JP3999256B2 - 超音波処理装置及び超音波処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、超音波処理装置及び超音波処理方法に関するものである。

従来、超音波を発生させ、薬物が塗られた被処理部としての患部に照射し、薬物を透過させて患部の処理、例えば、水虫等の治療を行うようにした超音波処理装置としての超音波殺菌装置が提供されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００４−１３５９５４号公報

しかしながら、前記従来の超音波殺菌装置において、薬物を使用しない場合は、超音波を患部に照射しても水虫の白癬菌等を十分に殺菌することができない。

本発明は、前記従来の超音波殺菌装置の問題点を解決して、薬物を使用することなく、被処理部の処理を行うことができる超音波処理装置及び超音波処理方法を提供することを目的とする。

そのために、本発明の超音波処理装置においては、水を収容する処理槽と、該処理槽内で超音波を発生させ、処理槽内の水に照射し、水を分解してヒドロキシルラジカルを生成する超音波素子と、前記処理槽の底壁に取り付けられ、処理槽内において、前記超音波素子によって発生させられた超音波を拡散する拡散装置とを有する。
そして、該拡散装置は、前記処理槽内において、底壁から上方に向けて突出させて形成され、水に浸した足の指間に挟むための棒状体を備える。

本発明によれば、超音波処理装置においては、水を収容する処理槽と、該処理槽内で超音波を発生させ、処理槽内の水に照射し、水を分解してヒドロキシルラジカルを生成する超音波素子と、前記処理槽の底壁に取り付けられ、処理槽内において、前記超音波素子によって発生させられた超音波を拡散する拡散装置とを有する。
そして、該拡散装置は、前記処理槽内において、底壁から上方に向けて突出させて形成され、水に浸した足の指間に挟むための棒状体を備える。

この場合、超音波素子によって発生させられた超音波は、処理槽内の水に照射され、水を分解させてヒドロキシルラジカルを生成するので、薬物を使用することなく、被処理部の処理を行うことができる。

また、拡散装置が、超音波素子によって発生させられた超音波を受け、該超音波を拡散して被処理部に照射するので、確実に被処理部の処理を行うことができる。

本発明の第１の実施の形態における処理槽の超音波素子の配列状態を示す図である。 本発明の第１の実施の形態における超音波殺菌装置の制御回路を示す図である。 本発明の第１の実施の形態における発振回路を示す図である。 本発明の第２の実施の形態における処理槽の超音波素子の配列状態を示す図である。 本発明の第３の実施の形態における拡散装置を示す図である。 本発明の第４の実施の形態における超音波殺菌装置を示す図である。 本発明の第５の実施の形態におけるジェルシートの断面図である。 本発明の第６の実施の形態における載置板材の斜視図である。 本発明の第６の実施の形態における超音波殺菌装置の断面図である。 本発明の第７の実施の形態における処理槽の平面図である。 本発明の第７の実施の形態における拡散装置の第１の例を示す図である。 本発明の第７の実施の形態における拡散装置の第２の例を示す図である。 本発明の第７の実施の形態における超音波殺菌装置の使用態様を示す図である。

符号の説明

１１、５１、７１ 処理槽
１２ 底壁
３１ モータ
３５ ポスト
３６ 取付部材
３７ アーム
３８ 連結体
５３、７３、８７、ｍｉ、ｍｊ 超音波素子
５４ 照射部
６１ ジェルシート
６３ ジェル
７２ 載置板材
７５ 穴
８１ 棒状体
８２ 円柱体
ｆｉ 拡散レンズ

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。この場合、超音波処理装置としての超音波殺菌装置について説明する。

図１は本発明の第１の実施の形態における処理槽の超音波素子の配列状態を示す図、図２は本発明の第１の実施の形態における超音波殺菌装置の制御回路を示す図、図３は本発明の第１の実施の形態における発振回路を示す図である。

図において、１１は、所定の形状、本実施の形態においては、上面が開口した箱状の形状を有する処理槽であり、該処理槽１１は、底壁１２、及び該底壁１２から立ち上げられ
た側壁１３を備え、内部に超音波を伝達するための媒体としての液体、本実施の形態においては、水が収容される。前記処理槽１１に、例えば、足を入れ、足の少なくとも被処理部、すなわち、患部を水に浸すことができるようになっている。なお、媒体として水以外の他の液体を使用することができる。また、処理槽１１としては、足の少なくとも患部を水に浸すことができるだけの大きさを有するもののほかに、バスタブのような、体の全体を浸すことができる大きさを有するものも含まれる。

前記側壁１３の所定の箇所には、少なくとも一つ、本実施の形態においては、４個の超音波素子ｍｉ（ｉ＝１、２、３、４）が取り付けられる。各超音波素子ｍｉにおいて、超音波の周波数は９５０〔ｋＨｚ〕〜２〔ＭＨｚ〕のうちの所定の値にされ、出力は１０〔ｍＷ〕〜２０〔Ｗ〕にされる。前記各超音波素子ｍｉは、例えば、セラミック振動子によって構成される。また、前記側壁１３の所定の箇所には、水の温度を検出する温度検出部としての温度センサ１５が取り付けられる。なお、本実施の形態においては、各超音波素子ｍｉ及び温度センサ１５は、側壁１３に取り付けられるようになっているが、底壁１２に取り付けることもできる。そして、前記処理槽１１内に、処理槽１１内の水を加熱するための加熱部材としてのヒータ１６が配設される。

また、２０は制御部、２１は各超音波素子ｍｉを駆動するための駆動処理手段としてのドライブ回路であり、該ドライブ回路２１は各超音波素子ｍｉごとに図３に示されるような発振回路を形成する。そして、２２は、各超音波素子ｍｉごとの動作、すなわち、各超音波素子ｍｉによって発生させられる超音波の出力、すなわち、強さ（振幅）を検出する動作検出処理手段としての動作検出回路、２３は前記処理槽１１内の水の温度を制御するための温度制御処理手段としての温度コントロール回路、２４は、ドライブ回路２１、動作検出回路２２及び温度コントロール回路２３に、５〜６０〔Ｖ〕の電圧を印加する電源回路である。

前記ドライブ回路２１は、スイッチング素子としてのトランジスタＴｒ１、超音波の強さを検出するための被検出要素としてのコイルＬ１、超音波の強さを検出するための検出要素としてのコイルＬ２等を備え、トランジスタＴｒ１のコレクタに端子ｔ１が、エミッタにコイルＬ１を介して端子ｔ２が接続され、端子ｔ１、ｔ２が電源回路２４に接続される。また、前記コレクタとベースとの間に、超音波素子ｍｉ及びコンデンサＣ１から成り、ＬＣ回路を構成する第１の直列回路、並びにコンデンサＣ２、Ｃ３から成る第２の直列回路が接続され、前記トランジスタＴｒ１のエミッタとコンデンサＣ２、Ｃ３の中間点との間に前記コイルＬ１が接続される。該コイルＬ１と対向させて前記コイルＬ２が配設され、該コイルＬ２と前記動作検出回路２２とが接続される。

前記発振回路は、コルピッツ発振回路の原理を利用したものであり、各発振回路の前記端子ｔ１、ｔ２間に、電源回路２４によって電圧が印加されると、ドライブ回路２１は駆動処理を行い、各超音波素子ｍｉを駆動する。すなわち、各発振回路において、トランジスタＴｒ１にノイズが入ると、該ノイズは、前記超音波素子ｍｉ及びコンデンサＣ１によって増幅されて各超音波素子ｍｉに駆動信号として送られる。そして、該駆動信号は、トランジスタＴｒ１にフィードバックされて更に増幅される。このように、前記動作が繰り返され、前記超音波素子ｍｉは固有振動数で共振し、安定した超音波を発生させる。

また、前記構成の発振回路において、端子ｔ１、ｔ２間に印加される電圧を変化させると、超音波素子ｍｉによって発生させられる超音波の強さを変更することができる。すなわち、端子ｔ１、ｔ２間に印加される電圧が変化すると、トランジスタＴｒ１のスイッチングによって発生させられ、コイルＬ１を流れる電流の振幅が変化する。

そこで、前記動作検出回路２２は、動作検出処理を行い、コイルＬ１に電流が流れるの
に伴ってコイルＬ２に発生する電流を前記検出電流として読み込んで電圧に変換し、該電圧を超音波の強さとして検出する。そして、前記制御部２０の図示されない出力制御処理手段は、出力制御処理を行い、検出された超音波の強さと設定値とを比較して偏差を算出し、該偏差に基づいてフィードバック制御を行い、ドライブ回路２１に印加する電圧を変化させる。なお、前記コイルＬ１、Ｌ２によって電流検出部としての電流センサが構成される。

前記各超音波素子ｍｉは、前述されたように側壁１３に取り付けられているので、発生させられた超音波は、処理槽１１内の水に照射される。これに伴い、水が超音波によって分解し、ヒドロキシルラジカル及び水素原子が生成される。その結果、薬物を使用することなく、水に浸漬された患部において、細菌、例えば、水虫の白癬菌等の微生物を酸化し、分解し、殺菌することができ、患部の処理を行うことができる。

ところで、超音波は、周波数が高くなるほど指向性が高くなるので、所定の範囲、すなわち、超音波素子ｍｉの前方において、超音波素子ｍｉの径が所定の範囲を外れると、ヒドロキシルラジカル及び水素原子が生成されなくなってしまう。例えば、直径が２０〔ｍｍ〕の超音波素子ｍｉを使用して実験を行ったところ、直径が約１５〔ｍｍ〕の範囲より外側では、ヒドロキシルラジカル及び水素原子の生成が観測されなかった。

そこで、前記処理槽１１内において、各超音波素子ｍｉと隣接させて拡散装置としての拡散レンズｆｉ（ｉ＝１、２、３、４）が配設される。該拡散レンズｆｉは、超音波素子ｍｉと接触させて配設され、超音波素子ｍｉによって発生させられた超音波を受けて共振し、超音波を拡散し、患部に照射するようにしている。そのために、前記拡散レンズｆｉは、前方に向けて突出させて形成された凸面（凸面鏡のような形状を有する面）を有する。このように、超音波は拡散されて水に照射されるので、処理槽１１内のどの部分に足を挿入しても、超音波は患部に確実に照射される。したがって、確実に殺菌を行うことができる。

また、水虫の白癬菌等は、皮膚の表面だけでなく、皮膚内に存在したり、爪の内側に入り込んだりするが、前記各超音波素子ｍｉによって発生させられた超音波は、皮膚の表面だけでなく、皮膚内又は爪の内側の水も分解してヒドロキシルラジカルを生成するので、皮膚内又は爪の内側に存在する白癬菌等も殺菌することができる。

なお、前記拡散レンズｆｉとしては、超音波を受けて、超音波の周波数で共振する材質、例えば、金属、水晶、サファイヤ等の鉱物が使用される。また、拡散レンズｆｉとして、それ自身は共振はしないが、超音波を水に伝達する材質、例えば、シリコン、金属等を伝達媒体として含む成形物等を使用することもできる。その場合、前記拡散レンズｆｉは、超音波を受けて水に伝達すると共に、拡散させて患部に照射する。

なお、ヒドロキシルラジカルは、超音波の周波数を９５０〔ｋＨｚ〕〜２〔ＭＨｚ〕の範囲に収めたときに効率良く生成されることが実験結果によって分かっていて、特に、１６００〜１６５０〔ｋＨｚ〕の範囲に収めると、最も効率が良く、更に超音波の強さを調整することによって、薬物、例えば、消毒薬等に強い微生物であっても、消毒薬を使用することなく、殺菌し、患部の処理を行うことができる。

また、前記ヒドロキシルラジカルの生成は、水の温度に依存し、温度が高くなるほど生成量が多くなり、殺菌能力が高くなるが、過度に生成量が多くなると、患部の細胞を破壊して、患部に損傷を与えてしまう。そこで、適正な量のヒドロキシルラジカルを生成するために、水の温度が制御され、所定の範囲内の温度、本実施の形態においては、４０〔℃〕に維持される。そのために、前記温度コントロール回路２３は、温度制御処理を行い、
温度センサ１５によって検出された温度を検出温度として読み込み、該検出温度と設定値とを比較して偏差を算出し、該偏差によってフィードバック制御を行い、ヒータ１６の通電をオン・オフさせる。

次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略し、同じ構造を有することによる発明の効果については同実施の形態の効果を援用する。

図４は本発明の第２の実施の形態における処理槽の超音波素子の配列状態を示す図である。

ところで、超音波素子同士が対向させられて配設され、それぞれの超音波の放射軸が重なると、超音波同士が打ち消しあい、殺菌能力がその分低くなってしまう。そこで、図に示されるように、超音波素子ｍｊ（ｊ＝１１、１２、１３、１４）のうちの超音波素子ｍ１１、ｍ１２の超音波の放射軸と超音波素子ｍ１３、１４の超音波の放射軸とが重ならないように、超音波素子ｍ１１、ｍ１２と超音波素子ｍ１３、１４とがずらして配置される。

次に、超音波素子ｍｉを側壁１３に対して揺動自在に配設するようにした本発明の第３の実施の形態について説明する。

図５は本発明の第３の実施の形態における拡散装置を示す図である。

図において、３５は側壁１３から内方に向けて突出させて形成された支持部材としてのポストであり、ポスト３５の先端に、取付部材３６が揺動軸ｓｈ１を揺動中心として揺動自在に配設され、前記取付部材３６に超音波素子ｍｉが取り付けられる。また、３１は拡散用の駆動部としてのモータ３１であり、該モータ３１を駆動することによって、前記各超音波素子ｍｉを揺動させるようにしている。

そのために、モータ３１の出力軸３２に連結体３８が取り付けられる。また、前記取付部材３６の所定の箇所、すなわち、ポスト３５に対して偏心させられた箇所には、アーム３７が連結され、該アーム３７は、一端が取付部材３６に対して揺動軸ｓｈ２を揺動中心として揺動自在に取り付けられ、側壁１３に対して、進退（図において左右方向に移動）自在に配設され、他端が連結体３８の所定の部分に連結される。なお、前記モータ３１、ポスト３５、取付部材３６、アーム３７、連結体３８等によって拡散装置が構成される。

前記制御部２０（図２）の図示されない拡散処理手段は、拡散処理を行い、モータ３１を駆動すると、出力軸３２の回転に伴って連結体３８が回転させられ、該連結体３８の回転に伴ってアーム３７が進退させられる。その結果、取付部材３６及び超音波素子ｍｉは揺動軸ｓｈ１を揺動中心として揺動させられるので、各超音波素子ｍｉによって発生させられた超音波は、水内において拡散させられる。

本実施の形態において、超音波素子ｍｉは、上下方向に揺動させられるようになっているが、左右方向に揺動させたり、円周方向に揺動させたりすることができる。

次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。

図６は本発明の第４の実施の形態における超音波殺菌装置を示す図である。

図において、５１は、所定の形状、本実施の形態においては、上面が開口した箱状の形
状を有する処理槽、５２は超音波照射装置であり、該超音波照射装置５２は、超音波を発生させる超音波素子５３、及び該超音波素子５３と接触させて配設され、超音波素子５３によって発生させられた超音波を受けて共振し、超音波を拡散して患部に照射する拡散装置としての照射部５４を備える。また、５５は制御部であり、該制御部５５は、駆動処理手段としてのドライブ回路２１（図２）、動作検出処理手段としての動作検出回路２２、温度制御処理手段としての温度コントロール回路２３、電源回路２４等を備える。そして、前記ドライブ回路２１は、ケーブル５６を介して超音波素子５３と接続され、ドライブ回路２１及び超音波素子５３によって発振回路を形成する。なお、１２は底壁、１３は側壁である。

この場合、例えば、足を処理槽５１内の媒体としての水に浸漬し、さらに、照射部５４を水に浸漬すると、超音波素子５３によって発生させられた超音波は照射部５４を介して処理槽５１内の水に照射される。これに伴い、水が超音波によって分解し、ヒドロキシルラジカル及び水素原子が生成される。その結果、薬物を使用することなく、水に浸漬された患部において、細菌、例えば、水虫の白癬菌等の微生物を酸化し、分解し、殺菌することができ、患部の処理を行うことができる。

なお、前記照射部５４としては、超音波を受けて、超音波の周波数で共振する材質、例えば、金属、水晶、サファイヤ等の鉱物が使用される。また、照射部５４として、それ自身は共振はしないが、超音波を水に伝達する材質、例えば、シリコン、金属等を伝達媒体として含む成形物等を使用することもできる。その場合、照射部５４は、超音波を受けて水に伝達し、患部に照射する。

ところで、前記第４の実施の形態においては、足を処理槽５１内の水に浸漬するようになっているが、超音波によって水を分解してヒドロキシルラジカルを生成することができれば、必ずしも処理槽５１は必要ではない。

そこで、媒体として保水性を有する流動性媒体、例えば、ジェルをシートに塗布したジェルシートを使用するようにした本発明の第５の実施の形態について説明する。

図７は本発明の第５の実施の形態におけるジェルシートの断面図である。

図において、６１は患部に貼付されるジェルシートであり、該ジェルシート６１は、薄い樹脂等によって形成されたシート６２、及び該シート６２に塗布されたジェル６３から成り、ジェル６３が患部に付着するように貼付される。

そして、超音波素子５３（図６）によって発生させられた超音波を照射部５４を介してジェルシート６１に照射し、更にジェル６３に照射する。それに伴って、ジェル６３内の水が超音波によって分解し、ヒドロキシルラジカル及び水素原子が生成される。その結果、ジェルシート６１が貼付された患部において、細菌、例えば、水虫の白癬菌等の微生物を分解し、殺菌することができ、患部の処理を行うことができる。

また、前記ジェル６３を患部に直接塗布することによって付着させ、超音波素子５３によって発生させられた超音波を照射部５４を介して前記ジェル６３に照射することもできる。

さらに、前記第３の実施の形態の拡散装置を使用する場合、超音波素子ｍｉ（図５）が側壁１３に対して揺動自在に配設されているが、超音波素子ｍｉを固定し、患部を移動させることもできる。

次に、患部を移動させるようにした本発明の第６の実施の形態について説明する。

図８は本発明の第６の実施の形態における載置板材の斜視図、図９は本発明の第６の実施の形態における超音波殺菌装置の断面図である。

図において、７１は媒体としての水を収容する処理槽、７２は、該処理槽７１内の水の表面に接触させて支持され、かつ、前後左右に移動自在に配設された支持部材としての載置板材であり、該載置板材７２上に、例えば、足等を載置することによって、患部を支持することができるようになっている。前記載置板材７２には、患部の形状に合わせて、所定の箇所に、複数個、本実施の形態においては、５個の穴７５が形成される。また、前記載置板材７２は、図示されない所定の連結機構を介して駆動部と連結され、該駆動部を駆動すると、載置板材７２は前後左右に移動させられ、それに伴って、載置板材７２に載置された足の患部も前後左右に移動させられる。

そして、前記処理槽７１の底壁７４には、超音波素子７３が取り付けられ、超音波素子７３を駆動することによって超音波を発生させると、該超音波は、処理槽７１内の水に伝達され、更に上方に伝達される。前記載置板材７２の移動に伴って、超音波素子７３と対向する位置において水が盛り上がり、水は、穴７５を介して患部に付着させられる。

その結果、水が超音波によって分解し、ヒドロキシルラジカル及び水素原子が生成されるので、患部において、細菌、例えば、水虫の白癬菌等の微生物を分解し、殺菌することができ、患部の処理を行うことができる。なお、前記載置板材７２の移動に伴って、各穴７５が超音波素子７３と対向する位置に置かれ、水は、穴７５を介して患部に付着させられる。

次に、超音波素子を駆動することによって発生させられた超音波を患部に直接伝達するようにした本発明の第７の実施の形態について説明する。

図１０は本発明の第７の実施の形態における処理槽の平面図、図１１は本発明の第７の実施の形態における拡散装置の第１の例を示す図、図１２は本発明の第７の実施の形態における拡散装置の第２の例を示す図、図１３は本発明の第７の実施の形態における超音波殺菌装置の使用態様を示す図である。

図において、１１は処理槽、１２は底壁、１３は側壁、８１は底壁１２に、複数、本実施の形態においては、二つ配設された拡散装置としての棒状体であり、該棒状体８１は、上方に向けて突出させて形成され、底壁１２の所定の箇所に形成された穴ｈ１に取り付けられる。

前記棒状体８１は、ロッド状の本体８３、該本体８３の下端から径方向外方に向けて突出させて形成された取付部８４、及び該取付部８４の外周縁において段差によって形成された保持部８５を備え、該保持部８５と穴ｈ１の内周縁との間に、シール部材としてのＯリング８６を保持する。そして、前記取付部８４の裏面に超音波素子８７が取り付けられる。

前記本体８３は、図１３に示されるように、足の指間に挟むことができるように、所定の径を有し、足の指間に挟んだときに、上端が足の指間から上方に向けて突出するだけの高さを有する。

また、８２は、底壁１２に、一つ以上、本実施の形態においては、一つ配設された拡散装置としての円柱体であり、該円柱体８２は、上方に向けて突出させて形成され、底壁１
２の所定の箇所に形成された穴ｈ２に取り付けられる。

前記円柱体８２は、上端が平坦な壁体８８によって閉鎖された筒状体８９、及び該筒状体８９の下端から径方向外方に向けてフランジによって形成された保持部９１を備え、該保持部９１と穴ｈ２の内周縁との間に、シール部材としてのＯリング８６を保持する。そして、前記壁体８８の裏面に超音波素子８７が取り付けられる。

前記筒状体８９は、図１３に示されるように、足の裏面を乗せることができるように、所定の径及び所定の高さを有する。

この場合、前記棒状体８１を、患部である足の指間に接触させ、前記円柱体８２を、患部である足の裏と接触させることができるので、超音波素子８７を駆動することによって発生させられた超音波を患部に直接伝達することができる。その結果、水に浸漬された患部において、細菌、例えば、水虫の白癬菌等の微生物を十分に酸化し、分解し、殺菌することができ、患部の処理を行うことができる。

なお、本実施の形態において、棒状体８１及び円柱体８２は、いずれも、ステンレスによって形成するようにしているが、ガラスによって形成することもできる。

前記各実施の形態においては、水虫の白癬菌等を殺菌する場合について説明しているが、他の細菌を殺菌したり、ウィルス等の病原性微生物を殺菌したりすることができる。また、各実施の形態においては、超音波殺菌装置について説明しているが、本発明を、腋臭の治療のための超音波治療装置、又は洗顔又は口腔内洗浄等を行うための超音波洗浄装置等に適用することができる。その場合、超音波治療装置、超音波洗浄装置等によって超音波処理装置が構成される。

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明を超音波殺菌装置、超音波治療装置、又は超音波洗浄装置等に適用することができる。

Claims (3)

1. （ａ）水を収容する処理槽と、
   （ｂ）該処理槽内で超音波を発生させ、処理槽内の水に照射し、水を分解してヒドロキシルラジカルを生成する超音波素子と、
   （ｃ）前記処理槽の底壁に取り付けられ、処理槽内において、前記超音波素子によって発生させられた超音波を拡散する拡散装置とを有するとともに、
   （ｄ）該拡散装置は、前記処理槽内において、底壁から上方に向けて突出させて形成され、水に浸した足の指間に挟むための棒状体を備えることを特徴とする超音波処理装置。
2. 前記拡散装置は、処理槽内において、前記棒状体に隣接させて、底壁から上方に向けて突出させて形成され、水に浸した足の裏面を載せるための円柱体を備える請求項１に記載の超音波処理装置。
3. （ａ）前記超音波素子によって発生させられる超音波の周波数は９５０〔ｋＨｚ〕〜２〔ＭＨｚ〕にされ、
   （ｂ）前記超音波の出力は１０〔ｍＷ〕〜２０〔Ｗ〕にされる請求項１又は２に記載の超音波処理装置。

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