JP5827653B2 - 工作機械の工具洗浄方法及び工具洗浄装置 - Google Patents

Description

本発明は、工作機械による切削加工において、工具測定器による工具長又は工具径の計測を行う前に、工具に付着した異物を取り除く工作機械の工具洗浄方法及び工具洗浄装置に関する。

一般的に、工作機械による切削加工の前には、接触式又は非接触式の工具測定器を使用し、工具長や工具径など工具寸法の測定を行っている。この工具寸法の測定時に、工具に付着した異物及び油分を取り除いた状態で、工具長測定又は工具径測定を実施しないと、実際の工具情報（工具長・工具径）とは異なる間違った工具情報で加工が行われることになり、製品の加工精度が低下し、加工された製品が不良品となる場合が生じる。

従来、この工具に付着した異物を除去する方法としては、加工前の工具に対するエアーの噴き付けが広く用いられていた。近年は、加工精度の向上に伴って、工具寸法の測定に非接触式のレーザ測定器やＣＣＤカメラが用いられるようになってきた。非接触式の測定器は、測定精度が高く、工具に付着した僅かな異物や油分によって測定誤差が生じることから、工具への洗浄液の噴き付けや、超音波洗浄などの工具洗浄が行なわれるようになってきた。

工具に洗浄液を噴き付けて異物を除去する方法としては、例えば、レーザ測定器による工具長の測定前に、工具に付着した油膜を取り除くために、揮発性または速乾性の脱脂洗浄剤を封入した気密容器から、脱脂洗浄剤を霧状に噴射して工具を洗浄する方法が知られている（特許文献１参照）。

工具に洗浄液を噴き付けて異物を除去する方法としては、他に、工具に対して洗浄剤を噴射して工具の洗浄を行った後、ＣＣＤカメラによって工具の先端を撮像し、この撮影画像から抽出した形状と予め設定した基準の形状とを比較し、工具に付着した異物の有無を判定して、工具に異物が付着していないことを確認したうえで工具の寸法を測定する方法も知られている（特許文献２参照）。

また、工具を超音波洗浄して異物を除去する方法としては、例えば、水、油溶性又は脂溶性の液体に工具を漬けて超音波洗浄し、吹飛し装置によって乾燥させる方法が知られている（特許文献３参照）。特許文献３には、スピンドルの停止状態に限らず、回動状態でも工具の洗浄を行うことが可能であり、回動状態の場合には液体粒子を遠心力によって分解できることが示されている。

特開２００５−６６７４６号公報 特開２０１０−１５８７２６号公報 特開２０１０−１３１７４７号公報

従来の一般的なエアーの噴き付けによる工具洗浄では、工具に強固に付着した異物及び油分を充分に取り除くことができなかった。また、特許文献１及び特許文献２に記載の洗浄液の噴き付けによる工具洗浄では、工具に付着した油分は取り除くことができるが、エアーの噴き付けと同様に、工具に強固に付着した異物を充分に取り除くことができない。また、特許文献３に記載の超音波洗浄機による工具洗浄でも、工具に付着した油分は取り除くことができるが、工具に強固に付着した異物については、ある程度取り除くことができるものの、充分に取り除くことはできないという問題があった。

また、特許文献２に記載の方法は、工具の洗浄を行った後にＣＣＤカメラによって工具に付着した異物の有無を判定することはできるが、洗浄液の噴き付けによる工具洗浄では異物除去が充分に行えないことを前提としたものであって、工具に強固に付着した異物を充分に取り除く工具洗浄方法は未だ提供されていない。

また、洗浄液を噴き付ける工具洗浄方法では、洗浄液を噴き付ける噴射装置が必要になり、超音波洗浄による工具洗浄方法では、超音波を発生させる装置と電源が必要になり、特に加工機内で工具を洗浄する場合には装置が複雑になって扱いにくいという問題があった。

そこで、本発明は、切削加工によって工具に強固に付着した異物や油分を簡単な構成で確実に取り除くことが可能な工作機械の工具洗浄方法及び工具洗浄装置を提供するものである。

本発明は、上記課題を解決するために、粉末状の砥粒を含む洗浄液の中に工具を進入させ、該工具を回転させて洗浄を行う工作機械の工具洗浄方法を提供するものである。

また、本発明の工作機械の工具洗浄方法は、前記洗浄液に前記砥粒を浸漬させた砥粒浸漬層と、該砥粒浸漬層の上方に前記砥粒を含まない洗浄液層と、を有することを特徴とする。

また、本発明の工作機械の工具洗浄方法は、粉末状の砥粒を含む洗浄液の中において、前記工具を７００〜２５００ｍｉｎ^−１で回転させることを特徴とする。

また、本発明は、粉末状の砥粒と洗浄液を収容した洗浄容器と、工具を回転駆動する回転駆動装置と、を備え、前記工具を前記洗浄容器内の前記砥粒を含む洗浄液の中に進入させ、該工具を回転させて洗浄を行う工作機械の工具洗浄装置を提供するものである。

また、本発明の工作機械の工具洗浄装置は、前記洗浄容器内に、前記洗浄液に前記砥粒を浸漬させた砥粒浸漬層と、該砥粒浸漬層の上方に前記砥粒を含まない洗浄液層と、を有することを特徴とする。

また、本発明の工作機械の工具洗浄装置は、前記洗浄容器が工作機械の工具チェンジャ又は／及び工具マガジンの把持部で把持可能に形成してあることを特徴とする。

また、本発明の工作機械の工具洗浄装置は、前記砥粒の平均粒径が１００〜５００μｍであることを特徴とする。

また、本発明の工作機械の工具洗浄装置は、前記洗浄液が速乾性の洗浄液であることを特徴とする。

本発明の工作機械の工具洗浄方法は、粉末状の砥粒を含む洗浄液の中に工具を進入させ、該工具を回転させて洗浄を行う構成を有することにより、洗浄液中において沈殿状態にある粉末状の砥粒は、砥粒間に洗浄液が介在していることで、砥粒間に洗浄液による適度な結合力が生じ、砥粒が工具表面に付着した異物を取り除く力として作用する。

本発明の工作機械の工具洗浄方法は、洗浄対象の工具を粉末状の砥粒を含む洗浄液中において工具径に応じた適切な回転数で回転させることにより、洗浄液中の粉末状の砥粒が工具のすくい面及び逃げ面に作用し、工具に強固に付着した異物を取り除くと共に、洗浄液が工具表面に付着している油分を取り除くから、切削加工によって工具に強固に付着した異物及び油分を簡単な構成で確実に取り除くことができ、その後の工具測定において正しい測定値を得ることができる効果がある。

また、本発明の工作機械の工具洗浄方法は、前記洗浄液に前記砥粒を浸漬させた砥粒浸漬層と、該砥粒浸漬層の上方に前記砥粒を含まない洗浄液層と、を有することにより、工具を砥粒浸漬層に進入させて砥粒による異物の除去ができると共に、工具を砥粒浸漬層から引き上げる際に砥粒を含まない洗浄液層を通るから、砥粒浸漬層において工具に付着した砥粒を洗浄液層で洗い落とすことができ、確実に異物を取り除くことができる効果がある。

また、本発明の工作機械の工具洗浄方法は、粉末状の砥粒を含む洗浄液の中において、前記工具を７００〜２５００ｍｉｎ^−１で回転させることにより、洗浄液中の砥粒が工具のすくい面及び逃げ面に適切に作用し、強固に付着した異物を確実に取り除くことができる効果がある。

また、本発明の工作機械の工具洗浄装置は、粉末状の砥粒と洗浄液を収容した洗浄容器と、工具を回転駆動する回転駆動装置と、を備え、前記工具を前記洗浄容器内の前記砥粒を含む洗浄液の中に進入させ、該工具を回転させて洗浄を行う構成を有することにより、洗浄液を充填した洗浄容器内において沈殿状態にある粉末状の砥粒は、砥粒間に洗浄液が介在していることで、砥粒間に洗浄液による適度な結合力が生じ、砥粒が工具表面に付着した異物を取り除く力として作用する。

本発明の工作機械の工具洗浄装置は、洗浄対象の工具を粉末状の砥粒を含む洗浄液中において工具径に応じた適切な回転数で回転させることにより、洗浄液中の粉末状の砥粒が工具のすくい面及び逃げ面に作用し、工具に強固に付着した異物を取り除くと共に、洗浄液が工具表面に付着している油分を取り除くから、切削加工によって工具に強固に付着した異物及び油分を簡単な構成で確実に取り除くことができ、その後の工具測定において正しい測定値を得ることができる効果がある。

また、本発明の工作機械の工具洗浄装置は、前記洗浄容器内に、前記洗浄液に前記砥粒を浸漬させた砥粒浸漬層と、該砥粒浸漬層の上方に前記砥粒を含まない洗浄液層と、を有することにより、工具を砥粒浸漬層に進入させて砥粒による異物の除去ができると共に、工具を砥粒浸漬層から引き上げる際に砥粒を含まない洗浄液層を通るから、砥粒浸漬層において工具に付着した砥粒を洗浄液層で洗い落とすことができ、確実に異物を取り除くことができる効果がある。

また、本発明の工作機械の工具洗浄装置は、前記洗浄容器が工作機械の工具チェンジャ又は／及び工具マガジンの把持部で把持可能に形成してあることにより、工具チェンジャ又は／及び工具マガジンの把持部で洗浄容器を把持して工作機械の主軸の軸線上の洗浄位置と工具を格納する格納部との間を運搬できるから、工具を主軸に装着したままで工具洗浄を行うことができると共に、洗浄時以外は洗浄容器を他の工具と共に格納部に格納することができる。すなわち、工具チェンジャ又は工具マガジンを備えた工作機械では、本発明の洗浄容器を工具と共に格納部に格納するという簡単な構成によって、従来は除去できなかった異物を確実に取り除くことができる効果がある。

また、本発明の工作機械の工具洗浄装置は、前記砥粒の平均粒径が１００〜５００μｍであることにより、洗浄液を充填した洗浄容器内において沈殿状態にある粉末状の砥粒は、砥粒間に適度の洗浄液が介在することで、砥粒間に洗浄液による適切な結合力が生じるから、工具に過度の負担をかけることなく砥粒が工具表面に付着した異物を取り除くのに充分な結合力を付与することができ、確実に異物を取り除くことができる効果がある。

また、本発明の工作機械の工具洗浄装置は、前記洗浄液が速乾性の洗浄液であることにより、工具に付着した洗浄液が短時間で乾くから、工具洗浄後直に工具測定を行うことができる効果がある。

本発明に係る工作機械の工具洗浄装置の一実施例を示す構成図。 本発明に係る工作機械の工具洗浄装置の他の施例を示す構成図。 洗浄容器の格納状態を示す斜視図。 加工直後の工具状態を示す写真図。 エアー噴き付け後の工具状態を示す写真図。 超音波洗浄後の工具状態を示す写真図。 本発明の工具洗浄後の工具状態を示す写真図。 加工直後の工具状態を示す写真図。 エアー噴き付け後の工具状態を示す写真図。 超音波洗浄後の工具状態を示す写真図。 本発明の工具洗浄後の工具状態を示す写真図。 本発明に係る工作機械の工具洗浄方法の一例を示すフローチャート。

本発明の実施の形態を図示する実施例に基づいて説明する。
本発明の工作機械の工具洗浄装置は、粉末状の砥粒１１と洗浄液１２を収容した洗浄容器１０と、工具１を回転駆動する回転駆動装置２と、を備え、工具１を洗浄容器１０内の砥粒１１を含む洗浄液１２の中に進入させ、工具１を回転させて洗浄を行うことを特徴とする。

図１は、本発明に係る工作機械の工具洗浄装置の一実施例を示す構成図である。図１に示す実施例において、回転駆動装置２は、主軸（スピンドルシャフト）と該主軸を駆動する駆動モータとで構成されている。主軸は、ボールベアリングなどの軸受でスピンドルヘッドに回転自在に支持されている。主軸の後端部には、カップリングを介して駆動モータが直結されている。

洗浄液１２には、速乾性の脱脂洗浄剤や超音波洗浄機用の洗浄剤など種々の洗浄剤を用いることができる。洗浄液１２は、工具に付着した異物や油分を取り除くために、（１）洗浄力と、（２）脱脂能力と、（３）速乾性を備えていることが好ましい。洗浄液１２が速乾性を備えていると、洗浄後直に工具測定を行っても洗浄液１２による測定誤差が生じない。なお、洗浄後直に工具測定を行わない場合には、洗浄液１２に速乾性を備えない超音波洗浄機用の洗浄剤を用いてもよい。

粉末状の砥粒１１には、アルミナ（酸化アルミニウム）系砥粒など、鋼製の工具に付着した異物を除去可能な種々の砥粒を用いることができる。実施例では、粉末状の砥粒１１にホワイトアランダム（ＷＡ）と呼ばれるアルミナ系砥粒の一種を用いた。ＷＡは、炭素鋼、合金鋼、工具鋼、ステンレス鋼などの鉄鋼材料によく馴染み、一般砥粒の中では特に「切れ味」に優れた砥石として知られており、焼入れ鋼や工具鋼などの比較的加工しづらい工具に対しても効果を発揮する。なお、砥粒１１は、アルミナ系砥粒に限定されるものではなく、工具に付着して異物を取り除くことが可能な種々の素材を用いてもよい。

洗浄容器１０には、洗浄液１２を充填し、洗浄液１２中に粉末状の砥粒１１を浸漬させている。洗浄容器１０内には、洗浄液１２に砥粒１１を浸漬させた砥粒浸漬層Ａと、砥粒浸漬層Ａの上方に砥粒１１を含まない洗浄液層Ｂと、を有している。この洗浄液層Ｂは、工具を砥粒浸漬層Ａから引き上げる際に、工具１に付着した砥粒１１を洗い落とすのに充分な厚みを有していればよい。なお、洗浄後の工具１に付着した砥粒１１は、エアーの噴き付けや洗浄液の噴き付けによって容易に取り除くことができるから、洗浄容器１０には洗浄液層Ｂを設けなくてもよい。

砥粒１１は、洗浄液１２を充填した洗浄容器１０内において沈殿状態にあり、砥粒１１間に適度の洗浄液１２が介在することで、砥粒１１間に洗浄液１２による適切な結合力が生じる。砥粒１１の粒径は、小さすぎると砥粒１１間の結合力が強くなりすぎて洗浄効率が低下し、大きすぎると小径工具のすくい面に砥粒１１が入り込みにくくなるため、平均粒径が１００〜５００μｍであることが好ましい。砥粒１１の粒度は、ＷＡ（ホワイトアランダム）を用いた場合に、ＪＩＳ規格の８０番（平均粒径１７７〜２５０μｍ）が最も好ましい。

表１は、工具１の回転数と洗浄効率の関係を示している。洗浄時における工具１の回転数は、工具径が１〜３ｍｍの小径工具では、１０００ｍｉｎ^−１で最も洗浄効率が良くなり、回転数が低くても、回転数が高くても洗浄効率は低下する。回転駆動装置２は、粉末状の砥粒１１を含む洗浄液１２（砥粒浸漬層Ａ）において、工具１を７００〜２５００ｍｉｎ^−１で回転させることが好ましい。

図２は、本発明に係る工作機械の工具洗浄装置の他の施例を示す構成図であり、図３は、洗浄容器の格納状態を示す斜視図である。

図２及び図３に示す実施例において、洗浄容器１０は、容器の上部外周に溝部１３を設けて、工具チェンジャ３又は／及び工具マガジン４の把持部３ａ，４ａで把持可能に形成してある。本実施例の洗浄容器１０は、工具チェンジャ３の把持部３ａ又は工具マガジン４の把持部４ａで把持されて、工作機械の主軸の軸線上の洗浄位置と工具を格納する格納部との間を簡単に移動することができる。本実施例では、工具１を主軸（回転駆動装置２）に装着したままで工具洗浄を行うことができると共に、洗浄時以外は洗浄容器１０を他の工具と共に工具マガジン４などの格納部に格納することができる。

なお、工作機械の主軸が、工具マガジン４の所定位置まで移動して工具交換可能な構成の場合には、工具チェンジャ３は必要ない。また、洗浄容器１０は、実施例のように工作機械の内部に設置される場合に限らず、工作機械の外部に設置してもよい。また、回転駆動装置２は、実施例のように工作機械の主軸に限らず、洗浄用の回転駆動装置を用いてもよい。

次に、本発明に係る工作機械の工具洗浄装置を用いた工具洗浄方法について説明する。図６は、本発明に係る工作機械の工具洗浄方法の一例を示すフローチャートである。

（１）洗浄対象である工具１を、回転駆動装置２である工作機械の主軸に装着する（ステップＳ１）。

（２）工作機械の工具マガジン４などの格納部に格納されている洗浄容器１０を、工具チェンジャ３の把持部３ａで把持して待機位置から移動させ、主軸の軸線上の洗浄位置に位置決めする（ステップＳ２）。

（３）主軸に装着された工具１を、適切な回転数で回転させる（ステップＳ３）。実施例では、基準回転数Ｓ＝１０００ｍｉｎ^−１で工具１を回転させている。

（４）工具１を洗浄容器１０内の砥粒浸漬層Ａ内に進入させ（ステップＳ４）、所定時間の工具洗浄を行う（ステップＳ５）。実施例では、標準洗浄時間を３０秒とした。なお、工具１への異物の付着が少ない又は弱い場合には、洗浄時間は１０秒程度で充分である。

（５）工具１を洗浄容器１０内から引き上げた後に主軸を停止させる（ステップＳ６）。このときに、工具１が砥粒１１を含まない洗浄液層Ｂ内を回転しながら通ることによって、ステップＳ５において工具１に付着した砥粒１１を洗い落とすことができる。

（６）洗浄容器１０を工具マガジン４などの待機位置へ戻す（ステップＳ７）。

比較例

本発明に係る工作機械の工具洗浄方法と従来の洗浄方法との比較例について説明する。図４（ａ）乃至図４（ｄ）は、工具径３．０ｍｍ４枚刃の工具での比較例を示す写真図である。図５（ａ）乃至図５（ｄ）は、工具径１．０ｍｍ２枚刃の工具での比較例を示す写真図である。

図４（ａ）は、加工直後の工具状態を示す写真図であり、工具表面には油分と共に多数の切粉が付着している。図４（ｂ）は、一般的なエアー噴き付け後の工具状態を示す写真図であり、工具に付着した切粉がある程度減少しているものの、工具表面には油分と共に多くの切粉が付着している。

図４（ｃ）は、従来技術の超音波洗浄後の工具状態を示す写真図であり、工具表面に付着した油分と大部分の切粉は取り除くことができているが、工具に強固に付着した切粉を取り除くことができていない。図４（ｄ）は、本発明の工具洗浄後の工具状態を示す写真図である。本発明の工具洗浄方法では、従来の超音波洗浄で取り除くことができなかった工具に強固に付着した切粉（異物）についても略全て除去できていることが分かる。

図５（ａ）は、加工直後の工具状態を示す写真図であり、工具表面には油分と共に多数の切粉が付着している。図５（ｂ）は、一般的なエアー噴き付け後の工具状態を示す写真図であり、工具に付着した切粉がある程度減少しているものの、工具表面には油分と共に多くの切粉が付着している。

図５（ｃ）は、従来技術の超音波洗浄後の工具状態を示す写真図であり、工具表面に付着した油分と大部分の切粉は取り除くことができているが、工具に強固に付着した切粉を取り除くことができていない。図５（ｄ）は、本発明の工具洗浄後の工具状態を示す写真図である。本発明の工具洗浄方法では、従来の超音波洗浄で取り除くことができなかった工具に強固に付着した切粉（異物）についても略全て除去できていることが分かる。このように、本発明の工具洗浄方法では、種々の形状の工具について効果を発揮することができる。

１ 工具
２ 回転駆動装置
３ 工具チェンジャ
４ 工具マガジン
１０ 洗浄容器
１１ 砥粒
１２ 洗浄液
Ａ 砥粒浸漬層
Ｂ 洗浄液層

Claims (6)

1. 粉末状の砥粒を含む洗浄液であって、前記洗浄液は、前記洗浄液に前記砥粒を浸漬させた砥粒浸漬層と、該砥粒浸漬層の上方に前記砥粒を含まない洗浄液層と、を有し、粉末状の砥粒を含む洗浄液の中に工具を進入させ、該工具を回転させて洗浄を行う工作機械の工具洗浄方法。
2. 粉末状の砥粒を含む洗浄液の中に工具を進入させ、該洗浄液の中において、前記工具を７００〜２５００ｍｉｎ^−１で回転させて洗浄を行う請求項１に記載の工作機械の工具洗浄方法。
3. 粉末状の砥粒と洗浄液を収容し、前記洗浄液に前記砥粒を浸漬させた砥粒浸漬層と、該砥粒浸漬層の上方に前記砥粒を含まない洗浄液層と、を有する洗浄容器と、
   工具を回転駆動する回転駆動装置と、を備え、
   前記工具を前記洗浄容器内の前記砥粒を含む洗浄液の中に進入させ、該工具を回転させて洗浄を行う工作機械の工具洗浄装置。
4. 平均粒径が１００〜５００μｍである粉末状の砥粒と洗浄液を収容した洗浄容器と、工具を回転駆動する回転駆動装置と、を備え、
   前記洗浄容器が工作機械の工具チェンジャ又は／及び工具マガジンの把持部で把持可能に形成してあり、
   前記工具を前記洗浄容器内の前記砥粒を含む洗浄液の中に進入させ、該工具を回転させて洗浄を行う工作機械の工具洗浄装置。
5. 前記洗浄容器が工作機械の工具チェンジャ又は／及び工具マガジンの把持部で把持可能に形成してあることを特徴とする請求項３に記載の工作機械の工具洗浄装置。
   
   
6. 前記洗浄液が速乾性の洗浄液であることを特徴とする請求項３乃至５の何れか一項に記載の工作機械の工具洗浄装置。