专利名称：用于清洁物体的超声波执行机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于清洁物体的超声波执行机构，该超声波执行机构 具有一个用于超声波的传播容积以及一个或多个用于将超声波输入耦合到 该传播容积中的超声波换能器。
背景技术：
构件的清洁在许多技术领域中扮演重要角色。特别的问题在于细微结 构化的构件、例如微系统技术的蚀刻晶片的清洁。越来越小的结构使得特 别小的微粒对构件的功能性形成大的危险。表面在位于表面附近的微粒上 的附着力随着微粒大小的减小而剧烈增大，由此，这种微粒也非常难于从 表面去除。
长久以来，超声波清洁是工业清洁技术中的常用措施。在微粒较大的
情况下为了清洁表面使用可达100 kHz的范围内的超声波频率，而对于非 常小的微粒则需要l MHz左右的范围内的超声波频率。用这种高的超声波 频率清洁也以兆声波清洁的概念公知。
用于清洁构件的许多技术上的解决方案使用所谓的浸渍技术，在该浸 渍技术中，待清洁的构件浸入到液态介质中，超声波输入耦合到该液态介 质中。但该技术一方面清洁作用不均匀，另一方面需要大量的清洁液体， 存在与此相联系的成本和符合环境要求的废料处理方面的问题。EP 0546685 A2中描述了一种基于浸渍技术的清洁系统的例子。待清洁的构件在此置入 到填充有清洁液体的容器中， 一个构造成管状的超声波执行机构在该容器 中设置在构件的下方。该超声波执行机构在此具有一个管状的壳体，在该 壳体的内壁上在上部区域中安置有一些超声波换能器。1 MHz左右的频率 范围内的超声波穿过管状的壳体在朝处于容器中的物体的方向上辐射出。
除了该浸渍技术外，也公知了其它解决方案，在这些解决方案中，超 声波执行机构设置在待清洁的构件的紧附近。该应用仅需要少量的清洁液
体。但在此会局部地产生非常高的强度，这种强度除了期望的清洁效果外 还可导致敏感结构的毁坏。
从WO 00/21692 Al可获知这种技术的例子该技术将大面积的超声波 换能器平行地并且在在此情况下待清洁的晶片的紧附近安装。
发明内容
从所述现有技术出发，本发明的任务在于，提供一种用于清洁物体、 尤其是用于清洁具有小结构的构件的超声波执行机构，该超声波执行机构 可在少量使用清洁液体的情况下实现细致的清洁。
该任务通过根据权利要求1的超声波执行机构来解决。该超声波执行 机构的有利构型是权利要求的主题或者可从下述说明以及实施例中获知。
本发明的超声波执行机构包括一个用于超声波的传播容积以及一个或 多个超声波换能器，所述超声波换能器设置在传播容积上，以便在工作中 使超声波输入耦合到传播容积中。传播容积由一个声的输出耦合窗并且由 一个或多个用于所输入耦合的超声波的反射面限定边界，该声的输出耦合 窗具有一个耦合面，用于在声方面耦合待清洁的物体。所述一个或多个超 声波换能器在本发明的超声波执行机构中这样设置在传播容积上，使得所 输入耦合的超声波在反射面上反射一次或多次之后才通过输出耦合窗从传 播容积射出。超声波换能器由此使超声波不是直接指向输出耦合窗，而是 指向所述一个或多个反射面。这样构造所述一个或多个反射面，使得在输 出耦合窗上得到超声波能量的可预给定的、无强度峰值的分布。在此可涉 及均匀的分布，或者也可涉及其它可预给定的分布，例如在输出耦合窗的 中心区域中具有最大值以深度清洁该区域中的物体。
均匀分布必要时已经可通过在平坦的反射面上多重反射来实现。为了 声能在输出耦合窗上在空间上或面上确定地分布，反射面也可弯曲，例如 凹形地成形。优选反射面被构造用于在超声波执行机构的工作中超声波漫 反射。
通过具有尤其是用于使超声波漫反射的反射面的超声波执行机构的该 构型实现所使用的声能在输出耦合窗上无强度峰值地分布，例如均匀分布。 待清洁的物体放置在耦合面的区域中，如果必要，与介质相耦合。该介质
可以是过程或清洁液体。本发明的超声波执行机构可以是用于物体的清洁 装置的组成部分，该超声波执行机构在用于清洁物体时由此不需要或仅需 要少量的清洁或耦合液体。
具有本发明的超声波执行机构的清洁装置例如可如WO 2004/114372 Al中所描述的那样来构造，该文献的公开内容在清洁装置的构型方面纳入 到本专利申请中。在这种构型中，本发明的超声波执行机构取代例如可在 WO 2004/114372 Al的图1和图2中可看到的具有超声波元件的第二板。
可用不同的方式来构造具有其边界面的传播容积。在本发明的超声波 执行机构的构型中，传播容积通过固体、例如由金属或陶瓷构成。反射面 在此可通过固体表面区域的表面结构化来获得。
在本发明的超声波执行机构的另 一个构型中，传播容积被气体或液体 占据。反射面在此可通过合适地结构化或成形的、用固体材料制成的壁构 成。优选反射面中的至少一个这样构造成挠性的，使得所述至少一个反射 面在该超声波执行机构工作时产生持续交变的反射条件，这种反射条件使 得超声波被相应漫反射。这例如可通过使用膜片来实现，该膜片通过所输 入耦合的超声波而自动运动。但当然也可以是其它可变化的、例如液态的 边界面，这些边界面负责相应交变的反射条件并且由此负责变化的能量分 布。
原则上反射面在本发明的超声波执行机构中不仅可均匀分布地而且可 随机分布地绕传播容积设置。输出耦合窗或其耦合面在本发明的超声波执 行机构中优选与待检验的物体的表面形状相适配。此外，在超声波执行机 构中可构造一个或多个通道，所述通道通到耦合面中，由此可使液态的耦 合或清洁介质通过通道置入到耦合面与物体表面之间。
本发明的超声波执行机构可有利地用于清洁具有小结构的构件，它们 必须被清洁掉lpm或以下的大小范围内的小微粒。在此情况下使用发射出 2500 kHz的波长范围内的超声波的超声波换能器。但当然本发明的超声波 执行机构也可用于清洁被较大微粒污染的物体。在此情况下优选使用500 kHz以下的超声波频率来清洁。
下面借助于一些实施例联系附图在不限制权利要求所预给定的保护范 围的情况下再次简短地描述本发明的超声波执行机构。附图表示 图1本发明的超声波执行机构的构型的第一例子的示意图； 图2 本发明的超声波执行机构的构型的第二例子的示意图； 图3 本发明的超声波执行机构的构型的另一个例子的示意图； 图4 具有超声波执行机构的清洁装置的一个例子的极其示意性的视 图；以及
图5 超声波执行机构的外部形状的一个例子的示意图。
具体实施例方式
图1中示意性地示出了本发明的超声波执行机构的构型的第一例子。 在该例子中，超声波执行机构包括一个金属本体3，该金属本体构成一个用 于超声波的传播容积。
该金属本体例如可由铝构成。金属本体3在放置待清洁的物体1的前 部区域中具有一个声的输出耦合窗8,该声的输出耦合窗的外表面在本专利 申请中被称作耦合面，该外表面与待清洁的物体的形状相适配。在图1的 例子中，待清洁的物体1是一个球，由此，声的输出耦合窗8的耦合面被 成形为半球形。在球与输出耦合窗8的耦合面之间置入耦合液体2。用于声 耦合的该耦合液体或者可从外部或者可通过一个可选择地设置在金属本体 3中的通道10输入，该通道如图l中所示。
另外，多个超声波换能器5这样安置在金属本体3上，使得这些超声 波换能器使超声波不是指向输出耦合窗8，而是指向金属本体3的构造在后 侧的反射面6。该反射面6通过金属本体3的后侧表面的结构化这样成形， 使得投射的超声波被该反射面漫反射。
在该例子中，超声波换能器5构造成用于高频率范围(兆声波)的压 电执行机构，这些压电执行机构将所需的声能引入到金属本体3中。所引 入的能量由于反射而分布在金属本体3中的反射面6及其它边界面上，仅 可在输出耦合窗8的区域中通过建立导声接触、例如通过清洁或耦合液体2 而射出并且投射到待清洁的物体1上。由于漫反射，能量均匀地分布在输 出耦合窗的区域中并且由此物体1的表面得到细致且均匀的清洁。在该例
子中，金属本体3也被嵌入到一个具有平坦外面的泡沫材料11中，以便使 其操作容易。
图2示出了根据本发明的超声波执行机构的另一个例子，在该例子中 要清洁一个立方形的物体l。在此，声的输出耦合窗8的耦合面也与物体1 的表面形状相适配。在该例子中，传播容积被气体4填充，在前部区域中 通过输出耦合窗8限定边界并且在后侧区域中通过一个挠性的膜片7限定 边界。其余的边界壁9由塑料材料构成，超声波换能器5也安置在该塑料 材料上。在该例子中，反射面通过膜片7构成，该膜片由于超声波的输入 耦合而运动并且由此由于持续运动而使得投射的超声波被漫反射。由此， 在这种构型中，输入耦合的超声波能量也通过漫反射而近似均匀地分布， 由此在输出耦合窗8上不再产生强度峰值。
超声波执行机构也可有利地用于清洁盘状的物件，如图3中所示。在 此情况下，声的输出耦合窗8的耦合面为了与盘状的物件12相适配而被构 造成平坦的。在该例子中，也将耦合液体2导入到待清洁的物件12与输出 耦合窗8的耦合面之间，该耦合液体例如作为清洁流体也可承担附加的清 洁功能。耦合液体2的输入通过一个通道10进行，该通道构造在具有反射 面的传播容积13中。在该图中也示出了设置在传播容积13上的超声波换 能器5。
图4在极其示意性的视图中示出了具有超声波执行机构16的清洁装置 的例子。该装置具有一个用于待清洁的盘状的物件12的保持装置14、例如 晶片以及一个用于该保持装置14的旋转的驱动装置15。保持装置14在此构 造有在该图中未示出的相应的夹持元件。
与保持装置14相对置的超声波执行机构16在该例子中根据图3来构 造。该装置可实现待清洁的物件12在清洁期间旋转。
图5在立体视图中仅示意性地示出了超声波执行机构16的或构成传播 容积的本体的外部形状的例子，它例如也可在根据图4的装置中使用。该 多面的本体具有彼此平行的第一面17和第二面18以及多个各与第一面17 夹有锐角的侧面19。超声波振动器在声方面与多面的本体的侧面19耦合， 该多面的本体例如可涉及一个截棱锥体。参考标号清单
1物体11泡沫
2耦合液体12盘状的物件
3金属本体13传播容积
4气体14保持装置
5超声波换能器15旋转的驱动装置
6反射面16超声波执行机构
7膜片17第一面
8输出耦合窗18第二面
9壁19侧面
10通道
权利要求
1. 超声波执行机构，用于清洁物体，-具有一个用于超声波的传播容积(3，4，13)，该传播容积由一个声的输出耦合窗(8)并且由一个或多个用于所输入耦合的超声波的反射面(6，7)限定边界，该声的输出耦合窗具有一个耦合面，用于在声方面耦合待清洁的物体(1，12)，-具有一个或多个超声波换能器(5)，所述超声波换能器为了输入耦合超声波而这样设置在该传播容积(3，4，13)上，使得所输入耦合的超声波在所述反射面(6，7)上反射一次或多次之后才通过该输出耦合窗(8)从该传播容积(3，4，13)射出，-其中，这样构造所述一个或多个反射面(6，7)，使得在该输出耦合窗(8)上得到超声波能量的可预给定的、无强度峰值的分布。
2. 根据权利要求1的超声波执行机构，其特征在于所述一个或多个 反射面(6， 7)被构造用于超声波的漫反射。
3. 根据权利要求1或2的超声波执行机构，其特征在于该传播容积 (3， 4， 13)通过固体构成，该固体的一个或多个表面区域被结构化以产生具有漫反射的反射面。
4. 根据权利要求1或2的超声波执行机构，其特征在于该传播容积 (3， 4， 13)被液体或气体(4)占据。
5. 根据权利要求4的超声波执行机构，其特征在于所述反射面(6, 7)中的至少一个这样构造成挠性的，使得所述至少一个反射面在该超声波 执行机构工作时通过运动而产生持续交变的反射条件。
6. 根据权利要求5的超声波执行机构，其特征在于所述至少一个反 射面(6, 7)是膜片。
7. 根据权利要求1至6中一项的超声波执行机构，其特征在于至少 一个用于输入液态的耦合介质(2)的通道(10)通到该输出耦合窗(8) 的耦合面中。
8. 根据权利要求1至7中一项的超声波执行机构，其特征在于所述 超声波换能器(5)被构造用于产生》500kHz的范围内的超声波。
9. 根据上述权利要求中一项或多项的用于清洁物体(1， 12)的超声 波执行机构的应用，在该应用中，该耦合面与该物体(1， 12)的形状相适 配，将液态的清洁和/或耦合介质(2)的薄膜置入到该物体(1， 12)与该 耦合面之间。
10. 用于清洁盘状的物件(12)的装置，该装置包括根据权利要求1 至8中一项的超声波执行机构(16)。
11. 根据权利要求10的装置，具有一个用于盘状的物件(12)的保持 装置(14)和一个旋转的驱动装置(15),该旋转的驱动装置与该保持装置(14)或该超声波执行机构(16)相连接，以便在清洁期间产生该盘状的 物件(12)与该超声波执行机构(16)之间的旋转相对运动。
全文摘要
本发明涉及一种超声波执行机构，用于清洁物体，该超声波执行机构具有一个用于超声波的传播容积(3，4，13)，在该传播容积上设置有一个或多个超声波换能器(5)。该传播容积(3，4，13)由一个声的输出耦合窗(8)并且由一个或多个用于所输入耦合的超声波的反射面(6，7)限定边界，该声的输出耦合窗具有一个耦合面，用于在声方面耦合待清洁的物体(1，12)。所述超声波换能器(5)这样设置在该传播容积(3，4，13)上，使得所输入耦合的超声波在所述反射面(6，7)上反射一次或多次之后才通过该输出耦合窗(8)从该传播容积(3，4，13)射出。这样构造所述反射面，使得在该输出耦合窗(8)上得到超声波能量的可预给定的、无强度峰值的分布。通过本发明的超声波执行机构实现在少量使用清洁液体的情况下细致地清洁物体。
文档编号B08B3/12GK101384381SQ200780005804
公开日2009年3月11日 申请日期2007年2月9日 优先权日2006年2月17日
发明者A·雅各布, C·德格尔, F·J·贝克尔 申请人:弗劳恩霍弗应用技术研究院