JP3105113B2

JP3105113B2 - 霧状体供給機能付加工装置

Info

Publication number: JP3105113B2
Application number: JP05150186A
Authority: JP
Inventors: 嚴一佐藤
Original assignee: 株式会社エコレグ
Priority date: 1993-06-22
Filing date: 1993-06-22
Publication date: 2000-10-30
Anticipated expiration: 2015-10-30
Also published as: JPH071279A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、加工物に対し優れた
切削加工や研磨加工等を施すことのできる霧状体供給機
能付加工装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、加工物に対し切削加工や研磨
加工を施す場合、加工物と加工工具の衝突によって生じ
る発熱を冷却するために、加工点近傍に向かって注水ノ
ズルを延ばし、この注水ノズルから液かけを行ってい
る。例えば、マシニングセンタ（複合工作機械）では、
図１１に示すように、本体１内のスピンドル（図面では
見えない）下端部に工具ホルダ２が装着され、その先端
の工具連結軸に加工工具４が取り付けられるようになっ
ているが、この加工工具４に向かって、本体１側から注
水ノズル５が延びている。

【０００３】しかしながら、上記注水ノズル５はマシニ
ングセンタ本体１に固定されているため、加工点がつぎ
つぎと変化する場合に、注水方向をその変化に追従させ
ることができず、的外れな注水となって加工時の発熱を
効果的に冷却することができない。そこで、ノズル方向
を手指でいちいち変えることで対処しているが、煩雑で
あり、その改良が望まれている。

【０００４】これに対し、本発明者は、注水を常に加工
点に向かって行うことのできるマシニングセンタ用注水
装置を開発し、一連のものをすでに出願している（特願
昭６２−７０８４７、昭和６２年３月２５日出願等）。
これらの装置の一例を図１２に示す。この注水装置は、
マシニングセンタ本体１のスピンドル外筒３の下端部
に、周方向に回動自在にギヤリング６を取り付けて支持
リング７で保持し、このギヤリング６の下端面に注水ブ
ロック８を取り付けたもので、この注水ブロック８に、
側方から注水配管９を接続し、注水ノズル５から注水を
行うことができるようにしたものである。

【０００５】上記注水装置によれば、マシニングセンタ
本体１側に設けた適宜の回転駆動手段によって、上記ギ
ヤリング６に回動動作を与えるだけで、加工点の移動に
併せて、注水ノズル５を水平方向に回動させることがで
き、常に加工点を狙った注水を行うことができる。例え
ば、図１３（ａ）に示すように、正方形の工作物１００
の周囲を、点Ａから点Ｂに向かって加工する場合は、図
示のように注水ノズル５を配置させ、同図（ｂ）に示す
ように、点Ｂから点Ｃに向かって加工する場合は、注水
ノズル５を９０°回転させる。このようにして、常に注
水が加工点を狙うようにすることができる。このため、
従来に比べて効果的な注水を行うことができるようにな
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、加工時
に注水を行うと、上記マシニングセンタのように立型で
大型の工作機械で加工を行う場合等には、加工凹部内に
水や切り屑が溜まりやすく、却って加工性能が悪くなる
場合がある。また、超硬合金製の工具を断続的に加工物
に衝突させて切削を行う場合等には、切刃が加工点では
発熱によって高温になり加工点以外の個所では液かけに
よって冷却され、この急激な熱変化の繰り返しによって
欠け（いわゆる「チッピング」現象）を生じたり割れを
生じたりするという問題がある。そこで、このような場
合には、液を使用せず、空気流だけで加工屑を吹き飛ば
すことか行われるが、空気流だけでは工作物および加工
工具に対する冷却効果および潤滑効果が不充分となる。
また、液をそのままかけるのではなく、霧状に噴射して
工作物および加工工具に潤滑性を与えることも行われて
いるが、この方法では、霧状体によって加工屑を除去す
ることができず、冷却効果も乏しいため、その適用範囲
が限られるという問題がある。

【０００７】この発明は、このような事情に鑑みなされ
たもので、つねに加工部を狙って霧状体を供給し、加工
部に対し優れた冷却効果，潤滑効果等を与えることので
きる霧状体供給機能付加工装置の提供をその目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、この発明の霧状体供給機能付加工装置は、工作加工
装置において、液体を霧状に噴射する噴射ノズルと、こ
の噴射ノズルから噴射される霧状体を一端側から吸入し
周囲の空気を随伴吸入して流量を増幅させた状態で他端
側から加工部に向かって吐出する流量増幅ノズルとを備
えた霧状体供給手段が設けられており、上記霧状体供給
手段が、加工部の周囲で水平方向に回動し所定位置で位
置決めされる回動リングに取り付けられているという構
成をとる。

【０００９】

【作用】すなわち、この発明は、加工部の周囲で水平方
向に移動し所定位置で位置決めされる回動リングに、特
殊な霧状体供給手段を取り付け、加工部に対し、任意の
方向から、空気で流量を増幅した高推力の霧状体を供給
することができるようにしたものである。したがって、
この発明によれば、マシニングセンタ等による切削加工
や研磨加工等において、加工部が経時的に変化しても、
それに応じて霧状体供給方向を変えることができ、推力
の強い霧状体によって、冷却と潤滑性付与を、最も効果
的に行うことができる。また、プレス加工機において
も、雌型内や加工物に潤滑性を与えたり、プレス後に加
工物を徐冷したりすることを効果的に行うことができ
る。

【００１０】つぎに、この発明を実施例にもとづいて詳
細に説明する。

【００１１】

【実施例】図１は、この発明をマシニングセンタに適用
した一実施例を示している。このマシニングセンタの基
本的な構成は、図１２のものと同一で、マシニングセン
タ本体１のスピンドル外筒３の下端部に、周方向に回動
自在なギヤリング６が取り付けられ支持リング７で保持
されている。そして、上記ギヤリング６は、マシニング
センタ本体１側に取り付けられたモータおよびギヤ等に
よって周方向に所定角度だけ回動されるようになってい
る。

【００１２】上記ギヤリング６の下端面からは、二股に
分岐する空気供給配管１０が延びており、一方の空気供
給配管１０ａには、後述する霧状体噴射ノズル１１が連
結されており、他方の空気供給配管１０ｂには、後述す
る流量増幅ノズル１２が連結されている。そして、上記
霧状体噴射ノズル１１が上流側で、上記流量増幅ノズル
１２が下流側になる配置で、両者が、加工工具４の加工
面に向かって同軸的に並べられている。なお、上記霧状
体噴射ノズル１１には、霧状にすべき液体を導入するた
めの液体供給配管１３が接続されている。

【００１３】上記霧状体噴射ノズル１１としては、例え
ば図２に示すような構造のものが用いられる。この霧状
体噴射ノズル１１は、矢印Ｐのように圧搾空気が供給さ
れると、内部において圧縮ばね１５で保持されているピ
ストン１６が、図面上左側に押されて液体供給配管１３
に連通する液体通路１７が開き、左右に分かれた先端ノ
ズル１８，１９のごく狭い吐出口から、液体が微細な粒
子となって霧状に吐出されるようになっている。

【００１４】一方、上記霧状体噴射ノズル１１の下流側
に配置される流量増幅ノズル１２としては、例えば図３
に示すような構造のものが用いられる。この流量増幅ノ
ズル１２は、空気供給配管１０ｂ側の端部にテーパ状の
大きな開口２０が設けられており、矢印Ｑのように圧搾
空気が供給されると、空気が内側のごく狭い環状の隙間
２１から吐出されてノズル内壁に沿って流れ、上記開口
２０の上方にある空気がこの流れに帯同して開口２０内
に随伴吸入され（破線Ｒで示す）、空気流量が大幅に増
幅した状態で他端開口２２から吐出されるようになって
いる。しかも、上記吐出流は、さらに開口２２の周囲の
空気をも誘引する（破線Ｔで示す）ため、一層増幅され
るようになっている。

【００１５】したがって、このマシニングセンタによっ
て加工物を加工する場合、上記空気供給配管１０ａ，１
０ｂに空気を供給するとともに、液体供給配管１３に所
定の液（水，油，エマルジョン等）を供給すると、上記
霧状体噴射ノズル１１から液体が霧状に噴射され、この
霧状体が上記流量増幅ノズル１２の一端開口２０から吸
引され、その際に周囲の空気もノズル１２内に誘引され
るため、霧状体が大流量に増幅された状態で、他端開口
２２から吐出される。この吐出された霧状体の流れは、
推力が強く、加工物の被加工面およびこれに圧接される
加工工具４の加工面に強く当たるため、従来のように単
に霧状体をかけるだけの場合と異なり、加工時に生じる
切り屑等を充分に吹き飛ばす力をもっている。このた
め、切り屑等が加工部周辺に溜まることがなく、上記増
幅された大流量の空気が当たることと相俟って、冷却効
果が高い。しかも、吐出された霧状体が加工物および加
工工具４を適度に湿潤させ、潤滑性を高めるので、加工
性能が良好となる。したがって、加工工具４の負担が軽
くなり、また液かけのように急激な冷却を受けないの
で、断続的な熱衝撃がなく、工具寿命が大幅に延びると
いう利点を有する。そして、加工条件に応じて、霧状体
で吐出させる液体の種類を変えることができるため、例
えば高速切削の場合には液体として水を用いることによ
り冷却効果を高め、中・低速切削の場合には液体として
油を用いることにより潤滑効果を高める、というように
使い分けることができる。

【００１６】そして、加工点が徐々に移動して霧状体の
吐出方向を変えなければならない場合には、前記ギヤリ
ング６を所定角度だけ周方向に回動させて、上記流量増
幅ノズル１２先端の吐出開口２２の位置を移動させるこ
とができる。これにより、加工点の移動にもかかわら
ず、常時、最も効果的な向きで霧状体を加工点に供給す
ることができ、上述の効果を維持することができる。

【００１７】なお、上記実施例において、霧状体噴射ノ
ズル１１から噴射させる霧状体の平均粒子径は、加工条
件にもよるが、通常、５〜２００μｍ程度となるよう設
定することが好適である。そして、霧状体の噴射量は、
通常、１〜１００ｃｃ／ｍｉｎ程度に設定することが好
適である。

【００１８】また、上記実施例において、流量増幅ノズ
ル１２による流量増幅量は、上記霧状体１１から噴射さ
れる霧状体の噴射量や加工条件に応じて適宜に設定され
るが、通常、空気供給配管１０ｂから供給される空気量
の１０〜５０倍程度に設定することが好適である。

【００１９】さらに、上記実施例では、流量増幅ノズル
１２として、ノズル中空部に霧状体を随伴吸入するタイ
プのものを用いているが、ノズルは流量を増幅させるこ
とができればどのようなものであっても差し支えはな
い。例えば図４に示すように、ノズル内に供給された圧
縮空気が、ごく狭い環状の隙間３１からノズル外周面に
沿って流れ（矢印Ｓ）、ノズル上方にある霧状体を、ノ
ズル外周面に沿って随伴流下させることにより、ノズル
下端から増幅させた大風量で吐出することができるよう
にしたものを用いてもよい。

【００２０】また、霧状体噴射ノズル１１として、１種
類の液体のみを導入して霧状化するものを用いている
が、上記液体供給配管１３に、２種類以上の液体を混合
状態で導入し、左右のノズル１８，１９（図２参照）か
らそれぞれ霧状に噴射することのできるノズルを用いる
ようにしてもよい。このように、混合液体を導入できる
ようにすると、例えば水粒子と油粒子（あるいは３種類
以上の粒子）とが混在する霧状体をつくることができ、
これを流量増幅ノズル１２を経由して高推力で加工点近
傍に供給することができる。

【００２１】なお、霧状体の種類によって、冷却効果お
よび潤滑効果が大幅に異なるため、上記のように、霧状
体噴射ノズル１１に導入する液体を２種類以上組み合わ
せる場合には、加工条件に応じて、液の配合割合（例え
ば水と油の割合）を調節することが好適である。すなわ
ち、加工点近傍の温度変化を経時的に測定したデータで
ある図５に示すように、霧状体が水粒子だけの場合（破
線Ａで示す）は、霧状体噴射開始から即座に急激な冷却
を実現することができるが、霧状体が油粒子だけの場合
（実線Ｂで示す）は、冷却効果が弱く温度を下げるのに
時間がかかる。ただし、油粒子からなる霧状体は、水粒
子に比べ、加工工具４および工作物に潤滑性を与える効
果が高い。このため、例えば高速切削の場合には、水と
油のうち水の割合が多くなるよう水の供給量を多くして
冷却効果を高め、中・低切削の場合には、油の割合が多
くなるように油の供給量を多くして潤滑効果を高める、
こいうように両者の割合を調節して加工に応じた霧状体
を作り出すことができる。

【００２２】また、上記のように、２種類以上の混合霧
状体を得る場合には、単一の霧状体噴射ノズル１１から
混合液体を噴射する以外に、図６（ａ）に示すように、
複数個の霧状体噴射ノズル１１を設け、それぞれのノズ
ル１１から、互いに種類の異なる液体を噴射して、中央
空間で種類の異なる霧状体を混合し、この混合霧状体
を、流量増幅ノズル１２（図１参照）で吸入するように
しても差し支えはない。この場合も、各ノズル１１に供
給される液体の供給量を調節することにより、その加工
に最適な霧状体を作り出すことができ、加工性能を大幅
に向上させることができる。もちろん、図６（ｂ）に示
すように、ノズル口が一つの霧状体噴射ノズル１１ａ
に、種類の異なる２液を混合状態で導入し、霧状に噴射
して混合霧状体を得るようにしてもよい。

【００２３】さらに、霧状体供給手段として、上記霧状
体噴射ノズル１１、あるいは上記霧状体噴射ノズル１１
と流量増幅ノズル１２の組み合わせに代えて、例えば図
７に示すような霧状体噴射ノズル４０を用いることがで
きる。すなわち、この霧状体噴射ノズル４０は、基本的
には前記図４に示す流量増幅ノズルと同一で、ノズル本
体４１にガイドリング４２が外嵌され、両者の隙間３１
から空気が噴射されて（矢印Ｓ）周囲の空気を随伴し随
伴流（矢印Ｕ）をつくるようになっている。そして、こ
のものは、その細径部４３の頂部に液体吐出孔４５が形
成され、この液体吐出孔４５に、ノズル内側から液体供
給配管４６が連通されているという特徴を有する。

【００２４】この霧状体噴射ノズル４０において、空気
を上記ノズル本体４１内に供給し、霧状化しようとする
液体を上記液体供給配管４５から供給すると、液体吐出
口４５から吐出する微量の液体は、ノズル本体４１の細
径部４２外周面に沿って流れる空気噴射流によって吸い
上げられ、細かい霧状となる。しかも、得られた霧状体
は、環状に広がった状態から一点に向かって収束しよう
とする空気流に周囲から押され、比較的高い風圧を維持
した状態で押し出される。このため、特に、冷却効果お
よび加工屑除去効果に優れた霧状体を供給することがで
きる。

【００２５】なお、前記図１の実施例では、ギヤリング
６に対し、霧状体噴射ノズル１１および流量増幅ノズル
１２を固定して取り付けているが、例えば図８（ａ）に
示すように、霧状体噴射ノズルの下端面に平行かつ回転
自在１１に連通される空気供給配管１０を、ギヤリング
６に取り付けられる回動軸５３に取り付け、同図（ｂ）
に示すように、モータ５０およびベベルギヤ５１，５２
の組み合わせ等によって、回動軸５３の周方向に適宜の
角度で回動させて位置決め保持することができるように
してもよい。このようにすると、霧状体吐出口２２（図
１参照）の高さを任意に設定することができるため、加
工点の高低差に追従して霧状体の供給位置を、図８
（ａ）において矢印で示すように、上下方向（すなわち
垂直方向）に変えることができ、より正確に加工点への
霧状体供給を行うことができる。

【００２６】また、上記のように霧状体吐出口２２を上
下動させる機構として、図９およびこれを下から見上げ
た図１０に示す機構を採用してもよい。すなわち、この
機構では、ギヤリング６が上下２段に分かれており、上
側のギヤリング６ａにねじ固定された軸体６０の下端部
にラック６１が取り付けられている。なお、下側のギヤ
リング６ｂには、上記軸体６０とラック６１を逃げるた
めの長穴６２が穿設されている。そして、上記ラック６
１は、下側のギヤリング６ｂに回動自在に取り付けられ
ているピニオン６３とかみ合っている。このピニオン６
３の回動によって、図８（ａ）および（ｂ）と同様、ベ
ベルギヤ５１，５２および回転軸５３を介して空気供給
配管１０が回動し、霧状体吐出口２２が上下動ようにな
っている。したがって、この機構によれば、上記ギヤリ
ング６ａ，６ｂに与える回転駆動を、上下間でずらす
か、あるいはいずれか一方のみに回転駆動を与えるよう
にすると、その回転の差だけ、上側のギヤリング６ａと
一体的に移動するラック６１と、下側のギヤリング６ｂ
と一体的に移動するピニオン６３との位置が相対的にず
れるため、このずれによってピニオン６３が回動し、空
気供給配管１０が回動して霧状体吐出口２２が上下動す
る。

【００２７】なお、霧状体噴射ノズル１１の霧状体吐出
口２２を上下動させる方法としては、必ずしも上記のよ
うに空気供給配管１０を揺動させる必要はなく、例え
ば、霧状体噴射ノズル１１自体を揺動させるようにし、
マシニングセンタ本体１側から延びる空気供給配管１０
および液体供給配管１３を、長さに余裕のあるフレキシ
ブルチューブで構成するようにしてもよい。

【００２８】また、この発明は、上記実施例のようにマ
シニングセンタに限らず、ＮＣ旋盤，研削盤等、各種の
工作機械や、プレス加工機等に適用することができる。
プレス加工機に適用する場合には、金型や成形品の冷
却，潤滑性付与に、上記霧状体噴射を行うことが好適で
ある。

【００２９】

【発明の効果】以上のように、この発明の霧状体供給機
能付加工装置は、加工部の周囲で水平方向に移動し所定
位置で位置決めされる回動リングに、霧状体を高推力で
吐出しうる特殊な霧状体供給手段を取り付け、加工部に
対し、任意の方向から霧状体を供給することができるよ
うにしたものである。したがって、この発明によれば、
マシニングセンタ等による切削加工や研磨加工等におい
て、加工部が経時的に変化しても、それに応じて霧状体
供給方向を変えることができ、冷却と潤滑性付与を、最
も効果的に行うことができる。また、プレス加工機にお
いても、雌型内や加工物に潤滑性を与えたり、プレス後
に加工物を徐冷したりすることを効果的に行うことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例の構成図である。

【図２】上記実施例に用いる霧状体噴射ノズルの説明図
である。

【図３】上記実施例に用いる流量増幅ノズルの説明図で
ある。

【図４】流量増幅ノズルの他の例の説明図である。

【図５】霧状体の種類と冷却効果の関係を示す特性曲線
図である。

【図６】（ａ）および（ｂ）は、いずれも本発明におけ
る霧状体噴射ノズルの他の例の説明図である。

【図７】この発明における霧状体噴射ノズルのさらに他
の例の説明図である。

【図８】（ａ）はこの発明のさらに他の実施例の部分的
な説明図であり、（ｂ）はそれを下から見上げた図であ
る。

【図９】上記他の実施例の変形例の説明図である。

【図１０】図９を下から見上げた図である。

【図１１】従来の工作加工における注水機構の説明図で
ある。

【図１２】改良された注水機構の説明図である。

【図１３】上記改良された注水機構の動作説明図であ
る。

【符号の説明】

６ギヤリング７支持リング１１霧状体噴射ノズル１２流量増幅ノズル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23Q 11/10 B24B 55/02

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】工作加工装置において、液体を霧状に噴
射する噴射ノズルと、この噴射ノズルから噴射される霧
状体を一端側から吸入し周囲の空気を随伴吸入して流量
を増幅させた状態で他端側から加工部に向かって吐出す
る流量増幅ノズルとを備えた霧状体供給手段が設けられ
ており、上記霧状体供給手段が、加工部の周囲で水平方
向に回動し所定位置で位置決めされる回動リングに取り
付けられていることを特徴とする霧状体供給機能付加工
装置。
【請求項２】上記噴射ノズルが、単一の液体を霧状に
噴射するものである請求項１記載の霧状体供給機能付加
工装置。
【請求項３】上記噴射ノズルが、２種類以上の液体を
混合状態で霧状に噴射するものである請求項１記載の霧
状体供給機能付加工装置。
【請求項４】上記噴射ノズルとして、種類の異なる液
体をそれぞれ霧状に噴射する複数の噴射ノズルが、互い
に噴射口を一個所に向けた状態で配置され、上記噴射ノ
ズル群から噴射される霧状体が、上記流量増幅ノズルの
一端側から吸入されるようになっている請求項１記載の
霧状体供給機能付加工装置。
【請求項５】上記霧状体供給手段の霧状体吐出口が、
垂直方向に移動するよう設定されている請求項１〜３の
いずれか一項に記載の霧状体供給機能付加工装置。