JP3191737U

JP3191737U - クーラント噴射装置

Info

Publication number: JP3191737U
Application number: JP2014001576U
Authority: JP
Inventors: 由一中束
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 2014-03-27
Filing date: 2014-03-27
Publication date: 2014-07-10
Anticipated expiration: 2024-03-27

Abstract

【課題】複雑な駆動制御システムを必要とせず、より簡素な機構を用いて、ノズルを揺動可能にしたクーラント噴射装置を提供する。【解決手段】クーラント噴射装置１は、出力軸５７に取り付けられてモータ４により回転する偏芯カム５２、クーラント通路を有する中空シャフト１１、中空シャフト１１に連結されたノズル３１、中空シャフト１１の端部１１Ｅに連結された従動アーム５３、及び、偏芯カム５２に従動アーム５３を当接させるための圧縮バネ５４を備える。クーラント噴射の際、モータ４を駆動し出力軸５７を一方向に回転させると、出力軸５７に連結された偏芯カム５２の回転により、従動アーム５３が揺動し、中空シャフト１１が回動してノズル３１が揺動する。【選択図】図１

Description

本考案は、工作機械を用いてワークを機械加工する際に、加工部位にクーラントを噴射するためのクーラント噴射装置に関するものである。

一般的に、工作機械を用いて切削加工、研削加工等の機械加工を行なう場合、潤滑、冷却、切屑除去、溶着防止等のため、加工部位にクーラント（切削油剤、研削油剤等）を供給しながら加工が行なわれ、機械加工においては、加工の安定性、加工精度を確保する観点から、加工部位に適切にクーラントを供給することが望まれている。そこで、例えば特許文献１に記載されているように、ＮＣ工作機械、マシニングセンタ等の自動工作機械において、加工の進行に応じてクーラントの噴射角度を自動的に調整することにより、加工部位に適切にクーラントを噴射するようにしたクーラント噴射装置が種々提案されている。

この種のクーラント噴射装置では、クーラントを噴射するノズルをサーボモータによって駆動し、工具の交換、機械加工の進行等に応じてノズルの位置、角度を調整することにより、加工部位に正確にクーラントを噴射するようにしている。

特開２００２−１８６７４号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたものでは、クーラントを噴射するノズルの噴射角度を調整するために、サーボモータを制御するコントローラが必要であり、装置が複雑になるという問題がある。そして、より簡単な構造でノズルを動作（揺動）させることができるクーラント装置が望まれている。

本考案は、上記の点に鑑みてなされたものであり、複雑な駆動制御システムを必要とせず、より簡素な機構を用いて、ノズルを揺動可能にしたクーラント噴射装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、請求項１の考案に係るクーラント装置は、クーラントを噴射するノズルと、該ノズルを動かすためのモータとを備えたクーラント噴射装置であって、ハウジングと、該ハウジングに回転可能かつ液密的に挿入され、内部にクーラント通路が形成された中空シャフトと、前記中空シャフトの側壁に設けられた貫通穴と、前記ハウジングに設けられて前記貫通穴を介して前記クーラント通路に連通する入口通路と、前記中空シャフトに取り付けられて前記クーラント通路に連通する前記ノズルと、前記モータの出力軸に連結された偏芯カムと、前記中空シャフトに連結され、かつ、前記偏芯カムに係合する従動アームと、を備えることを特徴とする。
請求項２の考案に係るクーラント噴射装置は、上記請求項１の構成において、前記従動アームを前記偏芯カムに向かって付勢する付勢手段が設けられていることを特徴とする。
請求項３の考案に係るクーラント噴射装置は、上記請求項１又は２の構成において、前記偏芯カムと前記従動アームとの係合位置を調整する位置調整手段を有することを特徴とする。

請求項１の考案に係るクーラント噴射装置によれば、モータの回転により、偏芯カム及び従動アームを介して中空シャフトを回動させてノズルを揺動させることができる。また、ノズルの揺動によって冷却のみならず切粉除去も行うことができる。
請求項２の考案に係るクーラント噴射装置によれば、付勢手段により、従動アームを偏芯カムに押圧することができる。
請求項３の考案に係るクーラント噴射装置によれば、偏芯カムと従動アームとの係合位置を変化させることにより、ノズルの揺動量を調整することができる。

本考案の一実施形態に係るクーラント噴射装置の平面図、正面図、及び下面図である。図１に示すクーラント噴射装置の可動ノズルユニットの縦断面図である。図１に示すクーラント噴射装置のノズルの揺動状態を示す図である。本考案の別の実施形態に係るクーラント噴射装置の正面図である。

以下、本考案の好適な実施の形態を添付した図面に基づいて詳細に説明する。ここで、同一の構成要素または相当する構成要素については、同一の符号で示し、適宜その説明を省略する。

図１（ａ）〜（ｂ）に示すように、本考案の実施形態に係るクーラント噴射装置１は、ＮＣボール盤、ＮＣフライス盤、ＮＣ旋盤、マシニングセンタ等の数値制御（ＮＣ）工作機械に取付けられて加工部位にクーラントを噴射するためのものであって、ベース部５１に、可動ノズルユニット５０、ガイド５６、及び、ガイド５６を介してモータ４が、取り付けられて構成されている。
モータ４は、出力軸５７の回転速度を変化させることが可能な、公知のインダクションモータ（一方向回転モータ）とすることができる。この場合、出力軸５７の回転速度制御は、一般的なインバータ（図示せず）を用いることによって行うことができる。モータ４は、その他の公知の直流または交流モータとすることができる。

クーラント噴射装置１は、さらに、出力軸５７にピン止め等で取り付けられてモータ４の駆動により回転する偏芯カム５２、可動ノズルユニット５０の中空シャフト１１（後述）の端部１１Ｅにピン止め等で連結された従動アーム５３、及び、ベース部５１と従動アーム５３の端部との間に設置される圧縮バネ５４（付勢手段）を備えている。

図１（ｃ）に示すように、ベース部５１は、モータ４の取り付け位置を調整するための複数（図においては４つ）の長孔５５を有し、この長孔５５の其々にモータ位置調整ボルト５８を通してモータ４を所定の位置で固定する。

次に図２を参照して、可動ノズルユニット５０について説明する。
可動ノズルユニット５０は、ハウジング６を備えている。ハウジング６は、略直方体の外形形状を有し、中央部の中径ボア７Ａ、並びに、両端部の大径ボア７Ｂ及び小径ボア７Ｃからなる段付の開口部が貫通されている。大径ボア７Ｂには、小径ボア７Ｃと同径のガイドボア８Ａを有するガイド部材８が液密的に嵌合されている。ハウジング６の小径ボア７Ｃ及びガイド部材８のガイドボア８Ａには、ハウジング６を貫通する中空シャフト１１が回転可能かつ液密的に挿入されている。これにより、ハウジング６の中径ボア７Ａと中空シャフト１１との間に、入口室１０が形成されている。中径ボア７Ａと小径ボア７Ｃとの間の段部、及び、ガイド部材８の入口室１０側の端部には、入口室１０に連なるテーパ部７Ｄ、８Ｂが形成されている。ハウジング６は、合成樹脂等の適当な材料で形成し、適宜、肉抜きを施すことができる。

中空シャフト１１は、ハウジング６の大径ボア７Ｂにガイド部材８に隣接して嵌合された軸受１２と、ハウジング６の小径部７Ｃ側の端部に形成された軸受ボア７Ｅに嵌合された軸受１３とによって回転可能に支持されている。中空シャフト１１とハウジング６の小径ボア７Ｃ及びガイド部材８のガイドボア８Ａとの間は、それぞれＯリング１４、１５によってシールされている。Ｏリング１４、１５は、複数設けられて多段シールとなっている。さらに、ハウジング６は、小径ボア７Ｃと軸受ボア７Ｅとの間に配置されたＯリング１５Ａによって中空シャフト１１との間をシールしている。また、ガイド部材８は、ガイドボア８Ａと軸受１２との間に配置されたＯリング１４Ａによって中空シャフト１１との間をシールしている。

ハウジング６の両端部には、結合部材１６、２２が其々取り付けられており、この結合部材２２とハウジング６との間は、Ｏリング２２Ａによってシールされている。中空シャフト１１は、結合部材１６、２２に設けられた開口１６Ａ、２２Ｂを貫通して両側に延びている。

中空シャフト１１には、その軸心に沿って延びるクーラント通路１７が形成され、クーラント通路１７の一端部は、中空シャフト１１が結合部材１６の外部へ延びる先端部で開口し、従動アーム５３と連結される側の他端部（端部１１Ｅ）は閉塞されている。また、中空シャフト１１の側壁には、クーラント通路１７と入口室１０とを連通させる複数の貫通穴１８が形成されている。ハウジング６の側壁には、入口室１０に連通する入口通路１９が設けられ、入口通路１９は、管継手などを連結させるために外周にネジ部１９Ａが設けられ、また、ハウジング６から突出している。

結合部材１６の開口１６Ａから外部に突出した中空シャフト１１と、結合部材１６の開口１６Ａと間の隙間は、中空シャフト１１に取付けられたリップシール２８によってシールされている。

結合部材１６の外部へ延びた中空シャフト１１の先端部には、中空シャフト１１に対して直角方向に向けられたノズル３１が取付けられている。ノズル３１は、中空シャフト１１に嵌合する略有底円筒状のノズルホルダ３２に、ノズルホルダ３２から直角方向に延びる先細り形状のノズル本体３３が取付けられて一体化されたものである。

略有底円筒状のノズルホルダ３２は、中空シャフト１１が挿入、嵌合されるボア３４を有し、ボア３４の中間部に、拡径された大径部３４Ａが形成されている。ノズルホルダ３２の側壁には、大径部３４Ａに連通するネジ穴３５が貫通されている。結合部材１６の外部へ延びた中空シャフト１１の先端部の外周には、ノズルホルダ３２のボア３４に挿入されたとき、ボア３４の大径部３４Ａの両側部分に対向する位置に、それぞれシール溝３６、３７が形成されている。シール溝３６、３７には、Ｏリング３８、３９が装着され、ボア３４と中空シャフト１１との間をシールする。中空シャフト１１の外周部には、さらに、シール溝３７よりも基端側に環状の固定溝４０が形成されている。ノズルホルダ３２の側壁には、中空シャフト１１の固定溝４０に対向してネジ穴４２が貫通されている。そして、中空シャフト１１の先端部をノズルホルダ３２のボア３４に挿入し、ネジ穴４２にセットスクリュー４１をねじ込んで、その先端部を中空シャフト１１の固定溝４０に係合、押圧させることにより、ノズルホルダ３２を中空シャフト１１に固定する。中空シャフト１１は、その先端部がボア３４の底部に当接することにより、挿入位置が規定される。中空シャフト１１がボア３４に挿入されることにより、ボア３４の大径部３４Ａと中空シャフト１１との間にノズル室４３が形成される。

ノズルホルダ３２のボア３４に挿入される中空シャフト１１の側壁には、ノズル室４３に連通する１つ又は複数のノズル貫通穴４４が形成されている。本実施形態では、ノズル貫通穴４４は、円周方向に沿って等間隔で４つ設けられている。各ノズル貫通穴４４の断面積は、中空シャフト１１のクーラント通路１７の断面積よりも小さく、複数のノズル貫通穴４４の合計断面積は、クーラント通路１７の断面積よりも大きくなっている。

ノズル本体３３は、先細り形状で、基端部に形成されたネジ部４５をノズルホルダ３２のネジ穴３５にねじ込むことによってノズルホルダ３２に取付けられる。ノズル本体３３には、その軸方向に沿ってノズル通路４６が貫通しており、ノズル通路４６の基端は、ノズル室４３に接続し、先端はノズル本体３３の先端部に開口する。ノズル通路４６の断面積は、中空シャフト１１のクーラント通路１７の断面積よりも小さくなっている。

図１に示すように、モータ４は、出力軸５７が可動ノズルユニット５０の中空シャフト１１と平行になるように配置され、中空シャフト１１に連結された従動アーム５３の一端側がモータ４の出力軸５７に連結された偏芯カム５２のカム面５２Ａに対向する位置まで延びている。従動アーム５３の一端側は、その先端部がベース部５１から離れる方向にクランク状に屈曲された形状となっている。従動アーム５３の他端部には、ベース部５１との間に設けられた圧縮バネ５４の一端部が連結され、圧縮バネ５４のバネ力により、従動アーム５３の先端部の側面部が偏芯カム５２のカム面５２Ａに押し付けられている。

以上のように構成した実施形態の作動について次に説明する。
クーラント噴射装置１は、ノズル３１を適当な方向に向けて、ＮＣ工作機械、マシニングセンタ等の自動工作機械に取付けられる。また、入口通路１９が管継手を介してポンプ等を含むクーラントの供給源に接続され、モータ４が図示しない電源（例えばインバータ）に接続される。そして、クーラントを入口通路１９から供給し、入口室１０、貫通穴１８及びクーラント通路１７、ノズル貫通穴４４、ノズル室４３及びノズル本体３３のノズル通路４６を通して噴射する。

図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、クーラント噴射の際、モータ４を駆動し出力軸５７を一方向に回転させると、出力軸５７に連結された偏芯カム５２の回転により偏芯カム５２のカム面５２Ａに当接した従動アーム５３が圧縮バネ５４のバネ力に抗して揺動（中空シャフト１１を軸として回動）する。これにより、中空シャフト１１が回動してノズル３１を揺動させる。このようにして、ノズル３１を揺動させて、適切な部位にクーラントを噴射することができる。

従動アーム５３がカム面５２Ａの最も低い位置に当接した状態を図３（ａ）に示し、最も高い位置に当接した状態を図３（ｃ）に示し、その中間に当接した状態を図３（ｂ）に示す。このとき、モータ位置調整ボルト５８によるベース部５１上のモータ４の取付位置を長孔５５に沿って移動させること（位置調整手段）により、ノズル３１の振幅を調整することができる。また、偏芯カム５２のカム面５２Ａの偏芯量を変化させることによって、このノズル３１の揺動振幅を調整することができる。

さらに、ノズル３１の揺動速度は、モータ４の回転速度調節または偏芯カム５２の形状変更により調整することができる。ノズル３１の揺動動作は、偏芯カム５２の形状を変えることにより変化させることができ、例えば、偏芯カム５２のカム面形状を多角形にすることにより、ノズル３１を振動させながら揺動させることができる。

なお、上記実施形態では、従動アーム５３と偏芯カム５２とが、常時、当接するようになっているが、従動アーム５３の移動範囲を規制して、従動アーム５３と偏芯カム５２とが断続的（周期的）に当接するようにしてもよい。

次に本考案の別の実施形態について図４を参照して説明する。
以下の説明において、上記実施形態に対して、同様の部分には同じ参照符号を用いて、異なる部分についてのみ詳細に説明する。
図４には、本考案の別の実施形態に係るクーラント噴射装置１’が示されている。この図に示すように、クーラント噴射装置１’では、圧縮バネ５４の代わりに、引張バネ５４’が、ベース部５１と従動アーム５３の一端部（偏芯カム５２側の端部）との間に配置され、従動アーム５３を偏芯カム５２に当接するように付勢している。これにより、上記図１〜３に示す実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

本考案のクーラント噴射装置１，１’は、このような簡素な機構を用いて、ノズル３１を揺動させながらクーラントを噴射することができる。このとき、偏芯カム５２の偏芯量、または、モータ４の位置調整によりノズル３１の振幅を調整することができ、また、モータ４の回転速度調節または偏芯カム５２の形状変更により、ノズル３１の揺動速度を変化させることができる。これにより、切粉除去を効果的に行うことができる。

１…クーラント噴射装置、４…モータ、６…ハウジング、１１…中空シャフト、
１７…クーラント通路、１８…貫通穴、１９…入口通路、３１…ノズル、
５２…偏芯カム、５３…従動アーム、５７…出力軸

Claims

クーラントを噴射するノズルと、該ノズルを動かすためのモータとを備えたクーラント噴射装置であって、
ハウジングと、該ハウジングに回転可能かつ液密的に挿入され、内部にクーラント通路が形成された中空シャフトと、前記中空シャフトの側壁に設けられた貫通穴と、前記ハウジングに設けられて前記貫通穴を介して前記クーラント通路に連通する入口通路と、前記中空シャフトに取り付けられて前記クーラント通路に連通する前記ノズルと、
前記モータの出力軸に連結された偏芯カムと、前記中空シャフトに連結され、かつ、前記偏芯カムに係合する従動アームと、を備えることを特徴とするクーラント噴射装置。
前記従動アームを前記偏芯カムに向かって付勢する付勢手段が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のクーラント噴射装置。
前記偏芯カムと前記従動アームとの係合位置を調整する位置調整手段を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のクーラント噴射装置。