JP5986345B1 - クーラント噴射装置 - Google Patents

Abstract

クーラント噴射装置の寿命を延ばすことができる技術を提供する。クーラントを噴射するノズル本体（３３）と、ノズル本体（３３）を回転させる中空シャフト（１１）と、中空シャフト（１１）の回転角度を調整するモータ（４）と、中空シャフト（１１）とモータ（４）の出力軸（２３）とを結合するオルダムカップリング部（５０）とを備え、オルダムカップリング部は、中空シャフト（１１）の軸線と出力軸（２３）の軸線とのずれを許容してモータ（４）の駆動力を中空シャフト（１１）に伝達する。

Description

本発明は、クーラント噴射装置に関するものである。

工作機械を用いて切削加工、研削加工等の機械加工を行う場合、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、エアー等）を供給しながら加工が行なわれる。このクーラントを加工部位に噴射する装置としてクーラント噴射装置が用いられる。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。クーラント噴射装置としては、例えば特許文献１に記載されたものが公知である。

特開２０１２−２２８７３９号公報

クーラント噴射装置では、ノズルの回転軸に垂直な方向にクーラントが噴射されるので、動作中に回転軸に対して軸線に垂直な方向への力が作用する。軸受等には、この力に起因する負荷が加わる。これは装置の寿命を短くする要因となる。また、モータの出力軸とノズルの回転軸の軸線のずれ（軸位置のずれ）が存在する場合がある。これは、部品の寸法精度や装置の組立精度に起因する。クーラント噴射装置では、ノズルが首を振るような動作を行うが、上記の軸線のずれがあると、軸受等に負荷が加わり、装置の寿命が短くなる問題が生じる。

このような背景において、本発明は、クーラント噴射装置の寿命を延ばすことができる技術を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、駆動軸を備えたモータと、前記駆動軸によって駆動され回転する従動軸と、前記従動軸に結合されて回転すると共にクーラントを前記従動軸に対して垂直方向に噴射するノズルと、前記駆動軸と前記従動軸との間に設けられたオルダムカップリングとを備えるクーラント噴射装置である。

請求項１に記載の発明によれば、ノズルからのクーラントの噴射によって生じる従動軸に加わる軸線に垂直な方向への力がオルダムカップリングにより吸収される。このため、軸受等への高負荷が抑えられ、部品の摩耗や変形が抑えられ、装置の寿命を延ばすことができる。

また、請求項１に記載の発明によれば、オルダムカップリングに負荷が加わるが、負荷がオルダムカップリングで吸収されるので、部品の摩耗等はオルダムカップリングで主に生じる。このため、オルダムカップリングの部品を交換することで、装置の寿命を延ばすことができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記オルダムカップリングは、一方の端面で駆動軸側部材と係合し、他方の端面で前記従動軸または従動軸側部材と係合する中間部材を有し、前記中間部材の中心には開口が設けられて前記駆動軸が貫通している。

請求項２に記載の発明によれば、開口が組み立て時における誘い穴として機能するので、組み立て易い構造が得られる。また、駆動軸側と従動軸側との間で軸線のずれが生じた場合に、両者のずれが制限され、中間部材の脱落や大きな変位が抑えられる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記中間部材には、少なくとも前記従動軸および前記従動軸側部材のいずれかと係合する凹部または凸部が径方向に形成され、径方向に平行な溝が前記凹部の両側または前記凸部に形成されている。

請求項４に記載の発明は、請求項２または３に記載の発明において、前記中間部材は、前記駆動軸側部材よりも硬度が低い。

請求項５に記載の発明は、請求項２乃至４のいずれか一項に記載の発明において、前記中間部材は、前記従動軸または前記従動軸側部材よりも硬度が低い。

請求項６に記載の発明は、クーラントを噴射するノズルと、該ノズルを回転させてクーラントの噴射方向を制御することができ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、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複数の貫通穴と、前記ハウジングに設けられて前記複数の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、前記中空シャフトは、オルダムカップリングを介して前記モータの出力軸に連結されているクーラント噴射装置である。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、前記オルダムカップリングは、一方の端面でモータの出力軸側部材と係合し、他方の端面で前記中空シャフトまたは中空シャフト側部材と係合する中間部材を有し、前記中間部材の中心には開口が設けられて前記モータの出力軸が貫通している。

請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の発明において、前記中間部材には、少なくとも前記中空シャフトおよび前記中空シャフト側部材のいずれかと係合する凹部または凸部が径方向に形成され、径方向に平行な溝が前記凹部の両側または前記凸部に形成されている。

請求項９に記載の発明は、請求項７または８に記載の発明において、前記中間部材は、前記モータの出力軸側部材よりも硬度が低い。

請求項１０に記載の発明は、請求項７乃至９のいずれか一項に記載の発明において、前記中間部材は、前記中空シャフトまたは前記中空シャフト側部材よりも硬度が低い。

請求項１１に記載の発明は、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の発明において、リード線が接続された回路基板を収容する空間を備え、前記回路基板は、前記空間の内部において樹脂で封止されている。

請求項１２に記載の発明は、請求項１１に記載の発明において、前記リード線が接続された回路基板は前記空間の内部に配置された容器の中で樹脂に埋め込まれている。

本発明によれば、クーラント噴射装置の寿命を延ばすことができる。

実施形態のクーラント噴射装置の縦断面図である。 モータに軸継手を介してシャフトを結合した状態の一例を示す斜視図である。 図２の一部の分解斜視図である。 実施形態のジョイントの一部拡大図である。 実施形態のクーラント噴射装置の縦断面図である。 組立途中における図５のクーラント噴射装置を後ろから見た斜視図である。

１．第１の実施形態
（構成）
図１には、本実施形態に係るクーラント噴射装置１が示されている。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。クーラント噴射装置１は、ケース２を備える。ケース２内には、可動ノズルユニット３及びモータ４が一体化された状態で収容されている。ケース２の内部の端部と可動ノズルユニット３との間には、センサ室５が形成されている。

可動ノズルユニット３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、首を振るようにノズル本体３３を回動させるための回転軸である。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、ハウジング６に回転可能な状態で保持されている。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。中空シャフト１１は、センサ室５を通り、ケース２の端部に設けられた開口１６を貫通してケース２の外部へ延びている。

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がケース２の外部へ延びる先端部で開口し、モータ４側の端部は閉塞されている。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が貫通されている。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、ハウジング６から突出し、ケース２の側壁に設けられた開口２０を貫通してケース２の外部へ延びている。

中空シャフト１１の端部とモータ４の出力軸２３とは、オルダムカップリング部５０によって結合されている。オルダムカップリング部５０を介してモータ４の駆動力が中空シャフト１１に伝わる。図２および図３には、モータ４の出力軸２３と中空シャフト１１とをオルダムカップリング部５０によって結合した状態を示す斜視図とその分解斜視図が示されている。ここで、出力軸２３が駆動軸の一例であり、中空シャフト１１が出力軸２３の駆動力を受けて従動して回転する従動軸の一例である。

オルダムカップリング部５０は、モータ４の出力軸２３に固定されたカプラ５１、カプラ５１と係合したジョイント５２、ジョイント５２と係合したハブ５３により構成されている。ここで、カプラ５１が駆動側の部材の一例であり、ハブ５３が従動側の部材の一例である。カプラ５１には、図１に示すネジ孔５５が設けられている。このネジ孔５５にねじ込まれたネジ５６が平坦部２３Ａ（図３参照）に押し付けられることで、出力軸２３にカプラ５１が固定される。なお、図２および図３には、ネジ孔５５およびネジ５６が図示されていない。

カプラ５１には、軸方向に対して垂直な方向に延長する溝５１Ａが設けられている。他方で、ジョイント５２には、断面形状が凸型で軸方向に対して垂直な方向に延長する凸条５２Ａが設けられている。溝５１Ａの延長方向と凸条５２Ａの延長方向とを合わせ、両者を噛み合わせ嵌合させることで、カプラ５１とジョイント５２とが係合する。ここで、溝５１Ａと凸条５２Ａとの噛み合わせは、両者が相対的に摺動可能な「すきまばめ」となるように寸法が設定されている。溝５１Ａと凸部５２が噛み合った状態において、両者はその延長方向に相対的にスライド可能である。こうして、カプラ５１とジョイント５２とが軸に垂直な方向にスライド可能で、且つ、駆動力を伝達できる状態で係合する。なお、軸方向というのは、出力軸２３および中空シャフト１１の延長方向のことをいう。

ジョイント５２の凸条５２Ａが設けられた側と反対側の面には、軸方向に対して垂直な方向に延長する断面が凸型の凸条５２Ｂが設けられている。凸条５２Ｂは、凸条５２Ａと共に軸に垂直な面内で延長し、その延長方向が凸条５２Ａの延長方向と９０°交差している。

図４には、ジョイント５２の側面図が示されている。図４に示すジョイント５２の軸方向の厚みＡと、軸方向における凸条５２Ａおよび５２Ｂの高さＢとは、Ａ：Ｂ＝１：１〜０．５：１の範囲に設定することが好ましい。

ハブ５３は、中空シャフト１１の一部であり、軸方向に対して垂直な方向に延長する溝５３Ａを有している。溝５３Ａと凸条５２Ｂを相対的にスライド可能な状態で噛み合わせ嵌合させることで、ジョイント５２とハブ５３が係合する。ここで、溝５３Ａと凸条５２Ｂとの噛み合わせは、両者が相対的に摺動可能な「すきまばめ」となるように寸法が設定されている。この状態において、ジョイント５２とハブ５３とは、軸に垂直な方向にスライド可能で、且つ、駆動力を伝達できる状態で係合する。なお、カプラ５１とジョイント５２とがスライド可能な方向と、ジョイント５２とハブ５３とがスライド可能な方向とは直交する。

カプラ５１、ジョイント５２およびハブ５３の軸中心には、出力軸２３が貫通する貫通孔が設けられている。ここで、ジョイント５２には出力軸を収容する貫通孔５２Ｅが設けられている。貫通孔５２Ｅは、出力軸２３の外径よりも内径が大きな寸法に設定され、カプラ５１に対するジョイント５２の動き（軸に垂直な面内での動き）が許容される構造となっている。また同様に、中空シャフト１１の端部には、カプラ５１およびジョイント５２に対するハブ５３の動き（軸に垂直な面内での動き）が許容されるように、出力軸２３が余裕を持った状態で収まる空洞部５３Ｂ（図１参照）が設けられている。

ジョイント５２の凸条５２Ａの中央には、凸条５２Ａの延長方向と同じ方向に延長する割溝５２Ｃが設けられている。割溝５２Ｃの深さは（軸方向の寸法）、凸条５２Ａの高さより僅かに大きな寸法に設定されている。また、ジョイント５２の凸条５２Ｂの中央には、凸条５２Ｂの延長方向と同じ方向に延長する割溝５２Ｄが設けられている。割溝５２Ｄの深さは、凸条５２Ａの高さより僅かに大きな寸法に設定されている。割溝５２Ｃは、楔等によりその溝幅を押し広げることで、溝５１Ａと凸条５２Ａとの噛み合い構造を密にするための溝である。割溝５２Ｄは、楔等によりその溝幅を押し広げることで、溝５３Ａと凸条５２Ｂとの噛み合い構造を密にするための溝である。

図４に示すように、割溝５２Ｃの溝の底の部分の角はＲ形状に加工されていてもよい。または、底の部分の断面が半円形状となるような形状にしてもよい。割溝５２Ｃの溝の底の部分の角をＲ形状に加工することで、上述した楔等による溝幅を押し広げての拡張を行った際にジョイント５２に亀裂が生じないようにしている。割溝５２Ｃの溝の底の部分の角をＲ形状に加工しない場合、楔等による溝幅を押し広げての拡張を行った際に応力集中のための亀裂が生じ易い。この割溝の底の部分のＲ形状については、割溝５２Ｄにおいても同じである。

オルダムカップリング部５０は、出力軸２３の駆動力を中空シャフト１１に伝える。ここで、カプラ５１とハブ５３は、相対的に硬質な材料で構成され、ジョイント５２は、相対的に軟質な材料で構成されている。本実施形態では、カプラ５１とハブ５３は、相対的に硬質なステンレスで構成され、ジョイント５２は、相対的に軟質な真鍮で構成されている。ジョイント５２を相対的に軟質な材質とするのは、オルダムカップリング部５０の経年使用における磨耗をジョイント５２に集中させることでカプラ５１とハブ５３の長寿命化を計り、取り外しや交換が容易なジョイント５２のみを消耗部品とするためである。

ジョイント５２は、真鍮以外にアルミニウムや樹脂で構成することも可能である。その場合、カプラ５１とハブ５３は、ジョイント５２を構成する材料よりも硬い材質を採用する。

図１に示すように、ハウジング６の端部には、結合部材２２を介してモータ４のケーシングが結合されている。この構造により、ハウジング６とモータ４とが一体化されている。結合部材２２は、中空シャフト１１とモータ４の出力軸２３とを同軸上に位置決めしている。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。

モータ４は、出力軸２３の回転角を制御することが可能なモータであり、例えばステッピングモータが採用される。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、これらを組み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。

ハウジング６の入口通路１９が設けられた部分は、ケース２の開口２０から外部に突出している。この突出した部分の外周には、ネジ部１９Ａが設けられ、このネジ部１９Ａに管継手２７がねじ込まれている。管継手２７の外径は、開口２０よりも大きく、管継手２７とケース２との間には、弾性体で構成さえるシール材２５（ゴムワッシャ等）及びワッシャ２６が挟まれている。ネジ部１９Ａに管継手２７がねじ込まれることで、モータ４と一体となったハウジング６は、ケース２に固定されている。ケース２の開口１６から外部に突出した中空シャフト１１と、ケース２の開口１６との間の隙間は、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。

センサ室５内には、中空シャフト１１の回転角度の原点位置を検出する原点位置センサ２９が設けられている。原点位置センサ２９は、中空シャフト１１に固定されたマグネットホルダ２９Ａと、マグネットホルダ２９Ａに対向してケース２側に固定されたホール素子等の磁気検出素子２９Ｂとを有する。マグネットホルダ２９Ａには、マグネットが保持されている。中空シャフト１１が回転すると、マグネットホルダ２９Ａのマグネットが中空シャフト１１と共に回転し、磁気検出素子２９Ｂの出力が変化する。この磁気検出素子２９Ｂの出力の変化から、中空シャフト１１の原点位置の検出が行われる。モータ４及び原点位置センサ２９に接続されるリード線（図示せず）は、ケース２に設けられたコネクタ３０を介して外部の制御回路（図示せず）に接続される。

ケース２には、ケース２内にエアを供給するエア供給口（図示せず）を設けることができ、エア供給口からエアを供給してケース２内を常時正圧に維持することにより、クーラントの飛沫、微細な切粉等の異物のケース２内への侵入を防止することができる。

ケース２から外部に突出した中空シャフト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構造を有している。

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。ケース２から外部に突出した中空シャフト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、更に、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が中空シャフト１１に固定されている。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ている。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に連通する複数のノズル貫通穴４４が貫通されている。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。

この例において、ノズル３３本体は、中空シャフト１１の軸方向に直交する方向に延長している。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の先端部に開口部を有する。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。

次に、ケース２の構造について更に詳細に説明する。ケース２は、略直方体の箱状の本体に、可動ノズルユニット３及びモータ４を収容し、内部を密閉するものである。ケース２には、その内部に収容されたモータ４及び原点位置センサ２９に接続されるリード線を集合するコネクタ部２Ａが図１における端部の上部に突出している。コネクタ部２Ａの上端部には、これらのリード線を外部の制御回路に接続するためのコネクタ３０がナット５７を用いて取付けられている。

ケース２の内面には、長手方向又はその直交方向に沿って複数のリブ２Ｂが突出されている。そして、結合部材２２によって一体的に結合された可動ノズルユニット３（ハウジング６）及びモータ４がシール材２５及びワッシャ２６を介して管継手２７によってケース２に固定されたとき、少なくとも一部のリブ２Ｂの先端部がハウジング６又はモータ４に当接することにより、ハウジング６及びモータ４とケース２の内壁との間に隙間Ｃが形成されるようになっている。結合部材２２によって一体化された可動ノズルユニット３（ハウジング６）及びモータ４は、入口通路１９のネジ部１９Ａに管継手２７をねじ込んで、弾性体からなるシール材２５を介してケース２に取付けることにより、弾性的にケース２に支持される。さらに、その一箇所のみで可動ノズルユニット３およびモータ４がケース２に固定されるので、他の部分をケース２の内壁に接触させることなく、隙間Ｃを容易に形成することができる。

ケース２の背部には、略平板状の取付板２Ｃが一体に形成されている。取付板２Ｃには、丸穴、長穴等の適当な形状の取付穴２Ｄが設けられている。そして、取付穴２Ｄにボルト等の適当なファスナを挿入して、クーラント噴射装置１を加工機械等に取付けられるようになっている。

本実施形態では、ケース２は、軽量化及び生産性を考慮して合成樹脂製としているが、アルミダイキャスト等の金属、又は、その他の材質としてもよい。また、ケース２の一部を金属製としてもよい。

（機能）
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２７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及び原点位置センサ２９がケース２に設けられたコネクタ３０を介して制御回路に接続される。クーラントは、入口通路１９から供給され、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を通り、加工部位に噴射される。

そして、モータ４の出力軸２３を回転させ、出力軸２３に連結された中空シャフト１１の回転角を制御することにより、ノズル３１の回転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。

上記のノズル３１の回転角度を調整する過程にあって、モータ４の出力軸２３と中空シャフト１１の軸の軸線にずれがあってもオルダムカップリング部５０によってそのずれが許容される。すなわち、モータ４の出力軸２３と中空シャフト１１の軸の軸線のずれがあってもオルダムカップリン部５０で軸線のずれが許容された状態でトルクの伝達が行われる。この際、軸受１２や１３等に過度の負荷が加わらない状態で、出力軸２３と共に中空シャフト１１が回転する。

以下、オルダムカップリング５０の機能について説明する。まず、ジョイント５２は、カプラ５１に対して溝５１Ａの延長方向に相対的にスライドが可能であり、更にハブ５３に対して溝５３Ａの延長方向に相対的にスライドが可能である。そして、この２つのスライド方向は、軸方向に垂直であり、且つ、互いに直交している。

ここで、中空シャフト１１を回動させつつクーラントを噴射した場合を考える。この場合、中空シャフト１１には、クーラントの噴射に伴う反作用によって軸線に垂直な多様な方向からの力が加わる。この力は、軸線に垂直であるが、中空シャフト１１の回動に従ってその向きは随時変化する。この力は、カプラ５１の軸線とハブ５３の軸線とをずらそうとする。この際、オルダムカップリング部５０が無く、出力軸２３と中空シャフト１１とが直結されていると、出力軸２３の回転に従って出力軸２３と中空シャフト１１の軸の位置が変動し、軸受１２や１３、更にモータ４の軸受等に過度の負荷が加わる。

これに対して、オルダムカップリング部５０があると、出力軸２３の回転に従う出力軸２３と中空シャフト１１の軸の位置の変動が生じないように上記直交する２つのスライドが動的に生じる。すなわち、軸位置にずれがある状態で出力軸２３が回転すると、出力軸２３と中空シャフト１１の軸位置を動かそうとする力が働くが、この力を吸収するようにジョイント５２のカプラ５１に対するスライド、さらにそれに直交するジョイント５２のハブ５３に対するスライドが生じる。こうして、２つの直交するスライドが生じることで、出力軸２３と中空シャフト１１の軸位置を維持したままカプラ５１、ジョイント５２およびハブ５３の回転が行われる。

このように、ジョイント５２がカプラ５１に対して溝５１Ａの延長方向に対して相対的にスライドが可能であり、更にハブ５３に対して溝５３Ａの延長方向に対して相対的にスライドが可能であることに起因して、回転力の伝達に際して、カプラ５１の軸位置とハブ５３の軸位置とがずれた状態が維持される。そしてこれにより、駆動力の伝達時に出力軸２３と中空シャフト１１に対して強制的に軸方向を曲げるような無理な力が作用しない状態が得られ、軸受１２や１３、更に出力軸２３を保持するモータ４の側の軸受部分に大きな負荷が加わらない状態が得られる。もちろんこの作用は、カプラ５１の軸位置とハブ５３の軸位置とが予めずれている場合に、その位置関係を維持する機能としても働く。

また、使用されるに従って相対的に軟質な材料で構成されるジョイント５２が徐々に摩耗し、溝５１Ａと凸条５２Ａとの噛み合い構造、更に溝５３Ａと凸条５２Ｂとの噛み合い構造にガタ（緩み）が生じる。この場合、割溝５２Ｃおよび５２Ｄにピンや楔を打ち込み、割溝幅を物理的に押し広げることで上記のガタが生じて噛み合いが緩くなった状態を解消し、噛み合いがより密になる状態、すなわちガタを解消あるいは抑制した状態とできる。

（優位性）
上記の構成では、オルダムカップリング部５０があることで、モータ４の出力軸２３と中空シャフト１１の軸線との間にずれがあっても軸受部等に加わる負荷が抑えられる。このため、クーラント噴射装置の寿命を延ばすことができる。特に中空シャフト１１を回動させつつクーラントを噴射した場合、中空シャフト１１には、軸線に垂直な多様な方向からの力が加わるが、この力がオルダムカップリング部５０の機能により吸収されるので、他の部分に加わる負荷が抑えられ、装置の寿命を延ばすことができる。

また、モータ４の出力軸２３と中空シャフト１１の軸の軸線のずれがある程度許容されるので、組立精度の許容範囲が広くなり、組立コストが抑えられる。また、部品精度の許容範囲が広がり、部品コストが抑えられる。

また、負荷がオルダムカップリング部５０に集中するので、メンテナンスの対象をオルダムカップリング部５０に絞ることができ、メンテナンス性を高めると共に、装置全体の長寿命化を計ることができる。更に、ジョイント５２を相対的に軟質な材質とすることで、オルダムカップリング部５０の経年使用における磨耗をジョイント５２に集中させ、カプラ５１とハブ５３の長寿命化を計り、取り外しや交換が容易なジョイント５２のみを消耗部品とすることができる。

また、使用されるに従って相対的に軟質な材料で構成されるジョイント５２が徐々に摩耗し、溝５１Ａと凸条５２Ａとの噛み合い構造、更に溝５３Ａと凸条５２Ｂとの噛み合い構造にガタが生じるが、割溝５２Ｃおよび５２Ｄにピンや楔を打ち込み、溝幅を押し広げることで噛み合い構造に生じたガタを解消あるいは抑制することができる。すなわち、ジョイント５２の摩耗により上記の噛み合い構造にガタが生じても、ガタが生じていない状態に戻すことができる。この技術によれば、ジョイント５２の交換に要する作業コストおよび部品コストを低減することができる。また、割溝５２Ｃおよび５２Ｄがあることで、ジョイント５２が弾性変形し易くなり、溝５１Ａと凸条５２Ａとの噛み合い構造、更に溝５３Ａと凸条５２Ｂとの噛み合い構造を維持する機能を効果的に得ることができる。

また、貫通孔５２Ｅと空洞部５３が組み立て時における誘い穴として機能する。このため、組み立て易い構造が得られる。また、出力軸２３がオルダムカップリング部５０を貫通した構造となるので、凹凸構造の噛み合いにガタが生じた際に、ジョイント５２に対するカプラ５１およびハブ５３の相対的な変位が制限され、例え上記噛み合いのガタが大きくなってもジョイント５２の脱落や大きな変位が生じない。また、貫通した出力軸２３により、ジョイント５２に対するカプラ５１およびハブ５３の相対的な変位が制限されることで、割溝５２Ｃおよび５２Ｄにピンや楔を打ち込む作業が行い易い。また、出力軸２３がオルダムカップリング部５０を貫通した構造が許容されるので、標準仕様のモータをそのまま利用することができる。

また、凹凸の噛み合い構造を採用することで、ジョイント５２の軸方向における寸法を短くでき、カップリング構造を小型化できる。

（その他）
（１）カプラ５１に軸に直交する方向に延長する凸条を設け、ジョイント５２にカプラ５１側の前記凸条に噛み合う凹部を設けてもよい。つまり、カプラ５１とジョイント５２とのスライド可能な噛み合い構造の凹凸関係を図３の場合と逆転させてもよい。この場合、割溝をジョイント５２における凹部の片側あるいは両側に凹部に対して平行な延長方向に沿って設けることで、噛み合う部分に溝を設けた構造が得られる。

また、
（２）ハブ５３に軸に直交する方向に延長する凸条を設け、ジョイント５２にハブ５３側の前記凸条に噛み合う凹部を設けてもよい。つまり、ジョイント５２とハブ５３とのスライド可能な噛み合い構造の凹凸関係を図３の場合と逆転させてもよい。この場合、押し広げることで噛み合いを密にするための割溝をジョイント５２における凹部の片側または両側に凹部の延長方向に沿って設けることで、噛み合う部分に溝を設けた構造が得られる。

上記（１）と（２）の構造は、一方のみを採用することもできるし、両方を採用することもできる。例えば、図３の構造において、カプラ５１の側だけ、上記（１）の構造を採用する第１の構造、図３の構造において、ハブ５３の側だけ、上記（２）の構造を採用する第２の構造、上記（１）と（２）の構造を同時に採用する第３の構造のいずれもが可能である。

例えば、駆動側の部材であるカプラ５１の側を凸構造とし、それに対向するジョイント５２の側を凹構造とし、従動側の部材であるハブ５３の側を凹構造とし、それに対向するジョイント５２の側を凸構造とすることも可能である。また、それとは逆に、カプラ５１の側を凹構造とし、それに対向するジョイント５２の側を凸構造とし、従動側の部材であるハブ５３の側を凸構造とし、それに対向するジョイント５２の側を凹構造とすることも可能である。

押し広げることで噛み合いを密にするための割溝を、カプラ５１、ジョイント５２およびハブ５３の中の１つまたは２つのみに設けることも可能である。また、従動側の部材であるハブ５３を従動軸である中空シャフト１１と別部材とすることも可能である。

２．第２の実施形態
以下、図１のコネクタ部２Ａに複数のリード線が半田付けされた回路基板を配置した例を説明する。図５は、本実施形態におけるクーラント噴射装置の縦断面図である。なお、図１と共通の符号の部分は、図１に関連して説明したものと同じである。この例では、コネクタ部２Ａの内部の空間にリード線６１が接続され樹脂６２で封止された回路基板６３（図６参照）が収容されている。なお、図５では、図６の回路基板６３は樹脂６２で覆われ見えていない。

回路基板６３には、複数のリード線６１とモータ４に繋がる図示しないリード線が半田接続されている。回路基板６３に接続された複数のリード線６１は、コネクタ３０を介してクーラント噴射装置１の外部に引き出され、図示しない外部の制御回路に接続されている。

コネクタ部２Ａの内部には、樹脂６２が充填され、回路基板６３が防水構造となっている。この構造では、外部に引き出されるリード線６１および図示しないモータ４に繋がるリード線と回路基板６３との間の半田接続部分、および回路基板６３上の電子部品の半田部が樹脂６２の中に埋め込まれて封止されている。すなわち、コネクタ部２Ａの内部に集合させた電気接続部が樹脂に埋め込まれて防水構造となっている。

例えば、工作機械が水溶性クーラントを用いている場合がある。この場合、上記の防水構造を採用していないと、コネクタ部２Ａに水溶性クーラントが侵入して回路基板６３やそこへのリード線６１の接続部分がショートして故障する恐れがある。上記の構成によれば、水溶性クーラントを用いる場合であっても、コネクタ部２Ａが防水構造になっているので、上記のショートの問題を回避できる。

以下、図６を参照して上記の防水構造を得る方法について説明する。図６には、組立途中における図５のクーラント噴射装置１を後ろから見た斜視図が示されている。図６では、分かりやすくするために、説明に不要な部分の図示を省略している。

まず図６の斜視図に示すように、コネクタ３０をケース２の開口部に挿入し、内側からナット５７をコネクタ３０の雄ネジ部に螺合させ締め付けることで、コネクタ３０をケース２に固定する。次に、プラスチック容器６４の中に回路基板６３を収め、回路基板６３をプラスチック容器６４と共にネジ６５でケース２に固定する。ここで、回路基板６３には、図６では図示されていない図５のリード線６１およびモータ４に繋がるリード線が接続されている。上記のケース２への回路基板６３の固定の際、回路基板６３に接続されているリード線６１は、コネクタ３０を介して、外部に引き出される。

次に、プラスチック容器６４の内部に液状の樹脂６２（図５参照）を注入し、固化させる。ここで、樹脂６２が硬化することで回路基板６３および半田付け部を含むリード線６１の一部が樹脂６２内に埋め込まれる。この防水構造により、水溶性クーラントがコネクタ部２Ａに侵入した際の回路基板６３のショートが防止される。

このように、プラスチック容器内に回路基板６３を配置して樹脂で埋め込むことによって、金型などを用いることなく容易に安価な防水構造を実現することができる。このプラスチック容器は樹脂が固化するまで樹脂を保持するために四方を囲む周壁が提供できれば十分なので、特に強度の高いものを用いる必要はない。たとえば、薄いフィルム状の周壁を有する容器でもよい。プラスチック容器の代わりに、周壁に囲まれた樹脂保持部をコネクタ部２Ａ内に形成して、そこに回路基板６３を配置して樹脂で埋め込んでもよい。また、コネクタ部２Ａに充填する樹脂６２としては、室温で硬化する２液性エポキシ樹脂を用いることができる。なお、熱硬化性樹脂だと組み立て途中のクーラント噴射装置の加熱が必要なので用いることが難しく、紫外線硬化型樹脂だと厚くするのが難しい問題がある。図５の構造において、センサ部２９も樹脂に埋め込んで、さらに防水機能を高めることもできる。

１…クーラント噴射装置、２…ケース、２Ａ…コネクタ部、２Ｂ…リブ、２Ｃ…取付板、３…可動ノズルユニット、４…モータ、５…センサ室、６…ハウジング、７Ａ…中径ボア、７Ｂ…大径ボア、７Ｃ…小径ボア、７Ｄ…テーパ部、７Ｅ…軸受ボア、８…ガイド部材、８Ａ…ガイドボア、８Ｂ…テーパ部、１０…入口室、１１…中空シャフト、１２…軸受、１３…軸受、１５…Оリング、１６…開口、１７…クーラント通路、１８…貫通穴、１９…入口通路、２０…開口、２２…結合部材、２２Ａ…Оリング、２３…出力軸、２３Ａ…押し当て部、２５…シール材（弾性体）、２６…ワッシャ、２７…管継手、２８…リップシール、２９…原点位置センサ、２９Ａ…マグネットホルダ、２９Ｂ…磁気検出素子、３０…コネクタ、３１…ノズル、３２…ノズルホルダ、３３…ノズル本体、３４…ボア、３４Ａ…大径部、３５…ネジ穴、３６…シール溝、３７…シール溝、３８…Оリング、３９…Оリング、４０…固定溝、４１…セットスクリュー、４２…ネジ穴、４３…ノズル室、４４…ノズル貫通穴、４５…ネジ部、４６…ノズル通路、５０…オルダムカップリング部、５１…カプラ、５１Ａ…溝、５２…ジョイント、５２Ａ…凸条、５２Ｂ…凸条、５２Ｃ…割溝、５２Ｄ…割溝、５２Ｅ…貫通孔、５３…ハブ、５３Ａ…溝、５３Ｂ…空洞部、５５…ネジ穴、５６…ネジ、５７…ナット、６１…リード線、６２…樹脂、６３…回路基板、６４…プラスチック容器、６５…ネジ。

Claims (8)

1. 駆動軸を備えたモータと、
   前記駆動軸によって駆動され回転する従動軸と、
   前記従動軸に結合されて回転すると共にクーラントを前記従動軸に対して垂直方向に噴射するノズルと、
   前記駆動軸と前記従動軸との間に設けられたオルダムカップリングと
   を備え、
   前記オルダムカップリングは、一方の端面で駆動軸側部材と係合し、他方の端面で前記従動軸または従動軸側部材と係合する中間部材を有し、
   前記中間部材の中心には開口が設けられて前記駆動軸が貫通しており、
   前記中間部材には、少なくとも前記従動軸および前記従動軸側部材のいずれかと係合する凹部または凸部が径方向に形成され、径方向に平行な溝が前記凹部の両側または前記凸部に形成されているクーラント噴射装置。
2. 前記中間部材は、前記駆動軸側部材よりも硬度が低い請求項１に記載のクーラント噴射装置。
3. 前記中間部材は、前記従動軸または前記従動軸側部材よりも硬度が低い請求項１または２に記載のクーラント噴射装置。
4. クーラントを噴射するノズルと、
   該ノズルを回転させてクーラントの噴射方向を制御することができるモータと
   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、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複数の貫通穴と、
   前記ハウジングに設けられて前記複数の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
   を備え、
   前記ノズルは、前記中空シャフトに接続されて、前記中空シャフトは、オルダムカップリングを介して前記モータの出力軸に連結されており、
   前記オルダムカップリングは、一方の端面で前記モータの出力軸側部材と係合し、他方の端面で前記中空シャフトまたは中空シャフト側部材と係合する中間部材を有し、
   前記中間部材の中心には開口が設けられて前記モータの出力軸が貫通しており、
   前記中間部材には、少なくとも前記中空シャフトおよび前記中空シャフト側部材のいずれかと係合する凹部または凸部が径方向に形成され、径方向に平行な溝が前記凹部の両側または前記凸部に形成されているクーラント噴射装置。
5. 前記中間部材は、前記モータの出力軸側部材よりも硬度が低い請求項４に記載のクーラント噴射装置。
6. 前記中間部材は、前記中空シャフトまたは前記中空シャフト側部材よりも硬度が低い請求項４または５に記載のクーラント噴射装置。
7. リード線が接続された回路基板を収容する空間を備え、
   前記回路基板は、前記空間の内部において樹脂で封止されている請求項１乃至６のいずれか一項に記載のクーラント噴射装置。
8. 前記リード線が接続された回路基板は前記空間の内部に配置された容器の中で樹脂に埋め込まれている請求項７に記載のクーラント噴射装置。

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