JP3191538U - クーラント用ノズルおよびクーラント噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】クーラントを広範囲にかつ高い噴射力で噴射できる、切粉除去能力の高いクーラント用ノズルおよびそれを備えたクーラント噴射装置を提供する。【解決手段】クーラント用ノズル２０は、上流側から供給されたクーラントを下流側に向けて噴射するクーラント用ノズルであって、管状部２１と、管状部２１の下流側端部に連結されるとともに、クーラントの流れる流路面が露出した整流部２２とを備え、整流部２２は、流路面が管状部２１の軸線ＡＸに対して傾斜した上流側の第１整流部２３と、流路面が管状部２１の軸線ＡＸに対して略直角をなす下流側の第２整流部２４とから構成され、第１整流部２３は、下流に向かって末広がりに形成されている。【選択図】図２

Description

本考案は、クーラント用ノズルおよびクーラント噴射装置に関する。

切削加工や研削加工においては、ワークの加工部位に発生する摩擦熱の冷却および切粉の除去のために、加工部位に向けて切削剤や研削剤などのクーラントを噴射する。
従来、クーラントを噴射するクーラント用ノズルとして、例えば、特許文献１に記載のクーラント用ノズル、あるいは特許文献２に記載のクーラント用ノズルが知られている。

特許文献１のクーラント用ノズルは、ノズル内にノズルの軸線と平行な複数の流通孔を有し、これらの流通孔を通して加工部位にクーラントを集中的に噴射するように構成されている。
特許文献２のクーラント用ノズルは、継手本体と、継手本体内に挿入された樹脂チューブと、この樹脂チューブの外側に被嵌されたノズル本体と、継手本体に螺合するとともにノズル本体に設けられた球面部を摺接可能に支持する締付ナットとを有する。そのような構成を備えた特許文献２のクーラント用ノズルは、球面部を中心としてノズル本体の向きを変えることにより、噴射の向きを調節するように構成されている。

実開平７−２４５４２号公報 特開２００８−３６８１０号公報

上述した従来のクーラント用ノズルはいずれも、加工部位などの所望位置にクーラントを集中的に噴射するものである。このため、工作機械の加工空間全域に飛散した切粉を加工空間から除去する場合には、加工空間全域をカバーできるように、多数のクーラント用ノズルを配置する必要がある。また、ノズルの数に応じた多量のクーラントが必要となる。

一方、クーラント用ノズルの数を増やさないで、加工空間の広い範囲に渡ってクーラントが拡散するように、ノズルの噴射口の幅をそのまま大きくした場合には、クーラントの噴射力が低下して、切粉を除去できなくなる。
また、ノズルの噴射口の面積を維持したまま、ノズルの噴射口の形状をスリット状にした場合では、クーラントの流路部分が扁平な筒状となり、ノズルの噴射口に至るまでに異物が詰まりやすくなる。

本考案の目的は、クーラントを広範囲にかつ高い噴射力で噴射でき、かつ内部に異物が詰まることを回避できるクーラント用ノズルおよびそれを備えたクーラント噴射装置を提供することにある。

本考案のクーラント用ノズルは、上流側から供給されたクーラントを下流側に向けて噴射するクーラント用ノズルであって、管状部と、当該管状部の下流側端部に連結されるとともに、クーラントの流れる流路面が露出した整流部とを備え、当該整流部は、流路面が前記管状部の軸線に対して傾斜した上流側の第１整流部と、流路面が前記管状部の軸線に対して略直角をなす下流側の第２整流部とから構成され、前記第１整流部は、下流側に向かって末広がりに形成されることを特徴とする。

本考案によれば、上流側からクーラント用ノズルに供給されたクーラントは、管状部、第１整流部、第２整流部の順に流れて、下流側に向けて噴射される。第１、第２整流部では、クーラントの流れる流路面が露出しているので、流路が扁平な筒状とされてスリット状の噴射口を有する従来のクーラント用ノズルと異なり、流路上に隘路が形成されない。したがって、クーラント用ノズルに供給されたクーラントに異物が混入していた場合でも、クーラント用ノズル内で異物が詰まることを回避できる。

また、第１整流部の流路面が管状部の軸線に対して傾斜して設けられているので、クーラントが管状部から第１整流部に流入する際に、クーラントの流れ方向が管状部の軸線方向から第１整流部に沿った方向に変更される。その際に、クーラントが第１整流部の流路面に衝突することで、第１整流部上でクーラントが拡散する。その後、クーラントが第１整流部から第２整流部に流入する際に、クーラントが第２整流部の流路面に衝突して、再度、拡散される。そのようにして、クーラントの分布を均等にすることができる。

そして、管状部から流出するクーラントは、第１、第２整流部の２段階を経て流れ方向が変更されるため、一気に第２整流部のような直角な流路面に衝突することがなく、噴射の勢いを維持できる。

本考案のクーラント用ノズルでは、前記第１整流部は、下流側に向かうにつれて、管状に丸められた状態から平板状に開くように形成されており、クーラントの流れ方向に沿う両側縁部が前記流路面を囲う遮蔽壁として構成されていることが好ましい。
本考案によれば、第１整流部が、下流側に向かうにつれて、管状に丸められた状態から平板状に開くので、まだ平板状に開ききらない第１整流部の上流側の部分において、幅方向に飛散したクーラントがクーラントの流れ方向に沿う案内部に当たる。これにより、第１整流部上のクーラントが管状部の軸線と直交する方向からこぼれることが防止される。そのようにして第１整流部内に留めたクーラントが、第１整流部の形状にならって下流側に進むにつれて連続的に拡がるので、クーラントを急激に拡げる場合と比較して圧力損失を小さくすることができる。つまり、クーラント用ノズルの切粉除去能力を維持できる。

本考案のクーラント用ノズルでは、前記第１整流部は、前記管状部の軸線を通る平面に対して面対称に形成されていることが好ましい。
本考案によれば、第１整流部は、管状部の軸線を通る平面に対して面対称に形成されているので、クーラントが流れの中心に対して対称に拡がる。したがって、クーラントを偏りなく噴射できる。

本考案のクーラント用ノズルでは、前記第１整流部と前記第２整流部とは、共通の一枚の板材から形成されていることが好ましい。
本考案によれば、第１整流部と第２整流部とが、共通の一枚の板材から形成されているので、整流部を削り出しで形成する場合、または第１整流部と第２整流部とを別個の部材から形成してそれらを接合する場合と比較して、整流部の形成を容易に行うことができ、クーラント用ノズルの製作を短時間で行うことが可能となる。

本考案のクーラント噴射装置では、工作機械の加工空間内にクーラントを噴射するクーラント噴射装置であって、上述したいずれかのクーラント用ノズルを備える、ことを特徴とする。
本考案によれば、クーラント噴射装置は、上述したいずれかのクーラント用ノズルを備えるので、工作機械の加工空間内に飛散した切粉を効率的に除去することができるとともに、加工時に摩擦熱で熱くなる加工部位や工具を効果的に冷却することができる。

本考案に係るクーラント噴射装置を工作機械に適用した例を示す図。 本考案に係るクーラント用ノズルを示す斜視図。 図２のIII−III線に沿う断面図。 クーラント用ノズルを示す側面図。 クーラント用ノズルによるクーラントの噴射を示す上視図。

［クーラント噴射装置１０の説明］
本考案の実施形態に係るクーラント噴射装置１０およびクーラント用ノズル２０を、図１〜図５を参照して説明する。
図１には、本考案のクーラント噴射装置１０を適用した工作機械としての横型マシニングセンタ１を示している。横型マシニングセンタ１は、ベース２と、このベース２の一側に配置されたコラム３とを備える。ベース２の上面には第１テーブル４が前後方向（Ｘ軸方向）へ移動可能に設けられ、この第１テーブル４の上にワークＷを取り付ける第２テーブル５が左右方向（Ｙ軸方向）へ移動可能に設けられている。コラム３には、主軸頭６が上下方向（Ｚ軸方向）へ昇降可能に設けられている。主軸頭６は、ベース２に対して水平に支持され、かつ図示しないモータによって回転する主軸７を備える。主軸７の先端には、工具８が図示しない自動工具交換装置（ＡＴＣ）によって交換可能に取り付けられている。ベース２の周囲、すなわち加工空間はカバー９によって覆われている。

クーラント噴射装置１０は、加工空間内の上方に設けられたクーラント供給主管１１と、このクーラント供給主管１１から分岐したクーラント供給枝管１２と、クーラント供給主管１１またはクーラント供給枝管１２に接続配管１３を介して接続された複数のクーラント用ノズル２０とを備える。

クーラント供給主管１１にポンプ（図示せず）によってクーラントが供給されると、クーラントは、クーラント供給主管１１、クーラント供給枝管１２、および接続配管１３を順に通って、クーラント用ノズル２０から加工空間内に噴射される。噴射されたクーラントは、ベース２の下方に集められ、フィルタ（図示せず）で濾過されてからポンプに戻された後、ポンプによって再びクーラント供給主管１１に戻される。このようにしてクーラントは上述の一連の経路を循環する。クーラント供給主管１１、クーラント供給枝管１２および接続配管１３は、クーラント供給配管を構成している。

［クーラント用ノズル２０の構成の説明］
次に、クーラント用ノズル２０の構成について説明する。
なお、以下の説明において、「上」は上流側を指し、「下」は下流側を指す。例えば、上面は上流側の面を表す。また、「幅」は管状部２１の軸線ＡＸと直交する方向の長さを指す。
図２〜図４において、クーラント用ノズル２０は、管状部２１と、整流部２２とを備えている。クーラント用ノズル２０は、例えば、袋ナット（図示せず）を接続配管１３の雄ねじに螺合させることにより、クーラント供給配管に取り付けられる。

管状部２１の下流側に設けられた整流部２２は、一枚の板材としての金属プレートをプレスして形成されたものであり、クーラントの流れる流路面が外部に露出するように形成されている。具体的に整流部２２は、上流側に設けられた第１整流部２３と、下流側に設けられて第１整流部２３に対して折曲された平板状の第２整流部２４とから構成されている。整流部２２は、第１整流部２３の上端部において、管状部２１の下端部に溶接等で固定されている。

第１整流部２３と第２整流部２４との境界（折り曲げ線）ＢＬ（図２参照）は、クーラント用ノズル２０の正面視において、管状部２１の軸線ＡＸと直角に交差している（図３参照）。第１整流部２３と第２整流部２４とはいずれも、管状部２１の軸線ＡＸを通る平面に対して面対称に形成されている。

第１整流部２３の上端部は、管状部２１の下端部の外周面に沿って管状に丸められている。図２に示すように、第１整流部２３は、管状に丸められた金属プレートを先端に向かうにつれて平板状に開くとともに、先端に向かって幅が拡がるように末広がりに形成されている。第１整流部２３のクーラントの流れ方向に沿う両側縁部は、流路面を囲う遮蔽壁２３Ａ，２３Ａとして構成されている。また、図４に示すように、クーラント用ノズル２０の側方視において、第１整流部２３は管状部２１の軸線ＡＸに対して角度α（<９０°）傾斜して設けられている。

第２整流部２４は、第１整流部２３の先端と幅が等しい略矩形の平板状に形成されており、クーラント用ノズル２０の側方視において、管状部２１の軸線ＡＸに対して直角（９０°）に設けられている。したがって、第１整流部２３と第２整流部２４とがなす角度βは、９０°＋αである。第２整流部２４の先端が、クーラント用ノズル２０のクーラント噴射口２５を構成している。

［クーラント用ノズル２０によるクーラントの噴射の説明］
次に、上述の構成のクーラント用ノズル２０によるクーラントの噴射について説明する。
接続配管１３からクーラント用ノズル２０に供給されたクーラントは、管状部２１内を流れて整流部２２に到達する。整流部２２に到達したクーラントは、まず第１整流部２３の表面（図２〜図４における上を向く面）に衝突する。この衝突によりクーラントが第１整流部２３の表面上に拡がる。

上述の通り、第１整流部２３は、両側縁部が流路面を囲う遮蔽壁２３Ａ，２３Ａに構成されているので、拡散したクーラントが遮蔽壁２３Ａ，２３Ａで跳ね返されて第１整流部２３内に留まる。これにより、クーラントの量が少なくなりがちな流れ方向中心から離れた部分にクーラントが補われて、クーラントの分布が均等化される。

第１整流部２３は、先端に向かって末広がりに形成されているので、クーラントは第１整流部２３の形状にならって拡がりながら流れる。その際に、第１整流部２３が管状部２１の軸線ＡＸを通る平面に対して面対称に形成されていることで、流れの中心に対してクーラントが対称に拡がる。

第１整流部２３を通過したクーラントは、次に第２整流部２４の表面に衝突する。第１整流部２３への衝突により拡散されたクーラントは、この２回目の衝突によりさらに拡散されて、分布がさらに均等になる。そのようにして分布が均等になったクーラントがクーラント噴射口２５から噴射されて、図５に示すように、拡散角度γを中心角とする扇状に拡がる。

［実施形態の効果］
以上のように、実施形態に係るクーラント噴射装置１０およびクーラント用ノズル２０によれば、第１、第２整流部２３，２４は、クーラントの流れる流路面が外部に露出しているので、流路が扁平な筒状とされ、スリット状の噴射口を有する従来のクーラント用ノズルと異なり、流路上に隘路が形成されない。したがって、クーラント用ノズル２０に供給されたクーラントに異物が混入していた場合でも、クーラント用ノズル２０内で異物が詰まることを回避できる。

また、第１整流部２３が管状部２１の軸線ＡＸに対して角度α傾斜して設けられているので、クーラントが管状部２１から第１整流部２３に流入する際に、クーラントの流れ方向が管状部２１の軸線ＡＸ方向から第１整流部２３に沿った方向に変更される。その際に、クーラントが第１整流部２３に衝突することで、第１整流部２３上でクーラントが拡散する。その後、クーラントが第１整流部２３から第２整流部２４に流入する際に、クーラントが第２整流部２４に衝突して、再度、拡散される。そのようにして、図５に示すように、クーラントの分布を拡散角度γの範囲で均等にすることができる。

そして、管状部２１から流出するクーラントは、第１、第２整流部２３，２４の２段階を経て流れ方向が変更されるため、一気に第２整流部２４のような直角な流路面に衝突することがなく、噴射の勢いを維持できる。

第１整流部２３が、先端に向かうにつれて、管状に丸められた状態から平板状に開くとともに、先端に向かって末広がりに形成されているので、まだ平板状に開ききらない第１整流部２３の上流側の部分においては、幅方向に飛散したクーラントが流路面を囲う遮蔽壁２３Ａ，２３Ａに当たって跳ね返る。これにより、クーラントが第１整流部２３から幅方向にこぼれることを防止できるとともに、クーラントの量が少なくなりがちな流れ方向中心から離れた部分にクーラントを補なうことができ、クーラントの分布を均等化することができる。そのようにして第１整流部２３内に留まったクーラントが、第１整流部２３の形状にならって先端側に進むにつれて連続的に拡がるので、クーラントを急激に拡げる場合と比較して、圧力損失を小さくすることができる。つまり、クーラント用ノズル２０の切粉除去能力を維持できる。

第１整流部２３と第２整流部２４はいずれも、管状部２１の軸線ＡＸを通る平面に対して面対称に形成されているので、クーラントの拡散が流れの中心に対して対称に行われる。これにより、クーラントを偏りなく噴射できる。

第１整流部２３と第２整流部２４とが、共通の一枚の金属プレートから形成されているので、整流部２２を削り出しで形成する場合、または第１整流部２３と第２整流部２４とを別個の部材から形成してそれらを接合する場合と比較して、整流部２２の形成を容易に行うことができ、クーラント用ノズル２０の製作を短時間で行うことが可能となる。

クーラント噴射装置１０は、上述のクーラント用ノズル２０を備えるので、横型マシニングセンタ１のカバー９内（つまり、加工空間内）に飛散した切粉を効率的に除去することができるとともに、加工時に摩擦熱で熱くなるワークＷの加工部位や工具８を効果的に冷却することができる。

［変形例］
本考案は、前述の実施形態に限定されるものでなく、本考案の目的を達成できる範囲での変形、改良などは本考案に含まれる。
例えば、実施形態では、整流部２２を、一枚の金属プレートを曲げて形成したが、ブロック状部材からの削り出しや鋳造により形成してもよく、第１整流部２３と第２整流部２４とを別個の部材から形成して、それらを溶接等で接合して形成してもよい。
また、管状部２１および整流部２２を一枚の金属シート部材から製作することも可能である。

実施形態では、管状部２１が真っ直ぐ延びているが、途中で曲がっていてもよい。また、管状部２１の一部または全部を一般のクーラントホースのような可動性を有するもので構成してもよい。

実施形態では、第２整流部２４は、第１整流部２３の先端と幅が等しい略矩形に形成されているが、第１整流部２３の先端よりも幅が大きくてもよく、先端側に向かって末広がりの略台形に形成されていてもよい。

また、実施形態における工作機械は、ワークＷがＸ軸方向およびＹ軸方向へ移動可能に、主軸７がＺ軸方向へ移動可能な横型マシニングセンタ１であったが、これに限らず、ワークＷと主軸７とが相対移動しながら加工を行う工作機械全てに本考案を適用できる。

本考案は、工作機械において、切粉の効率的な排出に利用できる。

１０…クーラント噴射装置、２０…クーラント用ノズル、２１…管状部、２２…整流部、２３…第１整流部、２４…第２整流部、ＡＸ…管状部の軸線。

Claims (5)

1. 上流側から供給されたクーラントを下流側に向けて噴射するクーラント用ノズルであって、
   管状部と、当該管状部の下流側端部に連結されるとともに、クーラントの流れる流路面が露出した整流部とを備え、
   当該整流部は、流路面が前記管状部の軸線に対して傾斜した上流側の第１整流部と、流路面が前記管状部の軸線に対して略直角をなす下流側の第２整流部とから構成され、
   前記第１整流部は、下流に向かって末広がりに形成される
   ことを特徴とするクーラント用ノズル。
2. 請求項１に記載のクーラント用ノズルにおいて、
   前記第１整流部は、下流側に向かうにつれて、管状に丸められた状態から平板状に開くように形成されており、クーラントの流れ方向に沿う両側縁部が前記流路面を囲う遮蔽壁として構成されている
   ことを特徴とするクーラント用ノズル。
3. 請求項１または請求項２に記載のクーラント用ノズルにおいて、
   前記第１整流部は、前記管状部の軸線を通る平面に対して面対称に形成されている
   ことを特徴とするクーラント用ノズル。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のクーラント用ノズルにおいて、
   前記第１整流部と前記第２整流部とは、共通の一枚の板材から形成されている
   ことを特徴とするクーラント用ノズル。
5. 工作機械の加工空間内にクーラントを噴射するクーラント噴射装置であって、
   請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のクーラント用ノズルを備える
   ことを特徴とするクーラント噴射装置。

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