JPS5855834B2 - 低周波音波発生装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は最大周波数約５０サイクルの音波を発生する
低周波音波発生装置に関するものであり、更に詳しくは
オープン型の共鳴器と気圧が一定の気体（例えば空気）
の脈動を上記共鳴器に供給する供給器とを備えてなる低
周波音波発生装置に関するものである。

従来から強力な脈動低周波音波や振動する低周波音波が
ボイラーや溶鉱炉等に付着したすす等を除去する手段と
して有用である事が知られている。

しかし、これまで適当な装置が提供されていないのが実
状である。

この発明はかかる現状に鑑みなされたもので、強い低周
波音を発生する低周波音波発生装置を提供する事を目的
とするものである。

この発明の低周波音波発生装置は、開放型の共鳴器とこ
の共鳴器への脈動圧縮気体の供給を制御する供給器とを
有しており、更にこの共鳴器に対してあらかじめ定めら
れた共鳴周波数の音波を供給器にフィードバックする手
段が上記共鳴管内に設けられている。

以下添付の図面によって更に詳細にこの発明について説
明する。

第１〜４図に示す様にこの発明の低周波音波発生装置は
直径が一定な共鳴管１０を有している。

この共鳴管１０の一端１１は開口しており他端１２は閉
じられている。

共鳴管１０は前記共鳴器の役割を果たすものであり、こ
の内部で多数の定常波が生成される。

周知の様に、これらの定常波はいずれも共鳴管１０の一
端（開口部）１１で腹となり、他端を（閉口部）１２で
節となるものである。

これらの定常波は次の（１）式を満足する事が知られて
いる。

■＝λ（２ｎ＋１）／４ ・・・・・・・・・・・
・・・・・・・（１）ここで、■は共鳴管１０の長さで
あり、λは定常波の波長であり、ｎは０．１．２・・・
・・・・・・・・・・・・等の整数値である。

このｎの値に応じて基本振動（ｎ＝ｏ）、第１倍振動（
ｎ＝１）第２倍振動（ｎ＝２ ）等の定常波が形成され
る。

基本振動（ｎ＝０ ）の場合には（１）式からλ＝４１
となり、また第１倍振動（ｎ＝１）の場合には（１）式
からλ＝４−１となる。

尚、この発明においては、共鳴管１０の長さｌは、低周
波音波発生装置が発生する音波の波長のＨの長さに等し
い様に構成されている。

この様に共鳴管１０内には多数の定常波が形成されるた
め、共鳴管１０内の空気圧はたえず振動しており、この
振動の振幅は共鳴管１０の一端（開口部）１１で最大に
なっている。

また音波の周波数ｆと波長λの間には周知の様に次の関
係がある。

ここで、Ｃは音波の伝播速度である。

前記した様に基本振動の場合にはλ＝４１であるため基
本振動に対する音波の周波数ｆは次の式で表わせる。

音波の伝播速度は２０℃で３４０ ｍ／ ｓｅｃであり
、更に共鳴管１０の長さを５ｒｒＬとするとｆ＝３４０
／４゜５となり、基本振動の周波数ｆとして１７サイク
ルが得られる。

従って、周波数１７サイクルの空気の脈動を５ｍの長さ
の共鳴管１０に供給する事によって周波数１７サイクル
の音波を共鳴管ｊＯから発生する事ができる。

共鳴管１０内の温度が変化すると、これに応じて音波の
伝播速度も変化し、これによって（３）式に応じて音波
の周波数が変化する。

共鳴管１０の他端（閉口部）１２には低周波音波発生装
置に供給する一定圧力の気体を制御するための供給器１
３が設げられている。

この発明の低周波音波発生装置に用いる気体としては通
常空気が用いられるが、不活性ガス等を用いる事もでき
る。

第１〜４図に示す様に、この供給器１３は上記共鳴管１
０よりも小径で、かつこの共鳴管１０に同軸かつシリン
ダー状に連結された固定部分１４を有している。

この固定部分１４に係合して軸方向にスライドする配置
で可動部分１５が設げられており、この可動部分１５に
は制御開口部１６が設けられている。

また固定部分１４には、図示する様に２つの室１７Ａ、
１７Ｂが設けられており、第１の室１７Ａは吸引用ファ
ン１８Ａに連結され、第２の室１７Ｂは送風用ファン１
８Ｂに連結されている。

その結果室１７Ａの気圧は大気圧よりも低くなり、室１
７Ｂの気圧は大気圧よりも高くなる。

各室１７Ａ、１７Ｂは開口部１９Ａと１９Ｂとを有して
おり、これによって室１７Ａ、 １７Ｂが可動部分１５
の位置に応じて制御開口部１６を介して可動部分１５の
内側に連通される。

可動部分１５は共鳴管１０の閉口部１２に係止された膜
２０を有しており、更にこの膜２０は圧縮バネ２１０弾
発力に応じて振動する様に構成されている。

この圧縮バネの弾発力は膜２０の全面に作用するもので
ある。

第２図に示す様に平衡状態においては、共鳴管１０の開
口部１２の圧力が周囲の圧力と同一であるため、可動部
分１５は、室１７Ａが共鳴管１０と遮断状態になり、か
つ室１７Ｂが共鳴管１０と連通状態になる位置に保持さ
れる。

即ち、室１７Ａは、開口部１９Ａと制御開口部１６とが
一致せず遮断されるため共鳴管１０と非連通状態に保持
され、これに対して室１７Ｂは開口部１９Ｂと制御開口
部１６とが第２図に示す様に狭い開口２２を形成するた
めの共鳴管１０と連通状態に保持されるのである。

従って、一定圧力の空気（その他の気体でも可）が室１
７Ｂから上記した狭い開口２２と可動部分１５とを介し
て共鳴管１０内供給され、このとき低周波の音波が発生
される。

この様にして発生された音波は共鳴管１０の閉口部１２
０部分の圧力を変化させ、この圧力変化が可動部分１５
に設けられた膜２０を振動させる。

この振動の周波数は共鳴管１０内で発生される音波が共
鳴管１０の長さに応じた周波数を有する事から、同様に
共鳴管１０の長さに対応したものになる。

尚、この様にして発生される膜２０の振動が終了する状
態では、供給器１３の可動部分１５は基本振動の周波数
と第１倍振動の周波数の間の自然振動周波数を有してい
る。

共鳴管１０の閉口部１２の圧力が最大の時点では（大気
圧以上の圧力）、可動部分１５は弾発バネ２１の弾発力
に抗して第３図に示す様に右方向に移動する。

この結果室１７Ｂと共鳴管１０の連通路が増大し、これ
によって送風用ファン１８Ｂの働きにより共鳴管１０の
閉口部１２の圧力が更に増大する。

また、共鳴管１０の閉口部１２の圧力が最小の時点では
（大気圧よりも低い）、可動部分１５は第４図に示す様
に左方向に移動する。

この結果、室１７Ｂと共鳴管１０の連通路が遮断され、
これにかわって室１７Ａと共鳴管１０が連通ずる様にな
り、これが原因となって共鳴管１０の閉口部１２の圧力
は吸引用ファン１８Ａの働きによって更に減少する事に
なる。

以上の説明から明らかな様に、この発明の低周波音波発
生装置は始動時において第２図に示す線に供給器１３の
可動部分１５が平衡状態にある。

次に吸引用ファン１８Ａと送風用ファン１８Ｂとが始動
すると、共鳴管１０と膜２０の働きによって微弱な低周
波音波が共鳴管１０内での気体の移動によって発生する
。

この微弱な低周波音波は可動部分１５の軸方向の反復運
動を引き起こす。

これによって共鳴管１０内での低周波音波は一定時間経
過の後持続する強力な音波となり、共鳴管１０から放射
される。

第５図は上記したこの発明の構成部分のうち室１７Ａを
除去した場合の一実施例を示すものである。

室１７Ａが存在しない場合でも基本的動作は上記の場合
と同様である。

第５図において、膜２０は共鳴管１０の後端部に設けら
れたショルダー２４とエンドカバー２５にネジで止めら
れたブツシュ２６との間にＯ型リング２３を介してネジ
止めされている。

膜２０の後方の空間２７は、エンドカバー２５上に設け
られたシリンダー状のソケット２８を介して大気に連通
されている。

これらのソケット２８はシリンダー状のキャンプ２９と
複雑な通路３０を形成している補助キャップによってカ
バーされており、この通路３０は膜２０の後方空間２７
と大気とを連通ずるものである。

尚、この様に複雑な通路３０を形成する事により、ごみ
等が膜２０の後方の空間２７に侵入する事が防止される
。

前記エンドカバー２５にはパイプ３１が連結されており
、その後端３２は送風用ファン１８Ｂや他の適宜の一定
圧力の流体供給源に連結できる様に形成されている。

パイプ３１の他の部分としては共鳴管１０内に連結され
ているソケット３３がある。

可動部分１５には膜２０が設けられており、この可動部
分１５はソケット３３上をスライドする様に形成され、
更にソケット３３はその内側端部で閉じられている。

加えて、ソケット３３は横穴３４をその内側端部に有し
ており、その結果横穴３４を介して一定圧力の流体供給
源と共鳴管１０内の連通状態が制御される。

ここで、横穴３４は第２図〜第４図に示す開口部１９Ｂ
に相当するものである。

この場合には、第１図〜第４図に示したものと全く同様
の動作によって低周波音波が発生される。

ただ、この場合には室１９Ａに相当する部分が存在しな
いため共鳴管１０内を流体供給済から供給された気体が
流れる事になる。

これはある場合にはさほど重要でなく、またある場合に
はこれが非常に好都合な事もある。

膜２０の右側には弾発バネ２１に対応するバネが設けら
れているが、可動部分１５は膜２０の固有のバネ動作に
よってもどす事も可能である。

この発明の低周波音波発生装置の共鳴管１０がボイラー
や溶鉱炉等の内部に挿入された場合には、これらの内部
の圧力は大気圧よりも大きいか又は小さいのが通常であ
る。

従って、第５図に示す手段で空間２７が大気と連通され
た場合には、膜２００両側に加わる気体の静止圧に差が
生じる。

その結果、膜２０とこれに応じた可動部分１５の平衡状
態における位置が変化し、上記気体の静止圧の差が可動
部分１５の位置の変化によって補償される事になる。

第６図は、この様な補償が行なわれるのを防止する場合
の一例を示すものである。

第６図においては、空間２７を大気に連通ずるためのソ
ケット２８や通路３０が設けられておらず、これにかわ
って共鳴管１０にパイプ３６が設けられている。

これによって膜２００両側に常に同じ圧力が印加される
事になる。

このパイプ３６は音波の振動の節となる共鳴管１０の閉
口部に連結されているため、空間２７の圧力はパイプ３
６を介する共鳴管１０内の音波圧力によって影響を受け
る事がない。

以上の理由から、第６図に示すこの発明の低周波音波発
生装置は大気圧と異なる圧力の気体中に置かれても何等
不都合が生じないのである。

第６図に示す実施例では外気と空間２７とが直接連通す
る事がなく、空間２７は閉鎖されているものと考える事
が可能である。

このため、空間２７内部の空気は膜２０の後方でバネの
働きをする。

これによって前記したバネの動作が膜２０の固有のバネ
動作に加えられ、更にこれが可動系の固有振動数に作用
する。

この発明の低周波音波発生装置の膜２０としてはなるべ
く薄いものが望ましい。

しかし膜厚が薄すぎてバネ定数が小さくなる事は不都合
である。

仮に膜２０が薄すぎる場合には膜２０の大きさとの関係
でバネ定数が小さくなりすぎて、これによって固有振動
数が非常に小さくなるのである。

更に、膜厚が薄くてしかもバネ定数の大きな膜を生産す
る事は非常に困難である。

第６図に示す実施例においてエアークッションは（空間
２７によるバネ動作を意味する。

）は低いバネ定数を有する膜を使用する事を可能にし、
更にこのエアークッションは膜２０が内側と外側に振動
するのと同様のバネ特性を有している。

薄い膜は上記内側と外側について互いに異なる特性を有
しているが、これが、エアークッションが存在しない場
合と同様の範囲内で、全システムのバネ定数に影響を与
える事はない。

これは、膜２０のバネとしての働きは全バネ動作のうち
の小さな部分を占めているにすぎないためである。

実例をあげて説明すると、第５図に示すこの発明の低周
波音波発生装置の実施例において１．５順の厚さの膜２
０を用いるとこの膜２０は約４０００ ＯＮ／ｍのバネ
定数になる。

これに対して第６図に示す実施例における空気２７のエ
アークッションは仮に空間２７が２４リツトルの体積を
有するとすると、約３０００ＯＮ／ｍの膜のバネ定数に
対応するバネ動作でこの膜２０に作用する。

仮に、全バネ定数が約４０００ＯＮ／ｍであるとすれば
、膜２０は上記全バネ定数に対して小さな部分を占めて
いるにすぎないのである。

第６図はこの発明の低周波音波発生装置を実用的に改良
したものであり、空間２７に連結された脈動圧縮空気供
給体３８を有している。

低周波音波発生装置がすすだらけのボイラーや溶鉱炉等
に対して用いられる場合には間欠運転される事になる。

この場合、再運転始動時に可動部分１５がソケット３３
上を動かない事がある。

特に低周波音波発生装置が腐蝕性雰囲気下で用いられる
場合にそうなり易い。

この結果横孔３４内の狭い開口は１ｍ１１、程度の寸法
となり、こ工を圧縮空気が通過する事によって生ずる弱
い音波圧は運動系の残留摩擦力に打勝って膜の運動を起
させるには不充分である。

かＳる場合には脈動圧縮空気供給体３８を用いて音波発
生装置を起動してやればよい。

即ち、音波発生装置の基本振動と実質的に等しい周波数
の圧縮空気を空間２７に供給して、これにより膜２０を
励動してやるのである。

第６図には、更にこの発明の低周波音波発生装置に用い
られるい（つかの設備が開示されている。

一定圧力の空気は適宜の圧縮空気源３９からソレノイド
バルブ４１を介して導管４０に供給され、同様にソレノ
イドコイル４３を介して導管４２に供給され更に低周波
音波発生装置の供給器のパイプ３１の後端３２に供給さ
れる。

これに対して上記導管４２は脈動圧縮空気供給体３８に
接続されている。

このソレノイドバルブ４１は絞り分枝４４を備えている
。

タイマー４５が本体４６に設げられており、このタイマ
ー４５は鎖線で描いた様に各部分と電気的に接続されて
いる。

タイマー４５は、低周波音波発生器と脈動圧縮空気供給
体３８に送られる圧縮空気の量を調整するために、それ
ぞれソレノイドバルブ４１と４３に電気的に接続されて
いる。

前記した様に低周波音波発生装置は間欠的に運転される
ため、運転時間と停止時間とがタイマー４５によって調
整される。

尚、バルブ４１が開いている時運転状態になる。

停止時間中にはバルブ４１は閉じており、ごく少量の空
気が絞り分枝４４を介して低周波音波発生装置に供給さ
れる。

この少量の空気は可動部分１５や膜２０を冷却し、更に
はごみから可動部分１５やソケット３３を保護するため
用いられる。

加えて、この少量の空気の供給は膜２０を微小振動させ
低周波音波発生装置の運転再開を容易にする。

この結果、低周波音波発生装置は自己の力で運転を開始
する事が可能になり、バルブ４１が開かれると、腐蝕性
雰囲気の中で使用され可動部分１５が影響を受けている
場合であっても脈動圧縮空気供給体の補助なしで直ちに
運転を開始できる。

空間２７内に挿入されているプルーブ４７は膜２０の振
動を感知するためのものであり、バルブ４１が開いて低
周波音波発生装置が運転中の場合に膜２０の振動をチェ
ックするものである。

このプルーブ４７が膜２０の振動を感知しないときはラ
ンプ４８が点燈する。

この場合には、脈動圧縮空気供給体３８がソレノイドバ
ルブ４３を開く事によって作動し、その結果運転開始に
必要な補助がなされ、運転が開始される。

第７図に示す実施例によれば、導管４０は脈動圧縮空気
供給体３８と同時に低周波音波発生装置に圧縮空気を供
給するために設けられている。

この導管４０には圧縮空気がソレノイドバルブ４３を介
して供給されており、更にこの導管４０は分配器５０に
連結されている。

そして、分配器５０に供給された空気はソレノイドバル
ブ５２を介してタンク５１に供給される。

このタンク５１はソレノイドバルブ５１と同様に空間２
７に位置している。

タンク５１とソケット３３の間には空気流通路５３が設
けられている。

低周波音波発生装置が運転中の場合には、ソレノイドバ
ルブ５２が開いており、駆動用の圧縮空気がタンク５１
から供給される。

圧縮空気の脈動を均一化するため、ソケット３３に直接
この導管４０を連結する場合に使用する管よりも直径の
小さい管が導管４０として用いられる。

圧縮空気は分配器５０がら空気流通路と調整用絞りバル
ブ５４を介してタンク５１に供給され、この空気流通路
はソレノイドバルブ５２を介して前記空気流通路５３と
並行に設けられている。

低周波音波発生装置が停止しているときソレノイドバル
ブ５２は閉じられるが膜２０と可動部分１５はタンク５
１に供給され続いてソケット３３に供給される絞られた
空気流によって作動状態に保持される。

この様な変化実施例は第６図に示す様な絞り分枝４４に
置換する事によって可能となる。

第７図において、供給器は共鳴管１０に別体はユニット
１０′として基量されている。

そして、同様の構成は第５図及び第６図に示す実施例に
おいてもとることができる。

以上に説明した実施例においては、いずれも膜２０を可
動部分１５に機械的に直接設けたものであったが、この
発明はこれに限定されるものではなく、例えば膜を膜と
可動部分の間に電気的、気体的、流体的手段等によって
設けてもよい。

更に上記実施例では機械的な供給器及び膜が開示された
が、例えばマイクロホンの様な電気−機械系的な手段を
取る事もできる。

この場合には、マイクロホンを共鳴管の後端（閉口部）
に配置して定常波の圧力変化を感知し、そして共鳴管に
圧縮空気を供給しているソレノイドバルブを直接又は間
接にコントロールして定常波の圧力変化に直ちに応答す
る様にしても良Ｘ、ｚ また、上記した実施例では可動部分１５は膜２０のバネ
動作又は空間２７のバネ動作と膜２０のバネ動作の組合
せにより運動するものであったが、第２図〜第４図に示
す様に膜２０の右側に機械的バネ２１を設けても良い。

更に共鳴管としては単純な管が用いられたが、他の形状
の共鳴管、例えば角型の共鳴管やヘルムホルツ型の共鳴
管等も用いる事ができる。

以上の説明から明らかな様にこの発明の低周波音波発生
装置によれば、強力でかつ持続する低周音波を発生する
事が可能であり、ボイラーや溶鉱炉のすす等を清掃する
のに有効に働くものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の低周波音波発生装置の概略を示す説
明図、第２図〜第４図はこの発明の動作原理を説明する
ための供給器の部分の拡大説明図第５図は供給器の一実
施例を示す断面図、第６図はこの発明の一実施例を示す
説明図、第７図は供給器の他の実施例を示す一部断面図
である。 １０・−・・・・共鳴管、１３・・・・・・供給器、１
５・・・・・・可動部分、１７Ａ、１７Ｂ・・・・・・
室、１８Ａ・・・・・・吸弓用ファン、１８Ｂ・・・・
・・送風用ファン、２０・・・・・・膜２１・・・・・
・弾撥バネ、２７・・・・・・空間、３８・・・・・・
脈動圧縮空気供給体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 開口端より気体因音波を発生する筒状の共鳴器１０
   の閉口端側には脈動圧縮気体を供給する供給器１３が付
   設されており、 この供給器１３が共鳴器に供給された圧縮気体の圧力に
   影響されない配置で、該圧縮気体の流れを制御する可動
   弁体１５を有しており、 共鳴器中において弾性的に往復動可能な隔壁手段２０が
   弁体１５と一体に連結されて可動ユニットを形成し、か
   つ 上記の可動ユニットの共鳴周波数が共鳴器の基本周波数
   より高くてその第１倍音周波数より低（なり、共鳴器１
   ０の共鳴周波数の内所定の周波数においてのみ供給器１
   ３の弁体１５に共鳴器中の音波圧がフィードバックされ
   る如くに、共鳴器の長さが定められている 事を特徴とする低周波音波発生装置。 ２ 前記の往復動可能な手段が膜２０であり、この膜が
   弁体１５に連結されている 如き特許請求の範囲第１項記載の低周波音波発生装置。 ３ 前記の膜が機械的又は電気的又は気体的又は流体的
   手段によって前記の供給器の弁体１５に連結されている 如き特許請求の範囲第２項記載の低周波音波発生装置。 ４ 前記の弁体は摺動するスライド部分を有しており、 このスライド部分が圧縮気体によって影響を受げない 如き特許請求の範囲第２項又は第３項又は第４項記載の
   低周波音波発生装置。 ５ 前記のスライド部分が共鳴器１０中に延在するパイ
   プ３３を軸方向に移動し、かつ 該パイプが、圧縮気体の供給のために、スライド部分に
   よって制御される開口部を少な（とも１個有している 如き特許請求の範囲第４項記載の低周波音波発生装置。 ６ 前記の弁体は、脱取外の他の部分に形成されて前記
   の供給器と共鳴器とを連通ずる狭い開口２２を保持する
   様に配置され、かつ、この開口が圧縮気体の供給によっ
   て共鳴器内に発生される音波よって調整される 如き特許請求の範囲第２項又は第３項又は第４項又は第
   ５項記載の低周波音波発生装置。 ７ 前記の共鳴器内において前記の膜と共鳴器のエンド
   カバー２５の間に空間２７が形成されている 如き特許請求の範囲第２項記載の低周波音波発生装置。 ８ 前記の共鳴器が、その一端に供給器を備え、かつそ
   の他端側の適宜な位置に前記の往復動可能な手段を備え
   ている 如き特許請求の範囲第１項記載の低周波音波発生装置。 ９ 前記の共鳴器がヘルムホルツ共鳴器である如き特許
   請求の範囲第１項又は第２項又は第３項又は第４項又は
   第５項又は第６項又は第７項記載の低周波音波発生装置
   。 １０ 前記の空間が周囲の外気と連通している如き特
   許請求の範囲第７項記載の低周波音波発生装置。 １１ 前記の空間と周囲の外気との連通が、前記のエ
   ンドカバー２５上に設けられた少なくとも１個のソケッ
   ト２８と、該ソケットをカバーするキャップ２９によっ
   て該ソケットと共に形成される複雑な通路３０とによっ
   て、画定される 如き特許請求の範囲第１０項記載の低周波音波発生装置
   。 １２ 前記の空間がパイプ３６を介して共鳴器１０に
   連通している 如き特許請求の範囲第１０項記載の低周波音波発生装置
   。 １３ 脈動圧縮空気供給体３８が前記の空間に連結さ
   れ、実質的にこの低周波音波発生器が発生する音波と同
   一の周波数で上記の空間に圧縮空気を供給する 如き特許請求の範囲第７項記載の低周波音波発生装置。 １４ 前記の膜の振動状態及び静止状態を感知するた
   めのプルーブ４７が設けられている 如ぎ特許請求の範囲第７項記載の低周波音波発生装置。 １５ 前記の弁体に圧縮気体を供給するため、前記の
   供給器内にタンク５１が設けられており、このタンクを
   介して弁体に圧縮空気を供給する如き特許請求の範囲第
   ２項記載の低周波音波発生装置。 １６ 前記の供給器が、前記の共鳴器に圧縮気体を直
   接ヌリ絞りバルブ４４，４５を会して交互に供給可能に
   するためのバルブ４１，５２を含ンテする 如き特許請求の範囲第２項又は第１５項記載の低周波音
   波発生装置。