CHO ONPA 超声波清洗机工作原理｜空化效应、压电换能与多频技术解析

CHO ONPA（超音波工业株式会社）超声波清洗机广泛应用于半导体零部件、精密模具、光学元件、机械加工件、电子元器件的精密清洗。整机依靠压电逆压电效应产生超声振动，在清洗液中激发空化效应，配合加速度效应、直进流效应与清洗剂化学作用，剥离工件盲孔、微小缝隙内部的油污、切削粉、焊剂残渣，实现无接触精密清洗。

一、整机硬件构成

整套系统主要由超声波发生器、压电换能器、清洗槽、加热模块四大部分组成。

1. 超声波发生器：将工频交流电转化为指定频率高频电信号，CHO ONPA 提供 15kHz、26kHz、38kHz、70kHz 多频段机型，部分搭载扫频技术，改善槽内空化分布不均问题。

2. 压电换能器：核心执行部件，通过逆压电效应，把高频电信号转换成同频率微米级机械振动，固定在清洗槽底部。

3. 清洗槽：不锈钢槽体，将振动传递至槽内清洗液体。

4. 温控模块：加热清洗液，优化空化强度，提升清洗剂溶解能力。

二、核心：逆压电效应，超声波产生过程

发生器输出高频交变电流施加在换能器压电陶瓷上，压电材料随电场周期性快速伸缩，将电能转变为高频机械振动。振动传递至清洗槽壁，带动槽内清洗液振动，在液体内部形成超声波纵波。

三、空化效应（核心清洗机制）

超声波在液体传播，交替形成高压压缩区与低压稀疏区。

1. 稀疏负压阶段：液体被拉伸撕裂，生成大量微米级微小空化气泡；

2. 高压压缩阶段：气泡瞬间剧烈内爆，局部产生瞬时高压冲击波、微射流与高温。无数微型气泡持续爆破，如同无数微型冲击锤，直接冲击工件表面，打破污垢与基材的附着力，把切削碎屑、油脂、焊渣从缝隙、盲孔剥离。

CHO ONPA 指出超声清洗包含四大协同要素：空化效应、加速度效应、直进流、清洗剂化学作用超音波工业...。

• 空化效应：气泡爆破冲击剥离顽固污物，低频能量更强；

• 加速度效应：液体分子高速冲击，高频下作用更突出；

• 直进流效应：超声带动液体定向流动，将剥离后的污染物带离工件表面，防止二次附着；

• 清洗剂：搭配水基 / 半水系溶剂，通过化学反应溶解油污、树脂残渣。

四、不同频率选型对应的原理差异

• 15kHz、20kHz 低频：空化气泡体积大，冲击能量强，适合重油污、厚切削粉尘清洗；缺点冲击力大，易损伤精细表面。

• 26kHz、38kHz 中频：平衡清洗力与工件保护性，模具、机械零件通用精密清洗，也是 CHO ONPA 主流机型。

• 70kHz 高频：空化气泡细小，冲击柔和，适合半导体、光学零件等易损伤工件，清洗微小缝隙污染物。

五、完整清洗流程

发生器输出高频电信号 → 压电换能器产生机械振动 → 超声波传入清洗液 → 液体持续生成并爆破空化气泡 → 冲击波剥离工件缝隙污染物 → 直进流带走悬浮污物 → 配合加热与清洗剂加速溶解，完成精密清洗。

六、影响清洗效果关键因素

1. 液体温度：适当升温提升空化效率；温度过高会造成气泡提前消散，清洗力下降；

2. 液体含气量：溶解气体过多会削弱空化强度，精密清洗工况需预先脱气；

3. 超声频率：工件材质、污垢类型匹配对应频率，防止工件表面腐蚀、微损伤；

4. 液位高度：液位必须满足设备要求，否则会大幅降低空化效果，甚至损伤换能器。