特許 5756330 クーラント噴射装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5756330

(24)【登録日】2015年6月5日

(45)【発行日】2015年7月29日

(54)【発明の名称】クーラント噴射装置

(51)【国際特許分類】

   B23Q 11/10 20060101AFI20150709BHJP

【ＦＩ】

   B23Q11/10 B

【請求項の数】5

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2011-97403(P2011-97403)

(22)【出願日】2011年4月25日

(65)【公開番号】特開2012-228737(P2012-228737A)

(43)【公開日】2012年11月22日

【審査請求日】2014年1月9日

(73)【特許権者】

【識別番号】000114215

【氏名又は名称】ミネベア株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100068618

【弁理士】

【氏名又は名称】萼 経夫

(74)【代理人】

【識別番号】100104145

【弁理士】

【氏名又は名称】宮崎 嘉夫

(74)【代理人】

【識別番号】100109690

【弁理士】

【氏名又は名称】小野塚 薫

(74)【代理人】

【識別番号】100135035

【弁理士】

【氏名又は名称】田上 明夫

(74)【代理人】

【識別番号】100131266

【弁理士】

【氏名又は名称】▲高▼ 昌宏

(72)【発明者】

【氏名】荻原 英之

(72)【発明者】

【氏名】加藤 正夫

【審査官】 五十嵐 康弘

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０２−０５０８６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−１２２５８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−３３７７８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−２４３８７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２７３８６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２０７９３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５５９７１１９（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｑ １１／１０

Ｂ２３Ｑ ５／３４

Ｂ２３Ｊ １９／０２

(57)【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、
前記ノズルに接続される出口管路と、クーラントが供給される入口管路と、前記出口管路と前記入口管路とを相対回転可能に連結する回転継手とを一体化したノズル機構と、
前記モータと該モータの回転を減速する減速機構とを一体化した駆動機構と、
前記入口管路及び前記ノズルを外部に突出させて前記ノズル機構及び前記駆動機構を収容して、これらを一体化するケースと、を備え、
前記駆動機構は、前記ケース内の前記ノズル機構を収容するノズル室から隔離されて密閉された収容空間に収容され、
前記減速機構によって減速した前記モータの回転を、駆動マグネットと従動マグネットとからなる非接触伝達機構によって、前記収容空間と前記ノズル室とを隔離する隔壁をはさんで、非接触状態で前記出口管路に伝達し、
前記出口管路と前記モータの回転軸とは、互いに平行に配置され、
前記駆動マグネットと前記モータの回転軸とは、互いに同軸または平行に配置されていることを特徴とするクーラント噴射装置。

【請求項2】

前記モータは、ステッピングモータであ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】

前記モータは、永久磁石型ステッピングモータであることを特徴とする請求項２に記載のクーラント噴射装置。

【請求項4】

前記駆動マグネットと前記モータの回転軸とは同軸に配置され、前記非接触伝達機構は、駆動マグネットと従動マグネットの回転軸が互いに平行なマグネットギヤであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のクーラント噴射装置。

【請求項5】

前記駆動マグネットと前記モータの回転軸は互いに平行に配置され、前記非接触伝達機構は、前記駆動マグネットと従動マグネットの回転軸が互いに同軸であるマグネットカップリングであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項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なう場合、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、研削油剤）を供給しながら加工が行なわれる。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、例えば特許文献１及び２に記載されているように、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。

【0003】

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サーボ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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００２−１８６７４号公報

【特許文献2】米国特許第６７７２０４２号明細書

【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、切屑の飛散にさらされるため、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ると共に、信頼性及びメンテナンス作業性に優れることが望まれている。

【0006】

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、防滴性及び防塵性に優れた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、
前記ノズルに接続される出口管路と、クーラントが供給される入口管路と、前記出口管路と前記入口管路とを相対回転可能に連結する回転継手とを一体化したノズル機構と、
前記モータと該モータの回転を減速する減速機構とを一体化した駆動機構と、
前記入口管路及び前記ノズルを外部に突出させて前記ノズル機構及び前記駆動機構を収容して、これらを一体化するケースと、を備え、
前記駆動機構は、前記ケース内の前記ノズル機構を収容するノズル室から隔離されて密閉された収容空間に収容され、
前記減速機構によって減速した前記モータの回転を、駆動マグネットと従動マグネットとからなる非接触伝達機構によって、前記収容空間と前記ノズル室とを隔離する隔壁をはさんで、非接触状態で前記出口管路に伝達し、
前記出口管路と前記モータの回転軸とは、互いに平行に配置され、
前記駆動マグネットと前記モータの回転軸とは、互いに同軸または平行に配置されてい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、前記モータは、ステッピングモータであ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２の構成において、前記モータは、永久磁石型ステッピングモータであることを特徴とする。
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、前記駆動マグネットと前記モータの回転軸とは同軸に配置され、前記非接触伝達機構は、駆動マグネットと従動マグネットの回転軸が互いに平行なマグネットギヤであることを特徴とする。
請求項５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、前記駆動マグネットと前記モータの回転軸は互いに平行に配置され、前記非接触伝達機構は、前記駆動マグネットと従動マグネットの回転軸が互いに同軸であるマグネットカップリングであることを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

請求項１の本発明に係るクーラント噴射装置によれば、モータの回転により、ノズルの角度を調整することができ、モータ及び減速機構がケース内の隔離された収容空間内に密閉されているので、優れた防滴性及び防塵性を得ることができる。
請求項２の発明に係るクーラント噴射装置によれば、ステッピングモータを用いてオープンループによる駆動制御を行なうことができ、制御回路の簡素化が可能になる。
請求項３の発明に係るクーラント噴射装置によれば、減速機構の減速比により、永久磁石型ステッピングモータのステップ角に対して制御可能なステップ角を小さくすることができる。
請求項４の発明に係るクーラント噴射装置によれば、モータの回転がマグネットギヤを介してノズルに伝達される。
請求項５の発明に係るクーラント噴射装置によれば、モータの回転がマグネットカップリングを介してノズルに伝達される。

【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蓋体が取外された状態を示す斜視図である。

【図2】図１に示すクーラント噴射装置の平面図である。

【図3】図２のＡ−Ａ線による縦断面図である。

【図4】図１に示すクーラント噴射装置の分解斜視図である。

【図5】本発明の第２実施形態に係るクーラント噴射装置の蓋体が取外された状態を示す斜視図である。

【図6】図５に示すクーラント噴射装置の平面図である。

【図7】図５に示すクーラント噴射装置のノズル機構及び駆動機構を示す斜視図である。

【図8】図５に示すクーラント噴射装置の分解斜視図である。

【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乃至図４を参照して説明する。
図１乃至図４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内にクーラントを噴射するノズル機構３及びノズル機構３を駆動する駆動機構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ケース本体５と、ケース本体５の開口部を閉じる蓋体６とから構成されている。ケース２には、蓋体６に連なるように平板状に延出された長方形の取付部７がケース本体５に一体に形成されている。ケース２の内部は、その長手方向に沿って中央部に一体に形成された隔壁８によって、ノズル機構３を収容するノズル室９と、駆動機構４を収容する駆動室１０（収容空間）との２室に仕切られている。ノズル室９の長手方向両端の側壁には、それぞれ略Ｕ字形の切欠１１、１２が形成されている。クーラントがノズル室９から駆動室１０に侵入して駆動機構４の故障を引き起こさないように、駆動室１０は、隔壁８によってケース内の他の空間から完全に隔離された収容空間として形成されている。

【0012】

駆動室１０は、更に、仕切壁１３によってマグネット室１０Ａと、マグネット室１０Ａよりも大きいモータ−ギヤ室１０Ｂとの２室に長手方向に区画されている。仕切壁１３には、略Ｕ字形の切欠１４が形成され、モータ−ギヤ室１０Ｂの端部の内壁には、略Ｕ字型の溝１５が形成されている。

【0013】

ケース本体５の開口部には、ネジ、ファスナ、接着剤等の公知の結合手段（図示せず）によって蓋体６が取付けられている。ケース本体５と蓋体６との間は、パッキン等の公知のシール手段（図示せず）によってシールされ、ノズル室９及び駆動室１０のうち、少なくとも駆動室１０が密閉されている。隔壁８の存在によって、蓋体６を取り付けるだけで駆動室１０は完全に密閉され、外部からの切粉やクーラーントの侵入を遮断できるので、モータを樹脂でモールドするなどの特別な防塵および防水対策が不要となる。そのおかげで、モータが故障しても容易に交換して修理することができる。したがって、蓋体６は、好ましくは、ネジ等の着脱可能な結合手段により、ケース本体５に着脱可能に取付けられる。ケース本体５の取付部７には、ケース２をＮＣ工作機械等に取付けるための一対の長穴１６が設けられている。ケース２は、好ましくは、合成樹脂、アルミニウム合金等の非磁性体で形成される。

【0014】

ノズル機構３は、同軸上に配置された一端側の入口管路１７と、他端側の出口管路１８とが回転継手１９によって軸回りに回転可能に連結された構造となっている。出口管路１８の先端部には、直角方向に向けられたノズル２０が接続されている。また、出口管路１８の中間部の外周には、環状の従動マグネットギヤ２１が外嵌されて、出口管路１８と共に回転するようになっている。ノズル機構３は、従動マグネットギヤ２１が駆動室１０のマグネット室１０Ａに対向し、入口管路１７がケース本体５のＵ字形の切欠１２から外部に突出し、出口管路１８がＵ字形の切欠１１から外部に突出するようにノズル室９内に収容され固定されている。このような機構によって、ノズル２０はクーラントの噴射方向と直角を成す軸回りに回転可能に支持され、クーラント噴射角度が調整可能とされている。

【0015】

駆動機構４は、モータ２３と、モータ２３の出力軸（図示せず）に連結されて、出力軸の回転を減速する減速機構２４と、減速機構２４の出力軸２４Ａに連結された環状の駆動マグネットギヤ２５とを備えている。モータ２３は、出力軸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、本実施形態では、ロータに永久磁石のみを使用する永久磁石型ステッピングモータを採用している。モータ２３には、制御電流を供給するリード線（図示せず）が接続され、リード線は、ケース２に気密的に取付けられた電気コネクタ（図示せず）を介して、あるいは、ケース２の駆動室１０の外壁を気密的に貫通して、外部の駆動回路（図示せず）に接続される。

【0016】

減速機構２４は、モータ２３の出力軸の回転を所定の減速比で減速して出力軸２４Ａを回転させるものであり、公知の歯車機構、遊星歯車機構、その他のギヤ減速機構とすることができ、あるいは、ギヤ以外の減速要素を用いたものでもよい。本実施形態では、モータ２３として、ステップ角が比較的大きい（３．６°〜１８°程度）の永久磁石型ステッピングモータを使用しているので、減速機構２４によって所定の減速比でモータ２２の出力軸の回転を減速することにより、より小さなステップ角（１°以下）の制御を可能にしている。

【0017】

モータ２３と、減速機構２４と、駆動マグネットギヤ２５とは、ほぼ同じ外径を有し、同軸上に配置され、モータ２３及び減速機構２４がモータ−ギヤ室１０Ｂ内に収容されて固定され、駆動マグネットギヤ２５がマグネット室１０Ａ内に収容されて回転可能となっている。このとき、駆動マグネットギヤ２５が連結された減速機構２４の出力軸２４Ａが仕切壁１３の切欠１４に挿通され、また、モータ２３の後端部の軸受部がモータ−ギヤ室１０Ｂの内壁の溝１５に嵌合される。

【0018】

駆動マグネットギヤ２５及び従動マグネットギヤ２１は、非接触伝達機構であるマグネットギヤを構成して、図３に最もよく示されるように、それぞれ円周方向に沿ってＳ極とＮ極とが交互に配置されるように永久磁石によって外周着磁が施され、隔壁８をはさんで外周面が互いに近接するように配置されている。これにより、永久磁石の吸引力により、駆動マグネットギヤ２５の回転が非接触状態で従動マグネットギヤ２１に伝達される。本実施形態では、駆動マグネットギヤ２５及び従動マグネットギヤ２１は、それぞれ、直径２４ｍｍ程度でフェライト磁石によって８極（減速比１：１）とし、ギャップを１〜３ｍｍ程度としている。マグネットギヤは、極数を増やすことにより、滑らかな回転の伝達が可能になるが、保持力が小さくなるので、極数及び永久磁石の寸法等は必要に応じて適宜設定される。

【0019】

なお、マグネットギヤの保持力を高めるため、隔壁８は非磁性体とし、できるだけ薄くして駆動マグネットギヤ２５と従動マグネットギヤ２１とのギャップを小さくすることが望ましい。一方、ケース２の外壁は、駆動マグネットギヤ２５及び従動マグネットギヤ２１が切削加工によって生じる切屑等を吸着するのを防止するため、磁気遮蔽することが望ましい。

【0020】

このように構成したクーラント噴射装置１は、ノズル２０を適当な方向に向けて取付部７の長穴１６にボルト等を挿通してマシニングセンタ等のＮＣ工作機械に取付けられる。そして、入口管路１７がポンプ等を含むクーラントの供給源に接続され、モータ２３が制御電流を供給する駆動回路に接続される。

【0021】

そして、クーラントを入口管路１７に供給し、出口管路１８を介してノズル２０から噴射する。また、モータ２３によって減速機構２４を介して駆動マグネットギヤ２５を回転させると、その回転が従動マグネットギヤ２１に伝達されて出口管路１８と共にノズル２０が回転する。これにより、モータ２３の回転角を制御することで、ノズル２０の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。

【0022】

このとき、モータ２３とノズル２０との回転角の初期位置、すなわち、駆動マグネットギヤ２５と従動マグネットギヤ２１との回転角の初期位置の調整（０点調整）を行なう必要がある場合には、例えば、ノズル２０、出口管路１８又は従動マグネットギヤ２１にホール素子（図示せず）を取付け、その検出位置に基づき０点調整を行うことができる。あるいは、ノズル２０の回転範囲をストッパによって規制し、ノズル２０をストッパに当接するまで回転させ、その位置を基準として、０点調整を行ってもよい。

【0023】

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２０から加工位置までの距離の変化などに応じてノズル２０の角度を調整して、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２３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フィードバック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。また、減速機構２４の減速比により、モータ２３のステップ角に対してノズル２０のステップ角を小さくすることができるので、比較的ステップ角の大きい永久磁石型ステッピングモータを使用することができ、低コスト化を図ることができる。

【0024】

ノズル２０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以外に、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ノズル２０をより広い角度範囲で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２３としてステッピングモータを使用することにより、ＮＣ工作機械の工具の移動及び工具指定のための数値制御コード（いわゆるＭコード、Ｔコード）に対応したＮＣ制御盤からの出力信号をモータ２３の制御信号として利用してノズル２０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。

【0025】

非接触伝達機構であるマグネットギヤを用いたことにより、Ｏリング等による可動部のシール及び樹脂モールド等による防水、防塵処理を行なうことなく、モータ２３及び減速機構２４を含む駆動機構４をケース２の駆動室１０内に完全に密閉することができ、クーラントによる濡れ、切屑等の異物の侵入を確実に防止することができる。さらに、蓋体６を開閉可能とすることにより、万一、モータ２３、減速機構２４又は駆動マグネットギヤ２５が故障した場合、これらを個別に交換することができ、メンテナンス性を高めることができる。

【0026】

次に本発明の第２実施形態について図５乃至図８を参照して説明する。なお、上記第１実施形態に対して、対応する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。

【0027】

図５乃至図８に示すように、本実施形態に係るクーラント噴射装置３１では、ケース２は、隔壁８によってノズル室９と駆動室１０とが長手方向に区画され、ノズル機構３と駆動機構４とは、マグネットギヤに代えて駆動カップリング３２及び従動カップリング３３からなる非接触伝達機構であるマグネットカップリングによって非接触状態で連結されている。駆動カップリング３２及び従動カップリング３３は、ケース２の長手方向の中央部に配置され、環状の駆動カップリング３２が駆動機構４の減速機構２４の出力軸２４Ａに連結され、環状の従動カップリング３３がノズル機構３の出口管路１８の端部に連結されている。駆動カップリング３２と従動カップリング３３とは、互いの端面が隔壁８をはさんで所定のギャップをもって対向するように同軸上に配置されている。

【0028】

減速機構２４は、モータ２３が連結される入力軸（図示せず）と、駆動カップリング３２が連結される出力軸２４Ａとがオフセットして平行に配置され、軸方向の長さが小さくなっており、出力軸２４Ａがノズル機構３の従動カップリング３３が連結された出口管路１８と同軸上に配置されている。ノズル室９は、ノズル機構３の回転継手１９を収容して固定し、ケース２の端部側の側壁の切欠３４から入口管路１８を外部に延出させ、中央部側の側壁の切欠３５からノズル２０及び従動カップリング３３が連結された出口管路１８を外部に延出させている。

【0029】

図７に示すように、駆動カップリング３２及び従動カップリング３３は、それぞれ互いに対応する端面に円周方向に沿ってＮ極とＳ極とが交互に配置されるよう着磁されており、Ｎ極とＳ極との吸引により、非接触状態で回転力を伝達するようになっている。本実施形態では、駆動カップリング３２及び従動カップリング３３は、それぞれ永久磁石によって２極に着磁したものを用いているが、４極以上でもよい。

【0030】

これにより、モータ２３及び減速機構２４を含む駆動機構４をケース２の駆動室１０内に完全に密閉することができ、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。なお、上記第２実施形態では、非接触伝達機構であるマグネットカップリングは、駆動カップリング３２と従動カップリング３３との端面が対向するものであるが、このほか、内外周に配置された駆動及び従動カップリングの内周面と外周面とで回転を伝達するものでもよい。

【符号の説明】

【0031】

１…クーラント噴射装置、２…ケース、８…隔壁、１０…駆動室（収容空間）、２０…ノズル、２１…従動マグネットギヤ（非接触伝達機構）、２３…モータ、２５…駆動マグネットギヤ（非接触伝達機構）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】