JP5815274B2 - クーラント噴射装置 - Google Patents

Description

本発明は、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、研削油剤）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及び２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 米国特許第６７７２０４２号明細書

クーラント噴射装置は、機械加工によって生じるクーラントの飛沫、切屑の飛散にさらされるため、ノズルを駆動するサーボモータ、減速ギヤ機構等に対して充分な防滴性及び防塵性が要求され、また、マシニングセンタ、ＮＣ工作機械等の自動工作機械の限られたスペースに設置する必要があるため、小型化が望まれている。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、防滴性、防塵性に優れ、また、小型化を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に係る発明は、クーラントを噴射するノズルと、該ノズルの回転角度を調整するモータとを備えたクーラント噴射装置において、
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て前記ハウジングを貫通し、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て前記クーラント通路に連通するポートと、前記ハウジングに設けられて前記ポートを介して前記クーラント通路に連通する入口通路とを備え、前記ノズルは、前記中空シャフトに接続されて前記クーラント通路に連通し、前記中空シャフトは、前記モータの出力軸に対して同軸上に配置され、前記中空シャフトと前記モータの出力軸とは、一体に形成されていることを特徴とする。
請求項２に係る発明は、クーラントを噴射するノズルと、該ノズルの回転角度を調整するモータとを備えたクーラント噴射装置において、
内部にノズル室を形成するハウジングと、該ハウジングに回転可能かつ液密的に挿入されて前記ノズル室をその一端から他端にわたって貫通し、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て前記クーラント通路に連通するポートと、前記ハウジングに設けられて前記ノズル室及び前記ポートを介して前記クーラント通路に連通する入口通路とを備え、前記ノズルは、前記中空シャフトに接続されて前記クーラント通路に連通し、前記中空シャフトは、前記モータの出力軸に対して同軸上に配置されて該出力軸に連結されていることを特徴とする。
請求項３の発明に係るクーラント噴射装置は、上記請求項２の構成において、前記中空シャフトと前記モータの出力軸とが、一体に形成されていることを特徴とする。
請求項４の発明に係るクーラント噴射装置は、上記請求項１乃至３のいずれか１項の構成において、前記モータが、ステッピングモータであることを特徴とする。

請求項１の本発明に係るクーラント噴射装置によれば、入口通路から供給されるクーラントが、中空シャフトの側壁に設けられたポートを通過して中空シャフトのクーラント通路に流れ込むので、固定側の入口通路と回転側の中空シャフトを継手部品で直接接続する必要がなくなる。そのため、継手部品の不具合によるクーラント漏れが避けられる。さらに、中空シャフトを介してノズルにクーラントを供給することにより、小型化が可能になり、また、シールが必要な部位を少なくして、防滴性及び防塵性を高めることができる。
請求項２の発明に係るクーラント噴射装置によれば、中空シャフトとモータの出力軸の一体化により、部品点数を削減することができる。
請求項３の発明に係るクーラント噴射装置によれば、ステッピングモータを用いることで、オープンループによる駆動制御を行なうことができ、制御回路の簡素化が可能になる。

本発明の第１実施形態に係るクーラント噴射装置の斜視図である。 図１のＡ−Ａ線による横断面図である。 図１に示すクーラント噴射装置の封止板が取外された状態を示す平面図である。 図１に示すクーラント噴射装置の封止板が取外された状態を示す斜視図である。 図１に示すクーラント噴射装置の分解斜視図である。 本発明の第２実施形態に係るクーラント噴射装置の横断面図である。 図６に示すクーラント噴射装置の分解斜視図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
本発明の第１実施形態について、図１乃至図５を参照して説明する。
図１乃至図５に示すように、本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、ケース２内に、可動ノズルユニット３及びモータ４が収容されて一体化（ユニット化）されている。

ケース２は、略直方体で一側が開口した箱状のケース本体５と、ケース本体５の開口部を閉じる封止板６とから構成されている。ケース２には、封止板６に連なるように平板状に延出された長方形の取付部７がケース本体５と一体に形成されている。取付部７には、ケース２を自動工作機械等に取付けるための一対の長穴８が設けられている。

ケース２の内部は、ケース本体５に一体的に形成されて長手方向に沿って延びる仕切板９によって仕切られて、可動ノズルユニット３及びモータ４を収容する室に隣接して、モータ４に接続されるリード線を配線するための配線室１０が形成されている。ケース本体５の可動ノズルユニット３側の端部の側壁及び仕切板９には、略Ｕ字型の切欠１１、１２がそれぞれ形成され、仕切板９の切欠１２に対向してケース本体５の側壁に開口１３（図２参照）が形成されている。ケース本体５のモータ４側の端部の内壁と仕切板９との間には、モータ４にリード線を接続するための隙間９Ａが形成されている。

ケース本体５の開口部には、ネジ、ファスナ、接着剤等の公知の結合手段（図示せず）によって封止板６が取付けられている。ケース本体５と封止板６との間は、パッキン等の公知のシール手段（図示せず）によってシールされている。封止板６は、好ましくは、ネジ等の着脱可能な結合手段により、ケース本体５に着脱可能に取付けられる。ケース２は、合成樹脂、アルミニウム合金等の適当な材料で形成することができる。

可動ノズルユニット３は、ハウジング１４を備え、ハウジング１４は、略直方体の外形形状を有し、大径ボア１５Ａ及び小径ボア１５Ｂからなる段付の開口部が貫通されている。大径ボア１５Ａには、円筒状のガイド部材１６が液密的に嵌合されて、小径ボア１５Ｂとガイド部材１６との間にノズル室１７が形成されている。小径ボア１５Ａ及びガイド部材１６に、ハウジング１４の内部のノズル室１７をその一端から他端にわたって貫通する中空シャフト１８が回転可能かつ液密的に挿入されている。中空シャフト１８は、ハウジング１４の両端部に設けられた軸受１９、２０によって回転可能に支持されている。中空シャフト１８と小径ボア１５Ｂ及びガイド部材１６との間は、Ｏリング２１、２２によってシールされている。

中空シャフト１８には、その軸心に沿って延びるクーラント通路２３が形成され、クーラント通路２３の一端部は、中空シャフト１８の先端部で開口し、他端部は閉塞されている。また。中空シャフト１８の側壁には、クーラント通路２３とノズル室１７とを連通させる複数のポート２４が貫通されている。ハウジング１４の側壁には、ノズル室１７に連通する入口通路２５が設けられ、入口通路２５には、円筒状の入口管路２６が接続されている。中空シャフト１８の先端部には、中空シャフト１８に対して直角方向に向けられたノズル２７が接続され、ノズル２７の内部がクーラント通路２３に連通されている。中空シャフト１８の基端部には、二面取りされた凸形状の連結部２８が形成されている。ハウジング１４の大径ボア１５Ａ側の端部には、中空シャフト１８の基端部が挿入される開口を有する凸形状のリアカバー２９が嵌合されている。可動ノズルユニット３は、ノズル２７が接続された中空シャフト１８の先端側を切欠１１に挿入し、入口管路２６を切欠１２及び開口１３に挿入してケース本体５に取付けられる。

モータ４は、側面部の外形形状がノズルユニット３と略同じ直方体で、出力軸３０の先端部に、中空シャフト１８の基端部に形成された連結部２８に係合する凹形状の連結部３１が形成されている。モータ４は、出力軸３０の回転角を制御可能なものであり、公知のサーボモータあるいはステッピングモータとすることができる。また、ステッピングモータとしては、可変リラクタンス型、永久磁石型、又は、これらを組合わせたハイブリッド型のいずれを用いてもよいが、本実施形態では、調整可能なステップ角が充分小さいことからハイブリッド型ステッピングモータを採用している。モータ４には、制御電流を供給するリード線（図示せず）が接続され、リード線は、仕切板９の隙間９Ａを通って配線室１０内に延ばされ、ケース２の外壁に取付けられた電気コネクタ（図示せず）を介して外部の駆動回路（図示せず）に接続される。

モータ４は、そのフロントカバー３２が可動ノズルユニット３のリアカバーに係合し、リアカバー３３がケース本体５の端部の側壁に当接して固定される。なお、図２中、符号３４は、出力軸３０に連結されたロータ、３５は、ロータ３４の周囲に対向して配置されたステータ、３６は出力軸３０を回転可能に支持する軸受を示している。

可動ノズルユニット３とモータ４とは、モータ４の出力軸３０を可動ノズルユニット３側のリアカバー２９に挿入し、出力軸３０の連結部３１を中空シャフト１８の連結部２８に係合し、一体化した状態でケース本体５内に収容され、ケース本体５の開口部に封止板６が取付けられて、ケース２へ固定される。なお、中空シャフト１８と出力軸３０との連結部２８、３０の形状は、上述の二面取り形状に限らず、これらの間で回転を伝達可能なものであれば、他の形状でもよい。

このように構成したクーラント噴射装置１は、ノズル２７を適当な方向に向けて、取付部７の長穴８にボルト等を挿通して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、入口管路２６が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が制御電流を供給する駆動回路に接続される。

そして、クーラントを入口管路２６に供給し、入口通路２５、ノズル室１７、ポート２４及びクーラント通路２３を介してノズル２７から噴射する。モータ４の出力軸３０を回転させ、出力軸３０に連結された中空シャフト１８の回転角を制御することにより、ノズル２７の角度を調整することができ、クーラントを所望の方向に噴射することができる。なお、ハウジング１４内に形成されたノズル室１７を省略して、入口通路２５から中空シャフト１８のポート２４に直接クーラントを供給するようにしてもよい。

中空シャフト１８すなわちモータ４の出力軸３０の回転角の初期位置の調整（０点調整）を行なう必要がある場合には、例えば、中空シャフト１８又は出力軸３０にホール素子（図示せず）を取付け、その検出位置に基づき０点調整を行うことができる。あるいは、ノズル２７の回転範囲をストッパによって規制し、ノズル２７をストッパに当接するまで回転させ、その位置を基準として、０点調整を行ってもよい。

これにより、自動工作機械の工具の交換による工具先端位置の変化や、機械加工の進行によるノズルから加工位置までの距離の変化などに応じてノズル２７の回転角を調整して、加工部位に正確にクーラントを噴射することが可能になる。このとき、モータ４として、ステッピングモータを用いているので、オープンループによる制御が可能であり、サーボモータを用いてクローズドループによる制御を行なう場合に比して、モータの駆動回路を簡素化することができる。

ノズル２７の回転角を制御する際、切削加工部位に対してクーラントを的確に当てるためにノズルの噴射角度を調節することに加えて、クーラントの噴射によって加工部位の切屑を払うようにより広い角度範囲でノズル２７を移動させることにより、切屑の除去を促進することができる。また、ノズルの回転は一定速度または速度を変化させながら行うことができる。また、モータ４としてステッピングモータを使用することにより、ＮＣ工作機械の工具の移動及び工具指定のための制御コード（いわゆるＭコード、Ｔコード）をモータ４の制御信号として利用してノズル２７の回転角を加工部位に追従させる制御が可能となるので、クーラント噴射装置の制御回路を簡素化することができる。

ノズル２７を回転させる中空シャフト１８の内部のクーラント通路２３にクーラントを流通させることにより、クーラント噴射装置１の小型化、特に、軸方向の寸法の短縮が可能になり、また、シールが必要な部位を少なくして、防滴性及び防塵性を高めることができる。さらに、封止板６を開閉可能とすることにより、万一、可動ノズルユニット３又はモータ４が故障した場合、これらを個別に交換あるいは修理することができるので、メンテナンス性に優れる。

次に本発明の第２実施形態について、図６及び図７を参照して説明する。なお、上記第１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６及び図７に示すように、本実施形態に係るクーラント噴射装置４０では、上記第１実施形態における可動ノズルユニット３の中空シャフト１８とモータ４の出力軸３０とが一体化されて、中空モータシャフト４１となっている。中空モータシャフト４１は、図７に示す例では、予めモータ４側に組込まれて、可変ノズルユニット３に挿入されるようになっているが、予め可変ノズルユニット３側に組込み、モータ４に挿入又は圧入されるようにしてもよい。このように構成したことで、上記第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

１…クーラント噴射装置、４…モータ、１４…ハウジング、１８…中空シャフト、２３…クーラント通路、２４…ポート、２５…入口通路、２７…ノズル

Claims (4)

1. クーラントを噴射するノズルと、該ノズルの回転角度を調整するモータとを備えたクーラント噴射装置において、
   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て前記ハウジングを貫通し、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て前記クーラント通路に連通するポートと、前記ハウジングに設けられて前記ポートを介して前記クーラント通路に連通する入口通路とを備え、前記ノズルは、前記中空シャフトに接続されて前記クーラント通路に連通し、前記中空シャフトは、前記モータの出力軸に対して同軸上に配置され、前記中空シャフトと前記モータの出力軸とは、一体に形成されていることを特徴とするクーラント噴射装置。
2. クーラントを噴射するノズルと、該ノズルの回転角度を調整するモータとを備えたクーラント噴射装置において、
   内部にノズル室を形成するハウジングと、該ハウジングに回転可能かつ液密的に挿入されて前記ノズル室をその一端から他端にわたって貫通し、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て前記クーラント通路に連通するポートと、前記ハウジングに設けられて前記ノズル室及び前記ポートを介して前記クーラント通路に連通する入口通路とを備え、前記ノズルは、前記中空シャフトに接続されて前記クーラント通路に連通し、前記中空シャフトは、前記モータの出力軸に対して同軸上に配置されて該出力軸に連結されていることを特徴とするクーラント噴射装置。
3. 前記中空シャフトと前記モータの出力軸とは、一体に形成されていることを特徴とする請求項２に記載のクーラント噴射装置。
4. 前記モータが、ステッピングモータであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のクーラント噴射装置。

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