(57)【要約】【課題】  洗浄液に圧力を加えることによってキャビテーションの衝撃力を高めるようにした超音波バリ取り・洗浄装置において、装置の簡素化を図ると同時に、より高圧の圧力を加えることができるようにし、しかもこの際、圧力によって装置に損傷等の悪影響が発生するのを防止する。【解決手段】  超音波バリ取り・洗浄を行う洗浄槽２として、超音波振動子５が取り付けられる振動板６を挟んで、洗浄液を貯留する洗浄液貯留空間部７と、超音波振動子５の周囲を取り囲む振動子側空間部８とに区画分離し、それぞれの空間部７、８を気密状に構成するとともに、洗浄液貯留空間部７には、内部に充填される洗浄液を循環させて洗浄液中の気体を脱気する洗浄液循環・脱気回路３を設け、また、洗浄液貯留空間部７と振動子側空間部８には、所定圧力で加圧される加圧エアを供給することのできる加圧エア供給回路４を接続する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波振動子が取り付けられる振動板を備えた洗浄槽に被処理物を浸漬してバリ取り・洗浄を行うようにした超音波バリ取り・洗浄装置であって、前記洗浄槽は、前記超音波振動子が取り付けられる振動板を挟んで、洗浄液を貯留する洗浄液貯留空間部と、超音波振動子の周囲を取り囲む振動子側空間部とに区画分離され、それぞれの空間部は気密状に構成されるとともに、前記洗浄液貯留空間部には、内部に充填される洗浄液を循環させて洗浄液中の気体を脱気する洗浄液循環・脱気回路が設けられ、また、前記洗浄液貯留空間部と振動子側空間部には、大気圧に対して＋０．１Ｍｐａ〜＋０．５Ｍｐａの範囲で加圧される加圧エアをそれぞれの空間部内に供給することのできる加圧エア供給回路が接続されることを特徴とする超音波バリ取り・洗浄装置。
【請求項２】
前記洗浄液循環・脱気回路には、洗浄液の温度を１２℃以下に冷却する冷却機構と、洗浄液中の溶存気体を２ｍｇ／ｌ以下に脱気する脱気機構が設けられることを特徴とする請求項１に記載の超音波バリ取り・洗浄装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波を使用してバリ取り・洗浄を行う際に、超音波によるキャビテーションの衝撃力を高めるための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、被処理物のバリ取り・洗浄を効率的に行うため、被処理物を水等の洗浄液中に浸漬し、洗浄液中に超音波を放射することによって、洗浄液中にキャビテーション（空洞の真空核）を発生させ、このキャビテーションの発生から崩壊に伴う衝撃力を利用してバリ取り・洗浄を行うような技術が知られているが、理論上、このキャビテーションの衝撃力を高めるため、洗浄液の圧力（水圧）を上げて崩壊スピードを上昇させることが有効であるとも云われている。そして、この洗浄液の圧力を上げて洗浄効率を高めるための技術としては、洗浄液を貯留する洗浄槽に、直接洗浄液に静水圧を加えて加圧するためのシリンダピストンを設けるような技術（例えば、特許文献１参照。）や、洗浄槽内に収容される洗浄液を、循環回路を通して循環させると同時に、循環する洗浄液から脱気するような超音波洗浄装置において、洗浄槽とは独立に、洗浄液を収容する洗浄液密封槽を設け、この洗浄液密封槽に収容される洗浄液を加圧した後、この加圧された洗浄液を、循環回路を通して前記洗浄槽内に送り込むような技術（例えば、特許文献２参照。）などが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特公平４−４６６３７号公報
【特許文献２】特開平６−２０６０５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、洗浄槽内の洗浄液に対し、直接シリンダピストン等で静水圧を加える特許文献１のような技術では、装置が複雑化すると同時に、加圧力にも限界があり、あまり高い圧力を加えることが困難であった。また、特許文献２のように、洗浄槽とは独立に洗浄液を加圧する洗浄液密封槽を設け、この洗浄液密封槽で加圧された洗浄液を循環回路を通して洗浄槽に送り込むような技術の場合も、装置が複雑化すると同時に加圧力に限界があるという問題があった。
【０００５】
そこで本発明は、洗浄液に圧力を加えることによってキャビテーションの衝撃力を高めるようにした超音波バリ取り・洗浄装置において、装置の簡素化を図ると同時に、より高圧の圧力を加えることができるようにし、しかもこの際、圧力によって装置に損傷等の悪影響が発生するのを防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため本発明は、超音波振動子が取り付けられる振動板を備えた洗浄槽に被処理物を浸漬してバリ取り・洗浄を行うようにした超音波バリ取り・洗浄装置において、前記洗浄槽として、前記超音波振動子が取り付けられる振動板を挟んで、洗浄液を貯留する洗浄液貯留空間部と、超音波振動子の周囲を取り囲む振動子側空間部とに区画分離し、それぞれの空間部を気密状に構成するとともに、前記洗浄液貯留空間部には、内部に充填される洗浄液を循環させて洗浄液中の気体を脱気する洗浄液循環・脱気回路を設け、また、前記洗浄液貯留空間部と振動子側空間部には、大気圧に対して＋０．１Ｍｐａ〜＋０．５Ｍｐａの範囲で加圧される加圧エアをそれぞれの空間部内に供給することのできる加圧エア供給回路を接続するようにした。
【０００７】
そして、このように、洗浄液貯留空間部内と振動子側空間部内に、大気圧に対して＋０．１Ｍｐａ〜＋０．５Ｍｐａの範囲で加圧される加圧エアを供給することによって洗浄液を加圧するようにすれば、装置の複雑さを避けて簡素化が図れると同時に、加圧力を高めることができる。この際、洗浄液貯留空間部だけでなく振動子側空間部を加圧する理由は、超音波振動子が取り付けられる振動板が、加圧力によって損傷するのを防止するため、両側から圧力をかけてバランスさせるためである。
【０００８】
また、本発明では、前記洗浄液循環・脱気回路には、洗浄液の温度を１２℃以下に冷却する冷却機構と、洗浄液中の溶存気体を２ｍｇ／ｌ以下に脱気する脱気機構を設けるようにした。
ここで、理論上、キャビテーションの衝撃度を高めるためには、洗浄液の水温を低下させたり、洗浄液中に溶存する気体の脱気度を高めることがより有効であると云われているため、上記のような値にすることで一層バリ取り・洗浄効果を高めることができる。
【発明の効果】
【０００９】
超音波振動子が取り付けられる振動板を挟んで、洗浄液を貯留する表面側の洗浄液貯留空間部と、超音波振動子の周囲を取り囲む裏面側の振動子側空間部とに区画分離し、それぞれの空間部に、所定圧力で加圧される加圧エアを供給することにより、洗浄液貯留空間部内に貯留される洗浄液の圧力を高めることができ、その結果、バリ取り・洗浄効果を確実に高めることができる。しかもこの際、装置の複雑化を避けて簡素に構成できる。
また、洗浄液循環・脱気回路に、洗浄液の温度を所定温度以下に冷却する冷却機構と、洗浄液中の溶存気体を所定値以下に脱気する脱気機構を設けることで、キャビテーションの衝撃効果を一層高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る超音波バリ取り・洗浄装置の構成概要の一例を示す説明図である。
【図２】洗浄槽の一部を拡大して示す説明図であり、（ａ）は蓋を開いた状態、（ｂ）は蓋を閉じた状態の説明図である。
【図３】キャビテーションの衝撃効果をアルミ箔で試験した結果の説明図であり、（ａ）は洗浄液を脱気しない場合、（ｂ）は洗浄液を脱気するが液体圧力は大気圧の場合、（ｃ）は洗浄液を脱気するとともに、洗浄液の圧力を大気圧より＋０．２５Ｍｐａ加圧した場合である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明に係る超音波バリ取り・洗浄装置の構成例について添付した図面に基づき説明する。
本発明の超音波バリ取り・洗浄装置は、超音波を放射する洗浄液に圧力を加えることによってキャビテーションの衝撃力を高めるようにした超音波バリ取り・洗浄装置であって、装置の簡素化を図ると同時に、より高圧の圧力を加えることができるようにし、しかもこの際、圧力によって装置に損傷等の悪影響が発生するのを防止できるようにされている。
【００１２】
すなわち、図１に示すように、本超音波バリ取り・洗浄装置１は、洗浄液を貯留する洗浄槽２と、この洗浄槽２内に貯留される洗浄液を循環させると同時に、循環液から脱気させる洗浄液循環・脱気回路３と、洗浄槽２内の洗浄液を加圧するための加圧エア供給回路４を備えており、本実施例では、洗浄液として、通常の水を使用するようにしている。
ちなみに、洗浄液として水を使用することによって、有機溶剤等を使用するような有害物質が発生せず、バリ取り・洗浄後の後工程に、洗浄装置などの設備が不要であり、安価に構成することができる。
【００１３】
そして、この超音波バリ取り・洗浄装置１を使用したバリ取り・洗浄を行うための被処理物としては、例えばアルミや鉄や樹脂材料等のダイキャスト品や機械加工品やＩＣ基板等任意であるが、特に、ダイキャスト品や機械加工品の微小バリや薄バリ等を除去するために使用すれば好適であり、手作業で除去することに比べて、人件費の大幅な削減が図られるとともに、作業時間が大幅に短縮され、しかも品質の安定が図られる。
【００１４】
前記洗浄槽２は、図２にも示すように、複数の超音波振動子５が取り付けられる振動板６を挟んで、上部側の洗浄液貯留空間部７と下部側の振動子側空間部８に区画分離され、上部側の洗浄液貯留空間部７は、押圧シリンダ１０によって押圧可能な蓋９により開閉自在にされるとともに、蓋９が閉じられた状態で、押圧シリンダ１０が所定圧で押圧すると、洗浄液貯留空間部７は気密状に封鎖され、その結果、これら空間部７、８はある程度の内圧がかかってもこれに耐え得るようにされている。
【００１５】
そして、これら洗浄液貯留空間部７と振動子側空間部８には、加圧エア源１１から加圧された加圧エアを送り込むための加圧エアライン１２が接続されており、また、洗浄液貯留空間部７と振動子側空間部８には、加圧エアを排気するための排気ライン１３、１４が接続されている。
なお、加圧エア源１１は、エア圧を、大気圧に対して＋０．１Ｍｐａ〜＋０．５Ｍｐａの範囲に加圧できるようにされている。
【００１６】
なお、図１に示すように、洗浄槽２の洗浄液貯留空間部７に洗浄液を送り込むための給水部１５が設けられている。
【００１７】
前記洗浄液循環・脱気回路３は、洗浄液貯留空間部７のやや下方に接続される吸い込みライン１６および循環ポンプ１７と、その下流のラインに設けられる中空糸式脱気モジュール１８と、さらにその下流に設けられる熱交換器１９を備えており、この熱交換器１９を通った洗浄液を戻しライン２０を介して洗浄液貯留空間部７に戻すことができるようにされている。
【００１８】
そして、中空糸式脱気モジュール１８には、真空ポンプ２１から延びる真空引きライン２２が接続されており、洗浄液が中空糸式脱気モジュール１８の内部を通過中に、周囲の所定個所から真空引きすることで、洗浄液中に溶解する気体の量を２ｍｇ／ｌ以下に脱気できるようにされている。
【００１９】
また、前記熱交換器１９は、通過する洗浄液を１２℃以下に冷却することができるようにされ、１２℃以下に冷却した洗浄液を洗浄液貯留空間部７に戻すことができるようにされている。
なお、図において図番２３はフィルターである。
【００２０】
また、本実施例では、前記洗浄槽２の形状が円筒形状の場合、超音波の波長がλの場合は直径をＮ×λ／２（Ｎは正の倍数で２〜２０）とし、形状が方形の場合、幅や奥行きの長さをそれぞれＮ×λとしている。このことにより、発振される超音波振動が洗浄液中を水平方向に伝搬される際に、水平波の直径方向の両端における反射点における振幅をゼロにしつつ、円形の中心部の振幅が最大幅になるように共振させることができる。
また、洗浄液の充填深さを、１／４λ＋Ｍ×１／２λ（Ｍは正の倍数で１〜７）としている。そして、このことにより垂直波の振幅のゼロの箇所が液面と一致するため、超音波振動子５を作動させた際に、洗浄槽２の容器や振動板６等への衝撃緩和が図られ、装置の耐久性を向上させることができる。
ちなみに、λは、超音波周波数が２５ＫＨｚで、洗浄液が水で常温の場合、約６０ｍｍ程度である。
【００２１】
以上のような超音波バリ取り・洗浄装置１の作用等について説明する。
【００２２】
洗浄槽２に対して給水部１５から洗浄液としての水を充填し、所定のレベルまで達すると洗浄液循環・脱気回路３を作動させて洗浄液中に溶解する気体を脱気する。そして、液面の高さが、所定のレベル（１／４λ＋Ｍ×１／２λ）に達すると給水部１５からの給水を停止し、洗浄液循環・脱気回路３は継続して作動させる。
【００２３】
次いで、洗浄槽２の蓋９を開けて、洗浄液中に被処理物を浸漬させる。この際、被処理物が小物である場合は、カゴなどを使用してカゴ内部に多数収容すれば効率的にバリ取り・洗浄することができる。また、被処理物の浸漬箇所は、超音波振動の振幅が大きい場所を選定すれば、より効率的である。
【００２４】
そして、被処理物が投入されると、蓋９を閉めて押圧シリンダ１０によって内部を密封し、加圧エア供給回路４の加圧エア源１１から、大気圧に対して＋０．１Ｍｐａ〜＋０．５Ｍｐａの範囲に加圧されるエアを供給する。このため、洗浄液は、同じ圧力で加圧され、しかも、この加圧エアは、振動板６を挟んで上方の洗浄液貯留空間部７と、下方の振動子側空間部８に同時に供給されるため、振動板６の破損等を招くことはない。
【００２５】
こうして洗浄液が加圧されると、超音波振動子５を作動させて超音波バリ取り・洗浄を行う。そして、所定時間超音波の放射が行われると、加圧エア源１１からの加圧エアの供給が停止され、それぞれの排気ライン１３、１４が開かれて加圧エアが排気され、蓋９を開けて被処理物が取り出される。
【００２６】
以上のような要領により、効率的に被処理物のバリ取り・洗浄が行われる。
なお、超音波バリ取り・洗浄を行う際、洗浄液を脱気しない場合と、洗浄液から脱気はするが洗浄液を加圧しないで行った場合と、洗浄液から脱気し且つ洗浄液を大気圧に対して＋０．２５Ｍｐａに加圧した場合とのキャビテーションの衝撃力を比較した実験結果は図３の通りであった。
ここで、この試験は、厚み３０μｍのアルミ箔（家庭用として一般に使用されている厚み１５〜１９μｍのアルミ箔では弱すぎる）を使用し、一辺の長さが約２００ｍｍの正方形、基本重量３．７ｇを切り出して試験片Ｓとし、洗浄水温度５℃、洗浄水の深さ７５ｍｍ、振動板より３０ｍｍの位置にアルミ箔試験片Ｓを水平にセットし、超音波の振動周波数２５ＫＨｚ、出力密度２Ｗ／ｃｍ２、超音波の照射時間１２０秒で試験片Ｓのエロージョン（機械的な浸食作用）状態を調べた。
【００２７】
その結果、洗浄水から脱気しないで、しかも大気圧のままの場合は、図３（ａ）に示すように、試験片Ｓに変化はなく、エロージョンによる重量欠損は０であり、洗浄水を脱気（溶存酸素量１．５ｍｇ／ｌ）し、洗浄水を加圧しないで大気圧のままの場合は、図３（ｂ）に示すように、エロージョンによる重量欠損は０．５ｇであったが、洗浄水を脱気（溶存酸素量１．５ｍｇ／ｌ）するとともに、洗浄水に大気圧＋０．２５Ｍｐａの圧力を加えた場合は、図３（ｃ）に示すように、エロージョンによる重量欠損は１．３ｇであった。
【００２８】
以上のことから、洗浄液に圧力をかけることにより超音波の衝撃効果が高まることを前提とする本発明の有効性が確認された。
【００２９】
なお、本発明は以上のような実施形態に限定されるものではない。本発明の特許請求の範囲に記載した事項と実質的に同一の構成を有し、同一の作用効果を奏するものは本発明の技術的範囲に属する。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
特に、ダイキャスト品や機械加工品等の精密部品の微小バリや薄バリ等を除去する装置として、大幅な人件費削減や作業時間の短縮等が図られるため、広い範囲での普及が期待される。
【符号の説明】
【００３１】
１…超音波バリ取り・洗浄装置、２…洗浄槽、３…洗浄液循環・脱気回路、４…加圧エア供給回路、５…超音波振動子、６…振動板、７…洗浄液貯留空間部、８…振動子側空間部、Ｓ…試験片（アルミ箔）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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