JPWO2009096347A1 - Ultrasonic generator and equipment equipped with the same - Google Patents
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Abstract
強力な音圧レベル(特に140dB以上)の超音波を広範囲に放射することができる超音波発生装置及びそれを備えた設備機器を提供する。超音波発生装置100は、圧電素子10aが設けられている振動板10(超音波振動子)と、振動子10の先端部に取り付けられ、振動子10の振動と共振することで「たわみ振動」し超音波を発生する振動板12とを、備えたことを特徴とする。An ultrasonic generator capable of radiating an ultrasonic wave having a strong sound pressure level (especially 140 dB or more) over a wide range and an equipment provided with the ultrasonic generator are provided. The ultrasonic generator 100 is attached to the vibration plate 10 (ultrasonic vibrator) provided with the piezoelectric element 10 a and the tip of the vibrator 10, and resonates with the vibration of the vibrator 10, thereby “flexing vibration”. And a diaphragm 12 for generating ultrasonic waves.
Description
本発明は、超音波を発生する超音波発生装置に関し、特に強力な音圧レベルの超音波を広範囲に放射することが可能な超音波発生装置及びそれを備えた設備機器に関するものである。 The present invention relates to an ultrasonic generator that generates ultrasonic waves, and more particularly to an ultrasonic generator that can radiate ultrasonic waves having a strong sound pressure level over a wide range and equipment equipped with the ultrasonic generator.
従来から、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)等の圧電素子を利用した超音波発生装置が存在する。このような超音波発生装置は、一般的に、圧電素子に電圧を印加することで圧電素子を発振させ、一定方向の振動の共振周波数を利用することで、特定の周波数を音響発振するようになっている。したがって、その音圧レベルは圧電素子を駆動させる入力電圧に依存していることになる。また、圧電素子で発生した周波数は一般的に可聴域の周波数とは異なる18kHz以上の超音波域を有しており、その音圧レベルは空中に放射すると極端に音圧レベルが減衰することになる。 Conventionally, there has been an ultrasonic generator using a piezoelectric element such as PZT (lead zirconate titanate). In general, such an ultrasonic generator oscillates a piezoelectric element by applying a voltage to the piezoelectric element, and oscillates a specific frequency by using a resonance frequency of vibration in a certain direction. It has become. Therefore, the sound pressure level depends on the input voltage for driving the piezoelectric element. Further, the frequency generated by the piezoelectric element generally has an ultrasonic range of 18 kHz or higher, which is different from the frequency of the audible range, and the sound pressure level is extremely attenuated when radiated in the air. Become.
この音圧レベルを増幅させるために、圧電素子の面振動方向に対して共振構造体(ホーン構造)を取り付け、圧電素子の面振動の振動数と共振構造体の振動数とを一致させる手段が一般的に行われている。そのようなものとして、「超音波振動を発生させる振動子部と、振動子部の振動を増幅するホーンとを備えるとともに振動子部とホーンとを合わせた長さが発生する超音波の波長のほぼ1/2となっている超音波発生装置であって、振動子部には複数のホーンが並行して取り付けられており、各ホーンの出力側が共振板で連結されている超音波発生装置」が提案されている(たとえば、特許文献1参照)。 In order to amplify the sound pressure level, a resonance structure (horn structure) is attached to the surface vibration direction of the piezoelectric element, and means for matching the frequency of the surface vibration of the piezoelectric element with the frequency of the resonance structure is provided. Generally done. As such, “a transducer unit that generates ultrasonic vibrations and a horn that amplifies the vibrations of the transducer unit and the combined length of the transducer unit and the horn are It is an ultrasonic generator that is approximately ½, and a plurality of horns are attached in parallel to the transducer part, and the output side of each horn is connected by a resonance plate ” Has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
また、コロナ放電による電気集塵を助長する手段として音放射を組み合わせるようにした技術が開示されている。そのようなものとして、「荷電部と集塵部と、前記荷電部のうちの少なくとも放電部位の一部に対して音波を照射する音波発生手段とを備え、前記荷電部は、放電電極と対向電極とで構成されるとともに、前記音波発生手段は、少なくとも前記放電電極と前記対向電極との間の放電空間に音波を照射する電気集塵装置」が提案されている(たとえば、特許文献2参照)。この電気集塵装置は、コロナ放電による塵埃等の集塵を音放射の印加を付け加えることで増強するようになっている。 Also disclosed is a technique in which sound radiation is combined as a means for promoting electrostatic dust collection by corona discharge. As such, “comprising a charging part, a dust collecting part, and a sound wave generating means for irradiating a sound wave to at least a part of the discharge part of the charging part, wherein the charging part is opposed to the discharge electrode. An electrostatic precipitator that radiates sound waves to at least a discharge space between the discharge electrode and the counter electrode has been proposed (see, for example, Patent Document 2). ). This electric dust collector is adapted to enhance dust collection such as dust by corona discharge by adding application of sound radiation.
特許文献1に記載の超音波発生装置では、ホーン構造で増幅した音圧レベルは超音波であることに変わり無く、超音波本来の特長である、指向性の鋭さにも変化はないため、非常に狭い角度による超音波素子前面への音放射が強く発生しているだけで、空中に放射すると極端に減衰してしまうことにも変わりがない。したがって、強力な音圧レベルの超音波を広範囲に放射することができず、そのような要請に応えることができないという問題を有している。
In the ultrasonic generator described in
特許文献2に記載の電気集塵装置では、コロナ放電が主体であり、音放射を行うデバイスの音圧レベルは不明であるため、音放射による集塵効率向上が望めないという問題が発生している。また、実際の製品形態では、空中超音波素子を1個搭載するものであったが、空中超音波素子からは、集塵効率を上げるだけの音圧レベルは発生しておらず、集塵作用はないことも分かった。したがって、強力な音圧レベルの超音波を広範囲に放射することがきないという問題に加えて、集塵効果も低いという問題を有している。 In the electrostatic precipitator described in Patent Document 2, since corona discharge is the main component and the sound pressure level of the device that emits sound is unknown, there is a problem that improvement in dust collection efficiency due to sound emission cannot be expected. Yes. Moreover, in the actual product form, one aerial ultrasonic element is mounted. However, the aerial ultrasonic element does not generate a sound pressure level that increases the dust collection efficiency, and does not collect dust. I found out that there was no. Therefore, in addition to the problem that ultrasonic waves having a strong sound pressure level cannot be radiated in a wide range, there is a problem that the dust collection effect is low.
本発明は、以上のような問題を解決するためになされたもので、強力な音圧レベル(特に140dB以上)の超音波を広範囲に放射することができる超音波発生装置及びそれを備えた設備機器を提供するものである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an ultrasonic generator capable of radiating an ultrasonic wave having a strong sound pressure level (especially 140 dB or more) over a wide range and an equipment having the same Equipment is provided.
本発明に係る超音波発生装置は、圧電素子が設けられている超音波振動子と、前記超音波振動子の先端部に取り付けられ、前記超音波振動子の振動と共振することでたわみ振動し超音波を発生する振動板とを、備えたことを特徴とする。また、本発明に係る設備機器は、上記の超音波発生装置と、前記超音波発生装置を搭載する筐体とを、備えたことを特徴とする。 An ultrasonic generator according to the present invention is flexibly vibrated by resonating with an ultrasonic vibrator provided with a piezoelectric element, and attached to a tip portion of the ultrasonic vibrator and resonating with the vibration of the ultrasonic vibrator. And a diaphragm that generates ultrasonic waves. Moreover, the equipment according to the present invention includes the above-described ultrasonic generator and a housing on which the ultrasonic generator is mounted.
本発明に係る超音波発生装置によれば、「たわみ振動」する振動板を備えているので、強力な音圧レベルの超音波を広範囲に放射することができる。また、本発明に係る設備機器は、このような効果を有する超音波発生装置を備えているので、同様の効果を有している。 According to the ultrasonic generator according to the present invention, since the diaphragm that performs “flexural vibration” is provided, it is possible to radiate ultrasonic waves having a strong sound pressure level over a wide range. Moreover, since the equipment according to the present invention includes the ultrasonic generator having such an effect, it has the same effect.
10 振動子、10a 圧電素子、11 ホーン、12 振動板、12a 振動板、12b 振動板、14 固定部材、15 曲がり段部、22 反射振動板、23 反射振動板、24 反射振動板、25 反射振動板、26 反射振動板、30 集塵フィルタ、31 送風ファン、100 超音波発生装置、100a 超音波発生装置、200 空気清浄機。
DESCRIPTION OF
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係る超音波発生装置100の一例を説明するための説明図である。図1に基づいて、超音波発生装置100の構成及び超音波発生装置100の特徴事項である「たわみ振動」について説明する。また、図1(a)が超音波発生装置100を上から見た状態を示す平面図を、図1(b)が超音波発生装置100の縦断面構成を示す概略断面図をそれぞれ示している。なお、図1を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is an explanatory diagram for explaining an example of the
超音波発生装置100は、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)等の圧電素子で構成される超音波振動子にパルス電圧を印加し、振動子を発振させることによって、超音波を発生させるようになっている。図1に示すように、超音波発生装置100は、振動子(超音波振動子)10と、ホーン11と、振動板12とを有している。振動子10には、圧電素子10aが設けられ、図示省略の正電極端子及び負電極端子を介してパルス電圧が印加され、発振するようになっている。つまり、振動子10は、パルス電圧が印加されることによって、所定の周波数範囲(一般的に40kHz前後)の音波(超音波)を発振する機能を有しているのである。
The
ホーン11は、両端面が開口され、内部に音響通路(超音波帯域の音響信号を増幅する通路)が形成されるように構成されており、振動子10と振動板12との間に取り付けられている。また、ホーン11は、円錐台形状に構成され、振動子10側から振動板12側に向けて徐々に縮径されているのが好ましい。振動板12は、ホーン11の他端部(振動子10が配置されている一端部の反対側の端部)を塞ぐように固着されており、振動子10の発振(振動)と共振することによって共振波である超音波を作り出す機能を有している。この超音波は、振動板12の両面(ホーン11側の面(ホーン11を設けない場合には振動子10の設置面)及びその対向面)から発生する。
The
また、振動板12は、振動子10から発信される超音波信号(振動子10内部の発振モード波線A1 )の「腹」の部分に固着されている。この振動板12は、「たわみ振動」を行なうようになっている。すなわち、振動板12は、板そのものの固有振動数で決まる「格子モード」での振動を行なうようになっているのである。図1(a)の破線で示すように、振動板12は、格子状になっている破線部分を「節(発生した超音波における疎の部分)」、破線以外の部分を「腹(発生した超音波における密の部分)」として「たわみ振動」するようになっているのである。そして、超音波発生装置100では、振動板12の有する振動モードの振動周波数を、振動子10の発振周波数と一致させて用いるようにしている。Further, the
ここで、「格子モード」の「たわみ振動」について説明する。振動板12は、ホーン11の先端部に固着されており、振動子10から発信され、ホーン11を伝搬した超音波信号(波線A1 )が伝搬する。振動板12の有する振動モードの振動周波数は、振動子10の発振周波数と一致しているので、伝搬した超音波信号により加振(共振)される(波線B1 )。このとき、振動板12が「たわみ振動」することで、超音波が発生し、振動板12の両面側に放射されるようになっている。Here, the “flexural vibration” of the “lattice mode” will be described. The
振動板12は、以下の計算式(1)で大きさを決定することができ、所望の寸法を設計することができる。
λ={2πCph/f}*1/2・・・式(1)
ここで、λが波長を、Cpが振動板12を構成する板材料の固有定数を、hが振動板12を構成する板材料の厚みを、fが周波数をそれぞれ表している。なお、Cpは、振動板12を構成する材料固有の定数であり、その材料のヤング率やポアソン比等を用いて算出することができる。The magnitude | size of the
λ = {2πCph / f} * 1/2 Formula (1)
Here, λ represents the wavelength, Cp represents the intrinsic constant of the plate material constituting the
また、「格子モード」の発生に必要な振動板12の一辺の長さL1 は、以下の計算式(2)で決定することができる。
L1 =(N1 −0.5)*λ/2・・・式(2)
ここで、N1 が振動板12に出現する「節」線の数(偶数値)を表している。
すなわち、振動板12の一辺の長さL1 を式(2)で示す関係に設定すれば、振動板12のたわみ振動時におけるモード形状を「格子モード」とすることができる。Further, the length L 1 of one side of the
L 1 = (N 1 −0.5) * λ / 2 Formula (2)
Here, N 1 represents the number (even values) of “node” lines appearing on the
That is, if the length L 1 of one side of the
したがって、振動板12を「格子モード」で「たわみ振動」させることで、振動板12が振動子10から発信された超音波信号と同等の周波数の特定周波数で振動を行なうことができる。この特定の周波数による振動板12の周波数は、振動板12の全面から放射されることになるので、振動板12の大きさに応じた広い面積から特定の超音波帯域の周波数を持つ強力な音(140dB以上)が一様に空中放射(振動子10の中心軸上に沿って30cm以上)されることになる。なお、図1では、ホーン11が設けられている場合を例に示しているが、振動子10の先端部に振動板12を固着するようにしてもよい。
Therefore, by vibrating the
図2は、本発明の実施の形態1に係る超音波発生装置100aの他の一例を説明するための説明図である。図2に基づいて、超音波発生装置100aの構成及び超音波発生装置100aの特徴事項である「たわみ振動」について説明する。また、図2(a)が超音波発生装置100aを上から見た状態を示す平面図を、図2(b)が超音波発生装置100aの縦断面構成を示す概略断面図をそれぞれ示している。なお、図2では図1に係る超音波発生装置100との相違点を中心に説明するものとし、超音波発生装置100と同一部分には、同一符号を付して説明を省略するものとする。
FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining another example of the
振動板12aは、ホーン11の他端部(振動子10が配置されている端部の反対側の端部)を塞ぐように固着されており、振動子10の発振(振動)と共振することによって共振波である超音波を作り出す機能を有している。この超音波は、振動板12aの両面(ホーン11側の面(紙面下側の面)とその反対側の面(紙面上側の面))から発生する。また、振動板12aは、振動子10から発信される超音波信号(振動子10内部の発振モード:波線A2 )の「腹」が生じる部分に固着されている。この振動板12aは、振動板12と同様に「たわみ振動」を行なうようになっている。ただし、振動板12aは、「格子モード」ではなく、板そのものの固有振動数で決まる「平行縞モード」での振動を行なうようになっている。The
図2(a)の破線で示すように、振動板12aは、平行縞になっている破線部分を「節(発生した超音波における疎の部分)」、破線以外の部分を「腹(発生した超音波における密の部分)」として「たわみ振動」するようになっているのである。そして、超音波発生装置100aでは、振動板12aの有する振動モードの振動周波数を、振動子10の発振周波数と一致させて用いるようにしている。なお、上記式(1)で振動板12aの大きさを決定することができ、上記式(2)で「平行縞モード」の発生に必要な振動板12aの一辺の長さL2を決定することができる。As shown by a broken line in FIG. 2A, the
ここで、「平行縞モード」の「たわみ振動」について説明する。振動板12aは、ホーン11の先端部に固着されており、振動子10から発信され、ホーン11を伝搬した超音波信号(波線A2 )が伝搬する。振動板12aの有する振動モードの振動周波数は、振動子10の発振周波数と一致しているので、伝搬した超音波信号により加振(共振)される(波線B2 )。このとき、振動板12aが「たわみ振動」することで、超音波が発生し、振動板12aの両面側に放射されるようになっている。Here, “flexural vibration” of the “parallel stripe mode” will be described. The
したがって、振動板12aを「平行縞モード」で「たわみ振動」させることで、振動板12aが振動子10から発信された超音波信号と同等の周波数の特定周波数で振動を行なうことができる。この特定の周波数による振動板12aの周波数は、振動板12aの全面から放射されることになるので、振動板12aの大きさに応じた広い面積から特定の超音波帯域の周波数を持つ強力な音(140dB以上)が一様に空中放射(振動子10の中心軸上に沿って30cm以上)されることになる。なお、図2では、ホーン11が設けられている場合を例に示しているが、振動子10に振動板12aを固着するようにしてもよい。
Therefore, by vibrating the
図3は、反射振動板22を設置した状態における超音波放射を説明するための説明図である。図3に基づいて、超音波発生装置100や超音波発生装置100aに反射振動板22を設置した状態での超音波の放射について説明する。上述したように、超音波発生装置100及び超音波発生装置100aでは、振動板12及び振動板12aの両面から強力な超音波が一様に空中放射される。そこで、「たわみ振動」する反射振動板22を振動板12に所定の間隔(以下で説明する計算式(3)で算出される距離K)で対向させて設置し、振動板12及び振動板12aから放射された超音波を減衰させないようにしている。なお、超音波発生装置100に反射振動板22を設置した状態を例に説明するものとする。
FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining ultrasonic radiation in a state where the
すなわち、振動板12の前面(紙面上側の面)及び近傍音場、更に振動板12の前面及び後面(紙面下側の面)となる部分に振動板12からの音放射(超音波放射領域:矢印C)を反射するための反射振動板22を設置することによって、反射振動板22と振動板12との間に常に強力な音圧レベルを持つ音放射が繰り返し、放射(矢印D)させるようになっている。このとき、振動板12は上述したように振動子10から発信される超音波信号の「腹」が生じる部分に固着し、反射振動板22は振動子10から発信される超音波信号の「節」が生じる部分に固着するものとしている。
That is, sound radiation from the diaphragm 12 (ultrasonic radiation region: on the front surface (surface on the upper side of the paper) and the vicinity sound field of the
すなわち、共振周波数の最も強い場所であるホーン11の先端部(「腹」が生じる部分)に固着した振動板12と、そのほかの場所(「節」が生じる部分)に固着した反射振動板22とを活用して、両者間で超音波を繰り返し反射させている。図3では、反射振動板22を振動板12の後面となる部分に設置している場合を例に示している。したがって、振動板12の前面が超音波放射領域となり、振動板12と反射振動板22との間が超音波発生領域となっている。
That is, the
このように、振動板12と反射振動板22との間に超音波信号が放射/反射を繰り返すことによって、振動板12と反射振動板22との間には複数本の鋭い指向性による超音波信号(矢印C及び矢印D)が発生しており、疎密波を繰り返す超音波による「音の壁」を存在させることができるのである。なお、図3では、反射振動板22を固定部材14によって固定している場合を例に示している。この場合、固定部材14を「節」が生じる部分に固着していれば、反射振動板22が「節」が生じる部分に固着されていなくてもよい。
As described above, the ultrasonic wave is repeatedly radiated / reflected between the
振動板12と反射振動板22との所定の間隔は、以下の計算式(3)を満たす関係で決定することができる。
K=(λs/2)*N2 ・・・式(3)
ここで、Kが振動板12と反射振動板22との所定の間隔、つまり距離を、λsが振動板12で発生する周波数の波長を、N2 が次数(奇数値)をそれぞれ表している。この計算式(3)で算出された間隔Kの値で反射振動板22を設置すれば、振動板12からの音放射(矢印C)を、減衰させることなく、反射振動板22と振動板12との間で繰り返し、放射(矢印D)させることができる。The predetermined interval between the
K = (λs / 2) * N 2 Formula (3)
Here, K represents a predetermined interval, that is, distance between the
すなわち、振動板12と反射振動板22との間に複数本の鋭い指向性による超音波による「音の壁」を存在させるためには、反射振動板22を振動板12に対向させ、計算式(3)で算出される間隔Kを満たすような位置に設置しなければならないのである。計算式(3)で算出される間隔Kは、振動子10から発信される超音波信号の「節(発生した超音波における疎の部分)」が生じる部分に対応しているため、反射振動板22が「節」が生じる部分に固着されることになるのである。なお、複数枚の反射振動板を設置する場合でも、反射振動板を間隔Kで設置すればよい。
In other words, in order to have a plurality of “sound walls” by ultrasonic waves having a sharp directivity between the
図4は、複数枚の反射振動板を設置した状態における超音波放射を説明するための説明図である。図4に基づいて、超音波発生装置100や超音波発生装置100aに複数枚の反射振動板(反射振動板23及び反射振動板24)を設置した状態での超音波の放射について説明する。なお、超音波発生装置100に反射振動板を設置した状態を例に説明するものとする。また、反射振動板23及び反射振動板24も「たわみ」振動するようになっている。さらに、振動板12の前面側に設置される反射振動板23が超音波発生装置100が搭載される設備機器(たとえば、空気清浄機等)の筐体面である場合を例に示している。
FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining ultrasonic radiation in a state where a plurality of reflection diaphragms are installed. Based on FIG. 4, the radiation of ultrasonic waves in a state where a plurality of reflection diaphragms (
図3では、1枚の反射振動板22を設置した場合を例に説明したが、反射振動板22の枚数を限定するものではなく、2枚以上の反射振動板(反射振動板22及び反射振動板23)を設置することもできる。この場合も、上記計算式(3)で算出された間隔K、つまり振動子10から発信される定在波の疎密波である超音波信号の「疎」の部分に反射振動板22を固定する必要がある。図4に示すように、振動板12と反射振動板24との間の間隔K2 は、振動板12と反射振動板23との間隔K1 の3倍となっている。In FIG. 3, the case where one
また、振動板12で発生する超音波の指向性は、振動子10の中心軸方向に最も大きく発生するが、振動板12の振動モードによって任意の角度を持った側面波(矢印C1 及び矢印C2 )も発生する。したがって、振動板12の表面積よりも、反射振動板23及び反射振動板24の表面積を大きくすることで、側面波の有効活用を図ることもできる。また、反射振動板23と反射振動板24との表面積を同一としてもよいし、異なるようにしてもよい。なお、反射振動板24が筐体面である場合を例に示しているが、これに限定するものではない。また、図4では、反射振動板23を反射振動板22と同様に固定部材14によって固定している場合を例に示している。Further, the directivity of the ultrasonic wave generated in the
図5は、曲面形状を有する振動板(反射振動板を含む)を設置した状態における超音波放射を説明するための説明図である。図5に基づいて、超音波発生装置100や超音波発生装置100aに曲面形状を有する複数の振動板を設置した状態での超音波の放射について説明する。なお、超音波発生装置100に曲面を有する振動板(振動板12b、反射振動板25及び反射振動板26)を設置した状態を例に説明するものとする。また、振動板12b、反射振動板25及び反射振動板26も「たわみ」振動するようになっている。さらに、振動板12bの前面側に設置される反射振動板26が超音波発生装置100が搭載される設備機器の筐体面である場合を例に示している。
FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining ultrasonic radiation in a state where a diaphragm having a curved surface (including a reflective diaphragm) is installed. Based on FIG. 5, the radiation of ultrasonic waves in a state where a plurality of diaphragms having curved shapes are installed in the
図4では、平面形状の振動板(振動板12、反射振動板23及び反射振動板24)を設置した状態を示したが、図5では、曲面形状を有する振動板(振動板12b、反射振動板25及び反射振動板26)を設置した状態を示している。この場合も、上記計算式(3)で算出された間隔K、つまり各振動板の間の平行が保たれれば、曲面を有する振動板(たとえば、図5に示すような相似円弧形状の複数枚の振動板)を設置することも可能である。したがって、超音波発生装置100又は超音波発生装置100aを搭載する設備機器の筐体面に応じた形状で振動板を構成することができる。
4 shows a state in which planar diaphragms (
図6は、振動子10の終端部を所定の角度で曲げた状態を説明するための説明図である。図6に基づいて、振動子10の終端部(ホーン11が設置される側の先端部:紙面上側)に、所定の角度で曲げた曲がり段部15を形成した状態での超音波放射について説明する。図6に示すように、振動子10には曲がり段部15が形成されており、この曲がり段部15の終端面(振動子10の先端部)面に振動波を収束するためのホーン11を取り付けている。そして、ホーン11の先端部に振動板12(振動板12a又は振動板12bでもよい)を固着している。
FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining a state in which the end portion of the
このようにすることによって、狭い空間部であっても超音波発生装置100や超音波発生装置100aを搭載することができる。すなわち、超音波発生装置100や超音波発生装置100aを搭載する設備機器の形状や大きさに振動子10の形状を対応させることができるのである。ここでは、振動子10の終端部を所定の角度で曲げた状態を例に説明したが、これに限定するものではなく、ホーン11を所定の角度で曲げるようにしてもよい。また、振動板(反射振動板を含む)の枚数を限定するものではなく、上記計算式(3)で算出された間隔Kを満たすようにすれば複数枚の振動板を設けることもできる。
By doing so, the
図7は、超音波発生装置100の共振特性を示すグラフである。図7に基づいて、超音波発生装置100の共振特性について説明する。なお、超音波発生装置100の共振特性を例に説明するが、超音波発生装置100aでも同様である。この図7では、横軸が周波数(f)を、縦軸が尖鋭度(Q)をそれぞれ表している。また、図7には、3種類の共振特性を図示している。破線アが振動子10及びホーン11の共振特性を、破線イが振動板12の共振特性を、実線ウが振動子10、ホーン11及び振動板12の共振特性をそれぞれ表している。図7から理解できるように、各部材(振動子10、ホーン11及び振動板12)の共振特性が一致することにより、尖鋭度(Q)が鋭くなり、共振周波数における音圧レベルの向上が可能になる。
FIG. 7 is a graph showing the resonance characteristics of the
以上のように、実施の形態1に係る超音波発生装置では、振動板(振動板12、振動板12a及び振動板12b)を「たわみ振動」させることで、振動子10から発信された超音波信号と同等の周波数の特定周波数で振動を行ない、振動板の全面から特定の超音波帯域の周波数を持つ強力な音(140dB以上)が一様に空中放射(振動子10の中心軸上に沿って30cm以上)できる。また、反射振動板(反射振動板22〜26)を所定の間隔Kをもって設置することにより、振動板から放射された強力な超音波を、減衰させることなく、反射振動板と振動板との間で繰り返し、放射させることができる。なお、振動板及び反射振動板の材料は、超音波領域の振動周波数で振動することができるものであればよく、金属や樹脂に関わらずどのような材料で構成してもよい。
As described above, in the ultrasonic generator according to the first embodiment, the ultrasonic wave transmitted from the
実施の形態2.
図8は、本発明の実施の形態2に係る空気清浄機200の構成の一部を示す概略構成図である。図8に基づいて、実施の形態1に係る超音波発生装置(超音波発生装置100又は超音波発生装置100a)を備えた設備機器の一例である空気清浄機200について説明する。この空気清浄機200は、内部に取り込んだ空気に含まれている塵埃粒子を超音波により拡大(凝集)、除去し、清浄化した空気を外部に吹き出すものである。なお、空気清浄機200には、図4で示した超音波発生装置が搭載されている場合、つまり反射振動板24が空気清浄機200の筐体面を構成している場合を例に説明するものとする。Embodiment 2. FIG.
FIG. 8 is a schematic configuration diagram showing a part of the configuration of the
図8に示すように、この空気清浄機200には、実施の形態1に係る超音波発生装置に加え、集塵フィルタ30と送風ファン31とが設けられている。集塵フィルタ30は、空気に含まれている塵埃を集塵するものであり、空気の流れに対して略直交するように設けるようにするとよい。送風ファン31は、超音波発生装置内に空気を取り込み、清浄化した空気を外部に吹き出すものであり、空気清浄機200内における空気の流路のいずれかに設けられていればよい。この空気清浄機200は、送風ファン31によって超音波発生装置内に空気を取り込み、塵埃粒子を超音波により凝集(超音波凝集)してから集塵フィルタ30で集塵し、空気を清浄化するものである。
As shown in FIG. 8, the
超音波凝集の仕組みについて簡単に説明する。疎密波である超音波の「密」の部分では、強い音圧放射によって、空気同士が摩擦を起こして静電効果が発生している。そして、振動板12と反射振動板23との間における超音波発生領域、及び、振動板12と反射振動板24との間における超音波発生領域に存在する「音の壁」を通過する塵埃は、摩擦による静電効果の影響を受け、疎密波の「疎」の部分の塵埃が「密」の部分に移動して粒子が拡大(凝集)する。このようにして超音波凝集が発生するようになっている。また、超音波凝集を発生させるには、強力な音(140dB以上)が空中放射されることが条件となる。そこで、実施の形態1に係る超音波発生装置を搭載し、超音波凝集の発生を可能としているのである。
The mechanism of ultrasonic aggregation is briefly described. In the “dense” portion of the ultrasonic wave, which is a sparse / dense wave, air is rubbed by strong sound pressure radiation, and an electrostatic effect is generated. The dust passing through the “sound wall” existing in the ultrasonic wave generation region between the
送風ファンの大きな回転と目の細かい集塵フィルタによる塵埃の集塵とを行なっていたような空気清浄機が、超音波凝集を常時発生させることができれば、塵埃の凝集効果により、目の粗い集塵フィルタも集塵が行なえるようになる。つまり、目の細かい集塵フィルタと大きな回転を有する送風ファンとの必要性のルールが必要なくなる。したがって、空気清浄機200では、実施の形態1に係る超音波発生装置を搭載しているので、集塵フィルタ30の目を粗いものとしても大きな集塵効果が得られ、送風ファン31の回転を遅くでき、送風ファン31及び送風ファン31を駆動するための図示省略のファンモータによる騒音発生を低減できる。また、空気清浄機200は、コロナ放電を発生させなくても、集塵効果を向上することができる。
If an air purifier, such as a large rotation of the blower fan and dust collection by a fine dust collection filter, can always generate ultrasonic agglomeration, the effect of dust agglomeration will cause a coarse collection. The dust filter can also collect dust. That is, the necessity rule of a fine dust collection filter and a blower fan having a large rotation is not necessary. Therefore, in the
なお、実施の形態2では、実施の形態1に係る超音波発生装置を備えた設備機器の一例として空気清浄機200を図示して説明したが、実施の形態1に係る超音波発生装置を空気清浄機200以外の超音波を利用する設備機器、たとえば空気調和装置や超音波加工装置、超音波霧化装置、超音波接合装置、測距センサ、超音波洗浄装置、超音波美容装置等に備えることもできる。したがって、それらの設備機器も、強力な音(140dB以上)が一様に空中放射でき、反射振動板を設置することにより、振動板から放射された強力な超音波を、減衰させることなく、反射振動板と振動板との間で繰り返し、放射させることができるのである。
In the second embodiment, the
Claims (11)
前記超音波振動子の先端部に取り付けられ、前記超音波振動子の振動と共振することでたわみ振動し超音波を発生する振動板とを、備えた
ことを特徴とする超音波発生装置。An ultrasonic transducer provided with a piezoelectric element;
An ultrasonic generator, comprising: a vibration plate that is attached to a tip portion of the ultrasonic vibrator and generates a ultrasonic wave by flexural vibration by resonating with vibration of the ultrasonic vibrator.
格子モード又は平行縞モードの振動で共振する固有振動数を有している
ことを特徴とする請求項1に記載の超音波発生装置。The diaphragm is
The ultrasonic generator according to claim 1, wherein the ultrasonic generator has a natural frequency that resonates due to vibration in a lattice mode or a parallel stripe mode.
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の超音波発生装置。The ultrasonic generator according to claim 1, further comprising a reflective diaphragm that is disposed to face the diaphragm at a predetermined interval and reflects sound radiation from the diaphragm.
前記超音波振動子から発信される超音波信号の節が生じる部分に固着される
ことを特徴とする請求項3に記載の超音波発生装置。The reflective diaphragm is
The ultrasonic generator according to claim 3, wherein the ultrasonic generator is fixed to a portion where a node of an ultrasonic signal transmitted from the ultrasonic transducer is generated.
前記固定部材は、
前記超音波振動子から発信される超音波信号の節が生じる部分に設置される
ことを特徴とする請求項3に記載の超音波発生装置。A fixing member for fixing the reflection diaphragm;
The fixing member is
The ultrasonic generator according to claim 3, wherein the ultrasonic generator is installed in a portion where a node of an ultrasonic signal transmitted from the ultrasonic transducer is generated.
前記振動板で発生する周波数の(波長/2)*(奇数値からなる次数)で算出された距離である
ことを特徴とする請求項3〜5のいずれかに記載の超音波発生装置。The predetermined interval is
The ultrasonic generator according to any one of claims 3 to 5, wherein the distance is calculated by (wavelength / 2) * (order consisting of odd values) of the frequency generated by the diaphragm.
ことを特徴とする請求項3〜6のいずれかに記載の超音波発生装置。The ultrasonic generator according to claim 3, wherein each of the diaphragm and the reflective diaphragm has a curved surface shape.
前記ホーンは、
前記超音波振動子と前記振動板との間に取り付けられる
ことを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の超音波発生装置。It has a horn that is open at both end faces and has an acoustic passage inside.
The horn is
The ultrasonic generator according to claim 1, wherein the ultrasonic generator is attached between the ultrasonic transducer and the diaphragm.
前記超音波振動子の先端部に取り付けられ、前記超音波振動子の振動と共振することでたわみ振動し超音波を発生する振動板とを備え、
前記超音波振動子の先端部側を所定角度に曲げて音響通路を形成した
ことを特徴とする超音波発生装置。An ultrasonic transducer provided with a piezoelectric element;
A vibration plate that is attached to the tip of the ultrasonic transducer and that flexibly vibrates by resonating with the vibration of the ultrasonic transducer and generates ultrasonic waves;
An ultrasonic wave generating apparatus, wherein an acoustic path is formed by bending the tip end side of the ultrasonic transducer at a predetermined angle.
前記超音波発生装置を搭載する筐体とを、備えた
ことを特徴とする設備機器。The ultrasonic generator according to any one of claims 1 to 9,
An equipment having a housing on which the ultrasonic generator is mounted.
ことを特徴とする請求項10に記載の設備機器。
The equipment according to claim 10, wherein the reflective diaphragm constitutes the housing surface.
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CN103877824B (en) * | 2014-04-10 | 2015-12-09 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | Based on the Combustion Energy origin system fine particle emission reduction device of acoustic agglomerator principle |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH05262600A (en) * | 1992-03-18 | 1993-10-12 | Fujitsu Ltd | Sound wave floating device |
JPH07212894A (en) * | 1994-01-14 | 1995-08-11 | Hiroyuki Yamane | Ultrasonic wave source and suspended particle collector using same |
JPH09299881A (en) * | 1996-05-17 | 1997-11-25 | Amano Corp | Ultrasonic sound source using fringe mode diaphragm |
JPH11156315A (en) * | 1997-11-27 | 1999-06-15 | Kaijo Corp | Ultrasonic washing apparatus |
JP2000070852A (en) * | 1998-08-26 | 2000-03-07 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Ultrasonic generator |
JP2002128259A (en) * | 2000-10-26 | 2002-05-09 | Toyota Industries Corp | Object levitation device |
JP2005254043A (en) * | 2004-03-09 | 2005-09-22 | Univ Nihon | Removal method and apparatus for gaseous substance contained in gas |
JP2006150329A (en) * | 2004-11-29 | 2006-06-15 | Uwave:Kk | Ultrasonic vibration table |
JP2007089953A (en) * | 2005-09-30 | 2007-04-12 | Aloka Co Ltd | Ultrasonic surgical instrument |
-
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Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH05262600A (en) * | 1992-03-18 | 1993-10-12 | Fujitsu Ltd | Sound wave floating device |
JPH07212894A (en) * | 1994-01-14 | 1995-08-11 | Hiroyuki Yamane | Ultrasonic wave source and suspended particle collector using same |
JPH09299881A (en) * | 1996-05-17 | 1997-11-25 | Amano Corp | Ultrasonic sound source using fringe mode diaphragm |
JPH11156315A (en) * | 1997-11-27 | 1999-06-15 | Kaijo Corp | Ultrasonic washing apparatus |
JP2000070852A (en) * | 1998-08-26 | 2000-03-07 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Ultrasonic generator |
JP2002128259A (en) * | 2000-10-26 | 2002-05-09 | Toyota Industries Corp | Object levitation device |
JP2005254043A (en) * | 2004-03-09 | 2005-09-22 | Univ Nihon | Removal method and apparatus for gaseous substance contained in gas |
JP2006150329A (en) * | 2004-11-29 | 2006-06-15 | Uwave:Kk | Ultrasonic vibration table |
JP2007089953A (en) * | 2005-09-30 | 2007-04-12 | Aloka Co Ltd | Ultrasonic surgical instrument |
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