JP2007245129A - Ultrasonic cleaner - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は超音波洗浄装置に関し、特に、超音波振動を加えた洗浄液を被洗浄物に吹き付けて洗浄を行う噴射形超音波洗浄装置に関するものである。 The present invention relates to an ultrasonic cleaning apparatus, and more particularly to an injection type ultrasonic cleaning apparatus that performs cleaning by spraying a cleaning liquid to which ultrasonic vibration is applied to an object to be cleaned.
半導体シリコンウェハー、液晶用のガラス、ハードディスク等の微細加工用の精密洗浄には、高周波の超音波洗浄装置が用いられており、特に、汚れの再付着の少ない噴射形超音波洗浄装置が用いられている。 High-frequency ultrasonic cleaning equipment is used for precision cleaning for fine processing of semiconductor silicon wafers, liquid crystal glass, hard disks, etc., and in particular, jet-type ultrasonic cleaning equipment with little dirt reattachment is used. ing.
噴射形超音波洗浄装置は、超音波振動を加えた洗浄液をノズル状の噴射口から吹き出し、被洗浄物に対して斜めに吹き付けて汚れを落とす構造を有しているため、汚れの再付着が少なく洗浄効果は極めて優れている。 The jet type ultrasonic cleaning device has a structure in which cleaning liquid with ultrasonic vibration is blown out from the nozzle-like jet port and sprayed obliquely against the object to be cleaned to remove the dirt. The cleaning effect is very small.
図13は従来の超音波洗浄機を示す概念図である。図13に示すように、ノズル本体1は洗浄液噴出口7、およびこの洗浄液噴出口7と連通し、洗浄液噴出口7に近づくにつれて内径が小さくなった円錐状のノズル部11を有している。また、ノズル部11の上方には図に示すように超音波振動子2が設けられており、この超音波振動子2は洗浄液供給管3からノズル本体1内部に供給される洗浄液9に対して超音波を付与する。超音波振動子2より付与された超音波は、洗浄液9とともに洗浄液噴出口7から放射されて基板である被洗浄物10に達する。このとき、基板を回転させることにより洗浄効果を高めることができる。このように超音波洗浄機を使用すると、洗浄液9による洗浄効果と超音波による洗浄効果とを得ることができる。超音波洗浄機に供給される洗浄液9としては、純水、アンモニア水や過酸化水素水等を使用することができ、また、これらの洗浄液9は80℃程度の高温で使用される場合もある。 FIG. 13 is a conceptual diagram showing a conventional ultrasonic cleaner. As shown in FIG. 13, the
ところで、超音波洗浄機では、上記のように比較的気化しやすい薬液が洗浄液9として使用されるとともに、高温で使用される場合もあるため、洗浄液供給管3やノズル本体1の内部で気泡が発生する。そして、発生した気泡は、洗浄液9とともにノズル本体1に到達し、ノズル本体1内において、洗浄液9は洗浄液噴出口7に向かって流れるが、気泡は洗浄液9に対して比重が軽いために浮上して、超音波振動子2の付近に留まることになる。このように気泡が留まると、超音波振動子2から放射される超音波エネルギーが気泡に遮られて洗浄液9に十分に伝わらず、ノズル本体1から放射される超音波が弱くなり十分な洗浄効果を得ることができない。 By the way, in the ultrasonic cleaning machine, the chemical liquid that is relatively easy to vaporize as described above is used as the cleaning
また、気泡が占める面積が大きくなると、超音波振動子2からエネルギーの放出が行われずに、その寿命を縮めるばかりか超音波振動子2の破損の原因にもなる問題点もあった。このため、図13に示すようにノズル本体1の洗浄液供給管3と対向する側面に空気抜配管4を設け、発生した気泡が洗浄液9とともに空気抜配管4から排出されるようにしている。 In addition, when the area occupied by the bubbles is increased, energy is not released from the
しかしながら、図13に示す超音波洗浄機では、空気抜配管4が超音波振動子2の洗浄液9との接液面より下にあるため、超音波振動子2の下部に気泡が留まってしまうという問題点があった。また、超音波振動子2のノズル部11が洗浄液噴出口7に近づくにつれて内径が小さくなる円錐状となっているため、噴射される洗浄液9は洗浄液噴出口7の中央では真直ぐ流れるが、端では内側に向かって流れるので、洗浄液9がノズル本体外で集束し、その後分散する。そのため、洗浄液噴出口7からの距離によって洗浄力が異なり、洗浄液噴出口7から離れすぎると洗浄力が低下するという問題点もあった。 However, in the ultrasonic cleaning machine shown in FIG. 13, the
上記の気泡の滞留と洗浄液9の集束の問題を解決するため、図14に示すような超音波洗浄機が提案されている。図14に示す超音波洗浄機では、ノズル本体1の洗浄液供給管3と対向する側面に設けられた空気抜配管4が、超音波振動子2の接液面より高くなる位置に設けられている。したがって、洗浄液供給管3から供給された洗浄液9のうち噴射に必要な大部分は洗浄液噴出口7から噴射され、残部が空気抜配管4から排出され、ノズル部11内の気泡は空気抜配管4から流出する液体によって押し出されるが、このとき、空気抜配管4の位置が超音波振動子2の接液面より高くなっているので、気泡の浮力が空気抜配管4の方向に働き、気泡が出やすくなる。 In order to solve the above-described problem of air bubble retention and cleaning
また、ノズル本体1のノズル部11の下部には内径が一様な平行流路12が設けられており、洗浄液供給管3からノズル本体1に供給された洗浄液9はノズル部11の上部で加速されるとともに、平行流路12を通過することによって洗浄液全体が同じ方向に流れるように整えられるので、勢いを増した洗浄力を保つことができる。(例えば特許文献1,2) Further, a
従来の超音波洗浄機は上記のように構成されているが、図13に示す従来の超音波洗浄機では、超音波振動子2から出た超音波が平行に進み、ノズル部11の側面に当たると、ノズル部11の側面で反射されるので、超音波振動子2から発生した超音波の一部は真直ぐに洗浄液噴出口7を通過し、また、他の超音波の一部はノズル部11の下部でさらに反射されて洗浄液噴出口7を通過し、これら洗浄液噴出口7を通過した超音波は洗浄液噴出口7の外側で集束される。図13に示す超音波洗浄機では、超音波のノズル部11での反射回数は数回であるが、図14に示す超音波洗浄機では、内径が一様な平行流路12では45度の角度で超音波が反射するので、超音波が減衰して洗浄効果が落ちるという問題点があった。 The conventional ultrasonic cleaner is configured as described above. However, in the conventional ultrasonic cleaner shown in FIG. 13, the ultrasonic waves emitted from the
また、図13、図14に示す従来の超音波洗浄機では、空気抜配管4がノズル本体1の側面に設けられているので、気泡とともに洗浄液もこの空気抜配管から排出されるため、洗浄液噴出口7から噴射される洗浄液の圧力が低下し、洗浄効果が落ちるという問題点があった。 Further, in the conventional ultrasonic cleaner shown in FIGS. 13 and 14, since the
本発明は、上記問題点を鑑みてなされたものあり、超音波の減衰、洗浄液の流体圧損を小さくして洗浄効果を高めることができる、超音波振動を加えた洗浄液を被洗浄物に吹き付けて洗浄を行う噴射形超音波洗浄装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and it is possible to improve the cleaning effect by reducing the attenuation of ultrasonic waves and the fluid pressure loss of the cleaning liquid. It is an object of the present invention to provide an injection type ultrasonic cleaning apparatus that performs cleaning.
超音波振動を加えた洗浄液を被洗浄物に吹き付けて洗浄を行う噴射形超音波洗浄装置において、管の外表面に圧電素子を接合し、管内を流れる洗浄液に、洗浄液の流れ方向とほぼ直交する方向から超音波振動を付与するものである。In a jet type ultrasonic cleaning apparatus that performs cleaning by spraying cleaning liquid with ultrasonic vibrations on the object to be cleaned, a piezoelectric element is bonded to the outer surface of the tube, and the cleaning liquid flowing in the tube is almost orthogonal to the flow direction of the cleaning liquid. The ultrasonic vibration is applied from the direction.
前記圧電素子の形状が、管の長さ方向の長さをL、管の径方向の長さをTそして、LとTに直交する方向をWとすると、TはWより大きく、Lは2Tより大きいものである。 Assuming that the shape of the piezoelectric element is L in the length direction of the tube, T in the radial direction of the tube, and W in the direction perpendicular to L and T, T is greater than W and L is 2T. It ’s bigger.
前記圧電素子の形状がリング状であり、かつ圧電素子が複数であるものである。そして、管の長さ方向に等間隔に位置しているものである。 The piezoelectric element has a ring shape and a plurality of piezoelectric elements. And it is located at equal intervals in the length direction of the tube.
超音波の減衰および流体圧損が小さい、超音波振動を加えた洗浄液を被洗浄物に吹き付けて洗浄を行う噴射形超音波洗浄装置を提供できる。 It is possible to provide an injection type ultrasonic cleaning apparatus that performs cleaning by spraying a cleaning liquid to which an ultrasonic vibration is applied, on which an ultrasonic vibration is applied, with small ultrasonic attenuation and fluid pressure loss.
図1は、本発明の実施の形態を示す基本的な構成を示す斜視図である。 FIG. 1 is a perspective view showing a basic configuration showing an embodiment of the present invention.
外径8mm、内径4mmのステンレス製の管14の外周部を研磨して、外周部を正4角形にする。その4辺に圧電素子13である圧電セラミック8個をエポキシ樹脂により接合する。圧電セラミックの寸法はLが58.5mm、Hが3mmそしてWが0.51mmであり、かつ分極方向は矢印が示すようにH方向である。そして圧電セラミックだけの主にH方向の振動モードの固有振動数は1.029MHzである。また、図示はしないが、分極方向に垂直な2面に銀電極を設けている。また、管の軸方向と圧電セラミックのL方向を一致させている。ここで使用した圧電セラミックの形状を図5の斜視図に示す。 The outer peripheral portion of a
図2は、管14だけを示す斜視図である。管14の内側は誇張して表現しているが、主に径方向に伸縮振動している。 FIG. 2 is a perspective view showing only the
図3は、さらに管14の内側だけの変形を示したものであり、点線が変形前であり、実線が変形した様子を示すものである。変形した実線が示すように径方向に伸縮している。 FIG. 3 further shows the deformation only inside the
図4は、図3に示した管の内側の変形により、管の位置aからbの位置までの洗浄液の圧力の高さを示したものである。図中の上向きの矢印は圧力が高いことを示し、下向きの矢印は圧力が低いことを示す。このように軸方向に粗密波を成す。 FIG. 4 shows the height of the pressure of the cleaning liquid from the position a to the position b of the tube due to the deformation inside the tube shown in FIG. An upward arrow in the figure indicates that the pressure is high, and a downward arrow indicates that the pressure is low. In this way, a close-packed wave is formed in the axial direction.
また、図5の矢印方向の振動を効率よく得るには、圧電素子13である圧電セラミックの電気機械変換効率が高い縦効果を用いることが望ましく、そのために図5の矢印方向であるH方向の圧電セラミックの分極が必要である。振動方向と分極方向が一致した縦振動は電気機械変換効率が高く、エネルギー効率の高い振動モードである。 Further, in order to efficiently obtain the vibration in the direction of the arrow in FIG. 5, it is desirable to use the longitudinal effect having high electromechanical conversion efficiency of the piezoelectric ceramic that is the
図5の矢印方向の振動の所望の振動モードを効率的に得るためには、すくなくともHがWより大きいことが必要であり、式1の関係が必要である。 In order to efficiently obtain the desired vibration mode of the vibration in the direction of the arrow in FIG. 5, it is necessary that at least H is greater than W, and the relationship of
W<HW <H
また、軸方向にも長く超音波エネルギーを与えるためには圧電セラミックの長さLがHの2倍より大きいことが望ましい。これを式で表現すると式2の関係が必要である。 In order to apply ultrasonic energy long in the axial direction, the length L of the piezoelectric ceramic is preferably larger than twice H. When this is expressed by an equation, the relationship of
H<L/2H <L / 2
式1と式2の関係を合わせて1つの式にすると式3の関係になる。 If the relationship of
W<H<L/2W <H <L / 2
また、管14の形状の外側が円であるときは、図6に示すように管と接する圧電素子13の面を円弧状にする。ここでWは、上面の円弧と下面の円弧の平均値をWとする。そして、長辺をLとし、高さをHとすると図6の矢印方向の振動を効率よく得るには、図5と同様に式3の関係が必要である。 When the outside of the shape of the
次に図示しない超音波発振回路より約1MHzの周波数の電圧を圧電素子13である圧電セラミックに印加し、このステンレス製の円管14の一方の端である洗浄液供給口6に洗浄液9を流す。そうすると他方の端の洗浄液噴出口7から超音波振動が印加された洗浄液9が噴出される。そして図示しない被洗浄物に当たり、超音波洗浄が行われる。 Next, a voltage having a frequency of about 1 MHz is applied to the piezoelectric ceramic that is the
ステンレス製の円管14は、圧電素子13の超音波振動により、概念図2〜4に示すように径方向に伸縮振動する。そして管内の洗浄液9は管が径方向に伸びたときには、圧力が小さくなりいわゆる洗浄液密度が粗になり、管が径方向に縮んだときには、圧力が高くなりいわゆる洗浄液密度が密となる。 The stainless steel
流れる洗浄液は流れ方向に粗密波となり、超音波が洗浄液に載って被洗浄物に当たり、洗浄液による洗浄効果と超音波による洗浄効果が得られる。 The flowing cleaning liquid becomes a dense wave in the flow direction, and the ultrasonic wave is placed on the cleaning liquid and hits the object to be cleaned, so that the cleaning effect by the cleaning liquid and the cleaning effect by the ultrasonic wave are obtained.
従来の図13、図14に示すノズル方式の超音波洗浄機においては、超音波振動源から離れるに従い減衰しまう。また、構造が複雑であり洗浄液の圧損が大きい。 In the conventional ultrasonic cleaning machine of the nozzle type shown in FIG. 13 and FIG. Further, the structure is complicated and the pressure loss of the cleaning liquid is large.
これに対して、本発明の構成は管をそのまま使用するので、従来の複雑な構成に比較して洗浄液の圧損は大幅に低減できる。また、洗浄液流入口6から洗浄液噴出口7まで超音波振動を洗浄液に与えることができるので超音波の減衰は、ほとんどないと考えられる。 On the other hand, since the structure of the present invention uses the pipe as it is, the pressure loss of the cleaning liquid can be greatly reduced as compared with the conventional complicated structure. Further, since ultrasonic vibration can be applied to the cleaning liquid from the cleaning
また、配管である金属管を超音波洗浄装置としてそのまま使用できるので、小型化が可能となり、しかも超音波洗浄装置として安価に製造できる。 Further, since the metal pipe as a pipe can be used as it is as an ultrasonic cleaning apparatus, it can be miniaturized and can be manufactured at low cost as an ultrasonic cleaning apparatus.
さらに金属管の内部断面積は3cm2以下、好ましくは1cm2以下が望ましい。なぜなら、管断面積が大きいと、粗密波が十分発達しないからである。Furthermore, the internal cross-sectional area of the metal tube is 3 cm 2 or less, preferably 1 cm 2 or less. This is because if the tube cross-sectional area is large, the rough wave does not develop sufficiently.
図7には、径方向に4個の圧電セラミックを接合したが、管に径方向の伸縮波を発生させるには図8のように複数のリング状の圧電素子13を管14に接合してもよい。ここでリング状の圧電素子13を複数用いるのは、管14の軸方向に沿って管の超音波振動の減衰を可能な限り小さくするためである。その目的のためには、リング状の圧電素子13の数は3個以上が望ましい。 Although four piezoelectric ceramics are bonded in the radial direction in FIG. 7, a plurality of ring-shaped
リング状の圧電素子13の分極方向は図8に示すように厚み方向である。そして厚みは外径より小さいことが必要である。この条件は圧電素子13に径方向の振動を励起させるためのものである。 The polarization direction of the ring-shaped
さらに、図9の側面図、図10の平面図で示すように金属管14をテーパー状にして、テーパー部5に圧電素子13を接合してもよい。従来の構成では、テーパー部5で超音波が反射して減衰してしまうが、本発明ではテーパー部5に圧電素子13を接合しているのでテーパー部5でも径方向の伸縮振動が発生するので超音波の減衰はない。 Furthermore, as shown in the side view of FIG. 9 and the plan view of FIG. 10, the
本実施の形態においても、管14をステンレス製としたが他の金属でもよく、例えばチタン、アルミニウムなどでもよい。 Also in this embodiment, the
また、本実施の形態おいて管14の材料を金属としたが、超音波を伝播できる材料であればよく、例えばガラス管でもよい。 In the present embodiment, the material of the
さらに、本実施の形態において管14の外側、内側の形状を円としたが、管の外側、内側の形状を4角形を含む多角形でもよい。 Furthermore, in the present embodiment, the outer and inner shapes of the
本発明の超音波洗浄装置は、半導体シリコンウェハー、液晶用のガラス、ハードディスク等の微細加工用の精密洗浄に用いているが、他にレジスト、現像液の処理液吐出管としても用いることができる。 The ultrasonic cleaning apparatus of the present invention is used for precision cleaning for fine processing of semiconductor silicon wafers, glass for liquid crystals, hard disks, etc., but can also be used as a processing liquid discharge pipe for resist and developer. .
また本発明の超音波洗浄装置は、例えばエンドミル15の中心軸に貫通する穴16を設け、その穴16に洗浄液または切削液に流すものに用いることができる。つまり、管の外周部に加工するためのドリル刃を設けている構成である。図11はエンドミル15の平面図であり、エンドミル15の中心軸に洗浄液または切削液を流す穴16を設けている。また図12はエンドミル15に圧電素子13を取り付けたものである。 The ultrasonic cleaning apparatus of the present invention can be used, for example, in which a
超音波振動を加えた洗浄液を被洗浄物に吹き付けて洗浄を行う噴射形超音波洗浄装置に用いることができるものである。 The present invention can be used in a jet type ultrasonic cleaning apparatus that performs cleaning by spraying a cleaning liquid to which ultrasonic vibration is applied to an object to be cleaned.
1 ノズル本体
2 超音波振動子
3 洗浄液供給管
4 空気抜配管
5 テーパー部
6 洗浄液流入口
7 洗浄液噴出口
8 超音波洗浄装置
9 洗浄液
10 被洗浄物
11 ノズル部
12 平行流路
13 圧電素子
14 管
15 エンドミル
16 穴DESCRIPTION OF
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006108009A JP2007245129A (en) | 2006-03-13 | 2006-03-13 | Ultrasonic cleaner |
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JP2006108009A JP2007245129A (en) | 2006-03-13 | 2006-03-13 | Ultrasonic cleaner |
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Family Applications (1)
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Country | Link |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101776431B1 (en) * | 2015-12-14 | 2017-09-07 | 현대자동차주식회사 | Washer nozzle for vehicle |
-
2006
- 2006-03-13 JP JP2006108009A patent/JP2007245129A/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
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KR101776431B1 (en) * | 2015-12-14 | 2017-09-07 | 현대자동차주식회사 | Washer nozzle for vehicle |
US10293793B2 (en) | 2015-12-14 | 2019-05-21 | Hyundai Motor Company | Washer nozzle for vehicle |
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