(57)【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有するケーシングと、
前記超音波振動子を駆動して超音波振動させる超音波発振回路と、
前記超音波振動子を駆動するための前記超音波発振回路の出力に基づいて超音波振動中の前記超音波振動子の特性を測定する測定回路と、
前記液体供給口に連結する給液パイプを有して当該給液パイプを介して前記液体供給口から前記液室に液体を供給する液体供給部と、
前記ノズルから吐出される液体の流れに別経路からの液体を注入する液体注入部と、
を備える、液体噴射装置。
【請求項２】
前記液体注入部は、前記ノズルから吐出された後の液体の流れに別経路からの液体を注入する、請求項１記載の液体噴射装置。
【請求項３】
前記液体注入部は、前記ノズル内を流れる液体の流れに別経路からの液体を注入する、請求項１記載の液体噴射装置。
【請求項４】
前記液体注入部は、前記別経路として、前記給液パイプから分岐して前記ノズルから吐出される液体の流れに連絡する注入パイプを備える、請求項１記載の液体噴射装置。
【請求項５】
前記液体注入部は、前記別経路として、前記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振幅面に接する位置の近傍に設けられた導通孔と前記ノズルに設けられた導通孔とを連通するバイパスチューブを備える、請求項１記載の液体噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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、あるいは精密洗浄における洗浄性能を向上させるようにした液体噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の超音波振動重畳クーラントによる液体噴射装置として、例えば、特許文献１にその一例が示されている。図６は、そのような液体噴射装置の構成を示す縦断側面図である。液体噴射装置は、液体噴射装置を構成するノズル装置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。ノズル装置１のケーシング４には、ディスク状の超音波振動子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超音波振動子５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】
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、浮力によって超音波振動子５に向かって上って行き、超音波振動子５の振動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、時間の経過に伴い超音波振動子５の振動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、超音波振動子５における超音波振動の輻射が妨げられるだけでなく、超音波振動子５は液体と非接触となって無負荷となる。その結果、超音波振動子５が異常に強く振動してしまったり、異常発熱して劣化、破損に至ったりしてしまう。
【０００４】
そこで、従来、超音波振動子の振動輻射面に接してエアーが滞留しているかどうかを検出するための技術が普及している。例えば、特許文献２には、超音波振動子を励振させる発振回路（超音波発振回路）の発振信号に基づいて超音波振動子と液体との接触状態を検出するようにした発明が記載されている。このような手法だけでなく、超音波振動子を超音波振動させる超音波発振回路での駆動電圧と駆動電流とのインピーダンスを算出してその値に基づき超音波振動子と液体との接触状態を検出するようにした技術も従来から知られている。
【０００５】
なお、特許文献３には、液室の上部における超音波振動子の振動輻射面に接する位置の近傍に設けた導通孔とノズルの近くに設けた導通孔とをバイパスパイプで接続した発明が開示されている。このような発明によれば、超音波振動子に接するエアーがバイパスパイプを介してノズルに引き込まれ、超音波振動子の振動輻射面に接するエアー溜りが除去される。しかしながら、このような構造を採用したとしても、バイパスパイプの詰り等によって、超音波振動子の振動輻射面に接するエアー溜りを完全に除去できるわけではない。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３５１５９９公報
【特許文献２】特開平１０−１８０１８７号公報
【特許文献３】特開平０８−１１７７１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
液体噴射装置は、図６に基づいて前述したように、工作物等の対象物に向けてノズルからクーラント等の液体を噴出して使用される。このため、ノズルから噴射した液体に重畳される超音波振動が対象物より反射して戻ってくることにより、超音波振動子のインピーダンス等の特性が変化する。この場合、ノズルから対象物までの距離、対象物の面形状、対象物の面と液体の流れの方向との角度、対象物の材質等は、超音波振動の反射率の大きさに影響を与える。例えば、対象物がノズルに近いほど、また、対象物の面が平面でかつ液体の流れに垂直である程、そして、対象物が金属、ガラス、セラミックス等のような硬い材料であるほど、超音波振動の反射率が増大して超音波振動子のインピーダンス等の特性に与える影響が大きくなる。このような対象物より反射して戻る超音波振動を原因とする超音波振動子の特性変化は、超音波振動子の振動輻射面に接してエアーが滞留しているかどうかを検出するに際してその検出結果に大きな影響を及ぼし、その検出精度を低下させてしまうという問題がある。
【０００８】
本発明の目的は、対象物より反射して戻る超音波振動を原因とする超音波振動子の特性変化という現象に対して、根本的な解決策を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、液体噴射装置であって、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有するケーシングと、前記超音波振動子を駆動して超音波振動させる超音波発振回路と、前記超音波振動子を駆動するための前記超音波発振回路の出力に基づいて超音波振動中の前記超音波振動子の特性を測定する測定回路と、前記液体供給口に連結する給液パイプを有して当該給液パイプを介して前記液体供給口から前記液室に液体を供給する液体供給部と、前記ノズルから吐出される液体の流れに別経路からの液体を注入する液体注入部と、を備える。
【００１０】
ここで、本発明において、「前記ノズルから吐出される液体の流れに別経路からの液体を注入する」位置は、前記ノズルの内外を問わない。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、超音波振動子を駆動するための超音波発振回路の出力に基づいて超音波振動中の超音波振動子の特性を測定するに際して、ノズルから吐出される液体の流れに別経路からの液体を注入することで、ノズルからの噴出液流中に分布していた定在波を乱して超音波振動子に対する反射を防止することができ、したがって、対象物より反射して戻る超音波振動を原因とする超音波振動子の特性変化という現象に対して、根本的な解決策を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の第１の実施の形態を図１ないし図３に基づいて説明する。
【００１３】
図１は、液体噴射装置１０１を縦断側面図として示す液体噴射システムの側面図である。最初に、液体噴射装置１０１について説明する。液体噴射装置１０１は、ケーシング１０２に各種構成物が付加されて構成されている。ケーシング１０２は、ノズル部１０３と、振動子保持部１０４と、蓋部１０５とからなる３ピース構成をしている。振動子保持部１０４は、円筒状をしており、その一端１０４ａには中空円錐状のノズル部１０３が接合固定され、その他端１０４ｂには蓋部１０５が接合固定されている。
【００１４】
振動子保持部１０４は、その内部空間に段部１０４ｃを有し、一端１０４ａ側の内部直径が他端１０４ｂ側の内部直径よりも小径に形成されている。そして、振動子保持部１０４の大径に形成されている内部空間には、段部１０４ｃの部分に超音波振動子１０６が固定的に取り付けられている。
【００１５】
ノズル部１０３は、振動子保持部１０４の内部空間に連通する円錐形状の内部空間を有し、先端部が開口してノズル１０７となっている。ノズル部１０３と振動子保持部１０４とによって規定されるノズル１０７から超音波振動子１０６に至る空間は、液体としてのクーラント２０１が供給される液室１０８を構成している。前述した超音波振動子１０６は、その振動輻射面１０６ａが液室１０８に接面するように配置されている。また、振動子保持部１０４には、液室１０８にクーラント２０１を供給するための液体供給口１０９が形成されている。液体供給口１０９には、クーラント２０１を液体供給口１０９に導くための給液パイプとしての供給口配管１１０が連結されている。
【００１６】
超音波振動子１０６には、後述する超音波発振回路３０１（図２参照）から延出するリード線１１１が接続されている。蓋部１０５には、そのリード線１１１を挿通させるための挿通孔１１２が形成されている。
【００１７】
次いで、液体噴射システム中、液体噴射装置１０１以外の部分について説明する。液体噴射装置１０１は、クーラント２０１を収容するタンク２０２に給液パイプとしての給液用配管２０３を介して連結されている。給液用配管２０３には、給液ポンプ２０４が介在配置されている。給液ポンプ２０４は、電動ポンプであり、電力供給されることによってタンク２０２からクーラント２０１を吸引動作し、吸引したクーラント２０１を液体噴射装置１０１に供給する。
【００１８】
また、給液用配管２０３には、給液ポンプ２０４の下流側に位置させて、流量センサ２０５と給液バルブ２０６とが配設されている。流量センサ２０５は、給液ポンプ２０４によって吸い上げられて給液用配管２０３を流通するクーラント２０１の流量を検出するセンサである。給液バルブ２０６は、通電によって内蔵する弁（図示せず）を開閉する電磁バルブである。これらの流量センサ２０５及び給液バルブ２０６は、後述するマイクロコンピュータ３０２に接続されている。
【００１９】
更に、給液用配管２０３の端部は、液体噴射装置１０１に形成された液体供給口１０９に連結されている供給口配管１１０の端部に三方向コネクタ１１３を介して連結されている。これにより、タンク２０２から給液ポンプ２０４によって吸引されて給液バルブ２０６の弁（図示せず）が開くことによって給液用配管２０３の内部を導かれるクーラント２０１は、供給口配管１１０を介して液体供給口１０９から液室１０８に供給される。ここに、液体供給口１０９に連結する給液パイプとしての供給口配管１１０及び給液用配管２０３を介して液体供給口１０９から液室１０８に液体を供給する液体供給部Ａが構成されている。
【００２０】
三方向コネクタ１１３のもう一つの口には注入パイプ１１４の一端が接続されている。注入パイプ１１４のもう一方の端部は、ノズル１０７の出口側近傍位置に開口している。このような構造上、タンク２０２から給液ポンプ２０４によって吸引されて給液バルブ２０６の弁（図示せず）が開くことによって給液用配管２０３の内部を導かれるクーラント２０１は、三方向コネクタ１１３から注入パイプ１１４を介してノズル１０７から吐出されるクーラント２０１の流れに注入されることになる。ここに、ノズル１０７から吐出されるクーラント２０１の流れに別経路からの液体を注入する液体注入部Ｂが構成される。
【００２１】
図２は、各部の電気的接続を示すブロック図である。本実施の形態の液体噴射システムは、マイクロコンピュータ３０２を有している。マイクロコンピュータ３０２は、各種演算処理を実行して各部を集中的に制御するＣＰＵ３０３に、ＲＯＭ３０４、ＲＡＭ３０５及び不揮発性メモリ３０６がバス接続されて構成されている。ＲＯＭ３０４は、ＢＩＯＳ領域とプログラム領域とを有し、固定データを固定的に記憶している。プログラム領域には、各種のシーケンスをＣＰＵ３０３に実行させるプログラムコードがファームウェア構成で記録されている。ＲＡＭ３０５は、可変データを書き換え自在に記憶しており、ワークエリアとして用いられる。不揮発性メモリ３０６は、データを書き換え自在に記憶し、その記憶データを給電なしに保持できるメモリである。不揮発性メモリ３０６としては、ＥＥＰＲＯＭやバッテリバックアップＲＡＭ等が用いられる。
【００２２】
ＣＰＵ３０３には、更に、インプットアウトプット（Ｉ／Ｏ）３０７とインターフェース（Ｉ／Ｆ）３０８とが接続されている。Ｉ／Ｏ３０７には、表示デバイス３０９及び入力デバイス３１０が接続されている。Ｉ／Ｆ３０８には、前述した超音波発振回路３０１の他、電動ポンプ駆動回路３１１、センシング回路３１２、電磁弁駆動回路３１３及び測定回路３１４が接続されている。
【００２３】
入力デバイス３１０は、オペレーションスイッチ（OPERATION SW）を備えている。メインスイッチ（Main SW）は、本液体噴射システムそれ自体への給電を制御すると共に、マイクロコンピュータ３０２やその他の全ての各部に対する給電をも制御する。つまり、メインスイッチ（Main SW）がＯＮになると、本実施の形態の液体噴射システムが起動する。オペレーションスイッチ（OPERATION SW）は、超音波振動子１０６に対する駆動電力の供給を制御するためのスイッチである。起動後の超音波発振回路３０１は、オペレーションスイッチ（OPERATION SW）からの指示に応じて超音波振動子１０６を超音波駆動し、その結果、超音波振動子１０６には超音波振動が生ずる。
【００２４】
電動ポンプ駆動回路３１１は、ＣＰＵ３０３からの指示に応じて給液ポンプ２０４を駆動する回路である。
【００２５】
センシング回路３１２は、流量センサ２０５（図３中、Ｓで示す）からのセンシング値を取り込み、ＣＰＵ３０３に通知する回路である。
【００２６】
電磁弁駆動回路３１３は、ＣＰＵ３０３からの指示に応じて給液バルブ２０６（図２中、Ｖで示す）を駆動する回路である。
【００２７】
測定回路３１４は、超音波発振回路３０１の出力に基づいて超音波振動中の超音波振動子１０６の特性、より詳細にはインピーダンスを測定する。このような測定回路３１４は、超音波振動中の超音波振動子１０６のインピーダンスを測定する既知の各種回路構成によって実現することができる。測定回路３１４は、測定したインピーダンスをマイクロコンピュータ３０２に送信する。マイクロコンピュータ３０２のＣＰＵ３０３は、測定回路３１４から受信したインピーダンスの値に基づいて、超音波振動中の超音波振動子１０６の状態を判定する。つまり、ＣＰＵ３０３は、超音波振動子１０６の振動輻射面１０６ａがクーラント２０１に接触した状態となっているのか、それとも振動輻射面１０６ａの一部又は全部にクーラント２０１が接触していないのかを判定する。振動輻射面１０６ａの一部にしかクーラント２０１が接触しない状態は、例えば、振動輻射面１０６ａとクーラント２０１との間にエアーが介在しているような場合に生じ得る。
【００２８】
測定回路３１４は、主に、超音波振動子１０６の振動輻射面１０６ａに接してエアーが滞留しているかどうかを検出するために用いられる。実施に際して、測定回路３１４は、その目的を達成可能であれば、インピーダンスを測定する回路構成のみならず、アドミッタンスを測定する回路構成であってもよい。あるいは、特許文献１に記載されているような、超音波振動子１０６を励振させる超音波発振回路３０１の発振信号に基づいて超音波振動子１０６とクーラント２０１との接触状態を検出するような回路としてもよい。
【００２９】
このような構成において、給液ポンプ２０４を動作させてタンク２０２から吸引したクーラント２０１は、給液バルブ２０６が開かれることによって液体噴射装置１０１に供給される。つまり、クーラント２０１は、ケーシング１０２の液体供給口１０９から液室１０８に導入される。液体噴射装置１０１の液室１０８に導入されたクーラント２０１は、液室１０８内を充満してノズル１０７より噴出し、工作物等の対象物Ｗ（図１参照）に向けて飛翔する。この際、ＣＰＵ３０３は、液室１０８内にクーラント２０１が充満したところで、超音波振動子１０６に超音波電力を印加するように超音波発振回路３０１に駆動信号を付与する。すると、超音波発振回路３０１による超音波電力は超音波振動子１０６により機械的な振動に変換され、超音波振動子１０６は超音波振動を開始する。こうして発生した超音波振動子１０６の超音波振動は、超音波振動子１０６の振動輻射面１０６ａに接する液室１０８内のクーラント２０１に輻射され、ノズル１０７の方向に伝達されて噴出するクーラント２０１に重畳される。
【００３０】
図３は、各イベントのタイミングを示すタイミングチャートである。以下、図３に示すタイミングチャートを参照しながら、本実施の形態の液体噴射システムの作用効果をより詳細に説明する。まず、メインスイッチ（Main SW）がＯＮにされると、本実施の形態の液体噴射システムが起動する。システムの起動時、ＣＰＵ３０３は、作業に先立ち、電動ポンプ駆動回路３１１に駆動信号を付与して給液ポンプ２０４を駆動し、タンク２０２からクーラント２０１を吸引した状態にしておく（図３（Ａ）参照）。この際、ＣＰＵ３０３は、電磁弁駆動回路３１３に対して駆動信号を付与せず、したがって、給液バルブ２０６も閉じられた状態を維持している（図３（Ｂ）参照）。これにより、液体噴射装置１０１の液室１０８には、未だにクーラント２０１が供給されない。
【００３１】
その後、ＣＰＵ３０３は、超音波振動子１０６に超音波振動を生じさせるに先立ち、電磁弁駆動回路３１３を駆動制御して給液バルブ２０６を開かせる（図３（Ｂ）参照）。クーラント２０１は、給液用配管２０３を流れ、その流量が流量センサ２０５によって検出され、その検出結果がＣＰＵ３０３に通知されている。これにより、液体噴射装置１０１の液室１０８にクーラント２０１が供給される。このとき、ノズル１０７が図１に示すように下向きに設置されていると、最初に液室１０８を満たしていたエアーは、浮力で超音波振動子１０６の振動輻射面１０６ａを上昇することで、超音波振動子１０６は完全に接液しないので、予めノズル１０７を上向きにしてそのエアーを抜く。その過程で、液体噴射装置１０１の液室１０８に導入されたクーラント２０１は、液室１０８内を充満していく（図３（Ｄ）参照）と共に、ノズル部１０３より噴出し、工作物等の対象物Ｗ（図１参照）に向けて飛翔する（図３（Ｅ）参照）。
【００３２】
このような液室１０８に対するクーラント２０１の給液動作に際して、ＣＰＵ３０３は、測定回路３１４から出力される超音波振動子１０６のインピーダンスの値をモニターしており、液室１０８にクーラント２０１が充満したことを知る。そこで、ＣＰＵ３０３は、このタイミングを見計らって、表示デバイス３０９に超音波振動子１０６のパワー駆動可能のレディ信号を発し、それを受けて外部より超音波発振回路３０１のオペレーションスイッチ（OPERATION SW）をＯＮにする（図３（Ｃ）参照）。これによって、超音波発振回路３０１は超音波発振動作し、超音波振動子１０６を超音波駆動する。すると、超音波振動子１０６の超音波振動は、超音波振動子１０６の振動輻射面１０６ａに接する液室１０８内のクーラント２０１に輻射され、ノズル１０７の方向に伝達されて噴出するクーラント２０１に重畳される（図３（Ｆ）参照）。
【００３３】
この際、液体噴射装置１０１の液室１０８には、クーラント２０１が充満した状態となっているので、超音波発振回路３０１のオペレーションスイッチ（OPERATION SW）をＯＮにすることによって、ノズル１０７から噴射されるクーラント２０１には、応答性よく瞬時に超音波振動子１０６の超音波振動が重畳される。また、超音波発振回路３０１のオペレーションスイッチ（OPERATION SW）をＯＦＦにすると共に給液バルブ２０６を閉じることで、ノズル１０７から噴射される超音波振動が重畳するクーラント２０１が応答性よく瞬時に停止される。これにより、精密加工の作業に合わせて効率的なクーラント噴射作業を行なうことができる。
【００３４】
ここで、液体噴射装置１０１においては、超音波振動子１０６のノズル１０７から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、クーラント２０１に混入しているエアーがケーシング１０２内で分離して、浮力によって超音波振動子１０６に向かって上って行き、超音波振動子１０６の振動輻射面１０６ａ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１０７より噴出するクーラント２０１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１０７よりエアーを少しずつ内部に巻き込んで、時間の経過に伴い超音波振動子１０６の振動輻射面１０６ａ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、超音波振動子１０６における超音波振動の輻射が妨げられるだけでなく、超音波振動子１０６はクーラント２０１と非接触となって無負荷となる。その結果、超音波振動子１０６が異常に強く振動してしまったり、異常発熱して劣化、破損に至ったりしてしまう。
【００３５】
そこで、本実施の形態では、入力デバイス３１０のオペレーションスイッチ（OPERATION SW）がＯＮにされて超音波振動子１０６が超音波振動動作を継続している間、ＣＰＵ３０３は、予め決められている周期で超音波振動子１０６の負荷インピーダンスを測定回路３１４によって測定させ、その値を監視している。その結果、ＣＰＵ３０３は、測定回路３１４から受信した超音波振動子１０６の負荷インピーダンスの値に基づいて、超音波振動中の超音波振動子１０６の状態を判定することができる。つまり、ＣＰＵ３０３は、超音波振動子１０６の振動輻射面１０６ａがクーラント２０１に接触した状態となっているかどうかを判定する。その結果、前述したような超音波振動子１０６の振動輻射面１０６ａへのエアーの滞留という現象が生じている場合、ＣＰＵ３０３はこれを判定することができる。
【００３６】
もっとも、液体噴射装置１０１では、ノズル１０７から噴射したクーラント２０１に重畳される超音波振動が対象物Ｗを反射して戻ってくることにより、超音波振動子１０６のインピーダンス等の特性が変化する。この場合、ノズル１０７から対象物Ｗまでの距離、対象物Ｗの面形状、対象物Ｗの面とクーラント２０１の流れの方向との角度、対象物Ｗの材質等は、超音波振動の反射率の大きさに影響を与える。例えば、対象物Ｗがノズル１０７に近いほど、また、対象物Ｗの面が平面でかつ液体の流れに垂直である程、そして、対象物Ｗが金属、ガラス、セラミックス等のような硬い材料であるほど、超音波振動の反射率が増大して超音波振動子１０６のインピーダンス等の特性に与える影響が大きくなる。このような対象物Ｗより反射して戻る超音波振動を原因とする超音波振動子１０６の特性変化は、超音波振動子１０６の振動輻射面１０６ａに接してエアーが滞留しているかどうかを検出するに際してその検出結果に大きな影響を及ぼし、その検出精度を低下させてしまう。
【００３７】
そこで、本実施の形態では、注入パイプ１１４等を主体とする液体注入部Ｂを設けることで、対象物Ｗより反射して戻る超音波振動を原因とする超音波振動子１０６の特性変化を抑制するようにしている。つまり、液体注入部Ｂでは、給液用配管２０３を介して供給されるクーラント２０１が三方向コネクタ１１３で分岐され、注入パイプ１１４を介してノズル１０７の出口近傍に導かれる。これにより、注入パイプ１１４を介してノズル１０７の出口近傍に導かれたクーラント２０１は、ノズル１０７から噴射するクーラント２０１の流れに注入されることになる。その結果、ノズル１０７からの噴出液流の振動位相が乱れることで対象物Ｗからの反射波の位相も乱れ、反射波が同期した位相で超音波振動子１０６まで戻っていかない。したがって、対象物Ｗより反射して戻る超音波振動を原因とする超音波振動子１０６の特性変化を抑制することができる。
【００３８】
したがって、本実施の形態の液体噴射装置１０１によれば、マイクロコンピュータ３０２が有するＣＰＵ３０３は、測定回路３１４から受信した超音波振動子１０６の負荷インピーダンスの値に基づいて、超音波振動中の超音波振動子１０６の接液の状態を正しく判定することができる。
【００３９】
本発明の第２の実施の形態を図４に基づいて説明する。第１の実施の形態と同一部分は同一符号で示し、説明も省略する。
【００４０】
図４は、超音波振動子１０６のノズル１０７の部分を拡大して示す縦断側面図である。本実施の形態が第１の実施の形態と相違する点は、一端が三方向コネクタ１１３に接続された注入パイプ１１４の他端がノズル１０７自体に接続されている点である。つまり、液体噴射装置１０１のノズル１０７には、内外を連通させる連通パイプ１２１が設けられており、注入パイプ１１４の他端はその連通パイプ１２１に接続されている。したがって、液体注入部Ｂでは、給液用配管２０３を介して供給されるクーラント２０１が三方向コネクタ１１３で分岐され、注入パイプ１１４を介してノズル１０７の内部に導かれる。これにより、注入パイプ１１４を介してノズル１０７の内部に導かれたクーラント２０１は、ノズル１０７から噴射するクーラント２０１の流れに注入されることになる。その結果、ノズル１０７からの噴出液流の振動位相が乱れることで対象物Ｗからの反射波の位相も乱れ、反射波が同期した位相で超音波振動子１０６まで戻っていかない。したがって、対象物Ｗより反射して戻る超音波振動を原因とする超音波振動子１０６の特性変化を抑制することができる。
【００４１】
本発明の第３の実施の形態を図５に基づいて説明する。第１の実施の形態と同一部分は同一符号で示し、説明も省略する。
【００４２】
図５は、超音波振動子１０６の縦断側面図である。本実施の形態が第１の実施の形態と相違する点は、液体注入部Ｂの構造である。つまり、ケーシング１０２には、液室１０８内において、ノズル部１０３のノズル１０７の領域と振動子保持部１０４の超音波振動子１０６の近傍領域とを連通させるバイパスチューブ１３１が取り付けられている。バイパスチューブ１３１は、ノズル１０７の部分に取り付けられて内外を連通させる導通孔としての第１の連通パイプ１３２に一端が差し込まれ、振動子保持部１０４に取り付けられて内外を連通させる導通孔としての第２の連通パイプ１３３に他端が差し込まれている。ここに、ノズル１０７から吐出されるクーラント２０１の流れに別経路からの液体を注入する液体注入部Ｂが構成される。そして、バイパスチューブ１３１は、ノズル部１０３のノズル１０７の領域と振動子保持部１０４の超音波振動子１０６の近傍領域とを連通させるバイパス経路Ｃをも構成する。
【００４３】
なお、第１の実施の形態で液体注入部Ｂを構成している三方向コネクタ１１３及び注入パイプ１１４は、第３の実施の形態では設けられていない。
【００４４】
このような構成において、液体噴射装置１０１の液室１０８に導入されたクーラント２０１は、液室１０８内を充満してノズル部１０３より噴出する。ここでもしバイパスチューブ１３１によるバイパス経路Ｃが存在しないと仮定すると、エアーの浮力によって液室１０８内の上部にはエアー溜り（図示せず）が発生し、このエアー溜りはクーラント２０１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。これに対して、バイパスチューブ１３１を設けてバイパス経路Ｃを形成すると、エアー溜りのエアーはバイパスチューブ１３１を通してノズル１０７に向かって吸引されてノズル１０７より噴出するクーラント２０１と共に放出される。これは、液室１０８に連通する排気口１１０内の圧力は、液室１０８内と同じ圧力で大気圧より高いのに対して、ノズル１０７の付近においては、ノズル１０７を高速で流れる液流のためにノズル１０７内の圧力が低下するからである。こうしてエアー溜りが消滅すると、液室１０８内にはクーラント２０１が充満する。すると、バイパスチューブ１３１にはエアーに代わってクーラント２０１が流れ始める。この際、バイパスチューブ１３１及びノズル１０７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、クーラント２０１は極僅かにバイパスチューブ１３１内を移動するのみで、バイパス経路Ｃによるクーラント２０１の流出損失は殆ど発生しない。
【００４５】
ここで重要なことは、バイパスチューブ１３１にエアーに代わってクーラント２０１が流れ始めた後、クーラント２０１は、極僅かにバイパスチューブ１３１内を移動するのみではあるが、ノズル１０７から噴射するクーラント２０１の流れに注入されることになる。その結果、ノズル１０７からの噴出液流の振動位相が乱れることで対象物Ｗからの反射波の位相も乱れ、反射波が同期した位相で超音波振動子１０６まで戻っていかない。したがって、対象物Ｗを反射しての戻り超音波振動を原因とする超音波振動子１０６の特性変化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の第１の実施の一形態として、液体噴射装置を縦断側面図として示す液体噴射システムの側面図である。
【図２】各部の電気的接続を示すブロック図である。
【図３】各イベントのタイミングを示すタイミングチャートである。
【図４】本発明の第２の実施の形態を示す超音波振動子のノズル部分を拡大して示す縦断側面図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態を示す超音波振動子の縦断側面図である。
【図６】従来の超音波振動重畳クーラントによる研削加工装置の縦断側面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１０２  ケーシング
１０６ａ  振動輻射面
１０６  超音波振動子
１０７  ノズル
１０８  液室
１１０  供給口配管（給液パイプ）
１１４  注入パイプ
１３１  バイパスチューブ
１３２  第１の連通パイプ（導通孔）
１３３  第２の連通パイプ（導通孔）
２０３  給液用配管（給液パイプ）
３０１  超音波発振回路
３１４  測定回路
Ａ      液体供給部
Ｂ      液体注入部
【図１】
0004644229.tif 000002
【図２】
0004644229.tif 000003
【図３】
0004644229.tif 000004
【図４】
0004644229.tif 000005
【図５】
0004644229.tif 000006
【図６】
0004644229.tif 000007