JPH1170372A - 超音波発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】この発明は超音波振動子を効率よく発振駆動さ
せることができるようにした超音波発生装置を提供する
ことにある。 【解決手段】 超音波振動子１９を所定の周波数で超音
波振動させる超音波発生装置において、上記超音波振動
子を駆動する駆動信号の周波数を設定するＰＬＬ回路部
２２と、このＰＬＬ回路部によって設定された駆動信号
の周波数と上記超音波振動子からの反射波の周波数を検
出する検波器２４と、この検波器によって検出された駆
動信号と反射波との周波数の比を求め、その比が所定値
になるよう上記ＰＬＬ回路部によって駆動信号の周波数
を制御する制御装置２７とを具備したことを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、たとえば被洗浄
物を洗浄する洗浄液に超音波振動を付与するために用い
られる超音波発生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶製造装置や半導体製造装置において
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工程がある。上
記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イップ方式や被洗浄物に向けて
洗浄液を噴射して一枚づつ洗浄する枚葉方式があり、最
近では高い清浄度が得られるとともに、コスト的に有利
な枚葉方式が採用されることが多くなってきている。

【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、その振動作用によって
上記被洗浄物から微粒子を効率よく除去するようにした
洗浄方式が実用化されている。

【０００４】洗浄液に付与する振動は、従来は20〜50ｋ
Ｈｚ程度の超音波であったが、最近では600 〜3000ｋＨ
ｚ程度の極超音波帯域の音波を付与する超音波発生装置
が開発されている。

【０００５】ところで、上記超音波発生装置は装置本体
を有し、この装置本体には超音波振動子が取り付けられ
た振動板が設けられている。上記超音波振動子には超音
波発振器が接続される。この超音波発振器は所定の周波
数の駆動信号を出力し、その駆動信号を上記超音波振動
子に印加する。それによって、上記超音波振動子が超音
波振動するから、その超音波振動に上記振動板が連動
し、この振動板によって洗浄液に超音波振動を付与する
ようになっている。

【０００６】上記構成の超音波発生装置においては、超
音波発振器と負荷側（超音波振動子側）とのインピ−ダ
ンスのマッチングがとれていないと、発振効率が低下す
るということがある。

【０００７】そこで、そのような場合、発振効率を向上
させるために超音波振動子を駆動する進行波の周波数
と、超音波振動子からの反射波の周波数とを測定し、こ
れら周波数の比である、定在波比（ＶＳＷＲ）を１に近
付けることで、発振効率を向上させるということが行わ
れている。

【０００８】従来、定在波比は、進行波の周波数を手動
で設定することで行われていた。手動で進行波の周波数
を設定するようにすると、その設定を精度よく行うこと
ができないということがあったり、設定後に負荷側のイ
ンピ−ダンスが変動すると、それに気付かずに運転を継
続してしまうなどのことがあるから、超音波発生装置の
発振効率が低下し、消費電力のロスや超音波振動子の早
期損傷を招くなどのことがある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】このように、発振効率
を向上させるために進行波の周波数と反射波の周波数と
の比を設定する場合、従来はその設定を手動で行うよう
にしていたので、精度よく設定できなかったり、設定後
の変動に気付かずに運転を継続してしまうなどのことが
あった。

【００１０】この発明は、進行波の周波数を、反射波の
周波数に応じて自動的に設定できるようにすることで、
発振効率を向上させることができるようにした超音波発
生装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、超音
波振動子を所定の周波数で超音波振動させる超音波発生
装置において、上記超音波振動子を駆動する駆動信号の
周波数を設定する周波数設定手段と、この周波数設定手
段によって設定された駆動信号の周波数と上記超音波振
動子からの反射波の周波数を検出する検出手段と、この
検出手段によって検出された駆動信号と反射波との周波
数の比を求め、その比が所定値になるよう上記周波数設
定手段によって駆動信号の周波数を制御する制御手段と
を具備したことを特徴とする。

【００１２】請求項１の発明によれば、検出手段によっ
て検出された駆動信号の周波数と超音波振動子からの反
射波の周波数との比に応じて周波数設定手段により設定
される駆動信号の周波数が制御手段により制御されるか
ら、駆動信号と反射波との周波数の比が所定の値となる
よう、自動的に設定される。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施の形態を
図面を参照して説明する。

【００１４】図２に示す超音波洗浄装置は本体１を備え
ている。この本体１はノズル口体２ａと基部２ｂとに分
割されている。上記基部２ｂには上記ノズル口体２ａが
嵌合する嵌合孔３が形成されている。ノズル口体２ａと
基部２ｂとの接合面間にはこれらの液密状態を維持する
ために、ゴムや合成樹脂などで形成された弾性シ−ト４
が介装されている。

【００１５】上記ノズル口体２ａには流路５が形成され
ている。この流路５は上端から下端にゆくにつれて幅寸
法が次第に狭くなるテ−パ形状をなしていて、下端は上
記ノズル口体２ａの下端面に開口したノズル口６となっ
ている。

【００１６】上記基部２ｂに形成された嵌合孔３は、第
１の段差部７と第２の段差部８を介して上記基部２ｂの
上面側に開放している。上記第２の段差部８には振動板
９がパッキング１１を介して液密に接合され、保持体１
２によって取付け固定されている。それによって、上記
振動板９は、上記流路５の上端側と振動板９の下面側と
の間に液密な空間部１３を形成している。

【００１７】上記ノズル口体２ａには、上記流路５の下
端部の一側にノズル口体２ａの長手方向（図１の紙面に
直交する方向）に沿って主供給路１４が形成され、他側
には主排出路１５が形成されている。

【００１８】上記主供給路１４と上記空間部１３とは、
ノズル口体２ａと基部２ｂとにわたって穿設された分岐
供給路１６によって連通されている。上記主排出路１５
と上記空間部とは、同じくノズル口体２ａと基部２ｂと
にわたって穿設された分岐排出路１７によって連通され
ている。なお、上記分岐供給路１６と分岐排出路１７と
は図面上は１つだけ示されているが、実際には本体１の
長手方向に沿って所定間隔で複数設けられている。

【００１９】上記振動板９の上面には超音波振動子１９
が接合固定されている。この超音波振動子１９には超音
波発振器２１から所定の周波数の駆動信号が供給され
る。それによって、振動子１９は600 〜3000ｋＨｚ程度
で超音波振動するようになっている。

【００２０】上記超音波発振器２１は図１に示すように
周波数設定手段としてのＰＬＬ（Phase Locked Loop)回
路部２２を有する。このＰＬＬ回路部２２は電源Ｐから
の電力を所定の周波数の駆動信号に変換することができ
るようになっている。

【００２１】上記ＰＬＬ回路部２２からの駆動信号は増
幅器２３で増幅され、この増幅器２３の出力側に同軸ケ
−ブル２０を介して接続された上記超音波振動子１９に
印加される。それによって、超音波振動子１９は駆動信
号の周波数で超音波振動するから、この超音波振動子１
９が接合された振動板９もその振動に同期して振動す
る。

【００２２】上記増幅器２３の出力側には検出手段とし
ての検波器２４が接続されている。この検波器２４は上
記増幅器２３で増幅された駆動信号の周波数と、上記超
音波振動子１９からの反射波の周波数とを検出するよう
になっている。つまり、超音波発振器２１側と超音波振
動子１９側とのインピ−ダンスのマッチングが取れてい
ない場合、それらのインピ−ダンスの差に応じた強度で
反射波が生じるから、その反射波の周波数が検出され
る。

【００２３】上記検波器２４で検出された駆動信号の周
波数は第１のＡ／Ｄ変換器２５でデジタル信号に変換さ
れ、上記検波器２４で検出された反射波の周波数は第２
のＡ／Ｄ変換器２６でデジタル信号に変換される。

【００２４】各変換器２５、２６で変換されたデジタル
信号は制御装置２７に入力される。この制御装置２７は
上記第１のＡ／Ｄ変換器２５と第２のＡ／Ｄ変換器２６
からのデジタル信号、つまり駆動信号の周波数と反射波
の周波数とを比較する比較部２７ａと、この比較部２７
ａでの比較値に応じた出力信号を出力する出力部２７ｂ
とを有する。この出力部２７ｂからの出力信号はＩ／Ｏ
インタフェ−ス２８を介して上記ＰＬＬ回路部２２に入
力されるようになっている。

【００２５】つまり、上記制御装置２７は，上記比較部
２７ａで比較された駆動信号の周波数と反射波の周波数
との比の値に基づき、その比の値が１になるよう、上記
ＰＬＬ回路部２２を駆動して駆動信号の周波数を制御す
るようになっている。

【００２６】つぎに、上記構成の超音波洗浄装置の作用
について説明する。

【００２７】電源ＰからＰＰＬ回路部２２に電力が供給
されると、その電力はＰＰＬ回路部２２によって所定の
周波数の駆動信号に変換される。その駆動信号は増幅器
２３で増幅されて超音波振動子１９に印加されるから、
この超音波振動子１９は駆動信号の周波数によって超音
波振動し、この振動に振動板９が連動する。

【００２８】したがって、本体１の空間部１３に供給さ
れた洗浄液は上記振動板９によって超音波振動が付与さ
れ、ノズル口６から図示しない被洗浄物に向けて噴射さ
れることになる。

【００２９】超音波発振器２１側と負荷側である、超音
波振動子１９側とのインピ−ダンスのマッチングがとれ
ていないと、上記超音波振動子１９から反射波が生じ、
発振効率が低下する。そこで、発振効率を高めるため
に、反射波をできるだけ小さくし、定在波比を１に近付
けることが行われる。

【００３０】すなわち、増幅器２３から出力された駆動
信号の周波数と、反射波の周波数とが検波器２４で検出
され、これら周波数の比が制御装置２７で算出される。
制御装置２７はその算出値に基づいてＰＬＬ回路部２２
を制御する。それによって、駆動信号の周波数と反射波
の周波数との比が１に近付くよう、駆動信号の周波数が
制御されるから、発振効率を高めることができる。

【００３１】つまり、駆動信号の周波数は、制御装置２
７からの制御信号によって自動的に設定される。そのた
め、手動で設定する場合に比べて高精度に行えるばかり
か、超音波洗浄装置を作動させている間は常時、制御装
置２７からの制御信号によって定在波比が１になるよう
自動的に制御されるから、これらのことにより、発振効
率を向上させて電力のロスを最小限にすることができ
る。

【００３２】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、検出手段によ
って検出された駆動信号の周波数と超音波振動子からの
反射波の周波数との比に応じて周波数設定手段により設
定される駆動信号の周波数を制御手段により制御するよ
うにしたから、駆動信号の周波数を、最適な発振周波数
になるよう自動的に設定することができる。

【００３３】そのため、駆動信号の周波数を精度よく設
定することができるから、発振効率を確実に向上させる
ことができ、しかも使用中に駆動信号の周波数が最適値
からずれれば、直ちにその周波数が補正されるから、そ
のことによっても発振効率を向上させ、使用電力のロス
を低減することできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施の形態を示す制御回路図。

【図２】同じく超音波洗浄装置の概略的構成図。

【符号の説明】

１９…超音波振動子 ２２…ＰＬＬ回路部（周波数設定手段） ２４…検波器（検出手段） ２７…制御装置（制御手段）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超音波振動子を所定の周波数で超音波振
   動させる超音波発生装置において、 上記超音波振動子を駆動する駆動信号の周波数を設定す
   る周波数設定手段と、 この周波数設定手段によって設定された駆動信号の周波
   数と上記超音波振動子からの反射波の周波数を検出する
   検出手段と、 この検出手段によって検出された駆動信号と反射波との
   周波数の比を求め、その比が所定値になるよう上記周波
   数設定手段によって駆動信号の周波数を制御する制御手
   段とを具備したことを特徴とする超音波発生装置。