特開 2024-72971 洗浄装置、および、洗浄方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024072971

(43)【公開日】2024-05-29

(54)【発明の名称】洗浄装置、および、洗浄方法

(51)【国際特許分類】

   B08B 3/10 20060101AFI20240522BHJP

   B08B 3/12 20060101ALI20240522BHJP

   B08B 3/08 20060101ALI20240522BHJP

   D06F 19/00 20060101ALI20240522BHJP

   D06F 35/00 20060101ALI20240522BHJP

【ＦＩ】

B08B3/10 Z

B08B3/12 A

B08B3/08 Z

D06F19/00

D06F35/00 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022183899

(22)【出願日】2022-11-17

(71)【出願人】

【識別番号】399048917

【氏名又は名称】日立グローバルライフソリューションズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000350

【氏名又は名称】ポレール弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】藤森 正成

(72)【発明者】

【氏名】林 正二

(72)【発明者】

【氏名】梅澤 功一

(72)【発明者】

【氏名】京谷 浩平

【テーマコード（参考）】

3B168

3B201

【Ｆターム（参考）】

3B168AB04

3B168AC03

3B168AE05

3B168BA23

3B168BA42

3B168BA45

3B168BA47

3B168BA52

3B168BA84

3B168FA00

3B168JM01

3B168JM02

3B168JM03

3B201AA46

3B201AB03

3B201AB43

3B201BB02

3B201BB85

3B201BB92

3B201BB96

3B201BC01

3B201CB12

(57)【要約】

【課題】 一般的な回転力による洗濯機と同等か、より短い時間で、界面活性剤を使用せずに高い洗浄力を発揮する、洗浄対象物の一部に付着した汚れを目標にした洗浄も可能な洗浄装置、洗浄システムおよび洗浄方法を提供する。
【解決手段】 洗浄液が浸漬した洗浄対象物を収容する洗浄容器と、前記洗浄対象物に波長が３５０～４５０ｎｍの光を照射する光源と、を備え、前記洗浄液は、過酸化水素または過炭酸ナトリウムを含むことを特徴とする洗浄装置。
【選択図】 図１Ａ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

洗浄液が浸漬した洗浄対象物を収容する洗浄容器と、
前記洗浄対象物に波長が３５０～４５０ｎｍの光を照射する光源と、を備え、
前記洗浄液は、過酸化水素または過炭酸ナトリウムを含むことを特徴とする洗浄装置。

【請求項2】

請求項１に記載の洗浄装置において、
更に、前記洗浄対象物に超音波振動を印加する超音波振動子を備えることを特徴とする洗浄装置。

【請求項3】

請求項２に記載の洗浄装置において、
更に、前記洗浄対象物を固定する固定具を備えることを特徴とする洗浄装置。

【請求項4】

請求項３に記載の洗浄装置において、
前記固定具は、前記光源が前記洗浄対象物に向けて照射した光を透過する透光材であることを特徴とする洗浄装置。

【請求項5】

請求項２に記載の洗浄装置において、
前記超音波振動子は、前記洗浄容器の下面に固着したものであることを特徴とする洗浄装置。

【請求項6】

請求項２に記載の洗浄装置において、
更に、前記洗浄対象物を載置する台座を前記洗浄容器内に備え、
前記超音波振動子は、前記台座に固着した、ランジュバン型振動子またはホーン型振動子であることを特徴とする洗浄装置。

【請求項7】

請求項２に記載の洗浄装置において、
更に、前記光源と前記超音波振動子を移動させる移動機構を備えることを特徴とする洗浄装置。

【請求項8】

請求項２に記載の洗浄装置において、
前記洗浄容器は、底面に透光材が配置されており、
前記光源は、前記透光材を透過して前記洗浄対象物に光を照射することを特徴とする洗浄装置。

【請求項9】

請求項８に記載の洗浄装置において、
前記超音波振動子は、前記洗浄容器の上方に設けた振動子台を介して前記洗浄対象物に超音波振動を印加することを特徴とする洗浄装置。

【請求項10】

請求項１から請求項９の何れか一項に記載の洗浄装置において、
前記洗浄液は、前記光源から照射された光によってラジカルを発生することを特徴とする洗浄装置。

【請求項11】

請求項１０に記載の洗浄装置において、
前記ラジカルがヒドロキシラジカルであることを特徴とする洗浄装置。

【請求項12】

洗浄容器内の洗浄対象物に洗浄液を浸漬する工程と、
前記洗浄対象物に波長が３５０～４５０ｎｍの光を照射する工程と、を備え、
前記洗浄液は、過酸化水素または過炭酸ナトリウムを含むことを特徴とする洗浄方法。

【請求項13】

請求項１２に記載の洗浄方法において、
更に、前記洗浄対象物に超音波振動を印加する工程を備えることを特徴とする洗浄方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ラジカルによる促進酸化を利用して、衣類等の洗浄対象物を洗浄する、洗浄装置、および、洗浄方法に関する。

【背景技術】

【0002】

一般的に、衣類等の繊維製品の洗浄は、洗濯機を使って行われる。洗濯機は、被洗浄物を水や有機溶剤に浸漬し、水や有機溶剤を回転・撹拌することで被洗浄物に付着した汚れを機械的に除去する装置である。こうした洗浄方法における汚れ除去効果の源泉は、液体を機械的に動かすことにより繊維類に動きを伝達し、機械的な力で汚れを繊維から剥離させる機械力である。

【0003】

縦型洗濯機では、衣類等の繊維類を比較的多量の液体に浸漬し、洗濯槽内の液体の回転を利用して繊維類の運動と繊維類同士の接触により汚れを洗浄する。一方、ドラム型洗濯機では比較的少量の液体に繊維類を入れ、ドラムの回転に伴う液体を介した繊維類の運動に加え、繊維類をドラム上方から落下させることによる衝撃で汚れを落とす効果も加味される。両者の動きに多少の違いはあれ、何れにせよ機械力に起因する洗浄効果を利用している点は共通である。

【0004】

一般的な洗濯機では、機械力として回転力が用いられる。例えば、縦型洗濯機であれば、洗濯槽の下部に設置した攪拌翼や洗濯槽自体をモーターによって回転させることで、洗濯槽内の液体を回転させ、繊維類に機械力を伝達させる。モーター技術の進展に伴いモーターの静音化が進んだとはいえ、モーター本体やインバーター駆動回路、周辺の可動部分からの騒音は大きく、人が寛ぐ部屋の中に設置されるほどには静音化できていない。また、装置の体積の大半を占める領域が可動部となり回転するため、装置の振動も避けられない。このため、設置場所が限定されたり、洗濯時間が制限されたりするなどの課題を抱えている。

【0005】

洗浄対象の繊維類は洗濯槽へ投入され、洗剤を用いた洗濯や、複数回の濯ぎを経て洗濯終了となる。この間、洗濯後の脱水や、濯ぎ後の脱水も行われる。このため繊維類は洗濯槽へ投入された状態と最後の脱水が終了した時点でその形態が大きく変化している。引き続いて自動乾燥を行い収納する際や、洗濯後に外干しするために絡まった衣類をほどいたり、ねじれた衣類を解きほぐしたりする必要がある。現在、この作業は人が行うしかなく、脱水以降、もしくは自動乾燥以降の作業を自動化することのハードルは高い。

【0006】

更に、繊維には回転による汚れ除去の過程で折れ、曲げ、引っ張り、擦れなど多様な力が印加され、繊維が損傷する原因となる。本来は汚れの部位と汚れの程度に応じて適切な部位へ適切な機械力を印加することによる汚れ落としが望ましいが、現状では衣類全体へ機械力を印加する機構となっている。こうした損傷の発生と共に繊維の破片が洗濯液の中に拡散する。多くはフィルターにより捕集されるが、一部は最終的に洗濯機から排出される。綿や絹などの動植物起因の蛋白質であれば微生物などにより分解可能であるが、ポリエステルなどの合成繊維は分解されず、長期にわたり残存する恐れがある。このように、現状の洗濯では、汚れ除去に必要とされる以上の機械力が印加されるため、過剰な繊維排出物を生成している恐れがある。

【0007】

また、家庭で用いられる一般的な洗濯機は、汚れの剥離を促進するため水に洗剤を溶かした液体で洗濯を行う。洗剤の主成分は界面活性剤で、アルキル基などの高分子を主鎖とした有機分子で構成される。洗濯後、洗剤は液体と共に洗濯機から排出され、下水を通して処理場まで運ばれる。洗剤は石けん、合成洗剤共に主に生物分解処理により分解処理されるが、その過程で微生物に酸素を送り込む曝気処理を必要とする。下水処理過程において、曝気処理を含む水処理工程は最も電力を消費する過程であり、結果的に洗濯機からの洗剤の排水は電力消費の増大をもたらす。

【0008】

更に、一般的な洗濯機では洗濯対象の繊維類を洗濯槽に完全に入れて洗濯を行う必要がある。このため、繊維類全体が洗濯対象となり、例えば一部に汚れのついた衣類であっても全体を洗浄する必要がある。全体を洗浄するため本来洗浄不要な部分も洗浄しなければならず、洗剤使用量や機械力での損傷による繊維排出量の増加を伴う。仮に汚れの付着した部位とその周辺のみを限定して洗浄することができれば、必要な洗剤量の低減、不要な繊維ダメージの防止、洗濯に係る水量の減少、洗濯や排水の処理に係る電力の低減が可能となる。

【0009】

上述したような特性を持つ従来の洗濯機を開示する文献として、特許文献１が挙げられる。この文献では、要約書で「汚れ量に応じて最適な、高洗浄力で低消費電力となる洗濯運転を行う。」、「ドラム３を回転駆動するドラム駆動部４と、ドラム内の洗濯物の汚れを検知する汚れ検知部１８と、汚れ検知部の出力を入力し、洗い、すすぎ、脱水の各工程を逐次制御する制御部３０とを備え、洗い工程は、ドラム内で洗濯物が張り付かない程度の低速でドラムを回転する攪拌工程と、洗濯物がドラムの内周壁面に張り付いた状態となる高速でドラムを回転させ、洗濯物から遠心力で洗濯水を排出する遠心力洗浄工程を有し、制御部は、汚れ検知部で検知した汚れに応じて、遠心力洗浄工程におけるドラムの回転数を変化するようにしたものである。」と説明されるように、ドラム式洗濯機に汚れ検知部を設け、検知した汚れ量に応じて洗浄力を変えることにより、高洗浄力と低消費電力の両立を図っている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【特許文献1】特開２０１３－５２０５８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

しかしながら、特許文献１のドラム式洗濯機のように、回転力による機械的な洗濯では効率的に洗浄可能な汚れの種類に制限があるため、機械的な洗浄で落ちにくい汚れ（例えば、分厚い布にしみ込んだ汚れ）が付着した衣類等を選択する場合には、汚れ検知機能により一般的な洗濯時間を超えて長時間の洗濯が継続される恐れがある。また、短時間の洗濯だけで汚れが検知されなくなったとしても、汚れの種別が、機械的な洗浄で落ちにくい油汚れであった場合などには、実際には汚れが落ち切らず残存していることも考えられる。即ち、回転力の限定的な洗浄力では落としきれない汚れが残存してしまうことが考えられる。

【0012】

本発明はこうした事情に鑑み、一般的な回転力による洗濯機と同等程度かより短い時間での洗濯でありながら、界面活性剤を使用せずに高い洗浄力を発揮し、かつ、局所的な洗浄への対応が容易で水や電力の使用量を抑制しやすい洗浄装置、及び、洗浄方法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】

【0013】

上記目的を達成するための本発明の一態様の洗浄装置は、洗浄液が浸漬した洗浄対象物を収容する洗浄容器と、前記洗浄対象物に波長が３５０～４５０ｎｍの光を照射する光源と、を備え、前記洗浄液は、過酸化水素または過炭酸ナトリウムを含むものとした。

【発明の効果】

【0014】

本発明の洗浄装置、および、洗浄方法によれば、機械力の使用を抑えつつ、洗浄対象物に付着した局所的な汚れを短時間で洗浄することができる。

【0015】

上記に記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1A】実施例１の洗浄装置の断面を示す模式図。

【図1B】実施例１の洗浄装置の装置上部の下面を示す模式図。

【図1C】実施例１の洗浄装置の装置下部の上面を示す模式図。

【図2】実施例１の洗浄装置の制御システムの一例を示すブロック図。

【図3】実施例３の洗浄装置の断面を示す模式図。

【図4】実施例４の洗浄装置の側面を示す模式図。

【図5A】実施例５の洗浄装置の側面を示す模式図。

【図5B】実施例５の洗浄装置の上面を示す模式図。

【図5C】実施例５の洗浄装置の上面を示す模式図。

【図6】実施例６の洗浄装置の断面を示す模式図。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、図面を用いて、局所的な汚れが付着した洗浄対象物Ｃを洗浄するための、本発明の洗浄装置、および、洗浄方法の実施例を説明する。

【実施例0018】

まず、図１Ａから図１Ｃ、および、図２を用いて、本発明の実施例１に係る洗浄装置を説明する。

【0019】

（１）洗浄装置の構成
図１Ａから図１Ｃは、実施例１の洗浄装置１を示す模式図である。なお、以下では、図示する３軸直交座標系を用いて方向を定義することとする。

【0020】

図１Ａは、洗浄装置１の断面を示す模式図である。ここに示すように、本実施例の洗浄装置１は、手動または自動で分離可能な、装置上部１０と装置下部２０から構成される。洗浄装置１の上側を構成する装置上部１０は、上ケース１１、仕切り１２、光源１３、ヒートシンク１４、タンク１５、ポンプ１６、基板１７、窓板１８（透光材）、支え板１９等から構成される。また、洗浄装置１の下側を構成する装置下部２０は、下ケース２１、洗浄容器２２、固定用スペーサ２３、超音波振動子２４等から構成される。以下、各部を順次説明する。

【0021】

＜装置上部１０＞
図１Ａに示すように、装置上部１０の上部には、蓋状の上ケース１１と板状の仕切り１２で囲まれた空間Ｓ１が形成される。この空間Ｓ１の床に相当する仕切り１２の中央には、穴１２ａが形成されている。光源１３は、穴１２ａを通して下方に光を射出できるよう配置されたＬＥＤであり、例えば、波長３６５ｎｍの紫外光を射出するＵＶ－ＬＥＤである。ヒートシンク１４は、密着固定された光源１３の発熱を放熱する金属部材であり、熱伝導率の低いスペーサ１４ａを介して仕切り１２の上面に固定される。これにより、光源１３の下方に位置する空間Ｓ２への熱の蓄積を抑制することができる。

【0022】

空間Ｓ１には、洗浄に用いる液体Ｌを溜めるタンク１５、タンク１５内の液体Ｌを下方に供給するポンプ１６、チューブ１６ａ、バルブ１６ｂ、および、洗浄装置１の各部を制御する電子回路を実装した基板１７なども配置している。

【0023】

タンク１５には、液体Ｌを補給する注入口を設けておく。洗浄時に使用する液体Ｌが複数存在する場合（例えば、水と洗浄液）は、液体Ｌの種類に応じて、複数のタンク１５を設置してもよい。また、複数のタンク１５を設置する場合、タンク１５の数に合わせてポンプ１６を設置してもよいし、共用のポンプ１６を１つだけ用意し、複数のタンク１５とポンプ１６の間にバルブを設けて電子的に切り替えて所望の液体Ｌを下方に供給できるようにしてもよい。

【0024】

基板１７には、装置外部からの電源供給を受け取る電源部、各部の制御に必要な電源を作り出すコンバータ部、各部の動作を制御する制御部などが実装される。これらについては、図２を用いて後述する。

【0025】

仕切り１２の下方の空間Ｓ２には、窓板１８、支え板１９などが配置される。窓板１８は、紫外光を透過する透光材（アクリル樹脂、ガラス等）で成形された平板であり、複数の柱１８ａを介して仕切り１２の下面に接続される。なお、洗浄装置１の構成要素のうち、窓板１８以外の構成要素（特に、上ケース１１と下ケース２１）は、非透光材である。これは、装置外に紫外線が漏れるのを防止するためである。柱１８ａは、窓板１８を下方に付勢する機能も担っている。例えば、リニアアクチュエータを内蔵した柱１８ａであれば、窓板１８を持ち上げた状態と、窓板１８を押し下げた状態を、基板１７からの指令に応じて切り替えることができる。なお、簡易な構造としたい場合は、円筒内に、ばね、ゴム、スポンジ等の弾性体を配置して伸縮性を持たせたものを、柱１８ａとして用いても良い。支え板１９は、窓板１８の外周に、空間Ｓ２の側方を囲むように配置されることで、空間Ｓ２内に液体Ｌが侵入するのを防止する機能を担う。柱１８ａによって窓板１８を上下に移動するため、柱１８ａが最も短い状態、即ち窓板１８が最も持ち上げられた状態で窓板１８と仕切り１２の間が囲まれるように支え板１９の高さは制限する必要がある。なお、柱１８ａの伸縮に対応できるよう、支え板１９も伸縮自在な構造（弾性体構造、蛇腹構造など）としてもよい。

【0026】

このように、柱１８ａによって、仕切り１２と窓板１８が接続されているため、使用者等が装置上部１０を持ち上げると、装置上部１０の上端である上ケース１１から下端である窓板１８までが一体となって、装置下部２０から分離する構造となっている。

【0027】

図１Ｂは、分離した装置上部１０を下方から見た構造を示す平面図である。ここに示すように、窓板１８は、略正方形をしており、中心に光源１３が臨むような位置で固定される。柱１８ａは、略正方形の窓板１８の四隅に配置される。支え板１９は、略正方形の窓板１８の外周全体を囲むように配置されている。これにより、いわば、仕切り１２が天井、窓板１８が床、柱１８ａが柱、支え板１９が壁になるような形で、ほぼ閉じた空間Ｓ２が光源１３の下方に形成される。

【0028】

＜装置下部２０＞
次に、再び図１Ａを用いて、装置下部２０の詳細を説明する。装置下部２０の外殻を為す箱状の下ケース２１の内部には、洗浄対象物Ｃを収容するために、皿状の洗浄容器２２が配置される。この洗浄容器２２は、固定用スペーサ２３を介して下ケース２１の上面に固定される。また、洗浄容器２２の下面には平板型の超音波振動子２４を接着剤により強固に固定する。

【0029】

ここで、図１Ｃの模式図を用いて、図１ＡのＡ－Ａ’断面での装置下部２０の構造を説明する。図示するように、超音波振動子２４は、円形平板型の振動子であり、その出力仕様は、例えば、超音波周波数が４０ｋＨｚ、超音波出力が３５Ｗである。超音波振動子２４は電歪型の振動子であるため、その表面には、第１電極２４ａ、第２電極２４ｂ、絶縁領域２４ｃが設けられる。第１電極２４ａは、円形平板の接着面（上面）の全体とその反対面（下面）の大部分を覆うように形成された金属薄膜の電極である。また、第２電極２４ｂは、円形平板の下面の一部を覆うように形成された金属薄膜の電極である。絶縁領域２４ｃは、第１電極２４ａと第２電極２４ｂの間に形成された、金属膜の形成されていない領域である。この第１電極２４ａと第２電極２４ｂに、リード線を介して基板１７から所定の交流電力を供給することで、超音波振動子２４は、上記した仕様の超音波振動を発生させる。

【0030】

また、洗浄容器２２の底部には、基板１７からの指令に応じて溜めた液体Ｌを外部に排出できるよう、チューブ２２ａ、バルブ２２ｂを設置した。なお、チューブ２２ａは、下ケース２１の外部に導出し、液体Ｌを装置外部に排出できるようにしておくと良い。

【0031】

以上のような構成の洗浄装置１を用いて洗浄対象物Ｃを洗浄する場合、まず、洗浄対象物Ｃは、装置上部１０を持ち上げた状態で洗浄容器２２の内部に置かれる。その後、装置上部１０を閉め、窓板１８で洗浄対象物Ｃを押さえながら、洗浄を開始する。これにより、洗浄処理中の洗浄容器２２が外界から隔離されるため、超音波振動によって洗浄容器２２の内部から液体Ｌが跳ね出たり、光源１３が紫外光を射出したりしても、それらが外部に漏洩するのを防止することができる。

【0032】

（２）洗浄方法
次に、綿の布に中濃ソースを滴下し、乾燥させたものを洗浄対象物Ｃとする場合の、本実施例の洗浄装置１による洗浄処理を具体的に説明する。

【0033】

＜洗浄対象物Ｃの設置処理＞
まず、上記の様に、装置上部１０を取り外し、洗浄容器２２に洗浄対象物Ｃを収容する。その際、洗浄対象物Ｃの汚れを落としたい部分を、洗浄容器２２の中央付近に置く。洗浄容器２２の中央付近は光源１３に近く洗浄時の光照射量が最大となるため最も汚れが落ちる領域であり、汚れが付いた部分がこの位置に来るようにすることにより、洗浄時間を短縮できるからである。その後、装置上部１０を装置下部２０の上に乗せ蓋を閉じる。この状態で洗浄対象物Ｃの洗浄準備ができたので、以降、機械力、促進酸化による洗浄を行う。

【0034】

＜超音波振動による洗浄処理＞
次に、タンク１５に溜めた水を、ポンプ１６を介して洗浄容器２２に給水する。これにより、洗浄容器２２に収容した洗浄対象物Ｃが水に浸漬する。その状態で超音波振動子２４に電圧を印加し、超音波振動を発生させる。発生した超音波振動は超音波振動子２４が固着された洗浄容器２２を伝搬し、容器内の液体Ｌ及び洗浄対象物Ｃに印加される。この時、無理のない略一定の圧力範囲で窓板１８を洗浄対象物Ｃに押し付けることにより、超音波振動を洗浄対象物Ｃへ効率よく伝達することができる。なお、超音波振動を印加する際、窓板１８は必ずしも洗浄対象物へ押し付けた状態である必要はなく、完全に離れた状態であっても超音波による洗浄の効果はある。ただし、洗浄対象物Ｃと超音波振動を伝達する媒体（図１では洗浄容器２２）の距離は近い方が洗浄の効果は高く、接触している状態が最も洗浄効果が高い。ただし、汚れによって超音波洗浄による汚れの落ち具合が異なるため、常に接触した状態である必要はない。例えば細かい粉末が混じった汚れは汚れが液中に分散しやすく、押し付けなくともある程度まで汚れを落とすことができる。一方、油脂の様な分散しにくい汚れは窓板を押し付けて振動を効率よく伝達することにより効果的に落とすことができる。

【0035】

超音波振動を印加した状態で１～３分程度の間保持する。この間、可能であれば押し付ける圧力を変えたり窓板１８を洗浄対象物Ｃから離したりすることにより、洗浄対象物Ｃから離脱した汚れの液体Ｌ中への分散や拡散を促進でき、より効率よく汚れを落とすことができる。

【0036】

＜超音波洗浄後の排水処理＞
超音波振動子２４への電圧印加を停止した後、洗浄対象物Ｃを入れた洗浄容器２２のバルブ２２ｂを開き、洗浄容器２２に溜まった液体Ｌを排出する。この時、洗浄対象体に押し付けていた窓板１８は洗浄対象物Ｃから離しておくことが望ましい。それによって洗浄対象物Ｃや窓板１８から汚れが離脱し流れやすくなる。また、超音波振動子２４に電圧を印加している間にタンク１５から水を流しつつ、洗浄容器２２のバルブ２２ｂを開くことにより更に汚れを除去しやすくなる。特に油汚れの場合、洗浄対象物Ｃから離脱した油は液面に浮く成分が多いため、超音波振動子２４を動作させている間に前記の様に液体Ｌを流すことにより窓板１８や洗浄対象物Ｃへの再付着を防ぎやすくなる。この場合、容器底面のバルブ２２ｂから排水するよりも容器側面から液体Ｌを排出する方がより効果が高い。そのためには、洗浄容器２２の側面にバルブ２２ｂをつけるか、洗浄容器２２の上端部から液体Ｌを溢れさせて排出する方法がある。液体Ｌを排出した後、タンク１５からポンプ１６を介して再度給水し濯ぐ工程を入れるとより汚れを除去でき、この後に行う促進酸化洗浄の効果をさらに高めることができる。

【0037】

液体Ｌの排出時には液体Ｌに流れが生じるため、洗浄対象物Ｃの位置がずれる恐れがある。これを避けるために洗浄容器２２の側面と窓板１８の支え板１９の隙間を利用して洗浄対象物Ｃを抑える機構を設けることは有効である。また、排水の際に柱１８ａの一つのみを洗浄対象物Ｃに接触させて押さえておく方法もある。洗浄装置１に入りきらない大きな布などが洗浄対象物Ｃの場合は装置上部１０と装置下部２０で挟み込んで固定できるため、布の位置ずれが大きくなる心配はない。

【0038】

上記では超音波振動を印加する際に水を使用したが、水の代わりに過酸化水素水や、過酸化水素を成分として含有する液体（過酸化水素洗浄液）、例えば、容易に入手できる過炭酸ナトリウムを使うこともできる。この場合、水を使った場合に比べ、超音波振動を印加したことによる洗浄効果が高まる。

【0039】

＜促進酸化による洗浄処理＞
次に、促進酸化による洗浄を行う。まず、タンク１５に貯留した過酸化水素洗浄液を、ポンプ１６を介して洗浄容器２２へ導入する。これにより、洗浄容器２２に収容した洗浄対象物Ｃに過酸化水素洗浄液が浸漬する。なお、本実施例では、過酸化水素洗浄液として、濃度３％の過酸化水素水を用いた。次に、光源１３から洗浄対象物Ｃに、窓板１８を介して、波長３６５ｎｍの紫外光を照射する。光照射強度は洗浄対象物Ｃの位置で５０～１００ｍＷ／ｃｍ^２あれば、通常の汚れに対しては十分である。強固な汚れの場合は光照射強度を上げることにより一定の洗浄時間内での洗浄力を上げることが可能である。ここでは５０ｍＷ／ｃｍ^２に設定した。

【0040】

光源１３にＬＥＤを１つだけ使う場合、洗浄対象物Ｃ上での光照射強度は、光源真下が最も高い値となる。洗浄装置１として洗浄領域を想定し、その領域で光源１３から最も遠い位置で必要な光強度となるように光源１３の駆動条件を設定する必要がある。また、洗浄対象物Ｃへは窓板１８を通して光を照射するため、使用する光源１３の波長に対する窓板１８の光透過率も勘案して光源１３の光出力に裕度を持たせておく必要がある。１つのＬＥＤでは強度や照射領域が不足する場合は複数のＬＥＤを使えばよい。特に広い面積を均一な強度で照射するためには複数のＬＥＤによる照射システムが必須となる。上述のように強固な汚れに対しては、光照射強度を高めると良い。光照射強度は数Ｗ／ｃｍ^２程度まで上げても問題はないが、この場合も光源に複数のＬＥＤを使用するか、より容易に光照射強度を上げやすい放電ランプを使用する必要がある。

【0041】

光源１３からの光照射は、洗浄対象物Ｃの汚れの程度や種類に応じて時間を変えることが望ましいが、通常は事前に超音波振動による洗浄を実施しておけば１０～１５分程度で良い。本実施例では１２分間光照射を行った。この間、窓板１８は洗浄対象物Ｃへ押し付けた状態、離れた状態の何れでも良い。

【0042】

＜促進酸化洗浄後の排水処理＞
光照射の終了後、バルブ２２ｂを開いて、洗浄容器２２内の過酸化水素洗浄液を排出する。上記した超音波洗浄後の排水処理と同様に、光照射時に過酸化水素洗浄液を排出と同時に給水し続けると、離脱した汚れを流し去る効果により洗浄対象物Ｃへの再付着を防止しやすくなる。また、油系の汚れの場合は促進酸化洗浄によって分解した油起因の汚れが液面に浮くため、これも同様に容器側面や上面から流し去ると再付着の防止に高い効果がある。光照射が完了していれば再付着を防止しつつ汚れを流すために供給する液体Ｌは単なる水で良い。

【0043】

なお、以上では、超音波振動による洗浄処理の終了後に、促進酸化による洗浄処理を実施するものとして説明したが、両方の洗浄処理を同時に実施しても良いし、促進酸化による洗浄処理の終了後に超音波振動による洗浄処理しても良い。

【0044】

＜本実施例による洗浄の効果＞
以上で洗浄が終了した。洗浄後、光の当たらない場所で自然乾燥させた後、洗浄の効果を評価した。評価は測色計を用い布の色をＬａｂ空間での色座標として求め、汚れ前後と洗浄後の夫々の色空間内の点の距離によって評価した。具体的には汚れが付く前のきれいな状態での綿布の色、汚れが付いた状態で洗浄前の布の色、洗浄後の布の色に対して夫々色座標を計測し、汚れが付く前のきれいな状態での綿布の色座標との間の距離ΔＥ（洗浄前）、ΔＥ（洗浄後）を求め、洗浄率ηを（式１）で定義し、各布のηを比較した。

【0045】

η＝１－ΔＥ（洗浄後）／ΔＥ（洗浄前） ・・・ （式１）
その結果、市販の洗濯機と液体洗剤を用いた場合の洗浄率が８６％（η＝０．８６）であったのに対し、本実施例による洗浄では洗浄率は９３％（η＝０．９３）となり、一般的な洗濯機に比べ高い洗浄効果があることが確認できた。

【0046】

上記では超音波振動による機械力洗浄を実施した後、促進酸化洗浄を行ったが、必ずしもこれらの洗浄を別々に実施することが必要というわけではない。汚れの程度が低い場合や、超音波振動による洗浄で水の中に分散・溶解する汚れの量が少ないか、水の濁りが低い場合には超音波振動による洗浄と促進酸化による洗浄を同時に実施しても良い。この場合、超音波振動による洗浄には水ではなく過酸化水素洗浄液を用いる必要がある。この方式による洗浄は処理を同時に進行できるため、洗浄全体にかかる時間が短くなるメリットがある。一方、汚れが過酸化水素洗浄液に溶け込む場合、光の透過率が下がるので、その分光照射直を長めに取らなければならない。

【0047】

光源１３にＬＥＤやレーザーダイオードなど半導体素子を用いる場合、光照射時間と共に光源１３の温度が上昇し光出力が低下する。これは半導体素子を用いない放電管式の光源１３を使う場合も同様である。このため、光照射時間を決めるには一義的に時間で決定するのではなく光照射量（光照射エネルギー）で決める必要がある。また、半導体素子もしようと共に経時劣化し単位時間当たりの光照射エネルギーは時間とともに減少する。こうしたことから装置には照射した光量をモニタリングするシステムを組み込んでおき、モニタリング量に応じて時間を調整することが望ましい。

【0048】

（３）洗浄の原理
次に、本実施例で利用する２種類の洗浄方法の原理について説明する。

【0049】

超音波振動による洗浄は、機械的な振動により洗浄対象物Ｃに付着した汚れを剥離したり、水溶性の汚れであれば水への溶解を促進したりすることにより、洗浄効果が発揮される。特に、汚れ成分や汚れ物質の剥離は、汚れ物質を塊として除去することができ、３次元的な汚れ除去効果がある。一方で、洗浄対象物Ｃが衣類であると、繊維のような細かい構造体の隙間に入り込んだ汚れに対する洗浄効果が低くなる傾向にある。

【0050】

このような特性の超音波振動による洗浄に対し、後述する特性の促進酸化による洗浄方法は、強い酸化力を用いた高い汚れ分解能を用いた洗浄方法であるが、汚れ除去は汚れ表面での分解反応によるものであり２次元的な汚れ除去効果に基づいていると言える。従って、分厚く付着した汚れや固体状の汚れに対する汚れ除去には長い時間を必要とする傾向があり、洗浄時間を短くすることが難しい。一方、超音波振動による洗浄は３次元的な汚れ除去効果が期待できるため、分厚く付着した汚れや固体状汚れに対して促進酸化洗浄を行う前に予備洗いとして実施しておくと促進酸化洗浄の時間を大幅に短くできるメリットがある。

【0051】

促進酸化洗浄は、洗浄液として光源１３からの光の照射によって強い酸化力を有するラジカル分子を発生する物質を使用する。この酸化力の強いラジカルを用いて洗浄対象物Ｃの表面の汚れを酸化分解し洗浄効果を発揮する。このようにラジカルを用いた分解は、促進酸化処理（Advanced Oxidation Process）と呼ばれる。ラジカルを発生する物質として、例えば過酸化水素水が挙げられ、これを含有する液体Ｌであってもよい。例えば、炭酸ナトリウム過酸化水素化物（過炭酸ナトリウム）等を用いることで、ヒドロキシラジカルを発生することができる。

【0052】

洗浄容器２２に供給する液体Ｌの濃度は、洗浄対象物Ｃの汚れの程度及び洗浄に掛けられる時間に依存するが、過酸化水素水の場合、質量百分率（ｗ／ｗ％、以下単に％と表記）で１～３％程度の濃度から、高くても１５％以下であればよい。これは、濃度が１５％よりも高いと、洗浄対象物Ｃを構成する繊維と汚れの種類によって、繊維のダメージや衣類の色落ちが顕著になる場合があるからである。過酸化水素水を含有する液体Ｌの場合、液体中の過酸化水素濃度が、過酸化水素水濃度と同程度になるように調整する。

【0053】

光源１３の波長は、洗浄液の種類にもよるが、過酸化水素からヒドロキシラジカルを発生するためには、可視光から紫外線の範囲を選択する。ただし、長波長側の光はヒドロキシルラジカルの生成効率が悪いか、或いは生成することができないため、４５０ｎｍよりも短波長の波長が望ましい。一方、短波長側はヒドロキシラジカルの生成効率は高くなるものの洗浄対象物Ｃの繊維が受けるダメージも大きくなるため、３５０ｎｍよりも長波長側が望ましい。汚れの種類によっては３５０ｎｍ近辺の波長であってもダメージが大きい場合があるため、３６０ｎｍより長い波長がより望ましい。光源１３は放電管式ランプでも構わないが、機械的強度や大きさ、電力効率、寿命の観点からＬＥＤやＬＤ（レーザーダイオード）が適している。ＬＥＤの場合、この波長範囲では３６５ｎｍから５ｎｍ刻みで４０５ｎｍまでの光源１３が容易に入手できる。

【0054】

上記の様に超音波振動による洗浄は３次元的な洗浄効果により汚れを除去するが、衣類の様な細かい繊維の集合体が洗浄対象物Ｃであると、繊維の間に入り込んだ汚れや繊維と比較的強く結合するような汚れに対しては効果が低くなり、汚れが残存しやすくなる。これは回転式の洗濯機に洗剤などの界面活性剤を用いて洗浄した場合も同様である。

【0055】

これに対し、本実施例の促進酸化洗浄は、機械的な洗浄や界面活性剤を用いた洗浄が不得手な上記の汚れにも高い洗浄効果を発揮する。これは、洗浄液が細かい繊維の間にもくまなく浸み込む性質があり、そこに光が照射されればラジカルが生成され、近傍の汚れ物質を酸化し分解するからである。洗浄過程がミクロな領域での酸化反応に基づいており、洗浄液と光照射があれば基本的には酸化反応がどこでも生じ得るからである。一般的にラジカルの寿命は１０^－６～１０^－９秒程度の極めて短い時間であると言われている。しかし、紫外光の照射を継続することで継続的にラジカル生成を行うことにより、汚れの分解に関係ないラジカルの消滅反応（水分子やその水中での解離物などとの反応に伴うラジカルの消滅）も含め、多数の反応を起こし汚れを分解することができると考えられる。

【0056】

尚、本実施例では機械力による洗浄として超音波振動による洗浄を組み合わせたが、必ずしも機械力洗浄を超音波振動による洗浄に限定するものではない。例えば一般的な選択に用いられる回転式の洗濯機も機械力を洗浄の源泉としており、その効果は既に述べたような３次元的な洗浄効果が期待できるものである。従って、促進酸化洗浄と組み合わせる機械力洗浄に回転式の洗濯機を洗濯しても同様の効果が期待できる。本実施例で超音波振動による洗浄を用いた理由は、回転式の洗濯機は局所的な汚れの処理よりも洗浄対象物Ｃ全体を洗浄することに向いているのに対し、超音波振動による洗浄方法は局所的な洗浄と親和性が高いためである。従って、洗濯機で洗浄した衣類に残存する洗濯機では落としきれない汚れの洗浄や、シミなどひどい汚れを洗濯機で選択する前に促進酸化洗浄を行うような使用方法では、機械力による洗浄として回転式の洗濯機を組み合わせることは十分考えられる。

【0057】

（４）洗浄装置１の制御システム
次に、図２の機能ブロック図を用いて、洗浄装置１の制御システムを説明する。図中、実線は電力もしくはアナログ信号を伝達する接続であり、点線は制御信号などのデジタル信号を伝達する接続を示している。なお、水や洗浄液の給排水線は省略している。

【0058】

洗浄装置１の電源入力部Ｅ１は、コンセントや電池から入力された電力を、装置内で使用しやすい電力に変換して各構成要素に給電する。給電を直流・交流のどちらで行うかや、給電電圧を何Ｖにするか等は適宜設計すれば良いが、本例の構成では直流で駆動する要素が多いため、直流で給電する方が望ましい。

【0059】

制御部Ｅ２は、制御システムの全体を制御するコンピュータであり、洗浄対象物Ｃ毎の洗浄プログラムや、洗浄条件に応じて各所の制御を行う。入力部Ｅ３は、洗浄プログラムの選択や洗浄条件の設定など、使用者が洗浄に対して選択や設定すべき事項を指示するために用いる。表示部Ｅ４は、洗浄に関する選択肢の表示や設定可能事項の表示、洗浄中の状態表示などに用いる。入力部Ｅ３や表示部Ｅ４は、タッチパネル式の表示装置であってもよいし、表示と入力を別の装置で担ってもよい。

【0060】

本発明の洗浄装置１による洗浄の基本的流れは、上述したように洗浄対象物Ｃをセットした後、給水、超音波振動による洗浄、排水、すすぎの為の給水と排水、過酸化水素洗浄液の給水、光源１３の点灯と消灯、排水、すすぎと排水で構成されている。そこで、制御部Ｅ２は、各要素を順次制御してこの一連の手順を実施する。また、特定の手順の条件を変える場合や特定の条件だけを実施するような洗浄にも対応できるようにいくつかの手順を選べるよう制御部内に複数の洗浄プログラムを準備する。表示部Ｅ４と入力部Ｅ３を使いこれらの洗浄プログラムの選択や条件設定を行う。

【0061】

洗浄容器２２に給水する場合は、バルブセレクタＥ５で給水バルブＥ６を選択し、このバルブを開く。この状態で水を貯留するタンク１５に接続されたポンプ１６のポンプ電源Ｅ７を駆動させることによりポンプ１６を動作させ、給水する。ポンプ電源Ｅ７には、例えばEnable／Disable選択端子付きのＤＣＤＣコンバータを使うことにより、ポンプ電源Ｅ７へのデジタル制御信号でポンプ１６の動作を制御できる。このときの給水量は、ポンプ１６の給水スピードと時間から調整する方法が容易である。

【0062】

ポンプ１６は、本実施例では５ｃｍ角で厚さが１ｃｍ程度の小型ダイアフラムポンプを使用したが、駆動に必要な電圧はポンプ電源にて給電された電力を変換する。ポンプ１６に変換器が内蔵されているものを用いると使用空間の低減や回路実装などの点で利点がある。

【0063】

洗浄容器２２から排水する場合は、バルブセレクタＥ５で排水用のバルブ２２ｂを選択して排水する。制御部Ｅ２では、供給した液体Ｌの量が分かっているので、排水に必要な時間も概ね推測できる。なお、センサなどで洗浄容器２２内の残液量を測定する方法を組み入れ、そこから得られる情報で制御する方法もある。

【0064】

光源１３の駆動も同様である。光源１３を点灯する手順になったら光源電源Ｅ８を駆動し光源１３に電力を供給する。ＬＥＤは通常直流入力で駆動するため、電源入力部Ｅ１から直流が入力される設計の場合、ポンプ電源Ｅ７と同様に、光源電源Ｅ８にもEnable信号入力付きのＤＣＤＣコンバータを用いればよい。ＬＥＤの点灯に合わせて装置外部に設置したパイロットランプＥ９を点灯すると紫外光の照射中であることを明示でき安全である。図２では、光源１３に入力する電力を分岐しパイロットランプＥ９を点灯させる構成としている。

【0065】

超音波振動子２４の駆動には高周波電圧を印加する必要がある。このため、高周波電源Ｅ１０では、電源入力部Ｅ１からの直流入力を交流に変換し、さらに周波数変換する。超音波振動子２４による超音波振動は、使用する洗浄容器２２や洗浄液量との兼ね合いもあるが、基本的には１０Ｗ程度の出力があれば十分なのでなるべく小型の電源構成を選ぶと良い。また、超音波周波数も洗浄用に市販されている１０ｋＨｚ～５０ｋＨｚ程度のものであればよい。

【0066】

窓板１８に接続している柱１８ａにリニアアクチュエータＥ１１を内蔵することにより、窓板１８の上下方向の位置を制御できるようになる。超音波振動による洗浄時に、窓板１８の洗浄対象物Ｃへの押し付け具合を調整することにより汚れを効率よく液体中へ逃がすことができるようになり、洗浄の効率が挙げられることを述べた。リニアアクチュエータＥ１１の利用により、押し付け具合の調整を自動でできるようになる。なお、窓板１８の押し付け具合の調整には押し付けている圧力が必要なため、圧力センサＥ１２を用いる。また、窓板１８を洗浄対象物Ｃから離した状態で保持する際は、窓板１８の位置を確認するために位置センサＥ１３があると良い。これらのセンサから出力されるアナログ信号はコンバータＥ１４を介してデジタル信号に変換され、制御部Ｅ２で取り込まれ、窓板１８の位置制御に使用される。

【0067】

光センサＥ１５は、光源１３の熱による出力変動や経時変化による出力低下の影響を排除するために使用する。光センサＥ１５のアナログ出力をコンバータＥ１６によりデジタル信号に変換し、制御部Ｅ２に取り込む。制御部Ｅ２は、光源１３の点灯時に光センサＥ１５の入力を取り込み、促進酸化洗浄中の光源１３の光出力をモニタリングする。光照射エネルギーが所定の値に達したら光源１３を止め、促進酸化洗浄を終了する。光センサＥ１５による光出力の取り込みは、光源１３からの光を直接取り込む必要は無く、反射光など光源１３の光に比例する間接的な光の取り込みから洗浄対象物Ｃへの照射エネルギーを算出してもよい。なお、光量モニタリングをせずとも照射時間の制御だけで洗浄は可能であるが、光センサＥ１５を用いることにより光源１３の出力変動を補償し、促進酸化洗浄時の汚れ除去を安定して実施することができる。

【0068】

なお、図２中で、一点鎖線で囲んだ圧力／位置センサや光センサは洗浄に必須の要素ではないが、システムに組み込むことにより洗浄力を確実に発揮できるようになる。

【0069】

以上で説明した本実施例の洗浄装置１によれば、機械力の使用を抑えつつ、洗浄対象物に付着した局所的な汚れを短時間で洗浄することができる。

【実施例0070】

次に、本発明の実施例２に係る洗浄装置を説明する。なお、実施例１との共通点は重複説明を省略する。

【0071】

実施例１では、超音波振動による洗浄と、促進酸化による洗浄を併用したが、本実施例の洗浄装置１では、促進酸化による洗浄のみを用いて洗浄対象物Ｃを洗浄する。

【0072】

上記したように、超音波振動による洗浄は、洗浄対象物Ｃの表面に分厚くこびりついた汚れの洗浄に特に有効であり、促進酸化による洗浄は、洗浄対象物Ｃの繊維にしみ込んだ汚れの洗浄に特に有効である。従って、洗浄対象物Ｃの表面に分厚くこびりついた汚れが少なく、繊維にしみ込んだ汚れが多いような場合は、超音波振動による洗浄を省いても十分な洗浄力が得られる。

【0073】

本実施例のように、超音波振動による洗浄を省略することで、水や電力の消費が抑えられるだけでなく、超音波振動子の駆動時に発生する可聴音の発生が無いため、洗浄時の音の発生がほぼ無く、住環境に悪影響を与えない洗浄が提供できる。

【0074】

＜本実施例の効果の実証＞
以下、本実施例の洗浄装置１による洗浄対象物Ｃの洗浄結果を説明する。

【0075】

まず、実施例１と同様に汚れの付いた洗浄対象物Ｃを装置内にセットする。本実施例では白い綿布に辣油を滴下して汚れを付けた布を洗浄対象物Ｃとした。次に、過酸化水素洗浄液を導入する。超音波振動による洗浄は行わず、直ちに促進酸化洗浄を行う。波長３６５ｎｍのＵＶ光を１００ｍＷ／ｃｍ^２の強度に設定し、３０分間光照射を行う。

【0076】

窓板１８は洗浄対象物Ｃから離しておいてもよいし接触させておいても構わないが、促進酸化洗浄の間に分解された油成分が液面に浮遊してくるため、窓板１８への接触を避けるために離しておく方が良い。所望の量の光照射を実施した後、照射を停止し、給水してすすぎを行う。その後、洗浄対象物Ｃを取出し乾燥させて洗浄が完了する。

【0077】

光が当たらない状態で自然乾燥した洗浄対象物Ｃの汚れの落ち具合を評価したところ、洗浄率は９４％（η＝０．９４）であった。一方、市販の洗濯機に液体洗剤を用いて洗浄したところ、洗浄率は４６％（η＝０．４６）であり、促進酸化洗浄でも高い洗浄力があることが分かる。尚、促進酸化洗浄の前に超音波振動による洗浄を行った場合の洗浄率は９６％（η＝０．９６）であった。促進酸化洗浄のみの洗浄に比べ僅かに高い洗浄力であるが、汚れによっては促進酸化洗浄のみでも十分高い洗浄力が得られることが分かる。

【0078】

このように、機械力洗浄と促進酸化洗浄を組み合わせた洗浄、促進酸化のみの洗浄の夫々を汚れに応じて選択して洗浄することができる。機械力洗浄と促進酸化洗浄を組み合わせた洗浄は高い洗浄力と短時間での洗浄が特徴であるのに対し、促進酸化だけの洗浄は、同じく高い洗浄力でありながら洗浄時に発生する音が極めて静かであること、洗浄に使用する水量が低減できることなどの特徴を有する。