(57)【要約】【課題】クーラント噴射装置において、ノズルの原点位置を容易に調整可能にすると共に、クーラントの流体力によるノズルの抜けを防止する。【解決手段】中空シャフト１１をハウジング６に挿入し、軸受１２、１３によって回転可能に支持し、回転部分をＯリング１４、１５によってシールする。クーラントを入口通路１９からノズル室１０及び貫通穴１８を介して中空シャフト１１のクーラント通路１７に供給し、中空シャフト１１の先端部に取付けられたノズル３１から噴射する。モータ４により、中空シャフトを回転させてノズル３１の回転角を調整する。ノズル３１は、セットスクリュー４０によって任意の回転位置で固定できるので、原点位置を容易に調整することができる。ノズル３１のボア３２Ａとノズル通路３５とを滑らかに湾曲した流路で接続することにより、ノズル３１に作用する流体力を軽減してノズル３１の抜けを防止する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
クーラントを噴射するノズルと、該ノズルの回転角度を調整するモータとを備えたクーラント噴射装置において、
ハウジングと、該ハウジングに回転可能かつ液密的に挿入され、内部にクーラント通路が形成された中空シャフトと、前記中空シャフトの側壁に設けられた貫通穴と、前記ハウジングに設けられて前記貫通穴を介して前記クーラント通路に連通する入口通路とを備え、
前記中空シャフトの一端部と前記モータの出力軸とは、同軸上に配置されて連結され、
前記ノズルは、前記中空シャフトの他端部に取付けられて先端部が前記中空シャフトに対して略直角方向に向けられ、前記中空シャフトに対して回転方向に任意位置で固定する固定手段を有し、前記中空シャフトのクーラント流路に連通する通路と前記ノズルの先端に開口するノズル通路との接続部が滑らかに湾曲した流路を形成することを特徴とするクーラント噴射装置。
【請求項２】
前記中空シャフトには、該中空シャフトの原点位置を検出する原点位置センサが設けられていることを特徴とする請求項１に記載のクーラント噴射装置。
【請求項３】
前記ノズルは、前記中空シャフトの一端部が挿入される円筒部を有し、前記固定手段は、前記中空シャフトに形成された外周溝と、前記円筒部の側壁にネジ込まれて前記外周溝に係合するセットスクリューとを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載のクーラント噴射装置。
【請求項４】
前記モータ及び前記ハウジングを収容するケースを備え、前記ケース内にエアを供給して前記ケース内を正圧に維持するエア供給手段が設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のクーラント噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械を用いてワークを機械加工する際に、加工部位にクーラントを噴射するためのクーラント噴射装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、工作機械を用いて切削加工、研削加工等の機械加工を行う場合、潤滑、冷却、切屑除去、溶着防止等のため、加工部位にクーラント（切削油剤、研削油剤等）を供給しながら加工が行なわれる。このような機械加工においては、加工の安定性、加工精度を確保する観点から、加工部位に適切にクーラントを供給することが望まれている。そこで、ＮＣ工作機械、マシニングセンタ等の自動工作機械において、加工の進行に応じてクーラントの噴射角度を自動的に調整することにより、加工部位に適切にクーラントを噴射するようにしたクーラント噴射装置が種々提案されている。この種のクーラント噴射装置では、クーラントを噴射するノズルをモータによって駆動し、工具の交換、機械加工の進行等に応じてノズルの位置、角度を調整することにより、加工部位に正確にクーラントを噴射するようにしている。
【０００３】
また、クーラント噴射装置は、機械加工によって生じるクーラントの飛沫、切屑の飛散に曝されるため、ノズルを駆動するサーボモータ、減速ギヤ機構等に対して充分な防滴性及び防塵性が要求され、また、マシニングセンタ、ＮＣ工作機械等の自動工作機械の限られたスペースに設置する必要があるため、小型化が望まれている。このような要求に応じるものとして、例えば特許文献１には、クーラントの流路を形成する中空シャフトをモータの出力軸に連結して回転駆動し、この中空シャフトにクーラント噴射ノズル一体化することにより、防滴性、防塵性を高めると共に小型化を可能にしたクーラント噴射装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−２２８７３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
クーラント噴射装置のノズル部には、クーラントの噴射圧力が作用し、噴射の開始及び停止時に水撃作用が生じることがあり、充分な信頼性及び耐久性が要求される。また、ノズルの回転位置を制御する際、ノズルの原点位置を容易に調整可能であることが望まれる。
【０００６】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、防滴性、防塵性に優れ、小型化を可能にすると共に、信頼性及び耐久性が高く、また、容易にノズルの原点位置の調整が可能なクーラント噴射装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、請求項１に係る発明は、クーラントを噴射するノズルと、該ノズルの回転角度を調整するモータとを備えたクーラント噴射装置において、
ハウジングと、該ハウジングに回転可能かつ液密的に挿入され、内部にクーラント通路が形成された中空シャフトと、前記中空シャフトの側壁に設けられた貫通穴と、前記ハウジングに設けられて前記貫通穴を介して前記クーラント通路に連通する入口通路とを備え、
前記中空シャフトの一端部と前記モータの出力軸とは、同軸上に配置されて連結され、
前記ノズルは、前記中空シャフトの他端部に取付けられて先端部が前記中空シャフトに対して略直角方向に向けられ、前記中空シャフトに対して回転方向に任意位置で固定する固定手段を有し、前記中空シャフトのクーラント流路に連通する通路と前記ノズルの先端に開口するノズル通路との接続部が滑らかに湾曲した流路を形成することを特徴とする。
請求項２の発明に係るクーラント噴射装置は、上記請求項１の構成において、前記中空シャフトには、該中空シャフトの原点位置を検出する原点位置センサが設けられていることを特徴とする。
請求項３の発明に係るクーラント噴射装置は、上記請求項１又は２の構成において、前記ノズルは、前記中空シャフトの一端部が挿入される円筒部を有し、前記固定手段は、前記中空シャフトに形成された外周溝と、前記円筒部の側壁にネジ込まれて前記外周溝に係合するセットスクリューとを含むことを特徴とする。
請求項４の発明に係るクーラント噴射装置は、上記請求項１乃至３のいずれかの構成において、前記モータ及び前記ハウジングを収容するケースを備え、前記ケース内にエアを供給して前記ケース内を正圧に維持するエア供給手段が設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１の発明に係るクーラント噴射装置によれば、小型化が可能になると共に、シールが必要な部位を少なくして防滴性及び防塵性を高めることができる。また、固定手段により、ノズルを回転方向に任意の位置で固定できるので、ノズルの原点位置の調整を容易に行うことができる。さらに、湾曲した流路により、クーラントの流れを円滑にして水撃の作用を抑制することができる。
請求項２の発明に係るクーラント噴射装置によれば、原点位置センサにより中空シャフトの原点位置を直接検出することができ、原点位置センサの検出位置に対して固定手段によりノズルの原点位置を調整することができる。
請求項３の発明に係るクーラント噴射装置によれば、中空シャフトの外周溝とセットスクリューとの係合により、中空シャフトに対して、ノズルを回転方向に任意の位置で固定すると共に、ノズルの抜けを効果的に防止することができる。
請求項４の発明に係るクーラント噴射装置によれば、ケース内を正圧に維持することにより、クーラントの飛沫及び異物のケース内への侵入を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第1実施形態に係るクーラント噴射装置の縦断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係るクーラント噴射装置のノズル部分の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
本発明の第１実施形態について、図１を参照して説明する。
図１に示すように、本実施形態に係るクーラント噴射装置１は、ＮＣボール盤、ＮＣフライス盤、ＮＣ旋盤、マシニングセンタ等の数値制御（ＮＣ）工作機械に取付けられて加工部位にクーラントを噴射するためのものであって、ケース２内に、可動ノズルユニット３及びモータ４が収容されて一体化（ユニット化）されている。
【００１１】
ケース２は、略直方体で一側が開口した箱状の本体に、可動ノズルユニット３及びモータ４を収容し、開口部を蓋体によって閉じて内部を密閉可能なものとすることができる。ケース２の内部の端部と可動ノズルユニット３との間には、隙間が設けられてセンサ室５が形成されている。また、ケース２の内面には、リブ２Ａ等の凹凸が設けられて、可動ノズルユニット３及びモータ４との間に放熱用の隙間が形成されている。ケース２は、合成樹脂、アルミニウム合金等の適当な材料で形成することができる。なお、ケース２には、工作機械等に取付けるために、適宜、ボルト穴、ネジ孔等を有するブラケットや取付部を設けることができる。
【００１２】
可動ノズルユニット３は、ハウジング６を備えている。ハウジング６は、略直方体の外形形状を有し、中央部の小径ボア７Ａ及び両端部の大径ボア７Ｂ、７Ｃからなる段付の開口部が貫通されている。両端の大径ボア７Ｂ、７Ｃには、それぞれ中央の小径ボア７Ａよりも小径のガイドボア８Ａ及び９Ａを有するガイド部材８、９が液密的に嵌合されている。ガイド部材８、９のガイドボア８Ａ、９Ａには、ハウジング６を貫通する中空シャフト１１が回転可能かつ液密的に挿入されている。これにより、ハウジング６の小径ボア７Ａと中空シャフト１１との間にノズル室１０が形成されている。ガイド部材８、９のノズル室１０側の端部には、ノズル室１０に連なるテーパ部８Ｂ、９Ｂが形成されている。ハウジング６は、合成樹脂等の適当な材料で形成し、適宜、肉抜きを施すことができる。
【００１３】
中空シャフト１１は、ハウジング６の大径ボア７Ｂ、７Ｃのガイド部材８、９の両側に嵌合された軸受１２、１３によって回転可能に支持されている。中空シャフト１１とガイド部材８、９のガイドボア８Ａ、９Ａとの間は、Ｏリング１４、１５によってシールされている。Ｏリング１４、１５は、複数設けられて多段シールとなっている。中空シャフト１１は、センサ室５を通り、ケース２の端部に設けられた開口１６を貫通してケース２の外部へ延びている。
【００１４】
中空シャフト１１には、その軸心に沿って延びるクーラント通路１７が形成され、クーラント通路１７の一端部は、中空シャフト１１のケース２の外部へ延びる先端部で開口し、モータ４側の端部は閉塞されている。また、中空シャフト１１の側壁には、クーラント通路１７とノズル室１０とを連通させる複数の貫通穴１８が貫通されている。ハウジング６の側壁には、ノズル室１０に連通する入口通路１９が設けられ、入口通路１９は、ハウジング６から突出し、ケース２の側壁に設けられた開口２０を貫通してケース２の外部へ延びている。
【００１５】
中空シャフト１１のモータ４側の端部には、連結部２１が形成されている。モータ４の出力軸２３には、連結部２１に係合するカプラ２４が圧入されている。出力軸２３の先端部は、カプラ２４を貫通して突出している。中空シャフト１１の連結部２１は、先端部が二面取りされて凸状に形成され、中心部にカプラ２４から突出した出力軸２３の先端部を受入れるボア２１Ａが設けられて二股状になっている。カプラ２４は、連結部２１の凸状に形成された先端部を受入れる溝部を有する凹形状に形成されている。そして、連結部２１とカプラ２４との係合により、中空シャフト１１とモータ４の出力軸２３との間で回転力を伝達する。ハウジング６の端部には、結合部材２２を介してモータ４が結合されて、ハウジング６とモータ４とが一体化されている。結合部材２２は、中空シャフト１１とモータ４の出力軸２３とを同軸上に位置決めしている。結合部材２２とハウジング６及びモータ４との間は、それぞれＯリング２２Ａ、２２Ｂによってシールされている。なお、中空シャフト１１の連結部２１及びモータ４の出力軸２３に取付けられたカプラ２４の形状は、上述の二面取り形状に限らず、これらの間で回転力を伝達可能なものであれば、他の形状でもよい。
【００１６】
モータ４は、出力軸２３の回転角を制御可能なものであり、公知のサーボモータあるいはステッピングモータとすることができる。また、ステッピングモータとしては、可変リラクタンス型、永久磁石型、又は、これらを組み合わせたハイブリッド型のいずれを用いてもよいが、本実施形態では、調整可能なステップ角が充分小さいことからハイブリッド型ステッピングモータを採用している。
【００１７】
モータ４と一体化されたハウジング６は、ケース２の開口２０を貫通して外部に延出した入口通路１９の外周のネジ部１９Ａにシール材２５（ゴムワッシャ等）及びワッシャ２６を介して管継手２７をねじ込むことによってモータ４と共にケース２に固定されている。ケース２の開口１６から外部に突出した中空シャフト１１と、ケース２の開口１６と間の隙間は、中空シャフト１１に取付けられたリップシール２８によってシールされている。
【００１８】
センサ室５内には、中空シャフト１１の原点位置を検出する原点位置センサ２９が設けられている。原点位置センサ２９は、中空シャフト１１に固定されたマグネットホルダ２９Ａと、マグネットホルダ２９Ａに対向してケース２側に固定された素子２９Ｂとからなり、これらに取付けられた、磁石及びホール素子等による磁界の変化等に基づいて、中空シャフト１１の原点位置を検出する。モータ４及び原点位置センサ２９に接続されるリード線（図示せず）は、ケース２に設けられたコネクタ（図示せず）を介して外部の制御回路（図示せず）に接続される。
【００１９】
ケース２には、ケース２内にエアを供給するエア供給口３０（エア供給手段）を取付けることができる。そして、エア供給口３０にエアホース（図示せず）を接続して、ケース２にエアを供給してケース２内を常時正圧に維持することにより、クーラントの飛沫、微細な切粉等の異物のケース２内への侵入を防止する。
【００２０】
ケース２から外部に突出した中空シャフト１１の先端部には、中空シャフト１１に対して直角方向に向けられたノズル３１が取付けられている。ノズル３１は、中空シャフト１１に嵌合する略有底円筒状の取付部３２と、取付部３２から直角方向に延びる先細り形状のノズル部３３とが一体に形成されたものである。取付部３２内は、中空シャフト１１のクーラント通路１７と同径の底部側のボア３２Ａと、中空シャフト１１の外径と同径の開口部側のボア３２Ｂとからなる段付形状となっている。そして、開口部側のボア３２Ｂに中空シャフト１１が挿入されたとき、ボア３２Ａ、３２Ｂ間の段部に、中空シャフト１１の先端部が当接することにより、中空シャフトの挿入位置が規定され、中空シャフト１１のクーラント通路１７とボア３２Ａとの接続部の内周面が段差のない面一となる。
【００２１】
取付部３２のボア３２Ａの底部３４は、略半球状に形成されている。ノズル部３３は、一端部が取付部３２の略半球状の底部３４に開口し、他端部がノズル部３３の先端部に開口する小径のノズル通路３５が形成されている。底部３４を略半球状に形成することにより、クーラント流路に連通する通路である取付部３２のボア３２Ａとノズル部３３のノズル通路３５とが滑らかに湾曲する流路によって接続されている。なお、取付部３２の底部３４の形状は、上述の半球状のほか、取付部３２のボア３２Ａとノズル通路３５をと滑らかに湾曲した流路によって接続するものであればよい。
【００２２】
中空シャフト１１の先端外周部には、Ｏリング３６を装着するための環状のシール溝３７が形成され、更に、シール溝３７から基部よりの部位に環状の固定溝３８が形成されている。ノズル３１の取付部３２の側壁には、固定溝３８に対向してネジ穴３９が貫通されている。そして、中空シャフト１１のシール溝３７にＯリング３６を装着して、中空シャフト１１の先端部をノズル３１の取付部３２のボア３２Ｂに挿入し、ネジ穴３９にセットスクリュー４０をねじ込んで、その先端部を中空シャフト１１の固定溝３８に係合、押圧させることにより、ノズル３１を中空シャフト１１に固定する。
【００２３】
以上のように構成した本実施形態の作用について次に説明する。
クーラント噴射装置１は、ノズル３１を適当な方向に向けて、ＮＣ工作機械、マシニングセンタ等の自動工作機械に取付けられる。また、入口通路１９が管継手２７を介してポンプ等を含むクーラントの供給源に接続され、モータ４及び原点位置センサ２９がケース２に設けられたコネクタを介して制御回路に接続される。
【００２４】
そして、クーラントを入口通路１９に供給し、ノズル室１０、貫通穴１８及びクーラント通路１７、ノズル３１のボア３２Ａ及びノズル通路３５を通して噴射する。モータ４の出力軸２３を回転させ、出力軸２３に連結された中空シャフト１１の回転角を制御することにより、ノズル３１の回転角度を調整することができ、クーラントを所望の方向に噴射することができる。なお、ハウジング６内に形成されたノズル室１０を省略して、入口通路１９から中空シャフト１１の貫通穴１８に直接クーラントを供給するようにしてもよい。
【００２５】
これにより、自動工作機械の工具の交換による工具先端位置の変化や、機械加工の進行によるノズルから加工位置までの距離の変化などに応じてノズル３１の回転角を調整して、加工部位に正確にクーラントを噴射することが可能になる。このとき、モータ４として、ステッピングモータを用いているので、オープンループによる制御が可能であり、サーボモータを用いてクローズドループによる制御を行なう場合に比して、モータの駆動回路を簡素化することができる。
【００２６】
ノズル３１の回転角を制御する際、切削加工部位に対してクーラントを的確に当てるためにノズルの噴射角度を調節することに加えて、クーラントの噴射によって加工部位の切屑を払うようにより広い角度範囲でノズル３１を移動させることにより、切屑の除去を促進することができる。また、ノズルの回転は一定速度または速度を変化させながら行うことができる。また、モータ４としてステッピングモータを使用することにより、ＮＣ工作機械の補助動作のための制御コード（いわゆるＭコード）をモータ４の制御信号として利用してノズル３１の回転角を加工部位に追従させる制御が可能となるので、クーラント噴射装置の制御回路を簡素化することができる。
【００２７】
ノズル３１を回転させる中空シャフト１１の内部のクーラント通路１７にクーラントを流通させることにより、クーラント噴射装置１の小型化、特に、軸方向の寸法の短縮が可能になり、また、シールが必要な部位を少なくして、防滴性及び防塵性を高めることができる。また、エア供給口３０を設け、ケース２内にエアを供給してケース２内を常時正圧とすることにより、クーラントの飛沫及び微細な切粉等の異物のケース２への侵入を効果的に防止することができる。
【００２８】
モータ４（ステッピングモータ）の出力軸２３の回転角の初期位置の原点調整（０点調整）は、中空シャフト１１に取付けた原点位置センサ２９の検出位置に基づいて行うことができる。このとき、ノズル３１は、セットスクリュー４０によって中空シャフト１１に固定され、原点位置センサ２９が取付けられた中空シャフト１１に対して任意の原点位置に固定することができるので、ケース２内の原点位置センサ２９の固定位置を変えることなく、ノズル３１の原点調整を容易に調整することができる。
【００２９】
中空シャフト１１のクーラント通路１７に連通するノズル３１のボア３２Ａと、これに対して直角に配置されたノズル通路３５との接続部が滑らかな湾曲形状となっているので、クーラントが流通する際の抵抗が小さく、また、クーラントの噴射の開始及び停止時に水撃作用が発生しにくいので、ノズル３１にかかるクーラントの流体力を軽減して、ノズル３１の抜けを防止し、耐久性及び信頼性を向上させることができる。
【００３０】
次に、本発明の第２実施形態について、図２を参照して説明する。なお、本実施形態は、上記第１実施形態に対して、ノズルのみが異なるので、ノズルの取付部分のみを図示し、同様の部分には同じ参照符号を用いて、異なる部分についてのみ詳細に説明する。
【００３１】
図２に示すように、本実施形態では、中空シャフト１１の先端部に取付けられるノズル４１は、取付部４２とノズル部４３とが別体となっている。取付部４２の底部側のボア４２Ｂは、直角方向に曲げられて、取付部４２の側面部に開口部４４を有している。ノズル部４３は、その基端部が開口部４４にねじ込まれて取付部４２に取付けられている。直角方向に曲げられたボア４２Ａと開口部４４との接続部は、Ｒが付けられ、滑らかに湾曲した流路を形成している。
【００３２】
ノズル４１の取付部４２は、上記第１実施形態と同様、中空シャフト１１をボア４２Ｂに挿入し、ネジ穴３９にセットスクリュー４０をねじ込んで固定溝３８に係合することにより、中空シャフト１１に固定される。ノズル部４３には、その先端部に開口するノズル通路４５が設けられている。
【００３３】
これにより、上記第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。また、取付部４２とノズル部４３とを別体にしたので、ノズル部４３を交換することにより、使用する加工機械等に応じてノズルの先端形状を容易に変更することができる。
【符号の説明】
【００３４】
１…クーラント噴射装置、４…モータ、６…ハウジング、１１…中空シャフト、１７…クーラント通路、１８…貫通穴、１９…入口通路、３１…ノズル、３２Ａ…ボア（通路）、３５…ノズル通路
【図１】
2015066647.tif 000003
【図２】
2015066647.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成25年10月29日(2013.10.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
また、クーラント噴射装置は、機械加工によって生じるクーラントの飛沫、切屑の飛散に曝されるため、ノズルを駆動するサーボモータ、減速ギヤ機構等に対して充分な防滴性及び防塵性が要求され、また、マシニングセンタ、ＮＣ工作機械等の自動工作機械の限られたスペースに設置する必要があるため、小型化が望まれている。このような要求に応じるものとして、例えば特許文献１には、クーラントの流路を形成する中空シャフトをモータの出力軸に連結して回転駆動し、この中空シャフトにクーラント噴射ノズルを一体化することにより、防滴性、防塵性を高めると共に小型化を可能にしたクーラント噴射装置が開示されている。