JP2873309B2

JP2873309B2 - 音波発生器

Info

Publication number: JP2873309B2
Application number: JP1078741A
Authority: JP
Inventors: クリストファー・エイ・ニバーグ; ジェイムス・ジー・ジャクソン; ジャン・バーディコ
Original assignee: AAKU SONITSUKUSU Inc
Current assignee: AAKU SONITSUKUSU Inc
Priority date: 1988-04-01
Filing date: 1989-03-31
Publication date: 1999-03-24
Anticipated expiration: 2014-03-24
Also published as: EP0619147B1; JPH0221972A; AU7943191A; CN1016494B; DE68928152T2; ES2066801T3; ES2106413T3; DE68928152D1; AU639346B2; CN1029301C; EP0335402A3; EP0335402B1; US4941134A; ZA892388B; DE68920612T2; NZ228558A; EP0335402A2; AU617778B2; US5005773A; CA1325266C

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、エネルギーを流体媒質に伝達するのに用い
られる音波発生器に関し、さらに詳しくいえば、共振部
材が振動するとき事実上拘束されない音波発生器に関す
るものである。

〔従来の技術〕

電気エネルギーを流体媒質に伝達するために音響エネ
ルギーまたは機械的エネルギーに変換するために用いら
れる音波発生器は、公知である。そのような装置は、例
えば、ボーデイン（Bodine）の英国特許明細書第2,152,
728号およびロビンソン（Robinson）の米国特許第2,46
8,515号に例示されている。

しかし、それらの特許に開示された音波発生器は、い
ろいろの欠点をもつている。例えば、前記英国特許の中
でボーデインが教示している装置は、ボーデインの米国
特許第3,633,877号、第3,684,037号、第3,360,056号お
よび第4,265,129号に記載された形式に類似の共振駆動
機構を用いている。そのような駆動機構は、それらが流
体媒質に伝達できる振動数の上限を制限する。共振棒と
流体の間の音響パワーの伝達は、低振動数で有効性が小
さいので、振動数が制限されることは、ボーデインの装
置の音響効率を下げる。ボーデイはまた、旋回質量発振
器と共振棒との間に共振棒の慣性力を発振器から絶縁す
るための結合子を必ず用いている。そのような結合子が
ないと、発生した力の大きさは、旋回質量発振器駆動原
動機が油圧式または電気式であつても、それらの原動機
を比較的迅速に故障させるのに十分である。

上記のロビンソンの文献は、共振棒をその棒のそれぞ
れに向い合つて位置する端部分で鋼のブシユで拘束する
ことを教えている。そのような支えは、流体媒質の中で
は利用率がよくなるであろうエネルギーを鋼ブシユ支持
構造を介してエネルギーを失わせる。このことは、ロビ
ンソンの方法が共振部材の自由で拘束されない振動を考
慮していないためにそうである。むしろ、共振部材は、
鋼保持ブシユによつて特定のモード形をとるように強制
される。ロビンソンの構造はまた共振部材に支持点と最
大曲げ応力の点の両方で非常に高い応力集中を生ずる。
そのような応力集中は、終いには共振部材に対する不必
要な損傷または早期の故障を生じさせる可能性がある。
それはまた、共振部材が故障せずに耐えることのできる
機械的応力を制限する。

既存の振動式粉砕機は、一般に、鋼球のような粉砕媒
体を含み、支持と振動絶縁のためのばね装置に取付けら
れた剛性筐体からなつている。振動は、粉砕装置の本体
に堅固に取付けられた回転不平衡軸を介するか、または
筐体に直接に取付けられた一体不平衡おもりを用いる電
動機を介して伝達される。

不平衡軸の実施例は、普通には、電動機を振動から絶
縁するためのカルダン軸または電動機と一体の偏心おも
りを介して標準電動機によつて駆動される。後者であれ
ば、電動機は、粉砕機自体と本質的に同じ強さで振動す
る。

偏心おもりで振動を誘起するとき、回転部材から軸受
を通して粉砕機の本体へ伝達されなければならない力が
導入される。これらの力は、振動数の２乗で増加し、こ
の振動数が商業規模の用途においては振動数が増加する
につれて粉砕機の質量を振動させるに必要な力が非常に
大きくなるために、実際には振動の振動数を30Hzに制限
する。回転周波数が増加するにつれて、ころ軸受は、耐
荷重が制限されたものになる。

既存の振動式設計を共振粉砕機というとき、それは、
単に、振動の振動数が粉砕機を絶縁するのに用いられる
ばね質量装置の固有振動数に対応することを意味するに
すぎない。このような粉砕機の共振動作が装置内のエネ
ルギー効率を大きくするであろう。しかし、大きな粉砕
質量に必要なばねこわさで粉砕機に必要な振動振幅を得
ることは困難である。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の一つの面によれば、複数の節と波腹を有する
共振部材と、筐体と前記共振部材との間に設けられた弾
性取付けおよび位置決め手段と、前記共振部材へ前記共
振部材を取巻く外側スリーブを備えた取付け手段で結合
された電磁駆動手段と、前記外側スリーブと前記共振部
材との間の弾性エラストマ材料を具備した音波発生器が
提供される。

本発明の別の面によれば、少なくとも一つの共振振動
数を有する拘束されない部材を節点で支える段階と、少
なくとも一つの粉砕室を前記節点以外の点で前記拘束さ
れない部材に取付ける段階と、粉砕媒体を前記粉砕室に
導入する段階と、前記拘束されない部材を前記共振振動
数で電磁的に励振する段階と、粉砕されるべき材料を前
記粉砕室に導入する段階と、前記粉砕室内の前記粉砕媒
体を通過する通路をたどる前記材料取除く段階とを含む
材料を粉砕する方法が提供される。

本発明のそのほかの面によれば、複数の節と波腹を有
する事実上拘束されない共振部材と、筐体と前記共振部
材との間で前記共振部材の少なくとも二つの節に設けら
れた弾性取付け部材と、少なくとも一つの波腹において
前記共振部材に取付けられた少なくとも一つの粉砕室
と、粉砕されるべき材料が前記粉砕室に入出できるよう
にする手段とを備えた粉砕装置を提供することである。

〔実施例〕

次に図面を参照すると、音波発生器が第1A図に総括的
に10で表わされている。事実上音波発生器10の長さに沿
つて伸び、一端で筐体20の内部に取付けられている棒ま
たは管のような共振部材を備えている。

二つの可変振動数電磁励振装置13（その一つだけが第
9A図に示されている）があり、各々は、３相交流電源
（図示なし）によつて付勢される１相当り一つの電磁石
からなつている。接極子構成要素は、ボルト接続、クラ
ンプ接続または溶接接続を用いて堅固に取付けられてい
る。それらの電磁励振装置は、自由端のところに置かれ
る場合は、棒に、またはその他の方法で位置決めされる
場合は、励振装置絶縁スリーブ14に直接取付けられる。
スリーブ14は、鋼であるのが好ましい金属管から作ら
れ、それは、共振棒の周りに共心的に置かれ、共振棒11
の外径よりわずかに大きい内径と少なくとも直径と同じ
であるのが望ましい長さをもつている。絶縁スリーブ14
の内側と共振棒11の外径との間の環状空間は、ウレタン
などの弾性エラストマ化合物21で中実に満たされてい
る。さらに、ウレタンは、スリーブ14を共振棒11に強力
に接着する。

動作について説明すると、音波発生器10は、例えば第
６図に示されているような流体媒質内に取付けられ、音
波発生器10が作動しているとき、エネルギーが音波発生
器10の共振棒11から流体媒質15へ転送される。

絶縁スリーブ14と接極子12を備えた共振棒11のモード
形は、装置の種々の固有振動数に対して知られている。
例えば、そして第３図を参照すると、たわんでいない共
振棒11が第3A図に図解式に示されており、共振棒11の三
つの最小固有振動数に対する三つのモード形が第3B、3C
および3D図に示されている。

共振棒11を励振するために、電磁励振装置13は、共振
棒の所望の固有振動数で可変振動数３相交流電源（図示
なし）によつて付勢される。電源の各相は、電磁励振装
置13の３相の一つを付勢する。電磁励振装置13の各相
は、第２図に示したように共振棒11の半径方向に120゜
で区切られて、電磁励振装置によつて生じた力ベクトル
が共振棒11の縦軸16の回りに駆動振動数で一定速度で回
転するようになつている。これは、音響エネルギーが共
振棒11から半径方向にあらゆる方向に伝搬できるように
する共振棒11の３次元章動振動を生じさせる。共振棒11
をそれの固有振動数で励振すると、与えられた励振力に
対して得られるパワー伝達能力が大きくなる。

共振棒11は、共振棒11の振動振幅が事実上零である第
1B図に図解で示された節点で第1A図に示されたように筐
体20の中に弾性的に取付けられている。共振棒11を筐体
20へこれらの点で取付けることは、都合がよいが、それ
は、そのような取付け方の場合、節支持ポジシヨナ23を
通して失われるパワーが比較的少ないこと、および共振
棒11が共振しているとき、これらの節点において共振棒
11の運動がほとんどまたは全くないので、共振装置、特
に接極子12を電磁励振装置13に関して節支持ポジシヨナ
23で位置決めするのを第７図および第８図に示されてい
るようによい精度で達成できることによる。

第1B図に見られるように、最大振幅の４点が示されて
いる。24、25、30および31に示されたこれらの点は、波
腹である。筐体20の内部には、励振装置の接極子が絶縁
スリーブ14および弾性エラストマー化合物21を介して高
度に応力を受けた点すなわち波腹30において取付けられ
ている。共振棒11の自由端は、事実上応力を受けないの
で、波腹31では弾性取付け手段21が必要でない。電磁励
振装置13と接極子12との間および共振棒11と音波発生器
10が取付けられている流体媒質（第6A図）との間の両方
のパワー伝達は、パワーが共振棒11から流体媒質15へ、
および電磁励振装置13から共振棒11へどちらも共振棒11
の振動の振幅に正比例して伝達されるので、波腹におい
て最も有効である。

弾性エラストマ化合物とスリーブ14を用いると、励振
装置接極子12を共振棒11へクランプまたはボルト締めま
たは溶接によるなどで堅固に取付けることによつて生
じ、共振棒11に加わる応力集中が小さくなる。これは、
エラストマー化合物21の自由表面積が拘束された表面積
に対してきわめて小さく、その結果、非常に小さい圧縮
率を有する層が得られるので、そうなるのである。従つ
て、それは、共振棒11の構成要素間の力のほとんどすべ
てを伝達し、一方、同時に、エラストマー化合物21は、
共振棒11が、それの特性モード形において固有のたわみ
によつて生じた共振棒11の小さな相対ふれを吸収するこ
とによつて、特性モード形において事実上拘束されない
形態で自由にたわめるようにする。

共振棒11とスリーブ14の間に用いられたエラストマー
化合物21をウレタンであると記載してあるが、多くの他
の物質を前述のように、弾性エラストマー化合物を含め
て、適当な動作特性で使用できることは明らかである。

音波発生器を流体媒質の中で用いられるとして説明し
たが、そのような流体媒質は、液体、気体または有限の
粒子寸法まで粉砕することによつて流動性にされた固体
であつてもよいことが分るはずである。

次に、35に総括的に示されている音波発生器が粉砕環
境において用いられている第９図および第10図を参照す
る。共振部材32がふくらまして共振部材32の節点33、34
に置くことのできる空気袋36（第9C図）によつて節点3
3、34で支えられ、節点は、共振部材32を簡単に共振さ
せて節の所在位置を観察することによつて計算または発
見されているものである。グツドイヤー社製のスーパー
・クツシヨン・エア・スプリング空気袋が適当だと分つ
ている。

電磁駆動装置40、41は、波腹42、43（第９図）で共振
部材32に接続されるのが好ましく、共振部材32の適当な
共振振動数で励振される。前述のように、励振装置の配
向は、共振部材32の３次元章動振動を生じ、その振動
は、共振部材32の軸に沿つて見たとき、粉砕室44、50の
円運動に変わり、この円運動が粉砕効率に重要である。
粉砕室44、50は、共振部材32へやはりボルト47によつて
波腹42、43で取付けられるのが好ましい。粉砕室44、50
および駆動装置40、41は、共振部材32へ堅固に取付けら
れ、モード形および共振振動数を決めるために本質的に
は、共振部材の一部分になる。

粉砕室44、50は、鋼、セラミツク、鋳鉄、などの粉砕
媒体45で満たされる。粉砕媒体45の形は、球または円筒
が好ましいが、任意である。粉砕室44、50は、例えば、
適当な寸法の鋼球で満たされ、被粉砕材料は、粉砕室4
4、50の中を粉砕媒体45を通つて進むために流動性にさ
れる。

被粉砕材料は、粉砕室44、50の入口52を通して粉砕室
44、50内の粉砕媒体45の中に送られ、粉砕室44、50の出
口51から出される。被粉砕材料の制御は、例えば、流動
化材料を粉砕室に所望の速度でポンプ輸送することによ
つて達成できる。

ふつうの金鉱石を粉砕する場合、共振部材32を約33cm
（13インチ）の直径と約305cm（120インチ）の長さを有
する鋼棒にすることが考えられている。そのような寸法
では、共振部材32の固有振動数が約120Hzになる。電磁
駆動装置40、41は、約75KWの合計出力定格をもつことに
なる。120Hzの共振振動数においては、第10図に見られ
るように、三つの波腹43、42、46と二つの節33、34があ
り、一つの波腹46が共振部材32の中心に置かれている。

粉砕室44、50の各々は、約20（８インチ）の直径と約
46cm（18インチ）の長さの寸法をもつた約15リツトルの
体積をもつと予想される。交換可能なライナもまたライ
ナが摩耗したとき、交換を便利にするために用いられる
ように考えられている。金のためには、鋼、タングステ
ン、カーバイド、ジルコニア、アルミナなどを用いるこ
とができる。上に予想され、与えられた装置について
は、１日当り500トンの速度で1500ミクロンから50ミク
ロンへ寸法を落すことが考えられている。これらの量
は、概算に過ぎず、実際の動作条件の下では、それらの
量は、かなり変化する可能性がある。

【図面の簡単な説明】

第1A図は、本発明による音波発生器の図解正面図、第1B図は、第1A図に対応する音波発生器の第２モード形
の図解図、第２図は、第１図の音波発生器の端面図、第3A〜3D図は、共振部材をそれの種々の特性モード形に
あるのを図解で示した図、第４図は、本発明による音波発生器の原動機取付け領域
の拡大正面図、第５図は、第４図の平面Ｖ−Ｖに沿つて見た第４図の原
動機取付け領域の平面図、第６図は、撹拌されたタンク内で動作状態にある音波発
生器を示す図、第７図は、取付け手段を介して共振棒に取付けられた電
磁励起装置と接極子の端面図、第８図は、第７図の部分側面図、第9A図は、粉砕室を取付けられた第１図の共振部材の部
分断面側面図、第9B図は、第9A図の右から見た端断面図、第9C図は、第9A図のIX B−IX Bに沿つて見た端断面図、第10図は、第１共振振動数で第９図の共振部材の図解図
である。 10……音波発生器、11……共振棒、 13……電磁励振装置、15……流体媒質、 20……筐体、21……弾性エラストマ化合物、 24,25,30,31,42,43……波腹、32……共振部材、 40,41……電磁駆動装置、44,50……粉砕室、 45……粉砕媒体。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ジェイムス・ジー・ジャクソンカナダ国ブイ５エッチ１アール２、ブリティッシュ、コロンビア、バーナベイ、グランジ・ストリート 1408‐4758 (72)発明者ジャン・バーディコカナダ国ブイ７ダブリュ１エヌ２、ブリティッシュ・コロンビア、ウエスト・バンクーバー、ブルックサイド・ロード 5369

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の節および波腹を有するとともに、共
振棒を備えた共振部材と、筐体と前記共振部材との間に
設けられた弾性取付け手段と、前記共振棒へ取付け手段
によつて取付けられた電磁駆動手段とを具備し、前記取
付け手段は、前記共振棒を取巻く外側スリーブおよび前
記外側スリーブと前記共振棒との間にある弾性エラスト
マ材料で構成されている音波発生器。
【請求項２】前記共振部材が前記共振部材の予め定めた
固有振動数に対する一つの動作モードを有し、前記動作
モードは、節と波腹を有し、前記電磁駆動手段は、前記
共振部材へ前記波腹の少なくとも一つにおいて取付けら
れている請求項１に記載の音波発生器。
【請求項３】前記共振部材が筐体に筐体取付手段で取付
けられ、前記筐体取付け手段は、前記節の少なくとも二
つのところに設けられている請求項２に記載の音波発生
器。
【請求項４】前記弾性エラストマ材料がゴムまたはウレ
タン化合物である請求項３に記載の音波発生器。
【請求項５】前記外側スリーブが金属製である請求項４
に記載の音波発生器。
【請求項６】前記電磁駆動手段の数が二つである請求項
５に記載の音波発生器。
【請求項７】前記電磁駆動手段が３相交流電源によつて
電力を与えられる請求項２に記載の音波発生器。
【請求項８】前記取付け手段がさらに前記電磁駆動手段
に対する前記共振部材の位置を定める請求項３に記載の
音波発振器。
【請求項９】少なくとも一つの共振振動数を有する拘束
されない部材を節点で支える段階と、少なくとも一つの
粉砕室を前記節点以外の点で前記拘束されない部材に堅
固に取付ける段階と、前記粉砕室に粉砕媒体を導入する
段階と、前記拘束されない部材を前記共振振動数で電磁
的に励振する段階と、粉砕されるべき材料を前記粉砕室
に導入する段階と、前記粉砕室内の前記粉砕媒体を通過
する通路をたどる前記材料を取除く段階とを含む材料を
粉砕する方法。
【請求項１０】前記粉砕室が前記拘束されない部材の波
腹に設けられている請求項９に記載の材料を粉砕する方
法。
【請求項１１】前記拘束されない部材が波腹に置かれた
電磁石で電磁的に励振される請求項10に記載の材料を粉
砕する方法。
【請求項１２】複数の節と波腹を有する拘束されない共
振部材と、筐体と前記共振部材との間で前記共振部材の
少なくとも二つの節に設けられた弾性取付け部材と、少
なくとも一つの波腹において前記共振部材に取付けられ
た電磁駆動手段と、波腹において前記共振部材に取付け
られた少なくとも一つの粉砕室を具備する粉砕装置。
【請求項１３】粉砕される材料に粉砕室に入出できるよ
うにする手段をさらに備えた請求項12に記載の粉砕装
置。
【請求項１４】前記粉砕室が前記共振部材と一体である
請求項12に記載の粉砕装置。
【請求項１５】前記粉砕室が前記共振部材に堅固に接続
されている請求項12に記載の粉砕装置。
【請求項１６】前記共振部材が共振部材の固有モードの
形で拘束されずに自由に振動する請求項13に記載の粉砕
装置。
【請求項１７】前記粉砕室に供給される前記振動が実質
的に円形である請求項16に記載の粉砕装置。
【請求項１８】前記弾性取付け手段が空気袋からなる請
求項12に記載の粉砕装置。