JPH03279700A - 超音波による流体駆動方法 - Google Patents
超音波による流体駆動方法Info
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- JPH03279700A JPH03279700A JP2079678A JP7967890A JPH03279700A JP H03279700 A JPH03279700 A JP H03279700A JP 2079678 A JP2079678 A JP 2079678A JP 7967890 A JP7967890 A JP 7967890A JP H03279700 A JPH03279700 A JP H03279700A
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- fluid
- wave
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- 239000012530 fluid Substances 0.000 title claims abstract description 28
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 5
- 238000013016 damping Methods 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 4
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
- B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
- B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
- B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F31/00—Mixers with shaking, oscillating, or vibrating mechanisms
- B01F31/80—Mixing by means of high-frequency vibrations above one kHz, e.g. ultrasonic vibrations
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
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。
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、超音波を流体に放射して流体を駆動させる方
法及びその装置に関する。
法及びその装置に関する。
［従来の技術］
流体に強力な超音波を放射すると流体に流れが生じる現
象は、既に知られ、アコースチック・ストリーミング（
Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｓｔ＋ｅａｍｉＢ ）と称されて
いる。
象は、既に知られ、アコースチック・ストリーミング（
Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｓｔ＋ｅａｍｉＢ ）と称されて
いる。
従来、このアコースチック・ストリーミングに使用する
超音波として専ら連続波が研究対象とされている。
超音波として専ら連続波が研究対象とされている。
［発明が解決しようとする課題］
ところで、上記アコースチック・ストリーミングを利用
してポンプ等の流体流動装置をつくることが考えられる
。
してポンプ等の流体流動装置をつくることが考えられる
。
その場合、流体に与える駆動力が同一ならば、超音波の
エネルギはできるだけ小さい方か望ましい。機器を小形
化でき、エネルギコストも低減できるからである。
エネルギはできるだけ小さい方か望ましい。機器を小形
化でき、エネルギコストも低減できるからである。
本発明の目的は、小さいエネルギの超音波でも局所的に
大きな駆動力をもつ超音波による流体駆動方法及びその
装置を提供することにある。
大きな駆動力をもつ超音波による流体駆動方法及びその
装置を提供することにある。
［課題を解決するための手段］
上記目的を達成するため、本発明の特徴は、流体に駆動
力を与える超音波がトーンバースト波（Ｔｏｎｅ Ｂ
ｕｚｌ波）からなるところにある。
力を与える超音波がトーンバースト波（Ｔｏｎｅ Ｂ
ｕｚｌ波）からなるところにある。
ここでトーンバースト波とは、間欠的な波動のことであ
る。
る。
次に、超音波の時間平均エネルギ密度が同一の場合、ト
ーンバースト波は連続波より局所的に大きい駆動力を発
生させる理由を説明する。
ーンバースト波は連続波より局所的に大きい駆動力を発
生させる理由を説明する。
第１図には連続波とトーンバースト波とが示されている
。
。
この第１図を参照して、超音波の時間平均エネルギ密度
Ｗは次式で与えられ８゜ Ｗ＝ρＡＶ２ ／２ ・・・■ ρ：流体の密度 Ｗ：超音波の時間平均エネルギ密度 Ａ：超音波のデユーティ比 ■ 超音波の振幅 ■式から、デユーティ比Ａの異なる超音波の時間平均エ
ネルギ密度Ｗを同一とするには、デユーティ比Ａが小さ
い波はどＶを大きくする必要かあることがわかる。別言
すれば、デユーティ比Ａの大小に拘らず■を調整するこ
とにより同一の時間平均エネルギ密度となる。
Ｗは次式で与えられ８゜ Ｗ＝ρＡＶ２ ／２ ・・・■ ρ：流体の密度 Ｗ：超音波の時間平均エネルギ密度 Ａ：超音波のデユーティ比 ■ 超音波の振幅 ■式から、デユーティ比Ａの異なる超音波の時間平均エ
ネルギ密度Ｗを同一とするには、デユーティ比Ａが小さ
い波はどＶを大きくする必要かあることがわかる。別言
すれば、デユーティ比Ａの大小に拘らず■を調整するこ
とにより同一の時間平均エネルギ密度となる。
一方、アコースチック・ストリーミングの駆動力Ｆは次
式により与えられる。
式により与えられる。
Ｆ＝ −（１／ρ）（ｄｗ／ｄｘ） −■ρ：流体の
密度 Ｗ：超音波の時間平均エネルギ密度 Ｘ、超音波が流体中を伝搬した距離 ０式から、駆動力Ｆは、（ｄｗ／ｄｘ）に影響を受ける
ことがわかる。（ｄ ｗ ／ ｄ ｘ ）は、超音波の
時間平均エネルギ密度の空間的な勾配であり、伝搬に伴
い減衰するから符号は−である。従って、−（ｄｗ／ｄ
ｘ）が大きくなるほど、駆動力Ｆが大きくなることがわ
かる。
密度 Ｗ：超音波の時間平均エネルギ密度 Ｘ、超音波が流体中を伝搬した距離 ０式から、駆動力Ｆは、（ｄｗ／ｄｘ）に影響を受ける
ことがわかる。（ｄ ｗ ／ ｄ ｘ ）は、超音波の
時間平均エネルギ密度の空間的な勾配であり、伝搬に伴
い減衰するから符号は−である。従って、−（ｄｗ／ｄ
ｘ）が大きくなるほど、駆動力Ｆが大きくなることがわ
かる。
次に、種々のデユーティ比Ａの■を調整して時間平均エ
ネルギ密度を同一にした（０式参照）超音波を水中に放
射して、流れの発生を調べる実験を行った。
ネルギ密度を同一にした（０式参照）超音波を水中に放
射して、流れの発生を調べる実験を行った。
この実験は、直径１０ｍｍの圧電セラミックス振動子を
水面直下に設置し、５．１４ＭＨｚの超音波を放射して
行った。
水面直下に設置し、５．１４ＭＨｚの超音波を放射して
行った。
また、この実験では、デユーティ比Ａ＝１（連続波）か
らＡ＝０．ｌ］５（）−ンバースト波）までの超音波を
放射して行った。第２図にはデユーティ比Ａ＝１、Ａ−
０，５、Ａ＝＝０．２５の波形の例を示している。デユ
ーティ比Ａが小さいほど、超音波の時間平均エネルギ密
度を同一とするため■を大きくしである（０式参照）。
らＡ＝０．ｌ］５（）−ンバースト波）までの超音波を
放射して行った。第２図にはデユーティ比Ａ＝１、Ａ−
０，５、Ａ＝＝０．２５の波形の例を示している。デユ
ーティ比Ａが小さいほど、超音波の時間平均エネルギ密
度を同一とするため■を大きくしである（０式参照）。
上記すべての超音波について水に流れが生じたことを確
認した。
認した。
また、第３図には、流体中での平面波の超音波の伝搬距
離Ｘに対するそれぞれの超音波の時間平均エネルギ密度
Ｗの減衰の理論試算結果の一例を示している。この図か
ら超音波の時間平均エネルギ密度が同一でデユーティ比
Ａの小さい（つまり振幅の大きい）波はど、超音波のエ
ネルギ密度Ｗの減衰が増大することがわかる。
離Ｘに対するそれぞれの超音波の時間平均エネルギ密度
Ｗの減衰の理論試算結果の一例を示している。この図か
ら超音波の時間平均エネルギ密度が同一でデユーティ比
Ａの小さい（つまり振幅の大きい）波はど、超音波のエ
ネルギ密度Ｗの減衰が増大することがわかる。
第３図のグラフから−（ｄｗ／ｄｘ）を導いて第４図に
示している。
示している。
この第４図により、デユーティ比Ａが小さい波はど、時
間平均エネルギ密度の空間的な勾配＝（ｄｗ／ｄｘ）が
局所的に大きくなることがわかる。
間平均エネルギ密度の空間的な勾配＝（ｄｗ／ｄｘ）が
局所的に大きくなることがわかる。
ところで、前記０式から−（ｄ ｗ ／ ｄ ｘ ）が
大きくなるほど駆動力Ｆが大きくなる。
大きくなるほど駆動力Ｆが大きくなる。
従って、デユーティ比が小さい波はど、振動子に投入す
る時間平均エネルギ密度が同一時における駆動力が局所
的に大きくなる結果となる。
る時間平均エネルギ密度が同一時における駆動力が局所
的に大きくなる結果となる。
［作用］
この発明では、トーンバースト波を流体に向けて放射す
るので、波の時間平均エネルギ密度の減衰の勾配が局所
的に大きく、従って同一の時間平均エネルギ密度投入時
における駆動力を連続波の場合と比べて局所的に大きく
できる。
るので、波の時間平均エネルギ密度の減衰の勾配が局所
的に大きく、従って同一の時間平均エネルギ密度投入時
における駆動力を連続波の場合と比べて局所的に大きく
できる。
また、トーンバースト波のデユーティ比を変更すること
により、駆動力を変更できる。
により、駆動力を変更できる。
［実施例］
第５図にこの発明の一実施例に係るポンプを示している
。
。
このポンプは、電気信号を発生させると共にデユーティ
比を変更できる信号発生器１と、前記電気信号を増幅す
るパワーアンプ２と、増幅された電気信号を機械的振動
に変換して超音波を発生させる振動子３とから構成され
ている。振動子は水中に設置されている。
比を変更できる信号発生器１と、前記電気信号を増幅す
るパワーアンプ２と、増幅された電気信号を機械的振動
に変換して超音波を発生させる振動子３とから構成され
ている。振動子は水中に設置されている。
即ち、信号発生器１において電気信号を発生させ、この
電気信号をパワーアンプ２において増幅し、増幅された
電気信号を振動子３において機械的振動に変換して超音
波を放射し、水にアコースチックφストリーミングによ
り流れを生じさせる。
電気信号をパワーアンプ２において増幅し、増幅された
電気信号を振動子３において機械的振動に変換して超音
波を放射し、水にアコースチックφストリーミングによ
り流れを生じさせる。
信号発生器１においてデユーティ比を変更して駆動力を
変更することができる。即ち、デユーティ比をより小さ
くすることにより、振動子３に投入する時間平均エネル
ギ密度が同一でも局所的に駆動力を大きくできる。
変更することができる。即ち、デユーティ比をより小さ
くすることにより、振動子３に投入する時間平均エネル
ギ密度が同一でも局所的に駆動力を大きくできる。
これによれば、小型の機器により、アコースチック・ス
トリーミングを利用したポンプを実現できる。また、振
動子の他に可動部分がないので、従来のポンプに比較し
て故障が少ない。
トリーミングを利用したポンプを実現できる。また、振
動子の他に可動部分がないので、従来のポンプに比較し
て故障が少ない。
［発明の効果］
この発明の流体駆動方法及び装置では、トーンバースト
波を流体に向けて放射するので、波の時間平均エネルギ
密度の減衰の勾配が局所的に大きく、従って振動子に投
入する時間平均エネルギ密度が同一でも駆動力を局所的
に大きくできる。
波を流体に向けて放射するので、波の時間平均エネルギ
密度の減衰の勾配が局所的に大きく、従って振動子に投
入する時間平均エネルギ密度が同一でも駆動力を局所的
に大きくできる。
また、トーンバースト波のデユーティ比を変更すること
により、駆動力を変更できる。
により、駆動力を変更できる。
また、振動子の他に可動部分がないので、従来のポンプ
に比較して故障が少ない。
に比較して故障が少ない。
第１図は連続波とトーンバースト波を示す波形図、第２
図は実験で用いた超音波の波形図、第３図は流体での平
面波の超音波の伝搬距離に対する時間平均エネルギ密度
の減衰の理論試算結果を示すグラフ、第４図は第３図の
グラフから−（ｄｗ／ ｄ ｘ ）を導いてプロットし
たグラフ、第５図はこの発明の実施例に係るポンプのブ
ロック図である。 １・信号発生器 ２：パワーアンプ ３：振動子 第 図 第 図 第 ３ 図 蛤 第 図 ■イ「イ 第 因
図は実験で用いた超音波の波形図、第３図は流体での平
面波の超音波の伝搬距離に対する時間平均エネルギ密度
の減衰の理論試算結果を示すグラフ、第４図は第３図の
グラフから−（ｄｗ／ ｄ ｘ ）を導いてプロットし
たグラフ、第５図はこの発明の実施例に係るポンプのブ
ロック図である。 １・信号発生器 ２：パワーアンプ ３：振動子 第 図 第 図 第 ３ 図 蛤 第 図 ■イ「イ 第 因
Claims (5)
- （１）超音波を流体に放射して流体を駆動させる方法に
おいて、前記超音波がトーンバースト波であることを特
徴とする超音波による流体駆動方法。 - （２）流体に対する駆動力を変更するため前記トーンバ
ースト波のデューティ比を変更することを特徴とする請
求項１の超音波による流体駆動方法。 - （３）超音波を流体に放射して流体を駆動させる装置に
おいて、トーンバースト波を発生させる超音波発生装置
を設けたことを特徴とする超音波による流体駆動装置。 - （４）前記トーンバースト波のデューティ比を変更でき
る装置が設けられたことを特徴とする請求項３の超音波
による流体駆動装置。 - （５）電気信号を発生させると共にデューティ比を変更
できる信号発生器と、該電気信号を増幅するパワーアン
プと、該増幅された電気信号を機械的振動に変換してト
ーンバースト波を発生させる振動子とからなることを特
徴とする超音波による流体駆動装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2079678A JPH07111200B2 (ja) | 1990-03-28 | 1990-03-28 | 超音波による流体駆動方法 |
| US07/673,407 US5151883A (en) | 1990-03-28 | 1991-03-22 | Fluid drive method using ultrasonic waves |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2079678A JPH07111200B2 (ja) | 1990-03-28 | 1990-03-28 | 超音波による流体駆動方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03279700A true JPH03279700A (ja) | 1991-12-10 |
| JPH07111200B2 JPH07111200B2 (ja) | 1995-11-29 |
Family
ID=13696860
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2079678A Expired - Lifetime JPH07111200B2 (ja) | 1990-03-28 | 1990-03-28 | 超音波による流体駆動方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5151883A (ja) |
| JP (1) | JPH07111200B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011165911A (ja) * | 2010-02-10 | 2011-08-25 | Pre-Tech Co Ltd | 洗浄装置及び被洗浄物の洗浄方法並びに超音波の発振方法 |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5372634A (en) * | 1993-06-01 | 1994-12-13 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Sonic apparatus for degassing liquids |
| JP3828818B2 (ja) * | 2002-03-01 | 2006-10-04 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | 化学分析装置及び化学分析方法 |
| JP2007232522A (ja) * | 2006-02-28 | 2007-09-13 | Olympus Corp | 攪拌装置と分析装置 |
| US9915274B2 (en) * | 2013-03-15 | 2018-03-13 | Novartis Ag | Acoustic pumps and systems |
| US11732927B2 (en) * | 2020-04-09 | 2023-08-22 | Rheem Manufacturing Company | Systems and methods for preventing and removing chemical deposits in a fluid heating device |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63173390U (ja) * | 1986-09-18 | 1988-11-10 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4316734A (en) * | 1980-03-03 | 1982-02-23 | Battelle Memorial Institute | Removing inclusions |
| US4684328A (en) * | 1984-06-28 | 1987-08-04 | Piezo Electric Products, Inc. | Acoustic pump |
-
1990
- 1990-03-28 JP JP2079678A patent/JPH07111200B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1991
- 1991-03-22 US US07/673,407 patent/US5151883A/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63173390U (ja) * | 1986-09-18 | 1988-11-10 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2011165911A (ja) * | 2010-02-10 | 2011-08-25 | Pre-Tech Co Ltd | 洗浄装置及び被洗浄物の洗浄方法並びに超音波の発振方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5151883A (en) | 1992-09-29 |
| JPH07111200B2 (ja) | 1995-11-29 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |