JPH0221972A - 音波発生器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、エネルギーを流体媒質に伝達するのに用いら
れる音波発生器に関し、さらに詳しくいえば、共振部材
が振動するとき事実上拘束されない音波発生器に関する
ものである。

〔従来の技術〕

電気エネルギーを流体媒質に伝達するために音響エネル
ギーまたは機械的エネルギーに変換するために用いられ
る音波発生器は、公知である。そのような装置は、例え
ば、ボーデイン（Ｂｏａｉｎｅ）の英国特許明細書筒２
．１５２．７２８号およびロビンソン（Ｒｏｂｉｎｓｏ
ｎ）の米国特許第２．１１６　ａ　５１５号に例示され
ている。

しかし、それらの特許に開示された音波発生器は、いろ
いろの欠点をもっている。例えば、前記英国特許の中で
ボーデインが教示している装置は、ボーデインの米国特
許第３．６３５．８７７号、第３、６８４．０３７号、
第５，５６０，０５６号および第４，２６５，１２９号
に記載された形式に類似の共振駆動機構を用いている。

そのような駆動機構は、それらが流体媒質に伝達できる
振動数の上限を制限する。共振棒と流体の間の音響パワ
ーの伝達は、低振動数で有効性が小さいので、振動数が
制限されることは、ボーゲインの装置の音響効率を下げ
る。ボーデイはまた、旋回質量発振器と共振棒との間に
共振棒の慣性力を発振器から絶縁するための結合子を必
ず用いている。そのような結合子がないと、発生した力
の大きさは、旋回質量発振器駆動原動機が油圧式または
電気式であっても、それらの原動機を比較的迅速に故障
させるのに十分である。

上記のロビンソンの文献は、共振棒をその棒のそれぞれ
に向い合って位置する端部分で鋼のブシュで拘束するこ
とを教えている。そのような支えは、流体媒質の中では
利用率がよくなるであろうエネルギーを鋼ブシュ支持構
造を介してエネルギを失わせる。このことは、ロビンソ
ンの方法が共振部材の自由で拘束されない振動を考慮し
ていないためにそうである。むしろ、共振部材は、鋼保
持ブシュによって特定のモード形をとるように強制され
る。ロピンソンの構造はまた共振部材に支持点と最大曲
げ応力の点の両方で非常に高い応力集中を生ずる。その
ような応力集中は、終いには共振部材に対する不必要な
損傷または早期の故障を生じさせる可能性がある。それ
はまた、共振部材が故障せずに耐えることのできる機械
的応力を制限する。

既存の振動式粉砕機は、一般に、鋼球のような粉砕媒体
を含み、支持と振動絶縁のためのばね装置に取付けられ
た剛性筐体からなっている。振動は、粉砕装置の本体に
堅固に取付けられた回転不平衡軸を介するか、または筐
体に直接に取付けられた一体不平衡おもり’に用いる電
動機を介して伝達される。

不平衡軸の実施例は、普通には、電動機を振動から絶縁
するためのカルダン軸または電動機と一体の偏心おもＤ
’に介して標準電動機によって駆動される。後者であれ
ば、電動機は、粉砕機自体と本質的に同じ強さで振動す
る。

偏心おもりで振動を誘起するとき、回転部材から軸受全
通して粉砕機の本体へ伝達されなければならない力が導
入される。これらの力は、振動数の２乗で増加し、この
振動数が商業規模の用途においては振動数が増加するに
つれて粉砕機の質量を振動させるに必要な力が非常に大
きくなるために、実際には振動の振動数を３０Ｈｚに制
限する。

回転周波数が増加するにつｈて、ころ軸受は、耐荷重が
制限さハたものになる。

既存の振動式設計を共振粉砕様というとき、そｆ′Ｌは
、単に、振動の振動防が粉砕機を絶縁するのに用いられ
るばね質量装置の固有振動数に対応することを意味する
にすぎない。このような粉砕機の共振動作が装置内のエ
ネルギー効率を大きくするであろう。しかし、大きな粉
砕η景に必要なばねこわさで粉砕機に必要な振動振幅を
得ることは困難である。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の一つの面によｒｌ、ば、複数の節と波腹全有す
る共振部材と、筐体と前記共振部材との間に設けられた
弾性取付けおよび位置決め手段と、前記共振部材へ前記
共振部材全取巻く外側スリーブを備えた取付は手段で結
合さｆｔた電磁駆動手段と、前記外側スリーブと前記共
振部材との闇の弾性エラストマ材料を具備した音波発生
器が提供さ１１、る。

本発明の別の面によ、ｆ′１ば、少なくとも一つの共振
振動像を１する拘束されない部材を節点で支える段階と
、少なくとも一つの粉砕室を前記節点以外の点で前記拘
束されない部材に取付ける段階と、粉砕媒体を前記粉砕
室に導入する段階と、前記拘束さカーない部材を前記共
振振動数で電磁的に励振する段階と、粉砕されるべき材
料を前記粉砕室に導入する段階と、前記粉砕室内の前記
粉砕媒体全通過する通路をたどる前記材料取除く段階と
を含む材料全粉砕する方法が提供される。

本発明のそのほかの面によれば、複数の節と波腹を有す
る事実上拘束されない共振部材と、筐体と前記共振部材
との間で前記共振部材の少なくとも二つの節に設けられ
た弾性取付は部材と、少なくとも一つの波腹において前
記共振部材に取付けられた少なくとも一つの粉砕室と、
粉砕されるべき材料が前記粉砕室に入出できるようにす
る手段とを備えた粉砕装置を提供することである。

〔実施例〕

次に図面を参照すると、音波発生器が第１Ａ図に総括的
に１０で表わさねている。都実上音波発生器１０の長さ
に沿って伸び、一端で筐体２０の内部に取付けらねてい
る棒または管のような共振部材を備えている。

二つの可変振動数篭磁励振装ｆｔ　１３　（その一つだ
けが第９Ａ図に示さすしている）があシ、各には、う相
交流電源（図示なし）Ｋよって付勢される１相当り一つ
の電磁石からなっている。接極子構成要素は、ボルト接
続、クランプ接続または溶接接続を用いて堅固に取付け
らｔｌている。そｒｌ−らの電磁励振装置は、自由端の
ところに置かれる場合は、棒に、捷たけその他の方法で
位置決めさｒする場合は、励振装置絶縁スリーブ１４に
直接取付けられる。スリーブ１４は、鋼でめるのが好ま
しい金属管から作ら力、そｉｌ″ｉ、共振棒の周りに共
心的に置かれ、共振棒１１の外径よシわずかに大きい内
径と少なくとも直径と同じであるのが望ましい長さをも
っている。絶縁スリーブ１４の内側と共振棒１１の外径
との間の環状空間は、ウレタンなどの弾性エラストマ化
合物２１で中実に満ださｒｌている。さらに、ウレタン
は、スリーブ１４を共振棒１１に強力に接着する。

（ｌＯ） 動作について説明すると、音波発生器１０は、例えば第
６図に示さｒｌているような流体媒仙内に取付けられ、
音波発生器１０が作動しているとき、エネルギーが音波
発生器１０の共振棒１１から流体媒質１５へ転送さｉ″
１．る。

絶縁スリーブ１ヰと接極子１２全備えた共振棒１１のモ
ード形は、装置の棟にの固有振動数に対して知られてい
る。例えば、そして第う図全参服すると、たわんでいな
い共振棒１１が第３Ａ図に図解式に示さｒｔでおり、共
振棒１１の三つの最小固有振動数に対する三つのモード
形が第５Ｂ、３０および３Ｂ図に示さｒｔでいる。

共振棒１１を励振するために、電磁励振装置１３は、共
振棒の所望の固有振動数で可変振動数う相交流電源（図
示なし）によって付勢さすＩる。篭諒の各相は、電磁励
振装置１３のう相の一つを付勢する。電磁励振装置１３
の各相は、第２図に示したように共振棒１１の半径方向
に１２０で区切られて、電磁励振装置によって生じた力
ベクトルが共振棒１１の縦軸１６の回りに駆動振動数で
一定速度で回転するようになっている。こハは、音響エ
ネルギーが共振棒１１から半径方向にあらゆる方向に伝
搬できるようにする共振棒１１のう次元産動振動を生じ
させる。共振棒１１をそれの固有振動数で励振すると、
与えられた励振力に対して得られるパワー伝達能力が大
きくなる。

共振棒１１は、共振棒１１の振動振幅が事実上客である
第１Ｂ図に図解で示さ′ｉ′また節点で第１Ａ図に示さ
ｆ＋たまうに筐体２０の中に弾性的に取付けらｆｌてい
る。共振棒１１を筐体２０へこれらの点で数句けること
は、都合がよいが、そｒＬは、そのような取付は方の場
合、面支持ポジショナ２５を辿して失われるパワーが比
較的少ないこと、および共振棒１１が共振しているとき
、こす１−らの節点において共振棒１１の連動がほとん
どまたは全くないので、共振装置、特に接極子１２を電
磁励振装置１５に関して面支持ポジショナ２３で位置決
めするのを第７図および第８図に示されているようによ
い精度で達成できることによる。

第１１３図に見ら、？′ｌるように、最大振幅の４点が
示されている。２１１，２５、う０および３１に示され
たこれらの点は、波腹である。筐体２０の内部には、励
振装置の接極子が絶縁スリーブ１１Ｉおよび弾性エラス
トマー化合物２１を介して高度に応力を受けた点すなわ
ち波腹３０において取付けられている。共振棒１１の自
由端は、事実上応力を受けないので、波腹３１では弾性
取付は手段２１が必要でない。電磁励振装置１３と接極
子１２との間および共振棒１１と音波発生器１０が取付
けられている流体媒負（第６Ａ図）との間の両方のパワ
ー伝達は、パワーが共振棒１１から流体媒質１５へ、お
よび電磁励振装ｗ１うから共振棒１１へどちらも共振棒
１１の振動の振幅に正比例して伝達されるので、波腹に
おいて最も有効である。

弾性エラストマ化合物とスリーブ１ｌｉｉ用いると、励
振装置接極子１２を共振棒１１ヘクランプまたはボルト
締め甘たけ溶接によるなどで堅固に取付けることによっ
て生じ、共振棒１１に加わる応力集中が小さくなる。こ
れは、エラストマー化合物２１の自由流面相が拘束され
た表面積に対しく１う） てきわめて小さく、その結果、非常に小さい圧縮率を有
する層が傅ら力るので、そうなるのである。

従って、それは、共振棒１１の構成要素間の力のほとん
どすべてを伝達し、一方、同時に、エラストマー化合物
２１は、共振棒１１が、それの特性モード形において固
有のたわみによって生じた共振棒１１の小さな相対ふｈ
−２吸収することによって、特性モード形において争実
上拘束されない形態で自由にたわめるようにする。

共振棒１１とスリーブ１４の間に用いられたエラストマ
ー化合物２１をウレタンであると記載しであるが、多く
の仙の物質全前述のように、弾性エラストマー化合物全
含めて、適当な動作特性で使用できることは明らかであ
る。

音波発生器全流体媒質の中で用いられるとして説明した
が、そのような流体媒質は、液体、気体または不眠の粒
子寸法捷で粉砕することによって流動性にされた固体で
あってもよいことが分るはずである。

次に、３５に総括的に示さｉ″１．ている音波発生器（
１ｌＩ　） が粉砕環境において用いられている第９図および第１０
図を参照する。共振部材３２がふぐら甘して共振部材う
２の節点３３、う４に置くことのできる空気袋３６（第
９Ｃ図）によって節点５３、う４で支えら力１、節点は
、共振部材５２を簡単に共振させて節の所在位置を観察
することによって計算または発見されているものである
。グツドイヤー社製のスーパー・クツション・エア・ス
プリング空気袋が適当だと分っている。

電磁駆動装置ＩＩＯ、ヰ１は、波腹１１２．１４３（第
９図）で共振部材う２に接続されるのが好ましく、共振
部材３２の適当な共振振動数で励振される。前述のよう
に、励振装置の配向け、共振部材３２のう次元章動振動
ヲ生じ、その振動は、共振部材う２の軸に沿って見たと
き、粉砕室ＩＩＩ＋、５０の円運動に変わシ、この円運
動が粉砕効率に重要である。粉砕室１Ｉｌｌ、５０は、
共振部材３２へやはシボル）１１７によって波腹１１２
．４３で取付けられるのが好ましい。粉砕室ＵＵ、５０
および駆動装置ヰ０．１４は、共振部材う２へ堅固に取
付けられ、モード形および共振振動数を決めるために本
質的には、共振部材の一部分になる。

粉砕室４１１．５０は、鋼、セラミック、鋳鉄、などの
粉砕媒体ヰ５で満たされる。粉砕媒体ヰ５の形は、球ま
たは円筒が好丑しいが、任意である。

粉砕室１Ｉ１４．５０ば、例えば、適当な寸法の鋼球で
満たされ、被粉砕材料は、粉砕室ｌ１４．５０の中を粉
砕媒体１１５ｉ通って進むために流動性にされる。

被粉砕材料は、粉砕室ヰ４．５０の入口５２を通して粉
砕室ＵＵ、５０内の粉砕媒体１１５の中に送られ、粉砕
室１４１，５０の出口５１から出さ力。

る。被粉砕材料の制御は、例えば、流動化材料を粉砕室
に所望の速度でポンプ輸送することによって達成できる
。

ふつうの全鉱石を粉砕する場合、共振部材３２を約う３
Ｃｒｎ（１３インチ）の直径と約５０５Ｃｍ（１２０イ
ンチ）の長さを准する鋼棒にすることが考えらねでいる
。そのような寸法では、共振部材５２の固有振動数が約
１２０Ｈｚになる。電磁駆動装置ヰ０、ヰ１は、約７５
ＫＷの合計出力定格をもつことになる。１２０Ｈｚの共
振振動数においては、第１０図に見られるように、三つ
の波腹４３．４２．４６と二つの節３３．５４があり、
一つの波腹１１６が共振部材う２の中心に置かハでいる
。

粉砕室１４４．５０の各々は、約２０（８インチ）の直
径と約１＋６ｃ１ｒＬ（１８インチ）の長さの寸法をも
った約１５リツトルの体積をもつと予想される。

交換可能なライナもまたライナが摩耗したとき、交換を
便利にするために用いられるように考えられている。金
のためには、鋼、タングステン、カバイド、ジルコニア
、アルミナなどを用いることができる。上に予想され、
与えられた装置については、１日当、Ｑ５０（ｌンの速
度で１５００ミクロンから５０ミクロンへ寸法を落すこ
とが考えられでいる。これらの童は、概算に過ぎず、実
際の動作条件の下では、それらの量は、かなシ変化する
可能性がある。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図は、本発明による音波発生器の図解正面図、 第１Ｂ図は、第１Ａ図に対応する音波発生器の第２モー
ド形の図解図、 第２図は、第１図の音波発生器の端面図、第３Ａ−３Ｄ
図は、共振部材をそれの種々の特性モード形にあるのを
図解で示した図、第４図は、本発明による音波発生器の
原動機取付は領域の拡大正面図、 第５図は、第４図の平面Ｖ−Ｖに沿って見た第４図の原
動機取付は領域の平面図、 第６図は、攪拌されたタンク内で動作状態にある音波発
生器を示す図、 第７図は、取付は手段をブトして共振棒に取付けられた
電磁励起装置と接極子の端面図、第８図は、第７図の部
分倶］面図、 第９Ａ図は、粉砕室を取付けられた第１図の共振部材の
部分断面側面図、 第９Ｂ図は、第９Ａ図の右から見た媒酌面図、第９Ｃ図
は、第９Ａ図のＩＸＢ　−ＩＸＢに沿って見た媒酌面図
、 第１０図は、第１共振振動数で第９図の共振部材の図解
図である。 １０−一音波発生器、　　　　１１−一共振棒、°１３
−−電磁励振装置、　　　１５−一流体媒質、２０−一
筐体、　　　２１−一弾性エラストマ化合物、２１＋、
２５，３０，３１，１１２，１１３−一波腹、う２−一
共振部材、１１０．１４−一電磁駆動装置、１１ｕ、５
ｏ−一粉砕室、１１５−一粉砕媒体。 以上 ＩＧ 左２も一！゛ う「３％−一ド ＩＧ Ｃ ＩＧ３ｄ ＩＧ ｑ ＩＧ ｂ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数の節および波腹を有するとともに、共振棒を備
   えた共振部材と、筐体と前記共振部材との間に設けられ
   た弾性取付け手段と、前記共振棒へ取付け手段によつて
   取付けられた電磁駆動手段とを具備し、前記取付け手段
   は、前記共振棒を取巻く外側スリーブおよび前記外側ス
   リーブと前記共振棒との間にある弾性エラストマ材料で
   構成されている音波発生器。 ２、前記共振部材が前記共振部材の予め定めた固有振動
   数に対する一つの動作モードを有し、前記動作モードは
   、節と波腹を有し、前記電磁駆動手段は、前記共振部材
   へ前記波腹の少なくとも一つにおいて取付けられている
   請求項１に記載の音波発生器。 ３、前記共振部材が筐体に筐体取付手段で取付けられ、
   前記筐体取付け手段は、前記節の少なくとも二つのとこ
   ろに設けられている請求項２に記載の音波発生器。 ４、前記弾性エラストマ材料がゴムまたはウレタン化合
   物である請求項３に記載の音波発生器。 ５、前記外側スリーブが金属製である請求項４に記載の
   音波発生器。 ６、前記電磁駆動手段の数が二つである請求項５に記載
   の音波発生器。 ７、前記電磁駆動手段が３相交流電源によつて電力を与
   えられる請求項２に記載の音波発生器。 ８　前記取付け手段がさらに前記電磁駆動手段に対する
   前記共振部材の位置を定める請求項３に記載の音波発振
   器。 ９　少なくとも一つの共振振動数を有する拘束されない
   部材を節点で支える段階と、少なくとも一つの粉砕室を
   前記節点以外の点で前記拘束されない部材に堅固に取付
   ける段階と、前記粉砕室に粉砕媒体を導入する段階と、
   前記拘束されない部材を前記共振振動数で電磁的に励振
   する段階と、粉砕されるべき材料を前記粉砕室に導入す
   る段階と、前記粉砕室内の前記粉砕媒体を通過する通路
   をたどる前記材料を取除く段階とを含む材料を粉砕する
   方法。 １０、前記粉砕室が前記拘束されない部材の波腹に設け
   られている請求項９に記載の材料を粉砕する方法。 １１、前記拘束されない部材が波腹に置かれた電磁石で
   電磁的に励振される請求項１０に記載の材料を粉砕する
   方法。 １２、複数の節と波腹を有する拘束されない共振部材と
   、筐体と前記共振部材との間で前記共振部材の少なくと
   も二つの節に設けられた弾性取付け部材と、少なくとも
   一つの波腹において前記共振部材に取付けられた電磁駆
   動手段と、波腹において前記共振部材に取付けられた少
   なくとも一つの粉砕室を具備する粉砕装置。 １３、粉砕される材料に粉砕室に入出できるようにする
   手段をさらに備えた請求項１２に記載の粉砕装置。 １４、前記粉砕室が前記共振部材と一体である請求項１
   ２に記載の粉砕装置。 １５、前記粉砕室が前記共振部材に堅固に接続されてい
   る請求項１２に記載の粉砕装置。 １６、前記共振部材が共振部材の固有モードの形で拘束
   されずに自由に振動する請求項１３に記載の粉砕装置。 １７、前記粉砕室に供給される前記振動が実質的に円形
   である請求項１６に記載の粉砕装置。 １８、前記弾性取付け手段が空気袋からなる請求項１２
   に記載の粉砕装置。