(57)【要約】【課題】液体を霧状に噴射することで、液かけによる問題をなくすことが出来、又、工作機械の主軸を利用した構造でありながら、工具回転と同時に冷却液と油を霧状で噴射しながら加工の出来る工作加工方法とする。【解決手段】工作加工装置の主軸（センタースルー）構造を利用し、７ドローバー長手方向の貫通孔内に２０ａ、２０ｂの外管と内管を配設し、３系統の流路を設け７ドローバー先端部まで流速の異なる圧縮空気を別々に通過させ、着脱自在な２１工具ホルダー及びプルスタッド上面で流出させ、その中心部２０ｂ内管から混合液を流出させて、回転により発生する遠心力の影響を極力避けながら工具周辺もしくは工具内部を通過させ、霧状体を噴射させて加工部に供給しながら加工する。【選択図】    図５
2005219198.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マシニングセンタ等、工具回転による工作物を加工する際に工作加工装置の主軸内のドローバーに、その長手方向に配設された貫通孔内に外管とこの外管内に配設される内管とを、主軸上方（又は後部）端よりドローバー貫通孔に非接触、静止状態でプルスタッド上面まで配設し、３系統の流路を確保した。ドローバー貫通孔と外管の間に圧縮空気（圧力０．３〜０．５Ｍｐａ）を供給し、ロータリージョイントを接続させながら外管と内管の間に圧縮空気（圧力０．３〜０．５Ｍｐａ）を供給する事により、ドローバー貫通孔先端で２重の空気流を発生させ、その中心部内管より油及び冷却液を混合状態で（圧力０．４〜０．６Ｍｐａ）圧送する事により、主軸回転で発生する遠心力をプルスタッド貫通孔及び工具ホルダー貫通孔内で最小限にとどめながら霧状体を発生させ、この霧状体を工具長手方向に沿って流出させ、工具先端部と同時に工具周辺部（（工具径毎に算定された隙間（ノズル））より大気圧になった瞬時に粒子の小さい霧状体を発生させ、それを噴射させながら加工するようにした事を特徴とする工作加工方法。
【請求項２】
外管に圧縮空気（圧力０．３〜０．５Ｍｐａ）と冷却液（圧力０．４〜０．６Ｍｐａ）を、内管には油（圧力０．４〜０．６Ｍｐａ）を供給した請求項１の工作加工方法。
【請求項３】
工作加工装置と、この工作加工装置に回転自在に保持される主軸と主軸内にその長手方向に沿って工具ホルダーを着脱させる為のドローバーを配設し、その中心部分に貫通孔を設け、主軸後方側より外管及び内管を配設したノズルを設け、主軸と同時に回転するドローバー内貫通孔に、非接触、静止状態でプルスタッド手前まで配設し、ドローバー貫通孔と外管の間に圧縮空気（圧力０．３〜０．５Ｍｐａ）を供給し、ロータリージョイントを接続させ、外管に圧縮空気（圧力０．３〜０．５Ｍｐａ）を供給しドローバー貫通孔先端部で２重の空気流を発生させ、その中心部内管より油、及び冷却液の混合液を（圧力０．４〜０．６Ｍｐａ）で圧送する事により、主軸回転で発生する遠心力をプルスタッド貫通孔及び工具ホルダー貫通孔内で最小限にとどめながら霧状体を発生させ、この霧状体を工具長手方向に沿って流出させ、工具先端部と同時に工具周辺部（（工具径毎に算定された隙間（ノズル））より大気圧になった瞬時に、粒子の小さい霧状体を発生させ、それを噴射させながら加工するようにした事を特徴とする霧状体供給装置。
【請求項４】
外管には圧縮空気（圧力０．３〜０．５Ｍｐａ）を供給し、液体供給装置から冷却液（圧力０．４〜０．６Ｍｐａ）を供給すると共に、内管には液体供給装置から油（圧力０．４〜０．６Ｍｐａ）を供給する様構成した事を特徴とする、請求項３記載の霧状体供給装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は工作物に対し、切削加工や研削加工等を施す工作加工方法及びそれに用いる霧状体供給装置に関するものである。
【従来技術】
【０００２】従来、工作物を加工する際に、加工物周辺に向かって液体クーラントを供給しながら加工する方法が多く採用されているが、高速加工においては刃先が高温になり、液かけで急冷されヒートクラックが発生することにより欠け（チッピング）が生じ、高速加工が出来ない状況が生じている。近年、この不具合を解消し、しかも環境的にも優しいドライ加工やセミドライ（ニアドライ）、ＭＱＬ等の開発が盛んに行われているが、  セミドライやＭＱＬで、工具回転と同時に遠心力の影響で霧状体やミスト等が発生せず、加工が直ぐに始められないと不具合が発生している。
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】ドローバー貫通孔内で遠心力を受けない方法として、その中心部に配管を設け、その周辺に圧縮空気を供給し、長手方向先端部で合流させる方法は既に開示されているが、主軸先端部に取り付けられた工具ホルダー貫通孔内及びプルスタッド貫通孔内でも再度遠心力を受け、立ち遅れ（工具回転と同時に霧状体が発生しない）が生じる。
又、工具のオイルホールのみにミストを送る場合、有効な手段として、配管等でプルスタッドと工具シャンク部を接続させる方法等も既に開示されているが、工具周辺部には供給できない。
【０００４】また、ドローバー貫通孔内に細い配管を設けた場合、横型マシニングセンタの様な主軸が水平に配置されたドローバー等の貫通孔内で、配管の自重によりたわみが発生し非接触で配設する事が困難となる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】本発明はこのような事情を解消すべく、工作機械の主軸を利用した構造でありながら主軸内のドローバー貫通孔内に３系統の流路を設け、回転する工具先端、もしくは工具周辺に至るまで混合液（油と冷却液）を主軸回転による遠心力の影響を最小限に抑え、工具先端もしくは工具周辺に送り込み流出させ、大気圧になった瞬間に霧状体化させ噴射させながら加工の出来る工作加工方法、及びそれに用いる霧状体供給装置の提供を目的とする。
【０００６】前記目的を達成する為、主軸後方より外管とその内部に内管を配設したノズルホルダーを設け、軸中心に貫通孔を配設し（非回転軸、軸方向はスライドする）、その先端部に非回転ロータリージョイントを設け、圧力発生を受け回転側ロータリージョイントに接続させる。回転側のロータリージョイントはドローバー後方に設けられている。前記したノズルは外管とその内側に内管が設けられ、ドローバー先端部まで非接触、非回転で固定されており、横型マシニングセンタの主軸内に配設が可能となる。
【０００７】即ち本発明は、主軸内部に配設されたドローバー貫通孔内を圧縮空気と混合液（外管と内管）を２系統で別々に通過させ、主軸回転による遠心力を全く受けずに工具ホルダー及びプルスタッド直前まで通過させた後、３系統目の（ドローバー貫通孔内面と外管の間を通過してきた）旋回流と合流させ、２重の空気流の中心部内管から混合液を圧送する為、一部の混合液は霧状体化を始めるものの、その大半が空気流にのり瞬時に工具周辺に到達可能となる。
【０００８】より詳しく説明すると、ドローバー貫通孔と外管の間に供給する圧縮空気（圧力０．３〜０．５Ｍｐａ）は主軸後部端に設けられたロータリージョイントを通過する際に、径を絞り込んだリングスキマよりドローバー貫通孔に流出される。（ドローバー貫通孔＞ロータリージョイント内径）流速の遅くなった圧縮空気はドローバー貫通孔内壁を旋回流となって、先端部（工具ホルダー側）より流出される。一方外管に供給された圧縮空気（圧力０．３〜０．５Ｍｐａ）はストレートな配管内部と小さな断面積空間を通過させる為（ドローバー貫通孔断面積＞外管貫通孔断面積）、流速が速い空気流の状態でドローバー先端部から流出させ、その中心部内管より混合液（圧力０．４〜０．６Ｍｐａ）を流出させる為、外管より流出された流速の速い空気流の中心部を流速にのってプルスタッド及び工具ホルダー貫通孔内を流れる。その時、ドローバー貫通孔と外管との間を流れてくる流速の遅い空気流が、中心部を流れる速い空気流に引き寄せられながら、プルスタッド及び工具ホルダー貫通孔内を流れ、遠心力を受けにくい状態が発生する。
【０００９】その状態で工具ホルダー貫通孔内先端部（コレットチャック部または工具シャンク勘合部）に到達する。到達した冷却液と油の混合液は再度液化するが、比重の高い冷却液が遠心力を受けながら空気流に乗って保護膜を形成し、油を空気流に乗せやすい状態を生み出す。この状態で冷却液と油の混合液と空気流は、工具径毎に算定されたコレットチャック内径部または工具シャンク勘合部に設けられた隙間がノズルとなり、大気圧になった瞬間、霧状体を生成し工具長手方向に噴射させながら加工が可能となる。一方工具内に長手方向に沿ってオイルホールがある場合は、ドローバー貫通孔内先端部より流出させた空気流と、冷却液と油の混合液は、プルスタッド及び工具ホルダー貫通孔内で一部霧状体を生成させ、空気流に乗ってオイルホールより長手方向に流出され大気圧になった瞬間、霧状体を形成する。
【００１０】尚、本発明の「加工部」とは、例えば加工面や非加工面を指す。また「工具」とはドリル、エンドミル、タップ、リーマ及び軸付砥石等の回転工具を指す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】次に、本発明の実施の形態を図面に基づき詳しく説明する。【００１２】図１は本発明である霧状体供給装置の実施の形態を示している。１は主軸（スピンドル外筒）であり、２のケーシング（主軸ヘッド）内に固定されている。
３は主軸内筒で４のベアリング内輪と５のボールベアリングを介して自在に回転できるようになっている。６はベアリング外輪であり、スピンドル外筒の内径側に固定されている。【００１３】７はドローバーであり、２１の工具ホルダーを固定（クランプ）をさせる時は、８の皿バネで常に上部方向（図面では）に引き上げられるようになっている。  スピンドル内筒と同じ回転が出来ると共に、回転停止時は軸方向にスライドが可能となる。【００１４】より詳しく説明すると、工具ホルダーを固定させる前動作として３のスピンドル内筒がサーボモータ（図示せず）により１１のプーリーを回転させ、（３と１１は結合されている）割り出し位置で回転を固定させるようになっている。  又、工具ホルダーが回転方向に対しズレを起こさせない為に、２３回り止めキーがスピンドル内筒端面（図面では下方）２等分に固定されている。【００１５】次に７のドローバーを（図面上で）スピンドル内筒端面側に（下方向）押し下げることにより、２５ボールベアリング（円周３等分に配置）が円周外側に移動できるスペースが発生する。７ドローバー・押し下げは、スピンドル停止時のみ可能であり、その動力は１８ピストンが上面より圧力を受け、１７ピストンロットを介して２４押し下げリングに伝達される。（この部材まで非回転、軸方向のみスライド出来る）【００１６】その押し下げ力は、７ドローバーを押し上げている８皿バネの力よりも大きく、７ドローバー上方端に結合され１３リング金具に伝達され、７ドローバーが軸方向下側に押し下げられ２１工具ホルダーをテーパカップリングから外す役割もさせている。【００１７】７ドローバーが押し下げられている状態で、２１の工具ホルダーとその上方部に結合された２２プルスタッドを押入れし、２３位置決め用回り止めキーにカップリングさせ、保持状態のままで１８ピストンを押し下げていた圧力を排除することにより、７ドローバーを押し上げる８皿バネの反発力で２１工具ホルダーが２２プルスタッドを介し、２５ベアリングで引き上げ完全に結合された状態となる。【００１８】７ドローバーの中心部に軸方向に貫通孔を設け、その上部先端部に１４ロータリージョイントが結合されている。１４ロータリージョイントは軸方向に穴が明けられており、スピンドルが回転すると同時に回転し、且つ緩みを防止する為に左ネジで７ドローバー上端部にネジ止めされている。【００１９】又、７ドローバーを押し下げる為のピストンロッド中心部も軸方向に貫通孔を設け、その上部孔端面に管用ネジを設けている。又、ピストンロッド下方側に結合された２４押し下げリング内部に１６ロータリージョイントホルダー固定側を結合させ、その内部に１５非回転ロータリージョイントを設けている。【００２０】図２はノズル及びノズルホルダーである。スピンドル内部に配設された７ドローバー内部貫通孔内と、その上部に配置された１７ピストンロッド内部貫通孔内に外管とその内部に内管を配設した。
２０ノズルと１９ノズルホルダーを１９ｅ管用ネジにより結合し、スピンドル上部端面より２２プルスタッド上部まで非接触、非回転で配設した。【００２１】１９ｄはロータリージョイント１５を押し下げ、ドローバー上部に配設された１４ロータリージョイント回転側に接続させる為の空圧０．３（Ｍｐａ）〜０．５（Ｍｐａ）を供給させるジョイントである。尚、この空圧は圧縮機（図示せず）から外部ユニット（図示せず）を通過させ微量のオイルミストを含ませた空気を送り込み、ロータリージョイントの摩擦を低減させている。尚、この圧縮空気は外管とドローバー貫通孔内壁との間を通過させている。【００２２】１９ａ、１９ｂジョイントは外部ユニット（図示せず）より圧送されてきた油と冷却液（圧力０．４〜０．６Ｍｐａ）を混合状態にして、ノズル内管を通過させ、プルスタッド上面部まで、圧縮空気と触れることなく送り込むことが出来る。又、霧状化させる為の圧縮空気は、外部ユニット（図示せず）から１９ｃジョイントに送り込まれ、圧力０．３（Ｍｐａ）〜０．５（Ｍｐａ）で内管外部と外管内部をスピンドル回転による旋回流を受けることなくプルスタッド上面部まで送り込むことが出来る。【００２３】図３は７ドローバー下方先端の詳細図である。７ドローバー先端貫通孔を通過させた、混合液及び圧縮空気を漏れなくプルスタッド及び工具ホルダー貫通孔に押入させる為７ａカラーリングを設け、且つカラーリング上部に圧縮バネを配設し、常に一定圧力で図４の４１Ｏリングに圧着させリークを防止させている。【００２４】図４は工具ホルダーである。２２プルスタッド上面までノズル内管で圧送（圧力０．４Ｍｐａ〜０．６Ｍｐａ）された混合液は、流速の速いノズル外管内部を通過された圧縮空気と７ドローバー内部の貫通孔とノズル外管、２６外部の間を旋回流となって通過し、ドローバー長手方向先端部で流出させる。２重の空気流の中心部分を流れる混合液は、３スピンドル回転による４２プルスタッド貫通孔及び４３工具ホルダー貫通孔内で遠心力の影響を受けにくい状態で通過させることが出来、且つ主軸回転（工具回転）と同時に霧状体を発生させることが可能となる。【００２５】４３工具ホルダー内の貫通孔を通過した混合液の一部は霧状体化を始めるものの、その大半は４７工具（オイルホール付きドリル）内の４６貫通孔と４４コレット内側４４ａノズル部を通過して大気圧になった瞬間、霧状体化させ４７工具先端部もしくは４４ａ工具周辺部から噴射させながら加工を行う。４５はコレットを締め付ける金具である。４４ａコレット内側ノズルは、工具径毎に計算された断面積で製作されている。【００２６】図５はドローバー先端部の拡大図により、空気と混合液の流れを説明したものである。
【発明の効果】
【００２７】本発明によれば、高速で回転するドローバー貫通孔内を、霧状体を発生させるための圧縮空気と油及び冷却液の混合液をそれぞれ別々に、外管及び内管内を通過させる為、遠心力の影響を全く受けずにプルスタッド近傍まで送ることが出来る。又、その外側のドローバー貫通孔と外管の間を、流速の遅い圧縮空気が旋回流となって流れ、外管先端部から流出させる。流速の速い圧縮空気に周辺部から随伴しながら流れる為、内管より吐出される混合液に対し、遠心力の影響を極力抑えながらプルスタッド及び工具ホルダー貫通孔内を通過させ、コレットチャック背面部及び工具背面部の隙間、又はオイルホールに瞬時に到達させ、工具長手方向に沿って流出させながら霧状体を発生させることが出来る。
【００２８】この霧状体を、工具周辺及び先端部から噴射させながら加工部に供給することにより、液がけで発生する液溜りや、急冷によるチッピング等の不具合が解消され、且つ液体クーラントでは入り込めない隙間に霧状体が到達することにより、冷却、潤滑、切粉の排除等が効率よく行える様になる。
【００２９】又、本発明において、工具周辺部（コレットチャック内径部及び工具シャンク勘合部に設けられた隙間（ノズル部））は、工具径及び工具長さ毎に算定し、断面積を設けた為、従来以上に高効率加工が可能となる。
【００３０】主軸内のドローバーに、その長手方向に沿って貫通穴を設け、主軸後方端より、ロータリージョイント内部を通過させ、プルスタッド近傍まで非回転、非接触で配設することが出来た。これは外管とその内部に内管を配設したことにより、外管の直進性を利用して片持状態でも遊端側が垂れることなく横型マシニングセンターに配設可能となる。
【００３１】しかも外管の内周部及び内管の内周部、外周部はストレートに形成されている為、液体及び圧縮空気を勢いよく通過させることが出来、工具ホルダー貫通孔の先端部で充分混合し、霧状体化される。一方、本発明の霧状体供給装置によっても、本発明の工作加工方法同様の作用、効果を奏する。
【００３２】又、本発明の工作加工方法において、内管に油と冷却液の混合液を供給するようにした場合には、加工部に冷却効果と潤滑効果とを同時に付与することが出来る。又、本発明の霧状体供給装置において、内管に油、外管に冷却液と圧縮空気を供給した場合にも同様の作用、効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の霧状体供給装置の実施形態を示す主軸断面図である。
【図２】センタースルーノズル本体正面図及び側面図
【図３】ドローバー先端断面拡大図
【図４】工具ホルダー、プルスタッド、コレット等の断面拡大図
【図５】空気と混合液の流れの説明図
【符号の説明】
〔１〕スピンドル外筒
〔２〕ハウジング
〔３〕スピンドル内筒
〔４〕ベアリング内輪
〔５〕ボールベアリング
〔６〕ベアリング外輪
〔７〕ドローバー
〔７ａ〕カラーリング
〔７ｂ〕スプリング
〔８〕皿バネ
〔９〕割ワッシャー
〔１０〕皿バネ締め付けナット
〔１１〕プーリー
〔１２〕防護リング
〔１３〕ドローバー押さえリング
〔１４〕回転側ロータリージョイント
〔１５〕静止側ロータリージョイント
〔１６〕静止側ロータリージョイントホルダー
〔１７〕ピストンロット
〔１８〕ピストン
〔１９〕ノズルホルダー
〔１９〕ノズルホルダー
〔１９ａ〕油、押入ジョイント
〔１９ｂ〕冷却液、押入ジョイント
〔１９ｃ〕圧縮空気外管押入ジョイント
〔１９ｄ〕圧縮空気ピストンロット及びドローバー貫通孔内押入ジョイント
〔１９ｅ〕ピストンロット後部ジョイントネジ
〔２０〕ノズル
〔２０ａ〕外管
〔２０ｂ〕内管
〔２１〕工具ホルダー
〔２２〕プルスタッド
〔２３〕回り止めキー
〔２４〕ドローバー押さえリング
〔２５〕プルスタッドロック用ボールベアリング
〔２６〕ピストンロット貫通孔
〔４１〕Ｏリング
〔４２〕プルスタッド貫通孔
〔４３〕工具ホルダー貫通孔
〔４４〕コレットチャック
〔４４ａ〕コレット内径ノズル孔
〔４５〕コレットチャック締め付けナット
〔４６〕オイルホール
〔４７〕ドリル
【図１】
2005219198.tif 000003
【図２】
2005219198.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2005219198.tif 000007