JPH09502928A - 電気機械的トランスジューサ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 電気機械的トランスジューサ装置は、末端部と基部とを持つケーシングと、ケーシング内に配置され電気信号に応答して音響型振動を発生する音波発生器１６とを含む。音波発生器１６は、ケーシング１０の基部と末端部との間に延びる軸を備える。電気伝送リード２６はケーシング１０に取り付けられ、該音波発生器１６に接続され音波発生器１６へ電気信号を送って発生器１６を付勢する。波伝播部材は、音波発生器１６と音響的に接触して、音波発生源からケーシング外部の動作点へ振動を伝播する。この波伝播部材は、動作点から基部の間まで音波発生器１６を通して軸方向に延びる連続した壁を備える流体案内チャネル３２を形成するスタッド３４を含み、音波発生器１６の動作中、動作点と基部との間で流体を案内する。ケーシング１０へ波伝播部材を取り付ける実装素子が設けられており、実装素子は、ケーシングと波伝播部材とを音響的に互いに分離する手段を含む。

Description

【発明の詳細な説明】 電気機械的トランスジューサ装置 発明の背景 本発明は、電気機械的トランスジューサ装置、特に、高出力超音波トランスジ ューサに関する。 高出力超音波トランスジューサは、長年にわたり、熱可塑性溶接、生物学的処 理、流体のガス抜き、セラミック・フライス加工、および局所洗浄などのような 応用分野において用いられてきた。現在、一般に行われている技術の例として、 ニューヨーク州ファーミングデールのＨｅａｒｔ Ｓｙｓｔｅｍｓ社とコネチカ ット州ダンバリーのＢｒａｎｓｏｎ Ｓｏｎｉｃ Ｐｏｗｅｒ社が製造した装置 がある。 これらのトランスジューサは、ランジュバン・サンドイッチ（ａ ｌｉｎｇｅ ｖｉｎ ｓａｎｄｗｉｃｈ）として知られる方式で製造され、１つ以上の圧電結 晶とこれに対応する数の薄い金属電極がアルミニュムやチタニウムなどのような 音響的に効果的な材料の間に挟まれ、中心のボルトで固定されている。この構成 を持つ代表的な実施例が米国特許３，３２８，６１０と３，３６８，０８５およ び３，５２４，０８５に記載されている。 薄い金属電極を介して分極結晶の両端に正弦波電気信号が印加されると、圧電 （ａ／ｋ／電歪振動子）材料の固有特性により、結晶が振動を開始する。この現 象は、この分野の知識を持つ技術者には良く知られている。前方部と後方部を適 切な形状にすることにより、全積層体の固有共振周波数は、個々の結晶素子の固 有共振周波数から個別に調整でき、積層体はホーンとして知られる様々な調整さ れた素子を駆動する効率的なモータになる。これらは、自動車の尾燈のレンズ、 医療用ろ過器ハウジングおよびおもちゃのような熱可塑性物の溶接に適しており 、単純な円柱形、複雑な円柱形または四角形をしている。 ホーンを固体形状にして、上述したような応用の１つに用いるとき、トランス ジューサ積層体は効果的かつ適切である。しかし、ホーン先端の動作面へ流体、 および／または気体を導く場合か、吸入により先端を取り囲む領域から液体また は気体を吸い込むのが望ましい場合、数多くの応用が存在する。これらの応用の 例としては、液体の噴霧化、腫瘍／組織除去用の手術器具、異種または混合不能 な流体の均質化などのような流体処理用がある。 従来技術を詳細に検討すると、工具の先端（末端）へ流路を設けようとする余 り装置の設計が過剰になっていることが明らかになる。このような装置の例は、 米国特許３，４６４，１０２と４，１５３，２０１と４，３０１，９６８と４， ３３７，８９６と４，３５２，４５９と４，５４１，５６４および４，８８６， ４９１に見られる。 一般に、これらの装置では、節点において、または軸方向の穴を介してトラン スジューサの中心からトランスジューサへ流体を流入しようと試みている。流体 を流入または超音波装置の末端から流体を排出する問題への他の解決策では、ホ ーン自身の節点から流体を流入しようと試みている。このタイプの装置の例とし ては、ニューヨーク州のファーミングデールのＨｅａｔ Ｓｙｓｔｅｍｓ社が製 造したモデル３４ ４３４ ＦＬＯ−ＴＨＲＵホーンがある。 トランスジューサまたはホーンの節点のいずれかから流体を流入する（または 、流体を吸入する）ことは、液体または気体が多量の固形物を含有しておらず、 水の粘度よりもそれほど大きくない粘度 を持ち容易に固形化しなければ、適切であることが確認されている。しかしなが ら、これらのいずれかの条件が存在する場合、良くても通路の洗浄が困難である ため、この装置は作業回数を重ねると詰まって液体が相互に汚染されやすくなる 。流体の圧力は、流路が真直ぐな場合よりも装置内の直角の角を曲がるに十分な 大きさが必要である。しかし、この大きな圧力は、積層体にさらに大きな負荷を かけ、それにより、装置の電気的効率を低減させてしまう。 定常波振動に曝される物体の運動理論を検証すると、さらに重大な欠点が明ら かになってくる。この技術で良く知られているように、水平振動または垂直振動 を受けない、あるいは受ける両端を備えた材料棒は、比較的粒子の移動が多い位 置または少ない、あるいは粒子が全く存在しない位置へ置かれる。これらの位置 は、それぞれ非節点および節点として知られている。 多く粒子が存在する領域に接触するいかなる材料もこの棒の超音波振動に結合 しやすい傾向がある。事実、これは超音波溶接の動作理論であり、熱可塑性金属 や薄い金属は、音響的に振動し材料の内部温度を上昇して溶接可能になる。この ため、液体用接続部、実装ハードウェア等は、運動が発生しない場所、即ち、節 点になければならないことがわかる。 しかし、各節点は、結晶積層体に沿った理論的に単一点であることは注目すべ きである。任意の大きさの液体用接続部を振動負荷の一部となることなくこの節 点に装着することが不可能でないならば事実上困難である。このような理由によ り、接続部は、緩い接続部、またはさらに悪い管材料の疲労破壊が生じないよう に、一般に、可とう管に接続される。 接続の大きさに加え、このような構成のその他の欠点は、積層体が熱せられ、 または負荷がかけられると節点位置が変化することで ある。この事実は、不適切な取付位置がケーシングを振動させるので、積層体へ の保護ケーシングの取り付けに関する問題を一層悪化させる。 液体入力点を装置の後部に移動し、トランスジューサを通る軸方向の流路を形 成する装置の改良はその技術で知られている。この構成を採ると、流路は真直ぐ になり、数々の機械的ブラシ、棒等による洗浄ができるようになる。さらに、真 直ぐな路は液体の流れに最とも低い圧力要件を課し、ポンプ装置の設計を容易に する。液体用接続部は、トランスジューサ・ケーシングの後方で行われるので、 液体用接続部は、軸方向の中心線に対し同心円状に行われ、装置全体の寸法を縮 小し、手術用に用いたとき、より人間工学的に正確な装置の製造を可能にする。 この装置はこれらの改良を提供するが、機能的に適切であると同時に製造可能 な装置の設計の実際的な問題を提示する。この装置のいくつかの制限を以下に示 す。 軸方向に流路を設けるためには、中心ボルトに穴が開いてなければならない。 結晶積層体に流入するいかなる液体も電気的短絡を引き起こすか、結晶自身の近 傍の液体キャビテーション（ｌｉｑｕｉｄ ｃａｖｉｔａｔｉｏｎ）が積層体を 急速に高温にするので、これは、流体の滲み出しに対してどのようにねじを密封 するのかという新たな問題がただちに生じる。両現象とも容易にトランスジュー サを故障に至らせる。 この問題を解決するには、一般に、Ｏリング型のシールを付けるか、ねじを密 封する市販のねじ密封剤を入手しようとする。この２つの溶液は、エラストマー や密閉剤がその適合性を失うにつれ、時間とともに故障しやすくなるので、単な る穴塞ぎである。 この装置の他の実際的な制限はトランスジューサの終端プレート のボルトの取り付けである。当業者によって認識されているように、中心ボルト 、液体用接続部およびトランスジューサ・ケースの後方カバーは、液体を密閉す るため１つの部品でなければならない。もし、この装置を機能的にしようとする のであれば、全積層体は、積層体固液管により支持して後方からケースに入るよ うに設計する。これにより、装置の組み立てができるが、中心ボルトは液体流路 の一部であるので、ケースカバーとケースは振動負荷の一部である。すでに議論 されているように、積層体は離調する傾向があり（共振周波数が変化する）、熱 を発生してトランスジューサが簡単に壊れやすくなるので、静的素子を備える振 動素子の負荷は避けなければならない。 発明の目的 本発明の目的は、上述したような電気機械的トランスジューサ装置を提供する ことである。 本発明の別の目的は、軸方向の流体案内通路を備え、流路からトランスジュー サの結晶への流体の滲み出しが防止されている電気機械的トランスジューサ装置 を提供することである。 本発明の別のさらに特別な目的は、ケーシングが効果的かつ音響的にトランス ジューサの結晶アセンブリから分離されている電気機械的トランスジューサ装置 を提供することである。 本発明のさらに別の目的は、アセンブリが単純化されている電気機械的トラン スジューサ装置を提供することである。 本発明のまたさらに別の目的は、ケーシング基部または終端での液体用接続部 が共振に影響を与えることなく、どのような構成にも変えることができる電気機 械的トランスジューサ装置を提供することである。 本発明のこれらと他の目的は、図面とここで述べる詳細な説明から明らかにな る。 発明の概要 電気機械的トランスジューサ装置は、本発明により、圧電結晶アセンブリを含 む圧力波発生部品、前部励振器、前部励振器と一体化した後方に延びる中空のス タッドからなる。付勢素子は、アセンブリを付勢して音響型振動を発生するため 結晶アセンブリに接続されている。実装素子は、前部励振器をケーシングへ取り 付ける前部励振器とケーシングに結合しており、一方、スタッドとケーシングと の間に液体が漏らないシールを形成するシールがスタッド後方端に施されており 、シールは結晶アセンブリから間隔を置いて配置されている。 本発明の別の特徴により、シールはスタッド終端に接触したＯリングの形状を しており、ケーシングのくぼみに挿入される。くぼみはケーシングの内部に延び るケーシング上にカラー状の形状をしている。 本発明の追加特徴により、ケーシングはカラーが接続されている後方カバー部 に含まれ、液体輸送導管を前部励振器の反対側のスタッド端のケーシングに結合 するカラーの反対側の管状ポート突起部を備えている。 本発明のさらなる特徴により、前部励振器は放射状に延びるフランジを備えて いる。一方、実装素子は、フランジおよびケーシングと前部励振器を音響的に分 離するケーシングとの間に少なくとも１つの柔軟なＯリングが配置されている。 フランジは、前部励振器と結晶アセンブリの理論上の節点に好適に配置されてお り、Ｏリング対の側面にある。 本発明の好適な実施例において、圧電結晶アセンブリは中央チャネルを形成す るために構成され、前部励振器はスタッドと一体化した肩部を備え、結晶アセン ブリは、前部励振器を通して振動を伝播する肩部と接触している。さらに、スタ ッドは結晶アセンブリのチャネルを通して延び、垂直方向に延びる穴を備えてい る。圧力波発生部品は、さらにスタッドに取り付けられた後部励振器を含み、結 晶アセンブリは前部励振器と後部励振器の肩部の間にサンドイッチ状に挟まれて いる。 ケーシングは、前部励振器、結晶アセンブリおよび後部励振器をケーシング内 部の適当な場所に固定する固定リングを好適に含んでいる。 電気機械的トランスジューサ装置は、本発明の別の概念により、圧電結晶アセ ンブリを含む圧力波発生部品、前部励振器、前部励振器と一体化され後方に延び る中空のスタッドとを備えている。付勢素子は、音響型振動を発生するため結晶 アセンブリを付勢する結晶アセンブリに接続している。実装素子は、前部励振器 と前部励振器をケーシングに取り付けるケーシングに取り付けられている。前部 励振器は、前部励振器の理論上の節点と結晶アセンブリに位置している放射状に 延びるフランジを備えている。実装素子は、ケーシングと前部励振器を音響的に 分離する分離部品を含み、分離部品は、フランジの反対側に配置されたＯリング 対含む。 本発明の別の特徴により、ケーシングは環状内部リブを備え、Ｏリングの１つ はリブとフランジとの間にサンドイッチ状に挟まれている。ケーシングが固定リ ングを含む場合、別のＯリングが固定リングとフランジとの間にサンドイッチ状 に挟まれる。従って、フランジは音響的に分離するＯリングの側面にある。 上述したように、本発明の好適な実施例において、圧電結晶アセ ンブリは、中央チャネルを形成するために構成され、前部励振器は、スタッドと 一体化した肩部を備え、結晶アセンブリは、前部励振器を通して振動を伝播する ために少なくとも肩部と接触している。スタッドは結晶アセンブリのチャネルを 通して延び、垂直方向に延びる中空の穴を備えている。圧力波発生部品は、さら に、例えば、ねじを介してスタッドに結合された後部励振器を備えている。一方 、結晶アセンブリは、前部励振器と後部励振器の肩部の間にサンドイッチ状に挟 まれている。 電気機械的トランスジューサ装置は、本発明の別の概念により、圧電結晶アセ ンブリを含む圧力波発生部品、前部励振器と前部励振器と一体化した後方に延び る中空のスタッドとを備える。付勢素子は、音響型振動を発生させるため、アセ ンブリを付勢する結晶アセンブリに接続している。一方、実装素子は、前部励振 器と前部励振器をケーシングに取り付けるトランスジューサ・ケーシングに結合 されている。結晶アセンブリは、特に、環状圧電結晶と内部および外部円柱面に 沿って環状圧電結晶に接続した電極とを含む。圧電結晶は、垂直軸に沿って励起 されるべく分極されている。スタッドとケーシングとの間に液体が漏らないシー ルを形成するＯリングシールがスタッド後端に配置されており、シールは結晶ア センブリと間隔を置いてスタッドとともにケーシングのくぼみの中に挿入されて いる。 電気機械的トランスジューサ装置を製造する方法は、（ｉ）中央チャネルを形 成するために構成する圧電結晶アセンブリ、（ｉｉ）主部を持つ前部励振器、（ ｉｉｉ）それと一体化している中空のスタッド、（ｉｖ）主部から延びる環状フ ランジ、（ｖ）内部に延びる環状リブを持つ主ケーシング本体を備えるケーシン グ、（ｖｉ）後方カバーと固定リング、および（ｖｉｉ）複数のＯリングシール を含むトランスジューサ部品の組み立てる方法とからなる。製造方法は、（ａ） 主ケーシング本体へ圧電結晶を配置するステップと、（ｂ）第１のＯリングシー ルの１つがリブに対するように第１のＯリングシールの１つをケーシングへ挿入 するステップと、（ｃ）スタッドがチャネルを通して延び、第１のＯリングシー ルの１つがリブとフランジとの間にサンドイッチ状に挟まれるように前部励振器 を主ケーシグ本体に配置するステップと、（ｄ）第２のＯリングシールの１つが 第１のＯリングシールの１つの反対側にフランジに対するように第２のＯリング の１つをケーシングに挿入するステップと、および（ｅ）第２のＯリングシール の１つが固定リングとフランジとの間にサンドイッチ状に挟まれるように固定リ ングを主ケーシグ本体に取り付けるステップとを含む。その他のステップは、（ ｆ）第３のＯリングシールの１つをスタッドの自由端の周囲に配置するステップ と、（ｇ）第３のＯリングシールの１つとスタッドの自由端を後方カバーのくぼ みに挿入して、それにより、スタッドとケーシングとの間に液体が漏らないシー ルを形成するように後方カバーを主ケーシング本体に結合するステップとを含む 。 スタッドは、結晶アセンブリの後方部側にある後方部を越えて好適に延びてい る。 本発明による電気機械的トランスジューサ装置は、ランジュバン・サンドイッ チ型である。スタッドは、前方部または励振器の一体化部分として加工される。 実装フランジとサンドイッチ状に結晶を挟む肩部も、前方部の一体化部分である 。ケーシングは、結晶アセンブリ、電極、前方部と後方部とを囲む任意の構成か らなる。当業者は、ケーシングが強制的、または非強制的な気体または液体冷却 用の開口を備えうることを認識する。ケーシングは、液体導管結合ポートを保持 する後方ケースカバーとスタッド後方端のポート周囲 を音響的に適合した材料によりシールする設備を含む。シールは、必要であれば スタッドそれ自身に達するために後方ケースカバーから突出していてもかまわな い。 本発明によるトランスジューサ装置、特に、超音波トランスジューサ装置は、 上述した既存の超音波トランスジューサの欠点を軽減する。トランスジューサ装 置は、ケーシングとすべての液体付属品が振動素子から音響的に分離されている 直線、即ち、真直ぐな液体流路を備えている。さらに、節点の大きな応力が加わ った領域のシールを減少させたので、結晶アセンブリの液体滲み出しによる圧電 積層体の故障が防止できた。その上、トランスジューサ装置は、簡単な組み立て 技術を用いることができるので、それにより、組み立て時間を減少させ、コスト も低減させる。 超音波疲労による破損の可能性が軽減されるため、結晶アセンブリ、節点、ま たは器具末端のホーン接合点にシールが存在しないと、長寿命化に寄与する。ケ ーシングは結晶アセンブリから離れていて超音波負荷の一部でないので、インピ ーダンスが低減され、実装ハードウェアも共振周波数、インピーダンス等の影響 を受けない。ケーシングの基部または末端の液体接続部は、共振に影響を与える ことなく任意の構成に変更できる。さらに、コンバータ積層体または結晶アセン ブリは、後方ケースカバーが振動素子の一部ではないという事実により、ＦＥＡ に対して従来の手段で解析できる。 図面の簡単な説明 図１は、本発明による電気機械的超音波トランスジューサ装置の縦方向の断面 図を示す図である。 図２は、図１の矢印II、II方向に切った端面図を示す図である。 図３は、図１の電気機械的超音波トランスジューサの別の部分断 面図を示す図である。 詳細な説明 図１に示すように、電気機械的超音波トランスジューサ装置は、末端側に固定 リング１２で締めたケーシング１０と基部に後部ケースカバー１４を備える。電 気信号に応答して音響型振動を発生する超音波発生器１６が、ケーシング１０内 に配置されている。超音波発生器１６は、ケーシング１０の基部と末端との間に 延びる軸１８を持っている。波発生器１６は、水平方向に並んだ複数の金属電極 ２２とともに積み重ねて配置された複数の環状圧電結晶ディスク２０を含む。こ のディスク状の圧電結晶２０と電極２２アセンブリにより、軸１８と平行な中央 チャネル２４を形成する。 波発生器１６は高周波励起電圧または同軸ケーブル２５を経由して伝送された 電気信号により電源を供給されて超可聴周波数で振動するように付勢される。ケ ーブル２５は後部ケーシング・カバー１４に接続され、ケーシング１０内を電極 ２２まで延びる複数の電気伝導リード２６で終わる。後部ケーシング・カバー１ ４には、張力がかからないように合わせて設けられた穴（図示せず）を通るケー ブル２５または任意のタイプの電気コネクタが設けられている。必要であれば電 気的安全性を向上させるため、接地リードを結晶アセンブリまたは波発生器１６ およびケーシング１０に接続できる。 前部励振器２８の形をした波伝播部材は、発生器１６からケーシング１０外部 の動作点３０へ振動を伝播する波発生器１６と音響的に接触している。動作点３ ０において、前部励振器２８は、一般に、ホーンまたは他の伝播素子（図示せず ）に接続されている。ホーンは、前部励振器２８の一部と考えられており、動作 点はホーン末端に配置可能である。 前部励振器２８は、動作点３０からケーシグ１０の基部へ音波発生器１６を通 して軸方向に延びる連続した、即ち、途切れのない流体案内チャネルまたは中空 の穴３２を形成する一体型あるいは単一体であり、超音波発生器１６の動作中、 動作点とケーシングの基部間の流体を案内する。特に、前部励振器２８は、結晶 アセンブリ２４または波発生器１６の中央チャネル２４を通して軸方向に延びる スタッド３４を含む。流体案内チャネル３２はスタッド３４を通して延びている 。前部励振器２８は、一体型部品としてスタッド３４を含み、連続的で途切れの ない流体流チャネル３２は結晶アセンブリまたは波発生器１６を通して設けるこ とができるので、流体がチャネルから結晶アセンブリまたは波発生器領域のケー シング１０へ漏れる大きな可能性はない。前部励振器２８は、結晶アセンブリま たは波発生器１６をランジュバン・サンドイッチ型に保持する肩部または結晶接 合面３６を含む。結晶アセンブリまたは波発生器１６は、肩部３６と接触して、 前部励振器２８を通して発生した超音波振動を伝播する。発生器１６は、肩部３ ６と後部またはその基部でスタッド３４に取り付けられた肩部３６と後方部３８ との間で締め付けられる。スタッド３４は、後方部３８上の雌ねじ（図示せず） と係合して噛み合う雄ねじを持ち、それにより、後方部３８の選択的締付けをし て結晶アセンブリまたは波発生器１６を前部励振器３８の肩部３６に押し付ける ことができるようにする。その目的を達成するため、調整スパナ（図示せず）ま たは他の工具を用いて後方部３８を適切なトルクまで締めやすくする溝、六角形 断面、レンチ（スパナ等）に合う平面または穴などのような構造３９を備えてい る。 前部励振器２８または後部励振器３８は、結晶アセンブリまたは波発生器１６ の動作により応力を加えても、その完全性を保持する のに十分な引張り特性を持つことは当業者に明らかである。現在の経験から、チ タニウムとその合金は最適であることが分かっているが、ステンレス・スチール 等の他の材料も基本的に同じ効果を持つものとして選択的に用いることができる 。前部励振器２８と後部励振器３８は、異なる材料から構成することができる。 スタッド３４の雄ねじの外径は、組み立て可能なように中央チャネル２４の内 径よりも小さくなっている。一般に、雄ねじのねじ谷径は、通常、スタッド３４ の外径を決定する。外径は電弧を防ぐために十分な絶縁ができるように、中央チ ャネル２４の内径に対し大きなエアギャップを設けなければならない。 図１にさらに示されているように、前部励振器２８には、前部励振器２８をケ ーシング１０に取り付ける放射状および円周方向に延びるフランジ４０が設けら れている。フランジの両側端にはエラストマー製の２つのＯリング４２と４４が ある。基部のＯリング４２は、フランジ４０とケーシング内の内部リブ４６の間 にサンドイッチ状に挟まれている。一方、末端のＯリング４４は、フランジ４０ と固定リング１２との間にサンドイッチ状に挟まれている。フランジ４０は、波 発生器１６と前部励振器２８の理論上の節点に位置している。一方、Ｏリング４ ２と４４は、フランジ４０を音響的に分離し、それによって、ケーシング１０か ら前部励振器２８を分離している。複数のロールピン（図示せず）は、ケーシン グ１０に対し前部励振器２８を有限の回転ができるようにするフランジ４０に沿 って前部励振器２８に取り付けることができる。 ポリテトラフルオロエチレン製のスリーブ５２のような絶縁体は、スタッド３ ４の中間セグメントに沿ってスタッド３４と結晶アセンブリまたは波発生器１６ の間に挿入される。一方、動作点３０の反対側の後方または基部端では、スタッ ド３４は、スタッドと後方 ケースカバー４の間に挿入された音響的に適合性のある材料からできているエラ ストマー製のＯリングシール５４により囲まれている。シール５４は、スタッド ３４とケーシング１０の間の液体が漏らないシールを形成し、結晶アセンブリま たは波発生器１６から離れて配置されている。この目的を達成するために、スタ ッド３４は、結晶アセンブリまたは波発生器１６の反対側の後方部３８側の後方 部３８を越えて延びている。 特に、スタッド３４の後方または基部は、後方ケースカバー１４のカラー状の 延長部分により形成されるくぼみ８０に挿入される。Ｏリングシール５４は、ス タッドの環状くぼみまたは浅い溝８４の中のカラー状の延長部分とスタッド３４ に位置している。 ケーシング１０、特に、後方ケースカバー１４は、カラー状延長部分８０の反 対側の後方ケースカバー１４側の管状突起部分５７の自由端のポート部５６を含 む。ポート部５６は、液体輸送導管（図示せず）を前部励振器２８の後方または 基部端に結合する機能を持っている。ポート部５６は、テーパ状に形成されたね じ、真直ぐなねじ、ルアー型の取付部（ｌｕｅｒ ｔｙｐｅ ｆｉｔｔｉｎｇｓ ）または溶接したコネクタの形をとりうる。 Ｏリングシール４５は、十分な圧搾圧を加えて後方ケースカバー１４とスタッ ド３４の接合部を密封するため、トランスジューサ装置を使用する用途で遭遇す るであろう圧力での気体、または液体の漏れに対する前部励振器スタッド３４の 外表面の接触に適した内径を持つ。これらのシールの適切な寸法は、ケンタッキ ー州レキシントンのパーカシールグループが出しているパーカＯリングのハンド ブックあるいはカタログなどのような、市販あるいは政府発行のものに掲載され ている。スタッド自身の負荷を最小化するため、優れた製品と同じ最小実質圧縮 比にシールの圧縮比を軽減することが望 ましい。パッキン押えの外径が発生器１６の中央チャネル２４の内径またはスタ ッド２４から取り外し可能な場合、組み立てを容易にするため、Ｏリング５４は 、スタッド５４自身の上にパッキン押えを置くことができる。 Ｏリングシール領域は、異なるケース長に適合させるためスタッド端３４を噛 み合わせる必要がある限り拡張できる。ケース長を最小化しようとする場合は、 後方ケースカバーにも設けることができる。スタッド３４をケーシング１０から 突出させ露出させるのに十分なほどケーシング１０を短くすることが予想される 。この場合、個別のシール・アセンブリを用いることができる。 図１に追加で示したように、前部励振器２８は、スタッド３４と並列な末端方 向に延びる突出部５８と一体化した末端側に形成される。流体輸送チャネル３４ は、突出部５８を通して動作点３０へ延びている。 図２に示したように、ケーシングは長方形をしていが、結晶アセンブリまたは 波発生器１６、電極２２、前部励振器２８、および後方部３８を囲む任意の構成 からできていることに注意されたい。当業者は、ケーシング１０が強制的または 非強制的な冷却気体や液体用の開口を備えていることを認識するであろう。 図３に示す本発明の別の特殊な実施例では、環状圧電結晶６２およびその内部 と外部円柱面に沿う環状圧電結晶に接続した電極６４と６６を含む結晶発生器ア センブリ１６の代わりに結晶アセンブリまたは発生器６０が使用可能である。結 晶６２は、縦軸（軸１８と同軸）に沿って励起されるべく分極されている。前部 励振器２８のスタッド３４は、内部電極６４と結晶６２とで囲まれた中央チャネ ルを通して挿入される。ポリテトラフルオロエチレン製のスリーブ７０は、スタ ッド３４から結晶アセンブリ７０または波発生器６０ を絶縁する。 装置の振動作用に起因する応力の処置にスタッド３４の壁の厚さが十分であれ ば、流体案内チャネル３２の正確な直径は重要ではない。チャネル３２の影響を 考慮して前部励振器２８は基本的に中空になっている。前方の塊は、前面振動を さらに増幅するため突起部をホーンまたは工具（図示せず）に結合する雌ねじま たは雄ねじ部７２を備えうる。突起自身５８は、選択的に前部励振器２８の末端 部で適切な増幅をするため適切な形状にできる。 スタッド３４とスリーブ５２（または７０）を結晶アセンブリまたは波発生器 １６（または６０）を通して挿入すると、後方部３８は、適切なトルクレベルま でスタッド３４の後方または基部端にねじ止めされる。Ｏリング４２は、リブま たは段部４６のケーシング１０の中に位置しており、励振器２８と部分３８を備 える発生器アセンブリはケーシング１０の下にある。その後、Ｏリング４２をフ ランジ４０を接触してケーシング１０内に挿入する。これは２つの柔軟な面にフ ランジ４０をサンドイッチ状に挟む効果を持つ。ここで、フランジ４０の外径は 、ケーシング壁との接触を避けるためケーシング１０の内径よりも小さくなけれ ばならないことに注意されたい。次に、固定リング１２をケーシング１０の前方 または末端側に装着してその中に発生器アセンブリを保持する。リング１２を締 めケーシング１０の壁を通して締まりばめ、および／またはピンにより適切な場 所に保持する。この効果は、ケーシング１０と固定または保持リング１２から前 部励振器２８を完全に分離するためＯリング４２と４４との間にフランジ４００ を閉じ込める（ｔｒａｐ）。 固定リング１２をケーシング１０に装着すると、ケーブル２５が後方ケースカ バー１４に接続され、締まりばめによりケーシング１ ０の中に締め付けられ、ピン、ネジまたは市販の接着剤で固着されて保持される 。ガスケットまたは密封剤は、トランスジューサ装置を危険で破壊的な状態に導 くおそれがあるケーシングへの液体または蒸気の侵入を防ぐために用いることが できる。 電気機械的超音波トランスジューサ装置の組み立て時、複数の外部ボルトの締 め付け、溶接または管や付属品のろう付け、ケース内への柔軟な管の取り付け等 の特別な技術を用いる必要はない。これにより、組み立て手続きを単純化して組 み立て時間とコストを低減させる。 後方ケースカバー１４とシール５４とを適切な場所に置いて、完全性が容易に 検証されるかトランスジューサ積層体への壊滅的な打撃を防ぐため規則的に変更 できる接近可能な位置にシールを１つだけ備える液体流路が形成される。この流 路は、真直ぐで機械的または化学的に容易に洗浄できる。装置の圧力度は、シー ル５４とスタッド３４の壁の厚さにのみ依存している。１００ｐｓｉを十分に越 えた圧力試験は成功している。 本発明は、特定の実施例と応用に関して説明されているが、この分野のなんら かの通常の知識を持つ者は、この説明により本発明の精神と範囲から逸脱するこ となく追加実施例または別の実施例を作成できる。従って、ここの図面と説明は 、本発明の理解を容易にするため例によってのみ示されており、その範囲を制限 するものではないことを理解されたい。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．圧電結晶アセンブリ、前部励振器および前記前部励振器と一体化した後方 に延びる中空スタッドを含む圧力波発生アセンブリと、 音響型振動を発生させるため前記アセンブリを付勢する前記結晶アセンブリに 接続した付勢手段と、 ケーシングと、 前記前部励振器を前記ケーシングに取り付けるため前記前部励振器と前記ケー シングに結合した実装手段と、 前記スタッドと前記ケーシングとの間に液体が漏らないシールを形成する前記 スタッド後端のシーリング手段であって、前記シーリング手段は前記結晶アセン ブリから間隔を置いて配置されているものと、 を備えている電気機械的トランスジューサ装置。 ２．前記シーリング手段は前記スタッドの前記後端に接触して前記スタッドと ともに前記ケーシングのくぼみに挿入されているＯリングシールを含む、請求項 １に記載の装置。 ３．前記くぼみは前記ケーシング上で内部に延びるカラー状に形成されている 、請求項２に記載の装置。 ４．前記ケーシングは後方カバー素子と、前記後方カバー部に接続されている 前記カラーと、前記前部励振器の反対側の前記スタッド端の前記ケーシングへ液 体輸送導管を取り付ける前記カラーの反対側の管状のポート突起部として設けら れている前記後方カバー素子とを含む、請求項３に記載の装置。 ５．前記Ｏリングは前記スタッドの環状溝の中に位置している、請求項２に記 載の装置。 ６．前記前部励振器は放射方向に延びるフランジを備え、前記実装手段は前記 ケーシングと前記前部励振器とを音響的に分離する分離手段を含む、請求項１に 記載の装置。 ７．前記フランジは前記前部励振器と前記結晶アセンブリの理論上の節点に位 置している、請求項６に記載の装置。 ８．前記分離手段は前記ケーシングと前記フランジとに接触しているＯリング を含む、請求項７に記載の装置。 ９．前記分離手段は前記フランジの反対側に配置されたＯリング対を含む、請 求項８に記載の装置。 １０．前記圧電結晶アセンブリは中央チャネルを形成するために構成されてお り、前記前部励振器は前記スタッドと一体化した肩部を備え、前記結晶アセンブ リは前記前部励振器を通して前記振動を伝播するため前記肩部と接触しており、 前記スタッドは前記チャネルを通して延び、前記前部励振器は前記スタッドを通 して延びる中空の穴を備え、前記圧力波発生アセンブリはさらに前記スタッドに 結合された後部励振器を含み、前記結晶アセンブリは前記肩部と前記後部励振器 との間にサンドイッチ状に挟まれている、請求項１に記載の装置。 １１．前記ケーシングは、前記前部励振器を固定する固定リングと、結晶アセ ンブリと、前記ケーシング内の所定の位置にある前記後部励振器とを含む、請求 項１０に記載の装置。 １２．前記結晶アセンブリは環状圧電結晶とその内部および外部円柱面に沿っ て前記環状圧電結晶に接続している電極とを含む、請求項１に記載の装置。 １３．圧電結晶アセンブリ、前部励振器および前記前部励振器と一体化した後 方に延びる中空のスタッドとを含む圧力波発生アセンブリと、 音響型振動を発生するため前記アセンブリを付勢する前記結晶アセンブリに接 続した付勢手段と、 ケーシングと、 前記前部励振器と前記前部励振器を前記ケーシングに結合する実装手段と、 前記前部励振器は前記前部励振器と前記結晶アセンブリの理論上の節点に位置 し放射状に延びるフランジを備え、前記実装手段は前記ケーシングおよび前記前 部励振器を音響的に分離する分離手段を含み、前記分離手段は前記フランジの反 対側に位置しているＯリング対を含むものと、 備える電気機械的トランスジューサ装置。 １４．前記ケーシングは環状内部リブを備え、前記Ｏリングの１つは前記リブ と前記フランジとの間にサンドイッチ状に挟まれている、請求項１３に記載の装 置。 １５．前記ケーシングは固定リングを備え、前記Ｏリングの１つは前記固定リ ングと前記フランジとの間にサンドイッチ状に挟まれている、請求項１３に記載 の装置。 １６．前記圧電結晶アセンブリは中央チャネルを形成するため構成されており 、前記前部励振器は前記スタッドと一体化した肩部を備え、前記結晶アセンブリ は前記前部励振器を通して前記振動を伝播するため前記肩部と接触しており、前 記スタッドは前記チャネルを通して延び前記前部励振器は前記スタッドを通して 延びる中空の穴を備え、前記圧力波発生アセンブリは前記スタッドに結合された 後部励振器を含み、前記結晶アセンブリは前記肩部と前記後部励振器との間にサ ンドイッチ状に挟まれている、請求項１３に記載の装置。 １７．中央チャネルを形成するために構成した圧電結晶アセンブ リと、 音響型振動を発生するため前記アセンブリを付勢する前記結晶アセンブリに接 続した付勢手段と、 肩部とこれに一体化したスタッドとを持つ前方部を備え、前記結晶アセンブリ は前記前部励振器を通して前記振動を伝播するため前記肩部と直接接触しており 、前記スタッドは前記チャネルを通して延び、前記前部励振器は前記スタッドを 通して延びる中空の穴を備えるものと、 前記スタッドに結合した後方部を備え、前記結晶アセンブリは前記肩部と前記 後方部との間にサンドイッチ状に挟まれているものと、 ケーシングと、 前記前方部と前記前方部を前記ケーシングに取り付ける前記ケーシングに結合 した実装手段と、 を備える電気機械的トランスジューサ装置。 １８．圧電結晶アセンブリ、前部励振器および前記前部励振器と一体化した後 方に延びる中空のスタッドを含む圧力波発生アセンブリと、 音響型振動を発生するため前記アセンブリを付勢する前記結晶アセンブリに接 続した付勢手段と、 ケーシングと、 前記前部励振器および前記前部励振器を前記ケーシングに取り付ける前記ケー シングとに結合した実装手段と、 環状圧電結晶と内部および外部円柱面に沿って前記環状圧電結晶に接続された 電極とを含み、前記圧電結晶は縦軸に沿って励起されるべく分極されているもの と、 備える電気機械的トランスジューサ装置。 １９．前記圧電結晶アセンブリは中央チャネルを形成するため構成され、前記 前部励振器は前記スタッドと一体化した肩部を備え、前記結晶アセンブリは前記 前部励振器を通して前記振動を伝播するため前記肩部と接触しており、前記スタ ッドは前記チャネルを通して延び、前記前部励振器は前記スタッドを通して延び る中空の穴を備え、前記圧力波発生アセンブリはさらに前記スタッドに結合され た後部励振器を含み、前記結晶アセンブリは前記肩部と前記後部励振器との間に サンドイッチ状に挟まれている、請求項１８に記載の装置。 ２０．前記スタッドと前記ケーシングとの間に液体が漏らないシールを形成す る前記スタッド後方端のシーリング手段をさらに備え、前記シーリング手段は前 記結晶アセンブリから間隔を置いて配置しており、前記シーリング手段は前記ス タッドの前記端と接触した前記スタッドとともに前記ケーシングのくぼみに挿入 されたＯリングを含む、請求項１８に記載の装置。 ２１．以下に述べる各素子、即ち、 中央チャネルを形成するため構成した圧電結晶アセンブリと、 主要部と、それと一体化した中空のスタッド、および前記主要部から延びる環 状フランジとを備える前部励振器と、 内部へ延びる環状リブを持つ主ケーシング本体、後方カバー、および固定リン グとを備えるケーシングと、 複数のＯリングシールと、 を提供するステップと、 前記圧電結晶アセンブリを主ケーシング本体に配置するステップと、 第１のＯリングシールの１つが前記リブに対するように前記第１のＯリングシ ールの１つを前記ケーシングに挿入するステップと、 前記第１のＯリングシールの１つが前記リブと前記フランジとの間にサンドイ ッチ状に挟まれるように前記前部励振器を前記主ケーシング本体に配置するステ ップと、 第２のＯリングシールの１つが前記第１のＯリングの１つの反対側の前記フラ ンジに対するように前記第２のＯリングシールの１つを前記ケーシングに挿入す るステップと、 前記第２のＯリングシールの１つが前記固定リングと前記フランジとの間にサ ンドイッチ状に挟まれるように前記固定リングを前記主ケーシング本体へ取り付 けるステップと、 を含む電気機械的トランスジューサ装置を製造する方法。 ２２．前記スタッドの周囲に第３のＯリングの１つを配置するステップと、 前記第３の前記Ｏリングシールの１つと前記スタッドの前記自由端を前記後方 カバーのくぼみに挿入し、それにより、前記スタッドと前記ケーシングとの間に 液体が漏らないシールを形成するように前記後方カバーを前記主ケーシング本体 に取り付けるステップとをさらに含む、請求項２１に記載の方法。