JP2007522939A

JP2007522939A - ハニカム体から過剰被覆材料を除去する方法および装置

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Publication number: JP2007522939A
Application number: JP2007500731A
Authority: JP
Inventors: ベッカー、ロバート; ブルック、ロルフ
Original assignee: アドヴァンスドテクノロジープロダクツインコーポレイテッド
Priority date: 2004-02-24
Filing date: 2004-02-24
Publication date: 2007-08-16
Also published as: DE112004002757T5; WO2005084807A1

Abstract

触媒コンバータのハニカム体から過剰被覆材料を除去する方法および装置。被覆されたハニカム体は、偏心タペットに取付けられ、ハニカム体の重心から第１の回転軸までの距離がハニカムの長さの少なくとも１．５倍であるようにして第１の回転数で第１の回転軸を中心に回転させられる。ハニカム体はさらに、第２の回転軸を中心に回転させられて、被覆材料を一様にし、より均一な被覆表面を与える。

Description

本発明は、触媒コンバータ、より詳しくは、流体が流れることができる流路を形成する触媒コンバータハニカム体から過剰被覆材料を除去する方法および装置に関する。流路の全般的な流れ方向はハニカム体の長手軸線によって規定され、ハニカム体は軸長および重心を有する。ハニカム体は、表面被覆され、長手軸線の方向に第１の回転数で第１の回転軸を中心に回転させられる。ハニカム体の重心と回転軸との間の距離はハニカム体の軸長の少なくとも１．５倍である。

触媒コンバータ支持体は一般に、支持体内を流れる排気ガスを高効率で交換するために十分に大きな表面を有するハニカム体を含む。図１に示す通り、ハニカム体２は、境界層３の間に位置し巻き付けられたまたは積層された金属箔４で形成された複数の流路１７を含む。流路１７はハニカム体の長手軸線５を規定する。ハニカム体２は好ましくは、耐さび性かつ耐熱性の鋼で作られる。

たとえハニカム体２の流路１７が有害な煤煙を交換するために十分に大きな表面積を好適に有しているとしても、ハニカム体２の流路１７を被覆材料１で被覆することは当業者に知られている。そのような被覆材料は、γ−酸化アルミニウムまたは、酸化物から成るウォッシュコートを含み得る。これらの被覆は触媒活性であるかまたは機械に必要な被覆材料である。具体的には、被覆材料は、プラチナまたはロジウのような触媒を持ち上げ、それによって触媒と排気ガスとの極めて集約的な接触によるハニカム体２内を流れる排気ガスのさらなる混合を生じる。通常、ハニカム体２は乳化被覆材料の浴に浸漬されるかまたは当該材料を噴霧され、それによりハニカム体の全表面が被覆される。その後、過剰被覆材料は圧縮空気によって表面から、特に流路１７から除去される。過剰被覆材料を除去するこの手順は、流路１７の断面が十分に大きい場合、また被覆厚さが比較的厚い場合、毛管力の表面張力が重要ではないことから、適格である。

しかし、触媒の表面を増大させて触媒変換効率を高めるためには、流路１７の密度をさらに高めることが必要である。最近までは、６００ｃｐｓｉ（セル／平方インチ）未満のセル密度が普通であったが、目標は今や１０００ｃｐｓｉ以上のセル密度を達成することである。より高いセル密度により、より小さい流路１７の断面が存在するので、表面張力および毛管力の影響は増大する。これは被覆材料１の液滴を流路１７内に落下させる原因となり、それは図２に示す通り、種々の厚さ１９を有する被覆表面につながり、時として流路１７を詰まらせ損傷を与える。それゆえ、被覆の異なる厚さＤは、ハニカム体２内のセル密度を増大させることに関係する重大な問題である。

従って、被覆材料の均一な塗布を得るために、増大したセル密度および小さい流路を有するハニカム体から過剰被覆材料を除去する方法が必要である。さらに、そのような手順を実行する適格な装置も必要である。

本発明のハニカム体から過剰被覆材料を除去する方法は、ハニカム体を被覆材料で被覆するステップと、ハニカム体の長手軸線を規定するステップと、遠心加速度を惹き起こすために第１の回転数で第１の回転軸を中心にハニカム体を回転させるステップとを含む。ハニカム体を回転させるステップは、遠心加速度を惹き起こすためにハニカム体の長手軸線の少なくとも部分的な方向に第１の回転数で第１の回転軸を中心にハニカム体を回転させるステップを含む。好ましくは、ハニカム体の重心と第１の回転軸との間の距離は、ハニカム体の長さよりも少なくとも１．５倍、より好ましくは５倍、最も好ましくは１０倍長い。

好ましい実施態様において、遠心加速度に付加的な加速度が付加される。付加的な加速度は、第１の回転数の値を変えることによって、または第１の回転軸が第２の回転軸とは異なり、この第２の回転軸を中心に第２の回転数でハニカム体を回転させることによって発生し得る。好ましくは、第１の回転数は第２の回転数よりも高い。第１の回転数と第２の回転数との比は少なくとも５：１、より好ましくは２０：１、最も好ましくは１００：１である。また、遠心加速度と付加的な加速度との和から生じる全加速度は、重力の加速度よりも少なくとも２倍大きい、より好ましくは６倍大きい、最も好ましくは２０倍大きい。

方法は、遠心加速度を惹き起こす前または惹き起こした後にハニカム体を付加的な圧縮空気流にさらすステップをさらに含み得る。また、ハニカム体はハニカムを回転させるステップ中に振動にさらされてもよい。

ハニカム体から過剰被覆材料を除去する装置もまた提供される。この装置は、少なくとも１個のハニカム体を保持できる偏心タペットを備える。偏心タペットは、遠心加速度を惹き起こすために第１の回転数で第１の回転軸を中心にハニカム体を回転させる。第１のモータは、第１の回転軸を中心に回転するための力をタペットに供給する。第１のモータは、第１の付加的な加速度を得るために第１の回転数の値を変化させる。偏心タペットはまた、第２の付加的な加速度を得るために第２の回転数で第２の回転軸を中心にハニカム体を回転させる。

本発明は、図面を参照しながら好ましい実施形態の詳細な説明を読むことによってより良好に理解される。

以下の説明において検討される図解および例は、本発明の好ましい実施形態を説明するために提示されており、本発明をそれらに限定するように意図されてはいない。

本発明のハニカム体から過剰被覆材料を除去する方法は、ハニカム体に、均一に被覆された表面を与える。これは、図１および２に示す通り、巻き付けられた又は積層された金属薄板４として部分的に構成されている金属ハニカム体２のような、高セル密度または小流路断面を有するハニカム体２に関して特に重要である。特に金属ハニカム体２内に生じる流路１７のくさび状三角形領域は、ハニカム体２を通る排気ガスの流れを妨げ、触媒変換にそれほど貢献しないが、通常、大量の高価な被覆材料を吸収する。

流路１７から過剰被覆材料を除去するために、ハニカム体２は、本発明に従った過剰被覆材料を除去する装置によって、高偏心率で第１の回転軸６を中心に回転させられる。図３に示す通り、装置は少なくとも１個のハニカム体２を保持することができる偏心タペット１４を含む。図およびこの説明は時々２個のハニカム体２，２'を保持するタペット１４に言及するが、本発明はそれに限定されないことを理解しなければならない。偏心タペット１４は１個のハニカム体２だけ含んでいてもよい。タペット１４は、タペット１４に結合された第１のモータ１３によって第１の回転数で第１の回転軸６を中心にハニカム体２，２'を回転させる。この回転は、第１の回転軸６から外側へ半径方向に向かう遠心力８を発生する。遠心加速度８は、ハニカム体２，２'から過剰被覆材料を効果的に除去してハニカム体２，２'の均一な被覆表面を実現する。

ハニカム体２，２'は軸長Ｌおよび重心Ｓを有する。好ましくは、ハニカム体２，２'の重心Ｓから第１の回転軸６までの距離Ａは、ハニカム体２，２'の軸長Ｌよりも少なくとも１．５倍長く、好ましくは５倍長く、最も好ましくは１０倍長い。ハニカム体２，２'の重心Ｓから第１の回転軸６までの最小距離Ａは、ハニカム体２，２'内部の異なる断面の被覆材料上に不変量の遠心加速度８を与え、それにより均一な被覆表面を提供する。ハニカム体２の重心Ｓから第１の回転軸６までの距離Ａがハニカム体２の長さＬの５倍である場合、（対称な）ハニカム体２内部の２つの空間点における遠心加速度８の関係は約２０％以下である。同様に、第１の回転軸６に最も近いハニカム体２の１つの点における遠心加速度８と、第１の回転軸６から最も遠くに位置するハニカム体２の１つの点における遠心加速度８との差は、約１０％である。これはまた、ハニカム体２の重心Ｓからの距離Ａがハニカム体２の長さＬより１０倍長い場合も当てはまる。言い換えれば、ハニカム体２から第１の回転軸６までの距離Ａが大きくなればなるほど、遠心加速度８の作用はハニカム体２内部の異なる位置でより規則的になる。ハニカム体２内部の異なる位置での遠心加速度８の差が小さくなればなるほど、残留被覆材料の層はより一様になる。

本発明の好ましい実施形態において、遠心加速度８は、図４に示す通り、被覆表面のさらなる一様性を達成し遠心加速度８の駆動力を増大するために付加的な加速度９を重畳される。この付加的な加速度９は、第１の回転軸６の回転数を変えるか、またはハニカム体２，２'を第１の回転軸６と異なる第２の回転軸７，７'を中心に回転させることによって生じ得る。付加的な加速度９は、被覆層が様々な厚さを有する原因になる多くの過剰被覆材料が除去され得るので、より均一な被覆を得ることを可能にする。

１実施形態によれば、付加的な加速度９は第１の回転軸６を中心にした回転数を変えることによって付加される。第１の回転数のこの変化は、付加的な加速度９が第１の回転軸６のまわりの円に対して接線方向に延び、ハニカム体の速度ベクトルが主にその方向ではなくその量を変えるので、付加的な横方向（translateral）の加速力を生じる。第１の回転数の変化は、偏心タペット１４に取付けられたモータ１３により回転運動を加速または制動することにより生じ得る。好ましくは、モータ１３は、時間的に予め定められた値に基づいて第１の回転軸６を中心にした回転数を変える。例えば、ハニカム体２が予め定められた回転後に最大回転数に到達し、そして同様の回転後に回転数が制動されるか、またはより有利には急停止されると好ましい。この場合、付加的な加速度９は遠心加速度８よりも極めて高くなり得る。ハニカム体２の均一な被覆を与えるために最も適している予め定められた回転数変化の偏心率値は、ハニカム体２の重心Ｓと第１の回転軸６との間の距離Ａに基づいている。好ましくは、ハニカム体２の重心Ｓから第１の回転軸６までの距離は、ハニカム体の長さの少なくとも１．５倍、より好ましくは５倍、最も好ましくは１０倍である。最小距離はハニカム体２の異なる点における異なる加速力を十分に小さく保つ。これは、高セル密度を備える金属ハニカム体が一様に被覆されなければならない場合、特に重要である。

本発明の別の実施形態によれば、付加的な加速度９は、第１の回転軸６と異なる第２の回転軸７，７'を中心に第２の回転数でハニカム体２，２'を回転させることによって生じる。第２の回転軸７，７'は、第１の回転軸６と平行であるか（同一ではなく）、第１の回転軸６と交わるか、又は第１の回転軸６に対して斜めである。図４に示す通り、ハニカム体２，２'はそれぞれ偏心タペット１４で第２の回転軸７，７'を中心に回転する。偏心タペット１４は第１のモータ１３によって第１の回転軸６を中心に回転し、ハニカム体２，２'は付加的なモータ１８，１８'または歯車機構によって第２の回転軸７，７'を中心に回転する。モータ１８，１８'はそれぞれ第２の回転軸７，７'を中心にした回転方向に予め定められている。回転方向と同様に特定の軸７を中心にした正しい回転数を選択することにより、被覆材料でのハニカム体２の特に均一な被覆が生じる。

遠心加速度８は、ハニカム体２，２'を第１の回転軸６を中心に回転させることによって生じ、ハニカム体２，２'の過剰被覆材料を外側へ半径方向に移送する。このようにして、過剰被覆材料を除去するための駆動力は第１の回転軸６を中心にした遠心加速度８に基づいている。それぞれの第２の回転軸７，７'を中心にしたハニカム体２，２'の回転は、被覆層の厚さを一様にして、より均一な被覆を得る。この一様性は、第１の回転軸６の近くに位置するハニカム体２，２'の領域がそれぞれの第２の回転軸７，７'を中心にした回転によって外側に移送され、それによってそれらは十分に高い遠心加速度を受けることから生じる。

時間に関して、遠心加速度８は、第２の回転軸７を中心にした回転数が第１の回転軸６を中心にした回転数より著しく少ない場合、ハニカム体２における全部の領域について概ね一定である。好ましくは、第１の回転数と第２の回転数との比は、少なくとも５：１、より好ましくは２０：１、最も好ましくは１００：１である。遠心加速度８は第１の回転軸６を中心にハニカム体２を回転させることによって生じ、ハニカム体２と第１の回転軸６との間の距離が増大するにつれて増加する。この遠心加速度８は付加的な遠心加速度９を重畳される。この付加的な遠心加速度９は第２の回転軸７を中心にハニカム体２を回転させることによって生じ、ハニカム体２と第２の回転軸７との間の距離が増大するにつれて増加する。加速度の非均一性は、ハニカム体２の重心Ｓから第１の回転軸６までの広範囲な距離Ａ（ハニカム体の長さＬの少なくとも１．５倍）がハニカム体２内の異なる点での遠心力の加速度８の差を制限することから、ハニカム体２全体を通じて釣り合う。従って、遠心加速度８と付加的な加速度９との合成は、適時な平均化とともに、ハニカム体２における全ての点での均一な遠心加速度および過剰被覆材料の均一な除去を生じる。その結果、ハニカム体２全体に亘って被覆表面が均一になる。

タペット１４は、ハニカム体２から除去された過剰被覆材料を回収するためのハウジングを含み得る。それゆえ、過剰被覆材料はリサイクルのために容器１６内に回収される。

遠心加速度８と付加的な加速度９との十分かつ適時な追加は、基本的に、上述の通り、均一な被覆表面を与えるために被覆を一様にする。付加的な加速度９は経時的に変化し得る。例えば、付加的な加速度９は、特定の時間間隔の範囲内で、その量または方向を変えられ得る。詳細には、ハニカム体２が第１の回転軸６を中心に遠心力をかけられた後、ハニカム体２は１８０°回転されてから第２の回転軸７，７'を中心に遠心力をかけられ得る。結果として得られる全加速度１０に平行にハニカム体２の長手軸線５を調整すると特に有利である。全加速度は、第１の回転軸６を中心にした運動に起因する遠心加速度８と付加的な加速度９との和から得られる。その場合、過剰被覆材料は、結果として生じる全加速度１０に対するハニカム体２の平行な位置合わせにより、妨げられずに流路１７を出ることができる。これはハニカム体により均一な被覆を与える。

本発明の好ましい実施形態において、上述の通り、第２の回転軸７を中心にハニカム体２を回転させることによって付加的な加速度９を得る２つの方法が存在する。第１の変法では、両軸６，７を中心にした回転数は異なるように決定される。図４に示す通り、第１の回転軸６を中心にした偏心タペット１４の回転２０は、第２の回転軸７，７'を中心にした回転２１とは逆である。具体的には、ハニカム体２，２'はモータ１３により第１の回転軸６を中心に時計回りに回転させられるとともに、ハニカム体２，２'はそれぞれの付加的なモータ１８，１８'によってそれぞれの第２の回転軸７，７'を中心に反時計回りに回転させられる。第１の回転軸６を中心にした回転が急激に停止された場合、遠心加速度８と、第１の回転軸６を中心にした回転数の変化によって惹き起こされる付加的な加速度９との重畳により全加速度１０が生じる。ハニカム体２は、ハニカム体２の長手軸線５すなわちその流路１７が全加速度１０の方向に向き、それにより過剰被覆材料が流路１７に沿って放出されるように調整される。除去された被覆材料１は容器１６に移送される。従って、偏心タペット１４上の２個のハニカム体２，２'を調整することによって、他方のハニカム体２，２'の重要なハニカム体２，２'の遠心加速度８または全加速度１０は釣り合う。被覆材料を除去するための駆動力は、主に、第１の回転軸６の回転数の変化に起因する横方向の付加的な加速度である。第２の回転軸７，７'を中心にした反時計回りの回転は被覆厚さを一様にし、ハニカム体２，２'内部のあらゆる位置に、一定の回転数での遠心力８と半径との間の線形性のために、同じ遠心力８を効果的に生じる。従って、均一な被覆表面が達成される。

第２の変法では、両軸６，７を中心にした回転数は等しく決定される。ハニカム体２の長手軸線は、両回転が反時計回りの回転を示す場合、常に同じ空間方向に向く。ハニカム体２は円軌道で動くが、過剰被覆材料を除去するための駆動力は前後運動で動く。図５に示す通り、第１の回転軸６を中心にした回転数は、第２の回転軸７，７'を中心にした回転数よりも著しく高い。この場合、第１の回転軸６を中心にした回転２０に対する第２の回転軸７，７'を中心にした回転２１の重要性はまったく存在しない。両回転が同じ回転方向を有する場合、高い加速力は、第２の回転軸７に近い点におけるよりも第２の回転軸７から遠くに位置する点に実際上時間的に現れる。従って、ハニカム体２内の異なる点は、高いが異なる加速力を受ける。これは、ハニカム体２の内側の位置とその縁端の位置との間の被覆厚さの差が、異なる回転方向によるよりも同じ回転方向での回転に関して高くなることを意味する。両回転軸６，７を中心にした同一の回転は、より均一な被覆表面を得るために被覆をさらに一様にする。

遠心加速度８と付加的な加速度９との和から生じる有効全加速度１０の和は、迎え加速力の効果を向上させるために重力による加速度よりも好ましくは少なくとも２倍、より好ましくは少なくとも６倍、最も好ましくは少なくとも２０倍大きい。そのような付加的な加速度９は過剰被覆材料の特に迅速かつ効果的な除去を生じる。これはまた被覆表面を薄くする。

ハニカム体２はさらに、遠心加速度８の作用前または作用中に軸線方向にさらなる圧縮空気流を受け、それにより過剰被覆材料の除去を支援する。

振動発生器２２が、被覆材料の硬化を防ぐために遠心作用中にハニカム体２を振動させるために設けられている。振動は、被覆材料が硬化できないように被覆材料を粘性に保つ。その結果、ハニカム体２の被覆は極めて薄くなる。振動発生器は好ましくは、２０ｋＨｚ〜１ＭＨｚのＯｂｅｉ周波数の、好ましくは５０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの音波を送出する超音波トランスデューサである。

ハニカム体は、連続生産プロセ中に過剰被覆材料との接触を避けるために第１の回転軸６に入れられその近くで除去される。これは、遠心機へのハニカム体２，２'の連続的かつ容易な供給、過剰被覆材料の除去および遠心機からのハニカム体２，２'の容易な取外しを可能にする。

ハニカム体から過剰被覆材料を除去する上述した本発明の方法および装置は、ハニカム体が被覆材料で被覆され、第１の回転軸を中心にした回転を受けると、均一な被覆厚さを与える。その場合、ハニカム体の重心から第１の回転軸までの距離Ａはハニカム体の長さの少なくとも１．５倍である。ハニカム体が第１の回転軸とは異なる第２の回転軸を中心に回転させられると、より一層均一な被覆厚さが達成される。

特定の修正および改良が上述の説明の読了時に当業者には想起されるであろう。本発明の全てのそのような修正および改良は、簡潔さおよび読みやすさのためにここでは削除されているが、正しく添付の特許請求の範囲の適用範囲内にある。

被覆されるハニカム体の斜視図図１のハニカム体における流路の断面図本発明のハニカム体から過剰被覆材料を除去する装置の断面図本発明の実施形態に従った図３の装置の平面図本発明の別の実施形態に従った図３の装置の平面図

符号の説明

１被覆材料
２金属ハニカム体
２，２' ハニカム体
３境界層
４金属箔
５長手軸線
６第１の回転軸
７，７' 第２の回転軸
８遠心加速度
９付加的な加速度
１０全加速度
１３モータ
１４偏心タペット
１６容器
１７流路
１８，１８' 付加的なモータ
２０回転
２１回転
２２振動発生器
Ａ距離
Ｓ重心
Ｌハニカム体の長さ

Claims

ハニカム体を被覆材料で被覆するステップと、
ハニカム体の長手軸線を規定するステップと、
遠心加速度を惹き起こすために第１の回転数で第１の回転軸を中心にハニカム体を回転させるステップと
を含むことを特徴とするハニカム体から過剰被覆材料を除去する方法。
ハニカム体を回転させるステップは、遠心加速度を惹き起こすためにハニカム体の長手軸線の少なくとも部分的な方向に第１の回転数で第１の回転軸を中心にハニカム体を回転させるステップを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
ハニカム体の重心と第１の回転軸との間の距離はハニカム体の長さの少なくとも１．５倍であることを特徴とする請求項１記載の方法。
ハニカム体の重心と第１の回転軸との間の距離はハニカム体の長さの少なくとも５倍であることを特徴とする請求項１記載の方法。
ハニカム体の重心と第１の回転軸との間の距離はハニカム体の長さの少なくとも１０倍であることを特徴とする請求項１記載の方法。
遠心加速度に付加的な加速度を付加するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
遠心加速度と付加的な加速度との和から生じる全加速度に対して概ね平行にハニカム体を配置するステップをさらに含むことを特徴とする請求項６記載の方法。
付加的な加速度を付加するステップは第１の回転数の値を変えるステップを含むことを特徴とする請求項６記載の方法。
第１の回転数の値の変更は予め定められていることを特徴とする請求項８記載の方法。
第１の回転数の時限は予め定められていることを特徴とする請求項８記載の方法。
付加的な加速度を付加するステップは、ハニカム体を第２の回転数で第２の回転軸を中心に回転させるステップを含み、第１の回転軸は第２の回転軸とは異なることを特徴とする請求項６記載の方法。
第１の回転数は第２の回転数よりも高いことを特徴とする請求項１１記載の方法。
第１の回転数と第２の回転数との比は５：１であることを特徴とする請求項１２記載の方法。
第１の回転数と第２の回転数との比は２０：１であることを特徴とする請求項１２記載の方法。
第１の回転数と第２の回転数との比は１００：１であることを特徴とする請求項１２記載の方法。
遠心加速度と付加的な加速度との和から生じる全加速度は重力の加速度よりも少なくとも２倍大きいことを特徴とする請求項６記載の方法。
遠心加速度と付加的な加速度との和から生じる全加速度は重力の加速度よりも少なくとも６倍大きいことを特徴とする請求項６記載の方法。
遠心加速度と付加的な加速度との和から生じる全加速度は重力の加速度よりも少なくとも２０倍大きいことを特徴とする請求項６記載の方法。
遠心加速度を惹き起こす前にハニカム体を付加的な圧縮空気流にさらすステップをさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
遠心加速度を生起した後にハニカム体を付加的な圧縮空気流にさらすステップをさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
ハニカム体を回転させるステップ中にハニカム体を振動させるステップをさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
少なくとも１個のハニカム体を保持できる偏心タペットを備え、偏心タペットは遠心加速度を惹き起こすために第１の回転数で第１の回転軸を中心にハニカム体を回転させることを特徴とするハニカム体から過剰被覆材料を除去する装置。
ハニカム体の重心から第１の回転軸までの距離はハニカム体の長さの少なくとも１．５倍であることを特徴とする請求項２２記載の装置。
ハニカム体の重心から第１の回転軸までの距離はハニカム体の長さの少なくとも５倍であることを特徴とする請求項２２記載の装置。
遠心加速度を惹き起こすパワーを供給するための第１のモータをさらに備えることを特徴とする請求項２２記載の装置。
第１のモータは第１の付加的な加速度を得るために第１の回転数の値を変化させることを特徴とする請求項２２記載の装置。
第１のモータは第１の回転数の値をどの程度変えるかを予め定められていることを特徴とする請求項２６記載の装置。
ハニカム体の重心から第１の回転軸までの距離はハニカム体の長さの少なくとも１０倍であることを特徴とする請求項２２記載の装置。
偏心タペットは、第２の付加的な加速度を得るために第２の回転数で第１の回転軸とは異なる第２の回転軸を中心にハニカム体を回転させることを特徴とする請求項２２記載の装置。
遠心加速度が惹き起こされている間にハニカム体を振動させるための振動発生器をさらに備えることを特徴とする請求項２２記載の装置。