(57)【要約】【課題】酸洗浴中で走行させた金属帯板に超音波を到達させる超音波酸洗装置を提供する。【解決手段】酸洗槽内に弾性率ρｃ２［ＧＰａ］が５ＧＰａ以上の材質からなる密閉保護ケースが配置され、前記密閉保護ケース内には超音波振動子を取り付け、液体を充填したことを特徴とする超音波酸洗装置。ここで、ρ［ｋｇ／ｍ３］は材質の密度、ｃ［ｍ／ｓ］は材質内における音速である。密閉保護ケースの材質の音響インピーダンスρｃ［ＭＮｓ／ｍ３］を２．５ＭＮｓ／ｍ３以上としても良い。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸洗槽内に弾性率ρｃ２［ＧＰａ］が５ＧＰａ以上の材質からなる密閉保護ケースが配置され、前記密閉保護ケース内には超音波振動子を取り付け、液体を充填したことを特徴とする超音波酸洗装置。
ここで、ρ［ｋｇ／ｍ３］は材質の密度、ｃ［ｍ／ｓ］は材質内における音速である。
【請求項２】
密閉保護ケースの材質の音響インピーダンスρｃ［ＭＮｓ／ｍ３］が２．５ＭＮｓ／ｍ３以上であることを特徴とする請求項１記載の超音波酸洗装置。
ここで、ρ［ｋｇ／ｍ３］は材質の密度、ｃ［ｍ／ｓ］は材質内における音速である。
【請求項３】
密閉保護ケースの材質が耐酸樹脂であることを特徴とする請求項１又は２記載の超音波酸洗装置。
【請求項４】
耐酸樹脂がフッ素樹脂又は熱硬化性樹脂であることを特徴とする請求項３記載の超音波酸洗装置。
【請求項５】
密閉保護ケースの材質が耐酸樹脂をコーティングした金属又は合金であることを特徴とする請求項１又は２記載の超音波酸洗装置。
【請求項６】
密閉保護ケース内に、水又は油を充填したことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の超音波酸洗装置。
【請求項７】
超音波振動子の振動面と密閉保護ケースの面が平行であることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の超音波酸洗装置。
【請求項８】
超音波振動子の振動面と密閉保護ケースの面との間隔の平均値Ｌ［ｍｍ］と前記振動面と密閉保護ケースの面のなす角度θ［°］と前記振動面の鉛直方向の長さＡ［ｍｍ］とが０≦ｓｉｎθ＜２Ｌ／Ａを満たし、かつ前記密閉保護ケースの材質内における音速ｃ［ｍ／ｓ］、前記密閉保護ケース内に充填した液体中における音速ｃ０［ｍ／ｓ］及び前記θ［°］が０≦ｓｉｎθ＜ｃ０／ｃを満たすことを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の超音波酸洗装置。
【請求項９】
超音波振動子の振動面と密閉保護ケースの面との間隔の平均値Ｌ［ｍｍ］が１ｍｍ以上であり、かつ前記密閉保護ケース内に充填した液体中における超音波の波長λ［ｍｍ］の１／４以下であることを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の超音波酸洗装置。
【請求項１０】
超音波振動子の振動面と密閉保護ケースの面との間隔の平均値Ｌ［ｍｍ］が、前記密閉保護ケース内に充填した液中における超音波の波長λ［ｍｍ］の４π分の１から４π分の３の範囲であること特徴とする請求項１〜９の何れか１項に記載の超音波酸洗装置。
【請求項１１】
超音波振動子の振動面と密閉保護ケースとの間隔及び角度を調整する手段を設け、酸洗槽内に被酸洗材の存在する範囲の音圧分布を計測する手段を設け、前記酸洗槽外に前記音圧分布を表示する手段を設けたことを特徴とする請求項１〜１０の何れか１項に記載の超音波酸洗装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐酸性及び耐熱性に優れた密閉保護ケース内に投込み式の超音波振動子を取り付け、所定の液体を充填することにより２重構造式超音波振動子としたものを酸洗槽内に設置した、酸洗浴中を走行する金属帯板に超音波を印加する超音波酸洗装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、酸洗液を満たした酸洗槽に熱延鋼板を連続的に浸漬し、熱延鋼板の表面のスケールを溶解させる熱延鋼板の酸洗装置において、生産性向上のため、酸洗槽内に超音波振動子を設置し、酸洗液を介して超音波を熱延鋼板表面に印加し、脱スケール効率を向上させた超音波酸洗方法が開発されている。しかし、超音波振動子が合金製である場合には、実機酸洗設備に適用すると酸洗液に浸漬した際の寿命が短いという問題があった。このような問題に対して、耐酸性樹脂からなる密閉保護ケ−ス内に、投げ込み式の超音波振動子を取付け、保護ケ−スに水を充満する二重槽式超音波振動子が特許文献１に開示されている。この方法では、耐酸樹脂の例として、テフロン（登録商標）（ポリテトラフルオロエチレン等）のフッ素樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂が挙げられている。
【０００３】
また、特許文献２には、酸洗槽内にテフロン（登録商標）製の仕切り板で囲んだ内側に水を満たし、その中に超音波振動子を入れた酸洗方法が開示されている。さらに、特許文献３には、酸洗槽を内槽と外槽の二重構造とし、内槽に酸洗液、内槽と外槽の間に酸洗液以外の液を充たし、外槽側面に複数個の超音波振動子を設置した酸洗装置が開示されている。この方法において、耐酸樹脂の例としてエンジニアリングプラスチック、塩化ビニルが挙げられている。
【０００４】
しかし、これらの方法では、耐酸性及び耐熱性に優れた密閉保護ケースの材質及び超音波振動子の振動面の配置等の構造によっては、超音波が減衰して酸洗液中で走行させた熱延鋼板に十分な超音波を到達させることができないという問題があった。
【０００５】
【特許文献１】
実開平０３−１０３２５６号公報
【特許文献２】
特開昭６２−２２４４１７号公報
【特許文献３】
実開平０３−１１０６０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、酸洗浴中を走行する熱延鋼板に超音波を確実に到達させ、生産性を向上させた、超音波酸洗装置の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、テフロン（登録商標）（ＰＴＦＥ、ポリテトラフルオロエチレン等）のフッ素樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂の弾性率と超音波の透過挙動を調査した。なお、弾性率は、材質の密度ρ［ｋｇ／ｍ３］及び材質内における音速ｃ［ｍ／ｓ］によりρｃ２［ＧＰａ］として求めた。その結果、耐酸樹脂の弾性率が５ＧＰａ未満であると、超音波が減衰することがわかった。
【０００８】
この知見を基に、本発明者は酸洗液中を走行する熱延鋼板に超音波を到達させる超音波酸洗装置について鋭意検討を重ねた結果、密閉保護ケースの弾性率を５ＧＰａ以上とすることで、密閉保護ケースを透過する超音波の減衰を抑制し得ることを見いだした。さらに、超音波振動子の振動面と密閉保護ケースの面の角度及び位置を最適化することにより、生産性を著しく向上させた超音波酸洗装置及び方法を発明するに至った。
【０００９】
本発明の要旨は、以下のとおりである。
（１）  酸洗槽内に弾性率ρｃ２［ＧＰａ］が５ＧＰａ以上の材質からなる密閉保護ケースが配置され、前記密閉保護ケース内には超音波振動子を取り付け、液体を充填したことを特徴とする超音波酸洗装置。
（２）  密閉保護ケースの材質の音響インピーダンスρｃ［ＭＮｓ／ｍ３］が２．５ＭＮｓ／ｍ３以上であることを特徴とする（１）記載の超音波酸洗装置。
ここで、ρ［ｋｇ／ｍ３］は材質の密度、ｃ［ｍ／ｓ］は材質内における音速である。（３）  密閉保護ケースの材質が耐酸樹脂であることを特徴とする（１）又は（２）記載の超音波酸洗装置。
（４）  耐酸樹脂がフッ素樹脂又は熱硬化性樹脂であることを特徴とする（３）記載の超音波酸洗装置。
（５）  密閉保護ケースの材質が耐酸樹脂をコーティングした金属又は合金であることを特徴とする（１）又は（２）記載の超音波酸洗装置。
（６）  密閉保護ケース内に、水又は油を充填したことを特徴とする（１）〜（５）の何れか１項記載の超音波酸洗装置。
（７）  超音波振動子の振動面と密閉保護ケースの面が平行であることを特徴とする（１）〜（６）の何れか１項に記載の超音波酸洗装置。
（８）  超音波振動子の振動面と密閉保護ケースの面との間隔の平均値Ｌ［ｍｍ］と前記振動面と密閉保護ケースの面のなす角度θ［°］と前記振動面の鉛直方向の長さＡ［ｍｍ］とが０≦ｓｉｎθ＜２Ｌ／Ａを満たし、かつ前記密閉保護ケースの材質内における音速ｃ［ｍ／ｓ］、前記密閉保護ケース内に充填した液体中における音速ｃ０［ｍ／ｓ］及び前記θ［°］が０≦ｓｉｎθ＜ｃ０／ｃを満たすことを特徴とする（１）〜（６）の何れか１項に記載の超音波酸洗装置。
（９）  超音波振動子の振動面と密閉保護ケースの面との間隔の平均値Ｌ［ｍｍ］が１ｍｍ以上であり、かつ前記密閉保護ケース内に充填した液体中における超音波の波長λ［ｍｍ］の１／４以下であることを特徴とする（１）〜（８）の何れか１項に記載の超音波酸洗装置。
（１０）  超音波振動子の振動面と密閉保護ケースの面との間隔の平均値Ｌ［ｍｍ］が、前記密閉保護ケース内に充填した液中における超音波の波長λ［ｍｍ］の４π分の１から４π分の３の範囲であること特徴とする（１）〜（９）の何れか１項に記載の超音波酸洗装置。
（１１）  超音波振動子の振動面と密閉保護ケースとの間隔及び角度を調整する手段を設け、酸洗槽内に被酸洗材の存在する範囲の音圧分布を計測する手段を設け、前記酸洗槽外に前記音圧分布を表示する手段を設けたことを特徴とする（１）〜（１０）の何れか１項に記載の超音波酸洗装置。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の超音波酸洗装置の構造を模式的に図１に示す。耐酸性及び耐熱性に優れた密閉保護ケース２内に投込み式の超音波振動子３を取り付け、所定の液体１５を充填した２重構造式超音波振動子を酸洗槽１１内に設置している。所定の液体１５は超音波振動子３が劣化しないように、水又は油であることが好ましい。２重構造式超音波振動子の中に音圧計測装置１７を、酸洗対象の帯鋼１３の近くに音圧計測装置１７′を設置する。音圧計測装置１７及び１７′のそれぞれの音圧は、音圧表示装置１６及び１６′により表示する。
【００１１】
本発明者は、図１に示した装置を用い、所定の液体１５を水として、音圧計測装置１７及び１７′として、圧電振動子である液体用受波器（ハイドロフォンという）を用いて、超音波の透過挙動に及ぼす密閉保護ケースの材質の影響を詳細に検討した。
まず、材料の特性として、超音波振動子が発生した超音波が密閉保護ケースを通過する際の超音波の透過率Ｔに注目した。流体媒質１から厚さｄ［ｍ］の平板の媒質２を通り流体媒質３まで透過する透過率Ｔ［−］は、超音波便覧編集委員会編「超音波便覧」、丸善、平成１１年８月３０日発行、４６頁に記載されているように、次式で表される。
Ｔ＝（Ｚ１／Ｚ３）・４／｛（１＋Ｚ１／Ｚ３）２ｃｏｓ２（ｋ２ｄ）＋（Ｚ２／Ｚ３＋Ｚ１／Ｚ２）２ｓｉｎ２（ｋ２ｄ）｝・・・（１）
ここで、Ｚは音響インピーダンス［Ｎ・ｓ／ｍ３］、ｋ［ｍ−１］は波数、λ［ｍ］は波長であり、添字の１、２及び３は、それぞれ媒質１、媒質２及び媒質３の中における特性であることを意味する。
【００１２】
本発明において媒質１は、密閉保護ケース内に充填した液体１５であり、媒質２は密閉保護ケースの材質、媒質３は酸洗液である。透過率Ｔは、ｋ２ｄ＝ｎπ（ｎ＝１，２，３…）、即ち、ｄ＝ｎλ２／２の時に極大値
Ｔ＝４Ｚ１Ｚ３／（Ｚ１＋Ｚ３）２
となる。さらに媒質１と媒質３の音響インピーダンスがほぼ等しいとき、透過率はほぼ１となる。
ここで音響インピーダンスＺ［Ｎ・ｓ／ｍ３］は物質の密度ρ［ｋｇ／ｍ３］及び音速ｃ［ｍ／Ｓ］から求まる。
Ｚ＝ρｃ
また弾性率Ｅ［Ｐａ］は次式で定義する。
Ｅ＝ρｃ２
【００１３】
（１）式により求めた種々の材質の超音波透過率Ｔを図３に、弾性率及び音響インピーダンスを図４に示し、また材質の密度ρ、音速ｃ、音響インピーダンスρｃ、弾性率ρｃ２、波数ｋ、板厚ｄ、波長λ、透過率Ｔを表１に示した。密度ρ、音速ｃは、国立天文台編、理科年表平成３年、丸善、平成２年１１月３０日、又は、実吉純一他監修、超音波技術便覧、日刊工業新聞社、昭和３５年、又は、超音波便覧編集委員会編、超音波便覧、丸善、平成１１年、株式会社サンプラテック、２０００プラスチック機器総合カタログ、平成１１年１月に記載されている値を使用した。
【００１４】
【表１】
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【００１５】
本発明者は、図３及び図４に示した材料を密閉保護ケースとして用いて、超音波振動子の発する超音波の透過挙動を調査した。超音波の透過挙動は、中村き良著、「超音波」、コロナ社、２００１年８月３０日発行、８０頁に記載のハイドロフォンにより音圧を検出し、音圧表示装置１６での音圧値をＡ１、音圧表示装置１６′での音圧値をＡ２として、音圧出力比Ａ２／Ａ１で表すことができる。出力比Ａ２／Ａ１が大きいほど、超音波を減衰させずに被酸洗材に到達させることができることを意味する。
【００１６】
音圧出力比の測定結果を、音響インピーダンスに対して示したのが図５、弾性率に対して示したのが図６、透過率に対して示したのが図７である。出力比は表１にも示した。図５〜７より、（１）式による超音波透過率と出力比の間には相関がなく、弾性率との相関が極めて強いことがわかる。
【００１７】
更に、本発明者は、超音波の透過挙動に及ぼす超音波振動子の振動面と密閉保護ケースの面の間隔及び角度の影響を明らかにするため、図２に模式的に示した超音波振動子の振動面と密閉保護ケースの面の間隔及び角度を変化させて、出力比Ａ２／Ａ１を測定した。なお、図２は本発明の、２重構造式超音波振動子において超音波が透過する面の水平方向の中央部における鉛直方向の断面の模式図である。
【００１８】
図８は、超音波振動子の振動面と密閉保護ケースの面との間隔の平均値Ｌ［ｍｍ］と超音波の波長λ［ｍｍ］との比Ｌ／λと出力比Ａ２／Ａ１の関係を示したものである。ここで、超音波振動子の振動面と密閉保護ケースの面との間隔の平均値Ｌ［ｍｍ］は、図２において、超音波振動子３の振動面と密閉保護ケース２の面との間隔の最大値と最小値の単純平均値である。図９は図８の拡大図である。超音波振動子の振動面と密閉保護ケースの面との角度θ［°］は、θ＝０°の場合は超音波振動子の振動面と密閉保護ケースの面が平行である。また、θ＝１０°の場合は、超音波振動子の振動面と密閉保護ケースの面が１０°傾いている。
【００１９】
図８において、Ｌ／λが、約０．２でＡ２／Ａ１がピークを示している。これは、密閉保護ケースの内面と振動子の振動面との空間で超音波の振動が共鳴したために生じたと考えられる。このピークの部分を拡大した図９から、超音波振動子の振動面と密閉保護ケースの面の間隔Ｌ［ｍｍ］が、密閉保護ケース内に充填した水中での超音波の波長λの１／４以下となるように設置すればＡ２／Ａ１が極めて大きくなることがわかる。
【００２０】
本発明はこのような知見を基になされたものであり、以下に詳細に説明する。耐酸性を持ち、かつ、耐熱性を持つ密閉保護ケースの材質は、弾性率ρｃ２を５ＧＰａ以上とすると、出力比Ａ２／Ａ１が極めて大きくなり、超音波の透過性が著しく向上する。そのため、安定して十分な出力比Ａ２／Ａ１が得られるように、弾性率が５ＧＰａ以上であることが必要であり、７ＧＰａ以上とすることが好ましい。
密閉保護ケースの材質の弾性率の上限は３００ＧＰａ以下であることが好ましい。この理由は弾性率が３００ＧＰａを超えると、密閉保護ケースの材質が脆くなり、超音波による疲労破壊が生じ易いためである。
【００２１】
また、出力比Ａ２／Ａ１を、より大きくするためには、密閉保護ケースの材質の音響インピーダンスρｃの下限を２．５ＭＮｓｍ−３以上とすることが好ましく、３ＭＮｓｍ−３以上が最適である。密閉保護ケースの材質の音響インピーダンスρｃの上限は、超音波による疲労破壊が生じないよう、５０ＭＮｓｍ−３以下とすることが好ましい。
【００２２】
密閉保護ケースの材質は、弾性率ρｃ２が５ＧＰａ以上であることが必要であるが、これを満足するフッ素樹脂又は熱硬化性樹脂とすることが好ましい。また、弾性率ρｃ２が５ＧＰａ以上を満足するものであれば、耐酸樹脂コーティング又は耐酸樹脂コーティングした金属製又は合金製としても良い。これは耐酸性に優れ、コスト面でも安価となるからである。
【００２３】
図３及び４に示した密閉保護ケースの材質と、弾性率の比較図から、密閉保護ケースの弾性率を、５ＧＰａ以上とできるのは、塩化ビニル、アクリル、ポリカーボネイド（以下、ＰＣ）、ポリ弗化ビニリデン（以下、ＰＶｄＦ）、ガラス、鉄鋼である。
また、酸洗液の温度は樹脂の耐熱温度を越える場合があり、その場合は常温での弾性率では判断できない場合がある。たとえば耐熱塩化ビニルは耐熱温度が７９℃であり、それ以上の温度では軟化し、弾性率は低下する。また、熱硬化性樹脂のエポキシは弾性率が２．４ＧＰａであるが、ＦＲＰとすることで、弾性率を５〜１１ＧＰａに上昇させることができる。８０℃、５％の酸洗条件下では、塩化ビニル、アクリル、ＰＣでは耐酸性が低下し、ガラスは破損の可能性があり、鉄鋼は耐酸性がないため、何れも好ましくない。
ＰＶｄＦは、８０℃、５％の酸洗条件下においても弾性率が５ＧＰａ以上であり、耐酸性に優れ、強度も低下しないことから密閉保護ケースの材質として最適である。
【００２４】
密閉保護ケース内に充填する液体は、水又は油であることが好ましい。これにより、超音波振動子から発生した超音波を密閉保護ケースに伝え、かつ超音波振動子の振動面の劣化を抑制することができる。また、油は、密閉保護ケース内の気泡の発生を抑え、超音波の透過性の劣化を防止することができるため、より好ましい。
超音波振動子３は、図１０に示したように、サポート１９により充填液１５内に取り付け、高さ調整ネジ２０ａ、２０ｂにより超音波振動面１４の角度を調整する構造であることが好ましい。高さ調整ネジの替わりに、耐酸コーティングを施した油圧シリンダーあるいは耐酸材料を用いた油圧シリンダーを用いても良い。
【００２５】
被酸洗材の設置深さと、超音波振動子の振動面の設置深さが等しい場合は、超音波振動子の振動面と密閉保護ケースの面を角度は、０°、即ち、超音波振動子の振動面と密閉保護ケースの面が平行であることが好ましい。これは、図９において、超音波振動子の振動面と密閉保護ケースの面の角度θが、θ＝０°とθ＝１０°である場合のＡ２／Ａ１と比較すると、θ＝０°におけるＡ２／Ａ１が大きいことに基づく。従って、図１に模式的に示したように、超音波振動子の振動面からθ＝０°で発生した超音波がそのまま被酸洗材のある方向に伝播する場合には最適である。
被酸洗材の位置と、超音波振動子の振動面の高さが異なる場合には、超音波振動子の振動面と密閉保護ケースの面を平行にすると、被酸洗材の存在する位置の音圧が最大にならない場合があり、角度を最適な範囲に調整することが好ましい。
【００２６】
また、超音波振動子の振動面と密閉保護ケースの面との角度は、超音波が密閉保護ケースの面で全反射しない条件であることが好ましい。即ち、図２に示したように、超音波振動子の振動面から放出された超音波が密閉保護ケースの材質を透過する場合、透過角θ１が、０°≦θ１＜９０°であれば、超音波は透過する。従って、０≦ｓｉｎθ１＜１を満足することが好ましい。
ここで、入射角θ、透過角θ１、密閉保護ケースの材質内における音速ｃ［ｍ／ｓ］、密閉保護ケース内に充填した液体１５中における音速ｃ０［ｍ／ｓ］には、ｓｉｎθ／ｃ０＝ｓｉｎθ１／ｃの関係が成り立つ。従って、０≦ｓｉｎθ１＜１にｓｉｎθ１＝ｓｉｎθ×ｃ／ｃ０を代入すると、次式のようになる。
０≦ｓｉｎθ＜ｃ０／ｃ
従って、超音波振動子の振動面と密閉保護ケースの面の角度θを、０≦ｓｉｎθ＜ｃ０／ｃの範囲として調整することが好ましい。
【００２７】
振動面が密閉保護ケースの面に触れないように設置するためには、超音波振動子の振動面と密閉保護ケースの面との間隔の平均値Ｌ［ｍｍ］、超音波振動子の振動面と密閉保護ケースの面との角度θ［°］及び振動面の傾いている辺の長さＡ［ｍｍ］が０≦ｓｉｎθ＜２Ｌ／Ａを満たすことが好ましい。
さらに、超音波振動子の振動面と密閉保護ケースの間隔Ｌ［ｍｍ］は、密閉保護ケースと振動子の振動面で作られる空間における共鳴現象により、被酸洗材に到達する音圧が大きくなる範囲とすることが好ましい。図９に示したように、この範囲の下限は１ｍｍ以上であり、上限は、充填した液中における超音波の波長λの１／４以下である。さらに最適な範囲は、充填した液中における超音波の波長λの４π分の１から４π分の３の範囲であり、２π分の１で最大になる。
音圧分布を計測する手段は、市販の水中音圧計を用いることができる。音圧分布を表示する手段はオシロスコープを用いることができる。
【００２８】
【実施例】
本発明例として、弾性率が５ＧＰａ以上であり、厚み５ｍｍのＰＶｄＦを用いて、外寸で、幅２０ｃｍ、横４０ｃｍ、高さ１．２ｍの密閉保護ケース２を作製した。その中に振動面横幅３５ｃｍ、振動面高さ３０ｃｍ、厚み１０ｃｍの投込み式の超音波振動子３を振動面中心が密閉保護ケース２の底から４０ｃｍの高さになるように取り付け、液体１５として水を充填した。この２重構造式超音波振動子１を長さ１０ｍ、幅２ｍ、深さ１ｍ、の酸洗槽１１内の長手方向中央に設置した。
【００２９】
被酸洗材である熱延鋼板の板幅は１ｍ、酸洗槽の中央部における被酸洗材の高さは酸洗槽の底から５０ｃｍであった。被酸洗材が槽の中央を通っており、被酸洗材と密閉保護ケースの間隔は、ほぼ３０ｃｍであった。
音圧計測装置１７として直径１０ｍｍのハイドロフォンを用いその中心を長手方向には槽の中央、槽の底からの高さ５０ｃｍ、幅方向には密閉保護ケースから２０ｃｍ、被酸洗材から１０ｃｍの位置に設置した。また２重構造式超音波振動子の中に直径１０ｍｍのハイドロフォンを設置する。
それぞれの音圧は、音圧表示装置としてオシロスコープを用いた。音圧表示装置１６での音圧値をＡ１、音圧表示装置１６′での音圧値をＡ２として、音圧出力比Ａ２／Ａ１を計測した。
【００３０】
超音波振動子の振動面と密閉保護ケースの間隔を調整する手段は耐酸対策として耐酸コーティングを施した油圧シリンダーを用い、超音波振動子の振動面と密閉保護ケースの間隔を変化させ、音圧出力比Ａ２／Ａ１を計測し、図８、９を得た。
出力比を最大にするため、超音波振動子の振動面と密閉保護ケースの面をθ＝０°の角度を持って設置し、超音波振動子と密閉保護ケースの面の平均距離Ｌを８ｍｍとした。超音波の波長λ＝５０ｍｍであったので、ほぼＬ＝λ／２πとなっている。
振動面が密閉保護ケースの面に触れないで設置できるため、振動面の傾いている辺の長さＡ＝３００ｍｍであるので、２Ｌ＞Ａｓｉｎθ≧０を満たすためには、０≦θ＜３°が必要条件となる。
また、超音波が密閉保護ケースの面で全反射しないため、０≦ｓｉｎθ＜ｃ０／ｃを満たす必要があるが、液体中の音速ｃ０＝１５００ｍ／ｓ、密閉保護ケース内の音速ｃ＝２２６０ｍ／ｓを用いると、０≦θ＜４４°が必要条件となる。今回選定したθ＝０°は２つの必要条件を満たしている。
【００３１】
さらに、超音波振動子の振動面と密閉保護ケースの間隔は、密閉保護ケースと振動子の振動面で作られる空間における共鳴現象により、被酸洗材に到達する音圧が最大となるように、超音波振動子と密閉保護ケースの面の平均距離Ｌが超音波の波長λの２π分の１にほぼなっている。
図１０は投込み式超音波振動子の固定方法である。投込み式超音波振動子３は鉛直に設置された鉄製のサポート１９により充填液１５内に取り付けられ、高さ調整ネジ２０ａ、２０ｂの高さを同じ１０ｍｍとすることにより超音波振動面１４の角度が０°に調整されている。
これにより超音波の出力比は図８に示すように１．６と大きな出力を得ることができ、酸洗スピードを低下させる時間が１０％減少し、酸洗効率が極めて向上した。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、２重構造式超音波振動子の密閉保護ケースの材質及び構造の最適化により、超音波振動子の振動面の長寿命化と酸洗効率の向上が可能であり、産業上の貢献が極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】密閉保護ケース内に超音波振動子を取り付け液体を充填した２重構造式超音波振動子を酸洗装置内に設置した図である。
【図２】密閉保護ケースと超音波振動子の角度、距離と超音波の入射角及び透過角の関係を示した模式図である。
【図３】密閉保護ケースの材質を選択するために使用した、（１）式による超音波透過率の比較図である。
【図４】密閉保護ケースの材質の弾性率、音響インピーダンスの比較図である。
【図５】音響インピーダンスと音圧出力比の相関を調べた図である。
【図６】弾性率と音圧出力比の相関を調べた図である。
【図７】透過率と音圧出力比の相関を調べた図である。
【図８】超音波振動子の振動面と密閉保護ケースの面の間隔と出力比Ａ２／Ａ１の関係を示した図である。
【図９】超音波振動子の振動面と密閉保護ケースの面の間隔と出力比Ａ２／Ａ１の関係を示した拡大図である。
【図１０】投込み式超音波振動子の固定方法を示した図である。
【符号の説明】
１：２重構造超音波振動子            ２：密閉保護ケース
３：投込み式超音波振動子            ４：超音波発振機
５：電線                          １１：酸洗槽
１２：酸洗液                        １３：帯板
１４：超音波振動面                １５：充填液
１８：超音波伝達経路              １９：サポート
２０ａ：高さ調整ネジ              ２０ｂ：高さ調整ネジ
Ｌ：超音波振動面と密閉保護ケースの平均距離
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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