JP5385046B2 - 流動体供給装置および流動体供給装置を備えた工作機械 - Google Patents

Description

本発明は流動体供給装置および流動体供給装置を備えた工作機械に関する。

従来、流動体である潤滑油や冷却液等のクーラント液を工作機械に供給する流動体供給装置が公知となっている（例えば、特許文献１参照）。

上記流動体供給装置は、工作機械側にクーラント液を供給するポンプ（流動体送出手段）と、このクーラント液を収容するタンク（収容体）と、クーラント液を予め定められた所定温度に維持する温度維持手段とを備え、工作機械側から排出されるクーラント液を回収し、クーラント液を所定温度に維持するように循環させて工作機械側に供給する。

この温度維持手段は、加工の開始直後は、クーラント液がクーラント液冷却装置を通らないようにバイパスさせて循環させることで、クーラント液を所定の温度まで短時間のうちに急上昇させ、クーラント液の温度が所定温度に到達した後は、クーラント液がクーラント液冷却装置を通るように循環回路を切り換えることで、クーラント液をクーラント液冷却装置で冷却し、クーラント液の温度上昇を抑制する。

これにより、クーラント液の温度を短時間のうちに前記所定温度まで上昇させ、所定温度に到達した後は、温度を一定に保つことができ、クーラント液の循環に伴う温度上昇に起因する工作機械側の熱変位による加工誤差を抑制することができる。

特許第３５５５９１３号公報

しかし、上述した先行技術文献によって提案されている技術は、クーラント液の温度が上昇した後は、クーラント液冷却装置を用いてクーラント液の温度を低下させる必要があり、クーラント液冷却装置を構成要素として必須で用いることによる構造の複雑化、コストの上昇、クーラント液冷却装置を稼働することによる電力の消費（環境への負荷増大）が発生する、という問題があった。

本発明に係る流動体供給装置は、工作機械側に流動体を供給する流動体送出手段と、前記流動体を収容する収容体と、前記流動体を予め定められた所定温度に維持する温度維持手段とを備え、工作機械側から排出される前記流動体を回収し、流動体を所定温度に維持するように循環させて工作機械側に供給する流動体供給装置において、前記温度維持手段を、循環する前記流動体の総量である循環量を前記流動体の温度に基づいて調節する循環量調節手段により構成し、前記循環量調節手段を、循環する前記流動体が受容しうる熱容量が、前記流動体の温度に応じた容量となるように、前記循環量の調節を行うことによって、前記流動体の循環の際の温度上昇を抑制する構成としたことを特徴としている。

これにより、流動体の循環量を調節することで、循環する流動体の熱容量を調節して、流動体の温度を略一定に維持させることができる。

したがって、例えば循環量調整手段を、供給開始時の循環量を、前記収容体に収容された前記流動体の全量に比較して少なくし、流動体が所定温度に到達した後の循環量を流動体の温度上昇に伴って増量させる構成とすることによって、流動体の冷却装置等を必須で用いることなく、例えば、工作機械での加工の開始直後は流動体であるクーラント液を所定の温度まで短時間のうちに急上昇させるとともに、クーラント液の温度が所定温度に到達した後は、クーラント液の温度上昇を順次抑制し、クーラント液の温度を維持することができる。

なお、循環量調節手段は、収容体の内部を複数の区画に仕切る仕切り体と、複数の区画を連通させるように開く開閉自在な開閉手段とを設け、この開閉手段を、連通させた区画を流路として流動体を循環させるように、流動体の温度に基づき開閉する構成とすることによって、簡単に提供することができる。

また、流動体を、予め各区画内に、その表面の高さ位置が同一となるように収容することによって、流動体の循環量を増量させる際に、循環する流動体の表面積を増加させることができ、流動体の温度維持機能を向上させることができる。

これにより、本発明に係る流動体供給装置を備えた本発明に係る工作機械は、クーラント液の温度上昇に起因する熱変位による加工誤差等を防止することができる。

また、冷却装置を必須で用いる従来例に比較して、構造が簡単になるとともに、コストの上昇を抑制し、さらに、電力の消費（環境への負荷増大）も抑制することができる。

本発明に係る流動体供給装置によれば、簡単な構造で、工作機械による加工の開始直後は流動体を所定の温度まで短時間のうちに急上昇させるとともに、流動体の温度が所定温度に到達した後は、流動体の温度上昇を抑制して維持することができる。

これにより、特に本発明に係る流動体供給装置を備えた本発明に係る工作機械は、流動体をクーラント液とすることによって、クーラント液の温度を急上昇させ、所定の温度で収束（サチレート）させることによって熱変位を安定させ、熱変位に起因する加工誤差の発生を抑制することができる。

本発明に係る流動体供給装置を備えた工作機械である自動旋盤を示す図である。 流動体供給装置のオイルタンクの内部を示す斜視図である。 図２における矢視Ｈによる区画間が非連通状体の平面図である。 区画間の連通状態を示す平面図であり、（ａ）は区画Ｒ１と区画Ｒ５とが連通した状態、（ｂ）は区画Ｒ１と区画Ｒ４と区画Ｒ５とが連通した状態、（ｃ）は区画Ｒ１と区画Ｒ３と区画Ｒ４と区画Ｒ５とが連通した状態、（ｄ）は区画Ｒ１と区画Ｒ２と区画Ｒ３と区画Ｒ４と区画Ｒ５とが連通した状態、をそれぞれ表す。 旋削加工開始からの経過時間（横軸）と循環に供されているクーラント液Ｃの温度（縦軸）との関係を示すグラフであり、実線は本実施形態の場合、破線は従来の場合、をそれぞれ示す。 可動仕切り板の、他の実施形態を示す斜視図であり、（ａ）は区画を閉じて区画間を非連通とした状態、（ｂ）は区画を開いて区画間を連通させた状態、をそれぞれ表す。

図１は、本発明に係る流動体供給装置を備えた工作機械の一実施形態としての自動旋盤１００を示す。

この自動旋盤１００は、ワーク２００を把持する主軸１１と、前記ワーク２００を加工する工具２０と、この工具２０の近傍でワーク２００を支持するガイドブッシュ１２とを備えている。

主軸１１は、回転駆動自在に主軸台３０に支持されている。この主軸台３０は、主軸１１の軸心方向にスライド移動自在にベッド上に搭載されている。これにより、自動旋盤１００は、ワーク２００と工具２０とを当接させ、主軸１１の回転駆動や主軸台３０の移動等を行うことによって、ワーク２００を加工することができる。

自動旋盤１００には、工具２０とワーク２００との接触部分（加工部分）に、流動体である潤滑油や冷却液等のクーラント液Ｃを供給するクーラント液供給装置４０が、流動体供給装置４０として一体的に備えられている。なお本実施形態においてクーラント液Ｃは、単なる切削油または単なる冷却液等を含む。

クーラント液供給装置４０は、内部にクーラント液Ｃが収容されたオイルタンク４１（収容体）と、クーラント液Ｃが流通するオイルパイプ４３と、オイルタンク４１内のクーラント液Ｃをオイルパイプ４３に送出するオイルポンプ４２と、クーラント液Ｃの温度を検出する温度検出手段である温度センサ４５とを備えている。

このクーラント液供給装置４０は、クーラント液Ｃを、オイルパイプ４３の先端部に取り付けられたノズル４４から吐出させ、前記加工部分に流し掛けるように自動旋盤１００に供給することによって、加工部分を冷却し、温度が過度に上昇するのを防止するとともに、工具２０とワーク２００との間の潤滑状態を確保して焼き付きを防止することができる。

前記のように自動旋盤１００に供給されたクーラント液Ｃは、加工によって発生する切り粉とともに自動旋盤１００から排出され、オイルタンク４１の内部に流し落とされ、オイルポンプ４２によって汲み上げられ、オイルパイプ４３およびノズル４４を通じて、上記接触部分に再度供給される。

つまり、クーラント液供給装置４０は、クーラント液Ｃを循環させて使用している。

なお、オイルタンク４１には、クーラント液Ｃに混在している切り粉を濾過するストレーナが設けられているが、図示は省略している。

オイルタンク４１は、図２に示すように、天壁が無い中空の略直方体形状の本体部４１ａからなる。この本体部４１ａの内部には、図３に表されるように、本体部４１ａの一側壁に対して略垂直に固定された複数の仕切り板４１ｂと、各仕切り板４１ｂの間に、仕切り板４１ｂと略平行に固定された仕切り板４１ｃと、隣接する仕切り板４１ｂの端部間に配置された仕切り板４１ｄとが設けられている。

仕切り板４１ｄは、それぞれ鉛直方向に沿って延びた軸Ｐ回りに独立して回転可能に支持される可動仕切り板を構成している。この可動仕切り板４１ｄは、その姿勢が、仕切り板４１ｂの前記端部を閉塞するように両仕切り板４１ｂの端部と当接する閉姿勢と、この閉姿勢の状態から略９０度回転して前記端部から離れる開姿勢とに切り換え可能となっている。

仕切り板４１ｃは、本体部４１ａの周壁および閉姿勢の可動仕切り板４１ｄとの間に隙間が形成され、可動仕切り板４１ｄ側の端部が、開姿勢の可動仕切り板４１ｄの端部と当接する長さを有する。

なお、開姿勢時の可動仕切り板４１ｄの他端は、本体部４１ａの周壁と当接する。各仕切り板４１ａ，４１ｂ，４１ｃと閉姿勢の可動仕切り板４１ｄとによって、本体部４１ａの内部は、本体部４１ａの３つの周壁に沿った略逆Ｃ字状に形成された区画Ｒ１と、区画Ｒ１の内側が平行に４つに分割されて直線状に形成された区画Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５との５つの区画に仕切られる。

クーラント液Ｃは、各区画Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５内に、同一の油面高さとなるように収容されている。可動仕切り板４１ｄの閉姿勢で、各区画Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５の各内部に収容されたクーラント液Ｃ同士が、互いに混ざり合うことはない。

オイルタンク４１は、前述のように自動旋盤１００から排出されるクーラント液Ｃが、本体部４１ａの内部で外周側の区画Ｒ１の一端側に流れ落ちるように配置されている。一方、オイルポンプ４２は、区画Ｒ１の他端側からクーラント液Ｃを汲み上げるように設けられている。

したがって可動仕切り板４１ｄを全て閉姿勢とすると、区画Ｒ１だけを流路とし、区画Ｒ１内のクーラント液Ｃのみが循環して使用される。

一方、各可動仕切り板４１ｄを開姿勢とすることによって、区画Ｒ１と各可動仕切り板４１ｄに対応する区画Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５とが１つの流路として連通する。例えば、図４（ａ）に示すように、区画Ｒ１と区画Ｒ５とを仕切る可動仕切り板４１ｄを開姿勢とすると、区画Ｒ１の内部と区画Ｒ５の内部とが連通する。

この場合、区画Ｒ１内のクーラント液Ｃと区画Ｒ５内のクーラント液Ｃとが混ざり合い、区画Ｒ１内のクーラント液Ｃに対して区画Ｒ５内のクーラント液Ｃの分だけ増加したクーラント液Ｃが、区画Ｒ１と区画Ｒ５とを流路として循環使用される。クーラント液Ｃは、仕切り板４１ｃによって、区画Ｒ５内での滞留が防止され、上流から下流に向かって連続的に流動する。

同様に、図４（ｂ），（ｃ），（ｄ）に示すように、区画Ｒ１と、区画Ｒ４、区画Ｒ３または区画Ｒ２とを仕切る可動仕切り板４１ｄを開姿勢とすることによって、区画Ｒ１と区画Ｒ４、区画Ｒ３または区画Ｒ２とが連通して、区画Ｒ４、区画Ｒ３または区画Ｒ２のクーラント液Ｃが区画Ｒ１のクーラント液Ｃとともに循環に使用され、区画Ｒ４、区画Ｒ３または区画Ｒ２が区画Ｒ１とともに流路として使用される。

したがって、各可動仕切り板４１ｄを閉姿勢から開姿勢に切り換えることによって、流路を拡大しながら、循環に供されるクーラント液Ｃの量を増加させることができる。例えば各仕切り板４１ｄを一つずつ開姿勢に切り換えることによって、クーラント液Ｃの量および流路を１つの区画分ずつ増加させることができる。

なお、可動仕切り板４１ｄの両側端部は、ゴムやポリウレタン樹脂などの可撓性のある材料で形成するのが好ましく、この場合可動仕切り板４１ｄの両側端部は、可動仕切り板４１ｄが接する仕切り板４１ｂ，４１ｃや本体部４１ａ側壁（本体部４１ａの内側の面）との密着性が向上するため、区画間での仕切り性能や、流路の仕切り性能を向上させることができる。

また、クーラント液Ｃは予め各区画に同一の油面高さとなるように収容されているため、上記のように循環するクーラント液Ｃの容量を増加させると、液面の表面積も増加する。

各可動仕切り板４１ｄは、図示しない循環量制御部４６によって開閉が制御されるように構成されている。循環量制御部４６は、本実施形態の自動旋盤１００における加工動作の制御を行う制御盤（図示略）とすることができる。例えば、該循環量制御部４６によりモータを駆動部として可動仕切り板４１ｄを回転させることによって、可動仕切り板４１ｄの開閉を行うことができる。

また、前述の温度センサ４５は、循環しているクーラント液Ｃの温度を測定することができるように、区画Ｒ１内に設置されている。なお、温度センサ４５は、循環しているクーラント液Ｃの温度を測定することができればどこに設置してもよい。

循環量制御部４６は、旋削加工の開始時からクーラント液Ｃの温度が予め設定された所定の温度に到達するまでの期間は、区画Ｒ１のクーラント液Ｃだけを、区画Ｒ１を流路の一部として循環させるように、全可動仕切り板４１ｄを閉姿勢とし、クーラント液Ｃが前記所定温度に到達した後は、温度センサ４５によって検出された循環するクーラント液Ｃの温度に応じて、各可動仕切り板４１ｄを一つずつ順次開姿勢に切り換えるように設定されている。

これにより、旋削加工の開始直後は、オイルタンク４１に収容されているクーラント液Ｃの全量に比較して少量の区画Ｒ１のクーラント液Ｃだけが、区画Ｒ１だけを流路として循環され、循環しているクーラント液Ｃの温度は短時間のうちに急上昇する。

そして、循環するクーラント液Ｃの温度が前記所定温度に到達すると、例えば区画Ｒ１と区画Ｒ５とを仕切る可動仕切り板４１ｄが開姿勢に切り換えられ、循環するクーラント液Ｃの容量が増加し、循環するクーラント液Ｃが受容しうる熱容量が増加するため、クーラント液Ｃの循環の際の温度上昇が抑制される。

さらに、循環するクーラント液Ｃの温度上昇に伴い、順次可動仕切り板４１ｄを開姿勢に姿勢切り換えすることによって、前記同様にクーラント液Ｃの循環の際の温度上昇が抑制され、クーラント液Ｃの温度が概ね前記所定温度に維持される。

なお、自動旋盤１００の稼動停止等によるクーラント液Ｃの温度下降が発生した場合、クーラント液Ｃの温度に応じて開閉の加減を行い、クーラント液Ｃの温度維持を行うこともできる。

以上のように、本実施形態の自動旋盤１００は、各仕切り板４１ｂ，４１ｃ，４１ｄと循環量制御部４６とによって、クーラント液Ｃの温度に基づきクーラント液Ｃの循環量を調節する循環量調節手段が構成され、このクーラント液供給装置４０は、循環量調節手段の可動仕切り板４１ｄを回転させることで、その姿勢を変化させる簡単な構造によって、図５に示すように、旋削加工の開始時からクーラント液Ｃの所定温度への温度上昇に要する時間を短くし、クーラント液Ｃの温度を所定温度に早期に収束させることができる。

つまり、前記循環量調節手段によってクーラント液Ｃを予め定められた所定温度に維持する温度維持手段が構成されている。このため本クーラント液供給装置４０を備えた自動旋盤１００は、クーラント液Ｃの温度上昇に伴う熱変位による加工誤差が抑制され、旋削加工の精度を安定させるまでの経過時間を短縮することができる。

なお、クーラント液Ｃの温度上昇に伴い、クーラント液Ｃの流路長が順次長くなり、また循環するクーラント液Ｃの液面の表面積も順次増加するため、クーラント液Ｃの冷却効果が向上し、クーラント液Ｃの温度低下も促進され、クーラント液Ｃの温度上昇を抑制する度合いが順次高められ、クーラント液Ｃの温度収束を安定して行うことができる。

そして、本実施形態に係るクーラント液供給装置４０は、クーラント液Ｃの循環量を変化させてクーラント液Ｃの熱容量を変化させることで、クーラント液Ｃの温度の変動を抑制するものであるため、クーラント液Ｃを人工的に冷却するクーラント冷却部を必須に設ける必要が無く、したがって、クーラント冷却部を稼働させるのに要するエネルギの消費を抑えることができる。

また、例えば小型自動旋盤による小物ワークの切削加工は、切削加工に要する時間が短いため、この切削加工の期間と、加工完了したワークの搬出および次に加工するワークの供給に要する時間つまり非切削加工の期間とが頻繁に繰り返されることとなり、クーラント液の温度上昇と下降が繰り返されるため、従来であれば、この温度の変動にしたがってクーラント冷却部のＯＮ，ＯＦＦ動作を繰り返す必要があり、これによって電力消費の増大を招くが、本発明を適用したものでは、そのような電力消費の増大を招くことのない構成の流動体供給装置を提供することができる。

なお、前記可動仕切り板４１ｄは、例えば、図６に示すように、各仕切り板４１ｄを、軸Ｐを有するとともに、９０度の角度間隔で４本の脚部ｅ１，ｅ２，ｅ３，ｅ４と軸Ｐの一端を回転自在に軸支する軸受けｅ５とが形成された仕切り板支持体４１ｅと、２本の脚部ｅ１，ｅ２を固定支持するとともに軸Ｐの他端を回転自在に支持する補助板４１ｆとを備えた構成とすることもできる。

仕切り板支持体４１ｅの各脚部ｅ１，ｅ２，ｅ３，ｅ４は、それぞれ軸受けｅ５からの半径方向に沿った板面を有する薄板状に形成され、一組の対角同士の脚部ｅ１および脚部ｅ２が、隣接する仕切り板４１ｂの端部に接続するように形成され、他の一組の対角同士の脚部ｅ３および脚部ｅ４のうち脚部ｅ４が、仕切り板４１ｃの端部に接続し、脚部ｅ３が、本体部４１ａの周壁（内面）に接続するように形成されている。

このように形成された仕切り板４１ｄによれば、図６（ａ）に示すように、仕切り板４１ｄの両端部が脚部ｅ１，ｅ２に接することで区画Ｒを閉じ、図６（ｂ）に示すように、仕切り板４１ｄの両端部が脚部ｅ３，ｅ４に接することで区画Ｒを開くことができる。

仕切り板支持体４１ｅは、仕切り板４１ｃと一体的に形成することもできる。

なお、各区画Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５を区画Ｒ１と連通させる順序は、区画Ｒ５、区画Ｒ４、区画Ｒ３、区画Ｒ２の順序に限定されるものではなく、区画Ｒ２、区画Ｒ３、区画Ｒ４、区画Ｒ５の順序で、区画Ｒ１の内部と連通させてもよいし、他の順序で連通させてもよい。

また、連通させる区画の数は、一つずつ増加させるものでなくてもよく、温度センサ４５によって検出されたクーラント液Ｃの温度上昇の程度等に応じて、二つ以上の区画を同時に連通させて、循環量を急激に増やすようにしてもよい。

なお、上記実施形態においては、工作機械として自動旋盤を適用したものであるが、本発明に係る工作機械は、実施形態の自動旋盤に限定されるものではなく、自動機ではない旋盤装置や、他の工作機械、例えば研削装置や孔開け装置などの、クーラント液Ｃを循環して使用する工作機械全般に適用可能である。

また、本実施形態の自動旋盤１００は、クーラント液Ｃの温度とクーラント液Ｃの循環量とを線形的に対応する（比例する）させたものではなく、クーラント液Ｃの所定の温度の範囲では循環量を一定とし、温度の範囲が変わるごとに循環量を段階的（離散的）に変化させるものであるが、クーラント液Ｃの循環量の変化は、クーラント液Ｃの温度変化に対して連続的あってもよい。

なお、上述した実施形態の自動旋盤１００の作用は、機械加工におけるクーラント液の供給方法に相当する。

１１ 主軸
１２ ガイドブッシュ
２０ 工具
３０ 主軸（駆動部）
４０ クーラント液供給装置
４１ オイルタンク（貯留部）
４１ａ 本体部
４１ｂ 仕切り板
４１ｃ 仕切り板
４１ｄ 可動仕切り板（仕切り板）
１００ 自動旋盤（工作機械）
２００ ワーク
Ｃ クーラント液
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５ 区画

Claims (6)

1. 工作機械側に流動体を送出する流動体送出手段と、前記流動体を収容する収容体と、前記流動体を予め定められた所定温度に維持する温度維持手段とを備え、前記工作機械側から排出される前記流動体を回収し、前記流動体を所定温度に維持するように循環させて前記工作機械側に供給する流動体供給装置において、
   前記温度維持手段を、循環する前記流動体の総量である循環量を前記流動体の温度に基づいて調節する循環量調節手段により構成し、
   前記循環量調節手段を、循環する前記流動体が受容しうる熱容量が、前記流動体の温度に応じた容量となるように、前記循環量の調節を行うことによって、前記流動体の循環の際の温度上昇を抑制する構成としたことを特徴とする流動体供給装置。
2. 前記循環量調整手段を、前記流動体の供給開始時における前記循環量を、前記収容体に収容された前記流動体の全量に比較して少なくし、前記流動体が所定温度に到達した後の前記循環量を、前記流動体の温度上昇に伴って増加させる構成としたことを特徴とする請求項１に記載の流動体供給装置。
3. 前記循環量調整手段が、前記収容体の内部を複数の区画に仕切る仕切り体と、前記複数の区画を連通させるように開く開閉自在な開閉手段とを備え、
   前記開閉手段が、連通された区画を流路として前記流動体を循環させるように、前記流動体の温度に基づいて開閉することを特徴とする請求項１または２に記載の流動体供給装置。
4. 前記流動体を、予め前記各区画内に、表面の高さ位置が同一となるように収容したことを特徴とする請求項３に記載の流動体供給装置。
5. 前記流動体を、工作機械のワークの加工部分に供給されるクーラント液とし、前記収容体を、前記クーラント液を収容するタンクとしたことを特徴とする請求項１から４のうちいずれか１項に記載の流動体供給装置。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の流動体供給装置を一体的に備えたことを特徴とする工作機械。

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