JP5039938B2 - 工作機械 - Google Patents

Description

本発明は、クーラントパンを備える工作機械に関するものである。

従来、工作機械においては、被加工物と工具との加工時の摩擦熱を冷却することを主目的として、加工中の被加工物および工具に所定温度に温度調節されたクーラントを吹きかけることが行われている。加工中の被加工物および工具に吹きかけられて摩擦熱を冷却することにより加熱されたクーラントは落下して、下方に配置されているクーラントパンにより受け止められ、クーラントパンに設けられた傾斜面に従って所定の経路で回収されるようになっている。

従来の工作機械においては、一般に、クーラントパンは、工作機械のベースとなるベッドの上面にベッドと一体的に構成されている（例えば、特許文献１参照。）。ベッドは、加工機や主軸スピンドルを搭載するステージを固定する基礎部分であって、通常、工作機械の最も下位に配置される鋳物構造物である。このため、ベッドの上面の形状を工夫して、クーラントが外部に流出しないように形成し、かつ、傾斜をつけて所定のドレイン位置までクーラントを効率的に導くように構成することが行われている。
特開平１１−１５１６３３号公報

しかしながら、特許文献１に示された工作機械のように、ベッドの上面をクーラントパンとして利用する場合には、以下の問題がある。
第１に、クーラントは、工具および被加工物を冷却した後は加熱されて高温状態となるため、これを受けるクーラントパンがベッドの上面によって構成されている場合には、ベッド自体が加熱されてしまう不都合がある。ベッドが加熱されると熱膨張によって変形するため加工精度が低下する不都合が考えられる。

第２に、ベッドの上面には加工機や主軸スピンドル装置を移動させるステージが搭載されるが、クーラントパンをベッドの上面によって構成する場合には、ステージがクーラントを被ることになるため、何らかの対策を施す必要がある。例えば、ステージを構成しているモータや該モータに接続するケーブル、コネクタおよびリミットスイッチ等のセンサ類はクーラントに直接晒され続けると劣化し、あるいは故障してしまう虞があるため、防水性の高い構造や耐水性の材質のものを選択する必要がある。また、これらの機器や機材がクーラントに直接晒されないようにカバーを設けることも考えられる。

しかしながら、防水性や耐水性の高い機器や機材によっても故障や劣化を完全に防止することはできないとともに、このような機器や機材を使用すると、製品コストが高くなるという不都合がある。また、ベッド等に取り付けるカバーによって、ベッド上に設置されているステージにクーラントが接触することを防止するのは困難である。仮にパッキンを挟んで板金カバーで覆ったとしても、パッキンの劣化や、パッキンの潰れ方によってベッドとカバーとの合わせ目を長期にわたり密封状態に維持しておくことは困難である。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、クーラントによってベッドが加熱されてしまうことを防止して加工精度の低下を防止でき、また、ベッド上に設置されるステージがクーラントに晒されることを防止して、ステージを構成する機器および機材を耐久的に健全な状態に維持することができる工作機械を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の参考例としての発明は、ベッドと、該ベッドに搭載され、工具あるいは被加工物を移動させるステージと、被加工物の加工時に被加工物および工具に対して吹きかけられるクーラントを受けるクーラントパンとを備え、該クーラントパンが前記ベッドとの間に隙間をあけて配置されている工作機械を提供する。

本発明によれば、クーラントを受けるクーラントパンをベッドとの間に隙間をあけて配置したので、被加工物および工具を冷却することで加熱されたクーラントをクーラントパンによって回収しても、それによって加熱されたクーラントパンの熱がベッドに伝達されることを抑制できる。その結果、ベッドが熱変形することを防止して、被加工物の加工精度をの低下を防止することができる。

本発明は、ベッドと、該ベッドに搭載され、工具あるいは被加工物を移動させるステージと、被加工物の加工時に被加工物および工具に対して吹きかけられるクーラントを受けるクーラントパンとを備え、該クーラントパンが、前記ステージを挿入させて上方に露出させる開口部と、該開口部の周りに配置され、クーラントを受ける底面部と、該底面部から前記ステージの側面に沿って立ち上がり、該底面部と該ステージとの間に配置されて前記底面部より上側の前記ステージの側面を覆う側面カバーと、前記底面部の外周に沿って配置され、該底面部から立ち上がる外周壁とを一体的に備え、該クーラントパンが前記ベッドとの間に隙間をあけて配置され、前記ステージの側面と前記側面カバーとの間に隙間が設けられている工作機械を提供する。
このように構成することで、クーラントパンによって受けられたクーラントは、クーラントパンの底面部に沿って流れるが、底面部から立ち上がる側面カバーによって、ステージの側面に接触することが防止される。底面部と側面部とは一体的に設けられているので、それらの間からクーラントが漏れることがなく、ステージがクーラントに晒されることがない。また、側面カバーとステージの側面との間には隙間が設けられているので、側面カバーの熱がステージに伝達されることが防止され、ステージの熱変形を抑制することができる。
また、上記発明においては、前記側面カバーが、前記ステージの側面全周を覆うこととしてもよい。

また、上記発明においては、前記ステージの周囲に配置されるクーラントパンの底面部が、他の部位の底面部よりも高い位置に配置されていることが好ましい。
このように構成することで、クーラントパンとベッドとの隙間からステージの側面を側方に露出させることができる。ステージの側面には、ステージを駆動するモータや、リミットスイッチ、あるいは、リニアスケール等の種々のセンサやそれらのケーブルが配されるので、ステージの側面を側方に露出させることで、それらの機器の保守や確認を容易にすることができる。また、上記ステージを構成する各種機器をクーラントパンの外部に配置することで、クーラントが降りかかることを防止できる。したがって、各種機器に防滴構造あるいは耐クーラント性の材料を選択する必要がなく、コスト削減を図ることができる。

また、上記発明においては、前記ステージがベッドに固定された状態で、前記クーラントパンがベッドに着脱可能に設けられていることが好ましい。
このように構成することで、ステージをベッドに組み付けた後にクーラントパンを取り付けることができる。クーラントパンは、ベッドのほぼ全体を覆う構造を有するため、クーラントパン装着後にステージをベッドに組み付けるのは困難となる。したがって、クーラントパンが取り付けられていない状態でステージをベッドに組み付け、その後クーラントパンをベッドに取り付けることができることとして、組み付け容易性を向上することができる。

また、上記発明においては、前記クーラントパンが金属製薄板により構成されていることが好ましい。
このように構成することで、クーラントパンを軽量化することができ、着脱容易にすることができる。特に、小型の工作機械に用いることにより、クーラントパンを金属製薄板により構成しても、振動の問題を生ずることがない。

また、上記発明においては、前記ベッドの外周部に、前記クーラントパンの底面部を傾斜させてなる傾斜部が設けられていることが好ましい。
このように構成することで、傾斜部によりクーラントを外周部から内側に導き、外周部から外側に漏れることを防止できるとともに、傾斜部の下側にベッドの外周部に沿う空間を設けることができる。これにより、ステージを構成する各種機器への配線および配管、ステージ上に配置される各種装置への配線および配管をベッドからはみ出すことなく敷設できる。

また、上記発明においては、前記クーラントパンの外面に冷却用フィンが設けられていることが好ましい。
冷却用フィンの作動により、クーラントパンの冷却効果が促進されるので、より一層の熱変形の防止を図ることができる。

さらに、上記発明においては、前記冷却用フィンが設けられているクーラントパンの内面にクーラントを流動させるノズルを備えることが好ましい。
このようにすることで、冷却用フィンが設けられているクーラントパンの内面に、常に高温のクーラントを配置し、冷却用フィンを介した放熱の効率を向上することができる。また、クーラント専用の冷却装置を別途設ける必要がなく、工作機械の小型化を図ることができる。

本発明によれば、クーラントによってベッドが加熱されてしまうことを防止して加工精度の低下を防止できるという効果を奏する。また、ベッド上に設置されるステージがクーラントに晒されることを防止して、ステージを構成する機器および機材を耐久的に健全な状態に維持することができるという効果を奏する。

以下、本発明の一実施形態に係る工作機械について、図１〜図９を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る工作機械１は、図１に、床面に設置されるベッド２と、該ベッド２に搭載されるステージ３と、前記ベッド２に固定されるクーラントパン４とを備えている。図中、符号Ｘは、例えば主軸スピンドル装置である。

ベッド２は、ステージ３を搭載する略水平なベッド面板５と、該ベッド面板５を支持する支柱部６と、前記ベッド面板５を上下方向に貫通する貫通孔７と、前記支柱部６間に配置され、前記貫通孔７を介して下方に導かれたクーラントを回収する回収ダクト８とを備えている。また、本実施形態においては、ベッド面板５は、例えば、鋳造により構成され、前記ステージ３を構成する台座９がベッド面板５に一体的に形成されている。

前記ステージ３は、図３または図５に示されるように、前記ベッド面板５上に２カ所設けられている。これら２カ所のステージ３は、それぞれ１軸のステージ３であって、それらの動作方向は互いに直交する方向に設定されている。各ステージ３は、前記ベッド面板５上に設けられた台座９に固定されるリニアガイド１０と、該リニアガイド１０によって１軸方向に直線移動可能に支持されるスライダ１１と、スライダ１１を駆動する直線駆動機構１２とを備えている。直線駆動機構１２は、例えば、モータ１３と、該モータ１３により回転駆動されるボールネジ１４（図１および図３参照。）とにより構成されている。

また、直線移動機構１２は、図２に示されるように、その軸方向の動作限界を検出するリミットスイッチ１５や、位置検出用のリニアセンサ１６を備えている。図中符号１７はリニアセンサ１６用のスケールである。

前記クーラントパン４は、図１〜図４に示されるように、板金（金属製薄板）を折り曲げおよび溶接して形成された板金構造物であって、略水平な底面部１８と該底面部１８の外周全周に鉛直方向に直立する外周壁１９とを有し、上方から落下してくるクーラントを受け止める略トレイ状に構成されている。底面部１８と外周壁１９との境界部分は折り曲げ加工または溶接によって隙間なく一体的に接続している。

クーラントパン４の略中央部には、前記ベッド面板５の貫通孔７に一致する位置に設けられ、受け止めたクーラントを回収するための回収孔２０と、該回収孔２０の周縁から鉛直下方に延び、前記ベッド面板５の貫通孔７に挿入されるダクト部２１とが設けられている。

また、クーラントパン４には、該クーラントパン４がベッド２に対して固定された状態で、前記ステージ３のスライダ１１を上方に露出させる開口部２２が２カ所に設けられている。各開口部２２の周縁には、底面部１８から鉛直方向に立ち上がる側面カバー２３が設けられ、該側面カバー２３によって、底面部１８より上方に配されるステージ３の側面が覆われるようになっている。側面カバー２３と底面部１８とはその境界部分が、曲げ加工あるいは溶接されることによって一体的に隙間なく接続されている。

また、クーラントパン４の底面部１８は、ステージ３を露出させる開口部２２の近傍においてその高さが高くなるように形成されている。すなわち、略中央に配置される回収孔２０の近傍で最も低く、その両側に配置される開口部２２の周囲において高く形成されている。これにより、図２に示されるように、クーラントパン４とベッド２との隙間が大きく形成され、それによって、側方から見て、クーラントパン４とベッド２との間にステージ３の側面が露出させられている。また、これにより、ステージ３の周囲のクーラントパン４とベッド２との間に、空間が形成されている。なお、受け止めたクーラントが底面部１８上に滞留しないように、底面部１８には回収孔２０に向かって低くなる傾斜が設けられていてもよい。

また、クーラントパン４は、図１〜図３に示されるように、ベッド２に対して固定された状態で、ベッド２との間に隙間を形成して配置されるようになっている。クーラントパン４の底面部１８とベッド面板５の上面との間、クーラントパン４のダクト部２１とベッド面板５の貫通孔７との間、およびクーラントパン４の側面カバー２３とベッド面板５に搭載したステージ３の側面との間の全ての位置において隙間が形成されるように固定される。

クーラントパン４とベッド２との固定は、クーラントパン４に設けた金具２４をステージ３の側面にネジ２５等によって行われている。この位置のみにおいてはクーラントパン４とステージ３の側面とが接触することとなるが、他のほぼ全ての部分において、クーラントパン４はベッド２との間に隙間をあけた状態に配置されるようになっている。

また、図１に示されるように、クーラントパン４には、回収孔２０の近傍に、その外周部を傾斜させた傾斜部２６が設けられている。傾斜部２６は、外周側から内側に向かって漸次下降するように傾斜している。これにより、図１に示されるように、この傾斜部２６の位置においてもクーラントパン４とベッド面板５との間に横断面略三角形の空間が形成され、前記２つのステージ３の周囲に形成された空間どうしを接続するようになっている。

また、図８および図９に示されるように、ステージ３のスライダ１１には、前記クーラントパン４の側面カバー２３よりも外側に配置され、スライダ１１の移動によっても開口部２２全面を覆うことができる上部カバー２８が取り付けられるようになっている。

このように構成された本実施形態に係る工作機械１の作用について以下に説明する。
本実施形態に係る工作機械１を組み立てるには、まず、図５に示されるように、ベッド面板５上に２つのステージ３を組み付ける。その後、図６および図７に示されるように、クーラントパン４をベッド面板５の上方から組み付ける。クーラントパン４は、該クーラントパン４の開口部２２に各ステージ３を挿入し、クーラントパン４のダクト部２１をベッド面板５の貫通孔７に挿入するようにして組み付け、金具２４をステージ３の側面にねじ止めすることにより、ベッド２に容易に固定することができる。

本実施形態においては、上記のようにベッド面板５上へのステージ３の組み付け後にクーラントパン４を組み付けることができる構造となっているので、ステージ３の組み付けの際にクーラントパン４が組み付けの邪魔になることがなく、組み付け容易であるという利点がある。また、クーラントパン４を金属製薄板により構成することで、軽量化でき、組み付け容易性をさらに向上することができる。

また、本実施形態に係る工作機械１においては、ベッド２と、該ベッド２に組み付けられたクーラントパン４との間に、図１〜図３に示されるように隙間が形成されているので、加工の際に、被加工物および工具を冷却することで加熱されたクーラントを受け止めることによってクーラントパン４が加熱されても、その熱がベッド面板５にそのまま伝達されることが防止される。クーラントパン４の底面部１８によって受け止められたクーラントは、外周壁１９によって外部に漏洩することが阻止され、また側面カバー２３によってステージ３に接触することも阻止される。クーラントパン４の底面部１８と外周壁１９および側面カバー２３の境界部分は、隙間なく一体的に形成されているので、クーラントが漏れ出ることがない。

そして、クーラントは、底面部１８に形成された傾斜に従って回収孔２０に導かれ、回収孔２０に設けられたダクト部２１を伝ってベッド面板５の貫通孔７を通過し、ベッド面板５下部に配置されている回収ダクト８に排出される。クーラントパン４は、ステージ３への取付位置を除いて、全ての位置においてベッド２およびステージ３に対して隙間をあけて配置されているので、クーラントの熱によるベッド面板５およびステージ３の変形を防止でき、加工精度の低下を防止することができる。

また、本実施形態に係る工作機械１によれば、ステージ３近傍におけるクーラントパン４の底面部１８が他の位置における底面部１８よりも一段高い位置に底上げして配置されているので、図２に示されるように、ステージ３の側面を横から視認することができる。ステージ３の側面には、リミットスイッチ１５やリニアセンサ１６等、その状態をＬＥＤ等により表示するものが配置されるため、本実施形態によれば、動作中に容易にそれらセンサ等の動作状態を確認できる。

また、底面部１８を底上げすることにより、ステージ３の周囲にクーラントパン４の外部となる空間が形成される。したがって、ステージ３の周囲に配置する上記センサ１５，１６や、ケーブル、コネクタ等の機器がクーラントに晒されないようにすることができる。その結果、これらの機器に防滴構造を採用したり、耐クーラント性を有する材料により構成したりすることが不要となり、安価な機器を選択することができる。これにより、工作機械のコストを低減することができる。

また、回収孔２０近傍の外周部に傾斜部２６を設けているので、２つのステージ３の周囲に形成される上記空間どうしを接続する横断面三角形状の空間が、ベッド面板５の外周縁に沿って形成される。したがって、図１に示されるように、ステージ３に油圧や空気圧を供給する配管や、電気信号および電力を供給する配線Ａをその空間を利用して敷設することができる。これにより、配管や配線Ａをベッド面板５から外側に飛び出さないように納めることができる。図中、符号２８はカバー部材である。
なお、ステージ３に搭載した各種装置への配管や配線については、クーラントパン４の底面部１８の任意の位置を貫通してコネクタ接続することにより設置すればよい。

また、本実施形態においては、図１０に示されるように、クーラントパン４の傾斜部２６外面に冷却用フィン３０を設けることにしてもよい。図に示す例では、冷却用フィン３０は、上下方向に間隔をあけて略水平に４枚ずつ設けられているが、冷却用フィン３０の数および形態については、何ら限定するものではない。冷却用フィン３０は、クーラントパン４と同一の材質により構成されていてもよいが、その場合には、銅のように熱伝導率の高い材質により構成することにより放熱効率を一層高めることができる。また、冷却フィン３０のみを銅などの熱伝導率の高い材質に変更してもよい。また、クーラントパン４に一体的に構成されていてもよく、ボルト等により取り付けられていてもよい。

また、冷却用フィン３０が設けられているクーラントパン４の外周壁１９の内面近傍には、クーラントＣを外周壁１９の傾斜部２６内面に吹き付けるノズル３１が備えられている。このようにすることで、クーラントパン４の外周壁１９近傍に貯留されているクーラントＣを流動させて、高温状態のクーラントＣをクーラントパン４の外周壁１９に常に接触させることで、クーラントパン４および冷却用フィン３０と外気との温度差を増大させて放熱効率を向上することができる。その結果、クーラント専用の冷却装置を別途設ける必要がなく、工作機械を小型化することが可能となる。

また、冷却用フィン３０の周囲に冷却用空気を流通させる冷却ファン（図示略）や冷却用エアブローノズル（図示略）を設けることにより、さらに放熱効率を向上することとしてもよい。
さらに、カバー部材３２として、外気を流通させやすいパンチングメタル等を採用してもよい。

本発明の一実施形態に係る工作機械を示す縦断面図である。 図１の工作機械を図１とは直交する方向から見た縦断面図である。 図１の工作機械の平面図である。 図１の工作機械のクーラントパンを示す平面図である。 図１の工作機械からクーラントパンを除去した状態を示す平面図である。 図１の工作機械のベッドにクーラントパンを取り付ける状態を示す縦断面図である。 図２の工作機械のベッドにクーラントパンを取り付ける状態を示す縦断面図である。 図１の工作機械のスライダに上部カバーを取り付けた状態を示す縦断面図である。 図２の工作機械のスライダに上部カバーを取り付けた状態を示す縦断面図である。 図１の工作機械の変形例を示す縦断面図である。

符号の説明

１ 工作機械
２ ベッド
３ ステージ
４ クーラントパン
１８ 底面部
２３ 側面カバー
２６ 傾斜部
３０ 冷却用フィン
３１ ノズル

Claims (8)

1. ベッドと、
   該ベッドに搭載され、工具あるいは被加工物を移動させるステージと、
   被加工物の加工時に被加工物および工具に対して吹きかけられるクーラントを受けるクーラントパンとを備え、
   該クーラントパンが、前記ステージを挿入させて上方に露出させる開口部と、該開口部の周りに配置され、クーラントを受ける底面部と、該底面部から前記ステージの側面に沿って立ち上がり、該底面部と該ステージとの間に配置されて前記底面部より上側の前記ステージの側面を覆う側面カバーと、前記底面部の外周に沿って配置され、該底面部から立ち上がる外周壁とを一体的に備え、
   前記クーラントパンが前記ベッドとの間に隙間をあけて配置され、前記ステージの側面と前記側面カバーとの間に隙間が設けられている工作機械。
2. 前記側面カバーが、前記ステージの側面全周を覆う請求項１に記載の工作機械。
3. 前記ステージの周囲に配置されるクーラントパンの底面部が、他の部位の底面部よりも高い位置に配置されている請求項１または請求項２に記載の工作機械。
4. 前記ステージがベッドに固定された状態で、前記クーラントパンがベッドに着脱可能に設けられている請求項１から請求項３のいずれかに記載の工作機械。
5. 前記クーラントパンが金属製薄板により構成されている請求項１から請求項４のいずれかに記載の工作機械。
6. 前記ベッドの外周部に、前記クーラントパンの底面部を傾斜させてなる傾斜部が設けられている請求項５に記載の工作機械。
7. 前記クーラントパンの外面に冷却用フィンが設けられている請求項１から請求項６のいずれかに記載の工作機械。
8. 前記冷却用フィンが設けられているクーラントパンの内面にクーラントを流動させるノズルを備える請求項７に記載の工作機械。

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