JP7239288B2

JP7239288B2 - 工作機械の流体ノズル装置

Info

Publication number: JP7239288B2
Application number: JP2018181407A
Authority: JP
Inventors: 淳皓関根; 哲也中村; 昌弘矢島
Original assignee: MITSUISEIKI KOGYO KABUSHIKI KAISHA
Current assignee: MITSUISEIKI KOGYO KABUSHIKI KAISHA
Priority date: 2018-09-27
Filing date: 2018-09-27
Publication date: 2023-03-14
Anticipated expiration: 2038-09-27
Also published as: US20220001505A1; EP3858540A1; JP2020049586A; EP3858540A4; TW202019611A; TWI799649B; CA3113844A1; WO2020066782A1

Description

本発明は、工作機械の工具やワークの近傍にクーラント（切削液等）やエア等の流体を噴出する流体ノズル装置に関し、特に、工作機械の主軸廻りに複数個取付けられた各ノズルの噴射角度を同時に可変させ得る流体ノズル装置に関する。

加工条件の変化に応じて長さや径の異なる種々の工具が工作機械の主軸部に取付け保持されて使用される場合には、切削液等のクーラントの吹き出し（噴出）方向を変化させ調整しなければ、加工点にクーラントを最適供給することは不可能である。このため、従来は、自動工具交換装置（ＡｕｔｏｍａｔｉｃＴｏｏｌＣｈａｎｇｅｒ，以下ＡＴＣと略称する）を備え、工具の自動交換が可能な数値制御（ＮｕｍｅｒｉｃａｌＣｏｎｔｒｏｌ，以下ＮＣと略称する）工作機械においても、作業者がクーラントの吹き出し管（噴出ノズル）等を手動で操作して、その吹き出し（噴出）方向を変化させるようにしていた（例えば、特許文献１参照）。特に、主軸の軸芯廻りに複数個取付けられた各ノズルから同時に工具による加工点へクーラント等の流体を噴出する流体ノズル装置では、加工に使用する工具の長さや径に応じて、その都度手作業でノズルの向きを調整して使用するようにしている。また、工具交換による加工点の変化に対応してクーラントの供給位置を自動で変化させようとする提案として、主軸近傍にクーラントノズルを回動自在に吐出し、その先端の向きを加工点の変化に対応して制御する従来例もある（特許文献２参照）。

特開昭５５－１１２７４９号公報実開昭６２－１３４６４２号公報

上述した従来のクーラント等の流体ノズル装置では、例えば、複数個ある各ノズルの調整を手動で行わなければならず、その段取りに時間がかかる上、調整の度に必ず人手が必要になるという問題があった。また、上述した特許文献２記載の従来例では、主軸の円周方向近傍でクーラントノズルを回動させて、主軸に向ってのクーラントの吐出位置を変更させるだけであり、単一のノズルで賄うことができる工具の範囲に限界があり、工具長の変化等には全く対応できないという問題がある。このように、従来のクーラントノズルの吐出方向の自動化のための提案では、単一ノズルの吹き出し（噴出）方向の自動調整等について解決手段の一例を示すが、工作機械の主軸廻りに複数個取付けられた各ノズルの噴射角度を同時に可変させるために、有効な提案は殆どなされていないのが実情である。

本発明は上述のような事情から為されたものであり、その目的は、複数のノズルの向きの調整を自動化することにより、工具交換時、ノズル調整に時間をかけずに最適な位置にクーラント等の流体を吐出することが可能な技術を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明者達は、クーラントノズルの吐出方向を手動で調整する手間があったものを解決し得る装置の構成について、鋭意研究した結果、複数本数を要するクーラントノズルに、サーボモータ及びノズルを可動させる機構を設けることで、工具の長さや径によって、複数のノズルを同時に自動で動かすことが可能な装置の構成を想到するに至った。
即ち、本発明の流体ノズル装置は、工具長及び／又は工具径の異なる複数種類の工具を備え、該複数種類の工具間で主軸に取付けられる工具を交換可能な工作機械の主軸軸芯廻りに前記工具の先端方向に向って相互に間隔を置いた環状に設けられる複数の円筒状の流体ノズルを有し、該複数の円筒状の流体ノズルから流体を吐出可能な流体ノズル装置において、
該流体ノズル装置は、前記複数の流体ノズルにそれぞれ対応して形成され、前記各流体ノズルの吐出角度を規制する湾曲した複数のカム溝を有し、該各カム溝を介して前記各流体ノズルが前記工具の先端側に向って突出するように前記主軸軸芯廻りに回動制御可能に取付けられる回動プレートと、
該回動プレートを回動駆動する駆動手段と、
前記工具の交換に応じて前記回動プレートを所定の角度回動させる制御部と、を有し、
該制御部が前記工作機械の工具の交換指令を受けて前記駆動手段を介して前記回動プレートを所定の角度回動させることにより、前記複数のカム溝がそれぞれ前記主軸軸芯廻りで摺動することで、前記各流体ノズルの吐出角度を変化させる流体ノズル装置であって、
前記カム溝は、それぞれが溝全長に亘って均一な溝幅に形成され、これら全長に亘って均一な溝幅の各カム溝が、軸芯側に向って傾斜する湾曲状に形成されており、
前記各流体ノズルの基部は、ノズル軸受部との摺動面が略球面状に形成されているだけでなく、前記カム溝との摺動面も略球面状に形成されていることを特徴とする。
以上の構成によれば、複数の円筒状の流体ノズルの向き調整を自動化することにより、工具交換時、ノズル調整に時間をかけずに最適な位置に流体を吐出することが可能である。

ここで、流体ノズル装置は、前記回動プレートを回動駆動する駆動手段としてのサーボモータと、該サーボモータの回転軸と噛み合う複数のギヤを有し、前記サーボモータの回転制御によって、工具長、工具径に合わせてクーラントノズル先端を自動調整することを特徴とする。また、本発明の流体ノズル装置は、サーボモータと、モータからの動力を伝達させるシャフト及び歯車、ノズルを動かす為の歯車を具備することを特徴とする。かかる構成によれば、工具の長さ及び径によって、サーボモータが回転し、モータの動力をシャフト及び歯車を介して複数のノズルを同時に動かすことができる。シャフトは、フレックス（フレキシブル）シャフトにより構成するのが好適であり、これによりシャフトを回転駆動するモータの工作機械への取付位置の自由度が増すという利点がある。

また、本発明の流体ノズル装置において、前記工作機械は、ＮＣ装置及び前記複数の流体ノズルのノズル角度を所望の範囲で入力・指定可能なＮＣ画面を有し、前記ＮＣ画面において、所望のノズル角度を範囲として入力・指定すると共に、該指定したノズル角度の範囲内で前記回動プレートを回動・反転させることにより前記ノズル角度を往復反転させることが可能に構成されていることを特徴とする。ＮＣ画面において、望むノズル角度を範囲（例えば０度～１５度等）として入力・指定することで、その指定したノズル角度の範囲内で、高速で回動プレートを回動・反転させることによりノズル角度を搖動（往復反転）させることが可能である。これにより、クーラントを連続する波状に吐出するようにすることもできる。

本発明によれば、工具の長さ及び径によって複数の流体ノズルの向き調整を自動化したものであるから、工具交換のたびに調整に要していた段取り時間の削減という効果がある。

本発明が適用される一例としての工作機械の平面図である。本発明が適用される一例としての工作機械の正面図である。本発明が適用される一例としての工作機械の側面図である。本発明の実施形態に係る工作機械のクーラントノズル装置の外観斜視図である。図４に示したクーラントノズル装置のノズル可変機構の断面図である。図４に示したクーラントノズル装置の外観正面図であってノズルの角度違いを表す図であり、（Ａ）は、ノズル角度０度の状態、（Ｂ）は、ノズル角度３０度の状態を示す。本発明の実施形態に係る工作機械の加工におけるクーラントノズル装置の動作手順である。図４に示したクーラントノズル装置におけるギヤプレートの回転角度とノズル角度の対応関係を表す図であり、（Ａ）は、ノズル可変機構の断面図においてギヤプレート回転角度０度を示し、（Ｂ）は、クーラントノズル装置の外観正面図においてノズル角度０度を示す。図４に示したクーラントノズル装置におけるギヤプレートの回転角度とノズル角度の対応関係を表す図であり、（Ａ）は、ノズル可変機構の断面図においてギヤプレート回転角度２０度を示し、（Ｂ）は、クーラントノズル装置の外観正面図においてノズル角度１０度を示す。図４に示したクーラントノズル装置におけるギヤプレートの回転角度とノズル角度の対応関係を表す図であり、（Ａ）は、ノズル可変機構の断面図においてギヤプレート回転角度３０度を示し、（Ｂ）は、クーラントノズル装置の外観正面図においてノズル角度１５度を示す。図４に示したクーラントノズル装置におけるノズル部の断面図であり、（Ａ）は、図５の状態（ギヤプレート回転角度０度・ノズル角度０度）におけるノズル部の断面図であり、（Ｂ）は、図７の状態（ギヤプレート回転角度３０度・ノズル角度１５度）におけるノズル部の断面図である。図４に示したクーラントノズル装置の外観正面図であってノズルの角度違いを表す図であり、（Ａ）は、ギヤプレート回転角度０度でノズル角度０度の状態、（Ｂ）は、ギヤプレート回転角度２０度でノズル角度１０度の状態、（Ｃ）は、ギヤプレート回転角度３０度でノズル角度１５度の状態、を示す。図４に示したクーラントノズル装置の可変ノズルユニットの分解斜視図である。図４に示したクーラントノズル装置に工具が装着された状態の斜視図である。本発明の他の実施形態に係るクーラントノズル装置のノズル可変機構の断面図である。本発明の他の実施形態に係るクーラントノズル装置におけるノズル部の断面図であり、（Ａ）は、ノズル角度１０度におけるノズル部の断面図であり、（Ｂ）は、ノズル角度３０度におけるノズル部の断面図である。

本発明の流体ノズル装置が適用される工作機械は、工具長及び／又は工具径の異なる複数種類の工具を備え、該複数種類の工具間で主軸に取付けられる工具を交換可能な工作機械である。また、本発明の流体ノズル装置は、ノズルの向きを自動で調整することを特徴とするものであるから、クーラント（切削液）のみならずエアの吐出にも利用可能であるが、ここでは、図１乃至図３を参照して、本発明の流体ノズル装置の一実施形態として角度調整可能なノズルからクーラント（切削液）を吐出する場合について述べる。そこで、まず、本実施形態のクーラントノズル装置が用いられる工作機械の概略構成について述べる。図１、図２、及び図３は、それぞれ、本発明が適用される一例としての工作機械の平面図、正面図、及び側面図である。

図１乃至図３を参照しつつ、本実施形態のクーラントノズル装置２００が用いられる工作機械１００は、いわゆる立型の工作機械であり、基礎であるベッド２０と、そのベッド２０に対してＹ軸方向に摺動可能なＹ軸移動体（コラム）３０と、そのＹ軸移動体３０に対してＸ軸方向に摺動可能なＸ軸移動体４０と、そのＸ軸移動体４０に対してＺ軸方向に摺動可能なＺ軸移動体５０とを備えている。また、Ｚ軸移動体５０の下部には、Ｚ軸と同方向の軸を有する主軸５１が設けられ、その主軸５１の下端に、工具が取り付け可能となっている。主軸５１に取り付けられた工具は、その主軸５１に内蔵された主軸モータ（図示せず）により主軸周りに回転可能となる。

ここで、Ｙ軸移動体３０、Ｘ軸移動体４０、及びＺ軸移動体５０は、それぞれ、Ｙ軸駆動モータ３１、Ｘ軸駆動モータ（図示せず）、及びＺ軸駆動モータ３２（図３参照）により駆動されて、それぞれの軸方向に移動する。以上の構造により、主軸モータにより回転状態にある工具が、ベッド２０に対して３次元的に相対移動が可能となり、この動作により、後述するワークＷに対する３次元的な接近／離反動作を実現している。
また、工作機械１００は、工具自動交換装置６０を備えており、その工具把持交換機構６１が、複数の工具から所望の工具を選択して、把持、移動し、主軸５１に取り付けると共に、加工後の工具を撤退させることが可能となっている。また、上述及び後述の機械的動作の制御は、ＣＮＣ（ＣｏｍｐｕｔｅｒｉｚｅｄＮｕｍｅｒｉｃａｌＣｏｎｔｒｏｌ）装置７０により行われる。更に、工作機械１００は、操作／表示パネル８０を備えている。なお、工作機械１００は、他に様々な構成を有しているが、ここでは省略する。

次に、図４乃至図６を参照して、本実施形態に係るクーラントノズル装置２００の要部の構成について述べる。図４は、本実施形態に係るクーラントノズル装置の外観斜視図、図５は、図４に示したクーラントノズル装置のノズル可変機構の断面図、図６は、図４に示したクーラントノズル装置の外観正面図であってノズルの角度違いを表す図であり、（Ａ）は、ノズル角度０度の状態、（Ｂ）は、ノズル角度３０度の状態を示す。上述したように、本実施形態に係るクーラントノズル装置２００は、図１乃至図３に示したような工具長及び／又は工具径の異なる複数種類の工具を備え、該複数種類の工具間で主軸に取付けられる工具を交換可能な工作機械１００に用いられる。

ここで、本実施形態に係るクーラントノズル装置２００は、図４乃至図６に示すように、工作機械（図１乃至図３参照）の主軸５１の下面側５１Ｌ（図２参照）の軸芯廻りに工具１５０（図１乃至図３には図示せず、図６等参照）の先端方向に向って相互に間隔を置いた環状に設けられる複数のクーラントノズル２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０６を有し、これら複数のクーラントノズル２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０６からそれぞれクーラントを吐出可能な装置である。クーラントノズル装置２００は、複数のクーラントノズル２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０６にそれぞれ対応して形成され、各クーラントノズル２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０６それぞれの吐出角度を規制する湾曲した複数のカム溝２１１、２１２、２１３、２１４、２１５、２１６を有し、各カム溝２１１、２１２、２１３、２１４、２１５、２１６を介して各クーラントノズル２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０６が工具１５０の先端側に向って突出するように主軸５１の下面側５１Ｌの軸芯廻りに回動制御可能に取付けられる回動（ギヤ）プレート２１０と、回動（ギヤ）プレート２１０を駆動機構２２０を介して回動させる駆動装置としてのモータ（図示せず）と、工具１５０の他の工具への交換に応じて回動（ギヤ）プレート２１０を所定の角度回動させるノズル角度制御部（図示せず）とを有している。尚、ノズル角度制御部（図示せず）は、工作機械１００のＣＮＣ装置７０（図１参照）内に設けられている。そして、ＣＮＣ装置７０から上述した工具自動交換装置６０に対して工具１５０の他の工具への交換指令が出されると、この指令を受けてＣＮＣ装置７０内のノズル角度制御部（図示せず）が駆動装置としてのモータ（図示せず）及び駆動機構２２０を介して回動（ギヤ）プレート２１０を所定の角度回動させることにより、複数のカム溝２１１、２１２、２１３、２１４、２１５、２１６がそれぞれ主軸５１の下面側５１Ｌの軸芯廻りで摺動することで、各クーラントノズル２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０６の吐出角度を変化させることができる。ここで、図５に示すように、カム溝２１１、２１２、２１３、２１４、２１５、２１６は、それぞれ均一な溝幅に形成されているのではなく、軸芯側に向って傾斜する湾曲状に形成されていることで、これらカム溝内をノズルが相対移動することで、各ノズルの角度が軸芯側（内側）を向くように案内（規制）されるように構成されている。このような構成により、複数のクーラントノズル２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０６の向き調整を自動化することができるので、工具１５０の他の工具への交換時、ノズル調整に時間をかけずに最適な位置にクーラントを吐出することが可能である。

このように、本実施形態に係るクーラントノズル装置２００によれば、ＣＮＣ装置７０（図１参照）内のノズル角度制御部（図示せず）の制御により、工具１５０（図６（Ａ）（Ｂ）参照）の長さ及び径の情報から図示しないモータを回転させ、シャフト２４０を回して動力を伝達する。また、図６（Ａ）（Ｂ）に示す通り、制御により、工具１５０の長さ及び径に合わせて最適な位置に各クーラントノズル２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０６を動かし、クーラントを吐出することができる。図５より、シャフト２４０から伝達された動力は複数の歯車２４６ａ、２４６ｂを介して、最終的に複数のクーラントノズル２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０６が挿し込まれたカム溝２１１、２１２、２１３、２１４、２１５、２１６を有する歯車２７０を回すことで複数のクーラントノズル２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０６を同時に動かす。尚、本実施形態においては、シャフト２４０は、フレックス（フレキシブル）シャフトであり、このシャフト２４０に減速機２８０を介してギヤ機構が連結されている。また、フレックス（フレキシブル）シャフトであるシャフト２４０は、その減速機２８０への連結側の一部のみ図示しているが、工作機械１００に取り付けるモータの回転軸に連結する他端側を含めた所定の長さを有している。このように、シャフト２４０を所定の長さを有するフレックス（フレキシブル）シャフトにより構成しているので、シャフト２４０の長さ等を調整することで、シャフト２４０を回転駆動するモータ（図示せず）を工作機械１００に取り付ける位置の自由度が増すという利点がある。

次に、本実施形態に係る工作機械のクーラントノズル装置の動作の流れについて説明する。図７は、本実施形態のクーラントノズル装置の加工における動作手順である。
まず、クーラントノズル装置の加工における動作が開始されると（Ｓ７０１）、自動調整のフロー（Ｓ７０２）では、Ｓ７０３に示すＣＮＣ装置７０（図１参照）に、ツールＩＤと共に工具長・工具径を含むツール情報、並びに工具長の補正値等が入力され（Ｓ７０４）、この新たな（交換後の）工具の工具長・工具径に応じて上述したモータが回転される（Ｓ７０５）ことで、上述した回動（ギヤ）プレート２１０が所定の角度回動し、クーラントノズルの角度調整が実行される（Ｓ７０６）。そして、クーラントＯＮ、即ち、クーラントノズル２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０６からそれぞれクーラントを吐出しつつ（Ｓ７０７）、工具によるワークの加工が行われる（Ｓ７０８）。加工が完了すると
クーラントＯＦＦ、即ち、クーラントの吐出が停止される（Ｓ７０９）。必要に応じて工具が交換され（Ｓ７１０）、Ｓ７０３からの処理に戻る。一方、本実施形態のクーラントノズル装置は、オペレータ等によるノズル角度の手動調整も可能である。このオペレータ等による手動調整のフロー（Ｓ７１１）では、手動ハンドル（手パ）によりモータ軸を選択し（Ｓ７１２）、そのハンドルを回転する（Ｓ７１３）。これにより該当するモータが回転する（Ｓ７１４）ことで、上述した回動（ギヤ）プレート２１０が所定の角度回動し、クーラントノズルの角度調整が実行される（Ｓ７１５）。そして、クーラントＯＮ、即ち、クーラントノズル２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０６からそれぞれクーラントを吐出する（Ｓ７１６）。ここで、オペレータがノズル角度の調整結果を見て（Ｓ７１７）、ＯＫであれば、工具によるワークの加工が行われる（Ｓ７１８）。加工が完了するとクーラントＯＦＦ、即ち、クーラントの吐出が停止される（Ｓ７１９）。Ｓ７１７でオペレータから見て、ノズル角度の調整結果がＮＧであれば、Ｓ７１２からの処理に戻る。このように、本実施形態のクーラントノズル装置では、オペレータ等によるノズル角度の手動調整も可能である。即ち、クーラントノズル装置の機構や構造はそのままであるが、ＮＣのプログラムの設定を変更することで、オペレータ等の操作により以下の３つの調整が可能となる。まず、第１に、カールコード等により工作機械１００に接続されたハンドル部（図示せず）に設けられた手動ハンドルをオペレータ等が操作することにより、構造上の許容範囲内で、ノズルを所望の（無段階の）角度に振ることができる。また、第２に、ＮＣ上のＭコードでノズルの角度の指定が可能である。更に、第３に、ＮＣ画面上、ＡＴＣに搭載可能な工具（ツール）毎に、その工具長と工具径を入力することができるが、その画面において、望むノズル角度を入力することで、ＡＴＣにより交換される当該ツールに応じたノズル角度を指定することができる。また、ＮＣの画面において、望むノズル角度を範囲（例えば０度～１５度等）として入力・指定することで、その指定したノズル角度の範囲内で、高速でギヤプレート２１０を回動・反転させることによりノズル角度を搖動（往復反転）させることが可能である。これにより、クーラントを連続する波状に吐出するようにすることもできる。ここで、図７を参照してティーチング動作について述べる。本発明装置は、ティーチング動作が可能であり、Ｓ７３０の破線で囲まれた一連のフローがティーチング動作に対応している。そして、Ｓ７３０の破線で囲まれた一連のティーチング動作がＯＫであれば、ＣＮＣ装置７０（図１参照）に記憶させる（Ｓ７２０）。記憶された動作は、管理用に識別記号を付けて、ＣＮＣ装置７０内に保存される。必要に応じ、この識別記号によりティーチング動作を呼び出す。該ティーチング動作は、ＣＮＣ装置７０にロードされ、ＣＮＣ装置７０により自動運転される。

続いて、本発明の最大の特徴であるクーラントノズル装置２００におけるギヤプレート２１０の回転角度とノズル角度の対応関係について説明する。尚、以下の図８乃至図１０では、図（Ａ）における各カム溝（参照番号は省略）内のクーラントノズル２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０６それぞれの位置と図（Ｂ）における当該クーラントノズル２０１～２０６それぞれの角度の対応関係が重要である。即ち、本実施形態に係るクーラントノズル装置２００では、図８（Ａ）に示すように、ノズル可変機構の断面図においてギヤプレート２１０が回転角度０度の位置にある時、図８（Ｂ）に示すように、クーラントノズル装置２００の外観正面図においてノズル角度が０度の位置にある。また、図９（Ａ）に示すように、ノズル可変機構の断面図においてギヤプレート２１０が回転角度２０度の位置にある時、図９（Ｂ）に示すように、クーラントノズル装置２００の外観正面図においてノズル角度が１０度の位置にある。更に、図１０（Ａ）に示すように、ノズル可変機構の断面図においてギヤプレート２１０が回転角度３０度の位置にある時、図１０（Ｂ）に示すように、クーラントノズル装置２００の外観正面図においてノズル角度が１５度の位置にある。

図１１は、クーラントノズル装置２００におけるノズル部の断面図であり、（Ａ）は、図８の状態（ギヤプレート回転角度０度・ノズル角度０度）におけるノズル部の断面図であり、（Ｂ）は、図１０の状態（ギヤプレート回転角度３０度・ノズル角度１５度）におけるノズル部の断面図である。図１１（Ａ）（Ｂ）に示すように、各ノズル（ここでは、クーラントノズル２０１のみを示す）の基部２０１Ａは、ノズル軸受部２０８との摺動面が略球面状に形成されており、このため、上述したカム溝２１１内での相対移動により、円筒状のノズル管部２０１Ｂが向きを変え易いようになっている。即ち、本実施形態の大きな特徴として、第１には、上述したように、カム溝２１１、２１２、２１３、２１４、２１５、２１６は、それぞれ均一な溝幅に形成されているのではなく、軸芯側に向って傾斜する湾曲状に形成されていることで、これらカム溝内をノズルが相対移動することで、各ノズルの角度が軸芯側（内側）を向くように案内（規制）されるように構成されている。また、第２には、各ノズルの基部は、ノズル軸受部との摺動面が略球面状に形成されており、各カム溝内での相対移動により、円筒状のノズル管部が向きを変え易いようになっている。

以上に述べた構成と動作を外観斜視図等により示す。図１２は、クーラントノズル装置２００の外観正面図であってノズルの角度違いを表す図であり、（Ａ）は、ギヤプレート回転角度０度でノズル角度０度の状態、（Ｂ）は、ギヤプレート回転角度２０度でノズル角度１０度の状態、（Ｃ）は、ギヤプレート回転角度３０度でノズル角度１５度の状態、を示す。また、図１３は、クーラントノズル装置２００の可変ノズルユニットの分解斜視図である。更に、図１４は、クーラントノズル装置２００に工具１５０が装着された状態の斜視図である。

以上に述べた実施形態では、シャフト２４０をフレックス（フレキシブル）シャフトにより構成したが、フレックス（フレキシブル）でないものでも良いのは勿論である。また、ギヤプレート２１０を回転（回動）させる回転駆動手段（アクチュエータ）としてモータ（図示せず）を用いたが、このアクチュエータとしてモータ以外の手段を用いても良く、例えば、エアー（空気圧機器）を用いてギヤプレートを回転（回動）させるようにしても良い。また、アクチュエータとしてのモータからギヤ（駆動機構）を介してギヤプレートを回転（回動）させるようにしたが、例えば、ＤＤ（ＤｉｒｅｃｔＤｒｉｖｅ）モータでギヤプレートを回転（回動）させるようにしても良く、その場合には、ギヤ（駆動機構）を介する必要が無くなる。尚、上記実施形態では、工具が交換された場合に、ギヤプレート２１０を回転（回動）させてノズル角度を調整するようにしたが、同じ工具のまま加工する場合に、高速でギヤプレート２１０を回動・反転させてノズル角度を搖動（往復反転）させることで、クーラントを波状に吐出するようにしても良い。

ここで、本発明の他の実施形態について述べる。以上に述べた実施形態では、図５等に示したように、カム溝２１１、２１２、２１３、２１４、２１５、２１６は、それぞれ均一な溝幅に形成されているのではなく、軸芯側に向ってやや末広がりに形成されている構成としていたが、本発明の他の実施形態では、図１５に示すように、カム溝６１１、６１２、６１３、６１４、６１５、６１６は、それぞれが溝全長に亘って均一な溝幅に形成されている。これら全長に亘って均一な溝幅の各カム溝６１１、６１２、６１３、６１４、６１５、６１６が、軸芯側に向って傾斜する湾曲状に形成されている。これら軸芯側に向って傾斜する湾曲状に形成された各カム溝６１１、６１２、６１３、６１４、６１５、６１６内をノズルが相対移動することで、各ノズル（６０１等）の角度が軸芯側（内側）を向くように案内（規制）されるように構成されている。更に、当該他の実施形態では、図１６（Ａ）（Ｂ）に示すように、各ノズル（ここでは、クーラントノズル６０１のみを示す）は、ノズル軸受部６０８等との摺動面６０１Ａが略球面状に形成されているだけでなく、上述したカム溝６１１等との摺動面６０１Ｂも略球面状に形成されている。このように、各ノズルは、ノズル軸受部６０８等との摺動面６０１Ａが略球面状に形成されているだけでなく、カム溝（６１１等）との摺動面６０１Ｂも略球面状に形成されていることで、玉軸受のように、カム溝（６１１等）内で摺動し易くなり、円筒状のノズル６０１等が向きを変え易いようになっている。このような構成により、複数のクーラントノズル６０１等の向きの調整を自動化することができるので、工具の他の工具への交換時、ノズル調整に時間をかけずに最適な位置にクーラントを吐出することが可能である。

本発明は、立型・横型を問わず、流体ノズル装置が付いたマシニングセンタ等の工作機械に広く適用することができる。従来、マシニングセンタでは、ＡＴＣが標準装備され、工具交換は自動で行われるものであっても、クーラントが加工部位に的確に当たっているか否かをオペレータが機械の傍に付いていて監視する必要があった。特に、近年、その需要が増加している難削材の加工等では、潤滑及び冷却のためにクーラントが加工部位に的確に当たっているか否かは極めて重要なため、マシニングセンタの無人化（運転）の実現に対する障害になっていた。この意味からは、本発明の流体ノズル装置は、マシニングセンタの無人化（運転）の実現に寄与するところ大なるものがある。また、本発明の流体ノズル装置は、ノズルの角度を自動調整することによりクーラントを加工部位に的確に吐出できるので、工具寿命を延ばすことができる。特に、上述した難削材の加工等では、クーラントが加工部位に的確に当たっていないと工具が極めて短時間で使用不能になる場合があるため、工具寿命を延ばせるという本発明装置のメリットが大きい。尚、本発明は、ノズルの向きを自動で調整することを特徴とするものであるから、流体としてクーラントのみならずエアの吐出にも利用可能である。尚、本発明をレーザー加工におけるレーザー照射角度の自動調整に応用できる可能性があると考える。

５１主軸、５１Ｌ下面側、６０工具自動交換装置、７０ＣＮＣ装置、
１００工作機械、１５０工具、２００クーラントノズル装置、
２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０６、６０１クーラントノズル、
２１０回動（ギヤ）プレート、２１１、２１２、２１３、２１４、２１５、２１６、６１１、６１２、６１３、６１４、６１５、６１６カム溝、２２０駆動機構

Claims

工具長及び／又は工具径の異なる複数種類の工具を備え、該複数種類の工具間で主軸に取付けられる工具を交換可能な工作機械の主軸軸芯廻りに前記工具の先端方向に向って相互に間隔を置いた環状に設けられる複数の円筒状の流体ノズルを有し、該複数の円筒状の流体ノズルから流体を吐出可能な流体ノズル装置において、
該流体ノズル装置は、前記複数の流体ノズルにそれぞれ対応して形成され、前記各流体ノズルの吐出角度を規制する湾曲した複数のカム溝を有し、該各カム溝を介して前記各流体ノズルが前記工具の先端側に向って突出するように前記主軸軸芯廻りに回動制御可能に取付けられる回動プレートと、
該回動プレートを回動駆動する駆動手段と、
前記工具の交換に応じて前記回動プレートを所定の角度回動させる制御部と、を有し、
該制御部が前記工作機械の工具の交換指令を受けて前記駆動手段を介して前記回動プレートを所定の角度回動させることにより、前記複数のカム溝がそれぞれ前記主軸軸芯廻りで摺動することで、前記各流体ノズルの吐出角度を変化させる流体ノズル装置であって、
前記カム溝は、それぞれが溝全長に亘って均一な溝幅に形成され、これら全長に亘って均一な溝幅の各カム溝が、軸芯側に向って傾斜する湾曲状に形成されており、
前記各流体ノズルの基部は、ノズル軸受部との摺動面が略球面状に形成されているだけでなく、前記カム溝との摺動面も略球面状に形成されていることを特徴とする工作機械の流体ノズル装置。
請求項１に記載の流体ノズル装置において、前記回動プレートを回動駆動する駆動手段としてのサーボモータと、前記サーボモータからの動力を前記回動プレートに伝達させるシャフト及び前記サーボモータの回転軸と噛み合う複数のギヤを有し、前記シャフトがフレキシブルに形成されていることを特徴とする工作機械の流体ノズル装置。
請求項１又は２に記載の流体ノズル装置において、前記工作機械は、ＮＣ装置及び前記複数の流体ノズルのノズル角度を所望の範囲で入力・指定可能なＮＣ画面を有し、前記ＮＣ画面において、所望のノズル角度を範囲として入力・指定すると共に、該指定したノズル角度の範囲内で前記回動プレートを回動・反転させることにより前記ノズル角度を往復反転させることが可能に構成されていることを特徴とする工作機械の流体ノズル装置。