JP2020028953A - 加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータを効率よく冷却可能な加工装置を提供する。【解決手段】加工装置は、第１筐体であるケーシング２１１を有し、被加工材を加工する先端工具であるミリングバー２４を着脱可能とするモータ２１と、前記先端工具であるミリングバー２４の冷却に用いるクーラントの流路２０Ａと、を備え、前記流路２０Ａは、前記第１筐体であるケーシング２１１上の少なくとも一部に配置される。【選択図】図５

Description

本発明は、加工装置に関する。

出力軸を持つモータを備え、出力軸によって先端工具を回転駆動することにより、被加工材を加工する加工装置が知られている（特許文献１）。

特開２０１８−３０１９２号公報

上記のような加工装置においては、モータが発した熱によって部品の焼損が発生したり、モータの製品寿命が短縮したりするなどのおそれがあった。そのため、モータを効率よく冷却する必要があった。

上記課題に鑑み、本発明の目的は、モータを効率よく冷却できる加工装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明は、第１筐体を有し、被加工材を加工する先端工具を着脱可能とするモータと、前記先端工具の冷却に用いるクーラントの流路とを備え、前記流路は、前記第１筐体上の少なくとも一部に配置されることを特徴とする加工装置を提供する。

本発明によれば、モータを効率よく冷却できる加工装置を提供できる。

本実施形態に係る加工装置を示す外観斜視図である。 本実施形態に係る加工装置の内部構造を示す斜視図である。 本実施形態に係る加工装置の断面図である。 本実施形態に係る取付部であり、被加工材を装着した状態を示す図である。 本実施形態に係るモータ及びジャケットの（ａ）側面図と（ｂ）縦断面図である。 本実施形態に係る（ａ）モータ及びジャケットの斜視図と（ｂ）ジャケットを取り外した状態でのモータの斜視図である。

＜実施形態＞
図１〜図６を参照して、本発明の実施形態に係る加工装置１について説明を行う。図１〜図３に示すように本実施形態に係る加工装置１は、筐体１０、加工部２０、移動機構３０、保持部４０、タンク５０、供給部６０、及びフィルタ７０を含む。加工装置１は、被加工材Ｃを３次元に切削加工する装置である。タンク５０は、筐体１０に対して着脱可能である。また、フィルタ７０は、タンク５０に着脱可能である。

なお、本実施形態においては、図１から図３に示すように、前後左右及び上下の方向を定める。図３において、供給部６０に対してタンク５０が装着される側を前方とし、その反対の方向を後方とする。また、図１に示すように、筐体１０を前面から見た場合を基準として、左右の方向を定める。保持部４０に対して、加工部２０が配置される方向を上方とし、その反対を下方とする。また、タンク５０など、着脱可能な部材についても、筐体１０に装着された状態を基準にして、方向を定めることとする。

[筐体]
図１に示すように、筐体１０は、略矩形に形成された本体部１１と、本体部１１に対して上下に移動可能なフロントカバー１２と、ボトムカバー１３と、レギュレータ１４とを備える。本体部１１の内部では、加工空間１０ａが画成されている。さらに本体部１１は、加工空間１０ａの下方において、タンク５０を収容するタンク部区画１０ｂが画成される（図２）。加工空間１０ａとタンク部区画１０ｂとの間には、クーラントを回収するための開口部１０ｃが形成される。

フロントカバー１２を上方に移動することによって、加工空間１０ａは、筐体１０の外部に開放される。また、ボトムカバー１３を前方に引き出すことによって、タンク部区画１０ｂは、筐体１０の外部に開放される。

レギュレータ１４は、筐体１０の背面に設置される。レギュレータ１４は、チューブ１４Ａを備えており、筐体１０の内部と連通する。レギュレータ１４は、外部のコンプレッサ等から圧縮空気の供給を受け、圧力を調整する機能を備える。圧力調整された圧縮空気は、チューブ１４Ａ及び不図示の管路を介して、加工部２０へ供給される。

[移動機構]
図２及び図３に示すように、移動機構３０は、加工空間１０ａより上方に配置される。移動機構３０は、一対のシャフト３１Ａ、３１Ｂと、シャフト３１Ａ、３１Ｂの上下両端部を支持するベース部３２と、左右方向に延出する１対のシャフト３３Ａ、３３Ｂとを備える。なお、以下において、一対のシャフト３１Ａ、３１Ｂが延出する方向をＺ軸方向と定義する。

シャフト３１Ａ、３１Ｂは、連結部２３をＺ軸方向に移動可能に支持する。連結部２３は、不図示のモータによってＺ軸方向に駆動される。また、シャフト３３Ａ、３３Ｂは、ベース部３２を、左右方向に移動可能に支持する。ベース部３２は、不図示のモータによって、左右方向に駆動される。上記構成により、移動機構３０は、加工部２０を支持するとともに、加工部２０をＺ軸方向及び左右方向に移動可能とする。

[保持部]
図２及び図４に示すように、保持部４０は、駆動部４１と、駆動部４１を支持する１対のシャフト４３Ａ、４３Ｂと、駆動部４１に支持される取付部４４とを備える。

駆動部４１は、加工空間１０ａより右方に配置される。駆動部４１は、左右方向に延びる出力軸を備え、取付部４４を出力軸回りに回転駆動することが可能である。取付部４４は、加工空間１０ａ内部に配置される。取付部４４の左端部は、被加工材Ｃを着脱可能である（図４）。

シャフト４３Ａ、４３Ｂは、筐体１０に両端部を固定され、Ｚ軸方向と直交するＹ軸方向（図２）に延出する。シャフト４３Ａ、４３Ｂは、駆動部４１を、Ｙ軸方向に移動可能に支持する。このように駆動部４１及び取付部４４は、Ｙ軸方向に移動可能である。

[タンク]
タンク５０は、筐体１０に対して装着及び取り外しが可能である。タンク５０は、加工作業用のクーラントを貯留する。図３に示すように、装着状態において、タンク５０はタンク部区画１０ｂに収容される。タンク５０は、後方に突出した取水部５７を備える。取水部５７は略円筒形状に形成され、タンク５０の内部と連通する。取水部５７は、装着状態において、筐体１０の後部に配置された供給部６０（図３参照）と接続し、タンク５０に貯留されるクーラントを供給部６０に対して供給可能である。また、図３に示すように、タンク５０内部にはフィルタ７０が設けられる。フィルタ７０は、中空円筒形状に形成された濾材を備え、クーラントに含まれる異物を除去することができる。

[供給部]
供給部６０は、図３に示すように、接続部６１と、ポンプ部６２とを備える。接続部６１は、タンク部区画１０ｂ内に配置され、タンク５０の装着時において、取水部５７と接続する。接続部６１の内部には、ポンプ部６２と連通する流路が形成される。

ポンプ部６２は、タンク部区画１０ｂの後方に設置される。ポンプ部６２は、接続部６１からクーラントを取水し、不図示の流路を介して、加工部２０へクーラントを送出、供給する機能を備える。

[加工部]
図２から図６に示すように、加工部２０は、モータ２１と、Ｚ軸方向に延出するスピンドル２２と、連結部２３と、被加工材Ｃを切削するための先端工具であるミリングバー２４と、ジャケット２５とを備える。連結部２３は、モータ２１と移動機構３０とを連結する部材である（図３）。連結部２３の後部は、移動機構３０によって支持される。

モータ２１はブラシレスモータであり、ケーシング２１１と、出力軸２１２と、ロータ２１３と、ステータ２１４とを含む（図５及び図６）。モータ２１は、スピンドル２２を回転駆動する機能を備える。また、モータ２１は、図示せぬ制御部と電気的に接続され、制御される。ケーシング２１１は、本発明における第１筐体の一例である。

図５及び図６に示すように、ケーシング２１１はＺ軸方向に延出する略中空円筒形状の部材であり、モータ２１の外殻をなす。ケーシング２１１の上部と下部には、それぞれ、軸受２１５及び軸受２１６が設けられる。また、ケーシング２１１の上部外周面には、円環状のパッキン２１７が取付けられる。パッキン２１７は、エラストマなどの弾性体で構成される。

ケーシング２１１の上部は、不図示の管路等を介して、レギュレータ１４と連通しており、圧縮空気の供給を受けることができる。すなわちケーシング２１１は、図４中に白抜き矢印として示すように、圧縮空気をＺ軸に沿ってミリングバー２４に向けて流す、風路２０Ｂをその内部に形成する。

出力軸２１２は、Ｚ軸方向に延出するように、ケーシング２１１の内部に配置される。出力軸２１２の上端部及び下端部はそれぞれ、軸受２１５及び軸受２１６によって、回転可能に支持される。出力軸２１２のＺ軸方向における中央部分では、永久磁石が出力軸２１２の外周を囲むように固定され、円柱形状のロータ２１３を構成する。出力軸２１２の下端部は、スピンドル２２と連結する。

ステータ２１４は、複数のステータコアと、それぞれのステータコアに巻回されたコイルとを備える。ステータ２１４は、ロータ２１３を周方向に囲むように配置され、ケーシング２１１の内周面に固定される。ステータ２１４は、不図示の制御部と電気的に接続しており、電力の供給を受け、ロータ２１３を回転駆動することができる。

スピンドル２２は、略円柱形状の部材であり、加工空間１０ａに露出される（図３）。スピンドル２２の下端部にはコレット２２Ａが設けられ、切削加工用のミリングバー２４を着脱可能に保持する。

ジャケット２５は、本体部２５１と、給水部２５４Ａ、２５４Ｂとを備える（図５及び図６）。本体部２５１は、Ｚ軸方向に延びる軸を持つ略円筒形状の部材である。ジャケット２５は、本発明における第２筐体の一例である。

本体部２５１は、ステンレス製であり、ケーシング２１１を覆うように固定される（図６）。なお、本体部２５１を樹脂製としても良い。本体部２５１は少なくとも一部分において、ケーシング２１１の外径より大きな内径を有しており、ケーシング２１１の下方から被せるように同軸に設置され、固定される。図５（ｂ）に示すように、本体部２５１とケーシング２１１との間には、上端部から下端部にかけてクーラントが流通するための流路２０Ａが形成される。流路２０Ａは、Ｚ軸方向視で略円環形状に形成される。流路２０Ａは、軸受２１６及びステータ２１４の近傍に位置する。詳細には、図５（ｂ）に示すように流路２０Ａは、軸受２１６及びステータ２１４の径方向外方に位置している。

図５（ｂ）に示すように、本体部２５１の上端部は、ケーシング２１１の外周部と当接する。また、本体部２５１の上端部の内周は、全周に亘ってパッキン２１７と当接する。本体部２５１の下端部はパッキン２５３を備える。パッキン２５３は、円環状に形成されたエラストマなどの弾性体からなり、全周に亘ってケーシング２１１の下端部と当接する。ケーシング２１１及び本体部２５１との当接部分は、パッキン２１７及びパッキン２５３によって止水される。換言すれば、本体部２５１は、その上部及び下部において、ケーシング２１１と水密に当接する。

本体部２５１の下面には、本体部２５１と一体的に形成されたクーラントノズル２５２が、４つ設けられる（図６（ａ））。クーラントノズル２５２は、スピンドル２２を中心に、円周方向に９０度毎に配置される。クーラントノズル２５２には、流路２０Ａとジャケット２５の外部とを連通する開口２５２ａが形成される。クーラントノズル２５２は、開口２５２ａを介して、クーラントを被加工材Ｃまたはミリングバー２４に向けて射出する機能を備える。

給水部２５４Ａ、２５４Ｂは、本体部２５１の上部に設置される。給水部２５４Ａ、２５４Ｂは、中空の管状に形成され、流路２０Ａと連通する。給水部２５４Ａ、２５４Ｂは、図示せぬ流路を介して供給部６０と連通し、クーラントの供給を受けることができる。

[加工装置の動作]
以下、加工装置１による加工作業、およびその際の動作について説明する。加工作業を行う前に、ユーザは、フィルタ７０が取付けられたタンク５０にクーラントを入れ、タンク部区画１０ｂに設置する。設置に伴い、取水部５７と接続部６１とが接続され、タンク５０の筐体１０への装着が完了する。

被加工材Ｃが取付部４４に装着され、加工作業が開始されると、スピンドル２２及びミリングバー２４が回転し、被加工材Ｃを加工する。移動機構３０、取付部４４、及び駆動部４１によって、ミリングバー２４及び被加工材Ｃは、相対的に３次元方向に移動可能である。そのため、加工装置１は、被加工材Ｃを３次元に切削加工できる。

加工作業中、タンク５０に貯留されていたクーラントは、フィルタ７０によって濾過され、取水部５７及び接続部６１を順次通過後、ポンプ部６２へ供給される。

さらにクーラントは、ポンプ部６２によって加工部２０に供給される。詳細には、クーラントは、図５（ｂ）中の塗り潰しの矢印に示すように、給水部２５４Ａ、２５４Ｂから流路２０Ａを略Ｚ軸方向に流れ、クーラントノズル２５２から射出される。

流路２０Ａを流れる際に、クーラントはモータ２１を冷却する。流路２０Ａがケーシング２１１上にあるため、クーラントがケーシング２１１に接触し、モータ２１に発生した熱は、ケーシング２１１を介してクーラントに伝熱する。このようにして、モータ２１に発生した熱は除去される。また、モータ２１の主な発熱部位として、軸受２１６やコイルを有するステータ２１４などが挙げられるが、流路２０Ａは、軸受２１６及びステータ２１４の近傍に位置する。詳細には、図５（ｂ）に示すように流路２０Ａは、軸受２１６及びステータ２１４の径方向外方に位置している。そのため、クーラントは、軸受２１６及びステータ２１４に発生した熱を特に効率よく除去することができる。

クーラントノズル２５２は、クーラントを加工部位に向けて射出し、被加工材Ｃ及びミリングバー２４を冷却する。クーラントが被加工材Ｃ及びミリングバー２４を冷却することによって、加工部位の損傷や焼き付き、ミリングバー２４の劣化等を防止する。冷却を終えたクーラントは、開口部１０ｃに回収され、その後再びタンク５０に貯留される。

同時に、圧縮空気は、図５（ｂ）中の白抜き矢印として示すように、ケーシング２１１内部の風路２０Ｂを通って、スピンドル２２及びコレット２２Ａの近傍から、ミリングバー２４に向けて放出される。圧縮空気は、ケーシング２１１の内部を通る際に、軸受２１５の径方向外方、ステータ２１４とロータ２１３との間、さらに軸受２１６の径方向外方を通ることによって、モータ２１の各部品を冷却する。また、圧縮空気がスピンドル２２の近傍から放出されることによって、クーラントや切削片などの異物がモータ２１の内部へ侵入することが防止される。

＜効果＞

このように、本実施形態に係る加工装置１は、ケーシング２１１を有し、被加工材Ｃを加工するミリングバー２４を着脱可能とする、モータ２１を備える。また、ケーシング２１１上の少なくとも一部に、ミリングバー２４の冷却に用いるクーラントの流路２０Ａが配置されている。

上記構成では、モータ２１をクーラントによって冷却できる。そのため、自然放熱した場合や空冷した場合などと比較して、効率よくモータ２１を冷却できる。また、ミリングバー２４及び被加工材Ｃの冷却に用いる加工作業用クーラントをモータ２１の冷却にも用いるため、モータ２１専用の冷却水や冷却水循環装置を用意する必要がない。すなわち、加工装置１の製造コストを抑制することができ、小型の加工装置１とすることができる。

本実施形態に係る加工装置１は、流路２０Ａと連通し、クーラントをミリングバー２４に向けて射出するクーラントノズル２５２を備える。

上記構成では、クーラントが、モータ２１を冷却した後にミリングバー２４に向けて射出されるため、モータ２１とミリングバー２４及び被加工材Ｃとのいずれも冷却できる。

本実施形態に係る加工装置１は、ケーシング２１１の少なくとも一部を覆うように設けられたジャケット２５を備え、流路２０Ａは、ケーシング２１１とジャケット２５との間に形成される。

上記構成では、簡易な構成によって流路２０Ａが構成される。そのため、加工装置１の製造コストを抑制することができるとともに、小型の加工装置１とすることができる。

本実施形態におけるジャケット２５は、クーラントノズル２５２を有する。クーラントノズル２５２は、流路２０Ａと連通し、クーラントをミリングバー２４に向けて射出する。

ジャケット２５がクーラントノズル２５２を有することで、モータ２１とミリングバー２４及び被加工材Ｃとを冷却する機構を、簡易な構成で実現できる。

本実施形態においてモータ２１は、ミリングバー２４を回転駆動する出力軸２１２と、出力軸２１２を回転可能に支持する軸受２１６とを有する。流路２０Ａは、軸受２１６の径方向外方に設けられる。

上記構成では、軸受２１６の近傍に流路２０Ａが形成されるため、モータ２１における発熱部位である軸受２１６を効率よく冷却できる。

本実施形態におけるケーシング２１１は、レギュレータ１４から供給される圧縮空気をミリングバー２４に向けて内部に流通させる風路２０Ｂを構成する。

上記構成では、空冷とクーラントによる水冷とを併用することで、モータ２１を効率よく冷却できる。

＜変形例＞

本実施形態において加工装置１は、クーラントノズル２５２を４つ備えていたが、本発明はこの限りではない。クーラントノズル２５２の設置数は、１つや２つ、またはそれ以上など、任意の数とすることができる。

本実施形態において流路２０ＡはＺ方向視で円環状に構成され、クーラントが略Ｚ軸方向に流れるよう構成されているが、本発明はこの限りではない。例えば、流路をモータ２１の周囲にらせん状に形成するなど、クーラントの流れる距離、方向は任意に設定可能である。また、ジャケット２５を用いる代わりに、チューブ等をモータ２１の周囲に設置してクーラントの流路としても良い。

上記実施形態は、発明の例として提示したものであり、発明の範囲を限定するものではない。上記の構成は、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。上記実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１ 加工装置
１０ 筐体
１１ 本体部
２０ 加工部
２１ モータ
２１１ ケーシング
２１２ 出力軸
２１３ ロータ
２１４ ステータ
２１５ 軸受
２１６ 軸受
２１７ パッキン
２５１ 本体部
２５２ クーラントノズル
３０ 移動機構
４０ 保持部
５０ タンク
６０ 供給部

Claims (6)

1. 第１筐体を有し、被加工材を加工する先端工具を着脱可能とするモータと、
   前記先端工具の冷却に用いるクーラントの流路と、
   を備え、
   前記流路は、前記第１筐体上の少なくとも一部に配置されることを特徴とする加工装置。
2. 前記流路と連通し、前記クーラントを前記先端工具に向けて射出するノズルをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の加工装置。
3. 前記第１筐体の少なくとも一部を覆うように設けられた第２筐体をさらに備え、
   前記流路は、前記第１筐体と前記第２筐体との間に形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の加工装置。
4. 前記第２筐体は、前記流路と連通し、前記クーラントを前記先端工具に向けて射出するノズルを有することを特徴とする請求項３に記載の加工装置。
5. 前記モータは、前記先端工具を回転駆動する出力軸と、前記出力軸を回転可能に支持する軸受とを有し、
   前記流路は、前記軸受の径方向外方に設けられることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の加工装置。
6. 前記第１筐体は、レギュレータから供給される圧縮空気を、前記先端工具に向けて内部に流通させる風路を構成することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の加工装置。