特開 2024-46205 超音波洗浄機

(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】P2024046205

(43)【公開日】2024-04-03

(54)【発明の名称】超音波洗浄機

(51)【国際特許分類】

   B06B 1/02 20060101AFI20240327BHJP

   B08B 3/12 20060101ALI20240327BHJP

【ＦＩ】

B06B1/02 A

B08B3/12 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022151449

(22)【出願日】2022-09-22

(71)【出願人】

【識別番号】000243364

【氏名又は名称】本多電子株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100114605

【弁理士】

【氏名又は名称】渥美 久彦

(72)【発明者】

【氏名】斉藤 雅和

(72)【発明者】

【氏名】藤原 直之

【テーマコード（参考）】

3B201

5D107

【Ｆターム（参考）】

3B201AB01

3B201BB02

3B201BB83

3B201BB92

5D107AA15

5D107BB11

5D107CD01

5D107CD03

5D107CD08

5D107DE01

5D107DE02

(57)【要約】

【課題】周波数の切替時における過大電圧の発生を抑えることができる超音波洗浄機を提供すること。
【解決手段】本発明の超音波洗浄機１０は、整流部２３、高周波発生部２６、発振制御部２８及び電源電圧検出部２７を備える。整流部２３は、商用交流電源２１を全波整流して脈流４０を生成する。高周波発生部２６は、脈流４０を駆動電源として入力して高周波を発振し、超音波振動子１３に駆動信号Ｖを出力する。発振制御部２８は、駆動信号Ｖを駆動制御し、電源電圧検出部２７は、商用交流電源２１の電圧を検出して発振制御部２８に出力する。なお、高周波発生部２６は、脈流４０に基づいて、商用交流電源２１の電圧変化に同期した振幅変調を行う。また、発振制御部２８は、商用交流電源２１の電圧が最大電圧の半分以下であるときに駆動信号Ｖの周波数を切り替える周波数変調を行うように、高周波発生部２６を制御する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

商用交流電源を全波整流して脈流を生成する整流部と、
前記整流部が生成した前記脈流を駆動電源として入力して高周波を発振し、超音波振動子に高周波の駆動信号を出力する高周波発生部と、
前記高周波発生部から出力される前記駆動信号を駆動制御する発振制御部と、
前記商用交流電源または前記駆動電源である前記脈流を監視することで、前記商用交流電源の電圧を検出し、その結果を前記発振制御部に出力する電源電圧検出部と
を備えるとともに、
前記高周波発生部は、入力した前記脈流に基づいて、前記商用交流電源の電圧変化に同期した振幅変調を行うとともに、
前記発振制御部は、前記商用交流電源の電圧が最大電圧の半分以下であることを前記電源電圧検出部が検出しているときに前記駆動信号の周波数を別の周波数に切り替える周波数変調を行うように、前記高周波発生部を制御する
ことを特徴とする超音波洗浄機。

【請求項2】

前記発振制御部は、前記商用交流電源の電圧が最大電圧の２０％以下であることを前記電源電圧検出部が検出しているときに前記駆動信号の周波数を一定時間ごとに別の周波数に切り替える周波数変調を行うように、前記高周波発生部を制御することを特徴とする請求項１に記載の超音波洗浄機。

【請求項3】

前記電源電圧検出部は、前記商用交流電源の電圧のゼロクロスポイントを検出して、その結果を前記発振制御部に出力し、
前記発振制御部は、前記商用交流電源の電圧が前記ゼロクロスポイントとなるタイミングで前記駆動信号の周波数を一定時間ごとに別の周波数に切り替える周波数変調を行うように、前記高周波発生部を制御する
ことを特徴とする請求項２に記載の超音波洗浄機。

【請求項4】

商用交流電源を全波整流して直流の駆動電源を生成する駆動電源生成部と、
前記駆動電源生成部が生成した直流の前記駆動電源を入力して高周波を発振し、超音波振動子に高周波の駆動信号を出力する高周波発生部と、
振幅変調を制御するための振幅変調信号を生成してそれを前記高周波発生部に出力することで、前記高周波発生部から出力される前記駆動信号を駆動制御する発振制御部としてのプロセッサと
を備えるとともに、
前記高周波発生部は、入力した前記振幅変調信号の電圧変化に同期した振幅変調を行うとともに、
前記発振制御部としての前記プロセッサは、前記振幅変調信号の電圧が最大電圧の半分以下であるときに前記駆動信号の周波数を別の周波数に切り替える周波数変調を行うように、前記高周波発生部を制御する
ことを特徴とする超音波洗浄機。

【請求項5】

前記発振制御部は、前記振幅変調信号の電圧が最大電圧の２０％以下であるときに前記駆動信号の周波数を一定時間ごとに別の周波数に切り替える周波数変調を行うように、前記高周波発生部を制御することを特徴とする請求項４に記載の超音波洗浄機。

【請求項6】

前記発振制御部は、前記振幅変調信号の電圧がゼロとなるタイミングで前記駆動信号の周波数を一定時間ごとに別の周波数に切り替える周波数変調を行うように、前記高周波発生部を制御することを特徴とする請求項５に記載の超音波洗浄機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、超音波を照射して被洗浄物を洗浄する超音波洗浄機に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、洗浄液中に超音波を照射することにより、被洗浄物の洗浄（超音波洗浄）を行う超音波洗浄機（例えば、特許文献１参照）が実用化されている。超音波洗浄は、超音波による物理的作用と洗浄液による化学的作用との組み合わせにより、複雑な形状をなす被洗浄物の細部にまで作用して効率良く洗浄できる。このため、精密機械部品、光学部品、液晶ディスプレイ、半導体等の製造には不可欠なものとなっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第４５１２７２１号公報（図１等）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、超音波振動子から照射された超音波は、洗浄液の液面で反射して、洗浄液中に定在波を生じさせる。この定在波は、洗浄液の深さ方向に沿って音圧（音響放射圧）が最大となる部分（腹）と音圧が最小となる部分（節）とが交互に並んだものである。従って、被洗浄物を洗浄すると、被洗浄物の表面のうち、定在波の腹に対応する部分が効率良く洗浄される一方、定在波の節に対応する部分は殆ど洗浄されないため、被洗浄物の表面を均一に洗浄できないという問題がある。

【0005】

そこで、従来の超音波洗浄機においては、超音波振動子を駆動する駆動信号に対して振幅変調（ＡＭ変調）と周波数変調（ＦＭ変調）とを施し、駆動信号の周波数を切り替えることが提案されている。このようにすれば、周波数の切り替えに伴って定在波の腹節位置が移動するため、被洗浄物の表面を均一に洗浄することができる。しかしながら、周波数の切替時に、浮遊インダクタンスに起因する過大電圧がスイッチング素子に印加されてしまうため、回路の誤動作や破損が生じやすいという問題がある。

【0006】

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、周波数の切替時における過大電圧の発生を抑えることができる超音波洗浄機を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、商用交流電源を全波整流して脈流を生成する整流部と、前記整流部が生成した前記脈流を駆動電源として入力して高周波を発振し、超音波振動子に高周波の駆動信号を出力する高周波発生部と、前記高周波発生部から出力される前記駆動信号を駆動制御する発振制御部と、前記商用交流電源または前記駆動電源である前記脈流を監視することで、前記商用交流電源の電圧を検出し、その結果を前記発振制御部に出力する電源電圧検出部とを備えるとともに、前記高周波発生部は、入力した前記脈流に基づいて、前記商用交流電源の電圧変化に同期した振幅変調を行うとともに、前記発振制御部は、前記商用交流電源の電圧が最大電圧の半分以下であることを前記電源電圧検出部が検出しているときに前記駆動信号の周波数を別の周波数に切り替える周波数変調を行うように、前記高周波発生部を制御することを特徴とする超音波洗浄機をその要旨とする。

【0008】

従って、請求項１に記載の発明によると、発振制御部が、商用交流電源の電圧が最大電圧の半分以下であるときに駆動信号の周波数を別の周波数に切り替える周波数変調を行うように、高周波発生部を制御している。即ち、電圧が最大電圧の半分以下となり、電流もあまり流れていないタイミングで駆動信号の周波数を切り替える制御を行うため、浮遊インダクタンスに起因する過大電圧の発生を抑えることができる。ゆえに、過大電圧吸収用のスナバ回路等の保護回路を小型化できるため、超音波洗浄機のコストを抑えることができる。また、過大電圧の発生を抑えることにより、高周波発生部等の誤動作や破損を防止することができる。さらに、電圧が最大電圧の半分以下となるタイミングで駆動信号の周波数を切り替えることで、周波数の切替時に発生するキックバックが小さくなるため、キックバックに起因する高周波ノイズを低減させることができる。また、高周波発生部は、商用交流電源の周波数を利用して振幅変調及び周波数変調を行っている。このため、発振制御部を機能させるためのプログラムがなくても、振幅変調及び周波数変調を容易に行うことができる。

【0009】

請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記発振制御部は、前記商用交流電源の電圧が最大電圧の２０％以下であることを前記電源電圧検出部が検出しているときに前記駆動信号の周波数を一定時間ごとに別の周波数に切り替える周波数変調を行うように、前記高周波発生部を制御することをその要旨とする。

【0010】

従って、請求項２に記載の発明によると、商用交流電源の電圧が最大電圧の２０％以下となり、電流も殆ど流れていないタイミングで駆動信号の周波数を切り替える制御を行うため、浮遊インダクタンスに起因する過大電圧の発生を確実に抑えることができる。また、電圧が最大電圧の２０％以下となるタイミングで駆動信号の周波数を切り替えることで、周波数の切替時に発生するキックバックがいっそう小さくなるため、キックバックに起因する高周波ノイズを確実に低減させることができる。

【0011】

請求項３に記載の発明は、請求項２において、前記電源電圧検出部は、前記商用交流電源の電圧のゼロクロスポイントを検出して、その結果を前記発振制御部に出力し、前記発振制御部は、前記商用交流電源の電圧が前記ゼロクロスポイントとなるタイミングで前記駆動信号の周波数を一定時間ごとに別の周波数に切り替える周波数変調を行うように、前記高周波発生部を制御することをその要旨とする。

【0012】

従って、請求項３に記載の発明によると、商用交流電源の電圧が最小値となり、電流も流れていないタイミングで駆動信号の周波数を切り替える制御を行うため、浮遊インダクタンスに起因する過大電圧の発生をより確実に抑えることができる。また、電圧がゼロクロスポイントとなるタイミングで駆動信号の周波数を切り替えることで、周波数の切替時に発生するキックバックがよりいっそう小さくなるため、キックバックに起因する高周波ノイズをより確実に低減させることができる。

【0013】

請求項４に記載の発明は、商用交流電源を全波整流して直流の駆動電源を生成する駆動電源生成部と、前記駆動電源生成部が生成した直流の前記駆動電源を入力して高周波を発振し、超音波振動子に高周波の駆動信号を出力する高周波発生部と、振幅変調を制御するための振幅変調信号を生成してそれを前記高周波発生部に出力することで、前記高周波発生部から出力される前記駆動信号を駆動制御する発振制御部としてのプロセッサとを備えるとともに、前記高周波発生部は、入力した前記振幅変調信号の電圧変化に同期した振幅変調を行うとともに、前記発振制御部としての前記プロセッサは、前記振幅変調信号の電圧が最大電圧の半分以下であるときに前記駆動信号の周波数を別の周波数に切り替える周波数変調を行うように、前記高周波発生部を制御することを特徴とする超音波洗浄機をその要旨とする。

【0014】

従って、請求項４に記載の発明によると、発振制御部としてのプロセッサが、振幅変調信号の電圧が最大電圧の半分以下であるときに駆動信号の周波数を別の周波数に切り替える周波数変調を行うように、高周波発生部を制御している。即ち、電圧が最大電圧の半分以下となり、電流もあまり流れていないタイミングで駆動信号の周波数を切り替える制御を行うため、浮遊インダクタンスに起因する過大電圧の発生を抑えることができる。ゆえに、過大電圧吸収用のスナバ回路等の保護回路を小型化できるため、超音波洗浄機のコストを抑えることができる。また、過大電圧の発生を抑えることにより、高周波発生部等の誤動作や破損を防止することができる。さらに、電圧が最大電圧の半分以下となるタイミングで駆動信号の周波数を切り替えることで、周波数の切替時に発生するキックバックが小さくなるため、キックバックに起因する高周波ノイズを低減させることができる。また、発振制御部としてのプロセッサは、商用交流電源の周波数を利用するのではなく、プロセッサが生成した振幅変調信号を利用して振幅変調を行うため、振幅変調の開始タイミング等の自由度が高くなる。

【0015】

請求項５に記載の発明は、請求項４において、前記発振制御部は、前記振幅変調信号の電圧が最大電圧の２０％以下であるときに前記駆動信号の周波数を一定時間ごとに別の周波数に切り替える周波数変調を行うように、前記高周波発生部を制御することをその要旨とする。

【0016】

従って、請求項５に記載の発明によると、振幅変調信号の電圧が最大電圧の２０％以下となり、電流も殆ど流れていないタイミングで駆動信号の周波数を切り替える制御を行うため、浮遊インダクタンスに起因する過大電圧の発生を確実に抑えることができる。また、電圧が最大電圧の２０％以下となるタイミングで駆動信号の周波数を切り替えることで、周波数の切替時に発生するキックバックがいっそう小さくなるため、キックバックに起因する高周波ノイズを確実に低減させることができる。

【0017】

請求項６に記載の発明は、請求項５において、前記発振制御部は、前記振幅変調信号の電圧がゼロとなるタイミングで前記駆動信号の周波数を一定時間ごとに別の周波数に切り替える周波数変調を行うように、前記高周波発生部を制御することをその要旨とする。

【0018】

従って、請求項６に記載の発明によると、振幅変調信号の電圧が最小値となり、電流も流れていないタイミングで駆動信号の周波数を切り替える制御を行うため、浮遊インダクタンスに起因する過大電圧の発生をより確実に抑えることができる。また、電圧がゼロとなるタイミングで駆動信号の周波数を切り替えることで、周波数の切替時に発生するキックバックがよりいっそう小さくなるため、キックバックに起因する高周波ノイズをより確実に低減させることができる。

【発明の効果】

【0019】

以上詳述したように、請求項１～６に記載の発明によると、周波数の切替時における過大電圧の発生を抑えることができる超音波洗浄機を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】第１実施形態における超音波洗浄機を示す概略構成図。

【図2】ＡＣ電源の交流電流の電圧波形を示すグラフ。

【図3】脈流の波形を示すグラフ。

【図4】超音波振動子に出力される駆動信号の波形を示すグラフ。

【図5】振幅変調された駆動信号の波形を概略的に示すグラフ。

【図6】振幅変調及び周波数変調された駆動信号の波形を概略的に示すグラフ。

【図7】第２実施形態における超音波洗浄機を示す概略構成図。

【図8】振幅変調信号の電圧波形を示すグラフ。

【発明を実施するための形態】

【0021】

［第１実施形態］
以下、本発明を具体化した第１実施形態を図面に基づき詳細に説明する。

【0022】

図１に示されるように、本実施形態の超音波洗浄機１０は、洗浄液Ｗ１を貯留する洗浄槽１１と、洗浄槽１１の底板１２に装着される超音波振動子１３と、超音波振動子１３の出力を駆動制御する超音波発振器２０とを備えている。また、洗浄槽１１に溜められた洗浄液Ｗ１には、被洗浄物１４が浸漬されている。

【0023】

洗浄槽１１の底板１２は、ステンレス等の金属板からなり、超音波Ｓ１を放射するための振動板として機能する。また、超音波振動子１３は、振動面を上方に向けた状態で、洗浄槽１１の底板１２に接合されている。超音波振動子１３は、超音波発振器２０に電気的に接続されており、超音波発振器２０から出力される駆動信号Ｖ（図４参照）に基づいて機械振動する。この超音波振動子１３の機械振動によって、底板１２から洗浄槽１１内に超音波Ｓ１が出力される。

【0024】

図１に示されるように、超音波発振器２０は、ＡＣ電源２１、保護回路２２、整流回路２３（整流部）、第１電源回路２４、第２電源回路２５、高周波発生回路２６（高周波発生部）、電源電圧検出回路２７（電源電圧検出部）、発振制御回路２８（発振制御部）及び整合回路２９を備えている。また、超音波発振器２０は、機器全体を統括的に制御する制御部（図示略）を備えている。制御部は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる周知のコンピュータにより構成されている。ＣＰＵは、上記の電源電圧検出回路２７や発振制御回路２８に電気的に接続されており、各種の駆動信号によってそれらを制御する。

【0025】

また、ＡＣ電源２１は、各回路２２～２９に１００Ｖの交流電力を供給するための商用交流電源である。なお、図１の〈Ａ〉及び図２に示されるように、ＡＣ電源２１の交流電流の電圧波形は、周期Ｔ０で出力される正弦波である。また、保護回路２２は、各回路２３～２９を過電圧から保護するための回路である。

【0026】

図１に示されるように、整流回路２３は、ＡＣ電源２１から供給された交流電流を整流して、脈流４０（図１の〈Ｂ〉及び図３参照）を生成する回路である。詳述すると、整流回路２３は、交流電圧の負電圧部である負パルス４１（図２参照）を正電圧部である正パルス４２（図３参照）に変換整流する全波整流を行うことにより、複数の正パルス４２が連続する脈流４０（直流）を生成する。

【0027】

第１電源回路２４は、整流回路２３から供給された脈流４０を平滑して、１２Ｖの直流に変換して出力する回路である。なお、変換した１２Ｖの直流は、第２電源回路２５に出力されるとともに、トランジスタ駆動制御用電源として高周波発生回路２６に出力される。また、第２電源回路２５は、第１電源回路２４から供給された１２Ｖの直流を、５Ｖの直流に変換して発振制御回路２８等に出力する回路である。

【0028】

高周波発生回路２６は、整流回路２３が生成した脈流４０を駆動電源として入力して高周波を発振し、整合回路２９を介して超音波振動子１３に高周波の駆動信号Ｖを出力する回路である。本実施形態の高周波発生回路２６は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor ）、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）などのトランジスタを複数個用いて構成されたインバータ回路により形成されている。具体的に言うと、高周波発生回路２６は、整流回路２３から供給される脈流４０を、発振制御回路２８から出力されたトランジスタ駆動制御信号を増幅してスイッチングし、高周波の駆動信号Ｖに変換する。なお、図４に示されるように、駆動信号Ｖの波形は、周期Ｔ２で出力される正弦波である。また、高周波発生回路２６は、第１電源回路２４から出力されたトランジスタ駆動制御用電源によって駆動するようになっている。

【0029】

図１に示されるように、電源電圧検出回路２７は、駆動電源である脈流４０を監視することで、ＡＣ電源２１の電圧を検出し、その結果を発振制御回路２８に出力する回路である。具体的に言うと、電源電圧検出回路２７は、脈流４０の交流電圧が０ＶになるポイントであるゼロクロスポイントＺ１（図１の〈Ｃ〉及び図３参照）を検出し、その結果を０Ｖ時のトリガー信号として発振制御回路２８に出力する。

【0030】

そして、発振制御回路２８は、高周波発生回路２６から出力される駆動信号Ｖを駆動制御する回路である。具体的に言うと、発振制御回路２８は、トリガー信号が入力されるタイミングで発振（トランジスタ駆動制御信号）のオンオフを切り替えることにより、高周波発生回路２６のスイッチング波形のパターンを制御する。なお、発振制御回路２８は、第２電源回路２５から出力された５Ｖの直流によって駆動する。

【0031】

図１に示されるように、整合回路２９は、トランスなどの素子によりインピーダンス変換を行い、送り出す側（発振制御回路２８側）の駆動信号のインピーダンス値と受け取る側（超音波振動子１３側）の駆動信号のインピーダンス値とを同じにする（マッチングする）回路である。そして、整合回路２９は、インピーダンスマッチングが行われた高周波の駆動信号Ｖを超音波振動子１３に供給する。

【0032】

次に、超音波洗浄機１０を用いた被洗浄物１４の洗浄方法について説明する。

【0033】

まず、洗浄槽１１内に洗浄液Ｗ１とともに被洗浄物１４を収容した後、超音波洗浄機１０のＡＣ電源２１をオンする。このとき、超音波発振器２０の発振制御回路２８（ＣＰＵ）は、超音波振動子１３に対して駆動信号Ｖを出力する制御を行い、超音波振動子１３を駆動させる。具体的に言うと、まず、発振制御回路２８は、高周波発生回路２６に対してトランジスタ駆動制御信号を出力する。その結果、高周波発生回路２６の発振が開始され（オンに切り替えられ）、駆動信号Ｖ（図４参照）が生成される。なお、高周波発生回路２６はバースト駆動されるため、本実施形態の駆動信号Ｖは、単一周波数のバースト波により形成される。

【0034】

次に、超音波発振器２０の発振制御回路２８（ＣＰＵ）は、被洗浄物１４の洗浄効率を向上させるべく、超音波振動子１３を駆動するための駆動信号Ｖに振幅変調（ＡＭ変調）と周波数変調（ＦＭ変調）とを施すように、高周波発生回路２６を制御する。具体的に言うと、まず、発振制御回路２８は、入力した脈流４０に基づき、駆動信号Ｖに対して、ＡＣ電源２１（脈流４０）の電圧変化に同期した振幅変調を行うように、高周波発生回路２６を制御する。詳述すると、高周波発生回路２６は、駆動信号Ｖの振幅を最大振幅Ｈmax （図４，図５参照）の０％以上１００％以下の範囲内で変調させる変調度１００％の振幅変調（１００％変調）を行う。なお、振幅変調した駆動信号Ｖでは、振幅が最大振幅Ｈmax の０％→最大振幅Ｈmax の１００％→最大振幅Ｈmax の０％の順に連続的に変調する期間Ｔ３（図５参照）が、脈流４０の電圧周期Ｔ１（図３参照）と等しくなっている。

【0035】

さらに、発振制御回路２８は、電源電圧検出回路２７の検出結果（トリガー信号）に基づき、ＡＣ電源２１の電圧（本実施形態では、脈流４０の電圧）がゼロクロスポイントＺ１（図３参照）となるタイミングで駆動信号Ｖを周波数変調するように、高周波発生回路２６を駆動制御する。換言すると、高周波発生回路２６は、ＡＣ電源２１（及び脈流４０）の電圧が最大電圧Ｖ１max （図２，図３参照）の０％であるときに周波数を切り替える。そして、高周波発生回路２６は、周波数変調において、駆動信号Ｖの周波数を一定時間Ｔ４（図６参照）ごとに別の周波数に切り替える制御を行う。なお、一定時間Ｔ４は、駆動信号Ｖの振幅が最大振幅Ｈmax の０％→１００％→０％の順に変調する期間Ｔ３と等しくなっている。詳述すると、まず、高周波発生回路２６は、５つの周波数（本実施形態では、３８ｋＨｚ、３９ｋＨｚ、４０ｋＨｚ、４１ｋＨｚ、４２ｋＨｚ）を設定する。そして、高周波発生回路２６は、一定時間Ｔ４ごとに周波数を別の周波数に切り替えることで、駆動信号Ｖの周波数を段階的に切り替える制御を行う。図６に示されるように、高周波発生回路２６は、駆動信号Ｖの周波数を、４０ｋＨｚ→４１ｋＨｚ→４２ｋＨｚ→４１ｋＨｚ→４０ｋＨｚ→３９ｋＨｚ→３８ｋＨｚ→３９ｋＨｚ→４０ｋＨｚ→…の順に段階的に切り替える制御を行う。

【0036】

そして、振幅変調及び周波数変調が施された駆動信号Ｖが超音波振動子１３に入力されると、超音波振動子１３が連続的に振動し、洗浄槽１１の底板１２から洗浄液Ｗ１中に超音波Ｓ１が照射される。なお、超音波Ｓ１は、洗浄液Ｗ１中を伝搬し、被洗浄物１４に作用する。その結果、被洗浄物１４の表面が洗浄される。その後、作業者がＡＣ電源２１をオフすると、ＣＰＵにより超音波発振器２０が停止し、被洗浄物１４の洗浄が終了する。

【0037】

従って、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。

【0038】

（１）本実施形態の超音波洗浄機１０では、発振制御回路２８が、脈流４０の電圧がゼロクロスポイントＺ１となるタイミングで駆動信号Ｖの周波数を別の周波数に切り替える周波数変調を行うように、高周波発生回路２６を制御している。即ち、電圧が最小値Ｖ１min （図２，図３参照）となり、電流も流れていないタイミングで駆動信号Ｖの周波数を切り替える制御を行うため、浮遊インダクタンスに起因する過大電圧の発生を抑えることができる。ゆえに、過大電圧吸収用のスナバ回路等の保護回路を小型化できるため、超音波洗浄機１０のコストを抑えることができる。また、過大電圧の発生を抑えることにより、超音波発振器２０の誤動作や破損を防止することができる。さらに、電圧がゼロクロスポイントＺ１となるタイミングで駆動信号Ｖの周波数を切り替えることで、周波数の切替時に発生するキックバックが小さくなるため、キックバックに起因する高周波ノイズを低減させることができる。

【0039】

（２）本実施形態では、高周波発生回路２６が、商用交流電源であるＡＣ電源２１の周波数（５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）を利用して振幅変調及び周波数変調を行っている。このため、ＣＰＵを機能させるためのプログラム（振幅変調用プログラムや周波数変調用プログラム）がなくても、振幅変調及び周波数変調を容易に行うことができる。

【0040】

（３）本実施形態では、駆動信号Ｖの周波数として、５つの周波数（３８ｋＨｚ，３９ｋＨｚ，４０ｋＨｚ，４１ｋＨｚ，４２ｋＨｚ）を設定している。そして、高周波発生回路２６が、設定した５つの周波数を段階的に切り替える周波数変調を行うため、周波数の切替時のごく短時間のあいだに洗浄液Ｗ１中において音響的な不整合（乱れ）が生じる。その結果、周波数を無段階で連続的に変化させる単純な周波数変調を行う場合に比べて、被洗浄物１４の表面に対する超音波Ｓ１の作用の仕方が複雑になるため、洗浄効率が向上する。ゆえに、周波数を連続的に変化させる従来の周波数変調とは異なる洗浄効果を得ることができる。

【0041】

（４）例えば、周波数が異なる複数の超音波振動子を使い分けたり、多周波用の超音波振動子を用いたりすることにより、本実施形態と同様の周波数の切り替えを行うことは可能である。しかし、本実施形態では、駆動信号Ｖを調整するのみで周波数の切り替えを実現できるため、超音波洗浄機１０の小型化・簡素化を実現しやすくなる。

【0042】

［第２実施形態］
以下、本発明を具体化した第２実施形態を図面に基づいて説明する。ここでは、前記第１実施形態と相違する部分を中心に説明し、共通する部分については同じ部材番号を付して詳細な説明を割愛する。

【0043】

図７に示されるように、第２実施形態の超音波洗浄機５０は、制御態様が第１実施形態の超音波洗浄機１０とは異なっている。即ち、第１実施形態の超音波洗浄機１０は、ＡＣ電源２１の周波数を利用して振幅変調（ＡＭ変調）及び周波数変調（ＦＭ変調）を行うものであったが、本実施形態の超音波洗浄機５０は、ＡＣ電源２１の周波数ではなく、プロセッサ５２（ＣＰＵ）により振幅変調及び周波数変調を行うものである。

【0044】

具体的に言うと、超音波洗浄機５０の超音波発振器５１は、第１電源回路２４（駆動電源生成部）、高周波発生回路２６（高周波発生部）及びプロセッサ５２（発振制御部）を備えている。第１電源回路２４は、整流回路２３から供給された脈流４０を平滑して、１２Ｖの直流の駆動電源に変換して出力する回路である。なお、変換した１２Ｖの駆動電源は、第２電源回路２５に出力されるとともに、トランジスタ駆動制御用電源として高周波発生回路２６に出力される。また、高周波発生回路２６は、第１電源回路２４が生成（変換）した直流の駆動電源を入力して高周波を発振し、超音波振動子１３に高周波の駆動信号Ｖを出力する回路である。

【0045】

図７に示されるように、プロセッサ５２は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる周知のコンピュータにより構成されている。プロセッサ５２は、振幅変調を制御するための振幅変調信号Ｖ２を生成してそれを高周波発生回路２６に出力することで、高周波発生回路２６から出力される駆動信号Ｖを駆動制御する。なお、図８に示されるように、振幅変調信号Ｖ２の電圧波形は、電圧周期Ｔ５で出力される脈流である。また、振幅変調信号Ｖ２は、商用交流電源（ＡＣ電源２１）の電圧波形の周期Ｔ０とは無関係に生成される。そして、高周波発生回路２６は、入力した振幅変調信号Ｖ２の電圧変化に同期した振幅変調を行う。詳述すると、高周波発生回路２６は、駆動信号Ｖの振幅を最大振幅Ｈmax の０％以上１００％以下の範囲内で変調させる振幅変調（１００％変調）を行う（図５参照）。

【0046】

さらに、プロセッサ５２は、振幅変調信号Ｖ２の電圧がゼロとなるタイミングＺ２で駆動信号Ｖを周波数変調するように、高周波発生回路２６を駆動制御する。換言すると、高周波発生部２６は、振幅変調信号Ｖ２の電圧が最大電圧Ｖ２max （図８参照）の０％であるときに周波数を切り替える。そして、高周波発生回路２６は、周波数変調において、駆動信号Ｖの周波数を一定時間Ｔ４（図６参照）ごとに別の周波数に切り替える制御を行う。

【0047】

なお、振幅変調及び周波数変調が施された駆動信号Ｖが超音波振動子１３に入力されると、超音波振動子１３の機械振動により超音波Ｓ１が照射される。そして、超音波Ｓ１が、洗浄液Ｗ１中を伝搬して被洗浄物１４に作用することにより、被洗浄物１４の表面が洗浄される。

【0048】

従って、本実施形態の超音波洗浄機５０では、プロセッサ５２が、振幅変調信号Ｖ２の電圧がゼロとなるタイミングＺ２で駆動信号Ｖの周波数を別の周波数に切り替える周波数変調を行うように、高周波発生回路２６を制御している。即ち、電圧が最小値Ｖ２min （図８参照）となり、電流も流れていないタイミングＺ２で駆動信号Ｖの周波数を切り替える制御を行うため、浮遊インダクタンスに起因する過大電圧の発生を抑えることができる。また、電圧がゼロとなるタイミングＺ２で駆動信号Ｖの周波数を切り替えることで、周波数の切替時に発生するキックバックが小さくなるため、キックバックに起因する高周波ノイズを低減させることができる。さらに、プロセッサ５２は、ＡＣ電源２１の周波数を利用するのではなく、プロセッサ５２が生成した振幅変調信号Ｖ２を利用して振幅変調を行うため、振幅変調の開始タイミング等の自由度が高くなる。また、本実施形態の超音波発振器５１は、前記第１実施形態の電源電圧検出回路２７を持たない既存の装置であるが、プロセッサ５２のプログラム変更により対応可能となる。

【0049】

なお、上記各実施形態を以下のように変更してもよい。

【0050】

・上記第１実施形態の発振制御回路２８は、ＡＣ電源２１（脈流４０）の電圧が最大電圧Ｖ１max の０％（ゼロクロスポイントＺ１）であることを電源電圧検出回路２７が検出しているときに、駆動信号Ｖの周波数を切り替える周波数変調を行うように、高周波発生回路２６を制御していた。しかし、発振制御回路２８は、ＡＣ電源２１の電圧がゼロクロスポイントＺ１の近傍であっても、周波数変調を行うように高周波発生回路２６を制御してもよい。具体的に言うと、発振制御回路２８は、ＡＣ電源２１の電圧が最大電圧Ｖ１max の５０％（半分）以下であるときに、周波数変調を行うように高周波発生回路２６を制御してもよい。また、発振制御回路２８は、ＡＣ電源２１の電圧が最大電圧Ｖ１max の２０％以下や３０％以下であるときにも、周波数変調を行うように高周波発生回路２６を制御してもよい。

【0051】

・上記第２実施形態の発振制御部としてのプロセッサ５２は、振幅変調信号Ｖ２の電圧が最大電圧Ｖ２max の０％（ゼロ）であるときに、駆動信号Ｖの周波数を切り替える周波数変調を行うように、高周波発生回路２６を制御していた。しかし、プロセッサ５２は、振幅変調信号Ｖ２の電圧がゼロとなるタイミングＺ２の近傍であっても、周波数変調を行うように高周波発生回路２６を制御してもよい。具体的に言うと、プロセッサ５２は、振幅変調信号Ｖ２の電圧が最大電圧Ｖ２max の５０％（半分）以下であるときに、周波数変調を行うように高周波発生回路２６を制御してもよい。また、プロセッサ５２は、振幅変調信号Ｖ２の電圧が最大電圧Ｖ２max の２０％以下や３０％以下であるときにも、周波数変調を行うように高周波発生回路２６を制御してもよい。

【0052】

・上記各実施形態では、５つの周波数を切り替える５周波の超音波発振器２０，５１が用いられていたが、２つ以上４つ以下の周波数を切り替える２周波以上４周波以下の超音波発振器を用いてもよいし、６つ以上の周波数を切り替える６周波以上の多周波の超音波発振器を用いてもよい。なお、切り替える周波数が多くなる程、超音波Ｓ１がより複雑に作用するため、洗浄効率が向上する。

【0053】

・上記各実施形態において、超音波発振器２０，５１の高周波発生回路２６は、駆動信号Ｖの周波数を、４０ｋＨｚ→４１ｋＨｚ→４２ｋＨｚ→４１ｋＨｚ→４０ｋＨｚ→３９ｋＨｚ→３８ｋＨｚ→３９ｋＨｚ→４０ｋＨｚ→…の順に切り替える制御を行っていた。即ち、高周波発生回路２６は、周波数を切り替える際の変化量を一定の値（１ｋＨｚ）に設定していた。しかし、高周波発生回路２６は、周波数を切り替える際の変化量を１ｋＨｚ以上の複数の値に設定し、それらの値からランダムに選択するものであってもよい。例えば、高周波発生回路２６は、周波数を、３８ｋＨｚ→４１ｋＨｚ（変化量３ｋＨｚ）→３９ｋＨｚ（変化量２ｋＨｚ）→４２ｋＨｚ（変化量３ｋＨｚ）→４０ｋＨｚ（変化量２ｋＨｚ）→３８ｋＨｚ（変化量２ｋＨｚ）の順に段階的に変化させる制御を行ってもよい。このようにすれば、周波数がランダムに変化するため、被洗浄物１４の表面に照射される超音波Ｓ１の音圧が常に変化する。その結果、被洗浄物１４の表面がムラなく洗浄されるため、洗浄効率がよりいっそう向上する。

【0054】

・上記各実施形態の発振制御部（発振制御回路２８、プロセッサ５２）は、駆動信号Ｖの周波数を別の周波数に切り替える周波数変調を行うように、高周波発生回路２６を制御していた。しかし、発振制御部は、周波数の切り替えと同時に駆動信号Ｖの最大振幅Ｈmax を変更するようにしてもよいし、周波数の切り替えと同時に駆動信号Ｖの期間Ｔ３（図５参照）の長さを変更するようにしてもよい。なお、これらを実現するうえでは、第２実施形態を採用することが好ましい。

【0055】

・上記各実施形態の高周波発生回路２６は、駆動信号Ｖの振幅を最大振幅Ｈmax の０％以上１００％以下の範囲内で変調させる変調度１００％の振幅変調（１００％変調）を行っていたが、変調度が異なる振幅変調を行ってもよい。

【0056】

・上記各実施形態の高周波発生回路２６は、複数の周波数を段階的に切り替える周波数変調を行っていたが、周波数を無段階で連続的に変化させる周波数変調を行ってもよい。具体的に言うと、高周波発生回路２６は、駆動信号Ｖのそれぞれの期間Ｔ３（図５参照）の中で、周波数を徐々に高く（または低く）するスイープ変調を行ってもよい。

【0057】

・上記第１実施形態の電源電圧検出回路２７は、駆動電源である脈流４０を監視することでＡＣ電源２１の電圧を検出し、その結果を発振制御回路２８に出力するようになっていた。しかし、電源電圧検出回路２７は、ＡＣ電源２１を監視することでＡＣ電源２１の電圧を検出し、その結果を発振制御回路２８に出力するようになっていてもよい。この場合、電源電圧検出回路２７は、全波整流される前（脈流４０が生成される前）のＡＣ電源２１の交流電流を監視することで、ＡＣ電源２１の交流電圧が０Ｖになる点であるゼロクロスポイントＺ０（図１の〈Ａ〉及び図２参照）を検出し、その結果を０Ｖ時のトリガー信号として発振制御回路２８に出力する。

【0058】

・上記第１実施形態の電源電圧検出回路２７や発振制御回路２８は、ハードウェアで構成されていてもよいが、所定のソフトウェアによって、ＣＰＵに電源電圧検出回路２７及び発振制御回路２８と同じ動作を実行させてもよい。

【0059】

・上記各実施形態の超音波発振器２０は超音波洗浄機１０，５０に用いられていたが、これ以外のもの、例えば、超音波分散器、超音波殺菌装置、ソノケミストリーを利用して化学反応を行わせる超音波反応器などに用いられていてもよい。

【0060】

次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した実施形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。

【0061】

（１）請求項１乃至３のいずれか１項において、前記高周波発生部は、前記駆動信号の振幅を最大振幅の０％以上１００％以下の範囲内で変調させる前記振幅変調を行うことを特徴とする超音波洗浄機。

【0062】

（２）請求項１において、前記発振制御部は、前記商用交流電源の電圧が最大電圧の３０％以下であることを前記電源電圧部が検出しているときに前記駆動信号の周波数を一定時間ごとに別の周波数に切り替える周波数変調を行うように、前記高周波発生部を制御することを特徴とする超音波洗浄機。

【0063】

（３）請求項４において、前記発振制御部は、前記振幅変調信号の電圧が最大電圧の３０％以下であるときに前記駆動信号の周波数を一定時間ごとに別の周波数に切り替える周波数変調を行うように、前記高周波発生部を制御することを特徴とする超音波洗浄機。

【0064】

（４）請求項１乃至３のいずれか１項において、前記整流部は、前記商用交流電源の交流電圧の負電圧部を正電圧部に変換整流する全波整流を行うことにより、複数の前記正電圧部が連続する前記脈流を生成することを特徴とする超音波洗浄機。

【0065】

（５）商用交流電源を全波整流して脈流を生成する整流部と、前記整流部が生成した前記脈流を駆動電源として入力して高周波を発振し、超音波振動子に高周波の駆動信号を出力する高周波発生部と、前記高周波発生部から出力される前記駆動信号を駆動制御する発振制御部と、前記商用交流電源または前記駆動電源である前記脈流を監視することで、前記商用交流電源の電圧を検出し、その結果を前記発振制御部に出力する電源電圧検出部とを備えるとともに、前記高周波発生部は、入力した前記脈流に基づいて、前記商用交流電源の電圧変化に同期した振幅変調を行うとともに、前記発振制御部は、前記商用交流電源の電圧が最大電圧の半分以下であることを前記電源電圧検出部が検出しているときに前記駆動信号の周波数を別の周波数に切り替える周波数変調を行うように、前記高周波発生部を制御することを特徴とする超音波反応器。

【0066】

（６）商用交流電源を全波整流して直流の駆動電源を生成する駆動電源生成部と、前記駆動電源生成部が生成した直流の前記駆動電源を入力して高周波を発振し、超音波振動子に高周波の駆動信号を出力する高周波発生部と、振幅変調を制御するための振幅変調信号を生成してそれを前記高周波発生部に出力することで、前記高周波発生部から出力される前記駆動信号を駆動制御する発振制御部としてのプロセッサとを備えるとともに、前記高周波発生部は、入力した前記振幅変調信号の電圧変化に同期した振幅変調を行うとともに、前記発振制御部としての前記プロセッサは、前記振幅変調信号の電圧が最大電圧の半分以下であるときに前記駆動信号の周波数を別の周波数に切り替える周波数変調を行うように、前記高周波発生部を制御することを特徴とする超音波反応器。

【符号の説明】

【0067】

１０，５０…超音波洗浄機
１３…超音波振動子
２１…商用交流電源としてのＡＣ電源
２３…整流部としての整流回路
２４…駆動電源生成部としての第１電源回路
２６…高周波発生部としての高周波発生回路
２７…電源電圧検出部としての電源電圧検出回路
２８…発振制御部としての発振制御回路
４０…脈流
５２…発振制御部としてのプロセッサ
Ｔ４…一定時間
Ｖ…駆動信号
Ｖ１max，Ｖ２max…最大電圧
Ｖ２…振幅変調信号
Ｚ１…ゼロクロスポイント
Ｚ２…ゼロとなるタイミング

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】