JPH0760189A - Focusing ultrasonic generator - Google Patents

Focusing ultrasonic generator

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JPH0760189A
JPH0760189A JP23720893A JP23720893A JPH0760189A JP H0760189 A JPH0760189 A JP H0760189A JP 23720893 A JP23720893 A JP 23720893A JP 23720893 A JP23720893 A JP 23720893A JP H0760189 A JPH0760189 A JP H0760189A
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flexible diaphragm
ultrasonic wave
reflecting
ultrasonic
reflecting portion
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雅恭 川村
Yoichi Ito
洋一 伊藤
Saburo Aonuma
三郎 青沼
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SATAKO ENG KK
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Abstract

PURPOSE:To realize a high-performance ultrasonic cleaner and fine processing device, etc., by providing the focusing ultrasonic generator which focuses the ultrasonic sound waves generated from a higher mode circular deflective vibration diaphragm as single peak sound waves and focused and concentrated sound waves by a small-sized and simple structure. CONSTITUTION:The sound wave radiated in the central region of the deflective vibration diaphragm 1 vibrated in a higher mode are reflected back and forth by a circular reflection plate 2 oppositely arranged at a prescribed spacing therefrom. The ultrasonic waves propagated to lateral periphery by the forward and backward reflection and the ultrasonic waves directly radiated from the deflective vibration diaphragm 1 are reflected by a cylindrical reflection plate 3; further, the sound waves reflected from the cylindrical reflection plate 3 are reflected by the peripheral surface of a circular conical reflection plate 4, by which the parallel sound wave fluxes focused in a normal Z direction are obtd. The peripheral surface of the circular conical reflection plate 4 is formed as a paraboloid of revolution. The powerful focused and concentrated sound field is obtd. by forming the inside surface of the cylindrical reflection plate 3 as the paraboloid of revolution without using the circular conical reflection plate 4.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は集束超音波発生装置に係
り、例えば超音波クリーナや微細加工装置等に適用さ
れ、高次モード円形たわみ振動板から発生せしめられる
超音波を、小型で簡易な構造によって単峰性音波ないし
焦点集中音波として集束させる装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a focused ultrasonic wave generator, which is applied to, for example, an ultrasonic cleaner or a microfabrication apparatus, and which can generate a small and simple ultrasonic wave generated from a high-order mode circular flexible diaphragm. The present invention relates to a device for focusing as a monomodal sound wave or a focused sound wave depending on the structure.

【0002】[0002]

【従来の技術】最近、物体表面のクリーニングや各種材
料に対する微細加工の分野において、集束超音波の強力
音場を利用する方法が検討・開発されている。そして、
本願発明者等は、それに関連した論文として「強力音場
による物質表面の液滴除去」(伊藤,川村,日本音響学会講
演論文集:P597〜598,1983年3月)及び「強力空中超音波に
よる板面上の水滴除去」(伊藤,川村,日本音響学会講演論
文集:P755〜756,1987年3月)を発表し、「縞モード振動板
からの全放射超音波をその振動板の両側に配置された集
束方向変換器によって反射させ、直線状に集束形成され
た強力音場を利用して面積が比較的広いガラス板面に付
着した水を霧化・除去させる方法」に関する実験報告を行
っている。また、先に前記の方法を利用した「超音波に
よるクリーニング方法」を提案している(特願平5-80080
号)。
2. Description of the Related Art Recently, in the fields of cleaning the surface of an object and microfabrication for various materials, methods for utilizing the strong sound field of focused ultrasonic waves have been studied and developed. And
The inventors of the present application, as related papers, include "Removal of droplets on the surface of a material by a strong sound field" (Ito, Kawamura, Acoustical Society of Japan: P597-598, March 1983) and "High-power airborne ultrasonic waves". Of water droplets on the plate surface "(Ito, Kawamura, Proceedings of the Acoustical Society of Japan: P755 ~ 756, March 1987)," Total emission ultrasonic waves from a fringe mode diaphragm was applied to both sides of the diaphragm. Report on a method of atomizing and removing water adhering to a glass plate surface with a relatively large area by using a strong sound field that is linearly focused and reflected by a focusing direction changer arranged in Is going. Further, there has been previously proposed an “ultrasonic cleaning method” utilizing the above method (Japanese Patent Application No. 5-80080).
issue).

【0003】一方、超音波発生源としては、前記の縞モ
ード振動板のように方形板に限らず、その節円がほぼ等
間隔となる高次モード円形たわみ振動板を用いることが
考えられる。その場合に、図12に示すように周辺自由
のたわみ振動板101の中心に振動駆動源102を取付けて高
周波振動させると、たわみ振動板101から放射される空
中超音波103はすり鉢状のパターンとなり、当然にその
ままでは強力な音場を形成させることができない。その
ため、従来から、図13に示されるように、たわみ振動
板101の周囲に超音波伝播方向へ開放したコニカル反射
板104を設け、そのコニカル反射板104の内面で放射超音
波を反射させることによって単一方向へ伝播する平行音
束105を得る方法が採用されている。
On the other hand, the ultrasonic wave generation source is not limited to a rectangular plate like the above-mentioned striped mode diaphragm, but it is conceivable to use a higher order mode circular flexible diaphragm whose nodal circles are at substantially equal intervals. In that case, as shown in FIG. 12, when the vibration driving source 102 is attached to the center of the flexible diaphragm 101 with free periphery and high-frequency vibration is performed, the aerial ultrasonic waves 103 radiated from the flexible diaphragm 101 have a mortar-shaped pattern. , Naturally, a strong sound field cannot be formed as it is. Therefore, conventionally, as shown in FIG. 13, by providing a conical reflection plate 104 that is open in the ultrasonic wave propagation direction around the flexural vibration plate 101 and reflecting the emitted ultrasonic waves on the inner surface of the conical reflection plate 104, A method of obtaining a parallel sound flux 105 propagating in a single direction is adopted.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところで、超音波を集
束させて強力音場を得ることを目的とした場合におい
て、前記の発表論文や特許出願に係る発明では、超音波
を集束させているが、直線上の集束音場しか得られず、
縞モード振動板を用いているためにその両側に配置され
る反射面の形状が複雑で、集束方向変換器の加工に困難
が伴うという問題がある。また、振動駆動源と縞モード
振動板を連結するために、一方の反射面に貫通孔を形成
しておかねばならないという不利がある。
By the way, in the case of aiming to obtain a strong sound field by focusing ultrasonic waves, the ultrasonic waves are focused in the inventions of the above-mentioned published papers and patent applications. , Only a focused sound field on a straight line can be obtained,
Since the fringe mode diaphragm is used, the shapes of the reflecting surfaces arranged on both sides of the diaphragm are complicated, and there is a problem that processing of the focusing direction changer is difficult. In addition, there is a disadvantage that a through hole must be formed in one reflecting surface in order to connect the vibration drive source and the striped mode diaphragm.

【0005】一方、図13のようにたわみ振動板101と
コニカル反射板104を組合せる構成についてみると、コ
ニカル反射板104を設けるために全体の構造が大型化
し、その平行音束105についても、図13に示すように
たわみ振動板101の平面形状に相当する中央領域106が抜
けたドーナツ状音場になることから、構造が大きくなる
割に強力な音場が得られず、局部のクリーニングや微細
加工に利用するには不便である。
On the other hand, regarding the configuration in which the flexural vibration plate 101 and the conical reflection plate 104 are combined as shown in FIG. 13, the entire structure is enlarged to provide the conical reflection plate 104, and the parallel sound flux 105 is also As shown in FIG. 13, since the central region 106 corresponding to the planar shape of the flexural diaphragm 101 is a donut-shaped sound field, a strong sound field cannot be obtained despite the large structure, and local cleaning and It is inconvenient to use for fine processing.

【0006】そこで、本発明は、高次モード円形たわみ
振動板の放射音波を単峰性音波ないし焦点集中音波とし
て効率的に集束させ、小型で簡単な構成でありながら強
力な音場を得ることが可能な集束超音波発生装置を提供
することを目的として創作された。
Therefore, according to the present invention, the radiated sound waves of the high-order mode circular flexural diaphragm are efficiently focused as unimodal sound waves or focus concentrated sound waves to obtain a powerful sound field with a small size and a simple structure. It was created for the purpose of providing a focused ultrasonic generator capable of

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】第1の発明は、集束超音
波発生装置において、中心に振動駆動源が取付けられた
高次モード円形たわみ振動板を超音波発生源とし、前記
たわみ振動板の中心を通る法線を共通の中心軸として、
前記たわみ振動板の直径より小さい直径の円形・平面状
の反射面を有し、前記たわみ振動板から発生する超音波
の放射角をθ、同超音波の波長をλaとした場合に、そ
の反射面を前記たわみ振動板と[m・λa/2cosθ](但
し、mは整数)の距離を隔てて平行に対向配置させた第
1反射部と、前記たわみ振動板の周縁部から前記第1反
射部の配置側空間を囲む円筒状反射面を有した第2反射
部と、頂角がθである円錐状反射面を有し、その頂角側
を超音波出力方向へ向けて前記第2反射部の円筒状反射
面で反射した超音波が伝播する空間内に配置させた第3
反射部を固設したことを特徴とする集束超音波発生装置
に係る。
According to a first aspect of the present invention, in a focused ultrasonic wave generator, a high-order mode circular flexural vibration plate having a vibration driving source attached to the center thereof is used as the ultrasonic wave generation source. With the normal line passing through the center as the common central axis,
If the radiation angle of the ultrasonic wave generated from the flexible diaphragm is θ and the wavelength of the ultrasonic wave is λa, the reflection of the flexible diaphragm has a circular / planar reflecting surface with a diameter smaller than that of the flexible diaphragm. A first reflecting portion whose surface is arranged in parallel and opposed to the flexible diaphragm with a distance of [m · λa / 2cosθ] (where m is an integer), and the first reflective portion from the peripheral portion of the flexible diaphragm. A second reflecting portion having a cylindrical reflecting surface that surrounds the space on the arrangement side and a conical reflecting surface having an apex angle of θ, and the apex angle side is directed toward the ultrasonic output direction, Placed in the space where the ultrasonic waves reflected by the cylindrical reflecting surface of the section propagate
The present invention relates to a focused ultrasonic wave generator having a reflecting portion fixedly provided.

【0008】第2の発明は、たわみ振動板と第1反射部
と第2反射部の構成については第1の発明と同様である
が、第1の発明における第3反射部の代わりに、次のよ
うな第4反射部を設けた集束超音波発生装置に係る。即
ち、その第4反射部は、第2反射部で反射した超音波を
反射させて法線状の一点に集束させる回転放物面で構成
された円錐状反射面を有しており、その頂角側を超音波
出力方向へ向けて第2反射部の円筒状反射面で反射した
超音波が伝播する空間内に配置されている。
The second invention is similar to the first invention in the structure of the flexible diaphragm, the first reflecting portion and the second reflecting portion, but instead of the third reflecting portion in the first invention, The present invention relates to a focused ultrasonic wave generating device provided with a fourth reflecting portion as described above. That is, the fourth reflecting portion has a conical reflecting surface composed of a paraboloid of revolution that reflects the ultrasonic wave reflected by the second reflecting portion and focuses it on a normal point. It is arranged in a space in which the ultrasonic waves reflected by the cylindrical reflecting surface of the second reflecting section propagate with the corner side facing the ultrasonic wave output direction.

【0009】第3の発明は、たわみ振動板と第1反射部
の構成に関しては前記の第1及び第2の発明と同様であ
るが、第3反射部や第4反射部を設けず、第2反射部に
相当する反射部を、前記たわみ振動板の周縁部から前記
第1反射部の配置側空間を覆い、前記たわみ振動板から
直接入射する超音波及び前記第1反射部の反射面と前記
たわみ振動板の面を往復反射して入射する超音波を反射
させて前記法線上の一点に集束させる回転放物面状の反
射面を有した第5反射部とした集束超音波発生装置に係
る。
The third invention is similar to the first and second inventions with respect to the structures of the flexible diaphragm and the first reflecting portion, but the third reflecting portion and the fourth reflecting portion are not provided, and A reflecting portion corresponding to two reflecting portions, covering the space on the arrangement side of the first reflecting portion from the peripheral portion of the flexible diaphragm, and the ultrasonic wave directly incident from the flexible diaphragm and the reflecting surface of the first reflecting portion; A focused ultrasonic wave generating device as a fifth reflecting section having a rotary parabolic reflecting surface for reflecting an ultrasonic wave that is reflected back and forth on the surface of the flexible diaphragm and focused on a point on the normal line. Pertain.

【0010】[0010]

【作用】[Action]

第1の発明について;たわみ振動板の放射音波の内、そ
の中央領域から放射放射した超音波はたわみ振動板と第
1反射部の反射面の間を往復反射した後に第2反射部の
円筒状反射面へ入射し、たわみ振動板の外周領域から放
射した超音波は直接第2反射部の円筒状反射面へ入射す
る。この場合、たわみ振動板の放射音波の放射角をθ、
同放射音波の波長をλaとして、たわみ振動板と第1反
射部の反射面の間隔が[m・λa/2cosθ](但し、mは
整数)で与えられているため、たわみ振動板からの放射
音波と第1反射部の反射面からの反射音波がたわみ振動
板の表面で常に同位相の関係になり、相互干渉による音
波エネルギの減衰が生じない。
Regarding the first invention; Of the sound waves emitted from the flexible diaphragm, the ultrasonic waves emitted from the central region of the flexible diaphragm are reciprocally reflected between the flexible diaphragm and the reflecting surface of the first reflecting portion, and then the second reflecting portion has a cylindrical shape. The ultrasonic waves that enter the reflecting surface and are radiated from the outer peripheral region of the flexible diaphragm directly enter the cylindrical reflecting surface of the second reflecting portion. In this case, the radiation angle of the sound wave emitted from the flexible diaphragm is θ,
Radiation from the flexural diaphragm because the wavelength of the radiated sound wave is λa and the distance between the flexural diaphragm and the reflecting surface of the first reflection part is given by [m · λa / 2cosθ] (where m is an integer). The sound wave and the sound wave reflected from the reflecting surface of the first reflecting portion always have the same phase relationship on the surface of the flexural diaphragm, and the sound wave energy is not attenuated by mutual interference.

【0011】また、第2反射部の円筒状反射面に入射す
る超音波の入射角は[(π/2)−θ]となり、当然に反射
角も同角度になるが、第3反射部の円錐状反射面に係る
頂角をθとしておくと、幾何学的関係に基づいて第2反
射部の円筒状反射面で反射した超音波が第3反射部の円
錐状反射面で反射して法線と平行な音束となる。従っ
て、第3反射部の底面形状に相当する直径の強力な超音
波音束が得られ、その音束には中抜けが生じない。
Further, the incident angle of the ultrasonic wave incident on the cylindrical reflecting surface of the second reflecting portion is [(π / 2) -θ], and naturally the reflecting angle is also the same, but of the third reflecting portion. If the apex angle of the conical reflecting surface is set to θ, the ultrasonic waves reflected by the cylindrical reflecting surface of the second reflecting portion will be reflected by the conical reflecting surface of the third reflecting portion based on the geometrical relationship, The sound flux is parallel to the line. Therefore, a strong ultrasonic sound flux having a diameter corresponding to the shape of the bottom surface of the third reflecting portion is obtained, and the sound flux does not have a hollow portion.

【0012】第2の発明について;この発明では、たわ
み振動板から放射され第2反射部で反射するまでの超音
波の伝播経路は第1の発明と同様であるが、第4反射部
の回転放物面で反射されることにより、第4反射部の前
方における法線状の一点(焦点)に集束せしめられ、同焦
点で強力な音場を形成する。
Regarding the second invention; In this invention, the propagation path of the ultrasonic wave emitted from the flexible diaphragm and reflected by the second reflecting section is the same as that of the first invention, but the rotation of the fourth reflecting section is performed. By being reflected by the parabolic surface, it is focused on a normal point (focus point) in front of the fourth reflecting portion, and a strong sound field is formed at the same focal point.

【0013】第3の発明について;この発明において
も、たわみ振動板から放射され第2反射部で反射するま
での超音波の伝播経路は第1の発明と同様である。しか
し、この発明では第1の発明における第3反射部や第2
の発明における第4反射部のように円錐状反射面を有し
た反射部は存在せず、その代わりに、たわみ振動板の周
縁部から第1反射部の配置側空間を回転放物面状の反射
面で覆う第5反射部が設けられている。
Regarding the third invention; In this invention as well, the propagation path of the ultrasonic wave emitted from the flexible diaphragm and reflected by the second reflecting portion is the same as in the first invention. However, in this invention, the third reflecting portion and the second reflecting portion in the first invention are used.
There is no reflecting portion having a conical reflecting surface like the fourth reflecting portion in the invention described above, and instead, a space on the arrangement side of the first reflecting portion is rotated from the peripheral portion of the flexible diaphragm to a paraboloid of revolution. A fifth reflecting portion that covers the reflecting surface is provided.

【0014】そして、たわみ振動板と第1反射部の反射
面の間を往復反射した超音波及びたわみ振動板の外周領
域から放射した超音波は、第5反射部の内面側に形成さ
れている回転放物反射面によって反射され、第5反射部
の前方における法線状の一点(焦点)に集束せしめられ、
同焦点で強力な音場を形成する。
The ultrasonic waves reciprocally reflected between the flexible diaphragm and the reflecting surface of the first reflecting portion and the ultrasonic waves emitted from the outer peripheral area of the flexible diaphragm are formed on the inner surface side of the fifth reflecting portion. It is reflected by the rotating parabolic reflection surface and is focused on a normal point (focus point) in front of the fifth reflecting portion,
A strong sound field is formed at the same focal point.

【0015】尚、前記の各発明において、たわみ振動板
と第1反射部の反射面の間隔[m・λa/2cosθ]は放
射音波の波長λaの法線方向成分を整数倍した距離の1
/2に相当するものであるが、正確にその値である必要
はなく、各種要因に基づく誤差等を考慮して、ほぼその
条件を満たすものであれば足りる。
In each of the above inventions, the interval [m · λa / 2cosθ] between the flexible diaphragm and the reflecting surface of the first reflecting portion is a distance equal to an integer multiple of the normal component of the wavelength λa of the radiated sound wave.
Although it is equivalent to / 2, it does not have to be the exact value, and it suffices if it substantially satisfies the condition in consideration of errors due to various factors.

【0016】[0016]

【実施例】以下、本発明の集束超音波発生装置に係る実
施例を図1から図11を用いて詳細に説明する。 《実施例1》本実施例装置は請求項1の発明に対応する
ものであり、その基本的構造は図1に示される。同図に
おいて、1は高次モード円形たわみ振動板、2は円形反射
板、3は円筒形反射板、4は円錐形反射板であり、それら
はたわみ振動板1の中心を通過する法線Zを共通の中心軸
として図示するように配置されている。そして、前記の
たわみ振動板1の中心にはエキスポネンシャルホーン5の
先端が取付けられており、そのホーン5の後端面に対し
てランジュバン型振動子6から機械的振動が与えること
でたわみ振動板1を振動させるようになっている。尚、
図1では各機素の固定態様を図示していないが、ランジ
ュバン型振動子6を含む振動源ユニットの後端部と円筒
形反射板3は外部固定面に固定されており、円形反射板2
と円錐形反射板4が一体的に構成されていると共に、そ
れらが円錐形反射板3の円錐面と円筒形反射板3の内周面
との間に横架された剛性支持板(円周方向に薄い板)によ
って固定されている。
Embodiments of the focused ultrasonic wave generator of the present invention will be described in detail below with reference to FIGS. 1 to 11. << Embodiment 1 >> The device of this embodiment corresponds to the invention of claim 1, and the basic structure thereof is shown in FIG. In the figure, 1 is a high-order mode circular flexural vibration plate, 2 is a circular reflection plate, 3 is a cylindrical reflection plate, 4 is a conical reflection plate, and these are normals Z passing through the center of the flexure vibration plate 1. Is arranged as a common central axis. The tip of the exponential horn 5 is attached to the center of the flexible diaphragm 1, and the flexible diaphragm is provided by mechanical vibration from the Langevin type vibrator 6 to the rear end surface of the horn 5. It is designed to vibrate 1. still,
Although the fixing mode of each element is not shown in FIG. 1, the rear end portion of the vibration source unit including the Langevin type vibrator 6 and the cylindrical reflection plate 3 are fixed to the external fixing surface, and the circular reflection plate 2
And the conical reflection plate 4 are integrally configured, and the rigid support plate (circumferential circumference) is provided between the conical surface of the conical reflection plate 3 and the inner peripheral surface of the cylindrical reflection plate 3. Fixed by a thin plate).

【0017】図2は前記の構造と超音波の伝播方向を詳
細に説明するための断面図であり、たわみ振動板1と円
形反射板2は平行に対向配置せしめられているが、その
対向間隔dは、たわみ振動板1から発生する超音波の放
射角をθ、同超音波の波長をλaとした場合に、ほぼ
[m・λa/2cosθ](但し、mは整数)に設定されてい
る。また、本実施例では、たわみ振動板1の直径をD1と
した場合に、円形反射板2の直径D2をほぼ[D1−2dt
anθ]としている。一方、円筒形反射板3の内径はたわ
み振動板1の外径より少し大きく構成されており、たわ
み振動板1の周縁部と円筒形反射板3の内周面の間には周
方向に隙間が存在し、当然にたわみ振動板1の周縁部は
自由端になっている。また、円筒形反射板3の高さH3に
ついては{d+[(D1−D2)/2tanθ]}より多少大き
く設計されている。
FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining the above-mentioned structure and the propagation direction of ultrasonic waves in detail. The flexural vibration plate 1 and the circular reflection plate 2 are arranged to face each other in parallel. d is set to approximately [m · λa / 2cosθ] (where m is an integer), where θ is the radiation angle of the ultrasonic wave generated from the flexible diaphragm 1 and λa is the wavelength of the ultrasonic wave. . Further, in the present embodiment, when the diameter of the flexible diaphragm 1 is D1, the diameter D2 of the circular reflector 2 is approximately [D1-2dt.
an θ]. On the other hand, the inner diameter of the cylindrical reflector 3 is configured to be slightly larger than the outer diameter of the flexible diaphragm 1, and a circumferential gap is formed between the peripheral edge of the flexible diaphragm 1 and the inner peripheral surface of the cylindrical reflector 3. Exists, and the peripheral portion of the flexible diaphragm 1 is naturally a free end. The height H3 of the cylindrical reflector 3 is designed to be slightly larger than {d + [(D1-D2) / 2 tan [theta]]}.

【0018】円錐形反射板4については、その頂角がθ
である円錐状反射面を有したものとされ、円錐形反射板
4の下側の開口部が円形反射板2の周縁部に嵌着せしめら
れていることから、その高さH4は[D2/2tanθ]と
なっている。尚、本実施例では円形反射板2と円錐反射
板4を別部材で構成しているが、それらを中実の円錐体
として構成してもよい。
The apex angle of the conical reflector 4 is θ.
A conical reflector.
Since the opening on the lower side of 4 is fitted to the peripheral edge of the circular reflector 2, its height H4 is [D2 / 2tanθ]. In this embodiment, the circular reflector 2 and the conical reflector 4 are separate members, but they may be solid cones.

【0019】上記の構造において、ランジュバン型振動
子6へ交番電圧が印加するとたわみ振動板1は高次モード
で振動し、その節円がほぼ等間隔になった定常状態で全
面から超音波を発生させる。その状態では、図11で説
明したように、たわみ振動板1から一定の放射角θを有
したすり鉢状のパターンで超音波が放射されることにな
るが、本実施例装置では前記の配設態様で円形反射板2
と円筒形反射板3と円錐形反射板4が設けられているた
め、超音波は図2の矢印を付した各点線で示されるよう
な経路を経て伝播することになる。具体的には、たわみ
振動板1の中央領域から放射放射した超音波は、例えば
a点→b点→c点というように、たわみ振動板1と円形
反射板2の間を往復反射して側周の円筒形反射板3に入射
し、またたわみ振動板1の外周領域から放射した超音波
は円筒形反射板3に直接入射する。そして、円筒形反射
板3に入射した超音波はその内周面で反射され、その反
射波が更に円錐形反射板4の外周面で反射されて、法線Z
方向への平行音束として出力される。
In the above structure, when an alternating voltage is applied to the Langevin type vibrator 6, the flexural diaphragm 1 vibrates in a higher mode, and ultrasonic waves are generated from the entire surface in a steady state in which the nodal circles are at substantially equal intervals. Let In that state, as described with reference to FIG. 11, ultrasonic waves are radiated from the flexible diaphragm 1 in a mortar-shaped pattern having a constant radiation angle θ. Circular reflector 2 in a mode
Since the cylindrical reflector 3 and the conical reflector 4 are provided, the ultrasonic wave propagates through the paths shown by the dotted lines with arrows in FIG. Specifically, the ultrasonic waves radiated and emitted from the central region of the flexible diaphragm 1 are reflected back and forth between the flexible diaphragm 1 and the circular reflecting plate 2 such as point a → point b → point c. The ultrasonic waves incident on the peripheral cylindrical reflector 3 and radiated from the outer peripheral region of the flexible diaphragm 1 are directly incident on the cylindrical reflector 3. Then, the ultrasonic wave incident on the cylindrical reflection plate 3 is reflected on the inner peripheral surface thereof, and the reflected wave is further reflected on the outer peripheral surface of the conical reflection plate 4, and the normal line Z
It is output as a parallel sound flux.

【0020】ここで、前記の超音波の伝播経路をモデル
化して図3に示すと共に詳細な解説を加える。同図から
明らかなように、超音波の放射角をθ、同超音波の波長
をλaとすると、その波長λaの法線Z方向の成分は[λa
/cosθ]となり、たわみ振動板1と円形反射板2の間の
往復距離が2dであることから、2d=m・λa/cosθ
の関係が成立している場合には、たわみ振動板1からの
放射音波と円形反射板2からの反射音波がたわみ振動板1
の表面で常に同位相になり、超音波のエネルギがたわみ
振動板1と円形反射板2の間で減衰することなく円筒形反
射板3に入射することになる。また、たわみ振動板1の外
周領域から放射した超音波は円形反射板2とは関係なく
円筒形反射板3へ入射するが、放射方向及びその波面の
位相は前記の往復反射した超音波と同一になる。
Here, the propagation path of the ultrasonic wave is modeled and shown in FIG. 3, and a detailed explanation will be added. As is clear from the figure, if the radiation angle of the ultrasonic wave is θ and the wavelength of the ultrasonic wave is λa, the component of the wavelength λa in the normal line Z direction is [λa
/ Cosθ], and since the round-trip distance between the flexible diaphragm 1 and the circular reflector 2 is 2d, 2d = m · λa / cosθ
When the relationship of is satisfied, the radiated sound wave from the flexural diaphragm 1 and the reflected sound wave from the circular reflecting plate 2 are
The phase of the ultrasonic wave is always in the same phase, and the ultrasonic energy is incident on the cylindrical reflector 3 without being attenuated between the flexural diaphragm 1 and the circular reflector 2. Further, the ultrasonic waves radiated from the outer peripheral area of the flexural vibration plate 1 are incident on the cylindrical reflection plate 3 regardless of the circular reflection plate 2, but the radiation direction and the phase of the wavefront thereof are the same as those of the above-mentioned reciprocating reflected ultrasonic waves. become.

【0021】次に、円筒形反射板3に入射して反射した
超音波は円錐形反射板4の表面に入射する。今、この円
錐形反射板4への入射角を[(π/2)−ψ]とすると、図
3に示した幾何学的関係からθ=2ψの関係にある場合
に円錐形反射板4で反射した超音波の伝播方向が法線Zと
平行になり、前記のように円錐形反射板4の頂角をθに
設定しておくことによって反射後の超音波を平行音束に
変換することが可能になる。
Next, the ultrasonic wave which is incident on and reflected by the cylindrical reflector 3 is incident on the surface of the conical reflector 4. Now, assuming that the incident angle on the conical reflector 4 is [(π / 2) −ψ], the conical reflector 4 will have a relationship of θ = 2ψ from the geometrical relationship shown in FIG. The propagation direction of the reflected ultrasonic waves becomes parallel to the normal line Z, and as described above, the apex angle of the conical reflector 4 is set to θ to convert the reflected ultrasonic waves into a parallel sound flux. Will be possible.

【0022】以上の原理に基づいて、たわみ振動板1の
条件を[振動周波数:20.34kHz,直径D1:18.4
3cm,厚さ:0.15cm,節円数:8]とし、たわみ振
動板1のみの場合と、各反射板2,3,4を順次付加していっ
た場合に関して、たわみ振動板1の中心から2mの距離
で、法線Zを含む面内でその法線Zを中心に180°の角
度範囲におけるマイク出力電圧を測定する実験を行っ
た。尚、音源(ランジュバン型振動子6)への入力電力は
1.2〜1.4Wで一定とした。そして、その実験結果は
図4から図7に示される。
Based on the above principle, the condition of the flexible diaphragm 1 is set to [vibration frequency: 20.34 kHz, diameter D1: 18.4.
3 cm, thickness: 0.15 cm, knot circle number: 8], and the center of the flexural vibration plate 1 in the case of only the flexural vibration plate 1 and in the case where each reflection plate 2, 3, 4 is sequentially added An experiment was conducted to measure the microphone output voltage in an angle range of 180 ° centered on the normal Z in a plane including the normal Z at a distance of 2 m from. In addition, the input power to the sound source (Langevin type vibrator 6) was constant at 1.2 to 1.4W. The experimental results are shown in FIGS. 4 to 7.

【0023】《たわみ振動板1のみの場合(図4)》 図4は前記のたわみ振動板1を自由空間に置いた場合の
放射音波の角度依存性を示している。図4から明らかな
ように、マイク出力電圧は角度約40°方向に主極が現
れており、このたわみ振動板1の放射角θがほぼ40°
であることが理解される。即ち、この場合には図11に
示すようにすり鉢状の放射音波が構成されているが、そ
の放射角θに相当する角度で比較的高い音場が得られる
が、それ以外の角度にも分散しており、主極以外の角度
ではマイク出力電圧が1/3以下となってほぼ平均して
いる。
<< Case of Flexible Vibration Plate 1 (FIG. 4) >> FIG. 4 shows the angular dependence of the radiated sound wave when the flexible vibration plate 1 is placed in a free space. As is clear from FIG. 4, the microphone output voltage has the main pole in the direction of an angle of about 40 °, and the radiation angle θ of the flexible diaphragm 1 is about 40 °.
It is understood that That is, in this case, a mortar-shaped radiated sound wave is formed as shown in FIG. 11, and a relatively high sound field is obtained at an angle corresponding to the radiation angle θ, but it is dispersed at other angles as well. The microphone output voltage is less than ⅓ at angles other than the main pole, and is almost averaged.

【0024】《たわみ振動板1に円形反射板2を組合せ
た場合(図5)》 図5の(a),(b),(c)は、それぞれ円形反射板2の直径
D2を14.8cm,14.4cm,13.8cmとし、それに対
応させてたわみ振動板1と円形反射板2の間の距離dを
2.2cm,2.4cm,2.7cmとした場合のマイク出力電
圧を計測したものである。今、温度15°Cとして音速
は3436.1cmであり、たわみ振動板1の放射音波が2
0.34kHzとすると波長λaは0.169cmとなり、[2
d=m・λa/cosθ](θ=40°)の関係においてdを
2.2cm,2.4cm,2.7cmとしてmを求めると、それ
ぞれm=19.94,21.8,24.4となる。従っ
て、マイク出力電圧はたわみ振動板1と円形反射板2の間
隔によって異なり、特にmが整数値に近い場合[図5の
(a),(b)の場合]に大きな出力が得られていることが
理解される。
<< Combination of the flexural vibration plate 1 and the circular reflection plate 2 (FIG. 5) >> In FIGS. 5A, 5B and 5C, the diameter D2 of the circular reflection plate 2 is 14.8 cm. , 14.4 cm, 13.8 cm, and correspondingly, the microphone output voltage was measured when the distance d between the flexible diaphragm 1 and the circular reflector 2 was 2.2 cm, 2.4 cm, 2.7 cm. It is a thing. Now, at a temperature of 15 ° C, the sound velocity is 3436.1 cm, and the radiated sound wave of the flexible diaphragm 1 is 2
At 0.34 kHz, the wavelength λa becomes 0.169 cm, [2
d = m · λa / cos θ] (θ = 40 °), when d is 2.2 cm, 2.4 cm, 2.7 cm, and m is calculated, m = 19.94, 21.8, 24.4, respectively. Becomes Therefore, the microphone output voltage varies depending on the distance between the flexible diaphragm 1 and the circular reflector 2, especially when m is close to an integer [see FIG.
In the case of (a) and (b)], it is understood that a large output is obtained.

【0025】《たわみ振動板1に円形反射板2と円筒形
反射板3を組合せた場合(図6)》 図5(a)の場合[円形反射板2の直径D2:14.8cm,
たわみ振動板1と円形反射板2の間の距離d:2.2cmの
場合]について、更に円筒形反射板3[内径:20cm,
高さH3:6cm]を組合せたときのマイク出力電圧を計
測したものである。 図6から明らかなように、その特
性は図5(a)とほぼ同様になっており、マイク出力電圧
の増大も見られない。
<< Combination of Circular Reflector 2 and Cylindrical Reflector 3 with Flexible Vibration Plate 1 (FIG. 6) >> In the case of FIG. 5 (a) [diameter D2 of circular reflector 2: 14.8 cm,
When the distance d between the flexible diaphragm 1 and the circular reflector 2 is 2.2 cm], the cylindrical reflector 3 [inner diameter: 20 cm,
This is a measurement of the microphone output voltage when the height H3: 6 cm] is combined. As is clear from FIG. 6, the characteristics are almost the same as those in FIG. 5A, and no increase in the microphone output voltage is seen.

【0026】《たわみ振動板1に円形反射板2と円筒形
反射板3と円錐形反射板4を組合せた場合(図7)》 前記のの条件下に更に円錐形反射板4[高さ:15c
m,底面の直径:11cm,母線の長さ:16cm]を付加
してマイク出力電圧を計測したものである。但し、この
場合には円形反射板2の直径D2:14.8cmであり、底
面の直径がそれより小さくなっているが、その円錐形反
射板の頂点が図2のように円形反射板2の反射面から距
離H4となるように法線Z方向の位置を調整している。こ
の場合、法線Z方向に顕著に大きくなった主極が現れ(マ
イク出力電圧で〜の主極に対する約3倍の出力)、
たわみ振動板1からの放射音波が完全に単一方向への音
束に集束せしめられていることが理解される。
<< Combination of Circular Reflector 2, Cylindrical Reflector 3 and Conical Reflector 4 with Flexible Vibration Plate 1 (Fig. 7) >> Under the above conditions, the conical reflector 4 [height: 15c
m, bottom diameter: 11 cm, busbar length: 16 cm] was added to measure the microphone output voltage. However, in this case, the diameter D2 of the circular reflector 2 is 14.8 cm, and the diameter of the bottom surface is smaller than that, but the apex of the conical reflector is as shown in FIG. The position in the normal line Z direction is adjusted so that the distance H4 is from the reflecting surface. In this case, the main pole, which is significantly larger in the normal Z direction, appears (the output voltage of the microphone is about three times the main pole of ~),
It is understood that the sound waves radiated from the flexural diaphragm 1 are completely focused into a sound flux in a single direction.

【0027】従って、以上の実験結果から、本実施例の
構造からなる集束超音波発生装置は、たわみ振動板1か
ら放射される超音波を法線Z上に単峰性の主極をもった
集束超音波に変換することができ、法線Z上における局
部ないし狭い領域に超音波のエネルギを集中させること
ができ、その強力な音場を利用してクリーニングや微細
加工を実行させることができる。
Therefore, from the above experimental results, the focused ultrasonic wave generator having the structure of this embodiment has the single-peaked main pole on the normal line Z of the ultrasonic wave emitted from the flexible diaphragm 1. It can be converted into focused ultrasonic waves, the energy of ultrasonic waves can be concentrated in a local area or a narrow area on the normal line Z, and cleaning and fine processing can be performed by utilizing the strong sound field. .

【0028】《実施例2》本実施例装置は請求項2の発
明に対応するものであり、その基本的構造は図8に示さ
れる。同図は前記の実施例1における図2に相当するも
のであり、たわみ振動板1と円形反射板2と円筒形反射板
3に係る構造及びそれらの配置関係は同様である。本実
施例装置の特徴は、実施例1の円錐形反射板4に代え
て、円筒形反射板3で反射した超音波を法線Z上の一点
(焦点F1)に集束させる凹状の回転放物面S4を形成した
円錐形反射板4aが設けられている点にある。
<< Embodiment 2 >> The apparatus of this embodiment corresponds to the invention of claim 2, and the basic structure thereof is shown in FIG. This figure corresponds to FIG. 2 in the above-described first embodiment, in which the flexible diaphragm 1, the circular reflector 2 and the cylindrical reflector are used.
The structure related to 3 and their positional relationship are the same. The feature of the apparatus of this embodiment is that, instead of the conical reflector 4 of the first embodiment, one point on the normal line Z is the ultrasonic wave reflected by the cylindrical reflector 3.
The point is that a conical reflecting plate 4a having a concave paraboloid of revolution S4 for focusing at (focus F1) is provided.

【0029】同図から明らかなように、実施例1の場合
と同様に、たわみ振動板1の中央領域から放射された超
音波はたわみ振動板1と円形反射板2の間を往復反射して
側周の円筒形反射板3に入射し、またたわみ振動板1の外
周領域から放射した超音波は直接的に円筒形反射板3に
入射するが、その円筒形反射板3で反射した超音波は円
錐形反射板4aの回転放物面S4へ入射し、更にそのの回転
放物面S4で反射した超音波は全て焦点F1に集中せしめ
られる。
As is apparent from the figure, as in the case of the first embodiment, the ultrasonic waves emitted from the central region of the flexible diaphragm 1 are reflected back and forth between the flexible diaphragm 1 and the circular reflector 2. Ultrasonic waves incident on the cylindrical reflector 3 on the side circumference and emitted from the outer peripheral region of the flexible diaphragm 1 directly enter the cylindrical reflector 3, but the ultrasonic waves reflected by the cylindrical reflector 3 Is incident on the paraboloid of revolution S4 of the conical reflector 4a, and all the ultrasonic waves reflected by the paraboloid of revolution S4 of the cone are focused on the focal point F1.

【0030】従って、たわみ振動板1から放射された全
音波が比較的近い距離にある焦点F1に集束するため、
実施例1のように平行音束へ変換される場合と比較して
遥かに強力な音場が得られ、被クリーニング面や微細加
工面に対して前記の焦点F1を走査することにより極め
て大きなエネルギの超音波振動を与えることができる。
Therefore, since all the sound waves emitted from the flexible diaphragm 1 are focused on the focal point F1 at a relatively short distance,
A far stronger sound field can be obtained as compared with the case where the parallel sound flux is converted as in the first embodiment, and an extremely large energy is obtained by scanning the focus F1 on the surface to be cleaned or the finely processed surface. The ultrasonic vibration of can be given.

【0031】《実施例3》本実施例装置は請求項3の発
明に相当するものであり、その基本的構造は図9に示さ
れる。同図も前記の実施例1における図2に対応するも
のであり、たわみ振動板1と円形反射板2に係る構造及び
それらの配置関係は同様であるが、実施例1における円
錐形反射板4は存在せず、また円筒形反射板3の代わり
に、内面が凹状の回転放物面S7として形成された集束反
射板7が設けられている点に特徴がある。
<< Embodiment 3 >> The apparatus of this embodiment corresponds to the invention of claim 3, and the basic structure thereof is shown in FIG. This figure also corresponds to FIG. 2 in the above-described first embodiment, and although the structures related to the flexural vibration plate 1 and the circular reflection plate 2 and their arrangement relationships are the same, the conical reflection plate 4 in the first embodiment is used. Is not present, and instead of the cylindrical reflecting plate 3, a converging reflecting plate 7 having an inner surface formed as a paraboloid of revolution S7 is provided.

【0032】そして、その集束反射板7の回転放物面S7
は、たわみ振動板1の中央領域から放射された超音波が
たわみ振動板1と円形反射板2の間を往復反射して側周へ
放射される超音波とたわみ振動板1の外周領域から直接
放射される超音波を反射させ、法線Z上の一点(焦点F2)
に集束させるように形成されている。即ち、本実施例装
置では、集束反射板7によって直接焦点F2に超音波を集
中させるようにしており、たわみ振動板1から極めて近
い位置で強力な音場を得ることが可能になる。また、前
記の各実施例のように円錐形反射板を用いていないため
に法線Z方向への突出部がなくなり、小型で軽量の集束
超音波発生装置を構成させることができる。
Then, the paraboloid of revolution S7 of the focusing reflector 7
Is the ultrasonic wave radiated from the central area of the flexible diaphragm 1 that is reflected back and forth between the flexible diaphragm 1 and the circular reflector 2 and radiated to the side circumference, and directly from the outer peripheral area of the flexible diaphragm 1. A point on the normal line Z (focal point F2) that reflects the emitted ultrasonic wave
It is formed so as to focus on. That is, in the apparatus of this embodiment, the focusing reflector 7 directly focuses the ultrasonic wave on the focal point F2, and a strong sound field can be obtained at a position extremely close to the flexural diaphragm 1. Further, unlike the above-described embodiments, since the conical reflector is not used, there is no protrusion in the direction of the normal line Z, and a compact and lightweight focused ultrasonic wave generator can be configured.

【0033】《応用例》前記の各実施例による集束超音
波発生装置は、例えば、図10(側面図)及び図11(平
面図)に示すようなクリーニング装置(シミ落し装置)に
適用することができる。各図において、51はシミが付着
した被洗浄物(衣類等)、52はその被洗浄物を展開して載
置する洗浄メッシュ台、53は前記の超音波発生装置を組
込んだ超音波ユニット、54は洗浄剤を貯留したタンク、
55は水を貯留したタンク、56,57はノズル、58,59は電磁
弁、60はバキューム部、61は洗浄メッシュ台52の上側で
超音波ユニット53とノズル56,57を搭載すると共に下側
でバキューム部60を支持したキャリッジ、62は排気水ブ
ロアを示す。ここに、キャリッジ61全体は洗浄メッシュ
台52の両側部に設けられたレール52aに案内されて横方
向へ移動でき、またキャリッジ61自体に取付けられてい
るレール61aによって超音波発生ユニット53と各ノズル5
6,57を一体的に縦方向へ移動させるようになっている。
尚、各ノズル56,57の先端は超音波ユニット53の超音波
集束部に向けられており、電磁弁58,59の開放によって
各タンク54,55の洗浄剤と水がその領域へ噴霧される。
<Application Example> The focused ultrasonic wave generator according to each of the above-described embodiments may be applied to a cleaning device (spot remover) as shown in, for example, FIG. 10 (side view) and FIG. 11 (plan view). You can In each figure, 51 is an object to be cleaned (clothes, etc.) with stains, 52 is a cleaning mesh table on which the object to be cleaned is developed and placed, and 53 is an ultrasonic unit incorporating the ultrasonic generator. , 54 is a tank storing the cleaning agent,
55 is a tank that stores water, 56 and 57 are nozzles, 58 and 59 are solenoid valves, 60 is a vacuum part, 61 is the upper side of the cleaning mesh table 52, and the ultrasonic unit 53 and nozzles 56 and 57 are mounted and the lower side A carriage supporting the vacuum unit 60 by 62, and 62 an exhaust water blower. Here, the entire carriage 61 can be laterally moved by being guided by rails 52a provided on both sides of the cleaning mesh table 52, and the ultrasonic wave generation unit 53 and each nozzle can be moved by the rails 61a attached to the carriage 61 itself. Five
It is designed to move the 6,57 together in the vertical direction.
The tip of each nozzle 56, 57 is directed to the ultrasonic focusing portion of the ultrasonic unit 53, and the cleaning agent and water in each tank 54, 55 are sprayed to that area by opening the solenoid valves 58, 59. .

【0034】洗浄を行う際には、先ず、キャリッジ61と
搭載ユニット類53,56,57を移動させ、超音波ユニット53
の超音波集束部を被洗浄物51におけるシミ付着領域へセ
ットする。そして、超音波ユニット53のたわみ振動板1
を起動させ、被洗浄物51のシミ付着領域へ超音波を集束
させた状態で電磁弁58,59を開放して洗浄剤と水をその
領域へ噴霧し、また排気水ブロア62を起動させることに
よりバキューム部60を吸気状態にする。その状態におい
ては、シミ付着領域で集束超音波による強力な音場が形
成されており、供給された洗浄剤と水が激しく振動する
ことによって被洗浄物51に含浸している汚れ粒子が叩き
出され、それらが噴霧化した状態で洗浄メッシュ台52を
介してバキューム部60から排出される。また、搭載ユニ
ット類53,56,57は前記の機構に基づいて縦横に移動でき
るため、被洗浄物51における各シミ付着領域を走査させ
てそれらの汚れを落してゆくことができる。
When cleaning, first, the carriage 61 and the mounting units 53, 56, 57 are moved to move the ultrasonic unit 53.
The ultrasonic focusing part of is set to the spot adhesion area on the object to be cleaned 51. And the flexible diaphragm 1 of the ultrasonic unit 53
When the ultrasonic waves are focused on the spot adhesion area of the object to be cleaned 51, the solenoid valves 58 and 59 are opened to spray the cleaning agent and water to the area, and the exhaust water blower 62 is also started. Causes the vacuum unit 60 to enter the intake state. In that state, a strong sound field due to focused ultrasonic waves is formed in the spot adhesion area, and the supplied cleaning agent and water vibrate violently, causing dirt particles impregnated in the object to be cleaned 51 to be ejected. Then, they are ejected from the vacuum unit 60 through the cleaning mesh table 52 in the atomized state. Further, since the mounting units 53, 56, 57 can be moved vertically and horizontally based on the above-mentioned mechanism, it is possible to scan each stain adhering area on the article to be cleaned 51 to remove the stains.

【0035】このクリーニング装置によると、集束超音
波によって被洗浄物51の内部まで激しい超音波振動が与
えられ、同時に洗浄剤と水も強力なエネルギによって振
動せしめられるために極めて効率的な洗浄が可能にな
り、更に非接触式の物理的洗浄方式であることから被洗
浄物51が衣類等である場合にその生地をいためないとい
う利点がある。尚、超音波発生ユニット53と各ノズル5
6,57とバキューム部60の移動は手動操作によって行って
もよいが、キャリッジ61や電磁弁58,59の制御装置を設
けておき、予め汚れの所在箇所を指定して移動して自動
的に走査させるようにすれば、洗浄工程を完全に自動化
することができる。
According to this cleaning device, intense ultrasonic vibration is applied to the inside of the object to be cleaned 51 by the focused ultrasonic waves, and at the same time, the cleaning agent and water are vibrated by strong energy, so that extremely efficient cleaning is possible. Further, since the non-contact type physical cleaning method is used, there is an advantage that the cloth is not damaged when the object to be cleaned 51 is clothes or the like. The ultrasonic wave generation unit 53 and each nozzle 5
The movement of 6,57 and the vacuum unit 60 may be performed manually, but a control device for the carriage 61 and solenoid valves 58,59 is provided, and the location of the dirt is designated in advance and automatically moved. If scanning is performed, the cleaning process can be completely automated.

【0036】[0036]

【発明の効果】本発明の集束超音波発生装置は、以上の
構成を有していることにより、次のような効果を奏す
る。請求項1の発明は、高次モード円形たわみ振動板か
ら放射される超音波を、3個の反射部(第1反射部と第
2反射部と第3反射部)からなる簡単な構造によって、
中抜けがなく面積の小さい平行音束として高効率に集束
させることができ、クリーニング装置や微細加工装置等
に利用し易い強力音場を得ることを可能にする。請求項
2の発明は、請求項1の発明の第3反射部の反射面を回
転放物面とすることにより、高次モード円形たわみ振動
板から放射される超音波を一つの焦点に集束せしめ、極
めて強力な音場を得ることを可能にする。請求項3の発
明は、第1反射部(円形反射板)と第5反射部(集束反射
板)を設けるだけで、高次モード円形たわみ振動板から
放射される超音波をそのたわみ振動板から近い距離にあ
る一つの焦点に集束せしめ、極めて強力な音場を得るこ
とを可能にする。また、この発明では、前記の各発明に
おいて用いられている円錐状反射部が不要になるため、
装置全体が小型・軽量化できるという利点を有してい
る。
EFFECTS OF THE INVENTION The focused ultrasonic wave generating device of the present invention has the following effects due to the above-mentioned structure. According to the invention of claim 1, the ultrasonic wave radiated from the high-order mode circular flexural vibration plate has a simple structure including three reflecting portions (first reflecting portion, second reflecting portion, and third reflecting portion).
It is possible to obtain a strong sound field which can be efficiently focused as a parallel sound flux having no hollow area and a small area, and which can be easily used in a cleaning device, a fine processing device and the like. In the invention of claim 2, the reflecting surface of the third reflecting portion of the invention of claim 1 is a paraboloid of revolution, so that the ultrasonic waves emitted from the high-order mode circular flexural diaphragm are focused on one focal point. Allows you to get an extremely strong sound field. According to the invention of claim 3, the ultrasonic wave radiated from the high-order mode circular flexural diaphragm is generated from the flexural diaphragm only by providing the first reflecting portion (circular reflecting plate) and the fifth reflecting portion (focusing reflecting plate). Focusing on one focal point at a close distance makes it possible to obtain an extremely strong sound field. Further, in this invention, since the conical reflecting portion used in each of the above inventions is unnecessary,
It has the advantage that the entire device can be made smaller and lighter.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】実施例1(請求項1に対応)の集束超音波発生装
置の基本的構造を示す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing a basic structure of a focused ultrasonic wave generating device according to a first embodiment (corresponding to claim 1).

【図2】集束超音波発生装置の構造と超音波の伝播方向
を示す断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the structure of a focused ultrasonic wave generator and the propagation direction of ultrasonic waves.

【図3】各反射板の位置と超音波の伝播経路をモデル化
してその幾何学的関係等を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing the geometrical relationship and the like by modeling the position of each reflector and the propagation path of ultrasonic waves.

【図4】たわみ振動板を自由空間に置いた場合の放射音
波の角度依存性を示すグラフである(たわみ振動板の中
心から2mの距離で、法線Zを含む面内でその法線Zを中
心に180°の角度範囲におけるマイク出力電圧を測
定)。
FIG. 4 is a graph showing the angle dependence of a radiated sound wave when a flexible diaphragm is placed in a free space (at a distance of 2 m from the center of the flexible diaphragm, the normal Z in the plane including the normal Z). (Measure the microphone output voltage in the angle range of 180 ° around

【図5】図4の場合と同様の測定方法で、たわみ振動板
に円形反射板を組合わせた場合のマイク出力電圧を示す
グラフである[但し、(a),(b),(c)はそれぞれたわみ
振動板の直径D2及びたわみ振動板と円形反射板の間隔
dを変化させた状態で測定]。
5 is a graph showing the microphone output voltage when a flexible diaphragm and a circular reflector are combined by the same measurement method as in FIG. 4 (however, (a), (b), (c)). Is measured in a state in which the diameter D2 of the flexible diaphragm and the distance d between the flexible diaphragm and the circular reflector are changed, respectively.

【図6】図4の場合と同様の測定方法で、たわみ振動板
に円形反射板と円筒形反射板を組合わせた場合のマイク
出力電圧を示すグラフである。
FIG. 6 is a graph showing the microphone output voltage when a flexible diaphragm is combined with a circular reflector and a cylindrical reflector by the same measurement method as in FIG.

【図7】図4の場合と同様の測定方法で、たわみ振動板
に円形反射板と円筒形反射板と円錐形反射板を組合わせ
た場合のマイク出力電圧を示すグラフである。
FIG. 7 is a graph showing the microphone output voltage when a flexible diaphragm is combined with a circular reflector, a cylindrical reflector, and a conical reflector by the same measurement method as in FIG.

【図8】実施例2(請求項2に対応)の集束超音波発生装
置の構造と超音波の伝播方向を示す断面図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a structure of a focused ultrasonic wave generator of Example 2 (corresponding to claim 2) and an ultrasonic wave propagation direction.

【図9】実施例3(請求項3に対応)の集束超音波発生装
置の構造と超音波の伝播方向を示す断面図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing the structure of a focused ultrasonic wave generator of Example 3 (corresponding to claim 3) and the propagation direction of ultrasonic waves.

【図10】応用例に係るクリーニング装置の概略側面図
である。
FIG. 10 is a schematic side view of a cleaning device according to an application example.

【図11】応用例に係るクリーニング装置の概略平面図
である。
FIG. 11 is a schematic plan view of a cleaning device according to an application example.

【図12】たわみ振動板が発生させる空中超音波の放射
パターンを示す斜視図である。
FIG. 12 is a perspective view showing a radiation pattern of airborne ultrasonic waves generated by a flexible diaphragm.

【図13】従来の超音波集束方法とその場合の集束超音
波のパターンを示す斜視図である。
FIG. 13 is a perspective view showing a conventional ultrasonic focusing method and a focused ultrasonic pattern in that case.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…たわみ振動板、2…円形反射板(第1反射部)、3…円
筒形反射板(第2反射部)、4,4a…円錐形反射板(第3反
射部,第4反射部)、5…エキスポネンシャルホーン、6…
ランジュバン型振動子、7…集束反射板(第5反射部)、5
1…被洗浄物、52…洗浄メッシュ台、52a,61a…レール、
53…超音波発生装置を組込んだ超音波ユニット、54…洗
浄剤を貯留したタンク、55…水を貯留したタンク、56,5
7…ノズル、58,59…電磁弁、60…バキューム部、61…キ
ャリッジ、62…排気水ブロア、101…たわみ振動板、102
…振動駆動源、103…すり鉢状パターンの空中超音波、1
04…円錐状反射板、105…ドーナツ状平行音束、d…た
わみ振動板と円形反射板の間隔、D1…たわみ振動板の
直径、D2…円形反射板の直径、F1,F2…焦点、H3…
円筒形反射板の高さ、H4…円錐形反射板の高さ、S4,S7
…回転放物面、Z…法線、θ…放射角。
1 ... Flexible diaphragm, 2 ... Circular reflector (first reflector), 3 ... Cylindrical reflector (second reflector), 4, 4a ... Cone reflector (3rd reflector, 4th reflector) , 5 ... Exponential horn, 6 ...
Langevin type transducer, 7 ... Focusing reflector (5th reflector), 5
1 ... Object to be cleaned, 52 ... Washing mesh stand, 52a, 61a ... Rail,
53 ... An ultrasonic unit incorporating an ultrasonic generator, 54 ... A tank storing a cleaning agent, 55 ... A tank storing water, 56, 5
7 ... Nozzle, 58, 59 ... Solenoid valve, 60 ... Vacuum part, 61 ... Carriage, 62 ... Exhaust water blower, 101 ... Flexible diaphragm, 102
… Vibration drive source, 103… Mortar-shaped aerial ultrasound, 1
04 ... Conical reflector, 105 ... Donut-shaped parallel sound flux, d ... Distance between flexible diaphragm and circular reflector, D1 ... Diameter of flexible diaphragm, D2 ... Diameter of circular reflector, F1, F2 ... Focus, H3 …
Height of cylindrical reflector, H4 ... Height of conical reflector, S4, S7
… Rotary paraboloid, Z… normal, θ… radiation angle.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 洋一 埼玉県鶴ケ島市松ケ丘3−6−5 (72)発明者 青沼 三郎 東京都品川区東大井6丁目4番5号 株式 会社サタコエンジニヤリング内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Yoichi Ito 3-6-5 Matsugaoka, Tsurugashima City, Saitama Prefecture (72) Inventor Saburo Aonuma 6-4-5 Higashiooi, Shinagawa-ku, Tokyo Sataco Engineering Co., Ltd.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 集束超音波発生装置において、中心に振
動駆動源が取付けられた高次モード円形たわみ振動板を
超音波発生源とし、前記たわみ振動板の中心を通る法線
を共通の中心軸として、前記たわみ振動板の直径より小
さい直径の円形・平面状の反射面を有し、前記たわみ振
動板から発生する超音波の放射角をθ、同超音波の波長
をλaとした場合に、その反射面を前記たわみ振動板と
[m・λa/2cosθ](但し、mは整数)の距離を隔てて
平行に対向配置させた第1反射部と、前記たわみ振動板
の周縁部から前記第1反射部の配置側空間を囲む円筒状
反射面を有した第2反射部と、頂角がθである円錐状反
射面を有し、その頂角側を超音波出力方向へ向けて前記
第2反射部の円筒状反射面で反射した超音波が伝播する
空間内に配置させた第3反射部を固設したことを特徴と
する集束超音波発生装置。
1. In a focused ultrasonic wave generator, a high-order mode circular flexural vibration plate having a vibration drive source attached to the center is used as the ultrasonic wave generation source, and a normal line passing through the center of the flexural vibration plate is a common central axis. As, having a circular planar reflection surface having a diameter smaller than the diameter of the flexible diaphragm, when the radiation angle of the ultrasonic wave generated from the flexible diaphragm is θ, the wavelength of the ultrasonic wave is λa, A first reflecting portion whose reflection surface is arranged in parallel and opposed to the flexible diaphragm at a distance of [m · λa / 2cosθ] (where m is an integer), and a peripheral portion of the flexible diaphragm from the peripheral portion of the flexible diaphragm. The first reflecting portion has a cylindrical reflecting surface surrounding the arrangement side space of the reflecting portion and a conical reflecting surface having an apex angle of θ, and the apex angle side is directed toward the ultrasonic output direction. The third anti-reflective unit arranged in the space where the ultrasonic waves reflected by the cylindrical reflecting surface of the two-reflecting portion propagate. Part focused ultrasound generator, characterized in that the fixedly provided.
【請求項2】 集束超音波発生装置において、中心に振
動駆動源が取付けられた高次モード円形たわみ振動板を
超音波発生源とし、前記たわみ振動板の中心を通る法線
を共通の中心軸として、前記たわみ振動板の直径より小
さい直径の円形・平面状の反射面を有し、前記たわみ振
動板から発生する超音波の放射角をθ、同超音波の波長
をλaとした場合に、その反射面を前記たわみ振動板と
[m・λa/2cosθ](但し、mは整数)の距離を隔てて
平行に対向配置させた第1反射部と、前記たわみ振動板
の周縁部から前記第1反射部の配置側空間を囲む円筒状
反射面を有した第2反射部と、前記第2反射部で反射し
た超音波を反射させて前記法線状の一点に集束させる回
転放物面で構成された円錐状反射面を有し、その頂角側
を超音波出力方向へ向けて前記第2反射部の円筒状反射
面で反射した超音波が伝播する空間内に配置させた第4
反射部を固設したことを特徴とする集束超音波発生装
置。
2. In the focused ultrasonic wave generator, a high-order mode circular flexural vibration plate having a vibration drive source attached to the center is used as the ultrasonic wave generation source, and a normal line passing through the center of the flexural vibration plate is a common central axis. As, having a circular planar reflection surface having a diameter smaller than the diameter of the flexible diaphragm, when the radiation angle of the ultrasonic wave generated from the flexible diaphragm is θ, the wavelength of the ultrasonic wave is λa, A first reflecting portion whose reflection surface is arranged in parallel and opposed to the flexible diaphragm at a distance of [m · λa / 2cosθ] (where m is an integer), and a peripheral portion of the flexible diaphragm from the peripheral portion of the flexible diaphragm. 1 a second reflecting portion having a cylindrical reflecting surface surrounding a space on which the reflecting portion is arranged, and a paraboloid of revolution for reflecting the ultrasonic waves reflected by the second reflecting portion and converging the reflected ultrasonic waves to one point of the normal line It has a conical reflecting surface, and its apex side is directed to the ultrasonic output direction. A fourth member arranged in a space in which ultrasonic waves reflected by the cylindrical reflecting surface of the second reflecting section propagate.
A focused ultrasonic wave generator having a reflecting portion fixedly provided.
【請求項3】 集束超音波発生装置において、中心に振
動駆動源が取付けられた高次モード円形たわみ振動板を
超音波発生源とし、前記たわみ振動板の中心を通る法線
を共通の中心軸として、前記たわみ振動板の直径より小
さい直径の円形・平面状の反射面を有し、前記たわみ振
動板から発生する超音波の放射角をθ、同超音波の波長
をλaとした場合に、その反射面を前記たわみ振動板と
[m・λa/2cosθ](但し、mは整数)の距離を隔てて
平行に対向配置させた第1反射部と、前記たわみ振動板
の周縁部から前記第1反射部の配置側空間を覆い、前記
たわみ振動板から直接入射する超音波及び前記第1反射
部の反射面と前記たわみ振動板の面を往復反射して入射
する超音波を反射させて前記法線上の一点に集束させる
回転放物面状の反射面を有した第5反射部を固設したこ
とを特徴とする集束超音波発生装置。
3. In the focused ultrasonic wave generator, a high-order mode circular flexural vibration plate having a vibration driving source attached to the center is used as the ultrasonic wave generation source, and a normal line passing through the center of the flexural vibration plate is a common central axis. As, having a circular planar reflection surface having a diameter smaller than the diameter of the flexible diaphragm, when the radiation angle of the ultrasonic wave generated from the flexible diaphragm is θ, the wavelength of the ultrasonic wave is λa, A first reflecting portion whose reflection surface is arranged in parallel and opposed to the flexible diaphragm at a distance of [m · λa / 2cosθ] (where m is an integer), and a peripheral portion of the flexible diaphragm from the peripheral portion of the flexible diaphragm. 1 The ultrasonic wave that covers the arrangement side space of the reflecting portion and that is reflected by the ultrasonic waves that are directly incident from the flexible diaphragm and the reflecting surface of the first reflecting portion and the surface of the flexible diaphragm that are reflected back and forth are reflected. Has a parabolic reflective surface that focuses on a point on the normal A focused ultrasonic wave generating device, wherein the fifth reflecting portion is fixedly provided.
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JP2008178778A (en) * 2007-01-24 2008-08-07 Hiroshima Univ Ultrasonic dust collector
JP2010063961A (en) * 2008-09-09 2010-03-25 Mitsubishi Electric Corp Ultrasonic wave generating device and machinery having the same
JP2017506157A (en) * 2014-02-24 2017-03-02 ザ・ボーイング・カンパニーThe Boeing Company System and method for surface cleaning
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008178778A (en) * 2007-01-24 2008-08-07 Hiroshima Univ Ultrasonic dust collector
JP2010063961A (en) * 2008-09-09 2010-03-25 Mitsubishi Electric Corp Ultrasonic wave generating device and machinery having the same
JP2017506157A (en) * 2014-02-24 2017-03-02 ザ・ボーイング・カンパニーThe Boeing Company System and method for surface cleaning
CN114951131A (en) * 2022-04-26 2022-08-30 南京邮电大学 Handheld portable ultrasonic cleaning device
CN114951131B (en) * 2022-04-26 2024-02-20 南京邮电大学 Handheld portable ultrasonic cleaning device

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