JPH09109004A - 超音波研磨方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ワーク表面を傷つけずに、ワーク表面に形成さ
れている微小なバリを除去できる超音波研磨方法を提供
する。 【解決手段】超音波振動子２が設けられた超音波処理槽
３に脱気された処理液５を該処理液５の沸点以下の温度
に冷却して供給する。処理液５に微細な砥粒６を浮遊さ
せた状態で、処理液５中にワークＷを浸漬する。超音波
振動子２から処理液５に超音波を放射してワークＷ表面
に形成されている微小なバリを除去して研磨する。砥粒
６にガラスビーズを用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ワーク表面を研磨
して、該ワーク表面に形成されている微小なバリを除去
する超音波研磨方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、底部に超音波振動子が設けられた
処理槽に脱気された処理液を供給して、該処理液にワー
クを浸漬し、該処理液に該超音波振動子から超音波を放
射することにより、該ワークの表面に付着している異物
を除去する超音波洗浄方法が知られている。

【０００３】前記超音波洗浄方法は、脱気された処理液
に超音波を放射することにより、該処理液中にキャビテ
ーションを発生させ、該キャビテーションが崩壊すると
きに生じる強力な衝撃波を該処理液に浸漬されたワーク
の表面に作用させるものである。このような超音波洗浄
方法によれば、前記ワーク表面に単に付着しているだけ
の異物は前記衝撃波により容易に除去することができる
が、前記ワークの加工時に該ワークに一体的に形成され
ている１００μｍ程度以下の微小なバリを除去すること
は困難である。

【０００４】本発明者は、先に、前記処理液に微細な砥
粒を浮遊させた状態で、前記超音波振動子から該処理液
に超音波を放射すると、前記衝撃波が該砥粒に作用し、
前記ワーク表面の微小なバリは衝撃波に直接曝されると
共に、衝撃波を受けた砥粒の衝突によっても破壊され、
前記ワークの表面が研磨されることを見い出した。ま
た、このとき、前記処理液は超音波の放射により液温が
上昇しやすく、液温が上昇すると、前記キャビテーショ
ンが起きにくく前記のような強力な衝撃波が得られにく
くなるので、強力な衝撃波を得るためには前記処理液を
その沸点以下の温度に冷却しておくことが有効であるこ
とを提案している（特開平４−１１１７９６号公報参
照）。

【０００５】前記技術では、前記砥粒として、白色溶融
アルミナ（ＷＡ）、緑色炭化珪素（ＧＣ）、黒色炭化珪
素等の硬質粒子が用いられる。

【０００６】しかしながら、前記技術では、前記衝撃波
を受けた砥粒が前記ワークの前記バリが形成されている
部分だけではなくワーク表面全体に衝突するので、ワー
クの種類によっては、その表面が前記硬質の砥粒によっ
て傷つけられることがあるという不都合がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、ワーク表面
を傷つけることなく、ワーク表面に形成されている微小
なバリを除去することができる超音波研磨方法を提供す
ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、本発明の超音波研摩方法は、超音波振動子が設け
られた超音波処理槽に脱気された処理液を該処理液の沸
点以下の温度に冷却して供給し、該処理液に微細な砥粒
を浮遊させた状態で、該処理液中にワークを浸漬し、該
超音波振動子から該処理液に超音波を放射して該ワーク
の表面に形成されている微小なバリを除去して研磨する
超音波研磨方法において、該砥粒がガラスビーズからな
ることを特徴とする。

【０００９】本発明の超音波研摩方法によれば、前記超
音波振動子から前記脱気された処理液に超音波を放射す
ることにより、該処理液中に強力な衝撃波が発生する。
このとき、前記処理液は、放射される超音波エネルギー
により液温が上昇するが、沸点以下の温度に冷却してお
くことにより、前記のような強力な衝撃波を得ることが
できる。

【００１０】この衝撃波は、直接ワーク表面に作用する
と共に、前記ガラスビーズにも作用し、該衝撃波を受け
たガラスビーズが前記ワーク表面に衝突する。前記ガラ
スビーズは、白色溶融アルミナ、緑色炭化珪素、黒色炭
化珪素等の硬質の砥粒に比較して柔らかいので、前記ワ
ーク表面に衝突してもワーク表面を傷つけることがない
が、前記ワーク表面に形成されている微小なバリはワー
ク本体に比較して、はるかに脆弱なので、前記ガラスビ
ーズの衝突により容易に破壊され、前記衝撃波により除
去される。

【００１１】従って、本発明の超音波研摩方法によれ
ば、ワーク表面を傷つけることなく、ワーク表面に形成
されている微小なバリを除去することができる。

【００１２】また、本発明の本発明の超音波研摩方法に
おいて、前記ガラスビーズは、平均粒子径が５０〜２５
０μｍの範囲にあることを特徴とする。ガラスビーズの
平均粒子径が５０μｍ未満であると前記衝撃波を受けて
も前記微小なバリを破壊することが難しくなり、２５０
μｍより大きいと前記処理液中に浮遊させることが困難
になる。

【００１３】

【発明の実施の形態】次に、添付の図面を参照しながら
本発明の実施の一形態についてさらに詳しく説明する。
図１は本発明の超音波研磨方法に使用する超音波研磨装
置の一構成例を示す説明的断面図である。

【００１４】図１示のように、本発明の超音波研磨方法
に使用する超音波研磨装置１は、底部に超音波振動子２
を備える超音波処理槽３と、該超音波処理槽３に隣接さ
れたオーバーフロー槽４とからなる。超音波処理槽３
は、脱気されてその沸点以下の温度に冷却された処理液
５を収容し、処理液５に微細なガラスビーズ６を浮遊さ
せるようになっている。また、オーバーフロー槽４は、
処理液５中にワークＷを浸漬したときにオーバーフロー
する処理液５を収容するものであって、超音波処理槽３
とオーバーフロー槽４とは、傾斜した排液路７により接
続されている。

【００１５】超音波処理槽３には、オーバーフロー槽６
が隣接して設けられ、超音波処理槽３の側壁には処理液
取出口８と処理液供給口９とが相対向して設けられ、処
理液取出口８及び処理液供給口９は、超音波処理槽３の
外部で導管１０を介して接続されている。そして、超音
波処理槽３内の処理液５は、導管１０の途中に設けられ
たポンプ１１により、処理液取出口８から取り出され導
管１０を介して処理液供給口９に循環するようになって
いる。

【００１６】導管１０には、ポンプ１１の上流に冷却手
段１２、ポンプ１１の下流にフィルター１３及び脱気手
段１４が設けられている。

【００１７】冷却手段１２は、導管１０の外周に沿って
設けられ冷却水等の冷媒が流通される冷却部１２ａと冷
媒を冷却する冷却機１２ｂとからなる。冷却手段１２に
よれば、冷却機１２ｂで冷却された冷媒を冷却部１２ａ
に循環させることにより、冷却部１２ａの内周部を貫通
する導管１０内を流通する処理液５が前記冷媒と熱交換
を行い、その沸点以下の温度に冷却される。

【００１８】フィルター１３は、ワークＷから除去され
て処理液５に混入するバリ、異物等を濾過して除去する
ようになっている。

【００１９】脱気手段１４は、例えば、密封槽内の減圧
された空間に処理液５を接触させることにより、処理液
５に含まれる溶存気体を該減圧された空間に放出させて
脱気する真空脱気装置等が用いられる。また、中空糸状
気体分離膜を多数内蔵する気体分離膜モジュールの該分
離膜内に処理液５を流通し、該分離膜の外部を減圧して
処理液５に含まれる溶存気体を該分離膜を介して分離す
る気体分離装置を用いてもよい。

【００２０】処理液５は、脱気手段１４により、その溶
存酸素濃度が０．１〜２．０ｐｐｍの範囲になるように
脱気される。尚、超音波処理装置１は空気中で使用され
るため、処理液５に溶存している気体は実際には空気で
あるが、空気の組成は酸素：窒素≒１：４でほぼ一定で
あるので、本明細書では溶存気体濃度を示す指標とし
て、前記溶存酸素濃度を用いる。

【００２１】超音波処理槽３及びオーバーフロー槽６の
底部には、それぞれ処理液５の排出用導管１５ａ，１５
ｂが設けられており、排出用導管１５ａ，１５ｂは冷却
手段１２の上流側で導管１０に接続されている。また、
導管１０は脱気手段１４の下流で補助導管１６を分岐
し、補助導管１６は超音波処理槽３の上部に設けられた
補助供給口１７に接続されている。また、前記導管１
０、排出用導管１５ａ，１５ｂ、補助導管１６には、適
宜バルブ１８が配設されており、各導管の流量を調整で
きるようになっている。

【００２２】次に、図１示の超音波研磨装置１を用いる
本発明の超音波研磨方法について、説明する。

【００２３】まず、図１示の超音波処理槽３には処理液
５として水を供給し、該処理液５中に５０〜２５０μｍ
の範囲の平均粒子径を有するガラスビーズ６を浮遊させ
る。処理液５は、処理液取出口８から取り出され導管１
０を介して処理液供給口９に循環する間に、冷却手段１
２により液温が５〜２０℃の範囲になるように冷却さ
れ、脱気手段１４により溶存酸素濃度が０．１〜２．０
ｐｐｍの範囲になるように脱気される。

【００２４】この結果、超音波処理槽３の処理液５は、
常に、その沸点以下に冷却され、脱気された状態が維持
される。尚、処理液５は超音波処理槽３に供給される際
に、その一部が補助導管１６を介して補助供給口１７か
ら供給されることにより、超音波処理槽３に収容された
処理液５が攪拌され、その液温及び脱気状態が均一にな
る。

【００２５】そして、前記ガラスビーズ６が浮遊してい
る状態の処理液５にワークＷを浸漬し、超音波振動子２
から処理液５に超音波を放射することにより、ワークＷ
の表面に形成されている１００μｍ程度の微小なバリが
除去され表面研磨される。

【００２６】本発明の超音波研磨方法は、前記微小なバ
リだけを除去し、ワークＷ本体の表面が傷つけられるこ
とが好ましくないワークＷの表面研磨に適している。こ
のようなワークＷとして、例えば、ステンレス製のもの
では電子銃の部品、剃刀の刃、リング、スプロケット、
キャピラリーチューブ、アルミニウム系金属製のもので
は穴明基板、切削加工部品、合成樹脂製のものでは各種
カバー（ポリフェニルスルフィド）、ワッシャ（フッ素
樹脂）、ピストンリング（フッ素樹脂）等を挙げること
ができ、この他、チタン製ブローチ、タングステン合金
製ＭＣ−ＥＤＭ用電極等も挙げることができる。

【００２７】尚、前記実施形態では、超音波処理槽３に
収容された処理液５を循環させ、その途中で、冷却及び
脱気を行うようにしているが、処理液５は別途その沸点
以下に冷却され、脱気された状態としておいて、超音波
処理槽３に収容するようにしてもよい。

【００２８】

【実施例】次に、本発明の実施例について説明する。図
２は本実施例に使用するワークＷである電子銃部品を裏
側から見た平面図である。

【００２９】ワークＷは、カラーテレビ等に使用される
電子銃の支持部材であり、略楕円状の本体２１の中央に
電子銃の銃身（図示せず）が挿入される孔部２２が３個
設けられている。また、外周部には、鉤状部材２３が、
該外周部から突出して設けられている。ワークＷは、ス
テンレスをプレス成形することにより製造されており、
その孔部２２の内周側及びその外周縁に１００μｍ程度
の微小なバリが多数形成されている。

【００３０】本実施例では、図１示の超音波研磨装置１
を用い、超音波処理槽３に処理液５として液温が１１℃
に冷却され、溶存酸素量が１．０ｐｐｍになるように脱
気された水を供給し、平均粒子径１４９〜１７７μｍの
ガラスビーズ６を超音波処理槽３に収容された処理液５
に対して３０重量％の割合で投入した。そして、前記ガ
ラスビーズ６が浮遊している状態の処理液５に図２示の
ワークＷを浸漬し、超音波振動子２から処理液５に超音
波を放射することにより、ワークＷの表面に形成されて
いる微小なバリを除去した。

【００３１】前記処理後、ワークＷを乾燥し、表面の状
態及びバリの除去状況を目視で評価した。結果を下記表
１に示す。

【００３２】

【比較例】本比較例では、前記実施例のガラスビーズ６
に代えて、平均粒子径２０〜１００μｍの白色溶融アル
ミナ（ＷＡ）砥粒を用いた以外は、前記実施例と全く同
様にして図２示のワークＷの表面に形成されている微小
なバリを除去した。

【００３３】前記処理後、ワークＷを乾燥し、表面の状
態及びバリの除去状況を目視で評価した。結果を下記表
１に示す。

【００３４】

【表１】

【００３５】表１から明らかなように、砥粒としてガラ
スビーズを用いる場合（実施例）には、ワークＷの表面
を傷つけることなくバリの除去を行うことができる。こ
れに対して、砥粒として従来の白色溶融アルミナのよう
な硬質の粒子を用いる場合（比較例）には、ワークＷの
表面に形成されているバリは除去できるものの、ワーク
の表面を傷つけてしまう。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の超音波研磨方法に使用する超音波研磨
装置の一構成例を示す説明的断面図。

【図２】本発明の超音波研磨方法を適用するワークの平
面図。

【符号の説明】

１…超音波研磨装置、 ２…超音波振動子、 ３…超音
波処理槽、 ５…処理液、 Ｗ…ワーク。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】超音波振動子が設けられた超音波処理槽に
   脱気された処理液を該処理液の沸点以下の温度に冷却し
   て供給し、該処理液に微細な砥粒を浮遊させた状態で、
   該処理液中にワークを浸漬し、該超音波振動子から該処
   理液に超音波を放射して該ワークの表面に形成されてい
   る微小なバリを除去して研磨する超音波研磨方法におい
   て、 該砥粒がガラスビーズからなることを特徴とする超音波
   研磨方法。
2. 【請求項２】前記ガラスビーズは、平均粒子径が５０〜
   ２５０μｍの範囲にあることを特徴とする請求項１記載
   の超音波研磨方法。