JPH11218100A - Ultrasonic wave converging device and ultrasonic wave liquid jetting device - Google Patents

Ultrasonic wave converging device and ultrasonic wave liquid jetting device

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JPH11218100A
JPH11218100A JP2898498A JP2898498A JPH11218100A JP H11218100 A JPH11218100 A JP H11218100A JP 2898498 A JP2898498 A JP 2898498A JP 2898498 A JP2898498 A JP 2898498A JP H11218100 A JPH11218100 A JP H11218100A
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ultrasonic
liquid
solid
sound
ultrasonic wave
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Shunpei Kameyama
俊平 亀山
Shiyuuzou Wakou
修三 和高
Tomonori Kimura
友則 木村
Hiroshi Fukumoto
宏 福本
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
三菱電機株式会社
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve energy convergence efficiency in an acoustic lens by forming the shape of a reflecting surface made of a partial surface of a solid member into a shape that longitudinal wave ultrasonic wave radiated from an ultrasonic wave originating source completely reflects in liquid and converges into a preliminarily stipulated focus of longitudinal wave ultrasonic wave. SOLUTION: An opening surface to be an acoustic radiation surface of an ultrasonic wave originating source 1 is formed into a circular shape, the opening surface is made to come into contact with liquid and ultrasonic wave is radiated in liquid from the ultrasonic wade originating source 1. In liquid, a solid member in which a partial surface is formed into a partial shape of a paraboloid of revolution is arranged and the partial surface of this solid member is formed as a reflecting surface 4 reflecting ultrasonic wave radiated in liquid from the ultrasonic wave originating source 1 in liquid. The shape of this reflecting surface 4 is formed into a shape that longitudinal wave ultrasonic wave radiated from the ultrasonic originating source 1 reflects in liquid and converges into a preliminarily stipulated focus 5. The shape of the reflecting surface 4 is formed into a shape that phase shift amount according to reflection when each sound ray is reflected on the reflecting surface 4 become in-phase via each sound ray.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、超音波を焦点に
収束させる超音波収束装置、および前記超音波収束装置
と液体を供給する液体供給装置とを備えた超音波液体噴
出装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic converging device for converging an ultrasonic wave to a focal point, and an ultrasonic liquid ejecting device including the ultrasonic converging device and a liquid supply device for supplying a liquid. .
【0002】[0002]
【従来の技術】従来の超音波収束装置としては、例えば
図18に示すように音響レンズを用いるものが知られて
いる。図18に示す超音波収束装置は、「超音波技術便
覧」、(社)日刊工業新聞社、1991年6月25日発
行の171頁から引用したものである。図18におい
て、1は超音波発信源、2は音響レンズ、3は縦波超音
波の各音線、5は焦点である。音響レンズ2を用いた図
18に示す超音波収束装置において、超音波発信源1は
その開口面が音響レンズ2に装着されており、超音波発
信源1から発生した縦波超音波の各音線3が音響レンズ
2を介して液体中を伝搬し、液体中の焦点5に収束す
る。
2. Description of the Related Art As a conventional ultrasonic convergence apparatus, an apparatus using an acoustic lens as shown in FIG. 18 is known. The ultrasonic focusing apparatus shown in FIG. 18 is cited from “Ultrasonic Technique Handbook”, published by Nikkan Kogyo Shimbun, June 25, 1991, page 171. In FIG. 18, 1 is an ultrasonic wave source, 2 is an acoustic lens, 3 is each sound ray of longitudinal ultrasonic waves, and 5 is a focal point. In the ultrasonic focusing device shown in FIG. 18 using the acoustic lens 2, the opening of the ultrasonic transmitting source 1 is attached to the acoustic lens 2, and each sound of the longitudinal ultrasonic wave generated from the ultrasonic transmitting source 1 is provided. The line 3 propagates through the liquid through the acoustic lens 2 and converges on a focal point 5 in the liquid.
【0003】従来の他の超音波収束装置としては、例え
ば特開昭60−214211号公報、特開昭61−51
511号公報、特開平3−136642号公報、特開平
3−136643号公報、特開平3−205046号公
報に開示されているように、反射面を用いて超音波を焦
点に収束させる図19に示すような超音波収束装置も知
られている。図19に示す超音波収束装置は特開昭61
−51511号公報から引用したものであり、図におい
て、1は図18に示した超音波収束装置とは形が異なる
超音波発信源、3は縦波超音波の各音線、5は焦点、4
は反射面、6は円錐状の反射体である。図19に示す超
音波収束装置においては、反射面4の形状は回転放物面
であり、超音波発信源1から発生した縦波超音波の各音
線3は、一旦、円錐状の反射体6によって反射され、さ
らに反射面4によって反射された後、液体中の焦点5に
収束する。
[0003] Other conventional ultrasonic focusing devices are disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 60-214111 and 61-51.
As disclosed in JP-A-511-511, JP-A-3-136642, JP-A-3-136463, and JP-A-3-205046, FIG. An ultrasonic focusing device as shown is also known. The ultrasonic focusing apparatus shown in FIG.
In the figure, reference numeral 1 denotes an ultrasonic transmission source having a shape different from that of the ultrasonic convergence device shown in FIG. 18, 3 denotes each sound ray of longitudinal ultrasonic waves, 5 denotes a focus, 4
Is a reflecting surface, and 6 is a conical reflector. In the ultrasonic convergence device shown in FIG. 19, the shape of the reflecting surface 4 is a paraboloid of revolution, and each sound ray 3 of the longitudinal ultrasonic wave generated from the ultrasonic wave transmitting source 1 is once reflected by a conical reflector. After being reflected by 6 and further by reflecting surface 4, it converges on focal point 5 in the liquid.
【0004】また、従来の他の超音波収束装置として
は、例えば特開平2−55139号公報、特開平2−8
9647号公報、特開平2−103152号公報、特開
平2−164543号公報、特開平2−164546号
公報、特開平2−235644号公報、特開平2−23
8949号公報に開示されているように、反射面を用い
て超音波を焦点に収束させる図20に示すような超音波
収束装置も知られている。図20に示す超音波収束装置
は特開平2−89647号公報から引用したものであ
り、図において、1は超音波発信源、3は縦波超音波の
各音線、5は液体中の焦点、4は反射面である。図20
に示す超音波収束装置においては、反射面4の断面形状
は放物面であり、前記断面と直行する方向に関して断面
形状は一様である。超音波発信源1から発生した縦波超
音波の各音線3は、反射面4によって反射された後、焦
点5に収束する。
Other conventional ultrasonic focusing devices are disclosed in, for example, JP-A-2-55139 and JP-A-2-8.
9647, JP-A-2-103152, JP-A-2-164543, JP-A-2-164546, JP-A-2-235644, JP-A-2-23
As disclosed in Japanese Patent No. 8949, there is also known an ultrasonic convergence device as shown in FIG. 20 for converging an ultrasonic wave to a focal point using a reflecting surface. The ultrasonic convergence apparatus shown in FIG. 20 is cited from Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-89647. In the figure, 1 is an ultrasonic transmission source, 3 is each sound ray of longitudinal ultrasonic waves, and 5 is a focal point in a liquid. Reference numeral 4 denotes a reflection surface. FIG.
In the ultrasonic convergence device shown in (1), the cross-sectional shape of the reflection surface 4 is a paraboloid, and the cross-sectional shape is uniform in a direction perpendicular to the cross-section. Each sound ray 3 of the longitudinal ultrasonic wave generated from the ultrasonic wave transmission source 1 is reflected by the reflection surface 4 and then converges to a focal point 5.
【0005】ところで、縦波超音波の各音線3が液体中
を伝搬して、固体との境界面に入射する際、入射角が縦
波に関する臨界角より小さい場合においては、液体から
固体中に縦波および横波の透過が生じる。また、入射角
が縦波に関する臨界角以上で、かつ、横波に関する臨界
角より小さい場合においては、液体から固体中に横波の
透過が生じる。入射角が、横波に関する臨界角以上にな
る場合おいては、固体へは縦波および横波ともに透過は
生じることなく縦波超音波は完全反射を起こす。なお、
液体中を伝搬した縦波超音波が固体との境界面に入射し
た際には、一般に、縦波に関する臨界角よりも横波に関
する臨界角の方が大きい。
When each sound ray 3 of longitudinal ultrasonic waves propagates in a liquid and enters a boundary surface with a solid, if the incident angle is smaller than the critical angle related to the longitudinal wave, the liquid moves from the liquid to the solid. , Transmission of longitudinal waves and shear waves occurs. When the incident angle is equal to or larger than the critical angle for longitudinal waves and smaller than the critical angle for transverse waves, transverse waves are transmitted from the liquid to the solid. When the incident angle is equal to or larger than the critical angle with respect to the shear wave, the longitudinal wave and the shear wave do not pass through the solid, and the longitudinal ultrasonic wave completely reflects. In addition,
When a longitudinal ultrasonic wave propagating in a liquid enters a boundary surface with a solid, a critical angle for a transverse wave is generally larger than a critical angle for a longitudinal wave.
【0006】このように、縦波超音波が液体中を伝搬し
て固体との境界面に入射する際、入射角が横波に関する
臨界角より小さい場合においては、固体中へ縦波および
横波の透過、あるいは横波のみの透過が生じる。これ
は、液体中へ反射する縦波超音波のエネルギーの一部が
失われることを意味しており、反射効率が悪いことを意
味している。
As described above, when the longitudinal ultrasonic wave propagates through the liquid and enters the interface with the solid, if the incident angle is smaller than the critical angle for the shear wave, the transmission of the longitudinal wave and the shear wave into the solid is performed. , Or only the transverse wave is transmitted. This means that part of the energy of the longitudinal ultrasonic wave reflected into the liquid is lost, and that the reflection efficiency is poor.
【0007】なお、図18に示した従来の超音波収束装
置は、音響レンズ2を用いて縦波超音波を収束させてお
り、反射面を用いて超音波を収束させるものではないの
で、本発明とは縦波超音波を収束させるという目的は同
一であるが、構成が全く異なるものである。
The conventional ultrasonic convergence device shown in FIG. 18 uses the acoustic lens 2 to converge longitudinal ultrasonic waves, and does not use a reflecting surface to converge ultrasonic waves. The purpose of the invention is to converge longitudinal ultrasonic waves, but the structure is completely different.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】従来の超音波収束装
置、および当該超音波収束装置を用いた超音波液体噴出
装置は以上のように構成されているので、縦波超音波が
液体中を伝搬して反射面4に入射する際の入射角に関す
る上述のような考察や検討は行われておらず、このよう
な考察や検討に基づいて反射面4が形成されていない。
このため、反射面4での反射効率が悪く、超音波発信源
1から放射された縦波超音波を効率よく焦点5に集める
ことができないという課題があった。
The conventional ultrasonic convergence device and the ultrasonic liquid jetting device using the ultrasonic convergence device are configured as described above, so that the longitudinal ultrasonic wave propagates in the liquid. The above-described consideration and study regarding the incident angle when the light is incident on the reflecting surface 4 is not performed, and the reflecting surface 4 is not formed based on such consideration and study.
For this reason, there is a problem that the reflection efficiency at the reflection surface 4 is poor, and the longitudinal ultrasonic waves radiated from the ultrasonic transmission source 1 cannot be efficiently collected at the focal point 5.
【0009】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたもので、超音波発信源から放射された縦波
超音波を効率よく焦点に収束できる超音波収束装置、お
よび前記超音波収束装置を用いた超音波液体噴出装置を
得ることを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an ultrasonic convergence apparatus capable of efficiently converging longitudinal ultrasonic waves radiated from an ultrasonic transmission source to a focal point, and the ultrasonic convergence apparatus. An object of the present invention is to obtain an ultrasonic liquid ejection device using the device.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】この発明に係る超音波収
束装置は、固体部材の一部の表面で構成された反射面の
形状が、超音波発信源から放射された縦波超音波の各音
線の入射角との関係で、縦波超音波が液体中で完全反射
して前記縦波超音波の予め規定された焦点に収束する形
状に構成されるとともに、前記各音線が反射される際の
反射に伴う位相シフト量が各音線に関して同相となる構
成を備えたものである。
According to the ultrasonic convergence apparatus of the present invention, the shape of the reflecting surface formed by a part of the surface of the solid member is different from that of the longitudinal ultrasonic wave radiated from the ultrasonic transmission source. In relation to the incident angle of the sound ray, the longitudinal wave ultrasonic wave is completely reflected in the liquid and is configured to converge to a predetermined focal point of the longitudinal wave ultrasonic wave, and each sound ray is reflected. The amount of phase shift accompanying reflection at the time of reflection is the same for each sound ray.
【0011】この発明に係る超音波収束装置は、長さの
単位を[m]とし、液体の密度、前記液体中の縦波超音
波の音速、固体部材の密度、前記固体部材中の縦波超音
波の音速、並びに前記固体部材中の横波超音波の音速に
よって決定される[m-1]の単位を持つ所定値以上の値
である係数をa、回転放物面形状の上端面の直径の長さ
をDとしたとき、回転軸をy軸にした前記回転放物面形
状の断面を規定する2次関数で与えられる曲線が、前記
y軸と交差する原点において当該y軸と直行する線がx
軸であるy=(2a/D)x2 で規定される放物線であ
って、前記回転放物面形状の一部により構成され、前記
縦波超音波の各音線を前記回転放物面の焦点に収束させ
る形状を有した反射面と、前記反射面を構成する前記回
転放物面の前記回転軸と平行に、前記各音線が完全反射
する入射角で、前記各音線を前記反射面へ放射する位置
に配置されている超音波発信源とを備えるようにしたも
のである。
In the ultrasonic focusing apparatus according to the present invention, the unit of length is [m], the density of the liquid, the sound velocity of the longitudinal ultrasonic wave in the liquid, the density of the solid member, the longitudinal wave in the solid member. The coefficient a, which is a value equal to or more than a predetermined value having a unit of [m -1 ] determined by the sound speed of the ultrasonic wave and the sound wave of the transverse ultrasonic wave in the solid member, is a, and the diameter of the upper end face of the paraboloid of revolution. Is the length of D, a curve given by a quadratic function defining the cross section of the paraboloid of revolution with the rotation axis as the y axis is orthogonal to the y axis at the origin crossing the y axis. Line is x
A parabola defined by y = (2a / D) × 2 , which is an axis, and constituted by a part of the shape of the rotating paraboloid, and each sound ray of the longitudinal ultrasonic wave is A reflection surface having a shape converging to a focal point, and each of the sound rays is reflected at an incident angle at which each of the sound rays is completely reflected, in parallel with the rotation axis of the paraboloid of revolution constituting the reflection surface. And an ultrasonic wave transmission source arranged at a position to radiate to a surface.
【0012】この発明に係る超音波収束装置は、超音波
発信源から放射された縦波超音波の各音線が完全反射す
る領域において、液体の密度ρ1 、前記液体中の縦波超
音波の音速νl 、固体部材の密度ρ2 、前記固体部材中
の縦波超音波の音速νL 、前記固体部材中の横波超音波
の音速νS で規定される反射率の位相が−180゜とな
る第1の入射角θ’以上、かつ90゜以下の範囲内に入
射角が制限されるように、回転放物面の下端面の直径d
と上端面の直径Dで規定される範囲内の前記回転放物面
の形状を決めるy=(2a/D)x2 で規定される放物
線の係数aを決めたものである。
An ultrasonic convergence apparatus according to the present invention is characterized in that, in a region where each acoustic ray of a longitudinal ultrasonic wave radiated from an ultrasonic transmission source is completely reflected, the density ρ 1 of the liquid, the longitudinal ultrasonic wave in the liquid, of sound velocity [nu l, the density [rho 2 of the solid member, the longitudinal wave ultrasonic sound speed [nu L of the solid member in the phase of the reflectivity defined by transverse ultrasonic wave sound velocity [nu S of the solid member in the -180 ° The diameter d of the lower end face of the paraboloid of revolution so that the incident angle is limited within the range of not less than 90 ° and the first incident angle θ ′.
And a coefficient a of a parabola defined by y = (2a / D) × 2 which determines the shape of the paraboloid of revolution within a range defined by the diameter D of the upper end face.
【0013】この発明に係る超音波収束装置は、長さの
単位が[m]であり、液体の密度、前記液体中の縦波超
音波の音速、固体部材の密度、前記固体部材中の縦波超
音波の音速、並びに、前記固体部材中の横波超音波の音
速によって決定される所定値以上の値である[m-1]の
単位を持つ係数をa、2つの放物面の上端部の離間距離
をD、前記2つの放物面の対称軸をy軸としたとき、前
記2つの放物面の断面を規定する2次関数で与えられる
曲線が、前記y軸と交差する原点において当該y軸と直
行する線がx軸であるy=(2a/D)x2 で表され、
前記断面と直行する方向に一様である前記放物面の一部
により構成されて前記縦波超音波の各音線を前記放物面
の焦点に収束させる形状である反射面と、前記対称軸と
平行に前記反射面へ完全反射する入射角で各音線を放射
する超音波発信源を備えるようにしたものである。
[0013] In the ultrasonic focusing apparatus according to the present invention, the unit of length is [m], the density of the liquid, the sound velocity of longitudinal ultrasonic waves in the liquid, the density of the solid member, and the vertical length in the solid member. A is a coefficient having a unit of [m -1 ] which is a value equal to or more than a predetermined value determined by the sound speed of the wave ultrasonic wave and the sound speed of the transverse wave ultrasonic wave in the solid member. Is the separation distance of D and the symmetry axis of the two paraboloids is the y-axis, a curve given by a quadratic function that defines the cross section of the two paraboloids is at the origin at which the y-axis intersects. A line perpendicular to the y-axis is represented by x = y = (2a / D) x 2 ,
A reflection surface that is formed by a part of the paraboloid that is uniform in a direction perpendicular to the cross section and has a shape that converges each sound ray of the longitudinal ultrasonic wave to a focal point of the paraboloid; An ultrasonic transmission source is provided which emits each sound ray at an incident angle that is completely reflected on the reflection surface in parallel with the axis.
【0014】この発明に係る超音波収束装置は、超音波
発信源から放射された縦波超音波の各音線が完全反射す
る領域において、2つの放物面の上端面の離間距離をD
としたときの前記放物面の形状を決めるy=(2a/
D)x2 で規定される放物線の係数aを、入射角が、液
体の密度ρ1 、前記液体中の縦波超音波の音速νl 、固
体部材の密度ρ2 、前記固体部材中の縦波超音波の音速
νL 、前記固体部材中の横波超音波の音速νS で規定さ
れる反射率の位相が−180゜になる第1の入射角θ’
以上であり、かつ90゜以下の範囲内に制限されるよう
な値にしたものである。
In the ultrasonic convergence apparatus according to the present invention, the distance between the upper end surfaces of the two paraboloids is set to D in a region where each sound ray of the longitudinal ultrasonic wave radiated from the ultrasonic transmission source is completely reflected.
Y = (2a / determining the shape of the paraboloid when
The coefficient a of the parabola defined by D) x 2, the incident angle is, the density of the liquid [rho 1, the longitudinal wave ultrasonic sound speed [nu l in the liquid, the density [rho 2 of the solid member, the vertical of the solid member in First incident angle θ ′ at which the phase of the reflectance defined by the sound velocity ν L of the wave ultrasonic wave and the sound velocity ν S of the transverse ultrasonic wave in the solid member becomes −180 °.
The value is set so as to be limited within the range of 90 ° or less.
【0015】この発明に係る超音波収束装置は、超音波
発信源から放射された縦波超音波の各音線の反射面への
入射角の範囲を、前記各音線が完全反射し、かつ前記各
音線の反射に伴う位相シフト量の各音線間での差が略零
になるような範囲にしたものである。
In the ultrasonic convergence apparatus according to the present invention, the range of the angle of incidence of the longitudinal ultrasonic waves radiated from the ultrasonic wave source on the reflecting surface of each sound ray is completely reflected by each sound ray, and The difference is set so that the difference between the phase shift amounts due to the reflection of each sound ray between the sound rays becomes substantially zero.
【0016】この発明に係る超音波収束装置は、超音波
発信源から放射された縦波超音波の各音線の反射面への
入射角のとる範囲を、各音線が完全反射し、かつ各音線
の反射に伴う位相シフト量の各音線間での差の最大値が
略40°以下になる範囲にしたものである。
In the ultrasonic convergence apparatus according to the present invention, the range in which the angle of incidence of the longitudinal ultrasonic waves radiated from the ultrasonic wave transmitting source to the reflection surface of each sound ray is completely reflected by each sound ray, and This is a range in which the maximum value of the difference between the sound rays in the phase shift amount due to the reflection of each sound ray is approximately 40 ° or less.
【0017】この発明に係る超音波収束装置は、液体を
水あるいはインク、固体部材を黄銅として、長さの単位
を[m]にしたときの係数aの値を略1.3×103
[m-1]以上にしたものである。
In the ultrasonic focusing apparatus according to the present invention, when the liquid is water or ink and the solid member is brass, and the unit of length is [m], the value of the coefficient a is approximately 1.3 × 10 3.
[M -1 ] or more.
【0018】この発明に係る超音波収束装置は、液体を
水あるいはインク、固体部材を亜鉛として、長さの単位
を[m]にしたときの係数aの値を略1×103
[m-1]以上にしたものである。
In the ultrasonic focusing apparatus according to the present invention, when the liquid is water or ink and the solid member is zinc, and the unit of length is [m], the value of the coefficient a is approximately 1 × 10 3.
[M -1 ] or more.
【0019】この発明に係る超音波収束装置は、液体を
水あるいはインク、固体部材をマグネシウムとして、長
さの単位を[m]にしたときの係数aの値を略0.8×
103 [m-1]以上にしたものである。
The ultrasonic focusing apparatus according to the present invention has a coefficient a of about 0.8 × when the unit of length is [m] with water or ink as a liquid and magnesium as a solid member.
It is 10 3 [m -1 ] or more.
【0020】この発明に係る超音波収束装置は、液体を
水あるいはインク、固体部材をアルミニウムとして、長
さの単位を[m]にしたときの係数aの値を略0.7×
103 [m-1]以上にしたものである。
In the ultrasonic focusing apparatus according to the present invention, when the liquid is water or ink, the solid member is aluminum, and the unit of length is [m], the value of the coefficient a is approximately 0.7 ×
It is 10 3 [m -1 ] or more.
【0021】この発明に係る超音波液体噴出装置は、液
体中に縦波超音波を放射する超音波発信源と、該超音波
発信源から放射された縦波超音波の各音線の入射角との
関係で、縦波超音波を前記液体中で完全反射させて前記
縦波超音波の予め規定された焦点に収束させる形状であ
るとともに、前記各音線が前記反射面によって反射され
る際の反射に伴う位相シフト量が各音線に関して同相と
なる形状である前記液体中に配置された反射面を有した
固体部材とを備えた超音波収束装置と、前記液体を逐次
供給する液体供給装置と、前記液体中の縦波超音波によ
って前記液体が噴出する、前記焦点付近に構成された噴
出孔とを備えるようにしたものである。
An ultrasonic liquid jetting apparatus according to the present invention comprises an ultrasonic wave transmitting source for emitting longitudinal ultrasonic waves into a liquid, and an incident angle of each sound ray of the longitudinal ultrasonic wave emitted from the ultrasonic transmitting source. In the relationship, the longitudinal wave is completely reflected in the liquid and converges on a predetermined focal point of the longitudinal wave, and the sound rays are reflected by the reflecting surface. An ultrasonic focusing device comprising: a solid member having a reflecting surface disposed in the liquid, the phase shift amount of which is in the same phase with respect to each sound ray due to reflection of the liquid; and a liquid supply for sequentially supplying the liquid The apparatus includes an apparatus and an ejection hole formed near the focal point, where the liquid is ejected by longitudinal ultrasonic waves in the liquid.
【0022】この発明に係る超音波液体噴出装置は、長
さの単位が[m]であり、液体の密度、前記液体中の縦
波超音波の音速、固体部材の密度、前記固体部材中の縦
波超音波の音速、並びに前記固体部材中の横波超音波の
音速によって決定される[m-1]の単位を持つ所定値以
上の値である係数をa、回転放物面形状の上端面の直径
の長さをDとしたとき、回転軸をy軸にした前記回転放
物面形状の断面を規定する2次関数で与えられる曲線
が、前記y軸と交差する原点において当該y軸と直行す
る線がx軸であるy=(2a/D)x2 で規定される放
物線であって、前記回転放物面形状の一部により構成さ
れ、前記縦波超音波の各音線を前記回転放物面の焦点に
収束させる形状を有し、固体部材により構成され液体中
に配置された反射面と、該反射面を構成する前記回転放
物面の前記回転軸と平行に、前記各音線が完全反射する
入射角で、前記各音線を前記反射面へ放射する位置に配
置されている超音波発信源とを有した超音波収束装置
と、前記液体を逐次供給する液体供給装置と、前記液体
中の縦波超音波によって前記液体が噴出する、前記焦点
付近に構成された噴出孔とを備えるようにしたものであ
る。
In the ultrasonic liquid jetting apparatus according to the present invention, the unit of length is [m], and the density of the liquid, the sound velocity of longitudinal ultrasonic waves in the liquid, the density of the solid member, the density of the solid member, The coefficient a, which is a predetermined value or more having a unit of [m -1 ] determined by the sound speed of the longitudinal ultrasonic wave and the sound speed of the transverse ultrasonic wave in the solid member, is a, and the upper end face of the rotating paraboloid shape When the length of the diameter of D is D, a curve given by a quadratic function that defines the cross section of the paraboloid of revolution with the rotation axis as the y-axis is the same as the y-axis at the origin crossing the y-axis. Direct to line a parabola defined by y = (2a / D) x 2 is the x axis, is constituted by a part of the paraboloid shape, the respective sound ray of the longitudinal wave ultrasonic A reflecting surface having a shape converging to the focal point of a paraboloid of revolution, formed of a solid member, and arranged in a liquid A superposition disposed at a position parallel to the rotation axis of the paraboloid of revolution constituting the reflection surface, at an incident angle at which each sound ray is completely reflected, and at a position for emitting each sound ray to the reflection surface. An ultrasonic convergence device having a sound source, a liquid supply device for sequentially supplying the liquid, and an ejection hole configured near the focal point, where the liquid is ejected by longitudinal ultrasonic waves in the liquid. It is prepared for.
【0023】この発明に係る超音波液体噴出装置は、下
端面の直径dと上端面の直径Dで規定される範囲内の回
転放物面の形状を決定する放物線y=(2a/D)x2
の係数aを、超音波発信源から放射された縦波超音波の
各音線が完全反射する領域において、液体の密度ρ1
前記液体中の縦波超音波の音速νl 、固体部材の密度ρ
2 、前記固体部材中の縦波超音波の音速νL 、前記固体
部材中の横波超音波の音速νS で規定される反射率の位
相が−180゜となる第1の入射角θ’以上、かつ90
゜以下の範囲内に入射角が制限されるような値に決めた
ものである。
The ultrasonic liquid jetting apparatus according to the present invention has a parabola y = (2a / D) x which determines the shape of the paraboloid of revolution within the range defined by the diameter d of the lower end face and the diameter D of the upper end face. Two
The coefficient a of the liquid in a region where each sound ray of longitudinal ultrasonic waves radiated from the ultrasonic wave source is completely reflected, the density ρ 1 of the liquid,
The sound velocity ν l of longitudinal ultrasonic waves in the liquid, the density ρ of the solid member
2. The first incident angle θ ′ at which the phase of the reflectance defined by the sound velocity ν L of the longitudinal ultrasonic wave in the solid member and the sound velocity ν S of the transverse ultrasonic wave in the solid member becomes −180 ° or more. And 90
値 The value is determined so that the incident angle is restricted within the following range.
【0024】この発明に係る超音波液体噴出装置は、長
さの単位が[m]であり、液体の密度、前記液体中の縦
波超音波の音速、固体部材の密度、前記固体部材中の縦
波超音波の音速、並びに、前記固体部材中の横波超音波
の音速によって決定される所定値以上の値である
[m-1]の単位を持つ係数をa、2つの放物面の上端部
の離間距離をD、前記2つの放物面の対称軸をy軸とし
たとき、前記2つの放物面の断面を規定する2次関数で
与えられる曲線が、前記y軸と交差する原点において当
該y軸と直行する線がx軸であるy=(2a/D)x2
で表され、前記断面と直行する方向に一様である前記放
物面の一部により構成されて前記縦波超音波の各音線を
前記放物面の焦点に収束させる形状の反射面と、該反射
面を構成する前記放物面の前記対称軸と平行に前記各音
線が完全反射する入射角で各音線を前記反射面へ放射す
る位置に配置されている超音波発信源とを有した超音波
収束装置を備えるようにしたものである。
In the ultrasonic liquid jetting apparatus according to the present invention, the unit of length is [m], and the density of the liquid, the sound velocity of longitudinal ultrasonic waves in the liquid, the density of the solid member, the density of the solid member, A coefficient having a unit of [m -1 ] which is a value equal to or more than a predetermined value determined by the sound speed of the longitudinal ultrasonic wave and the sound speed of the transverse ultrasonic wave in the solid member is a, the upper end of the two paraboloids When the separation distance between the parts is D and the symmetry axis of the two paraboloids is the y-axis, the curve given by a quadratic function defining the cross section of the two paraboloids is the origin at which the y-axis intersects , The line orthogonal to the y-axis is the x-axis, y = (2a / D) x 2
And a reflecting surface having a shape formed by a part of the paraboloid that is uniform in a direction perpendicular to the cross section and converging each sound ray of the longitudinal ultrasonic wave to a focal point of the paraboloid. An ultrasonic wave source arranged at a position to radiate each sound ray to the reflection surface at an incident angle at which each sound ray is completely reflected in parallel with the symmetry axis of the paraboloid constituting the reflection surface; An ultrasonic convergence device having the following.
【0025】この発明に係る超音波液体噴出装置は、超
音波発信源から放射された縦波超音波の各音線が完全反
射する領域において、2つの放物面の形状を決めるy=
(2a/D)x2 で規定される放物線の係数aを、入射
角が、液体の密度ρ1 、前記液体中の縦波超音波の音速
νl 、固体部材の密度ρ2 、前記固体部材中の縦波超音
波の音速νL 、前記固体部材中の横波超音波の音速νS
で規定される反射率の位相が−180゜となる第1の入
射角θ’以上であり、かつ90゜以下の範囲内に制限さ
れるような値にしたものである。
In the ultrasonic liquid jetting apparatus according to the present invention, in the region where each sound ray of the longitudinal ultrasonic wave radiated from the ultrasonic wave transmitting source is completely reflected, the shape of two paraboloids is determined.
(2a / D) × 2 , a parabolic coefficient defined by x2, the incident angle being the density ρ 1 of the liquid, the sound velocity ν l of longitudinal ultrasonic waves in the liquid, the density ρ 2 of the solid member, and the solid member The sound velocity ν L of the longitudinal ultrasonic wave inside, the sound velocity ν S of the transverse ultrasonic wave inside the solid member
Is greater than or equal to the first angle of incidence θ ′ at which the phase of the reflectance specified by (−180) is −180 °, and is limited to a value within the range of 90 ° or less.
【0026】この発明に係る超音波液体噴出装置は、超
音波収束装置における超音波発信源から放射された縦波
超音波の各音線の反射面への入射角の範囲を、前記各音
線が完全反射し、かつ前記各音線の反射に伴う位相シフ
ト量の前記各音線間の差を略零にする範囲にしたもので
ある。
The ultrasonic liquid jetting device according to the present invention is characterized in that the range of the angle of incidence of the longitudinal ultrasonic waves radiated from the ultrasonic wave source in the ultrasonic focusing device to the reflecting surface of each sound ray is determined by the above-mentioned sound ray. Are completely reflected, and the difference between the sound rays in the amount of phase shift caused by the reflection of each sound ray is set to a range in which the difference is substantially zero.
【0027】この発明に係る超音波液体噴出装置は、超
音波収束装置における超音波発信源から放射された縦波
超音波の各音線の反射面への入射角のとる範囲を、前記
各音線が完全反射し、かつ前記各音線の反射に伴う位相
シフト量の差の最大値が略40°以下の範囲にしたもの
である。
The ultrasonic liquid ejecting apparatus according to the present invention is characterized in that the range in which the angle of incidence of the longitudinal ultrasonic waves radiated from the ultrasonic wave source in the ultrasonic convergence device to the reflection surface of each sound ray is taken by each of the above-mentioned sounds. The line is completely reflected, and the maximum value of the difference in the amount of phase shift caused by the reflection of each sound ray is in a range of about 40 ° or less.
【0028】この発明に係る超音波液体噴出装置は、超
音波収束装置における反射面を黄銅からなる固体部材に
より構成し、水またはインクである液体中に配置し、長
さの単位を[m]で表したとき、係数aの値が略1.3
×103 [m-1]以上になるようにしたものである。
In the ultrasonic liquid jetting device according to the present invention, the reflecting surface of the ultrasonic converging device is constituted by a solid member made of brass, is arranged in a liquid such as water or ink, and has a unit of length [m]. When the value of the coefficient a is approximately 1.3,
× 10 3 [m -1 ] or more.
【0029】この発明に係る超音波液体噴出装置は、超
音波収束装置における反射面を亜鉛からなる固体部材に
より構成し、水またはインクである液体中に配置し、長
さの単位を[m]で表したとき、係数aの値が略1×1
3 [m-1]以上になるようにしたものである。
In the ultrasonic liquid jetting device according to the present invention, the reflecting surface of the ultrasonic focusing device is constituted by a solid member made of zinc, arranged in a liquid such as water or ink, and the unit of length is [m]. When the value of the coefficient a is approximately 1 × 1
0 3 [m -1 ] or more.
【0030】この発明に係る超音波液体噴出装置は、超
音波収束装置における反射面をマグネシウムからなる固
体部材により構成し、水またはインクである液体中に配
置し、長さの単位を[m]で表したとき、係数aの値が
略0.8×103 [m-1]以上になるようにしたもので
ある。
In the ultrasonic liquid jetting device according to the present invention, the reflecting surface of the ultrasonic focusing device is constituted by a solid member made of magnesium, is arranged in a liquid such as water or ink, and has a unit of length [m]. In this case, the value of the coefficient a is set to be about 0.8 × 10 3 [m −1 ] or more.
【0031】この発明に係る超音波液体噴出装置は、超
音波収束装置における反射面をアルミニウムからなる固
体部材により構成し、水またはインクである液体中に配
置し、長さの単位を[m]で表したとき、係数aの値が
略0.7×103 [m-1]以上になるようにしたもので
ある。
In the ultrasonic liquid jetting device according to the present invention, the reflecting surface of the ultrasonic converging device is constituted by a solid member made of aluminum, arranged in a liquid such as water or ink, and the unit of length is [m]. The value of the coefficient a is set to be about 0.7 × 10 3 [m −1 ] or more.
【0032】[0032]
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の一形態を
説明する。 実施の形態1.図1は、この実施の形態1の超音波収束
装置の構成を示す模式図、図2は図1に示すx軸とy軸
を含む断面図である。図1において、1は超音波発信源
である。この超音波発信源1の音響放射面である開口面
は円形に形成されている。また超音波発信源1の開口面
は液体に接しており、超音波発信源1から前記液体中に
超音波が放射される。前記液体中には、表面の一部が回
転放物面の一部の形状を有する固体部材が配置されてい
る。前記固体部材の前記表面の一部は、超音波発信源1
から液体中に放射された超音波を前記液体中に反射させ
る超音波の反射面として使用される。図1では、図を見
やすくするため、前記固体部材は図示はせず、前記固体
部材の前記表面の一部である超音波の反射面に符号4を
付して、この反射面4のみを図示している。図2におい
ても同様である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below. Embodiment 1 FIG. FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of the ultrasonic convergence device according to the first embodiment, and FIG. 2 is a cross-sectional view including the x-axis and the y-axis shown in FIG. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an ultrasonic transmission source. The aperture surface that is the acoustic radiation surface of the ultrasonic wave source 1 is formed in a circular shape. The opening surface of the ultrasonic transmission source 1 is in contact with the liquid, and the ultrasonic transmission source 1 emits ultrasonic waves into the liquid. In the liquid, a solid member having a part of the surface having the shape of a part of the paraboloid of revolution is arranged. A part of the surface of the solid member is an ultrasonic transmission source 1
It is used as a reflection surface of an ultrasonic wave for reflecting the ultrasonic wave radiated into the liquid from the liquid. In FIG. 1, the solid member is not shown for the sake of simplicity, and reference numeral 4 is assigned to an ultrasonic reflection surface which is a part of the surface of the solid member, and only the reflection surface 4 is illustrated. Is shown. The same applies to FIG.
【0033】図1において、y軸は前記回転放物面の回
転軸に相当する。このy軸が超音波発信源1の開口面と
直交するように超音波発信源1を配している。さらに、
このy軸が超音波発信源1の開口面の中心を通るよう
に、超音波発信源1と超音波の反射面4とを相対的に配
置している。
In FIG. 1, the y-axis corresponds to the rotation axis of the paraboloid of revolution. The ultrasonic transmission source 1 is arranged so that the y-axis is orthogonal to the opening surface of the ultrasonic transmission source 1. further,
The ultrasonic transmission source 1 and the ultrasonic reflection surface 4 are relatively arranged so that the y-axis passes through the center of the opening surface of the ultrasonic transmission source 1.
【0034】図2では、座標の原点を、前記回転放物面
の断面である放物線がy軸と交差する点にとっている。
さらに、その断面においてy軸と直交する座標軸をx軸
とz軸にとっている。これら座標軸の採りかたは図1に
おいても同じである。長さの単位を[m]で表すと、反
射面4の断面形状は、係数a’を用いてy=a’x2
表わされる。ここで、係数a’の単位は、[m-1]であ
る。
In FIG. 2, the origin of the coordinates is set at a point where a parabola which is a cross section of the paraboloid of revolution intersects the y-axis.
Further, the coordinate axes orthogonal to the y axis in the cross section are set as the x axis and the z axis. The way of using these coordinate axes is the same in FIG. If the unit of length is represented by [m], the cross-sectional shape of the reflecting surface 4 is represented as y = a′x 2 using the coefficient a ′. Here, the unit of the coefficient a 'is [m -1 ].
【0035】図1において、前記反射面4の下端部に符
号41、上端部に符号42を付して示している。前記下
端部41の直径は、超音波発信源1の開口面の直径をD
とすると、D以下にしてある。また、前記上端部42の
直径は、超音波発信源1の開口面の直径Dよりも大きく
ても小さくても、あるいは同じでも構わない。但し、上
端部42の直径を、超音波発信源1の開口面の直径Dと
等しいかあるいは大きくすれば、超音波発信源1から放
射された超音波のエネルギーを全て使用できるのでエネ
ルギー利用効率を高くできる利点がある。
In FIG. 1, the lower end of the reflection surface 4 is denoted by reference numeral 41, and the upper end thereof is denoted by reference numeral 42. The diameter of the lower end portion 41 is the diameter of the opening surface of the ultrasonic wave transmitting source 1 as D.
Then, it is set to D or less. Further, the diameter of the upper end portion 42 may be larger or smaller than the diameter D of the opening surface of the ultrasonic wave transmission source 1 or may be the same. However, if the diameter of the upper end portion 42 is equal to or larger than the diameter D of the opening surface of the ultrasonic transmission source 1, all of the energy of the ultrasonic waves radiated from the ultrasonic transmission source 1 can be used, so that the energy use efficiency is reduced. There is an advantage that can be raised.
【0036】また、図1では、超音波の反射面4の上端
部42と超音波発信源1の開口面とが空間的に離れた場
合について図示しているが、この離間距離は零であって
も構わないし、上端部42が超音波発信源1の開口面の
上側に位置する位置関係でも構わない。
FIG. 1 shows a case where the upper end portion 42 of the ultrasonic wave reflecting surface 4 and the opening surface of the ultrasonic wave transmitting source 1 are spatially separated, but this separation distance is zero. Alternatively, the positional relationship may be such that the upper end portion 42 is located above the opening surface of the ultrasonic wave transmission source 1.
【0037】次に、図1および図2に示した超音波収束
装置の動作について、図2を用いて説明する。なお、図
2において、符号3と矢印を付して示した線は、超音波
発信源1から放射された超音波の音線を示し、矢印の方
向は超音波の伝搬方向を表している。符号5を付して示
した点は、超音波発信源1から液体中に放射された縦波
超音波の焦点を示している。
Next, the operation of the ultrasonic focusing apparatus shown in FIGS. 1 and 2 will be described with reference to FIG. In FIG. 2, a line indicated by a reference numeral 3 and an arrow indicates a sound ray of the ultrasonic wave emitted from the ultrasonic wave transmission source 1, and a direction of the arrow indicates a propagation direction of the ultrasonic wave. Points indicated by reference numeral 5 indicate focal points of longitudinal ultrasonic waves emitted from the ultrasonic wave source 1 into the liquid.
【0038】超音波発信源1から液体中に放射された縦
波超音波の各音線3は、y軸に平行に沿って液体中を進
み、反射面4に入射する。反射面4によって反射された
各音線3は前記液体中を進み焦点5に向かう。なお、反
射面4の形状は回転放物面の形状の一部であることか
ら、各音線3が超音波発信源1から焦点5まで伝搬する
距離は音線3によらず一定である。
Each sound ray 3 of the longitudinal ultrasonic wave radiated into the liquid from the ultrasonic wave source 1 travels in the liquid along the y-axis and enters the reflecting surface 4. Each sound ray 3 reflected by the reflecting surface 4 travels through the liquid to the focal point 5. Since the shape of the reflecting surface 4 is a part of the shape of the paraboloid of revolution, the distance that each sound ray 3 propagates from the ultrasonic wave source 1 to the focal point 5 is constant regardless of the sound ray 3.
【0039】さて、この発明の超音波収束装置では、超
音波の反射面4の形状が、前記液体の超音波に係わる特
性と、上述した固体部材の弾性的特性とに基づいて決め
られている点が従来とは異なった点である。次に、この
点について図3から図11を参照しながら詳細に説明す
る。
In the ultrasonic convergence apparatus of the present invention, the shape of the ultrasonic reflecting surface 4 is determined based on the characteristics related to the ultrasonic waves of the liquid and the elastic characteristics of the solid member described above. This is a point different from the conventional one. Next, this point will be described in detail with reference to FIGS.
【0040】図3は、図中の上半分が液体、下半分が固
体であり、液体側から縦波超音波が入射した際の反射と
透過の様子を示す動作説明図である。図3において、3
は液体中の音線、7は液体と固体との境界面を示す。3
1と32も音線であるが、液体中の音線3と区別するた
めに新たに符号を付しており、31は固体中に透過した
縦波透過波の音線、32は固体中に透過した横波透過波
の音線である。θは入射角である。
FIG. 3 is an operation explanatory diagram showing a state of reflection and transmission when longitudinal ultrasonic waves are incident from the liquid side, with the upper half in the figure being liquid and the lower half being solid. In FIG. 3, 3
Denotes a sound ray in the liquid, and 7 denotes a boundary surface between the liquid and the solid. 3
The sound rays 1 and 32 are also sound rays, but are newly added to distinguish them from the sound ray 3 in the liquid, 31 is a sound ray of a longitudinal wave transmitted through a solid, and 32 is a sound ray in a solid. This is the sound ray of the transmitted transverse wave. θ is the angle of incidence.
【0041】図3は、入射角θが縦波に関する臨界角よ
り小さい場合について示したものであり、固体中に縦波
および横波の透過が生じている。前記液体中の密度をρ
1 で表わし、前記液体中の縦波音速をνl で表わし、前
記固体中の密度をρ2 で表わし、前記固体中の縦波音速
をνL で表わし、前記固体中の横波音速をνS で表わ
し、液体中への縦波超音波の反射率をRで表わすと、反
射率Rは
FIG. 3 shows a case where the incident angle θ is smaller than the critical angle for the longitudinal wave, and the transmission of the longitudinal wave and the transverse wave occurs in the solid. Let the density in the liquid be ρ
Represents 1, represents the longitudinal speed of sound in the liquid at [nu l represents a density in said solid [rho 2, the longitudinal speed of sound in said solid represented by [nu L, the shear wave velocity in said solid [nu S And the reflectance of longitudinal ultrasonic waves into the liquid is represented by R, the reflectance R is
【0042】[0042]
【数1】 (Equation 1)
【0043】で表わされる。入射角θが縦波に関する臨
界角以上で、かつ、横波に関する臨界角より小さい場合
においては、固体中へは横波のみの透過が生じる。この
ときの液体中への縦波超音波の反射率Rは、
## EQU1 ## When the incident angle θ is equal to or larger than the critical angle for the longitudinal wave and smaller than the critical angle for the shear wave, only the shear wave is transmitted into the solid. At this time, the reflectance R of the longitudinal ultrasonic wave into the liquid is
【0044】[0044]
【数2】 (Equation 2)
【0045】で表わされる。前記式(2)において、j
は虚数単位である。入射角θが、横波に関する臨界角以
上になる場合おいては、固体中へは縦波および横波とも
に透過は生じることなく縦波超音波は完全反射を起こ
す。このときの液体中への縦波超音波の反射率Rは、
## EQU2 ## In the above equation (2), j
Is an imaginary unit. When the incident angle θ is equal to or larger than the critical angle for the shear wave, the longitudinal wave and the shear wave do not penetrate into the solid, and the longitudinal ultrasonic wave completely reflects. At this time, the reflectance R of the longitudinal ultrasonic wave into the liquid is
【0046】[0046]
【数3】 (Equation 3)
【0047】で表わされる。前記式(1)、式(2)、
および式(3)はスネルの反射・屈折の法則から決まる
式である。なお、液体中を伝搬した縦波超音波が固体と
の境界面に入射した際には、一般に縦波に関する臨界角
よりも横波に関する臨界角の方が大きい。
## EQU5 ## Formula (1), Formula (2),
Equation (3) is an equation determined by Snell's law of reflection and refraction. When a longitudinal ultrasonic wave propagating in a liquid enters a boundary surface with a solid, a critical angle for a transverse wave is generally larger than a critical angle for a longitudinal wave.
【0048】以上のように、縦波超音波が液体中を伝搬
して固体との境界面に入射する際、入射角θが横波に関
する臨界角より小さい場合においては、固体中へ、縦波
および横波の透過、あるいは横波のみの透過が生じる。
これは、液体中へ反射する縦波超音波のエネルギーの一
部が失われることであり、反射効率が悪いことを意味し
ている。
As described above, when the longitudinal wave ultrasonic wave propagates in the liquid and enters the boundary surface with the solid, if the incident angle θ is smaller than the critical angle for the transverse wave, the longitudinal wave and the The transmission of the shear wave or the transmission of only the shear wave occurs.
This means that part of the energy of the longitudinal ultrasonic wave reflected into the liquid is lost, which means that the reflection efficiency is poor.
【0049】さらに、入射角θが横波に関する臨界角以
上になれば、上述したように、縦波超音波は液体中に完
全反射するが、後述するように反射の際に位相のシフト
が生じる。
Further, when the incident angle θ becomes equal to or larger than the critical angle for the transverse wave, the longitudinal wave ultrasonic wave is completely reflected in the liquid as described above, but a phase shift occurs at the time of reflection as described later.
【0050】次に、液体と固体の幾つかの組み合わせの
場合について、上述した反射の様子について具体的に例
を挙げて説明する。
Next, in the case of some combinations of a liquid and a solid, the above-described reflection will be described with specific examples.
【0051】図4の(a)および(b)は、液体が水で
あり固体が黄銅の場合について、水側から縦波超音波が
入射した際の反射率についての絶対値、位相シフト量と
入射角との関係をグラフ化した特性図である。図4の
(a)において、縦軸は反射率の絶対値(振幅)、横軸
は入射角θである。図4の(b)は、縦軸が反射率の位
相、横軸は入射角θである。これら反射率の特性は、水
の密度を1×103 [Kg/m3 ]、水中の超音波の縦
波音速を1500[m/s]、黄銅の密度を8.6×1
3 [Kg/m3 ]、黄銅中の超音波の縦波音速を47
00[m/s]、黄銅中の超音波の横波音速を2100
[m/s]として、スネルの反射・屈折の法則によって
決まる前記式(1),式(2),式(3)に基づいて計
算で求めたものである。
FIGS. 4 (a) and 4 (b) show the absolute value, the phase shift amount, and the reflectivity of the case where the liquid is water and the solid is brass when the longitudinal ultrasonic wave is incident from the water side. FIG. 9 is a characteristic diagram in which a relationship with an incident angle is graphed. In FIG. 4A, the vertical axis represents the absolute value (amplitude) of the reflectance, and the horizontal axis represents the incident angle θ. In FIG. 4B, the vertical axis represents the phase of the reflectance, and the horizontal axis represents the incident angle θ. The characteristics of these reflectances are as follows: the density of water is 1 × 10 3 [Kg / m 3 ]; the longitudinal velocity of ultrasonic waves in water is 1500 [m / s]; and the density of brass is 8.6 × 1.
0 3 [Kg / m 3 ], the longitudinal sound speed of ultrasonic waves in brass is 47
00 [m / s], the transverse sound speed of ultrasonic waves in brass is 2100
[M / s] is obtained by calculation based on the above equations (1), (2) and (3) determined by Snell's law of reflection and refraction.
【0052】図4の(a)と(b)に示す特性図におい
て、縦波に関する臨界角は約19°であり、入射角θが
この角度より小さい領域においては、縦波と横波とが固
体中へ透過するので、図4の(a)に示すように反射率
の絶対値が1より小さくなっている。また、図4の
(a)と(b)に示す特性図において、横波に関する臨
界角は約45°であり、入射角θが約19°から約45
°の領域においては、横波が固体中へ透過するので、図
4の(a)に示すように反射率の絶対値が1より小さく
なっている。また、入射角θが約45°以上の領域にお
いては、図4の(a)に示すように反射率の絶対値は1
となる。これは、完全反射が生じることを意味してい
る。反射率の位相シフト量は、図4の(b)に示すよう
に、入射角θが縦波の臨界角である約19°以下では零
である。しかし、入射角θが21°の近傍では零以外の
値となっている。特に入射角θが約45°以上の領域で
は、図4の(b)に示すように位相シフト量は入射角θ
に依存して大きく変化している。
In the characteristic diagrams shown in FIGS. 4A and 4B, the critical angle for the longitudinal wave is about 19 °, and in the region where the incident angle θ is smaller than this angle, the longitudinal wave and the transverse wave are solid. Since the light is transmitted to the inside, the absolute value of the reflectance is smaller than 1 as shown in FIG. In the characteristic diagrams shown in FIGS. 4A and 4B, the critical angle for the shear wave is about 45 °, and the incident angle θ is about 19 ° to about 45 °.
In the region of °, since the transverse wave penetrates into the solid, the absolute value of the reflectance is smaller than 1 as shown in FIG. In the region where the incident angle θ is about 45 ° or more, the absolute value of the reflectance is 1 as shown in FIG.
Becomes This means that complete reflection occurs. As shown in FIG. 4B, the phase shift amount of the reflectance is zero when the incident angle θ is about 19 ° or less, which is the critical angle of the longitudinal wave. However, the value is other than zero when the incident angle θ is around 21 °. In particular, in the region where the incident angle θ is about 45 ° or more, as shown in FIG.
Has greatly changed.
【0053】図5の(a)と(b)に示す特性図は、そ
れぞれ液体が水、固体が亜鉛の場合について、図4の
(a)と(b)と同様にして求めた反射率の絶対値、位
相シフト量と入射角との関係を示すものである。これら
の反射率の特性は、水の密度を1×103 [Kg/m
3 ]、水中の超音波の縦波音速を1500[m/s]、
亜鉛の密度を7.2×103 [Kg/m3 ]、亜鉛中の
超音波の縦波音速を4210[m/s]、亜鉛中の超音
波の横波音速を2440[m/s]として求めた。この
場合における縦波に関する臨界角は約21°であり、横
波に関する臨界角は約38°であり、反射率の入射角θ
への依存性については、図4の(a)と(b)の場合と
同様のことが言える。特に、入射角θが約38°以上と
なる領域においては完全反射が生じるが、反射率の位相
は入射角に依存して大きく変化している。
The characteristic diagrams shown in FIGS. 5A and 5B show the reflectances obtained in the same manner as in FIGS. 4A and 4B when the liquid is water and the solid is zinc, respectively. It shows the relationship between the absolute value, the amount of phase shift, and the angle of incidence. The characteristic of these reflectances is that the density of water is 1 × 10 3 [Kg / m
3 ], the longitudinal velocity of the ultrasonic waves in the water is 1500 [m / s],
The density of zinc is 7.2 × 10 3 [Kg / m 3 ], the longitudinal velocity of ultrasonic waves in zinc is 4210 [m / s], and the lateral velocity of ultrasonic waves in zinc is 2440 [m / s]. I asked. The critical angle for the longitudinal wave in this case is about 21 °, the critical angle for the shear wave is about 38 °, and the incident angle θ of the reflectance
Can be said to be the same as in the case of FIGS. 4A and 4B. In particular, perfect reflection occurs in a region where the incident angle θ is about 38 ° or more, but the phase of the reflectance greatly changes depending on the incident angle.
【0054】図6の(a)と(b)に示す特性図は、そ
れぞれ液体が水、固体がマグネシウムの場合について、
図4の(a)と(b)と同様にして求めた反射率の絶対
値、位相シフト量と入射角との関係を示すものである。
これらの反射率の特性は、水の密度を1×103 [Kg
/m3 ]、水中の超音波の縦波音速を1500[m/
s]とし、マグネシウムの密度を1.5×103 [Kg
/m3 ]、マグネシウム中の超音波の縦波音速を577
0[m/s]、マグネシウム中の超音波の横波音速を3
050[m/s]として求めた。この場合における縦波
に関する臨界角は約15°であり、横波に関する臨界角
は約30°である。
The characteristic diagrams shown in FIGS. 6A and 6B show the case where the liquid is water and the solid is magnesium, respectively.
5 shows the relationship between the absolute value of the reflectance, the amount of phase shift, and the angle of incidence obtained in the same manner as in (a) and (b) of FIG.
The characteristic of these reflectances is that the density of water is 1 × 10 3 [Kg
/ M 3 ], and the longitudinal velocity of ultrasonic ultrasonic waves in water is 1500 [m /
s] and the density of magnesium is 1.5 × 10 3 [Kg
/ M 3 ], the longitudinal velocity of ultrasonic waves in magnesium is 577.
0 [m / s], the transverse sound speed of ultrasonic waves in magnesium is 3
050 [m / s]. The critical angle for longitudinal waves in this case is about 15 °, and the critical angle for shear waves is about 30 °.
【0055】図7の(a)と(b)に示す特性図は、そ
れぞれ液体が水、固体がアルミニウムの場合について、
図4の(a)と(b)と同様にして求めた反射率の絶対
値、位相シフト量と入射角との関係を示すものである。
これらの反射率の特性は、水の密度を1×103 [Kg
/m3 ]、水中の超音波の縦波音速を1500[m/
s]、アルミニウムの密度を2.7×103 [Kg/m
3 ]、アルミニウム中の超音波の縦波音速を6420
[m/s]、アルミニウム中の超音波の横波音速を30
40m/sとして求めた。この場合における縦波に関す
る臨界角は約14°であり、横波に関する臨界角は約3
0°である。
The characteristic diagrams shown in FIGS. 7A and 7B show the case where the liquid is water and the solid is aluminum, respectively.
5 shows the relationship between the absolute value of the reflectance, the amount of phase shift, and the angle of incidence obtained in the same manner as in (a) and (b) of FIG.
The characteristic of these reflectances is that the density of water is 1 × 10 3 [Kg
/ M 3 ], and the longitudinal velocity of ultrasonic ultrasonic waves in water is 1500 [m /
s], and the density of aluminum is 2.7 × 10 3 [Kg / m
3 ], the longitudinal velocity of ultrasonic waves in aluminum is 6420
[M / s], the transverse speed of ultrasonic waves in aluminum is 30
It was determined as 40 m / s. In this case, the critical angle for the longitudinal wave is about 14 °, and the critical angle for the transverse wave is about 3 °.
0 °.
【0056】図6の(a)と(b)、および図7の
(a)と(b)においても、反射率の入射角θへの依存
性については、図4の(a)と(b)の場合と同様のこ
とが言える。特に、入射角θが横波に関する臨界角以上
となる領域においては完全反射が生じるが、反射率の位
相は入射角θに依存して大きく変化している。なお、反
射率Rの位相をφとする。すなわち反射率Rは|R|∠
φであり、|R|は反射率Rの絶対値である。位相φは
前記式(3)から
In FIGS. 6A and 6B and FIGS. 7A and 7B, the dependence of the reflectance on the incident angle θ is shown in FIGS. 4A and 4B. The same can be said for the case of). In particular, perfect reflection occurs in a region where the incident angle θ is equal to or larger than the critical angle for the transverse wave, but the phase of the reflectance greatly changes depending on the incident angle θ. Note that the phase of the reflectance R is φ. That is, the reflectance R is | R | ∠
φ, and | R | is the absolute value of the reflectance R. The phase φ is obtained from the above equation (3).
【0057】[0057]
【数4】 (Equation 4)
【0058】で与えられる。なお、図4から図7に示し
た特性図では液体が水の場合であったが、水とインクの
密度および縦波超音波の音速はほぼ同じと考えてよいの
で、液体がインクであっても反射の様子はほぼ同じであ
ると考えてよい。
Is given by In the characteristic diagrams shown in FIGS. 4 to 7, the liquid is water, but the density of water and ink and the sound speed of longitudinal ultrasonic waves may be considered to be substantially the same. It can be considered that the state of reflection is almost the same.
【0059】以上のように、反射率の絶対値および位相
シフト量は、液体の密度、液体中の縦波超音波の音速、
固体の密度、固体中の縦波超音波の音速、固体中の横波
超音波の音速、および音線3の入射角θに依存して決ま
る。特に、入射角θが横波に関する臨界角以上となる領
域においては完全反射が生じるが、反射率の位相シフト
量は入射角θに依存して大きく変化しており、180°
を越えて変化している場合もある。これは、図1および
図2に示した超音波収束装置において、超音波の反射面
4によって反射された超音波が、音線3の反射面4への
入射角θによっては、一部の音線は他の音線に対して逆
相で反射されることを意味しており、これに着目して反
射面4を構成しなければ、超音波発信源1から放射され
た縦波超音波が焦点5へ効率よく集まらないことを意味
している。
As described above, the absolute value of the reflectance and the amount of phase shift depend on the density of the liquid, the sound velocity of longitudinal ultrasonic waves in the liquid,
It is determined depending on the density of the solid, the sound velocity of the longitudinal ultrasonic wave in the solid, the sound velocity of the transverse ultrasonic wave in the solid, and the incident angle θ of the sound ray 3. In particular, complete reflection occurs in a region where the incident angle θ is equal to or larger than the critical angle for the transverse wave, but the phase shift amount of the reflectivity greatly changes depending on the incident angle θ, and is 180 °.
May have changed beyond This is because, in the ultrasonic convergence device shown in FIGS. 1 and 2, the ultrasonic wave reflected by the reflecting surface 4 of the ultrasonic wave is partially affected by the incident angle θ of the sound ray 3 to the reflecting surface 4. This means that the line is reflected in the opposite phase with respect to other sound rays, and if the reflection surface 4 is not formed by paying attention to this, the longitudinal wave ultrasonic wave radiated from the ultrasonic wave source 1 This means that the focus 5 is not efficiently gathered.
【0060】本発明に係る超音波収束装置は、図4から
図7に示したような反射率の入射角θへの依存性を考慮
に入れて反射面4の形状を決定する点が従来と異なって
いる。もう少し詳細に述べれば、反射面4は回転放物面
の一部となっているが、仮に前記回転放物面をその全面
にわたって超音波の反射面4として使用することを考え
たとき、前記回転放物面の各点で反射され焦点5へ到達
する超音波の位相が逆相となって到達する前記回転放物
面上の領域が存在するので、この領域を削除した形状と
なるように前記回転放物面の一部を切り出し、これを反
射面4として用いている。これによって、超音波発信源
1から放射され反射面4で反射されて焦点5へ到達する
超音波は全て同相で到達するようにできるので、超音波
エネルギーの焦点5への収束効率が向上する。
The ultrasonic focusing apparatus according to the present invention is different from the conventional one in that the shape of the reflecting surface 4 is determined in consideration of the dependence of the reflectance on the incident angle θ as shown in FIGS. Is different. In more detail, the reflecting surface 4 is a part of the paraboloid of revolution, but if the paraboloid of revolution is used as the reflecting surface 4 of ultrasonic waves over the entire surface, Since there is a region on the rotating paraboloid where the phase of the ultrasonic wave that is reflected at each point of the paraboloid and reaches the focal point 5 arrives in an opposite phase, there is a region in which the region is deleted so as to have a shape. A part of the paraboloid of revolution is cut out and used as the reflection surface 4. Thereby, all the ultrasonic waves radiated from the ultrasonic wave source 1 and reflected by the reflection surface 4 and reaching the focal point 5 can reach the same phase, so that the convergence efficiency of the ultrasonic energy to the focal point 5 is improved.
【0061】次に、反射面4の形状を決定する方法につ
いて具体的に説明する。図1において、反射面4の下端
部41の直径をdで表わす。反射面4の上端部の直径
(超音波発信源1の開口面の直径)はDとする。反射面
4は回転放物面の一部となっているが、図2に示す断面
形状において、以下、x軸の座標およびy軸の座標を超
音波発信源1の開口面の直径の半分の長さであるD/2
で規格化して、前記回転放物面に対応する放物線をy/
(D/2)=a{x/(D/2)}2 で表す。すなわ
ち、y=(2a/D)x2 で表す。ここで係数aの単位
は[m-1]である。
Next, a method for determining the shape of the reflecting surface 4 will be specifically described. In FIG. 1, the diameter of the lower end 41 of the reflection surface 4 is represented by d. The diameter of the upper end of the reflecting surface 4 (the diameter of the opening surface of the ultrasonic transmission source 1) is D. Although the reflecting surface 4 is a part of the paraboloid of revolution, in the cross-sectional shape shown in FIG. D / 2 which is the length
The parabola corresponding to the paraboloid of revolution is defined as y /
(D / 2) = a {x / (D / 2)} 2 . In other words, expressed by y = (2a / D) x 2. Here, the unit of the coefficient a is [m -1 ].
【0062】まず、超音波発信源1から放射され反射面
4で反射される縦波超音波の各音線3が全て同相で焦点
5へ到達する回転放物面の断面形状を決める係数aの決
定方法について述べる。
First, the coefficient a which determines the cross-sectional shape of the paraboloid of revolution, in which all sound rays 3 of longitudinal ultrasonic waves radiated from the ultrasonic wave source 1 and reflected by the reflecting surface 4 reach the focal point 5 in phase. The determination method will be described.
【0063】図1において超音波発信源1から放射され
る音線3が,反射面4に入射する際の入射角θのとる範
囲を求めてみる。前記放物線の傾き、すなわち、y’=
dy/dxが4ax/Dであることを考慮して、さらに
幾何学的考察から、入射角θのとる範囲は、
In FIG. 1, the range of the incident angle θ when the sound ray 3 emitted from the ultrasonic wave source 1 is incident on the reflecting surface 4 will be obtained. The slope of the parabola, ie, y ′ =
Considering that dy / dx is 4ax / D, and from geometrical considerations, the range of the incident angle θ is as follows:
【0064】[0064]
【数5】 (Equation 5)
【0065】になる。図4から図7に示した液体が水あ
るいはインク、固体が黄銅、亜鉛、マグネシウムおよび
アルミニウムの各場合の反射率の特性においても見られ
るように、反射率の位相シフト量は、入射角θが横波の
臨界角以上の領域、つまり液体中から入射した縦波超音
波が液体中へ完全反射する領域において、反射率の位相
が−180°になるような入射角が存在する。この入射
角をθ’とすると、θ’は前記式(3)において虚部が
零となる入射角θに等しい。なぜなら前記式(3)にお
いて虚部が零の場合は、簡単な代数計算から反射率R=
−1となるからである。前記式(3)において虚部が零
となる入射角θ’は次の
Is obtained. As can be seen in the reflectance characteristics in the case where the liquid is water or ink and the solid is brass, zinc, magnesium and aluminum as shown in FIGS. 4 to 7, the phase shift amount of the reflectance depends on the incident angle θ. In an area that is equal to or greater than the critical angle of the shear wave, that is, in an area where the longitudinal ultrasonic wave incident from the liquid is completely reflected into the liquid, there is an incident angle at which the phase of the reflectance becomes −180 °. Assuming that this incident angle is θ ′, θ ′ is equal to the incident angle θ at which the imaginary part in equation (3) becomes zero. Because, when the imaginary part is zero in the equation (3), the reflectance R =
This is because it becomes -1. In Equation (3), the incident angle θ ′ at which the imaginary part becomes zero is
【0066】[0066]
【数6】 (Equation 6)
【0067】によって求められる。また、入射角θが9
0°のときには前記式(3)から反射率の位相は−18
0°になる。また、入射角θが、
Is obtained by When the incident angle θ is 9
When the angle is 0 °, the phase of the reflectance is −18 according to the equation (3).
0 °. Also, the incident angle θ is
【0068】[0068]
【数7】 (Equation 7)
【0069】で表わされる領域においては反射率の位相
は0°以下である。なぜなら、前記式(3)において反
射率の位相が0°になるということは、反射率R=1に
なるということを意味する。反射率Rが1ということ
は、前記式(3)において虚部が零になるということを
意味する。しかし、式(3)において虚部が零になると
きの反射率Rは−1である。式(3)において反射率R
が1になるということは数学的にあり得ない。従って、
式(3)において入射角θの最小値であるtan-1(2
ad/D)が式(6)を満足するθ’以上で90°以下
になるように、つまり
In the region represented by the following expression, the phase of the reflectance is 0 ° or less. Because, in the equation (3), the fact that the phase of the reflectance becomes 0 ° means that the reflectance R = 1. When the reflectance R is 1, it means that the imaginary part in the equation (3) becomes zero. However, the reflectance R when the imaginary part becomes zero in the equation (3) is -1. In equation (3), the reflectance R
It cannot be mathematically possible that 1 becomes 1. Therefore,
In equation (3), the minimum value of the incident angle θ, tan −1 (2
ad / D) is not less than 90 ° and not less than θ ′ that satisfies the expression (6).
【0070】[0070]
【数8】 (Equation 8)
【0071】を満足するように、回転放物面の断面形状
を決める係数aを決定すれば、超音波発信源1から放射
され反射面4で反射されて焦点5へ到達する超音波は、
全て−180°から0°の範囲内の位相シフト量で焦点
5へ到達するようにできるので、すなわち同相で到達す
るようにできるので、超音波エネルギーの焦点5への収
束効率が向上する。なお、式(8)において入射角θが
90°以上になることは、前記反射面4の形状を前記回
転放物面の一部から構成しているので物理的には実際に
はあり得ないが、前記入射角θが90°に近くなること
はあり得る。
If the coefficient a for determining the cross-sectional shape of the paraboloid of revolution is determined so as to satisfy the following condition, the ultrasonic wave radiated from the ultrasonic wave source 1 and reflected by the reflecting surface 4 to reach the focal point 5 is:
Since it is possible to reach the focal point 5 with an amount of phase shift in the range of -180 ° to 0 °, that is, it is possible to reach the focal point 5 in the same phase, the convergence efficiency of the ultrasonic energy to the focal point 5 is improved. It should be noted that in the equation (8), the angle of incidence θ of 90 ° or more cannot be physically realized because the shape of the reflection surface 4 is formed by a part of the paraboloid of revolution. However, it is possible that the incident angle θ approaches 90 °.
【0072】以上、超音波発信源1から放射され反射面
4で反射されて焦点5へ到達する縦波超音波の各音線3
が、全て同相で焦点5へ到達するような回転放物面の断
面形状を決める係数aの決定方法について述べた。次
に、超音波発信源1から放射され反射面4で反射されて
焦点5へ到達する縦波超音波の各音線3が、全てほぼ同
じ位相シフト量で焦点5へ到達するような回転放物面の
断面形状を決める係数aの決定方法について例を挙げて
述べる。この場合、反射面4の下端部41の直径dは、
反射面4の上端部42の直径Dの半分とする。
As described above, each sound ray 3 of the longitudinal ultrasonic wave radiated from the ultrasonic wave source 1 and reflected by the reflection surface 4 to reach the focal point 5
However, the method of determining the coefficient a for determining the cross-sectional shape of the paraboloid of revolution so as to reach the focal point 5 in the same phase has been described. Next, each sound ray 3 of the longitudinal ultrasonic wave radiated from the ultrasonic wave source 1 and reflected by the reflection surface 4 and reaching the focal point 5 is rotated and released so as to reach the focal point 5 with almost the same phase shift amount. A method for determining the coefficient a for determining the cross-sectional shape of the object surface will be described with an example. In this case, the diameter d of the lower end 41 of the reflection surface 4 is
It is set to half the diameter D of the upper end portion 42 of the reflection surface 4.
【0073】超音波発信源1から放射される音線3の数
を仮にM本とし、その各音線3の振幅を全て1/Mとす
る。反射面4上での反射率をRで表す。ここで反射率R
は一般に、図4〜図7において示したように複素数であ
る。また、反射率Rは各音線3の反射面4への入射角θ
に依存してそれぞれ異なった値をとり、液体中での減衰
は無視できるものとする。このとき、焦点5における各
音線3に関する複素振幅をum(m=1〜M)で表す
と、複素振幅um=R/Mである。従って、焦点5にお
いて得られる振幅を|u|で表すと、
It is assumed that the number of sound rays 3 radiated from the ultrasonic wave source 1 is M, and the amplitude of each sound ray 3 is 1 / M. The reflectance on the reflection surface 4 is represented by R. Where the reflectance R
Is generally a complex number, as shown in FIGS. The reflectance R is the angle of incidence θ of each sound ray 3 on the reflecting surface 4.
, And take different values, and the attenuation in the liquid is negligible. At this time, if the complex amplitude of each sound ray 3 at the focal point 5 is represented by um (m = 1 to M), the complex amplitude um = R / M. Therefore, when the amplitude obtained at the focal point 5 is represented by | u |
【0074】[0074]
【数9】 (Equation 9)
【0075】となる。なお、本明細書においては、単に
振幅と表現した場合は複素振幅の絶対値を表し、複素数
である場合には複素振幅と呼ぶものとする。
Is obtained. In this specification, the expression “amplitude” indicates the absolute value of the complex amplitude, and the expression “complex amplitude” indicates the complex value.
【0076】液体を水あるいはインク、反射面4を構成
する固体部材を黄銅として、前記式(9)を使い、音線
3の数Mを十分大きく採り、焦点5において得られる振
幅|u|を計算した結果を図8に示す。なお、反射面4
の下端部41の直径は、上述したように超音波発信源1
の開口面の直径Dの半分とした。また、反射面4の上端
部42の直径は、超音波発信源1の開口面の直径D以上
とした。上端部42の直径がD以上であれば計算結果は
図8と同一となる。また、水と黄銅の超音波ないしは弾
性的特性に関する材料定数については上述したものと同
じものを用いた。
Using the liquid (water or ink) and the solid member constituting the reflection surface 4 as brass, using the above equation (9), taking the number M of the sound ray 3 to be sufficiently large, and obtaining the amplitude | u | FIG. 8 shows the calculated result. The reflection surface 4
The diameter of the lower end 41 of the ultrasonic transmission source 1 is as described above.
The diameter D of the opening surface was set to half. The diameter of the upper end portion 42 of the reflection surface 4 is equal to or larger than the diameter D of the opening surface of the ultrasonic wave transmission source 1. If the diameter of the upper end portion 42 is D or more, the calculation result is the same as FIG. The same material constants as those described above for the ultrasonic or elastic properties of water and brass were used.
【0077】図8より、前記係数aが約1.3×103
[m-1]以上であれば、振幅|u|は、ほぼ1になって
いる。これは、各音線3は反射面4上で完全反射され、
その際の反射に伴う位相シフト量が全ての音線3に関し
てほぼ同じ値になっていることを意味している。なお、
ここで位相シフト量とは前記式(4)に示した反射率R
の位相であるφを表す。
FIG. 8 shows that the coefficient a is about 1.3 × 10 3.
If it is [m -1 ] or more, the amplitude | u | is almost 1. This means that each sound ray 3 is completely reflected on the reflecting surface 4,
This means that the phase shift amount due to the reflection at that time has substantially the same value for all the sound rays 3. In addition,
Here, the phase shift amount is the reflectance R shown in the above equation (4).
Represents φ, which is the phase of
【0078】前記係数aが1.3×103 [m-1]のと
き、入射角θのとる範囲は、前記式(5)から略52°
〜略69°である。入射角θがこの範囲をとるとき、前
記式(4)で求められる各音線の反射に伴う位相シフト
量φの各音線間の差の最大値は略40°である。前記係
数aが1.3×103 [m-1]より大きくなるに従っ
て、前記の入射角θのとる範囲は小さくなる。したがっ
て、各音線の反射に伴う位相変化量φの各音線間の差も
小さくなる。
When the coefficient a is 1.3 × 10 3 [m -1 ], the range of the incident angle θ is approximately 52 ° from the above equation (5).
About 69 °. When the incident angle θ is within this range, the maximum value of the difference between the sound rays of the phase shift amount φ due to the reflection of each sound ray obtained by the above equation (4) is approximately 40 °. As the coefficient a becomes larger than 1.3 × 10 3 [m −1 ], the range of the incident angle θ becomes smaller. Accordingly, the difference between the sound rays in the phase change amount φ due to the reflection of each sound ray is also small.
【0079】この実施の形態1の超音波収束装置では、
前記放物線の形状を決定する係数aを前記範囲に設定す
る。これによって、反射面4による反射の際の位相シフ
ト量が反射面4上の全ての点において、ほぼ同じ値とな
るので、焦点5へのエネルギー収束効率を高くできる。
特に前記係数aが1.3×103 [m-1]より大きくな
るに従って、前記の入射角θのとる範囲は小さくなり、
各音線の反射に伴う位相変化量φの各音線間の差はさら
に小さくなるので、焦点5へのエネルギー収束効率をさ
らに高くできる。
In the ultrasonic focusing apparatus according to the first embodiment,
A coefficient a for determining the shape of the parabola is set in the range. As a result, the amount of phase shift at the time of reflection by the reflecting surface 4 becomes substantially the same at all points on the reflecting surface 4, so that the efficiency of energy convergence to the focal point 5 can be increased.
In particular, as the coefficient a becomes larger than 1.3 × 10 3 [m −1 ], the range of the incident angle θ becomes smaller,
Since the difference between the sound rays in the phase change amount φ due to the reflection of each sound ray is further reduced, the energy convergence efficiency to the focal point 5 can be further increased.
【0080】図9は、液体が水あるいはインク、前記固
体部材が亜鉛の場合について、図8と同様にして求めた
焦点5において得られる振幅|u|である。水あるいは
インクと亜鉛の超音波ないしは弾性的特性に関する材料
定数については上述したものと同じものを用いた。前記
係数aが約1×103 [m-1]以上であれば、振幅|u
|は、ほぼ1になっている。なお、前記係数aが1.0
×103 [m-1]のとき、入射角θのとる範囲は前記式
(5)から略45°〜略63°である。入射角θがこの
範囲をとるとき、前記式(4)で求められる各音線の反
射に伴う位相変化量φの各音線間の差の最大値は略28
°である。
FIG. 9 shows the amplitude | u | obtained at the focal point 5 obtained in the same manner as in FIG. 8 when the liquid is water or ink and the solid member is zinc. The same material constants as those described above for the ultrasonic or elastic properties of water or ink and zinc were used. If the coefficient a is about 1 × 10 3 [m −1 ] or more, the amplitude | u
| Is almost 1. Note that the coefficient a is 1.0
In the case of × 10 3 [m -1 ], the range of the incident angle θ is approximately 45 ° to approximately 63 ° from the above formula (5). When the incident angle θ is in this range, the maximum value of the difference between the sound rays of the phase change amount φ due to the reflection of each sound ray obtained by the above equation (4) is approximately 28.
°.
【0081】図10は、液体が水あるいはインク、前記
固体部材がマグネシウムの場合について、図8と同様に
して求めた焦点5において得られる振幅|u|である。
水あるいはインクとマグネシウムの超音波ないしは弾性
的特性に関する材料定数については上述したものと同じ
ものを用いた。前記係数aが約0.8×103 [m-1
以上であれば、振幅|u|は、ほぼ1になっている。な
お、前記係数aが0.8×103 [m-1]のとき、入射
角θのとる範囲は前記式(5)から略39°〜略58°
である。入射角θがこの範囲をとるとき、前記式(4)
で求められる各音線の反射に伴う位相変化量φの各音線
間の差の最大値は略18°である。
FIG. 10 shows the amplitude | u | obtained at the focal point 5 obtained in the same manner as in FIG. 8 when the liquid is water or ink and the solid member is magnesium.
The same material constants as those described above for the ultrasonic or elastic properties of water or ink and magnesium were used. The coefficient a is about 0.8 × 10 3 [m -1 ]
Above, the amplitude | u | is almost 1. When the coefficient a is 0.8 × 10 3 [m −1 ], the range of the incident angle θ is approximately 39 ° to approximately 58 ° according to the expression (5).
It is. When the incident angle θ is within this range, the above equation (4)
The maximum value of the difference between the sound rays in the amount of phase change φ due to the reflection of each sound ray, which is obtained by the above, is approximately 18 °.
【0082】図11は、液体が水あるいはインク、前記
固体部材がアルミニウムの場合について、図8と同様に
して求めた焦点5において得られる振幅|u|である。
水あるいはインクとアルミニウムの超音波ないしは弾性
的特性に関する材料定数については上述したものと同じ
ものを用いた。前記係数aが約0.7×103 [m-1
以上であれば、振幅|u|は、ほぼ1になっている。な
お、前記係数aが0.7×103 [m-1]のとき、入射
角θのとる範囲は前記式(5)から略35°〜略55°
である。入射角θがこの範囲をとるとき、前記式(4)
で求められる各音線の反射に伴う位相変化量φの各音線
間の差の最大値は略32°である。
FIG. 11 shows the amplitude | u | obtained at the focal point 5 obtained in the same manner as in FIG. 8 when the liquid is water or ink and the solid member is aluminum.
The same material constants as those described above for the ultrasonic or elastic properties of water or ink and aluminum were used. The coefficient a is about 0.7 × 10 3 [m -1 ]
Above, the amplitude | u | is almost 1. When the coefficient a is 0.7 × 10 3 [m −1 ], the range of the incident angle θ is approximately 35 ° to approximately 55 ° from the above equation (5).
It is. When the incident angle θ is within this range, the above equation (4)
The maximum value of the difference between the sound rays in the amount of phase change φ due to the reflection of each sound ray, which is obtained by the above, is approximately 32 °.
【0083】以上のいくつかの例から判明するように、
前記式(4)で求められる各音線の反射に伴う位相変化
量φの各音線間の差の最大値が略40°以下になるよう
に前記係数aを決定し、前記式(5)から求まる入射角
θのとる範囲を設定すれば、前記式(9)で求められる
焦点における振幅|u|は、ほぼ1になる。また、この
実施の形態1においては、従来とは異なり、反射面4に
おける反射率の振幅(絶対値)のみでなく位相も考慮に
入れ、超音波発信源1から発生した各音線3が反射面4
上で完全反射され、その際の反射に伴う位相変化量の値
が全ての音線3に関して同相となるように、反射面4の
形状を入射角の最小値であるtan-1(2ad/D)が
前記式(6)を満足する入射角であるθ’以上になるよ
うに決定した。これにより、従来と比較して高いエネル
ギー効率で超音波発信源1で発生した超音波エネルギー
を焦点5に収束させることができる作用効果が得られ
る。
As can be seen from the above examples,
The coefficient a is determined so that the maximum value of the difference between the sound rays of the phase change amount φ due to the reflection of each sound ray obtained by the above equation (4) becomes approximately 40 ° or less, and the above equation (5) Is set, the amplitude | u | at the focal point obtained by the above equation (9) becomes approximately 1. Further, in the first embodiment, unlike the related art, not only the amplitude (absolute value) of the reflectance on the reflection surface 4 but also the phase is taken into consideration, and each sound ray 3 generated from the ultrasonic transmission source 1 is reflected. Face 4
The shape of the reflecting surface 4 is changed to tan -1 (2ad / D) which is the minimum value of the incident angle so that the light is completely reflected on the upper side, and the value of the phase change accompanying the reflection at that time becomes the same phase for all the sound rays 3. ) Is equal to or more than the incident angle θ ′ that satisfies the expression (6). As a result, an operation and effect can be obtained in which the ultrasonic energy generated by the ultrasonic transmission source 1 can be converged on the focal point 5 with higher energy efficiency as compared with the related art.
【0084】また、反射面4の形状を決める前記係数a
を、超音波発信源1から発生した縦波超音波の各音線3
が反射面4上で完全反射され、その際の反射に伴う位相
変化量が全ての音線3に関してほぼ同じ値となるように
決めたので、焦点5へ収束する超音波エネルギーの収束
効率を向上できる作用効果が得られる。
The coefficient a for determining the shape of the reflecting surface 4
To each sound ray 3 of the longitudinal ultrasonic wave generated from the ultrasonic transmission source 1.
Is completely reflected on the reflecting surface 4 and the amount of phase change due to the reflection at that time is determined to be substantially the same for all the sound rays 3, so that the convergence efficiency of the ultrasonic energy converging to the focal point 5 is improved. Possible effects can be obtained.
【0085】なお、以上の説明では、反射面4を構成す
る固体部材が液体中に配置されている場合であったが、
前記固体部材の全体が前記液体中に浸されている必要は
なく、この実施の形態1は、超音波発信源1から放射さ
れ、反射面4で反射され、焦点5へ到達する縦波超音波
の所要の伝搬経路のみが液体で充填されている場合にも
適用できることは言うまでもない。
In the above description, the case where the solid member forming the reflection surface 4 is disposed in the liquid has been described.
The entirety of the solid member does not need to be immersed in the liquid, and the first embodiment is directed to a longitudinal ultrasonic wave radiated from the ultrasonic wave source 1, reflected by the reflecting surface 4, and reaching the focal point 5. Needless to say, the present invention can also be applied to a case where only the required propagation path is filled with the liquid.
【0086】以上のように、この実施の形態1によれ
ば、反射面4における反射率の振幅(絶対値)のみでな
く位相も考慮に入れ、超音波発信源1から発生した各音
線3が反射面4上で完全反射され、その際の反射に伴う
位相変化量の値が全ての音線3に関して同相となるよう
に反射面4の形状を構成したので、超音波発信源1で発
生した超音波エネルギーを高いエネルギー効率で焦点5
に収束させることができる超音波収束装置が得られる効
果がある。
As described above, according to the first embodiment, not only the amplitude (absolute value) of the reflectance on the reflecting surface 4 but also the phase is taken into consideration, and each sound ray 3 generated from the ultrasonic wave transmission source 1 is taken into account. Is completely reflected on the reflecting surface 4, and the shape of the reflecting surface 4 is configured so that the value of the phase change accompanying the reflection at that time is in the same phase with respect to all the sound rays 3. Focused ultrasonic energy with high energy efficiency 5
Thus, there is an effect that an ultrasonic convergence device capable of converging the laser beam is obtained.
【0087】また、反射面4の形状を決める係数aを、
超音波発信源1から発生した縦波超音波の各音線3が反
射面4上で完全反射される際の位相シフト量を全ての音
線3に関してほぼ同じ値となるように決定したので、焦
点5へ収束する超音波エネルギーの収束効率を向上でき
る超音波収束装置が得られる効果がある。
The coefficient a for determining the shape of the reflecting surface 4 is given by
Since the phase shift amount when each sound ray 3 of the longitudinal ultrasonic wave generated from the ultrasonic wave transmission source 1 is completely reflected on the reflecting surface 4 is determined so as to be almost the same value for all the sound rays 3, There is an effect that an ultrasonic convergence device capable of improving the convergence efficiency of the ultrasonic energy converging to the focal point 5 is obtained.
【0088】実施の形態2.図12は、この実施の形態
2の超音波収束装置の構成を示す模式図であり、図13
は図12に示すz軸に垂直な断面の断面図である。この
実施の形態の超音波収束装置では、超音波発信源の音響
放射面である開口面は長方形であり、反射面は回転放物
面ではなく、ある方向に沿って一様である放物面の一部
の形状を有し、前記超音波発信源から液体中に放射され
た縦波超音波の焦点は線状に形成される。
Embodiment 2 FIG. 12 is a schematic diagram showing the configuration of the ultrasonic convergence device according to the second embodiment.
FIG. 13 is a sectional view of a section perpendicular to the z-axis shown in FIG. In the ultrasonic convergence device of this embodiment, the aperture surface, which is the acoustic radiation surface of the ultrasonic wave source, is rectangular, and the reflection surface is not a paraboloid of revolution, but a paraboloid that is uniform along a certain direction. The focal point of the longitudinal ultrasonic wave emitted into the liquid from the ultrasonic wave source is formed linearly.
【0089】図12において、5は液体中に放射された
縦波超音波の線状に形成される焦点である。11は超音
波発信源であり、音響放射面である開口面は長方形に構
成されている。また、超音波発信源11の開口面は液体
に接しており、超音波発信源11から液体中に超音波が
放射される。前記液体中には、表面の一部が、ある方向
に沿って一様な放物面の一部の形状を有する固体部材が
配置されている。前記固体部材の前記表面の一部は、超
音波発信源11から前記液体中に放射された超音波を前
記液体中で反射させる超音波の反射面として使用され
る。図12においては、図を見やすくするため前記固体
部材は図示はせず、前記固体部材の前記表面の一部であ
る超音波の反射面に符号14を付し、この反射面14の
みを図示している。41aは反射面14の下端部、42
aは反射面14の上端部である。なお、図13において
も同様であり、図12と同一または相当の部分について
は同一の符号を付し説明を省略する。図13において、
符号3と矢印を付して示した線は、超音波発信源11か
ら放射された超音波の音線を示し、矢印の方向は超音波
の伝搬方向を表している。
In FIG. 12, reference numeral 5 denotes a linearly formed focal point of longitudinal ultrasonic waves radiated into the liquid. Reference numeral 11 denotes an ultrasonic wave source, and an opening surface, which is an acoustic radiation surface, is formed in a rectangular shape. In addition, the opening surface of the ultrasonic transmission source 11 is in contact with the liquid, and the ultrasonic transmission source 11 emits ultrasonic waves into the liquid. In the liquid, there is disposed a solid member having a part of a surface having a shape of a part of a uniform paraboloid along a certain direction. A part of the surface of the solid member is used as an ultrasonic reflecting surface for reflecting the ultrasonic waves emitted from the ultrasonic wave source 11 into the liquid in the liquid. In FIG. 12, the solid member is not shown for the sake of simplicity, and reference numeral 14 is assigned to the ultrasonic reflection surface which is a part of the surface of the solid member, and only this reflection surface 14 is shown. ing. 41a is the lower end of the reflection surface 14, 42
a is the upper end of the reflection surface 14. The same applies to FIG. 13, and the same or corresponding parts as in FIG. 12 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. In FIG.
The line indicated by the reference numeral 3 and an arrow indicates a sound ray of the ultrasonic wave radiated from the ultrasonic wave source 11, and the direction of the arrow indicates the propagation direction of the ultrasonic wave.
【0090】図12において、y軸は、前記放物面の断
面である放物線の中心軸に相当する。また、z軸は、前
記放物面が一様な形状である方向に設定されている。ま
た、x軸はz軸とy軸に垂直な方向に設定している。y
軸が超音波発信源11の開口面と直交するように超音波
発信源11を配している。さらに、このy軸が超音波発
信源11の開口面の中心点を通るように、超音波発信源
11と超音波の反射面14とを相対的に配置している。
さらに、超音波発信源11の開口面の形状である長方形
の各辺はx軸とz軸に平行となるように、超音波発信源
11と反射面14を相対的に配置している。
In FIG. 12, the y-axis corresponds to the central axis of a parabola which is a cross section of the paraboloid. The z-axis is set in a direction in which the paraboloid has a uniform shape. The x-axis is set in a direction perpendicular to the z-axis and the y-axis. y
The ultrasonic transmission source 11 is arranged so that the axis is orthogonal to the opening surface of the ultrasonic transmission source 11. Further, the ultrasonic transmission source 11 and the ultrasonic reflection surface 14 are relatively arranged so that the y-axis passes through the center point of the opening surface of the ultrasonic transmission source 11.
Further, the ultrasonic transmission source 11 and the reflection surface 14 are relatively arranged so that each side of the rectangle which is the shape of the opening surface of the ultrasonic transmission source 11 is parallel to the x-axis and the z-axis.
【0091】また、図12において、座標の原点は、前
記放物面の断面である放物線がy軸と交差する点にとら
れている。長さの単位を[m]で表すと、反射面14の
断面形状は、係数a’を用いてy=a’x2 と表わされ
る。ここで、係数a’の単位は[m-1]である。
In FIG. 12, the origin of the coordinates is taken at the point where the parabola, which is a cross section of the paraboloid, intersects the y-axis. If the unit of length is represented by [m], the cross-sectional shape of the reflection surface 14 is represented as y = a′x 2 using the coefficient a ′. Here, the unit of the coefficient a ′ is [m −1 ].
【0092】また、図12において、前記反射面14の
下端部に符号41a、上端部に符号42aを付して示し
ているが、2つの下端部41aの間のx軸方向に沿った
距離は、超音波発信源11の開口面のx軸方向に沿った
長さをDとすると、D以下にしてある。また、2つの上
端部42aの間のx軸方向に沿った距離は、超音波発信
源11の開口面のx軸方向に沿った長さDよりも大きく
ても、小さくても、あるいは同じでも構わない。但し、
2つの上端部42aの間のx軸方向に沿った距離を、超
音波発信源11の開口面のx軸方向に沿った長さDと等
しいかあるいは大きくすれば、超音波発信源11から放
射された超音波のエネルギーを全て使用できるのでエネ
ルギー利用効率を高くできる利点がある。
In FIG. 12, the lower end of the reflection surface 14 is denoted by reference numeral 41a and the upper end thereof is denoted by reference numeral 42a. The distance between the two lower ends 41a along the x-axis direction is as follows. When the length along the x-axis direction of the opening surface of the ultrasonic wave transmission source 11 is D, the length is D or less. Further, the distance along the x-axis direction between the two upper ends 42a may be larger, smaller, or the same as the length D along the x-axis direction of the opening surface of the ultrasonic wave transmission source 11. I do not care. However,
If the distance along the x-axis direction between the two upper ends 42a is equal to or greater than the length D along the x-axis direction of the opening surface of the ultrasonic transmission source 11, radiation from the ultrasonic transmission source 11 is obtained. There is an advantage that the energy utilization efficiency can be increased because all of the energy of the ultrasonic wave thus obtained can be used.
【0093】また、図12においては、超音波の反射面
14の上端部42aと超音波発信源11の開口面とが空
間的に離れた場合について図示しているが、この離間距
離は零であっても構わないし、図12において前記上端
部42aが超音波発信源11の開口面の上側に位置する
ようになっていても構わない。
FIG. 12 shows a case where the upper end portion 42a of the ultrasonic reflecting surface 14 and the opening surface of the ultrasonic wave transmitting source 11 are spatially separated, but this separation distance is zero. The upper end portion 42a may be located above the opening surface of the ultrasonic wave transmission source 11 in FIG.
【0094】次に、図12および図13に示した超音波
収束装置の動作について説明する。前記実施の形態1に
おいては、反射面4は回転放物面形状の一部の形状であ
ったので焦点5は空間中の1点であったが、この実施の
形態2においては、反射面14はz軸方向に沿って一様
な放物面の一部の形状であるので、反射面14によって
反射された超音波はz軸に沿って線状に収束する。すな
わち、z軸に沿って線状に連続的に分布した焦点5が存
在する。超音波が線状に収束するという意味では前記焦
点5は焦線と呼ぶこともできるが、ここでは簡単にする
ため焦点という。
Next, the operation of the ultrasonic convergence device shown in FIGS. 12 and 13 will be described. In the first embodiment, the reflection surface 4 is a part of the paraboloid of revolution, so the focal point 5 is one point in the space. However, in the second embodiment, the reflection surface 14 Is a shape of a part of a paraboloid uniform along the z-axis direction, so that the ultrasonic waves reflected by the reflecting surface 14 converge linearly along the z-axis. That is, there is a focal point 5 that is continuously distributed linearly along the z-axis. The focal point 5 can be called a focal line in the sense that the ultrasonic wave converges linearly, but is referred to as a focal point here for simplicity.
【0095】超音波発信源11から液体中に放射された
縦波超音波の各音線3は、y軸に平行に沿って液体中を
進み反射面14に入射する。反射面14によって反射さ
れた各音線3は前記液体中を進み焦点5に収束する。な
お、反射面14のz軸に垂直な断面の形状は放物線であ
ることから、各音線3が超音波発信源11から焦点5ま
で伝搬する距離は、音線によらず一定である。
Each sound ray 3 of the longitudinal ultrasonic wave radiated into the liquid from the ultrasonic wave source 11 travels in the liquid along the y-axis and enters the reflecting surface 14. Each sound ray 3 reflected by the reflecting surface 14 advances in the liquid and converges on the focal point 5. Since the shape of the cross section of the reflection surface 14 perpendicular to the z-axis is a parabola, the distance that each sound ray 3 propagates from the ultrasonic wave source 11 to the focal point 5 is constant regardless of the sound ray.
【0096】さて、この発明の実施の形態2の超音波収
束装置では、超音波の反射面14の形状を前記液体の超
音波に係る特性と、上述した固体部材の弾性的特性とに
基づいて決める点が従来とは異なった点である。
In the ultrasonic focusing apparatus according to the second embodiment of the present invention, the shape of the ultrasonic reflecting surface 14 is determined based on the characteristics related to the ultrasonic waves of the liquid and the elastic characteristics of the solid member described above. The decision point is different from the conventional one.
【0097】この実施の形態2において、液体が水ある
いはインクであり固体が黄銅の場合、液体が水あるいは
インクであり固体が亜鉛の場合、液体が水あるいはイン
クであり固体がマグネシウムの場合、および液体が水あ
るいはインクで固体がアルミニウムの場合のそれぞれの
場合について、反射率の入射角θへの依存性は、それぞ
れ図4から図7に示したものと同じである。
In the second embodiment, when the liquid is water or ink and the solid is brass, when the liquid is water or ink and the solid is zinc, when the liquid is water or ink and the solid is magnesium, and In each case where the liquid is water or ink and the solid is aluminum, the dependence of the reflectance on the incident angle θ is the same as that shown in FIGS. 4 to 7, respectively.
【0098】すなわち、前記実施の形態1と同様にこの
実施の形態2においても、反射率の絶対値および位相
は、液体の密度、液体中の縦波超音波の音速、固体の密
度、固体中の縦波超音波の音速、固体中の横波超音波の
音速、および音線3の入射角に依存して決まる。特に、
入射角θが横波超音波に関する臨界角以上となる領域に
おいては完全反射が生じるが、反射率の位相は入射角θ
により大きく異なり、180°を越えて変化する。これ
は、図12および図13に示した超音波収束装置におい
て、超音波の反射面14によって反射された超音波が、
音線3の反射面14への入射角によっては、一部が他に
対して逆相で反射されることを意味しており、これに着
目して反射面14を構成しなければ、超音波発信源11
から放射された縦波超音波が焦点5へ効率よく集まらな
いことを意味している。
That is, in the second embodiment as well as in the first embodiment, the absolute value and phase of the reflectivity are determined by the density of the liquid, the sound velocity of longitudinal ultrasonic waves in the liquid, the density of the solid, and the density of the solid. Is determined depending on the sound speed of the longitudinal ultrasonic wave, the sound speed of the transverse ultrasonic wave in the solid, and the incident angle of the sound ray 3. Especially,
In a region where the incident angle θ is equal to or larger than the critical angle for the shear wave ultrasonic wave, perfect reflection occurs, but the phase of the reflectance is the incident angle θ.
And varies over 180 °. This is because, in the ultrasonic focusing device shown in FIGS. 12 and 13, the ultrasonic wave reflected by the ultrasonic reflecting surface 14 is
Depending on the angle of incidence of the sound ray 3 on the reflecting surface 14, it means that a part of the sound ray 3 is reflected in an opposite phase to the other. Source 11
Means that the longitudinal ultrasonic waves radiated from the laser beam do not efficiently reach the focal point 5.
【0099】この実施の形態2の超音波収束装置でも、
図4〜図7に示したような反射率の入射角θへの依存性
を考慮に入れて反射面14の形状を決定する点が従来と
異なっている。もう少し詳細に述べれば、反射面14の
x軸とy軸を含む断面は放物線の一部となっているが、
仮に前記断面が放物線である固体部材の表面を全面にわ
たって超音波の反射面として使用したことを考えたと
き、焦点5へ到達する超音波の位相が逆相となって到達
する前記表面上の領域が存在するので、この領域を削除
した形状となるように、前記表面の一部を切り出して、
これを反射面14として用いている。これによって、超
音波発信源11から放射され反射面14で反射されて焦
点5へ到達する超音波は全て同相で到達するようにでき
るので、超音波エネルギーの焦点5への収束効率が向上
する。
In the ultrasonic convergence apparatus of the second embodiment,
The point that the shape of the reflecting surface 14 is determined in consideration of the dependency of the reflectance on the incident angle θ as shown in FIGS. More specifically, the cross section of the reflecting surface 14 including the x axis and the y axis is a part of a parabola.
Assuming that the surface of the solid member whose cross section is a parabola is used as an ultrasonic reflecting surface over the entire surface, the area on the surface where the phase of the ultrasonic wave reaching the focal point 5 reaches the opposite phase is reached. Is present, so that a part of the surface is cut out so as to have a shape in which this region is deleted,
This is used as the reflection surface 14. Thereby, all the ultrasonic waves radiated from the ultrasonic wave source 11 and reflected by the reflection surface 14 and reaching the focal point 5 can reach the same phase, so that the efficiency of convergence of the ultrasonic energy to the focal point 5 is improved.
【0100】次に、具体的に反射面14の形状を決定す
る方法について述べる。図12において、反射面14の
2つの下端部41aの間のx軸方向に沿った距離をDと
した場合について説明する。2つの上端部42aの間の
x軸方向に沿った距離はD以上であり、反射面14はz
軸に垂直な断面が放物線である形状の一部となっている
が、図13に示す断面形状において、以下、x軸の座標
およびy軸の座標を、超音波発信源11の開口面のx軸
方向に沿った長さの半分の長さであるD/2で規格化
し、前記放物面に対応する放物線をy/(D/2)=a
{x/(D/2)}2 で表す。すなわち、y=(2a/
D)x2 で表す。ここでaの単位は[m-1]である。
Next, a method for determining the shape of the reflecting surface 14 will be described specifically. In FIG. 12, the case where the distance along the x-axis direction between the two lower ends 41a of the reflection surface 14 is D will be described. The distance along the x-axis direction between the two upper ends 42a is D or more, and the reflecting surface 14 is z
Although the cross section perpendicular to the axis is part of the shape of a parabola, in the cross sectional shape shown in FIG. 13, the coordinates of the x axis and the coordinates of the y axis are hereinafter referred to as x of the aperture plane of the ultrasonic wave transmission source 11. The parabola corresponding to the paraboloid is normalized by D / 2, which is half the length along the axial direction, and y / (D / 2) = a
It is represented by {x / (D / 2)} 2 . That is, y = (2a /
D) represented by x 2. Here, the unit of a is [m -1 ].
【0101】先ず、超音波発信源11から放射され反射
面14で反射される縦波超音波の各音線3が、全て同相
で焦点5へ到達するような、前記放物面の断面形状を決
定する係数aの決定方法について述べる。
First, the cross-sectional shape of the parabolic surface is set such that all sound rays 3 of longitudinal ultrasonic waves emitted from the ultrasonic wave source 11 and reflected by the reflection surface 14 reach the focal point 5 in the same phase. A method for determining the coefficient a to be determined will be described.
【0102】図13において超音波発信源11から放射
される音線3が反射面14に入射する際の入射角θのと
る範囲は、前記実施の形態1の記述にみられる考察と同
様の考察をこの実施の形態2について行うことから同じ
式で表されることが判る。さらに、反射率の位相は、入
射角θが横波超音波の臨界角以上の領域、つまり液体中
の縦波超音波が完全反射する領域において、反射率の位
相が−180°になるような、前記式(6)を満足する
入射角θ’が存在する。また、入射角θが90°のとき
に反射率の位相は−180°になり、入射角θがθ’〜
90°の領域においては、反射率の位相は0゜以下であ
る。従って、入射角θの最小値であるtan-1(2ad
/D)がθ’以上になるように、前記放物面の断面形状
を決める係数aを決定すれば、超音波発信源11から放
射され反射面14で反射されて焦点5へ到達する超音波
は全て同相で到達するようにできるので、超音波エネル
ギーの焦点5への収束効率が向上する。
In FIG. 13, the range of the incident angle θ when the sound ray 3 radiated from the ultrasonic wave transmitting source 11 is incident on the reflecting surface 14 is the same as that described in the description of the first embodiment. Is performed in the second embodiment, it can be seen that the same equation is used. Furthermore, the phase of the reflectivity is such that the incident angle θ is equal to or greater than the critical angle of the transverse ultrasonic wave, that is, in the region where the longitudinal ultrasonic wave in the liquid is completely reflected, the reflectivity phase is -180 °. There is an incident angle θ ′ that satisfies the expression (6). When the incident angle θ is 90 °, the phase of the reflectance is −180 °, and the incident angle θ is θ ′ to
In the region of 90 °, the phase of the reflectance is 0 ° or less. Therefore, the minimum value of the incident angle θ, tan −1 (2ad
If the coefficient a for determining the cross-sectional shape of the paraboloid is determined so that / D) is equal to or greater than θ ′, the ultrasonic wave radiated from the ultrasonic wave source 11 and reflected by the reflecting surface 14 to reach the focal point 5 Can be made to arrive in phase, so that the efficiency of convergence of the ultrasonic energy to the focal point 5 is improved.
【0103】以上、超音波発信源11から放射され反射
面14で反射されて焦点5へ到達する縦波超音波の各音
線3が全て同相で焦点5へ到達する放物面の断面形状を
決める係数aの決定方法について述べた。
As described above, the cross-sectional shape of the parabolic surface in which all the acoustic rays 3 of the longitudinal ultrasonic wave which are radiated from the ultrasonic wave source 11 and reflected by the reflecting surface 14 and reach the focal point 5 reach the focal point 5 in the same phase. The method of determining the coefficient a to be determined has been described.
【0104】次に、超音波発信源11から放射され反射
面14で反射されて焦点5へ到達する縦波超音波の各音
線3が、全てほぼ同じ位相で焦点5へ到達するようにで
きる放物面の断面形状を決める係数aの決定方法を、反
射面14の2つの下端部41aの離間距離dが2つの上
端部42aの離間距離Dの半分とした場合について、例
を挙げて述べる。
Next, the sound rays 3 of the longitudinal ultrasonic waves which are radiated from the ultrasonic wave source 11 and reflected by the reflecting surface 14 and reach the focal point 5 can all reach the focal point 5 with almost the same phase. The method of determining the coefficient a for determining the cross-sectional shape of the paraboloid will be described using an example in the case where the distance d between the two lower ends 41a of the reflection surface 14 is half the distance D between the two upper ends 42a. .
【0105】前記実施の形態1と同様にこの実施の形態
2においても、z軸に垂直な各断面ごとに前記式(9)
を使って、超音波発信源11から放射される音線の数を
仮にM本として、Mを十分大きくとり、焦点5において
得られる振幅|u|を、液体を水あるいはインク、反射
面14を構成する固体部材を黄銅、亜鉛、マグネシウ
ム、アルミニウムとして求めると、前記どの断面におい
ても図8〜図11と同じ結果になる。なお、ここで2つ
の下端部41aの間のx軸方向に沿った距離dは、上述
したように超音波発信源11の開口面のx軸方向に沿っ
た長さDの半分であり、また、2つの上端部42aの間
のx軸に沿った距離はD以上である。さらに、水あるい
はインク、黄銅、亜鉛、マグネシウム、およびアルミニ
ウムの超音波ないしは弾性的特性に関する材料定数につ
いては上述したものを用いた。
As in the first embodiment, also in the second embodiment, the equation (9) is applied to each section perpendicular to the z-axis.
Is assumed to be M, the number of sound rays radiated from the ultrasonic transmission source 11 is assumed to be M, M is sufficiently large, and the amplitude | u | When the constituent solid members are determined as brass, zinc, magnesium, and aluminum, the same results as in FIGS. Here, the distance d along the x-axis direction between the two lower ends 41a is half of the length D along the x-axis direction of the opening surface of the ultrasonic wave transmission source 11 as described above, and The distance along the x-axis between the two upper ends 42a is D or more. Further, the material constants relating to the ultrasonic or elastic properties of water or ink, brass, zinc, magnesium, and aluminum were as described above.
【0106】図8より、液体が水あるいはインク、固体
が黄銅のときは係数aを約1.3×103 [m-1]以上
にすれば、前記式(9)から求まる振幅|u|は、ほぼ
1になる。なお、前記式(4)で求められる各音線の反
射に伴う位相シフト量φの各音線の間の差の最大値は、
前記実施の形態1において述べた値と同じである。これ
は、z軸に垂直なすべての断面内において各音線3は反
射面14上で完全反射され、その際の反射に伴う位相シ
フト量φが全ての音線に関してほぼ同じ値になっている
ことを意味している。この実施の形態2での超音波収束
装置では、前記放物線の形状を決定する前記係数aを前
記範囲に設定する。これによって、反射面14による反
射の際の位相シフト量φが反射面14上の全ての点にお
いて、ほぼ同じ値となるので、焦点5へのエネルギー収
束効率を高くできる。
As shown in FIG. 8, when the liquid is water or ink and the solid is brass, if the coefficient a is set to about 1.3 × 10 3 [m -1 ] or more, the amplitude | u | Becomes almost 1. Note that the maximum value of the difference between the sound rays of the phase shift amount φ due to the reflection of each sound ray obtained by the above equation (4) is:
The values are the same as those described in the first embodiment. This is because, in all cross sections perpendicular to the z-axis, each sound ray 3 is completely reflected on the reflecting surface 14, and the phase shift amount φ accompanying the reflection at this time has substantially the same value for all sound rays. Means that. In the ultrasonic focusing apparatus according to the second embodiment, the coefficient a for determining the shape of the parabola is set in the range. Thereby, the phase shift amount φ at the time of reflection by the reflecting surface 14 becomes substantially the same at all points on the reflecting surface 14, so that the efficiency of energy convergence to the focal point 5 can be increased.
【0107】また、図9より、液体が水あるいはイン
ク、固体が亜鉛のときは前記係数aを約1×103 [m
-1]以上にすることにより、前記振幅|u|は、ほぼ1
になる。なお、このときの前記式(4)で求められる各
音線の反射に伴う位相シフト量φの各音線の間の差の最
大値は前記実施の形態1において述べた値と同じであ
る。
From FIG. 9, when the liquid is water or ink and the solid is zinc, the coefficient a is set to about 1 × 10 3 [m
-1 ] or more, the amplitude | u |
become. At this time, the maximum value of the difference between the sound rays of the phase shift amount φ due to the reflection of each sound ray obtained by the above equation (4) is the same as the value described in the first embodiment.
【0108】また、図10より、液体が水あるいはイン
ク、固体がマグネシウムのときは前記係数aを約0.8
×103 [m-1]以上にすることにより、前記振幅|u
|は、ほぼ1になる。なお、このときの前記式(4)で
求められる各音線の反射に伴う位相シフト量φの各音線
の間の差の最大値は、前記実施の形態1において述べた
値と同じである。
From FIG. 10, when the liquid is water or ink and the solid is magnesium, the coefficient a is set to about 0.8.
When the amplitude | u is set to be not less than × 10 3 [m −1 ],
| Is almost 1. At this time, the maximum value of the difference between the sound rays of the phase shift amount φ due to the reflection of each sound ray calculated by the above equation (4) is the same as the value described in the first embodiment. .
【0109】また、図11より、液体が水あるいはイン
ク、固体がアルミニウムのときは前記係数aを約0.7
×103 [m-1]以上にすることにより、前記振幅|u
|は、ほぼ1になる。なお、このときの前記式(4)で
求められる各音線の反射に伴う位相変化量φの各音線の
間の差の最大値は前記実施の形態1において述べた値と
同じである。
Further, from FIG. 11, when the liquid is water or ink and the solid is aluminum, the coefficient a is set to about 0.7.
When the amplitude | u is set to be not less than × 10 3 [m −1 ],
| Is almost 1. At this time, the maximum value of the difference between the sound rays of the phase change amount φ due to the reflection of each sound ray obtained by the above equation (4) is the same as the value described in the first embodiment.
【0110】以上のいくつかの例から判るように、前記
式(4)で求められる各音線の反射に伴う位相変化量φ
の各音線の間の差の最大値が略40°以下であるよう
に、前記式(5)から求まる入射角のとる範囲を前記係
数aを決定することにより設定すれば、前記式(9)で
求められる焦点5における振幅|u|は、ほぼ1にな
る。
As can be seen from the above examples, the phase change φ due to the reflection of each sound ray obtained by the above equation (4)
Is determined by determining the coefficient a so that the maximum value of the difference between the respective sound rays is approximately 40 ° or less by determining the coefficient a. ), The amplitude | u | at the focal point 5 becomes substantially 1.
【0111】以上のように、この実施の形態2によれ
ば、z軸に垂直なすべての断面内において、反射面14
における反射率の振幅(絶対値)のみでなく、位相も考
慮にいれ、超音波発信源11から発生した各音線3が反
射面14上で完全反射され、その際の反射に伴う位相変
化量φが全ての音線に関して同相となるように、入射角
の最小値であるtan-1(2ad/D)が式(6)を満
足する入射角であるθ’以上になるように反射面14の
形状を決定した。これにより従来と比較して高いエネル
ギー効率で超音波発信源11で発生した超音波エネルギ
ーを焦点5に収束できる超音波収束装置が得られる効果
がある。
As described above, according to the second embodiment, in all the sections perpendicular to the z-axis, the reflection surface 14
In consideration of not only the amplitude (absolute value) of the reflectance at, but also the phase, each sound ray 3 generated from the ultrasonic transmission source 11 is completely reflected on the reflection surface 14 and the amount of phase change accompanying the reflection at that time The reflection surface 14 is set so that tan -1 (2ad / D), which is the minimum value of the incident angle, is equal to or larger than θ ', which is the incident angle that satisfies the expression (6), so that φ has the same phase for all sound rays. Was determined. Thus, there is an effect that an ultrasonic convergence device capable of converging the ultrasonic energy generated by the ultrasonic wave transmission source 11 to the focal point 5 with higher energy efficiency as compared with the related art is obtained.
【0112】また、z軸に垂直なすべての断面内におい
て、反射面14の形状を決める前記係数aを、超音波発
信源11から発生した縦波超音波の各音線3が反射面1
4上で完全反射され、その際の反射に伴う位相シフト量
が全ての音線に関してほぼ同じ値となるように決めたの
で、固体部材の前記各断面により完全反射して焦点5へ
収束する超音波エネルギーの収束効率を向上できる超音
波収束装置が得られる効果がある。
In all the sections perpendicular to the z-axis, the coefficient a for determining the shape of the reflecting surface 14 is determined by each sound ray 3 of the longitudinal ultrasonic wave generated from the ultrasonic transmission source 11 by the reflecting surface 1.
4, the phase shift amount associated with the reflection at that time is determined to be substantially the same value for all sound rays. There is an effect that an ultrasonic convergence device capable of improving the convergence efficiency of the sonic energy can be obtained.
【0113】なお、以上の説明では、反射面14が形成
されている固体部材が液体中に配置されている場合につ
いて説明したが、前記固体部材の全体が前記液体中に配
置されている必要はなく、z軸に垂直なすべての断面内
において、超音波発信源11から放射されて反射面14
で反射され焦点5へ到達する縦波超音波の所要の伝搬経
路のみが、液体で充填されている構成であっても適用で
きることは言うまでもない。
In the above description, the case where the solid member on which the reflecting surface 14 is formed is arranged in the liquid has been described. However, it is not necessary that the entire solid member be arranged in the liquid. However, in all the sections perpendicular to the z-axis, the reflection surface 14 emitted from the ultrasonic wave source 11
It is needless to say that only a required propagation path of the longitudinal ultrasonic wave that reaches the focal point 5 after being reflected by the liquid crystal can be applied to a configuration in which the liquid is filled.
【0114】実施の形態3.図14は、この実施の形態
3の超音波液体噴出装置の構成を示す斜視図であり、図
15はその断面図である。
Embodiment 3 FIG. 14 is a perspective view showing the configuration of the ultrasonic liquid jetting device according to the third embodiment, and FIG. 15 is a sectional view thereof.
【0115】この超音波液体噴出装置では、前記実施の
形態1において示した超音波収束装置を利用しており、
図14および図15において図1および図2と同一また
は相当の部分については同一の符号を付し説明を省略す
る。図14および図15において、8は反射面4が形成
されている固体部材であり、反射面4は超音波を完全反
射する固体部材8の表面の一部である。反射面4の形状
は、回転放物面の一部であり、前記実施の形態1で説明
した方法に従って決定されている。81は固体部材8の
底面、82は反射面4の下端部41から固体部材8の底
面81に向けて穿たれた円柱状の貫通孔(噴出孔)であ
る。
In this ultrasonic liquid jetting device, the ultrasonic focusing device shown in the first embodiment is used.
14 and 15, the same or corresponding parts as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. 14 and 15, reference numeral 8 denotes a solid member on which the reflecting surface 4 is formed, and the reflecting surface 4 is a part of the surface of the solid member 8 that completely reflects the ultrasonic waves. The shape of the reflecting surface 4 is a part of the paraboloid of revolution, and is determined according to the method described in the first embodiment. Reference numeral 81 denotes a bottom surface of the solid member 8, and reference numeral 82 denotes a cylindrical through hole (ejection hole) formed from the lower end 41 of the reflection surface 4 toward the bottom surface 81 of the solid member 8.
【0116】図14および図15において、9は板材で
あり、超音波発信源1の音響放射面に装着されている。
図15に示す符号91は板材9に設けた貫通穴、10は
板材9と固体部材8との間に設けた空隙である。101
は液体供給装置、101aは液体供給源、101bは液
体供給パイプであり、液体供給装置101はこれら液体
供給源101a、液体供給パイプ101bなどから構成
されている。液体供給パイプ101bの先端は板材9の
貫通穴91に装着されている。12は液体の遮蔽板であ
り、空隙10は遮蔽板12により周辺が密封されてい
る。
In FIGS. 14 and 15, reference numeral 9 denotes a plate material, which is mounted on the acoustic radiation surface of the ultrasonic wave transmitting source 1.
Reference numeral 91 shown in FIG. 15 is a through hole provided in the plate member 9, and 10 is a gap provided between the plate member 9 and the solid member 8. 101
Is a liquid supply device, 101a is a liquid supply source, 101b is a liquid supply pipe, and the liquid supply device 101 is composed of the liquid supply source 101a, the liquid supply pipe 101b, and the like. The tip of the liquid supply pipe 101b is attached to the through hole 91 of the plate material 9. Reference numeral 12 denotes a liquid shielding plate, and the periphery of the space 10 is sealed by the shielding plate 12.
【0117】なお、超音波発信源1と反射面4との相対
的な位置関係は、前記実施の形態1で説明したものと同
じである。すなわち、図示はしないが、超音波発信源1
の開口面の中心を通り、この開口面に垂直な軸、すなわ
ち、図1において示したy軸に相当する軸に対して反射
面4が回転対称となるように、超音波発信源1と反射面
4とが相対的に配置されている。
Note that the relative positional relationship between the ultrasonic wave transmitting source 1 and the reflecting surface 4 is the same as that described in the first embodiment. That is, although not shown, the ultrasonic transmission source 1
The ultrasonic transmission source 1 and the reflection source 4 are arranged such that the reflection surface 4 is rotationally symmetric with respect to an axis passing through the center of the opening plane and perpendicular to the opening plane, that is, an axis corresponding to the y-axis shown in FIG. The surface 4 is relatively arranged.
【0118】次に、図14と図15に示した超音波液体
噴出装置の動作について説明する。液体供給装置101
によって液体供給源101aから液体が供給される。こ
の液体は、液体供給パイプ101bと板材9の貫通穴9
1を介して空隙10に導かれる。空隙10に導かれた液
体は、板材9と固体部材8との間の空隙10を充填す
る。さらに、固体部材8の表面の一部である反射面4
と、この反射面4の上端部42と下端部41とで囲まれ
た空間も前記液体により充填される。さらに、前記液体
により、固体部材8の貫通孔82も充填される。空隙1
0の周辺は遮蔽板12で囲まれて密封されているので、
この空隙10に充填された液体は、固体部材8の貫通孔
82の直径が大きければ、この貫通孔82を通してだけ
流出することになる。しかしながら貫通孔82の直径
は、液体の表面張力を利用して自然には貫通孔82から
流出しないように小さくしてある。ここで、「自然に
は」という表現は、超音波発信源1から超音波が放射さ
れていない状態であることを意味する。貫通孔82の直
径が大きく液体が貫通孔82から流出する場合には、固
体部材8の貫通孔82の開口面に、自然に前記液体が流
出しない径の小さい孔が焦点5付近に形成された板材を
装着すればよい。
Next, the operation of the ultrasonic liquid ejection device shown in FIGS. 14 and 15 will be described. Liquid supply device 101
As a result, liquid is supplied from the liquid supply source 101a. This liquid is supplied to the liquid supply pipe 101b and the through-hole 9 of the plate material 9.
1 is led to the gap 10. The liquid guided to the gap 10 fills the gap 10 between the plate 9 and the solid member 8. Further, the reflecting surface 4 which is a part of the surface of the solid member 8
The space surrounded by the upper end 42 and the lower end 41 of the reflection surface 4 is also filled with the liquid. Further, the through hole 82 of the solid member 8 is also filled with the liquid. Void 1
Since the periphery of 0 is enclosed and sealed by the shielding plate 12,
If the diameter of the through hole 82 of the solid member 8 is large, the liquid filled in the gap 10 flows out only through the through hole 82. However, the diameter of the through hole 82 is made small so as not to flow out of the through hole 82 naturally by utilizing the surface tension of the liquid. Here, the expression “naturally” means that the ultrasonic wave is not radiated from the ultrasonic wave transmission source 1. When the diameter of the through-hole 82 is large and the liquid flows out from the through-hole 82, a small-diameter hole through which the liquid does not flow out naturally is formed near the focal point 5 on the opening surface of the through-hole 82 of the solid member 8. What is necessary is just to attach a board material.
【0119】上述したように液体が充填された状態にお
いて、超音波発信源1から超音波を放射する。放射され
た超音波は図15の音線3により示すように、板材9を
介して液体で充填された空隙10に到達する。さらに、
反射面4と、この反射面4の上端部42と下端部41と
で囲まれた空間部に超音波は到達する。なお、この空間
部も上述したように液体で充填されている。超音波の各
音線3は、図15に示すように反射面4で反射され、反
射された超音波は、反射面4と、この反射面4の上端部
42と下端部41とで囲まれた空間部、並びに貫通孔8
2内を伝搬して焦点5に収束する。超音波発信源1から
放射された超音波が反射面4で反射され焦点5に収束す
る動作は、前記実施の形態1で述べたものと同じであ
る。
In the state where the liquid is filled as described above, the ultrasonic wave is emitted from the ultrasonic wave transmitting source 1. The emitted ultrasonic waves reach the gap 10 filled with the liquid via the plate material 9 as shown by the sound ray 3 in FIG. further,
The ultrasonic waves reach the space surrounded by the reflecting surface 4 and the upper end 42 and the lower end 41 of the reflecting surface 4. This space is also filled with the liquid as described above. Each sound ray 3 of the ultrasonic wave is reflected by the reflecting surface 4 as shown in FIG. 15, and the reflected ultrasonic wave is surrounded by the reflecting surface 4 and the upper end 42 and the lower end 41 of the reflecting surface 4. Space and through hole 8
2 and converge on a focal point 5. The operation in which the ultrasonic wave emitted from the ultrasonic wave source 1 is reflected by the reflection surface 4 and converges on the focal point 5 is the same as that described in the first embodiment.
【0120】自然には前記液体が固体部材8の貫通孔8
2から流出しない状態において、超音波発信源1から超
音波を放射すると、焦点5に収束した超音波エネルギー
によって液体の表面張力が打ち破られ、貫通孔82を充
填していた液体の一部を液滴となって噴出させることが
できる。なお、この際、液体供給装置101からは、逐
次、液体が供給されている。
Naturally, the liquid flows through the through-hole 8 of the solid member 8.
When the ultrasonic wave is radiated from the ultrasonic transmission source 1 in a state where the liquid does not flow out of the liquid 2, the surface tension of the liquid is broken by the ultrasonic energy converged on the focal point 5, and a part of the liquid filling the through hole 82 is removed. Drops can be ejected. At this time, the liquid is sequentially supplied from the liquid supply device 101.
【0121】なお、この実施の形態3の超音波液体噴出
装置において、液体を水ないしはインクとすれば、超音
波によって水ないしはインクを液滴として貫通孔82か
ら噴出させることができる。前記実施の形態1の説明に
おいて述べた反射面4の形状を決定する係数aは、液体
がインクの場合においても、インクの超音波に関する特
性は水に関する特性と大差ないので、前記実施の形態1
において述べたように決定すれば効率よく超音波エネル
ギーを焦点5に集められる。特に、液体がインク、固体
部材8が黄銅、亜鉛、マグネシウム、またはアルミニウ
ムの場合では、前記係数aをそれぞれの組み合わせにお
いて前記実施の形態1で示した値に決定すれば高い効率
で超音波エネルギーを焦点5に集められる。
In the ultrasonic liquid jetting apparatus according to the third embodiment, if the liquid is water or ink, the water or ink can be jetted from the through-hole 82 as liquid droplets by ultrasonic waves. The coefficient a for determining the shape of the reflecting surface 4 described in the description of the first embodiment is the same as that of the first embodiment, since the characteristic of the ink regarding the ultrasonic wave is not much different from the characteristic regarding the water even when the liquid is the ink.
As described above, the ultrasonic energy can be efficiently collected at the focal point 5. In particular, when the liquid is ink and the solid member 8 is brass, zinc, magnesium, or aluminum, the ultrasonic energy can be transmitted with high efficiency by determining the coefficient a to the value shown in the first embodiment in each combination. Focused on focus 5.
【0122】なお、この実施の形態3において、超音波
発信源1の電極が液体に直接接触すると腐食が生じるこ
とがあることから、板材9は前記電極を腐食から保護す
る役割を果たす。また、液体が帯電している場合は、液
体と超音波発信源1とを絶縁する役割も果たす。さら
に、板材9として、その音響インピーダンスが超音波発
信源1の音響インピーダンスと液体の音響インピーダン
スとの中間の値を持つものを使用することにより音響整
合層としての役割も持たせることができる。
In the third embodiment, if the electrodes of the ultrasonic wave transmitting source 1 are in direct contact with the liquid, corrosion may occur. Therefore, the plate member 9 serves to protect the electrodes from corrosion. Further, when the liquid is charged, it also plays a role of insulating the liquid from the ultrasonic wave transmission source 1. Further, by using a plate material 9 whose acoustic impedance has an intermediate value between the acoustic impedance of the ultrasonic wave transmitting source 1 and the acoustic impedance of the liquid, it can also serve as an acoustic matching layer.
【0123】以上のように、この実施の形態3によれ
ば、前記実施の形態1で述べた超音波収束装置を利用し
て、液体供給装置101から供給された液体を超音波に
よって噴出させるので、超音波発信源1から放射された
超音波のエネルギーを焦点5へ効率良く収束でき、さら
に、この収束された超音波によって効率よく液体を噴出
できる超音波液体噴出装置が得られる効果がある。
As described above, according to the third embodiment, the liquid supplied from the liquid supply device 101 is ejected by the ultrasonic wave using the ultrasonic focusing device described in the first embodiment. Thus, there is an effect that the energy of the ultrasonic wave radiated from the ultrasonic wave transmitting source 1 can be efficiently converged to the focal point 5, and further, an ultrasonic liquid ejecting apparatus capable of efficiently ejecting the liquid by the converged ultrasonic wave is obtained.
【0124】なお、図15では、焦点5が固体部材8の
底面81とほぼ同じ面上に位置するように構成した場合
を図示したが、これに限らず、焦点5の位置は固体部材
8の貫通穴82の中心軸の近傍で、かつ、固体部材8の
底面81近くにあればよく、上述したものと同じ効果が
得られる。
Although FIG. 15 shows a case where the focal point 5 is located substantially on the same plane as the bottom surface 81 of the solid member 8, the present invention is not limited to this. What is necessary is just to be near the central axis of the through hole 82 and near the bottom surface 81 of the solid member 8, and the same effect as described above can be obtained.
【0125】また、以上の説明では貫通孔82が円柱状
に形成されている場合について説明したが、貫通孔82
の形状はこれに限らず側面がテーパーを持った穴でもよ
い。すなわち、円錐形状に形成されたものであってもよ
い。そして、この円錐形状の穴の直径は、液滴が噴出す
る側の内径が反射面4の下端部41の側の内径に比べて
小さい構成であれば、より効率よく液滴を噴出できる効
果が得られる。
In the above description, the case where the through hole 82 is formed in a columnar shape has been described.
The shape is not limited to this, and a hole having a tapered side surface may be used. That is, it may be formed in a conical shape. If the diameter of the conical hole is such that the inside diameter of the side where the droplet is ejected is smaller than the inside diameter of the lower end portion 41 side of the reflection surface 4, the effect that the droplet can be ejected more efficiently is obtained. can get.
【0126】実施の形態4.図16は、この実施の形態
4の超音波液体噴出装置の構成を示す斜視図であり、図
17はその断面図である。この実施の形態4の超音波液
体噴出装置では、前記実施の形態2において示した超音
波収束装置を利用しており、図16および図17におい
て図12から図15と同一または相当の部分については
同一の符号を付し説明を省略する。
Embodiment 4 FIG. 16 is a perspective view showing the configuration of the ultrasonic liquid jetting device according to the fourth embodiment, and FIG. 17 is a sectional view thereof. The ultrasonic liquid jetting device according to the fourth embodiment uses the ultrasonic focusing device described in the second embodiment. In FIGS. 16 and 17, the same or corresponding portions as those in FIGS. The same reference numerals are given and the description is omitted.
【0127】図16および図17において、固体部材8
に構成された反射面14の形状は、ある一定の方向に沿
って一様な形状を有する放物面の一部をなしており、前
記実施の形態2で説明した方法に従って決定されたもの
である。83は反射面14の下端部41aから固体部材
8の底面81に向けて設けた直方体状の貫通孔(噴出
孔)である。なお、この実施の形態4でも超音波発信源
11と反射面14との相対的な位置関係は、前記実施の
形態2で説明したものと同じである。
Referring to FIG. 16 and FIG.
Is a part of a paraboloid having a uniform shape along a certain direction, and is determined according to the method described in the second embodiment. is there. Reference numeral 83 denotes a rectangular parallelepiped through hole (ejection hole) provided from the lower end 41a of the reflection surface 14 to the bottom surface 81 of the solid member 8. In the fourth embodiment, the relative positional relationship between the ultrasonic wave transmitting source 11 and the reflecting surface 14 is the same as that described in the second embodiment.
【0128】次に、図16と図17に示した超音波液体
噴出装置の動作について説明する。液体供給装置101
により、液体が液体供給源101aから液体供給パイプ
101bと板材9の貫通穴91を介して空隙10に導か
れる。空隙10に導かれた液体は、板材9と固体部材8
との間の空隙10を充填する。さらに、固体部材8の2
つの反射面14により構成される内側面を有する空間と
固体部材8の貫通孔83とを充填する。空隙10の周辺
は遮蔽板12で囲まれて密封されている。そして、この
ように充填された液体が、貫通孔83から自然に流出し
ないように貫通孔83の断面積は小さくしてある。
Next, the operation of the ultrasonic liquid ejection device shown in FIGS. 16 and 17 will be described. Liquid supply device 101
Thereby, the liquid is guided from the liquid supply source 101a to the gap 10 via the liquid supply pipe 101b and the through hole 91 of the plate material 9. The liquid led to the gap 10 is a plate member 9 and a solid member 8.
Is filled in the gap 10. Further, 2 of the solid member 8
The space having the inner side surface constituted by the three reflection surfaces 14 and the through hole 83 of the solid member 8 are filled. The periphery of the gap 10 is surrounded and sealed by a shielding plate 12. The cross-sectional area of the through-hole 83 is made small so that the liquid filled in this way does not flow out of the through-hole 83 naturally.
【0129】このように前記液体が充填された状態にお
いて、超音波発信源11から超音波を放射する。放射さ
れた超音波は、図17の音線3によって示すように、板
材9を介して前記液体で充填された空隙10に到達し、
反射板14によって反射されて焦点5に収束する。超音
波発信源11から放射された超音波が反射面14で反射
され焦点5に収束する動作は、前記実施の形態2で述べ
たものと同じである。
In the state where the liquid is filled as described above, an ultrasonic wave is emitted from the ultrasonic wave transmitting source 11. The emitted ultrasonic waves reach the space 10 filled with the liquid via the plate material 9 as shown by the sound ray 3 in FIG.
The light is reflected by the reflector 14 and converges on the focal point 5. The operation in which the ultrasonic wave emitted from the ultrasonic wave source 11 is reflected by the reflection surface 14 and converges on the focal point 5 is the same as that described in the second embodiment.
【0130】前記液体が固体部材8の貫通孔83から自
然には流出しない状態において、超音波発信源11から
超音波を放射すると、焦点5に収束した超音波エネルギ
ーによって貫通孔83に充填されている前記液体の表面
張力が打ち破られ、貫通孔83を充填していた液体の一
部が液滴となって噴出する。なお、この際、液体供給装
置101からは、逐次、液体が供給されていることは、
前記実施の形態3の場合と同様である。
When the ultrasonic wave is radiated from the ultrasonic wave transmitting source 11 in a state where the liquid does not spontaneously flow out of the through-hole 83 of the solid member 8, the ultrasonic energy converged on the focal point 5 fills the through-hole 83. The surface tension of the liquid is broken, and a part of the liquid filling the through hole 83 is ejected as droplets. At this time, the fact that the liquid is sequentially supplied from the liquid supply device 101 means that
This is the same as in the third embodiment.
【0131】この実施の形態4の超音波液体噴出装置に
おいても、液体を水ないしはインクとすれば、超音波に
よって水ないしはインクを液滴として噴出することがで
きる。前記実施の形態2の説明において示した反射面4
の形状を決定する係数aは、液体がインクの場合におい
ても、インクの超音波に関する特性は水に関する特性と
大差ないので、前記実施の形態2において述べたように
決定すれば効率よく超音波エネルギーを焦点5に収束す
ることができる。特に、液体がインク、固体部材8が黄
銅、亜鉛、マグネシウム、またはアルミニウムの場合
は、前記係数aは、それぞれの組み合わせにおいて前記
実施の形態2において示した値にすれば高い効率で超音
波エネルギーを焦点5に収束することができる。なお、
この実施の形態4においても、板材9は前記実施の形態
3と同じ役割を果たす。
Also in the ultrasonic liquid jetting device of the fourth embodiment, if the liquid is water or ink, the water or ink can be jetted as droplets by ultrasonic waves. Reflecting surface 4 shown in the description of the second embodiment
The coefficient a for determining the shape of the above is such that even when the liquid is ink, the characteristics of the ink relating to the ultrasonic waves are not so different from the characteristics relating to the water, so that the ultrasonic energy can be efficiently determined if it is determined as described in the second embodiment. Can be converged to the focal point 5. In particular, when the liquid is ink and the solid member 8 is brass, zinc, magnesium, or aluminum, the coefficient “a” can transmit ultrasonic energy with high efficiency if each of the combinations has the value shown in the second embodiment. It can converge on the focal point 5. In addition,
Also in the fourth embodiment, the plate member 9 plays the same role as in the third embodiment.
【0132】以上のように、この実施の形態4によれ
ば、前記実施の形態2で述べた超音波収束装置を利用
し、液体供給装置から供給された液体を超音波によって
貫通孔83の開口部から噴出させるようにしたので、焦
点5へ効率よく収束させた超音波発信源11から放射さ
れた超音波のエネルギーによって、効率よく前記液体を
貫通孔83の開口部から噴出できる超音波液体噴出装置
が得られる効果がある。
As described above, according to the fourth embodiment, the liquid supplied from the liquid supply device is applied to the opening of the through-hole 83 by the ultrasonic wave using the ultrasonic convergence device described in the second embodiment. The liquid is ejected from the opening, so that the ultrasonic liquid can be efficiently ejected from the opening of the through-hole 83 by the energy of the ultrasonic wave radiated from the ultrasonic wave transmitting source 11 efficiently focused on the focal point 5. There is an effect that the device can be obtained.
【0133】なお、図17に示す焦点5は、固体部材8
の底面81とほぼ同じ面上に位置するように構成した
が、これに限らず焦点5の位置は、固体部材8の貫通孔
83の中心軸の近傍で、かつ、固体部材8の底面81近
くにあれば同様な効果が得られる。
Note that the focal point 5 shown in FIG.
However, the position of the focal point 5 is not limited to this, but near the center axis of the through hole 83 of the solid member 8 and near the bottom surface 81 of the solid member 8. The same effect can be obtained.
【0134】また、貫通孔83の側面にテーパーを設け
てもよい。このような形状とした場合において、特に貫
通孔83の液滴吐出側の開口面積が、反射面14の下端
部41aに接する側の開口面積よりも小さくなるように
前記テーパーを設ければ、より効率よく液滴を吐出でき
る効果が得られる。
Further, the side surface of the through hole 83 may be tapered. In the case of such a shape, in particular, if the taper is provided so that the opening area of the through hole 83 on the droplet discharge side is smaller than the opening area on the side in contact with the lower end portion 41a of the reflection surface 14, The effect that droplets can be efficiently discharged can be obtained.
【0135】[0135]
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、反射
面が固体部材の一部の表面で構成され、超音波発信源か
ら放射された縦波超音波の各音線の入射角との関係で、
縦波超音波が液体中で完全反射して前記縦波超音波の予
め規定された焦点に収束する形状に構成されるととも
に、前記各音線が反射される際の反射に伴う位相シフト
量が各音線に関して同相となる形状に反射面を構成した
ので、超音波発信源で発生した超音波エネルギーを効率
良く焦点に収束できる効果がある。
As described above, according to the present invention, the reflection surface is constituted by a part of the surface of the solid member, and the incident angle of each sound ray of the longitudinal ultrasonic wave radiated from the ultrasonic wave source is determined. In relation to
The longitudinal wave ultrasonic wave is completely reflected in the liquid and configured to converge to a predetermined focal point of the longitudinal wave ultrasonic wave, and the amount of phase shift accompanying reflection when each sound ray is reflected is reduced. Since the reflection surface is formed in a shape having the same phase with respect to each sound ray, there is an effect that the ultrasonic energy generated by the ultrasonic wave transmission source can be efficiently focused on the focal point.
【0136】この発明によれば、長さの単位を[m]と
して、液体の密度、前記液体中の縦波超音波の音速、固
体部材の密度、前記固体部材中の縦波超音波の音速、並
びに前記固体部材中の横波超音波の音速によって決定さ
れる[m-1]の単位を持つ所定値以上の値である係数を
a、回転放物面形状の上端面の直径の長さをDとしたと
き、回転軸をy軸にした前記回転放物面形状の断面を規
定する2次関数で与えられる曲線が、前記y軸と交差す
る原点において当該y軸と直行する線がx軸であるy=
(2a/D)x2 で規定される放物線であって、前記回
転放物面形状の一部により構成され、前記縦波超音波の
各音線を前記回転放物面の焦点に収束させる形状の反射
面を有し、前記反射面を構成する前記回転放物面の前記
回転軸と平行に前記各音線が完全反射する入射角で、前
記各音線を前記反射面へ放射する位置に超音波発信源を
配置するように構成したので、前記回転放物面形状の一
部により構成された反射面で反射させた前記各音線によ
る超音波エネルギーを前記焦点へ効率よく収束できる効
果がある。
According to the present invention, the unit of length is [m], the density of the liquid, the sound velocity of the longitudinal ultrasonic wave in the liquid, the density of the solid member, the sound velocity of the longitudinal ultrasonic wave in the solid member. And a is a coefficient that is a value equal to or greater than a predetermined value having a unit of [m −1 ] determined by the sound speed of the transverse ultrasonic wave in the solid member, and the length of the diameter of the upper end surface of the paraboloid of revolution is When D is given, a curve given by a quadratic function defining the cross section of the paraboloid of revolution with the rotation axis as the y-axis has a line perpendicular to the y-axis at the origin intersecting the y-axis and the x-axis. Y =
(2a / D) a parabola defined by x 2, is constituted by a part of the paraboloid shape, converging the respective sound ray of the longitudinal wave ultrasonic waves to the focal point of the paraboloid shape At the incident angle at which each sound ray is completely reflected in parallel with the rotation axis of the paraboloid of revolution constituting the reflection surface, at a position where each sound ray is radiated to the reflection surface. Since the ultrasonic transmission source is arranged, the effect of efficiently converging the ultrasonic energy by the sound rays reflected by the reflection surface formed by a part of the paraboloid of revolution to the focal point is achieved. is there.
【0137】この発明によれば、超音波発信源から放射
された縦波超音波の各音線が完全反射する領域におい
て、回転放物面の下端面の直径dと上端面の直径Dで規
定される範囲内の前記回転放物面の形状を決めるy=
(2a/D)x2 で規定される放物線の係数aを、液体
の密度ρ1 、前記液体中の縦波超音波の音速νl 、前記
固体部材の密度ρ2 、前記固体部材中の縦波超音波の音
速νL 、前記固体部材中の横波超音波の音速νS で規定
される反射率の位相が−180゜となる第1の入射角
θ’以上、かつ90゜以下の範囲内に入射角が制限され
る値になるように構成したので、前記係数aにより規定
される放物線による前記回転放物面で反射する前記各音
線が焦点へ収束する際に、逆相を含んで焦点に収束する
ことがなくなり、前記各音線による超音波エネルギーを
前記焦点へ効率よく収束できる効果がある。
According to the present invention, the diameter d of the lower end face of the paraboloid of revolution and the diameter D of the upper end face in the region where each sound ray of the longitudinal ultrasonic wave emitted from the ultrasonic wave source is completely reflected. Y = determines the shape of the paraboloid of revolution within the range given by
(2a / D) the coefficient a of the parabola defined by x 2, the density of the liquid [rho 1, the longitudinal wave ultrasonic sound speed [nu l in the liquid, the density [rho 2 of the solid member, the vertical of the solid member in Within the range of not less than the first incident angle θ ′ at which the phase of the reflectance defined by the sound velocity ν L of the wave ultrasonic wave and the sound velocity ν S of the transverse ultrasonic wave in the solid member becomes −180 ° and not more than 90 °. Since the angle of incidence is configured to be a value that is limited, when each sound ray reflected on the paraboloid of revolution by the parabola defined by the coefficient a converges to the focal point, It does not converge on the focal point, and there is an effect that the ultrasonic energy from each sound ray can be efficiently converged on the focal point.
【0138】この発明によれば、長さの単位が[m]で
あり、液体の密度、前記液体中の縦波超音波の音速、固
体部材の密度、前記固体部材中の縦波超音波の音速、並
びに、前記固体部材中の横波超音波の音速によって決定
される所定値以上の値である[m-1]の単位を持つ係数
をa、2つの放物面の上端部の離間距離をD、前記2つ
の放物面の対称軸をy軸としたとき、前記2つの放物面
の断面を規定する2次関数で与えられる曲線が、前記y
軸と交差する原点において当該y軸と直行する線がx軸
であるy=(2a/D)x2 で表され、前記断面と直行
する方向に一様である前記放物面の一部により構成さ
れ、前記対称軸に平行に超音波発信源から放射される前
記縦波超音波の各音線を前記放物面の焦点に収束させる
形状の反射面を備えるように構成したので、前記2つの
方物面の一部により構成された反射面で反射させた、前
記超音波発信源で発生した超音波エネルギーを効率よく
焦点に収束できる効果がある。
According to the present invention, the unit of length is [m], and the density of the liquid, the speed of sound of the longitudinal ultrasonic wave in the liquid, the density of the solid member, the density of the longitudinal ultrasonic wave in the solid member, The sound velocity, and a coefficient having a unit of [m -1 ] which is a value equal to or more than a predetermined value determined by the sound velocity of the transverse ultrasonic wave in the solid member, a represents a separation distance between upper ends of two paraboloids. D, where the symmetry axis of the two paraboloids is the y-axis, the curve given by a quadratic function that defines the cross section of the two paraboloids is y
Line at the origin which intersects the axis perpendicular to the said y-axis is represented by y = (2a / D) x 2 is the x axis, by a part of the paraboloid is uniform in a direction perpendicular to the cross-section Since it is configured to have a reflecting surface having a shape that converges each sound ray of the longitudinal wave ultrasonic wave emitted from the ultrasonic wave transmitting source in parallel with the symmetry axis to the focal point of the paraboloid, There is an effect that the ultrasonic energy generated by the ultrasonic transmission source, which is reflected by the reflection surface formed by a part of the two object planes, can be efficiently focused on the focal point.
【0139】この発明によれば、超音波発信源から放射
された縦波超音波の各音線が完全反射する領域におい
て、2つの放物面の上端面の離間距離をDとしたときの
前記放物面の形状を決めるy=(2a/D)x2 で規定
される放物線の係数aを、液体の密度ρ1 、前記液体中
の縦波超音波の音速νl 、固体部材の密度ρ2 、前記固
体部材中の縦波超音波の音速νL 、前記固体部材中の横
波超音波の音速νS で規定される反射率の位相が−18
0゜となる第1の入射角θ’以上、かつ90゜以下の範
囲内に入射角が制限される値になるように構成したの
で、前記係数aにより規定される放物線による前記2つ
の放物面で反射する前記各音線が焦点へ収束する際に、
逆相を含んで焦点に収束することがなくなり、前記各音
線による超音波エネルギーを前記焦点へ効率よく収束で
きる効果がある。
According to the present invention, when the distance between the upper end surfaces of the two paraboloids is D in a region where each sound ray of the longitudinal ultrasonic wave radiated from the ultrasonic wave transmission source is completely reflected. the coefficient a of the parabola defined by y = (2a / D) x 2 that determines the parabolic shape of the density of the liquid [rho 1, the longitudinal wave ultrasonic sound speed [nu l in the liquid, the density of the solid member [rho 2. The phase of the reflectance defined by the sound velocity ν L of the longitudinal ultrasonic wave in the solid member and the sound velocity ν S of the transverse ultrasonic wave in the solid member is −18.
Since the angle of incidence is limited within a range of not less than the first incident angle θ ′ of 0 ° and not more than 90 °, the two parabolas are defined by the parabola defined by the coefficient a. When each sound ray reflected on the surface converges to the focal point,
There is no longer converging to the focal point including the opposite phase, and there is an effect that the ultrasonic energy from each sound ray can be efficiently converged to the focal point.
【0140】この発明によれば、超音波発信源から放射
された縦波超音波の各音線の反射面への入射角の範囲
を、前記各音線が完全反射し、かつ前記各音線の反射に
伴う位相シフト量の前記各音線間の差が略零になる範囲
になるように構成したので、前記反射面で反射する前記
各音線が焦点へ収束する際に、逆相を含んで焦点に収束
することがなくなり、前記各音線による超音波エネルギ
ーを前記焦点へ位相のバラツキを略零にして効率よく収
束できる効果がある。
According to the present invention, the range of the angle of incidence of the longitudinal ultrasonic waves radiated from the ultrasonic wave source on the reflection surface of each sound ray is determined such that each sound ray is completely reflected and each sound ray is reflected. Since the difference between the sound rays of the phase shift amount due to the reflection is configured to be in a range that is substantially zero, when the sound rays reflected on the reflection surface converge to the focal point, the opposite phase Therefore, there is an effect that the ultrasonic energy by each sound ray can be efficiently converged to the focal point by making the phase variation substantially zero.
【0141】この発明によれば、超音波発信源から放射
された縦波超音波の各音線の反射面への入射角のとる範
囲を、前記各音線が完全反射し、かつ前記各音線の反射
に伴う位相シフト量の差の最大値を略40°以下の範囲
になるように構成したので、前記反射面で反射する前記
各音線が焦点へ収束する際に、前記各音線による超音波
エネルギーを高いエネルギー効率で前記焦点へ収束でき
る効果がある。
According to the present invention, the range in which the incident angle of the longitudinal ultrasonic wave radiated from the ultrasonic wave source to each sound ray on the reflecting surface is set such that each sound ray is completely reflected and each sound ray is reflected. Since the maximum value of the difference in the amount of phase shift due to the reflection of the line is configured to be in a range of approximately 40 ° or less, when each of the sound rays reflected on the reflection surface converges to a focal point, the sound ray Thus, there is an effect that the ultrasonic energy by the laser beam can be converged to the focal point with high energy efficiency.
【0142】この発明によれば、液体を水あるいはイン
ク、固体部材を黄銅として、長さの単位を[m]で表し
たとき、係数aの値を略1.3×103 [m-1]以上に
なるように構成したので、材質が黄銅である反射面を用
いたときの焦点へのエネルギー収束効率を向上できる効
果がある。
According to the present invention, when the unit of length is [m] and the liquid is water or ink and the solid member is brass, the value of the coefficient a is about 1.3 × 10 3 [m −1]. ], There is an effect that the efficiency of energy convergence to the focal point when the reflecting surface made of brass is used can be improved.
【0143】この発明によれば、液体を水あるいはイン
ク、固体部材を亜鉛として、長さの単位を[m]で表し
たとき、係数aの値を略1×103 [m-1]以上になる
ように構成したので、材質が亜鉛である反射面を用いた
ときの焦点へのエネルギー収束効率を向上できる効果が
ある。
According to the present invention, when the liquid is water or ink and the solid member is zinc, and the unit of length is [m], the value of the coefficient a is about 1 × 10 3 [m −1 ] or more. , The effect of improving the energy convergence efficiency to the focal point when the reflecting surface made of zinc is used.
【0144】この発明によれば、液体を水あるいはイン
ク、固体部材をマグネシウムとして、長さの単位を
[m]で表したとき、係数aの値を略0.8×103
[m-1]以上になるように構成したので、材質がマグネ
シウムである反射面を用いたときの焦点へのエネルギー
収束効率を向上できる効果がある。
According to the present invention, when the unit of length is represented by [m], where the liquid is water or ink and the solid member is magnesium, the value of the coefficient a is approximately 0.8 × 10 3.
Since the configuration is made so as to be [m -1 ] or more, there is an effect that the energy convergence efficiency to the focal point can be improved when a reflecting surface made of magnesium is used.
【0145】この発明によれば、液体を水あるいはイン
ク、固体部材をアルミニウムとして、長さの単位を
[m]で表したとき、係数aの値を略0.7×103
[m-1]以上になるように構成したので、材質がアルミ
ニウムである反射面を用いたときの焦点へのエネルギー
収束効率を向上できる効果がある。
According to the present invention, when the liquid is water or ink and the solid member is aluminum, and the unit of length is [m], the value of the coefficient a is about 0.7 × 10 3.
Since it is configured so as to be [m -1 ] or more, there is an effect that the energy convergence efficiency to the focus when the reflecting surface made of aluminum is used can be improved.
【0146】この発明によれば、液体中に縦波超音波を
放射する超音波発信源と、前記超音波発信源から放射さ
れた縦波超音波の各音線の入射角との関係で、縦波超音
波を前記液体中で完全反射させて前記縦波超音波の予め
規定された焦点に収束させる形状であるとともに、前記
各音線が前記反射面によって反射される際の反射に伴う
位相シフト量が各音線に関して同相となる形状である前
記液体中に配置された反射面を有した固体部材とを備え
た超音波収束装置と、前記液体を逐次供給する液体供給
装置と、前記液体中の縦波超音波によって前記液体が噴
出する、前記焦点付近に構成された噴出孔とを備えるよ
うに構成したので、前記超音波発信源で発生した超音波
エネルギーを効率良く液体の噴出に利用できる効果があ
る。
According to the present invention, the relationship between the ultrasonic wave source radiating the longitudinal ultrasonic wave into the liquid and the incident angle of each sound ray of the longitudinal ultrasonic wave radiated from the ultrasonic wave transmitting source is as follows. The longitudinal wave is completely reflected in the liquid and converged to a predetermined focal point of the longitudinal wave, and the phase associated with the reflection when each sound ray is reflected by the reflecting surface. An ultrasonic convergence device including a solid member having a reflection surface disposed in the liquid, the shift amount being in the same phase with respect to each sound ray, a liquid supply device that sequentially supplies the liquid, and the liquid Since the liquid is ejected by the longitudinal ultrasonic wave inside, the ejection hole is configured near the focal point, so that the ultrasonic energy generated by the ultrasonic transmission source is efficiently used for ejecting the liquid. There is an effect that can be done.
【0147】この発明によれば、超音波収束装置の固体
部材により構成され液体中に配置された反射面を、長さ
の単位を[m]とし、液体の密度、前記液体中の縦波超
音波の音速、固体部材の密度、前記固体部材中の縦波超
音波の音速、並びに前記固体部材中の横波超音波の音速
によって決定される[m-1]の単位を持つ所定値以上の
値である係数をa、回転放物面形状の上端面の直径の長
さをDとしたとき、回転軸をy軸にした前記回転放物面
形状の断面を規定する2次関数で与えられる曲線が、前
記y軸と交差する原点において当該y軸と直行する線が
x軸であるy=(2a/D)x2 で規定される放物線で
あって、前記回転放物面形状の一部により構成され、前
記縦波超音波の各音線を前記回転放物面の焦点に収束さ
せる形状に構成し、超音波発信源を、前記反射面を構成
する前記回転放物面の前記回転軸と平行に、前記各音線
が完全反射する入射角で、前記各音線を前記反射面へ放
射する位置に配置するように構成したので、前記回転放
物面形状の一部により構成された反射面で反射させた前
記各音線による超音波エネルギーを、超音波収束装置に
より前記焦点へ効率よく収束させ、前記超音波発信源で
発生した超音波エネルギーを効率良く液体の噴出に利用
できる効果がある。
According to the present invention, the reflecting surface constituted by the solid member of the ultrasonic focusing device and disposed in the liquid has a unit of length [m], the density of the liquid, the longitudinal wave in the liquid. A value greater than or equal to a predetermined value having a unit of [m -1 ] determined by the sound speed of the sound wave, the density of the solid member, the sound speed of the longitudinal ultrasonic wave in the solid member, and the sound speed of the transverse ultrasonic wave in the solid member Where a is a coefficient, and D is the length of the diameter of the upper end surface of the paraboloid of revolution. A curve given by a quadratic function defining the cross section of the paraboloid of revolution with the y-axis as the axis of rotation. Is a parabola defined by y = (2a / D) x 2 where a line orthogonal to the y-axis at the origin intersecting the y-axis is the x-axis, and is defined by a part of the shape of the rotating paraboloid. And configured such that each sound ray of the longitudinal ultrasonic wave is converged at the focal point of the paraboloid of revolution. The ultrasonic transmission source is positioned parallel to the rotation axis of the paraboloid of revolution constituting the reflection surface, at an incident angle at which each sound ray is completely reflected, and at a position where each sound ray is radiated to the reflection surface. Since it is configured to be arranged, the ultrasonic energy by each sound ray reflected by the reflection surface formed by a part of the paraboloid of revolution, efficiently converge to the focus by an ultrasonic focusing device, There is an effect that the ultrasonic energy generated by the ultrasonic transmission source can be efficiently used for ejecting the liquid.
【0148】この発明によれば、超音波発信源から放射
された縦波超音波の各音線が完全反射する領域におい
て、超音波収束装置における回転放物面の下端面の直径
d、上端面の直径Dで規定される範囲内の前記放物面の
形状を決めるy=(2a/D)x2 で規定される放物線
の係数aを、液体の密度ρ1 、前記液体中の縦波超音波
の音速νl 、固体部材の密度ρ2 、前記固体部材中の縦
波超音波の音速νL 、前記固体部材中の横波超音波の音
速νS で規定される反射率の位相が−180゜となる第
1の入射角θ’以上、かつ90゜以下の範囲内に入射角
が制限される値になるように構成したので、前記係数a
により規定される放物線による回転放物面で反射する前
記各音線が焦点へ収束する際に、逆相を含んで焦点に収
束することがなく、前記各音線による超音波エネルギー
を前記焦点へ効率よく収束させ、前記超音波発信源で発
生した超音波エネルギーを効率良く液体の噴出に利用で
きる効果がある。
According to the present invention, the diameter d of the lower end face of the paraboloid of revolution and the upper end face of the paraboloid of revolution in the ultrasonic convergence device in a region where each sound ray of the longitudinal ultrasonic wave emitted from the ultrasonic wave source is completely reflected. The coefficient a of a parabola defined by y = (2a / D) × 2 , which determines the shape of the paraboloid within the range defined by the diameter D, is defined by the density of the liquid ρ 1 and the longitudinal wave in the liquid. wave sound velocity [nu l, the density [rho 2 of the solid member, the longitudinal wave ultrasonic sound speed [nu L of the solid member in the solid member in transverse ultrasonic wave sound velocity [nu phase of the reflection factor defined by S -180 Since the angle of incidence is limited within a range of not less than the first incident angle θ ′ and not more than 90 °, the coefficient a
When the sound rays reflected on the paraboloid of revolution defined by the parabola converge to the focal point, they do not converge to the focal point including the opposite phase, and the ultrasonic energy by the respective sound rays is transmitted to the focal point. There is an effect that the convergence can be efficiently performed and the ultrasonic energy generated by the ultrasonic transmission source can be efficiently used for ejecting the liquid.
【0149】この発明によれば、超音波収束装置におけ
る反射面を、長さの単位が[m]であり、液体の密度、
前記液体中の縦波超音波の音速、固体部材の密度、前記
固体部材中の縦波超音波の音速、並びに、前記固体部材
中の横波超音波の音速によって決定される所定値以上の
値である[m-1]の単位を持つ係数をa、2つの放物面
の上端部の離間距離をD、前記2つの放物面の対称軸を
y軸としたとき、前記2つの放物面の断面を規定する2
次関数で与えられる曲線が、前記y軸と交差する原点に
おいて当該y軸と直行する線がx軸であるy=(2a/
D)x2 で表され、前記断面と直行する方向に一様であ
る前記放物面の一部により構成されて前記縦波超音波の
各音線を前記放物面の焦点に収束させる形状に構成した
ので、超音波収束装置の前記2つの放物面の一部により
構成された反射面で反射させた前記各音線による超音波
エネルギーを前記焦点へ効率よく収束させ、前記超音波
発信源で発生した超音波エネルギーを効率良く液体の噴
出に利用できる効果がある。
According to the present invention, the reflecting surface of the ultrasonic convergence device has a unit of length [m], and has a liquid density,
The sound velocity of the longitudinal ultrasonic wave in the liquid, the density of the solid member, the sound velocity of the longitudinal ultrasonic wave in the solid member, and a value equal to or higher than a predetermined value determined by the sound velocity of the transverse ultrasonic wave in the solid member When a coefficient having a unit of [m -1 ] is a, a distance between upper ends of two paraboloids is D, and a symmetry axis of the two paraboloids is y-axis, the two paraboloids are given. 2 that defines the cross section of
The curve given by the following function is such that the line orthogonal to the y-axis at the origin crossing the y-axis is the x-axis, y = (2a /
D) is represented by x 2, converges the respective sound ray of the longitudinal ultrasonic wave is constituted by a part of the paraboloid is uniform in a direction perpendicular to the cross section at the focus of the parabolic shape Therefore, the ultrasonic energy by each of the sound rays reflected by the reflecting surface formed by a part of the two paraboloids of the ultrasonic focusing device is efficiently converged to the focal point, and the ultrasonic transmission is performed. There is an effect that the ultrasonic energy generated at the source can be efficiently used for ejecting the liquid.
【0150】この発明によれば、超音波発信源から放射
された縦波超音波の各音線が完全反射する領域におい
て、超音波収束装置における2つの放物面の上端面の離
間距離をDとしたときに前記放物面の形状を決めるy=
(2a/D)x2 で規定される放物線の係数aを、液体
の密度ρ1 、前記液体中の縦波超音波の音速νl 、固体
部材の密度ρ2 、前記固体部材中の縦波超音波の音速ν
L 、前記固体部材中の横波超音波の音速νS で規定され
る反射率の位相が−180゜となる第1の入射角θ’以
上、かつ90゜以下の範囲内に入射角が制限される値に
なるように構成したので、前記係数aにより規定される
放物線による2つの放物面で反射する前記各音線が焦点
へ収束する際に、逆相を含んで焦点に収束することがな
く、前記各音線による超音波エネルギーを前記焦点へ効
率よく収束させ、前記超音波発信源で発生した超音波エ
ネルギーを効率良く液体の噴出に利用できる効果があ
る。
According to the present invention, the distance between the upper end surfaces of the two paraboloids in the ultrasonic focusing device is set to D in a region where each sound ray of the longitudinal ultrasonic wave emitted from the ultrasonic transmission source is completely reflected. Where y = determines the shape of the paraboloid
(2a / D) the coefficient a of the parabola defined by x 2, the density of the liquid [rho 1, the longitudinal wave ultrasonic sound speed [nu l in the liquid, the density [rho 2 of the solid member, the longitudinal waves of the solid member in Ultrasonic sound speed ν
L , the incident angle is limited within a range of not less than the first incident angle θ ′ at which the phase of the reflectance defined by the sound velocity ν S of the transverse ultrasonic wave in the solid member is −180 ° and not more than 90 °. Since each sound ray reflected on two parabolas by the parabola defined by the coefficient a converges to the focal point, it converges to the focal point including the opposite phase. In addition, there is an effect that the ultrasonic energy from each sound ray is efficiently converged to the focal point, and the ultrasonic energy generated by the ultrasonic transmission source can be efficiently used for ejecting the liquid.
【0151】この発明によれば、超音波収束装置におけ
る超音波発信源から放射された縦波超音波の各音線の反
射面への入射角の範囲を、前記各音線が完全反射し、か
つ前記各音線の反射に伴う位相シフト量の前記各音線間
の差が略零になる範囲になるように構成したので、前記
反射面で反射する前記各音線が焦点へ収束する際に、逆
相を含んで焦点に収束することがない超音波エネルギー
を効率良く液体の噴出に利用できる効果がある。
According to the present invention, the range of the angle of incidence of the longitudinal ultrasonic waves radiated from the ultrasonic wave transmitting source in the ultrasonic convergence device on the reflecting surface of each sound ray is completely reflected by each sound ray. In addition, since the difference between the respective sound rays in the phase shift amount due to the reflection of the respective sound rays is set to be in a range that becomes substantially zero, when the respective sound rays reflected on the reflection surface converge to the focal point. In addition, there is an effect that the ultrasonic energy which does not converge on the focal point including the reverse phase can be efficiently used for ejecting the liquid.
【0152】この発明によれば、超音波収束装置におけ
る超音波発信源から放射された縦波超音波の各音線の反
射面への入射角のとる範囲を、前記各音線が完全反射
し、かつ前記各音線の反射に伴う位相シフト量の差の最
大値が略40°以下の範囲になるように構成したので、
高いエネルギー効率で前記焦点へ収束させた前記各音線
による超音波エネルギーを効率良く液体の噴出に利用で
きる効果がある。
According to the present invention, the range in which the incident angle of the longitudinal ultrasonic waves radiated from the ultrasonic wave source in the ultrasonic convergence device to the reflecting surface of each sound ray is completely reflected by each sound ray is determined. And, since the maximum value of the difference of the phase shift amount due to the reflection of each sound ray is configured to be in a range of about 40 ° or less,
There is an effect that the ultrasonic energy by each sound ray converged to the focal point with high energy efficiency can be efficiently used for ejecting the liquid.
【0153】この発明によれば、超音波収束装置におけ
る反射面が、黄銅からなる固体部材により構成され、水
またはインクである液体中に配置されており、長さの単
位を[m]で表したとき、係数aの値が略1.3×10
3 [m-1]以上になるように構成したので、材質が黄銅
である反射面による焦点へのエネルギー収束効率を向上
させ、効率よく収束させた前記各音線による超音波エネ
ルギーを液体の噴出に利用できる効果がある。
According to the present invention, the reflecting surface of the ultrasonic convergence device is constituted by a solid member made of brass, is disposed in a liquid such as water or ink, and a unit of length is expressed by [m]. Then, the value of the coefficient a becomes approximately 1.3 × 10
3 [m -1 ] or more, the efficiency of energy convergence to the focal point by the reflective surface made of brass is improved, and the ultrasonic energy by each of the sound rays that has been efficiently converged is ejected from the liquid. There are effects that can be used.
【0154】この発明によれば、超音波収束装置におけ
る反射面が、亜鉛からなる固体部材により構成され、水
またはインクである液体中に配置されており、長さの単
位を[m]で表したとき、係数aの値を略1×103
[m-1]以上になるように構成したので、材質が亜鉛で
ある反射面による焦点へのエネルギー収束効率を向上さ
せ、効率よく収束させた前記各音線による超音波エネル
ギーを液体の噴出に利用できる効果がある。
According to the present invention, the reflecting surface of the ultrasonic focusing device is constituted by a solid member made of zinc, is arranged in a liquid such as water or ink, and the unit of length is expressed by [m]. Then, the value of the coefficient a is approximately 1 × 10 3
[M -1 ] or more, the efficiency of energy convergence to the focal point by the reflecting surface made of zinc is improved, and the ultrasonic energy by each of the efficiently converged sound rays is ejected to the liquid. There are effects available.
【0155】この発明によれば、超音波収束装置におけ
る反射面が、マグネシウムからなる固体部材により構成
され、水またはインクである液体中に配置されており、
長さの単位を[m]で表したとき、係数aの値を略0.
8×103 [m-1]以上になるように構成したので、材
質がマグネシウムである反射面による焦点へのエネルギ
ー収束効率を向上させ、効率よく収束させた前記各音線
による超音波エネルギーを液体の噴出に利用できる効果
がある。
According to the present invention, the reflecting surface of the ultrasonic focusing device is made of a solid member made of magnesium, and is arranged in a liquid such as water or ink.
When the unit of length is represented by [m], the value of the coefficient a is set to approximately 0.
Since it is configured so as to be 8 × 10 3 [m −1 ] or more, the energy convergence efficiency to the focal point by the reflection surface made of magnesium is improved, and the ultrasonic energy by each of the sound rays efficiently converged is reduced. There is an effect that can be used for jetting liquid.
【0156】この発明によれば、超音波収束装置におけ
る反射面が、アルミニウムからなる固体部材により構成
され、水またはインクである液体中に配置されており、
長さの単位を[m]で表したとき、係数aの値を略0.
7×103 [m-1]以上になるように構成したので、材
質がアルミニウムである反射面による焦点へのエネルギ
ー収束効率を向上させ、効率よく収束させた前記各音線
による超音波エネルギーを液体の噴出に利用できる効果
がある。
According to the present invention, the reflecting surface of the ultrasonic focusing device is constituted by a solid member made of aluminum, and is disposed in a liquid such as water or ink.
When the unit of length is represented by [m], the value of the coefficient a is set to approximately 0.
Since it is configured so as to be 7 × 10 3 [m −1 ] or more, the efficiency of energy focusing to the focal point by the reflecting surface made of aluminum is improved, and the ultrasonic energy by each sound ray efficiently focused is improved. There is an effect that can be used for jetting liquid.
【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]
【図1】 この発明の実施の形態1による超音波収束装
置の構成を示す模式図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of an ultrasonic convergence device according to Embodiment 1 of the present invention.
【図2】 この発明の実施の形態1による超音波収束装
置の構成を示す断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a configuration of an ultrasonic convergence device according to Embodiment 1 of the present invention.
【図3】 この発明の実施の形態1による超音波収束装
置の液体と固体の境界面、縦波の透過波、横波の透過
波、入射角などを示す動作説明図である。
FIG. 3 is an operation explanatory diagram showing a boundary surface between a liquid and a solid, a transmitted wave of a longitudinal wave, a transmitted wave of a transverse wave, an incident angle, and the like of the ultrasonic focusing apparatus according to the first embodiment of the present invention.
【図4】 この発明の実施の形態1による超音波収束装
置の入射角が0°〜90°の範囲における、液体が水、
固体が黄銅である場合の反射面での反射率の絶対値およ
び位相を示す特性図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating an ultrasonic focusing apparatus according to Embodiment 1 of the present invention in which an incident angle is in a range of 0 ° to 90 °;
FIG. 4 is a characteristic diagram showing an absolute value and a phase of a reflectance on a reflection surface when a solid is brass.
【図5】 この発明の実施の形態1による超音波収束装
置の入射角が0°〜90°の範囲における、液体が水、
固体が亜鉛である場合の反射面での反射率の絶対値およ
び位相を示す特性図である。
FIG. 5 is a diagram illustrating an ultrasonic convergence device according to Embodiment 1 of the present invention, in which the liquid is water and the incident angle is in the range of 0 ° to 90 °.
FIG. 4 is a characteristic diagram showing an absolute value and a phase of a reflectance on a reflection surface when a solid is zinc.
【図6】 この発明の実施の形態1による超音波収束装
置の入射角が0°〜90°の範囲における、液体が水、
固体がマグネシウムである場合の反射面での反射率の絶
対値および位相を示す特性図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating an ultrasonic convergence device according to Embodiment 1 of the present invention, in which the liquid is water and the incident angle is in a range of 0 ° to 90 °.
FIG. 4 is a characteristic diagram showing an absolute value and a phase of a reflectance on a reflection surface when a solid is magnesium.
【図7】 この発明の実施の形態1による超音波収束装
置の入射角が0°〜90°の範囲における、液体が水、
固体がアルミニウムである場合の反射面での反射率の絶
対値および位相を示す特性図である。
FIG. 7 is a diagram illustrating a state in which the liquid is water when the incident angle of the ultrasonic convergence device according to the first embodiment of the present invention is in the range of 0 ° to 90 °;
FIG. 4 is a characteristic diagram showing an absolute value and a phase of a reflectance on a reflection surface when a solid is aluminum.
【図8】 この発明の実施の形態1による超音波収束装
置の各音線の焦点における振幅を、係数aを0から2の
範囲で計算した特性図である。
FIG. 8 is a characteristic diagram in which an amplitude at a focal point of each sound ray of the ultrasonic convergence device according to the first embodiment of the present invention is calculated with a coefficient a in a range of 0 to 2;
【図9】 この発明の実施の形態1による超音波収束装
置の各音線の焦点における振幅を、係数aを0から2の
範囲で計算した特性図である。
FIG. 9 is a characteristic diagram in which an amplitude at a focal point of each sound ray of the ultrasonic convergence device according to the first embodiment of the present invention is calculated with a coefficient a in a range of 0 to 2;
【図10】 この発明の実施の形態1による超音波収束
装置の各音線の焦点における振幅を、係数aを0から2
の範囲で計算した特性図である。
FIG. 10 shows the amplitude at the focal point of each sound ray of the ultrasonic focusing apparatus according to Embodiment 1 of the present invention,
6 is a characteristic diagram calculated in the range of FIG.
【図11】 この発明の実施の形態1による超音波収束
装置の各音線の焦点における振幅を、係数aを0から2
の範囲で計算した特性図である。
FIG. 11 shows the amplitude at the focal point of each sound ray of the ultrasonic focusing apparatus according to Embodiment 1 of the present invention,
6 is a characteristic diagram calculated in the range of FIG.
【図12】 この発明の実施の形態2による超音波収束
装置の構成を示す模式図である。
FIG. 12 is a schematic diagram showing a configuration of an ultrasonic convergence device according to Embodiment 2 of the present invention.
【図13】 この発明の実施の形態2による超音波収束
装置の構成を示す断面図である。
FIG. 13 is a cross-sectional view showing a configuration of an ultrasonic convergence device according to Embodiment 2 of the present invention.
【図14】 この発明の実施の形態3による超音波液体
噴出装置の構成を示す斜視図である。
FIG. 14 is a perspective view showing a configuration of an ultrasonic liquid ejection device according to Embodiment 3 of the present invention.
【図15】 この発明の実施の形態3による超音波液体
噴出装置の構成を示す断面図である。
FIG. 15 is a cross-sectional view illustrating a configuration of an ultrasonic liquid ejection device according to Embodiment 3 of the present invention.
【図16】 この発明の実施の形態4による超音波液体
噴出装置の構成を示す斜視図である。
FIG. 16 is a perspective view showing a configuration of an ultrasonic liquid ejection apparatus according to Embodiment 4 of the present invention.
【図17】 この発明の実施の形態4による超音波液体
噴出装置の構成を示す断面図である。
FIG. 17 is a cross-sectional view showing a configuration of an ultrasonic liquid ejection device according to Embodiment 4 of the present invention.
【図18】 従来の超音波収束装置を示す説明図であ
る。
FIG. 18 is an explanatory view showing a conventional ultrasonic convergence device.
【図19】 従来の超音波収束装置を示す説明図であ
る。
FIG. 19 is an explanatory diagram showing a conventional ultrasonic convergence device.
【図20】 従来の超音波収束装置を示す説明図であ
る。
FIG. 20 is an explanatory view showing a conventional ultrasonic convergence device.
【符号の説明】[Explanation of symbols]
1,11 超音波発信源、3 音線、4,14 反射
面、5 焦点、8 固体部材、82,83 貫通孔(噴
出孔)、101 液体供給装置。
1, 11 ultrasonic transmission source, 3 sound rays, 4, 14 reflecting surface, 5 focal points, 8 solid members, 82, 83 through holes (ejection holes), 101 liquid supply device.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福本 宏 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on front page (72) Inventor Hiroshi Fukumoto 2-3-2 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Mitsubishi Electric Corporation

Claims (22)

    【特許請求の範囲】[Claims]
  1. 【請求項1】 液体中に縦波超音波を放射する超音波発
    信源と、前記液体中に配置され、前記超音波発信源から
    前記液体中に放射された縦波超音波を、前記液体中にお
    いて収束させるための反射面を有した固体部材とで構成
    された超音波収束装置において、 前記反射面は、 前記固体部材の一部の表面で構成され、形状が前記超音
    波発信源から放射された縦波超音波の各音線の入射角と
    の関係で、縦波超音波が前記液体中で完全反射して前記
    縦波超音波の予め規定された焦点に収束する形状に構成
    されるとともに、前記各音線が前記反射面によって反射
    される際の反射に伴う位相シフト量が各音線に関して同
    相となる形状に構成されていることを特徴とする超音波
    収束装置。
    1. An ultrasonic wave source for emitting longitudinal ultrasonic waves into a liquid, and a longitudinal wave ultrasonic wave arranged in the liquid and emitted from the ultrasonic wave source into the liquid, the ultrasonic wave being transmitted into the liquid. In the ultrasonic convergence device constituted by a solid member having a reflection surface for converging, the reflection surface is constituted by a part of the surface of the solid member, and the shape is radiated from the ultrasonic transmission source. In relation to the incident angle of each sound ray of the longitudinal ultrasonic wave, the longitudinal ultrasonic wave is completely reflected in the liquid and is configured to converge to a predetermined focal point of the longitudinal ultrasonic wave. An ultrasonic convergence apparatus, wherein each of the sound rays is configured to have a phase shift amount caused by reflection when the sound rays are reflected by the reflection surface so as to be in phase with respect to each of the sound rays.
  2. 【請求項2】 反射面は、 長さの単位を[m]とし、液体の密度、前記液体中の縦
    波超音波の音速、固体部材の密度、前記固体部材中の縦
    波超音波の音速、並びに前記固体部材中の横波超音波の
    音速によって決定される[m-1]の単位を持つ所定値以
    上の値である係数をa、回転放物面形状の上端面の直径
    の長さをDとしたとき、回転軸をy軸にした前記回転放
    物面形状の断面を規定する2次関数で与えられる曲線
    が、前記y軸と交差する原点において当該y軸と直行す
    る線がx軸であるy=(2a/D)x2 で規定される放
    物線であって、前記回転放物面形状の一部により構成さ
    れ、前記縦波超音波の各音線を前記回転放物面の焦点に
    収束させる形状を有し、 超音波発信源は、 前記反射面を構成する前記回転放物面の前記回転軸と平
    行に、前記各音線が完全反射する入射角で、前記各音線
    を前記反射面へ放射する位置に配置されていることを特
    徴とする請求項1記載の超音波収束装置。
    2. The reflection surface has a unit of length [m], a density of a liquid, a sound velocity of a longitudinal ultrasonic wave in the liquid, a density of a solid member, and a sound velocity of a longitudinal ultrasonic wave in the solid member. And a is a coefficient that is a value equal to or greater than a predetermined value having a unit of [m −1 ] determined by the sound speed of the transverse ultrasonic wave in the solid member, and the length of the diameter of the upper end surface of the paraboloid of revolution is When D is given, a curve given by a quadratic function defining the cross section of the paraboloid of revolution with the rotation axis as the y-axis has a line perpendicular to the y-axis at the origin intersecting the y-axis and the x-axis. Y = (2a / D) × 2 , which is constituted by a part of the shape of the rotating paraboloid and focuses each sound ray of the longitudinal ultrasonic wave on the focus of the rotating paraboloid. The ultrasonic transmission source, in parallel with the rotation axis of the paraboloid of revolution constituting the reflection surface, The ultrasonic convergence apparatus according to claim 1, wherein the sound ray is arranged at an incident angle at which the sound ray is completely reflected, and the sound ray is radiated to the reflection surface.
  3. 【請求項3】 回転放物面の下端面の直径をd、前記回
    転放物面の上端面の直径をD、液体の密度をρ1 、前記
    液体中の縦波超音波の音速をνl 、固体部材の密度をρ
    2 、前記固体部材中の縦波超音波の音速をνL 、前記固
    体部材中の横波超音波の音速をνS としたとき、超音波
    発信源から放射された縦波超音波の各音線が完全反射す
    る領域において、前記下端面の直径dと上端面の直径D
    で規定される範囲内の前記下端面の直径dと上端面の直
    径Dで規定される範囲内の前記回転放物面の形状を決め
    るy=(2a/D)x2 で規定される放物線の係数a
    を、前記液体の密度ρ1 、前記液体中の縦波超音波の音
    速νl 、前記固体部材の密度ρ2 、前記固体部材中の縦
    波超音波の音速νL 、前記固体部材中の横波超音波の音
    速νS で規定される反射率の位相が−180゜となる第
    1の入射角θ’以上、かつ90゜以下の範囲内に入射角
    が制限される値にしたことを特徴とする請求項2記載の
    超音波収束装置。
    3. The diameter of the lower end face of the paraboloid of revolution is d, the diameter of the upper end face of the paraboloid of revolution is D, the density of the liquid is ρ 1 , and the speed of sound of longitudinal ultrasonic waves in the liquid is ν l. , The density of the solid member is ρ
    2 , when the sound velocity of the longitudinal ultrasonic wave in the solid member is ν L and the sound velocity of the transverse ultrasonic wave in the solid member is ν S , each sound ray of the longitudinal ultrasonic wave emitted from the ultrasonic wave source In the area where the light is completely reflected, the diameter d of the lower end face and the diameter D of the upper end face
    Which determines the shape of the paraboloid of revolution within the range defined by the diameter d of the lower end face and the diameter D of the upper end face within the range defined by y = (2a / D) × 2 Coefficient a
    The density ρ 1 of the liquid, the sound velocity ν l of the longitudinal ultrasonic wave in the liquid, the density ρ 2 of the solid member, the sound velocity ν L of the longitudinal ultrasonic wave in the solid member, the transverse wave in the solid member The angle of incidence is limited within a range of not less than the first incident angle θ ′ at which the phase of the reflectance specified by the sound velocity ν S of the ultrasonic wave is −180 ° and not more than 90 °. The ultrasonic focusing device according to claim 2, wherein
  4. 【請求項4】 反射面は、 長さの単位が[m]であり、液体の密度、前記液体中の
    縦波超音波の音速、固体部材の密度、前記固体部材中の
    縦波超音波の音速、並びに、前記固体部材中の横波超音
    波の音速によって決定される所定値以上の値である[m
    -1]の単位を持つ係数をa、2つの放物面の上端部の離
    間距離をD、前記2つの放物面の対称軸をy軸としたと
    き、前記2つの放物面の断面を規定する2次関数で与え
    られる曲線が、前記y軸と交差する原点において当該y
    軸と直行する線がx軸であるy=(2a/D)x2 で表
    され、前記断面と直行する方向に一様である前記放物面
    の一部により構成されて前記縦波超音波の各音線を前記
    放物面の焦点に収束させる形状であり、 超音波発信源は、 前記反射面を構成する前記放物面の前記対称軸と平行に
    前記各音線が完全反射する入射角で各音線を前記反射面
    へ放射する位置に配置されていることを特徴とする請求
    項1記載の超音波収束装置。
    4. The reflecting surface has a unit of length [m], and includes a density of a liquid, a sound velocity of longitudinal ultrasonic waves in the liquid, a density of a solid member, and a density of a longitudinal ultrasonic wave in the solid member. The sound velocity is a value equal to or higher than a predetermined value determined by the sound velocity of the transverse ultrasonic wave in the solid member [m
    -1 ] is a coefficient, a distance between upper ends of two paraboloids is D, and a symmetry axis of the two paraboloids is y-axis. A curve given by a quadratic function that defines the y-axis at the origin crossing the y-axis
    A line perpendicular to the axis is represented by y = (2a / D) x 2 which is an x-axis, and the longitudinal ultrasonic wave is constituted by a part of the paraboloid which is uniform in a direction perpendicular to the cross section. And the ultrasonic transmission source is configured so that each of the sound rays is completely reflected in parallel with the symmetry axis of the paraboloid constituting the reflection surface. 2. The ultrasonic convergence device according to claim 1, wherein each sound ray is radiated to the reflection surface at an angle.
  5. 【請求項5】 2つの放物面の下端部の離間距離をd、
    前記放物面の上端面の離間距離をD、液体の密度をρ
    1 、前記液体中の縦波超音波の音速をνl 、固体部材の
    密度をρ2 、前記固体部材中の縦波超音波の音速をν
    L 、前記固体部材中の横波超音波の音速をνS としたと
    き、超音波発信源から放射された縦波超音波の各音線が
    完全反射する領域において、前記放物面の形状を決める
    y=(2a/D)x2 で規定される放物線の係数aを、
    前記液体の密度ρ1 、前記液体中の縦波超音波の音速ν
    l 、前記固体部材の密度ρ2 、前記固体部材中の縦波超
    音波の音速νL 、前記固体部材中の横波超音波の音速ν
    S で規定される反射率の位相が−180゜となる第1の
    入射角θ’以上、かつ90゜以下の範囲内に入射角が制
    限される値にしたことを特徴とする請求項4記載の超音
    波収束装置。
    5. The distance between the lower ends of the two paraboloids is d,
    The separation distance of the upper end face of the paraboloid is D, and the density of the liquid is ρ
    1 , the sound speed of longitudinal ultrasonic waves in the liquid is ν l , the density of the solid member is ρ 2 , and the sound speed of longitudinal ultrasonic waves in the solid member is ν
    L , when the sound speed of the shear wave ultrasonic wave in the solid member is ν S , in a region where each sound ray of the longitudinal wave ultrasonic wave emitted from the ultrasonic wave source is completely reflected, determines the shape of the paraboloid. The coefficient a of a parabola defined by y = (2a / D) x 2 is given by
    The density ρ 1 of the liquid, the speed of sound ν of longitudinal ultrasonic waves in the liquid
    l , density ρ 2 of the solid member, sound velocity ν L of longitudinal ultrasonic wave in the solid member, sound velocity ν of transverse ultrasonic wave in the solid member
    The incident angle is limited within a range of not less than 90 ° and not less than the first incident angle θ ′ at which the phase of the reflectance specified by S is −180 °. Ultrasonic convergence device.
  6. 【請求項6】 超音波発信源から放射された縦波超音波
    の各音線の反射面への入射角の範囲は、前記各音線が完
    全反射し、かつ前記各音線の反射に伴う位相シフト量の
    前記各音線間の差を略零にする範囲であることを特徴と
    する請求項2から請求項5のうちのいずれか1項記載の
    超音波収束装置。
    6. The range of the angle of incidence of the longitudinal ultrasonic waves radiated from the ultrasonic wave transmitting source on the reflection surface of each sound ray is such that each sound ray is completely reflected and that each sound ray is reflected. The ultrasonic convergence apparatus according to any one of claims 2 to 5, wherein a difference in a phase shift amount between the sound rays is substantially zero.
  7. 【請求項7】 超音波発信源から放射された縦波超音波
    の各音線の反射面への入射角のとる範囲は、前記各音線
    が完全反射し、かつ前記各音線の反射に伴う位相シフト
    量の差の最大値が略40°以下の範囲であることを特徴
    とする請求項2から請求項5のうちのいずれか1項記載
    の超音波収束装置。
    7. The range of the incident angle of the longitudinal ultrasonic waves emitted from the ultrasonic wave transmitting source to the reflection surface of each sound ray is such that each sound ray is completely reflected and that each sound ray is reflected. The ultrasonic focusing apparatus according to any one of claims 2 to 5, wherein the maximum value of the difference in the accompanying phase shift amount is in a range of about 40 ° or less.
  8. 【請求項8】 液体を水あるいはインク、固体部材を黄
    銅として、長さの単位を[m]で表したとき、係数aの
    値が略1.3×103 [m-1]以上であることを特徴と
    する請求項2から請求項5のうちのいずれか1項記載の
    超音波収束装置。
    8. When the liquid is water or ink and the solid member is brass, and the unit of length is [m], the value of the coefficient a is about 1.3 × 10 3 [m −1 ] or more. The ultrasonic focusing apparatus according to any one of claims 2 to 5, wherein:
  9. 【請求項9】 液体を水あるいはインク、固体部材を亜
    鉛として、長さの単位を[m]で表したとき、係数aの
    値は略1×103 [m-1]以上であることを特徴とする
    請求項2から請求項5のうちのいずれか1項記載の超音
    波収束装置。
    9. When the liquid is water or ink and the solid member is zinc, and the unit of length is represented by [m], the value of the coefficient a is about 1 × 10 3 [m −1 ] or more. The ultrasonic convergence device according to any one of claims 2 to 5, characterized in that:
  10. 【請求項10】 液体を水あるいはインク、固体部材を
    マグネシウムとして、長さの単位を[m]で表したと
    き、係数aの値は略0.8×103 [m-1]以上である
    ことを特徴とする請求項2から請求項5のうちのいずれ
    か1項記載の超音波収束装置。
    10. When the length of the liquid is water or ink and the solid member is magnesium, and the unit of length is [m], the value of the coefficient a is about 0.8 × 10 3 [m −1 ] or more. The ultrasonic focusing apparatus according to any one of claims 2 to 5, wherein:
  11. 【請求項11】 液体を水あるいはインク、固体部材を
    アルミニウムとして、長さの単位を[m]で表したと
    き、係数aの値は略0.7×103 [m-1]以上である
    ことを特徴とする請求項2から請求項5のうちのいずれ
    か1項記載の超音波収束装置。
    11. When the liquid is water or ink and the solid member is aluminum, and the unit of length is [m], the value of the coefficient a is about 0.7 × 10 3 [m −1 ] or more. The ultrasonic focusing apparatus according to any one of claims 2 to 5, wherein:
  12. 【請求項12】 液体中に縦波超音波を放射する超音波
    発信源と、前記超音波発信源から放射された縦波超音波
    の各音線の入射角との関係で、縦波超音波を前記液体中
    で完全反射させて前記縦波超音波の予め規定された焦点
    に収束させる形状であるとともに、前記各音線が前記反
    射面によって反射される際の反射に伴う位相シフト量が
    各音線に関して同相となる形状である前記液体中に配置
    された反射面を有した固体部材とを備えた超音波収束装
    置と、 前記液体を逐次供給する液体供給装置と、 前記液体中の縦波超音波によって前記液体が噴出する、
    前記焦点付近に構成された噴出孔とを備えた超音波液体
    噴出装置。
    12. A longitudinal ultrasonic wave according to a relationship between an ultrasonic wave transmitting source that emits a longitudinal ultrasonic wave into a liquid and an incident angle of each sound ray of the longitudinal ultrasonic wave radiated from the ultrasonic transmitting source. Is completely reflected in the liquid and converged to a predetermined focal point of the longitudinal ultrasonic wave, and the amount of phase shift accompanying reflection when each sound ray is reflected by the reflecting surface is An ultrasonic convergence device including a solid member having a reflection surface disposed in the liquid and having a shape that is in phase with respect to sound rays; a liquid supply device that sequentially supplies the liquid; and a longitudinal wave in the liquid. The liquid is ejected by ultrasonic waves,
    An ultrasonic liquid ejecting apparatus, comprising: an ejecting hole formed near the focal point.
  13. 【請求項13】 固体部材により構成され液体中に配置
    された反射面は、 長さの単位を[m]とし、液体の密度、前記液体中の縦
    波超音波の音速、固体部材の密度、前記固体部材中の縦
    波超音波の音速、並びに前記固体部材中の横波超音波の
    音速によって決定される[m-1]の単位を持つ所定値以
    上の値である係数をa、回転放物面形状の上端面の直径
    の長さをDとしたとき、回転軸をy軸にした前記回転放
    物面形状の断面を規定する2次関数で与えられる曲線
    が、前記y軸と交差する原点において当該y軸と直行す
    る線がx軸であるy=(2a/D)x2 で規定される放
    物線であって、前記回転放物面形状の一部により構成さ
    れ、前記縦波超音波の各音線を前記回転放物面の焦点に
    収束させる形状を有し、 超音波発信源が、 前記反射面を構成する前記回転放物面の前記回転軸と平
    行に、前記各音線が完全反射する入射角で、前記各音線
    を前記反射面へ放射する位置に配置されている超音波収
    束装置と、 前記液体を逐次供給する液体供給装置と、 前記液体中の縦波超音波によって前記液体が噴出する、
    前記焦点付近に構成された噴出孔とを備えていることを
    特徴とする請求項12記載の超音波液体噴出装置。
    13. A reflecting surface formed of a solid member and arranged in a liquid, the unit of length is [m], the density of the liquid, the sound speed of longitudinal ultrasonic waves in the liquid, the density of the solid member, The coefficient a, which is a value equal to or larger than a predetermined value having a unit of [m -1 ] determined by the sound speed of longitudinal ultrasonic waves in the solid member and the sound speed of transverse ultrasonic waves in the solid member, Assuming that the length of the diameter of the upper end surface of the surface shape is D, a curve given by a quadratic function defining the cross section of the paraboloid of revolution with the rotation axis as the y-axis is the origin at which the y-axis intersects. Is a parabola defined by y = (2a / D) x 2 where the line orthogonal to the y-axis is the x-axis, and is constituted by a part of the shape of the paraboloid of revolution. Each sound ray has a shape that converges on the focal point of the paraboloid of revolution, and an ultrasonic wave source forms the reflection surface. In parallel with the rotation axis of the rotating paraboloid to be formed, at an incident angle at which each sound ray is completely reflected, an ultrasonic convergence device arranged at a position where each sound ray is radiated to the reflection surface, A liquid supply device for sequentially supplying the liquid, and the liquid is ejected by longitudinal ultrasonic waves in the liquid,
    13. The ultrasonic liquid ejection device according to claim 12, further comprising an ejection hole configured near the focal point.
  14. 【請求項14】 超音波収束装置における回転放物面の
    下端面の直径をd、前記回転放物面の上端面の直径を
    D、液体の密度をρ1 、前記液体中の縦波超音波の音速
    をνl 、固体部材の密度をρ2 、前記固体部材中の縦波
    超音波の音速をνL 、前記固体部材中の横波超音波の音
    速をνS としたとき、超音波発信源から放射された縦波
    超音波の各音線が完全反射する領域において、前記下端
    面の直径dと上端面の直径Dで規定される範囲内の前記
    回転放物面の形状を決めるy=(2a/D)x2 で規定
    される放物線の係数aを、前記液体の密度ρ1 、前記液
    体中の縦波超音波の音速νl 、前記固体部材の密度ρ
    2 、前記固体部材中の縦波超音波の音速νL 、前記固体
    部材中の横波超音波の音速νS で規定される反射率の位
    相が−180゜となる第1の入射角θ’以上、かつ90
    ゜以下の範囲内に入射角が制限される値にしたことを特
    徴とする請求項13記載の超音波液体噴出装置。
    14. The ultrasonic wave focusing apparatus, wherein the diameter of the lower end surface of the paraboloid of revolution is d, the diameter of the upper end surface of the paraboloid of revolution is D, the density of the liquid is ρ 1 , and the longitudinal ultrasonic waves in the liquid are When the sound speed of ν l , the density of the solid member is ρ 2 , the sound speed of the longitudinal ultrasonic wave in the solid member is ν L , and the sound speed of the transverse ultrasonic wave in the solid member is ν S , an ultrasonic wave source In the region where each sound ray of longitudinal ultrasonic waves radiated from the target is completely reflected, the shape of the paraboloid of revolution within the range defined by the diameter d of the lower end face and the diameter D of the upper end face is determined as y = ( 2a / D) × 2 , the coefficient a of the parabola defined by x2, the density ρ 1 of the liquid, the sound velocity ν l of longitudinal ultrasonic waves in the liquid, the density ρ of the solid member
    2. The first incident angle θ ′ at which the phase of the reflectance defined by the sound velocity ν L of the longitudinal ultrasonic wave in the solid member and the sound velocity ν S of the transverse ultrasonic wave in the solid member becomes −180 ° or more. And 90
    14. The ultrasonic liquid ejecting apparatus according to claim 13, wherein the incident angle is limited to a value within the following range.
  15. 【請求項15】 超音波収束装置における反射面は、 長さの単位が[m]であり、液体の密度、前記液体中の
    縦波超音波の音速、固体部材の密度、前記固体部材中の
    縦波超音波の音速、並びに、前記固体部材中の横波超音
    波の音速によって決定される所定値以上の値である[m
    -1]の単位を持つ係数をa、2つの放物面の上端部の離
    間距離をD、前記2つの放物面の対称軸をy軸としたと
    き、前記2つの放物面の断面を規定する2次関数で与え
    られる曲線が、前記y軸と交差する原点において当該y
    軸と直行する線がx軸であるy=(2a/D)x2 で表
    され、前記断面と直行する方向に一様である前記放物面
    の一部により構成されて前記縦波超音波の各音線を前記
    放物面の焦点に収束させる形状であり、 超音波収束装置における超音波発信源は、 前記反射面を構成する前記放物面の前記対称軸と平行に
    前記各音線が完全反射する入射角で各音線を前記反射面
    へ放射する位置に配置されていることを特徴とする請求
    項12記載の超音波液体噴出装置。
    15. The reflecting surface of the ultrasonic focusing device has a unit of length [m], and has a density of a liquid, a sound velocity of longitudinal ultrasonic waves in the liquid, a density of a solid member, and a density of the solid member. It is a value equal to or more than a predetermined value determined by the sound speed of longitudinal ultrasonic waves and the sound speed of transverse ultrasonic waves in the solid member [m
    -1 ] is a coefficient, a distance between upper ends of two paraboloids is D, and a symmetry axis of the two paraboloids is y-axis. A curve given by a quadratic function that defines the y-axis at the origin crossing the y-axis
    A line perpendicular to the axis is represented by y = (2a / D) x 2 which is an x-axis, and the longitudinal ultrasonic wave is constituted by a part of the paraboloid which is uniform in a direction perpendicular to the cross section. Is a shape that converges each sound ray to the focal point of the parabolic surface, and the ultrasonic wave transmission source in the ultrasonic convergence device, wherein each sound ray is parallel to the symmetry axis of the paraboloid constituting the reflection surface. 13. The ultrasonic liquid ejection device according to claim 12, wherein each of the sound rays is radiated to the reflection surface at an incident angle at which the light is completely reflected.
  16. 【請求項16】 超音波収束装置における2つの放物面
    の下端部の離間距離をd、前記放物面の上端面の離間距
    離をD、液体の密度をρ1 、前記液体中の縦波超音波の
    音速をνl 、固体部材の密度をρ2 、前記固体部材中の
    縦波超音波の音速をνL 、前記固体部材中の横波超音波
    の音速をνS としたとき、超音波発信源から放射された
    縦波超音波の各音線が完全反射する領域において、前記
    放物面の形状を決めるy=(2a/D)x2 で規定され
    る放物線の係数aを、前記液体の密度ρ1 、前記液体中
    の縦波超音波の音速νl 、前記固体部材の密度ρ2 、前
    記固体部材中の縦波超音波の音速νL 、前記固体部材中
    の横波超音波の音速νSで規定される反射率の位相が−
    180゜となる第1の入射角θ’以上、かつ90゜以下
    の範囲内に入射角が制限される値にしたことを特徴とす
    る請求項15記載の超音波液体噴出装置。
    16. The distance between the lower ends of two paraboloids in the ultrasonic focusing device is d, the distance between the upper ends of the paraboloids is D, the density of the liquid is ρ 1 , and the longitudinal wave in the liquid is When the sound speed of the ultrasonic wave is ν l , the density of the solid member is ρ 2 , the sound speed of the longitudinal ultrasonic wave in the solid member is ν L , and the sound speed of the transverse ultrasonic wave in the solid member is ν S , the ultrasonic wave In a region where each sound ray of longitudinal ultrasonic waves radiated from the transmission source is completely reflected, a coefficient a of a parabola defined by y = (2a / D) × 2 which determines the shape of the paraboloid is set to the liquid density [rho 1, the longitudinal wave ultrasonic sound speed [nu l in the liquid, said solid member of density [rho 2, the longitudinal wave ultrasonic sound speed [nu L of the solid member in, transverse ultrasonic wave sound velocity of the solid member in The phase of the reflectance specified by ν S is −
    16. The ultrasonic liquid ejection apparatus according to claim 15, wherein the incident angle is limited within a range of not less than 180 [deg.] And not more than 90 [deg.].
  17. 【請求項17】 超音波収束装置における超音波発信源
    から放射された縦波超音波の各音線の反射面への入射角
    の範囲は、前記各音線が完全反射し、かつ前記各音線の
    反射に伴う位相シフト量の前記各音線間の差を略零にす
    る範囲であることを特徴とする請求項13から請求項1
    6のうちのいずれか1項記載の超音波液体噴出装置。
    17. The range of angles of incidence of longitudinal ultrasonic waves radiated from an ultrasonic transmission source in an ultrasonic convergence device on a reflecting surface of each sound ray is such that each sound ray is completely reflected and each sound ray is reflected. 14. The method according to claim 13, wherein a difference between the sound rays in a phase shift amount due to reflection of the rays is substantially zero.
    7. The ultrasonic liquid jetting device according to any one of 6.
  18. 【請求項18】 超音波収束装置における超音波発信源
    から放射された縦波超音波の各音線の反射面への入射角
    のとる範囲は、前記各音線が完全反射し、かつ前記各音
    線の反射に伴う位相シフト量の差の最大値が略40°以
    下の範囲であることを特徴とする請求項13から請求項
    16のうちのいずれか1項記載の超音波液体噴出装置。
    18. The range in which the incident angle of the longitudinal ultrasonic waves emitted from the ultrasonic wave transmission source in the ultrasonic convergence device to the reflection surface of each sound ray is such that each sound ray is completely reflected and The ultrasonic liquid ejection device according to any one of claims 13 to 16, wherein the maximum value of the difference in the amount of phase shift due to the reflection of the sound ray is in a range of approximately 40 ° or less.
  19. 【請求項19】 超音波収束装置における反射面が、黄
    銅からなる固体部材により構成され、水またはインクで
    ある液体中に配置されており、長さの単位を[m]で表
    したとき、係数aの値が略1.3×103 [m-1]以上
    であることを特徴とする請求項13から請求項16のう
    ちのいずれか1項記載の超音波液体噴出装置。
    19. The reflection surface of the ultrasonic focusing device is constituted by a solid member made of brass and is disposed in a liquid such as water or ink. When a unit of length is represented by [m], a coefficient is set. 17. The ultrasonic liquid ejecting apparatus according to claim 13, wherein the value of a is approximately 1.3 × 10 3 [m −1 ] or more.
  20. 【請求項20】 超音波収束装置における反射面が、亜
    鉛からなる固体部材により構成され、水またはインクで
    ある液体中に配置されており、長さの単位を[m]で表
    したとき、係数aの値は略1×103 [m-1]以上であ
    ることを特徴とする請求項13から請求項16のうちの
    いずれか1項記載の超音波液体噴出装置。
    20. A reflection surface of the ultrasonic focusing device is constituted by a solid member made of zinc and is disposed in a liquid that is water or ink. When a unit of length is represented by [m], a coefficient is set. 17. The ultrasonic liquid ejecting apparatus according to claim 13, wherein the value of a is approximately 1 × 10 3 [m −1 ] or more.
  21. 【請求項21】 超音波収束装置における反射面が、マ
    グネシウムからなる固体部材により構成され、水または
    インクである液体中に配置されており、長さの単位を
    [m]で表したとき、係数aの値は略0.8×103
    [m-1]以上であることを特徴とする請求項13から請
    求項16のうちのいずれか1項記載の超音波液体噴出装
    置。
    21. A reflecting surface of the ultrasonic focusing device is constituted by a solid member made of magnesium and is arranged in a liquid such as water or ink. When a unit of length is represented by [m], a coefficient is expressed by: The value of a is approximately 0.8 × 10 3
    The ultrasonic liquid ejection device according to any one of claims 13 to 16, wherein the value is not less than [m- 1 ].
  22. 【請求項22】 超音波収束装置における反射面が、ア
    ルミニウムからなる固体部材により構成され、水または
    インクである液体中に配置されており、長さの単位を
    [m]で表したとき、係数aの値は略0.7×103
    [m-1]以上であることを特徴とする請求項13から請
    求項16のうちのいずれか1項記載の超音波液体噴出装
    置。
    22. A reflecting surface of the ultrasonic focusing device is constituted by a solid member made of aluminum and is arranged in a liquid such as water or ink. When a unit of length is represented by [m], a coefficient is defined as: The value of a is approximately 0.7 × 10 3
    The ultrasonic liquid ejection device according to any one of claims 13 to 16, wherein the value is not less than [m- 1 ].
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