(57)【要約】【課題】異なる性状の汚れに対して超音波洗浄効果を最大化する。【解決手段】洗浄槽１内の水を振動させて被洗浄物を洗浄する超音波振動子２と、洗浄水に気泡を供給する気泡生成手段３と、前記超音波振動子２と前記気泡生成手段３を制御する制御手段７とを設け、前記制御手段により、洗浄水中で気泡または気体を生成しながら洗浄水中の気泡または気体含有量を連続的または段階的に変化させながら超音波洗浄を行うようにしたものである。【選択図】図１
2008253373.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被洗浄物を収容する洗浄槽と、前記洗浄槽に洗浄水を導入する給水管と、前記給水管の開閉をおこなう給水弁と、前記洗浄槽内の洗浄水を排水する排水管と、前記排水管の開閉を行う排水弁と、前記洗浄槽内の水を振動させて前記被洗浄物を洗浄する超音波振動子と、洗浄水中で気泡または気体を生成する気泡生成手段と、前記超音波振動子と前記気泡生成手段と前記給水弁と前記排水弁の作動を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、洗浄水中で気泡または気体を生成しながら洗浄水中の気泡または気体含有量を連続的または段階的に変化させながら超音波洗浄するようにした超音波洗浄装置。
【請求項２】
被洗浄物を収容する洗浄槽と、前記洗浄槽に洗浄水を導入する給水管と、前記給水管の開閉をおこなう給水弁と、前記洗浄槽から洗浄水を排水する排水管と、前記排水管の開閉を行う排水弁と、前記洗浄槽内の水を振動させて前記被洗浄物を洗浄する超音波振動子と、洗浄水中で気泡または気体を生成する気泡生成手段と、前記超音波振動子と前記気泡生成手段と前記給水弁と前記排水弁の作動を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記洗浄槽に気泡または気体含有量の異なる洗浄水を入れ替えて複数回超音波洗浄するようにした超音波洗浄装置。
【請求項３】
制御手段は、超音波洗浄をおこなっている間に洗浄水中の気泡または気体生成量を増加させるようにした請求項１または２記載の超音波洗浄装置。
【請求項４】
制御手段は、超音波洗浄をおこなっている間に洗浄水中の気泡または気体生成量を減少させるようにした請求項１または２記載の超音波洗浄装置。
【請求項５】
気泡生成手段は、疎水性で通気性の高い中空糸膜と前記中空糸膜の外部空間から成る気体溶解膜モジュールと、前記気体溶解膜モジュールの外部空間を加圧するポンプとを有し、洗浄水を前記気体溶解膜モジュールに通して前記ポンプにより前記中空糸膜の外部空間を加圧して気体を溶解するようにした請求項１〜４のいずれか１項に記載の超音波洗浄装置。
【請求項６】
ポンプは加圧および減圧の両方がおこなえる加減圧ポンプであり、気体溶解膜モジュールの中空糸膜の外部空間を加圧または減圧することによって洗浄水への気体溶解および脱気が行えるようにした請求項５記載の超音波洗浄装置。
【請求項７】
気泡生成手段は、少なくとも１対の電極と、前記電極に電流を印加する電流印加手段とを有し、洗浄水の電気分解によって気泡または気体を生成し、印加する電流値を変化させて気泡または気体の生成量を変化させるようにした請求項１〜４のいずれか１項に記載の超音波洗浄装置。
【請求項８】
電極は、洗浄槽内に位置し被洗浄物を保持するようにした請求項７記載の超音波洗浄装置。
【請求項９】
気泡生成手段はイジェクターである請求項１〜４のいずれか１項に記載の超音波洗浄装置。
【請求項１０】
イジェクターは、空気の取り入れ量を可変に設けられ、空気の取り入れ量を変化させて気泡生成量を変化させるようにした請求項９記載の超音波洗浄装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の超音波洗浄装置を備えた食器洗い機。
【請求項１２】
洗浄水に気泡または気体を供給しつつ、その供給量を連続的または段階的に変化させながら超音波洗浄するようにした超音波洗浄方法。
【請求項１３】
洗浄槽に気泡または気体含有量の異なる洗浄水を入れ替えて複数回超音波洗浄するようにした超音波洗浄方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波洗浄装置および同装置を用いた食器洗い機および超音波洗浄方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
工業用洗浄分野で用いられる超音波洗浄方法は、２０〜５０ｋＨｚ程度の周波数を用いる低周波超音波洗浄と数１００ｋＨｚ〜数ＭＨｚ域の周波数を用いる高周波超音波洗浄とがある。低周波超音波振動による洗浄作用は、主にキャビテーション（空洞）現象や乳化現象によると考えられ、強固に付着した汚れを剥離する効果に優れる。一方、高周波超音波振動によるものは主に加速度振動による振り落とし効果によって汚れを剥離すると理解され、例えば半導体ウェハー上に残留するμｍオーダーの微粒子の除去に用いられる。
【０００３】
キャビテーション現象とは、気泡核と呼ばれる水中の微細気泡が超音波振動による低圧によって大きな気泡に成長することをさす。成長した気泡が高圧時に収縮して崩壊する際に物体表面に大きな応力を発揮して洗浄効果を発揮すると考えられている。崩壊した気泡は多数の微細気泡となり新しい気泡核を提供するため、気泡の成長と崩壊のサイクルが継続して洗浄効果が継続する。
【０００４】
しかしながら、水中に気泡核が少ない場合や超音波振動子の出力が小さくて気泡の成長に時間がかかる場合は、洗浄効果が発揮されるまでの間潜伏期間が存在する。したがって限られた時間内で十分な洗浄効果を得ようとすると、洗浄水に気泡核を添加するとキャビテーション発生までの潜伏期間を縮めることができる。そのような考えに基づいて、洗浄水に微小気泡を添加する技術が考案された（例えば、特許文献１参照）。また、気泡核の数が多いと多数の場所でキャビテーションが発生するため、超音波洗浄による洗浄ムラが防止されるとの効果もある（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
いずれの場合も、添加する気泡のサイズが大きすぎたり量が多すぎたりすると大きな気泡によって超音波振動を吸収して弱めるという負の効果（クッション効果）が発生するため、添加する気泡のサイズは数μｍ〜数１０μｍ程度が好ましいとされる。また、水中の微小気泡と溶存気体とは、高周波超音波振動による洗浄の場合でも、微小気泡を添加することによって超音波振動に共鳴するサイズの気泡が被洗浄物の表面で振動されて被洗浄物を擦り洗いされる（例えば、特許文献３参照）。
【特許文献１】実開昭６０−１９３２８４号公報
【特許文献２】特開昭６４−００４２８５号公報
【特許文献３】特開平０６−３２０１２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
発明者が４５ｋＨｚの超音波洗浄機を用いて調べたところ、液状のオイル汚れの付着した金属を超音波洗浄した場合、数１０μｍの気泡を添加した直後は洗浄効果が高かったが超音波洗浄を続けるうちに洗浄効果が低下するという問題が生じた。気泡が崩壊して新しい気泡核を作るというサイクルがうまく継続しない原因については不明であるが、微小気泡を継続して添加する必要があるものと思われる。
【０００７】
また、被洗浄物に付着する汚れの種類や性状によって微小気泡を添加する効果の大きいものと効果の認められないものとが存在した。例えば４５ｋＨｚの超音波洗浄機を用いた場合、生乾きのデンプン糊は数１０μｍの気泡を洗浄水がわずかに白濁するほどの量だけ添加することによって洗浄効果が向上したが、乾燥固化したデンプン糊は気泡をより少量添加したほうが洗浄効果は高かった。実際に洗浄ラインに搬入されるデンプン糊汚れの乾燥程度はまちまちであるため、気泡添加量を一律に決めると洗浄効果の不十分な被洗浄物がでてくる。
【０００８】
本発明は、微小気泡の添加方法を工夫することによって、さまざまな性状の汚れの付着した被洗浄物を効率的に洗浄できる超音波洗浄装置を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記従来の課題を解決するために、本発明の超音波洗浄装置は、微小気泡を発生させながら気泡の発生量を変化させることによって、さまざまな性状の汚れに適した気泡を継続的に供給して超音波洗浄をおこなうものである。また、本発明の超音波洗浄装置は、洗浄槽に気泡含有量の異なる洗浄水を入れ替えて複数回超音波洗浄するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の超音波洗浄装置は、様々な表面性状の汚れがついた被洗浄物に対して低周波超音波洗浄の洗浄効果を最大化することができ、限られた洗浄スペースと装置出力とを有効利用して、洗浄効果を発揮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
第１の発明は、被洗浄物を収容する洗浄槽と、前記洗浄槽に洗浄水を導入する給水管と、前記給水管の開閉をおこなう給水弁と、前記洗浄槽内の洗浄水を排水する排水管と、前記排水管の開閉を行う排水弁と、前記洗浄槽内の水を振動させて前記被洗浄物を洗浄する超音波振動子と、洗浄水中で気泡または気体を生成する気泡生成手段と、前記超音波振動子と前記気泡生成手段と前記給水弁と前記排水弁の作動を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、洗浄水中で気泡または気体を生成しながら洗浄水中の気泡または気体含有量を連続的または段階的に変化させながら超音波洗浄するようにしたものである。気泡含有量が比較的多い場合は個々の崩壊応力は小さいものの多数の地点で洗浄効果が発揮されるため、弱い付着力で広い面積に付着した汚れを剥離するのに適している。一方、気泡含有量が比較的少ない場合は個々の気泡崩壊応力が比較的大きいため、付着力の強い汚れの剥離に適している。洗浄水の気泡または気体含有量（以下、気泡含有量と略す）を連続的に変化させることによって、キャビテーション現象に伴う気泡崩壊応力の発生個数と強度が順次変化する。その結果、さまざまな種類と状態の食器汚れに対して、適切な強度と発生頻度の気泡崩壊応力を順次与えて十分な洗浄作用を発揮する。洗剤を主な洗浄原理とする既存の食器洗い機では、洗浄水が汚れに浸透したり剥離作用を発揮したりするために数分から１０分程度の時間を要するのに対して、超音波キャビテーションによる洗浄作用は数秒から数１０秒でおこなわれる。したがって、最適な気泡含有量が数十秒持続するだけで十分な洗浄結果が期待できる。
【００１２】
第２の発明は、被洗浄物を収容する洗浄槽と、前記洗浄槽に洗浄水を導入する給水管と、前記給水管の開閉をおこなう給水弁と、前記洗浄槽から洗浄水を排水する排水管と、前記排水管の開閉を行う排水弁と、前記洗浄槽内の水を振動させて前記被洗浄物を洗浄する超音波振動子と、洗浄水中で気泡または気体を生成する気泡生成手段と、前記超音波振動子と前記気泡生成手段と前記給水弁と前記排水弁の作動を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記洗浄槽に気泡または気体含有量の異なる洗浄水を入れ替えて複数回超音波洗浄するようにしたものである。気泡含有量の異なる数種類の洗浄水を洗浄槽に入れ替えることによって、同一の洗浄水の気泡含有量を変化させる方法に比べて、すすぎ効果を期待できるため洗浄効果の向上やすすぎ回数の削減に伴う時間短縮が期待できる。
【００１３】
第３の発明は、特に、第１または第２の発明の制御手段は、超音波洗浄をおこなっている間に洗浄水中の気泡または気体生成量を増加させるようにしたものである。超音波洗浄が完了するころに気泡含有量が最大になるため気泡同士が合一してより大きな気泡（数１００μｍオーダー）を形成し、気泡の周辺に汚れを吸着して浮上させるという浮上分離技術と組み合わせて、汚れの再付着を防ぐことが可能である。
【００１４】
第４の発明は、特に、第１または第２の発明の制御手段は、超音波洗浄をおこなっている間に洗浄水中の気泡または気体生成量を減少させるようにしたものである。超音波洗浄の開始前に比較的多量の気泡を添加しておけば、その後は気泡生成手段を最大出力よりも小さな出力で作動させるので超音波振動子と同時に使用する電力消費が小さく抑えられる。
【００１５】
第５の発明は、特に、第１〜第４のいずれか１つの発明の気泡生成手段は、疎水性で通気性の高い中空糸膜と前記中空糸膜の外部空間から成る気体溶解膜モジュールと、前記気体溶解膜モジュールの外部空間を加圧するポンプとを有し、洗浄水を前記気体溶解膜モジュールに通して前記ポンプにより前記中空糸膜の外部空間を加圧して気体を溶解するようにしたものである。この方法の場合、前記気体溶解膜モジュールの外部空間を加圧する圧力を変化させれば、洗浄水に溶解する気体量を容易に連続的に変化させることができる。
【００１６】
第６の発明は、特に、第５の発明のポンプは加圧および減圧の両方がおこなえる加減圧ポンプであり、気体溶解膜モジュールの中空糸膜の外部空間を加圧または減圧することによって洗浄水への気体溶解および脱気が行えるようにしたものである。ポンプを減圧運転することによって洗浄水から脱気することも可能であり、脱気〜溶存気体添加まで幅広く洗浄水の気体溶解量を変化させることができる。その結果、より幅広い特性の汚れに対して超音波洗浄効果を最適化することができる。
【００１７】
第７の発明は、特に、第１〜第４の発明の気泡生成手段は、少なくとも１対の電極と、前記電極に電流を印加する電流印加手段とを有し、洗浄水の電気分解によって気泡または気体を生成し、印加する電流値を変化させて気泡または気体の生成量を変化させるようにしたものである。洗浄水中で水分子を電気分解することによって、陰極からは水素ガスの、陽極からは酸素ガスの微小気泡が発生する。印加する電流を変えることによって容易に気泡発生量を変えることができる。また、特に水素ガスのマイクロバブルはキャビテーションによって瞬時に高温高圧にさらされて、水素ラジカルを発生させるといわれる。水素ラジカルによる化学的な洗浄効果も期待される。
【００１８】
第８の発明は、特に、第７の発明の電極は、洗浄槽内に位置し被洗浄物を保持するようにしたものである。キャビテーション現象は被洗浄物の表面近くで生じたものだけが、洗浄効果を発揮する。電極によって被洗浄物を下から保持すれば発生した気泡の多くが被洗浄物の近辺に浮遊すると考えられるので、最も効率的にキャビテーションを引き起こすことができる。
【００１９】
第９の発明は、特に、第１〜第４の発明の気泡生成手段はイジェクターであることにより、簡便な構成によって洗浄水に気泡を添加することができる。
【００２０】
第１０の発明は、特に、第９の発明のイジェクターは、空気の取り入れ量を可変に設けられ、空気の取り入れ量を変化させて気泡生成量を変化させるようにしたことにより、簡便な構成によって気泡の生成量を変化させることができる。
【００２１】
第１１の発明は、第１〜第１０の発明のいずれか１つの超音波洗浄装置を備えた食器洗い機である。多種多様な汚れが付着した食器を超音波洗浄する場合、洗浄水の気泡含有量を連続的に変化させることによって、それぞれの汚れに対して適切な強度と発生頻度の気泡崩壊力を順次与えて十分な洗浄作用を発揮することができる。その結果、洗剤の使用量を削減したり、洗浄時間を短縮したり、洗浄に必要な超音波出力を小さくしたり、そのために食器洗い機の機体を小さく構成したりすることが可能になる。
【００２２】
第１２の発明は、洗浄水の気泡含有量を連続的または段階的に変化させつつ超音波洗浄するようにした超音波洗浄方法である。多種多様な汚れが付着した被洗浄物を超音波洗浄する場合、洗浄水の気泡含有量を連続的に変化させることによって、それぞれの汚れに対して適切な強度と発生頻度の気泡崩壊力を順次与えて十分な洗浄作用を発揮することができる。その結果、洗剤の使用量を削減したり、洗浄時間を短縮したり、洗浄に必要な超音波出力を減らしたりすることが可能になる。
【００２３】
第１３の発明は、洗浄槽に気泡含有量の異なる洗浄水を入れ替えて複数回超音波洗浄するようにした超音波洗浄方法である。多種多様な汚れが付着した被洗浄物を超音波洗浄する場合、洗浄水の気泡含有量を連続的に変化させることによって、それぞれの汚れに対して適切な強度と発生頻度の気泡崩壊力を順次与えて十分な洗浄作用を発揮することができる。その結果、洗剤の使用量を削減したり、洗浄時間を短縮したり、洗浄に必要な超音波出力を減らしたりすることが可能になる。
【００２４】
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。
【００２５】
（実施の形態１）
図１は、本発明の超音波洗浄装置を用いた第１の実施の形態における食器洗い機の構成図である。食器洗い機は、被洗浄物である食器を収納する洗浄槽１、洗浄槽１内の洗浄水を振動させる超音波振動子２、洗浄水に気体を溶解または脱気する気体溶解膜モジュール３、気体溶解膜モジュール３を駆動する加減圧ポンプ４、洗浄水の導入のＯＮ／ＯＦＦおよび導入方向を切り替える弁つき加圧ポンプ５、洗浄水の排水のＯＮ／ＯＦＦおよび排水方向を切り替える排水弁６、超音波振動子２を駆動させ給水弁および排水弁の開閉と切替方向を制御する制御手段７、洗浄槽１内の水が所定の水位以上に溜まった際にオーバーフローさせるオーバーフロー管８、洗浄水の排水をおこなう排水管９、洗浄水の導入を行う給水管１０、汚れを含んだ洗浄水から汚れ成分をろ過するフィルター１１から構成される。
【００２６】
本発明の超音波洗浄装置を用いた食器洗い機は、洗浄水の溶存気体飽和度の変化について複数の作動方式を取ることができるので、まず、気泡含有量の変化についてその概要を図２で説明する。洗浄方法は、大きく分けて超音波洗浄工程中に洗浄水の気泡含有量の変化方向を上昇させる上昇式（ａ）と、低下させる下降式（ｂ）とがある。
【００２７】
上昇式では、超音波洗浄が完了するころに気泡生成量が最大になるため、汚れの再付着を防ぐ目的で剥離した汚れ成分を多量の気泡の周辺に吸着させて浮上させて除去するという浮上分離法と組み合わせることができるというメリットがある。一方、下降式では超音波洗浄を開始する前に気泡生成手段である加減圧ポンプ４を最大出力で作動させて洗浄水に最大量の気泡を含有させておけば、超音波振動子２の作動開始後はより小さな出力で加減圧ポンプ４を作動させるだけでよく、超音波洗浄装置全体としての最大消費電力を小さく抑えることができる。
【００２８】
上昇式の場合でも低下式の場合でも、気泡含有量を変化させる方法には、同一の洗浄水の気泡含有量を変化させる方法（連続式：イ）、元の洗浄水に異なる気泡含有量の洗浄水を連続的に供給して置換してゆく方法（連続置換式：ロ）、元の洗浄水を排水してから気泡含有量の異なる洗浄水を導入する方法（入替式：ハ）とがある。
【００２９】
連続式は、洗浄水の使用量が最も少なくてすむという特長がある。連続置換式では、連続式よりも節水性能で劣るものの、汚れを排出しながら洗浄をおこなうため汚れの再付着が抑えられてすすぎ水の使用量が少なくて済む。入替式では通常３段階以上の気泡含有量で洗浄をおこなう必要があり、入替のたびに洗浄水を捨てることになるので洗浄水の使用量が最も多くなる。
【００３０】
本実施の方式に比較的適した連続置換上昇式（ａ−ロ）と連続下降式（ｂ−イ）について作動を以下に説明するが、それ以外の方式も可能である。
【００３１】
まず、連続置換上昇式（ａ−ロ）における作動を図１で説明する。すすぎ工程以前の超音波洗浄工程をフローチャートにより図３に示した。給水管１０から供給された洗浄水は矢印イ方向に導入されて、オーバーフロー管８の深さまで洗浄槽１を満たす。その際、気体溶解膜モジュール３、加減圧ポンプ４は作動させず、気体の溶解や気泡の供給はおこなわない。超音波振動子２が作動して超音波キャビテーション洗浄が開始される。用いることができる超音波振動子の周波数は、２０ｋＨｚ〜２ＭＨｚ程度までありうるが、少ない消費電力でキャビテーションを起すことができ、かつ可聴域のノイズが発生しにくいという観点から５０ｋＨｚ前後の周波数が使いやすい。
【００３２】
超音波振動を開始してから２〜３分後に加減圧ポンプ４が加圧方向に作動して気体溶解膜モジュール３が作動した状態で、弁つき加圧ポンプ５が開いて気体が添加された洗浄水が洗浄槽１に供給される。超音波洗浄を続けながら加減圧ポンプ４は徐々に正圧を上昇させ、溶解させる気体量を増加させる。溶存気体濃度がある程度以上に達すると、水中に溶存しきれない気体が微小な気泡となって現れる。直径数μｍ〜数十μｍの気泡が発生するように加減圧ポンプ４の圧と弁つき加圧ポンプ５の流量を予め設定しておくことが好ましい。
【００３３】
この際、排出弁６はオーバーフロー管８方向に開いていて、気体や気泡を添加された洗浄水の供給量と同量の洗浄水が矢印ロ方向にオーバーフロー管８から排出される。添加された気泡の大部分は超音波振動によって崩壊し、その際に食器の表面で崩壊圧を発生させて洗浄作用を発揮する。計約１０分間の超音波洗浄を終えた後、加減圧ポンプ４が最大能力で気泡を添加した洗浄水の供給が数分間続けられる。
【００３４】
剥離した汚れ成分のうち疎水性のもの、例えば油脂、卵黄など一部のタンパク質、コショウ粒など粒状の汚れが多量の気泡の周辺に吸着されて浮上分離され、オーバーフロー管８から排出される。その後、排水弁６は排水管９方向に切り替わって全ての洗浄水が矢印ハ方向に排水される。浮上分離をおこなうことによって、水位が低下する際に前記の汚れが食器表面に付着することを防ぐ。その結果、すすぎは１回または多くても２回で十分である。
【００３５】
もう一つの作動方式の例として、連続下降式（ｂ−イ）における作動を図１で説明する。すすぎ工程以前の超音波洗浄工程をフローチャートにより図４に示した。加減圧ポンプ４が加圧方向に最大能力で作動して気体溶解膜モジュール３が作動した状態で約１分経過後、弁つき加圧ポンプ５が矢印イ方向に開いて気泡が添加された洗浄水が洗浄槽１に供給される。気泡の添加された洗浄水がオーバーフロー管８の高さまで洗浄槽１を満たすと、弁つき加圧ポンプ５が矢印ニ方向に切り替わる。最大能力で気泡が添加され続けた状態で、超音波振動子２が作動して超音波洗浄が開始される。超音波周波数および好ましい気泡径は前記のとおりである。超音波洗浄を開始してから数分後、加減圧ポンプ４の作動出力を徐々に低下させて気泡の添加量を減少させる。約５分かけて加減圧ポンプ４の出力をゼロにしたのち、加減圧ポンプ４の作動方向を減圧に切り替えて超音波洗浄を約５分間続ける。
【００３６】
このようにして洗浄水の気泡含有量を幅広く変えながら超音波洗浄を計１５分継続することによって、さまざまな特性の汚れが最適条件でキャビテーション洗浄されて剥離する。超音波振動を停止後、排水弁６を開き、洗浄水は矢印ハ方向に排出される。その後、すすぎを２回繰り返して洗浄工程を終了する。連続下降式（ｂ−イ）および連続上昇式（ａ−イ）の場合には、洗浄水に懸濁する汚れ成分がフィルター１１によって濾されるため、運転後はフィルター１１を清掃する。
【００３７】
（実施の形態２）
図５は、本発明の第２の実施の形態における食器洗い機の構成図を示す。食器洗い機は、洗浄槽１、超音波振動子２、洗浄水に気泡を添加するための電気分解に用いられ食器の保持具を兼ねる電極１２、洗浄水の導入のＯＮ／ＯＦＦおよび導入方向を切り替える弁つき加圧ポンプ５、洗浄水の排水のＯＮ／ＯＦＦおよび排水方向を切り替える排水弁６、超音波振動子２を駆動させ電極に電流を印加し給水弁および排水弁の開閉と切替方向を制御する制御手段７、洗浄槽内の水が所定の水位以上に溜まった際にオーバーフローさせるオーバーフロー管８、洗浄水の排水をおこなう排水管９、洗浄水の導入を行う給水管１０、汚れを含んだ洗浄水から汚れ成分をろ過するフィルター１１から構成される。
【００３８】
電極１２は正極と陰極が交互に配置される。電極には直径５ｍｍ×長さ５０〜１００ｍｍのサイズの白金電極を用いて、陰極および陽極を交互に配置して、１−２Ａの直流電流を印加すると顕著な洗浄効果が現れる。印加する電流値を変化させることで発生させる気泡の量を変えることができる。食器汚れに含まれる塩類を電解補助剤として用いることによって印加電圧を比較的小さく保つことができるので、本実施の形態は洗浄水の入れ替えのない連続上昇式（ａ−イ）または連続下降式（ｂ−イ）で用いるのが最も適している。
【００３９】
連続上昇式（ａ−イ）における作動を、図５を用いて説明する。給水管１０から導入された洗浄水は、矢印イ方向に洗浄槽１に供給される。オーバーフロー管８の深さまで洗浄水が満ちると、超音波振動子２の振動が開始される。その２−３分後に、弁つき加圧ポンプ５の流路が矢印ニ方向に切り替わり、また、電極１２に対して電流が印加され始める。印加される電流は徐々に大きくなるように制御され、それによって発生する微小気泡の量が徐々に増加する。約１０分間、超音波洗浄を継続した後、超音波振動子２の作動と電極への電流印加を停止する。直流電流の印加方向を逆転させて、所定の範囲内で最大の電流を電極１２に約３分間印加し続けて、気泡を発生させる。
【００４０】
超音波洗浄によって剥離した汚れ成分のうち疎水性の強い、油脂や一部のタンパク質、粒子状の汚れなどが、微細気泡の周辺に吸着して水面に浮上する。その後、弁つき加圧ポンプ５が洗浄水を少量導入し、浮上した汚れをオーバーフロー管８からオーバーフローさせる。その後、排水弁６は排水管９方向に切り替わって全ての洗浄水が矢印ハ方向に排水される。浮上分離をおこなうことによって、水位が低下する際に前記の汚れが食器表面に付着することを防ぐ。その結果、すすぎは１回または多くても２回で十分である。
【００４１】
本実施の形態は、微小気泡を被洗浄物である食器の近辺に集中して供給する点が他の実施の形態とは異なる特徴である。超音波によって崩壊する際に洗浄作用を発揮する気泡は食器表面のものだけであるため、食器の表面にだけ気泡を供給することが最も効率的である。またそうすることによって、食器以外の場所で微小気泡同士が合一して、超音波振動を弱める大きな気泡に成長することも防止できる。
【００４２】
加えて、洗浄水の電気分解によって生じる水素ガスおよび酸素ガスの微小気泡を添加する点が他の実施の形態と大きく異なる。気泡のつぶれる瞬間に気泡内の気体は瞬間的に数千度に加熱されたり数十ＭＰａまで加圧されたりするため、酸化力のあるラジカルが発生する。ラジカルによる酸化作用も汚れの剥離や部分的な分解に寄与して、特に茶渋など化学的に強固に付着した汚れに対する洗浄力を高める。
【００４３】
（実施の形態３）
図６は、本発明の第３の実施の形態における食器洗い機の構成図を示す。食器洗い機は、洗浄槽１、超音波振動子２、吸い込み空気の流量を可変に設けられ洗浄水に気泡を添加するイジェクター１３、洗浄水の導入のＯＮ／ＯＦＦおよび導入方向を切り替える弁つき加圧ポンプ５、洗浄水の排水のＯＮ／ＯＦＦおよび排水方向を切り替える排水弁６、超音波振動子２を駆動させイジェクターへの空気供給量と給水弁および排水弁の開閉と切替方向を制御する制御手段７、洗浄槽内の水が所定の水位以上に溜まった際にオーバーフローさせるオーバーフロー管８、洗浄水の排水をおこなう排水管９、洗浄水の導入を行う給水管１０、汚れを含んだ洗浄水から汚れ成分をろ過するフィルター１１から構成される。
【００４４】
吸い込まれた空気の気泡が十分に微細化されるように、イジェクターの内径の大きい部分と絞り部分の内径の比は１／３以下とする。また、絞り部分で汚れが詰まることのない様に、絞り部分の内径は３−４ｍｍ程度とすることが好ましい。内径の大きい部分が１０ｍｍで、絞り部分が３ｍｍのイジェクターの場合、イジェクターに供給される空気の量は洗浄水の流量の０〜２５％の間で制御される。流量が小さいほど生成される気泡はサイズが小さく保たれる。
【００４５】
連続上昇式（ａ−イ）における作動を、図６を用いて説明する。給水管１０から導入された洗浄水は、矢印イ方向に洗浄槽１に供給される。その際、イジェクター１３の吸気流量はゼロに制御されていて、気泡の添加はおこなわれない。オーバーフロー管８の深さまで洗浄水が満ちると、超音波振動子２の振動が開始される。その２−３分後に、弁つき加圧ポンプ５の流路が矢印ニ方向に切り替わり、またイジェクター１３の吸気流量は徐々に増加させられる。約１０分間、超音波洗浄を継続した後、超音波振動子２の作動を停止する。弁つき加圧ポンプ５はさらに約３分間作動し続けて、最大吸気量での気泡を発生する。
【００４６】
超音波洗浄によって剥離した汚れ成分のうち疎水性の強い、油脂や一部のタンパク質、粒子状の汚れなどが、微細気泡の周辺に吸着して水面に浮上する。その後、弁つき加圧ポンプ５が洗浄水を少量導入し、浮上した汚れをオーバーフロー管８からオーバーフローさせる。その後、排水弁６は排水管９方向に切り替わって全ての洗浄水が矢印ハ方向に排水される。浮上分離をおこなうことによって、水位が低下する際に前記の汚れが食器表面に付着することを防ぐ。その結果、すすぎは１回または多くても２回で十分である。
【００４７】
（実施の形態４）
図７は、本発明の第４の実施の形態における食器洗い機の構成図を示す。食器洗い機は、洗浄槽１、超音波振動子２、超音波振動子２を収めて洗浄水を食器に向けて噴射するように設けられた超音波洗浄ノズル１４、洗浄水に気泡を添加するための気体溶解膜モジュール３と加減圧ポンプ４、洗浄水の導入のＯＮ／ＯＦＦおよび導入方向を切り替える弁つき加圧ポンプ５、洗浄水の排水のＯＮ／ＯＦＦおよび排水方向を切り替える排水弁６、超音波振動子２を駆動させイジェクターへの空気供給量と給水弁および排水弁の開閉と切替方向を制御する制御手段７、洗浄槽内の水が所定の水位以上に溜まった際にオーバーフローさせるオーバーフロー管８、洗浄水の排水をおこなう排水管９、洗浄水の導入を行う給水管１０、汚れを含んだ洗浄水から汚れ成分をろ過するフィルター１１から構成される。
【００４８】
実施の形態１〜３に比べて本実施の形態では、大きな貯水部を有さないために軽量小型に設計可能であるという利点がある。また、消費する洗浄水の総使用量をより少なく抑えることができることや、そのために超音波振動子の個数や出力をより少なくすることが可能であり、節資源性能が高い。
【００４９】
連続上昇式（ａ−イ）における作動を、図６を用いて説明する。給水管１０から導入された洗浄水は、矢印イ方向に貯水槽１６および気体溶解膜モジュール３に供給される。その際、加減圧ポンプ４の作動は開始しておらず気泡の添加はおこなわれない。洗浄水は加圧ポンプ１５によって矢印ロ方向に加圧され、超音波振動ノズル１４の内部を満たして超音波振動子２の振動が開始される。洗浄水は超音波振動を伝播しつつ食器に向けて噴射されて、食器の表面でキャビテーションによる洗浄作用を発揮する。
【００５０】
食器から流れ落ちた洗浄水は貯水槽１６に集まり、再度加圧されて食器に噴射される。気泡を添加されない洗浄水による超音波洗浄が開始されて２〜３分後に、加減圧ポンプ４が加圧方向に作動して気泡の添加が開始される。ポンプの作動時間と共に気泡の添加量が徐々に増加させられる。約１０分間、超音波洗浄を継続した後、超音波振動子２と加減圧ポンプ４の作動を停止する。その後、加圧ポンプ１５は流路を矢印ハ方向に切り替えて全ての洗浄水が排水管９から排水される。その後、すすぎを２回程度行って洗浄工程を終了する。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
以上のように、本発明に係る超音波洗浄装置は、様々な表面性状の汚れがついた被洗浄物に対して低周波超音波洗浄の洗浄効果を最大化することが可能となるので、限られた洗浄スペースと装置出力とを有効利用した超音波洗浄装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施の形態１における超音波洗浄装置を用いた食器洗い機の構成図
【図２】本発明の超音波洗浄方法の方式を示す説明図
【図３】本発明の超音波洗浄方法の連続置換上昇式のフローチャート
【図４】本発明の超音波洗浄方法の連続下降式のフローチャート
【図５】本発明の実施の形態２における超音波洗浄装置を用いた食器洗い機の構成図
【図６】本発明の実施の形態３における超音波洗浄装置を用いた食器洗い機の構成図
【図７】本発明の実施の形態４における超音波洗浄装置を用いた食器洗い機の構成図
【符号の説明】
【００５３】
１  洗浄槽
２  超音波振動子
３  気体溶解膜モジュール（気泡生成手段）
５  弁つき加圧ポンプ（給水弁）
６  排水弁
７  制御手段
９  排水管
１０  給水管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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