(57)【要約】【課題】超音波の減衰、洗浄液の圧力低下を防止して、洗浄効果を高めることができる超音波洗浄機を提供する。【解決手段】洗浄液供給管３から洗浄液を供給しながら、超音波振動子２を超音波振動させると、超音波振動が付与された洗浄液がノズル本体１のノズル部ｂの下部の液体噴出口ａから噴射される。このとき、ノズル部ｂの先端に液体噴出口ａに向かって次第に内径が広がった拡張流路ｄが設けられており、ノズル部ｂの側面で反射された超音波は拡張流路ｄで広い角度で反射されるので、拡張流路ｄでの超音波の反射回数は多くとも１回程度に抑えることができ、超音波の減衰を抑え、洗浄効果を高めることができる。さらに、洗浄液供給管３やノズル本体１の内部で発生した気泡は空気抜配管４から抜け出るが、空気抜配管４が洗浄液供給管３の上側に設けられ、空気抜配管４からの洗浄液の流出が減少するので、液体噴出口ａから噴射される洗浄液の圧力低下を防止し、洗浄効果を高めることができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に円錐状のノズル部を有するノズル本体と、このノズル部の上方に設けられた超音波振動子と、ノズル本体の側面に接続された洗浄液供給管とを備え、上記洗浄液供給管から上記ノズル本体に供給された洗浄液に上記超音波振動子から超音波を付与し、上記ノズル部の下部の液体噴出口から洗浄液を噴射させる超音波洗浄機において、上記円錐状のノズル部の先端に液体噴出口に向かって次第に内径が広がった部分を設けたことを特徴とする超音波洗浄機。
【請求項２】
内部に円錐状のノズル部を有するノズル本体と、このノズル部の上方に設けられた超音波振動子と、ノズル本体の側面に接続された洗浄液供給管とを備え、上記洗浄液供給管から上記ノズル本体に供給された洗浄液に上記超音波振動子から超音波を付与し、上記ノズル部の下部の液体噴出口から洗浄液を噴射させる超音波洗浄機において、上記洗浄液供給管のノズル本体との接続箇所近傍の上側に空気抜配管を接続したことを特徴とする超音波洗浄機。
【請求項３】
内部に円錐状のノズル部を有するノズル本体と、このノズル部の上方に設けられた超音波振動子と、ノズル本体の側面に接続された洗浄液供給管とを備え、上記洗浄液供給管から上記ノズル本体に供給された洗浄液に上記超音波振動子から超音波を付与し、上記ノズル部の下部の液体噴出口から洗浄液を噴射させる超音波洗浄機において、上記円錐状のノズル部の先端に液体噴出口に向かって次第に内径が広がった部分を設けるとともに、上記洗浄液供給管のノズル本体との接続箇所近傍の上側に空気抜配管を接続したことを特徴とする超音波洗浄機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置用のガラス基板、フォトマスク用のガラス基板、光ディスク用の基板、半導体ウェハなどを洗浄する洗浄機、特に、超音波洗浄機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、液晶表示装置や半導体装置の製造工程においては、ガラス基板や半導体ウェハなどの基板を高い清浄度で洗浄することが要求される工程がある。このような工程では、基板面に付着したパーティクル等の汚染物を迅速かつ確実に除去するために、洗浄液を使用して基板の洗浄処理を行っているが、基板の洗浄効果を上げるため超音波洗浄機も使用されている。超音波洗浄機を使用し、振動が付与された洗浄液を基板に噴射すると、付着した微粒子の結合力が低下するため、振動を付与しない場合に比べて洗浄効果を向上させることができる。
【０００３】
図２は従来の超音波洗浄機を示す概念図である。図２に示すように、ノズル本体１１は液体噴出口ａ、およびこの噴出口ａと連通し、噴出口ａに近づくにつれて内径が小さくなった円錐状のノズル部ｂを有している。また、ノズル部ｂの上方には図に示すように超音波振動子１２が設けられており、この超音波振動子１２は洗浄液供給管１３からノズル本体１１内部に供給される洗浄液に対して超音波を付与する。超音波振動子１２より付与された超音波は、洗浄液とともに液体噴出口ａから放射されて基板に達する。このとき、基板を回転させることにより洗浄効果を高めることができる。このように超音波洗浄機を使用すると、洗浄液による洗浄効果と超音波による洗浄効果とを得ることができる。超音波洗浄機に供給される洗浄液としては、純水、アンモニア水（ＮＨ４ＯＨ）や過酸化水素水（Ｈ２Ｏ２）等を使用することができ、また、これらの洗浄液は８０℃程度の高温で使用される場合もある。
【０００４】
ところで、超音波洗浄機では、上記のように比較的気化しやすい薬液が洗浄液として使用されるとともに、高温で使用される場合もあるため、洗浄液供給管１３やノズル本体１１の内部で気泡が発生する。そして、発生した気泡は洗浄液とともにノズル本体１１に到達し、ノズル本体１１内において、洗浄液は液体噴出口ａに向かって流れるが、気泡は洗浄液に対して比重が軽いために浮上して、超音波振動子１２の付近に溜まることになる。このように気泡が溜まると、超音波振動子１２から放射される超音波エネルギーが気泡に遮られて洗浄液に十分伝わらず、ノズル本体から放射される超音波が弱くなり十分な洗浄効果を得ることができない。
【０００５】
また、気泡が占める面積が大きくなると、超音波振動子１２からエネルギーの放出が行われずに、その寿命を縮めるばかりか超音波振動子の破損の原因にもなるという問題もあった。
このため、図２に示すようにノズル本体１１の洗浄液供給管１３と対向する側面に空気抜配管１４を設け、発生した気泡が洗浄液とともに空気抜配管１４から排出されるようにしている。
【０００６】
しかしながら、図２に示す超音波洗浄機では、空気抜配管１４が超音波振動子１２の洗浄液との接液面より下にあるため、超音波振動子１２の下部に気泡が溜まってしまうという問題があった。また、超音波洗浄機のノズル部ｂが液体噴出口ａに近づくにつれて内径が小さくなる円錐状となっているため、噴射される洗浄液は液体噴出口ａの中央では真直ぐ流れるが、端では内側に向かって流れるので、洗浄液がノズル本体外で集束し、その後分散する。そのため、液体噴出口ａからの距離によって洗浄力が異なり、液体噴出口ａから離れすぎると洗浄力が低下するという問題もあった。
【０００７】
上記の気泡の滞留と洗浄液の集束の問題を解決するため、図３に示すような超音波洗浄機が提案されている。図３に示す超音波洗浄機では、ノズル本体２１の洗浄液供給管２３と対向する側面に設けられた空気抜配管２４が、超音波振動子２２の接液面より高くなる位置に設けられている。したがって、洗浄液供給管２３から供給された洗浄液のうち噴射に必要な大部分は液体噴出口ａから噴射され、残部が空気抜配管２４から排出され、ノズル部ｂ内の気泡は空気抜配管２４から流出する液体によって押し出されるが、このとき、空気抜配管２４の位置が超音波振動子２２の接液面より高くなっているので、気泡の浮力が空気抜配管２４の方向に働き、気泡が出やすくなる。
【０００８】
また、ノズル本体２１のノズル部ｂの下部には内径が一様な平行流路ｃが設けられおり、洗浄液供給口２３からノズル本体２１に供給された洗浄液はノズル部ｂの上部で加速されるとともに、平行流路ｃを通過することによって洗浄液全体が同じ方向に流れるように整えられるので、勢いを増した洗浄液が真直ぐに噴射され、噴射後に分散することがなく、液体噴出口ａからの距離に拘らず、高い洗浄力を保つことができる（例えば、特許文献１、２参照。）。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１０−３０５２４８号公報
【特許文献２】
特開２００１−６２３５０号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従来の超音波洗浄機は上記のように構成されているが、図２に示す従来の超音波洗浄機では、超音波振動子１２から出た超音波が平行に進み、ノズル部ｂの側面に当たると、ノズル部ｂの側面で反射されるので、超音波振動子１２から発生した超音波の一部は真直ぐに液体噴出口ａを通過し、また、他の超音波の一部はノズル部ｂの下部で反射されて液体噴出口ａを通過し、さらにノズル部ｂの上部で反射された超音波の一部はノズル部ｂの下部でさらに反射されて液体噴出口ａを通過し、これら液体噴出口ａを通過した超音波は液体噴出口ａの外側で集束される。図２に示す超音波洗浄機では、超音波のノズル部ｂでの反射回数は数回であるが、図３に示す超音波洗浄機では、内径が一様な平行流路ｃでほぼ４５度の角度で超音波が反射するので、超音波の反射回数が多くなり、超音波が減衰して洗浄効果が落ちるという問題があった。
【００１１】
また、図２、図３に示す従来の超音波洗浄機では、空気抜配管１４、２４がノズル本体１１、２１の側面に設けられているので、気泡とともに洗浄液もこの空気抜配管から排出されるため、液体噴出口ａから噴射される洗浄液の圧力が低下し、洗浄効果が落ちるという問題もあった。
【００１２】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたもので、超音波の減衰、洗浄液の圧力低下を防止して、洗浄効果を高めることができる超音波洗浄機を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、内部に円錐状のノズル部を有するノズル本体と、このノズル部の上方に設けられた超音波振動子と、ノズル本体の側面に接続された洗浄液供給管とを備え、上記洗浄液供給管から上記ノズル本体に供給された洗浄液に上記超音波振動子から超音波を付与し、上記ノズル部の下部の液体噴出口から洗浄液を噴射させる超音波洗浄機において、上記円錐状のノズル部の先端に液体噴出口に向かって次第に内径が広がった部分を設けたことを特徴とする。
【００１４】
請求項１に係る発明によれば、円錐状のノズル部の先端に液体噴出口に向かって次第に内径が広がった部分を設け、この部分での超音波の反射角度を大きくすることにより、超音波の反射回数を少なくすることができるので、超音波の減衰を抑え、洗浄効果を高めることができるとともに、液体噴出口から噴射される洗浄液がノズル本体外で集束することもないので、液体噴出口からの距離によって洗浄力が異なるという問題も解決することができる。
【００１５】
請求項２に係る発明は、内部に円錐状のノズル部を有するノズル本体と、このノズル部の上方に設けられた超音波振動子と、ノズル本体の側面に接続された洗浄液供給管とを備え、上記洗浄液供給管から上記ノズル本体に供給された洗浄液に上記超音波振動子から超音波を付与し、上記ノズル部の下部の液体噴出口から洗浄液を噴射させる超音波洗浄機において、上記洗浄液供給管のノズル本体との接続箇所近傍の上側に空気抜配管を接続したことを特徴とする。
【００１６】
請求項２に係る発明によれば、空気抜配管を洗浄液供給管のノズル本体との接続箇所近傍の上側に設けることにより、洗浄液の空気抜配管からの流出を減少させることができるので、液体噴出口から噴出される洗浄液の圧力低下を防止し、洗浄効果を高めることができる。
【００１７】
請求項３に係る発明は、内部に円錐状のノズル部を有するノズル本体と、このノズル部の上方に設けられた超音波振動子と、ノズル本体の側面に接続された洗浄液供給管とを備え、上記洗浄液供給口から上記ノズル本体に供給された洗浄液に上記超音波振動子から超音波を付与し、上記ノズル部の下部の液体噴出口から洗浄液を噴射させる超音波洗浄機において、上記円錐状のノズル部の先端に液体噴出口に向かって次第に内径が広がった部分を設けるとともに、上記洗浄液供給管のノズル本体との接続箇所近傍の上側に空気抜配管を接続したことを特徴とする。
【００１８】
請求項３に係る発明によれば、上記請求項１、請求項２に係る発明の効果の相乗効果により、さらに洗浄効果を高めることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の超音波洗浄機の実施の形態について、図１を用いて説明する。図１において、１はノズル本体、２は超音波振動子、３は洗浄液供給管、４は空気抜配管、５は超音波振動子２の支持具である。
ノズル本体１は液体噴出口ａ、およびこの液体噴出口ａと連通し、噴出口ａに近づくにつれて内径が小さくなった円錐状のノズル部ｂを有し、このノズル部ｂの先端には、液体噴出口ａに向かって次第に内径が広がった拡張流路ｄが設けられている。また、ノズル本体１内のノズル部ｂの上方には超音波振動子２が設けられている。この超音波振動子２は振動板（図示せず）に接着され、この振動板がノズル部ｂ側に配置されて、洗浄液に接するようになっている。また、超音波振動子２の上部には、振動板が振動可能となるように板バネ等の弾性体（図示せず）が設けられ、この弾性体と支持具５の爪ｅにより振動板が固定されている。なお、支持具５の爪ｅは洗浄液供給管３が設けられる部分では切り欠かれている。
【００２０】
一方、ノズル本体１の側面に接続された洗浄液供給管３は、超音波振動子２の接液面より高い位置に設けられている。この洗浄液供給管３の直径は６ｍｍであり、ノズル部ｂの拡張流路ｄの上側部分の直径４ｍｍよりも大きくなっている。また、この洗浄液供給管３のノズル本体１との接続箇所近傍の上側に空気抜配管４が接続されており、この空気抜配管４から洗浄液供給管３やノズル本体１の内部で発生した気泡が抜け出るようになっている。
【００２１】
次に、この超音波洗浄機により一例として基板の洗浄を行う場合の作用について説明する。
洗浄時には洗浄液供給管３から純水等の洗浄液を供給しながら、高周波発振器の出力を超音波振動子２の表裏の電極に加えることにより、超音波振動子２が超音波振動する。この超音波振動子２の振動によって、超音波振動子２が接着された振動板が振動し、ノズル本体１内の洗浄液に超音波振動が付与される。超音波振動が付与された洗浄液がノズル本体１のノズル部ｂの下部の液体噴出口ａから噴射し、超音波振動が付与された洗浄液が基板に衝突することにより、超音波振動によって基板に付着した微粒子が遊離し、除去される。
【００２２】
このとき、洗浄液供給管３の直径がノズル本体１のノズル部ｂの拡張流路ｄの上側部分の直径よりも大きくなっているので、洗浄液の圧力が下がることがなく、洗浄液が液体噴出口ａから勢いよく噴射される。また、ノズル部ｂの先端に液体噴出口ａに向かって次第に内径が広がった拡張流路ｄが設けられており、ノズル部ｂの側面で反射された超音波は拡張流路ｄで広い角度で反射されるので、拡張流路ｄでの超音波の反射回数は多くとも１回程度に抑えることができ、超音波の減衰を抑え、洗浄効果を高めることができる。さらに、拡張流路ｄは液体噴出口ａに向かって次第に内径が広がっているので、液体噴出口ａの端から噴射される洗浄液が内側に向かって流れることはなく、逆に外側に向かって噴射され、噴射された洗浄液は集束することがないので、液体噴出口ａからの距離によって洗浄力が異なることはない。
【００２３】
また、洗浄液供給管３が設けられる部分では、支持具５の爪ｅが切り欠かれているので、爪ｅが気泡の移動の妨げとなることはなく、洗浄液供給管３やノズル本体１の内部で発生した気泡は空気抜配管４から抜け出る。このとき、空気抜配管４が洗浄液供給管３の上側に設けられており、空気抜配管４からの洗浄液の流出が減少するので、液体噴出口ａから噴射される洗浄液の圧力低下を防止し、洗浄効果を高めることができる。
【００２４】
なお、上記の実施の形態では、ノズル部ｂの先端に拡張流路ｄを設けるとともに、洗浄液供給管３の上側に空気抜配管４を設けたが、いずれか一方のみを設けても、洗浄効果を高めることができる。
また、上記の実施の形態では、超音波洗浄機により基板を洗浄する場合について説明したが、基板以外の他の種々の被洗浄物の洗浄を行うこともでき、さらに、上記の実施の形態で示した洗浄液供給管の直径、ノズル部の拡張流路の上側部分の直径の数値は一例であり、使用目的に応じて適宜変更することができる。
【００２５】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の超音波洗浄機は、円錐状のノズル部の先端に液体噴出口に向かって次第に内径が広がった部分を設けることにより、この部分での超音波の反射角度が大きくなり、超音波の反射回数が少なくなるので、超音波の減衰を抑え、洗浄効果を高めることができるとともに、液体噴出口から噴射される洗浄液がノズル本体外で集束することもないので、液体噴出口からの距離によって洗浄力が異なるという問題も解決することができる。
また、洗浄液供給管のノズル本体との接続箇所近傍の上部に空気抜配管を設ければ、洗浄液の空気抜配管からの流出を減少させることができるので、液体噴出口から噴出される洗浄液の圧力低下を防止し、洗浄効果を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る超音波洗浄機を示す図である。
【図２】従来の超音波洗浄機を示す図である。
【図３】従来の他の超音波洗浄機を示す図である。
【符号の説明】
１、１１、２１  ノズル本体
２、１２、２２  超音波振動子
３、１３、２３  洗浄液供給管
４、１４、２４  空気抜配管
５  支持具
ａ  液体噴出口
ｂ  ノズル部
ｃ  平行流路
ｄ  拡張流路
ｅ  爪
【図１】
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【図２】
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【図３】
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