CN1976765A - 超声波清洗的方法与装置 - Google Patents

Abstract

提供了能同时进行医疗用器具等的清洗与灭菌，还可用于洗手消毒且不必对废水作特别处理的超声波清洗方法与装置。在此方法中，将清洗液与拟清洗物置于清洗槽(16)中，由此槽内所设的超声波振部件(14)对清洗液施加超声波振动，同时将含臭氧的空气排出到清洗液中。振动部中设有开口于其表面上的连通路(40)，从此连通路将含臭氧的空气排出到清洗液中。清洗液中设有银电极，以对拟清洗物除由臭氧杀菌外再由银离子进行电解杀菌(参看图1)。

Description

超声波清洗的方法与装置

技术领域

本发明涉及对清洗槽内的清洗液施加超声波振动进行超声波清洗的方法与装置。

背景技术

以往在医院等机构中，剪刀、生体钳等手术与治疗等所用的医疗器具的清洗与灭菌中，采用了1)用热水或酶处理除去血液等(下面称作“预清洗”)、(2)使用清洗剂等的超声波清洗、(3)使用高压灭菌器由135°的高压蒸汽灭菌或用环氧乙烷气进行气体灭菌、浸渍于2％戊二醛水溶液来进行灭菌等。

此外，对于白的一类衣服在进行通常的洗涤而落下污渍后，要进行高压蒸汽的灭菌处理。

上述(2)中的由超声波进行清洗的装置当前市面出售的有许多，但能够通过超声波洗净的物件是机械阻抗(也称作固有声阻抗，以密度X传输速度表示)高的，例如限于眼镜、宝石与金属类等，衣类、纱布之类的布以及皮革等柔软易变形的物质尚没有能通过超声波进行清洗的。有关超声波清洗的问题是应该加以解决的，特许文献1中公开的超声波清洗装置是在将空气产生的气泡送入清洗液中的同时使超声波振动清洗液，通过超声波能量与气泡的倍增效应来除去衣类等被清洗物上附着的污垢。

特许文献1：实开昭63-73187号公报

以往进行的医疗器械的清洗与灭菌需要经过酶处理的预清洗、超声波清洗、灭菌三个处理过程，作业繁杂。此外，高压蒸汽的灭菌方法不能用于内窥镜等不适合高温处理的器具，气体灭菌方法中环氧乙烷是有爆炸性的危险物，而戊二醛的灭菌方法中戊二醛本身则具有慢性毒性，在以往的灭菌方法中也是各有各的问题。

在医院等处，手术前与出入病房时人们习惯于洗手。特别是近年来MRSA(金黄色葡萄珠菌的多种耐药性)造成院内感染已成严竣状态，医疗工作者与会面者等人的洗手重要性进一步提高。一般是把洁尔灭(氯苄烷铵)用作这种洗手时的杀菌剂。

但是从大型医院等排出的超过排出标准的医疗排放水中含有大量的使BOD(生物化学加氧要求量)增高的有机物，这在排放到公共下水道与河床中之前需要独自处理。在医疗排水的处理中则多采用将清洗剂等有机物分解为微生物的活性污泥处理设备等来降低BOD的方法。然而在分解为微生物的医疗排水中混入有大量具有杀菌效果的洗手废水，会引起杀灭活性污泥中的微生物等问题。

发明内容

本发明正是鉴于上述问题而提出的，目的在于提供这样的超声波清洗的方法与装置，能同时进行医疗器具等的清洗与灭菌，也能供消毒时的洗手用而且不需对废水作特别的处理。

附图说明

图1示明本发明第一实施形式的超声波清洗装置的结构。

图2示明臭氧生成装置的结构。

图3是超声波振动换能器的正视剖面图。

图4是超声波振动换能器的平面图。

图5是超声波振动换能器的分解表示的斜视图。

图6是超声波清洗装置的斜视图。

图7是超声波清洗装置中超声波振动换能器的布置图。

图8是本发明的第二实施形式的超声波清洗装置中清洗槽的侧视剖面图。

图9是图8中所示超声波清洗装置的正视剖面图。

图10是本发明的第三实施形式的超声波清洗装置中清洗槽的侧视剖面图。

图11是图10中所示超声波清洗装置的正视剖面图。

图12是本发明的第四实施形式的超声波清洗装置中清洗槽的剖面图。

图13是电极板的正视图。

图14是本发明的第五实施形式的超声波清洗装置的清洗槽的剖面图。

图15是变形例1的超声波清洗装置的剖面图。

图16是变形例2的超声波清洗装置的剖面图。

图17是变形例3的超声波清洗装置开盖状态的斜视图。

图18是变形例3的超声波清洗装置闭盖状态的斜视图。

具体实施方式

[第一实施形式]

图1示明本发明第一实施形式的超声波清洗装置1的结构，图2示明臭氧生成装置12的结构，图3是超声波换能器振子14的正视剖面图，图4是超声波换能器振子14的平面图，图5是超声波换能器14的分解表示的斜视图，图6是是超声波清洗装置1的斜视图，图7是超声波清洗装置1中超声波振动变换器(transducer)14的布置图。

图1～7中，超声波清洗装置1包括在压气机11、臭氧生成装置12、缓冲槽13、超声波换能器14、驱动部(驱动电路)15以及清洗槽16。如图6所示，压气机11、臭氧生成装置12、缓冲槽13、超声波换能器14、驱动部15与清洗槽16都安装在由树脂制的圆管件组装的台架17上，成为一体。压气机11、臭氧生成装置12、缓冲槽13与超声波换能器各自之间由用于传送空气的以特殊的医疗用耐臭氧的硅管18a～c连接。压气机11从大气吸入空气，被压缩的空气经臭氧生成装置12与缓冲槽13送入超声波换能器14中，通过超声波换能器14的振动部27中所设的排出口40排出到清洗槽16内。压气机11的吸入侧设有除尘用过滤器19，将隔膜泵用作压气机11。

臭氧生成装置12用于从压气机11送入的空气中发生臭氧。如图2所示，臭氧生成装置12是在具有空气入口20与臭氧出口21的箱22中设有臭氧灯23。臭氧灯23采用放射紫外线的UV灯、从压气机11输出的空气经空气入口20进入臭氧生成装置12内，在沿臭氧生成装置12内部流动由为臭氧灯23以紫外线照射，使氧的一部分转化为臭氧。含有臭氧的空气从臭氧出口21送到缓冲槽13。箱22则由不为紫外线老化的金属等材料制成。

缓冲槽13用来减轻压气机11(隔膜泵)排出的空气的脉动，超声波清洗装置1中将台架17的手柄24内的空间隔开作为缓冲槽13。含臭氧的空气从缓冲槽13通过调节阀25送给超声波振动变换器14。调节阀25固定于手柄24中，调节着排出到清洗槽16内的含有臭氧的空气流量。

超声波换能器14安装于清洗槽16的底部45中，对清洗槽16中收容的清洗液与被洗物件加超声波振动，同时将包含臭氧的空气排出到清洗液中。

如图3所示，超声波换能器14是连接振子26与振动部27的螺栓紧固的振子。

振子26由沿轴向平行的两个环状的电致伸缩型压电陶瓷元件28a、28b夹入于两个块件29a、29b之间形成。压电陶瓷元件28a、28b与块件29a、29b由贯通一方块件29a的轴心的连接螺栓30螺合到另一块件29b端部的阴螺纹31中紧固成一体。另一块件29b的另一端部则设有用于连接振动部27的阴螺纹32。块件29b的两个阴螺纹31、32的孔由通气孔33连通。连接螺栓30具有贯通通轴心的贯通孔34，在螺合到块件29b的阴螺纹31中的状态下，贯通孔34与块件29b的通气孔33连通。在连接螺栓30的头部侧开设贯通孔34，设有用于插入硅管等的安装部35。

两个压电陶瓷元件28a、28b相互按反极性配置，从它们之间以及从它们的外侧夹持地设置着总共三个环状电极板50a～50c，外侧的电极板50a、50c相互电气连接，施加着共同的电位。电极板50a、50c以及电极板50b连接着驱动部15的驱动电路。此外，为使三个电极板50a、50b、50c之间绝缘，在连接螺栓30与电极板50a、50b、50c之间设有绝缘环36。

参看图3与4，振动部27由头部37与阳螺纹部38组成。头部37大致呈圆锥形，其轴心与阳螺纹部38的轴心相同。振动部27中设有通过阳螺纹部38的轴心在头部37之内分岔到与轴心正交的6个方向上的通气路41。分岔出的通气路41各具有开口于头部37的锥面39中的排出口40。通气路41在阳螺纹部38螺合到阴螺纹32中时，块件29b的通气孔33与连接螺栓30的贯通孔34在一起，形成以安装部35为起点至排出口40的连通路42。头部37的下面设有用于嵌入O形环43的环状沟44。超声波换能器14在安装到清洗槽16中时，振动部27通过嵌入于沟44中的O形环连接清洗槽16的底部45。于是，从振动部27传播到底部45的超声波振动弱，可防止底部45发生侵蚀。

如以后说明的，超声波换能器14虽也可安装到清洗槽16的侧壁上，但这种情形下要防止嵌入沟44中的O形环43侵蚀侧壁。取代O形环也可采用橡胶制的垫圈或有机纤维系、无机纤维系的垫圈。

如图3与5所示，超声波换能器14通过将阳螺纹部38插入清洗槽16的底部45中所设安装孔47内，将阳螺纹部38与块件29b的阴螺32螺合紧固而安装到清洗槽16中。在这种安装过程中将辅助板48夹入清洗槽16的底部45与振子26之间。辅助板48是具有大致为振子26外径3倍的外径的金属制圆盘状板。辅助板48的中心设有直径大致等于安装孔47的直径的插通孔49。也可不使用辅助板48而将超声波换能器14安装到清洗槽16之中。

如图6与7所示，在超声波清洗装置1中，超声波换能器14在清洗槽16的底部45中按照平行的两列每列等间隔地分设四个总共设置八个。超声波清洗装置1中使用的超声波换能器14各个的输出在50W以下，连接调节阀25的硅管18c于清洗槽16的下部分成两支，每一支再分岔分别连接各列中超声波换能器14的各个安装部35。

驱动部15中组装有用于使各超声波换能器14的压电陶磁元件28a、28b作超声振动的驱动电路。这种驱动电路对各个超声波换能器14分别独立设置。通过对各超声波换能器14使其驱动电路独立，同时将所有超声波换能器14的输出限制到50W以下，就能降低超声波清洗装置1引起的不需要的辐射与线路噪声。例如在医院与实验研究所中，当把超声波清洗装置1用于医疗用器具与衣类的清洗或洗手等情形时，也可避免引起计算机、种种电子式监控器与运转机器以及起搏器等异常工作的“不需要的辐射噪声(杂散辐射)”的问题。在这种方式中，由于是在分别以独立的电气驱动下分割的集合，是超声波振动源最大为50W的集合，就可以以小的电功率驱动这在解决上述有害的问题时是有利的，解决的方法即独立地安装各个具有“共同消除本领”的过滤装置。

清洗槽16由不锈钢制的，通过未图示的橡胶板安装于台架17上。橡胶板起到隔断清洗槽16的振动，防止损伤台架17的作用。清洗槽16的外周面卷绕着未图示的布带。布带借助其弹性可缓和清洗槽16外周面的超声波振动，减少由此外周面产生的噪音。取代布带，用橡胶、树脂等其他具有弹性的材料覆盖清洗槽16的外周面也能取得相同的效果。

下面说明由超声波清洗装置1)进行的清洗作业。

清洗时的水作为清洗液。清洗时将拟清洗物如内窥镜、手术器具等医疗用器具或白衣服等衣类置于清洗槽16中，由超声波换能器14给它们以超声波振动，同时从振动部27的排出口40将含臭氧的空气排出到清洗槽16内。

超声波换能器14的超声波振动频率通常可用25～100kHz。在此频率范围内可根据拟清洗物的结构、材料与强度等选择恰当的频率。一般，当拟清洗物是具有细微空隙部的精致件时则最好选择高的频率。

通过臭氧生成装置12排出到清洗槽16内水中的空气含有的臭氧量为数个ppm～数十ppm～数百ppm。臭氧浓度越高，清洗与杀菌效果也越高。在具有换气装置或排气装置的无人房间内进行清洗作业时，可以提高从排出口40排出的空气中的臭氧浓度。但是臭氧有毒，因而在人常留驻的场所进行清洗作业时以降低臭氧浓度为宜。从臭氧生成装置12送出的空气中的臭氧浓度会受到此装置内的空气由臭氧灯23发出的紫外线照射的时间(滞留时间)等的影响。例如为了提高臭氧浓度可以加大臭氧灯的输出，此外也可减少通过臭氧生成装置12的空气量，或者于设计阶段加大臭氧生成装置12的箱体22，加长空气在箱内的滞留时间。再有，为了生成臭氧，除上述紫外线照射外，也可用放电等方法。

在由超声波清洗装置1进行清洗时，是由从排出口40排出的空气气泡的上升来搅动液面而不断地改变液深。由于液深的变动，振动部27发出的超声波振动与液面反射的超声波振动生成的驻波的声压分布也不断地变化，于是清洗槽16内表观上成为存在着行波所致的声压分布的状态。这就是说，本实施形式的超声波清洗装置1中，通过行波的辐射能获得超声波能量与微气泡的相乘效果，这样即使柔软的物件也能清洗。而且在以往超声波清洗中成为问题的因驻波所致的洗斑即清洗不匀也几乎不会发生。

再者，从排出口40排出的空气气泡在上升之际与旋回的水相伴，在清洗槽16内产生循环流(喷流效应)。气泡的一部分因超声波而微细化降低了上升速度，与循环流相伴易到达拟清洗物微细部分的表面。气泡的微细化使得界面面积即气泡中的臭氧与水的接触面积显著增大，促进了臭氧的溶解以及臭氧与水的反应。臭氧与水的反应生成具有强的氧化力与杀菌力的羟基自由基。羟基自由基以其强的氧化力能分解附着到拟清洗衣物上的血液与油脂等的污渍，杀灭潜存于污渍中的有害细菌。这样，超声波清洗装置1能同时进行拟清洗物件的清洗与灭菌。

在超声波清洗装置1进行的清洗中，污垢中主要成分的有机物由羟基自由基基本上完全分解为二氧化碳与水，在所洗的物件为衣类时，不仅是除臭，也能进行漂白。清洗后的水中几乎不残存使BOD增高的有机物，由于水中的臭氧与羟基自由基在短时间内变化成氧与水，清洗后的水不必进行特别的排水处理就可排出到下水道而能抑制对环境的二次污染。

超声波清洗装置1在用于医院中出入病房时的洗手与学校的洗手中的消毒时，为了防止臭氧损害健康，排出到水中的空气中的臭氧浓度应低，且最好设于换气良好的场所。

[第二实施形式]

图8是本发明的第二实施形式的超声波清洗装置1B中安装了超声波换能器14a、14b的清洗槽16B的侧视剖面图，图9为图8所示超声波清洗装置1B的正视剖面图。

第二实施形式的超声波清洗装置1B除图8所示的超声波换能器14Ba、14Bb与清洗槽16B之外，还具有压气机、臭氧生成装置、缓冲槽与驱动部而它们与第一实施形式超声波清洗装置1中的相同故略去其说明。此外，超声波换能器14Ba、14Bb的结构与超声波清洗装置1中所用的相同也略去其说明。再有，在第二实施形式中，为了与第一实施形式的超声波清洗装置1相区别，有时如超声波清洗装置1B那样，附以标号B，而在对于所有实施形式为共通的情形，也有时略去标号B、C、D等。

在图8与9中，超声波换能器14Ba、14Bb在清洗槽16B的底部45B中设有一列共六个且在一个侧壁46B中也设有一列共六个(水平与垂直交叉相对型)。底部45B与侧壁46B的各超声波换能器14Ba、14Bb每一个的轴心如图9所示，于正视图中配置成位于垂直于底面的一条直线上。装配于底部45B上的超声波换能器14Ba的振动频率都相同，而安装于侧壁46B上的超声波换能器14Bb的振动频率也完全相同，但超声波换能器14Ba与14Bb两者的振动频率相异。底部45B与侧壁46B其中一方的超声波的振动频率是另一方的2～3倍而最好是5倍以上。例如底部45B的超声波换能器14Ba的振动频率为25kHz时，侧壁46B的超声波换能器14Bb的振动频率为150kHz，而当底部45B的超声波换能器14Ba的振动频率为40kHz时，侧壁46B的超声波换能器的振动频率为200kHz。

在由超声波清洗装置1B进行的清洗中也是以水为清洗液，将水与拟清洗的物件置于清洗槽16B之中。在以超声波清洗装置1B进行清洗作业时是从底部45B与侧壁46B上所设的各超声波换能器14Ba、14Bb一起的对水施加超声波振动，同时将含臭氧的空气排到清洗槽16B内。

超声波清洗装置1B按下述方式进行清洗。于超声波清洗装置1B中，通过排出口40Ba、40Bb排出的空气气泡的上升搅动液面，使液深不断变化，表观上在清洗槽16B内成为存在着超声波振动的行波所致声压分布的状态。此外，由排出口40Ba、40Bb排出的空气气泡在清洗槽16B内产生循环流，微细化的气泡的一部分为循环流载运易到达被清洗物的细微部分，臭氧与被洗净物的接触面积也增加。

但在超声波清洗装置1B中，如图8与9所示，不仅在底部45B而且在侧壁46B中还设有超声波换能器14Bb。由于此超声波换能器14Bb与底部中所设的超声波换能器14Ba有不同的振动频率，通过超声波振动的“行波的次谐波干涉”而于水中产生过氧化氢，所产生的过氧化氢与臭氧反应变为羟基自由基。这就是说，具有强氧化分解力与杀菌力的羟基自由基除通过水与臭氧的反应生成外，还由水中生成的过氧化氢与臭氧反应生成。于是，通过使具有不同频率的超声波振动相互干涉促进过氧化氢的发生，能提高臭氧到羟基自由基的转化率，有效地进行清洗与灭菌。

在超声波清洗装置1B中，附着于被清洗物上的污渍基本上完全为二氧化碳与水，清洗后的废水不必进行特别处理而能自完善地排出到下水道。

[第三实施形式]

图10为本发明的第三实施形式的超声波清洗装置1c的安装有超声波换能器14Ca～14Cc的清洗槽16c的侧面剖面图，图11表示图10的超声波清洗装置1c的正视剖面图。

参看图10与11，超声波换能器14Ca～14Cb在清洗槽16C的底部45C中设有二列每列四个，而在相对的两个侧壁46Ca～46Cb中分别各设有一列，每列各四个(水平与垂直三叉干涉型)。底部45C的两列超声波换能器14Ca与侧壁46Ca、46Cb的超声波换能器14Cb、14Cc各个的轴心部设置成分别位于与底部45C以及两个侧壁46Ca、46Cb正交的面上。安装在底部45C中的八个超声波换能器14Ca的振动频率完全相同。两个侧壁46Cb、46Cc上安装的八个超声波换能器14Cb、14Cc的振动频率也完全相同。但是底部45c的超声波换能器14Ca的振动频率与侧壁46Ca、46Cb的超声波换能器14Cb、14Cc的振动频率则不同，底部45C与侧壁46Ca、46Cb中一方的超声波换能器的振动频率是另一方超声波换能器的振动频率的2～3倍而最好是5倍以上。

清洗作业与超声波清洗装置1B的相同，从各超声波换能器14Ca～14Cc的排出口40Ca～40Cc将含臭氧的空气排到清洗槽16c内的水中，同时对清洗槽16c内的水与清洗物施加超声波振动。通过超声波振动的“行波的次谐波干涉”于水中生成过氧化氢，结果产生了大量的羟基自由基，提高了清洗力与灭菌力，这点与前面对超声波清洗装置1B所作的说明相同。

若是一方侧壁46Ca的超声波换能器14Cb与另一方侧壁46Cb的超声波换能器14Cc不取同一的振动频率，也可以各自相异的振动频率进行清洗与灭菌作业。此时，超声波换能器14Cb与14Cc中之一的振动频率数最好是与底部45C的超声波换能器14Ca的振动频率相同。

[第四实施形式]

图12是本发明第四实施形式的超声波清洗装置1D的清洗槽16D的剖面图，图13为电极板53的正视图。

在第四实施形式中为了进行电解杀菌，设有电极板53与电源装置56等组成的电解杀菌装置50，其他结构则与第一实施形式的相同。

具体如图12所示，在第四实施形式中，清洗槽16D的上部开放部中装设有合成树脂等绝缘材料组成的盖体51。盖体51的内侧表面上安装有两个支承板52a、52b来支承电极板53。

支承板52a、52b与电极板53用银或铜银合金(例如铜80％与银20％)制成，电极板53的两个边缘部各以螺丝固定到支承板52a、52b的端部处，形成电气连接。

如图13所示，电极板53是开有许多圆孔的网状板，用以在体积比中增大表面积以提高扩散性。电极板53安装在能于清洗槽16D内的清洗液中受到充分浸润程度的位置处。

在电极板53与清洗槽16D之间通过导线54、55施加电源装置56的直流电压V1。电源装置56可以输出10分钟的从数伏到数10伏左右的直流电压，可以让数mA～数A左右的直流电流流过负载。通过电源装置56可以以电极板53为正极而清洗槽16D为负极来施加电压，使它们之间流过数mA～数10mA左右例如约60mA的电流。为了清扫清洗槽本身，也可反转电极的正负。

这样，在第四实施形式中，使直流电流流过电极板53与清洗槽16D之间，使银(Ag)离子或铜(Cu)离子溶出到清洗液(自来水)中。在铜离子情形，于阴极发生氢后成为碱性，于是生成不溶于水的氢氧化物的沉淀。在银电极的情形，由于银析出到负极的清洗槽面，不能将氢氧化物沉淀这类反应认为是主反应。总之，都能进行由银离子或铜离子的电解杀菌。通过兼用臭氧杀菌与电解杀菌，几乎可以消灭所有的细菌与病毒，能进行基本上是完全的消毒。这就是说，在第四实施形式中是在前述的臭氧清洗与杀菌之上，再加上银电解氧化的杀菌作用或铜电解的杀菌作用。

这样，内窥镜、手术器具等医疗用设备在使用后通过用超声波清洗装置1D清洗后，进行了基本上完全的清洗、消毒与杀菌，可以让其他人于短时间内重复地安心使用。

自来水中含有约10ppm的Cl^-离子，能流过电流。纯水(蒸馏水)中则几乎不能流过电流。在银离子情形，随着电解而乳浊化，这是由于产生了氯化银粒子所致。由原子吸收光度法定理分析的结果，溶解于自来水中的银离子在经过0.46μm的过滤器除去沉淀物后约为0.18ppm，此浓度足以杀菌。

电极板53也可不安装到盖体51上而由绝缘材料组成的适当支承件作浸渍到清洗液中的支承。此外，不锈钢制的清洗槽16D虽作为负极，但也可以另外设置由负极用的金属材料组成的电极板。

再者，在图12及其说明中例示了在第一实施形式的超声波清洗装置1中增设有电解杀菌装置50，但也可构成为在第二或第三实施形式的超声波清洗装置1B、1C或其他形式的装置中加设电解杀菌装置50构成超声波清洗装置1D。

下面说明超声波清洗装置1D的试验例及其杀菌效果。

[实验例]

清洗槽16采用内部容积为宽500×长300×深140mm的，于其中注入水15升。超声波换能器14在清洗槽底面设有4×2个25kHz的，在两侧面各设有3个50kHz的，合计共14个。这就是说，因伴随着来自使发生辐射状分散独立的振动、包含水平垂直干涉以及相角的考虑这三个方面的振动的行波冲击干涉的剪切作用，来进行超声波清洗。

通过超声波换能器14的连通路42送入包含臭氧的空气，从排出口40将超声波激励的微泡送到槽内。

作为非病原体微生物，大肠菌取JM109菌株，出芽酵母取源于S288C菌株的FY24菌株；作为灭菌操作，探讨臭氧、臭氧与超声波、铜电解、银电解四种方法。于加入了培养液的试管(10、12、15ml)或烧杯(50ml)中，于前一日培植大肠菌培养器LB板中在4℃下保存的上述菌群中的一个菌株，在37℃经12～14小时培养成菌群(增殖到全部密切接触)。将此培养液的适当数量加入满注15升自来水的清洗槽中，调制到1ml的有1000、10000、1000000单体(cells)。进行只是以臭氧鼓泡、臭氧与超声波并用的杀菌操作，或是使空气起泡同时以铜电极或银电极作为正极流过一定的直流电流，溶出铜离子或银离进行杀菌操作。

从开始操作之后各过2分钟或过10分钟采取1ml试样水，以其中的0.1ml均匀广涂于LB板上，于37℃经12～14小时培养。计测菌群数，标绘成大肠杆菌的残存曲线。示明残存曲线的曲线图中的实线是用移动平均法求得的近似曲线。

首先在下面说明行波状超声波的清洗效果。

开始时用上述装置研究以超声波(间歇方式)作用15分钟时的清洗效果。臭氧具有很强的氧化力，所以有效地进行杀菌、脱色、去臭与除去有机物，而且放置后会变还氧而没有残留性。对于简单的污垢，即使完全不用洗涤剂也能除掉。附着于毛巾上的调味汁与酱油、牛奶、咖啡、红茶、蛋黄酱等的污渍，经过1小时后虽可简单地消除，但1日之后见用臭氧则未能消除余剩的污垢，此时可以加添少量的厨房用洗涤剂将污渍除去。但是红茶与调味汁的污渍未能完全消除。

对于附有嘴中血经过1日干燥的血迹的情形，机械阻抗高的不锈钢(药勺)与塑料件(带聚丙烯pp的盖的盒)可以完全洗净。对于柔软的纱布与橡胶手套能基本上完全洗净。由此可知，在使用之后带血的内窥镜及其相关部件即使完全不用洗涤剂也能洗干净。

下面说明大肠菌的残存曲线。

对大肠菌JM109菌珠研究了臭氧杀菌、超声波杀菌、超声波臭氧杀菌、铜电解杀菌及银电解杀菌。进行了对大肠菌的杀菌效应的试验。标绘出各相应的残存曲线。

大肠菌在臭氧或臭氧超声波作用下20分钟内完全消灭。只用超声波则不能完全杀灭。为了还能杀灭病毒与金黄葡萄球菌，以大肠菌为例试验了电解杀菌。采用了网状铜电极，至完全杀灭大肠菌需要120分钟。在铜电极的情形，即使使直流电流如下增大：3mA-20mA-40mA-60mA-1.7A，杀灭大肠菌的时间也来能缩短到60分钟以内。据认为这是由于在反对极产生了氢H₂，残留的OH^-离子与Cu²⁺反应，产生了Cu(OH)₂的沉淀所致。看来溶解于电解槽中的Cu²⁺离子的浓度已变得稀薄之至。有大量的Cu(OH)₂的蓝色沉淀积存于电解槽的底部，在溶解有水溶性硫酸铜C₆SO₄时，不到50mg的量就能立即杀灭大肠菌。在使用网状银电极时，已知在7.4V、60mA的直流电下于20分钟内可以灭菌。溶解有硝酸银时，不足1.5mg就能立即灭菌。在同时采用超声波臭氧杀菌与银电解杀菌时试验中，能于10分钟内灭菌。对于用臭氧氧化杀菌时，短时间内几乎全部存活，然后快速地死灭，但在银电解氧化杀菌的情形，可以注意到从开始即呈线性地死灭。看来或许是前者主要给予生殖机能以致命损伤，而后者给予生命活动以致命损伤。

出芽酵母的残存曲线如以下所述。

采用具有核膜与细胞壁的真核生物的出芽酵母Fy24菌株进行灭菌试验，制成残存曲线。在臭氧超声波的杀菌试验中，在酵母情形已知与细胞数密度有关。具体地说，1000cells/ml(以下将cells/ml简称为细胞数)立即杀灭，20000细胞数经50分钟死灭，40000细胞数经80分钟死灭，但对于60000细胞数即使90分钟后也只有约30％的未死灭。采用银电极时，不论细胞数如何，60mA时于30秒内而在10mA时于2分钟以内死灭。在清洗槽有少数银附着的状态下，可能由于银的一部分为空气氧化，当出芽酵母投入后，同时死灭。在兼用超声波臭氧杀菌与60mA银电解杀菌的试验中，可立即(30秒内)杀菌。

根据以上事实，上述用于试验的装置除超声波臭氧清洗外，还具有臭氧氧化与银电解氧化的强力灭菌作用。在本试验中，以大肠菌作为细菌的样本同时以出芽酵母作为真菌的样本评价了本装置的灭菌作用。结果证实了不论是大肠菌或出芽酵母都能于短时间内杀灭。在血液等的体液内所含的病原体中，具有病毒以及从原核生物到真核生物的种种微生物。但即使对于使用后有可能附着上各种病原件的内窥镜经研讨也能简单地进行清洗，消毒与灭菌。

(第五实施形式)

图14是本发明第五实施方式的超声波清洗装置1E的清洗槽16E的剖面图。

在前述各实施形式中，超声波换能器14是安装于清洗槽16之内。在第五实施形式中，安装了超声波换能器14的超声波单元60E则与清洗槽16分开设置，超声波单元60E是从清洗槽16的上方垂下浸入清洗液中或构成为浮在清洗液的液面上。

也就是，如图14所示，超声波清洗装置1E由用作容纳清洗液及被清洗物的容器的清洗槽16E、及超声波单元60E构成。

超声波单元60E在密闭的机壳61E中对向其外周而安装有一或多个超声波换能器14E。机壳61E的内部设有驱动部15E，而从外部引出有给驱动部15E供电的导线62。

机壳61E采用金属板与合成树脂板等或采用合成树脂成形，构成箱状。在机壳61E的壁面所设孔中安装着前述的超生波振子14。亦即通过由螺栓连接设于机壳61E内侧的振子26和设于机壳61E外周面上的振动部27而构成。为了密封机壳61E，可采用适当的密封件与衬垫。

超声波单元60E由于是密闭结构，浮于清洗液的水面SS上，也即成为飘浮状态。通过将超声波换能器14E密集于超声波单元60E内，可使超声波单元60E的小型化，使之沿水面SS自由移动或浸沉于水中等，能让其沿水平方向与上下浮沉方向自由移动进行清洗。这样，清洗槽16E的形状、尺寸、大小与深度等可自由选定。

此外，通过由金属材料构成机壳61E使之成为密闭结构，使内设的驱动部15E不受电磁干扰，没有不需要的辐射噪声。但是驱动部15E也可不设于机壳61E的内部而设于外部。

下面举例说明清洗的步骤。首先将清洗液与拟清洗物置入清洗槽16E内。此时也可用能插入清洗槽16E内的网笼，而能在拟清洗物置入网笼状态下相对于清洗槽16E进行出入。然后在超声波单元60E浮于水面SS上而将超声波换能器14E驱动状态下，使超声波单元60E沿前后左右移动。再将超声波单元60E沉于水中。清洗完后取出超声波单元60E，然后取出洗净物。

机壳61E也可以不必是密闭结构，这就是说，若是将清洗液配置不进到此机壳内的高度位置处，则在机壳上部存在空隙，上部为开放的也可。

下面说明第五实施形式的结构的变形例。

图15是变形例1的超声清洗装置1F的剖面图，图16是变形例2的超声清洗装置1G的剖面图，图17是变形例3的超声清洗装置1H开盖状态的斜视图，图18是变形例3的超声波清洗装置1H闭盖状态的斜视图。

在图15所示的超声波清洗装置1F中，超声波单元60F的所有超声波换能器14F全部安装成在机壳61F的底面上朝向下方的状态，因而能将存在于清洗槽16F的底面附近存在的拟清洗物普遍地洗净。

在图16所示的超声波清洗装置1G中设有由安装在床面上的支柱沿水平方向支承的悬梁65。超声波单元60G从悬梁65由臂66垂下且能沿悬臂65依水平方向受驱移动，也就是由悬梁65与臂66等构成了超声波单元的移动装置。

这样，驱动超声波单元60G沿水平方向移动，就能普遍而高效地洗净清洗槽16G内的拟清洗物。

也可以使超声波单元60G沿水平方向中的X方向与Y方向都能驱动，也可以使其能沿上下方向即Z方向驱动。还可以加大悬梁65的高度，通过使超声波单元60G也能沿上下方向驱动，能在超声波单元60G的上升状态下变换为沿水平方向移动，而在超声波单元60G的位置处连续地进行清洗。再有，通过配置多台超声波单元60G，则能对于1个清洗槽顺次地进行例如顺次地进行衣类的预洗、洗涤、漂洗。

在图17与18所示的超声波清洗装置1H中，清洗槽16H兼用作整体的机壳，在其上部安装着能够开闭的盖体67、盖体67的背面可安装与上述相同的超声波单元60H。盖体67的表面可安装控制板68与两个手柄69、69。此外，清洗槽16H的侧面上部可设注水塞70而下部可设排水塞口71。

根据此超声波清洗装置1H，打开盖体67，将拟清洗物置入清洗槽16H内，从注水塞口70加入清洗液，关闭盖体67，操作控制板68，接通电源就能容易地洗净拟清洗物。此外，超声波清洗装置1H容易设置也容易移动。

在此第五实施形式及其变形例的超声波清洗装置1E-1H中还能组合上述第一～第五实施形式的超声波清洗装置1-1D的种种特征。

如上所述，根据本实施形式提供了能对医疗用器具等同时进行清洗与灭菌的处理，能用于消毒时的洗手，且不必对废水作特别处理的超声波清洗方法与装置。

在上述各种实施形式中能把种种型式的泵用作压气机11。在使用回转式的压气机时也可省除缓冲槽13。

超声波换能器的振动部的头部形状除圆锥头外也可以取角锥状或球面一部分的曲面状等。通过使头部相对于振子的轴心具有倾斜面的形状，从振动部向水中辐射的超声波振动也朝超声波换能器轴心方向以外的方向辐射，从相邻振动部辐射出的超声波振动相互之间干涉。于是如图7所示，即使只是底部45安装了超声波换能器14时也能产生超声波振动的干涉，获得干涉所致的效果。再有，若是相邻超声波振动变换器14的超声波振动的频率相异，则能更有效地产生超声波振动的干涉，促进羟基自由基的生成而能提高清洗与灭菌效果。

若是不使含臭氧的空气从超声波换能器的排出口排放到水中，则也可从超声波换能器之外另设的空气供给装置的排出口将其排向水中。此时，当把排出口设置到振动部的紧邻上方便可有效地使气泡细微化。

此外，在图7-11中也可变更各超声波换能器的配置方式。例如在图7中，可以不取4列×2的矩形排列而取4个1列与3个1列相互不同的4+3的三角形排列。又如图8中底部45B与侧壁46B上安装的一组超声波换能器14Ba、14Bb的配置以及图10中底部45c与侧壁46Ca、46Cb上安装的一组超声波换能器14Ca-14Cc的配置也不必按前述形式进行。例如也可将各个超声波换能器14Ca-14Cc于平面图中配置成锯齿形。底部与相一致的侧壁上安装的许多超声波换能器的振频率也可以相异。

本实施形式的超声波清洗装置能有效地用于可附带消毒与杀菌的清洗方法中，此外，清洗装置本身常能完成消毒杀菌的自处理，在清洗中改变了以往的方式而不必要进行预清洗与消毒杀菌，从而可最大限度减少水的耗费，对种种清洗作业都有着众多的优点。

在上述实施形式中的清洗槽是以树脂制成，但以可将其制作成膜状容器。将清洗槽制成折叠式，而于需用时加入超声波换能器与排出含臭氧的空气的喷嘴，也可制成可携带的超声波清洗装置。

此外，有关压缩机、臭氧生成装置、缓冲槽、超声波换能器、驱动部、清洗槽、台架、电解杀菌装置、电极板、电源装置、超声波单元及其支承装置，或是超声波洗漱装置的整体或其各部分，它们的结构、形状、尺寸、个数、材料，布局与位置等，都可按照本发明的精神作适当变更。

工业实用性

本发明不仅对于眼镜等日用品与宝石等贵重品，就是对于生体钳等手术与治疗种种方面用的医疗用器具、纱布之类的布、皮革等柔软物件等各种拟清洗之物，都能用于它们的清洗、消毒与杀菌。

此外，作为预期的应用，不仅能用来清洗蔬菜、水果，还能用来清洗近年来那种经切好的蔬菜、学校的供食容器等。

Claims (18)

1.一种利用超声波清洗拟清洗物的超声波清洗方法，其特征在于：

将清洗液与上述拟清洗物都收容于清洗槽内，

由设于上述清洗槽内的进行超声波振动的振动部对上述清洗液施加超声波振动，同时将含臭氧的空气排出到上述清洗液中。

2.一种利用超声波清洗拟清洗物的超声波清洗方法，其特征在于：

将清洗液与上述拟清洗物都收容于清洗槽内，

设于上述清洗槽内的辐射超声波方向不同的两个以上振动部同时对上述清洗液给予超声波振动，同时将含臭氧的空气排出到上述清洗液中。

3.一种超声波清洗装置，其特征在于具有：

清洗槽；

同超声波换能器和设于上述清洗槽内的振动部相连接的超声波振动件；

用于从空气生成臭氧的臭氧生成装置；

运送包含从上述臭氧生成装置生成的臭氧的空气且将其排出到上述清洗槽内的臭氧供给装置。

4.一种超声波清洗装置，其特征在于具有：

清洗槽；

由连接超声波换能器和设于上述清洗槽内的振动部构成，在上述振动部中内部设有开口于上述清洗槽内的连通路的超声波振动部件；

用于从空气生成臭氧的臭氧生成装置；

将包含上述臭氧生成装置生成的臭氧的空气供给上述连通路的臭氧供给装置。

5.根据权利要求4的超声波清洗装置，其中：

此清洗装置具有多个上述超声波振动部件；

上述超声波振动部件的一部分或全部的振动部具有圆锥状、角锥状或曲面状端部；

上述超声波振动部件的一部分或全部的振动部通过缓冲部件直接或间接地安装于上述清洗槽中。

6.根据权利要求5的超声波清洗装置，其中：

上述多个上述超声波振动部件安装到上述清洗槽内时使超声波换能器的振动方向在不同的两个方向以上。

7.根据权利要求5或6所述的超声波清洗装置，其中：

上述多个超声波振动部件的输出在50W以下，且分别由电气驱动进行独立的超生波振动。

8.根据权利要求3-7中任一项所述的超声波清洗装置，其中：

上述清洗槽、臭氧发生装置、臭氧供给装置以及用于驱动上述超声波振动部件的驱动电路都通过设于台架上而整体化；

上述臭氧供给装置具有用于收容含臭氧的空气的空气槽；

上述空气槽设于比上述清洗液液面高的位置处。

9.根据权利要求1或2所述的超声波清洗方法，其中：

上述振动部中设有开口于其表面上的连通路；

将上述含臭氧的空气从上述连通路排出到上述清洗液中。

10.根据权利要求1或2所述的超声波清洗方法，其中：

在上述清洗液内设有银电极，使银离子溶出以对上述拟清洗物除通过上述臭氧杀菌外再由银离子进行电解杀菌。

11.根据权利要求1或2所述的超声波清洗方法，其中：

在上述清洗液内设有铜电极，使铜离子溶出以对上述拟清洗物除通过上述臭氧杀菌外再由铜离子进行电解杀菌。

12.根据权利要求3或4所述的超声波清洗装置，其中此清洗装置具有：

配置成设于上述清洗液中的两块电极板；

用于给上述两块电极板间施加电压的电源装置；

构成为能对上述拟清洗物进行电解杀菌。

13.根据权利要求12所述的超声波清洗装置，

其中：

上述电极板的一方为银电极板，而上述电解杀菌是通过上述银电极板进行的银电解杀菌。

14.根据权利要求3或4所述的超声波清洗装置，其中：

上述清洗槽由金属材料构成；

在上述清洗槽的上部设有含银的电极板，它配置成在与该清洗槽无电接触的状态下浸于上述清洗液中；

设有给上述电极板与清洗槽之间施加电压的电源装置；

构成为对上述拟清洗物能进行银电解杀菌。

15.一种超声波清洗装置，其特征在于它具有：

清洗槽；

由包含机壳与设于此机壳内侧的超声波换能器以及设于此机壳外周面上的振动部连接而成的超声波振动部件构成的，浸于上述清洗槽内收容的清洗液中的超声波单元；

用于由空气生成臭氧的臭氧生成装置；

用于将含有上述臭氧生成装置生成的臭氧的空气输送和排出到上述清洗槽内的臭氧供给装置。

16.根据权利要求15所述的超声波清洗装置，其中：

上述振动部中设有开口于其表面上的连通路；

含有上述臭氧的空气则移送到上述连通路且从此连通路排送到上述清洗液中。

17.根据权利要求15或16所述的超声波清洗装置，其中：

上述机壳取密闭结构，用以配置成浮于上述清洗液的液面。

18.根据权利要求15-17中任一项所述的超声波清洗装置，其中：

在上述清洗槽上方设有用来移动上述超音波单元的单元移动装置。

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