专利名称：超声波振子及利用该振子的超声波振动装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种由磁致伸缩杆的伸缩产生超声波振动的超声波振子以及利用该振子的超声波振动装置；特别地，涉及一种虽为小型且简单的构造，但可以有效地传递由磁致伸缩杆的伸缩产生的超声波振动，特别是放置在液体中时可获得很好的空穴效应的超声波振子以及利用该振子的超声波振动装置。
背景技术：
以往，广泛地公知有将由空穴效应产生的气泡爆炸冲击力应用在清洗或混合、搅拌等上的装置。
作为这些装置中的其中一个，曾经被提出过往液体中喷射高压水而使在该高压水的周围产生空穴效应的装置(例如，请参考JP特开平11-19608号公告)。但是，利用该高压水的装置具有需要高的水压，再加上，根据液体的粘稠度或温度，其空穴效应容易起变动的问题。
作为解决这样的问题的方法之一，曾经被提出过将压电振子或磁致伸缩振子等与容器接触地配置，并通过给容器内部的液体施加超声波振动而其使产生空穴效的装置(例如，请参考JP特开2002-25962号公告)。
但是，这些以往公知的超声波振子具有因隔着容器给内部的液体施加超声波振动，故振动被容器衰减而空穴效应下降的问题。
还有，有必要事先考虑容器的机械共振频率等的影响，而具有设计难度大的问题。
发明内容
本发明就是为了解决这些问题而成的，其目的在于提供一种虽为小型且简单的构造，但可以有效地传递由磁致伸缩杆的伸缩产生的超声波振动，特别是放置在液体时可获得很好的空穴效应的超声波振子及利用该振子的超声波振动装置。
本发明的发明人研究结果发现了可以有效地传递由磁致伸缩杆的伸缩产生的超声波振动的装置。
即，通过如下的本发明，可以达成上述目的。
(1)一种超声波振子，其特征在于，具有由磁致伸缩构件构成的柱状磁致伸缩杆；紧密固定在该磁致伸缩杆的轴向端面、且由直径大于前述磁致伸缩杆的板状构件构成的振动板。
(2)根据前述(1)所述的超声波振子，其特征在于将前述振动板设置在前述磁致伸缩杆的轴向两端。
(3)根据前述(2)所述的超声波振子，其特征在于前述设置在轴向两端的一对振动板由能够给前述磁致伸缩杆施加偏置磁场的一对第1、第2偏置磁铁构成。
(4)根据前述(3)所述的超声波振子，其特征在于进一步具有第3偏置磁铁，该磁铁配置在前述一对第1、第2偏置磁铁之间，并向着将由该第1、第2偏置磁铁产生的偏置磁场的一部分迁移到上述磁致伸缩杆侧的方向磁化偏置磁场。
(5)根据前述(2)所述的超声波振子，其特征在于前述设置在轴向两端的一对振动板兼作为由软磁性构件构成的磁轭；前述磁致伸缩杆由在前述一对振动板之间的大致中央附近隔着间隙分离的一对分割磁致伸缩杆构成，在前述间隙中配置了能够施加偏置磁场的偏置磁铁，由此在轴向被连接。
(6)根据前述(1)至(5)的任何一项所述的超声波振子，其特征在于具有给前述磁致伸缩杆施加轴向压缩预盈力的螺栓固定结构。
(7)根据前述(1)至(6)的任何一项所述的超声波振子，其特征在于前述磁致伸缩杆由以超磁致伸缩元件为材料的超磁致伸缩构件构成。
(8)一种超声波振动装置，其特征在于，具有根据前述(1)至(7)的任何一项所述的超声波振子；以包住该超声波振子的形式被配置，并通过控制施加的磁场的强弱使超声波振子振动的电磁线圈。
(9)根据前述(8)所述的超声波振动装置，其特征在于针对同一个电磁线圈具有多个前述超声波振子。
(10)根据前述9所述的超声波振动装置，其特征在于将前述多个超声波振子排列配置在电磁线圈的圆周方向。
(11)根据前述(8)所述的超声波振动装置，其特征在于进一步具有由大致圆筒形状的透磁性的构件组成并能够使流体流通的管，将前述超声波振子配置在前述管的内侧空间，同时将前述电磁线圈配置在前述管的外周。
(12)根据前述(11)所述的超声波振动装置，其特征在于配置在前述管的内侧空间的超声波振子由悬挂在该内侧空间内的网状物所支撑。
(13)根据前述(11)或(12)所述的超声波振动装置，其特征在于针对同一个前述管具有多个前述超声波振子及前述电磁线圈中的至少一种。
(14)根据前述(8)所述的超声波振动装置，其特征在于以包住前述磁致伸缩杆的形式，将前述电磁线圈配置在前述磁致伸缩杆的外周，并将该电磁线圈及磁致伸缩杆成形成一体。
图1是表示本发明实施形式第1例中的超声波振子及电磁线圈的侧截面的模式主视图。
图2是表示施加在图1中的超声波振子的超磁致伸缩杆上的磁场与超磁致伸缩杆的位移的关系的曲线。
图3是表示本发明实施形式第2例中的超声波振子的侧截面的模式主视图。
图4是表示本发明实施形式第3例中的超声波振子的侧截面的模式主视图。
图5是表示采用了图1的超声波振子的超声波振动装置的侧截面的模式主视图。
图6是表示图5中具有多个超声波振子及电磁线圈的超声波振动装置的侧截面的模式主视图。
图7是表示图5中具有多个超声波振子的超声波振动装置的侧截面的模式主视图。
图8是表示将电磁线圈及超磁致伸缩杆成形为一体的超声波振动装置的侧截面的模式主视图。
图9是表示针对同一个电磁线圈具有多个超磁致伸缩杆的超声波振动装置的模式主视图。
图10是图9的X-X线侧剖视图。
具体实施例方式
下面，参考附图，说明本发明实施形式的例子。
如图1所示，本发明实施形式的第1例中的超声波振子10由图中横向的柱状超磁致伸缩杆12、一对第1及第2振动板14及16、螺栓18、一对螺母20及22构成。
一对第1、第2振动板14、16由直径大于柱状超磁致伸缩杆12的板状偏置磁铁构成，并分别紧密固定在超磁致伸缩杆12的轴向两端12A、12B上。
螺栓18在图1中的左右方向贯穿超磁致伸缩杆12及第1、第2振动板14、16而被配置，同时，通过从其轴向两端螺合的一对螺母20、22，将第1、第2振动板14、16轴向夹紧固定在超磁致伸缩杆12，而构成螺栓固定结构。就这样，超磁致伸缩杆12通过被紧固在轴向，而被附加了压缩预盈力，并同时被施加了偏置磁场，从而形成了根据超磁致伸缩杆12的位移量的增大能够提高超声波振子10的效率的结构。
柱状的超磁致伸缩杆12由以超磁致伸缩元件为材料的超磁致伸缩构件构成。而且，所谓的“超磁致伸缩元件”指的是由以稀土类元素及/或特定的过渡金属等为主要成分(例如，铽、镝、铁等)粉末烧结合金或单晶体合金制作的磁致伸缩元件，而该超磁致伸缩元件具有若从外部施加磁场则产生大的位移的特性。因此，通过由电磁线圈等控制施加在超磁致伸缩杆12上的磁场的强弱，使其高速伸缩，而可以产生超声波振动。
其次，利用图2，说明超声波振子10的作用。
例如，考虑由如图1所示的电磁线圈24控制施加在该超声波振子10上的磁场强弱的情况。
如图2所示，首先，在没有给电磁线圈24通电的情况(图2中的P0点)，因电磁线圈24的线圈磁场HC没有被施加在超磁致伸缩杆12上(HC＝0)，故此时为仅施加了由第1、第2振动板14、16的偏置磁场H0的状态。其结果，超磁致伸缩杆12上产生了由偏置磁场H0引起的初始位移λ0，故超声波振子10变成在轴向只伸长了初始位移λ0的状态。
另外，在给电磁线圈24通电而施加与偏置磁场H0同方向的线圈磁场+HC的场合(图2中的P1点)，因电磁线圈24的线圈磁场+HC会加在偏置磁场H0上，故在超磁致伸缩杆12被施加偏置磁场H0与线圈磁场+HC的合成磁场H1(＝H0+HC)。即，逐步增强与偏置磁场H0同方向的线圈磁场+HC，则施加在超磁致伸缩杆12上的合成磁场H1随着变强，而超声波振子10伸长到比初始位移λ0更长的状态。
另一方面，在由电磁线圈24施加与偏置磁场H0反方向的线圈磁场-HC的场合(图2中的P2点)，因电磁线圈24的线圈磁场-HC作用在消减偏置磁场H0的方向上，故在超磁致伸缩杆12被施加偏置磁场H0与线圈磁场-HC的合成磁场H2(＝H0-HC)。即，逐步增强与偏置磁场H0反方向的线圈磁场-HC，则施加在超磁致伸缩杆12上的合成磁场H2随着变弱，而超声波振子10收缩到比初始位移λ0更小的状态。
如此，通过对超声波振子10交替连续地施加与偏置磁场H0同方向的线圈磁场+HC与反方向的线圈磁场-HC，使其高速伸缩，从而可以产生超声波振动。
根据本发明实施形式的第1例中的超声波振子10，因具有由直径大于超磁致伸缩杆12的板状构件构成的第1、第2振动板14、16，故不需隔着容器等，而可由该第1、第2振动板14、16向外部传递超声波振动。从而，例如若将超声波振子10配置在液体中，则可以对液体直接传递超声波振动，而可以获得很好的孔穴效应。还有，将第1、第2振动板14、16紧密固定在柱状超磁致伸缩杆12的轴向端面12A、12B上，故虽采用了小型且简单的构造，但可以有效地传递由磁致伸缩杆12的伸缩产生的超声波振动。而且，超声波振子10，因在超磁致伸缩杆12的轴向的两端12A、12B上设置了两个第1、第2振动板14、16，故能够获得更高的效果。
另外，第1、第2振动板14、16又是为偏置磁铁，故不需由别的装置施加偏置磁场，通过消减零部件的数量，能够实现低成本、小型化。
然后，利用图3，说明本发明实施形式的第2例中的超声波振子30。
如图所示，该超声波振子30是将超磁致伸缩杆32及偏执磁铁33配置在前述如图1所示的超声波振子10上的一对第1、第2振动板14、16之间的结构。而且，关于与前述超声波振子10相同部分，省略其说明。
超磁致伸缩杆32由在一对第1、第2振动板14、16之间的大致中央附近隔着间隙分离的一对分割超磁致伸缩杆32A、32B构成。还有，在该一对分割超磁致伸缩杆32A、32B的间隙上配置了偏置磁铁33，由此轴向连接了一对分割超磁致伸缩杆32A、32B。
该第3偏置磁铁33向着将由一对第1、第2振动板14、16产生的偏置磁场的一部分牵引至超磁致伸缩杆32侧的方向磁化偏置磁场。因此，若采用超声波振子30，则通过更加有效地施加偏置磁场，可以提高振子的效率。
其次，利用图4，说明本发明的实施形式的第3例中的超声波振子50。
如图所示，该超声波振子50是通过配置由软磁性构件构成的一对第1、第2振动板54、56，来代替前述的如图3所示的超声波振子30上的一对第1、第2振动板14、16，并在第1、第2振动板54、56之间配置了超磁致伸缩杆52及偏置磁铁53的结构。而且，关于与前述超声波振子30相同部分，省略其说明。
超磁致伸缩杆52由在一对第1、第2振动板54、56之间的大致中央附近隔着间隙分开的一对分割超磁致伸缩杆52A、52B构成。还有，在该一对分割超磁致伸缩杆52A、52B的间隙，配置了能够施加偏置磁场的偏置磁铁53，由此轴向连接一对分割超磁致伸缩杆52A、52B。
另外，一对第1、第2振动板54、56由直径大于超磁致伸缩杆52的板状磁轭构成，分别紧密固定在超磁致伸缩杆52轴向的两个端面52C、52D上。
如此，在超声波振子50中，由偏置磁铁53与一对第1、第2振动板(兼磁轭作用)54、56构成磁路。因此，根据该超声波振子50，通过更加有效地施加偏置磁场，可以提高振子的效率。
其次，利用图5，说明采用本发明形式的第1例中的超声波振子10的超声波振动装置70。而且，为了避免重复说明，省略有关前述的超声波振子10的说明，而只说明其他的结构。
如图5所示，该超声波振动装置70由图示中横向且大致圆筒状的管72、超声波振子10、电磁线圈74构成。
大致圆筒形状的管72由透磁性的构件组成，其内侧形成了能够流通液体或粉状体等流体76的内侧空间72A。在该内侧空间72A中，向图示中的横向配置了超声波振子10，并由悬挂在内侧空间72A内的网状物78所支撑。另外，在该管72的外周，以从管72的外侧围起超声波振子10的方式配置了电磁线圈74。而且，在该管72的轴向的两端，分别设置了能够与外部装置80、82连接的安装法兰盘F1、F2。
若采用该超声波振动装置70，则通过控制施加在电磁线圈74的磁场的强弱，可以使配置在管72的内侧空间72A中的超声波振子10超声波振动。因此，可以直接给流过内侧空间72A的流体76施加超声波振动，特别地，在内侧空间72A内流通液体的场合，可以获得高的空穴效应。
而且，在上述实施形式例中，超磁致伸缩杆12(32、52)由以超磁致伸缩元件为材料的超磁致伸缩构件所组成，但本发明并非受限于此，采用以磁致伸缩元件构成的磁致伸缩构件也可。
本发明中的超声波振子，并非被局限于上述实施形式的第1～第3例的超声波振子10、30、50中的构造或形状等，只要它具有由磁致伸缩构件组成的柱状磁致伸缩杆与、紧密固定在该磁致伸缩杆的轴向端面并由其直径大于磁致伸缩杆的板状构件构成的振动板就可。因此，例如，采用将振动板只设置在磁致伸缩杆轴向的一端的超声波振子也可。
另外，本发明的超声波振动装置，并非被局限于上述实施形式的例子中的超声波振动装置70中的构造或形状等，只要它具有本发明的超声波振子、以包住超声波振子的形式被配置并通过控制施加磁场的强弱使超声波振子振动的电磁线圈就可。
因此，例如，如同如图6所示的超声波振动装置90，针对同一个管72也可以分别具备多个超声波振子10及电磁线圈74，另外，如同如图7所示的超声波振动装置100，针对同一个前述管72及电磁线圈74，也可以具备多个超声波振动振子10。
另外，如同如图8所示的超声波振动装置110，以包住超磁致伸缩杆112的形式将电磁线圈114配置在其外周，并将这些电磁线圈114及超磁致伸缩杆112成形为一体也可。根据该超声波振动装置110，可以将具有电磁线圈114的装置直接投入到流体中，从而可以提高设置装置的自由度。
更进一步，如同如图9及图10所示的超声波振动装置120，针对同一个电磁线圈74，可以具备多个超声波振子10(该例中为12个)，并将该多个超声波振子10排列配置在电磁线圈74的内周方向。
产业上的利用可能性本发明的超声波振子及利用该振子的超声波振动装置，具有优越的效果它虽为小型且简单的构造，但可以有效地传递由磁致伸缩杆的伸缩产生的超声波振动，特别是放置在液体时可获得很好的空穴效应。
权利要求
1.一种超声波振子，其特征在于，具有由磁致伸缩构件构成的柱状磁致伸缩杆；由直径大于前述磁致伸缩杆的板状构件构成的振动板，该振动板紧密固定在该磁致伸缩杆的轴向端面。
2.根据权利要求1所述的超声波振子，其特征在于将前述振动板设置在前述磁致伸缩杆轴向的两端。
3.根据权利要求2所述的超声波振子，其特征在于设置在前述轴向两端的一对振动板由能给前述磁致伸缩杆施加偏置磁场的一对第1、第2偏置磁铁构成。
4.根据权利要求3所述的超声波振子，其特征在于进一步具有第3偏置磁铁，该第3偏置磁铁配置在前述一对第1、第2偏置磁铁之间，并向着将由该第1、第2偏置磁铁产生的偏置磁场的一部分，牵引至前述磁致伸缩杆侧的方向磁化。
5.根据权利要求2所述的超声波振子，其特征在于设置在前述轴向两端的一对振动板兼作为由软磁性构件构成的磁轭，前述磁致伸缩杆由在前述一对振动板之间的大致中央附近隔着间隙分离配置的一对分割磁致伸缩杆构成，在前述间隙中配置了能够给前述一对分割磁致伸缩杆施加偏置磁场的偏置磁铁，由此在轴向被连接。
6.根据权利要求1至5中任何一项所述的超声波振子，其特征在于具有给前述磁致伸缩杆施加轴向压缩预盈力的螺栓固定结构。
7.根据权利要求1至6中任何一项所述的超声波振子，其特征在于前述磁致伸缩杆由以超磁致伸缩元件为材料的超磁致伸缩构件构成。
8.一种超声波振动装置，其特征在于，具有权利要求1至7中任何一项所述的超声波振子；以包住该超声波振子的形式被配置，并通过控制施加磁场的强弱使前述超声波振子振动的电磁线圈。
9.根据权利要求8所述的超声波振动装置，其特征在于针对同一个前述电磁线圈具有多个前述超声波振子。
10.根据权利要求9所述的超声波振动装置，其特征在于将前述多个超声波振子排列配置在前述电磁线圈的圆周方向。
11.根据权利要求8所述的超声波振动装置，其特征在于进一步具有由大致圆筒形状的透磁性构件组成且能够使流体流通的管，将前述超声波振子配置在前述管的内侧空间，同时将前述电磁线圈配置在前述管的外周。
12.根据权利要求11所述的超声波振动装置，其特征在于通过悬挂在前述管的内侧空间内的网状物支撑配置在该内侧空间的超声波振子。
13.根据权利要求11或12所述的超声波振动装置，其特征在于针对同一个前述管具有多个前述超声波振子及前述电磁线圈中的至少一种。
14.根据权利要求8所述的超声波振动装置，其特征在于以包住前述磁致伸缩杆的形式，将前述电磁线圈配置在前述磁致伸缩杆的外周，同时将该电磁线圈及磁致伸缩杆成形为一体。
全文摘要
本发明提供的超声波振子，具有由超磁致伸缩构件构成的柱状超磁致伸缩杆(12)、紧密固定在该超磁致伸缩杆(12)的轴向两端并由直径大于超磁致伸缩杆(12)的板状构件构成的振动板(14、16)，它虽为小型且简单的构造，但可以有效地传递由磁致伸缩杆的伸缩产生的超声波振动。
文档编号B06B1/08GK1767907SQ20048000877
公开日2006年5月3日 申请日期2004年3月11日 优先权日2003年3月31日
发明者森辉夫 申请人:Tdk股份有限公司