(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波信号を発する発振器と、
前記発振器から発せられる高周波信号を分周し、その分周後の高周波信号を連続的または断続的に出力するとともに、断続出力に際しての分周処理を断続出力の開始タイミングに合わせて逐次にリセットする駆動回路と、
前記駆動回路の出力信号を増幅する増幅手段と、
前記増幅手段の出力が超音波駆動信号として供給される超音波振動子と、
前記増幅手段と前記超音波振動子との接続間に設けられたインピーダンス整合回路と、
前記インピーダンス整合回路の入力側で進行波電力を測定する測定手段と、
前記測定手段で測定される進行波電力のピーク値に応じて前記増幅手段の増幅を制御する制御手段と、
を具備したことを特徴とする超音波駆動装置。
【請求項２】
高周波信号を発する発振器と、
前記発振器から発せられる高周波信号を分周し、その分周後の高周波信号を連続的または断続的に出力するとともに、断続出力に際しての分周処理を断続出力の開始タイミングに合わせて逐次にリセットする駆動回路と、
前記駆動回路の出力信号を増幅する増幅手段と、
前記増幅手段の出力が超音波駆動信号として供給される超音波振動子と、
前記増幅手段と前記超音波振動子との接続間に設けられたインピーダンス整合回路と、
前記インピーダンス整合回路の入力側で進行波電力および反射波電力を測定する測定手段と、
前記測定手段で測定される進行波電力のピーク値に応じて前記増幅手段の増幅を制御する制御手段と、
前記測定手段で測定される進行波電力および反射波電力に基づいて前記超音波振動子に対する出力電力の効率を算出する算出手段と、
前記算出手段の算出結果を報知する報知手段と、
を具備したことを特徴とする超音波駆動装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の超音波駆動装置において、
前記制御手段は、前記測定手段で測定される進行波電力のピーク値をホールドし、そのホールドしたピーク値と設定値との差に応じて前記増幅手段の増幅を制御することを特徴とする超音波駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、超音波駆動信号をインピーダンス整合回路を介して超音波振動子に供給する超音波駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶製造装置や半導体製造装置では、液晶用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ことが要求される。
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ィップ方式、被洗浄物に向けて洗浄液を噴射して被洗浄物を１枚ずつ洗浄する枚葉方式がある。最近では、高い清浄度が得られて、しかもコスト的に有利な枚葉方式の採用が多くなっている。
【０００３】
枚葉方式の１つとして、被洗浄物に噴射される洗浄液に超音波振動を付与し、超音波振動作用によって被洗浄物から微粒子を効率良く除去する例がある。
この枚葉方式を採用した超音波駆動装置の場合、発振器から発せられる高周波信号に基づいて超音波駆動信号が生成され、その超音波駆動信号がインピーダンス整合回路を介して超音波振動子に供給される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
超音波振動子に対する超音波駆動信号の供給形態として、超音波駆動信号を連続的に供給するパターンと、超音波駆動信号を断続的に供給するいわゆるバースト駆動のパターンとがある。
【０００５】
バースト駆動用の超音波駆動信号として、図６のようにオン期間が長くて振幅が小さいもの（デューティ大）と、図７のようにオン期間が短くて振幅が大きいもの（デューティ小）とがある。
【０００６】
これら超音波駆動信号は、電圧振幅が互いに異なるが、進行波電力の平均値は同じである。
【０００７】
ただし、超音波駆動信号の電圧振幅は、洗浄作用に大きな影響を与える。
【０００８】
この発明は上記の事情を考慮したもので、その目的とするところは、超音波振動子の振動変位量を常に最適な状態に維持することが可能な信頼性にすぐれた超音波駆動装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明の超音波駆動装置は、超音波駆動信号をインピーダンス整合回路を介して超音波振動子に供給するものであって、高周波信号を発する発振器と、この発振器から発せられる高周波信号を分周し、その分周後の高周波信号を連続的または断続的に出力するとともに、断続出力に際しての分周処理を断続出力の開始タイミングに合わせて逐次にリセットする駆動回路と、この駆動回路の出力信号を増幅する増幅手段と、この増幅手段の出力が超音波駆動信号として供給される超音波振動子と、上記増幅手段と上記超音波振動子との接続間に設けられたインピーダンス整合回路と、このインピーダンス整合回路の入力側で進行波電力を測定する測定手段と、この測定手段で測定される進行波電力のピーク値に応じて上記増幅手段の増幅を制御する制御手段と、を備えている。
【００１１】
請求項２に係る発明の超音波駆動装置は、高周波信号を発する発振器と、この発振器から発せられる高周波信号を分周し、その分周後の高周波信号を連続的または断続的に出力するとともに、断続出力に際しての分周処理を断続出力の開始タイミングに合わせて逐次にリセットする駆動回路と、この駆動回路の出力信号を増幅する増幅手段と、この増幅手段の出力が超音波駆動信号として供給される超音波振動子と、上記増幅手段と上記超音波振動子との接続間に設けられたインピーダンス整合回路と、このインピーダンス整合回路の入力側で進行波電力および反射波電力を測定する測定手段と、この測定手段で測定される進行波電力のピーク値に応じて前記増幅手段の増幅を制御する制御手段と、上記測定手段で測定される進行波電力および反射波電力に基づいて上記超音波振動子に対する出力電力の効率を算出する算出手段と、この算出手段の算出結果を報知する報知手段と、を備えている。
【００１２】
請求項３に係る発明の超音波駆動装置は、請求項１または請求項２に係る発明において、制御手段について限定している。制御手段は、測定手段で測定される進行波電力のピーク値をホールドし、そのホールドしたピーク値と設定値との差に応じて増幅手段の増幅を制御する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
［１］以下、この発明の第１の実施形態について図面を参照して説明する。  図１において、１は発振器（シンセサイザとも称す）で、後述の制御部２０からの指令に応じて動作し、たとえば１０ＭＨｚの高周波信号を発する。この高周波信号が駆動回路２に供給される。
【００１４】
駆動回路２は、発振器１から発せられる高周波信号を例えば１／１０の周波数（＝１ＭＨｚ）に分周し、その分周後の高周波信号を後述の制御部２０の出力制御信号に応じて連続的または断続的に出力する。この駆動回路２の出力が基準駆動信号として増幅手段である出力回路３に供給される。
【００１５】
出力回路３は、基準駆動信号を初段アンプ４で増幅し、その初段アンプ４の出力をコントロールアンプ５で所定の電圧レベルまで増幅し、そのコントロールアンプ５の出力をパワーアンプ６で増幅し、超音波振動子８に対する超音波駆動信号として出力する。この出力回路３と超音波振動子８との接続間に、インピーダンス整合回路７が設けられている。
【００１６】
上記インピーダンス整合回路７の入力側（出力回路３とインピーダンス整合回路７との間の通電路）に、通過型電力計３０が設けられている。通過型電力計３０は、出力回路３から超音波振動子８に向かう進行波電力Ｆｗ、超音波振動子８で反射されて出力回路３側に戻る反射波電力Ｒｗを測定するもので、それぞれの測定値に対応するレベルの電圧信号を測定信号として出力する。
【００１７】
進行波電力Ｆｗおよび反射波電力Ｒｗのそれぞれ測定信号は、進行波アンプ３１および反射波アンプ３２でそれぞれ制御用レベルまで増幅され、制御部２０に供給される。
【００１８】
また、進行波電力Ｆｗの測定信号は、ピークホールド回路３３に供給される。ピークホールド回路３３は、制御部２０から供給されるホールド制御信号に基づく所定のタイミングで、進行波電力Ｆｗの測定信号のピーク電圧レベル（進行波電力Ｆｗのピーク値に相当する）をホールドする。このホールド内容が誤差アンプ３４に供給される。
【００１９】
誤差アンプ３４は、制御部２０から供給される電力指定信号の電圧レベル（ピーク電力設定値）とピークホールド回路３３でホールドされているピーク電圧レベルとの差に対応するレベルの電圧信号を出力する。この出力が出力回路３のコントロールアンプ５に供給される。コントロールアンプ５は、誤差アンプ３４から供給される電圧信号のレベルに応じて自身の増幅度を増減制御する。
【００２０】
制御部２０は、ＣＰＵおよびその周辺回路からなり、当該装置の全体を制御するもので、進行波電力Ｆｗの測定値および反射波電力Ｒｗの測定値に基づいて超音波振動子８に対する出力電力の効率を算出する算出手段、この算出手段の算出結果をモニタ２１での表示により報知する報知手段、などを備えている。
【００２１】
つぎに、上記の構成の作用を説明する。
発振器１から高周波信号が発せられると、その高周波信号に基づく基準駆動信号が駆動回路２で生成され、その基準駆動信号が出力回路３で増幅されて超音波駆動信号となる。この超音波駆動信号がインピーダンス整合回路７を介して超音波振動子８に供給され、超音波振動子８が駆動される。
【００２２】
駆動回路２は、制御部２０からの出力制御信号に応じて、基準駆動信号を連続的または断続的に出力する。基準駆動信号の断続出力に際しては、図２に示すような断続された波形の超音波駆動信号が超音波振動子８に供給され、超音波振動子８がバースト駆動される。
【００２３】
超音波振動子８の駆動時、出力回路３から超音波振動子８に向かう進行波電力Ｆｗ、および超音波振動子８で反射されて出力回路３側に戻る反射波電力Ｒｗが、通過型電力計３０で測定される。そして、これら測定値が制御部２０に供給される。
【００２４】
制御部２０は、進行波電力Ｆｗおよび反射波電力Ｒｗに関する下式の演算により、超音波振動子８に対する出力電力の効率を求める。
出力電力の効率＝（Ｆｗ−Ｒｗ）／（Ｆｗ＋Ｒｗ）
当該装置の出荷時は、この出力電力の効率がなるべく“１”となるように（反射波電力Ｒｗがなるべく小さくなるように）、インピーダンス整合回路７が調整される。つまり、出力回路３の出力インピーダンスと超音波振動子８の固有インピーダンスとがマッチング調整される。
【００２５】
制御部２０で算出された出力電力の効率は、モニタ２１で表示される。この表示により、超音波振動子８の状態を監視することができる。たとえば、超音波振動子８が破損した場合、算出される出力電力の効率が“１”よりはるかに小さい値となる。これが表示されることにより、超音波振動子８の状態（交換時期など）を的確に判別することができる。
【００２６】
また、制御部２０は、駆動回路２に対する出力制御信号に基づく所定のタイミングで、ピークホールド回路３３に対しホールド制御信号を供給する。このホールド制御信号により、図２に示すように、進行波アンプ３１から出力される測定信号（進行波電力Ｆｗの測定信号）の電圧レベルのピーク値がピークホールド回路３３でホールドされる。
【００２７】
進行波電力Ｆｗの測定信号の電圧レベルは、超音波駆動信号の断続オンに対して立ち上がり遅れを生じ、超音波駆動信号の断続オフに対して立ち下がり遅れを生じる。これは、通過型電力計３０に積分要素が含まれているからである。
この立ち上がり遅れおよび立ち下がり遅れを外すタイミングで、制御部２０から上記ホールド制御信号が発せられる。
【００２８】
そして、制御部２０から供給される電力指定信号の電圧レベル（ピーク電力設定値）とピークホールド回路３３でホールドされているピーク電圧レベルとの差に対応するレベルの電圧信号が誤差アンプ３４から出力され、その出力信号のレベルに応じて出力回路３におけるコントロールアンプ５の増幅度が変化する。これにより、出力回路３から出力される超音波駆動信号の電圧振幅が常に一定に保持される。
【００２９】
このように、超音波駆動信号の電圧振幅が一定に保持されることにより、超音波振動子８の振動変位量を常に最適な状態に維持することができる。これにより、被洗浄物に対する良好な洗浄効果を得ることができる。
【００３０】
［２］この発明の第２の実施形態について説明する。
図３に示すように、駆動回路２は、発振器１から発せられる高周波信号を例えば１／１０の周波数（＝１ＭＨｚ）に分周する分周器１１と、この分周器１１から出力される高周波信号を後述の制御部２０から供給される出力制御信号に応じて連続的または断続的に出力する論理回路１２とを備え、出力制御信号に同期したイネーブル信号を論理回路１２から分周器１１に供給する構成となっている。
【００３１】
とくに、分周器１１は、単に分周を行うだけでなく、断続出力に際しての出力制御信号の高レベル期間をイネーブル信号から捕らえ、その高レベル期間の開始タイミング（断続出力の開始タイミング）に合わせて分周処理を逐次にリセットすることにより、高レベル期間に入った後で立ち上がりが始まる波形の高周波信号を生成する。
【００３２】
図４は、断続出力に際しての出力制御信号、イネーブル信号が無い場合に分周器１１から出力される高周波信号、イネーブル信号が有る場合に論理回路１２から出力される基準駆動信号のそれぞれ電圧波形を示している。
【００３３】
すなわち、イネーブル信号が無い場合に分周器１１から出力される高周波信号は、出力制御信号の高レベル期間の開始タイミングにおいて、波形がまちまちである。この状態で論理回路１２から出力される基準駆動信号は、図５に示すように、電圧振幅がスパイク状に大きく変化する異常波形となる。この異常波形は、超音波振動子８の駆動に悪影響を与えてしまう。
【００３４】
イネーブル信号が有る場合、分周器１１から出力される高周波信号は、出力制御信号が高レベル期間に入った後で立ち上がりが始まる波形となる。これに伴い、論理回路１２から出力される基準駆動信号は、図４に示しているように、出力制御信号が高レベル期間に入った後で立ち上がりが始まる良好な波形となる。
【００３５】
このように、良好な波形の基準駆動信号が得られることにより、超音波振動子８に対する常に良好な駆動が可能となる。
なお、高レベル期間に入った後で立ち上がりが始まる波形の高周波信号を分周器１１で生成するようにしたが、高レベル期間に入った後で立ち下がりが始まる波形の高周波信号を分周器１１で生成するようにしてもよい。
【００３６】
他の構成および作用効果については、第１の実施形態と同じである。
この発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、要旨を変えない範囲で種々変形実施可能である。
【００３７】
【発明の効果】
以上述べたようにこの発明によれば、超音波振動子の振動変位量を常に最適な状態に維持することが可能な信頼性にすぐれた超音波駆動装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態の構成を示すブロック図。
【図２】各実施形態における超音波駆動信号の電圧波形および値は電力の測定信号の電圧波形を示す図。
【図３】第２の実施形態の構成を示すブロック図。
【図４】第２の実施形態における出力制御手段、イネーブル信号が無い場合の高周波信号、イネーブル信号が有る場合の基準駆動信号のそれ電圧波形を示す図。
【図５】第２の実施形態に係る基準駆動信号の異常波形を示す図。
【図６】超音波駆動信号の電圧波形の一例を示す図
【図７】超音波駆動信号の電圧波形の他の例を示す図
【符号の説明】
１…発振器、２…駆動回路、３…出力回路、７…インピーダンス整合回路、８…超音波振動子、１１…分周器、１２…論理回路、２０…制御部、２１…モニタ、３０…通過型電力計、３３…ピークホールド回路、３４…誤差アンプ
【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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