JP2001198769A - 切削機械及び研削機械におけるクーラント液の供給方法と装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 旋盤におけるクーラント液を含気泡乱流膜と
してチャック表面と刃物から、刃物と接触する工作物表
面の加工部位に供給することである。 【解決手段】 略矩形状断面を有する放出口を有し内壁
に乱流を与えるための絞り曲面を設けるとともに、放出
口の断面と交差して外部に突出する剛性又は弾性材料か
らなる舌片（５９）を遊合・装着したことにより、絞り
曲面以前の入口部に受け入れたクーラント液が舌片を通
過する際に巻き込んだ気泡を含む微粒状乱流の集まりと
して放出されるようにしたノズル（５３）を、旋盤の工
作物用チャツク（５５）の上方に位置させるとともに、
放出口の横断面が旋盤の主軸線を含む面と実質的に直交
し活工作物（５６）の突出方向に偏った斜め下方を向く
ように配置し、これにより放出されたクーラント液をチ
ャックの周面上部から軸方向に、加工箇所まで延びる領
域に当てて、チャック及び工作部周面を包囲するクーラ
ント液の含気泡乱流膜を形成するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、切削機械及び研削機
械、特に旋盤におけるクーラント液の供給方法と装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】機械加工において、加工時間を短縮し、
加工歪みを極少にするために大きな要素となるのは切削
刃又は研削工具と工作物との接触潤滑性と、摩擦熱の放
熱・冷却性を高めることである。すなわち、切削状態は
わずかな表層弱化を与えることにより改善されるという
観点から、切削の主せん断域に全方向からクーラント液
を侵入させ、発生した微視的き裂や空隙に吸着させれ
ば、表面エネルギーを低下させて再接着を妨げることに
なる。このようなせん断域の脆性効果は、せん断角の増
大、及び切り屑厚さの薄小化と切削力の減少に大きな効
果を発揮する。一方、工具は工作物表面に塑性変形とせ
ん断の場を繰り返し過渡的に形成していくものであるか
ら、その工具が接触する塑性変形とせん断の過渡的な場
ごとに効果的に冷却、潤滑を行うことはきわめて重要で
ある。

【０００３】しかしながら従来の工作機械において、そ
のような過渡的な場（工具接触箇所）にノズルから直接
供給されるクーラント液は、工具又は工作物の回転によ
り跳ね飛ばされ、工具と工作物表面を皮相的に掠るだけ
であるから効果的な冷却、潤滑に寄与しているとはいえ
ないものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】その結果、発明者は、
気泡を含むクーラント液の微粒化乱流をほぼ矩形断面に
おいて放出口から噴射し、旋盤の加工箇所に連なった回
転周面の上部から軸方向に、少くとも前記加工箇所まで
延びる領域に当てることにより、その乱流の膜が回転周
面及び刃物を這うようにして工具／工作物接触箇所に向
かうことを発見した。

【０００５】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明によれ
ば、略矩形状断面を有する放出口を有し前記放出口まで
の内壁に乱流を与えるための絞り曲面を設けるととも
に、前記放出口の断面と交差して外部に突出する剛性又
は弾性材料からなる舌片を遊合・装着したことにより、
前記絞り曲面以前の入口部に受け入れたクーラント液が
前記舌片を通過する際に巻き込んだ気泡を含む微粒状乱
流の集まりとして前記放出口から放出されるようにした
ノズルを、旋盤の工作物用チャックの上方に位置させる
とともに、前記略矩形状断面の放出口の横断面が前記旋
盤の主軸線を含む面と実質的に直交し且つ工作物突出方
向に偏った斜め下方を向くように配置し、これにより前
記ノズルから放出されたクーラント液を前記チャックの
周面上部から軸方向に、少くとも加工箇所まで延びる領
域に当てて、そのチャック及び工作物周面を包囲するク
ーラント液の含気泡乱流膜を形成するとともに、この含
気泡乱流膜の少なくとも一部をチャック表面及び刃物か
ら工作物の表面を伝って刃物と接触する加工箇所に供給
し、且つ切り屑及び摩擦熱とともにクーラント液回収経
路に向かって流出させるようにした旋盤用クーラント液
の供給方法を構成したものである。

【０００６】本発明の別の局面は、連続的に気泡を含ま
せたクーラント液を、旋盤における加工箇所に供給し、
気泡がその加工箇所に衝突・破裂する際の全方向への飛
散と、加速された飛沫の刃物／加工物圧接面への侵入と
を促進させることにより、前記加工箇所の冷却性と潤滑
性を高めるとともに、加工箇所に達しないか又は到達し
ても同箇所を通過して回収流路系に至ったクーラント液
中の気泡を同液中の懸濁異物に付着させることにより、
それらの異物の浮上を促進するようにしたクーラント液
供給方法を構成したことである。

【０００７】上記の旋盤用クーラント液の供給方法に用
いるべく発明されたクーラント液供給ノズルの構成は、
略矩形状断面を有する放出口を有し、前記放出口の断面
と交差して外部に突出する剛性又は弾性材料からなる舌
片を前記放出口内に遊合・装着した少なくとも一つのノ
ズル部と、前記少なくとも一つのノズル部に連通した供
給室と、この供給室へのクーラント液受入口を有する本
体部とからなり、前記受入口から前記放出口までの供給
室及びノズル部の内壁に乱流を与えるための絞り曲面を
設けたことにより、前記受入口から受け入れたクーラン
ト液が前記舌片を通過する際に巻き込んだ気泡を含む微
粒状乱流の集まりとして前記放出口から放出されるよう
にし、このクーラント液の放出流を工作物と刃物が接触
する加工箇所に連続した回転周面及び刃物に当てて含気
泡乱流膜を形成するとともに、この含気泡乱流膜の少な
くとも一部を回転周面及び刃物を伝わせて前記加工箇所
に供給できるようにしたことを特徴とするものである。

【０００８】

【発明の実施の形態】図１は本発明のクーラント液供給
のための構成原理を示す側面略図である。図１の旋盤に
おいてクーラント液ノズル５３は矩形断面を有する下端
ノズル口から乱流及び気泡を含んだクーラント液を噴射
して旋盤の工作物把持チャック５５の周面上部から軸方
向に工作物５６及び少くともバイト５７の領域までに噴
射する方式である。チャック５５と工作物５６の周面及
びバイト５７に当たったクーラント液はその乱流及び気
泡の存在により撥ね飛ばされることなく、回転周面に張
りつく形で流動膜を作り、バイト５７と工作物５６との
接触箇所に潤沢に供給される。したがって、この方式に
おいては、接触箇所潤滑及び冷却効果が発揮される。ま
た、この方式で切削を進めていけば、バイト５７の位置
はチャック５５に接近し、ノズル５３からのクーラント
液噴射流はバイト５７上方の刃物台にも当たり、クーラ
ント液は前記接触箇所にいっそうよく供給されることに
なる。

【０００９】図２〜図４はノズル５３の実施例の構造を
示すものであり、図１に示したノズル５３の形状は図２
の右側における第１のノズル部５３ａとノズル本体５３
ｂとの関係を示したものである。この第１のノズル部５
３ａと第２のノズル部５４ｃは共にその下端隅部に出口
断面Ｈ（図３）が略矩形状のノズル開口５８を有し、こ
こから図１〜３（ａ）における下方に向かってクーラン
ト液を噴射するものである。５９はそのクーラント液噴
射時において振動し、もしくは流路抵抗となることによ
り噴射クーラント液中に気泡を含ませるために、ノズル
開口５８中に挿入された実質的剛性又は弾性を有する金
属製の振動板又は舌片である。この振動板５９は図３に
示すように、上端側面領域６０のみがノズル開口５８の
壁面に固着され、周囲にクーラント液が流れるのを許容
するものである。ノズル開口５８の外側から見た横断面
は前述した通り矩形状であって、その内側はクーラント
液の入口室となっており、この入口室は第１のノズル部
５３ａと一体化された本体部５３ｂのクーラント液受入
口６１と連通している。受入口６１への連通口部６２は
入口室及び受入口６１の主要部断面積より小さく絞られ
た乱流形成部となっており、受入口６１に流入したクー
ラント液はこの乱流形成部を通過することにより微粒状
乱流の集まりとして入口室からノズル開口５８内に流入
する。乱流形成部６２は図１５（ｂ）に示す通り、全周
的にも絞り形状を有するものであり、受入口６１に流入
したクーラント液はまず本体部の背面突起６３に当たっ
て乱流を生じ、さらに絞り部６２において絞られること
により前述したような微粒状乱流の集まりとしてノズル
開口５８より放出されることになる。

【００１０】図２及び図４に示す通り、第２のノズル部
５３ｃは本体部５３ｂに対し角度調整自在となってお
り、両ノズルの振動板５９を含む面の相互角度を変え、
機械の定位置に置かれたノズル５３の下方に位置するチ
ャック周面に対してそれぞれ直角にクーラント液を噴射
する等の調整が行えるようになっている。

【００１１】図５〜図７はこの２個のノズル構成を用い
た三つの設備実施例を示すものであり、いずれも、２個
の刃物台１１３ａ、１１３ｂに対して２個のノズル５３
を配置し、さらにこれらの刃物台１１３ａ、１１３ｂに
対しても直接クーラント液を供給する流路が存在し、こ
れらに対する流量調整弁１１４ａ、１１４′ａ及び１１
４ｂを有する。ここに、１０８’は主軸であり、刃物台
１１３ａ、１１３ｂに対応する工作物用のチャック５５
を支持している。また、２０１は分離回収タンク、２１
０はメインタンク、２１２（図６）は予備タンクであ
り、Ｐ₁ 、Ｐ₂ は台１及び台２のクーラント液ポンプで
ある。図６の実施例は、分離回収タンク２０１をメイン
タンク２１０内に内蔵し、図７の実施例は流量調整弁を
省略した方式であること以外、図５と同様のノズル流路
及び刃物台供給流路を有する。

【００１２】

【発明の効果】本発明は、以上述べた通りの構成におい
て、潤滑性と冷却性に優れたクーラント液の気泡混入法
と切削部への潤沢なクーラント液供給を行うノズル供給
方式を提供し、加工速度は１．５〜３倍程度まで高める
ことができるため、これに伴う経済的効果は極めて大き
くなる。また、切削油コストの低下及びタンク洗浄コス
トの大幅な低下も見込めるため、能率向上、環境汚染の
緩和、省力化等においても計り知れない効果を提供する
ものである。なお、クーラント液として場合によっては
水と防錆剤のみで切削することも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のクーラント液供給に関する構成原理の
概略を示す側面略図である。

【図２】図１に示した構成に用いられるクーラント液供
給ノズルの平面図である。

【図３】図２のＦ−Ｆ線に沿って見た固定ノズル部の垂
直断面図（ａ）及びそのＧ−Ｇ線に沿って見た部分平面
断面図（ｂ）である。

【図４】図２に示したクーラント液供給ノズルの全体構
造を示す平面断面図である。

【図５】図１に示した本発明の別の構成原理を具体化し
た第１の設備実施例を示す線図である。

【図６】図１に示した本発明の別の構成原理を具体化し
た第２の設備実施例を示す線図である。

【図７】図１に示した本発明の別の構成原理を具体化し
た第３の設備実施例を示す線図である。

【符号の説明】

５３ ノズル ５５ 工作物用チャック ５６ 工作物 ５７ バイト ５９ 舌片

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 略矩形状断面を有する放出口を有し前記
   放出口までの内壁に乱流を与えるための絞り曲面を設け
   るとともに、前記放出口の断面と交差して外部に突出す
   る剛性又は弾性材料からなる舌片を遊合・装着したこと
   により、前記絞り曲面以前の入口部に受け入れたクーラ
   ント液が前記舌片を通過する際に巻き込んだ気泡を含む
   微粒状乱流の集まりとして前記放出口から放出されるよ
   うにしたノズルを、旋盤の工作物用チャックの上方に位
   置させるとともに、前記略矩形状の放出口の横断面が前
   記旋盤の主軸線を含む面と実質的に直交し且つ工作物突
   出方向に偏った斜め下方を向くように配置し、これによ
   り前記ノズルから放出されたクーラント液を前記チャッ
   クの周面上部から軸方向に、少くとも加工箇所まで延び
   る領域に当てて、そのチャック及び工作物周面を包囲す
   るクーラント液の含気泡乱流膜を形成するとともに、こ
   の含気泡乱流膜の少なくとも一部をチャック表面及び刃
   物から工作物の表面を伝って刃物と接触する加工箇所に
   供給し、且つ切り屑及び摩擦熱とともにクーラント液回
   収経路に向かって流出させるようにしたことを特徴とす
   る旋盤用クーラント液の供給方法。
2. 【請求項２】 前記略矩形状断面を有する放出口を有す
   るノズルを２個並列配置し、前記クーラント液の含気泡
   乱流を近接・平行した２本の放出流として前記チャック
   周面に当てることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】 略矩形状断面を有する放出口を有し、前
   記放出口の断面と交差して外部に突出する剛性又は弾性
   材料からなる舌片を前記放出口内に遊合・装着した少な
   くとも一つのノズル部と、前記少なくとも一つのノズル
   部に連通した供給室と、この供給室へのクーラント液受
   入口を有する本体部とからなり、前記受入口から前記放
   出口までの供給室及びノズル部の内壁に乱流を与えるた
   めの絞り曲面を設けたことにより、前記受入口から受け
   入れたクーラント液が前記舌片を通過する際に巻き込ん
   だ気泡を含む微粒状乱流の集まりとして前記放出口から
   放出されるようにし、このクーラント液の放出流を工作
   物と刃物が接触する加工箇所に連続した回転周面及び刃
   物に当てて含気泡乱流膜を形成するとともに、この含気
   泡乱流膜の少なくとも一部を回転周面及び刃物を伝わせ
   て前記加工箇所に供給できるようにしたことを特徴とす
   る旋盤用クーラント液供給ノズル装置。
4. 【請求項４】 前記ノズル部を２個並列配置し、一方の
   ノズル部を前記本体部に固定するとともに、他方のノズ
   ル部を前記本体部に角度調整自在に連結したことによ
   り、両ノズルから出た二本のクーラント液の放出流を前
   記回転周面に対しほぼ直角に当てるようにしたことを特
   徴とする請求項３記載のノズル装置。