KR100910036B1

KR100910036B1 - 초음파 세정방법 및 장치

Info

Publication number: KR100910036B1
Application number: KR1020067027410A
Authority: KR
Inventors: 다카노리 시기하라; 도요토시 우에다
Original assignee: 가부시키가이샤 가고시마쵸온파소고겐큐쇼
Priority date: 2004-06-29
Filing date: 2005-06-22
Publication date: 2009-07-30
Also published as: WO2006001293A1; US20080289971A1; JP4361088B2; KR20070030232A; CN1976765B; EP1762307A1; CN1976765A; JPWO2006001293A1; TW200609046A

Abstract

본 발명은 의료용 기구 등의 세정 및 멸균의 동시처리가 가능하고, 소독용 손 씻기 등에도 사용할 수 있으며, 또한 폐수에 대하여 특별한 처리를 필요로 하지 않는 초음파 세정방법 및 장치를 제공하는 것이다.

이를 위해 본 발명에서는 초음파를 사용하여 피세정물을 세정하는 초음파 세정방법으로서, 세정조(16)에 세정액과 피세정물을 수용하고, 세정조(16) 내에 설치된 초음파 진동부재(16)로부터 세정액에 초음파 진동을 주면서, 세정액 중에 오존을 함유하는 공기를 토출한다. 진동부에는 그 표면에 개구하는 연통로(40)가 설치되고, 오존을 함유하는 공기가 연통로로부터 세정액 중으로 토출된다. 세정액 중에 은전극이 설치되고, 피세정물에 대하여 오존에 의한 살균에 더하여 은 이온에 의한 전해 살균을 작용시킨다.

Description

초음파 세정방법 및 장치{ULTRASONIC CLEANING METHOD AND APPARATUS}

본 발명은, 세정조 내의 세정액에 대하여 초음파 진동을 주어 세정을 행하는 초음파 세정방법 및 장치에 관한 것이다.

종래부터 병원 등에서 가위, 생체겸자 등의 수술이나 치료 등에 사용되는 의료용 기구의 세정 및 멸균은, (1) 열탕 또는 효소처리에 의한 혈액 등의 제거(이하, 「전세정」이라 한다), (2) 세제를 사용한 초음파 세정, (3) 오토클레이브를 사용한 135도의 고압 증기에 의한 멸균, 또는, 에틸렌옥시드가스에 의한 가스멸균, 2% 글루타르알데히드수용액에 침지한 멸균 등이 행하여지고 있다.

또, 하얀옷 등의 의류에 대해서는, 통상의 세탁을 행하여 오염을 제거한 후에 고압증기에 의한 멸균처리가 이루어지고 있다.

여기서 (2)의 초음파에 의하여 세정을 행하는 장치는, 현재 수많이 시판되고 있으나, 초음파 세정에 의하여 세정 가능한 것은, 기계적인 임피던스(「고유 음향 임피던스」라고도 하고, 밀도 × 전파속도로 나타낸다.)가 높은 것, 예를 들면 안경, 보석 및 금속류 등에 한정되어 있고, 의류, 거즈 등의 천, 및 피혁 등의 유연하여 변형되기 쉬운 물건은, 초음파 세정에 의하여 세정을 행할 수 없었다. 초음파 세정에서의 이와 같은 문제를 해결하도록, 특허문헌 1에 개시된 초음파 세정장 치는, 세정액 중에 공기에 의한 기포를 보내주면서 동시에 초음파 진동을 세정액에 주어 초음파 에너지와 기포와의 상승효과에 의하여 의류 등의 피세정물에 부착된 오염을 제거하고 있다.

[특허문헌 1]

일본국 실개소63-73187호 공보

종래부터 행하여지고 있는 의료용 기구의 세정 및 멸균은, 효소처리에 의한 전세정, 초음파 세정, 멸균의 3개의 처리과정을 필요로 하여 그 작업이 번거로웠다. 또 고압증기에 의한 멸균방법은 내시경 등의 고온처리에 적합하지 않은 기구에는 사용할 수 없고, 가스 멸균방법은 에틸렌옥시드가 폭발성의 위험물이고, 글루타르알데히드에 의한 멸균방법은 글루타르알데히드 자체가 만성 독성을 가질 염려가 있는 등, 종래의 멸균방법에 대해서도 각각에 문제가 있었다.

또, 병원 등에서는 수술전이나 병실에 출입할 때에 손을 씻는 것이 습관으로 되어 있다. 특히, 최근 MRSA(황색포도상구균 다제내성)에 의한 원내 감염이 심각한 상황으로 되어 있어, 의료 종사자 및 면회자 등의 손 씻기의 중요성이 한층 높아지고 있다. 이와 같은 손 씻기용 살균제로서 일반적으로 염화벤잘코늄 등의 역성비누가 사용되고 있다.

그런데 대규모 병원 등으로부터 배출되는 배출규제를 넘는 의료 배수는, BOD(생물화학적 산소요구량)를 높이는 유기물을 다량으로 함유하여, 공공하수도나 하천에 방수하기 전에 독자적으로 처리할 필요가 있다. 의료 배수의 처리에 있어서, 세정제 등의 유기물을 미생물에 분해시키는 활성오니설비 등에 의하여 BOD를 저하시키는 방법이 사용되는 것이 많다. 그러나 미생물에 분해시키는 의료 배수에 살균효과가 있는 손을 씻은 폐수가 다량으로 혼입되면, 활성오니 중의 미생물을 사멸시키는 등의 문제를 야기할 염려가 있다.

본 발명은 상기한 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 의료용 기구 등의 세정 및 멸균의 동시처리가 가능하여, 소독용 손 씻기 등에도 사용할 수 있고, 또한 폐수에 대하여 특별한 처리를 필요로 하지 않는 초음파 세정방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명에 관한 제 1 실시형태의 초음파 세정장치의 구성을 나타내는 도,

도 2는 오존 생성장치의 구조를 나타내는 도,

도 3은 초음파 진동 트랜스듀서의 정면 단면도,

도 4는 초음파 진동 트랜스듀서의 평면도,

도 5는 초음파 진동 트랜스듀서를 분해하여 나타내는 사시도,

도 6은 초음파 세정장치의 사시도,

도 7은 초음파 세정장치에서의 초음파 진동 트랜스듀서의 배치를 나타내는 도,

도 8은 본 발명에 관한 제 2 실시형태의 초음파 세정장치의 세정조의 측면 단면도,

도 9는 도 8에 나타내는 초음파 세정장치의 정면 단면도,

도 10은 본 발명에 관한 제 3 실시형태의 초음파 세정장치의 세정조의 측면 단면도,

도 11은 도 10에 나타내는 초음파 세정장치의 정면 단면도,

도 12는 본 발명에 관한 제 4 실시형태의 초음파 세정장치의 세정조의 단면도,

도 13은 전극판의 정면도,

도 14는 본 발명에 관한 제 5 실시형태의 초음파 세정장치의 세정조의 단면도,

도 15는 변형예 1의 초음파 세정장치의 단면도,

도 16은 변형예 2의 초음파 세정장치의 단면도,

도 17은 변형예 3의 초음파 세정장치의 덮개를 개방한 상태의 사시도,

도 18은 변형예 3의 초음파 세정장치의 덮개를 폐쇄한 상태의 사시도이다.

[제 1 실시형태]

도 1은 본 발명에 관한 제 1 실시형태의 초음파 세정장치(1)의 구성을 나타내는 도, 도 2는 오존 생성장치(12)의 구조를 나타내는 도, 도 3은 초음파 진동 트랜스듀서(14)의 정면 단면도, 도 4는 초음파 진동 트랜스듀서(14)의 평면도, 도 5는 초음파 진동 트랜스듀서(14)를 분해하여 나타내는 사시도, 도 6은 초음파 세정장치(1)의 사시도, 도 7은 초음파 세정장치(1)에서의 초음파 진동 트랜스듀서(14) 의 배치를 나타내는 도면이다.

도 1 내지 도 7에서, 초음파 세정장치(1)는, 컴프레서(11), 오존 생성장치(12), 버퍼조(13), 초음파 트랜스듀서(14), 구동부(구동회로)(15) 및 세정조(16)로 이루어진다. 도 6에 나타내는 바와 같이 컴프레서(11), 오존 생성장치(12), 버퍼조(13), 초음파 트랜스듀서(14), 구동부(15) 및 세정조(16)는, 수지제의 둥근 파이프재로 조립된 가대(17)에 설치되어 일체화되어 있다. 컴프레서(11), 오존 생성장치(12),버퍼조(13) 및 초음파 트랜스듀서(14)의 각각의 사이는, 공기를 보내기 위하여 특수의료용인 내오존성의 실리콘 튜브(18a∼19c)에 의하여 접속되어 있다.

컴프레서(11)는 대기로부터 공기를 흡입하고, 이것을 압축하여 오존 생성장치(12)에 보낸다. 압축된 공기는 오존 생성장치(12) 및 버퍼조(13)를 경유하여 초음파 트랜스듀서(14) 중으로 보내지고, 초음파 트랜스듀서(14)의 진동부(27)에 설치된 방출구(40)로부터 세정조(16) 내에 토출된다. 컴프레서(11)의 흡입측에는 먼지를 제거하기 위한 필터(9)가 설치되어 있다. 컴프레서(11)로서 다이어프램형의 펌프가 사용된다.

오존 생성장치(12)는, 컴프레서(11)에 의하여 보내진 공기로부터 오존을 생성하기 위한 것이다. 도 2에 나타내는 바와 같이 오존 생성장치(12)는 공기입구(20)와 오존출구(21)를 가지는 케이스(22) 중에 오존램프(23)가 설치된 것이다. 오존램프(23)에는 자외선을 방사하는 UV 램프가 사용된다. 컴프레서(11)로부터 보내진 공기는 공기입구(20)로부터 오존 생성장치(12)의 내부로 들어가서 오존 생성장치(12) 내부를 흐를 때에 오존램프(23)로부터 자외선을 조사받아 산소의 일부가 오존으로 전화한다. 오존을 함유하는 공기는 오존출구(21)로부터 버퍼조(13)에 보내진다. 케이스(22)는 자외선에 의하여 열화하지 않는 금속 등의 재료로 제작되어 있다.

버퍼조(13)는 컴프레서(11)(다이어프램형의 펌프)로부터 토출되는 공기의 맥동을 경감하기 위한 것이다. 초음파 세정장치(1)에서는 가대(17)의 핸들(24) 내의 공간을 칸막이하여 버퍼조(13)로 하고 있다. 오존을 함유하는 공기는, 버퍼조(13)로부터 조정밸브(25)를 통하여 초음파 트랜스듀서(14)에 보내진다. 조정밸브(25)는 핸들(24)에 고정되어 있고, 세정조(16) 내에 토출되는 오존을 함유하는 공기의 유량을 조절한다.

초음파 트랜스듀서(14)는 세정조(16)의 바닥부(45)에 설치되어, 세정조(16) 속에 수용된 세정액 및 피세정물에 대하여 초음파 진동을 주고, 또한 오존을 함유하는 공기를 세정액 중에 토출한다.

도 3에 나타내는 바와 같이 초음파 트랜스듀서(14)는, 진동자(26)와 진동부(27)가 연결된 볼트조임 진동자이다.

진동자(26)는, 축방향으로 늘어선 링형상의 2개의 전왜형의 압전 세라믹소자(28a, 28b)가 2개의 블록부재(29a, 29b)에 끼워져 형성된다. 압전 세라믹소자(28a, 28b) 및 블록부재(29a, 29b)는, 한쪽의 블록부재(29a)의 축심을 관통하는 연결볼트(30)가 다른쪽의 블록부재(29b)의 끝부의 암나사(31)에 나사 결합되어 조여져 일체화된다. 다른쪽 블록부재(29b)의 또 한쪽의 끝부에는 진동부(27)를 연결하기 위한 암나사(32)가 설치되어 있다. 블록부재(29b)의 2개의 암나사(31, 32)의 구멍은 통기구멍(33)에 의하여 연통하고 있다. 연결볼트(30)는, 축심을 관통하는 관통구멍(34)을 가지고, 블록부재(29b)의 암나사(31)에 나사 결합된 상태에서 관통구멍(34)이 블록부재(29b)의 통기구멍(33)에 연통한다. 연결볼트(30)의 머리부측에는 관통구멍(34)이 개구하여 실리콘 튜브 등에 꽂기 위한 설치부(35)가 설치되어 있다.

2개의 압전 세라믹소자(28a, 28b)는, 서로 역극성이 되도록 배치되고, 이들 사이와 이들을 바깥쪽으로부터 끼우도록 하여, 모두 3개의 링형상의 전극판(50a∼50c)이 배치되어 있다. 바깥쪽의 전극판(50a, 50c)은, 전기적으로 서로 접속되어 공통의 전위가 인가된다. 전극판(50a, 50c) 및 전극판(50b)은, 구동부(15)의 구동회로에 접속되어 있다. 또 3개의 전극판(50a∼50c) 사이를 절연하기 위하여 연결볼트(30)와 전극판(50a∼50c)과의 사이에 절연링(36)이 설치되어 있다.

도 3 및 도 4를 참조하여, 진동부(27)는 머리부(37) 및 수나사부(38)로 이루어진다. 머리부(37)는, 대략 원추형상을 가지고, 그 축심은 수나사부(38)의 축심과 공통한다. 진동부(27)에는, 수나사부(38)의 축심을 지나, 머리부(37)의 내부에서 축심에 직교하는 6방향으로 분기되는 통기로(41)가 설치되어 있다. 분기된 통기로(41)는 각각이 머리부(37)의 테이퍼면(39)으로 개구하는 방출구(40)를 가지고 있다. 통기로(41)는, 수나사부(38)가 암나사(32)에 나사 결합되었을 때에 블록부재(29b)의 통기구멍(33) 및 연결볼트(30)의 관통구멍(34)과 함께, 설치부(35)를 기점으로 하여 방출구(40)에 이르는 연통로(42)를 형성한다. 머리부(37)의 하면에는 O 링(43)을 끼워 넣기 위한 고리형상의 홈(44)이 설치되어 있다. 초음파 트랜스듀 서(14)가 세정조(16)에 설치되었을 때에 진동부(27)는 홈(44)에 끼워 넣어진 O 링(43)을 거쳐 세정조(16)의 바닥부(45)에 접한다. 그 때문에 진동부(27)로부터 바닥부(45)에의 초음파 진동의 전파가 약해져 바닥부(45)의 에로전의 발생이 방지된다.

또한 뒤에서 설명하는 바와 같이 초음파 트랜스듀서(14)는 세정조(16)의 측벽에도 설치할 수 있으나, 그 경우에는 홈(44)에 끼워 넣어진 O 링(43)은 측벽의 에로전의 발생을 방지한다. O 링 대신에 고무제의 가스킷 또는 유기섬유계, 무기섬유계의 가스킷을 사용하여도 좋다.

도 3 및 도 5에 나타내는 바와 같이 초음파 트랜스듀서(14)는, 세정조(16)의 바닥부(45)에 설치된 설치구멍(47)에 수나사부(38)를 삽입하고, 수나사부(38)와 블록부재(29b)의 암나사(32)를 나사 결합시켜 조임으로써 세정조(16)에 설치된다. 이 설치시에, 세정조(16)의 바닥부(45)와 진동자(26)와의 사이에 보조판(48)이 끼워진다. 보조판(48)은, 진동자(26)의 외경의 대략 3배의 외경을 가지는 금속제의 원반형상의 판이다. 보조판(48)의 중심에는 설치구멍(47)의 지름과 대략 같은 지름의 삽입구멍(49)이 설치되어 있다. 보조판(48)을 사용하지 않고, 초음파 트랜스듀서(14)를 세정조(16)에 설치하여도 좋다.

도 6 및 도 7에 나타내는 바와 같이 초음파 세정장치(1)에서는 초음파 트랜스듀서(14)는 세정조(16)의 바닥부(45)에 설치되고, 4개가 등간격으로 늘어선 열이 2열 평행해지도록 하여 모두 8개 배치되어 있다. 초음파 세정장치(1)에는 각각의 출력이 50 W 이하의 초음파 트랜스듀서(14)가 사용된다. 조정밸브(25)에 접속된 실리콘 튜브(18c)는, 세정조(16)의 하부에서 2개로 분기되고, 각각이 다시 분기되어 각 열의 초음파 트랜스듀서(14)의 각각의 설치부(35)에 접속되어 있다.

구동부(15)에는 각 초음파 트랜스듀서(14)의 압전 세라믹소자(28a, 28b)를 초음파 진동시키기 위한 구동회로가 조립되어 있다. 구동회로는 각각의 초음파 트랜스듀서(14)에 대하여 개별 독립으로 설치되어 있다. 초음파 트랜스듀서(14)마다 구동회로를 독립시키고, 모든 초음파 트랜스듀서(14)의 출력을 50 W 이하로 제한함으로써 초음파 세정장치(1)에 기인하는 불필요 복사나 라인 노이즈를 경감할 수 있다. 예를 들면, 병원이나 실험연구소에서 의료용 기구나 의류의 세정, 또는 손 씻기 등에 초음파 세정장치(1)를 사용하는 경우에도, 컴퓨터, 수많은 전자적 모니터나 운전기기, 및 페이스 메이커 등의 이상동작을 야기하는 「불필요 복사 노이즈(스프리어스 라디에이션)」의 문제를 회피하는 것이 가능하다. 본 방식은, 개별 독립 전기적 구동으로 분할된 집합으로, 초음파 발진원이 최대 50 W의 집합이기 때문에 전기적으로 소전력 구동이며, 문제가 되는 상기 해에 유리하고, 대책도 독립적으로 개개에 구비된 「커몬상쇄」의 필터를 장착하고 있다.

세정조(16)는, 스테인리스강으로 제작되고, 가대(17)에 도시 생략한 고무 시트를 거쳐 설치되어 있다. 고무 시트는, 세정조(16)의 진동을 차단하여 가대(17)의 파손을 방지하는 작용을 한다. 세정조(16)의 바깥 둘레면에는 도시 생략한 천 테이프가 감겨져 있다. 천 테이프는 그 탄성에 의하여 세정조(16)의 바깥 둘레면의 초음파 진동을 완화하여 세정조(16)의 바깥 둘레면으로부터 발생하는 소음을 경감시킨다. 천 테이프 대신에 고무, 수지, 그 밖의 탄성을 가지는 재료로 세정조 (16)의 바깥 둘레면을 피복하여도 동일한 효과가 얻어진다.

다음에 초음파 세정장치(1)에 의한 세정에 대하여 설명한다.

세정에서는, 세정액으로서 물을 사용한다. 세정은, 세정조(16) 안에 피세정물, 예를 들면 내시경, 수술기구 등의 의료용 기구, 또는 흰옷 등의 의류를 수용하고, 초음파 트랜스듀서(14)에 의하여 이들에 초음파 진동을 주면서 진동부(27)의 방출구(40)로부터 오존을 함유하는 공기를 세정조(16) 내에 토출하여 행하여진다.

초음파 트랜스듀서(14)의 초음파 진동의 주파수는, 통상 25∼100 kHz가 사용된다. 이 주파수 범위 내에서, 피세정물의 구조, 피세정물의 재질이나 강도 등에 따라 주파수가 선택된다. 일반적으로, 피세정물이 미세한 공간부를 가지는 정밀하고 치밀한 것의 경우에는 높은 주파수가 바람직하다. 초음파 진동의 주파수로서, 상기 범위보다 낮은 주파수, 또는 높은 주파수를 사용할 수도 있다.

오존 생성장치(12)를 통과하여 세정조(16) 내의 물에 토출되는 공기에는, 오존이 수 ppm∼수십 ppm∼수백 ppm 함유된다. 오존농도가 높을 수록 세정 및 살균효과는 높아진다. 환기장치 또는 배기장치를 구비한 사람이 없는 방에서 세정작업을 행하는 경우에는, 방출구(40)로부터 토출되는 공기 중의 오존농도를 높게 할 수 있다. 그러나 오존은 독성을 가지기 때문에 사람이 상주하는 장소에서 세정작업을 행하는 경우에는, 오존농도를 낮게 하는 것이 바람직하다. 오존 생성장치(12)로부터 보내지는 공기 중의 오존농도는, 오존 생성장치(12) 내의 공기가 오존램프(23)로부터의 자외선 조사를 받는 시간(체류시간) 등에 의하여 영향받는다. 예를 들면 오존농도를 높게 하기 위해서는 오존 램프의 출력을 크게 하는 것 외에, 오존 생성 장치(12)를 통과시키는 공기량을 감소하고, 또는 설계단계에서 오존 생성장치(12)의 케이스(22)를 크게 하여 두어, 공기의 케이스 내에서의 체류시간을 길게 한다. 또한 오존 생성에는 상기 자외선조사 외에, 방전 등을 사용하여도 좋다.

초음파 세정장치(1)에 의한 세정에서는, 방출구(40)로부터 토출된 공기의 기포가 상승하여 액면을 흩뜨림으로써 액심이 끊임없이 변동한다. 액심이 변동함으로써 진동부(27)로부터 방사된 초음파 진동과 액면에서 반사한 초음파 진동에 의하여 생기는 정재파의 음압분포도 끊임없이 변화하여, 외견상 세정조(16) 내에는 진행파에 의한 음압분포가 존재하는 것 같은 상태가 된다. 즉, 본 실시형태의 초음파 세정장치(1)에서는, 진행파의 방사에 의하여 초음파 에너지와 마이크로 버블의 상승효과가 얻어지고, 이것에 의하여 유연한 것으로도 효과적으로 세정을 행하는 것이 가능하다. 또한 종래부터 초음파 세정에서 문제로 되어 있던 정재파에 의한 세정얼룩, 즉 세정 불균일은 거의 생기지 않는다.

또 방출구(40)로부터 토출된 공기의 기포는, 상승할 때에 주위의 물을 동반하여 세정조(16) 내에 순환류를 생기게 한다(분류효과). 기포의 일부는 초음파에 의하여 미세화되어 그 상승하는 속도는 저하하고, 순환류에 동반하여 피세정물의 세부의 표면에 도달하기 쉽게 된다. 기포의 미세화는 계면의 면적, 즉, 기포 중의 오존과 물과의 접촉면적을 대폭으로 증가시켜 오존의 용해 및 오존과 물과의 반응을 촉진시킨다. 오존과 물과의 반응은, 강한 산화력 및 살균력을 가지는 하이드록시라디칼을 생성시킨다. 하이드록시라디칼은 그 강한 산화력으로 피세정물에 부착된 혈액이나 피지 등의 오염을 분해하여 오염 속에 잠재하는 유해한 균을 사멸시킨 다. 이와 같이 초음파 세정장치(1)는, 피세정물의 세정과 멸균을 동시에 행할 수 있다.

초음파 세정장치(1)에 의한 세정에서는, 오염의 주성분인 유기물은 하이드록시라디칼에 의하여 이산화탄소와 물에 거의 완전하게 분해되고, 피세정물이 의류인 경우에는 소취(消臭)뿐만 아니라 표백도 행하여진다. 세정후의 물에는 BOD를 높이는 유기물은 거의 잔존하지 않고, 수중의 오존 및 하이드록시 라디칼은 단시간에 산소나 물로 변화되기 때문에, 세정후의 물은 특별한 배수처리를 행하지 않고 하수도에 배출하는 것이 가능하여, 환경에 대한 2차 오염을 억제할 수 있다.

초음파 세정장치(1)는, 병원에서의 병실 출입시의 손 씻기나 학교에서의 손 씻기 등의 소독용으로 사용되는 경우에는, 오존에 의한 건강에 대한 해를 방지하기 위하여 수중에 토출되는 공기 중의 오존농도를 낮게 하여 환기가 좋은 장소에 설치하는 것이 바람직하다.

[제 2 실시형태]

도 8은 본 발명에 관한 제 2 실시형태의 초음파 세정장치(1B)에서의 초음파 트랜스듀서(14Ba, 14Bb)가 설치된 세정조(16B)의 측면 단면도, 도 9는 도 8에 나타내는 초음파 세정장치(1B)의 정면 단면도이다.

제 2 실시형태의 초음파 세정장치(1B)는, 도 8에 나타내는 초음파 트랜스듀서(14Ba, 14Bb) 및 세정조(16B) 외에, 컴프레서, 오존 생성장치, 버퍼조, 및 구동부를 가지나, 이들은 제 1 실시형태의 초음파 세정장치(1)와 동일하기 때문에 설명을 생략한다. 또 초음파 트랜스듀서(14Ba, 14Bb)의 구성은 초음파 세정장치(1)에 사용된 것과 동일하기 때문에 초음파 트랜스듀서(14Ba, 14Bb)의 설명도 생략한다. 또한 제 2 실시형태에서는 제 1 실시형태의 초음파 세정장치(1)와 구별하기 위하여 초음파 세정장치(1B)와 같이 부호 B를 붙이는 것이 있다. 또 모든 실시형태에 대하여 공통인 경우에는, 부호 B, C, D 등을 생략하고 나타내는 것도 있다.

도 8 및 도 9에서, 초음파 트랜스듀서(14Ba, 14Bb)는, 세정조(16B)의 바닥부(45B)에 1열에 6개, 및 한쪽의 측벽(46B)에 1열에 6개 설치되어 있다(수평·수직 교차대향형). 바닥부(45B) 및 측벽(46B)의 각 초음파 트랜스듀서(14Ba, 14Bb)는, 각 1개씩의 축심이, 도 9에 나타내는 바와 같이 정면도상에서 바닥면에 직각인 1개의 선상에 위치하도록 배치되어 있다. 그리고 바닥부(45B)에 설치된 초음파 트랜스듀서(14Ba)의 진동 주파수는 모두 동일하고, 측벽(46B)에 설치된 초음파 트랜스듀서(14Bb)의 진동 주파수도 모두 동일하다. 단, 바닥부(45B)에 설치된 초음파 트랜스듀서(14Ba)의 진동 주파수와 측벽(46B)에 설치된 초음파 트랜스듀서(14Bb)의 진동 주파수와는 다르다. 바닥부(45B) 및 측벽(46B) 중 어느 한쪽의 초음파 트랜스듀서의 진동 주파수는, 다른쪽 초음파 트랜스듀서의 진동 주파수의 2배∼3배로 하고, 5배 이상이 바람직하다. 예를 들면 바닥부(45B)의 초음파 트랜스듀서(14Ba)의 진동 주파수가 25 kHz인 경우에, 측벽(46B)의 초음파 트랜스듀서(14Bb)의 진동 주파수는 150 kHz이고, 바닥부(45B)의 초음파 트랜스듀서(14Ba)의 진동 주파수가 40 kHz인 경우에 측벽(46B)의 초음파 트랜스듀서(14Bb)의 진동 주파수는 200 kHz라는 방식이다.

초음파 세정장치(1B)에 의한 세정에서도 세정액으로서 물을 사용하고, 세정 조(16B) 속에 물과 피세정물을 수용한다. 초음파 세정장치(1B)에 의한 세정작업에서는 바닥부(45B) 및 측벽(46B)에 설치된 각 초음파 트랜스듀서(14Ba, 14Bb)로부터 동시에 초음파 진동을 물에 주면서 오존을 함유하는 공기를 세정조(16B) 내에 토출한다.

초음파 세정장치(1B)에 의한 세정은 다음과 같이 하여 행하여진다.

초음파 세정장치(1B)에서도 방출구(40Ba, 40Bb)에서 토출된 공기의 기포의 상승에 의하여 액면이 흩뜨러지고, 액심이 끊임없이 변화하여, 외견상 세정조(16B) 내에는 초음파 진동의 진행파에 의한 음압분포가 존재하는 것 같은 상태가 된다. 또 방출구(40Ba, 40Bb)로부터 토출된 공기의 기포에 의하여 세정조(16B) 내에 순환류가 생기고, 미세화된 기포의 일부가 순환류를 타고 피세정물의 세부에 도달하기 쉽게 되어, 오존과 피세정물과의 접촉면적도 증가한다.

그러나 초음파 세정장치(1B)에서는, 도 8 및 도 9에 나타내는 바와 같이 바닥부(45B) 뿐만 아니라, 측벽(46B)에도 초음파 트랜스듀서(14Bb)가 배치되어 있다. 그리고 측벽(46B)의 초음파 트랜스듀서(14Bb)의 진동 주파수와 바닥부(45B)의 초음파 트랜스듀서(14Ba)의 진동 주파수가 다르기 때문에, 초음파 진동의「진행파의 저조파 (Subharmonic)간섭」에 의하여 수중에 과산화수소가 발생한다. 발생한 과산화수소는 오존과 반응하여 하이드록시라디칼로 변한다. 즉, 초음파 세정장치(1B)에서는, 강한 산화분해력 및 살균력을 가지는 하이드록시라디칼은, 물과 오존과의 반응에 의하여 생성되는 외에, 수중에 생성한 과산화수소와 오존과의 반응에 의해서도 생성된다. 이와 같이 다른 주파수를 가지는 초음파 진동끼리를 간섭시켜 과 산화수소의 발생을 재촉함으로써, 오존의 하이드록시라디칼로의 전화율이 높아져, 세정 및 멸균을 효율적으로 행할 수 있다.

초음파 세정장치(1B)에서도 피세정물에 부착되어 있던 오염은 이산화탄소와 물에 거의 완전하게 분해되고, 세정후의 폐수는, 특별한 처리를 행하지 않고 자기 완결적으로 하수도에 배출하는 것이 가능하다.

[제 3 실시형태]

도 10은 본 발명에 관한 제 3 실시형태의 초음파 세정장치(1C)에서의 초음파 트랜스듀서(14Ca∼14Cc)가 설치된 세정조(16C)의 측면 단면도, 도 11은 도 10에 나타내는 초음파 세정장치(1C)의 정면 단면도이다.

도 10 및 도 11을 참조하여 초음파 트랜스듀서(14Ca∼14Cc)는 세정조(16C)의 바닥부(45C)에 2열에 각열 4개씩, 및 대향하는 2개의 측벽(46Ca, 46Cb)에 각각 1열에 4개씩 설치되어 있다(수평·수직 3차 간섭형). 바닥부(45C)의 2열의 초음파 트랜스듀서(14Ca) 및 측벽(46Ca, 46Cb)의 초음파 트랜스듀서(14Cb, 14Cc)는, 각 1개씩 모두 4개의 축심이, 바닥부(45C) 및 2개의 측벽(46Ca, 46Cb) 중 어느 것에도 직교하는 면상에 위치하도록 배치되어 있다. 바닥부(45C)에 설치된 8개의 초음파 트랜스듀서(14Ca)의 진동 주파수는 모두 동일하다. 2개의 측벽(46Cb, 46Cc)에 설치된 8개의 초음파 트랜스듀서(14Cb, 14Cc)의 진동 주파수도 모두 동일하다. 단, 바닥부(45C)의 초음파 트랜스듀서(14Ca)의 진동 주파수와 측벽(46Ca, 46Cb)의 초음파 트랜스듀서(14Cb, 14Cc)의 진동 주파수와는 다르다. 바닥부(45C) 및 측벽(46Ca, 46Cb) 중 어느 한쪽의 초음파 트랜스듀서의 진동 주파수는, 다른쪽 초음파 트랜스 듀서의 진동 주파수의 2배∼3배로 하고, 5배 이상으로 하는 것이 바람직하다.

세정은, 초음파 세정장치(1B)와 마찬가지로 각각의 초음파 트랜스듀서(14Ca∼14Cc)의 방출구(40Ca∼40Cc)로부터 오존을 함유하는 공기를 세정조(16C) 내의 수중에 토출하면서, 동시에 세정조(16C) 내의 물 및 피세정물에 대하여 초음파 진동을 주어 행한다. 초음파 진동의「진행파의 저조파간섭」에 의하여 수중에 과산화수소가 생성되고, 그 결과, 다량의 하이드록시라디칼이 발생하여 세정력 및 멸균력이 향상하는 점은, 상기 초음파 세정장치(1B)에 대하여 설명한 바와 같다.

또한 한쪽의 측벽(46Ca)의 초음파 트랜스듀서(14Cb)와 다른쪽 측벽(46Cb)의 초음파 트랜스듀서(14Cc)를 동일한 진동 주파수로 하지 않고, 각각 다른 진동 주파수로 세정 및 멸균작업을 행할 수도 있다. 그 경우, 초음파 트랜스듀서(14Cb, 14Cc) 중 어느 한쪽의 진동 주파수를 바닥부(45C)의 초음파 트랜스듀서(14Ca)의 진동 주파수와 동일하게 하여도 좋다.

[제 4 실시형태]

도 12는 본 발명에 관한 제 4 실시형태의 초음파 세정장치(1D)의 세정조(16D)의 단면도, 도 13은 전극판(53)의 정면도이다.

제 4 실시형태에서는 전해 살균을 행하기 위하여 전극판(53) 및 전원장치(56) 등으로 이루어지는 전해 살균장치(50)가 설치되어 있다. 그 밖의 구성에 대해서는 제 1 실시형태와 동일하다.

즉, 도 12에 나타내는 바와 같이 제 4 실시형태에서는 세정조(16D) 상부의 개방부에, 합성수지 등의 전기절연재료로 이루어지는 덮개(51)가 얹어 놓여져 있 다. 덮개(51)에는 그 안쪽 면에 2개의 지지판(52a, 52b)이 설치되어 있고, 지지판(52a, 52b)에 의하여 전극판(53)이 지지되어 있다.

지지판(52a, 52b) 및 전극판(53)은, 은 또는 구리은합금(예를 들면 구리 80%, 은 20%) 등으로 이루어지고, 지지판(52a, 52b)의 끝부에 전극판(53)의 양 가장자리부가 나사로 고정됨으로써 전기적으로 접속되어 있다.

도 13에 나타내는 바와 같이 전극판(53)은, 다수의 원형의 구멍이 뚫린 망형상판이고, 체적에 비해서는 표면적을 크게 하여 확산성의 향상이 도모되어 있다. 전극판(53)은, 세정조(16D) 내의 세정액에 충분히 잠길 정도의 위치에 설치되어 있다.

전극판(53)과 세정조(16D)와의 사이에는, 전원장치(56)로부터의 직류전압 (V1)이, 전선(54, 55)을 거쳐 인가된다. 전원장치(56)는, 10분의 수 볼트∼십수 볼트 정도의 직류전압을 출력 가능하고, 또 수 mA∼수 A 정도의 직류전류를 부하에 흘리는 것이 가능하다. 전원장치(56)에 의하여 전극판(53)이 양극이 되고, 세정조(16D)가 음극이 되도록 전압이 가해지고, 그것들 사이에 수 mA 내지 수십 mA정도, 예를 들면 60 mA 정도의 전류를 흘리도록 되어 있다. 또한 세정조 자체의 청소 등을 위하여 전극의 음양을 반전할 수도 있다.

이와 같이 제 4 실시형태에서는, 전극판(53)과 세정조(16D)와의 사이에서 직류전류를 흘려 세정액(수돗물) 중에 은(Ag)이온 또는 구리(Cu)이온을 용출시킨다. 구리이온의 경우에는 음극에서 수소가 발생하면 알카리성이 되고, 그 때문에 물에 불용의 수산화물의 침전이 생성된다. 은 전극의 경우는, 은이 음극의 세정조면에 석출되기 때문에, 수산화물 침전과 같은 반응은 주반응이라고는 생각되지 않는다. 어쨌든 은 이온 또는 구리 이온에 의한 전해 살균을 행할 수 있다. 오존살균과 전해 살균을 병용함으로써 대부분의 세균이나 바이러스를 멸균할 수 있어, 거의 완전한 소독을 행하는 것이 가능하다. 즉, 제 4 실시형태에서는 상기한 오존에 의한 세정, 살균효과에 더하여, 또한 은전해 산화에 의한 살균작용, 또는 구리전해에 의한 살균작용을 행한다.

따라서 내시경, 수술기구 등의 의료용 기구 등을 사용한 후, 초음파 세정장치(1D)를 사용하여 세정함으로써 거의 완전한 세정, 소독, 살균을 행할 수 있어, 다른 사람이 단시간에 반복하여 안심하고 사용하는 것이 가능하게 된다.

또한 수돗물에는 10 ppm 정도의 Cl^-이온이 함유되어 있고, 전류가 흐른다. 순수(증류수)에서는 거의 전류가 흐르지 않는다. 은 이온의 경우에 전해됨에 따라 백탁되나, 이것은 염화은의 부유입자가 생기기 때문이다. 원자흡광법에 의하여 정량 분석한 결과, 수돗물에 녹아 있는 은 이온은, 0.46 ㎛의 필터로 침전을 제거한 후에는 0.18 ppm 정도이다. 이 농도로 충분히 살균할 수 있다.

전극판(53)을 덮개(51)에 설치하는 것은 아니고, 절연재료로 이루어지는 적당한 지지부재에 의하여 세정액에 잠기도록 지지하여도 좋다. 또 스테인리스제의 세정조(16D)를 음극으로 하였으나, 음극을 위한 금속재료로 이루어지는 전극판을 따로 설치하여도 좋다.

또한 도 12 및 그 설명에서는 제 1 실시형태의 초음파 세정장치(1)에 전해 살균장치(50)를 추가한 예를 나타내었으나, 제 2 또는 제 3 실시형태의 초음파 세정장치(1B, 1C) 또는 그 밖의 형태의 장치에 전해 살균장치(50)를 추가하여 초음파 세정장치(1D)를 구성하여도 좋다.

다음에 초음파 세정장치(1D)의 실험예 및 그것에 의한 살균효과에 대하여 설명한다.

[실험예]

세정조(16)로서, 내용적이 폭 500 × 안 길이 300 × 깊이 140 mm의 것을 사용하고, 그곳에 물 15 리터를 넣었다. 초음파 트랜스듀서(14)는 세정조의 바닥면에 25 kHz의 것을 4 × 2개, 양 측면에 50 kHz의 것을 3개씩, 모두 14개 설치하였다. 즉, 방사상으로 분산독립의 진동을 발생시키고, 수평수직의 간섭을 포함하여 위상각을 고려한 3면으로부터의 진동에 따르는 진행파 충격 간섭 전단작용에 의한 초음파 세정을 행한다.

초음파 트랜스듀서(14)의 연통로(42)를 통하여 오존을 함유하는 공기를 보내주고, 방출구(40)로부터 초음파 여기 마이크로 버블로서 조 내에 토출한다.

비병원성 미생물로서, 대장균은 JM109주를, 출아효모는 S288C주 유래 FY24주를 들고, 멸균조작으로서 오존만, 오존과 초음파, 구리전해, 은전해의 4개의 방법을 검토하였다. 배양액을 넣은 시험관(10, 12, 15 ml), 또는 비커(50 ml)에, 대장균용 배지인 LB 플레이트 중에 4℃에서 보존하고 있던 상기한 콜로니 1주를 전일에 이식하고, 37℃에서 12∼14시간 배양하여 컨플루언트(confluent)하게 하였다(가장 밀착될 때까지 증식시켰다). 이 배양액을, 15 리터의 수돗물로 채운 세정조에 적 당량 넣고, 1 ml당 대략 1000, 10000, 1000000〔cells〕이 되도록 조제하였다. 오존만의 버블링, 오존과 초음파의 병용에 의한 멸균조작, 또는 공기를 버블링하면서 구리전극 또는 은전극을 양극으로 하여 일정한 직류전류를 흘리고, 구리 이온 또는 은 이온을 용출시켜 멸균조작을 행하였다.

조작개시 직후부터 2분걸러, 또는 10분 걸러서 시료수 1 ml를 채취하고, 그 중의 0.1 ml를 LB 플레이트 위에 균등하게 칠하여, 37℃에서 12∼14시간 배양하였다. 콜로니수를 계측하여, 대장균의 생잔곡선을 작성하였다. 생잔곡선을 나타낸 그래프 중의 실선은, 이동 평균법으로 구한 근사곡선이다.

결과는 다음과 같다.

먼저, 진행파상 초음파에 의한 세정효과는 다음과 같다.

제일 먼저 이 장치를 사용하여 초음파(간헐모드)를 15분간 작용시켰을 때의 세정효과를 조사하였다. 오존은 강력한 산화력을 가지고, 살균, 탈색, 탈취, 유기물제거 등의 효과를 가진다. 또한 방치하면 산소로 되돌아가기 때문에 잔류성이 없다. 간단한 오염은 세제를 전혀 사용하지 않고도 없앨 수 있었다. 타올에 묻은 소스나 간장, 카페오레, 홍차, 마요네즈의 얼룩도, 1시간후의 것은 간단하게 없어졌으나, 하루 후의 것은 오존수만으로는 나머지 오염이 없어지지 않았기 때문에 부엌용 세제를 소량 추가하여 오염을 없앴다. 그러나 홍차와 소스의 얼룩은 완벽하게는 없어지지 않았다.

쥐의 피를 묻혀 1일 건조한 혈흔에 관해서는, 기계적 임피던스가 높은 스테인리스(약숟가락)나 플라스틱(폴리프로플렌 PP의 뚜껑이 부착된 병)에서는 완전하 게 세정할 수 있었다. 부드러운 거즈나 고무장갑도 거의 깨끗하게 세정할 수 있었다. 따라서 사용 직후의 피가 묻은 내시경이나 관련부재는 세제를 전혀 사용하지 않아도 깨끗하게 세정할 수 있는 것을 알 수 있었다.

대장균의 생잔곡선에 대해서는 다음과 같다.

대장균 JMl09주에 대하여, 오존살균, 초음파살균, 초음파 오존살균, 구리전해 살균 및 은전해 살균에 대하여 검토하였다. 대장균의 살균효과의 실험을 행하고, 각각에 대하여 생잔곡선을 만들었다.

대장균은, 오존 또는 오존 초음파에서는 20분 이내에 완전하게 사멸하였다. 초음파만으로서는 대부분 죽지 않았다. 바이러스나 황색포도형상구균도 멸균할 수 있도록 대장균을 예로 들어 전해 살균을 시도하였다. 망형상 구리전극을 사용하여, 대장균이 완전히 사멸할 때 까지 120분을 필요로 하였다. 구리전극의 경우, 직류전류를 3 mA → 20 mA → 40 mA → 60 mA → 1.7 A로 증대시켜도 대장균의 멸균에 요하는 시간은 60분 이내로는 단축할 수 없었다. 이것은 반대극에서 수소(H₂)가 발생하고, 남은 OH^-이온이 Cu²⁺와 반응하여, Cu(OH)₂의 침전을 일으키기 때문이라고 생각된다. 전해조 중에 용해되어 있는 Cu²⁺ 이온의 농도가 너무 희박한 탓이라고 생각된다. 다량의 Cu(OH)₂의 청색 침전이 전해조의 바닥부에 축적되어 있었다. 수용성의 황산구리(CuSO₄)를 녹였을 때는, 50 mg 약(弱)으로 즉시 사멸하였다. 망형상 은전극을 사용한 경우에는, 7.4 볼트, 60 mA의 직류로 20분 이내에 멸균할 수 있는 것을 알 수 있었다. 은전극의 경우는, 음극의 세정조에 은이 석출되어 거무스름해지는 것이 확인되었다. 질산은을 녹였을 때는 1.5 mg 약으로 즉시 사멸하였다. 초음파 오존살균과 은전해 살균을 동시에 작용시킨 실험에서는, 대장균을 10분 이내로 멸균할 수 있었다. 또한 오존산화살균의 경우는, 당분간은 대부분 전부 살아 있고, 그후 급속하게 사멸하나, 은전해 산화살균의 경우는, 처음부터 리니어하게 사멸하여 가는 것이 주목된다. 전자는 주로 생식기능에, 후자는 생명활동 그 자체에 치명적인 손상을 주는 것은 아닌 가라고 생각된다.

출아효모의 생잔곡선에 대해서는 다음과 같다.

핵막과 세포벽을 가지는 진핵생물인 출아효모 FY24주를 이용하여, 멸균실험을 행하고, 생잔곡선을 만들었다. 오존 초음파의 살균실험에서는 효모의 경우 세포수 밀도에 의존하는 것이 확인되었다. 즉, 1000 cells/ml(이하, cells/ml를「세포수」라 약칭한다)에서는 즉시 사멸하고, 20000 세포수에서는 50분으로, 40000 세포수로서는 80분으로 사멸하였으나, 60000 세포수에서는 90분후에도 30% 정도밖에 죽지 않았다. 은전극을 사용하였을 때는 어느 쪽의 세포수에서도 60 mA의 경우는 30초 이내에서, 10 mA의 경우는 2분 이내에서 사멸하였다. 또한 은이 세정조에 약간이라도 부착되어 있는 상태에서는, 은이 공기로 일부 산화되어 있기 때문인지, 출아효모는 투입과 동시에 사멸하였다. 초음파 오존살균과 60 mA 은전해 살균을 병용한 실험에서는, 즉시(30초 이내에)멸균할 수 있었다.

이들의 것으로부터 실험에 사용한 장치는, 초음파 오존세정 외에, 오존산화와 은전해 산화에 의한 강력한 멸균작용을 가진다. 본 실험에서 세균의 모델로서 대장균을, 진균의 모델로서 출아효모를 사용하여, 본 장치의 멸균작용을 평가하였다. 그 결과, 대장균, 출아효모의 어느 것이나 단시간으로 멸균할 수 있는 것이 실증되었다. 혈액 등의 체액에 함유되는 병원체에는, 바이러스나 원핵생물부터 진핵생물에 걸치는 여러가지 미생물이 있다. 각종 병원체가 부착되어 있을 염려가 있는 사용후의 내시경에 대해서도 세정, 소독, 멸균을 간단하게 행하는 것도 검토 가능하다.

[제 5 실시형태]

도 14는 본 발명에 관한 제 5 실시형태의 초음파 세정장치(1E)의 세정조(16E)의 단면도이다.

상기한 여러가지 실시형태에서는, 세정조(16)에 초음파 트랜스듀서(14)를 설치하였다. 그러나 제 5 실시형태에서는 초음파 트랜스듀서(14)를 설치한 초음파 유닛(60E)을 세정조(16)와는 별개로 설치하고, 초음파 유닛(60E)을 세정조(16)의 위쪽으로부터 매달아 세정액에 잠그는, 또는 세정액의 액면에 띄우는 구성으로 한다.

즉, 도 14에 나타내는 바와 같이 초음파 세정장치(1E)는, 세정액 및 피세정물을 넣기 위한 용기로서의 세정조(16E), 및 초음파 유닛(60E)으로 구성된다.

초음파 유닛(60E)은, 밀폐된 구조의 하우징(61E)에, 하나 또는 복수의 초음파 트랜스듀서(14E)가 바깥 둘레면을 향하여 설치되어 있다. 하우징(61E)의 내부에는 구동부(15E)가 설치되고, 구동부(15E)에 전원을 공급하기 위한 전선(62)이 외부로 인출되어 있다.

하우징(61E)은, 금속판 및 합성수지판 등을 사용하여, 또는 합성수지를 사용한 성형에 의하여 박스형상으로 구성되어 있다. 하우징(61E)의 벽면에 설치한 구멍에, 상기한 초음파 트랜스듀서(14)를 설치한다. 즉, 하우징(61E)의 안쪽에 배치된 진동자(26)와, 하우징(61E)의 바깥 둘레면에 배치된 진동부(27)가 볼트조임에 의하여 연결되어 구성된다. 하우징(61E)의 밀폐를 위하여 적당한 시일링재나 패킹이 사용된다.

초음파 유닛(60E)은, 밀폐구조이기 때문에, 세정액의 수면(SS)에 뜬다. 즉, 플로팅상태가 된다. 또 초음파 유닛(60E)에 초음파 트랜스듀서(14E)를 밀집시킴으로써, 초음파 유닛(60E)의 소형화를 도모할 수 있어, 수면(SS)을 자유롭게 이동시키고, 또 수중에 가라앉게 하는 등, 수평방향 및 상하 부침(浮沈)방향으로 자유롭게 이동시켜 세정할 수 있다. 따라서, 세정조(16E)의 형상, 치수, 크기, 깊이 등은 자유롭게 선정하는 것이 가능하다.

또, 하우징(61E)을 금속재료에 의하여 구성하여 밀폐구조로 함으로써, 내부에 설치한 구동부(15E)가 전자적으로 시일드되고, 불필요 복사 노이즈가 없어진다. 그러나 구동부(15E)를 하우징(61E)의 내부가 아니라 외부에 설치하도록 하는 것도 가능하다.

또한 세정순서의 예를 설명하면 다음과 같다. 먼저, 세정조(16E)에 세정액 및 피세정물을 넣는다. 이때, 세정조(16E)의 내부에 삽입하는 것이 가능한 망형상의 바구니를 사용하여, 피세정물을 망형상의 바구니에 넣은 상태에서 세정조(16E)에의 출입을 행하도록 하여도 좋다. 그리고 초음파 유닛(60E)을 수면(SS)에 띄우 고, 초음파 트랜스듀서(14E)를 구동한 상태에서 초음파 유닛(60E)을 전후 및 좌우로 이동시킨다. 또 초음파 유닛(60E)을 수중에 가라앉힌다. 세정이 끝나면, 초음파 유닛(60E)을 꺼내고, 그후에 피세정물을 꺼낸다.

또한 하우징(61E)은, 반드시 밀폐구조가 아니어도 좋다. 즉, 세정액이 내부에 들어 가지 않는 높이 위치에 배치하도록 하면, 그 상부에 간극이 있거나, 상부가 개방되어 있어도 좋다.

다음에, 제 5 실시형태에서 그 구조의 변형예에 대하여 설명한다.

도 15는 변형예 1의 초음파 세정장치(1F)의 단면도, 도 16은 변형예 2의 초음파 세정장치(1G)의 단면도, 도 17은 변형예 3의 초음파 세정장치(1H)의 덮개를 개방한 상태의 사시도, 도 18은 변형예 3의 초음파 세정장치(1H)의 덮개를 폐쇄한 상태의 사시도이다.

도 15에 나타내는 초음파 세정장치(1F)에서는, 초음파 유닛(60F)은, 모든 초음파 트랜스듀서(14F)가 하우징(61F)의 바닥면에 아래쪽을 향한 상태에서 설치되어 있다. 따라서 세정조(16F)의 바닥면 근처에 존재하는 피세정물을 모조리 효율적으로 세정할 수 있다.

도 16에 나타내는 초음파 세정장치(1G)에서는, 바닥면에 설치된 지주에 의하여 수평방향으로 지지된 현가빔(65)이 설치되어 있다. 초음파 유닛(60G)은, 현가빔(65)으로부터 아암(66)에 의하여 매달리고, 또한 현가빔(65)을 따라 수평방향으로 이동 구동되도록 되어 있다. 즉, 현가빔(65) 및 아암(66) 등에 의하여 유닛 이동장치가 구성되어 있다.

따라서, 초음파 유닛(60G)을 수평방향으로 구동하여 이동시켜, 세정조(16G) 내부의 피세정물을 모조리 효율적으로 세정할 수 있다.

또한 초음파 유닛(60G)을 수평방향의 X 방향 및 Y 방향 중 어느 것에도 구동 가능하게 하여 두면 또한 좋다. 상하방향인 Z 방향으로도 구동 가능하게 하여 두어도 좋다. 또 현가빔(65)의 높이를 높게 하고, 또한 초음파 유닛(60G)을 상하방향으로도 구동 가능하게 하여 둠으로써, 초음파 유닛(60G)을 상승시킨 상태에서 세정조(16G)를 수평방향으로 이동시켜 교체할 수 있다. 이와 같이 하면, 다수의 세정조(16G)를 예를 들면 컨베이어 등으로 수평방향으로 이동시켜, 초음파 유닛(60G)의 위치에서 연속적으로 세정을 행하도록 할 수 있다. 또 복수의 초음파 유닛(60G)을 배치하여 둠으로써 하나의 세정조(16G)에 대하여, 예를 들면 의류의 예비세정, 본세정, 헹굼 등을 차례로 행할 수 있다.

도 17 및 도 18에 나타내는 초음파 세정장치(1H)에서는, 세정조(16H)가 전체의 하우징을 겸하고 있고, 그 상부에 덮개(67)가 개폐 가능하게 설치되어 있다. 덮개(67)의 이면에는 상기한 바와 동일한 초음파 유닛(60H)이 설치되어 있다. 덮개(67)의 표면에는 제어패널(68) 및 2개의 손잡이(69, 69)가 설치되어 있다. 또 세정조(16H)의 측면의 상부에 주수전(注水栓) 입구(70)가 설치되고, 하부에 배수전(排水栓) 입구(71)가 설치되어 있다.

이 초음파 세정장치(1H)에 의하면, 덮개(67)를 개방하여 세정조(16H) 내에 피세정물을 넣고, 주수전 입구(70)로부터 세정액을 넣어 덮개(67)를 닫고, 제어 패널(68)을 조작하여 전원을 온으로 함으로써 용이하게 피세정물의 세정을 행할 수 있다. 또 초음파 세정장치(1H)의 설치가 용이하고, 이동도 용이하다.

또한 이들 제 5 실시형태 및 그 변형예의 초음파 세정장치(1E∼1H)에서도 상기한 제 1∼제 5 실시형태의 초음파 세정장치(1∼1D)의 여러가지 특징과의 조합이 가능하다.

상기한 바와 같이 본 실시형태에 의하면, 의료용 기구 등의 세정 및 멸균의 동시 처리가 가능하고, 소독용 손 씻기 등에도 사용할 수 있으며, 또한 폐수에 대하여 특별한 처리를 필요로 하지 않는 초음파 세정방법 및 장치를 제공할 수 있다.

상기한 여러가지 실시형태에서, 컴프레서(11)로서 여러가지 형식의 펌프를 사용할 수 있다. 회전식 컴프레서를 사용하는 경우에는 버퍼조(13)를 생략하여도 좋다.

초음파 트랜스듀서의 진동부의 머리부의 형상은, 원추형상 외에, 각뿔형상, 또는 구면의 일부와 같은 곡면형상 등이어도 좋다. 머리부를 이와 같은 축심에 대하여 경사지는 면을 가지는 형상으로 함으로써 진동부로부터 수중으로 방사되는 초음파 진동은, 초음파 트랜스듀서의 축심방향 이외의 방향으로도 방사되고, 인접하는 진동부로부터 방사된 초음파 진동끼리가 서로 간섭하게 된다. 따라서 도 7에 나타내는 바와 같은 바닥부(45)에만 초음파 트랜스듀서(14)를 설치한 경우에도 초음파 진동의 간섭이 생겨, 간섭에 의한 효과를 얻을 수 있다. 또한 인접하는 초음파 트랜스듀서(14)의 초음파 진동의 주파수를 다른 것으로 하면, 더욱 효과적인 초음파 진동의 간섭이 생기고, 하이드록시라디칼의 생성을 재촉하여 세정 및 멸균효과를 높일 수 있다.

오존을 함유하는 공기를, 초음파 트랜스듀서의 방출구로부터 수중으로 토출하는 것은 아니고, 초음파 트랜스듀서와는 별도로 설치한 공기공급수단의 토출구로부터 수중으로 토출할 수도 있다. 이 경우, 토출구를 진동부의 바로 위 또는 근방에 배치하면 기포의 미세화에 효과적이다.

또, 도 7∼도 11에서 각 초음파 트랜스듀서의 배치를 변경할 수 있다. 예를 들면 도 7에서, 4열 × 2의 직사각형 배열이 아니라 4개 1열과 3개 1열이 서로 엇갈리는 4 + 3의 삼각 배열된 것으로 하여도 좋다. 또 도 8에서의 바닥부(45B) 및 측벽(46B)에 설치된 1세트의 초음파 트랜스듀서(14Ba, 14Bb)의 배치, 및 도 10에서의 바닥부(45C)와 측벽(46Ca, 46Cb)에 설치된 1세트의 초음파 트랜스듀서(14Ca∼14Cc)의 배치는, 반드시 상기한 바와 같이 행할 필요는 없다. 예를 들면 각각의 초음파 트랜스듀서(14Ca∼14Cc)를, 평면으로 보았을 때에 지그재그로 배치하여도 좋다. 바닥부나 동일한 측벽에 설치된 복수의 초음파 트랜스듀서는, 그 진동 주파수를 서로 다른 것으로 하여도 좋다.

본 실시형태의 초음파 세정장치는, 소독과 살균을 부대한 세정방법으로서 유효하고, 아울러 세정장치 자신이 항상 소독살균의 자기처리가 끝나고, 세정에서 종래와 같이 다시 전세정이나 소독살균을 행할 필요가 없다. 따라서 물의 과잉소비를 극력 적게 할 수 있고, 여러가지 세정에서 많은 이점이 있다.

상기한 실시형태에서 세정조를 수지로 제작하고, 또 필름형상의 용기로 할 수도 있다. 세정조를 접이식으로 하여 필요할 때에 초음파 트랜스듀서 및 오존을 함유하는 공기를 토출하는 노즐을 투입하여 휴대용 초음파 세정장치로 할 수도 있 다.

그외, 컴프레서, 오존 생성장치, 버퍼조, 초음파 트랜스듀서, 구동부, 세정조, 가대, 전해 살균장치, 전극판, 전원장치, 초음파 유닛 및 그 지지장치, 또는 초음파 세정장치의 전체 또는 각 부에 대하여, 그 구조, 형상, 치수, 개수, 재질, 배치, 위치 등은 본 발명의 취지에 따라 적절하게 변경할 수 있다.

본 발명은 안경, 보석 등의 일용품이나 귀중품 등은 물론이고, 생체겸자 등의 수술이나 치료 등에 사용되는 의료용 기구, 의류, 거즈 등의 천, 피혁 등의 유연한 것 등, 여러가지 피세정물에 대하여, 세정, 소독, 살균을 행하기 위하여 이용할 수 있다.

또한 획기적인 응용으로서, 야채, 과일은 물론이고, 최근의 절단야채, 학교급식 용기 등의 세정에도 이용 가능하다.

Claims

초음파를 사용하여 피세정물을 세정하는 초음파 세정방법에 있어서,

세정조에 세정액과 상기 피세정물을 수용하고,

초음파 진동자와 상기 세정조 내에 배치된 진동부가 연결되어 구성되고 또한 상기 진동부에서 상기 세정조 내에 개구하는 연통로가 내부에 설치된 초음파 진동부재를 설치하고,

상기 초음파 진동부재를 구동하여 상기 세정액 및 상기 피세정물에 초음파 진동을 줌과 동시에, 상기 연통로로부터 오존을 함유하는 공기를 공급하여 상기 세정조 내에 개구하는 상기 연통로의 개구부로부터 세정액 중에 토출시키고, 이것에 의하여 오존을 함유하는 공기의 기포를 초음파 진동에 의하여 미세화하는 것을 특징으로 하는 초음파 세정방법.
초음파를 사용하여 피세정물을 세정하는 초음파 세정방법에 있어서,

세정조에 세정액과 상기 피세정물을 수용하고,

초음파 진동자와 상기 세정조 내에 배치된 진동부가 연결되어 구성되고 또한 상기 진동부에서 상기 세정조 내에 개구하는 연통로가 내부에 설치된 초음파 진동부재를 설치하고, 또한 상기 진동부에 의한 초음파의 방사방향이 서로 다르도록 2 이상의 진동부를 설치하고,

상기 초음파 진동부재를 구동하여 상기 세정액 및 상기 피세정물에 초음파 진동을 줌과 동시에, 상기 연통로부터 오존을 함유하는 공기를 공급하여 상기 세정조 내에 개구하는 상기 연통로의 개구부로부터 세정액 중에 토출시키고, 이것에 의하여 오존을 함유하는 공기의 기포를 초음파 진동에 의하여 미세화하는 것을 특징으로 하는 초음파 세정방법.
삭제
세정액과 피세정물을 수용하기 위한 세정조와,

초음파 진동자와 상기 세정조 내에 배치된 진동부가 연결되어 구성되고, 상기 진동부에서 상기 세정조 내에 개구하는 연통로가 내부에 설치된 초음파 진동부재와,

공기로부터 오존을 생성하기 위한 오존 생성장치와,

상기 오존 생성장치에 의하여 생성한 오존을 함유하는 공기를 상기 연통로에 공급하기 위한 오존 공급수단을 가지고,

상기 초음파 진동부재를 구동하여 상기 세정액 및 상기 세정조 내의 피세정물에 초음파 진동을 줌과 동시에, 상기 연통로로부터 오존을 함유하는 공기를 공급하여 상기 세정조 내에 개구하는 상기 연통로의 개구부로부터 세정액 중에 토출시키고, 이것에 의하여 오존을 함유하는 공기의 기포를 초음파 진동에 의하여 미세화하도록 구성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 초음파 세정장치.
제 4항에 있어서,

상기 초음파 진동부재를 복수개 가지고,

상기 초음파 진동부재의 일부 또는 전부의 진동부가 원추형상, 각뿔형상, 또는 곡면형상의 끝부를 가지고,

상기 초음파 진동부재의 일부 또는 전부의 진동부가, O링 또는 고무제의 가스킷 또는 유기섬유계 가스킷 또는 무기섬유계의 가스킷을 거쳐 직접적 또는 간접적으로 상기 세정조에 설치되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 초음파 세정장치.
제 5항에 있어서,

상기 복수개의 초음파 진동부재는, 초음파 진동자의 진동방향이 다른 2방향 이상이 되도록, 상기 세정조에 설치되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 초음파 세정장치.
제 5항 또는 제 6항에 있어서,

상기 복수개의 초음파 진동부재는, 출력이 50 W 이하로서 각각 독립하여 초음파 진동하도록 개별로 전기적으로 구동되는 것을 특징으로 하는 초음파 세정장치.
제 4항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 세정조, 상기 오존 생성장치, 상기 오존 공급수단, 상기 초음파 진동부재를 구동하기 위한 구동회로 등이 가대에 일체화되고,

상기 오존 공급수단은 오존을 함유하는 공기를 수용하기 위한 버퍼조를 가지고,

상기 버퍼조는, 상기 세정조의 세정액의 액면보다 높은 위치에 설치되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 초음파 세정장치.
삭제
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 세정액 중에 은전극을 설치하여 은 이온을 용출시키고, 상기 피세정물에 대하여 상기 오존에 의한 살균에 더하여 은 이온에 의한 전해 살균을 작용시키는 것을 특징으로 하는 초음파 세정방법.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 세정액 중에 구리전극을 설치하여 구리 이온을 용출시키고, 상기 피세정물에 대하여 상기 오존에 의한 살균에 더하여 구리 이온에 의한 전해 살균을 작용시키는 것을 특징으로 하는 초음파 세정방법.
제 4항에 있어서,

상기 세정액 중에 잠기도록 배치되는 2개의 전극판과,

2개의 상기 전극판의 사이에 전압을 인가하기 위한 전원장치를 가지고,

상기 피세정물에 대하여 전해 살균을 작용시키도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 초음파 세정장치.
제 12항에 있어서,

상기 전극판의 한쪽은 은 전극판이고, 상기 전해 살균은 상기 은 전극판에 의한 은전해 살균인 것을 특징으로 하는 초음파 세정장치.
제 4항에 있어서,

상기 세정조는 금속재료로 이루어지고,

상기 세정조의 상부에서 상기 세정조와는 전기적으로 비접촉의 상태에서 상기 세정액 중에 잠기도록 배치된 은을 함유하는 전극판이 설치되고,

상기 전극판과 상기 세정조와의 사이에 전압을 인가하기 위한 전원장치가 설치되고,

상기 피세정물에 대하여 은전해 살균을 작용시키도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 초음파 세정장치.
세정조와,

하우징 및 상기 하우징의 안쪽에 배치된 초음파 진동자와 상기 하우징의 바깥 둘레면에 배치된 진동부가 연결되어 이루어지고 또한 상기 진동부의 표면에 개구하는 연통로가 내부에 설치된 초음파 진동부재를 포함하여 구성되고, 상기 세정조 내에 수용된 세정액 중에 잠기는 초음파 유닛과,

공기로부터 오존을 생성하기 위한 오존 생성장치와,

상기 오존 생성장치에 의하여 생성한 오존을 함유하는 공기를 이송하고, 상기 연통로를 거쳐 상기 진동부의 표면에 개구하는 상기 연통로의 개구부로부터 세정액 중에 토출시키기 위한 오존 공급수단을 가지는 것을 특징으로 하는 초음파 세정장치.
삭제
제 15항에 있어서,

상기 하우징은, 상기 세정액의 액면에 뜨게 하여 배치되도록 밀폐구조로 되어 있는 것을 특징으로 하는 초음파 세정장치.
제 15 또는 제 17항에 있어서,

상기 세정조의 위쪽에서 상기 초음파 유닛을 이동시키기 위한 유닛 이동장치가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 초음파 세정장치.