(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）超音波伝播媒体を収容する処理槽と、
（ｂ）該処理槽内に配設され、被処理物を支持する支持体と、
（ｃ）前記処理槽内において、超音波伝播媒体に浸漬させた状態で移動自在に配設され、超音波振動子を備えた振動子ユニットと、
（ｄ）前記超音波振動子を駆動し、超音波を発生させる超音波振動子駆動回路と、
（ｅ）前記振動子ユニットを、前記支持体との間の距離を一定にして移動させる移動機構と、
（ｆ）前記超音波の発生と共に生成されるヒドロキシルラジカルの生成量によって規定される所定の殺菌条件を設定するための操作部と、
（ｇ）前記振動子ユニットに所定の角度で取り付けられ、所定の曲率半径で湾曲する反射面を備え、前記超音波振動子によって発生させられた超音波を、前記反射面で反射させ、被処理物に照射させる反射部材とを有するとともに、
（ｈ）前記振動子ユニットは、前記超音波振動子の裏面側において、超音波伝播媒体との間に形成され、超音波が超音波振動子の裏面側の超音波伝播媒体に伝播されるのを阻止するための密封空間を備え、
（ｉ）前記超音波振動子の表面側の超音波伝播媒体に伝播された超音波が、縦波及び横波のいずれも反射部材を透過せず、反射されるように設定された入射角で、前記反射面に入射されることを特徴とする超音波殺菌装置。
【請求項２】
前記密封空間はシール部材によってシールされる請求項１に記載の超音波殺菌装置。
【請求項３】
前記密封空間に空気が満たされる請求項１に記載の超音波殺菌装置。
【請求項４】
前記振動子ユニットは、前記処理槽の底壁との間に隙間を形成して移動自在に配設される請求項１に記載の超音波殺菌装置。
【請求項５】
前記入射角は２５〔°〕以上、かつ、９０〔°〕未満にされる請求項１に記載の超音波殺菌装置。
【請求項６】
前記振動子ユニットは前記処理槽内において傾斜させて配設される請求項１に記載の超音波殺菌装置。
【請求項７】
０．１〔μＭ〕以上、かつ、１００〔μＭ〕以下の生成量のヒドロキシルラジカルを生成するヒドロキシルラジカル生成処理手段を有する請求項１に記載の超音波殺菌装置。
【請求項８】
前記超音波伝播媒体の温度を、０〔℃〕以上、かつ、６０〔℃〕以下に制御する温度制御処理手段を有する請求項１に記載の超音波殺菌装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波殺菌装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、殺菌性のある水溶液に被処理物、例えば、食品を浸漬させ、超音波を発生させ、食品に照射することによって、食品の処理、すなわち、殺菌を行うようにした超音波殺菌装置が提供されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００５−３３３８４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、前記従来の超音波殺菌装置においては、殺菌性のある水溶液を使用する必要があるのでコストが高くなってしまうだけでなく、食品において超音波の照射むらが生じるので、食品を効果的に殺菌することができない。
【０００４】
本発明は、前記従来の超音波殺菌装置の問題点を解決して、コストを低くすることができ、被処理物を効果的に殺菌することができる超音波殺菌装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
そのために、本発明の超音波殺菌装置においては、超音波伝播媒体を収容する処理槽と、該処理槽内に配設され、被処理物を支持する支持体と、前記処理槽内において、超音波伝播媒体に浸漬させた状態で移動自在に配設され、超音波振動子を備えた振動子ユニットと、前記超音波振動子を駆動し、超音波を発生させる超音波振動子駆動回路と、前記振動子ユニットを、前記支持体との間の距離を一定にして移動させる移動機構と、前記超音波の発生と共に生成されるヒドロキシルラジカルの生成量によって規定される所定の殺菌条件を設定するための操作部と、前記振動子ユニットに所定の角度で取り付けられ、所定の曲率半径で湾曲する反射面を備え、前記超音波振動子によって発生させられた超音波を、前記反射面で反射させ、被処理物に照射させる反射部材とを有する。
そして、前記振動子ユニットは、前記超音波振動子の裏面側において、超音波伝播媒体との間に形成され、超音波が超音波振動子の裏面側の超音波伝播媒体に伝播されるのを阻止するための密封空間を備える。
また、前記超音波振動子の表面側の超音波伝播媒体に伝播された超音波が、縦波及び横波のいずれも反射部材を透過せず、反射されるように設定された入射角で、前記反射面に入射される。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、本発明の超音波殺菌装置においては、超音波伝播媒体を収容する処理槽と、該処理槽内に配設され、被処理物を支持する支持体と、前記処理槽内において、超音波伝播媒体に浸漬させた状態で移動自在に配設され、超音波振動子を備えた振動子ユニットと、前記超音波振動子を駆動し、超音波を発生させる超音波振動子駆動回路と、前記振動子ユニットを、前記支持体との間の距離を一定にして移動させる移動機構と、前記超音波の発生と共に生成されるヒドロキシルラジカルの生成量によって規定される所定の殺菌条件を設定するための操作部と、前記振動子ユニットに所定の角度で取り付けられ、所定の曲率半径で湾曲する反射面を備え、前記超音波振動子によって発生させられた超音波を、前記反射面で反射させ、被処理物に照射させる反射部材とを有する。
そして、前記振動子ユニットは、前記超音波振動子の裏面側において、超音波伝播媒体との間に形成され、超音波が超音波振動子の裏面側の超音波伝播媒体に伝播されるのを阻止するための密封空間を備える。
また、前記超音波振動子の表面側の超音波伝播媒体に伝播された超音波が、縦波及び横波のいずれも反射部材を透過せず、反射されるように設定された入射角で、前記反射面に入射される。
【０００７】
この場合、操作部を操作することによって、超音波を発生させたときに生成されるヒドロキシルラジカルの生成量により規定される所定の殺菌条件が設定されるので、被処理物に対する殺菌効果を顕著に向上させることができる。
【０００８】
また、被処理物において超音波の照射むらが生じるのを抑制することができるので、被処理物の殺菌の効率を高くすることができる。
さらに、処理槽内において、密封空間によって、超音波が超音波振動子の裏面側の超音波伝播媒体に伝播されるのが阻止され、表面側に発生させられた超音波だけが水中を伝播することになる。したがって、食品における超音波の照射エネルギーを大きくすることができる。
また、超音波振動子の表面側で発生させられた超音波と超音波振動子の裏面側で発生させられた超音波とが干渉するのを防止することができるので、ヒドロシキルラジカルを十分に生成させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１０】
図１は本発明の第１の実施の形態における超音波殺菌装置の左側面図、図２は本発明の第１の実施の形態における超音波殺菌装置の平面図、図３は本発明の第１の実施の形態における超音波殺菌装置の正面図である。なお、図１〜３は、いずれも、透視図で描かれている。
【００１１】
図において、１１は超音波殺菌装置であり、該超音波殺菌装置１１は、超音波殺菌装置１１の本体、すなわち、装置本体１２、及び該装置本体１２の上部を選択的に被う蓋（ふた）部材１３を備える。そして、前記装置本体１２は、正面パネル２１、背面パネル２２、左側面パネル２３、右側面パネル２４、上面パネル２５及び下面パネル２６を備え、前記蓋部材１３は、上面パネル２５に対してヒンジ１４によって揺動自在に支持され、上面に取手１５が取り付けられる。なお、前記ヒンジ１４は超音波殺菌装置１１を正面から見て蓋部材１３の右縁に、取手１５は蓋部材１３の左縁の中央に配設される。また、正面パネル２１の上縁の近傍には、傾斜させられたテーパ面ｓａ１が形成され、該テーパ面ｓａ１に、超音波殺菌装置１１を操作するための操作部１７が形成される。該操作部１７は表示部としての機能を兼ね備え、所定の情報を表示する。
【００１２】
前記超音波殺菌装置１１は、床面ｆｍ上を移動することができるように、前記下面パネル２６にキャスタ１６が取り付けられる。
【００１３】
前記装置本体１２は、上面が開放された所定の形状、本実施の形態においては、箱状の形状を有する処理槽３１を備え、該処理槽３１内に、超音波を伝播するための媒体、すなわち、超音波伝播媒体としての水が収容される。また、前記蓋部材１３を回動させることによって、処理槽３１を開閉することができる。該処理槽３１は、ステンレス鋼、樹脂等の材料から成り、前壁３５、後壁３６、左側壁３７、右側壁３８及び底壁３９を備える。
【００１４】
前記処理槽３１内には、上面が開放された所定の形状、本実施の形態においては、箱状の形状を有する支持体４３が、前記上面パネル２５に懸架された状態で、かつ、装置本体１２に対して着脱自在に配設され、前記支持体４３によって被処理物としての食品５１が支持され、処理槽３１内において水に浸漬させられる。なお、前記支持体４３の上縁には、支持体４３の外側に向けて支持体保持部材としてのフランジｆｇが形成され、該フランジｆｇによって前記支持体４３が上面パネル２５に懸架させられる。なお、処理槽３１内に支持体保持部材として枠組等の図示されない台を配設し、該台の上に前記支持体４３を載置することもできる。
【００１５】
本実施の形態においては、被処理物として食品５１を殺菌処理するようになっている。該食品５１には、生で食する、野菜（カット野菜を含む）、魚介類等の生鮮食品のほかに、調理された調理食品、レトルト食品等が含まれる。なお、レトルト食品には、特に、収容される食品が水分を有するか、パック内に食品と共に水分が収容されるものが含まれる。
【００１６】
また、被処理物として、所定の容器に収容された水を殺菌処理したり、パック内に収容された血液、薬液等の医療品を殺菌処理することができる。
【００１７】
前記支持体４３は、ステンレス鋼、樹脂等の材料から成り、前支持部４４、後支持部４５、左支持部４６、右支持部４７及び下支持部４８を備え、支持体４３内外を連通させた状態で食品５１を支持する。この場合、支持体４３内外で水が自由に移動することができるように、かつ、支持体４３内において超音波が水中を十分に伝播することができるように、支持体４３は、例えば、棒体を籠状に組み付けることによって形成される。なお、食品５１を支持することができる範囲で、支持体４３の目（細目）を粗くしたり、支持体４３を平行な棒状体によって形成したりすることができる。また、支持体４３を袋によって形成し、フック等のような係止部材によって装置本体１２に係合させることができる。
【００１８】
前記処理槽３１内の所定の箇所には、処理槽３１内に収容される水の液面、すなわち、水位を検出する液面検出部としての水位センサ５３が配設される。該水位センサ５３は、棒状の案内部材５４、及び該案内部材５４に沿って移動自在に配設され、水位が変化するのに伴って上下方向に移動するフロート５５を備える。そして、処理槽３１内に十分な量の水が収容されると、フロート５５は上方に移動し、あらかじめ設定された位置に置かれ、案内部材５４に配設された図示されないスイッチがオフにされ、処理槽３１内の水が不足すると、フロート５５は前記設定位置より下方に移動し、前記スイッチがオンにされる。
【００１９】
ところで、前記食品５１は、支持体４３によって、処理槽３１内の高さ方向においてあらかじめ設定された位置に、完全に水に浸漬されるように置かれ、下方から超音波が照射される。そのために、処理槽３１内に超音波照射装置５６が水平に移動自在に配設され、上面パネル２５上に配設された移動機構５７を作動させることによって、超音波照射装置５６を矢印Ａ方向（前後方向）に移動させることができる。
【００２０】
前記超音波照射装置５６は、底壁３９に対して平行に、かつ、底壁３９との間に所定の隙間を形成して移動自在に配設され、超音波振動子９３が搭載された超音波発生ユニット５８、及び該超音波発生ユニット５８と移動機構５７とを連結する連結体ユニット５９を備える。
【００２１】
前記超音波発生ユニット５８は、一端（図３において右端）において、連結体ユニット５９の下端と連結されることによって支持され、他端（図３において左端）において、回転自在に配設された回転体としての車輪６１によって底壁３９に対して支持され、車輪６１を回転させることによって処理槽３１内を矢印Ａ方向に移動させられる。
【００２２】
また、前記連結体ユニット５９は、処理槽３１内において、底壁３９に対して垂直方向に延びる下連結体６４、及び該下連結体６４に対して相対的に、かつ、上下方向に移動自在に配設された上連結体６５を備える。そして、該上連結体６５は、処理槽３１内において、底壁３９に対して垂直方向に延びる垂直部６７、及び該垂直部６７の上端において垂直部６７と直角の方向に、かつ、処理槽３１から外方に向けて延びる水平部６８を備え、該水平部６８の先端が移動機構５７と連結される。
【００２３】
前記下連結体６４に対して上連結体６５を移動自在にするために、下連結体６４の上端部と上連結体６５の下端部とが、摺動自在にオーバラップさせられ、前記下連結体６４の上端部に上下方向にスリットＳＬが形成され、前記上連結体６５の下端部に、スリットＳＬを貫通させて留め部材としての図示されないねじ部材が取り付けられる。したがって、該ねじ部材を緩め、車輪６１を底壁３９上に置いた状態で下連結体６４に対して上連結体６５を移動させ、ねじ部材を締め付けることによって、下連結体６４及び上連結体６５の位置決めを行うことができる。
【００２４】
また、前記移動機構５７は、上面パネル２５に取り付けられた移動用の駆動部としてのモータ７１、及び運動方向変換部としてのボールねじ７２を備え、該ボールねじ７２は、前記モータ７１の出力軸に取り付けられた第１の変換要素としてのボールねじ軸７３、及び該ボールねじ軸７３と螺（ら）合させられる第２の変換要素としてのボールナット７４を備える。なお、モータ７１としてステッピングモータを使用することができる。
【００２５】
そして、前記ボールねじ軸７３は上面パネル２５上において図示されない軸受けによって回転自在に支持され、ボールナット７４は水平部６８に固定される。したがって、前記モータ７１を駆動してボールねじ軸７３を回転させると、ボールねじ７２によってボールねじ軸７３の回転運動が直進運動に変換され、ボールナット７４が進退させられ、それに伴って、超音波照射装置５６が矢印Ａ方向に移動させられる。
【００２６】
なお、７０は、処理槽３１内の底壁３９の近傍に配設され、処理槽３１内の水の温度を検出する温度検出部としての水温センサ、７６は上面パネル２５上において移動機構５７を被うように取り付けられたカバー、７７は超音波発生ユニット５８に電力を供給するための配線、モータ７１を駆動するための配線、超音波照射装置５６を矢印Ａ方向に移動させたときに、前後の移動限に超音波照射装置５６が到達したことを検出するための位置検出部としての図示されない位置センサのセンサ出力を図示されない制御部に送るための配線等を通すための穴である。
【００２７】
次に、前記構成の超音波発生ユニット５８について説明する。
【００２８】
図４は本発明の第１の実施の形態における超音波発生ユニットの平面図、図５は本発明の第１の実施の形態における超音波発生ユニットの側面図、図６は本発明の第１の実施の形態における反射部材の正面図、図７は本発明の第１の実施の形態における反射部材の側面図、図８は本発明の第１の実施の形態における反射部材の反射部の斜視図、図９は本発明の第１の実施の形態における反射部材への超音波の入射角を示す図である。
【００２９】
図において、５８は超音波発生ユニットであり、該超音波発生ユニット５８は、互いに対向する位置に、かつ、平行に配設された一対のブロック状の振動子ユニット８１、８２、該各振動子ユニット８１、８２を傾斜させて支持するプレート状の支持部材８３、前記振動子ユニット８１、８２に取り付けられた複数の反射部材９５、前記振動子ユニット８１、８２の上方に、水平に配設されたカバー部材８４、前記支持部材８３の裏面において、各振動子ユニット８１、８２に対して着脱自在に取り付けられるコネクタ８５、８６等を備える。
【００３０】
前記支持部材８３は、ステンレス鋼から成る矩（く）形の形状を有するプレートを曲折することによって形成され、中央の水平部８７、及び該水平部８７の両縁から外方に向けて、斜め上方に延びる傾斜部８８、８９を備え、前記振動子ユニット８１、８２が、それぞれ傾斜部８８、８９の取付面に取り付けられる。したがって、前記振動子ユニット８１、８２は、支持部材８３に取り付けた状態で、外方に向けて、かつ、斜め上方に向けて傾斜させて配設される。
【００３１】
前記各振動子ユニット８１、８２は、矩形の形状を有するケース９１を備え、該ケース９１はケース本体９７及び裏板９８から成り、前記ケース本体９７の表側の面に、円形の形状を有する複数の、本実施の形態においては、５個の穴１００が形成され、該各穴１００内に超音波振動子９３が１個ずつ収容され、取り付けられる。なお、各超音波振動子９３は、例えば、セラミック振動子等によって形成される。
【００３２】
ところで、本実施の形態において、超音波振動子９３が処理槽３１内に置かれるので、超音波振動子９３を駆動することによって発生させられた超音波は、水を照射するとともに、水中を伝播し、食品５１を照射するようになっている。
【００３３】
このとき、超音波によって照射された部分の水は分解され、ヒドロキシルラジカル及び水素原子が生成される。また、超音波によって照射された食品５１内の水分が、同様に、分解され、ヒドロキシルラジカル及び水素原子が生成される。
【００３４】
その結果、水に浸漬された食品５１において、食品５１の周囲及び食品５１内で生成されたヒドロキシルラジカルによって、病原性又は有害性を有する糸状菌、細菌、ウイルス等の微生物が十分に酸化され、分解されるので、食品５１を十分に殺菌することができる。
【００３５】
しかも、殺菌性のある水溶液を使用する必要がないので、超音波殺菌装置１１のコストを低くすることができる。
【００３６】
なお、前記微生物には、大腸菌（Ｏ−１５７等を含む）、大腸菌群、腸炎ビブリオ菌、黄色ブドウ球菌、ノロウイルス、インフルエンザウイルス、コクサッキ−ウイルス、肝炎ウイルス等が含まれる。
【００３７】
ところで、超音波振動子９３を駆動すると、超音波振動子９３の表面側だけでなく、裏面側においても超音波が発生させられる。そして、超音波振動子９３の裏面側に水があると、裏面側において発生させられた超音波が水中を処理槽３１の底壁３９に向けて伝播するので、食品５１における超音波の照射エネルギーがその分小さくなってしまう。また、底壁３９で反射した超音波が、前壁３５、後壁３６、左側壁３７、右側壁３８等において反射した後、上方に向けて水中を伝播することになるので、超音波振動子９３の表面側で発生させられた超音波と超音波振動子９３の裏面側で発生させられた超音波とが干渉してしまう。その結果、超音波が干渉した箇所でヒドロシキルラジカルが生成されなくなってしまう。
【００３８】
そこで、本実施の形態においては、各超音波振動子９３の裏面側に、水が進入するのが阻止された密封空間を形成し、該密封空間内に、空気を満たすことによって空気層を形成するようにしている。
【００３９】
そのために、前記ケース本体９７の裏側の面に開口させて縦長の凹部１０１が形成され、前記穴１００と凹部１０１とが穴部１０３によって連通させられる。そして、ボルトｂｔ１によって裏板９８がシール部材１０８を介してケース本体９７に取り付けられる。
【００４０】
また、超音波振動子９３は、外周縁が、シール部材としての、かつ、保持部材としての環状のゴムパッキン９２によって包囲され、保持された状態で、前記穴１００内にセットされる。そして、環状の押圧部材９４が、ゴムパッキン９２の外周縁に押し付けられ、ボルトｂｔ２によってケース本体９７に固定される。
【００４１】
したがって、前記超音波振動子９３の裏面側に、前記凹部１０１及び穴部１０３から成り、前記シール部材１０８及びゴムパッキン９２によってシールされた密封空間を形成することができる。この場合、密封空間内に満たされた空気によって超音波が伝播するのを阻止するので、表面側に発生させられた超音波だけが水中を伝播することになる。したがって、食品５１における超音波の照射エネルギーを大きくすることができる。また、超音波振動子９３の表面側で発生させられた超音波と超音波振動子９３の裏面側で発生させられた超音波とが干渉するのを防止することができるので、ヒドロシキルラジカルを十分に生成させることができる。
【００４２】
なお、前記密封空間によって、超音波が伝播されない空間、すなわち、超音波非伝播空間が形成される。また、前記密封空間を真空にすることによって、超音波非伝播空間を形成することができる。さらに、各超音波振動子９３を駆動するための配線を、前記密封空間を貫通させて、コネクタ８５、８６と接続することができる。また、本実施の形態においては、各ケース本体９７の裏側の面に、縦長の凹部１０１が形成されるようになっているが、各超音波振動子９３に対応させて円形の形状を有する５個の凹部を形成することができる。
【００４３】
そして、前記ケース９１に、超音波振動子９３によって発生させられた超音波を反射する５個の反射部材９５が取り付けられる。該反射部材９５は、金属、例えば、ステンレス鋼、アルミニウム等から成る矩形の形状を有するプレートを曲折することによって形成され、各超音波振動子９３に対応させて配設され、ボルトｂｔ３によってケース本体９７に固定される。
【００４４】
前記反射部材９５は、ケース本体９７に取り付けるための取付部１１１、及び該取付部１１１に対して傾斜させて形成された反射部１１２を有し、反射部材９５の両縁の取付部１１１と反射部１１２との間に、くびれ部１２１が形成される。また、前記取付部１１１には、ボルトｂｔ３を貫通させるための貫通穴１２２が形成される。なお、前記反射部１１２は、伝播される範囲の全体で超音波が反射されるように設定される。本実施の形態においては、各超音波振動子９３ごとに１個の反射部材９５が配設されるようになっているが、複数の超音波振動子９３に対して共通の反射部材を配設することができる。
【００４５】
前記取付部１１１をケース本体９７に固定した状態で、反射部１１２は、振動子ユニット８１、８２より内方に向けて、斜め上方に延びる。そして、超音波振動子９３を駆動することによって発生させられた超音波は、水中を伝播し、貫通穴１２２において反射し、反射した超音波（反射波）は、垂直の方向に向きが変えられ、水中を上方に伝播し、食品５１を照射する。
【００４６】
また、前記カバー部材８４は、各超音波振動子９３に対応させて、かつ、各反射部材９５に対応させて形成された１０個の円形の形状を有する開口１１５を備え、該開口１１５の直径は、反射された超音波がカバー部材８４によって干渉されることなく伝播するように設定される。
【００４７】
ところで、超音波は、周波数が高くなると指向性が強くなるので、殺菌処理に必要なヒドロキシルラジカルを生成することができる範囲、すなわち、超音波の照射される範囲の面積が、超音波振動子９３自体の面積より小さくなる。例えば、直径が２６〔ｍｍ〕であり、かつ、周波数が１．６〔ＭＨｚ〕の超音波振動子９３を使用すると、直径が約８〔ｍｍ〕以下の範囲がヒドロキシルラジカルを生成するのに有効になり、直径が約８〔ｍｍ〕を超える範囲では、ヒドロキシルラジカルを生成することができなくなってしまう。したがって、食品５１のサイズが大きい場合には、１個の超音波振動子９３を使用しただけでは、食品５１の全体を殺菌することができなくなってしまう。
【００４８】
そこで、本実施の形態においては、前述されたように、超音波発生ユニット５８に１０個の超音波振動子９３を配列し、かつ、超音波照射装置５６を矢印Ａ方向に移動させることによって、超音波振動子９３を駆動することにより発生させられた超音波を食品５１の全体にわたって照射するようにしている。
【００４９】
なお、１０個の超音波振動子９３によって超音波を発生させたときに、ヒドロキシルラジカルの生成に有効な範囲が食品５１の全体に及ぶように、高さ方向における食品５１及び支持体４３の位置が設定される。食品５１が適正な位置に置かれず、超音波振動子９３と食品５１との距離が短くなると、各超音波振動子９３によるヒドロキシルラジカルの生成に有効な範囲が狭くなり、各範囲間に隙間が形成されてしまい、超音波振動子９３と食品５１との距離が長くなると、ヒドロキシルラジカルの生成に有効な範囲が広くなるが、十分な量のヒドロキシルラジカルを生成することができなくなってしまう。
【００５０】
本実施の形態において、前記超音波照射装置５６は、揺動することなく、底壁３９と平行に移動させられるので、超音波照射装置５６の移動に伴って、高さ方向における超音波振動子９３の位置は変化せず、一定になる。したがって、超音波照射装置５６と支持体４３との距離を一定にすることができるので、超音波振動子９３と食品５１との距離を一定にすることができる。また、照射の強い部分と弱い部分とが形成されることがないので、食品５１において超音波の照射むらが生じるのを抑制することができる。その結果、食品５１の殺菌の効率を高くすることができる。
【００５１】
本実施の形態においては、支持体４３が所定の位置に置かれた状態で超音波照射装置５６を移動させ、超音波振動子９３を移動させるようになっているが、超音波照射装置５６を所定の位置に置き、支持体４３を所定の位置で回転させることによって、食品５１を回転させることができる。この場合、支持体４３の回転に伴って、高さ方向において支持体４３の位置は変化せず、一定になる。したがって、超音波照射装置５６と支持体４３との距離を一定にすることができるので、超音波振動子９３と食品５１との距離を一定にすることができる。その結果、食品５１において超音波の照射むらが生じるのを一層抑制することができる。
【００５２】
さらに、支持体４３を所定の位置で回転させるとともに、超音波照射装置５６を移動させ、超音波振動子９３を移動させることができる。
【００５３】
なお、前記支持体４３を所定の位置で回転させるために、支持体４３は回転自在に支持され、所定の箇所に回転用の移動機構が配設される。該移動機構は、移動用の駆動部としてのステッピングモータ等のモータ、該モータを駆動することによって発生させられた回転を支持体４３に伝達するための歯車等の回転伝達系等を備える。
【００５４】
また、本実施の形態においては、超音波振動子９３を駆動することによって発生させられた超音波を、凸面の形状を有する反射面を備えた反射部１１２により反射させ、超音波が照射される範囲を広くするようにしている。
【００５５】
すなわち、前記反射部１１２の反射面は、幅方向及び長手方向においてわずかに湾曲させて円形に形成され、幅方向における曲率半径が所定の範囲、本実施の形態においては、２０〔ｍｍ〕以上、かつ、１０００〔ｍｍ〕以下に収まるように、長手方向における曲率半径が所定の範囲、本実施の形態においては、４０〔ｍｍ〕以上、かつ、２０００〔ｍｍ〕以下に収まるように形成される。なお、反射面の形状は、食品５１の照射面の形状に対応させて設定され、楕（だ）円形にすることができる。
【００５６】
したがって、超音波は、反射した後、拡散されて伝播するので、食品５１において超音波の照射むらが生じるのを抑制することができる。
【００５７】
しかも、音響レンズ等を使用することなく、超音波が照射される範囲を広くすることができるので、食品５１における照射エネルギーが小さくならない。
【００５８】
ところで、超音波は、水中（液体中）では縦波として伝播するが、固体内では縦波及び横波として伝播する。そして、本実施の形態のように、超音波が水中を伝播し、前記反射部１１２（水より音速が早い媒体）に入射されると、入射角（反射面における法線と入射される超音波の成す角度）θが０〔°〕以上、かつ、１９．１〔°〕未満である場合、縦波及び横波が反射部１１２を透過し、入射角θが１９．１〔°〕以上、かつ、３１．２〔°〕以下である場合、横波が反射部１１２内を透過し、入射角が３１．２〔°〕以上の場合、縦波及び横波がいずれも透過せず、反射だけが行われる。
【００５９】
そこで、本実施の形態においては、超音波が縦波及び横波のいずれも反射部１１２を透過せず、反射されるように、図９に示されるように、入射角θが２５〔°〕以上、好ましくは、３１．２〔°〕以上にされる。また、反射された超音波が水中において必要以上に広がらず、断面が円形の範囲内を伝播するように、入射角θは９０〔°〕未満、好ましくは、８５〔°〕以下にされる。
【００６０】
次に、前記操作部１７について説明する。
【００６１】
図１０は本発明の第１の実施の形態における操作部を示す図である。
【００６２】
操作部１７は、各種の操作を行うための第１の操作要素としてのボタンｂｊ（ｊ＝１、２、…）、第２の操作要素としての電源スイッチｓｗ１、第１の表示要素としてのＬＥＤランプｅｋ（ｋ＝１、２、…）、第２の表示要素としてのモニタｍ１等を備える。操作者は、電源スイッチｓｗ１をオンにして、ボタンｂｊを操作し、押下して、各種の設定を行い、ＬＥＤランプｅｋの点灯及びモニタｍ１の表示によって設定内容、稼働状態等を確認することができる。
【００６３】
例えば、電源スイッチｓｗ１がオンにされると、ＬＥＤランプｅ１が点灯させられ、電源がオンの状態であることを表示する。また、ボタンｂ１はタイマ設定ボタンであり、該ボタンｂ１を操作することによってタイマを設定することができる。この場合、ボタンｂ１を繰り返し押下することによって、超音波の照射時間の設定を変更することができ、モニタｍ１に残り時間が表示される。また、ボタンｂ２は周波数切換ボタンであり、該ボタンｂ２を操作することによって、前記超音波振動子９３によって発生させられる超音波の周波数を切り換えることができる。該周波数が切り換えられると、ＬＥＤランプｅ２を構成する複数のＬＥＤ素子（１〜３）が選択的に点灯させられる。
【００６４】
そして、ボタンｂ３は温度選択ボタンであり、該ボタンｂ３を操作することによって、処理槽３１内の水の温度を設定することができる。この場合、ボタンｂ３を繰り返し押下することによって温度の設定を変更することができ、ＬＥＤランプｅ３を構成する複数のＬＥＤ素子が選択的（高、中、低）に点灯させられる。
【００６５】
また、ボタンｂ４は超音波出力選択ボタンであり、該ボタンｂ４を操作することによって超音波の出力を切り換えることができる。所定の出力が選択されると、ＬＥＤランプｅ４を構成する複数のＬＥＤ素子が選択的（強、中、弱）に点灯させられる。
【００６６】
そして、ボタンｂ５は給排水ボタンであり、該ボタンｂ５を操作することによって、処理槽３１内への給水及び処理槽３１からの排水を選択することができる。給水又は排水が選択されると、ＬＥＤランプｅ５を構成する複数のＬＥＤ素子が選択的（給水、排水）に点灯させられる。
【００６７】
また、ボタンｂ６は被処理物選択ボタンであり、該ボタンｂ６を操作することによって、被処理物を選択することができる。被処理物の種別が選択されると、ＬＥＤランプｅ６を構成する複数のＬＥＤ素子が選択的（被処理物Ａ〜Ｅ）に点灯させられる。
【００６８】
そして、ボタンｂ７は、各種の設定が終了したときに、超音波殺菌装置１１の運転を開始させたり、超音波殺菌装置１１による殺菌処理が終了したとき、又は殺菌処理を強制的に終了するときに、超音波殺菌装置１１の運転を停止させたりするためのスタート・ストップボタンである。
【００６９】
さらに、ＬＥＤランプｅ７〜ｅ９はアラームランプであり、ＬＥＤランプｅ７は、処理槽３１に収容されている水が閾（しきい）値より低くなったことを、ＬＥＤランプｅ８は、超音波振動子９３の出力が異常であることを、ＬＥＤランプｅ９は、蓋部材１３が開かれたままになっていることを操作者に通知するために点灯させられる。また、ＬＥＤランプｅ１０は、超音波殺菌装置１１による殺菌が終了したときに点灯させられる。
【００７０】
次に、前記構成の超音波殺菌装置１１の制御回路について説明する。
【００７１】
図１１は本発明の第１の実施の形態における超音波殺菌装置の制御回路を示す図である。
【００７２】
図において、１３１は制御部であり、該制御部１３１は、演算装置としての図示されないＣＰＵ、該ＣＰＵが各種の演算処理を行うに当たってワーキングメモリとして使用されるＲＡＭ、制御用のプログラム、各種のデータが記録されたＲＯＭ等を備える。前記ＣＰＵは各種のプログラム、データ等に基づいてコンピュータとして機能する。また、前記ＲＡＭ、ＲＯＭ等によって記録装置が構成される。なお、演算装置として、ＣＰＵに代えてＭＰＵ等を使用することもできる。そして、前記制御部１３１は、超音波の周波数、出力、照射時間等のほかに、水の温度、照射箇所等の殺菌条件が、自動モード又は手動モードで設定された値になるようにフィードバック制御を行う。
【００７３】
また、１７は操作部、１３２はモータ７１を駆動するためのモータ駆動回路、１３３はセンサ回路であり、該センサ回路１３３は、水位センサ５３、水温センサ７０及び位置センサ１３５に接続され、水位センサ５３、水温センサ７０及び位置センサ１３５から出力された各センサ出力を読み込む。
【００７４】
そして、Ｃｉ（ｉ＝１、２、…、１０）は、各超音波振動子９３を駆動するための超音波振動子駆動回路であり、該各超音波振動子駆動回路Ｃｉは、コルピッツ回路から成り、１．６５〔ＭＨｚ〕の基本発振を行う図示されない発振回路、及び図示されないトランスを備え、制御部１３１の各ポートｐｉ（ｉ＝１、２、…、１０）から制御信号ＳＧ１を受けて駆動処理を行い、各超音波振動子９３を所定の周波数で駆動する。前記発振回路は、各超音波振動子９３に対応させて配設され、９５０〔ｋＨｚ〕以上、かつ、２〔ＭＨｚ〕以下の、制御された周波数で発振する。また、前記トランスは、各超音波振動子９３に対応させて配設され、インピーダンスを調整するとともに、超音波振動子９３と発振回路との間を絶縁するために配設される。
【００７５】
そして、１３６は電源回路であり、該電源回路１３６は、前記制御部１３１、モータ駆動回路１３２及びセンサ回路１３３に５〔Ｖ〕の制御用の電圧を印加するとともに、制御部１３１からディジタルコントロール信号ＳＧ２を受けて、各ポートｐｉ（ｉ＝１、２、…、１０）を介して、各超音波振動子駆動回路Ｃｉに１０〔Ｖ〕以上、かつ、６０〔Ｖ〕以下の、制御された駆動用の電圧を印加する。
【００７６】
また、１３８はＡＭ変調回路であり、該ＡＭ変調回路１３８は、３０〔Ｈｚ〕以上、かつ、１００〔Ｈｚ〕以下の周波数の信号波を発生させて超音波振動子駆動回路Ｃｉに送り、発振回路によって発生させられた基本発振の信号を信号波によって変調する。これに伴って、各超音波振動子９３における消費電力が小さくなり、超音波振動子９３の駆動に伴う発熱が抑制されるとともに、超音波の振幅が変更され、食品５１における超音波の照射エネルギーが変化するので、殺菌を効果的に行うことができる。
【００７７】
前記操作部１７には、各超音波振動子９３のうちの所定の超音波振動子９３だけを選択して駆動することができるように選択部材としての図示されないスイッチが配設される。例えば、食品５１の寸法が小さい場合、操作者は、前記スイッチを操作することによって、超音波振動子駆動回路Ｃｉを選択的に動作させ、所定の超音波振動子９３だけを駆動することができる。したがって、消費電力をその分小さくすることができる。
【００７８】
なお、前記各超音波振動子駆動回路Ｃｉは、周波数を補正する回路、波形を補正する回路等を備えるので、超音波振動子９３に安定した電圧を印加することができる。
【００７９】
したがって、制御部１３１の図示されない超音波振動子駆動処理手段は、超音波振動子駆動処理を行い、前記各超音波振動子駆動回路Ｃｉに制御信号ＳＧ１を送り、前記各超音波振動子９３において、９５０〔ｋＨｚ〕以上、かつ、２〔ＭＨｚ〕以下の周波数の超音波を、１０〔ｍＷ／ｃｍ2 〕以上、かつ、２００〔Ｗ／ｃｍ2 〕以下の、制御された出力で発生させる。なお、超音波振動子９３の出力を変更するために、前記超音波振動子駆動処理手段は、超音波振動子９３に印加される電圧を前記出力に対応させて設定する。
【００８０】
その結果、ヒドロキシルラジカルの生成量が、５，５−ｄｉｍｅｔｈｙｌ−１−ｐｙｒｒｏｌｉｎｅ−Ｎ−ｏｘｉｄｅ（ＤＭＰＯ）を用いた電子スピン共鳴（ＥＳＲ）スピントラップ法（装置）で測定した値で、０．０１〔μＭ〕以上、かつ、１００〔μＭ〕以下とされる。したがって、殺菌効果を顕著に向上させることができ、食品５１に対する殺菌処理を良好に行うことができる。
【００８１】
なお、前記超音波振動子駆動処理手段によってヒドロキシルラジカル生成処理手段が構成され、該ヒドロキシルラジカル生成処理手段は、ヒドロキシルラジカル生成処理を行い、超音波振動子９３を駆動することによって前記ヒドロキシルラジカルを生成する。
【００８２】
また、前記処理槽３１内に収容された水の温度は０〔℃〕以上、かつ、６０〔℃〕以下の、制御された値に設定される。そのために、例えば、底壁３９の所定の箇所に加熱体としての図示されないヒータ、必要に応じて冷却体としての図示されないクーラ等が埋設され、水の温度が前記水温センサ７０によって検出される。そして、前記制御部１３１の図示されない温度制御処理手段は、温度制御処理を行い、水温センサ７０によって検出された温度を読み込み、前記ヒータ、クーラ等をオン・オフさせ、処理槽３１内の水の温度を所定の温度にする。
【００８３】
そして、前記制御部１３１の図示されない超音波照射装置移動処理手段は、超音波照射装置移動処理を行い、モータ７１を駆動し、超音波照射装置５６を前後の移動限間（図１において矢印Ａ方向）で移動させる。すなわち、前記超音波照射装置移動処理手段は、モータ７１を正方向に駆動して、超音波照射装置５６を所定の方向、本実施の形態においては、前方に向けて移動させ、超音波照射装置５６が一方の移動限に到達したことを位置センサ１３５が検出すると、モータ７１を逆方向に駆動して、超音波照射装置５６を他の方向、本実施の形態においては、後方に向けて移動させ、超音波照射装置５６が他方の移動限に到達したことを位置センサ１３５が検出すると、モータ７１を再び正方向に駆動する。このようにして、超音波照射装置５６を前後の移動限間で移動させることができる。なお、食品５１において超音波の照射むらが生じるのを抑制することができるように、超音波照射装置５６の移動速度は十分に低くされる。また、超音波照射装置５６を間欠的に（１〜２分ごとに）移動させることもできる。
【００８４】
そして、前記処理槽３１内における水位が水位センサ５３によって検出されると、前記制御部１３１の図示されない警報処理手段は、警報処理を行い、水位センサ５３によって検出された水位を読み込み、該水位が閾値より低くなると、ＬＥＤランプｅ７を点灯させて操作者にその旨を通知する。
【００８５】
なお、前記警報処理手段は、処理槽３１内の水の温度が異常に上昇すると、超音波振動子９３の出力が異常であると判断し、超音波殺菌装置１１の運転を停止させ、ＬＥＤランプｅ８を点灯させて操作者にその旨を通知する。また、警報処理手段は、蓋部材１３が開かれていると、超音波殺菌装置１１の運転を許可せず、ＬＥＤランプｅ９を点灯させて操作者にその旨を通知する。
【００８６】
ところで、前記超音波殺菌装置１１は、自動モード及び手動モードで運転することができるようになっている。そのために、前記操作部１７にモード選択用の操作要素としての図示されないモード選択ボタンが配設される。操作者が前記モード選択ボタンを操作することによって、モードを選択すると、前記制御部１３１の図示されないモード設定処理手段は、モード設定処理を行い、ヒドロキシルラジカルの生成量を０．１〔μＭ〕以上、かつ、１００〔μＭ〕以下に規定する殺菌条件、すなわち、被処理物に対応させてあらかじめ設定された最適な超音波の周波数、出力、照射時間、水温等を自動的に設定する自動モード、及び、操作者が前記操作部１７を操作することによって、超音波の周波数、出力、照射時間、水温等を手動で設定する手動モードを設定する。そして、所定のモードが設定されると、図示されないモード設定用のＬＥＤランプを構成する複数のＬＥＤ素子が選択的に点灯させられる。
【００８７】
この場合、ボタンｂ３を操作することによって、処理槽３１内の水の温度を設定することができる。
【００８８】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与し、同じ構造を有することによる発明の効果については同実施の形態の効果を援用する。
【００８９】
図１２は本発明の第２の実施の形態におけるケースの断面図、図１３は本発明の第２の実施の形態におけるケースの正面図、図１４は本発明の第２の実施の形態におけるケースの側面図である。
【００９０】
この場合、矩形の形状を有する一つのケース１９１に１個の超音波振動子９３が収容される。そのために、前記ケース１９１は、ケース本体１９７及び裏板１９８から成り、前記ケース本体１９７の表側の面に、円形の形状を有する穴１００が形成され、該穴１００内に超音波振動子９３が収容され、取り付けられる。
【００９１】
また、前記裏板１９８のケース本体１９７と対向する面に開口させて円形の形状を有する凹部２０１が形成され、前記穴１００と凹部２０１とが連通させられる。そして、ボルトｂｔ１によって裏板１９８がケース本体１９７に取り付けられる。
【００９２】
したがって、超音波振動子９３の裏面側に、前記凹部２０１によって密封空間を形成することができる。なお、２０３は各超音波振動子９３を駆動するための配線をコネクタ８５、８６と接続するための穴である。
【００９３】
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。なお、第１、第２の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与し、同じ構造を有することによる発明の効果については同実施の形態の効果を援用する。
【００９４】
図１５は本発明の第３の実施の形態における反射部材の側面図、図１６は本発明の第３の実施の形態における反射部材の要部を示す図、図１７は本発明の第３の実施の形態における反射部材の斜視図、図１８は本発明の第３の実施の形態における反射部材の他の例を示す斜視図である。
【００９５】
図において、２９５は反射部材、２９６は筐（きょう）体、２９７は該筐体２９６内に収容される発泡材料としての発泡スチロール、２９８は反射部を構成する材料、本実施の形態においては、金属プレートである。なお、金属プレート２９８の表面である反射面は、図１７に示されるように、凸面の形状を有する。
【００９６】
この場合、発泡スチロール２９７は多孔質構造を有し、各孔内に空気が存在するので、超音波を伝播しない。したがって、反射部材２９５に入射される超音波を良好に反射させることができる。
【００９７】
本実施の形態においては、筐体２９６内に発泡スチロール２９７が収容されるようになっているが、筐体２９６内を空洞にすることができる。その場合、金属プレート２９８の裏側にウレタン等のシートを配設することができる。
【００９８】
また、図１８に示されるように、筐体２９６を幅方向及び長手方向に貫通させて調整部材としてのボールねじ機構３０１、３０２を配設し、該ボールねじ機構３０１、３０２を操作することによって金属プレート２９８を変形させ、幅方向及び長手方向の曲率半径を変更することができる。その場合、食品５１の寸法及び形状に対応させて超音波が照射される範囲を変更し、食品５１の全体に超音波を照射することができる。
【００９９】
ところで、前記各実施の形態において、図３に示されるように、超音波発生ユニット５８は、一端において、連結体ユニット５９の下端と連結され、他端において、処理層３１内に配設された車輪６１によって底壁３９に対して支持されるようになっているが、超音波発生ユニット５８を、処理層３１外に配設された車輪によって上面パネル２５に対して支持することができる。
【０１００】
そこで、超音波発生ユニット５８を、処理層３１外に配設された車輪によって上面パネル２５に対して支持するようにした本発明の第４の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与し、同じ構造を有することによる発明の効果については同実施の形態の効果を援用する。
【０１０１】
図１９は本発明の第４の実施の形態における超音波殺菌装置の要部を示す正面図である。
【０１０２】
図において、５６は超音波照射装置であり、該超音波照射装置５６は、超音波発生ユニット５８、該超音波発生ユニット５８の一端において、超音波発生ユニット５８と移動機構５７（図３）とを連結し、超音波発生ユニット５８を支持する連結体ユニット５９、及び超音波発生ユニット５８の他端において超音波発生ユニット５８を支持する連結体ユニット６０を備える。
【０１０３】
該連結体ユニット６０は、処理層３１内を垂直方向に延び、上端に逆「Ｕ」字状の形状を有する反転部３５２を備えた連結体３５０、及び前記反転部３５２に回転自在に配設された回転体としての車輪３５５を備え、前記連結体３５０は、下端において支持部材８３の水平部８７と連結される。
【０１０４】
したがって、前記超音波発生ユニット５８は、処理層３１外において、前記車輪３５５によって上面パネル２５に対して支持され、車輪３５５を回転させることによって、処理層３１内を移動させられる。
【０１０５】
なお、支持体４３を処理層３１内において所定の高さで支持するために、前壁３５（図２）及び後壁３６の内周面に、前壁３５及び後壁３６に沿って水平に棒状の枠体３５７が取り付けられ、該各枠体３５７によって支持体４３が架設され、支持される。また、各枠体３５７の所定の箇所には、支持体４３が左右方向に移動しないように規制部材としての切起し３５８、３５９が形成される。
【０１０６】
なお、本発明は前記各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】本発明の第１の実施の形態における超音波殺菌装置の左側面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態における超音波殺菌装置の平面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態における超音波殺菌装置の正面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態における超音波発生ユニットの平面図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態における超音波発生ユニットの側面図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態における反射部材の正面図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態における反射部材の側面図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態における反射部材の反射部の斜視図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態における反射部材への超音波の入射角を示す図である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態における操作部を示す図である。
【図１１】本発明の第１の実施の形態における超音波殺菌装置の制御回路を示す図である。
【図１２】本発明の第２の実施の形態におけるケースの断面図である。
【図１３】本発明の第２の実施の形態におけるケースの正面図である。
【図１４】本発明の第２の実施の形態におけるケースの側面図である。
【図１５】本発明の第３の実施の形態における反射部材の側面図である。
【図１６】本発明の第３の実施の形態における反射部材の要部を示す図である。
【図１７】本発明の第３の実施の形態における反射部材の斜視図である。
【図１８】本発明の第３の実施の形態における反射部材の他の例を示す斜視図である。
【図１９】本発明の第４の実施の形態における超音波殺菌装置の要部を示す正面図である。
【符号の説明】
【０１０８】
１１    超音波殺菌装置
１７    操作部
３１    処理槽
４３    支持体
５１    食品
５７    移動機構
８１、８２    振動子ユニット
９３    超音波振動子
Ｃｉ、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ１０    超音波振動子駆動回路
【要約】
【課題】コストを低くすることができ、被処理物を効果的に殺菌することができるようにする。
【解決手段】超音波伝播媒体を収容する処理槽３１と、処理槽３１内に配設され、被処理物を支持する支持体４３と、処理槽３１内に配設され、超音波振動子９３を備えた振動子ユニットと、超音波振動子９３を駆動し、超音波を発生させる超音波振動子駆動回路と、支持体４３及び振動子ユニットのうちの少なくとも一方を、両者間の距離を一定にして移動させる移動機構５７と、超音波の発生と共に生成されるヒドロキシルラジカルの生成量によって規定される所定の殺菌条件を設定するための操作部とを有する。被処理物において超音波の照射むらが生じるのを抑制することができるので、被処理物の殺菌の効率を高くすることができる。
【選択図】図１【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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