(57)【要約】【課題】各周波数毎の補正係数を格納する格納部を測定部に設けることにより、センサユニットの構成を簡略し、センサユニットを交換してもコスト的な無駄を低減できるようにする。【解決手段】超音波振動子２から発振された超音波を純水１０を介して受振する受振棒４及びこの受振棒４によって受振された超音波振動を圧電変換する圧電素子６からなるセンサユニット１４と、各周波数毎の補正係数Ｋ１，ｋ２を格納する格納部９ａを有し、センサユニット１４の圧電素子６によって変換された電圧値から音圧値を測定するとともに、その音圧波形の周波数を算出し、該周波数に対応する補正係数を格納部９ａから選択して用いることにより音圧値を補正する測定部９と、この測定部９によって補正された音圧値を表示する音圧表示部７とを具備する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波振動子から発振された超音波を液体を介して受振する受振部及びこの受振部によって受振された超音波振動を圧電変換する変換部からなるセンサ手段と、
各周波数毎の補正係数を格納する格納部を有し、前記センサ手段の変換部によって変換された電圧値から音圧値を測定するとともに、その音圧波形の周波数を算出し、該周波数に対応する補正係数を前記格納部から選択して用いることにより前記測定された音圧値を補正する測定手段と、
この測定手段によって補正された音圧値を表示する音圧表示手段と、
を具備することを特徴とする音圧測定装置。
【請求項２】
前記測定手段は、前記音圧波形の周波数を一定時間測定し、この間において最も出現率の高い周波数が、事前に設定した出現率以上であるとき、その周波数に対応する補正係数を用いて補正することを特徴とする請求項１記載の音波測定装置。
【請求項３】
前記補正係数は、一次補正係数である傾き（Ｇａｉｎ）と切片（Ｏｆｆｓｅｔ）で、
前記測定手段によって測定された音圧値をＸとしたとき、
前記補正すべき音圧値は、
Ｇａｉｎ×Ｘ＋Ｏｆｆｓｅｔの計算式によって求められることを特徴とする請求項１記載の音圧測定装置。
【請求項４】
超音波振動子から発振された超音波を液体を介して受振する受振部及びこの受振部によって受振された超音波振動を圧電変換する変換部からなるセンサ手段と、
各周波数毎の補正係数を格納する格納部を有し、前記センサ手段の変換部によって変換された電圧値から音圧値を測定する測定手段と、
この測定手段によって測定された音圧値を表示する音圧表示手段と、
前記測定手段に周波数を入力する入力手段と、
を具備し、
前記測定手段は、前記入力手段から入力された周波数に対応する補正係数を前記格納部から選択して用いることにより前記測定された音圧値を補正し、
前記音圧表示手段は前記補正された音圧値を表示することを特徴とする音圧測定装置。
【請求項５】
発振電源から電力が供給されることにより発振する超音波振動子、この超音波振動子から発振された超音波を液体を介して受振する受振部及びこの受振部によって受振された超音波振動を圧電変換する変換部からなるセンサ手段と、
各周波数毎の補正係数を格納する格納部を有し、前記センサ手段の変換部によって変換された電圧値から音圧値を測定するとともに、前記発振電源の発振波形から前記音圧波形の周波数を算出し、該周波数に対応する補正係数を前記格納部から選択して用いることにより前記測定された音圧値を補正する測定手段と、
この補正手段によって補正された音圧値を表示する音圧表示手段と、
を具備することを特徴とする音圧測定装置。
【請求項６】
液体を介して伝搬してきた超音波を受振し電圧に変換する工程と、
受振した超音波の周波数を検出する工程と、
検出した周波数に対応した補正係数に基づき変換された電圧に対応した音圧を補正する工程とを有することを特徴とする音圧測定方法。
【請求項７】
前記周波数の検出は、所定時間内に受振した周波数分布から所定割合の出現率を超えた周波数とするこを特徴とする請求項６記載の音圧測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は例えば、超音波を液体中に照射して被洗浄物を洗浄する洗浄装置に備えられ、その超音波音圧を測定する音圧測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、液晶表示装置の製造装置や、半導体装置の製造装置などでは、ワークとしての液晶ガラス基板や半導体ウエハなどの被洗浄物を高い清浄度で洗浄する工程が要求される。
【０００３】
被洗浄物を洗浄する方式としては、洗浄液中に複数枚の被洗浄物を浸漬するデイップ方式や、被洗浄物に向けて洗浄液を噴射して一枚づつ洗浄する枚葉方式などがある。
【０００４】
一方、洗浄液に超音波振動を付与し、その振動作用によって被洗浄物から微粒子を高率よく除去する方式も実用化されている。
【０００５】
この場合、洗浄液に付与する振動については、一般的には、周波数２０〜１００ｋＨｚ程度の超音波を利用するが、液晶用のガラス基板や半導体ウェハなどでは、６００〜２０００ｋＨｚ程度の周波数帯域を利用する超音波洗浄装置が用いられている。
【０００６】
このような超音波洗浄装置では、振動板に振動子を取り付け、この振動子に超音波発振器の発振出力を供給している。この供給により、振動子が超音波振動し、それが振動板を介して洗浄液に付与される。
【０００７】
このような超音波洗浄装置においては、装置内の超音波の音圧を音圧センサを用いて測定するようにしている。この音圧センサは、超音波を検出する圧電素子をピックアップとして用い、このピックアップで検出した超音波の大きさに比例した電圧信号を検波回路で検出し、この検波回路で検出した電圧信号でメータを振らせるようにしている。
【０００８】
ところで、音圧センサに用いられているピックアップの感度には、バラツキがあるため、感度を補正する補正回路を備えている。
【０００９】
即ち、音圧センサを有するプローブに当該プローブに関する校正用のデータを記憶する記憶部を設け、この記憶部の内容をモニタ側で読み出し、その読出結果に応じて可変ゲインアンプの増幅率を調整する（例えば、特許文献１参照。）。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００１−２１４１２号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開２００１−２１４１２号公報に開示されるものは、音圧センサを有するプローブに当該プローブに関する校正用のデータを記憶する記憶部を設けるため、プローブの構成が複雑化するとともに、劣化などによりプローブを交換する場合には、コスト的な無駄も大きくなるという不都合がある。
【００１２】
また、一般的に、音圧センサは受振する周波数によっても感動が変動するため、測定対象の周波数に合わせた補正が必要となる。
【００１３】
本発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、各周波数毎の補正係数を格納する格納部を測定手段に設け、測定手段によって測定された音圧の波形周波数に対応する補正係数を前記格納部から選択して用いて音圧値を補正することにより、センサ手段の構成を簡略化し、センサ手段を交換してもコスト的な無駄を低減できるようにした上で、より高精度に音圧を測定できる音圧測定装置及び御圧測定方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１記載のものは、超音波振動子から発振された超音波を液体を介して受振する受振部及びこの受振部によって受振された超音波振動を圧電変換する変換部からなるセンサ手段と、各周波数毎の補正係数を格納する格納部を有し、前記センサ手段の変換部によって変換された電圧値から音圧値を測定するとともに、その音圧波形の周波数を算出し、該周波数に対応する補正係数を前記格納部から選択して用いることにより前記測定された音圧値を補正する測定手段と、この測定手段によって補正された音圧値を表示する音圧表示手段とを具備する。
【００１５】
請求項４記載のものは、超音波振動子から発振された超音波を液体を介して受振する受振部及びこの受振部によって受振された超音波振動を圧電変換する変換部からなるセンサ手段と、各周波数毎の補正係数を格納する格納部を有し、前記センサ手段の変換部によって変換された電圧値から音圧値を測定する測定手段と、この測定手段によって測定された音圧値を表示する音圧表示手段と、前記測定手段に周波数を入力する入力手段とを具備し、前記測定手段は、前記入力手段から入力された周波数に対応する補正係数を前記格納部から選択して用いることにより前記測定された音圧値を補正し、前記音圧表示手段は前記補正された音圧値を表示する。
【００１６】
請求項５記載のものは、発振電源から電力が供給されることにより発振する超音波振動子、この超音波振動子から発振された超音波を液体を介して受振する受振部及びこの受振部によって受振された超音波振動を圧電変換する変換部からなるセンサ手段と、各周波数毎の補正係数を格納する格納部を有し、前記センサ手段の変換部によって変換された電圧値から音圧値を測定するとともに、前記発振電源の発振波形から前記音圧波形の周波数を算出し、該周波数に対応する補正係数を前記格納部から選択して用いることにより前記測定された音圧値を補正する測定手段と、この補正手段によって補正された音圧値を表示する音圧表示手段とを具備する。
【００１７】
請求項６記載のものは、液体を介して伝搬してきた超音波を受振し電圧に変換する工程と、受振した超音波の周波数を検出する工程と、検出した周波数に対応した補正係数に基づき変換された電圧に対応した音圧を補正する工程とを有する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図１及び図２に示す実施の形態を参照して詳細に説明する。
【００１９】
図１は超音波洗浄装置を示す概略的構成図である。
【００２０】
図中１は洗浄槽で、この洗浄槽１内には液体としての純水１０が満たされているとともに被洗浄物１５が収容されている。洗浄槽１の底面部には振動子２が設けられている。振動子２には発振電源３が接続されている。
【００２１】
一方、洗浄槽１の上部側には、石英製の受振手段としての受振棒４が設けられている。受振棒４は洗浄槽１内の純水を介して振動子２と対向されている。受振棒４の先端の受波面４ａはその全面が純水中に浸漬されている。
【００２２】
受振棒４の受波面４ａの上部側には順次、円柱部４ｂ，円錐部４ｃ，円柱部４ｄが形成され、受波面４ａと反対側の上面部には変換手段としての圧電素子６が接着されている。圧電素子６は受波面４ａに入射した音圧に対し相対的に比例関係にある電圧を出力する。受振棒４と圧電素子６とによりセンサ手段としてのセンサユニット１６が構成されている。
【００２３】
圧電素子６には測定手段としての測定部９が電気的に接続されている。測定部９は、圧電素子６から出力された電圧から音圧を測定するとともに、その音圧波形の周波数を算出するものである。この測定部９は、音圧波形の周波数を図２或いは図３に示すように一定時間測定し、この間において最も出現率の高い周波数が、事前に設定した出現率以上であるとき、その周波数を補正すべき特定周波数として用いるようになっている。
【００２４】
図２は最も出現率の高い周波数が事前に設定した出現率（例えば７０％）以上である場合を示す。図３は最も出現率の高い周波数が事前に設定した出現率（例えば７０％）以下である場合を示し、この場合には補正すべき特定周波数として用いることはできない。
【００２５】
測定部９には格納部９ａが設けられ、この格納部９ａには後述する補正テーブル１１が格納されるようになっている。
【００２６】
測定部９には音圧表示手段としての音圧表示部７が接続されている。音圧表示部７は前記測定部９によって測定された音圧値、前記測定部９によって算出された特定周波数、及び後述する補正された音圧値をそれぞれ表示するものである。
【００２７】
測定部９には、パーソナルコンピュータ８が接続されている。パーソナルコンピュータ８は、音圧測定条件を設定するとともに、音圧測定値を連続的に取り込み保存し、また、後述する補正テーブル１１を格納部９ａに転送するようになっている。
【００２８】
図４は、パーソナルコンピュータ８によって格納部９ａに転送される補正テーブル１１を示すものである。
【００２９】
補正テーブル１１は、各周波数６６９〜６７７（ｋＨｚ）毎の補正係数であるＧａｉｎＫ１、ＯｆｆｓｅｔＫ２を有している。
【００３０】
これら補正係数は、先ず、各周波数において、所定の相対音圧値に対応する音圧値を複数測定し、図６に示すような近似式をそれぞれ作成する。次に、これら各近似式における傾き（Ｇａｉｎ）及び切片（Ｏｆｆｓｅｔ）を図５に示すようにグラフ化し、ある基準値（例えば、図６におけるＡ線（図５においては、傾き３．００Ｅ＋０．８、切片０（ゼロ）と一致させるための補正係数として予め算出しておく。
【００３１】
次に、上記した超音波洗浄装置の動作について説明する。
【００３２】
まず、発振電源３から電力を供給して超音波振動子２を発振させる。これにより、洗浄槽１内の純水１０中に超音波が供給され、この超音波により被洗浄物１５が洗浄される。この超音波は受振棒４の受波面４ａに入射して圧電素子６に送られ、この圧電素子６で圧電変換されて音圧に相当する電圧が出力される。この出力電圧に相当する音圧が測定部９にて測定され、その測定値が音圧表示部７に表示される。
【００３３】
ところで、測定部９では、圧電変換された電圧の波形間時間を測定して、周波数を算出する。そして、この算出を一定時間行って周波数の分布を検定し、最も出現率の高い周波数が、事前に設定した出現率以上である場合に、その周波数を補正すべき周波数（特定周波数）とする。この周波数値は音圧表示部７に表示される。
【００３４】
一方、格納部９ａには、パーソナルコンピュータ８から転送された補正テーブル１１が格納されており、測定部９では、補正テーブル１１から補正すべき周波数に対応する一次補正係数である傾き（Ｇａｉｎ）と切片（Ｏｆｆｓｅｔ）を選択し、測定部９で測定された音圧測定値Ｘに対してＧａｉｎ×Ｘ＋Ｏｆｆｓｅｔの計算を行って音圧値を補正する。この補正された音圧値は音圧表示部７に表示される。
【００３５】
オペレータは、音圧表示部７に表示された補正された音圧値が既定値になるように発振電源３の出力電力を調整する。
【００３６】
上記したように、この実施の形態によれば、測定部９に各周波数毎の補正係数Ｋ１，Ｋ２を格納する格納部９ａを設け、測定した音圧値をその周波数に対応する補正係数を格納部９ａから選択的に用いて補正するため、センサユニット１６に格納部を必要とすることがなく、その構成を簡略化でき、センサユニット１６の交換コストも低減できる利点がある。
【００３７】
なお、超音波の発振周波数が事前に既知である場合や、図３に示すように自動周波数測定時に周波数の検定率が低く、測定値にふらつきがあるような場合には、パーソナルコンピュータ８により手動で周波数を入力して補正を行うこともできる。
【００３８】
また、補正式は一次ではなく、指数など他の演算式を用いても良い。
【００３９】
さらに、音圧波形から周波数を算出するのではなく、発振電源３のモニタ出力などの発振波形から周波数を算出してもよい。
【００４０】
また、洗浄装置としては、デイップ槽式のものに限られることなく、ノズル型やスリット型の超音波ユニットにおいて、超音波印加された流水部に音圧受振部を設置し、発振周波数に応じた感度補正を行って音圧相当値を表示するようにしても良い。
【００４１】
また、音圧計の機差補正も同様に補正項に機差分を考慮することで行える。
【００４２】
その他、本発明はその要旨の範囲内で種々変形実施可能なことは勿論である。
【００４３】
【発明の効果】
本発明は以上説明したように、測定手段に各周波数毎の補正係数を格納する格納部を設け、測定した音圧値をその周波数に対応する補正係数を格納部から選択的に用いて補正するため、センサ手段に格納部を必要とすることなくその構成を簡略化できるとともに、センサ手段の交換コストも低減できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態である音圧測定装置を示す概略的構成図。
【図２】同実施形態の周波数の分布を示すグラフ図。
【図３】同実施形態の周波数の分布を示すグラフ図。
【図４】同実施形態の圧電素子の感度のバラツキを補正するための補正テーブルを示す図。
【図５】同実施形態の周波数毎の傾きと切片を示すグラフ図。
【図６】同実施形態の周波数毎の相対音圧値と測定音圧値の関係を示すグラフ図。
【符号の説明】
２…超音波振動子、３…発振電源、４…受振棒（受振部）、６…圧電素子（変換部）、７…音圧表示部（音圧表示手段）、Ｋ１，Ｋ２…補正係数、９ａ…格納部、９…測定部（測定手段）、Ｋ１…倍率（Ｇａｉｎ）、Ｋ２…切片（Ｏｆｆｓｅｔ）、８…パーソナルコンピュータ（入力手段）、１０…純水（液体）、１４…センサユニット（センサ手段）。
【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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