超音波バリ取り・超音波洗浄は理論と実績の株式会社ブルー・スターR&D

高圧水といっても　8MPａ程度ですが,
その高圧水にエアーも混ぜて　噴射し、その時発生するキャビティーション効果でよごれを除去すると言う記事を見て、誤解を解く必要を痛感。ここに投稿します。

要約すると、比較的圧力の高い水にエアーを混ぜて噴射、その時キャビティーションが発生して、超音波も発生し、洗浄効果を上げると言う様な事が書いてあります。微細な急速移動するバブルについて　洗浄効果が　どの程度あるかを　問題にしているのでは、ありません。キャビティーションと言う言葉についてです。キャビティーは、一般に空洞を意味し、鋳造品の中の空洞もキャビティーと言うので、水の中の空気の泡もキャビティーと　称しても　良いのかもしれません。しかし、キャビティーションは　空洞崩壊現象と訳されます。大気圧下の水流で　噴射された空気の泡、気泡は、その時点で、大気圧と　水圧による圧力とつりあっていて、その形を維持しています。泡が　崩壊、あるいは、消滅するためには、泡を変形、消滅させるための圧力波が、どこからか　供給されなくてはなりません。　超音波の場合は、超音波自身が　その圧力エネルギーであり、大気圧、水圧も加算され、さらに、キャビティーの多くが　内部が、真空、または、減圧下にあるため、速やかに　消滅します。いわゆるキャビティーションです。超音波以外のいわゆるキャビティーションは　周囲の水圧が　大変な高圧化になる場合の現象です。

高圧水に混ぜた空気の微泡は、高圧に対応して泡の形状を維持しているので、且つ水中ですから、その気泡の内部圧力は　水面上の空気の密度より大きくなります。この空気の泡をつぶしたり、縮小させたり、分割させるのは、容易では　ありません。注射器に空気を入れて、出口をふさいで、体積を小さくしてみてください。工業用のエアーシリンダーの工場のエアー圧は、平均０．４ＭＰaです。8MPａが、事実であれば、その20倍の圧力の高圧水に吹き込むための空気の泡の内部圧力は、泡の形状を維持するために　いくらでなければならないでしょうか。噴流として放出された場合には、泡にかかる圧力は、大部分、噴出し位置の水深に対応する水圧と大気圧です。水流の推進圧力もありますが。ここで　起きるのは　崩壊でなく　合泡です。つまりキャビティーション（空洞崩壊）現象は　ありえないのです。合泡は、泡の崩壊ではなく、拡大ですから。

この時、つまり噴流時に　超音波が出ると、かいてありました。私は昔から　その時は　聞くことにしています。どのくらいの周波数で、どのようにして確認測定されましたか？超音波洗顔器が　バカ売れした時代にも、超音波洗濯機と称したバブル洗濯機が登場した時もメーカーに聞きました。全て、測定データは無く、単なる消費者向けのキャッチコピーでした。同じレベルなら　金魚鉢の中の金魚は、いつも超音波洗浄されていることになりますね、と言ったものです。超音波は　耳に聞こえない２０ＫＨｚ以上の音波です。超高性能の計測器があれば、きっと発生いることは、証明できるでしょう。しかし、何の役割もしていません。そして、超音波自身は、空気の泡が大敵で、空気の泡に消滅します。

超音波によって発生するキャビティーションの応用技術の開発を　天職とする一人として　あえて　この小文を記載させていただきました。多少とも　誤解の払拭に役立てば　幸いです。ｂｙ　　shibano

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超音波バリ取り技術の特徴は、ガソリンの噴射ノズルのような繊細な加工の研削バリに　特に大きな効果を上げることです。超音波のキャビティーは、面で発生するため1個の除去に　5分かかっても　比較的小型の標準機でも　1度に１０００～2000個のバリ取りが可能です。つまり5分で　1000個以上のバリ取り洗浄が可能です。ジグは、レール上の溝に　流し込むように並べるだけですから、問題ありません。

超音波で発生するキョビティーは、寝ているバリを引き剥がすようにして　除去します。高圧スプレーのように　押すわけでは、ありません。従って　高圧スプレーのように、バリが折れて寝てしまい　除去したように見えて　そっくり残っていて、後で　そのバリが脱落し、不良の原因になることはないのです。一見バリが取れたと思っていても、超音波で起き上がってきて、特のこの噴射ノズルの加工後のバリは、リング状に起き上がってきて　初めて　その存在が、わかる場合が、あります。私たちは　それを　隠れバリと呼んでいます。この隠れバリまで、除去できる品質を維持できるのは、超音波バリ取り技術しかありません。

また、超音波バリ取り技術は、メカニカルなバリ取り方法と異なり、精密なジグの管理も　表面に傷をつける可能性も　寸法に影響を与えることも　ありません。そして　同時に　強力超音波仕上げ洗浄をしていることになります。メンテナンス時間の削減と洗浄工程の削減が可能です。従来の方法に比べて　設備コストも低い。

ただ、お間違い頂きたくないのは、超音波バリ取り洗浄技術は、当社独自の技術で、強力な超音波槽に　対象物をいれれば、バリが取れるわけでは、ありません。単に、超音波洗浄槽に入れれば徐去出来るわけでは、ないのです。球状星雲型のキャビティーを安定的に作る技術が前提で、専用のバリ取り超音波素子と　長年のノウハウの積み重ねによる当社唯一といって良い技術です。

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超音波を　液中に照射すると、その液体の温度が上昇する。球状星雲型キャビティーを効率よく発生させた場合は、その発生熱量は、超音波の出力とほぼ同等である。従って、超音波バリ取りのように　液温が　１０℃以下で管理することが必要な場合は、その温度における、超音波の出力と同等の冷却能力を持つチラー(冷水機）で、液体を冷却する必要が出てくる。

さて、その熱の発生要因であるキャビティーの温度は、８０００℃になるとかいう情報が　WEB上に存在して、夢を与えてくれる。太陽の表面温度６０００℃を越すという。しかし、それは、キャビティを１個の真空の泡と考えて、消滅する時の衝撃波を　中心の１点(任意にこの体積を選択されるのは困る）に集中させて　衝撃エネルギーを温度に変換した場合である。あまりに仮定が雑すぎる。以前、アメリカで　発表された、超音波常温核融合の夢は　ここから生まれた。もちろん、追試験では　確認データが取れず、文字通り夢と消えた。筆者は、あまりに　超音波の知識のない実験方法に憤りを感じたことを覚えている。

超音波で発生するキャビティーの消滅時の挙動は、そのような単純なものではない。１個のキャビティーは、多数の真空核からなる。従って、私は　キャビティーを微小真空核(マイクロキャビティ）群と呼ぶ。理想的な球状に育ったキャビティーにおいては、マイクロキャビティーは、キャビティーの中心からの位置を変えずに　同期して　音圧変化に対応して、生成消滅を繰り返す。消滅時には、マイクロキャビティーの内部で、熱エネルギーが　発生し、また、マクロキャビティーの極大時にマイクロキャビティー間に閉じ込められた水が圧縮されて熱エネルギーを持つ。この言い方も、キャビティーの生成と消滅の過程を　わかりやすく単純化して話しているのに違いない。

いずれにしても　太陽表面温度以上に水が熱エネルギーを持つ瞬間はない。素粒子の衝突を議論しているのではない。水である。

今年度中に　キャビティーの生成消滅の過程を　より鮮やかに撮影して　だれもが　わかりやすい正確なキャビティーの生成、消滅のモデルを提供したい。

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当社には、１～３ｍｍ未満で　水の表面張力で、容易に浮いて流れていってしまうような超微小の精密加工品のバリ取り依頼が　少なくない。ステンレス系の小さくて、肉眼で容易に形を判別できない微小精密加工品は、マイクロスコープで　１００倍以上に拡大してみると　驚くほど複雑な加工をしてある事がわかり、いつも　驚嘆させられている。しかし、落ち着いて、良く見ると、そこには　繊細な精密微小加工の故か、様々な形をしたバリが、複雑に多数、付いていることが　わかる。最近、この加工用途で多いのは、医療用で、脳、心臓、動脈の手術に関するものが多い。超音波バリ取りは、水（純水）以外使わないので、安心していただけると思う。

この超微小精密加工品のバリ取りには　超音波バリ取りが　最適である。様々な対象物ごとに超音波バリ取りのノウハウがある。このような課題を抱えているお客様は　御一報いただきたい。

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チタンの精密加工品のバリは、極めて硬く、超音波のキャビティの衝撃力だけで除去するには、限界がある。　そこで、当社は、水の中に、特殊な砥粒を混在させて　そこに、強力な超音波を照射して、キャビティーの衝撃力と　砥粒の研磨能力を併用する超音波砥粒バリ取り研磨技術を開発してきた。まだ、納入事例は　少ないが、チタンに限らず、バリが、非常に硬く、超音波だけで、除去できない場合、また、バリが、精密細管のカット面の全周の出ていて、リング状になっているような場合など、超音波砥粒バリ取り研磨は、有効であると　考えている。

チタン等の　従来方法で　容易に除去できないバリ取りに　超音波砥粒バリ取り研磨技術が、使用出来る可能性について　お知らせいたします。

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超音波バリ取り技術は　御承知のように　超音波で発生するキャビティー（微小真空核群）の生成、消滅時の衝撃力を利用する技術です。その正と負の衝撃力は、キャビティーの発生と消滅時に　移動するその液体のエネルギーで　代替することが出来ます。

従って、超音波洗浄技術者、その極限的応用である超音波バリ取り技術者は、より大きなキャビティーを　より高速で発生消滅させ、その発生密度をより高くすることを考えることになります。超音波洗浄と超音波バリ取りのキャビティーへの関わり方の違いは、後者が　純粋に　キャビティーの衝撃力の強化を目指すところにあります。

超音波振動板の発振諸条件を　同じと仮定して　１個のキャビティーにのみ、注目して考えると、キャビティーの径は周波数に反比例し、生成、消滅速度は、周波数に比例します。　２５ＫＨｚと２０ＫＨｚで　比較検討すると　キャビティーの衝撃力は、２０ＫＨｚは、２５ＫＨｚの１．２５倍になります。しかし、２０ＫＨｚの超音波は、人間の可聴域限界にあり、危険でもあります。

当社は　お客様の要望に対応して　超音波バリ取りの利用下限限界周波数の２０ＫＨｚに挑戦し　実験を続けています。もちろん、事故を起こさないように細心の注意を払いつつです。（　この実験で　以前、充分　技術を持っていなかった筆者shibanoは　何度も気絶した経験があります）　衝撃力が　現在の１．２５倍のキャビティー発生を実現するための実験です。

結果が出ましたら　皆様に　御報告いたします。

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