JP5964694B2 - ミスト供給ツール - Google Patents

Description

本発明はミスト供給ツールに関し、工作機械の主軸に装着して加工部位等に切削液ミストを供給するツールに関する。

従来、工作機械では、主軸に装着した切削ツールをワークの加工部位に当てて回転させることで切削加工を行っている。
この際、ツールの刃先と切削部位とが接触する部分に切削液を供給し、冷却および潤滑、切屑の除去を行っている。

切削液を適用するにあたり、従来の工作機械では、切削ツールの先端に向けてノズルを配置し、このノズルから切削液供給装置からの切削液を噴射し、切削部位を洗浄するようにしていた。
このような装置では、切削液が多量に必要となる。
このため、切削液を霧化させてミストとして噴射等する装置が開発されている。

特許文献１に記載の装置では、主軸の中心に切削液の通路と噴射用の気体の通路との２系統を通し、これらを主軸先端ないしツール部分で混合させてミスト化し、加工部位へと供給している。
特許文献２に記載の装置では、ツール部分に切削液のタンクを設け、主軸の中心を通して供給された気体によりタンクからの切削液をミスト化し、先端に装着された工具に対して供給している。

特許第２６８７１１０号公報 特開２００２−１３７１４５号公報

前述した特許文献１の装置では、主軸に２系統の通路を形成するために、構造が複雑になり、製造コストの上昇が避けられない。そして、主軸に通路がない既存の工作機械を改造して実施しようとすると、主軸全体を交換する必要があり、改造コストが嵩むという問題がある。
前述した特許文献２の装置では、主軸の中心の通路が１本でよく、このような主軸を有する工作機械も用いられており、特許文献１の装置よりは実施が容易である。しかし、主軸に通路のない工作機械を改造する場合、やはり改造コストが嵩むという問題がある。

さらに、特許文献２の装置では、工具ホルダ内の主軸に近い側で気体と切削液との混合つまりミスト化が行われ、その後、屈曲した経路を通って先端の工具に供給される。このため、早い段階でミスト化された気体と切削液とが工具ホルダ内で再び分離してしまう虞がある。
このような再分離の問題は、ミスト化してからの経路が長い特許文献１の装置においても問題となる。

また、特許文献１の装置および特許文献２の装置は、何れもツールの先端に刃物を備え、この刃物に対してミスト化した切削液を供給するものである。
このため、ワークの特定部位に加工に先立って切削液のミストを供給しておく、といった利用には適さないものであった。
とくに、ワークの形状が複雑でミストを供給する向きが限定される場合、これに応じたミストの噴射などを行うことができなかった。

本発明の目的は、設備コストが抑制でき、生成したてのミストが供給できるとともに、任意の向きにミストを噴射できるミスト供給ツールを提供することにある。

本発明は、主軸ヘッドに回転自在に支持された主軸を有する工作機械に装着されてワークに切削液のミストを供給するミスト供給ツールであって、前記主軸ヘッドに接続される固定部と、前記固定部に回転自在に保持されかつ前記主軸に接続されて前記主軸とともに回転可能な回転部と、前記回転部に設置されかつ前記主軸の回転軸線に対して傾斜可能なノズルと、前記ノズルに連通されかつ前記固定部を介して前記主軸ヘッドから加圧気体が供給される気体通路と、前記回転部に設置されかつ切削液を貯留するタンクと、前記タンクと前記ノズルとを接続する切削液通路とを備えたことを特徴とする。

このような本発明では、タンクからの切削液が、切削液通路からノズルへと供給されるとともに、ノズルには気体通路から加圧気体が供給され、ノズルにおいて加圧気体により切削液が霧化（ミスト化）され、生成された切削液のミストがノズルから噴射される。
ここで、ノズルは主軸の回転軸線に対して傾斜され、かつ回転部が主軸に従って回転することで、ノズルから噴射されるミストは任意の方向とすることができる。
このようにノズルの向きを自由に変更した場合でも、切削液はタンクに貯留されて回転部と一体に回転するため機能的に支障はない。また、加圧気体を供給する気体通路を主軸ヘッドに接続する際、回転部と固定部との間を環状の溝部等を利用した回転自在な接続機構などを利用して接続することで、ノズルの向きの変更を妨げないようにできる。

本発明のミスト供給ツールにおいて、前記回転部は、前記主軸の回転軸線に沿って延びる管部を有し、前記ノズルは、前記管部の先端に回動自在に接続され、前記気体通路は、前記管部を通して前記ノズルに連通されていることが望ましい。
このような本発明では、主軸の回転によってノズルの向きを自由に変更できるとともに、管部に対してノズルを回動させることで、主軸の回転軸線に対するノズルの傾斜角度をも調整することができる。

本発明のミスト供給ツールにおいて、前記切削液通路は、一端が前記タンク内に連通され、他端が前記ノズルの回動中心位置で前記ノズルに連通されていることが望ましい。
このような本発明では、加圧気体の流れ中に分散される切削液が、ノズルの回動中心位置に供給されるため、ノズルの回動角度位置つまりノズルの傾斜角度がどのような状態でも、加圧気体の流れに対して同じ状態で分散され、適切にミスト化させることができる。

本発明のミスト供給ツールにおいて、前記切削液通路は、一端が前記タンク内に連通され、他端が前記ノズルの絞り部に連通されているようにしてもよい。
このような本発明では、加圧気体の流れ中に分散される切削液が、ノズルの絞り部、つまりノズルを回動させる場合にはその回動中心位置よりもノズルの出口側に供給されるため、ノズルからワークへと噴射されるミストを生成したての新鮮なものとすることができる。
なお、ノズルが回動する構成においては、ノズルの姿勢が変化するため、ノズルの絞り部に切削液を供給する際には、柔軟なチューブ等を用いることが望ましい。

本発明の第１実施形態を示す断面図。 本発明の第２実施形態を示す断面図。 本発明の第３実施形態を示す断面図。 本発明の第４実施形態を示す断面図。

〔第１実施形態〕
図１には、本発明の第１実施形態が示されている。
図１において、工作機械１は、図示しないテーブルに対して相対移動可能な主軸２を有し、主軸２は主軸ヘッド３に回転自在に支持され、図示しないモータで回転駆動される。
工作機械１においては、通常は主軸２に切削ツールを装着し、主軸２を回転させつつ切削ツールの刃先をテーブルに固定したワークに接近させることで、ワークの切削加工を行う。
ここで、ワークの切削部位に潤滑が必要な場合、主軸２に本発明に基づくミスト供給ツール１０を装着し、切削部位にミスト化した切削液Ｌを供給する。

ミスト供給ツール１０は、主軸２の先端に接続されるシャンク１１と、このシャンク１１に支持された円筒状の回転部１２と、この回転部１２の周囲に設置された固定部１３とを有する。
シャンク１１は、標準的なテーパーシャンクが用いられる。ただし、標準的なテーパーシャンクに限らず、主軸２の先端に装着できれば、その形式、構造等は限定されない。

回転部１２は、主軸２の回転軸線Ａと同軸で形成された円筒状の部材である。回転部１２は、シャンク１１に接続された円筒状の基部１２０に、有底筒状の筒体１４０を接続して形成され、この筒体１４０の内部にタンク１４が形成されている。
タンク１４には、図示しない供給口を経て外部から切削液Ｌが注入され、注入された切削液Ｌはタンク１４内に貯留される。

回転部１２のタンク１４が形成された側の端面からタンク１４の中心を貫通して、主軸２の回転軸線Ａに沿って延びる管部であるパイプ１５が設置されている。
回転部１２の基部１２０には、パイプ１５のシャンク１１側の先端に連通するように回転部１２の中心軸に沿った通路１２１および径方向に分岐する通路１２２が形成され、パイプ１５はこれらの通路１２１，１２２を経て回転部１２の外周面に開口されている。

固定部１３は、二連の軸受１３１，１３２を介して回転部１２の外周面に装着されている。二連の軸受１３１，１３２は、前述した通路１２２の開口を挟むように配置されている。回転部１２の外周面に面する固定部１３の内周面には、環状の凹溝１３３が形成されている。
凹溝１３３は、前述した通路１２２の開口に連通する部位に配置されており、環状であるため回転部１２がどの回転角度にあっても通路１２２の開口と凹溝１３３との連通が維持される。

固定部１３の一部は回転軸線Ａの径方向に延長され、その先端のシャンク１１側にはサブシャンク１６が設置されている。
主軸ヘッド３には、サブシャンク１６を受ける延長部４が形成されている。ミスト供給ツール１０は、シャンク１１を主軸２に接続する際に、サブシャンク１６を延長部４に接続することができる。
延長部４には外部から圧縮空気等の加圧気体Ｇが供給される。加圧気体Ｇの供給は、外部の開閉弁で断続可能である。

固定部１３には、前述した凹溝１３３の一部からサブシャンク１６に至る通路１３４が形成されており、サブシャンク１６と延長部４とが接続された状態では、外部からの加圧気体Ｇが凹溝１３３まで導入される。凹溝１３３まで導入された加圧気体Ｇは、通路１２２，１２１を経てパイプ１５内へと導入される。
この際、二連の軸受１３１，１３２と前述した通路１２２の開口との間には、それぞれ気密シール用のＯリング１２３，１２４が設置され、回転部１２の外周面と固定部１３の内周面との間からの気体漏れが防止されている。
本実施形態では、以上に述べた通路１３４、凹溝１３３、通路１２２，１２１およびパイプ１５により気体通路が形成されている。

パイプ１５の先端（シャンク１１と反対側）には、ノズル１７が設置されている。
ノズル１７は、先細り形状の絞り部１７１と、円筒状の回動部１７２とを備えている。
回動部１７２は、内外二重の筒体または軸方向に並列配置された二連の筒体を有し、一方にパイプ１５を接続するとともに、他方に絞り部１７１を接続し、これらのパイプ１５から絞り部１７１までの内部空間を相互に連通させたものである。

回動部１７２を内外二重の筒体で構成する場合、例えば内側筒体の外周面にパイプ１５を接続し、外側筒体のパイプ１５に対応する部位に開口部を設けてパイプ１５を外側筒体の外部まで引き出すとともに、外側筒体の外周面に絞り部１７１を接続し、内側筒体の絞り部１７１に臨む部位に開口部を設け、パイプ１５から回動部１７２の内部（内側筒体の内部）ないし絞り部１７１が一連の空間となるようにすればよい。

回動部１７２を並列配置された二連の筒体で構成する場合、例えば一方の筒体の外周面にパイプ１５を接続し、他方の筒体の外周面に絞り部１７１を接続し、各筒体の互いに向かい合う端面に開口を形成して相互に連通させることにより、パイプ１５から回動部１７２の内部（内側筒体の内部）ないし絞り部１７１が一連の空間となる。この際、各筒体はその中心軸線Ｃに沿って延びる回動軸により相互に連結されるようにし、この回動軸により互いに回動自在とする。

このような各構成によるノズル１７では、それぞれ各筒体を各々の中心軸線Ｃ廻りに回動させることで、パイプ１５の軸線Ａ（主軸２の回転軸線Ａ）に対する絞り部１７１の軸線つまりノズル１７としての噴射軸線Ｅの傾斜角度Ｓを任意の角度（例えば０度から９０度まで）に設定することができる。

ノズル１７は、切削液通路としてのチューブ１８でタンク１４内に連通されている。
チューブ１８は、合成樹脂等で成型された可撓性チューブであり、一端をタンク１４内に連通されているとともに、他端をノズル１７の側面（前述した各筒体の何れかの端面）の中心（ノズル１７の回動中心である中心軸線Ｃ）あるいはその近傍に接続されてノズル１７内に連通されている。
なお、ノズル１７の内部に回動中心となる軸部材が設置される構成であれば、この軸部材を中空にしてその端部にチューブ１８を接続し、かつノズル１７内にある軸部材の表面に連通する孔を形成し、汎用されるエンジンの気化器に準じた構成としてもよい。

このような本実施形態においては、以下に述べる作用効果が得られる。
本実施形態のミスト供給ツール１０を使用してワークに切削液Ｌのミストを供給する場合、まずミスト供給ツール１０を主軸２の先端に装着する。
この際、ミスト供給ツール１０は、シャンク１１により主軸２に接続されるとともに、サブシャンク１６で延長部４に接続される。ミスト供給ツール１０のタンク１４には、十分な切削液Ｌを貯留しておく。

ミスト供給ツール１０を主軸２に装着したら、ノズル１７の向きをワークのミスト供給部位の形状等に応じて適切に調整したうえで、主軸２を工作機械１の３軸制御によりワークに対して移動させ、かつ主軸２のＣ軸制御によりミスト供給ツール１０を回転させ、これらによりノズル１７をミスト供給部位に向けて保持する。
この状態で、延長部４に接続された圧縮空気源等から加圧気体Ｇを供給すると、この加圧気体Ｇは、気体通路である通路１３４、凹溝１３３、通路１２２，１２１およびパイプ１５を経てノズル１７内に送られ、絞り部１７１から噴射される。一方、タンク１４内の切削液Ｌは、切削液通路であるチューブ１８を経てノズル１７内に供給される。ノズル１７内に供給された切削液Ｌは、ノズル１７内を通過する加圧気体Ｇの流れにより霧化（ミスト化）され、ノズル１７からミストＭとして噴射される。

従って、本実施形態のミスト供給ツール１０では、タンク１４からの切削液Ｌが、切削液通路であるチューブ１８からノズル１７へと供給されるとともに、ノズル１７には気体通路である通路１３４、凹溝１３３、通路１２２，１２１およびパイプ１５を経て加圧気体Ｇが供給され、ノズル１７において加圧気体Ｇにより切削液Ｌが霧化（ミスト化）され、生成された切削液ＬのミストＭがノズルから噴射される。
ここで、ノズル１７は、噴射軸線Ｅの主軸２の回転軸線Ａに対する傾斜角度Ｓを、任意の角度（例えば０度から９０度まで）に設定でき、かつ回転部１２ないしノズル１７を主軸２により回転させることで、ノズル１７から噴射されるミストＭの噴流の向きを任意の方向とすることができる。

このようにノズル１７およびミストＭの向きを自由に変更した場合でも、切削液Ｌはタンク１４に貯留されて回転部１２と一体に回転するため機能的に支障はない。
また、加圧気体Ｇを供給する気体通路（通路１３４〜パイプ１５）を主軸ヘッド３側に接続する際に、主軸ヘッド３側に延長部４を設け、ミスト供給ツール１０にサブシャンク１６を設けたため、ミスト供給ツール１０を主軸２に接続する操作により自動的に気体通路を外部の圧縮空気源等に接続することができる。
さらに、ミスト供給ツール１０においては、前述したノズル１７の傾斜角度の調整に加えて、主軸２とともに回転する回転部１２と主軸ヘッド３に固定される固定部１３とによりノズル１７の向きの設定自由度を高めるとともに、気体通路の途中に環状の凹溝１３３を設けて回転部１２と固定部１３との間の気体通路の接続を確保したため、ノズル１７の向きの変更を妨げないようにできる。

本実施形態では、切削液通路であるチューブ１８は、一端がタンク１４内に連通され、他端がノズル１７の回動中心（中心軸線Ｃ）またはその近傍でノズル１７に連通されるようにしたため、加圧気体Ｇの流れ中に分散される切削液Ｌが、ノズル１７の回動中心位置に供給されるため、ノズル１７の回動角度位置つまりノズル１７の傾斜角度Ｓがどのような状態でも、加圧気体Ｇの流れに対して同じ状態で分散され、適切にミスト化させることができる。
さらに、チューブ１８は、可撓性のチューブであるため、ノズル１７に対する接続位置がノズル１７の角度調整に伴って移動する部位であっても、適宜撓んで接続を維持することができる。

〔第２実施形態〕
図２には、本発明の第２実施形態が示されている。
本実施形態のミスト供給ツール１０Ａは、前記第１実施形態のミスト供給ツール１０（図１参照）とタンク１４の構成が異なるが、他は同様に構成されている。従って、以下には相違する部分についてのみ説明し、共通の構成については同じ符号を付して重複する説明を省略する。

回転部１２は、シャンク１１に接続された円筒状の基部１２０と、基部１２０のシャンク１１とは反対側に固定された容器１４１とを備え、この容器１４１によりタンク１４Ａが構成されている。
パイプ１５は、基部１２０のシャンク１１とは反対側に起立しており、基部１２０内に形成された通路１２１，１２２、固定部１３に形成された凹溝１３３、通路１３４とともに気体通路を構成している。
パイプ１５の先端にはノズル１７が設置されている。切削液通路であるチューブ１８により、ノズル１７とタンク１４Ａとが接続されている。

このような本実施形態においても、前述した第１実施形態と同様な効果を得ることができる。
さらに、タンク１４Ａは容器１４１を用いるようにしたため、ミスト供給ツール１０Ａの小型軽量化が期待できる。
また、本実施形態のミスト供給ツール１０Ａでは、容器１４１をカセット式に交換可能とすることもできる。
本実施形態において、タンク１４Ａを構成する容器１４１は複数設置してもよく、各容器１４１を順次連結するようにチューブ１８を接続してもよい。
本実施形態において、容器１４１はパイプ１５を取り巻くリング状あるいはドーナツ状に形成してもよい。

〔第３実施形態〕
図３には、本発明の第３実施形態が示されている。
本実施形態のミスト供給ツール１０Ｂは、前記第１実施形態のミスト供給ツール１０（図１参照）とチューブ１８の構成が異なるが、他は同様に構成されている。従って、以下には相違する部分についてのみ説明し、共通の構成については同じ符号を付して重複する説明を省略する。

前述した第１実施形態では、図１のようにチューブ１８がノズル１７の外部に露出して設置されていた。
本実施形態では、図３のようにチューブ１８Ｂがパイプ１５内に設置され、外部に露出しないようになっている。
具体的には、チューブ１８Ｂは金属製とされ、第１実施形態のような可撓性ではない。そして、パイプ１５の内部に回転軸線Ａに沿って配置され、一端が径方向に折り曲げられてパイプ１５を貫通し、タンク１４内に連通されている。他端はノズル１７の回動部１７２内に導入され、中心軸線Ｃ上またはその近傍に配置されている。
従って、チューブ１８Ｂにより、タンク１４内の切削液Ｌがノズル１７内に供給され、パイプ１５から送られる加圧気体Ｇによりミスト化することができる。

このような本実施形態においても、前述した第１実施形態と同様な効果を得ることができる。
さらに、本実施形態では、チューブ１８Ｂがノズル１７ないしパイプ１５内部に設置され、外部に露出しない。このため、チューブ１８Ｂが周囲の突起物等に接触する等の不都合を未然に回避することができる。
なお、本実施形態（チューブ１８Ｂ）は、第２実施形態のタンク１４Ａ（図２参照）と組み合わせてもよい。

〔第４実施形態〕
図４には、本発明の第４実施形態が示されている。
本実施形態のミスト供給ツール１０Ｃは、前記第１実施形態のミスト供給ツール１０（図１参照）とチューブ１８の構成が異なるが、他は同様に構成されている。従って、以下には相違する部分についてのみ説明し、共通の構成については同じ符号を付して重複する説明を省略する。

前述した第１実施形態では、図１のようにチューブ１８がノズル１７の回動部１７２に接続され、その端部は回動部１７２内の中心軸線Ｃ上または近傍に配置されていた。
本実施形態では、図４のようにチューブ１８Ｃがノズル１７の絞り部１７１に接続され、その端部は回動部１７２内の中心軸線Ｃから絞り部１７１の先端開口までの間の区間に配置されている。

このような本実施形態においても、前述した第１実施形態と同様な効果を得ることができる。
さらに、本実施形態では、チューブ１８Ｃがノズル１７の絞り部１７１に接続され、その端部は回動部１７２内の中心軸線Ｃから絞り部１７１の先端開口までの間の区間に配置されているため、中心軸線Ｃあるいはその近傍に配置される第１実施形態等に比べてより絞り部１７１の先端開口に近づき、ミスト化したての新鮮なミストＭを噴射することができる。
なお、本実施形態（チューブ１８Ｃ）は、第２実施形態のタンク１４Ａ（図２参照）と組み合わせてもよい。

〔変形例〕
なお、本発明は前述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない範囲での変形等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記各実施形態では、加圧気体Ｇを供給するために固定部１３にサブシャンク１６を設け、主軸ヘッド３に延長部４を設け、これらのサブシャンク１６と延長部４とを接続することで気体通路を着脱可能に形成したが、固定部１３に外部の圧縮空気源等からのホースを直接接続してもよい。
但し、ミスト供給ツール１０〜１０Ｃを主軸２から着脱する際にホースの取り回しに配慮する必要があり、各実施形態のようにミスト供給ツール１０〜１０Ｃを主軸２に装着した際に、気体通路が自動的に接続状態となる構成とすることが望ましい。

前記各実施形態では、主軸２の回転軸線Ａに対して傾斜可能なノズル１７として、絞り部１７１と回動部１７２とを備え、途中の中心軸線Ｃを中心に回動することで屈曲する構成を用いたが、ノズル１７はミストＭを噴射する方向が変更、つまり回転軸線Ａに対して傾斜させられればよく、例えばパイプ１５の先端に多数のコルゲーションを有するフレキシブルパイプを設置し、このフレキシブルパイプを屈曲させる構成としてもよい。
その他、各実施形態における細部の形状寸法等は適宜変更することができる。

１…工作機械
２…主軸
３…主軸ヘッド
４…延長部
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ…ミスト供給ツール
１１…シャンク
１２…回転部
１２０…基部
１２１，１２２…通路
１２３，１２４…Ｏリング
１３…固定部
１３１，１３２…軸受
１３３…凹溝
１３４…通路
１４，１４Ａ…タンク
１４０…筒体
１４１…容器
１５…パイプ
１６…サブシャンク
１７…ノズル
１７１…絞り部
１７２…回動部
１８，１８Ｂ，１８Ｃ…チューブ
Ａ…回転軸線
Ｃ…中心軸線
Ｅ…噴射軸線
Ｇ…加圧気体
Ｌ…切削液
Ｍ…ミスト
Ｓ…傾斜角度

Claims (4)

1. 主軸ヘッドに回転自在に支持された主軸を有する工作機械に装着されてワークに切削液のミストを供給するミスト供給ツールであって、
   前記主軸ヘッドに接続される固定部と、前記固定部に回転自在に保持されかつ前記主軸に接続されて前記主軸とともに回転可能な回転部と、前記回転部に設置されかつ前記主軸の回転軸線に対して傾斜可能なノズルと、前記ノズルに連通されかつ前記固定部を介して前記主軸ヘッドから加圧気体が供給される気体通路と、前記回転部に設置されかつ切削液を貯留するタンクと、前記タンクと前記ノズルとを接続する切削液通路とを備えたことを特徴とするミスト供給ツール。
2. 請求項１に記載したミスト供給ツールにおいて、
   前記回転部は、前記主軸の回転軸線に沿って延びる管部を有し、
   前記ノズルは、前記管部の先端に回動自在に接続され、
   前記気体通路は、前記管部を通して前記ノズルに連通されていることを特徴とするミスト供給ツール。
3. 請求項２に記載したミスト供給ツールにおいて、
   前記切削液通路は、一端が前記タンク内に連通され、他端が前記ノズルの回動中心位置で前記ノズルに連通されていることを特徴とするミスト供給ツール。
4. 請求項１または請求項２に記載したミスト供給ツールにおいて、
   前記切削液通路は、一端が前記タンク内に連通され、他端が前記ノズルの絞り部に連通されていることを特徴とするミスト供給ツール。

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