超音波加工・溶接技術(特開2021-171909)

超音波システム研究所は、
オリジナル製品:超音波システム(音圧測定解析、発振制御)による
超音波加工・溶接のコンサルティング対応を行っています。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

現状の加工・溶接機器に対して

音圧測定・解析に基づいた、超音波追加・改良方法を提案・実施します。

具体的には、
超音波の測定解析が容易にできる
「オリジナル製品:超音波テスターNA(推奨タイプ)」による
加工・溶接機械・・の測定・確認により
超音波追加について打ち合わせ相談します。

超音波追加に合わせて
超音波の発振制御が容易にできる
「オリジナル製品:超音波発振システム(1MHz、20MHz)」
の利用を提案します。

<<特許出願>>
特開2021-125866 超音波制御(超音波発振制御プローブ)
特開2021-159990 超音波溶接
特開2021-161532 超音波めっき
特開2021-171909 超音波加工
特開2021-175568 流水式超音波洗浄

超音波発振制御プローブの製造技術の一部は
特開2021-125866 に記載しています

この技術を、コンサルティング提供します
興味のある方はメールでお問い合わせください

【書類名】  特許請求の範囲

【請求項1】

機械加工において、対象物の表面を伝搬するメガヘルツの超音波振動を利用することで、刃物と加工対象物の接触部に加工油が均一に広がることが実現し、加工面と刃物に対して急激な負荷(応力・温度)を発生させない(精度の高い加工物と長寿命の刃物の状態を実現する)超音波加工方法

 

【請求項2】

【請求項1】の超音波加工に関して、複数あるいは一つの超音波発振部材は、加工油の流れる部分に取り付け、超音波の発振設定に関して、加工油・加工対象物・刃物の振動モードを考慮して、低周波(100kHz以下)の共振現象を発生させないように超音波発振制御する超音波加工方法

【請求項3】

【請求項2】の超音波加工方法に関して、低周波の共振現象を発生させない超音波伝搬状態(音圧、周波数、変化)を、音圧データ(周波数範囲 0.01Hz~1GHz)の測定解析(自己相関、バイスペクトル、パワー寄与率、インパルス応答)に基づいて超音波制御設定する超音波加工方法

【請求項4】

【請求項3】の超音波加工方法に関して、複数の異なる、1メガヘルツ~数メガヘルツのスイープ発振により非線形振動現象と各種部材(加工機械・加工対象・加工油・・)の相互作用について、音圧データ(測定解析周波数範囲 0.1Hz~1GHz)に基づいて、20メガヘルツ以上の超音波伝搬周波数が、主要伝搬周波数成分となる状態を実現した超音波加工の最適化方法

【請求項5】

【請求項4】の超音波加工に関して、超音波の発振部材を、加工油のタンクに取り付ける、あるいはタンク内に超音波発振プローブを入れるようにしたことを特徴とする超音波加工方法

【請求項6】

【請求項5】の超音波加工に関して、加工以外に、研磨、コーティング・・・表面処理に適用させた超音波利用方法

【書類名】  明細書

【発明の名称】超音波加工

【技術分野】

【0001】本発明は、機械加工に関して、超音波振動現象を利用するための超音波加工方法に関する。

【背景技術】

【0002】機械加工の超音波利用に関して、従来は18~50kHz範囲の超音波を加工時に伝搬させて超音波加工処理として利用している。

【0003】実際に、加工対象物の加工部は、刃物と加工油と加工部が接触する瞬間の各種(振動・接触面積・応力・温度・・・)変化・バラツキが大きく、サブミクロンの加工では、超音波振動による共振現象が起きている。その結果、表面に低周波の振動モードに応じた表面の不均一化・バラツキが発生し、均一な加工面にならない原因となっている。

【0004】本発明の、超音波加工は、周波数がメガヘルツの超音波発振制御を、利用することで、加工部に、20MHz以上の超音波振動が主要超音波伝搬成分となるようにする。

【0005】特に、単純な超音波発振では、低周波の共振現象の発生によりより大きな接触面積のバラツキを発生させる原因になる。

加工システム全体の振動現象を超音波の音圧データ解析により検出することで、超音波の非線形現象に基づいた効率の良い超音波加工(伝搬)状態をコントロール(実現)できる。

【0006】加工状態のコントロールに関して従来では、加工と振動現象について、刃物や加工対象物の周波数成分の変化について測定解析評価が行われていなかった。特に、非線形現象の解析(バイスペクトル)により加工状態と振動現象(発振制御)に関する対応が可能になる。

【0007】本発明では、0.1Hz~100MHz範囲の振動現象(音圧データ)を解析管理(自己相関、バイスペクトル、パワー寄与率、インパルス応答)することで、各種の加工に関する超音波制御設定事項を最適化する。

100Hz以下の振動計測により、加工機械の振動状態を評価することで機械の設計・設置方法に関する問題を検出・改善できる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】 【特許文献1】 特開2014-037012

【特許文献2】 特許5643882

【特許文献3】 特開2006-281419

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】機械加工現象について、メガヘルツの超音波振動を利用することで加工結果と超音波発振制御の関係を明確にして超音波を効率よく効果的に加工に利用できるようにすること。

【課題を解決するための手段】

【0011】加工部(刃物・加工油・加工対象部)に超音波振動を伝搬させるために加工機(作業台・加工油が流れる部分・・)に超音波発振制御プローブを取り付ける。

【0012】加工対象物の加工される部分に、共振現象の発生を押さえたメガヘルツの超音波振動を伝搬させるために、音響特性を確認している加工装置(加工対象物、加工機械、治具・・)に、非線形現象(バイスペクトルのダイナミック変化)を発生させる、超音波のスイープ発振制御設定を行う。

【0013】【0012】の超音波発振制御により、加工部に、20MHz以上の超音波が超音波伝搬振動の主要の伝搬成分になる状態を実現し、音圧データを解析・管理することで、加工対象物の目的(精度、効率、・・)に合わせて最適化する。

【発明の効果】

【図1】加工時の音圧測定データ

グラフ上 縦軸:音圧 V  横軸:時間 μs

グラフ下 縦軸:パワー dBu 横軸:周波数 MHz

【図2】超音波加工時の音圧測定データ

【図3】超音波加工(イラストモデル)

【図4】超音波加工実施例

 

図面番号の説明

①加工用の刃物 ②加工対象物 ③加工油 ④超音波発振プローブ

⑤超音波発振機 ⑥加工装置の土台 ⑦音圧測定プローブ ⑧音圧モニター

【書類名】  要約書

【要約】

【課題】

機械加工時・加工部(刃物・加工油・加工表面)の各種管理が難しく、加工後、加工表面残留応力のバラツキにより、精度、強度(特に、金属疲労強度)の低下・表面の不均一化・・が発生する。

【解決手段】

加工について、超音波の振動を、共振現象を押さえて伝搬するようにしたことで、加工時の加工油の流動性を含めた加工時の温度変化が安定的になり、刃物と加工表面の状態が安定する。特に、超音波制御設定により、表面振動のバラツキを押さえ、加工表面の均一化向上が実現できる。

加工機・加工対象物・治工具・加工油・・・に、超音波発振制御プローブを取り付け、20MHz以上の超音波振動が超音波伝搬主要周波数成分となるように、

加工システムの振動特性に合わせた、高周波(数メガヘルツ~10メガヘルツ)のスイープ発振を行うことで、低周波(100kHz以下)の共振現象の発生による精度や強度のバラツキを目的に合わせて最適化できる。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

参考

超音波プローブ(発振型、測定型、共振型、非線形型)の製造技術
http://ultrasonic-labo.com/?p=1566

超音波制御技術
http://ultrasonic-labo.com/?p=16309

メガヘルツの超音波発振制御プローブ
http://ultrasonic-labo.com/?p=14570

メガヘルツの超音波を利用する超音波システム技術
http://ultrasonic-labo.com/?p=14350

超音波プローブ
http://ultrasonic-labo.com/?p=11267

超音波プローブ(音圧測定・非線形振動解析)
http://ultrasonic-labo.com/?p=1263

超音波プローブによる<メガヘルツの超音波発振制御>技術
http://ultrasonic-labo.com/?p=1811

液晶樹脂による<メガヘルツの超音波制御>技術
http://ultrasonic-labo.com/?p=14210

超音波と表面弾性波
http://ultrasonic-labo.com/?p=14264

超音波<発振制御>技術
http://ultrasonic-labo.com/?p=5267

表面弾性波の利用技術
http://ultrasonic-labo.com/?p=7665

超音波の非線形現象をコントロールする技術
http://ultrasonic-labo.com/?p=14878

超音波洗浄器による<メガヘルツの超音波>技術を開発
http://ultrasonic-labo.com/?p=1879

オリジナル超音波実験
http://ultrasonic-labo.com/?p=17535

超音波伝搬現象の分類1
http://ultrasonic-labo.com/?p=10908

超音波伝搬現象の分類2
http://ultrasonic-labo.com/?p=17496

超音波伝搬現象の分類3
http://ultrasonic-labo.com/?p=17540

超音波の最適化技術1
http://ultrasonic-labo.com/?p=15226

超音波の最適化技術2
http://ultrasonic-labo.com/?p=16557

超音波制御技術
http://ultrasonic-labo.com/?p=16309

超音波を利用した「振動計測技術」
http://ultrasonic-labo.com/?p=16046

超音波プローブの発振制御による振動評価技術
http://ultrasonic-labo.com/?p=15285

超音波技術:多変量自己回帰モデルによるフィードバック解析
http://ultrasonic-labo.com/?p=15785

統計的な考え方を利用した超音波
http://ultrasonic-labo.com/?p=12202

超音波の非線形振動
http://ultrasonic-labo.com/?p=13908

超音波<測定・解析>システム
http://ultrasonic-labo.com/?p=1000

超音波洗浄に関する非線形制御技術
http://ultrasonic-labo.com/?p=1497

超音波の音圧測定・解析・発振制御システム
http://ultrasonic-labo.com/?p=1546

超音波発振システム(1MHz、20MHz)
http://ultrasonic-labo.com/?p=18817

超音波システム(音圧測定解析、発振制御)
http://ultrasonic-labo.com/?p=19422

超音波の非線形現象を評価する技術
http://ultrasonic-labo.com/?p=13919

二種類の超音波プローブを発振制御する技術
http://ultrasonic-labo.com/?p=14350

2台のファンクションジェネレータの利用技術
http://ultrasonic-labo.com/?p=2295

超音波プローブの製造・評価技術
http://ultrasonic-labo.com/?p=15285

超音波の応用(表面弾性波のコントロール技術)
http://ultrasonic-labo.com/?p=1962

100MHz以上の超音波伝搬状態を利用可能にする技術
http://ultrasonic-labo.com/?p=14411

超音波洗浄機の音圧測定システム
http://ultrasonic-labo.com/?p=1609

 

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