JP4070945B2 - 超音波加工装置および加工方法 - Google Patents
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Description
【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、
高圧脱気水槽と、前記高圧脱気水槽の上方に配置した減圧水槽と、前記両槽を連通する連通部と、前記連通部内に配置、固定されたカラーと、前記カラーにシール部材を介して気密状態に、かつ着脱自在に保持されたワークと、前記カラーに保持されたワークの加工部に向けて超音波を照射できる超音波ホーンと、前記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連通部及びワークを介して流れる水流とによってカラーに保持した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。
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装置である。
また前記記載の超音波加工装置を用いて超音波加工を行なう方法であって、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。
【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２８ｋＨｚ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１６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１３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８．０ｍｍ、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１３μｍp-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 (3)
- 高圧脱気水槽と、前記高圧脱気水槽の上方に配置した減圧水槽と、前記両槽を連通する連通部と、前記連通部内に配置、固定されたカラーと、前記カラーにシール部材を介して気密状態に、かつ着脱自在に保持されたワークと、前記カラーに保持されたワークの加工部に向けて超音波を照射できる超音波ホーンと、前記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連通部及びワークを介して流れる水流とによってカラーに保持したワークを加工することを特徴とする超音波加工装置。
- 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１に記載の超音波加工装置。
- 請求項１または２に記載の超音波加工装置を用いて超音波加工を行なう方法であって、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。
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