(57)【要約】【課題】クーラント等の液体に超音波振動を伝達する効率を高め、かつ、超音波振動子を有効に保護することである。【解決手段】超音波振動子１４を内蔵しこの超音波振動子１４の振動輻射面１５に接する液室１０を有してこの液室１０に連通する液体供給口１２とノズル１３とを備えたケーシング９を設け、このケーシング９の前記液室１０の上部における前記超音波振動子１４の前記振動輻射面１５に接する位置に発生するエアー溜りを防止するエアー溜り除去手段を設けた。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波振動子を内蔵しこの超音波振動子の振動輻射面に接する液室を有してこの液室に連通する液体供給口とノズルとを備えたケーシングを設け、このケーシングの前記液室の上部における前記超音波振動子の前記振動輻射面に接する位置に発生するエアー溜りを防止するエアー溜り除去手段を設けたことを特徴とする超音波クーラントノズル装置。
【請求項２】
超音波振動子を内蔵しこの超音波振動子の振動輻射面に接する液室を有してこの液室に連通する液体供給口とノズルとを備えたケーシングを設け、このケーシングの前記液室の上部における前記超音波振動子の前記振動輻射面に接する位置の近傍に設けた導通孔と前記ノズルの近くに設けた導通孔とをパイプにより接続したことを特徴とする超音波クーラントノズル装置。
【請求項３】
超音波振動子を内蔵しこの超音波振動子の振動輻射面に接する液室を有してこの液室に連通する液体供給口とノズルとを備えたケーシングを設け、このケーシングの前記液室の上部における前記超音波振動子の前記振動輻射面に接する位置の近傍に設けた導通孔に一端を開放したパイプを接続したことを特徴とする超音波クーラントノズル装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波振動を重畳させたクーラントなどの液体を、対象物に向けて噴出させてこの液体に重畳する超音波振動エネルギーにより精密研削、精密切削及び放電加工などの精密機械加工における加工性能を向上させるようにした超音波クーラントノズル装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の超音波振動重畳クーラントによる研削加工装置として、例えば、砥粒加工学会講演論文集２００２年度講演番号Ａ１３にその一例が示されている。図１はそのような研削加工装置の構成を示すもので、この研削加工装置は、ノズル装置１と回転研削砥石２とからなり、工作物３を研削加工する。前記ノズル装置１のケーシング４には、ディスク状超音波振動子５が水密的に内蔵されており、液体供給口６より矢印の方向に流入したクーラントなどの加工液は、回転する研削砥石２による工作物３の研削点８に向かってノズル７から噴出する。そこで、図示しない超音波発振器より振動子６にメガヘルツ帯域の超音波電力を印加すると、ケーシング４内の加工液に超音波振動が輻射されてノズル７より超音波振動エネルギーが重畳した加工液が噴出する。これにより、クーラント液使用量の低減、加工面性状の向上、工具磨耗の抑制、研削抵抗の低減、加工能率の向上などの効果が現われる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このようなノズル装置１において、その噴出液流の方向は、機械加工装置の構成上、水平または下向きになることが多い。そのため、加工作業中に、液中に混入しているエアーがケーシング４内で分離して、浮力によって振動子５に向かって上って行き、振動子５の輻射面に接して内部に滞留する。また、与える振動エネルギーが大きくなると、ノズル７より噴出する液体からミストの発生とともに液流の流れに乱れが生じて、ノズル７よりエアーを少しずつ内部に巻き込んで、時間の経過に伴い振動子の輻射面へのエアーの滞留を助長することになる。このような要因によりエアーが内部に滞留すると、超音波振動の輻射が妨げられるだけでなく、振動子は液体と非接触となって無負荷となり、異常に強く振動したり、異常発熱して劣化し、破損に至る。
【０００４】
また、このようなエアー溜まりは、作業の開始に当って、ケーシング４に液体を注入するときにも生ずる。即ち、供給口６より供給された液体は、ケーシング４内を充満して行くが、液体の流れはそのままノズル７から流出し、ケーシング４内の上部には、抜けきらないエアーが残留してしまう。そこで作業開始時には、まず、ノズル７を上向きにして内部のエアーを完全に排出してから、所定の下向き角度に設定しなければいけないために、作業開始時のエアー抜き作業が必要となり、取り扱いが煩雑である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、超音波振動子を内蔵しこの超音波振動子の振動輻射面に接する液室を有してこの液室に連通する液体供給口とノズルとを備えたケーシングを設け、このケーシングの前記液室の上部における前記超音波振動子の前記振動輻射面に接する位置に発生するエアー溜りを防止するエアー溜り除去手段を設けた超音波クーラントノズル装置である。
【０００６】
したがって、液室内の超音波振動子の振動輻射面に接する位置にエアー溜りが発生することがなく、超音波振動を液体に有効に伝播させて精密研削、精密切削及び放電加工などの精密機械加工における加工性能を向上させ、かつ、工具寿命を向上させる。
【０００７】
請求項２記載の発明は、超音波振動子を内蔵しこの超音波振動子の振動輻射面に接する液室を有してこの液室に連通する液体供給口とノズルとを備えたケーシングを設け、このケーシングの前記液室の上部における前記超音波振動子の前記振動輻射面に接する位置の近傍に設けた導通孔と前記ノズルの近くに設けた導通孔とをパイプにより接続した超音波クーラントノズル装置である。
【０００８】
したがって、ノズルの近くに設けられた導通孔内の液圧力は、ノズルを通過する液体の流れによって低下し、振動子に接する液室内の圧力よりも低くなることにより、超音波振動子に接する液室内の上部に滞留したエアーは導通孔とパイプを通してノズルの出口側に吸引され、これにより、液室内の超音波振動子の振動輻射面に接する位置にエアー溜りが発生することがなく、超音波振動を液体に有効に伝播させて精密研削、精密切削及び放電加工などの精密機械加工における加工性能を向上させ、かつ、工具寿命を向上させる。特に、加工作業中は超音波振動子の振動輻射面は常に液体と接して適正な負荷状態となり、噴出する液体に安全に振動重畳が行われ、また、作業開始に当たって、従来のようにノズルを上向きにして内部のエアーを完全に排出した後、ノズルを下向きに設定し直すなどの煩雑な操作の必要がなくなる。
【０００９】
請求項３記載の発明は、超音波振動子を内蔵しこの超音波振動子の振動輻射面に接する液室を有してこの液室に連通する液体供給口とノズルとを備えたケーシングを設け、このケーシングの前記液室の上部における前記超音波振動子の前記振動輻射面に接する位置の近傍に設けた導通孔に一端を開放したパイプを接続した超音波クーラントノズル装置である。
【００１０】
したがって、少なくとも液室の上部はパイプの開放端部の大気圧より高いことから液室内のエアーは外部に放出され、これにより、液室内の超音波振動子の振動輻射面に接する位置にエアー溜りが発生することがなく、超音波振動を液体に有効に伝播させて精密研削、精密切削及び放電加工などの精密機械加工における加工性能を向上させ、かつ、工具寿命を向上させる。特に、加工作業中は超音波振動子の振動輻射面は常に液体と接して適正な負荷状態となり、噴出する液体に安全に振動重畳が行われ、また、作業開始に当たって、従来のようにノズルを上向きにして内部のエアーを完全に排出した後、ノズルを下向きに設定し直すなどの煩雑な操作の必要がなくなる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の第一の実施例を図２に基づいて説明する。まず、ケーシング９には、その内部の液室１０に液体１１を供給するための液体供給口１２が設けられている。そして、前記ケーシング９の一端には、ノズル１３が形成され、他端には超音波振動子１４が内蔵されている。前記ケーシング９の前記液室１０の上部における前記超音波振動子１４の振動輻射面１５に接する位置の近傍には、導通孔１６が形成され、また、前記ノズル１３の近くにも導通孔１７が形成されている。これらの導通孔１６、１７は、パイプ１８により接続され、これにより、エアー溜り除去手段が構成されている。なお、符号１９は、前記液室１０の上部における前記超音波振動子１４の前記振動輻射面１５に接する位置に発生したエアー溜りである。
【００１２】
このような構成において、ケーシング９の大径部に設けられた液体供給口１２よりクーラントなどの液体を矢印の方向に供給すると、液体は液室１０内を充満してノズル１３より噴出する。ここでもし導通孔１６、１７を連通するパイプ１８によるバイパス回路が存在しないと仮定すると、エアーの浮力によって液室１０内の上部にはエアー溜り１９が発生し、そのエアー溜り１９は液体中のエアーの分離などによって時間とともに増大して行く。そこで、図２に示すように、導通孔１６、１７を連通するパイプ１２を設けてバイパス回路を形成すると、導通孔１６内の圧力は、液室１０内と同じ圧力で大気圧より高いのに対して、ノズル１３付近においては、そのノズル１３を高速で流れる液流のために、導通孔１７内の圧力は低下するので、エアー溜り１９のエアーはパイプ１８を通して導通孔１７に向かって吸引されてノズル１３より噴出する液体とともに放出される。エアー溜り１９が消滅すると、液室１０内は液体が充満する。するとパイプ１８にはエアーに変わって液体が流れ始めるが、導通孔１６、１７とパイプ１８の流体抵抗は、エアーの場合より液体の場合の方が著しく大きいため、極く僅かに移動するのみでバイパスによる液体の流出損失は殆ど発生しない。
【００１３】
液室１０内に液体が充満したところで、超音波振動子１４に超音波電力を印加すると、超音波電力は超音波振動子１４により機械的な振動に変換されて、超音波振動が超音波振動子１４に接する液室１０内の液体に輻射され、ノズル１３の方向に伝達されて噴出する液体に重畳される。
【００１４】
本発明の第二の実施例を図３に基づいて説明する。前記実施例と同一部分は同一符号を用い説明も省略する。本実施例においては、ケーシング９のノズル１３側に形成した導通孔１７がないものであり、ケーシング９の液室１０の上部における超音波振動子１４の振動輻射面１５に接する位置の近傍に設けられた導通孔１６には、一端の開放端２０を開放したパイプ２１が接続されている。この導通孔１６に接続されたパイプは、バイパス回路を構成するものであり、また、エアー溜り除去手段を構成するものである。
【００１５】
このような構成において、前述の図２に示したものと同様にエアー溜り１９のエアー圧力は大気圧より高いため、エアー溜り１９のエアーは、導通孔１６よりパイプ２１を通して急速に放出される。滞留するエアーがなくなると、液室１０に充満した液体もパイプ２１を通して流出するが、導通孔１６及びパイプ２１からなるバイパス回路の流体抵抗は、エアーに比べて液体のほうが著しく大きいために流出する液体の量は僅かであり、実質的な液体の損失は殆ど発生しない。パイプ２１の開放端２０から流出する僅かな液体は、加工液の廃液と一緒に処理すれば良い。
【００１６】
これらのバイパス回路を流出する液体の量は、供給口１２より供給する液体の流量によっても異なるので、加工に必要な流量が決まったあと、バイパス回路の流体抵抗を最適に調節するためのバルブをバイパス回路に設けるのが一層好ましい。
【００１７】
【発明の効果】
請求項１記載の発明は、超音波振動子を内蔵しこの超音波振動子の振動輻射面に接する液室を有してこの液室に連通する液体供給口とノズルとを備えたケーシングを設け、このケーシングの前記液室の上部における前記超音波振動子の前記振動輻射面に接する位置に発生するエアー溜りを防止するエアー溜り除去手段を設けたので、液室内の超音波振動子の振動輻射面に接する位置にエアー溜りが発生することがなく、超音波振動を液体に有効に伝播させて精密研削、精密切削及び放電加工などの精密機械加工における加工性能を向上させ、かつ、工具寿命を向上させることができるという効果を有する。
【００１８】
請求項２記載の発明は、超音波振動子を内蔵しこの超音波振動子の振動輻射面に接する液室を有してこの液室に連通する液体供給口とノズルとを備えたケーシングを設け、このケーシングの前記液室の上部における前記超音波振動子の前記振動輻射面に接する位置の近傍に設けた導通孔と前記ノズルの近くに設けた導通孔とをパイプにより接続したので、ノズルの近くに設けられた導通孔内の液圧力は、ノズルを通過する液体の流れによって低下し、振動子に接する液室内の圧力よりも低くなることにより、超音波振動子に接する液室内の上部に滞留したエアーは導通孔とパイプを通してノズルの出口側に吸引され、これにより、液室内の超音波振動子の振動輻射面に接する位置にエアー溜りが発生することがなく、超音波振動を液体に有効に伝播させて精密研削、精密切削及び放電加工などの精密機械加工における加工性能を向上させ、かつ、工具寿命を向上させることができ、特に、加工作業中は超音波振動子の振動輻射面は常に液体と接して適正な負荷状態となり、噴出する液体に安全に振動重畳が行われ、また、作業開始に当たって、従来のようにノズルを上向きにして内部のエアーを完全に排出した後、ノズルを下向きに設定し直すなどの煩雑な操作の必要がなくなる等の効果を有する。
【００１９】
請求項３記載の発明は、超音波振動子を内蔵しこの超音波振動子の振動輻射面に接する液室を有してこの液室に連通する液体供給口とノズルとを備えたケーシングを設け、このケーシングの前記液室の上部における前記超音波振動子の前記振動輻射面に接する位置の近傍に設けた導通孔に一端を開放したパイプを接続したので、少なくとも液室の上部はパイプの開放端部の大気圧より高いことから液室内のエアーは外部に放出され、これにより、液室内の超音波振動子の振動輻射面に接する位置にエアー溜りが発生することがなく、超音波振動を液体に有効に伝播させて精密研削、精密切削及び放電加工などの精密機械加工における加工性能を向上させ、かつ、工具寿命を向上させ、特に、加工作業中は超音波振動子の振動輻射面は常に液体と接して適正な負荷状態となり、噴出する液体に安全に振動重畳が行われ、また、作業開始に当たって、従来のようにノズルを上向きにして内部のエアーを完全に排出した後、ノズルを下向きに設定し直すなどの煩雑な操作の必要がなくなる等の効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の超音波クーラントノズル装置の一例を示す縦断側面図である。
【図２】本発明の第一の実施例を示す縦断側面図である。
【図３】本発明の第二の実施例を示す縦断側面図である。
【符号の説明】
９    ケーシング
１０    液室
１２    液体供給口
１３    ノズル
１４    超音波振動子
１５    振動輻射面
１６    導通孔
１７    導通孔
２１    パイプ
【図１】
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【図２】
2004351599.tif 000004
【図３】
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