JP2005186030A - 超音波放射体、超音波放射ユニット、超音波放射装置、及びこれを用いた超音波処理装置 - Google Patents
超音波放射体、超音波放射ユニット、超音波放射装置、及びこれを用いた超音波処理装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2005186030A JP2005186030A JP2003434225A JP2003434225A JP2005186030A JP 2005186030 A JP2005186030 A JP 2005186030A JP 2003434225 A JP2003434225 A JP 2003434225A JP 2003434225 A JP2003434225 A JP 2003434225A JP 2005186030 A JP2005186030 A JP 2005186030A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ultrasonic
- diameter
- radiation
- radiator
- small
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Cleaning By Liquid Or Steam (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
- Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
Abstract
【課題】 周囲の広い範囲にわたり強い超音波を放射できる超音波放射体、超音波音場の分布を均一にしやすい超音波放射体を提供する。これに適した放射ユニットを提供する。これらの超音波放射体を用いた、超音波放射装置を提供する。これを用いて、超音波音場分布をより均一に近づけた、あるいは、より多くの流体を処理可能な超音波処理装置を提供する。
【解決手段】 超音波放射体１００は、超音波振動子２と超音波発振回路５と処理槽６０と超音波放射体１０とを備える。この超音波放射体１０は、径大放射部２１，２２，２３と径小放射部１１，１２，１３，１４とが交互に並ぶ形態であり、超音波放射体１０を超音波共振させたとき、軸線ＡＸ方向に、径小放射部１１，１２等を腹とし、径大放射部２１，等を節とする共振をするとともに、各径大放射部２１等で径方向に一次共振し、かつ、隣り合う径大放射部同士が逆相に振動する。
【選択図】 図１
【解決手段】 超音波放射体１００は、超音波振動子２と超音波発振回路５と処理槽６０と超音波放射体１０とを備える。この超音波放射体１０は、径大放射部２１，２２，２３と径小放射部１１，１２，１３，１４とが交互に並ぶ形態であり、超音波放射体１０を超音波共振させたとき、軸線ＡＸ方向に、径小放射部１１，１２等を腹とし、径大放射部２１，等を節とする共振をするとともに、各径大放射部２１等で径方向に一次共振し、かつ、隣り合う径大放射部同士が逆相に振動する。
【選択図】 図１
Description
本発明は、気中、液中などの流体中において、超音波を放射するための超音波放射体、超音波放射装置、及び、これを用いた超音波処理装置に関する。
従来より、液体等に超音波を照射して、乳化、分散、破砕、化学反応促進等を起こさせたり、固体表面を洗浄するなどの処理を行うことが知られている。
例えば、特許文献１には、攪拌槽内の槽内壁に、超音波発振子が取り付けられ、超音波が槽中心に向けて発信されるものが反応装置が記載されている。
また、特許文献２には、有底円筒状の反応槽の中心に、超音波エネルギーを放射する円柱状または円筒状の放射体を配置し、放射体の側面、又は他端及び側面が放射面として反応槽内に超音波を放射する反応装置が記載されている。
例えば、特許文献１には、攪拌槽内の槽内壁に、超音波発振子が取り付けられ、超音波が槽中心に向けて発信されるものが反応装置が記載されている。
また、特許文献２には、有底円筒状の反応槽の中心に、超音波エネルギーを放射する円柱状または円筒状の放射体を配置し、放射体の側面、又は他端及び側面が放射面として反応槽内に超音波を放射する反応装置が記載されている。
しかしながら、特許文献１に記載の反応装置では、槽壁面の一部に超音波発振子を配置し、これから超音波を槽中心に向かって放射するものであり、超音波エネルギーの放射面積も小さいため、層内の超音波音場の分布が不均一になる。また、放射される超音波エネルギーも小さいので、反応の処理量が少ない。また槽内に超音波発振子が配置されており、処理する液体が高温あるいは低温などの場合には、発振子の性能劣化等も危惧される。
また、特許文献２に記載の反応装置では、槽の中心から径方向外側に向かった超音波を放射するため、特許文献１よりも超音波の分布は均一に近けることができる。しかしながら、放射体の先端部分（他面）近傍では、放射体の軸線方向及びこれに直交する径方向には超音波が放射されるが、斜め先端方向には超音波が放射されない。従って、やはり、放射体周囲の超音波の音場分布は不均一となる。
さらに、放射体として、直径がλ／３〜λ／４の円柱状放射体あるいは円筒状放射体を用ている。この程度の細い径を持つ円柱などでは、長さをｎλ／２となるように調整すると、共振による軸線方向の振動は励起され、軸線方向に大きく振動させることができる。従って、この円柱の先端方向へは強い超音波が放射できる。しかし、この円柱は、径が細いため、径方向には共振しておらず、径方向の振動は励起されにくい。具体的には、径方向には、縦振動による伸縮に伴い、ポアソン比に従って、径方向に伸縮する振動が現れるだけである。従って、この放射体を用いても、径方向（側面方向）への超音波振動の強度はさほど大きくできない。
さらに、放射体として、直径がλ／３〜λ／４の円柱状放射体あるいは円筒状放射体を用ている。この程度の細い径を持つ円柱などでは、長さをｎλ／２となるように調整すると、共振による軸線方向の振動は励起され、軸線方向に大きく振動させることができる。従って、この円柱の先端方向へは強い超音波が放射できる。しかし、この円柱は、径が細いため、径方向には共振しておらず、径方向の振動は励起されにくい。具体的には、径方向には、縦振動による伸縮に伴い、ポアソン比に従って、径方向に伸縮する振動が現れるだけである。従って、この放射体を用いても、径方向（側面方向）への超音波振動の強度はさほど大きくできない。
そこで、径を太くして、径方向振動が共振となる円板状あるいは短円柱状の放射体とすることも考えられる。しかし、これらの形状の放射体では、径方向には大きな振幅が得られるものの、軸線方向に短い形状であるため、この軸線方向について短い範囲しか超音波振動を放射することができない。
そこで、放射体（円柱）の径を大きくかつ長くする、つまり太く長い棒とすることが考えられる。放射体の径を、径方向の共振が起こるほど大きくすると、軸線方向の振動の他に、径方向の振動とが励起される。従って、径方向にも大きく振動するように思われる。
しかしながら、このようにしても、十分に大きな径方向の振動を得ることができないことが判ってきた。このような太くて長い円柱を振動させた場合、軸線方向振動と径方向振動が互いに影響し合うため、径方向振動は、放射体（円柱）の軸線方向について、径方向振動が大きい部分と小さい部分とが交互に並び、しかも、隣り合う径方向振動の大きい部分同士の振動は逆相になる。このため、互いの径方向振動を阻害するためであると考えられる。
また、このようにすると、先端面より先端側、基端面より基端側、及び径方向には超音波放射できても、斜め基端側や斜め先端側には超音波を放射できないため、超音波の音場はやはり不均一になる。
しかしながら、このようにしても、十分に大きな径方向の振動を得ることができないことが判ってきた。このような太くて長い円柱を振動させた場合、軸線方向振動と径方向振動が互いに影響し合うため、径方向振動は、放射体（円柱）の軸線方向について、径方向振動が大きい部分と小さい部分とが交互に並び、しかも、隣り合う径方向振動の大きい部分同士の振動は逆相になる。このため、互いの径方向振動を阻害するためであると考えられる。
また、このようにすると、先端面より先端側、基端面より基端側、及び径方向には超音波放射できても、斜め基端側や斜め先端側には超音波を放射できないため、超音波の音場はやはり不均一になる。
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって、周囲の広い範囲にわたり強い超音波を放射できる超音波放射体、さらには、超音波音場の分布を均一にしやすい超音波放射体を提供することを目的とする。また、これに適した放射ユニットを提供することを目的とする。さらには、これらの超音波放射体を用いて、超音波を放射する超音波放射装置を提供することを目的とする。さらには、これを用いて、超音波音場分布をより均一に近づけた、あるいは、より多くの流体を処理可能な超音波処理装置を提供することを目的とする。
そして、その解決手段は、軸線方向に延びる形態を有する超音波放射体であって、上記軸線方向に直交する径方向に相対的に大きな径方向寸法を有する径大放射部と、隣接する上記径大放射部よりも相対的に小さな径方向寸法を有する径小放射部とが、上記軸線方向基端側から、上記径小放射部、径大放射部の順に交互に複数並ぶ放射部を備え、上記放射部は、この超音波放射体に所定周波数の超音波振動を加えたとき、上記軸線方向に、上記径小放射部を腹とし、上記径大放射部を節とする共振をするとともに、各々の上記径大放射部で上記径方向に一次共振し、かつ、隣り合う径大放射部同士が逆相に振動する形状を有する超音波放射体である。
本発明の超音波放射体では、径小放射部と径大放射部とが交互に並ぶ放射部を備えており、この放射部は、軸線方向に径小放射部を腹とし径大放射部を節として共振するとともに、この周波数で、径大放射部がそれぞれ径方向に一次共振し、かつ、隣り合う径大放射部同士が逆相に振動する。
このように、軸線方向にも共振させているため、軸線方向寸法として適切な値を選択すれば、径小放射部と径大放射部とを交互に幾つも形成することで、軸線方向に長い超音波放射体を形成することができる。従って、軸線方向に広い範囲に亘って、超音波を放射することができる。
一方、各々の径大放射部では、径方向に一次共振するから、径方向に大きな振動を得ることができ、各径大放射部から径方向に強力な超音波を放射することができる。
つまり、この超音波放射体では、放射部は、径小放射部と径大放射部とが交互に並んでいるから、径大放射部を設けた数だけ、軸線方向に超音波を径方向に放射する部位を作ることができ、径方向の大きな振幅を、軸線方向に長い範囲に渡って得ることができる。
このように、軸線方向にも共振させているため、軸線方向寸法として適切な値を選択すれば、径小放射部と径大放射部とを交互に幾つも形成することで、軸線方向に長い超音波放射体を形成することができる。従って、軸線方向に広い範囲に亘って、超音波を放射することができる。
一方、各々の径大放射部では、径方向に一次共振するから、径方向に大きな振動を得ることができ、各径大放射部から径方向に強力な超音波を放射することができる。
つまり、この超音波放射体では、放射部は、径小放射部と径大放射部とが交互に並んでいるから、径大放射部を設けた数だけ、軸線方向に超音波を径方向に放射する部位を作ることができ、径方向の大きな振幅を、軸線方向に長い範囲に渡って得ることができる。
また、この超音波放射体では、径大放射部同士の間に、これらより径小の径小放射部が位置している。この径小放射部では、径小の形態であるため、共振時に、軸線方向の振動は大きく生じるが、径方向の振動はあまり生じない。このため、隣り合う径大放射部同士が互いに逆相に振動しても、径小放射部の存在によって、互いが互いの振動を阻害することがないため、径大放射部において、効率よく径方向振動を励起することができる。かくして、この超音波放射体では、径大放射部から径方向に強力な超音波を放射することができる。
なお、本発明の超音波放射体の形状としては、たとえば、円板（短円柱）形状の径大放射部同士の間に、径小の円板形状の径小放射部を挟んだ形状や、円柱（角柱）形状の径大放射部同士の間に、それにつながる円錐台（角錐台）状の縮径部からなる径小放射部、あるいは縮径部とそれにつながる円板状（角板状）の緩衝部とからなる径小放射部を挟んだ形状などが挙げられる。
さらに、上下の一部を除去した一部切り欠き球同士が、切り欠き部分で接して、あるいは円板状の緩衝部を介して上下に繋がる形状も挙げられる。この形態の超音波放射体では、一部切り欠き球がそれぞれその径が伸縮する呼吸振動を生ずる。なお、この形態の超音波放射体の場合には、径大放射部と径小放射部との境界が明確ではないが、一部切り欠き球のうち、径方向に球の直径とほぼ同程度の寸法を備えている部分が径大放射部であり、一部切り欠き球のうちそれより基端側あるいは先端側の球部分を、あるいはこれに加えて緩衝部を径小放射部と考えればよい。
さらに、上下の一部を除去した一部切り欠き球同士が、切り欠き部分で接して、あるいは円板状の緩衝部を介して上下に繋がる形状も挙げられる。この形態の超音波放射体では、一部切り欠き球がそれぞれその径が伸縮する呼吸振動を生ずる。なお、この形態の超音波放射体の場合には、径大放射部と径小放射部との境界が明確ではないが、一部切り欠き球のうち、径方向に球の直径とほぼ同程度の寸法を備えている部分が径大放射部であり、一部切り欠き球のうちそれより基端側あるいは先端側の球部分を、あるいはこれに加えて緩衝部を径小放射部と考えればよい。
さらに、上記の超音波放射体であって、複数の前記径小放射部のうち、少なくともいずれかの径小放射部は、隣接する前記径大放射部から離れるほど上記径方向の寸法が徐々に小さくなる形態を有する縮径放射部を含む超音波放射体とすると良い。
本発明の超音波放射体では、縮径放射部において、その表面が軸線方向にも径方向にも斜交する。しかも、放射部では、ある周波数で、軸線方向には径小放射部を腹とする共振が生じ、径方向には、径大放射部で一次共振する。このため、径大放射部に隣接する縮径放射部でもその表面が振動するから、この縮径放射部からも超音波が放射される。しかもその方向は、軸線方向及び径方向に斜交する方向、即ち、斜め基端方向（径方向より基端側に傾いた方向）、あるいは、斜め先端方向（径方向より先端側に傾いた方向）となる。このため、斜め方向に放射される超音波により、容器内などに放射体から放射される超音波で形成される音場の強度を均一になしやすい。
なお、処理槽の形状や欲する超音波の音場分布等に応じて、縮径放射部の位置や数等を変更するとよい。
なお、処理槽の形状や欲する超音波の音場分布等に応じて、縮径放射部の位置や数等を変更するとよい。
縮径放射部は、径大放射部から離れるほど径方向寸法が徐々に小さくなる形態ならば良く、一定割合で縮径する場合（円錐台、角錐台形状）の他、なめらかな凹形状や、球面状などなめらかな凸形状などとすることもできる。
なお、縮径放射部における傾斜面の面積をある程度確保するため、縮径放射部のうち径大放射部から最も離れた部分における径方向寸法を、径大放射部の径方向寸法の６０％以下とすると良い。
また、縮径放射部を複数備える場合には、処理槽の形状や欲する超音波の音場分布に応じて、各縮径放射部を互いに同じ形状（または対称な形状）とすることも、互いに異なる形状とすることもできる。
なお、縮径放射部における傾斜面の面積をある程度確保するため、縮径放射部のうち径大放射部から最も離れた部分における径方向寸法を、径大放射部の径方向寸法の６０％以下とすると良い。
また、縮径放射部を複数備える場合には、処理槽の形状や欲する超音波の音場分布に応じて、各縮径放射部を互いに同じ形状（または対称な形状）とすることも、互いに異なる形状とすることもできる。
さらに、上記の超音波放射体であって、複数の前記径小放射部のうち、最も基端側の径小放射部が、前記縮径放射部を含む超音波放射体とすると良い。
本発明の超音波放射体では、最も基端側の径小放射部が縮径放射部を含む形態となっている。この縮径放射部では、その表面が軸線方向にも径方向にも斜交する一方、その表面が振動するから、この縮径放射部からも超音波が放射される。しかもその方向は、最も基端側の径小放射部においては、軸線方向及び径方向に斜交する斜め基端方向（径方向より基端側に傾いた方向）となる。このため、放射体よりも斜め基端側の方向にも超音波を放射することができるから、放射体から放射される超音波で処理槽内に形成される音場の強度を均一になしやすい。
さらに、上記２項のいずれかに記載の超音波放射体であって、複数の前記径小放射部のうち、最も先端側に位置する径大放射部より先端側に位置する径小放射部が、前記縮径放射部を含む超音波放射体とすると良い。
これに対し、本発明の超音波放射体では、最も先端側の径小放射部が縮径放射部を含む形態となっている。この縮径放射部では、その表面が軸線方向にも径方向にも斜交する一方、その表面が振動するから、この縮径放射部からも超音波が放射される。しかもその方向は、最も先端側の径小放射部においては、軸線方向及び径方向に斜交する斜め先端方向（径方向より先端側に傾いた方向）となる。このため、放射体よりも斜め先端側の方向にも超音波を放射することができるから、放射体から放射される超音波で処理槽内に形成される音場の強度を均一になしやすい。
さらに、上記いずれか１項に記載の超音波放射体であって、この超音波放射体の放射部をなす材質のヤング率Ｅ及び密度ρ、前記所定周波数ｆｒをを用い、下記式（１）によって得た縦振動の波長λｚに対し、
λｚ＝（Ｅ／ρ）1/2／ｆｒ … （１）
各々の前記径小放射部における最も小さな径方向寸法を、λｚ／２．６以下としてなる超音波放射体とすると良い。
λｚ＝（Ｅ／ρ）1/2／ｆｒ … （１）
各々の前記径小放射部における最も小さな径方向寸法を、λｚ／２．６以下としてなる超音波放射体とすると良い。
一般に、縦振動（軸線方向の振動）の波長に比して直径が十分小さな細棒については、縦振動が励起されやすく、径方向振動の大きさは微少であることが知られている。放射部をなす材質のヤング率をＥ、密度をρ、周波数をｆｒとすると、縦振動の音速Ｃｚは、Ｃｚ＝√（Ｅ／ρ）＝（Ｅ／ρ）1/2で与えられる。また、その波長λｚは、λｚ＝Ｃｚ／ｆｒ＝（Ｅ／ρ）1/2／ｆｒで与えられる。
しかるに、棒の径が大きくなると、縦振動のみならず、これをに直交する径方向振動（径方向伸縮波）が励起されるようになり、これらの波が相互に結合、影響し合うようになる。
しかるに、棒の径が大きくなると、縦振動のみならず、これをに直交する径方向振動（径方向伸縮波）が励起されるようになり、これらの波が相互に結合、影響し合うようになる。
径小放射部と径大放射部が交互に並ぶ超音波放射体において、基端側から軸線方向の超音波振動を超音波放射体に与えて駆動した場合、径小放射部を介して自身より先端側にある径大放射部に軸線方向の超音波振動が伝えられる。この際、径小放射部における最小の径方向寸法が、縦振動の波長λｚに対しその半分（λｚ／２）程度以上の大きさであるとする。すると、径小放射部を通じてそれより先端側の径大放射部に超音波振動を伝えるにあたり、この径小放射部のうち最小の径方向寸法を有する部分において、軸線方向振動だけでなく、径方向への振動が生じ、その大きさが無視できなくなる。このため、この径小放射部のうち最小の径方向寸法を有する部分を通じて、軸線方向の超音波振動を先端側に伝えるに当たって、伝送効率が低下し、結果として、超音波放射体から放射できる超音波エネルギーが低下すると考えられる。
これに対し、λｚ／２程度よりも小さく、具体的には、本発明の超音波放射体のように、径小放射部のうち最小の径方向寸法をλｚ／２．６以下とすると、この径小放射部のうち最小の径方向寸法を有する部分では、選択的に軸線方向の振動が主として励起されるので、この部分を通じて、それより先端側の径大放射部へ超音波振動エネルギーを効率よくに伝えることができる。
さらに、上記のいずれか１項に記載の超音波放射体であって、連結部分のない一体の金属塊からなる超音波放射体とすると良い。
本発明の超音波放射体は、連結部分のない一体の金属塊からなるため、連結部分の連結ネジがゆるんだり、連結部分から超音波放射体の一部が脱落するなどの心配が無く、高温下、低温下、あるいは熱サイクル、熱衝撃などがかかる等の厳しい環境下において使用しても、耐久性、信頼性が良好である。
また他の解決手段は、前記のいずれか１項に記載の超音波放射体であって、互いに連結する連結部分が前記径小放射部に位置する形態とした放射ユニットを複数連結してなる超音波放射体である。
本発明の超音波放射体は、複数の放射ユニットを連結して超音波放射体を構成している。このため、超音波放射体の形状の変更、修理などに容易に対応することができる。
しかも、互いに連結する連結部分が径小放射部に位置する形態とした放射ユニットを用いている。前述したように、径小放射部では、径小であるため、主として軸線方向の振動が励起される。このため、この径小放射部が放射ユニット同士の連結部分となるように、放射ユニットを形成することで、一方の放射ユニットから他方の放射ユニットへの超音波エネルギーの伝送が、主として縦振動（軸線方向振動）の伝送によって行われ、効率よく超音波エネルギーを伝送することができる。
しかも、互いに連結する連結部分が径小放射部に位置する形態とした放射ユニットを用いている。前述したように、径小放射部では、径小であるため、主として軸線方向の振動が励起される。このため、この径小放射部が放射ユニット同士の連結部分となるように、放射ユニットを形成することで、一方の放射ユニットから他方の放射ユニットへの超音波エネルギーの伝送が、主として縦振動（軸線方向振動）の伝送によって行われ、効率よく超音波エネルギーを伝送することができる。
また、放射ユニットを形成し、これらを連結して一体化し超音波放射体とする方が、前述のように超音波放射体を連結部分のない一体の金属塊からなるものとし、金属塊から切削等で製造するよりも安価となる。また、各放射ユニット毎に共振周波数を調整することができるなど、超音波放射体の各部及び全体の周波数調整も容易である。
なお、この超音波放射体に用いる複数の放射ユニットは、互いに同種形状であっても異種形状であっても良い。また、１つの放射ユニット内に、１つの径大放射部が含まれている放射ユニットとしても、複数の径大放射部（従ってこれらの間には径小放射部も）が含まれている放射ユニットでもとしても良い。
また、放射ユニット同士の連結は、互いに強固に連結でき、超音波振動を適切に伝送できる手法であれば、いずれの手法でも良い。例えば、互いの連結面にネジ孔を穿設し、連結面同士を突き合わせて、両方のネジ孔に跨るように埋め込んで配置したボルトで締結する手法が挙げられる。また、一方の放射ユニットを他方の放射ユニットにネジ止めする手法を取ることもできる。
また、放射ユニット同士の連結は、互いに強固に連結でき、超音波振動を適切に伝送できる手法であれば、いずれの手法でも良い。例えば、互いの連結面にネジ孔を穿設し、連結面同士を突き合わせて、両方のネジ孔に跨るように埋め込んで配置したボルトで締結する手法が挙げられる。また、一方の放射ユニットを他方の放射ユニットにネジ止めする手法を取ることもできる。
さらに、上記の超音波放射体をなす複数の前記放射ユニットのうちの１つとなる放射ユニットとすると良い。
あるいは、少なくとも前記軸線方向の端部に、同種または異種の他の放射ユニットまたは超音波放射源を連結可能とする連結構造を有し、上記他の放射ユニットと連結することにより、請求項７に記載の超音波放射体の一部をなす放射ユニットとするのが好ましい。
あるいは、少なくとも前記軸線方向の端部に、同種または異種の他の放射ユニットまたは超音波放射源を連結可能とする連結構造を有し、上記他の放射ユニットと連結することにより、請求項７に記載の超音波放射体の一部をなす放射ユニットとするのが好ましい。
本発明の放射ユニットを用いることにより、処理槽の形状や処理槽内の音場分布、超音波振動源から供給される超音波振動エネルギーの多寡などに応じて、適宜の形状のユニットを選択して、適切な性能・特性を持つ超音波放射体を形成することができる。
あるいは、前記のいずれか１項に記載の超音波放射体と、この超音波放射体に固着され、前記軸線方向基端側からこの超音波放射体に超音波振動を与える超音波振動源と、を含む超音波放射装置とすると良い。
本発明の超音波放射装置では、前述の超音波放射体とこれに超音波振動を与える超音波振動源とを含んでいる。この超音波放射装置によれば、広い範囲に亘って、強力な超音波を放射することができる超音波放射装置となし得る。また、超音波音場の分布を均一にしやすく、放射面積の大きな超音波放射装置となし得る。
なお、超音波振動源としては、ボルト締めランジュバン型超音波振動子など公知の超音波振動子や、超音波振動子とこれに接続され超音波エネルギーを伝送するための超音波伝送体とからなるものなどが挙げられる。また、複数の超音波振動子とこれらの振動エネルギーを集積して伝送するためのパワー合成装置とからなる超音波振動源も含まれる。
なお、超音波振動源としては、ボルト締めランジュバン型超音波振動子など公知の超音波振動子や、超音波振動子とこれに接続され超音波エネルギーを伝送するための超音波伝送体とからなるものなどが挙げられる。また、複数の超音波振動子とこれらの振動エネルギーを集積して伝送するためのパワー合成装置とからなる超音波振動源も含まれる。
さらに、流体を収容する処理槽と、上記処理槽内に少なくとも前記放射部を配置してなる請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の超音波放射体と、この超音波放射体に固着され、前記軸線方向基端側からこの超音波放射体に超音波振動を与える超音波振動源と、を含む超音波処理装置とすると良い。
本発明の超音波処理装置では、処理槽と、処理槽内に放射部を配置した前述の超音波放射体と、超音波振動源とを備えている。このため、処理槽内に広い範囲に亘って超音波の音場を作ることができる。あるいは、分布が均一な超音波音場を作ることができ、多くの被処理物を適切に超音波処理することができる。また、放射ユニットを連結して超音波放射体を形成する場合には、放射ユニットを適宜組み合わせることで、処理槽の形状に応じて、各所に適切な超音波を放射して、処理に適切な超音波の音場を形成することができる。
なお、被処理物としては、気体、液体のほか、流動体（流動性のある固体と液体の混合物など）、超臨界流体などの流体や、水や溶剤、洗浄液などの液体中に浸漬された機械部品等の被洗浄物が挙げられる。
また、超音波処理としては、被処理物に対して超音波を照射することによって、所望の変化を被処理物に与えられる処理で有ればいずれの処理をも含む。例えば、超音波の照射による、乳化、分散、破砕、脱泡、化学反応の促進、汚泥の水処理、燃料改質、被洗浄物の洗浄などが挙げられる。
また、超音波処理としては、被処理物に対して超音波を照射することによって、所望の変化を被処理物に与えられる処理で有ればいずれの処理をも含む。例えば、超音波の照射による、乳化、分散、破砕、脱泡、化学反応の促進、汚泥の水処理、燃料改質、被洗浄物の洗浄などが挙げられる。
本発明の実施の形態に関する実施例１〜４及び変形例１〜６を、図面を参照して説明する。
まず、本発明の第１の実施例について、図１〜図３を参照して説明する。本実施例１に係る超音波処理装置１００は、超音波振動源４、超音波発振回路５、処理槽６０，及び、超音波放射体１０とからなる。このうち、超音波振動源４は、圧電セラミックを用いた公知のボルト締めランジュバン型超音波振動子２と、これによって発生させた超音波振動を超音波放射体１０に伝送するための超音波伝送体３とからなる。また、超音波発振回路５は、超音波振動子２を所定周波数（共振周波数ｆｒ）で駆動するため公知の駆動回路である。超音波放射体１０は、処理槽６０内に配置され、超音波振動源４から伝えられた超音波振動により、処理槽６０内の被処理流体Ｐに超音波を放射して、被処理流体Ｐについて所望の処理（乳化、分散、破砕等）を行う。なお、処理槽６０は、処理槽本体６１と、この処理槽本体６１の側面のうち高さ方向略中央に接続され、被処理流体Ｐを処理槽本体６１内に流入させる流入管６２と、処理槽本体６１の側面のうち上部と下部に接続され、処理された被処理流体Ｐを処理槽本体６１から排出する２本の排出管６３Ａ，６３Ｂとからなる。
上述したように、超音波振動源４は、超音波振動子２及び超音波伝送体３とからなり、軸線ＡＸに沿って同心に配置され、連結ネジ６によって互いに連結されている。また、超音波放射体１０は、超音波伝送体３０の先端（図１（ｂ）中下端）の連結ネジ７によって連結されている。
この超音波放射体１０は、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）の金属塊を削り出しによって作成してなる金属ブロック体であり、図２に示すように、３つの径大放射部２１，２２，２３を有している。また、最も基端側（図１（ｂ）中上方）の径大放射部２１の基端側、径大放射部２１と２２，２２と２３との間、及び最も先端側（図１（ｂ）中下方）の径大放射部２３の先端側に、それぞれ、径大放射部よりも径小の径小放射部１１，１２，１３，１４を有している。
本実施例では、超音波を放射する放射部８０は、全体である超音波放射体１０に等しい。このうち径大放射部２１，２２，２３は、いずれも直径Ｄｍａｘの円板状であり、径小放射部１１等に比して、軸線ＡＸに直交する径方向（図中左右方向）に最も径大の形態を有している。
一方、径小放射部１１は、基端面１０Ｂ（１１Ｂ：直径Ｄ１）を上底面とし、基端側（図中上方）ほど径方向に縮径する円錐台形状の縮径放射部１１をなしている。また、先端放射部１４も、先端面１０Ｔ（１４Ｔ：直径Ｄ４）を上底面とし、先端側（図中下方）ほど径方向に縮径する円錐台形状の縮径放射部１４をなしている。また、径小放射部１２は、このうち軸線方向中央の仮想最小径面１０Ｋ１（直径Ｄ２）をそれぞれの上底面とし、この仮想最小径面１０Ｋ１に近づくほど径方向に縮径するように配置された２つの円錐台形状の縮径放射部１２Ａ，１２Ｂからなる。さらに、径小放射部１３も、このうち軸線方向中央の仮想最小径面１０Ｋ２（直径Ｄ３）をそれぞれの上底面とし、この仮想最小径面１０Ｋ２に近づくほど径方向に縮径するように配置された２つの円錐台形状の縮径放射部１３Ａ，１３Ｂからなる。上述したように、本実施例１の超音波放射体１０では、各径小放射部１１等の最も小さな径は、いずれも同じ寸法とされている（Ｄ１＝Ｄ２＝Ｄ３＝Ｄ４）。
一方、径小放射部１１は、基端面１０Ｂ（１１Ｂ：直径Ｄ１）を上底面とし、基端側（図中上方）ほど径方向に縮径する円錐台形状の縮径放射部１１をなしている。また、先端放射部１４も、先端面１０Ｔ（１４Ｔ：直径Ｄ４）を上底面とし、先端側（図中下方）ほど径方向に縮径する円錐台形状の縮径放射部１４をなしている。また、径小放射部１２は、このうち軸線方向中央の仮想最小径面１０Ｋ１（直径Ｄ２）をそれぞれの上底面とし、この仮想最小径面１０Ｋ１に近づくほど径方向に縮径するように配置された２つの円錐台形状の縮径放射部１２Ａ，１２Ｂからなる。さらに、径小放射部１３も、このうち軸線方向中央の仮想最小径面１０Ｋ２（直径Ｄ３）をそれぞれの上底面とし、この仮想最小径面１０Ｋ２に近づくほど径方向に縮径するように配置された２つの円錐台形状の縮径放射部１３Ａ，１３Ｂからなる。上述したように、本実施例１の超音波放射体１０では、各径小放射部１１等の最も小さな径は、いずれも同じ寸法とされている（Ｄ１＝Ｄ２＝Ｄ３＝Ｄ４）。
図２を参照すれば容易に理解できるように、この超音波放射体１０のうち、径小放射部１１，径大放射部２１，及び径小放射部１２Ａからなる第１部分８１と、径小放射部１２Ｂ、径大放射部２２，及び径小放射部１３Ａからなる第２部分８２と、径小放射部１３Ｂ、径大放射部２３，及び径小放射部１４からなる第３部分８３とは、互いに合同の形態を有している。
従って、これらの部分８１，８２，８３の軸線ＡＸ方向寸法Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３はいずれも同じである。
なお、この超音波放射体１０の基端面１０Ｂには、超音波伝送体３０との結合のための連結ネジ孔１８が穿設されている。
従って、これらの部分８１，８２，８３の軸線ＡＸ方向寸法Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３はいずれも同じである。
なお、この超音波放射体１０の基端面１０Ｂには、超音波伝送体３０との結合のための連結ネジ孔１８が穿設されている。
この超音波処理装置１００において、超音波発振回路５により超音波振動子２を図１（ｂ）に矢印で示すように、軸線ＡＸに沿う方向に振動（以下、縦振動ともいう。）させると、基端面１０Ｂを通じて、超音波放射体１０にも縦振動が伝えられる。
なお、超音波伝送体３のフランジ部３Ｆは、縦振動の節となって振動しない位置に選択されており、このフランジ部３Ｆで、図示しない公知の固着手段によって、超音波伝送体３が処理槽本体６１に固着され、それによって、超音波振動子２及び超音波放射体１０も処理槽本体６１に固着されている。
なお、超音波伝送体３のフランジ部３Ｆは、縦振動の節となって振動しない位置に選択されており、このフランジ部３Ｆで、図示しない公知の固着手段によって、超音波伝送体３が処理槽本体６１に固着され、それによって、超音波振動子２及び超音波放射体１０も処理槽本体６１に固着されている。
ところで、超音波放射体１０をなす材質のヤング率Ｅｚ及び密度ρから求められる縦振動の音速Ｃｚは、Ｃｚ＝√（Ｅｚ／ρ）となる。従って、周波数ｆｒの場合の波長λｚは、λｚ＝（Ｅｚ／ρ）1/2／ｆｒとなる。
そこで本実施例１の超音波放射体１０は、超音波放射体１０（径大放射部２１等）の最大径Ｄｍａｘをλｚ／２．６を越え、さらには、λｚ／２を越える寸法とし、この超音波放射体１０、特に各径大放射部２１等において、径方向振動が励起される形態としている。
そこで本実施例１の超音波放射体１０は、超音波放射体１０（径大放射部２１等）の最大径Ｄｍａｘをλｚ／２．６を越え、さらには、λｚ／２を越える寸法とし、この超音波放射体１０、特に各径大放射部２１等において、径方向振動が励起される形態としている。
この超音波放射体１０の第１，第２，第３部分８１，８２，８３のような径の大きな（太い）共振体では、縦振動と径方向振動とが相互に作用し結合するため、縦振動については、細棒を伝わる場合の縦振動の音速よりも、見かけの縦振動の音速が遅くなる。また、厚みの薄い円板の径方向振動の音速よりも、見かけの径方向の音速が遅くなる。
そこで、本実施例では、縦振動及び径方向振動の音速と寸法との関係を勘案して、超音波放射体１０（第１，第２，第３部分８１，８２，８３）の形状を、基端面１０Ｂから所定周波数ｆｒの縦振動が伝えられると、各部分８１等において、その中心部分を節とし、軸線方向にも径方向にも一次共振の形態となるようにしてある。従って、超音波放射体１０全体では、軸線ＡＸ方向に、径小放射部を腹とし、径大放射部を節とする共振をする形状としている。さらに具体的には、図２に矢印で示すように、基端面１０Ｂ，仮想最小径面１０Ｋ１，１０Ｋ２、及び先端面１０Ｔを腹とし、径大放射部２１，２２，２３の中央部分をそれぞれ節とする共振が生じる形態としてある。さらに、各々の径大放射部２１，２２，２３において、その径方向にも、径大放射部の中心（軸線部分）を節とし、側面２１Ｓ，２２Ｓ，２３Ｓを腹とした一次共振をする形状としてあり、具体的には、前述の形状としてある。
そこで、本実施例では、縦振動及び径方向振動の音速と寸法との関係を勘案して、超音波放射体１０（第１，第２，第３部分８１，８２，８３）の形状を、基端面１０Ｂから所定周波数ｆｒの縦振動が伝えられると、各部分８１等において、その中心部分を節とし、軸線方向にも径方向にも一次共振の形態となるようにしてある。従って、超音波放射体１０全体では、軸線ＡＸ方向に、径小放射部を腹とし、径大放射部を節とする共振をする形状としている。さらに具体的には、図２に矢印で示すように、基端面１０Ｂ，仮想最小径面１０Ｋ１，１０Ｋ２、及び先端面１０Ｔを腹とし、径大放射部２１，２２，２３の中央部分をそれぞれ節とする共振が生じる形態としてある。さらに、各々の径大放射部２１，２２，２３において、その径方向にも、径大放射部の中心（軸線部分）を節とし、側面２１Ｓ，２２Ｓ，２３Ｓを腹とした一次共振をする形状としてあり、具体的には、前述の形状としてある。
ついで、図３に、この超音波放射体１０を共振させた場合の変形状態を、超音波放射体１０のうち、第１部分８１について示す。この超音波放射体１０は、図３に示すように、実線で示す位相φ＝０度の時点での形状に対し、二点鎖線で示す位相φ＝９０度の時点では、径大放射部２１については、その径（Ｄｍａｘ）が大きくなるとともに、この径大放射部２１、縮径放射部１１，１２Ａの厚み（Ｈ１、図中上下方向寸法）が小さく（薄く）なるように変形する。
なお、図示していないが、位相φ＝−９０度の時点では、これとは逆に、径大放射部２については、その径が小さくなるとともに、第１部分８１の厚みが大きくなるように変形する。また、図３においては、変形の様子を理解しやすくするため、変形量を強調して記載しているが、実際の変形量は、図３に示すより遙かに小さなものである。
なお、図示していないが、位相φ＝−９０度の時点では、これとは逆に、径大放射部２については、その径が小さくなるとともに、第１部分８１の厚みが大きくなるように変形する。また、図３においては、変形の様子を理解しやすくするため、変形量を強調して記載しているが、実際の変形量は、図３に示すより遙かに小さなものである。
超音波放射体１０のうち、他の部分、即ち、第２部分８２及び第３部分８３にも、同様の変形が生じる。
但し、第１部分８１と隣り合う第２部分８２は、第１部分８１とは軸線方向にも径方向にも逆相に振動し、さらに、第２部分８２と隣り合う第３部分８３は、第２部分８２とは逆相に、従って第１部分８１と同相に振動、変形する。
つまり、図２に矢印で示すように、径大放射部２１，２２，２３についてみれば、これらはいずれも径方向に共振するが、隣り合う径大放射部同士（例えば、２１と２２，２２と２３）は、逆相に振動する。
但し、第１部分８１と隣り合う第２部分８２は、第１部分８１とは軸線方向にも径方向にも逆相に振動し、さらに、第２部分８２と隣り合う第３部分８３は、第２部分８２とは逆相に、従って第１部分８１と同相に振動、変形する。
つまり、図２に矢印で示すように、径大放射部２１，２２，２３についてみれば、これらはいずれも径方向に共振するが、隣り合う径大放射部同士（例えば、２１と２２，２２と２３）は、逆相に振動する。
そして、このような共振を生じた超音波放射体１０では、それぞれの径大放射部２１，２２，２３において、径方向の一次共振により、その側面２１Ｓ，２２Ｓ，２３Ｓ（円筒面）が大きく振動して、図２に矢印で示すように、径方向に強力な超音波を放射することができる。また、基端面１０Ｂ及び先端面１０Ｔにおいても、軸線方向に大きく振動して、軸線方向の基端側及び先端側（図中上方及び図中下方）に強力な超音波を放射することができる。
また、図３における実線と二点鎖線とを比較すれば判るように、第１部分８１では、その基端面１０Ｂにおいて、径方向にほとんど変形しないことが判る。つまり、この基端面１０Ｂでは、軸線方向の振動（縦振動）のみが生じることが判る。基端面１０Ｂの径Ｄ１を小さく（細く）し、Ｄ１≦λｚ／２．６としてあるからであると考えられる。
このため、超音波振動源４（超音波伝送体３）から伝えられる縦振動を、この基端面１０Ｂで効率よく受け止めて、超音波振動エネルギーを先端側（図中下方）に伝えることができる。
このことは、図３に示す仮想最小径面１０Ｋ１についても同様である。即ち、基端面１０Ｂから伝えられた超音波振動は、径大放射部２１において径方向振動を励起するとともに、仮想最小径面１０Ｋ１では、縦振動のみを生じさせる。このため、この第１部分８１に隣り合う第２部分８２に対して、この仮想最小径面１０Ｋ１を通じて、効率よく超音波振動エネルギーを伝送することができる。
さらに、第２部分８２に伝えられた超音波振動エネルギーが同様にして、効率よく第３部分８３に伝えられる。
かくして、この超音波放射体１０では、基端面１０Ｂから受け入れた超音波振動エネルギーを次々に効率よく先端側に伝送しながら、径方向にも斜め基端側や先端側にも超音波を放射することができる。
このため、超音波振動源４（超音波伝送体３）から伝えられる縦振動を、この基端面１０Ｂで効率よく受け止めて、超音波振動エネルギーを先端側（図中下方）に伝えることができる。
このことは、図３に示す仮想最小径面１０Ｋ１についても同様である。即ち、基端面１０Ｂから伝えられた超音波振動は、径大放射部２１において径方向振動を励起するとともに、仮想最小径面１０Ｋ１では、縦振動のみを生じさせる。このため、この第１部分８１に隣り合う第２部分８２に対して、この仮想最小径面１０Ｋ１を通じて、効率よく超音波振動エネルギーを伝送することができる。
さらに、第２部分８２に伝えられた超音波振動エネルギーが同様にして、効率よく第３部分８３に伝えられる。
かくして、この超音波放射体１０では、基端面１０Ｂから受け入れた超音波振動エネルギーを次々に効率よく先端側に伝送しながら、径方向にも斜め基端側や先端側にも超音波を放射することができる。
さらに、図３における実線と二点鎖線とを比較すれば判るように、本実施例の超音波放射体１０では、基端側に向かって縮径する縮径放射部１１の傾斜面及び、先端側に向かって縮径する縮径放射部１２Ａの傾斜面３Ｓ及び先端放射部４の傾斜面４Ｓについても、その傾斜面１１Ｓ，１２ＡＳに直交する方向に振動成分を持つことが判る。つまり、本実施例の超音波放射体１０では、縮径放射部１１，１２Ａの傾斜面１１Ｓ，１１ＡＳのそれぞれからも、その傾斜面の直交する方向、つまり軸線ＡＸに斜交する方向、具体的には、斜め基端側あるいは斜め先端側に向かって超音波が放射されることが判る。
これは、第２部分８２及び第３部分８３についても同様であり、縮径放射部１２Ｂ，１３Ａ，１３Ｂ，１４の傾斜面１２ＢＳ，１３ＡＳ，１３ＢＳ，１４Ｓのそれぞれからも、斜め基端側あるいは斜め先端側に向かって超音波が放射される。
これは、第２部分８２及び第３部分８３についても同様であり、縮径放射部１２Ｂ，１３Ａ，１３Ｂ，１４の傾斜面１２ＢＳ，１３ＡＳ，１３ＢＳ，１４Ｓのそれぞれからも、斜め基端側あるいは斜め先端側に向かって超音波が放射される。
例えば、基端面１０Ｂと同じ径を有する円柱状の超音波放射体を仮想すれば判るように、円柱型の超音波放射体でも、径方向及び軸線方向には超音波を放射することができる。しかし、本実施例１の超音波放射体１０とは異なり、斜め基端側あるいは斜め先端側に向かって超音波を放射することはできない。
従って、本実施例１の超音波放射体１０を処理槽本体６１内に設置して、超音波を放射させれば、径方向及び軸線方向に強力な超音波を放射できるだけでなく、各傾斜面１１Ｓ〜１４Ｓから、それぞれ超音波放射体１の斜め基端側や斜め先端側にも超音波を放射することができる。かくして、処理槽本体６１内において生じる超音波の音場を均一にしやすい。従って、被処理流体Ｐの処理を均一にしやすくなる。特に、傾斜面１１Ｓからは、放射部８０よりも斜め基端側に超音波を放射できる、また、傾斜面１４Ｓからは、放射部８０よりも斜め先端側に超音波を放射できるので、円柱状の超音波放射体では届きにくい部分まで超音波を照射することができ、音場をより均一になしやすい。
従って、本実施例１の超音波放射体１０を処理槽本体６１内に設置して、超音波を放射させれば、径方向及び軸線方向に強力な超音波を放射できるだけでなく、各傾斜面１１Ｓ〜１４Ｓから、それぞれ超音波放射体１の斜め基端側や斜め先端側にも超音波を放射することができる。かくして、処理槽本体６１内において生じる超音波の音場を均一にしやすい。従って、被処理流体Ｐの処理を均一にしやすくなる。特に、傾斜面１１Ｓからは、放射部８０よりも斜め基端側に超音波を放射できる、また、傾斜面１４Ｓからは、放射部８０よりも斜め先端側に超音波を放射できるので、円柱状の超音波放射体では届きにくい部分まで超音波を照射することができ、音場をより均一になしやすい。
さらに、この超音波放射体１は、傾斜面１１Ｓ〜１４Ｓを有しており、斜め基端側や斜め先端側にも超音波を放射することができるから、円柱形状の超音波放射体よりも超音波放射面積が大きい。このため、この超音波放射体１０を用いた超音波放射装置１によれば、基端面１０Ｂを通じて伝えた超音波振動のエネルギーを被処理流体Ｐに向かって効率よく放射することができる。かくして、この超音波放射体１０を用いた超音波処理装置１００では、多くの被処理流体Ｐを処理槽６０において処理することができる。
（変形例１）
ついで、実施例１の第１の変形例を、図４を参照して説明する。本変形例１に係る超音波放射体２１０は、実施例１と同じくステンレス鋼からなる。しかし、実施例１の超音波放射体１０（図２参照）と比較すれば容易に理解できるように、径大放射部２２１，２２２，２２３、径小放射部２１１，２１２，２１３，２１４を含む放射部２８０は、それぞれ実施例１の径大放射部２１，２２，２３、径小放射部１１，１２，１３，１４を含む放射部８０とほぼ同様の形状である。
但し、実施例１における、超音波放射体１０と超音波伝送体３０とを一体に形成したものである点で異なる。即ち、前述した実施例１では、超音波放射体１０を超音波伝送体３０と連結ネジ７で連結した（図１参照）。これに対し、本変形例１の超音波放射体２１０は、径大放射部２２１，２２２，２２３、及び径小放射部２１１，２１２，２１３，２１４を含む放射部２８０のほか、超音波伝送部２３１を一体に備えている点で異なる。
なお、この超音波放射体２１０は、超音波伝送部２３１において、その連結面２３１Ｃに、超音波振動子２との連結のための連結ネジ孔２３１Ｎが穿設してある。
ついで、実施例１の第１の変形例を、図４を参照して説明する。本変形例１に係る超音波放射体２１０は、実施例１と同じくステンレス鋼からなる。しかし、実施例１の超音波放射体１０（図２参照）と比較すれば容易に理解できるように、径大放射部２２１，２２２，２２３、径小放射部２１１，２１２，２１３，２１４を含む放射部２８０は、それぞれ実施例１の径大放射部２１，２２，２３、径小放射部１１，１２，１３，１４を含む放射部８０とほぼ同様の形状である。
但し、実施例１における、超音波放射体１０と超音波伝送体３０とを一体に形成したものである点で異なる。即ち、前述した実施例１では、超音波放射体１０を超音波伝送体３０と連結ネジ７で連結した（図１参照）。これに対し、本変形例１の超音波放射体２１０は、径大放射部２２１，２２２，２２３、及び径小放射部２１１，２１２，２１３，２１４を含む放射部２８０のほか、超音波伝送部２３１を一体に備えている点で異なる。
なお、この超音波放射体２１０は、超音波伝送部２３１において、その連結面２３１Ｃに、超音波振動子２との連結のための連結ネジ孔２３１Ｎが穿設してある。
従って、実施例１の超音波放射体１０及び超音波伝送体３０に代えて、本変形例１の超音波放射体２１０をその連結ネジ孔２３１Ｎを用いて超音波振動子２に取り付けて、超音波放射装置とし、これを用いた超音波処理装置とすることができる。この超音波処理装置においても、超音波振動子２を超音波振動させれば、放射部２８０が軸線ＡＸ方向に、径大放射部２２１，２２２，２２３を節とし、径小放射部２１１，２１２，２１３，２１４を腹として共振する。これとともに、それぞれの径大放射部２２１，２２２，２２３において、その径方向にも一次共振する。従って、この超音波放射体２１０でも、側面２１Ｓ，２２Ｓ，２３Ｓから径方向に、また、上底面２１１Ｂから軸線方向基端側に、また、先端面２１０Ｔから軸線方向先端側に強力な超音波を放射できる。そのほか、各縮径放射部２２１，２１２Ａ，２１２Ｂ，２１３Ａ，２１３Ｂ，２１４のそれぞれの傾斜面からも、斜め基端側あるいは斜め先端側に向けて超音波を放射することができる。
かくして、本変形例１の超音波放射体２１０を用いた超音波放射装置でも、最も基端側の縮径放射部２１１の斜め基端側や、最も先端側の縮径放射部２１４の斜め先端側にも超音波を放射することができる。従って、この超音波放射体２１０を用いた超音波処理装置では、処理槽本体６１内において生じる超音波の音場を均一にしやすい。従って、この超音波放射体２１０を用いた超音波処理装置でも、被処理流体Ｐの処理を均一にしやすくなる。
さらに、この超音波放射体２１０でも、径小放射部２１１等を設けてあるので、斜め基端側や斜め先端側にも超音波を放射することができるから、超音波の放射面積が大きくできる。基端上底面２０３Ｂを通じて伝えた超音波振動のエネルギーを被処理流体Ｐに向かって効率よく放射することができる。従って、この超音波放射体２１０を用いた超音波処理装置でも、多くの被処理流体Ｐを処理槽６０において処理することができる。
さらに、本変形例１の超音波放射体２１０においては、超音波振動を伝送する超音波伝送部２３１と、超音波を放射する放射部２８０（径大放射部２２１等、径小放射部２１１等）とが一体の金属ブロックで形成されている。従って、超音波放射体１０と超音波伝送体３０とを連結ネジ７で連結した実施例１の超音波処理装置１及び超音波放射装置１００と異なり、高温下、高圧下、低温下などでの処理、腐食性の高い液体の処理、清浄性の高い液体の処理、熱サイクル、熱衝撃が掛かる等、厳しい条件下で超音波処理装置を使用する場合にも、使用することができ、連結ネジ７を使用しないため、連結ネジ７のゆるみを生じることがない、クリーニングが容易であるなどの耐久性、信頼性が良好である。
（変形例２）
ついで、実施例１の第２の変形例を、図５を参照して説明する。本変形例２に係る超音波放射体３１０は、実施例１における第１部分８１等と同様な形状の放射ユニット３１１，３１２，…，３Ｎ１を複数（Ｎヶ）連結してなる。各放射ユニット３１１，３２１，…，３Ｎ１は、いずれも、円板形状の径大部３１２，３２２，…，３Ｎ２と、これに基端側で隣接する円錐台形状の径小部３１３，３２３，…，３Ｎ３、及び径大部に先端側で隣接する円錐台形状の径小部３１４，３２４，…，３Ｎ４とを有している。
ついで、実施例１の第２の変形例を、図５を参照して説明する。本変形例２に係る超音波放射体３１０は、実施例１における第１部分８１等と同様な形状の放射ユニット３１１，３１２，…，３Ｎ１を複数（Ｎヶ）連結してなる。各放射ユニット３１１，３２１，…，３Ｎ１は、いずれも、円板形状の径大部３１２，３２２，…，３Ｎ２と、これに基端側で隣接する円錐台形状の径小部３１３，３２３，…，３Ｎ３、及び径大部に先端側で隣接する円錐台形状の径小部３１４，３２４，…，３Ｎ４とを有している。
また、これらの放射ユニット３１１等は、そのユニット基端面３１１Ｂ，３２１Ｂ，…，３Ｎ１Ｂ、及びユニット先端面３１１Ｂ，３２１Ｂ，…，３Ｎ１Ｂのうち、最も先端側のユニット先端面３Ｎ１Ｔを除く面に、それぞれ連結ネジ孔３１８，３１９，３２８，３２９，…，３Ｎ８がそれぞれ穿設されている。
従って、各放射ユニット３１１等は、放射ユニット３Ｎ１のユニット先端面３Ｎ１Ｔに連結ネジ孔が無いことを除き、互いに合同の形態をなしている。
従って、各放射ユニット３１１等は、放射ユニット３Ｎ１のユニット先端面３Ｎ１Ｔに連結ネジ孔が無いことを除き、互いに合同の形態をなしている。
各放射ユニット３１１等は、連結ネジ３３２等を用いて互いに連結されている。具体的には、例えば、放射ユニット３１１と３２１とが、ユニット先端面３１１Ｔとユニット基端面３２１Ｂとが突き合わせて当接され、連結ネジ孔３１９，３２８を用いて、連結ネジ３３２により連結（締結）されている。かくして、各放射ユニット３１１等は、全体として、径大部３１２等を径大放射部３１２等とし、径小部３１３等を径小放射部３１３等とする超音波放射体３１０（放射部３８０）を構成している。
なお、放射ユニット３１１と３２１とは、隣り合う径小部３１４と３２３とで、１つの径小放射部３０２を構成する。同様にして、径小放射部３０３，…，３０Ｎが構成されている。また、各放射ユニット３１１等の径小部３１３等は、それぞれが円錐台形状の縮径放射部３１３，３１４，３２３，…，３Ｎ３，３Ｎ４となる。
なお、放射ユニット３１１と３２１とは、隣り合う径小部３１４と３２３とで、１つの径小放射部３０２を構成する。同様にして、径小放射部３０３，…，３０Ｎが構成されている。また、各放射ユニット３１１等の径小部３１３等は、それぞれが円錐台形状の縮径放射部３１３，３１４，３２３，…，３Ｎ３，３Ｎ４となる。
この超音波放射体３１０（放射体３８０）についても、前述した実施例１に係る超音波放射体１０と同様に、超音波伝送体３に接続し、超音波振動子２を超音波振動させれば、放射部３８０が軸線ＡＸ方向に、径大放射部３２１，３２２，…，３Ｎ２を節とし、径小放射部３１３，３０２，３０３，３０Ｎ，３Ｎ４を腹として共振する。これとともに、それぞれの径大放射部３１２，３２２，…，３Ｎ２において、その径方向にも一次共振する。従って、この超音波放射体３１０でも、径大放射部３２１等の側面から径方向に、また、基端面３１０Ｂから軸線方向基端側に、また、先端面３１０Ｔから軸線方向先端側に、それぞれ強力な超音波を放射できる。そのほか、各縮径放射部３１３等のそれぞれの傾斜面からも、斜め基端側あるいは斜め先端側に向けて超音波を放射することができる。
かくして、本変形例２の超音波放射体３１０を用いた超音波放射装置でも、縮径放射部３１３の斜め基端側や縮径放射部３Ｎ４の斜め先端側にも超音波を放射することができる。従って、この超音波放射体３１０を用いた超音波処理装置では、処理槽本体内において生じる超音波の音場を均一にしやすい。従って、この超音波放射体３１０を用いた超音波処理装置でも、被処理流体Ｐの処理を均一にしやすくなる。
さらに、この超音波放射体３１０でも、径小放射部３１３，３０２等を設けてあるので、超音波の放射面積が大きくでき、超音波振動のエネルギーを被処理流体Ｐに向かって効率よく放射することができる。従って、この超音波放射体３１０を用いた超音波処理装置でも、多くの被処理流体Ｐを処理槽において処理することができる。
さらに、本変形例２の超音波放射体３１０では、放射ユニット３１１等を用いるので、処理槽の形状（例えば深さ）に合わせ、適数個の放射ユニット３１１等を組み合わせて、適切な軸線方向長さの超音波放射体を形成したり、処理槽などの変更に合わせて適宜形状を変更することができる利点がある。
また、前述の実施例１及び変形例１に係る超音波放射体１０，２１０に比して、各放射ユニット３１１等は、製作容易で安価にできる。このため、超音波放射体３１０全体としても安価にできる。また、超音波放射体の一部について、傷その他の不具合が生じた場合でも、その部分を含む放射ユニットについて、修理、交換等をすれば足りるので、修理や交換も容易で安価にできる。
また、前述の実施例１及び変形例１に係る超音波放射体１０，２１０に比して、各放射ユニット３１１等は、製作容易で安価にできる。このため、超音波放射体３１０全体としても安価にできる。また、超音波放射体の一部について、傷その他の不具合が生じた場合でも、その部分を含む放射ユニットについて、修理、交換等をすれば足りるので、修理や交換も容易で安価にできる。
さらに、各放射ユニット３１１等について、共振周波数ｆｒを調整してから、互いに組み付けて超音波放射体３１０を構成することができるので、調整が容易で、特性の良好な超音波放射体を得やすい利点もある。
一方、前述の実施例１及び変形例１に係る超音波放射体１０，２１０では、放射部８０，２８０が全体で１つの金属塊から構成されていたため、高温、高圧、低温、熱衝撃、熱サイクル等の掛かる厳しい環境下などにおいても、連結ネジのゆるみ、放射ユニットの脱落等が生じないので、信頼性、耐久性が高い利点がある。
一方、前述の実施例１及び変形例１に係る超音波放射体１０，２１０では、放射部８０，２８０が全体で１つの金属塊から構成されていたため、高温、高圧、低温、熱衝撃、熱サイクル等の掛かる厳しい環境下などにおいても、連結ネジのゆるみ、放射ユニットの脱落等が生じないので、信頼性、耐久性が高い利点がある。
（変形例３）
ついで、実施例１の第３の変形例について、図６を参照して説明する。図１を参照すれば容易に理解できるように、本変形例３の超音波処理装置４００において、超音波放射体１０は、実施例１に係る超音波放射体１０と同じものである。
但し、図１と対比すれば理解できるように、実施例１では、単一の超音波振動子２を用いたのに対し、本変形例３では、超音波放射源４０４のうち、超音波伝送体３に接続されている超音波振動子４０９として、２つの超音波振動子４０２Ａ，４０２Ｂの出力をパワー合成装置４０７で合成したものとしている点で異なる。また、２つの超音波振動子４０２Ａ，４０２Ｂを同時に同位相で駆動するため、出力の大きな超音波発振回路４０５を用いる点でも異なる。
ついで、実施例１の第３の変形例について、図６を参照して説明する。図１を参照すれば容易に理解できるように、本変形例３の超音波処理装置４００において、超音波放射体１０は、実施例１に係る超音波放射体１０と同じものである。
但し、図１と対比すれば理解できるように、実施例１では、単一の超音波振動子２を用いたのに対し、本変形例３では、超音波放射源４０４のうち、超音波伝送体３に接続されている超音波振動子４０９として、２つの超音波振動子４０２Ａ，４０２Ｂの出力をパワー合成装置４０７で合成したものとしている点で異なる。また、２つの超音波振動子４０２Ａ，４０２Ｂを同時に同位相で駆動するため、出力の大きな超音波発振回路４０５を用いる点でも異なる。
本変形例３におけるパワー合成装置４０７のうち、パワー集成板４０７Ａは、略円環板状の金属ブロックであり、その側面のうち、ちょうどその軸線を挟んで対向する位置に、超音波振動子４０２Ａと４０２Ｂとが、連結ネジ４０６Ａ，４０６Ｂを用いて連結されている。また、パワー集成板４０７Ａの内周には、略円柱状の変換コラム４０７Ｂが締まり嵌め状態で密着して嵌挿されている。
このため、２つの超音波振動子４０２Ａ，４０２Ｂを同相で振動させると、パワー集成板４０７Ａが共振して、径方向振動（図６（ｂ）において水平方向振動）を生じる。すると、このパワー集成板４０７に嵌挿された変換コラム４０７Ｂが、図中矢印で示すように、軸線ＡＸ方向に共振する。そこで、この軸線方向の振動（縦振動）を超音波伝送体３を介して超音波放射体１０に伝えるのである。
このため、２つの超音波振動子４０２Ａ，４０２Ｂを同相で振動させると、パワー集成板４０７Ａが共振して、径方向振動（図６（ｂ）において水平方向振動）を生じる。すると、このパワー集成板４０７に嵌挿された変換コラム４０７Ｂが、図中矢印で示すように、軸線ＡＸ方向に共振する。そこで、この軸線方向の振動（縦振動）を超音波伝送体３を介して超音波放射体１０に伝えるのである。
この際、超音波伝送体３から取り出しうる超音波エネルギーは、概略、２つの超音波振動子４０２Ａ，４０２Ｂから出力したエネルギーの和となる。従って、本変形例３の超音波処理装置４００では、２つの超音波振動子４０２Ａ，４０２Ｂを用いることで、超音波放射体１０から、実施例１の場合よりも強力な超音波を放射させることができ、被処理流体Ｐをより強力な超音波で処理することができる。
ついで、本発明の実施例２に係る超音波放射体５１０について、図７，図８を参照して説明する。本実施例２に係る超音波放射体５１０は、実施例１のそれと同じくステンレス鋼からなる。また、実施例１の超音波放射体１０（図２参照）と比較すれば容易に理解できるように、径大放射部５２１，５２２，５２３、縮径放射部５１１Ａ，５１２Ａ，５１２Ｂ，５１３Ａ，５１３Ｂ，５１４Ａは、それぞれ実施例１の径大放射部２１，２２，２３、縮径放射部１１，１２Ａ，１２Ｂ，１３Ａ，１３Ｂ，１４とほぼ同様の形状である。
しかし、本実施例２の超音波放射体５１０においては、各径小放射部５１１，５１２，５１３，５１４に、それぞれ緩衝部５１１Ｃ，５１２Ｃ，５１３Ｃ，５１４Ｃを備えている点で、実施例１の超音波放射体１０と異なる。具体的には、最も基端側の縮径放射部５１１Ａの基端側（図中上方）に、円板状の緩衝部５１１Ｃを備えている。また、縮径放射部５１２Ａと５１２Ｂとの間、及び縮径放射部５１３Ａと５１３Ｂとの間に、それぞれ円板状の緩衝部５１２Ｃ，５１３Ｃを備えている。さらに、最も先端側の縮径放射部５１４Ａの先端側（図中下方）にも円板状の緩衝部５１４Ｃを備えている。このため、径小放射部５１１は、縮径放射部５１１Ａと緩衝部５１１Ｃとからなる。同様に、径小放射部５１２は、縮径放射部５１２Ａ，５１２Ｂと緩衝部５１２Ｃとから、径小放射部５１３は、縮径放射部５１３Ａ，５１３Ｂと緩衝部５１３Ｃとからなり、径小放射部５１４は、縮径放射部５１４Ａと緩衝部５１４Ｃとからなる。
本実施例２の超音波放射体５１０は、径大放射部５２１，５２２，５２３、径小放射部５１１，５１２，５１３，５１４からなる放射部５８０を有し、超音波を放射するこの放射部５８０が全体である超音波放射体５１０に等しくなっている。このうち径大放射部５２１，５２２，５２３は、いずれも実施例１と同じく直径Ｄｍａｘの円板状であり、径小放射部５１１等に比して、軸線ＡＸに直交する径方向（図中左右方向）に最も径大の形態を有している。
一方、径小放射部５１１等は、いずれも円錐台形状の縮径放射部５１１Ａ等と緩衝部５１１Ｃ等を有しており、このうち最小の径をなす緩衝部５１１Ｃ等は、いずれも実施例１と同径とされている（Ｄ１＝Ｄ２＝Ｄ３＝Ｄ４）
一方、径小放射部５１１等は、いずれも円錐台形状の縮径放射部５１１Ａ等と緩衝部５１１Ｃ等を有しており、このうち最小の径をなす緩衝部５１１Ｃ等は、いずれも実施例１と同径とされている（Ｄ１＝Ｄ２＝Ｄ３＝Ｄ４）
また、この超音波放射体５１０のうち、径小放射部５１１（緩衝部５１１Ｃ及び縮径放射部５１１Ａ）と、径大放射部５２１と、径小放射部５１２のうち基端側半分（縮径放射部５１２Ａ及び緩衝部５１２Ｃの基端側半分）とからなる第１部分５８１の軸線方向寸法Ｈ１’は、軸線方向に共振するように、実施例１とは若干異なる値にしてある。径小放射部５１２のうち先端側半分（緩衝部５１２Ｃの先端側半分及び縮径放射部５１２Ｂ）と、径大放射部５２２と、径小放射部５１３のうち基端側半分（縮径放射部５１３Ａ及び緩衝部５１３Ｃの基端側半分）とからなる第２部分５８２の軸線方向寸法Ｈ２’は、Ｈ２’Ｈ１’としてある。さらに、径小放射部５１３の先端側半分（緩衝部５１３Ｃの先端側半分と縮径放射部５１３Ｂ）と、径大放射部５２３、径小放射部５１４（縮径放射部５１４Ａ及び緩衝部５１４Ｃ）とからなる第３部分５８３の軸線方向寸法Ｈ３’も、Ｈ３’Ｈ１’としてなる。
本実施例２の超音波放射体５１０を、図１に示す実施例１の超音波放射体１０に代えて、その連結ネジ孔５１８を用いて超音波伝送体３に取り付けて超音波振動させれば、軸線ＡＸ方向に共振するとともに、径大放射部５２１等において、その径方向にも一次共振させることができる。
図７に、この超音波放射体５１０を共振させた場合の変形状態を、超音波放射体５１０のうち、第１部分５８１について示す。この超音波放射体５１０においても、実施例１の場合とほぼ同様に、実線で示す位相φ＝０度の時点での形状に対し、二点鎖線で示す位相φ＝９０度の時点では、径大放射部５２１については、その径（Ｄｍａｘ）が大きくなるとともに、第１部分５８１の厚み（Ｈ１’）が小さく（薄く）なるように変形する。
従って、この超音波放射体５１０によっても、各径大放射部の側面から径方向に、また、基端面５１０Ｂから軸線方向基端側に、また、先端面５１０Ｔから軸線方向先端側に強力な超音波を放射できる。そのほか、各々の縮径放射部５１１Ａ，５１２Ａ等から、斜め基端側、あるいは斜め先端側にも超音波を放射することができる。かくしてこの超音波放射体５１０を用いても、処理槽本体６１内の音場を均一になすことができ、また、多くの被処理流体Ｐを処理槽６０において処理することができる。
図７に、この超音波放射体５１０を共振させた場合の変形状態を、超音波放射体５１０のうち、第１部分５８１について示す。この超音波放射体５１０においても、実施例１の場合とほぼ同様に、実線で示す位相φ＝０度の時点での形状に対し、二点鎖線で示す位相φ＝９０度の時点では、径大放射部５２１については、その径（Ｄｍａｘ）が大きくなるとともに、第１部分５８１の厚み（Ｈ１’）が小さく（薄く）なるように変形する。
従って、この超音波放射体５１０によっても、各径大放射部の側面から径方向に、また、基端面５１０Ｂから軸線方向基端側に、また、先端面５１０Ｔから軸線方向先端側に強力な超音波を放射できる。そのほか、各々の縮径放射部５１１Ａ，５１２Ａ等から、斜め基端側、あるいは斜め先端側にも超音波を放射することができる。かくしてこの超音波放射体５１０を用いても、処理槽本体６１内の音場を均一になすことができ、また、多くの被処理流体Ｐを処理槽６０において処理することができる。
なお、本実施例２の超音波放射体５１０では、細い径（Ｄ１等）の円板状の緩衝部５１１Ｃ，５１２Ｃ等を設けたため、実施例１の場合に比して、最も径の小さい部分（緩衝部）において、確実に軸線ＡＸ方向の振動（縦振動）のみが選択的に励起される。このため、超音波振動エネルギーの伝送効率がさらに向上し、同じ超音波振動子を用いて駆動しても、さらに多くのエネルギーを超音波として放射できる。
（変形例４）
ついで、実施例２の変形例（変形例４）を、図９を参照して説明する。本変形例４に係る超音波放射体６１０は、実施例２における第１部分５８１等と同様な形状の放射ユニット６１１，６１２，…，６Ｎ１を複数（Ｎヶ）連結してなる。各放射ユニット６１１，６２１，…，６Ｎ１は、いずれも、円板形状の径大部６１２，６２２，…，６Ｎ２と、これに基端側で隣接する円錐台形状の径小部６１３，６２３，…，６Ｎ３、及び径大部に先端側で隣接する円錐台形状の径小部６１４，６２４，…，６Ｎ４とを有している。
ついで、実施例２の変形例（変形例４）を、図９を参照して説明する。本変形例４に係る超音波放射体６１０は、実施例２における第１部分５８１等と同様な形状の放射ユニット６１１，６１２，…，６Ｎ１を複数（Ｎヶ）連結してなる。各放射ユニット６１１，６２１，…，６Ｎ１は、いずれも、円板形状の径大部６１２，６２２，…，６Ｎ２と、これに基端側で隣接する円錐台形状の径小部６１３，６２３，…，６Ｎ３、及び径大部に先端側で隣接する円錐台形状の径小部６１４，６２４，…，６Ｎ４とを有している。
また、径小部６１３，６１４等は、円錐台形状の縮径部６１３Ａ，６１４Ａ，６２３Ａ，６２４Ａ，…，６Ｎ３Ａ，６Ｎ４Ａと、これに続く円板状の緩衝部６１３Ｃ，６１４Ｃ，６２３Ｃ，６２４Ｃ，…，６Ｎ３Ｃ，６Ｎ４Ｃとを含んでいる。
さらに、これらの放射ユニット６１１等には、それぞれ連結ネジ孔６１８，６１９，６２８，６２９，…，６Ｎ８がそれぞれ穿設されており、各放射ユニット６１１等は、放射ユニット６Ｎ１の先端側に連結ネジ孔が無いことを除き、互いに合同の形態をなしている。
さらに、これらの放射ユニット６１１等には、それぞれ連結ネジ孔６１８，６１９，６２８，６２９，…，６Ｎ８がそれぞれ穿設されており、各放射ユニット６１１等は、放射ユニット６Ｎ１の先端側に連結ネジ孔が無いことを除き、互いに合同の形態をなしている。
各放射ユニット６１１等は、連結ネジ６３２等を用いて互いに連結されている。具体的には、例えば、放射ユニット６１１と６２１とが、連結ネジ孔６１９，６２８を用いて、連結ネジ６３２により連結（締結）されている。かくして、各放射ユニット６１１等は、全体として、径大部６１２等を径大放射部６１２等とし、径小部６１３等を径小放射部６１３等とする超音波放射体６１０（放射部６８０）を構成している。
なお、放射ユニット６１１と６２１とは、隣り合う径小部６１４と６２３とで、１つの径小放射部６０２を構成する。同様にして、径小放射部６０３，…，６０Ｎが構成されている。
なお、放射ユニット６１１と６２１とは、隣り合う径小部６１４と６２３とで、１つの径小放射部６０２を構成する。同様にして、径小放射部６０３，…，６０Ｎが構成されている。
この超音波放射体６１０（放射体６８０）についても、前述した実施例２に係る超音波放射体５１０と同様に、超音波伝送体３に接続し、超音波振動子２を超音波振動させれば、放射部６８０が軸線ＡＸ方向に、径大放射部６２１，６２２，…，６Ｎ２を節とし、径小放射部６１３，６０２，６０３，６０Ｎ，６Ｎ４を腹として共振する。これとともに、それぞれの径大放射部６１２，６２２，…，６Ｎ２において、その径方向にも一次共振する。従って、この超音波放射体６１０でも、径大放射部６２１等の側面から径方向に、また、基端面６１０Ｂから軸線方向基端側に、また、先端面６１０Ｔから軸線方向先端側に、それぞれ強力な超音波を放射できる。そのほか、各縮径放射部６１３等のそれぞれの傾斜面からも、斜め基端側あるいは斜め先端側に向けて超音波を放射することができる。かくしてこの超音波放射体６１０を用いても、処理槽本体内の音場を均一になすことができ、また、多くの被処理流体Ｐを処理槽において処理することができる
さらに、本変形例４の超音波放射体６１０でも、前述した変形例２と同様、放射ユニット６１１等を用いるので、処理槽の形状（例えば深さ）に合わせ、適数個の放射ユニット６１１等を組み合わせて、適切な軸線方向長さの超音波放射体を形成したり、処理槽などの変更に合わせて適宜形状を変更することができる利点がある。
また、一体型の超音波放射体に比して、各放射ユニット６１１等を、安価に製作でき、超音波放射体６１０全体としても安価となる。また、超音波放射体の修理や交換も容易で安価にできる。各放射ユニット６１１等について、共振周波数などの調整が容易で、特性の良好な超音波放射体を得やすい。
また、一体型の超音波放射体に比して、各放射ユニット６１１等を、安価に製作でき、超音波放射体６１０全体としても安価となる。また、超音波放射体の修理や交換も容易で安価にできる。各放射ユニット６１１等について、共振周波数などの調整が容易で、特性の良好な超音波放射体を得やすい。
ついで、本発明の実施例３について、図１０〜図１２を参照して説明する。本実施例３に係る超音波処理装置７００は、実施例１と同様の超音波振動源４及び超音波発振回路５のほか、処理槽７６０，及び、超音波放射体７１０からなる。
このうち、超音波放射体７１０は、処理槽７６０内に配置され、超音波振動源４から伝えられた超音波振動により、処理槽７６０内の被処理流体Ｐに超音波を放射して、被処理流体Ｐについて所望の処理を行う。なお、本実施例３の処理槽７６０は、処理槽本体７６１と、この処理槽本体７６１の側面のうち上部に接続され、被処理流体Ｐを処理槽本体７６１内に流入させる流入管７６２と、処理槽本体７６１の側面のうち下部に接続され、処理された被処理流体Ｐを処理槽本体７６１から排出する排出管７６３とからなる。
このうち、超音波放射体７１０は、処理槽７６０内に配置され、超音波振動源４から伝えられた超音波振動により、処理槽７６０内の被処理流体Ｐに超音波を放射して、被処理流体Ｐについて所望の処理を行う。なお、本実施例３の処理槽７６０は、処理槽本体７６１と、この処理槽本体７６１の側面のうち上部に接続され、被処理流体Ｐを処理槽本体７６１内に流入させる流入管７６２と、処理槽本体７６１の側面のうち下部に接続され、処理された被処理流体Ｐを処理槽本体７６１から排出する排出管７６３とからなる。
本実施例３に係る超音波放射体７１０は、実施例１のそれと同じくステンレス鋼からなる。また、この超音波放射体７１０は、４つの太く高さの低い（厚みの小さい）円板状の径大放射部７２１，７２２，７２３，７２４と、これらの間及び径大放射部７２１の基端側と径大放射部７２４の先端側に位置し、径大放射部７２１等よりも径小で円板状の緩衝部７１１，７１２，７１３，７１４，７１５とからなり、実施例１の超音波放射体１０（図２参照）と比較すれば容易に理解できるように、円錐台形状の縮径放射部を有していない。
各々の径大放射部７２１等は、いずれも直径Ｄｍａｘ、厚さＴｍの円板状であり、緩衝部７１１等は、いずれも直径Ｄｋの円板状である。
なお、この超音波放射体７１０の基端面７１０Ｂには、超音波伝送体３０との結合のための連結ネジ孔７１８が穿設されている。
なお、この超音波放射体７１０の基端面７１０Ｂには、超音波伝送体３０との結合のための連結ネジ孔７１８が穿設されている。
この超音波処理装置７００において、超音波発振回路５により超音波振動子２を図１０に矢印で示すように、軸線ＡＸ方向に縦振動させると、基端面７１０Ｂを通じて、超音波放射体７１０にも縦振動が伝えられる。
この超音波放射体７１０のうち、径大放射部７２１等の軸線方向寸法（厚み）Ｔｍは、λｚ／２よりかなり小さくされている。このため、このような径の大きく（太く）、これに比して厚みの薄い径大放射部７２１等（共振体）では、主として径方向振動が励起されるため、径大放射部７２１等の径Ｄｍａｘを、径大放射部７２１等が径方向について一次共振する寸法に選択しておけば、極めて大きな径方向振動が得られる。
一方、緩衝部７１１等の径Ｄｋは、λｚ／２．６以下とされている。このため、緩衝部７１１のような径の小さい（細い）部分では、主として軸線方向振動（縦振動）が励起されるため、基端側（図中上方）から先端側（図中下方）に向かって、超音波振動エネルギーを次々に伝えることができる。また、図１１に矢印で示すように、径大放射部７２１，７２２等は、隣り合う径大放射部同士が互いに逆相の径方向振動をする。しかしながら、これらの間には、径方向振動が生じず、縦振動をする緩衝部７１１等が介在しているため、各径大放射部７２１等の径方向振動を互いが抑制し合うこともない。このため、各径大放射部７２１等それぞれを、効率よく、大きく径方向振動させることができる。
一方、緩衝部７１１等の径Ｄｋは、λｚ／２．６以下とされている。このため、緩衝部７１１のような径の小さい（細い）部分では、主として軸線方向振動（縦振動）が励起されるため、基端側（図中上方）から先端側（図中下方）に向かって、超音波振動エネルギーを次々に伝えることができる。また、図１１に矢印で示すように、径大放射部７２１，７２２等は、隣り合う径大放射部同士が互いに逆相の径方向振動をする。しかしながら、これらの間には、径方向振動が生じず、縦振動をする緩衝部７１１等が介在しているため、各径大放射部７２１等の径方向振動を互いが抑制し合うこともない。このため、各径大放射部７２１等それぞれを、効率よく、大きく径方向振動させることができる。
図１０に示す実施例３の超音波放射体７１０をその連結ネジ孔７１８及び連結ネジ７を用いて超音波伝送体３に取り付けて超音波振動させれば、軸線ＡＸ方向に共振するとともに、径大放射部７２１等において、その径方向にも一次共振させることができる。
図１２に、この超音波放射体７１０を共振させた場合の変形状態を、超音波放射体７１０の一部について示す。この超音波放射体７１０においても、実施例１の場合とほぼ同様に、実線で示す位相φ＝０度の時点での形状に対し、二点鎖線で示す位相φ＝９０度の時点では、径大放射部７２１については、その径（Ｄｍａｘ）が大きくなるとともに、径大放射部７２１及び緩衝部７１１，７１２の厚みが小さく（薄く）なるように変形する。
図１２に、この超音波放射体７１０を共振させた場合の変形状態を、超音波放射体７１０の一部について示す。この超音波放射体７１０においても、実施例１の場合とほぼ同様に、実線で示す位相φ＝０度の時点での形状に対し、二点鎖線で示す位相φ＝９０度の時点では、径大放射部７２１については、その径（Ｄｍａｘ）が大きくなるとともに、径大放射部７２１及び緩衝部７１１，７１２の厚みが小さく（薄く）なるように変形する。
従って、この超音波放射体７１０によっても、各径大放射部の側面から径方向に、また、基端面７１０Ｂ及び径大放射部７１１の基端側面７２１Ｂから軸線方向基端側に、また、先端面７１０Ｔ及び径大放射部７１４の先端側面７２４Ｔから軸線方向先端側に、強力な超音波を放射できる。かくして、この超音波放射体７１０を用いても、多くの被処理流体Ｐを処理槽７６０において処理することができる。
（変形例５）
ついで、実施例３の変形例（変形例５）を、図１３を参照して説明する。本変形例５に係る超音波放射体８１０は、実施例３における径大放射部７２１及びこれに隣接する緩衝部７１１，７１２などと同様な形状の放射ユニット８１１，８１２，…，８Ｎ１を複数連結してなる。各放射ユニット８１１，８２１，…，８Ｎ１は、いずれも、円板形状の径大部８２，８２２，…，８Ｎ２と、これに基端側で隣接する径小の円板状の径小部８１３，８２３，…，８Ｎ３、及び径大部８２等に先端側で隣接する径小の円板状の径小部８１４，８２４，…，８Ｎ４とを有している。
ついで、実施例３の変形例（変形例５）を、図１３を参照して説明する。本変形例５に係る超音波放射体８１０は、実施例３における径大放射部７２１及びこれに隣接する緩衝部７１１，７１２などと同様な形状の放射ユニット８１１，８１２，…，８Ｎ１を複数連結してなる。各放射ユニット８１１，８２１，…，８Ｎ１は、いずれも、円板形状の径大部８２，８２２，…，８Ｎ２と、これに基端側で隣接する径小の円板状の径小部８１３，８２３，…，８Ｎ３、及び径大部８２等に先端側で隣接する径小の円板状の径小部８１４，８２４，…，８Ｎ４とを有している。
さらに、これらの放射ユニット８１１等には、それぞれ連結ネジ孔８１８，８１９，８２８，８２９，…，８Ｎ８がそれぞれ穿設されており、各放射ユニット８１１等は、放射ユニット８Ｎ１の先端側に連結ネジ孔が無いことを除き、互いに合同の形態をなしている。
各放射ユニット８１１等は、連結ネジ８３２等を用いて互いに連結されている。具体的には、例えば、放射ユニット８１１と８２１とが、連結ネジ孔８１９，８２８を用いて、連結ネジ８３２により連結（締結）されている。かくして、各放射ユニット８１１等は、全体として、径大部８１２等を径大放射部８１２等とし、径小部８１３等を径小放射部８１３等とする超音波放射体８１０（放射部８８０）を構成している。
なお、放射ユニット８１１と８２１とは、隣り合う径小部８１４と８２３とで、１つの径小放射部８０２を構成する。同様にして、径小放射部８０３，…，８０Ｎが構成されている。
なお、放射ユニット８１１と８２１とは、隣り合う径小部８１４と８２３とで、１つの径小放射部８０２を構成する。同様にして、径小放射部８０３，…，８０Ｎが構成されている。
この超音波放射体８１０（放射体８８０）についても、前述した実施例３に係る超音波放射体７１０と同様に、超音波伝送体３に接続し、超音波振動子２を超音波振動させれば、放射部８８０が軸線ＡＸ方向に、径大放射部８２１，８２２，…，８Ｎ２を節とし、径小放射部８１３，８０２，８０３，…，８０Ｎ，８Ｎ４を腹として共振する。これとともに、それぞれの径大放射部８１２，８２２，…，８Ｎ２において、その径方向にも一次共振する。従って、この超音波放射体８１０でも、径大放射部８２１等の側面から径方向に、また、基端面８１０Ｂ及び径大放射部８１２の基端側面８１２Ｂから軸線方向基端側に、また、先端面８１０Ｔ及び径大放射部８Ｎ２の先端側面８Ｎ２Ｔから軸線方向先端側に、それぞれ強力な超音波を放射できる。かくしてこの超音波放射体８１０を用いても、多くの被処理流体Ｐを処理槽において処理することができる
さらに、本変形例５の超音波放射体８１０では、前述した変形例２，４と同様、放射ユニット８１１等を用いるので、処理槽の形状（例えば深さ）に合わせ、適数個の放射ユニット８１１等を組み合わせて、適切な軸線方向長さの超音波放射体を形成したり、処理槽などの変更に合わせて適宜形状を変更することができる利点がある。
また、一体型の超音波放射体に比して、各放射ユニット８１１等を、安価に製作できる。超音波放射体８１０全体としても安価となる。また、超音波放射体の修理や交換も容易で安価にできる。各放射ユニット８１１等について、共振周波数などの調整が容易で、特性の良好な超音波放射体を得やすい。
また、一体型の超音波放射体に比して、各放射ユニット８１１等を、安価に製作できる。超音波放射体８１０全体としても安価となる。また、超音波放射体の修理や交換も容易で安価にできる。各放射ユニット８１１等について、共振周波数などの調整が容易で、特性の良好な超音波放射体を得やすい。
ついで、本発明の実施例４について、図１４〜図１６を参照して説明する。本実施例４に係る超音波処理装置９００は、実施例１と同様の超音波振動源４及び超音波発振回路５のほか、処理槽９６０，及び、超音波放射体９１０からなる。
このうち、超音波放射体９１０は、処理槽９６０内に配置され、超音波振動源４から伝えられた超音波振動により、処理槽９６０内の被処理流体Ｐに超音波を放射して、被処理流体Ｐについて所望の処理を行う。なお、本実施例４の処理槽９６０は、処理槽本体９６１と、この処理槽本体９６１の上面のうち軸線ＡＸより図中左方に接続され、被処理流体Ｐを処理槽本体９６１内に流入させる流入管９６２と、処理槽本体９６１の下面のうち軸線ＡＸより右方に接続され、処理された被処理流体Ｐを処理槽本体９６１から排出する排出管９６３とからなる。
このうち、超音波放射体９１０は、処理槽９６０内に配置され、超音波振動源４から伝えられた超音波振動により、処理槽９６０内の被処理流体Ｐに超音波を放射して、被処理流体Ｐについて所望の処理を行う。なお、本実施例４の処理槽９６０は、処理槽本体９６１と、この処理槽本体９６１の上面のうち軸線ＡＸより図中左方に接続され、被処理流体Ｐを処理槽本体９６１内に流入させる流入管９６２と、処理槽本体９６１の下面のうち軸線ＡＸより右方に接続され、処理された被処理流体Ｐを処理槽本体９６１から排出する排出管９６３とからなる。
本実施例４に係る超音波放射体９１０は、実施例１のそれと同じくステンレス鋼からなる。また、この超音波放射体９１０は、球形から上下を一部除去した一部切り欠き球形状の第１，第２，第３部分９８１，９８２，９８３が切り欠き部分で互いに連なった形状をしている。
第１部分９８１等は、いずれも直径Ｄｍａｘ、軸線方向寸法（高さ）Ｔｂの一部切り欠き球状である。
第１部分９８１等は、いずれも直径Ｄｍａｘ、軸線方向寸法（高さ）Ｔｂの一部切り欠き球状である。
この実施例４の超音波放射体９１０では、径大放射部と径小放射部との境界が明確ではない。しかし、第１，第２，第３部分９８１，９８２，９８３において、それぞれ軸線方向（図中上下方向）の中央部分、つまり、径方向に球の直径とほぼ同程度の寸法を備えている部分を径大放射部９２１，９２２，９２３と考え、これより基端側あるいは先端側の部分を縮径放射部９１１，９１２Ａ，９１２Ｂ，９１３Ａ，９１３Ｂ，９１４と考える。また、縮径放射部９１１，９１４は、径小放射部９１１，９１４と、及び縮径放射部９１２Ａと９１２Ｂは径小放射部９１２と、縮径放射部９１３Ａと９１３Ｂと径小放射部９１３と考えることができる。
なお、この超音波放射体９１０の基端面９１０Ｂには、超音波伝送体３０との結合のための連結ネジ孔９１８が穿設されている。
なお、この超音波放射体９１０の基端面９１０Ｂには、超音波伝送体３０との結合のための連結ネジ孔９１８が穿設されている。
この超音波処理装置９００において、超音波発振回路５により超音波振動子２を図１４に矢印で示すように、軸線ＡＸ方向に縦振動させると、基端面９１０Ｂを通じて、超音波放射体９１０にも縦振動が伝えられる。
すると、この超音波放射体９１０の第１部分９８１等では、径方向にも軸線方向にも、さらには、これらの斜交する方向にも一次共振し、図１６に示すように、位相φ＝０度の時点に対し、位相φ＝９０度の時点では、第１部分９８１がその中心部分を節として、全体に膨張する。つまり、この超音波放射体９１０では、第１部分９８１等は、共振により大きく膨張と収縮を繰り返す呼吸振動をする。
しかも、図１５における矢印を参照すれば容易に理解できるように、第１，第２，第３部分９８１，９８２，９８３は、隣り合う部分と互いに逆位相で呼吸振動をすることが判る。
すると、この超音波放射体９１０の第１部分９８１等では、径方向にも軸線方向にも、さらには、これらの斜交する方向にも一次共振し、図１６に示すように、位相φ＝０度の時点に対し、位相φ＝９０度の時点では、第１部分９８１がその中心部分を節として、全体に膨張する。つまり、この超音波放射体９１０では、第１部分９８１等は、共振により大きく膨張と収縮を繰り返す呼吸振動をする。
しかも、図１５における矢印を参照すれば容易に理解できるように、第１，第２，第３部分９８１，９８２，９８３は、隣り合う部分と互いに逆位相で呼吸振動をすることが判る。
従って、図１４に示す実施例４の超音波放射体９１０をその連結ネジ孔９１８及び連結ネジ７を用いて超音波伝送体３に取り付けて超音波振動し２によって超音波振動させれば、軸線ＡＸ方向にも、径方向にも、これらに斜交する方向にも共振し、第１，第２，第３部分９８１，９８２，９８３について、それぞれ呼吸振動させることができる。
従って、この超音波放射体９１０によれば、この基端面９１０Ｂ及び先端面９１０Ｔから基端方向及び先端方向に超音波が放射されるのみならず、第１，第２，第３部分９８１，９８２，９８３から、それぞれほぼ全方向にわたって、強力な超音波を放射できる。かくして、この超音波放射体９１０を用いれば、処理槽本体９６１内の音場をより均一になすことができる。また、多くの被処理流体Ｐを処理槽９６０において処理することができる。
（変形例６）
ついで、実施例４の変形例（変形例６）を、図１７を参照して説明する。本変形例６に係る超音波放射体１０１０は、実施例４における第１部分９８１などと同様な形状の放射ユニット１０１１，１０１２，…，１０Ｎ１を複数（Ｎヶ）連結してなる。放射ユニット１０Ｎ１を除く、各放射ユニット１０１１，１０２１，…は、いずれも、球の上下を一部除去した一部切り欠き球状をなしている。また、最も先端側に配置される放射ユニット１０Ｎ１については、球の上部のみ一部除去した一部切り欠き球形状とされている。
これらの放射ユニットでは、径大部と径小部の境界が明確でない。しかし、各放射ユニット１０１１，１０２１等において、それぞれ軸線方向（図中上下方向）の中央部分、つまり、径方向に球の直径とほぼ同程度の寸法を備えている部分を径大部１０１２，１０２２，…，１０Ｎ２と考え、これより基端側あるいは先端側の部分を径小部１０１３，１０１４，１０２３，１０２４，…，１０Ｎ３，１０Ｎ４と考えればよい。
ついで、実施例４の変形例（変形例６）を、図１７を参照して説明する。本変形例６に係る超音波放射体１０１０は、実施例４における第１部分９８１などと同様な形状の放射ユニット１０１１，１０１２，…，１０Ｎ１を複数（Ｎヶ）連結してなる。放射ユニット１０Ｎ１を除く、各放射ユニット１０１１，１０２１，…は、いずれも、球の上下を一部除去した一部切り欠き球状をなしている。また、最も先端側に配置される放射ユニット１０Ｎ１については、球の上部のみ一部除去した一部切り欠き球形状とされている。
これらの放射ユニットでは、径大部と径小部の境界が明確でない。しかし、各放射ユニット１０１１，１０２１等において、それぞれ軸線方向（図中上下方向）の中央部分、つまり、径方向に球の直径とほぼ同程度の寸法を備えている部分を径大部１０１２，１０２２，…，１０Ｎ２と考え、これより基端側あるいは先端側の部分を径小部１０１３，１０１４，１０２３，１０２４，…，１０Ｎ３，１０Ｎ４と考えればよい。
さらに、これらの放射ユニット１０１１等には、それぞれ連結ネジ孔１０１８，１０１９，１０２８，１０２９，…，１０Ｎ８がそれぞれ穿設されており、各放射ユニット１０１１等は、放射ユニット１０Ｎ１の先端側に連結ネジ孔が無く、切り欠きもなく球面状にされていることを除き、互いに合同の形態をなしている。
各放射ユニット１０１１等は、連結ネジ１０３２等を用いて互いに連結されている。かくして、各放射ユニット１０１１等は、全体として、径大部１０１２等を径大放射部１０１２等とし、径小部１０１３等を径小放射部１０１３等とする超音波放射体１０１０（放射部１０８０）を構成している。
なお、放射ユニット１０１１と１０２１とは、隣り合う径小部１０１４と１０２３とで、１つの径小放射部１００２を構成する。同様にして、径小放射部１００３，…，１００Ｎが構成されている。
なお、放射ユニット１０１１と１０２１とは、隣り合う径小部１０１４と１０２３とで、１つの径小放射部１００２を構成する。同様にして、径小放射部１００３，…，１００Ｎが構成されている。
この超音波放射体１０１０（放射体１０８０）についても、前述した実施例４に係る超音波放射体９１０と同様に、超音波伝送体３に接続し、超音波振動子２を超音波振動させれば、放射部１０８０が軸線ＡＸ方向に、径大放射部１０２１，１０２２，…，１０Ｎ２を節とし、径小放射部１０１３，１００２，１００３，…，１００Ｎ，１０Ｎ４を腹として共振する。これとともに、それぞれの径大放射部１０１２，１０２２，…，１０Ｎ２において、その径方向にも一次共振する。さらに、各放射ユニット１０１１等は軸線方向及び径方向に斜交する方向にも振動し、全体として呼吸振動をする。
従って、この超音波放射体１０１０によれば、この基端面１０１０Ｂから基端方向に超音波が放射されるのみならず、各放射ユニット１０１１等から、それぞれほぼ全方向にわたって、強力な超音波を放射できる。かくして、この超音波放射体１０１０を用いれば、処理槽本体９６１内の音場をより均一になすことができる。また、多くの被処理流体Ｐを処理槽９６０において処理することができる。
従って、この超音波放射体１０１０によれば、この基端面１０１０Ｂから基端方向に超音波が放射されるのみならず、各放射ユニット１０１１等から、それぞれほぼ全方向にわたって、強力な超音波を放射できる。かくして、この超音波放射体１０１０を用いれば、処理槽本体９６１内の音場をより均一になすことができる。また、多くの被処理流体Ｐを処理槽９６０において処理することができる。
さらに、本変形例６の超音波放射体１０１０でも、前述した変形例２，４，５と同様、放射ユニット１０１１等を用いるので、処理槽の形状（例えば深さ）に合わせ、適数個の放射ユニット１０１１等を組み合わせて、適切な軸線方向長さの超音波放射体を形成したり、処理槽などの変更に合わせて適宜形状を変更することができる利点がある。
また、一体型の超音波放射体に比して、各放射ユニット１０１１等を、安価に製作できる。超音波放射体１０１０全体としても安価となる。また、超音波放射体の修理や交換も容易で安価にできる。各放射ユニット１０１１等について、共振周波数などの調整が容易で、特性の良好な超音波放射体を得やすい。
また、本変形例６の超音波放射体１０１０では、先端に配置した放射ユニット１Ｎ０１を、先端側に連結ネジ孔が無く、切り欠きもなく球面状にしてある。これにより、この超音波放射体１０１０の先端方向について、まんべんなく超音波を放射することができるのでさらに好ましい。
また、一体型の超音波放射体に比して、各放射ユニット１０１１等を、安価に製作できる。超音波放射体１０１０全体としても安価となる。また、超音波放射体の修理や交換も容易で安価にできる。各放射ユニット１０１１等について、共振周波数などの調整が容易で、特性の良好な超音波放射体を得やすい。
また、本変形例６の超音波放射体１０１０では、先端に配置した放射ユニット１Ｎ０１を、先端側に連結ネジ孔が無く、切り欠きもなく球面状にしてある。これにより、この超音波放射体１０１０の先端方向について、まんべんなく超音波を放射することができるのでさらに好ましい。
以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。
例えば、実施例４及び変形例６においては、緩衝部を設けていないが、実施例１に対する実施例２のように、緩衝部を設ける形態の超音波放射体とすることもできる。
また、上述の各実施例及び変形例では、第１部分８１等や放射ユニット３１１等が互いに合同の形状を有するものについて例示した。つまり、同じ形の第１部分等が軸線方向に並ぶ形態とした。しかし、同じ共振周波数で共振する第１部分等、あるいは放射ユニットで有れば、異なる形状を適宜混合しても良く、例えば、実施例１に示す第１部分８１径大部７２２等、図２参照）と、実施例３に示す第２部分（図１１参照）と、実施例４に示す第３部分９８３（図１５参照）をが連なった形状の超音波放射体を用いることもできる。同様に、異なる形状の放射ユニットを適宜連結して超音波放射体とすることもできる。
例えば、実施例４及び変形例６においては、緩衝部を設けていないが、実施例１に対する実施例２のように、緩衝部を設ける形態の超音波放射体とすることもできる。
また、上述の各実施例及び変形例では、第１部分８１等や放射ユニット３１１等が互いに合同の形状を有するものについて例示した。つまり、同じ形の第１部分等が軸線方向に並ぶ形態とした。しかし、同じ共振周波数で共振する第１部分等、あるいは放射ユニットで有れば、異なる形状を適宜混合しても良く、例えば、実施例１に示す第１部分８１径大部７２２等、図２参照）と、実施例３に示す第２部分（図１１参照）と、実施例４に示す第３部分９８３（図１５参照）をが連なった形状の超音波放射体を用いることもできる。同様に、異なる形状の放射ユニットを適宜連結して超音波放射体とすることもできる。
さらに、上述の実施例１，２，３及び変形例１〜５等では、いずれも径大放射部２１等を円柱形状としたが、例えば正八角柱などの角柱形状としても良い。これに伴い、縮径放射部も角錐台形状とすることができる。但し、放射される超音波の強度が、軸線ＡＸの周方向について変動する場合があるから、円柱形状とするのが好ましい。
また、上述の実施例１，２及び変形例１〜４では、縮径放射部を円錐台形状とし、傾斜面を錐面とした。しかし、縮径放射部は、基端側あるいは先端側に向かうほど縮径する形態として有れば良く、なめらかな凹形状や、球面状などなめらかな凸形状とすることもできる。さらに、先端放射部については、先端上底面を有さず、錐状（円錐、角錐形状）の他、なめらかな凹形状や、球面状などなめらかな凸形状などとすることもできる。
さらに、上記した変形例２，４，６では、いずれも１つの放射ユニット中に１つの径大部（径大放射部）のみを含むものとしたが、複数の径大部とこの間に位置する径小部とを含む形態とすることもできる。
さらに、処理槽６０等の処理槽本体６１等は、上述の各実施例では略直方体形状としたしかし、これに限らず、軸線ＡＸを中心軸とする円筒状、その他、処理を行う流体の性状、処理槽内に生させる超音波音場の均一性の程度などに応じて適宜の形状とすることができる。定在波を発生させにくくして、超音波音場の均一性を向上させるため、処理槽本体の壁面を、軸線ＡＸやこれに直交する径方向に対して斜交する平面や曲面とすることができる。また、流入管、流出管の径、本数、位置などは、被処理流体、被処理物の性質に応じて適宜選択すればよい。また、連続処理ではなくバッチ処理を行うべく、流入管や流出管を備えない処理槽を用いることもできる。
また、上述した実施例等では、超音波放射体１０等をステンレス鋼で作成した例を示したが、処理する被処理物や処理条件などに応じて適宜の材質を選択すれば良く、例えば、ハステロイ、インコネル、チタン、チタン合金、アルミニウム、ジュラルミンなどの金属や、アルミナ、窒化珪素、炭化珪素などのセラミックなどを用いることができる。
また、実施例等では、超音波振動子２として、圧電セラミックを用いたボルト締めランジュバン型超音波振動子を用いた例を示したが、超音波振動を発生できる超音波振動子で有れば良く、磁歪材料、電歪材料を用いた超音波振動子などを用いることもできる。
また、実施例等では、処理槽に被処理流体Ｐを満たし、この被処理流体について、乳化等の処理を行う例を示した。しかし、処理槽に水や洗浄液などと、機械部品その他の被処理物とを入れ、超音波により被処理物の洗浄を行うこともできる。
また、実施例等では、超音波振動子２として、圧電セラミックを用いたボルト締めランジュバン型超音波振動子を用いた例を示したが、超音波振動を発生できる超音波振動子で有れば良く、磁歪材料、電歪材料を用いた超音波振動子などを用いることもできる。
また、実施例等では、処理槽に被処理流体Ｐを満たし、この被処理流体について、乳化等の処理を行う例を示した。しかし、処理槽に水や洗浄液などと、機械部品その他の被処理物とを入れ、超音波により被処理物の洗浄を行うこともできる。
ＡＸ 軸線
１，４０１，７０１，９０１ 超音波放射装置
１０，２１０，３１０，４１０，５１０，６１０，７１０，８１０，９１０，１０１０ 超音波放射体
１００，４００，７００，９００ 超音波処理装置
２，４０２Ａ，４０２Ｂ，４０９ 超音波振動子
３ 超音波伝送体
３Ｆ フランジ部
４，４０４ 超音波振動源
５，４０５ 超音波発振回路
６，７，４０６Ａ，４０６Ｂ 連結ネジ
４０７ パワー合成装置
４０７Ａ パワー集成板
４０７Ｂ 変換コラム
６０，７６０，９６０ 処理槽
６１，７６１，９６１ 処理槽本体
６２，７６２，９６２ 流入管
６３，７６３，９６３ 流出管
８０，２８０，３８０，４８０，５８０，６８０，７８０，８８０，９８０，１０８０ 放射部
８１，５８１，９８１ 第１部分
８２，５８２，９８２ 第２部分
８３，５８３，９８３ 第３部分
１０Ｂ 基端面
１０Ｔ，２１０Ｔ，３１０Ｔ，５１０Ｔ，６１０Ｔ 先端面
１０Ｋ１，１０Ｋ２ 仮想最小径面
１１，１２，１２Ａ，１２Ｂ，１３，１３Ａ，１３Ｂ，１４ 径小放射部（縮径放射部）
１１Ｂ，１４Ｔ，２１１Ｂ，２１４Ｔ，３Ｎ１Ｔ 上底面
１１Ｓ，１２ＡＳ，１２ＢＳ，１３ＡＳ，１３ＢＳ，１４Ｓ 傾斜面
１８，５１８ 連結ネジ孔
２１，２２，２３ 径大放射部
２１１，２１２，２１２Ａ，２１２Ｂ，２１３，２１３Ａ，２１３Ｂ，２１４ 径小放射部（縮径放射部）
２２１，２２２，２２３ 径大放射部
２３１ 超音波伝送部
２３１Ｃ 連結面
２３１Ｆ フランジ部
２３１Ｎ 連結ネジ孔
３１１，３２１，３Ｎ１ 放射ユニット
３１１Ｂ，３２１Ｂ，３Ｎ１Ｂ ユニット基端面
３１１Ｔ，３２１Ｔ，３Ｎ１Ｔ ユニット先端面
３１３，３１４，３２３，３２４，３Ｎ３，３Ｎ４ 径小部、径小放射部（縮径放射部）
３０２，３０３，３０Ｎ 径小放射部（縮径放射部）
３１２，３２２，３Ｎ２ 径大部、径大放射部
３１８，３１９，３２８，３２９，３Ｎ８ 連結ネジ孔
３３２，３３３，３３Ｎ 連結ネジ
５１１，５１２，５１３，５１４ 径小放射部
５１１Ａ，５１２Ａ，５１２Ｂ，５１３Ａ，５１３Ｂ，５１４Ａ 縮径放射部
５１１Ｃ，５１２Ｃ，５１３Ｃ，５１４Ｃ 緩衝部
５２１，５２２，５２３ 径大放射部
６１１，６２１，６Ｎ１ 放射ユニット
６０２，６０３，６０Ｎ 径小放射部
６１２，６２２，６Ｎ２ 径大部、径大放射部
６１３，６１４，６２３，６２４，６Ｎ３，６Ｎ４ 径小部、径小放射部
６１３Ａ，６１４Ａ，６２３Ａ，６２４Ａ，６Ｎ３Ａ，６Ｎ４Ａ 縮径部、縮径放射部
６１３Ｃ，６１４Ｃ，６２３Ｃ，６２４Ｃ，６Ｎ３Ｃ，６Ｎ４Ｃ 緩衝部
６１８，６１９，６２８，６２９，６Ｎ８ 連結ネジ孔
６３２，６３３，６３Ｎ 連結ネジ
７１１，７１２，７１３，７１４，７１５ 径小放射部（緩衝部）
７２１，７２２，７２３，７２４ 径大放射部
８１１，８２１，８Ｎ１ 放射ユニット
８０２，８０３，８０Ｎ 径小放射部
８１２，８２２，８Ｎ２ 径大部、径大放射部
８１３，８１４，８２３，８２４，８Ｎ３，８Ｎ４ 径小部、径小放射部（緩衝部）
８１８，８１９，８２８，８２９，８Ｎ８ 連結ネジ孔
８３２，８３３，８３Ｎ 連結ネジ
９１１，９１２，９１３，９１４ 径小放射部
９２１，９２２，９２３ 径大放射部
９１１，９１２Ａ，９１２Ｂ，９１３Ａ，９１３Ｂ，９１４ 縮径放射部
１０１１，１０２１，１０Ｎ１ 放射ユニット
１００２，１００３，１００Ｎ 径小放射部
１０１２，１０２２，１０Ｎ２ 径大部、径大放射部
１０１３，１０１４，１０２３，１０２４，１０Ｎ３，１０Ｎ４ 径小部、径小放射部
１０１８，１０１９，１０２８，１０２９，１０Ｎ８ 連結ネジ孔
１０３２，１０３３，１０３Ｎ 連結ネジ
１，４０１，７０１，９０１ 超音波放射装置
１０，２１０，３１０，４１０，５１０，６１０，７１０，８１０，９１０，１０１０ 超音波放射体
１００，４００，７００，９００ 超音波処理装置
２，４０２Ａ，４０２Ｂ，４０９ 超音波振動子
３ 超音波伝送体
３Ｆ フランジ部
４，４０４ 超音波振動源
５，４０５ 超音波発振回路
６，７，４０６Ａ，４０６Ｂ 連結ネジ
４０７ パワー合成装置
４０７Ａ パワー集成板
４０７Ｂ 変換コラム
６０，７６０，９６０ 処理槽
６１，７６１，９６１ 処理槽本体
６２，７６２，９６２ 流入管
６３，７６３，９６３ 流出管
８０，２８０，３８０，４８０，５８０，６８０，７８０，８８０，９８０，１０８０ 放射部
８１，５８１，９８１ 第１部分
８２，５８２，９８２ 第２部分
８３，５８３，９８３ 第３部分
１０Ｂ 基端面
１０Ｔ，２１０Ｔ，３１０Ｔ，５１０Ｔ，６１０Ｔ 先端面
１０Ｋ１，１０Ｋ２ 仮想最小径面
１１，１２，１２Ａ，１２Ｂ，１３，１３Ａ，１３Ｂ，１４ 径小放射部（縮径放射部）
１１Ｂ，１４Ｔ，２１１Ｂ，２１４Ｔ，３Ｎ１Ｔ 上底面
１１Ｓ，１２ＡＳ，１２ＢＳ，１３ＡＳ，１３ＢＳ，１４Ｓ 傾斜面
１８，５１８ 連結ネジ孔
２１，２２，２３ 径大放射部
２１１，２１２，２１２Ａ，２１２Ｂ，２１３，２１３Ａ，２１３Ｂ，２１４ 径小放射部（縮径放射部）
２２１，２２２，２２３ 径大放射部
２３１ 超音波伝送部
２３１Ｃ 連結面
２３１Ｆ フランジ部
２３１Ｎ 連結ネジ孔
３１１，３２１，３Ｎ１ 放射ユニット
３１１Ｂ，３２１Ｂ，３Ｎ１Ｂ ユニット基端面
３１１Ｔ，３２１Ｔ，３Ｎ１Ｔ ユニット先端面
３１３，３１４，３２３，３２４，３Ｎ３，３Ｎ４ 径小部、径小放射部（縮径放射部）
３０２，３０３，３０Ｎ 径小放射部（縮径放射部）
３１２，３２２，３Ｎ２ 径大部、径大放射部
３１８，３１９，３２８，３２９，３Ｎ８ 連結ネジ孔
３３２，３３３，３３Ｎ 連結ネジ
５１１，５１２，５１３，５１４ 径小放射部
５１１Ａ，５１２Ａ，５１２Ｂ，５１３Ａ，５１３Ｂ，５１４Ａ 縮径放射部
５１１Ｃ，５１２Ｃ，５１３Ｃ，５１４Ｃ 緩衝部
５２１，５２２，５２３ 径大放射部
６１１，６２１，６Ｎ１ 放射ユニット
６０２，６０３，６０Ｎ 径小放射部
６１２，６２２，６Ｎ２ 径大部、径大放射部
６１３，６１４，６２３，６２４，６Ｎ３，６Ｎ４ 径小部、径小放射部
６１３Ａ，６１４Ａ，６２３Ａ，６２４Ａ，６Ｎ３Ａ，６Ｎ４Ａ 縮径部、縮径放射部
６１３Ｃ，６１４Ｃ，６２３Ｃ，６２４Ｃ，６Ｎ３Ｃ，６Ｎ４Ｃ 緩衝部
６１８，６１９，６２８，６２９，６Ｎ８ 連結ネジ孔
６３２，６３３，６３Ｎ 連結ネジ
７１１，７１２，７１３，７１４，７１５ 径小放射部（緩衝部）
７２１，７２２，７２３，７２４ 径大放射部
８１１，８２１，８Ｎ１ 放射ユニット
８０２，８０３，８０Ｎ 径小放射部
８１２，８２２，８Ｎ２ 径大部、径大放射部
８１３，８１４，８２３，８２４，８Ｎ３，８Ｎ４ 径小部、径小放射部（緩衝部）
８１８，８１９，８２８，８２９，８Ｎ８ 連結ネジ孔
８３２，８３３，８３Ｎ 連結ネジ
９１１，９１２，９１３，９１４ 径小放射部
９２１，９２２，９２３ 径大放射部
９１１，９１２Ａ，９１２Ｂ，９１３Ａ，９１３Ｂ，９１４ 縮径放射部
１０１１，１０２１，１０Ｎ１ 放射ユニット
１００２，１００３，１００Ｎ 径小放射部
１０１２，１０２２，１０Ｎ２ 径大部、径大放射部
１０１３，１０１４，１０２３，１０２４，１０Ｎ３，１０Ｎ４ 径小部、径小放射部
１０１８，１０１９，１０２８，１０２９，１０Ｎ８ 連結ネジ孔
１０３２，１０３３，１０３Ｎ 連結ネジ
Claims (10)
- 軸線方向に延びる形態を有する超音波放射体であって、
上記軸線方向に直交する径方向に相対的に大きな径方向寸法を有する径大放射部と、
隣接する上記径大放射部よりも相対的に小さな径方向寸法を有する径小放射部とが、
上記軸線方向基端側から、上記径小放射部、径大放射部の順に交互に複数並ぶ放射部を備え、
上記放射部は、
この超音波放射体に所定周波数の超音波振動を加えたとき、
上記軸線方向に、上記径小放射部を腹とし、上記径大放射部を節とする共振をするとともに、
各々の上記径大放射部で上記径方向に一次共振し、かつ、隣り合う径大放射部同士が逆相に振動する
形状を有する
超音波放射体。 - 請求項１に記載の超音波放射体であって、
複数の前記径小放射部のうち、少なくともいずれかの径小放射部は、
隣接する前記径大放射部から離れるほど上記径方向の寸法が徐々に小さくなる形態を有する縮径放射部を含む
超音波放射体。 - 請求項２に記載の超音波放射体であって、
複数の前記径小放射部のうち、最も基端側の径小放射部が、前記縮径放射部を含む
超音波放射体。 - 請求項２または請求項３に記載の超音波放射体であって、
複数の前記径小放射部のうち、最も先端側に位置する径大放射部より先端側に位置する径小放射部が、前記縮径放射部を含む
超音波放射体。 - 請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の超音波放射体であって、
この超音波放射体の放射部をなす材質のヤング率Ｅ及び密度ρ、前記所定周波数ｆｒをを用い、下記式（１）によって得た縦振動の波長λｚに対し、
λｚ＝（Ｅ／ρ）1/2／ｆｒ … （１）
各々の前記径小放射部における最も小さな径方向寸法を、λｚ／２．６以下としてなる
超音波放射体。 - 請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の超音波放射体であって、
連結部分のない一体の金属塊からなる
超音波放射体。 - 請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の超音波放射体であって、
互いに連結する連結部分が前記径小放射部に位置する形態とした放射ユニットを複数連結してなる
超音波放射体。 - 請求項７に記載の超音波放射体をなす複数の前記放射ユニットのうちの１つとなる放射ユニット。
- 請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の超音波放射体と、
この超音波放射体に固着され、前記軸線方向基端側からこの超音波放射体に超音波振動を与える超音波振動源と、
を含む
超音波放射装置。 - 被処理物である流体または流体と被処理物とを収容する処理槽と、
上記処理槽内に少なくとも前記放射部を配置してなる請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の超音波放射体と、
この超音波放射体に固着され、前記軸線方向基端側からこの超音波放射体に超音波振動を与える超音波振動源と、を含む
超音波処理装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003434225A JP4278095B2 (ja) | 2003-12-26 | 2003-12-26 | 超音波放射体、超音波放射ユニット、超音波放射装置、及びこれを用いた超音波処理装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003434225A JP4278095B2 (ja) | 2003-12-26 | 2003-12-26 | 超音波放射体、超音波放射ユニット、超音波放射装置、及びこれを用いた超音波処理装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2005186030A true JP2005186030A (ja) | 2005-07-14 |
| JP4278095B2 JP4278095B2 (ja) | 2009-06-10 |
Family
ID=34791353
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003434225A Expired - Fee Related JP4278095B2 (ja) | 2003-12-26 | 2003-12-26 | 超音波放射体、超音波放射ユニット、超音波放射装置、及びこれを用いた超音波処理装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4278095B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100345624C (zh) * | 2005-10-31 | 2007-10-31 | 四川大学 | 管式循环超声波化学反应装置 |
| JP2016096508A (ja) * | 2014-11-17 | 2016-05-26 | 株式会社プレテック | 超音波放射器 |
| JP2017524532A (ja) * | 2014-06-09 | 2017-08-31 | ブランソン・ウルトラソニックス・コーポレーション | 広帯域幅の大表面積の超音波ブロックホーン |
| JP2019024420A (ja) * | 2017-07-31 | 2019-02-21 | 多賀電気株式会社 | 超音波処理装置 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105327844A (zh) * | 2015-11-16 | 2016-02-17 | 无锡市华能超声电子有限公司 | 一种超声液体处理的换能方法和装置 |
| RU198119U1 (ru) * | 2020-01-17 | 2020-06-19 | Общество с ограниченной ответственностью «Прецессия» | Ультразвуковой излучатель |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09122934A (ja) * | 1995-08-22 | 1997-05-13 | Arutekusu:Kk | 超音波振動接合装置 |
| JP2000202277A (ja) * | 1999-01-18 | 2000-07-25 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | 反応装置 |
| JP2003200042A (ja) * | 2001-12-31 | 2003-07-15 | Michiteru Nakahara | 反応装置 |
-
2003
- 2003-12-26 JP JP2003434225A patent/JP4278095B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09122934A (ja) * | 1995-08-22 | 1997-05-13 | Arutekusu:Kk | 超音波振動接合装置 |
| JP2000202277A (ja) * | 1999-01-18 | 2000-07-25 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | 反応装置 |
| JP2003200042A (ja) * | 2001-12-31 | 2003-07-15 | Michiteru Nakahara | 反応装置 |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100345624C (zh) * | 2005-10-31 | 2007-10-31 | 四川大学 | 管式循环超声波化学反应装置 |
| JP2017524532A (ja) * | 2014-06-09 | 2017-08-31 | ブランソン・ウルトラソニックス・コーポレーション | 広帯域幅の大表面積の超音波ブロックホーン |
| JP2016096508A (ja) * | 2014-11-17 | 2016-05-26 | 株式会社プレテック | 超音波放射器 |
| JP2019024420A (ja) * | 2017-07-31 | 2019-02-21 | 多賀電気株式会社 | 超音波処理装置 |
| JP7006906B2 (ja) | 2017-07-31 | 2022-01-24 | 多賀電気株式会社 | 超音波処理装置 |
| JP7204248B2 (ja) | 2017-07-31 | 2023-01-16 | 多賀電気株式会社 | 超音波分散装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4278095B2 (ja) | 2009-06-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7504075B2 (en) | Ultrasonic reactor and process for ultrasonic treatment of materials | |
| TWI413553B (zh) | 產生超音波振動的裝置 | |
| US5026167A (en) | Ultrasonic fluid processing system | |
| US8439938B2 (en) | Variable frequency phacoemulsification handpiece | |
| KR20090094114A (ko) | 초음파 처리 챔버 및 방법 | |
| CN103028540B (zh) | 超声波工具头 | |
| WO1999012486A1 (en) | Apparatus for applying high-intensity ultrasonic waves to a target volume within a human or animal body | |
| US5384508A (en) | Modular unit for a tubular ultrasonic reactor | |
| JP4278095B2 (ja) | 超音波放射体、超音波放射ユニット、超音波放射装置、及びこれを用いた超音波処理装置 | |
| RU2325959C2 (ru) | Гидродинамический генератор акустических колебаний ультразвукового диапазона и способ создания акустических колебаний ультразвукового диапазона | |
| US6429575B1 (en) | Device for transmitting ultrasonic energy to a liquid or pasty medium | |
| JP5887588B2 (ja) | 超音波放射装置、超音波処理装置 | |
| JP4883617B2 (ja) | 超音波多周波振動体、超音波振動ユニット、超音波振動装置、超音波処理装置、先端面超音波放射装置、先端面超音波受波装置、及び、超音波加工装置 | |
| JP4353518B2 (ja) | 超音波放射体、超音波放射装置、及びこれを用いた超音波処理装置 | |
| Lebedev et al. | Ultrasonic oscillating system for radiators of gas media | |
| US20160136598A1 (en) | Ultrasonic system for mixing multiphase media and liquids, and associated method | |
| JP2004337800A (ja) | 超音波キャビテーション発生装置 | |
| RU2222387C1 (ru) | Ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь проходного типа | |
| JP3855624B2 (ja) | 水処理装置 | |
| Gallego-Juárez | High power ultrasonic transducers for use in gases and interphases | |
| RU2284215C1 (ru) | Кольцевой магнитострикционный преобразователь | |
| US10562068B2 (en) | Ultrasonic device having large radiating area | |
| Zhou et al. | A tubular focused sonochemistry reactor | |
| Kubo et al. | Visualization of acoustically induced cavitation bubbles and microjets with the aid of a high-speed camera | |
| JP2014171928A (ja) | 超音波反応装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20061225 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20081125 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090121 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20090217 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20090306 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120319 Year of fee payment: 3 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4278095 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120319 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130319 Year of fee payment: 4 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130319 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130319 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140319 Year of fee payment: 5 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |