JP5984706B2 - クーラント吸引装置及び工作機械 - Google Patents

Description

本発明は、クーラント吐出機能を持つ工作機械のクーラント吸引装置及びそのクーラント吸引装置を備える工作機械に関する。

工作機械を用いた加工では、水溶性や油性を問わず、クーラントが広く使用されている。又、自動工具交換装置を備えた工作機械では、ノズルから被削材にクーラントを供給する構造の他に、工具内を通過するスピンドルスルー構造を採用することが多い。いずれも、クーラント供給停止後は、配管内に残留したクーラントを除去しないと、主軸移動時に機械外へのクーラント漏れが発生したり、工具交換時にクーラントに混じった微小切粉による噛み込み不具合が発生したりする。

特開平８−１１８１９８号公報（図１） 特開平１１−１６５２３５号公報（図１）

従来、配管内に残留したクーラントを除去する方法として、エアブローによりクーラントを吹き飛ばす方法と、クーラントを吸引する方法の２つがある。クーラントを吹き飛ばす方法では、霧状になったクーラントが機械周囲に浮遊することで、健康上及び機械や建屋の汚染が問題となる。

一方、クーラントを吸引する方法としては、例えば、特許文献１、２に示す技術が知られているが、以下のような問題点がある。例えば、特許文献１では、ポンプから吐出したクーラント径路をバルブで切り替えて、エジェクタに通すことで、負圧を生み出し、配管内に残留したクーラントを吸引する構造となっている（図１参照）。しかしながら、この構造では、エジェクタ内部にクーラントを通す必要があるため、微小切粉や劣化したクーラントが詰まり故障するおそれがある。

本発明は上記課題に鑑みなされたもので、エジェクタの故障を防止して、供給配管内に残留したクーラントを回収することができるクーラント吸引装置及び工作機械を提供することを目的とする。

上記課題を解決する第１の発明に係るクーラント吸引装置は、
クーラントを吐出する工作機械の供給配管にクーラントを供給した後、前記供給配管に残留するクーラントを吸引するクーラント吸引装置であって、
気体を供給する気体供給源と、
入力側が第１のバルブを介して前記気体供給源に接続されたエジェクタと、
上部が前記エジェクタの負圧側と接続された一次受容器と、
一端が前記一次受容器の上部に接続され、他端が第２のバルブを介して前記供給配管に接続された吸引配管と、
前記一次受容器の底部に接続され、前記一次受容器の下方方向のみに開く逆止弁とを備え、
前記第１のバルブ及び前記第２のバルブを開くと、前記気体供給源から気体が前記エジェクタに供給され、前記エジェクタにより前記一次受容器の内部が負圧になり、前記吸引配管を介して、前記供給配管に残留するクーラントを前記一次受容器へ吸引することを特徴とする。

上記課題を解決する第２の発明に係るクーラント吸引装置は、
上記第１の発明に記載のクーラント吸引装置において、
前記第１のバルブ及び前記第２のバルブを閉じると、前記一次受容器の内部は大気圧に戻り、前記一次受容器へ吸引されたクーラントは、当該クーラントの自重により前記逆止弁が開いて、下方に排出されることを特徴とする。

上記課題を解決する第３の発明に係るクーラント吸引装置は、
上記第１又は第２の発明に記載のクーラント吸引装置において、
吸引したクーラントを貯留する貯留容器を前記逆止弁の下方に設けたことを特徴とする。

上記課題を解決する第４の発明に係るクーラント吸引装置は、
上記第１〜第３のいずれか１つの発明に記載のクーラント吸引装置において、
前記エジェクタの出力側に気液を分離するフィルタを設けたことを特徴とする。

上記課題を解決する第５の発明に係るクーラント吸引装置は、
上記第１〜第４のいずれか１つの発明に記載のクーラント吸引装置において、
前記一次受容器の容積を、前記供給配管内部の容量より大きくしたことを特徴とする。

上記課題を解決する第６の発明に係る工作機械は、
上記第１〜第５のいずれか１つの発明に記載のクーラント吸引装置を備えることを特徴とする。

本発明によれば、エジェクタ駆動に気体を用い、エジェクタ内部にクーラントを通す必要がないので、微小切粉や劣化したクーラントがエジェクタ内部に詰まることはなく、その故障確率を低減することができる。

本発明に係るクーラント吸引装置の実施形態の一例を示す系統図である。 図１に示した系統図を用いて、供給配管からのクーラントの吸引を説明する図である。

以下、本発明に係るクーラント吸引装置及び工作機械の実施形態について、図１、図２を参照して説明を行う。

（実施例１）
図１は、本実施例のクーラント吸引装置を示す系統図であり、図２は、図１に示した系統図を用いて、供給配管からのクーラントの吸引を説明する図である。

本実施例のクーラント吸引装置は、クーラント吐出機能を持つ工作機械で使用されるものであり、クーラント吐出を停止した後に供給配管内へ残留したクーラントを吸引することで、クーラントの漏れ出しを防ぐものである。

まず、クーラント吐出について、図１を参照して説明する。工作機械（図示省略）には、使用するクーラントＣを貯留する貯留タンク１１が設けられており、この貯留タンク１１に接続された配管Ｐ１と、配管Ｐ１に取り付けられたポンプ１２及びモータ１３を用いて、クーラントＣが工作機械へ供給される。

例えば、工作機械のワーク、主軸芯及び副軸芯（例えば、アタッチメントなど）の３箇所にクーラントＣを供給し、吐出する場合には、配管Ｐ１に３系統の供給配管Ｐ２ａ〜Ｐ２ｃを接続する。ワークへの供給配管Ｐ２ａには、バルブ１４ａ、チェックバルブ１５ａを接続しており、主軸芯への供給配管Ｐ２ｂには、バルブ１４ｂ、チェックバルブ１５ｂを接続しており、副軸芯への供給配管Ｐ２ｃには、バルブ１４ｃ、チェックバルブ１５ｃを接続している。このような供給系統は、工作機械で必要とするクーラント吐出箇所に応じて、適宜に増減可能である。

例えば、ワークにクーラントＣを供給し、吐出する場合には、制御装置（図示省略）の制御によりバルブ１４ａを開け、供給配管Ｐ２ａを介して、ワークへクーラントＣを供給し、吐出することになる。同様に、主軸芯にクーラントＣを供給し、吐出する場合には、制御装置の制御によりバルブ１４ｂを開け、供給配管Ｐ２ｂを介して、主軸芯へクーラントＣを供給し、吐出することになり、副軸芯にクーラントＣを供給し、吐出する場合には、制御装置の制御によりバルブ１４ｃを開け、供給配管Ｐ２ｃを介して、副軸芯へクーラントＣを供給し、吐出することになる。

供給配管Ｐ２ａ〜Ｐ２ｃにおいて、チェックバルブ１５ａ〜１５ｃの下流側には、各々分岐配管Ｐ３ａ〜Ｐ３ｃが接続されており、チェックバルブ１５ａ〜１５ｃより下流側の供給配管Ｐ２ａ〜Ｐ２ｃの内部に残留するクーラントが、後述するクーラント吸引装置により吸引可能な構成となっている。チェックバルブ１５ａ〜１５ｃのクラッキング圧力は、後述するクーラント吸引装置により吸引される圧力（負圧圧力）より大きいものを用いており、クーラント吸引時にチェックバルブ１５ａ〜１５ｃが開かないようになっている。

次に、本実施例のクーラント吸引装置を説明する。本実施例のクーラント吸引装置も、エジェクタ２４を用いるものである。このエジェクタ２４の入力側には、入力配管Ｔ１が接続されており、入力配管Ｔ１には、空気（圧縮空気など）やガス（例えば、窒素や酸素など）などの気体を供給するための気体供給源２１と、気体供給源２１からの気体を供給したり、停止したりするためのバルブ２２と、供給された気体の圧力又は流量を調整する手動弁２３とを接続している。

又、エジェクタ２４の出力側は大気開放でもよいが、ここでは、出力配管Ｔ２が接続されており、出力配管Ｔ２には、気液を分離するフィルタ２６が接続されており、フィルタ２６の下部には、排出配管Ｔ３が接続されており、この排出配管Ｔ３は、後述する排出配管Ｔ６と合流されている。

又、エジェクタ２４の負圧側には、負圧配管Ｔ４が接続されており、この負圧配管Ｔ４は、一次受タンク２５の上部に接続されている。又、一次受タンク２５の上部には、吸引配管Ｔ５の一端が接続されており、この吸引配管Ｔ５の他端は、バルブ２８ａ〜２８ｃを各々介して、分岐配管Ｐ３ａ〜Ｐ３ｃと各々接続されている。又、一次受タンク２５の底部には、排出配管Ｔ６が接続されており、この排出配管Ｔ６には、下方方向のみに開くチェックバルブ２７が接続されおり、チェックバルブ２７の下流側で排出配管Ｔ３と排出配管Ｔ６とが合流されて、その排出口が貯留タンク１１の上方に配置されている。

このような構成を有するクーラント吸引装置を用いて、供給配管Ｐ２ａ〜Ｐ２ｃの内部に残留したクーラントを吸引することになる。ここで、図２を参照して、供給配管Ｐ２ａの内部に残留したクーラントＣの吸引について説明する。

前述したように、ワークにクーラントＣを供給し、吐出する場合には、制御装置の制御によりバルブ１４ａを開け、供給配管Ｐ２ａを介して、ワークへクーラントＣを供給し、吐出することになる。クーラントＣの吐出停止後、供給配管Ｐ２ａの内部には、クーラントＣが残留するので、このクーラントＣを吸引するため、制御装置の制御によりバルブ２８ａと共にバルブ２２を開ける。

バルブ２２を開けると、入力配管Ｔ１を介して、気体供給源２１からの気体がエジェクタ２４へ供給される（気体の流れＧ１）。エジェクタ２４に、気体などの流体を供給すると、エジェクタ２４の内部に設けたノズルから流体を高速で噴出し、噴出した流体の巻き込み作用により負圧を発生させ、発生させた負圧により、他の流体を吸引し、排出することができる。エジェクタ２４では、その負圧配管Ｔ４が一次受タンク２５に接続されており、一次受タンク２５の内部の空気を吸引し、排出することになる。

一次受タンク２５の内部の空気が、エジェクタ２４により吸引、排出されると、一次受タンク２５の内部も負圧状態となる。一次受タンク２５の底部に接続された排出配管Ｔ６には、チェックバルブ２７が接続されているが、一次受タンク２５の内部が負圧状態となると、チェックバルブ２７の上流側が負圧（大気圧より小さい圧力）、その下流側が大気圧となるので、チェックバルブ２７は閉じた状態を維持することになる。このチェックバルブ２７により、一次受タンク２５の内部が負圧状態となっても、周囲の大気やクーラントＣが排出配管Ｔ６側から一次受タンク２５へ戻らないようにしている。

従って、一次受タンク２５の内部が負圧状態となると、一次受タンク２５の上部に接続された吸引配管Ｔ５、そして、バルブ２８ａ、分岐配管Ｐ３ａを介して、供給配管Ｐ２ａの内部に残留したクーラントＣを吸引して、クーラントＣを一次受タンク２５の内部へ回収することになる（クーラントＣの流れＲ１）。そして、回収したクーラントＣは、一次受タンク２５の内部に一時的に貯留することになる。

このとき、気体供給源２１から供給される気体の圧力、流量は一定であるので、予め、供給配管Ｐ２ａの内部の容量（残留するクーラントＣの容量）を求め、求めた容量を回収する時間を求めておけば、残留するクーラントＣを確実に安定して回収することができる。

前述したように、ここでは、出力配管Ｔ２にフィルタ２６が接続されている。エジェクタ２４により一次受タンク２５の内部を負圧状態として、供給配管Ｐ２ａの内部に残留したクーラントＣを一次受タンク２５へ回収すると、吸引したクーラントＣの勢いにより一次受タンク２５の内部でクーラントＣが霧状となり、ミストが発生することも考えられる。一次受タンク２５の内部でミストが発生した場合には、負圧配管Ｔ４を通って、ミストが出力配管Ｔ２側へ排出されることになる（ミストの流れＧ２）。

そこで、出力配管Ｔ２に接続したフィルタ２６で気液を分離し、分離後の気体はフィルタ２６のメッシュ部２６ａを通って大気へ排出している（気体の流れＧ３）。一方、分離後のクーラントＣは、フィルタ２６の下部に接続した排出配管Ｔ３を介して、貯留タンク１１へ戻すようにしている（クーラントＣの流れＲ２）。このようにして、ミストになったクーラントＣであっても、フィルタ２６により大気中に漏れないようにしている。

以上説明したように、エジェクタ２４では、気体供給源２１から供給した気体を用いて、負圧を発生させており、その内部（特に、負圧を発生させるノズル）をクーラントＣが流れることはない。もし、一次受タンク２５の内部で、回収したクーラントＣのミストが発生したとしても、ミストが流れるのはノズルの周囲である。従って、特許文献１、２とは異なり、ノズルに目詰まりが発生することはなく、エジェクタ２４の故障確率を低減することができる。

残留したクーラントＣを一次受タンク２５の内部へ回収した後、制御装置の制御によりバルブ２８ａと共にバルブ２２を閉じると、つまり、気体供給源２１からの気体の供給を停止すると、一次受タンク２５の内部は大気圧状態へ戻ることになる。すると、一次受タンク２５の内部に回収したクーラントＣの自重により、チェックバルブ２７が開き、排出配管Ｔ６を介して、貯留タンク１１へ自動的に回収されることになる（クーラントＣの流れＲ３）。このチェックバルブ２７のクラッキング圧力は、クーラントＣの自重で開くことができるものでよい。このように、ここでは、クーラントＣの自重を利用して、一次受タンク２５から貯留タンク１１へクーラントＣを戻しているため、一次受タンク２５と貯留タンク１１の位置関係は、一次受タンク２５を上方の位置とし、貯留タンク１１を下方の位置としている。

このように、バルブ２８ａと共にバルブ２２を開けて、エジェクタ２４を動作させると、供給配管Ｐ２ａの内部に残留したクーラントＣを吸引して、一次受タンク２５の内部へ回収することになり、その後、バルブ２８ａと共にバルブ２２を閉じると、一次受タンク２５の内部に回収したクーラントＣは、貯留タンク１１へ戻ることになる。

これは、供給配管Ｐ２ｂ又は供給配管Ｐ２ｃの内部に残留したクーラントＣを吸引、回収する場合も同様であり、供給配管Ｐ２ｂの場合はバルブ２８ｂを、供給配管Ｐ２ｃの場合はバルブ２８ｃを、バルブ２２と共に開閉すればよい。

又、一次受タンク２５の容積は、予め、供給配管Ｐ２ａの内部の容量（残留するクーラントＣの容量）を求めておき、求めた容量より大きくなるように設定しておく。もし、供給配管Ｐ２ａと共に、供給配管Ｐ２ｂ又は供給配管Ｐ２ｃ又は両方の内部に残留したクーラントＣを同時に吸引、回収する場合には、これらの容量を合算して求めておき、合算した容量より大きくなるように、一次受タンク２５の容積を設定しておけばよい。

又、配管Ｐ１〜Ｐ３は、クーラントＣを吐出する際に、吐出に必要な圧力（例えば、３Ｍｐａ程度）が付加されるため、その圧力に耐えうる高圧配管にする必要があるが、クーラントＣの吸引に関わる配管、具体的には、配管Ｔ１〜Ｔ５は、クーラントＣの吐出には関係ないので、高圧配管にする必要は無い。配管Ｔ１〜Ｔ５が対応する圧力範囲としては、負圧からの気体の供給圧（例えば、０．５ＭＰａ程度）の範囲であればよい。

特許文献１、２に示す装置では、エジェクタの故障に止まらず、以下のような問題が発生するおそれもある。例えば、特許文献１、２に示す装置では、エジェクタの吸引力がポンプ吐出圧などの性能に左右されてしまう。又、クーラント吐出用のポンプをそのまま用い、クーラントの供給経路を切り替えて、エジェクタにクーラントを供給するので、クーラントのエジェクタへの供給圧が適切とは限らず、ポンプの電力消費量として無駄が多くなることもある。又、クーラントを吸引する配管もクーラントの供給圧に耐えられるように、高圧配管にする必要もある。又、エジェクタ駆動のため、大量のクーラントを供給する必要があると共に、使用したクーラントをタンクに回収する必要があり、そのため、クーラントを回収したタンクでミストが発生する場合もある。

これに対して、本実施例のクーラント吸引装置は、上述したように、エジェクタ駆動に気体を用いているので、その故障確率を低減することができ、又、エジェクタの吸引力も安定し、又、無駄な電力消費量も抑制することができ、又、クーラントを吸引する配管を高圧配管にする必要もなく、又、配管に残留したクーラントのみを回収すればよいので、ミストの発生を抑えることもできる。

本発明は、クーラント吐出機能を持つ工作機械に好適なものである。

１１ 貯留タンク（貯留容器）
１２ ポンプ
２１ 気体供給源
２２ バルブ（第１のバルブ）
２４ エジェクタ
２５ 一次受タンク（一次受容器）
２６ フィルタ
２７ チェックバルブ（逆止弁）
２８ａ〜２８ｃ バルブ（第２のバルブ）

Claims (6)

1. クーラントを吐出する工作機械の供給配管にクーラントを供給した後、前記供給配管に残留するクーラントを吸引するクーラント吸引装置であって、
   気体を供給する気体供給源と、
   入力側が第１のバルブを介して前記気体供給源に接続されたエジェクタと、
   上部が前記エジェクタの負圧側と接続された一次受容器と、
   一端が前記一次受容器の上部に接続され、他端が第２のバルブを介して前記供給配管に接続された吸引配管と、
   前記一次受容器の底部に接続され、前記一次受容器の下方方向のみに開く逆止弁とを備え、
   前記第１のバルブ及び前記第２のバルブを開くと、前記気体供給源から気体が前記エジェクタに供給され、前記エジェクタにより前記一次受容器の内部が負圧になり、前記吸引配管を介して、前記供給配管に残留するクーラントを前記一次受容器へ吸引することを特徴とするクーラント吸引装置。
2. 請求項１に記載のクーラント吸引装置において、
   前記第１のバルブ及び前記第２のバルブを閉じると、前記一次受容器の内部は大気圧に戻り、前記一次受容器へ吸引されたクーラントは、当該クーラントの自重により前記逆止弁が開いて、下方に排出されることを特徴とするクーラント吸引装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載のクーラント吸引装置において、
   吸引したクーラントを貯留する貯留容器を前記逆止弁の下方に設けたことを特徴とするクーラント吸引装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１つに記載のクーラント吸引装置において、
   前記エジェクタの出力側に気液を分離するフィルタを設けたことを特徴とするクーラント吸引装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１つに記載のクーラント吸引装置において、
   前記一次受容器の容積を、前記供給配管内部の容量より大きくしたことを特徴とするクーラント吸引装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれか１つに記載のクーラント吸引装置を備えることを特徴とする工作機械。

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