JP2000176393A

JP2000176393A - 洗浄装置

Info

Publication number: JP2000176393A
Application number: JP36052498A
Authority: JP
Inventors: Hideji Abe; 秀二安倍; Katsunori Zaizen; 克徳財前
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1998-12-18
Filing date: 1998-12-18
Publication date: 2000-06-27

Abstract

(57)【要約】【課題】従来の洗浄装置は、風呂の壁や排水口等のよ
うに取り外せないものや、車等の大型のものは洗浄でき
ないという課題を有している。【解決手段】超音波素子５が発生する超音波振動を超
音波ホーン１０によって洗浄水生成室１内の水に伝達
し、超音波振動している水を出水口５２より出水させ
て、建築物や車などの対象物の汚れが洗浄でき、また長
期使用にも耐えることのできる洗浄装置としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波を使用して
洗浄を行う洗浄装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】通常の超音波を使用した洗浄装置は、水
を満たした洗浄槽に洗浄物を収容し、洗浄槽中の水に超
音波振動を与えて発生するキャビティを利用するもので
ある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この種
の洗浄装置は、風呂の壁や排水口等のように取り外せな
いものや、車等の大型のものは洗浄できないという課題
を有している。

【０００４】

【課題を解決する手段】本発明は、洗浄水を超音波振動
させて、発生するキャビティの破裂によって生じる機械
力を活かし、それによって建築物や車などの対象物の汚
れを洗浄する洗浄装置としている。

【０００５】

【発明の実施の形態】請求項１に記載した発明は、超音
波素子が発生する超音波振動を超音波ホーンによって洗
浄水生成室の水に伝達し、超音波振動している水を出水
口より出水させて建築物や車などの対象物の汚れが洗浄
でき、また長期使用にも耐えることのできる洗浄装置と
している。

【０００６】請求項２に記載した発明は、超音波ホーン
は、洗浄水生成室の出水口近傍で超音波の振幅が最小と
なるような長さに設定して、出水口付近で超音波の減衰
や反射がなく、超音波が重畳された洗浄水が効率よく出
水され、対象物を効率よく洗浄できる洗浄装置としてい
る。

【０００７】請求項３に記載した発明は、発振回路は２
０ｋＨｚ以上で、５００ｋＨｚ以下の周波数の信号を発
振するようにして、キャビティを効率よく発生でき対象
物を効率よく洗浄できる洗浄装置としている。

【０００８】請求項４に記載した発明は、洗浄室は、超
音波ホーンの外周部に入水口を有して、外部から洗浄室
内に水を供給でき、超音波振動している水を多量に対象
物に供給できる洗浄装置としている。

【０００９】請求項５に記載した発明は、発振回路の電
源としてバッテリを使用するようにして、商用電源が利
用できない場所の対象物を効率よく洗浄できる洗浄装置
としている。

【００１０】請求項６に記載した発明は、洗浄室は、出
水口の先端から洗浄面までの距離を測定する測距手段を
有するようにして、洗浄対象物までの距離を適正として
対象物を効率よく洗浄できる洗浄装置としている。

【００１１】請求項７に記載した発明は、測距手段は、
測定値が所定値以内のときは報知信号を発生するように
して、容易に洗浄対象物までの距離を知ることができ、
対象物を効率よく洗浄できる洗浄装置としている。

【００１２】請求項８に記載した発明は、報知信号は、
音または光のどちらか一方あるいは両方として、容易に
洗浄対象物までの距離を知ることができ、対象物を効率
よく洗浄できる洗浄装置としている。

【００１３】

【実施例】（実施例１）以下本発明の第１の実施例につ
いて説明する。図１は本実施例の洗浄装置の構成を示す
ブロック図である。本実施例の洗浄装置は、超音波振動
している洗浄水を生成する洗浄水生成室１と、前記洗浄
水生成室１中の水に超音波振動を伝達する超音波発生部
２と、前記超音波発生部２に高周波信号を伝達する制御
部３と、制御部３の電源であるバッテリー４とから成っ
ている。

【００１４】超音波発生部２は、外面はケース１２で覆
っており、内部には、超音波素子５と、超音波素子５に
接合している超音波ホーン１０を配置している。超音波
素子５は、圧電素子６と圧電素子６の両端に設けた円柱
状の金属７と円柱状の金属８と、圧電素子６と前記金属
７と及び８を一体に接合するボルト９によって構成して
いる。

【００１５】前記超音波ホーン１０は、図２に示してい
るように円柱状の金属で構成しており、一端は超音波素
子５を構成する金属８にボルト１６で接合している。ま
た超音波ホーン１０の先端１０ａは突起状となってお
り、発振端として作用させている。また本実施例では、
超音波ホーン１０の長さは（数１）に示す長さＬに設定
している。

【００１６】Ｌ＝（ｎ＋１）λ／２（ｎ，整数、λ，
超音波素子５の固有波長）（数１）また、超音波ホーン１０は金属８との接合部から（数
２）に示す長さＬ１の位置に環状のフランジ１１を有し
ている。

【００１７】Ｌ１＝（２ｎ＋１）λ／４（ｎ，整数、
λ，超音波素子５の固有波長）（数２）洗浄水生成部５は、入水口５１と出水口５２を有してい
る。入水口５１には、図示していない水道のホースが接
続されており、入水口５１から供給された水道水は洗浄
水生成部５内を充満する。出水口５２は、外部から開閉
可能となっている。つまり出水口５２を開くことによっ
て、図１に示しているように超音波振動している水を出
水できるものである。

【００１８】制御部３は、発振回路１３と発振回路１３
が発振する信号を昇圧する昇圧手段１４によって構成し
ており、発生した高周波信号を前記超音波素子５を構成
している圧電素子６に供給している。この結果超音波素
子１は、固有波長λの固有周波数ｆで振動する。固有周
波数ｆと固有波長λとの関係は（数３）に示す関係で表
される。

【００１９】λ＝ｃ／ｆ（ｃ：音速）（数３）本実施例では、発振回路１３が発振する信号の周波数
は、２０ｋＨｚ以上で５００ｋＨｚ以下としている。こ
の理由は、おおむねこの周波数以下の超音波振動を水に
伝達することによって、水中に多量のキャビティが生成
されるためである。なお本実施例では、制御部３の電源
としてバッテリ４を用いるようにしているが、もちろん
商用電源を用いることも可能である。

【００２０】以下、本実施例の動作について説明する。
使用者が入水口５１に例えばホース等を使用して水道管
を接続し、水道栓を開くと、洗浄水生成室１内は水道水
で満たされる。この状態で制御部３の図示していないス
イッチをオンにすると、バッテリー４から制御部３に電
源が供給されて、発振回路１３と昇圧手段１４が駆動す
る。こうして制御部３から発生した高周波信号は、超音
波素子５を構成する圧電素子６に供給される。このと
き、超音波素子５は共振周波数を有しているため、前記
共振周波数近辺で発振させてやると効率が非常に高いも
のである。本実施例では前記しているように、バッテリ
ー４を電源とする発振回路１３は、超音波素子５の共振
周波数でつまり、５００ｋＨｚ以下で発振する構成とな
っている。制御部３は、発振回路１３の発振電圧を昇圧
手段１４で昇圧して、超音波素子５を構成する圧電素子
６に印加している。圧電素子６の振動が、金属７と金属
８に伝達され、超音波素子５全体が超音波振動を発生す
る。この超音波振動は、ボルト１２で接合された超音波
ホーン１０にも伝達する。こうして、使用者が出水口５
２を開くと、超音波ホーン１０の先端から超音波が洗浄
水生成部１内の水に発射される。

【００２１】図３は、前記超音波ホーン１０から発射さ
れる超音波の波形を示したものである。図３に示してい
るように、超音波ホーン１０から発射される超音波は、
振幅Vｏで、波長がλの波形になっている。点Ａを起点
０とすると、点Ｂは１／４λ、点Ｃは１／２λ、点Ｄは
３／４λ、点Ｅはλに位置している。また、振幅の絶対
値は点Ｂと点Ｄ点が最大（振動の腹という）となってお
り、点Ｃと点Ｅは最小（振動の節という）になってい
る。すなわち、１／４λ毎に振幅の最大値と最小値がや
ってくることになる。つまり、振幅が最大になる点の起
点からの距離Ｌ２は（数４）で、振幅が最小になる点の
起点からの距離Ｌ３は、（数５）で表せる。

【００２２】Ｌ２＝（２ｎ＋１）λ／４（ｎ，整数、
λ，超音波素子５の固有波長）（数４）Ｌ３＝（ｎ＋
１）λ／２（ｎ，整数、λ，超音波素子５の固有波
長）（数５）また本実施例では、超音波ホーン１０の
長さＬを前記（数５）に示しているＬ３に設定してい
る。また超音波素子５の先端部、すなわち超音波ホーン
１０との接合部は、図３に示している点Ｂの位置として
いる。すなわち、振幅の絶対値が最大となる位置として
いる。従って前記超音波素子１との接合部から前記Ｌ３
離れた位置である超音波ホーン１０の先端部は、丁度、
振幅が最大となる位置となっている。すなわち、超音波
ホーン１０から水中に発射する超音波は、最大の振幅を
有しているものとなる。このため、洗浄水生成部５内の
洗浄水は効率よく振動するものである。

【００２３】また、超音波ホーン１０の先端から洗浄水
生成部５の出水口５２までの長さＬ４を、前記Ｌ３に設
定すると、出水口５２は振幅が最小になる位置に位置し
ていることになる。つまり、図３中に点Ｅとして示す位
置となっている。従って、出水口５２から出る洗浄水に
重畳されている超音波は減衰することなく、洗浄対象物
に当たるものである。このため、洗浄対象物は、超音波
振動によって生じたキャビティの破裂と、超音波振動そ
のものの機械力によって洗浄されるものである。

【００２４】またこのとき、超音波ホーン１０のフラン
ジ１１の位置を、前記（数４）に示しているＬ２に設定
しているものである。つまり、フランジ１１の位置は図
３に示している点Ｃとなり、超音波振動の振幅は最小と
なっている。つまり、振幅が０であるため、外部から受
ける機械力は、振動自身には関係しないものである。

【００２５】また本実施例では、このフランジ１１にパ
ッキン６１を介してケース１２を、パッキン６２を介し
て洗浄水生成部５を取り付けているものである。この結
果、フランジ１１に振動が加わって、パッキン６１、パ
ッキン６２が劣化することは防止できるものである。

【００２６】以上の関係を具体的な数値で表すことにす
る。例えば、超音波素子５の発振周波数を２８ｋＨｚと
し、超音波素子５を構成する金属７と金属８と超音波ホ
ーン１０の材質をジュラルミンとする。この場合、超音
波素子５を構成する金属７と金属８及び超音波ホーン１
０中での超音波の速度は５１５０ｍ／ｓになる。これを
前記（数３）に代入して、波長λを計算すると、λ＝１
８．４ｃｍとなる。また、前記（数４）、（数５）に示
しているｎを０として、振幅が最大となるλ／４を計算
すると４．６ｃｍとなる。同様に振幅が最小となるλ／
２を計算すると９．２ｃｍとなる。

【００２７】これを、図３と対応させると、原点０は超
音波素子５の圧電素子６の位置になるので、超音波素子
５の先端は図中のＢに示すλ／４に相当する位置にな
る。また超音波ホーン１０の先端１０ａはＤに示す３λ
／４に相当する位置に、また、洗浄水生成部１の出水口
５２はＥに示すλに相当する位置に、フランジ１１の位
置はＣに示すλ／２の位置となる。

【００２８】なお、上記の例ではｎ＝０の場合を示した
が、０以外の整数を使用して、超音波ホーン２の長さ、
超音波ホーン２の接合部分からフランジまでの長さ、超
音波ホーン２の先端から洗浄水生成室５の出水口５２ま
での長さを決定しても良いものである。

【００２９】また本実施例では、超音波素子５の発振周
波数を２８ｋＨｚとしたがこれよりも低い周波数あるい
は高い周波数としてもよく、要は水中でキャビティが発
生できる範囲内であればよい。なお、好ましくは発振周
波数を低め、すなわち２０ｋＨｚ程度に設定すれば、水
中における超音波の到達距離が長くなり、広い範囲でキ
ャビティを発生させることができ、広範囲の洗浄ができ
るものである。

【００３０】また本実施例では、入水口５１を使用し
て、水道水を洗浄水生成室５内に供給するとして説明し
ているが、洗浄対象物が例えば自動車のボディのような
大型のものである場合には、適当な水圧としておけば、
洗浄が終了するまで継続して供給することが出来るもの
である。また、洗浄対象物が小型のものである場合に
は、特に水道水を入水口５１から供給し続けなくとも、
１回の給水で洗浄が終了できるものである。この場合に
は、特に入水口５１を使用する必要はなく、例えば出水
口５２から適当量の水を洗浄水生成室５内に供給して使
用することも可能である。

【００３１】また本実施例では、超音波発生部２と洗浄
水生成室５とは超音波ホーン１０に設けたフランジ１１
に水密に取り付けているため、超音波素子５に水かかる
ことが無く、長期の使用に耐えることが出来るものであ
る。

【００３２】また本実施例では、超音波ホーン１０は、
洗浄水生成室１の出水口５２近傍で超音波の振幅が最小
となるような長さに設定しているため、出水口５２付近
で超音波の減衰や反射がなく、超音波が効率よく洗浄水
に重畳でき、洗浄対象物を効率よく洗浄できるものであ
る。

【００３３】また本実施例では、発振回路は２０ｋＨｚ
以上で５００ｋＨｚ以下の周波数の信号を発振する構成
としているため、超音波振動によるキャビティを効率よ
く発生させることができ、洗浄対象物を効率よく洗浄で
きるものである。

【００３４】また本実施例では、洗浄水生成室５は、超
音波ホーン１０の外周部に入水口５１を有する構成とし
ているため、洗浄水生成室５内の超音波ホーン１０の周
辺が洗浄水で満たされ気泡が入ることがなく、超音波ホ
ーン１０から発射される超音波が効率よく洗浄水に伝え
られる。

【００３５】また本実施例では、発振回路１３は電源と
してバッテリ４を使用するようにしているため、屋外な
ど、商用電源がない場所の洗浄対象物も洗浄できるもの
である。

【００３６】（実施例２）次に、本発明の第２の実施例
について説明する。図４は、本実施例の構成を示すブロ
ック図である。本実施例では、洗浄水生成室室１は、測
距手段２０を備えている。測距手段２０としてはいわゆ
るソナーを使用しており、本実施例では超音波を使用し
て、出水口５２の先端から被洗浄物の洗浄面までの距離
を測定するいる。測距手段２０の信号は、制御部３に設
けている報知手段１５に伝達されている。報知手段１５
は、ブザー１５ａとＬＥＤ１５ｂを有している。本実施
例では、測距手段２０の測距値が一定値以内である場合
には、ブザー１５ａ及びＬＥＤ１５ｂが動作して、使用
者に報知するものである。この報知は、ブザー１５ａあ
るいはＬＥＤ１５ｂのどちらか一方でもよい。

【００３７】以下本実施例の動作について説明する。実
施例１の図３で説明しているように、超音波には１／４
λ毎に、腹と節とが存在する。すなわち、１／４λ毎に
振幅の大きいところと小さいところが現れるものであ
る。洗浄対象物での洗浄効果が最も高くするためには、
洗浄対象物の位置での洗浄水に含まれる超音波の振幅が
最も大きいことが必要である。振動の振幅が大きけれ
ば、キャビティも多く発生する。実施例１でも説明して
いるように、洗浄水生成室１の出水口５２は超音波振動
の節にあたるように設定されているものである。従っ
て、出水口５２から１／４λの位置が最も超音波振動の
振幅が大きくなるものである。つまり、洗浄対象物がこ
の位置に位置していれば、もっとも洗浄が効果的に行わ
れるものである。そこで本実施例では、測距手段２０に
よって出水口５２の先端から被洗浄物の洗浄面までの距
離を測定して、この距離が１／４λに相当していれば報
知手段１２を動作させているものである。具体的には、
実施例１で説明した（数５）に示しているＬ３で、ｎ＝
０を使用して、Ｌ３＝４．６ｃｍを採用している。すな
わち、本実施例では、測距手段１２の測距値が４．６ｃ
ｍ±１．０ｃｍである場合には、ブザー１２ａまたはＬ
ＥＤ１２ｂあるいは、この両方を動作させて、使用者に
報知するものである。

【００３８】以上のように本実施例によれば、洗浄水生
成室５は、出水口５２の先端から洗浄面までの距離を測
定する測距手段２０を有する構成としているため、超音
波洗浄に適した距離の把握が容易にでき、効率よく洗浄
ができる洗浄装置を実現するものである。

【００３９】また本実施例によれば、測距手段２０は、
測定値が所定値以内のときは報知手段１２を駆動して報
知信号を発生するようにしているため、使用者は、容易
に洗浄対象物までの距離を知ることができ、効率よく洗
浄ができる洗浄装置を実現するものである。

【００４０】また本実施例では、報知信号は、音または
光のどちらか一方あるいは両方としているため、使用者
は、容易に洗浄対象物までの距離を知ることができ、効
率よく洗浄ができる洗浄装置を実現するものである。

【００４１】

【発明の効果】請求項１に記載した発明は、超音波を発
生する超音波素子と超音波素子が発生した超音波を水に
伝達する超音波ホーンを有する超音波発生部と、超音波
素子を駆動する発振回路を有する制御部と、少なくとも
１つの出水口を有する洗浄水生成室とを備え、前記超音
波発生部と洗浄水生成室とは超音波ホーンに設けたフラ
ンジ部に水密に取り付けた構成として、超音波振動して
いる水を出水口より出水させて建築物や車などの対象物
の汚れが洗浄でき、また長期使用にも耐えることのでき
る洗浄装置を実現するものである。

【００４２】請求項２に記載した発明は、超音波ホーン
は、洗浄水生成室の出水口近傍で超音波の振幅が最小と
なるような長さに設定した構成として、出水口付近で超
音波の減衰や反射がなく、超音波が重畳された洗浄水が
効率よく出水され、対象物を効率よく洗浄できる洗浄装
置を実現するものである。

【００４３】請求項３に記載した発明は、発振回路は２
０ｋＨｚ以上で５００ｋＨｚ以下の周波数の信号を発振
する構成として、キャビティを効率よく発生でき対象物
を効率よく洗浄できる洗浄装置を実現するものである。

【００４４】請求項４に記載した発明は、洗浄水生成室
は、超音波ホーンの外周部に入水口を有する構成とし
て、外部から洗浄室内に水を供給でき、超音波振動して
いる水を多量に対象物に供給でき効率の高い洗浄が出来
る洗浄装置を実現しているものである。

【００４５】請求項５に記載した発明は、発振回路は電
源としてバッテリを使用する構成として、商用電源が利
用できない場所の対象物を効率よく洗浄できる洗浄装置
を実現するものである。

【００４６】請求項６に記載した発明は、洗浄水生成室
は、出水口の先端から洗浄面までの距離を測定する測距
手段を有する構成として、洗浄対象物までの距離を適正
として対象物を効率よく洗浄できる洗浄装置を実現する
ものである。

【００４７】請求項７に記載した発明は、測距手段は、
測定値が所定値以内のときは報知信号を発生する構成と
して、容易に洗浄対象物までの距離を知ることができ、
洗浄対象物を効率よく洗浄できる洗浄装置を実現するも
のである。

【００４８】請求項８に記載した発明は、報知信号は、
音または光のどちらか一方あるいは両方とした構成とし
て、容易に洗浄対象物までの距離を知ることができ、対
象物を効率よく洗浄できる洗浄装置を実現するものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例である洗浄装置の構成を
示すブロック図

【図２】同、超音波ホーンの外観を示す斜視図

【図３】同、超音波の波形と各部の位置との関係を示す
説明図

【図４】本発明の第２の実施例である浄装置の構成を示
すブロック図

【符号の説明】

１洗浄水生成室２超音波発生部３制御部４バッテリー５超音波素子６圧電素子７金属８金属９ボルト１０超音波ホーン１１フランジ１２ケース１３発振回路１４昇圧手段１５報知手段２０測距手段５１入水口５２出水口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 3B201 AA31 AB52 BB62 BB84 BB85 BB92 CB01 5D107 AA03 BB11 CC04 FF04 FF05 FF09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】超音波を発生する超音波素子と超音波素
子が発生した超音波を水に伝達する超音波ホーンを有す
る超音波発生部と、超音波素子を駆動する発振回路を有
する制御部と、少なくとも１つの出水口を有する洗浄水
生成室とを備え、前記超音波発生部と洗浄水生成室とは
超音波ホーンに設けたフランジに水密に取り付けた洗浄
装置。
【請求項２】超音波ホーンは、洗浄水生成室の出水口
近傍で超音波の振幅が最小となるような長さに設定した
請求項１に記載した洗浄装置。
【請求項３】発振回路は２０ｋＨｚ以上で５００ｋＨ
ｚ以下の周波数の信号を発振する請求項１に記載した洗
浄装置。
【請求項４】洗浄水生成室は、超音波ホーンの外周部
に入水口を有する請求項１に記載した洗浄装置。
【請求項５】発振回路は電源としてバッテリを使用す
る請求項１に記載した洗浄装置。
【請求項６】洗浄水生成室は、出水口の先端から洗浄
面までの距離を測定する測距手段を有する請求項１に記
載した洗浄装置。
【請求項７】測距手段は、測定値が所定値以内のとき
は報知信号を発生する請求項６に記載した洗浄装置。
【請求項８】報知信号は、音または光のどちらか一方
あるいは両方とした請求項７に記載した洗浄装置。