JP2005058804A - 超音波振動装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】超音波を液面近傍に収束することにより、エネルギー効率よく液面に噴流やキャピラリー波を発生することができるようにして、液面に噴流やキャピラリー波を発生する際に必要な超音波のエネルギーを低減するようにして省エネルギー化を図る。
【解決手段】液体を充填した槽と、上記槽の底部側に配置された超音波振動子と、上記槽内において上記液体の液面近傍に配置されるとともに、一方の開口部が上記液面側に開口し、かつ、他方の開口部が上記超音波振動子側に開口するようにして配置された筒状部材とを有し、上記超音波振動子の超音波振動に伴い上記液体中を伝播する超音波を上記筒状部材の内周面で反射して、上記液面近傍に上記超音波を収束するようにした。
【選択図】 図２
【解決手段】液体を充填した槽と、上記槽の底部側に配置された超音波振動子と、上記槽内において上記液体の液面近傍に配置されるとともに、一方の開口部が上記液面側に開口し、かつ、他方の開口部が上記超音波振動子側に開口するようにして配置された筒状部材とを有し、上記超音波振動子の超音波振動に伴い上記液体中を伝播する超音波を上記筒状部材の内周面で反射して、上記液面近傍に上記超音波を収束するようにした。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波振動装置に関し、さらに詳細には、洗浄装置における洗浄液の搬送などのように液体を搬送する際などに用いて好適な超音波振動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、液体に超音波振動を与えることにより、液体を霧化したり搬送したりするようにした超音波振動装置が知られている。
【０００３】
即ち、超音波振動装置に配設された超音波振動子を用いて液体中に超音波を照射すると、液体中を超音波が伝播することの作用により液体が液面から噴出して噴流が形成されることになるが、こうした噴流を用いて液体を搬送したり、また、噴流を霧化して室内の湿度調整に用いたりすることが行われている。なお、上記した超音波振動装置を用いた液体の搬送は、例えば、洗浄装置における洗浄液の搬送などに用いられている。
【０００４】
【特許文献】
特開２０００−４９１３０号公報
図１には、こうした従来の超音波振動装置の概略構成断面説明図が示されており、超音波振動装置１００は、上面および下面が開口するとともに外部から液体１０２を導入するための供給口１０４ａを備えていて外部から液体１０２を適宜に供給可能な槽１０４と、槽１０４の底部側にパッキン１０６を介して水密状態で配置された超音波振動子ユニット１０８と、超音波振動子ユニット１０８を構成する超音波振動子１０８ａ（後述する。）を超音波振動させる超音波発振器１１０とを有して構成されている。
【０００５】
ここで、超音波振動子ユニット１０８は、超音波発振器１１０により超音波振動される超音波振動子１０８ａと、超音波振動子１０８ａの超音波振動を液体１０２中に超音波として音響伝送して伝播するための振動板１０８ｂとより構成されている。
【０００６】
以上の構成において、超音波発振器１１０により超音波振動子１０８ａが超音波振動されると、振動板１０８ｂを介して液体１０２に超音波が放射されて、液体１０２中を超音波が伝播する。
【０００７】
こうした液体１０２への超音波の伝播により液体１０２に直進流が生じて、液面１０２ａの上方に噴水状に立ち上がり形成される噴流１０２ｂが生じ、この噴流１０２ｂにキャピラリー波１０２ｃが立つ。このキャピラリー波１０２ｃからは、霧化した液体１０２の粒子が気体中に放出される。
【０００８】
なお、振動板１０８ｂは、超音波振動子１０８ａの超音波振動によって生ずる超音波を液体１０２に効率良く伝播するために設けたものであり、超音波振動子１０８ａとは別途に振動板１０８ｂを設けなくてもよいことは勿論である。
【０００９】
ところで、上記したような従来の超音波振動装置においては、エネルギー効率よく液面に噴流やキャピラリー波を発生するためには、液面近傍に超音波を収束させる必要があることが知られている。なお、液面近傍における超音波を収束させるのに好ましい位置は、超音波の周波数に応じて異なることも知られている。
【００１０】
しかしながら、上記したような従来の超音波振動装置においては、超音波振動子から放射される超音波が収束性を備えていないので、液面に噴流やキャピラリー波を発生するためには多大なエネルギーを有した超音波を発生する必要があるという問題点があった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記したような従来の技術の有する問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、超音波を液面近傍に収束することにより、エネルギー効率よく液面に噴流やキャピラリー波を発生することができるようにして、液面に噴流やキャピラリー波を発生する際に必要な超音波のエネルギーを低減するようにして省エネルギー化を図った超音波振動装置を提供しようとするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明による超音波振動装置は、筒状部材を一方が液面側に開口するとともに他方が超音波振動子側に開口するようにして液面近傍に配置し、超音波振動子から液体中に放射されて液体中を伝播する超音波を筒状部材の内周面で反射して、超音波を液面近傍に収束するようにしたものである。
【００１３】
従って、本発明による超音波振動装置によれば、筒状部材により超音波を反射して液面近傍に超音波を収束することができるので、エネルギー効率よく液面に噴流やキャピラリー波を発生することができるようになり、液面に噴流やキャピラリー波を発生する際に必要な超音波のエネルギーを低減することが可能になって省エネルギー化を図ることができる。
【００１４】
図２には、こうした本発明による超音波振動装置の原理を示す概略構成断面説明図が示されている。
【００１５】
なお、本明細書における説明ならびに添付の図面において、それぞれ同一あるいは相当する構成や内容については、それぞれ同一の符号を用いて示すことにより、その構成ならびに作用に関する重複する説明は省略する。
【００１６】
即ち、本発明による超音波振動装置１０は、液面１０２ａの近傍に配置された筒状部材１２を有しており、この筒状部材１２は、その一方の端部１２ａ側の開口部１２ｂを液面１０２ａ側に向けるようにして配置し、その他方の端部１２ｃ側の開口部１２ｄを超音波振動子１０８ａ側に向けるようにして配置している。
【００１７】
また、筒状部材１２は、液面１０２ａ側に開口する端部１２ａ側と超音波振動子１０８ａ側に開口する端部１２ｃ側とが同径とされて筒状部材１２の中心軸線方向に沿って全体が同径に形成された円筒形状を備えている。
【００１８】
従って、超音波振動装置１０によれば、超音波振動子１０８ａから振動板１０８ｂを介して液体１０２中に放射されて液体１０２中を伝播する超音波により直進流が生じるとともに、液体１０２中を伝播する超音波は筒状部材１２の内周面１２ｅにより反射され、液面１０２ａの近傍の収束点Ａで収束する。
【００１９】
超音波が液面１０２ａの近傍における収束点Ａで収束することにより、エネルギー効率よく液面１０２ａに噴流１０２ｂやキャピラリー波１０２ｃを発生することができるようになり、液面１０２に噴流１０２ｂやキャピラリー波１０２ｃを発生する際に必要な超音波のエネルギーを低減することが可能になるので、省エネルギー化を図ることができるようになる。
【００２０】
ここで、筒状部材１２の内径ｒ１は、液面から噴出する噴流１０２ｂの径ｒ２よりも大きいことが好ましく、例えば、内径ｒ１は径ｒ２の３倍程度であることが好ましい。
【００２１】
また、筒状部材１２の内径ｒ１は、超音波振動子１０８ａの径ｒ３よりも小さいことが好ましい。
【００２２】
なお、筒状部材１２の形状としては、上記したように、液面１０２ａ側に開口する端部１２ａ側と超音波振動子１０８ａ側に開口する端部１２ｃ側とが同径とされて筒状部材１２の中心軸線方向に沿って全体が同径に形成された円筒形状、液面側に開口する端部側の方が超音波振動子側に開口する端部側よりも小径とされて筒状部材の中心軸線方向に沿って徐々に径が変化するように形成された円筒形状、液面側に開口する端部側の中心軸線方向と直交する方向の断面形状と超音波振動子側に開口する端部側の中心軸線方向と直交する方向の断面形状とが同一形状かつ同一の大きさに形成されて筒状部材の中心軸線方向に沿って中心軸線方向と直交する方向の断面形状が同一形状かつ同一の大きさに形成された角筒形状、液面側に開口する端部側の中心軸線方向と直交する方向の断面形状と超音波振動子側に開口する端部側の中心軸線方向と直交する方向の断面形状とが同一形状かつ異なる大きさに形成されて筒状部材の中心軸線方向に沿って中心軸線方向と直交する方向の断面形状が徐々に変化するように形成された角筒形状など、適宜の形状を選択することができる。
【００２３】
即ち、本発明のうちの請求項１に記載の発明は、液体を充填した槽と、上記槽の底部側に配置された超音波振動子と、上記槽内において上記液体の液面近傍に配置されるとともに、一方の開口部が上記液面側に開口し、かつ、他方の開口部が上記超音波振動子側に開口するようにして配置された筒状部材とを有し、上記超音波振動子の超音波振動に伴い上記液体中を伝播する超音波を上記筒状部材の内周面で反射して、上記液面近傍に上記超音波を収束するようにしたものである。
【００２４】
ここで、超音波振動子からは、振動が放射状に球面波として伝達される。円形振動運動の速度分布は円錐状となり、その超音波は反射体がある場合には直角に曲がる性質と作用がある。従って、反射体として筒状部材を配置すると、入射された超音波は筒状部材の内周面で反射されて直角に曲がる。その収束点となる焦点位置を水面近くにすると、超音波は合成されて収束される性質と作用がある。このような性質や作用を利用すると、収束点においてエネルギーが合成されてエネルギー密度が向上し、音圧が増加することにより強力な加速度力が得られて効率よく噴流を発生することができ、噴流による洗浄やポンピング能力が向上する。また、エネルギー密度が増加することは、指向性が鋭くなったことを意味するものであり、反射を効率よく行うためには、超音波を透過させず、音響インピーダンスを低下させ反射率を上げることが重要である。超音波を収束させるためには、超音波の音線位置に筒状部材を配置すればよい。
【００２５】
また、本発明のうちの請求項２に記載の発明は、本発明のうちの請求項１に記載の発明において、上記筒状部材が、上記液面側の方向あるいは上記超音波振動子側の方向に任意に移動自在とされたものである。
【００２６】
即ち、反射体たる筒状部材を用いて超音波を反射させるためには、超音波を直角に曲げる必要があることと、収束点でエネルギー密度を増加させるためには、確実に反射させて収束させることが必要なため、反射体たる筒状部材の移動を行うことにより最良点に調整することが好ましい。つまり、反射体たる筒状部材の移動を行うことにより、効率よく超音波を入射して反射させ液面付近に収束させるように調整して、エネルギー密度をより効率よく高めることができる。このため、収束によって超音波はエネルギー密度が増加した分強力となり、音圧は増加して粒子速度も向上し、噴流による洗浄やポンピング効果も増加する。
【００２７】
また、本発明のうちの請求項３に記載の発明は、本発明のうちの請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の発明において、上記筒状部材の上記液面側の開口部の開口径を、上記液面から噴出する噴流の径よりも大であるようにしたものである。
【００２８】
即ち、超音波の入射と反射作用から、超音波の収束の焦点は焦点直径や幅があり、この焦点直径や幅より開口部は大きくないと、超音波は反射され出力されないためにエネルギー密度は低下することになるから反射され損失がない大きさの開口部が好ましい。
【００２９】
例えば、筒状部材の液面側の開口部の開口径が、音響焦点径の約３倍程度であれば、噴流は筒状部材に妨げられることなく噴出する。噴流を大きくするためには、超音波振動子から音響エネルギーを大きく取り込むために、筒状部材の超音波振動子側の開口部の開口径を大きくし、筒状部材の液面側の開口部の開口径を小さくした円錐構造が好ましい。エネルギーをより多く取り込めば、収束エネルギーは大きくなる。
【００３０】
また、本発明のうちの請求項４に記載の発明は、本発明のうちの請求項１、請求項２、請求項３または請求項４のいずれか１項に記載の発明において、上記筒状部材を、上記液面側の開口部の開口径と上記超音波振動子側の開口部の開口径とが同径である円筒形状または角筒形状を備えたものであるようにしたものである。
【００３１】
ここで、円筒形状は入射した超音波を全周方向に同位相で反射させることが可能であるが、断面が四角形状の角筒形状は対向する２面のみの反射となる。このため、エネルギー密度が、全周方向に反射する円筒形状と２面のみ反射する断面が四角形状の角筒形状とは異なり、断面が四角形状の角筒形状の収束度は円筒形状の収束度よりも弱くなる。
【００３２】
また、円筒形状の筒状部材においては、全周方向から入射と反射が行われ、液面近くに円形の焦点を結び、超音波振動子から振動エネルギーを収束することができる。一方、断面が四角形状の角筒形状の筒状部材においては、全周方向に均一に入射や反射が行われず、対向する２面のみの入射と反射により、液面近くに四角形の焦点を結び、超音波振動子から振動エネルギーを収束することができる。従って、例えば、被洗浄物に対して洗浄液の噴流をポイントで噴射する場合などには円筒形状の筒状部材が好ましく、被洗浄物に対して洗浄液の噴流を四角形状に噴射する場合などには断面が四角形状の角筒形状の筒状部材が好ましい。
【００３３】
また、本発明のうちの請求項５に記載の発明は、本発明のうちの請求項１、請求項２、請求項３、請求項４または請求項５のいずれか１項に記載の発明において、上記筒状部材を、上記液面側の開口部の開口径よりも上記超音波振動子側の開口部の開口径が大径である円筒形状または角筒形状を備えたものであるようにしたものである。
【００３４】
ここで、筒状部材の液面側の開口部の開口径よりも超音波振動子側の開口部の開口径の方が大きい場合には、超音波は直角に曲がる性質から、開口が大きいほど超音波振動子からの振動エネルギーを多く取り込んで入射して、反射点を合わせると収束することができる。このように、エネルギーを大きく取り込み収束した場合には、エネルギー密度が増加してその分強力な音圧が得られる。逆に、筒状部材の液面側の開口部の開口径よりも超音波振動子側の開口部の開口径の方が小さい場合には、振動エネルギーを小さく取り込むと同時に目的としない方向に反射させてしまうため好ましくない。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面に基づいて、本発明による超音波振動装置の実施の形態の一例について詳細に説明するものとする。
【００３６】
図３には、本発明による超音波振動装置の第１の実施の形態を表す概略構成一部断面説明図が示されている。
【００３７】
この超音波振動装置２０は、下面が開口するとともに外部から液体１０２を導入するための供給口２２ａを備えていて外部から液体１０２を適宜に供給可能に形成されかつ上面に噴流１０２ｂを外部へ噴射するための開口部２２ｂを形成された蓋部２２ｃを備えた槽２２と、槽２２の底部にパッキン１０６を介して水密状態で配置された超音波振動子ユニット１０８と、超音波振動子ユニット１０８を構成する超音波振動子１０８ａを超音波振動させる超音波発振器１１０と、液面１０２ａの近傍に配置された筒状部材２４と、槽２２の開口部２２ｂから外部に噴出された噴流１０２ｂを受けるための噴流受け容器２６とを有して構成されている。
【００３８】
ここで、噴流受け容器２６の底部には開口部２６ａが形成されており、また、開口部２６ａにはパイプ２８が配設されていて、噴流受け容器２６で受けられた噴流１０２ｂの液体１０２は、開口部２６ａからパイプ２８を介して外部に搬送するようになされている。
【００３９】
また、筒状部材２４は、外部のモーターなどの駆動源５０によって、液体１０２の液面１０２ａ側の方向あるいは超音波振動子ユニット１０８側の方向に任意に移動自在とされている。
【００４０】
図４には、筒状部材２４の概略構成斜視図が示されている。この筒状部材２４は、液面１０２ａ側に開口する端部２４ａ側の開口部２４ｂと超音波振動子１０８ａ側に開口する端部２４ｃ側の開口部２４ｄとが同径とされて、筒状部材２４の中心軸線Ｏ−Ｏ方向に沿って全体が同径に形成された円筒形状を備えている。
【００４１】
そして、この筒状部材２４は、上記したように、端部２４ａ側の開口部２４ｂを液面１０２ａ側に向けて配置し、端部２４ｃ側の開口部２４ｄを超音波振動子１０８ａに向けて配置している。
【００４２】
以上の構成において、超音波振動装置２０によれば、超音波振動子１０８ａから振動板１０８ｂを介して液体１０２中に放射されて液体１０２中を伝播する超音波により直進流が生じるとともに、液体１０２中を伝播する超音波は筒状部材２４の内周面２４ｅにより反射され、液面１０２ａの近傍の収束点Ａで収束する。
【００４３】
このように、超音波が液面１０２ａの近傍における収束点Ａで収束することにより、エネルギー効率よく液面１０２ａから槽２２の開口部２２ｂを通って外部へ噴出する噴流１０２ｂやキャピラリー波１０２ｃを発生することができるようになり、液面１０２ａに噴流１０２ｂやキャピラリー波１０２ｃを発生する際に必要な超音波のエネルギーを低減することが可能になるので、省エネルギー化を図ることができるようになる。
【００４４】
そして、槽２２の外部へ噴出した噴流１０２ｂは、噴流受け容器２６により受けられて、開口部２６ａからパイプ２８を介して外部に搬送される。
【００４５】
また、駆動源５０により筒状部材２４を液体１０２の液面１０２ａ側の方向あるいは超音波振動子ユニット１０８側の方向に適宜に移動することにより、効率よく超音波を入射して反射させ液面付近に収束させるように調整して、エネルギー密度をより効率よく高めることができる。このため、収束によって超音波はエネルギー密度が増加した分強力となり、音圧は増加して粒子速度も向上し、噴流１０２ｂによる洗浄やポンピング効果も増加する。
【００４６】
次に、図５を参照しながら、本発明による超音波振動装置の第２の実施の形態について説明する。
【００４７】
即ち、図５には、本発明による超音波振動装置の第２の実施の形態を表す概略構成一部断面説明図が示されている。この本発明による超音波振動装置の第２の実施の形態は、槽が２層構造となっていて、使用する液体が、超音波を伝達する目的でのみ使用される伝達液と超音波を伝達して噴流を発生する目的で使用される処理液とに分離されている点において、本発明による超音波振動装置の第１の実施の形態と異なる。
【００４８】
この超音波振動装置３０は、上面および下面が開口するとともに外部から伝達液としての液体１０２’を導入するための供給口３２ａを備えていて外部から液体１０２’を適宜に供給可能に形成された第１槽３２と、底面が開口するとともに外部から処理液としての液体１０２’’を導入するための供給パイプ３４（後述する。）を貫通させる貫通孔３６ａを備えていてかつ上面に噴流１０２ｂを外部へ噴射するための開口部３６ｂを形成された蓋部３６ｃを備えた第２槽３６と、第１槽３２と第２槽３６との間にパッキン３８、４０を介して水密状態で配置された輻射膜４２と、第１槽３２の底部にパッキン１０６を介して水密状態で配置された超音波振動子ユニット１０８と、超音波振動子ユニット１０８を構成する超音波振動子１０８ａを超音波振動させる超音波発振器１１０と、第２槽３６内において液面１０２ａの近傍に配置されるととともに供給パイプ３４を貫通させる貫通孔４４ｆを形成された筒状部材４４と、第２槽３６内に外部から液体１０２’’を導入するための供給パイプ３４と、第２槽３６の開口部３６ｂから外部に噴出された噴流１０２ｂを受けるための噴流受け容器２６とを有して構成されている。
【００４９】
図６には、筒状部材４４の概略構成斜視図が示されている。この筒状部材４４は、液面１０２ａ側に開口する端部４４ａ側の開口部４４ｂと超音波振動子１０８ａ側に開口する端部４４ｃ側の開口部４４ｄとが同径とされて、筒状部材４４の中心軸線Ｏ−Ｏ方向に沿って全体が同径に形成された円筒形状を備えており、さらに、周壁部に供給パイプ３４を貫通させる貫通孔４４ｆが形成されている。
【００５０】
そして、この筒状部材４４は、上記したように、端部４４ａ側の開口部４４ｂを液面１０２ａ側に向けて配置し、端部４４ｃ側の開口部４４ｄを超音波振動子１０８ａに向けて配置している。
【００５１】
なお、第１槽３２には液体１０２’が満水状態で供給されており、液体１０２’と輻射膜４２とが当接している。
【００５２】
以上の構成において、超音波振動装置３０によれば、超音波振動子１０８ａから振動板１０８ｂを介して液体１０２’中に放射されて液体１０２’中を伝播する超音波により直進流が生じるとともに、液体１０２’中を伝播する超音波は輻射膜４２を介して液体１０２’’に伝播する。
【００５３】
そして、液体１０２’’中を伝播する超音波は、筒状部材４４の内周面４４ｅにより反射され、液面１０２ａの近傍の収束点Ａで収束する。
【００５４】
このように、超音波が液面１０２ａの近傍における収束点Ａで収束することにより、エネルギー効率よく液面１０２ａから槽３６の開口部３６ｂを通って外部へ噴出する噴流１０２ｂやキャピラリー波１０２ｃを発生することができるようになり、液面１０２ａに噴流１０２ｂやキャピラリー波１０２ｃを発生する際に必要な超音波のエネルギーを低減することが可能になるので、省エネルギー化を図ることができるようになる。
【００５５】
そして、槽３６の外部へ噴出した噴流１０２ｂは、噴流受け容器２６により受けられて、開口部２６ａからパイプ２８を介して外部に搬送される。
【００５６】
ここで、本願発明者による実験結果について説明するが、この実験においては、図３に示す実施の形態の装置構成を用いた。
【００５７】
具体的には、直径３０ｍｍの円形の超音波振動子１０８ａを備えた超音波振動ユニット１０８を用い、槽２２には水を充填した。超音波振動ユニット１０８からの直進流が発生していることを確認して（音響や音場で確認した。）、直径が１０ｍｍの円筒状の筒状部材２４を駆動源５０により上下して液面１０２ａから噴出する噴流１０２ｂが最大になるように調整した。直進流が発生する電力密度は約２Ｗ／ｃｍ２であり、超音波発振器１１０からの出力を調整して確認した。このときの噴流１０２ｂの径は約３ｍｍ程度であり、高さは約２００ｍｍ程度に達した。
【００５８】
なお、筒状部材２４の軸方向の中心位置と超音波振動ユニット１０８との間の距離Ｌは、超音波振動子１０８ａの直径に相当する長さとした。従って、この実験装置においては、円筒状の筒状部材２４の直径が１０ｍｍであり、超音波振動ユニット１０８の超音波振動子１０８ａの直径が３０ｍｍであり、筒状部材２４の軸方向の中心位置と超音波振動ユニット１０８との間の距離Ｌが３０ｍｍである。また、噴流１０２ｂの位置は、筒状部材２４の軸方向に中心位置からさらに３０ｍｍ程度の上に位置する液面１０２ａであった。
【００５９】
なお、筒状部材２４の材質や直径により超音波の収束点は異なり、噴流１０２ｂの高さは超音波発振器１１０の出力を調整することにより変化することができる。
【００６０】
なお、上記した実施の形態は、以下の（１）乃至（３）に説明するように適宜に変形してもよい。
【００６１】
（１）上記した実施の形態においては、筒状部材２４、４４として、液面１０２ａ側に開口する端部側と超音波振動子１０８ａ側に開口する端部側とが同径とされて筒状部材の中心軸線方向Ｏ−Ｏに沿って全体が同径に形成された円筒形状部材を用いたが、これに限られるものではないことは勿論である。
【００６２】
筒状部材の形状としては、例えば、液面側に開口する端部側の方が超音波振動子側に開口する端部側よりも小径とされて筒状部材の中心軸線方向に沿って徐々に径が変化するように形成された円筒形状（図７（ａ）参照）、液面側に開口する端部側の中心軸線方向と直交する方向の断面形状と超音波振動子側に開口する端部側の中心軸線方向と直交する方向の断面形状とが同一形状かつ同一の大きさに形成されて筒状部材の中心軸線方向に沿って中心軸線方向と直交する方向の断面形状が同一形状かつ同一の大きさに形成された角筒形状（図７（ｂ）参照）、液面側に開口する端部側の中心軸線方向と直交する方向の断面形状と超音波振動子側に開口する端部側の中心軸線方向と直交する方向の断面形状とが同一形状かつ異なる大きさに形成されて筒状部材の中心軸線方向に沿って中心軸線方向と直交する方向の断面形状が徐々に変化するように形成された角筒形状（図７（ｃ）参照）など、適宜の形状の筒状部材を用いることができる。
【００６３】
（２）上記した実施の形態においては、層が単層構造の場合（第１の実施の形態：超音波振動装置２０）ならびに層が２層構造の場合（第２の実施の形態：超音波振動装置３０）について示した、層が３層以上の構造を備えていてもよいことは勿論である。
【００６４】
（３）上記した実施の形態ならびに上記（１）乃至（２）に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。
【００６５】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているので、超音波を液面近傍に収束することができるようになり、エネルギー効率よく液面に噴流やキャピラリー波を発生することが可能となるので、液面に噴流やキャピラリー波を発生する際に必要な超音波のエネルギーを低減して省エネルギー化を図ることができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の超音波振動装置の概略構成断面説明図である。
【図２】本発明による超音波振動装置の原理を示す概略構成断面説明図である。
【図３】本発明による超音波振動装置の第１の実施の形態を表す概略構成一部断面説明図である。
【図４】筒状部材の概略構成斜視図である。
【図５】本発明による超音波振動装置の第２の実施の形態を表す概略構成一部断面説明図である。
【図６】筒状部材の概略構成斜視図である。
【図７】（ａ）、（ｂ）ならびに（ｃ）は、筒状部材の他の実施の形態を示す概略構成斜視図である。
【符号の説明】
１０、２０、３０、１００ 超音波振動装置
１２、２４、４４ 筒状部材
１２ａ、１２ｃ、２４ａ、２４ｃ、４４ａ、４４ｃ 端部
１２ｂ、１２ｄ、２４ｂ、２４ｄ、４４ｂ、４４ｄ 開口部
１２ｅ、２４ｅ、４４ｅ 内周面
２２ 槽
２２ａ 供給口
２２ｂ 開口部
２２ｃ 蓋部
２６ 噴流受け容器
２６ａ 開口部
２８ パイプ
３２ 第１槽
３２ａ 供給口
３４ 供給パイプ
３６ 第２槽
３６ａ 貫通孔
３６ｂ 開口部
３６ｃ 蓋部
３８、４０ パッキン
４２ 輻射膜
４４ｆ 貫通孔
５０ 駆動源
１０２、１０２’、１０２’’ 液体
１０２ａ 液面
１０２ｂ 噴流
１０２ｃ キャピラリー波
１０４ 槽
１０４ａ 供給口
１０６ パッキン１０６
１０８ 超音波振動子ユニット
１０８ａ 超音波振動子
１０８ｂ 振動板
１１０ 超音波発振器
Ａ 収束点
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波振動装置に関し、さらに詳細には、洗浄装置における洗浄液の搬送などのように液体を搬送する際などに用いて好適な超音波振動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、液体に超音波振動を与えることにより、液体を霧化したり搬送したりするようにした超音波振動装置が知られている。
【０００３】
即ち、超音波振動装置に配設された超音波振動子を用いて液体中に超音波を照射すると、液体中を超音波が伝播することの作用により液体が液面から噴出して噴流が形成されることになるが、こうした噴流を用いて液体を搬送したり、また、噴流を霧化して室内の湿度調整に用いたりすることが行われている。なお、上記した超音波振動装置を用いた液体の搬送は、例えば、洗浄装置における洗浄液の搬送などに用いられている。
【０００４】
【特許文献】
特開２０００−４９１３０号公報
図１には、こうした従来の超音波振動装置の概略構成断面説明図が示されており、超音波振動装置１００は、上面および下面が開口するとともに外部から液体１０２を導入するための供給口１０４ａを備えていて外部から液体１０２を適宜に供給可能な槽１０４と、槽１０４の底部側にパッキン１０６を介して水密状態で配置された超音波振動子ユニット１０８と、超音波振動子ユニット１０８を構成する超音波振動子１０８ａ（後述する。）を超音波振動させる超音波発振器１１０とを有して構成されている。
【０００５】
ここで、超音波振動子ユニット１０８は、超音波発振器１１０により超音波振動される超音波振動子１０８ａと、超音波振動子１０８ａの超音波振動を液体１０２中に超音波として音響伝送して伝播するための振動板１０８ｂとより構成されている。
【０００６】
以上の構成において、超音波発振器１１０により超音波振動子１０８ａが超音波振動されると、振動板１０８ｂを介して液体１０２に超音波が放射されて、液体１０２中を超音波が伝播する。
【０００７】
こうした液体１０２への超音波の伝播により液体１０２に直進流が生じて、液面１０２ａの上方に噴水状に立ち上がり形成される噴流１０２ｂが生じ、この噴流１０２ｂにキャピラリー波１０２ｃが立つ。このキャピラリー波１０２ｃからは、霧化した液体１０２の粒子が気体中に放出される。
【０００８】
なお、振動板１０８ｂは、超音波振動子１０８ａの超音波振動によって生ずる超音波を液体１０２に効率良く伝播するために設けたものであり、超音波振動子１０８ａとは別途に振動板１０８ｂを設けなくてもよいことは勿論である。
【０００９】
ところで、上記したような従来の超音波振動装置においては、エネルギー効率よく液面に噴流やキャピラリー波を発生するためには、液面近傍に超音波を収束させる必要があることが知られている。なお、液面近傍における超音波を収束させるのに好ましい位置は、超音波の周波数に応じて異なることも知られている。
【００１０】
しかしながら、上記したような従来の超音波振動装置においては、超音波振動子から放射される超音波が収束性を備えていないので、液面に噴流やキャピラリー波を発生するためには多大なエネルギーを有した超音波を発生する必要があるという問題点があった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記したような従来の技術の有する問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、超音波を液面近傍に収束することにより、エネルギー効率よく液面に噴流やキャピラリー波を発生することができるようにして、液面に噴流やキャピラリー波を発生する際に必要な超音波のエネルギーを低減するようにして省エネルギー化を図った超音波振動装置を提供しようとするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明による超音波振動装置は、筒状部材を一方が液面側に開口するとともに他方が超音波振動子側に開口するようにして液面近傍に配置し、超音波振動子から液体中に放射されて液体中を伝播する超音波を筒状部材の内周面で反射して、超音波を液面近傍に収束するようにしたものである。
【００１３】
従って、本発明による超音波振動装置によれば、筒状部材により超音波を反射して液面近傍に超音波を収束することができるので、エネルギー効率よく液面に噴流やキャピラリー波を発生することができるようになり、液面に噴流やキャピラリー波を発生する際に必要な超音波のエネルギーを低減することが可能になって省エネルギー化を図ることができる。
【００１４】
図２には、こうした本発明による超音波振動装置の原理を示す概略構成断面説明図が示されている。
【００１５】
なお、本明細書における説明ならびに添付の図面において、それぞれ同一あるいは相当する構成や内容については、それぞれ同一の符号を用いて示すことにより、その構成ならびに作用に関する重複する説明は省略する。
【００１６】
即ち、本発明による超音波振動装置１０は、液面１０２ａの近傍に配置された筒状部材１２を有しており、この筒状部材１２は、その一方の端部１２ａ側の開口部１２ｂを液面１０２ａ側に向けるようにして配置し、その他方の端部１２ｃ側の開口部１２ｄを超音波振動子１０８ａ側に向けるようにして配置している。
【００１７】
また、筒状部材１２は、液面１０２ａ側に開口する端部１２ａ側と超音波振動子１０８ａ側に開口する端部１２ｃ側とが同径とされて筒状部材１２の中心軸線方向に沿って全体が同径に形成された円筒形状を備えている。
【００１８】
従って、超音波振動装置１０によれば、超音波振動子１０８ａから振動板１０８ｂを介して液体１０２中に放射されて液体１０２中を伝播する超音波により直進流が生じるとともに、液体１０２中を伝播する超音波は筒状部材１２の内周面１２ｅにより反射され、液面１０２ａの近傍の収束点Ａで収束する。
【００１９】
超音波が液面１０２ａの近傍における収束点Ａで収束することにより、エネルギー効率よく液面１０２ａに噴流１０２ｂやキャピラリー波１０２ｃを発生することができるようになり、液面１０２に噴流１０２ｂやキャピラリー波１０２ｃを発生する際に必要な超音波のエネルギーを低減することが可能になるので、省エネルギー化を図ることができるようになる。
【００２０】
ここで、筒状部材１２の内径ｒ１は、液面から噴出する噴流１０２ｂの径ｒ２よりも大きいことが好ましく、例えば、内径ｒ１は径ｒ２の３倍程度であることが好ましい。
【００２１】
また、筒状部材１２の内径ｒ１は、超音波振動子１０８ａの径ｒ３よりも小さいことが好ましい。
【００２２】
なお、筒状部材１２の形状としては、上記したように、液面１０２ａ側に開口する端部１２ａ側と超音波振動子１０８ａ側に開口する端部１２ｃ側とが同径とされて筒状部材１２の中心軸線方向に沿って全体が同径に形成された円筒形状、液面側に開口する端部側の方が超音波振動子側に開口する端部側よりも小径とされて筒状部材の中心軸線方向に沿って徐々に径が変化するように形成された円筒形状、液面側に開口する端部側の中心軸線方向と直交する方向の断面形状と超音波振動子側に開口する端部側の中心軸線方向と直交する方向の断面形状とが同一形状かつ同一の大きさに形成されて筒状部材の中心軸線方向に沿って中心軸線方向と直交する方向の断面形状が同一形状かつ同一の大きさに形成された角筒形状、液面側に開口する端部側の中心軸線方向と直交する方向の断面形状と超音波振動子側に開口する端部側の中心軸線方向と直交する方向の断面形状とが同一形状かつ異なる大きさに形成されて筒状部材の中心軸線方向に沿って中心軸線方向と直交する方向の断面形状が徐々に変化するように形成された角筒形状など、適宜の形状を選択することができる。
【００２３】
即ち、本発明のうちの請求項１に記載の発明は、液体を充填した槽と、上記槽の底部側に配置された超音波振動子と、上記槽内において上記液体の液面近傍に配置されるとともに、一方の開口部が上記液面側に開口し、かつ、他方の開口部が上記超音波振動子側に開口するようにして配置された筒状部材とを有し、上記超音波振動子の超音波振動に伴い上記液体中を伝播する超音波を上記筒状部材の内周面で反射して、上記液面近傍に上記超音波を収束するようにしたものである。
【００２４】
ここで、超音波振動子からは、振動が放射状に球面波として伝達される。円形振動運動の速度分布は円錐状となり、その超音波は反射体がある場合には直角に曲がる性質と作用がある。従って、反射体として筒状部材を配置すると、入射された超音波は筒状部材の内周面で反射されて直角に曲がる。その収束点となる焦点位置を水面近くにすると、超音波は合成されて収束される性質と作用がある。このような性質や作用を利用すると、収束点においてエネルギーが合成されてエネルギー密度が向上し、音圧が増加することにより強力な加速度力が得られて効率よく噴流を発生することができ、噴流による洗浄やポンピング能力が向上する。また、エネルギー密度が増加することは、指向性が鋭くなったことを意味するものであり、反射を効率よく行うためには、超音波を透過させず、音響インピーダンスを低下させ反射率を上げることが重要である。超音波を収束させるためには、超音波の音線位置に筒状部材を配置すればよい。
【００２５】
また、本発明のうちの請求項２に記載の発明は、本発明のうちの請求項１に記載の発明において、上記筒状部材が、上記液面側の方向あるいは上記超音波振動子側の方向に任意に移動自在とされたものである。
【００２６】
即ち、反射体たる筒状部材を用いて超音波を反射させるためには、超音波を直角に曲げる必要があることと、収束点でエネルギー密度を増加させるためには、確実に反射させて収束させることが必要なため、反射体たる筒状部材の移動を行うことにより最良点に調整することが好ましい。つまり、反射体たる筒状部材の移動を行うことにより、効率よく超音波を入射して反射させ液面付近に収束させるように調整して、エネルギー密度をより効率よく高めることができる。このため、収束によって超音波はエネルギー密度が増加した分強力となり、音圧は増加して粒子速度も向上し、噴流による洗浄やポンピング効果も増加する。
【００２７】
また、本発明のうちの請求項３に記載の発明は、本発明のうちの請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の発明において、上記筒状部材の上記液面側の開口部の開口径を、上記液面から噴出する噴流の径よりも大であるようにしたものである。
【００２８】
即ち、超音波の入射と反射作用から、超音波の収束の焦点は焦点直径や幅があり、この焦点直径や幅より開口部は大きくないと、超音波は反射され出力されないためにエネルギー密度は低下することになるから反射され損失がない大きさの開口部が好ましい。
【００２９】
例えば、筒状部材の液面側の開口部の開口径が、音響焦点径の約３倍程度であれば、噴流は筒状部材に妨げられることなく噴出する。噴流を大きくするためには、超音波振動子から音響エネルギーを大きく取り込むために、筒状部材の超音波振動子側の開口部の開口径を大きくし、筒状部材の液面側の開口部の開口径を小さくした円錐構造が好ましい。エネルギーをより多く取り込めば、収束エネルギーは大きくなる。
【００３０】
また、本発明のうちの請求項４に記載の発明は、本発明のうちの請求項１、請求項２、請求項３または請求項４のいずれか１項に記載の発明において、上記筒状部材を、上記液面側の開口部の開口径と上記超音波振動子側の開口部の開口径とが同径である円筒形状または角筒形状を備えたものであるようにしたものである。
【００３１】
ここで、円筒形状は入射した超音波を全周方向に同位相で反射させることが可能であるが、断面が四角形状の角筒形状は対向する２面のみの反射となる。このため、エネルギー密度が、全周方向に反射する円筒形状と２面のみ反射する断面が四角形状の角筒形状とは異なり、断面が四角形状の角筒形状の収束度は円筒形状の収束度よりも弱くなる。
【００３２】
また、円筒形状の筒状部材においては、全周方向から入射と反射が行われ、液面近くに円形の焦点を結び、超音波振動子から振動エネルギーを収束することができる。一方、断面が四角形状の角筒形状の筒状部材においては、全周方向に均一に入射や反射が行われず、対向する２面のみの入射と反射により、液面近くに四角形の焦点を結び、超音波振動子から振動エネルギーを収束することができる。従って、例えば、被洗浄物に対して洗浄液の噴流をポイントで噴射する場合などには円筒形状の筒状部材が好ましく、被洗浄物に対して洗浄液の噴流を四角形状に噴射する場合などには断面が四角形状の角筒形状の筒状部材が好ましい。
【００３３】
また、本発明のうちの請求項５に記載の発明は、本発明のうちの請求項１、請求項２、請求項３、請求項４または請求項５のいずれか１項に記載の発明において、上記筒状部材を、上記液面側の開口部の開口径よりも上記超音波振動子側の開口部の開口径が大径である円筒形状または角筒形状を備えたものであるようにしたものである。
【００３４】
ここで、筒状部材の液面側の開口部の開口径よりも超音波振動子側の開口部の開口径の方が大きい場合には、超音波は直角に曲がる性質から、開口が大きいほど超音波振動子からの振動エネルギーを多く取り込んで入射して、反射点を合わせると収束することができる。このように、エネルギーを大きく取り込み収束した場合には、エネルギー密度が増加してその分強力な音圧が得られる。逆に、筒状部材の液面側の開口部の開口径よりも超音波振動子側の開口部の開口径の方が小さい場合には、振動エネルギーを小さく取り込むと同時に目的としない方向に反射させてしまうため好ましくない。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面に基づいて、本発明による超音波振動装置の実施の形態の一例について詳細に説明するものとする。
【００３６】
図３には、本発明による超音波振動装置の第１の実施の形態を表す概略構成一部断面説明図が示されている。
【００３７】
この超音波振動装置２０は、下面が開口するとともに外部から液体１０２を導入するための供給口２２ａを備えていて外部から液体１０２を適宜に供給可能に形成されかつ上面に噴流１０２ｂを外部へ噴射するための開口部２２ｂを形成された蓋部２２ｃを備えた槽２２と、槽２２の底部にパッキン１０６を介して水密状態で配置された超音波振動子ユニット１０８と、超音波振動子ユニット１０８を構成する超音波振動子１０８ａを超音波振動させる超音波発振器１１０と、液面１０２ａの近傍に配置された筒状部材２４と、槽２２の開口部２２ｂから外部に噴出された噴流１０２ｂを受けるための噴流受け容器２６とを有して構成されている。
【００３８】
ここで、噴流受け容器２６の底部には開口部２６ａが形成されており、また、開口部２６ａにはパイプ２８が配設されていて、噴流受け容器２６で受けられた噴流１０２ｂの液体１０２は、開口部２６ａからパイプ２８を介して外部に搬送するようになされている。
【００３９】
また、筒状部材２４は、外部のモーターなどの駆動源５０によって、液体１０２の液面１０２ａ側の方向あるいは超音波振動子ユニット１０８側の方向に任意に移動自在とされている。
【００４０】
図４には、筒状部材２４の概略構成斜視図が示されている。この筒状部材２４は、液面１０２ａ側に開口する端部２４ａ側の開口部２４ｂと超音波振動子１０８ａ側に開口する端部２４ｃ側の開口部２４ｄとが同径とされて、筒状部材２４の中心軸線Ｏ−Ｏ方向に沿って全体が同径に形成された円筒形状を備えている。
【００４１】
そして、この筒状部材２４は、上記したように、端部２４ａ側の開口部２４ｂを液面１０２ａ側に向けて配置し、端部２４ｃ側の開口部２４ｄを超音波振動子１０８ａに向けて配置している。
【００４２】
以上の構成において、超音波振動装置２０によれば、超音波振動子１０８ａから振動板１０８ｂを介して液体１０２中に放射されて液体１０２中を伝播する超音波により直進流が生じるとともに、液体１０２中を伝播する超音波は筒状部材２４の内周面２４ｅにより反射され、液面１０２ａの近傍の収束点Ａで収束する。
【００４３】
このように、超音波が液面１０２ａの近傍における収束点Ａで収束することにより、エネルギー効率よく液面１０２ａから槽２２の開口部２２ｂを通って外部へ噴出する噴流１０２ｂやキャピラリー波１０２ｃを発生することができるようになり、液面１０２ａに噴流１０２ｂやキャピラリー波１０２ｃを発生する際に必要な超音波のエネルギーを低減することが可能になるので、省エネルギー化を図ることができるようになる。
【００４４】
そして、槽２２の外部へ噴出した噴流１０２ｂは、噴流受け容器２６により受けられて、開口部２６ａからパイプ２８を介して外部に搬送される。
【００４５】
また、駆動源５０により筒状部材２４を液体１０２の液面１０２ａ側の方向あるいは超音波振動子ユニット１０８側の方向に適宜に移動することにより、効率よく超音波を入射して反射させ液面付近に収束させるように調整して、エネルギー密度をより効率よく高めることができる。このため、収束によって超音波はエネルギー密度が増加した分強力となり、音圧は増加して粒子速度も向上し、噴流１０２ｂによる洗浄やポンピング効果も増加する。
【００４６】
次に、図５を参照しながら、本発明による超音波振動装置の第２の実施の形態について説明する。
【００４７】
即ち、図５には、本発明による超音波振動装置の第２の実施の形態を表す概略構成一部断面説明図が示されている。この本発明による超音波振動装置の第２の実施の形態は、槽が２層構造となっていて、使用する液体が、超音波を伝達する目的でのみ使用される伝達液と超音波を伝達して噴流を発生する目的で使用される処理液とに分離されている点において、本発明による超音波振動装置の第１の実施の形態と異なる。
【００４８】
この超音波振動装置３０は、上面および下面が開口するとともに外部から伝達液としての液体１０２’を導入するための供給口３２ａを備えていて外部から液体１０２’を適宜に供給可能に形成された第１槽３２と、底面が開口するとともに外部から処理液としての液体１０２’’を導入するための供給パイプ３４（後述する。）を貫通させる貫通孔３６ａを備えていてかつ上面に噴流１０２ｂを外部へ噴射するための開口部３６ｂを形成された蓋部３６ｃを備えた第２槽３６と、第１槽３２と第２槽３６との間にパッキン３８、４０を介して水密状態で配置された輻射膜４２と、第１槽３２の底部にパッキン１０６を介して水密状態で配置された超音波振動子ユニット１０８と、超音波振動子ユニット１０８を構成する超音波振動子１０８ａを超音波振動させる超音波発振器１１０と、第２槽３６内において液面１０２ａの近傍に配置されるととともに供給パイプ３４を貫通させる貫通孔４４ｆを形成された筒状部材４４と、第２槽３６内に外部から液体１０２’’を導入するための供給パイプ３４と、第２槽３６の開口部３６ｂから外部に噴出された噴流１０２ｂを受けるための噴流受け容器２６とを有して構成されている。
【００４９】
図６には、筒状部材４４の概略構成斜視図が示されている。この筒状部材４４は、液面１０２ａ側に開口する端部４４ａ側の開口部４４ｂと超音波振動子１０８ａ側に開口する端部４４ｃ側の開口部４４ｄとが同径とされて、筒状部材４４の中心軸線Ｏ−Ｏ方向に沿って全体が同径に形成された円筒形状を備えており、さらに、周壁部に供給パイプ３４を貫通させる貫通孔４４ｆが形成されている。
【００５０】
そして、この筒状部材４４は、上記したように、端部４４ａ側の開口部４４ｂを液面１０２ａ側に向けて配置し、端部４４ｃ側の開口部４４ｄを超音波振動子１０８ａに向けて配置している。
【００５１】
なお、第１槽３２には液体１０２’が満水状態で供給されており、液体１０２’と輻射膜４２とが当接している。
【００５２】
以上の構成において、超音波振動装置３０によれば、超音波振動子１０８ａから振動板１０８ｂを介して液体１０２’中に放射されて液体１０２’中を伝播する超音波により直進流が生じるとともに、液体１０２’中を伝播する超音波は輻射膜４２を介して液体１０２’’に伝播する。
【００５３】
そして、液体１０２’’中を伝播する超音波は、筒状部材４４の内周面４４ｅにより反射され、液面１０２ａの近傍の収束点Ａで収束する。
【００５４】
このように、超音波が液面１０２ａの近傍における収束点Ａで収束することにより、エネルギー効率よく液面１０２ａから槽３６の開口部３６ｂを通って外部へ噴出する噴流１０２ｂやキャピラリー波１０２ｃを発生することができるようになり、液面１０２ａに噴流１０２ｂやキャピラリー波１０２ｃを発生する際に必要な超音波のエネルギーを低減することが可能になるので、省エネルギー化を図ることができるようになる。
【００５５】
そして、槽３６の外部へ噴出した噴流１０２ｂは、噴流受け容器２６により受けられて、開口部２６ａからパイプ２８を介して外部に搬送される。
【００５６】
ここで、本願発明者による実験結果について説明するが、この実験においては、図３に示す実施の形態の装置構成を用いた。
【００５７】
具体的には、直径３０ｍｍの円形の超音波振動子１０８ａを備えた超音波振動ユニット１０８を用い、槽２２には水を充填した。超音波振動ユニット１０８からの直進流が発生していることを確認して（音響や音場で確認した。）、直径が１０ｍｍの円筒状の筒状部材２４を駆動源５０により上下して液面１０２ａから噴出する噴流１０２ｂが最大になるように調整した。直進流が発生する電力密度は約２Ｗ／ｃｍ２であり、超音波発振器１１０からの出力を調整して確認した。このときの噴流１０２ｂの径は約３ｍｍ程度であり、高さは約２００ｍｍ程度に達した。
【００５８】
なお、筒状部材２４の軸方向の中心位置と超音波振動ユニット１０８との間の距離Ｌは、超音波振動子１０８ａの直径に相当する長さとした。従って、この実験装置においては、円筒状の筒状部材２４の直径が１０ｍｍであり、超音波振動ユニット１０８の超音波振動子１０８ａの直径が３０ｍｍであり、筒状部材２４の軸方向の中心位置と超音波振動ユニット１０８との間の距離Ｌが３０ｍｍである。また、噴流１０２ｂの位置は、筒状部材２４の軸方向に中心位置からさらに３０ｍｍ程度の上に位置する液面１０２ａであった。
【００５９】
なお、筒状部材２４の材質や直径により超音波の収束点は異なり、噴流１０２ｂの高さは超音波発振器１１０の出力を調整することにより変化することができる。
【００６０】
なお、上記した実施の形態は、以下の（１）乃至（３）に説明するように適宜に変形してもよい。
【００６１】
（１）上記した実施の形態においては、筒状部材２４、４４として、液面１０２ａ側に開口する端部側と超音波振動子１０８ａ側に開口する端部側とが同径とされて筒状部材の中心軸線方向Ｏ−Ｏに沿って全体が同径に形成された円筒形状部材を用いたが、これに限られるものではないことは勿論である。
【００６２】
筒状部材の形状としては、例えば、液面側に開口する端部側の方が超音波振動子側に開口する端部側よりも小径とされて筒状部材の中心軸線方向に沿って徐々に径が変化するように形成された円筒形状（図７（ａ）参照）、液面側に開口する端部側の中心軸線方向と直交する方向の断面形状と超音波振動子側に開口する端部側の中心軸線方向と直交する方向の断面形状とが同一形状かつ同一の大きさに形成されて筒状部材の中心軸線方向に沿って中心軸線方向と直交する方向の断面形状が同一形状かつ同一の大きさに形成された角筒形状（図７（ｂ）参照）、液面側に開口する端部側の中心軸線方向と直交する方向の断面形状と超音波振動子側に開口する端部側の中心軸線方向と直交する方向の断面形状とが同一形状かつ異なる大きさに形成されて筒状部材の中心軸線方向に沿って中心軸線方向と直交する方向の断面形状が徐々に変化するように形成された角筒形状（図７（ｃ）参照）など、適宜の形状の筒状部材を用いることができる。
【００６３】
（２）上記した実施の形態においては、層が単層構造の場合（第１の実施の形態：超音波振動装置２０）ならびに層が２層構造の場合（第２の実施の形態：超音波振動装置３０）について示した、層が３層以上の構造を備えていてもよいことは勿論である。
【００６４】
（３）上記した実施の形態ならびに上記（１）乃至（２）に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。
【００６５】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているので、超音波を液面近傍に収束することができるようになり、エネルギー効率よく液面に噴流やキャピラリー波を発生することが可能となるので、液面に噴流やキャピラリー波を発生する際に必要な超音波のエネルギーを低減して省エネルギー化を図ることができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の超音波振動装置の概略構成断面説明図である。
【図２】本発明による超音波振動装置の原理を示す概略構成断面説明図である。
【図３】本発明による超音波振動装置の第１の実施の形態を表す概略構成一部断面説明図である。
【図４】筒状部材の概略構成斜視図である。
【図５】本発明による超音波振動装置の第２の実施の形態を表す概略構成一部断面説明図である。
【図６】筒状部材の概略構成斜視図である。
【図７】（ａ）、（ｂ）ならびに（ｃ）は、筒状部材の他の実施の形態を示す概略構成斜視図である。
【符号の説明】
１０、２０、３０、１００ 超音波振動装置
１２、２４、４４ 筒状部材
１２ａ、１２ｃ、２４ａ、２４ｃ、４４ａ、４４ｃ 端部
１２ｂ、１２ｄ、２４ｂ、２４ｄ、４４ｂ、４４ｄ 開口部
１２ｅ、２４ｅ、４４ｅ 内周面
２２ 槽
２２ａ 供給口
２２ｂ 開口部
２２ｃ 蓋部
２６ 噴流受け容器
２６ａ 開口部
２８ パイプ
３２ 第１槽
３２ａ 供給口
３４ 供給パイプ
３６ 第２槽
３６ａ 貫通孔
３６ｂ 開口部
３６ｃ 蓋部
３８、４０ パッキン
４２ 輻射膜
４４ｆ 貫通孔
５０ 駆動源
１０２、１０２’、１０２’’ 液体
１０２ａ 液面
１０２ｂ 噴流
１０２ｃ キャピラリー波
１０４ 槽
１０４ａ 供給口
１０６ パッキン１０６
１０８ 超音波振動子ユニット
１０８ａ 超音波振動子
１０８ｂ 振動板
１１０ 超音波発振器
Ａ 収束点
Claims (5)
- 液体を充填した槽と、
前記槽の底部側に配置された超音波振動子と、
前記槽内において前記液体の液面近傍に配置されるとともに、一方の開口部が前記液面側に開口し、かつ、他方の開口部が前記超音波振動子側に開口するようにして配置された筒状部材と
を有し、
前記超音波振動子の超音波振動に伴い前記液体中を伝播する超音波を前記筒状部材の内周面で反射して、前記液面近傍に前記超音波を収束するようにした
ことを特徴とする超音波振動装置。 - 請求項１に記載の超音波振動装置において、
前記筒状部材は、前記液面側の方向あるいは前記超音波振動子側の方向に任意に移動自在とされた
ことを特徴とする超音波振動装置。 - 請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の超音波振動装置において、
前記筒状部材の前記液面側の開口部の開口径は、前記液面から噴出する噴流の径よりも大である
ことを特徴とする超音波振動装置。 - 請求項１、請求項２、請求項３または請求項４のいずれか１項に記載の超音波振動装置において、
前記筒状部材は、前記液面側の開口部の開口径と前記超音波振動子側の開口部の開口径とが同径である円筒形状または角筒形状を備えた
ことを特徴とする超音波振動装置。 - 請求項１、請求項２、請求項３または請求項４のいずれか１項に記載の超音波振動装置において、
前記筒状部材は、前記液面側の開口部の開口径よりも前記超音波振動子側の開口部の開口径が大径である円筒形状または角筒形状を備えた
ことを特徴とする超音波振動装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003206939A JP2005058804A (ja) | 2003-08-08 | 2003-08-08 | 超音波振動装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003206939A JP2005058804A (ja) | 2003-08-08 | 2003-08-08 | 超音波振動装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2005058804A true JP2005058804A (ja) | 2005-03-10 |
Family
ID=34363615
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003206939A Pending JP2005058804A (ja) | 2003-08-08 | 2003-08-08 | 超音波振動装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2005058804A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11426772B2 (en) | 2015-05-13 | 2022-08-30 | Sloan Water Technology Limited | Cleaning apparatus and method of using an acoustic transducer |
| US11577284B2 (en) | 2009-08-26 | 2023-02-14 | Sloan Water Technology Limited | Cleaning apparatus and method, and monitoring thereof |
| US12017739B2 (en) | 2017-12-06 | 2024-06-25 | Sloan Water Technology Limited | Apparatus and method for prevention and treatment of marine biofouling |
-
2003
- 2003-08-08 JP JP2003206939A patent/JP2005058804A/ja active Pending
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