專利名稱：超聲波振子及利用該振子的超聲波振動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種由磁致伸縮桿的伸縮產(chǎn)生超聲波振動的超聲波振子以及利用該振子的超聲波振動裝置；特別地，涉及一種雖為小型且簡單的構(gòu)造，但可以有效地傳遞由磁致伸縮桿的伸縮產(chǎn)生的超聲波振動，特別是放置在液體中時(shí)可獲得很好的空穴效應(yīng)的超聲波振子以及利用該振子的超聲波振動裝置。
背景技術(shù)：
以往，廣泛地公知有將由空穴效應(yīng)產(chǎn)生的氣泡爆炸沖擊力應(yīng)用在清洗或混合、攪拌等上的裝置。
作為這些裝置中的其中一個(gè)，曾經(jīng)被提出過往液體中噴射高壓水而使在該高壓水的周圍產(chǎn)生空穴效應(yīng)的裝置(例如，請參考JP特開平11-19608號公告)。但是，利用該高壓水的裝置具有需要高的水壓，再加上，根據(jù)液體的粘稠度或溫度，其空穴效應(yīng)容易起變動的問題。
作為解決這樣的問題的方法之一，曾經(jīng)被提出過將壓電振子或磁致伸縮振子等與容器接觸地配置，并通過給容器內(nèi)部的液體施加超聲波振動而其使產(chǎn)生空穴效的裝置(例如，請參考JP特開2002-25962號公告)。
但是，這些以往公知的超聲波振子具有因隔著容器給內(nèi)部的液體施加超聲波振動，故振動被容器衰減而空穴效應(yīng)下降的問題。
還有，有必要事先考慮容器的機(jī)械共振頻率等的影響，而具有設(shè)計(jì)難度大的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是為了解決這些問題而成的，其目的在于提供一種雖為小型且簡單的構(gòu)造，但可以有效地傳遞由磁致伸縮桿的伸縮產(chǎn)生的超聲波振動，特別是放置在液體時(shí)可獲得很好的空穴效應(yīng)的超聲波振子及利用該振子的超聲波振動裝置。
本發(fā)明的發(fā)明人研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)了可以有效地傳遞由磁致伸縮桿的伸縮產(chǎn)生的超聲波振動的裝置。
即，通過如下的本發(fā)明，可以達(dá)成上述目的。
(1)一種超聲波振子，其特征在于，具有由磁致伸縮構(gòu)件構(gòu)成的柱狀磁致伸縮桿；緊密固定在該磁致伸縮桿的軸向端面、且由直徑大于前述磁致伸縮桿的板狀構(gòu)件構(gòu)成的振動板。
(2)根據(jù)前述(1)所述的超聲波振子，其特征在于將前述振動板設(shè)置在前述磁致伸縮桿的軸向兩端。
(3)根據(jù)前述(2)所述的超聲波振子，其特征在于前述設(shè)置在軸向兩端的一對振動板由能夠給前述磁致伸縮桿施加偏置磁場的一對第1、第2偏置磁鐵構(gòu)成。
(4)根據(jù)前述(3)所述的超聲波振子，其特征在于進(jìn)一步具有第3偏置磁鐵，該磁鐵配置在前述一對第1、第2偏置磁鐵之間，并向著將由該第1、第2偏置磁鐵產(chǎn)生的偏置磁場的一部分遷移到上述磁致伸縮桿側(cè)的方向磁化偏置磁場。
(5)根據(jù)前述(2)所述的超聲波振子，其特征在于前述設(shè)置在軸向兩端的一對振動板兼作為由軟磁性構(gòu)件構(gòu)成的磁軛；前述磁致伸縮桿由在前述一對振動板之間的大致中央附近隔著間隙分離的一對分割磁致伸縮桿構(gòu)成，在前述間隙中配置了能夠施加偏置磁場的偏置磁鐵，由此在軸向被連接。
(6)根據(jù)前述(1)至(5)的任何一項(xiàng)所述的超聲波振子，其特征在于具有給前述磁致伸縮桿施加軸向壓縮預(yù)盈力的螺栓固定結(jié)構(gòu)。
(7)根據(jù)前述(1)至(6)的任何一項(xiàng)所述的超聲波振子，其特征在于前述磁致伸縮桿由以超磁致伸縮元件為材料的超磁致伸縮構(gòu)件構(gòu)成。
(8)一種超聲波振動裝置，其特征在于，具有根據(jù)前述(1)至(7)的任何一項(xiàng)所述的超聲波振子；以包住該超聲波振子的形式被配置，并通過控制施加的磁場的強(qiáng)弱使超聲波振子振動的電磁線圈。
(9)根據(jù)前述(8)所述的超聲波振動裝置，其特征在于針對同一個(gè)電磁線圈具有多個(gè)前述超聲波振子。
(10)根據(jù)前述9所述的超聲波振動裝置，其特征在于將前述多個(gè)超聲波振子排列配置在電磁線圈的圓周方向。
(11)根據(jù)前述(8)所述的超聲波振動裝置，其特征在于進(jìn)一步具有由大致圓筒形狀的透磁性的構(gòu)件組成并能夠使流體流通的管，將前述超聲波振子配置在前述管的內(nèi)側(cè)空間，同時(shí)將前述電磁線圈配置在前述管的外周。
(12)根據(jù)前述(11)所述的超聲波振動裝置，其特征在于配置在前述管的內(nèi)側(cè)空間的超聲波振子由懸掛在該內(nèi)側(cè)空間內(nèi)的網(wǎng)狀物所支撐。
(13)根據(jù)前述(11)或(12)所述的超聲波振動裝置，其特征在于針對同一個(gè)前述管具有多個(gè)前述超聲波振子及前述電磁線圈中的至少一種。
(14)根據(jù)前述(8)所述的超聲波振動裝置，其特征在于以包住前述磁致伸縮桿的形式，將前述電磁線圈配置在前述磁致伸縮桿的外周，并將該電磁線圈及磁致伸縮桿成形成一體。


圖1是表示本發(fā)明實(shí)施形式第1例中的超聲波振子及電磁線圈的側(cè)截面的模式主視圖。
圖2是表示施加在圖1中的超聲波振子的超磁致伸縮桿上的磁場與超磁致伸縮桿的位移的關(guān)系的曲線。
圖3是表示本發(fā)明實(shí)施形式第2例中的超聲波振子的側(cè)截面的模式主視圖。
圖4是表示本發(fā)明實(shí)施形式第3例中的超聲波振子的側(cè)截面的模式主視圖。
圖5是表示采用了圖1的超聲波振子的超聲波振動裝置的側(cè)截面的模式主視圖。
圖6是表示圖5中具有多個(gè)超聲波振子及電磁線圈的超聲波振動裝置的側(cè)截面的模式主視圖。
圖7是表示圖5中具有多個(gè)超聲波振子的超聲波振動裝置的側(cè)截面的模式主視圖。
圖8是表示將電磁線圈及超磁致伸縮桿成形為一體的超聲波振動裝置的側(cè)截面的模式主視圖。
圖9是表示針對同一個(gè)電磁線圈具有多個(gè)超磁致伸縮桿的超聲波振動裝置的模式主視圖。
圖10是圖9的X-X線側(cè)剖視圖。
具體實(shí)施例方式
下面，參考附圖，說明本發(fā)明實(shí)施形式的例子。
如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施形式的第1例中的超聲波振子10由圖中橫向的柱狀超磁致伸縮桿12、一對第1及第2振動板14及16、螺栓18、一對螺母20及22構(gòu)成。
一對第1、第2振動板14、16由直徑大于柱狀超磁致伸縮桿12的板狀偏置磁鐵構(gòu)成，并分別緊密固定在超磁致伸縮桿12的軸向兩端12A、12B上。
螺栓18在圖1中的左右方向貫穿超磁致伸縮桿12及第1、第2振動板14、16而被配置，同時(shí)，通過從其軸向兩端螺合的一對螺母20、22，將第1、第2振動板14、16軸向夾緊固定在超磁致伸縮桿12，而構(gòu)成螺栓固定結(jié)構(gòu)。就這樣，超磁致伸縮桿12通過被緊固在軸向，而被附加了壓縮預(yù)盈力，并同時(shí)被施加了偏置磁場，從而形成了根據(jù)超磁致伸縮桿12的位移量的增大能夠提高超聲波振子10的效率的結(jié)構(gòu)。
柱狀的超磁致伸縮桿12由以超磁致伸縮元件為材料的超磁致伸縮構(gòu)件構(gòu)成。而且，所謂的“超磁致伸縮元件”指的是由以稀土類元素及/或特定的過渡金屬等為主要成分(例如，鋱、鏑、鐵等)粉末燒結(jié)合金或單晶體合金制作的磁致伸縮元件，而該超磁致伸縮元件具有若從外部施加磁場則產(chǎn)生大的位移的特性。因此，通過由電磁線圈等控制施加在超磁致伸縮桿12上的磁場的強(qiáng)弱，使其高速伸縮，而可以產(chǎn)生超聲波振動。
其次，利用圖2，說明超聲波振子10的作用。
例如，考慮由如圖1所示的電磁線圈24控制施加在該超聲波振子10上的磁場強(qiáng)弱的情況。
如圖2所示，首先，在沒有給電磁線圈24通電的情況(圖2中的P0點(diǎn))，因電磁線圈24的線圈磁場HC沒有被施加在超磁致伸縮桿12上(HC＝0)，故此時(shí)為僅施加了由第1、第2振動板14、16的偏置磁場H0的狀態(tài)。其結(jié)果，超磁致伸縮桿12上產(chǎn)生了由偏置磁場H0引起的初始位移λ0，故超聲波振子10變成在軸向只伸長了初始位移λ0的狀態(tài)。
另外，在給電磁線圈24通電而施加與偏置磁場H0同方向的線圈磁場+HC的場合(圖2中的P1點(diǎn))，因電磁線圈24的線圈磁場+HC會加在偏置磁場H0上，故在超磁致伸縮桿12被施加偏置磁場H0與線圈磁場+HC的合成磁場H1(＝H0+HC)。即，逐步增強(qiáng)與偏置磁場H0同方向的線圈磁場+HC，則施加在超磁致伸縮桿12上的合成磁場H1隨著變強(qiáng)，而超聲波振子10伸長到比初始位移λ0更長的狀態(tài)。
另一方面，在由電磁線圈24施加與偏置磁場H0反方向的線圈磁場-HC的場合(圖2中的P2點(diǎn))，因電磁線圈24的線圈磁場-HC作用在消減偏置磁場H0的方向上，故在超磁致伸縮桿12被施加偏置磁場H0與線圈磁場-HC的合成磁場H2(＝H0-HC)。即，逐步增強(qiáng)與偏置磁場H0反方向的線圈磁場-HC，則施加在超磁致伸縮桿12上的合成磁場H2隨著變?nèi)?，而超聲波振?0收縮到比初始位移λ0更小的狀態(tài)。
如此，通過對超聲波振子10交替連續(xù)地施加與偏置磁場H0同方向的線圈磁場+HC與反方向的線圈磁場-HC，使其高速伸縮，從而可以產(chǎn)生超聲波振動。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施形式的第1例中的超聲波振子10，因具有由直徑大于超磁致伸縮桿12的板狀構(gòu)件構(gòu)成的第1、第2振動板14、16，故不需隔著容器等，而可由該第1、第2振動板14、16向外部傳遞超聲波振動。從而，例如若將超聲波振子10配置在液體中，則可以對液體直接傳遞超聲波振動，而可以獲得很好的孔穴效應(yīng)。還有，將第1、第2振動板14、16緊密固定在柱狀超磁致伸縮桿12的軸向端面12A、12B上，故雖采用了小型且簡單的構(gòu)造，但可以有效地傳遞由磁致伸縮桿12的伸縮產(chǎn)生的超聲波振動。而且，超聲波振子10，因在超磁致伸縮桿12的軸向的兩端12A、12B上設(shè)置了兩個(gè)第1、第2振動板14、16，故能夠獲得更高的效果。
另外，第1、第2振動板14、16又是為偏置磁鐵，故不需由別的裝置施加偏置磁場，通過消減零部件的數(shù)量，能夠?qū)崿F(xiàn)低成本、小型化。
然后，利用圖3，說明本發(fā)明實(shí)施形式的第2例中的超聲波振子30。
如圖所示，該超聲波振子30是將超磁致伸縮桿32及偏執(zhí)磁鐵33配置在前述如圖1所示的超聲波振子10上的一對第1、第2振動板14、16之間的結(jié)構(gòu)。而且，關(guān)于與前述超聲波振子10相同部分，省略其說明。
超磁致伸縮桿32由在一對第1、第2振動板14、16之間的大致中央附近隔著間隙分離的一對分割超磁致伸縮桿32A、32B構(gòu)成。還有，在該一對分割超磁致伸縮桿32A、32B的間隙上配置了偏置磁鐵33，由此軸向連接了一對分割超磁致伸縮桿32A、32B。
該第3偏置磁鐵33向著將由一對第1、第2振動板14、16產(chǎn)生的偏置磁場的一部分牽引至超磁致伸縮桿32側(cè)的方向磁化偏置磁場。因此，若采用超聲波振子30，則通過更加有效地施加偏置磁場，可以提高振子的效率。
其次，利用圖4，說明本發(fā)明的實(shí)施形式的第3例中的超聲波振子50。
如圖所示，該超聲波振子50是通過配置由軟磁性構(gòu)件構(gòu)成的一對第1、第2振動板54、56，來代替前述的如圖3所示的超聲波振子30上的一對第1、第2振動板14、16，并在第1、第2振動板54、56之間配置了超磁致伸縮桿52及偏置磁鐵53的結(jié)構(gòu)。而且，關(guān)于與前述超聲波振子30相同部分，省略其說明。
超磁致伸縮桿52由在一對第1、第2振動板54、56之間的大致中央附近隔著間隙分開的一對分割超磁致伸縮桿52A、52B構(gòu)成。還有，在該一對分割超磁致伸縮桿52A、52B的間隙，配置了能夠施加偏置磁場的偏置磁鐵53，由此軸向連接一對分割超磁致伸縮桿52A、52B。
另外，一對第1、第2振動板54、56由直徑大于超磁致伸縮桿52的板狀磁軛構(gòu)成，分別緊密固定在超磁致伸縮桿52軸向的兩個(gè)端面52C、52D上。
如此，在超聲波振子50中，由偏置磁鐵53與一對第1、第2振動板(兼磁軛作用)54、56構(gòu)成磁路。因此，根據(jù)該超聲波振子50，通過更加有效地施加偏置磁場，可以提高振子的效率。
其次，利用圖5，說明采用本發(fā)明形式的第1例中的超聲波振子10的超聲波振動裝置70。而且，為了避免重復(fù)說明，省略有關(guān)前述的超聲波振子10的說明，而只說明其他的結(jié)構(gòu)。
如圖5所示，該超聲波振動裝置70由圖示中橫向且大致圓筒狀的管72、超聲波振子10、電磁線圈74構(gòu)成。
大致圓筒形狀的管72由透磁性的構(gòu)件組成，其內(nèi)側(cè)形成了能夠流通液體或粉狀體等流體76的內(nèi)側(cè)空間72A。在該內(nèi)側(cè)空間72A中，向圖示中的橫向配置了超聲波振子10，并由懸掛在內(nèi)側(cè)空間72A內(nèi)的網(wǎng)狀物78所支撐。另外，在該管72的外周，以從管72的外側(cè)圍起超聲波振子10的方式配置了電磁線圈74。而且，在該管72的軸向的兩端，分別設(shè)置了能夠與外部裝置80、82連接的安裝法蘭盤F1、F2。
若采用該超聲波振動裝置70，則通過控制施加在電磁線圈74的磁場的強(qiáng)弱，可以使配置在管72的內(nèi)側(cè)空間72A中的超聲波振子10超聲波振動。因此，可以直接給流過內(nèi)側(cè)空間72A的流體76施加超聲波振動，特別地，在內(nèi)側(cè)空間72A內(nèi)流通液體的場合，可以獲得高的空穴效應(yīng)。
而且，在上述實(shí)施形式例中，超磁致伸縮桿12(32、52)由以超磁致伸縮元件為材料的超磁致伸縮構(gòu)件所組成，但本發(fā)明并非受限于此，采用以磁致伸縮元件構(gòu)成的磁致伸縮構(gòu)件也可。
本發(fā)明中的超聲波振子，并非被局限于上述實(shí)施形式的第1～第3例的超聲波振子10、30、50中的構(gòu)造或形狀等，只要它具有由磁致伸縮構(gòu)件組成的柱狀磁致伸縮桿與、緊密固定在該磁致伸縮桿的軸向端面并由其直徑大于磁致伸縮桿的板狀構(gòu)件構(gòu)成的振動板就可。因此，例如，采用將振動板只設(shè)置在磁致伸縮桿軸向的一端的超聲波振子也可。
另外，本發(fā)明的超聲波振動裝置，并非被局限于上述實(shí)施形式的例子中的超聲波振動裝置70中的構(gòu)造或形狀等，只要它具有本發(fā)明的超聲波振子、以包住超聲波振子的形式被配置并通過控制施加磁場的強(qiáng)弱使超聲波振子振動的電磁線圈就可。
因此，例如，如同如圖6所示的超聲波振動裝置90，針對同一個(gè)管72也可以分別具備多個(gè)超聲波振子10及電磁線圈74，另外，如同如圖7所示的超聲波振動裝置100，針對同一個(gè)前述管72及電磁線圈74，也可以具備多個(gè)超聲波振動振子10。
另外，如同如圖8所示的超聲波振動裝置110，以包住超磁致伸縮桿112的形式將電磁線圈114配置在其外周，并將這些電磁線圈114及超磁致伸縮桿112成形為一體也可。根據(jù)該超聲波振動裝置110，可以將具有電磁線圈114的裝置直接投入到流體中，從而可以提高設(shè)置裝置的自由度。
更進(jìn)一步，如同如圖9及圖10所示的超聲波振動裝置120，針對同一個(gè)電磁線圈74，可以具備多個(gè)超聲波振子10(該例中為12個(gè))，并將該多個(gè)超聲波振子10排列配置在電磁線圈74的內(nèi)周方向。
產(chǎn)業(yè)上的利用可能性本發(fā)明的超聲波振子及利用該振子的超聲波振動裝置，具有優(yōu)越的效果它雖為小型且簡單的構(gòu)造，但可以有效地傳遞由磁致伸縮桿的伸縮產(chǎn)生的超聲波振動，特別是放置在液體時(shí)可獲得很好的空穴效應(yīng)。
權(quán)利要求
1.一種超聲波振子，其特征在于，具有由磁致伸縮構(gòu)件構(gòu)成的柱狀磁致伸縮桿；由直徑大于前述磁致伸縮桿的板狀構(gòu)件構(gòu)成的振動板，該振動板緊密固定在該磁致伸縮桿的軸向端面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波振子，其特征在于將前述振動板設(shè)置在前述磁致伸縮桿軸向的兩端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超聲波振子，其特征在于設(shè)置在前述軸向兩端的一對振動板由能給前述磁致伸縮桿施加偏置磁場的一對第1、第2偏置磁鐵構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超聲波振子，其特征在于進(jìn)一步具有第3偏置磁鐵，該第3偏置磁鐵配置在前述一對第1、第2偏置磁鐵之間，并向著將由該第1、第2偏置磁鐵產(chǎn)生的偏置磁場的一部分，牽引至前述磁致伸縮桿側(cè)的方向磁化。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超聲波振子，其特征在于設(shè)置在前述軸向兩端的一對振動板兼作為由軟磁性構(gòu)件構(gòu)成的磁軛，前述磁致伸縮桿由在前述一對振動板之間的大致中央附近隔著間隙分離配置的一對分割磁致伸縮桿構(gòu)成，在前述間隙中配置了能夠給前述一對分割磁致伸縮桿施加偏置磁場的偏置磁鐵，由此在軸向被連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任何一項(xiàng)所述的超聲波振子，其特征在于具有給前述磁致伸縮桿施加軸向壓縮預(yù)盈力的螺栓固定結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任何一項(xiàng)所述的超聲波振子，其特征在于前述磁致伸縮桿由以超磁致伸縮元件為材料的超磁致伸縮構(gòu)件構(gòu)成。
8.一種超聲波振動裝置，其特征在于，具有權(quán)利要求1至7中任何一項(xiàng)所述的超聲波振子；以包住該超聲波振子的形式被配置，并通過控制施加磁場的強(qiáng)弱使前述超聲波振子振動的電磁線圈。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的超聲波振動裝置，其特征在于針對同一個(gè)前述電磁線圈具有多個(gè)前述超聲波振子。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的超聲波振動裝置，其特征在于將前述多個(gè)超聲波振子排列配置在前述電磁線圈的圓周方向。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的超聲波振動裝置，其特征在于進(jìn)一步具有由大致圓筒形狀的透磁性構(gòu)件組成且能夠使流體流通的管，將前述超聲波振子配置在前述管的內(nèi)側(cè)空間，同時(shí)將前述電磁線圈配置在前述管的外周。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的超聲波振動裝置，其特征在于通過懸掛在前述管的內(nèi)側(cè)空間內(nèi)的網(wǎng)狀物支撐配置在該內(nèi)側(cè)空間的超聲波振子。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的超聲波振動裝置，其特征在于針對同一個(gè)前述管具有多個(gè)前述超聲波振子及前述電磁線圈中的至少一種。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的超聲波振動裝置，其特征在于以包住前述磁致伸縮桿的形式，將前述電磁線圈配置在前述磁致伸縮桿的外周，同時(shí)將該電磁線圈及磁致伸縮桿成形為一體。
全文摘要
本發(fā)明提供的超聲波振子，具有由超磁致伸縮構(gòu)件構(gòu)成的柱狀超磁致伸縮桿(12)、緊密固定在該超磁致伸縮桿(12)的軸向兩端并由直徑大于超磁致伸縮桿(12)的板狀構(gòu)件構(gòu)成的振動板(14、16)，它雖為小型且簡單的構(gòu)造，但可以有效地傳遞由磁致伸縮桿的伸縮產(chǎn)生的超聲波振動。
文檔編號B06B1/08GK1767907SQ20048000877
公開日2006年5月3日 申請日期2004年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月31日
發(fā)明者森輝夫 申請人:Tdk股份有限公司