JP2016501122A - 共鳴チャンバ中の物体を並進移動、浮上及び／又は処理するためのシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

共鳴チャンバ内の複数の物体を並進移動させる方法が開示される。本方法は、（ｉ）流体媒体で充填され且つその内部に配置された物体を有する共鳴チャンバを得るステップと、（ｉｉ）一つ以上の異なる定常波を発生させて物体をその配置位置から共鳴チャンバ内部の他の箇所へと運ぶステップとを含む。上記並進移動方法を用いて、物体を共鳴チャンバ内部のキャビテーション領域に位置決めすることができる。本教示の一態様では、次に、物体を音響キャビテーションに晒して、少なくともいくつかの物体を一つの状態から他の状態に変換する。

Description

［関連出願］
本願は、２０１２年１１月１３日出願の米国仮出願第６１／７２５９７４号の優先権を主張し、その内容はあらゆる目的のため本願に組み込まれる。

本発明は、一般的に、共鳴チャンバ中の物体の並進移動、浮上及び処理のいずれか一つのためのシステム及び方法に関する。特に、本発明は、音響エネルギーを用いた共鳴チャンバ中の物体の並進移動、浮上及び処理のいずれか一つのためのシステム及び方法に関する。

音響リアクタ及び共鳴チャンバは、コーティング材や中空球等の多様なタイプの物体を処理して、多様なタイプの製品を提供する。他の場合では、こうしたリアクタ及びチャンバは、試験物質を処理して、リアクタ、チャンバ及び／又は試験物質の適切な動作や実施を保証する。しかしながら、処理及び／又は試験中には、リアクタ及び／又はチャンバ内部の特定の箇所にこうした物体及び試験物質を位置決めすることが望まれることも多い。他の場合では、リアクタ及び／又はチャンバ内部から物体及び試験物質を取り出すことが望まれ得る。残念ながら、リアクタ及び／又はチャンバ内部に物体を挿入、移動及び保持するためのステップは、動作状態中においてその動作中のリアクタ及び／又はチャンバ内部に存在する音響場を乱す。更に、場合によっては、リアクタ及び／又はチャンバが、それらリアクタ及び／又はチャンバ内部の音響エネルギーの伝達を促進する媒体で充填され、こうした作業を達成することが単純に可能ではなくなり、現実的でなくなる。

一態様では、本教示は、共鳴チャンバ内の（複数の）物体を並進移動させるための方法を開示する。本方法は、（ｉ）流体媒体で充填され且つその内部に配置された物体を有する共鳴チャンバを得るステップ（共鳴チャンバはそれに結合された一つ以上のトランスデューサを有する）と、（ｉｉ）一つ以上のトランスデューサを用いて流体媒体を介する第一の定常波を発生させて、第一の定常波に関する少なくとも一つの第一の高圧力の箇所及び／又は少なくとも一つの第一の圧力ゼロの箇所を共鳴チャンバ内部に分布させて、少なくともいくつかの物体を少なくとも一つの第一の高圧力の箇所及び／又は少なくとも一つの第一の圧力ゼロの箇所に位置決めするステップと、（ｉｉｉ）第一の定常波の発生を止めるステップと、（ｉｖ）一つ以上のトランスデューサを用いて、流体媒体を介する第二の定常波を発生させて、第二の定常波に関する少なくとも一つの第二の高圧力の箇所及び／又は少なくとも一つの第二の圧力ゼロの箇所を共鳴チャンバ内部に分布させて、少なくともいくつかの物体を、少なくとも一つの第一の高圧力の箇所から少なくとも一つの第二の高圧力の箇所に並進移動させて、及び／又は、少なくとも一つの第一の圧力ゼロの箇所から少なくとも一つの第二の圧力ゼロの箇所に並進移動させるステップとを含む。

本教示の他の態様では、第一の高圧力の箇所が、第一の定常波の発生から得られる第一の高圧力の腹が占める共鳴チャンバ内部の箇所を含み、第一の圧力ゼロの箇所が、第一の定常波の発生から得られる第一の圧力ゼロの節が占める共鳴チャンバ内部の箇所を含み、第二の高圧力の箇所が、第二の定常波の発生から得られる第二の高圧力の腹が占める共鳴チャンバ内部の箇所を含み、第二の圧力ゼロの箇所が、第二の定常波の発生から得られる第二の圧力ゼロの節が占める共鳴チャンバ内部の箇所を含む。この態様においては、第一の定常波の発生又は第二の定常波の発生中において、流体媒体よりも低密度の物体が第一の高圧力の腹及び／又は第二の高圧力の腹に集まり、流体媒体よりも高密度の物体が第一の圧力ゼロの節及び／又は第二の圧力ゼロの節に集まる。

本教示の特定の実施形態によると、第一の定常波の発生は並進移動波の発生を含み、第二の定常波の発生はセンタリング波の発生を含み、並進移動波の発生がセンタリング波の発生の前に行われ、並進移動波の発生が、共鳴チャンバの中心領域から離れた第一の高圧力の箇所又は第一の圧力ゼロの箇所に少なくともいくつかの物体を並進移動させ、センタリング波の発生が、第二の高圧力の箇所及び／又は第二の圧力ゼロの箇所を共鳴チャンバの中心領域に又はその近くに配置させるようにする。この実施形態では、センタリング波の発生が、少なくともいくつか物体を、第一の高圧力の箇所又は第一の圧力ゼロの箇所から、共鳴チャンバの中心領域の箇所又はその近くの箇所に並進移動させる。センタリング波の発生中において、少なくともいくつかの物体が、共鳴チャンバの中心領域又はその近くにディスク状に集まり得る。

センタリング波の発生は、第二の圧力ゼロの箇所及び第二の高圧力の箇所が共鳴チャンバ内部で球状に整列しないような共鳴周波数において行われ得る。第一の定常波の発生は、第一の圧力ゼロの箇所及び第一の高圧力の箇所が共鳴チャンバ内部で球状に整列するような共鳴周波数における球モードで行われ得て、第二の定常波の発生は、第二の圧力ゼロの箇所及び第二の高圧力の箇所が共鳴チャンバ内部で球状に整列しないような他の共鳴周波数における非球モードで行われ得る。

本教示の特定の実施形態によると、第一の定常波の発生の前に、物体が共鳴チャンバの底部領域又は頂部領域に存在していて、また、第一の定常波の発生を止める前において、少なくともいくつかの物体が、第一の定常波に関する高圧力の箇所又は圧力ゼロの箇所に浮上している。第二の高圧力の箇所は第一の高圧力の箇所よりも共鳴チャンバの中心領域に近くなり得て、及び／又は、第二の圧力ゼロの箇所は第一の圧力ゼロの箇所よりも共鳴チャンバの中心領域に近い。本教示の特定の実施形態では、第一の定常波の発生の前に、物体が共鳴チャンバの頂部領域に配置されていて、第一の定常波の発生を止める前において、少なくともいくつかの物体が第一の定常波に関する高圧力の箇所に浮上している。

他の態様では、本教示は、共鳴チャンバ内部の処理領域において（複数の）物体を処理するための方法を開示する。本方法は、（ｉ）流体媒体で充填されて且つその内部に配置された物体を有する共鳴チャンバを得るステップと、（ｉｉ）複数の異なる定常波を発生させて、共鳴チャンバ内部の或る位置から、流体媒体を介して、共鳴チャンバ内部の処理領域へと物体を並進移動させるステップと、（ｉｉｉ）共鳴チャンバの処理領域において又はその近くにおいて物体の処理を行い、いくつかの物体を第一の状態から第二の状態に変換するステップとを含む。

本教示の特定の実施形態では、第一の状態は、キャビテーション化されない少なくともいくつかの物体を含み、第二の状態が、キャビテーション化される少なくともいくつかの物体を含む。本教示の他の実施形態では、処理はキャビテーションを含み、処理領域はキャビテーション領域を含み、複数の異なる定常波のうち最後の一つが、処理領域（好ましくは共鳴チャンバの中心領域又はその近くにある）に又はその近くにいくつかの物体を位置決めする位置決め波（ポジショニング波）である。このような実施形態では、物体を処理する前に、複数の異なる定常波の発生が、共鳴チャンバの中心領域に又はその近くに圧力ゼロの箇所を配置して、物体を中心領域に並進移動させるセンタリング波を発生させることを含み得る。少なくとも一つの位置決め波の発生は、共鳴周波数における非球モードで行われ得る。本教示の一実施形態によると、本方法は、共鳴チャンバの処理領域に物体（その少なくとも一部は第一状態にある）を位置決めする少なくとも一つの位置決め波を発生させるステップを更に含む。例えば、この実施形態では、少なくとも一つの位置決め波の発生の後に、いくつかの物体の二回目の処理を行う更なるステップが含まれる場合もある。

本教示の特定の好ましい実施形態では、複数の異なる定常波の発生は、（ｉ）流体媒体を介して第一の位置決め波を発生させて、第一の位置決め波に関する少なくとも一つの第一の高圧力の箇所及び／又は少なくとも一つの第一の圧力ゼロの箇所を共鳴チャンバ内部に分布させて、少なくともいくつかの物体を少なくとも一つの第一の高圧力の箇所及び／又は少なくとも一つの第一の圧力ゼロの箇所に位置決めするステップと、（ｉｉ）第一の位置決め波の発生を止めるステップと、（ｉｉｉ）流体媒体を介して第二の位置決め波を発生させて、第二の位置決め波に関する少なくとも一つの第二の高圧力の箇所及び／又は少なくとも一つの第二の圧力ゼロの箇所を共鳴チャンバ内部に分布させて、第一の位置決め波に関する少なくとも一つの第一の高圧力の箇所及び／又は少なくとも一つの第一の圧力ゼロの箇所から、第二の位置決め波に関する少なくとも一つの第二の高圧力の箇所及び／又は少なくとも一つの第二の圧力ゼロの箇所に少なくともいくつかの物体を並進移動させるステップとを含む。本教示の一部実施形態では、本方法は、処理の後に位置決め及び処理サイクルを一回以上行うことを更に含み、位置決め及び処理サイクルのうち一つは、いくつかの物体を処理領域に位置決めして、いくつかの物体の処理をもう一度行うことを備える。

更に他の態様では、本教示は物体を処理するためのシステムを開示する。本システムは、（ｉ）流体媒体と、（ｉｉ）流体媒体で充填された共鳴チャンバと、（ｉｉｉ）共鳴チャンバのキャビテーション領域又はその近くにおける浮上状態の物体と、（ｉｖ）共鳴チャンバに結合された一つ以上のトランスデューサとを備え、一つ以上のトランスデューサは、処理領域における少なくともいくつかの物体の処理を促進して少なくともいくつかの物体を一つの状態から他の状態に変換する処理周波数を発生させる。好ましくは、共鳴チャンバは、球、立方体、平行六面体及びシリンダから成る群から選択された形状で構成される。本教示の特定の実施形態では、物体はグラファイト粒子であり、好ましくは、キャビテーション領域における少なくともいくつかの物体のキャビテーションによって、いくつかのグラファイト粒子がダイヤモンドに変換する。

本発明の動作の構成及び方法は、添付図面と共に以下の特定の実施形態の説明を読むことで、本発明の更なる対象及び利点と共に最も良く理解されるものである。

本構成の一実施形態に係る物体を音響エネルギーに晒すための例示的な共鳴チャンバを含む共鳴システムの側断面図を示す。 本構成の一実施形態に係るチャンバの底部領域からチャンバ内部の第一の箇所に物体を並進移動させる第一の共鳴周波数によって発生させた第一の定常波のプロファイルを含む図１の共鳴チャンバの側断面図を示す。 図２Ａに示されるようなチャンバ及び第一の定常波のプロファイルと、第一の箇所からチャンバ内部の第二の箇所に物体を並進移動させる第二の共鳴周波数によって発生させた第二の定常波との側断面図を示す。 図２Ａ及び図２Ｂに示されるようなチャンバ、第一及び第二の定常波のプロファイルと、第二の箇所からチャンバ内部の第三の箇所に物体を並進移動させる第三の共鳴周波数によって発生させた第三の定常波との側断面図を示す。 図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｃに示されるようなチャンバ、第一、第二及び第三の定常波のプロファイルと、物体が処理領域（例えば、チャンバの中心領域に位置するキャビテーション領域）に物体が位置決めされるまでチャンバ内部の箇所から箇所へと物体を並進移動させる第四、第五、第六、第七の共鳴周波数によってそれぞれ発生させた第四、第五、第六、第七の定常波との側断面図を示す。 本構成の一実施形態に係る共鳴チャンバ内部の物体の効果的な並進移動及び／又はキャビテーションのために用いられる定常波パラメータの設定を表示及び調整するためのコンピュータスクリーンディスプレイである。 本教示の一実施形態に係る共鳴チャンバ内の或る箇所に物体を推進させるためのプロセスのフローチャートを示す。 本教示の一実施形態に係る共鳴チャンバ内の或る箇所から他の箇所への物体（グラファイト粒子等）の変位を示すビデオからの一組のフレームを示す。 本教示の他の実施形態に係る共鳴チャンバ内の物体のキャビテーション化のための方法のフローチャートを示す。 本構成の一実施形態に係る物体（グラファイト粒子等）がキャビテーションサイクルを複数回受けている様子を示すビデオからの一組のフレームを示す。 本構成の一実施形態に係る特定の種類の物体が単一のキャビテーションサイクルを受ける際の振る舞いを詳細に示す他のビデオからの一組のフレームを示す。 本教示の一実施形態に係るディスク状の構成に配置されて共鳴チャンバのキャビテーション領域に浮上しているグラファイト粒子の側面の写真である。 図７Ａに示されるグラファイト粒子の正面の写真である。 本教示の一実施形態に係るディスク状の構成に配置されて共鳴チャンバの中心領域に浮上しているグラファイトチャンクの側面の写真である。

以下の説明では、多数の具体的な詳細が本発明の理解を得るために与えられる。しかしながら、本発明が、それらの具体的な詳細の一部又は全部がなくとも実施可能であることは当業者には明らかである。場合によっては、本発明を不必要に曖昧にしないため、周知のプロセスステップについては詳細に説明しない。

本教示は、流体（例えば、液体、気体）中に置かれた物体がその周囲流体からの力を受けることを認識することによって、音響リアクタ又は共鳴チャンバ中の物体の並進移動中の問題に対処するものである。更に、その力は、流体の圧力勾配に比例する。音響波が必須圧力勾配を生じさせ得て、（勾配からの）結果としての力は、音響放射力と称される。伝搬波及び定常波は両方とも流体中の物体を変位又は並進移動させるのに用いることができ得る放射圧を生じさせるが、本教示は、定常波が生じさせる放射力の方が比較的強力であることを認識している。しかしながら、定常波の使用は、複数組の課題に対処することを要する。例えば、本教示は、音響定常波を用いた最近接の波節又は波腹への物体の移動が、音響波の波長の略半分の距離に制限され得ることを認識している。本教示は、定常波の使用に課されるこうした課題及び他の課題を、音響リアクタ及び共鳴チャンバ内の定常波による物体の並進移動及び／又は浮上のためのシステム及び方法を提供することによって、解決する。

図１は、本構成の一実施形態に係る音響波エネルギーを用いて試験物体を浮上、並進移動及び／又は処理（例えば、キャビテーション化）するための共鳴システム１００の側断面図を示す。図１に示されるように、共鳴システム１００はチャンバ１０２を含み、そのチャンバ１０２には、その外側表面上に一つ以上の音響ドライバ１０６が取り付けられていて、また、チャンバ１０２の各端部に接続された一つ以上のポート１１０を有する。制御システム１１４は、結合部１１６及び１１８を介して共鳴システム１００に接続され、それら結合部１１６と１１８はそれぞれ制御システム１１４を一つ以上のトランスデューサ１０６とチャンバ１０２に接続する。

チャンバ１０２は底部領域１１２（つまり、チャンバ１０２の底部領域の箇所）及び中心領域１０８（つまり、チャンバ１０２の中心部又はその近くの箇所）を含む。チャンバを介して音響エネルギーを伝えるため、チャンバ１０２は、流体、例えば液体や気体（図を単純にするため図示されていない）で充填される。チャンバ１０２内部において、（複数の）物体１０４が、底部領域に存在するか、及び／又は、頂部領域に若しくは流体媒体中に浮遊され得る。

共鳴システム１００の動作状態中に、音響ドライバ１０６は、好ましくは制御システム１１４によって制御され、流体媒体を介してチャンバ１０２内部に音響エネルギーを伝える。本構成の一実施形態では、音響定常波が、発生する音響場が重力及び／又は浮力に打ち勝つのに十分大きくなるようにチャンバ１０２内に生成される。音響定常波は、チャンバ１０２内部の特定の箇所又は領域において又はそこに向けて物体１０４を位置決め又は推進させる。従って、本構成は、外部デバイスを挿入したり、物体１０４に接触したり機械的に乱したりする機構を使用せずに、チャンバ１０２の底部に沈むか頂部に浮き上がってしまうであろう物体を流体で充填されたチャンバ内部で並進移動及び浮上させるという利点を提供する。また、本構成は、チャンバ１０２内に存在する音響場の乱れを防止する。更に、本構成の特定の実施形態では、物体１０４をキャビテーション領域（好ましくは、音響キャビテーションエネルギーを局在化又は印加可能な中心領域１０８において又はその近くにある）に配置する。本教示によると、異なる複数タイプの定常波を生成するように定常波を印加する。定常波は、チャンバ１０２内部で物体１０４を並進移動、浮上、処理することのうちいずれかを達成し得る。物体１０４を並進移動させる定常波は、本願において“並進移動波”と称される。物体１０４を浮上させる定常波は、本願において“浮上波”と称される。物体１０４を処理する定常波は、本願において“処理波”と称され、その処理が物体のキャビテーションである実施形態では、“処理波”は、本願において“キャビテーション化波”と称される。

チャンバ１０２は、任意の物質製の殻体であり、流体媒体を閉じ込める内部空間を画定する。チャンバ１０２は、その内部の物体１０４を並進移動、浮上及び／又はキャビテーション化するのに十分な強さでそこを介する音響エネルギーを伝えることを促進する。結果として、流体媒体は、音響エネルギーを伝えることができる任意の液体又はガスを含む。本構成の好ましい一実施形態では、流体媒体は水である。好ましくは、チャンバ１０２の形状は、立方体、シリンダ、平行六面体、及び球から成る群から選択されたうち一つである。しかしながら、チャンバ１０２は球状であることが好ましく、ガラス、プラスチック、金属、弾性体、それらの複合材等の任意の剛体から成る。

一つ以上のトランスデューサ１０６（例えば、ピエゾ音響トランスデューサ）が、流体で充填されたチャンバ１０２に音響エネルギーを印加するように設計される。音響エネルギーは、音波状又は超音波状であり得る。本構成の好ましい一実施形態では、音響エネルギーは、音響パルスとして発生する。図１は、チャンバ１０２の側壁の外側に配置された一つ以上のトランスデューサ１０６を示すが、本教示は、一つ以上のトランスデューサがチャンバ１０２内部に配置され得ることも認識している。トランスデューサ１０６は、その位置にかかわらず、チャンバ１０２内部の物体１０４を並進移動、浮上及び／又は処理（例えば、キャビテーション化）するのに十分な音響エネルギーを伝えるように設計される。本構成の特定の実施形態では、チャンバ１０２内部の物体１０４を並進移動、浮上及び／又は処理するのに用いられる周波数は、共鳴チャンバのサイズ、共鳴チャンバの形状、物体のサイズ、物体の質量、共鳴チャンバ内部での流体媒体の性質（流体の温度を含む）、及び所望のプロセス（例えば、並進移動、浮上及び／又は処理）から成る群から選択されたものの一つ以上に基づいて決定される。以下で説明するように、本構成の特定の好ましい態様では、物体１０４をキャビテーション化するのに十分な音響エネルギーが中心領域１０８に与えられる。

一つ以上のポート１１０が、チャンバ内部に流体媒体及び物体１０４を導入するために、チャンバ１０２上に又はチャンバ１０２を貫通して配置される。他の実施形態では、ポート１１０が必要とされず、他の手段を用いて、チャンバ１０２内部に流体媒体及び／又は物体１０４を導入し得る。本構成の特定の態様では、ポート１１０は、チャンバ１０２を加圧及び／又は脱ガスするために用いられる。

本構成の一実施形態によると、制御システム１１４を用いて、共鳴システム１００の多様な構成要素を制御する。制御システム１１４は、コンピュータ、関数発生器、増幅器のを含み得る。本構成の一実施形態によると、コンピュータは、流体で充填されたチャンバ内に存在する定常波を発生させるために特定の持続期間及び特定の振幅の周波数を要求する。関数発生器は、要求された周波数、持続期間、振幅（典型的には略１０Ｖで生成されたものに制限される）の正弦波を発生させる。増幅器は、定常波の振幅を増幅させて（典型的には最大略数百ボルト）、定常波が流体で充填されたチャンバ１０２内に存在するようになる。

制御システム１１４を用いて、一つ以上のトランスデューサ１０６に対する結合部１１６を介して共鳴システム１００の音響エネルギーの伝達を制御することができる。制御システム１１４を用いて、同様に、一つ以上の結合部１１８を介して、チャンバ１０２の内部状態（例えば、特定の箇所における物体１０４の温度、圧力、量）を監視して、その状態に基づいて設定を調整することができる。また、制御システム１１４を用いて、共鳴シェル内の特定の箇所における物体の量や、生じているプロセス（例えば、キャビテーション）の量を監視することもできる。これら機能のいずれかを促進するため、制御システム１１４のコンピュータは、好ましくは、メモリ、プロセッサ、入力デバイス（例えば、キーボード）、ユーザーインターフェース、及び、ソフトウェアを含む。ソフトウェアを使用可能な機能の例として、周波数設定の制御、振幅設定の制御、オン時間の設定、オフ時間の設定、一つ以上のトランスデューサ１０６の稼働又は停止、音響エネルギーを共鳴システム１１０に伝達することに関する他の要因が挙げられる。

物体１０４は、共鳴システム１００を用いて並進移動、浮上、キャビテーション化可能な任意の物体又は粒子である。物体１０４は、粒子、堆積物、粉末、繊維、浮上ボイド、他の流体の液滴から成る群から選択されたいずれか一つであり得る。粒子が物体１０４として使用される場合、粒子は、その粒子に作用する定常波の波長の半分未満の最長寸法を有し得る。物体１０４は典型的には比較的均一な混合物（例えば、グラファイト粒子を主に含むもの）から成り得るが、二種類以上の物体を共鳴システム１００内部で一度に取り扱うことができる。

本教示は、物体１０４が、それが配置される流体媒体よりも高密度であり且つ低圧縮性であると（つまり、流体媒体よりも相対的に高密度である）、チャンバ１０２内部の低圧力又は圧力ゼロの箇所に集まることを認識している。一方では、本教示は、物体１０４が、それが配置される流体媒体よりも低密度であり且つ高圧縮性であると（つまり、流体媒体よりも相対的に低密度である）、チャンバ１０２内部の高圧力の箇所に集まることを認識している。本構成の好ましい実施形態では、定常波に関する圧力ゼロの箇所、高圧力の箇所は、それぞれ定常波の圧力ゼロの節、高圧力の腹である。

共鳴システム１００の非動作状態において、比較的（流体媒体に対して相対的に）高密度の物体１０４（水中のグラファイト粒子等）は、物体１０４に作用する重力のため、典型的にはその大部分が底部領域１１２に存在する。共鳴器１００の同じ非動作状態において、比較的（流体媒体に対して相対的に）低密度の物体１０４（水中の気泡等）は、チャンバ１０２の頂部領域（底部領域１１２の反対側）に上がる。従って、共鳴チャンバ１０２内部の物体の位置は、流体媒体の密度に対する物体１０４の相対密度に依存する。

以下で説明するように、共鳴システム１００の動作状態において、異なる時点において共鳴周波数を生じさせることによって逐次的に発生させる一組の音響定常波を用いて、チャンバ１０２内部の特定の箇所又は領域に向けて又はそこにおいて物体１０４を徐々に並進移動及び／又は浮上させる。例えば、比較的高密度の物体１０４は、トランスデューサ１０６が発生させる音響定常波に関する一箇所以上の圧力ゼロの節に集まり、比較的低密度の物体１０４は、トランスデューサ１０６が発生させる音響定常波に関する一箇所以上の高圧力の腹に集まる。特定の音響定常波に関する共鳴周波数の発生を止めて、異なる音響定常波に関する異なる共鳴周波数を発生させると、複数の物体１０４のうち少なくとも一部が、異なる圧力ゼロの節又は異なる高圧力の腹に、好ましくは、異なる音響定常波に関する異なる箇所に推進する。本教示によると、このようにして、流体で充填されたチャンバ１０２内部の物体１０４を、チャンバ内部の特定の箇所に維持するか、又はそこに推進させる。

図２Ａ〜図２Ｄは、それぞれ特定の共鳴周波数において発生する一連の定常波を印加することによって、物体が共鳴チャンバ内部の一つの箇所から他の箇所に移動する様子を示す。このため、例えば、七つの逐次印加される周波数Ｆ１〜Ｆ７が、共鳴チャンバの底部領域から中心領域へと物体を徐々に推進させる。図２Ａ〜図２Ｄの実施形態によると、物体（例えば、グラファイト粒子）は、共鳴チャンバ内部に存在する流体媒体（例えば、水）よりも高密度である。

図２Ａは、本構成の一実施形態に係るチャンバ２０２内部の定常波２１４のプロファイル２００を示す（側断面図で示す）。チャンバ２０２、音響トランスデューサ２０６、ポート２１０、底部領域２１２、中心領域２０８は図１に示されるもの（つまり、チャンバ１０２、一つ以上の音響トランスデューサ１０６、少なくとも一つのポート１１０、底部領域１１２、中心領域１０８）と実質的に同様である。

一つ以上のトランスデューサ２０６は、共鳴周波数Ｆ１を生じさせて、定常波２１４をもたらす。図２Ａは、ｘ軸に沿ったプロットで中心領域２０８から底部領域２１２までの半径方向距離（ミリメートル単位）を示し、また、ｙ軸に沿ったプロットで、定常波２１４の圧力振幅を示す。本教示は、定常波２１４の振幅が増大又は減少すると、それに応じて定常波から生じた圧力も増大又は減少することを認識している。結果として、ｙ軸は、“圧力プロファイル”としてもラベル付けされ、定常波２１４は、圧力ゼロの節と高圧力の腹の両方を有する。図２Ａによると、定常波２１４は、二つの圧力ゼロの節、つまり、中心領域２０８から略８０ｍｍ離れた節２４２と、中心領域２０８から略４０ｍｍ離れたもう一つの節とを生じさせる。同様に、定常波は、少なくとも二つの高圧力の腹、つまり、底部領域２１２から略６０ｍｍ離れた一つの腹と、中心領域２０８におけるもう一つの高圧力の腹とを生じさせる。

定常波２１４が発生すると、物体が、図２Ａに示されるように、底部領域２１２（例えば、図１の底部領域１１２に存在する物体１０４で示される）から、圧力ゼロの節２４２まで推進する。“Ｆ１”の隣の矢印は、物体２０４が伝わった距離を表す。本教示の一実施形態では、物体２０４は、定常波２１４の一部に沿って、最近接の圧力ゼロの節へと“下り坂（ダウンヒル）”で推進するものと考えられる。この場合、“下り坂（ダウンヒル）”とは、底部領域２１２から圧力ゼロの節２４２へと伸びる圧力プロファイルの下向き傾斜を称する。

図２Ａの実施形態では、周波数Ｆ１の音響場は、チャンバ２０２内部に対称に分布する。つまり、圧力ゼロの節２４２及び高圧力の腹２５０が、チャンバ２０２内部において中心領域２０８の周りに球状に位置する。従って、このような圧力ゼロの節と高圧力の腹とを生じさせる周波数は、“球モード”で動作しているものとみなされる。本構成の他の実施形態では、チャンバ２０２内部の音響場は、チャンバ２０２内部で非対称に分布して、圧力ゼロの節及び高圧力の腹が、チャンバ２０２内部において中心領域２０８の周りに球状に位置しないようになる。このような非球状に分布した音響場は、“非球モード”と称される。本教示の好ましい実施形態によると、球モードは、非球モードによって生じる定常波よりも構造的に単純で、より予測可能な位置にあり、比較的容易に制御される定常波を生じさせるので、球モードが用いられる。従って、球モードの使用は、共鳴チャンバ内部の粒子の並進移動及び浮上に対するより良い制御という利点を与える。しかしながら、本構成の特定の実施形態では、非球モードの使用が好ましい（例えば、中心領域に圧力ゼロの節を生じさせることによって比較的高密度の粒子をチャンバの中心領域に推進させるため）。

図２Ｂは、本構成の一実施形態に係る周波数Ｆ１の球モードで発生させた定常波２１４’と、周波数Ｆ２（周波数Ｆ１とは異なる）の球モードで発生させた定常波２１６’の他のプロファイル２００’を示す。本教示の好ましい実施形態では、周波数Ｆ１の発生を止めた後に周波数Ｆ２を発生させる点に留意されたい。本教示のこうした実施形態によると、単一の共鳴周波数、またはそれに関する定常波を共鳴チャンバ内部において或る一時点で発生させる。

図２Ｂでは、定常波２１４’（図２Ａの定常波と実質的に同様）と同様に、定常波２１６’もチャンバ２０２’内部に存在する（側断面図として示される）。図２Ｂに示される物体２０４’、チャンバ２０２’、音響トランスデューサ２０６’、ポート２１０’、定常波２１４’、底部領域２１２’、中心領域２０８’、ｘ軸、ｙ軸は、図２Ａに示されるもの（つまり、物体２０４、チャンバ２０２、音響トランスデューサ２０６、ポート２１０、定常波２１４、底部領域２１２、中心領域２０８、ｘ軸、ｙ軸）と実質的に同様である。

チャンバ２０２’内部において、周波数Ｆ１の球モードが生じさせる圧力ゼロの節及び高圧力の腹とは異なる箇所に、周波数Ｆ２の球モードが一つ以上の圧力ゼロの節と一つ以上の高圧力の腹とを生じさせる。更に、周波数Ｆ２に関する圧力ゼロの節２２４’のうち少なくとも一つ（参照番号２２４’で示される圧力ゼロの節）は、圧力ゼロの節２４２’（図２Ａに示される周波数Ｆ１に関する圧力ゼロのノード２４２と実質的に同様）に最も近い。また、圧力ゼロの節２２４’は、圧力ゼロの節２４２’よりも中心領域２０８’に近い。

また、図２Ｂは、周波数Ｆ２を発生させた初期段階において、周波数Ｆ１に関する圧力ゼロの節２４２’に位置する粒子が、周波数Ｆ２の腹の箇所２４４’又はその近くに存在している様子も示す。周波数Ｆ１に関する圧力ゼロの節の箇所２４２’は、周波数Ｆ２に関する箇所２４４’と同じであるかその近くにある。更に、箇所２４４’は、周波数Ｆ２に関する圧力ゼロの節ではない。

周波数Ｆ２は、箇所２４２’から、次の圧力ゼロの節２２４’へと物体２０４’を推進させる。物体２０４’は、“Ｆ２”の隣の矢印によって示される距離を移動し、中心領域２０８’の近くへと移動する。更に、物体２０４’が進むと、物体は圧力低下（周波数Ｆ２に関する腹２４４’から圧力ゼロの節２２４’へと伸びる下り坂の圧力プロファイルによって示される）を受ける。

図２Ｃは、本構成の一実施形態に係る球モード周波数Ｆ１で発生させた定常波２１４”、球モード周波数Ｆ２で発生させた定常波２１６”、球モード周波数Ｆ３で発生させた定常波２１８”のプロファイル２００”を示す。図２Ｃに示される物体２０４”、チャンバ２０２”、音響トランスデューサ２０６”、ポート２１０”、中心領域２０８”、底部領域２１２”、定常波２１４”、定常波２１６”、圧力ゼロの節２２４”、ｘ軸、ｙ軸は、図２Ａ及び図２Ｂのものと同一であるか実質的に同様である。

図２Ｃに示されるように、定常波２１６”の発生を止めた直後に、定常波２１８”を周波数Ｆ３で発生させると、物体２０４”は、周波数Ｆ３に関する腹２４６”の箇所から圧力ゼロの節２２６”の箇所に推進する。更に、チャンバ２０２”内部を物体２０４”が伝わった距離が、“Ｆ３”の隣の矢印で示されている。結果として、周波数Ｆ３の印加が、中心領域２０８”近くの箇所へと物体２０４”を変位させる。

図３Ｃにおいて重要なのは、物体２０４”が推進する前に、物体が、周波数Ｆ３に関する腹２４６”（Ｆ２に関する圧力ゼロの節２２４”に近接するか又は同じ位置にある）に又はその近くに位置する点である。周波数Ｆ３の印加直後であって、また、周波数Ｆ２の発生を止めた直後において、物体２０４”は、（下り坂の軌跡を満たすように）腹２４６”から圧力ゼロの節２４８”に移動しない。むしろ、本教示では、音響エネルギーからもたらされる放射力及び運動量で生じる慣性力（物体２０４”を腹２４２”から２２４”に推進させている（つまり、“Ｆ１”に関する距離に沿って））が、物体２０４”を、Ｆ３に関する圧力ゼロの節２２６”へと推進させると考えられる。結果として、物体２０４”が、高圧力の箇所に到達することによってまずより高い圧力の状態を得て、次に、圧力ゼロの節２２６”の箇所に到達すると、より低圧力の状態に落ち着く。図２Ｃによると、物体２０４”は、図２Ａ及び図２Ｂのように必ず下り坂の圧力プロファイルに沿って伝わるわけではない。従って、本教示では、一つの周波数を止めて、その直後に他の周波数を印加することが、（高圧力２４６”の存在によって示されるような）高圧力のハンプ（丘）を越えて伝わることが必要とされる経路であっても前進するのに十分な運動エネルギーを備えた粒子を提供することを認識している。

図２Ｄは、本構成の一実施形態に係るチャンバ２０２’’’内部の定常波２１４’’’、２１６’’’、２１８’’’、２２０’’’、２２２’’’、２５２’’’、２５４’’’の更に他のプロファイル２００’’’を示す。図２Ｄに示される物体２０４’’’、チャンバ２０２’’’、音響トランスデューサ２０６’’’、ポート２１０’’’、中心領域２０８’’’、底部領域２１２’’’、圧力ゼロの節２４２’’’を有する定常波２１４’’’、圧力ゼロの節２２４’’’を有する定常波２１６’’’、圧力ゼロの節２２６’’’を有する定常波２１８’’’、ｘ軸、ｙ軸は、図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃのものと同一であるか実質的に同様である。周波数Ｆ４で発生させた定常波２２０’’’は、圧力ゼロの節２２８’’’を含み、周波数Ｆ６で発生させた定常波２５４’’’は、圧力ゼロの節２４０’’’を含む。図２Ｄの実施形態によると、周波数Ｆ４及びＦ６は実質的に同様であり、波２２０’’’及び２５４’’’は、異なる時点において発生する実質的に同様の波であると考えられる。つまり、周波数Ｆ４及びＦ６は同様であるが、周波数Ｆ４は周波数Ｆ６の前に発生する。同様に、圧力ゼロの節２３０’’’を有する定常波２５２’’’を発生させる周波数Ｆ５は、定常波２１４’’’を発生させる周波数Ｆ１と実質的に同様である。従って、定常波２１４’’’及び２５２’’’は、異なる時点において発生する実質的に同様の波であると考えられる。非球モード周波数Ｆ７で発生させた定常波２２２’’’は、中心領域２０８’’’又はその近くに位置する圧力ゼロの節２４２’’’を含む。

複数の周波数における類似性及び／又は相違性に関係なく、異なる又は同じ周波数を逐次的に印加することによって、物体が、チャンバ２０２の底部領域から中心領域に推進することができる。物体２０４’’’が圧力ゼロの節２４２’’’へと徐々に伝わる距離は、周波数Ｆ１〜Ｆ７を示す各ラベルの隣の矢印によって示されている。波２２０’’’の底部領域２１２’’’から圧力ゼロの節２４０’’’への移動中に実現する圧力プロファイルは、図２Ｄの定常波２１４’’’（Ｆ１）、２１６’’’（Ｆ２）、２１８’’’（Ｆ３）、’２２０’’’（Ｆ４）、２５２’’’（Ｆ５）、及び２５４’’’（Ｆ６）の太字領域によって示されている。周波数Ｆ６で発生させた波２２０’’’の圧力ゼロの節２４０’’’の箇所は、周波数Ｆ７で発生させた波２２２’’’の腹２５６’’’の箇所と同一であるか実質的に同様である。

周波数Ｆ７を印加すると、物体２０４’’’は、定常波２２２’’’の箇所２５６’’’から箇所２４２’’’に移動する。箇所２４２’’’は中心領域２０８’’’にあるか又はその近くにある。結果として、定常波２２２’’’は、物体２０４’’’を中心領域２０８’’’又はその近くに運ぶので、“センタリング波”と称される。センタリング波２２２’’’は、圧力ゼロの節２４２’’’の箇所又はその近く（つまりは、中心領域２０８’’’又はその近く）に物体２０４’’’を位置決めする一組の非球モードの中から選択され得る。

本構成の好ましい実施形態によると、中心領域２０８’’’又はその近くに位置する物体２０４’’’を、処理又はプロセス（例えば、一回以上のキャビテーションサイクルを適用することを含む）のために浮上させる。

図２Ａ〜図２Ｄは、共鳴チャンバ内部の流体媒体よりも相対的に高密度の物体の移動を説明する。しかしながら、本教示は、共鳴チャンバ内部の流体媒体よりも相対的に低密度の物体の移動も同様に想定している。本教示の特定の態様では、周波数Ｆ７は、非球状ではなく、球モード周波数となり得る。つまり、センタリング波は、球モード周波数で発生させる必要はなく、非球モード周波数が、本教示の好ましい実施形態を表し得る。更に、本教示の特定の実施形態では、周波数Ｆ１からＦ６のうち一つ以上が非球状となり得て、その残りの周波数が球状となり得る。流体媒体に対する相対的な物体の密度に関係無く、本教示は、物体を或る箇所から所定の又は所望の箇所に移動させるために球状周波数及び非球状周波数の使用を提供する。後述のように、本教示の特定の実施形態では、所望の箇所は、物体がキャビテーション化波を受けるキャビテーション領域である。

図３は、本構成の一実施形態に係る図２Ａ〜図２Ｄに関して説明した周波数Ｆ１〜Ｆ７の発生に用いられるコンピュータスクリーンディスプレイ３００を示す。後述のように、周波数Ｆ８からＦ１０が、物体（例えば、図２Ｄの物体２０４’’’）のセンタリング及びキャビテーションを促進する。

ディスプレイ３００は、流体で充填された共鳴チャンバ（例えば、図１のチャンバ１０２）内部の物体を並進移動、浮上、及び／又は処理（例えば、キャビテーションによる処理）する音響定常波を発生させることに関する一つ以上のパラメータのインプットを示す。このため、コンピュータスクリーンディスプレイ３００は、スイープ（掃引）ボタン３０２、周波数ボックス３０４、周波数設定３０６（周波数Ｆ１〜Ｆ１０を識別）、振幅設定３０８、オン時間設定３１２、オフ時間設定３１４、ＴＴＬ１（ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ‐ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ ｌｏｇｉｃ １，トランジスタ間ロジック１）ボックス３１６、ＴＴＬ２（ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ‐ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ ｌｏｇｉｃ ２，トランジスタ間ロジック２）ボックス３１８を示す。

周波数設定３０６は、周波数の値（Ｈｚ単位で表される）を示し、物体を図２Ａの底部領域２１２から図２Ｄの中心領域２０８’’’に並進移動させる図２Ｄに示されるような周波数Ｆ１〜Ｆ７が、周波数設定３０６の下に示されている。周波数Ｆ８は、キャビテーション化波を発生させて、物体がキャビテーション領域（例えば、中心領域（例えば、図２Ｄの中心領域２０８’’’）にあるか又はその近くにある）にある際に物体の一回目のキャビテーション化を行う。周波数Ｆ９は、前回のキャビテーション周波数によって分散した後の物体を再びキャビテーション領域に向けてセンタリングするセンタリング波を発生させる。次に、周波数Ｆ１０は、中心領域又はその近くにある物体の二回目のキャビテーション化を行う第二キャビテーション化波を発生させる。逐次発生する周波数Ｆ９及びＦ１０、及び／又は、逐次発生する周波数Ｆ７及びＦ８は任意の回数で繰り返し可能であり、物体のキャビテーション及びセンタリングのサイクルを繰り返す。このようにして、本教示は、物体が一つの状態から他の状態に変換されるまで物体のキャビテーション及びセンタリングのサイクルを一回以上提供する。つまり、本教示は、一度に共鳴器の中心領域に向けて推進させる及び／又はそこでキャビテーション化可能な物体の量の制限のため、物体の推進及び／又はキャビテーション化の複数のサイクルが必要とされ得ることを認識しているものである。

振幅設定３０８は、本構成の一実施形態に係る周波数Ｆ１〜Ｆ１０に関する振幅の値を示す。特に、図３は、特定の振幅の定常波を発生させるのに用いられる“Ｖｐｐ”、つまり“ｐｅａｋ‐ｔｏ‐ｐｅａｋ（ピーク間）”電圧を示す。本教示は、波の周波数が振幅の変化により変化しない一方、比較的大きな振幅の値で発生させた定常波が、定常波の音響場に関する大きな圧力の値を生じさせることを認識している。また、本教示は、二つの連続する周波数の発生と発生の間における長期の時間経過が、特定の箇所に集められた物体を流体媒体中に分散させてしまうことを認識している。定常波の大きな振幅の値は、このような物体の分散を減らし、物体の移動に対するより大きな制御を可能にする。更に、比較的大きな振幅は、比較的大きな物体及び／又は比較的多量の物体を共鳴チャンバ内の所望の箇所又は領域に並進移動させることを促進し得る。図３に示される実施形態に与えられている振幅設定の値から、キャビテーション化波を生じさせる周波数が、並進移動波を生じさせるものよりもはるかに高いことが見て取れる。例えば、図３は、３．３及び４の振幅の値で発生させたキャビテーション化波（例えば、それぞれ周波数Ｆ８、Ｆ１０に関する）を示し、これは、周波数Ｆ１からＦ７及びＦ９で発生させた並進移動波の振幅の略６倍〜略１２倍となり得る。

本教示は、共鳴チャンバ内で得られる圧力振幅が、音響波の減衰を生じさせる多様なエネルギー損失機構によって制限され得ることを認識している。例えば、キャビテーション中において、キャビテーション気泡が音響エネルギーを吸収し、定常波の発生中に共鳴チャンバ内で達成可能な最大圧力振幅を制限する。このことは、後続の定常波によって生じる音響放射力が物体に作用する他の力（例えば、重力、浮力、牽引力）に打ち勝つのに不十分な場合には、球状共鳴器中の物体の並進移動及び／又は浮上中に問題を生じさせ得る。このため、本教示の特定の実施形態では、共鳴チャンバ内部のキャビテーションを促進しない又はキャビテーションを抑制する流体媒体（例えば、油）が、物体を並進移動及び／又は浮上させるのに用いられる定常波の後続の発生中に用いられる。しかしながら、本教示の他の特定の実施形態では、共鳴チャンバ内部の流体媒体内の静圧の増大が、キャビテーションを抑制するために行われる。何故ならば、音響圧力振幅が静圧よりも大きくなるまで、キャビテーションは生じないからである。従って、静圧の増大は、定常波の達成可能な振幅を大幅に広げ、物体に作用する他の力に打ち勝つのに十分な音響放射力を生じさせて、並進移動及び／又は浮上を可能にする。

オン時間設定３１２は、特定の周波数を発生させる期間（秒単位）を示す。オフ時間設定３１４は、特定の周波数の発生を止めて、後続の周波数を発生させる期間（秒単位）を示す。図３の実施形態に示されるように、オフ時間設定は“０”に設定されている（つまり、二つの周波数の間の時間経過はゼロ秒）。つまり、特定の周波数の発生を止めると直ぐに、後続の周波数を時間経過なく直ちに発生させる。本教示によると、逐次的な周波数の提供と提供との間にはほとんど又は全く時間間隔が許されないので、箇所から箇所へと推進している物体が慣性を得て、所望の又は所定の位置へと急速に移動し得る。

図３のスイープボタン３０２は、特定の共鳴周波数を発生させた後に“スイープ（掃引）”が行われる際に選択するようにチェックされるボックスを含む。スイープボタン３０２は、最適な共鳴の定常波がチャンバ内部に発生していることを保証するための品質管理法を開始させるものと考えられる。本教示は、例えば、共鳴システムの環境温度の変化、温度上昇、複数の音響定常波を発生させることによって生じる複数の圧力状態等の多様な理由によって、流体媒体内部の音速が時間と共に変化し得ることを認識している。このため、スイープが要求されると（スイープボタン３０２のボックスをチェックする）、トランスデューサが、予測周波数の近傍の複数の周波数を発生させて、その時点における共鳴チャンバの状態に基づいて、最適な共鳴を生じさせる周波数を識別する。

共鳴周波数（例えば、図３の周波数の値３０６に関して示される周波数Ｆ１〜Ｆ７）の近似値を、共鳴チャンバ内部の流体媒体の音速・対・共鳴チャンバの直径の比を用いて計算することができる。この近似値を用いて、共鳴周波数の正確な値を決定することができる。本教示の一実施形態によると、予測周波数の近傍における複数の異なる周波数の各々における共鳴システムの応答を示す周波数“スイープ”が行われる。つまり、共鳴周波数の予測値が分かれば、その共鳴周波数の予測値に比較的近い値を有する複数の周波数においてスイープを行う。このため、スイープボタン３０２は、予測周波数（その近傍において周波数“スイープ”が行われる）を選択するようにチェックされるボックスを示す（例えば、図３の周波数１０）。このようなスイープは、好ましくは、共鳴システムの動作中において共鳴周波数を調整するために所定の間隔で行われる。しかしながら、本構成の代替実施形態では、共鳴チャンバ内部の圧力及び温度の変化が測定されて、コンピュータがそれを受信し、そうした変化を考慮するように周波数設定を調整し得る。

共鳴周波数の正確な値を決定する他の方法は、高速フーリエ変換（ＦＦＴ，Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）を用いることである。ＦＦＴは、例えばパルスによって励起可能な多様な周波数に対する共鳴システムの応答を示す。代わりに、トランスデューサをオフにした直後にＦＦＴを測定し得る。トランスデューサをオフにすると、共鳴システムが“鳴り”続け得て、その鳴っている信号の周波数スペクトルが、共鳴システムの共鳴周波数の正確な値を提供し得る。本教示は、共鳴チャンバのトランスデューサをオン及びオフで切り替えることを提案する（例えば、並進移動、浮上、処理中において）。

見出し“ＴＴＬ１”の下のボックス３１６をチェックすると、制御システム（例えば、図１の制御システム１１４）が、所望の量の物体が特定の節の箇所（つまり、圧力ゼロの節の箇所、高圧力の節の箇所）又は特定の領域（例えば、キャビテーション領域）に存在するかどうかを決定する。本教示の一実施形態によると、物体が配置される領域（例えば、節の箇所）に音響パルスが伝達される際に、ＴＴＬ１のチェックが行われる。結果としてのパルスエコーが、物体に当たった後で跳ね返って、受信及び測定されて、その箇所に存在する物体の量を決定する。

後続の周波数を発生させる前におけるこの決定が重要となり得る。十分な量の物体が節の箇所に存在していないと決定されると、次の周波数の値に進む代わりに、並進移動プロセスを止めるか、又は始め（例えば、図２Ａに示されるような周波数Ｆ１の発生）若しくは中間段階（例えば、図２に示されるような周波数Ｆ３の発生）に進み、並進移動及び／又は処理のためにより多くの物体を集める。必要よりも多くの量の物体が存在すると決定されると、振幅設定を下げて、次の箇所に並進移動する及び／又は処理（キャビテーション等）を受ける物体の量を減らす。

本教示は、キャビテーション等の処理の前に、必要量の物体が、物体が処理を受ける処理領域に存在していることを保証することが重要であることを認識している。例えば、周波数Ｆ１からＦ７が物体を並進移動させて処理領域（例えば、図２Ｄの中心領域２０８’’’）に配置した後、ＴＴＬ１チェックを行って、十分な量の物体が処理を受けるように存在していることを保証する。

ＴＴＬ２ボックス３１８を用いて、選択されたトランスデューサの接続を切るリレーを制御することができる。例えば、特定のトランスデューサの使用が、共鳴チャンバ内部の処理領域に推進させる物体の量を増大させるように実験的に決定され得る。ボックス３１８（見出し“ＴＴＬ２”の下にある）においてオフにする必要がある適切なトランスデューサを識別することによって、所望の定常波を発生させる。図３において、ＴＴＬ２は、所定の一つのトランスデューサ又は一組のトランスデューサをオフにする。

図３に示される多様なパラメータ設定は、本教示にとって必須ではない。むしろ、こうした詳細は、本教示の多様な属性を認識するために実行可能な多様な特徴を例示するものである。

図４Ａは、本構成の好ましい一実施形態に係る共鳴チャンバ内の或る箇所（例えば、共鳴チャンバの中心領域）に物体を推進させるためのプロセス４００のフローチャートを示す。プロセス４００は、流体媒体で充填され且つその中に配置された物体（例えば、図２Ａの物体２０２）を有する共鳴チャンバ（例えば、図１の共鳴チャンバ１０２）を得ることを含むステップ４０２で開始する。共鳴チャンバは、それに結合された一つ以上のトランスデューサ（例えば、図１のトランスデューサ１０６）を有する。

次に、ステップ４０４は、一つ以上のトランスデューサを用いて、流体媒体を介する第一の定常波を発生させて、第一の定常波に関する少なくとも一つの第一の高圧力の箇所及び／又は少なくとも一つの第一の圧力ゼロの箇所が共鳴チャンバ内部に分布するようにする。定常波が存在すると、共鳴チャンバ内部に位置する物体の少なくとも一部が、第一の高圧力の腹の箇所及び／又は第一の圧力ゼロの節の箇所に向けて変位する。例えば、図２Ａは、共鳴周波数Ｆ１の影響下の物体１０４（例えば、グラファイト粒子）が、第一の圧力ゼロの箇所２４２に位置する様子を示す。

次に、ステップ４０６は、第一の定常波の発生を止めることを含む。つまり、このステップでは、第一の定常波を発生させる共鳴周波数をオフにする。

次に、ステップ４０８は、一つ以上の音響ドライバを用いて、流体媒体を介する第二の定常波を発生させて、第二の定常波に関する少なくとも一つの第二の高圧力の箇所及び／又は少なくとも一つの第二の圧力ゼロの箇所が共鳴チャンバ内に分布するようにする。第二の定常波の影響下において、少なくともいくつかの物体が、第一の高圧力の箇所から第二の高圧力の箇所へと推進し、及び／又は、第一の圧力ゼロの箇所から第二の圧力ゼロの箇所へと推進する。必須ではないが、好ましくは、ステップ４０６が完了した直後にステップ４０８を開始する。図２Ｃに関して上述したように、第一の定常波の発生を止めた直後に第二の定常波を発生させることによって、物体に残っている慣性力のために、物体を容易に別の箇所に向けて推進させることができる。

図４Ｂは、一つの箇所から他の箇所への物体（グラファイト粒子等）の変位（図４Ａで説明したようなもの）を更に示すビデオ４００’からの一組のフレーム（コマ）である。図４Ｂの例では、図２Ａ〜図２Ｄの教示に従った方法で、グラファイト粒子が、水で充填された球状共鳴チャンバの底部領域から中心領域へと並進移動する。特に、底部領域から中心領域への物体の移動は、０．８秒で四つの共鳴周波数を発生させることによって実現される。本教示の特定の実施形態では、中心領域は処理領域である。

フレーム４１０は、時間ｔがゼロ（０）秒の際の共鳴チャンバの底部領域に存在するグラファイト粒子（黒色矢印の隣）を示す。つまり、フレーム４１０は、第一の定常波を発生させる前のグラファイト粒子を示す。

フレーム４１２は、時間ｔが０．２秒における第一の定常波の影響下において、いくつかのグラファイト粒子が、第一の定常波に関する圧力ゼロの箇所に略球状の構成で集まっている様子を示す。更に、物体に作用し得る重力のため、物体の分布は、略球状の構成内において不均一である。第一の定常波は、第一球モードで発生し、共鳴チャンバ内部において球状の構成で物体を配置する。

フレーム４１４は、時間ｔが０．４秒における第二の定常波（他の球モード周波数によって生じさせる）の影響下において、フレーム４１４に示されるいくつかのグラファイト粒子が、第二の定常波に関する圧力ゼロの箇所（共鳴チャンバの中心領域に近い）において略球状の構成で集まっている様子を示す。

フレーム４１６は、時間ｔが０．６秒における第三の定常波（他の球モードによって生じさせる）の影響下において、フレーム４１６に示されるいくつかのグラファイト粒子が、第三の定常波に関する圧力ゼロの箇所に略球状の構成で集まっている様子を示す。フレーム４１２、４１４、４１６は、グラファイト粒子のクラスター（以下、“グラファイトクラスター”）が、共鳴チャンバの中心領域近くに進むにつれて、グラファイトクラスターの密度が増大するが、グラファイトクラスターのサイズが減少する様子を示す。

フレーム４１８は、時間ｔが０．８秒における第四の定常波（非球モードによって生じさせる）の影響下において、フレーム４１８に示されるいくつかのグラファイト粒子が、共鳴チャンバの中心領域又はその近くにある圧力ゼロの箇所において略ディスク状に集まっている様子を示す。図２Ｄに関して上述したように、非球モードで発生するセンタリング波が、共鳴チャンバの中心領域又はその近くに物体を位置決めし得る。

図５Ａは、本構成の好ましい一実施形態に係る共鳴チャンバ内の物体を処理するためのプロセス５００のフローチャートを示す。プロセス５００は、流体媒体で充填され且つその中に配置された物体を有する共鳴チャンバを得ることを含むステップ５０２で開始する。共鳴チャンバは、一つ以上のトランスデューサに結合され得て、そのトランスデューサが、チャンバ内部に一つ以上の定常波（例えば、図２Ｄに示される定常波）を生じさせるのに必要な周波数を発生させる。ステップ５０２は、図４Ａのステップ４０２と実質的に同様の方法で行われ得る。

次に、ステップ５０４は、流体媒体内の一つの箇所から、共鳴チャンバの中心領域又はその近くに位置し得る他の箇所（例えば、処理領域）へと物体を並進移動させることを可能にする異なる複数の定常波を発生させることを含む。ステップ５０４は、図４Ａのステップ４０４〜４０８と実質的に同様の方法で行われ得る。重要なのは、本教示が、異なる複数の定常波が一つの箇所から他の箇所へと物体を移動させるのに必要とならないこともあり得て、本教示の特定の態様では、単一の定常波でその目的を達成し得ることを認識している点である。また、本教示は、ステップ５０２及び５０４が物体を変位させるのに必要とされないこともあり得て、他の方法が使用可能であることも認識している。本教示のこうした実施形態では、流体で充填された共鳴チャンバ内部の物体が、後述のような処理波に晒される。

次に、ステップ５０６は、物体をキャビテーション化して、一つの状態から他の状態へといくつかの物体を変換することを含む。例えば、図４Ｂのフレーム４１８は、共鳴器の中心領域又はその近くにディスク状の構成で集まったグラファイト粒子が、キャビテーション波の影響下でキャビテーションを受けている様子を示す。他の種類の処理が必要とされる場合、このステップは、処理波を用いて処理領域へと物体を並進移動させて、そこで適切な種類の処理が行われるようにすることを含み得る。

図５Ｂは、本構成の一実施形態に係る、共鳴チャンバ内部のキャビテーション領域にあるグラファイト粒子が、１．２秒の期間にわたってキャビテーションサイクルを二回受ける（二つのキャビテーション化波を用いて）様子を示すビデオ５００’からの一連のフレームを示す。

フレーム５０８は、時間ｔがゼロ（０）秒における、つまりキャビテーション領域にあるグラファイト粒子のディスクを示す。フレーム５１０は、時間ｔが０．１秒における、キャビテーション化波から発生した高圧力の影響下におけるグラファイト粒子が、キャビテーション領域から飛び散り、まとまったディスク状の構成から飛び散る様子を示す。

フレーム５１２は、時間ｔが０．６秒における位置決め波（ポジショニング波）（これは、物体を共鳴チャンバの中心領域又はその近くに位置決めする場合には“センタリング波”とも称される）の影響下において、フレーム５１０からのいくつかの飛び散ったグラファイト粒子が、キャビテーション領域に戻って、グラファイトディスクを再形成する様子を示す。本教示の特定の実施形態では、フレーム５１２のグラファイトディスクは、フレーム５０８のグラファイトディスクよりも比較的少数のグラファイト粒子を含む。つまり、フレーム５１０でキャビテーション化波を受けた全てのグラファイト粒子が、位置決め波の影響下でキャビテーション領域に戻ったわけではない。

次に、フレーム５１４は、フレーム５１０と実質的に同様のものであり、時間ｔが０．７秒においてキャビテーションが行われる様子を示す。フレーム５１４では、フレーム５１２で再形成されたグラファイトディスクがキャビテーション化波の影響下でキャビテーションを受ける。

フレーム５１６は、フレーム５１２と実質的に同様のものであり、フレーム５１４に示される飛び散ったグラファイト粒子の一部が、位置決め波の影響下で、キャビテーション領域に戻る様子を示す。このようにして、キャビテーション化及び位置決め波の複数回のサイクルを発生させて、十分な数の物体（グラファイト粒子等）を一つの状態から他の状態に変換させることができる。

図６は、本構成の一実施形態に係る高速カメラで撮ったビデオ６００からの一連のフレームを示し、キャビテーション化波の影響下にある粒子が示されている。

フレーム６０２は、時間ｔがゼロ（０）秒におけるキャビテーション領域に形成されたグラファイトディスクを示す。フレーム６０４及び６０６は。時間ｔがそれぞれ７．１ミリ秒及び１１．２ミリ秒におけるキャビテーション化波の影響下において、グラファイト粒子がキャビテーション領域の縁又は場合によってはその外に追いやられている様子を示す。本教示によると、十分高い圧力を発生させるのに適切な時間が経過するまでは、キャビテーション領域においてキャビテーションが生じないものとなり得る。このため、フレーム６０４及び６０６は、キャビテーションの前に、キャビテーション領域に高圧力の箇所を形成して、その領域内に存在するグラファイト粒子を追いやる様子を示す。

フレーム６０８は、時間ｔが１６．３ミリ秒における、キャビテーション化波の影響に起因した、特に、キャビテーション領域内に生じた高圧力に起因した（キャビテーション領域にある流体媒体の存在からの）キャビテーション気泡の形成を示す。例えば、キャビテーション領域が共鳴チャンバの中心又はその近くにある場合、キャビテーション化気泡が、音響場が最も強い箇所である共鳴チャンバの中心又はその近くに形成される。本発明によると、キャビテーション気泡は、グラファイト粒子と流体媒体との間の界面に引き寄せられる。結果として、フレーム６０８は、キャビテーション気泡が、気泡と共にグラファイト粒子をキャビテーション領域に向けて運ぶ様子を示す。

フレーム６１０及び６１２は、キャビテーションが開始した後における時間ｔがそれぞれ１９．４ミリ秒、１９．９ミリ秒におけるものである。これらのフレームによると、益々多くのキャビテーション気泡がグラファイト粒子をキャビテーション領域に運び、この期間中のグラファイト粒子はキャビテーション領域に集まる。

フレーム６１４は、キャビテーション波を印加した後の時間ｔが２０．３ミリ秒におけるものであり、キャビテーション気泡の内側破裂の作用によって、グラファイト粒子がキャビテーション領域から離れて移動する様子を示す。比較的高密度のグラファイト粒子の場合、粒子は、キャビテーション領域から隣接する圧力ゼロの箇所に向けて移動する。従って、キャビテーションサイクルがもう一回望まれる場合、位置決め波（フレーム５１２で説明したようなもの）を発生させて、グラファイト粒子を再びキャビテーション領域に位置決めする。

図７Ａは、キャビテーション領域（例えば、球状共鳴チャンバの中心領域に）浮上しているグラファイトディスク（つまり、グラファイト粒子がディスク状の構成に配置されているもの）の側面の写真７００である。グラファイトディスクは、概して略１．００ｃｍから略２ｃｍの間の直径を有する。本教示の他の実施形態では、グラファイトディスクの直径は、センタリング波（例えば、図２Ｄの定常波２２２’’’）に関する高圧力の腹から圧力ゼロの節までの距離にほぼ等しい。図７Ｂは、図７Ａに示されるグラファイトディスクの正面の写真７００’である。

図７Ｃは、本構成の特定の実施形態に係る中心領域に浮上したグラファイトディスクのグラファイトチャンク（塊）の側面の写真７０２である。図７Ｃの実施形態に示されるグラファイトチャンクは、図７Ａ及び図７Ｂに示されるグラファイトフレークよりも比較的大きく、略０．０１ｍｍから数ミリメートルのサイズである。従って、本教示を用いて、多様なサイズの物体を浮上及びキャビテーションすることができる。

本発明の例示的な実施形態について示して説明してきたが、他の修正、変更、置換も想定されるものである。例えば、説明した実施形態は、キャビテーション領域でキャビテーションを行うものであるが、本教示はそれに限定されない。実際、キャビテーションは処理の一例に過ぎない。このため、本教示は、物体をまず配置されて次に任意の種類の処理を受ける処理領域を想定しているものである。従って、添付の特許請求の範囲に与えられるように、特許請求の範囲は、開示範囲に一致した広範なものとして解釈される。

１００ 共鳴システム
１０２ チャンバ
１０４ 物体
１０６ トランスデューサ
１０８ 中心領域
１１０ ポート
１１２ 底部領域
１１４ 制御システム
１１６ 結合部
１１８ 結合部

Claims (26)

1. 共鳴チャンバ内の複数の物体を並進移動させるための方法であって、
   流体媒体で充填されて且つ内部に配置された物体を有する共鳴チャンバを得るステップであって、前記共鳴チャンバが、前記共鳴チャンバに結合された一つ以上のトランスデューサを有する、ステップと、
   前記一つ以上のトランスデューサを用いて前記流体媒体を介する第一の定常波を発生させて、前記第一の定常波に関する少なくとも一つの第一の高圧力の箇所及び／又は少なくとも一つの第一の圧力ゼロの箇所を前記共鳴チャンバ内に分布させて、少なくともいくつかの前記物体を前記少なくとも一つの第一の高圧力の箇所及び／又は前記少なくとも一つの第一の圧力ゼロの箇所に位置決めするステップと、
   前記第一の定常波の発生を止めるステップと、
   前記一つ以上のトランスデューサを用いて前記流体媒体を介する第二の定常波を発生させて、前記第二の定常波に関する少なくとも一つの第二の高圧力の箇所及び／又は少なくとも一つの第二の圧力ゼロの箇所を前記共鳴チャンバ内に分布させて、少なくともいくつかの前記物体を前記第一の高圧力の箇所から前記第二の高圧力の箇所に並進移動させ及び／又は前記第一の圧力ゼロの箇所から前記第二の圧力ゼロの箇所に並進移動させるステップとを備えた方法。
2. 前記第一の高圧力の箇所が、前記第一の定常波の発生から得られる第一の高圧力の腹が占める前記共鳴チャンバ内部の箇所を含み、前記第一の圧力ゼロの箇所が、前記第一の定常波の発生から得られる第一の圧力ゼロの節が占める前記共鳴チャンバ内部の箇所を含み、前記第二の高圧力の箇所が、前記第二の定常波の発生から得られる第二の高圧力の腹が占める前記共鳴チャンバ内部の箇所を含み、前記第二の圧力ゼロの箇所が、前記第二の定常波の発生から得られる第二の圧力ゼロの節が占める前記共鳴チャンバ内部の箇所を含み、前記第一の定常波の発生又は前記第二の定常波の発生中において、前記流体媒体よりも低密度の前記物体が前記第一の高圧力の腹及び／又は前記第二の高圧力の腹に集まり、前記流体媒体よりも高密度の前記物体が前記第一の圧力ゼロの節及び／又は前記第二の圧力ゼロの節に集まる、請求項１に記載の方法。
3. 前記第一の定常波の発生が並進移動波の発生を含み、前記第二の定常波の発生がセンタリング波の発生を含み、前記並進移動波の発生が前記センタリング波の発生の前に行われ、前記並進移動波の発生が、前記共鳴チャンバの中心領域から離れた前記第一の高圧力の箇所又は前記第一の圧力ゼロの箇所に少なくともいくつかの前記物体を並進移動させて、前記センタリング波の発生が、前記第二の高圧力の箇所又は前記第二の圧力ゼロの箇所を前記共鳴チャンバの中心領域に又は該中心領域の近くに配置させて、前記第一の高圧力の箇所又は前記第一の圧力ゼロの箇所から前記共鳴チャンバの中心領域の箇所又は該中心領域の近くの箇所に少なくともいくつかの前記物体を並進移動させる、請求項１に記載の方法。
4. 前記センタリング波の発生が、前記第二の圧力ゼロの箇所及び前記第二の高圧力の箇所が前記共鳴チャンバ内部で球状に整列しないような共鳴周波数において行われる、請求項３に記載の方法。
5. 前記センタリング波の発生中において、少なくともいくつかの前記物体が、前記共鳴チャンバの中心領域において又は該中心領域の近くにおいてディスク状に集まる、請求項３に記載の方法。
6. 前記第一の定常波の発生が、前記第一の圧力ゼロの箇所及び前記第一の高圧力の箇所が前記共鳴チャンバ内部で球状に整列するような共鳴周波数における球モードで行われ、前記第二の定常波の発生が、前記第二の圧力ゼロの箇所及び前記第二の高圧力の箇所が前記共鳴チャンバ内部で球状に整列しないような他の共鳴周波数における非球モードで行われる、請求項１に記載の方法。
7. 前記第一の定常波の発生の前に、前記物体が前記共鳴チャンバの底部領域に存在していて、前記第一の定常波の発生を止める前に、少なくともいくつかの前記物体が、前記第一の定常波に関する高圧力の箇所又は圧力ゼロの箇所に浮上している、請求項１に記載の方法。
8. 前記第二の高圧力の箇所が前記第一の高圧力の箇所よりも前記共鳴チャンバの中心領域に近く、及び／又は、前記第二の圧力ゼロの箇所が前記第一の圧力ゼロの箇所よりも前記共鳴チャンバの中心領域に近い、請求項１に記載の方法。
9. 前記第一の定常波の発生の前に、前記物体が前記共鳴チャンバの頂部領域に配置されていて、前記第一の定常波の発生を止める前に、少なくともいくつかの前記物体が前記第一の定常波に関する高圧力の箇所に浮上している、請求項１に記載の方法。
10. 前記第一の定常波の発生及び前記第二の定常波の発生の前にキャビテーションが生じることを防止するステップを更に備えた請求項１に記載の方法。
11. 前記防止するステップが、共鳴チャンバ内部の静圧を増大させること、又は、キャビテーションを促進しない流体を用いることを含む、請求項１０に記載の方法。
12. 共鳴チャンバ内部の処理領域において複数の物体を処理するための方法であって、
    流体媒体で充填されて且つ内部に配置された物体を有する共鳴チャンバを得るステップと、
    複数の異なる定常波を発生させて、前記共鳴チャンバ内部の位置から、前記流体媒体を介して、前記共鳴チャンバ内部の処理領域へと物体を並進移動させるステップと、
    前記共鳴チャンバの前記処理領域において又は該処理領域の近くにおいて前記物体の処理を行い、いくつかの前記物体を第一の状態から第二の状態に変換するステップとを備えた方法。
13. 前記処理がキャビテーションを含み、前記処理領域がキャビテーション領域を含み、前記複数の異なる定常波のうち最後の定常波が、いくつかの前記物体を前記処理領域に又は該処理領域の近くに位置決めする位置決め波である、請求項１２に記載の方法。
14. 前記第一の状態が、キャビテーション化されない少なくともいくつかの物体を含み、前記第二の状態が、キャビテーション化される少なくともいくつかの物体を含む、請求項１２に記載の方法。
15. 前記物体を処理する前に、前記複数の異なる定常波の発生が、前記共鳴チャンバの中心領域に又は該中心領域の近くに圧力ゼロの箇所を配置して、前記物体を前記中心領域に並進移動させるセンタリング波を発生させることを含む、請求項１２に記載の方法。
16. 前記物体の処理の後に、少なくとも一つの位置決め波を発生させて、少なくとも一部が前記第一の状態である前記物体を、前記共鳴チャンバの処理領域に位置決めするステップを更に備えた請求項１２に記載の方法。
17. 前記処理領域が、前記共鳴チャンバの中心領域に又は該中心領域の近くに位置する、請求項１６に記載の方法。
18. 前記少なくとも一つの位置決め波の発生が、共鳴周波数における非球モードで行われる、請求項１６に記載の方法。
19. 前記少なくとも一つの位置決め波の発生の後に、いくつかの前記物体の二回目の処理を行うステップを更に備えた請求項１６に記載の方法。
20. 前記複数の異なる定常波の発生が、
    前記流体媒体を介して第一の位置決め波を発生させて、前記第一の位置決め波に関する少なくとも一つの第一の高圧力の箇所及び／又は少なくとも一つの第一の圧力ゼロの箇所を前記共鳴チャンバ内部に分布させて、少なくともいくつかの前記物体を前記少なくとも一つの第一の高圧力の箇所及び／又は前記少なくとも一つの第一の圧力ゼロの箇所に位置決めするステップと、
    前記第一の位置決め波の発生を止めるステップと、
    前記流体媒体を介して第二の位置決め波を発生させて、前記第二の位置決め波に関する少なくとも一つの第二の高圧力の箇所及び／又は少なくとも一つの第二の圧力ゼロの箇所を前記共鳴チャンバ内部に分布させて、前記第一の位置決め波に関する前記少なくとも一つの第一の高圧力の箇所及び／又は少なくとも一つの第一の圧力ゼロの箇所から、前記第二の位置決め波に関する前記少なくとも一つの第二の高圧力の箇所及び／又は前記少なくとも一つの第二の圧力ゼロの箇所に少なくともいくつかの前記物体を並進移動させるステップとを備える、請求項１２に記載の方法。
21. 前記処理の後に、位置決め及び処理サイクルを一回以上行うステップを更に備え、前記位置決め及び処理サイクルのうち一つが、いくつかの前記物体を前記処理領域に位置決めして、前記物体の処理をもう一度行うことを備える、請求項１２に記載の方法。
22. 複数の物体を処理するためのシステムであって、
    流体媒体と、
    前記流体媒体で充填された共鳴チャンバと、
    前記共鳴チャンバのキャビテーション領域における又は該キャビテーション領域の近くにおける浮上状態の物体と、
    前記共鳴チャンバに結合された一つ以上のトランスデューサとを備え、前記一つ以上のトランスデューサが、処理領域における少なくともいくつかの前記物体の処理を促進して少なくともいくつかの前記物体を一つの状態から他の状態に変換する処理周波数を発生させる、システム。
23. 前記物体がグラファイト粒子である、請求項２２に記載のシステム。
24. 前記物体の一つの状態がグラファイト粒子を含み、前記物体の他の状態がダイヤモンドを含む、請求項２２に記載のシステム。
25. 前記流体媒体がキャビテーション化媒体であり、前記キャビテーション領域が前記共鳴チャンバの中心領域に又は該中心領域の近くに位置する、請求項２２に記載のシステム。
26. 前記共鳴チャンバが、球、立方体、及びシリンダから成る群から選択された形状で構成されている、請求項２２に記載のシステム。

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