特許 7508404 超音波乾燥装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-06-21

(45)【発行日】2024-07-01

(54)【発明の名称】超音波乾燥装置

(51)【国際特許分類】

   A47K 10/00 20060101AFI20240624BHJP

   F26B 5/02 20060101ALI20240624BHJP

   H04R 1/40 20060101ALI20240624BHJP

【ＦＩ】

A47K10/00

F26B5/02

H04R1/40 330

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2021067975

(22)【出願日】2021-04-13

(65)【公開番号】P2022162909

(43)【公開日】2022-10-25

【審査請求日】2023-12-20

(73)【特許権者】

【識別番号】000115854

【氏名又は名称】リンナイ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100111970

【弁理士】

【氏名又は名称】三林 大介

(72)【発明者】

【氏名】柘植 真吾

【審査官】村川 雄一

(56)【参考文献】

【文献】特開平９－３１８２４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１７－５２２５３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１３９６３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１８４０２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－１８５４５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０２０／００８０７７６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】中国実用新案第２１２７０３３８０（ＣＮ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ４７Ｋ １０／００

Ｆ２６Ｂ ５／０２

Ｈ０４Ｒ １／４０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

乾燥室の開口部から前記乾燥室内に挿入された乾燥対象物に対して超音波を照射することによって、前記乾燥対象物を乾燥させる超音波乾燥装置において、
前記開口部から前記乾燥対象物が挿入される挿入方向に対して側方に存在する前記乾燥室の内壁面上に配列された複数の超音波素子と、
前記複数の超音波素子を駆動することによって、前記乾燥室内に向けて前記超音波を放出させる超音波素子駆動部と
を備え、
前記超音波素子駆動部は、前記複数の超音波素子から前記超音波を放出させると共に、前記複数の超音波素子の間での前記超音波の位相差を制御することによって、前記複数の超音波素子から放出される前記超音波を用いて、前記乾燥対象物上で互いに強め合う干渉を生じさせる
ことを特徴とする超音波乾燥装置。

【請求項2】

請求項１に記載の超音波乾燥装置において、
前記超音波素子駆動部は、前記複数の超音波素子から放出される前記超音波が、前記挿入方向に対して交差する平面上で互いに強め合う干渉となるように、前記複数の超音波素子の間での前記超音波の位相差を制御する
ことを特徴とする超音波乾燥装置。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載の超音波乾燥装置において、
前記乾燥室内に挿入される前記乾燥対象物を検知する検知部を備え、
前記超音波素子駆動部は、前記検知部で前記乾燥対象物が検知された場合に、前記複数の超音波素子の駆動を開始する
ことを特徴とする超音波乾燥装置。

【請求項4】

請求項１ないし請求項３の何れか一項に記載の超音波乾燥装置において、
前記超音波素子駆動部は、前記複数の超音波素子の間での前記超音波の位相差を変更することによって、前記複数の超音波素子から放出される前記超音波が互いに強め合う干渉となる位置が、前記挿入方向に移動する
ことを特徴とする超音波乾燥装置。

【請求項5】

請求項１ないし請求項４の何れか一項に記載の超音波乾燥装置において、
前記乾燥室は、上面に前記開口部が形成されており、
前記複数の超音波素子は、斜め下方に向かって前記超音波を放出する
ことを特徴とする超音波乾燥装置。

【請求項6】

請求項１ないし請求項５の何れか一項に記載の超音波乾燥装置において、
前記複数の超音波素子は、前記乾燥対象物の挿入方向に対して側方で、且つ、互いに向き合う位置にある複数の前記内壁面上に配列されている
ことを特徴とする超音波乾燥装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、乾燥対象物に超音波を照射することによって、乾燥対象物を乾燥させる超音波乾燥装置に関する。

【背景技術】

【0002】

手に付着した水分を高圧の空気で吹き飛ばすことによって、手を乾燥させる乾燥装置が知られている（特許文献１）。また、高圧の空気を吹き付ける代わりに、超音波を手に照射して、超音波で水分を霧化させることによって、手を乾燥させる乾燥装置も提案されている（特許文献２）。

【0003】

これらの技術を用いれば、濡れた手をタオルなどで拭うことなく、迅速に乾燥させることが可能である。また、手以外の乾燥対象物（例えば食器など）に対してこれらの技術を適用すれば、様々な乾燥対象物を迅速に乾燥させることが可能と考えられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開平６－０６２９７７号公報

【文献】特開２０１３－１８４０２２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、提案されている技術では、手や食器などの乾燥対象物を乾燥させる際に、乾燥対象物に付着した水分を周囲に拡散させてしまう可能性があり、特に、水分中に雑菌が含まれていた場合には雑菌も周囲に拡散させてしまう可能性があるという問題がある。例えば、高圧の空気で水分を吹き飛ばす技術では、水分と一緒に雑菌も周囲に吹き飛ばしてしまう可能性があり、また、超音波で水分を霧化する技術では、霧化した水分と一緒に雑菌も周囲に拡散してしまう可能性がある。

【0006】

この発明は、従来の技術が有する上述した課題を解決するために成されたものであり、乾燥対象物に付着している水分を周囲に拡散させることなく、迅速に乾燥させることが可能な超音波乾燥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】

【0007】

上述した課題を解決するために、本発明の超音波乾燥装置は次の構成を採用した。すなわち、
乾燥室の開口部から前記乾燥室内に挿入された乾燥対象物に対して超音波を照射することによって、前記乾燥対象物を乾燥させる超音波乾燥装置において、
前記開口部から前記乾燥対象物が挿入される挿入方向に対して側方に存在する前記乾燥室の内壁面上に配列された複数の超音波素子と、
前記複数の超音波素子を駆動することによって、前記乾燥室内に向けて前記超音波を放出させる超音波素子駆動部と
を備え、
前記超音波素子駆動部は、前記複数の超音波素子から前記超音波を放出させると共に、前記複数の超音波素子の間での前記超音波の位相差を制御することによって、前記複数の超音波素子から放出される前記超音波を用いて、前記乾燥対象物上で互いに強め合う干渉を生じさせる
ことを特徴とする。

【0008】

かかる本発明の超音波乾燥装置においては、乾燥室の内壁面上に複数の超音波素子が搭載されており、超音波素子駆動部を用いて複数の超音波素子を駆動することによって、乾燥室内に挿入された乾燥対象物に対して超音波を照射する。このとき、超音波素子駆動部は、複数の超音波素子の間での超音波の位相差を制御することによって、複数の超音波素子から放出される超音波を用いて、乾燥対象物上で互いに強め合う干渉を生じさせる。

【0009】

一般に、物体に超音波を照射すると、物体の表面には音響放射圧と呼ばれる圧力が生じることが知られている。従って、複数の超音波素子から放出される超音波を用いて、乾燥対象物上で超音波が互いに強め合う干渉を生じさせると、強め合う干渉が生じる位置では、周囲の位置よりも超音波の強さが増幅されるため、音響放射圧も大きくなる。このため、乾燥対象物上に付着している水分は、音響放射圧の作用によって、強め合う干渉が生じる位置から周囲へと移動することになる。このことから、例えば乾燥対象物を移動させるなどして、乾燥対象物上で超音波が互いに強め合う干渉となる位置を移動させれば、乾燥対象物上に付着している水分を移動させることができる。そして、乾燥対象物上の水分を移動させることによって乾燥対象物上から除去してやれば、乾燥対象物を迅速に乾燥させることができる。また、上述した方法では、乾燥対象物上に付着している水分を移動させているだけで、水分を吹き飛ばしたり霧化させたりしているわけではないので、水分を周囲に拡散させることもない。

【0010】

また、上述した本発明の超音波乾燥装置においては、複数の超音波素子から放出される超音波が、乾燥対象物の挿入方向に対して交差する平面上で互いに強め合う干渉となるように、複数の超音波素子の間での超音波の位相差を制御するようにしてもよい。

【0011】

こうすれば、超音波が強め合う干渉となる平面が、乾燥室内に挿入された乾燥対象物を、挿入方向に対して交差する方向に横切る状態となる。そして、強め合う干渉となる平面が乾燥対象物上を横切る帯状の領域では、乾燥対象物上の水分が周囲の領域に移動する。従って、例えば乾燥対象物を移動させるなどして、乾燥対象物上で超音波が互いに強め合う干渉となる位置を移動させれば、乾燥対象物上の帯状の領域で水分を一斉に移動させることができるので、乾燥対象物上の水分を取り残すことなく移動させることができる。その結果、乾燥対象物を迅速に乾燥させることが可能となる。

【0012】

また、上述した本発明の超音波乾燥装置においては、乾燥室内に挿入される乾燥対象物を検知部で検知可能としておき、乾燥対象物が検知されたら、複数の超音波素子を駆動して超音波を放出させるようにしてもよい。

【0013】

こうすれば、乾燥室内に乾燥対象物が挿入されていない場合は超音波が放出されないので、無駄に超音波を放出する事態を回避することが可能となる。

【0014】

また、上述した本発明の超音波乾燥装置においては、複数の超音波素子の間での超音波の位相差を変更することによって、複数の超音波素子から放出される超音波が互いに強め合う干渉となる位置が、乾燥対象物の挿入方向に移動するようにしてもよい。

【0015】

こうすれば、乾燥室内に挿入した乾燥対象物を移動させなくても、超音波が互いに強め合う干渉となる位置を移動させることによって、乾燥対象物上の水分を除去することができるので、乾燥対象物を簡単に乾燥させることが可能となる。

【0016】

また、上述した本発明の超音波乾燥装置においては、乾燥室の上面に開口部を形成することによって、乾燥対象物が開口部から下方に向けて挿入されるようにしておき、複数の超音波素子が斜め下方に向かって超音波を放出するようにしてもよい。

【0017】

こうすれば、超音波は乾燥対象物に対して斜め下向きに照射されることになる。このため、超音波を乾燥対象物に照射したときに、超音波が強め合う干渉となる位置では、乾燥対象物上の水分が重力の方向に移動することになるので、水分を迅速に除去することができる。その結果、乾燥対象物を迅速に乾燥させることが可能となる。

【0018】

また、上述した本発明の超音波乾燥装置においては、乾燥対象物を挿入する挿入方向に対して側方で、且つ、互いに向き合う位置にある複数の内壁面上に、複数の超音波素子を配列することとしてもよい。

【0019】

こうすれば、乾燥対象物の両側から超音波を照射することができるので、乾燥対象物の表側および裏側に付着している水分を同時に除去することができる。その結果、乾燥対象物を迅速に乾燥させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本実施例の超音波乾燥装置１の大まかな構造を示す斜視図である。

【図2】複数の超音波素子４が複数段に配列されている様子を示した説明図である。

【図3】本実施例の超音波乾燥装置１の動作を示す説明図である。

【図4】本実施例の超音波乾燥装置１が超音波を用いて乾燥対象物を乾燥させる原理についての説明図である。

【図5】複数の超音波素子４が放出する超音波の位相を制御することで、超音波の強め合う干渉を生じさせることが可能な理由についての説明図である。

【図6】変形例の超音波乾燥装置１の動作を示す説明図である。

【図7】複数の超音波素子４が放出する超音波の位相を変更することで、超音波が強め合う干渉となる位置を移動させることが可能な理由についての説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

図１は、本実施例の超音波乾燥装置１の大まかな構造を示した斜視図である。図１に示すように、本実施例の超音波乾燥装置１は、直方体形状の本体ケース２の上面に開口部２ｏが開口し、開口部２ｏの奥に直方体形状の乾燥室３が形成された構造となっている。開口部２ｏの形状は正方形または長方形となっており、乾燥室３を水平方向に切断した時の断面形状も正方形または長方形となっているが、乾燥室３の断面形状は開口部２ｏよりも大きくなっている。このため、乾燥室３の上部は上に行くほど断面が小さくなって開口部２ｏに繋がる形状となっており、その結果、乾燥室３の上部の内壁面３ａは、上端が内側に傾くことによって斜め下方を向いた状態となっている。そして、それらの内壁面３ａには、複数の超音波素子４が配置されている。

【0022】

複数の超音波素子４は、図２に示すように、複数の超音波素子４が水平方向に向かって一列に配列されることによって超音波素子アレイ４Ｌを形成し、その超音波素子アレイ４Ｌが上下方向の複数段に配置されている。尚、本実施例では、水平方向は、手などの乾燥対象物の挿入方向に対して交差する方向となっている。また、本実施例では、超音波素子アレイ４Ｌが上下方向の４段に配置されているものとして説明するが、超音波素子アレイ４Ｌの段数は２段以上であればよく、必ずしも４段でなくてもよい。また、以下では、４段の超音波素子アレイ４Ｌを区別する必要がある場合には、最上段の超音波素子アレイ４Ｌを超音波素子アレイ４Ｌａと表記し、上から２段目の超音波素子アレイ４Ｌを超音波素子アレイ４Ｌｂと表記し、上から３段目の超音波素子アレイ４Ｌを超音波素子アレイ４Ｌｃと表記し、最下段の超音波素子アレイ４Ｌを超音波素子アレイ４Ｌｄと表記して区別する。

【0023】

また、本実施例の超音波乾燥装置１では、４つの内壁面３ａの何れにも複数の超音波素子４が配置されているものとしているが、何れか１つの内壁面３ａに配置されていてもよい。もっとも、手などの乾燥対象物を迅速に乾燥させるためには、複数の超音波素子４を複数の内壁面３ａに配置することが好ましく、特に、向かい合う２つの内壁面３ａに配置することが望ましい。

【0024】

図１に示すように、開口部２ｏの内側には、正方形または長方形の一辺に相当する位置に投光部６が搭載されている。更に、投光部６が搭載された一辺と向かい合う一辺の位置には、受光部７（図３参照）が搭載されている。投光部６は受光部７に向かって所定波長（例えば赤色）の光を照射しており、受光部７はその所定波長の光を受光したことを検知することができる。このため、開口部２ｏから乾燥室３内に、手などの乾燥対象物が挿入されると、投光部６から照射された光が受光部７に届かなくなるため、乾燥対象物が挿入されたことを検知することが可能となっている。

【0025】

尚、本実施例の投光部６および受光部７は、本発明における「検知部」に対応する。また、本実施例では、投光部６および受光部７を用いて乾燥対象物を検知しているが、開口部２ｏから挿入された乾燥対象物を検知することができれば、他の方法を用いて検知してもよい。例えば、投光部６の代わりに赤外線を検出する赤外線センサを搭載しておき、人間が手を開口部２ｏから挿入した時に、手の温度に応じて放出される赤外線を検出することによって、手が挿入されたことを検知してもよい。あるいは、投光部６の代わりに、超音波パルスを放出すると共に、物体で反射して戻って来た超音波を検出する超音波センサを搭載しておき、超音波パルスを放出してから戻って来たパルスを検出するまでの時間に基づいて、開口部２ｏに挿入された物体を検知してもよい。また、投光部６の代わりに赤外線センサや超音波センサを搭載する場合は、受光部７は不要となる。

【0026】

本体ケース２の内部にはコントローラ１０が搭載されている。コントローラ１０は複数の超音波素子４に接続されており、それぞれの超音波素子４に駆動信号を出力することによって、各超音波素子４から乾燥室３内に向かって超音波を放出することが可能となっている。尚、本実施例のコントローラ１０は、本発明における「超音波素子駆動部」に対応する。

【0027】

また、乾燥室３の底面にはドレン穴３ｄが形成されており、ドレン穴３ｄからはドレンホース８ｈを介してドレンタンク８に接続されている。更に、本体ケース２の上面には電源スイッチ２ｓが搭載されており、ユーザが電源スイッチ２ｓを押すと、コントローラ１０が起動すると共に、投光部６が受光部７に向かって光を照射することによって、超音波乾燥装置１が動作可能な状態となる。

【0028】

図３は、上述した本実施例の超音波乾燥装置１の動作を示す説明図である。上述したように、超音波乾燥装置１の電源スイッチ２ｓが押されると、投光部６から受光部７に向かって所定波長の光が照射される。図３では、投光部６から照射される光が破線の矢印によって表されている。その状態で、開口部２ｏから乾燥室３内に乾燥対象物（図示した例では手）を挿入すると、投光部６からの光を受光部７で検知できなくなる。すると受光部７は、乾燥対象物が挿入されたことを検知して、そのことを示す信号をコントローラ１０（図１参照）に出力する。この信号を受けてコントローラ１０が、複数の超音波素子４に対して電圧波形が正弦波の駆動信号を出力すると、それぞれの超音波素子４から乾燥室３内に向かって超音波が放出される。

【0029】

ここで、コントローラ１０は、全ての超音波素子４に対して同じ周波数の駆動信号を出力するが、位相については、超音波素子アレイ４Ｌの単位で次のような位相に変更する。まず、超音波素子アレイ４Ｌｂと超音波素子アレイ４Ｌｃとについては、周波数だけでなく位相も同じ駆動信号を出力する。しかし、超音波素子アレイ４Ｌａと超音波素子アレイ４Ｌｂとは、後述する所定量だけ位相が異なる駆動信号を出力する。また、超音波素子アレイ４Ｌａと超音波素子アレイ４Ｌｄとは、位相が同じ駆動信号を出力する。このようにして、各超音波素子アレイ４Ｌの超音波素子４を駆動すると、それぞれの超音波素子４から放射された超音波は、乾燥室３の内部に、強め合う干渉を起こす平面状の領域を形成する。以下では、超音波が強め合う干渉を起こす平面状の領域を、「強干渉領域５」と表記することにする。図３で細かな斜線を付した細長い領域は、強干渉領域５を概念的に表したものである。

【0030】

また、超音波を物体に照射すると、物体には音響放射圧と呼ばれる圧力が加わって、物体に一方向の力が作用することが知られている。以下では、音響放射圧によって物体に作用する一方向の力を、「音響放射力」と表記することにする。尚、音波（超音波を含む）は、大気圧を中心とした圧力の正負の変動が移動していく現象であり、物体の表面では圧力が正負に変動するだけである。それにも拘らず、超音波になると音響放射圧によって物体に一方向の力（音響放射力）が発生する理由については後述する。

【0031】

音響放射力は、超音波が大きく（すなわち、超音波の圧力振幅が大きく）なるほど大きくなる。そして、強干渉領域５では、４つの超音波素子アレイ４Ｌからの超音波が強め合うから、大きな音響放射力が発生することになる。図３中で強干渉領域５内に表示した白抜きの矢印は、音響放射力を概念的に表している。更に、複数の超音波素子４は斜め下向きに超音波を放出するから、強干渉領域５も斜め下向きの平面となり、強干渉領域５内に生じる音響放射力も斜め下向きの力となる。図３では、図面上で左側の超音波素子アレイ４Ｌａ～４Ｌｄによって形成される強干渉領域５および音響放射力は右下がりとなっており、右側の超音波素子アレイ４Ｌａ～４Ｌｄによって形成される強干渉領域５および音響放射力は左下がりとなっている。

【0032】

以上のような強干渉領域５が乾燥室３内に形成された状態で、濡れた手を乾燥室３内に挿入すると、手が強干渉領域５に横切っている部分では、手の表面に音響放射力が作用することになる。その状態で、ゆっくりと手を引き上げると、以下の理由から、手に付着した水分を除去することができ、結果として手を迅速に乾燥させることが可能となる。

【0033】

図４は、乾燥室３に挿入された手に強干渉領域５の音響放射力が作用している状態を示した説明図である。上述したように強干渉領域５内では大きな音響放射力が発生しているから、手の表面に付着していた水膜は、音響放射力によって上下方向に押し分けられる。また、音響放射力は、斜め下向きに作用するから、水膜が上方に押し上げられる分量よりも下方に押し下げられる分量の方が多くなる。そして、その状態でゆっくりと手を引き上げて行けば、手の表面に付着していた水膜を下方に押し下げていき、最後には指先から滴下させることができる。こうすれば、手に付着していた水分を除去することができるので、手を迅速に乾燥させることが可能となる。また、滴下した水分は乾燥室３の底面に形成されたドレン穴３ｄから、ドレンホース８ｈを通ってドレンタンク８に溜められる。

【0034】

また、超音波は、手などの乾燥対象物で遮られてしまうと乾燥対象物の裏側には届かない。図４に示した例では、超音波素子アレイ４Ｌからの超音波は手の甲には届くが、手の平側には届かない。そこで、手の平側にも超音波素子アレイ４Ｌを搭載しておいてもよい。すなわち、前述したように複数の超音波素子４は乾燥室３の内壁面３ａに搭載されており、乾燥室３には４つの内壁面３ａを有するが（図１参照）、向かい合う内壁面３ａに複数の超音波素子４を搭載しておくことが望ましい。こうすれば、手の甲に付着した水分を除去しながら、手の平に付着した水分も同時に除去することができるので、より一層迅速に手を乾燥させることが可能となる。また、図１に例示したように、４つの内壁面３ａに超音波素子４を搭載しておけば、超音波が届きにくい死角の箇所が生じにくくなるので、更に迅速に手を乾燥させることが可能となる。

【0035】

また、４つの超音波素子アレイ４Ｌを適切に駆動することで、強干渉領域５を形成することができる理由は次のようなものである。図５は、４つの超音波素子アレイ４Ｌを適切に駆動することで強干渉領域５を形成可能な理由についての説明図である。簡単のために、先ず初めは、超音波素子アレイ４Ｌが、中央の２つの超音波素子アレイ４Ｌ（超音波素子アレイ４Ｌｂおよび超音波素子アレイ４Ｌｃ）であるものとして説明する。

【0036】

図５（ａ）に示すように、２つの超音波素子アレイ４Ｌｂと超音波素子アレイ４Ｌｃとの間を垂直に二等分する平面（以下、垂直二等分面ＣＰ）を考える。尚、図５では、超音波素子アレイ４Ｌｂおよび超音波素子アレイ４Ｌｃは白丸として表示されており、ＣＰは一点鎖線の直線として表示されている。垂直二等分面ＣＰは、２つの超音波素子アレイ４Ｌｂと超音波素子アレイ４Ｌｃとの間を垂直に二等分しているから、垂直二等分面ＣＰ上の任意の点は、超音波素子アレイ４Ｌｂまでの距離と、超音波素子アレイ４Ｌｃまでの距離とが等しくなる。従って、超音波素子アレイ４Ｌｂおよび超音波素子アレイ４Ｌｃから同じ周波数で同じ位相の超音波を放出した場合、垂直二等分面ＣＰ上の任意の点で、超音波素子アレイ４Ｌｂから到達した超音波が山（圧力が最大の状態）であれば、超音波素子アレイ４Ｌｃから到達した超音波も山となる。逆に、超音波素子アレイ４Ｌｂから到達した超音波が谷（圧力が最小の状態）であれば、超音波素子アレイ４Ｌｃから到達した超音波も谷となる。

【0037】

図５（ａ）中に実線を用いて表示された複数の円弧は、超音波素子アレイ４Ｌｂから放出される超音波の山の位置を概念的に表しており、円弧と円弧との中間の箇所が、超音波の谷の位置となる。また、図５（ａ）中に破線を用いて表示された複数の円弧は、超音波素子アレイ４Ｌｃから放出される超音波の山の位置を概念的に表しており、円弧と円弧との中間の箇所が、超音波の谷の位置となる。図５（ａ）に示されるように、垂直二等分面ＣＰの上では、直線の円弧と破線の円弧とが交差している。このことは、垂直二等分面ＣＰ上では、超音波素子アレイ４Ｌｂの超音波と超音波素子アレイ４Ｌｃの超音波とが強め合う干渉を起こすことを示している。

【0038】

参考として、図５（ｂ）には、超音波素子アレイ４Ｌｂの超音波に対して、超音波素子アレイ４Ｌｃの超音波の位相を、半波長だけ遅らせた場合を示している。図５（ｂ）に示されるように、垂直二等分面ＣＰ上では、破線の円弧（超音波素子アレイ４Ｌｃの超音波の山の位置）は、実線の円弧（超音波素子アレイ４Ｌｂの超音波の山の位置）の間を通過している。このことは、位相を半波長ずらした場合、垂直二等分面ＣＰ上では、超音波素子アレイ４Ｌｂの超音波と超音波素子アレイ４Ｌｃの超音波とが弱め合う干渉を起こすことを示している。

【0039】

以上に説明したように、超音波素子アレイ４Ｌｂおよび超音波素子アレイ４Ｌｃから、周波数が同じで位相も同じ超音波を放出すると、超音波素子アレイ４Ｌｂおよび超音波素子アレイ４Ｌｃの垂直二等分面ＣＰ上では、（何処でも）２つの超音波素子アレイ４Ｌからの超音波が強め合う干渉を起こすことになる。

【0040】

また、超音波素子アレイ４Ｌａから放出される超音波についても、超音波素子アレイ４Ｌｂから放出される超音波に対して、適切な量だけ位相をずらしてやれば、垂直二等分面ＣＰ上で超音波素子アレイ４Ｌａと超音波素子アレイ４Ｌｂとが強め合う干渉を起こすようにすることができる。この理由について図５（ｃ）を用いて説明する。図５（ｃ）に示したように、垂直二等分面ＣＰ上の任意の位置にＰ点を考える。Ｐ点から超音波素子アレイ４Ｌａまでの距離は、Ｐ点から超音波素子アレイ４Ｌｂまでの距離よりも長いから、超音波素子アレイ４Ｌａおよび超音波素子アレイ４Ｌｂから同じ位相の超音波を放出しても、垂直二等分面ＣＰ上で強め合う干渉を生じさせることはできない。

【0041】

ここで、図５（ｃ）に示すように、超音波素子アレイ４Ｌａと超音波素子アレイ４Ｌｂとの間に中点（以下、Ｑ点）を取って、Ｐ点とＱ点とを結ぶ直線が垂直二等分面ＣＰとなす角度をθとする。すると、Ｐ点から超音波素子アレイ４Ｌａまでの距離と、Ｐ点から超音波素子アレイ４Ｌｂまでの距離の差は、
ｄＬ ＝ ｄｕ・ｓｉｎθ
で近似することができる。ここで、ｄｕは、超音波素子アレイ４Ｌａと超音波素子アレイ４Ｌｂとの距離である。また、Ｐ点までの距離は超音波素子アレイ４Ｌｂよりも超音波素子アレイ４Ｌａの方が遠いから、超音波素子アレイ４Ｌａからの超音波が超音波素子アレイ４Ｌｂからの超音波よりも、ｄＬだけ遅れてＰ点に到着することになる。従って、ｄＬに相当する位相Φ（＝（２π・ｄｕ／超音波の波長）・ｓｉｎθ）だけ、超音波素子アレイ４Ｌａの超音波を進めておけば、Ｐ点上で超音波素子アレイ４Ｌａの超音波と超音波素子アレイ４Ｌｂの超音波とで強め合う干渉を生じさせることができる。

【0042】

尚、上述した近似式が成り立つのは、θが小さい場合に限られる。従って、Ｐ点がある程度まで超音波素子アレイ４Ｌに近付くと、それ以降は超音波素子アレイ４Ｌに近付くほど、強め合う干渉が弱くなる。このことから、超音波素子アレイ４Ｌの近く（従って、乾燥室３の壁面付近）では、超音波素子アレイ４Ｌａの超音波と超音波素子アレイ４Ｌｂの超音波とで強め合う干渉は生じない。

【0043】

また、超音波素子アレイ４Ｌａと超音波素子アレイ４Ｌｄとについては、前述した超音波素子アレイ４Ｌｂと超音波素子アレイ４Ｌｃと全く同じように考えることができる。すなわち、超音波素子アレイ４Ｌａおよび超音波素子アレイ４Ｌｄから、周波数が同じで位相も同じ超音波を放出すると、超音波素子アレイ４Ｌａおよび超音波素子アレイ４Ｌｄの垂直二等分面ＣＰ上では、（何処でも）２つの超音波素子アレイ４Ｌからの超音波が強め合う干渉を起こすことになる。そして、上述したように、超音波素子アレイ４Ｌａの超音波の位相は、超音波素子アレイ４Ｌｂの超音波の位相に対して位相Φだけ進めているから、超音波素子アレイ４Ｌｄの超音波の位相も、超音波素子アレイ４Ｌｃの超音波の位相に対して位相Φだけ進んでいることになる。このため、超音波素子アレイ４Ｌｄの超音波および超音波素子アレイ４Ｌｃの超音波も、垂直二等分面ＣＰ上で強め合う干渉を生じさせる。結局、４つの超音波素子アレイ４Ｌから放出される全ての超音波が、垂直二等分面ＣＰ上で強め合う干渉を生じさせることになる。

【0044】

上述した実施例では、乾燥室３内で強干渉領域５が形成される位置は固定されており、超音波乾燥装置１のユーザは、手などの乾燥対象物を乾燥室３内に挿入した後、ゆっくりと乾燥対象物を引き上げるものとして説明した。しかし、乾燥室３内で強干渉領域５が形成される位置を移動させてもよい。

【0045】

図６は、乾燥室３内で強干渉領域５の位置を移動させる変形例の超音波乾燥装置１の動作を示した説明図である。図示した変形例の超音波乾燥装置１でも、ユーザが手などの乾燥対象物を開口部２ｏから乾燥室３内に挿入すると、投光部６からの光が遮られて受光部７に届かなくなるので、乾燥対象物が挿入されたことを検知する。すると、コントローラ１０（図１参照）がそれぞれの超音波素子アレイ４Ｌに対して駆動信号を出力することで、超音波素子アレイ４Ｌから超音波が放出される。

【0046】

ここで、変形例の超音波乾燥装置１では、コントローラ１０がそれぞれの超音波素子アレイ４Ｌに出力する駆動信号の位相を変更することで、強干渉領域５の位置を上から下へと移動させることが可能となっている。強干渉領域５の位置を移動させることが可能な理由については後述する。そして、強干渉領域５を一番下まで移動させたら、一番上の位置までジャンプさせた後、再び上から下へと移動させる動作を繰り返す。こうすれば、ユーザは手などの乾燥対象物を乾燥室３内に挿入した後、乾燥対象物を引き上げなくても、強干渉領域５が勝手に上から下へと移動して、手などに付着した水分を下方に押し下げて除去してくれるので、迅速に乾燥させることが可能となる。

【0047】

尚、変形例では、ユーザが乾燥対象物を乾燥室３内に挿入している限り、強干渉領域５を上から下へと移動させる動作を繰り返すものとしているが、強干渉領域５を上から下へと移動させる動作が所定回数（例えば５回）に達したら、超音波の放出を停止するようにしてもよい。こうすれば、乾燥対象物が乾燥した後も、無駄に超音波が照射されてしまうことを防止することができる。また、それぞれの超音波素子アレイ４Ｌに出力する駆動信号の位相を制御することで、強干渉領域５の位置を移動させることが可能な理由は次のようなものである。

【0048】

図７は、超音波素子アレイ４Ｌｂから放出される超音波に対して、超音波素子アレイ４Ｌｃから放出される超音波の位相が少しだけ進んでいる場合を例示した説明図である。図中に実線で示した複数の円弧は、超音波素子アレイ４Ｌｂから放出される超音波の山の位置を表しており、図中に破線で示した複数の円弧は、超音波素子アレイ４Ｌｃから放出される超音波の山の位置を表している。尚、超音波の周波数は、超音波素子アレイ４Ｌｂの超音波も、超音波素子アレイ４Ｌｃの超音波も同じである。

【0049】

超音波素子アレイ４Ｌｂの超音波と、超音波素子アレイ４Ｌｃの超音波とは位相がずれているので、図７（ａ）に示したように、超音波素子アレイ４Ｌｂと超音波素子アレイ４Ｌｃとの間を垂直に二等分する平面（垂直二等分面ＣＰ）上では、強め合う干渉は起こらない。しかし、超音波素子アレイ４Ｌｂの超音波の位相が、超音波素子アレイ４Ｌｃの超音波の位相に対して進んでいるということは、超音波素子アレイ４Ｌｂの位置が、超音波素子アレイ４Ｌｃの位置に対して少し前にあることと等価と考えることができる。すなわち、図７（ｂ）に示すように、超音波素子アレイ４Ｌｂの位置から超音波の放出方向に向かって、位相差の分だけ移動した位置に存在する仮想的な超音波素子アレイ４Ｌｂｖを想定して、その仮想的な超音波素子アレイ４Ｌｂｖから、超音波素子アレイ４Ｌｃと同じ位相で同じ周波数の超音波を放出させる。こうすれば、仮想的な超音波素子アレイ４Ｌｂｖが放出する超音波と、実際の超音波素子アレイ４Ｌｂが放出する超音波とは、区別が付かなくなる（すなわち、等価となる）。

【0050】

そこで、超音波素子アレイ４Ｌｃとは異なる位相の超音波を放出する超音波素子アレイ４Ｌｂを、超音波素子アレイ４Ｌｃと同じ位相の超音波を放出する仮想的な超音波素子アレイ４Ｌｂｖに置き換えて考えれば、これらの超音波が強め合う干渉を発生させる平面は、超音波素子アレイ４Ｌｃと仮想的な超音波素子アレイ４Ｌｂｖとの間を垂直に二等分する平面ＣＰｖとなることが分かる。

【0051】

図３～図５を用いて前述した本実施例では、超音波素子アレイ４Ｌｂと超音波素子アレイ４Ｌｃとは同じ位相の超音波を放出し、超音波素子アレイ４Ｌａと超音波素子アレイ４Ｌｄとも同じ位相の超音波を放出していた。このため、超音波素子アレイ４Ｌｂと超音波素子アレイ４Ｌｃとの間の垂直二等分面ＣＰ上で強め合う干渉が生じていた。これに対して、超音波素子アレイ４Ｌｂの超音波と超音波素子アレイ４Ｌｃの超音波との間に位相差を設け、同様に、超音波素子アレイ４Ｌａの超音波と超音波素子アレイ４Ｌｄの超音波との間にも位相差を設ければ、図７を用いて説明した理由から、４つの超音波素子アレイ４Ｌの超音波が強め合う干渉となる強干渉領域５を、垂直二等分面ＣＰから平面ＣＰｖに移動させることができる。更に、位相差を連続して変更すれば、強干渉領域５の位置を連続して移動させることが可能となる。

【0052】

最後に、超音波を物体に照射すると一方向の力（本明細書中でいう音響放射力）が物体の表面に作用する理由について説明する。気体の分子運動論では、気体の圧力は、気体中で自由運動している分子が物体の表面に衝突することによって生じるものと考えられている。気体中の分子は全方向に向かって万遍なく飛翔しており、飛翔速度は、温度によって決まる速度分布を有していると考えられるから、それら全ての分子の運動を、物体の表面に向かって垂直に、代表的な速度Ｖｘで飛翔する分子で代表させることができる。すると、質量ｍの１つの分子が衝突することによって物体の表面に及ぼす運動量は、２ｍ・Ｖｘとなる。気体の圧力は、このような衝突が一定頻度で繰り返されることによって生じるから、単位時間あたりに及ぼす運動量を求めると、
単位時間あたりに及ぼす運動量＝２ｍ・ρ・（Ｖｘ）＊２ ・・・・・（１）
となる。ここで、ρは分子の密度であり、「＊２」はべき乗を表している。

【0053】

一方、超音波は、大気圧を中心として正圧の部分と負圧の部分とが交互に繰り返される縦波であるから、超音波が照射された物体の表面では、大気圧を中心として圧力の増減が繰り返される。ここで、上述したように気体の圧力は分子の衝突によるものであり、圧力が高くなることは分子が衝突する速度が増加したことを表し、圧力が低くなることは衝突する速度が減少したことを表している。従って、超音波が衝突した物体の表面で圧力が増減するということは、分子が衝突する速度が、大気圧に相当する速度Ｖｘを中心として、超音波による圧力増減量に相当する速度Ｖｓの範囲で増減していることになる。以下では、Ｖｘを中心としてＶｓの範囲で増減している状況を、Ｖｘ±Ｖｓと表記する。従って、超音波を物体に照射した時に、気体の分子が物体の表面に及ぼす運動量は、（１）式のＶｘを、（Ｖｘ±Ｖｓ）に置き換えると、
超音波による運動量＝２ｍ・ρ・（Ｖｘ±Ｖｓ）＊２
となる。そして、この式を変形すると、
超音波による運動量＝２ｍ・ρ・Ｖｘ＊２
＋４ｍ・ρ・Ｖｘ・（±Ｖｓ）
＋２ｍ・ρ・（±Ｖｓ）＊２
となる。変形して得られた１項目は大気圧に相当する成分であり、２項目および３項目が超音波が照射されたことによる成分である。また、２項目の成分は（±Ｖｓ）を有することから明らかなように、時間と共に正負に変動する成分であるため、一定時間で平均するとキャンセルされてしまう。ところが、３項目の成分は大きさが０になることはあっても負になることはないので、一定時間で平均すると正の値が残ってしまう。従って、物体に超音波を照射すると、物体の表面には、大気圧の他に３項目の成分に相当する圧力が加わることになる。この３項目の成分に相当する圧力が、音響放射圧に対応する。

【0054】

以上に詳しく説明したように、本実施例および変形例の超音波乾燥装置１では、乾燥室３内に挿入した乾燥対象物に対して超音波を照射することで、乾燥対象物の表面に付着した水分を押し分けることによって除去することができる。このため、水分を周囲に飛散させたり、霧状の水分を周囲に拡散させたりすることなく、乾燥対象物を迅速に乾燥させることができる。

【0055】

また、複数の超音波素子４から放出される超音波を平面状の強干渉領域５に集中させて水分を除去するので、個々の超音波素子４は強力な超音波を放出する必要がなく、小さな超音波素子４を使用することができる。加えて、平面状の強干渉領域５は、複数の超音波素子４からの超音波に強め合う干渉を生じさせることによって形成されるので、強干渉領域５の厚さは薄く（超音波素子４が超音波を放出する放出面の大きさに相当する厚さ程度まで薄く）なる。一般に、超音波素子４から放出された超音波は進行方向に広がるが、複数の超音波素子４から放出される超音波を、薄い強干渉領域５に集中させることができるので、より一層小さな超音波素子４を使用することが可能となる。

【0056】

更に、乾燥対象物の表面に付着した水分を、超音波で霧化させているのではなく、超音波で移動させるだけなので、それほど強力な超音波を使用する必要が無い。このため、乾燥対象物にダメージを与えることがなく、特に手を乾燥させる場合は、ユーザが超音波を痛く感じて不快な思いをさせる事態を回避することが可能となる。

【0057】

以上、本実施例および変形例の超音波乾燥装置１について説明したが、本発明は上記の実施例および変形例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の態様で実施することが可能である。

【0058】

たとえば、上述した本実施例および変形例の超音波乾燥装置１では、複数の超音波素子４が同じ周波数の超音波を放出するものとしているが、超音波の周波数は完全に同じ周波数でなくても構わない。例えば、高い周波数の超音波を放出する超音波素子４と、低い周波数の超音波を放出する超音波素子４とが混在している場合でも、それらの超音波の周波数の差が数Ｈｚ～数十Ｈｚ程度であれば、（数Ｈｚ～数十Ｈｚ程度の唸りが生じるものの）本実施例および変形例の超音波乾燥装置１と同様のメカニズムによって、乾燥対象物を迅速に乾燥させることが可能となる。

【符号の説明】

【0059】

１…超音波乾燥装置、 ２…本体ケース、 ２ｏ…開口部、
２ｓ…電源スイッチ、 ３…乾燥室、 ３ａ…内壁面、 ３ｄ…ドレン穴、
４…超音波素子、 ４Ｌ…超音波素子アレイ、 ５…強干渉領域、
６…投光部、 ７…受光部、 ８…ドレンタンク、 ８ｈ…ドレンホース、
１０…コントローラ、 ＣＰ…垂直二等分面。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】