JP7508404B2 - Ultrasonic Drying Equipment - Google Patents
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Description
Translated fromJapanese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。The present invention relates to an ultrasonic drying device that dries an object to be dried by irradiating the object with ultrasonic waves.
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）。A drying device that dries hands by blowing away moisture on the hands with high-pressure air is known (Patent Document 1). In addition, a drying device has been proposed that dries hands by irradiating the hands with ultrasound instead of blowing high-pressure air, and using the ultrasound to atomize the moisture (Patent Document 2).
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。Using these technologies, it is possible to quickly dry wet hands without having to wipe them with a towel or the like. Furthermore, if these technologies are applied to objects other than hands (such as tableware), it is thought that it may be possible to quickly dry a variety of objects.
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。However, the proposed technology has the problem that when drying objects such as hands or dishes, moisture adhering to the object may be dispersed to the surroundings, and in particular, if the moisture contains germs, the germs may be dispersed to the surroundings. For example, a technology that blows away moisture with high pressure air may blow germs to the surroundings along with the moisture, and a technology that atomizes moisture with ultrasound may spread germs to the surroundings along with the atomized moisture.
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。This invention was made to solve the above-mentioned problems of the conventional technology, and aims to provide an ultrasonic drying device that can quickly dry the object to be dried without diffusing the moisture adhering to the object to be dried into the surroundings.
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。 In order to solve the above-mentioned problems, the ultrasonic drying device of the present invention adopts the following configuration.
1. An ultrasonic drying device for drying an object to be dried by irradiating ultrasonic waves onto the object to be dried inserted into a drying chamber through an opening of the drying chamber,
A plurality of ultrasonic elements are arranged on an inner wall surface of the drying chamber that is located to the side with respect to an insertion direction in which the object to be dried is inserted through the opening;
an ultrasonic element driving unit that drives the plurality of ultrasonic elements to emit the ultrasonic waves toward the drying chamber,
The ultrasonic element driving unit emits ultrasonic waves from the multiple ultrasonic elements and controls a phase difference of the ultrasonic waves among the multiple ultrasonic elements, thereby using the ultrasonic waves emitted from the multiple ultrasonic elements to generate constructive interference on the object to be dried.
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。In the ultrasonic drying device of the present invention, multiple ultrasonic elements are mounted on the inner wall surface of the drying chamber, and ultrasonic waves are irradiated onto the object to be dried inserted into the drying chamber by driving the multiple ultrasonic elements using an ultrasonic element driving unit. At this time, the ultrasonic element driving unit controls the phase difference of the ultrasonic waves between the multiple ultrasonic elements, thereby using the ultrasonic waves emitted from the multiple ultrasonic elements to generate constructive interference on the object to be dried.
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。It is generally known that when ultrasonic waves are irradiated onto an object, a pressure called acoustic radiation pressure is generated on the surface of the object. Therefore, when ultrasonic waves emitted from multiple ultrasonic elements are used to generate constructive interference between the ultrasonic waves on the object to be dried, the strength of the ultrasonic waves is amplified at the position where the constructive interference occurs more than in the surrounding positions, and the acoustic radiation pressure is also large. Therefore, moisture adhering to the object to be dried moves from the position where the constructive interference occurs to the surroundings due to the action of the acoustic radiation pressure. For this reason, if the position where the ultrasonic waves cause constructive interference on the object to be dried is moved, for example by moving the object to be dried, the moisture adhering to the object to be dried can be moved. If the moisture on the object to be dried is removed from the object to be dried by moving it, the object to be dried can be dried quickly. In addition, in the above-mentioned method, the moisture adhering to the object to be dried is only moved, and the moisture is not blown off or atomized, so the moisture is not diffused to the surroundings.
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。In addition, in the ultrasonic drying device of the present invention described above, the phase difference of the ultrasonic waves between the multiple ultrasonic elements may be controlled so that the ultrasonic waves emitted from the multiple ultrasonic elements are mutually constructively interfered with on a plane intersecting the insertion direction of the object to be dried.
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。In this way, a plane where ultrasonic waves cause constructive interference crosses the object to be dried inserted into the drying chamber in a direction intersecting the insertion direction. In the band-shaped region where the plane causing constructive interference crosses the object to be dried, moisture on the object to be dried moves to the surrounding region. Therefore, if the position on the object to be dried where ultrasonic waves cause constructive interference is moved, for example by moving the object to be dried, it is possible to move all the moisture in the band-shaped region on the object to be dried at once, so that it is possible to move the moisture on the object to be dried without leaving any behind. As a result, it is possible to dry the object to be dried quickly.
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。In addition, in the ultrasonic drying device of the present invention described above, the object to be dried inserted into the drying chamber can be detected by the detection unit, and when the object to be dried is detected, multiple ultrasonic elements can be driven to emit ultrasonic waves.
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。In this way, ultrasonic waves are not emitted if no object to be dried is inserted into the drying chamber, making it possible to avoid unnecessary emission of ultrasonic waves.
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。In addition, in the ultrasonic drying device of the present invention described above, the phase difference of the ultrasonic waves between the multiple ultrasonic elements may be changed so that the position where the ultrasonic waves emitted from the multiple ultrasonic elements interfere with each other in a reinforcing manner may be moved in the insertion direction of the object to be dried.
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。In this way, the moisture on the object to be dried can be removed by moving the position where the ultrasonic waves interfere with each other in a constructive manner without moving the object inserted in the drying chamber, making it possible to easily dry the object to be dried.
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。In addition, in the ultrasonic drying device of the present invention described above, an opening may be formed on the upper surface of the drying chamber so that the object to be dried is inserted downward through the opening, and multiple ultrasonic elements emit ultrasonic waves diagonally downward.
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。In this way, the ultrasonic waves are irradiated diagonally downwards onto the object to be dried. Therefore, when ultrasonic waves are irradiated onto the object to be dried, at positions where the ultrasonic waves interfere constructively, the moisture on the object to be dried moves in the direction of gravity, allowing the moisture to be removed quickly. As a result, the object to be dried can be dried quickly.
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。In addition, in the ultrasonic drying device of the present invention described above, multiple ultrasonic elements may be arranged on multiple inner wall surfaces that are located to the side of the insertion direction in which the object to be dried is inserted and facing each other.
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。In this way, ultrasonic waves can be applied to both sides of the object to be dried, so moisture adhering to the front and back of the object to be dried can be removed simultaneously. As a result, the object to be dried can be dried quickly.
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。Figure 1 is a perspective view showing the general structure of the
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。2, the
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。In addition, in the
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。As shown in FIG. 1, a light-
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。The
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。A
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。A
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。Figure 3 is an explanatory diagram showing the operation of the
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。Here, the
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。It is also known that when ultrasound is irradiated onto an object, a pressure called acoustic radiation pressure is applied to the object, and a unidirectional force acts on the object. In what follows, the unidirectional force acting on an object due to acoustic radiation pressure will be referred to as "acoustic radiation force." Note that sound waves (including ultrasound) are a phenomenon in which positive and negative fluctuations in pressure move around atmospheric pressure, and on the surface of an object, the pressure simply fluctuates between positive and negative. Nevertheless, the reason why a unidirectional force (acoustic radiation force) is generated on an object due to acoustic radiation pressure when it becomes ultrasound will be explained later.
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。The acoustic radiation force increases as the ultrasonic waves become larger (i.e., the pressure amplitude of the ultrasonic waves becomes larger). In the
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。When a wet hand is inserted into the drying
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。Figure 4 is an explanatory diagram showing the state in which the acoustic radiation force of the
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。In addition, if the ultrasonic waves are blocked by the object to be dried, such as the hand, they will not reach the back side of the object to be dried. In the example shown in FIG. 4, the ultrasonic waves from the
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。The reason why the
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。As shown in FIG. 5(a), consider a plane (hereinafter, perpendicular bisection plane CP) that vertically bisects the two ultrasonic element arrays 4Lb and 4Lc. In FIG. 5, the ultrasonic element arrays 4Lb and 4Lc are displayed as white circles, and the CP is displayed as a dashed line. Since the perpendicular bisection plane CP vertically bisects the two ultrasonic element arrays 4Lb and 4Lc, the distance to the ultrasonic element array 4Lb and the distance to the ultrasonic element array 4Lc are equal at any point on the perpendicular bisection plane CP. Therefore, when ultrasonic waves of the same frequency and phase are emitted from the ultrasonic element array 4Lb and the ultrasonic element array 4Lc, if the ultrasonic waves arriving from the ultrasonic element array 4Lb are crests (maximum pressure state) at any point on the perpendicular bisection plane CP, the ultrasonic waves arriving from the ultrasonic element array 4Lc are also crests. Conversely, if the ultrasonic waves arriving from the ultrasonic element array 4Lb are a valley (a state where pressure is at a minimum), the ultrasonic waves arriving from the ultrasonic element array 4Lc will also be a valley.
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。The multiple arcs shown using solid lines in FIG. 5(a) conceptually represent the positions of the peaks of the ultrasonic waves emitted from the ultrasonic element array 4Lb, and the midpoints between the arcs are the positions of the valleys of the ultrasonic waves. The multiple arcs shown using dashed lines in FIG. 5(a) conceptually represent the positions of the peaks of the ultrasonic waves emitted from the ultrasonic element array 4Lc, and the midpoints between the arcs are the positions of the valleys of the ultrasonic waves. As shown in FIG. 5(a), the straight arcs and dashed arcs intersect on the perpendicular bisecting plane CP. This indicates that the ultrasonic waves of the ultrasonic element array 4Lb and the ultrasonic waves of the ultrasonic element array 4Lc cause constructive interference on the perpendicular bisecting plane CP.
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。For reference, FIG. 5(b) shows a case where the phase of the ultrasonic waves of the ultrasonic element array 4Lc is delayed by half a wavelength relative to the ultrasonic waves of the ultrasonic element array 4Lb. As shown in FIG. 5(b), on the perpendicular bisecting plane CP, the dashed arc (the position of the ultrasonic wave crest of the ultrasonic element array 4Lc) passes between the solid arc (the position of the ultrasonic wave crest of the ultrasonic element array 4Lb). This shows that when the phase is shifted by half a wavelength, the ultrasonic waves of the ultrasonic element array 4Lb and the ultrasonic waves of the ultrasonic element array 4Lc cause destructive interference on the perpendicular bisecting plane CP.
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。As described above, when ultrasonic waves of the same frequency and phase are emitted from the ultrasonic element array 4Lb and the ultrasonic element array 4Lc, constructive interference occurs between the ultrasonic waves from the two
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。Furthermore, if the ultrasonic waves emitted from the ultrasonic element array 4La are shifted in phase by an appropriate amount relative to the ultrasonic waves emitted from the ultrasonic element array 4Lb, constructive interference can be caused between the ultrasonic element array 4La and the ultrasonic element array 4Lb on the perpendicular bisecting plane CP. The reason for this will be explained using FIG. 5(c). As shown in FIG. 5(c), consider point P at any position on the perpendicular bisecting plane CP. Since the distance from point P to the ultrasonic element array 4La is longer than the distance from point P to the ultrasonic element array 4Lb, even if ultrasonic waves of the same phase are emitted from the ultrasonic element array 4La and the ultrasonic element array 4Lb, constructive interference cannot be caused on the perpendicular bisecting plane CP.
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。 5C, a midpoint (hereinafter, point Q) is taken between the ultrasonic element array 4La and the ultrasonic element array 4Lb, and the angle between the straight line connecting point P and point Q and the perpendicular bisector CP is defined as θ. Then, the difference between the distance from point P to the ultrasonic element array 4La and the distance from point P to the ultrasonic element array 4Lb is given by:
dL = du sin θ
Here, du is the distance between the ultrasonic element array 4La and the ultrasonic element array 4Lb. In addition, since the ultrasonic element array 4La is farther from the ultrasonic element array 4Lb to the point P, the ultrasonic waves from the ultrasonic element array 4La arrive at the point P with a delay of dL from the ultrasonic waves from the ultrasonic element array 4Lb. Therefore, if the ultrasonic waves of the ultrasonic element array 4La are advanced by a phase Φ (= (2π · du / ultrasonic wave wavelength) · sin θ) corresponding to dL, constructive interference can be generated between the ultrasonic waves of the ultrasonic element array 4La and the ultrasonic waves of the ultrasonic element array 4Lb at the point P.
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。The above approximation formula only holds when θ is small. Therefore, when point P approaches the
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。The ultrasonic element array 4La and the ultrasonic element array 4Ld can be considered in exactly the same way as the ultrasonic element array 4Lb and the ultrasonic element array 4Lc described above. That is, when ultrasonic waves with the same frequency and phase are emitted from the ultrasonic element array 4La and the ultrasonic element array 4Ld, the ultrasonic waves from the two
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。In the above-described embodiment, the position where the
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。Figure 6 is an explanatory diagram showing the operation of a modified
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。Here, in the
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。In the modified example, the
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。Figure 7 is an explanatory diagram illustrating a case where the phase of the ultrasound emitted from the ultrasonic element array 4Lc is slightly advanced relative to the ultrasound emitted from the ultrasonic element array 4Lb. The multiple arcs shown by solid lines in the figure represent the positions of the peaks of the ultrasound emitted from the ultrasonic element array 4Lb, and the multiple arcs shown by dashed lines in the figure represent the positions of the peaks of the ultrasound emitted from the ultrasonic element array 4Lc. The frequency of the ultrasound is the same for both the ultrasound from the ultrasonic element array 4Lb and the ultrasound from the ultrasonic element array 4Lc.
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）。Since the ultrasonic waves of the ultrasonic element array 4Lb and the ultrasonic element array 4Lc are out of phase with each other, as shown in FIG. 7(a), constructive interference does not occur on the plane (perpendicular bisecting plane CP) that vertically bisects the ultrasonic element array 4Lb and the ultrasonic element array 4Lc. However, the fact that the phase of the ultrasonic waves of the ultrasonic element array 4Lb is advanced relative to the phase of the ultrasonic waves of the ultrasonic element array 4Lc can be considered equivalent to the position of the ultrasonic element array 4Lb being slightly ahead of the position of the ultrasonic element array 4Lc. That is, as shown in FIG. 7(b), a virtual ultrasonic element array 4Lbv is assumed to exist at a position moved by the phase difference from the position of the ultrasonic element array 4Lb toward the direction of ultrasonic emission, and ultrasonic waves of the same phase and frequency as the ultrasonic element array 4Lc are emitted from the virtual ultrasonic element array 4Lbv. In this way, the ultrasound emitted by the virtual ultrasonic element array 4Lbv and the ultrasound emitted by the actual ultrasonic element array 4Lb become indistinguishable (i.e., they become equivalent).
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。If we consider replacing the ultrasonic element array 4Lb, which emits ultrasonic waves of a different phase from the ultrasonic element array 4Lc, with a virtual ultrasonic element array 4Lbv, which emits ultrasonic waves of the same phase as the ultrasonic element array 4Lc, it can be seen that the plane in which these ultrasonic waves generate constructive interference is the plane CPv that perpendicularly bisects the space between the ultrasonic element array 4Lc and the virtual ultrasonic element array 4Lbv.
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。In the present embodiment described above with reference to Figures 3 to 5, the ultrasonic element arrays 4Lb and 4Lc emit ultrasonic waves of the same phase, and the ultrasonic element arrays 4La and 4Ld also emit ultrasonic waves of the same phase. For this reason, constructive interference occurs on the perpendicular bisector CP between the ultrasonic element arrays 4Lb and 4Lc. In contrast, if a phase difference is provided between the ultrasonic waves of the ultrasonic element arrays 4Lb and the ultrasonic waves of the ultrasonic element arrays 4Lc, and similarly, a phase difference is provided between the ultrasonic waves of the ultrasonic element arrays 4La and the ultrasonic elements arrays 4Ld, the
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。 Finally, we will explain why a unidirectional force (referred to as acoustic radiation force in this specification) acts on the surface of an object when ultrasonic waves are irradiated to the object. In the molecular kinetic theory of gas, it is believed that gas pressure is generated by molecules moving freely in the gas colliding with the surface of the object. Since the molecules in the gas fly evenly in all directions and their flight speed is considered to have a speed distribution determined by the temperature, the motion of all of these molecules can be represented by a molecule flying perpendicularly toward the surface of the object at a representative speed Vx. Then, the momentum exerted on the surface of the object by the collision of one molecule of mass m is 2m·Vx. Gas pressure is generated by such collisions being repeated at a constant frequency, so the momentum exerted per unit time can be calculated as follows:
Momentum per unit time = 2m ρ (Vx) * 2 (1)
Here, ρ is the density of the molecule, and “*2” represents the power.
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。 On the other hand, since ultrasonic waves are longitudinal waves in which positive and negative pressures are alternately repeated around atmospheric pressure, the pressure on the surface of an object irradiated with ultrasonic waves repeatedly increases and decreases around atmospheric pressure. Here, as described above, the pressure of the gas is caused by collisions of molecules, and an increase in pressure indicates an increase in the speed at which the molecules collide, and a decrease in pressure indicates a decrease in the speed at which the molecules collide. Therefore, the increase or decrease in pressure on the surface of an object irradiated with ultrasonic waves means that the speed at which the molecules collide increases or decreases within a range of speed Vs corresponding to the amount of pressure increase or decrease caused by ultrasonic waves, with speed Vx corresponding to atmospheric pressure as the center. Hereinafter, the situation in which the pressure increases or decreases within the range of Vs with Vx as the center will be expressed as Vx±Vs. Therefore, when ultrasonic waves are irradiated to an object, the momentum of the gas molecules exerted on the surface of the object is expressed as follows, by replacing Vx in formula (1) with (Vx±Vs):
Momentum due to ultrasound = 2m ρ (Vx ± Vs) * 2
And by transforming this formula, we get
Momentum due to ultrasound = 2m・ρ・Vx*2
+4m ρ Vx (± Vs)
+2m ρ (±Vs) * 2
The first item obtained by the transformation is a component corresponding to atmospheric pressure, while the second and third items are components resulting from the irradiation of ultrasonic waves. Furthermore, as is clear from the fact that the second item has (±Vs), it is a component that fluctuates positively and negatively with time, and therefore cancels out when averaged over a certain period of time. However, the third item's magnitude may become 0 but never negative, so a positive value remains when averaged over a certain period of time. Therefore, when an object is irradiated with ultrasonic waves, pressure equivalent to the three components, in addition to atmospheric pressure, is applied to the surface of the object. The pressure equivalent to these three components corresponds to acoustic radiation pressure.
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。As described above in detail, in the
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。In addition, since the ultrasonic waves emitted from the multiple
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。In addition, because the water adhering to the surface of the object to be dried is not atomized by ultrasound but is simply moved by ultrasound, there is no need to use very powerful ultrasound. This means that the object to be dried is not damaged, and it is possible to avoid situations in which the user feels discomfort due to the pain caused by the ultrasound, particularly when drying hands.
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。The above describes the
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。For example, in the
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。 1... ultrasonic drying device, 2... main body case, 2o... opening,
2s...power switch; 3...drying chamber; 3a...inner wall surface; 3d...drain hole;
4...ultrasonic element, 4L...ultrasonic element array, 5...strong interference region,
6...light projecting unit, 7...light receiving unit, 8...drain tank, 8h...drain hose,
10...controller; CP...perpendicular bisection plane.
Claims (6)
Translated fromJapanese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。 1. An ultrasonic drying device for drying an object to be dried by irradiating ultrasonic waves onto the object to be dried inserted into a drying chamber through an opening of the drying chamber,
A plurality of ultrasonic elements are arranged on an inner wall surface of the drying chamber that is located to the side with respect to an insertion direction in which the object to be dried is inserted through the opening;
an ultrasonic element driving unit that drives the plurality of ultrasonic elements to emit the ultrasonic waves toward the drying chamber,
the ultrasonic element driving unit causes the ultrasonic elements to emit ultrasonic waves, and controls a phase difference of the ultrasonic waves among the ultrasonic elements, thereby generating constructive interference between the ultrasonic waves emitted from the ultrasonic elements on the object to be dried.
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。 2. The ultrasonic drying device according to claim 1,
the ultrasonic element driving unit controls a phase difference of the ultrasonic waves among the plurality of ultrasonic elements so that the ultrasonic waves emitted from the plurality of ultrasonic elements constructively interfere with each other on a plane intersecting the insertion direction.
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。 The ultrasonic drying device according to claim 1 or 2,
a detection unit that detects the object to be dried inserted into the drying chamber,
the ultrasonic element driving unit starts driving the ultrasonic elements when the object to be dried is detected by the detection unit.
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。 The ultrasonic drying device according to any one of claims 1 to 3,
the ultrasonic element driving unit changes a phase difference of the ultrasonic waves among the plurality of ultrasonic elements, thereby moving a position at which the ultrasonic waves emitted from the plurality of ultrasonic elements interfere with each other in a reinforced manner in the insertion direction.
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。 The ultrasonic drying device according to any one of claims 1 to 4,
The drying chamber has the opening formed on an upper surface thereof,
The ultrasonic drying device according to claim 1, wherein the ultrasonic elements emit the ultrasonic waves obliquely downward.
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。 The ultrasonic drying device according to any one of claims 1 to 5,
the ultrasonic elements are arranged on the inner wall surfaces at positions facing each other and laterally with respect to an insertion direction of the object to be dried.
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Patent Citations (6)
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|---|---|---|---|---|
| JP2007185455A (en) | 2006-01-10 | 2007-07-26 | Akimoto Yonekura | Water remover after hand-washing which has ultrasonic moisture keeping function |
| JP2013184022A (en) | 2012-03-12 | 2013-09-19 | Systec:Kk | Ultrasonic hand dryer |
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