(57)【要約】電子部品の洗浄に使用する超音波洗浄タンクであって、孔部を有する分流プレートに操作可能な状態で分離された上方部と下方部を有する。ピストン様の層流領域を発生させるために、洗浄タンクは、上方部の内部に突起物や障害物が存在しないように製造されている。孔部を通る洗浄流動体に均質流の発生を促進させるように、分流プレートは下方部内に反圧を提供するようになっている。洗浄流動体は電子部品を通過して上昇する。同時に、超音波トランスジューサが洗浄流動体内に超音波エネルギーを供給し、電子部品から汚染物が取り除かれるように超音波キャビテーション現象を促進する。汚染物は層流によって上方に運搬され、洗浄タンクの上縁部から溢れ出る。洗浄タンクはバッチモードまたは循環モードのどちらかで使用できる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品の精密洗浄用超音波洗浄タンクであって、本タンクは、
下方フランジ部を有する上方部と、
上方フランジ部と注入口とを組み込んだ床体を有する下方部と、
複数の孔部を有する分流プレートと、
を含んでおり、
前記分流プレートは前記下方フランジ部と前記上方フランジ部との間に封止状態で且つ取り外し可能に取り付けられており、
洗浄流動体を前記注入口に導入すると前記下方部内に乱流が発生し、前記洗浄流動体が前記分流プレートの前記複数の孔部を通過した後に前記上方部内に層流が発生することを特徴とする超音波洗浄タンク。
【請求項２】
分流プレートは下方フランジ部と上方フランジ部との間に複数の固定具、上方ガスケット及び下方ガスケットを使用して封止状態で且つ取り外し可能に取り付けられていることを特徴とする請求項１記載の超音波洗浄タンク。
【請求項３】
複数の固定具は複数の外部クランプを含んでいることを特徴とする請求項２記載の超音波洗浄タンク。
【請求項４】
上方ガスケットと下方ガスケットは、テフロン（登録商標）、ＰＶＤＦ、ＥＰＤＭ、ビトン、ペルフロリネート処理されたエラストマーから成る群から選択されるガスケット材料で成ることを特徴とする請求項２記載の超音波洗浄タンク。
【請求項５】
複数の孔部の合計である全孔部面積は、分流プレートの全面積の４５％以下であることを特徴とする請求項１記載の超音波洗浄タンク。
【請求項６】
全孔部面積は注入口の注入口面積より僅かに小さいか、あるいは僅かに大きいことを特徴とする請求項５記載の超音波洗浄タンク。
【請求項７】
複数の孔部のそれぞれの径は０．００１インチから０．２５０インチであることを特徴とする請求項１記載の超音波洗浄タンク。
【請求項８】
複数の孔部は分流プレート上で略六角パターンにてアレンジされていることを特徴とする請求項１記載の超音波洗浄タンク。
【請求項９】
上方部と下方部はステンレス鋼で成ることを特徴とする請求項１記載の超音波洗浄タンク。
【請求項１０】
床体は注入口液流に下方部を通過させて外側へ均等に誘導するための注入口プレート体を含んでいることを特徴とする請求項１記載の超音波洗浄タンク。
【請求項１１】
超音波トランスジューサが上方部に操作可能な状態で取り付けられており、前記超音波トランスジューサは超音波エネルギーを適した周波数である２８ＫＨｚから２．５ＭＨｚの間で上方タンク内に供給することを特徴とする請求項１記載の超音波洗浄タンク。
【請求項１２】
電子部品、医療部品あるいは光学部品の精密洗浄方法であって、本方法は、
電子部品を洗浄タンク内に入れるステップを含んでおり、前記洗浄タンクは上方部と下方部とを含んでおり、前記上方部と前記下方部は着脱可能な分流プレートの周囲に封止状態で接続されており、
洗浄流動体を前記洗浄タンクの下方部に注入するステップをさらに含んでおり、前記洗浄流動体は前記分流プレートの複数の孔部を通過して前記下方部に乱流を、前記上方部に層流を提供し、
前記上方部に操作可能な状態で取り付けられた超音波トランスジューサを使用して超音波を提供し、前記部品から汚染物を取り除くステップと、
前記洗浄流動体を前記上方部の上縁部から溢れさせるステップをさらに含んでおり、前記洗浄流動体に前記部品から超音波振動によって取り除かれた汚染物を運搬させることを特徴とする洗浄方法。
【請求項１３】
洗浄流動体を循環させるステップをさらに含んでおり、前記洗浄流動体を堰体内に集めることによって前記洗浄流動体をポンプの注入口側に導くことを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
冷却流動体の温度を外気温と華氏２００度との間に維持するステップをさらに含んでおり、前記冷却流動体を、選択的に該冷却流動体を冷却または加熱する直列熱交換器に通過させることを特徴とする請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
循環洗浄流動体を直列フィルターで濾過処理するステップをさらに含んでおり、前記直列フィルターに前記循環洗浄流動体内に含まれる汚染物を保持させることを特徴とする請求項１３記載の方法。
【請求項１６】
着脱可能な分流プレートは第２分流プレートと操作可能な状態で置き換えられ、前記第２分流プレートは複数の第２孔部を含んでおり、該第２孔部は層流と乱流の特性を変化させるようアレンジされていることを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項１７】
電子部品の超音波精密洗浄システムであって、
上方部と下方部とを含む電子部品を保持するための洗浄タンクを含んでおり、前記上方部は少なくとも１つの操作可能な状態で取り付けられた超音波トランスジューサ及び上方フランジ部とを含んでおり、前記下方部は下方フランジ部を含んでおり、前記上方部と前記下方部は、前記上方フランジ部と前記下方フランジ部との間に取り外し可能に取り付けられたアレンジ可能な分流プレートに封止状態で接続されており、
洗浄流動体を前記洗浄タンクへ送るための循環ポンプと、
前記洗浄タンクの上縁部の下方で前記上方部の外部に封止状態で取り付けられた堰体と、
をさらに含んでおり、
前記洗浄流動体は前記分流プレートの複数の孔部を通過して上方に向かって流れるように前記下方部の床体内の注入口に誘導され、前記分流プレートは前記下方部内で乱流を、前記上方部内で垂直層流を発生させ、
超音波トランスジューサは前記洗浄流動体内で前記部品から汚染物を取り除くように超音波キャビテーション現象を発生させ、前記汚染物は前記洗浄タンクから前記堰体へと前記垂直層流によって運ばれることを特徴とする洗浄システム。
【請求項１８】
分流プレートは下方フランジ部と第２フランジ部との間に複数の固定具、上方ガスケット及び下方ガスケットを用いて封止状態で且つ取り外し可能な状態で取り付けられることを特徴とする請求項１７記載の超音波洗浄システム。
【請求項１９】
複数の固定具は複数の外部クランプを含んでいることを特徴とする請求項１８記載の超音波洗浄システム。
【請求項２０】
上方ガスケットと下方ガスケットは、テフロン（登録商標）、ＰＶＤＦ、ＥＰＤＭ、ビトンあるいはペルフロリネート処理されたエラストマーから成る群から選択されるガスケット材から成ることを特徴とする請求項１８記載の超音波洗浄システム。
【請求項２１】
複数の孔部の合計である全孔部面積は、分流プレートの全面積の４５％以下であることを特徴とする請求項１７記載の超音波洗浄システム。
【請求項２２】
全孔部面積は注入口の注入口面積より僅かに小さいか、あるいは僅かに大きいことを特徴とする請求項２１記載の超音波洗浄システム。
【請求項２３】
複数の孔部のそれぞれの径は０．００１インチから０．２５０インチであることを特徴とする請求項１７記載の超音波洗浄システム。
【請求項２４】
複数の孔部は分流プレート上で略六角パターンにてアレンジされていることを特徴とする請求項１７記載の超音波洗浄システム。
【請求項２５】
上方部と下方部はステンレス鋼で成ることを特徴とする請求項１７記載の超音波洗浄システム。
【請求項２６】
床体は注入口液流に下方部を通過させて外側へ均等に誘導するための注入口プレート体を含んでいることを特徴とする請求項１７記載の超音波洗浄システム。
【請求項２７】
超音波トランスジューサは、超音波エネルギーを適した周波数である２８ＫＨｚから２．５ＭＨｚの間で上方タンク内に供給するように操作可能な状態で選択されることを特徴とする請求項１７記載の超音波洗浄システム。
【請求項２８】
排ガスユニットをさらに含んでおり、該排ガスユニットは洗浄流動体から溶解ガスを取り除いて洗浄タンクの上方部内の超音波キャビテーション現象を促進することを特徴とする請求項１７記載の超音波洗浄システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的に部品の精密洗浄用超音波装置に関する。特に、本発明は部品洗浄タンク内で上昇層流を発生させるように設計された内蔵式分流プレートを備えた洗浄タンクを含んだ超音波洗浄装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
精密洗浄乾燥装置は典型的には溶剤、洗剤または他の水性混合物のごとき様々な洗浄液を利用する。これら装置は、医療機器、光学機器、ウェハー、ＰＣボード、ハイブリッド回路、ディスクドライブ部品、精密機器または電子機器部品等の様々な機器や部品の洗浄及び乾燥を行う。特に精密洗浄産業においては、高タンク回転率を提供する効率的な洗浄装置の需要が存在する。
【０００３】
タンク内で部品処理及び洗浄を行う超音波洗浄装置は一般的に知られている。典型的な従来式超音波洗浄装置ではタンク内に洗浄液を入れ、洗浄対象部品をタンク内に投入して洗浄する。その後に超音波エネルギーをタンクに適用し、超音波振動によって洗浄液内で圧力勾配を発生させ、微小キャビテーションバブルを発生させる。これらキャビテーションは洗浄対象部品の表面で破裂し、大きなエネルギーを放出して部品表面から汚染物を剥離させる。
【０００４】
従来の洗浄素位置では超音波エネルギーはタンク内の溶液交換時に中断される。例えば、新規または濾過済溶液をタンクの底から送り込み、汚染物を含んだタンク内の液体をタンクから溢れ出させて濾過し、再利用するか廃棄する。これら洗浄装置ではタンクの液体の更新と超音波エネルギーの適用を別々に行うことが必要である。なぜなら、高速タンク交換液流が引き起こす渦流は超音波キャビテーションを発生させる超音波パターンを乱すからである。従来洗浄装置においては、タンク内での交換溶液と汚染物との混合が起こり、汚染物の除去には対数的な長い時間が必要であった。全汚染物質の対数的除去は理論的には無限の時間を必要とする。よって、洗浄効率が大きく損なわれる。
【０００５】
米国特許第６１８１０５２で開示された超音波洗浄装置は、少なくとも２体の整流装置をタンクの底に設置してタンク内に層流を発生させる。これら整流装置の目的は投入される洗浄溶液の速度を減少させ、清浄な液体の圧力と同一化させ、等しい空間的分布にてタンクの底に溶液を導入することである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、これら整流装置は２つの重大な欠点を有している。１つは上方整流装置がタンク内に溶接されており、あるいは取付ブラケットがタンクの側壁に沿った上昇流の進行を妨害するようにタンク内に突き出しており、タンク内に逆流を発生させて乱流を引き起こし、タンクからの汚染物質の除去効率を低下させ、全体作業効率を落とす。２つ目は整流装置プレートの大きな開領域（最低４５％）が均質上昇流の展開を妨害し、第２整流装置背後での均質圧力の発生を妨害する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の１目的は、所定数で所定サイズの孔部が設けられた分流プレートを提供することで超音波洗浄タンク内に層流特性を発生させることである。この方法は側壁部で乱流を発生させることなく均質流を提供し、所定流速で効率的な洗浄性能を達成させる。着脱式の外部フランジ搭載型分流プレートの利用によって適切な分流プレート形態が提供でき、超音波洗浄装置の異なる液流条件と望まれる作業効率に適切に対処する。外部フランジ形態は洗浄液内に乱流を引き起こすような障害物が内部に存在しない洗浄タンクの製造を可能にする。さらに、外部フランジデザインは必要に応じてプレートを容易に着脱させる単純構造手段を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１と図２は本発明の洗浄タンク１００を図示する。典型的には洗浄タンク１００はステンレス鋼を使用した溶接構造を有している。あるいは、洗浄タンク１００はステンレス鋼の使用が不都合な場合には別材料で提供することもできる。別材料とは、タンタル、チタン、水晶、またはＰＥＥＫのごときプラスチック材料等である。図示のように洗浄タンク１００は方形断面を有しているが、他の形状、例えば円筒形でも構わない。
【０００９】
図１と図２で示すように、洗浄タンク１００は上方タンク構造体１０２、下方タンク構造体１０４、分流プレート１０６、フランジガスケット１０８aと１０８bを含んでいる。フランジガスケット１０８aと１０８bは化学的に不活性で非浸出性であるガスケット材料で提供されるものである。例えば、フランジガスケット１０８a、１０８bはテフロン（登録商標）、ＰＶＤＦ、ＥＰＤＭ、ビトン、ペルフロリネート処理されたエラストマー等である。上方タンク構造体１０２は上縁部１１０と上方フランジ部材１１２を含んでいる。下方タンク構造体１０４は床体１１６、注入口１１８及び下方フランジ部材１２０を含んでいる。図３で示す床体１１６は注入口１１８の上方に搭載された注入口プレート体１２２を含むことができる。上方フランジ部材１１２と下方フランジ部材１２０は実質的に同形、同サイズである。
【００１０】
好適には、分流プレート１０６は、例えばステンレス鋼である洗浄タンク１００と同一材料で提供される。分流プレート１０６は上方フランジ部材１１２や下方フランジ部材１２０と本質的に同形、同サイズで提供される。図４で図示するように、分流プレート１０６は複数の孔部１２４を含んでいる。好適には孔部１２４は同一形状であり、レーザー加工、パンチ加工、ドリル加工等で提供できる。１好適実施例では、孔部１２４は図５で示すように分流プレート１０６上で略六角パターン１２６にてアレンジされている。好適には孔部１２４は円形であるが、他の形状であっても構わない。例えば、正方形、円形、楕円形、方形等である。孔部１２４は目的に照らして可能な限り小さな径１２８となるように提供される。例えば、０．００１インチから０．２５０インチである。全孔部１２４の合計である全孔部面積１２９は注入口１１８の注入口面積１３０より少々小さいか、同じか、少々大きく提供される。全実施形態において、全孔部面積１２９は分流プレート１０６の全面積の４５％以下である。
【００１１】
洗浄タンクの製造にあたり、分流プレート１０６を下方フランジ部材１２０上に載置し、フランジガスケット１０８aをそれらの間に設置する。フランジガスケット１０８bは分流プレート１０６の上に置く。最後に、上方タンク構造体１０２を上方フランジ部材１１２がフランジガスケット１０８bの上に設置されるように配置する。下方タンク構造体１０２と上方タンク構造体１０４は複数の固定具１３２、例えばナットとボルトでカップリングできる。ボルトとナットは下方フランジ部材１２０、分流プレート１０６及び上方フランジ部材１１２の整合穴を通す。固定具１３２は外部部材であっても、フランジガスケット１０８a、１０８bを通過するものでもよい。別実施例においては、固定具１３２は外部クランプ形態である。例えばＣ型クランプである。このように洗浄タンク１００を組み立てると、種々な分流プレート１０６を着脱式に交換できる。すなわち、異なる孔部１２４形状、サイズ及び/又は数を有した分流プレート１０６を交換利用できる。孔部１２４を変化させることで分流プレート１０６は目的とする洗浄度、部品形状及び/又は負荷形態に合わせて選択できる。
【００１２】
洗浄タンク１００は単通過式または循環式の超音波洗浄装置として利用できる。循環式超音波洗浄装置１５０は図６において概略図で示されている。一般的に、循環式超音波洗浄装置１５０は洗浄タンク１００、ポンプ１５２、直列フィルター１５４、及び流量測定堰構造体１５６を含んでいる。１好適実施例ではポンプ１５２は毎分少なくとも１タンク量以上の流量を提供するポンプ性能を有する。好適にはポンプ１５２は必要とする洗浄性能に基づいて流速を変動させることができる調整式ポンプ速度を有するものである。直列フィルター１５４は、例えば０．０３ミクロン程度までの粒子を除去できるポリエーテルスルフォン、テフロン（登録商標）、ＰＶＤＦ、ポリエステル、ポリプロピレンで提供されたフィルターを含んだ商業的に入手できる直列フィルターで提供される。図７で示すように、洗浄タンク１００は複数の外部接続超音波トランスジューサ１５８を含んでいる。１好適実施例においては、超音波トランスジューサ１５８はクレストウルトラソニック社のものであり、セラミック補強トランスジューサであって、超音波エネルギーを適した周波数である２８ＫＨｚから２．５ＭＨｚの間で供給する。超音波トランスジューサ１５８はエポキシ等の接着剤で上方タンク構造体１０２の外部に直接的に接着されている。循環式超音波洗浄装置１５０は直列熱交換器１６０をさらに含むことができる。加えて、循環式超音波洗浄装置１５０は溶解ガスを除去するための排ガスユニット１６２を含むことができる。溶解ガスは超音波エネルギーの搬送に悪影響を及ぼすことがある。図示はしないが、循環式超音波洗浄装置１５０は作動時や排液時に使用するバルブやセンサーを含むことができる。
【００１３】
循環式超音波洗浄装置１５０の利用にあたり、電子部品、医療部品または光学部品が、典型的には洗浄タンク１００内への挿入に利用されるバスケット、ラックまたは洗浄具を使用して洗浄タンク１００内に投入される。洗浄タンク１００内への対象洗浄物配置に先立ち、洗浄タンク１００は洗浄液１６６で満たされる。洗浄液１６６は脱イオン水、洗剤または適した有機溶剤のみ、あるいはそれらの混合物を含んだ水性、半水性または溶剤ベースの溶液でよい。洗浄液１６６が水性または半水性であるとき、直列熱交換器１６０は選択的に加熱または冷却し、循環ループ内の洗浄液１６６の温度を外気温と華氏２００度との間に維持する。
【００１４】
洗浄タンク１００が洗浄液１６６で満たされ、対象物を入れたバスケットが投入されると、プロセスロジックコントローラ（ＰＬＣ）が使用でき、ポンプ１５２を作動させて洗浄液１６６を直列フィルター１５４を通して注入口１１８から洗浄タンク１００内に循環させる。洗浄タンク内の液流パターンは図７で示されている。注入口１１８から送り込まれる洗浄液１６６は注入口プレート体１２２によって洗浄タンク１００の側壁側に送り出される。注入口プレート体１２２と分流プレート１０６による反圧の組み合わせによって下方タンク構造体１０４内で乱流パターン１６８が発生する。分流プレート１０６による反圧は洗浄液１６６を孔部１２４を通して上方タンク構造体１０２内に均等な液流として提供する。孔部１２４を通した均等な液流１６６は実質的に平行な層流パターン１７０を上方タンク構造体１０２内に発生させる。層流パターン１７０は洗浄液１６６が上縁部１１０に接近するまで維持される。洗浄液１６６の実質的に平行な上昇流を妨害するような上方タンク構造体１０２の内側壁に沿った内部突起や障害物が存在しないからである。
【００１５】
洗浄液１６６が上方タンク構造体１０２内を上昇する際、超音波トランスジューサ１５８は洗浄液１６６内に超音波エネルギーを供給する。超音波エネルギーは洗浄液内に高低圧相の交互パターンを発生させる。低圧相ではバブルや真空キャビティが形成される。高圧相ではバブルは激しく崩壊する。このバルブ発生と崩壊プロセスはキャビテーションと呼ばれる。キャビテーションは洗浄対象部品の表面で洗浄作用を提供し、部品から汚染物を取り除く。キャビテーションで発生するバブルは微小であり、微小な部品の隙間に進入して洗浄作用し、単純な浸透処理または撹拌処理以上の洗浄力を提供する。
【００１６】
汚染物が部品から除去されると、層流パターン１７０は汚染物を上方の上部１１０の上方にまで運搬する。洗浄液１６６が上方タンク構造体１０２から溢れると、洗浄液１６６並びに除去された汚染物は堰体１５６内に流入する。堰体１５６は排液装置を含んでおり、洗浄液１６６と汚染物はポンプ１５２の入口側に戻される。ポンプ１５２は洗浄液１６６と汚染物を直列フィルター１５４を通じて循環させ、汚染物を濾過して洗浄液１６６を注入口１１８を通して洗浄タンク１００内に戻す。
【００１７】
１好適実施例では循環式超音波洗浄装１５０は完全収納タイプである。そのようなキャビネット形態ではユーザは洗浄液１６６、望む孔部形状の分流プレート１０６、対象部品、及び循環式超音波洗浄装置１５０を作動させる電源とを供給するだけである。
【００１８】
本発明は以上の実施例で限定されない。それら実施例は本発明の説明のみを目的とするものである。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は本発明の洗浄タンクの側面図である。
【図２】図２は図１の洗浄タンクの斜視図である。
【図３】図３は下方タンク構造物の平面図である。
【図４】図４は分流プレートの平面図である。
【図５】図５は図４の分流プレートに提供された複数の孔部を示す。
【図６】図６は本発明の循環式超音波洗浄装置の１実施例の概略図である。
【図７】図７は図６の循環式超音波洗浄装置で使用される洗浄タンクの概略図である。
【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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【図７】
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【国際調査報告】
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