特許 6410270 工作機械窓

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6410270

(24)【登録日】2018年10月5日

(45)【発行日】2018年10月24日

(54)【発明の名称】工作機械窓

(51)【国際特許分類】

   B23Q 11/00 20060101AFI20181015BHJP

   B23Q 11/08 20060101ALI20181015BHJP

   B06B 1/06 20060101ALI20181015BHJP

【ＦＩ】

   B23Q11/00 Z

   B23Q11/08 Z

   B06B1/06 A

【請求項の数】13

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2016-528499(P2016-528499)

(86)(22)【出願日】2014年7月22日

(65)【公表番号】特表2016-527091(P2016-527091A)

(43)【公表日】2016年9月8日

(86)【国際出願番号】EP2014065694

(87)【国際公開番号】WO2015011126

(87)【国際公開日】20150129

【審査請求日】2017年6月13日

(31)【優先権主張番号】1313061.2

(32)【優先日】2013年7月22日

(33)【優先権主張国】GB

(73)【特許権者】

【識別番号】516000468

【氏名又は名称】エコーヴィスタ ゲーエムベーハー

【氏名又は名称原語表記】ＥＣＨＯＶＩＳＴＡ ＧＭＢＨ

(74)【代理人】

【識別番号】100107456

【弁理士】

【氏名又は名称】池田 成人

(74)【代理人】

【識別番号】100162352

【弁理士】

【氏名又は名称】酒巻 順一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100123995

【弁理士】

【氏名又は名称】野田 雅一

(74)【代理人】

【識別番号】100148596

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 和弘

(72)【発明者】

【氏名】トレヴェット， デイヴィッド

(72)【発明者】

【氏名】トレヴェット， パトリック

(72)【発明者】

【氏名】ファウストマン， ヘンドリク

【審査官】 亀田 貴志

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１２／０９５６４３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平０６−２２７３６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０２−０１７２８４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００１−３４０２６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 独国特許出願公開第１０００５３４１（ＤＥ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｑ １１／００ − １１／０８

Ｂ０６Ｂ １／０６

Ｂ２４Ｃ ９／００

Ｅ０６Ｂ ７／１４

Ｂ０８Ｂ ７／０２

ＤＷＰＩ（Ｄｅｒｗｅｎｔ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

工作機械の窓と、前記工作機械の窓から切削液の液滴を除去する装置とを備えるシステムであって、前記装置が、
前記窓に取り付けられた１つ又は複数のトランスデューサであり、それぞれが前記窓において超音波を生成するように動作可能である、１つ又は複数のトランスデューサと、
前記１つ又は複数のトランスデューサに超音波駆動信号を提供する発生器と
を備え、
前記トランスデューサのそれぞれが、複数の異なる周波数及び波タイプのうちの任意の選択された１つで、前記窓において超音波を生成するように動作可能であり、
前記発生器が、前記複数の異なる周波数のために前記トランスデューサに超音波駆動信号を提供するように動作可能であり、
前記システムが、前記複数の異なる周波数及び波タイプから選択された任意の周波数及び波タイプの超音波を生成するように前記発生器及び前記トランスデューサを構成するモードコントローラをさらに備え、
前記システムが、前記トランスデューサの１つ又は複数により放出された超音波を検知して前記窓における波の減衰の量を検出するように配置された検出器を有する制御システムをさらに備え、モードセレクタが、検出された前記減衰の量に依存して前記発生器及び前記トランスデューサの構成を選択するために前記検出器に反応し、
前記システムの動作中に、切削液の液滴が前記窓から超音波で除去される、システム。

【請求項2】

前記トランスデューサ又は各トランスデューサが、複数の電極を有し、前記モードコントローラが、異なる周波数及び波タイプの超音波を生成するために、前記トランスデューサの電極の異なる組を選択するように動作可能である、請求項１に記載のシステム。

【請求項3】

前記モードコントローラが、周波数及び波タイプを選択するモードセレクタと、電極の前記異なる組を選択するスイッチ回路とを備える、請求項２に記載のシステム。

【請求項4】

前記モードコントローラが、特定の周波数の波の波長に依存する距離で離間した電極の組を選択することにより前記トランスデューサを前記特定の周波数で動作させるように構成するように配置されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項5】

前記モードコントローラが、２００ｋＨｚ〜４ＭＨｚの範囲、例えば２．５ＭＨｚ以上の範囲の周波数を有する波を作成するように前記発生器及び前記トランスデューサを構成するように動作可能である、請求項１〜４のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項6】

前記モードコントローラが、１〜２．５ＭＨｚの範囲の周波数を有する波を作成するように前記発生器及び前記トランスデューサを構成するように動作可能である、請求項１〜５のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項7】

前記モードコントローラが、１００ｋＨｚ〜１ＭＨｚの範囲の周波数を有する波を作成するように前記発生器及び前記トランスデューサを構成するように動作可能である、請求項１〜６のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項8】

前記モードコントローラが、複数の前記選択された周波数及び波タイプのうちの異なる複数の周波数及び波タイプで連続して動作するように前記トランスデューサ及び前記発生器を構成するように動作可能である、請求項１〜７のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項9】

前記モードコントローラが、前記発生器及び前記トランスデューサを１つの構成から別の構成に、それらの構成間の時間遅延を伴って変更するように動作可能である、請求項８に記載のシステム。

【請求項10】

前記発生器が、前記トランスデューサに超音波駆動信号をパルスで適用するように配置されている、請求項１〜９のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項11】

前記窓が、動作中に前記工作機械の内側となる表面において、切削液をはじく傾向がある被覆により被覆されている、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項12】

請求項１〜１１のいずれか一項に記載のシステムを備える、工作機械。

【請求項13】

工作機械窓の窓から切削液を除去する方法であって、
前記窓に取り付けられた１つ又は複数の超音波トランスデューサを使用して前記窓において超音波を生成するステップであって、前記トランスデューサのそれぞれが、複数の異なる周波数及び波タイプのうちの任意の選択された１つで、前記窓において超音波を生成するステップと、
発生器を使用して前記複数の異なる周波数のために前記トランスデューサに超音波駆動信号を提供するステップと、
前記複数の異なる周波数及び波タイプから選択された任意の周波数及び波タイプの超音波を生成するように前記発生器及び前記トランスデューサを構成するステップと、
前記トランスデューサの１つ又は複数により放出された超音波を検知して前記窓における波の減衰の量を検出するステップと、
検出された前記減衰の量に依存して前記発生器及び前記トランスデューサの構成を選択するステップと、を含む方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、工作機械で使用する窓、及びその窓を備える工作機械に関する。

【背景技術】

【0002】

工作機械は、切削工具により成形される金属性ワークを加工する間に、切削液を使用して切削工具を潤滑及び冷却する。切屑と呼ばれる、ワークから切削された金属は、機械の操作者にとって危険となり得る。また、切削工具が破損する恐れもあり、これも操作者にとって脅威である。操作者を保護するために、工作機械全体、又は少なくとも切削工具の周辺の領域が、収容部により囲まれる。収容部は、操作者が切削作業の進捗状況を目視できるように、窓を備えている。しかし、切削液が収容部の内側及び窓に飛び散り、操作者の視界を妨げる。切削液は、水とさまざまな添加物、又は油とさまざまな添加物を含んでいる可能性がある。

【0003】

電気モータにより回転する円形ディスクの形式で窓を設けることが知られている。窓に降り掛かった切削液は、ディスクの回転によって飛ばされ、よりクリアな視界を操作者に提供する。一例では、ディスクが固定されるモータを円形フレームが支える。ディスクの周囲はフレームに封止されて、切削液が漏れるのを防ぐ。そのような窓は小さく、重く、且つ複雑である。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0004】

本発明の一態様によると、工作機械窓と、工作機械窓から切削液の液滴を除去する装置とを備えるシステムであって、装置が、窓に取り付けられた１つ又は複数のトランスデューサ（変換器）であり、それぞれが窓で超音波を生成するように動作可能である１つ又は複数のトランスデューサと、１つ又は複数のトランスデューサに超音波駆動信号を提供する発生器とを備え、システムの動作中に、切削液の液滴が窓から超音波で除去されるシステムが提供される。

【0005】

システムの実施形態では、トランスデューサのそれぞれが、複数の異なる周波数及び波タイプのうちの任意の選択された１つで、窓で超音波を生成するように動作可能であり、発生器が、複数の異なる周波数のためにトランスデューサに超音波駆動信号を提供するように動作可能であり、システムが、複数の異なる周波数及び波タイプから選択された任意の周波数及び波タイプの超音波を生成するように発生器及びトランスデューサを構成するモードコントローラをさらに備える。

【0006】

システムは、窓に連続して適用される１つ、２つ、又はそれ以上の波タイプで動作するように構成され得る。

【0007】

本発明のシステムは、回転ディスクよりも大きい窓を使用することを可能にし、回転窓を使用する装置のような機械的に可動する部品を持たない。本発明のシステムは、窓が固定されるため（すなわち、窓が回転しないため）、工作機械の収容部に窓をより単純に封止させることができる。

【0008】

本発明の別の態様によると、工作機械窓の窓から切削液を除去する方法であって、窓に取り付けられた１つ又は複数の超音波トランスデューサを使用して窓で超音波を生成するステップを含む方法が提供される。

【0009】

方法の例では、システムの実施形態の装置を使用し、方法は、超音波の波タイプ及び対応する周波数を選択するステップと、発生器に、選択された周波数の駆動信号を生成させるステップと、１つ又は複数のトランスデューサのそれぞれを、選択された周波数で動作し選択された波タイプを作成するように構成するステップとを含む。

【0010】

いくつかの例の多様な特徴及び利点が、以下の説明を添付の図面を参照しながら読むことにより明らかとなる。これらの説明及び図面は、複数の特徴を、あくまでも例として示している。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】工作機械の収容部の一部の概略図である。

【図2A】トランスデューサの例の概略図である。

【図2B】図２Ａのトランスデューサの概略側面図である。

【図3A】窓の切削液の液滴に向けて超音波を放出するトランスデューサの概略図である。

【図3B】窓の切削液の液滴に向けて超音波を放出するトランスデューサの概略図である。

【図3C】窓の切削液の液滴に向けて超音波を放出するトランスデューサの概略図である。

【図4A】電極の構成の例を示す、トランスデューサの側面の概略図である。

【図4B】トランスデューサの電極の構成の別の例を示す、トランスデューサの側面の概略図である。

【図4C】モード変換のために窓の表面に沿って窓の水滴に向けて超音波を放出するトランスデューサを例として示す概略図である。

【図4D】液滴の微粒化を介して窓の表面から切削液の液滴を除去するために、窓の表面に沿って超音波を放出するトランスデューサを例として示す概略図である。

【図4E】積層窓に取り付けられたトランスデューサを例として示す概略図である。

【図5A】トランスデューサの電極の構成の他の例を示すトランスデューサの概略側面図である。

【図5B】トランスデューサの電極の構成の他の例を示すトランスデューサの概略側面図である。

【図5C】モード変換のために窓の切削液の液滴を通して超音波を放出するトランスデューサを例として示す概略図である。

【図5D】モード変換のために窓の切削液の液滴を通して超音波を放出して、窓の表面に沿って液滴を進ませるトランスデューサを例として示す概略図である。

【図6A】トランスデューサの電極の構成のさらなる例を示すトランスデューサの概略側面図である。

【図6B】トランスデューサの電極の構成のさらなる例を示すトランスデューサの概略側面図である。

【図6C】例に応じて、窓の水滴に向けて超音波を放出して、水滴が窓の表面との表面張力を克服し、窓の表面を離れるようにさせるトランスデューサを示す概略図である。

【図6D】窓の切削液の液滴に向けて超音波を放出して、液滴が窓の表面を離れるようにさせるトランスデューサを例として示す概略図である。

【図7】降下物を除去する方法の流れ図である。

【図8】分散グラフである。

【図9A】トランスデューサ並びにトランスデューサを制御及び操作する関連回路の例の概略図である。

【図9B】トランスデューサ並びにトランスデューサを制御及び操作する関連回路の例の概略図である。

【図10A】本発明の例を包含する工作機械の概略図である。

【図10B】図１０Ａの工作機械の窓の例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

図１は、工作機械の操作者を保護するために工作機械で使用する収容部の部品ＸＸを示す。収容部は、窓を備える。窓は、シート状の透明材料である。この透明材料は、以下の例ではガラスであり、この例ではシート状の強化ガラスである。窓は、操作者が工作機械によって実行される切削作業を検査することを可能にする。切削液を窓から除去することが必要である。本発明の例に基づく切削液の液滴の窓からの除去は、超音波を使用して、窓の表面の液滴を振動させること、推進させること、及び／又は微粒化することの１つ又は複数を含む。切削液の液滴を窓から除去する例示的な装置は、ガラス窓に固定された１つ又は複数の圧電トランスデューサと、窓に超音波を適用するようにトランスデューサを操作する回路とを備える。以下の説明では、トランスデューサ（複数可）のさまざまな動作モードについて説明する。１つ又は複数のモードが使用され得る。除去装置の使用のいくつかの例では、それらのモードの１つのみが使用される。

【0013】

図１の工作機械窓は強化ガラスからなるが、代替で、窓は、ガラスの最上位層と最下位層との間に挟まれた積層を含み得る。たとえば、積層は、焼鈍しガラスの２つの層の間で圧縮されたポリビニルブチラール（ＰＶＢ）積層であり得る。

【0014】

「超音波」又は「超音波で」という用語は、超音波周波数を有する波を示すために使用される。超音波周波数は、概ね１００キロヘルツ（ｋＨｚ）〜５０メガヘルツ（ＭＨｚ）の範囲内又はそれよりも高い周波数を有すると考えられる。超音波は、信号発生器に取り付けられたトランスデューサから放出される。発生器は、超音波周波数の電気信号をトランスデューサに提供するように構成された信号発生器であり得る。トランスデューサは、発生器からの超音波信号に基づいて超音波を生成するために駆動されるように配置される。

【0015】

本明細書で説明されるいくつかの例では、トランスデューサは、１００ｋＨｚ〜４ＭＨｚの周波数範囲内の周波数又はそれより高い周波数を放出することができるように構成される。窓の清掃は、１つ又は複数のトランスデューサを使用して実現される。

【0016】

本明細書で説明される１つ又は複数のトランスデューサのそれぞれは、複数の電極を備える。各トランスデューサの電極は、各電極が他の電極から独立して操作され得るように構成される。よって、トランスデューサは、実現可能な超音波周波数の範囲内の周波数で動作するように構成され得る。周波数の選択は、信号発生器でその周波数の電気信号を生成し、その信号をその固有周波数に概ね対応するように選択された間隔を有する１つ又は複数の電極の「組」に適用することにより、実現される。本説明を通じて頻繁に使用される「１つの」又は「単一の」周波数という用語は、トランスデューサから放出される中心周波数又は主周波数に関するものとして解釈されるべきである。なぜなら、中心周波数の周囲の帯域幅を有する周波数帯域が放出されるからである。

【0017】

超音波の波タイプは選択され得る。周波数と波タイプとの組み合わせは、動作モードと呼ばれる。異なる波タイプの例として、表面音響波、レイリー波、ラム波、及び板波がある。特定の周波数範囲は好ましい波タイプを有し得、その逆も然りである。たとえば、レイリー波は、約２．５ＭＨｚを超える高い周波数で生成され得る。ラム波は、約１〜２．５ＭＨｚの中間的な周波数で生成され得る。板波は、約１ＭＨｚ未満の低い周波数で生成され得る。

【0018】

本明細書で説明される１つ又は複数のトランスデューサは、１つ又は複数のトランスデューサから放出される超音波の周波数及び／又は波タイプを選択する機能を提供する。各トランスデューサの動作モードは、動的に選択され得る。動作モードは、トランスデューサの動作周波数と波タイプとの組み合わせに関する。したがって、各トランスデューサは「マルチモード」トランスデューサである。

【0019】

いくつかの例について、添付の図面を参照しながら以下に説明する。図面の組で特定の特徴について使用されている同じ参照番号は、同じ特徴を示す。

【0020】

トランスデューサの各電極は、各電極の独立した動作を実現するために、信号発生器に個別に接続され得る。接続及び送電される電極を個別に選択することで、トランスデューサの選択された周波数又は動作周波数を動的に制御することが可能となる。たとえば、電極は、個別又はグループで接続され得、一部の電極は、まったく接続されないことがあり得る。たとえば、トランスデューサの電極が１つおきに信号発生器に接続されて、１つおきの電極が操作され（アクティブ）、他の電極が操作されない（非アクティブ）ことがあり得る。よって、トランスデューサの所望の動作周波数は、トランスデューサの動作モードの選択に基づいて、すなわち、動作のために選択された電極の組と周波数発生器の動作周波数とに基づいて、実現され得る。窓は、選択された動作モードでトランスデューサから放出される超音波により、すなわち、その動作モードの所望の周波数若しくは複数の周波数及び／又は波タイプで、清掃される。

【0021】

図２Ａは、複数の電極２１０を有するトランスデューサ２００を示す。各電極は、後ほど図９Ａ及び図９Ｂを参照して説明するように、周波数発生器及びスイッチング回路への電気接続を提供する独自のコネクタを有する。遮蔽帯板２３０は、電極２１０を接地板２５０から電気的に分離する。トランスデューサの圧電層２４０は、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）材料、又は水晶結晶等の他の任意の適切な圧電材料であり得る。電極２１０は、圧電層に沿って延びる電極「指」の物理的外観を有し得る。圧電層の電極指と反対の側にある、さらなる電極は、接地２５０に電気的に接続される。

【0022】

図２Ｂは、図２Ａを参照して説明したトランスデューサの側面図を示す。さらなる電極２６０が、接地２５０に電気的に接続されたものとして示されている。トランスデューサが操作されると、信号発生器が要求された周波数の信号を、その周波数に対して選択された電極の組に適用し、電極が圧電層に取り付けられることで、トランスデューサが超音波を放出する。超音波は、電極指に対して垂直な方向、たとえば、矢印２７０により示される方向で放出される。

【0023】

トランスデューサは、トランスデューサを窓の表面に取り付けることにより、窓に取り付けられ得る。図１の工作機械窓の例では、トランスデューサ（複数可）は、収容部の内側で、すなわち、窓の切削液で濡れる側で、窓に取り付けられる。窓の表面へのトランスデューサの取り付けは、トランスデューサを窓の表面に化学結合させるか、又は物理的に固定することにより、実現され得る。エポキシ樹脂等の適切な結合剤が市販されている可能性がある。結合剤を使用すると、トランスデューサと窓の表面との間に結合層が形成される。この結合層は、たとえば真空下で用意されることで、薄く、厚さが均一で、気泡を含まないようになり得る。トランスデューサは、その電極が窓の表面を向く状態で窓に取り付けられ得るか、又は、その電極が窓の表面から離れる方向を向くように取り付けられ得る。電極が窓を向くようにすると、窓に適用される波エネルギーは増加するが、電極への電気的な接続を設けることが難しくなる。

【0024】

トランスデューサの動作モードの例について以下に説明する。本明細書で説明される例では、トランスデューサは、２００ｋＨｚ〜４ＭＨｚの範囲又はそれ以上の周波数より選択される任意の１つの周波数で動作するように構成され得る。周波数は、信号発生器により作成される電気信号の選択された周波数と、トランスデューサの電極の特定の組の選択とに基づいて、選択することができる。たとえば、いくつかの例では、約２２０ｋＨｚ、約５７０ｋＨｚ、約１．３９ＭＨｚ、約２ＭＨｚ、又は約３．１ＭＨｚのいずれか１つの周波数より選択される周波数に対して、電極の組が構成され得る。これらの値の前後の周波数、たとえば、２２０ｋＨｚ＋／−５０ｋＨｚ、５７０ｋＨｚ＋／−５０ｋＨｚ、１．３９ＭＨｚ＋／−１００ｋＨｚ、２ＭＨｚ＋／−１００ｋＨｚ、又は３．１ＭＨｚ＋／−１００ｋＨｚが使用され得る。

【0025】

これらの例示的周波数のそれぞれの選択について、後ほど図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａ、図５Ｂ、図６Ａ、及び図６Ｂを参照しながら説明する。本明細書で説明される、電極の異なる組の使用に基づいて選択され得る周波数は、いかなる意味でも限定的と考えられるべきではないことに留意する必要がある。なぜなら、任意の周波数を選択可能にすることが想定されるからである。周波数の範囲内の任意の１つの周波数を選択することは、所定の周波数選択に対して製作及び構成されたトランスデューサに基づいて、可能とされるべきである。これにより、電極の異なる組の動作により、本明細書に記載された方法に基づいて動作周波数を選択することが可能となる。ただし、本発明は、本明細書に記載された選択可能な周波数のみに限定されるわけではない。

【0026】

図３Ａ〜図３Ｃは、動作時に１つ又は複数のトランスデューサから超音波で放出され得る、異なる波タイプの例を示している。

【0027】

図３Ａの例では、トランスデューサ３００は、エポキシ樹脂等の結合層３２０により、窓３１０の表面に結合されている。切削液の液滴３３０は、窓の表面に存在し得る。トランスデューサは、窓の表面のみを通って伝搬する超音波を放出するように駆動され得る。この例の超音波は、レイリー波３４０等の表面音響波である。トランスデューサから放出されるレイリー波は、約２．５ＭＨｚを超える高い周波数で生成され得る。レイリー波は、窓の表面に沿って、切削液の液滴に向かって伝搬する。この超音波は窓の表面に結合されているため、切削液の液滴（複数可）に到達したときに、超音波が切削液の液滴を「発見」し、超音波から切削液の液滴にエネルギーが伝達されて窓の表面から切削液の液滴を除去する。周波数の高い超音波は、周波数の低い超音波よりも、多くのエネルギーを持つ。超音波の高いエネルギーを、高い周波数により、切削液の液滴（複数可）に効率的に伝達することで、窓の表面の切削液の液滴（複数可）の微粒化が実現される。この例では、切削液の液滴は、微粒化又は推進の過程により除去され得る。切削液の液滴は、微粒化されて窓の表面から部分的又は完全に取り除かれ得る。部分的に微粒化された場合、切削液の残りの液滴は、推進又は振動のさらなる過程により除去され得る。たとえば、切削液の液滴を窓の表面に沿って進ませて、窓を通じたクリアな視界を邪魔する位置から切削液の液滴を移動させることができる。図３Ａ及び図３Ｂの上記説明は、説明を簡単にするために、レイリー波とラム波とが異なる周波数で存在すると想定している。ただし、これらの波は共存する。高い周波数ではレイリー波が優勢であり、低い周波数ではラム波が優勢である。周波数が低周波数から増えるにつれ、波タイプはラム波からレイリー波に漸進的に変化する。

【0028】

図３Ｂの例では、トランスデューサから放出される超音波は、ラム波である。ラム波は、窓の表面に沿って伝搬する。この例でトランスデューサから放出されるラム波は、約１〜２．５ＭＨｚの周波数を有し得る。トランスデューサが取り付けられた窓の表面に沿って伝搬するラム波３５０は、窓の反対側の表面に沿って伝搬するラム波３６０よりも大きい振幅を有し得る。窓の両表面で伝搬するラム波３５０、３６０は、同相であるか、又は位相が異なる可能性がある。たとえば、これらのラム波は、対称波又は非対称波であり得る。トランスデューサの表面でラム波３５０に伝えられるエネルギーは、窓の反対側の表面でラム波３６０に伝えられるエネルギーよりも多い。よって、トランスデューサから放出された超音波エネルギーのほとんどは、切削液の液滴が存在し得る窓の表面を通じて伝搬し得る。この例では、切削液の液滴は、窓の表面に沿って切削液の液滴を進ませることにより取り除かれ得る。ラム波３５０から切削液の液滴に十分なエネルギーが伝達された場合、液滴の微粒化を介して切削液の液滴を除去することが可能であり得る。

【0029】

図３Ｃの例では、トランスデューサから放出される超音波は板波である。この例でトランスデューサから放出される板波の周波数は、約１ＭＨｚ未満の比較的低い周波数を有し得る。板波３７０は、主に窓の本体を通って移動する。低い周波数を有する板波は、高い周波数を有する超音波よりもエネルギーが少なく、よって窓の表面の切削液の液滴を振動させるだけであり得る。窓の表面の切削液の液滴の振動により、切削液の個別の液滴が合併して組み合わされ、比較的大きい液滴を形成し得る。

【0030】

図１の工作機械窓は、垂直に、又は垂直からわずかな角度で傾斜して、取り付けられる。よって、本発明の例では、液滴の推進及び振動は、重力に支援されて下方に作用するように構成される。推進のみ、若しくは振動のみ、又は推進と振動との組み合わせは、微粒化なしで窓から液滴を除去するのに十分であり得る。

【0031】

図３Ａ〜図３Ｃの例は、窓の表面に取り付けられた１つのトランスデューサのみを示しているが、任意の数のトランスデューサが窓の表面に取り付けられ得る。１つ又は複数のトランスデューサが、窓の縁の近傍又は窓の周辺領域に結合され得る。

【0032】

カットオフ周波数が存在し、周波数がそれ以上高くなると超音波のエネルギーが高くなるために微粒化を実現できることを理解する必要がある。カットオフ周波数よりも下では、超音波は微粒化のための十分なエネルギーを持っていない可能性があるが、切削液の液滴（複数可）を窓の表面に沿って進ませるための十分なエネルギーは持っている可能性がある。さらに、それ以下では切削液の液滴（複数可）の推進が実現できないが、切削液の液滴（複数可）の振動は可能であるという、別のカットオフ周波数も存在する。微粒化、推進、又は振動のカットオフ周波数は、切削液の液滴（複数可）のサイズ及び／又は構成に依存し得る。例として、窓の表面の切削液の液滴について考える。液滴が小さいほど、（表面積対体積の比率が小さくなる大きい液滴に比べて）表面積対体積の比率が大きくなり、よって液滴が小さくなるほど、表面張力は大きくなる。したがって、小さい液滴ほど、表面張力を克服して推進又は微粒化を発生させ得るために、（高い超音波周波数による）多くのエネルギーを必要とする。すなわち、小さい液滴を微粒化及び取り除くには、微粒化を発生させるためのエネルギーが少なくて済む大きい液滴に比べて、高い超音波周波数が必要となり得る。

【0033】

窓の表面は、たとえば液体付着物と窓の表面との間の表面張力を変更させるオプションの被覆を適用することにより、処理され得る。工作機械窓は、切削液をはじく傾向がある被覆により被覆されているのが好ましい。たとえば、被覆は表面張力を軽減する。水をベースとする切削液の場合、疎水性の被覆が使用され得る。被覆は、摩耗への耐性を有することが好ましい。そのような、切削液をはじく傾向があり、且つ摩耗への耐性を有する被覆は、既知である。

【0034】

説明したように、各トランスデューサの電極は、各電極が他の電極から独立して操作され得るように構成される。周波数及び／又は波タイプの選択は、電極の異なる「組」の動作により実現される。たとえば、電極の異なる組み合わせが選択的に操作され得、一部の電極が、オプションで動作し得ない。電極が動作用に選択された場合、選択された電極と接地との間に、周波数発生器からの信号が適用される。残りの電極は、電気的に浮遊し得る。例として、電極の半分のみが操作される場合、「組」は、利用可能な全電極のうちの動作している半分のみを含む。後述するように、浮遊する電極は、１８０度位相シフトした信号を周波数発生器から受信し得る。

【0035】

図４Ａ及び図４Ｂは、窓の表面の切削液の液滴の微粒化を実現するための、トランスデューサの電極の組の例示的な動作モード又は構成を示す。これらの例では、構成により、トランスデューサが表面音響波又はレイリー波を放出する。これらの電極構成でトランスデューサから放出される超音波は、約２．５ＭＨｚを超える周波数を有し得る。

【0036】

図４Ａの例では、トランスデューサ４００は、複数の電極４０５、４１０を備える。これらの電極は、ＰＴＺ材料等の圧電層４１５に隣接する。圧電層の電極４０５、４１０の反対側は、接地４２５に電気的に接続される、さらなる電極４２０である。動作中に、一部の電極４０５は信号発生器に接続され、他の電極４１０は信号発生器に接続されない可能性がある。接続されている電極４１０の組は、２．５ＭＨｚを超える周波数を有する超音波を生成するように操作され得る。

【0037】

トランスデューサ内の特定の物理パラメータは、所定の属性を有するように選択的に製造又は製作され得る。たとえば、電極は、トランスデューサが所定又は選択された周波数で動作するように設計され得る。たとえば、各電極の幅と、連続する電極間の間隙又は空間は、特定の周波数が依存し得る設計パラメータである。トランスデューサの電極は、電極の異なる組の動作により、トランスデューサが所定の周波数で超音波を放出するように設計され得る。たとえば、図４Ａに示されているトランスデューサは、２８個の独立した電極を備えている。図４Ａに示されている２８個の電極４０５、４１０のそれぞれは、０．４ミリメートル（ｍｍ）の幅と、電極間の０．１ｍｍの電極間隙又は間隔とを有し得る。約３．１ＭＨｚの周波数を有する波を生成するために、２８個の電極４１０のうち、１つおきの１４個の電極の組が信号発生器に接続されて約３．１ＭＨｚの周波数を有する信号を受信する。

【0038】

図４Ｂは、（図４Ａと同様に記載された）トランスデューサ４００を示す。このトランスデューサ４００では、電極４１０が第１の周波数及び位相の信号を受信し、介在する電極４０５が、同周波数だが電極４１０と比べて１８０度位相シフトした信号を受信する。この構成により、隣接する電極４１０、４０５の間に電界４３０を設定することができる。これにより、追加の電界でトランスデューサの圧電層をよりアクティブにし、トランスデューサの変位を高める、すなわち、振幅がより大きい超音波を放出させることができる。この構成により、トランスデューサの動作効率が向上し得、及び／又は窓の表面の切削液の液滴に伝達されるエネルギーが向上し得る。

【0039】

図４Ｃ〜図４Ｅの例は、図３Ａを参照しながら説明した例に対応する。トランスデューサ４００は、結合層４３５により、窓４４０の表面に結合される。トランスデューサは、図４Ａ及び図４Ｂに記載されたトランスデューサであり得、２．５ＭＨｚを超える周波数を有する超音波を放出し得る。図４Ｃ〜図４Ｅに示された例で動作時にトランスデューサから放出される超音波は、表面音響波又はレイリー波である。トランスデューサから放出された超音波４４５は、窓の表面に結び付き、窓の表面に沿って伝搬する。窓の表面に存在する切削液の液滴４５０に、窓の表面を伝搬する超音波が遭遇し得る。液滴に当たると、超音波のエネルギーが液滴に伝達される。このエネルギー伝達は、モード変換に基づき得る。モード変換は、低い周波数よりも高い周波数のほうが強力であり得る。モード変換は、超音波等の機械的な波が、窓の表面の切削液の液滴等の物質に結び付き、縦波４５５が物質に伝えられる、エネルギー伝達過程である。そのため、切削液の液滴に入射する超音波の振幅は、エネルギーが伝達されるにつれ減少する。物質に伝えられた縦波は、物質の内面に圧力４６０を加えて、物質をその物質が存在する窓の表面に沿って進ませるか、又は物質を微粒化させる効果を有する。

【0040】

図４Ｄは、窓の表面の切削液の液滴が完全に微粒化４６５された例を示している。したがって、窓は清掃される。窓は、切削液の液滴の微粒化によって清掃される。

【0041】

工作機械窓は積層化されている可能性があるが、それは本発明にとって必須ではない。図４Ｅは、トランスデューサが積層窓に取り付けられた例を示している。トランスデューサは、窓の周辺領域又は縁で窓に取り付けられ得る。トランスデューサは、窓を囲むゴム製シールの下で、視界から隠され得る。積層窓は、ガラスの最上位層４４０と最下位層４７５との間に挟まれた積層４７０を備え得る。窓の表面に取り付けられた１つ又は複数のトランスデューサの動作時に、ガラスの最上位層４４０の表面４８０のみを通って伝搬する超音波を放出するように構成され得る。この例では、超音波は実質的にガラスの最上位層のみを通って伝搬するため、積層を通って伝搬しない。これは、超音波の大幅な吸収を生じさせ得る積層に対して超音波のエネルギーが「失われる」ことがなくなるため、有益である。表面音響波のみを放出するようにトランスデューサを構成すると、積層での減衰が防止されるために窓の清掃効率が向上するという利点がある。

【0042】

上述した図４Ｃ〜図４Ｅは、約２．５ＭＨｚよりも高い周波数を放出することができるトランスデューサに関連して説明されている。放出される高い周波数は、窓の表面の切削液の液滴の微粒化を介して窓を清掃するレイリー波などの表面音響波を生成し得る。以下では、異なる電極構成のための、トランスデューサの他の例示的な動作モードについて説明する。

【0043】

図５Ａ及び図５Ｂは、窓の表面の切削液の液滴の推進を実現するためのトランスデューサの電極の組の例示的な動作モード又は構成を示す。これらの例では、電極構成により、トランスデューサが約１〜２．５ＭＨｚの範囲の周波数を有し得る波を放出する。トランスデューサから放出される超音波は、ラム波であり得る。

【0044】

図５Ａ及び図５Ｂは、トランスデューサ５００の異なる例示的動作モードを示す。図５Ａ及び図５Ｂはそれぞれ、異なる電極構成に関する。トランスデューサ５００は、複数の電極５０５、５１０を備える。電極は、圧電層５１５上にある。圧電層の電極５０５、５１０と反対の側は、接地電極である。動作中に、一部の電極５０５は、信号発生器に接続され得ず、他の電極５１０は、信号発生器に接続されて、選択された周波数の信号を受信する。接続された電極５１０の組は、約１〜２．５ＭＨｚの範囲の周波数の信号を受信し、同周波数の超音波を生成するように操作される。図５Ａ及び図５Ｂの電極５１０の組の電極は、この範囲の固有周波数を有するように離間されている。

【0045】

図５Ａ及び図５Ｂの例に示されたトランスデューサは、２８個の独立した電極を備える。２８個の電極５０５、５１０のそれぞれは、０．４ミリメートル（ｍｍ）の幅と、電極間の０．１ｍｍの電極間隙又は間隔とを有し得る。図５Ａの例では、信号発生器に接続された電極５１０の組は、１０個の電極を備え、接続された各電極の間で残りの電極の対が未接続のままとなる。この電極構成又は動作モードは、約２ＭＨｚの周波数を有する超音波を生成するために使用され得る。図５Ｂの例に示されたトランスデューサも、２８個の独立した電極を同様に備える。図示された電極は、全体として、圧電層に沿った連続する対で信号発生器に接続されている（圧電層の各端部にある電極を除く）。この電極構成又は動作モードは、約１．３９ＭＨｚの周波数を有する超音波を生成するために使用され得る。図５Ａ及び図５Ｂで浮遊している電極は、選択された周波数ではあるが電極５１０に比べて１８０°位相シフトした信号を代替で受信し得る。

【0046】

図５Ｃ及び図５Ｄの例は、図３Ｂを参照しながら説明した例に対応する。トランスデューサ５００は、結合層５３０により、窓５３５の表面に結合される。トランスデューサは、図５Ａ及び図５Ｂに記載されたトランスデューサであり得、約１〜２．５ＭＨｚの範囲の周波数を有する超音波を放出し得る。図５Ｃ及び図５Ｄに示された例で動作中にトランスデューサから放出される超音波は、主としてラム波である。トランスデューサから放出された超音波５４０、５４５は、窓の表面に沿って伝搬する。超音波は、窓の表面に取り付けられる。窓の表面に存在する切削液の液滴５５０に、トランスデューサが取り付けられた窓の表面に沿って伝搬する超音波が遭遇し得る。図５Ｃは、切削液の液滴を通って伝搬する超音波を示している。切削液の液滴内で、超音波のエネルギーが、たとえばモード変換により、切削液の液滴に伝達される。縦波５５５が、切削液の液滴に伝えられる。物質に伝えられた縦波は、圧力５６０を物質の内面に与える効果を有する。

【0047】

図５Ｄは、切削液の液滴に入射した超音波の効果を示す。切削液の液滴に入射した超音波は、窓の表面に沿って物質を進ませる。推進方向５６５は、超音波が伝搬する方向と同じであり得る。切削液の液滴が窓の表面に沿って進められると、切削液の液滴の形状が変化し得る。たとえば、切削液の液滴は、窓の表面に対して異なる接触角を有し得る後端５７０及び前縁５７５を有し得る。たとえば、後端５７０は、前縁５７５に比べて、窓の表面に対する接触角が大きくなり得る。切削液の液滴を窓の表面に沿って進ませる機能により、窓を清掃する５８０ことができる。

【0048】

切削液の液滴が表面に沿って進むと、窓の表面に対する後端の接触角の変化により、切削液の液滴に対する超音波のカップリング効果が変化し得る。したがって、推進が始まったら、切削液の液滴の推進を維持するために、トランスデューサの動作モードを変更して放出される超音波の周波数を修正することが必要になり得る。

【0049】

以下では、異なる電極構成についてのトランスデューサの他の例示的な動作モードについて説明する。

【0050】

図６Ａ及び図６Ｂは、窓の表面の切削液の液滴を振動させるための、トランスデューサの電極の組の例示的な動作モード又は構成を示している。これらの例では、電極構成により、トランスデューサが約１ＭＨｚ未満又は２００ｋＨｚ〜１ＭＨｚの周波数を有する超音波を放出し得る。これらの電極構成でトランスデューサから放出される超音波は、主として板波又は振動波であり得る。

【0051】

図６Ａ及び図６Ｂは、トランスデューサ６００の異なる動作モードを示している。図６Ａ及び図６Ｂはそれぞれ、異なる電極構成に関する。トランスデューサ６００は、複数の電極６０５、６１０を備える。電極は、圧電層６１５に隣接して位置する。圧電層の電極６０５、６１０と反対の側は、接地６２５に電気的に接続された接地電極６２０である。動作中に、一部の電極６０５は信号発生器に接続され得ず、他の電極６１０は、信号発生器に接続され得る。電極６１０の組は、２００ｋＨｚ〜約１ＭＨｚの範囲の周波数の信号を受信し、同周波数の超音波を生成するように接続される。図５Ａ及び図５Ｂの電極５１０の組の電極は、この範囲の固有周波数を提供するように離間されている。

【0052】

図６Ａ及び図６Ｂの例に示されたトランスデューサは、２８個の独立した電極を備える。２８個の電極６０５、６１０のそれぞれは、０．４ミリメートル（ｍｍ）の幅と、電極間の０．１ｍｍの電極間隙又は間隔とを有し得る。図６Ａの例では、信号発生器に接続された電極６１０の組は、１８個の電極を備え、これらは、６３０、６３５、６４０、６４５、６５０、６５５、６６０でそれぞれ示されているように、「接続４個／ミス４個／接続５個／ミス２個／接続５個／ミス４個／接続４個」の電極の電極群で接続される。この電極構成又は動作モードは、約５７０ｋＨｚの周波数を有する超音波を生成するために使用され得る。同様に、図５Ｂの例に示されたトランスデューサは、２８個の独立した電極を備え、信号発生器に接続された電極６１０の組が、１８個の電極を備える。図示された電極は、６６５、６７０、６７５でそれぞれ示されているように、圧電層に沿って「接続８個／ミス１２個／接続８個」の電極の電極群で接続される。この電極構成又は動作モードは、約２２０ｋＨｚの周波数を有する超音波を生成するために使用され得る。

【0053】

図６Ｃ及び図６Ｄの例は、図３Ｃを参照しながら説明した例に対応する。トランスデューサ６００は、結合層により、窓の表面に結合される。トランスデューサは、図６Ａ及び図６Ｂに記載されたトランスデューサであり得、約１ＭＨｚ未満の範囲の周波数を有する超音波を放出するように駆動され得る。図６Ｃ及び図６Ｄに示された例で動作時にトランスデューサから放出される超音波は、板波である。トランスデューサから放出された超音波６８０は、窓の本体を通って伝搬する。これは、窓の共振条件に関連する可能性がある。これにより、窓が振動する。

【0054】

図６Ｃの例では、切削液の液滴６８５が窓の表面に存在するものとして示されている。窓の振動により、切削液の液滴と窓の表面との間の表面張力を克服することが可能となる。よって、振動している窓の表面の切削液の液滴は、符号６９０に示すように、窓の表面から「撥ね飛ばされる」か、又は「はじかれる」。したがって、切削液の液滴（複数可）は窓の表面を離れ、超音波が窓を清掃する。さらに、窓の表面の上の気流６９５が、窓の清掃を補助し得る。これは、切削液の液滴（複数可）を窓の表面からさらに遠くへ移動させ、それによって切削液の液滴（複数可）が振動する表面に戻る可能性を減らすことにより実現され得る。

【0055】

図４〜図６で説明した例示的な動作モードは、信号発生器に電気的に接続されている電極の異なる構成に基づいて、及び発生器により作成される信号の異なる周波数に基づいて、トランスデューサ（複数可）から放出される超音波の周波数及び波タイプを制御するために使用され得る。トランスデューサの１つ又は複数の動作モードを使用して窓を清掃する例示的な方法を次に説明する。

【0056】

図７は、トランスデューサの１つ又は複数の選択された動作モードを使用して窓を清掃する方法７５０を概説する例示的な流れ図である。ブロック７１０で、動作モード又は動作モードのシーケンスが選択される。窓を清掃するために、１つの動作モードを選択するか、又は複数の動作モードのシーケンスを選択することが可能である。トランスデューサの動作モードはトランスデューサの信号発生器にアクティブに接続されている電極の構成に基づくため、システムの例では、単一のトランスデューサについて、一度に１つの動作モードのみが操作され得る。したがって、窓の清掃（７８０）のために複数の動作モードが必要な場合、動作モードを逐次的に選択しなければならない。

【0057】

たとえば、２つの動作モードを使用して窓の表面から切削液の液滴を除去する場合、選択される第１の動作モードは、トランスデューサが約３．１ＭＨｚの周波数を有する超音波を放出するように構成されるものであり得、選択される第２の動作モードは、約２ＭＨｚの周波数を有する超音波を放出するようにトランスデューサを構成するものであり得る。この例で、トランスデューサの２つの動作モードは、最初に約３．１ＭＨｚで超音波を放出し、次に約２ＭＨｚで超音波を放出するようにトランスデューサを構成するために、切り替えられ得る。他の例示的な周波数を使用して、低い周波数で液滴の振動を開始し、その後高い周波数で液滴を推進又は微粒化させることもできる。

【0058】

図７に記載された窓の清掃方法では、トランスデューサから放出される超音波の周波数及び波タイプ（すなわち、モード）を動的に制御又は選択することができる。トランスデューサの動作周波数の動的な選択により、異なる周波数の超音波を制御された態様でトランスデューサから放出して、窓の表面全体に、又はオプションで窓の本体を通って、伝搬させることができる。本明細書で上述した電極構成の多数の異なる組み合わせに基づいて、単一のトランスデューサで複数の動作モードを利用することができる。

【0059】

動作モードは、各動作モードの選択の間に設定時間遅延を置いて、逐次的に選択され得る。たとえば、連続する動作モード間の時間遅延は、５マイクロ秒であり得る。すなわち、トランスデューサ（複数可）から放出される超音波の周波数と、電極の組とは、５マイクロ秒ごとに変更され得る。５マイクロ秒の時間遅延は一例に過ぎない。たとえば、１〜１０マイクロ秒の範囲など、数マイクロ秒単位の他の時間遅延も使用され得る。遅延は、液滴に対する１つのモードの結果が、次のモードが液滴に適用されたときに依然として有効であるようにするために、選択され得る。

【0060】

検出７６０と、動作モード（複数可）の選択７１６とは、手動又は自動であり得る。たとえば、工作機械の操作者は、窓の表面の切削液の液滴の視覚的な観察に基づいて、トランスデューサの動作モードを手動で選択することができる。代替で、液滴の存在を自動的に検出するように、検出システムを構成することができる。検出が自動的に行われる場合、送信機として機能する第１のトランスデューサと、受信機として機能する第２のトランスデューサの、少なくとも２つのトランスデューサが必要である。信号発生器と、液滴の除去に使用される１つ若しくは複数のトランスデューサとが、送信機として使用され得、又は、追加の独立したトランスデューサが、除去信号発生器若しくは追加の信号発生器とともに使用され得る。液滴の検出は、受信機で検出される、送信機が放出した超音波に基づき得る。この超音波は、窓の表面に液滴が存在しない状態に対応する、「既定の」振幅又は信号強度を有する。第２のトランスデューサで受信された信号の強度が、既定の信号強度から変化している場合、窓の表面に液滴が存在することを示している可能性がある。液滴が窓の表面に存在する場合、伝搬する超音波から液滴にエネルギーが伝達され得る。そのため、超音波は減衰する可能性があり、超音波が第２のトランスデューサである受信機に到達したときに、信号強度が既定の値よりも下がる。これにより、窓の表面に液滴が存在することが検出される。減衰のレベルは、窓の表面の切削液の液滴の量、又は液滴のタイプを示し得る。検出された液滴の量は、上述したように窓を清掃するための動作モードを自動的に選択するために使用され得る。

【0061】

図８は、分散８１０を、ガラス基板（すなわち、窓）での超音波の位相速度８２０の関数としてモデル化したグラフ８００である。この情報は、各波タイプが窓の表面に存在する切削液の液滴に与える影響を判断するのに有益である。縦軸は、位相速度を毎秒メートル（ｍ／ｓ）の単位で表し、横軸は、厚さ３ｍｍのガラス基板の分散（Ｈｚ×１０^６）すなわち周波数と等価である、厚さ３ｍｍのガラスでの周波数をＭＨｚ単位で表す。

【0062】

図８の例では、モデル化された超音波はラム波だが、このグラフは、板波やレイリー波などの他の波タイムにも概ね当てはまり得る。モデル化されたガラス基板は、厚さ３ｍｍである。これは、概ね車両の窓、又は積層前面窓のガラスの最上位層の厚さである。バルクガラスを通って伝搬する超音波の位相速度は、反対称ラム波については５６５４ｍ／ｓ、対称ラム波については３３９１ｍ／ｓである。窓などの薄いシート状ガラス又はガラス基板の場合、波はバルクガラスの場合と異なる動作をする可能性があり、表面結合又は板波動作を示す可能性がある。グラフは、ガラス基板を通って伝搬する際に超音波の位相速度又は速さが周波数とともにどのように変化するのかを表している。

【0063】

図８は、放出される超音波が、一次波（第１モード）８３０、８３５、二次波（第２モード）８４０、８４５、三次波（第３モード）８５０、８５５、又はそれ以上の高次波であり得ることを示している。図８に示されているように、超音波は、ラム波であり、反対称波又は対称波、すなわち、異なる位相又は同相であり得る。反対称波の位相速度は、８３０、８４０、及び８５０により示されている。対称波の位相速度は、８３５、８４５、及び８５５により示されている。本明細書に記載されたトランスデューサ（複数可）の異なる構成について放出される超音波の周波数が、反対称波の一次モード（８３０）についての位相速度対分散の関係で、８６０Ａ、８６５Ａ、８７０、及び８７５により示されている。５７０ｋＨｚの「板」波の位相速度は、８６０Ａにより示されている。約１．５ＭＨｚのラム波の位相速度は、８６５Ａにより示されている。それよりも高い周波数の「レイリー」波の位相速度は、８７０及び８７５により示されている。分散の値が小さい場合、すなわち、板波の場合では、トランスデューサの変位は大きくなる。なぜなら、小さい分散値のために放出される超音波は、長い波長を有するからである。放出された超音波のグラフの点線８８０、８８５、８９０、８９５を横切る部分の波長（ｌ）は、それぞれｌ＝１０ｍｍ、ｌ＝４．９ｍｍ、ｌ＝２．１６ｍｍ、ｌ＝１．５５ｍｍである。

【0064】

たとえば、第１モード反対称波８６０Ａについての５７０ｋＨｚの「板」波は、波長が１０ｍｍであり、二次反対称波８６０Ｂ（周波数がわずかに高くシフト）も波長が１０ｍｍである。見てわかるように、一次波８６０Ａの約２０００ｍ／ｓという位相速度は、二次波の約８０００ｍ／ｓという位相速度よりも遅い。

【0065】

例として、波長がそれぞれ２．１６ｍｍ及び１．５５ｍｍと短い高周波数の超音波８７０、８７５は、典型的な水滴の直径（数ｍｍ）に近い波長を有する。よって、これらの波は、強いモード変換に起因して水滴を微粒化するのにより適している。これに対し、波長が１０ｍｍと長い低周波数の超音波８６０Ａは、きわめて弱いモード変換（存在する場合）を有し、水滴を微粒化するのには適していないが、水滴を単純に振動させるには適している可能性がある。もちろん、微粒化と振動との間に位置する、周波数の「中間的な」組も存在する。これらの周波数は、低周波数のきわめて弱いモード変換と、高周波数の強力なモード変換との間の、一定のレベルのモード変換を生み出す。このグラフは、窓から水滴又は切削液を除去するのに最も適した周波数を特定するのに役立つ。

【0066】

マルチモードトランスデューサ（複数可）と関連する回路の例示的な実装を、図９Ａ及び図９Ｂを参照しながら本明細書で説明する。

【0067】

図９Ａを参照すると、複数のうちの１つであり得るトランスデューサが、たとえば図２に示されているように、圧電基板上の複数の電極２１０を備えている。各電極２１０は、コネクタ９６０によって、スイッチ回路９４０の複数のバイナリスイッチ９４１の対応する１つに接続されている。すべてのスイッチは、周波数発生器９２５の出力９２６に接続されている。モードコントローラ９３０は、周波数発生器と、スイッチ回路とを制御する。モードコントローラは、スイッチ９４１に適用される出力信号の周波数を制御する。また、モードコントローラは、導電性のあるスイッチと、導電性のないスイッチとを選択し、それによって出力信号を受信する電極２１０の組を選択する。モードコントローラは、たとえば、スイッチの制御入力９４２にバイナリ信号を適用することにより、スイッチを制御する。周波数と、出力信号を受信するように選択された電極の組との組み合わせにより、交換機の選択された動作モードが上述したように画定される。

【0068】

図９Ｂは、図９Ａで浮遊している電極２１１が、周波数発生器の１８０度位相シフトされた出力信号９２６を受信する点で、図９Ａと異なる。この目的のために、周波数発生器は、さらなる出力９２６＋１８０と、追加のスイッチ回路９４０−とを有する。追加のスイッチ回路９４０−は、モードコントローラ９３０の制御の下で、他の電極２１１を選択する。モードコントローラ９３０は、追加のスイッチ回路９４０−を制御するための追加の制御ポート９４３を有する。よって、図９Ｂのシステムは、トランスデューサの任意の電極を選択して、信号９２６又は１８０度シフトした信号９２６を受信することができる。

【0069】

周波数発生器は、パルス発生器をさらに含み得る。パルス発生器は、所望のマーク対スペース比で出力信号９２６をオン及びオフでパルス化して、トランスデューサの加熱を軽減する。出力信号９２６のパルス化は、コントローラ９３０により制御され得る。パルス化は、センサＴにより測定されるトランスデューサの温度に依存して制御され得る。

【0070】

モードの選択は、図７を参照しながら上述したように、工作機械の操作者等の操作者により手動で行われ得る。

【0071】

モードの選択は、図７を参照しながら上述したように、窓にある切削液の量を検出する検出器９７０を使用して自動で行われ得る。

【0072】

図１０Ａ及び図１０Ｂは、工作機械に設置された本発明の清掃装置を概略的に示している。

【0073】

図１０Ａの例は、工作機械窓１０３０を備える保護収容部Ｈを有する工作機械１０００を示している。図１０Ｂは、収容部の内側で窓の周辺領域に取り付けられた複数のトランスデューサ１０１０を示している。トランスデューサは、窓の表面に取り付けられ窓の表面全体に伝搬する超音波１０２０を放出するように駆動される。この例での伝搬方向は、トランスデューサの電極に対して垂直な方向である。窓の表面の液滴１０４０は、本明細書に記載された方法、たとえば、振動、推進、及び／又は微粒化により、除去され得る。トランスデューサは、超音波が窓の表面全体に伝搬し得るように、窓の縁に沿って線形の態様で配置され得る。トランスデューサの取り付け位置により、窓の表面の任意の領域から液滴を除去することができる。トランスデューサは、工作機械の操作者にとって、窓を通した視界を遮らないように、窓に取り付けられる。図示された例では、トランスデューサは、窓の最上部に取り付けられる。トランスデューサは、窓の周辺の別の位置にも配置され得る。

【0074】

図１０Ｂは、送信機として機能する、窓に取り付けられた複数のトランスデューサ１０１０の１つ又は複数と、受信機として機能する、１つ又は複数のさらなるトランスデューサ１０７０とを例として示す。窓に沿って伝搬する超音波１０２０が、トランスデューサ（複数可）１０７０により送信及び受信される。これにより、切削液の存在が検出され得る。よって、本明細書で上述したように、液滴が窓から自動的に除去される。本明細書で上述した例は、窓の表面から切削液の液滴（複数可）を除去する堅牢な方法を提供する。複数の電極を有するトランスデューサと、電極及び動作周波数の異なる組み合わせの選択とを組み合わせることで、幅広い動作モードを選択することが可能となる。モードは、自動的に選択され得る。本明細書に記載された例では、単一のトランスデューサが、５つの異なる周波数で超音波を個別に放出するように、動的に構成され得る。ただし、ほかにも多くの周波数が追加又は代替で選択され得ることが理解される。

【0075】

動作モードの選択により、トランスデューサから放出される超音波エネルギーのほとんどが、切削液の液滴が存在している可能性がある窓の表面を通って伝搬するモードを選択することが可能となる。これにより、窓の表面を清掃するために液滴を効率的に取り除くことが可能となる。

【0076】

本発明の上述した例は、回転ディスクよりもはるかに大きい窓の使用を可能にする。これらの例は、回転ディスクと異なり、機械的に可動する部品を持たない。

【0077】

本発明の上述した例は、窓が固定されるため（すなわち、窓が回転しないため）、工作機械の収容部に窓をより単純に封止させることができる。

【0078】

窓は、任意の適切な形状にすることができる。

【0079】

装置は、振動又は推進など、単一の動作モードでのみ動作するように設定され得る。代替で、装置は、連続して使用される振動及び推進等の２つの動作モードで動作するように設定され得る。

【0080】

以上の説明は、説明される原則の例を明示及び説明するために提示された。この説明は、開示された任意の形式そのものに対して網羅的であること、又はそのような形式にこれらの原則を限定することを意図されたものではない。上記の教示に鑑み、多数の変更及び変形が可能である。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図4D】

【図4E】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図5D】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図6D】

【図7】

【図8】

【図9A】

【図9B】

【図10A】

【図10B】