JPH0730133Y2 - 超音波発振器 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は超音波発振器に係わり、更に詳しくは超音波発
振器の振動子の基本の共振固有振動数の波形に対して、
その共振固有振動数の数倍以上の周波数の電圧又は電流
波形をのせて発振させることによって上記振動子の振動
波形領域内の各所に於いて良好なキャビテーション作用
を生ぜしめることが可能な超音波発振器に関する。

［従来の技術］ 周知の通り、各種製造業分野に於いては部品等の洗浄工
程、加工工程等に振動子、高周波発振器より成る超音波
発生装置が広く用いられている。

これらの超音波発生装置に於ける超音波放射媒体中に於
けるキャビテーションのより良い発生条件について着目
すると、このキャビテーションは超音波の音圧の急激に
変化する所（加速度）の大きい所で発生し易いと思われ
る。

即ち従来に於いては第３図に示すように振動子の固有の
振動数の波形である正弦波Ｃ′に於いては図に示すよう
に加速度の急激に変化する所即ち領域Ａ′、Ｂ′でキャ
ビテーションが集中して発生し易く、且つ波長λ″の略
λ″/2の所で発生し易いと考えられる。故にこの波長の
λ″/2の所ではキャビテーションをより発生させ易い
が、振動子の固有振動の振動波形全領域に於いては均一
にキャビテーションを発生させることが難しい。そこ
で、振動波形全領域に於いて均一に、即ち波形全領域の
各所でキャビテーションを発生させる為に幾つかの方法
が考えられる。

その１つは複数の異なった固有振動数を有する振動子を
交互に発振させて、異なった周波数によって基本となる
周波数帯全域の波形に対して異なった周波数の波形を合
成し、もって媒体中にキャビテーションをより発生させ
易い条件即ち、音圧の急激な変化を各所に生じさせよう
とするものである。

他の１つは複数の異なる固有振動数を有する振動子を例
えば１つのアルミバーに取着せしめ、このアルミバー上
の複数の振動子を同時に振動させることによって異なっ
た周波数の波形によって合成されて生ずる他の周波数の
波形即ちアルミバー上の複数の振動子の周波数の波形に
よって合成されるアルミバーの振動によって振動子の基
本となる周波数の波形全領域内の各所で音圧の急激な変
化を生じさせてキャビテーションを良好に発生させよう
としたものがある。

［考案が解決しようとする問題点］ 上記従来技術によれば振動子の基本周波数の波形領域内
のキャビテーション発生条件を良くすることができるが
次の幾つかの解決すべき問題点を有している。

即ち、その１つは複数の種類の超音波振動子を交互に
発振させることによって、基本周波数の波形領域内を均
一にキャビテーションを生ぜしめることが可能であるけ
れども、先ず複数の振動子と発振回路が多く必要であ
り、且つ装置自体が複雑となると共に製造コストの低減
化に一定の限界がある。更に一方の振動子の周波数の波
形と他方の振動子の周波数の波形を見てみると周波数に
比例して液中での減衰率も大と成る為、高周波側の音圧
が充分にいかしきれず、一方の振動子側の出力と他方の
振動子側の出力が同等とならず、キャビテーション効果
を求める操作に於いて不具合となる場合がある。

更に他の１つは１つのアルミバーに例えば２つの振動
子をつけて上記アルミバーの共振により同時に基本周波
数の波形外も発生させる事を目的とする発振方法である
が、出力が各周波数帯に分散され易く、特に高周波側の
減衰率が大きい為に実質的には基本周波数の波形のみの
弱い状態と成り、故に音圧の急激な変化を各所に於いて
均一に発生させることが難しいから、波形領域の各所に
於いてキャビテーションを発生させることが難しい。

加えて基本周波数の波形に対して合成すべき高周波の
波形である100KHz以上MHzは同時に利用することが難し
い。

従って本考案の目的とする所は、 複数の種類の超音波振動子を交互に発振させることな
く、振動子の共振固有振動を有する基本周波の波形全域
の各所に於いて均一に良好にキャビテーションを発生さ
せることができる手段を提供するにある。即ち、振動子
の共振固有振動である電圧又は電流の基本周波に補助数
波である数倍以上の周波数の電圧又は電流波形の高周波
を重ね合わして発振させることができる超音波発振器を
提供するにある。

又振動子の共振固有振動である基本周波の領域内の各
所で均一に而も微細にキャビテーションを発生させるこ
とができる条件を求め易い超音波発振器を提供するにあ
る。

即ち、振動子の基本周波の音圧に対して補助周波である
高周波を重ね合わせることによって上記振動子の基本周
波の音圧を変化させることができると共にキャビテーシ
ョンを各部均一に発生させることができる最適条件を得
ることができる超音波発振器を提供するにある。

更に上記、を可能にしつつ、補助周波の波形のみ
を変化させることにより振動子の共振固有振動の波形に
制限を受けることなく、上記補助周波の波形を適宜に変
化させることによってより上記とに言うキャビテー
ションを発生させることができる超音波発振器を提供す
るにある。

加えて基本周波の波形に対して合成すべき補助周波の
波形である高周波の利用範囲をより拡大できると共によ
り強力な高周波を適用することができる超音波発振器を
提供するにある。

更に装置自体を複雑にすることなく而も製造コストの
低減化をすることができる超音波発振器を提供するにあ
る。

［問題点を解決する為の手段］ 本考案の超音波発振器は上記目的を達成する為に、ワー
クの洗浄、加工等を行う際に液体中に振動子から超音波
を放射して該液体中にキャビテーションを発生させるべ
く前記振動子を発振させる超音波発振器において、前記
振動子の共振固有振動を引き起こす正弦波等の電圧又は
電流の波形に対して、その共振固有振動数よりも高周波
の電圧又は電流波形を重ね合わせて該振動子に付与する
ことにより該振動子を発振させることを特徴とする。

［作用］ 上記構成により、超音波発振器１の振動子３をその共振
固有振動数の波形で振動させつつ、補助周波数である高
周波の波形を上記振動子３の共振固有振動数の波形によ
って形成される正弦波等に重ね合わせる。この時上記補
助周波数は基本となる振動子の基本波４に対して数倍以
上の電圧又は電流波形を重ね合わせることにより、上記
振動子３の基本波形の各部位に於いて音圧の急激な変化
が生ずると共に振動子３の基本波形の領域Ｄ内の各所に
於いて均一にキャビテーションの良好な発生条件とする
ことが可能である。

又上記した振動子３の基本波形即ち所定の周波数の波形
の制限をすることなく且つ補助周波数である高周波の波
形のみを目的とする条件に応じて適宜に選択及び可変に
することによって、上記振動子３の基本波形の音圧の変
化を生ぜせしめることが可能である。故に上記振動子３
の固有振動である基本波形の領域内の各部に於いて均一
に而も微細にキャビテーションを発生させることができ
るものである。

［実施例］ 次に添付図面に従い本考案の好適な実施例を記述する。
第１図は本考案の一実施例を示す回路図である。先ず本
例に適用されるべき超音波発振器を見てみると、この超
音波発振器は高周波発振器、超音波振動子等より成り、
高周波発振器を介して振動子のもつ共振固有振動数の波
形によって振動せしめることにより超音波を発生させ、
且つ液体中に放射せしめる。この超音波によって生ずる
キャビテーションをより有効に発生させようとしたもの
である。所が従来に於いては上記振動子の共振固有振動
を引き起こす正弦波等の電圧又は電流波形即ち共振波形
に於けるキャビテーションの発生条件について着目する
と、第３図に示すように上記振動子の正弦波即ち共振波
Ｃ″の音圧の急激な変化領域Ａ″、Ｂ″がキャビテーシ
ョン発生領域となる。所がこのキャビテーション発生領
域は上記共振波Ｃ″のλ″/2付近にあり全波形領域に亘
って均一なキャビテーション分布が得ることが難しい。

そこで首記した目的を達成する為に本件は次のようにし
たものである。即ち、第１図に示すように、超音波発振
器１は高周波発振器２、超音波振動子３等より構成され
ている。

上記高周波発振器２は基本共振周波数用の基本波発振器
2aと上記基本共振周波数の数倍以上の周波数を発振させ
る為の補助高周波発振器2bより構成されている。より具
体的に説明すると、上記基本波発振器2aの発振回路Ａは
本例に於いては例えば28KHz〜100KHzの範囲の高周波を
発振させる為のものであり、上記基本波発振回路Ａの出
力トランスT₁の２次巻線にコイルＬを介して上記超音波
振動子３の陽極に接続されている。一方上記補助高周波
回路Ｂは本例に於いては例えば100KHzからMHz単位範囲
の高周波を発生させると共にこの補助高周波を上記した
基本高周波４に重ね合わせる為のものであり、上記補助
高周波回路Ｂの出力トランスT₂の２次巻線にコンデンサ
ーＣを介して上記コイルＬと超音波振動子３の間に接続
せしめられている。上記した基本波発振回路Ａの出力ト
ランスT₁の２次巻線の他方側及び補助高周波発振回路Ｂ
の出力トランスT₂の２次巻線の他側及び上記超音波振動
子３の陰極等が夫々接地されている。

上記超音波振動子３は本例に於いては例えば圧電型振動
子を用いた例を示しているが他のものを用いることが可
能である。

次いで第２図に示すように、上記した基本波発振回路Ａ
を介して上記超音波振動子３によって放射せしめられる
正弦波等である基本高周波４に対して上記補助高周波発
振回路Ｂを介して上記基本高周波４の数倍以上の高周波
を重ね合わせて発振した合成波５を夫々示している。

上記基本高周波発振回路Ａを介して振動子３より発振さ
れる基本高周波４を見てみると通常の正弦波等の基本波
４であり、音圧の変化によって生ずるキャビテーション
領域は従来に於ける所と同様である。

所が上記基本波４に、この基本波４の数倍以上即ち例え
ば100KHzからMHz単位の周波数をのせて発振させると、
第２図に示すように合成波５が形成される。この合成波
５に於いては各部でその音圧が急激に変化せしめられて
いる。即ちキャビテーションの発生条件である音圧の変
化が上記合成波６の波形の領域Ｄの各所で生ずる。故に
上記合成波６の領域Ｄ内に於いては各所で均一にキャビ
テーションが良好に発生させることができ、而もこの領
域内に於いては均一にキャビテーション分布を有するも
のである。

更に本例に於いては、上記振動子３の周波数帯域を28〜
100KHzとすると共にこの振動子３の共振固有振動に制限
を得ることなく、補助高周波発振回路Ｂの所定周波数を
可変にすることにより、よりキャビテーション発生に最
適条件を設定することができるものである。

尚上記した基本高周波発振回路Ａの電流、電圧は例えば
600VA〜1200VAであり又補助高周波発振回路Ｂの電流、
電圧は例えば70VA〜100VA等である。

次にこの実施例の使用例を説明する。

本件に於いては、キャビテーションの発生条件が音圧の
急激な変化する領域、加速度の大きい所で発生し易いと
の認識に基づいて、基本高周波４にその数倍以上の周波
数をのせて発振させるものである。

即ち、基本波４は超音波発振器１である基本波回路Ａを
介在させて振動子３より液体中に放射せしめられる。上
記基本波４に補助高周波回路Ｂによって上記基本高周波
４の数倍以上例えば100KHz〜MHz等の周波数をのせて発
振せしめることによって、上記基本高周波４である正弦
波等の波形の各部位に急激な変化の生ずる部分が多数生
ずる。即ち周期λ′の波形は上記基本波４の周期λに比
べて非常に狭く而もその振幅は小さいけれども、上記基
本波４の基本波形の各所に、多数生じている。即ち上記
した基本波４の波形に対して上記合成された合成波５は
基本波４の波形に沿って上下方向に振幅し且つその周期
λ′も非常に小さいものであるが周期λ′ごとに音圧の
急激な変化が各所で生じ、故にキャビテーションが基本
波の全波形領域で良好に発生し易い条件を形成するもの
である。更に上記合成波５の全領域内に於いてキャビテ
ーションの発生分布を均一にさせると共により微細にキ
ャビテーションを発生させることができるものである。

又上記した基本波４を例えば28KHz〜100KHz内に設定
し、この基本波４の周波数を変化させることなく、音圧
の基本周波４と成し、この基本周波の音圧を変化させる
為に補助高周波５の周波数を所定の範囲例えば100KHz〜
MHz等によって可変とすることによって上記音圧を変化
させることによってキャビテーションをより発生し易く
するものである。

［考案の効果］ 以上説明したことから明らかなように、本考案の超音波
発振器によれば、振動子の共振固有振動数の電圧又は電
流の波形に対して、その共振固有振動数よりも高周波の
電圧又は電流波形を重ね合わせて振動子に付与するよう
にしたことによって、振動子が液体中に放射する音波
は、該振動子の共振固有振動数に対応する波長の音波に
それよりも波長の短い高周波の音波が合わさったものと
なるので、液体中の各所においてキャビテーションを生
ぜしめる音圧変化を発生させることができ、共振固有振
動数の相違する複数の種類の超音波振動子を交互に発振
させることなく、液体中の各所において均一で良好なキ
ャビテーションを発生させることができる。そして、振
動子の共振固有振動数に対応する電圧又は電流の基本波
形に重ね合わせる高周波の電圧又は電流波形の周波数や
振幅は広範囲にわたって種々様々に設定することができ
るので、その高周波の波形を適宜変化させるだけで、共
振固有振動数に対応する基本波形の振幅や周波数の制限
を受けることなく、液体中の各所における音圧を種々様
々に変化させることができ、ワークの洗浄等のために好
適なキャビテーション分布を容易に得ることができる。
また、上記のような効果を奏する本考案の超音波発振器
は、振動子の共振固有振動数に対応する電圧又は電流の
基本波形に高周波の電圧又は電流波形を重ね合わせて振
動子に付与するだけなので、装置構成を極めて簡単なも
のとすることができ、また、製造コストを安価なものと
することができる。

【図面の簡単な説明】

添付図面第１図・第２図は本考案の実施例を示し、第１
図は超音波発振器の回路図、第２図は超音波発振器によ
って合成された波形図、第３図は従来技術に於ける波形
図をそれぞれ示している。 尚図中３……振動子を示している。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】ワークの洗浄、加工等を行う際に液体中に
   振動子から超音波を放射して該液体中にキャビテーショ
   ンを発生させるべく前記振動子を発振させる超音波発振
   器において、前記振動子の共振固有振動を引き起こす正
   弦波等の電圧又は電流の波形に対して、その共振固有振
   動数よりも高周波の電圧又は電流波形を重ね合わせて該
   振動子に付与することにより該振動子を発振させること
   を特徴とする超音波発振器。