箪成考年度 研究報告 太曾農工業試験場く望）圧縮変形雷≡お各賞る超音波鵡影響機械頸≦ 鶴 岡 心 廣篭 絡首相料技術や半導体技術の進展にともない、超音波振動の応用分野も拡大し、強分担音波を金属の墾性茶碗誓書ではまず起首妓振動†づく加による効果のをj′

無、超音波振動付加時の加は速度及び ゝ朝飯動モ…

ドの影響について報告する。

加工分野に利用した例が多々見受けられるようになった。しかしその多くは線崩、管材の引き抜き1∴鰻

2 実験方法材の絞り2ノや曲げ畑等への応用であり∴隠音波振動2。仁実験装置の摩擦力低減効果を箋∨三に活f＝冒L加二1ニカの低減を区要る

超音波振動の相加機構ほ園1に示すように、高周ものである。また、ち 圧縮加Lに関して、圧縮時に超波発振器からの遊行嘘出力（E上、）をき寄渡数整合器を旨波振動を付加して試験・を行った例り〜こノや超塑性通Lノて振動子に付ノ粧する。振動子ほ牒磯瑠津浦地ぶ加二工時に超音波振動を付加した例いがあるが、丹瀾のチタン酸ジルコン駿鉛政策製のボルト締めランジエ荷重の低減ほ摩擦抵抗の減少による効栗が亨二となっている。しかし∴郡には隠音波振動の効果の・つとバン型振動子（鉦本特殊晩業鮨）製、盲〕づ520）で、こして、材料が持つ変形抵抗を低下させるプラハ効果

荷吸収電力となる。振動子のエネルキ㌧一変換効率をによりほ縮荷蕪の減少を示す例がみられる7：、良）ゝウ）。

考慮すると、∵実際に試験片に付加される超音波振動の振動ヂ▲より発振器への反射ノ㌔与力（Eヱ1）の差が負∴万金属の塑性加工特に圧縮加：仁において、加iニ

ほこの負荷吸収電力と異なるが、ここでは負荷吸収カの低減∴知て率の増大、加二†二精度の向上等を図る

電力を試験片才盲二糖時の付加超音波出力（E／W）とことばNea！ハNelノSh釘〕仁ラ加工やN宣t Shape加工をLた。

可能にするものである。しかし圧縮加工への超音波振動の影響特にプラハ効果を主に取り上げて検討し振動子共振j電波数及び発振器と振動∨チとの整合は、まず高周波発振器〔巨］本イ…一顧エヌ 殴アイ（楯社製た例は少ない。これは実際の∫繍告知二工時には変形抵抗の低妻㌧ムと摩擦抵抗の減少とが相乗されて現れるた巨二G罠拍対齢 C封釦獄数調華により、出ノブ表示メ…

め分離し／て考慮する必姿がないこと、及び圧縮変形数を設定し、次ぷ遵浴二漆山力と負荷吸収電牒とが∨ムタ〉一に示される負荷吸収電力が最大士なる共凝牒波

時の非定常状態が超音波振動の安定した付知の実現致するように、整合器で負荷璽禽インピY−一ダンスをを蝉鶉にしているためと考えられる。しかし超音波讃察する。共振周波数は試験中にj萱三戸 ストコⅣ∵クに振動す＼j−加による変形鑑抗と密接抵抗の影響を把握す

よって変動するが、反射ノ＼㌔力が極端に大きくrブまらなることにより超言渡振動養より効栄的に利′三言呈するこい茎三浸り筍波数欝ヨ整ほ行わないようにした。また、反とが可能となる。

軋んか鱗状彫を越えた粉食は！‡路願書隻装置麦が敵い

そこで道音波振動をi萱二縮加工に適用するためく差基て貫i与力を停Lj二するようになっているで。

礎実験として句超音波振動を圧縮読儲末梢灘はぺ そ「′「の時の繹々の慧優がどのように影響しているかを謂ぎ綱洩Ⅵ・恕一べる。超音波振動付加に起匪ける影響要医はLては琴擦の有無、′虹ヱニ速度、治圭箋の振幅拡大率㌔振敷モ ▼鉦据潜則 声←ド、転勤き葦波数等が挙げられる。更に実卜針子ヒに綬L

荷蔑詔磯り 長て必姿とされる振動子固定方法卜型構造等を検討する。

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閉篭 超音波発振㊧計測機略図

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率威名年度 研究報告 太分県工登試験場

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26

2≧う礪波数 三／′′／kI呈∑琵考 振動系の周波数綺牲

圧縮試験における振動系欄磯雄指摘渡侶きニプアミす。〕
首途度を別状匿い1料㍉ 基招鋸秋波数を登 振動系ほ亀 吉適盈窯僧服頂い1

kてわとし㌣隊或Lており㌔ ＝ト ンと：7ランジ…ま体型の軟鋼材で全品ほ約i／1波遍澤ぺ臨裾トい
加圧部点々∴ンはダイス糾をノ紋用し、コ…ンとの結合はネジ固定でい必婁に応じて交換ガ虻乗牒ようにした。ホ脚ンほj†三縦部近傍で応力振幅が最大となる
応力振幅溌−ドに対妃ミL／たオ…ン言汗点5し長さ一三盲55i持！n）と、る振動振幅が最大となる振動振幅モ叫一ドに封ぬしたせナンHLH0（長さ‡了了ノ＝H獅一首n）を作製した。振動子簸 コ〟仏ンはフラン※那を除いて車嘉加げ
F‡jを！三伏とL、ホ叩ン澤は密輔mのストレ血拡大率はiであるr、達吉療振動は振動子からコ阿¶ン、民望 産音波振動付加圧縮治巣

ホ…【一ンを経て試験片へ付ま汀盲される。｝ ホ一冊−ン放びパン

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駄掛系鉦紛艶子書きく体㌔ 及びごjこw

仁一∴L描を重文fつ′官＼j一けた法華昔インヒゴ山1ゲンスを計測L㌔振動子の礪波数特性を調べた。そこJ）結駁を…繋盲ノまに示す。
振動㍗那須加計計甘汁振周波数ぷ烏i9．かこ‡言チノであるが、瓜、、烹㌻1†＝ほ∬汗k近辺睾∴ オい∴べ江ぶぷ い駄計約 ぎブ㌔じ′⊥⊥ミ′で転）を取り柑ヤた虜ほ汗汗「 −り2或い（誌狐をik†k近辺とな1ておりぬ磯子に簿誉り寸けぞ沃㌢島等圭∴とり璃 已巨∈ ぎ項紅本㌻二†lペ

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整合蓬辛トJ㌔；ト冊ン甘㍑粛ぞは瑠洩忍Hニ守〃汰言∧／二こうU平成尊卑蔑 研究報告 尭分県三業試験場‥「、L■∵∴∴卜∵7し・、l∵喜 巌志瞥惑狐♂㌔随G⊥、﹂夏嘉納ヨ蓑芸芦榔軽産出■〟

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近傍に、ホヤンjづ言．1iOでは濁波数長一二18．5㌔及び21。3∵琵5 応力振幅モ伽ド荷重曲線

なるモ岬ドで圧縮試験を行った結果を区首5に示す。

k了izに整合点が存在する。これは園∠皇に示すホン−阿に示すように超露波振動付知による効果ほ全据込ン敬子ーj■時の周波数特性と ・致した共振周波数でほな率の範囲で登緩かに圧縮荷董の減少として填れていい。そこで本圧縮議儲満カト ン壬江」55の場合は周波るが、その減少量は小さく、据込率ど 牒椚宅（迂下数ヱトニi9．批Hz、ホwンi三i」j］0では周波数を巨＝賂ふ

ストロ岬ク毒下▲点）での最大圧縮荷重で比較Lた場

及び21。3長ぎizの2ノなについて行った。

合に旬廿瀾㍍勘空Ⅴ＝ぺ．051現れレ／Secで乙2％∴＋Ⅴ＝二○，52．2実験条件mm／き；〔ラ〔ジでi．4〜2。2きも悔 も7＝5mm／／Secで2．3〜4，2と式駿片は純アルミニウム材 ぐノ11050酎 から歩i2二く2（）巳imに削りト巨iし試験に供した。この誌駿片を操込率￡＝郁溺∴雄二トストロ腑ク呈2mm）で拝三桁し、超なっている。
3。2振動振幅モじ−一ド試験片圧縮部分が超音波振動の振動振幅か最大に音波振動を相加Lない場蔦ヶと付加1Lた場合の圧縮荷な15モ∵・−くドで、振動周波数ぎ＝ほぷ誹支払場蕾、超重を酢左し′た。付加7迫音波た吏毒力設定はE三T2蔓〕0駆′／と音波海豹付加による効果ぶ漉沃魔燕沃・皿ドの場合とLた。

同じで、振込率￡ ＝〟6（う％での最大jき三桁荷重の減少割加圧f十三締過渡はミ／＝ら）．ホ5、（j．5㌔ 5三鎧笥／S〔モCとLた。

合は、圧縮速度守＝0▲n5m妄員／／S（1Cでi．4〜2＝2％像 ㌔r＝江雛遠慮守＝わ「そ15三澤ノ／／S（3iノウ〕場合∈′ま超音波振覿の付ぴ．5mmノ／／／secで0．5八てノー9％、ミ7＝5m蔦レ／S乞きCでヱゼきト3∠l加窪）有無に関わらず温度言二昇はばとんどみちれなか一）とな㍉）ている。

た。しかしV二 翫Ⅷ／鮎が加数計器紆辛諒恕度上昇

一方振動ノ筍波嘉パ三三‡ゲ3k‡kの場合の経牒沌凋−そ；がみられたか、超音波振動の有無によを蚤異はな㍍に示すが、前記レつ場合に比べて圧縮荷董の城少割合

圧縮変形による発熱が大都うきであり、超音波振動に￡ま大きくなっており、擾込率￡＝錯％での義大庄齢よる温度の巨二昇吉ま無視できる黍≡葺き妾こであると考える。荷蔓の減少割合は、j∧室三縮速度＼7Ⅵ〉0．糀壷i／／secでて7．5〜9リ三〜そiら、㌔7ニ〔）。5mm／泣く、し：で6。8∧ノアや呈三滝彗 て．′丁＝3 実験結果及芝養老察㌃仁応力振幅沃恒」
議翳ポJき雄旨啓三分が趨∈音波産毛観び〕妃ミカ振幅が巌太に8ほm／三うeごで7。6′‰8くi％である。

また、ⅤD．05記im／／ノSビし、ぐえ〕場子音にjさ‡＝針やで超音波振動をし）㌔ぐ丹「ドさせた脛のij瀾荷重の愛すとを‡受−…す二‡平成尊卑度 研究報告 太分県ヱ．業試験場

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据込率 だ／′％∴ちこぅ、∴」喜、1 ・三し≒擾込率 ￡／／％

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鼠6 振動板幅誉m】ド荷整曲線

れた結果三こ、に比べて′j、さくなっている。これが摩擦！」二うⅤの影響を受けないように、丹絹針鉦賢の圧滴拍翫毎を探ア2に示すように凹凸形状にしたことによるものか、整合周波数の設定と関係があるのか今後の検討諜退である。

3。3考 察聞耳ヂ＼m＝瞞蒜慧葦畳この圧縮i二程を平行盲二買間の軸対称圧縮とするよ∴
圧縮治員を囲2に示すような世ば1表面としたことで、圧縮蘭が全面固着と同じ条件になると考えられる。
このことから応力振幅モード及び振動振幅そ脚ドにおいて観察されるji涌旨荷重の減少は昼：の太′j＼はあるにしても、プラハ効果による材料の持っ変形抵抗の減少に起挺するものと判断される。
このプラハ効果が応力振幅モ血ド及ぷ凝威儀鷹潅−ドの振動周波数f＝：…8。5kikの場合のように、圧縦
荷重￠〕減少が明確に一塩れてほいるが減少吾妻がわずか
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三i、テ、ミニ‡

振込率 ￡／／％

置ア 麗音波遮ブヨと荷登由緒である場合と振動振幅モ血hドの振動∫葦濾数f＝21。3

虻㍑の境濃戒ようにかなりG〔〕減少量をj」ミす場合。とが観察された。この販封とLノて、ぎぎ瀾波発振警護と羅… F
動子との整合調整を行→た襟烏登美欄宣わ鳶牒冶浦
波数にあると考えられる。整合のとわ烏かナた橋渡7に示す。起呂二波振動のON〔膵1→「によって圧縮偏重か樹液している状況が明確に現れている

この条件での圧縮荷∈巨減少凝が、予備試験で縛ら数域での超音波儀藩汗㍑一によるた縮荷重￠）薄衣少効果はなかったことから、も［宍巨主に示すように振動糸の構成によって共蓬辰周波数や転共振言責濾数が変化するこユ苧盛名年度 研究報告 三太分漂ニE業試験場とを考えると、j董三寿掛時の整合周波数が共振周波数か、今後の諜頴と乙㌦て、本試験範間で現れた整合周波あるいは反共振周波数かであることが必要と考える。

数の影響について、応力振幅モw ドで他に整合周波

今巨1の圧縮試験ではどの登美牒闇数が共振周波数か数があるのか、あるとすわ′ばそお欄波数て烏魔濁摘

反共振乱捜索なのか特定できなかったが、少なく と幅モ㌦・〉ドの場合と同じような効菜が発現するのか、も室云…勤狂喜幅モ〟山ドにおいて整合周波数f 2まら3k‡‡よまた㌔整鳶ノ計数数をどの盲こつに喜墓定すればよりァこき こh′−、㌔きが共振あるいほ反共振周波数であると考えられる。

な効果が得られるのか検討する必要がある。
更に隠各組嵐静狩加に起関する影登層虜はして考このことから克こ力振幅モ −ドでも子司渡数ぎ＝19。0巌㍑の他に黎合礪波数があるにか、あるとすればえられる繹塵沃洋招翫 治具の振幅拡大率、治圭三もの良

その周波数では振儲振幅モ皿ドの場合と同乙二ようなさによる振動モ叩ド、振動間波数等や、実用化ぷ牒

効果が発堺するのか、この整合周波数をど￠）ようにしノて必要とされる振動子抒「ほ巨方▲法、彗‡三倍造笥こを順次設定すればより大きな効果が得られるのか検討する検討する。

必要がある。
参考文磯名 緒j）例えばテ 井上さ重夫：相模工業大学紀要夕 ㍑ユ言

超音波振動の塑性加至二特には縮加工への応ノ針を図るために、チタン醸ジルコン酸鉛磁器製のボルト締

川棚玩 ご2）例えば岡崎壊陸う 川i一等治二筆端国塑性加∫連

めランジエバン型‰教子を用いて、純アルミニウム合講演会論文集（i985）9 289

材の選言法振動付加圧縮試験を、圧灘題磯澤＝〇で（ほ、3）例えはか野軋賂丸仁佐藤肇う 滝＝和宏：電子牒

む，㌔ 5胴／′se〔、、超音波振動付加出力E′ニ200騨√で

報通信学会技術研究報告ラ 9ま348〔199i）㌢ 2こう4）和泉修y 大山致知ヲ 鈴木善彦二塑性と新二L 7行った結果以巨の知見をキミ妄た。
（j）本試験の範囲においての圧縮荷＝尋の減少がプラハ効果による材料の変形抵抗の減少であると宰順子

5）沖ふ邦郎ヲ ≡とj川後夫二九粧て二業技術試験所報告できる結巣が得られた。

6（i97り，j7

聴＋振動振幅モ∵−ド（恭一¶ン最ナ言王」＝拍触り の華濃6）松本賢司，高田修 一チ 時沢責：軽金属，35指

周波数f＝2i．3kヱ‡zにおいて、拉音波振動付加に（盲985）サ 463

より圧縮荷蚕が7へ／9％減少した。

㌣〕胆汁卜紆電子機械星二葉会編二超音波！二学，コロナ㈲＋超童波㌫勤の効果は、を‡雛速度Ⅴ＝侶腋％ 及び社，（盲993）て5了m㍗！／S（汀Lか場合の方がミ7ニ0．5m ／翫でに比べ大きい。

針）高橋灘清雄払 子矧埠成 一警 渡辺哲哉き 久保田喜郎：
高ノ苛彼の二i二業ヘ音戒誹圭 ち勘鉛毒機未う雄摘封鼠

雄＋お力振幅モ脚ド（整合′F葦波数ゴ、iきj．批す‡z、及び振動振幅モⅦ〜ドの繁子キf薫盲漉数を〉ニ〉

摘．5k‡‡ごにおいては、趨打破振動湘撒硬膏の嘉慄をまわずかであった〔〕＝那睾9〕実言糀 ▲ヲ 菊池善充∴賂賽乙彦：超音波技術便
覧∴ 蔓丹にL業斬首三冒を七夕（1978）ほ）離購卜牒等 諷窺3年寛大ぷ牒‡二業試験ま羞研究報
告官 しと992）9 42号巨大失積守基監修：塑性灘ま二学。養賢′乳，＝紫郎は