JP2000141162A - クーラントとその検出器および流動検出方法、制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 クーラントに外部から検知できる物質を混入
して、その物質を検知することによりクーラント（ミス
ト）の供給状態を確認するとともに、そのクーラントの
供給を制御して合理的に切削加工が行えるようにする。 【解決手段】 磁性流体を含有するクーラントをミスト
化して切削部に供給する管路の途中に磁気センサを備え
た非接触型の検出器１を配設して、その検出器１におい
て検出するミスト量の変化の信号を、制御装置１１を介
してミスト発生装置１０にフィードバックして、ミスト
の供給量を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械における
切削加工部に対するクーラントを供給するにあたり、直
接供給する際の流動状態の監視、あるいは併設されたミ
スト供給装置によってミスト化して、そのミスト化され
たクーラントの供給状態を自動的に検出して制御できる
ようにされた、クーラントとその検出器および流動検出
方法、制御方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、工作機械による被削物の切削加工
に際して、その切削速度を高めるために切れ味のよい工
具が用いられるが、同時に切削部における切削工具の刃
先を冷却すると同時に切屑を速やかに排除する必要があ
る。そのために、通常、クーラントと称される切削液
（冷却液）や加圧エアなどの流体を用いて、そのクーラ
ントにより切削工具の切刃部を冷却すると同時に切屑の
排出を速やかに行える方法がとられている。

【０００３】しかしながら、従来行われているクーラン
トの切削部に対する供給手段では、多量のクーラントを
吹きかけて使用されるので、使用時においてクーラント
の一部が飛散したり、気化拡散して作業環境を悪化さ
せ、また繰り返し回収使用されても多くの使用済みクー
ラントの廃液処理に多大な処理費を必要として、二次的
な費用の増加に伴なう生産コストの削減が困難であると
いう問題がある。また、加工物へのクーラントの付着を
除去するために洗浄機を設置するなど付帯的な設備投資
をも必要としている。

【０００４】そこで、本出願人は、先にクーラントをミ
スト化して切削部に供給することで従来の注液式のクー
ラント供給に代わり切削部へのクーラントの供給量を著
しく削減して、前述のような問題点を解決する提案を先
願発明（特願平１０−１４５２７３号）において行って
いる。

【０００５】このミスト化されたクーラントの供給は、
その絶対量が少ないので供給を直接的に検出する方法が
なく、そのために、ミスト搬送エアが供給されてい
る。ミスト化されるクーラントの供給にタンク加圧式
を採用した場合は加圧用のエアが供給されている。ミ
スト化されるクーラントの供給にポンプを採用した場合
はポンプが稼動している。などの間接的な方法でミスト
が吹き出しているはずとの判断を行っている。

【０００６】そこで、ミスト化されたクーラント（以
下、単にミストという）の吹き出し口に鏡や板を置い
て、鏡の曇り具合や板の濡れ具合でミスト量を判断して
いる。あるいはミスト供給装置側で吹き出し量を設定す
る試みもされている。

【０００７】また、切削部にクーラントを供給する配管
が工作機械の機体に沿わせて取付けられているが、切削
部近傍では切削工具の取付構造や加工の条件などでクー
ラントの吹き出し管までの途中を可撓性チューブなどで
接続されている場合がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、クーラ
ントをミスト化して供給する場合、ミストはその絶対量
が少ないので、被削物の切削部へミストが確実に供給さ
れないと加工に支障を来すことになる。そのために、前
記のようなミスト供給の判断手段では、たとえば、ミス
ト供給装置においてポンプが切削液（クーラント）を吸
い込まない状態でもポンプが稼動していれば、ミストが
供給されていると判断されて加工するため切削工具が損
傷したり、被加工物に不良品が発生するという問題点が
ある。

【０００９】また、ミストの吹き出し量が検出できない
ため、ミスト供給装置側にデータのフィードバックを掛
けられず、最適なミストの供給量の制御ができない。ま
た、一般にクーラントの供給装置（ミスト供給装置）で
は、その供給個所から切削部（吹き出し口）までの配管
の途中が、外れたり詰まったりしても検出できないの
で、そのクーラントの供給装置（ミスト供給装置）にお
ける供給手段（例えばポンプなど）が稼動していればク
ーラント（ミスト）が供給されていると判断されて加工
が継続されるため、切削工具が損傷したり、被加工物に
不良が発生することになるという問題がある。

【００１０】本発明は、このような問題点を解消するた
めになされたもので、クーラントに外部から検知できる
物質を混入するようにして、その物質を検知することに
よりクーラント（ミスト）の供給状態を確認するととも
に、そのクーラントの供給を制御して合理的に切削加工
が行えるようにすることを目的とするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段および作用・効果】前述さ
れた目的を達成するために、第１発明によるクーラント
は、磁性流体を含有させたクーラントであることを特徴
とするものである。

【００１２】このような本発明によれば、クーラントが
切削部に供給される途中、例えば吹き出し管の近傍にお
いて磁性流体の検知手段を設けるようにすることで、ク
ーラントに分散して混入させた磁性流体（磁性粒子）の
流動状態を監視して、異常を検知すれば加工設備（工作
機械）の制御部に信号を発して切削加工を停止させ、被
加工物や切削工具の損傷を未然に防止することができ
る。

【００１３】また、クーラントをミスト化する際に、含
有される磁性流体の磁性粒子が分散されてミストの核と
なり、それらミストを構成する磁性粒子が互いに反発し
易い現象からミストの流動中における液状化を防止し
て、ミスト状態を保って有効に切削部へ供給できるとい
う効果を奏する。また、ミストが供給される際に、管路
に磁気センサなどの検知器を用いてミストの流動を検知
することが可能になり、気流にのって流動する少量のミ
ストであっても流動を検知することで供給状態を確認す
ることが容易になる。したがって、ミストの供給を把握
して切削加工を行うことができるという効果を奏するの
である。

【００１４】次に、第２発明である検出器は、非磁性体
にてなる本体の外周部に磁気センサが配設され、その本
体の内部にクーラントの通路を備えることを特徴とする
ものである。

【００１５】このように構成される本発明の検出器は、
クーラントの供給管路に組み込んで、内部を流通するク
ーラント（ミスト）に含まれる磁性流体の磁性粒子を磁
気センサによって検出することにより、クーラント（ミ
スト）の流動状態と流量を併せて直接的に検知できるの
で、クーラント（ミスト）の噴出しの有無および供給系
統での異常を検出して流量を加減したり、切削加工を止
めることが可能になり、切削工具の損傷や被加工物の不
良の発生を防止できるという効果を奏するのである。ま
た、検出器に可動部分がなく、センサ部を直接クーラン
トに晒されることがないので、故障の可能性が極めて低
いという利点がある。

【００１６】また、第３の発明に係るクーラントの流動
検出方法は、磁性流体を含有するクーラントをミスト化
して切削部に供給する管路の途中に磁気を検出するセン
サを備えた非接触型の検出器を配設して、前記ミスト化
されたクーラントの流動状態を検出することを特徴とす
るものである。

【００１７】こうすることにより、ミスト化されたクー
ラントを被加工物の切削部に供給する途中において、常
時そのミストの流動状態を監視して、ミストの供給の有
無やミストの供給量の変化を検知することができる。

【００１８】また、第４の発明は、磁性流体を含有する
クーラントをミスト化して切削部に供給する管路の途中
に磁気を検出するセンサを備えた非接触型の検出器を配
設して、その検出器において検出するミスト量の変化の
信号をミスト供給装置にフィードバックして、ミストの
供給量を制御することを特徴とするものである。こうす
ると、予め切削工具の加工条件に対応したミスト供給量
を設定しておくことにより、切削工具が交換された後、
その切削工具に応じた最適の量のミストを自動的に選択
して供給することが可能になるという作用効果を呈する
のである。さらに、前記検出器において検出するミスト
量の変化の信号を、工作機械の駆動制御部にフィードバ
ックして、工作機械を制御するのがよい。こうすれば、
前記切削工具の自動交換に対応させてミストの供給量と
切削速度など加工条件を最適にして効率よく加工するこ
とができるという効果を奏するのである。

【００１９】

【発明の実施の形態】次に、第１発明に係るクーラント
と第２発明に係る検出器の具体的な実施の形態につき、
図面を参照しつつ説明する。

【００２０】まず、クーラントとしては、従来用いられ
ている水溶性あるいは油性の切削液に、サブミクロン級
に分級されたマグネタイトなどの固体強磁性微粉末を分
散混入されて、分散安定性を得られるように僅かな界面
活性剤を添加してなるものが用いられる。本実施例にお
いては、松本油脂製薬株式会社の商品名：マーポマグナ
ＦＷ−４０を使用した。

【００２１】このように固体強磁性の微粉末を分散混入
された切削液（クーラント）は、特に、ミスト発生装置
によってミスト化されると、切削液が圧縮空気によって
噴霧されて微細な粒にされたとき、その微細な液粒は、
液に混入されている固体強磁性体粉の粒子が核となっ
て、その核を切削液が取り巻く状態の微粒になる。その
ために、ミストが気中を浮遊する際に、他の微粒とは、
核となっている磁性微粒同士が反発する作用力によって
ミストが凝集するのを阻止する機能が発揮され、とりわ
け、工作機械のスルースピンドル内で高速回転力を受け
てもミストが凝集するを阻止され、その結果ミストが液
状になるのを予防できる効果が得られるのである。

【００２２】このような磁性流体を含有してミスト化さ
れたクーラントを取扱う供給配管には、ミスト発生装置
から切削工具による被加工物の切削部に対する吹き出し
口までの途中に、ミスト化されたクーラント中に混在す
る磁性微粒子（ミストの核になっている）を機能させる
ために磁化するミスト磁化装置が設けられ、かつそのミ
スト磁化装置より下流にミストの検出器が設けられてミ
ストの流動を検出して供給を制御できるようにされる。

【００２３】前記検出器１は、図１に検出器の一具体例
断面図で示されるように、非磁性体の本体２と、その本
体２の外周部に付された磁気センサ５とで構成される。
前記本体２は軸心にクーラントの通路３が形成された中
空体にされ、その軸線方向の両端部は配管と直結される
接続部４に形成されている。この本体２はセラミックま
たは合成樹脂製で、その内部の通路３をミストが流通す
るようにされている。また、磁気センサ５は本体２の外
周部に複数個、例えば４個を等配分で取付けられてい
る。

【００２４】このような検出器１は、工作機械における
切削部に対するクーラントの供給装置として付設されて
いるミスト発生装置１０からミスト吹き出し管６までの
ミスト供給配管７の適所に組み込まれる。

【００２５】検出器１をミスト供給装置における配管７
の適所に組み込むにあたっては、おおむね次の二通りの
方式が採用される。その第１の方式は、図２に示される
ように、図示されない工作機械の切削部に対して切削工
具の外側からミスト化されたクーラントを供給するもの
である。また、第２の方式は後述する工作機械の主軸に
装着する切削工具の内部を通じて切削部にミスト化され
たクーラントを供給するものである。

【００２６】まず第１の方式は、その具体例として、図
２に切削部に外付けの吹き出し管を使用してミスト化さ
れたクーラントを供給する場合の概要図が示されてい
る。この図において、工作機械（加工設備）３０に併設
されるミスト発生装置１０から図示されない工作機械の
主軸に取付く切削工具での切削部近傍位置に向けて配置
されるミストの吹き出し管６までのミスト供給配管７の
適所に、検出器１が組み込まれている。なお、検出器１
は支障のない限りミスト吹き出し管６に近い位置に設け
るのが好ましい。

【００２７】ミスト発生装置１０からミスト吹き出し管
６に到るミスト供給配管７は、ミスト化されたクーラン
トに含有する磁性流体の磁性粉に影響を与えない非磁性
体としてプラスチック製のチューブ（または銅管）を用
いて配管される。したがって、前記検出器１の本体２両
端の接続部４は、例えばホース継手に形成されているの
が好ましい。

【００２８】前記ミスト発生装置１０では、図３にミス
ト発生装置の概要図で示されるように、公知構造のミス
ト発生器１１へのクーラント液（切削液）供給ポンプ１
２（以下、単に液供給ポンプ１２という）、およびエア
供給源２０からミスト発生器１１へのエア供給管路１３
中に設けられる電磁弁１４が、それぞれ工作機械（加工
設備）３０のＮＣ装置からの信号によって操作されるよ
うに接続され、特に液供給ポンプ１２には前記ＮＣ装置
からの制御信号、並びに前記ミスト供給配管７中に設け
られる検出器１からの信号によって液の供給量を加減設
定する制御装置１５が付設されている。そして、前記エ
ア供給管路１３には電磁弁１４以降にエア圧調整弁１７
が設けられ、ミスト発生に適するエア供給圧に設定でき
るようにされている。なお、図中符号１８はＮＣ装置か
らの信号で電磁弁１４をＯＮ，ＯＦＦする制御器、１
８′はＮＣ装置からの信号で液供給ポンプ１２をＯＮ，
ＯＦＦする制御器、１９は液タンクである。

【００２９】また、検出器１の磁気センサ５は公知の信
号増幅器を介して前記液供給量の制御装置１５に接続さ
れ、検出器１が検出したミスト量の変化による信号を受
けて、その制御装置１５に制御信号が伝達され、制御装
置１５によって予め設定されている制御データに基づ
き、液供給ポンプ１２の液供給量が制御されるように構
成される。なお、前記制御装置１５には加工設備（工作
機械）３０の図示されないＮＣ装置からの制御信号を受
けて、その加工設備３０における駆動制御手段において
設定されている例えば切削工具の交換により、その工具
の加工特性に応じたクーラント量（ミスト量）を加減す
る指令信号をフィードバックさせて、合理的にミストの
供給ができるようにされる。こうすることにより、より
高度な自動化を図って経済性を高めることができる。

【００３０】前記ミスト発生装置１０におけるミスト発
生器１１から加工設備３０へのミスト供給管路７にはミ
スト磁化装置２５を設けて、ミスト中に含有させた磁性
流体の磁性粒子を磁化させて前記検出器１での流動状態
の検出を容易化させる。

【００３１】前記制御装置１５においては、図４にミス
ト流動制御のフローチャートで示されるように、ミスト
発生装置１０からミスト供給管路７を通って切削部に供
給されるミスト化されたクーラントが検出器１の本体２
内の通路３を流通する際に、この検出器１においてミス
トに含有された磁性流体の磁気量を検出して電気量へ変
換し、制御装置１５において、 ステップＳ１：その検出された磁気量（電気量）を増幅
器によって増幅させる。 ステップＳ２：ミスト供給量の設定を行わせる。

【００３２】ステップＳ３：ミスト供給量の比較演算を
行わせる。 ステップＳ４：ミスト供給量が設定値より少ない場合、
ミスト発生装置１０にミスト発生量増加の指示を与え
る。すなわち、ミスト発生装置１０の液供給ポンプ１２
の回転を高めでミスト発生器１１へのクーラント液の供
給量を多くさせる。 ステップＳ５：ミスト供給量が設定値より多い場合、ミ
スト発生装置１０にミスト発生量減少の指示を与える。
すなわち、ミスト発生装置１０の液供給ポンプ１２の回
転を低下させてミスト発生器１１へのクーラント液の供
給量を減少させる。

【００３３】ステップＳ６：前記検出器１により検出さ
れた磁気量（電気量）による信号の有無を判断させる。 ステップＳ７：信号なしであれば、加工設備３０の制御
装置（ＮＣ装置）に信号を伝達して加工停止の指令を与
えるようにする。 ステップＳ８：ステップＳ６において信号ありの場合、
加工設備３０の制御装置（ＮＣ装置）に信号を伝達して
加工継続の指令を与えるようにする。要するに、切削加
工を継続し、ミスト化されたクーラントは継続して切削
部に供給されることになる。

【００３４】また、加工設備３０におけるＮＣ装置での
使用刃具Ｎｏ．に応じたクーラント供給量を予め設定し
ておき、そのＮＣ装置において加工手順に従い使用され
る刃具が交換されると、 ステップＳ９：その使用刃具Ｎｏ．の変更に応じてステ
ップＳ２に戻り、ミスト供給量の設定を行い、前記ステ
ップＳ３〜Ｓ５の操作を経て適正なミスト供給がなされ
るのである。

【００３５】このようにして、検出器１によってミスト
供給配管７を通り被削物の切削加工部に供給されるミス
ト化されたクーラントの量を含有させた磁性流体を介し
て検出することにより、その検出データをもとにして制
御することで常に適正な供給量で切削部を最適な条件に
保つことができる。

【００３６】また、制御装置１５によるミスト発生装置
１０の制御については、前記液供給ポンプ１２の制御に
代えて、例えば複数台のミスト発生器１１の作動数を制
御してミスト供給量を切換える、などの方式が採用でき
る。

【００３７】次に、検出器１をミスト発生装置１０から
加工設備における切削工具内を通じて被削物の切削部へ
のミスト供給路の適所に組み込む第２の方式は、図５に
切削工具の内部を通じてミスト化されたクーラントを供
給する場合の概要図で示されている。この図５（ａ）に
示されるのは、サイドスルー方式の工作機械（加工設
備）３０におけるクーラントの供給要領であり、併設さ
れるミスト発生装置１０（図３参照）から、工作機械の
主軸３１先端部に装着された工具ホルダー３２の側部に
設けられる補助ブラケット３２ａ内を通るクーラント通
路３２ｂから切削工具３３の軸心に設けられるクーラン
ト流通孔３４を経て切削工具先端にミスト化されたクー
ラントが供給されるようになっている。

【００３８】また、図５（ｂ）に示されるのは、センタ
ースルー方式の工作機械（加工設備）３０におけるクー
ラントの供給要領であり、工作機械における主軸３１Ａ
の先端部に装着された工具ホルダー３２Ａ軸心と、その
主軸３１Ａの軸心に設けられるクーラント通路３５を接
続して、使用する工具ホルダー３２Ａに装着される切削
工具３３の軸心に設けられるクーラント流通孔３４を通
して、ミスト化されたクーラントを切削部に供給するよ
うになっている。

【００３９】これら第２の方式では、いずれも工作機械
の主軸に装着される工具ホルダー３２，３２Ａ内から切
削工具３３内を通じてミスト化されたクーラントを切削
部に供給するのであり、主軸３１内もしくはその隣接部
に設けられたクーラント通路３２ｂ，３５にはミスト供
給配管７で、工具ホルダー３２，３２Ａの上流側に検出
器１が組み込まれる。この場合も、ミスト供給配管７
は、もちろん非磁性体の材料、例えば銅管を用いて配管
される。

【００４０】また、検出器１の磁気センサは、前記実施
例と同様に、公知の信号増幅器を介して制御装置１５に
接続され、この制御装置１５による制御信号でミスト発
生装置１０あるいは工作機械１２の図示されないＮＣ装
置を介して制御することについては、前記実施例の場合
と同様である。

【００４１】以上の説明では、ミスト化されたクーラン
トの供給（ミスト量）を検出して制御する場合について
記述しているが、ミスト化することなくクーラントを切
削部に供給する場合においても、前述の磁性流体を含有
させたクーラントを用いることにより、液中に分散され
る磁性流体（磁性微粉）の挙動を検出器によって検出さ
せることで、クーラントの供給状態を常時監視して、例
えば配管の詰まりや接続部での脱落などクーラント供給
に障害が発生した場合、工作機械の停止やクーラントの
供給装置の停止を速やかに行わせて、被加工物の損傷あ
るいは切削工具の破損などを未然に防止することができ
るのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、検出器の一具体例断面図で、（ａ）は
正面図、（ｂ）は図（ａ）のｉ−ｉ視断面図である。

【図２】図２は、切削部に外付けの吹き出し管を使用し
てミスト化されたクーラントを供給する場合の概要図で
ある。

【図３】図３は、ミスト発生装置の概要図である。

【図４】図４は、ミスト流動制御のフローチャートであ
る。

【図５】図５は、切削工具の内部を通じてミスト化され
たクーラントを供給する場合の概要図で、（ａ）はサイ
ドスルー方式の場合、（ｂ）はセンタースルー方式の場
合をそれぞれ示している。

【符号の説明】

１ 検出器 ２ 検出器の本体 ３ 通路 ４ 本体の接続部 ５ 磁気センサ ６ ミスト吹き出し管 ７ ミスト供給配管 ８ 切削工具 １０ ミスト発生装置 １１ ミスト発生器 １２ 液供給ポンプ １３ エア供給管 １４ 電磁弁 １５ 制御装置 １８ エア供給管の電磁弁をＮＣ装置
側から制御する制御器 １８′ 液供給ポンプをＮＣ装置側から
制御する制御器 ２０ エア供給源 ２５ 磁化装置 ３０ 加工設備（工作機械） ３１，３１Ａ 主軸 ３２，３２Ａ 工具ホルダー ３２ｂ，３５ クーラント通路 ３３ 切削工具 ３４ 切削工具のクーラント流通孔

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁性流体を含有させたことを特徴とする
   クーラント。
2. 【請求項２】 非磁性体にてなる本体の外周部に磁気セ
   ンサが配設され、その本体の内部にクーラントの通路を
   備えることを特徴とするクーラントの検出器。
3. 【請求項３】 磁性流体を含有するクーラントをミスト
   化して切削部に供給する管路の途中に磁気を検出するセ
   ンサを備えた非接触型の検出器を配設して、前記ミスト
   化されたクーラントの流動状態を検出することを特徴と
   するミスト化されたクーラントの流動検出方法。
4. 【請求項４】 磁性流体を含有するクーラントをミスト
   化して切削部に供給する管路の途中に磁気を検出するセ
   ンサを備えた非接触型の検出器を配設して、その検出器
   において検出するミスト量の変化の信号をミスト供給装
   置にフィードバックして、ミストの供給量を制御するこ
   とを特徴とする制御方法。
5. 【請求項５】 前記検出器において検出するミスト量の
   変化の信号を、工作機械の駆動制御部にフィードバック
   して、工作機械を制御する請求項４に記載の制御方法。