特開 2025-8737 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】P2025008737

(43)【公開日】2025-01-20

(54)【発明の名称】洗浄装置、および洗浄方法

(51)【国際特許分類】

   D06F 19/00 20060101AFI20250109BHJP

   D06F 35/00 20060101ALI20250109BHJP

【ＦＩ】

D06F19/00

D06F35/00 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】18

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023111164

(22)【出願日】2023-07-06

(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

【Ｆターム（参考）】

3B168AA22

3B168AB04

3B168AE02

3B168AE05

3B168BA08

3B168BA22

3B168BA42

3B168BA43

3B168BA45

3B168BA48

3B168BA52

3B168FA04

(57)【要約】

【課題】本発明は、洗浄力を向上させると共に、局所的な部分への洗浄を実行でき、水や電力の使用量を抑制する洗浄装置を提供する。
【解決手段】本発明の洗浄装置は、洗浄液および洗浄対象物１７を収容する洗浄容器２５と、洗浄対象物１７に波長が３５０ｎｍ～４５０ｎｍの光を照射する光源１２と、洗浄容器２５及び光源１２を収容する本体ケース２００と、を備える。洗浄液は、過酸化水素、過炭酸ナトリウム、過酸化水素尿素の何れか一つ以上を含むようにした。
【選択図】 図２Ｂ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

洗浄液および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３５０ｎｍ～４５０ｎｍの光を照射する光源と、
前記洗浄容器及び前記光源を収容する本体ケースと、を備え、
前記洗浄液は、過酸化水素、過炭酸ナトリウム、過酸化水素尿素の何れか一つ以上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、
前記本体ケースには、前記光源からの光を遮光すると共に、前記洗浄容器を支持する仕切りを備えた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、
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た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、
前記超音波振動子は、前記洗浄容器の下部に備えられ、前記仕切りには前記超音波振動子の振動子が貫通する貫通孔を形成したことを特徴とする洗浄装置。

【請求項5】

請求項４に記載の洗浄装置において、
前記洗浄対象物を前記洗浄容器の底部に固定する固定部を備えたことを洗浄装置。

【請求項6】

請求項５に記載の洗浄装置において、
前記光源を保持する保持部材を備え、
前記光源は、前記保持部材の外周の一面に備えられ、
前記固定部は、前記光源が備えられた前記保持部材の一面とは異なる他の面に備えられたことを特徴とする洗浄装置。

【請求項7】

請求項６に記載の洗浄装置において、
前記保持部材は、前記光源が備えられた前記一面が前記洗浄対象物と対向する位置と、前記固定部となる前記他の面が前記洗浄対象物と対向する位置とを取り得るように回転可能に設けられたことを特徴とする洗浄装置。

【請求項8】

請求項７に記載の洗浄装置において、
前記保持部材は、前記洗浄対象物に向かって移動可能に設けられたことを特徴とする洗浄装置。

【請求項9】

請求項５に記載の洗浄装置において、
前記光源が前記洗浄対象物と対向するように保持する保持部材を備え、
前記固定部は、前記洗浄対象物と対向して前記光源から前記洗浄対象物へ照射される光を遮る位置と、前記光源から前記洗浄対象物へ照射される光を遮らない位置とを取り得るように設けられたことを特徴とする洗浄装置。

【請求項10】

請求項９に記載の洗浄装置において、
前記固定部は、前記保持部材に回転可能に設けられたことを特徴とする洗浄装置。

【請求項11】

請求項５に記載の洗浄装置において、
前記光源が前記洗浄対象物と対向するように保持する保持部材を備え、
前記固定部は、前記保持部材に接近して前記光源から前記洗浄対象物へ照射される光を遮る位置と、前記保持部材から離反して前記光源から前記洗浄対象物へ照射される光を遮らない位置とを取り得るように移動可能に設けられたことを特徴とする洗浄装置。

【請求項12】

請求項５に記載の洗浄装置において、
前記光源が前記洗浄対象物と対向するように保持する保持部材を備え、
前記固定部は、前記洗浄対象物と対向する部分に分割部が設けられ、前記光源から前記洗浄対象物へ照射される光を遮る位置と、前記光源から前記洗浄対象物へ照射される光を遮らない位置とを取り得るように分割可能に設けられたことを特徴とする洗浄装置。

【請求項13】

請求項５に記載の洗浄装置において、
前記光源が前記洗浄対象物と対向するように保持する保持部材を備え、
前記固定部は、前記光源と前記洗浄対象物との間に位置し、
前記固定部には、前記光源を透光させる空間を備えたことを特徴とする洗浄装置。

【請求項14】

請求項３に記載の洗浄装置において、
前記超音波振動子は、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15】

請求項１から請求項１４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16】

請求項１５に記載の洗浄装置において、
前記ラジカルはヒドロキシルラジカルであることを特徴とする洗浄装置。

【請求項17】

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３５０ｎｍ～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、もしくは過酸化水素尿素を含むことを特徴とする洗浄方法。

【請求項18】

請求項１７に記載の洗浄方法において、
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た衝撃により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が図られていない。また、装置の体積の大半を占める領域が可動部となり、回転するために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は難しい。

【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。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し、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ない。これらは最終的にマイクロプラスチックとなって海洋に排出される。即ち、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、過剰に繊維排出物が生成され、結果としてマイクロプラスチックを環境に排出する原因となっている。

【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】

汚れ量に応じて最適な、高洗浄力で洗濯運転を行うドラム式洗濯機として、例えば特許文献１に記載された技術がある。特許文献１に記載のドラム式洗濯機においては、ドラムを回転駆動するドラム駆動部と、ドラム内の洗濯物の汚れを検知する汚れ検知部と、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とを備えている。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実行する。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ている。そして、特許文献１では、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洗濯する場合には、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可能性がある。即ち、特許文献１では、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可能性がある。

【0012】

本発明の目的は、前記課題を解決し、洗浄力を向上させると共に、局所的な部分への洗浄を実行でき、水や電力の使用量を抑制する洗浄装置、及び洗浄方法を提供することにある。

【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、洗浄液および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３５０ｎｍ～４５０ｎｍの光を照射する光源と、前記洗浄容器及び前記光源を収容する本体ケースと、を備え、前記洗浄液は、過酸化水素、過炭酸ナトリウム、過酸化水素尿素の何れか一つ以上を含むことを特徴とする。

【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に係る洗浄装置の光照射機構が下方を向いている状態を示す模式図である。

【図1B】実施例１に係る洗浄装置の振動伝達面が下方を向いている状態を示す模式図である。

【図1C】実施例１に係る洗浄装置の振動伝達面が被洗浄物を固定している状態を示す模式図である。

【図2A】洗浄機を上方から見た状態で、ケース上面の仕切り板を透過して見た構造を示す図である。

【図2B】図２ＡをIIB－IIB’の位置で断面した断面図である。

【図3】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である。

【図4A】実施例３に係る洗浄装置の固定台が光源下方の位置にある状態を示す模式図である。

【図4B】実施例３に係る洗浄装置の固定台が光源を遮らない位置にある状態を示す模式図である。

【図5A】実施例４に係る洗浄装置の固定台が光源からの光を遮る位置にある状態を示す模式図である。

【図5B】実施例４に係る洗浄装置の固定台が光源からの光を遮らない位置にある状態を示す模式図である。

【図5C】実施例４の変形例を示す図である。

【図6A】実施例５に係る洗浄装置の固定台が光源からの光を遮る位置にある状態を示す模式図である。

【図6B】実施例５に係る洗浄装置の固定台が光源からの光を遮らない位置にある状態を示す模式図である。

【図7A】実施例６に係る洗浄装置の固定台が洗浄対象物を固定しない位置にある状態を示す模式図である。

【図7B】実施例６に係る洗浄装置の固定台が洗浄対象物を固定する位置にある状態を示す模式図である。

【図7C】実施例６に係る洗浄装置の固定台の構造を示す模式図である。

【図8A】実施例７に係る洗浄装置の固定台が光源からの光を遮らない位置にある状態を示す模式図である。

【図8B】実施例７に係る洗浄装置の固定台が光源からの光を遮り、かつ、洗浄対象物を固定しない位置にある状態を示す模式図である。

【図8C】実施例７に係る洗浄装置の固定台が洗浄対象物を固定する状態を示す模式図である。

【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１７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を用いて、本発明の実施例１に係る洗浄装置を説明する。図１Ａから図１Ｃでは、左図に正面から見た図を示し、右図に軸方向から見た図を示している。

【0019】

図１Ａは、実施例１に係る洗浄装置の光照射機構が下方を向いている状態を示す模式図である。台１１（保持部材）は、光源を保持する役割と、布等の洗浄対象物１７を押さえて固定する固定部の役割を兼ねた部位である。台１１は、外周の或る一面２２に光源１２を保持すると共に、ヒートシンクとして光源を冷却する役割を兼ねることができる。台１１の異なる他の面には概ね平らな面１３を有しており、この面が布等の洗浄対象物１７を押さえて固定する役割を果たしている。台１１は支持機構１４と接続され、接続点１８を回転中心として回転する機構を有する。すなわち、台１１は、光源１２が備えられた一面が洗浄対象物１７と対向する位置と、固定部となる他の面（面１３）が洗浄対象物１７と対向する位置とを取り得るように回転可能に設けられている。

【0020】

支持機構１４は、台１１と接続されている端部とは反対側の端部が装置筐体あるいは筐体内部の部材などに接続される。台１１の鉛直下方には、衣類洗浄に用いる洗浄容器２５（図２参照）が配置される。洗浄容器２５は洗浄液および洗浄対象物１７を収容する。洗浄容器２５の底部１５には、光源１２と反対側の面に超音波振動子１６が備えられている。超音波振動子１６は、例えばランジュバン型振動子またはホーン型振動子、平板型振動子などを用いる。洗浄対象物１７は、光源側の面に配置する。すなわち、洗浄対象物１７は、光源１２と対向するように洗浄容器２５の底部１５に配置されている。

【0021】

支持機構１４は鉛直方向に伸縮する機構を備えており、台１１を一軸方向に上下移動させることができる。

【0022】

図１Ｂは、実施例１に係る洗浄装置の振動伝達面が下方を向いている状態を示す模式図である。図１Ｂでは、台１１が２つの接続点１８をつなぐ軸を中心軸として矢印１９で示す方向に回転した状態を示している。この状態で台１１が保持する光源１２は鉛直下方とは別の方向を向いている。台１１は、台１１の一面にある概ね平らな面１３が鉛直下方に向くよう回転し、支持機構１４は鉛直下方に延伸する。

【0023】

図１Ｃは、実施例１に係る洗浄装置の振動伝達面が被洗浄物を固定している状態を示す模式図である。支持機構１４が鉛直下方に延伸すると、台１１は矢印２０（図１Ｂ）で示す方向に移動し、図１Ｃに示すように洗浄対象物１７を押さえ、洗浄容器２５の底部１５に固定される。すなわち、台１１は、洗浄対象物１７に向かって移動可能に設けられている。そして、この状態で超音波を用いた洗浄対象物１７の洗浄を行う。超音波洗浄では、洗浄容器２５を介して洗浄対象物１７や洗浄液を超音波により振動させ、洗浄対象物１７に付着した汚れを洗浄する。

【0024】

超音波洗浄が終了後は、支持機構１４を短縮して台１１を矢印２１で示す方向に移動し洗浄対象物１７の固定を解除する。その後、台１１を矢印１９で示す方向と逆方向に回転することにより光源１２が保持された一面２２が鉛直下方を向き、図１Ａに示す状態に戻る。そして、この状態で促進酸化（AOP：Advanced Oxidation Process）による洗浄を行う。

【0025】

図２に、図１の洗浄装置を筐体に組み込んだ場合の洗浄機１００の一例を示す。本体ケース２００には、図１の洗浄装置が収められており、本体ケース２００は蓋が開くことにより、内部に洗浄対象物１７を収納もしくは挟み込むことができるようになっている。

【0026】

図２Ａは、洗浄機を上方から見た状態で、ケース上面の仕切り板を透過して見た構造を示す図である。図２Ｂは、図２ＡをIIB－IIB’の位置で断面した断面図である。

【0027】

本体ケース２００は、ケース上部２３とケース下部２４が蝶番２８で接続され、ケース上部２３が蓋となり開閉する。本体ケース２００内には、洗浄容器２５が収められており、ケース上部２３（蓋）を開けると洗浄容器２５が露出するようになっている。ケース下部２４には、仕切り２６を設け、洗浄容器２５を支える構造となっている。仕切り２６には、洗浄容器２５の下部に備えられた超音波振動子１６の振動子が貫通する貫通孔が形成されている。また、仕切り２６は金属等で構成され、光源１２からの光を遮光するようにしている。

【0028】

本体ケース２００のケース下部２４の内部２７には、洗浄装置を駆動するために必要な機器を収納する。これには超音波振動子１６の駆動回路、光源１２の駆動回路、支持機構１４の駆動回路、台１１の回転駆動回路、全体の制御回路などが該当する。

【0029】

洗浄に用いる洗浄液やすすぎに用いる水を自動で供給する場合や、更に洗浄後の液体の回収を行う場合は、必要なポンプと液溜用のタンク、これらの液体の給排水に用いる管やバルブ、タンク駆動回路等も内部２７に収納する。ケース上部２３とケース下部２４には、蝶番２８の位置にケース上部２３とケース下部２４をつなぐ配線類を通す配線収納部２９を設けており、電気的な接続を行っている。

【0030】

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１７とする場合の、本実施例の洗浄機による洗浄処理を具体的に説明する。

【0031】

＜洗浄対象物１７の設置＞
まず、ケース上部２３を開き、洗浄容器２５に洗浄対象物１７を収容する。その際、汚れを落としたい部分が、洗浄容器２５の中央付近、光源１２の鉛直下部に位置するように洗浄対象物１７を置く。洗浄容器２５の中央付近は光源１２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配置することにより、洗浄時間を短縮できるからである。その後、ケース上部２３を閉じる。この状態で洗浄対象物１７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。

【0032】

＜超音波振動による洗浄処理＞
次に、支持機構１４が短縮した状態で、図１Ｂに示すように台１１の概ね平らな面が鉛直下側に来るよう台１１を回転させる。支持機構１４が短縮した状態のままタンクに溜めた水（洗浄液）を、ポンプを介して洗浄容器２５に給水する。これにより、洗浄容器２５に収容した洗浄対象物１７が水（洗浄液）に浸漬する（洗浄容器２５内の洗浄対象物１７を洗浄液に浸漬する工程）。その後、支持機構１４を延伸し、台１１の面１３で洗浄対象物１７を洗浄容器２５の底部１５に押し付け固定する。台１１の面１３は、洗浄対象物１７を洗浄容器２５の底部１５に固定する固定部として機能する。

【0033】

ここでは洗浄対象物１７を固定せずに洗浄容器２５に給水を行った。本実施例では洗浄容器２５内に完全に収まる大きさの洗浄対象物を用いているが、この場合、ポンプからの給水速度次第では給水によって生じる水の流れで洗浄対象物が初めに置いた位置からずれてしまう恐れがある。こうしたことを避けるために給水速度を十分に落として給水する方法、給水の際に布を固定する方法、給水後に洗浄対象物を入れる方法などがある。本実施例の構成では、支持機構１４を延伸させて洗浄対象物１７を洗浄容器２５の底部１５に押し付けた状態で給水することで洗浄対象物１７のずれを抑制することができる。

【0034】

洗浄機１００では、洗浄対象物１７と水を洗浄容器２５に入れ、支持機構１４で洗浄対象物１７を固定した状態で超音波振動子１６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１６が固着された洗浄容器２５を伝搬し、容器内の水及び洗浄対象物１７に印加される（洗浄対象物１７に超音波振動を印加する工程）。洗浄対象物１７が台１１によって洗浄容器２５の底部１５に固定されているため、印加された超音波振動は洗浄対象物１７へ効率よく伝達される。なお、超音波振動を印加する際、台１１は必ずしも洗浄対象物１７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１７と超音波振動を伝達する媒体（図１では洗浄容器２５）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。一方、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。他方、油脂の様な分散しにくい汚れの場合は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】

超音波洗浄では、超音波振動を印加した状態で１～３分程度の間保持する。本実施例では、超音波振動子に発振周波数５５ ｋＨｚ、出力１５Ｗのボルト締めランジュバン型振動子を用いて超音波振動を印加した。この間、可能であれば台１１による洗浄対象物１７の押し付ける圧力を変えることにより、洗浄対象物１７から離脱した汚れの水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。本実施例では支持機構１４にリニアアクチュエータを用い、台１１が洗浄対象物１７を固定した状態から一方の支持機構１４をそのまま保持し、他方の支持機構を３ｍｍ短縮（上方に移動）して数秒間保持し、その後短縮した他方の支持機構１４が洗浄対象物１７を固定（下方に移動）した状態になるように延伸し、一方の支持機構１４を同様に短縮（上方に移動）した状態にして同じ時間保持することを交互に繰り返した。超音波洗浄では、所定の時間、超音波による洗浄処理を行った後、支持機構１４を短縮し洗浄対象物１７の固定を解除する。

【0036】

＜超音波洗浄後の排水処理＞
超音波による振動が終わった後、洗浄容器２５内の液体を排出する。本実施例では排液のためのポンプ類の設置を省略したため、手動で液体の排出を行う。排液にあたっては、ケース上部２３を開き、洗浄対象物１７を押さえながら洗浄機１００を傾け洗浄容器２５内の液体を排出する。その後、清浄な水を洗浄容器２５に入れ、排出することを１～数回繰り返すことにより洗浄容器２５内及び洗浄対象物１７の濯ぎを行い、排水時において洗浄容器２５内及び洗浄対象物１７に再付着した汚れなどが除去される。併せて洗浄対象物１７を固定していた台１１の概ね平らな面１３の表面についても濯ぐか、もしくは布やティッシュなどで汚れを拭き取っておくとよい。これにより汚れの残存が抑制され、次回の洗浄やこの後行う促進酸化洗浄の際に不要な汚れの混入を防ぐことができ、洗浄効果を高めることができる。

【0037】

上記では超音波振動を印加する際に水（洗浄液）を使用したが、水の代わりに過酸化水素水、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、更には過酸化水素尿素を使うこともできる。本実施例では、これらの洗浄液の何れか一つ以上を含むようにしている。過酸化水素、過炭酸ナトリウム、過酸化水素尿素を用いた場合、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。

【0038】

＜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。洗浄対象物１７が洗浄容器２５に入れられ、汚れを落としたい部分が洗浄容器２５の中央付近、光源１２の鉛直下部に位置するように置かれている状態でタンクに貯留した過酸化水素洗浄液を、ポンプを介して洗浄容器２５へ導入する。これにより、洗浄容器２５に収容した洗浄対象物１７が過酸化水素洗浄液に浸漬する。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。液体の導入に伴う洗浄対象物１７のずれについては超音波による洗浄の時と同様の注意を払う。

【0039】

次に、光照射を行う（光を照射する工程）。光照射は、台１１を図１Ａのように位置させて行う。促進酸化による洗浄処理では、支持機構１４が短縮状態であり、光源１２が洗浄対象物１７に面した位置にあることを確認し、必要であれば台１１を回転させ所望の位置に光源１２を移動する。光源１２から洗浄対象物１７に対して、波長３６５ ｎｍの紫外光を照射する。光照射強度は洗浄対象物１７の位置で５０～１００ ｍＷ／ｃｍ^２あれば、通常の汚れに対しては十分である。本実施例では、光照射強度を１００ ｍＷ／ｃｍ^２に設定した。

【0040】

光源１２にＬＥＤ（Light Emitting Diode）を１つだけ使う場合、洗浄対象物１７上での光照射強度は、光源真下が最も高い値となる。洗浄機として洗浄領域を想定し、その領域で光源１２から最も遠い位置で必要な光強度となるように光源１２の駆動条件を設定する必要がある。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。

【0041】

光源１２からの光照射は、洗浄対象物１７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。

【0042】

＜促進酸化洗浄後の排水処理＞
光照射の終了後、超音波による洗浄の後と同様に洗浄容器内の排水を行う。排水後に濯ぎを実施する場合は単なる水で良い。

【0043】

＜本実施例による洗浄の効果＞
以上で本実施例による洗浄が終了する。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着する前のきれいな状態での綿布の色、汚れが付着し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、汚れが付着する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。

【0044】

η＝１－Δ（洗浄後）／Δ（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６４％（η＝０．６４）であったのに対し、本実施例による洗浄では洗浄率は９５％（η＝０．９５）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。

【0045】

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ＵＶ光を散乱するような大きさの微粒子で過酸化水素洗浄液中に分散する場合、光の透過率が下がるのでその分光照射時間を長めに取らなければならない。

【0046】

光源１２にＬＥＤやレーザーダイオードなどの半導体素子を用いる場合、光照射時間と共に光源１２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、半導体素子も使用と共に経時劣化し、単位時間当たりの光照射エネルギーが時間と共に減少する。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。

【0047】

＜本実施例における洗浄の原理＞
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。

【0048】

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１７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１７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。

【0049】

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、洗浄対象物に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、洗浄対象物に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。

【0050】

促進酸化洗浄は、洗浄液として光源１２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１７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は、例えば過酸化水素水が挙げられ、これを含有する液体であってもよい。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）や過酸化水素尿素等を用いることで、ヒドロキシルラジカルを発生することができる。

【0051】

洗浄容器２５に供給する液体の濃度は、洗浄対象物の汚れの程度及び洗浄に費やすことのできる時間に依存するが、過酸化水素水の場合、百分率（ｗ／ｖｏｌ％、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の場合、液体中の過酸化水素濃度が、前記の過酸化水素水濃度と同程度になるように調整する。

【0052】

光源１２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ル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ルラジカルの生成効率は高くなるものの洗浄対象物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。本実施例では、波長が３５０ｎｍ～４５０ｎｍの光を照射する光源１２を用いている。光源１２は機械的強度や大きさ、電力効率、寿命の観点から放電管式ランプではなく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１２が容易に入手できる。

【0053】

上記のよう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。

【0054】

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対して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。

【0055】

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。例えば一般的な洗濯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用いて洗濯しても同様の効果が期待できる。本実施例において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。

【0056】

＜洗浄装置の制御システム＞
次に、図３を用いて洗浄機の制御システムについて説明する。図３は、洗浄機の制御システムの機能ブロック図である。

【0057】

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】

洗浄機の電源入力部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。直流・交流のどちらで給電を行うか、給電電圧を何Ｖにするか等は適宜設計すれば良いが、本実施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ーであり、洗浄対象物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、使用者が洗浄に際して選択したり、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】

本実施例の洗浄機による洗浄の基本的流れは、上述したように洗浄対象物をセットした後、給水、台の回転による押さえ面の位置設定、台の移動による洗浄対象物の固定、超音波振動による洗浄、台の移動、排水、すすぎ、台の回転による光源位置の設定、過酸化水素洗浄液の給水、光源の点灯と消灯、排水、すすぎで構成されている。

【0061】

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。

【0062】

洗浄容器２５に給水する場合は、制御部Ｅ２からの指令を受け、バルブセレクタＥ５が給水バルブＥ６を選択し、給水バルブＥ６を開く。給水バルブＥ６はバルブ電源から電力が供給される。この状態で水を貯留するタンクに接続されたポンプＥ１７のポンプ電源Ｅ７を駆動させることによりポンプＥ１７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Ｅ１７の動作を制御できる。このときの給水量は、ポンプＥ１７の給水スピードと時間から調整する方法が容易である。また、洗浄容器２５には、給水バルブＥ６に加え、過酸化水素洗浄液等の洗浄液を供給する洗浄液バルブを接続するようにしても良い。

【0063】

ポンプＥ１７は、本実施例では５５ｍｍ角で厚さが１０ｍｍ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。

【0064】

洗浄容器２５から排水する場合、排水用のバルブや配管、ポンプ類が設置されている場合、バルブセレクタＥ５で排水用の排水バルブＥ１８を選択して排水する。排水バルブＥ１８はバルブ電源から電力が供給される。制御部Ｅ２では、供給した液体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２５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。本実施例では排水用のバルブ類を省略し、手動で排水したため制御部の該当部分も不要となる。

【0065】

光源１２の駆動も同様である。光源１２を点灯する手順になったら、制御部Ｅ２は、光源電源Ｅ８を駆動し光源１２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３では、光源１２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。

【0066】

超音波振動子１６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１６による超音波振動は、使用する洗浄容器２５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安価で入手しやすい。周波数は前記の範囲に限定するものではなくより高いＭＨｚ程度の周波数でもよい。

【0067】

支持機構１４には、リニアアクチュエータＥ１１を内蔵することにより、台１１の上下方向の位置を制御できるようになる。リニアアクチュエータＥ１１は、アクチュエータ電源から電力が供給される。超音波振動による洗浄時に、台１１の面１３の洗浄対象物１７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コンピューターにより自動で制御できるようになる。なお、台１１の押し付け具合の調整には押し付けている圧力が分かると制御が容易なため、圧力センサＥ１２を用いるとよい。また、台１１を洗浄対象物１７から離した状態で保持する際は、台１１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、台１１の位置制御に使用される。

【0068】

台１１の回転機構にはサーボ制御式のロータリーアクチュエータＥ１９を用いた。ロータリーアクチュエータＥ１９は、アクチュエータ電源から電力が供給される。サーボ制御により回転位置をデジタル制御できるため、初期設定として回転停止位置を決めておけば制御部Ｅ２からは位置の指定だけで停止位置を決定できる。尚、リニアアクチュエータもサーボ機構により制御すればアクチュエータの位置をデジタル制御でき、位置センサはもちろんのこと、圧力センサも省略でき、かつ、制御も容易になる。

【0069】

光センサＥ１５は、光源１２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１２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１２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１２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１２からの光を直接取り込む必要は無く、反射光を始め光源１２の光に比例するなど相関性の高い間接的な光の取り込みから洗浄対象物１７への照射エネルギーを算出してもよい。尚、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１２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。

【0070】

図３中で、一点鎖線で囲んだ圧力／位置センサや光センサ、給排水に関わるバルブやポンプ等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、洗浄における手間が省けるなどの利点がある。

【0071】

以上で説明したように本実施例の洗浄機によれば、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0072】

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

【0073】

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（実施例２）の洗浄機では、促進酸化による洗浄のみを用いて洗浄対象物を洗浄する。

【0074】

上記したように、超音波振動による洗浄は、洗浄対象物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。

【0075】

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。

【0076】

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

【0077】

まず、実施例１と同様に汚れの付いた洗浄対象物１７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１７とした。次に、過酸化水素洗浄液（濃度３％）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。

【0078】

台１１は、図１Ａに示すように光源１２の鉛直下方に洗浄対象物１７が位置するように、事前に回転させておく。所望の量の光照射を実施した後、照射を停止し、濯ぎを行う。その後、洗浄対象物１７を取出し乾燥させて洗浄が完了する。

【0079】

光が当たらない状態で自然乾燥した洗浄対象物１７の汚れの落ち具合を評価したところ、洗浄率は８５％（η＝０．８５）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６４％（η＝０．６４）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い、その後促進酸化洗浄を１２分行った場合の洗浄率は９５％（η＝０．９５）であった。促進酸化洗浄のみの洗浄に比べ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。

【0080】

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。