(57)【要約】【課題】  洗浄ムラの発生を低減することのできる超音波洗浄器を提供すること。【解決手段】  洗浄槽の底面もしくは側面の外側表面に、バインダ樹脂及びこのバインダ樹脂中に上記表面に平行に整列配置された複数本の高弾性繊維からなる繊維強化樹脂板が固定され、そして上記繊維強化樹脂板の洗浄槽側とは逆側の表面に、縦長の柱状圧電体の表面の対象位置に一対の電極が付設されてなる柱状圧電振動子の複数個が、それぞれの頂面もしくは底面にて固定されていることを特徴とする超音波洗浄器。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
洗浄槽の底面もしくは側面の外側表面に、バインダ樹脂及び該バインダ樹脂中に上記表面に平行に整列配置された複数本の高弾性繊維からなる繊維強化樹脂板が固定され、そして該繊維強化樹脂板の洗浄槽側とは逆側の表面に、縦長の柱状圧電体の表面の対象位置に一対の電極が付設されてなる柱状圧電振動子の複数個が、それぞれの頂面もしくは底面にて固定されていることを特徴とする超音波洗浄器。
【請求項２】
柱状圧電体が角柱状の圧電体であって、その高さ方向の長さが、頂面及び底面を構成するいずれの辺の長さに対しても１．３倍以上である請求項１に記載の超音波洗浄器。
【請求項３】
一対の電極が柱状圧電体の側面に付設されている請求項１もしくは２に記載の超音波洗浄器。
【請求項４】
洗浄槽の底面もしくは側面の内側表面に、バインダ樹脂及び該バインダ樹脂中に上記表面に平行に整列配置された複数本の高弾性繊維からなる繊維強化樹脂板が固定され、そして該洗浄槽の外側表面で、繊維強化樹脂板の固定領域に対応する領域に、縦長の柱状圧電体の表面の対象位置に一対の電極が付設されてなる柱状圧電振動子の複数個が、それぞれの頂面もしくは底面にて固定されていることを特徴とする超音波洗浄器。
【請求項５】
柱状圧電体が角柱状の圧電体であって、その高さ方向の長さが、頂面及び底面を構成するいずれの辺の長さに対しても１．３倍以上である請求項４に記載の超音波洗浄器。
【請求項６】
一対の電極が柱状圧電体の側面に付設されている請求項４もしくは５に記載の超音波洗浄器。
【請求項７】
金属板の一方の表面に、バインダ樹脂及び該バインダ樹脂中に上記表面に平行に整列配置された複数本の高弾性繊維からなる繊維強化樹脂板が固定され、そして該繊維強化樹脂板の金属板側とは逆側の表面に、縦長の柱状圧電体の表面の対象位置に一対の電極が付設されてなる柱状圧電振動子の複数個が、それぞれの頂面もしくは底面にて固定されていることを特徴とする振動板。
【請求項８】
柱状圧電体が角柱状の圧電体であって、その高さ方向の長さが、頂面及び底面を構成するいずれの辺の長さに対しても１．３倍以上である請求項７に記載の振動板。
【請求項９】
一対の電極が柱状圧電体の側面に付設されている請求項７もしくは８に記載の振動板。
【請求項１０】
洗浄槽の内部に設置して用いるための請求項７乃至９のうちのいずれかの項に記載の振動板。
【請求項１１】
金属板の一方の表面に、バインダ樹脂及び該バインダ樹脂中に上記表面に平行に整列配置された複数本の高弾性繊維からなる繊維強化樹脂板が固定され、そして金属板の他方の表面で、繊維強化樹脂板の固定領域に対応する領域に、縦長の柱状圧電体の表面の対象位置に一対の電極が付設されてなる柱状圧電振動子の複数個が、それぞれの頂面もしくは底面にて固定されていることを特徴とする振動板。
【請求項１２】
柱状圧電体が角柱状の圧電体であって、その高さ方向の長さが、頂面及び底面を構成するいずれの辺の長さに対しても１．３倍以上である請求項１１に記載の振動板。
【請求項１３】
一対の電極が柱状圧電体の側面に付設されている請求項１１もしくは１２に記載の振動板。
【請求項１４】
洗浄槽の内部に設置して用いるための請求項１１乃至１３のうちのいずれかの項に記載の振動板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波洗浄器に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波洗浄器は、眼鏡や指輪などの日用品、カメラや時計に用いる精密機械部品、そして半導体素子の作製に用いるウエハなどの様々な物品の洗浄に用いられている。超音波洗浄器は、容器（洗浄槽）に入れた洗浄液中に洗浄対象の物品を浸し、そして洗浄液に超音波を付与することによって、物品に付着した汚れを取り除く器具である。超音波洗浄器は、洗浄液を入れる洗浄槽と、洗浄液に超音波を付与するための超音波振動子などから構成されている。洗浄液としては、物品に付着した汚れの種類により、水、有機溶媒、酸性溶液もしくはアルカリ性溶液などが用いられる。
【０００３】
図１から図３は、非特許文献１に記載の従来の超音波洗浄器の代表的な構成を示す断面図である。
【０００４】
図１の超音波洗浄器は、洗浄槽タイプと呼ばれており、洗浄液１１を入れる洗浄槽１２の底面に、超音波振動子１３が固定された構成を有している。
【０００５】
図２の超音波洗浄器は、振動板タイプと呼ばれており、洗浄槽２２の底板２５が取り外し可能とされ、この底板２５に超音波振動子２３が固定された構成を有している。洗浄槽の底板２５は、ボルト２７やナット２８などの固定具により洗浄槽２２の底部に固定されている。洗浄槽２２の底部には、洗浄液１１の漏れを防止するパッキン２６が備えられている。
【０００６】
図３の超音波洗浄器は、投込振動子タイプと呼ばれており、洗浄槽３２の内部に、水密容器３５の内側面に超音波振動子３３が固定された構成の超音波付与装置が配置された構成を有している。
【０００７】
また、上記非特許文献１には、図１から図３に示す超音波洗浄器の他にも、洗浄槽の側面に超音波振動子が付設されたものなど、様々な構成の超音波洗浄器が記載されている。
【０００８】
超音波洗浄器には、小型のものを除いて、通常複数個の超音波振動子が用いられる。例えば、上記の洗浄槽タイプの超音波洗浄器の場合においては、その洗浄槽の底面に複数個の超音波振動子が固定される。このような構成の超音波洗浄器の場合、物品の洗浄ムラの発生を低減するためには、洗浄槽の底面に複数個の超音波振動子を高密度に配置して、洗浄槽の底面の全体をなるべく均一に超音波振動（上下方向に振動）させることが好ましい。ただし、一般には、超音波洗浄器の製造コストを考慮して、用いる超音波振動子の個数の上限が決定される。
【０００９】
複数個の超音波振動子を備える超音波洗浄器の場合、洗浄槽の底面の全体をなるべく均一に超音波振動させるために、各々の超音波振動子としては、底面との接触面積が大きい形状、すなわち横長の形状のもの（例、板状の圧電振動子）が従来は用いられている。
【００１０】
特許文献１においては、磁器製の洗浄槽の底面に音響整合層を介して板状の超音波振動子が固定された構成の超音波洗浄器が開示され、洗浄槽を磁器から形成することによって、腐食性を示す薬液を用いた洗浄が実現できるとされている。
【００１１】
特許文献２においては、洗浄槽の底面に、合成樹脂中に複数個の角柱状の圧電体を整列配置させ、その上下面を一対の電極で挟んだ構成の超音波振動子が固定された超音波洗浄器が開示され、上記角柱状の圧電体が板状の圧電体よりも電気機械変換効率が高く、この圧電体を備えた超音波振動子により１ＭＨｚ程度以上の高い周波数の高エネルギーの超音波を洗浄槽内に発振できるため、サブミクロン単位の汚れを容易に洗浄できるとされている。
【００１２】
特許文献３には、母材樹脂中に高弾性繊維が整列配置された構成の音響振動制御材料が接合された圧電振動子が開示されている。音響振動制御材料の高弾性繊維は、その長さ方向に振動する音響振動の励起を抑え、そして繊維の長さ方向に直交する方向に振動する音響振動を伝達する。このため、圧電振動子の振動方向を、音響振動制御材料の高弾性繊維の長さ方向に直交する方向に制御できるとされている。
【非特許文献１】二橋裕之，「最新強力超音波技術」，初版，株式会社総合技術センター，昭和６２年９月，ｐ．２２３−２２４，ｐ．２２８−２３２
【特許文献１】特開２００１−２９９０７号公報（第１図）
【特許文献２】特公平５−８３３１３号公報
【特許文献３】特開平７−２８４１９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上記のように、複数個の超音波振動子あるいは特許文献３に記載の超音波振動子の複数個の振動部（各々の圧電体がある部分）により、洗浄槽の底面を有る程度は均一に超音波振動させることができるため、洗浄ムラの発生を低減することはできる。しかしながら、洗浄槽の底面は、その超音波振動子（あるいは振動部）が配置された部位は大きく振動するものの、超音波振動子が配置されていない部位は小さく振動する。すなわち洗浄槽の底面は波打つように不均一に振動し易い。本発明者の研究によると、特に、超音波振動子として横長の形状のもの（例、板状の圧電振動子）を用いると、これを縦方向に所定の周波数で超音波振動させた場合に、振動子が前記周波数に対応する高次の共振を生じて横方向にも振動し易いため、洗浄槽の底面を上下方向に均一に超音波振動させ難い。
【００１４】
超音波洗浄器は、半導体素子作製用のウエハなどのように極めて均一に洗浄することが必要とされる物品の洗浄にも用いられるため、洗浄ムラの発生をさらに低減することが望ましい。
【００１５】
従って、本発明の目的は、洗浄ムラの発生を低減することのできる超音波洗浄器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、洗浄槽の底面もしくは側面の外側表面に、バインダ樹脂及びこのバインダ樹脂中に上記表面に平行に整列配置された複数本の高弾性繊維からなる繊維強化樹脂板が固定され、そして上記繊維強化樹脂板の洗浄槽側とは逆側の表面に、縦長の柱状圧電体の表面の対象位置に一対の電極が付設されてなる柱状圧電振動子の複数個が、それぞれの頂面もしくは底面にて固定されていることを特徴とする超音波洗浄器にある。
【００１７】
この本発明の超音波洗浄器の好ましい態様は、下記の通りである。
（１）柱状圧電体が角柱状の圧電体であって、その高さ方向の長さが、頂面及び底面を構成するいずれの辺の長さに対しても１．３倍以上（特に、２．０〜８．０倍）である。
（２）一対の電極が柱状圧電体の側面に付設されている。
【００１８】
本発明はまた、洗浄槽の底面もしくは側面の内側表面に、バインダ樹脂及びこのバインダ樹脂中に上記表面に平行に整列配置された複数本の高弾性繊維からなる繊維強化樹脂板が固定され、そして上記洗浄槽の外側表面で、繊維強化樹脂板の固定領域に対応する領域に、縦長の柱状圧電体の表面の対象位置に一対の電極が付設されてなる柱状圧電振動子の複数個が、それぞれの頂面もしくは底面にて固定されていることを特徴とする超音波洗浄器にもある。
【００１９】
この本発明の超音波洗浄器の好ましい態様は、下記の通りである。
（１）柱状圧電体が角柱状の圧電体であって、その高さ方向の長さが、頂面及び底面を構成するいずれの辺の長さに対しても１．３倍以上（特に、２．０〜８．０倍）である。
（２）一対の電極が柱状圧電体の側面に付設されている。
【００２０】
本発明はまた、金属板の一方の表面に、バインダ樹脂及びこのバインダ樹脂中に上記表面に平行に整列配置された複数本の高弾性繊維からなる繊維強化樹脂板が固定され、そして上記繊維強化樹脂板の金属板側とは逆側の表面に、縦長の柱状圧電体の表面の対象位置に一対の電極が付設されてなる柱状圧電振動子の複数個が、それぞれの頂面もしくは底面にて固定されていることを特徴とする振動板にもある。
【００２１】
この本発明の振動板の好ましい態様は、下記の通りである。
（１）柱状圧電体が角柱状の圧電体であって、その高さ方向の長さが、頂面及び底面を構成するいずれの辺の長さに対しても１．３倍以上（特に、２．０〜８．０倍）である。
（２）一対の電極が柱状圧電体の側面に付設されている。
（３）洗浄槽の内部に設置して用いるためのものである。
【００２２】
本発明はまた、金属板の一方の表面に、バインダ樹脂及び該バインダ樹脂中に上記表面に平行に整列配置された複数本の高弾性繊維からなる繊維強化樹脂板が固定され、そして金属板の他方の表面で、繊維強化樹脂板の固定領域に対応する領域に、縦長の柱状圧電体の表面の対象位置に一対の電極が付設されてなる柱状圧電振動子の複数個が、それぞれの頂面もしくは底面にて固定されていることを特徴とする振動板にもある。
【００２３】
（１）柱状圧電体が角柱状の圧電体であって、その高さ方向の長さが、頂面及び底面を構成するいずれの辺の長さに対しても１．３倍以上（特に、２．０〜８．０倍）である。
（２）一対の電極が柱状圧電体の側面に付設されている。
（３）洗浄槽の内部に設置して用いるためのものである。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の超音波洗浄器は、洗浄槽の底面もしくは側面の外側表面に、バインダ樹脂及びこのバインダ樹脂中に上記表面に平行に整列配置された複数本の高弾性繊維からなる繊維強化樹脂板が固定され、そして上記繊維強化樹脂板の洗浄槽側とは逆側の表面に、縦長の柱状圧電体の表面の対象位置に一対の電極が付設されてなる柱状圧電振動子の複数個が、それぞれの頂面もしくは底面にて固定されていることを特徴とする。
【００２５】
本発明の超音波洗浄器は、その各々の柱状圧電振動子の頂面を高さ方向に均一に超音波振動させ、そして繊維強化樹脂板により前記超音波振動が付与された洗浄槽の底面の全体を上下方向に均一に超音波振動させることができるため、洗浄ムラの発生が低減される。本発明の超音波洗浄器においては、その柱状圧電振動子に付与した電気エネルギーの大部分が洗浄槽の底面を上下に超音波振動させるために用いられる。従って、本発明の超音波洗浄器は、柱状圧電振動子に付与する電気エネルギーが同じである場合には、従来の超音波洗浄器よりも大きな超音波振動を洗浄液に付与することができるため、強い洗浄力を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
まず、本発明の超音波洗浄器を添付の図面を用いて説明する。図４は、本発明の超音波洗浄器の構成例を示す断面図であり、図５及び図６は、図４の超音波洗浄器の柱状圧電振動子及び繊維強化樹脂板を、それぞれ下側及び右側から見た図であり、そして図７は、図４の超音波洗浄器が備える柱状圧電振動子の構成を示す斜視図である。
【００２７】
図４から図７に示す超音波洗浄器４０は、洗浄槽１２の底面の外側表面に、バインダ樹脂及びこのバインダ樹脂中に上記表面に平行に整列配置された複数本の高弾性繊維（図示は略する）からなる繊維強化樹脂板４４が固定され、そして繊維強化樹脂板４４の洗浄槽１２の側とは逆側の表面に、縦長の柱状圧電体４６の表面の対象位置に一対の電極４７ａ、４７ｂが付設されてなる柱状圧電振動子４３の複数個が、それぞれの頂面にて固定されていることを特徴とする。
【００２８】
洗浄槽１２は、通常、ステンレススチールなどの金属材料から形成される。洗浄液として酸性溶液もしくはアルカリ性溶液のような腐食性の高い液体を用いる場合には、洗浄槽を、樹脂（例：塩化ビニル樹脂、フッ素樹脂）、ガラス、もしくはセラミックスなどから形成することが好ましい。洗浄槽１２を金属材料から形成する場合には、洗浄槽１２と繊維強化樹脂板４４とが電気的に導通することを防止するために、洗浄槽１２に絶縁材を介して繊維強化樹脂板４４を付設しても良い。絶縁材の例としては、樹脂材料やガラスエポキシ材が挙げられる。絶縁材の厚みは、１ｍｍ以下、好ましくは０．５ｍｍ以下であることが好ましい。
【００２９】
図７に示すように、柱状圧電振動子４３のそれぞれは、縦長の柱状圧電体４６の表面の対象位置に一対の電極４７ａ、４７ｂが付設された構成を有している。柱状圧電体４６は、例えば、ジルコン酸チタン酸鉛系の圧電セラミックから形成され、その幅（Ｗ）が４ｍｍに、厚み（Ｔ）が２ｍｍに、そして高さ（Ｈ）が８ｍｍに設定されている。圧電体４６は、例えば、その厚み方向に分極される。一対の電極４７ａ、４７ｂのそれぞれは、例えば、厚みが５μｍ程度のリン青銅や銀などの金属材料から形成された薄膜が用いられる。
【００３０】
複数個の柱状圧電振動子４３は、例えば、エポキシ樹脂などにより繊維強化樹脂板４４の表面に固定される。図４から図６に示すように、繊維強化樹脂板４４の表面にフライスなどを用いて溝４５を形成し、各々の柱状圧電振動子４３を溝４５に嵌め合わせるようにすると、振動子４３の固定が容易となる。図４から図７に示す複数個の圧電振動子４３は、間隔Ｌ1 及びＬ2 が、それぞれ８．６７ｍｍ及び８．４４ｍｍとなるように繊維強化樹脂板４４の表面に固定されている。
【００３１】
洗浄槽１２の底面の外側表面に固定された繊維強化樹脂板４４は、バインダ樹脂及びこのバインダ樹脂中に上記表面に平行に整列配置された複数本の高弾性繊維（図示は略する）から構成されている。図４の超音波洗浄器４０の繊維強化樹脂板４４には、そのバインダ樹脂としてエポキシ樹脂が、そして高弾性繊維として炭素繊維が用いられている。繊維強化樹脂板４４は、炭素繊維を用いるために導電性を示す。このため、繊維強化樹脂板４４に固定された複数個の柱状圧電振動子４３は、それぞれその電極４７ａが繊維強化樹脂板４４と電気的に接続されることとなる。従って、複数個の柱状圧電振動子４３を超音波振動させるためには、繊維強化樹脂板４４と各々の柱状圧電振動子４３の電極４７ｂとの間に交流電圧を印加すれば良い。
【００３２】
そして柱状圧電振動子４３を高さ方向に超音波振動させるためには、その一対の電極４７ａ、４７ｂの間に、柱状圧電体４６の高さ方向の長さにより定まる共振周波数に対応する周波数の交流電圧を印加する。柱状圧電体４６は縦長の形状であるため、その高さ方向の長さは、頂面４８及び底面４９を構成するいずれの辺の長さよりも長い。このため柱状圧電体４６の幅方向及び厚み方向のそれぞれの長さにより定まる共振周波数は、高さ方向の長さにより定まる共振周波数よりも高い。従って、柱状圧電振動子４３を高さ方向に超音波振動させた場合には、柱状圧電体４６はその幅及び厚みのいずれの方向においても共振しない。従って、柱状圧電振動子４３の頂面の全体が、高さ方向に均一に超音波振動する。
【００３３】
柱状圧電振動子４３の幅方向及び厚み方向のそれぞれにおける共振の発生を抑制するために、柱状圧電体４６の高さ方向の長さは、圧電体４６の頂面４８及び底面４９を構成するいずれの辺の長さに対しても１．３倍以上であることが好ましく、２．０〜８．０倍の範囲にあることがさらに好ましい。
【００３４】
このように縦長の柱状圧電振動子４３の頂面は均一に超音波振動するものの、この柱状圧電振動子４３の複数個を洗浄槽１２の底面に直接固定しただけでは、上記のように洗浄槽１２の底面が波打つように不均一に振動し易い。図４の超音波洗浄器４０の底面に固定された繊維強化樹脂板４４は、この洗浄槽１２の底面の不均一な振動の発生を抑制して、洗浄槽１２の底面を上下方向に均一に振動させるために用いられている。
【００３５】
繊維強化樹脂板４４が備えられた高弾性繊維は、その長さ方向に伸縮し難い。このような繊維強化樹脂板４４を洗浄槽１２の底面の外側表面に固定すると、底面の波打つような不均一な振動の発生が抑制される。これは、洗浄槽１２の底面が波打つように振動するためには、底面に固定された繊維強化樹脂板４４の高弾性繊維が直線形から波形に変形するための、すなわち高弾性繊維をその長さ方向に伸ばすための大きなエネルギーが必要とされるためである。このため、複数個の柱状圧電振動子４３により発生した超音波振動によって、洗浄槽１２の底面の全体を上下方向に均一に超音波振動させることができる。
【００３６】
このように、図４の超音波洗浄器４０は、その各々の柱状圧電振動子４３の頂面を高さ方向に均一に超音波振動させ、そして繊維強化樹脂板４４により前記超音波振動が付与された洗浄槽１２の底面の全体を上下方向に均一に超音波振動させることができるため、洗浄ムラの発生が低減される。また、超音波洗浄器４０の柱状圧電振動子４３に付与した電気エネルギーの大部分は、洗浄槽１２の底面を上下に超音波振動させるために用いられる。従って、図４の超音波洗浄器４０は、圧電振動子に付与する電気エネルギーが同じである場合には、従来の超音波洗浄器よりも大きな超音波振動を洗浄液に付与することができるため、強い洗浄力を示す。
【００３７】
繊維強化樹脂板４４の複数本の高弾性繊維は、洗浄槽１２の底面の外側表面に平行に整列配置されていれば、その配置に特に制限はない。複数本の高弾性繊維は、洗浄槽１２の底面の外側表面と平行な一方向に整列配置されていてもよいし、前記表面と平行で、かつ互いに直交する二方向に整列配置されていてもよい。
【００３８】
バインダ樹脂の例としては、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、およびポリアミドイミド樹脂などが挙げられる。
【００３９】
高弾性繊維の例としては、炭素繊維、炭化ケイ素繊維、ポリアミド繊維、およびアラミド繊維などが挙げられる。
【００４０】
洗浄槽１２の底面を均一超音波振動させるためには、繊維強化樹脂板４４の洗浄槽側の表面の面積を、なるべく洗浄槽の底面と一致する程度まで大きくすることが好ましい。また、洗浄対象の物品が大きい場合には洗浄槽は大型となり、その底面の面積も大きくなる。大型の洗浄槽の底面に繊維強化樹脂板を付設する場合には、洗浄槽の底面に沿って複数個の繊維強化樹脂板を付設しても良い。複数個の繊維強化樹脂板は、それらが互いに間隔を空けた状態で付設されていても良い。
【００４１】
繊維強化樹脂板４４の厚みは、柱状圧電振動子４３が発生する超音波振動の洗浄槽１２の底面における反射量を低減するために、超音波振動の波長の１／４の厚みであることが好ましい。繊維強化樹脂板４４の厚みは、繊維強化樹脂板中における超音波の減衰が大きい場合には、超音波振動の波長の１／４の厚みよりもさらに薄くすることが好ましい。
【００４２】
次に、図４の超音波洗浄器４０を用いた物品の洗浄方法について説明する。まず、超音波洗浄器４０の洗浄槽１２に、例えば、水などの洗浄液１１を入れる。次に、洗浄液１１に洗浄対象の物品（図示は略する）を浸し、そして複数個の柱状圧電振動子４３により洗浄液１１に超音波振動を付与することにより、物品が超音波洗浄される。上記のように本発明の超音波洗浄器４０を用いることにより、物品の洗浄ムラの発生が低減される。
【００４３】
洗浄に用いる超音波振動の周波数は、５０乃至５００ｋＨｚの範囲にあることが好ましい。柱状圧電振動子４３が備える柱状圧電体４６の高さは、通常、前記の超音波振動の周波数において共振するように、４０ｍｍ乃至４ｍｍの範囲に設定される。このような周波数の超音波振動を用いることにより、物品表面の損傷を抑え、かつ十分に強い洗浄力で物品を超音波洗浄することができる。
【００４４】
本発明の超音波洗浄器に用いられる縦長の柱状圧電体としては、円柱状の圧電体を用いることもできる。円柱状の圧電体の高さ方向の長さは、頂面及び底面のいずれの直径に対しても１．３倍以上（特に、２．０〜８．０倍）であることが好ましい。円柱状圧電体を用いる場合には、一対の電極はその頂面と底面に付設されていることが好ましい。なお、従来の超音波洗浄器には、円盤状の圧電振動子を一対の円柱状金属ブロックで挟み、これらをボルト締めした構成の縦長の円柱状ランジュバン振動子が用いられる場合もあるが、このランジュバン振動子は、一般に１０〜５０ｋＨｚの低い周波数の超音波振動を発生させるために用いられるものである。仮にランジュバン振動子を用いて、縦長の円柱状の形状を維持したまま、周波数が１００ｋＨｚの超音波振動を発生させる場合にはその直径を１ｃｍ以下に、さらに周波数が５００ｋＨｚの超音波振動を発生される場合には、その直径を４ｍｍ以下にする必要があり、その製造が極めて困難である。
【００４５】
本発明の超音波洗浄器に用いられる縦長の柱状圧電体としては、図７に示すような角柱状の圧電体を用いることが好ましく、さらにその側面に一対の電極が付設されていることが好ましい。一対の電極が角柱状圧電体の頂面と底面に付設されていると、圧電体の高さ方向の長さが大きくなるほど圧電体に加わる電界強度が小さくなり、圧電体を超音波振動させるために大きな交流電圧の印加が必要となるからである。柱状圧電振動子を、角柱状圧電体の側面に一対の電極が付設された構成にすると、用いる超音波振動の周波数が低い場合、すなわち圧電体の高さ方向の長さが大きい場合であっても、角柱状圧電体に大きな強度の電界を印加できるため、これを高さ方向に大きく振動させることができる。
【００４６】
図８は、本発明の超音波洗浄器の別の構成例を示す断面図である。図８の超音波洗浄器８０は、洗浄槽１２の底面の内側表面に、バインダ樹脂及びこのバインダ樹脂中に上記表面に平行に整列配置された複数本の高弾性繊維からなる繊維強化樹脂板４４が固定され、そして上記洗浄槽１２の外側表面で、繊維強化樹脂板４４の固定領域に対応する領域に、縦長の柱状圧電体の表面の対象位置に一対の電極が付設されてなる柱状圧電振動子４３の複数個が、それぞれの頂面にて固定された構成を有している。
【００４７】
図８の超音波洗浄器８０の構成は、繊維強化樹脂板４４が洗浄槽１２の底面の内側表面に付設されていること以外は、図４の超音波洗浄器４０と同様である。繊維強化樹脂板４４が洗浄槽の内側に付設されていても、洗浄槽の底面の不均一な振動の発生を低減することができる。このため図８の超音波洗浄器を用いて物品を洗浄することにより、物品表面の洗浄ムラの発生を低減することができる。
【００４８】
図９は、本発明の超音波洗浄器のさらに別の構成例を示す断面図である。図９の超音波洗浄器９０の構成は、洗浄槽２２の底板として脱着可能とされた金属板９５が用いられていること以外は、図４の超音波洗浄器４０と同様である。
【００４９】
金属板９５、繊維強化樹脂板４４、そして複数個の超音波振動子４３により本発明の振動板が構成されている。図９に示す振動板は、金属板９５の一方の表面に、バインダ樹脂及びこのバインダ樹脂中に上記表面に平行に整列配置された複数本の高弾性繊維からなる繊維強化樹脂板４４が固定され、そして上記繊維強化樹脂板４４の金属板９５の側とは逆側の表面に、縦長の柱状圧電体の表面の対象位置に一対の電極が付設されてなる柱状圧電振動子４３の複数個が、それぞれの頂面にて固定された構成を有している。
【００５０】
本発明の振動板は、洗浄槽２２から脱着可能であるため、金属板９５が腐食したり、振動板が破損などした場合であっても、別の振動板と容易に交換することができる。
【００５１】
図１０は、本発明の超音波洗浄器のさらに別の構成例を示す断面図である。図１０の超音波洗浄器１００の構成は、洗浄槽２２の底板として脱着可能とされた金属板９５が用いられていること以外は、図８の超音波洗浄器８０と同様である。
【００５２】
金属板９５、繊維強化樹脂板４４、そして複数個の超音波振動子４３により本発明の振動板が構成されている。図１０に示す振動板は、金属板９５の一方の表面に、バインダ樹脂及び該バインダ樹脂中に上記表面に平行に整列配置された複数本の高弾性繊維からなる繊維強化樹脂板４４が固定され、そして金属板９５の他方の表面で、繊維強化樹脂板４４の固定領域に対応する領域に、縦長の柱状圧電体の表面の対象位置に一対の電極が付設されてなる柱状圧電振動子４３の複数個が、それぞれの頂面にて固定された構成を有している。
【００５３】
図１１は、本発明の振動板の別の構成例と、その使用の態様を示す断面図である。図１１に示す振動板は、金属板１１５の一方の表面に、バインダ樹脂及びこのバインダ樹脂中に上記表面に平行に整列配置された複数本の高弾性繊維からなる繊維強化樹脂板４４が固定され、そして上記繊維強化樹脂板４４の金属板１１５の側とは逆側の表面に、縦長の柱状圧電体の表面の対象位置に一対の電極が付設されてなる柱状圧電振動子４３の複数個が、それぞれの頂面にて固定された構成を有している。
【００５４】
図１１に示す振動板は、洗浄槽３２の内部に設置して用いるためのものである。このため、振動板の複数個の柱状圧電振動子４３が、水などの導電性を示す液体を洗浄液１１として用いた場合に互いに電気的に短絡することを防止する必要がある。このため、振動板の金属板１１５は、その周端部が延長されて複数個の柱状圧電振動子４３を収容する箱形とされている。なお、柱状圧電振動子４３のそれぞれに接続する電気配線３６は、箱に接続されたチューブの内部を通って洗浄槽３２の外に引き出されている。なお、金属板１１５を箱形にする代わりに、例えば、振動板の複数個の柱状圧電振動子４３を絶縁性の樹脂により覆うこともできる。
【００５５】
図１２は、本発明の振動板のさらに別の構成例と、その使用の態様を示す断面図である。図１２に示す振動板は、金属板１１５の一方の表面に、バインダ樹脂及び該バインダ樹脂中に上記表面に平行に整列配置された複数本の高弾性繊維からなる繊維強化樹脂板４４が固定され、そして金属板１１５の他方の表面で、繊維強化樹脂板４４の固定領域に対応する領域に、縦長の柱状圧電体の表面の対象位置に一対の電極が付設されてなる柱状圧電振動子４３の複数個が、それぞれの頂面にて固定された構成を有している。
【００５６】
図１２の振動板もまた、図１１の振動板と同様に洗浄槽３２の内部に設置して用いるためのものである。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】従来の超音波洗浄器の構成例を示す断面図である。
【図２】従来の超音波洗浄器の別の構成例を示す断面図である。
【図３】従来の超音波洗浄器のさらに別の構成例を示す断面図である。
【図４】本発明の超音波洗浄器の構成例を示す断面図である。
【図５】図４の超音波洗浄器の柱状圧電振動子及び繊維強化樹脂板を下側から見た図である。
【図６】図４の超音波洗浄器の柱状圧電振動子及び繊維強化樹脂板を右側から見た図である。
【図７】図４の超音波洗浄器が備える柱状圧電振動子の構成を示す斜視図である。
【図８】本発明の超音波洗浄器の別の構成例を示す断面図である。
【図９】本発明の超音波洗浄器のさらに別の構成例を示す断面図である。
【図１０】本発明の超音波洗浄器のさらに別の構成例を示す断面図である。
【図１１】本発明の振動板の構成例と、その使用の態様を示す断面図である。
【図１２】本発明の振動板の別の構成例と、その使用の態様を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５８】
１１  洗浄液
１２、２２、３２  洗浄槽
１３、２３、３３  超音波振動子
２５  底板
２６  パッキン
２７  ボルト
２８  ナット
３５  水密容器
３６  電気配線
４０、８０、９０、１００  超音波洗浄器
４３  柱状圧電振動子
４４  繊維強化樹脂板
４５  溝
４６  柱状圧電体
４７ａ、４７ｂ  電極
４８  柱状圧電体の頂面
４９  柱状圧電体の底面
９５、１１５  金属板
Ｗ  柱状圧電体の幅
Ｔ  柱状圧電体の厚み
Ｈ  柱状圧電体の高さ
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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