JP7078251B2 - ツール洗浄装置及びマシニングセンタ - Google Patents

Description

本発明は、ツール洗浄装置及びマシニングセンタに関する。

マシニングセンタは、フライス加工、穴あけ加工、ねじ立て加工など多種類の加工を複数のツール（刃具）を自動交換することによって実行する加工装置である。このようなマシニングセンタにおいては、複数種類の中から選択したツールをツールホルダに装着し、ツールホルダの円錐形のテーパシャンク部をスピンドルのテーパ孔に装着して上記各種の加工を行う。ツールが装着されたツールホルダをスピンドルに装着する際に、テーパシャンク部の表面に切粉等の異物が付着しているとテーパシャンク部がテーパ孔に密着せずにツールが振れてしまい高精度な加工ができなくなる。従って、ツールホルダをスピンドルに装着する前に良好に洗浄することが重要となる。

特許文献１及び特許文献２には、ツールホルダをスピンドルのテーパ孔に装着する前に、洗浄ノズルからクーラント液（洗浄液）をツールホルダの先端部から元部に至る範囲に噴射し、ツールホルダを洗浄するツール洗浄装置が開示されている。ツール洗浄装置は、スピンドルの外周側に配置された環状の一体型ノズルを有している。一体型ノズルは環状に配置された複数のノズル孔を有し、各ノズル孔はスピンドルの軸線に向かい、ツールホルダのテーパシャンク部に対して傾斜角を有して形成されている。

特開２００７－１７５７８６号公報 特開２０１１－２５３９８号公報

特許文献１及び特許文献２に記載のツール洗浄装置は、環状に複数配置されたノズル孔からツールホルダに向かってクーラント液を噴射させている。各ノズル孔は環状に間隔を有して配置されていることから、隣り合うノズル孔から噴射されたクーラント液は、ツールホルダに点状に衝突し周囲に広がる。従って、ノズル孔と隣り合うノズル孔とから噴射されるクーラント液のツールホルダへの当たり方が点状となり、ツールホルダの軸線の３６０度全周にわたって均一に洗浄することができないという課題がある。

特許文献１に記載のツール洗浄装置では、クーラント液の噴射角がテーパシャンク部のテーパ面に対して９０度以下に設定されている。しかし、傾斜角を９０度に近い角度にするとテーパ面で反射されたクーラント液の一部がスピンドルに向かって飛散し、スピンドルを支持するベアリング軸受の内部にクーラント液が浸透しやすく、例えば、グリスなどの潤滑剤を流してしまうという課題がある。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、ツールホルダを良好に洗浄することが可能であり、ベアリング軸受内の潤滑剤を維持することが可能なツール洗浄装置と、このツール洗浄装置を備えるマシニングセンタを提供しようとするものである。

［１］本発明のツール洗浄装置は、ツールをツール交換機構によって交換する際に、前記ツールを装着したツールホルダがスピンドルに形成されたテーパ孔に向かって移動中に、クーラント液を前記ツールホルダに噴射して前記ツールホルダを洗浄するツール洗浄装置であって、前記スピンドルを回転可能に保持するベアリング軸受を備えるスピンドルケースのツールホルダ装着側端面に固定される外側リングと、前記外側リングに設けられた環状の凹部の内部に配置される内側リングと、前記内側リング及びを前記外側リングの端面に配置される環状のノズルキャップと、を有し、前記凹部の外側内径と前記内側リングの外径との差によって環状の隙間が形成され、前記隙間はクーラント液供給システムのクーラント液供給配管に接続されており、前記ノズルキャップの内周には、前記隙間から噴射される前記クーラント液を前記スピンドルの軸線に向かって膜状に噴射する斜面を有し、前記斜面は、前記ツールホルダが前記スピンドルに向かって前記軸線上を移動中に、前記クーラント液を前記ツールホルダの前記スピンドル側の先端部からテーパシャンク部の元部まで噴射させるように傾斜角が設定されていることを特徴とする。

本発明のツール洗浄装置によれば、ツールホルダをスピンドルに装着する際に、スピンドルの軸線（ツール装着時のツールホルダの軸線と同じ）に向かってクーラント液をツールホルダの３６０度全周に膜状に途切れなく噴射させる。このようにすれば、ツールホルダの先端部からテーパシャンク部の元部までを良好に洗浄することが可能となる。この膜状に噴射されるクーラント液の内側は空間となっておりクーラント液の飛散は少ない。さらに、クーラント液の噴射角を適切に設定することによって、洗浄力を維持しつつ噴射されたクーラント液がテーパシャンク部に当たって飛散しベアリング軸受内に入り込むことを抑制でき、ベアリング軸受内の潤滑剤を維持することが可能となる。ここで、ベアリング軸受としてはアンギュラ玉軸受などである。

［２］本発明のツール洗浄装置においては、前記傾斜角は、前記軸線に直交する平面に対して４０度以上７０度未満、好ましくは４０度以上６０度未満、より好ましくは４０度以上５０度未満に設定されることが好ましい。

このようにクーラント液の噴射角度を設定することによって、ツールホルダをスピンドルに装着する間にツールホルダの先端部からテーパシャンク部の元部までを良好に洗浄することができる。又、クーラント液がベアリング軸受の内部まで入り込み潤滑剤を流してしまうことを抑制できる。

［３］本発明のツール洗浄装置においては、前記クーラント液供給システムから供給される前記クーラント液の噴射量は毎分２０リットル以上、かつ洗浄１回当たり１リットル以上であることが好ましい。

クーラント液の噴射量は、毎分２０リットル、洗浄１回当たりの噴射量を１リットル以上とすればツールホルダを良好に洗浄することが可能となる。ここで、洗浄１回当たりの噴射量とは、ツールホルダをスピンドルに装着する１回の移動過程における噴射量である。

［４］本発明のツール洗浄装置においては、前記クーラント液供給システムから供給される前記クーラント液の噴射圧力は、０．１ＭＰ～０．３ＭＰに設定されていることが好ましい。

クーラント液の噴射圧力を０．１ＭＰ～０．３ＭＰに設定することによって、クーラント液を膜状に途切れなく噴射させることが可能となる。このように噴射圧力を設定すれば、ツールホルダを良好に洗浄しつつ、噴射されたクーラント液がツールホルダに当たって飛散しベアリング軸受内に浸透することを防止できる。クーラント液の噴射圧力を０．２ＭＰ～０．２５ＭＰに設定すれば、さらに良好な洗浄効果が得られる。

［５］本発明のツール洗浄装置においては、前記隙間の上流側に、前記クーラント液供給システムのクーラント液供給配管に連通し、前記隙間より幅が広く、かつ容積が大きい環状のクーラント液溜まりがさらに設けられていることが好ましい。

環状の隙間は、クーラント液を噴射させるために幅を狭くしている（例えば、０．１ｍｍ）。従って、クーラント液供給管から直接隙間にクーラント液を供給しようとしても、流路抵抗が大きく供給ロスが発生し、クーラント液供給管から離れた位置でクーラント液の供給量が減少する。そこで、環状のクーラント液溜まりを設けることによって、環状のクーラント液溜まりから環状の隙間の全周にほぼ同じ液量のクーラント液を供給することが可能となる。

［６］本発明のマシニングセンタは、上記ツール洗浄装置と、前記ツール洗浄装置が取り付けられたスピンドルヘッドと、前記ツールを保持するツールマガジンと、前記ツールマガジンと前記スピンドルヘッドとの間でツールを交換するツール交換機構と、前記ツール洗浄装置に前記クーラント液を供給するクーラント液供給システムと、を有することを特徴とする。

本発明のマシニングセンタによれば、前述したツール洗浄装置を備え、スピンドルにツールを装着する際にツールホルダをクーラント液で洗浄する。ツールホルダを良好に洗浄することでスピンドルとツールホルダの間に切粉などの異物が挟まることによるワーク加工時のツールの振れを抑え、高精度な加工を行うことが可能となる。又、スピンドルを回転可能に支持するベアリング軸受内にクーラント液が侵入しにくいので、ベアリング軸受内の潤滑剤を維持できる。

［７］本発明のマシニングセンタにおいては、前記クーラント液供給システムは、前記クーラント液を貯留する貯留槽と、前記貯留槽から前記クーラント液を吸引し送り出すポンプと、前記ポンプから送り出された前記クーラント液に含まれる異物を除去するフィルタと、前記フィルタによって異物が除去された前記クーラント液を切削油として供給する切削油経路及び洗浄液として供給する洗浄液経路とを有することが好ましい。

クーラント液供給システムは、クーラント液をポンプで切削油としての供給と、洗浄液としての供給とを行う。特許文献２に記載の空気圧を利用して洗浄液を噴射する構成に比べクーラント液供給システムやその制御を簡素化することが可能となる。

［８］本発明のマシニングセンタにおいては、前記ポンプは、前記ツール洗浄装置からの前記クーラント液の噴射量が毎分２０リットル以上、かつ噴射圧力が０．１ＭＰ～０．３ＭＰとなるように前記クーラント液を供給するものであることが好ましい。

クーラント液の噴射量及び噴射圧力をこのように設定すれば、クーラント液を膜状に途切れなく噴射させることができる。しかも、ポンプは、安価な低圧ポンプを使用することが可能となる。

実施の形態に係るマシニングセンタ１を上方から見た平面図である。 図１の矢印Ａ方向から見たマシニングセンタ１の正面図である。 図１の矢印Ｂ方向から見たマシニングセンタ１の側面図である。 スピンドルヘッド５の構成を示す部分断面図である。 実施の形態に係るツール洗浄装置２０を示す図である。 クーラント液供給システム６０の構成を示す回路図である。 実施の形態に係るツール洗浄装置２０によるツール洗浄作用を説明する図である。 傾斜角度αと洗浄効果の関係を示す表である。

以下、本発明の実施の形態に係るマシニングセンタ１及びツール洗浄装置２０について、図１～図８を参照しながら説明する。

［マシニングセンタ１の構成］
図１は、実施の形態に係るマシニングセンタ１を上方から見た平面図、図２は、図１の矢印Ａ方向から見たマシニングセンタ１の正面図、図３は図１の矢印Ｂ方向から見たマシニングセンタ１の側面図である。なお、マシニングセンタ１を正面からみて左右方向をＸ軸、紙面の奥行方向をＹ軸、Ｘ－Ｙ平面に対して鉛直方向をＺ軸として説明する。図１に示すように、マシニングセンタ１には、平面視中央部にワークを加工する機械本体２が配置されている。機械本体２は、加工時に発生する切粉が外部に飛散しないように略ボックス型のカバー３で囲まれている。カバー３で囲まれた領域が加工室である。機械本体２のＹ軸右方には、機械本体２の駆動の全体を制御する制御部が格納される制御盤４が配置されている。機械本体２の中心にはスピンドルヘッド５が配置され、スピンドルヘッド５に隣接してツールマガジン６とツール交換機構としてのＡＴＣ（AUTO TOOL CHANGER）機構部７とが配置されている。

図２、図３に示すように、機械本体２は、基台１８の上部に固定されている。スピンドルヘッド５と、スピンドルヘッド５のＸ軸左方に配置されるツールマガジン６の間には、ツール交換機構であるＡＴＣアーム８が配設されている。ツールマガジン６には、外周部にツールホルダ２１（図４参照）に装着された複数のツール２３（図４参照）を１個ずつ保持するツールポッド９が配置されている。ツールマガジン６及びＡＴＣアーム８は、ＡＴＣ機構部７によって駆動される。図示は省略するが、ＡＴＣアーム８は、回転軸を挟んで互いに１８０度離間した位置に位置する端部２か所にツール把持部をそれぞれ有しており、Ｘ－Ｙ平面方向に１８０度ずつ回転可能であり、Ｚ軸方向に昇降可能となっている。

次に、ツール交換の動作を説明する。ＡＴＣアーム８は、一方のツール把持部でツールマガジン６が保持するツール２３が装着されたツールホルダ２１（図４参照）を把持し、同時に他方のツール把持部でスピンドル２２（図４参照）に装着されているツールホルダ２１を把持する。ツールホルダ２１には、加工に用いられたツール２３が装着されている。その状態でＡＴＣアーム８を降下させると、ＡＴＣアーム８はツールマガジン６から次の加工で使用するツール２３が装着されたツールホルダ２１を抜き取ると共にスピンドル２２からツールホルダ２３を抜き取る。そして、ＡＴＣアーム８を１８０度回転し、ＡＴＣアーム８を上昇させると、新たに使用するツール２３が装着されたツールホルダ２１をスピンドル２２に装着し、同時に使用後のツール２３が装着されたツールホルダ２１を明いているツールポッド９に戻す。これが、ツール交換動作の１サイクルであり、ツール交換１サイクルに要する時間は０．８秒であり、このような動作は制御部（図示せず）の動作プログラムによって制御される。本実施の形態においては、ツール洗浄時間は０．１秒に設定されている。

図２、図３に示すように、基台１８の上部にはワーク（被加工物）を着脱可能に保持するテーブル１１が配置されている。テーブル１１は、図示しないＸ軸駆動機構及びＹ軸駆動機構によってＸ軸方向、Ｙ軸方向に移動可能である。Ｘ軸駆動機構及びＹ軸駆動機構それぞれは、テレスコピックカバー１２，１３によって覆われている。テレスコピックカバー１２，１３は、後述するクーラント液Ｌの飛沫や切粉などがＸ軸駆動機構部及びＹ軸駆動機構部に落下したり付着したりすることを防止する。クーラント液としては、洗浄性、冷却性及び潤滑性が高く、粘性が低い切削油剤であれば特に限定されない。

ＡＴＣ機構部７は、ツールマガジン６及びＡＴＣアーム８を駆動するカム機構１４とサーボモータ１５を備え、カム機構１４によってツールマガジン６とＡＴＣアーム８とを連動する。スピンドルヘッド５は、スピンドル２２（図４参照）を回転するスピンドルモータ１６と、スピンドル２２をＺ軸方向に昇降させるスピンドル昇降機構部１７とを有している。スピンドルヘッド５のツール装着側先端には、ツール洗浄装置２０（図４参照）が配設されている。

［スピンドルヘッド５の構成］
図４は、スピンドルヘッド５の構成を示す部分断面図であり、スピンドルヘッド５の先端部を表している。図４は、ツールホルダ２１がスピンドル２２に装着された状態を表している。ツールホルダ２１は、ツール２３が装着された状態でスピンドル２２に装着される。スピンドル２２は、スピンドルケース（ハウジング）２４にアンギュラ玉軸受２５によって回転可能に軸支されている。スピンドル２２の回転中心を軸心Ｐと表す。ツールホルダ２１は、フランジ部２６とテーパシャンク部２７と、プルスタット部２８で構成されている。スピンドル２２は、テーパシャンク部２７を挿嵌可能なテーパ孔２９を有している。スピンドル２２にツールホルダ２１を装着する際に、テーパシャンク部２７とテーパ孔２９は密接する。

スピンドル２２は、内部にツールホルダ２１を保持するコレットチャック３０と、コレットチャック３０を開閉するドローバー３１とを有している。コレットチャック３０は、ドローバー３１を矢印Ａ方向に移動させることによってツールホルダ２１のプルスタッド部２８を掴んでツールホルダ２１を矢印Ａ方向に移動し、テーパ孔２９にテーパシャンク部２７を密接させる。又、コレットチャック３０は、ドローバー３１を矢印Ｂ方向に移動させることによってプルスタッド部２８を解放する。すなわち、ツールホルダ２１をスピンドル２２から抜き取ることが可能な状態にする。コレットチャック３０及びドローバー３１の作用は周知であるため詳しい説明を省略する。

アンギュラ玉軸受２５のツール２３配置方向端面には、第１ラビリンスシール３２が配置されている。第１ラビリンスシール３２は、圧入リング３３とアンギュラ玉軸受２５の外輪２５Ａによって挟持される。圧入リング３３は、ベアリング押えリング３４によって軸方向が支持される。第１ラビリンスシール３２は、スピンドル２２の回転によってシール効果を高めアンギュラ玉軸受２５内を気密状態に維持する。ベアリング押えリング３４のツール２３側には、第２ラビリンスシール３５が配置されている。第２ラビリンスシール３５は、アンギュラ玉軸受２５に至る隙間のシール効果を高める機能を有する。

ツールホルダ固定コマ３６は、内周側に２つの突起部３７を有する。この突起部３７は、いわゆるキー固定機構のキーに相当する。ツールホルダ２１のフランジ部２６には、突起部３７が挿入可能な溝３８が設けられており、溝３８はキー溝に相当する。ツールホルダ固定コマ３６によって、ツールホルダ２１は、スピンドル２２と一体となって回転し、ツール２３によってワークを加工することが可能となっている。

スピンドルケース２４のツール２３側の端面には、ツール洗浄装置２０がボルト４０によって固定されている。ボルト４０は、環状に３本等間隔に配置される。ボルト４０は、外側リング４１及び内側リング４２を貫通してスピンドルケース２４に螺合する。ツール洗浄装置２０は、外側リング４１と、外側リング４１に設けられる環状の凹部４９内に配置される内側リング４２とを有している。凹部４９の外側内径と内側リング４２の外径との差によって環状の隙間４３が形成される。隙間４３は、後述するクーラント液Ｌの流路となる。隙間４３は、３６０度全周にわたって形成される。隙間４３のツール２３側には、ノズルキャップ４４が配置されている。ツール洗浄装置２０の詳細については、図５を参照して説明する。

［ツール洗浄装置２０の構成］
図５は、ツール洗浄装置２０を示す図であり、図５（ａ）は、図４に示すスピンドルケース２４側から見た平面図、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＡ－Ａ切断線で切断した断面図、図５（ｃ）は、図５（ｂ）において点線の円Ｅで囲んだ領域を拡大して示す部分断面図、図５（ｄ）は、図５（ａ）のＢ－Ｂ切断線で切断した断面図である。

ツール洗浄装置２０には、クーラント液Ｌを隙間４３（図５（ｃ）参照）に注入するためのクーラント液供給配管４７，４８がそれぞれ管継手５６，５７を介して接続されている。本実施の形態の例では、管継手５６，５７は平面方向に６０度離間し、外側リング４１との接続部は外側リング４１の中心に向かって接続されている。なお、管継手５６，５７は、１８０度離間させ対向するように配置してもよく、どちらか一方のみにしてもよく、３個に増やしてもよい。クーラント液供給配管４７，４８及び管継手５６，５７の外側リング４１との接続構造は、図５（ｄ）を参照して後述する。

図５（ｂ）、（ｃ）に示すように、外側リング４１には、環状に形成される凹部４９内に内側リング４２が配置されている。凹部４９の外側内径と内側リング４２の外径との差によって環状の隙間４３が形成される。隙間４３の幅は、例えば０．１ｍｍである。内側リング４２と外側リング４１の間には、隙間４３より幅が広く隙間４３よりも容積が大きい環状のクーラント液溜まり５０が形成されている。クーラント液溜まり５０は、隙間４３に３６０度全周が連通している。ノズルキャップ４４は、止めネジ５１によって隙間４３を維持しつつ外側リング４１に４か所で固定される。

隙間４３は、クーラント液Ｌの環状の噴射口部５２に連通している。噴射口部５２は、ノズルキャップ４４の内周面となる斜面５３と内側リング４２の斜面５４とで構成される隙間によって形成される。斜面５３は、クーラント液Ｌの噴射方向（噴射角度）を規定する。斜面５３は、スピンドル２２の軸心Ｐ（図４参照）に向かっており、クーラント液を軸心Ｐの３６０度全周にわたって膜状に途切れなく噴射させる。斜面５４は、斜面５３に対して平行であり、斜面長さは斜面５３よりも短い。これは、隙間４３から噴射されるクーラント液が、急激な流路断面積の変化によって飛散することを抑制するためである。

図５（ｄ）は、クーラント液供給配管４７をツール洗浄装置２０に接続する構造を拡大して示している。管継手５６は外側リング４１に圧入されており、クーラント液供給配管４７は脱着可能に管継手５６挿着される。クーラント液供給配管４７から送られるクーラント液Ｌは、クーラント液供給口部５５に流入する。従って、クーラント液供給配管４７からクーラント液Ｌを供給すると、クーラント液溜まり５０とクーラント液供給口部５５はクーラント液Ｌで充填される。クーラント液供給口部５５を設けることによって、クーラント液Ｌをクーラント液溜まり５０を介して幅が狭い隙間４３に全周にわたって一定の液量で供給することが可能となる。管継手５７は管継手５６に対して湾曲した形状となっているが、外側リング４１との接続構造はクーラント液供給配管４７及び管継手５６との接続構造と同様な構造なので、図示及び説明を省略する。ツール洗浄装置２０による洗浄作用については、図７を参照して後述する。

［クーラント液供給システム６０の構成］
図６は、クーラント液供給システム６０の構成を示す回路図である。クーラント液供給システム６０は、クーラント液Ｌを貯留する貯留槽６１と、貯留槽６１に貯留されたクーラント液Ｌを吸引し送り出すポンプ６２と、ポンプ６２から送られるクーラント液Ｌを浄化するサイクロンフィルタ６３を有する。サイクロンフィルタ６３で浄化されたクーラント液Ｌは、切削油経路６４と洗浄液経路６５とに分岐され、それぞれワーク加工部（不図示）とツール洗浄装置２０に送られる。ポンプ６２とサイクロンフィルタ６３の間には、開閉バルブ６６と圧力計６７とが備えられている。圧力計６７は、ポンプ６２によるクーラント液Ｌの供給圧力を検知する。

サイクロンフィルタ６３は、貯留槽６１から送られるクーラント液Ｌに含まれる切粉などの異物を除去し、浄化されたクーラント液Ｌだけをポンプ６１の圧力によって切削油経路６４と洗浄液経路６５とに送る。サイクロンフィルタ６３によって除去される異物を含むクーラント液Ｌは、貯留槽６１に排出される。切削油経路６４は開閉バルブ６８を備える。洗浄液経路６５は、フィルタ６９と開閉バルブ７０を備える。切削油経路６４と洗浄液経路６５の分岐部付近にチェック弁７１を備えるようにしてもよい。フィルタ６９は、サイクロンフィルタ６３で異物を除去されたクーラント液Ｌをさらに浄化し、洗浄液として使用可能にする。なお、洗浄液経路６５において、クーラント液Ｌはクーラント液供給配管４７，４８からツール洗浄装置２０に供給される。

開閉バルブ６８，７０は、共に電磁バルブなどであり、不図示の制御部によって開閉が制御される。ワーク加工時においては、開閉バルブ７０を閉鎖し、開閉バルブ６８を解放する。一方、ツール交換時においては、開閉バルブ６８を閉鎖し、開閉バルブ７０を解放する。切削油及び洗浄液として使用されたクーラント液Ｌは、クーラント液排出管７２から大きな異物を除去する金網７３を介して貯留槽６１に戻される。

［ツール洗浄作用］
図７は、ツール洗浄装置２０によるツール洗浄作用を説明する図である。なお、ツール洗浄装置２０の構成の詳しい説明は省略する。クーラント液Ｌは、クーラント液溜まり５０、隙間４３を通ってノズルキャップ４４の斜面５３に当たって斜面５３の傾斜角の延長線上（図示、実線の矢印方向）に噴射される。図７において斜面５３の傾斜角をαで表す。傾斜角αは、軸心Ｐに直交する平面に対する傾斜角度である。すなわち、クーラント液Ｌは、噴射口部５２から傾斜角αで、軸心Ｐを回転中心とする円錐形の途切れることがない膜状となってツールホルダ２１に当たり、ツールホルダ２１を洗浄する。膜状に噴射されたクーラント液Ｌの内側は空間Ｓであり、この空間Ｓ内へのクーラント液Ｌの飛散は少ない。又、この膜状に噴射されるクーラント液Ｌの厚さ（幅）は、隙間４３の幅とほぼ同じとなる。

図７は、ＡＴＣアーム８（図３参照）によってツールホルダ２１をスピンドル２２の軸心Ｐの延長線上に移動した後、スピンドル２２に向かって移動する途中を表している。ツールホルダ２１には、選択されたツール２３が装着されている。ツールホルダ―２１をスピンドル２２に向かって移動（太い矢印で示す）させると、まず、プルスタッド部２８の頂面２８Ａにクーラント液Ｌが当たる。さらに、ツールホルダ２１を図示二点鎖線で示す位置に上昇させると、クーラント液Ｌはテーパシャンク部２７に当たる。クーラント液Ｌは、テーパシャンク部２７の外周の３６０度全体にわたって膜状に噴射されている。このようにして、ツールホルダ２１はスピンドル２２のテーパ孔２９にテーパシャンク部２７が密接装着されるまでに、頂面２８Ａからテーパシャンク部２７の元部まで洗浄することができる。なお、クーラント液Ｌは、テーパシャンク部２７に当たると図示点線方向に反射する（Ｌ１で表す）。図７に図示する例においては、傾斜角αは４５度の場合であり、テーパシャンク部２７で反射したクーラント液Ｌ１は、スピンドル２２から離れる方向に進む。

ここで、クーラント液供給システムの運転条件について説明する。クーラント液Ｌのツール洗浄装置２０からの噴射量は、毎分２０リットル以上あればよく、液量を管理するうえでは毎分２０リットル～６０リットルとすることが好ましい。又、ツール洗浄装置２０から噴射するクーラント液Ｌの噴射圧力は、０．１ＭＰ～０．３ＭＰ、好ましくは０．２ＭＰ～０．２５ＭＰとする。クーラント液Ｌの供給量及び噴射圧力を上記のように設定すれば、ツール洗浄装置２０において、噴射口部５２から３６０度全周にわたってクーラント液Ｌを膜状に噴射でき、ツールホルダ２１を良好に洗浄することが可能となる。クーラント液Ｌの噴射量及び噴射圧力はポンプ６２の能力によるものであるが、上記条件を満たすには、いわゆる低圧ポンプでよく、高圧ポンプ或いは中圧ポンプよりも安価なものを使用できる。

ツールホルダ２１の洗浄効果は、上記の噴射量および噴射圧力の他にクーラント液Ｌの噴射角度（斜面５３傾斜角α）に左右される。そこで、傾斜角αと洗浄効果の関係を図８に示す。

図８は、傾斜角αと洗浄効果の関係を示す表である。なお、試験条件を、クーラント液Ｌの噴射量を０．１秒で１リットルとし、噴射圧力を０．２ＭＰ～０．２５ＭＰ、隙間４３の幅を０．１ｍｍとした。本実施の形態の例においては、ツール交換１サイクルに要する時間が０．８秒である。ツールホルダ２１をスピンドル２２に向かって上昇させる時間（挿し込む時間）が０．１秒であり、クーラント液Ｌの噴射時間である。評価対象位置としては、プルスタッド部２８の頂面２８Ａ、テーパシャンク部２７及びテーパシャンク部２７の下部（ツールホルダ２２のフランジ部２６のツールホルダ固定コマ３６と対向する面を指す）である。さらに、クーラント液Ｌがスピンドル２２側への飛散の有無を確認した。

図８に示した評価は、同じ条件で１０回試験したものであって、◎は異物の付着なし、○は微粉の付着があるが影響がない程度、△は複数個の微粉の付着があり好ましくないことを表している。ここで見られた微粉は、必ずしも、使用不可能なレベルではない。表から分かるように、４０度以上７０度未満であれば実用上採用可能であり、好ましくは４０度以上６０度未満、より好ましくは４０度以上５０度未満である。傾斜角αが小さくなると軸心Ｐに直交する面に微粉が残り易くなる傾向があり、テーパシャンク部２７に当たったクーラント液Ｌが反射し、スピンドル２２側に飛散する量が増加する傾向がある。傾斜角αが３０度以下では、斜面５３にクーラント液Ｌが当たってスピンドル２２に向かって飛散する量が増加する。さらに、斜面５３に当たったクーラント液Ｌがツールホルダ固定コマ３６に当たってしまうことがあり、設計上の制約が増えてしまうことが考えられる。ツール交換時にはスピンドル２２が停止しているので、第１ラビリンスシール３２及び第２ラビリンスシール３５のシール効果が小さくなっている。従って、クーラント液Ｌのスピンドル２２側への飛散を抑えることが好ましい。

傾斜角αが６０度以上７０度未満においては、ツールホルダ２１の洗浄効果はあるが、プルスタッド部２８の頂面２８Ａを洗浄するには、ツールホルダ２１の軸心Ｐ方向のストロークを大きくしなければならないという制約がある。傾斜角αを７０度以上にすると、テーパシャンク部２７に交差する角度が小さく（平行に近づく）ので洗浄効果が低下する。

以上説明したツール洗浄装置２０は、ツール２３をツール交換機構であるＡＴＣ機構７によって交換する際に、ツール２３を装着したツールホルダ２１がスピンドル２２に形成されたテーパ孔２９に向かって移動中に、クーラント液Ｌをツールホルダ２１に噴射してツールホルダ２１を洗浄するツール洗浄装置２０である。ツール洗浄装置２０は、スピンドル２２を回転可能に保持するベアリング軸受であるアンギュラ玉軸受２５を備えるスピンドルケース２４のツールホルダ装着側端面に固定される外側リング４１と、外側リング４１に設けられた環状の凹部４９の内部に配置される内側リング４２と、内側リング４２及びを外側リング４１の端面に配置される環状のノズルキャップ４４とを有している。凹部４９の外側内径と内側リング４２の外径との差によって環状の隙間４３が形成される。隙間４３は、クーラント液供給システム２０のクーラント液供給配管４７，４８に接続されている。ノズルキャップ４４の内周には、隙間４３から噴射されるクーラント液Ｌをスピンドル２２の軸線Ｐに向かって膜状に噴射する斜面５３を有する。ツールホルダ２１がスピンドル２２に向かって軸線Ｐ上を移動中に、斜面５３は、クーラント液Ｌをツールホルダ２１のスピンドル２２側の先端部（プルスタッド部２８の頂面２８Ａ）からテーパシャンク部２７の元部まで噴射させるように傾斜角αが設定されている。

本発明のツール洗浄装置２０によれば、ツールホルダ２１のスピンドル２２へ装着時における移動途中に、スピンドル２２の軸線Ｐ（ツール装着時のツールホルダ２１の軸線と同じ）に向かってクーラント液Ｌをツールホルダ２１の３６０度全周に膜状に途切れなく噴射させる。このようにすれば、ツールホルダ２１の先端部からテーパシャンク部２７の元部までを良好に洗浄することが可能となる。この膜状に噴射されるクーラント液の内側は空間Ｓとなっておりクーラント液Ｌの飛散は少ない。さらに、クーラント液Ｌの噴射角を適切に設定することによって、洗浄力を維持しつつ噴射されたクーラント液Ｌがテーパシャンク部２７に当たって飛散しアンギュラ玉軸２５内に入り込むことを抑制でき、クーラント液Ｌがアンギュラ玉軸受２５に飛散し内部に浸透することを抑制できるから、アンギュラ玉軸受２５内の潤滑剤を維持することが可能となる。なお、本実施の形態では、ツール交換機構としてＡＴＣアーム８を使用する例をあげ説明したが、ＡＴＣアームを介さずにスピンドルがツールマガジンから直接ツールホルダを装着する構成のマシニングセンタにもツール洗浄装置２０の技術思想を踏襲することが可能である。

又、ツール洗浄装置２０において、傾斜角αは、軸線Ｐに直交する平面に対して４０度以上７０度未満、好ましくは４０度以上６０度未満、より好ましくは４０度以上５０度未満に設定される。このようにクーラント液Ｌの噴射角度を設定することによって、ツールホルダ２１をスピンドル２２に装着する間にツールホルダ２１の先端部（プルスタッド部２８の頂面２８Ａ）からテーパシャンク部２７の元部までを良好に洗浄することができる。又、クーラント液Ｌがアンギュラ玉軸受２５の内部まで浸透し潤滑剤を流してしまうことを抑制できる。

又、ツール洗浄装置２０では、クーラント液供給システム６０から供給されるクーラント液Ｌの噴射量は毎分２０リットル以上、かつ洗浄１回当たり１リットル以上としている。このようにすればツールホルダ２２を良好に洗浄することが可能となる。

又、ツール洗浄装置２０では、クーラント液供給システム２０から供給されるクーラント液Ｌの噴射圧力は、０．１ＭＰ～０．３ＭＰに設定される。このように噴射圧力を設定すれば、クーラント液Ｌを膜状に途切れなく噴射させることが可能となり、ツールホルダ２１を良好に洗浄しつつ、噴射されたクーラント液Ｌがツールホルダ２１に当たって飛散しアンギュラ玉軸受内に浸透することを防止できる。クーラント液Ｌの噴射圧力を０．２ＭＰ～０．２５ＭＰに設定すれば、さらに良好な洗浄効果が得られる。

又、ツール洗浄装置２０は、隙間４３の上流側にクーラント液供給システム２０のクーラント液供給配管４７，４８に連通し、隙間４３より幅が広く、かつ容積が大きい環状のクーラント液溜まり５０がさらに設けられている。環状の隙間４３は、クーラント液Ｌを噴射させるために幅を狭くしている。従って、クーラント液供給管４７，４８から直接隙間４３にクーラント液Ｌを供給しようとしても流路抵抗が大きく供給ロスが発生し、クーラント液供給管から離れた位置でクーラント液の供給量が減少する。そこで、環状のクーラント液溜まり５０を設けることによって、環状のクーラント液溜まり５０から環状の隙間４３の全周にほぼ同じ圧力、液量のクーラント液Ｌを供給することが可能となる。

以上説明したマシニングセンタ１は、ツール洗浄装置２０が取り付けられたスピンドルヘッド５と、ツール２３を保持するツールマガジン６と、ツールマガジン６とスピンドルヘッド５との間でツール２３を交換するツール交換機構であるＡＴＣアーム８と、ツール洗浄装置２０にクーラント液Ｌを供給するクーラント液供給システム２０と、を有している。

マシニングセンタ１はツール洗浄装置２０を備え、スピンドル２２にツール２３を装着する際にツールホルダ２１をクーラント液Ｌで洗浄する。ツールホルダ２１を良好に洗浄することでスピンドル２２とツールホルダ２１の間に切粉などの異物が挟まることによるワーク加工時のツール２３の振れを抑え、高精度な加工を行うことが可能となる。又、スピンドル２２を回転可能に支持するアンギュラ玉軸受２５内にクーラント液Ｌが浸透しにくいので、アンギュラ玉軸受内の潤滑剤を維持できる。

又、クーラント液供給システム２０は、クーラント液Ｌを貯留する貯留槽６１と、貯留槽６１からクーラント液Ｌを吸引し送り出すポンプ６２と、ポンプ６２から送り出されたクーラント液Ｌに含まれる異物を除去するフィルタ６９と、フィルタ６９によって異物が除去されたクーラント液Ｌを切削油として供給する切削油経路６４及び洗浄液として供給する洗浄液経路６５と、を有している。クーラント液供給システム２０は、クーラント液Ｌをポンプ６２で切削油としての供給と洗浄液としての供給とを行うため、特許文献２に記載の空気圧を利用して洗浄液を噴射する構成に比べクーラント液供給システム６０やその制御を簡素化することが可能となる。

マシニングセンタ１において、ポンプ６２は、ツール洗浄装置２０からのクーラント液Ｌの噴射量が毎分２０リットル以上、かつ噴射圧力が０．１ＭＰ～０．３ＭＰとなるようにクーラント液Ｌを供給するものである。クーラント液Ｌの噴射量及び噴射圧力をこのように設定すれば、クーラント液Ｌを膜状に途切れなく噴射させることができる。しかも、ポンプ６２は、安価な低圧ポンプを使用することが可能となる。

なお、従来技術の１例として、クーラント液に気体流を混合させてノズルから高圧で噴射するツール洗浄装置がある。このツール洗浄装置は高い洗浄能力を有しているが、クーラント液と気体流を混合した洗浄液は、噴射後に拡散しやすくベアリング軸受に入り込みやすいという課題がある。また、噴射圧力を高くするために高価な中圧ポンプ或いは高圧ポンプを使用しなければならないという課題があった。本実施の形態に係るツール洗浄装置２０は、ツールホルダ２１を良好に洗浄することが可能であり、クーラント液Ｌの飛散を抑えベアリング軸受（アンギュラ玉軸受２５）内の潤滑剤を維持することが可能であり、安価な低圧ポンプ６２を使用できるという効果がある。

１…マシニングセンタ、５…スピンドルヘッド、６…ツールマガジン、７…ＡＴＣ機構（ツール交換機構）８…ＡＴＣアーム、２０…ツール洗浄装置、２１…ツールホルダ、２２…スピンドル、２３…ツール、２４…スピンドルケース、２５…アンギュラ玉軸受（ベアリング軸受）、２７…テーパシャンク部、２９…テーパ孔、４１…外側リング、４２…内側リング、４３…隙間、４４…ノズルキャップ、４７，４８…クーラント液供給配管、４９…凹部、５０…クーラント液溜まり、５３…斜面、６０…クーラント液供給システム、６１…貯留槽、６２…ポンプ、６３…サイクロンフィルタ（フィルタ）、６４…切削油経路、６５…洗浄液経路、Ｐ…軸線、Ｌ…クーラント液、α…傾斜角

Claims (8)

1. ツールをツール交換機構によって交換する際に、前記ツールを装着したツールホルダがスピンドルに形成されたテーパ孔に向かって移動中に、クーラント液を前記ツールホルダに噴射して前記ツールホルダを洗浄するツール洗浄装置であって、
   前記スピンドルを回転可能に保持するベアリング軸受を備えるスピンドルケースの前記ツールホルダ装着側端面に固定され、前記スピンドルからみて前記ツールホルダが配置される側に向かって開口するようにして環状の凹部が設けられている外側リングと、
   前記外側リングに設けられた前記凹部の内部に配置される内側リングと、
   前記外側リングの外縁の端面に配置される環状のノズルキャップと、
   を有し、
   前記凹部の外側内径と前記内側リングの外径との差によって環状の隙間が形成され、前記隙間はクーラント液供給システムのクーラント液供給配管に接続されており、
   前記ノズルキャップの内周には、前記隙間から噴射される前記クーラント液を前記スピンドルの軸線に向かって膜状に噴射する斜面を有し、
   前記斜面は、前記ツールホルダが前記スピンドルに向かって前記軸線上を移動中に前記クーラント液を前記ツールホルダの前記スピンドル側の先端部からテーパシャンク部の元部まで噴射させるように傾斜角が設定されており、
   前記内側リング、前記外側リングの凹部の外側内壁及び前記ノズルキャップの内周面に囲まれた空間を前記クーラント液の「閉鎖的な流路」と定義したときに、前記ノズルキャップの前記斜面の終端部の位置は、前記内側リングにおける前記閉鎖的な流路を構成する面の端部の位置よりも、前記軸線寄りに配置されている、
   ことを特徴とするツール洗浄装置。
2. 請求項１に記載のツール洗浄装置において、
   前記傾斜角は、前記軸線に直交する平面に対して４０度以上７０度未満、好ましくは４０度以上６０度未満、より好ましくは４０度以上５０度未満に設定される、
   ことを特徴とするツール洗浄装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載のツール洗浄装置において、
   前記クーラント液供給システムから供給される前記クーラント液の噴射量は毎分２０リットル以上、かつ洗浄１回当たり１リットル以上である、
   ことを特徴とするツール洗浄装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のツール洗浄装置において、
   前記クーラント液供給システムから供給される前記クーラント液の噴射圧力は、０．１ＭＰ～０．３ＭＰに設定されている、
   ことを特徴とするツール洗浄装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のツール洗浄装置において、
   前記隙間の上流側に、前記クーラント液供給配管に連通し、前記隙間より幅が広く、かつ容積が大きい環状のクーラント液溜まりがさらに設けられている、
   ことを特徴とするツール洗浄装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載のツール洗浄装置と、
   前記ツール洗浄装置が取り付けられたスピンドルヘッドと、
   前記ツールを保持するツールマガジンと、
   前記ツールマガジンと前記スピンドルヘッドとの間でツールを交換するツール交換機構と、
   前記ツール洗浄装置に前記クーラント液を供給するクーラント液供給システムと、
   を有する、
   ことを特徴とするマシニングセンタ。
7. 請求項６に記載のマシニングセンタにおいて、
   前記クーラント液供給システムは、
   前記クーラント液を貯留する貯留槽と、
   前記貯留槽から前記クーラント液を吸引し送り出すポンプと、
   送り出された前記クーラント液に含まれる異物を除去するフィルタと、
   前記フィルタによって異物が除去された前記クーラント液を切削油として供給する切削油経路及び洗浄液として供給する洗浄液経路と、
   を有する、
   ことを特徴とするマシニングセンタ。
8. 請求項６または請求項７に記載のマシニングセンタにおいて、
   前記ポンプは、前記ツール洗浄装置からの前記クーラント液の噴射量が毎分２０リットル以上、かつ噴射圧力が０．１ＭＰ～０．３ＭＰとなるように前記クーラント液を供給するものである、
   ことを特徴とするマシニングセンタ。

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