WO2021033696A1 - 超音波洗浄器 - Google Patents

超音波洗浄器 Download PDF

Info

Publication number
WO2021033696A1
WO2021033696A1 PCT/JP2020/031186 JP2020031186W WO2021033696A1 WO 2021033696 A1 WO2021033696 A1 WO 2021033696A1 JP 2020031186 W JP2020031186 W JP 2020031186W WO 2021033696 A1 WO2021033696 A1 WO 2021033696A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
time
vibration
drive pulse
pulse waveform
drive
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/031186
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
亮輔 大谷
実 宮島
Original Assignee
シャープ株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by シャープ株式会社 filed Critical シャープ株式会社
Priority to JP2021540954A priority Critical patent/JPWO2021033696A1/ja
Priority to CN202080048006.XA priority patent/CN114207205B/zh
Publication of WO2021033696A1 publication Critical patent/WO2021033696A1/ja

Links

Images

Classifications

    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06F—LAUNDERING, DRYING, IRONING, PRESSING OR FOLDING TEXTILE ARTICLES
    • D06F7/00—Washing devices adapted to be used independently of any particular receptacle, e.g. for removable mounting on wash-tubs, bath-tubs, or the like
    • D06F7/04—Washing devices adapted to be used independently of any particular receptacle, e.g. for removable mounting on wash-tubs, bath-tubs, or the like of the vibrator type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B3/00—Cleaning by methods involving the use or presence of liquid or steam
    • B08B3/04—Cleaning involving contact with liquid
    • B08B3/10—Cleaning involving contact with liquid with additional treatment of the liquid or of the object being cleaned, e.g. by heat, by electricity or by vibration
    • B08B3/12—Cleaning involving contact with liquid with additional treatment of the liquid or of the object being cleaned, e.g. by heat, by electricity or by vibration by sonic or ultrasonic vibrations
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06F—LAUNDERING, DRYING, IRONING, PRESSING OR FOLDING TEXTILE ARTICLES
    • D06F34/00—Details of control systems for washing machines, washer-dryers or laundry dryers
    • D06F34/08—Control circuits or arrangements thereof
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06F—LAUNDERING, DRYING, IRONING, PRESSING OR FOLDING TEXTILE ARTICLES
    • D06F34/00—Details of control systems for washing machines, washer-dryers or laundry dryers
    • D06F34/10—Power supply arrangements, e.g. stand-by circuits

Definitions

  • the present invention relates to a handy type ultrasonic cleaner.
  • the present application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2019-152268 filed in Japan on August 22, 2019, the contents of which are incorporated herein by reference.
  • Such an ultrasonic cleaner has a configuration in which a vibrating component (for example, an ultrasonic horn) is attached to an ultrasonic vibrating element using a piezoelectric material or the like, and drives the ultrasonic vibrating element to superimpose the vibrating component. It gives vibration of ultrasonic frequency (for example, Patent Document 1).
  • a vibrating component for example, an ultrasonic horn
  • One aspect of the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an ultrasonic cleaner capable of achieving both driving with low power consumption and suppression of deterioration of cleaning power.
  • the ultrasonic cleaner is capable of contacting a vibration generating portion that generates ultrasonic vibration by applying a driving pulse waveform and an object to be cleaned, and the vibration. It includes a vibration transmission unit that transmits the vibration generated in the generation unit to the object to be cleaned, and a drive pulse generation unit that generates the drive pulse waveform of a predetermined period applied to the vibration generation unit.
  • the pulse waveform is characterized in that the ON time in which the drive pulse is applied to the vibration generating portion and the OFF time in which the drive pulse is not applied are alternately generated.
  • the maximum detergency can be exhibited by applying a drive pulse equivalent to that of full power drive during the ON time, and the ON time is maintained by inertially maintaining the vibration of the vibration transmission unit during the OFF time.
  • the cleaning power is almost the same as the inside. Therefore, by providing the OFF time in the drive pulse waveform, it is possible to reduce the power consumption according to the OFF time and suppress the decrease in the cleaning power.
  • the length of the OFF time can be an integral multiple of the predetermined period of the drive pulse in the ON time.
  • the switching from the ON time to the OFF time and the switching from the OFF time to the ON time shall be performed at the timing when the voltage polarities of the driving pulse waveforms are switched. Can be done.
  • the ON time can be switched to the OFF time and the OFF time can be switched to the ON time. It is possible to prevent the amplitude of the vibration transmitting unit from becoming small.
  • the ultrasonic cleaner has a configuration in which the polarity of the drive pulse immediately before switching from the ON time to the OFF time and the polarity of the drive pulse immediately after switching from the OFF time to the ON time are opposite to each other. Can be.
  • the ultrasonic cleaner includes a load detection unit that detects the presence or absence of a load in the vibration transmission unit, and the drive pulse generation unit sets the OFF time in the drive pulse waveform when there is no load.
  • the OFF time in the driving pulse waveform when there is a load can be made longer than the OFF time.
  • the power consumption can be further reduced by lengthening the OFF time.
  • an OFF time is provided in the drive pulse waveform, and the vibration of the vibration transmission unit is inertially maintained during the OFF time, thereby driving at low power consumption and reducing the cleaning power. It has the effect of being able to achieve both suppression and suppression.
  • FIG. 1A is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 1A. It is a block diagram which shows the circuit structure of an ultrasonic cleaner. It is a waveform diagram which shows the driving pulse waveform of the ultrasonic cleaner which is turned on. It is a graph which shows the detergency-power consumption characteristic of an ultrasonic cleaner.
  • (A) is a waveform diagram showing a driving pulse waveform in which phase control is performed according to the second embodiment
  • (b) is a waveform diagram showing a driving pulse waveform in which phase control is not performed.
  • (A) is a waveform diagram showing a driving pulse waveform for one cycle
  • (b) is a diagram schematically showing the position of a vibrating ultrasonic horn. It is a figure which shows the vibration generation part and the vibration of a horn part in an ultrasonic horn schematically, (a) is the vibration during the ON time, (b) is the vibration during the OFF time, (c) is the vibration from the OFF time to the ON time. It shows the vibration immediately after switching to.
  • It is a waveform diagram which shows the drive pulse waveform of the conventional ultrasonic cleaner, (a) shows the drive pulse waveform at the time of driving with full power, (b) shows the drive pulse waveform at the time of power saving drive. There is.
  • FIGS. 1 and 2 are views showing the appearance of the washer 10, where FIG. 1A is a front view, FIG. 1B is a side view, FIG. 1C is a top view, and FIG. 1D is a bottom view.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 1 (a).
  • the longitudinal direction of the washer 10 is the vertical direction, and the side provided with the tip portion 12 is upward.
  • the appearance of the washer 10 is composed of a grip portion 11 and a tip portion 12.
  • the grip portion 11 is a portion gripped by the user, and has a substantially rectangular cross section orthogonal to the longitudinal direction.
  • the grip portion 11 is made of a metal such as aluminum.
  • the tip portion 12 has a shape that tapers from the connection side with the grip portion 11 toward the tip, and an elongated rectangular opening 121 is provided at the tip (upper end) thereof (FIG. 1 (c)). reference).
  • a flat plate-shaped horn portion 22 is arranged so as to project outward from the opening 121. Further, the tip portion 12 can protect the horn portion 22 by covering the washer 10 with a cap (not shown) when the washer 10 is not in use.
  • a push button switch 13 and a power supply cover 14 are provided on the bottom surface of the washer 10 (see FIG. 1 (d)).
  • the push button switch 13 switches the power ON / OFF of the washer 10 each time it receives a pressing operation by the user.
  • the power supply cover 14 is provided so as to cover the power supply jack (not shown) inside the power supply cover 14.
  • the washer 10 can charge the battery 30 (see FIG. 2) by removing the power cover 14 and inserting the power plug into the power jack.
  • the washer 10 may be capable of non-contact charging by placing the washer 10 on an attached charging stand, in addition to the contact charging using a power source.
  • the ultrasonic horn 20, the battery 30, the main circuit board 40, the operation circuit board 41, the step-up transformer 50, and the like are housed inside the washer 10.
  • Each of the ultrasonic horn 20, the battery 30, the operation circuit board 41, and the step-up transformer 50 is connected to the main circuit board 40, and is controlled by the control microcomputer 63 (see FIG. 3).
  • the ultrasonic horn 20 is arranged on the tip side of the washer 10, that is, inside the tip portion 12, and has a vibration generating portion 21 and a horn portion 22 which is a vibration transmitting portion.
  • the vibration generating unit 21 has a piezoelectric body, and when a predetermined driving signal is applied to the piezoelectric body, ultrasonic vibration having a predetermined frequency and amplitude is generated. In the washing device 10 according to the first embodiment, the vibration generating unit 21 is driven so as to generate vibration of 30 to 40 kHz suitable for washing clothes.
  • the horn portion 22 is made of metal, and as described above, its tip protrudes outward from the opening 121 of the tip portion 12. That is, when the cleaning device 10 is used, the horn unit 22 transmits the vibration generated by the vibration generating unit 21 to the object to be cleaned by bringing its tip into contact with the object to be cleaned (clothes, etc.). Further, the horn unit 22 has a resonance frequency, and the resonance frequency of the horn unit 22 is the same as or close to a predetermined frequency generated by the vibration generating unit 21. As a result, the vibration generated by the vibration generating unit 21 is amplified by the horn unit 22.
  • the operation circuit board 41 detects the operation by the push button switch 13 and transmits this to the main circuit board 40.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a circuit configuration of the washer 10.
  • the battery 30 is connected to the charging terminal 60 via a booster circuit 61 and a charge control circuit 62 in between.
  • the charging terminal 60 corresponds to the power jack described above, and a voltage of 5 V is applied via, for example, an adapter.
  • the booster circuit 61 boosts the voltage applied to the charging terminal 60.
  • the charge control circuit 62 controls so that the battery 30 is appropriately charged by the boosted power supply.
  • the control microcomputer 63 is a main control unit that controls the drive of the washer 10 as a whole.
  • a display unit 64, a push button switch 13, a drive circuit (drive pulse generation unit) 65, a voltage detection unit 66, and a current detection unit 67 are connected to the control microcomputer 63. It is assumed that the control microcomputer 63, the drive circuit 65, the voltage detection unit 66, and the current detection unit 67 are mounted on the main circuit board 40.
  • the display unit 64 is a means for notifying the user of the driving state of the washer 10 and the like by displaying, although the details will be described later.
  • the push button switch 13 drives the control microcomputer 63 by a pressing operation of the user.
  • the drive circuit 65 generates a drive signal for the ultrasonic horn 20, that is, a drive pulse waveform, based on the drive frequency of the drive signal input from the control microcomputer 63.
  • the step-up transformer 50 is connected to the battery 30, the drive circuit 65, and the ultrasonic horn 20, and boosts the voltage from the battery 30 based on the drive pulse waveform input from the drive circuit 65, so that the ultrasonic horn 20 ( Specifically, an AC voltage is applied to the vibration generating unit 21).
  • the AC voltage waveform applied to the ultrasonic horn 20 reflects the drive pulse waveform, it can be regarded as a boosted drive pulse waveform.
  • the voltage detection unit 66 detects the voltage of the battery 30 and inputs the detected voltage to the control microcomputer 63.
  • the control microcomputer 63 detects the battery shortage and turns off the power of the washer 10.
  • the current detection unit 67 detects the drive current of the ultrasonic horn 20 (for example, the drive current generated in the drive circuit 65), and inputs the detected current to the control microcomputer 63.
  • the push button switch 13 When using the washer 10, the push button switch 13 is operated to turn on the power of the washer 10, and the tip of the horn portion 22 in which vibration is generated is pressed against the cleaning portion of the object to be cleaned. At this time, the cleaning portion of the object to be cleaned is in a state of containing a cleaning medium (water or water containing detergent). The vibration of the horn portion 22 is transmitted to the object to be cleaned via the cleaning medium, and the dirt adhering to the object to be cleaned is floated and discharged to the cleaning medium. As a result, dirt adhering to the object to be cleaned is removed.
  • a cleaning medium water or water containing detergent
  • the cleaning device 10 according to the first embodiment is characterized by a driving method capable of both driving with low power consumption and suppressing a decrease in cleaning power.
  • a driving method capable of both driving with low power consumption and suppressing a decrease in cleaning power.
  • FIG. 4 is a waveform diagram showing a drive pulse waveform of the washer 10 in the power-on state. As shown in FIG. 4, ON time and OFF time are alternately generated in the drive pulse waveform of the washer 10.
  • the duty ratio of each drive pulse is not changed, and the same drive pulse as in full power drive shown in FIG. 9A (for example, a drive pulse with a duty ratio of 100%) is applied. Will be done. That is, the cleaning device 10 during the ON time can exert the maximum cleaning power.
  • the drive pulse is not applied (duty ratio 0%) during the OFF time of the drive pulse waveform.
  • the vibration of the ultrasonic horn 20 during the ON time is maintained inertially by the resonance of the horn portion 22, and although some attenuation occurs, the frequency and amplitude are almost the same as those during the ON time.
  • the ultrasonic horn 20 vibrates. That is, even in the cleaning device 10 during the OFF time, almost the same cleaning power as during the ON time can be exhibited.
  • the washer 10 according to the first embodiment can reduce the power consumption according to the OFF time by providing the OFF time in the drive pulse waveform in the power ON state. Further, by operating the ultrasonic horn 20 inertially even during the OFF time, it is possible to suppress a decrease in detergency while maintaining low power consumption.
  • ON duty time ratio of ON time to total drive time (ON time + OFF time)
  • the cleaning device 10 can further reduce the power consumption by further reducing the ON duty if the cleaning power is allowed to decrease to some extent.
  • the evaluation result of the cleaning power when the ON duty is changed to reduce the power consumption is shown in FIG. 5 below.
  • FIG. 5 when changing the ON duty, the OFF time was changed while the ON time was fixed at 2.7 ms.
  • the frequency of the drive pulse waveform is about 38 kHz.
  • the cleaning power of the washer 10 decreases as the power consumption decreases (the amount of reduction in power consumption increases).
  • the power consumption can be reduced according to the allowable limit of the decrease in the cleaning power in the cleaning device 10. For example, when the cleaning power of the cleaning device 10 can be tolerated up to 80%, the power consumption can be reduced to 30% (the amount of power consumption reduction is 70%) by reducing the ON duty.
  • the washer 10 according to the first embodiment may have a plurality of power levels having different detergency. For example, based on the results shown in FIG. 5, when the cleaning power is 100% (ON duty at which the power consumption is about 80%), the power level is "large” and the cleaning power is 90% (power consumption is about 60%). The power level is “medium” when the power level is “medium”, and the power level is "small” when the cleaning power is 80% (ON duty when the power consumption is about 30%), and the user can select an arbitrary power level. You may do so. As a result, when the washer 10 is used, the user can lower the power level of the washer 10 depending on the degree of dirt on the object to be cleaned, the cloth quality of the object to be cleaned, and the like.
  • the power level selected by the user is notified by the display (for example, indicator display) of the display unit 64.
  • the washer 10 may have a full power level in which the driving pulse waveform is not provided with an OFF time (ON duty is 100%) as one of the power levels that can be selected by the user.
  • the switching cycle of the ON time and the OFF time it is necessary to appropriately set the switching cycle of the ON time and the OFF time. That is, if the switching cycle is long, the ON time and the OFF time are lengthened accordingly, and the vibration attenuation of the ultrasonic horn 20 during the OFF time is increased, which leads to a decrease in cleaning power. Therefore, it is necessary to adjust the ON time to an appropriate length so that the vibration attenuation of the ultrasonic horn 20 does not become too large (the OFF time is determined based on the ON time).
  • the appropriate ON time depends on the damped vibration characteristics of the ultrasonic horn 20, and the allowable range of the appropriate ON time is appropriately set according to the design dimensions of the washer 10. is there.
  • the inertial force with respect to the ultrasonic horn 20 is large, so that the ON time is lengthened (the switching cycle is lengthened) as compared with the case where the ultrasonic horn 20 is small. To do).
  • the ON time is preferably a time that includes a plurality of driving pulse waveforms in succession or more, and is, for example, a time that includes 10 pulses or more.
  • the cycle including the total of the ON time and the OFF time is not too long.
  • the cycle consisting of the total of the ON time and the OFF time is not set to be 20 ms or more, and more preferably 10 ms or more. This makes it possible to prevent the washer 10 from causing low-frequency vibration and causing discomfort to the user.
  • ON time and OFF time are alternately generated in the driving pulse waveform.
  • the inertia of the ultrasonic horn 20 causes it. It inhibits vibration and leads to wasteful power consumption.
  • the phase of the drive pulse applied during the ON time is repeatedly generated. It is controlled so that the phase is the same at all ON times.
  • the length of the OFF time is set to an integral multiple of one cycle of the drive pulse in the ON time.
  • the drive pulse waveform shown in FIG. 6B is a comparative example, in which the phase control is not performed and the phases of the drive pulses are out of phase between the first ON time and the second ON time. It shows.
  • the vibration of the ultrasonic horn 20 generated in the first ON time continues inertially even in the subsequent OFF time. That is, the vibration of the ultrasonic horn 20 generated in the OFF time can be regarded as the vibration generated by giving a virtual pulse having the same phase as the driving pulse waveform in the ON time before that. If the phase of the drive pulse waveform applied when the OFF time is switched to the second ON time is deviated from the virtual pulse, an action of inhibiting the vibration generated in the OFF time occurs.
  • the vibration frequency of the ultrasonic horn 20 changes or the amplitude amount decreases (that is, the inertial vibration is inhibited) at the timing of switching from the OFF time to the ON time. Since the drive pulse waveform consumes power to return from this state to the original vibration, wasteful power consumption occurs.
  • the vibration of the ultrasonic horn 20 generated in the first ON time continues inertially in the subsequent OFF time.
  • the phase of the drive pulse applied in the second ON time is the same phase as the drive pulse applied in the first ON time, and is the same phase as the virtual pulse during the OFF time. Therefore, when switching from the OFF time to the ON time, the vibration generated in the OFF time is not disturbed. As a result, the vibration of the ultrasonic horn 20 can be smoothly maintained without generating unnecessary power consumption.
  • the drive pulse waveform shown in FIG. 6A also performs these phase controls.
  • (1) Switching from ON time to OFF time and switching from OFF time to ON time are performed at the timing when the voltage polarities are switched (zero cross timing).
  • (2) The polarity of the drive pulse immediately before switching from the ON time to the OFF time and the polarity of the drive pulse immediately after switching from the OFF time to the ON time are opposite to each other.
  • FIG. 7B is a diagram schematically showing the position of the vibrating ultrasonic horn 20, 20A shows the ultrasonic horn 20 at the vibration center (reference position), and 20B and 20C are the maximum amplitude positions.
  • the ultrasonic horn 20 in the above is shown.
  • a positive polarity pulse is applied to the ultrasonic horn 20 (the section from P1 to P3 in FIG. 7A)
  • the ultrasonic horn 20 moves to the right in FIG. 7B (from 20B to 20C). Move).
  • FIG. 7 is a schematic diagram, and the moving direction of the ultrasonic horn 20 is not limited to this diagram.
  • the ultrasonic horn 20 is at the position of 20B at the timing of P1 and P5 in FIG. 7A, at the position of 20C at the timing of P3, and at the position of 20A at the timing of P2 and P4. From this, when the switching from the ON time to the OFF time and the switching from the OFF time to the ON time are performed at the zero cross timing (timing of P1, P3 or P5) of the driving pulse waveform, the ultrasonic horn 20 has the maximum amplitude. The switch will be made when it is in position.
  • the switching is performed at a timing when the driving pulse waveform is not zero cross, for example, at the timing of P2 or P4, the switching is performed when the ultrasonic horn 20 is not at the position of the maximum amplitude.
  • the driving of the ultrasonic horn 20 by this drive pulse waveform becomes insufficient, and the amplitude of the ultrasonic horn 20 becomes small.
  • FIG. 8 is also a schematic diagram, and the moving direction of the ultrasonic horn 20 is not limited to this diagram.
  • the vibration generating portion 21 stops the vibration, and only the horn portion 22 inertially vibrates.
  • the state at this time is shown in FIG. 8 (b).
  • the stop position of the vibration generating unit 21 depends on the polarity of the drive pulse immediately before switching from the ON time to the OFF time.
  • the polarity of the drive pulse immediately before switching is + polarity, and the vibration generating unit 21 is stopped at the end (right end) of the moving direction (right direction) when the + polarity pulse is applied. ..
  • the vibration generating unit 21 starts vibration.
  • the vibration generating unit 21 is at the time of applying the pulse of the + polarity. Since the vibration generating unit 21 is stopped at the end in the moving direction, the vibration generating unit 21 cannot move any more immediately after the application of the drive pulse, and a power loss occurs.
  • the vibration generating unit 21 moves immediately after the application of the drive pulse. Since it is possible, no power loss occurs.
  • the control microcomputer 63 controls the switching timing of the ON time and the OFF time by time control using a timer (not shown). At this time, the timer is configured to count using the oscillation source (clock) for the driving pulse waveform. As a result, it is possible to prevent the deviation between the drive pulse waveform and the timer. Further, the control microcomputer 63 may directly generate a drive pulse waveform.
  • the washer 10 When the washer 10 is used, the tip of the washer 10 (that is, the horn portion 22) is not always in contact with water or an object to be cleaned, and the washer 10 is not always under load. For this reason, the washer 10 is provided with a load detection unit that detects the presence or absence of a load, and when there is no load, the OFF time is automatically lengthened as compared with when there is a load, thereby further reducing power consumption. Can be done. Further, when a state without a load is detected for a predetermined time or longer, the washer 10 may be stopped (a state in which the ON duty is 0%) by auto power off.
  • the method of detecting the presence or absence of a load is not particularly limited, but one example is a method of detecting based on the drive current of the ultrasonic horn 20.
  • the current detection unit 67 shown in FIG. 3 detects the drive current during the ON time and inputs it to the control microcomputer 63.
  • the drive current with a load increases as compared with the drive current with no load. Therefore, the control microcomputer 63 compares the drive current input from the current detection unit 67 with a predetermined threshold value, determines that there is a load when the drive current is equal to or greater than the threshold value, and determines that the drive current is less than the threshold value. In that case, it can be determined that there is no load.
  • the current detection unit 67 and the control microcomputer 63 correspond to the load detection unit described in the claims.
  • the display for example, indicator display
  • the phase of the voltage and the current approaches the same phase when there is a load, but the phase of the voltage and the current is shifted by 90 ° when there is no load. Thereby, the presence / absence of a load in the washer 10 can be detected.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
  • Accessory Of Washing/Drying Machine, Commercial Washing/Drying Machine, Other Washing/Drying Machine (AREA)

Abstract

低消費電力での駆動と洗浄力低下の抑制とを両立することのできる超音波洗浄器を提供する。 本発明の一態様に係る超音波洗浄器は、駆動用パルス波形の印加によって超音波振動を発生させる振動発生部と、被洗浄物に接触可能であり、前記振動発生部で発生した振動を当該被洗浄物に伝達する振動伝達部と、前記振動発生部に印加する所定の周期の前記駆動用パルス波形を生成する駆動パルス生成部とを備えており、前記駆動用パルス波形においては、前記振動発生部に駆動パルスが印加されるＯＮ時間と、駆動パルスが印加されないＯＦＦ時間とが交互に発生する。

Description

超音波洗浄器
　本発明は、ハンディタイプの超音波洗浄器に関する。本願は、２０１９年８月２２日に、日本に出願された特願２０１９－１５２２６８号に基づき優先権を主張し、その内容をここで援用する。
　近年、衣類の部分洗いなどに使用でき、超音波振動により汚れを落とすハンディタイプの超音波洗浄器が製品化されている。このような超音波洗浄器は、圧電体などを用いた超音波振動素子に振動部品（例えば超音波ホーン）を取り付けた構成とされており、超音波振動素子を駆動して、振動部品に超音波周波数の振動を与える（例えば、特許文献１）。
特開２００２－１１４２４号公報
　ハンディタイプの超音波洗浄器は、通常、電池（充電池を含む）によって駆動される。このため、連続使用時間を長くするためには、低消費電力での駆動が要求される。消費電力を抑える手段としては、駆動電圧や駆動時間の低減などが考えられる。例えば、超音波振動素子をパルス波形で駆動する場合は、駆動用パルス波形において駆動パルスのデューティ比を小さくしてパルス幅を小さくする。すなわち、フルパワーで駆動する場合の駆動用パルス波形が図９（ａ）に示す波形（例えば、デューティ比１００％）である場合、省電力駆動時の駆動用パルス波形は図９（ｂ）に示す波形（例えば、デューティ比５０％）としている。
　しかしながら、単に駆動電圧や駆動時間を低減すると、駆動パワーも下がってしまい、洗浄力が低下するといった問題がある。
　本発明の一態様は、上記課題に鑑みてなされたものであり、低消費電力での駆動と洗浄力低下の抑制とを両立することのできる超音波洗浄器を提供することを目的とする。
　上記の課題を解決するために、本発明の一態様の超音波洗浄器は、駆動用パルス波形の印加によって超音波振動を発生させる振動発生部と、被洗浄物に接触可能であり、前記振動発生部で発生した振動を当該被洗浄物に伝達する振動伝達部と、前記振動発生部に印加する所定の周期の前記駆動用パルス波形を生成する駆動パルス生成部とを備えており、前記駆動用パルス波形においては、前記振動発生部に駆動パルスが印加されるＯＮ時間と、駆動パルスが印加されないＯＦＦ時間とが交互に発生することを特徴としている。
　上記の構成によれば、ＯＮ時間中はフルパワー駆動並みの駆動パルスを印加することで最大の洗浄力が発揮でき、ＯＦＦ時間中は振動伝達部の振動を慣性的に維持することでＯＮ時間中とほぼ同様の洗浄力が発揮できる。このため、駆動用パルス波形にＯＦＦ時間を設けることでＯＦＦ時間に応じた電力消費量を削減しながら、洗浄力の低下も抑制できる。
　また、上記超音波洗浄器では、前記ＯＦＦ時間の長さは、前記ＯＮ時間における前記駆動パルスの前記所定の周期の整数倍である構成とすることができる。
　上記の構成によれば、繰り返し発生する全てのＯＮ時間において同じ位相の駆動パルスを印加することができ、位相のずれによる無駄な消費電力を防止することができる。
　また、上記超音波洗浄器では、前記ＯＮ時間から前記ＯＦＦ時間への切り替え、および前記ＯＦＦ時間から前記ＯＮ時間への切り替えは、駆動用パルス波形の電圧極性が入れ替わるタイミングで行われる構成とすることができる。
　上記の構成によれば、振動伝達部が最大振幅位置（振動中心から最も離れた位置）にあるときに、ＯＮ時間からＯＦＦ時間およびＯＦＦ時間からＯＮ時間への切り替えを行うことができ、切り替え時に振動伝達部の振幅が小さくなることを防止できる。
　また、上記超音波洗浄器は、前記ＯＮ時間から前記ＯＦＦ時間に切り替わる直前の駆動パルスの極性と、前記ＯＦＦ時間から前記ＯＮ時間に切り替わる直後の駆動パルスの極性とが、互いに逆極性である構成とすることができる。
　上記の構成によれば、ＯＦＦ時間からＯＮ時間に切り替わるタイミングでのパワー損失を防止することができる。
　また、上記超音波洗浄器は、前記振動伝達部における負荷の有無を検出する負荷検出部を備えており、前記駆動パルス生成部は、負荷がない場合の前記駆動用パルス波形における前記ＯＦＦ時間を、負荷がある場合の前記駆動用パルス波形における前記ＯＦＦ時間よりも長くする構成とすることができる。
　上記の構成によれば、振動伝達部における負荷がない場合、すなわち超音波洗浄器が洗浄を行っていない場合には、ＯＦＦ時間を長くすることで消費電力のさらなる削減を図ることができる。
　本発明の一態様の超音波洗浄器は、駆動用パルス波形にＯＦＦ時間を設け、ＯＦＦ時間中は振動伝達部の振動を慣性的に維持することで、低消費電力での駆動と洗浄力低下の抑制とを両立することができるといった効果を奏する。
実施の形態１に係る超音波洗浄器の外観を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は上面図、（ｄ）は底面図である。 図１（ａ）のＡ－Ａ断面図である。 超音波洗浄器の回路構成を示すブロック図である。 電源ＯＮ状態とされている超音波洗浄器の駆動用パルス波形を示す波形図である。 超音波洗浄器の洗浄力－消費電力特性を示すグラフである。 （ａ）は実施の形態２に係る位相制御の行われた駆動用パルス波形を示す波形図であり、（ｂ）は位相制御の行われていない駆動用パルス波形を示す波形図である。 （ａ）は１周期分の駆動用パルス波形を示す波形図であり、（ｂ）は振動している超音波ホーンの位置を模式的に示す図である。 超音波ホーンにおける振動発生部およびホーン部の振動を模式的に示す図であり、（ａ）はＯＮ時間中の振動、（ｂ）はＯＦＦ時間中の振動、（ｃ）はＯＦＦ時間からＯＮ時間に切り替わった直後の振動を示している。 従来の超音波洗浄器の駆動用パルス波形を示す波形図であり、（ａ）はフルパワーで駆動する場合の駆動用パルス波形、（ｂ）は省電力駆動時の駆動用パルス波形を示している。
　〔実施の形態１〕
　以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。まずは、本実施の形態１に係る超音波洗浄器１０（以下、単に洗浄器１０と称する）の基本構造を図１および図２を参照して説明する。図１は、洗浄器１０の外観を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は上面図、（ｄ）は底面図である。図２は、図１（ａ）のＡ－Ａ断面図である。ここでは、説明の便宜上、洗浄器１０の長手方向を上下方向とし、先端部１２の設けられた側を上方としている。
　図１に示すように、洗浄器１０の外観は、把持部１１と先端部１２とで構成されている。把持部１１は、使用者によって把持される部分であり、長手方向に直交する断面が略矩形形状を有している。把持部１１は、アルミニウムなどの金属で構成されている。
　先端部１２は、把持部１１との接続側から先端に向けて先細りする形状とされており、その先端（上端）には、細長い矩形状の開口１２１が設けられている（図１（ｃ）参照）。開口１２１からは、平板状のホーン部２２が外部に突出するように配置されている。また、先端部１２は、洗浄器１０の不使用時にはキャップ（図示せず）を被せることでホーン部２２を保護できるようになっている。
　洗浄器１０の底面には、押しボタンスイッチ１３および電源カバー１４が設けられている（図１（ｄ）参照）。押しボタンスイッチ１３は、使用者による押圧操作を受けるたびに洗浄器１０の電源のＯＮ／ＯＦＦを切り替えるものである。電源カバー１４は、その内側にある電源ジャック（図示せず）を覆うように設けられている。洗浄器１０は、電源カバー１４を外して電源ジャックに電源プラグを差し込むことで、バッテリー３０（図２参照）に対して充電が行えるようになっている。尚、洗浄器１０は、電源を用いた有接点充電以外に、付属の充電台に洗浄器１０を載せることで無接点充電を行うことが可能であってもよい。
　また、図２に示すように、洗浄器１０の内部には、超音波ホーン２０、バッテリー３０、メイン回路基板４０、操作回路基板４１および昇圧トランス５０などが収容されている。メイン回路基板４０には、超音波ホーン２０、バッテリー３０、操作回路基板４１および昇圧トランス５０の各々が接続され、制御マイコン６３（図３参照）により制御されるようになっている。
　超音波ホーン２０は、洗浄器１０の先端側、すなわち先端部１２の内側に配置されており、振動発生部２１と振動伝達部であるホーン部２２とを有している。振動発生部２１は、圧電体を有しており、この圧電体に所定の駆動信号が印加されることにより、所定の周波数および振幅の超音波振動が発生するようになっている。本実施の形態１に係る洗浄器１０では、振動発生部２１が衣類の洗浄に適した３０～４０ｋＨｚの振動を発生するように駆動されている。
　ホーン部２２は、金属で構成されており、上述したように、その先端が先端部１２の開口１２１から外部に突出している。すなわち、ホーン部２２は、洗浄器１０の使用時に、その先端を被洗浄物（衣類など）に接触させることで、振動発生部２１で発生した振動を被洗浄物に伝達する。また、ホーン部２２は共振周波数を有しており、ホーン部２２の共振周波数は振動発生部２１で発生させる所定の周波数と同一または近似している。これにより、振動発生部２１で発生した振動をホーン部２２にて増幅する。
　操作回路基板４１は、押しボタンスイッチ１３による操作を検出し、これをメイン回路基板４０に伝達するものである。
　続いて、洗浄器１０を駆動するための回路構成に関し、図３を参照して説明する。図３は、洗浄器１０の回路構成を示すブロック図である。
　バッテリー３０は、昇圧回路６１および充電制御回路６２を間に介して充電端子６０と接続されている。充電端子６０は、ここでは上述した電源ジャックに相当し、例えばアダプタを介して５Ｖの電圧が印加される。昇圧回路６１は、充電端子６０に印加された電圧を昇圧する。充電制御回路６２は、昇圧された電源でバッテリー３０が適切に充電されるように制御を行う。
　制御マイコン６３は、洗浄器１０の駆動を全体的に制御する主制御部である。制御マイコン６３には、表示部６４、押しボタンスイッチ１３、駆動回路（駆動パルス生成部）６５、電圧検知部６６および電流検知部６７が接続されている。尚、制御マイコン６３、駆動回路６５、電圧検知部６６および電流検知部６７は、メイン回路基板４０に搭載されているものとする。
　表示部６４は、詳細は後述するが、洗浄器１０の駆動状態などを表示によって使用者に報知する手段である。押しボタンスイッチ１３は、使用者の押圧操作によって制御マイコン６３を駆動させる。駆動回路６５は、制御マイコン６３から入力される駆動信号の駆動周波数に基づき、超音波ホーン２０の駆動用信号、すなわち駆動用パルス波形を生成する。昇圧トランス５０は、バッテリー３０、駆動回路６５および超音波ホーン２０に接続されており、駆動回路６５から入力される駆動用パルス波形に基づいてバッテリー３０からの電圧を昇圧し、超音波ホーン２０（詳細には振動発生部２１）に交流電圧を印加する。ここで、超音波ホーン２０に印加される交流電圧波形は駆動用パルス波形を反映しているので、昇圧された駆動用パルス波形と見なすことができる。
　電圧検知部６６は、バッテリー３０の電圧を検知して、その検知電圧を制御マイコン６３に入力する。制御マイコン６３は、電圧検知部６６の検知電圧が一定以下の電圧になると、バッテリー不足を検出して洗浄器１０の電源をＯＦＦとする。電流検知部６７は、超音波ホーン２０の駆動電流（例えば、駆動回路６５に生じる駆動電流）を検知し、その検知電流を制御マイコン６３に入力する。
　洗浄器１０を使用するときには、押しボタンスイッチ１３を操作して洗浄器１０の電源をＯＮ状態とし、振動の生じているホーン部２２の先端を被洗浄物の洗浄箇所に押し当てる。このとき、被洗浄物の洗浄箇所は、洗浄媒体（水、または洗剤を含んだ水）を含んだ状態とされている。ホーン部２２の振動は洗浄媒体を介して被洗浄物に伝達され、被洗浄物に付着した汚れを浮かせて洗浄媒体に流出させる。これにより、被洗浄物に付着した汚れが除去される。
　本実施の形態１に係る洗浄器１０は、低消費電力での駆動と洗浄力低下の抑制とを両立することのできる駆動方法に特徴を有するものである。以下、この特徴点について詳細に説明する。
　図４は、電源ＯＮ状態とされている洗浄器１０の駆動用パルス波形を示す波形図である。図４に示すように、洗浄器１０の駆動用パルス波形には、ＯＮ時間とＯＦＦ時間とが交互に発生する。
　駆動用パルス波形のＯＮ時間中は、各駆動パルスのデューティ比は変化させず、図９（ａ）に示すフルパワー駆動時と同様の駆動パルス（例えば、デューティ比１００％の駆動パルス）が印加される。すなわち、ＯＮ時間中の洗浄器１０は、最大の洗浄力が発揮できる。一方、駆動用パルス波形のＯＦＦ時間中は、駆動パルスが印加されない（デューティ比０％）。但し、このＯＦＦ時間中は、ＯＮ時間中における超音波ホーン２０の振動がホーン部２２の共振によって慣性的に維持され、多少の減衰は生じるものの、ＯＮ時間中とのほぼ同様の周波数および振幅で超音波ホーン２０が振動する。すなわち、ＯＦＦ時間中の洗浄器１０においても、ＯＮ時間中とほぼ同様の洗浄力が発揮できる。
　このように、本実施の形態１に係る洗浄器１０は、電源ＯＮ状態の駆動用パルス波形にＯＦＦ時間を設けることで、ＯＦＦ時間に応じた電力消費量を削減できる。また、ＯＦＦ時間中も超音波ホーン２０を慣性的に動作させることで、低消費電力でありながら、洗浄力の低下を抑制することができる。尚、本願発明者による実験では、ＯＮデューティ（全駆動時間（ＯＮ時間＋ＯＦＦ時間）に対するＯＮ時間の時間比率）が８０％までは、ＯＮデューティが１００％のフルパワー駆動時と同等の洗浄力を維持できることが確認できた。
　また、本実施の形態１に係る洗浄器１０は、ある程度の洗浄力低下を許容すれば、ＯＮデューティをさらに小さくすることで消費電力をさらに削減することも可能である。ここで、洗浄器１０において、ＯＮデューティを変化させて消費電力を低減させた場合の洗浄力の評価結果を以下の図５に示す。尚、図５においては、ＯＮデューティを変化させるに当たって、ＯＮ時間を２．７ｍｓに固定しながら、ＯＦＦ時間を変化させた。また、駆動用パルス波形の周波数は約３８ｋＨｚとしている。
　図５に示すように、洗浄器１０の洗浄力は、消費電力が小さくなる（消費電力の削減量が大きくなる）に従って低下する。図５の結果に示されるように、洗浄器１０における洗浄力低下の許容限界に応じて、消費電力を削減することができる。例えば、洗浄器１０における洗浄力が８０％まで許容できる場合、ＯＮデューティを小さくすることで、消費電力は３０％（消費電力の削減量は７０％）に削減することができる。
　さらに、本実施の形態１に係る洗浄器１０は、洗浄力を異ならせた複数のパワーレベルを有していてもよい。例えば、図５に示す結果に基づけば、洗浄力が１００％（消費電力が約８０％となるＯＮデューティ）の場合をパワーレベル“大”、洗浄力が９０％（消費電力が約６０％となるＯＮデューティ）の場合をパワーレベル“中”、洗浄力が８０％（消費電力が約３０％となるＯＮデューティ）の場合をパワーレベル“小”とし、使用者が任意のパワーレベルを選択できるようにしてもよい。これにより、洗浄器１０の使用時に、被洗浄物の汚れ具合や被洗浄物の布質などに応じて、使用者が洗浄器１０のパワーレベルを落とすことも可能となる。また、ユーザの選択したパワーレベルは、表示部６４の表示（例えばインジケータ表示）によって通知されることが好ましい。また、洗浄器１０は、使用者が選択できるパワーレベルの一つとして、駆動用パルス波形にＯＦＦ時間を設けない（ＯＮデューティが１００％）のフルパワーレベルを有していてもよい。
　また、上述の駆動方法においては、ＯＮ時間およびＯＦＦ時間の切替サイクルも適切に設定される必要がある。すなわち、切替サイクルが長ければ、それに応じてＯＮ時間およびＯＦＦ時間が長くなり、ＯＦＦ時間中の超音波ホーン２０の振動減衰が大きくなって洗浄力の低下に繋がる。このため、超音波ホーン２０の振動減衰が大きくなりすぎないように、ＯＮ時間を適切な長さに調整する必要がある（ＯＦＦ時間はＯＮ時間を基準に決定される）。但し、適切なＯＮ時間は、超音波ホーン２０の減衰振動特性に依存するものであって、適切なＯＮ時間の許容範囲は、洗浄器１０の設計寸法などに応じて適切に設定されるものである。例えば、超音波ホーン２０が大きく、減衰振動時間が長い場合には、超音波ホーン２０に対する慣性力が大きくなるため、超音波ホーン２０が小さい場合に比べてＯＮ時間を長くする（切替サイクルを長くする）。
　また、ＯＮ時間は駆動用パルス波形が複数個連続して含まれる時間以上であることが好ましく、例えば、１０パルス以上含まれる時間とする。これにより、超音波ホーン２０が共振するために必要な振動を効率よく与えることができる。また、ＯＮ時間は、ＯＮ時間とＯＦＦ時間との合計からなる周期が、長すぎないようにすることが好ましい。例えば、ＯＮ時間とＯＦＦ時間との合計からなる周期が２０ｍｓ以上とならないように、より好ましくは１０ｍｓ以上とならないようにする。これにより、洗浄器１０が低周波振動を起こしてユーザに不快感を与えることを防止できる。
　〔実施の形態２〕
　上記実施の形態１では、洗浄器１０の基本的な駆動方法を説明したが、間欠駆動が超音波ホーン２０の慣性による振動を阻害してしまうと、超音波ホーン２０を効率よく振動させることができず、無駄な消費電力が発生する。この無駄な消費電力を防止するためには、駆動用パルス波形の位相制御を行うことが好ましい。本実施の形態２では、駆動用パルス波形の位相制御について説明する。
　実施の形態１で説明したように、洗浄器１０の駆動方法では、駆動用パルス波形においてＯＮ時間とＯＦＦ時間とを交互に発生させる。このとき、ＯＦＦ時間からＯＮ時間になるタイミングで印加される駆動パルスの位相が、その前のＯＮ時間に印加されていた駆動パルスの位相に対してずれていると、超音波ホーン２０の慣性による振動を阻害して無駄な消費電力に繋がる。
　このような超音波ホーン２０の慣性振動の阻害を防止するために、本実施の形態では、図６（ａ）に示すように、ＯＮ時間中に印加される駆動パルスの位相が、繰り返し発生する全てのＯＮ時間において同じ位相となるように制御される。言い換えれば、ＯＦＦ時間の長さが、ＯＮ時間における駆動パルスの１周期の整数倍に設定される。
　図６（ｂ）に示す駆動用パルス波形は比較例であり、位相制御が行われておらず、１回目のＯＮ時間と２回目のＯＮ時間とで駆動パルスの位相が互いにずれている場合を示している。図６（ｂ）に示す駆動用パルス波形において、１回目のＯＮ時間において生じる超音波ホーン２０の振動は、その後のＯＦＦ時間においても慣性的に持続している。すなわち、ＯＦＦ時間において生じている超音波ホーン２０の振動は、その前のＯＮ時間の駆動用パルス波形と同じ位相の仮想パルスが与えられて生じている振動と見なすことができる。このＯＦＦ時間から２回目のＯＮ時間に切り替わったときに印加される駆動用パルス波形の位相が仮想パルスからずれていれば、ＯＦＦ時間において生じていた振動を阻害するような作用が生じる。すなわち、ＯＦＦ時間からＯＮ時間に切り替わるタイミングで、超音波ホーン２０の振動周波数が変化したり振幅量が低減したりする（すなわち、慣性振動が阻害される）。駆動用パルス波形がこの状態から元の振動に戻すために電力を消費するため、無駄な消費電力が発生する。
　一方、図６（ａ）に示す駆動用パルス波形においては、１回目のＯＮ時間において生じる超音波ホーン２０の振動は、その後のＯＦＦ時間において慣性的に持続する。そして、２回目のＯＮ時間において印加される駆動パルスの位相が、１回目のＯＮ時間において印加される駆動パルスと同じ位相であり、ＯＦＦ時間中の仮想パルスと同じ位相である。そのため、ＯＦＦ時間からＯＮ時間に切り替わるときに、ＯＦＦ時間において生じていた振動が阻害されることがない。その結果、無駄な消費電力を発生させずに、超音波ホーン２０の振動をスムーズに持続させることができる。
　さらに、本実施の形態２に係る洗浄器１０においては、以下の位相制御を行うことがより好ましい。尚、図６（ａ）に示す駆動用パルス波形は、これらの位相制御も併せて実施するものとなっている。
(1) ＯＮ時間からＯＦＦ時間への切り替え、およびＯＦＦ時間からＯＮ時間への切り替えは、電圧極性が入れ替わるタイミング（ゼロクロスのタイミング）で行う。
(2) ＯＮ時間からＯＦＦ時間に切り替わる直前の駆動パルスの極性と、ＯＦＦ時間からＯＮ時間に切り替わる直後の駆動パルスの極性とが、互いに逆極性となる。
　上記(1)の制御により、超音波ホーン２０が最大振幅位置（振動中心から最も離れた位置）にあるときに、ＯＮ時間からＯＦＦ時間およびＯＦＦ時間からＯＮ時間への切り替えを行うことができる。これを、図７を参照して具体的に説明する。
　超音波ホーン２０は、図７（ａ）に示す１周期分の駆動パルスが与えられることで１往復分の振動が生じる。図７（ｂ）は、振動している超音波ホーン２０の位置を模式的に示す図であり、２０Ａは振動中心（基準位置）にある超音波ホーン２０を示し、２０Ｂおよび２０Ｃは最大振幅位置にある超音波ホーン２０を示している。超音波ホーン２０に＋極性のパルスが印加されるとき（図７（ａ）におけるＰ１～Ｐ３の区間）、超音波ホーン２０は図７（ｂ）における右方向に移動する（２０Ｂから２０Ｃへの移動）。そして、超音波ホーン２０に－極性のパルスが印加されるとき（図７（ａ）におけるＰ３～Ｐ５の区間）、超音波ホーン２０は図７（ｂ）における左方向に移動する（２０Ｃから２０Ｂへの移動）。尚、図７は模式的な図であり、超音波ホーン２０の移動方向はこの図に限るものではない。
　すなわち、超音波ホーン２０は、図７（ａ）におけるＰ１およびＰ５のタイミングでは２０Ｂの位置にあり、Ｐ３のタイミングでは２０Ｃの位置にあり、Ｐ２およびＰ４のタイミングでは２０Ａの位置にある。これより、ＯＮ時間からＯＦＦ時間への切り替え、およびＯＦＦ時間からＯＮ時間への切り替えを駆動用パルス波形のゼロクロスのタイミング（Ｐ１、Ｐ３またはＰ５のタイミング）で行うと、超音波ホーン２０が最大振幅位置にあるときに切り替えが行われることになる。
　これに対し、駆動用パルス波形がゼロクロスでないタイミング、例えばＰ２またはＰ４のタイミングで切り替えを行うと、超音波ホーン２０が最大振幅の位置でないときに切り替えが行われる。その結果、この駆動パルス波形による超音波ホーン２０の駆動が不十分となり、超音波ホーン２０の振幅が小さくなる。
　また、上記(2)の制御により、ＯＦＦ時間からＯＮ時間に切り替わるタイミングでのパワー損失を防止することができる。これを、図８を参照して具体的に説明する。尚、図８も模式的な図であり、超音波ホーン２０の移動方向はこの図に限るものではない。
　ＯＮ時間において超音波ホーン２０に駆動パルスが印加されているとき、この駆動パルスは超音波ホーン２０の振動発生部２１に作用して、振動発生部２１に振動を生じさせる。そして、振動発生部２１に生じた振動がホーン部２２に伝達される。このときの状態を図８（ａ）に示す。
　ＯＮ時間からＯＦＦ時間に切り替わると、振動発生部２１は振動を停止し、ホーン部２２のみが慣性的に振動する。このときの状態を図８（ｂ）に示す。このとき、振動発生部２１の停止位置は、ＯＮ時間からＯＦＦ時間に切り替わる直前の駆動パルスの極性に依存する。図８（ｂ）の例では、切り替わる直前の駆動パルスの極性は＋極性であり、振動発生部２１は＋極性のパルス印加時の移動方向（右方向）の終端（右端）で停止している。
　続いて、ＯＦＦ時間からＯＮ時間に切り替わると、再び駆動パルスが印加されて振動発生部２１が振動を開始する。但し、ＯＦＦ時間からＯＮ時間に切り替わる直後の駆動パルスの極性が、ＯＮ時間からＯＦＦ時間に切り替わる直前の駆動パルスの極性と同じ＋極性である場合、振動発生部２１は＋極性のパルス印加時の移動方向の終端で停止しているため、振動発生部２１は駆動パルスの印加直後において、これ以上は移動できずにパワー損失が発生する。
　一方、ＯＦＦ時間からＯＮ時間に切り替わる直後の駆動パルスの極性が、ＯＮ時間からＯＦＦ時間に切り替わる直前の駆動パルスの極性と逆の極性である場合、振動発生部２１は駆動パルスの印加直後から移動可能となるため、パワー損失が発生しない。
　本実施の形態２で説明した位相制御において、制御マイコン６３は、タイマー（図示せず）を用いた時間制御によりＯＮ時間およびＯＦＦ時間の切り替えタイミングを制御する。このとき、タイマーは、駆動用パルス波形用の発振源（クロック）を用いてカウントする構成とする。これにより、駆動用パルス波形とタイマーとのずれを防止できる。また、制御マイコン６３が直接駆動用パルス波形を生成してもよい。
　〔実施の形態３〕
　本実施の形態３では、洗浄器１０におけるさらに好適な駆動制御について説明する。具体的には、洗浄器１０の駆動時における負荷（水や被洗浄物との接触）の有無に応じてＯＦＦ時間を変化させ、消費電力のさらなる削減を図る方法について説明する。
　洗浄器１０の使用時において、洗浄器１０の先端（すなわちホーン部２２）は常に水や被洗浄物と接触しているわけではなく、洗浄器１０において常に負荷が生じているわけではない。このため、洗浄器１０に負荷の有無を検出する負荷検出部を設け、負荷のないときには、負荷のあるときに比べて自動的にＯＦＦ時間を長くすることで、消費電力のさらなる削減を図ることができる。また、負荷のない状態が所定時間以上検出された場合には、オートパワーオフにより洗浄器１０を停止状態（ＯＮデューティが０％の状態）としてもよい。
　洗浄器１０において、負荷の有無を検出する方法は特に限定されるものではないが、一例として、超音波ホーン２０の駆動電流に基づいて検出を行う方法が挙げられる。この場合、図３に示す電流検知部６７が、ＯＮ時間中の駆動電流を検知して制御マイコン６３に入力する。負荷があるときの駆動電流は、負荷のないときの駆動電流に比べて増加する。このため、制御マイコン６３は、電流検知部６７から入力される駆動電流を所定の閾値と比較し、駆動電流が閾値以上である場合には負荷があると判定し、駆動電流が閾値未満である場合には負荷がないと判定することができる。この例では、電流検知部６７および制御マイコン６３が、特許請求の範囲に記載の負荷検出部に相当する。尚、洗浄器１０において負荷がなく、ＯＦＦ時間が長くされているときやオートパワーオフとされたときには、表示部６４の表示（例えばインジケータ表示）によってこれを通知することが好ましい。
　また、洗浄器１０における負荷の有無を検出する他の方法としては、例えば、昇圧トランス５０における二次側の電圧と電流との位相差に基づいて判定する方法がある。この方法では、負荷がある場合には電圧と電流との位相が同位相に近づくが、負荷がない場合には電圧と電流との位相が９０°ずれる。これにより、洗浄器１０における負荷の有無を検出することができる。
　今回開示した実施形態は全ての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれる。

 

Claims (5)

  1. 　駆動用パルス波形の印加によって超音波振動を発生させる振動発生部と、
    　被洗浄物に接触可能であり、前記振動発生部で発生した振動を当該被洗浄物に伝達する振動伝達部と、
    　前記振動発生部に印加する所定の周期の前記駆動用パルス波形を生成する駆動パルス生成部とを備えており、
    　前記駆動用パルス波形においては、前記振動発生部に駆動パルスが印加されるＯＮ時間と、駆動パルスが印加されないＯＦＦ時間とが交互に発生することを特徴とする超音波洗浄器。
  2. 　請求項１に記載の超音波洗浄器であって、
    　前記ＯＦＦ時間の長さは、前記ＯＮ時間における前記駆動パルスの前記所定の周期の整数倍であることを特徴とする超音波洗浄器。
  3. 　請求項２に記載の超音波洗浄器であって、
    　前記ＯＮ時間から前記ＯＦＦ時間への切り替え、および前記ＯＦＦ時間から前記ＯＮ時間への切り替えは、駆動用パルス波形の電圧極性が入れ替わるタイミングで行われることを特徴とする超音波洗浄器。
  4. 　請求項２または３に記載の超音波洗浄器であって、
    　前記ＯＮ時間から前記ＯＦＦ時間に切り替わる直前の駆動パルスの極性と、前記ＯＦＦ時間から前記ＯＮ時間に切り替わる直後の駆動パルスの極性とが、互いに逆極性であることを特徴とする超音波洗浄器。
  5. 　請求項１から４の何れか１項に記載の超音波洗浄器であって、
    　前記振動伝達部における負荷の有無を検出する負荷検出部を備えており、
    　前記駆動パルス生成部は、負荷がない場合の前記駆動用パルス波形における前記ＯＦＦ時間を、負荷がある場合の前記駆動用パルス波形における前記ＯＦＦ時間よりも長くすることを特徴とする超音波洗浄器。

     
PCT/JP2020/031186 2019-08-22 2020-08-19 超音波洗浄器 WO2021033696A1 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021540954A JPWO2021033696A1 (ja) 2019-08-22 2020-08-19
CN202080048006.XA CN114207205B (zh) 2019-08-22 2020-08-19 超声波清洗器

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019152268 2019-08-22
JP2019-152268 2019-08-22

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021033696A1 true WO2021033696A1 (ja) 2021-02-25

Family

ID=74661167

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2020/031186 WO2021033696A1 (ja) 2019-08-22 2020-08-19 超音波洗浄器

Country Status (4)

Country Link
JP (1) JPWO2021033696A1 (ja)
CN (1) CN114207205B (ja)
TW (1) TW202108253A (ja)
WO (1) WO2021033696A1 (ja)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000157941A (ja) * 1998-11-26 2000-06-13 Kao Corp 超音波洗浄機
JP2003117282A (ja) * 2001-10-17 2003-04-22 Sharp Corp 超音波洗浄装置
JP2005329345A (ja) * 2004-05-21 2005-12-02 Honda Electronic Co Ltd 超音波洗浄装置及び複合超音波洗浄装置
US20050284190A1 (en) * 2004-06-23 2005-12-29 Tien-Chu Fan Portable ultrasonic cleaning machine

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005095452A (ja) * 2003-09-26 2005-04-14 Matsushita Electric Works Ltd 超音波生体洗浄装置
JP4474883B2 (ja) * 2003-09-29 2010-06-09 パナソニック電工株式会社 超音波生体洗浄装置
US9095020B2 (en) * 2010-09-16 2015-07-28 Ozone Technologies Ltd Generator suitable for powering a dental curing light
JP2018001120A (ja) * 2016-07-06 2018-01-11 三浦工業株式会社 超音波洗浄器
CN109414734A (zh) * 2016-07-19 2019-03-01 夏普株式会社 清洗器
CN206854240U (zh) * 2017-04-11 2018-01-09 安徽高芯众科半导体有限公司 用于光电零部件的交替振荡兆声波清洗仪

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000157941A (ja) * 1998-11-26 2000-06-13 Kao Corp 超音波洗浄機
JP2003117282A (ja) * 2001-10-17 2003-04-22 Sharp Corp 超音波洗浄装置
JP2005329345A (ja) * 2004-05-21 2005-12-02 Honda Electronic Co Ltd 超音波洗浄装置及び複合超音波洗浄装置
US20050284190A1 (en) * 2004-06-23 2005-12-29 Tien-Chu Fan Portable ultrasonic cleaning machine

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2021033696A1 (ja) 2021-02-25
CN114207205A (zh) 2022-03-18
TW202108253A (zh) 2021-03-01
CN114207205B (zh) 2024-03-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1195460B1 (en) Ultrasonic cleaning apparatus and ultrasonic cleaning method
JP4901895B2 (ja) 振動デバイスの人体への予備使用のための自動電力調節システム
US6176840B1 (en) Ultrasonic cosmetic treatment device
EP3035521B1 (en) Electric power generating device
US10116172B2 (en) Charging device and hand-held device for a small mobile electrical device
KR100366777B1 (ko) 압전트랜스의 구동방법 및 구동회로
JPH10151148A (ja) 洗浄装置
JP4667066B2 (ja) 着磁器用電源
CA3001271C (en) Personal hygiene device and method of controlling a personal hygiene device
WO2021033696A1 (ja) 超音波洗浄器
JP4650135B2 (ja) 電気機器システム
JPWO2020075371A1 (ja) 電源回路、起動回路、発電装置、及び電子機器
CN103036147A (zh) 离子产生装置
JP2002102578A (ja) 超音波洗浄装置
JP5075594B2 (ja) 電気機器
JP3826835B2 (ja) 小型電気機器
KR20170137422A (ko) 압전소자를 이용한 햅틱 장치
CN101737308B (zh) 瞬间加热式蒸汽清洁器的电磁泵控制装置
JP4780547B2 (ja) 部分共振型他励式スイッチング電源装置
JP2003051366A (ja) イオン発生装置
RU2196646C2 (ru) Ультразвуковое устройство для очистки и защиты теплоагрегатов от отложений
JPS6317022Y2 (ja)
CN202555555U (zh) 除垢器
JPH06343265A (ja) スイッチング電源装置
JP2021069853A (ja) 電動歯ブラシ、振動設定方法及び振動設定プログラム

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20855280

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021540954

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 20855280

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1