(57)【要約】【課題】空中超音波を収束することによる水滴除去技術を利用して食器を短時間で乾燥させようとしたら、食器の全面に超音波振動の焦点位置を移動させることが必要であり、食器を移動させたり可動部を設けたりすることなく、超音波振動の焦点位置を食器庫内で動かして食器の全面から所定以上の直径の水滴を除去すること。【解決手段】食器庫１内で定在波が形成されるようにして、食器庫内の温度を変化させることによって定在波の位置を移動させて、食器全体から水分が除去されるようにした。【選択図】図１
2010240129.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
食器などの被洗浄物を設置する食器カゴと、前記食器カゴを収容し内面が略直方体状に設けられた食器庫と、前記食器庫内で被洗浄物を洗浄する洗浄手段と、前記食器庫に洗浄水を供給する給水手段と、前記食器庫から洗浄水を排出する排水手段と、前記食器庫内の空気を加熱するヒーターと、前記食器庫内に外部の空気を導入する送風ファンと、たわみ振動することにより前記食器庫内の空中に超音波を放射して定在波を形成する放射板と、前記放射板を振動させる超音波振動子と、前記超音波振動子および前記ヒーターおよび前記送風ファンの作動を制御する制御部からなり、前記制御部は前記ヒーターおよび前記送風ファンを作動させて前記食器庫内の温度を変化させることにより定在波の位置を前記食器庫内で移動させながら前記超音波振動子を作動させるようにした食器洗い乾燥機。
【請求項２】
食器カゴは、食器間の超音波振動の通過する隙間を超音波の放射方向と略同方向に並ぶように設け定在波が通過するようにした請求項１記載の食器洗い乾燥機。
【請求項３】
食器庫は、放射板に相対する内面から超音波の波長の２倍以内の位置に食器が配置されないようにするための配置制限手段を有する請求項１または２に記載の食器洗い乾燥機。
【請求項４】
食器カゴは、放射板および放射板に相対する内面から超音波の波長の２倍以内の位置に食器が配置されないようにするための配置制限手段を有する請求項１または２に記載の食器洗い乾燥機。
【請求項５】
制御部は、乾燥工程でヒーターと送風ファンを作動させることにより食器庫内の温度を上げながら超音波振動子を作動させるようにした請求項１〜４のいずれか１項に記載の食器洗い乾燥機。
【請求項６】
制御部は、加熱すすぎ工程を実施するとともに、その後の乾燥工程で送風ファンを作動させて食器庫内の温度を下げながら超音波振動子を作動させるようにした請求項１〜４のいずれか１項に記載の食器洗い乾燥機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、食器等の洗浄と乾燥をおこなう食器洗い乾燥機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的な家庭用の食器洗い乾燥機は温風により食器の乾燥を行う。すなわち、食器庫に外気を導入する送風ファンと、導入した空気を加熱し相対湿度を下げるヒーターを設け、乾燥した温風を食器に当てて食器に付着した水分を蒸発させ、食器庫外に排出することによって食器を乾燥させる。
【０００３】
水分や水滴は食器に一様に付着するわけではなく、上を向いた碗類の凹型部分（例えば、糸底など）に溜まったり、食器と食器カゴとの接触点付近に大きな水滴が存在する一方で、皿類の垂直に近い平面部ではごく薄い水膜として存在する。したがって、温風を利用した乾燥の場合、薄い水膜状部分は早く乾燥するが大きな水滴は乾燥に時間がかかり、全ての水滴を除去するために乾燥時間が長くなりがちである。
【０００４】
不均一な水分の分布によって乾燥時間が長くなると、使用者にとって不便であり、かつ使用エネルギーが大きくなって不経済である。また、食器や庫内で水分が早く乾いた部位は温度が上がり続けるため、熱に弱い樹脂製の場合には変形や熱による劣化が生じることがある。また、大きな水滴が残った部分は、水滴内に含まれる不揮発性の不純物や無機成分がウォータースポットとして残留し、食器の乾燥後の仕上がり外観を損ねる。
【０００５】
上記の課題を解決するためには大きな水滴を除去して、残存した水分の付着量を均一化させることが必要であり、その一般的なものとして、エアにより水滴を除去することが考えられている（例えば、特許文献１参照）。高速のエア噴流を食器に吹き付けることで、大粒の水滴や窪みに溜まった水を除去するものであるが、コップや茶碗などの窪みがエアジェットの上流に面して配置されていない場合は水滴除去効果が小さい。また、食器同士が密に重なり合っている場合や、他の食器の陰になっている食器は水滴除去効果が小さい。
【０００６】
エアジェットの流速と流量を大きくすることで上記の問題をある程度解決することができるが、一方でエアジェットによって食器が転倒する危険性が増す。使用者がどのように食器を収納するか不確実な家庭用機器の場合、これらの問題が避けがたい。
【０００７】
大きな水滴を除去するもう一つの技術は、空中に放射した超音波を集束させる装置によって固体表面の大きな水滴を微細化させて飛散させることである（例えば、特許文献２参照）。この方法は、空気の塊を移動させる前述のエアジェットとは異なり、気流は発生させないので食器の転倒の問題がない。また、食器同士が重なり合った場合にも後述するように高い水滴除去効果が期待できる。
【０００８】
上記装置の概要を、図８および図９を参照しながら説明する。超音波振動子１００にホーン１０１を取り付けて振幅を拡大した上で、ロッド１０２で延長しロッド１０２に垂直に矩形の放射板１０３を取り付けて放射板を長辺方向にたわみ振動させると（図１０破線ト）、放射板１０３から空中に効率よく超音波が放射される。放射板１０３は長辺方向に縞状に位相の異なるモードで振動するため、隣り合った縞状部位からは逆位相の振動、すなわち、１／２波長ずれた振動が放射される。放射板の両面または片面の離れた位置に１／２波長分の段差のある位相調整手段１０４を設けることにより、反射された超音波は同一の位相にそろえられる。図９のように、位相調整手段１０４の放射板１０３に対する面
を略放物面状に設けることによって超音波を放物面の焦点位置に線状または点状に集束させることもできる。
【０００９】
このようにして空中を伝播する超音波を集束させると焦点位置での音圧が高まり、焦点位置での音圧が概ね３〜５ｋＰａを超えると水や水滴を微細化して吹き飛ばすことができる。これは、水面近くの水がキャピラリーウェーブと呼ばれる超音波によって水面が波立つような応力を受けることによる。その応力が水の表面張力を超えた場合に水面の水が水面から引きちぎられるように微細化される。食器の糸底などの窪みに数１０ｍｌの水が溜まっている場合は、水面から徐々に水が微細化され、あたかも急速に蒸発するかのような作用を持つ。食器間の距離が短い場合、食器同士の隙間に入り込んだ超音波が反射を繰り返して奥に入り込む特性をもつ。したがって、複数の食器が略鉛直に所定のピッチで並べられている場合、隙間の上端に超音波の焦点を当てれば超音波は自ずと隙間に入り込んで水滴を落下させることが期待できる。
【００１０】
密閉した庫内に多数の食器を並べた状態で空中超音波による水滴除去をおこなうと、微細化されて飛散した水滴の一部は重力によって食器庫の底部に落下するが、別の一部は他の食器の比較的乾いた部位に付着する。したがって、本技術による水滴除去は完全な乾燥ではなく、大きな水滴を食器から除去する手段であり、食器上や食器庫内の水分の分布の不均一性を減らす効果がある。水分分布をほぼ均一化することで、乾燥時間が短縮されるなど前記上述の問題が解消されるため、本技術は乾燥工程の前処理として位置付けることができる。
【００１１】
本技術は主に産業用の乾燥促進手段または微細化手段、消泡手段として開発されてきて、焦点が固定位置であるため、対象物（面）が焦点位置を通るように一方向に送られながら水分除去されるものであった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００１−２５２２３８号公報
【特許文献２】特開平１１−９０３３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
前記上述の空中超音波による水滴除去技術を、家庭用の食器洗い乾燥機に適用しようとした場合、被乾燥物の全面が焦点位置を通るように移動させることは困難である。なぜならば、設置スペースを小さくせざるを得ない家庭用機器において、被乾燥物である食器を限られた空間で移送することは、スペース的に困難であるし、仮に移送できるとしても、食器が移送中に倒れて破損するおそれもあるからである。
【００１４】
本発明は、食器を所定の配列方向や位置に設置した状態のまま移動させることなく、食器の全面から所定量以上の水滴を除去することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記従来の課題を解決するために、食器などの被洗浄物を設置する食器カゴと、前記食器カゴを収容し内面が略直方体状に設けられた食器庫と、前記食器庫内で被洗浄物を洗浄する洗浄手段と、前記食器庫に洗浄水を供給する給水手段と、前記食器庫から洗浄水を排出する排水手段と、前記食器庫内の空気を加熱するヒーターと、前記食器庫内に外部の空気を導入する送風ファンと、たわみ振動することにより前記食器庫内の空中に超音波を放射して定在波を形成する放射板と、前記放射板を振動させる超音波振動子と、前記超音波振動子および前記ヒーターおよび前記送風ファンの作動を制御する制御部からなり、前記
制御部は前記ヒーターおよび前記送風ファンを作動させて前記食器庫内の温度を変化させることにより定在波の位置を前記食器庫内で移動させながら前記超音波振動子を作動させるようにしたものである。
【００１６】
従来の超音波放射装置は超音波集束手段を用いて超音波を点状または線状に集束させることによって集束位置の音圧を増幅していた。一方、本発明の食器洗い乾燥機は、食器庫内で定在波を形成することによって定在波の腹（音圧の極大部）での音圧増幅を利用する。そして、ヒーターを用いて食器庫内の温度を変化させて定在波の位置を移動させ、水滴除去位置を食器庫内で移動させる。そのメリットは、可動部を設けることなく水滴除去位置を移動できるので簡易な構成とすることができることである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の食器洗い乾燥機は、被乾燥物を移動させることなく、食器から所定量以上の水滴を除去して、乾燥時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態１における食器洗い乾燥機の構成図
【図２】同食器洗い乾燥機の食器の配列を示す平面図
【図３】（ａ）所定温度のときの定在波を示す模式図（ｂ）温度変化による定在波の移動を示す拡大模式図
【図４】同食器洗い乾燥機の乾燥工程の動作シーケンスを示す図
【図５】同食器洗い乾燥機の乾燥工程の他の動作シーケンスを示す図
【図６】本発明の実施の形態２における食器洗い乾燥機の構成図
【図７】（ａ）同食器洗い乾燥機の超音波放射部の構成図（ｂ）同食器洗い乾燥機の超音波放射部の断面図
【図８】従来の技術の超音波放射装置の正面図
【図９】従来の技術の超音波放射装置の側面図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
第１の発明は、食器などの被洗浄物を設置する食器カゴと、前記食器カゴを収容し内面が略直方体状に設けられた食器庫と、前記食器庫内で被洗浄物を洗浄する洗浄手段と、前記食器庫に洗浄水を供給する給水手段と、前記食器庫から洗浄水を排出する排水手段と、前記食器庫内の空気を加熱するヒーターと、前記食器庫内に外部の空気を導入する送風ファンと、たわみ振動することにより前記食器庫内の空中に超音波を放射して定在波を形成する放射板と、前記放射板を振動させる超音波振動子と、前記超音波振動子および前記ヒーターおよび前記送風ファンの作動を制御する制御部からなり、前記制御部は前記ヒーターおよび前記送風ファンを作動させて前記食器庫内の温度を変化させることにより定在波の位置を前記食器庫内で移動させながら前記超音波振動子を作動させるようにしたものである。
【００２０】
可変部を設けることのない簡易な構成で定在波の位置を前記食器庫内で移動させながら前記超音波振動子を作動させるようにしたことにより、食器を所定の位置に設置した状態のまま移動させることなく、食器から所定量以上の水滴を除去することができるようになり、乾燥時間を短縮することができる。超音波は食器同士の間隙で定在波を形成して音圧の増幅される部分から水滴を微細化し、食器のほぼ全面から所定量以上の水滴を除去できる。これにより、食器乾燥時間を短縮し、また乾燥後に残るウォータースポットを解消して仕上がりをよくすることができる。
【００２１】
第２の発明は、特に、第１の発明の食器カゴは、食器間の超音波振動の通過する隙間を超音波の放射方向と略同方向に並ぶように設け定在波が通過するようにしたものである。
食器をこのように配列することにより、食器の投入量が多い場合でも超音波が食器間の隙間に侵入するようになり食器同士の間隙で定在波を形成して音圧の増幅される部分から水滴を微細化し、食器のほぼ全面から所定量以上の水滴を除去できる。
【００２２】
第３の発明は、特に、第１または第２の発明の食器庫は、放射板に相対する内面から超音波の波長の２倍以内の位置に食器が配置されないようにするための配置制限手段を有するものである。放射板に相対する内面から超音波の波長の２倍以内の位置では所定の温度変化を行っても、水滴除去が出来る部分にムラが生じて部分的に水滴が残る可能性があるが、食器の配置を制限することにより、所定の温度変化によって食器の全ての面から水滴が除去できる。
【００２３】
第４の発明は、特に第１または第２の発明の食器カゴは、放射板および放射板に相対する内面から超音波の波長の２倍以内の位置に食器が配置されないようにするための配置制限手段を有するものである。放射板に相対する内面から超音波の波長の２倍以内の位置では所定の温度変化を行っても、水滴除去が出来る部分にムラが生じて部分的に水滴が残る可能性があるが、食器の配置を制限することにより、所定の温度変化によって食器の全ての面から水滴が除去できる。
【００２４】
第５の発明は、特に、第１〜第４の発明のいずれか一つの食器洗い乾燥機の制御部は、乾燥工程でヒーターと送風ファンを作動させることにより食器庫内の温度を上げながら超音波振動子を作動させるようにしたものである。食器庫内の温度を上げながら超音波振動子を作動させるようにしたことにより、水滴除去と乾燥を同時に行って乾燥時間を短縮することが出来る。
【００２５】
第６の発明は、特に、第１〜第４のいずれか１つの発明の食器洗い乾燥機の制御部は、加熱すすぎ工程を実施するとともに、その後の乾燥工程で送風ファンを作動させて食器庫内の温度を下げながら超音波振動子を作動させるようにしたものである。洗浄工程の最後にヒーターを作動させて食器を加熱するようにして、その後で送風ファンを作動させて食器庫内の温度を下げながら超音波振動子を作動させるようにしたことにより、洗浄工程の熱を有効利用して一往復の温度変化をおこなって水滴除去をより確実におこなえる。
【００２６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２７】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における食器洗い乾燥機の構成図を示す。図１および図２に示すような配列でお椀型および皿型の食器は食器庫１内の食器カゴ２にセットされる。
【００２８】
食器庫１の内面の一つは空中に超音波振動を放射する放射板３であり、ボルト締めランジュバン型の超音波振動子４に連結される。超音波振動子４は、放射板３の振幅が水滴の微細化を起こすのに十分大きくなるように複数個が共振状態を保って連結される。放射板３は図２の破線ニで示すように長辺方向に縞モードたわみ振動するように設けられる。放射板３から主に食器側に空中に超音波が伝播されるように、放射方向設定板５と放射板３との距離が定められる。かようにして、食器庫１内に放射された超音波は、図１に例示したように定在波を形成する。
【００２９】
食器庫１の放射板３に相対する面に配置制限手段６が設けられるので、前述の相対する面から超音波の波長の２倍以内の位置に食器が配置されることはない。
【００３０】
食器庫１の底部にヒーター７が設けられ、食器洗い乾燥機の外部の空気を取り込むため筐体に通気口８と送風ファン９が設けられ、湿気を含んだ空気を排出するための排気口１０が筐体に設けられる。また、洗浄水を用いて食器を洗浄する洗浄手段１１と、洗浄水を前記洗浄手段１１に加圧して供給するための加圧ポンプ１２が設けられる。
【００３１】
水滴除去位置の移動原理を図３（ａ）〜（ｂ）により説明する。図３（ａ）は、矢印イ方向（図２における、矢印ヘ方向と直角、すなわち横方向）の内寸が４３０ｍｍの食器庫内に矢印イ方向に超音波を放射することによって、２０℃において生成した音圧の極大部を示す。１／２波長ごとに合計５０本の極大部が存在し、その位置で水滴が除去される。図は簡便のため食器のない場合を示すが、食器の間を超音波の放射方向と同じ方向に並べれば隙間内に概ね同様の配列を示す。
【００３２】
食器の配列は、食器間の主な隙間が矢印イに略平行でかつ鉛直方向になるように食器カゴ２が設けられている。これは放射板３から放射された超音波が食器庫１内で矢印イ方向に伝播されて、矢印イ方向に定在波を形成させるためである。仮に、食器が図２における矢印ヘ方向と略並行に設置されるように食器カゴ２を設けると、放射板３から放射された超音波が食器により遮断されて、食器庫１全体に伝播されなくなる。また、食器表面から除去された水滴の少なくとも一部が鉛直方向に自由落下させて他の食器に再付着しないようにするためである。
【００３３】
超音波による音速は温度が高いほど速いため、波長も温度とともに長くなる。表１に温度と波長および内寸４３０ｍｍの食器庫内にできる極大部（実線で示した）の本数を示す。これによると庫内の温度を２０℃から８３℃まで上昇させると、形成される極大部の本数は５０本から４５本まで徐々に減ることがわかる。
【００３４】
【表１】
2010240129.tif 000003
【００３５】
図３（ａ）の中央部ロに形成される極大部の配列を図３（ｂ）に拡大して示し、２０℃から８３℃までの温度変化によってどのように配列が変わるかを示した。矢印ハで示すように、極大部の位置は加熱とともに移動する。その結果、２０℃において音圧の極小部だ
った位置（破線で示す）にも、加熱によって極大部が通過することが分かる。このようにして庫内の温度を変化させることによって、音圧の極大部を移動させて水滴の除去をムラなくおこなうことができる。
【００３６】
ただし、矢印イ方向の両端の概ね２波長程度の領域については、極大部が移動しにくいため水滴の除去効果は期待できない。
【００３７】
水滴除去効果が期待できるのは放射板３の相対する位置であるので、食器の設置される高さ（図１の寸法ホ）および幅（図２の寸法へ）とほぼ同じ大きさの放射板３を設けることが必要である。放射板３が食器庫１の内面と接続される接続部３ａは、振幅がゼロである部分に設定して放射板３の振動が妨げられないようにする。
【００３８】
食器庫１の超音波の放射方向（矢印イ）の内寸法が波長の概ね２０倍以上であれば、図１に示すように温度変化による定在波の移動が食器庫１内の大部分を網羅することが出来る。例えば周波数が２０ｋＨｚの超音波を用いた場合なら、１波長は約１７ｍｍなので矢印イ方向に３４０ｍｍ以上の内寸があればよい。より高周波の場合は、必要な内寸はより小さくなる。
【００３９】
一方、放射板３および放射板に相対する面からの距離が２波長程度のエリアは、２０℃〜８３℃程度の温度変化による定在波の移動では、十分に水滴が除去されない可能性があるため食器を配置するべきでない。そのためにピン状の配置制限手段６が放射板３と相対する内面に設けられている。
【００４０】
図４に示すシーケンスに従って本実施の形態の食器洗い乾燥機の乾燥工程の動作を説明する。洗浄工程の最後は常温の水ですすぐことによって、食器庫１内の温度はＴ３と比較的低い状態から乾燥工程が開始される。乾燥開始とともに超音波振動子４が作動して比較的大きな水滴を除去する。同時に、ヒーター７とファン９への通電が開始され、庫内の温度はＴ１まで上昇しながら水滴除去と水分の蒸発が同時におこなわれる。温度の上昇とともに水滴の除去位置は移動し、その結果水滴の除去効果はムラなくおこなわれる。庫内温度がＴ１に達すると、超音波振動子４の作動は停止し、ヒーターを間欠駆動させ、その後は温風による水滴の蒸発のみがおこなわれる。所定時間後にヒーター７とファン９への通電が停止され乾燥工程が終了する。
【００４１】
また、図５に示すシーケンスに従って乾燥をおこなうことも可能である。洗浄工程の最後にヒーター７が通電されて食器庫内の温度はＴ２となり、常温に比べて高温の状態から乾燥工程が開始する。乾燥工程の開始と共にヒーター７の通電がｏｆｆとなり、超音波振動子４と送風ファン９が作動開始する。その結果、食器庫１内の温度は低下しながら、食器表面の水滴が除去される。
【００４２】
気温の効果に伴って水滴の微細化される位置が変化するため、食器の全面からムラなく水滴が除去される。温度がＴ３に達するとヒーター７に通電が開始されて温度が上昇して定在波の位置が移動しながら、水滴が除去される。温度がＴ２→Ｔ３へと降下する間に大部分の水滴は除去されているが、残留する微量の水滴が除去されつつ、加熱効果によって水分の蒸発も促進されてより完全な乾燥状態に近づく。温度がＴ１に達すると超音波振動子４の作動が停止して、蒸発作用のみによる乾燥工程に移る。このようにして温度Ｔ２とＴ３の間の水滴除去作用が逆方向から繰り返されることによって、食器と食器カゴ２の接点などに残りがちな水滴が確実に除去されて高い乾燥性能が発揮される。Ｔ１は８０℃から１００℃程度、Ｔ２は５０℃から７０℃程度、Ｔ３は１５℃から２５℃程度が適当である。使用者の意思によって図４に示す乾燥シーケンスと図５に示すシーケンスとを選べるように設ける。
【００４３】
（実施の形態２）
図６は、本発明の第２の実施形態における食器洗い乾燥機の構成図を示す。本実施形態の構成および作動の多くは実施の形態１の食器洗い乾燥機と同じであるため、異なる部分のみを説明する。本実施の形態の超音波放射部は、放射板３からたわみ振動によって放射される位相の混在した超音波を同位相にそろえる位相調整手段１３を有する。
【００４４】
図７（ａ）（ｂ）に超音波放射部の構成を示し、図７（ｂ）は図７（ａ）の破線「い」における断面図である。超音波放射部は超音波振動子４と放射板３と位相調整手段１３と放射方向設定板５とを一体化したユニットであり、前記の構成要素の位置関係を正確にそろえることができて水滴除去性能を安定して発揮させる。位相調整手段１３は、超音波の反射面に１／２波長分の段差を有する。位相調整手段１３によって、超音波の振幅が増幅できるため超音波振動子４の数は実施の形態１よりも少なくてよい。
【００４５】
超音波放射部と食器の収納されるスペースとをつなぐ連結部１４は、洗浄中は蓋１５によって閉じられていて、高電圧の流れる超音波振動子４に水滴が触れる恐れがない。加えて、放射板３が洗浄水によって汚れる心配がないため超音波の放射性能が安定して発揮される。
【００４６】
また、実施の形態２において配置制限手段６がカゴ上に設けられ、食器が水滴除去効果が十分に発揮される位置からはみ出ないようにしている。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
家庭用食器洗い機に限らず産業用の乾燥機や食器洗い乾燥機においても利用可能である。特にレストランなど業務用で食器の洗浄や乾燥を頻繁におこなう場合は、乾燥時間を短縮することによって従来よりも食器の総数が少なくてもまかなうことが出来て実用上大きなメリットがある。
【符号の説明】
【００４８】
１  食器庫
２  食器カゴ
３  放射板
４  超音波振動子
７  ヒーター
１３  位相調整手段
１００  超音波振動子
１０１  ホーン
１０２  ロッド
１０３  放射板
１０４  超音波集束手段
【図１】
2010240129.tif 000004
【図２】
2010240129.tif 000005
【図３】
2010240129.tif 000006
【図４】
2010240129.tif 000007
【図５】
2010240129.tif 000008
【図６】
2010240129.tif 000009
【図７】
2010240129.tif 000010
【図８】
2010240129.tif 000011
【図９】
2010240129.tif 000012