(57)【要約】【課題】基準周波数の付近に複数の共振点を有し、これらの共振点の周波数で駆動することにより、各周波数の超音波を放射できる超音波多周波振動体を提供する。【解決手段】軸線ＡＸ方向に延びる形態を有する超音波多周波振動体１０は、主部１１Ａ，１１Ｂ、及びこれらの間に配置された結合部１２Ａを有する。主部１１Ａ，１１Ｂは、この主部を単独で取り出したと仮定したとき、基準周波数ｆ0の超音波振動で共振する形態とされてなる。結合部１２Ａは、軸線ＡＸ方向の長さＬＳが、０＜ＬＳ＜λｓ／２を満たす。超音波多周波振動体１０は、基準周波数ｆ0の付近に、全体が共振する共振点が２ヶ以下現れる周波数特性を有する。【選択図】図１
2008036586.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線方向に延びる形態を有する超音波多周波振動体であって、
Ｎヶ（Ｎは２以上の自然数）の主部であって、
上記軸線方向に互いに離間して配置され、
各主部は、上記軸線方向に直交する径方向に相対的に大きな径方向寸法を有してなる
主部と、
Ｎ−１ヶの結合部であって、
各々の上記主部同士の間に配置されて、上記主部同士を結合し、
隣接する上記主部よりも相対的に小さな径方向寸法を有してなる
結合部と、を備え、
上記主部は、
この主部を単独で取り出したと仮定したとき、基準周波数ｆ0の超音波振動で共振する形態とされてなり、
上記結合部は、
上記基準周波数ｆ0の超音波振動が、この結合部を上記軸線方向に伝わるときの音速をＶｓ、伝わる超音波振動の波長をλｓ（＝Ｖｓ／ｆ0）としたとき、
上記軸線方向の長さＬＳが、０＜ＬＳ＜λｓ／２を満たし、
上記基準周波数ｆ0の付近に、この超音波多周波振動体全体が共振する共振点が、２ヶ以上、Ｎヶ以下現れる周波数特性を有する
超音波多周波振動体。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波多周波振動体であって、
前記Ｎヶの主部は、
いずれも、同材質、同形とされてなる
超音波多周波振動体。
【請求項３】
請求項２に記載の超音波多周波振動体であって、
前記Ｎ−１は複数であり、
前記Ｎ−１ヶの結合部は、
いずれも、同材質、同形である
超音波多周波振動体。
【請求項４】
請求項１に記載の超音波多周波振動体であって、
前記Ｎヶの主部は、
いずれも、同材質、同形で、前記軸線方向を高さ方向とし、基準周波数ｆ0でこの高さ方向に１／２波長共振する円柱形状を有し、
前記Ｎ−１ヶの結合部は、
上記主部よりも径小で、上記軸線方向を高さ方向とし、その長さＬＳがＬＳ＝λｓ／４の円柱形状を有し、
上記Ｎ−１が複数の場合には、上記結合部のいずれもが、同材質、同形であり、
前記基準周波数ｆ0の付近に、この超音波多周波振動体全体が共振する共振点が、Ｎヶ現れる周波数特性を有する
超音波多周波振動体。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の超音波多周波振動体であって、
連結部分の無い一体に形成されてなる
超音波多周波振動体。
【請求項６】
請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の超音波多周波振動体であって、
複数の同形のまたは異形の超音波振動ユニットを互いに連結してなる
超音波多周波振動体。
【請求項７】
請求項６に記載の超音波多周波振動体であって、
前記複数の超音波振動ユニットは、
互いを連結する連結面が、
前記結合部に位置する形態、及び、上記結合部と主部との間に位置する形態、の少なくともいずれかとしてなる
超音波多周波振動体。
【請求項８】
請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の超音波多周波振動体であって、
前記Ｎヶの主部及びＮ−１ヶの結合部のいずれも、超音波振動子を含まない
超音波多周波振動体。
【請求項９】
請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の超音波多周波振動体であって、
前記Ｎヶの主部の少なくともいずれかは、
自身を含む上記超音波多周波振動体を、前記２〜Ｎヶの共振点のうち、少なくとも２つの共振点の共振周波数で、励振可能に構成されてなる超音波振動子を含む
超音波多周波振動体。
【請求項１０】
請求項６または請求項７に記載の超音波多周波振動体をなす複数の前記超音波振動ユニットのうちの１つとなる
超音波振動ユニット。
【請求項１１】
請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の超音波多周波振動体と、
上記超音波多周波振動体を、前記軸線方向の基端側から、前記２〜Ｎヶの共振点のうち、少なくとも２つの共振点の共振周波数で、励振可能に構成されてなる超音波振動源と、を備える
超音波振動装置。
【請求項１２】
被処理物である流体または流体及び被処理物を収容する処理槽と、
上記処理槽内に、少なくとも前記超音波多周波振動体を配置してなる請求項１１に記載の超音波振動装置と、を有する
超音波処理装置。
【請求項１３】
前記超音波多周波振動体を、
このうち前記軸線方向最も先端側の主部の先端面から、被放射物に直接または間接に超音波を放射する形態に配置してなる
請求項１１に記載の超音波振動装置を、または請求項９に記載の超音波多周波振動体を有する
先端面超音波放射装置。
【請求項１４】
前記超音波多周波振動体を、
このうち前記軸線方向最も先端側の主部の先端面から、直接または間接に、被測定物を伝わる超音波を受波する形態に配置してなる
請求項１１に記載の超音波振動装置、または請求項９に記載の超音波多周波振動体を有する
先端面超音波受波装置。
【請求項１５】
前記超音波多周波振動体を含む請求項１１に記載の超音波振動装置、または請求項９に記載の超音波多周波振動体と、
上記超音波多周波振動体のうち、少なくともいずれかの部位に取付けてなる超音波加工工具と、を備える
超音波加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の共振周波数で振動可能な超音波多周波振動体、これに用いる超音波振動ユニット、超音波多周波振動体を用いた超音波振動装置、これを用いた超音波処理装置、先端面超音波放射装置、先端面超音波受波装置、及び、超音波加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、超音波の応用として、液体等に超音波を照射して、乳化、分散、破砕、化学反応促進等を起こさせたり、固体表面を洗浄するなどの処理を行うことが知られている。また、加工工具を超音波振動させて、被処理物を加工する超音波加工機も知られている。また、超音波を媒体中に放射し、また、媒体中を伝わる超音波を受波してこれを検出する魚群探知機などの超音波探査装置や超音波センサも知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、攪拌槽内の槽内壁に、超音波発振子が取り付けられ、超音波が槽中心に向けて放射する反応装置が記載されている。
また、特許文献２には、有底円筒状の反応槽の中心に、超音波エネルギーを放射する円柱状または円筒状の放射体を配置し、放射体の側面、又は他端及び側面を放射面として、反応槽内に超音波を放射する反応装置が記載されている。
さらに、特許文献３には、軸線方向に径小放射部と径大放射部とが交互に並ぶ放射部を備え、この放射部に所定周波数の超音波振動を加えたとき、軸線方向に、径小放射部を腹とし、径大放射部を節とする共振をすると共に、各々の径大放射部で径方向に一次共振し、隣り合う径大放射部同士で逆相に振動する形状を有する超音波放射体、及び、これを用いた超音波処理装置が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２０２２７７号公報（第２頁、図１）
【特許文献２】特開２００３−２０００４２号公報（第２頁、図１）
【特許文献３】特開２００５−１８６０３０号公報（第２頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の反応装置では、槽壁面の一部に超音波発振子を配置し、これから超音波を槽中心に向かって放射するものであり、超音波エネルギーの放射面積も小さいため、層内の超音波音場の分布が不均一になる。また、放射される超音波エネルギーも小さいので、反応の処理量が少ない。また槽内に超音波発振子が配置されており、処理する液体が高温あるいは低温などの場合には、発振子の性能劣化等も危惧される。
【０００６】
また、特許文献２に記載の反応装置では、槽の中心から径方向外側に向かった超音波を放射するため、特許文献１よりも超音波の分布は均一に近けることができる。しかしながら、放射体の先端部分（他面）近傍では、放射体の軸線方向及びこれに直交する径方向には超音波が放射されるが、斜め先端方向には超音波が放射されない。従って、やはり、放射体周囲の超音波の音場分布は不均一となる。
さらに、放射体として、直径がλ／３〜λ／４の円柱状放射体あるいは円筒状放射体を用いている。この程度の細い径を持つ円柱などでは、長さをｎλ／２となるように調整すると、共振による軸線方向の振動が励起され、軸線方向に大きく振動させることができる。従って、この円柱の先端方向へは強い超音波が放射できる。しかし、この円柱は、径が細いため、径方向には共振しておらず、径方向の振動は励起されにくい。具体的には、径方向には、縦振動による伸縮に伴い、ポアソン比に従って、径方向に伸縮する振動が現れるだけである。従って、この放射体を用いても、径方向（側面方向）への超音波振動の強度はさほど大きくできない。
【０００７】
一方、特許文献３の超音波処理装置では、複数の径大放射部及び径小放射部が連なり、それぞれから超音波が放射されるため、超音波音場の分布を均一にしやすい。
しかし、そうであっても、所定周波数の超音波振動を用いるため、処理槽内に定在波が立ちやすく、超音波音場の分布を十分に均一化できず、処理ムラの生じる場合があった。
また、用途によっては、超音波を放射体の一部から放射したい場合もあるが、このような用途にあっても、所定の周波数の超音波を放射するだけでは、やはり定在波が生じるなどの理由により、流体や被処理物の処理が十分でない場合がある。
【０００８】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって、基準周波数の付近に複数の共振点を有し、これらの共振点の周波数で駆動することにより、各周波数の超音波を放射できる超音波多周波振動体を提供することを目的とする。また、これに適した超音波振動ユニットを提供することを目的とする。さらには、この超音波多周波振動体を用いて、複数の共振周波数の超音波を励振可能とした超音波振動装置を提供することを目的とする。さらには、これらを用いて、複数の共振周波数の異なる超音波を用いた超音波処理装置、先端面超音波放射装置、先端面超音波受波装置、及び、超音波加工装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
そして、その解決手段は、軸線方向に延びる形態を有する超音波多周波振動体であって、Ｎヶ（Ｎは２以上の自然数）の主部であって、上記軸線方向に互いに離間して配置され、各主部は、上記軸線方向に直交する径方向に相対的に大きな径方向寸法を有してなる主部と、Ｎ−１ヶの結合部であって、各々の上記主部同士の間に配置されて、上記主部同士を結合し、隣接する上記主部よりも相対的に小さな径方向寸法を有してなる結合部と、を備え、上記主部は、この主部を単独で取り出したと仮定したとき、基準周波数ｆ0の超音波振動で共振する形態とされてなり、上記結合部は、上記基準周波数ｆ0の超音波振動が、この結合部を上記軸線方向に伝わるときの音速をＶｓ、伝わる超音波振動の波長をλｓ（＝Ｖｓ／ｆ0）としたとき、上記軸線方向の長さＬＳが、０＜ＬＳ＜λｓ／２を満たし、上記基準周波数ｆ0の付近に、この超音波多周波振動体全体が共振する共振点が、２ヶ以上、Ｎヶ以下現れる周波数特性を有する超音波多周波振動体である。
【００１０】
本発明の超音波多周波振動体では、２ヶ以上の相対的に径大な主部と、これらの間に位置し相対的に径小の結合部とからなっている。このうち、主部は自身が基準周波数ｆ0で共振する形態とされている。一方、結合部は、軸線方向の長さＬＳが、０＜ＬＳ＜λｓ／２の範囲とされている。そして、この超音波多周波振動体は、この超音波多周波振動体全体が共振することによる共振点が、２〜Ｎヶ現れる周波数特性を有する。
この超音波多周波振動体に、共振点が複数現れる原因は明確ではないが、この形態の超音波多周波振動体は、それぞれ基準周波数ｆ0で共振する複数の主部を、この主部より径小で、かつ、長さがλｓ／２より短いために基準周波数ｆ0では共振しない結合部で、互いに結合した形態となっている。このため、超音波多周波振動体全体として見た場合、各主部の基準周波数ｆ0での固有振動について、縮退が解けて、この基準周波数ｆ0付近に共振点が２〜Ｎヶ現れたものと考えられる。従って、基準周波数ｆ0付近の周波数領域において、主部及び結合部における超音波振動が相互に作用し合って、この超音波多周波振動体全体が共振するモードが、２〜Ｎヶ現れる。
【００１１】
従って、この超音波多周波振動体によれば、Ｎヶの主部及びＮ−１ヶの結合部からなる簡単な形態を有していながら、高調波ではない、複数（２〜Ｎヶ）の共振点を持たせることができる。
このため、本発明の超音波多周波振動体に各共振周波数を有する超音波振動を与えることで、大きな超音波振動を励起し、周囲からあるいは先端面などの部位から、外部に強力な超音波を効率よく放射することができる。また逆に、外部から、超音波を効率よく受波することができる。
【００１２】
しかも、超音波振動として、各共振周波数の超音波振動を順に切り換えて、あるいは、複数の共振周波数が混在した超音波振動を与えることで、１つの超音波多周波振動体でありながら、外部に向けて、異なる周波数の超音波を効率よく放射することができる。
このため、例えば、この超音波多周波振動体を、閉空間内に配置した場合など、この超音波多周波振動体の周囲に定在波音場が形成される状態で使用した場合でも、異なる共振周波数の超音波振動を、順次あるいは同時に発生させることにより、周波数ごとに定在波の腹部及び節部の位置を変えることができ、結局、空間内の超音波音圧の偏りを抑制して、この空間内での超音波音場を均一化し、この超音波による処理（洗浄等）の不均一を抑制することができる。
【００１３】
なお、主部の形態としては、結合部より径大の形態を有し、また、この主部を単独で取り出したと仮定したとき、基準周波数ｆ0の超音波振動で共振する形態とされてなるものである。例えば具体的には、この主部を単独で取り出して周波数特性を測定した場合に、基準周波数ｆ0で、半波長共振、全波長共振、３／２波長共振などのｎ／２波長共振あるいはｎ波長共振（ｎは自然数）する形態を有しているものが挙げられる。この主部の具体的形状としては、例えば、基準周波数ｆ0で高さ方向にｎ／２波長共振する円柱形状あるいは角柱形状、円柱の角部をテーパ状にカットした形状で基準周波数ｆ0で高さ方向あるいは径方向にｎ／２波長共振する形状、基準周波数ｆ0で厚み方向に直交する径方向にｎ／２波長共振する円板（短円柱）形状、基準周波数ｆ0で自身の径方向にｎ／２波長共振する球状、基準周波数ｆ0で自身の径方向にｎ／２波長共振する円環形状などが挙げられる。
また、各主部は、この主部を単独で取り出したと仮定したときに、所定の周波数特性を有する形態であれり、後述するように、１つの主部が単独の超音波振動ユニットを構成したいる場合のほか、結合部あるいは他の主部と一体の部材、さらには、超音波多周波振動体全体が単一の部材をなして、切断等をしなければ、単独の主部を取り出せない形態のものをも含む趣旨である。
さらに、Ｎヶの主部は、上述の条件を満たす範囲で、互いに異なる形状あるいは異なる材質としても良い。但し、互いに同材質で同形状とすると、各主部の製造が容易となる利点がある。
【００１４】
また、結合部の形態としては、主部より相対的に径小の形態とする。例えば具体的には、主部よりも径小の、円柱状、角柱状の形態が挙げられる。また、結合部内において、主部よりも径小である範囲内で、軸線方向に径方向寸法が変化している形態、例えば、軸線方向中央部分に向かうほど徐々に径小とした鼓状や、この逆に徐々に径大とした樽状とすることもできる。
また、その長さＬＳは、０＜ＬＳ＜λｓ／２とする。この結合部を伝わる基準周波数ｆ0の超音波振動の音速をＶｓとしたとき、波長λｓは、λｓ＝Ｖｓ／ｆ0で与えられる。音速Ｖｓは、基準周波数ｆ0の超音波振動を用いて計測するのが好ましいが、音速が変わらない範囲で、他の周波数により計測し、あるいは計測報告されたデータを用いても良い。
さらに、この結合部の長さＬＳは、好ましくは、λｓ／８＜ＬＳ＜３λｓ／８とすると良い。長さＬＳをλｓ／４に近い値とすることで、基準周波数ｆ0の付近に生じさせる共振点の数を増やし、また、超音波多周波振動体の各共振点での動作を確実に行わせることができる。
なお、Ｎ−１ヶの結合部としては、上述の条件を満たす範囲で、互いに異なる形状あるいは異なる材質としても良い。但し、互いに同材質で合同の形状とすると、各結合部の製造が容易となる利点がある。
【００１５】
また、超音波多周波振動体は、自身が、外部からの超音波振動の励振、あるいは自身に含む超音波振動子による励振により、各共振点で超音波振動するものであり、この超音波振動を利用する形態としては、各種の公知の手法によることができる。
即ち、例えば、超音波多周波振動体の主部及び結合部すべてを処理液等を貯留した処理槽内に配置して、超音波多周波振動体の各所から、超音波振動を発生させて、処理槽内で所望の処理を行うものが挙げられる。
また、超音波多周波振動体のうち最も先端側の主部の先端面を処理液に接触させて、この先端面から超音波を放射させて、所望の処理（例えば、乳化など）を起こさせるもの、先端面を処理槽の外壁面に密着させ、この処理槽の外壁を通じて内部の洗浄液等の処理液に超音波を放射して、所望の処理（例えば、各種部品の洗浄など）を行うものも挙げられる。また、最も先端側の主部の先端面を水中に没して直接、あるいは船底等に密着させ、この船底等を介して間接に超音波を水中に放射して、所望の処理（例えば、魚群探知機や超音波探査装置における超音波パルスの放射など）を行うものも挙げられる。気中に、最も先端側の主部の先端面から直接または間接に超音波を放射して、所望の処理（例えば、空中超音波センサにおける送波など）を行うものも挙げられる。
この逆に、水中や気中からの超音波を、直接、あるいは、船底やケース部材を介して間接に、最も先端側の主部の先端面で水中の超音波を受波して、所望の処理（例えば、魚群探知機や超音波探査装置、空中超音波センサにおける超音波パルスの受波及び信号処理など）を行うものも挙げられる。
また、最も先端側の主部の先端面に、加工工具を取り付けて、加工工具に超音波振動を起こさせつつ、所定の加工を行うのに用いるものも挙げられる。
【００１６】
また、超音波多周波振動体としては、各主部及び結合部を、各々ブロック状の超音波振動ユニットとし、これらを締結等により結合して、超音波多周波振動体としても良いし、主部及び結合部が適数個繋がったブロック状の超音波振動ユニットとし、これらを締結等で結合して超音波多周波振動体としても良い。また、全体を一体の部材として形成した超音波多周波振動体とすることもできる。
【００１７】
さらに、超音波多周波振動体全体、あるいは、各主部及び結合部の材質としては、用途等を考慮して適宜の材質を選択すればよいが、例えば、鋼、鋳鉄など鉄系金属材、アルミニウム、ジュラルミンなどアルミニウム系金属材、インコネル、ハステロイ等の耐熱性あるいは耐蝕性を有する金属材や、アルミナ、窒化珪素、シリカ等のセラミック材、石英ガラスその他のガラスを用いることができる。
さらには、主部のいずれかに、圧電素子等からなる超音波振動子を含ませ、外部から励振することなく、超音波多周波振動体を超音波振動させることができるように構成することもできる。
【００１８】
なお、超音波多周波振動体の周波数特性において、基準周波数ｆ0の付近に現れる共振点の数は、主部及び結合部の形態、材質等の組み合わせによって異なるが、この超音波多周波振動体に望まれる性質上、少なくとも、超音波多周波振動体全体が共振する共振点が、２ヶ以上現れる組み合わせとしたものが、本発明の超音波多周波振動体に含まれる。
また、２〜Ｎヶの各共振点の共振周波数の値も、主部及び結合部の形態、材質等の組み合わせによって異なるが、上述のように、基準周波数ｆ0の付近の値となる。例えば具体的には、基準周波数ｆ0に対して、そのズレが、最大でも周波数で±２０％以内の共振周波数を有するものである。
【００１９】
また、請求項１に記載の超音波多周波振動体であって、前記Ｎヶの主部は、いずれも、同材質、同形とされてなる超音波多周波振動体とすると良い。
【００２０】
本発明の超音波多周波振動体では、主部をいずれも同材質、同形としているので、超音波多周波振動体を容易に製造できる利点がある。
また、主部をいずれも同材質、同形とすることで、超音波多周波振動体の対称性が高くなり、各共振点での機械的品質係数Ｑｍが高く、鋭い共振特性を有するものとしやすい。
【００２１】
さらに、請求項２に記載の超音波多周波振動体であって、前記Ｎ−１は複数であり、前記Ｎ−１ヶの結合部は、いずれも、同材質、同形である超音波多周波振動体とすると良い。
【００２２】
本発明の超音波多周波振動体では、主部のみならず、複数の結合部いずれもを、同材質、同形としている。これにより、さらに超音波多周波振動体を容易に製造できる利点がある。
また、主部のみならず、結合部いずれもを同材質、同形とすることで、超音波多周波振動体の対称性がさらに高くなり、各共振点での機械的品質係数Ｑｍが高く、鋭い共振特性を有するものとしやすい。
【００２３】
あるいは、請求項１に記載の超音波多周波振動体であって、前記Ｎヶの主部は、いずれも、同材質、同形で、前記軸線方向を高さ方向とし、基準周波数ｆ0でこの高さ方向に１／２波長共振する円柱形状を有し、前記Ｎ−１ヶの結合部は、上記主部よりも径小で、上記軸線方向を高さ方向とし、その長さＬＳがＬＳ＝λｓ／４の円柱形状を有し、上記Ｎ−１が複数の場合には、上記結合部のいずれもが、同材質、同形であり、前記基準周波数ｆ0の付近に、この超音波多周波振動体全体が共振する共振点が、Ｎヶ現れる周波数特性を有する超音波多周波振動体とすると良い。
【００２４】
本発明の超音波多周波振動体では、Ｎヶの各主部を、同材質、同形で、基準周波数ｆ0で軸線方向を高さ方向とし、この高さ方向に１／２波長共振する円柱形状としている。また、Ｎ−１ヶの結合部を、主部よりも径小で、軸線方向を高さ方向とし、その長さ（高さ）ＬＳがλｓ／４の円柱形状としている。しかも、Ｎ−１が複数の場合には、結合部のいずれも、同材質、同形としている。なお、Ｎ−１が単数（つまり、Ｎ＝２）の場合には、結合部が１つであるのでこのような制限は考える必要がない。そして、この超音波多周波振動体では、基準周波数ｆ0の付近に、この超音波多周波振動体全体が共振する共振点が、Ｎヶ現れる周波数特性を有している。
本発明の超音波多周波振動体は、主部が軸線方向に延びる円柱形状であり、結合部も軸線方向に延びる円柱形状であるので、製造が容易である。特に、主部が互いに同形であり、また、結合部が複数の場合には結合部も互いに同形であるので、製造が容易である。
また、主部のみならず、結合部いずれをも同材質、同形としているので、超音波多周波振動体の対称性が高く、各共振点での機械的品質係数Ｑｍが高く、鋭い共振特性を有するものにできる。
【００２５】
さらに、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の超音波多周波振動体であって、連結部分の無い一体に形成されてなる超音波多周波振動体とすると良い。
【００２６】
本発明の超音波多周波振動体は、連結部分の無い一体の材料、例えば、金属塊、セラミック塊などからなるため、連結部分の連結ネジがゆるんだり、連結部分から超音波多周波振動体の一部が脱落するなどの心配が無く、高温下、低温下、あるいは熱サイクル、熱衝撃などがかかる等の厳しい環境下において使用しても、耐久性、信頼性が良好である。
【００２７】
あるいは、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の超音波多周波振動体であって、複数の同形のまたは異形の超音波振動ユニットを互いに連結してなる超音波多周波振動体とすると良い。
【００２８】
本発明の超音波多周波振動体は、複数の同形または異形の超音波振動ユニットを連結して超音波多周波振動体を構成している。
このため、超音波多周波振動体の形状の変更、修理などに容易に対応することができる。
【００２９】
また、各超音波振動ユニットを形成し、これらを連結して一体化し超音波多周波振動体とする方が、前述のように超音波多周波振動体を連結部分のない一体の部材からなるものとし、金属塊等から切削等で製造するよりも安価となる。また、各超音波振動ユニット毎に共振周波数などの微調整することができるなど、超音波多周波振動体の各部及び全体の周波数調整も容易となる。
【００３０】
なお、この超音波多周波振動体に用いる複数の超音波振動ユニットは、互いに同形であっても異形であっても良い。また、１つの超音波振動ユニット内に、１つの主部が含まれている超音波振動ユニットとしても、複数の主部が（従ってこれらの間の結合部も）含まれている超音波振動ユニットとしても良い。
また、超音波振動ユニット同士の連結は、互いに強固に連結でき、超音波振動を適切に伝送できる手法であれば、いずれの手法でも良い。例えば、互いの連結面にネジ孔を穿設し、連結面同士を突き合わせて、両方のネジ孔に跨るように埋め込んで配置したボルトで締結する手法が挙げられる。また、一方の超音波振動ユニットに雄ネジ部を突設し、他方の超音波振動ユニットにネジ孔を凹設し、これらをネジ止めする手法を取ることもできる。また、接着剤によって接着する、あるいは接着剤による接着とボルト等による締結とを併用することもできる。
【００３１】
さらに、請求項６に記載の超音波多周波振動体であって、前記複数の超音波振動ユニットは、互いを連結する連結面が、前記結合部に位置する形態、及び、上記結合部と主部との間に位置する形態、の少なくともいずれかとしてなる超音波多周波振動体とすると良い。
【００３２】
本発明の超音波多周波振動体では、互いを連結する連結面が、結合部、及び、結合部と主部との間に、の少なくともいずれか位置する形態とした超音波振動ユニットを用いている。
前述したように、主部は、基準周波数ｆ0の超音波振動で共振する形態とする必要がある。もし、１つの主部を２つ以上の超音波振動ユニットから構成されるように分割した場合、たとえこれらの超音波振動ユニットの主部となる部分を互いに密着させて主部を構成したとしても、超音波振動ユニット同士間の界面が存在するため、この界面でロスが生じやすく、一方の超音波振動ユニットから他方の超音波振動ユニットへの超音波エネルギーの伝送が効率よく行いにくい。また、結果として、共振周波数で振動させたとしても大きな振動が得られにくい。
これに比して、結合部は、径方向寸法が主部より小さいため、軸線方向の振動が励起されやすいので、超音波振動ユニット間の結合の界面が結合部内、あるいは、結合部と主部との境界部分に位置するようにすることで、主部に界面を形成する場合よりも、少ないロスで、超音波振動を超音波振動ユニット間で伝えることができる。かくして、一方の超音波振動ユニットから他方の超音波振動ユニットへの超音波エネルギーの伝送を、効率よく行うことができる。
【００３３】
あるいは、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の超音波多周波振動体であって、前記Ｎヶの主部及びＮ−１ヶの結合部のいずれも、超音波振動子を含まない超音波多周波振動体とすると良い。
【００３４】
一般に、圧電素子等を使用する超音波振動子は、電極間などの絶縁性を保持する必要があり、また、薬液等からの腐食等を考慮する必要がある。また、外部からの物体の衝突などから保護する必要がある。また、高温あるいは低温での駆動により特性の低下が生じるなど、熱的特性にも考慮を払う必要がある。
これに対し、本発明の超音波多周波振動体は、主部及び結合部に、このような超音波振動子を含んでいない。このため、この超音波多周波振動体は、主部及び結合部を、その材質に応じた範囲で、直接、処理液等の液体、あるいは、洗浄液及び被処理物などの中に浸漬したり、高温や低温の処理流体中に浸漬あるいは露出するなどが可能となる。また、このようにして、周囲のこれら処理液等の流体に、強力な超音波を効率よく放射することができる。また逆に、外部から超音波を効率よく受波することができる。
【００３５】
さらに、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の超音波多周波振動体であって、前記Ｎヶの主部の少なくともいずれかは、自身を含む上記超音波多周波振動体を、前記２〜Ｎヶの共振点のうち、少なくとも２つの共振点の共振周波数で、励振可能に構成されてなる超音波振動子を含む超音波多周波振動体とすると良い。
【００３６】
本発明の超音波多周波振動体は、主部の少なくともいずれかに超音波振動子を含んでいる。このため、この超音波振動子で、少なくとも２つの共振点の共振周波数について、各々の共振周波数を有する超音波振動を順に、または、複数の共振周波数を含む１つの波形に含む超音波振動を、超音波多周波振動体に発生させることができ、これらの周波数を有する超音波を外部に放射することができる。
しかも、この超音波多周波振動体では、自身の主部に超音波振動子を含んでいるから、取り扱い容易でである。また、外部から他の超音波振動子によりに励振する必要が無く、全体として、構造が簡単で、安価にできる。
【００３７】
なお、主部に含ませる超音波振動子としては、公知の圧電素子、電歪素子、磁歪素子、あるいは、これらを用いた各種形態の超音波振動子を用いることができる。例えば、板形状（円板形状、角板形状）、あるいは柱形状（円柱形状、角柱形状）の圧電素子、電歪素子、磁歪素子のほか、これらの素子を金属板等で挟んだランジュバン型の超音波振動子、さらにこれらをボルトで締結したボルト締めランジュバン型超音波振動子などが挙げられる。
また、超音波振動子は、主部に含まれていれば良く、１つの主部全体が１つの超音波振動子として構成されていても、主部の一部が１つの超音波振動子として構成されていても良い。
【００３８】
さらに他の解決手段は、請求項６または請求項７に記載の超音波多周波振動体をなす複数の前記超音波振動ユニットのうちの１つとなる超音波振動ユニットである。
あるいは、少なくとも前記軸線方向の端部に、同形のまたは異形の他の超音波振動ユニットまたは超音波振動源を連結可能とする連結構造を有し、上記他の超音波振動ユニットと連結することにより、請求項６または請求項７に記載の超音波多周波振動体の一部をなす超音波振動ユニットとするのが好ましい。
【００３９】
本発明の超音波振動ユニットを用いることにより、超音波多周波振動体の用途、例えば、処理槽の形状や処理槽内の音場分布、超音波振動源から供給される超音波振動エネルギーの多寡などに応じて、適宜の形状のユニットを選択して、適切な性能・特性を持つ超音波多周波振動体を形成することができる。
【００４０】
さらに他の解決手段は、請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の超音波多周波振動体と、上記超音波多周波振動体を、前記軸線方向の基端側から、前記２〜Ｎヶの共振点のうち、少なくとも２つの共振点の共振周波数で、励振可能に構成されてなる超音波振動源と、を備える超音波振動装置である。
【００４１】
本発明の超音波振動装置では、前述の超音波多周波振動体とこれに超音波振動を与える超音波振動源とを備えている。
従って、この超音波振動装置では、超音波振動源を用いて、超音波多周波振動体を、２つ以上の周波数で超音波振動させることで、この超音波多周波振動体から、これらの周波数を有する超音波を放射させることができる。
【００４２】
なお、超音波振動源としては、ボルト締めランジュバン型超音波振動子など公知の超音波振動子や、このような超音波振動子とこれに接続され超音波エネルギーを伝送するための超音波伝送体とからなるものなどが挙げられる。また、複数の超音波振動子とこれらの振動エネルギーを集積して超音波多周波振動体に伝送するためのパワー合成装置とからなる超音波振動源も含まれる。
【００４３】
また、請求項１１に記載の超音波振動装置であって、超音波振動源は、前記少なくとも２つの共振点の共振周波数について、各々の上記共振周波数を有する超音波振動を順に、または、複数の上記共振周波数を含む超音波振動を、上記超音波多周波振動体に与える超音波振動源である超音波振動装置とすると好ましい。
【００４４】
この超音波振動装置では、少なくとも２つの共振点の共振周波数の超音波振動を順に、または、複数の共振周波数を含む１つの波形に含む超音波振動を、超音波多周波振動体に与えるので、超音波多周波振動体の各部から、あるいは最も先端側の主部の先端面から、２つ以上の周波数を有する超音波を放射することができる。
【００４５】
さらに、被処理物である流体または流体及び被処理物を収容する処理槽と、上記処理槽内に、少なくとも前記超音波多周波振動体を配置してなる請求項１１に記載の超音波振動装置と、を有する超音波処理装置とすると良い。
【００４６】
本発明の超音波処理装置では、処理槽と、処理槽内に前述の超音波多周波振動体を配置してなる超音波振動装置とを備えている。このため、超音波多周波振動体の各所から超音波を放射できるので、処理槽内に広い範囲に亘って均一な超音波の音場を作ることができる、処理槽内で、多くの被処理物を適切に超音波処理することができる。
しかも、超音波振動装置の超音波振動源あるいは超音波多周波振動体に含まれる超音波振動子は、超音波多周波振動体の２〜Ｎヶの共振点のうち、少なくとも２つの共振点の共振周波数について励振可能としてなる。
このため、超音波振動源あるいは超音波振動子を励振して、各々の共振周波数を有する超音波振動を順に、または、複数の共振周波数を含む１つの波形に含む超音波振動を、超音波多周波振動体に生じさせることで、処理槽内に生じる定在波による超音波音場の分布の不均一化を抑制し、さらに処理ムラ等を抑制することができる。
【００４７】
なお、被処理物としては、気体、液体のほか、流動体（流動性のある固体と液体の混合物など）、超臨界流体などの流体が挙げられる。また、水や溶剤、洗浄液などの液体その他の流体と、この液体（流体）中に浸漬された機械部品等の浸漬物とからなる、流体と浸漬物との組み合わせも挙げられる。
また、この超音波処理装置による処理としては、被処理物に対して超音波を照射することによって、所望の変化を被処理物に与えられる処理で有ればいずれの処理をも含む。例えば、超音波によるキャビテーション、振動加速度、直進流などの物理的作用及び化学反応促進作用を利用したもの、例えば、超音波洗浄や、超音波ホモジナイザ、ソノケミストリなどの液体処理が挙げられる。さらに具体的には、超音波の照射による、被洗浄物の一般洗浄や精密洗浄、乳化、分散、破砕、脱泡、化学反応の促進、汚泥処理、ＰＣＢ処理など有害物質の分解・無害化、殺菌、燃料改質、バイオプロセスや電気化学プロセスにおける各種処理などが挙げられる。
【００４８】
あるいは、前記超音波多周波振動体を、このうち前記軸線方向最も先端側の主部の先端面から、被放射物に直接または間接に超音波を放射する形態に配置してなる請求項１１に記載の超音波振動装置を、または請求項９に記載の超音波多周波振動体を有する先端面超音波放射装置とすると良い。
【００４９】
本発明の先端面超音波放射装置では、超音波多周波振動体を、このうち軸線方向最も先端側の主部の先端面から、被放射物に直接または間接に超音波を放射する形態に配置してなる。
このため、超音波多周波振動体の軸線方向最も先端側の主部の先端面から、効率よく強い超音波を放射できる。
しかも、超音波振動装置の超音波振動源あるいは超音波多周波振動体に含まれる超音波振動子は、超音波多周波振動体の２〜Ｎヶの共振点のうち、少なくとも２つの共振点の共振周波数について励振可能としてなる。
このため、超音波振動源あるいは超音波振動子を励振して、各々の共振周波数を有する超音波振動を順に、または、複数の共振周波数を含む１つの波形に含む超音波振動を、超音波多周波振動体に生じさせることで、順次あるいは同時に、複数の共振周波数の超音波を放射することができる。
【００５０】
なお、被放射物としては、超音波の放射を受ける物で有ればよい。このような超音波の放射を受けて、所望の変化を生じる前述の被処理物のほか、自身は変化せず内部を超音波が伝搬する媒体も挙げられる。従って、具体的には、気体、液体のほか、流動体（流動性のある固体と液体の混合物など）、超臨界流体などの流体、また、超音波探傷などの対象としての金属体などの固体が挙げられる。また、水や溶剤、洗浄液などの液体その他の流体と、この液体（流体）中に浸漬された機械部品等の浸漬物とからなる、流体と浸漬物との組み合わせも挙げられる。また、媒体として作用する気体、液体、固体等も挙げられる。
また、上記から判るように、この先端面超音波放射装置としては、放射された超音波によって、前述のようにして被処理物を処理する各種の超音波処理装置が挙げられる。また、魚群探知機など超音波探査装置や超音波センサ、超音波探傷装置など、水中などの液中、あるいは気中、あるいは固体中へ超音波を放射する装置も含まれる。
【００５１】
あるいは、前記超音波多周波振動体を、このうち前記軸線方向最も先端側の主部の先端面から、直接または間接に、被測定物を伝わる超音波を受波する形態に配置してなる請求項１１に記載の超音波振動装置、または請求項９に記載の超音波多周波振動体を有する先端面超音波受波装置とすると良い。
【００５２】
本発明の先端面超音波受波装置では、超音波多周波振動体を、このうち軸線方向最も先端側の主部の先端面から、被測定物を伝わる超音波を受波する形態に配置してなる。
このため、１つの超音波多周波振動体で、この先端面から、被測定物を伝わる超音波のうち、複数の共振周波数の超音波を効率よく受波できる。
【００５３】
なお、被測定物としては、超音波が伝わり、超音波多周波振動体のうち軸線方向最も先端側の主部の先端面でこの超音波を受波できる物で有ればよく、自身は変化せず内部を超音波が伝搬する媒体、例えば、気体、液体、固体等が挙げられる。
また、この先端面超音波受波装置としては、被測定物を伝わる超音波を受波し、所定の処理を行う装置である。例えば、魚群探知機など超音波探査装置や超音波センサ、超音波探傷装置など、水中などの液中、あるいは気中、あるいは固体中からの超音波を受波する装置が含まれる。
【００５４】
さらに、前記超音波多周波振動体を含む請求項１１に記載の超音波振動装置、または請求項９に記載の超音波多周波振動体と、上記超音波多周波振動体のうち、少なくともいずれかの部位に取付けてなる超音波加工工具と、を備える超音波加工装置とすると良い。
【００５５】
本発明の超音波加工装置では、超音波多周波振動体の少なくともいずれかの部位（例えば、軸線方向最も先端側の主部の先端面に）、超音波加工工具を取り付けてなる。
このため、超音波加工工具に超音波を効率よく伝え、所望の加工を効率よく行わせることができる。
しかも、１つの超音波多周波振動体を用いながら、超音波加工工具に、複数の共振周波数の超音波振動を与えることができるので、加工される場所や精度の偏りを防止し、より均一な加工を行うことができる。
【００５６】
なお、超音波加工工具としては、超音波振動が与えられることにより、超音波振動がない場合に比して、被加工物に付加的なあるいは主位的な作用を加えることができる、あるいは、加工時の摩擦力や応力低減など何等かの効果を得ることができるように構成された加工工具であれば良い。具体的には、超音波を伴って、例えば、切断、切削、研削、研磨、孔明け、ネジ立て、ふるい通しなどを行う加工工具が挙げられ、さらに具体的には、のこぎり、ナイフ、ヤスリ、ドリル、リーマ、タップ、篩などが挙げられる。
また、この超音波加工装置としては、超音波加工工具の１種または複数種を取り付けてなるものであればよいが、各超音波加工工具を交換可能に構成されてなる物が好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５７】
（実施形態１）
本発明の実施の形態に関する第１の実施形態を、図１〜図４を参照して説明する。
本実施形態１に係る超音波処理装置１は、超音波振動を生じる超音波振動装置２、これを駆動する超音波発振回路５、及び、処理槽６０からなる。
このうち、超音波振動装置２は、超音波多周波振動体１０と、この超音波多周波振動体１０に超音波振動を与える超音波振動源３０とを含む。この超音波振動源３０は、圧電セラミックを用いた公知のボルト締めランジュバン型超音波振動子３１と、これによって発生させた超音波振動を超音波多周波振動体１０に伝送するための公知の超音波伝送体３２とからなる。また、超音波発振回路５は、超音波振動子３１を２種類の所定周波数ｆB1，ｆB2で駆動するため公知の駆動回路である。
【００５８】
超音波振動源３０の超音波振動子３１及び超音波伝送体３２は、軸線ＡＸに沿って互いに同軸に配置され、連結ネジ３６によって互いに連結されている。また、超音波放射体１０は、超音波伝送体３０の先端（図１（ｂ）中、下端）と、連結ネジ７によって連結されている。
【００５９】
超音波多周波振動体１０は、超音波伝送体３２のうちフランジ３２Ｆよりも先端側（図１（ｂ）中、下方）の一部と共に、処理槽６０内に配置され、この処理槽６０内に満たされた被処理流体Ｐに浸漬されている。この超音波超音波振動源３０から伝えられた超音波振動により、処理槽６０内の被処理流体Ｐに超音波を放射して、この被処理流体Ｐについて所望の処理（乳化、分散、破砕等）を行う。なお、処理槽６０は、処理槽本体６１と、この処理槽本体６１の側面のうち高さ方向略中央に接続され、被処理流体Ｐを処理槽本体６１内に流入させる流入管６２と、処理槽本体６１の側面のうち上部と下部に接続され、処理された被処理流体Ｐを処理槽本体６１から排出する２本の排出管６３Ａ，６３Ｂとからなる。
【００６０】
この超音波多周波振動体１０は、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）の金属塊を削り出しによって作成してなる金属ブロック体であり、図２に示すように、２つの径大な主部１１Ａ，１１Ｂと、これらの間をつなぐ相対的に径小の結合部１２Ａとを有している。従って、主部１１Ａ、結合部１２Ａ、及び主部１１Ｂは、連結部分が無く、同じ材質からなる一体の部材（超音波多周波振動体１０）からなる。
このため、この超音波多周波振動体１０では、連結部分の連結ネジがゆるんだり、連結部分から超音波多周波振動体の一部が脱落するなどの虞が無く、また、高温下、低温下、あるいは熱サイクル、熱衝撃などがかかる等の厳しい環境下において使用しても、耐久性、信頼性が良好である。
【００６１】
超音波多周波振動体１０のうち主部１１Ａ，１１Ｂは、それぞれ、直径ＤＤ１，ＤＤ２が４０ｍｍφ、高さ（軸線ＡＸ方向の長さ）ＬＤ１，ＬＤ２が９０ｍｍの円柱形状である。従って、主部１１Ａと１１Ｂは、同一材質で、互いに合同な形状を有している。このように、主部１１Ａ，１１Ｂをいずれも同材質、同形としているので、超音波多周波振動体１０を容易に製造できる。
また、主部１１Ａ，１１Ｂをいずれも同材質、同形とすることで、超音波多周波振動体１０の対称性が高くなり、後述する各共振点Ｂ１，Ｂ２での機械的品質係数Ｑｍが高く、鋭い共振特性を有するものとしやすい。
【００６２】
超音波多周波振動体１０に用いたステンレスでは、その径が４０ｍｍφ程度の場合に軸線方向に伝わる超音波の音速Ｖｄは、Ｖｄ＝４９００ｍ／ｓである。従って、超音波の周波数を、基準周波数ｆ０（＝２７．２２ｋＨｚ）とすれば、その超音波の波長λｄはλｄ＝１８０ｍｍ(=4900／27220)である。従って、この主部１１Ａ，１１Ｂそれぞれを、単体で取り出したと仮定した場合、即ち、各主部１１Ａ，１１Ｂに相当する40φ×90Hの円柱形状のステンレスからなる金属体を形成したと仮定した場合に、これに基準周波数ｆ0（＝２７．２２ｋＨｚ）を加えたとき、この主部１１Ａ，１１Ｂ（金属体）は、その高さ方向（軸線ＡＸ方向）に半波長共振（１／２波長共振）する形態とされている（ＬＤ１＝ＬＤ２＝λｄ／２）。
【００６３】
主部１１Ａのうち、軸線ＡＸ方向基端側（図２中、上方）の基端側面１１ＡＫには、超音波振動源３０（超音波伝送体３２）と連結するための、ネジ孔１１ＡＫＮが形成されており、前述のように、連結ネジ３７によって、超音波伝送体３２と連結させる。
この逆に、主部１１Ｂのうち、軸線ＡＸ方向先端側（図２中、下方）の先端側面１１ＢＳは、平坦にされている。
【００６４】
一方、主部１１Ａの先端側面１１ＡＳと主部１１Ｂの基端側面１１ＢＫとの間に介在する結合部１２Ａは、直径ＤＳ１が１５ｍｍφ、高さ（軸線ＡＸ方向の長さ）ＬＳ１が４５ｍｍの円柱形状である。
超音波多周波振動体１０に用いたステンレスでは、その径が１５ｍｍφ程度の場合、軸線方向の音速ＶｓはＶｓ＝４９００ｍ／ｓである。従って、超音波の周波数を、基準周波数ｆ０（＝２７．２２ｋＨｚ）とすれば、その超音波の波長λｓはλｓ＝１８０ｍｍ(=4900／27220)である。従ってこの結合部１２Ａ単体（15φ×45H）で見た場合、基準周波数ｆ0（＝２７．２２ｋＨｚ）を加えたとき、この結合部１２Ａは、その高さ方向（軸線ＡＸ方向）の高さ（長さ）ＬＳ１は、これを伝わる超音波の波長λｓの１／４（ＬＳ１＝λｓ／４）となっていることが判る。従って、この結合部１２Ａは、基準周波数ｆ0では共振しない。
【００６５】
この超音波多周波振動体１０について、軸線方向の縦振動系とみなして、分布定数回路で等価回路表示して解析を行うと共に、有限要素法によるモーダル解析を行った。図３に、超音波多周波振動体の周波数特性（インピーダンス特性）を示す。また、図４に、各共振点Ｂ１，Ｂ２の共振周波数ｆB1，ｆB2で超音波多周波振動体１０を励振した場合の、各部の軸線方向の変位の様子を示す。
【００６６】
図３の周波数特性のグラフによれば、この超音波多周波振動体１０は、主部１１Ａ、１１Ｂ単体の共振周波数である基準周波数ｆ0（＝２７．２２ｋＨｚ）では共振せず、この基準周波数ｆ0の付近、具体的には、基準周波数ｆ0の下及び上に、１つづつ共振点Ｂ１，Ｂ２が現れることがわかる。各共振点Ｂ１，Ｂ２の共振周波数ｆB1及びｆB2は、それぞれ、ｆB1＝２６．１２ｋＨｚ，ｆB2＝２８．３３ｋＨｚとなることが判る。
【００６７】
また、図４（ａ）によれば、共振点Ｂ１で駆動した場合（Ｂ１モードの場合）、２つの主部１１Ａと１１Ｂとが逆相に振動（伸縮）し、これらの間の結合部１２Ａは、２つの主部１１Ａと１１Ｂとの間で軸線方向に大きく移動する形態で振動することが判る。
一方、図４（ｂ）によれば、共振点Ｂ２で駆動した場合（Ｂ２モードの場合）、２つの主部１１Ａと１１Ｂとは同相に振動（伸縮）し、これらの間の結合部１２Ａは、２つの主部１１Ａ，１１Ｂとの間で逆相で伸縮する形態で振動することが判る。なお、このＢ２モードの場合、結合部１２Ａがあたかも１つの共振体のように振る舞うことが判る。
【００６８】
本実施形態１の超音波多周波振動体１０が、何故２つの共振点Ｂ１，Ｂ２を有する周波数特性となるかについて、詳細は不明であるが、以下ではないかと考えられる。即ち、超音波多周波振動体１０は、径大で大きな体積（重量）を有し、基準周波数ｆ0で共振する主部１１Ａ，１１Ｂを２つ有している。これらの間に、径小で小さな体積（重量）で、基準周波数主部ｆ0で共振しない結合部１２Ａが介在している。このため、超音波多周波振動体１０全体として見た場合、各主部１１Ａ，１１Ｂの基準周波数ｆ0での固有振動について、縮退が解けて、この基準周波数ｆ0付近に２つの共振点Ｂ１，Ｂ２が現れたものと考えられる。
いずれにしても、本実施形態１の超音波多周波振動体１０は、２つの共振点Ｂ１，Ｂ２の共振周波数ｆB1及びｆB2で共振し、大きく振動することが判る。
【００６９】
そこで、本実施形態１に係る超音波処理装置１において、超音波発振回路５で、共振周波数ｆB1あるいはｆB2を有する駆動波形で超音波振動子３１を駆動すると、超音波多周波振動体１０の主部１１Ａ，１１Ｂ及び結合部１２Ａが、図４（ａ）（ｂ）に示すように振動する。かくして、処理槽６０内において、その周囲に超音波を放射することができる。
本実施形態１の超音波多周波振動体１０は、図１，図２に示したように、２つの主部１１Ａ，１１Ｂ及び結合部１２Ａを連結した、軸線ＡＸ方向に延びた形状を有し、振動モード（図４（ａ）（ｂ）参照）に応じて、各部が軸線ＡＸ方向に大きく振動するので、各部から、特に、各主部１１Ａ，１１Ｂの基端側面１１ＡＫ，１１ＢＫ、及び先端側面１１ＡＳ，１１ＢＳから、強い超音波が放射される。このため、処理槽６０内の超音波音場の大きさを均一としやすい。
【００７０】
しかも、一方の周波数（例えば共振周波数ｆB1）の超音波を放射させた場合に、処理槽６０内に生じる定在波と、他方の周波数（例えば共振周波数ｆB2）の超音波を放射させた場合に、処理槽６０内に生じる定在波とでは、節や腹の位置が異なる。
このため、超音波発振回路５で、共振周波数ｆB1を有する駆動波形の信号と、共振周波数ｆB2を有する駆動波形の信号とを、交互に切り換えて発生させるようにすれば、処理槽６０内に生じる定在波の位置が一定せず、さらに、処理槽６０内の超音波音場の大きさを均一としやすい。
あるいは、超音波発振回路５によって、共振周波数ｆB1の成分と共振周波数ｆB2の成分の両者を含む駆動波形で、超音波振動子３１を駆動した場合には、処理槽６０内に定在波が生じにくく、さらに、処理槽６０内の超音波音場の大きさを均一としやすい。
【００７１】
なお、本実施形態１の超音波処理装置１における処理としては、被処理流体Ｐに対して超音波を照射することによって、この被処理流体に何等かの変化を与えられる処理であれば良く、例えば、被処理流体Ｐに関する乳化、分散、脱泡、化学反応の促進、汚泥処理、ＰＣＢ処理など有害物質の分解・無害化、殺菌、燃料改質、バイオプロセスや電気化学プロセスにおける各種処理などが挙げられる。また、被処理流体Ｐと共に他の被処理物を処理槽６０内に投入することにより、被処理物（被洗浄物）の一般洗浄や精密洗浄、破砕などを行わせることもできる。
【００７２】
（変形形態１）
ついで、実施形態１の第１の変形形態を、図５〜図７を参照して説明する。本変形形態１は、実施形態１とは、超音波多周波振動体の形態が異なるのみであり、他は同様であるので、本変形形態１にかかる超音波多周波振動体１１０の形態及び周波数特性等の説明を主として行う。
【００７３】
この超音波多周波振動体１１０も、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）の金属塊を削り出しによって一体に作成してなる金属ブロック体であり、図５に示すように、３つの径大な主部１１１Ａ，１１１Ｂ，１１１Ｃと、これらの間をつなぐ２つの相対的に径小の結合部１１２Ａ，１１２Ｂとを有している。
【００７４】
超音波多周波振動体１１０のうち主部１１１Ａ，１１１Ｂ，１１１Ｃは、それぞれ、直径ＤＤ１，ＤＤ２，ＤＤ３が４０ｍｍφ、高さ（軸線ＡＸ方向の長さ）ＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３が９０ｍｍの円柱形状である。従って、３つの主部１１１Ａ，１１１Ｂ，１１１Ｃは、同一材質で、互いに合同な形状を有している。このように、主部１１１Ａ，１１１Ｂ，１１１Ｃをいずれも同材質、同形としているので、超音波多周波振動体１１０を容易に製造できる。
また、主部１１１Ａ，１１１Ｂ，１１１Ｃをいずれも同材質、同形とすることで、超音波多周波振動体１１０の対称性が高くなり、後述する各共振点Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３での機械的品質係数Ｑｍが高く、鋭い共振特性を有するものとしやすい。
【００７５】
超音波多周波振動体１１０でも、４０ｍｍφ程度の棒中をその軸線方向に伝わる基準周波数ｆ０（＝２７．２２ｋＨｚ）の超音波の音速ＶｄはＶｄ＝４９００ｍ／ｓ、波長λｄはλｄ＝１８０ｍｍであるため、それぞれの主部１１１Ａ，１１１Ｂ，１１１Ｃ単体（40φ×90H）で見たとき、各主部１１１Ａ，１１１Ｂ，１１１Ｃは、基準周波数ｆ0（＝２７．２２ｋＨｚ）で、軸線ＡＸ方向に半波長共振する形態とされている（ＬＤ１＝ＬＤ２＝ＬＤ３＝λｄ／２）。
【００７６】
なお、主部１１１Ａの基端側面１１１ＡＫにも、超音波伝送体３２と連結するための、ネジ孔１１１ＡＫＮが形成されている。この逆の主部１１１Ｃの先端側面１１１ＣＳは、平坦にされている。
【００７７】
一方、結合部１１２Ａ，１１２Ｂは、それぞれ直径ＤＳ１，ＤＳ２が１５ｍｍφ、高さ（軸線ＡＸ方向の長さ）ＬＳ１，ＬＳ２が４５ｍｍの円柱形状である。従って、２つの結合部１１２Ａ，１１２Ｂは、同一材質で、互いに合同な形状を有している。このように、超音波多周波振動体１１０では、主部のみならず、複数の結合部１１２Ａ，１１２Ｂをいずれも、同材質、同形としている。これにより、さらに超音波多周波振動体１１０を容易に製造できる利点がある。
また、主部のみならず、結合部１１２Ａ，１１２Ｂをいずれも同材質、同形とすることで、超音波多周波振動体１１０の対称性がさらに高くなり、各共振点Ｃ１〜Ｃ３での機械的品質係数Ｑｍが高く、鋭い共振特性を有するものとしやすい。
【００７８】
超音波多周波振動体１１０でも、１５ｍｍφ程度の棒中を軸線方向に伝わる基準周波数ｆ０（＝２７．２２ｋＨｚ）の超音波の音速ＶｓはＶｓ＝４９００ｍ／ｓ、波長λｓはλｓ＝１８０ｍｍである。従って、結合部１１２Ａ，１１２Ｂ単体（15φ×45H）で見た場合、基準周波数ｆ0（＝２７．２２ｋＨｚ）を加えたとき、結合部１１２Ａ，１１２Ｂは、その高さ方向（軸線ＡＸ方向）に、基準周波数ｆ0の超音波の波長λｓに対し、ちょうどその１／４の長さ（ＬＳ１＝ＬＳ２＝λｓ／４）となっていることが判る。従って、この結合部１１２Ａ，１１２Ｂは、基準周波数ｆ0では共振しない。
【００７９】
この超音波多周波振動体１１０について、軸線方向の縦振動系とみなして、分布定数回路で等価回路表示して解析を行うと共に、有限要素法によるモーダル解析を行った。図６に、超音波多周波振動体の周波数特性（インピーダンス特性）を示す。また、図７に、各共振点Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３の共振周波数ｆC1，ｆC2，ｆC3で超音波多周波振動体１１０を励振した場合の、各部の軸線方向の変位の様子を示す。
【００８０】
図６の周波数特性のグラフによれば、この超音波多周波振動体１１０は、主部１１１Ａ、１１１Ｂ，１１１Ｃ単体の共振周波数である基準周波数ｆ0（＝２７．２２ｋＨｚ）の付近、具体的には、基準周波数ｆ0あるいはそのごく近傍に１つ、さらに基準周波数ｆ0の下及び上に１づつの合計３つの共振点Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３が現れることが判る。各共振点Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３の共振周波数ｆC1，ｆC2，及びｆC3は、それぞれ、ｆC1＝２５．６９ｋＨｚ，ｆC2＝２７．２３ｋＨｚ、ｆC3＝２８．７６ｋＨｚとなることが判る。
【００８１】
また、図７（ａ）によれば、共振点Ｃ１で駆動した場合（Ｃ１モードの場合）、３つの主部１１１Ａ，１１１Ｂ，１１１Ｃが順に逆相に振動（伸縮）する。また、これらの間の２つの結合部１１２Ａ，１１２Ｂは、これを挟む２つの主部の間で軸線方向に大きく移動する形態で振動することが判る。
【００８２】
次に、図７（ｂ）によれば、共振点Ｃ２で駆動した場合（Ｃ２モードの場合）、両端の主部１１１Ａと１１１Ｃとは、逆相であるが大きく振動（伸縮）する一方、中央の主部１１１Ｂはあまり振動しないことが判る。また、これらの間の結合部１１２Ａ，１１２Ｂは、両端の主部１１１Ａあるいは主部１１１Ｃの振動に連れて伸縮する形態で振動することが判る。
【００８３】
さらに、図７（ｃ）によれば、共振点Ｃ３で駆動した場合（Ｃ３モードの場合）、３つの主部１１１Ａ，１１１Ｂ，１１１Ｃは互いに同相に振動（伸縮）し、これらの間の２つの結合部１１２Ａ，１１２Ｂは、それぞれ、これらを挟む２つの主部の間で逆相で伸縮する形態で振動することが判る。なお、このＣ３モードの場合、結合部１１２Ａ，１１２Ｂ、それぞれがあたかも１つの共振体のように振る舞うことが判る。
【００８４】
本変形形態１の超音波多周波振動体１１０が、何故３つの共振点Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３を有する周波数特性となるかについて、詳細は不明であるが、いずれにしても、本変形形態１の超音波多周波振動体１１０は、３つの共振点Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３の共振周波数ｆC1，ｆC2，及びｆC3で共振し、大きく振動することが判る。
【００８５】
そこで、本変形形態１に係る超音波多周波振動体１１０を、前述の実施形態１に係る超音波処理装置１と同様な超音波処理装置に適用し、超音波振動子３１を共振周波数ｆC1，ｆC2，あるいはｆC3で励振すれば、処理槽内において、その周囲に超音波を放射することができる。
本変形形態１の超音波多周波振動体１１０は、図７（ａ）〜（ｃ）に示したように、各部が軸線ＡＸ方向に大きく振動するので、各部から、特に、各主部１１１Ａ，１１１Ｂ，１１１Ｃの基端側面１１１ＡＫ，１１１ＢＫ，１１１ＣＫ、及び先端側面１１１ＡＳ，１１１ＢＳ，１１１ＣＳから超音波が放射される。このため、処理槽内の超音波音場の大きさを均一としやすい。
【００８６】
しかも、３つのうちのいずれかの共振周波数（例えば共振周波数ｆC1）の超音波を放射させた場合に、処理槽内に生じる定在波と、他の共振周波数（例えば共振周波数ｆC2）の超音波を放射させた場合に、処理槽内に生じる定在波とでは、節や腹の位置が異なる。
このため、超音波発振回路で、３つの共振周波数のうち少なくとも２つの共振周波数を選択し、これらの共振周波数を有する駆動波形の信号を、順に切り換えて発生させるようにすれば、処理槽内に生じる定在波の位置が一定せず、さらに、処理槽内の超音波音場の大きさを均一としやすい。
あるいは、超音波発振回路によって、３つの共振周波数のうち少なくとも２つの共振周波数を選択し、これらの共振周波数の成分を共に含む駆動波形の信号で、超音波振動子３１を駆動した場合には、処理槽内に定在波が生じにくく、さらに、処理槽内の超音波音場の大きさを均一としやすい。
【００８７】
（変形形態２）
ついで、実施形態１の第２の変形形態を、図８〜図１０を参照して説明する。本変形形態２は、実施形態１及び変形形態１と、超音波多周波振動体の形態が異なるのみであり、他は同様であるので、本変形形態２にかかる超音波多周波振動体２１０の形態及び周波数特性等の説明を主として行う。
【００８８】
この超音波多周波振動体２１０も、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）の金属塊を削り出しによって一体に作成してなる金属ブロック体であり、図８に示すように、４つの径大な主部２１１Ａ，２１１Ｂ，２１１Ｃ，２１１Ｄと、これらの間をつなぐ３つの相対的に径小の結合部２１２Ａ，２１２Ｂ，２１２Ｃとを有している。
【００８９】
超音波多周波振動体２１０のうち主部２１１Ａ，２１１Ｂ，２１１Ｃ，２１１Ｄは、それぞれ、直径ＤＤ１〜ＤＤ４が４０ｍｍφ、高さ（軸線ＡＸ方向の長さ）ＬＤ１〜ＬＤ４が９０ｍｍの円柱形状である。従って、４つの主部２１１Ａ，２１１Ｂ，２１１Ｃ，２１１Ｄは、同一材質で、互いに合同な形状を有している。
超音波多周波振動体２１０でも、それぞれの主部２１１Ａ，２１１Ｂ，２１１Ｃ，２１１Ｄ単体（40φ×90H）で見たとき、各主部２１１Ａ，２１１Ｂ，２１１Ｃ，２１１Ｄは、基準周波数ｆ0で、軸線ＡＸ方向に半波長共振する形態とされている（ＬＤ１＝ＬＤ２＝ＬＤ３＝ＬＤ４＝λｄ／２）。
【００９０】
なお、主部２１１Ａの基端側面２１１ＡＫにも、超音波伝送体３２と連結するための、ネジ孔２１１ＡＫＮが形成されている。この逆の主部２１１Ｄの先端側面２１１ＤＳは、平坦にされている。
【００９１】
一方、結合部２１２Ａ，２１２Ｂ，２１２Ｃは、いずれも、直径ＤＳ１，ＤＳ２，ＤＳ３が１５ｍｍφ、高さ（軸線ＡＸ方向の長さ）ＬＳ１，ＬＳ２，ＬＳ３が４５ｍｍの円柱形状である。従って、３つの結合部２１２Ａ，２１２Ｂ，２１２Ｃは、同一材質で、互いに合同な形状を有している。
超音波多周波振動体２１０でも、結合部２１２Ａ，２１２Ｂ，２１２Ｃ単体（15φ×45H）で見た場合、各結合部２１２Ａ，２１２Ｂ，２１２Ｃは、その高さ方向（軸線ＡＸ方向）に基準周波数ｆ0の超音波の波長λｓに対し、その１／４の長さ（ＬＳ１＝ＬＳ２＝ＬＳ３＝λｓ／４）となっていることが判る。従って、この結合部２１２Ａ，２１２Ｂ，２１２Ｃも、基準周波数ｆ0では共振しない。
【００９２】
この超音波多周波振動体２１０について、軸線方向の縦振動系とみなして、分布定数回路で等価回路表示して解析を行うと共に、有限要素法によるモーダル解析を行った。図９に、超音波多周波振動体の周波数特性（インピーダンス特性）を示す。また、図１０に、各共振点Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４の共振周波数ｆD1，ｆD2，ｆD3，ｆD4で超音波多周波振動体４１０を励振した場合の、各部の軸線方向の変位の様子を示す。
【００９３】
図９の周波数特性のグラフによれば、この超音波多周波振動体２１０は、主部２１１Ａ，２１１Ｂ，２１１Ｃ，２１１Ｄ単体の共振周波数である基準周波数ｆ0（＝２７．２２ｋＨｚ）の付近、具体的には、基準周波数ｆ0の下及び上に２づつ合計４つの共振点Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４が現れることが判る。各共振点Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４の共振周波数ｆD1，ｆD2，ｆD3，及びｆD4は、それぞれ、ｆD1＝２５．４８ｋＨｚ，ｆD2＝２６．５５ｋＨｚ、ｆD3＝２７．９０ｋＨｚ、ｆD4＝２８．９７０ｋＨｚとなることが判る。
【００９４】
また、図１０（ａ）によれば、共振点Ｄ１で駆動した場合（Ｄ１モードの場合）、４つの主部２１１Ａ，２１１Ｂ，２１１Ｃ，２１１Ｄが順に逆相に振動（伸縮）する。また、これらの間の３つの結合部２１２Ａ，２１２Ｂ，２１２Ｃは、これを挟む２つの主部の間で軸線方向に大きく移動する形態で振動することが判る。
【００９５】
次に、図１０（ｂ）によれば、共振点Ｄ２で駆動した場合（Ｄ２モードの場合）、中央の２つの主部２１１Ｂと２１１Ｃとは、互いに同相で振動（伸縮）する一方、両端の主部２１１Ａ，２１１Ｄは、これらの主部２１１Ｂ及び２１１Ｃと逆相に振動（伸縮）する。また、両側の結合部２１２Ａ及び２１２Ｃは、これを挟む２つの主部の間で軸線方向に大きく移動する形態で振動する。一方、結合部２１２Ｂは、これを挟む主部２１１Ｂと２１２Ｃとの間で逆相で伸縮する形態で振動する。つまり、この結合部２１２Ｂは、あたかも１つの共振体のように振る舞うことが判る。
【００９６】
さらに、図１０（ｃ）によれば、共振点Ｄ３で駆動した場合（Ｄ３モードの場合）、基端側の２つの主部２１１Ａと２１１Ｂとは、互いに同相で振動（伸縮）する。また、先端側の２つの主部２１１Ｃと２１１Ｄも、互いに同相で振動（伸縮）する。但し、主部２１１Ａ及び２１１Ｂと、主部２１１Ｃ及び２１１Ｄとは、互いに逆相に振動（伸縮）する。また、中央の結合部２１２Ｂは、これを挟む２つの主部２１１Ｂと２１１Ｃの間で、軸線方向に大きく移動する形態で振動する。一方、両側の結合部２１２Ａ及び２１２Ｃは、これを挟む主部との間で逆相で伸縮する形態で振動する。つまり、これらの結合部２１２Ａ及び２１２Ｃは、あたかも１つの共振体のように振る舞うことが判る。
【００９７】
またさらに、図１０（ｄ）によれば、共振点Ｄ４で駆動した場合（Ｄ４モードの場合）、４つの主部２１１Ａ，２１１Ｂ，２１１Ｃ，２１１Ｄは互いに同相に振動（伸縮）し、これらの間の３つの結合部２１２Ａ，２１２Ｂ，２１２Ｃは、それぞれ、これらを挟む２つの主部の間で逆相で伸縮する形態で振動する。つまり、３つの結合部２１２Ａ，２１２Ｂ，２１２Ｃは、それぞれがあたかも１つの共振体のように振る舞うことが判る。
【００９８】
本変形形態２の超音波多周波振動体２１０が、何故４つの共振点Ｄ１〜Ｄ４を有する周波数特性となるかについて、詳細は不明であるが、いずれにしても、本変形形態２の超音波多周波振動体２１０は、４つの共振点Ｄ１〜Ｄ４の共振周波数ｆD1，ｆD2，ｆD3，及びｆD4で共振し、大きく振動することが判る。
【００９９】
そこで、本変形形態２に係る超音波多周波振動体２１０を、前述の実施形態１に係る超音波処理装置１と同様な超音波処理装置に適用し、超音波振動子３１を共振周波数ｆD1，ｆD2，ｆD3，あるいはｆD4で励振すれば、処理槽内において、その周囲に超音波を放射することができる。
本変形形態２の超音波多周波振動体２１０は、図１０（ａ）〜（ｄ）に示したように、各部が軸線ＡＸ方向に大きく振動するので、各部から、特に、各主部２１１Ａ，２１１Ｂ，２１１Ｃ，２１１Ｄの基端側面２１１ＡＫ，２１１ＢＫ，２１１ＣＫ，２１１ＤＫ、及び先端側面２１１ＡＳ，２１１ＢＳ，２１１ＣＳ，２１１ＤＳから超音波が放射される。このため、処理槽内の超音波音場の大きさを均一としやすい。
【０１００】
しかも、４つのうちのいずれかの周波数（例えば共振周波数ｆD1）の超音波を放射させた場合に、処理槽内に生じる定在波と、他の周波数（例えば共振周波数ｆD2）の超音波を放射させた場合に、処理槽内に生じる定在波とでは、節や腹の位置が異なる。
このため、超音波発振回路で、４つの共振周波数のうち少なくとも２つの共振周波数を選択し、これらの共振周波数を有する駆動波形の信号を、順に切り換えて発生させるようにすれば、処理槽内に生じる定在波の位置が一定せず、さらに、処理槽内の超音波音場の大きさを均一としやすい。
あるいは、超音波発振回路によって、４つの共振周波数のうち少なくとも２つの共振周波数を選択し、これらの共振周波数の成分を共に含む駆動波形の信号で、超音波振動子３１を駆動した場合には、処理槽内に定在波が生じにくく、さらに、処理槽内の超音波音場の大きさを均一としやすい。
【０１０１】
（変形形態３）
ついで、変形形態３に係る超音波多周波振動体３１０について、図１１を参照して説明する。
本変形形態３の超音波多周波振動体３１０は、図１１を図８と対比すれば容易に理解できるように、変形形態２に係る超音波多周波振動体２１０と外形は同一である。但し、変形形態２に係る超音波多周波振動体２１０では、４つの主部２１１Ａ〜２１１Ｄ及び結合部２１２Ａ〜２１２Ｃが、単一の金属塊から削り出されて一体に形成されていた。
これに対し、本変形形態３の超音波多周波振動体３１０は、４つの主部３１１Ａ〜３１１Ｄ及び結合部３１２Ａ〜３１２Ｃが、それぞれ別個の超音波振動ユニットＵ１〜Ｕ７として分離されている点で異なる。
【０１０２】
具体的には、各主部３１１Ａ〜３１１Ｄに対応する超音波振動ユニットＵ１，Ｕ３，Ｕ５，Ｕ７のうち、基端側面３１１ＡＫ〜３１１ＤＫにネジ孔３１１ＡＫＮ〜３１１ＤＫＮが、また、先端側面３１１ＡＳ〜３１１ＣＳにネジ孔３１１ＡＳＮ〜３１１ＣＳＮを形成されている。従って、３つの主部３１１Ａ〜３１１Ｃに対応する超音波振動ユニットＵ１，Ｕ３，Ｕ５は、同一形状で互いに交換使用可能であり、超音波多周波振動体３１０の組立や修理等の取り扱いが容易になる利点がある。
【０１０３】
なお、主部３１１Ａの基端側面３１１ＡＫに穿孔したネジ孔３１１ＡＫＮは、超音波伝送体３２等との連結に使用する（図１参照）。一方、最も先端側の主部３１１Ｄに対応する超音波振動ユニットＵ７の先端側面３１１ＤＳには、ネジ孔を穿孔しない。
但し、この超音波振動ユニットＵ７の先端側面３１１ＤＳにもネジ孔を穿孔しておくこともでき、このようにすると、他の超音波振動ユニットＵ１，Ｕ３，Ｕ５と同一形状となるので、これらと相互に交換使用可能となり、さらに超音波多周波振動体３１０の組立や修理等の取り扱いが容易になる利点がある。
【０１０４】
一方、各結合部３１２Ａ〜３１２Ｃに対応する超音波振動ユニットＵ２，Ｕ４，Ｕ６の軸線ＡＸ方向の両端（図中、上下端）にも、ネジ孔３１２ＡＫＮ〜３１２ＣＫＮ及びネジ孔３１２ＡＳＮ〜３１２ＣＳＮが形成されている。従って、３つの結合部３１２Ａ〜３１２Ｃに対応する超音波振動ユニットＵ２，Ｕ４，Ｕ６は、同一形状で互いに交換使用可能であり、超音波多周波振動体３１０の組立や修理等の取り扱いが容易になる。
【０１０５】
そして、これら７ヶの超音波振動ユニットＵ１〜Ｕ７は、互いに対向するネジ孔３１１ＡＳＮ等を６ヶの連結ネジ３１６Ａ〜３１６Ｆを用いて、互いに連結し、超音波多周波振動体３１０を構成している。
【０１０６】
本変形形態３の超音波多周波振動体３１０及び各超音波振動ユニットＵ１〜Ｕ７は、上述のように構成されているので、例えば、主部及び結合部の数の変更など、超音波多周波振動体の形状の変更、各部の修理交換などに容易に対応することができる。
また、本変形形態３のように、各超音波振動ユニットＵ１〜Ｕ７を形成し、これらを連結して一体化し超音波多周波振動体３１０を構成する方が、前述の変形形態２のように、連結部分のない一体の部材からなる超音波多周波振動体２１０を形成するよりも、製造容易で量産に向いており、安価となる。また、各超音波振動ユニットＵ１等毎に、長さ等の寸法や共振周波数などの微調整することができるなど、超音波多周波振動体３１０の各部及び全体の周波数調整も容易となる。
【０１０７】
（変形形態４）
ついで、変形形態４に係る超音波多周波振動体４１０について、図１２を参照して説明する。
本変形形態４の超音波多周波振動体４１０は、前述の図８及び図１２と対比すれば容易に理解できるように、変形形態２，３に係る超音波多周波振動体２１０と外形は同一である。但し、変形形態３に係る超音波多周波振動体３１０では、７つの超音波振動ユニットＵ１〜Ｕ７に分離されていた。
これに対し、本変形形態４の超音波多周波振動体４１０は、３つの超音波振動ユニットＵ１１〜Ｕ１３に分離されている点で異なる。
【０１０８】
具体的には、超音波振動ユニットＵ１１は、主部４１１Ａ及び４１１Ｂと、これらの間に位置する結合部４１２Ａを併せたものに相当している。また、超音波振動ユニットＵ１３は、主部４１１Ｃ及び４１１Ｄと、これらの間に位置する結合部４１２Ｃを併せたものに相当している。一方、超音波振動ユニットＵ１１は、結合部４１２Ｂに相当している。
また、超音波振動ユニットＵ１１の両端、即ち、主部４１１Ａの基端側面４１１ＡＫ及び主部４１１Ｂの先端側面４１１ＢＳには、それぞれネジ孔４１１ＡＫＮ，４１１ＢＳＮが形成されている。また、超音波振動ユニットＵ１３の両端、即ち、主部４１１Ｃの基端側面４１１ＣＫ及び主部４１１Ｄの先端側面４１１ＤＳには、それぞれネジ孔４１１ＣＫＮ，４１１ＤＳＮが形成されている。またこれに対応して、超音波振動ユニットＵ１２の両端にも、ネジ孔４１２ＢＫＮ，４１２ＢＳＮが形成されている。
【０１０９】
このようにされているので、超音波振動ユニットＵ１１とＵ１３とは、同一形状で互いに交換使用可能であり、超音波多周波振動体４１０の組立や修理等の取り扱いが容易になっている。
なお、本変形形態４では、超音波振動ユニットＵ１３のうち、最も先端側の主部４１１Ｄに対応する先端側面４１１ＤＳにも、ネジ孔４１１ＤＳＮを穿孔してあるが、これは、上述のように、超音波振動ユニットＵ１１とＵ１３とを同一形状にするためである。
【０１１０】
そして、これら３ヶの超音波振動ユニットＵ１１〜Ｕ１３は、互いに対向するネジ孔４１１ＢＳＮ等を２つの連結ネジ４１６Ａ，４１６Ｂを用いて、互いに連結し、超音波多周波振動体４１０を構成している。
【０１１１】
本変形形態４の超音波多周波振動体４１０及び超音波振動ユニットＵ１１〜Ｕ１３も、前述の変形形態３の超音波多周波振動体３１０及びユニットＵ１〜Ｕ７と同様の効果を得ることができる。
即ち、主部及び結合部の数の変更など、超音波多周波振動体の形状の変更、各部の修理交換などに容易に対応することができる。また、前述の変形形態２のように、連結部分のない一体の部材からなる超音波多周波振動体２１０を形成するよりも、製造容易で量産に向いており、安価となる。また、各超音波振動ユニットＵ１１等毎に、長さ等の寸法や共振周波数などの微調整することができるなど、超音波多周波振動体４１０の各部及び全体の周波数調整も容易である。
【０１１２】
前記した変形形態３では、超音波多周波振動体３１０に用いる超音波振動ユニットＵ１等を、基本的に各主部及び結合部に対応させた形状としたので、各超音波振動ユニットＵ１等は、基本形状として２種類の形態を有するものとなった。また、上記した本変形形態４では、超音波多周波振動体４１０に用いる超音波振動ユニットＵ１１等を、上述の形態としたので、各超音波振動ユニットＵ１１等は、２種類の形態を有するものとなった。
しかし、各超音波振動ユニットは、互いに同形であっても異形であっても良い。また、変形形態３，４からも判るように、１つの超音波振動ユニット内に、１つの主部が含まれている超音波振動ユニット（例えばＵ１）としても、複数の主部及びこれらの間の結合部が含まれている超音波振動ユニット（例えばＵ１１）としても良い。
【０１１３】
また、変形形態３の超音波多周波振動体３１０では、各ユニットＵ１等を互いを連結する連結面を、各主部と結合部との間の位置、つまり、各主部の基端側面３１１ＢＫ等あるいは先端側面３１１ＡＳ等に一致させた。同様に、本変形形態４の超音波多周波振動体４１０では、各ユニットＵ１１等を互いを連結する連結面を、主部４１１Ｂの先端側面４１１ＢＳ及び主部４１１Ｃの基端側面４１１ＣＫに一致させた。
このため、主部３１１Ａ等の内部に連結面を位置させる場合に比して、界面でのロスが生じにくく、超音波振動を超音波振動ユニットＵ１，Ｕ１１等同士の間で効率的に伝えることができる。
なお、本変形形態３，４では、各ユニットＵ１等の連結面を、各主部と結合部との間に位置させたが、例えば、結合部３１２Ａ，４１２Ｂ等の軸線ＡＸ方向中央などに連結面を位置させることもできる。
【０１１４】
また、本変形形態３，４では、超音波振動ユニットＵ１等、相互の連結手法として、上述の変形形態３，４で示した、互いの連結面にネジ孔を穿設し、連結面同士を突き合わせて、両方のネジ孔に跨るように埋め込んで配置した連結ネジ（ボルト）で締結する手法を採用した。そのほか、一方の超音波振動ユニットに雄ネジ部を突設し、他方の超音波振動ユニットにネジ孔を凹設し、これらをネジ止めする手法を取ることもできる。また、接着剤によって接着する、あるいは接着剤による接着と連結ネジ等による締結とを併用することもできる。
また、変形形態３，４に係る超音波多周波振動体３１０，４１０は、変形形態２の超音波多周波振動体２１０と同様にして、超音波処理装置等に適用することができる。
【０１１５】
（変形形態５）
ついで、変形形態５を、図１３を参照して説明する。
本変形形態５に係る超音波処理装置５０１は、実施形態１に係る超音波処理装置１（図１参照）と対比すれば容易に理解できるように、超音波を発生する超音波振動装置５０２の構成、さらに具体的には、超音波多周波振動体１０に超音波振動を与える超音波振動源５３０の構成、及びこれを駆動する超音波発振回路５０５が異なるのみであるので、この部分を主として説明し、他の説明は省略する。
【０１１６】
上述したように、本変形形態５に係る超音波処理装置５０１は、超音波処理装置１におけるのと同様の処理槽６０及び超音波多周波振動体１０を備えるほか、超音波振動源５３０及び超音波発振回路５０５を有する。
このうち、超音波振動源５３０は、圧電セラミックを用いた公知のボルト締めランジュバン型超音波振動子５３１Ａ，５３１Ｂと、これらで発生させた超音波振動を合成してより強力な超音波振動とする公知のパワー合成装置５３８、及び超音波振動を超音波多周波振動体１０に伝送するための公知の超音波伝送体３２とからなる。
また、超音波発振回路５０５は、超音波振動子５３１Ａ，５３１Ｂを２種類の所定周波数ｆB1，ｆB2で駆動するため公知の駆動回路であるが、前述の超音波発振回路５に比して、２つの超音波振動子５３１Ａ，５３１Ｂ同相で駆動するため、より出力を大きく取れるものである。
【０１１７】
パワー合成装置５３８のうち、パワー集成板５３８Ａは、略円環状の金属ブロックであり、その側面のうち、ちょうどその軸線ＡＸを挟んで対向する位置に、超音波振動子５３１Ａと５３１Ｂとが、連結ネジ５３６Ａ，５３６Ｂを用いて連結されている。また、パワー集成板５３８Ａの内側には、略円柱状の変換コラム５３８Ｂが締まり嵌め状態で密着して挿入されている。
このため、２つの超音波振動子５３１Ａ，５３１Ｂを同相で振動させると、パワー集成板５３８Ａが共振して、径方向振動（図１３（ｃ）において水平方向振動）を生じる。すると、このパワー集成板５３８Ａに嵌挿された変換コラム５３８Ｂが、軸線ＡＸ方向に共振する。かくして、この軸線ＡＸ方向の振動を、超音波伝送体３２を介して超音波多周波振動体１０に伝えるのである。
【０１１８】
この際、超音波伝送体３２から取り出しうる超音波エネルギは、概略、２つの超音波振動子５３１Ａ，５３１Ｂがら出力された超音波エネルギの和になる。かくして、本変形形態５の超音波処理装置５０１では、２つの超音波振動子５３１Ａ，５３１Ｂを用いることで、実施形態１の超音波処理装置１よりも強力な超音波を、超音波多周波振動体１０から放射させることができ、被処理流体Ｐをより強力な超音波で処理することができる。
【０１１９】
なお、本変形形態５及び図１３においては、超音波振動源５３０に接続する超音波多周波振動体として、２つの主部１１Ａ，１１Ｂ及び１つの結合部１２Ａを有する超音波多周波振動体１０を用いた例を示した。
しかし、他の超音波多周波振動体、例えば、変形形態１，２（図５、図８参照）の超音波多周波振動体１１０，２１０等を用いることもできる。
【０１２０】
（実施形態２）
ついで、実施形態２に係る先端面超音波放射装置６０１を、図１４を参照して説明する。本実施形態２の先端面超音波放射装置６０１は、具体的には、被処理流体Ｐ内に浸漬した部材（部品等、図示しない）を超音波洗浄する超音波洗浄機である。この先端面超音波放射装置６０１は、実施形態１に係る超音波振動装置２（図１参照）、超音波発振回路５，及び被処理流体Ｐを貯留した貯留槽６６０を備えている。超音波振動装置２は、超音波多周波振動体１０とこれを励振する超音波振動源３０からなる。貯留槽６６０の底板６６０Ｂには、超音波多周波振動体１０のうち、先端側（図１４において上方）の主部１１Ｂの先端面１１ＢＳが密着して固着されてなる。
【０１２１】
従って、超音波発振回路５によって、超音波振動源３０を励振して超音波振動を発生させ、超音波多周波振動体１０を共振周波数ｆB1あるいはｆB2で共振させると、底板６６０Ｂを介して間接に、被処理流体Ｐ内に超音波が放射される。従って、被処理流体Ｐと共に金属部品などの部材を貯留槽６６０内に投入すれば、このような部材を超音波洗浄することができる。本実施形態２でも用いる超音波多周波振動体１０は、図１，図２に示したように、２つの主部１１Ａ，１１Ｂ及び結合部１２Ａを連結した、軸線ＡＸ方向に延びた形状を有し、振動モード（図４（ａ）（ｂ）参照）に応じて、先端面１１ＢＳが軸線ＡＸ方向に大きく振動するので、この先端面１１ＢＳから強い超音波を放射することができる。
【０１２２】
しかも、本実施形態２の先端面超音波放射装置６０１では、超音波発振回路５で、共振周波数ｆB1を有する駆動波形の信号と、共振周波数ｆB2を有する駆動波形の信号とを、交互に切り換えて発生させるようにすれば、貯留槽６６０に貯留された被処理流体Ｐ内に生じる定在波の位置が一定せず、さらに、貯留槽６６０内の超音波音場の大きさを均一としやすい。従って、さらに均一に部材を超音波洗浄することができる。
あるいは、超音波発振回路５によって、共振周波数ｆB1の成分と共振周波数ｆB2の成分の両者を含む駆動波形で、超音波振動子３１を駆動した場合でも、貯留槽６６０内に定在波が生じにくく、さらに、貯留槽６６０内の超音波音場の大きさを均一としやすい。
【０１２３】
なお、本実施形態２の先端面超音波放射装置６０１では、被処理流体Ｐに対して超音波を照射することによって、この被処理流体Ｐと共に貯留槽６６０内に投入した部材の超音波洗浄を行うものとして説明した。
しかし、本実施形態２の先端面超音波放射装置６０１でも、貯留槽６６０内に貯留した被処理流体Ｐに何等かの変化を与えられる処理を行うことができればよく、例えば、被処理流体Ｐに関する乳化、分散、脱泡、化学反応の促進、汚泥処理、ＰＣＢ処理など有害物質の分解・無害化、殺菌、燃料改質、バイオプロセスや電気化学プロセスにおける各種処理などが挙げられる。また、被処理流体Ｐと共に他の被処理物を貯留槽６６０内に投入することにより、被処理物の破砕などを行わせることもできる。
【０１２４】
（変形形態６）
ついで、変形形態６に係る先端面超音波放射装置７０１を、図１５を参照して説明する。本変形形態６の先端面超音波放射装置７０１も、具体的には、被処理流体Ｐ内に浸漬した部材（部品等）を超音波洗浄する超音波洗浄機である。
この先端面超音波放射装置７０１は、前述の実施形態２に係る先端面超音波放射装置６０１とは、超音波振動装置７０２及び超音波多周波振動体７１０が異なるものである。そこで、これらについて説明し、同様の部分の説明は省略する。
【０１２５】
本変形形態６の超音波多周波振動体７１０は、主部７１１Ａ，７１１Ｂ及びこれらの間に介在する結合部７１２Ａからなり、２つの超音波振動ユニットＵ７１，Ｕ７２からなる。このうち、超音波振動ユニットＵ７２は、主部７１１Ｂと結合部７１２Ａを含み、実施形態１に係る超音波多周波振動体１０の主部１１Ｂ及び結合部１２Ａと、同材質で同形状である。但し、その基端（結合部７１２Ａの基端）には、ネジ孔７１２ＡＫＮが形成されている。
【０１２６】
一方、図１５を参照すれば容易に理解できるように、超音波振動ユニットＵ７１は、単体で、主部７１１Ａとなっている。この主部７１１Ａは、超音波多周波振動体１０の主部１１Ａとは異なり、全体が、圧電素子を用いたいわゆるボルト締めランジュバン型超音波振動子とされている。従って、この主部７１１Ａ（超音波振動ユニットＵ７１）は、超音波発振回路５で駆動することにより、超音波振動を発生させることができる。このため、前述の実施形態２の先端面超音波放射装置６０１（図１４参照）と異なり、超音波振動子３１を含む超音波振動源３０を備えなくとも、超音波振動を発生させることができる。その一方で、この主部７１１Ａは、主部７１１Ｂ及び超音波多周波振動体１０の主部１１Ａと同じく、基準周波数ｆ0の超音波振動を加えたとき、軸線ＡＸ方向に半波長共振（１／２波長共振）するように各部の寸法が選択されている。かくして、この主部７１１Ａは、超音波多周波振動体７１０を超音波振動させる超音波振動源としても、基準周波数ｆ0で軸線ＡＸ方向に半波長共振する共振体としても機能する。従って、実施形態１の超音波多周波振動体１０と同様に、超音波多周波振動体７１０も、共振周波数ｆB1及びｆB2で共振する。
【０１２７】
超音波振動ユニットＵ７１とＵ７２とは、結合部７１２Ａの基端に形成したネジ孔７１２ＡＫＮと、超音波振動ユニットＵ７１（主部７１１Ａ）の先端側面７１１ＡＳに形成したネジ孔７１１ＡＳＮとを連結ネジ７１６で連結して、超音波多周波振動体７１０を構成している。この超音波多周波振動体７１０は、それ自身で超音波振動可能な超音波振動装置７０２にもなっている。
【０１２８】
本変形形態６の先端面超音波放射装置７０１は、上述の超音波振動装置７０２のほか、実施形態２と同様の、超音波発振回路５及び被処理流体Ｐを貯留した貯留槽６６０を備えている。貯留槽６６０の底板６６０Ｂには、超音波多周波振動体７１０のうち、先端側（図１５において上方）の主部７１１Ｂの先端面７１１ＢＳが密着して固着されてなる。
【０１２９】
従って、超音波発振回路５によって、主部７１１Ａを励振して超音波振動を発生させ、超音波多周波振動体７１０を共振周波数ｆB1あるいはｆB2で共振させると、被処理流体Ｐ内に超音波が放射されるので、部材を貯留槽６６０内に投入すれば、このような部材を超音波洗浄することができる。
【０１３０】
しかも、本変形形態６の先端面超音波放射装置７０１でも、主部７１１Ａを、共振周波数ｆB1を有する駆動波形と、共振周波数ｆB2を有する駆動波形とを、交互に切り換えて駆動すれば、被処理流体Ｐ内に生じる定在波の位置が変動するので、さらに貯留槽６６０内の超音波音場の大きさを均一としやすい。従って、さらに均一に部材を超音波洗浄することができる。
あるいは、共振周波数ｆB1の成分と共振周波数ｆB2の成分の両者を含む駆動波形で、主部７１１Ａを駆動した場合でも、貯留槽６６０内に定在波が生じにくく、さらに、貯留槽６６０内の超音波音場の大きさを均一としやすい。
【０１３１】
（変形形態７）
ついで、変形形態７に係る先端面超音波放射装置８０１を、図１６を参照して説明する。本変形形態７の先端面超音波放射装置８０１も、具体的には、被処理流体Ｐ内に浸漬した部材（部品等）を超音波洗浄する超音波洗浄機である。
この先端面超音波放射装置８０１は、前述の実施形態２及び変形形態６に係る先端面超音波放射装置６０１，７０１とは、超音波振動装置８０２、超音波多周波振動体８１０、及び超音波発振回路８０５が異なるものである。そこで、これらについて説明し、同様の部分の説明は省略する。
【０１３２】
本変形形態７の超音波多周波振動体８１０は、超音波振動ユニットＵ８１，Ｕ８２，Ｕ８３からなる。これらは、それぞれ主部８１１Ａ、結合部８１２Ａ、及び主部８１１Ｂに対応している。このうち、超音波振動ユニットＵ８２は、結合部８１２Ａに対応しており、実施形態１に係る超音波多周波振動体１０の結合部１２Ａと、同材質で同形状である。但し、その両端には、それぞれネジ孔８１２ＡＫＮ，８１２ＡＳＮが形成されている。
【０１３３】
一方、図１６を参照すれば容易に理解できるように、超音波振動ユニットＵ８１及びＵ８３は、単体で、主部８１１Ａ，８１１Ｂに対応している。この主部８１１Ａ，８１１Ｂは、それぞれ、前述の変形形態６に係る超音波多周波振動体７１０の主部７１１Ａと同じく、全体が、圧電素子を用いたいわゆるボルト締めランジュバン型超音波振動子とされている。従って、この主部８１１Ａ，８１１Ｂを超音波発振回路８０５で駆動することにより、超音波振動を発生させることができる。従って、前述の変形形態６と同様、超音波振動子３１を含む超音波振動源３０を備えなくとも、超音波振動を発生させることができる。
【０１３４】
その一方で、この主部８１１Ａ，８１１Ｂは、いずれも、基準周波数ｆ0の超音波振動を加えたとき、軸線ＡＸ方向に半波長共振（１／２波長共振）するように各部の寸法が選択されている。かくして、この主部８１１Ａ，８１１Ｂは、それぞれが、超音波多周波振動体８１０を超音波振動させる超音波振動源としても、基準周波数ｆ0で軸線ＡＸ方向に半波長共振する共振体としても機能する。従って、超音波多周波振動体１０と同様に、超音波多周波振動体８１０も、共振周波数ｆB1及びｆB2で共振する。
【０１３５】
超音波振動ユニットＵ８１，Ｕ８２，Ｕ８３は、結合部８１２Ａの両端に形成したネジ孔８１２ＡＫＮ，８１２ＡＳＮと、超音波振動ユニットＵ８１（主部８１１Ａ）の先端側面８１１ＡＳに形成したネジ孔８１１ＡＳＮ、及び、超音波振動ユニットＵ８３（主部８１１Ｂ）の基端側面８１１ＡＫに形成したネジ孔８１１ＡＫＮとを、それぞれ連結ネジ８１６Ａ，８１６Ｂで連結して、超音波多周波振動体８１０を構成している。この超音波多周波振動体８１０は、それ自身で超音波振動可能な超音波振動装置８０２にもなっている。
【０１３６】
本変形形態７の先端面超音波放射装置８０１は、上述の超音波振動装置８０２のほか、実施形態２及び変形形態６と同様の、被処理流体Ｐを貯留した貯留槽６６０を備えている。貯留槽６６０の底板６６０Ｂには、超音波多周波振動体８１０のうち、先端側（図１６において上方）の主部８１１Ｂの先端面８１１ＢＳが密着して固着されてなる。
【０１３７】
従って、超音波発振回路８０５によって、主部８１１Ａ及び８１１Ｂを励振して超音波振動を発生させ、超音波多周波振動体８１０を共振周波数ｆB1あるいはｆB2で共振させると、底板６６０Ｂを介して間接に、被処理流体Ｐ内に超音波が放射される。従って、被処理流体Ｐと共に金属部品などの部材を貯留槽６６０内に投入すれば、このような部材を超音波洗浄することができる。
【０１３８】
しかも、本変形形態７の先端面超音波放射装置８０１でも、超音波発振回路８０５で、共振周波数ｆB1を有する駆動波形の信号と、共振周波数ｆB2を有する駆動波形の信号とを、交互に切り換えて発生させるようにすれば、貯留槽６６０に貯留された被処理流体Ｐ内に生じる定在波の位置が一定せず、さらに、貯留槽６６０内の超音波音場の大きさを均一としやすい。
あるいは、超音波発振回路８０５によって、共振周波数ｆB1の成分と共振周波数ｆB2の成分の両者を含む駆動波形で、超音波振動子３１を駆動した場合でも、貯留槽６６０内に定在波が生じにくく、さらに、貯留槽６６０内の超音波音場の大きさを均一としやすい。
【０１３９】
（実施形態３）
ついで、実施形態３に係る先端面超音波放射装置９０１を、図１７を参照して説明する。
本実施形態３の先端面超音波放射装置９０１は、具体的には、被処理流体Ｐを乳化する超音波ホモジナイザである。この先端面超音波放射装置９０１は、実施形態１に係る超音波振動装置２（図１参照）、超音波発振回路５，及び被処理流体Ｐを貯留した貯留槽９６０を備えている。超音波振動装置２は、超音波多周波振動体１０とこれを励振する超音波振動源３０からなる。本実施形態３の先端面超音波放射装置９０１は、超音波多周波振動体１０の先端側の主部１１Ｂの先端面１１ＢＳを、貯留槽９６０に貯留され被処理流体Ｐに浸漬して使用する。
【０１４０】
従って、超音波発振回路５によって、超音波振動源３０を励振して超音波振動を発生させ、超音波多周波振動体１０を共振周波数ｆB1あるいはｆB2で共振させると、直接、被処理流体Ｐ内に超音波が放射され、被処理流体Ｐが乳化される。
【０１４１】
本実施形態３でも用いる超音波多周波振動体１０は、先端面１１ＢＳから強い超音波を放射することができる。
しかも、本実施形態３の先端面超音波放射装置９０１では、超音波発振回路５で、共振周波数ｆB1を有する駆動波形の信号と、共振周波数ｆB2を有する駆動波形の信号とを、交互に切り換えて発生させるようにすれば、被処理流体Ｐ内に生じる定在波の位置が一定せず、さらに、貯留槽９６０内の超音波音場の大きさを均一として、被処理流体Ｐをより均一に乳化できる。
あるいは、超音波発振回路５によって、共振周波数ｆB1の成分と共振周波数ｆB2の成分の両者を含む駆動波形で、超音波振動子３１を駆動した場合でも、貯留槽９６０内に定在波が生じにくく、さらに、貯留槽９６０内の超音波音場の大きさを均一としやすい。
【０１４２】
（実施形態４）
ついで、実施形態４に係る超音波加工装置１００１を、図１８を参照して説明する。本実施形態４の超音波加工装置１００１は、具体的には、超音波加工工具１０７１〜１０７４を付け換えて、様々な超音波加工を行う超音波加工装置である。この超音波加工装置１００１は、実施形態１に係る超音波振動装置２（図１参照）、超音波発振回路５のほか、付け換え可能な超音波加工工具１０７１〜１０７４を備えている。超音波振動装置２は、超音波多周波振動体１０とこれを励振する超音波振動源３０からなる。本実施形態４の超音波加工装置１００１は、超音波多周波振動体１０の先端側の主部１１Ｂの先端面１１ＢＳに形成したネジ孔１１ＢＳＮを用いて、各超音波加工工具１０７１〜１０７４を付け換えて使用する。このうち、１０７１はヤスリ、１０７２がリーマ、１０７３はのこぎりである。また、１０７４は篩であり、ふるい網１０７４Ａが張架されてなる。
【０１４３】
従って、超音波多周波振動体１０の先端に、超音波加工工具１０７１〜１０７４のいずれか（例えばヤスリ１０７１）を取り付けて、超音波発振回路５によって、超音波振動源３０を励振して超音波振動を発生させ、超音波多周波振動体１０を共振周波数ｆB1あるいはｆB2で共振させると、主部１１Ｂの先端面１１ＢＳに取り付けられた超音波加工工具（例えばヤスリ１０７１）が、これらの周波数で超音波振動する。これにより、図示しない被加工物を加工するに当たり、超音波振動による効果が重畳される。
【０１４４】
特に、本実施形態４の超音波加工装置１００１では、超音波発振回路５を用いて、共振周波数ｆB1を有する駆動信号と、共振周波数ｆB2を有する駆動信号とを、交互に発生させれば、加えられる超音波振動によって超音波加工工具１０７１〜１０７４に生じる定在波の位置を切り換えることができるので、さらに、超音波加工を均一に行うことができる。
あるいは、超音波発振回路５によって、共振周波数ｆB1の成分と共振周波数ｆB2の成分の両者を含む駆動波形で、超音波振動子３１を駆動した場合でも、超音波加工工具１０７１〜１０７４に定在波が生じにくく、さらに超音波加工を均一に行うことができる。
【０１４５】
（実施形態５）
ついで、実施形態５に係る先端面超音波放射装置１１０１を、図１９を参照して説明する。本実施形態５の先端面超音波放射装置１１０１は、具体的には、水ＷＴの上に浮かべたボートＳＨの船外に設置し、水中の魚群等を探知する魚群探知機である。この先端面超音波放射装置１１０１は、前述の変形形態６に係る超音波振動装置７０２（図１５参照）、駆動処理装置１１０５、及び、超音波振動装置７０２を囲むケース１１６０を備えている。超音波振動装置７０２は、前述のように超音波振動子を兼用する主部７１１Ａ、結合部７１２Ａ、及び主部７１１Ｂを有する超音波多周波振動体７１０でもある。
【０１４６】
本実施形態５の先端面超音波放射装置１１０１は、駆動処理装置１１０５で生成した共振周波数ｆB1あるいはｆB2のバースト波状の駆動信号により、間欠的に超音波振動させられる。これにより、超音波多周波振動体７１０の先端から、ケース１１６０の底板１１６０Ｂを介して、水中に周波数がｆB1あるいはｆB2の超音波が放射される。
また、超音波多周波振動体７１０が駆動されていない期間には、水中からの超音波（エコー）を底板１１６０Ｂを介して、超音波多周波振動体７１０で受波し、主部７１１Ａで電気信号に変換する。この電気信号を駆動処理装置１１０５で信号処理して、魚群の有無や水底の様子など、水中の様子をモニタ等に表示する。従って、本実施形態５の先端面超音波放射装置１１０１は、先端面超音波受波装置としても機能している。
【０１４７】
特に、本実施形態５の先端面超音波放射装置（先端面超音波受波装置）１１０１では、超音波多周波振動体７１０が２つの共振周波数ｆB1及びｆB2を有しているので、駆動処理装置１１０５で、バースト波状の駆動信号の周波数を、水中の状況などに応じて、観測しやすい共振周波数ｆB1及びｆB2のいずれかに切り換えて使用することができる。
あるいは、共振周波数ｆB1を有するバースト波状の駆動信号と、共振周波数ｆB2を有するバースト波状の駆動信号とを、交互に発生させれば、超音波多周波振動体７１０から異なる周波数の超音波を交互に発射することができ、また、異なる周波数の超音波（エコー）を交互に受波することができる。これにより、水中に存在する魚群等、あるいは水底などの物体の周波数の異なる超音波に対する特性の違い、放射された超音波が物体に当たるときの超音波の位相などによる挙動の違いによって、物体のあるいは水中の様子のさらに詳細な情報を得ることができる。
あるいは、超音波発振回路５によって、共振周波数ｆB1の成分と共振周波数ｆB2の成分の両者を含むバースト波状の駆動信号で超音波振動子３１を駆動しし、２つの周波数を有する超音波が放射でき、また受波することもできる。
【０１４８】
以上において、本発明を実施形態１〜５、及び変形形態１〜７に即して説明したが、本発明は、上記実施形態等に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。
例えば、上述の実施形態等では、主部１１Ａ等を円柱形状としたが、この主部単独で見たと仮定した場合、基準周波数ｆ0で共振する形態のうちで、角柱状、円板状、球状、円環状などの形態とすることもできる。
同様に、上述の実施形態等では、結合部１２Ａ等を円柱形状としたが、主部１１Ａ等より径小で、この結合部の長さＬＳ（ＬＳ１等）が、０＜Ｌｓ＜λｓ／４となる範囲で、角柱状、鼓状、樽状などの形態とすることもできる。
【０１４９】
また、上述した実施形態等では、主部１１Ａ等及び結合部１２Ａ等を、ステンレスで作成した例を示したが、処理する被処理物や処理条件などに応じて適宜の材質を選択すれば良く、例えば、ハステロイ、インコネル、チタン、チタン合金、アルミニウム、ジュラルミンなどの金属や、アルミナ、窒化珪素、炭化珪素などのセラミックなどを用いることができる。
また、変形形態６，７では、主部７１１Ａ，８１１Ａ，８１１Ｂにおいて、全体が、圧電素子を用いたボルト締めランジュバン型超音波振動子とされたものを示したが、主部の一部が超音波振動子とされているものであっても良い。また、圧電素子に代えて、磁歪材料、電歪材料を用いた超音波振動子などを用いることもできる。
【０１５０】
また、上述の実施形態１等では、主部１１Ａ等の軸線ＡＸ方向の寸法ＬＤ１等を、いずれも、基準周波数ｆ0の超音波の波長λｄに対し、半波長の長さ（ＬＤ１＝ＬＤ２＝ＬＤ３＝ＬＤ４＝λｄ／２）とした。しかし、主部１１Ａ等は、基準周波数ｆ0の超音波で共振するならば、その長さをＬＤ１＝ＬＤ２＝ＬＤ３＝ＬＤ４＝λｄとするなど、各主部の寸法を全波長共振、さらには、３／２波長共振する長さとすることもできる。
また、上述の実施形態１等では、結合部１２Ａ等の軸線ＡＸ方向の寸法ＬＳ１等を、いずれも、基準周波数ｆ0の超音波の波長λｓに対し、１／４波長の長さ（ＬＳ１＝ＬＳ２＝ＬＳ３＝λｓ／４）とした。しかし、結合部１２Ａ等は、基準周波数ｆ0の超音波の波長λｓに対し、半波長以下の長さであれば良い（０＜ＬＳ１＝ＬＳ２＝ＬＳ３＜λｓ／２）。またさらに好ましくは、結合部の長さを、実施形態等のように、λｓ／４に近い値、λｓ／８＜ＬＳ１＝ＬＳ２＝ＬＳ３＜３λｓ／８）とするのが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【０１５１】
【図１】実施形態１にかかる超音波多周波振動体、超音波振動装置、及び超音波処理装置を示す図であり、（ａ）は処理槽の上面を透視した状態における平面図、（ｂ）は処理槽を破断して示す正面図である。
【図２】実施形態１に係る超音波多周波振動体の正面図である。
【図３】実施形態１に係る超音波多周波振動体の周波数特性を示すグラフである。
【図４】実施形態１に係る超音波多周波振動体の振動の様子を示す説明図であり、（ａ）は共振周波数ｆB1で振動させたときの振動モード（Ｂ１モード）における振動の様子を、（ｂ）は共振周波数ｆB2で振動させたときの振動モード（Ｂ２モード）における振動の様子を示す。各図に示されている曲線は、超音波多周波振動体の各部についての軸線ＡＸ方向の変位（振幅）を示す。
【図５】変形形態１に係る超音波多重振動体の形状を示す正面図である。
【図６】変形形態１に係る超音波多周波振動体の周波数特性を示すグラフである。
【図７】変形形態１に係る超音波多周波振動体の振動の様子を示す説明図であり、（ａ）は共振周波数ｆC1で振動させたときの振動モード（Ｃ１モード）における振動の様子を、（ｂ）は共振周波数ｆC2で振動させたときの振動モード（Ｃ２モード）における振動の様子を、（ｃ）は共振周波数ｆC3で振動させたときの振動モード（Ｃ３モード）における振動の様子を示す。各図に示されている曲線は、超音波多周波振動体の各部についての軸線ＡＸ方向の変位（振幅）を示す。
【図８】変形形態２に係る超音波多重振動体の形状を示す正面図である。
【図９】変形形態２に係る超音波多周波振動体の周波数特性を示すグラフである。
【図１０】変形形態２に係る超音波多周波振動体の振動の様子を示す説明図であり、（ａ）は共振周波数ｆD1で振動させたときの振動モード（Ｄ１モード）における振動の様子を、（ｂ）は共振周波数ｆD2で振動させたときの振動モード（Ｄ２モード）における振動の様子を、（ｃ）は共振周波数ｆD3で振動させたときの振動モード（Ｄ３モード）における振動の様子を、（ｄ）は共振周波数ｆD4で振動させたときの振動モード（Ｄ４モード）における振動の様子を示す。各図に示されている曲線は、超音波多周波振動体の各部についての軸線ＡＸ方向の変位（振幅）を示す。
【図１１】変形形態３に係り、超音波振動ユニット及びこれを連結した超音波多周波振動体の形状を示す正面図である。
【図１２】変形形態４に係り、超音波振動ユニット及びこれを連結した超音波多周波振動体の形状を示す正面図である。
【図１３】変形形態５にかかる超音波多周波振動体、超音波振動装置、及び超音波処理装置を示す図であり、（ａ）は処理槽の上面を透視した状態における平面図、（ｂ）は処理槽を破断して示す正面図（ｃ）は処理槽を破断して示す側面図である。
【図１４】実施形態２に係り、実施形態１に係る超音波多周波振動体及び超音波振動体（図１参照）を用いた、先端面超音波放射装置（超音波洗浄機）を示す説明図である。
【図１５】変形形態６に係り、超音波多周波振動体及び超音波振動体を用いた、先端面超音波放射装置（超音波洗浄機）を示す説明図である。
【図１６】変形形態７に係り、超音波多周波振動体及び超音波振動体を用いた、先端面超音波放射装置（超音波洗浄機）を示す説明図である。
【図１７】実施形態３に係り、実施形態１に係る超音波多周波振動体及び超音波振動体（図１参照）を用いた、先端面超音波放射装置（超音波ホモジナイザ）を示す説明図である。
【図１８】実施形態４に係り、実施形態１に係る超音波多周波振動体及び超音波振動体（図１参照）を用いた、超音波加工装置を示す説明図である。
【図１９】実施形態５に係り、変形形態６に係る超音波多周波振動体及び超音波振動体（図１４参照）を用いた、先端面超音波放射装置及び先端面超音波受波装置（魚群探知機）を示す説明図である。
【符号の説明】
【０１５２】
ＡＸ  軸線
Ｐ  被処理流体（被処理物）
ＳＨ  ボート
ＷＴ  水
Ｂ１，Ｂ２，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４  共振点
ｆB1，ｆB2、ｆC1，ｆC2，ｆC3，ｆD１，ｆD2，ｆD3，ｆD4  （共振点における）共振周波数
１，５０１  超音波処理装置
６０１，７０１，８０１，９０１，１１０１  先端面超音波放射装置
１００１  超音波加工装置
１１０１  先端面超音波受波装置
２，５０２，７０２，８０２  超音波振動装置
５，５０５，８０５  超音波発振回路
１１０５  駆動処理装置
１０，１１０，２１０，３１０，７１０，８１０  超音波多周波振動体
１１Ａ，１１Ｂ，１１１Ａ，１１１Ｂ，１１１Ｃ，２１１Ａ，２１１Ｂ，２１１Ｃ，２１１Ｄ，３１１Ａ，３１１Ｂ，３１１Ｃ，３１１Ｄ，４１１Ａ，４１１Ｂ，４１１Ｃ，４１１Ｄ，７１１Ａ，７１１Ｂ，８１１Ａ，８１１Ｂ  主部
７１１Ａ，８１１Ａ，８１１Ｂ  超音波振動子
１１ＡＫ，１１ＢＫ，１１１ＡＫ，１１１ＢＫ，１１１ＣＫ，２１１ＡＫ，２１１ＢＫ，２１１ＣＫ，２１１ＤＫ，３１１ＡＫ，３１１ＢＫ，３１１ＣＫ，３１１ＤＫ，４１１ＣＫ  （主部の）基端側面
１１ＡＳ，１１ＢＳ，１１１ＡＳ，１１１ＢＳ，１１１ＣＳ，２１１ＡＳ，２１１ＢＳ，２１１ＣＳ，２１１ＤＳ，３１１ＡＳ，３１１ＢＳ，３１１ＣＳ，３１１ＤＳ，４１１ＢＳ，７１１ＡＳ，７１１ＢＳ  （主部の）先端側面
３１１ＢＫ，３１１ＣＫ，３１１ＤＫ，３１１ＡＳ，３１１ＢＳ，３１１ＣＳ，４１１ＢＳ，４１１ＣＫ  連結面
１１ＡＫＮ，１１１ＡＫＮ，２１１ＡＫＮ，３１１ＡＫＮ  （超音波振動源との結合用の）ネジ孔
１１ＢＳＮ  （超音波加工工具結合用の）ネジ孔
３１１ＢＫＮ，３１１ＣＫＮ，３１１ＤＫＮ，４１１ＣＫＮ  （主部の基端側面に形成したユニット同士の結合用の）ネジ孔
３１１ＡＳＮ，３１１ＢＳＮ，３１１ＣＳＮ，４１１ＢＳＮ，７１１ＡＳＮ  （主部の先端側面に形成したユニット同士の結合用の）ネジ孔
１２Ａ，１１２Ａ，１１２Ｂ，２１２Ａ，２１２Ｂ，２１２Ｃ，３１２Ａ，３１２Ｂ，３１２Ｃ，４１２Ａ，４１２Ｂ，４１２Ｃ，７１２Ａ  結合部
３１２ＡＫＮ，３１２ＢＫＮ，３１２ＣＫＮ，４１２ＢＫ，７１２ＡＫＮ  （結合部の基端側に形成したユニット同士の結合用の）ネジ孔
３１２ＡＳＮ，３１２ＢＳＮ，３１２ＣＳＮ，４１２ＢＳＮ  （結合部の先端側に形成したユニット同士の結合用の）ネジ孔
ＤＤ１，ＤＤ２，ＤＤ３，ＤＤ４  主部の直径
ＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３，ＬＤ４  主部の高さ（軸線方向長さ）
ＤＳ１，ＤＳ２，ＤＳ３  結合部の直径
ＬＳ１，ＬＳ２，ＬＳ３  結合部の高さ（軸線方向長さ）
Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４，Ｕ５，Ｕ６，Ｕ７，Ｕ１１，Ｕ１２，Ｕ１３，Ｕ７１，Ｕ７２，Ｕ８１，Ｕ８２，Ｕ８３  超音波振動ユニット
３１６Ａ，３１６Ｂ，３１６Ｃ，３１６Ｄ，３１６Ｅ，３１６Ｆ，４１６Ａ，４１６Ｂ，７１６  （超音波振動ユニット同士を連結する）連結ネジ
３０，５３０  超音波振動源
３１，５３１Ａ，５３１Ｂ  超音波振動子
３２  超音波伝送体
３２Ｆ  フランジ部
３６，３７，５３６Ａ，５３６Ｂ  連結ネジ
５３８  パワー合成装置
５３８Ａ  パワー集成板
５３８Ｂ  変換コラム
６０  処理槽
６１  処理槽本体
６２  流入管
６３  流出管
６６０，９６０  貯留槽
６６０Ｂ  （貯留槽の）底板
１１６０  ケース
１１６０Ｂ  （ケースの）底板
１１６１  整合層
１０７１，１０７２，１０７３，１０７４  超音波加工工具
１０７１  ヤスリ
１０７２  リーマ
１０７３  のこぎり
１０７４  篩
１０７４Ａ  ふるい網
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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