特開 2022-82967 工作機械

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022082967

(43)【公開日】2022-06-03

(54)【発明の名称】工作機械

(51)【国際特許分類】

   B23Q 11/10 20060101AFI20220527BHJP

【ＦＩ】

B23Q11/10 E

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020194168

(22)【出願日】2020-11-24

(71)【出願人】

【識別番号】000237271

【氏名又は名称】株式会社ＦＵＪＩ

(74)【代理人】

【識別番号】100125737

【弁理士】

【氏名又は名称】廣田 昭博

(72)【発明者】

【氏名】水谷 大輔

(72)【発明者】

【氏名】井納 繁幸

(72)【発明者】

【氏名】浅川 和哉

【テーマコード（参考）】

3C011

【Ｆターム（参考）】

3C011EE02

3C011EE05

3C011EE06

3C011EE08

3C011EE09

(57)【要約】      （修正有）

【課題】クーラントの温度上昇を抑える構成を備えた工作機械を提供すること。
【解決手段】加工室内においてワークに対し工具による所定の加工を実行するための各種駆動装置と、クーラントタンク内の使用済みのクーラントをクーラントポンプによって前記加工室側へと繰り返し送り込むクーラント装置と、複数の噴出孔が形成され前記クーラントタンク内に配置された冷却用パイプにエア源からのエアを送り込むクーラント冷却装置と、前記駆動装置の駆動を制御する制御装置とを有する工作機械。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

加工室内においてワークに対し工具による所定の加工を実行するための各種駆動装置と、
クーラントタンク内の使用済みのクーラントをクーラントポンプによって前記加工室側へと繰り返し送り込むクーラント装置と、
複数の噴出孔が形成され前記クーラントタンク内に配置された冷却用パイプにエア源からのエアを送り込むクーラント冷却装置と、
前記駆動装置の駆動を制御する制御装置と、
を有する工作機械。

【請求項2】

前記クーラント冷却装置は、前記エア源から前記冷却用パイプに供給されるエア流量を調整する絞り弁が設けられた請求項１に記載の工作機械。

【請求項3】

前記クーラント冷却装置は、前記冷却用パイプが前記クーラントタンク底の隅部に沿って配置された請求項１または請求項２に記載の工作機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、繰り返し使用されるクーラントの温度上昇を抑える構成を備えた工作機械に関する。

【背景技術】

【0002】

工作機械では、加工熱を下げるほか加工個所などから切り屑を洗い流すためにクーラントが使用されている。使用された後のクーラントはクーラントタンクに戻され、ポンプによって再び加工室内へと送られる。繰り返し使用されるクーラントは、発熱するポンプから熱を奪って次第に温度が上昇し、そのままではワークの加工に悪影響を及ぼすことになる。例えば、クーラントとそのクーラントが接するベッドとの温度差によってベッドに熱変形が生じてしまい、ワークの取り付け部分と切削工具を備えた工具台との相対的な位置が変化し、加工精度が低下してしまう。

【0003】

下記特許文献１は、繰り返し使用されるクーラントの温度調整を行う工作機械が開示されている。それはクーラントタンクに、フィルタを介して切屑などが排除されたクーラントを溜めるための温度調整用タンクが設けられ、その温度調整用タンクに対して温度調整装置が接続されている。温度調整装置は、クーラントの温度上昇を抑えるようにしたものであり、冷却させたクーラントを温度調整用タンクとの間で循環させることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】国際公開ＷＯ２０１７／１２２２８８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、加工対象となるワークの加工内容によっては、それほどクーラントの温度管理が厳しく求められないこともあり、そうした場合に高価な温度調節装置の設置することは、必要以上にコストをかけてしまうことになる。その一方で、温度調整に関して何もしなければクーラントの温度が上昇してしまうため、放置すれば加工精度の低下を招く恐れがある。そのため、加工に影響を及ぼすような温度上昇を抑えることが必要である。そこで、ワークの加工精度を維持することができるように、大幅にコストをかけることなく、クーラントの温度上昇を一定程度抑えるようにした工作機械が求められている。

【0006】

そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、クーラントの温度上昇を抑える構成を備えた工作機械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】

本発明に係る工作機械は、加工室内においてワークに対し工具による所定の加工を実行するための各種駆動装置と、クーラントタンク内の使用済みのクーラントをクーラントポンプによって前記加工室側へと繰り返し送り込むクーラント装置と、複数の噴出孔が形成され前記クーラントタンク内に配置された冷却用パイプにエア源からのエアを送り込むクーラント冷却装置と、前記駆動装置の駆動を制御する制御装置とを有する。

【発明の効果】

【0008】

前記構成によれば、クーラント装置によって使用済みのクーラントが繰り返し使用される場合に、発熱するクーラントポンプの熱を奪って温度が上昇するクーラントに対し、クーラント冷却装置によってクーラントタンク内に配置された冷却用パイプにエア源からのエアを送り込むことにより、溜められたクーラント内にエアレーションを生じさせることで温度上昇を一定程度抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】工作機械の一実施形態に関してその内部構造を示した側面図である。

【図2】クーラントタンクを示した斜視図である。

【図3】クーラント装置の一部を簡略化して示したクーラントタンクの平面図である。

【図4】クーラントタンク内のクーラント冷却装置を簡略化して示した側面図である。

【図5】クーラントタンク内のクーラント冷却装置を簡略化して示した正面図である。

【図6】室温とクーラント温度の変化をグラフにして示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本発明に係る工作機械の一実施形態について、図面を参照しながら以下に説明する。図１は、本実施形態の工作機械の内部構造を示した側面図である。この工作機械１は、車輪を備えた可動ベッド２の上に組み付けられ、ベース３の上面に敷設されたレール３０１に沿って前後方向（Ｚ軸方向）の移動が可能な構成となっている。可動ベッド２は、主軸装置５などの各種駆動装置が搭載され、機体後方に搭載された制御装置６によって各種駆動装置の駆動制御が行われるようになっている。

【0011】

主軸装置５は、回転自在な主軸に対して主軸チャック１１が設けられ、把持したワークＷを主軸モータによって回転させるものである。工作機械１には複数の工具からワーク加工に対応したものを選択するタレット装置７が設けられている。タレット装置７は、複数の工具を取り付けた工具台１２の旋回割出しによって、加工を行う工具を選択して位置決めするものである。そして、その工具を加工位置に移動させる駆動装置は、該当工具を機体前後方向であるＺ軸方向に移動させるＺ軸駆動装置８および、機体上下方向であるＸ軸方向に移動させるＸ軸駆動装置９である。

【0012】

工作機械１は、不図示のワーク自動搬送機との受け渡しによって主軸チャック１１にワークＷが把持され、主軸装置５の駆動によって回転が与えられる。タレット装置７では旋回割出しによって当該ワークＷの加工に用いられる工具が選択される。そして、Ｚ軸駆動装置８やＸ軸駆動装置９の駆動によりタレット装置７ごと工具が加工軸方向に移動し、ワークＷに対する所定の加工が行われる。ワークＷの加工後には、主軸チャック１１に対して加工済みワークＷが新たなワークＷに取り換えられ、繰り返しワークＷの自動加工が行われる。

【0013】

工作機械１は、加工を行う加工室１０の下側にクーラントタンク１５への投入口が形成され、ワークＷの加工によって発生した切屑などがクーラントタンク１５内に溜められるようになっている。クーラントタンク１５にはスクリューコンベア１６（図２参照）が組み込まれているため、切屑はスクリューの回転によって機体後方へと押し流され、外部の回収ボックスへと排出および回収される。また、工作機械１は、潤滑や切屑の洗い流しのためのクーラントおよび、清掃やアクチュエータを作動させるための圧縮エアといった作業用流体が使用される。特にクーラントは、加工室１０内において噴射されるため、切屑などとともにクーラントタンク１５へと流れ落ちる。

【0014】

工作機械１は、クーラントを繰り返し使用することができるよう構成されている。クーラントタンク１５内に溜まったクーラントは切粉なども含まれているためそのままでは使用できない。そこで、ポンプ１６へと送られる間にフィルタなどによってクーラントから異物が除去され、再生したクーラントがポンプ１６（図３に示す第２クーラントポンプ２９に相当する）によってクーラント管１７を通して再び加工室１０へと送られる。ところが、こうして繰り返し使用されるクーラントは、発熱するポンプ１６から熱を奪うことによって温度が徐々に上がってしまう。そのため、高い精度が要求される加工に対応するには、クーラントの温度を一定にするためのクーラント冷却器が用いられている。

【0015】

一方で、ワーク加工は、クーラントの温度上昇による影響を抑える必要があるものの、クーラント冷却器を用いてまでコストをかけた温度管理を必要としない場合がある。本実施形態は、そうした要求に応じた工作機械を提供する。具体的には循環させるクーラントに対し、クーラントタンク１５内においてエアレーションを起こす構成が採られている。

【0016】

ここで、図２は、クーラントタンク１５を示した斜視図である。クーラントタンク１５は、ワークＷの切削箇所の冷却や切屑の洗浄などに使用されたクーラントが加工室１０から落下して溜められる。クーラントタンク１５内には一点鎖線で示すようにチップコンベア１８が組み込まれている。チップコンベア１８には加工室１０の底部に開いた投入口８０１が形成され、切屑やクーラントはこの投入口８０１から入ってチップコンベア１８の貯留槽に溜められる。そして、チップコンベア１８の駆動により、切屑だけが機外へと運び出された後に回収されるようになっている。

【0017】

チップコンベア１８の貯留槽には微細孔のパンチングメタルなどで塞がれた落し口が形成され、そこから流れ出たクーラントがクーラントタンク１５に溜められるようになっている。工作機械１は、こうした使用済みのクーラントを濾過して再び加工室１０へと繰り返し送り込むようにしたクーラント装置が設けられている。図３は、クーラント装置の一部を簡略化して示したクーラントタンク１５の平面図である。

【0018】

クーラント装置は、側壁２１１に囲まれたポンプ室２１がクーラントタンク１５の角部に形成され、その中に第１クーラントポンプ２３が設置されている。側壁２１１にはメッシュ板を嵌め込んだ吸入窓２１２が形成され、第１クーラントポンプ２３の駆動によってクーラントタンク１５内のクーラントをポンプ室２１へと引き入れてから吸い上げるよう構成されている。そして、その第１クーラントポンプ２３にはサイクロンフィルタ２５が接続され、使用済みクーラントがクリーン液とダーティ液とに分けられるようになっている。

【0019】

クーラント装置は、クリーン液を溜めるためのクリーン槽２６とダーティ槽２７および沈殿槽２８とが形成され、サイクロンフィルタ２５は、上部に位置する濾液ポートにクリーン槽２６が接続され、下部に位置するドレインポートには沈殿槽２８が接続されている。クリーン槽２６内には第２クーラントポンプ２９が設置され、クリーン液となったクーラントが工作機械１の加工室１０へと送り込まれ、ワーク加工における潤滑や切屑の洗い流しに再利用される。一方、ダーティ液は沈殿部２８１から中間部２８２そしてダーティ槽２７へと流れる。そのダーティ槽２７とクリーン槽２６にはクーラントタンク２１に面した側壁上部に切欠きが形成され、オーバーフローしたクーラントがクーラントタンク２１へと戻るようになっている。

【0020】

本実施形態では、第１クーラントポンプ２３や第２クーラントポンプ２９の熱を受けるクーラントの温度上昇を一定程度抑えるようにしたクーラント冷却装置が設けられている。クーラント冷却装置は、図３に示すように、チップコンベア１８の幅方向の外側２箇所に、クーラントタンク１５の長手方向（Ｚ軸方向）に沿って冷却用パイプ３１が配置されている。冷却用パイプ３１は、図４に示すようにクーラントタンク１５の底面に固定され、機体後方側で折れ曲がり、上方に向けて立ち上がっている。ここで、図４は、クーラントタンク１５内のクーラント冷却装置を簡略化して示した側面図であり、図５は同じく正面図である。

【0021】

２本の冷却用パイプ３１は、工場に設置されたコンプレッサ３５に接続されたエアパイプ３２から分岐した流路を構成するものであり、エアパイプ３２にはエアの流量を調整するための可変絞り弁３３が設けられている。従って、コンプレッサ３５から送られたエアは、可変絞り弁３３によって一定程度に絞られて冷却用パイプ３１へと供給されるようになっている。冷却用パイプ３１は先端が塞がれた円管であって、設置した状態において左右両側に一定のピッチで噴出孔３１１が形成されている。よって、コンプレッサ３５から供給されたエアを噴出孔３１１から噴き出すことにより、クーラントタンク１５内にエアレーションを生じさせることができるようになっている。

【0022】

ところで、工作機械１へと供給されるコンプレッサ３５からのエアは、クーラント冷却装置の他にも例えば、主軸に対してワーク加工によって発生した切粉が入らないようにエアパージとしても使用される。そのため、各箇所に所定のタイミングでエアを供給するため、工作機械１にはバルブなど流体機器を備えたエア回路が構成されており、エアパイプ３２にも可変絞り弁３３のほかに電磁開閉弁３４が設けられている。

【0023】

本実施形態では、温度が上昇したクーラントＣに対して、それよりも低い温度の大気エアを噴き込むことによって、クーラントＣの温度低下を図るものである。なお、エアの噴出によって生じるエアレーションでは、クーラントタンク１５の底から噴出するエアによってクーラントＣ内に泡ができ、水面で弾けて液体が気体になることで液面付近の温度が下がると考えられる。また、噴出するエアによってクーラントタンク１５内のクーラントＣが攪拌されることにより、温度の偏りを改善することも考えられる。

【0024】

ところで、加工室１０で使用されたクーラントＣには切粉などが混ざっているが、切粉の全てが第１クーラントポンプ２３に吸い上げられてサイクロンフィルタ２５へと流れるわけではない。一部の切粉は、淀みの生じやすいタンク底の隅部１５０に残ってスラッジとして堆積してしまう。従って、クーラントタンク２１に関しても定期的に清掃が必要であるが、チップコンベア６が組み込まれた構造であるため、ベース２から取り外して行う清掃は大変な作業である。

【0025】

この点、本実施形態では、クーラントＣを冷却するためのエアが副次的効果を発揮するよう構成されている。具体的には、クーラントタンク１５の長手方向（Ｚ軸方向）に配置された冷却用パイプ３１が、隅部１５０を作り出す側壁１５５から一定の距離をとって平行になるよう位置している。これにより、噴出孔３１１が隅部１５０に向けてエアを噴出し、付近のクーラントＣを攪拌する流れを作り出し、切粉が隅部１５０に堆積しないようになっている。

【0026】

工作機械１は、前述したようにワークＷに対する切削加工などが行われる中、クーラントＣが加工点などに噴射されて流れ落ちた後、クーラントタンク１５から第１および第２クーラントポンプ２３，２９を介して加工室１０へと繰り返し送り込まれる。こうしたクーラントＣは第１および第２クーラントポンプ２３，２９から熱を奪うなどして温度が上昇する。しかし、本実施形態ではコンプレッサ３５からのエア流量が可変絞り弁３３によって調整され、供給された冷却用パイプ３１の噴出孔３１１から噴き出すことにより、クーラントタンク１５内にエアレーションを生じさせ、熱を持ったクーラントＣが冷やされる。

【0027】

ここで、図６は、工場内温度とクーラント温度の変化をグラフにして示した図である。工場内温度Ｔ１１，Ｔ１２はエアコンによって温度管理がされており、温度が設定温度に抑えられるようになっている。従って、工場内の温度が例えば２２℃に設定された場合には、グラフに示すように、冷却の繰り返しによっておよそ２０℃から２２℃の範囲で変化している。これに対してクーラントタンク１５におけるクーラントＣの温度Ｔ２１，Ｔ２２は、工作機械の駆動開始に伴って徐々に上昇する。

【0028】

エアレーションの無い従来の工作機械は、図６（Ａ）に示すように、クーラントＣの温度Ｔ２１が、駆動開始から途中の稼働停止時間を含めて８時間後の停止時間まで、連続してなだらかに上昇した。そして、駆動停止中はクーラントＣの温度Ｔ２１は徐々に低下するが、丸枠で囲むように、工場内温度にまで下がらないまま次の日、工作機械の駆動を再開させることになった。一方、エアレーションを生じさせる本実施形態の工作機械１は、図６（Ｂ）に示すように、クーラントＣの温度Ｔ２２は連続してなだらかに上昇するが、従来のものに比べて工場内温度Ｔ１２との差は小さく、温度上昇が抑えられている。また、工作機械１の駆動停止によってクーラントＣの温度Ｔ２２は下がり、丸枠で囲むように、次の日の駆動開始時には温度Ｔ２２が工場内温度Ｔ１２よりも１．５℃ほど低くなった。

【0029】

従って、本実施形態の工作機械１は、ワーク加工時に使用されるクーラントＣの温度Ｔ２２が上昇してしまうものの、一定程度抑えられるようになり、クーラントＣの温度変化による影響を防止し、加工精度を保つことが可能になる。また、本実施形態では、コンプレッサ３５からのエア流量を可変絞り弁３３によって調整してクーラントＣ内に送り込むため、エアの勢いによってクーラントタンク１５からクーラントＣが溢れてしまったり、第１クーラントポンプ２３などにエアが入ってしまうようなことを防止できる。

【0030】

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、クーラントポンプのオン・オフに合わせてクーラントＣに対するエアの供給および供給停止を行うようにしてもよい。また、例えばエア流量を温度変化に合わせて段階的に変化させるようにしてもよい。

【符号の説明】

【0031】

１…工作機械 ５…主軸装置 ６…制御装置 ７…タレット装置 ８…Ｚ軸駆動装置 ９…Ｘ軸駆動装置 １５…クーラントタンク ２３…第１クーラントポンプ ２９…第２クーラントポンプ ３１…冷却用パイプ ３２…エアパイプ ３３…可変絞り弁 ３４…電磁開閉弁 ３５…コンプレッサ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】