(57)【要約】【課題】簡単な構成で研削焼けや工具の摩耗を有効に防止できる上に加工時間の短縮も可能なクーラントノズルを提供する。【解決手段】所定形状を有する工具と工作物とを相対移動させて前記工作物を前記工具により加工点にクーラントノズルからクーラントを吐出しながら加工する工作機械におけるクーラントノズルであって、前記クーラントノズルの先端部は、（Ａ）先細（先端絞り）に形成し、（Ｂ）先端側の内周面にガイド（案内板）を設け、（Ｃ）先端側の内周面をギザギザ（リブレット）に形成する、のいずれか一の構成、又は二以上を組み合わせた構成を有する。【選択図】  図３
2020131344.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定形状を有する工具と工作物とを相対移動させて前記工作物を前記工具により加工点にクーラントノズルからクーラントを吐出しながら加工する工作機械におけるクーラントノズルであって、前記クーラントノズルの先端部は、（Ａ）先細（先端絞り）に形成し、（Ｂ）先端側の内周面にガイド（案内板）を設け、（Ｃ）先端側の内周面をギザギザ（リブレット）に形成する、のいずれか一の構成、又は二以上を組み合わせた構成を有することを特徴とするクーラントノズル。
【請求項２】
ベッドと、該ベッド上に移動可能に設けられ、工作物が支持されるテーブルと、該テーブルに接近及び離反する方向に移動可能な主軸ヘッドと、該主軸ヘッド上に配された主軸に取付けられ、該主軸と共に高速動作する所定形状を有する工具を備え、前記工具と前記工作物とを相対移動させて前記工作物を前記工具により加工する工作機械において、前記工作物を前記工具により加工する加工点にクーラントを吐出するクーラントノズルを有し、前記クーラントノズルの先端部は、（Ａ）先細（先端絞り）に形成し、（Ｂ）先端側の内周面にガイド（案内板）を設け、（Ｃ）先端側の内周面をギザギザ（リブレット）に形成する、のいずれか一の構成、又は二以上を組み合わせた構成を有することを特徴とする工作機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クーラントノズル及び工作機械に関し、特に、工作機械におけるクーラントノズルの形状に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、工作機械において、ワークに対し切削・研削等の加工を行う際には、所定の経路を介して案内・供給したクーラント（切削・研削液）を工具による加工部位に向けて噴射するようにしている。例えば、砥石を用いてネシ゛等を研削する工作機械においては、工具ホルダ側或いはワーク支持台側の所定の箇所から伸長するクーラント供給路から伸長するクーラントノズルの先端を加工部位に向けて配置し、ノズルからクーラントを噴射するようにしている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、他の例では、砥石と工作物とを相対移動させて工作物を砥石により研削点にクーラントを供給しながら研削加工する研削装置において、研削点に供給するクーラントは飽和水蒸気を所定温度まで加熱した過熱水蒸気とする従来例もある（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−１１２７４６号公報
【特許文献２】特開２０１０−９９８１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１記載の従来例では、様々な工作物の形状に対応して的確に加工位置にクーラントを噴射することは困難であり、いわゆる研削焼け等の問題が生じてしまうのは避けられないことがあった。更に、加工位置にクーラントを的確に噴射することが困難であると、研削焼けを防止するためにも、加工速度を上げることも困難になるので、加工時間の短縮ができなかった。このうち、研削焼けに対する対策として、特許文献２記載の従来例では、クーラントを飽和水蒸気を所定温度まで加熱した過熱水蒸気とするようにしているが、そのための加熱装置等が必要であり、コストも上昇してしまう。このように、例えば、研削装置では、研削焼け等の問題を解消するためのクーラントノズルそのものの構成に関する考察が不十分であった。また、同様に、マシニングセンタ等、他の工作機械でも、様々な形状・材料から成る工作物に対し的確に加工位置にクーラントを噴射することが困難であるため、例えば、難削材の加工等では、切削等の工具が短時間で摩耗してしまい、そのため頻繁な工具の交換が必要となり、いわゆるマシニングセンタの無人運転が実現できないばかりか、トータルの工数が増加し、結果として、加工時間の短縮も困難であった。このように、従来例に比べ簡単な構成で研削焼けや工具の摩耗を有効に防止できる上に加工時間の短縮も可能なクーラントノズルの開発が待たれていた。
【０００６】
そこで、工作機械において、クーラント液や工具の材料・組成、或いはクーラントの噴射位置や噴射角度の視点とは異なる全く新たな視点から研削焼けや工具の摩耗を防止できる上に加工時間の短縮も可能な技術の開発が望まれる。
【０００７】
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、簡単な構成で研削焼けや工具の摩耗を有効に防止できる上に加工時間の短縮も可能なクーラントノズル及び工作機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の第１の様相のクーラントノズルは、所定形状を有する工具と工作物とを相対移動させて前記工作物を前記工具により加工点にクーラントノズルからクーラントを吐出しながら加工する工作機械におけるクーラントノズルであって、前記クーラントノズルの先端部は、（Ａ）先細（先端絞り）に形成し、（Ｂ）先端側の内周面にガイド（案内板）を設け、（Ｃ）先端側の内周面をギザギザ（リブレット）に形成する、のいずれか一の構成、又は二以上を組み合わせた構成を有することを特徴とする。
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の第２の様相に係る工作機械は、ベッドと、該ベッド上に移動可能に設けられ、工作物が支持されるテーブルと、該テーブルに接近及び離反する方向に移動可能な主軸ヘッドと、該主軸ヘッド上に配された主軸に取付けられ、該主軸と共に高速動作する所定形状を有する工具を備え、前記工具と前記工作物とを相対移動させて前記工作物を前記工具により加工する工作機械において、前記工作物を前記工具により加工する加工点にクーラントを吐出するクーラントノズルを有し、前記クーラントノズルの先端部は、（Ａ）先細（先端絞り）に形成し、（Ｂ）先端側の内周面にガイド（案内板）を設け、（Ｃ）先端側の内周面をギザギザ（リブレット）に形成する、のいずれか一の構成、又は二以上を組み合わせた構成を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、クーラントノズルの先端側の形状を、先細（先端絞り）に形成し、先端側の内周面にガイド（案内板）を設け、先端側の内周面をギザギザ（リブレット）に形成したので、工作物に対する工具による加工点にクーラントをピンポイントで効率よく噴射することが可能である。更に、ノズル内部の流路が滑らかになるように加工したので、加工点にピンポイントでクーラントを供給し易くなる。この結果、従来に比べて研削焼けや工具の摩耗を減らすことができる上に加工時間の短縮も可能になる。従って、簡単な構成で研削焼けや工具の摩耗を有効に防止できる上に加工時間の短縮も可能なクーラントノズルと、それを備える工作機械を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明が適用される工作機械の一例としての研削装置の概略構成を示す斜視図である。
【図２】外周研削における砥石、工作物、クーラントノズルの位置関係の一例を示す斜視図である。
【図３】本発明のクーラントノズルの基本形をそれぞれ示す図であり、（Ａ）は、先細（先端絞り）に形成し、（Ｂ）は、先端側の内周面にガイド（案内板）を設け、（Ｃ）は、先端側の内周面をギザギザ（リブレット）に形成したクーラントノズルをそれぞれ示す。
【図４】本発明のクーラントノズルが適用可能な円筒状ワークの外周研削の実施形態を示す図である。
【図５】本発明のクーラントノズルが適用可能な円筒状ワークの内周研削の実施形態を示す図である。
【図６】内周研削における砥石、工作物、クーラントノズルの位置関係の一例を示す斜視図である。
【図７】本発明の比較例として、改善前の先細（先端絞り）に形成しないノズルを示す。
【図８】本発明の実施形態に係るクーラントノズルのバリエーションを示す図であり、その先細（先端絞り）に形成した例を示す。
【図９】本発明の実施形態に係るクーラントノズルのバリエーションを示す図であり、その先端絞りに案内板（ガイド）を組み合わせた例を示す。
【図１０】図９に示した実施形態に係る先端絞りに案内板（ガイド）を組み合わせたクーラントノズルのクーラント吐出イメージを図７に示した比較例と比較しつつ示す図であり、（Ａ）は、比較例、（Ｂ）は、図９に示した実施形態を、それぞれ示す。
【図１１】本発明の実施形態に係るクーラントノズルのバリエーションを示す図であり、その先端絞りにギザギザ（リブレット）を組み合わせた例を示す。
【図１２】本発明の実施形態に係るクーラントノズルのバリエーションを示す図であり、その先端絞りにギザギザ（リブレット）と案内板（ガイド）を組み合わせた例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、まず本発明のクーラントノズルの基本形について説明する。図１は、本発明が適用される工作機械の一例としての研削装置の概略構成を示す斜視図である。図２は、砥石、工作物、クーラントノズルの位置関係の一例を示す斜視図である。図３は、本発明のクーラントノズルの基本形をそれぞれ示す図であり、（Ａ）は、先細（先端絞り）に形成し、（Ｂ）は、先端側の内周面にガイド（案内板）を設け、（Ｃ）は、先端側の内周面をギザギザ（リブレット）に形成したクーラントノズルをそれぞれ示す。図１に示すように、本実施形態の研削装置１００は、ベッド１１０と、ベッド１１０上に形成されたガイドレール１１１Ａ、１１１Ｂに案内されつつＸ方向に往復直線移動可能に立設されたコラム１１２と、ベッド１１０上にコラム１１２と対向する端部に立設された主軸１１４と、心押台ベース１１５と、心押台ベース１１５上に加工物Ｗの長さに応じて主軸１１４に接近又は離反可能に設けられ、主軸１１４に一端側を把持された加工物Ｗの他端側を回転可能に保持する心押台１１６と、コラム１１２の一方の側に設けられたガイドレール１１３Ａ、１１３Ｂに案内されつつ上記Ｘ方向と直交するＺ方向（上下方向）に移動可能な砥石台１２０と、砥石台１２０上に上記Ｘ方向に主軸１１４の軸方向と間隔を置いて配された砥石軸１２２と、砥石軸１２２に取付けられ図示しない砥石軸モータの回転により砥石軸１２２と共に高速回転する所定形状を有する砥石１２６を備えている。主軸１１４と心押台１１６に把持された、例えば、ねじ研削用の加工物（工作物）Ｗが主軸１１４により回転されつつ砥石１２６により研削されることで、所望のねじ形状に加工される。また、加工するねじ形状等に応じて、図示しないドレッサーにより砥石１２６がドレスされる。尚、１回使用した砥石を再使用する際にも、ドレッサーにより砥石１２６のドレス（形状直しや目立て）を行なうことがある。尚、研削装置１００は、図示しないＣＮＣ（コンピュータ数値制御）装置を有しており、その数値制御のためのデータ（工作物の諸元）を、図示しない入力表示装置により、例えば対話形式で入力することが可能である。
【００１３】
そして、図１には図示しないが、本実施形態の研削装置１００は、クーラントノズル装置を有しており、所定形状を有する砥石１２６と加工物（工作物）Ｗとを相対移動させて工作物Ｗを砥石１２６により研削する研削点（加工点）に図示しないクーラントノズル装置からクーラントを吐出しながら研削加工するようになっている。即ち、このクーラントノズル装置３００は、図２に示すように、所定形状を有する砥石１２６と工作物Ｗとを相対移動させて工作物Ｗを砥石１２６により研削する研削点（加工点）ＰにクーラントノズルＮからクーラントを吐出しながら研削加工するようになっている。
【００１４】
ところで、従来、工作機械の一例としての研削装置において砥石によりねじ等を研削する場合にもクーラントを供給しているが、前述した工具の摩耗や研削焼けを十分に防止し、加工時間を短縮することは困難である、即ち、例えば、研削装置において砥石の研削点（加工点）にピンポイントに効率よくクーラントを噴射・供給することは困難である。本発明者は、この原因を様々な角度から検討した結果、クーラントノズルＮの形状を、図３（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示すように、それぞれ先細（先端絞り）に形成し、先端側の内周面にガイド（案内板）を設け、先端側の内周面をギザギザ（リブレット）に形成するのが有効であることを想到するに至った。そこで、以上の３つの形態を元に、或いはそれらを組み合わせる等により試料を製作し、或いはシミュレーションにより噴射効率がどのぐらい向上するかにつき、種々の実験を行った。そして、クーラントノズルＮの先端部の形状を、図３（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示すように、それぞれ先細（先端絞り）に形成し、先端側の内周面にガイド（案内板）を設け、先端側の内周面をギザギザ（リブレット）に形成することにより、砥石１２６の研削点（加工点）Ｐに、クーラントをピンポイントで効率よく噴射することが可能なことを確認できた。尚、図３（Ａ）に示す先細形状では断面積が急激に縮小させると乱流が生じるため、緩やかに絞ることが必要となる。また、図３（Ｂ）に示すガイドにおいては曲げ部分の内Ｒ、外Ｒとガイド半径との半径比が等しくなるような位置にガイドを設置すると損失が抑えられる。尚、図ではガイドを２個図示しているが必ずしも２個でなくて良い。更に、図３（Ｃ）に示す先端側の内周面をギザギザ（リブレット）に形成する構成では、流れ方向に高さ幅とも０．１ｍｍ程度の微小な突起を有するのが好適である。
【００１５】
まず、本実施形態のクーラントノズルは、例えば、棒状のワークに雄ネジを研削するような円筒状ワークの外周研削、円筒状ワークの内周面に雌ネジを研削するような円筒状ワークの内周研削、の両方に適用し、有効であることを確認している。図４は、円筒状ワークの外周研削を示し、図５は、円筒状ワークの内周研削を示す。また、図２は、外周研削における砥石、工作物、クーラントノズルの位置関係の一例を示し、図６は、内周研削における砥石、工作物、クーラントノズルの位置関係の一例を示す（尚、図２、６は、内外周研削における砥石、工作物、クーラントノズルの位置関係を示すのが目的であるから、図２、６のクーラントノズルＮの形状は、本発明とは無関係である）。まず、図４に示すように、細長の円筒状ワークＷａの外周研削により、例えば、ボールねじに加工するような場合には、細長の円筒状ワークＷａに対する砥石１２６ａの研削点（加工点）Ｐａに、クーラントをピンポイントで効率よく噴射することが必要であるが、上述したように、クーラントノズルＮの先端部の形状を、図３（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示すように、それぞれ先細（先端絞り）に形成し、先端側の内周面にガイド（案内板）を設け、先端側の内周面をギザギザ（リブレット）に形成することにより、砥石１２６ａの研削点（加工点）Ｐａに、クーラントをピンポイントで効率よく噴射することが可能なことを確認している。一方、図５及び図６に示すように、円筒状ワークＷｂの外内周研削により、例えば、ナットや雌ねじに加工するような場合には、円筒状ワークＷｂの内周面に対する小径の砥石１２６ｂの研削点（加工点）Ｐｂに、クーラントをピンポイントで効率よく噴射することは、従来のクーラントノズルでは極めて困難である。しかしながら、上述したように、クーラントノズルＮの先端部の形状を、図３（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示すように、それぞれ先細（先端絞り）に形成し、先端側の内周面にガイド（案内板）を設け、先端側の内周面をギザギザ（リブレット）に形成することにより、砥石１２６ｂの研削点（加工点）Ｐｂに、クーラントをピンポイントで効率よく噴射することが可能なことも確認することができた。尚、図７は、本発明の比較例として、改善前の先細（先端絞り）に形成しないノズルを示す。ここで、本発明の効果をより確認し易くするために、比較例として、図７に示すように、改善前の先細（先端絞り）に形成しないノズルを試作し、同様の実験を行った。しかしながら、砥石１２６ａ、１２６ｂの研削点（加工点）Ｐａ、Ｐｂ（図４、５及び６参照）に、クーラントをピンポイントで効率よく噴射することは、困難であることを確認した。
【００１６】
図８及び図９は、本発明の他の実施形態に係るクーラントノズルのバリエーションを示す図であり、図８は、その先細（先端絞り）に形成した例、図９は、その先端絞りに案内板（ガイド）を組み合わせた例を示す。まず、図８に示すように、本発明のクーラントノズルの基本形のうち、図３（Ａ）と同様の先細（先端絞り）に形成することにより、砥石１２６ａ、１２６ｂの研削点（加工点）Ｐａ、Ｐｂ（図４、５及び６参照）に、クーラントをピンポイントで効率よく噴射することができる。尚、先細形状では断面積が急激に縮小させると乱流が生じるため、図８に示すように、緩やかに絞ることが必要となる。次に、図９に示すように、本発明のクーラントノズルの基本形のうち、図３（Ａ）と同様の先細（先端絞り）と同図（Ｂ）と同様の先端側の内周面にガイド（案内板）を設ける構成の組み合わせにより、砥石１２６ａ、１２６ｂの研削点（加工点）Ｐａ、Ｐｂ（図４、５及び６参照）に、クーラントをピンポイントで効率よく噴射することができる。尚、ガイドにおいては曲げ部分の内Ｒ、外Ｒとガイド半径との半径比が等しくなるような位置にガイドを設置すると損失が抑えられる。尚、図９ではガイドを２個図示しているが必ずしも２個でなくて良い。ここで、本発明の実施形態に係るクーラントノズルの効果を分かり易く説明するため、その吐出（噴射）のシュミレーションにおけるクーラント流の流れを、比較例と共に、イメージ化してみた。図１０は、図９に示した実施形態に係る先端絞りに案内板（ガイド）を組み合わせたクーラントノズルのクーラント吐出イメージを図７に示した比較例と比較しつつ示す図であり、（Ａ）は、比較例、（Ｂ）は、図９に示した実施形態を、それぞれ示す。図１０（Ａ）に示すように、改善前の先細（先端絞り）に形成しないノズル（比較例）では、ノズル先端から吐出されたクーラント流が拡散してしまうのに対し、図１０（Ｂ）に示すように、先端絞りに案内板（ガイド）を組み合わせたクーラントノズルでは、ノズル先端から吐出されたクーラント流が拡散せずに細く平行に噴射されている。この結果からも、砥石１２６ａ、１２６ｂの研削点（加工点）Ｐａ、Ｐｂ（図４、５及び６参照）に、クーラントをピンポイントで効率よく噴射し得ることを確認できた。
【００１７】
図１１及び図１２は、本発明の更に他の実施形態に係るクーラントノズルのバリエーションを示す図であり、図１１は、その先端絞りにギザギザ（リブレット）を組み合わせた例、図１２は、その先端絞りにギザギザ（リブレット）と案内板（ガイド）を組み合わせた例を示す。まず、図１１に示すように、本発明のクーラントノズルの基本形のうち、図３（Ａ）と同様の先細（先端絞り）と同図（Ｃ）と同様の先端側の内周面をギザギザ（リブレット）に形成する構成（リブレット構造）の組み合わせにより、砥石１２６ａ、１２６ｂの研削点（加工点）Ｐａ、Ｐｂ（図４、５及び６参照）に、クーラントをピンポイントで効率よく噴射することができる。尚、リブレット構造では流れ方向に高さ幅とも０．１ｍｍ程度の微小な突起を有するのが好適である。次に、図１２に示すように、本発明のクーラントノズルの基本形のうち、図３（Ａ）と同様の先細（先端絞り）、同図（Ｂ）と同様の先端側の内周面にガイド（案内板）を設ける構成、及び同図（Ｃ）と同様の先端側の内周面をギザギザ（リブレット）に形成する構成から成る３つの構成の組み合わせにより、砥石１２６ａ、１２６ｂの研削点（加工点）Ｐａ、Ｐｂ（図４、５及び６参照）に、クーラントをピンポイントで更に効率よく噴射することができることを確認している。
【００１８】
以上に述べたように、本発明によれば、クーラントノズルの先端側の形状を、先細（先端絞り）に形成し、先端側の内周面にガイド（案内板）を設け、先端側の内周面をギザギザ（リブレット）に形成したので、工作物に対する工具による加工点にクーラントをピンポイントで効率よく噴射することが可能である。更に、ノズル内部の流路が滑らかになるように加工したので、加工点にピンポイントでクーラントを供給し易くなる。この結果、従来に比べて研削焼けや工具の摩耗を有効に防止できる上に加工時間の短縮も可能になった。従って、簡単な構成で研削焼けや工具の摩耗を有効に防止できる上に加工時間の短縮も可能なクーラントノズルと、それを備える工作機械を提供することができる。尚、本発明のクーラントノズルの形状は、内部に細工をしているため、従来の切削加工による製作では困難であったものが、３Ｄプリンタにより３次元的に造形することで実現可能になった。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
以上に述べた実施形態では、本発明を、研削装置、特に、外周研削（外研）による雄ネジの加工及び内周研削（内研）による雌ネジの加工に適用したが、本発明は、工作物に対する工具による加工点に向けてクーラントを吐出する構成を有する工作機械であれば、ねじ以外の工作物を加工する研削装置は勿論、例えば、マシニングセンタ等、切削等の工具により工作物を加工する工作機械にも広く適用可能である。
【符号の説明】
【００２０】
１００  研削装置、  １１０  ベッド、  １１１Ａ、１１１Ｂ  ガイドレール、
１１２  コラム、  １１３Ａ、１１３Ｂ  ガイドレール、１１４  主軸、
１１５  心押台ベース、  １１６  心押台、  １２０  砥石台、  １２２  砥石軸、
１２６  砥石、  １２６ａ  砥石、  １２６ｂ  小径の砥石、
３００  クーラントノズル装置、  Ｎ  クーラントノズル、
Ｐ  研削点（加工点）、  Ｐａ  研削点（加工点）、  Ｐｂ  研削点（加工点）、
Ｗ  加工物（工作物）、  Ｗａ  細長の円筒状ワーク、  Ｗｂ  円筒状ワーク、
【図１】
2020131344.tif 000003
【図２】
2020131344.tif 000004
【図３】
2020131344.tif 000005
【図４】
2020131344.tif 000006
【図５】
2020131344.tif 000007
【図６】
2020131344.tif 000008
【図７】
2020131344.tif 000009
【図８】
2020131344.tif 000010
【図９】
2020131344.tif 000011
【図１０】
2020131344.tif 000012
【図１１】
2020131344.tif 000013
【図１２】
2020131344.tif 000014