JP4897406B2 - クーラント加圧装置 - Google Patents

Description

本発明は、工具を冷却するために用いられるクーラントを加圧するクーラント加圧装置に関する。

工作機械においては、切削加工によって発生する切粉が非加工物であるワークに付着する。このワークに付着した切粉をワークから除去する方法として、従来、手作業で洗浄液やエアをワークに噴射、吹き付けて洗浄する方法が行われている。さらには、工作機械に洗浄液ノズルやエアノズルを設けて、ワークを旋回、揺動回転させながら洗浄液ノズルより洗浄液を噴射してワークに吹き付けて、切粉を除去し、さらにはエアノズルよりエアをワークに吹き付けて切粉を除去する方法が知られている。この洗浄液として、加工中の工具を冷却するために用いられるクーラントが使用されている（特許文献１参照）。
又、ワークに加工した穿孔や螺旋部の溝等に溜まった切粉を除去するために、洗浄液を噴射する噴射手段へ高圧流体を供給する圧力供給手段を設けて高圧の洗浄液をワークに吹き付けて、穿孔や螺旋部の溝等の除去が難しい部分に付着した切粉をも除去できるようにした洗浄方法、装置も公知である（特許文献２参照）。

切粉を吸引してワークから除去することも、吹き飛ばして除去することも知られている。この方法は、工作機械の主軸に先端に吸引ファンが取り付けられた軸を取り付け、主軸を回転させることによって該吸引ファンを回転させて空気を吸引し、吸引した空気を集塵ボックスに導いて、切粉を分離除去する方法と、集塵ボックスに接続せず、吸引した空気を吹き付け部材に導き、該吹き付け部材から空気を噴射させて切粉を吹き飛ばして除去するものである（特許文献３参照）。

特開２００１−１５０２８８号公報 特開平７−２７５８０８号公報 特開２００４−１４２０３４号公報

工作機械においては、工具を冷却するためにクーラントを工具等に向けて噴射するクーラント供給装置を備えている。そのため、特許文献１に記載されている発明のように、クーラント供給装置より供給させるクーラントをワークに向けて噴射して、ワークに付着する切粉を除去することができるが、ワークに加工されている穿孔や螺旋溝等の狭い微細な形状部に付着している切粉を除去するには、クーラント供給装置より供給されるクーラントの圧力では力不足であり、これら微細部に付着する切粉を除去するには、十分ではない。そこで、特許文献２に示されるように、高圧の洗浄液を供給する手段を設けて、高圧の洗浄液をワークに向けて噴射し、この微細な形状空間部から切粉を除去するようにすればよいが、この場合は、ワークの洗浄のために、高圧の洗浄液を供給するための高圧供給手段を必要とする。

そこで、本発明の目的は、クーラントを高圧で噴射し、ワークをクーラントで洗浄することができるクーラント加圧装置を提供することにある。

本発明は、工作機械のクーラントを加圧する加圧装置であって、該加圧装置を前記工作機械の主軸に着脱可能に取付けるための取付手段と、前記クーラントを加圧する加圧手段と、該加圧手段に前記工作機械の主軸の動力を伝達し前記加圧手段を駆動する伝達手段と、前記クーラントを加圧手段に供給するクーラント供給部と、前記クーラント加圧手段で加圧されたクーラントを外部に吐出するクーラント吐出部とを備えることを特徴とするもので、クーラントを高圧噴射させることによって、加工物であるワークの微細形状に付着した切粉をも除去でき、さらにはバリ取り作業をも可能としたものである。

前記伝達手段は、主軸に着脱可能なアーバで構成し、該アーバと前記加圧手段の軸とを結合し、主軸の動力を伝達する。又は、加圧手段の軸にアーバ部を形成し、該アーバ部を主軸に連結し、主軸の動力を加圧手段に伝達する。さらには、伝達手段を、主軸端部と前記加圧手段の軸の端部に設けられたキーとキー溝による結合手段で構成する。
前記クーラント供給部は、前記加圧装置に接続されたクーラント供給手段から供給されたクーラントを前記加圧手段に供給する加圧装置内部に設けられた供給路か、又は、センタスルークーラントを用いた主軸内部からのクーラントを供給するために、前記伝達手段及び加圧手段の軸の中心部に設けられた供給路である。

クーラントを高圧噴射できるので、被加工物のワークの穴や溝などの微細な加工形状部分に付着した切粉をも除去ができる。さらには、クーラントの高圧噴射によってワークのバリも除去することができ、バリ取り作業もできる。又、クーラントを利用するから、洗浄液を供給するためのポンプやフィルタ、供給通路等の洗浄液供給装置を設ける必要がなく、経済的である。

以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態の概要図であり、図１（ａ）は、工作機械の主軸と、本実施形態のクーラント加圧装置本体と、クーラント加圧装置本体と主軸を連結するアーバの３つの要素に分割した図であり、図１（ｂ）は、このクーラント加圧装置を工作機械の主軸に装着した状態を示している。

この第１の実施形態におけるクーラント加圧装置は、大きく分けて、クーラント加圧装置本体１と、該クーラント加圧装置本体１を主軸に取り付けるためのアーバ２で構成されている。クーラント加圧装置本体１は、クーラント通路４と、該クーラント通路４の途中に形成された後述するインペラ７及びインペラ７を取り付けた回転軸６が回転する空間５が形成された加圧装置構造部３を備える。該加圧装置構造部３は、先端部には、クーラントを加圧するための加圧手段としてのインペラ７が配設された回転軸６を、回転可能に軸支している。回転軸６の端面にはキー溝８が設けられ、アーバ２の端面に設けられたキー９と係合するように構成されている。このアーバ２及び該アーバ２と回転軸６のキー結合によって本実施形態は主軸の回転動力を加圧手段のインペラに伝達する伝達手段を構成している。なお、回転軸６の端面にキー溝を設け、回転軸６にキーを設けるようにしてもよい。又、キーとキー溝による結合は、結合が着脱自在で回転を伝達できる構成であればよいものであるから、矩形の穴と突起、２つ以上の穴と、該２つ以上の穴に係合する突起で構成してもよいものである。一方、アーバ２の他端は、主軸２０の穴に挿入され、工具が主軸に装着されるときと同じ形式で、アーバ２が主軸に装着されるように構成されている。
又、加圧装置構造部３に設けられたクーラント通路４へクーラントを供給するクーラント供給口１０には、クーラントホース１２が連結されている。又、符号１１は、クーラント吐出口である。

アーバ２を主軸２０の穴に装着して取り付け、アーバ２と回転軸６のキー９とキー溝８を係合し、止めねじ２１で加圧装置構造部３を主軸機構部に固定することによって、主軸２０にクーラント加圧装置を取り付ける。この止めねじ２１で本実施形態は、クーラント加圧装置を主軸に取り付けるための取付手段を構成している。又、クーラントホース１２を加圧装置構造部３のクーラント供給口１０に連結する。この状態が、図１（ｂ）の状態である。そして、クーラントをクーラント加圧装置本体１に供給し、主軸２０を回転させると、主軸の回転はアーバ２を介して、回転軸６に伝達され、該回転軸６を回転させ、クーラント通路４の途中に設けられた空間５内で回転軸６の先端部に設けられたインペラ７も回転し、クーラント通路４内のクーラントを加圧して吐出口１１より噴射することになる。すなわち、インペラ７の回転によって遠心ポンプの原理で、クーラントは加圧されることになり、高圧噴射がなされることになる。

クーラント供給装置から供給されるクーラントの液圧は低いものであるが、主軸２０の回転によって回転されるクーラント加圧装置のインペラ７によって加圧されたクーラントは、高圧となり、吐出口１１より被加工物のワークに高圧のクーラントを吹き付けることになり、ワークに加工されている穴や溝等の微細形状の部分に付着した切粉を確実に除去することができる。
さらに、高圧のクーラントが噴射されることから、ワークからバリを除去することも可能となり、この高圧クーラント噴射でバリ取り作業もできる。

図２は、本発明の第２の実施形態の概要図である。
この第２の実施形態は、クーラント加圧装置本体１のインペラ７が設けられた回転軸１３自体がアーバとなっているものであり、図１に示した第１の実施形態とは、回転軸とアーバが一体となった構成において相違する。又、クーラント加圧装置は、アーバを兼ねる回転軸１３によって主軸２０に取り付けられ固定されることから、この回転軸１３のアーバ部によってクーラント加圧装置の主軸への取付手段を構成するので、第１の実施形態のように、止めねじ２１で加圧装置構造部３を主軸機構部に固定することは必ずしも必要ではない。ただしこの場合にも、後述するように、加圧装置構造部３の回転を防止するための手段を設ける必要がある。なお、他の構成、作用は第１の実施形態と同じである。なお、第１の実施形態と同一の部材は同一の符号を付している。

図３は、本発明の第３の実施形態の概要図である。
この第３の実施形態は、主軸の中心軸に沿ってクーラントが供給されるセンタスルークーラント方式の主軸に対して適用されるクーラント加圧装置の実施形態である。
この第３の実施形態では、クーラント加圧装置本体１に設けられ、その先端部にクーラントの加圧手段を構成するインペラ７を有する回転軸１４自体にアーバ部を有し、このアーバ部が主軸２０の穴に挿入させ装着、固定されることによって、主軸の動力を加圧手段のインペラ７に伝達する伝達手段を構成しているものである。このアーバを構成する回転軸１４の中心位置にはクーラント貫通路１５が形成され、クーラント貫通路１５は主軸２０のセンタスルークーラント配管２５と連通し、該センタスルークーラント配管２５を通って供給されるクーラントをインペラ７が回転するクーラント通路４に連通している空間５に導く。

図３に示すように、回転軸１４のアーバ部を主軸２０の穴に装着してクーラント加圧装置を主軸２０に取り付け、クーラント供給装置を駆動すると共に主軸２０を回転させると、クーラントはセンタスルークーラント配管２５、回転軸１４のクーラント貫通路１５を介してインペラ７が回転する空間５に導かれ、この位置でクーラントは主軸２０の回転により回転するインペラ７によって加圧され、クーラント通路４を通り、吐出口１１より高圧噴射されることになる。

図４は、本発明の第４の実施形態の概要図である。
この第４の実施形態では、クーラント供給装置のインペラ７を一端部に備える回転軸１６の他端の端面にキー溝１７を備え、主軸２０の端面にキー１８が設けられて、このキー溝１７とキー１８の係合によって、主軸２０の回転を回転軸１６に伝達し該回転軸を回転させ、動力を伝達する伝達手段を構成している。なお、回転軸１６の他端の端面にキーを設け、主軸２０の端面にキー溝を設けてもよいものである。さらに、前述したように、矩形の穴と矩形の突起による係合、２つ以上の穴と該穴にそれぞれ係合する突起等による着脱自在に係合し、回転を伝達できる構造であればよい。他のクーラント加圧装置の構成は、図１の第１の実施形態と同一である。

キー１８とキー溝１７を係合させて主軸２０と回転軸１６を連結し、止めねじ２１で加圧装置構造部３を主軸機構部に固定することによって、図４（ｂ）主軸２０にクーラント加圧装置を取り付ける。そして、クーラント供給装置を駆動しクーラントをクーラントホース１２から、加圧装置構造部３のクーラント通路４に供給し、主軸２０を回転させることによって、回転軸１６、インペラ７を回転させてクーラントを加圧しクーラント吐出口１１より高圧クーラントを噴射させてワークに付着した切粉を除去する。

図２に示した第２の実施形態、図３に示した第３の実施形態では、クーラント加圧装置に設けられた回転軸にアーバ部が形成されて、該アーバ部によって、主軸２０とクーラント加圧装置が結合し取付手段を構成していることから、加圧装置構造部３を主軸機構部に固定する必要はないが、主軸が回転し、回転軸が回転するとき、加圧装置構造部３も回転することを防止する必要がある。そのためには、加圧装置構造部３の回転を止める手段を設ける必要がある。図５は、この第２の実施形態、第３の実施形態に適用される回転止め手段の例であり、図２に示した第２の実施形態を例にとって説明している。図５（ａ）は、図２に示した第２の実施形態における主軸２０にクーラント加圧装置を連結した状態を示し、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＡ―Ａの断面図である。この図５で示す例では、主軸機構部と加圧装置構造部３との間に回転止めキー２２を嵌入して、主軸２０の回転により回転する回転軸１３およびインペラ７につれて供回りを防止する。なお、この回転止めキー２２の代わりに、第１、第４の実施形態のように止めねじ２１で加圧装置構造部３を主軸機構部に固定するようにしてもよいものである。

図６は、図１に示す第１の実施形態のクーラント加圧装置を工作機械３０への取り付け方法の説明図である。図６(ａ)は、主軸２０にクーラント加圧装置を装着する前の状態を示す図であり、また、図６(ｂ)は、主軸２０にクーラント加圧装置を装着した状態を示す図である。まず、アーバ２を手動、もしくは工具交換装置を用いて主軸２０に取り付ける。その後、クーラント加圧装置本体１が載置されているクーラント加圧装置設置台２３を工作機械のテーブル２４に取り付け、テーブル２４を位置決めして、主軸ヘッドを垂直方向(Ｚ軸方向)に駆動して、アーバ２のキー９と、回転軸６のキー溝８を係合させる。そして、止めねじ２１で加圧装置構造部３を主軸機構部に固定する。また、クーラントホース１２は、主軸２０にクーラント加圧装置本体１を取付ける前の、図６(ａ)の状態のときに取付けておいても、また、図６(ｂ)に示すように、主軸２０にクーラント加圧装置が取付けられた後にクーラントホース１２を主軸２０にクーラント加圧装置を取付けるようにしてもよい。

図７は、図２に示す第２の実施形態や図３に示す第３の実施形態のインペラ７を有する回転軸自体にアーバ部が形成されているクーラント加圧装置を工作機械に取り付けた図であり、この図７では、図３に示す第３の実施形態のクーラント加圧装置を取り付けた例を示している。この場合は、クーラント加圧装置本体１とアーバが一体であるから、クーラント加圧装置を直接主軸に取付けることになる。この取付け作業としては、手作業、工作機械の工具交換装置、またはロボットを用いて、クーラント加圧装置を主軸に取付けるようにする。

本発明の第１の実施形態の概要図である。 本発明の第２の実施形態の概要図である。 本発明の第３の実施形態の概要図である。 本発明の第４の実施形態の概要図である。 本発明の第２、第３の実施形態における回転止めの説明図である。 本発明の第１の実施形態の工作機械への取り付け方法の説明図である。 本発明の第２、第３の実施形態の工作機械への取り付け方法の説明図である。

符号の説明

１ クーラント加圧装置本体
２ アーバ
３ 加圧装置構造部
４ クーラント通路
５ 空間
６ 回転軸
７ インペラ
８ キー溝
９ キー
１０ クーラント供給口
１１ クーラント吐出口
１２ クーラントホース

Claims (5)

1. 工作機械のクーラントを加圧する加圧装置であって、
   該加圧装置を前記工作機械の主軸に着脱可能に取付けるための取付手段と、
   前記クーラントを加圧する加圧手段と、
   該加圧手段に前記工作機械の主軸の動力を伝達し前記加圧手段を駆動する伝達手段と、
   該加圧装置に接続されたクーラント供給手段から供給されたクーラントを前記加圧手段に供給する加圧装置内に設けられた供給路からなるクーラント供給部と、
   前記クーラント加圧手段で加圧されたクーラントを外部に吐出するクーラント吐出部と、
   を備えることを特徴とする工作機械のクーラント加圧装置。
2. 工作機械のクーラントを加圧する加圧装置であって、
   該加圧装置を前記工作機械の主軸に着脱可能に取付けるための取付手段と、
   前記クーラントを加圧する加圧手段と、
   該加圧手段に前記工作機械の主軸の動力を伝達し前記加圧手段を駆動する伝達手段と、
   センタスルークーラントを用いた主軸内部から供給されるクーラントを前記加圧手段に供給する前記伝達手段及び加圧手段の軸の中心部に設けられた供給路からなるクーラント供給部と、
   前記クーラント加圧手段で加圧されたクーラントを外部に吐出するクーラント吐出部と、
   を備えることを特徴とする工作機械のクーラント加圧装置。
3. 前記伝達手段は、主軸に着脱可能なアーバであり、該アーバと前記加圧手段の軸とを結合し、主軸の動力を伝達する請求項１又は請求項２に記載のクーラント加圧装置。
4. 前記伝達手段は、前記加圧手段の軸に設けられたアーバ部で形成され、該アーバ部を主軸に連結し、主軸の動力を加圧手段に伝達する請求項１又は請求項２に記載のクーラント加圧装置。
5. 前記伝達手段は、主軸端部と前記加圧手段の軸の端部に設けられたキーとキー溝による結合手段で構成されている請求項１に記載のクーラント加圧装置。

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