(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直主軸に連結されたフライス工具、研削工具又はドリル等の工作刃物の上方において前記主軸と同軸的且つ下向きに配置するためのクーラント液用の環状又は多角形状ノズル筐体枠内に
ａ）内部周壁１５と、
ｂ)前記内部周壁に直接又は近接して形成された導入路２４より流入するクーラント液を円周方向に沿って旋回還流させるための回廊室Ｘであって、この回廊室へ導入されたクーラント液を一旦上向き方向に誘導した後これを逆に下向きに誘導するための内部フランジ２３を備えた回廊室Ｘと、
ｃ) 前記回廊室Ｘの下方に配置され、回廊室内のクーラント液を垂直方向に受け入れると共にこれを略水平面に沿って中心方向に放出させる下枠構造部１９、
とを備えたノズルにおいて、
d)前記回廊室における、内部フランジ２３外側の液体下向き誘導路４１の直上部に、窪み２７を配置するとともに、
ｅ）前記下枠構造部に、下枠壁１９a上の中心方向放出液流を再び垂直方向に転向させる垂直衝壁部１５cと、これによる垂直方向液流を中心部に向かって放出させる水平段落面１９bとからなる段差部を設けた
ことを特徴とする工作機械用クーラント液ノズル。
【請求項２】
垂直主軸に連結されたフライス工具、研削工具又はドリル等の工作刃物の上方において、前記主軸と同軸的且つ下向きに配置するためのクーラント液用の環状又は多角形状ノズル筐体枠内に
ａ）内部周壁１５と、
ｂ)前記内部周壁に直接又は近接して形成された導入路２４より流入するクーラント液を円周方向に沿って旋回還流させるための回廊室Ｘであって、この回廊室へ導入されたクーラント液を一旦上向き方向に誘導した後これを逆に下向きに誘導するための内部フランジ２３を備えた回廊室Ｘと、
ｃ)前記回廊室の下方に配置され、回廊室内のクーラント液を垂直方向に受け入れると共にこれを中心方向に向かって放出させる下部構造部３４、
とを備えたノズルにおいて、
ｄ）前記下部構造部を、外周壁１７から中心方向に突出した上段部３４aと、その下方において同じく中心方向に向って突出した下段部３４bと、これらの中間に間隔を介して配置されその内周面が前記上段部３４a及び下段部３４bの内縁より内側に突出させてなる円環状の中間板３４cとからなる２段差構造とした
ことを特徴とする工作機械用クーラント液ノズル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は、切削機械及び研削機械等の工作機械におけるクーラント液の供給装置、特に刃物と工作物との接触箇所へのクーラント液の供給ノズルに関するものである。
【０００２】
【従来技術】
機械加工において、加工時間を短縮し、加工歪みを極少にするために大きな要素となるのは切削刃又は研削工具と工作物との接触潤滑性と、摩擦熱の放熱・冷却性を高めることである。すなわち、切削状態はわずかな表層弱化を与えることにより改善されるという観点から、切削の主せん断域に全方向からクーラント液を侵入させ、発生した微視的き裂や空隙に吸着させれば、表面エネルギーを低下させて再接着を妨げることになる。このようなせん断域の脆性効果は、せん断角の増大、及び切り屑厚さの薄小化と切削力の減少に大きな効果を発揮する。一方、工具は工作物表面に塑性変形とせん断の場を繰り返し過渡的に形成していくものであるから、その工具が接触する塑性変形とせん断の過渡的な場ごとに効果的に冷却、潤滑を行うことがきわめて重要である。
しかしながら従来の工作機械において、そのような過渡的な場（工具接触箇所）にノズルから直接供給されるクーラント液は、回転する工具又は工作物から跳ね飛ばされ、工具と工作物表面を皮相的に掠るだけであるから効果的な冷却、潤滑に寄与しているとはいえないものであった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者は、工作機械におけるクーラント液が好ましい流動性をもって、且つ回転表面から受ける遠心力に抗して皮膜状に工具／工作物接触箇所にたどりつき、せん断域によく侵入できるようにするため、種々のクーラント液の相状態を実験的に現出し、検討した。
その結果、発明者はクーラント液が加工部に潤沢に供給されるためには、同液をノズルから加工部に向かって直接噴射するのでなく流れとしてそこに供給すればよいことを発見した。このためのノズルは、内部で微細乱流群としたクーラント液流を、回転工具の周りにおいて実質上筒形又は錐体形ヴェール状の滝となるように放出し、この滝の下端が加工部を包囲した工作片上の周回ライン領域に当たるようにしたものであり、その周回ライン領域に達したクーラント液のかなりの部分は、這うようにして回転工具を含む中心部に向かうことが確認された。
【０００４】
この発見に伴うノズル設計の当初において、発明者は加工部を包囲するクーラント液の滝状ヴェールが、螺旋状の回転を有することにより工作片面に当たってから求心的渦流となって加工部の工具と工作片との接触面、及びその近辺に到達するものと考え、円周状の下向きノズル口から螺旋回転を伴ったクーラント液流を放出するようにした円環状ノズルを構成し、これを国際出願（ＰＣＴ／ＪＰ／９７／ＯＯ３７３、国際公開番号ＷＯ９７／２９８８２）した。
【０００５】
上記国際出願のノズル構造は、従来の単純ノズル構造と比較して画期的な工作速度と、仕上がりの精密さ及び優れた省力化と省エネルギーを可能にするものではあるが、発明者はクーラント液の滝状ヴェールが工作片面に当たってからの挙動を詳しく観察した結果、その供給方法にさらなる改良の余地があることに思い至った。
すなわち、工作片面に当たったクーラント液ヴェールの下端は、遠心力により外向き渦流に変わる部分がかなりあるため、内向き渦流となるものは全液流量の５０〜６０％程度であり、それは工作片面上に約２０ｍｍの厚さを形成する。この場合、同一のノズルで流量を増やしていけば益々遠心力が大きくなるため、内向き渦流量は殆ど変わらない。
【０００６】
このような内向き渦流は中央部に達して回転工具に当ると、従来の一方口ノズルの場合よりは少ないが、なお四方に跳ね飛ばされる部分も多く、その際空隙となる工具／工作片接触部への切り屑の幾分かの噛み込みを避けることができない。従って、クーラント液がヴェール下端から大部分内側に入り込むようにすれば、分厚くなった内向き渦流の中心部で回転工具を包み込み、工作片から出る切り屑を渦流の中心部の上層に浮上させることができるであろうという仮定をしてみた。
【０００７】
一方クーラント液ヴェールの遠心力を減殺するには、螺旋状回転をなくせばよい。そこでクーラント液が、周回状のノズル口から円周方向へのひねり角度なしに下向きに放出されるようなノズル構造にすると、特にノズル口付近にゴミ等が詰まった場合、放出・形成される液ヴェールにはその詰まりによる切れ目が生じたままで、工作片面に達することになる。（この点、液ヴェールに螺旋回転があれば、ノズル構造内又はノズル口直後における混和的な螺旋流により切れ目は消滅する。）
【０００８】
従って、本発明の目的は放出・形成されたクーラント液の滝状ヴェールが螺旋状回転を伴う場合であっても、遠心力を減殺し工作片面に達したクーラント液の大半が中心部に向かうことができるようなノズル構造を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するためのノズル構造の改良に関するもので、第一の発明は、添付図面２に示すように、
垂直主軸に連結されたフライス工具、研削工具又はドリル等の工作刃物の上方において、前記主軸と同軸的且つ下向きに配置するためのクーラント液用の環状又は多角形状ノズル筐体枠内に
ａ）内部周壁１５と、
ｂ)前記内部周壁に直接又は近接して形成された導入路２４より流入するクーラント液を円周方向に沿って旋回還流させるための回廊室Ｘであって、この回廊室へ導入されたクーラント液を一旦上向き方向に誘導した後これを逆に下向きに誘導するための内部フランジ２３を備えた回廊室Ｘと、
ｃ)前記回廊室Ｘの下方に配置され、回廊室内のクーラント液を垂直方向に受け入れると共にこれを略水平面に沿って中心方向に放出させる下枠構造部１９、
とを備えたノズルにおいて、
d)前記回廊室における、内部フランジ２３外側の液体下向き誘導路２５の直上部に、窪み２７を配置するとともに、
ｅ）前記下枠構造部に、下枠壁１９a上の中心方向放出液流を再び垂直方向に転向させる垂直衝壁部１５cと、これによる垂直方向液流を中心部に向かって放出させる水平段落面１９bとからなる段差部を設けたことを特徴とするノズル構成を提供したものである。
【００１０】
第二の発明は、冷却効率及びクーラント液ヴェールの形態の一層の改善を図ったもので、添付図面６に示すように、
垂直主軸に連結されたフライス工具、研削工具又はドリル等の工作刃物の上方において、前記主軸と同軸的且つ下向きに配置するためのクーラント液用の環状又は多角形状ノズル筐体枠内に
ａ）内部周壁１５と、
ｂ) 前記内部周壁に直接又は近接して形成された導入路２４より流入するクーラント液を円周方向に沿って旋回還流させるための回廊室Ｘであって、この回廊室へ導入されたクーラント液を一旦上向き方向に誘導した後これを逆に下向きに誘導するための内部フランジ２３を備えた回廊室Ｘと、
ｃ)前記回廊室の下方に配置され、回廊室内のクーラント液を垂直方向に受け入れると共にこれを略水平面に沿って中心方向に放出させる下部構造部３４、
とを備えたノズルにおいて、
d)前記下部構造部を、外周壁１７から中心方向に突出した上段部３４aと、その下方において同じく中心に向って突出した下段部３４bと、その中間に間隔を介して配置されその内周面が前記上段部３４a及び下段部３４bの内縁より内側に突出させてなる円環状の中間板３４cとからなる２段差構造としたノズル構成を提供したものである。
【００１１】
このように構成することにより、クーラント液流はノズル構造の内側流路から外側流路を通り中心部へ放出される過程で、微細乱流化もしくは微粒化して放出される。このときクーラント液流は下部構造部に設けられた段差により流速（回転速度を含む）を下げ、流れの厚みを増しているため、ノズル口からの放出液流は後方からの分厚い流れによって（求心方向に）実効的に押され、流量に応じて寧ろヴェール直径を縮めながら工作片面上に落下し、大部分が中心に向かうため、図４のように工具部分を十分に覆う逆円錐状ヴェール層を形成するものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明装置を採用した工作機械のクーラント液循環供給システムの基本構成を示した図で、１は大容量のクーラント液メインタンク、２はクーラントポンプ（Ｐ１）であり、この場合、空気を噛み込んで気泡を含ませたクーラント液を円環状ノズル３に供給するものである。クーラント液ノズル３は、例えば円環状であって、後述するがポンプＰ１から供給されたクーラント液を、微粒状乱流の集まりであって好ましくは緩いねじれ角度を伴った螺旋流からなる逆円錐台形の包囲ベール４として滝状に流下し、工作物５の表面に当てるものである。工作物５は移動テーブル６上において、この場合フルバックカッタからなるフライス工具７により切削されるものであり、フライス工具７を支持した主軸８は円環状ノズル３の中心軸を通っている。クーラント液の包囲ベール４は工作物表面に当たった下端において、大部分が求心方向の表面流となって中心部に向かい、フライス工具７の刃物と工作物５との接触箇所（加工部）に効率よく供給される。このようにして加工部に供給され、包囲ベール内で盛り上がった液層を形成したクーラント液は加工部から切り屑を浮上させて包囲ヴェール４の外側に流出し、初めから外方に向かった部分的クーラント液流とともに工作物５及び移動テーブル６を経て、この場合、樋状の外周パン９に流れ落ち、吸い上げ口１０より第２のクーラントポンプ２（Ｐ２）により汲み上げられ、分離回収タンク１１に達する。この分離回収タンク１１の詳細については前記国際出願（ＰＣＴ／ＪＰ／９７／ＯＯ３７３）を参照するものとするが、このタンク１１で、油分及び切り屑等の異物を分離除去された後のクーラント液は注ぎ口１２より前述した大容量タンク１に戻される。クーラント液ヴェール４の下端部に関しては、所望に応じて、その周辺もしくはヴェール内の１箇所から直線状のクーラント液噴射流を加え、液ヴェール４の作用後排水を促進することができる。１３はそのための補助ノズルである。
【００１３】
上記したクーラント液循環供給システムの構成例において、包囲ヴェール４として供給されるクーラント液は、所望に応じてクーラントポンプ２の空気噛み込み作用により、気泡を含むことができる。この場合、フライス工具７と工作物５との接触部に供給されたクーラント液は、気泡を含む故にその質量が低いため、工具回転によって受ける遠心力が小さく、工具／工作物接触部への浸透が容易となり、その際、気泡が破
裂して生じた飛沫は加速によって微小の亀裂内にも容易に浸透する。また、破裂による放熱作用も優れており、その潤滑作用及び放熱・冷却作用は前述した通り工具の切削機能を高め、超硬工具を使用して高速送りで切削することが可能になる。当然ながら、加工部位から排出されるクーラント液の流れにより切削熱は連続的に持ち去られる。なお、気泡をクーラント液中に含ませる操作はポンプ２の空気噛み込み作用以外にも、例えば分離回収タンク１１への回収パイプ注ぎ口１４から同タンク１１の液面までの落差、及び分離回収タンク１１出口の注ぎ口１２から大容量タンク１の液面までの落差を十分高くすることにより、それらの注ぎ込みの衝撃により発生させることができる。
【００１４】
図２は、請求項１に係る発明の実施例ノズルの断面構造を詳細に示すものである。この場合、円環状ノズル３の内部周壁１５の主要部は機械の主軸カバー１６の外周面に支持されている。円環状ノズル３は、前記内部周壁１５と外周壁１７と頂上壁１８及び下枠壁１９に囲まれた金属製の円環状構造を有する。頂上壁１８の直下には、クーラント液の入口室２０が形成され、頂上壁１８に接続された入口導管２１より前述したポンプ２からのクーラント液がこの室２０に供給される。
【００１５】
入口室２０の下方には、クーラント液を外周壁１７の内側においてこれを円周方向に旋回還流させるための回廊室Ｘが形成されており、入口室２０内のクーラント液は略垂直の導入口２４から、放射方向（遠心方向）に斜めに形成された導入路２４a（図３参照）を通してこの回廊室Ｘへ導入される。またこの回廊室には、放射方向に導入されたクーラント液流を矢印に示すように一旦上向きに折り返したのち、下段のノズル放出口へ向かって下向きに流動させるための内部フランジ２３が設けられている。このフランジ２３には内部周壁１５の周囲に対峠する内周縁２６aをもった折り返し天板部２６が設けられており、これによって流入したクーラント液を回廊室内において上下に折り返しながら周回させることができ、最初の微細化及び乱流化を与えるものである。
【００１６】
上部フロア２２の下面からなる天井面は、開口から流出したクーラント液を天板部２６の上方において平面放射状に流動させる案内面となり、外周壁１７はその平面放射状の流動液を下向きに曲折し内部フランジ２３の周囲において流下させるための外側案内面となる。これらの案内面による上枠構造は内部フランジ２３の外壁面と共同して、クーラント液を下向きに誘導し放出口へ案内する外側流路４１を形成する。この下向き誘導路即ち外側流路４１の上部壁面の外周端には、流動攪乱用の窪み２７（周回グルーブ）が形成される。前記外側流路は下枠壁１９の上段面１９ａを下端として終了し、この面１９ａと内側段落面１９ｂとからなる流動案内床上の内向き流路に連続する。内部フランジ２３の下面は下枠壁１９の段落面１９ｂの中間部で終わり、ここから内部周壁１５のやや外周を縮めた下端部（垂直衝壁部）１５ｃに連なる。図示のとおり、内部フランジ２３の下面及び内周壁の下端部１５ｃは、下枠壁の上段面１９ａ及び段落面１９ｂに対応して流路高さを制限し、下端部１５ｃの側面は下枠壁の段差１９ａ／１９ｂに対応する上部堰板として内向き流動液即ちノズルからの放出液の流速を抑えるものである。下枠壁の水平段落面１９ｂの先端部、すなわち内周縁は、好ましくは先端（内周端）に向かって下降傾斜したノズル口２８であり、機能的にはクーラント液が流下する滝口となるが、必ずしも傾斜面を形成する必要はない。このノズル口２８の上方には主軸カバー１６までに十分な空間が存在し、クーラント液の滝状の流下が妨害されることはない。
【００１７】
図３は上記のような円環状ノズル内のクーラント液の流れを順を追って示す水平断面図の組み合わせである。断面Ａはまず、入口導管２１から入口室２０に流入したクーラント液が、この室のフロア２２から垂下した一つの垂直導入路２４に流入して下方に向かう状態を示し、断面Ｂはそのクーラント液が垂直導入路２４の下端から、この場合６０°程度の捩じり角度で形成された斜めの流路２４ａから回廊室Ｘ内に流入する態様を示している。断面Ｃは回廊室の下部に流入したクーラント液が、内部フランジ２３の壁２５に当ってその上方２６から外側に曲折・流動する態様を示し（これによってもクーラント液に乱流が形成される）、断面Ｄはその外側に上向きの第２の乱流形成用窪み２７が存在することを示している。かくして十分に微粒化及び乱流化したクーラント液は、前記断面Ｂで示す外周壁１７とフランジ壁２５間の外側流路４１を下枠壁の上段面１９ａに向かって流下し、さらに断面Ｅで示すように上段面１９ａ上から段落面１９ｂ上に流れ、前述の如く段落面１９ｂ上方の内周壁下端部（垂直衝壁部）１５ｃ（図２）に当たって減速され、断面Ｆで示すようにノズル口２８より滝状に流下する。
【００１８】
図４及び図５は、図２及び図３に示した円環状ノズルから放出される滝状クーラント液からなる逆円錐型／包囲状ヴェール４、及びその包囲状ヴェールの大半から生成される弱渦巻き状の求心表面流の状態を詳しく示す図である。図４に示す通り、包囲状ヴェール４として放出されるクーラント液はノズル口２８よりほぼ直下に放出された場合でも、前述したノズル下枠構造の段差１９ａ、１９ｂ付き流動案内床を内向きに流れる際の、前記内周壁下端部（垂直衝壁部）１５ｃ（図２）による周回成分減速作用で液自身が持つ遠心力が減殺され、半径方向に対してはノズル口２８直前における周辺（後方）からの押し出し作用を受けるため、落下中に徐々に中心に向かってその直径を狭めていく。これはクーラント液の流量を増やすほど顕著となり、図４に示すように、主軸端における工具アタッチメント２９の周囲に沿って落下し、碗状から段々と工具７を直接包み込む逆円錐状に近づいていく。
このような内向きの角度で工作物５の表面に当たったクーラント液は、その表面への入射角の方向余弦に応じて大部分が中心部に向かい、工具７の本体下部を覆う中心液層３０を形成する。従って、刃先と工作片との圧接点はこの中心液層３０中に没入し、ここから生ずる切り屑は液層内の液流動により浮上し、液ヴェール４外に持ち去られる。
【００１９】
図５は液ヴェール４から中心に向かう液流３１を実線で、工具７に接触してから浮上し液ヴェール４外に向かう液流３２を破線で示したものである。なお、液ヴェール４の内側において実線で示す向心流３１と、破線で示す放射流３２とは互いに反対方向であるが、クーラント液の流れは前述したように、ノズル内の２箇所の乱流形成部を通過して十分に微粒化しているため、例えば前者３１の層上を、後者３２が滑るような感じで折り返し層流束を形成するものとみなせる。そして、クーラント液は比較的分厚い流れとして工具７に接触するため、従来のノズルの如く、工具７の刃先に当たってそのまま跳ね返され、残った切り屑は直後の加工部位に食い込むという不都合が生じなくなる。
【００２０】
図６は、請求項２の発明の実施例を示すノズルの部分断面図である。この円環状ノズル３３は、下枠構造３４を多段式としたもので、内部周壁１５の下端が内部フランジ２３の下端と面一であり垂直衝壁部が存在しないこと以外は、第２及び３図に示したノズル３と略同じ構造である。この下枠構造３４は、外周壁１７の下端縁から求心方向に突出・収斂する棚状の上段部３４ａと、この上段部３４ａの下方に間隔をおいて同じく求心方向に突出・収斂した棚状の下段部３４ｂ、及びこれら上段部３４ａと下段部３４ｂとの間に流体が流動できる間隙をおいて配置された中間板３４ｃとを備えた構成である。この中間板３４ｃは独立した環状板であり、その求心方向内周端は前記上段部及び下段部の突出端より内側に突出する大きさとなっている。またこの環状中間板は例えば皿ネジ３５等により上段部３４ａから吊設される。
【００２１】
流路案内床としての下枠構造３４は、前記上段部３４ａの内周端縁から前記中間板３４ｃへの落差によって第１の段差を形成するとともに、前記中間板３４ｃの外周端縁から前記下段部３４ｂへの落差によって第２の段差を形成し、さらに中間板３４ｃの内周端縁で第１の周回状滝口を形成するとともに、前記下段部３４ｂを前記第２の段差から内向きに折り返されたクーラント液流の流動案内床部とし且つその内周端縁を前記第１の周回状滝口よりもやや外側に位置する第２の周回状滝口として用いるものである。
【００２２】
このような下枠構造３４を有するノズル３３は、上段部３４ａの内周端縁から第１の段差を経て中間板３４ｃ上に落下したクーラント液のうち、遠心力を維持している部分がこの板３４ｃ上を外向きに流動し、その外周端から外周壁１７の内側を通って下段部３４ｂ上に落下し、さらに内向きに折り返すことになる。一方、中間板３４ｃ上に落下したクーラント液のうち、そのまま内向きに流動する部分は、中間板３４ｃの内周端ノズル口から滝状に流下する。また下段部３４ｂの内周端は、中間板３４ｃの内周端よりも外側となっているため、より大口径のノズル口を形成し、この部分からもクーラント液が滝状に流下する。この下段部からの放出液は、中間板３４ｃ外周端を迂回して内向きに転ずるとき、その遠心力を完全に消耗し寧ろ内向きに加速されるため、滝状流下ヴェールとなってからはヴェール横断面の直径を縮めようとする働きが強い。従ってこの実施例のノズル３３は、図２の実施例のノズル３よりも、さらにクーラント液ヴェールの逆円錐状収斂性が高くなる。
【００２３】
図７は、図２、３又は６に示した内部構造を有するノズル３又は３３が図１及び図４に示したように工作片に比較的近い位置で直接対峙するのでなく、工具７を突出せしめた比較的長いクイル３６（例えば、突出距離６００ｍｍ）が介在する場合において、クーラント液の包囲ヴェールがどのようになるかを示すものである。この場合ノズル３又は３３から逆円錐形に絞られてクイル３６の中間部局面に当たった包囲ヴェール４状のクーラント液は、その周面を接触・包囲した状態で流れ下り、クイル４０の下端を過ぎて工具／工作片直前の空間に飛び出してからも、微粒化乱流性と求心性包囲能力はほとんど損なわれず、工具／工作片接触部には効果的にクーラント液流を供給できることが確認された。この状態から見て、クイル３６の突出寸法は１〜１．５ｍ程度まで可能と予測されるため、本発明をこのクイル介在方式に適用して深孔の加工等、種々の工作を効果的に行うことができる。
【００２４】
図８のA及びBは、図２、３及び６に示したノズル内部構造を正方形枠３６内に相似形で形成し、最終ノズル口のみを円形３７にしたもの、及び相似正方形３８のままにしたものをそれぞれ示している。試験結果によれば、過当な水量においてクーラント液の滝状包囲ヴェールを工作片に向かって十分収斂させれば、冷却、潤滑及び切り屑回収効果、従って加工精度及び速度の向上、並びに刃物寿命の改善等は、前述した円環状ノズルと殆ど変わらないものと認められた。さらに図８Ｃの変形例は、ノズル内部構造を平卵枠４０内に略相似形で形成し、最終ノズル口を円形３８’にしたものであるが、これについても同様の結果を得ることができた。従って楕円形枠においても同様であると考えられる。
【００２５】
図９は、前述した種々の枠形状及びノズル口形状を有するノズルにおいて、図２及び６に示した断面構造中の主として第２の乱流形成部（窪み２７）の位置および形状を種々に変形して実験した例を示したものである。実験例Ａは、内部フランジ２３上方の天井面において、先の実施例における流動攪乱用の周回グルーブ、すなわち矩形断面の窪み２７（図２及び６）に変えて三角波状の凹凸２７ａを形成した例、Ｂは同じく天井面において窪み２７と同様の窪みを外周壁１７よりも手前中間位置に形成した例、Ｃは同じく天井面において窪みを内周壁１５に接して形成した例である。またＤは外周壁１７の上部に窪みを形成した例、Ｅは外周壁１７の上端よりやや低い位置に窪みを形成した例、Ｆは窪み２７の位置は図２、６の実施例と同じとし回廊室へのクーラント液入口２４bを内部フランジ２３上の天井面に開口させたものである。
【００２６】
上記実験の結果、窪み２７の位置を図２、図６及び図９Fに示した位置即ち内部フランジ２３外側の流体下向き誘導路４１の直上部に設けたものが、最も本発明の目的に適うことを見出した。図９Fのようにクーラント液入口２４bを内部フランジ２３の上方に開口させた場合も、乱流形成効果は若干劣るものの、ノズル設計上内周部の壁を分厚くできないような場合にはこれに対応することができ、目的の効果がえられることも確認できた。
【００２７】
【発明の効果】
以上述べた本発明の実施例において、確認された効果及び可能性は次の通りである。
（１）第２乱流形成部において、内部フランジ上方の天井面の最外周部に窪み２７を設けたことにより、内部フランジ）内の第１乱流形成部を経たクーラント液の、乱流／微粒化がさらに促進され、ノズル口から滝状に落下しても比較的飛散及び動揺の少ない、しかも流動性のよい安定した工具包囲流を形成することができる。
（２）ノズル内の最終的な流動案内床を段差構造としたため、ノズル口手前でのクーラント液の遠心力が減殺され逆に求心力が増す結果、滝状落下によるクーラント液ヴェールを高さ７００〜８００ｍｍ程度までの逆円錐状に絞り込んで集中させ、例えばエンドミルやドリル等の長い工具に適用すること、又はラム用ヘッドとして用いることが可能となる。
（３）ノズルへのクーラント液供給量を制御して流量を増せば、逆円錐状の絞り込み効果が大きくなり、工具端を包囲する流動液層の厚さを４０〜５０ｍｍ以上として、切り屑の浮上効果を高めることができる。適用可能な流量範囲は６０〜１００ｌ／ｍｉｎ．程度であり、自動機械において切替え弁で大流量・高速加工用と、普通流量・一般加工用との間で切替え使用することも可能である。
（４）ここで高速加工とは、フルバックカッターの場合、工具回転の線速度７００〜１０００ｍ／ｍｉｎ．で、工作片送り速度（テーブル移動速度）４ｍ／ｍｉｎ．〜２０ｍ／ｍｉｎ．程度をいう。図２及び３に示した実施例ノズルを用いた本発明者の加工実験によれば、加工速度１０００ｍ／ｍｉｎ．、送り速度１５ｍ／ｍｉｎ．において十分な加工精度と冷却効果を発揮させることができた。そして、このように１刃当たりの送り速度を大きく取れるということは、そのまま生産性の向上につながるものである。
また、エンドミル・ラフィング・ハイスの場合には、刃物回転の線速度８０〜１００ｍ／ｍｉｎ．という超硬工具なみの速度において、ハイス工具の重切削性を確保することができるとともに、１刃当たりの送りと切り込み深さを大きくすることができる。
（５）以上のような加工性能の向上が得られるのは、本発明のノズルによる工具刃先部へのクーラント液供給方式が、優れた冷却効果及び潤滑効果を発揮するからに他ならない。冷却効果については、例えばドリル加工等、熱のこもりやすいとされる工作においても、加工直後の工作面を全く熱感なく手で触ることが可能である。また潤滑効果の向上については、特にクーラント液が跳ね飛ばされることなく刃先と工作片との圧接部に流入することにより、クーラント液自体の組成に依存して潤滑性を保障する必要性をほとんどなくする。従ってクーラント液の組成を水と防錆剤のみからなるものとして環境に有害な潤滑剤を排除し、前記国際出願（ＰＣＴ／ＪＰ／９７／ＯＯ３７３）に記載したようなクーラント液分離回収ポンプ１１を用いれば、廃液処理を５年間程度の長きに渡り不要とできる。
（６）本発明のノズルは、円環状又は正方形枠状という軸対象形状のみならず、楕円形状や半円形状においても実施可能であるため、種々の工具保持及び駆動機構に対応するアタッチメント式として主軸カバー又はマシーニングセンタでの取り替え使用が可能である。またクーラント液の飛散・動揺の少ない、流動性のよい安定した逆円錐状の工具包囲流を形成しうるという特質から、５面加工機においても上方からこのクーラント液包囲ヴェールにより対応することができる。
（７）特殊な使用形態として、深彫り込み加工用又は旋盤用ノズルとして用いても、切り屑及び水の除去効果を高めることができる。
（８）また図２に示した実施例よりも、図６に示した２段・複合流動床型実施例の方が逆円錐型絞り効果が大きくクーラント液の飛散が減少し、切削性が向上する。
この２段差構造の下部構造部を備えた本発明ノズルを用いたハイス・エンドミル（φ２５）では、加工速度１２００〜１４００ｒｐｍ、送り速度１０００〜３０００ｍ／ｍｉｎ．において、またドリル（φ２２）では加工速度１２００ｒｐｍ、送り速度８００〜１２００ｍｍ／ｍｉｎ．において、例えば、材料ＳＳ４００をきわめて高速で加工することができた。
（９）本発明のノズル構造を用いて適当なクーラント液供給を行ったならば、工作片のひずみが極めて少ないため、図１１Ａに示す金属工作片５において側壁及び底壁が１〜２ｍｍ程度と極めて薄い加工品５ａを加工し、周辺の溝４１を切り抜き、図１１Ｂの如く単体として取り出しても変形をまったく生じないことが確認された。
【００２８】
本発明は以上のように、潤滑性と冷却性及び切り屑排出性に優れたクーラント液供給を行うノズル構造であるので、流動的かつ整流的にクーラント液を供給して高速かつ高精度の切削又は研削加工を行うことができる。加工速度は従来のノズルを用いた場合より３〜７倍程度、特にエンドミルの場合には５〜２５倍にまで高めることができるため、これに伴う経済的効果は極めて大きくなる。また、切削油コストの低下及びタンク洗浄コスト、廃油処理コストの大幅な低下も見込めるため、能率向上、環境汚染の緩和、省力化等においても計り知れない効果を提供するものである。またクーラント液として典型的には水と防錆剤のみの混合液を用いて切削することが可能である。
【００２９】
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の工作機械用クーラント液ノズルを適用するクーラント液循環供給システムの構成原理を示す略図である。
【図２】図２は請求項１発明に係るクーラント液ノズルの実施例の断面構造を示す部分断面図である。
【図３】図３は図２の部分断面図におけるＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線、Ｄ−Ｄ線、Ｅ−Ｅ線、及びＦ−Ｆ線に沿って見た部分断面を組み合わせた図である。
【図４】図４は図２及び図３に示したクーラント液供給ノズルから出たクーラント液の逆円錐状ヴェール及び渦巻き状表面流を示す側面模式図である。
【図５】図５は図４に示したクーラント液ヴェール及び工作面上の表面流を示す平面模式図である。
【図６】図６は、請求項２の発明に係るクーラント液ノズルの実施例の断面構造を示す部分断面図である。
【図７】図７は、クーラント液のヴェールを放出するノズルと、工具／工作片接触部との間に比較的長いクイルが介在する場合の適用例を示す正面略図である。
【図８】図８は正方形枠型のクーラント液ノズル筐体枠の外形とノズル口との関係を示す平面略図である。
【図９】図９はノズル内の回廊室Ｘにおける乱流形成構造の種々の例を実験した状態示す部分断面図である。
【図１０】図１０は図１に示した補助クーラント液ノズル１３の典型的な使用状態を示す平面図で、その先端口をクーラント液ヴェールの内側まで突入させた場合を示す。
【図１１】図１１は本発明のクーラント液ノズルを用いて薄い側壁と底壁を持つ加工品をくり抜き加工した状態を示す平面図A及び縦断面図Bである。
【００３０】
【符号の説明】
３、    クーラント液供給ノズルの全体
１５、  ノズル筐体の内部周壁
１５ｃ、垂直衝壁部
１６、  工作機械などの主軸カバー
１７、  ノズル外周壁
１９、３４、ノズルの下部構造部（下枠壁）
１９a、 下枠壁の上段面
１９ｂ  水平段落面
２３、  内部フランジ
２４、  回廊室へのクーラント液導入路
２７、  乱流形成用窪み
３４a、 下枠構造部３４の上段部
３４ｂ、下枠構造部３４の下段部  
３４ｃ、環状の中間板  
４１、  クーラント液の下向き誘導路（外側流路）
Ｘ、    クーラント液の回廊室
【図１】
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【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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