JPH03181378A - 洗浄装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は食器、眼鏡、包丁などの器具を洗浄するための
洗浄装置に関し、からに詳しくは、圧電振動子等の電気
機械変換器を利用した超音波洗浄装置に関するものであ
る。

従来の技術 従来、この種の洗浄装置は、主に、工業用に用いられる
ことが多く、第８図に示すような構成のものが一般的で
あった。

すなわち、同図のように、水や洗浄用溶剤などの液体ｌ
を溜める液槽２が設けられ、この液槽２の底面に、圧電
振動子３が取り付けられている。

圧電振動子３は、振動子駆動回路４より超音波電力を受
けて、その共振周波数で励振される構成となっている。

５は筐体であり、これらのＩＩ％戒部品が収納されてい
る。６は冷却ファンである。

振動子駆動回路４が起動されると、圧電振動子３は、た
とえば４０　ｋ　ｔｌｚの超音波振動エネルギーを受け
てその共振周波数近傍で振動する。従って、液槽２内の
液体１には超音波振動が放射される。

液槽２中に置かれた皿などの被洗浄体７は、この超音波
振動エネルギーを液体２を介して受けるので、その表面
に付着した油汚れなどがいわゆる超音波の洗浄作用を受
けて洗浄される。

超音波振動周波数は、２０　ｋ　Ｈｚ　＝　１００　ｋ
　ｌｌｚ程度のものが多く、被洗浄体７の種類や汚れの
種類に応して適時選択されている。また、液体の種類も
、被洗浄体７の種類や汚れの種類に応して純水、溶剤、
化学洗剤などが用いられている。

一方、家庭に於ける洗浄装置としてこのような超音波洗
浄装置を用いる試みは、従来から検討されており、たと
えば家庭の流し台のシンク槽に超音波振動子を取りつけ
、第８図に類似した構成で実用に供されているものも、
一部存在する。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、このような構成の超音波洗浄装置は、第
８図を参照すれば明らかなように、いかに述べる州名不
都合があった。すなわち、液体１が液槽２の中に溜めら
れている構造であるので、せっかく被洗浄体７を超音波
洗浄を行っても、被洗浄体７を液槽２から取り出すとき
汚れが再度付着してしまうという大きな欠点があった。

このため、さらにすすぎ洗浄を行うことが必要となり、
超音波洗浄による洗浄効果を著しく低下させるも、ので
あった、また、超音波洗浄槽２の中に、第８図のように
浸せきしておくだけでは、家庭の調理用具（皿など）に
付着した大きなねばりのある汚れなどは落ちに＜＜、人
為的に洗浄することが不可欠な場合がおおかった。さら
に、数１０ｋｔｌｚ台の超音波周波数では、液体ｌ内に
生じるキャビテーション気泡の振動騒音が大きく、家庭
用としてはこの点からも不都合であった。すなわち、前
述したように、家庭内の被洗浄体７に付着する汚れは大
小さまざまであり、低い周波数の超音波エネルギー程大
きい汚れを落とし易いという超音波洗浄作用の面から考
えると、どうしても２０〜５０ｋＨｚ程度の低い超音波
周波数を選ばざるを得す、このため上述した気泡の振動
騒音の課題を回避することができなかった。

課題を解決するための手段 このような従来の技術の課題を解決するために、本発明
は以下に述べる構成より戊るものである。

すなわち、商用電源などより得られる電源部と、前記電
源部より電力を受け超音波電力を発生する超音波電力発
生器と、前記超音波電力発生器により駆動される電気８
！１械変換器と、被洗浄体に水などの洗浄用液体を供給
する液体処理部とを備え、この液体処理部から前記被洗
浄体に噴射される液体に前記電気機械変換器の超音波振
動エネルギーを与える構成としたものである。

また、この超音波電力発生器の出力を絶縁トランスを介
して電気機械変換器に供給する構成として、電源部から
絶縁された電力を電気機械変換器に供給する構成とした
ものである。

さらに、この超音波電力発生器は、任意の周波数で発振
する発振器と、電源部からこの発振器に供給される電力
を調整する電力制御部と、前記超音波電力発生器により
駆動される電気機械変換器の共振状態検出器と、この共
振状態検出器の出力を受け、前記電力制御部と前記発振
器とを制御する超音波出力制御部とにより構成したもの
である。

また、共振状態検出器を、電気機械変換器の電圧とｔ流
の位相差を検出する構成とし、超音波出力制御部が、前
記位相差検出信号に基づいて発振、器の発振周波数と電
力制御部の出力電圧を制御する構成としたものである。

さらにまた、液体処理部を、水道の蛇口等の任意の液体
供給口に取りつけ自在に構成したものである。

作用 以上の構成により本発明は以下に述べる作用を有するも
のである。

電源部、超音波電力発生器、電気機械変換器、および液
体処理部とを備え、この液体処理部から被洗浄体に噴射
される液体に前記電気機械変換器の超音波振動エネルギ
ーを与える構成とすることにより、液体処理部からの噴
出される液体の噴出運動エネルギーと超音波振動エネル
ギーとの両エネルギーを持つｌｅｉ、体を、被洗浄体に
直接衝突させて洗浄するものであり、家庭における大小
の様々な汚れを、再すすぎなしで、かつ、複合洗浄作用
で洗浄するものである。

また、この超音波電力発生器の出力を絶縁トランスを介
して電気機械変換器に供給する構成として、商用電源な
どよりなる電源部から絶縁された電力を電気機械変換器
に供給し、家庭内使用における安全性の確保をするもの
である。

さらに、この超音波電力発生器を、任意の周波数で発振
する発振器と、電源部からこの発振器に供給される電力
を調整する電力制御部と、前記超音波電力発生器により
駆動される電気機械変換器の共振状態検出器と、この共
振状Ｂ検出器の出力を受け、前記電力制御部と前記発振
器とを制御する超音波出力制御部とにより構成すること
により、洗浄のための水やお湯のような液体が液体処理
部から噴出されるという構成から生しる電気機械変換器
の超音波放射面の音響インピーダンス変化による共振周
波数変化を追尾し、高効率で安定な超音波出力を噴出液
体に放射するものである。

また、共振状態検出器を電気機械変換器の電圧と電流の
位相差を検出する構成とし、かつ、超音波出力制御部が
、前記位相差検出信号に基づいて発振器の発振周波数を
制御すると共に電力制御部の出力電圧を制御する構成と
することにより、こ、の位相差を所定値に調節するよう
発振周波数を制御し、かつ、超音波出力が所定値になる
よう出力電圧を制御し、結果として、電気機械変換器の
動作を安定化するものであり、様々な使用条件下におけ
る電気機械変換器の高い変換効率と安定な洗浄能力を実
現する作用を果たすものである。

さらにまた、液体処理部を、水道の蛇口等の任意の液体
供給口に取りつけ自在に構成することにより、任意の家
庭の流し台の水道蛇口あるいは湯水混合栓に簡単に取り
付けが可能となる。従って、設置面積が極めて少ないコ
ンパクト構造で設置工事の簡単な洗浄装置を実現するも
のである。そして取外しも容易であるので、保守点検な
ども容易にするものである。

実施例 以下、本発明の実施例について図面と共に説明する。第
１図は本発明の１実施例を示す家庭用洗浄装置の断面図
である。

同図において、１０は超音波電力発生器であり、円環状
圧電振動子１１．１２、ホーン部１３を有する振動体１
４、整合振動体１５、及びポルト１６より威る電気機械
変換器１７に対して、超音波電力を供給する。

１８は電極端子であり、この電気機械変換器は、いわゆ
るランジュバン型振動子と呼ばれている超音波振動子の
一種である。なお、超音波電力発生器ｌＯは商用電源等
の電源部（図示せず）より電力を供給される。１９は液
体処理部であり、パイプ２０から供給される水またはお
湯等の液体２１をパイプ２２に導出すると共に、液体２
１を溜めるケース２３内で、パイプ２２に噴出される液
体２１の流出方向に沿ってホーン部１３の先端から超音
波エネルギーを液体２工に与えるための構成を実現して
いる。２４は被洗浄体の一例としての皿であり、図のよ
うな状態で洗浄される。

超音波電力発生器ＩＯが起動されると、圧電振動子１１
．１２の厚み振動は、ホーン部１３で振幅増幅され手そ
の先端に達する。この電気機械変換器１７は、約１００
ｋＨｚ〜５００　ｋ　ｌ＋ｚ程度の共振周波数を持つよ
う構成されているので、ホーン部１３の先端からはこの
周波数の超音波エネルギーが放射される。こ、の比較的
高い周波数の超音波振動のお陰で、液体２１中に発生す
るキャビチーシラン気泡の振動騒音は極めて小さく押さ
えられる。しかも、水道水圧等でバイブ２１から圧送さ
れてきた液体２１の持つ運動エネルギーと超音波エネル
ギーの複合エネルギーを持つ液体２１が皿２４の汚損面
に噴射されるようになっているので、高周波の超音波エ
ネルギーであっても大きな汚れに対する洗浄能力が比較
的良好に保たれる。従って、低駐音で、かつ、洗浄能力
に優れた洗浄装置を実現することができる。そして図の
ように流れる液体で皿２４を洗う構成であるので、再度
すすぎ洗浄を行う必要がなく、食器等の家庭内の器具類
を手軽に、しかも容易に洗浄することができる洗浄装置
を提供することができる。また、液槽に溜めた液体中に
超音波を放射する構成の場合は、超音波エネルギーが液
槽的全体に分散するので大きな超音波電力が必要である
が、本発明の構成では超音波エネルギーを集中させて洗
浄に使うことが可能であり、超音波電力の高効率利用を
実現することができる。

第２図は本発明の他の実施例を示す家庭用洗浄装置の断
面図であり、第１図と同符号のものは相当する構成要素
である。

電気機械変換器１７は、円板状圧電振動子で構成されて
いる。この圧電振動子１７はリング状のシール部２５と
、やはりリング状の支持部２６とで図のような位置に置
かれており、キャップ２７で固定部２８に押しつけられ
、ケース２３に固定されている。このような構成の場合
、構成部品が少なく簡単な構成となり、コンパクトな洗
浄装置を実現できる。

しかしながら、電気機械変換器１７の共振周波数は、こ
のような構成の場合、厚み振動の共振周波数を用いざる
を得ないのでかなり高い共振周波数となる。たとえば、
電気機械変換器１７の厚みが１〜５ａｍとすれば、共振
周波数は数Ｍ　ｌｌｚ〜数百ｋ　Ｉｌｚ程度となり、家
庭用洗浄装置として大きな汚れや粘りのある汚れの洗浄
には最適ではなくなるが、噴出液体にこの超音波振動を
放射して被洗浄体に衝突させる構成であるので、複合エ
ネルギー利用のお蔭で良好な洗浄能力を発揮することが
できる。

第３図は、前述した家庭用超音波洗浄装置の構成を示す
ブロック図であり、第２図および第３図と同符号のもの
は相当する構成要素である。

３０は電源部であり、商用電源３１などより構成され超
音波電力発生器ＩＯに電力を供給する。超音波電力発生
器ＩＯの出力は、電気機械変換器の主構成要素である圧
電振動子エフに供給され、圧１を振動子１７はその共振
周波数近傍の周波数で振動し超音波出力を効率的に発生
する。この超音波出力は、液体処理部１９の超音波照射
室３２内の液体に照射され、超音波照射室３２から噴出
された液体は図の矢印のように皿などの被洗浄体２４に
衝突される。３３は再圧ポンプまたは水道蛇口であって
、超音波照射室３２に液体を任意の圧力で供給するもの
である。従って、被洗浄体２４は、この水圧による噴出
運動エネルギーと超音波エネルギーとの複合エネルギー
を持った水あるいはお湯等の液体を衝突されるので、単
なる超音波エネルギーのみの照射や水圧のみによる洗浄
に比べて、液体の飛散による周囲環境の汚損を押さえ、
しかも洗浄能力の優れた洗浄を行うことができる。

超音波電力発生器１０は、電源部３０からの出力を受け
圧電振動子１７への電力を所定値に調整する電力制御部
３４と、任意の周波数で発振する発振器３５と、この発
振器３５の出力を電気的に絶縁して圧電振動子１７に供
給する出カドランス３６と、圧電振動子１７の電圧およ
び電流の位相差検出などにより、その共振状態を検出す
る共振状態検出器３７と、この共振状態検出器３７の検
出信号に基づき前記電力制御部３４と前記発振器３５と
を制御する超音波出力制御部３８とにより構成されてい
る。超音波出力制御部３８は、共振状態検出器３７より
共振周波数と発ｇ器３５の発振周波数とのずれを検出し
て発振周波数を共振周波数にほぼ等しく制御すると共に
、圧電振動子１７への人力電力値信号を共振状態検出器
３７の信号から得、この入力電力が所定値になるよう電
力制御部３４を制御するものである。この構成により、
圧電振動子１７は、液体の質や温度などの環境条件変化
や圧電振動子１７自身の特性変化等に対して、常に安定
な所望の超音波出力を液体に照射することができ、安定
で高効率の洗浄作用を発揮することができる。

第４図は、本発明の一実施例を示す電気回路図であり、
第３図と同符号のものは相当する構成要素である。

図において、電源部３０は商用電源３１とダイオードブ
リッジ４０より構成され、全波整流電圧を電力制御部３
４に供給する。を力制御部３４は、トランジスタ４１、
チョークコイル４２、コンデンサ４３、ダイオード４４
より戒る。入力電流検知用カレントトランス４５の検知
信号により、超音波出力制御部３８はこのトランジスタ
４１のスイッチングパルス幅を制御し、入力電流、した
がって入力電力が所定値に収るように、ダイオード４４
の出力電圧値を調節する。この結果、圧電振動子１７の
超音波出力はほぼ所定の値に制御される。

発振Ｒ３３５は、トランジスタ４６、ダイオード４７、
コンデンサ４８．４９より構成されており、絶縁型出カ
ドランス３６の一次巻き線とともに、いわゆる共振型イ
ンバータを構成している。超音波出力制御部３８は、圧
電振動子１７に流れる電流を検知するカレントトランス
３７ａと、その印加電圧に比例した出力電圧を検知する
検知巻き線３７ｂとの信号を受け、両検知信号の位相差
が所定の位相差になるようトランジスタ４６のスイッチ
ング周波数を制御する。このため圧電振動子１７には常
にその共振周波数近傍の周波数の電圧が供給され、高効
率の超音波振動が保証される。なお、５１はインピーダ
ンスマツチング用のコンデンサである。トランジスタ４
６のスイッチング周波数が変化したり、圧電振動子１７
の放射面にインピーダンスが変化したりすると、超音波
出力が変化しようとするが、このような場合は、前述し
たカレントトランス４５の信号に基づく超音波出力制御
部３８の負（１還制御によりコンデンサ４９の端子電圧
が調節され、入力電力が所望の値になるよう制御される
。従って、圧電振動子１７の超音波出力は、常に、はぼ
所望の値に保たれる。また、超音波出力を一定に制御す
るために、カレントトランス４５を用いず、圧電振動子
１７の電圧とｉ流を検出してこれらの積を演算し、この
演、Ｘ結果が所望の値になるよう負帰還制御を行うよう
超音波出力制御部３８を構成してもよい、この場合は、
共振状態検出器３７であるカレントトランス３７ａと電
圧検知巻き線３７ｂにより、超音波出力検知手段を兼用
できる。

第５図は、本発明の一実施例を示す洗浄装置の構成図で
あり、第１図〜第３図と同符号のものは相当する構成要
素である。

壁５５からパイプ５６が導出され水道栓５７が取り付け
られている。したがって、つまみ５８を開栓すると水ま
たはお湯が図のように液体処理部１９を通って被洗浄体
２４に噴射される。超音波電力発生器１０は図のように
壁５５にケースに収納されて取り付けられている。その
出力電圧は、リード線５９により液体処理部１９のケー
ス２７ないに収納された圧電振動子１７に供給されるよ
う構成されており、前述したように、被洗浄体２４に噴
射される液体に超音波エネルギーを与えることができる
。従って、超音波エネルギーと水道水圧による噴出運動
エネルギーの複合エネルギーを持った液体で、効率よく
、しかも良好な洗浄を行うことができ、皿などの汚れを
人為的に洗い落とす作業を大幅に軽減し、家事労働を大
きく合理化する洗浄装置を実現できるものである。

第６図は他の実施例を示す洗浄装置の構成図であり、第
５図と同符号のものは相当する構成要素である。この実
施例では、水道栓５７の出口側に超音波電力発生器１０
が取り付けられており、超音波電力発生器１０はリード
線６０にて商用電源（図示せず）から電力を受ける構成
である。この構成では、超音波電力発生器１０を水道栓
５７と一体構造としているので、設置工事が簡単になる
という特長がある。

第７図は、本発明のさらに他の実施例であり、第６図と
同符号のものは相当する構成要素である。

この実施例では、パイプ２０に超音波電力発生器１０が
取り付けられており、パイプ２０の先端部６１は取り付
はビス６２により水道栓５７を有する蛇口６３に取り付
けられている。従って、この実施例の洗浄装置は、任意
の水道蛇口に自由に取り付けられるの、で使い勝手や施
工の自由度が著しく高いものである。

パイプ２０に超音波電力発生器１０を取り付けてある結
合部６４には、パイプ２０内を流れる液体検出器６５が
設けられている。この液体検出器６５は、パイプ２０内
を液体が流れはしめて所定の時間が経過（たとえば１秒
）すると閉成するスイッチが設けられており、このスイ
ッチの閉成によりリード線６０から商用電力が超音波電
力発生器ＩＯに供給される構成となっている。従って、
液体処理部１９内の超音波放射部分に液体が充満した後
圧電振動子が電力を受けて振動開拍するので、圧電振動
子の空運転による破壊あるいは特性劣化を確実に防止す
ることができる。

発明の効果 以上のように本発明によれば以下のような効果を得るこ
とができる。

すなわち、電源部、超音波電力発生２Ｌ電気機械変換器
、および液体処理部とを備え、この液体処理部から被洗
浄体に噴射される液体に前記電気機械変換器の超音波振
動エネルギーを与える構成とすることにより、液体処理
部からの噴出される液体の噴出運動エネルギーと超音波
振動エネルギーとの両エネルギーを持つ液体を、被洗浄
体に直接衝突させて洗浄するものであり、家庭における
大小の様々な汚れを複合洗浄作用で洗浄するので、再す
すぎなしで良好に洗浄することができる。特に、複合エ
ネルギーを持つ液体を被洗浄体に衝突洗浄させる構成で
あるので、液体の噴出力が小さく液体の飛び敗りが少な
くても、超音波洗浄作用による良好な洗浄効果を得るこ
とができる洗浄装置を提供することができる。さらに、
超音波洗浄効果は、周知のように、油汚れや細かい汚れ
に対する洗浄効果が大きいので、液体の噴出で大きい汚
れが落ち、超音波洗浄で油汚れや細かい汚れが落ち、し
かも、再洗浄の必要がないという、優れた洗浄装置を提
供することができる。

また、この超音波電力発生器の出力を絶縁トランスを介
して電気機械変換器に供給する構成として、商用’ＲＢ
などよりなる電源部から絶縁された、電力を電気機械変
換器に供給する構成であるので、水等の液体を使用する
洗浄装置の高い安全性を確保することができる。特に、
家庭内使用の場合は、商用′ｒｉ源を使用することが多
いので、この構成は安全性を保証する上で極めて重要な
構成であり、安全性に優れた洗浄装置を実現するもので
ある。

また、超音波電力発生器を、任意の周波数で発振する発
振器と、電源部からこの発振器に供給される電力を調整
する電力制御部と、前記超音波電力発生器により駆動さ
れる電気機械変換器の共振状態検出器と、この共振状態
検出器の出力を受け、前記電力制御部と前記発振器とを
制御する超音波出力制御部とにより構成することにより
、洗浄のための水やお湯のような様々な条件下であって
も、電気機械変換器の共振周波数変化を追尾し、高効率
で安定な超音波出力を噴出液体に放射することができ、
常に安定で効率の高い洗浄が可能な洗浄装置を提供する
ことができる。

また、共振状態検出器を電気機械変換器の電圧と電流の
位相差を検出する構成とし、かつ、超音波出力制御部が
、前記位相差検出信号に基づいて発振器の発振周波数を
制御すると共に電力制御部の出力電圧を制御する構成と
することにより、この位相差を所定値に調節するよう発
信周波数を制御することで、常に電気機械変換器を共振
周波数近傍の周波数で高効率で動作せしめることができ
、かつ、超音波出力が所定値になるよう出力電圧を制御
することができるので、電気機械変換器の超音波出力を
所望の値に制御することができる。従って、様々な使用
条件下において高効率で安定な洗浄能力を発揮すること
ができる洗浄装置を実現することができる。

また、液体処理部を、水道の蛇口等の任意の液体供給口
に、取りつけ自在に構成することにより、任意の家庭の
流し台の水道蛇口あるいは湯水混合栓の液体出口に簡単
に取り付けが可能となる。従って、設置工事の自由度が
高く、かつ、その取り付は面積が極めて少ない洗浄装置
を実現することができる。すなわち、コンパクト構造で
設置工事が自由で簡単な洗浄装置を実現するものであり
１、しかも、取外しが容易であるので、保守点検なども
容易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す洗浄装置の断面図、第
２図は同地の実施例の断面図、第３図は本発明の一実施
例を示す洗浄装置の構成を示すブロック図、第４図は本
発明の一実施例を示す洗浄装置の電気回路図、第５図は
本発明の一実施例を示す洗浄装置の設置例を示す外観図
、第６図は同地の実施例を示す洗浄装置の設置外観図、
第７図は同さらに他の実施例を示す洗浄装置の設置外観
図、第８図は従来の洗浄装置の断面図である。 １０・・・・・・超音波電力発生器、１７・・・・・・
電気機械変換器、１９・・・・・・液体処理部、２４・
・・・・・被洗浄体、３０・・・・・・電源部、３６・
・・・・・絶縁トランス、３４・・・・・・電力制御部
、３５・・・・・・発振器、３７・・・・・・共振状態
検出器、３８・・・・・・超音波出力制御部。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）商用電源などより得られる電源部と、前記電源部
   より電力を受け超音波電力を発生する超音波電力発生器
   と、前記超音波電力発生器により駆動される電気機械変
   換器と、被洗浄体に水などの洗浄用液体を供給する液体
   処理部とを備え、この液体処理部から前記被洗浄体に噴
   射される液体に前記電気機械変換器の超音波振動エネル
   ギーを与える構成とした洗浄装置。
2. （２）超音波電力発生器の出力を絶縁トランスを介して
   電気機械変換器に供給する構成とした特許請求の範囲第
   １項記載の洗浄装置。
3. （３）超音波電力発生器は、任意の周波数で発振する発
   振器と、電源部からこの発振器に供給される電力を調整
   する電力制御部と、前記超音波電力発生器とにより駆動
   される電気機械変換器の共振状態検出器と、この共振状
   態検出器の電力を受け、前記出力制御部と前記発振器と
   を制御する超音波出力制御部とにより構成した特許請求
   の範囲第１項記載の洗浄装置。
4. （４）共振状態検出器が、電気機械変換器の電圧と電流
   の位相差を検出する構成とし、超音波出力制御部が、前
   記位相差検出信号に基づいて発振器の発振周波数および
   電力制御部の出力電圧を制御する構成とした特許請求の
   範囲第３項記載の洗浄装置。
5. （５）液体処理部を、水道の蛇口等の任意の液体供給口
   に取りつけ自在に構成した特許請求の範囲第１項記載の
   洗浄装置。