置がピエゾ素子結晶であることを特徴とする超音波処理装置。
【請求項１１】
請求項8に記載の装置において、前記超音波装置がトランスデューサであることを特徴とする超音波処理装置。
【請求項１２】
請求項11に記載の装置において、更に、
流体を収納することができるタンクを備え、
複数の超音波トランスデューサが当該タンクに組み込まれ、そしてタンク内の流体に超音波エネルギーを供給し、
当該複数の超音波トランスデューサは、各トランスデューサが少なくとも二つの隣接するトランスデューサを有し、そして異なった応答周波数を有する少なくとも一つの隣接するトランスデューサを有するように、対角線に沿って、正三角形状に配置されていることを特徴とする超音波処理装置。
【請求項１３】
請求項11に記載の装置において、更に、
流体を収納することができるタンクを備え、
前記トランスデューサは第一の応答周波数を持つトランスデューサの第一のグループと、当該第一の応答周波数とは異なる第二の応答周波数を持つトランスデューサの第二のグループと、当該第一の応答周波数および当該第二の応答周波数とは異なる第三の応答周波数を持つトランスデューサの第三のグループとを含み、
当該トランスデューサは当該タンクに組み込まれ、そしてタンク内の流体に超音波エネルギーを供給することができ、
当該トランスデューサは、各トランスデューサが異なった応答周波数を有する少なくとも二つの隣接するトランスデューサを有するように、対角線に沿って、正三角形状に配置されていることを特徴とする超音波処理装置。
【請求項１４】
請求項11に記載の装置において、更に、
流体を収納することができるタンクを備え、
前記トランスデューサが当該タンクに組み込まれたロッド・トランスデューサであり、タンク内の流体に超音波エネルギーを供給することができることを特徴とする超音波処理装置。
【請求項１５】
請求項11に記載の装置において、更に、
流体を収納することができるタンクを備え、
前記トランスデューサが当該タンクに組み込まれたロッド・トランスデューサであり、タンク内の流体に超音波エネルギーを供給することができることができ、
各ロッド・トランスデューサはロッドの両端面に取り付けられた超音波コンバータを有し、
各ロッド・トランスデューサに取り付けられた当該二つの超音波コンバータは異なった応答周波数を持ち、
当該ロッド・トランスデューサは両方の応答周波数で応答することを特徴とする超音波処理装置。
【請求項１６】
超音波エネルギーを供給するための複数の超音波装置を準備するステップと、
当該超音波装置に駆動信号を供給するステップと、
から成り、
当該超音波装置の第一のグループが第一の応答周波数を持ち、当該超音波装置の第二のグループが第一の応答周波数とは異なる第二の応答周波数を持ち、
当該超音波装置が第一の応答周波数と第二の応答周波数の間に、どの超音波装置も応答周波数を持たない除外された周波数範囲を有するようになっており、
当該駆動信号は除外された周波数範囲と当該超音波装置の応答周波数を含む範囲の周波数にわたって変化するようになっていることを特徴とする超音波処理方法。
【請求項１７】
請求項16に記載の方法において、前記除外された周波数範囲が前記駆動信号の周波数範囲の10%から25%であることを特徴とする超音波処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波を用いた洗浄方法および液体処理の方法、並びにこれらの装置に係る。また、二つ以上のピエゾ素子(圧電素子)トランスデューサを使用することに係り、更に詳細には、複数の周波数にわたる超音波エネルギを利用することによって装置の性能を向上させることに係る。
【背景技術】
【０００２】
関連出願
本出願は、以下の米国仮出願に基づき優先権を主張するものである。
【０００３】
出願番号: No. 60/517,501  出願日: 2003年11月5日  発明の名称: 複数の応答周波数を持つトランスデューサを用いた超音波処理方法および超音波処理装置  発明者: J. Michael Goodson 及び  Sebastian K. Thottathel
なお、本仮出願は参照することにより本出願に組み込まれるものである。
【０００４】
関連技術の説明
超音波を利用した装置は、洗浄、乳化、および特定の組成成分や物を液体媒質中に分散させることや、金属の溶接、プラスチックの接合、そしてワイヤ・ボンディングなど、その他の応用分野における種々の処理において使用されているものである。
【０００５】
これらの全ての装置およびプロセスにおいては、液体または固体の媒質に対して超音波領域の周波数の音波を適用するようにしたものであり、超音波トランスデューサを使用している。
【０００６】
液体媒質内において部品を洗浄することは超音波の典型的な応用の一つである。超音波洗浄においては、液体媒質の中でキャビテーションによる気泡を圧壊させるものであり、この圧壊を液体媒質内に分布させせるために超音波を利用している。放出されたエネルギは、割れ目やブラインド穴、あるいはその他の洗浄方法ではアクセスすることができない領域の奥深くまで到達し得る。
【０００７】
超音波は、電気的オシレータ(電力供給装置または電力発生装置と呼ぶ)によって発生した高周波、高電圧電流で作動する超音波トランスデューサによって形成される圧力波である。一般的に工業的に使用されている高電圧発生装置は、20から300kHz以上の範囲にわたる超音波周波数の電力を供給している。典型的な超音波トランスデューサには、高電圧発生装置によって供給される駆動振動信号が与えられると伸び縮みするピエゾ素子(PZT)が使用されている。トランスデューサは、通常洗浄タンクの底または側面に取り付けられるか、あるいは液体の中へ浸漬される。発生した超音波は振動面に垂直方向に伝播していく。超音波はキャビテーションによる気泡の圧壊を発生させるように液体媒質と相互作用を起こす。高強度の超音波は液体媒質内に微細な蒸気/真空の気泡を作り出し、この気泡は適用される超音波周波数に比例したサイズにまで成長し、その後圧壊してエネルギーを放出する。周波数が高ければ高いほど、キャビテーション気泡のサイズは小さくなる。
【０００８】
部品等の表面近傍において圧壊によって放出されたエネルギーは汚染物質に衝突し、汚染物質を寸断、分解することにより、洗剤または洗浄用溶剤が汚染物質を除去しやすくする。気泡の圧壊は、更に動的な圧力波を作り出し、汚染物質の断片を表面から運び去る。液体媒質内で発生する小さな連続した気泡の圧壊の無数の効果の蓄積によって、物理的に結合されている汚染物質を破壊し、化学的に結合された汚染物質の加水分解の速度を高め、そしてイオン化した汚染物質の可溶化を高めるために必要となる機械的なエネルギーが汚染物質に供給される。
【０００９】
一般に、低周波領域(20-30kHZ)では、大きなサイズでエネルギレベルの高いキャビテーション気泡が比較的小数発生する。高周波領域では、中程度または低いエネルギーレベルのキャビテーション気泡が多数形成される。低周波領域の超音波は、ひどい汚れであって、サイズの大きな汚れの物質を洗浄するのにより適しており、一方、高周波領域の超音波(60-80kHz)は繊細な表面の洗浄やすすぎ洗いにおける洗浄に推奨される。
【００１０】
ある種の応用分野においては、異なった周波数領域で作動する複数のトランスデューサを組み合わせて使用すると都合の良い場合がある。例えば、米国特許No. 6,019,852および英国特許No. 1,488,252参照のこと。これらの特許は、二つの電力供給装置または電力発生装置によって別々に駆動される二つの異なった周波数のトランスデューサを備えた直角格子状の洗浄装置を開示している。
【発明の開示】
【００１１】
発明の概要
本発明の第一の特徴は、少なくとも二つの異なった応答周波数を持つ複数のトランスデューサを用いた超音波処理方法および超音波処理装置であって、当該トランスデューサは、超音波エネルギーを液体が満たされ、洗浄すべき物または超音波処理すべき物を入れたタンクに供給するものである。トランスデューサは、重ねられた構造であることが望ましく、各トランスデューサが異なった周波数のトランスデューサと隣接するように、タンクの底壁または側壁の対角線に沿った正三角形状に配置することが望ましい。
【００１２】
本発明の第二の特徴は、超音波コンバータを備えた一つ以上のロッド・トランスデューサ(押しと引きのタイプ、あるいは単に押しのみのタイプ)、あるいはロッドの一方の端面または両端面に取り付けたトランスデューサを用いた超音波処理方法および超音波処理装置であって、当該トランスデューサは、液体が満たされ、洗浄すべき物または超音波処理すべき物を入れたタンク内に設置される。このロッド・トランスデューサは、当該装置が種々の周波数の超音波エネルギーが混合したものをタンクに供給することができるように、異なった応答周波数を有している。
【００１３】
本発明の第三の特徴は、異なった応答周波数を有する複数のトランスデューサあるいはピエゾ素子結晶、並びに異なった応答周波数にわたる周波数範囲において作動するトランスデューサあるいはピエゾ素子結晶に電力を供給するための電力供給装置または電力発生装置を用いた超音波処理方法および超音波処理装置である。トランスデューサあるいはピエゾ素子結晶は一対として用いることが望ましく、応答周波数が少なくとも最小の差異のある周波数範囲となっていることが望ましい。言い換えれば、電力発生装置によって供給される駆動信号の周波数範囲内において、トランスデューサあるいはピエゾ素子結晶が応答しない周波数範囲、即ち予め定められたサブ・レンジが存在するということである。
【００１４】
本発明のこれらの特徴によって、それらが単独でまたはそれらの組み合わせによって、高性能化された超音波洗浄方法、超音波液体処理方法およびそのための装置を提供することができる。本明細書において説明されている技術的特徴や利点は全てを含むものではなく、特に、ここに記載された図面、明細書、および請求の範囲に基づき、当業者にとって多くの追加的な技術的特徴や利点が明らかになるものである。
【００１５】
更に、明細書において使用されている言語は、原則として読みやすさと教示的目的によって選択されているものであって、本発明の主題を描写し、あるいは限定するために選定したものではなく、かかる本発明の主題を決定することは、請求の範囲に依存しているということについて認識しておくべきである。例えば、明細書では、電気的な駆動信号に応答して、超音波振動を発生する装置を言及するために、トランスデューサ、コンバータ、そしてピエゾ素子結晶という用語を使用している。
【００１６】
更に、応答周波数という用語は、トランスデューサ、またはピエゾ素子結晶の基本的な調和周波数を含むものであり、更に高次の調和周波数をも含むものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の詳細な説明
ここで示す各図は本発明の好適な種々の実施例を例示するために描いたものである。当該技術の分野に精通した者であれば、以下の議論に基づき、本発明の基本思想から外れることなく、ここで例示する構造および方法とは別の実施例を採用することができるようになることは容易に認識できるところである。
【００１８】
本発明の第一の特徴は、図1−4に示すように、二つまたは三つの異なった作動周波数または応答周波数を持ち、超音波によって洗浄すべき部品の入ったタンクに満たされた液体に超音波エネルギーを供給するための複数のトランスデューサの配列に関係する。トランスデューサは、重ねられた構造であることが望ましく、タンクの底壁または側壁の対角線に沿った正三角形状に配置することが望ましい。
【００１９】
トランスデューサの一つの配列の例が図1に示されている。この図は、超音波洗浄またはその他の超音波液体処理のために使用されるタンクまたは容器の底壁12を示したものである。しかし、この配列はタンクの一又は二以上の側壁においても使用することができるものである。
【００２０】
二つのタイプまたはグループのトランスデューサ、14(斜線を引いた円で表したもの)および16(空白の円で表したもの)であるが、これらの各々は異なった作動周波数または応答周波数を有しており、対角線10に沿った正三角形状に配置されている。各トランスデューサは正三角形を形成する配置において少なくとも二つの隣接するトランスデューサを有しており、この隣接するトランスデューサの内の少なくとも一つは異なった周波数のトランスデューサである。各対角線10上には14か16のいずれかの同じタイプのトランスデューサが配置されている。このような配列はトランスデューサの効率的な高密度配置を可能ならしめ、二つのタイプのトランスデューサをタンクの底壁に亘って均一に分散させることができる。タンク又は容器はセラミック、金属、合金、ガラス、石英、パイレックスガラス、プラスチック、およびその他の気孔の無い適切な材料から作られる。ドレイン穴18は底壁12のコーナーに設けられている。トランスデューサ14と16は、タンクの真下であって、タンクの底の外側表面に取り付けるようにしても良い。あるいは、浸漬される放射面を有するプレートであって、タンクの内側に貼り付けたり、タンクの底に貼り付けるようにしたトランスデューサ用プレートにトランスデューサを取り付けるようにしても良い。周波数は好ましくは10kHzから3000kHzである。各周波数のトランスデューサが同数あることが望ましい。この実施例においては、総数として24個のトランスデューサが使用されており、12個のトランスデューサが各周波数に割り当てられている。
【００２１】
別のトランスデューサの配列が図2に示されている。三つのタイプまたはグループのトランスデューサ14(斜線を引いた円で表したもの)、16(空白の円で表したもの)、および20(半分の領域に斜線を引いた円で表したもの)であるが、これらの各々は異なった作動周波数または応答周波数を有しており、対角線24に沿った正三角形状に配置されている。各正三角形は各タイプの三種類のトランスデューサ14, 16, および20を有している。同じタイプのトランスデューサは、異なったタイプのトランスデューサによって分離されているため、互いに隣り合ってはいない。このような配列はトランスデューサの効率的な高密度配置を可能ならしめ、三種類のタイプのトランスデューサをタンクの底壁に亘って均一に分散させることができる。各トランスデューサは異なった周波数を持った少なくとも二つの隣接するトランスデューサを有する。各周波数のトランスデューサが同数あることが望ましく、この実施例においては、トランスデューサ14, 16、および20の各々が各8個使用されている。
【００２２】
トランスデューサの第3の配列が図3に示されている。この配列は図1に示す配列に類似しているが、ドレイン22が中央に設けられており、32個のトランスデューサ14および16が配置され、同じ周波数を持つトランスデューサは各々16個となっている。
【００２３】
3種類のタイプのトランスデューサ14、16、および20の別の配列が図4に示されている。この配列は図2に示す配列に類似しているが、ドレイン22が中央に設けられており、36個のトランスデューサが配置され、同じ周波数を持つトランスデューサは各々12個となっている。
【００２４】
トランスデューサの異なった作動周波数または応答周波数は、最も低い周波数は洗浄中部品にダメージを与えないような周波数とし、より高い周波数および最も高い周波数は、小さな微粒子を除去し、低い周波数によって緩んだ破片をすすぎ落とすのに適した周波数となるように選択することが望ましい。各タイプ毎のトランスデューサの応答周波数で駆動信号を供給するように設定された別々の電力発生装置17または19(図1参照)によって、各タイプ毎の全てのトランスデューサに電力を供給するようにすることが望ましい。このような方法とは別に、ある周波数から別の周波数へスイッチングできるか、あるいはトランスデューサの応答周波数を含むある周波数範囲にわたってスイープすることができるようになっている一つの電力発生装置によって、全てのトランスデューサへ電力を供給するようにしても良い。
【００２５】
本発明の第二の特徴は、ロッドの一方の端面または両端面に取り付けた超音波コンバータを備えた複数のロッド・トランスデューサ(押しと引きのタイプ、あるいは単に押しのみのタイプ)に係るものである。図5は、タンクの壁の内側に取り付けられた４個の押しと引きのタイプのロッド・トランスデューサ26、28を示している。ロッド・トランスデューサ26、28はタンクの底壁上に水平に取り付けることもできるし、あるいはタンクの一つまたはそれ以上の側壁上に垂直又は水平に取り付けるようにしても良い。ロッド・トランスデューサ26、28は、洗浄すべき、あるいは超音波処理すべきコンポーネントまたは部品が入れられ、液体で満たされたタンク内に浸漬することもできる。ロッド・トランスデューサ26、28は、タンク内の液体に種々の周波数を持った超音波エネルギー供給することができるようにするために、異なった応答周波数を有することが望ましい。このロッドは、金属、ガラス、セラミック、石英、またはその他の適切な材料から作られる。例えば、チタニウム製のロッドの場合、CFC溶剤、炭化水素、水、アルカリ溶液、中性水溶液、および酸性水溶液を含む幅広い洗浄媒体において使用することができる。ロッド・トランスデューサ26、28には、トランスデューサが超音波を発生するために必要な信号を供給する電力発生装置29によって電力が供給される。この電力発生装置は、異なった応答周波数を持つロッド・トランスデューサに異なった周波数の駆動信号を供給することができるか、あるいはある範囲で周波数をスイープするか、交番の周波数を持った駆動信号を供給することができるようになっている。そしてこの駆動信号は、ロッド・トランスデューサの全ての応答周波数において出力できるものである。
【００２６】
ロッド・トランスデューサ26、28は、押し・引きタイプトランスデューサ、あるいは押しタイプトランスデューサとしても知られているが、ロッドの一端または両端面に取り付けられた超音波コンバータ30および32を備えている。異なった応答周波数を持った、二つまたはそれ以上のトランスデューサが優れた洗浄プロセスまたは液体処理プロセスを行うために使用される。この方法とは別の方法として、同一のトランスデューサ・ロッドを使用し、駆動信号の周波数を間歇的に、あるいは同時に切り替えることによって二つまたはそれ以上の周波数の超音波を供給するようにすることもできる。
【００２７】
一つの押し・引きタイプトランスデューサを使用した複数の周波数の超音波を得るための別の方法として、一方の端面に設けた一つのコンバータをある周波数で駆動し、他方の端部に設けた別のコンバータを異なった周波数で駆動させる方法もある。ロッド・トランスデューサに使用するロッドは、必要な複数の周波数で応答するようにそのサイズを決めることが望ましい。例えば、一つの波形の半分の波長が5インチであり、別の波形の半分の波長が7インチの場合、35インチの長さのロッドであれば、両方の周波数で応答するようになる。一つの押し・引きタイプトランスデューサを使用した複数の周波数の超音波を得るための更に別の方法として、一つの周波数を他の周波数の整数倍に設定する方法もある。
【００２８】
複数の応答周波数を作り出すためのロッド・トランスデューサのサイジングを行い、二つの周波数の間で交互に変わる交番駆動信号を使用することによって、複数の周波数の超音波を一つの押しタイプトランスデューサによって作り出すこともできる。
【００２９】
本発明の第三の特徴は、複数の周波数の範囲にわたってトランスデューサに供給する駆動信号をスイープすることにある。この方法は、上述したシステムと同じシステムにおいて使用される単一のトランスデューサ、あるいは複数のトランスデューサに使われている複数のピエゾ素子(PZT)結晶へ適用することが可能である。いずれの場合においても、ピエゾ素子結晶またはトランスデューサのいずれかは、少なくともある最小の差異のある応答周波数を有するものが選択される。
【００３０】
例えば、スイープする周波数の範囲が39から41kHzであり、その範囲の中央には0.5kHzの最小の差異の周波数が存在するものとする。即ち、これはピエゾ素子結晶またはトランスデューサの各ペアは、39と39.75kHzの間において応答周波数を有するものと、40.25と41kHzの間において応答周波数を有する二つのものから成ることを意味する。この例においては、どのピエゾ素子結晶またはトランスデューサも39.75から40.25 kHzの除外された範囲においては応答周波数を有していない。
【００３１】
本発明におけるこの特徴点については、図6に示されている。電力発生装置によってスイープされる全周波数範囲は、図6の周波数範囲34として示すものである。そして、トランスデューサが応答周波数を持たない除外された範囲を周波数範囲36として示す。各ピエゾ素子結晶またはトランスデューサの応答周波数はX38として表してある。除外された周波数範囲36の中にはX(応答周波数)は存在しない。除外された周波数範囲36の境界は、ピエゾ素子結晶またはトランスデューサの応答周波数の最小の差異を定義するものである。除外された周波数範囲36の範囲としては、電力発生装置によってスイープされる全周波数範囲34の10から25%の間であることが望ましい。
【００３２】
本発明の第三の特徴的な方法においては、ピエゾ素子結晶またはトランスデューサは必要な差異を設けて製造され、予め設定されたクライテリアに適合するピエゾ素子結晶またはトランスデューサだけが使用される。応答周波数は、ピエゾ素子結晶またはトランスデューサをテストすることによって決定され、そのテスト結果に基づいて選択される。本発明のこの特徴的な方法は、超音波洗浄プロセスまたは液体処理プロセスに適用され、予め設定された応答周波数の差異(除外された周波数範囲)とスイープする周波数範囲とは適用されるプロセスに対応して選択される。本発明のこの特徴的な方法は、金属の溶接、プラスチックの接合、ワイヤ・ボンディング、その他の超音波を利用した医学上のプロセスまたは製造プロセスにおいても適用することができる。更に、本発明のこの特徴的な方法は、上述したように、異なった周波数を持った、積み重ねたトランスデューサを等辺配置することによって、あるいは異なった周波数を持つ押し・引きタイプトランスデューサまたは押しタイプトランスデューサを使うことによって、利用することができる。
【００３３】
以上の議論から、ここで開示した発明は、超音波洗浄または超音波処理すべきコンポーネントを入れたタンクに満たされた液体に超音波エネルギを供給するために、異なった周波数において複数のトランスデューサを使うものであって、新規でかつ有用な超音波処理装置とその方法を提供するものであることが明らかであろう。前述の議論は単に本発明の例示的な方法と実施例を開示し、説明したものである。当該技術の分野に精通した者であれば理解できるように、本発明の技術的思想あるいは本発明の本質的な特徴点から遊離することなく、本発明はその他の特定の形態で実施することもできる。従って、本発明が開示するものは、クレームにおいて記載する発明の範囲を例示するものであり、限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】図１は、本発明の一つの実施例に係るものであって、タンクの壁上に取り付けられた二つのタイプの超音波トランスデューサの配列を示したものである。
【図２】図2は、本発明の別の実施例に係るものであって、タンクの壁上に取り付けられた三つのタイプの超音波トランスデューサの配列を示したものである。
【図３】図3は、本発明の別の実施例に係るものであって、タンクの壁上に取り付けられた二つのタイプの超音波トランスデューサと一つの中央ドレインの配列を示したものである。
【図４】図4は、本発明の別の実施例に係るものであって、タンクの壁上に取り付けられた三つのタイプの超音波トランスデューサと一つの中央ドレインの配列を示したものである。
【図５】図5は、本発明の別の実施例に係るものであって、タンクの壁上に取り付けられた二つのタイプのロッド・トランスデューサの配列を示したものである。
【図６】図6は、本発明の実施例に関連する周波数範囲のダイヤグラムを示したものである。
【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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