KR100736803B1 - 초음파 세정장치 - Google Patents

Abstract

노즐의 선단으로부터 세정액을 피세정물 또는 피세정 부위를 향하여 분사하여 세정하는 초음파 세정장치에 있어서, 초음파 진동자에 의해 발생된 초음파 진동자를 효율좋게 세정액에 전파시키기 위해서, 초음파 진동자가 결합된 초음파 전달체의 일부를, 세정액이 충전되는 노즐의 공동(空洞)부로 돌출시킨다. 또한, 초음파 전달체의 선단부를 향하여 서서히 그 단면적이 작아지도록 형성하고, 초음파 진동을 초음파 전달체의 단면에 수속시킨다. 더욱이, 초음파 진동자와 초음파 전달체의 길이를 초음파 정상파 진동의 길이의 정수배로 하고, 세정액에 대하여 초음파가 방사되는 초음파 전달체의 단면을, 진폭이 최대로 되는 초음파 정상파 진동의 배(腹)로 되는 위치에 배치한다.

초음파, 세정장치, 진동자, 정상파, 세정액, 노즐

Description

초음파 세정장치{ULTRASONIC WASHING DEVICE}

본 발명은, 초음파 진동을 이용한 세정장치, 특히, 초음파에 의한 진동 에너지가 전파된 세정액(washing)을 노즐로부터 분사시킴으로써 피(被)세정물 또는 피세정 부위를 세정하는 초음파 세정장치(ultrasonicwasher)에 관한 것이다.

예컨대, 일본국 특개평6-218337호 공보에는, 도 37에 도시한 바와 같은 초음파 진동의 에너지가 부여된 세정액을 노즐로부터 분사시켜서 피세정물 또는 피세정 부위를 세정하는 초음파 세정장치(520)가 제안되어 있다.

종래의 초음파 세정장치(520)는, 구동회로(521)와, 구동회로(521)에 의해 구동되는 초음파 진동자(522)와, 초음파 진동자(522)에 의해 발생된 초음파 진동을 전달하기 위한 초음파 전달체(523)와, 초음파 전달체(523)에 접속된 콘(cone, 524)과, 콘(524)에 접속되어, 초음파 전달체(523) 및 콘(524)을 통하여 초음파가 전달되는 혼(horn)을 겸한 노즐(525)과, 노즐(525)의 내부에 세정액을 공급하기 위한 급수관(526) 등으로 구성되어 있다. 노즐(525)의 내부에는, 그 선단의 개구를 향하여 복수의 유로(流路)가 형성되어 있고, 세정액이 노즐(525)의 유로를 통과할 때에, 노즐(525)에 전파된 초음파 진동이, 세정액으로 더 전파된다. 그리고, 노즐(525)의 선단의 개구로부터 초음파 진동이 전파된 세정액이 분사된다. 이 초음파 세정장치(520)는 비접촉이기 때문에, 표면의 요철이 큰 피세정 부위라도 세정할 수가 있다.

그러나, 종래의 초음파 세정장치(520)에서는, 초음파 진동자(522)에 의해 발생된 초음파 진동은, 초음파 전달체(523) 및 콘(524)을 통하여 노즐(525)에 전달되고, 더욱이 노즐(525)의 유로를 세정액이 통과할 때에, 노즐(525)의 각 유로의 측벽으로부터 세정액에 전파된다. 그 때문에, 초음파 진동의 전달효율이 낮으므로, 초음파 진동자(522)의 출력이 작고, 노즐(525)로부터 분사되는 세정액 중에 충분한 거품이 발생하지 않고, 캐비테이션(cavitation) 효과에 의한 충분한 세정력을 얻을 수 없을 가능성이 있다. 한편, 초음파 진동자(522)의 출력을 지나치게 높게 하면, 초음파 가습기와 같이, 세정액이 안개형상으로 되어버려, 충분한 세정력을 얻을 수 없게 될 가능성이 높다.

더욱이, 종래의 초음파 세정장치(520)는, 상기 공보에 기재되어 있는 바와 같이, 예컨대, 건물의 측벽을 세정하는 대형의 초음파 세정장치로서, 구동회로(521)가 본체와는 별개로 설치되어 있는 등, 사용자가 소지하여 사용하기 위해서는 적합하지 않은 구조이다.

발명의 개시

본 발명의 목적은, 세정액을 피세정물 또는 피세정 부위에 분사하여 세정하는 초음파 세정장치에 있어서, 초음파 진동자에 의해 발생되는 초음파 진동을 효율적으로 세정액에 전파시킬 수 있고, 초음파 진동자의 출력을 최적화하고, 피세정물 또는 피세정 부위의 성질이나 오염 상태에 따라서 충분한 세정력을 얻을 수 있고, 피세정물 또는 피세정 부위를 효율적으로 세정하는 것이 가능한 초음파 세정장치를 제공하는 데에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 예컨대, 손톱에 도포한 매니큐어를 벗기거나, 이빨에 부착된 치석을 제거하거나 할 때에, 사용자가 손쉽게 소지하여 사용할 수 있는 초음파 세정장치를 제공하는 데에 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 양태에 관한 초음파 세정장치는, 본체 및 노즐부를 갖는 하우징과, 상기 노즐부의 공동(空洞)에 세정액을 공급하기 위한 급수관과, 상기 하우징의 본체의 내부에 수용되어, 초음파 진동을 발생시키는 초음파 진동자와, 상기 하우징의 본체의 내부에 수용되어, 상기 초음파 진동자를 구동하는 구동회로와, 상기 본체의 내부와 상기 노즐부의 공동에 각각 돌출하도록 설치되고, 상기 본체측의 부분에 상기 초음파 진동자가 고정되어, 초음파 진동자에 의해 발생된 초음파 진동을 상기 노즐부측의 끝단면으로부터 상기 노즐부의 공동에 공급된 세정액에 대하여 직접 전파시키는 초음파 전달체를 구비한다.

이와 같은 구성에 따르면, 초음파 진동자에 의해 발생된 초음파 진동이, 초음파 전달체만을 통하여 세정액에 전파되므로, 에너지 손실이 적어지고, 초음파 진동의 전달효율이 높아진다. 그 때문에, 종래의 초음파 세정장치에 비교하여 초음파 진동자의 출력을 작게 하여도, 충분한 세정력을 얻을 수가 있다. 그 때문에, 피세정물 또는 피세정 부위의 성질이나 오염 상태에 따라서 초음파 진동자의 출력을 최적으로 조절함으로써, 세정액이 안개형상화 할 일도 없어 피세정물 또는 피세정 부위를 효율적으로 세정할 수가 있다. 또한, 구동회로를 하우징의 본체부에 수용하고 있기 때문에, 코드(cord)가 방해되지 않고 조작성이 향상되므로, 사용자가 손쉽게 소지하여 사용할 수가 있다.

도 1은, 본 발명의 제1의 실시형태에 관한 초음파 세정장치의 일 구성 예를 나타내는 단면도이다.

도 2A∼도 2F는, 각각 세정액을 분사하는 초음파 세정장치의 용도 예를 나타내는 도면이다.

도 3은, 제1의 실시형태에 관한 초음파 세정장치의 다른 구성 예를 나타내는 단면도이다.

도 4는, 본 발명의 제2의 실시형태에 관한 초음파 세정장치의 일 구성 예를 나타내는 단면도이다.

도 5는, 제2의 실시형태에 있어서의 초음파 진동자와 초음파 전달체를 접합한 길이와 초음파 정상파(定常波) 진동의 파장과의 관계를 모식적으로 나타내는 도면이다.

도 6은, 제2의 실시형태에 있어서 초음파 진동자의 두께 방향의 진동을 이용하여 초음파 전달체를 진동시키고 있는 상태를 모식적으로 나타내는 도면이다.

도 7A는, 제2의 실시형태에 있어서의 초음파 진동자와 초음파 전달체를 구성하기 전의 상태를 나타내는 도면이며, 도 7B 및 도 7C은, 각각 초음파 진동자와 초음파 전달체를 구성한 상태를 나타내는 단면도 및 외관도이다.

도 8A 및 도 8B는, 각각 초음파 진동자 및 초음파 전달체에 의한 볼트 체결 랑지방(Langevin)형 진동자의 설치구조를 나타내는 도면이다.

도 9A는, 볼트 체결 랑지방형 진동자의 더 구체적인 구성을 나타내는 측면도이며, 도 9B는, 그 분해 사시도이다.

도 10A 및 도 10B는, 각각 초음파 진동자의 결선(結線) 예를 나타내는 도면이다.

도 11은, 제2의 실시형태에 관한 초음파 세정장치의 다른 구성 예를 나타내는 단면도이다.

도 12A 및 도 12B는, 각각 펌프(pump)를 연속 구동하였을 경우 및 간헐 구동하였을 경우에 있어서의 세정액의 분사상태를 나타내는 도면이다.

도 13은, 제2의 실시형태에 관한 초음파 세정장치의 또 다른 구성 예를 나타내는 단면도이다.

도 14은, 제2의 실시형태에 관한 초음파 세정장치의 또 다른 구성 예를 나타내는 단면도이다.

도 15A 및 도 15B는, 각각 초음파 세정장치의 노즐의 선단에 연장관을 장착한 변형 예를 나타내는 도면이다.

도 16은, 제2의 실시형태에 관한 초음파 세정장치의 또 다른 구성 예를 나타내는 단면도이다.

도 17은, 제2의 실시형태에 관한 초음파 세정장치의 또 다른 구성 예를 나타내는 단면도이다.

도 18A, 도 18B 및 도 18C은, 각각 초음파 세정장치의 노즐의 선단에 앞부분이 구부러진 연장관 및 브러쉬(brush)를 장착한 변형 예를 나타내는 도면이다.

도 19A는, 하우징(housing) 안의 노즐부를 본체로부터 분리가능하게 한 변형 예를 나타내고, 도 19B는, 더욱이 초음파 전달체를 초음파 진동자와 분리할 수 있도록 한 변형 예를 나타내는 도면이다.

도 20은, 제2의 실시형태에 관한 초음파 세정장치의 또 다른 구성 예를 나타내는 단면도이다.

도 21은, 본 발명의 제3의 실시형태에 관한 초음파 세정장치의 일 구성 예를 나타내는 단면도이다.

도 22는, 제3의 실시형태에 관한 초음파 세정장치의 다른 구성 예를 나타내는 단면도이다.

도 23은, 제3의 실시형태에 관한 초음파 세정장치의 또 다른 구성 예를 나타내는 단면도이다.

도 24는, 제3의 실시형태에 관한 초음파 세정장치의 또 다른 구성 예를 나타내는 단면도이다.

도 25는, 제3의 실시형태에 관한 초음파 세정장치의 또 다른 구성 예를 나타내는 단면도이다.

도 26A, 도 26B 및 도 26C는, 각각 본 발명의 제4의 실시형태에 관한 초음파 세정장치에서 사용되는 초음파 진동자 및 초음파 전달체로 구성된 진동자의 구성을 나타내는 도면이다.

도 27은, 제4의 실시형태에 관한 초음파 세정장치의 일 구성 예를 나타내는 단면도이다.

도 28은, 제4의 실시형태에 관한 초음파 세정장치의 다른 구성 예를 나타내는 단면도이다.

도 29은, 제4의 실시형태에 관한 초음파 세정장치의 또 다른 구성 예를 나타내는 단면도이다.

도 30은, 도 29에 나타내는 초음파 세정장치의 용도 예를 나타내는 도면이다.

도 31은, 도 29에 나타내는 초음파 세정장치에 있어서의 초음파 전달체의 초음파 방사면의 초음파 진동자와 초음파 전달체의 접합면에 직교하는 방향에 대한 경사각 θ를 나타내는 도면이다.

도 32는, 제4의 실시형태에 관한 초음파 세정장치의 또 다른 구성 예를 나타내는 단면도이다.

도 33은, 도 32에 나타내는 초음파 세정장치에 있어서, 초음파 전달체의 내부를 전파하는 초음파 진동이, 초음파 방사면의 요부(凹部)에 집중하는 상태를 나타내는 단면도이다.

도 34는, 도 32에 나타내는 초음파 세정장치에서 채용할 수 있는 초음파 전달체의 다른 구성을 나타내는 단면도이다.

도 35는, 도 32에 나타내는 초음파 세정장치에서 채용할 수 있는 초음파 전달체의 또 다른 구성을 나타내는 단면도이다.

도 36은, 도 32에 나타내는 초음파 세정장치에서 채용할 수 있는 초음파 전달체의 또 다른 구성을 나타내는 단면도이다.

도 37은, 종래의 초음파 세정장치의 구성을 나타내는 도면이다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

본 발명의 제1의 실시형태에 관한 초음파 세정장치(10)의 구성을 도 1에 나타낸다. 초음파 세정장치(10)는, 절연성의 합성수지 등으로 형성된 하우징(12)을 구비한다. 하우징(12)의 내부에는, 초음파 진동자(14)와, 초음파 진동자(14)가 접합된 초음파 전달체(16), 초음파 진동자(14)를 구동하는 구동회로(18) 등이 설치되어 있다. 하우징(12)은, 거의 원통형상의 본체(main body, 22)와, 본체(22)의 일단에 연결된 노즐부(nozzle unit, 24) 등으로 구성되어 있다. 노즐부(24)에는, 급수관(20)이 접속되어 있고, 도시하지 않은 세정액 탱크(tank)로부터 노즐부(24)의 내부의 공동(cavity, 26)에 세정액이 공급된다. 노즐부(24)는, 예컨대, 원추대 형상을 갖고 있고, 하우징(12)의 선단에 근접할 수록 그 단면적이 작아지도록 형성되어 있다. 또한, 노즐부(24)의 선단은 개구하여 있고, 세정액의 분사구(28)로서 기능한다.

초음파 전달체(16)는, 본체(22)의 내부와 노즐부(24)의 공동(26)에 각각 돌출하도록 설치되어 있다. 그 때문에, 초음파 전달체(16)로부터, 노즐부(24)의 공동(26)에 충전된 세정액에 대하여, 초음파 진동자(14)에 의해 발생된 초음파가 직접 전파된다. 한편, 노즐부(24)은, 예컨대, 공동(26)의 세정 등 때문에, 본체(22) 에 고정된 내측부재(30)와, 내측부재(30)에 대하여 착탈가능한 외측부재(32)로 구성되어 있다. 또는, 노즐부(24)의 내측부재(30)와 외측부재(32)를 일체적으로 형성하고, 본체(22)에 대하여 분리가능하게 구성하여도 좋다.

하우징(12)의 노즐부(24)는, 그 저부의 초음파 전달체(16)로부터 분사구(28)를 향하여 서서히 단면적이 좁아지도록 원추대 형상(frustum shape)을 갖고 있으므로, 초음파 전달체(16)로부터 전달된 초음파 진동은 중앙부로 수속(收束)되어, 분사구(28)에 집중된다. 그 결과, 분사구(28)로부터 분사되는 세정액에 대하여 효율좋게 초음파 진동의 에너지를 전파할 수가 있다. 이와같이, 초음파 진동자(14)가 접합되어, 초음파 진동자(14)에 의해 발생되는 초음파 진동을 전달시키기 위한 초음파 전달체(16)를 직접 세정액에 접촉시켜서, 초음파 진동을 세정액에 전파시키고 있으므로, 상기 종래의 초음파 세정장치에 비교하여 초음파 진동의 전달효율이 매우 높아진다. 그 때문에, 초음파 진동자(14)의 출력을 최적화함으로써, 피세정물 또는 피세정 부위의 성질이나 오염 상태에 따라서 충분한 세정력을 얻을 수 있고, 피세정물 또는 피세정 부위를 효율적으로 세정할 수가 있다.

초음파 진동자(14)는, 예컨대, 티탄산 납 등의 세라믹스 재료나 수정 등으로 형성된 압전(壓電) 진동자를 사용하고 있고, 압전 진동자의 두께 방향의 변형을 이용하여, 진동을 발생시키고 있다. 초음파 전달체(16)는, 금속재료에 의해, 사발형 (bowl shape)으로 형성되어 있고, 그 안쪽 저면(34)에 초음파 진동자(14)가 고정되어 있다. 초음파 전달체(16)의 개구측 단부 근방에는, 사발형을 이루는 측벽으로부터 바깥쪽 방향으로 돌출한 플랜지 형상의 지지부(36)가 형성되어 있고, 바깥쪽 저면(38)이 분사구(28)측으로 향하도록 하우징(12)의 안쪽에 부착되어 있다. 그 결과로서, 초음파 전달체(16) 및 지지부(36)에서 노즐부(24)의 바닥벽의 일부를 구성한다. 초음파 전달체(16)의 재료로서는, 알루미늄 등의 경금속, 알루미늄 합금이나 티탄늄 합금 등의 경합금을 사용할 수가 있다. 이들의 재료는, 방청 등의 관점에서 표면에 알루마이트 처리나 이온 플래팅 처리 등의 방청처리를 실시하는 것이 바람직하다.

구동회로(18)는, 프린트 회로 기판상에 발진회로 등을 구성하는 전자부품이 설치된 것이고, 도시하지 않은 배터리(battery)나 상용 전원에 의해 구동된다. 구동회로(18)는, 사용자에 의한 스위치 조작에 따라서, 초음파 진동자(14)의 발진 주파수나 구동전압 등을 조절한다. 급수관(20)은, 도시하지 않은 세정액 탱크나 수도의 꼭지 등에 접속되어 있고, 물이나 비누물 등의 세정액을 소정의 단위시간 당의 공급량으로 노즐부(24)의 공동(26)에 공급한다. 한편, 탱크와 급수관(20) 사이에 설치된 펌프의 파워(power)나 수도 꼭지의 개구량 등을 제어함으로써, 세정액의 공급량을 조절하는 것이 가능하다.

다음에, 초음파 세정장치(10)의 동작에 대하여 설명한다. 급수관(20)을 통하여 노즐부(24)의 공동(26)에 세정액이 일정 단위시간 당의 공급량으로 공급되면, 공동(26)에 세정액이 채원진 후, 세정액(1)이 분사구(28)로부터 일정한 압력으로 분사된다. 그 때, 구동회로(18)를 구동함으로써, 초음파 진동자(14)에 의해 소정의 주파수의 초음파 진동이 발생된다. 초음파 진동자(14)에 의해 발생된 초음파 진동은, 초음파 전달체(16)를 통하여, 노즐부(24)의 공동(26)에 충전되어 있는 세 정액(1)에 전파된다. 그리고, 세정액(1)은, 초음파 진동에 의한 에너지를 받아서 분사구(28)로부터 분사된다. 이 세정액(1)은, 초음파 진동에 의해 생긴 미소한 거품을 다수 포함하고 있고, 세정액(1)이 피세정물 또는 피세정 부위에 분사되면, 세정액 중의 미소한 거품이 파열하고, 그것에 따라 국부적인 충격파가 생긴다(캐비테이션). 그 충격파에 의해, 피세정물 또는 피세정 부위에 부착된 완고한 오염(greasy dirt)이 강제로 떼어져서 제거된다. 그 때문에, 단지 세정액을 분사하는 것 만의 경우에 비교하여 보다 높은 세정효과를 얻을 수가 있다.

구동회로(18)는, 초음파 진동자(14)의 발진 주파수 제어기능을 갖고 있다. 초음파 진동자(14)의 발진 주파수를, 예컨대, 수 kHz∼수백 kHz정도로 낮게 설정함으로써, 낮은 주파수의 초음파 진동이 전파된 세정액이 분사된다. 이 경우, 비교적 큰 거품이 발생하고, 그 거품이 파열할 때에 생기는 충격파도 크다. 그 때문에, 부착력이 강한 완고한 오염을 제거하는데에도 적합하다. 한편, 초음파 진동자(14)의 발진 주파수를, 예컨대, 수 MHz∼수백 kHz정도로 높게 설정함으로써, 높은 주파수의 초음파 진동이 전파된 세정액이 분사된다. 이 경우, 발생하는 거품이 작으므로, 거품이 파열할 때의 충격파도 작고, 피세정물 또는 피세정 부위에 주는 데미지(damage)를 적게 하면서, 부착력이 약한 가벼운 오염을 제거하는데에도 적합하다. 이와같이, 초음파 진동자(14)의 발진 주파수를 조절함으로써, 피세정물 또는 피세정 부위의 특성이나 오염상태 등에 따라서, 최적의 세정력을 얻을 수가 있다.

또한, 구동회로(18)는, 초음파 진동자(14)의 초음파 출력 제어기능을 갖고 있다. 구체적으로는, 초음파 진동자(14)에 공급하는 구동전압을 변화시킴으로써, 초음파 진동자(14)의 초음파 출력을 조절한다. 초음파 진동자(14)의 초음파 출력을 크게 하면, 진폭이 큰 초음파 진동이 세정액에 전파된다. 초음파 세정은, 상기와 같은 거품에 의한 캐비테이션 이외에, 세정액 자체의 진동, 교란, 탈(脫)거품, 유화(乳化) 등의 작용도 기여하고 있다. 이 경우, 진폭이 큰 초음파 진동이 세정액에 전파됨으로써, 세정액 자체의 진동의 진폭이 커지고, 세정력이 높아진다. 그 때문에, 부착력이 강한 완고한 오염을 제거하는데에도 적합하다. 한편, 초음파 진동자(14)의 초음파 출력을 작게 하면, 세정액에 전파되는 초음파 진동의 진폭이 작아져서, 세정력이 저하된다. 그 때문에, 부착력이 약한 가벼운 오염을 제거하는데에도 적합하다.

더욱이, 구동회로(18)는, 초음파 진동자(14)를 간헐적으로 구동할 수 있음과 동시에, 간헐적 구동의 주파수를 조절하기 위한 간헐 구동기능을 갖고 있다. 구체적으로는, 초음파 진동자(14)에 구동전력을 공급하는 기간과 구동전력을 공급하지 않는 기간을 변화시킴으로써, 간헐적 구동의 주파수를 조절한다. 간헐 구동의 주파수가 낮은 경우, 분사구(28)로부터 분사되는 세정액에 의한 충격력이 상대적으로 강해져서, 세정력이 높아진다. 한편, 간헐적 구동의 주파수가 높은 경우, 분사구(28)로부터 분사되는 세정액에 의한 충격력이 상대적으로 약해지고, 세정력이 낮아진다. 더욱이, 초음파 진동자(14)의 간헐적 구동의 주파수를 조절함으로써, 초음파 진동이 전파된 세정액이 분사되는 피세정물 또는 피세정 부위의 발열을 제어할 수가 있다. 특히, 피세정물 또는 피세정 부위가 생체(生體)인 경우, 세정액이 분사되는 부위의 근방의 체온이 상승한다. 그 때문에, 초음파 진동자(14)를 간헐 구 동함과 동시에, 그 주파수를 적당히 조정함으로써, 피세정 부위나 사용자의 몸상태 등에 맞춘 최적의 세정을 행할 수가 있다.

이와같이, 구동회로(18)는, 사용자에 의한 스위치 조작에 따라서 초음파 진동자(14)의 출력을 최적화할 수 있으므로, 초음파 진동자(14)의 출력을 필요 이상으로 크게 할 일 없어, 피세정물 또는 피세정 부위의 성질이나 오염 상태에 따른 충분한 세정력을 얻을 수가 있다. 특히, 피세정물 또는 피세정 부위가 생체의 일부인 경우, 초음파 진동자(14)는 그다지 큰 출력을 요구하지 않으므로, 예컨대, 손톱에 도포한 매니큐어를 벗기거나, 이빨에 부착된 치석을 제거하거나 하기 위해 소지하여 사용가능한 초음파 세정장치를 제공할 수가 있다.

초음파 세정장치(10)의 용도를 도 2A∼도 2F에 나타낸다. 도 2A는, 초음파 세정장치(10)를 화장실의 변좌(便座)에 부착하여, 비데(bidet)로서 사용하여, 항문 부근을 세정하고 있는 예를 나타낸다. 도 2B는, 초음파 세정장치(10)를 미용기구로서 사용하여, 손톱의 표면에 부착된 매니큐어 등을 제거하고 있는 예를 나타낸다. 도 2C는, 초음파 세정장치(10)를, 구강세정기구로서 사용하고, 치석을 제거하고 있는 예를 나타낸다. 도 2D∼도 2F는, 각각 칫솔, 우유병의 젖꼭지, 면도 등, 위생상태로 유지하는 것이 필요한 물품(일용품)을 세정하고 있는 예를 나타낸다. 이들과 같이, 초음파 세정장치(10)는, 비접촉의 상태로 세정액을 피세정물 또는 피세정 부위에 분사하므로, 표면의 요철이 큰 피세정 부위라도 세정할 수가 있다. 한편, 세정액의 분사량이나 초음파 진동자의 파워 등은, 각각 각 용도에 따라서 최적의 값으로 설정되어 있다는 것은 말할 필요도 없다.

다음에, 제1의 실시형태의 변형 예를 도 3에 나타낸다. 도 3에 나타내는 초음파 세정장치(10)에서는, 초음파 전달체(16)가 거의 원주형상이며, 노즐부(24)의 공동(26) 안으로 크게 돌출하고 있다. 노즐부(24)의 형상은, 분사구(28)에 근접할 수록 그 단면적이 좁아지도록 거의 각뿔대 형상으로 형성되어 있으므로, 초음파 전달체(16)로부터 전달된 초음파 진동은 분사구(28)에 집중되어, 분사구(28)로부터 분사되는 세정액에 대하여 효율적으로 초음파 진동의 에너지를 전파할 수가 있다. 이러한 구성에 의해서도 상기와 같은 효과를 얻을 수가 있다.

제2의 실시형태

다음에, 본 발명의 제2의 실시형태에 관한 초음파 세정장치(10)의 구성을 도 4에 나타낸다. 한편, 상기 제1의 실시형태 및 제2의 실시형태와 실질적으로 동일한 부분에 대하여는 그 설명을 생략하고, 상위점만을 설명한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 제2의 실시형태에 관한 초음파 세정장치(10)에서는, 초음파 전달체(16)가 거의 원뿔대 형상이며, 적어도 노즐부(24)의 공동(26)에 돌출하고 있는 부분이, 노즐측의 단부, 즉 초음파 방사면(16A)에 근접할 수록, 초음파 진동자(14)와의 접합면에 평행한 방향의 단면적이 서서히 작아지도록 형성되어 있다. 또한, 노즐부(24)의 형상은, 분사구(28)에 근접할 수록 그 단면적이 좁아지도록 거의 각뿔대 형상으로 형성되어 있다. 그 때문에, 초음파 진동자(14)에 의해 발생된 초음파 진동은, 거의 각뿔대 형상의 초음파 전달체(16)에 의해 중앙부에 수속되어, 공동(26) 안의 세정액으로 효율적으로 전파된다. 더욱이, 초음파 전달체(16)로부터 전달된 초음파 진동은 분사구(28)에 집중되어, 분사구(28)로부터 분사되는 세정액에 대하여 효율적으로 초음파 진동을 전파할 수가 있다.

다음에, 초음파 진동자(14) 및 초음파 전달체(16)에 대하여 설명한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 초음파 진동자(14)와 초음파 전달체(16)를 접합한 접합체의 길이 L이, 초음파 정상파(standing wave) 진동의 파장의 1/2, 즉, 반파장(half-wavelength)의 길이의 정수배로 되도록 설정되어 있다. 도 5 중, 위에서 순서대로 L = 1/2파장, L = 1파장, L = 3/2파장 … L = N/2파장의 경우의 진동의 마디(節)와 배(腹)과 배의 위치를 나타낸다. 이와같이, 초음파 진동자(14)와 초음파 전달체(16)를 접합한 접합체의 길이 L을, 초음파 정상파 진동의 반파장의 길이의 정수배로 함으로써, 초음파 전달체(16)의 단면, 즉 초음파 방사면(16A)이 진폭의 가장 큰 배로 되는 부분에 위치하므로, 세정액에 초음파 진동을 효율적으로 전파시킬 수가 있다.

도 6은, 초음파 진동자(14)의 두께 방향의 진동을 이용하여 초음파 전달체(16)를 진동시키고 있는 상태를 모식적으로 나타낸다. 이와같이, 초음파 진동자(14)의 두께 방향의 신축을 이용하여 초음파 진동을 발생시킴으로써, 초음파 전달체(16)의 초음파 방사면(16A)에 대하여 수직한 방향으로 초음파 진동이 전달된다. 그 때문에, 초음파 전달체(16)의 초음파 방사면(16A)로부터 노즐부(24)의 공동(26) 안의 세정액에 대하여 효율적으로 초음파 진동을 전파시킬 수가 있다.

다음에, 초음파 진동자(14)와 초음파 전달체(16)의 구체적 구성에 대하여 설명한다. 도 7A는 초음파 진동자(14)와 초음파 전달체(16)를 구성하기 전의 상태를 나타내고, 도 7B 및 도 7C은 그들을 조립한 상태를 나타낸다. 각 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 초음파 진동자(14)와 초음파 전달체(16)는, 볼트 체결 랑지방형 진동자를 구성한다. 초음파 진동자(14)는, 예컨대, 압전 세라믹스 등을 포개서 형성된 2개의 진동자 106 및 108을 2개의 파장조정부재 110 및 112로 끼우도록 하여 구성되고, 볼트(104)에 의해 초음파 전달체(16)에 고정되어 있다. 파장조정부재 110 및 112는, 초음파 진동자(14)의 공진 주파수를 조정하기 위한 것이고, 예컨대, 알루미늄 등의 경금속이나 알루미늄 합금 등의 경합금으로 형성되어 있다. 그리고, 도 7B 및 도 7C에 도시된 바와 같이 조립된 후, 실제로 초음파 진동자(14)를 진동시키면서, 파장조정부재 110 및/또는 112의 일부를 잘라내는 등으로 하여, 초음파 진동자(14)의 공진 주파수를 조정한다. 한편, 방청 등의 관점에서, 파장조정부재 110 및 112의 표면에 방청처리 등을 실시하는 것이 바람직하다.

초음파 진동자(14) 및 초음파 전달체(16)에 의한 볼트 체결 랑지방형 진동자의 설치구조를 도 8A 및 도 8B에 나타낸다. 이들의 설치구조에서는, 각각 초음파 정상파 진동의 마디로 되는 위치에서 초음파 전달체(16)가 하우징(12)에 고정되어 있다. 도 8A에 나타내는 예에서는, 하우징(12)의 내주면에, 안쪽으로 돌출하는 지지부(36)가 형성되고, 또한, 초음파 전달체(16)의 거의 원뿔대 형상의 외주면 중 초음파 정상파 진동의 마디로 되는 위치에 요부(116)가 형성되어 있다. 그리고, 지지부(36)와 요부(116)를 결합시킴으로써, 초음파 진동자(14) 및 초음파 전달체(16)에 의한 볼트 체결 랑지방형 진동자가 하우징(12)에 부착된다. 도 8B 에 나타내는 예에서는, 초음파 전달체(16)의 거의 원뿔대 형상의 외주면 중 초음파 정상파 진동의 마디로 되는 위치부터 지지부(118)를 돌출시키고, 하우징(12)의 내주면에 형성된 요부(120)에 결합시킨 것이다.

이와같이, 초음파 진동자(14) 및 초음파 전달체(16)에 의한 볼트 체결 랑지방형 진동자를, 그 초음파 정상파 진동의 마디로 되는 위치에서 고정함으로써, 설치구조가 초음파 진동자(14) 및 초음파 전달체(16)의 초음파 진동에 주는 영향을 작게 할 수 있고, 에너지 손실을 작게 하면서, 세정액에 대하여 효율적으로 초음파 진동을 전파시킬 수가 있다. 한편, 초음파 정상파 진동의 마디로 되는 위치에 있어서도, 약간 진동이 잔류하기 때문에, 도 8A에 있어서의 지지부(36)와 요부(116) 사이, 및 도 8B에 있어서의 지지부(118)와 요부(120) 사이에 탄성체를 개재시켜도 좋다. 또한, 이들의 설치구조는, 볼트 체결 랑지방형 진동자에 한정되지 않고, 그 밖의 구조를 갖는 진동자에 적응할 수 있다는 것은 말할 필요도 없다.

볼트 체결 랑지방형 진동자의 더 구체적인 구성을 도 9A, 도 9B 및 도 10A 및 도 10B에 나타낸다. 도 9A는 볼트 체결 랑지방형 진동자의 분해 측면도이며, 도 9B는 그 분해 사시도이다. 또한, 도 10A 및 도 10B는 그 결선을 나타내는 도면이다. 한편, 이들의 도면에서는, 초음파 진동자(14)를 초음파 전달체(16)에 고정하기 위한 볼트를 생략하고 있다. 이 구성 예에서는, 2개의 진동자 106과 108 사이, 진동자 106과 파장조정부재 110 사이 및 진동자 108과 파장조정부 112 사이에, 각각 금속 등의 상기 전도성 시트(sheet) 126, 128 및 130이 배치되어 있다. 도 10A에 도시된 바와 같이, 중앙의 상기 전도성 시트 126을 플러스(+) 전위에, 양단의 상기 전도성 시트 128 및 130을 마이너스(-) 전위에 결선하여, 초음파 전달체(16) 등에서의 감전을 방지하고 있다. 또한, 도 10B에 도시된 바와 같이, 초음파 전달체(16)를 마이너스 전위에 결선하면, 진동자 108과 파장조정부재 112 사이의 상기 전도성 시트 130을 생략하는 것도 가능하다.

진동자 106 및 108을, 예컨대, 니켈이나 베릴륨 등의 높은 상기 전도율을 갖는 전극으로 끼움으로써, 전극에 의한 전압강하가 적어지고, 진동자 106 및 108에 높은 전압을 인가할 수 있으므로, 압전소자 진동자 106 및 108을 효율적으로 진동시킬 수가 있다. 또한, 구동원인 2개의 진동자 106과 lO8의 경계부를, 초음파 정상파 진동에 있어서의 마디로 되는 위치에 배치함으로써, 진동자 106 및 108의 진동을 효율적으로 초음파 전달체(16)에 전달시킬 수가 있다.

다음에, 도 4에 나타내는 초음파 세정장치(10)의 급수관(20)에 세정액 탱크(48) 및 펌프(46)를 접속한 구성 예를 도 11에 나타낸다. 펌프(46)는, 예컨대, 구동회로(18)에 의해 초음파 진동자(14)의 구동에 동기(同期)하여 구동된다. 펌프(46)를 연속적으로 구동하고, 도 12A에 도시된 바와 같이, 분사구(28)로부터 세정액(1)을 연속적으로 분사시켜도 좋고, 또는 펌프(46)를 간헐적으로 구동하고, 도 12B에 도시된 바와 같이, 분사구(28)로부터 세정액(1)을 맥동적으로 분사시켜도 좋다. 이와같이, 세정액의 분사 모드를 바꿀 수 있도록 함으로써, 사용자의 기호에 따라서, 또는 피세정물 또는 피세정 부위의 오염 상태에 따라서, 최적의 세정액의 분사 모드를 선택할 수가 있다. 또한, 예컨대, 펌프(46)의 구동전압 등을 조절함으로써, 펌프(46)의 흡인력, 즉 분사구(28)로부터 분사되는 세정액의 단위시간 당의 액량을 조절할 수가 있다.

한편, 펌프(46)는, 반드시 구동회로(18)에 의해 구동될 필요는 없고, 별개로 설치된 구동회로에 의해 구동되도록 구성하여도 좋다. 예컨대, 도 2A에 도시된 바와 같이, 초음파 세정장치(10)를 고정하여 사용하는 경우, 구동회로 사용자의 손 앞에 있는 리모트 컨트롤장치(도시하지 않음)로부터의 제어신호에 따라서, 구동회로(18)에 의해 초음파 진동자(14)를, 또한 펌프 구동회로에 의해 펌프(46)를, 각각 구동하는 것이 바람직하다. 또한, 도 2B 및 도 2C에 도시된 바와 같이, 초음파 세정장치(10)를 소지하여 사용할 경우, 초음파 세정장치(10)의 하우징(12)에 스위치를 설치하고, 사용자에 의한 스위치 조작에 따라서, 구동회로(18)에 의해 초음파 진동자(14) 및 펌프(46)를 제어하는 것이 바람직하다.

초음파 세정장치(10)의 또 다른 변형 예를 도 13에 나타낸다. 초음파 세정장치(10)에서는, 노즐부(24)의 내측부재(30)의 내주면과 초음파 전달체(16)의 외주면 사이에 씰(seal)부(52)를 설치하고, 공동(26)에 공급된 세정액이 초음파 전달체(16)의 경사진 측면부분으로 돌아 들어가는 것을 방지하고 있다. 바꾸어 말하면, 씰부(52)에 의해 노즐부(24)의 공동(26)의 용적을 작게 하고 있다.

씰부(52)로서, 예컨대, 고무 등의 탄성재료에 의해 디스크 형상으로 형성하고, 노즐부(24)의 내측부재(30)의 내주면과 초음파 전달체(16)의 측면에 각각 밀착시키도록 하여도 좋다. 그 경우, 노즐부(24)를 본체(22)에서 제외하여 세정할 때, 각 부품을 낱개로 분해하여 청소할 수가 있다. 또는, 씰부(52)를 내측부재(30)와 일체적으로 형성하여도 좋다.

이와같이 씰부(52)를 설치함으로써, 구조가 복잡하게 되고 또는 부품수가 증가하지만, 초음파 전달체(16)의 측면으로부터 세정액에 전파되는 초음파 진동 ㅇ에 에너지의 손실을 저감할 수가 있다. 더욱이, 도 4에 나타내는 초음파 세정장치(10)의 노즐부(24)의 선단에 연장관(54)을 장착한 변형 예를 도 14에 나타낸다. 이와같이, 연장관(54)을 장착함으로써, 세정액을 피세정 부위에 의해 정확하게 분사할 수가 있다. 연장관(54)은, 도 15A에 도시한 바와 같은 직접 관형상이라도 좋고, 도 15B에 도시된 바와 같이 선단이 구부려진 것이라도 좋다. 또한, 연장관(54)은, 노즐부(24)에 대하여 착탈가능하여도 좋고, 노즐부(24)의 외측부재(32)와 일체적으로 형성되어 있어도 좋다. 특히, 연장관(54)을 착탈식으로 하였을 경우, 도 2C에 도시하는 바와 같이 구강내를 세정할 때, 도 15A에 나타내는 직접 관형상의 연장관(54)을 이용하여 구강의 안쪽부를 효율적으로 세정하고, 도 15B에 나타내는 선단이 구부려진 연장관(54)을 이용하여 이빨의 뒷쪽을 효율적으로 세정할 수가 있다. 더욱이, 도 15B에 나타내는 선단이 구부러진 연장관(54)의 경우, 연장관(54)을 노즐부(24)에 대하여 회전가능하게 함으로써, 세정액의 분사방향을 임의로 변하게 할 수 있고, 사용자에 의한 세정시의 조작성이 향상된다.

더욱이, 도 13에 나타내는 초음파 세정장치(10)에 연장관(54)을 장착한 변형 예를 도 16에 나타낸다. 더욱이, 도 17에 도시된 바와 같이, 연장관(54)의 외측에, 예컨대, 고무 등의 유연성을 갖는 재료로 형성된 보호커버(56)를 장착하여도 좋다. 일반적으로, 연장관(54)은, 수지나 금속 등 비교적 단단한 재료로 형성되지만, 사용자가 상처나지 않도록, 표면을 매끄럽게 하고, 더욱이 모서리를 곡면으로 하는 등의 처리가 설비되어 있다. 그러나, 사용자가 당황하여 허둥대게 사용하면, 예컨대, 구강내의 잇몸이나 볼의 안쪽 등 생체에 상처를 입힐 가능성이 있다. 따 라서, 이러한 유연성이 있는 보호커버(56)를 사용함으로써, 보다 안전하면서도 쾌적하게, 생체의 세정을 행할 수가 있다.

도 18A는, 연장관(54)의 더 외측에 선단이 구부려진 부착물(attachemnt, 58)을 부착한 변형 예를 나타낸다. 부착물(58)의 재료로서, 유연성을 갖고, 더욱이 어느정도의 강성을 갖는 고무 등을 이용함으로써, 생체에 상처 입힐 일이 없고, 보다 안전하면서도 쾌적하게, 생체의 세정을 행할 수가 있다.

도 18B 및 도 18C은, 각각 연장관(54)에 브러쉬(60)를 부착한 변형 예를 나타낸다. 브러쉬(60)는, 세정액이 스며들기 위한 다수의 구멍이 설치된 기부(基部, 62), 기부에 식설(植設)된 식모(植毛, 64) 및 부착부(66) 등으로 구성되어 있다. 도 18C에서는, 부착부(66)를 연장하고, 더욱이, 브러쉬(60)의 식모의 방향을 부착부(66)의 길이방향에 대하여 대략 직교하는 방향으로 구부린 것이다. 이와같이, 초음파 세정장치(10)의 노즐부(24)의 선단에 브러쉬(60)를 부착함으로써, 브러쉬에 의한 세정과 동시에, 초음파세정에 의한 세정을 동시에 행할 수가 있다.

도 19A는, 하우징(12) 안의 노즐부(24)를 본체(22)로부터 분리가능하게 한 변형 예를 나타낸다. 이와같이, 노즐부(24)를 분리가능하게 하면, 필요에 따라서 노즐부(24)의 내부 및 초음파 전달체(16)의 외주부 등을 세정할 수가 있다. 더욱이, 도 19B는, 더욱 초음파 전달체(16)를 초음파 진동자(14)와 분리할 수 있게 한 변형 예를 나타낸다. 이와같이, 초음파 진동자(14)를 하우징(12)안에 보유하고, 초음파 전달체(16)를 분리가능하게 하여 두면, 초음파 세정장치(10)의 용도나 피세정물 또는 피세정 부위의 특성 등에 따라서, 예컨대, 도 3에 도시한 바와 같은 다 른 형상의 초음파 전달체로 교환할 수 있고, 초음파 세정장치의 범용성을 확대할 수가 있다.

도 20에 나타내는 변형 예에서는, 초음파 세정장치(10)에서는, 하우징(12)은 노즐부(24)를 포함한 전체의 형상이 대략 원통모양이고, 노즐부(24)의 내부에는, 초음파 전달체(16) 및 용기(vessel, 44)가 설치되어 있다. 초음파 전달체(16)는, 그 단면적이 초음파 진동자(14)에서 벗어날 수록 좁아지도록 원뿔대 형상으로 형성되어 있고, 그 선단부가 용기(44)의 안쪽 저면을 구성한다. 용기(44)에는 급수관(20)이 접속되어 있고, 그 공동(26)에 세정액이 공급된다. 이러한 구성에 의하여도, 상기와 같은 효과를 얻을 수가 있다.

한편, 여기에서 진술한 각 변형 예는, 상기 각 실시형태 및 이하에 기술하는 다른 실시형태에 관한 초음파 세정장치에 응용할 수 있고, 같은 기능 및 효과를 얻을 수 있다는 것은 말할 필요도 없다.

제3의 실시형태

다음에, 본 발명의 제3의 실시형태에 관한 초음파 세정장치(10)의 구성에 대하여 설명한다. 제3의 실시형태에서는, 초음파 세정장치(10)를 코드없는(cordless) 것으로 한 것이다. 한편, 상기 각 실시형태와 실질적으로 동일한 부분에 대하여는 그 설명을 생략하고, 상위점만을 설명한다.

도 21에 나타내는 초음파 세정장치(10)에서는, 하우징(12)의 본체(22)의 내부에는, 충전식의 배터리(19)와, 펌프(46)가 설치되어 있고, 더욱이 본체(22)의 후 부에 세정액을 저류하기 위한 세정액 탱크(48)가 착탈가능하게 장착되어 있다. 이와같이, 초음파 세정장치(10) 자체에 세정액 탱크(48)를 설치하고, 코드레스(cordless)화함으로써, 휴대성 및 조작성이 뛰어난 초음파 세정장치를 제공할 수가 있다.

도 22는, 더욱이 피세정물 또는 피세정 부위(2)로부터 되튀기는, 사용이 끝난 세정액(1)을 회수하는 폐액회수 기능을 갖춘 변형 예를 나타낸다. 초음파 세정장치(10)는, 그 선단부 근방에 설치된 흡인 노즐(50)과, 본체(22)의 내부에 설치된 폐액흡인 펌프(47)와, 세정액 탱크(48)의 하부에 설치된 폐액 탱크(49)와, 흡인 노즐(50)로부터 폐액흡인 펌프(47)를 경과하여 폐액 탱크(49)에 이르는 흡수관(21)을 더 구비하고 있다. 이와같이, 피세정물 또는 피세정 부위(2)에 분사한 세정액의 일부를 회수하는 기능을 가짐으로써, 피세정물 또는 피세정 부위(2)의 주위로 비산하는 세정액의 양을 적게 할 수 있고, 세정후의 뒤처리를 용이하게 할 수가 있다.

도 23은, 세정액 탱크(48)에 약제투입부(51)를 더 설치한 변형 예를 나타낸다. 약제투입부(51)에 예컨대, 고형(固形)의 소독제나 세제 등의 약제(3)을 투입하여 두면, 예컨대, 물 등의 세정액이 세정액 탱크(48)로부터 흡인되어, 약제투입부(51)를 통과할 때, 약제(3)가 세정액 속에 녹기 시작하여, 약제성분을 포함한 세정액이 초음파 세정장치(10)로부터 피세정물 또는 피세정 부위를 향하여 분사된다. 그 결과, 피세정물 또는 피세정 부위의 세정 효과를 향상시킬 수가 있다. 또는, 세정과 동시에 피세정물 또는 피세정 부위에 살균처리를 행할 수가 있다. 더욱이, 사용자는, 소독액이나 세제액을 준비할 필요가 없고, 세정액으로서 물을 보급하는 것 만으로 좋으므로, 초음파 세정장치(10)의 취급이 용이하게 된다. 한편, 초음파 세정장치(10) 내, 세정액에 직접 노출되는 부분은, 내약품성을 갖는 재료로 형성되어 있다는 것은 말할 필요도 없다.

도 24는, 세정액 탱크(48)의 내부에 발열체(70) 및 온도센서(71)를 설치한 변형 예를 나타낸다. 발열체(70)로서는, 저항 소자나 펠티어(Peltier)소자 등을 사용할 수가 있다. 구동회로(18)는 발열체(70)의 제어기능을 갖고, 온도센서(71)로부터의 출력신호에 근거하여 발열체(70)에의 전력공급의 온/오프, 전류값, 전류방향 등을 제어하고, 세정액 탱크(48)안의 세정액의 온도를 일정한 범위로 유지한다. 또한, 사용자의 스위치 조작에 의해, 세정액 탱크(48)안의 세정액의 온도, 즉 초음파 세정장치(10)로부터 피세정물 또는 피세정 부위에 분사되는 세정액의 온도를 임의로 조절할 수가 있다. 그것에 의해, 피세정물 또는 피세정 부위의 성질이나 종류, 오염 상태, 기온, 사용자의 기호나 몸상태 등에 따라, 최적의 온도의 세정액으로 세정할 수가 있다.

도 25는, 연장관(54)에 발열체(70) 및 온도센서(71)을 설치한 변형 예를 나타낸다. 구동회로(18)의 기능은 상기한 경우와 같다. 이 변형 예를 상기 각 실시형태에 응용함으로써, 세정액 탱크(48)를 갖지 않고, 예컨대, 수도의 꼭지 등으로 급수관(20)을 통하여 세정액을 공급하는 경우라도, 세정액을 소정의 온도로 가열하여 분사할 수가 있다.

더욱이, 발열체(70)를 채용할 일이 없고, 초음파 세정장치의 특성을 이용하여 세정액을 가열하는 것도 가능하다. 구체적으로는, 초음파 진동자(14)와 초음파 전달체(16)의 전기음향 변환 효율을 변경함으로써 초음파 전달체(16)의 발열량이 변화되는 성질을 이용하여, 노즐부(24)의 공동(26) 안의 세정액을 가열한다. 이 초음파 진동자(14)와 초음파 전달체(16)의 전기음향 변환 효율은, 구동회로(18)의 LC 정수(定數)를 변경함으로써 조절하는 것이 가능하다. 또한, 초음파 진동자(14)의 발진 주파수를 좁은 범위에서 변화시킴으로써도 초음파 전달체(16)의 발열량을 조절할 수가 있다. 더욱이, 초음파 전달체(16)에 기계적인 힘을 가하여 그 진동을 억제함으로써도, 초음파 전달체(16)의 발열량을 조절할 수가 있다.

제4의 실시형태

다음에, 본 발명의 제4의 실시형태에 관한 초음파 세정장치(10)의 구성에 대하여 설명한다. 상기 제2 및 제3의 실시형태에서는 초음파 전달체(16)를 거의 원뿔대 형상으로 하였지만, 제4의 실시형태에서는 초음파 전달체(16)를 그 밖의 형상으로 한 것이다. 한편, 상기 각 실시형태와 실질적으로 동일한 부분에 있어서는 그 설명을 생략하고, 상위점만을 설명한다.

도 26A에 나타내는 구성 예에서는, 초음파 전달체(16) 중 초음파 진동자(14)가 고정되는 쪽의 근방에 있어서의 초음파 정상파 진동의 마디로 되는 부분 16B의 단면적을 크고, 또한 한결같은 모양으로 형성하고, 그 보다도 초음파 방사면(16A)측의 부분 16C의 단면적을 작고, 또한 거의 한결같은 모양으로 되도록 거의 원통형상으로 형성하고 있다.

도 26B에 나타내는 구성 예에서는, 초음파 전달체(16)의 초음파 진동자(14)와 고정되는 쪽의 근방에 있어서의 초음파 정상파 진동의 마디로 되는 부분 16B의 단면적을 크고, 또한 한결같은 모양으로 형성하고, 그 보다도 초음파 방사면(16A)측의 부분 16C의 단면적이 서서히 작아지도록 거의 원뿔대 형상으로 형성하고 있다.

도 26C에 나타내는 구성 예에서는, 초음파 전달체(16)의 초음파 진동자(14)와 고정되는 쪽의 근방에 있어서의 초음파 정상파 진동의 마디로 되는 부분16B의 단면적을 크고, 또한 한결같은 모양으로 형성하고, 그 보다도 초음파 방사면(16A)측의 부분 16C의 단면적이 서서히 작아지도록, 측면을 투영한 형상이 거의 지수함수 모양, 쌍곡선 모양 또는 푸리에(Fourier) 급수 모양으로 되도록 회전 대칭형으로 형성하고 있다.

도 26A에 나타내는 초음파 전달체(16)를 채용한 초음파 세정장치로 구성을 도 27에 나타낸다. 또한, 도 26B에 나타내는 초음파 전달체(16)를 채용한 초음파 세정장치로 구성을 도 28에 나타낸다. 이들의 초음파 세정장치는, 초음파 전달체(16)의 형상을 제외하고, 기본적으로 앞서 설명한 초음파 세정장치와 같은 구성을 갖고, 같은 효과를 얻을 수가 있다.

도 29은, 도 26C에 나타내는 초음파 전달체(16)를 채용한 초음파 세정장치를 나타낸다. 다만, 초음파 전달체(16)의 초음파 방사면(16A)은, 초음파 진동자(14)와 초음파 전달체(16)의 접합면에 대하여 경사지고 있다. 또한, 노즐부(24)의 외측부재(32)도, 초음파 전달체(16)의 초음파 방사면(16A)에 대응하여 경사지도록 부착되어 있다.

초음파 진동자(14)와 초음파 전달체(16)를 결합한 진동자 내, 초음파 방사면(16A)의 중앙을 통과하고, 초음파 진동자(14)와 초음파 전달체(16)의 접합면에 수직한 방향의 길이는, 초음파 정상파 진동에 있어서의 반파장의 정수배로 되도록 설정되어 있다. 또한, 초음파 진동자(14)와 초음파 전달체(16)를 결합한 진동자는, 초음파 정상파 진동에 있어서의 마디로 되는 부분으로 하우징(12)에 고정되어 있다. 초음파 진동자(14)에 의해 발생된 초음파 진동은, 초음파 전달체(16)를 통하여 초음파 방사면(16A)로부터 노즐부(24)의 공동(26) 안의 세정액에 전파되어, 노즐부(24)의 외측부재(32)의 선단의 분사구(28)로부터 피세정물 또는 피세정 부위를 향하여 분사된다. 그 때문에, 예컨대, 도 30에 도시된 바와 같이, 구강내 등의 세정하기 어려운 부위에 대하여도, 용이하게 세정액을 분사하여 세정할 수가 있다.

도 31에 도시된 바와 같이, 초음파 전달체(16)의 초음파 방사면(16A)의 초음파 진동자(14)와 초음파 전달체(16)의 접합면에 직교하는 방향에 대한 경사각을 θ로 하면, 경사진 초음파 방사면(16A)로부터 방사되는 초음파의 진폭은, 초음파 진동자의 진동면과 평행한 초음파 방사면에서 방사되는 초음파의 sinθ배로 되어, 진폭이 감소한다. 그 때문에, 초음파 방사면(16A)의 경사각θ을 45도 이상(90도 미만)으로 설정하는 것이 바람직하다.

도 32는, 도 26C에 나타내는 초음파 전달체(16)를 채용한 초음파 세정장치의 변형 예를 나타내고 있다. 초음파 전달체(16)의 초음파 방사면(16A)은 초음파 진동자(14)와 초음파 전달체(16)의 접합면에 대하여 평행하지만, 초음파 방사면(16A)에 복수의 반구 형상의 요부(134)가 설치되어 있다.

이와같이, 초음파 전달(16)의 초음파 방사면(16A)에 요부(134)를 설치하면, 도 33에 도시된 바와 같이, 초음파 전달체(16)의 내부를 전파하는 초음파 진동이, 초음파 방사면(16A) 요부에 집중한다. 그 때문에, 초음파 전달체(16)의 가공이 복잡하게 되지만, 초음파를 요부(134)의 전방에 집중할 수 있고, 캐비테이션 효과에 의한 세정력을 향상시키는 것이 가능하다.

한편, 도 34에 도시된 바와 같이, 요부(134)의 형상을 작게 하여, 초음파 방사면(16A)에 균등히게 분산되게 하여도 좋고, 도 35 또는 도 36에 도시된 바와 같이, 요부(134)를 거의 원뿔 형상으로 하여 좋다. 더욱이, 도 35에 도시된 바와 같이, 요부(134)를 초음파 방사면(16A)의 중앙에 1개만 설치하여도 좋다. 더욱이, 요부(134)의 형상은 상기 반구 형상이나 원뿔 형상에 한정되지 않고, 초음파 진동을 요부(134)의 전방에 집중할 수 있는 형상이면 좋다. 더욱이, 요부(134)는, 상기 어느쪽의 초음파 전달체(16)의 초음파 방사면(16A)에 설치하여도 좋다는 것은 말할 필요도 없다.

본원은 일본국 특허출원 2003-48024 및 2003-342586에 근거하고 있고, 그 내용은, 상기 특허출원의 명세서 및 도면을 참조함으로써 결과적으로 본원발명에 합체되어야 할 것이다.

또한, 본원발명은, 첨부한 도면을 참조한 실시형태에 의해 충분히 기재되어 있지만, 다양한 변경이나 변형이 가능하다는 것은, 이 분야의 통상의 지식을 갖는 자에게 있어 명확해질 것이다. 그 때문에, 그러한 변경 및 변형은, 본원발명의 범위를 일탈하는 것이 아니고, 본원발명의 범위에 포함된다고 해석되어야 한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 초음파 세정장치는 소지하여 사용할 수 있으므로, 생체의 일부분이나 일용품 등을 손쉽게 세정할 수가 있다. 또한, 초음파 진동의 전달효율이 높으므로, 초음파 진동자의 출력을 작게 하여도 충분한 세정력을 얻을 수가 있다. 따라서, 배터리로 구동할 수 있고, 초음파 세정장치를 코드레스화하는 것도 가능하다.

Claims (20)

1. 본체 및 노즐부를 소유하는 하우징과,

   상기 노즐부의 공동에 세정액을 공급하기 위한 급수관과,

   상기 하우징의 본체의 내부에 수용되어, 초음파 진동을 발생시키는 초음파 진동자와,

   상기 하우징의 본체의 내부에 수용되어, 상기 초음파 진동자를 구동하는 구동회로와,

   상기 본체의 내부와 상기 노즐부의 공동(空洞)으로 각각 돌출하도록 설치되고, 상기 본체측의 부분에 상기 초음파 진동자가 접합되어, 초음파 진동자에 의해 발생된 초음파 진동을 상기 노즐부측의 단면에서 상기 노즐부의 공동에 공급된 세정액에 대하여 직접 전파시키는 초음파 전달체를 구비하고,

   상기 노즐부측 단면에 복수의 반구 형상 또는 원뿔 형상의 요부(凹部)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 초음파 세정장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 초음파 전달체는, 상기 노즐부측의 단부 근방에 있어서의 상기 초음파 진동자와의 접합면에 평행한 방향의 단면적이, 상기 초음파 진동자와의 접합면의 면적보다도 작아지도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 초음파 세정장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 초음파 전달체의 상기 노즐부의 공동에 돌출하고 있는 부분은, 원통 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 초음파 세정장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 초음파 전달체의 상기 노즐부의 공동에 돌출하고 있는 부분은, 상기 노즐부측의 단부에 근접할 수록, 상기 초음파 진동자와의 접합면에 평행한 방향의 단면적이 서서히 작아지도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 초음파 세정장치.
5. 제4항에 있어서,

   상기 초음파 전달체의 상기 노즐부의 공동에 돌출하고 있는 부분은, 원뿔대 형상, 측면을 투영한 형상이 지수함수 모양, 쌍곡선 모양 또는 푸리에(Fourier) 급수 모양으로 되도록 회전 대칭형 중 어느 쪽으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 초음파 세정장치.
6. 제1항에 있어서,

   상기 초음파 전달체의 상기 노즐부측 단면은, 상기 초음파 진동자와 상기 초음파 전달체의 접합면에 대하여 경사져 있는 것을 특징으로 하는 초음파 세정장치.
7. 제6항에 있어서,

   상기 노즐부는, 경사진 상기 초음파 전달체의 상기 노즐부측 단면에 대하여 평행하게 개구된 분사구를 갖는 것을 특징으로 하는 초음파 세정장치.
8. 삭제
9. 제1항에 있어서,

   상기 초음파 진동자와 상기 초음파 전달체의 접합체가, 초음파 정상파 진동을 행하는 것을 특징으로 하는 초음파 세정장치.
10. 제9항에 있어서,

    상기 초음파 진동자와 상기 초음파 전달체의 접합면에 직교하는 방향에 있어서의 상기 초음파 진동자와 상기 초음파 전달체의 접합체의 길이가, 초음파 정재재파 진동에 있어서의 반파장분의 길이의 정수배에 동등한 것을 특징으로 하는 초음파 세정장치.
11. 제10항에 있어서,

    상기 초음파 진동자 및 상기 초음파 전달체의 접합체를, 상기 초음파 정상파 진동에 있어서의 마디(節)로 되는 위치에서 상기 하우징에 고정한 것을 특징으로 하는 초음파 세정장치.
12. 제1항에 있어서,

    상기 초음파 진동자와 상기 초음파 전달체의 접합체가, 볼트 체결 랑지방(Langivin)형 진동자를 구성하는 것을 특징으로 하는 초음파 세정장치.
13. 제1항에 있어서,

    상기 초음파 진동자는, 그 두께 방향의 신축에 의해 초음파 진동을 발생시키는 것을 특징으로 하는 초음파 세정장치.
14. 제1항에 있어서,

    상기 노즐부는 상기 본체에 대하여 착탈가능한 것을 특징으로 하는 초음파 세정장치.
15. 제14항에 있어서,

    상기 초음파 전달체는, 상기 초음파 진동자에 대하여 착탈가능한 것을 특징으로 하는 초음파 세정장치.
16. 제1항에 있어서,

    상기 노즐부의 내주면과 상기 초음파 전달체의 외주면과의 사이에 씰(seal)부재를 설치한 것을 특징으로 하는 초음파 세정장치.
17. 제1항에 있어서,

    상기 구동회로는, 상기 초음파 진동자의 발진 주파수 및 초음파출력 중 적어도 한쪽을 조정가능하게 제어하는 것을 특징으로 하는 초음파 세정장치.
18. 제1항에 있어서,

    상기 구동회로는, 상기 초음파 진동자를 간헐 구동함과 함께, 간헐 구동의 주파수를 조절가능한 것을 특징으로 하는 초음파 세정장치.
19. 제1항에 있어서,

    상기 급수관은 펌프를 통하여 세정액 탱크에 접속되고, 상기 구동회로는 상기 펌프를 더 구동 제어하는 것을 특징으로 하는 초음파 세정장치.
20. 제19항에 있어서,

    상기 세정액 탱크는 상기 본체에 착탈가능하게 부착되어 있고, 상기 펌프는 상기 본체에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 초음파 세정장치.

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