特許 7261432 超音波放射ユニット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-04-12

(45)【発行日】2023-04-20

(54)【発明の名称】超音波放射ユニット

(51)【国際特許分類】

   H04R 17/10 20060101AFI20230413BHJP

   H04R 17/00 20060101ALI20230413BHJP

   B08B 3/12 20060101ALI20230413BHJP

【ＦＩ】

H04R17/10 330B

H04R17/00 332A

B08B3/12 B

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2022174110

(22)【出願日】2022-10-31

【審査請求日】2023-03-01

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000243364

【氏名又は名称】本多電子株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100114605

【弁理士】

【氏名又は名称】渥美 久彦

(72)【発明者】

【氏名】渋谷 信長

(72)【発明者】

【氏名】青木 祥博

【審査官】西村 純

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－０５８８８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特許第７１７１１１７（ＪＰ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ０８Ｂ ３／１２

Ｈ０４Ｒ １７／１０－１７／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

超音波を放射する放射面、及び、前記放射面の反対側に位置する非放射面を有し、前記非放射面にボルトが突設された振動板と、
前記非放射面に振動子前面板が接合されたボルト締めランジュバン型の超音波振動子と、
前記非放射面に接合され、前記ボルトが挿通されるボルト挿通孔が設けられた前面側共振部材と、
前記ボルトの先端部にて前面側共振部材と別体で設けられ、前記前面側共振部材を前記振動板との間に挟み込んだ状態で前記ボルトに締付固定される後面側共振部材と
を備え、
前記前面側共振部材及び前記後面側共振部材は、一体振動可能な複数の共振子を構成し、
前記振動子前面板の側面と前記前面側共振部材の側面とが、前記超音波振動子の振動を前記共振子に伝達する結合子を介して連結されており、
複数の前記共振子は、複数の前記超音波振動子とともに列状に配置され、かつ、列の端部に位置する端部配置共振子と、列の中間に位置する中間配置共振子とからなり、
前記端部配置共振子を構成する前記後面側共振部材及び前記中間配置共振子を構成する前記後面側共振部材のうち、少なくとも前記端部配置共振子を構成する前記後面側共振部材は、前記前面側共振部材よりも曲げ剛性が大きい金属材料を用いて形成されている
ことを特徴とする超音波放射ユニット。

【請求項2】

前記端部配置共振子を構成する前記後面側共振部材は、ヤング率が１００ＧＰａ以上の金属材料を用いて形成されていることを特徴とする請求項１に記載の超音波放射ユニット。

【請求項3】

前記端部配置共振子を構成する前記後面側共振部材は、ヤング率が１００ＧＰａ以上の金属材料を用いて形成され、
前記前面側共振部材、前記振動子前面板及び前記結合子は、前記端部配置共振子を構成する前記後面側共振部材より密度が小さく、かつ熱伝導率が大きい金属材料を用いて形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波放射ユニット。

【請求項4】

前記後面側共振部材の高さ方向の長さは、前記共振子の高さ方向の長さの１／４以上であり、
前記後面側共振部材の前面と、前記前面側共振部材の後面とは面接触している
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の超音波放射ユニット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、超音波振動子から超音波を放射する超音波放射ユニットに関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、洗浄液中に超音波を照射することにより、被洗浄物の洗浄（超音波洗浄）を行う超音波洗浄装置が実用化されている（例えば、特許文献１参照）。超音波洗浄は、超音波による物理的作用と洗浄液による化学的作用との組み合わせにより、複雑な形状をなす被洗浄物の細部にまで作用して効率良く洗浄できるため、精密機械部品、光学部品、液晶ディスプレイ、半導体等の製造には不可欠なものとなっている。

【0003】

また、図１６に示されるように、超音波洗浄装置２００は、輻射板とも呼ばれる振動板２０１を備えている。振動板２０１は、多くの場合、洗浄槽２０２の底部を兼ねており、厚さ数ｍｍのステンレス板によって形成されている。さらに、振動板２０１の非放射面２０３には、ボルト締めランジュバン型の超音波振動子２０４が複数本接合されている。なお、振動板２０１において非放射面２０３の反対側に位置する面は、超音波の放射面２０５となっている。そして、例えば数１０ｋＨｚの超音波を照射する超音波洗浄装置２００では、洗浄液２０６中の超音波が引き起こすキャビテーションの強い衝撃波を利用して、被洗浄物２０７の洗浄が行われる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１９－０５８８８３号公報（図１等）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、超音波振動子２０４としては、一般的に、平面視円形状の前面板を備えた円型振動子が用いられている。円型振動子は、振動板２０１に溶接したスタッドボルトに対して接着剤を併用したねじ結合が行われるため、振動板２０１の非放射面２０３に強力に接合することができる。しかし、複数の円型振動子を振動板２０１に接合する場合、隣接する円型振動子間に隙間が生じてしまう。その結果、キャビテーションに起因する振動板２０１のダメージ（エロージョン２０８）が隙間に発生したり、音圧のバラツキに起因する洗浄ムラが発生したりするといった問題がある。

【0006】

そこで、超音波振動子２０４として、平面視矩形状の前面板を備えた四角型振動子を用いることも考えられる。このようにすれば、振動板２０１への四角型振動子の密接配置が可能となるため、振動板２０１でのエロージョン２０８の発生を防止することができる。また、四角型振動子の密接配置により、振動板２０１において一様な振動分布が得られるため、均一な音圧分布を実現することができ、洗浄ムラを少なくすることができる。

【0007】

しかしながら、従来の四角型振動子では、スタッドボルトを用いたねじ結合を採用できず、接着剤のみを用いた接合となるため、接合強度が弱い。特に、振動板２０１に圧力がかかった状態（減圧状態または加圧状態）においては、接着層（接着剤）に応力が集中するため、接着層の部分で剥離する可能性がある。

【0008】

そこで、本願発明者らは、下記のような構造の超音波振動ユニットを検討している。このユニットは、ボルト締めランジュバン型の超音波振動子における振動子前面板と、共振子を構成する前面側共振部材とを結合子で連結した部材を用い、かつその前面側共振部材に振動板のスタッドボルトを挿通させた状態で、共振子を構成する後面側共振部材にてボルト締め固定したものである。しかしながら、このユニットの場合、後面側共振部材に曲げ振動が励振されやすいため、振動レベルによっては発熱や応力破壊が懸念される。従って、実用化においては曲げ振動の抑制が必要であると考えている。

【0009】

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、振動板に発生するエロージョンや洗浄ムラを低減することができ、かつ、振動板に対する超音波振動子の接合強度を高めることができる超音波放射ユニットを提供することにある。また、本発明の別の目的は、振動時に発生する曲げ振動を抑制することができる超音波放射ユニットを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、超音波を放射する放射面、及び、前記放射面の反対側に位置する非放射面を有し、前記非放射面にボルトが突設された振動板と、前記非放射面に振動子前面板が接合されたボルト締めランジュバン型の超音波振動子と、前記非放射面に接合され、前記ボルトが挿通されるボルト挿通孔が設けられた前面側共振部材と、前記ボルトの先端部にて前面側共振部材と別体で設けられ、前記前面側共振部材を前記振動板との間に挟み込んだ状態で前記ボルトに締付固定される後面側共振部材とを備え、前記前面側共振部材及び前記後面側共振部材は、一体振動可能な複数の共振子を構成し、前記振動子前面板の側面と前記前面側共振部材の側面とが、前記超音波振動子の振動を前記共振子に伝達する結合子を介して連結されており、複数の前記共振子は、複数の前記超音波振動子とともに列状に配置され、かつ、列の端部に位置する端部配置共振子と、列の中間に位置する中間配置共振子とからなり、前記端部配置共振子を構成する前記後面側共振部材及び前記中間配置共振子を構成する前記後面側共振部材のうち、少なくとも前記端部配置共振子を構成する前記後面側共振部材は、前記前面側共振部材よりも曲げ剛性が大きい金属材料を用いて形成されていることを特徴とする超音波放射ユニットをその要旨とする。

【0011】

従って、請求項１に記載の発明によると、振動子列を構成している複数の超音波振動子を両側から挟むように複数の共振子が配置されることで、超音波振動子及び共振子が互いに近接して配置された状態となる。このため、振動板において一様な振動分布が得やすくなり、均一な音圧分布を実現することができ、洗浄ムラを少なくすることができる。また、振動板に発生するエロージョンを低減することができる。

【0012】

しかも、振動子前面板と前面側共振部材とが結合子を介して連結され、前面側共振部材に、振動板の非放射面に突設されたボルトが挿通されるボルト挿通孔が設けられている。このため、ボルト挿通孔を挿通したボルトの先端部に後面側共振部材を螺着させれば、前面側共振部材が振動板に締付固定されるだけでなく、前面側共振部材に結合子を介して連結された振動子前面板（及び超音波振動子）も、振動板に締付固定される。その結果、振動板に対する超音波振動子の接合強度が高くなる。

【0013】

また、共振子は、超音波振動子の振動に伴って共振現象により振動する。しかも、共振子は、複数種の部品からなる超音波振動子よりも単純な構造であるため、一般的に製造コストが低い。よって、振動板に超音波振動子のみを多数個配置する代わりに、超音波振動子とは別に共振子を配置することにより、振動子ユニットを低コストで実現することができる。

【0014】

さらに、端部配置共振子を構成する後面側共振部材及び中間配置共振子を構成する後面側共振部材のうち、少なくとも端部配置共振子を構成する後面側共振部材は、前面側共振部材よりも曲げ剛性が大きい金属材料を用いて形成されている。このため、振動時に大きな曲げ応力が加わりやすい箇所の曲げ強度を高めることができ、曲げ振動を効果的に抑制することができる。よって、その部分の発熱や応力破壊を未然に防ぐことができるとともに、共振子に要求される共振性能を保持することができる。

【0015】

請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記端部配置共振子を構成する前記後面側共振部材は、ヤング率が１００ＧＰａ以上の金属材料を用いて形成されていることをその要旨とする。

【0016】

請求項３に記載の発明は、請求項１において、前記端部配置共振子を構成する前記後面側共振部材は、ヤング率が１００ＧＰａ以上の金属材料を用いて形成され、前記前面側共振部材、前記振動子前面板及び前記結合子は、前記端部配置共振子を構成する前記後面側共振部材より密度が小さく、かつ熱伝導率が大きい金属材料を用いて形成されていることをその要旨とする。

【0017】

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか1項において、前記後面側共振部材の高さ方向の長さは、前記共振子の高さ方向の長さの１／４以上であり、前記後面側共振部材の前面と、前記前面側共振部材の後面とは面接触していることをその要旨とする。

【発明の効果】

【0018】

以上詳述したように、請求項１～４に記載の発明によると、振動板に発生するエロージョンや洗浄ムラを低減させることができ、かつ、振動板に対する超音波振動子の接合強度を高めることができる。また、振動時に発生する曲げ振動を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】第１実施形態における超音波洗浄装置を示す概略構成図。

【図2】第１実施形態における振動板型の超音波放射ユニットを示す斜視図。

【図3】図２のＡ－Ａ線断面図。

【図4】超音波放射ユニットを構成する振動子ユニットを示す平面図。

【図5】組立手順を説明するための超音波放射ユニットの分解断面図。

【図6】比較例１の振動板型の超音波放射ユニットを示す斜視図。

【図7】音圧分布の解析に用いられる超音波洗浄装置を示す概略斜視図。

【図8】超音波放射ユニットを構成する部材に用いられる各種金属材料の性質を比較して示した表。

【図9】（ａ）は実施例の振動変位解析結果を示す図、（ｂ）は比較例２の振動変位解析結果を示す図。

【図10】第２実施形態における振動板型の超音波放射ユニットを示す斜視図。

【図11】図１０のＢ－Ｂ線断面図。

【図12】超音波放射ユニットを構成する振動子ユニットを示す平面図。

【図13】組立手順を説明するための超音波放射ユニットの分解断面図。

【図14】（ａ）～（ｃ）は、別の実施形態の振動子ユニットを示す概略正面図。

【図15】（ａ）～（ｂ）は、別の実施形態の振動子ユニットを示す概略正面図。

【図16】従来技術の超音波洗浄装置を示す概略構成図。

【発明を実施するための形態】

【0020】

[第１実施形態]
以下、本発明を超音波洗浄装置に具体化した第１実施形態を図１～図９に基づき詳細に説明する。

【0021】

図１～図３に示されるように、超音波洗浄装置１０は、洗浄液Ｗ１を貯留する金属製の洗浄槽１１と超音波放射ユニット２１とを備えている。洗浄槽１１の下端部には、複数のボルト孔１１ａが設けられている。また、超音波放射ユニット２１は、振動板１２と、３つの振動子ユニット２２とを備えている。振動板１２は、洗浄槽１１の底部を構成しており、縦２２０ｍｍ×横２２０ｍｍ×厚さ２．５ｍｍの略矩形板状の金属板（本実施形態ではステンレス板）である。即ち、本実施形態の超音波放射ユニット２１は、洗浄槽１１の下端部にパッキン１を介して振動板１２を配置し、振動板１２をボルト２とナット３とでねじ固定する振動板タイプの超音波放射ユニットである。この振動板１２は、超音波を放射する放射面１３と、放射面１３の反対側に位置する非放射面１４とを有している。振動板１２の非放射面１４には、複数のスタッドボルト１５（図３参照）が等間隔を隔てて突設されている。振動板１２の外周部には、全周にわたって複数の固定用孔１６が設けられている。

【0022】

図３、図４に示されるように、各振動子ユニット２２は、振動板１２に接合される複数（本実施形態では２本）の超音波振動子３１と、同じく振動板１２に接合される複数（本実施形態では３本）の共振子５１とを備えている。超音波振動子３１と共振子５１とは１つおきに配置されている。３本の共振子５１は、２本の超音波振動子３１とともに列状に配置されている。なお、本実施形態では、列の端部に位置する共振子５１を「端部配置共振子５１ａ」と呼び、列の中間に位置する共振子５１を「中間配置共振子５１ｂ」と呼ぶことがあるものとする。また、本実施形態の超音波洗浄装置１０は、各超音波振動子３１から洗浄槽１１内の洗浄液Ｗ１に超音波を照射することにより、洗浄槽１１内に収容された被洗浄物１７（図１参照）の表面を洗浄する装置である。

【0023】

図１～図５に示されるように、各超音波振動子３１は、超音波を照射するための装置である。各超音波振動子３１は、振動子前面板３２、振動子裏打板３３、駆動部４１及び振動子組付用ボルト３４によって構成されている。振動子前面板３２は、超音波振動子３１における前端側に配置されている。振動子前面板３２は、平面視正方形状をなしており、本実施形態では一辺の長さが４５ｍｍに設定されている。そして、振動子前面板３２の放射面は、エポキシ樹脂系等の接着剤１８を介して、振動板１２の非放射面１４におけるボルト非突設領域Ｒ２に接合されている（図５参照）。

【0024】

振動子裏打板３３は、超音波振動子３１における後端側に配置されている。駆動部４１は、２枚の圧電素子４２と２枚の電極板４３とを交互に積層してなり、振動子前面板３２と振動子裏打板３３との間に挟持されている。圧電素子４２は円環状であり、電極板４３は一部にタブ部を有する略円環状であることから、駆動部４１は、自身の中心を貫通するボルト挿通孔４４を有したものとなっている。各圧電素子４２は、厚さ方向に分極している。

【0025】

なお、本実施形態の圧電素子４２は、特に限定されないが、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）のようなＰｂ（鉛）を含むセラミックス圧電材料を用いて形成される。また、圧電素子４２は、無鉛のセラミックス圧電材料、具体的には、ニオブ酸アルカリ系のセラミックス圧電材料を用いて形成されていてもよい。

【0026】

図３に示されるように、振動子前面板３２の中心部には、振動子前面板３２の高さ方向（図３では上下方向）に沿って延びる雌ねじ穴３５が形成されている。この雌ねじ穴３５は、振動子前面板３２を貫通していない。つまり、この雌ねじ穴３５は、振動子前面板３２の後面のみにおいて開口している。一方、振動子前面板３２の前面は、穴のないフラットな状態となっており、振動板１２の非放射面１４に面接触している。この雌ねじ穴３５は、駆動部４１のボルト挿通孔４４に連通している。一方、振動子裏打板３３の中心部には、振動子裏打板３３の高さ方向（図３では上下方向）に沿って延びる貫通孔３６が形成されている。貫通孔３６は、前面にて開口してボルト挿通孔４４に連通するとともに、後面３７にて開口している。なお、外周面に雄ねじが形成された振動子組付用ボルト３４は、振動子裏打板３３側から挿入されており、その先端は貫通孔３６及びボルト挿通孔４４を介して振動子前面板３２側の雌ねじ穴３５に到っている。つまり、この振動子組付用ボルト３４の先端は、振動子前面板３２の途中で止まっており、振動板１２にまでは到っていない。この振動子組付用ボルト３４は、雌ねじ穴３５に螺合している。そして、振動子裏打板３３を挿通した振動子組付用ボルト３４の突出部分に対してナット３８を螺着させることにより、振動子前面板３２、駆動部４１及び振動子裏打板３３が互いに締付固定されて一体化される。なお、振動子組付用ボルト３４及びナット３８を形成する金属材料は任意であるが、ここではステンレスが用いられている。

【0027】

図１～図５に示されるように、本実施形態の各超音波振動子３１は、軸方向の縦振動成分がλ／２（λ：縦振動波長）で共振する縦１次振動モード（単体での共振周波数２８ｋＨｚ）を有する縦振動型のボルト締めランジュバン型振動子である。各超音波振動子３１は、互いに同じ周波数で振動する振動子である。

【0028】

また、図１に示されるように、各超音波振動子３１には超音波発振器１９が接続されている。超音波発振器１９は、各超音波振動子３１を連続的に振動させる高周波電力を供給する。この高周波電力によって各超音波振動子３１が駆動され、各超音波振動子３１により、２５ｋＨｚ（超音波振動子３１を振動板１２に接合した状態での共振周波数）の超音波が洗浄槽１１内の洗浄液Ｗ１に照射される。なお、本実施形態では超音波の出力を２５０Ｗとしているが、特にこれに限定されるわけではなく、任意に設定可能である。

【0029】

図１～図５に示されるように、本実施形態の各共振子５１は、超音波振動子３１と同じ周波数（単体での共振周波数２８ｋＨｚ）及び縦振動モードで共振する共振子である。各共振子５１は、前面側共振部材５２と、前面側共振部材５２とは別体で設けられた後面側共振部材５３、５４とによって構成されている。なお、本実施形態では、端部配置共振子５１ａを構成する後面側共振部材に「５３」の部材番号を付し、中間配置共振子５１ｂを構成する後面側共振部材に「５４」の部材番号を付すことで、両者を区別している。そして、前面側共振部材５２及び後面側共振部材５３、５４は、一体振動可能な共振子５１を構成している。つまり、本実施形態の共振子５１は、１つの部材で構成されたものではなく、上記のように前後方向に分割された２つの部材により構成されたものとなっている。なお、前面側共振部材５２の後面及び後面側共振部材５３、５４の前面は、いずれも平坦面であり、互いに面接触している。

【0030】

前面側共振部材５２は、超音波を放射する放射体としての機能を有している。前面側共振部材５２は、共振子５１における前端側に配置されている。前面側共振部材５２は平面視矩形状であって、本実施形態では４５ｍｍ×２５ｍｍの矩形状となっている。よって、前面側共振部材５２の一辺の長さの最大値は、超音波振動子３１の振動子前面板３２の一辺の長さ（４５ｍｍ）と等しくなる。さらに、前面側共振部材５２の中心部には、スタッドボルト１５が挿通されるボルト挿通孔５５が、前面側共振部材５２の高さ方向に沿って延びるように設けられている。そして、前面側共振部材５２は、前面側が接着剤１８を介して振動板１２の非放射面１４におけるボルト突設領域Ｒ１に接合されている（図５参照）。

【0031】

図１～図５に示されるように、後面側共振部材５３、５４は、共振子５１における後端側に配置されている。また、後面側共振部材５３は平面視円形状であって、本実施形態では外径２５ｍｍの平面視円形状となっている。後面側共振部材５３は、ボルト挿通孔５５を挿通したスタッドボルト１５の先端部に設けられている。後面側共振部材５３の中心部には、スタッドボルト１５が螺着される非貫通の雌ねじ穴５６が、後面側共振部材５３、５４の高さ方向に沿って延びるように設けられている。よって、この後面側共振部材５３の雌ねじ穴５６とスタッドボルト１５の先端部とを螺着させることにより、前面側共振部材５２が振動板１２との間に挟み込まれた状態で締付固定される。つまり、本実施形態の後面側共振部材５３は、共振子５１の構成部材としての機能を有するほか、ナットとしての機能も有している。なお、本実施形態では、前面側共振部材５２及び後面側共振部材５３、５４が互いに接合面において面接触し、この状態で両共振部材５２、５３、５４が締結固定される。前面側共振部材５２と後面側共振部材５３、５４とのボルト締結時には、接合面での接触応力分布が均一になることが望ましく、そのためには上記のような面接触が好ましいからである。ちなみに、接合面の接触状態が悪いと、接合面における熱の発生により機械的Ｑが低下して、共振子５１として正常に機能しなくなるおそれがある。

【0032】

ここで、前面側共振部材５２の高さ方向の長さＤ２及び後面側共振部材５３、５４の高さ方向の長さＤ３は、特に限定されず任意に設定することが可能であるが、後面側共振部材５３、５４の長さＤ３は、例えば共振子５１の高さ方向の長さＤ１の１／４以上に設定される。その理由は、この寸法の範囲内であるとボルト締め付け時に十分な締付固定力を得やすくなるからである。なお、上記長さＤ３は、上記長さＤ１の１／３以上であってもよく、１／２以上であってもよい。また、共振子５１の高さ方向の長さＤ１も、特に限定されず任意に設定することが可能であるが、本実施形態では超音波振動子３１の高さ方向の長さよりもいくぶん長く形成されている。よって、後面側共振部材５３の上端部は、超音波振動子３１の上端部よりも高い位置に配置されており、周面において対向した２箇所に平坦面を有する断面非円形状の工具係止部が形成されている。つまり、後面側共振部材５３の上端部は、工具を用いて回転させて螺着するときに、工具の先端を係止しやすい断面形状となっている。

【0033】

図３，図４に示されるように、振動子前面板３２の側面の一部及び前面側共振部材５２の側面の一部は、結合子６１を介して連結されている。結合子６１は切欠溝Ｍ１のある箇所に対応して存在している。結合子６１とは、隣接する周囲の部材（振動子前面板３２や前面側共振部材５２）よりも肉薄かつ帯状に形成された連結部分のことを指している。結合子６１は、部材同士を連結する役割を果たすばかりでなく、超音波振動子３１の振動を共振子５１に伝達する役割も果たしている。本実施形態の結合子６１は、振動子前面板３２の側面の前端部（図３では下端部）と、前面側共振部材５２の側面の前端部（図３では下端部）とを連結している。そして、結合子６１の前面側も、接着剤１８を介して振動板１２の非放射面１４に接合されている。また、本実施形態の振動子ユニット２２では、２つの振動子前面板３２と３つの前面側共振部材５２と４つの結合子６１とが一体形成されている。

【0034】

平面視矩形状の前面側共振部材５２は、肉薄帯状の結合子６１と平行に配置される長辺と、結合子６１と直交して配置される短辺を有している。前面側共振部材５２の長辺の長さは特に限定されないが、本実施形態では振動子前面板３２の一辺の長さと等しくなっている。また、前面側共振部材５２の短辺の長さと結合子６１の幅との和の寸法についても特に限定されないが、超音波振動子３１の縦振動波長の１／４以下の長さであることが好ましい。その理由は、当該和の寸法がこのような長さ範囲であると、共振子３１を均一な縦振動をする共振体として機能させやすくなるからである。

【0035】

次に、この超音波放射ユニット２１を構成する部材に用いられる金属材料について図８を参照しながら説明する。なお、図８の表は、各種金属材料の性質を比較して示したものである。

【0036】

本実施形態では、各々の前面側共振部材５２、各々の振動子前面板３２及び各々の結合子６１は、１つの金属製ブロックから形成されたものであるため、これらは同じ金属材料からなる。ここで、前面側共振部材５２、振動子前面板３２及び結合子６１を形成する金属材料としては、機械的Ｑが大きく（即ち機械的振動損が小さく）、密度が小さく（即ち軽量であり）、熱伝導率が大きい（即ち放熱性に優れた）材料が好ましく、本実施形態において具体的には、アルミニウム合金（超々ジュラルミンＡ７０７５－Ｔ６）を選択している。なお、アルミニウム合金として、超々ジュラルミンＡ７０７５－Ｔ６以外のもの（例えばＡ６０６３など）を選択してもよい。ちなみに、機械的Ｑが大きく（即ち機械的振動損が小さく）、かつ密度が小さい（即ち軽量である）材料の選択は、超音波振動子３１及び共振子５１の振動性能の向上につながるからである。また、熱伝導率が大きい（即ち放熱性に優れた）材料の選択は、超音波振動子３１に投入する電気エネルギーのロスの低減につながり、洗浄効率の向上にも寄与するからである。なお、中間配置共振子５１ｂを構成する後面側共振部材５４についても、本実施形態ではアルミニウム合金が使用されている。

【0037】

表８によると、アルミニウム合金（超々ジュラルミンＡ７０７５－Ｔ６）の曲げ剛性の大きさに関係するヤング率の値は、７２ＧＰａとなっている。また、端部配置共振子５１ａを構成する後面側共振部材５３及び中間配置共振子５１ｂを構成する後面側共振部材５４のうち、端部配置共振子５１ａを構成する後面側共振部材５３は、前面側共振部材５２よりも曲げ剛性が大きい金属材料を用いて形成されている。ここで具体的には、端部配置共振子５１ａを構成する後面側共振部材５３を形成する金属材料として、ステンレス（ヤング率：２００ＧＰａ）が選択されている。端部配置共振子５１ａを構成する後面側共振部材５３は、ヤング率が１００ＧＰａ以上の金属材料を用いて形成されることが好ましく、ステンレスはこの条件を満たしている。このほか、機械構造用炭素鋼Ｓ４５Ｃなどの鉄系金属（ヤング率：２０６ＧＰａ）や、Ｔｉ－６Ａｌ－４Ｖなどのチタン合金（ヤング率：１１１ＧＰａ）を選択しても勿論構わない。ちなみに、曲げ剛性は、材料のヤング率Ｅと断面二次モーメントＩとの積Ｅ・Ｉで表される。従って、ヤング率が大きい材料ほど、曲げ振動を抑制することができることになる。

【0038】

前面側共振部材５２、振動子前面板３２及び結合子６１は、端部配置共振子５１ａを構成する後面側共振部材５３より密度が小さい金属材料を用いて形成されていることが好ましい。例えば、後面側共振部材５３を形成する金属材料がステンレス（密度：７．９×１０^３[kg/m^３]）である場合、密度２．８×１０^３[kg/m^３]のアルミニウム合金は好適条件を満たしているため、上記各部材の形成材料として用いてもよいことになる。このほか、密度４．４３×１０^３[kg/m^３]のチタン合金（Ti-6Al-4V）も、同様に好適条件を満たしているため、上記各部材の形成材料として用いてもよいことになる。また、前面側共振部材５２、振動子前面板３２及び結合子６１は、端部配置共振子５１ａを構成する後面側共振部材５３より熱伝導率が大きい金属材料を用いて形成されていることが好ましい。例えば、後面側共振部材５３を形成する金属材料がステンレス（熱伝導率：１６．３[W/m／℃]）である場合、熱伝導率１２１[W/m／℃]）のアルミニウム合金は好適条件を満たしているため、上記各部材の形成材料として用いてもよいことになる。

【0039】

また、振動子組付用ボルト３４及びスタッドボルト１５についても、曲げ剛性が大きい金属材料を用いて形成され、本実施形態ではヤング率が１００ＧＰａ以上の金属材料であるステンレスが選択されている。スタッドボルト１５の長さや直径は、特に限定されず、任意に設定可能である。スタッドボルト１５の直径は、例えば、後面側共振部材５３、５４の外径の２０％以上がよく、３０％以上がよりよい。即ち、スタッドボルト１５が細すぎると、前面側共振部材５２及び後面側共振部材５３、５４の接合面における接触応力分布が不均一になり、機械的Ｑの低下の原因となる発熱につながりやすいからである。

【0040】

スタッドボルト１５の直径は、前面側共振部材５２の短辺及び後面側共振部材５３、５４の外径のうち、短い方の寸法の８０％以下がよく、７０％以下がよりよい。即ち、スタッドボルト１５が太すぎると、共振部材５２、５３、５４の肉厚が薄くなるため、共振部材５２、５３、５４の応力破壊につながるおそれがあるからである。

【0041】

後面側共振部材５３、５４の雌ねじ穴５６に対するスタッドボルト１５のねじ込み長は、少なくともスタッドボルト１５の直径よりも大きいことがよく、特にはスタッドボルト１５の直径の１．２倍以上であることがよい。この寸法の範囲内であると、ボルト締め付け時に十分な締付固定力を得やすくなるからである。

【0042】

次に、本実施形態の超音波洗浄装置１０の動作について説明する。

【0043】

まず、超音波洗浄装置１０を駆動して、超音波発振器１９から複数の超音波振動子３１に高周波電力を供給し、各超音波振動子３１を連続的に振動させる。その結果、超音波振動子３１から洗浄液Ｗ１中に超音波が照射される。このとき、超音波の照射に伴って洗浄液Ｗ１中にキャビテーションが発生するが、そのキャビテーションの破裂の衝撃によって被洗浄物１７が洗浄される。

【0044】

次に、超音波放射ユニット２１の組立方法を図５に基づいて説明する。

【0045】

まず、アルミニウム合金ブロックを加工（溝加工、端面加工、ねじ加工など）した後、端面を研磨することにより、振動子前面板３２、前面側共振部材５２及び結合子６１からなる前面ベース７１を作製する。次に、振動子前面板３２に設けられた雌ねじ穴３５に対して振動子組付用ボルト３４を螺着する。さらに、振動子組付用ボルト３４に対して、２枚の電極板４３と２枚の圧電素子４２とを交互に取り付けた後、振動子裏打板３３を取り付ける。そして、振動子裏打板３３を挿通したボルト３４の突出部分に対してナット３８を螺着させることにより、振動子前面板３２、電極板４３、圧電素子４２及び振動子裏打板３３が互いに締付固定されて超音波振動子３１となる。

【0046】

また、振動板１２の非放射面１４に対して複数のスタッドボルト１５を溶接した後、非放射面１４に対して接着剤１８を塗布する。そして、振動板１２のスタッドボルト１５に対して複数（本実施形態では３つ）の振動子ユニット２２を外挿する。さらに、前面側共振部材５２を挿通したスタッドボルト１５の突出部分（先端部）に対して後面側共振部材５３を螺着させる。これにより、超音波放射ユニット２１が完成する。このとき、前面ベース７１は、接着剤１８の接着力と、スタッドボルト１５に対する後面側共振部材５３、５４の締付固定力とにより、振動板１２の非放射面１４に対して接合固定された状態になる。

【0047】

次に、超音波放射ユニット２１の評価試験及びその結果を説明する。

【0048】

（第１の評価試験）

【0049】

第１の評価試験では、測定用サンプルを次のように準備した。本実施形態の超音波放射ユニット２１（図２参照）と同じ超音波放射ユニット２１を準備し、これを実施例とした。また、本実施形態の超音波放射ユニット２１から共振子５１を省略した超音波放射ユニット８２を準備し、これを比較例１（図６参照）とした。なお、比較例１では、超音波振動子３１を、平面視円形状の振動子前面板を備えた超音波振動子８１（円型振動子）に変更した。

【0050】

次に、従来周知の有限要素法解析により、各測定用サンプル（実施例、比較例１）の超音波放射ユニットが有する振動板において、水負荷状態での振動分布を解析した。

【0051】

その結果、比較例１では、振動板の特定領域（超音波振動子８１の裏側部分）の振動分布にムラが生じることが確認された。一方、実施例では、特定領域の振動分布にムラが生じないこと、つまり振動分布が均一になることが確認された。

【0052】

また、各測定用サンプル（実施例、比較例１）の超音波放射ユニットを用いて超音波洗浄装置９１（図７参照）を製作し、製作した超音波洗浄装置９１を用いて被洗浄物９２の洗浄を行った。具体的に言うと、まず、洗浄槽９３内に洗浄液９４を貯留した後、洗浄槽９３内に被洗浄物９２を収容した。ここでは、被洗浄物９２としてステンレス板を用いた。次に、超音波放射ユニットの超音波振動子９５から洗浄液９４に対して周波数２５ｋＨｚ、出力２５０Ｗの超音波を照射し、洗浄液９４中の被洗浄物９２を洗浄した。そして、各測定用サンプルに対して、被洗浄物９２の表面の音圧分布を解析した。

【0053】

その結果、比較例１では、被洗浄物９２の表面の音圧分布にムラが生じることが確認された。一方、実施例では、被洗浄物９２の表面の音圧分布にムラが生じないこと、つまり音圧分布が均一になることが確認された。

【0054】

次に、各測定用サンプル（実施例、比較例１）において、超音波洗浄装置９１の洗浄槽９３内を１００ｋＰａだけ減圧した。そして、従来周知の有限要素法解析により、超音波放射ユニットが有する振動板の変形量を解析した。また、超音波振動子や共振子を振動板に接合するための接着剤にかかる応力も解析した。

【0055】

その結果、比較例１では、洗浄槽９３内を減圧した際に、振動板の最大変位（変形量の最大値）が約３２０μｍに達することが確認された。一方、実施例では、洗浄槽９３内を減圧したとしても、振動板の最大変位は約４０μｍに過ぎないことが確認された。即ち、実施例の変形量は、比較例１の変形量の約８分の１となることが確認された。

【0056】

また、比較例１では、洗浄槽９３内を減圧した際に、接着剤にかかる最大応力が約２６ＭＰａに達することが確認された。この場合、接着剤の許容応力（２３ＭＰａ）を超えているため、超音波振動子が接着剤の部分で剥離してしまうことが確認された。一方、実施例では、洗浄槽９３内を減圧したとしても、接着剤にかかる最大応力は約１１ＭＰａに過ぎないことが確認された。この場合、接着剤の許容応力の約半分の応力であるため、接着剤の部分での剥離は生じないことが確認された。

【0057】

以上のことから、振動板に対して、超音波振動子及び共振子の両方を備えた振動子ユニットを接合すれば、振動板の放射面の振動分布が均一で曲げ振動成分がないため、エロージョンが発生しにくく、振動板が長寿命であることが証明された。また、被洗浄物９２の表面の音圧分布が均一になるため、均一な洗浄が可能であることも証明された。さらに、超音波振動子自身が“共振型の補強板”として機能するため、減圧に対して耐圧性があり、減圧洗浄用の超音波振動子として最適であることも証明された。

【0058】

（第２の評価試験）
第２の評価試験では、上記実施例と比較例２とを設定し、後面側共振部材５３、５４の金属材料を変えた場合の振動モードを解析して比較した。なお実施例は、端部配置共振子５１ａを構成する後面側共振部材５３がステンレスからなり、中間配置共振子５１ｂを構成する後面側共振部材５４がアルミニウム合金からなるものとした。比較例２は、基本的に実施例と同じ構成であるが、全ての後面側共振部材５３、５４がアルミニウム合金からなるものとした。そして、振動板１２の放射面１３側を水負荷状態とし、駆動条件を駆動周波数２５．８ｋＨｚ、出力２５０Ｗとした場合について、有限要素法解析によりユニット各部の変形量を解析した。

【0059】

図９（ｂ）は比較例２の解析結果を示すものである。比較例２では、中間配置共振子５１ｂを構成する後面側共振部材５４と、端部配置共振子５１ａを構成する後面側共振部材５３とで、振動モードが異なっていた。具体的には、中間配置共振子５１ｂを構成する後面側共振部材５４では、振幅の大きい曲げ振動が少なく、主に縦振動が励振されていた。一方、端部配置共振子５１ａを構成する後面側共振部材５３では、縦振動ではなく、振幅の大きい曲げ振動が励振されていた。従って、比較例２は、振動レベルが大きくなると端部配置共振子５１ａに発熱や応力破壊が生じやすくなる構造であることがわかった。

【0060】

図９（ａ）は実施例の解析結果を示すものである。実施例では、端部配置共振子５１ａを構成する後面側共振部材５３及び中間配置共振子５１ｂを構成する後面側共振部材５４の両方において、振幅の大きい曲げ振動が少なく、主に縦振動が励振されていることがわかった。従って、実施例は、振動レベルの大小に関わらず、端部配置共振子５１ａに発熱や応力破壊が生じにくい構造であることがわかった。

【0061】

従って、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。

【0062】

（１）本実施形態の超音波放射ユニット２１では、振動子列を構成している複数の超音波振動子３１を両側から挟むように複数の共振子５１が配置されるとともに、振動子前面板３２及び前面側共振部材５２がいずれも平面視矩形状となっている。そのため、超音波振動子３１及び共振子５１が互いに密接に配置された状態となる。よって、振動板１２において一様な振動分布が得やすくなり、均一な音圧分布を実現することができ、洗浄ムラを少なくすることができる。また、振動板１２に発生するエロージョンが低減されるため、振動板１２が摩耗しにくくなり、振動板１２の長寿命化を図ることができる。

【0063】

（２）本実施形態の超音波放射ユニット２１では、振動子前面板３２と前面側共振部材５２とが結合子６１を介して連結され、前面側共振部材５２に、振動板１２の非放射面１４に突設されたスタッドボルト１５が挿通されるボルト挿通孔５５が設けられている。このため、ボルト挿通孔５５を挿通したスタッドボルト１５に後面側共振部材５３を螺着させれば、前面側共振部材５２が振動板１２に締付固定される。それだけでなく、前面側共振部材５２に結合子６１を介して連結された振動子前面板３２（及び超音波振動子３１）も、振動板１２に締付固定される。ちなみに、スタッドボルト１５に後面側共振部材５３を螺着させることによる接合強度は、４６９ＭＰａであり、接着剤１８の接合強度（２３ＭＰａ）の約２０倍である。そのため、振動板１２に対する超音波振動子３１の接合強度が大幅に高くなる。

【0064】

（３）本実施形態の超音波放射ユニット２１では、結合子６１を介して前面側共振部材５２及び振動子前面板３２を互いに連結することで、前面ベース７１が構成されている。そして、この前面ベース７１は、振動子前面板３２及び前面側共振部材５２と振動板１２の非放射面１４との間に介された接着剤１８の接着力と、スタッドボルト１５に対する後面側共振部材５３、５４の締付固定力とにより、振動板１２の非放射面１４に対して接合固定されている。つまり、超音波振動子３１の振動子前面板３２の部分については、接着剤１８の接着力のみで接合されているものの、前面側共振部材５２の部分については、接着剤１８の接着力ばかりでなくそれよりも強固な“スタッドボルト１５に対する後面側共振部材５３、５４の締付固定力”によっても接合固定された状態となる。従って、超音波振動子３１の超音波振動を理想的な形で効率よく振動板１２に伝達可能な構成を担保することができる。それに加えて、結合子６１を介して互いに連結された前面側共振部材５２及び振動子前面板３２からなる構造体（前面ベース７１）を、振動板１２に対して容易にかつ確実に接合固定することができる。

【0065】

（４）本実施形態の共振子５１は、超音波振動子３１と同じ周波数及び縦振動モードで共振する共振子であるため、超音波振動子３１の振動に伴って共振現象により振動する。しかも共振子５１は、アルミニウム合金またはステンレスを加工するだけで得られる金属加工部品である。ゆえに、セラミックス圧電材料を含む複数種の部品からなる超音波振動子３１よりも構造が単純であり、製造コストも低い。よって、振動板１２に超音波振動子３１のみを多数個配置する代わりに、超音波振動子３１とは別に共振子５１を配置することにより、超音波放射ユニット２１を低コストで実現することができる。

【0066】

（５）本実施形態では、ボルト突設領域Ｒ１に前面側共振部材５２を接して配置し、ボルト非突設領域Ｒ２に超音波振動子３１の振動子前面板３２を接して配置している。その結果、振動子前面板３２が、振動板１２の非放射面１４において“障害物のないフラットな面”に面接触状態で配置された状態になる。よって、超音波振動子３１自身が発生した超音波振動を理想的な形で効率よく振動板１２に伝達することができる。また、振動子前面板３２、前面側共振部材５２及び結合子６１の各前面（即ち前面ベース７１の前面）が面一の状態となって非放射面１４に接合される。このため、その前面から一様に超音波を放射することができる。それゆえ、従来の超音波振動子よりも放射面積を広くすることができる。

【0067】

（６）本実施形態では、端部配置共振子５１ａを構成する後面側共振部材５３及び中間配置共振子５１ｂを構成する後面側共振部材５４のうち、端部配置共振子５１ａを構成する後面側共振部材５３を、前面側共振部材５２よりも曲げ剛性が大きい金属材料を用いて形成している。このため、振動時に大きな曲げ応力が加わりやすい後面側共振部材５３の箇所の曲げ強度を高めることができ、曲げ振動を効果的に抑制することができる。よって、後面側共振部材５３の発熱や応力破壊を未然に防ぐことができるとともに、共振子５１に要求される共振性能を保持することができる。従って、この構成によると、実用性の高い超音波放射ユニット２１を実現することができる。

【0068】

[第２実施形態]

【0069】

次に、本発明を具体化した第２実施形態の超音波放射ユニット１２１を図１０～図１３に基づき詳細に説明する。なお、ここでは第１実施形態の超音波放射ユニット２１と相違する構成について説明し、共通する構成については同じ部材番号を付すのみとして詳細な説明は省略する。

【0070】

図１０～図１３に示されるように、この超音波放射ユニット１２１は、第１実施形態のときの前面側共振部材５２とは形状が異なっている。具体的にいうと本実施形態では、前面側共振部材６１ａとして、振動子前面板３２の側面同士を連結する結合子としても機能する幅広の矩形板状部（連結部）が形成されている。この前面側共振部材６１ａは、第１実施形態の前面側共振部材５２よりもかなり肉薄に形成されている。その一方で、本実施形態の後面側共振部材５３、５４は、第１実施形態のものよりもかなり長く形成されている。結合子を兼ねる前面側共振部材６１ａの後面と、後面側共振部材５３、５４の前面とは、互いに面接触した状態で配置されている。また、ここでは前面側共振部材６１ａの短辺は、後面側共振部材５３、５４の外径とほぼ等しく形成されている。そして、これら前面側共振部材６１ａ及び後面側共振部材５３、５４によって、一体振動可能な共振子５１が構成されている。

【0071】

この超音波放射ユニット１２１を組み立てる場合には、まず、アルミニウム合金ブロックを加工して、振動子前面板３２と、結合子を兼ねる前面側共振部材６１ａとからなる前面ベースＢ１を作製する。この場合、振動子前面板３２間に幅狭の切欠溝Ｍ１を形成する必要はない。次に、第１実施形態のときと同様に超音波振動子３１を組み立てた後、スタッドボルト１５が溶接済の振動板１２を用意し、その非放射面１４に接着剤１８を塗布する。そして、振動板１２のスタッドボルト１５に対して振動子ユニット２２Ａを外挿する。この状態で、前面側共振部材５２から突出するスタッドボルト１５の先端部に後面側共振部材５３、５４を螺着させることにより、超音波放射ユニット１２１が完成する。

【0072】

上記のような構成の超音波放射ユニット１２１であっても、第１実施形態のときと同様に、振動板１２に発生するエロージョンや洗浄ムラを低減させることができ、かつ、振動板１２に対する超音波振動子３１の接合強度を高めることができる。また、振動時において後面側共振部材５３、５４に発生する曲げ振動を抑制することができる。さらに、本実施形態では、幅狭の溝加工を行わずに前面ベースＢ１を作製することが可能となる。その分だけ加工が容易になり、加工費を安く抑えることが可能となる結果、超音波放射ユニット１２１の製造コストを低減することができる。

【0073】

なお、上記実施形態を以下のように変更してもよい。

【0074】

・上記実施形態における振動子ユニット２２では、３本の共振子５１及び２本の超音波振動子３１を１つおきに列状に配置し、そのうち端部配置共振子５１ａを構成する２本の後面側共振部材５３をステンレスで形成したが（図１４（ａ）参照）、これに限定されない。例えば、図１４（ｂ）に示す別の実施形態の振動子ユニット１４１のように、端部配置共振子５１ａを構成する後面側共振部材５３ばかりでなく、中間配置共振子５１ｂを構成する後面側共振部材５４についても、ステンレスで形成してもよい。また、図１４（ｃ）に示す別の実施形態の振動子ユニット１５１のように、４本の共振子５１及び３本の超音波振動子３１を１つおきに列状に配置し、そのうち端部配置共振子５１ａを構成する２本の後面側共振部材５３をステンレスで形成してもよい。さらに、図１５（ａ）に示す別の実施形態の振動子ユニット１６１のように、４本の共振子５１及び２本の超音波振動子３１を列状に配置し、そのうち端部配置共振子５１ａを構成する２本の後面側共振部材５３をステンレスで形成してもよい。即ち、共振子５１と超音波振動子３１とは１つおきに配置されなくてもよく、共振子５１が連続して配置されていてもよい。また、図１５（ｂ）に示す別の実施形態の振動子ユニット１７１のように、３本の共振子５１及び４本の超音波振動子３１を列状に配置し、そのうち端部配置共振子５１ａを構成する２本の後面側共振部材５３をステンレスで形成してもよい。即ち、共振子５１と超音波振動子３１とは１つおきに配置されなくてもよく、超音波振動子３１が連続して配置されていてもよい。なお、図８（ａ）～（ｃ）、図９（ａ）～（ｂ）では、説明の便宜上、ステンレスからなる部材であることを、ハッチングを付すことで表している。なお、これら別の実施形態で用いたステンレスの代わりに、例えば同じく曲げ剛性の高い（ヤング率が１００ＧＰａ以上の）金属である鉄系金属やチタン合金などを用いても勿論よい。

【0075】

・例えば、共振子５１を構成する後面側共振部材５３、５４の外径を第１及び第２実施形態のものよりも太く形成してもよく、このように形成すれば共振子５１に発生する曲げ振動をより確実に低減することができる。

【0076】

・上記実施形態では、頭部を有しないボルトであるスタッドボルト１５が、振動板１２の非放射面１４に突設されるボルトとして用いられていた。しかし、六角ボルト、六角穴付ボルト、蝶ボルト等の頭部を有するボルトを、非放射面１４に突設されるボルトとして用いてもよい。

【0077】

・上記実施形態の超音波洗浄装置１０は、洗浄槽１１の底部にパッキン１を介して超音波放射ユニット２１を取り付け、ボルト２とナット３とによって固定したタイプであったが、これに限定される訳ではない。例えば、超音波洗浄装置は、洗浄槽の底板の非放射面に接着剤を塗布した後、非放射面に突設されたスタッドボルトに対して振動子ユニット２２を外挿し、振動子ユニット２２を挿通したスタッドボルトの突出部分に後面側共振部材５３を螺着させることにより、振動子ユニット２２を接合したタイプであってもよい。また、洗浄槽１１の洗浄液Ｗ１中に投げ込んで使用する投げ込みタイプの超音波放射ユニットを用いて超音波洗浄装置を構成してもよい。この場合、投げ込みタイプの超音波放射ユニットは、水密構造のケースの内側の非放射面に接着剤を塗布するとともにスタッドボルトを突設し、スタッドボルトに対して振動子ユニット２２を外挿した後、スタッドボルトに後面側共振部材５３を螺着させることにより、振動子ユニット２２を接合した構造を有している。

【0078】

・上記実施形態の超音波放射ユニット２１は、超音波を利用して洗浄を行う超音波洗浄装置１０に適用されていたが、洗浄以外に、抽出、乳化、分散、混合、攪拌、破砕、霧化等の処理を行う装置に適用してもよい。具体的には、例えば、超音波放射ユニットを超音波乳化装置に適用した場合、エマルジョンをナノ粒子まで高効率に微細化することができ、長期間安定化、界面活性剤の削減などの効果を期待することができる。また、超音波放射ユニットを超音波分散装置に適用した場合には、ナノ粒子（金属ナノ粒子、カーボンナノチューブ、セラミックスナノ粒子、磁性ナノ粒子など）を高効率に分散化することができる。さらに、超音波放射ユニットを、化学的作用を利用した超音波処理装置として具体化してもよい。この場合、キャビテーションを均一かつ広範囲で効率良く発生させることができるため、気泡圧壊時の高温高圧場により生じるＯＨラジカル等のラジカル生成量を増大させることが可能となる。従って、ラジカル種に起因するソノケミカルの反応効率を高めることができ、有害物質の分解無害化、殺菌、高分子重合などの処理を効率良く行うことができる。

【0079】

次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した実施形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。

【0080】

（１）請求項１等において、前記端部配置共振子を構成する前記後面側共振部材及び前記中間配置共振子を構成する前記後面側共振部材の全てが、前記前面側共振部材よりも曲げ剛性が大きい金属材料を用いて形成されていること。
（２）請求項１等において、前記振動子前面板及び前記前面側共振部材は、接着剤を介して前記振動板の前記非放射面に接合されていること。
（３）請求項１等において、前記前面側共振部材が、前記非放射面におけるボルト突設領域に接して配置される一方、前記の超音波振動子が、前記非放射面において前記ボルト突設領域に隣接するボルト非突設領域に接して配置されており、前記結合子を介して互いに連結された前記前面側共振部材及び前記振動子前面板が、前記振動子前面板及び前記前面側共振部材と前記振動板の前記非放射面との間に介された接着剤の接着力と、前記ボルトに対する前記後面側共振部材の締付固定力とにより、前記振動板の前記非放射面に対して接合固定されていること。
（４）請求項１等において、前記振動子前面板と前記前面側共振部材と前記結合子とが一体形成されていること。
（５）請求項１等において、前記超音波振動子は、縦振動モードで振動する縦振動型の振動子であり、前記共振子は、前記超音波振動子と同じ周波数及び縦振動モードで共振する共振子であること。
（６）超音波を放射する放射面、及び、前記放射面の反対側に位置する非放射面を有し、前記非放射面にボルトが突設された振動板と、前記非放射面に振動子前面板が接合されたボルト締めランジュバン型の超音波振動子と、前記振動子前面板の側面同士を連結する結合子として機能する幅広板状の部分（連結板）であり、前記非放射面に接合され、前記ボルトが挿通されるボルト挿通孔が設けられた前面側共振部材と、前記ボルトの先端部に設けられ、前記前面側共振部材を前記振動板との間に挟み込んだ状態で締付固定される後面側共振部材とを備え、前記振動子前面は平面視矩形状をなし、前記結合子を兼ねる前記前面側共振部材と、前記後面側共振部材とによって、共振子が構成されていることを特徴とする超音波放射ユニット。

【符号の説明】

【0081】

１２…振動板
１３…放射面
１４…非放射面
１５…ボルトとしてのスタッドボルト
１８…接着剤
２１、１２１…超音波放射ユニット
２２、２２Ａ、１４１、１５１、１６１…振動子ユニット
３１…超音波振動子
３２…振動子前面板
５１…共振子
５１ａ…共振子としての端部配置共振子
５１ｂ……共振子としての中間配置共振子
５２、６１ａ…前面側共振部材
５３、５４…後面側共振部材
５４…ボルト挿通孔
６１…結合子
Ｄ１…共振子の高さ方向の長さ
Ｄ３…後面側共振部材の高さ方向の長さ

【要約】

【課題】振動板に発生するエロージョンや洗浄ムラを低減でき、振動板に対する超音波振動子の接合強度を向上できる超音波放射ユニットの提供。
【解決手段】超音波放射ユニット２１は、振動板１２、超音波振動子３１、前面側共振部材５２及び後面側共振部材５３を備える。振動板１２の非放射面１４にスタッドボルト１５が突設される。超音波振動子３１の振動子前面板３２は非放射面１４に接合される。前面側共振部材５２は非放射面１４に接合され、ボルト１５が挿通される。後面側共振部材５３はボルト１５の先端部に設けられ、前面側共振部材５２を締付固定する。列端部の端部配置共振子５１ａ、列中間の中間配置共振子５１ｂ、超音波振動子３１は、列状に配置される。端部配置共振子５１ａの後面側共振部材５３は、前面側共振部材５２よりも曲げ剛性が大きい金属材料で形成される。
【選択図】図２

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】