JP2556150B2 - 超音波照射装置 - Google Patents
超音波照射装置Info
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- JP2556150B2 JP2556150B2 JP1289680A JP28968089A JP2556150B2 JP 2556150 B2 JP2556150 B2 JP 2556150B2 JP 1289680 A JP1289680 A JP 1289680A JP 28968089 A JP28968089 A JP 28968089A JP 2556150 B2 JP2556150 B2 JP 2556150B2
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- piezoelectric
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- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J19/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
- B01J19/10—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing sonic or ultrasonic vibrations
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- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、超音波照射装置に関する。具体的にいえ
ば、本発明は、ハイパワーの超音波を発生させて被照射
物に効率よく照射させ、例えば被照射物の化学反応を促
進させるための装置に関する。
ば、本発明は、ハイパワーの超音波を発生させて被照射
物に効率よく照射させ、例えば被照射物の化学反応を促
進させるための装置に関する。
［背景技術］ 超音波には、化学反応の促進効果があることが知られ
ている。例えば、近年、染色や結晶の析出等の化学反応
を促進させるため、強力な超音波が利用されている。
ている。例えば、近年、染色や結晶の析出等の化学反応
を促進させるため、強力な超音波が利用されている。
第３図に示すものは、このような用途に用いられてい
る超音波照射装置の一従来例であり、圧電セラミック板
51の両面に電極52,53が形成された単板状をした広がり
振動モードの圧電振動子54を水槽55の底に取り付けたも
のである。しかして、この圧電振動子54に交流電圧を印
加すると、圧電振動子54に広がり振動が発生し、この広
がり振動が屈曲振動に変換され、水槽55内の水中に超音
波が放射される。そして、水中を超音波が伝播し、水中
に浸けられた反応材料等の被照射物56に超音波が照射さ
れる。
る超音波照射装置の一従来例であり、圧電セラミック板
51の両面に電極52,53が形成された単板状をした広がり
振動モードの圧電振動子54を水槽55の底に取り付けたも
のである。しかして、この圧電振動子54に交流電圧を印
加すると、圧電振動子54に広がり振動が発生し、この広
がり振動が屈曲振動に変換され、水槽55内の水中に超音
波が放射される。そして、水中を超音波が伝播し、水中
に浸けられた反応材料等の被照射物56に超音波が照射さ
れる。
また、水槽に取付けられる圧電振動子としては、第４
図に示すような、ランジュバン型の圧電振動子61も用い
られている。この圧電振動子61は、両面に電極62,63が
形成された２枚の圧電セラミック板64,64を一対のナッ
ト65,66間に挟み込み、両端が逆ネジとなった連結ボル
ト67によって両ナット65,66を連結させたものであり、
ナット65,66間を締め付けることによって圧電セラミッ
ク板64,64に圧縮応力が加えられている。PZT等の圧電セ
ラミック材料は圧縮よりも引張に対する強度が小さいの
で、圧電セラミック板64,64に大きなパワーを印加する
と、圧電セラミック板64,64の内部に発生する電歪引張
応力により、圧電セラミック板64,64が自己破壊する恐
れがあるが、このランジュバン型圧電振動子61では、一
対のナット65,66と連結ボルト67で圧電セラミック板64,
64に予め圧縮応力（初期応力）を与えているので、内部
の電歪引張応力に対する強度が増す。このため、圧電振
動子への許容入力パワーが向上し、強力な超音波を照射
することが可能になっている。
図に示すような、ランジュバン型の圧電振動子61も用い
られている。この圧電振動子61は、両面に電極62,63が
形成された２枚の圧電セラミック板64,64を一対のナッ
ト65,66間に挟み込み、両端が逆ネジとなった連結ボル
ト67によって両ナット65,66を連結させたものであり、
ナット65,66間を締め付けることによって圧電セラミッ
ク板64,64に圧縮応力が加えられている。PZT等の圧電セ
ラミック材料は圧縮よりも引張に対する強度が小さいの
で、圧電セラミック板64,64に大きなパワーを印加する
と、圧電セラミック板64,64の内部に発生する電歪引張
応力により、圧電セラミック板64,64が自己破壊する恐
れがあるが、このランジュバン型圧電振動子61では、一
対のナット65,66と連結ボルト67で圧電セラミック板64,
64に予め圧縮応力（初期応力）を与えているので、内部
の電歪引張応力に対する強度が増す。このため、圧電振
動子への許容入力パワーが向上し、強力な超音波を照射
することが可能になっている。
［発明が解決しようとする課題］ 第３図に示した超音波照射装置に用いられている圧電
振動子にあっては、大きなパワーを印加した場合には、
圧電セラミック板が自己の電気歪によって引張破壊する
恐れがあるので、大きな入力パワーを印加することがで
きず、強力な超音波を放射させることができない。ま
た、第３図の超音波照射装置では、圧電振動子で発生し
た超音波のエネルギーを一箇所に集中させて大きなパワ
ーを得ることができず、圧電振動子から放射された超音
波のエネルギーが水中全体に拡散してしまい、反応材料
等の被照射物に強力なパワーの超音波を照射させること
ができなかった。
振動子にあっては、大きなパワーを印加した場合には、
圧電セラミック板が自己の電気歪によって引張破壊する
恐れがあるので、大きな入力パワーを印加することがで
きず、強力な超音波を放射させることができない。ま
た、第３図の超音波照射装置では、圧電振動子で発生し
た超音波のエネルギーを一箇所に集中させて大きなパワ
ーを得ることができず、圧電振動子から放射された超音
波のエネルギーが水中全体に拡散してしまい、反応材料
等の被照射物に強力なパワーの超音波を照射させること
ができなかった。
一方、第４図に示したような圧電振動子を用いれば、
前記のように許容入力パワーを向上させることができる
ので、大きなパワーを印加することによって圧電振動子
からは強力な超音波を放射させることができる。しかし
ながら、このような圧電振動子を水槽に取付けた場合で
も、圧電振動子から放射された強力な超音波は水中で拡
散して弱められ、被照射物に達した時には超音波のパワ
ーは弱くなっており、強力な超音波を被照射物に照射さ
せることができなかった。
前記のように許容入力パワーを向上させることができる
ので、大きなパワーを印加することによって圧電振動子
からは強力な超音波を放射させることができる。しかし
ながら、このような圧電振動子を水槽に取付けた場合で
も、圧電振動子から放射された強力な超音波は水中で拡
散して弱められ、被照射物に達した時には超音波のパワ
ーは弱くなっており、強力な超音波を被照射物に照射さ
せることができなかった。
本発明は叙上の従来例の欠点に鑑みてなされたもので
あり、圧電振動子の許容入力パワーを向上させると同時
に、圧電振動子で発生させられた超音波のパワーを被照
射物に収束させ、しかも強力な超音波を被照射物に照射
させられるようにすることを目的とする。
あり、圧電振動子の許容入力パワーを向上させると同時
に、圧電振動子で発生させられた超音波のパワーを被照
射物に収束させ、しかも強力な超音波を被照射物に照射
させられるようにすることを目的とする。
［課題を解決するための手段］ このため、本発明の超音波照射装置は、圧縮応力を加
えられた球殻状もしくは円筒状の圧電振動子の焦点付近
に被照射物を輸送するパイプを配置したことを特徴とし
ている。
えられた球殻状もしくは円筒状の圧電振動子の焦点付近
に被照射物を輸送するパイプを配置したことを特徴とし
ている。
また、圧電振動子に圧縮応力を加えるためには、圧電
振動子の外面に張力を与えたファイバーを巻き重ねると
よい。
振動子の外面に張力を与えたファイバーを巻き重ねると
よい。
［作用］ 本発明にあっては、圧電振動子に初期応力（圧縮応
力）を与えてあるので、大きなパワーが印加された場合
でも、電気歪によって自己破壊しにくく、許容入力パワ
ーを大きくできる。したがって、大きなパワーの電界を
印加することによって強力な超音波を発生させることが
でき、強力な超音波を被照射物に照射させることができ
る。
力）を与えてあるので、大きなパワーが印加された場合
でも、電気歪によって自己破壊しにくく、許容入力パワ
ーを大きくできる。したがって、大きなパワーの電界を
印加することによって強力な超音波を発生させることが
でき、強力な超音波を被照射物に照射させることができ
る。
ここで、球殻状もしくは円筒状の圧電振動子に圧縮応
力を付与するには、その外面にファイバーを張力を加え
ながら巻き重ねると、容易に圧縮応力を付与できる。
力を付与するには、その外面にファイバーを張力を加え
ながら巻き重ねると、容易に圧縮応力を付与できる。
また、球殻状もしくは円筒状をした圧電振動子の焦点
付近に被照射物を輸送するパイプを配置したので、圧電
振動子から放射された超音波は、球殻もしくは円筒の焦
点に収束され、焦点で大きな超音波エネルギーの集中が
得られ、強力な超音波エネルギーが焦点位置の被照射物
に照射される。
付近に被照射物を輸送するパイプを配置したので、圧電
振動子から放射された超音波は、球殻もしくは円筒の焦
点に収束され、焦点で大きな超音波エネルギーの集中が
得られ、強力な超音波エネルギーが焦点位置の被照射物
に照射される。
したがって、本発明によれば、被照射物に極めて強力
な超音波を照射させることが可能となり、例えば、強力
な超音波場内で反応材料の化学反応をより促進させるこ
とができる。しかも、本発明にあっては、球殻状もしく
は円筒状の圧電振動子の焦点付近に被照射物を輸送する
パイプを配置しているから、圧電振動子の振動エネルギ
ーが集中する焦点付近で被照射物に超音波を照射させる
ことができ、大きなパワーの超音波振動を被処理物全体
に均一に照射することができる。従って、反応材料に超
音波振動を均一に照射して反応材料の化学反応を均一に
促進させることができる。
な超音波を照射させることが可能となり、例えば、強力
な超音波場内で反応材料の化学反応をより促進させるこ
とができる。しかも、本発明にあっては、球殻状もしく
は円筒状の圧電振動子の焦点付近に被照射物を輸送する
パイプを配置しているから、圧電振動子の振動エネルギ
ーが集中する焦点付近で被照射物に超音波を照射させる
ことができ、大きなパワーの超音波振動を被処理物全体
に均一に照射することができる。従って、反応材料に超
音波振動を均一に照射して反応材料の化学反応を均一に
促進させることができる。
［実施例］ 以下、本発明の実施例を添付図に基づいて詳述する。
第１図に示すものは、球殻状の圧電振動子１を備えた
超音波照射装置である。圧電振動子１は、PZTのような
圧縮強度の大きな圧電セラミック材料により球殻状に形
成された圧電球殻体４の内面と外面にそれぞれ電極5,6
が形成されたものであり、厚み方向に分極処理を施され
ている。また、球殻状の圧電振動子１には、一箇所に透
孔７が開口されている。この圧電振動子１は、PZTセラ
ミックスの仮焼粉末に水とバインダーを混合してスラリ
ーを作成し、このスラリーを球殻状のキャビティを有す
る型に流し込んで成型し、得られた成型体を所定温度で
焼成して圧電球殻体４を製作し、焼成後に圧電球殻体４
の内面と外面にそれぞれ銀ペーストを塗布及び焼付けし
て電極5,6を形成したものである。また、球殻状をした
圧電振動子１の分極処理は、圧電振動子１を60℃に加熱
した絶縁オイル中に漬け、内面及び外面電極5,6間に3kV
/mmの直流電界を印加することにより分極させることが
できる。圧電振動子１の外面には、スチールファイバー
やガラスファイバー、カーボンファイバー等の引張り強
度の大きなファイバー３を張力を与えて巻き付けてあ
る。これにより圧電振動子１は、圧縮応力及び引張応力
に対して大きな強度を備えることになり、大きなパワー
が入力されても圧電歪によって自己破壊を生じることが
ない。さらに、圧電振動子１内には、透孔７に挿通させ
て液状の反応材料２を輸送させるための二重筒状のパイ
プ８が配管されている。このパイプ８は、第１図に示す
ように、内筒９と外筒10とからなり、外筒10の端部には
球状のバルブ11が形成され、外筒10内に挿入された内筒
９の端部は、バルブ11内で開口している。このバルブ11
は、球殻状の圧電振動子１の焦点（中心）に配置されて
いる。しかして、内筒９から輸送された反応材料２は、
内筒９の端部でバルブ11内に噴出し、バルブ11内で若干
滞留した後、外筒10を通って回収される。また、圧電振
動子１内には、水のような超音波伝播媒質12が充填され
ており、透孔７がシール材13によって密閉されている。
超音波照射装置である。圧電振動子１は、PZTのような
圧縮強度の大きな圧電セラミック材料により球殻状に形
成された圧電球殻体４の内面と外面にそれぞれ電極5,6
が形成されたものであり、厚み方向に分極処理を施され
ている。また、球殻状の圧電振動子１には、一箇所に透
孔７が開口されている。この圧電振動子１は、PZTセラ
ミックスの仮焼粉末に水とバインダーを混合してスラリ
ーを作成し、このスラリーを球殻状のキャビティを有す
る型に流し込んで成型し、得られた成型体を所定温度で
焼成して圧電球殻体４を製作し、焼成後に圧電球殻体４
の内面と外面にそれぞれ銀ペーストを塗布及び焼付けし
て電極5,6を形成したものである。また、球殻状をした
圧電振動子１の分極処理は、圧電振動子１を60℃に加熱
した絶縁オイル中に漬け、内面及び外面電極5,6間に3kV
/mmの直流電界を印加することにより分極させることが
できる。圧電振動子１の外面には、スチールファイバー
やガラスファイバー、カーボンファイバー等の引張り強
度の大きなファイバー３を張力を与えて巻き付けてあ
る。これにより圧電振動子１は、圧縮応力及び引張応力
に対して大きな強度を備えることになり、大きなパワー
が入力されても圧電歪によって自己破壊を生じることが
ない。さらに、圧電振動子１内には、透孔７に挿通させ
て液状の反応材料２を輸送させるための二重筒状のパイ
プ８が配管されている。このパイプ８は、第１図に示す
ように、内筒９と外筒10とからなり、外筒10の端部には
球状のバルブ11が形成され、外筒10内に挿入された内筒
９の端部は、バルブ11内で開口している。このバルブ11
は、球殻状の圧電振動子１の焦点（中心）に配置されて
いる。しかして、内筒９から輸送された反応材料２は、
内筒９の端部でバルブ11内に噴出し、バルブ11内で若干
滞留した後、外筒10を通って回収される。また、圧電振
動子１内には、水のような超音波伝播媒質12が充填され
ており、透孔７がシール材13によって密閉されている。
しかして、上記のような構造の超音波照射装置にあっ
ては、圧電振動子１に圧縮応力を付与してあるので、圧
電振動子１が自己の電気歪によって破壊しにくく、大き
な入力パワーを印加して強力な超音波を発生させること
ができる。そして、球殻状した圧電振動子１の各部分か
ら発生した超音波は、超音波伝播媒質12を伝播して焦点
に集束させられ、バルブ11内の反応材料２に大きなパワ
ーで超音波が照射される。この結果、反応材料２には、
バルブ11位置で大きなパワーの超音波が照射され、染色
や結晶の析出等の化学反応が促進させられる。
ては、圧電振動子１に圧縮応力を付与してあるので、圧
電振動子１が自己の電気歪によって破壊しにくく、大き
な入力パワーを印加して強力な超音波を発生させること
ができる。そして、球殻状した圧電振動子１の各部分か
ら発生した超音波は、超音波伝播媒質12を伝播して焦点
に集束させられ、バルブ11内の反応材料２に大きなパワ
ーで超音波が照射される。この結果、反応材料２には、
バルブ11位置で大きなパワーの超音波が照射され、染色
や結晶の析出等の化学反応が促進させられる。
第２図に示すものは、本発明の他の実施例であり、円
筒状の圧電振動子１を備えたものである。これは、円筒
状をした圧電振動子１の外周面にスチールファイバー、
その他の引張り強度の大きなファイバー３を巻き回し
て、圧電振動子１に圧縮応力を付与したものである。そ
して、この円筒状の圧電振動子１の焦点（中心軸）の位
置に反応材料２を輸送させるためのパイプ14を配管した
ものである。しかして、この圧電振動子１を励振しなが
ら、中心のパイプ14に反応材料２を輸送させると、圧電
振動子１の各部分から照射された超音波のパワーがパイ
プ14位置に集束され、パイプ14内を輸送されている反応
材料２に大きなパワーの超音波が照射され、化学反応が
促進される。
筒状の圧電振動子１を備えたものである。これは、円筒
状をした圧電振動子１の外周面にスチールファイバー、
その他の引張り強度の大きなファイバー３を巻き回し
て、圧電振動子１に圧縮応力を付与したものである。そ
して、この円筒状の圧電振動子１の焦点（中心軸）の位
置に反応材料２を輸送させるためのパイプ14を配管した
ものである。しかして、この圧電振動子１を励振しなが
ら、中心のパイプ14に反応材料２を輸送させると、圧電
振動子１の各部分から照射された超音波のパワーがパイ
プ14位置に集束され、パイプ14内を輸送されている反応
材料２に大きなパワーの超音波が照射され、化学反応が
促進される。
尚、圧電振動子の形状は、全体が球殻状や円筒状にな
っている必要はなく、上記効果を得るためには、圧電振
動子の大部分が球殻状や円筒状になっていれば良い。
っている必要はなく、上記効果を得るためには、圧電振
動子の大部分が球殻状や円筒状になっていれば良い。
［発明の効果］ 本発明によれば、圧電振動子の許容入力パワーを大き
くすることができ、圧電振動子から極めて強力な超音波
を放射させることができる。しかも、圧電振動子の各部
から放射された超音波のパワーが焦点に集束され、焦点
付近に配置されている被照射物により強力な超音波エネ
ルギーを照射させることができる。しかも、本発明にあ
っては、球殻状もしくは円筒状の圧電振動子の焦点付近
に被照射物を輸送するパイプを配置しているから、圧電
振動子の振動エネルギーが集中する焦点付近で被照射物
に超音波を照射させることができ、大きなパワーの超音
波振動を被処理物全体に均一に照射することができる。
従って、反応材料に超音波振動を均一に照射して反応材
料の化学反応を均一に促進させることができる。
くすることができ、圧電振動子から極めて強力な超音波
を放射させることができる。しかも、圧電振動子の各部
から放射された超音波のパワーが焦点に集束され、焦点
付近に配置されている被照射物により強力な超音波エネ
ルギーを照射させることができる。しかも、本発明にあ
っては、球殻状もしくは円筒状の圧電振動子の焦点付近
に被照射物を輸送するパイプを配置しているから、圧電
振動子の振動エネルギーが集中する焦点付近で被照射物
に超音波を照射させることができ、大きなパワーの超音
波振動を被処理物全体に均一に照射することができる。
従って、反応材料に超音波振動を均一に照射して反応材
料の化学反応を均一に促進させることができる。
従って、例えば超音波による化学反応の促進効果を一
層高めることができ、染色や結晶の析出等の用途に好適
に用いることができる。
層高めることができ、染色や結晶の析出等の用途に好適
に用いることができる。
第１図は本発明の超音波照射装置の一実施例を示す概略
断面図、第２図は本発明の他の実施例を示す概略断面
図、第３図は従来例の概略断面図、第４図は圧電振動子
の他の従来例を示す概略断面図である。 １…圧電振動子 ２…反応材料 ３…ファイバー
断面図、第２図は本発明の他の実施例を示す概略断面
図、第３図は従来例の概略断面図、第４図は圧電振動子
の他の従来例を示す概略断面図である。 １…圧電振動子 ２…反応材料 ３…ファイバー
Claims (2)
- 【請求項１】圧縮応力を加えられた球殻状もしくは円筒
状の圧電振動子の焦点付近に被照射物を輸送するパイプ
を配置したことを特徴とする超音波照射装置。 - 【請求項２】球殻状もしくは円筒状をした圧電振動子の
外面に張力を付与したファイバーを巻き重ねることによ
って圧電振動子に圧縮応力を加えたことを特徴とする請
求項１に記載の超音波照射装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1289680A JP2556150B2 (ja) | 1989-11-07 | 1989-11-07 | 超音波照射装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1289680A JP2556150B2 (ja) | 1989-11-07 | 1989-11-07 | 超音波照射装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03151084A JPH03151084A (ja) | 1991-06-27 |
| JP2556150B2 true JP2556150B2 (ja) | 1996-11-20 |
Family
ID=17746358
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1289680A Expired - Fee Related JP2556150B2 (ja) | 1989-11-07 | 1989-11-07 | 超音波照射装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2556150B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5395592A (en) * | 1993-10-04 | 1995-03-07 | Bolleman; Brent | Acoustic liquid processing device |
| JP3892743B2 (ja) | 2002-03-01 | 2007-03-14 | 日本碍子株式会社 | 反応セルおよびその使用方法 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5221990A (en) * | 1975-08-09 | 1977-02-18 | Kansai Chubu Kk | Bottle |
| JPS5247997A (en) * | 1975-10-13 | 1977-04-16 | Kihara Seisakusho:Kk | Tobacco leaves dryer utilizing solar heat |
| JPS6126399U (ja) * | 1984-07-20 | 1986-02-17 | 株式会社日立製作所 | ド−ム型振動子の予備圧縮力印加機構 |
| US4604542A (en) * | 1984-07-25 | 1986-08-05 | Gould Inc. | Broadband radial vibrator transducer with multiple resonant frequencies |
| JPH0224316Y2 (ja) * | 1984-09-28 | 1990-07-03 |
-
1989
- 1989-11-07 JP JP1289680A patent/JP2556150B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03151084A (ja) | 1991-06-27 |
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