超音波洗浄の原理と注意事項

周知のとおり、人間が聞く音は20Hz～20,000Hzの周波数の音響信号で構成されています。 20,000Hzを超える音波を超音波と呼びます。音波の伝達は縦方向の正弦曲線に従います。これは、高圧と低圧の交互の層を通って伝播することを意味します。

弱い音響信号が液体に作用すると、一定の負圧が発生します。これにより、液体内に多数の微細な泡が形成されます。逆に、強い音響信号が液体に作用すると、正の圧力が発生し、これらの小さな泡が押しつぶされます。

研究により、超音波が液体に作用すると、各気泡の破裂により非常に高エネルギーの衝撃波が発生することが証明されています。これは、最大数千気圧の瞬間的な高温と圧力に相当します。この現象は「キャビテーション効果」として知られています。超音波洗浄は、これらの泡の破裂によって発生する衝撃波を利用して、ワークピースの内面と外面を洗浄し、こすります。

音波の分類

音響波は、超低周波、音波、超音波の 3 種類に分類できます。

• 超低周波: 20Hz 未満の周波数。

• 音波: 20Hz ～ 20kHz の周波数。

• 超音波： 20kHzを超える周波数。

一般に、人間の耳は超低周波や超音波を聞くことができません。超音波は周波数が高く波長が短いため、優れた指向性と強い透過力を持っています。

超音波洗浄機の原理

超音波洗浄機の主原理にはトランスデューサーが含まれます。このデバイスは、超音波周波数源からの音響エネルギーを機械振動に変換します。これらの振動は洗浄槽の壁を通して洗浄液中に放射されます。これらの放射された超音波の影響下で、液体中のマイクロバブルは振動を維持します。

音圧または強度が一定のレベルに達すると、気泡は急速に膨張し、その後突然閉じます。この過程で、気泡が閉じる瞬間に衝撃波が発生します。これにより、気泡の周囲に 10¹² Pa ～ 10¹³ Pa の圧力が発生します。超音波蒸発によって発生するこの巨大な圧力は、不溶性汚染物質を破壊し、溶液中に分散させることができます。

物理振動と化学の相乗効果

しかし、多くの場合、物理的振動だけでは複雑な工業用グリースを解決するには不十分です。のプロセスでは 超音波洗浄、化学洗浄剤の配合が重要です。

従来の超音波脱脂処方には、コア界面活性剤として NP-10 または OP-10 (アルキルフェノール エトキシレート) が組み込まれていることがよくあります。これらの原料は洗浄液の表面張力を大幅に低下させます。これにより、キャビテーション気泡が油と汚れの界面でより容易に生成され、土壌層の隙間に「ドリル」されます。同時に、強力な乳化能力により、超音波によって振り落とされた油分を素早くカプセル化し、二次付着を防ぎます。

REACH などの世界的な環境規制が ますます厳しくなる中、従来の NP/OP-10 は、生分解性が低く、水生生物に対する毒性があるため、段階的に廃止されています。現在では、高性能異性化アルコールエーテルシリーズ（ 当社製これらの代替品は、NP-10 の優れた浸透力と脱脂力を維持しながら、優れた生分解性を提供します。また、高温超音波条件（40°C ～ 60°C）下でより安定した曇点性能を示し、洗浄効率を大幅に向上させ、グリーン生産要件を満たします。 C18など）が業界の主流となっております。

洗浄メカニズムの解析

超音波は汚れと洗浄部分の表面の間の吸着を破壊します。一方で、汚れ層に疲労損傷を与え、汚れ層を剥離させることができます。気体型の泡の振動が固体表面をこすり落とします。土壌層に隙間ができると、すぐに気泡がそこに「穴を開け」、振動によって層が剥がれ落ちます。

キャビテーションにより、2 つの非混和液体は界面で急速に分散および乳化します。固体粒子が油に包まれて表面に付着すると、油が乳化して粒子が自然に剥がれ落ちます。超音波が液体中を伝播すると、正と負の音圧が交互に発生し、洗浄部品に影響を与えるジェットを形成します。同時に、非線形効果は音響ストリーミングとマイクロストリーミングを生成し、超音波キャビテーションは固液界面で高速マイクロジェットを生成します。これらすべての作用により、汚染物質が破壊され、境界汚れ層が除去または弱められ、撹拌と拡散が促進され、可溶性汚れの溶解が促進され、化学洗剤の洗浄効果が強化されます。

その結果、液体が到達でき、音場が存在する場所であればどこでも洗浄が行われます。この技術は、非常に複雑な表面形状を持つ部品の洗浄に特に適しています。最も注目すべき点は、この技術の採用により化学溶剤の使用量が削減され、環境汚染が大幅に削減されることです。

超音波洗浄機使用上の注意

1. 接地： 超音波洗浄機および電気ヒーターの電源には、信頼性の高い接地装置が必要です。

2. 空運転禁止: 洗浄液を使用せずに機械の電源を入れることは固く禁じられています。洗浄タンクが十分な量の液体で満たされていない限り、超音波スイッチを作動させないでください。

3. 加熱の安全性： 加熱装置を備えた洗浄装置は、液体がないときに加熱スイッチをオンにすることを固く禁じられています。

4. トランスデューサの保護: エネルギーコンバータチップの損傷を避けるため、洗浄タンクの底に重い物体 (鉄部品) をぶつけないでください。

5. 電圧安定性: 超音波発生器の電源は別の 220V/50Hz ラインを使用し、2000W 以上の電圧安定器を装備する必要があります。

6. タンクのメンテナンス: 洗浄タンクの底を定期的にすすぐ必要があります。過度の破片や汚れがあってはなりません。

7. 新しい解決手順: 液体を交換するたびに、(ガス抜きのため) 超音波を開始した後にのみ部品を洗浄してください。