(57)【要約】【課題】集束音場形成装置において、プラント等の配管中の気体の流れを阻害せず、かつ、筒状の振動板の中央部に強い音圧領域を形成可能とする。【解決手段】気体が通過可能とされた筒形状の円筒振動板３ａと、円筒振動板３ａの軸芯Ｌに沿った定在波が形成されるように円筒振動板３ａを共振させる振動子ユニット２と、円筒振動板３ａの振動の節であって円筒振動板３ａの軸芯Ｌに沿う方向の端部に設けられる第１フランジ３ｂ及び第２フランジ３ｃとを有する。【選択図】図１
2018065116.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体が通過可能とされた筒形状の筒振動板と、
前記筒振動板の軸芯に沿った定在波が形成されるように前記筒振動板を共振させる振動子ユニットと、
前記筒振動板の前記振動の節であって前記筒振動板の前記軸芯に沿う方向の端部に設けられる剛壁と
を有することを特徴とする集束音場形成装置。
【請求項２】
前記剛壁は、前記筒振動板の前記軸芯に沿う方向の両端部に設けられていることを特徴とする請求項１記載の集束音場形成装置。
【請求項３】
前記剛壁は、前記筒振動板の軸芯を中心とする環状形状であって前記筒振動板から前記筒振動板の径方向に突出するフランジからなることを特徴とする請求項１または２記載の集束音場形成装置。
【請求項４】
前記筒振動板の軸芯に沿う方向の前記フランジの長さ寸法は、前記筒振動板の径方向の厚み寸法よりも大きく設定されていることを特徴とする請求項３記載の集束音場形成装置。
【請求項５】
前記振動子ユニットと前記筒振動板との間に介挿されると共に前記筒振動板と同一材料からなるシムを備えることを特徴とする請求項１〜４いずれか一項に記載の集束音場形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集束音場形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、集束音場形成装置は、気体中の塵埃の捕集するための集塵装置として用いられている（例えば、特許文献１及び特許文献２）。このような集束音場形成装置では、空間内に強力な空中超音波による集束音場を形成し、集束音場により浮遊微粒子を凝集させる。例えば、特許文献１では、振動子ユニットに円筒型の振動板（以下、円筒振動板と称する）を取り付け、振動子ユニットの振動により円筒振動板を共振させることにより集束音場を形成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０６−４７３４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に開示された集束音場形成装置をプラント等に設置する場合には、振動する円筒振動板をプラントの配管等に直接固定することができないため、配管の内部に円筒振動板を設置することになる。このように円筒振動板が配管の内部に設置されると、配管の圧力損失が高まる。このため、集束音場形成装置を設置することにより、気体の配管中の流れを阻害する可能性がある。
【０００５】
さらに、特許文献１に開示された集束音場形成装置では、円筒振動板の径方向の中心部に音圧の弱い領域が形成される。この音圧の弱い領域は、円筒振動板が周方向に定在波が形成されるように振動し、軸芯を上記径方向において挟んで対向する箇所から放射される音波同士が打ち消し合うことによって形成されていると考えられる。このような音圧の弱い領域は円筒振動板の軸芯に沿う方向に連続するように形成されるため、円筒振動板の中心部では例えば浮遊微粒子が補足されることなく通過してしまう。
【０００６】
なお、集束音場形成装置は、集塵装置に限られず、液体を集束音場により霧化させる霧化装置や消臭装置として用いられる場合もある。このような場合も同様の問題が生じる。
【０００７】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、集束音場形成装置において、プラント等の配管中の気体の流れを阻害せず、かつ、筒状の振動板の中央部に強い音圧領域を形成可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するための手段として、以下の構成を採用する。
【０００９】
第１の発明は、気体が通過可能とされた筒形状の筒振動板と、上記筒振動板の軸芯に沿った定在波が形成されるように上記筒振動板を共振させる振動子ユニットと、上記筒振動板の上記振動の節であって上記筒振動板の上記軸芯に沿う方向の端部に設けられる剛壁とを有するという構成を採用する。
【００１０】
第２の発明は、上記第１の発明において、上記剛壁が、上記筒振動板の上記軸芯に沿う方向の両端部に設けられているという構成を採用する。
【００１１】
第３の発明は、上記第１または第２の発明において、上記剛壁が、上記筒振動板の軸芯を中心とする環状形状であって上記筒振動板から上記筒振動板の径方向に突出するフランジからなるという構成を採用する。
【００１２】
第４の発明は、上記第３の発明において、上記筒振動板の軸芯に沿う方向の上記フランジの長さ寸法が、上記筒振動板の径方向の厚み寸法よりも大きく設定されているという構成を採用する。
【００１３】
第５の発明は、上記第１〜第４いずれかの発明において、上記振動子ユニットと上記筒振動板との間に介挿されると共に上記筒振動板と同一材料からなるシムを備えるという構成を採用する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、筒形状の筒振動板の振動の節の位置となる端部に剛壁が設けられている。このため、剛壁は、筒振動板が振動しても変位せず、外部の部材に対して固定させることができる。したがって、例えば剛壁をプラントの配管の一部に接続し、筒振動板を配管の一部とすることにより、プラント等の配管中の気体の流れを阻害せずに配管に取り付けることができる。さらに、本発明によれば、振動子ユニットによって、筒振動板の軸芯に沿った定在波が形成されるように筒振動板が共振される。このように振動する筒振動板では、径方向における中心部に音圧が強い領域が形成される。よって、本発明によれば、集束音場形成装置において、プラント等の配管中の気体の流れを阻害せず、かつ、筒状の振動板の中央部に強い音圧領域を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態における集束音場形成装置の斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態における集束音場形成装置の正面図である。
【図３】図２の領域αの拡大模式図である。
【図４】本発明の一実施形態における集束音場形成装置が備える配管部の縦断面図である。
【図５】本発明の集束音場形成装置の実施例に用いた配管部の寸法を説明するための説明図である。
【図６】本発明の集束音場形成装置の実施例で得られたたわみ振動変位の片振幅を示すグラフである。
【図７】本発明の集束音場形成装置の実施例で得られた音圧分布を示す白黒マップである。
【図８】本発明の集束音場形成装置の実施例で得られた音圧分布を示すグラフである。
【図９】本発明の集束音場形成装置の実施例における入力電力と音圧との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して、本発明に係る集束音場形成装置の一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００１７】
図１は、本実施形態の集束音場形成装置１の斜視図である。また、図２は、本実施形態の集束音場形成装置１の正面図である。また、図３は、図２の領域αの拡大模式図である。本実施形態の集束音場形成装置１は、例えば、微粒子（煙霧質）を含む気体を処理して微粒子を凝集させる集塵装置に適用されるものであり、超音波による集束音場を形成する。なお、本実施形態の集束音場形成装置１において扱う超音波とは、人間には聞こえない高い周波数の音のみならず、人の可聴域（２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚ程度）であっても聞くことを目的としない音波を含むものとする。
【００１８】
本実施形態の集束音場形成装置１は、図１及び図２に示すように、集束音場形成装置１は、振動子ユニット２と、配管部３と、ネジ４と、外側シム５（シム）と、内側シム６とを備えている。振動子ユニット２は、振動子２ａと、エキスポネンシャルホーン２ｂと、共振棒２ｃとを備えている。
【００１９】
振動子２ａは、例えば圧電素子や磁歪素子、電歪素子などの電気機械変換素子から構成されている。その中でも、強力な超音波を発生させる振動子２ａとして、ボルト締めランジュバン型振動子（ＢＬＴ：Ｂｏｌｔ−ｃｌａｍｐｅｄ  Ｌａｎｇｅｖｉｎ  ｔｙｐｅ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）が好適に用いられる。なお、振動子２ａは、不図示の電源装置から駆動電力が供給されることによって駆動される。
【００２０】
エキスポネンシャルホーン２ｂは、振動子２ａに取り付けられて、振動子２ａによる振動を増幅させる（振幅を拡大させる）ものである。共振棒２ｃは、エキスポネンシャルホーン２ｂと配管部３が備える後述の円筒振動板３ａとの間を連結し、円筒振動板３ａの共振周波数を調整すると共にエキスポネンシャルホーン２ｂにより増幅された振動を円筒振動板３ａへ伝達する直線状の棒部材である。
【００２１】
配管部３は、円筒振動板３ａ（筒振動板）と、第１フランジ３ｂと、第２フランジ３ｃとを備えている。本実施形態においては、円筒振動板３ａと第１フランジ３ｂと第２フランジ３ｃとは、同一材料（例えばジュラルミン）によって一体的に形成されている。このような配管部３は、例えば、単一のブロックから削り出しによって形成される。
【００２２】
円筒振動板３ａは、円筒形状とされた振動板であり、振動子２ａの振動が伝達されることにより共振する部位である。図４は、円筒振動板３ａの縦断面図である。この図に示すように、円筒振動板３ａは、軸芯Ｌに沿った方向の中央部に円筒振動板３ａの径方向に貫通する貫通孔３ａ１を有している。この貫通孔３ａ１は、円筒振動板３ａの下部に形成されており、ネジ４が挿通される。また、円筒振動板３ａは、ネジ４により振動子ユニット２の共振棒２ｃに固定されており、軸芯Ｌが共振棒２ｃの軸芯に対して直交するように振動子ユニット２に対して姿勢設定されている。このような円筒振動板３ａは、振動子ユニット２から付与される振動に共振することによって、音波を発生する。
【００２３】
本実施形態の集束音場形成装置１においては、円筒振動板３ａは、軸芯Ｌに沿った定在波状に振動するように振動子ユニット２から付与される振動に共振する。つまり、円筒振動板３ａは、軸芯Ｌに沿った定在波が形成されるように振動子２ａによって共振させられる。このように共振する円筒振動板３ａが、軸芯Ｌに沿った定在波状に振動するモードを、以下、節円筒モードと称する。なお、円筒振動板３ａの軸芯Ｌに沿った方向の長さ寸法（以下、長さ寸法ｄ１と称する）は、節円筒モードで共振するように、振動子２ａから付与される振動の半波長の奇数倍となるように設定されている。また、円筒振動板３ａの内径寸法（以下、内径寸法ｄ２と称する）は、節円筒モードで共振するように、振動子２ａから付与される振動の波長の整数倍となるように設定されている。さらに、円筒振動板３ａの径方向の厚さ寸法（以下、厚さ寸法ｄ３と称する）は、振動子２ａから付与される振動によって円筒振動板３ａの全体が振動しやすいよう、薄く設定されている。
【００２４】
節円筒モードで振動する円筒振動板３ａでは、軸芯Ｌに沿った方向に等間隔で定常的に変位しない部位（振動の節）が形成される。なお、本実施形態においては、円筒振動板３ａの軸芯Ｌに沿う方向の一方の端部に剛壁として第１フランジ３ｂが接続され、軸芯Ｌに沿う方向の他方の端部に剛壁として第２フランジ３ｃとが接続されており、円筒振動板３ａの軸芯Ｌに沿う方向の両端位置が、節円筒モードで共振する場合における振動の節となる。
【００２５】
第１フランジ３ｂ（剛壁）は、円筒振動板３ａの軸芯Ｌに沿った方向の一方の端部に一体的に取り付けられた円環状の部位である。第１フランジ３ｂは、内径寸法が円筒振動板３ａと同一に設定され、円筒振動板３ａと同軸上に配置されている。この第１フランジ３ｂの軸芯Ｌに沿った方向の長さ寸法（以下、長さ寸法ｄａと称する）は、円筒振動板３ａの厚さ寸法ｄ３に対して十分に大きく設定されている。さらに、第１フランジ３ｂの径方向の厚さ寸法（以下、厚さ寸法ｄｂと称する）は、円筒振動板３ａの長さ寸法ｄ１よりも短く、第１フランジ３ｂの長さ寸法ｄａよりも長く設定されている。
【００２６】
第２フランジ３ｃ（剛壁）は、円筒振動板３ａの軸芯Ｌに沿った方向の他方の端部に一体的に取り付けられた円環状の部位である。第２フランジ３ｃは、内径寸法が円筒振動板３ａと同一に設定され、円筒振動板３ａと同軸上に配置されている。この第２フランジ３ｃは、第１フランジ３ｂと同一形状に設定されている。つまり、第２フランジ３ｃは、軸芯Ｌに沿った方向の長さ寸法が第１フランジ３ｂの長さ寸法ｄａと同一とされ、径方向の厚さ寸法が第１フランジ３ｂの厚さ寸法ｄｂと同一に設定されている。
【００２７】
これらの第１フランジ３ｂと第２フランジ３ｃとは、円筒振動板３ａと比較して剛性が高く、円筒振動板３ａが振動子２ａから付与される振動に共振する場合の振動の節の位置に配置されている。このため、円筒振動板３ａが共振する場合であっても、第１フランジ３ｂと第２フランジ３ｃとは振動しない、若しくは、振動が極めて小さい。これらの第１フランジ３ｂと第２フランジ３ｃとは、本実施形態の集束音場形成装置１をプラント等の配管に取り付ける場合に、当該配管に対して直接的に固定される部位として用いられる。
【００２８】
このような配管部３は、本実施形態の集束音場形成装置１がプラント等の配管に取り付けられた場合に、円筒振動板３ａに囲まれた領域と、第１フランジ３ｂに囲まれた領域と、第２フランジ３ｃに囲まれた領域とに、配管に流れる気体（水蒸気等の液体が混合された気体を含む）を通過可能としている。
【００２９】
ネジ４は、図３に示すように、円筒振動板３ａの貫通孔３ａ１に円筒振動板３ａの径方向内側から挿入され、先端部が振動子ユニット２の共振棒２ｃの先端部に螺合されており、円筒振動板３ａを共振棒２ｃに対して固定している。外側シム５は、振動子ユニット２の共振棒２ｃの先端面と、円筒振動板３ａの外周面との間に介挿されており、共振棒２ｃの先端面と円筒振動板３ａの外周面との隙間を埋めている。この外側シム５は、上面が円筒振動板３ａの外周面に沿って湾曲されており、下面が共振棒２ｃの先端面に沿った平面とされている。つまり、外側シム５は、共振棒２ｃの先端面と円筒振動板３ａの外周面との両方に対して面接触されている。このような外側シム５は、共振棒２ｃから円筒振動板３ａに伝わる振動の伝達面積を広げ、より確実かつ安定的に円筒振動板３ａに振動を伝達可能とする。
【００３０】
なお、外側シム５は、円筒振動板３ａと同一材料によって形成されていることが好ましい。つまり、本実施形態において外側シム５は、例えばジュラルミンによって形成されている。外側シム５を円筒振動板３ａと同一材料で形成することで、外側シム５と円筒振動板３ａとの境界面における振動波の反射を防ぐことができ、より確実かつ安定的に円筒振動板３ａに振動を伝達することができる。
【００３１】
内側シム６は、ネジ４の頭部と円筒振動板３ａの内周面との間に介挿されており、ネジ４の頭部と円筒振動板３ａの内周面との隙間を埋めている。この内側シム６は、上面がネジ４の頭部の表面に沿った平面とされており、下面が円筒振動板３ａの内周面に沿って湾曲されている。つまり、内側シム６は、ネジ４の頭部と円筒振動板３ａの内周面との両方に対して面接触されている。このような内側シム６も、外側シム５と同様に、円筒振動板３ａと同一材料によって形成されていることが好ましい。
【００３２】
このような構成を有する本実施形態の集束音場形成装置１では、振動子２ａが振動すると、振動子２ａで発生した振動がエキスポネンシャルホーン２ｂ及び共振棒２ｃを通じて円筒振動板３ａに伝達される。円筒振動板３ａに振動が伝達されると、円筒振動板３ａが共振し、超音波（音波）が円筒振動板３ａから発せられる。このような超音波が円筒振動板３ａの径方向内側に向けてされると、円筒振動板３ａの周方向の異なる部位から発生した超音波同士や反射した超音波同士が干渉し、円筒振動板３ａの中心部に音圧が高い領域が形成される。例えば、このような音圧が高い領域に浮遊微粒子を含む気体が通過すると、浮遊微粒子同士が凝集されて補足される。この結果、気体から浮遊微粒子が除去される。
【００３３】
以上のような本実施形態の集束音場形成装置１においては、振動の節の位置となる円筒振動板３ａの端部に第１フランジ３ｂ及び第２フランジ３ｃが設けられている。このため、第１フランジ３ｂ及び第２フランジ３ｃは、円筒振動板３ａが振動しても変位せず、外部の部材に対して固定させることができる。したがって、例えば第１フランジ３ｂ及び第２フランジ３ｃをプラントの配管の一部に接続し、円筒振動板３ａを配管の一部とすることにより、プラント等の配管中の気体の流れを阻害せずに配管に取り付けることができる。さらに、本実施形態の集束音場形成装置１によれば、振動子ユニット２によって、円筒振動板３ａの軸芯Ｌに沿った定在波が形成されるように円筒振動板３ａが共振される。このように振動する円筒振動板３ａでは、径方向における中心部に音圧が強い領域が形成される。よって、本実施形態の集束音場形成装置１によれば、円筒振動板３ａの径方向の中心部における音場作用を高めることが可能となる。
【００３４】
また、本実施形態の集束音場形成装置１においては、剛壁となる第１フランジ３ｂが円筒振動板３ａの軸芯Ｌに沿う方向の一方側の端部に設けられ、剛壁となる第２フランジ３ｃが、円筒振動板３ａの軸芯Ｌに沿う方向の他方側の端部に設けられている。つまり、本実施形態の集束音場形成装置１では、円筒振動板３ａの両端に振動しない剛壁が設けられている。このため、配管部３の両側をプラント等の配管に直接固定することができ、容易にプラント等の配管の一部に組み付けることが可能となる。
【００３５】
また、本実施形態の集束音場形成装置１においては、剛壁として、円筒振動板３ａの軸芯Ｌを中心とする環状形状であって円筒振動板３ａから円筒振動板３ａの径方向に突出するフランジ（第１フランジ３ｂ及び第２フランジ３ｃ）とされている。このため、配管部３がプラント等で用いられる一般的な配管と同様の形状とすることができ、本実施形態の集束音場形成装置１の使い勝手を向上させることが可能となる。
【００３６】
また、本実施形態の集束音場形成装置１においては、第１フランジ３ｂ及び第２フランジ３ｃの長さ寸法ｄａが、円筒振動板３ａの径方向の厚み寸法ｄｂよりも大きく設定されている。このため、第１フランジ３ｂ及び第２フランジ３ｃの剛性を円筒振動板３ａよりも極めて高めることができ、円筒振動板３ａの共振により、第１フランジ３ｂ及び第２フランジ３ｃが振動することをより確実に防止することができる。
【００３７】
また、本実施形態の集束音場形成装置１においては、振動子ユニット２と円筒振動板３ａとの間に介挿されると共に円筒振動板３ａと同一材料からなるシム５を備える。このため、振動子ユニット２と円筒振動板３ａとの間に空間が発生することを抑止し、振動の電動面積を広く確保することができる。
【００３８】
以下、上記実施形態の集束音場形成装置１の実施例について、図５〜図９を参照して説明する。
【００３９】
本実施例では、エキスポネンシャルホーン２ｂ、共振棒２ｃ、配管部３及びシム５がジュラルミンによって形成され、振動子２ａとして２７ｋＨｚ用のボルト締めランジュバン型振動子を用いる構成とした。また、配管部３の各箇所の寸法は、図５に示す通りとした。つまり、本実施例では、円筒振動板３ａの長さ寸法ｄ１が１０９ｍｍ、円筒振動板３ａの内径寸法ｄ２が１０５．２ｍｍ、円筒振動板３ａの厚さ寸法ｄ３が４．３ｍｍ、第１フランジ３ｂ及び第２フランジ３ｃの長さ寸法ｄａが２５ｍｍ、第１フランジ３ｂ及び第２フランジ３ｃの厚さ寸法ｄｂが４０ｍｍ、貫通孔３ａ１の直径寸法が５ｍｍの配管部３を用いる構成とした。なお、本実施例では、図５に示すように、円筒振動板３ａの軸芯Ｌに沿う方向をＹ軸方向とし、Ｙ軸に直交する水平方向をＸ軸方向とし、Ｘ軸及びＹ軸と直交する方向をＺ軸方向としている。
【００４０】
円筒振動板３ａの振動モードを明らかにするために円筒振動板３ａの外径部のＹ軸上におけるたわみ振動変位分布の測定を行った。測定条件は、振動子２ａへの供給電力を１Ｗ一定とし、駆動周波数２７．３８３ｋＨｚで行った。なお、たわみ振動変位の測定は、レーザードップラ振動計（小野測器、ＬＶ−１６１０）を用いて行った。
【００４１】
図２に、たわみ振動変位分布の測定位置を示す。本実施例では、図２の矢印Ａ〜Ｄで示す円筒振動板３ａ、第１フランジ３ｂ及び第２フランジ３ｃの外周面上の箇所のたわみ振動変位分布をＹ軸に沿って測定した。図６は、たわみ振動変位分布の測定結果を示すグラフである。なお、図６では、横軸にＹ軸の座標、縦軸にたわみ振動変位の片振幅をとっている。また、図６においては、図２の矢印Ａで示す箇所での測定結果を四角形状のポイントで示し、図２の矢印Ｂで示す箇所での測定結果をひし形状のポイントで示し、図２の矢印Ｃで示す箇所での測定結果を三角形状のポイントで示し、図２の矢印Ｄで示す箇所での測定結果を丸形状のポイントで示している。
【００４２】
図６に示すように、まず厚さ寸法ｄ３が４．３ｍｍの円筒振動板３ａのたわみ振動変位は、いずれの測定位置においても６つの節位置がある分布となることが分かった。また、たわみ振動変位の節位置は、いずれの測定位置においてもほぼ同じＹ軸の座標となることが分かった。これより、たわみ振動変位の節位置は、６つの節円の形状となっていることが分かった。これは、円筒振動板３ａが図６に示すように軸芯Ｌに沿った定在波状となるように共振し、円筒振動板３ａから径方向内側に放射された音波同士が打消し合うことなく干渉した結果生じたものと考えられる。
【００４３】
また、たわみ振動変位の大きさは、共振棒２ｃから見て反対の部分において最も変位が大きくなり、それ以外の部分においてはほぼ同じとなった。これは、実施例で用いた配管部３の形状誤差に起因するものと考えられ、形状誤差がない場合には全ての部分において、たわみ振動変位の大きさが同じになると考えられる。
【００４４】
また、第１フランジ３ｂ及び第２フランジ３ｃにおいて、たわみ振動変位は、いずれの測定位置においても、円筒振動板３ａと比較して小さい値となっていることが分かった。これより、第１フランジ３ｂ及び第２フランジ３ｃが剛壁として働いていることが分かる。以上より、円筒振動板３ａが６つの節円をもつ節円筒モードで共振すること、さらに第１フランジ３ｂ及び第２フランジ３ｃの振動変位振幅は非常に小さいことが明らかになった。
【００４５】
次に、円筒振動板３ａにより形成される音場を明らかにするために円筒振動板３ａの内部（ＹＺ平面（Ｘ＝０ｍｍ））の音圧分布の測定を行った。測定条件は、振動子２ａへの供給電力を０．５Ｗ一定とし、駆動周波数２７．３８３ｋＨｚで行った。なお、音圧の測定は、プローブ付きマイクロフォンを用いて行った。
【００４６】
図７は音圧分布の結果である。図７では、横軸をＹ軸の座標、縦軸をＺ軸の座標とし、音圧をマイクロフォン出力電圧の最大値で規格化した値の白黒マップで示している。この図に示すように、音圧分布は、Ｚ軸方向に１６の節線があることが分かる。これは、音圧の節は、円筒振動板３ａの内部に同心円筒状に８つあるためと考えられる。また、測定範囲において、音圧分布の節はＹ軸方向に１つ確認できた。これより、Ｙ軸方向の音圧の節は、円筒振動板３ａの全体において２つあると考えられる。また、音圧は、Ｚ軸の内径中央部分において、Ｙ軸方向に極大値があることがわかる。これは、円筒振動板３ａから放射された音波が、Ｚ軸の内径中央部分において重なりあって、強め合ったためと考えられる。
【００４７】
図８は、図７より抽出したＹ＝７９．５ｍｍにおけるＺ軸方向の音圧分布の結果を示すグラフである。図８では、横軸をＺ軸の座標、Ｙ軸を抽出した範囲の最大値で規格化した音圧とした。図８より、Ｚ軸方向の音圧分布は、円筒振動板３ａの内径中央部分で非常に高い値となっていること、また円筒振動板３ａの付近の方が低い値となっていることが分かった。また、音圧の極大値は、円筒振動板３ａの付近と比較して、円筒振動板３ａの内径中央部分において約５倍の値が得られていことが分かった。また、図７に示す結果と同様に、音圧の節は、Ｚ軸方向に１６あり、同心円状の節円が８つあると考えられる。
【００４８】
次に、集束音場形成装置１の基礎特性として、振動子２ａへの入力電力に対する音圧の測定を行った。測定は、振動子２ａへの入力電力を変化させた場合のＹＺ平面（Ｘ＝０ｍｍ）におけるＹ＝５４．５ｍｍ、Ｚ＝５２．６ｍｍ位置の音圧をマイクロフォンで求める方法で行った。
【００４９】
図９は、その結果である。図９では、横軸を音源への入力電力、縦軸を音圧としている。この図より、音圧は、振動子２ａへの入力電力の増加と共に上昇していることがわかる。音圧は、入力が９Ｗの際に約７ｋＰａとなった。なお、これ以上の入力電力においては、音圧がマイクロフォンの定格を超えてしまうため、測定を行っていない。従来の集束音場形成装置１では、振動子２ａへの入力電力が９Ｗ程度で音圧が７ｋＰａとなることはなかった。本実施例においては、マイクロフォンの定格を超えてしまうことから振動子２ａへの入力電力を９Ｗに抑えたが、振動子２ａへはさらに大きな電力を入力することができる。このため、集束音場形成装置１は、極めて大きな音圧の音場を小さな入力電力で形成することが可能であることが分かった。
【００５０】
以上のような実施例により、円筒振動板３ａの端部に剛壁である第１フランジ３ｂ及び第２フランジ３ｃを設置しても、円筒振動板３ａを節円筒モードで共振させることが可能であることが分かった。また、円筒振動板３ａの内部にて得られる音場は、音圧の節が同心円状に８つあることが分かった。円筒振動板３ａの径方向中央部にて入力電力９Ｗの際、約７ｋＰａが得られることが分かった。
【００５１】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００５２】
例えば、上記実施形態においては、本発明の筒振動板として円筒振動板３ａを用いる構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、軸芯に沿う方向から見て多角形状の筒振動板を用いることも可能である。
【００５３】
また、上記実施形態においては、本発明の剛壁として、円筒振動板３ａの全周に設けられた第１フランジ３ｂと第２フランジ３ｃとを備える構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、円筒振動板３ａの周方向に一部が破断されたフランジを剛壁として用いることも可能である。または、ブロック状の部位を設けて剛壁とすることも可能である。
【００５４】
また、上記実施形態においては、本発明の集束音場形成装置を集塵装置として用いる構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、霧化装置や脱臭装置に適用することも可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１……集束音場形成装置、２……振動子ユニット、２ａ……振動子、２ｂ……エキスポネンシャルホーン、２ｃ……共振棒、３……配管部、３ａ……円筒振動板（筒振動板）、３ｂ……第１フランジ（剛壁）、３ｃ……第２フランジ（剛壁）、４……ネジ、５……外側シム（シム）、６……内側シム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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