(57)【要約】【課題】対象溶液を好適に分散することができる超音波振動子ユニット、超音波振動子ユニットを有する分散装置及びこの分散装置を用いた分散方法を提供することが可能となる。【解決手段】超音波振動子３２によって発生した波長λの超音波が超音波放射部材３４に伝わり、第一出力端面３６ａ及び第二出力端面３８ａから放射される際、第一出力端面３６ａ及び第二出力端面３８ａから超音波振動子３２までの距離は４半分波長（λ／４）異なるため、第一出力端面３６ａから放射される超音波と第二出力端面３８ａから放射される超音波とでは、位相差π／２（９０°）が生じる。こうすることにより、好適に分散することができる。
2014088038.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長λの超音波を発生させる超音波振動子と、前記超音波振動子に連接し、前記超音波振動子によって発生した超音波振動を出力する超音波放射部と、を備えた超音波振動子ユニットであって、
前記超音波放射部は、第一出力端面を有する柱状の第一放射部と、前記第一出力端面から柱状に延出し、第二出力端面を有する第二放射部と、
を備え、
前記第一出力端面と前記第二出力端面とは、互いに平行で、かつ、４半分波長（λ／４）の整数倍の距離離れている、
超音波振動子ユニット。
【請求項２】
前記第二出力端面は、略円形であり、
前記第一出力端面の外径は、前記第二出力端面の外径と相似形である、
請求項１に記載の超音波振動子ユニット。
【請求項３】
前記第一出力端面の面積は、前記第二出力端面の面積の０．５倍〜２．０倍である、
請求項１又は２に記載の超音波振動子ユニット
【請求項４】
前記第一出力端面の面積は、前記第二出力端面の面積の０．７倍〜１．４倍である、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の超音波振動子ユニット。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の超音波振動子ユニットと、
円筒形の容器と、
前記第二出力端面と前記容器の底面との距離が２半分波長（λ／２）の整数倍の距離となる位置に前記超音波振動子ユニットを保持する固定部材と、
を備えた、
分散装置。
【請求項６】
前記固定部材は、前記第二放射部の側面と前記容器の側面との距離が２半分波長（λ／２）の整数倍となる位置に前記超音波振動子ユニットを保持する、
請求項５に記載の分散装置。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の分散装置を用いて溶液を分散する分散方法であって、
（１）前記第一出力端面が液面下となる位置まで前記容器に溶液を注入する注入ステップと、
（２）前記超音波振動子から波長λの超音波を前記溶液に放射する放射ステップと、
を含む、
分散方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波振動子ユニット、超音波振動子ユニットを有する分散装置及びこの分散装置を用いた分散方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、超音波振動子から放射された振動を増幅する超音波振動子用ホーンを備えた種々の超音波振動子ユニットが知られている。例えば、特許文献１では、超音波振動子用ホーンの振動方向（軸方向）と平行な方向の溝を、所定の深さで、ホーンの外周に加工した超音波振動子用ホーンを備えた超音波振動子ユニットが記載されている。こうすることにより、この超音波振動子ユニットでは、超音波加工機等の安定な稼働と、振動子の損傷等を防止することを可能としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０７−０６０１９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような超音波振動子ユニットを懸濁液の分散（特に、ナノスケールの微粒子が懸濁した懸濁液の分散）に使用した場合には、放射される超音波の出力が足りず、十分に分散することができないという課題がある。又は、分散に必要な十分な出力の超音波を放射しようとすると、高いエネルギーが必要となり、エネルギー効率（電力効率）が悪かったり、長時間の照射が必要になり、時間効率（分散仕事効率）が悪くなったりするという課題がある。【０００５】
本発明は、このような課題に鑑みなされたものであり、十分な出力の超音波を放射することで、懸濁液（特に、ナノスケールの微粒子が懸濁した懸濁液）を好適に分散することができる超音波振動子ユニット、超音波振動子ユニットを有する分散装置及びこの分散装置を用いた分散方法を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。【０００７】
本発明の超音波振動子ユニットは、
波長λの超音波を発生させる超音波振動子と、前記超音波振動子に連接し、前記超音波振動子によって発生した超音波振動を出力する超音波放射部と、を備えた超音波振動子ユニットであって、
前記超音波放射部は、第一出力端面を有する柱状の第一放射部と、前記第一出力端面から柱状に延出し、第二出力端面を有する第二放射部と、
を備え、
前記第一出力端面と前記第二出力端面とは、互いに平行で、かつ、４半分波長（λ／４）の整数倍の距離離れている、
ものである。【０００８】
この超音波振動子ユニットは、超音波振動子によって発生した超音波が連接する超音波放射部に伝わり、主に第二出力端面及び第一出力端面から出力される。このとき、第一出力端面は、第二出力端面と比較して超音波放出方向に４半分波長（λ／４）だけ超音波放出方向に突出しているため、第一出力端面から放射される超音波と第二出力端面から放射される超音波は４半分波長（λ／４）に相当する位相が９０°（π／２）ずれることになる。このように、一つの超音波振動子から放出された超音波が超音波放射部に伝わり、第一出力端面から放射される超音波と第二出力端面から放射される超音波との位相が９０°ずれることにより、同一出力で超音波を放射した場合に、第一出力端面から放射される超音波と第二出力端面から放射される超音波との超音波間の音圧の差を最大にすることができる。こうすることにより、超音波間の圧力差が同一位相の超音波を放出する場合と比較して、高い分散効率を有することができる。なお、ここで分散効率が良いとは、対象液中に含まれる粒子の平均粒径が所望の大きさとするために必要な電力効率（エネルギー効率）や、分散仕事効率が高いことを意味する。【０００９】
本発明の超音波振動子ユニットにおいて、前記第二出力端面は、略円形であり、前記第一出力端面の外径は、前記第二出力端面の外径と相似形であってもよい。こうすれば、第一出力端面から放射された超音波と第二出力端面から放射された超音波との位相差により、隣接する超音波間の音圧の差によって超音波の進行方向に対して垂直方向の振動が発生した際に、超音波放射部を中心に周囲に均一に超音波が広がることになる。このため、この超音波振動子ユニットを使用して対象溶液を分散する場合には、超音波振動子ユニットを対象溶液の中央に載置することにより、対象溶液全体に均等な超音波を照射することができるため、対象溶液全体を均一に分散することができる。【００１０】
本発明の超音波振動子ユニットにおいて、前記第一出力端面の面積は、前記第二出力端面の面積の０．５倍〜２．０倍が好ましい。前記第一出力端面の面積は、前記第二出力端面の面積の０．７倍〜１．４倍が、なお好ましい。【００１１】
本発明の分散装置は、
上述したいずれかの超音波振動子ユニットと、
円筒形の容器と、
前記第二出力端面と前記容器の底面との距離が２半分波長（λ／２）の整数倍の距離となる位置に前記超音波振動子ユニットを保持する固定部材と、
を備えたものである。【００１２】
この分散装置は、上述したいずれかの超音波振動子ユニットを有しているため、上述した効果を得ることができる。加えて、超音波振動子ユニットが固定部材によって第二出力端面と容器の底面との距離が２半分波長（λ／２）の整数倍の距離となる位置に前記超音波振動子ユニットが保持されているため、第二出力端面から放射された超音波は、容器の底面によって反射され、互いに増幅することになる。こうすることにより、同じ出力で超音波を放射した際に、容器に保持された対象物に対してより強いエネルギーを与えることができるため、より分散効率や分散仕事効率を高めることができる。【００１３】
本発明の分散装置において、前記固定部材は、前記第二放射部の側面と前記容器の側面との距離が２半分波長（λ／２）の整数倍となる位置に前記超音波振動ユニットを保持してもよい。こうすれば、第一出力端面から放射された超音波と第二出力端面から放射された超音波との位相差により、隣接する超音波間の音圧の差によって垂直方向の振動が発生した際に、この振動が容器の側面によって反射され、互いに増幅することになる。こうすることにより、同じ出力で超音波を放射した際に、対象溶液に対してより強いエネルギーを与えることができるため、より分散効率や、分散仕事効率を高めることができる。【００１４】
本発明の分散方法は、上述したいずれかの分散装置を用いて溶液を分散する分散方法であって、
（１）前記第一出力端面が液面下となる位置まで前記容器に溶液を注入する注入ステップと、
（２）前記超音波振動子から波長λの超音波を前記溶液に放射する放射ステップと、
を含む、
分散方法である。【００１５】
この分散方法は、上述したいずれかの分散装置を用いて対象溶液を分散するため、上述したいずれかの分散装置と同様の効果、例えば、上述した超音波振動子ユニットと同様の効果に加えて、第二出力端面から放射された超音波は、容器の底面によって反射され、互いに増幅することから、同じ出力で超音波を放射した際に、対象溶液に対してより強いエネルギーを与えることができるという効果を得ることができる。なお、本発明の分散方法において、上述したいずれかの分散装置の機能を実現するようなステップを追加しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、分散装置２０の構成の概略を示す模式図である。
【図２】図２は、超音波振動子ユニット３０の構成の概略を示す模式図である。
【図３】図３は、超音波放射部３２の形状の違いによる超音波の違いを模式的に示した模式図であり、図３Ａは超音波放射部３２から放射された超音波の様子を，図３Ｂは平坦な超音波放射部から放射された超音波の様子を、それぞれ示したものである。
【図４】図４は、超音波振動子ユニット３０の取り付け位置を説明するための模式図である。
【図５】図５は、超音波放射部３２の形状の違いによる超音波の違いを示した写真であり、図５Ａは超音波放射部３２と同様の形状を有する超音波放射部から放射された超音波の様子を、図５Ｂは平坦な超音波放射部から放射された超音波の様子を、それぞれ示したものである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
ここで、図１及び図２を用いて、本発明の実施の形態の一例である分散装置２０の構成を詳しく説明する。ここで、図１は、本発明の実施の形態の一例である分散装置２０の構成の概略を示す模式図であり、図２は、超音波振動子ユニット３０の構成の概略を示す模式図である。なお、分散装置２０の使用方法の一例を説明することにより、本発明の分散装置を用いた分散方法の一例も明らかにしている。
【００１８】
分散装置２０は、図１に示すように、本体部２１と、本体部２１に設けられ対象溶液２４を保持する容器２２と、対象溶液２４に超音波を放射して懸濁液を分散する超音波振動子ユニット３０と、容器２２の上部に位置し、超音波振動子ユニット３０を下方側から保持する保持部２６と、を備えている。この分散装置２０において、超音波振動子ユニット３０が容器２２に保持された対象溶液２４の中に超音波振動子ユニット３０の一端側が位置決めされているため、超音波振動子ユニット３０から放出された超音波により、対象溶液２４を分散することができる。
【００１９】
超音波振動子ユニット３０は、図２に示すように、ただ一つの超音波振動子３２と超音波放射部材３４とが連接して設けられたチタン合金製あるいはチタン合金とセラミックからなる部材であり、超音波振動子３２で発生した波長λの超音波が連接する超音波放射部材３４に伝えられ、超音波放射部材３４から放出される。また、超音波振動子３２と超音波放射部３４との間の位置には、側面から側方に突出する係止部３３が設けられている。
【００２０】
超音波振動子３２は、波長λの超音波を発生する公知の超音波振動子（ギンセン社製、品番：ＧＳＤ６００ＡＴ）であり、超音波振動子３２で発生した超音波は、超音波振動子３２に連接する超音波放射部材３４に伝えられる。
【００２１】
超音波放射部材３４は、チタン合金（大同特殊鋼株式会社製、ＡＴＳＭＢ３４８−００−ＧＲ５）であり、図２Ａに示すように、略円柱形状の第一放射部３６と第一放射部３６よりも半径の短い略円柱形状の第二放射部３８とを有し、二段の段差を有する２つの略円筒形状の部材が組み合わさったような形状を有している。具体的には、略円筒形状の第一放射部３６の一端側の中央部が超音波の放射方向に延出されて第二放射部３８が形成されており、このとき、第一放射部３６の一端側に設けられた第一出力端面３６ａと第二放射部３８の一端側に設けられた第二出力端面３８ａとが略平行となるように延出されている。こうすることにより、超音波振動子３２から第一出力端面３６ａ及び第二出力端面３８ａまでの距離が異なるため、超音波が第一出力端面３６ａから放出される場合と第二出力端面３８ａから放出される場合とで位相差が生じることになる。言い換えると、一つの超音波振動子３２から発生した超音波を位相差を有する状態で放射することができる。
【００２２】
ここで、第一出力端面３６ａと第二出力端面３８ａとの関係について、更に詳しく説明する。第一出力端面３６ａと第二出力端面３８ａは、いずれも外径が略円形であって、第一出力端面３６ａの中心と第二出力端面３８ａの中心は、超音波放射部材３４の中心軸上に位置する。このため、第二出力端面３８ａ側から超音波放射部材３４を視認すると、図２Ｂに示すように、第一出力端面３６ａの中心に第二出力端面３８ａが重なっているように見える。このため、第一出力端面３６ａから放射された超音波と第二出力端面３８ａから放射された超音波との位相差により生じた垂直方向の振動が、超音波放射部材３４の周囲に均一に広がることになり、超音波放射部材３４の周囲を均一に分散することができる。加えて、図２Ｂに示すように、略円形の第二出力端面３８ａの中心が第一出力端面３６ａの中心に重なるように配置されているため、第二出力端面３８ａと第一出力端面３６ａとの境界線を長くすることができる。言い換えると、第一出力端面３６ａから照射された超音波と第二出力端面３８ａから照射された超音波とが隣接する隣接領域を広くすることができる。このため、第二出力端面３８ａの形状が他の形状である場合と比較して、分散効率や分散仕事効率をより高めることができる。
【００２３】
次に、第一出力端面３６ａと第二出力端面３８ａとの距離（図２Ａ中のａに相当する長さ）の関係について、詳しく説明する。第一出力端面３６ａと第二出力端面３８ａとの距離は、超音波振動子３２で発生する超音波の４半分波長（λ／４）であることが好ましい。こうすることにより、第一出力端面３６ａから放射された超音波と第二出力端面３８ａから放射された超音波との位相差が９０°（π／２）ずれることにより、超音波間の圧力差を最大にすることができ、超音波の波長に対する第一出力端面３６ａと第二出力端面３８ａとの距離の差が４半分波長（λ／４）でない場合と比較して、効率よく垂直方向への振動を発生させ、分散効率や分散仕事効率をより高めることができる。
【００２４】
続いて、第一出力端面３６ａの面積と第二出力端面３８ａの面積との関係について、更に詳しく説明する。第一出力端面３６ａと第二出力端面３８ａとの面積比は、１：１の面積比である。こうすることにより、同一の超音波振動子から放出された超音波を効率良く放出し、優れた分散性能を得ることができる。
【００２５】
ここで、この超音波振動子ユニット３０から放射された超音波の様子について、従来型の超音波振動子ユニット１０（超音波放射部に段差を有しない超音波振動子ユニット）との比較を図３に模式的に示す。図３は、超音波振動子ユニットから放射された超音波を模式的に示した模式図であり、図３Ａは、超音波振動子ユニット３０から放射された超音波の様子を、図３Ｂは、従来型の平坦な（段差を有しない）超音波放射部１２を有する超音波振動子ユニット１０から放射された超音波の様子を、それぞれ模式的に示したものであり、図３中の点線は放出された超音波を模式的に示したものであり、この点線が密に描かれている部分は超音波高圧域を、粗に描かれている部分は超音波低圧域を、それぞれ示している。なお、超音波振動子ユニット１０は、第二放射部３８を有しないこと、言い換えると、超音波放射部１２の超音波放射面が平坦であること以外は超音波振動子ユニット３０と同様であるため、同様の部材については同様の番号を付して、説明を省略する。
【００２６】
超音波振動子ユニット３０から放射された超音波は、図３Ａに示すように、超音波振動子ユニット３０から超音波が照射されると、第一出力端面３６ａと第二出力端面３８ａとの距離が４半分波長（λ／４）であるため、第一出力端面３６ａの正面に放射される超音波と第二出力端面３８ａの正面に放射される超音波との位相差が９０°（π／２）ずれることになる。このため、第一出力端面３６ａと第二出力端面３８ａとの境界位置で垂直方向（図３Ａ中の左右方向）に振動が生じ、第一出力端面３６ａ及び第二出力端面３８ａの正面方向（図３Ａ中の下方向）だけでなく、容器２２の全体に超音波を放射することができる。一方で、超音波放射部３４に段差を有しない超音波振動子ユニットを用いた場合には、図３Ｂに示すように、このような効果は得られない。このことからも、超音波放射部３４に段差を設けることにより、段差を有しない場合と比較して、分散効率や分散仕事効率をより高められることが分かる。
【００２７】
容器２２は、図１に示すように、円筒形状の容器（例えば、ステンレス製の容器）である。なお、容器２２はこれに限定されるものではなく、円筒形状で対象溶液２４を保持可能な容器であれば、公知の種々の容器を使用することが可能である。例えば、金属製又はプラスチック製の容器であってもよいし、ガラス製の容器やビーカーであっても良い。
【００２８】
保持部２６は、容器２２の壁面の上部に設けられた内側に突出する突出部であり、上面は水平に形成されている。この保持部２６は、容器２２の壁側から内側方向に均等の長さだけ突出しており、上面に係止部３３を載置すると、超音波振動子ユニット３０を容器２２の中央部（容器２２の側面から超音波放射部３４までの距離が略等距離となる位置）に位置決めすることができる。
【００２９】
ここで、超音波振動子ユニット３０の固定位置と容器２２の大きさの関係について、図４を用いて詳しく説明する。図４は、超音波振動子ユニット３０の固定位置を説明するための説明図であり、図４は、対象溶液２４中に保持された超音波振動子ユニット３０を側面から示した模式図である。
【００３０】
超音波振動子ユニット３０は、図４に示すように、容器２２の底面から第二出力端面３８ａまでの距離（図４中のｂ）が、超音波振動子３２から放出される超音波の振動数（λ／２）の整数倍となる距離となる位置に固定されている。このため、第二出力端面３８ａから放射された超音波が容器２２の底面で反射した場合には、互いに干渉し、容器２２に保持された対象溶液２４に対して高い分散効果を有する。
【００３１】
また、超音波振動子ユニット３０は、図４に示すように、容器の側面から第二放射部３８の側面３８ｂまでの距離（図４中ｃ）が、超音波振動子３２から放出される超音波の振動する２半分波長（λ／２）の整数倍となる距離に固定されている。このため、第二放射部３８の側面３８ｂから放射された超音波が容器２２の側面で反射した場合には、互いに干渉し、容器２２に保持された対象溶液２４に対して高い分散効果を有する。
【００３２】
最後に、この分散装置２０を用いて対象物を液体中に分散する分散方法について説明する。この分散装置２０を用いて分散する際には、まず、対象物を液体中に懸濁して、対象溶液２４を生成する。次に、この対象溶液２４を容器２２で保持する。このとき、対象溶液２４の液面は、超音波放射部材３４よりも上方（第一出力端面３６ａが完全に液中に位置する位置）となるように、対象溶液２４を保持する。この状態で、超音波振動子３２で超音波を発生させ、超音波放射部材３４から超音波を放射する。
【００３３】
以上詳述した実施の形態の分散装置２０によれば、一つの超音波振動子３２によって発生した波長λの超音波が超音波放射部材３４に伝わり、第一出力端面３６ａ及び第二出力端面３８ａから放射される際、第一出力端面３６ａ及び第二出力端面３８ａから超音波振動子３２までの距離は４半分波長（λ／４）だけ異なるため、第一出力端面３６ａから放射される超音波と第二出力端面３８ａから放射される超音波とでは、９０°（π／２）の位相差が生じる。こうすることにより、同一出力で超音波を放射した場合に、超音波間の音圧の差を最大にすることができ、同一位相の超音波を放出する場合と比較して、高い分散効率を有することができる。
【００３４】
また、第二出力端面３８ａは略円形であり、第一出力端面３６ａの外周も略円形であるため、第一放射部３６及び第二放射部３８の側面側から放射状に均等に超音波が放射することができる。こうすることにより、対象溶液２４の全体を均一に分散することができる。
【００３５】
更に、第一出力端面３６ａの面積と、第二出力端面３８ａの面積と、を略等しくすることで放射電力を等しく保ち、優れた分散性能を有する。
【００３６】
更にまた、超音波振動子ユニット３０は、容器２２の底面から第二出力端面３８ａの距離が超音波振動子３２で発生する超音波の２半分波長（λ／２）の整数倍となる位置に超音波振動子ユニット３０が固定されているため、第二出力端面３８ａから放射された超音波が容器２２の底面によって反射された際に互いに干渉し、より高い分散性を有する。
【００３７】
そして、超音波振動子ユニット３０は、容器２２の側面から第二放射部３８の側面３８ｂまでの距離が超音波振動子３２で発生する超音波の２半分波長（λ／２）の整数倍となる位置に超音波振動子ユニット３０が固定されているため、第二放射部３８の側面３８ｂから放射された超音波が容器２２の底面によって互いに干渉し、より高い分散性を有する。
【実施例】
【００３８】
（実施例１）
アナターゼ型酸化チタン（石原産業株式会社製、品番：ＳＴ−０１）４モル（約３１９.４g）を約２，８７５mLの水に懸濁し、１０重量％の酸化チタン懸濁液を得た。この酸化チタン懸濁液を高さ１４５ｍｍ, 直径１０４ｍｍのステンレス製容器（株式会社ギンセン社製）に適量入れ、容器の底面の中心上の位置であり、底面から高さ３８．４６ｍｍの位置に超音波振動子の先端面が位置するように超音波振動子を固定した。この超音波振動子の第２出力端面の直径は２５．４５ｍｍ、第１出力端面の直径は３６．０mmであり、当該容器の底面の中心上に超音波振動子を固定した際の超音波振動子の第1出力端面の側面から容器の内側側面までの距離は１９．２３ｍｍとなる位置に固定される。この状態で、振幅が３０μｍ、周波数１９.５Ｈｚ, 波長が７６.９２mmの超音波を２８分間放射した。この状態において、容器の底面から超音波振動子の第2出力端面の距離である３８．４６ｍｍは、波長７６．９３ｍｍの２半分波長（λ／２）であり、超音波振動子の第２出力端面の側面から容器の内側側面までの距離である１９．２３ｍｍは、波長７６．９３ｍｍの４半分波長（λ／４）である。このときの電力は４００Ｗ、消費電力は０.１８７ｋＷｈであった。【００３９】
超音波放射後の懸濁液の平均粒径を濃厚系粒径アナライザー（大塚電子株式会社製、品番：ＦＰＡＲ−１０００）で測定したところ、２，０００ｎｍであった。【００４０】
（比較例１）
アナターゼ型酸化チタン（石原産業株式会社製、品番：ＳＴ−０１）４モル（約３１９.４g）を約２，８７５mLの水に懸濁し、１０重量％の酸化チタン懸濁液を得た。この酸化チタン懸濁液を超音波の放射時間を１００分間としたこと以外は実施例１と同様にして、超音波を放射した。このときの電力は２００Ｗ、消費電力は０.３３３ｋＷｈであった。【００４１】
超音波放射後の懸濁液の平均粒径を濃厚系粒径アナライザー（大塚電子製、品番ＦＰＡＲ−１０００）で測定したところ、２，０００ｎｍであった。【００４２】
実施例１と比較例１との結果を比較すると、アナターゼ型酸化チタンを同程度の平均粒系となるまで分散するために必要な消費電力は、実施例１が比較例１の５６％であることが分かる。このことから、実施例１は、比較例１と比較して、１.８倍の電力効率を有していると言える。さらに、処理に要する時間は、実施例１が比較例１の２８％であることが分かる。このことから、実施例１は、比較例１と比較して、３.６倍の時間効率を有していると言える。【００４３】
（実施例２）
アナターゼ型酸化チタン（石原産業株式会社製、品番：ＳＴ−０１）４モル（約３１９.４g）を約２，８７５mLの水に懸濁し、１０重量％の酸化チタン懸濁液を得た。この酸化チタン懸濁液を超音波の放射時間を４８分間としたこと以外は実施例１と同様にして、超音波を放射した。このときの電力は４００Ｗ、消費電力は０.３２０ｋＷｈであった。【００４４】
超音波放射後の懸濁液の平均粒径を濃厚系粒径アナライザー（大塚電子株式会社製、品番ＦＰＡＲ−１０００）で測定したところ、５，０００ｎｍであった。【００４５】
（比較例２）
アナターゼ型酸化チタン（石原産業株式会社製、品番：ＳＴ−０１）４モル（約３１９.４g）を約２，８７５mLの水に懸濁し、１０重量％の酸化チタン懸濁液を得た。この酸化チタン懸濁液を超音波の放射時間を１５６分間としたこと以外は実施例１と同様にして、超音波を放射した。このときの電力は２００Ｗ、消費電力は０.５２０ｋＷｈであった。【００４６】
超音波放射後の懸濁液の平均粒径を濃厚系粒径アナライザー（大塚電子製、品番ＦＰＡＲ−１０００）で測定したところ、５，０００ｎｍであった。【００４７】
実施例２と比較例２との結果を比較すると、アナターゼ型酸化チタンを同程度の平均粒系となるまで分散するために必要な電力量は、実施例１が比較例１の６１.５％であることが分かる。このことから、実施例２は、比較例２と比較して、１.６３倍の電力効率を有していると言える。さらに、処理に要する時間は、実施例１が比較例１の３１％であることが分かる。このことから、実施例１は、比較例１と比較して、３.２５倍の時間効率を有していると言える。【００４８】
（実施例３）
深さが１５０ｍｍ、底面の内径が１０５ｍｍのガラス製ビーカー（柴田科学株式会社製）に水を適量入れ、振幅が３０μｍ、周波数１９.５kＨｚ, 波長が７６.９２mmの超音波を放射し、この状態を写真撮影した。この写真を図５Ａに示す。【００４９】
（比較例３）
超音波放射部の超音波放射面が平坦な超音波振動子ユニットを用いたこと以外は実施例３と同様にして写真撮影を行った。この写真を図５Ｂに示す。【００５０】
実施例３で撮影した写真と比較例３で撮影した写真とを比較すると、図５に示すように、超音波放射部に段差を有しない図５Ｂと比較して、超音波放射部に段差を有する図５Ａの写真には、図５Ｂよりも太い渦状のうねりが見られ、超音波放射面の正面方向だけで無く、広い範囲で液体が拡散される様子が見られる。このことから、超音波放射部に段差を設けることにより、段差を有しない場合と比較して、分散効率や分散仕事率をより高めることができると言える。【００５１】
なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。【００５２】
例えば、上述した実施の形態では、超音波振動子ユニット３０の係止部３３を保持部２６の上面に載置することで超音波振動子ユニット３０を位置決めするものとしたが、係止部３３を固定してもよい。係止部３３を固定する方法としては、例えば、挟持部材を用いて係止部３３を挟持してもよいし、保持部２６と係止部３３とをビス等で固定しても良い。こうすれば、超音波振動子ユニット３０が移動し、超音波放射部材３４と容器２２の底面又は側面との距離とが意図せず変わってしまうことを未然に防止することができる。【００５３】
上述した実施の形態では、容器２２は円筒形状の容器であるものとしたが、容器２２の底面は上下に移動可能であってもよい。こうすれば、超音波振動子ユニット３０を固定した状態で、第二出力端面３８ａと容器２２の底面との距離を変更することができる。【００５４】
上述した実施の形態では、第一出力端面３６ａと第二出力端面３８ａの面積比が１：１であるものとしたが、第一出力端面３８ａの面積は第二出力端面の面積の０．５倍〜２．０倍が好ましく、０．７倍〜１．４倍がより好ましい。こうすることにより、優れた分散性能が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
上述した実施の形態で示すように、超音波を用いて対象溶液を分散させる分散装置用の超音波振動子として利用することができる。
【符号の説明】
【００５６】
１０…従来型の超音波振動子ユニット、１２…超音波放射部、２０…分散装置、２１…本体部、２２…容器、２４…対象溶液、２６…保持部、３０…超音波振動子ユニット、３２…超音波振動子、３３…係止部、３４…超音波放射部材、３６…第一放射部、３６ａ…第一出力端面、３８…第二放射部、３８ａ…第二出力端面、３８ｂ…側面。
【図１】
2014088038.tif 000003
【図２】
2014088038.tif 000004
【図３】
2014088038.tif 000005
【図４】
2014088038.tif 000006
【図５】
2014088038.tif 000007
【国際調査報告】
2014088038.tif 000008
2014088038.tif 000009
2014088038.tif 000010