JP6795447B2 - 切屑誘導ユニット - Google Patents

Description

本発明は、切屑誘導ユニットに関する。

特許文献１は、ドリルの外周を囲うケーシングと気流発生機構で構成された切屑回収装置を開示している。ケーシングは、断面が略半円の周壁を環状に連ならせて全体がドーナツ状となるように構成された本体部と、本体部の下側に設けられてドリルの先端側外周を包囲する先覆い部と、を有する。本体部には、接線方向に飛び出す排出口が形成されている。そして、ケーシングの本体部内に気流発生機構から圧縮空気を供給することで、本体部内に環状の気流が形成されると共に、先覆い部の内部は負圧状態となる。これにより、先覆い部内には、空気を吸い込んで吸い上げる流れが発生する。穴あけによって発生した切屑は、先覆い部の内部に生じた上昇気流に支援されてケーシングの本体部に流れ込み、本体部内に生じている渦流に乗って排出口から排出される。

特開２００９―２９７８２６号公報

上記特許文献１の構成では、切屑を効率よく吸い上げることに関し、改善の余地が残されている。

本発明の目的は、切屑を効率よく吸い上げる技術を提供することにある。

本願発明の観点によれば、ドリルで切削対象物を切削したときに発生する切屑を所定方向に誘導する切屑誘導ユニットであって、前記ドリルの外周を覆う環状の周壁を有し、前記周壁には前記切屑を前記所定方向へ排出するための排出口が形成されている、ケース本体と、前記ケース本体の径方向内方に配置され、前記ドリルの回転軸に沿って筒状に延びると共に、前記ケース本体に対して前記回転軸に沿って進退自在となるように前記ケース本体に支持された、進退密着部と、前記進退密着部を前記切削対象物に向かって押圧することで前記進退密着部を前記切削対象物に密着させる押圧手段と、前記ケース本体内の前記切屑を径方向外方に弾くことで前記切屑を前記排出口から前記所定方向に排出する排出手段と、を備え、前記進退密着部には、外部から供給された圧縮空気が前記進退密着部内で前記切削対象物から離れる方向に流れる第１の気流を形成するように、径方向内方に向かうにつれて前記切削対象物から離れるように傾斜する圧縮空気吐出孔が形成されており、前記ドリルで前記切削対象物を切削したことで発生した前記切屑は、前記進退密着部内において前記ドリルの螺旋溝によって前記切削対象物から離れる方向に掻き出されると共に前記第１の気流によって更に前記切削対象物から離れる方向に導かれ、前記ケース本体内に至ると前記排出手段によって前記排出口から前記所定方向へと排出される、切屑誘導ユニットが提供される。

本発明によれば、切屑を効率よく吸い上げることができる。

マシニングセンタの立面断面図である。 図１のＸ−Ｘ線断面図である。 図１の部分拡大図である。 図１のＹ−Ｙ線断面図である。 図１のＺ−Ｚ線断面図である。

以下、図１から図５を参照して、本願発明の実施形態を説明する。

図１には、マシニングセンタ１を示している。マシニングセンタ１は、ワークＷ（切削対象物、加工対象物）をドリルＤで切削する工作機械であって、工具を自動的に交換する機能を有し、数値制御される工作機械である。図１に示すように、マシニングセンタ１は、支持ユニット２、回転ユニット３、回り止めユニット４、ワーク保持治具６を備えている。本実施形態のマシニングセンタ１には、切屑誘導ユニットＥが取り付けられている。

（ワークＷ）
本実施形態においてワークＷは、鉄系材料、アルミニウム系材料、その他の金属材料、又は、非金属材料である。

（ワーク保持治具６）
ワーク保持治具６は、ワークＷを保持する部分である。図１では、ワークＷの板厚方向に沿ってワークＷを穿孔することを目的として、ワークＷの板厚方向が鉛直方向に一致するようにワークＷをワーク保持治具６に保持させている。

（支持ユニット２）
支持ユニット２は、回転ユニット３を回転可能に支持する部分である。支持ユニット２は、ベアリング保持部１０と、ベアリング１１と、によって構成されている。ベアリング保持部１０は、回り止めユニット４を介してマシニングセンタ１の作業空間に対して静止状態で保持されている。ベアリング１１は、ベアリング保持部１０によって支持されている。

（回転ユニット３）
回転ユニット３は、ベアリング１１を介して支持ユニット２に回転自在に支持されると共に、ドリルＤを保持する部分である。回転ユニット３は、ベアリング被支持部１３、ネジ１４、コレット締結部１５、コレット１７を備えている。ベアリング被支持部１３は、支持ユニット２のベアリング１１に圧入される部分である。ベアリング被支持部１３が支持ユニット２のベアリング１１に回転自在に支持されることで、回転ユニット３は支持ユニット２によって回転自在に支持されている。コレット締結部１５は、ネジ１４を介してベアリング被支持部１３に対して進退自在となっている。コレット締結部１５をベアリング被支持部１３に向かって進出させるとコレット１７が閉じ、コレット締結部１５をベアリング被支持部１３から退避させるとコレット１７が開く。従って、ドリルＤをコレット１７に取り付けるには、先ず、コレット締結部１５をベアリング被支持部１３から退避させてコレット１７を開き、次にドリルＤをコレット１７に挿入し、そして、コレット締結部１５をベアリング被支持部１３に向かって進出させてコレット１７を閉じればよい。

（回り止めユニット４）
回り止めユニット４は、支持ユニット２を固定支持する部分である。回り止めユニット４は、回り止めユニット本体１８と、回り止めピン１９、高圧ホース２０を備えている。回り止めユニット本体１８は、支持ユニット２のベアリング保持部１０の外周面に固定されている。回り止めピン１９は、回り止めユニット本体１８から進退可能な状態で上方に突出している。回り止めピン１９が略字の回り止めブロックＢに挿入されることで、回り止めユニット４はマシニングセンタ１の作業空間に対して静止状態で保持される。回り止めピン１９には、圧縮空気供給源１９ｂ（外部）から供給された圧縮空気を受け入れる圧縮空気入力ポート１９ａが形成されている。圧縮空気入力ポート１９ａに供給された圧縮空気は高圧ホース２０を介して切屑誘導ユニットＥに供給される。

（切屑誘導ユニットＥ）
切屑誘導ユニットＥは、ドリルＤでワークＷを切削したときに発生する切屑をマシニングセンタ室内の所定方向に誘導するユニットである。切屑誘導ユニットＥは、羽根付きロータ１６（排出手段）と、切屑ケース２２（ケース本体）と、流路区画壁２３と、進退密着部２４、切屑ガイド２５を備えている。

図１に示すように、羽根付きロータ１６は、コレット締結部１５の下面に固定されている。図２には、羽根付きロータ１６の底面図を示している。図１及び図２に示すように、羽根付きロータ１６は、ロータ本体１６ａと、複数の羽根１６ｂと、によって構成されている。ロータ本体１６ａは、円盤状であって、コレット締結部１５の下面に固定されている。ロータ本体１６ａの板厚方向は、回転ユニット３の回転軸Ｃに対して平行である。複数の羽根１６ｂは、ロータ本体１６ａの下面に一体的に形成されている。図２に示すように、本実施形態において羽根付きロータ１６は、４つの羽根１６ｂを有する。４つの羽根１６ｂは、回転ユニット３の周方向（以下、単に周方向と称する。）において等間隔に配置されている。４つの羽根１６ｂは、回転ユニット３の径方向（以下、単に径方向と称する。）に沿って放射状に延びている。４つの羽根１６ｂは、ロータ本体１６ａの下面から下方に突出して形成されている。羽根付きロータ１６の径方向中央にはドリルＤが貫通可能なドリル貫通孔１６ｃが形成されている。図１に示すように、各羽根１６ｂの径方向外方の端部は、径方向外方へ向かうにつれてロータ本体１６ａに近づくように先細る形状となっている。なお、図２には、羽根付きロータ１６を固定するためのネジを破線で略示している。

切屑ケース２２は、ドリルＤの径方向外方に筒状に配置可能なケースである。切屑ケース２２は、上フランジ２６、大径部２７（周壁）、テーパー部２８、小径部２９を有している。上フランジ２６、大径部２７、テーパー部２８、小径部２９はこの順に上から下に向かって連なっている。上フランジ２６は、支持ユニット２のベアリング保持部１０に対して複数のボルト３０によりボルト締結される。図４に示すように、上フランジ２６には、３つのボルト孔３１が形成されている。３つのボルト孔３１は、周方向において等間隔となるように形成されている。図１に戻り、大径部２７は、羽根付きロータ１６よりも大径であって、羽根付きロータ１６を収容する筒状の部分である。図２に示すように、大径部２７は、ドリルＤの外周を覆う環状の周壁を構成する。大径部２７には、切屑排出口３９が形成されている。羽根付きロータ１６の径方向外方に形成されている。切屑排出口３９は、高速回転している羽根付きロータ１６が外部から見えるような位置に形成されている。図１に戻り、テーパー部２８は、下方に向かって窄まる部分である。小径部２９は、羽根付きロータ１６よりも小径な筒状の部分である。小径部２９の内径は、大径部２７の内径よりも小さい。

図３に示すように、流路区画壁２３は、切屑ケース２２の大径部２７の径方向内方に収容された壁部である。流路区画壁２３は、切屑ケース２２の大径部２７の径方向内方の空間を上下に二分する。即ち、切屑ケース２２の大径部２７の径方向内方の空間は、流路区画壁２３によって、上方に位置する切屑排出室３８と、下方に位置する第１進出駆動室３２と、に区画される。切屑ケース２２の大径部２７とテーパー部２８、流路区画壁２３によって第１進出駆動室３２が区画されている。切屑ケース２２の大径部２７と羽根付きロータ１６と流路区画壁２３によって切屑排出室３８が区画されている。大径部２７には、高圧ホース２０を介して供給された圧縮空気を第１進出駆動室３２に導入するための圧縮空気供給口３３が形成されている。圧縮空気供給口３３は、第１進出駆動室３２と連通するように、流路区画壁２３とテーパー部２８の間に形成されている。第１進出駆動室３２に供給された圧縮空気は、径方向内方に形成された流路区画壁２３とテーパー部２８との間の圧縮空気流路３４から径方向内方に排出される。

進退密着部２４は、ドリルＤによる切削の際に常時、ドリルＤを隙間なく覆うことで切削により発生した切屑の周囲への飛散を防止する部分である。進退密着部２４は、回転軸Ｃに沿って筒状に延びており、切屑ケース２２の小径部２９の径方向内方に収容されて、切屑ケース２２の小径部２９によって上下に進退自在に支持されている。また、進退密着部２４には、進出駆動面３５と、複数の圧縮空気噴出孔３６と、が形成されている。進出駆動面３５は、上方を向く面である。径方向において進退密着部２４とテーパー部２８によって区画され、上下方向において流路区画壁２３と進出駆動面３５によって区画された第２進出駆動室３７（押圧手段）が形成されている。圧縮空気流路３４から径方向内方に排出された圧縮空気は第２進出駆動室３７に導入される。そして、第２進出駆動室３７に供給された圧縮空気の圧力が進出駆動面３５に作用することで、第２進出駆動室３７に圧縮空気が供給されている限り、進退密着部２４には常時下向きの力が作用している。この下向きの力により、小径部２９とワークＷの間の距離に拘らず、進退密着部２４の下端が常時ワークＷに対して押圧されて密着することになり、切削時の切屑の飛散を効果的に防止している。また、進退密着部２４の内径は、ドリルＤの外径よりも最大で約１０ｍｍ大きく設定され、もって、切削時の切屑はドリルＤの螺旋溝によって自動的に上方へと掻き出されるようになっている。複数の圧縮空気噴出孔３６は、第２進出駆動室３７に連通して形成されており、径方向内方へ向かうにつれて上方へ向かうように傾斜して形成されている。従って、第２進出駆動室３７に供給された圧縮空気は進出駆動面３５に対して下方へ向かう圧力を作用させることで進退密着部２４を下方に向けて押圧すると共に、複数の圧縮空気噴出孔３６から径方向内方に排出される。複数の圧縮空気噴出孔３６から斜め上方に向けて排出された圧縮空気は、進退密着部２４とドリルＤとの間の隙間を通って上昇気流Ｐ（第１の気流）を形成すると共に切屑排出室３８に排出される。

切屑排出室３８は、上下方向で羽根付きロータ１６と流路区画壁２３によって区画され、径方向でドリルＤと切屑ケース２２の大径部２７によって区画される。

図２及び図３に示すように、切屑ガイド２５は、径方向に延びる筒状に構成されており、切屑排出口３９と連通することで、切屑排出口３９から排出された切屑の飛翔方向が所定方向となるように切屑を案内する。

以上の構成で、図３に示す圧縮空気供給口３３を介して供給された圧縮空気は、第１進出駆動室３２と第２進出駆動室３７、複数の圧縮空気噴出孔３６を順に介して進退密着部２４とドリルＤの間に供給され、進退密着部２４とドリルＤの間の隙間で上方に向かう強力な上昇気流Ｐを形成する。この上昇気流Ｐにより、ドリルＤの切削時に発生した切屑は、ドリルＤによる掻き出し効果と相まって、切屑排出室３８内へと吹き上げられる。

切屑排出室３８内に吹き上げられた切屑は、コレット１７及びドリルＤと供回りする羽根付きロータ１６の４つの羽根１６ｂに衝突することで径方向外方及び周方向へ向かう運動エネルギーを付与され、切屑排出室３８内を周回しつつ、切屑排出口３９及び切屑ガイド２５を介して所定方向に排出される。

なお、図５に示すように、支持ユニット２のベアリング保持部１０には合計で１２個の雌ねじ４０が形成されている。従って、切屑ケース２２を支持ユニット２にボルト締結で取り付けるに際し、使用する雌ねじ４０を適宜選択することで、図２に示す切屑ガイド２５の向きを自在に調整することができるようになっている。即ち、マシニングセンタ室内の所望の位置に狙いを定めて切屑を吐出することが可能となる。

以上に、本願発明の好適な実施形態を説明したが、上記実施形態は以下の特徴を有する。

切屑誘導ユニットＥは、例えばマシニングセンタ１に適用されて、ドリルＤでワークＷ（切削対象物）を切削したときに発生する切屑を所定方向に誘導するものである。切屑誘導ユニットＥは、ドリルＤの外周を覆う環状の大径部２７（周壁）を有し、大径部２７には切屑を所定方向へ排出するための切屑排出口３９（排出口）が形成されている、切屑ケース２２（ケース本体）と、切屑ケース２２の径方向内方に配置され、ドリルＤの回転軸Ｃに沿って筒状に延びると共に、切屑ケース２２に対して回転軸Ｃに沿って進退自在となるように切屑ケース２２に支持された、進退密着部２４と、進退密着部２４をワークＷに向かって押圧することで進退密着部２４をワークＷに密着させる押圧手段（進出駆動面３５、第２進出駆動室３７）と、切屑ケース２２内の切屑を径方向外方に弾くことで切屑を切屑排出口３９から所定方向に排出する羽根付きロータ１６（排出手段）と、を備える。進退密着部２４には、外部から供給された圧縮空気が進退密着部２４内でワークＷから離れる方向に流れる上昇気流Ｐ（第１の気流）を形成するように、径方向内方に向かうにつれてワークＷから離れるように傾斜する圧縮空気噴出孔３６（圧縮空気吐出孔）が形成されている。ドリルＤでワークＷを切削したことで発生した切屑は、進退密着部２４内においてドリルＤの螺旋溝によってワークＷから離れる方向に掻き出されると共に上昇気流Ｐによって更にワークＷから離れる方向に導かれ、切屑ケース２２内に至ると羽根付きロータ１６によって切屑排出口３９から所定方向へと排出される。以上の構成によれば、進退密着部２４に圧縮空気噴出孔３６が形成されることで上昇気流Ｐが直接的に形成されることで、進退密着部２４内の切屑を効率よく吸い上げることができる。

また、上記実施形態では、切屑を羽根付きロータ１６によって効率よく切屑排出口３９へ向けて弾き飛ばしているので、切屑を吸引する吸引装置を別途設ける必要がなく、安価な切屑誘導ユニットＥを実現できる。

上記実施形態では、図３に示す進退密着部２４がドリルＤの送りと共に収縮するようになっているので、進退密着部２４の下端は常にワークＷに接触していることになり、切屑の拡散を効果的に抑制している。

上記実施形態では、図３に示すドリルＤの外径と進退密着部２４の内径の差分は最大で１０ｍｍであるとしたが、好ましくは、５ｍｍ以下とするとよい。これによれば、高速回転するドリルＤの螺旋溝による切屑の掻き出し効果が十分に発揮される。

１ マシニングセンタ
２ 支持ユニット
３ 回転ユニット
４ 回り止めユニット
６ ワーク保持治具
１０ ベアリング保持部
１１ ベアリング
１３ ベアリング被支持部
１４ ネジ
１５ コレット締結部
１６ 羽根付きロータ
１６ａ ロータ本体
１６ｂ 羽根
１６ｃ ドリル貫通孔
１７ コレット
１８ 回り止めユニット本体
１９ 回り止めピン
１９ａ 圧縮空気入力ポート
１９ｂ 圧縮空気供給源
２０ 高圧ホース
２２ 切屑ケース
２３ 流路区画壁
２４ 進退密着部
２５ 切屑ガイド
２６ 上フランジ
２７ 大径部
２８ テーパー部
２９ 小径部
３０ ボルト
３１ ボルト孔
３２ 第１進出駆動室
３３ 圧縮空気供給口
３４ 圧縮空気流路
３５ 進出駆動面
３６ 圧縮空気噴出孔
３７ 第２進出駆動室
３８ 切屑排出室
３９ 切屑排出口
４０ 雌ねじ
Ｂ 回り止めブロック
Ｃ 回転軸
Ｄ ドリル
Ｅ 切屑誘導ユニット
Ｐ 上昇気流
Ｗ ワーク

Claims (1)

1. ドリルで切削対象物を切削したときに発生する切屑を所定方向に誘導する切屑誘導ユニットであって、
   前記ドリルの外周を覆う環状の周壁を有し、前記周壁には前記切屑を前記所定方向へ排出するための排出口が形成されている、ケース本体と、
   前記ケース本体の径方向内方に配置され、前記ドリルの回転軸に沿って筒状に延びると共に、前記ケース本体に対して前記回転軸に沿って進退自在となるように前記ケース本体に支持された、進退密着部と、
   前記進退密着部を前記切削対象物に向かって押圧することで前記進退密着部を前記切削対象物に密着させる押圧手段と、
   前記ケース本体内の前記切屑を径方向外方に弾くことで前記切屑を前記排出口から前記所定方向に排出する排出手段と、
   を備え、
   前記進退密着部には、外部から供給された圧縮空気が前記進退密着部内で前記切削対象物から離れる方向に流れる第１の気流を形成するように、径方向内方に向かうにつれて前記切削対象物から離れるように傾斜する圧縮空気吐出孔が形成されており、
   前記ドリルで前記切削対象物を切削したことで発生した前記切屑は、前記進退密着部内において前記ドリルの螺旋溝によって前記切削対象物から離れる方向に掻き出されると共に前記第１の気流によって更に前記切削対象物から離れる方向に導かれ、前記ケース本体内に至ると前記排出手段によって前記排出口から前記所定方向へと排出される、
   切屑誘導ユニット。

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