JPH09155290A - 超音波振動子 - Google Patents

超音波振動子

Info

Publication number
JPH09155290A
JPH09155290A JP32089395A JP32089395A JPH09155290A JP H09155290 A JPH09155290 A JP H09155290A JP 32089395 A JP32089395 A JP 32089395A JP 32089395 A JP32089395 A JP 32089395A JP H09155290 A JPH09155290 A JP H09155290A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
vibrator
casing
temp
liquid
constant
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP32089395A
Other languages
English (en)
Other versions
JP3147329B2 (ja
Inventor
Hiroshi Tokuda
浩 徳田
Yasuo Noguchi
康夫 野口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Bakelite Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Bakelite Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Bakelite Co Ltd filed Critical Sumitomo Bakelite Co Ltd
Priority to JP32089395A priority Critical patent/JP3147329B2/ja
Publication of JPH09155290A publication Critical patent/JPH09155290A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3147329B2 publication Critical patent/JP3147329B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 振動子を一定の温度に制御することにより、
高い温度における液体の物性の測定などを行うことがで
きる超音波振動子を提供すること。 【解決手段】 ボルト締めランジュバン型振動子におい
て、その裏打板、振動素子および前面板の内部に恒温液
又は恒温ガスを循環させる超音波振動子、及び振動子の
周囲に筐体を設け、該筐体内部に恒温ガスを循環させる
超音波振動子。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高温度下での試料
の物性評価などを可能にする超音波振動子の構造に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】超音波の応用例としては、大きなパワー
を必要とする動力的応用から、逆に大きなパワーを必要
としない計測的応用まで、今日利用されている応用分野
は多岐にわたっている。例えば、前者においては液中へ
のキャビテーションの発生や洗浄あるいは加熱などがそ
の代表的な例として挙げられ、後者においては溶液の粘
度測定や密度測定、固体中の疎密分布や空洞欠陥の評価
などがその好例として挙げられる。このような超音波振
動子の代表的なものとしては、チタン酸ジルコン酸鉛
(PZT)などの圧電素子に対し、その厚さ方向の両面
を金属板で挟み込みボルト締めした、いわゆるボルト締
めランジュバン型振動子が挙げられる。
【0003】これら超音波を用いた計測方法は、測定に
要する時間が短く経時変化していく試料の特性をリアル
タイムで評価する方法として優れているが、使用するB
LT振動子の耐熱性あるいは温度変化に基づく共振周波
数の変化などの問題から、実用的に保証できる使用温度
域はさほど高い領域までは到達していなかった。
【0004】図5は、ボルト締めランジュバン型振動子
を用いた従来の粘度計振動子であり、液状試料に接触さ
せたねじり振動ホーンの負荷の変化によって試料の粘度
を測定するものである。通常ホーンの先端のねじり変位
は0.5〜1.0μm程度である。図中、1は振動素
子、2は電極板、3は裏打板、4は前面板、5は連結ボ
ルト、6はホーン、7はフランジ、10は筐体、11は
筐体フランジをあらわす。図5(a)に示す振動子は、
図5(b)に示されているようにフランジ7を筐体10
に固定し、次いで筐体フランジ11を試料箱に固定され
る。従って、振動子はホーン6の先端からフランジ7の
根元まで試料液に接触することになる。
【0005】ここで試料の温度が高いと、ホーン6ない
し筐体の壁面10からの熱伝導によって振動素子1の温
度も上昇し、共振周波数のズレや、動アドミッタンスの
変動を生ずる。例えば、試料液の温度が100℃程度の
ものであれば、これら共振周波数や動アドミッタンスの
変動は比較的小さく、制御回路内で充分補正が可能であ
るが、より高温下でこれらの変動幅が大きくなると、も
はや制御回路内のみでの共振点やインピーダンスのマッ
チングは不可能なレベルとなる。
【0006】このような事実は、先に述べた動力的応用
や計測的応用といった応用分野の別では、とりわけ後者
の分野により重要な問題となる。この理由は、仮に高温
下でインピーダンスや共振周波数のマッチングが制御回
路内で可能であったとしても、温度による振動子の寸法
変化や共振周波数の変化は得られる測定値に直接影響す
るからである。
【0007】素子の等価回路は、例えば図6のようにあ
らわすことができる。図6において、Eは駆動電圧、I
は電流、Cはマッチングの容量、Lはマッチングのイン
ダクタンスを示す。C0 はダンピング容量、L1 ,C
1 ,R1 は振動子の直列等価要素であり、試料に接触す
ることによる負荷分が、αRL ,βXL /ωとして表さ
れている。
【0008】ニュートン性流体の場合、試料粘度ηは、
試料に接触させる前後での試料に流れる電流を用いて、 η = K(Ib −Ia2 / ρ (ここで、η:粘度、K:定数、ρ:比重、Ia :試料
に接触前の電流、Ib :試料に接触後の電流、を示
す。) となるが、周囲からの熱伝導で振動子が熱膨張するため
に、ブランクとなるC0,L1 ,C1 ,R1 などはその
つど変動する。即ち、Ia は各温度ごとに異なる値をと
ることになる。実際、液温度が仮に100℃であれば、
素子の熱膨張により共振周波数は数10〜数100Hz
程度変動するし、動アドミッタンスもほぼ数10mmh
o(ミリムオー)程度変動してしまう。このような大き
な変動幅は、電気回路での補正だけでは吸収できないレ
ベルである。
【0009】即ち、計測的用途でいえば、予め各温度で
の無負荷状態の入力電流や等価電気要素を知っておかな
ければ正確な測定値は得られないことになり、このた
め、ホーンの設計によって、振動子の共振の鋭さQを低
下させ、これらの変動を抑制するような工夫もなされて
はいるが、反面これは測定感度の低下を招くなどの不具
合もあり、実用的な測定方法といえるものではない。動
力的応用例においても、このような高温下では多くの場
合インピーダンス変動は制御回路での制御可能範囲を越
えてしまう。どちらの応用例にしても、200℃程度の
高温下での使用は不可能なものであり、改善が望まれて
いた。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる従来
の振動子の欠点に鑑みて種々検討した結果なされたもの
であり、その目的とするところは、高い温度において液
体の物性の測定や液中へのキャビテーションの発生など
を行うことができる超音波振動子を提供しようとするも
のである。
【0011】
【問題を解決するための手段】本発明は、ボルト締めラ
ンジュバン型振動子を振動子とした超音波振動子におい
て、恒温液又は恒温ガスを供給して振動子を冷却するこ
とを特徴とする超音波振動子に関するものであり、振動
素子の温度を一定に保つことにより、振動素子の特性の
安定化をはかったものである。
【0012】前述のように、計測的用途においては特に
温度の影響が大きく現れるため、計測的用途の具体例と
して図1,図2,図3及び図4に基づいて本発明の内容
を詳細に説明する。
【0013】図1(a),(b)は、本発明の振動子の
構造の一例を模式的にあらわしたものであり、(a)は
振動子の断面図、(b)は振動子の周囲に筐体を設けた
振動子全体の構造、(c)は(b)のA−A断面図を表
している。図1に示す具体例において、振動子の最大の
特徴は、連結ボルト5内を貫通する冷却液用の穴8の中
に冷却液注入パイプ9を挿入し、ここに一定の温度に制
御された液体を一定流量循環させることによって、振動
素子1の温度の変動を防ぐことにある。即ち前面板4、
連結ボルト5、及び裏打板3が強制的に冷却されること
により、ホーン6ないし筐体の壁面10からの熱伝導に
は無関係に、振動素子1は安定した一定の寸法及び電気
的定数を保持し続けることが可能となる。
【0014】図2は、本発明に用いる冷却液注入パイプ
9の構造の例である。冷却液注入パイプ9は冷却液用の
穴8の内径より小さい外径を有している。恒温液は、こ
のパイプの冷却液入口12から冷却液注入パイプ9に注
入され、冷却液注入パイプ9の外壁と冷却液用の穴8の
内壁の間を通って、冷却液出口13から取り出されるこ
とによって振動子内を循環するものである。冷却液とし
ては、水、不凍液含有水、オイル等任意の冷媒が使用で
きるが、水が最も簡便で好ましい。このようにして振動
素子1は、裏打板3、前面板4及び連結ボルト5の内部
側面を介して冷却され、試料温度に無関係に一定温度に
保持されることになる。
【0015】図3は別の具体例であり、筐体10の内部
へ一定温度のガスをガス入口14から供給し、ガス出口
15から取り出して循環するタイプの振動子の構造を模
式的に表したものである。筐体10の材質は、適宜の金
属、フェノール樹脂、ポリスルホン樹脂等の耐熱性樹脂
が望ましい。図3の場合、振動素子は図1に示した方法
とは逆に、表面積の大きい外周側面が冷却面となるの
で、冷却効率は一般的には良好である。なお、ガス中の
水分が振動素子1の端面に付着することによる振動素子
1の沿面放電耐圧の低下を防ぐ目的で、図中16に示す
除湿器を設置することが好ましい。ガスの種類は特に限
定するものではない。空気が簡便であるが、振動子への
腐食性の観点から窒素、ヘリウム、アルゴンなどの不活
性ガスが更に好ましい。
【0016】恒温液又は恒温ガスの流量は、測定する液
温度とホーンを接触させている時間にもよるが、一般的
には恒温水で1〜2リットル/分、恒温エアで15〜3
0リットル/分程度が好ましい結果を与える。また、図
1に示した方法において、冷却液に代りに恒温ガスを用
いてもよい。
【0017】図1及び図3に示すいずれの具体例の場合
も、電極板2間の電圧差に基づく振動素子1の側面の沿
面放電を防ぐ目的で、図4に示すように、振動素子1の
内部側面17、外部側面18、および電極2の内外側面
19を、耐水性及び電気絶縁性の優れた樹脂材料で予め
コートしておくと、本発明の効果を発揮しつつ、沿面放
電の危険も回避できるので好ましい。前記樹脂材料は、
ウレタン系樹脂、エポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂、
沸素系樹脂などが本目的に適しているが、作業性や長時
間使用での信頼性の観点から、特にシリコーン系樹脂が
望ましい材料である。コート厚さは数10〜数100μ
m程度で十分な効果を発揮する。
【0018】
【実施例】以下、本発明の実施例と比較例を挙げる。
【0019】《実施例1》図5に示したねじれ振動子の
連結ボルト(25mmφ)に対し、軸方向の中央に冷却
液用の穴を貫通するように設けた(18mmφ)。な
お、振動素子の寸法は、内径30mmφ,外径65mm
φである。この穴の中に、図2に示す冷却液注入パイプ
(外径14mmφ、内径10mmφ)を埋め込んで、こ
のパイプ中に25℃に制御した水を、3リットル/分の
流量で流した。ホーンを、粘度計校正用JS60Hの標
準液に接触させ、液体の温度を変えながら振動素子1の
温度、共振周波数、動アドミッタンスを測定した。この
結果を表1に示す。
【0020】《実施例2》冷却液注入パイプのない図5
に示す従来の構造の振動子を、内寸法100×150m
mの筐体内に取り付けた。この筐体内に、25℃に制御
した窒素ガスを、25リットル/分の流量で導入し、実
施例1と同様の評価を行った。このときガスの湿度は5
5%であった。この結果を表1に示す。
【0021】《実施例3》ガスが、予め除湿器で30%
まで除湿された乾燥ガスであること以外は実施例2と同
じ振動子を使用し、実施例1と同様の評価を行った。こ
の結果を表1に示す。
【0022】《実施例4》振動素子の内部側面、外部側
面および電極板の内外側面に、それぞれ厚さ60μmで
シリコーン樹脂をコートしたこと以外は、実施例1と同
じ振動子を使用し、実施例1と同様の評価を行った。こ
の結果を表1に示す。
【0023】《比較例1》冷却液注入パイプおよび冷却
液用の穴がない従来の振動子を使用した以外は実施例1
と同じ振動子を使用し、実施例1と同様の評価を行っ
た。この結果を表1に示す。
【0024】
【表1】
【0025】
【発明の効果】本発明に従うと、従来は100℃程度ま
でしか測定できなかった液体の粘度、密度などの物性評
価が200℃程度の液温でも可能となり、高温時の物性
をリアルタイムで簡便に測定することができる。よっ
て、本発明は物性の基礎評価のみならず、工程管理など
への適用も可能となる。また、本発明による超音波振動
子は、計測的用途のみならず、動力的用途においても同
様な効果を発揮することはいうまでもなく、例えば、高
温中におけるキャビテーションの発生や洗浄あるいは加
熱などがこれまで適用が不可能とされていた高温領域に
おいても可能となり、いずれの用途においてもその工業
的メリットは大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の振動子の一例であり、(a)は断面
図。(b)は筐体をつけた前記振動子の筐体内断面図、
(c)は(b)のA−A断面図。
【図2】 本発明に用いる冷却液注入パイプの一例の透
視斜視図。
【図3】 本発明の恒温ガス導入の振動子の筐体内断面
図。
【図4】 樹脂コートされた振動素子の一例の斜視図。
【図5】 従来の振動子の一例であり、(a)は断面
図。(b)は筐体をつけた前記振動子の筐体内断面図、
(c)は(b)のA−A断面図。
【図6】 振動子の電気的等価回路。
【符号の説明】
1 振動素子 2 電極板 3 裏打板 4 前面板 5 連結ボルト 6 ホーン 7 フランジ 8 冷却液用の穴 9 冷却液注入パイプ 10 筐体 11 筐体フランジ 12 冷却液入口 13 冷却液出口 14 ガス入口 15 ガス出口 16 除湿器 17 コート樹脂

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ボルト締めランジュバン型振動子の裏打
    板、振動素子および前面板の内部に、恒温液又は恒温ガ
    スを循環させることを特徴とする超音波振動子。
  2. 【請求項2】 ボルト締めランジュバン型振動子の周囲
    に筐体を設け、該筐体内部に恒温ガスを循環させること
    を特徴とする超音波振動子。
  3. 【請求項3】 恒温ガスは、いったん該筐体外部に設置
    された除湿器を通過した乾燥ガスである請求項2記載の
    超音波振動子。
  4. 【請求項4】 振動素子および電極板は、その側面が耐
    水性および電気絶縁性に優れた樹脂材料でコートされて
    いる請求項1、2又は3記載の超音波振動子。
JP32089395A 1995-12-08 1995-12-08 超音波振動子 Expired - Fee Related JP3147329B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP32089395A JP3147329B2 (ja) 1995-12-08 1995-12-08 超音波振動子

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP32089395A JP3147329B2 (ja) 1995-12-08 1995-12-08 超音波振動子

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH09155290A true JPH09155290A (ja) 1997-06-17
JP3147329B2 JP3147329B2 (ja) 2001-03-19

Family

ID=18126449

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP32089395A Expired - Fee Related JP3147329B2 (ja) 1995-12-08 1995-12-08 超音波振動子

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3147329B2 (ja)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000338113A (ja) * 1999-05-27 2000-12-08 Hitachi Ltd 化学分析装置
DE10151992A1 (de) * 2001-10-22 2003-05-08 Kunstoff Zentrum In Leipzig Ge Kühlelement zum Einsatz in schwingenden Systemen
JP2008526327A (ja) * 2005-01-10 2008-07-24 チョンチン・ハイフ(エイチアイエフユー)・テクノロジー・カンパニー・リミテッド 集積超音波療法トランスデューサアセンブリ
JP2009291776A (ja) * 2008-06-03 2009-12-17 Olympus Medical Systems Corp 超音波振動装置
CN102019273A (zh) * 2010-12-21 2011-04-20 吴银隆 超声波换能器
CN104148270A (zh) * 2014-08-05 2014-11-19 曹学良 一种适用于防爆环境的换能器连接方式
CN106423811A (zh) * 2016-11-28 2017-02-22 新乡市振英机械设备有限公司 一种用于超声波旋振筛的超声波换能器
CN112157064A (zh) * 2020-09-08 2021-01-01 深圳市洁泰超声洗净设备有限公司 一种正压型防爆超声波振板

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000338113A (ja) * 1999-05-27 2000-12-08 Hitachi Ltd 化学分析装置
DE10151992A1 (de) * 2001-10-22 2003-05-08 Kunstoff Zentrum In Leipzig Ge Kühlelement zum Einsatz in schwingenden Systemen
DE10151992B4 (de) * 2001-10-22 2004-07-15 Kunstoff-Zentrum in Leipzig gemeinnützige Gesselschaft mbH Kühlelement zum Einsatz in schwingenden Systemen
DE10151992B8 (de) * 2001-10-22 2004-12-16 Kunststoff-Zentrum in Leipzig gemeinnützige Gesellschaft mbH Kühlelement zum Einsatz in schwingenden Systemen
JP2008526327A (ja) * 2005-01-10 2008-07-24 チョンチン・ハイフ(エイチアイエフユー)・テクノロジー・カンパニー・リミテッド 集積超音波療法トランスデューサアセンブリ
US8251929B2 (en) 2005-01-10 2012-08-28 Chongqing Haifu (Hifu) Technology Co., Ltd. Integrated ultrasound therapy transducer assembly
JP2009291776A (ja) * 2008-06-03 2009-12-17 Olympus Medical Systems Corp 超音波振動装置
CN102019273A (zh) * 2010-12-21 2011-04-20 吴银隆 超声波换能器
CN104148270A (zh) * 2014-08-05 2014-11-19 曹学良 一种适用于防爆环境的换能器连接方式
CN106423811A (zh) * 2016-11-28 2017-02-22 新乡市振英机械设备有限公司 一种用于超声波旋振筛的超声波换能器
CN112157064A (zh) * 2020-09-08 2021-01-01 深圳市洁泰超声洗净设备有限公司 一种正压型防爆超声波振板

Also Published As

Publication number Publication date
JP3147329B2 (ja) 2001-03-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wheatley et al. Understanding some simple phenomena in thermoacoustics with applications to acoustical heat engines
US3400892A (en) Resonant vibratory apparatus
Garcia Comprehensive Cavitation Damage Data For Water And Various Liquid Metals Including Correlations With Material And Fluid Properties.
US6574968B1 (en) High frequency thermoacoustic refrigerator
Dyre et al. Local elastic expansion model for viscous-flow activation energies of glass-forming molecular liquids
Zheng et al. Heat generation in multilayer piezoelectric actuators
US3617780A (en) Piezoelectric transducer and method for mounting same
US3094314A (en) Sandwich type transducer and coupling
US5710374A (en) Electronic viscometer
US5748566A (en) Ultrasonic transducer
US3283182A (en) Transducer assembly
JPH09155290A (ja) 超音波振動子
US5571952A (en) Electronic viscometer
Christensen et al. Determination of the frequency-dependent bulk modulus of glycerol using a piezoelectric spherical shell
US3331589A (en) Vibratory unit with seal
Thalhammer et al. Viscosity sensor utilizing a piezoelectric thickness shear sandwich resonator
Asaki et al. Acoustic radiation force on a bubble driven above resonance
Momen et al. Preliminary investigation of novel direct contact ultrasonic fabric drying
Tamura et al. Software-controlled measurement system for large vibrational amplitude piezoelectric resonator using continuous driving method with numerical equivalent model
RU2739145C1 (ru) Способ испытаний кавитационной эрозии
EP2470880B1 (de) Sensoranordnung zur messung von eigenschaften von fluiden
Leiderer et al. Sound-modulated flow of superfluid Helium through a small orifice: an attempt to observe the ac Josephson Effect
Dobbs et al. Measurement of the velocity of sound in liquid argon and liquid nitrogen at high pressures
Robinson et al. Piezoelectric method of determining viscosity at 40 kHz
JP3481842B2 (ja) 超音波駆動装置

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees