JP2002166238A - 超音波洗浄装置 - Google Patents

超音波洗浄装置

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JP2002166238A
JP2002166238A JP2000365410A JP2000365410A JP2002166238A JP 2002166238 A JP2002166238 A JP 2002166238A JP 2000365410 A JP2000365410 A JP 2000365410A JP 2000365410 A JP2000365410 A JP 2000365410A JP 2002166238 A JP2002166238 A JP 2002166238A
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ultrasonic
vibrator
ultrasonic cleaning
cleaning device
ultrasonic vibrator
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JP2000365410A
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English (en)
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Noriyuki Kitaori
典之 北折
Takahisa Yamashiro
高久 山城
Kiyoteru Osawa
清輝 大沢
Masayasu Sato
雅安 佐藤
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Kao Corp
Original Assignee
Kao Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 超音波振動部の発熱を抑制できる防水機構を
備える超音波洗浄装置を提供する。 【解決手段】 超音波振動部14に過負荷がかかった場
合に、過負荷検出回路32と、発振回路31とで供給電
力を低下させる制御を行うようになっている。このよう
に過負荷状態を検出して供給する電力量を低下させるこ
とにより、超音波振動部14の発熱を防止することがで
きる。このため、超音波洗浄装置の発熱を抑制して使用
者に不快感を与えることのない使い勝手の良好な超音波
洗浄装置を実現することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、超音波洗浄装置に
関し、さらに詳しくは、例えば織物や繊維製品などを洗
浄する携帯式で家庭用の超音波洗浄装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、ハンディータイプの超音波洗浄装
置としては、クリーニング店などで使用されている業務
用のものが主流である。このような超音波洗浄装置で
は、一般に50W以上の電力を必要とする。また、業務
用ということからその取り扱い方に特に注意を払う必要
がなかった。そのため、高電力で多量の発熱を生じて
も、振動子ならびに回路部に空冷の孔を空けたり、さら
に強制的に冷却するためのファンを付けることなどが行
われていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た超音波洗浄装置では、大きな電力を必要とするため、
例えば濡れた手で取り扱うことは出来ず、取り扱いは限
られていた。また、空冷の孔を空ける構成であるため、
防水機構などを備えることは不可能であった。
【0004】ところで、一般の人が超音波洗浄装置を使
用する場合、使用に伴う温度変化が何処まで人間工学的
に許容されるか分かっておらず、45℃以上では通常よ
り厚めのケーシングが必要となり、そのため超音波洗浄
装置の設計が過剰仕様になったり、使用に際し使用者が
危険や不安を感じたりするという、使用上大きな問題と
なる。
【0005】また、上記した従来の超音波洗浄装置で
は、表面温度が45℃以上で、パワーのロスが激しく、
かつ回路や超音波振動子などの信頼性や耐久性が低下
し、発熱による装置内及び装置ケーシングの温度上昇を
避けるため、冷却が必要である。そのため、防水機構を
備えることが難しくなり、超音波洗浄装置を一般の家庭
用に応用することが困難であった。元来、超音波洗浄装
置は、水回りでの使用が主であるため、一般の家庭用の
装置として用いるには防水機構が必要である。
【0006】そこで、本発明の目的は、発熱を抑える機
能を有し、防水機構を備えることのできる家庭用の超音
波洗浄装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、超音波振動子
に超音波ホーンが連設されてなる超音波振動部を備え、
超音波ホーンの先端面に被洗浄物を接触させて被洗浄物
の洗浄を行う超音波洗浄装置であって、超音波ホーンの
先端面を除く略全体が被洗浄物案内カバーで囲まれ、露
出している超音波ホーン以外の装置表面の温度が、25
℃(±2℃)、相対湿度50%(±5%)の環境下で、
連続駆動させた場合、45℃以上になる部位がないこと
を特徴としている。なお、ここでいう連続駆動とは、本
装置を連続で1時間動作させた状態をいう。また、相対
湿度は、少なくとも24時間以上定常状態にした部屋で
測定した。
【0008】このような構成の本発明では、人間工学的
見地から、装置本体の温度および部位を規定することに
より、使用者に不快感を与えず、使用勝手がよくなる。
【0009】また、本発明の超音波洗浄装置は、コード
レスで1W以上8W以下の電力で駆動され、防水機構を
備えることが好ましく、少ない電力で駆動できかつ携帯
式の超音波洗浄装置を実現できる。上記したように発熱
を抑制することで、装置本体に空冷用の孔を空ける必要
がなくなり、防止機能を高めた設計にすることが可能と
なる。ただし、1.0W未満だと、洗浄効果が大きく低
下するので好ましくない。
【0010】さらに、基本的には装置の表面温度は室温
に近い方が好ましいが、本発明は、温度昇温率が5℃/
分以下であることが好ましく、加えて、連続駆動20分
以内で、表面温度が飽和することが好ましい。このよう
に本発明では、温度上昇率を規定することにより、使用
者に不快感を与えないようにすることができる。
【0011】また、本発明は、露出している超音波ホー
ンの温度が100℃以下であることが好ましく、被洗浄
物を連続して洗浄している場合において、装置表面の温
度が40℃以下であることが好ましい。さらに、露出し
ている前記超音波ホーンの温度が60℃を越えないこと
が好ましい。加えて、本発明は、超音波振動子が、無負
荷時には供給する電力を小さくなるようにすることが好
ましい。具体的には、超音波振動子が、無負荷時で長時
間駆動させると超音波振動子が発熱する。これを防止す
るために、インピーダンス検知回路を設けて制御を行
う。つまり、超音波振動子では、負荷時と無負荷時とで
インピーダンスの値が異なり変化する。一般的には負荷
時にはインピーダンスは高くなる。この変化をインピー
ダンス検知回路でとらえて、無負荷時に超音波振動子に
供給する電力を小さくするように制御することが好まし
い。また、安定に電力を超音波振動子に供給することに
よって、発熱を防止できるため、インピーダンス整合器
を取り付けて安定に超音波振動子を駆動させることが好
ましい。さらに、本発明では、超音波振動子に、定常駆
動電力の1.5倍以上の電力が必要な過負荷が加わった
場合に、超音波振動子に電力を供給しないことが好まし
い。
【0012】本発明の具体的な特徴は、超音波振動子に
超音波ホーンが連設されてなる超音波振動部を備え、超
音波ホーンの先端面に被洗浄物を接触させて被洗浄物の
洗浄を行う超音波洗浄装置であって、超音波振動部の負
荷状態を検出して、超音波振動部への供給電力量を制御
する制御部を備えることを特徴としている。
【0013】通常、超音波振動部が無負荷状態となる
と、洗浄に使われるエネルギーがないため、エネルギー
の行き場がなくなりかえって発熱を招く。一方、超音波
振動部に洗浄による負荷がかかると、洗浄にエネルギー
が使われるため、発熱が小さくなる。また、負荷状態が
あまりにも大きい場合は、やはり大量の電力を使用する
ため発熱を招く。そこで、本発明は、超音波振動部の負
荷状態を検出することにより、制御部で超音波振動部へ
の供給電力を制御することにより、超音波洗浄装置の温
度上昇を抑制することが可能になる。具体的には、制御
部では、超音波振動部が無負荷状態の場合に該超音波振
動部へ供給する電力量を減少させる制御を行うことが好
ましい。また、制御部は、前記超音波振動部のインピー
ダンスから無負荷状態を検出することが好ましい。さら
に、制御部は、定常駆動電力の1.5倍以上の電力が必
要な過負荷状態となったときに、前記超音波振動部への
電力供給を停止させることが好ましい。このような制御
を行うことにより、超音波洗浄装置のケーシングの表面
温度が45℃よりも低くなることが好ましい。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る超音波洗浄装
置の詳細を図面に示す各実施形態に基づいて説明する。
【0015】(実施形態)図1は本発明に係る超音波洗
浄装置の実施形態を示している。なお、本実施形態の超
音波洗浄装置1は、先端アタッチメント3が交換可能な
例であるが、装置本体を分割して分離できない一体型の
態様としても勿論よい。本実施形態の超音波洗浄装置1
は、装置本体2と、装置本体2に着脱自在に装着される
先端アタッチメント3とから大略構成されている。
【0016】装置本体2は、図1に示すように、本体ケ
ーシング4内に、振動部駆動回路部5、電池6などが内
蔵されている。本体ケーシング4の先端面(装着面)に
は、接続部としての端子コネクタ部7A,7Bが設けら
れている。ところで、本実施形態においては、電源とし
て電池6の他に、ACジャック部を設けて交流電源を接
続して使用できるような構成としてもよし、充電式電池
を用いた充電式でもよい。
【0017】また、本体ケーシング4は、先端部で先端
アタッチメント3と着脱可能に設けられている。そし
て、端子コネクタ部7A,7Bと振動部駆動回路部5と
は、配線9,10を介して接続されている。この他、装
置本体2には、図示しないスイッチや駆動確認ランプな
どが設けられている。
【0018】先端アタッチメント3は、アタッチメント
ケーシング11を備えている。このアタッチメントケー
シング11の後端壁部12の外側面には、前記した本体
ケーシング4の前端面に設けられた端子コネクタ部7
A,7Bに接続される接続端子13A,13Bが突設さ
れている。
【0019】また、アタッチメントケーシング11の内
部には、超音波振動部14が設けられている。この超音
波振動部14は、アタッチメントケーシング11内の中
間部に周回するように形成された支持部15に支持され
ている。なお、この支持部15は、後述するように超音
波振動部14のフランジ部材20の周縁部全体を支持す
ると共に、超音波振動子18側へ水が侵入するのを防止
する防水機能を有している。
【0020】超音波振動部14は、圧電体16,17を
接合させてなる超音波振動子18と、超音波振動子18
の後端面に接合された後部超音波ホーン19と、超音波
振動子18の前端面にフランジ部材20を介して接合さ
れた所定長さ寸法の前部超音波ホーン21とからなる。
これら後部超音波ホーン19及び前部超音波ホーン21
は、超音波振動子18の前後に分割されているが、両方
を備えることにより超音波ホーンが構成されている。後
部超音波ホーン19及び前部超音波ホーン21は、超音
波振動子18の振動を特定の周波数に変えたり、振動を
強くするために振動を伝え易い金属で形成されている。
なお、フランジ部材20は、上記した支持部15に水密
的に支持されている。また、前部超音波ホーン21は、
アタッチメントケーシング11の前端開口部11Aから
極僅か前方(下方)へ突出するように設定されている。
【0021】また、圧電体16の後端面と接続端子13
Bとは、配線22で接続されている。また圧電体16,
17の接合面と接続端子13Aとは、配線23で接続さ
れている。このような圧電体16,17を接合してなる
超音波振動子18は、所謂ボルト締めランジュバン型の
超音波振動子を構成している。
【0022】ここで、超音波振動部14の部材構成の一
例を説明する。本実施形態の超音波振動部14、圧電体
16,17として、PbZrOとPbTiOとの固
溶体であるPZTを主成分とする円柱状圧電体(直径1
5mm、中心部の固定ボルト穴を除くと面積145.5
mmで厚さ4mm)に厚さ方向に分極処理をしたもの
を用い、アルミニウム製の後部超音波ホーン19及び前
部超音波ホーン21で、締め付けトルク50kg/cm
をかけて挟み込んでなる超音波振動子(超音波振動部1
4)を用いる。そして、素子(圧電体)の駆動電力は、
8W以下に設定されている。
【0023】なお、本実施形態において先端アタッチメ
ント3に用いられる超音波振動部14としては、前部超
音波ホーン21の先端形状が円柱形状に設定されてい
る。この先端面21Aの径寸法を適宜設定することによ
り、洗浄対象の面積や状態に適した先端アタッチメント
3とすることができる。前部超音波ホーン21のこの他
の先端面形状としては、矩形状など各種の形状を設定す
ることができる。
【0024】本実施形態においては、装置本体2と先端
アタッチメント3とは、図示しない防水機構を備えて着
脱自在となっている。なお、このような防水機構の確認
テストとしては、30cm×30cm×30cmの立方
体のステンレス容器に、水を高さ20cmまで張り、そ
の水中に装置を1分間放置し、その後取り出し、直ちに
装置表面の水を拭き、装置を稼働させて異常のないこと
を確認した。このように着脱自在としたことにより、装
置本体2に先端アタッチメント3を結合した状態での使
用と、他の種類の先端アタッチメント3との交換作業を
容易に行うことが可能となる。なお、本実施形態では、
装置本体2と先端アタッチメント3とを着脱自在に設け
たが、上記したように、ケーシング内に超音波振動部1
4と電池6などの回路構成部を収容した一体型の構造と
して勿論よい。
【0025】また、本実施形態では、発熱が予想される
素子、回路、電池部を放熱させるように工夫されると共
に、図示しない断熱材で覆ったり、ケーシング材料を断
熱性の高い絶縁樹脂などで構成することにより、外部へ
大きな放熱が行われるのを防止している。
【0026】特に、本実施形態の振動部駆動回路部5
は、図2に示すように、発振回路31と、過負荷検出回
路32と備えている。過負荷検出回路33は、超音波振
動部14にかかる過負荷を検出して、発振回路31へ検
出信号を出力するようになっている。これに伴い、超音
波振動部14が過負荷状態である場合に、超音波振動部
14へ出力する電力を低下させるようになっている。こ
のため、超音波振動部14では、過負荷に伴う発熱を抑
制することができる。このように超音波振動部14の過
負荷状態を検出して、電力を抑制することにより、超音
波洗浄装置1のケーシング表面の温度が例えば45℃以
上にならないように設定することが可能となる。この場
合、超音波振動部14が所定の負荷がかかったときに過
負荷状態となるかを予め規定しておけばよい。
【0027】なお、本実施形態では、図2に示すよう
に、振動部駆動回路部5が、発振回路31と、過負荷検
出回路32とを備える構成としたが、図3に示すよう
に、発振回路31と、インピーダンス検出回路33とを
備える構成することもできる。すなわち、超音波振動部
14では、無負荷時と負荷時とでインピーダンスが変化
するため、このインピーダンス変化をとらえて、制御を
行うことにより、無負荷時での温度上昇を防止すること
ができる。具体的には、インピーダンス検出回路33が
超音波振動部14の無負荷状態を検出した場合には、供
給電力を低下させたり、電力供給を停止させる制御を行
うようになっている。
【0028】また、振動部駆動回路部5は、図4に示す
ように、発振回路31とインピーダンス整合器34とを
備える構成としてもよい。この場合は、インピーダンス
整合器34を取り付けることにより、安定に超音波振動
部14を駆動させることができ、安定に電力を供給する
ことにより発熱を防止することができる。
【0029】本実施形態では、上記した各回路構成とす
ることにより、装置表面の温度上昇率が5℃/分以下と
なるように設定することが可能となる。また、超音波洗
浄装置1が連続駆動20分間以内で表面温度が飽和する
ように設定することも可能となる。さらに、アタッチメ
ントケーシング11の先端部から露出する超音波ホーン
21の先端面21Aの温度が100℃以下(好ましくは
60℃以下)になるように設定することも可能である。
さらにまた、被洗浄物を連続して洗浄している場合に、
装置表面の温度が40℃以下となるように設定すること
も可能である。
【0030】(実施例)上記した超音波洗浄装置1の駆
動電力を6Wに設定し、25才から55才までの主婦2
0人に以下の使用アンケート調査を行った。また、室度
25℃、相対湿度40%において実施した。
【0031】なお、この使用アンケート調査に用いた超
音波洗浄装置1では、回路ならびに断熱材などを工夫す
ることにより、実使用に伴い装置本体の表面温度を20
℃から60℃まで変化させる共に、温度上昇を制御し、
2℃/分から10℃/分の間で変化させた。その結果、
得られたデータを表1,2に示す。
【0032】
【表1】
【表2】 上記表1に示すように、45℃以上に表面温度が上昇す
ると、危険を感じる人が70%であり、また、表2に示
すように、温度上昇は5℃/分以上は不快感を感じる人
が90%であった。また、アンケート調査の結果、超音
波洗浄装置は、水回りで使用することから75%の人
は、防水機構になっていると思っており、防水機構でな
い場合の危険性は計り知れない。さらに、作業性を考え
ると乾電池式若しくは充電式でコードレスで用いること
がよいと考えている人が多いことが分かった。また、超
音波は人の耳に聞こえないことから、無負荷状態では駆
動していることをランプなどでしか認知できないため、
70%の人は駆動を確認するためや無意識にホーン先端
を手で触る可能性があることが分かった。このことか
ら、火傷などの防止するために、ホーン先端温度は10
0℃以下、望ましくは60℃以下が好ましい。
【0033】なお、超音波洗浄装置1の表面温度の測定
は、接触タイプでは、熱電対、アルコール式棒状温度
計、水銀温度計などがあり、どれを使用してもよい。た
だし、精度よく温度を計るには、測定部が小さい熱電対
を用いた方が、接触による温度差、熱容量などによる誤
差が減り、有効である。また、非接触で計る方法として
は、赤外線で計る方法もあり有効である。
【0034】また、実施例で用いた超音波洗浄器に、小
さな孔を空け、超音波振動素子(ランジュバン圧電素
子)に直接外部電源を接続させ駆動させた。その際、外
部電源の出力を8W、6W、4W、2W、1W、0.5
Wと変化させた。その出力変化に伴う洗浄率を測定し、
表3にまとめて記載した。その結果、0.5Wになると
全ての汚れで、洗浄率が80%より小さくなり、洗浄効
率が減少する。このことから、1W以上の電力は必要と
判断された。また、本超音波洗浄装置1は携帯式であ
り、乾電池駆動(ACアダプターを使っても良いが)で
きることを目的とすることから、8W以上の電力が非現
実的である。8W以上の場合、少ない電池では稼働時間
が短くなり、また、電池を多数使用すると重量が重くな
り、サイズも大きくなり携帯式でなくなる。ただし、長
時間の使用の目的などにおいてACアダプターの使用
は、無論可能である。
【0035】
【表3】 洗浄度の測定:洗浄度は白色の木綿の布を泥、ケチャッ
プ、醤油、油等で汚したサンプル片を用いて、洗浄後の
光反射率を測定し、汚す前と比較し、率で表し目安とし
た。このサンプル片に、一辺が4cmの正方形の枠をあ
てて、その正方形の内側の汚れを超音波洗浄装置1を用
いて洗浄した。洗浄は、1分間、衣料用液体洗剤を5%
に薄めた洗浄液をかけながら行った。洗浄後、5分間清
水水洗いし、乾燥後アイロンで平滑にし、その後反射率
を測定した。反射率はミノルタ製CM−3500d反射
率計を用いて測定した。反射率の測定範囲は、直径3c
mの円内とした。
【0036】以上、実施形態について説明したが、本発
明はこれに限定されるものではなく、構成の要旨に付随
する各種の変更が可能である。
【0037】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、制御部で超音波振動部への供給電力を、無負
荷状態、過負荷状態などを例えばインピーダンスの変化
などにより検出して制御するため、超音波洗浄装置の温
度上昇を抑制することができる。このため、防水機構を
備えても内部の超音波振動部の昇温を抑えることがで
き、使い勝手のよい家庭用の超音波洗浄装置を実現する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る超音波洗浄装置の実施形態を示す
断面図である。
【図2】実施形態に係る超音波洗浄装置の回路図であ
る。
【図3】実施形態に係る超音波洗浄装置の他の回路構成
を示す回路図である。
【図4】実施形態に係る超音波洗浄装置の他の回路構成
を示す回路図である。
【符号の説明】
1 超音波洗浄装置 2 装置本体 3 先端アタッチメント 4 本体ケーシング 11 アタッチメントケーシング 14 超音波振動部 16,17 圧電体 18 超音波振動子 19 後部超音波ホーン 21 前部超音波ホーン 31 発振回路 32 過負荷検出回路 33 インピーダンス検出回路 34 インピーダンス整合器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大沢 清輝 栃木県芳賀郡市貝町赤羽2606 花王株式会 社研究所内 (72)発明者 佐藤 雅安 栃木県芳賀郡市貝町赤羽2606 花王株式会 社研究所内 Fターム(参考) 3B154 AB20 BA17 BB28 BC42 BF01 BF13 BF14 BF22 DA28 3B155 AA02 BA12 BA18 BA27 BB20 CB03 CB18 GA01 KB08 LC02 3B201 AA46 AB52 BB84 BB85 BB92 BB94 CC21 5D107 AA09 AA15 BB11 CC04 FF04

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 超音波振動子に超音波ホーンが連設され
    てなる超音波振動部を備え、前記超音波ホーンの先端面
    に被洗浄物を接触させて被洗浄物の洗浄を行う超音波洗
    浄装置であって、 前記超音波ホーンの先端面を除く略全体が被洗浄物案内
    カバーで囲まれ、23〜27℃、相対湿度45〜55%
    の環境下で、連続駆動させた場合、露出している前記超
    音波ホーン以外の装置表面の温度が45℃以上になる部
    位がないことを特徴とする超音波洗浄装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の超音波洗浄装置であっ
    て、 前記超音波洗浄装置がコードレスで、1W以上8W以下
    の電力で駆動され、防水機構を有することを特徴とする
    超音波洗浄装置。
  3. 【請求項3】 請求項1又は請求項2記載の超音波洗浄
    装置であって、 温度昇温率が5℃/分以下であることを特徴とする超音
    波洗浄装置。
  4. 【請求項4】 請求項1乃至請求項3のいずれかに記載
    された超音波洗浄装置であって、 露出している前記超音波ホーンの温度が100℃以下で
    あることを特徴とする超音波洗浄装置。
  5. 【請求項5】 請求項1乃至請求項4のいずれかに記載
    された超音波洗浄装置であって、 被洗浄物を連続して洗浄している場合において、前記超
    音波ホーン以外の装置表面の温度が40℃以下であるこ
    とを特徴とする超音波洗浄装置。
  6. 【請求項6】 請求項4記載の超音波洗浄装置であっ
    て、 露出している前記超音波ホーンの温度が60℃を越えな
    いことを特徴とする超音波洗浄装置。
  7. 【請求項7】 請求項1乃至請求項6のいずれかに記載
    された超音波洗浄装置であって、 前記超音波振動子が、無負荷時には供給する電力を小さ
    くすることを特徴とする超音波洗浄装置。
  8. 【請求項8】 請求項1乃至請求項7のいずれかに記載
    された超音波洗浄装置であって、 前記超音波振動子が、負荷時と無負荷時とでインピーダ
    ンスの値が異なり、無負荷時に前記超音波振動子に供給
    する電力を小さくすることを特徴とする超音波洗浄装
    置。
  9. 【請求項9】 請求項1乃至請求項8のいずれかに記載
    された超音波洗浄装置であって、 前記超音波振動子に、定常駆動電力の1.5倍以上の電
    力が必要な過負荷が加わった場合に、前記超音波振動子
    に電力を供給しないことを特徴とする超音波洗浄装置。
  10. 【請求項10】 超音波振動子に超音波ホーンが連設さ
    れてなる超音波振動部を備え、前記超音波ホーンの先端
    面に被洗浄物を接触させて被洗浄物の洗浄を行う超音波
    洗浄装置であって、 前記超音波振動子の負荷状態を検出して、前記超音波振
    動子への供給電力量を制御する制御部を備えることを特
    徴とする超音波洗浄装置。
  11. 【請求項11】 請求項10記載の超音波洗浄装置であ
    って、 前記超音波振動子の駆動電力が1W以上8W以下である
    ことを特徴とする超音波洗浄装置。
  12. 【請求項12】 請求項10又は請求項11に記載され
    た超音波洗浄装置であって、 前記制御部は、前記超音波振動子が無負荷状態の場合に
    該超音波振動子へ供給する電力量を減少させることを特
    徴とする超音波洗浄装置。
  13. 【請求項13】 請求項12記載の超音波洗浄装置であ
    って、 前記制御部は、前記超音波振動子のインピーダンスから
    無負荷状態を検出することを特徴とする超音波洗浄装
    置。
  14. 【請求項14】 請求項10乃至請求項13のいずれか
    に記載の超音波洗浄装置であって、 前記装置表面の温度が45℃より低くなるように、制御
    部が前記超音波振動子への供給電力を制御することを特
    徴とする超音波洗浄装置。
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