JP2000287988A - Cavitation suppressant, acoustic coupler and ultrasonic transducer - Google Patents
Cavitation suppressant, acoustic coupler and ultrasonic transducerInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、液体中におけるキ
ャビテーションの生成を抑制する組成物および該組成物
を含む音響カップリング材ならびに該音響カップリング
材を含む超音波トランスデューサに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a composition for suppressing cavitation in a liquid, an acoustic coupling material containing the composition, and an ultrasonic transducer containing the acoustic coupling material.
【0002】[0002]
【従来の技術】液体中への超音波照射によりキャビテー
ション現象が生じることが知られている。キャビテーシ
ョンは狭義には気泡の生成であるが、生成後の気泡が圧
壊する現象まで含まれることも多い。 特に気泡の圧壊
が生じる条件では、キャビテーションが化学的、機械的
作用を示し、気泡の近辺に効果を及ぼすことが知られて
おり、化学反応の促進、生体組織のホモジネート等に利
用されている。 しかしながら、目的としない部位でキ
ャビテーションが生成すると、以下のような問題が生じ
てしまう。1) 装置の腐食あるいは破壊2) 超音波エネル
ギーの目的部位への到達の妨害 例えばキャビテーショ
ンを用いる超音波治療においては、図1における領域A
においてはキャビテーションを生じるべきであるが、領
域BおよびCにおいてはキャビテーションは生じないよ
うにする必要がある。2. Description of the Related Art It is known that a cavitation phenomenon occurs when a liquid is irradiated with ultrasonic waves. Cavitation is the generation of bubbles in a narrow sense, but often includes the phenomenon of collapse of the bubbles after generation. In particular, it is known that cavitation exhibits a chemical and mechanical action under the condition in which bubbles are crushed and exerts an effect on the vicinity of the bubbles, and is used for accelerating a chemical reaction, homogenating biological tissues, and the like. However, if cavitation is generated at an unintended part, the following problem occurs. 1) Corrosion or destruction of the device 2) Obstruction of the arrival of ultrasonic energy at the target site For example, in ultrasonic treatment using cavitation, region A in FIG.
Should produce cavitation, but in areas B and C, cavitation should not occur.
【0003】上記のような問題を生じないための方策と
して従来とられていた手法は、1)液体の脱気を行なう、
2) 加圧する、というものである。これらの手法は、液
体内に溶存気体が存在する場合にはそれらを源とする気
泡によりキャビテーションが極めて生じやすくなること
から、溶存気体を液体内から除去する、あるいは圧力を
高めることにより溶存気体を源とする気泡の生成を生じ
にくくするものである。[0003] As a measure for preventing the above-mentioned problems from occurring, the conventional methods include: 1) deaeration of a liquid;
2) Apply pressure. In these methods, if dissolved gas is present in the liquid, cavitation is extremely likely to occur due to bubbles originating from the gas.Therefore, the dissolved gas is removed by removing the dissolved gas from the liquid or increasing the pressure to remove the dissolved gas. This is to make it difficult to generate bubbles as a source.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】上で述べたように、超
音波を用いる装置において、液体中でのキャビテーショ
ン生成を抑制する手法として溶存気体を源とする気泡の
生成を妨げる手法が用いられてきた。これらの手法にお
いては、脱気あるいは加圧を物理的手段により行うため
にポンプなどの脱気手段あるいは加圧手段を装置に含む
必要が生じるため、1) 装置が大きくなる、2) 装置の形
状が制約を受ける、という課題を有している。 本発明
はポンプなどの物理的手段を装置に含めることなしにキ
ャビテーションの生成を抑制することを可能とする組成
物および該組成物を含む音響カップリング材ならびに該
音響カップリング材を含む超音波トランスデューサを提
供することを目的とする。また、ポンプなどの物理的手
段を用いてキャビテーションの生成を抑制する際の装置
規模の縮小、使用エネルギーの低減をも目的とする。As described above, in an apparatus using ultrasonic waves, as a method of suppressing the generation of cavitation in a liquid, a method of preventing generation of bubbles from a dissolved gas has been used. Was. In these methods, it is necessary to include deaeration means or a pressurization means such as a pump in order to perform deaeration or pressurization by physical means. Is subject to restrictions. The present invention relates to a composition capable of suppressing the generation of cavitation without including physical means such as a pump in an apparatus, an acoustic coupling material including the composition, and an ultrasonic transducer including the acoustic coupling material. The purpose is to provide. It is another object of the present invention to reduce the size of the apparatus and the energy used when suppressing the generation of cavitation using a physical means such as a pump.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は酸素分子を還元する化学物質を少なくとも
一つを含む組成物および該組成物を含む音響カップリン
グ材ならびに該音響カップリング材を含む超音波トラン
スデューサであることを特徴とする。 通常、超音波照
射を行なう液体に含まれる溶存気体は大気中に含まれる
成分である。大気中の成分の中で最も多く含まれている
ものは窒素であるが、溶存窒素と効率的に反応して液体
中から除去できる化学物質は知られていない。このた
め、従来の技術に示したように、物理的手段によって液
体に含まれる溶存気体を除去する、あるいは加圧する手
段が必要であった。 我々は研究の結果、キャビテーシ
ョンの過程の速やかな進行には、酸素分子および酸素由
来の短寿命種が関与する必要があり、短寿命種の源であ
る酸素そのものを除去することによりキャビテーション
の生成を抑制することができることを発見して本発明に
いたった。 すなわち、本発明における音響キャビテー
ション抑制剤は、酸素分子をキャビテーションの生成を
抑制したい液体から除去する還元剤の少なくとも一つを
含む組成物により構成される。 酸素を還元する物質に
ついては特に制限はないが、環内にエノール型水酸基を
含む化合物の少なくとも一つを含むことが望ましい。In order to achieve the above object, the present invention provides a composition containing at least one chemical substance that reduces oxygen molecules, an acoustic coupling material containing the composition, and the acoustic coupling. It is an ultrasonic transducer containing a material. Usually, the dissolved gas contained in the liquid subjected to the ultrasonic irradiation is a component contained in the atmosphere. Nitrogen is the most abundant component in the atmosphere, but there is no known chemical that can efficiently react with dissolved nitrogen and be removed from the liquid. For this reason, as shown in the prior art, means for removing dissolved gas contained in the liquid by physical means or pressurizing the liquid is required. We have shown that the rapid progress of the cavitation process requires the involvement of oxygen molecules and oxygen-derived short-lived species. The present inventor has found that it can be suppressed, and reached the present invention. That is, the acoustic cavitation inhibitor of the present invention is composed of a composition containing at least one reducing agent that removes oxygen molecules from the liquid in which cavitation is to be suppressed. The substance that reduces oxygen is not particularly limited, but preferably contains at least one compound having an enol-type hydroxyl group in the ring.
【0006】なお、対象とする液体への溶解度の低い還
元剤を用いる場合には、界面活性剤により形成したミセ
ルによる可溶化あるいはリポソームへの封入、あるいは
リポタンパクを用いた擬似的溶解により液体へ分散させ
て用いることができる。また、不飽和脂肪酸などのよう
に酸素と結合した後に短寿命種を生成する還元剤につい
ては、カルノジン、アルコール等に代表される短寿命種
捕捉剤と共に用いることができる。また、長期にわたっ
て使用するなど、溶媒となる液体の蒸発が問題となりう
る場合には、水溶性高分子等を添加することができる。[0006] When a reducing agent having low solubility in a target liquid is used, the reducing agent is solubilized by micelles formed by a surfactant or encapsulated in liposomes, or pseudo-dissolved using lipoprotein to form a liquid. It can be used by being dispersed. In addition, a reducing agent such as an unsaturated fatty acid that generates a short-lived species after binding to oxygen can be used together with a short-lived species capturing agent represented by carnodin, alcohol, and the like. When evaporation of a liquid serving as a solvent can be a problem, such as when the solvent is used for a long time, a water-soluble polymer or the like can be added.
【0007】本発明の音響カップリング材は、本発明に
おけるキャビテーション抑制剤を含む組成物が超音波透
過性の高い材質たとえばポリエチレン、シリコーンゴム
製、ラテックスゴム製の袋に封入されていることを特徴
とする。なお、袋内の液体あるいはゲルの温度が上昇す
るのを防ぐ目的で、冷媒あるいはペルチェ素子などを用
いた冷却部を備えることができる。また、袋内のキャビ
テーション抑制剤を含む組成物を循環させる構成をとっ
てもよい。[0007] The acoustic coupling material of the present invention is characterized in that the composition containing the cavitation inhibitor of the present invention is sealed in a bag made of a material having high ultrasonic permeability, for example, polyethylene, silicone rubber, or latex rubber. And In order to prevent the temperature of the liquid or gel in the bag from rising, a cooling unit using a refrigerant or a Peltier element can be provided. Further, a configuration may be adopted in which the composition containing the cavitation inhibitor in the bag is circulated.
【0008】本発明の超音波トランスデューサは、本発
明における音響カップリング材を含んで構成される。形
状などに特に制限はない。[0008] The ultrasonic transducer of the present invention comprises the acoustic coupling material of the present invention. There is no particular limitation on the shape and the like.
【0009】[0009]
【発明の実施の形態】以下に本発明のキャビテーション
作用抑制剤の試験例および実施例を具体的に説明する
が、本発明はこれら実施例に限られるものではない。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, Test Examples and Examples of the cavitation inhibitor of the present invention will be specifically described, but the present invention is not limited to these Examples.
【0010】試験例 1 液体中におけるアスコルビン酸
ナトリウムのキャビテーション抑制効果 アスコルビン酸ナトリウムが水中におけるキャビテーシ
ョンを抑制する効果を、図2に示す構成の装置を用いて
測定した。脱気水12を満たしたアクリル製水槽5に試
料10を入れたガラス製試験管11を配置し、超音波ト
ラスデューサ6より1MHzの超音波を2分間照射す
る。超音波照射中、試料10による波長780nmの半導
体レーザ発振器2より照射されたレーザ光7の散乱の強
さを、レーザ受信器8により検出する。散乱光の強さが
ノイズレベルより大きい場合に、キャビテーションが生
成したと判断した。試験結果の一例を図3に示す。濃度
1Mのアスコルビン酸ナトリウムを含む空気飽和水およ
びアスコルビン酸を含まない空気飽和水に超音波を音響
強度0〜6W/平方cmの範囲で照射した。アスコルビン酸ナ
トリウムが含まれない場合には、光散乱は2W/平方cm以
上で生じるのに対し、アスコルビン酸が含まれる場合に
は、5W/平方cm以上でのみ生じている。この結果から、
本発明のアスコルビン酸ナトリウムがキャビテーション
を生じる超音波強度を約2.5倍高めていることがわか
る。なお、溶媒として、水の代りにアセトニトリル、ピ
リジンを用いた実験を行い、同様の結果を得た。Test Example 1 Cavitation Inhibition Effect of Sodium Ascorbate in Liquid The effect of sodium ascorbate to suppress cavitation in water was measured using an apparatus having the structure shown in FIG. A glass test tube 11 containing a sample 10 is placed in an acrylic water tank 5 filled with degassed water 12, and 1 MHz ultrasonic waves are irradiated from an ultrasonic transducer 6 for 2 minutes. During the ultrasonic irradiation, the laser receiver 8 detects the scattering intensity of the laser light 7 emitted from the semiconductor laser oscillator 2 having a wavelength of 780 nm by the sample 10. When the intensity of the scattered light was higher than the noise level, it was determined that cavitation was generated. FIG. 3 shows an example of the test result. Ultrasonic waves were applied to air-saturated water containing sodium ascorbate at a concentration of 1 M and air-saturated water not containing ascorbic acid at a sound intensity of 0 to 6 W / cm 2. When sodium ascorbate is not included, light scattering occurs at 2 W / sq cm or more, whereas when ascorbic acid is included, light scattering occurs only at 5 W / sq cm or more. from this result,
It can be seen that the sodium ascorbate of the present invention increases the ultrasonic intensity causing cavitation by about 2.5 times. An experiment was performed using acetonitrile and pyridine instead of water as the solvent, and similar results were obtained.
【0011】実施例1 音響カップリング材 本発明の一実施例を図4に示す。純水1リットルにアス
コルビン酸ナトリウム100g、ポリビニルアルコール
20gをラテックス製ゴムの容器13内に溶解させ
る。超音波照射源と組み合わせて用いる場合には、取り
付けフック14を用いて超音波照射源に固定する。Embodiment 1 Acoustic Coupling Material One embodiment of the present invention is shown in FIG. In 1 liter of pure water, 100 g of sodium ascorbate and 20 g of polyvinyl alcohol are dissolved in a rubber container 13 made of latex. When used in combination with an ultrasonic irradiation source, it is fixed to the ultrasonic irradiation source using the mounting hook 14.
【0012】実施例2 超音波トランスデューサ 本発明の一実施例を図5に示す。純水0.25リットルにア
スコルビン酸ナトリウム 25g、ポリビニルアルコール
5gを溶解させた溶液をトランスデューサ本体22に取
り付けられた液体出入り口18−aあるいは18−bよ
りラテックス製ゴム袋17内に注入する。注入された溶液
は、ポンプ20により循環される。なお、循環する際
に、溶液の温度が適切に保たれるよう恒温装置を用いる
ことができEmbodiment 2 Ultrasonic Transducer One embodiment of the present invention is shown in FIG. 0.25 liter of pure water, 25 g of sodium ascorbate, polyvinyl alcohol
The solution in which 5 g is dissolved is injected into the latex rubber bag 17 from the liquid inlet / outlet 18-a or 18-b attached to the transducer body 22. The injected solution is circulated by the pump 20. When circulating, a constant temperature device can be used to maintain the temperature of the solution properly.
【0013】る。[0013]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
液体中でのキャビテーション生成を抑制することができ
る。As described above, according to the present invention,
Cavitation generation in a liquid can be suppressed.
【図1】キャビテーションを用いる超音波治療において
キャビテーションを生じるべき領域および生じるべきで
ない領域の例を示す図。FIG. 1 is a diagram showing an example of regions where cavitation should occur and regions where cavitation should not occur in ultrasonic treatment using cavitation.
【図2】液体中での音響キャビテーション抑制効果を測
定するために用いられる装置の構成を示す図。FIG. 2 is a diagram showing a configuration of an apparatus used for measuring an acoustic cavitation suppression effect in a liquid.
【図3】亜硫酸塩による音響キャビテーション抑制に関
する実験結果を示す図。FIG. 3 is a graph showing experimental results on acoustic cavitation suppression by sulfite.
【図4】本発明における音響カップリング材の一例を示
す図。FIG. 4 is a diagram showing an example of an acoustic coupling material according to the present invention.
【図5】本発明における超音波トランスデューサの一例
を示す図。FIG. 5 is a diagram showing an example of an ultrasonic transducer according to the present invention.
1…電源 2…レーザ発振器 3…サイン波発生器 4a, 4b…アンプ 5…水槽 6…超音波トランスデューサ 7…レーザ光 8…レーザ受信器 9…信号処理用コンピュータ 10…試料 11…ガラス製試験管 12…脱気水 13…ラテックスゴム製容器 14a,b,c,d…取り付けフック 15…液体出し入れ口 16…気泡追い出し口 17…ラテックスゴム製袋 18a,b…液体出入り口 19…袋固定具 20…ポンプ 21…ポンプ制御装置 22…トランスデューサ本体。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Power supply 2 ... Laser oscillator 3 ... Sine wave generator 4a, 4b ... Amplifier 5 ... Water tank 6 ... Ultrasonic transducer 7 ... Laser light 8 ... Laser receiver 9 ... Computer for signal processing 10 ... Sample 11 ... Glass test tube 12 ... Deaerated water 13 ... Latex rubber container 14a, b, c, d ... Mounting hook 15 ... Liquid inlet / outlet 16 ... Bubble expelling opening 17 ... Latex rubber bag 18a, b ... Liquid inlet / outlet 19 ... Bag fixing device 20 ... Pump 21: Pump control device 22: Transducer body.
Claims (5)
とも一つを含むことを特徴とするキャビテーション作用
抑制剤。1. A cavitation inhibitor comprising at least one substance capable of reducing oxygen.
元する能力を有する物質が環内にエノール型水酸基を含
む化合物の少なくとも一つを含むことを特徴とするキャ
ビテーション作用抑制剤。2. The cavitation inhibitor according to claim 1, wherein the substance capable of reducing oxygen contains at least one compound having an enol-type hydroxyl group in the ring.
エノール型水酸基を含む化合物がアスコルビン酸あるい
はアスコルビン酸の塩であることを特徴とするキャビテ
ーション作用抑制剤。3. The cavitation inhibitor according to claim 2, wherein the compound having an enol-type hydroxyl group in the ring is ascorbic acid or a salt of ascorbic acid.
とする音響カップリング材。4. An acoustic coupling material comprising the inhibitor according to claim 1.
リング材を含むことを特徴とする超音波トランスデュー
サ。5. An ultrasonic transducer comprising the acoustic coupling material according to claim 4.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11095679A JP2000287988A (en) | 1999-04-02 | 1999-04-02 | Cavitation suppressant, acoustic coupler and ultrasonic transducer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11095679A JP2000287988A (en) | 1999-04-02 | 1999-04-02 | Cavitation suppressant, acoustic coupler and ultrasonic transducer |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000287988A true JP2000287988A (en) | 2000-10-17 |
Family
ID=14144198
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11095679A Pending JP2000287988A (en) | 1999-04-02 | 1999-04-02 | Cavitation suppressant, acoustic coupler and ultrasonic transducer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2000287988A (en) |
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-
1999
- 1999-04-02 JP JP11095679A patent/JP2000287988A/en active Pending
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