JP2011115920A

JP2011115920A - クーラントセミドライ装置

Info

Publication number: JP2011115920A
Application number: JP2009277422A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Saito; 真一齋藤; Takashi Hattori; 隆志服部
Original assignee: Toyota Motor Corp; Taco Co Ltd
Current assignee: Toyota Motor Corp; Azbil TA Co Ltd
Priority date: 2009-12-07
Filing date: 2009-12-07
Publication date: 2011-06-16
Anticipated expiration: 2029-12-07
Also published as: JP5492536B2

Abstract

【課題】主軸からミストが吐出するまでの立ち上がり時間を短縮する供給方法を提供する。
【解決手段】スピンドルの装着孔に工具ホルダのシャンクを装着し該スピンドルおよび工具ホルダを回転させる初期に、スピンドルの中空通路内に初期増量クーラント液を供給する初期増量回路と、定量のクーラント液を供給する定量供給回路と、初期増量回路及び定量供給回路とエア回路による潤滑剤の供給時期と供給量とを制御する制御装置とを少なくとも備えるクーラントセミドライ装置を設け、初期増量クーラント液がスラグ状二相流の状態でスピンドル１１に供給され該スピンドルの中空通路１１ａ内の壁面にスピンドルの回転により環状の液膜通路が形成された後に、定量供給装置により定量のクーラント液を制御装置４によりスピンドルにスラグ流にして供給する工具への潤滑剤供給方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、工作機械に装着される工具ホルダに対して液体等を供給するクーラントセミドライ装置に関するものである。

従来、工作機械における回転自在なスピンドルの先端部のホルダ装着孔に、工具ホルダのシャンクを装着して、工具ホルダの主体部を回転させる初期において、前記工具ホルダに向けて液体供給手段から流体を供給するようにした工作機械における工具ホルダへの液体供給装置が知られている（特許文献１参照）。

特開２００６−２９７５７３号公報

従来の供給装置は、微量のクーラント，水，油、オイルミストなどによるＭＱＬ（Minimum Quantity Lubrication：最小油量による加工）であって、図２乃至図３の従来方式に示すように、スピンドル１１の中空通路１１ａ内を通過する際に、該スピンドル１１の回転による遠心力の影響により、ミスト状の潤滑剤が内壁面に付着し、図４に示すように、管内の環状流の状態にて液化滞留する。

中空通路１１ａ内に一定厚の液膜が形成されるまで、工具よりミスト状の切削剤が出てこないので、相当の時間、待たなければならずミストの応答性が悪い。マシニングセンタのような工具の交換が頻繁に行われる工作機械では、このミスト状の切削剤の吐出待ち時間が累積して相当の時間を費やされることになる。本発明に係るクーラントセミドライ装置は、このような課題を解決するために提案されたものである。

本発明に係る工具への潤滑剤供給方法の上記課題を解決して目的を達成するための要旨は、回転自在なスピンドルの中空通路内を通過して工具に吐出する工具用潤滑剤を供給装置から当該スピンドルに供給する供給方法において、前記スピンドルの装着孔に工具ホルダのシャンクを装着し該スピンドルおよび工具ホルダを回転させる初期に、前記スピンドルの中空通路内に初期増量クーラント液を供給する初期増量回路と、定量のクーラント液を供給する定量供給回路と、前記初期増量回路及び前記定量供給回路とエア回路による潤滑剤の供給時期と供給量とを制御する制御装置とを少なくとも備えるクーラントセミドライ装置を設け、圧縮空気と初期増量クーラント液がスラグ状二相流の状態で前記スピンドルに供給され該スピンドルの中空通路内の壁面に前記スピンドルの回転により環状の液膜通路が形成された後に、前記定量供給装置により定量のクーラント液を前記制御装置により前記スピンドルにスラグ流にして供給することで、工具先端より瞬時にミスト化した状態で吐出させられることである。

本発明に係るクーラントセミドライ装置の要旨は、回転自在なスピンドルの中空通路内を通過する工具用潤滑剤を供給するクーラントセミドライ装置において、前記スピンドルの装着孔にシャンクを装着した初期に、前記スピンドルの中空通路内に初期増量クーラント液を制御装置の指令により供給する初期増量回路と、該初期増量クーラント液が前記中空通路内の壁面に前記スピンドルの回転により環状の液膜を形成した後に、前記制御装置の指令により定量のクーラント液を供給する定量供給回路とを少なくとも有することである。

本発明の工具への潤滑剤供給方法と、それに使用されるクーラントセミドライ装置によれば、スピンドルの中空通路に、初期的に送り込まれたスラグ流状の初期増量クーラントにより、前記中空通路の内壁を瞬時に厚膜で飽和させ、環状流の状態で液化滞留させる。
その後に送られる定量のクーラントも同様にスラグ流状で供給することで、スピンドル内の環状流の状態を一定に保ち、その結果、スピンドル内に形成維持された液膜表層の潤滑剤がエア圧によりスムーズに工具先端部に送られ、工具出口でミスト化されると言う優れた効果を奏するものである。

本発明に係るクーラントセミドライ装置１の概略構成図である。従来例に係るクーラントセミドライ装置１０の概略構成図である。スピンドルの中空通路内における液膜の出来具合が、従来例と本発明とでどのように異なるかを示す説明断面図である。管内二相流の流動様式を示す説明用断面図である。クーラント液供給時間と工具へのクーラント液吐出量との関係を示す関係曲線図である。

本発明に係るクーラントセミドライ装置１は、図１に示すように、スピンドル（主軸）の中空通路において、スピンドル回転の初期に、初期増量回路装置により、スピンドルの中空通路内に、多量のクーラント液を送り込んで、瞬時に厚膜で飽和させ、図４に示すように環状流の状態で液化滞留させる。そして、定量クーラント液で該液膜を一定に保つことでスピンドル内に形成維持された液膜表層の潤滑剤を圧縮空気によりスムーズに工具先端部に送り出すようにするものである。

図１に示すように、工作機械における回転自在なスピンドル１１の中空通路１１ａ内を通過してシャンクに取り付けられる工具（図示せず）から、ミスト化された状態で吐出する工具用潤滑剤を、潤滑剤の供給装置１からミキシングノズルを介し、スラグ状二相流の状態で、当該スピンドル１１に供給する供給方法である。

かかる供給方法において、まず、前記スピンドル１１の装着孔にシャンクを装着して、所要の工具を取り付ける。そして、スピンドル１１の回転の初期に、前記スピンドル１１の中空通路１１ａ内に初期増量クーラント液を供給する初期増量回路と、定量のクーラント液を供給する定量供給回路とエア回路と、前記初期増量回路及び定量供給回路による潤滑剤の供給時期と供給量とを制御する制御装置４とを少なくとも備えるクーラントセミドライ装置を設ける。

前記初期増量回路は、図１に示すように、工作機械における油槽タンク１２に初期増量用ポンプ２を接続し、該初期増量用ポンプ２とミキシングノズル５とを初期増量用管８で接続してなるものである。前記初期増量用ポンプ２は、多連ポンプである。これは、工具および機械等により初期増量の量が異なるので、迅速に対応させるべく複数個の初期増量用ポンプにより初期増量の量を加減するためばかりでなく、コスト的にも廉価となるからである。また、前記ミキシングノズル５は、スピンドル１１の基部に接続されている。

前記定量供給回路は、前記油槽タンク１２に定量供給用ポンプ３を接続し、該定量供給用ポンプ３と前記ミキシングノズル５とを定量供給用管７で接続し、更に、エア供給装置８および該エア供給装置８とミキシングノズル５とを接続するエア供給管８ａとでなるものである。ミキシングノズル５はクーラント液をミスト化することなく圧縮空気により送る構造となっている。ちなみに従来方法に係る図２に示すミキシングノズルはクーラント液をミスト化する構造となっている。

更に、前記制御装置４は、上記の初期増量回路及び定量供給回路による潤滑剤の供給時期と供給量とを制御するものであり、工具をスピンドル１１に装着して該スピンドル１１を回転させた後は、クーラント液の供給を自動で制御する。

このようなクーラントセミドライ装置１を構成した後、工具への潤滑剤供給方法を実施するには、まず、図１に示すように、制御装置４によりスピンドル１１を回転させ、それと同時に、初期増量用ポンプ２を駆動させる。

前記初期増量用ポンプ２の駆動により、クーラント液が初期増量用管６を通ってミキシングノズル５および主軸用管９を介してスピンドル１１の中空通路１１ａに至る。そこで、図３中の発明方式に示すように、増量されたクーラント液が中空通路１１ａに浸入し飽和されて、液膜１３による液膜通路１３ａがスピンドル１１の回転による遠心力で形成される。

前記液膜１３による液膜通路１３ａは、前記中空通路１１ａのほぼ全長に亘り短時間で形成される。該液膜通路１３ａが形成された後に、制御装置４により、定量供給用ポンプ３から定量で微量のクーラント液が定量供給用管７を介してミキシングノズル５に送出され、同時に、圧縮空気がエア供給装置８からエア供給用管８ａを介して前記ミキシングバルブ５に圧送される。このミキシングノズル５で前記微量のクーラント液がスラグ流となって、主軸用管９を介してスピンドル１１の中空通路１１ａに至る。

前記スラグ流となったクーラント液は、図３中の発明方式に示すように、中空通路１１ａの直径から液膜１３の厚さ分だけ狭い液膜通路１３ａの状態を一定に保ち、その結果、スピンドル内に形成維持された液膜表層の潤滑剤が圧縮空気により工具先端部に送られることになる。

こうして、図５に示すように、増量されたクーラント液は、中空通路１１ａ内に迅速に、例えば、１秒程度の時間で飽和させることで環状流を形成することが可能となり、工具先端からミスト状クーラントが吐出されるまでの時間が、従来例（３００秒）に比較して飛躍的な時間短縮となる。

このように、スラグ状の初期増量クーラント液が前記スピンドル１１に供給され該スピンドル１１の中空通路１１ａ内の壁面に、前記スピンドル１１の回転により液膜１３を形成して当該中空通路１１ａ内の液膜通路１３ａが狭くなった後に、前記定量供給装置により定量のクーラント液を前記制御装置４により供給するものである。

本発明に係る工具への潤滑剤供給方法は、ミスト化した液体を吐出させる各種機械装置、例えば、農業用噴霧装置等にも広く応用できるものである。

１クーラントセミドライ装置、
２初期増量用ポンプ、
３定量供給用ポンプ、
４制御装置、
５ミキシングノズル、
６初期増量用管、
７定量供給用管、
８エア供給装置、８ａエア供給用管、
９主軸用管、
１０従来例に係るクーラントセミドライ装置、
１１スピンドル（主軸）、
１２油槽タンク、
１３液膜、１３ａ液膜通路。

Claims

回転自在なスピンドルの中空通路内を通過して工具に吐出する工具用潤滑剤を供給装置から当該スピンドルに供給する供給方法において、
前記スピンドルの装着孔に工具ホルダのシャンクを装着し該スピンドルおよび工具ホルダを回転させる初期に、前記スピンドルの中空通路内に初期増量クーラント液を供給する初期増量回路と、定量のクーラント液を供給する定量供給回路と、前記初期増量回路及び前記定量供給回路とエア回路による潤滑剤の供給時期と供給量とを制御する制御装置とを少なくとも備えるクーラントセミドライ装置を設け、
圧縮空気と初期増量クーラント液がスラグ状二相流の状態で前記スピンドルに供給され該スピンドルの中空通路内の壁面に前記スピンドルの回転により環状の液膜通路が形成された後に、
前記定量供給装置により定量のクーラント液を前記制御装置により前記スピンドルにスラグ流にして供給することで、スピンドル内の環状流を一定に保つことで、液膜表層の潤滑剤が圧縮空気により、工具先端よりミスト化した状態で吐出させられることを特徴とする工具への潤滑剤供給方法。
回転自在なスピンドルの中空通路内を通過する工具用潤滑剤を供給するクーラントセミドライ装置において、
前記スピンドルの装着孔にシャンクを装着した初期に、前記スピンドルの中空通路内に初期増量クーラント液を制御装置の指令により供給する初期増量回路と、
該初期増量クーラント液が前記中空通路内の壁面に前記スピンドルの回転により環状の液膜を形成した後に、前記制御装置の指令により定量のクーラント液を供給する定量供給回路とを少なくとも有すること、を特徴とするクーラントセミドライ装置。