JP5993126B2 - 吸塵装置 - Google Patents

Description

本発明は、吸塵装置に係り、特に切削後の切り粉を吸塵するための吸塵装置に関する。

従来、例えば金属等を切削する場合に発生する切削粉を回収すべく、切削工具の軸芯に吸引口を設け、当該吸引口から切削粉を吸引・回収する切削装置が知られている（例えば特許文献１参照）。近年においては、繊維強化樹脂複合材（ＦＲＰ：Fiber Reinforced Plastics）を切削する場合もあるが、金属と比して切削粉が細かいために、切削工具の周辺に切削粉がまき散らされるという弊害があった。このため、切削工具の周囲に、切削粉が撒き散らされることを防止するカバーを設ける技術が開発されている。

特開２００９−２７４１４７号公報

ところで、切削時においては、切削工具のインサートと切削対象であるワークとは接しているものの、カバーとワークとの間には隙間が存在する。この隙間があるため、カバーを設けていたとしても結局微少な切削粉が切削工具周辺に撒き散らされてしまうという問題があった。
このため、本発明の課題は、切削粉が撒き散らされてしまうことを防止することである。

請求項１記載の発明は、
切削装置に装着される吸塵装置において、
下端部が開放され、前記切削装置の主軸に取り付けられた切削工具を囲むダクトと、
前記ダクト内の大気を吸引する吸引部とを備え、
前記ダクト内には、前記主軸に同期して回転し、開放された下端部から前記吸引部へ向かう空気流を発生させる複数のフィンを有するファン部が設けられており、
前記ダクト内には、前記主軸の回転軸側から外周側に向けて延在し、前記ファン部に対向するように配置された、前記ダクトの半径と同程度の長さを有する複数枚のプレートが固定されていて、
前記複数のフィンは、前記プレートと協働することによって前記ダクト内を流れる切削粉を切断するとともに、
前記プレートの枚数は、前記フィンの枚数の素因数の倍数でないことを特徴としている。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の吸塵装置において、
前記ダクトから前記吸引部まで連通する流路の断面積は、前記ダクトの開放端部側の流路の断面積以下に設定されていることを特徴としている。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の吸塵装置において、
前記ダクトの内周面は、前記ファン部に対向する部分から上方に向けて徐々に内径が大きくなるテーパー面を有することを特徴としている。

請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の吸塵装置において、
外気が連通する連通孔を有した前記切削工具の当該連通孔に接続され、前記連通孔内の大気を吸引する切削工具用吸引部をさらに備えることを特徴としている。
請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の吸塵装置において、
前記複数のフィンは、それぞれ前記主軸の回転軸側から外周側に向けて広がる扇状に形成されていることを特徴としている。
請求項６記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の吸塵装置において、
前記プレートは、前記主軸の接線方向に沿って配置されていることを特徴とする特徴としている。
請求項７記載の発明は、請求項１〜６のいずれか一項に記載の吸塵装置において、
前記プレートは、その回転方向における後端部を前方に向けて湾曲させて形成されていることを特徴としている。

本発明によれば、切削装置の主軸に同期して回転し、吸引部へ向かう空気流を発生させる複数のフィンを有するファン部がダクト内に設けられているので、切削粉をダクト内部に吸い込むことができる。これにより、切削粉がダクト外に撒き散らされてしまうことが防止できる。
また、複数のフィンによって発生した空気流によって、ダクト外から外気を取り込むことができ、ダクト内に熱がこもってしまうことも防止できる。これによって、放熱効果を高めることができる。

また、ダクト内に配置された少なくとも一枚のプレートと、複数のフィンとが協働することによってダクト内を流れる切削粉が切断されるので、切削粉を効率的に吸引することができる。

また、ダクトから吸引部まで連通する流路の断面積が、ダクトの開放端部側の流路の断面積以下に設定されているので、吸引部まで連通する流路で流速が高まることになり、切削粉を確実に吸引部で吸引することができる。

また、ファン部に対向する部分から上方に向けて徐々に内径が大きくなるテーパー面をダクトの内周面が有しているので、ダクト内部に螺旋気流を発生させることができる。この螺旋気流によって切削粉をより効率的に吸引することが可能となる。

また、切削工具用吸引部が切削工具の連通孔内の大気を吸引するので、切削工具から切削直後に巻き散ろうとする切削粉を連通孔まで吸い寄せることができる。吸い寄せられた切削粉はダクト内に吸い込まれるので、切削粉がダクト外に撒き散らされてしまうことをより防止することができる。

第一の実施の実施形態に係る切削装置の概略構成を示す斜視図である。 第一の実施の形態に係る吸塵装置の概略構成を模式的に示す説明図である。 第一の実施の形態に係るトリム用の切削工具に対して取り付けられた第一の実施の形態に係るファン部を示す斜視図である。 第一の実施の形態に係る工具ホルダからファン部及び切削工具を取り外した状態を示す斜視図である。 面切削用の切削工具に対して取り付けられた第一の実施の形態に係るファン部を示す斜視図である。 第二の実施の形態に係る集塵装置の概略構成を模式的に示す説明図である。 第三の実施の形態に係る集塵装置の概略構成を模式的に示す正面図である。 第三の実施の形態に係るフィンとプレートとの位置関係を示す説明図である。 トリム用の切削工具に対して取り付けられた第三の実施の形態に係るファン部を示している。 図９のファン部の変形例を示す斜視図である。 面切削用の切削工具に対して取り付けられた第三の実施の形態に係るファン部を示す斜視図である。 第三の実施の形態に係るファン部及びプレートの変形例を示す説明図である。 第三の実施の形態に係るファン部及びプレートの変形例を示す説明図である。 第三の実施の形態に係るファン部及びプレートの変形例を示す説明図である。

以下に、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。ただし、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。

［第一の実施の形態］
図１は本実施形態に係る切削装置の概略構成を示す斜視図である。図１に示すように切削装置１は、ベッド２と、該ベッド２の奥部分に立設されたコラム３と、該コラム３の前面に上下方向（Ｚ軸方向）に移動自在に支持された主軸頭４と、前記ベッド２の手前部分に前後方向（Ｙ軸方向）に移動自在に支持されたサドル５と、該サドル５上に左右方向（Ｘ軸方向）に移動自在に支持されたテーブル６とを備えている。テーブル６には、例えばＦＲＰやＣＦＲＰ等の繊維強化樹脂あるいは金属などから形成された被切削物であるワークＷが載置されている。

主軸頭４内には、主軸７が回転自在に支持され、該主軸７は主軸頭４に内蔵された駆動モータ（不図示）により回転駆動される。主軸７の下端部には、着脱自在の工具ホルダ８が取り付けられている。この工具ホルダ８の下端部には、切削工具９が取り付けられている。切削工具９には、先端面９１から基端面９２にかけて貫通した貫通孔９３が形成されている（図２参照）。また、切削工具９の外周面には貫通孔９３に連通する複数の吸入孔９４が形成されている。これら貫通孔９３と吸入孔９４とが本発明に係る連通孔であり、この連通孔によって切削工具９の内部を外気が連通するようになっている。なお、工具ホルダ８及び主軸７にも切削工具９の連通孔に連通する流路７７，８８が形成されている。

この切削装置１には、切削粉を吸塵する吸塵装置１０が装着されている。図２は吸塵装置１０の概略構成を模式的に示す説明図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図である。この図２に示すように、切削装置１には、主軸頭４の下端部に取り付けられたダクト１１と、配管１２を介してダクト１１に接続された吸引部１３と、主軸７に同期して回転するファン部１４とが設けられている。

ダクト１１は、円筒状に形成されていて下端部が開放されており、切削装置１の主軸７、工具ホルダ８及び切削工具９を囲むように主軸頭４に取り付けられている。ダクト１１の上部には、当該ダクト１１の内部と連通する配管１２が取り付けられている。吸引部１３が駆動すると、配管１２を介してダクト１１内の空気が吸引されるため、ダクト１１内に吸引部１３へ向かう空気流（上昇気流）が発生することとなる。
ここで、ダクト１１から吸引部１３まで連通する配管１２（流路）の断面積は、ダクト１１の開放端部側の流路の断面積（図２（ａ）中、斜線部）以下に設定されている。なお、上記の断面積は、気流に対して直交する平面で切断した場合の断面積である。
また、吸引部１３は、主軸７の流路７７にも連通していて、流路７７，８８を介して切削工具９の連通孔（貫通孔９３及び吸入孔９４）内の大気を吸引するようになっている。つまり、吸引部１３が本発明に係る切削工具用吸引部である。なお、本実施形態では、吸引部１３が切削工具用吸引部を兼ねる場合を例示して説明したが、吸引部１３とは別の切削工具用吸引部を設置してもよい。

ファン部１４には、主軸７と同期して回転する際、上昇気流を発生させる複数のフィン１５が設けられている。図３は、トリム用の切削工具９に対して取り付けられたファン部１４を示す斜視図である。図３に示すように、ファン部１４は、切削工具９を囲むように下方が開口した椀形状となっている。そしてファン部１４の側面には、多数の開口１４１が形成されている。この多数の開口１４１を隔てる複数の壁部がフィン１５である。そして、ファン部１４の下端面１４２は、切削工具９の先端面９１よりも上方に配置されており、これによりトリム用の切削工具９の下端部がファン部１４の下端面１４２から突出するようになっている。また、ファン部１４の上部には、当該ファン部１４を工具ホルダ８に固定するための複数のネジ穴１４３が形成されている。

図４は、工具ホルダ８からファン部１４及び切削工具９を取り外した状態を示す斜視図である。工具ホルダ８にファン部１４及び切削工具９を取り付ける際には、工具ホルダ８の下端面と、ファン部１４の上端面とを位置合わせし、ファン部１４のネジ穴１４３にネジ１４４を挿通して、工具ホルダ８の雌ネジ８１に螺合することで両者が固定される。固定後、工具ホルダ８に切削工具９を取り付ける。

図５は、面切削用の切削工具９Ａに対して取り付けられたファン部１４Ａを示す斜視図である。このファン部１４Ａは図３に示したファン部１４とほぼ同じ構成のため同一部分においては同一の符号を付してその説明を省略する。ファン部１４Ａの下端面１４２ａは、切削工具９Ａの先端面９１ａとほぼ同じ位置に配置されている。このため、切削工具９Ａの先端面９１ａに取り付けられたインサート９２ａがファン部１４Ａの下端面１４２ａから突出するようになっている。

上述したように工具ホルダ８に対してファン部１４が取り付けられているために、主軸７が回転すると、当該主軸７に同期して工具ホルダ８とともにファン部１４と切削工具９とが回転するようになっている。

次に、本実施形態の作用について説明する。
切削開始時には、吸引部１３が駆動してから主軸７が回転し始める。主軸７の回転に同期して、工具ホルダ８、ファン部１４及び切削工具９が高速で回転する。切削時においても吸引部１３は駆動しているために、貫通孔９３及び吸入孔９４からは外気が取り込まれ、切削工具９から切削直後に巻き散ろうとする切削粉Ｓがダクト１１内に吸い寄せられる。
また、ダクト１１内には、吸引部１３による上昇気流と、ファン部１４の回転による上昇気流とが発生しているため、切削粉Ｓが上昇し配管１２から吸引部１３に吸い込まれる。

以上のように、本実施形態によれば、切削装置１の主軸７に同期して回転し、上昇気流を発生させる複数のフィン１５を有するファン部１４がダクト１１内に設けられているので、切削粉Ｓをダクト１１内部に吸い込むことができる。これにより、切削粉Ｓがダクト１１外に撒き散らされてしまうことが防止できる。
また、複数のフィン１５によって発生した上昇気流によって、ダクト１１外から外気を取り込むことができ、ダクト１１内に熱がこもってしまうことも防止できる。これによって、放熱効果を高めることができる。

また、ダクト１１から吸引部１３まで連通する配管１２の断面積が、ダクト１１の開放端部側の流路の断面積以下に設定されているので、配管１２内で流速が高まることになり、切削粉Ｓを確実に吸引部１３で吸引することができる。
なお、ダクト１１から配管１２までの流れに淀みが生じてしまうと切削粉Ｓがダクト１１内に堆積しやすくなるために、ダクト１１内の流路と、配管１２の断面積とを等しくして、流れに淀みが生じないようにすることが好ましい。

［第二の実施の形態］
第一の実施の形態では、ダクト１１が円筒形状である場合を例示して説明したが、この第二の実施の形態では、ダクト１１の内周面がテーパー面を有している場合について説明する。なお、以下の説明において、第一の実施の形態と同一の部分においては同一の符号を付してその説明を省略する。

図６は、第二の実施の形態に係る集塵装置１０Ａの概略構成を模式的に示す説明図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図である。図６に示すように、集塵装置１０Ａにおけるダクト１１ａの内周面は、ファン部１４に対向する部分から上方に向けて徐々に内径が大きくなるテーパー面１８ａを有している。また、ダクト１１ａにおけるテーパー面１８ａから開放端部にかけては、内径が一定の筒状部１９ａとなっている。

以上のように、第二の実施の形態によれば、ファン部１４に対向する部分から上方に向けて徐々に内径が大きくなるテーパー面１８ａをダクト１１ａの内周面が有しているので、ダクト１１ａ内部に螺旋気流（図６における点線の矢印参照）を発生させることができる。この螺旋気流によって切削粉Ｓをより効率的に吸引することが可能となる。

［第三の実施の形態］
この第三の実施の形態では、ファン部と協働して切削粉を切断するプレートがダクト内に設けられた集塵装置について説明する。なお、以下の説明において、上記実施の形態と同一の部分においては同一の符号を付してその説明を省略する。

図７は、第三の実施の形態に係る集塵装置１０Ｂの概略構成を模式的に示す正面図である。図７に示すように集塵装置１０Ｂのダクト１１内には、主軸７の回転軸側から外周側に向けて延在する少なくとも一枚の矩形状のプレート６０が固定されている。また、ファン部１４Ｂの複数のフィン１５ｂは、それぞれ主軸７の回転軸側から外周側に向けて延在する矩形プレート状に形成されている。
図８は、フィン１５ｂとプレート６０との位置関係を示す説明図である。この図８に示すように、フィン１５ｂは、水平面となす角度θが鋭角となるように傾斜しており、その下端部が、ファン部１４Ｂの回転した際にプレート６０の上面を摺擦するようになっている。このような位置関係であるために、ファン部１４Ｂの回転中にフィン１５ｂの下端部とプレート６０の後端部との間に介在した切削粉Ｓは、フィン１５ｂとプレート６０との協働によって切断されることになる。なお、フィン１５ｂの下端部と、プレート６０の後端部との少なくとも一方は刃状に形成されていることが好ましい。

次に、ファン部１４Ｂの具体例について説明する。図９は、トリム用の切削工具９に対して取り付けられたファン部１４Ｂを示している。図９に示すように、ファン部１４Ｂには、工具ホルダ８に固定される固定部１４１ｂと、固定部１４１ｂの中央から下方に向けて延在し、切削工具９を囲む本体部１４２ｂと、本体部１４２ｂの下端部から外周側に向けて延在する矩形プレート状に形成された４枚のフィン１５ｂとが設けられている。４枚のフィン１５ｂは、それぞれ９０度の角度を空けて配置されている。また、固定部１４１ｂには、ファン部１４Ｂを工具ホルダ８に固定するための複数のネジ穴１４３ｂが形成されている。そして、本体部１４２ｂの下端面１４４ｂは、切削工具９の先端面９１よりも上方に配置されており、これによりトリム用の切削工具９の下端部がファン部１４Ｂの下端面１４４ｂから突出するようになっている。
また、図１０はトリム用の切削工具９に対して取り付けられたファン部の変形例を示す斜視図である。このファン部１４Ｃでは、フィン１５ｃが８枚設けられており、各フィン１５ｃは４５度の角度を空けて配置されている。

また、図１１は、面切削用の切削工具９Ａに対して取り付けられたファン部１４Ｄを示す斜視図である。この図１１に示すファン部１４Ｄにおいても８枚のフィン１５ｄを備えた場合を示している。ファン部１４Ｄの下端面１４２ｄは、切削工具９Ａの先端面９１ａとほぼ同じ位置に配置されている。このため、切削工具９Ａの先端面９１ａに取り付けられたインサート９２ａがファン部１４Ｄの下端面１４２ｄから突出するようになっている。

なお、フィン１５ｂの枚数は、プレート６０の枚数との関係で決定される。以下の表１は、フィン１５ｂとプレート６０とがそれぞれ１６枚以下である場合の好適な枚数の組み合わせを示している。

切削粉Ｓを切断するタイミングが複数のフィン１５ｂで重なってしまうと、主軸７に対する負荷が大きくなってしまうため好ましくない。したがって各フィン１５ｂでの切削タイミングを分散することが望ましく、表１で「○」と示された組み合わせであると切削タイミングを分散することができる。この表１からもわかるように、プレート６０の枚数は、フィン１５ｂの枚数の素因数の倍数でないことが好ましい。なお、回転バランスを安定させるために、フィン１５ｂの枚数は二枚以上であることが好ましく、二枚以上の場合であっても各フィン１５ｂが等間隔で配置されていることがより好ましい。

次に、本実施形態の作用について説明する。
切削開始時には、吸引部１３が駆動してから主軸７が回転し始める。主軸７の回転に同期して、工具ホルダ８、ファン部１４Ｂ及び切削工具９が高速で回転する。切削時においても吸引部１３は駆動しているために、貫通孔９３及び吸入孔９４からは外気が取り込まれ、切削工具９から切削直後に巻き散ろうとする切削粉Ｓがダクト１１内に吸い寄せられる。
また、ダクト１１内には、吸引部１３による上昇気流と、ファン部１４の回転による上昇気流とが発生しているため、切削粉Ｓが上昇し配管１２から吸引部１３に吸い込まれる。このとき、ファン部１４Ｂの回転中にフィン１５ｂの下端部とプレート６０の後端部との間に介在した切削粉Ｓは、フィン１５ｂとプレート６０との協働によって切断されることになる。

以上のように、第三の実施の形態によれば、ダクト１１内に配置された少なくとも一枚のプレート６０と、複数のフィン１５ｂとが協働することによってダクト１１内を流れる切削粉Ｓが切断されるので、切削粉Ｓを効率的に吸引することができる。

なお、第三の実施の形態では、フィン１５ｂが矩形プレート状である場合を例示したが、プレート６０と協働して切削粉Ｓを切断可能であれば如何なる形状であってもよい。
例えば、図１２に示すように外側に向かって広がる扇状のフィン１５ｅが挙げられる。この場合、プレート６０とフィン１５ｅとが重なる位置Ｐが回転に伴って徐々に外側へと移動するため、ハサミと同じような切断効果を得ることができる。ただ、図１２の場合、切断された切削粉Ｓがフィン１５ｅの外側に排出されるため、フィン１５ｅの外周縁とダクト１１の内周との間に隙間を形成しておかなければ、フィン１５ｅとダクト１１との間で切削粉Ｓが詰まるおそれがある。

これを防止すべく、例えば図１３に示すように、主軸７の接線方向に沿ってプレート６０ｅを配置することが考えられる。この場合、プレート６０ｅとフィン１５ｅとが重なる位置Ｐ１が回転に伴って徐々に内側へと移動するため、ハサミと同じような切断効果を得るだけでなく、遠心力によって切削粉Ｓが外側へと飛び散る動作によって、より切断効果を高めることができる。ただ、吸引の流速が比較的遅い内側に切削粉Ｓが堆積しやすいおそれがある。

切削粉Ｓの堆積を防止するには、例えば図１４に示すように、プレート６０ｆの回転方向における後端部６１ｆを前方に向けて湾曲させることが考えられる。この場合、後端部６１ｆの中央部、つまり、比較的流速の速い位置で切削粉Ｓを切断できるため、内側に切削粉Ｓが堆積してしまうことを防止できる。なお、プレート６０ｆの後端部６１ｆの湾曲形状を変化させれば、切断位置を任意に調整することも可能である。

なお、本発明は上記実施形態に限らず適宜変更可能である。以下の説明においては、上記実施形態と同一部分においては同一符号を付し、その説明を省略する。
例えば、上記実施形態では、連通孔が貫通孔９３と吸入孔９４とを備えている場合を例示したが、吸入孔９４を省略し貫通孔９３のみからなる連通孔であってもよいし、貫通孔９３の先端部を封止して、吸入孔９４から貫通孔９３の基端部までが連通した連通孔であってもよい。
また、上記実施形態では、主軸７が鉛直方向のいわゆる縦型の切削装置１であり、ファン部１４によって上昇気流が発生される場合を例示したが、いわゆる横型の切削装置など、主軸が鉛直方向でない場合においても、ファン部１４によって吸引部１３へ向かう空気流が発生されればよい。

１ 切削装置
２ ベッド
３ コラム
４ 主軸頭
５ サドル
６ テーブル
７ 主軸
８ 工具ホルダ
９ 切削工具
１０ 吸塵装置
１１ ダクト
１２ 配管（流路）
１３ 吸引部（切削工具用吸引部）
１４ ファン部
１５ フィン
６０ プレート
９３ 貫通孔（連通孔）
９４ 吸入孔（連通孔）
Ｓ 切削粉
Ｗ ワーク

Claims (7)

1. 切削装置に装着される吸塵装置において、
   下端部が開放され、前記切削装置の主軸に取り付けられた切削工具を囲むダクトと、
   前記ダクト内の大気を吸引する吸引部とを備え、
   前記ダクト内には、前記主軸に同期して回転し、開放された下端部から前記吸引部へ向かう空気流を発生させる複数のフィンを有するファン部が設けられており、
   前記ダクト内には、前記主軸の回転軸側から外周側に向けて延在し、前記ファン部に対向するように配置された、前記ダクトの半径と同程度の長さを有する複数枚のプレートが固定されていて、
   前記複数のフィンは、前記プレートと協働することによって前記ダクト内を流れる切削粉を切断するとともに、
   前記プレートの枚数は、前記フィンの枚数の素因数の倍数でないことを特徴とする吸塵装置。
2. 請求項１記載の吸塵装置において、
   前記ダクトから前記吸引部まで連通する流路の断面積は、前記ダクトの開放端部側の流路の断面積以下に設定されていることを特徴とする吸塵装置。
3. 請求項１又は２記載の吸塵装置において、
   前記ダクトの内周面は、前記ファン部に対向する部分から上方に向けて徐々に内径が大きくなるテーパー面を有することを特徴とする吸塵装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の吸塵装置において、
   外気が連通する連通孔を有した前記切削工具の当該連通孔に接続され、前記連通孔内の大気を吸引する切削工具用吸引部をさらに備えることを特徴とする吸塵装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の吸塵装置において、
   前記複数のフィンは、それぞれ前記主軸の回転軸側から外周側に向けて広がる扇状に形成されていることを特徴とする吸塵装置。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の吸塵装置において、
   前記プレートは、前記主軸の接線方向に沿って配置されていることを特徴とする特徴とする吸塵装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の吸塵装置において、
   前記プレートは、その回転方向における後端部を前方に向けて湾曲させて形成されていることを特徴とする吸塵装置。

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