JPH06504481A - 非同調型構造物を超音波振動させる装置 - 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】 本発明は、ｌまたは２以上の非同調型構造物を超音波振動させる装置に関するも のである。これらの構造物には非常に多様な種類のものかあるが、本明細書では フルイ（スクリーン）に本質的に限定して説明する。ただし、これは本発明を制 限するものと解釈してはならない。

フルイを超音波振動させると、処理か困難であると考えられてきた微粉末や微細 材料のスクリーニング（ふるい分け）の質的および量的な改善が達成されること は以前より公知であった。

例えば、粒度がｌｔ１ｍ以下程度の、または粒子形状がフルイの目を詰まらせる 傾向のある球形の、鉱物、金属およびセラミック粉末で起こるような問題を考え ればよい。超音波技術はこの技術分野の文献、具体的にはＦｒｅｄｅｒｉｃｋ　 ａｎ＋ｌ　Ｃｏ、のＣｒｏｗｆｏｒｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇと題する著作に 既に説明されている。

この技術状況は仏国特許公開公報ＰＲ−Ａ−２２３３１０８にも示されており、 この公報は濾布と直接接触した超音波変換器を備えたふるい分は装置を説明する ものである。

この種の装置が円形のフルイに限られている点に注意が必要である。超音波か１ 点の固定点から発振されるので、メッシュは無視しえない応力を受け、この応力 が早期のメツシュの摩耗を引き起こす結果、被処理物の汚染か起こることかある 。

多段のフルイの場合には、超音波変換器の数をそれに見合って多くしなければな らないため、構造か複雑となる。この先行技術の装置は、どの場合にも、変換器 が被処理物との直接接触にさらされるので、変換器を通常はシールする必要かあ るという別の欠点がある。

本発明の目的は、先行技術の装置の全ての欠点か解消された超音波振動装置を提 供することである。

本発明の主な狙いは、支持構造物を共振性にすることである。このような構造物 の例は、それ自体では超音波発振器の周波数で共振を生じない（非同調型の）濾 適用の布、膜、その他の板状支持体である。

本発明にかかる超音波振動装置の別の狙いは、振動させる構造物の形状と寸法に 関係なく、超音波効率を最適化することである。当然、本発明の主目的は、超音 波変換器が濾適用の布もしくは膜と直接接触するのを防ぐことにある。フルイの 場合、本発明にかかる装置では、その支持フレーム中に予め分散させた超音波エ ネルギーによってメツシュ（網目）を振動させることになるので、固定点での応 力が最小になる。最後に、本明細書において後で詳しく説明するように、本発明 にかかる超音波振動装置では、結合部材を出力周波数の半波長の整数倍に同調さ せるので、この結合部材の幾何学形状を変更することによって、超音波振動させ る既存の構造物に装置を適合させることができる。

本発明によれば、これらの目的は、次に述べる非同調型の構造物を超音波周波数 で振動させる装置により達成される。この装置は、少な（とも１つの電気−音響 変換器（コンバータ）を備え、この変換器は、変換器の周波数に同調させた金属 製の固定部材により前記構造物に堅固に固定され、構造物との連結部が前記固定 部材の最大振幅領域内に位置し、この変換器−構造物アセンブリ（集成体）は、 これに半波長の整数倍に同調させたナツトなどの金属部材を固定することにより 共振性にしであることを特徴とする。

本発明の他の特徴や利点は、特に添付図面に示した態様に関する以下の詳細な説 明から明らかとなろう。添付図面において、−図１および図２は、必要な共振周 波数を達成しながら振動させる構造物の寸法上の制約に整合させるための、２種 類の異なる連結棒のプロファイル（輪郭）を示す。

一図３ないし図８は、さまざまな形状の単一または複数の構造物を超音波振動さ せるための各種の態様を示す。

本発明にかかる超音波振動装置の本質的な狙いの１つは、多様な種類の既存の構 造物および用途に応じた形状や寸法をもつ構造物に超音波振動装置を容易に適合 可能にすることである点は記憶されたい。本発明の超音波振動装置は、図１およ び図２に図示した２種類の態様でこの目的を達成するものである。

これらの図には、この構造物は１ｏとして略式に示されている・この構造物は任 意の非同調型の構造物でよく、例えば、濾布のような任意の動作部分を支持する 支持体構造物でよい。

本発明の超音波振動装置は、電気−音響変換器１２を備え、これは前記構造物１ ゜に堅固（リノノド）に固定されている必要がある。ここで説明する全ての態様 において、構造物１０との連結は、固定部材の最大振幅領域Ｖの中で行う。

構造物１０への変換器の固定は、変換器の周波数に同調させた金属部材によって 行う。この部材の長さは、これを構造物ｌＯに結合するラグ部（突出部）の厚さ も含んでいる。図１および図２に示した態様においては、金属製固定部材は、構 造物１０の向かい合った２壁面間に配置された連結棒１４である。

これらの金属製固定部材は、当然ながら変換器の周波数に同調させておく必要が ある。図示の例では、固定部材（連結棒）の長さを超音波変換器の出力周波数で の波長の半分（半波長）とし、連結で得られた変換器−構造物アセンブリを共振 させるには、動作周波数に同調させたナツトその他の金属部材を存在させて連結 部材を延長することが必要となる。超音波変換器は、例えば電歪式、磁歪式、蓄 電式、または圧電式エミッターなどの任意の種類の１または２以上のエミッター を有するものでよい。

連結棒の外面は、そのプロファイルが振動させる構造物の具体的な寸法形状に合 致し、必要な共振周波数と適合するものである。

図１の超音波振動装置は、変換器１２の周波数での半波長で動作する１方式を例 示するものである。図１の態様において、連結棒１４の外面は、その節部（ｎｏ ｄａ　ｔａｒｅａ）の付近に、この連結棒１４の軸を中心として回転対称形で半 径方向に凹んだくびれ部１６を有している。

この具体例では、連結棒かミゾ１６なとの存在によりその節部付近にくびれ部を 持っており、共振とは不適合とならずに、連結棒１４のサイズか小さくなる。

一方、図２に示した態様では、使用した連結棒１４の外面が、その節部付近に半 径方向に突き出た拡張部１８を有し、この拡張部もやはり連結棒１４の軸を中心 とて回転対称形である。

図２の態様で採用した具体的なプロファイルは、変換器１２の周波数と適合させ たまま、連結棒１４の長さを伸ばすことかできる。

図３は、濾布２０を支えている支持フレームｌＯに振動を生じさせる方法を示す 。

振動装置は、支持フレームｌＯの対向する２辺２２．２４に固定されている。こ の配！例では、電気−音響装置の配備は、■方向型の変換器１２と、半波長の整 数倍に同調させた連結棒２６と、同じく半波長に同調させたナツト２８とから構 成される。この振動装置アセンブリは、その最大振幅領域内で支持フレームｌＯ に固定する。各部材、即ち、変換器Ｉ２、連結棒２６、および同調ナツト２８は 、支持部材ＩＯの対向部分に設けた貫通孔にネジ込みで固定することか有利であ る。ただし、振動装置アセンブリは任意の他の適宜手段で構造物１０に堅固に固 定することもでき、その場合の必須要件は構造物と振動装置との完全に堅固な結 合か得られることである。

例えば、各部材を嵌め込み（圧力嵌め）で一体に固定してもよく、或いは接着や 溶接により一体に結合してもよい。

図３の態様において、変換器１２、連結棒２６および同調ナンド２８を一体に連 結するネジ山を受けいれる貫通孔の代わりに、支持フレームの部材２２の上縁に あけたスロット（ミゾ穴）を設けてもよい。その場合、各部材１２．２６および ２８の連結部の断面積を減少させ（凹ませ）、この凹んだ部分をスロットに嵌め 込んで支持フレーム１０に堅固に固定することができる。

図４は、非同調の円形構造物３０を、この構造物３０に取り付けた固定用ラグ（ 突出部）３２および３４によって共振させる別の振動方法を示す。この具体例で は、２つの末端連結棒３６および３８によって、電気−音響アセンブリを前記の 固定用ラグ３２および３４に締結している。連結棒３６および３８は、変換器１ ２の出力周波数での半波長の整数倍に同調される。

必要であれば、連結棒３６と３８の外面は、フレーム３０の具体的形状に整合し 、変換器１２の共振周波数と適合するプロファイルを当然有することかできる。

ｒｇＪ５に示した態様は、図３に示した装置の変更例である。この例では、変換 器１２とこれに組合わせた２つの連結棒４０および４２からなる電気−音響アセ ンブリは、濾布２０を支えている支持フレーム１０の動作部分の外側に配置され ている。

この配置において、連結棒４０．４２は溶接または好ましくはネジ込みにより変 換器に取付けられ、支持フレームの延長部への固定は、各連結棒４０．４２のネ ジ山つき末端部４４に同調ナツトをネジ込むことにより行うのか有利である。

この場合も、必須要件は支持フレーム１０と本発明の超音波振動装置との間で良 好な機械的結合を得ることであるので、任意の適当な固定手段を採用することか できる。超音波振動装置を構造物ｌＯの動作領域の外側に配置したこの具体的態 様は、例えば高湿度雰囲気においても使用可能であるという利点かある。また、 この配置では、構造物のみ、或いは構造物と電気−音響装置の組合わせさえも、 ガス雰囲気か制御された密閉チャンバ内に配置することが可能となる点にも注意 すべきである。

図６は、濾布支持フレームの形態の３個の同一構造物１０を積み重ねたものを変 換器１２によって振動させる態様を示す。この種の配置では、各構造物ｌＯは、 それ自体の固有モートで振動し、超音波エミッター装置と共振する。各構造物Ｉ Ｏの超音波振動装置のフレームへの結合は堅固なものではない。エラストマー系 の材料を使用して各構造物を固定し、各段の間をシールすることが有利である。

各段において音響的共振現象を保存するために、同様な方法で各構造物を隣接す る構造物と結合する。エラストマー系材料により達成される柔軟な結合により、 各段の構造物を締めつけずにンールが与えられ、それにより共振することが可能 となる。既に説明した態様と同様に、変換器１２は、好ましくはネジ止めにより 連結された複数の連結棒４８により固定用ラグ４６に固定される。もちろん、本 発明に従って、連結棒からなる固定部材は変換器１２の半波長に同調させる。

図７は、非同調円形構造物１０を積み重ねたものを振動させる装置からなる別の 態様を示す。図示の装置は、構造物か円形であることを除いて、図６に示した装 置とあらゆる点で類似している。最後に、図８は、変換器１２か半波長に同調さ れた連結棒５０に不ノ止めされ、この連結棒５０か、例えばメッシュまたはフィ ルターの支持部材である円筒トラム５４の上面を構成する円板５２に締付けられ ている振動装置からなる最後の態様を示す。

以上に説明した全ての態様において、音響振動を生じさせる構造物の材料に、超 音波透過部材を採用することか有利であるかもしれない。これは音響インピーダ ンスを整合させることにより達成できる。その結果、連結部における加熱を防止 でき、従って振動を生しさせるアセンブリの電気−音響変換効率を増大させるこ とができる。

また、本発明にかかる超音波振動装置の性能を向上させるために、直角位相関係 にはない２つの発振周波数を使用して、動作表面（例、振動する濾布）から節部 をなくすようにするのか有利かもしれない。例えば、２０　ｋＨｚと３０　ｋ） ｌｚという直角位相関係にはない周波数の２つの超音波部材を使用すると、不活 性部分となってしまう節部が濾布上にできなくなる。

最後に、本発明にかかる超音波振動装置は、慣用の任意の低周波振動装置と併用 することかできる。非同調型構造物に伝達される超音波の発振は、連続波とパル ス波のいずれでもよい。上述したように、振幅１〜３０　ｗ程度で振動数かｌＯ Ｏ〜３０００回／分の範囲内、好ましくは振幅５〜２０　ｍ＋ａ程度で振動数３ ００−１５００回／分の範囲内の低周波振動を超音波振動に重ね合わせることが できる。

目的とする具体的用途に応して、超音波の発振には、対称２方向型または非対称 １方向型の電気−音響変換器を使用する。また、超音波振動の振幅は、振動させ る構造物内で処理する物品に適合させるか、有利には上下のピーク間の間隔で２ 〜３０μｍ１好ましくは５〜２０μｍである。

補正書の写しく翻訳文）提出書く特許法第１８４条の８）平成５年７月１９日−

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. １．非同調型の構造物を超音波周波数で振動させる装置であって、少なくとも１ つの電気−音響変換器（１２）を備え、この変換器は、変換器の周波数に同調さ せた金属製固定部材（１４，２６，２８，３６，３８，４０，４２，４８，５０ ）により前記構造物（１０，３０）に堅固に固定され、構造物との連結部位が前 記固定部材の最大振幅領域（Ｖ）内に位置し、この変換器−構造物の全体を、半 波長の整数倍に同調させたナットその他の金属部材を固定することにより共振性 にしてあることを特徴とする、超音波振動装置。
2. ２．前記金属製固定部材が、前記構造物（１０）に連結する少なくとも１つの連 結棒（１４）からなり、この連結棒の外面が、共振周波数との適合性を保持しな がら、前記構造物の寸法形状と整合した形状をとりうるものであることを特徴と する、請求の範囲第１項記載の超音波振動装置。
3. ３．連結棒（１４）の外面が、その節部の付近に、この連結棒（１４）の軸を中 心として回転対称形で半径方向に凹んだくびれ部（１６）を有することを特徴と する、請求の範囲第１項または第２項記載の超音波振動装置。
4. ４．連結棒（１４）の外面が、その節部の付近に、この連結棒の軸を中心として 回転対称形で半径方向に突き出た拡張部（１８）を有することを特徴とする、請 求の範囲第１項または第２項記載の超音波振動装置。
5. ５．動作周波数が１０〜１００ｋＨｚ、好ましくは２０〜４０ｋＨｚの範囲内で あることを特徴とする、請求の範囲第１項ないし第４項のいずれか１項に記載の 超音波振動装置。
6. ６．超音波発振がパルス波または連続波であることを特徴とする、請求の範囲第 １項ないし第５項のいずれか１項に記載の超音波振動装置。
7. ７．超音波振動の振幅が、前記構造物内で処理する物品に適合した振幅であり、 有利には上下のピーク間の間隔で２〜３０μｍ、好ましくは５〜２０μｍである ことを特徴とする、請求の範囲第１項ないし第６項のいずれか１項に記載の超音 波振動装置。
8. ８．直角位相関係にはない２つの発振周波数を同時に使用して、前記構造物の動 作表面上に節部を解消することを特徴とする、請求の範囲第１項ないし第６項の いずれか１項に記載の超音波振動装置。
9. ９．超音波変換器（１２）が、前記電気−音響装置への連帯点で一体に締結され た複数の非同調型構造物（１０）の積み重ねを振動および共振させることを特徴 とする、請求の範囲第１項ないし第８項のいずれか１項に記載の超音波振動装置 。
10. １０．振動および共振を受ける前記非同調型構造物が、内部を高湿度雰囲気にで きる閉鎖域内に配置されることを特徴とする、請求の範囲第１項ないし第８項の いずれか１項に記載の超音波振動装置。
11. １１．電気−音響装置／構造物のアセンブリが密封チャンバ内に配置されること を特徴とする、請求の範囲第１項ないし第１０項のいずれか１項に記載の超音波 振動装置。
12. １２．非同調型構造物への調音波の発振が連続波またはパルス波であり、この超 音波発振に、振幅１〜３０ｍｍ程度で周波数が１００〜３０００振動／分の範囲 内、好ましくは振幅５〜２０ｍｍ程度で周波数３００〜１５００振動／分の範囲 内の低周波振動を重ね合わせることを特徴とする、請求の範囲第１項ないし第１ １項のいずれか１項に記載の超音波振動装置。
13. １３．超音波が、対称２方向型または非対称１方向型の電気−音響変換器により 発振されることを特徴とする、請求の範囲第１項ないし第１２項のいずれか１項 に記載の超音波振動装置。