JP7510219B1 - Ultrasonic irradiation device - Google Patents
Ultrasonic irradiation device Download PDFInfo
- Publication number
- JP7510219B1 JP7510219B1 JP2023174466A JP2023174466A JP7510219B1 JP 7510219 B1 JP7510219 B1 JP 7510219B1 JP 2023174466 A JP2023174466 A JP 2023174466A JP 2023174466 A JP2023174466 A JP 2023174466A JP 7510219 B1 JP7510219 B1 JP 7510219B1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- central axis
- storage tank
- liquid medium
- irradiation device
- metal ring
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 52
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 35
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims abstract description 5
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 3
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 3
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 claims description 3
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000002788 crimping Methods 0.000 description 2
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 2
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Cleaning By Liquid Or Steam (AREA)
Abstract
【課題】振動エネルギーの大なる超音波を照射可能であって、動作安定性に優れ、小型化の可能な超音波照射装置の提供。【解決手段】貯留槽内にある液状媒体中に超音波を照射する超音波照射装置である。貯留槽は、中心軸線を鉛直に配置させた丸管状の有底金属容器からなり、底面には中心軸線に沿って上方へ向けて液状媒体を供給する供給口を有するとともに、内部に供給された液状媒体を外部へとオーバーフローさせる上部開口を有し、貯留槽の外面には金属リングブロックが嵌め合い固定されており、金属リングブロックの外周には中心軸線に沿って見て前記中心軸線を重心位置とする正ｎ角形（ｎは３以上の整数）の各辺上にあり且つ中心軸線に平行な面である振動子取付平面があって、振動子取付平面のそれぞれには中心軸線に向けて振動する振動子を取り付けられている。【選択図】図１[Problem] To provide an ultrasonic irradiation device capable of irradiating ultrasonic waves with large vibration energy, excellent in operational stability, and capable of being miniaturized. [Solution] This is an ultrasonic irradiation device that irradiates ultrasonic waves into a liquid medium in a storage tank. The storage tank is a round, bottomed metal container with a central axis arranged vertically, and has a supply port on the bottom surface that supplies the liquid medium upward along the central axis and an upper opening through which the liquid medium supplied inside overflows to the outside, and a metal ring block is fitted and fixed to the outer surface of the storage tank, and on the outer periphery of the metal ring block, there are transducer mounting planes that are on each side of a regular n-polygon (n is an integer of 3 or more) with the central axis as the center of gravity when viewed along the central axis and that are parallel to the central axis, and each transducer mounting plane is attached with a transducer that vibrates toward the central axis. [Selected Figure] Figure 1
Description
本発明は、貯留槽内にある液状媒体中に超音波を照射する超音波照射装置に関する。 The present invention relates to an ultrasonic irradiation device that irradiates ultrasonic waves into a liquid medium contained in a storage tank.
超音波を液状媒体中に照射してワークの洗浄を行う超音波洗浄機が広く知られている。このような超音波照射装置のうち、振動エネルギーのより大なる超音波を液状媒体中に照射して強力なキャビテーションを生じさせ、ワークの洗浄のみならず、ワークのバリ取りをも行おうとする装置も提案されている。 Ultrasonic cleaners are widely known, which irradiate ultrasonic waves into a liquid medium to clean workpieces. Among these ultrasonic irradiation devices, devices have been proposed that irradiate ultrasonic waves with greater vibration energy into the liquid medium to generate strong cavitation, thereby not only cleaning the workpieces but also removing burrs from the workpieces.
例えば、特許文献１では、ワークを浸漬させるバリ取り洗浄水の液面高さを一定にして貯留させるオーバーフロー型貯留槽の底面に超音波振動子を複数配置し、液面に向けて超音波を照射して液中に定在波を形成させる超音波バリ取り装置が開示されている。定在波を安定して形成させるには、超音波の波長変化を生じないようにバリ取り洗浄水の温度を一定に管理するとともに、強力なキャビテーションを生じさせるには、バリ取り洗浄水の十分な脱気が必要であるとしている。 For example, Patent Document 1 discloses an ultrasonic deburring device in which multiple ultrasonic transducers are placed on the bottom of an overflow-type storage tank that stores the deburring cleaning water in which the workpiece is immersed at a constant liquid level, and ultrasonic waves are irradiated toward the liquid level to form standing waves in the liquid. In order to stably form standing waves, the temperature of the deburring cleaning water must be kept constant so as not to cause a change in the wavelength of the ultrasonic waves, and sufficient degassing of the deburring cleaning water is required to generate strong cavitation.
小型でありながら振動エネルギーの大なる超音波を照射可能な装置、例えば、可搬型の超音波照射装置が求められている。ここで、超音波を照射する貯留槽の大きさを小さくすると、内部の液状媒体が容易に発熱し動作を不安定にしてしまう。そこで、特許文献１の装置同様に、液状媒体を貯留槽の外部の冷却装置との間で循環させる流通式の貯留槽とすることも検討されるが、小型容器内では流れの影響によってやはり動作が不安定になり易い。 There is a demand for a small device that can irradiate ultrasonic waves with large vibration energy, for example, a portable ultrasonic irradiation device. However, if the size of the storage tank that irradiates ultrasonic waves is reduced, the liquid medium inside easily generates heat, causing unstable operation. Therefore, it has been considered to use a flow-type storage tank that circulates the liquid medium between the storage tank and an external cooling device, as in the device of Patent Document 1, but operation is still likely to become unstable due to the influence of the flow inside the small container.
本発明は以上のような状況に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、振動エネルギーの大なる超音波を照射可能であって、動作安定性に優れ、小型化の可能な超音波照射装置を提供することにある。 The present invention was made in consideration of the above circumstances, and its purpose is to provide an ultrasonic irradiation device that can irradiate ultrasonic waves with high vibration energy, has excellent operational stability, and can be made compact.
本発明による装置は、貯留槽内にある液状媒体中に超音波を照射する超音波照射装置であって、前記貯留槽は、中心軸線を鉛直に配置させた丸管状の有底金属容器からなり、底面には前記中心軸線に沿って上方へ向けて前記液状媒体を供給する供給口を有するとともに、内部に供給された前記液状媒体を外部へとオーバーフローさせる上部開口を有し、前記貯留槽の外面には金属リングブロックが嵌め合い固定されており、前記金属リングブロックの外周には前記中心軸線に沿って見て前記中心軸線を重心位置とする正ｎ角形（ｎは３以上の整数）の各辺上にあり且つ前記中心軸線に平行な面である振動子取付平面があって、前記振動子取付平面のそれぞれには前記中心軸線に向けて振動する振動子を取り付けられていることを特徴とする。
超音波照射装置。
The device according to the present invention is an ultrasonic irradiation device that irradiates ultrasonic waves into a liquid medium in a storage tank, the storage tank being made of a round, bottomed metal container with a round tube shape arranged vertically with a central axis, the bottom surface having a supply port for supplying the liquid medium upward along the central axis, and an upper opening for allowing the liquid medium supplied inside to overflow to the outside, a metal ring block being fitted and fixed to the outer surface of the storage tank, the outer periphery of the metal ring block having transducer mounting planes that are located on each side of a regular n-polygon (n is an integer of 3 or more) with the central axis as the center of gravity when viewed along the central axis and that are parallel to the central axis, and each of the transducer mounting planes has a transducer attached thereto that vibrates toward the central axis.
Ultrasonic irradiation device.
かかる特徴によれば、複数の振動子を貯留槽の側部に配置させたことで、超音波を重畳し振動エネルギーの大なる超音波を照射可能であって、液状媒体を中心軸線に沿って安定的に流通させ得て優れた動作安定性を与え、小型化することが可能となるのである。 According to these characteristics, by arranging multiple transducers on the side of the storage tank, it is possible to superimpose ultrasonic waves and emit ultrasonic waves with large vibration energy, which allows the liquid medium to flow stably along the central axis, providing excellent operational stability and enabling miniaturization.
上記した発明において、前記振動子と前記振動子取付平面との間、及び／又は、前記貯留槽と前記金属リングブロックとの間には、熱硬化性樹脂が介在されて固定されていることを特徴としてもよい。かかる特徴によれば、振動エネルギーの大なる超音波を安定して照射可能となるのである。 In the above-mentioned invention, a thermosetting resin may be interposed between the transducer and the transducer mounting surface and/or between the reservoir and the metal ring block to fix them. This feature allows stable irradiation of ultrasonic waves with large vibration energy.
上記した発明において、前記貯留槽の外面には管径を縮径するように前記金属リングブロックがかしめ固定されて嵌め合わされていることを特徴としてもよい。かかる特徴によれば、簡便な構造で振動エネルギーの大なる超音波を照射可能とできるのである。 In the above-mentioned invention, the metal ring block may be fitted to the outer surface of the storage tank by crimping so as to reduce the tube diameter. This feature makes it possible to irradiate ultrasonic waves with large vibration energy with a simple structure.
上記した発明において、前記液状媒体は、所定温度に制御され且つ脱気されて前記供給口に供給されることを特徴としてもよい。また、前記液状媒体は、前記貯留槽内の温度変化に対応した流量で前記供給口に供給されることを特徴としてもよい。かかる特徴によれば、振動エネルギーの大なる超音波を安定して照射可能となるのである。 In the above-mentioned invention, the liquid medium may be controlled to a predetermined temperature, degassed, and supplied to the supply port. The liquid medium may also be supplied to the supply port at a flow rate corresponding to the temperature change in the storage tank. With these features, ultrasonic waves with large vibration energy can be stably irradiated.
上記した発明において、前記中心軸線に沿って前記金属リングブロックに並んで第２の金属リングブロックが固定されており、追加の振動子が与えられていることを特徴としてもよい。かかる特徴によれば、振動エネルギーのより大なる超音波を安定して照射可能となるのである。 In the above-mentioned invention, a second metal ring block may be fixed in line with the metal ring block along the central axis, and an additional transducer may be provided. This feature allows stable irradiation of ultrasonic waves with greater vibration energy.
以下、本発明の１つの実施例としての、貯留槽内にある液状媒体中に超音波を照射する超音波照射装置について、図１乃至４を用いて説明する。 Below, an ultrasonic irradiation device that irradiates ultrasonic waves into a liquid medium in a storage tank as one embodiment of the present invention will be described with reference to Figures 1 to 4.
図１に示すように、超音波照射装置１０は、中心軸線Ｌを鉛直に配置させた丸管状の有底金属容器からなる貯留槽１と、貯留槽１の外面に嵌め合い固定された金属リングブロック２と、金属リングブロック２に取り付けられた複数の振動子３と、貯留槽１の上方に取り付けられた上槽４とを含む。超音波照射装置１０は、貯留槽１に貯留した水などの液状媒体に超音波を照射することで、液状媒体に浸した対象物の洗浄やバリ取りを行うためのものである。 As shown in FIG. 1, the ultrasonic irradiation device 10 includes a storage tank 1 consisting of a round, bottomed metal container with a vertical central axis L, a metal ring block 2 fitted and fixed to the outer surface of the storage tank 1, a plurality of transducers 3 attached to the metal ring block 2, and an upper tank 4 attached above the storage tank 1. The ultrasonic irradiation device 10 is used to clean or deburr an object immersed in a liquid medium, such as water, by irradiating ultrasonic waves to the liquid medium stored in the storage tank 1.
図２を併せて参照すると、貯留槽１は、底面１１の中央に中心軸線Ｌに沿って上方へ向けて液状媒体を供給する供給口１２を有する。また、貯留槽１は、上方に上部開口１３を有し、その外周側に設けられたフランジ１５によって上槽４の底部に接続される。貯留槽１は、供給口１２から液状媒体を供給されるとともに、その上方への流れを導き、上部開口１３から外部へとオーバーフローさせる。なお、後述するように溢れた液状媒体は上槽４によって排出口へ導かれる。また、貯留槽１の底面１１は、その上側面（容器内側）において中央の供給口１２への開口周辺から外周へ向けて連続する傾斜１４を備え、供給された液状媒体の流れにおいて渦の発生を抑制し、鉛直上方へ向かう層流を形成し得るようにされている。また、液状媒体を流通させることで、貯留槽１内での液状媒体の発熱を抑制できる。 Referring also to FIG. 2, the storage tank 1 has a supply port 12 at the center of the bottom surface 11 that supplies the liquid medium upward along the central axis L. The storage tank 1 also has an upper opening 13 at the top, and is connected to the bottom of the upper tank 4 by a flange 15 provided on the outer periphery. The storage tank 1 is supplied with the liquid medium from the supply port 12, and guides the upward flow, causing it to overflow from the upper opening 13 to the outside. As described below, the overflowing liquid medium is guided to the discharge port by the upper tank 4. The bottom surface 11 of the storage tank 1 also has a slope 14 on its upper side (inside of the container) that continues from the periphery of the opening to the central supply port 12 to the outer periphery, suppressing the generation of vortexes in the flow of the supplied liquid medium and forming a laminar flow that flows vertically upward. In addition, by circulating the liquid medium, heat generation of the liquid medium in the storage tank 1 can be suppressed.
図３を併せて参照すると、金属リングブロック２は、中心軸線Ｌに沿った上面視において、環の一部を切断するような半径方向に延びたスリット２１を設けられた略Ｃ環状を呈している。スリット２１を挟む両側には、外周方向に向けて延びる一対の板状体部２２が備えられている。板状体部２２には両者を貫通する貫通孔２３が設けられており、貫通孔２３に挿通させたボルトにナットを螺合させ、板状体部２２の両者を近接させる方向に締結することでスリット２１の間隔を狭めることができる。つまり、かかるボルトの締結によって、貯留槽１の外面にはその管径を縮径するように、金属リングブロック２がかしめ固定される。なお、嵌め合い固定の方法としては、その他に焼き嵌め等によるしまりばめによって金属リングブロックを貯留槽１の外面に固定することも好ましい。上記したようなかしめ固定やしまりばめによる固定とすることで、振動エネルギーの減衰を抑制して金属リングブロック２から貯留槽１に超音波を伝達し得る。 Referring also to FIG. 3, the metal ring block 2 has an approximately C-shaped ring shape with a radially extending slit 21 that cuts a part of the ring when viewed from above along the central axis L. On both sides of the slit 21, a pair of plate-like body parts 22 extending toward the outer periphery are provided. The plate-like body parts 22 are provided with a through hole 23 that penetrates both of them, and the distance between the slits 21 can be narrowed by screwing a nut onto a bolt inserted into the through hole 23 and tightening the plate-like body parts 22 in a direction that brings them closer together. In other words, by tightening the bolt, the metal ring block 2 is crimped and fixed to the outer surface of the storage tank 1 so as to reduce the pipe diameter. In addition, as a method of fitting and fixing, it is also preferable to fix the metal ring block to the outer surface of the storage tank 1 by an interference fit such as shrink fitting. By fixing by crimping or interference fitting as described above, ultrasonic waves can be transmitted from the metal ring block 2 to the storage tank 1 while suppressing the attenuation of vibration energy.
金属リングブロック２は、また、その外周に振動子３を取り付けられる取付平面２４を備える。取付平面２４は、略中央に振動子３の先端のホーンを締結し固定するためのねじ穴２５を備えている。つまり、複数の振動子３は、貯留槽１の側部に配置される。取付平面２４を備えることで、ホーンの先端を平面とする量産型の振動子を用いても振動エネルギーの大なる超音波を導入できる。 The metal ring block 2 also has a mounting plane 24 on its outer periphery to which the transducer 3 can be attached. The mounting plane 24 has a screw hole 25 in the approximate center for fastening and fixing the horn at the tip of the transducer 3. In other words, multiple transducers 3 are placed on the side of the storage tank 1. By providing the mounting plane 24, ultrasonic waves with large vibration energy can be introduced even when using mass-produced transducers with a flat horn tip.
特に、同図（ｂ）を参照すると、取付平面２４のそれぞれは、中心軸線Ｌを重心位置とする正三角形Ｐの各辺上にあり、中心軸線Ｌに平行な面とされる。そして、取付平面２４のそれぞれに取り付けられる３つの振動子３は、その振動する方向を中心軸線Ｌに向けるように配置される。つまり、３つの振動子３は中心軸線Ｌから等距離に、且つ、中心軸線Ｌを中心として等角度で配置されており、振動方向を中心軸線Ｌに向けている。 In particular, referring to FIG. 1(b), each of the mounting planes 24 is located on each side of an equilateral triangle P whose center of gravity is the central axis L, and is a surface parallel to the central axis L. The three vibrators 3 mounted on each of the mounting planes 24 are arranged so that their vibration directions are oriented toward the central axis L. In other words, the three vibrators 3 are arranged equidistant from the central axis L and at equal angles around the central axis L, and their vibration directions are oriented toward the central axis L.
本実施例においては、振動子３の数を３つとしたが、これ以上とすることもできる。このような場合、正三角形Ｐの代わりに、上面視で中心軸線Ｌを重心とする正ｎ角形（ｎは３以上の整数）の各辺上に取付平面を配置する。 In this embodiment, the number of vibrators 3 is three, but it can be more than three. In such a case, instead of an equilateral triangle P, the mounting plane is arranged on each side of a regular n-polygon (n is an integer of 3 or more) whose center of gravity is the central axis L when viewed from above.
図４に示すように、上槽４は略水平に配置される底板４１と、底板４１の周囲を囲むように配置された壁体４２と、を備える。底板４１には、貯留槽１の上部開口１３に接続する中央開口４１ａを備え、フランジ１５にボルト／ナットで締結させるための締結孔４３を備える。これによって貯留槽１に固定された上槽４は、貯留槽１からオーバーフローした液状媒体を受ける。上槽４は、底板４１及び壁体４２を側方の一方向に樋状に延長させた排出口４５を備え、貯留槽１から溢れた液状媒体を導いて排出口４５から外部へ排出することができる。 As shown in FIG. 4, the upper tank 4 comprises a bottom plate 41 arranged substantially horizontally, and a wall body 42 arranged to surround the periphery of the bottom plate 41. The bottom plate 41 has a central opening 41a that connects to the upper opening 13 of the storage tank 1, and has fastening holes 43 for fastening to the flange 15 with bolts and nuts. The upper tank 4 fixed to the storage tank 1 in this way receives the liquid medium that overflows from the storage tank 1. The upper tank 4 has a drainage port 45 that extends the bottom plate 41 and the wall body 42 in one direction in a gutter shape to the side, and can guide the liquid medium that overflows from the storage tank 1 and discharge it to the outside from the drainage port 45.
なお、上槽４から排出された液状媒体は、汚れを除去するためのフィルター、液状媒体に溶存するガスを除去する脱気装置、液状媒体を所定の温度に制御する冷却装置などを介して循環させることもできる。循環された液状媒体は、再度、供給口１２から貯留槽１に供給される。このような循環型とする場合において、流れを分岐させて超音波照射装置１０の複数に液状媒体を同時に供給するようにすることもできる。 The liquid medium discharged from the upper tank 4 can also be circulated through a filter to remove dirt, a degassing device to remove gas dissolved in the liquid medium, a cooling device to control the liquid medium to a predetermined temperature, and the like. The circulated liquid medium is supplied again to the storage tank 1 from the supply port 12. In such a circulation type, the flow can be branched to simultaneously supply the liquid medium to multiple ultrasonic irradiation devices 10.
上記したように、貯留槽１は、中心軸線Ｌを鉛直に配置されて、液状媒体を底面１１の供給口１２から供給して上部開口１３からオーバーフローされるようにした。これによって、発熱を抑制しつつ液状媒体を中心軸線Ｌに沿って安定的に流通させ得て、超音波を安定的に照射できる。さらに、複数の振動子３は、貯留槽１の側部において中心軸線Ｌに向けて配置されるので、貯留槽１の内部で超音波を重畳して振動エネルギーの大きな超音波を照射することができる。また、振動方向が液状媒体の流れの方向と直交することで、振動と流れとが互いに影響を与えることを抑制できる。これらによって、優れた動作安定性を与えることができ、装置を小型化することが可能となった。 As described above, the storage tank 1 is arranged with its central axis L vertical, and the liquid medium is supplied from the supply port 12 on the bottom surface 11 and overflows from the upper opening 13. This allows the liquid medium to flow stably along the central axis L while suppressing heat generation, and ultrasonic waves can be stably irradiated. Furthermore, since the multiple transducers 3 are arranged on the side of the storage tank 1 toward the central axis L, ultrasonic waves can be superimposed inside the storage tank 1 to irradiate ultrasonic waves with large vibration energy. In addition, the vibration direction is perpendicular to the flow direction of the liquid medium, so that the vibration and flow can be prevented from affecting each other. As a result, excellent operational stability can be provided and the device can be made smaller.
ところで、超音波照射装置１０は、複数の振動子３からの超音波を重畳させ得て、所定の位置において大きな振動エネルギーを与えることができる。特に、複数の振動子３を同期して振動させると、中心軸線Ｌの近傍において特に大きな振動エネルギーを与えることができて好ましい。例えば、洗浄やバリ取りに用いる従来の超音波照射装置において、定在波を用いて反射波を重畳させて大きな振動エネルギーを得ようとする場合に比べて、減衰の少ない大きな振動エネルギーを重畳させるために非常に大きな振動エネルギーを得ることができる。特に、振動エネルギーを減衰させずに重畳させるために、貯留槽１は比較的小型とすることが好都合である。例えば、貯留槽１の内径は７０ｍｍ～１５０ｍｍ程度とすることが好適である。内径約７０ｍｍとして振動子３の数を３つとした場合、照射される超音波のワット密度は、６００Ｗ／Ｌと非常に高い値を得ることができる。 The ultrasonic irradiation device 10 can superimpose ultrasonic waves from multiple transducers 3, and can provide large vibration energy at a specified position. In particular, it is preferable to oscillate multiple transducers 3 in a synchronized manner, since it can provide particularly large vibration energy near the central axis L. For example, in a conventional ultrasonic irradiation device used for cleaning or deburring, compared to a case where a standing wave is used to superimpose reflected waves to obtain large vibration energy, a very large vibration energy can be obtained by superimposing large vibration energy with little attenuation. In particular, in order to superimpose the vibration energy without attenuation, it is advantageous to make the storage tank 1 relatively small. For example, it is preferable that the inner diameter of the storage tank 1 is about 70 mm to 150 mm. If the inner diameter is about 70 mm and the number of transducers 3 is three, the watt density of the irradiated ultrasonic waves can be as high as 600 W/L.
このように、定在波を形成させる必要がないので、貯留槽１の内径については比較的自由に設計できる。また、定在波を形成させる必要がないので、１つの貯留槽１を用いて、音速の異なる複数の液状媒体に取り換えて使用しても、同様に高い振動エネルギーを得ることができる。 In this way, since there is no need to form standing waves, the inner diameter of the storage tank 1 can be designed relatively freely. Also, since there is no need to form standing waves, a single storage tank 1 can be used with multiple liquid media with different sound speeds, and similarly high vibration energy can be obtained.
図５に示すように、貯留槽１の内部の液状媒体として用いた水に生じる応力の解析結果によると、２つの振動子を対向配置させた場合（ａ）に比べて、３つの振動子を上記したように配置した場合（ｂ）において水に生じる応力が全体的に高くなった。特に、この応力の最高値は、２つの振動子の場合に６３ＭＰａであるのに対し、３つの振動子の場合に９００ＭＰａと非常に大きな値となった。また、水平断面（各々の右下の円形の図）において、２つの振動子２の場合に比べて、３つの振動子の場合に応力の高い部分が中心軸Ｌの近辺により集中していた。なお、振動子は全て同期させて振動させたものとする。 As shown in Figure 5, the analysis results of the stress generated in the water used as the liquid medium inside the storage tank 1 showed that the stress generated in the water was higher overall when three transducers were arranged as described above (b) compared to when two transducers were arranged opposite each other (a). In particular, the maximum value of this stress was 63 MPa in the case of two transducers, while it was a very large value of 900 MPa in the case of three transducers. Also, in the horizontal cross section (circular diagrams at the lower right of each), the area of high stress was more concentrated near the central axis L in the case of three transducers compared to the case of two transducers 2. Note that all the transducers were vibrated synchronously.
２つの振動子とする場合には、２つの振動子のそれぞれから等距離の位置で同位相の振動を重畳させて高い振動エネルギーを得ることができると考えられる。つまり、中心軸線を含む帯状の領域において周囲よりも高い振動エネルギーを得ることになり、上記した解析結果と一致する。これは、反射波を利用して同位相の振動を重畳させて定在波を形成させてより高い振動エネルギーを得ようとすることと類似した手法であると言える。 When two oscillators are used, it is thought that high vibrational energy can be obtained by superimposing vibrations of the same phase at positions equidistant from each of the two oscillators. In other words, higher vibrational energy can be obtained in a band-shaped area including the central axis than in the surrounding area, which agrees with the analysis results described above. This can be said to be a similar technique to using reflected waves to superimpose vibrations of the same phase to form standing waves and obtain higher vibrational energy.
他方、３つの振動子とする場合にも、同様に３つの振動子から等距離の位置で同位相の振動を重畳させることで大なる振動エネルギーを得られると考えられる。この場合、中心軸線Ｌの付近の非常に狭い領域で同位相の振動を重畳させて高い振動エネルギーを得ることになり、上記した解析結果と一致する。つまり、２つの振動子とするよりも振動エネルギーを狭い領域に集中させてより高い振動エネルギーを得ることができるものと考えられる。 On the other hand, when three vibrators are used, it is believed that large vibrational energy can be obtained by superimposing vibrations of the same phase at positions equidistant from the three vibrators. In this case, high vibrational energy is obtained by superimposing vibrations of the same phase in a very narrow area near the central axis L, which coincides with the analysis results described above. In other words, it is believed that higher vibrational energy can be obtained by concentrating the vibrational energy in a narrow area compared to using two vibrators.
ところで、超音波照射装置１０では、上記したように、貯留槽１内の所定の位置に特に大きな振動エネルギーを与え得るが、これによってキャビテーションを発生させ、その衝撃によって洗浄やバリ取りを行う。ところが、液状媒体にマイクロバブルなどの気泡が存在すると、これを核としてキャビテーションを生じやすくなり、意図しない位置でのキャビテーションの発生によって振動エネルギーをロスし、所定の位置での洗浄やバリ取りの性能を損なうことがある。さらに、液状媒体の温度が高い場合もキャビテーションを発生しやすくなり、同様に振動エネルギーをロスし性能を損なうことがある。そこで、液状媒体は所定温度に制御され且つ脱気されて、供給口１２に供給されることが好ましい。 As described above, the ultrasonic irradiation device 10 can apply particularly large vibration energy to a specific position in the storage tank 1, which generates cavitation, and the resulting impact is used for cleaning and deburring. However, if air bubbles such as microbubbles are present in the liquid medium, these can act as nuclei to easily generate cavitation, and the occurrence of cavitation in unintended positions can cause a loss of vibration energy and impair the performance of cleaning and deburring at the specific position. Furthermore, if the temperature of the liquid medium is high, cavitation can easily occur, which can also cause a loss of vibration energy and impair performance. Therefore, it is preferable that the liquid medium be controlled to a specific temperature, degassed, and then supplied to the supply port 12.
また、液状媒体は、その温度を一定に保つために、上記したように液状媒体を所定温度に制御することに加え、貯留槽１内の温度変化に対応した流量で液状媒体を供給口１２に供給することも好ましい。例えば、貯留槽１に内部の液状媒体の温度を測定するセンサーを設けて、かかるセンサーによって測定した液状媒体の温度が上昇した場合に流量を増加させ、測定した温度が低下した場合に流量を低減させるのである。 In order to keep the temperature of the liquid medium constant, in addition to controlling the liquid medium to a predetermined temperature as described above, it is also preferable to supply the liquid medium to the supply port 12 at a flow rate corresponding to the temperature change inside the storage tank 1. For example, a sensor that measures the temperature of the liquid medium inside the storage tank 1 is provided, and the flow rate is increased when the temperature of the liquid medium measured by the sensor increases, and is reduced when the measured temperature decreases.
なお、振動子３と取付平面２４との間や貯留槽１と金属リングブロックとの間には、熱硬化性樹脂を介在させ、それぞれを加熱硬化させて固定させることも好ましい。これによって、振動子３から伝播される振動エネルギーのロスを少なくし得て、結果として大きな振動エネルギーの超音波を照射できる。 It is also preferable to interpose a thermosetting resin between the transducer 3 and the mounting surface 24 and between the storage tank 1 and the metal ring block, and fix them by heating and hardening them. This reduces the loss of vibration energy transmitted from the transducer 3, and as a result, ultrasonic waves with large vibration energy can be emitted.
また、金属リングブロック２を増加させて超音波を照射できる範囲を中心軸線Ｌに沿った方向に拡げることもできる。つまり、中心軸線Ｌに沿って金属リングブロック２に並んでその上方又は下方に第２の金属リングブロックを固定させるのである。そして、第２の金属リングブロックにも同様に追加の振動子３を取り付ける。これによって、洗浄やバリ取りを可能とする範囲を上下方向に拡げ得る。 It is also possible to increase the number of metal ring blocks 2 to expand the range over which ultrasonic waves can be irradiated in the direction along the central axis L. In other words, a second metal ring block is fixed above or below the metal ring block 2 in line with it along the central axis L. An additional transducer 3 is then similarly attached to the second metal ring block. This makes it possible to expand the range over which cleaning and deburring can be performed in the vertical direction.
なお、超音波は金属リングブロック２を介して照射されるため、大きな振動エネルギーの得られる高さ位置は金属リングブロック２の高さによって定まる。そのため、洗浄やバリ取りを行われる対象物は、ロボットアームなどで把持して、上から貯留槽１の内部に差し入れて、その高さを金属リングブロック２の高さによって調整することが好ましい。このとき、併せて、水平位置を中心軸線Ｌの近傍に調整することも好ましい。 In addition, since the ultrasonic waves are irradiated through the metal ring block 2, the height position at which a large vibration energy can be obtained is determined by the height of the metal ring block 2. Therefore, it is preferable to grasp the object to be cleaned or deburred with a robot arm or the like and insert it from above into the interior of the storage tank 1, and adjust its height according to the height of the metal ring block 2. At this time, it is also preferable to adjust the horizontal position to be near the central axis L.
ここまで本発明による実施例及びこれに基づく変形例を説明したが、本発明は必ずしもこれらの例に限定されるものではない。また、当業者であれば、本発明の主旨又は添付した特許請求の範囲を逸脱することなく、様々な代替実施例及び改変例を見出すことができるであろう。 Although the present invention has been described above with reference to examples and variations thereof, the present invention is not necessarily limited to these examples. Furthermore, a person skilled in the art will be able to find various alternative embodiments and modifications without departing from the spirit of the present invention or the scope of the appended claims.
１ 貯留槽
２ 金属リングブロック
３ 振動子
４ 上槽
１０ 超音波照射装置
Ｌ 中心軸線
REFERENCE SIGNS LIST 1 Storage tank 2 Metal ring block 3 Transducer 4 Upper tank 10 Ultrasonic irradiation device L Central axis
Claims (6)
前記貯留槽は、中心軸線を鉛直に配置させた丸管状の有底金属容器からなり、底面には前記中心軸線に沿って上方へ向けて前記液状媒体を供給する供給口を有するとともに、内部に供給された前記液状媒体を外部へとオーバーフローさせる上部開口を有し、
前記貯留槽の外面には金属リングブロックが嵌め合い固定されており、前記金属リングブロックの外周には前記中心軸線に沿って見て前記中心軸線を重心位置とする正ｎ角形（ｎは３以上の整数）の各辺上にあり且つ前記中心軸線に平行な面である振動子取付平面があって、前記振動子取付平面のそれぞれには前記中心軸線に向けて振動する振動子を取り付けられていることを特徴とする超音波照射装置。 An ultrasonic irradiation device that irradiates ultrasonic waves into a liquid medium in a storage tank,
the storage tank is a round tubular, bottomed metal container with a vertical central axis, and has a supply port at its bottom for supplying the liquid medium upward along the central axis, and also has an upper opening for allowing the liquid medium supplied inside to overflow to the outside;
An ultrasonic irradiation device characterized in that a metal ring block is fitted and fixed to the outer surface of the storage tank, and on the outer periphery of the metal ring block, there are transducer mounting planes which are located on each side of a regular n-polygon (n is an integer of 3 or more) with the central axis as the center of gravity when viewed along the central axis and which are parallel to the central axis, and each of the transducer mounting planes has a transducer attached thereto which vibrates toward the central axis.
2. The ultrasonic irradiation device according to claim 1, wherein a second metal ring block is fixed in line with the metal ring block along the central axis to provide an additional transducer.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2023174466A JP7510219B1 (en) | 2023-10-06 | 2023-10-06 | Ultrasonic irradiation device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2023174466A JP7510219B1 (en) | 2023-10-06 | 2023-10-06 | Ultrasonic irradiation device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP7510219B1 true JP7510219B1 (en) | 2024-07-03 |
Family
ID=91671197
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2023174466A Active JP7510219B1 (en) | 2023-10-06 | 2023-10-06 | Ultrasonic irradiation device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7510219B1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20130034411A1 (en) | 2010-05-11 | 2013-02-07 | Durr Ecoclean Gmbh | Process container |
| US20180354003A1 (en) | 2015-04-24 | 2018-12-13 | Weber Ultrasonics AG | Device and method for deburring components ultrasound |
| WO2019043976A1 (en) | 2017-08-31 | 2019-03-07 | シャープ株式会社 | Ultrasonic generator, cleaning device, and extraction device |
| CN110965116A (en) | 2019-11-27 | 2020-04-07 | 中国民航大学 | Electrolysis ultrasonic cooperative device suitable for precipitation hardening stainless steel descaling |
-
2023
- 2023-10-06 JP JP2023174466A patent/JP7510219B1/en active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20130034411A1 (en) | 2010-05-11 | 2013-02-07 | Durr Ecoclean Gmbh | Process container |
| US20180354003A1 (en) | 2015-04-24 | 2018-12-13 | Weber Ultrasonics AG | Device and method for deburring components ultrasound |
| WO2019043976A1 (en) | 2017-08-31 | 2019-03-07 | シャープ株式会社 | Ultrasonic generator, cleaning device, and extraction device |
| CN110965116A (en) | 2019-11-27 | 2020-04-07 | 中国民航大学 | Electrolysis ultrasonic cooperative device suitable for precipitation hardening stainless steel descaling |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI669186B (en) | Device and method for deburring components by means of ultrasound | |
| JP4370580B2 (en) | Home-use ultrasonic cleaner. | |
| EP1321198B1 (en) | Ultrasonic cleaner and wet treatment nozzle comprising the same | |
| JP5974009B2 (en) | Improved ultrasonic cleaning method and apparatus | |
| CN101605615B (en) | Ultrasonic cleaning method | |
| JPH0855827A (en) | Wafer cassette and cleaning equipment using it | |
| JP7510219B1 (en) | Ultrasonic irradiation device | |
| JP3212134U (en) | Deburring and polishing equipment for workpieces | |
| JP4591316B2 (en) | Ultrasonic cleaning method and ultrasonic cleaning apparatus | |
| JP2018126696A (en) | Laminar flow ultrasonic cleaning apparatus | |
| JP4623706B2 (en) | Ultrasonic cleaning equipment | |
| KR200427508Y1 (en) | multichannel ultrasonic cleaning device | |
| TWI225659B (en) | Apparatus and method for cleaning electronic components | |
| JP5831128B2 (en) | Microbubble cleaning device and cleaning method | |
| JP2017196546A (en) | Gas introduction device and gas introduction method | |
| JP7522502B1 (en) | Ultrasonic irradiation device | |
| JP7284981B2 (en) | Deburring polishing method and deburring polishing device | |
| JP2005103466A (en) | Ultrasonic cleaner | |
| KR102683597B1 (en) | Sonic cleaning systems and methods for sonic cleaning workpieces | |
| CN110293483B (en) | Polishing device and method based on confocal megasonic microjet | |
| WO2016038679A1 (en) | Ultrasonic burr removal device | |
| JP2017112140A (en) | Substrate processing apparatus | |
| JPH11309301A (en) | Ultrasonic deaerator for cooling liquid of metal processing apparatus | |
| JP7083496B2 (en) | Deburring and polishing equipment for workpieces and their methods | |
| KR200193475Y1 (en) | Continuous flow type ultrasonic homogenizer |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7510219 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |