JP6950262B2 - 工作機械システムのクーラント液の汚濁評価装置 - Google Patents

Description

本発明は、工作機械システムのクーラント液の汚濁評価装置に関する。

工作機械のクーラント液は、加工領域に供給された後にタンクに回収され、再び加工領域に供給される。加工領域とタンクとを循環したクーラント液は、切粉や粉塵などを含むことにより汚濁するため、循環経路にフィルタを設置し、クーラント液の浄化を図ることが一般に行われている。しかし、フィルタによってクーラント液を完全に浄化することはできないため、汚濁したクーラント液を定期的に交換する必要がある。

この点に関し、特許文献１には、加工領域からタンクへ循環させる管路に設けられる光センサや圧力センサによりクーラント液の汚濁度を管理し、クーラント液の交換時期を判断する技術が開示されている。

特開２００１−２１９３３８号公報

しかし、上記の光センサや圧力センサは、加工領域からタンクへの循環管路以外に設けることが容易ではない。

本発明は、タンク本体にセンサを設けることができ、クーラント液の汚濁度を評価できる工作機械システムのクーラント液の汚濁評価装置を提供することを目的とする。

本発明に係る工作機械システムのクーラント液の汚濁評価装置は、前記クーラント液を貯留するタンク本体に設けられ、前記クーラント液の液中に浸漬され得る反射部材と、前記タンク本体に設けられ、前記反射部材に向けて発光する発光素子、及び、前記反射部材からの反射光を受光する受光素子を備えるセンサと、前記受光素子の受光量に基づいて前記クーラント液の汚濁度を評価する評価部と、を備える。

本発明によれば、発光素子は、タンク本体に貯留されたクーラント液の液中に浸漬され得る反射部材に向けて発光し、その反射光を受光素子が受光する。クーラント液の汚濁度は、受光素子の受光量に基づいて評価されるので、汚濁評価装置は、その評価に基づいてクーラント液の適切な交換時期を把握することができる。また、センサは、タンク本体に設けられるので、工作機械システムの設計自由度を高めることができる。

本発明の第一実施形態における工作機械の平面図である。 タンク本体を断面視したクーラント供給装置の側面図である。 透明窓を介して反射部材に対向配置された検出部の断面図である。 第二実施形態におけるタンク本体を断面視したクーラント供給装置の側面図であり、クーラント液の液中から取り出された反射部材をセンサに対向配置した状態を示す。

＜１．第一実施形態＞
以下、本発明に係る工作機械システムのクーラント液の汚濁評価装置を適用した実施形態について、図面を参照しながら説明する。まず、図１を参照して、本発明の第一実施形態におけるクーラント液Ｃの汚濁評価装置１００を用いた工作機械１の概略を説明する。

（１−１．工作機械１の概略構成）
図１に示すように、工作機械１は、円筒状の工作物Ｗを回転させながら研削加工を行うテーブルトラバース型の研削盤である。工作機械システムとしての工作機械１は、ベッド２と、テーブル１０と、主軸台２０と、心押台３０と、砥石台４０と、砥石車５０と、定寸装置６０と、クーラント供給装置７０と、を備える。

ベッド２は、工作機械１の基台となる部位である。ベッド２には、研削条件等に関する各種パラメータが入力される操作盤３が設けられる。テーブル１０は、ベッド２上において、Ｚ軸方向へ移動可能に設けられる。テーブル１０は、Ｚ軸モータ１１を有するねじ送り装置１２を駆動させることにより、Ｚ軸方向へ往復移動する。

主軸台２０は、テーブル１０上に固定される。主軸台２０は、Ｚ軸方向に平行な軸回りに回転する主軸２１と、主軸２１を回転させるための駆動力を付与する主軸モータ２２とを備える。主軸台２０は、主軸２１により工作物Ｗの一端を回転可能に支持し、主軸モータ２２により工作物Ｗを回転駆動する。心押台３０は、テーブル１０上において主軸台２０と対向する位置に設けられ、工作物Ｗの他端を支持する。

砥石台４０は、ベッド２上においてＸ軸方向へ移動可能に設けられる。砥石台４０は、Ｘ軸モータ４１を有するねじ送り機構４２を駆動させることにより、Ｘ軸方向へ往復移動する。砥石車５０は、砥石台４０に対し、Ｚ軸方向に平行な軸回りに回転自在に支持される。砥石車５０は、砥石台４０に固定された砥石車モータ５１から駆動力を付与されることで回転し、工作物Ｗの外周面を研削する。

定寸装置６０は、テーブル１０を挟んだ砥石車５０の反対側において、工作物Ｗに接触可能に設けられる。定寸装置６０は、砥石車５０により研削された工作物Ｗの外径を計測する。クーラント供給装置７０は、ベッド２から離れた位置に設けられ、図示しないクーラントノズルから研削部位へ向けてクーラント液Ｃを供給する。

（１−２．クーラント供給装置７０の構成）
図２に示すように、クーラント供給装置７０は、タンク本体８０と、汚濁評価装置１００とを備える。タンク本体８０は、クーラント液Ｃを貯留するための容器である。タンク本体８０に貯留されたクーラント液Ｃは、研削部位に供給された後、回収されてタンク本体８０に戻される。

タンク本体８０の外側面には、タンク本体８０におけるクーラント液Ｃの貯留領域を形成する透明窓８１が設けられる。タンク本体８０に貯留されたクーラント液Ｃの液面は、透明窓８１が配置される位置よりも上方に位置し、クーラント液Ｃの汚濁度は、透明窓８１を介してタンク本体８０の外部から確認することができる。

汚濁評価装置１００は、タンク本体８０に貯留されたクーラント液Ｃの交換時期を判定するための装置である。汚濁評価装置１００は、反射部材１１０と、センサ１２０と、評価部１３０とを備える。

反射部材１１０は、タンク本体８０の内部において透明窓８１と対向する位置に配置され、透明窓８１と反射部材１１０との間には、タンク本体８０に貯留されたクーラント液
Ｃが流入可能なスペースが形成されている。

センサ１２０は、保持部１２１と、検出部１２２とを備える。保持部１２１は、タンク本体８０の外側面に固定され、検出部１２２を保持する。検出部１２２は、透明窓８１を挟んで反射部材１１０と対向する位置に配置される。

ここで、図３を参照して、検出部１２２について説明する。図３に示すように、検出部１２２は、基板１２３と、発光素子１２４と、第一受光素子１２５及び第二受光素子１２６と、蓋部１２７と、３つのレンズ１２８ａ〜１２８ｃとを備える。

基板１２３は、半導体材料（Ｎ型、Ｐ型、バイポーラ型など）から構成され、保持部１２１の一表面上（図３において下方を向く表面）上に装着される。発光素子１２４は、基板１２３に装着される発光ダイオードであり、保持部１２１の一表面の法線方向（図３下方向）へ向けて発光する。第一受光素子１２５及び第二受光素子１２６は、基板１２３に装着されたフォトダイオードであり、発光素子１２４の近傍に配置される。発光素子１２４、第一受光素子１２５及び第二受光素子１２６は、保持部１２１の長手方向（図２左右方向）に沿って直線状に並設され、発光素子１２４は、第一受光素子１２５と第二受光素子１２６との間に配置される。なお、基板１２３上に配置された発光素子１２４、第一受光素子１２５及び第二受光素子１２６は、仕切板１２９により仕切られている。従って、検出部１２２は、発光素子１２４からの発光及び第一受光素子１２５及び第二受光素子１２６への受光を効率的に行うことができる。

また、本実施形態では、発光素子１２４として発光ダイオードを用いる場合を例に挙げて説明したが、発光ダイオードの代わりに、エレクトロルミネッセンスやレーザー素子等を発光素子１２４として用いてもよい。また、本実施形態では、第一受光素子１２５及び第二受光素子１２６としてフォトダイオードを用いる場合を例に挙げて説明したが、フォトダイオードの代わりに、ＣＣＤやＣＭＯＳ素子等を第一受光素子１２５及び第二受光素子１２６として用いてもよい。

蓋部１２７は、基板１２３、発光素子１２４、第一受光素子１２５及び第二受光素子１２６を覆う。蓋部１２７には、発光素子１２４、第一受光素子１２５及び第二受光素子１２６のそれぞれと対向する位置にレンズ１２８ａ〜１２８ｃが一つずつ保持される。３つのレンズ１２８ａ〜１２８ｃは、非球面レンズでもよく、検出し易くするためにレンズ形状を変更して、レンズの焦点位置や焦点深度を調整してもよい。

３つのレンズ１２８ａ〜１２８ｃのうち、発光素子１２４と対向する位置に配置されるレンズ１２８ａには、発光素子１２４から照射される光が入射する。レンズ１２８ａは、発光素子１２４から照射された光を屈曲させ、その屈曲させた光を特定の位置Ｐに導く。

３つのレンズ１２８ａ〜１２８ｃのうち、第一受光素子１２５及び第二受光素子１２６と対向する位置に配置されるレンズ１２８ｂ，１２８ｃは、特定の位置Ｐから入射する光を屈曲させ、その屈曲させた光を第一受光素子１２５又は第二受光素子１２６に導く。

ここで、発光素子１２４からクーラント液Ｃの液中に存在する反射部材１１０へ向けて光を発光した場合、クーラント液Ｃの液中に含まれる切粉や粉塵等の浮遊物Ｓが多いほど、光は散乱し、第一受光素子１２５及び第二受光素子１２６により検出される光量が小さくなる。評価部１３０は、第一受光素子１２５及び第二受光素子１２６が受光した反射部材１１０からの反射光及びクーラント液Ｃからの反射光の光量に基づき、クーラント液Ｃの汚濁度を評価する。

例えば、評価部１３０は、第一受光素子１２５及び第二受光素子１２６の受光した光量が、予め定められた光量よりも小さいか否かを判定し、第一受光素子１２５及び第二受光素子１２６が受光した光量が予め定められた光量よりも小さい場合には、クーラント液Ｃの交換時期であると判断する。この場合、工作機械１は、センサ１２０にランプやブザー等の報知装置を設け、評価部１３０がクーラント液Ｃの交換時期であると判断した場合に、その旨を報知装置によって作業者に報知してもよい。

このように、汚濁評価装置１００は、センサ１２０によってクーラント液Ｃの汚濁度をセンシングし、評価する。作業者は、汚濁評価装置１００による評価に基づいてクーラント液の適切な交換時期を把握することができる。また、センサ１２０は、タンク本体８０に設けられるので、工作機械１の設計自由度を高めることができる。

なお、本実施形態において、工作機械システムが１台の工作機械１から構成されているが、これに限られるものではない。例えば、工作機械システムが、複数の工作機械と、複数の工作機械の外部であって、それら複数の工作機械が接続されるネットワーク上に設けられる解析装置と、を備え、本実施形態において汚濁評価装置１００に設けられていた評価部１３０を、解析装置に設けてもよい。この場合において、解析装置は、例えば、特定の加工条件（特定の工作物Ｗや特定の工作機械１、特定の環境（気温や温度）等）や特定の加工状態におけるクーラント液Ｃの汚濁度等に関するデータを蓄積する。そして、解析装置は、蓄積されたデータを解析し、評価部１３０は、解析装置による解析結果（傾向や異常の発生等）に基づいてクーラント液Ｃの交換時期の予測や適切な加工条件の決定を行う。これにより、工作機械システムは、適切な時期にクーラント液Ｃの交換を行うことができる。

＜２．第二実施形態＞
次に、図４を参照して、第二実施形態について説明する。第一実施形態では、発光素子１２４は、クーラント液Ｃの液中に浸漬された状態の反射部材１１０に向けて発光し、第一受光素子１２５及び第二受光素子１２６が、反射部材１１０及びクーラント液Ｃからの反射光を受光する場合について説明した。これに対し、第二実施形態では、発光素子１２４が、クーラント液Ｃの液中から取り出された反射部材３１０に発光し、第一受光素子１２５及び第二受光素子１２６は、反射部材３１０及び反射部材３１０に付着した浮遊物Ｓからの反射光を受光する。なお、第二実施形態における工作機械システムとしての工作機械２０１は、クーラント供給装置２７０における汚濁評価装置３００を除き、第一実施形態における工作機械１と同等の構成を有する。また、上記した実施形態と同一の部品には同一の符号を付し、その説明を省略する。

（２−１．汚濁評価装置３００の構成）
図４に示すように、汚濁評価装置３００は、反射部材３１０と、センサ３２０と、評価部１３０とを備える。反射部材３１０は、タンク本体８０に対し、クーラント液Ｃの液中と液外との間で移動可能に設けられ、液外に取り出した状態において、液中の浮遊物Ｓが付着可能に形成される。

センサ３２０は、保持部３２１と、検出部１２２とを備える。保持部３２１は、タンク本体８０の外側面に固定され、検出部１２２を保持する。検出部１２２は、タンク本体８０におけるクーラント液Ｃの貯留領域よりも上方に配置される。センサ１２０は、クーラント液Ｃの液中から取り出された反射部材３１０に向けて発光し、反射部材３１０及び反射部材３１０に付着した浮遊物Ｓからの反射光を受光する。

評価部１３０は、第一受光素子１２５及び第二受光素子１２６が受光した反射部材３１０からの反射光及び浮遊物Ｓからの反射光の光量に基づき、クーラント液Ｃの汚濁度を評価する。この場合、汚濁評価装置３００は、クーラント液Ｃの液外に取り出された反射部材１１０に対してセンサ１２０によるセンシングを行い、クーラント液Ｃの汚濁度を評価するので、クーラント液が有色であったとしてもクーラント液Ｃの汚濁度を正確に評価することができる。

＜３．その他＞
以上、上記各実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記各形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変形改良が可能であることは容易に推察できるものである。

＜４．効果＞
以上説明したように、本発明を適用した汚濁評価装置１００，３００は、工作機械システムとしての工作機械１，２０１に用いるクーラント液Ｃを貯留するタンク本体８０に設けられる汚濁評価装置１００，３００であって、クーラント液Ｃの液中に浸漬され得る反射部材１１０，３１０と、タンク本体８０に設けられ、反射部材１１０，３１０に向けて発光する発光素子１２４、及び、反射部材１１０，３１０からの反射光を受光する受光素子としての第一受光素子１２５及び第二受光素子１２６を有するセンサ１２０，３２０と、受光素子の受光量に基づいてクーラント液Ｃの汚濁度を評価する評価部１３０と、を備える。

この工作機械システムとしての工作機械１，２０１のクーラント液Ｃの汚濁評価装置１００，３００によれば、発光素子１２４は、タンク本体８０に貯留されたクーラント液Ｃの液中に浸漬され得る反射部材１１０，３１０に向けて発光し、その反射光を受光素子としての第一受光素子１２５及び第二受光素子１２６が受光する。クーラント液Ｃの汚濁度は、受光素子の受光量に基づいて評価されるので、汚濁評価装置１００，３００は、その評価に基づいてクーラント液Ｃの適切な交換時期を把握することができる。また、センサ１２０，３２０は、タンク本体８０に設けられるので、工作機械システムの設計自由度を高めることができる。

上記した工作機械システムとしての工作機械１のクーラント液Ｃの汚濁評価装置１００において、発光素子１２４は、クーラント液Ｃの液中に存在する反射部材１１０に向けて発光し、受光素子としての第一受光素子１２５及び第二受光素子１２６は、反射部材１１０からの反射光及びクーラント液Ｃからの反射光を受光する。

この工作機械システムとしての工作機械１のクーラント液Ｃの汚濁評価装置１００は、タンク本体８０に貯留されたクーラント液Ｃの汚濁度を正確に評価することができるので、適切な時期にクーラント液Ｃの交換を行うことができる。

上記した工作機械システムとしての工作機械１のクーラント液Ｃの汚濁評価装置１００において、タンク本体８０は、クーラント液Ｃの貯留領域を形成する透明窓８１を備え、反射部材１１０は、タンク本体８０の内部であって透明窓８１に対向する位置に設けられる。センサ１２０は、タンク本体８０の透明窓８１の外側面に設けられ、発光素子１２４は、透明窓８１を介して反射部材１１０に向けて発光し、受光素子としての第一受光素子１２５及び第二受光素子１２６は、透明窓８１を介して反射光を受光する。

この工作機械システムとしての工作機械１のクーラント液Ｃの汚濁評価装置１００は、工作機械システムの設計自由度を高めつつ、タンク本体８０に貯留されたクーラント液Ｃの汚濁度を正確に評価することができる。

上記した工作機械システムとしての工作機械２０１のクーラント液Ｃの汚濁評価装置３００において、反射部材３１０は、クーラント液Ｃの液中とクーラント液Ｃの液外との間で移動可能に設けられ、且つ、クーラント液Ｃの液中の浮遊物Ｓを付着可能である。発光素子１２４は、クーラント液Ｃの液外に移動された反射部材３１０に向けて発光し、受光素子としての第一受光素子１２５及び第二受光素子１２６は、クーラント液Ｃの液外に移動された反射部材３１０からの反射光及び反射部材３１０に付着した浮遊物Ｓからの反射光を受光する。

この工作機械システムとしての工作機械２０１のクーラント液Ｃの汚濁評価装置３００は、クーラント液Ｃの液外に移動された反射部材３１０により、クーラント液Ｃの汚濁度を評価するので、クーラント液Ｃが有色であったとしても、クーラント液Ｃの汚濁度を正確に評価することができる。

１，２０１：工作機械（工作機械システム）、 ８０：タンク本体、 ８１：透明窓、 １００，３００：汚濁評価装置、 １１０，３１０：反射部材、 １２０，３２０：センサ、 １２３：基板、 １２４：発光素子、 １２５：第一受光素子（受光素子）、 １２６：第二受光素子（受光素子）、 １３０：評価部、 Ｃ：クーラント液、 Ｓ：浮遊物、 Ｗ：工作物

Claims (4)

1. 工作機械システムに用いるクーラント液の汚濁評価装置であって、
   前記クーラント液を貯留するタンク本体に設けられ、前記クーラント液の液中に浸漬され得る反射部材と、
   前記タンク本体に設けられ、前記反射部材に向けて発光する発光素子、及び、前記反射部材からの反射光を受光する受光素子を有するセンサと、
   前記受光素子の受光量に基づいて前記クーラント液の汚濁を判定する評価部と、
   を備え
   前記タンク本体は、前記クーラント液の貯留領域を形成する透明窓を備え、
   前記反射部材は、前記タンク本体の内部であって前記透明窓に対向する位置に設けられ、
   前記センサは、前記タンク本体の前記透明窓の外側面に設けられ、
   前記発光素子は、前記透明窓を介して、前記クーラント液の液中に存在する前記反射部材に向けて発光し、
   前記受光素子は、前記透明窓を介して、前記反射部材からの反射光及び前記クーラント液からの反射光を受光する、工作機械システムのクーラント液の汚濁評価装置。
2. 工作機械システムに用いるクーラント液の汚濁評価装置であって、
   前記クーラント液を貯留するタンク本体に設けられ、前記クーラント液の液中に浸漬され得る反射部材と、
   前記タンク本体に設けられ、前記反射部材に向けて発光する発光素子、及び、前記反射部材からの反射光を受光する受光素子を有するセンサと、
   前記受光素子の受光量に基づいて前記クーラント液の汚濁を判定する評価部と、
   を備え、
   前記反射部材は、前記クーラント液の液中と前記クーラント液の液外との間で移動可能に設けられ、且つ、前記クーラント液中の浮遊物を付着可能であり、
   前記発光素子は、前記クーラント液の液外に移動された前記反射部材に向けて発光し、
   前記受光素子は、前記クーラント液の液外に移動された前記反射部材からの反射光及び前記反射部材に付着した浮遊物からの反射光を受光する、工作機械システムのクーラント液の汚濁評価装置。
3. 前記工作機械システムは、
   前記反射部材及び前記センサを備える複数の工作機械と、前記複数の工作機械が接続されるネットワーク上に設けられる解析装置と、を備え、
   前記評価部は、前記解析装置に設けられ、
   前記解析装置は、前記複数の工作機械における前記クーラント液の汚濁度に関するデータを蓄積し、蓄積された前記データを解析し、
   前記評価部は、前記解析装置の解析結果に基づいて前記クーラント液の交換時期の予測又は加工条件の決定を行う、請求項１又は２に記載の工作機械システムのクーラント液の汚濁評価装置。
4. 工作機械システムに用いるクーラント液の汚濁評価装置であって、
   前記クーラント液を貯留するタンク本体に設けられ、前記クーラント液の液中に浸漬され得る反射部材と、
   前記タンク本体に設けられ、前記反射部材に向けて発光する発光素子、及び、前記反射部材からの反射光を受光する受光素子を有するセンサと、
   前記受光素子の受光量に基づいて前記クーラント液の汚濁を判定する評価部と、
   を備え、
   前記工作機械システムは、前記反射部材及び前記センサを備える複数の工作機械と、前記複数の工作機械が接続されるネットワーク上に設けられる解析装置と、を備え、
   前記評価部は、前記解析装置に設けられ、
   前記解析装置は、前記複数の工作機械における前記クーラント液の汚濁度に関するデータを蓄積し、蓄積された前記データを解析し、
   前記評価部は、前記解析装置の解析結果に基づいて前記クーラント液の交換時期の予測又は加工条件の決定を行う、工作機械システムのクーラント液の汚濁評価装置。

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