特開 2023-65840 超音波洗浄装置及び超音波洗浄装置に用いるプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023065840

(43)【公開日】2023-05-15

(54)【発明の名称】超音波洗浄装置及び超音波洗浄装置に用いるプログラム

(51)【国際特許分類】

   B08B 3/12 20060101AFI20230508BHJP

【ＦＩ】

B08B3/12 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021176212

(22)【出願日】2021-10-28

(71)【出願人】

【識別番号】000005197

【氏名又は名称】株式会社不二越

(74)【代理人】

【識別番号】100176072

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 功

(74)【代理人】

【識別番号】100169225

【弁理士】

【氏名又は名称】山野 明

(72)【発明者】

【氏名】武部 匡彦

(72)【発明者】

【氏名】園部 勝

(72)【発明者】

【氏名】石田尾 樹

【テーマコード（参考）】

3B201

【Ｆターム（参考）】

3B201AA46

3B201AB42

3B201BB03

3B201BB83

3B201BB92

3B201BB95

3B201CD42

3B201CD43

(57)【要約】

【課題】被洗浄物の洗浄性能をより均一に向上させる超音波洗浄装置を提供する。
【解決手段】超音波洗浄装置１０は、被洗浄物としてのワークＷが内部に配置されるとともに洗浄液Ｌが貯留される洗浄槽１４と、洗浄槽１４における洗浄液Ｌの貯留量を調整する調整部としての電磁バルブ２４と、洗浄槽１４に設けられるとともに洗浄槽１４内に超音波を出力する出力部としての超音波出力器１８と、超音波を出力するように超音波出力器１８を制御する第一制御部２０Ａと、超音波が出力された状態において、洗浄槽１４内に貯留された洗浄液Ｌの液面高さＺが段階的に変化するように電磁バルブ２４を制御する第二制御部２０Ｂと、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

被洗浄物が内部に配置されるとともに洗浄液が貯留される洗浄槽と、
前記洗浄槽における前記洗浄液の貯留量を調整する調整部と、
前記洗浄槽に設けられるとともに前記洗浄槽内に超音波を出力する出力部と、
前記超音波を出力するように前記出力部を制御する第一制御部と、
前記超音波が出力された状態において、前記洗浄槽内に貯留された前記洗浄液の液面高さが段階的に変化するように前記調整部を制御する第二制御部と、
を備えることを特徴とする超音波洗浄装置。

【請求項2】

前記出力部は、前記洗浄槽の底部から前記超音波を出力することを特徴とする請求項１に記載の超音波洗浄装置。

【請求項3】

前記第二制御部は、少なくとも２以上の異なる前記液面高さを、それぞれ所定時間ずつ維持すると共に、当該所定時間が前記液面高さ毎に異なるように前記調整部を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波洗浄装置。

【請求項4】

前記第二制御部は、前記洗浄槽に前記洗浄液を供給することにより前記液面高さが段階的に高くなるように前記調整部を制御することを特徴とする請求項１～３の何れか１項に記載の超音波洗浄装置。

【請求項5】

前記第二制御部は、前記被洗浄物の高さに応じて、前記液面高さの段階数を変化させることを特徴とする請求項１～４の何れか１項に記載の超音波洗浄装置。

【請求項6】

被洗浄物が内部に配置されるとともに洗浄液が貯留される洗浄槽内に超音波を出力する前記洗浄槽に設けられた出力部と、前記洗浄槽内における前記洗浄液の貯留量を調整する調整部と、通信可能なコンピュータとを有する超音波洗浄装置に対し、
第一制御部が、前記超音波を出力するように前記出力部を制御し、
第二制御部が、前記超音波が出力された状態において、前記洗浄槽内に貯留された前記洗浄液の液面高さが段階的に変化するように前記調整部を制御する、
よう機能させることを特徴とする超音波洗浄装置に用いるプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、超音波洗浄装置及び超音波洗浄装置に用いるプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、超音波を利用して被洗浄物を洗浄する超音波洗浄装置が知られている。この種の装置によれば、微小気泡の生成、膨張と圧縮による振動、及び崩壊という一連の過程（いわゆる、キャビテーション現象）を通じて、被洗浄物に付着した油分や塵埃等の異物が剥離除去される。

【0003】

これに関し、下記特許文献１には、超音波を利用して被洗浄物を洗浄している間に、洗浄槽内の洗浄液を排出することにより当該洗浄液の液面高さを徐々に低くしていく超音波洗浄装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開昭６０－０３６０９９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明者等の鋭意研究の結果、超音波の直進成分と反射成分との間で共振が起こり、キャビテーション現象が促進されることが明らかにされた。その結果、被洗浄物における当該共振が起こる箇所に対する洗浄性能を向上させることができることが判明した。

【0006】

しかしながら、洗浄槽内において被洗浄物が浸漬する高さまで洗浄液を投入した状態で超音波を出力する場合、洗浄液の液面で反射した超音波の反射成分は、被洗浄物の中央部や下方部に比べて、被洗浄物の上方部に到達し易い。よって、超音波の直進成分と反射成分との間での共振が被洗浄物の上方部で起こり易いので、被洗浄物における当該共振が起こる箇所に対する洗浄性能が、被洗浄物の上方部だけ偏って向上してしまい、被洗浄物の洗浄が不均一になるという問題がある。

【0007】

ここで、上記特許文献１に記載の超音波洗浄装置のように、洗浄槽内における洗浄液の液面高さを徐々に低くしていく場合には、同じ液面高さを維持する時間が無いため、超音波の直進成分と反射成分との間での共振がそもそも生じ難い。よって、このような超音波洗浄装置では、当該共振によって洗浄性能を向上させることができない。

【0008】

そこで、本発明は、被洗浄物の洗浄性能をより均一に向上させることができる超音波洗浄装置及び超音波洗浄装置に用いるプログラムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の第一態様に係る超音波洗浄装置は、被洗浄物が内部に配置されるとともに洗浄液が貯留される洗浄槽と、前記洗浄槽における前記洗浄液の貯留量を調整する調整部と、前記洗浄槽に設けられるとともに前記洗浄槽内に超音波を出力する出力部と、前記超音波を出力するように前記出力部を制御する第一制御部と、前記超音波が出力された状態において、前記洗浄槽内に貯留された前記洗浄液の液面高さが段階的に変化するように前記調整部を制御する第二制御部と、を備える。

【0010】

本発明の第二態様に係る超音波洗浄装置では、前記出力部は、前記洗浄槽の底部から前記超音波を出力する。

【0011】

本発明の第三態様に係る超音波洗浄装置では、前記第二制御部は、少なくとも２以上の異なる前記液面高さを、それぞれ所定時間ずつ維持すると共に、当該所定時間が前記液面高さ毎に異なるように前記調整部を制御する。

【0012】

本発明の第四態様に係る超音波洗浄装置では、前記第二制御部は、前記洗浄槽に前記洗浄液を供給することにより前記液面高さが段階的に高くなるように前記調整部を制御する。

【0013】

本発明の第五態様に係る超音波洗浄装置では、前記第二制御部は、前記被洗浄物の高さに応じて、前記液面高さの段階数を変化させる。

【0014】

本発明の第六態様に係るプログラムは、被洗浄物が内部に配置されるとともに洗浄液が貯留される洗浄槽内に超音波を出力する前記洗浄槽に設けられた出力部と、前記洗浄槽内における前記洗浄液の貯留量を調整する調整部と、通信可能なコンピュータとを有する超音波洗浄装置に対し、第一制御部が、前記超音波を出力するように前記出力部を制御し、第二制御部が、前記超音波が出力された状態において、前記洗浄槽内に貯留された前記洗浄液の液面高さが段階的に変化するように前記調整部を制御する、よう機能させる。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、被洗浄物の洗浄性能をより均一に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の一実施形態に係る超音波洗浄装置の全体構成の一例を示す図である。

【図2】図１に示すコンピュータのハードウェア構成の一例を示すブロック図である。

【図3】コンピュータによる超音波洗浄装置の制御の流れの一例を示すフローチャートである。

【図4】第二制御部の制御によって変化する液面高さを示すグラフである。

【図5A】超音波の伝播経路の一部を示す模式図である。

【図5B】超音波の伝播経路の一部を示す模式図である。

【図5C】超音波の伝播経路の一部を示す模式図である。

【図6】変形例に係る第二制御部の制御によって変化する液面高さを示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、添付図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一要素又は同一機能を有する要素には可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

【0018】

＜全体構成＞
図１は、本発明の一実施形態（以下、「本実施形態」と称す場合がある。）に係る超音波洗浄装置１０の全体構成の一例を示す図である。図１において、超音波洗浄装置１０は正面から見た正面図として描かれている。以下、超音波洗浄装置１０の上方向又は下方向を「高さ方向」と、超音波洗浄装置１０の右方向又は左方向を「幅方向」と、超音波洗浄装置１０の手前方向又は奥方向を「奥行き方向」と、それぞれ総称する場合がある。

【0019】

図１に示すように、超音波洗浄装置１０は、超音波を用いて被洗浄物としてのワークＷの表面を洗浄する装置である。この超音波洗浄装置１０は、具体的には、洗浄槽１４と、超音波出力器１８と、コンピュータ２０と、供給部２２と、排出部２６と、を備える。なお、ここでは図示しないが、超音波洗浄装置１０には、洗浄槽１４に設けられる扉部、洗浄槽１４を下方から支持する脚部、気体の供給／パージ機構、操作パネル等を含む様々な構成が設けられる。

【0020】

洗浄槽１４は、ワークＷが内部に配置されるとともに洗浄液が貯留されるように構成されている。洗浄槽１４は、高剛性の金属板（例えば、ステンレス鋼板）から構成されている。洗浄槽１４は、洗浄槽１４の内壁面によって画成された収容空間１２を有する。また、洗浄槽１４は、作業者による操作により開閉可能な扉部を有し、当該扉部が開閉されることにより、洗浄前のワークＷを収容空間１２に搬入すると共に洗浄後のワークＷを収容空間１２から搬出することができる。

【0021】

また、洗浄槽１４は、下方中央側にワークＷを配置するための保持部１６を有する。保持部１６は、例えばメッシュ状の棚板として構成され、洗浄槽１４の内壁面から離間させた状態でワークＷを保持する。保持部１６は、メッシュ状の棚板に限られず、洗浄槽１４の内壁面から離間させてワークＷを保持可能であればその種類は問わない。なお、図１では、ワークＷをブロック状に簡略化して図示しているが、実際のワークＷは、例えば複数の被洗浄物が高さ方向に段積みされた状態で保持され、これらの被洗浄物同士の間に隙間を有するものである。これにより、超音波はワークＷの側部に接する流路空間だけでなく、ワークＷの中も進行することが可能となっている。

【0022】

また、洗浄槽１４は、例えば炭化水素系溶剤や水系溶剤である洗浄液Ｌを貯留する。なお、洗浄液Ｌは、上記に限定されない。洗浄槽１４の上方部１４ｂに、洗浄液Ｌを収容空間１２内に供給するための供給口３０が設けられている。また、洗浄槽１４の底部１４ａに、収容空間１２内に貯留された洗浄液Ｌを外部に排出するための排出口３２が設けられている。収容空間１２における洗浄液ＬやワークＷ以外の空間は、真空又は不活性ガスで充たされた状態とされている。なお、洗浄槽１４内を加圧する等、収容空間１２における圧力を変動させてもよい。

【0023】

超音波出力器１８は、洗浄槽１４内に超音波を出力する出力部である。超音波出力器１８は、例えば、洗浄槽１４の底部１４ａに設けられ、洗浄槽１４の底部１４ａから超音波を出力する。超音波出力器１８は、左側から右側にわたって順に、４つの超音波振動子１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄを含んで構成される。超音波振動子１８ａ～１８ｄは、図示しない発信器から供給された電気信号を超音波に変換する振動板方式の振動子である。

【0024】

超音波振動子１８ａ～１８ｄは、例えば、奥行き方向に延びると共に、幅方向に略等間隔に並んで配置される。超音波出力器１８は、洗浄槽１４の底部１４ａから超音波を出力する。当該超音波は、下側から上側に向かって進行する。ワークＷの中を通過する超音波は、超音波出力器１８に近い側のワークＷの端部である近端部３４から、超音波出力器１８から遠い側のワークＷの端部である遠端部３６に向かって進行する。

【0025】

コンピュータ２０は、超音波出力器１８、供給部２２の電磁バルブ２４、排出部２６の電磁バルブ２８等とそれぞれ通信可能に接続されており、これらの各構成の動作を制御する。図２は、図１に示すコンピュータ２０のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。図２に示すように、コンピュータ２０は、制御装置４０と、通信装置４６と、記憶装置４８と、を備える。

【0026】

制御装置４０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）４２及びメモリ４４を主に備えて構成される。ＣＰＵ４２は、コンピュータ２０の各種構成を制御する。メモリ４４は、例えばコンピュータ２０における処理の実行に必要な各種プログラム等を記憶する。

【0027】

通信装置４６は、外部の装置と通信するための通信インターフェース等で構成される。通信装置４６は、例えば、超音波出力器１８や電磁バルブ２４，２８との間で各種の情報を送受信する。

【0028】

記憶装置４８は、ハードディスク等で構成される。記憶装置４８は、制御装置４０における処理の実行に必要な各種プログラムや各種の情報、及び処理結果の情報を記憶する。

【0029】

コンピュータ２０の各制御部は、ＣＰＵ４２の制御のもとで、メモリ４４又は記憶装置４８に記憶されたプログラムを実行し、コンピュータ２０が備える上記各種構成を動作させることで実現される。

【0030】

なお、コンピュータ２０は、専用又は汎用のサーバ・コンピュータ等の情報処理装置を用いて実現することができる。また、コンピュータ２０は、単一の情報処理装置により構成されても、通信ネットワーク上に分散した複数の情報処理装置により構成されてもよい。また、図２は、コンピュータ２０が有する主要なハードウェア構成の一部を示しているに過ぎず、コンピュータ２０は、一般的なサーバが備える他の構成を備えてもよい。

【0031】

図１に戻り、コンピュータ２０は、第一制御部２０Ａと、第二制御部２０Ｂと、を有する。第一制御部２０Ａは、超音波を出力するように超音波出力器１８を制御する。第二制御部２０Ｂは、超音波が出力された状態において、洗浄槽１４内に貯留された洗浄液Ｌの液面高さが段階的に変化するように調整部としての電磁バルブ２４，２８を制御する。液面高さが段階的に変化するとは、時間の経過に伴い液面高さが階段状に変化することであり、少なくとも２以上の異なる液面高さをそれぞれ所定時間ずつ維持するように変化することを意味する。異なる液面高さには、少なくともワークＷの一部が洗浄液に浸漬する液面高さを含む。すなわち、第二制御部２０Ｂは、液面高さを段階的に変化させる際、少なくともワークＷの全体が洗浄液Ｌに浸漬する液面高さよりも低い液面高さ（ワークＷの一部が洗浄液Ｌに浸漬する液面高さ）を所定時間維持するようにする。所定時間とは、液面で反射する超音波の反射成分がワークＷに届くのに要する時間であって、例えば少なくとも１分以上で設定される。

【0032】

供給部２２は、洗浄液Ｌを洗浄槽１４に供給する。供給部２２は、一端が洗浄液Ｌを貯蔵する外部の貯蔵槽等に接続されると共に、他端が洗浄槽１４の供給口３０に接続される流路である。供給部２２は、洗浄液Ｌを流す又は止めるための電磁バルブ２４を有している。電磁バルブ２４は、洗浄槽１４における洗浄液Ｌの貯留量を調整する調整部である。供給部２２は、第二制御部２０Ｂにより電磁バルブ２４が「開」状態に制御されると、洗浄液Ｌを洗浄槽１４に供給する。その一方で、供給部２２は、第二制御部２０Ｂにより電磁バルブ２４が「閉」状態に制御されると、洗浄槽１４への洗浄液Ｌの供給を停止する。

【0033】

排出部２６は、洗浄液Ｌを洗浄槽１４から排出する。排出部２６は、一端が洗浄槽１４の排出口３２に接続されると共に、他端が外部の排出槽等に接続される流路である。排出部２６は、洗浄液Ｌを流す又は止めるための電磁バルブ２８を有している。電磁バルブ２８は、洗浄槽１４における洗浄液Ｌの貯留量を調整する調整部である。排出部２６は、第二制御部２０Ｂにより電磁バルブ２８が「開」状態に制御されると、洗浄液Ｌを洗浄槽１４から排出する。その一方で、排出部２６は、第二制御部２０Ｂにより電磁バルブ２８が「閉」状態に制御されると、洗浄液Ｌの排出を停止する。

【0034】

＜超音波洗浄装置１０の制御の流れ＞
次に、図３を参照して、コンピュータ２０による超音波洗浄装置１０の制御の流れについて具体的に説明する。

【0035】

図３は、コンピュータ２０による超音波洗浄装置１０の制御の流れの一例を示すフローチャートである。なお、以下のステップの順番は、適宜、変更することができる。以下の処理は、作業者がワークＷを洗浄槽１４に搬入し、超音波洗浄装置１０の動作を開始するための操作を行った後、開始される。

【0036】

（ステップＳＰ１０）
コンピュータ２０の第二制御部２０Ｂは、洗浄液Ｌの液面高さを変化させる段階数iを決定する。第二制御部２０Ｂは、高さ検出センサや作業者の入力等によって取得されるワークＷの高さに応じて、段階数iを決定する。例えば、第二制御部２０Ｂは、ワークＷが三段積みで配置されている場合に、段階数iを「３」と決定する。そして、処理は、ステップＳＰ１２の処理に移行する。

【0037】

（ステップＳＰ１２）
第二制御部２０Ｂは、段階数iの初期値をｎ＝１とする。そして、処理は、ステップＳＰ１４の処理に移行する。

【0038】

（ステップＳＰ１４）
コンピュータ２０の第一制御部２０Ａは、超音波出力器１８を作動させ、超音波の出力を開始する。そして、処理は、ステップＳＰ１６の処理に移行する。

【0039】

（ステップＳＰ１６）
第二制御部２０Ｂは、電磁バルブ２４を「開」状態に制御する。これにより、供給部２２は、洗浄槽１４に洗浄液Ｌの供給を開始する。そして、処理は、ステップＳＰ１８の処理に移行する。

【0040】

（ステップＳＰ１８）
第二制御部２０Ｂは、液面高さＺが段階数ｎに応じた液面高さＺｎになったか否かを判定する。段階数ｎに応じた液面高さＺｎとは、段階数ｎに対応付けて予め設定された液面高さＺｎである。例えばステップＳＰ１０の処理で決定された段階数iが「３」である場合には、第二制御部２０Ｂは、段階数１～３のそれぞれに対応付けて設定された液面高さＺ１～Ｚ３になったか否かを判定する。液面高さＺ１は、例えばワークＷの下方部が洗浄液Ｌに浸漬する程度の高さである。液面高さＺ２は、例えばワークＷの中央部が洗浄液Ｌに浸漬する程度の高さである。液面高さＺ３は、例えばワークＷの全体が洗浄液Ｌに浸漬する程度の高さである。当該判定を肯定判定した場合、処理は、ステップＳＰ２０の処理に移行する。当該判定を否定判定した場合、洗浄槽１４への洗浄液Ｌの供給を続行し、ステップＳＰ１８の処理を繰り返す。

【0041】

（ステップＳＰ２０）
第二制御部２０Ｂは、電磁バルブ２４を「閉」状態に制御する。これにより、供給部２２は、洗浄槽１４への洗浄液Ｌの供給を停止する。そして、処理は、ステップＳＰ２２の処理に移行する。

【0042】

（ステップＳＰ２２）
第二制御部２０Ｂは、段階数ｎに応じた液面高さＺｎを維持した状態での洗浄時間Ｔが、所定時間として例えば段階数ｎに応じた洗浄時間Ｔｎになったか否かを判定する。段階数ｎに応じた洗浄時間Ｔｎは、段階数ｎに対応付けて予め設定されており、少なくとも１分以上である。液面高さＺｎを維持した状態での各洗浄時間Ｔｎは、液面高さＺｎ毎に可変とされていてもよく、液面高さＺｎ毎で何れも同じに設定されていてもよい。当該判定を肯定判定した場合、処理は、ステップＳＰ２４の処理に移行する。当該判定を否定判定した場合、液面高さＺｎを維持した状態での洗浄を続行し、ステップＳＰ２２の処理を繰り返す。

【0043】

（ステップＳＰ２４）
第二制御部２０Ｂは、段階数ｎがステップＳＰ１０の処理で決定した段階数iであるか否かを判定する。当該判定を肯定判定した場合、図３に示す一連の処理を終了する。当該判定を否定判定した場合、処理は、ステップＳＰ２６の処理に移行する。

【0044】

（ステップＳＰ２６）
第二制御部２０Ｂは、段階数ｎをインクリメントする。そして、処理は、ステップＳＰ１６の処理に戻る。ステップＳＰ１０の処理で決定した段階数iの数だけ、ステップＳＰ１６～ＳＰ２４の処理を繰り返した後、図３に示す一連の処理が終了する。

【0045】

図３に示す一連の処理によって変化する液面高さＺの一例を図４に示す。図４は、第二制御部２０Ｂの制御によって変化する液面高さＺを示すグラフである。図４のグラフの横軸は、超音波出力器１８による超音波の出力を開始後の洗浄時間Ｔを示し、図４のグラフの縦軸は、第二制御部２０Ｂにより制御された洗浄液Ｌの液面高さＺを示す。

【0046】

図４に示すように、例えばステップＳＰ１０の処理で決定された段階数iが「３」である場合、第二制御部２０Ｂは、液面高さＺが階段状にＺ１，Ｚ２，Ｚ３と高くなっていくように、洗浄液Ｌを三段階に分けて洗浄槽１４に供給する。このように、第二制御部２０Ｂは、ワークＷの全体が洗浄液Ｌに浸漬する程度の液面高さＺ３になるよりも前に、ワークＷの下方部や中央部が洗浄液Ｌに浸漬する程度の液面高さＺ１，Ｚ２を所定時間ずつ維持するように、液面高さＺを段階的に変化させる。なお、図４の例では、各液面高さＺ１～Ｚ３を維持する各洗浄時間Ｔ１～Ｔ３は、何れも略同じに設定されている。

【0047】

＜作用効果＞
次に、超音波洗浄装置１０による作用効果について、図５Ａ～図５Ｃを参照して説明する。

【0048】

図５Ａ～図５Ｃは、超音波の伝播経路の一部を示す模式図である。図５Ａ～図５Ｃでは、図示の便宜上、図１と比べて、保持部１６、コンピュータ２０、供給部２２、排出部２６等の構成を省略して簡略化している。図５Ａ～図５Ｃは、それぞれ、液面高さＺ１，Ｚ２，Ｚ３を維持した状態での超音波の伝播経路を示す。

【0049】

（液面高さＺ１を維持した状態：ワークＷの下方部に対する洗浄性能の向上）
図５Ａにおいて、超音波振動子１８ａから出力される超音波の進行経路の一部を矢印Ｐ１～Ｐ３で示し、超音波振動子１８ｄから出力される超音波の進行経路の一部を矢印Ｐ４～Ｐ７で示している。矢印Ｐ１，Ｐ２，Ｐ４，Ｐ５は、ワークＷの側部に接する流路空間を通過する直進成分を示している。矢印Ｐ３，Ｐ７は、洗浄液Ｌの液面によって進行方向が変わった反射成分を示している。矢印Ｐ６は、洗浄槽１４の内壁面によって進行方向が変わった反射成分を示している。

【0050】

液面高さＺ１を維持した状態では、液面で反射した超音波の反射成分がワークＷの下方部に到達し易い。よって、当該下方部において、超音波の直進成分と反射成分との間で共振が起こる箇所（矢印Ｐ１と矢印Ｐ３とが交差する箇所や、矢印Ｐ４と矢印Ｐ７とが交差する箇所）が生じ、キャビテーション現象が促進される。その結果、当該下方部に対する洗浄性能を向上させることができる。

【0051】

（液面高さＺ２を維持した状態：ワークＷの中央部に対する洗浄性能の向上）
図５Ｂにおいて、超音波振動子１８ａから出力される超音波の進行経路の一部を矢印Ｐ８～Ｐ１０で示し、超音波振動子１８ｄから出力される超音波の進行経路の一部を矢印Ｐ１１～Ｐ１４で示している。矢印Ｐ８，Ｐ９，Ｐ１１，Ｐ１２は、ワークＷの側部に接する流路空間を通過する直進成分を示している。矢印Ｐ１０，Ｐ１４は、洗浄液Ｌの液面によって進行方向が変わった反射成分を示している。矢印Ｐ１３は、洗浄槽１４の内壁面によって進行方向が変わった反射成分を示している。

【0052】

液面高さＺ２を維持した状態では、液面で反射した超音波の反射成分がワークＷの特に中央部に到達し易い。よって、当該中央部に集中して、超音波の直進成分と反射成分との間で共振が起こる箇所（矢印Ｐ８と矢印Ｐ１０とが交差する箇所や、矢印Ｐ１１と矢印Ｐ１４とが交差する箇所）が生じ、キャビテーション現象が促進される。その結果、当該中央部に対する洗浄性能を向上させることができる。なお、図示はしていないが、ワークＷの下方部においても、超音波の直進成分と反射成分との間で共振が起こる箇所が生じ得る。よって、ワークＷの下方部に対する洗浄性能も向上するが、共振が生じ易いワークＷの中央部の方がワークＷの下方部よりも洗浄性能がより向上する。

【0053】

（液面高さＺ３を維持した状態：ワークＷの上方部に対する洗浄性能の向上）
図５Ｃにおいて、超音波振動子１８ａから出力される超音波の進行経路の一部を矢印Ｐ１５～Ｐ１７で示し、超音波振動子１８ｄから出力される超音波の進行経路の一部を矢印Ｐ１８～Ｐ２１で示している。矢印Ｐ１５，Ｐ１８は、ワークＷの中を伝播しながら直進する経路を示している。矢印Ｐ１６，Ｐ１９は、ワークＷの側部に接する流路空間を通過する直進成分を示している。矢印Ｐ１７，Ｐ２１は、洗浄液Ｌの液面によって進行方向が変わった反射成分を示している。矢印Ｐ２０は、洗浄槽１４の内壁面によって進行方向が変わった反射成分を示している。

【0054】

液面高さＺ３を維持した状態では、液面で反射した超音波の反射成分がワークＷの特に上方部に到達し易い。よって、当該上方部に集中して、超音波の直進成分と反射成分との間で共振が起こる箇所（矢印Ｐ１５と矢印Ｐ１７とが交差する箇所や、矢印Ｐ１８と矢印Ｐ２１とが交差する箇所）が生じ、キャビテーション現象が促進される。その結果、当該上方部に対する洗浄性能を向上させることができる。なお、図示はしていないが、ワークＷの中央部や下方部においても、超音波の直進成分と反射成分との間で共振が起こる箇所が生じ得る。よって、ワークＷの中央部や下方部に対する洗浄性能も向上するが、共振が生じ易いワークＷの上方部、中央部、及び下方部の順で、洗浄性能がより向上する。

【0055】

次に、本実施形態に係る超音波洗浄装置１０による効果について、従来の超音波洗浄装置と比較してより詳細に説明する。

【0056】

従来の超音波洗浄装置としては、洗浄液Ｌの液面高さＺをワークＷが浸漬する液面高さＺ３に維持した状態で、合計の洗浄時間が３ｔとなるように超音波を出力する場合を想定する。この従来の場合において、超音波の共振によって論理的に得られる洗浄性能の一例を表１に示す。

【0057】

【表1】

【0058】

従来の超音波洗浄装置では、洗浄液Ｌの液面高さＺをワークＷが浸漬する液面高さＺ３とした状態で超音波を出力するため、洗浄液Ｌの液面で反射した超音波の反射成分が、ワークＷの中央部や下方部よりもワークＷの上方部に到達し易い。このため、表１に示すように、ワークＷの上方部、中央部、下方部で、洗浄性能の合計が不均一になってしまう。

【0059】

これに対し、本実施形態に係る超音波洗浄装置１０は、液面高さＺを三段階に変化させて超音波を出力する。各液面高さＺ１～Ｚ３を維持する洗浄時間Ｔ１～Ｔ３を何れも同じくした場合において、超音波の共振が起こる結果として論理的に得られる洗浄性能の一例を表２に示す。また、当該洗浄時間Ｔ１～Ｔ３をそれぞれ０．７ｔ、０．８ｔ、１．５ｔと異ならせた場合において、超音波の共振が起こる結果として論理的に得られる洗浄性能の一例を表３に示す。

【0060】

【表2】

【表3】

【0061】

本実施形態の場合、共振が起こり易い箇所を、液面高さＺ１ではワークＷの下方部、液面高さＺ２ではワークＷの中央部、液面高さＺ３ではワークＷの上方部、と変化させることができる。このため、表２，３に示すように、ワークＷの上方部、中央部、下方部で、洗浄性能の合計を従来と比べてより均一にすることができる。更に、各液面高さＺを維持する洗浄時間Ｔを異ならせる表３の場合の方が、当該洗浄時間Ｔを何れも同じくする表２の場合よりも、洗浄性能の合計を更に均一にすることができる。

【0062】

以上、本実施形態に係る超音波洗浄装置１０は、被洗浄物としてのワークＷが内部に配置されるとともに洗浄液Ｌが貯留される洗浄槽１４と、洗浄槽１４における洗浄液Ｌの貯留量を調整する調整部としての電磁バルブ２４と、洗浄槽１４に設けられるとともに洗浄槽１４内に超音波を出力する出力部としての超音波出力器１８と、超音波を出力するように超音波出力器１８を制御する第一制御部２０Ａと、超音波が出力された状態において、洗浄槽１４内に貯留された洗浄液Ｌの液面高さＺが段階的に変化するように電磁バルブ２４を制御する第二制御部２０Ｂと、を備える。
この構成によれば、洗浄液Ｌの液面高さＺの段階に応じて、液面で反射した超音波の反射成分がワークＷに届き易い箇所を変化させることができる。よって、ワークＷにおける超音波の直進成分と反射成分との間で共振が起こり易い箇所を、ワークＷの上方部だけに集中させず、液面高さＺの段階に応じて変化させることができる。その結果、ワークＷの洗浄性能をより均一に向上させることができる。

【0063】

また、本実施形態に係る超音波洗浄装置１０では、超音波出力器１８は、洗浄槽１４の底部１４ａから超音波を出力する。
この構成によれば、洗浄槽１４の底部１４ａから超音波を出力するので、当該超音波を洗浄液Ｌの液面で好適に反射させることができる。その結果、ワークＷにおける超音波の直進成分と反射成分との間で共振が起こる箇所を適切に発生させることができる。

【0064】

また、本実施形態に係る超音波洗浄装置１０では、第二制御部２０Ｂは、少なくとも２以上の異なる液面高さＺ１～Ｚ３を、それぞれ所定時間ずつ維持すると共に、当該所定時間が液面高さＺ１～Ｚ３毎に異なるように電磁バルブ２４を制御する。
この構成によれば、各液面高さＺ１～Ｚ３を維持する洗浄時間Ｔ１～Ｔ３をそれぞれ異なるように制御することで、洗浄性能をより一層均一に向上させるように調整することができる。

【0065】

また、本実施形態に係る超音波洗浄装置１０では、第二制御部２０Ｂは、洗浄槽１４に洗浄液Ｌを供給することにより液面高さＺが段階的に高くなるように電磁バルブ２４を制御する。
本実施形態の構成によれば、液面高さＺが段階的に高くなるように洗浄液Ｌを供給制御するので、液面高さＺを段階的に低くなるように洗浄液Ｌを排出制御する場合よりも、容易に制御することができる。

【0066】

また、本実施形態に係る超音波洗浄装置１０では、第二制御部２０Ｂは、ワークＷの高さに応じて、液面高さＺの段階数を変化させる。
この構成によれば、例えばワークＷが三段積みである場合には段階数を「３」として液面高さＺを三段階で変化させる等、ワークＷの高さに応じて適切に液面高さＺを変化させることができる。

【0067】

＜変形例＞
本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。すなわち、上記の実施形態に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。また、上記の実施形態及び後述する変形例が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。

【0068】

例えば、第二制御部２０Ｂは、洗浄槽１４に洗浄液Ｌを供給する供給制御に加えて又は替えて、洗浄槽１４から洗浄液Ｌを排出することにより液面高さＺが段階的に低くなるように、電磁バルブ２４，２８を制御してもよい。図６は、変形例に係る第二制御部２０Ｂの制御によって変化する液面高さＺを示すグラフであって、図４のグラフに対応する。

【0069】

図６に示す例では、第二制御部２０Ｂは、液面高さＺが階段状に高くなっていくように洗浄液Ｌを洗浄槽１４に供給した後、液面高さＺが階段状に低くなっていくように洗浄液Ｌを洗浄槽１４から排出する。このように、洗浄液Ｌの供給と排出とを適宜組み合わせて液面高さＺを段階的に変化させてもよい。また、排出部２６により排出された洗浄液Ｌを供給部２２に循環して、洗浄液Ｌを再利用してもよい。また、第二制御部２０Ｂは、ワークＷの高さに応じて液面高さＺの段階数を変化させなくてもよく、予め設定された固定の段階数だけ液面高さＺを変化させてもよい。

【0070】

また、超音波出力器１８は、洗浄槽１４の底部１４ａに限らず、例えば洗浄槽１４の側壁の奥側に設けられていてもよい。この場合、超音波出力器１８から出力された超音波は、奥側から手前側に向かって進行する。また、超音波出力器１８は、洗浄槽１４の側壁における上側から下側にわたって順に、３つの超音波振動子を含んで構成されていてもよい。なお、超音波出力器１８に含まれる超音波振動子の数は上記で説明した例に限られない。

【0071】

また、洗浄槽１４の内壁面には、超音波出力器１８から出力された超音波の反射方向の調整を行う反射構造が設けられていてもよい。ここで、「反射方向の調整」は、ワークＷの所定箇所に向けて超音波を案内することを意味する。反射構造は、例えば複数枚の反射板から構成される。反射板は、洗浄液Ｌとの間で音響インピーダンスの差が大きい材料、例えば、金属や樹脂等から構成される。また、反射板は、洗浄槽１４の内壁面に対して着脱自在に設けられる。例えば、反射板は、吸盤、磁石、ねじ止めを含む様々な固定方法により固定される。超音波の直進成分との間で共振を起こす反射成分は、液面で反射した超音波の反射成分に限らず、反射板によって反射した超音波の反射成分であってもよい。

【0072】

また、本発明は、コンピュータ２０等の情報処理装置を、第一制御部２０Ａ及び第二制御部２０Ｂとして機能させるためのプログラムであってもよい。当該プログラムは、コンピュータ２０の内部に配置された記憶手段に記憶されてもよく、ネットワークで超音波洗浄装置１０に接続された外部の記憶手段に記憶されてもよい。また、当該プログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録して提供してもよく、インターネット等のネットワーク経由でインストールする形式で提供してもよい。

【符号の説明】

【0073】

１０：超音波洗浄装置、１４：洗浄槽、１８：超音波出力器（出力部）、２０Ａ：第一制御部、２０Ｂ：第二制御部、２４，２８：電磁バルブ（調整部）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図6】