(57)【要約】  洗浄槽（１１）の底面（１３ａ）に複数個の圧電振動子を各々の頂面にて固定してなる超音波洗浄器において、上記の複数個の振動子（１４）が、各々幅（Ｗ）、長さ（Ｌ）、および高さ（Ｈ）が、１＜Ｈ／Ｗ＜１０、２＜Ｌ／Ｗ＜２００及び２＜Ｌ／Ｈ＜５０の各々の式を満足する、互いに間隔をあけて平行に整列配置されている５個以上の振動子からなる振動子の組を少なくとも一組含んでいることを特徴とする超音波洗浄器１０は、優れた洗浄性を示し、その製造も容易である。【特許請求の範囲】
【請求項１】
洗浄槽の底面に複数個の圧電振動子を各々の頂面にて固定してなる超音波洗浄器において、該複数個の振動子が、各々幅（Ｗ）、長さ（Ｌ）及び高さ（Ｈ）が下記の式（１）〜（３）を満足する、互いに間隔をあけて平行に整列配置されている５個以上の振動子からなる振動子の組を少なくとも一組含んでいることを特徴とする超音波洗浄器：
（１）１＜Ｈ／Ｗ＜１０
（２）２＜Ｌ／Ｗ＜２００
（３）２＜Ｌ／Ｈ＜５０。
【請求項２】
振動子の組を二組以上含み、これらの振動子の組が、各組の振動子の向きを揃えて振動子の長さ方向に間隔をあけて並べて配置されている請求項１に記載の超音波洗浄器。
【請求項３】
振動子の組を二組以上含み、これらの振動子の組が、互いに隣接する組の振動子の長さ方向が直交するようにして間隔をあけて並べて配置されている請求項１に記載の超音波洗浄器。
【請求項４】
各々の振動子の長さが２０〜１５０ｍｍの範囲にある請求項１に記載の超音波洗浄器。
【請求項５】
各組の互いに隣接する振動子と振動子との間隔が１〜１５ｍｍの範囲にある請求項１に記載の超音波洗浄器。
【請求項６】
各組の振動子の数が、１０〜５０個の範囲にある請求項１に記載の超音波洗浄器。
【請求項７】
振動子の組の数が９以下である請求項１乃至３のうちのいずれかの項に記載の超音波洗浄器。
【請求項８】
剛性板の一方の表面に複数個の圧電振動子を各々の頂面にて固定してなる超音波洗浄器用の振動板において、該複数個の振動子が、各々幅（Ｗ）、長さ（Ｌ）及び高さ（Ｈ）が下記の式（１）〜（３）を満足する、幅方向に互いに間隔をあけて平行に整列配置されている５個以上の振動子からなる振動子の組を少なくとも一組含んでいることを特徴とする超音波洗浄器用振動板：
（１）１＜Ｈ／Ｗ＜１０
（２）２＜Ｌ／Ｗ＜２００
（３）２＜Ｌ／Ｈ＜５０。
【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シリコンウエハなどの様々な物品の洗浄に用いられている。【０００３】
超音波洗浄器は、洗浄槽（容器）に洗浄液を入れ、この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振動子（例、圧電振動子）で発生させた超音波振動を付与することにより、物品に付着した汚れを取り除く器具である。上記の洗浄液としては、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。【０００４】
図９〜図１１は、従来の超音波洗浄器の代表的な構成例を示す断面図である。【０００５】
図９の超音波洗浄器１ａは、洗浄槽タイプと呼ばれている。この超音波洗浄器１ａは、洗浄液２を入れる洗浄槽３ａの底面に、円板状の圧電振動子４がその頂面にて固定された構成を有している。このような構成を持つ超音波洗浄器は、例えば、特許文献１に記載されている。【０００６】
図１０の超音波洗浄器１ｂは、振動板タイプと呼ばれている。この超音波洗浄器１ｂの構成は、洗浄槽３ｂの底板５として用いる剛性板（例、ステンレススチール製の金属板）と、その一方の表面（洗浄槽の底面となる表面）に固定された圧電振動子４とから構成される振動板６が、ボルト７ａ及びナット７ｂの脱着により交換可能とされていること以外は、図１の超音波洗浄器１ａと同様である。なお、洗浄槽３ｂの底部には、洗浄液２の漏れを防止するためのパッキン７ｃが備えられている。【０００７】
図１１の超音波洗浄器１ｃは、投込振動子タイプと呼ばれている。この超音波洗浄器１ｃは、洗浄槽３ｃの内部に、水密容器８の内側面に圧電振動子４をその頂面にて固定してなる超音波振動付与装置９が配置された構成を有している。この超音波振動付与装置９の上側の壁体は、超音波洗浄器１ｃの洗浄槽３ｃの底板として機能する（洗浄槽３ｃに入れた洗浄液２に洗浄槽底部の側から超音波振動を付与する機能を有する）。【０００８】
また、特許文献２には、洗浄槽の底面に、合成樹脂中に多数の角柱状の圧電体を互いに間隔をあけて（二次元的に）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を固定した構成の超音波洗浄器が開示されている。この超音波洗浄器は、上記の平板状（円板状）の圧電振動子よりも電気機械変換効率が高い角柱状の圧電体を持つ超音波振動子を備えており、これにより洗浄液を介して高エネルギーの超音波振動を洗浄対象の物品に付与することができるために優れた洗浄性を示すとされている。このように、洗浄槽の底面に多数の圧電振動子（上記の角柱状の圧電体及びその頂面及び底面の各々に接する電極部分から構成される）が固定された構成の超音波洗浄器は既に知られている。
【特許文献１】特開２００１−２９９０７号公報
【特許文献２】特開平１−４３３８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記のように、特許文献２の超音波洗浄器は、電気機械変換効率が高い角柱状の圧電振動子が用いられているために優れた洗浄性を示す。しかしながら、この超音波洗浄器は、非常に細長い（例えば、高さが２ｍｍで、底面の各辺の長さが前記高さの半分程度である）角柱状の圧電体の多数を合成樹脂中に整列配置させる必要があるため、その製造に手間がかかる。また、この超音波洗浄器においては、洗浄槽の底板が各々の角柱状の圧電振動子の周囲（底板の振動子が固定されていない部位）にて湾曲して、その平面方向に撓み振動し易い。従って、特許文献２の超音波洗浄器は、多数の角柱状の圧電振動子の各々が高い電気機械変換効率にて超音波振動を発生した場合であっても、これらの圧電振動子にて発生する超音波振動のエネルギーの一部が洗浄槽の底板を平面方向に撓み振動させるように用いられてしまうため、その洗浄性を一定以上に高くすることが難しい。【００１０】
本発明の目的は、優れた洗浄性を示し、そして製造も容易な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】
【００１１】
本発明は、洗浄槽の底面に複数個の圧電振動子を各々の頂面にて固定してなる超音波洗浄器において、上記の複数個の振動子が、各々幅（Ｗ）、長さ（Ｌ）及び高さ（Ｈ）が下記の式（１）〜（３）を満足する、互いに間隔をあけて平行に整列配置されている５個以上の振動子からなる振動子の組を少なくとも一組含んでいることを特徴とする超音波洗浄器にある。
（１）１＜Ｈ／Ｗ＜１０
（２）２＜Ｌ／Ｗ＜２００
（３）２＜Ｌ／Ｈ＜５０【００１２】
本発明の超音波洗浄器の好ましい態様は、次の通りである。
１）振動子の組を二組以上含み、これらの振動子の組が、各組の振動子の向きを揃えて振動子の長さ方向に間隔をあけて並べて配置されている。
２）振動子の組を二組以上含み、これらの振動子の組が、互いに隣接する組の振動子の長さ方向が直交するようにして間隔をあけて並べて配置されている。
３）各々の振動子の長さが２０〜１５０ｍｍの範囲にある。
４）各組の互いに隣接する振動子と振動子との間隔が１〜１５ｍｍの範囲にある。
５）各組の振動子の数が１０〜５０個の範囲にある。
６）振動子の組の数が９以下である。【００１３】
本発明はまた、剛性板の一方の表面に複数個の圧電振動子を各々の頂面にて固定してなる超音波洗浄器用の振動板において、上記の複数個の振動子が、各々幅（Ｗ）、長さ（Ｌ）及び高さ（Ｈ）が下記の式（１）〜（３）を満足する、幅方向に互いに間隔をあけて平行に整列配置されている５個以上の振動子からなる振動子の組を少なくとも一組含んでいることを特徴とする超音波洗浄器用振動板にもある。
（１）１＜Ｈ／Ｗ＜１０
（２）２＜Ｌ／Ｗ＜２００
（３）２＜Ｌ／Ｈ＜５０【００１４】
本発明の超音波洗浄器用振動板の好ましい態様は、上記の本発明の超音波洗浄器の場合と同様である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の超音波洗浄器は、洗浄槽の底面に固定された複数個の圧電振動子の各々により振動子の高さ方向に振動する高エネルギーの超音波振動を発生させることができ、この高エネルギーの超音波振動の大部分を（底板にて殆どエネルギーの損失を発生させることなく）洗浄液を介して洗浄対象の物品に付与することができるために優れた洗浄性を示す。また、このような構成の超音波洗浄器は、洗浄槽の底面に圧電振動子を固定する際に、各々の圧電振動子の長さが長く、取り扱いが容易であるために、その製造も容易である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
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１は、本発明の超音波洗浄器の構成例を示す一部切り欠き正面図であり、図２は、図１の超音波洗浄器１０の一部切り欠き右側面図であり、そして図３は、図１の超音波洗浄器１０の底面図である。また、図４は、図３に示す超音波洗浄器１０の底面１３ａに固定された複数個の圧電振動子１４の電気的な接続方法と、その各々の振動子１４の構成について説明する斜視図である。【００１７】
図１〜図３に示す超音波洗浄器１０は、洗浄槽１１の底面１３ａに、複数個（合計で５４個）の圧電振動子１４が各々の頂面にて固定された構成を有している。そして、後に説明するように、これらの圧電振動子１４は、各々（図４に示す）幅（Ｗ）、長さ（Ｌ）及び高さ（Ｈ）が下記の式（１）〜（３）を満足し、そして互いに間隔をあけて平行に整列配置（図３の左右の方向に整列配置）されている）１８個の振動子１４からなる振動子の組の三組（振動子の組３１、３２、３３）を含んでいる。
（１）１＜Ｈ／Ｗ＜１０
（２）２＜Ｌ／Ｗ＜２００
（３）２＜Ｌ／Ｈ＜５０【００１８】
この超音波洗浄器１０は、振動板タイプの超音波洗浄器であり、その底板１３（例えば、ステンレススチール製の剛性板が用いられる）の一方の表面（洗浄槽１１の底面１３ａとなる表面）に複数個の圧電振動子１４が固定された構成の本発明の振動板を、ボルト７ａ及びナット７ｂの脱着により交換可能に備えている。洗浄槽１１の底板１３の上面周縁部には、洗浄液２の漏れを防止するためのパッキン７ｃが備えられている。振動板タイプの超音波洗浄器は、その保守や修理を振動板の交換により簡単に行なえる利点を有している。【００１９】
洗浄槽１１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２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１１を、樹脂（例：塩化ビニル樹脂、フッ素樹脂）、ガラス、あるいはセラミックスなどから形成することが好ましい。【００２０】
図１〜図３に示す超音波洗浄器１０の洗浄槽１１は、ステンレススチールから形成され、例えば、その底面１３ａの幅が２３６ｍｍ、長さが２３６ｍｍ、そして高さが１２０ｍｍに設定される。また、洗浄槽１１の底板１３の厚みは、例えば、２ｍｍに設定される。底板１３の厚みは１〜７ｍｍ（更には１〜５、特に、１．５〜５ｍｍ）の範囲にあることが好ましい。【００２１】
上記のように、洗浄槽１１の底面１３ａには、各々１８個の圧電振動子１４から構成される振動子の組の三組（振動子の組３１、３２、３３）が備えられている。【００２２】
そして、超音波洗浄器１０が備える各々の圧電振動子１４は、図４に示す幅（Ｗ）が４．５ｍｍに、長さ（Ｌ）が５８ｍに、そして高さ（Ｈ）が６．３ｍｍに設定されている。すなわち、各々の圧電振動子１４は、その高さと幅の比（Ｈ／Ｗ）が１．４に、長さと幅の比（Ｌ／Ｗ）が１２．８に、そして長さと高さの比（Ｌ／Ｈ）が９．２に設定されており、前記の式（１）〜（３）を満足する形状とされている。【００２３】
圧電振動子１４は、圧電体１４ａと、その頂面及び底面のそれぞれに付設された電極１５ａ及び１５ｂから構成され、例えば、エポキシ樹脂系の接着剤を用いて洗浄槽１１の底面に固定されている。この接着剤により、各々の圧電振動子１４の電極１５ａと洗浄槽とは互いに電気的に絶縁されている。【００２４】
圧電体１４ａの頂面に付設された電極１５ａは、圧電振動子１４の複数個を洗浄槽の底面１３ａに固定したのちに、これらの振動子１４を電気的に接続する作業を容易にするため、圧電体１４ａの側面にまで延長して形成されている。【００２５】
圧電体１４ａ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、振動子の高さ（Ｈ）の方向に分極処理されている。そして電極１５ａ、１５ｂの各々としては、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。【００２６】
そして、洗浄槽の底面に固定された複数個の圧電振動子１４は、例えば、電気配線１６を介して互いに電気的に並列に接続された状態にて、交流電源１７に電気的に接続される。【００２７】
図１〜図３に示す超音波洗浄器１０においては、各々の圧電振動子１４の頂面と底面とに備えられた一対の電極に、例えば、主として圧電振動子の高さ（Ｈ）により定まる共振周波数（固有振動数）に対応する周波数の交流電圧を付与して各々の振動子にて超音波振動を発生させ、この超音波振動を洗浄槽１１の底板１３、そして洗浄液２を介して洗浄液に浸した洗浄対象の物品（図示は略する）に付与することにより、この物品の洗浄（超音波洗浄）が行なわれる。【００２８】
このように本発明の超音波洗浄器は、その洗浄槽の底面に固定された複数個の圧電振動子が、各々前記の式（１）〜（３）を満足する、互いに間隔をあけて平行に整列配置されている５個以上（図１の超音波洗浄器１０の場合には１８個）の振動子からなる振動子の組を少なくとも一組（図１の超音波洗浄器の場合には三組）備えているために優れた洗浄性を示す。その理由は、以下のように理解される。【００２９】
本発明の超音波洗浄器が備える複数個の圧電振動子の各々は、前記の式（１）に従い、その高さ（Ｈ）よりも短い幅（Ｗ）を持っているため、その幅方向の共振周波数（固有振動数）は、高さ方向の共振周波数よりも高い値を示す。このため、各々の圧電振動子は、上記のように振動子の高さ方向の共振周波数に対応する周波数の交流電圧を付与した場合には、その幅方向に機械的に共振し難い、すなわち幅方向に振動する超音波振動を発生し難い。従って、各々の圧電振動子に付与された交流電圧（電気的エネルギー）は、振動子の高さ方向（一部分は長さ方向）に振動する超音波振動（機械的エネルギー）に効率良く変換される。すなわち、各々の圧電振動子は、その幅方向に振動する超音波振動の発生が抑制されているために、高さ方向に振動する高エネルギーの（振幅の大きな）超音波振動を発生させることができる。【００３０】
一方、各々の圧電振動子は、前記の式（２）及び（３）に従い、その幅（Ｗ）や高さ（Ｈ）に対して２倍を超える長い長さ（Ｌ）を持っている。このように長さ（Ｌ）の長い圧電振動子の複数個（５個以上）を互いに間隔をあけて平行に整列配置して構成される振動子の組を洗浄槽の底面に固定すると、この振動子の組によって振動子の長さ方向における洗浄槽の底板の撓みの発生が抑制され、この底板が振動子の長さ方向には撓み振動し難くなる。【００３１】
更に、このように洗浄槽の底板が圧電振動子の長さ方向に撓み振動し難くなると、底板は振動子の長さ方向に対して傾斜する方向にも撓み振動し難くなる。これは、底板の圧電振動子の長さ方向に対して傾斜する方向の撓み振動は、振動子の長さ方向に沿う撓み振動成分を含んでおり、この振動成分の発生が上記の場合と同様に抑制され、その結果、底板が振動子の長さ方向に対して傾斜する方向に撓み振動し難くなるからである。【００３２】
すなわち、洗浄槽の底面に上記のように長さ（Ｌ）の長い圧電振動子の複数個（５個以上）から構成される振動子の組が少なくとも一組備えられていると、洗浄槽の底板が振動子の幅方向以外の方向には撓み振動し難くなる。【００３３】
従って、上記のように各々の圧電振動子にて発生した高エネルギーの超音波振動は、底板を殆ど撓み振動させることなく（底板にて殆どエネルギーの損失を発生させることなく）、その大部分が底板そして洗浄液中を縦波（疎密波）として伝わって洗浄対象の物品に付与される。【００３４】
このように、本発明の超音波洗浄器は、洗浄槽の底面に固定された各々の圧電振動子により振動子の高さ方向に振動する高エネルギーの超音波振動を発生させることができ、この高エネルギーの超音波振動の大部分を（底板にて殆どエネルギーの損失を発生させることなく）洗浄液を介して洗浄対象の物品に付与することができるために優れた洗浄性を示すと理解される。また、このような構成の超音波洗浄器は、洗浄槽の底面に圧電振動子を固定する際に、各々の圧電振動子の長さが長く、取り扱いが容易であるために、その製造も容易である。【００３５】
本発明の超音波洗浄器に用いる各圧電振動子は、その幅（Ｗ）と高さ（Ｈ）とが前記の式（１）（すなわち１＜（Ｈ／Ｗ）＜１０）を満足するサイズに設定される。この高さと幅の比（Ｈ／Ｗ）が１以下であると圧電振動子が幅方向に振動する超音波振動を発生し易くなり、１０以上であると圧電振動子の幅が非常に短くなり、振動子の取り扱いが難しくなり（例えば、洗浄槽の底板に固定する作業において振動子が破損しないように取り扱う必要がある）、そして洗浄槽と振動子との接着力あるいは接着力の耐久性に問題を生じる場合があるからである。このため、実用的には、各々の圧電振動子の幅は０．３ｍｍ以上であることが好ましい。【００３６】
一方、各々の圧電振動子は、その幅（Ｗ）、長さ（Ｌ）及び高さ（Ｈ）が、前記の式（２）（すなわち２＜Ｌ／Ｗ＜２００）及び式（３）（すなわち２＜Ｌ／Ｈ＜５０）を満足するサイズに設定される。上記のように、各々の圧電振動子は、その長さ方向における洗浄槽の底板の撓み振動の発生を抑制する機能を有している。このため、各々の圧電振動子としては、幅や高さに対して２倍を超える長い長さ（Ｌ）を持つものが用いられる。振動子による底板の撓み振動を抑制する機能、そして振動子の底板への取り付けの作業性を考慮すると、各々の振動子の長さ（Ｌ）は２０ｍｍ以上であることが好ましい。また、圧電振動子の長さ（Ｌ）が長すぎると、交流電圧の付与により振動子の温度が上昇した際に、底板と振動子との熱膨張係数が異なるために大きな応力が発生して、底板に接着されている振動子が底板から離脱したり、あるいは振動子にクラックを生じたりする恐れがある。このため、各々の振動子の長さ（Ｌ）は１５０ｍｍ以下、特に１００ｍｍ以下であることが好ましい。【００３７】
なお、各々の圧電振動子の高さ（Ｈ）は１０ｍｍ以下であることが好ましい。これは、後に説明するように各々の圧電振動子の厚みは洗浄対象の物品に付与する超音波振動の周波数に応じて適宜設定されるが、厚みが１０ｍｍを超えると圧電振動子が備える圧電体を製造する際の分極処理を行なうことが難しいからである。例えば、圧電振動子の厚みが１０ｍｍである場合には、その圧電体を製造する際に圧電体に約２０ｋＶの直流電圧を付与して分極処理を行なう必要があり、この高電圧の付与によって圧電体の内部にクラックや空隙を生じ易くなり、極端な場合には分極処理中に圧電体が破損してしまうからである。【００３８】
このように前記の式（１）〜（３）を満足する形状の圧電振動子を用いて振動子の組を構成する場合には、洗浄槽の底板の撓み振動の発生を十分に抑制するために、この組に含まれる振動子の数を５個以上に設定する。振動子の組に含まれる振動子の数は、洗浄槽の底面のサイズにも依るが、１０〜５０個の範囲にあることが好ましい。振動子の組に含まれる振動子の数を１０個以上あるいは更に多くの数に設定すると、洗浄液を介して洗浄対象の物品に付与される超音波振動のエネルギーが大きくなるために洗浄性を向上させることができるものの、５０個を超える数に設定すると洗浄槽に振動子を固定する作業に手間がかかる。【００３９】
また、この振動子の組の互いに隣接する振動子と振動子との間隔は１〜１５ｍｍの範囲にあることが好ましい。この間隔が１ｍｍ未満であると、洗浄槽に複数個の圧電振動子を固定する作業が困難であり、また１５ｍｍを超えると洗浄槽に入れた洗浄対象の物品に付与される超音波振動のエネルギーが小さくなり、またこの物品の表面に不均一に超音波振動が付与されるために洗浄ムラを生じ易くなるからである。【００４０】
本発明の超音波洗浄器の底面に固定される複数個の圧電振動子は、上記の振動子の組を二組以上含み、これらの振動子の組が、各組の振動子の向きを揃えて振動子の長さ方向に間隔をあけて並べて配置されていることが好ましい。洗浄槽に振動子を固定する作業に手間がかかることから、振動子の組の数は９以下であることが好ましい。【００４１】
図１〜図３に示す超音波洗浄器１０の底面に固定されている複数個の振動子には、振動子の組の三組（図３に示す振動子の組３１、３２、３３）を含み、これらの振動子の組は、各組の振動子の向きを揃えて振動子１４の長さ方向に間隔をあけて並べて配置されている。このような構成により、各組の持つ各々の振動子として、前記の式（２）及び式（３）を満足する限りにおいて、比較的に短い長さ（Ｌ）を持つ振動子を用いることができる。このため、上記の各々の振動子に交流電圧を付与した際の温度上昇が原因で生じる問題（振動子の底板からの離脱や振動子でのクラックの発生）を生じ難くなる。また、洗浄槽の底面のサイズが大きい場合（前記の式（２）及び（３）を満足する振動子の長さ（Ｌ）よりも洗浄槽のサイズが大きい場合）であっても、このように振動子の組の複数組を並べて配置することによって本発明の超音波洗浄器を構成することができるからである。【００４２】
また、本発明の超音波洗浄器においては、例えば、その各々の圧電振動子に、主としてその高さ（Ｈ）の方向の共振周波数（固有振動数）に対応する周波数の交流電圧を付与して洗浄対象の物品の洗浄を行なう。このような周波数の交流電圧を各々の圧電振動子に付与することにより、振動子の共振周波数（固有振動数）に対応する周波数の高エネルギー（大きな振幅）の超音波振動を発生させることができる。図１の超音波洗浄器１０の各々の振動子は、その高さが６．３ｍｍに設定されており、交流電圧の付与により周波数が約２００ｋＨｚの超音波振動を発生する。【００４３】
一般に、超音波洗浄器により洗浄対象の物品に付与する超音波振動の周波数（すなわち圧電振動子の高さ（Ｈ））は、この物品に付着した汚れの程度により数十ｋＨｚ〜数ＭＨｚの範囲内にて適宜選択される。例えば、半導体素子の作製に用いるシリコンウエハのようにサブミクロンオーダーの汚れの除去が必要な場合には、高い周波数（１ＭＨｚ前後）の超音波振動が用いられる。【００４４】
本発明の超音波洗浄器により、このような高周波の超音波振動を発生させるためには、各々の圧電振動子の高さ（Ｈ）を短い長さに設定すればよい。【００４５】
例えば、本発明の超音波洗浄器の各々の圧電振動子の高さ（Ｈ）を３ｍｍに設定することにより、各々の振動子により周波数が１ＭＨｚの超音波振動を発生することができ、この超音波振動を用いて洗浄対象の物品に付着したサブミクロンオーダーの汚れを除去（洗浄）することができるようになる。【００４６】
このように、各々の圧電振動子の高さ（Ｈ）を３ｍｍに設定した場合には、例えば、振動子の幅（Ｗ）は０．５１ｍｍに、そして長さ（Ｌ）は６０ｍｍに設定される。この場合の各々の振動子は、その高さと幅の比（Ｈ／Ｗ）が５．９であり、長さと幅の比（Ｌ／Ｗ）が１１８であり、そして長さと高さの比（Ｌ／Ｈ）が２０であり、前記の式（１）〜（３）を満足する形状とされている。【００４７】
そして、このような形状の圧電振動子の複数個を用いて構成した本発明の超音波洗浄器は、各々の圧電振動子により振動子の高さ方向に振動する高周波数且つ高エネルギーの超音波振動を発生させることができ、この超音波振動の大部分を（底板にて殆ど損失を発生させることなく）洗浄液を介して洗浄対象の物品に付与することができるために優れた洗浄性を示す。【００４８】
また、本発明の超音波洗浄器においては、例えば、その各々の圧電振動子に、その高さ（Ｈ）の方向の共振周波数（固有振動数）に対応する周波数を中心にして、周波数が時間的に且つ周期的に変動する交流電圧を付与して洗浄対象の物品の洗浄を行なうこともできる。これは、各々の圧電振動子に周波数が時間的に変動しない交流電圧を付与すると、洗浄槽に入れた液体中に超音波振動の定在波が生じ易く、これにより洗浄対象の物品に洗浄ムラを生じる場合があるからである。上記のように、各々の圧電振動子に周波数が時間的に且つ周期的に変動する交流電圧を付与することにより、洗浄液中に超音波振動の定在波が発生し難くなるために、洗浄対象の物品に洗浄ムラを生じ難くなるからである。この場合、各々の圧電振動子には、振動子の高さ方向の共振周波数に対応する周波数を中心として±７０ｋＨｚ（好ましくは±４０ｋＨｚ）の範囲で周波数が時間的に且つ周期的に変動する交流電圧を付与することが好ましい。【００４９】
例えば、図１〜図３に示す超音波洗浄器１０は、その各々の圧電振動子に２００±３０ＫＨｚの範囲内にて周波数が時間的に変動する交流電圧を付与することにより洗浄ムラの発生が抑制され、更に優れた洗浄性を示す。【００５０】
図５は、本発明の超音波洗浄器の別の構成例を示す断面である。図５の超音波洗浄器５０は、投込振動子タイプの超音波洗浄器である。図５の超音波洗浄器５０は、図１の超音波洗浄器１０の複数個の圧電振動子１４が固定されている底板１３の底面１３ａの側に蓋を設けて水密容器１９を構成し、この内部に複数個の振動子を備えた水密容器が洗浄槽１２の底に配置されていること以外は図１の超音波洗浄器１０と同様である。水密容器１９の底板１３は、超音波洗浄器５０の洗浄槽１２の底板として機能する（洗浄槽１２に入れた洗浄液２に洗浄槽底部の側から超音波振動を付与する機能を有する）。このような投込振動子タイプの超音波洗浄器は、既存の容器（洗浄槽）を用いて超音波洗浄器を簡単に構成できるという利点を有している。なお、図５に示す洗浄槽１２の下側の表面に、図１の超音波洗浄器１０の場合と同様にして複数個の圧電振動子を固定することにより、洗浄槽タイプの本発明の超音波洗浄器を構成することができる。【００５１】
図６は、本発明の超音波洗浄器の更に別の構成例を示す底面図である。図６の超音波洗浄器６０は、洗浄槽１１の底面１３ａに複数個（合計で５４個）の圧電振動子２４が各々の頂面にて固定されており、これらの圧電振動子２４が、各々前記の式（１）〜（３）を満足し、そして互いに間隔をあけて平行に整列配置されている６個の振動子２４からなる振動子の組の九組（振動子の組４１、４２、４３、４４、４５、４６、４７、４８、４９）を含んでいること以外は図１の超音波洗浄器１０と同様である。【００５２】
このように、本発明の超音波洗浄器の洗浄槽の底面に固定された複数個の圧電振動子は、振動子の組を二組以上（図６の超音波洗浄器６０の場合には九組）含み、これらの振動子の組が、互いに隣接する組の振動子の長さ方向が直交するようにして間隔をあけて並べて配置されていることが好ましい。このように振動子の組の二組以上を並べて配置することにより、洗浄槽の底板の平面方向における撓み振動の発生を効果的に抑制することができるため、底板における超音波振動の損失の発生を更に抑制することができるからである。【００５３】
図７は、本発明の超音波洗浄器の更に別の構成例を示す要部断面図である。図７の超音波洗浄器７０の構成は、洗浄槽の底板２５に溝２６が形成されていること以外は図１の超音波洗浄器１０と同様である。このように底板２５に溝が形成されていると、底板の内部を振動子１４の幅（Ｗ）の方向に縦波として伝わる超音波振動の発生が抑制されるため、底板における超音波振動の損失の発生を更に抑制することができるからである。底板２５の厚みは１乃至７ｍｍ（更には１〜５ｍｍ、特に１．５〜５）の範囲にあることが好ましく、そして溝２６の深さは厚みに対して１０〜９０％の範囲にあることが好ましく、２０乃至８０％の範囲にあることが更に好ましい。【００５４】
図８は、本発明の超音波洗浄器の更に別の構成例を示す要部断面図である。図８の超音波洗浄器８０の構成は、洗浄槽の底板２７に形成されている溝２８の内部に各々の圧電振動子１４が固定されていること以外は図７の超音波洗浄器７０と同様である。図８の超音波洗浄器８０もまた、図７の超音波洗浄器７０の場合と同様に底板２７における超音波振動の損失の発生を抑制することができる。【００５５】
なお、本発明の超音波洗浄器においては、その洗浄性を高くするために、洗浄槽の側面に更に上記と同様の複数個の圧電振動子を固定することができる。また、本発明の超音波洗浄器においては、洗浄槽の底面に固定された複数個の振動子に、前記の式（１）〜（３）を満足する５個以上の圧電振動子から構成される振動子の組が少なくとも一組備えられていれば、これらの式を満足しない別の圧電振動子が更に付設されていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の超音波洗浄器の構成例を示す一部切り欠き正面図である。
【図２】図１の超音波洗浄器の一部切り欠き右側面図である。
【図３】図１の超音波洗浄器の底面図である。
【図４】図３に示す超音波洗浄器１０の底面１３ａに固定された複数個の圧電振動子１４の電気的な接続方法と、その各々の振動子１４の構成について説明する斜視図である。但し、図４においては、図３に示す各々の圧電振動子１４を拡大してその構成を詳細に記載してある。
【図５】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６】本発明の超音波洗浄器の更に別の構成例を示す底面図である。但し、洗浄槽の底板を固定するために用いるボルトと、このボルトを通すために底板に形成されている孔の記載は省略してある。
【図７】本発明の超音波洗浄器の更に別の構成例を示す要部断面図である。
【図８】本発明の超音波洗浄器の更に別の構成例を示す要部断面図である。
【図９】従来の超音波洗浄器の構成例を示す断面図である。
【図１０】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１１】従来の超音波洗浄器の更に別の構成例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５７】
１ａ、１ｂ、１ｃ  超音波洗浄器
２  洗浄液
３ａ、３ｂ、３ｃ  洗浄槽
４  圧電振動子
５  底板
６  振動板
７ａ  ボルト
７ｂ  ナット
７ｃ  パッキン
８  水密容器
９  超音波振動付与装置
１０  超音波洗浄器
１１、１２  洗浄槽
１３  底板
１３ａ  底面
１４  圧電振動子
１４ａ  圧電体
１５ａ、１５ｂ  圧電振動子の電極
１６  電気配線
１７  交流電源
１９  水密容器
２４  圧電振動子
２５、２７  底板
２６、２８  溝
２５  圧電振動子
３１、３２、３３  圧電振動子の組
４１、４２、４３、４４、４５、４６、４７、４８、４９  圧電振動子の組
５０、６０、７０、８０  超音波洗浄器
Ｗ  圧電振動子の幅
Ｌ  圧電振動子の長さ
Ｈ  圧電振動子の高さ
【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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【国際調査報告】
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