(57)【要約】【解決手段】工作物の比較的深い位置での加工において、低廉で簡素な同軸マニホールド（１７）を用いて、潤滑剤を添加した加圧空気を加工位置に安定して供給する。加圧空気は環状の流路（Ｓ１）に入り、加圧された潤滑剤は、工具（２）及び工作物の近くまで達している中央の同軸流路（Ｓ２）に入る。
2005529757.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
切削工具用の潤滑システムであって、
加圧された液体潤滑剤と加圧された気体とを供給する計量供給装置と、
前記計量供給装置と流体的に連通している第１及び第２の通路を有するマニホールドであって、前記第１の通路は気体を運び、前記第２の通路は液体潤滑剤を運ぶマニホールドと、
前記第２の通路に密封接続された第１の端部を有する細長の管と、
前記マニホールドに回転可能に相互接続されたスピンドルであって、側壁を備えると共にスピンドルを貫通して延在する空洞部を有し、前記空洞部は前記第２の通路に回転可能に密封接続されており、前記細長の管は、前記空洞部内に配置され、前記管と前記側壁の間に軸方向に延びる第１の流路を画定しており、前記管は、実質的に中空の構造を有し、軸方向に貫通する第１の流路を画定しているスピンドルとを含み、
前記管の第２の端部は、前記液体潤滑剤と前記がスとが混合される前記空洞部の混合部分内に位置決めされており、前記スピンドルは、工具内の経路と前記混合部分とを流体連通状態で切削工具を固定するように構成されたホルダを含み、
前記混合部分と前記マニホールドとの間の流体接続は前記第１の流路と前記第２の流路のみである潤滑システム。
【請求項２】
前記管の前記第２の端部に配置された逆止弁を有する、請求項１に記載の潤滑システム。
【請求項３】
前記逆止弁は、前記第１の流路と流体的に連通している環状溝と、前記環状溝に配置された弾性リング状部材とを含む、請求項２に記載の潤滑システム。
【請求項４】
前記マニホールドは一体物として形成された部品である、請求項１に記載の潤滑システム。
【請求項５】
前記管は、前記第２の通路内に配置された前記第１の端部を有する一体物として形成された部品である、請求項４に記載の潤滑システム。
【請求項６】
切削工具用の潤滑システムであって、
ヘッドと前記ヘッドに回転可能に密封接続されたスピンドル部材を含むスピンドル組立体と、
加圧された気体の供給源と、
加圧された液体潤滑剤の供給源と、
前記気体の供給源に流体的に接続され、前記スピンドル部材及び前記ヘッドの少なくとも一部を貫通している第１の流路と、
前記加圧された液体潤滑剤の供給源に流体的に接続され、前記スピンドル部材及び前記ヘッドの少なくとも一部を貫通している第２の流路と、
前記スピンドル組立体に取り付けられた切削工具とを含み、
前記スピンドル部材は、前記第１及び第２の流路に流体的に接続され気体と液体潤滑剤とが別々に導入され混合されるチャンバを含む潤滑システム。
【請求項７】
前記管の前記第２の端部に逆止弁が配置されている、請求項６に記載の潤滑システム。
【請求項８】
前記逆止弁は、前記第１の流路と流体的に連通している環状溝と、前記環状溝に配置された弾性リング状部材とを含む、請求項７に記載の潤滑システム。
【請求項９】
前記スピンドル組立体は、前記第１及び第２の流路にそれぞれ流体的に接続された第１及び第２の通路を有するマニホールドを含み、
前記スピンドル組立体は前記第２の流路を画定する管を含み、前記管は前記第２の流路に配置された第１の端部を有する、請求項６に記載の潤滑システム。
【請求項１０】
前記管の第２の端部に逆止弁が配置されている、請求項９に記載の潤滑システム。
【請求項１１】
前記逆止弁は、前記第１の流路と流体的に連通している環状溝と、前記環状溝に配置された弾性リング状部材とを含む、請求項１０に記載の潤滑システム。
【請求項１２】
前記マニホールドは一体物として形成された部品である、請求項１１に記載の潤滑システム。
【請求項１３】
前記管は、前記チャンバ内に延在する前記第２の端部を有する一体物として形成された部品である、請求項１０に記載の潤滑システム。
【請求項１４】
前記管がナイロン材料で製作されている、請求項１３に記載の潤滑システム。
【請求項１５】
前記逆止弁が、前記管の前記第２の端部に受け入れられる抜け止め突起付き端部を備える、請求項１４に記載の潤滑システム。
【請求項１６】
切削工具用の潤滑システムであって、
ヘッドと前記ヘッドに回転可能に密封接続されたスピンドル部材を含むスピンドル組立体と、
加圧された気体の供給源と、
加圧された液体潤滑剤の供給源と、
前記気体の供給源に流体的に接続され、前記スピンドル部材及び前記ヘッドの少なくとも一部を貫通している第１の流路と、
前記加圧された液体潤滑剤の供給源に流体的に接続された第１の端部を有し、前記スピンドル部材及び前記ヘッドの少なくとも一部を貫通している第２の流路とを含み、
前記第２の流路の第２の端部に隣接して前記スピンドル組立体に設けられ、液体と気体を混合するためのチャンバと、
前記チャンバ内の前記第２の流路の前記第２の端部に配置された逆止弁とを含む潤滑システム。
【請求項１７】
前記第２の流路を画定する管を含む、請求項１６に記載の潤滑システム。
【請求項１８】
前記気体は空気であり、
前記加圧された液体潤滑剤の供給源は、液体潤滑剤の加圧と非加圧とを周期的に行う、請求項１７に記載の潤滑システム。
【請求項１９】
前記逆止弁の外縁部により、前記チャンバ内の流路面積が減少し、ベンチュリ効果により空気の流れが加速される、請求項１６に記載の潤滑システム。
【請求項２０】
前記逆止弁は、前記第１の流路と流体的に連通している環状溝と、前記環状溝に配置された弾性リング状部材とを含む、請求項１９に記載の潤滑システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械のスピンドル装置のための潤滑システムに関する。より詳細には、本発明は、工作物に空気と潤滑剤とを同時送給するための安価な同軸潤滑システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の工作機械の潤滑システムにおいては、通常、工具と工作物の冷却及び潤滑のため、また切粉その他の細屑の除去のため、工作物の加工部分に大量の冷却／潤滑剤を供給していた（フラッド（flood）冷却ともいう）。しかしながら、このようなシステムには、潤滑剤による環境汚染、人体への悪影響、廃潤滑剤の処理に伴うコスト増加、工作物の過剰冷却による工具の寿命低下等の様々な問題がある。この他、潤滑剤により周囲が汚れるために必要とされる清掃のための多大なコストや、切粉を再利用する場合に必要となる切粉からの潤滑剤の分離という問題点もある。
【０００３】
これらの問題点を解決するため、潤滑剤（通常、植物油等の軽い水溶性の油）に空気を混合して潤滑剤スプレーとし、これを工作物の加工部に供給することにより、潤滑剤の使用量を極く少量とした装置が開発された。このようなユニットでは多量の空気が使用されるが、目的は必ずしも冷却ではなく、むしろ細屑を工作物から除去することにある。即ち、例えばドリル先端が工作物に深く入り込んでいる場合には、潤滑剤流を通すためのオリフィスは非常に小さくなり、潤滑剤の流れが悪くなってしまう。このような液体流体を、空気と少量の潤滑剤の組合せに置き換えることにより、素早く且つ容易にドリルプロセスで生じる細屑を吹き飛ばし除去できると共に、ドリルが工作物に引き続き深入し続けても潤滑を工作物に連続提供できる。空気は、潤滑剤の担体として作用し、ある程度の冷却を行うと共に水を蒸発させ、潤滑剤を分散状態に保つ。
【０００４】
このようなシステムの例は、米国特許第５６７６５０６号（特許文献１）に記載されており、これを本明細書の一部を構成するものとしてここに援用する。この特許によると、スピンドルに空気と液体とを別々に供給する２供給路のシステムが提供される。これら供給路が供給する空気と液体とを噴出して供給するために用いるミスト発生装置がスピンドルの前縁部或いは工具ホルダに設けられている。更に、空気供給路とミスト発生装置のミスト噴出サイドスペースとを互いに連通させるためのバイパス経路が設けられている。前記経路の途中にはミスト発生装置によって発生されたミストの圧力が所定の圧力レベルより低い場合にのみ開状態を維持する開閉弁機構が設けられている。また、液体供給路の終点であるミスト発生装置の直前には、ミスト発生装置からの液体の漏洩を防止するため、液体の圧力が所定の圧力レベルより低い場合に閉止状態を維持する複雑な閉鎖弁が設けられている。上述の装置は、潤滑剤及び空気を工具及び工作物に送るのには役に立つが、非常に複雑で極めて高価である。
【０００５】
【特許文献１】米国特許第５６７６５０６号
【０００６】
従って、従来技術に比べ、低廉且つ単純な装置で工作物への十分な潤滑剤供給を行うことが要望されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明によると、高価で複雑な装置を用いずに、同軸の流路を用いて簡単に潤滑剤を空気流に同伴させ、潤滑剤と噴霧空気とを工具に直接供給する。更に、本発明によると、潤滑剤の流れを停止したときに潤滑剤の経路に気泡が発生するのも防止できる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上の特徴を達成するため、スピンドル装置は同軸潤滑剤流路を含み、スピンドルは、２個の取込口、即ち中央の潤滑剤マニホールドまで延在している加圧された潤滑剤用の取込口と、環状の空気マニホールドまで延在している加圧された空気用の取込口とを有するスピンドルヘッドを有する。潤滑剤マニホールドは、スピンドル内の深くまで延在し工作物の近くまで達している直線状の固定潤滑剤内管と流体的に連通している。環状空気マニホールドから潤滑剤内管の周りの環状流路に流れた空気も同様に、スピンドル内を流れ工作物に達する。潤滑剤内管から流出する潤滑剤は空気流に同伴し、スプレーとなって、外部の計量供給装置により特定される所望の量で工作物に送られる。上述の装置を提供するのに、複雑及び／又は高価な内部部品は何ら必要なく要望されることもない。
【０００９】
潤滑剤内管の端部にはキャピラリ逆止弁を設けることもできる。キャピラリ逆止弁は、長手方向の内側孔を含み、この内側孔はこれと直交する２個の横方向外側孔と連通しており、外側孔はクワッドシール（quad seal）により弾性的に密封されており、潤滑剤の流れが停止すると、潤滑剤流の回路内の気泡は加圧状態で保持され、大気圧への排出が許容されないため、潤滑剤流の回路内の気体形成を防止できる。
【００１０】
従って、本発明によると、潤滑剤と空気とを工作物に送る簡潔且つ容易で低廉な方法が提供される。
【００１１】
本発明のこれらの及び他の特徴、利点及び目的は、次の説明及び添付図面を参照することにより、当業者には更に良く理解され認識されるであろう。
【００１２】
次の詳細の説明を参照することにより本発明の他の利点を理解できるであろうが、添付図面と組合せて考えるとより理解が深まり、利点の認識が容易になるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の説明を簡潔にするため、本明細書に添付の全ての図面においては、実質的に同一の部品には同一の符号を付す。
【００１４】
まず、本発明の好ましい実施形態を説明する。図１及び図２に示すように、スピンドル１の前端に工具２が固定されている。スピンドル１は、スピンドル１を回転可能に取り囲むヘッド部材５を有する。スピンドル１への回転の伝達はプーリ６により行われる。スピンドル１の端部の工作物ｗの近傍に工具ホルダ８が配置されている。
【００１５】
ヘッド５はスピンドル１の後部に固定されている。ヘッド５は段付き軸方向円筒形部材１３を含み、該部材の延長部はスピンドル１の後部端面にねじ込まれている。該部材１３の上部小径部１３ａには、ベアリング１４ａ、１４ｂを介して外側円筒形部材１５が嵌合されており、外側円筒形部材１５には同軸マニホールド１７が、好ましくは対称配置された３本のボルト１６により、固定されている。同軸マニホールド１７の内部空洞部１７ａには、円筒形摺動部材１９がＯリング２０を介して液密状態を形成して挿入されている。円筒形摺動部材１９はフランジ部１９ａを有する。フランジ部１９ａの前端に摺動リング体２１が固定されており、この摺動リング体２１は、同軸マニホールド１７の下面に固定された案内ロッド２２に案内されてスピンドル１の方向に前進及び後退が可能であると共に、バネ２３によりスピンドル１側に付勢されている。前記摺動リング体２１が押し付けられた摺動リング体２４は、軸方向円筒形部材１３の小径部１３ａの上端面に接触しそこで固定されている。計量供給装置４からの加圧空気は、供給口３１（好ましくはドリル加工により形成されたねじ付きの３／８インチの孔）を通って同軸マニホールド１７の空気マニホールド１１ａに供給され、加圧された潤滑剤は、供給口３２（好ましくはドリル加工により形成されたねじ付きの１／８インチの孔）を通って潤滑剤マニホールド１０と同軸マニホールド１７に供給される。
【００１６】
勿論、同軸マニホールド１７の他の取付構成も適用できる。例えば、デューブリン社（Deublin Company、イリノイ州ウォーキガン（Waukegan））製のデューブリンモデル１１０８（Deublin Model No. 1108）等の従来の回転冷却剤ユニオンを、標準的なスピンドルの端部にねじ込まれた標準的な逆ねじロータを介して取り付けることができ、図３に示すように、このユニオンのアルミニウム端部キャップを単純に、中間部材１８に取り付けた適切な大きさの同軸マニホールド１７に置き換えることができる。このようにすると、バネ２３及び案内ロッド２２のために追加的な加工をしなくても済む。
【００１７】
図示の通り、また上に記載のように、ヘッド５は、外側円筒形部材１５にボルト固定された同軸マニホールド１７を含む。潤滑剤マニホールド１０の孔１０ａにはシール９により内管１２（好ましくはナイロン製で外径１／８インチ）が密封状態を形成するように固定されている。円筒形部材１３の孔１３ｂ内においては、３本の脚が外に延びている図１０に示す三角形インサート１２ａが内管１２の周りに配置されている。このように、内管１２はスピンドル１の内側空間１ａに同軸に設けられており、内側空間１ａの内部は２経路に分割されている。一方の経路は外側経路Ｓ１であり、他方の経路は内側経路Ｓ２であり、図示のように内管１２の壁面がこれらの境界を形成している。外側経路Ｓ１は空気供給路であり、内側経路Ｓ２は潤滑剤供給路である。インサート１２ａの脚の間に形成された空間には外側経路Ｓ１を通る空気が流れる。
【００１８】
ヘッド５とスピンドル１の間の回転ジョイントにおいては、外側円筒形部材１５、（存在する場合には）中間部材１８、同軸マニホールド１７及び内管１２は、回転しない状態で支持されているが、段付き軸方向円筒形部材１３はスピンドル１と一体に回転するように構成されている。摺動リング２１及び摺動リング２４は、付勢され接触した状態、液密状態で相対的に回転する。従って、スピンドル１が回転しても、供給口３１から供給された空気は供給路Ｓ１内に達し、供給路３２から供給された潤滑剤は、内管１２を通って他方の供給路Ｓ２内に達する。
【００１９】
図４に示すように、内管１２はスピンドル１の内側の下方の孔１ｂにおいて終端している。供給口３２に潤滑剤が高い圧力（通常１０００ｐｓｉ未満）で提供されると、潤滑剤は潤滑剤マニホールド１０から内管１２に入って空間１ｂまで下降し、内圧によりそこから広がる。同様に加圧された状態（通常１００ｐｓｉ未満）で流路Ｓ１を下降した空気は潤滑剤を同伴し、潤滑剤を潤滑剤スプレーとしてスピンドルホルダ８に送る。実際、潤滑剤の圧力は空気圧よりも高くなければならない。スピンドルホルダ８はボルトによりスピンドル１に固定されているが、案内孔１ｂに対応して前記ホルダ８の上端面の中央部分には中央経路８ｂから連続した案内孔８ｂ１が固定されている。工具２の経路２ａ（図１）の前端部は複数に分岐しており、分岐した端部は、各工具のエッジ２ｂが存在する場所で開放されている。
【００２０】
装置が起動すると、モータ（図示せず）の回転はプーリ６によりスピンドル１に伝達されるが、加圧空気は、計量供給装置４からの周辺空気供給ラインから供給口３１を通って供給され（図２）、加圧された潤滑剤は、同様に計量供給装置４からの周辺潤滑剤供給ラインから別の供給口３２を通って供給される。
【００２１】
工具２に工作物ｗを加工させるため、スピンドルヘッド部分は必要に応じ下方に移動する。加工し続けると、工具のエッジ２ｂの加工は工作物ｗ内の深い位置において行われるようになる。潤滑剤と空気とが工具端２ｂに直接供給されるため、これらの供給は切粉等により阻害されず、このため加工部分を十分に潤滑・冷却できる。
【００２２】
図５は、好ましい実施形態の主要部分の断面図である。この実施形態においては、内管１２の端部にキャピラリ逆止弁２５が取り付けられている。更に図６〜図９を参照すると、キャピラリ逆止弁２５は、管１２に嵌合する逆向き段付き（barbed）端部２６を有する。密封端２７は長手方向の孔２８を含み、孔２８は、密封端２７において外方向に延びる横方向に配置された直交孔２９と連通している。クワッドシール（quad seal）或いは四角形のＯリング３０が、クワッドシール３０を所定の位置に保持する一対のリブ３３の間において孔２９を覆うように配置されている。内管１２の潤滑剤圧力が上昇すると、潤滑剤は空間２８に入って開口２９に向けて外側に流れ、弾性クワッドシール３０を通過して空間１ｂに流れる。しかしながら、内管１２内の圧力が所定のレベル（好ましくは約４０〜５０ｐｓｉ）まで低下すると、クワッドシール３０を構成する弾性材料により開口２９が塞がれる。
【００２３】
この特徴は好ましいが、これは、潤滑剤流路Ｓ２への圧力供給が停止されたとき内管１２の下端において毛細管作用によって空気が入り込む可能性を無くすことができるためである。即ち、大気圧への排出を許容したまま内管１２内の流体の流れを停止させると、管の遠位端において気泡が形成されやすい。潤滑剤の加圧及び非加圧を繰り返すと、大気圧への排出が許容されている場合には、内管内での気泡の発生が更に起こりやすくなり、システム内の潤滑剤の流れが安定しなくなる。従って、潤滑剤の流れが必要でなくなったとき、内管１２を含めた潤滑剤供給システム内の圧力を保持することが好ましい。この圧力により、気泡の発生を抑制できると共に、予想可能な流れを所望時に安定して即座に提供することができる。このようにして、潤滑剤及び空気を低廉で簡素な装置によって供給する。
【００２４】
更に、キャピラリ逆止弁２５により、空間１ｂとキャピラリ逆止弁２５の外縁の間の流路面積が小さくなるため、これにより発生するベンチュリ効果によって流路Ｓ１を流れる空気流が加速される。
【００２５】
上の説明は、単なる好ましい実施形態の説明に過ぎないと考えられる。本発明は、当業者及び本発明を製造し使用する者には改変しうるであろう。従って、図示し上に記載した各実施形態は単に例示のためのものであり、本発明の範囲を限定するものではないと理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の好ましい実施形態に係るスピンドルヘッド部を示す長手方向断面図である。
【図２】同一の好ましい実施形態のスピンドルヘッド部分の上部を示す長手方向断面拡大図である。
【図３】同一の好ましい実施形態のスピンドルヘッド部分の上部を変形したものを示す長手方向断面拡大図である。
【図４】同一の好ましい実施形態のスピンドルヘッド部分の下部を示す長手方向断面拡大図である。
【図５】同一の好ましい実施形態の変形例に係るスピンドルヘッド部分の下部を示す長手方向断面図である。
【図６】同一の好ましい実施形態の同一の変形例に係るスピンドルヘッド部分の下部を示す長手方向断面拡大図である。
【図７】同一の好ましい実施形態の同一の変形例に係るキャピラリ逆止弁を示す長手方向平面図である。
【図８】図７の線８−８に沿って切断したキャピラリ逆止弁の長手方向断面図である。
【図９】本発明に係るキャピラリ逆止弁を示す長手方向平面図である。
【図１０】図３の線１０−１０で切断した同一の好ましい実施形態のインサートの断面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  スピンドル
２  工具
５  ヘッド
６  プーリ
８  ホルダ
１２  内管
１７  マニホールド
ｗ  工作物
【図１】
2005529757.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2005529757.tif 000009
【図８】
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【図９】
2005529757.tif 000011
【図１０】
2005529757.tif 000012
【国際調査報告】
2005529757.tif 000013
2005529757.tif 000014