JP6151674B2 - 自動で異物の詰まりを解消する機能を有するクーラントノズル - Google Patents

Description

本発明は、クーラントノズルに関し、特に自動で異物の詰まりを解消する機能を有するクーラントノズルに関する。

工作機械を用いて行う切削加工及び研削加工は、潤滑効果、冷却効果、切り屑除去効果などが見込める切削液（クーラント）を用いるケースが多い。専用のタンク等に貯蔵されたクーラントは、吐出ポンプ等の駆動手段を経て配管に至り、前記配管の延長線上にあるノズル先端から切削点又は切削工具に向けて噴射される。

クーラントの噴射に用いるノズルは、一般的にはクーラントノズルと呼ばれており、該クーラントノズルから切削点や切削工具に向けてクーラントを供給している。加工の際には、クーラントノズルの中にクーラント中には切粉等の異物が混入することがあるが、異物の混入したクーラントが循環することで、クーラントノズルに異物が堆積し、吐出量の低下が発生する。

このような問題に対して、特許文献１に記載のクーラント供給装置では、クーラントノズルとポンプとの間に配設される配管の途中にエアー供給手段を連通させることにより、クーラントノズルの開口部に詰まりかけている異物を混入エアーによって発生した水勢でノズル外部へと勢いよく排出できるようにしている。

特開２００３−０３９２７４号公報

しかしながら、手や工具により、詰まった異物を除去することで、吐出量は元に戻るが、一定期間ごとにメンテナンスの工数がかかってしまう。特許文献１に記載の構成を設けたり、フィルタ等を設けたりすることでノズルへの異物の堆積をある程度は抑制することができるが、構成を設置するためのコストやフィルタのメンテナンスが別途必要となる。

そこで本発明の目的は、異物が堆積した際、自動で異物を除去する構造を持ったクーラントノズルを提供することである。

本願の請求項１に係る発明は、クーラント液を吐出するノズルであって、外ノズルと、該外ノズルの内側に配置され、前記外ノズルの吐出口からクーラントの上流方向へ向けて立設された突出し部材と、前記外ノズルの内側に配置され、前記突出し部材を挿通可能な位置にノズル口を有する内ノズルと、前記外ノズルの吐出口と前記内ノズルの間に配置された弾性体とを有し、前記弾性体が圧縮されると前記突出し部材が前記ノズル口を挿通するように配置されている、ことを特徴としたノズルである。

本願の請求項２に係る発明は、前記外ノズルは、該外ノズルの内側に前記吐出口から前記外ノズルのクーラントの上流方向に向けて立設された内壁を備え、前記弾性体が、前記外ノズルと前記内壁と前記内ノズルにより密閉された空間に配置されている、ことを特徴とする請求項１に記載のノズルである。

本願の請求項３に係る発明は、前記外ノズルと前記内ノズルとの相対的な位置関係を示すための指標を有する、ことを特徴とする請求項１または２に記載のノズルである。

本願の請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれか１つに記載のノズルを備えることを特徴とするクーラント装置である。
本願の請求項５に係る発明は、請求項４に記載のクーラント装置を備えることを特徴とする工作機械である。

本発明により、クーラントノズル周辺にエアー供給手段などの装置構成を設ける必要が無いため、大きなコストをかけることなくクーラントノズル内の吐出口への異物の堆積を抑制することができる。また、一定期間ごとのノズルのメンテナンスが必要なくなるため、ＭＴＢＦ（Ｍｅａｎ Ｔｉｍｅ Ｂｅｔｗｅｅｎ Ｆａｉｌｕｒｅ：平均故障間隔）が増加する。

本発明の実施の形態におけるノズルの外形図である。 本発明の実施の形態におけるノズルの断面図である。 本発明の実施の形態における外筒の一例を示す図である。 本発明の実施の形態における弾性体の一例を示す図である。 本発明の実施の形態における内筒の一例を示す図である。 本発明の実施の形態における突き棒の一例を示す図である。 本発明の実施の形態における通常時のノズル内のクーラントの流れを示す図である。 本発明の実施の形態における異物が詰まった時のノズル内の動きを示す図である。 本発明の実施の形態におけるノズル内で異物が除去される動きを示す図である。 本発明の第２の実施の形態におけるノズルの断面図である。 本発明の第３の実施の形態における外筒と内筒を示す図である。 本発明の第３の実施の形態における通常時のノズルの外観を示す図である。 本発明の第３の実施の形態における異物が詰まった時のノズルの外観を示す図である。 本発明の第３の実施の形態におけるクーラント流異常時のノズルの動きを示す図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
図１は本発明の最も基本的な実施の形態におけるノズル１の外形図であり、図２はノズル１の断面図である。図に示すとおり、本実施の形態のクーラントノズルは１、外筒２、弾性体３、内筒４、突き棒５により構成されている。

図３（ａ）は本実施の形態における外筒２の外形図であり、図３（ｂ）は外筒２の断面図である。図に示すように、本実施の形態における外筒２は円筒形状部２ａと漏斗形状部２ｂを合わせた形状であり、漏斗形状部２ｂの先端が、クーラントの吐出口２ｃとして形成されている。加工時には、専用のタンク等に貯蔵されたクーラントが吐出ポンプ等の駆動手段からの圧力により配管内を通って該配管に接続される円筒形状部２ａに送られ、漏斗形状部２ｂを介して吐出口２ｃから切削点又は切削工具に向けて噴射される。

図４（ａ）は本実施の形態における弾性体３の外形図であり、図４（ｂ）は弾性体３の断面図である。本実施の形態における弾性体３は、ゴムなどの弾性を持つ材料や部材により構成され、図４（ａ）に示すように円筒形状であって、外筒２の漏斗形状部２ｂの先端内部に設置できる形状に形成されている。図２に示すように、弾性体３はノズル１内において外筒２における吐出口２ｃの内側であって、吐出口２ｃの内側と内筒４との間に接着するなどして配置されており、吐出口２ｃの内側と内筒４との間のクッション部材としての役割を果たす。

図５（ａ）は本実施の形態における内筒４の外形図であり、図４（ｂ）は内筒４の断面図である。図に示すように、本実施の形態における内筒４は、一定の剛性を備えた金属や樹脂などにより構成され、円筒形状部４ａと、円筒形状の穴をテーパ状にくり貫いたテーパ形状部４ｂとを合わせた形状となっており、テーパ形状部４ｂの先にノズル口４ｃが形成され、外筒２の漏斗形状部２ｂの先端内部に設置できる形状に形成されている。図２に示すように、内筒４はノズル１内において外筒２の漏斗形状部２ｂの先端に、弾性体３の端面に円筒形状部４ａの端面を接着するなどして配置されている。

図６は本実施の形態における突き棒５の外形図である。図に示すように、本実施の形態における突き棒５は、円柱形状である。突き棒５は、外筒２の先端であって、吐出口２ｃの内側に固定され、図２に示すように、ノズル１内においては、外筒２の吐出口２ｃの内側の中心から弾性体３の内部を通って、通常通りクーラントが吐出されているにおいて内筒４のノズル口４ｃを貫通しない程度の近傍位置にその先端部分が配置されるように設置される。

このように構成された、本実施の形態におけるノズル１によりクーラントを噴射した場合のノズル１内の各部材の動作について、図７〜９を用いて説明する。
図７は、ノズル１の先端部分を拡大した図である。図中における矢印は、クーラントの流れを示している。図に示す通り、ノズル１が通常の状態にある場合、すなわちノズル口４ｃに異物が堆積していない場合は、図に示すクーラントの流路に従って、クーラントは内筒４のノズル口４ｃを通過し、内筒４、弾性体３の内側を通過して外筒２の吐出口２ｃから吐出される。

図８は、ノズル１の先端部において、内筒４のノズル口４ｃに切粉などの異物６が堆積した状態を示す図である。ノズル口４ｃに異物６が堆積すると、吐出ポンプにより供給されるクーラントがノズル口４ｃを通ることができなくなるため、内筒４の上部にクーラントによる圧力が発生する。クーラントによる圧力が内筒４のテーパ形状部４ｂ側の端面にかかると、内筒４が図中下方向（破線矢印方向）へと押され、更には弾性体３が内筒４の円筒形状部４ａ側の端面により吐出口２ｃ方向へと押されることにより、弾性体３が破線方向へ圧縮される。

図９は、ノズル１の先端部において、弾性体３が圧縮された状態を示す図である。弾性体３が圧縮されると、内筒４は弾性体３が圧縮された分だけ吐出口２ｃの方向へと移動する。そうすると、外筒２の吐出口２ｃの内側に固定された突き棒５の先端部分が、内筒４のノズル口４ｃに挿通され、ノズル口４ｃに堆積した異物６を押しのけることによりノズル口４ｃに堆積した異物６が除去される。
そして、異物６が除去されることでノズル口４ｃをクーラントが通過できるようになるため、内筒４にかかっていた圧力が低下し、内筒４は弾性体３の反発力に押されることで図中破線矢印方向へと移動して元の位置へ戻り、クーラントの供給が継続される。

このように、本実施の形態におけるノズル１は、異物が堆積した際に、自動的に異物を除去する構造が設けられているため、異物を除去するための装置構成などを必要とせず、また、定期的に掃除するなどのメンテナンスコストが軽減される。

図１０は、本発明の第２の実施の形態を示す図である。第１の実施の形態においては弾性体３がクーラントノズル内部に露出するように配置されていたが、本実施の形態においては、外筒２の内側に吐出口２ｃを囲むように内壁２ｄが設けられており、外筒２の外壁と内壁２ｄ、内筒４の端面とにより囲まれた密閉空間に弾性体３が配置されるように構成されている。
このような構成とすることにより、弾性体３周辺に対するクーラントや異物の侵入を防ぐことができるため、弾性体の劣化や動作不良を回避することができるようになる。

図１１は、本発明の第３の実施の形態を示す図である。本実施の形態は、ノズル１の構成部材に、クーラントが通常通り吐出されている状態において高さが一致する位置に目印を設け、目印の位置により、異物６の詰まりや、クーラントの流量の変化をオペレータに知らせる構成を設けたものである。

図１１に示すように、本実施の形態では外筒２に、第１目印２ｅ、および内筒４が移動する方向を長手方向とするスリット２ｆを第１目印２ｅの近傍に設け、内筒４には、内筒４を外筒２の内部に配置した際にスリット２ｆを通る位置に第２目印４ｄを設けている。第１目印２ｅと第２目印４ｄは、ノズル１が通常状態においてクーラントを吐出している時、すなわち通常のクーラントの圧力により弾性体３がある程度圧縮され内筒４がやや吐出口２ｃの方向へと移動している状態において、図１２に示すようにスリットの長手方向において一致する位置に設けられている。なお、外筒２のスリット２ｆが設けられた位置の内側には常に内筒４の一部が密着するように、内筒４の位置と大きさに合わせてスリット２ｆの位置と大きさが形成されているため、スリット２ｆからノズル１内のクーラントが漏れ出すことは無い。

このように構成されたノズル１において、内筒４のノズル口４ｃに異物の詰まりが発生すると、第１の実施の形態でも説明した通り、内筒４が吐出口２ｃの方向へ押し込まれて移動し、図１３に示すように第２目印４ｄが第１目印２ｅと比べて矢印方向へとずれるので、オペレータは第１目印２ｅと第２目印４ｄの位置を確認することで異物の詰まりを把握することができる。また、何らかの原因で動作不良を起こした場合や、流量が落ちるほど異物が堆積する前であっても、第２目印４ｄを手動で矢印の方向へと動かすことで、ノズル１の内部で突き棒５をノズル口４ｃに強制的に挿通させることにより、ノズル１を分解することなく容易に異物の除去が可能となる。

また、吐出ポンプや配管内部の不具合が原因でノズル１へ供給されるクーラントの流量が減った場合、クーラントの圧力が弱まり図１４（ｂ）に示すように内筒４が弾性体３により破線矢印方向へと押し戻され、図１４（ａ）に示すように第２目印４ｄが第１目印２ｅと比べて矢印方向へとずれるので、オペレータは第１目印２ｅと第２目印４ｄの位置を確認することでノズル１へのクーラント供給状態の異常を把握することができる。これにより、加工に影響が出るほど流量が落ちる前に何らかの対策をすることができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述した実施の形態の例に限定されることなく、適宜の変更を加えることにより、その他の態様で実施することができる。例えば、上述した実施の形態においては、外筒２、弾性体３、内筒４は回転体の形状となっているが、本発明の範囲はこれに限られるものではなく、それぞれについて、直方体の形状や、非対称な形状でも問題ない。突き棒５についても回転体の形状に限られるものではなく、直方体の形状（板状）や非対称な形状、断面が十字形や星形の棒状部材とすることもでき、その際には内筒４のノズル口４ｃの形状を突き棒５の形状と合わせて構成するとよい。なお、内筒４にノズル口４ｃを複数設けるようにしてもよく、その場合はノズル口４ｃの数と位置に合わせて突き棒５を複数設ければよい。

また、上述した実施の形態においては、ノズル１の構成部品である弾性体３の一例としてゴムを示したが、弾性を有していればスポンジなどを用いてもよく、また、バネなどの、構造により弾性を有するようにした部材を用いるようにしてもよい。上述した実施の形態で用いている図中では、弾性体３は外筒２に密着するように配置されているが、密着していなくても構わず、更に、弾性体３の形状についても環状の形状とする必要はなく、例えば、複数の板状弾性部材を吐出口２ｃの内側に略等距離に配置するなど、吐出口２ｃと内筒４との間でバランスよくクッション部材として機能するよう外筒２内に設置できればどのような形状としても問題ない。

更に、上述した実施の形態においては、外筒２と内筒４の双方に目印を設ける構成を示したが、外筒２を透明な材料で構成し、外筒２を外部から見たときに内筒４と弾性体３の境目となる位置に目印を設けるようにするなど、外筒２と内筒４の相対位置をオペレータが視認できるようにすればどのように構成しても構わない。

１ クーラントノズル
２ 外筒
２ａ 円筒形状部
２ｂ 漏斗形状部
２ｃ 吐出口
２ｄ 内壁
２ｅ 第１目印
２ｆ スリット
３ 弾性体
４ 内筒
４ａ 円筒形状部
４ｂ テーパ形状部
４ｃ ノズル口
４ｄ 第２目印
５ 突き棒
６ 異物

Claims (5)

1. クーラント液を吐出するノズルであって、
   外ノズルと、
   該外ノズルの内側に配置され、前記外ノズルの吐出口からクーラントの上流方向へ向けて立設された突出し部材と、
   前記外ノズルの内側に配置され、前記突出し部材を挿通可能な位置にノズル口を有する内ノズルと、
   前記外ノズルの吐出口と前記内ノズルの間に配置された弾性体とを有し、
   前記弾性体が圧縮されると前記突出し部材が前記ノズル口を挿通するように配置されている、
   ことを特徴としたノズル。
2. 前記外ノズルは、該外ノズルの内側に前記吐出口から前記外ノズルのクーラントの上流方向に向けて立設された内壁を備え、
   前記弾性体が、前記外ノズルと前記内壁と前記内ノズルにより密閉された空間に配置されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載のノズル。
3. 前記外ノズルと前記内ノズルとの相対的な位置関係を示すための指標を有する、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のノズル。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載のノズルを備えることを特徴とするクーラント装置。
5. 請求項４に記載のクーラント装置を備えることを特徴とする工作機械。