(57)【要約】【課題】剥離した汚れの再付着を防ぐとともに、キャビテーションによる超音波洗浄の効果を持続させる。【解決手段】洗浄槽１の洗浄水を加圧して浮上分離槽１０に導入する循環ポンプ３を設け、前記循環ポンプ３により洗浄水を前記洗浄槽１と前記浮上分離槽１０との間で循環させるとともに、気泡生成手段７により生成された微細気泡を前記浮上分離槽１０内に供給し、前記浮上分離槽１０内に供給された微細気泡の一部を前記洗浄槽１に導入するようにしたものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被洗浄物を収容し洗浄水を貯水する洗浄槽と、前記洗浄槽内の洗浄水に水没させた被洗浄物を洗浄する超音波振動子と、前記洗浄槽内と連通して設けた浮上分離槽と、前記洗浄槽内の洗浄水を前記浮上分離槽に給水する送液経路と、前記浮上分離槽内の洗浄水を前記洗浄槽内に戻す循環経路と、前記洗浄槽の洗浄水を加圧して前記浮上分離槽に導入する循環ポンプと、前記浮上分離槽内に微細気泡を供給する気泡生成手段と、前記気泡生成手段により供給された微細気泡によって水面上に形成された汚れを含んだ泡沫を前記浮上分離槽から排出する排水部と、前記超音波振動子および前記循環ポンプを制御する制御手段とを備え、前記循環ポンプにより洗浄水を前記洗浄槽と前記浮上分離槽との間で循環させるとともに、前記気泡生成手段により生成された微細気泡を前記浮上分離槽内に供給し、前記浮上分離槽内に供給された微細気泡の一部を前記洗浄槽に導入するようにした食器洗い機。
【請求項２】
循環経路は、浮上分離槽内の洗浄水の吸い込み口を、気泡が前記浮上分離槽内に供給される導入口より低い位置に設けた請求項１記載の食器洗い機。
【請求項３】
浮上分離槽は、略円筒状に設けられ、気泡生成手段によって生成された気泡を含む洗浄水が前記浮上分離槽の下部から水平方向に導入され、前記浮上分離槽の内部で気泡を含む洗浄水が前記浮上分離槽の内周面に沿って流れるようにした請求項１または２記載の食器洗い機。
【請求項４】
浮上分離槽は、微細気泡を含む洗浄水が浮上分離槽の円筒状内周の接線方向に供給され、円筒状内周に沿った位置に接線方向に向けて設けられた流出口から循環経路に排出されるようにした請求項３記載の食器洗い機。
【請求項５】
浮上分離槽は、気泡生成手段によって生成された気泡を含む洗浄水が略垂直方向に衝突する平坦部を有し、前記平坦部に衝突した洗浄水が前記浮上分離槽の内周面に沿って流れるように構成した請求項１または２記載の食器洗い機。
【請求項６】
制御手段は、超音波洗浄を開始してから所定時間後に循環ポンプおよび気泡生成手段を作動するようにした請求項１〜５のいずれか１項に記載の食器洗い機。
【請求項７】
制御手段は、超音波洗浄の開始前に循環ポンプおよび気泡生成手段を所定時間作動するようにした請求項１〜６のいずれか１項に記載の食器洗い機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波振動を用いて食器等を洗浄する食器洗い機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
超音波による食器洗浄は、従来の水流を用いた洗浄に比べて、ご飯粒や乾燥固化した汚れの剥離性能が高いという特長がある。その洗浄原理は、キャビテーションによって生じたキャビティ（気泡）が崩壊する際に、衝撃波あるいは高圧の微小水流を発生させて汚れを剥離するというものである。キャビティが崩壊するまでには、まず、キャビテーション発生の核となる微細気泡（数μｍ〜数１０μｍ）が超音波振動による低圧が作用された際に大きなキャビティ（直径数１００μｍオーダー）に成長し、そのキャビティが高圧時に収縮して崩壊する際に大きな応力を発揮するという経過をたどる。
【０００３】
超音波洗浄に限らず洗浄の際、剥離した汚れが洗浄水を徐々に汚染して被洗浄物に再付着するという問題がある。再付着の問題を解消するために、浮上分離による浄化方法がある（例えば、特許文献１参照）。汚濁した洗浄水を貯水した浮上分離槽に数１００μｍオーダーの気泡を供給することによって、気泡の周辺部に比較的疎水性の汚れを吸着させて浮上させ、オーバーフローなどの方法によって洗浄水から除去する手法である。
【特許文献１】特開２００２−１７７９９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
超音波洗浄を一定時間以上続けると、キャビテーション発生の核となる微細気泡が枯渇してくるという一般的な課題がある。超音波洗浄方式の家庭用食器洗い機で食器を洗う場合、金属スプーンやフォークなど汚れの残りやすい食器は単位Ｌあたり数１０Ｗという強い超音波振動で１０分〜４０分程度洗浄することになる。そのような条件で洗浄をおこなうと、１０分〜２０分後に洗浄効果が減衰してくる。通常、新しい洗浄水に入れ替えることによって洗浄効果を確保するが、そうすれば使用水量が大きくなるという別の課題が生じる。超音波洗浄は食器を浸漬するために食器の容積以上の洗浄水を要するので、洗浄水の入れ替え回数をなるべく少なくして洗浄水の消費量を増やさないことが実用上重要である。
【０００５】
キャビテーションを利用した超音波洗浄は、汚れを被洗浄物の表面から剥離するが、剥離した汚れの比重が水に近い場合は被洗浄物近辺にとどまるため排水時などに再付着することが多い。この問題を防ぐためには、被洗浄物である食器から剥離した汚れを食器近辺から移動させる水流を洗浄槽内に起こし、かつ汚れを洗浄水から取り除くことが必要である。
【０００６】
浮上分離は洗浄水から汚れを除去する有効な手段であるが、浮上分離に有効な粒径の気泡は超音波振動によって収縮し、クッションのように超音波振動を弱めてしまう。従って、浮上分離は超音波洗浄槽とは独立した槽でおこなうことが必要で、かつ、浮上分離に有効な粒径の気泡が超音波洗浄槽に混入しないようにする必要がある。
【０００７】
洗浄水にキャビテーション発生の核となる微細気泡を添加することと、浮上分離のための気泡を添加することは似ているが、それぞれ有効な気泡径が異なる。それぞれ別の気泡生成手段で供給することは、設置スペースに制約のある家庭用食器洗い機の場合、機器を小型に構成するために現実的ではない。
【０００８】
本発明は、剥離した汚れの再付着を防ぐとともに、キャビテーションによる超音波洗浄の効果を持続させ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、本発明の食器洗い機は、洗浄槽の洗浄水を加圧して浮上分離槽に導入する循環ポンプを設け、前記循環ポンプにより洗浄水を前記洗浄槽と前記浮上分離槽との間で循環させるとともに、気泡生成手段により生成された微細気泡を前記浮上分離槽内に供給し、前記浮上分離槽内に供給された微細気泡の一部を前記洗浄槽に導入するようにしたものである。
【００１０】
これにより、洗浄槽と浮上分離槽との間で循環水流が生じ、食器から剥離した汚れが食器近傍から除去され、かつ、浮上分離槽で汚れを除去して汚染の再付着を防止することができる。また、浮上分離槽から洗浄槽に戻る洗浄水に微細気泡が添加されてキャビテーション洗浄の効果を持続させることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の食器洗い機は、剥離した汚れの再付着を防ぐとともに、キャビテーションによる超音波洗浄の効果を持続させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
第１の発明は、被洗浄物を収容し洗浄水を貯水する洗浄槽と、前記洗浄槽内の洗浄水に水没させた被洗浄物を洗浄する超音波振動子と、前記洗浄槽内と連通して設けた浮上分離槽と、前記洗浄槽内の洗浄水を前記浮上分離槽に給水する送液経路と、前記浮上分離槽内の洗浄水を前記洗浄槽内に戻す循環経路と、前記洗浄槽の洗浄水を加圧して前記浮上分離槽に導入する循環ポンプと、前記浮上分離槽内に微細気泡を供給する気泡生成手段と、前記気泡生成手段により供給された微細気泡によって水面上に形成された汚れを含んだ泡沫を前記浮上分離槽から排出する排水部と、前記超音波振動子および前記循環ポンプを制御する制御手段とを備え、前記循環ポンプにより洗浄水を前記洗浄槽と前記浮上分離槽との間で循環させるとともに、前記気泡生成手段により生成された微細気泡を前記浮上分離槽内に供給し、前記浮上分離槽内に供給された微細気泡の一部を前記洗浄槽に導入するようにしたことにより、気泡生成手段によって生成された気泡のうち比較的粒径の大きなものは、洗浄水から汚れを浮上分離するのに利用され汚れの再付着を防止する。また、気泡生成手段によって生成された気泡のうち比較的粒径の小さなものは、浮上分離槽から洗浄槽に戻る洗浄水に添加されてキャビテーション発生の核として作用し、超音波洗浄効果が持続するようになる。また、洗浄槽と浮上分離槽との間で循環水流が生じることによって食器から剥離した汚れが食器近傍から移動し汚染の再付着が防止できる。
【００１３】
第２の発明は、特に、第１の発明の循環経路は、浮上分離槽内の洗浄水の吸い込み口を、気泡が前記浮上分離槽内に供給される導入口より低い位置に設けたことにより、超音波洗浄を妨げる粒径の大きな数１００μｍ以上の気泡は、導入されると瞬時に浮上分離槽内で浮上するため、主に直径数１０μｍ以下の気泡のみを超音波洗浄槽に添加することが可能である。その結果、効果的に超音波洗浄効果を持続させることができる。
【００１４】
第３の発明は、特に、第１または第２の発明の浮上分離槽は、略円筒状に設けられ、気泡生成手段によって生成された気泡を含む洗浄水が前記浮上分離槽の下部から水平方向に導入され、前記浮上分離槽の内部で気泡を含む洗浄水が前記浮上分離槽の内周面に沿って流れるようにしたことにより、ストークスの法則により、水中の気泡は粒径が大きいほど浮上速度が速い。浮上分離槽内で渦状の水流を起こすことによって遠心分離の効果が働き浮上速度の違いが増大され、粒径の大きな気泡が渦流の中心に集まって浮上し、粒径の小さな気泡は渦流の周辺に流される。その結果、単一の気泡生成手段によって生成した気泡を粒径の違いによって分けることができ、浮上分離による再付着防止と超音波洗浄化の持続をそれぞれ実現することができる。
【００１５】
第４の発明は、特に、第３の発明の浮上分離槽は、微細気泡を含む洗浄水が浮上分離槽の円筒状内周の接線方向に供給され、円筒状内周に沿った位置に接線方向に向けて設けられた流出口から循環経路に排出されるようにしたことにより、循環経路の吸い込み口を渦流の外縁部に設けることによって、粒径の小さな気泡だけを洗浄槽に導入することが可能になる。粒径による分別を向上させることによって、洗浄水の浄化と超音波洗浄効果の持続とをより確実におこなうことができる。
【００１６】
第５の発明は、特に、第１または２の発明の浮上分離槽は、気泡生成手段によって生成された気泡を含む洗浄水が略垂直方向に衝突する平坦部を有し、前記平坦部に衝突した洗浄水が前記浮上分離槽の内周面に沿って流れるように構成したことにより、平坦部に気泡を含む洗浄水を噴射することで合一させ、気泡の一部を浮上分離に適した粒径にまで大きくすることができ、洗浄水の浄化と超音波洗浄効果の持続とを行なえる。
【００１７】
第６の発明は、特に、第１〜第５のいずれか１つの発明の制御手段は、超音波洗浄を開始してから所定時間後に循環ポンプおよび気泡生成手段を作動するようにしたことにより、キャビテーション発生の核となる微細気泡が枯渇して、洗浄効果が減衰することなく、超音波洗浄効果が持続することができる。
【００１８】
第７の発明は、特に、第１〜第６のいずれか１つの発明の制御手段は、超音波洗浄の開始前に循環ポンプおよび気泡生成手段を所定時間作動するようにしたことにより、初夏など急に水道水の温度が上昇する場合や、冬期に水道水が暖かい室内に入って急に温まる場合に、洗浄水の空気飽和度が低下してキャビテーション発生の核の不足を防止することでき、常に安定した洗浄効果が得られる。
【００１９】
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。
【００２０】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態の食器洗い機の断面図、図２は、浮上分離槽の断面図、図３は、図２のＡ−Ａ断面図である。図１〜図３において、洗浄槽１は給水手段（図示せず）により水位線イまで洗浄水が供給され、被洗浄物である食器類が洗浄水に浸された状態で収容可能にしている。洗浄槽１の底部外面には円盤状の超音波振動子２が複数接合されている。洗浄槽１の外部に循環ポンプ３と浮上分離ユニット４が接続されており、超音波振動子２および循環ポンプ３の動作は制御手段５によって制御される。この制御手段には、電源のＯＮ／ＯＦＦスイッチをはじめ、洗浄条件の設定手段、動作状況を表示する表示手段等を備えている。
【００２１】
洗浄槽１内の汚れを含んだ洗浄水は、循環ポンプ３によって加圧され、送液経路６からベンチュリー型の気泡生成手段７を通って浮上分離ユニット４に送られる。洗浄水に含まれる汚れ成分の一部は、分離されて排水部８から機外へ排出される。汚れ成分の減少した洗浄水は循環経路９を通って洗浄槽１に戻る。
【００２２】
気泡生成手段７は、吸気部１１から導入された空気を微細な気泡として浮上分離槽１０に導入する。微細気泡を含んだ洗浄水は、内周が円筒型の浮上分離槽１０の接線方向（図３矢印ニ）に導入され、内周面に沿って流れた後、循環経路９から洗浄槽１へ排出される（図３矢印ロ）。浮上分離槽１０から循環経路９へ流れる洗浄水の流出口９ａは、内気泡生成手段７の導入口７ａより円周距離で離れていることが好ましく、図３の実施例では約２７０度としており、浮上分離槽１０内で渦流を作る。
【００２３】
渦流の遠心分離効果はストークスの法則に従って直径の大きな物体に強く作用するため、直径が大きい気泡（数１００μｍ〜数ｍｍ）は比重が水よりも小さいので中心に集まって水面上に泡沫を形成し、浮上分離槽１０の上方に連設した汚水排出槽１２に押し上げられて、排水部８から矢印ハ方向に排出される。
【００２４】
一方、浮上分離槽１０の内周面に沿った中心より外側に存在する気泡は、相対的に小さな粒径（数１０μｍオーダー）の微小気泡となる。微小気泡の粒径を変えることなく洗浄槽１に移送するために、循環経路９と浮上分離槽１０の接続は、流出口９ａが内周の接線方向に設けるのが好ましい。
【００２５】
一般的な家庭用食器汚れの場合、内径８０ｍｍ程度の浮上分離槽１０を用いて流量２０Ｌ／分程度で洗浄水を循環させた場合、直径の大きな気泡（数１００μｍ〜数ｍｍ）の周囲に、水溶性タンパク質や油滴などの比較的疎水性の成分が吸着されて汚れの濃縮された泡沫が形成され、排水部８から排出される。洗浄槽１の容積が４０Ｌ程度の場合、１０分〜３０分程度の運転をおこなうことによって汚れ成分の２０〜６０％程度が泡沫と共に排出される。洗浄槽の容積に応じて、循環流量を減らしたり、時間を短縮したりすることが可能である。
【００２６】
以上の作動によって、単一の気泡生成手段７によって生成された気泡が粒径に応じて分画され、粒径の大きな気泡は洗浄水から汚れを浮上分離して再付着防止に役立ち、粒径の小さな気泡はキャビテーション発生の核として使われ超音波洗浄効果の持続に役立つ。通常、数１０μｍオーダーの気泡を供給するためには気体を洗浄水に加圧溶解したり、洗浄水を電気分解したり、高速の水流で気泡をせん断したりという比較的サイズの大きな装置を要する。ベンチュリー型の気泡生成手段７は、それらに比べて小型でかつ加圧ポンプ以外の駆動源を要さない。このような小型で単純な装置で２種類の直径の気泡を供給できるようになったメリットは大きい。
【００２７】
汚れが洗浄中に排出し除去されることで、すすぎの回数を減らすことが可能であり、洗浄工程全体で使われる水の節約に貢献する。また、ウォータースポットや薄膜状の汚れとして洗浄後の食器に残りやすい水溶性タンパク質を効率よく除去できるので、食器の仕上がりをよくすることができる。また、キャビテーションによる超音波洗浄効果を持続的に発揮することができる。
【００２８】
図４は、第１の実施の形態の動作を示すタイムチャートである。洗浄槽１に導入された洗浄水を用いて超音波洗浄を開始してから、通常、１０分〜２０分間超音波洗浄を継続すると洗浄効果が低下してくる。その原因は、剥離した汚れが再付着することと、キャビテーション発生の核が減少してキャビテーションの発生頻度が低下することの二つである。
【００２９】
したがって、洗浄を開始してから所定時間Ｔ１後に循環ポンプ３を始動し、洗浄水を浮上分離槽１０に循環させて気泡生成と浮上分離を開始することによって、再付着しやすい疎水性の汚れを除去することができる。加えて、洗浄槽１に数１０μｍオーダーの気泡を供給することによって、超音波キャビテーションの発生を持続することができる。Ｔ１は通常、１０分〜２０分程度とすればよい。
【００３０】
（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浮上分離ユニットの断面図であり、断面の位置は浮上分離槽の下部で、図３と同じ位置である。気泡生成手段７を電解電極１３で構成したものであり、浮上分離槽１０と送液経路６との間に設けられている。また、洗浄水の供給方向（矢印ニ）と垂直な平坦部１４が浮上分離槽１０の内部に設けられる。気泡生成手段７以外の構成および動作は、第１の実施の形態と同じであるため説明を省略する。
【００３１】
電解電極１３は通常白金などで鍍金されたチタン板であり、１０Ｖ以上の直流または交流電圧を印加されることで水分子を電気分解する。その結果、直径数１０μｍの酸素ガス気泡および水素ガス気泡が電極表面に生成される。気泡が電解電極１３の表面を覆ったままであると電気分解が阻害されるため、水流によって気泡が電解電極１３の表面から洗い流されるようにするのがよい。そのため、電解電極１３は流速の早い浮上分離槽１０の入り口に設けられる。
【００３２】
直径数１０μｍの気泡を水流によって平坦部１４に当てることで気泡同士の合一（結合）を促進して、大部分を浮上分離に適した数１００μｍの気泡に変化させる。合一しなかった一部の気泡は直径が小さいために遠心分離の作用を十分に受けず、循環経路９から洗浄槽１に供給される。
【００３３】
本実施の形態の浮上分離ユニットを用いるメリットは、直径数１０μｍの気泡の割合を第１の実施の形態に比べて広い範囲で制御できることである。必要に応じて平坦部１４のサイズを変えることによって合一の程度を変えることができるので、例えば、キャビテーションの核が不足しがちな大出力の超音波振動子２を用いる場合には、直径数１０μｍの気泡の割合を多くして超音波洗浄力を持続させることが可能である。また、電解電極１３に印加する電圧を変更することで気泡の発生量を比較的広範囲に変えることが可能であるため、汚れの程度や洗浄力の低下の程度に応じて気泡発生量を調整することが比較的容易である。
【００３４】
（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浮上分離ユニットの断面図である。浮上分離ユニット４以外の構成および動作は、第１の実施の形態と同じであるため説明を省略する。浮上分離槽１０には、循環経路９の吸い込み口１５が気泡生成手段７の気泡の導入口７ａの位置より低いホの位置に設けられ、また、吸い込み口１５の周りにはフランジ１６が設けられて、浮上分離槽１０内の周縁部の洗浄水が吸い込み口１５に供給されるようになっている。本実施の形態による浮上分離ユニット１０は、第１の実施の形態と異なって遠心力のみによって気泡径の分離をおこなうものではない。気泡径による浮上速度の違いによって気泡を分離する。
【００３５】
すなわち、浮上速度の比較的大きな直径数１００μｍ以上の気泡は急激に気泡生成手段７よりも高い位置に浮上して、浮上分離に用いられるため吸い込み口１５には吸入されない。フランジ１６は、浮上分離槽１０中心付近に集まった直径の比較的大きな気泡が吸い込み口１５に入り込むのを確実に防ぐ役割を果たす。一方、浮上速度の比較的小さい直径数１０μｍの気泡は吸い込み口１５に到達できるため、循環経路９に流入し洗浄槽１へ供給されてキャビテーションによる洗浄力を持続させるのに用いられる。
【００３６】
本実施の形態の浮上分離ユニットを用いるメリットは、浮上分離槽１０中で遠心力を発生させる必要がないため、第１および第２の実施の形態に比べて流量の小さな循環ポンプ３を用いても気泡の粒径分離が可能なことである。その結果、循環ポンプ３の作動音を抑え、消費電力を少なくすることができる。
【００３７】
（実施の形態４）
図７は、本発明の第４の実施の形態の動作を示すタイムチャートである。洗浄シーケンス以外は、第１〜第３の実施の形態と同じであるため説明を省略する。超音波洗浄を開始する前に、循環ポンプ３を比較的短時間（Ｔ２）作動させて気泡を生成し、洗浄水に予めキャビテーションの核となる直径数１０μｍの気泡を添加するようにしたものである。
【００３８】
特に、冬季など水道水の温度が室温と比べて顕著に低い場合、水道水が室内の配管を通るうちに水温が急激に上昇し、溶存空気飽和度が低下することがある。その場合、洗浄の初期にキャビテーションの核が少ないために、超音波洗浄効果が最大限に発揮されないことがある。洗浄水の溶存空気飽和度不足を防ぐ目的で、超音波洗浄を開始する前に短時間浮上分離装置を作動させてキャビテーションの核を付与する。その結果、季節に寄らず安定した超音波洗浄性能を発揮することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
以上のように、本発明にかかる食器洗い機は、剥離した汚れの再付着を防ぐとともに、キャビテーションによる超音波洗浄の効果を持続させることができるので、家庭用および業務用の食器洗い機として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施の形態１の食器洗い機の構成図
【図２】同食器洗い機の浮上分離ユニットの断面図
【図３】同食器洗い機の浮上分離槽のＡ−Ａ断面図
【図４】同食器洗い機の動作を示すタイムチャート
【図５】本発明の実施の形態２の食器洗い機の浮上分離ユニットの下部の断面図
【図６】本発明の実施の形態３の食器洗い機の浮上分離ユニットの断面図
【図７】本発明の実施の形態４の食器洗い機の動作を示すタイムチャート
【符号の説明】
【００４１】
１  洗浄槽
２  超音波振動子
３  循環ポンプ
４  浮上分離ユニット
５  制御手段
６  送液経路
７  気泡生成手段
８  排水部
９  循環経路
１０  浮上分離槽
【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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