JP2002059320A - 超音波加工装置および加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ワークの加工等によって形成された微細なバリ
等を、水中に強力超音波を照射した場合のキャビテーシ
ョンや直進流を利用して除去する超音波加工装置を提供
する。 【解決手段】減圧水槽１と、高圧脱気水槽３と、両槽を
連通する連通部４と、連通部内に配置、固定されワーク
を保持するカラー５と、カラーに保持したワーク６に向
けて超音波を照射できる超音波ホーン９ａと、高圧脱気
水槽に高圧脱気水を供給する高圧脱気水供給手段とを備
え、高圧脱気水中で超音波によりキャビテーションを発
生させ、そのキャビテーションと、高圧脱気水槽から減
圧水槽へと流れる水流とによってワークを加工すること
を特徴とする超音波加工装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ワークの加工等に
よって形成された微細なバリ等を、水中に強力超音波を
照射した場合のキャビテーションや直進流の特異な作用
を利用して除去する超音波加工装置および加工方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】通常、
ワークの成形や加工後には、ワークに微細なバリが存在
することがある。例えば、ガソリンエンジン内に燃料を
噴射するキャブレターのノズルは、小径ドリルで口径が
揃うように穿孔加工するが、孔にはバリが存在し、現状
では穿孔後に切屑やバリ取りに研磨砥粒を高圧水流で吹
きつけて仕上げている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この方法は、
砥粒による噴射ノズルや配管装置の磨耗が避けられない
という問題がある。また、ノズル等のような精密な孔の
加工では噴射条件のブレで加工精度がばらつくことがあ
り、口径の揃ったノズルを安定して加工することは難し
かった。さらに、窪みに砥粒が付着し、細孔のめずまり
が発生したり、高圧水流を使用するため作業に危険が伴
う等の問題もある。本発明は、加圧した脱気水中で超音
波によりキャビテーションを発生させ、そのキャビテー
ションを利用しながらワークを加工する新規な超音波加
工装置および加工方法を提供することにより、上記のよ
うな問題点を解決することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】このため、本発明が採用
した技術解決手段は、減圧水槽と、高圧脱気水槽と、両
槽を連通する流路と、流路内に配置、固定されワークを
保持するカラーと、カラーに保持したワークに向けて超
音波を照射できる超音波ホーンと、高圧脱気水槽に高圧
脱気水を供給する高圧脱気水供給手段とを備え、高圧脱
気水中で超音波によりキャビテーションを発生させ、そ
のキャビテーションと、高圧脱気水槽から減圧水槽へと
流れる水流とによってワークを加工することを特徴とす
る超音波加工装置である。また、前記ワークはカラーに
対して気密状態でかつ着脱自在に取り付けることができ
るようにしたことを特徴とする超音波加工装置である。
また、前記高圧脱気水槽の上方に減圧水槽を配置したこ
とを特徴とする超音波加工装置である。また、高圧脱気
水を減圧水槽に流す流路中にワークを配置し、高圧脱気
水中で超音波によりキャビテーションを発生させ、その
キャビテーションと、高圧脱気水槽から減圧水槽へと流
れる水流とによってによってワークの加工部を加工する
ことを特徴とする超音波加工方法である。また、前記高
圧脱気水は流量調整しながら高圧脱気水槽に供給される
ようにしたことを特徴とする超音波加工方法である。

【０００５】

【実施の形態】以下、本発明に係る超音波加工装置につ
いて図面を参照して説明すると、図１は超音波加工装置
の概略構成図、図２は図１中のＡ部詳細図である。図に
おいて、１は減圧水槽であり、減圧水槽は上部に吸引路
が接続されているとともに減圧水槽の底部には高圧脱気
水槽３が連通部４により接続されている。前記連通部４
にはシール部材２３を挟持するようにカラー５の外周が
ネジ５ａ等の固定手段で取付けられ、さらに、カラー５
にはワーク６がシール部材２２によって気密状態でか
つ、かつ着脱自在に取り付けることができる構成となっ
ている。なお、高圧脱気水槽３と減圧水槽１との配置関
係は、脱気との関係から減圧水槽１を高圧脱気水槽３の
上方に配置する。逆の配置とすると、超音波発振器によ
る放射圧が負の場合に減圧水槽側に混入している気泡が
高圧脱気水槽に流れこみキャビテーションによる加工効
果が低減するためである。

【０００６】前記高圧脱気水槽３内には例えば２８ｋＨ
ｚ超音波発振器７によって振動するランジュバン振動子
８を備えた超音波ホーン９が収納され、この超音波ホー
ン９の先端部９ａが、前記連通部４に図示のように挿入
され、ワーク６の加工部に向けて超音波を照射できるよ
うになっている。また超音波ホーン９の外周と高圧脱気
水槽３の内周との間の下方側にはシール機能を有する隔
壁１０が形成され、この隔壁１０の上方に高圧脱気水を
収納する高圧脱気水収納室１１が形成されている。

【０００７】高圧脱気水収納室１１は、バルブ１２、流
量計１３、異物除去用フィルタ１４、バルブ１５、加圧
タンク１６、バルブ１７、脱気水タンク１８、圧力調整
弁１９、バルブ２０、コンプレッサー２１を備えてお
り、これらによって高圧脱気水供給手段が構成されてい
る。脱気水タンク１８で脱気された脱気水はバルブ１７
を介して加圧タンク１６に供給され、また加圧タンク１
６にはコンプレッサー２１で高圧化された圧力媒体が圧
力調整弁１９を介して供給され、加圧タンク１６には脱
気された高圧水が貯蔵されている。加圧タンク１６に貯
蔵された高圧脱気水は異物除去用フィルタ１４でろ過さ
れた後、流量計で流量を計測されながらバルブ１２によ
って適量が高圧脱気水収納室１１に供給される。

【０００８】上記構成からなる超音波加工装置の作用を
説明すると、カラー５にワーク６を気密状態に取付け、
バルブ１２を開くと異物除去用フィルタ１４、流量計１
３を通って加圧タンクから高圧脱気水が高圧脱気水収納
室１１に供給される。また減圧水槽には、減圧水が貯留
された状態としておく。超音波発振器を作動させてワー
クの加工部に向けて超音波を照射すると、キャビテーシ
ョンが発生し、このキャビテーションの作用と、高圧脱
気水がワークのノズルを介して減圧水槽側に流れる水流
とによってワークのノズル部が加工される。ここで、超
音波発振器の振動板の作用によって発生する放射圧が負
のサイクルの時には、減圧水槽側からワークの穴（ノズ
ル穴）を介して水が吸い込まれ、正のサイクルの時には
高圧脱気水がワークのノズルを介して減圧水槽側に流れ
ることになる。もし、減圧水槽が無い場合には、前記負
のサイクルで空気中から気泡を取り込むことになり、キ
ャビテーションの効果が低下する。また、減圧水槽を配
置したことにより、水槽中で発生した気泡は浮上するこ
とになりキャビテーションに混入することはない。こう
して本発明では、キャビテーション気胞の潰滅時に発生
する数千気圧、数千°C の高圧高温の物理効果によりワ
ークを効率よく加工することができる。なお、脱気した
水を加圧するとキャビテーションは発生しにくくなる
が、発生した気泡の潰滅力は強くなり加工能力は向上す
る。

【０００９】〔実施例〕図に示す構成からなる実験装置
を構成し加工実験を行った。加工評価試料は内径８．０
ｍｍ、高さ９．０ｍｍ、肉厚０．３ｍｍ、底部に直径
０．１５ｍｍのノズル孔をもつビーカー状のガソリン噴
射ノズルである。これにランジュバン超音波振動子のホ
ーン先端を挿入、近接させて孔に向けて超音波を放射し
流量加工をした。高圧脱気水収納室１１には１．７Kg・
f/cm² （絶対圧力）に加圧した高脱気水を圧送し、超音
波振動子のホーン先端（先端直径６．０ｍｍ）を約１３
μｍ_p-P の振幅で駆動、照射した。

【００１０】図３は、超音波照射時間に対する流量変化
の割合を示すグラフである。図の試料♯Ａを見ると、照
射開始から１５分程度までは、約０．４％／ｍｉｎと流
量の増加率が大きく、また試料♯Ｂは５分程度まで約
０．５％／ｍｉｎの大きな増加率を示している。その後
の経過時間に対しては両者とも増加の程度は小さいが、
加工は継続していることが判る。

【００１１】本発明の実施の形態について説明してきた
が、超音波装置、減圧水槽の形状、高圧脱気水槽等の形
状はワークに合わせて変更することができ、また、高圧
脱気水供給手段も本実施形態と同様の機能を達成できる
ものであれば、構成要素は例示したものに限定されるこ
とはなく上記実施形態はあくまで一例である。さらに本
発明はその精神または主要な特徴から逸脱することな
く、他のいかなる形でも実施できる。そのため、前述の
実施形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず限定的に解
釈してはならない。

【００１２】

【発明の効果】以上の詳細に説明した如く、本発明によ
れば、加圧した脱気水中で超音波でキャビテーションを
発生させ、そのキャビテーションと、水流とを利用して
ワークを加工するようにしたため、精度の高い加工を行
うことができる、また、装置の構成が簡単でありコスト
も安価である等という優れた効果を奏することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る超音波加工装置の構成図である。

【図２】図１中のＡ部拡大断面図である。

【図３】本超音波加工装置を使用してワークを加工した
実験データ（超音波照射時間に対する流量変化）であ
る。

【符号の説明】

１ 減圧水槽 ２ 吸引管 ３ 高圧脱気水槽 ４ 連通部 ５ カラー ５ａ ネジ部 ６ ワーク ７ 超音波発振器 ８ ランジュバン振動子 ９ 超音波ホーン １０ 隔壁 １１ 高圧脱気水収納室 １２ バルブ １３ 流量計 １４ 異物除去用フィルタ １５ バルブ １６ 加圧タンク １７ バルブ １８ 脱気水タンク １９ 圧力調整弁 ２０ バルブ ２１ コンプレッサー ２２、２３ シール部材

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 減圧水槽と、高圧脱気水槽と、両槽を連
   通する連通部と、連通部内に配置、固定されワークを保
   持するカラーと、カラーに保持したワークに向けて超音
   波を照射できる超音波ホーンと、高圧脱気水槽に高圧脱
   気水を供給する高圧脱気水供給手段とを備え、高圧脱気
   水中で超音波によりキャビテーションを発生させ、その
   キャビテーションと、高圧脱気水槽から減圧水槽へと流
   れる水流とによってワークを加工することを特徴とする
   超音波加工装置。
2. 【請求項２】 前記ワークはカラーに対して気密状態で
   かつ着脱自在に取り付けることができるようにしたこと
   を特徴とする請求項１に記載の超音波加工装置。
3. 【請求項３】 前記高圧脱気水槽の上方に減圧水槽を配
   置したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載
   の超音波加工装置。
4. 【請求項４】 高圧脱気水を減圧水槽に流す流路中にワ
   ークを配置し、高圧脱気水中で超音波によりキャビテー
   ションを発生させ、そのキャビテーションと、高圧脱気
   水槽から減圧水槽へと流れる水流とによってによってワ
   ークの加工部を加工することを特徴とする超音波加工方
   法。
5. 【請求項５】 前記高圧脱気水は流量調整しながら高圧
   脱気水槽に供給されるようにしたことを特徴とする請求
   項４に記載の超音波加工方法。