JP2009285563A - 超音波洗浄装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で洗浄ムラや汚れの滞留を防止することができる超音波洗浄装置を提供する。
【解決手段】本実施形態に係る超音波洗浄装置１は、内部に溜めた洗浄水を外部に吐出するための吐出口３２を有する中容器３０と、中容器３０の吐出口３２から吐出される洗浄水を受けるように中容器３０の外側に設置された外容器２０と、外容器２０の下側に設置された超音波振動部１３と制御部１１とを有する本体１０とを備えている。超音波洗浄装置１においては、吐出口３２から洗浄水を吐出することで、中容器３０内の洗浄水の水位を徐々に下げると共に、中容器３０を外容器２０に対して相対的に回転させながら超音波洗浄を行うことで、洗浄ムラや汚れの滞留を防止することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、超音波を用いて洗浄を行う超音波洗浄装置に関し、特に、家庭での使用にも適した超音波洗浄装置に関する。

従来から、宝石、レンズ等の光学製品、コイン、時計、歯科及び外科治療で使われる器具等の汚れを除去するために、これら被洗浄物を容器内の洗浄水（水や有機溶媒等）に浸した状態で、洗浄水を超音波振動させて超音波洗浄を行う超音波洗浄装置が提供されており、例えば、下記特許文献１に開示されている。
特開２００１−２５７１６号公報

また、近年、食への安心・安全に対する関心が高まっているが、ポジティブリスト制（基準が設定されていない農薬等が一定量以上含まれる食品の流通を原則禁止する制度）が施行されて以来、輸入品、国産品を問わず、農作物の残留農薬が基準値を超過しているケースが多発している。

このため、基準値を下回る安全なレベルまで農作物に付着した残留農薬を確実に除去することが望まれており、下記特許文献２では、超音波洗浄により農作物の残留農薬を除去する方法が開示されている。
特開２００４−３２１０２１号公報

ところで、洗浄水に超音波を照射すると、水中に周波数に応じた定在波が生じ、１／４波長毎に腹と節ができるため、節の部分では汚れが落ちにくくなってしまう、いわゆる洗浄ムラが発生してしまう。また、キャビテーションの発生により被洗浄物の表面から汚れが除去されても、そのまま被洗浄物の周囲に汚れが滞留すると、再度汚れが付着したり、新たな汚れの除去を阻害したりといった問題も生じていた。

このため、従来では、被洗浄物を洗浄水内で動かすことで洗浄ムラや除去物の滞留を防止していたが、手動で被洗浄物を動かすのは手間が掛かるし、機械的に被洗浄物を動かすための機構を別途設けると、装置が複雑になり、コストも掛かってしまう。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、簡易な構成で洗浄ムラや汚れの滞留を防止することができる超音波洗浄装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る超音波洗浄装置は、洗浄水に浸した被洗浄物を超音波洗浄する超音波洗浄装置において、内部に溜めた洗浄水を外部に吐出するための吐出口を有する中容器と、前記中容器の下方に設置された超音波振動部を有する本体と、を備え、前記吐出口から洗浄水を吐出して前記中容器内の洗浄水の水位を徐々に下げながら超音波洗浄を行えることを特徴とする。

また、本発明に係る超音波洗浄方法は、洗浄水に浸した被洗浄物を超音波洗浄する超音波洗浄方法において、内部に溜めた洗浄水を外部に吐出するための吐出口が設けられた容器内に、前記吐出口より超音波の波長の１／４以上高い位置まで洗浄水を入れる工程と、前記洗浄水に超音波を照射して前記洗浄水に浸された被洗浄物を超音波洗浄する超音波洗浄工程と、前記超音波洗浄工程において行われる工程であって、前記吐出口から前記洗浄水を徐々に吐出して前記容器内の洗浄水位を徐々に下げる水位変動工程と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る超音波洗浄装置によれば、簡易な構成で洗浄ムラや汚れの滞留を防止することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明する。本実施形態では、主として野菜や果物等の農作物の残留農薬を水洗除去するために家庭で使用される超音波洗浄装置を例に挙げて説明する。

図１は、本実施形態に係る超音波洗浄装置の断面をイメージ的に示す概略図である。図２は、本実施形態に係る超音波洗浄装置の平面図である。なお、図２においては、取っ手３７を省略している。図１に示すように、本実施形態に係る超音波洗浄装置１は、本体１０と、外容器２０と、外容器２０の内側に位置する中容器３０とを備えている。

本体１０は、本体上部に設置された、超音波振動を発生させる複数の超音波振動子から構成される超音波振動部１３と、超音波振動部１３を制御する制御部１１と、装置のＯＮ／ＯＦＦを切り換えたり、タイマー時間を設定したりするためのスイッチ１２と、制御部１１に接続された電源コード１８とを備えている。

本実施形態では、制御部１１の制御により、出力50W程度、周波数40kHzで超音波振動部１３が振動するように構成されている。また、スイッチ１２の操作により、2分、5分又は10分で自動的に停止するタイマー運転が可能である。もちろん、出力電力や振動周波数は、洗浄対象である被洗浄物に応じて適宜変更可能であり、例えば、汚れの除去のためのキャビテーションの発生を考慮すれば、20〜100kHzの周波数を用いることができる。

外容器２０は、図１及び図２に示すように本体１０の上面にその底面が固定されており、上向きに凹のボウル型形状をしている。外容器２０の側壁の高さ方向中程には、排水口２２が設置されており、外容器２０内の水位がこの排水口２２の高さになるとオーバーフロー排水される。また、外容器２０の底面の内側中央には、三角錐形状に突出した回転軸２５が設置されている。

中容器３０は、外容器２０よりも若干小型のボウル型形状をしており、外容器２０の内側に同じく上向きに凹に設置されている。中容器３０の大きさは、家庭での使用を想定すれば、例えば、外形が25〜30cm、底面の直径が15〜20cmで、容積1.5〜2.0Lとすれば良い。中容器３０の上部周囲には、中容器３０を手で掴むための取っ手３７が形成されている。

中容器３０の下面中央には、外容器２０の回転軸２５がちょうど嵌る三角錐形状の凹部である軸受３５が形成されており、軸受３５内に回転軸２５が嵌るように中容器３０を設置することで、中容器３０は外容器２０（本体１０）に対して回動自在且つ着脱自在に設置される。

また、図１及び図２に示すように、中容器３０の側壁の高さ方向中間よりも少し高い位置には、周方向に90°間隔に４つの吐出口３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄが形成されている。また、図２に上から見た排水方向を示すように、これら吐出口３２は、各吐出口３２からの排水方向が、略円筒形状の側壁面の地面に水平な接線方向であって反時計回り方向となるように構成されている。なお、これら吐出口３２は、中容器３０を外容器２０にセットした状態で、外容器２０の排出口２２よりも高い位置となる場所に形成されている。

よって、中容器３０内の水位がこの吐出口３２の位置（図１の水位Ｂ）よりも高い場合には、容器内の洗浄水がこの４つの吐出口３２から反時計回り方向に水平に放出され、その反力により中容器３０には時計回りの回転力が生じる。なお、超音波洗浄時には、超音波振動により外容器２０と中容器３０との間にも微小の振動が生じており、小さな回転力でも両者間で相対的な回転が可能である。

なお、この４つの吐出口３２の大きさは、中容器３０内の洗浄水の水位が所定の水位変動速度で下がっていくように形成されている。これは、上述したように、超音波を照射すると、水中に周波数に応じた定在波が生じて洗浄ムラが生じてしまうが、水位を徐々に下げながら超音波洗浄を行うことで、腹と節の位置を変化させ、洗浄ムラの発生を抑えるためである。

ここで、中容器３０における水位変動について考察する。まず、水位の変動幅については、超音波の波長をλ［mm］とすると、定在波の腹と節はλ／４毎に生じるので、洗浄ムラを抑えるためには、水位の変動幅をλ／４以上にする必要がある。例えば、本実施形態では、超音波の周波数が40kHzであるので、洗浄水中での音速を1,500,000mm/sとして、波長λ=37.5mmとなるので、約9.4mm以上水位を変動させる必要がある。

本実施形態では、後述するように、計量カップ５０によって中容器３０内に洗浄水である水を投入し、吐出口３２から洗浄水が排出され、徐々に中容器３０内の水位が吐出口３２まで下がっていく。よって、中容器３０内の水位をλ／４以上変動させるためには、吐出口３２は、中容器３０の満水水位よりもλ／４以上（40kHzの場合には約9.4mm以上）下がった位置に設けられている必要がある。

また、水位を変動させる速度については、超音波洗浄中に上記λ／４以上水位を下げる必要がある。よって、超音波洗浄時間をＴ［min］とすると、時間Ｔの間にλ／４以上水位を変動させる必要があるので、（λ／４）／Ｔ以上の水位変動速度となるように、吐出口３２の大きさや設置位置等を設定する必要がある。

なお、吐出口３２が大きい等によって水位変動速度が速過ぎる場合には、中容器３０内の水位が一気に排水口２８が位置する水位Ｂまで下がってしまって洗浄ムラを防止できなくなると共に、節水の観点からも好ましくない。よって、水位変動速度は所定値以下である必要があり、超音波洗浄時間Ｔの間に３λ以下の水位変動であること、すなわち、水位速度は３λ／Ｔ以下であることが望ましい。

洗浄時間は、使用者が適宜設定できるが、通常1分〜10分程度と想定されるので、水位変動速度としては、最低でも、10分間でλ／４の水位変動、すなわち分速でλ／４０以上の水位変動であることが望ましい。そして、水位変動速度の上限については、ゆっくりと水位を変動させるように、1分間で３λ以下の水位変動速度であることが望ましく、さらに望ましくは、1分間でλ以下の水位変動速度であることが望ましい。

以上のような考察のもと、本実施形態において望ましい20〜100kHzの周波数を用いる場合には、洗浄水中での音速を1,500,000mm/sとして、波長λは75mm〜15mmとなる。よって、使用する周波数に応じて、吐出口３２の位置は、中容器３０の満水水位よりも19mm〜4mm離れた位置にする必要がある。なお、複数の排水口が異なる高さに形成されている場合には、最も下の排水口の位置まで容器内の水位が下がるから、最も下側に位置する排水口の位置が、満水水位からλ／４下がった位置よりも下に位置していれば良い。

また、超音波の周波数を20〜100kHzとして、水位変動速度の下限については、本実施形態のようにタイマー運転として洗浄時間を2〜10分とした場合には、波長（20〜100kHz）に応じて10分間で19mm〜4mm（λ／４）以上の変動速度、すなわち1.9mm/min〜0.4mm/min以上の速度であれば良い。また、同じ条件において、水位変動速度の上限については、波長（20〜100kHz）に応じて1分間で225mm〜45mm（３λ）以下の変位速度、すなわち225mm/min〜45mm/min以下の速度であれば良い。

以上、本実施形態に係る超音波洗浄装置１の構成について説明したが、続いて、超音波洗浄装置１を用いて、被洗浄物として野菜を超音波洗浄する場合の手順について説明する。まず、超音波洗浄装置１を台所の流しの脇又は流しの中に設置し、電源コード１８をコンセントに接続する。流しの脇に設置する場合には、外容器２０の排水口２２から排出される洗浄水が流しの中に落ちるように超音波洗浄装置１を設置する必要がある。

続いて、中容器３０を取り外して水道の蛇口の下に持って行き、所定量の水道水を直接中容器３０の内部に入れて溜めた後に元の位置に戻し、被洗浄物である野菜を洗浄水の中に浸す。このときの中容器３０内の水位については、吐出口３２よりも少し下の位置まで洗浄水を入れておけば良い。そして、中容器３０内の水位が吐出口３２の位置（図１の水位Ｂ）よりも高い初期位置（図１の水位Ａ）となるように、計量カップ５０によって追加分の水を中容器３０内に投入後、直ぐにスイッチ１２をＯＮにして運転を開始する。なお、上述した定在波による洗浄ムラを防止するため、この水位Ａは、水位Ｂからλ／４以上高い位置である必要がある。

運転を開始すると、制御部１１の制御により超音波振動部１３が振動を始め、中容器３０内の洗浄水に超音波が照射され、洗浄水内に圧力差によって短時間に泡の発生と消滅が起きるキャビテーションが発生する。このキャビテーションにより野菜に付着した残留農薬等の汚れが除去される。また、超音波の周波数が40kHz以上であれば、洗浄水中にフリーラジカルであるヒドロキシルラジカル（ＯＨラジカル）が発生し、難水溶性の残留農薬を除去することもできる。

また、中容器３０内の水位が吐出口３２よりも高いため、吐出口３２からの排水が始まり、徐々に中容器３０内の水位が下がる。これにより、上述したように洗浄ムラの発生を防止することができる。また、吐出口３２から排水されることで、野菜から除去された農薬等の汚れも一緒に容器外に排出されると共に、中容器３０内に流れが発生するので、野菜から除去された汚れがそのまま野菜の周囲に滞留して再付着するといったことも防止できる。

また、４つの吐出口３２から洗浄水が反時計回り方向に地面に水平に吐出されると、その反力によって、中容器３０は、外容器２０に対して回転軸２５を軸にして時計回りに回転する。これにより、定在波に対して被洗浄物が移動することで洗浄ムラが防止できると共に、中容器３０の回転によっても中容器３０の洗浄水が移動して流れが発生するので、汚れの滞留による再付着も防止できる。

超音波洗浄が終了すると、野菜を取り出した後、中容器３０を取り外して、残った洗浄水を簡単に流しに流すことができる。なお、超音波洗浄中に計量カップ５０で洗浄水を注ぎ足すようにすれば、汚れの再付着をさらに防止することができるが、超音波洗浄中にλ／４以上の水位変動を行わせる点に留意して注ぎ足す必要がある。

以上、本実施形態に係る超音波洗浄装置１によれば、被洗浄物を浸した洗浄水を徐々に中容器３０から吐出して水位を下げながら超音波洗浄を行うことができるので、定在波の発生による洗浄ムラや除去した汚れの滞留による再付着を防止することができる。また、中容器３０からの洗浄水の排水によるエネルギーを利用して、被洗浄物が載置された中容器３０を外容器２０に対して回転させるので、簡単な構成でさらに洗浄ムラや汚れの再付着を防止することができる。

また、超音波洗浄装置１においては、外容器２０と中容器３０との二重構造を採用しており、回転する吐出口３２から洗浄水が吐出されても周りに撒き散らされることなく、いったん外容器２０内に溜められてからオーバーフロー口である排水口２２を介して外部に排出されるので、中容器３０を回転させながら洗浄を行っても周りを水浸しにしないで済む。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の実施の形態は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。例えば、本実施形態では、被洗浄物として、残留農薬を除去する農作物を例に挙げて説明したが、メガネや時計等、付着した汚れを除去したいもの全般を超音波洗浄できるのは言うまでもない。

また、中容器の吐出口は、開閉できるようにしても良いし、水位変動速度を調整するために開口の大きさを調節できるように構成しても良い。また、電磁弁等を用いて、自動的に吐出口を開閉できるようにしても良い。また、中容器の吐出口の数も適宜変更可能であるが、除去された汚れを速やかに排出するためには、離れた対面位置に少なくとも２つ以上の吐出口を設けることが望ましい。また、複数の吐出口の高さ方向の位置はずれていても良い。

また、上記実施形態では、回転する中容器と固定された外容器との二重構造を採用しているが、外容器を設けずに中容器から直接排水するように構成しても良い。この場合には、本体に回転軸を設け、単一の中容器を本体に対して回動自在且つ着脱可能に設置すれば良い。

また、上記実施形態では、外容器に回転軸を設け、中容器に軸受を設けたが、外容器に軸受、中容器に回転軸を設けても良く、また、回転軸と軸受の構造も上述した三角錐形状の凹部と凸部に限らず、軸とベアリング等、外容器に対して中容器を回動自在に構成できるのであれば、適宜他の構造を採用しても良い。

また、本実施形態では、排水の勢いを推進力として容器を回転させているが、別途モータやぜんまい等の駆動源を設置して容器を回転させるように構成しても良い。また、容器内の洗浄水にマイクロバブルを底部から吹き込むマイクロバブル発生装置を設置し、さらに洗浄力を向上させるように構成しても良い。

図１は、本実施形態に係る超音波洗浄装置の断面をイメージ的に示す概略図である。 図２は、本実施形態に係る超音波洗浄装置の平面図である。

符号の説明

１ 超音波洗浄装置
１０ 本体
１１ 制御部
１２ スイッチ
１３ 超音波振動部
１８ 電源コード
２０ 外容器
２２ 排水口
２５ 回転軸
３０ 中容器
３２ 吐出口
３５ 軸受
３７ 取っ手
５０ 計量カップ

Claims (4)

1. 洗浄水に浸した被洗浄物を超音波洗浄する超音波洗浄装置において、
   内部に溜めた洗浄水を外部に吐出するための吐出口を有する中容器と、
   前記中容器の下方に設置された超音波振動部を有する本体と、
   を備え、前記吐出口から洗浄水を吐出して前記中容器内の洗浄水の水位を徐々に下げながら超音波洗浄を行えることを特徴とする超音波洗浄装置。
2. 超音波の波長をλとして、前記中容器は、前記中容器の満水水位よりλ／４以上下方に前記吐出口が設置されると共に、前記中容器内の洗浄水の水位変動速度が分速λ／４０以上３λ以下となるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の超音波洗浄装置。
3. 前記中容器の吐出口から吐出される洗浄水を受けるように前記中容器の外側に設置された外容器をさらに備え、
   前記中容器は、前記外容器に対して回動自在に設置されると共に、前記吐出口から洗浄水を吐出することによりその反力で前記外容器に対して回転するように構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の超音波洗浄装置。
4. 洗浄水に浸した被洗浄物を超音波洗浄する超音波洗浄方法において、
   内部に溜めた洗浄水を外部に吐出するための吐出口が設けられた容器内に、前記吐出口より超音波の波長の１／４以上高い位置まで洗浄水を入れる工程と、
   前記洗浄水に超音波を照射して前記洗浄水に浸された被洗浄物を超音波洗浄する超音波洗浄工程と、
   前記超音波洗浄工程において行われる工程であって、前記吐出口から前記洗浄水を徐々に吐出して前記容器内の洗浄水位を徐々に下げる水位変動工程と、
   を備えることを特徴とする超音波洗浄方法。

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