JP2011072907A - 超音波洗浄装置 - Google Patents

Abstract

【課題】超音波振動子（ＢＬＴ）の周波数特性を安定させる。
【解決手段】洗浄槽１３内に振動板３５を設ける。振動板３５に複数のＢＬＴ４５を固定する。洗浄槽１３に、槽内の液体を吸引する吸引口３２を設ける。吸引口３２に、循環路８３を接続する。循環路８３に、第１循環路８５と第２循環路８６とを接続する。両循環路８５，８６の他端を、それぞれ給水ノズル３１ａ、各カプラ３３ａ，３３ｂに接続する。循環路８３にＣＰ（循環ポンプ）８４を設ける。ＢＬＴ４５を駆動して超音波洗浄を開始する前に、ＣＰ８４を駆動して洗浄槽１３内の液体を循環する。洗浄槽１３の内面や振動板３５等に気泡が付着する。ＢＬＴ４５から出力される超音波が気泡により吸収されるため、洗浄槽１３の内面や振動板３５からの超音波の反射が防止される。ＢＬＴ４５の周波数特性が安定する。
【選択図】図５

Description

本発明は、超音波振動子の駆動周波数が共振周波数と一致するように周波数制御を行う超音波洗浄装置に関するものである。

使用済みの内視鏡の洗浄及び消毒を効率よく行うために、内視鏡洗浄消毒装置が利用されている。内視鏡洗浄消毒装置は、使用済みの内視鏡を洗浄槽に収容し、洗浄工程、消毒工程等を行う。洗浄工程は、内視鏡に水、洗剤等を噴射して外表面及び各チャンネル内に付着した体液や汚物を洗い流す。消毒工程は、洗浄槽内に消毒液を供給し、消毒液中に内視鏡を浸漬させて病原菌やウイルスを除去し、または病原性を消失させる。

内視鏡の洗浄に超音波洗浄を用いる内視鏡洗浄消毒装置が知られている（特許文献１参照）。この内視鏡洗浄消毒装置の洗浄槽には、底面に振動板が設けられており、この振動板の下面には、複数個の超音波振動子が取り付けられている。超音波振動子は、振動板を介して洗浄液を振動させることで、内視鏡に超音波洗浄を施す。

超音波振動子は、交流の電圧を印加することによって駆動され、共振周波数と一致する駆動周波数の電圧が印加されたときに、最大の電流が流れて、最も大きく振動する。ここで、共振周波数は、電圧と電圧の印加によって生じる電流の位相差がゼロとなる周波数である。また、駆動周波数が共振周波数に一致していないと、電力効率が悪いばかりか、超音波振動子の駆動回路の発熱量が増加することにより、故障や不具合の原因となる。

超音波振動子は、機械的な共振現象を利用する共振子であるので、インピーダンスの周波数特性は、超音波振動子が取り付けられる内視鏡洗浄消毒装置の使用状況などの外的要因によって変化し、共振周波数が変動する。内視鏡洗浄消毒装置の使用状況は、例えば、洗浄槽に貯留される液体の液面の高さ、液面の揺れ、洗浄槽内における内視鏡のセット位置などである。

図１６において、太線はインピーダンスの周波数特性を示し、細線は電圧と電流の位相差の周波数特性を示す。洗浄装置の使用状況が変化すると、インピーダンスの周波数特性が変化し、それに応じて共振周波数も変動する。このような共振周波数の変動に対応するために、超音波振動子の駆動に際しては、駆動周波数を制御することにより電圧と電流の位相を同期させるＰＬＬ（Phase Locked Loop）回路を用いて、内視鏡洗浄消毒装置の使用状況に応じて変化する共振周波数の変動に駆動周波数を追尾させる周波数制御が行われている。

ＰＬＬ回路は、予め設定された中心周波数Ｃを基準にしてその前後の仕様で定められた範囲を制御範囲Ａとして、周波数制御を行う。例えば、中心周波数Ｃが３６ｋＨｚに設定されると、その中心周波数Ｃを基準としてその前後の仕様で定められた範囲（例えば１ｋＨｚ）を制御範囲Ａ（３５ｋＨｚ〜３７ｋＨｚ）として、周波数制御を行う。制御範囲Ａは、反共振周波数が含まれないような幅に設定されている。反共振周波数は、共振周波数と同様に電圧と電流の位相差がほぼゼロになるが、インピーダンスが最小となる共振周波数とは反対に、インピーダンスが最大となる周波数である。

内視鏡洗浄消毒装置の使用状況が変化して、共振周波数が３６．２ｋＨｚに変動した場合には、ＰＬＬ回路は、制御範囲Ａ内で駆動周波数を制御することにより、駆動周波数を、電圧と電流の位相差がほぼゼロになる３６．２ｋＨｚの共振周波数に合わせる。

特開平９−２８６６９号公報

しかし、上述の図１６は、あくまで理想的なインピーダンス及び位相の周波数特性の一例を示したものである。実際には、洗浄槽や振動板での超音波の反射の影響などにより、図１７に示すように、各周波数特性の波形は乱れてしまう。その結果、ＰＬＬ回路の制御範囲Ａ内には、電圧と電流の位相差がゼロとなる周波数が複数存在し、共振周波数となる周波数が一意に定まらない。さらに、これら各周波数では、超音波振動子のインピーダンスが最小にならない場合がある。

ＰＬＬ回路は、駆動周波数を、位相差がゼロとなるいずれかの周波数に合わせてしまうため、インピーダンスが最小にならない駆動周波数で超音波振動子が駆動されることがある。このため、超音波振動子やその駆動回路の発熱量の増加に起因する故障や不具合が、依然として発生するおそれがある。

本発明は上記問題を解決するためのものであり、超音波振動子の周波数特性を安定させ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。

上記目的を達成するため、本発明は、交流の駆動電圧で駆動され、洗浄槽内の液体を振動させて洗浄槽に収容された被洗浄物を超音波洗浄するための超音波振動子であって、超音波洗浄の実行期間中におけるインピーダンスの変動により共振周波数が変動する超音波振動子と、前記超音波洗浄の実行期間中に、駆動電圧と駆動電流の位相差を検出して、前記位相差がゼロになるように駆動電圧の駆動周波数を制御することにより、駆動周波数を、超音波振動子の共振周波数に追尾させる周波数制御を行う駆動周波数制御手段と、前記超音波洗浄の実行前に前記洗浄槽内の液体を循環させることにより、前記インピーダンスが最小となる点と前記位相差がゼロとなる点が一致するように、前記超音波振動子の周波数特性を安定させる循環手段と、を備えたことを特徴とする。

前記循環手段は、前記超音波洗浄の実行期間中に前記液体の循環を停止することが好ましい。

前記循環手段は、前記超音波洗浄の実行期間中も継続して前記液体の循環を行うことが好ましい。また、前記循環手段は、前記超音波洗浄の実行前と実行期間中とで前記液体の循環量を変化させることが好ましい。さらに、前記循環手段は、前記超音波洗浄の実行前の前記液体の循環量を、前記超音波洗浄の実行期間中の前記液体の循環量よりも大きくすることが好ましい。

本発明の超音波洗浄装置は、超音波洗浄の実行前に洗浄槽内の液体を循環させるので、超音波洗浄の実行期間中に超音波振動子の周波数特性を安定させることができる。これにより、駆動電圧と駆動電流の位相差がゼロとなる共振周波数が一意に定まり、かつこの周波数で超音波振動子のインピーダンスが最小となる。その結果、位相差がゼロとなるように駆動周波数の周波数制御を行ったときに、超音波振動子やその駆動回路の発熱を最小限に抑えることができるので、これらの故障や不具合の発生が防止される。

超音波洗浄の実行期間中に液体の循環を停止するので、超音波洗浄装置の省電力化が図れる。特に多数の精密部品で構成されている内視鏡を超音波洗浄する場合、超音波洗浄による故障を防止するために超音波洗浄時間が短く設定されているので、循環を停止しても、超音波洗浄中に超音波振動子の周波数特性が不安定になることはない。また、超音波振動子の振動などにより発生した気泡が液体の循環によって移動することがないため、被洗浄物の特定の範囲を集中的に超音波洗浄することができる。例えば、被洗浄物が内視鏡である場合、汚れの付着しやすい内視鏡先端部が超音波振動子の近傍に配置されるような構成の洗浄槽では、循環を停止した状態で超音波洗浄を行うことで、内視鏡先端部を集中的に超音波洗浄することができる。

超音波洗浄の実行期間中も継続して液体の循環を行うようにしたので、超音波振動子の振動などにより発生した気泡が、被洗浄物の外表面の微細な穴や溝に入り込み易くなるため、より効果的に超音波洗浄を実行することができる。また、発生した気泡が液体の循環によって移動するため、より広範囲を超音波洗浄することができる。

超音波洗浄の実行期間中よりも実行前の液体の循環量を大きくしたので、洗浄槽内に気泡が付着する付着領域を増やすことができる。気泡は超音波振動子から出力される超音波を吸収するので、この気泡の付着領域が増加するほど、洗浄槽内での超音波の反射がより抑えられる。その結果、超音波振動子の周波数特性をより安定させることができる。

内視鏡洗浄消毒装置の斜視図である。 トップカバーを開放したときの内視鏡洗浄消毒装置の斜視図である。 洗浄槽の上面図である。 洗浄槽の断面図である。 装置本体内の概略的な配管系統を示す配管図である。 内視鏡洗浄消毒装置の電気的構成を示すブロック図である。 洗浄消毒処理の流れを示したフローチャートである。 洗浄液を循環させた後の洗浄槽の断面拡大図である。 洗浄液を循環させた後の超音波振動子の周波数特性を示したグラフである。 第２実施形態の内視鏡洗浄消毒装置の洗浄消毒処理の流れを示したフローチャートである。 超音波振動子の駆動前及び駆動中における、洗浄槽内の液体の循環量を示したグラフである。 第１比較例の超音波振動子の周波数特性を示したグラフである。 第２比較例の超音波振動子の周波数特性を示したグラフである。 第１実施例の超音波振動子の周波数特性を示したグラフである。 第２実施例の超音波振動子の周波数特性を示したグラフである。 理想的な超音波振動子の周波数特性を示したグラフである。 洗浄液の循環を行わなかった場合の超音波振動子の周波数特性を示したグラフである。

図１及び図２に示すように、内視鏡洗浄消毒装置（以下、洗浄消毒装置と呼ぶ）１０は、箱状の装置本体１１を備えている。装置本体１１の上部には、使用後の内視鏡１２を収容し、洗浄液や消毒液が供給される洗浄槽１３が設けられている。洗浄槽１３は、上部が開放された水槽であり、例えばステンレス等の耐熱性、耐蝕性等に優れた金属材料で形成されている。装置本体１１には、洗浄槽１３の開口部１３ａを覆う蓋として機能するトップカバー１６が設けられている。

装置本体１１は、シャーシ（図示せず）を有しており、シャーシには、洗浄槽１３やトップカバー１６の他、洗浄液や消毒液の供給、排出等の洗浄消毒処理に係る各種機構が設けられている。シャーシの外周は、前面パネル１７、側面パネル１８、上部パネル１９からなる外装部材によって覆われている。

装置本体１１内には、前面パネル１７の下部に配されたフットスイッチ２０とトップカバー１６を連動させる連動機構（図示せず）が組み込まれている。トップカバー１６は、フットスイッチ２０が踏み込まれたときに開放され、さらにフットスイッチ２０がもう一度踏み込まれたときに閉じられる。装置本体１１には、図示は省略するが、内視鏡１２の洗浄消毒処理の間、トップカバー１６を閉じた位置でロックするロック機構、及びトップカバー１６の開閉を検出する開閉センサが設けられている。

前面パネル１７内には、図示しない収納トレイが設けられている。収納トレイには、洗剤タンク及びアルコールタンクが収納されている。洗剤タンクには、内視鏡１２の洗浄に使用される洗剤が貯えられている。アルコールタンクには、内視鏡１２の洗浄、消毒後に、鉗子チャンネル等の各チャンネル内に流されるアルコールが貯えられている。前面パネル１７には、各タンク内の液体の残量視認用の透明窓２２が取り付けられている。

また、収納トレイには、消毒液を濃縮した濃縮液を貯えた供給ボトルが交換可能に収納される。供給ボトルは、シャーシに備え付けられた消毒液タンクに接続され、濃縮液を消毒液タンク内に供給する。濃縮液は、消毒液タンク内において水によって希釈されて使用される。

前面パネル１７には、排紙口２３が設けられている。排紙口２３は、洗浄履歴情報が印字されたプリントを排出する。洗浄履歴情報は、例えば、洗浄を実施した日時、洗浄担当者名、洗浄した内視鏡１２のＩＤなどの情報である。洗浄履歴情報が印字されたプリントは、内視鏡１２の洗浄消毒結果の確認、管理等に用いられる。

上部パネル１９の前端部には、操作部２４が設けられている。操作部２４には、各種の操作指示を入力するための操作ボタン２５、各種表示を行うディスプレイ２６、及び読み取り部２７が設けられている。操作ボタン２５は、例えば、洗浄、消毒の開始を指示するスタートボタン、緊急停止を指示するためのストップボタン、ディスプレイ２６に表示される操作画面を操作するための操作キーからなる。ディスプレイ２６は、洗浄・消毒処理のメニューを選択する選択画面や各種設定を行うための設定画面を含む操作画面を表示する他、洗浄・消毒処理の進捗状況や残り時間、トラブル発生時の警告メッセージ等を表示する。

読み取り部２７は、その内部にタグリーダ（図示せず）が配置されている。タグリーダは、内視鏡１２に設けられたＲＦＩＤタグや、洗浄担当者のネームプレートに設けられたＲＦＩＤタグと非接触で通信してＲＦＩＤタグ内の情報（内視鏡１２のＩＤや洗浄担当者名など）を読み取る。

洗浄槽１３の後方部分の底面には、廃液口２８が設けられており、側面には、液面センサ２９が設けられている。廃液口２８は、洗浄槽１３から使用済みの水、洗浄液、消毒液を排出する。液面センサ２９は、例えば、アース電極及び検出電極に被測定物（導電性液体）が接触した場合に、両電極間に流れる電流を検知する電極式レベルセンサであり、洗浄槽１３内に貯えられた液体の液面位置を検出する。

洗浄槽１３の後方部分には、洗浄槽１３の底面よりも一段高いテラス部１３ｂ、１３ｃが設けられている。各テラス部１３ｂ、１３ｃは、後方部分の２つの角にそれぞれ設けられている。一方のテラス部１３ｂには、気密試験ポート３０が設けられている。気密試験ポート３０は、内視鏡１２の挿入部及びユニバーサルコードの外皮と内蔵物の隙間に圧縮エアを送り込み、外皮に液体が進入する小さな孔や亀裂が生じていないかを試験するためのポートである。

また、テラス部１３ｂには、内視鏡１２の洗浄、消毒に用いる液体を洗浄槽１３内に供給する供給ポートが設けられている。供給ポートには、洗浄槽１３内に向けて屈曲された給水ノズル３１ａ、消毒液供給ノズル３１ｂ、洗剤供給ノズル３１ｃが設けられている。これらのノズル３１ａ〜３１ｃは、洗浄槽１３内に貯えられる液体の液面よりも高い位置に配置されている。

給水ノズル３１ａは、洗浄槽１３内に水を供給し、洗剤供給ノズル３１ｃは、洗剤タンク内に貯えられている洗剤を洗浄槽１３内に供給する。消毒液供給ノズル３１ｂは、消毒液タンク内に貯えられている消毒液を洗浄槽１３内に供給する。

テラス部１３ｂの側面には、洗浄槽１３内の液体に水流を生じさせるために、洗浄槽１３に貯えられた液体を吸引して、循環させるための吸引口３２が設けられている。給水ノズル３１ａは、循環用のノズルとしても使用され、吸引口３２から吸引された液体は、配管を通って給水ノズル３１ａから再び洗浄槽１３に供給される。

テラス部１３ｃには、内視鏡１２の送気・送水チャンネル、吸引チャンネル及び鉗子チャンネル内の洗浄、消毒に用いられるチャンネル洗浄ポート３３が設けられている。チャンネル洗浄ポート３３には、送気・送水チャンネル用カプラ３３ａ、吸引チャンネル用カプラ３３ｂが設けられている。各カプラ３３ａ，３３ｂは、図示しない接続チューブを介して、内視鏡１２に設けられた送気・送水ボタン及び吸引ボタンのそれぞれの装着口と接続される。チャンネル洗浄ポート３３は、水、洗浄液、消毒液、アルコール、及び圧縮エア等の液体及び気体を、送気・送水チャンネル、鉗子チャンネル及び吸引チャンネル内に供給する。

図３に示すように、洗浄槽１３の前方部分の底面には、洗浄槽１３の形状に合わせて円板状の振動板３５が配置されている。振動板３５は、例えばステンレスなどの耐エロージョン性の高い材料で形成されている。この振動板３５上には、内視鏡１２が載置される略円形のネット３６が配置されている。ネット３６は、内視鏡１２と底面との間に液体が流れ込む隙間を作り、洗浄槽１３に供給される液体が、内視鏡１２の外表面に接触する面積を増加させる。

ネット３６の中央には、内視鏡１２から取り外された、送気・送水ボタンや吸引ボタンなどの小物部品を収容する小物洗浄かご３７が配置されている。小物洗浄かご３７の近傍には、噴射ノズル３８が配置されている。噴射ノズル３８は、上方に位置するトップカバー１６に向けて水を噴射する。

内視鏡１２は、被検体内に挿入される挿入部及びユニバーサルコードが巻き回された状態で、小物洗浄かご３７の周囲を取り囲むようにして、ネット３６上に載置される。

図４に示すように、振動板３５は、洗浄槽１３の底面から僅かに上方に離れた位置で固定されている。振動板３５の周縁部と底面との間には、防振及び液漏れ防止のためにリング状のパッキン３９が設けられている。また、振動板３５の周縁部には、鉛直下方に長く延びた複数のスタッド４０が設けられている。各スタッド４０は、パッキン３９及び洗浄槽１３の底部を貫通して、この底部の下面から下方に突出している。

各スタッド４０の先端部はネジ切りされており、この先端部にはナット４１が締結されている。ナット４１は、スタッド４０を介して、振動板３５を洗浄槽１３に固定する。なお、ナット４１と洗浄槽１３の底部との間には、ワッシャ４２及びスプリングワッシャ４３が設けられている。

洗浄槽１３の底部には、パッキン３９よりも内側で開口した開口部４４が形成されている。振動板３５の下面には、開口部４４により空いたスペースに複数のボルト締めランジュバン型超音波振動子（Bolt-clamped Langevin type Transducer：以下、ＢＬＴと略す）４５が設けられている。各ＢＬＴ４５は、接着剤４６と、振動板３５を上面側から下面側に貫通するＢＬＴ固定用ボルト４７とで、振動板３５に固定されている。各ＢＬＴ４５は、交流駆動電圧（以下、駆動電圧と略す）の印加により振動して、振動板３５を振動させる。

装置本体１１内の配管系統を示す図５において、洗浄槽１３の下面には、温度センサ（図示せず）と、ラバーヒータ５１とが取り付けられている。温度センサは、洗浄槽１３内に貯えられた液体の温度を測定する。ラバーヒータ５１は、洗浄槽１３を介して、洗浄槽１３内に貯えられた液体を加熱する。このラバーヒータ５１は、温度センサが測定する温度によって制御される。

給水ノズル３１ａには、水、洗浄液、消毒液が流される給液路５２が接続されている。給液路５２の他端は、電動三方弁５３の吐出口に接続されている。電動三方弁５３の一方の流入口には、給水路５４が接続されている。

給水路５４は、装置本体１１の外部に露呈されて水道水の蛇口に接続されている。給水路５４には、蛇口に接続される側から電磁弁５５、ウォータフィルタ（ＷＦ）５６が設けられている。電磁弁５５は、給水路５４に対する水道水の供給／停止を切り換える。ＷＦ５６は、水道水に含まれる異物や細菌を捕捉する。電動三方弁５３は、洗浄槽１３内に水を供給する際に、給液路５２と給水路５４とを接続する。

洗剤供給ノズル３１ｃには、洗剤供給路５８が接続されている。洗剤供給路５８の他端は、洗剤（例えば、液状酵素洗剤等）が貯えられた洗剤タンク５９に接続されている。洗剤供給路５８には、ウォータポンプ（以下、ＷＰと省略する）６０が設けられている。ＷＰ６０は、洗剤タンク５９内の洗剤を吸引し、洗剤供給ノズル３１ｃから吐出させる。

消毒液供給ノズル３１ｂには、消毒液供給路６２が接続されている。消毒液供給路６２の他端は、消毒液が貯えられた消毒液タンク６３に接続されている。消毒液供給路６２には、消毒液タンク６３内の消毒液を吸引して消毒液供給ノズル３１ｂから吐出させるＷＰ６４が設けられている。

消毒液タンク６３には、濃縮液注入路６６、希釈液供給口６７、回収口６８、排出口６９が設けられている。濃縮液注入路６６は、供給ボトル７０内の消毒液の濃縮液を消毒液タンク６３内へ導く。

希釈液供給口６７は、消毒液タンク６３内に水を供給し、濃縮液を希釈して所定濃度の消毒液を作成するための口部である。希釈液供給口６７には、給水路５４から消毒液タンク６３内に水を供給する希釈液供給路７１が接続されている。希釈液供給路７１には、これを開閉する電磁弁７２が設けられている。

回収口６８は、洗浄槽１３内で内視鏡１２の消毒に使用された消毒液を消毒液タンク６３内に回収するため口部である。消毒液は、数回の使用では消毒効果が消失しないので、消毒液タンク６３に戻して繰り返し使用される。排出口６９は、消毒液を消毒液タンク６３から排出するための口部である。排出口６９には、装置本体１１の外まで引き回された排出路７４が接続されている。排出路７４には、これを開閉する手動弁７５が設けられている。

洗浄槽１３の廃液口２８には、廃液路７７が接続されている。廃液路７７は、下流側で排水路７８と回収路７９とに分岐されている。排水路７８は、内視鏡１２の洗浄で使用された洗浄液、水をＷＰ８０によって装置本体１１の外に排出する。回収路７９は、回収口６８に接続されており、使用済みの消毒液を消毒液タンク６３に戻すために用いられる。排水路７８及び回収路７９は、各々に設けられた電磁弁８１、８２の開閉により切り換えられる。

洗浄槽１３の吸引口３２には、循環路８３が接続されている。循環路８３には、洗浄槽１３内の液体を吸引する循環ポンプ（Circulating Pump：以下、ＣＰという）８４が設けられている。ＣＰ８４は、基本的には上述の各ＷＰ６０，６４，８０と同じものである。循環路８３は、下流側で第１循環路８５と第２循環路８６とに分岐している。第１循環路８５は、電動三方弁５３の他方の流入口に接続されている。電動三方弁５３は、第１循環路８５と給液路５２とを接続し、ＣＰ８４により洗浄槽１３内から吸引された液体を給水ノズル３１ａから洗浄槽１３内に噴出させて循環させる。

第２循環路８６は、噴射ノズル３８、送気・送水チャンネル用カプラ３３ａ、及び吸引チャンネル用カプラ３３ｂにそれぞれ接続されている。ＣＰ８４により洗浄槽１３内から吸引された液体は、噴射ノズル３８から洗浄槽１３内に噴射されるとともに、各カプラ３３ａ，３３ｂから内視鏡１２の各チャンネル内に供給される。また、噴射ノズル３８の手前の第２循環路８６には、所定の圧力で液体が噴射ノズル３８から噴射されるように、リリーフ弁８７が設けられている。

図６に示すように、洗浄消毒装置１０は、ＣＰＵ８８によって、装置の各部が統括的に制御される。ＣＰＵ８８には、上述の操作部２４などの他に、メモリ８９、弁駆動回路９０、ポンプ駆動回路９１、ＢＬＴ駆動回路９２等が接続している。

ＣＰＵ８８は、操作部２４からの操作指示の入力によって、制御プログラムを実行し、弁駆動回路９０、ポンプ駆動回路９１、及びＢＬＴ駆動回路９２等を制御することで、内視鏡１２の洗浄消毒処理を行う。この洗浄消毒処理は、大別して、洗浄工程、超音波洗浄工程、消毒工程の３つの工程からなる。

メモリ８９は、制御プログラムや各種設定情報が格納されるＲＯＭと、ＲＯＭからロードしたプログラムをＣＰＵ８８が実行する際の作業領域となるＲＡＭとからなる。弁駆動回路９０は、ＣＰＵ８８の制御の下、各電磁弁５５，７２，８１，８２、及び電動三方弁５３を駆動する。ポンプ駆動回路９１は、ＣＰＵ８８の制御の下、各ＷＰ６０，６４，８０及びＣＰ８４を駆動する。

ＢＬＴ駆動回路９２は、ＣＰＵ８８の制御の下、各ＢＬＴ４５に駆動電圧を印加して振動させるとともに、この駆動電圧の周波数を制御する。ＢＬＴ駆動回路９２には、ドライブ回路９３、カレントトランス９４、出力トランス９５、ＰＬＬ回路（駆動周波数制御手段）９６が設けられている。

ドライブ回路９３は、ＰＬＬ回路９６から入力される周波数信号と、電源（図示せず）から供給される電力とに基づき、周波数信号と同じ周波数の駆動電圧を、出力トランス９５に印加する。

ドライブ回路９３と出力トランス９５とを接続する信号線路上には、コンデンサ９７と、カレントトランス９４とが直列に並べて設けられている。カレントトランス９４は、駆動電圧の印加により信号線路を流れる駆動電流を検出して電圧信号に変換する。この電圧信号は、駆動電流の位相を示す電流位相信号となる。

出力トランス９５は、ドライブ回路９３から入力される駆動電圧を所定の大きさに昇圧した後、この駆動電圧を各ＢＬＴ４５に印加する。各ＢＬＴ４５は、互いに並列接続されている。また、各ＢＬＴ４５には、１つの位相補正インダクタ９８が直列接続し、さらにこの位相補正インダクタ９８は出力トランス９５に接続している。

位相補正インダクタ９８は、コイルであり、駆動電圧と電流の位相が小さくなるように位相を補正する。位相補正インダクタ９８のリアクタンスは、ＢＬＴ４５の固有インピーダンスに応じて決められる。

ＰＬＬ回路９６には、カレントトランス９４の電流位相信号と、ドライブ回路９３からの駆動電圧とが入力される。なお、ＰＬＬ回路９６に入力される駆動電圧は、電流との位相の比較に用いられるものであり、以下、電圧位相信号という。

ＰＬＬ回路９６は、図示しない位相検出回路、電圧制御発振回路、ループフィルタ、分周器から構成されており、ＣＰＵ８８の制御の下、ドライブ回路９３へ周波数信号を出力し、このドライブ回路９３から出力される駆動電圧の周波数（以下、駆動周波数という）を制御する。具体的には、電圧及び電流位相信号に基づき、駆動電圧と電流の位相差を検出し、この位相差がほぼゼロとなるように周波数信号の周波数を制御することで、駆動周波数をＢＬＴ４５の共振周波数に追尾させる。この駆動周波数の周波数制御は、上述の図１６、図１７で説明したように、出荷検査時等に設定された中心周波数Ｃを基準とする制御範囲Ａ内で実行される。

ＣＰＵ８８は、メモリ８９から読み出したプログラムを逐次実行することで、ＰＬＬ駆動制御部１０１、洗浄消毒制御部１０２、ＢＬＴ駆動制御部１０３、タイマー部１０４として機能する。ＰＬＬ駆動制御部１０１は、超音波洗浄工程時に作動して、ＰＬＬ回路９６からの周波数信号の出力のＯＮ／ＯＦＦを切り替える。

洗浄消毒制御部１０２は、内視鏡１２の洗浄消毒処理時に、弁駆動回路９０及びポンプ駆動回路９１を制御して、内視鏡１２の洗浄消毒処理を実行する。具体的に、洗浄消毒制御部１０２は、弁駆動回路９０を制御して、電磁弁５５，７２，８１，８２の個々の開閉と、電動三方弁５３の切り替えとを実行する。電動三方弁５３は、給液路５２と給水路５４とを接続する給水状態、または給液路５２と第１循環路８５とを接続する循環状態に切り替えられる。

また、洗浄消毒制御部１０２は、ポンプ駆動回路９１を制御して、各ＷＰ６０，６４，８０、及びＣＰ８４の駆動／停止を切り替える。さらに、超音波洗浄工程時に洗浄消毒制御部１０２は、各ＢＬＴ４５の駆動開始前にＣＰ８４を駆動させて、洗浄槽１３内の液体を循環させる。この循環時間は、１５秒に設定されている。

ＢＬＴ駆動制御部１０３は、超音波洗浄工程時に作動して、ドライブ回路９３の作動（ＯＮ）／作動停止（ＯＦＦ）を切り替える。ＢＬＴ駆動制御部１０３は、ＣＰ８４による洗浄槽１３内の液体の循環が終了した後でドライブ回路９３をＯＮさせ、所定の超音波洗浄時間が経過した後にドライブ回路９３をＯＦＦさせる。この超音波洗浄時間は、例えば３０秒に設定されている。

タイマー部１０４は、超音波洗浄工程時に洗浄槽１３内の液体の循環が行われたときに、その循環時間を計測する。また、タイマー部１０４は、ＢＬＴ４５による超音波洗浄が開始されたときに、その超音波洗浄時間も計測する。

次に、図７を用いて上記構成の洗浄消毒装置１０の作用について説明を行う。洗浄消毒装置１０は、起動中に操作指示の入力を待機する。フットスイッチ２０が踏み込み操作されると、連動機構によりトップカバー１６が開放される。次いで、内視鏡１２が洗浄槽１３内のネット３６上にセットされ、内視鏡１２の送気・送水ボタン及び吸引ボタンのそれぞれの装着口が、チューブによって各カプラ３３ａ，３３ｂに接続される。内視鏡１２のセットが完了した後、フットスイッチ２０がもう一度踏み込まれると、トップカバー１６が閉じる。

操作部２４のスタートボタンが操作されると、ＣＰＵ８８は、ロック機構によりトップカバー１６をロックする。次いで、ＣＰＵ８８は、弁駆動回路９０、ポンプ駆動回路９１、及びＢＬＴ駆動回路９２を制御して、超音波洗浄工程を開始させる。

最初に、洗浄消毒制御部１０２は、弁駆動回路９０を制御して電磁弁５５を開くとともに、電動三方弁５３を給水状態に切り替える。これにより、蛇口から給水路５４に供給された水道水が、給水ノズル３１ａから洗浄槽１３内に噴射される。

また、給水と同時に、洗浄消毒制御部１０２は、ポンプ駆動回路９１を制御してＷＰ６０を駆動させる。これにより、洗剤供給ノズル３１ｃから洗浄槽１３内に洗剤が吐出される。洗浄槽１３内には、水と洗剤が混合されてなる洗浄液が貯留される。

液面センサ２９で洗浄液の液面位置が規定値に達したことが検知されたときに、洗浄消毒制御部１０２は、両駆動回路９０，９１を制御して、電磁弁５５を閉じて給水を停止させるとともに、ＷＰ６０の駆動を停止させる。以下、説明の煩雑化を防止するため、両駆動回路９０，９１についての記載は省略する。

給水等が停止した後、洗浄消毒制御部１０２はＣＰ８４を駆動させる。これにより、洗浄槽１３内の洗浄液が吸引口３２から吸引される。吸引口３２内に吸引された洗浄液は、循環路８３、第２循環路８６によって循環され、噴射ノズル３８から洗浄槽１３内に噴射される。

このように洗浄槽１３内の洗浄液が循環されると、ＣＰ８４内でのキャビテーションなどにより、洗浄液中に気泡Ｂ（図８参照）が発生する。この気泡Ｂの一部は、洗浄液が循環する際に、洗浄槽１３の内面、及び振動板３５などの洗浄液と接する各部に付着する。これらに付着する気泡Ｂの付着量及び付着領域は、洗浄液の循環時間が長くなるのに従い次第に増加する。

また、ＣＰ８４の駆動開始と同時に、タイマー部１０４が作動して、洗浄液の循環時間の計測を開始し、この計測結果を洗浄消毒制御部１０２へ逐次出力する。洗浄消毒制御部１０２は、タイマー部１０４から入力される計測結果に基づき、循環時間が１５秒に達するまでＣＰ８４の駆動を継続し、循環時間が１５秒に達したときにＣＰ８４の駆動を停止させる。

ＣＰ８４の駆動停止後、ＢＬＴ駆動制御部１０３は、ドライブ回路９３をＯＮさせる。また、これと同時に、ＰＬＬ駆動制御部１０１は、ＰＬＬ回路９６からの周波数信号の出力を開始させる。

ドライブ回路９３は、ＰＬＬ回路９６から入力される周波数信号に基づき、周波数信号と同じ駆動周波数の駆動電圧を出力トランス９５に印加する。出力トランス９５は、ドライブ回路９３から印加された駆動電圧を昇圧した後、この駆動電圧を各ＢＬＴ４５に印加する。これにより、各ＢＬＴ４５が振動して、振動板３５を介して洗浄液を振動させることにより、内視鏡１２の超音波洗浄が実施される。また、ＢＬＴ４５の駆動開始と同時に、タイマー部１０４は、超音波洗浄時間の計測を開始する。

ＢＬＴ４５の駆動中、ＰＬＬ回路９６には、カレントトランス９４からの電流位相信号と、ドライブ回路９３からの電圧位相信号とがそれぞれ入力される。ＰＬＬ回路９６は、電圧位相信号及び電流位相信号に基づき、駆動電圧と駆動電流の位相差がゼロとなるように、駆動周波数の制御を行う。

このとき、先に洗浄液の循環が１５秒間実行されたことで、図８に示すように、洗浄槽１３の内面や洗浄槽１３内の振動板３５等は気泡Ｂで覆われた状態となる。これにより、ＢＬＴ４５から出力された超音波は、洗浄槽１３の内面や振動板３５等で反射することなく、気泡Ｂにより吸収される。

洗浄槽１３の内面や振動板３５等での超音波の反射が防止されると、図９に示すように、ＢＬＴ４５のインピーダンス及び位相の周波数特性の波形が、上述の図１７に示した乱れた状態から上述の図１６に示した理想状態に近い波形となり、周波数特性が安定する。これにより、中心周波数Ｃを基準とする制御範囲Ａ内で、駆動電圧と駆動電流の位相差がほぼゼロとなる共振周波数が一意に定まり、さらに、この周波数でＢＬＴ４５のインピーダンスが最小になる。

ＰＬＬ回路９６は、駆動周波数を上述の一意に定められた共振周波数に追尾させるので、この共振周波数あるいはその近傍でＢＬＴ４５を常時駆動させることができる。これにより、ＢＬＴ４５やＢＬＴ駆動回路９２の発熱が最小限に抑えられ、これらの故障や不具合の発生が防止される。

また、ＢＬＴ４５は共振周波数で最も大きく振動するため、このときに最も効率よく内視鏡１２に超音波洗浄を施すことができる。このため、共振周波数と一致しない駆動周波数でＢＬＴ４５を駆動するおそれのある従来の装置よりも、超音波洗浄時間を短く設定することができる。特に内視鏡１２は、イメージセンサや信号処理回路等の多数の精密部品で構成されており、超音波洗浄時間が長くなるほど精密部品の故障やその固定位置のずれなどの問題が発生し易くなるので、超音波洗浄時間は可能な限り短く設定することが好ましい。

さらに、上述の理由で内視鏡１２の超音波洗浄時間は短く設定されるため、超音波洗浄開始前に洗浄液の循環を停止した場合でも、少なくとも超音波洗浄中は、洗浄槽１３の内面や振動板３５等に気泡Ｂが付着した状態が維持され、ＢＬＴ４５の周波数特性が不安定になることはない。このため、超音波洗浄中に洗浄液の循環を停止しても問題はない。これにより、洗浄消毒装置１０の省電力化が図れる。

また、超音波洗浄の実行期間中に洗浄液の循環を停止することで、ＢＬＴ４５の振動により発生した気泡が洗浄液の循環によって移動することがないため、内視鏡１２の特定部分を集中して超音波洗浄することができる。これにより、振動板３５上に、内視鏡１２の汚れが付着している部分、例えば体内に挿入された挿入部をセットした場合、この挿入部を集中的に超音波洗浄することができる。

タイマー部１０４で計測された超音波洗浄時間が３０秒に達したとき、ＢＬＴ駆動制御部１０３及びＰＬＬ駆動制御部１０１は、それぞれドライブ回路９３、ＰＬＬ回路９６をＯＦＦさせる。次いで、洗浄消毒制御部１０２は、電磁弁８１を開いた後でＷＰ８０を駆動して、洗浄液を洗浄槽１３から排出させる。これにより、超音波洗浄工程が終了する。

超音波洗浄工程の終了後、洗浄消毒制御部１０２は、弁駆動回路９０及びポンプ駆動回路９１を制御して、洗浄工程を開始させる。洗浄工程は、基本的に超音波洗浄工程と同様であり、洗浄槽１３に水と洗剤を供給し、さらに洗浄液を循環させて、内視鏡１２の外表面及び各チャネル内を洗い流す。所定の洗浄時間が経過後、洗浄液は洗浄槽１３から排出され、洗浄工程が終了する。

なお、洗浄消毒制御部１０２は、洗浄工程終了後、洗浄槽１３内に水を供給し、さらにこの水を循環させて、内視鏡１２の外表面及び各チャネル内に残っている洗浄液をすすぎ流す。すすぎに使用された水も洗浄槽１３から排出される。

すすぎ終了後、洗浄消毒制御部１０２は消毒工程を開始させる。洗浄消毒制御部１０２は、ＷＰ６４を駆動させて、洗浄槽１３に消毒液を供給する。以下、洗浄工程と同様にして、消毒液を循環させて、超音波洗浄工程や超音波洗浄工程で洗い流されなかった病原菌やウイルスを除去し、または病原性を消失させる。所定の消毒時間が経過後、消毒液は洗浄槽１３から排出されて、消毒工程が終了する。

洗浄消毒機構５２は、消毒工程終了後、洗浄工程終了後と同様に洗浄槽１３内への水の供給と、水の循環とを順次実行して、内視鏡１２の外表面、各チャネル内に残っている消毒液をすすぎ流す。なお、すすぎの終了後、内視鏡１２の各チャネル内をアルコールにより乾燥させる乾燥工程を実施しても良い。

以上で洗浄消毒処理の全工程が終了する。ＣＰＵ８８は、トップカバー１６のロックを解除する。次いで、トップカバー１６が開放され、洗浄槽１３から内視鏡１２が取り出される。

次に、本発明の第２実施形態の洗浄消毒装置について説明を行う。この第２実施形態の洗浄消毒装置では、超音波洗浄工程時に、洗浄槽１３内の洗浄液の循環を、ＢＬＴ４５の駆動開始前だけでなく駆動中も引き続き実行する。

第２実施形態の洗浄消毒装置は、上記第１実施形態の洗浄消毒装置１０と基本的に同じ構成であり、その各部についての説明は省略する。ただし、この第２実施形態の洗浄消毒装置は、ＢＬＴ４５の駆動中も洗浄液の循環を継続する循環洗浄モードを有している。この循環洗浄モードのＯＮ／ＯＦＦは、操作部２４で切り替えられる。

図１０を用いて、第２実施形態の洗浄消毒装置の作用について説明する。なお、循環洗浄モードがＯＦＦされている場合は上記第１実施形態と同じであるので、ここでは、循環洗浄モードがＯＮされている場合ついて説明を行う。

超音波洗浄工程が開始すると、上記第１実施形態と同様に、洗浄槽１３内への洗浄液の貯留、ＣＰ８４による洗浄液の循環が実行される。そして、洗浄液の循環が１５秒実行された後、洗浄消毒制御部１０２は、循環洗浄モードがＯＮされている場合、ＣＰ８４の駆動を継続させる。

次いで、ＢＬＴ４５の駆動が開始され、洗浄液が循環されている状態で超音波洗浄が実行される。この場合も、洗浄槽１３の内面や振動板３５が気泡Ｂで覆われているため、第１実施形態と同様に、ＢＬＴ４５の周波数特性が安定し、ＢＬＴ４５を確実に共振周波数またはその近傍で駆動させることができる。

また、洗浄液を循環させることで、ＢＬＴ４５の振動などにより発生した気泡Ｂが、内視鏡１２の外表面の微細な穴や溝に入り込み易くなる。その結果、これら穴や溝内に入り込んだ気泡Ｂが破裂して穴や溝内に付着した汚れを剥離させるため、第１実施形態よりも効果的に超音波洗浄を実施することができる。また、発生した気泡Ｂが洗浄液の循環によって移動するため、より広範囲を超音波洗浄することができる。ＢＬＴ４５及びＣＰ８４の駆動は、超音波洗浄時間が３０秒経過した後で停止される。これ以降の処理は、第１実施形態と同じであるため、説明は省略する。

上記第２実施形態では、ＢＬＴ４５の駆動前と駆動中とでＣＰ８４による洗浄液の循環量に差異を設けていないが、例えば、図１１に示すように、ＢＬＴ４５の駆動前の洗浄液の循環量Ｌ１を、ＢＬＴ４５の駆動中の洗浄液の循環量Ｌ２よりも大きく設定してもよい。洗浄液の循環量が増加するほど、洗浄液中に発生する気泡Ｂの量が増えるため、洗浄槽１３の内面や振動板３５等に付着する気泡Ｂの付着量及び付着領域が増える。その結果、ＢＬＴ４５の周波数特性をより安定させることができる。

上記各実施形態では、内視鏡１２の超音波洗浄前に洗浄液の循環を行っているが、例えば、洗浄消毒装置１０の出荷検査時において、ＰＬＬ回路９６の中心周波数Ｃ及び制御範囲Ａの設定を行う前にも、同様に洗浄液の循環を行うことが好ましい。これにより、出荷検査時にＢＬＴ４５の共振周波数を正確に求め、この共振周波数を中心周波数ＣとしてＰＬＬ回路９６に設定することができる。正確に求められた中心周波数Ｃを基準としてＰＬＬ回路９６の制御範囲Ａが定まるため、上述の洗浄消毒装置１０の使用状況が変化してＢＬＴ４５の共振周波数が変動したとしても、この共振周波数が制御範囲Ａから外れることはない。

上記各実施形態では、超音波振動子としてＢＬＴを例に挙げて説明したが、超音波振動子の種類は特に限定されない。また、上記各実施形態では、洗浄液を用いて超音波洗浄を行っているが、洗浄液の代わりに水などを用いてもよい。

上記各実施形態において、図８に示した気泡Ｂは例示であり、その大きさは特に限定されず、気泡Ｂが視認できない程度の大きさであってもよい。

上記各実施形態では、超音波洗浄前の洗浄液の循環時間を１５秒に設定しているが、１５秒以上であれば特に限定されない。周波数特性が安定するのに要する循環時間は、洗浄槽の容積や材質、振動板の大きさや材質、液体の循環量等の各条件で変わるので、個々の洗浄消毒装置ごと、あるいは洗浄消毒装置の機種ごとに最適な循環時間を決定すればよい。また、超音波洗浄時間も３０秒に限定されず、適宜設定してもよい。

上記各実施形態では、内視鏡１２に超音波洗浄を施す洗浄消毒装置を例に挙げて説明を行ったが、被洗浄物は内視鏡に限定されるものでなく、把持鉗子、高周波メスなど、内視鏡とともに使用される処置具などの各種医療器具の洗浄に用いられる各種の超音波洗浄装置に本発明を適用することができる。

以下、本発明の効果を実証するための実施例及び比較例を示し、本発明を具体的に説明する。ただし、本発明はこれらの実施例及び比較例に限定されるものではない。実施例として、超音波洗浄の実行前の液体の循環を１５秒間行った「第１実施例」と、液体の循環を３０秒間行った「第２実施例」との２つの例を用意した。また、比較例として、超音波洗浄の実行前の液体の循環を行わない「第１比較例」と、液体の循環を５秒間行った「第２比較例」との２つの例を用意した。

各実施例及び比較例では、洗浄槽１３として、約１３リットルの液体を貯留可能なステンレス製の洗浄槽を用いた。また、振動板３５として、直径３２０ｍｍ、厚さ２．０ｍｍのステンレス製の振動板を用いた。また、内径が３／８ｉｎｃｈの噴射ノズル３８を用いるとともに、液体の循環時には２００（ｋＰａ）の一定圧力で液体が噴射ノズル３８から噴射されるようにリリーフ弁８７を調整した。

第１比較例では、最初に洗浄槽１３に水を貯留した後、注水時に混ざる気泡の影響を無くすため３０分間放置した。次いで、ＬＣＲメータ（ＨＩＯＫＩ社製 ３５２２−５０）を用いてＢＬＴ４５のインピーダンス及び位相（電圧と電流の位相差）の周波数特性を測定した。なお、本測定では、実際のＢＬＴ４５の駆動電圧よりも低い電圧である５．０Ｖで測定を行った。

第２比較例、第１実施例、及び第２実施例では、第１比較例と同様の状態から、それぞれ洗浄槽１３内の水を５秒、１５秒、３０秒間循環させた後、上述のＬＣＲメータを用いてＢＬＴ４５のインピーダンス及び位相の周波数特性を測定した。

図１２に示すように、第１比較例の周波数特性の測定結果では、電圧と電流の位相差がゼロとなる周波数が複数存在し、共振周波数となる周波数が一意に定まらなかった。また、各周波数ではＢＬＴ４５のインピーダンスが最小とならなかった。このため、第１比較例では、周波数特性が安定せず、ＢＬＴ４５の共振周波数を求めることができなかった。

図１３に示すように、第２比較例では、第１比較例の周波数特性と大差のない周波数特性の測定結果が得られた。このため、第２比較例においても、周波数特性が安定せず、ＢＬＴ４５の共振周波数を求めることができなかった。

これに対して、図１４及び図１５に示すように、第１実施例及び第２実施例の周波数特性の測定結果では、電圧と電流の位相差がゼロとなる周波数が共振周波数と反共振周波数の２つであり、さらに共振周波数に対応する周波数ではＢＬＴ４５のインピーダンスがほぼ最小となった。第１及び第２実施例では、周波数特性が安定したので、ＢＬＴ４５の共振周波数を求めることができた。

以上のように、超音波洗浄の実行前に洗浄槽１３内の液体を、洗浄槽１３の容積や材質、振動板３５の大きさや材質、液体の循環量等の各条件で決定される適切な循環時間だけ循環させることで、ＢＬＴ４５のインピーダンス及び位相の周波数特性が安定することが確認された。

１０ 内視鏡洗浄消毒装置
１３ 洗浄槽
４５ ＢＬＴ
８４ 循環ポンプ（ＣＰ）
９６ ＰＬＬ回路
１０２ 洗浄消毒制御部
Ｂ 気泡

Claims (5)

1. 交流の駆動電圧で駆動され、洗浄槽内の液体を振動させて洗浄槽に収容された被洗浄物を超音波洗浄するための超音波振動子と、
   前記超音波洗浄の実行期間中に、駆動電圧と駆動電流の位相差を検出して、前記位相差がゼロになるように駆動電圧の駆動周波数を制御することにより、この駆動周波数を、超音波振動子の共振周波数に追尾させる周波数制御を行う駆動周波数制御手段と、
   前記超音波洗浄の実行前に前記洗浄槽内の液体を循環させることにより、前記超音波振動子のインピーダンスが最小となる点と前記位相差がゼロとなる点が一致するように、前記超音波振動子の周波数特性を安定させる循環手段と、
   を備えたことを特徴とする超音波洗浄装置。
2. 前記循環手段は、前記超音波洗浄の実行期間中に前記液体の循環を停止することを特徴とする請求項１記載の超音波洗浄装置。
3. 前記循環手段は、前記超音波洗浄の実行期間中も継続して前記液体の循環を行うことを特徴とする請求項１記載の超音波洗浄装置。
4. 前記循環手段は、前記超音波洗浄の実行前と実行期間中とで前記液体の循環量を変化させることを特徴とする請求項３記載の超音波洗浄装置。
5. 前記循環手段は、前記超音波洗浄の実行前の前記液体の循環量を、前記超音波洗浄の実行期間中の前記液体の循環量よりも大きくすることを特徴とする請求項４記載の超音波洗浄装置。

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