JP2015223655A - 集塵機構、集塵方法及び機械加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】機械加工によって生じる切粉を良好に除去することが可能な集塵機構及び集塵方法を提供することである。
【解決手段】実施形態に係る集塵機構は、ファンと前記ファンを工作機械の回転軸に着脱するためのホルダを有する。ファンは、回転翼で被切削材側から吸塵装置の吸塵口に向かうエアの流れを形成することによって切粉を前記吸塵口に導く。また、実施形態に係る集塵方法は、回転軸と異なる方向への工具の駆動軸を有する工作機械の前記回転軸にファンを取付けるステップと、前記駆動軸方向に前記ファンを移動させるステップと、前記回転軸の回転駆動によって前記ファンを回転させ、前記ファンの回転翼で被切削材側から吸塵装置の吸塵口に向かうエアの流れを形成することによって切粉を前記吸塵口に導くステップとを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明の実施形態は、集塵機構、集塵方法及び機械加工方法に関する。

エンドミルやドリル等の切削工具を用いた切削加工では、切粉の除去が重要である。そこで、切粉を除去するための様々な技術が考案されている（例えば特許文献１、特許文献２、特許文献３及び特許文献４参照）。

特開２００８−０３６７６８号公報 特開２００９−２４８２００号公報 特開平０３−０３５９１４号公報 実公平０１−０１５４９２号公報

本発明は、機械加工によって生じる切粉を良好に除去することが可能な集塵機構、集塵方法及び機械加工方法を提供することを目的とする。

本発明の実施形態に係る集塵機構は、ファンと前記ファンを工作機械の回転軸に着脱するためのホルダを有する。ファンは、回転翼で被切削材側から吸塵装置の吸塵口に向かうエアの流れを形成することによって切粉を前記吸塵口に導く。
また、本発明の実施形態に係る集塵方法は、回転軸と異なる方向への工具の駆動軸を有する工作機械の前記回転軸にファンを取付けるステップと、前記駆動軸方向に前記ファンを移動させるステップと、前記回転軸の回転駆動によって前記ファンを回転させ、前記ファンの回転翼で被切削材側から吸塵装置の吸塵口に向かうエアの流れを形成することによって切粉を前記吸塵口に導くステップとを有する。
また、本発明の実施形態に係る機械加工方法は、切削工具を用いて被切削材の切削加工を行うことによって機械加工品を製造するステップと、前記集塵機構を用いて前記切削加工によって生じた切粉を集塵するステップとを有する。

本発明の実施形態に係る集塵機構、集塵方法および機械加工方法によれば、機械加工によって生じる切粉を良好に除去することができる。

本発明の第１の実施形態に係る集塵機構の構成を示す正面図。 図１に示す集塵機構の組立図。 図１に示す集塵機構の斜視図。 図１に示すファンの下面図。 図４に示す二点鎖線で囲まれた回転翼の縁部分における拡大図。 図１に示す吸塵ダクトの吸塵口をファンから排出されるエアの流れの向きに対応する位置に配置した例を示す図。

本発明の実施形態に係る集塵機構、集塵方法及び機械加工方法について添付図面を参照して説明する。

（構成及び機能）
図１は本発明の第１の実施形態に係る集塵機構の構成を示す正面図、図２は図１に示す集塵機構の組立図、図３は図１に示す集塵機構の斜視図、図４は図１に示すファンの下面図、図５は図４に示す二点鎖線で囲まれた回転翼の縁部分における拡大図である。

集塵機構１は、被切削材Ｗの切削加工によって生じた切粉２を、除去するためのツールである。被切削材Ｗとしては、ガラス繊維強化プラスチック(GFRP: Glass fiber reinforced plastics)や炭素繊維強化プラスチック(CFRP: Carbon Fiber Reinforced Plastics)等の複合材や金属など、任意の素材とすることができる。

集塵機構１は、少なくともファン３と、ファン３を工作機械４の回転軸（主軸）５に着脱するためのホルダ（アーバ）６とを有する。このため、集塵機構１を工具と同様に工作機械４の回転軸５に着脱して使用することができる。従って、自動工具交換装置(ATC: Automatic Tool Changer)を備えた工作機械に集塵機構１を取付ければ、他の工具と同様に集塵機構１をATCで交換することができる。また、数値制御(NC: Numerical Control)工作機械に集塵機構１を取付ければ、NCプログラムで集塵機構１を所望の位置に移動させることができる。特に、回転軸５と異なる方向への工具の駆動軸を有する工作機械に集塵機構１を取付けて使用することが効果的である。

ファン３は、切粉２の衝突によって損傷や摩耗が発生し難い材質で構成することが適切である。従って、被切削材Ｗの材質に応じて、アルミニウム、スチール又は複合材等の材料によってファン３を製造することができる。特に、複合材が被切削材Ｗである場合には、ファン３も複合材で構成することが好適である。

ホルダ６とファン３とはボルトや溶接等の任意の方法で接合することができる。図示された例では、ホルダ６とファン３とがボルトによって組立てられる構造となっている。典型的なホルダ６は、スチール製である。従って、ファン３がアルミニウム製であれば、ファン３をホルダ６にボルトによって固定することが実用的である。一方、ファン３もスチールで構成すれば、溶接によってファン３をスチールに強固に接合することができる。

工作機械４の回転軸５付近には、吸塵装置７のバキュームダクトが吸塵ダクト８として取付けられる。吸塵ダクト８の吸塵口９は、ファン３側に向けられる。一方、吸塵ダクト８の他端は、真空ポンプ１０に接続される。そして、真空ポンプ１０を駆動することによって吸塵ダクト８から切粉２を吸引することができる。尚、吸塵ダクト８及び真空ポンプ１０によって形成される吸塵装置７又は吸塵ダクト８を集塵機構１の構成要素としても良いし、工作機械４の付属設備として設けられた既存の真空ポンプ１０及び吸塵ダクト８を利用してもよい。

また、工作機械４には、回転軸５に取付けられた工具を囲うフード１１を取付けることができる。フード１１を取付けることによって吸塵ダクト８からの切粉２の吸引力を良好に保つことができる。また、フード１１によって切粉２の飛散を防止するができる。

ファン３は、複数の回転翼１２を有する。このため、回転軸５の回転駆動によってファン３を回転させると、被切削材Ｗ側から吸塵口９に向かうエアの流れが形成される。このため、被切削材Ｗの切削加工によって生じた切粉２を、エアの流れによって吸塵口９に導くことができる。

ファン３の種類としては、シロッコファンやプロペラファン等の一般的な任意のファンを使用することができる。但し、試験の結果、図示されるように、回転中心に吸塵口９に向かうエアの流れを形成するための空隙を形成したファン３が、良好に切粉２を吸塵口９に導く観点から好適であることが確認された。

このような構造を有するファン３を採用すると、ファン３の回転中心に形成された空隙に、切粉２を舞い上げるための竜巻状のエアの流れを形成することができる。そして、形成されたエアは回転翼１２の間を経由してファン３の回転半径方向に向かってファン３の外部に排出されることとなる。このため、切粉２もファン３の回転中心において上昇し、ファン３の回転半径方向に向かうエアの流れに沿って吸塵口９に導かれる。

加えて、図示されるようにファン３にファンカバー１３及び隙間カバー１４を設けることが、切粉２の飛散を防止しつつ安定したエアの流れを形成する観点から望ましい。

ファンカバー１３は、ファン３の被切削材Ｗ側を閉塞することによって切粉２の飛散を防止するための剛体で構成される覆いである。従って、ファンカバー１３は、例えば中央に切粉２の吸込口１５を有する円錐台の側面形状のような構造物で構成することができる。ファンカバー１３についても、切粉２によって損傷し難い材質で構成することが適切である。ファンカバー１３は、ボルト１６又は溶接等の任意の方法でファン３に取付けることができる。図示された例では、吸込口１５の周囲において組付けボルト１６によってファンカバー１３がファン３に取付けられる構造となっている。

一方、隙間カバー１４は、ファン３と吸塵ダクト８の吸塵口９との間における隙間を塞ぐことによって切粉２の飛散を防止するための可撓性を有する覆いである。従って、隙間カバー１４は、ファンカバー１３の縁を延長する円錐台の側面形状のような構造物で構成することができる。可撓性を有する隙間カバー１４は、吸塵口９と接触しても損傷を最小限に抑えることができる。換言すれば、隙間カバー１４に可撓性を付与することによって、吸塵口９と接触させることが可能なカバーをファン３に設けることができる。このため、隙間カバー１４は、樹脂等の柔軟な材料で構成することが適切である。また、隙間カバー１４を弾性体で構成すれば、吸塵口９と隙間カバー１４との相対位置に追従して隙間カバー１４を変形させることができる。

尚、吸塵口９とファン３との隙間を低減させるためにファン３のサイズを過剰に大きくすると、ファン３がATC等の工作機械４に備えられる装置と干渉する恐れが生じる。このため、隙間カバー１４を集塵機構１に設けることによって、工作機械４との干渉を回避しつつ切粉２の飛散を防止することが可能となる。

また、ファンカバー１３も剛体とせずに樹脂等の可撓性を有する材料で構成すれば、ファンカバー１３と隙間カバー１４とを一体にすることができる。但し、切粉２の飛散の防止効果を良好にする観点からは、ファンカバー１３を剛体とすることがより好適である。

隙間カバー１４でファン３が完全に閉塞されないように、吸塵口９とファン３との隙間を塞ぐと、ファン３を構成する回転翼１２の付け根付近の間が切粉２及びエアの排出口１７となる。このため、エアの排出口１７は円周方向の異なる複数の向きで形成されることになるが、吸塵口９からの吸引力によって切粉２の大部分を吸塵ダクト８内に回収できることが試験によって確認された。

他の好適な条件としては、切削加工や引き抜き等の成形加工によって一体物としてファン３を製造するという条件が挙げられる。ファン３を一体物とすれば、ファン３の隙間が低減されるため、エアの発生効率を向上させることができる。

更に、特記すべき好適な条件としては、図５に示すように、回転翼１２の空隙側における縁を、丸みを帯びた形状とする条件が挙げられる。回転翼１２の空隙側における先端を平滑な形状にすると、竜巻状の気流を一層良好に形成できることが確認された。しかも、回転翼１２に切粉２が絡む事態も回避することができる。

縁の断面が丸い回転翼１２を製造する方法としては、板状部材のロール成形、機械加工、鋳造、切断したチューブと板状部材の溶接等の様々な方法が挙げられる。但し、機械加工や鋳造によって回転翼１２を一体物として製造すれば、回転翼１２に不連続な端部が生じないため、良好なエアの形成及び切粉２の絡み防止に有効である。

また、ファン３の排出口１７側に配置される吸塵口９の位置についても好適な条件が存在する。

図６は、図１に示す吸塵ダクト８の吸塵口９をファン３から排出されるエアの流れの向きに対応する位置に配置した例を示す図である。

図６は、ファン３の下面側から見た吸塵口９の配置例を示している。図６に示すように、吸塵ダクト８の吸塵口９をファン３の中心軸から一定の距離だけシフトした位置に向けることもできる。吸塵口９の適切な位置は、吸塵試験やシミュレーションによって決定することができる。また、図６に示す例では、吸塵ダクト８の先端がファン３及びファンカバー１３と接触しないようにファン３の回転方向に斜めにカットされた形状を有している。

（動作及び作用）
次に集塵機構１を用いた集塵方法及び機械加工方法の例について説明する。

集塵機構１を用いた切粉２の集塵工程を含む機械加工を行う場合には、例えば、ATCを備え、かつ回転軸５と異なる方向への工具の駆動軸を有する工作機械４のATCに予め集塵機構１がセットされる。一方、工作機械４の回転軸５には、エンドミルやカッター等の切削工具が取付けられる。

そして、切削工具を用いて被切削材Ｗの切削加工が行われる。切削加工によって切粉２が溜まると、良好な切削が困難となる。特に、四方がフランジで囲まれたポケットを加工する場合には、切粉２が溜まり易い。そこで、集塵機構１を用いて切削加工によって生じた切粉２が集塵される。そのために、ATCの駆動によって回転軸５に取付けられた切削工具が集塵機構１に置換される。これにより、工作機械４の回転軸５にファン３が取付けられる。

次に、工作機械４の駆動軸が駆動し、切粉２の除去対象となる位置に向けて駆動軸方向にファン３が移動する。一方、工作機械４の回転軸５の回転駆動によってファン３が回転する。これにより、ファン３の回転翼１２で被切削材Ｗ側から吸塵口９に向かうエアの流れが形成される。その結果、エアの流れによって切粉２が吸塵口９に導かれる。

切粉２が除去されると、再び必要な切削加工を開始することができる。そして、切削加工及び切粉２の集塵を必要な回数だけ繰返すことができる。その結果、全ての切削加工後における被切削材Ｗとして機械加工品が製造される。特にNC工作機械を用いて機械加工を行う場合には、半自動又は全自動で切粉２の集塵工程を含む機械加工工程を実施することができる。また、切粉２が回収された状態で被切削材Ｗの仕上げ加工等を行うことができる。従って、良好な精度で被切削材Ｗに仕上げ面を形成することが可能となる。

つまり以上のような集塵機構１は、工作機械４に工具と同様に着脱可能に構成したものである。また、集塵機構１を用いた切粉２の集塵方法並びに集塵工程を含む機械加工方法は、切削加工中ではなく、切削加工後に切粉２の集塵を行うものである。

（効果）
このため、集塵機構１によれば、吸塵ダクト８からの吸引力に加えてファン３の回転によって形成されるエアの流れによって切粉２を集塵することができる。このため、重い切粉２であっても、切粉２を吸塵ダクト８まで導くことができる。その結果、吸塵ダクト８を被切削材Ｗに接近させる必要がなくなり、工作機械４やフード１１等の工作機械４の付属品と被切削材Ｗとの干渉を防ぐことができる。また、被切削材Ｗとの干渉防止のためにフード１１を取り外す必要がなくなり、吸塵ダクト８からの吸引力を良好に保つことが可能となる。その結果、切粉２を良好に回収することができる。

更に、切粉２を回収した状態で切削加工を再開することができる。このため、良好な表面粗さで機械加工品を製造することができる。また、NC工作機械を用いて切粉２の回収を含む連続無人運転を行えば、機械加工の中断回数を低減させることができる。このため、被切削材Ｗの切削熱や気温の変化等による熱膨張の影響を低減することによって、良好な精度で機械加工品を製造できるという効果も期待できる。

以上、特定の実施形態について記載したが、記載された実施形態は一例に過ぎず、発明の範囲を限定するものではない。ここに記載された新規な方法及び装置は、様々な他の様式で具現化することができる。また、ここに記載された方法及び装置の様式において、発明の要旨から逸脱しない範囲で、種々の省略、置換及び変更を行うことができる。添付された請求の範囲及びその均等物は、発明の範囲及び要旨に包含されているものとして、そのような種々の様式及び変形例を含んでいる。

１ 集塵機構
２ 切粉
３ ファン
４ 工作機械
５ 回転軸
６ ホルダ
７ 吸塵装置
８ 吸塵ダクト
９ 吸塵口
１０ 真空ポンプ
１１ フード
１２ 回転翼
１３ ファンカバー
１４ 隙間カバー
１５ 吸込口
１６ ボルト
１７ 排出口
Ｗ 被切削材

Claims (9)

1. 回転翼で被切削材側から吸塵装置の吸塵口に向かうエアの流れを形成することによって切粉を前記吸塵口に導くファンと、
   前記ファンを工作機械の回転軸に着脱するためのホルダと、
   を有する集塵機構。
2. 前記吸塵口に向かう前記エアの流れを形成するための空隙を前記ファンの回転中心に形成した請求項１記載の集塵機構。
3. 前記ファンと前記吸塵口との間における隙間を塞ぐことによって前記切粉の飛散を防止するための可撓性を有する覆いを更に有する請求項１又は２記載の集塵機構。
4. 前記回転翼の前記空隙側における縁を丸みを帯びた形状とした請求項２記載の集塵機構。
5. 前記ファンの前記被切削材側を閉塞することによって前記切粉の飛散を防止するための剛体で構成される覆いを更に有する請求項１乃至４のいずれか１項に記載の集塵機構。
6. 前記吸塵口を前記ファンから排出される前記エアの流れの向きに対応する位置に配置した吸塵ダクトを更に有する請求項１乃至５のいずれか１項に記載の集塵機構。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の集塵機構を用いて切粉を集塵する集塵方法。
8. 回転軸と異なる方向への工具の駆動軸を有する工作機械の前記回転軸にファンを取付けるステップと、
   前記駆動軸方向に前記ファンを移動させるステップと、
   前記回転軸の回転駆動によって前記ファンを回転させ、前記ファンの回転翼で被切削材側から吸塵装置の吸塵口に向かうエアの流れを形成することによって切粉を前記吸塵口に導くステップと、
   を有する集塵方法。
9. 切削工具を用いて被切削材の切削加工を行うことによって機械加工品を製造するステップと、
   請求項１乃至６のいずれか１項に記載の集塵機構を用いて前記切削加工によって生じた切粉を集塵するステップと、
   を有する機械加工方法。

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