JP2006316801A - セミドライ加工用回転継手 - Google Patents

Abstract

【課題】 スピンドルスルーの工作機械でセミドライ加工を行う際に、回転継手を介して工具先端に微細油滴のミストを効率よく供給することを可能にする。
【解決手段】 外部の加工油供給源が接続される加工油供給接続部６と、外部の気体供給源が接続される気体供給接続部１０と、前記加工油供給接続部６に連通する加工油供給路６ａ、７ａと、該加工油供給路に連結されて加工油が供給される多孔質体９と、前記気体供給接続部１０に連通して、多孔質体９の表面に接触して加工油の液滴が混入する気体を供給する気体供給路１ｂ、５ａと、気体供給路をスピンドルスルーの工作機械の回転軸２の軸穴２ａに連通させる連通手段５と、工作機械の回転側に静止状態で接続する回転ジョイント部３を備える。
【選択図】 図１

Description

この発明は、スピンドルスルーの工作機械でセミドライ加工を行う際に、加工具先端にオイルミストを供給するためのセミドライ加工用回転継手に関するものである。

回転する工具の先端から加工液を供給するスピンドルスルーの工作機械においては、従来は、回転継手を通して水溶性加工液を高圧で大量に供給していたため、供給不具合はなかったが、最近では、スピンドルスルーの工作機械においてセミドライ加工を行うという要請が生じている。同じ機械構造でセミドライ加工に対応するには、２つの方法が考えられる。一つは回転継手の手前でミストを生成しておいて、それを回転継手に導入させる方法である（例えば特許文献１）。二つ目は、回転継手や回転主軸の内部でミストを生成させることである。

回転継手の手前でミストを生成する前者の例を図２に基づいて説明する。
工作機械の回転軸２０に、ボールベアリングを有する回転軸受２２を介して回転継手２１が接続されている。回転継手２１には、オイルミスト流入口２３と、該オイルミスト流入口２３に連通して回転継手２１の軸心に沿って配置されたオイルミスト供給管２４が設けられている。オイルミスト供給管２４は先端が、前記回転軸２０の後端に突き合わせて連通されており、その突き合わせ面２５が滑り面とされている。
上記オイルミスト流入口２３に外部で生成されたオイルミストを導入すると、オイルミストは、オイルミスト流入口２３からオイルミスト供給管２４を通して移動し、さらに、工作機械の回転軸２０内へと供給される。回転軸２０内に供給されたオイルミストは、工作機械の主軸を通して図示しない工具先から噴射されることになる。
特開平１１−３２０３２７号公報（図４等）

しかし、予め生成したオイルミストを回転継手に導入する前者の方法では、回転継手の内部構造や配管ネジ部の段差や曲がりなどによってオイルミストのロスが避けられないという問題がある。オイルミストの搬送効率を上げるためには、回転主軸の内部でミストを生成させる後者の方法が有利であるが、この場合は専用の構造が必要であり、新規設計を要するためにコストが非常に高くなる。また、回転主軸や回転継手の内部で生成する方法は、ミストの大きさがバラバラとなり、加工点に良好なミストを供給することができないという問題もある。

本発明は上記事情を背景としてなされたものであり、簡易な構造によって回転継手内で微細なオイルミストを生成して効率よく工作機械に搬送することができるセミドライ加工用回転継手に関するものである。

すなわち本発明のセミドライ加工用回転継手は、請求項１記載の発明において、外部の加工油供給源が接続される加工油供給接続部と、外部の気体供給源が接続される気体供給接続部と、前記加工油供給接続部に連通する加工油供給路と、該加工油供給路に連結され該加工油供給路から加工油が供給される多孔質体と、前記気体供給接続部に連通して、前記多孔質体の表面に接触して加工油の液滴が混入す気体を供給する気体供給路と、該気体供給路をスピンドルスルーの工作機械の回転軸軸穴に連通させる連通手段と、前記工作機械の回転側に静止状態で接続する回転ジョイント部とを備えることを特徴とする。

請求項２記載のセミドライ加工用回転継手の発明は、請求項１記載の発明において、前記連通手段は、少なくとも先端部が前記回転軸に同軸に位置して先端が回転軸後端に突き合わせ接触してオイルシールされる連通筒体からなり、該連通筒体の筒穴を気体供給路とし、または該筒穴が気体供給路に連通していることを特徴とする。

請求項３記載のセミドライ加工用回転継手の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記多孔質体の先側の一部または全部が工作機械の回転軸軸穴内に位置するように構成されていることを特徴とする。

請求項４記載のセミドライ加工用回転継手の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、加工油供給路として加工油供給管が伸長し、その先端に多孔質体が設けられており、前記気体供給路は、前記多孔質体の後方から前方に掛けて加工油供給管の外周側に同軸状に位置して前方に伸長する気体供給管により構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、外部の加工油供給源が加工油供給接続部に接続され、該加工油供給接続部に連通する加工油供給路に前記加工油供給源から加工油が供給される。また、外部の気体供給源が気体供給接続部に接続され、該気体供給接続部に連通する気体供給路に前記気体供給源から気体が供給される。

加工油は、加工油供給路を通して多孔質体の多孔を通して表面に流出して微小液滴や液膜を形成する。前記気体供給路を流れる気体は、前記多孔質体に接触するように流れる。多孔質体表面の上記流出液は、この気体流に巻き込まれて、微小液滴のまま、またはさらに液滴が分割されて微小化されて気体に混入される。これにより粒径の大きな加工油液滴が発生することなく安定した微小の加工油ミストが回転継手内で直ちに得られる。このミストは、連通手段を介して工作機械の回転軸軸穴へと噴射供給され、工作機械の軸穴を通って加工点へと供給される。

本発明の回転継手は、回転ジョイント部などを介して工作機械の回転側に連結される。回転ジョイント部の構造は、本発明としては特に限定されるものではなく、回転軸受けなどによって構成することができ、本発明としては、回転継手を静止側として工作機械の回転側に連結できるものであればよい。
また、連通手段も本発明としては特に限定されないが、簡易構成として連通筒体の先端を、工作機械の回転軸後端に突き合わせして突き合わせ面を滑り面としてオイルシールなどによってシールするものが挙げられる。該構造では、複雑な構成を要することなくオイルミストが移動する気体供給路と回転軸の軸穴とを連通させることができる。その他に、回転ジョイントなどを用いた連通手段も挙げられる。なお、本発明の回転継手は回転軸を構成要素として含むものではない。回転軸は、その軸穴が工作機械の主軸穴に連なるものであり、その構造は特定のものに限定されない。
なお、連通筒体は、気体供給路と回転軸との間に介在させるものであってもよく、また、気体供給路を構成する供給管などによって連通筒体を構成するものであってもよい。

また、前記多孔質体の配置位置は、本発明としては特定の箇所に限定しないが、その一部または全部が工作機械の回転軸軸穴内に位置するのが望ましく、一部が回転軸穴内に位置する場合、他部を気体供給路に置くのが望ましい。多孔質体の少なくとも一部が回転軸軸穴に位置することにより、多孔質体の周辺で生成されるオイルミストの一部または全部が回転軸の軸穴内で生成され、回転軸の回転に伴って生じる旋回流に従ってオイルミストが旋回流中に効率よく混合される。また、前記回転軸と連通手段である連通筒体とが突き合わせによって連通している場合には、前記多孔質体は一部が回転軸の軸穴内にあり、他部は連通筒体内にあるのが望ましい。多孔質体が回転軸の軸穴内にあることによる作用は上記の通りであり、その周辺にある多孔質体においても同様の作用が得られる。また、連通筒体内にある多孔質体は、生成したオイルミストの一部を突き合わせ面に供給してオイルシール作用を得ることができる。このオイルシールは、オイルミストを生成している時期の他、セミドライによって加工を行っていない時期においても潤滑性を得て回転軸と連通筒体との接合を焼き付けなどを生じることなく良好に維持することができる。

なお、多孔質体と気体流が移動する気体供給路とは同軸状に配置して、多孔質体の周面状の液流出表面に沿って気体流を移動させることでより安定したミスト発生が可能になる。多孔質体と気体流路とはそれぞれ内周側、外周側のいずれに位置しても良く、外周側に位置するものを筒状に配置すればよい。この際に、多孔質体周囲の気体供給路の断面積を気体供給側接続部側よりも小さくすることで、気体流が増速されてミストの生成がより円滑になされる。
また、ミストを生成する気体としては通常は空気が設けられるが、必要に応じて、窒素、酸素、二酸化炭素などの気体を用いることができ、本発明としては特定の気体に限定されない。

本発明で用いられる多孔質体には、発泡金属、発泡セラミックス、焼結フィルタ、樹脂フィルタあるいは金属繊維によるフィルタなどを用いる。但し、本発明としては、上記した多孔質体材料に限定されるものではなく、その他材質の多孔質体であっても良い。ただし、多孔質体は、液滴用流体供給路から供給される流体が該流出部の液流出表面に移動できることが必要であり、多孔に連続性を有することで液の移動が達成される。

また、上記多孔質体に形成される孔の大きさや密度は特定のものに限定されないが、液流出表面に均等に液滴用の液が流出して十分に微小な液滴や液膜を形成するように定めればよい。例えば孔の大きさとしては円相当径で０．０５〜０．１ｍｍを例示することができる。このような大きさの多孔から液滴用の液として油が流出して油膜を形成すると、０．０１〜０．０５ｍｍ程度の厚さになることが期待される。この厚さは、気体流の吹きつけによって維持されることが期待される厚さである。

気体流の流速は本発明としては特に限定されるものではない。８００〜１２００ｍ／ｓｅｃ程度の流速で問題はない。絞りは、これをさらに増速するものであり、例えば１倍超〜１０倍に達するほどに速度を増大させることも可能である。

上記多孔質体から吹き飛ばされて気体流中に混入する加工油の液滴は、上記の大きさ程度の多孔からは剥離時で０．０５〜０．１ｍｍ径程度と考えられる。また、気体流中で剪断力を受けてさらに１／５程度の０．０１〜０．０２ｍｍ径程度になることが期待される。
但し、上記した数値は例示であって、本発明を特定の範囲に限定するものではないことは勿論である。

以上、説明したように本発明のセミドライ加工用回転継手によれば、外部の加工油供給源が接続される加工油供給接続部と、外部の気体供給源が接続される気体供給接続部と、前記加工油供給接続部に連通する加工油供給路と、該加工油供給路に連結され該加工油供給路から加工油が供給される多孔質体と、前記気体供給接続部に連通して、前記多孔質体の表面に接触して加工油の液滴が混入する気体を供給する気体供給路と、該気体供給路をスピンドルスルーの工作機械の回転軸軸穴に連通させる連通手段と、前記工作機械の回転側に静止状態で接続する回転ジョイント部とを備えるので、多孔質体付近で直ちに微細な液滴を有するミストが生成され、該ミストを長い経路を有することなく直ちに工作機械の軸穴に導入することができ、オイルミストを回転継手内で生成して損失が殆どなく加工点へ効率よく送って良好なセミドライ加工を可能にする。また、上記継手を用いることで、少ないミストを有効に利用できるようになるとともに、加工精度、工具寿命の向上に寄与する。

以下に、本発明の一実施形態を図１に基づいて説明する。
回転継手１は前方側に先端に開口する空洞１ａを有しており、軸穴２ａを有する工作機械の回転軸２が該空洞内１ａに位置している。前記空洞１ａの先端側内周面には、ボールベアリングを用いた回転ジョイント部３が設けられており、該回転ジョイント部３が前記回転軸２の外周面に接触して回転継手１と回転軸２とが連結される。なお回転軸２の外周部には、該回転ジョイント部３の先端面が当接する当接部２ｂが形成されており、回転ジョイント部３は、該当接部２ｂに先端が当接した位置で固定側が回転軸２に固定される。この回転ジョイント部３を介して、静止状態の回転継手１に対し、回転軸２が回転可能となる。

また、回転継手１の後方側には、前記空洞１ａに連なる小径空洞１ｂが形成されて回転継手１の後端に開口している。該小径空洞１ｂの先端側には、気体供給路として空気供給管５が摺動可能に嵌合されている。該空気供給管５の先端は、前記回転軸２の後端に突き合わせ接合可能となっており、小径空洞１ｂに対し摺動させることで位置調整をして回転軸２との突き合わせ接合がなされる。なお、回転軸２と空気供給管５との突き合わせ面は滑り面となっており、それぞれの突き合わせ面８をセラミックと超硬合金とで構成することで焼き付き防止がなされている。この突き合わせ面８には、後述するオイルミストの浸透によってオイルシール効果を得ることができる。また、空気供給管５の先端部は、大径に形成されており、その先端面に浸み出たオイルを保持することができ、オイルシール効果を高めることができる。

また、小径空洞１ｂの後方開口には、貫通穴６ａを有する加工油供給ブロック６が嵌合されており、該加工油供給ブロック６が加工油供給接続部として外部の加工油供給源（図示しない）に接続可能となっている。該加工油供給ブロック６の先端には、該ブロック６の貫通穴６ａに管穴７ａが連通する加工油供給管７が連結されている。該加工油供給管７は、前方に伸張して、前記空気供給管５の管内に管内面と隙間を有するように挿入されて空気供給管５の先端やや後方に達している。上記した加工油供給ブロック６の貫通穴６ａおよび加工油供給管７の管穴７ａが加工油供給路を構成している。
また、加工油供給管７の先端には、該加工油供給管７の外径と略同径の外径を有する円柱状の多孔質体９が連結されており、該多孔質体９の全長の略半分が回転軸１内に位置して回転軸１の軸穴との間に隙間が形成されている。上記加工油供給管７と空気供給管５の隙間および加工油供給管７と多孔質体９との隙間（以下隙間５ａという）は空気供給路の一部を構成している。

さらに、回転継手１の後方側側面には、前記小径空洞１ｂに連通する側方空気供給穴１０が気体供給接続部として形成されて、外部の工場エアなどの気体供給源に接続可能となっている。したがって上記側方空気供給穴１０に連なる小径空洞１ｂも気体供給路の一部を構成している。

次に、上記回転継手１によるミスト供給の動作について説明する。
図示しない気体供給源に接続した気体供給管などを側方空気供給穴１０に接続し、さらに図示しない加工油供給源に接続した加工油供給管などを加工油供給接続部である加工油供給ブロック６に接続し、側方空気供給穴１０にエア、加工油供給ブロック６に加工油を圧送供給する。なお、工作機械では、その動作によって回転軸２が回転し、回転継手１は、回転ジョイント部３によって静止状態にある。
加工油は、前記加工油供給ブロック６の貫通穴６ａおよび加工油供給管７の管穴７ａを通って多孔質体９へと供給され、全てが多孔質体９の多孔に含浸される。多孔質体９に含浸した加工油は、さらに多孔質体９の外表面に至り、表面の多孔から流出したオイルが微小油滴または油膜状となる。

一方、側方空気供給穴１０に導入されたエアは、小径空洞１ｂから前記隙間５ａを移動する。なお、該隙間５ａは、小径空洞１ｂに対し小断面積となるため、エア流が増速されている。上記隙間５ａを移動するエアは、多孔質体９の外周面から多孔質体９の先端面に沿って多孔質体９と接触しつつ移動する。その結果、多孔質体９の表面から微小油滴が次々と効果的に剥離し、エア中に巻き込まれてミスト化される。該ミストは、微細な液滴が安定して生成されており、その後、工作機械の回転軸２の軸穴２ａを通して工作機械の先端側へと移動する。なお、オイルミストの大半が回転軸２内で生成されるので、回転流を伴った空気流に微小油滴が円滑に混入しミスト化されている。軸穴２ａを移動するオイルミストは、工作機械の先端から加工点（図示しない）へと供給される。これにより良好な潤滑性が与えられて工作機械によるセミドライ加工が良好に行われる。なお、上記オイルミストは、回転軸２と空気供給管５との突き合わせ面８に浸透し、滑り面をオイルシールして焼き付け防止を確実に回避する。浸透したオイルは、前述したように空気供給管５の先端面に拡がり保持されており、オイルミストを生成していない状態での潤滑性をより確実に確保することができる。

なお、上記のようにして回転継手内で生成、噴射されたオイルミストは、微小油滴が安定して生成され、粗大な油滴が発生することなく安定しており、所望の加工点に的確に噴射される。不必要な領域への拡散が抑えられているので、少量のミストにおいてもミスト噴射による効果を確実に得ることができる。

以上、本発明を上記実施形態に基づいて説明した、本発明は上記実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の範囲内において適宜変更が可能である。

本発明の一実施形態を示す断面図である。 従来のセミドライ加工用回転継手を示す断面図である。

符号の説明

１ 回転継手
１ａ 空洞
１ｂ 小径空洞
２ 回転軸
２ａ 軸穴
３ 回転ジョイント部
５ 空気供給管
５ａ 隙間
６ 加工油供給ブロック
６ａ 貫通穴
７ 加工油供給管
７ａ 管穴
９ 多孔質体
１０ 側方空気供給穴

Claims (4)

1. 外部の加工油供給源が接続される加工油供給接続部と、外部の気体供給源が接続される気体供給接続部と、前記加工油供給接続部に連通する加工油供給路と、該加工油供給路に連結され該加工油供給路から加工油が供給される多孔質体と、前記気体供給接続部に連通して、前記多孔質体の表面に接触して加工油の液滴が混入する気体を供給する気体供給路と、該気体供給路をスピンドルスルーの工作機械の回転軸軸穴に連通させる連通手段と、前記工作機械の回転側に静止状態で接続する回転ジョイント部とを備えることを特徴とするセミドライ加工用回転継手。
2. 前記連通手段は、少なくとも先端部が前記回転軸に同軸に位置して先端が回転軸後端に突き合わせ接触してオイルシールされる連通筒体からなり、該連通筒体の筒穴を気体供給路とし、または該筒穴が気体供給路に連通していることを特徴とする請求項１記載のセミドライ加工用回転継手。
3. 前記多孔質体の先側の一部または全部が工作機械の回転軸軸穴内に位置するように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のセミドライ加工用回転継手。
4. 加工油供給路として加工油供給管が伸長し、その先端に多孔質体が設けられており、前記気体供給路は、前記多孔質体の後方から前方に掛けて加工油供給管の外周側に同軸状に位置して前方に伸長する気体供給管により構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のセミドライ加工用回転継手。
   

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