(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
切屑を除去するために脈流を発生させながらクーラントを切屑に対して噴射するクーラント噴射装置であって、
クーラントを噴射する噴射口を備えたクーラントノズルと、
前記クーラントノズル内部に設けられた軸を中心に偏心回転する回転体と、
前記回転体を回転させる回転駆動部と、
前記クーラントノズルを流れるクーラントから前記回転体が受ける力を小さくすることで、前記クーラントノズルをクーラントの流れる方向の上流側に移動させる機構と、
を備え、
前記クーラントから前記回転体が受ける力を大きくすることで、前記クーラントノズルが前記クーラントの流れる方向の下流側に移動する、
クーラント噴射装置。
【請求項２】
切屑を除去するためにクーラントを切屑に対して噴射するクーラント噴射装置であって、
クーラントを噴射する噴射口を備えたクーラントノズルと、
前記クーラントノズル内部に設けられた軸を中心に回転する楕円形状の回転体と、
前記クーラントノズルを流れるクーラントから前記回転体が受ける力の変化によって、前記クーラントノズル内に脈流を発生させる機構と、
前記回転体を回転させる回転駆動部と、
を備えたクーラント噴射装置。
【請求項３】
切屑を除去するためにクーラントを切屑に対して噴射するクーラント噴射装置であって、
クーラントを噴射する噴射口を備えたクーラントノズルと、
前記クーラントノズル内部に設けられた軸を中心に偏心回転することにより前記クーラントノズルを振動させる回転体と、
前記クーラントノズルを流れるクーラントから前記回転体が受ける力の変化によって、前記クーラントノズル内に脈流を発生させる機構と、
前記回転体を回転させる回転駆動部と、
を備えたクーラント噴射装置。
【請求項４】
切屑を除去するためにクーラントを切屑に対して噴射するクーラント噴射装置であって、
クーラントを噴射する噴射口を備えたクーラントノズルと、
前記クーラントノズル内部において移動可能な可動体と、
前記クーラントノズルを移動させるためのばねを含み、前記クーラントノズルを流れるクーラントから前記可動体が受ける力の変化によって、前記クーラントノズル内に脈流を発生させる機構と、
を備えた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、工作機械およびそのクーラント噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記技術分野において、特許文献１には、ノズルを揺動させて利用してクーラントを吐出させ広範囲の切粉を洗浄する機内洗浄装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平10-180585号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記文献に記載の技術では、クーラントの打力を高めることができなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、特許請求の範囲に記載の装置等を提供するものである。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、切り屑に対する打力を強めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１実施形態に係る工作機械の構成を示すブロック図である。
【図２】第１実施形態に係る切屑検出部の構成を示すブロック図である。
【図３】第１実施形態に係るクーラント噴射装置の内部構成を説明するための断面図である。
【図４】第２実施形態に係るクーラント噴射装置の内部構成を説明するための断面図である。
【図５】第３実施形態に係るクーラント噴射装置の内部構成を説明するための断面図である。
【図６】第３実施形態に係るクーラント噴射装置の内部構成を説明するための断面図である。
【図７】第４実施形態に係るクーラント噴射装置の内部構成を説明するための断面図である。
【図８】第５実施形態に係るクーラント噴射装置の構成を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に、図面を参照して、本発明の実施の形態について例示的に詳しく説明する。ただし、以下の実施の形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、本発明の技術範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【０００９】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態としての工作機械１００について、図１を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る工作機械１００の構成を説明するための図である。
【００１０】
工作機械１００は、クーラントポンプ１０１と、クーラント噴射装置１０２と、カメラ１０３と、制御部１０４と、切屑検出部１０５と、を含む。
【００１１】
工作機械１００は、金属、木材、石材、樹脂等のワーク１１３に対して、切削や研削等の加工を行うための機械である。
【００１２】
クーラント噴射装置１０２は、クーラントを噴射する噴射口を含むクーラントノズル１２１と、クーラントノズル１２１を工作機械１００の内壁に接続する接続部１２２と、を備える。接続部１２２は、クーラントノズル１２１を支持する支持部としても機能する。クーラント噴射装置は、工作機械の加工室内の工具１１２およびワーク１１３を冷却するためだけにクーラントを噴射するのではなく、切屑１１４の効果的な排出のためにクーラント１１０を噴射する。
クーラント噴射装置１０２を構成するクーラントノズル１２１の内部には、可動体が設けられており、クーラントノズル内部を流れるクーラントが可動体から受ける力（流体圧）の変化によって、クーラントに脈流を生じさせる脈流発生機構を備えている。
【００１３】
カメラ１０３は、工作機械１００内部を撮像することにより機内画像を取得する。切屑検出部１０５は、機内画像を解析して、工作機械１００の内部に存在する切屑１１４を検出する。具体的には、機内画像を小領域に分割（メッシュ化）し、部分領域ごとに、切屑１１４の有無を判定する。
【００１４】
カメラ１０３は、機内の天井付近に固定されたカメラでもよいが、自動工具交換装置（Automatic Tool Changer：ＡＴＣ）により工具同様に主軸に着脱可能なカメラでもよい。
【００１５】
切屑検出部１０５は、撮影によって取得した映像を用いて、工作機械１００の内部の切屑１１４の大きさや位置などを認識する。ここでは、撮像装置の一例としてカメラ１０３を設けたが、例えばラインスキャナやＸ線撮影装置などを設けてもよい。
【００１６】
制御部１０４は、クーラントポンプ１０１を制御しつつ、クーラントポンプ１０１の動きに連動して、カメラ１０３の撮影を制御する。制御部１０４は、クーラントポンプ１０１を制御してクーラント１１０の噴射を停止させた後、カメラ１０３を制御して撮像を行い、撮像後にクーラントを再度噴射するようにクーラントポンプ１０１を制御する。
【００１７】
制御部１０４、切屑検出部１０５がカメラ１０３の撮影画像を解析した結果に基づいて、クーラント噴射部１０２を制御し、効果的かつ効率的に、切屑にクーラントを噴射する。
【００１８】
切屑検出部１０５は、撮影画像の特徴量を抽出する。切屑検出部１０５が抽出する特徴量は、撮像画像の情報量、周波数成分、コントラスト、および輝度の分布のうち少なくともいずれか１つを含む。切屑検出部１０５は、撮影画像の特徴量を抽出し、切屑検出に使える画像か否か判定する。
【００１９】
制御部１０４は、例えば、ＡＴＣ（Auto Tool Changer）による工具の取替タイミングに合わせて、クーラント１１０の噴射を停止させ、その停止時間に合わせて切屑の撮影を行う。
【００２０】
制御部１０４は、、加工プログラム（Ｇコード）やユーザ操作に従い、切屑検出のための撮影を行なうタイミングか否かを判定する。例えば、ランニング中における加工の切れ目（ワークの別の面を削るタイミング）や、ＡＴＣによる工具の取替タイミングなどや、ユーザからの指示があったタイミングがこれに当たる。
【００２１】
制御部１０４は、クーラントポンプ１０１に対して、クーラントの噴射停止を指示し、カメラ１０３による撮影を行なう。ここでの撮影は例えば複数枚の静止画撮影でもよいし、動画の撮影でもよい。撮影が終了すると同時にクーラントポンプ１０１にクーラントの噴射を再開させる。
【００２２】
切屑検出部１０５は、切屑１１４の有無以外に、切屑の量、切屑の形状、切屑の種類またはこれらの組み合わせ等のように、切屑に関する様々な情報を検出する形態でもよい。例えば、切屑の洗浄のし易さを示す「クラス」を判定してもよい。切屑検出部１０５は、カメラ１０３で撮像された機内画像を複数の部分画像に分割し、部分画像のそれぞれについて切屑を検出する。
【００２３】
クーラント噴射装置１０２は、洗浄液の噴射方向を制御可能なプログラマブルなクーラントノズル１２１を有し、切屑検出部１０５が検出した切屑が不図示のシュータに向かうように、クーラント１１０を噴射する形態でもよい。切屑は、シュータからチップコンベアに移動し、チックコンベアから切屑回収ボックスに搬送される。プログラマブルノズルの代わりに噴射方向が固定された洗浄ノズルを複数個設置して検出された切屑に合わせた洗浄ノズルを選択駆動してもよい。
【００２４】
図２は、切屑検出部１０５の内部構成を説明するためのブロック図である。切屑検出部１０５は、演算処理部２０１とストレージ２０２とタッチパネル２０３を備える。
【００２５】
演算処理部２０１は、各種の演算処理を実行し、各種の機能を実現する。
【００２６】
ストレージ２０２は、各種のデータを記憶するとともに、演算処理部２０１が演算処理を行う際のワーキングエリアとして機能する。具体的に、ストレージ２０２は、切屑検出プログラム２２１と、判定用パラメータ２２３と、判定結果２２４と、洗浄条件２２５と、洗浄回数２２６と機内画像２２７とを記憶する。ここでは切屑検出部１０５の内部にストレージ２０２を設けているが、ストレージは外部サーバに用意され、ネットワークを介して切屑検出部１０５に各種データが提供されてもよい。
【００２７】
タッチパネル２０３は、ユーザからの指示入力を受け付ける入力機能と、切屑の判定結果等を表示する表示機能とを兼ね備える。
【００２８】
切屑検出プログラム２２１は、学習・推論モデルにこの判定用パラメータ２２３を適用してなる切屑判定モデル２２２を採用する。判定用パラメータ２２３は、切屑を検出するためのパラメータであり、部分画像と切屑に関する情報を教師データとして用いて、学習・推論モデルに事前学習させて得られるものである。
【００２９】
判定用パラメータ２２３は、複数の異なるメッシュサイズごとに記憶されている。また、ストレージ２０２には、切屑判定モデル２２２の学習効率等の特性を左右する学習パラメータが別途設定されている。
【００３０】
演算処理部２０１は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）によって構成されている。演算処理部２０１は、切屑検出プログラム２２１を実行することにより、駆動制御部２１１、撮像制御部２１２、メッシュ分割部２１３、切屑判定部２１４、洗浄処理部２１５、ティーチング処理部２１６、追加学習部２１７およびクーラント制御部２１８として機能する。
【００３１】
駆動制御部２１１は、カメラ１０３としてＡＴＣカメラを使用する場合、自動工具交換装置（Automatic Tool Changer：ＡＴＣ）を制御し、工具をＡＴＣカメラに交換させる。
【００３２】
撮像制御部２１２は、あらかじめ設定した撮影タイミングでカメラ１０３に撮影制御信号を出力し、機内画像２２７を取得してストレージ２０２に記憶する。撮影タイミングは、工程と工程との間、工具交換時、一定時間間隔、所定の加工量に達したタイミング等である。
【００３３】
メッシュ分割部２１３は、機内画像を複数の部分画像に分割処理する。メッシュ分割部２１３は、切屑、ワークおよび治具の各サイズに基づいて、決定されたサイズの部分画像に分割する。メッシュは碁盤目状に限定されるものではなく、菱形、三角形、ハニカム形状等であってもよい。また、機内画像の全てを部分画像に分割する必要はなく、切屑の検出が必要なエリアのみを分割してもよい。これにより、切屑の検出を簡単化かつ高精度化することができる。
【００３４】
切屑判定部２１４は、各部分画像に対して、ノイズの除去処理や、画像サイズの変換処理等のような、判定精度を向上させるための前処理を実行する。その後、切屑判定部２１４は、部分画像のそれぞれについて、切屑検出プログラム２２１を実行することにより、切屑判定モデル２２２を用いて切屑の有無を判定し、判定結果２２４を保存する。
【００３５】
切屑判定部２１４は、例えば、環境変化に比較的強いディープラーニング手法のうち、とりわけ画像のクラス分類に特化したモデルである畳み込みニューラルネットワーク（Convolutional Neural Network：CNN）を用いる。ただし、これに限定されるものではなく、他の機械学習アルゴリズムを用いてもよい。切屑判定部２１４は、高速フーリエ変換（Fast Fourier Transform：FFT）等の周波数解析を実行し、各部分画像のスペクトル統計量を判定用パラメータとを比較して、クラスを判定してもよい。切屑がない状態でのエリア全体画像をあらかじめ用意しておき、これと判定対象であるエリア全体画像との差分画像をメッシュ分割し、高速フーリエ変換することにより、環境依存成分を排除してもよい。
【００３６】
判定結果２２４は、機内画像２２７をメッシュに分割した部分画像３０１のそれぞれ（メッシュエリアに対応）について切屑検出プログラムを実行した結果である。例えば、切屑判定モデル２２２は、判定結果２２４として、切屑の洗浄のし易さを示す「クラス」を導き出す。この「クラス」は、切屑の量、密集度合、大きさ、長さ、形状等を総合的に勘案して決定される。クラスごとに、そのクラスの確率が判定結果２２４として記憶される。例えば、切屑がない「クラス０」と、切屑が少ない「クラス１」と、切屑が多い「クラス２」の３クラスが設定されている場合、部分画像ごとに、「クラス０」である確率Ｐ０と、「クラス１」である確率Ｐ１と、「クラス２」である確率Ｐ２とが記憶される。
【００３７】
洗浄条件２２５は、切屑の洗浄が必要か否かを判定するための条件である。洗浄条件２２５として、各部分画像の位置とクラスごとの確率と、を組み合わせた条件が設定されている。例えば、上述した３クラスが設定されている場合には、以下のような洗浄条件（１）〜（４）を降順に評価することにより、効率的で高性能な洗浄判定アルゴリズムが実現される。
（１）Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２のうち、最大値がＰ２である：洗浄する
（２）Ｐ１＋Ｐ２≧９９％である：洗浄する
（３）メッシュエリアがテーブル１２上であり、かつ、Ｐ１＋Ｐ２≧Ｐ０である：洗浄する
（４）上記条件（１）〜（３）に該当しない：洗浄しない
例えば、上述した最も単純化された２クラスが設定されている場合は、メッシュエリアの位置に関わらず、クラス０（切屑なし）であれば洗浄せず、クラス１（切屑あり）であれば洗浄する、という洗浄条件を設定してもよい。
【００３８】
例えば、洗浄回数２２６は、機内を連続して洗浄した回数である連続洗浄回数と、各メッシュエリアを連続して洗浄した回数である局所連続洗浄回数とを含む。洗浄処理部２１５は、部分画像のそれぞれについて、切屑の洗浄が必要か否かを判定し、洗浄を行なう。洗浄処理部２１５は、記憶されている洗浄条件２２５と、各部分画像の判定結果２２４とを比較する。そして、洗浄条件２２５を満たす部分画像については洗浄が必要と判定する。洗浄処理部２１５は、洗浄が必要と判定すると、クーラント噴射装置１０２を制御して切屑の洗浄を行わせる。洗浄処理部２１５は、洗浄が必要と判定された部分画像に対応するメッシュエリアの位置（工作機械１００内における実際の位置）を算出し、当該メッシュエリアに向けて、クーラント噴射装置１０２から洗浄液を噴射させる。
【００３９】
なお、メッシュエリアの位置は、例えば、エリア全体画像を格納する画像メモリ（図示せず）を工作機械１００内の座標系に対応させておくことにより、特定することができる。クーラント噴射装置１０２はプログラマブルノズルを用いて、噴射方向を変えながら、洗浄が必要と判定された全てのメッシュエリアに対してクーラント液を噴射する。
【００４０】
洗浄処理部２１５は、洗浄動作を実行するたびに、洗浄回数２２６を更新し、洗浄回数２２６が、所定の閾値未満の場合には洗浄を実施する。一方、洗浄回数２２６（連続洗浄回数および局所連続洗浄回数のうち少なくとも一方）が、所定の閾値に到達した場合には、異常時処理を実行する。洗浄処理部２１５は、洗浄を指示する信号などを制御部１０４に送る。制御部１０４は、クーラントポンプ１０１にポンプの駆動信号などを送信する。なお、洗浄処理部２１５から直接クーラントポンプの駆動制御を行うような形態でもよい。
【００４１】
ティーチング処理部２１６は、各部分画像の判定結果２２４をストレージから読み出しタッチパネル２０３に表示させる。具体的には、各部分画像を判定結果が識別可能な態様（例えば異なる判定結果ごとに異なる色）で表示する。
【００４２】
例えば、クラス０（切屑なし）の判定確率Ｐ０、およびクラス１（切屑あり）の判定確率Ｐ１の値によって、以下に示す４グループに分類され、異なる色でマスクされる。
【００４３】
グループ１：Ｐ１が０〜３０％（Ｐ０が７０〜１００％）：赤色
グループ２：Ｐ１が３０〜５０％（Ｐ０が５０〜７０％）：青色
グループ３：Ｐ１が５０〜７０％（Ｐ０が３０〜５０％）：緑色
グループ４：Ｐ１が７０〜１００％（Ｐ０が０〜３０％）：黄色
画像から判定結果を確認したユーザは、誤って判定されている任意の部分画像をタッチ選択し、正しい判定結果（別の色）を入力することができる。例えば、グループ２に色分けされている部分画像を、グループ１に、グループ３に色分けされている部分画像をグループ４に分類するなど、といった変更を行なうことができる。ティーチング処理部２１６は、ユーザによる判定結果の変更入力に応じて、ストレージ２０２の判定結果２２４を訂正する。
【００４４】
追加学習部２１７は、新たな教師データを用いて追加学習を行う。追加学習部２１７は、ティーチング処理部２１６によって訂正された判定結果（ユーザによる正しい切屑検出結果）を教師データとして、切屑判定モデル２２２に追加学習を実行させる。そして、追加学習の結果に応じて判定用パラメータ２２３を更新する。追加学習部２１７をネットワーク上の学習サーバに教師データをアップロードして追加学習させ、得られた判定用パラメータで切屑判定モデル２２２を更新してもよい。追加学習部２１７は、ティーチングモードの終了後、所定のタイミングでバックグラウンドで追加学習を開始し、訂正された判定結果を反映させた判定用パラメータを生成し更新するとともに、切屑判定モデル２２２を更新する。
【００４５】
クーラント制御部２１８は、クーラントポンプ１０１およびクーラント噴射部１０２を制御する。具体的には、機内の状況をそのまま撮像してタッチパネル２０３に表示する観察モードや、切屑検出部２０３で切屑を検出する切屑検出モードでは、クーラントポンプ１０１をオフにする。あるいは、クーラント制御部２１８は、クーラント噴射部１０２を制御して、脈流をオフにしたり、逆に脈流を強めたりしてもよい。
【００４６】
クーラント制御部２１８は、切屑判定部２１４による判定結果に応じて、クーラント噴射部１０２を制御して、脈流のオン・オフまたは強度を制御してもよい。例えば、切屑が所定値以上集まっている領域や、一定期間以上噴射しているにも関わらず切屑が残っている領域などに対しては、脈流をオンにすればよい。一方で、切屑の集まり具合が、所定値以下の領域に対しては、脈流をオフにしてもよい。さらに、ミストを抑えたいタイミングや領域に対しては、脈流をオフにしてもよい。
【００４７】
図３は、クーラント噴射装置１０２の内部構成を説明するための図である。クーラント噴射装置１０２は、工具やワークを冷却するだけでなく、切屑１１４の排出のためにクーラント１１０を噴射する。クーラント噴射装置１０２を構成するクーラントノズル１２１の内部には、可動体としての回転体３２２が設けられている。
【００４８】
クーラントノズル１２１の内部を流れるクーラントから可動体が受ける力の変化によって、クーラントノズル１２１を振動させる振動機構として弾性部材の一例としてのばね３２３を接続部１２２に備えている。クーラントノズル１２１の振動によって、クーラントに脈流を生じさせる。クーラントノズル１２１は、接続部１２２に対してスライド移動可能なように、スライド溝のような凹部やスライド軸のような凸部を外周面に備える形態でもよい。この場合は、接続部１２２は、クーラントノズルの凹部や凸部に対応する凸部や凹部を有すればよい。また、クーラントノズル１２１自体が蛇腹のような伸縮機構を持ち、蛇腹が伸縮することでクーラントノズル１２１が振動する構成でもよい。
【００４９】
クーラントノズルを円筒とした場合に、回転体３２２は、例えば回転軸に垂直かつ円筒の中心軸を含む面上で見た場合に、楕円形状をしている。また、回転体３２２は、回転軸３２４によってクーラントノズル１２１に軸支されている。回転体３２２が回転軸３２４を中心に回転することにより、クーラントの流路を狭くしたり、広くしたりすることができる。具体的には、図３の左図に示す、回転体３２２が縦向きの状態（クーラントの流れと楕円の長軸が平行な状態）では、クーラントノズル１２１内のクーラントの流路が広くなり、回転体３２２が受ける流体抵抗が小さくなるため、ばね３２３が縮んで、クーラントノズル１２１が、上流側（図中上向き）へ移動する。
【００５０】
一方、図３の右図に示すように、回転体３２２が回転して、横向きの状態になると、クーラントノズル１２１内のクーラントの流路が狭くなり、回転体３２２が受ける流体抵抗が大きくなる。このため、回転体３２２が取り付けられているクーラントノズル１２１がクーラント１１０の流れの下流側（図中下向き）へ押される。これにより、クーラントノズル１２１に接続されているばね３２３が伸びて、接続部１２２のスライド機構に沿ってクーラントノズル１２１が下流側（図中下向き）へ移動する。
【００５１】
このように回転体３２２が、回転することにより、クーラントノズル１２１が上下動し、同時に、流路の大きさが変わる。これにより、クーラントの吐出圧が変化し、リズミカルな脈流が形成される。結果として、切屑をトントンと叩くようにクーラントを噴射することが可能となり、大きい切屑や重い切屑など、動きにくい切屑を効果的に移動させることができる。
【００５２】
なお、回転体３２２は、クーラントの流体圧によって自然と回転する構成でもよいし、別途回転駆動部としてのモータなどを回転軸３２４に接続して回転軸３２４および回転体３２２を一体的に回転駆動させてもよい。回転体３２２の先端に羽を設けてもよい。また、流路の大きさを変えるだけで脈流を発生させることができれば、本実施形態における脈流発生機構であるばね３２３は必須の構成ではない。また、回転方向や回転体の位置などは図３に示したものに限定されない。
【００５３】
［第２実施形態］
次に本発明の第２実施形態に係るクーラント噴射装置について、図４を用いて説明する。図４は、本実施形態に係るクーラント噴射装置４００の内部構成を説明するための図である。本実施形態に係るクーラント噴射装置４００は、上記第１実施形態と比べると、回転体４２２が偏心回転する点で異なる。その他の構成および動作は、第１実施形態と同様であるため、同じ構成および動作については同じ符号を付してその詳しい説明を省略する。
【００５４】
回転体４２２は例えば楕円形状であり、回転軸４２４によってクーラントノズル１２１に軸支されている。回転軸４２４は、回転体４２２の重心を通らないため、回転体４２２が回転軸４２４を中心に偏心回転することにより、クーラントの流路を狭くしたり、広くしたりするとともに、クーラントノズル１２１を振動させる。
【００５５】
具体的には、左端の状態４０１では、回転体４２２が右よりになり、クーラントノズル１２１内のクーラント流路が狭くなり、回転体４２２が受ける流体抵抗が大きくなるため、ばね４２３が伸びて、クーラントノズル１２１が、下流側（図中下向き）へ移動する。
【００５６】
次に回転体４２２が時計回りに回転して状態４０２になると、回転体４２２が縦向きになり、クーラントノズル１２１内のクーラントの流路が広くなって、回転体４２２が受ける流体抵抗が小さくなるため、ばね４２３が縮んで、クーラントノズル１２１が、上流側（図中上向き）へ移動する。
【００５７】
次に回転体４２２が時計回りに回転して状態４０３になると、回転体４２２が左よりになり、クーラントノズル１２１内のクーラント流路が狭くなり、回転体４２２が受ける流体抵抗が大きくなるため、ばね４２３が伸びて、クーラントノズル１２１が、下流側（図中下向き）へ移動する。
【００５８】
次に回転体４２２が時計回りに回転して状態４０４になると、再度回転体４２２が縦向きになり、クーラントノズル１２１内のクーラントの流路が広くなって、回転体４２２が受ける流体抵抗が小さくなるため、ばね４２３が縮んで、クーラントノズル１２１が、上流側（図中上向き）へ移動する。
【００５９】
このように回転体４２２が、回転することにより、クーラントノズル１２１が上下動し、同時に、流路の大きさが変わる。これにより、クーラントの吐出圧が変化し、リズミカルな脈流が形成される。結果として、切屑をトントンと叩くようにクーラントを噴射することが可能となり、大きい切屑や重い切屑など、動きにくい切屑を効果的に移動させることができる。
【００６０】
回転体４２２の重心が回転軸４２４から離れた位置になるように、回転体４２２内部に重りを配置すれば、より強い偏心回転および振動を発生させることができる。
【００６１】
なお、回転体４２２は、クーラントの流体圧によって自然と回転する構成でもよいし、別途モータなどを設けて、回転駆動させてもよい。その場合、回転速度を変化させることによって脈流のリズムおよび強さを変えてもよい。回転体４２２の先端に羽を設けてもよい。また、流路の大きさを変えるだけで脈流を発生させることができれば、ばね４２３は必須の構成ではなく、クーラントノズル１２１は固定でもよい。
【００６２】
［第３実施形態］
次に本発明の第３実施形態に係るクーラント噴射装置について、図５、図６を用いて説明する。図５、図６は、本実施形態に係るクーラント噴射装置５００、６００の内部構成を説明するための断面図である。本実施形態に係るクーラント噴射装置５００、６００は、上記第１実施形態と比べると、回転体が偏心回転する点で異なる。その他の構成および動作は、第１実施形態と同様であるため、同じ構成および動作については同じ符号を付してその詳しい説明を省略する。
【００６３】
回転体５２２、６２２は羽根車形状であり、回転軸５２４、６２４によってクーラントノズル１２１に軸支されている。回転体５２２、６２２が回転軸５２４、６２４を中心に回転することにより、クーラント１１０の流路を狭くしたり、広くしたりするとともに、クーラントノズル１２１を振動させる。
【００６４】
これにより、クーラント１１０の吐出圧が変化し、リズミカルな脈流が形成される。結果として、切屑をトントンと叩くようにクーラント１１０を噴射することが可能となり、大きい切屑や重い切屑など、動きにくい切屑を効果的に移動させることができる。
【００６５】
回転体５２２、６２２の複数枚の羽のうち、一枚のみを重くすることにより、クーラントノズル１２１を振動させてもよい。
【００６６】
なお、回転体５２２、６２２は、クーラントの流体圧によって自然と回転する構成でもよいし、別途モータなどを設けて、回転駆動させてもよい。回転抵抗を調整することによって脈流のリズムおよび強さを変えてもよい。
【００６７】
［第４実施形態］
次に本発明の第４実施形態に係るクーラント噴射装置７００について、図７を用いて説明する。図７は、クーラント噴射装置７００の内部構成を説明するための断面図である。クーラント噴射装置７００は、上記第１実施形態と比べると、ソレノイドを用いて脈流を生成する点で異なる。その他の構成および動作は、第１実施形態と同様であるため、同じ構成および動作については同じ符号を付してその詳しい説明を省略する。
【００６８】
図７に表したように、クーラント噴射装置７００は、クーラント供給管（上流側）７０１から供給されたクーラントを噴射口７０２（下流側）から噴射させる構成である。クーラント供給管７０１には、シリンダ７０３が延設されており、シリンダ７０３内において、進退自在に設けられたプランジャ７０４が配置されている。プランジャ７０４の内部には、逆止弁７０５が設けられており、コイル７０６へ供給する励磁電圧を制御することでプランジャ７０４を進退させるソレノイド機構となっている。
【００６９】
プランジャ７０４が、下流側に移動するとシリンダ７０３内部の水圧が上昇し、上流側に変化した場合には水圧が低下するように逆止弁７０５が配設されている。
【００７０】
プランジャ７０４は、コイル７０６の励磁により、図示する原位置（プランジャー原位置）から下流側に移動する。そして、コイルの励磁が消えると、復帰スプリング７０７の付勢力によって、原位置に復帰する。この際、緩衝スプリング７０８によってプランジャ７０４の復帰の動作が緩衝される。
【００７１】
コイル７０６の励磁を制御することにより、プランジャ７０４を軸方向上下に振動させ、水圧を上昇または低下させて脈流を形成する。
【００７２】
［第５実施形態］
次に本発明の第５実施形態に係るクーラント噴射装置８００について、図８を用いて説明する。図８は、クーラント噴射装置８００の構成を説明するための断面図である。第１乃至第４実施形態では、脈流を発生させることにより、クーラントの打力を高める例で説明したが、本実施形態では、２つの加圧クーラント流の作用によりクーラントの打力を高める例について説明を行う。
【００７３】
具体例として、１つの切屑と、２つの加圧クーラント流との関係を説明する。もちろん、これに限定されず、３以上のクーラントノズルがある工作機械や切屑が沢山発生する工作機械などにも応用することができる。さらに、これまでの実施形態で説明してきたクーラント噴射装置をあわせて用いることもできる。
【００７４】
図８に示すように、本実施形態の工作機械においては、２つの第１、第２可動クーラントノズル８０１、８０２が離間され設置されている。第１可動クーラントノズル８０１と第２可動クーラントノズル８０２から噴射されるクーラントは、工作機械の加工室内の略１点（目標）に向かうよう設計されている。この目標点は、時刻とともに変化させることが可能である。
【００７５】
図８に示すように、第１可動クーラントノズル８０１と第２可動クーラントノズル８０２とから、１個の長尺の切屑（細長い切屑）８１０に向けてクーラントが噴射されている。切屑８１０の長手方向において、切屑８１０の中央側にクーラントが噴射されるようにクーラントノズル８０１，８０２の向きを中央側に制御したり、切屑８１０の端部側にクーラントを噴射するようにクーラントノズル８０１，８０２の向きを端部側に制御したりする。このように、可動クーラントノズルを単振り子のように可動させることで、クーラントを周期的に切屑８１０に当てる。切屑８１０の２ヵ所に対してクーラントが周期的に当たることにより、切屑８１０に圧縮、引っ張りの力を加えて、切屑８１０が破断することを助ける。長尺の切屑８１０が、細かい通常の切屑になれば、加工室内の構造に切屑が引っ掛かり切屑が詰まることを低減でき、切屑をスムーズにシュータから排出することができる。
【００７６】
図８に示すように、第１可動クーラントノズル８０１の第１の目標点と第２可動クーラントノズル８０２の第２の目標点は同一の軌跡（単振り子の軌跡と同様）を取るように設定することが好ましい。同一の軌跡でクーラントが切屑に当たるように制御するが、その位相（時刻）が異なるように設定することで、切屑に圧縮や引っ張りの力を加えることが可能になる。
【００７７】
このように制御が可能なクーラント噴射装置８００は、第１可動クーラントノズル８０１と第２可動クーラントノズル８０２と、制御部８０３とを備える。制御部８０３は、切屑８１０の長手方向において、所定位置から所定距離離れた第１対照位置にクーラントを噴射するように第１可動クーラントノズル８０１を制御する。制御部８０３は、切屑８１０の長手方向において、所定位置から所定間隔離れた第２対照位置にクーラントを噴射するように第２可動クーラントノズル８０２を制御する。また、第１可動クーラントノズル８０１と第２可動クーラントノズル８０２のそれぞれの吐出量（圧）を制御して切屑に加わる力に時間変化を与える形態でもよい。この制御は一般に吐出方向の制御より高速に行うことができる。一般に長尺となった切屑８１０は、ばね形状に丸まったり板ばね様の性質をもっていることに着目している。多数の切屑が絡まった状態であっても全体としては弾性体として比較的低周波の固有振動数を有すると解している。一つは長尺の切屑８１０の両端に異なる方向のクーラント圧を加えることによる引っ張りまたは圧縮力とそのばね共振による切屑の破断と洗い流しの容易性への着目である。もう一つは吐出圧の変化とばね共振による同様の効果への着目である。
【００７８】
さらには、第１可動クーラントノズル８０１と第２可動クーラントノズル８０２から吐出されるクーラントの圧を略１点に加えることにより作用する力が倍加する効果も期待できる。このようにして、クーラントの打力を高め、効率良く、切屑を洗い流すことができる。これらの動作は堆積の状況により切屑除去動作の一部に適用してもよい。他の動作は、例えば、刃先や切屑の冷却のために充てることもできる。
【００７９】
［その他］
以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明の技術的範囲で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。また、それぞれの実施形態に含まれる別々の特徴を如何様に組み合わせた方法、システムまたは装置も、本発明の技術的範囲に含まれる。
【要約】
【課題】切り屑に対する打力を強めることができる。
【解決手段】切屑を除去するためにクーラントを切屑に対して噴射するクーラント噴射装置であって、クーラントを噴射する噴射口を備えたクーラントノズルと、クーラントノズル内部において移動可能な可動体と、クーラントノズルを流れるクーラントから可動体が受ける力の変化によって、クーラントノズル内に脈流を発生させる脈流発生機構と、を備えたことを特徴とするクーラント噴射装置。
【選択図】  図１【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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