JP2008221425A - 機械加工用閉鎖式ノズル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】噴出する流体の量を抑制し、噴出流体の飛散を防止するようにした機械加工用閉鎖式ノズル装置を提供すること。
【解決手段】
ノズル２を箱形状とし、内部に供給される流体を滞留させる空間部６を設けた。この空間部に砥石４の一部を両側から閉鎖状態で挟んで囲み、内部で流体を砥石に吹き付け冷却する。砥石との間に設けられた隙間７から空間部内の流体を外部に流出させ砥石面を冷却させる。空間部にはノズルに接続したパイプ３を介して流体源からの流体を供給する。２つの供給体のある場合は、点滴供給等により異なる流体を混合しミスト状態を可能としている。
【選択図】図１

Description

本発明は、研削盤等の工作機械に使用されるノズル装置に関する。更に詳しくは、閉鎖式に対象物を囲み流体を内部と外部に噴射させ冷却等を行う機械加工用閉鎖式ノズル装置に関する。

ノズルそのものは、流体を絞り噴射させる装置としてあらゆる分野に使用されている。従来からの一般的なノズルは、流体源から導かれた流体を絞って吐出口から外部に直接吐出させ、砥石等の対象物に吹き付けるものである。この吹き付ける流体は水等の液体であり、空気等の気体であり、又それらの混合物である。吹き付けられた流体は、対象物に吹き付けられると周囲に飛散し、流体液の場合は下方向に落下し回収される。

このノズルは冷却用の流体を噴出させるものとして、工作機械の研削盤の砥石に適用されるものや、洗浄用の流体を噴出させるために使用するもの、又、庭の水まき用として、あるいはシャワー用としてなど種々雑多である。このようなノズルの形態として従来の例を説明すると、例えば、洗浄の噴霧ノズルとして、フレキシブルチューブに接続される棒体に軸穴を形成し円周方向に肉薄部を形成し、この肉薄部に軸穴と連通する噴出孔を設けて噴霧範囲を広くした形状のノズルが知られている（例えば特許文献１参照）。

又、液と圧搾空気を混合し制御して噴霧する二流体ノズルも知られている（例えば特許文献２参照）。更に、研削加工において、冷却のためノズルから吐出されるクーラントの飛散を防止する板をトユに設けたノズルに関連する装置も知られている（例えば特許文献３参照）。研削盤に適用したノズルとして、砥石周面に略密着状で宛うノズルの例も知られている（例えば特許文献４参照）。いずれの例も砥石等にノズルから開放状態で直接噴出させ冷却等を行う構成を基本としたものである。

実用新案登録第３０７０５７８号公報 実開平５−７３５６号公報 実開平１−１１００６４号公報 特開２００３−３１１６１８号公報

以上説明したように、従来のノズル形態は、例えば研削盤において、ノズルの噴出口から砥石等の対象物に開放状態で噴出させる方式のものである。この方式のノズルは、洗浄用等のノズルであっても同様であって、ノズルの噴出口を対象物に向けて離間させ流体を噴出させている。このノズルを固定的に設置あるいは移動しながら最適な位置で冷却等を行っている。このような従来のノズルによる噴出形態は、前述のようにノズルの吐出口を対象物に対し離間させて開放状態で噴出させる形態である。

このためどうしても噴出させる冷却流体等は対象物周囲で飛散することになる。この飛散を防ぐためノズル周囲にあるいは対象物周囲にカバーや板等を取り付け、広範囲に飛散するのを防止している。又、単にノズルを砥石に略密着状態で宛がっている例もあるが、砥石を完全に囲った状態ではなく、部分的に外周辺のみに宛がっているので、流体液は外部に噴出される際ある程度飛散状態になることは避けられない。また、噴出量はノズルの吐出口の大きさにより決定され通常は噴出圧を高め、勢いのある流体として噴出させ冷却効果等を高めるようにしている。このため開放状態で噴出させる従来の構成のノズルにおいては、噴出させる流体の量はある程度多く確保する必要がある。

このことは、対象物以外にも流体が噴出し飛散されていることでもあり、無駄な噴出を伴なうことにもなる。従って、ノズルから噴出させる流体は必要最小限度に抑え、しかも飛散の伴なわないノズル形態が望まれる。本発明は、前述の技術背景のもとになされたものであり、下記の目的を達成する。本発明の目的は、噴出する流体の量を抑制し且つ噴出流体の飛散を極力防止するようにした機械加工用閉鎖式ノズル装置の提供にある。

本発明は、前記目的を達成するために次の手段をとる。
本発明１の機械加工用閉鎖式ノズル装置は、
供給される流体を滞留させる空間部（６）を有し、この空間部（６）に被供給体（４）の一部を両側から閉鎖状態で挟んで囲み前記流体を吹き付け、前記被供給体（４）との間に設けられた所定間隔の隙間を吐出口として前記流体を外部に流出させるようにしたノズル（２）と、
このノズル（２）に接続し前記流体を流体源から前記ノズル（２）に供給する供給接続体（３，９，１２）とからなる。

本発明２の機械加工用閉鎖式ノズル装置は、本発明１において、
前記被供給体（４）は、回転する機械加工のための工具であることを特徴とする。
本発明３の機械加工用閉鎖式ノズル装置は、本発明２において、
前記ノズル（２）は、使用開始前のものは前記流体を外部に流出するための出口が形成されず、使用時に前記工具（４）で加工されるものであることを特徴とする。

本発明４の機械加工用閉鎖式ノズル装置は、本発明３において、
前記ノズルは、前記空間部内に前記流体を絞って回転している前記工具（４）に吹き付ける絞り部（１０ａ）を有していることを特徴とする。
本発明５の機械加工用閉鎖式ノズル装置は、本発明３において、
前記ノズルの隙間の長さは、前記工具に沿って所定長さを有することを特徴とする。

本発明６の機械加工用閉鎖式ノズル装置は、本発明３において、
前記供給接続体（３，９，１２）は、気体を供給する供給接続体と液体を供給する供給接続体（９）とから構成され混合流体を前記ノズル（２）に供給する構成になっていることを特徴とする。
本発明７の機械加工用閉鎖式ノズル装置は、本発明３において、
前記供給接続体（３，９，１２）は、供給される流体の量を調整できる流量調整体（１４）を有していることを特徴とする。

本発明８の機械加工用閉鎖式ノズル装置は、本発明３において、
前記供給接続体（３，９，１２）は、任意に姿勢を変えられる屈曲自在の部材であることを特徴とする。
本発明９の機械加工用閉鎖式ノズル装置は、本発明３において、
前記供給接続体は、前記ノズルの前記空間部（６）内の暖気を排出する暖気排出装置（１８）を有していることを特徴とする。

以上詳記したように、本発明の機械加工用閉鎖式ノズル装置は、ノズル形態を対象物の一部を抱き込み囲うようにした閉鎖式の形態としたので、噴出する流体の量を限定し、且つ対象物広範囲に跨って噴出流体の飛散が避けられるようになった。このため、噴出のための流体を無駄に使用することもなく有効に利用でき、研削等の加工が環境を害することなくスムースに行うことができるようになった。

本発明の機械加工用閉鎖式ノズル装置の実施の形態について、図１から図１０にもとづいて詳細に説明する。図１はパイプと接続したノズル装置１を示した正面図で、図２は図１のＸ−Ｘ断面図である。ノズル装置１は冷却用、洗浄用等を含め種々の分野で適用可能であるが、本実施の形態においては、対象物を工作機械の研削盤の加工工具であり、回転する円筒状の砥石４に適用して説明する。

［ノズルの実施の形態１］
ノズル２は、プラスチックやアルミニウム合金等で構成され、流体の供給接続体であるパイプ３とネジ止めあるいは接着等で接続されている。ノズル２は供給される冷却液等の流体を受け入れ、対象物である回転する砥石４の所定の外周面に、所定量の流体を噴出させる機能を有している。ノズル２の形状は箱形状になっていて、流体吐出側の先端部分が割れ形状になっている。

この割れ形状部分の間に、対象物である砥石４の一部が外周面と側壁面を含め内部に抱き込まれている。この砥石４の一部の両側は割れ形状のノズル壁５部分で挟み囲われ、ノズル２内部は閉鎖状態の空間部６が形成されている。砥石４と割れ形状のノズル壁５との間は所定の間隔で隙間７が形成されていて、この隙間７が空間部６の流体を外部に噴出させるための吐出口となっている。

このノズル２は、使用開始前のものは流体を外部に流出するための出口がなく袋状であり塞いだ状態である。この塞がれたノズル２を使用状態で固定し、研削加工で使用する砥石４で研削されて砥石４の外形の形状に沿って研削して、その先端を研削して前述した形状に研削する。この研削により、ノズル２の先端形状は、砥石４の外形形状に一致した形状となる。この後にフレキシブルチューブやスタンドへの取り付けノズルにおいては、手動で隙間を調整して、送りを後退させてノズル２の先端と砥石４の外周との間にわずかな隙間を形成する。又、自動化されている場合は、研削盤の備えている送り機構（図示せず）を利用することも可能である。

被加工物の冷却用の流体は、パイプ３を介して流体源（図示せず）から供給され、この流体はノズル２内部の空間部６に一時的に滞留するようになっている。流体の一部はこの空間部６内で、砥石４に直接的に吹き付けられで接触し、又流体の一部はノズル２と砥石４との隙間７を介して砥石面８に沿って、図１、図２、及び図３の矢印で示すように砥石の側壁面と外周面に沿って噴出される。即ち、砥石はノズル２の内部と外部で冷却される。

このようにしてノズル２で囲われた砥石４の部分を冷却することになるが、砥石４は回転しているので、研削加工部分である砥石外縁部が、側壁を含め全周にわたって均等に冷却されることになる。ノズル装置１の設置位置は、砥石４の回転方向の上流側の研削加工位置に近接した位置に設けるのが好ましい。この砥石外縁部は被加工物に直接接触し研削加工を行う部位である。

研削加工に伴ない砥石４と被加工物との間で、研削に伴う研削熱を発生し合わせて研削屑も発生する。そのためノズル装置１は研削加工部位に近接して設けられ、ノズル２から噴出される流体によって、高熱になった砥石４を冷却するとともに発生した研削屑を洗い流すのである。空間部６内の流体は砥石４を冷却することが主であるが、隙間７を介して噴出する流体は、この隙間７で絞られ砥石面８と円筒面に沿って噴出し、砥石４の冷却と研削屑の洗浄を行う。

この僅かな隙間７から噴出した流体は、限られた流体量のみが流れ出し、噴出後は流体液の場合、流体液は遠心力で研削点に達するとともに、又砥石の回転方向下方に向かって満遍なく砥石に噴出される。しかも、噴出した流体は砥石４から離れて砥石面８に沿って流れ落ちるので流体の砥石４に対する接触割合が多く、従来の構造のノズルに比して少ない量の研削液で効率よく冷却、洗浄することができる。供給接続体をパイプ３として説明したが、フレキシブルに姿勢の変えられるものでもよく、その形態に限定されることはない。

［ノズルの実施の形態２］
図３は、ノズル２に第２の流体供給部材９を設けた例である。図３の例は、パイプ３に冷却空気を供給しノズル２から砥石４に高圧の冷却流体を吹き付ける構成になっていて、この構成に第２の流体供給部材９を設け、流体液をノズル２の空間部６に流すようにした構成である。砥石４に対しては、高圧の空気に流体液を混合して噴霧状態にし、即ちミスト状態の流体を形成して砥石４に吹き付けるものである。

ノズル２の空間部６に連通するように第２の流体供給部材９を取り付け、空間部６内に供給される流体の噴出口をベンチュリー管形式、又はオリフィス形状と同様構成の仕切り壁１０を設け流体を絞る絞り部１０ａが形成されている。従って、第２の流体供給部材９から供給される流体液は、パイプ３からの圧縮空気と混合し絞られ、空間部６内で開放しミスト流体となって砥石４の外周面に吹き付けられる。又ミスト流体は空間部６内に一時留まるものの、隙間７を介して外部に噴出され砥石面８の冷却をも行う。

このミスト構成は使用する流体液を少なくすることに特徴があり、また冷却効果も高める。図３の説明においては、２つの流体を同時に供給し混合させる流体としたが、２つの回路を設けているので、図示していないが別々に異なる流体を供給して切り換えて使用することも可能である。例えば、泡の発生装置を組み込むこともできる。

［ノズルの実施の形態３］
図９、図１０は、ノズルの隙間の長さ、即ち、砥石４に沿った長さを長くしたノズルの例である。この長さは所定の長さを設定して決められるが、特に研削液の場合に適用され、噴出する流れが層流を維持できる長さである。この長さを確保することで、この流れを安定的な流れにして砥石４に接触させ、砥石４に対してはへばりつくような形態の噴出状態となる。図９は、砥石４の側壁に沿ってノズル２のＡ部を長くした形態である。図１０は、砥石４の外周に沿ってノズル２のＢ部を長くした形態である。

［ノズル装置の実施の形態］
図４は、ノズル装置１を簡易的にマグネットスタンド１１に取り付け、任意の位置に設置できるように構成した例である。マグネットスタンド１１は、一般に機械加工現場等で使われているものであり、磁石の磁力により工作機械である研削盤の機体１３等に固定するものである。このノズル装置１は人手により任意の位置に固定して設置するものであり、ノズル２の位置、噴出方向を任意に設置できるように供給接続体をフレキシブルにその形態を変化できるボルティックチューブ１２としている。

図５は、供給接続体をフレキシブルに変化できるボルティックチューブ１２としている形態は図４のものと同様であるが、研削盤の機体１３に直接設置した例を示している。図６は図３の変形例であり、第２の流体供給部材９に点滴可能な流量調整弁１４を設けた例を示している。この場合、流体液は上方に設けられたタンク１５より流量確認窓を有する流量計１６を介し、流量調整弁１４に導き、この流量調整弁１４により流量を点滴状態から連続流れの範囲で対象物の条件に応じて調整する。

この流量調整弁１４は、カム部材を備えたダイヤル式に手動でつまみを回転し流量を調整するものである。カム部材は、ビニールホースを外側から押し潰して変形させて流量を調節するものである。その流れの状況は、流量計１６の流量確認窓により目視で確認している。調整された一定量の研削液は、ノズル２の空間部６に供給され前述のようにミスト流体となって対象物に吹き付けられる。図６の構成は、簡易ミスト作成装置としてのノズル装置である。

図７は、圧縮空気のみを供給し対象物を冷却するノズル装置１の構成例を示している。この例は圧縮空気取り入れ体１７に、暖気排出のための暖気排出装置１８を取り付けた構成である。この構成にすることで、供給接続体３，９，１２及びノズル２の空間部６に留まっている暖気を暖気排出装置１８を介して外部へ排出することができる。

この構成によると、供給される圧縮空気の一部は、冷却風となって砥石４に吹き付けられるが、一部は暖気排出装置１８に導かれ暖気を吸引する状態で外部へ排出する。混合流体はその吐出形態をミスト流体として説明したが、他の形態、例えばゾル形態、泡形態等であってもよい。又、対象物を研削盤の砥石に適用して説明したが、ノズル２に閉鎖的に挟み囲われるような対象物であれば砥石に限定されることはない。

図８は、砥石４とノズル２の相対位置を正確に調整できるノズル装置２０の構成例である。このノズル２は、Ｕ軸（Ｘ軸と並行）、Ｗ（Ｙ軸と並行）、及びＶ（Ｚ軸と並行）の３軸線方向にネジ駆動により移動可能である。ノズル２と一体に連結されているパイプ３は、固定治具２１によりボルト２２でＵ軸移動台２３に固定されている。Ｕ軸移動台２３は、移動台２４の下面にＵ軸線方向に移動自在に支持されている。

Ｕ軸移動台２３には、ナット２５が固定されており、このナット２５にＵ軸送りネジ２６がねじ込んである。Ｕ軸送りネジ２６は、その軸線方向は移動せずに移動台２４に回転自在に支持されている。Ｕ軸送りネジ２６の一端には、Ｕ軸つまみ２７が固定されている。従って、Ｕ軸つまみ２７を手で回転させると、ノズル２はＵ軸線方向、即ち、Ｘ軸線方向に移動される。更に、移動台２４は、Ｗ軸移動台２８にＵ軸線方向と直交する方向であるＶ軸線方向に移動自在に搭載されている。移動台２４のＶ軸線方向の移動は、Ｖ軸つまみ３０で行う。Ｖ軸つまみ３０による移動台２４のＶ軸線方向の移動のための構造は、Ｕ軸線方向の送り駆動機構と同様のネジ機構（図示せず）によるものであり、その説明は省略する。

Ｗ軸移動台２８は、機台３１にＷ軸線方向にアリ溝で案内されて移動自在に搭載されている。このＷ軸線方向の移動は、Ｗ軸つまみ３２で行う。Ｗ軸つまみ３２による移動台２８のＷ軸線方向の移動のための構造は、Ｕ軸線方向の送り駆動機構と同様のネジ機構３３によるものであり、その説明は省略する。以上詳記したように、このノズル装置２０は、Ｕ軸、Ｗ軸、及びＶ軸の３軸線方向にネジ駆動により移動可能であるので、所望する位置に正確にノズルの位置を配置できるという利点がある。

［実験例］
このノズル装置２０において、実験のためにノズル２の先端に３ｍｍ矩形の貫通孔を開けて、研削液を供給した。砥石４には、ノズルが接触しない程度に接近させて、砥石４を１０００rpmで回転させた。そのとき、砥石４の外周面に付着幅３ｍｍの円周方向に２筋の水滴状の研削液が形成された。砥石４を２０００rpmで回転させたとき、砥石４の外周面に付着幅３ｍｍの円周方向に４筋の水滴状の研削液が形成された。砥石４を３０００rpmで回転させたとき、砥石４の外周面に付着幅３ｍｍの円周方向に５筋の連続した研削液が形成された。

これらの付着液体は、１０００rpmのとき、砥石４の外周表面から約０．５ｍｍ程度、２０００rpmのとき、砥石４の外周表面から約０．２５ｍｍ程度、３０００rpmのとき、砥石４の外周表面から約０．１５ｍｍ程度が観察された。ただし、ダイヤモンドホイールは、ＳＤ８００のメタルボンドのホイールで外径は２００ｍｍである。研削液は、ソリューションタイプで、表面張力０．０４７Ｎ／ｍ、使用ホイールにタイするノズル２の接触角は３１°である。

［他の実施の形態］
以上、実施の形態について説明したが、本発明は本実施の形態に限定されないことはいうまでもない。例えば、前述した実施の形態では、回転する砥石４に適用した例であったが、この砥石４に換えて、切削用の工具である平フライス、溝フライス、側フライス、メタルソー、エンドミル、角フライス、総形フライス等の切削用フライス工具にも適用でする。

図１は、本発明に関わる閉鎖式ノズル装置の正面図である。 図２は、図１のＸ−Ｘ断面図である。 図３は、第２の供給接続体を設け混合流体を供給する構成を示した閉鎖式ノズル装置の断面図である。 図４は、閉鎖式ノズル装置をマグネットスタンドに取り付けた構成を示す正面図である。 図５は、閉鎖式ノズル装置を研削盤に取り付けた構成を示す正面図である。 図６は、第２の供給接続体を簡易ミスト作成装置としての構成を示す閉鎖式ノズル装置の正面図である。 図７は、供給接続体に暖気排出装置を設けた構成を示す閉鎖式ノズル装置の正面図である。 図８は、砥石とノズルの相対位置を正確に調整できる研削盤のノズル装置の構成例を示す説明図である。 図９は、ノズルの隙間の長さを長くした説明図で、砥石側壁面に沿った長さを示している。 図１０は、ノズルの隙間の長さを長くした説明図で、砥石外周面に沿った長さを示している。

符号の説明

１…ノズル装置
２…ノズル
３…パイプ
４…砥石
５…ノズル壁
６…空間部
７…隙間
８…砥石面
９…第２の供給接続体
１０…仕切り壁

Claims (9)

1. 供給される流体を滞留させる空間部（６）を有し、この空間部（６）に被供給体（４）の一部を両側から閉鎖状態で挟んで囲み前記流体を吹き付け、前記被供給体（４）との間に設けられた所定間隔の隙間を吐出口として前記流体を外部に流出させるようにしたノズル（２）と、
   このノズル（２）に接続し前記流体を流体源から前記ノズル（２）に供給する供給接続体（３，９，１２）と
   からなる機械加工用閉鎖式ノズル装置。
2. 請求項１に記載の機械加工用閉鎖式ノズル装置において、
   前記被供給体（４）は、回転する機械加工のための工具である
   ことを特徴とする機械加工用閉鎖式ノズル装置。
3. 請求項２に記載の機械加工用閉鎖式ノズル装置において、
   前記ノズル（２）は、使用開始前のものは前記流体を外部に流出するための出口が形成されず、使用時に前記工具（４）で加工されるものである
   ことを特徴とする機械加工用閉鎖式ノズル装置。
4. 請求項３に記載の機械加工用閉鎖式ノズル装置において、
   前記ノズルは、前記空間部内に前記流体を絞って回転している前記工具（４）に吹き付ける絞り部（１０ａ）を有していることを特徴とする機械加工用閉鎖式ノズル装置。
5. 請求項３に記載の機械加工用閉鎖式ノズル装置において、
   前記ノズルの隙間の長さは、前記工具に沿って所定長さを有することを特徴とする機械加工用閉鎖式ノズル装置。
6. 請求項３に記載の機械加工用閉鎖式ノズル装置において、
   前記供給接続体（３，９，１２）は、気体を供給する供給接続体と液体を供給する供給接続体（９）とから構成され混合流体を前記ノズル（２）に供給する構成になっていることを特徴とする機械加工用閉鎖式ノズル装置。
7. 請求項３に記載の機械加工用閉鎖式ノズル装置において、
   前記供給接続体（３，９，１２）は、供給される流体の量を調整できる流量調整体（１４）を有していることを特徴とする機械加工用閉鎖式ノズル装置。
8. 請求項３に記載の機械加工用閉鎖式ノズル装置において、
   前記供給接続体（３，９，１２）は、任意に姿勢を変えられる屈曲自在の部材であることを特徴とする機械加工用閉鎖式ノズル装置。
9. 請求項３に記載の機械加工用閉鎖式ノズル装置において、
   前記供給接続体は、前記ノズルの前記空間部（６）内の暖気を排出する暖気排出装置（１８）を有していることを特徴とする機械加工用閉鎖式ノズル装置。

Images