(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
洗浄用流体を貯留する処理槽と、
中実にして長手状に形成されて該洗浄用流体に浸り、両端が該洗浄用流体から露出した状態で該処理槽に装着された振動伝達部材と、
該振動伝達部材の一端に結合されて該振動伝達部材の長手方向に超音波振動を発する振動子とを備え、
前記超音波振動に基づき前記振動伝達部材の半径方向に発せられる超音波エネルギーを以て洗浄をなすことを特徴とする洗浄装置。
【請求項２】
前記振動伝達部材の長さは、前記振動子が発する超音波振動の半波長の整数倍に設定されていることを特徴とする請求項１記載の洗浄装置。
【請求項３】
前記振動伝達部材のノーダル・ポイントに雄ねじが形成され、前記処理槽に設けた取付け用開口の内周部に雌ねじが形成され、該雌ねじに前記雄ねじを螺合せしめることで前記振動伝達部材の装着が完了することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の洗浄装置。
【請求項４】
前記振動伝達部材及び振動子からなる超音波エネルギー発生部が、前記処理槽に対して粘弾性部材を介して取り付けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の洗浄装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、長手状の振動伝達部材からその半径方向の超音波エネルギーを洗浄用液体内に放射して洗浄を行う洗浄装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の洗浄装置の一例を図４に示す。当該洗浄装置は特公平５−４３４３７号公報において開示されているものである。
【０００３】
図示のように、この洗浄装置は、洗浄用流体１０１を貯留する処理槽１０２と、超音波エネルギー発生部１０４とを有している。該超音波エネルギー発生部１０４は、長手状に形成されて一端側が該洗浄用流体１０１に浸るように該処理槽１０２に水平に装着された振動伝達部材１０６と、該振動伝達部材１０６の他端に結合されて該振動伝達部材の長手方向に超音波振動を発する振動子１０７とからなる。
【０００４】
なお、振動伝達部材１０６は、取付フランジ１０９及び密封フランジ１１０によって処理槽１０２の側壁部に取り付けられている。
【０００５】
上記振動子１０７は例えば電歪素子からなり、図示しない発振器によって所定周波数の電圧を印加されて作動し、この周波数の超音波振動を発する。上記振動伝達部材１０６は、その長さが、振動子１０７より付与される超音波振動の半波長の整数倍に設定され、共振する。
【０００６】
かかる構成の洗浄装置においては、上記振動伝達部材１０６はそのポアッソン（Ｐｏｉｓｓｏｎ）結合によって、振動子１０７より付与される長手方向の超音波振動（図４で矢印Ｕで示す）に基づく半径方向の超音波エネルギーを発する。図５は図４に関するＤ−Ｄ断面を示すものであるが、この図５において該超音波エネルギーの放射方向を矢印Ｅで示す。この超音波エネルギーが洗浄用流体１０１に伝わることで、該洗浄用流体内に浸漬されている被洗浄物（図示せず）が洗浄される。
【０００７】
当該洗浄装置では、上記振動伝達部材１０６からの超音波エネルギーは全方向（３６０°）に向かい、しかもそれが処理槽１０２の内壁面で反射を繰り返すため、定在波音場とならずに拡散音場が形成される。故に、洗浄むらが生じ難いと言える。
【０００８】
また、振動伝達部材１０６が長く、それ自体が比較的大きな音響インピーダンスを有するから、例えば洗浄用流体１０１が無い状態での作動、つまり空焚きの状態になっても出力の異常な上昇が防止されると考えられる。
【０００９】
更に、薄い処理槽１０２の底部及び側壁にキャビテーションが生じ難く、エロージョンによる液漏れ等の懸念がない。
【００１０】
その他、次のような優位点が前記公報（特公平５−４３４３７号）に記載されている。
【００１１】
第一に、振動伝達部材１０６が大きな放射面を有することから、負荷、すなわち洗浄用流体１０１に対する音響整合が良好で、単一の振動子１０７にて充分な洗浄効果が得られる点。第２に、振動子１０７は一種類を用意するだけで、振動伝達部材１０６のみを顧客の求めに応じて製造すればよいから、製造コストが安く済む点である。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように数々の優位点を有する洗浄装置であるが、下記の問題を擁している。
【００１３】
すなわち、振動子１０７から振動伝達部材１０６の長手方向に付与される超音波振動は、そのエネルギーの全てが半径方向の超音波エネルギーとして変換される訳ではなく、一部が該振動伝達部材１０６の先端面から放射されてしまう。この先端面から放射される超音波エネルギーは洗浄に有効に作用せず、損失となる。
【００１４】
本発明は上記した点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、振動子から付与される超音波振動のエネルギーを極く高い効率を以て振動伝達部材の半径方向の超音波エネルギーに変換することができる洗浄装置を提供することである。
【００１５】
また、本発明は、更に他の効果を奏し得る洗浄装置を提供する。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明は、洗浄用流体を貯留する処理槽と、中実にして長手状に形成されて該洗浄用流体に浸り、両端が該洗浄用流体から露出した状態で該処理槽に装着された振動伝達部材と、該振動伝達部材の一端に結合されて該振動伝達部材の長手方向に超音波振動を発する振動子とを備え、前記超音波振動に基づき前記振動伝達部材の半径方向に発せられる超音波エネルギーを以て洗浄をなすことを特徴とする。
【００１７】
加えて、更に他の種々の効果を得るために、下記の各構成が採用されている。
【００１８】
すなわち、前記洗浄装置においては、前記振動伝達部材の長さが、前記振動子が発する超音波振動の半波長の整数倍に設定されている。
【００２０】
また、前記洗浄装置では、前記振動伝達部材のノーダル・ポイントに雄ねじが形成され、前記処理槽に設けた取付け用開口の内周部に雌ねじが形成され、該雌ねじに前記雄ねじを螺合せしめることで前記振動伝達部材の装着が完了する。
【００２１】
更に、前記洗浄装置では、前記振動伝達部材及び振動子からなる超音波エネルギー発生部が、前記処理槽に対して粘弾性部材を介して取り付けられている。
【００２２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施例を、添付図面を参照しながら説明する。
【００２３】
図１は本発明の第１実施例としての洗浄装置の縦断面を示す図であり、図２はこの図１に関するＡ−Ａ矢視図である。これらの図から、当該洗浄装置は、純水等の洗浄用流体１を貯留する処理槽２と、超音波エネルギー発生部４とを備えている。この超音波エネルギー発生部４は、振動伝達部材６と、該振動伝達部材６に結合された振動子７とからなる。
【００２４】
上記振動伝達部材６はジュラルミン等を素材とし、断面形状は本実施例の場合円形であって中実となされ、長手状に形成されている。そして、一端側が上記洗浄用流体１に浸るように処理槽２に鉛直に装着されている。
【００２５】
詳しくは、該振動伝達部材６のノーダル・ポイント（振動の節）にフランジ６ａが形成されており、該フランジ６ａの外周部に雄ねじ６ｂが形成され、処理槽２の底部に設けた取付け用開口の内周部に形成した雌ねじ２ａに該雄ねじ６ｂを螺合せしめることで該振動伝達部材６の装着が完了する。但し、該雄ねじ６ｂを雌ねじ２ａに螺入させる際に両者の間にバルカテープを介装し、液密性を確保する。このような取付構造は構造自体が極く簡単で、取付け用としての部品は全く不要であるから製造コストの低減が図り易く、又、取付・取り外し作業も極めて容易に行える。
【００２６】
なお、上記フランジ６ａを設けることをせずに、振動伝達部材６の外周部にそのまま雄ねじ６ｂを形成してもよい。
【００２７】
前記振動子７は、上記振動伝達部材６の他端、すなわち、前記処理槽２の外部に存する端面に固着されている。処理槽２は支持台９上に搭載されており、処理槽２の下方に突出した振動伝達部材６の他端部と該振動子７はこの支持台９内に位置している。
【００２８】
上記振動子７は例えば電歪素子からなり、図示しない発振器によりケーブル１１を通じて所定周波数の電圧を印可されて作動し、この周波数の超音波振動を発する。この超音波振動は、振動伝達部材６の長手方向に付与される。上記振動伝達部材６は、その長さＬが、振動子７より付与される超音波振動の半波長（λ／２）の整数倍に設定され、共振する。
【００２９】
なお、本実施例の場合、振動伝達部材６の長さＬは３７９ｍｍ、直径ｄは６６ｍｍとなされている。振動子７より付与される超音波振動の１波長（λ）は本実施例では２５２ｍｍであり、この長さＬ及び直径ｄは夫々、この１波長の約１．５倍、１波長の約１／４〜１／３倍となっている。
【００３０】
当該洗浄装置においては、上記振動伝達部材６はそのポアッソン（Ｐｏｉｓｓｏｎ）結合によって、振動子７より付与される長手方向の超音波振動（図１で矢印Ｕで示す）に基づく半径方向の超音波エネルギーを発する。図２は図１に関するＡ−Ａ矢視図であるが、この図２において、振動伝達部材６から発せられる該超音波エネルギーの方向を矢印Ｅで示す。この超音波エネルギーが洗浄用流体１に伝わることで、該洗浄用流体内に浸漬されている被洗浄物（図示せず）の洗浄がなされる。この半径方向に発せられる超音波エネルギーによる洗浄効果等は、基本的には前述した従来の洗浄装置と同様であり、その説明は重複する故にここでは省略する。
【００３１】
続いて、当該洗浄装置がその特徴とする構成について説明する。
【００３２】
図１に示すように、前記振動伝達部材６の上端が洗浄用流体１の液面から大気中に露出せしめられ、この状態で洗浄作業が行われる。かかる構成では、大気の音響インピーダンスが洗浄用流体１の音響インピーダンスに比して極めて小であることから、大気側には振動エネルギーはほとんど伝わらない。故に、振動子７から振動伝達部材６に付与される長手方向の振動エネルギーは該振動伝達部材６の先端から無駄に放射されることがなく、ほとんど全てが半径方向の超音波エネルギーに変換されて洗浄用流体１中に効率的に放射される。よって、高い洗浄効果が得られる。
【００３３】
ここで、図２において記号ａで示す寸法、すなわち上記振動伝達部材６が洗浄用流体１の液面から露出する寸法は、特に、振動子７から付与される超音波振動の半波長（λ／２）の約１／１０乃至約１／２（約λ／２０〜約λ／４）とされる。換言すれば、洗浄用流体１の液面の位置を振動伝達部材６の先端からこの範囲内に収まるようになす。この範囲では振動伝達部材６に比較的大きな半径方向の振動が誘起され、この範囲内に液面を位置させることで洗浄用流体１への振動エネルギーの放射効率が更に高められ、有効である。
【００３４】
なお、洗浄用流体１の液面の位置は、図１に示すように処理槽２の縁よりも下にする場合と、液面に浮遊したパーティクル（ｐａｒｔｉｃｌｅ）を除去すべく洗浄用流体１をこの縁から流出させるために該縁まで上げる場合とがあるが、いずれの場合も上記の範囲内に液面を設定することが好ましい。
【００３５】
【実施例】
続いて、上記第１実施例のものと同様の洗浄効果を奏し得る第２実施例としての洗浄装置を、図３に基づいて説明する。但し、この第２実施例に関し、上述した第１実施例の洗浄装置の構成部分と同一又は対応する構成部分については同じ参照符号を用いて示し、該部分についての説明は重複する故に省略し、要部のみの説明に止める。
【００３６】
図示のように、この第２実施例では、処理槽２に対する超音波エネルギー発生部４の取付けの構造が第１実施例ものと異なる。
【００３７】
すなわち、振動伝達部材６のノーダル・ポイントにフランジ６ｄが形成されており、処理槽２の底部に形成した開口２ｃに上方から振動伝達部材６を挿通して該フランジ６ｄと該底部との間にパッキン１５を介装している。そして、このフランジ６ｄの上面側にもパッキン１６を配し、略椀状のホルダー１８を振動伝達部材６に上方から外嵌させている。更に、処理槽２の底部に形成したボルト挿通孔に下面側からボルト２０を挿通し、かつ、ホルダー１８の外周部に螺合させている。これらボルト２０の頭部と処理槽２の底部との間にはＯリング２２が介装されている。処理槽２の底部に形成された開口２ｃとホルダー１８に形成された開口１８ａの各内周部に対し、振動伝達部材６は非接触となっている。つまり、該振動伝達部材６はそのフランジ６ｄにてパッキン１５、１６と接触するだけである。
【００３８】
上述した取付構造によれば、振動伝達部材６及び振動子７からなる超音波エネルギー発生部４は粘弾性部材としてのパッキン１５、１６を介して処理槽２に支持されるから、該超音波エネルギー発生部４が発生する超音波エネルギーが処理槽２に伝達されることが防止され、発生する超音波エネルギーは全て洗浄用流体１に有効に伝えられる。
【００３９】
なお、前述した各実施例では上記超音波エネルギー発生部４が鉛直に設置されているが、これを傾けてもよい。傾ける場合、振動伝達部材６から半径方向に発せられる超音波エネルギーの放射方向を任意に定めることができ、被洗浄物の向き等に有効に対応できるなどの効果が得られる。
【００４０】
また、上記各実施例において、振動伝達部材６の断面形状を円形としているが、角形や楕円形など他の形状の断面形状としても良いことは勿論である。
【００４１】
更に、本発明は、前述した各実施例の構成に限らず、これら各実施例が含む構成を互いに組み合わせたり応用させ合うことなどにより、多岐にわたる構成を実現できるものである。例えば、図３に示した第２実施例におけるホルダー１８の外周部に雄ねじを形成し、図１に示した処理槽２の雌ねじ２ａにこの雄ねじを螺合させることで取付けを行うようにしてもよい。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による洗浄装置では、振動伝達部材の先端が洗浄用流体の液面から露出した状態で使用される。従って、振動子から該振動伝達部材に付与される長手方向の振動エネルギーは該先端から無駄に放射されることがなく、ほとんど全てが半径方向の超音波エネルギーに変換されて効率的に放射される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の第１実施例としての洗浄装置の縦断面図である。
【図２】図２は、図１に関するＡ−Ａ矢視図である。
【図３】図３は、本発明の第２実施例としての洗浄装置の縦断面図である。
【図４】図４は、従来の洗浄装置の縦断面図である。
【図５】図５は、図４に関するＤ−Ｄ断面図である。
【符号の説明】
１          洗浄用流体
２          処理槽
４          超音波エネルギー発生部
６          振動伝達部材
７          振動子
１５、１６    パッキン（粘弾性部材）
【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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